集成電路潔凈室設計案例

　　由于集成電路工藝生產(chǎn)技術的特殊性，它對生產(chǎn)環(huán)境，如潔凈度、溫度、濕度都有嚴格的要求，這直接關系到晶圓產(chǎn)品的質量和壽命，必須嚴格控制在要求范圍之內(nèi)。在工程設計中，暖通空調專業(yè)擔負著保證生產(chǎn)區(qū)潔凈度等級和溫度、濕度要求的使命。下面以國內(nèi)某6英寸0.35微米集成電路生產(chǎn)線為例，簡單介紹集成電路潔凈廠房的設計。

　　該項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)點是將工藝設備分為前、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)域的面積也會減少，以減少整個系統(tǒng)的循環(huán)風量，降低能耗及工程造價。根據(jù)ISO標準，該潔凈室生產(chǎn)前區(qū)的潔凈度等級為2.5級和3.5級，溫度要求為±221℃，相對濕度要求為45%±5%;該潔凈室生產(chǎn)后區(qū)的潔凈度等級為6級和7級，溫度要求為±223℃，相對濕度要求為30%-60%。

　　該項目的潔凈室在垂直方向采用三層結構的布置方式(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靜壓層，中間為潔凈生產(chǎn)區(qū)，下層為回風層及支持區(qū)。

　　在工程上，人們利用室內(nèi)空氣的循環(huán)來保持生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的潔凈等級?？諝庠趪栏窨刂茰囟?、濕度的前提下，經(jīng)過過濾器之后進入潔凈室內(nèi)，而室內(nèi)的空氣則經(jīng)回風系統(tǒng)“離開”潔凈室，再經(jīng)過濾器之后重新進入潔凈室。與此同時，由于潔凈室內(nèi)必然會有風量損失，因此也需要補充一部分室外新風。

　　在本項目中，潔凈室系統(tǒng)采用新風集中處理機組(MAU)+風機過濾單元(FFU)+干式冷盤管(DDC)的方式，其空氣處理過程為：循環(huán)風經(jīng)設置在一層的干式冷卻盤管冷卻后，進入上部送風靜壓箱，與處理后的新風混合，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，控制潔凈室的濕度，同時通過變頻調節(jié)來維持潔凈室的正壓環(huán)境;DDC主要承擔潔凈室的顯熱負荷;而FFU則過濾循環(huán)空氣來滿足潔凈室的潔凈度。這種方式與傳統(tǒng)的循環(huán)送風方式相比有明顯的優(yōu)勢，F(xiàn)FU具有靈活性，可適應工藝變化，當工藝發(fā)展需要提高空氣潔凈度級別時，采取增加FFU數(shù)量或更換更高效率的過濾器就可達到提高潔凈度等級的目的。FFU采用負壓密封使其簡化而可靠，也就是說，潔凈區(qū)內(nèi)的空氣壓力大于送風靜壓箱內(nèi)的空氣壓力，這就極大地降低了塵埃微粒通過縫隙進入潔凈室的幾率。此外，采取這種方式也可大大節(jié)省空調機房的面積。

　　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，會產(chǎn)生各種廢氣，其中，酸堿廢氣來源于硅片清洗、爐管清洗、濕法刻蝕;工藝尾氣來自離子注入、干法刻蝕、CVD、擴散、外延;有機廢氣來自光刻、去膠、顯影等工序。在工程設計中，應針對排放氣體的不同性質分別處理。

　　為補償工藝排風和保持室內(nèi)正壓以及滿足工作人員的新風需要，潔凈區(qū)需送入一定量的新風，新風機組MAU采用變頻風機，通過室內(nèi)正壓值控制風機的變頻器，調節(jié)新風風量。新風管道的布置，盡可能地將新風均勻送入潔凈室，并且在工藝設備發(fā)熱較大的地方提供更多的新風，以減輕干式冷盤管的負擔。

　　潔凈室空調系統(tǒng)的設計是一個復雜的過程，以上的描述僅僅是對整個系統(tǒng)作一個簡單的概述，而實際上還需要大量的計算來保證以上實施的有效性，除了圍護結構、人員、照明的負荷計算外，還需要進行復雜的工藝設備冷熱負荷計算、風量平衡計算以及大量的水力平衡計算來確保整個系統(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、更先進的技術來實現(xiàn)節(jié)約能源、減少工程造價，是我們今后設計中所面臨的方向，也符合國家節(jié)能減排的政策要求。

　　集成電路潔凈廠房剖面示意圖