集成電路潔凈室設(shè)計(jì)案例

由于集成電路工藝生產(chǎn)技術(shù)的特殊性，它對(duì)生產(chǎn)環(huán)境，如潔凈度、溫度、濕度都有嚴(yán)格的要求，這直接關(guān)系到晶圓產(chǎn)品的質(zhì)量和壽命，必須嚴(yán)格控制在要求范圍之內(nèi)。在工程設(shè)計(jì)中，暖通空調(diào)專業(yè)擔(dān)負(fù)著保證生產(chǎn)區(qū)潔凈度等級(jí)和溫度、濕度要求的使命。下面以國(guó)內(nèi)某6英寸0.35微米集成電路生產(chǎn)線為例，簡(jiǎn)單介紹集成電路潔凈廠房的設(shè)計(jì)。

　　該項(xiàng)目的潔凈室在水平方向上采用了港灣式的布置方式。這種布置方式的優(yōu)點(diǎn)是將工藝設(shè)備分為前、后區(qū)，前區(qū)為人員操作區(qū)(硅片暴露區(qū))，后區(qū)為工藝設(shè)備接管區(qū)，前后區(qū)潔凈度區(qū)分明顯，真正影響產(chǎn)品質(zhì)量的是前區(qū)。將前后區(qū)區(qū)分開后，潔凈度要求高的區(qū)域的面積也會(huì)減少，以減少整個(gè)系統(tǒng)的循環(huán)風(fēng)量，降低能耗及工程造價(jià)。根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)，該潔凈室生產(chǎn)前區(qū)的潔凈度等級(jí)為2.5級(jí)和3.5級(jí)，溫度要求為±221℃，相對(duì)濕度要求為45%±5%;該潔凈室生產(chǎn)后區(qū)的潔凈度等級(jí)為6級(jí)和7級(jí)，溫度要求為±223℃，相對(duì)濕度要求為30%-60%。

　　該項(xiàng)目的潔凈室在垂直方向采用三層結(jié)構(gòu)的布置方式(如圖)，這也是大規(guī)模集成電路廠房常用的形式，即上層為潔凈室的送風(fēng)靜壓層，中間為潔凈生產(chǎn)區(qū)，下層為回風(fēng)層及支持區(qū)。

　　在工程上，人們利用室內(nèi)空氣的循環(huán)來(lái)保持生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的潔凈等級(jí)。空氣在嚴(yán)格控制溫度、濕度的前提下，經(jīng)過過濾器之后進(jìn)入潔凈室內(nèi)，而室內(nèi)的空氣則經(jīng)回風(fēng)系統(tǒng)“離開”潔凈室，再經(jīng)過濾器之后重新進(jìn)入潔凈室。與此同時(shí)，由于潔凈室內(nèi)必然會(huì)有風(fēng)量損失，因此也需要補(bǔ)充一部分室外新風(fēng)。

　　在本項(xiàng)目中，潔凈室系統(tǒng)采用新風(fēng)集中處理機(jī)組(MAU)+風(fēng)機(jī)過濾單元(FFU)+干式冷盤管(DDC)的方式，其空氣處理過程為：循環(huán)風(fēng)經(jīng)設(shè)置在一層的干式冷卻盤管冷卻后，進(jìn)入上部送風(fēng)靜壓箱，與處理后的新風(fēng)混合，經(jīng)FFU加壓、過濾后送入生產(chǎn)區(qū)。

　　其中，MAU的主要作用是提供潔凈室需求的新風(fēng)，控制潔凈室的濕度，同時(shí)通過變頻調(diào)節(jié)來(lái)維持潔凈室的正壓環(huán)境;DDC主要承擔(dān)潔凈室的顯熱負(fù)荷;而FFU則過濾循環(huán)空氣來(lái)滿足潔凈室的潔凈度。這種方式與傳統(tǒng)的循環(huán)送風(fēng)方式相比有明顯的優(yōu)勢(shì)，F(xiàn)FU具有靈活性，可適應(yīng)工藝變化，當(dāng)工藝發(fā)展需要提高空氣潔凈度級(jí)別時(shí)，采取增加FFU數(shù)量或更換更高效率的過濾器就可達(dá)到提高潔凈度等級(jí)的目的。FFU采用負(fù)壓密封使其簡(jiǎn)化而可靠，也就是說(shuō)，潔凈區(qū)內(nèi)的空氣壓力大于送風(fēng)靜壓箱內(nèi)的空氣壓力，這就極大地降低了塵埃微粒通過縫隙進(jìn)入潔凈室的幾率。此外，采取這種方式也可大大節(jié)省空調(diào)機(jī)房的面積。

　　由于集成電路芯片制造工藝的特殊性，在芯片生產(chǎn)的過程中，會(huì)產(chǎn)生各種廢氣，其中，酸堿廢氣來(lái)源于硅片清洗、爐管清洗、濕法刻蝕;工藝尾氣來(lái)自離子注入、干法刻蝕、CVD、擴(kuò)散、外延;有機(jī)廢氣來(lái)自光刻、去膠、顯影等工序。在工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)針對(duì)排放氣體的不同性質(zhì)分別處理。

　　為補(bǔ)償工藝排風(fēng)和保持室內(nèi)正壓以及滿足工作人員的新風(fēng)需要，潔凈區(qū)需送入一定量的新風(fēng)，新風(fēng)機(jī)組MAU采用變頻風(fēng)機(jī)，通過室內(nèi)正壓值控制風(fēng)機(jī)的變頻器，調(diào)節(jié)新風(fēng)風(fēng)量。新風(fēng)管道的布置，盡可能地將新風(fēng)均勻送入潔凈室，并且在工藝設(shè)備發(fā)熱較大的地方提供更多的新風(fēng)，以減輕干式冷盤管的負(fù)擔(dān)。

　　潔凈室空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過程，以上的描述僅僅是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)作一個(gè)簡(jiǎn)單的概述，而實(shí)際上還需要大量的計(jì)算來(lái)保證以上實(shí)施的有效性，除了圍護(hù)結(jié)構(gòu)、人員、照明的負(fù)荷計(jì)算外，還需要進(jìn)行復(fù)雜的工藝設(shè)備冷熱負(fù)荷計(jì)算、風(fēng)量平衡計(jì)算以及大量的水力平衡計(jì)算來(lái)確保整個(gè)系統(tǒng)的均勻、平衡、合理。集成電路廠房的潔凈室能源消耗大，投資大，如何在滿足工藝需求的前提下，采用更合理的方案、更先進(jìn)的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源、減少工程造價(jià)，是我們今后設(shè)計(jì)中所面臨的方向，也符合國(guó)家節(jié)能減排的政策要求。

　　集成電路潔凈廠房剖面示意圖