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      集成電路潔凈廠房設計注重低能耗

        集成電路潔凈廠房是為了滿足半導體制造工藝需求的潔凈室,該潔凈室對環境潔凈度、溫濕度、振動、ESD(靜電控制)、AMC(氣態分子級污染物)控制等都有一定的要求。相對于其他工業潔凈室,集成電路制造潔凈室有面積大、潔凈等級高、溫濕度控制精度高等特點。

        FFU系統已成主流方案

        根據潔凈室空氣循環特點可以將潔凈室分為三種類型:循環空調機配合高效送風口系統、循環風機配合濕式密封系統和FFU(風機過濾單元)循環系統。

        第一種形式在小規模低等級要求的潔凈室設計中被廣泛應用,對于大面積高等級的潔凈室則存在運行成本過高、占用空間過大等缺點。

        第二種形式的設計可以滿足集成電路制造潔凈室大面積高等級的要求,但運行成本較高,并且潔凈室風速、風量調節困難,系統升級改造困難,因此操作靈活性很低。

        第三種的FFU循環系統不僅節省運行空間、潔凈度安全性高、運行成本低,而且操作靈活性很高,可以在不影響生產的情況下隨時進行系統升級和調整,這些都能很好地滿足半導體制造的需求,因此在半導體制造業FFU循環系統逐漸成為最主要的潔凈設計方案。

        FFU循環系統的特點是:整個潔凈室由靜壓層、工藝層、工藝輔助層和回風通道組成,由FFU提供循環空氣的動力,將新風、循環風混合后通過超高效過濾器送入工藝層和工藝輔助層,靜壓層相對于工藝層為負壓。此外,還有生產輔助區為集成電路制造廠務設備區域,包括電力供應、氣體和化學品供應、超純水供應等。

        AMC控制標準更加嚴格

        集成電路制造對潔凈室環境的控制有較為嚴格的要求。不同的工藝制程對潔凈度的要求也各不相同,例如光刻要求在1級的微環境下,而化學機械研磨則只要求1000級的環境即可。

        采用FFU系統的潔凈室一般通過FFU的分布率來決定該潔凈室的潔凈等級,潔凈室的正壓通過新風量來控制,潔凈室溫濕度的控制是通過循環空氣冷卻系統(RCU)和新風空調系統(MAU)完成。

        ESD也是半導體制造環境控制的重要內容,靜電釋放可能對產品和生產設備造成損害,還可能引起硅片表面塵粒吸附,影響產品的良率。靜電消除要在潔凈室設計上進行總體考慮,除了設備接地(包括潔凈墻板和高架地板,辦公設備等)外,還要采用防靜電墻板、高架地板,人員要求穿著防靜電的潔凈服、潔凈鞋。對存在ESD危害風險的設備和生產區域應安裝靜電消除器。

        AMC是危害生產工藝并導致成品率降低的分子態化學物質。AMC會在半導體制造的柵底氧化、薄膜、多晶硅和硅化物形成、接觸成型、光刻等多個關鍵工藝上造成各種危害,影響產品質量,是半導體制造面臨的越來越嚴峻的問題,也是生產環境控制中亟待解決的問題?梢灶A見,隨著半導體制造技術的發展,對AMC的控制標準將越來越嚴格,而單一的采用化學過濾器去除AMC的控制方法有許多條件限制,并且會大幅提高運行成本。因此應該從設計選址、設備選型、改進工藝流程等多方面加以考慮。

        另外,集成電路制造潔凈廠房對噪聲、微振、照度等都有相關的規定和要求,尤其是振動的控制,在潔凈室的建筑結構設計上就要有所要求。關鍵設備必須安裝單獨的防振基礎。

        潔凈系統設計突出節能理念

        好的潔凈室設計不僅能節省能源、降低運行成本、降低人力投入,而且可以給生產提供安全可靠的保證。在3種潔凈系統中,FFU循環系統運行成本最低,潔凈度安全性最高,因此集成電路潔凈廠房多采用FFU循環系統。而潔凈度要求越高,溫濕度控制精度越高則潔凈室投資和運行成本越高,因此在大環境潔凈度或溫濕度要求相對較低的情況下,將一些關鍵的工藝設備布置在較高潔凈度或溫濕度控制區域內(比如潔凈隧道和微環境)是集成電路制造潔凈廠房的設計趨勢。

        MAU是潔凈系統運行成本最高的部分,因此在設計上可以考慮通過熱回收進行節能。夏季可以利用新風空調的預熱盤管將熱回收到再熱盤管,節省熱水用量;采用噴淋室加濕設計,可以減少熱損失,且可以穩定而高效地去除新風中的AMC,延長化學過濾器壽命。在運行上要有效控制工藝排風量以降低新風用量,降低MAU送風溫度,減少加熱量和潔凈室內冷負荷。

        集成電路制造是高能耗的產業,而潔凈空調系統的能耗則占其中的30%以上,因此節能安全的潔凈室設計和各種熱能回收設計將是未來的發展方向。

        隨著集成電路制造技術的不斷升級,主流大廠已經進入了納米時代,集成電路制造潔凈廠房的設計建造和節能創新也需要不斷提升,為先進制程產品生產提供保障。

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