集成電路潔凈室設計案例

由于集成電路工藝生產技術的特殊性，它對生產環境，如潔凈度、溫度、濕度都有嚴格的要求，這直接關系到晶圓產品的質量和壽命，必須嚴格控制在要求范圍之內。在工程設計中，暖通空調專業擔負著保證生產區潔凈度等級和溫度、濕度要求的使命。下面以國內某6英寸0.35微米集成電路生產線為例，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。這種布置方式的優點是將工藝設備分為前、后區，前區為人員操作區(硅片暴露區)，后區為工藝設備接管區，前后區潔凈度區分明顯，真正影響產品質量的是前區。將前后區區分開后，潔凈度要求高的區域的面積也會減少，以減少整個系統的循環風量，降低能耗及工程造價。根據ISO標準，該潔凈室生產前區的潔凈度等級為2.5級和3.5級，溫度要求為±221℃，相對濕度要求為45%±5%;該潔凈室生產后區的潔凈度等級為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，中間為潔凈生產區，下層為回風層及支持區。

　　在工程上，人們利用室內空氣的循環來保持生產區域內的潔凈等級。空氣在嚴格控制溫度、濕度的前提下，經過過濾器之后進入潔凈室內，而室內的空氣則經回風系統“離開”潔凈室，再經過濾器之后重新進入潔凈室。與此同時，由于潔凈室內必然會有風量損失，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：循環風經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FFU加壓、過濾后送入生產區。

　　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，同時通過變頻調節來維持潔凈室的正壓環境;DDC主要承擔潔凈室的顯熱負荷;而FFU則過濾循環空氣來滿足潔凈室的潔凈度。這種方式與傳統的循環送風方式相比有明顯的優勢，FFU具有靈活性，可適應工藝變化，當工藝發展需要提高空氣潔凈度級別時，采取增加FFU數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，潔凈區內的空氣壓力大于送風靜壓箱內的空氣壓力，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，在芯片生產的過程中，會產生各種廢氣，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正壓以及滿足工作人員的新風需要，潔凈區需送入一定量的新風，新風機組MAU采用變頻風機，通過室內正壓值控制風機的變頻器，調節新風風量。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。

　　潔凈室空調系統的設計是一個復雜的過程，以上的描述僅僅是對整個系統作一個簡單的概述，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節約能源、減少工程造價，是我們今后設計中所面臨的方向，也符合國家節能減排的政策要求。

　　集成電路潔凈廠房剖面示意圖