HAZOP在集成电路制造工艺过程安全风险评估中的应用

成晓栋

中芯国际集成电路制造（北京）有限公司

集成电路制造生产工艺过程复杂，包括硅片清洗、扩散、薄膜、光刻、去胶、刻蚀、化学机械研磨等过程，而且这些工艺过程反复交叉，生产过程中使用多种化学品、特殊气体和配套动力。针对集成电路制造安全风险因素的特点，需要采取多种安全风险评估方式综合评估来控制和降低安全风险，如硬件设备设施的评估、使用到液体化学品和特种气体的评估、人体功效评估，还有最重要的生产过程中风险评估，常见的安全风险评估方法中哪一种更适合集成电路制造的生产过程风险评估？

1 集成电路制造生产工艺的特点

集成电路制造生产过程是一个连续不间断的过程，生产过程中安全风险因素较为复杂，使用到的危险化学品种类多，易燃性、毒性、腐蚀性、氧化性等各种危险类型的化学品并存；密闭的洁净室车间内通风排气管路连通各个生产区域，火灾或气体泄漏的扩散性强；制造设备及辅助设施的自动控制要求高，任何偏差都可能引发严重的生产后果；高温、高电流等危害能量因素在不同的制造设备中存在。生产过程要求水、气、化、机、电等介质稳定供应，及这些介质的温度、压力、流量等各项性能要求严格。

2 适用常用安全评估方法分析

安全风险评估是指从安全角度对系统中的危险因素进行识别、分析，再对分析结果进行评价，从而得出可为安全风险的控制提供指引的过程。安全评估主要从以下方面：对系统有关的人、机、料、环及其他因素进行分析；对可能出现的足以引发事故的各种危险因素进行分析；对可能出现的危险因素的控制措施及实施这些措施的方法进行分析；对危险因素失控时，可能出现的不可预料状况进行分析。

目前，安全风险评估的方法根据不同的分类标准分为很多类别，如按照分析对象、内容分类；按照定性与定量分类；按照逻辑方式方法分类等。总之，分类标准的不同，分析方法的种类也是多种多样，不同的风险评估辨识方法拥有不同的特点，目前被广泛使用的分析方法有：安全检查表法（SCL，Safety Checklist）、预先危险性分析（PHA，Preliminary Hazard Analysis）、故障类型和影响分析（FMEA，Failure Mode and Effects Analysis）、事件树分析（ETA，Event Tree Analysis）、失误树分析（FTA，Fault Tree Analysis）、如果出现异常将会怎样（What If）分析、因果分析（CAM，Causal Analytical Method），以及危险性和可操作性研究（HAZOP，Hazard and Operability Study，以下简称HAZOP）等。

危险性和可操作性研究HAZOP[1]是以关键词为引导，找到过程中工艺状态的变化或偏差，然后再继续分析造成偏差的原因、后果及采取的对策。其目的是对装置的安全性和操作性进行审查。这种分析方法包括辨识潜在的偏离设计目的的偏差、分析其可能的原因并评估相应的后果。国家安监总局提倡企业积极开展化工生产装置危险与可操作性分析（HAZOP）[2]。

集成电路制造生产过程中生产方式的连续性、工艺状态的变化性、工艺参数的多样性与HAZOP分析方法的特点非常匹配。

3 HAZOP安全风险评估的主要过程

进行HAZOP分析时，应全面地、系统地审查生产过程，不放过任何可能偏离设计意图的情况，分析其产生原因及后果，以便有的放矢采取控制措施。

（1）首先，根据生产过程使用到的生产设备、投入的原材料、提供能源供给等，将整个生产过程分成若干个节点，然后针对每个节点进行逐个分析。

（2）根据分开的节点，采用HAZOP的引导词（见表1）与生产参数结合来假定可能发生的偏差，在偏差的基础上分析可能造成失误的模式，见表2。

（3）每种失误模式要分析其产生的原因，如硬体故障、程序缺失、人为失误、外界干扰等，为后面提出针对性的改善措施提供信息支撑。

（4）同时，每种失误模式还要评估其可能造成的后果，指向危害的方向，如：人员受伤、火灾爆炸、毒性气体外泄、化学品泄漏、异常反应、电气火灾、产品优良率下降等。

表1 引导词的意义与偏离情况

表2 各种工艺参数结合引导词可能产生的失误模式

（5）失误模式评估阶段特别注意，除了分析上述风险及造成的后果，同时要考虑该阶段已经实施的安全管控措施，如：气体侦测器、液体泄漏感知器、过温保护装置、过压保护器、安全警示标示等等。这样才能确定目前系统的整体安全状况，为后续定量分析安全风险高低提供依据。

（6）完成以上的分析，接下来要定量分析每个安全失效模式的后果的严重程度，通常从三个方面综合衡量，即F：偏离产生的频率，S：偏离后可能产生的事故严重性，P：偏离后可能产生的失误几率，风险等级（R） =F×S×P。

（7）针对风险等级评估出的风险因素采用消除、替代、工程控制、安全管理、个人防护等的措施，将安全风险等级降低到可以接受范围内。

（8）实际应用案例，见表3。

4 HAZOP应用注意事项

（1）建立研究小组来完成分析，一般由相关专家、对象系统的设计者等组成5-7人的小组，以便发挥和利用集体的智慧和经验。

表3 易燃气体高流量案例

（2）分析点应选择生产过程中的重要制程位置、具有明确界限的某一制程工艺。

（3）明确研究目的、对象和范围，一般目的为查找危险源，保证系统安全运行或审核现行的指令、规程是否完善等，防止操作失误，同时要明确研究对象的边界、研究的深入程度等。

（4）资料收集方面需要收集制程流程、各种设计图、操作程序、平面图等资料。

（5）在进行审查评估时，应采取多种形式引导和启发各位小组成员，对可能出现的偏离及其原因、后果和应采取的措施充分发表意见。

（6）HAZOP不能解决所有的风险识别问题，针对硬件设施及使用到原物料使用“预先危害分析”方法；针对人体工效学采用“人机工程危害分析”；等等，不同风险的特点适用不同的评估方法。

综上所述，通过对HAZOP方法及应用的注意事项介绍，说明集成电路制造行业的生产过程采用HAZOP方法，可以完整的将整个生产过程中各种风险点进行定性分析、定量评估，并给出针对性的改善建议，从而降低安全风险。

[1] 张艳辉,陈晓春.改进的HAZOP风险评价方法[J].中国安全生产科学技术,2011,7(7):174-178

[2] 国家安全监管总局.关于进一步加强危险化学品企业安全生产标准化工作的指导意见（安监总管三〔2009〕124号）.2009