當前的（de）幾個熱（rè）點問題潔淨室技（jì）術應用（yòng）

2015-02-20 11:56:24 admin

當前的幾個熱點問題潔（jié）淨室技術（shù）應用

一.前言

潔淨室的氣流速度/換氣次數，一直是潔淨室設計中受到關注的問題（tí），隨著潔淨室汙染源的控製效果增加及末級過濾器效率的提高等（děng），對有關規範、導則（zé）等（děng）提出的推薦或參考（kǎo）值是（shì）否偏於保守，已有不少討論；FFU在應用（yòng）中人們擔心（xīn）的噪音、損壞維（wéi）修等問題（tí）已在實踐中得到解決，隨著FFU的不斷改進，對是否采用FFU回風係統也是個（gè）熱點：懸浮分子汙（wū）染（AMC）的控製在微電子及IC工業中已日益（yì）提到日程上來，受到關注。以下對這些問題的情況（kuàng）分別作歸納和分析。

    二（èr）.氣流速度

    2.1有關推薦或參考值的應（yīng）用

    潔淨室內一定潔淨度下氣流速度的確定，隨潔淨室用途等具體（tǐ）情況而異，它（tā）不僅受（shòu）室內發塵量及過濾器效率還（hái）受其他因素影響，就工（gōng）業潔淨室而言，影響潔（jié）淨度（dù）及（jí）選擇氣流速度的因素主（zhǔ）要是：

    （1）室內汙染源：建築物組件、人員數量及操（cāo）作活動、工藝設（shè）備（bèi）、工藝材（cái）料及工藝加工（gōng）本（běn）身等都是塵粒釋（shì）放源，根據具體情況而（ér）異，變化很大；

    （2）室內氣流流型及分布：單向流要（yào）求均勻、平等的流線，但會受（shòu）到工藝（yì）設備布置和位置變動（dòng）及人（rén）員活動（dòng）情況等的幹擾形（xíng）成（chéng）局部渦流；而非單（dān）向流（liú）要求充混合，避免死角及溫度分層；

    （3）自淨時間（恢複時間）的控製要求：潔淨室中事故釋放或帶入汙（wū）染物或空氣氣流的中斷或正常操作時的間歇性對流氣流或人及設備的（de）移動等都會造成潔淨度的惡化，恢複到原來潔淨度的自淨時間決（jué）定（dìng）於氣流速度；對自淨時間的控製要求取決於此時（shí）間框架（jià）內（惡化的潔（jié）淨度下），對產品生產的質量及成品率影響的（de）承受能力；

    （4）末級過濾器的效率：在一定的室內發塵量下（xià），可采用較高效率的（de）過濾器以降低氣流速度；為節能應考慮采用較高效（xiào）率的過濾器，並降低氣流速度，或采用較低效率的過濾器並采用較高的氣流速度，以求流量與阻力的乘積最小；

    （5）經濟性（xìng）考慮：過大的（de）氣流速度造（zào）成投資及運行費用的增加（jiā），合適的氣流速度為以上諸因素合理的綜合，過大往往不必要，亦不一（yī）定有效果；

    （6）對（duì）潔淨度要求低的潔（jié）淨室，有時換氣次數決定於室內排熱的要求。

    以上因素，皆很難量化，隻能分析對比並估計（jì）。因此在工（gōng）程應用中，對潔淨室的氣流速（sù）度往往（wǎng）參照有關規範、導則等的推薦（jiàn）或參考值，再（zài）按具（jù）體情況估計（jì）以上各影響因素進行綜合考慮後確定。

    氣流（liú）速度用於單（dān）向流潔淨室；非單向流潔淨室（shì）宜用換氣次數，因為其氣流速度難於測準；亦有用末級（jí）過濾滿布率來反映的，可用於各（gè）種氣流流型的（de）潔（jié）淨室，一般滿布率100%相對（duì）於流速0.5m/s（100fpm），25%相對於0.125m/s（25fpm）。當前有關規範、導則等的推薦或參考值見表1。

    注：1、ISO14644-4對於氣（qì）流速度/換氣次數是明確（què）作為參考資料的，表中所列僅適用於微電子（zǐ）及IC工廠；對製（zhì）藥廠隻列ISO5級氣流速度>0.2m/s，對ISO6～8級皆未列出（chū）參考值。

2、（M）指混合流，N指非單向流；*指（zhǐ）對汙染源已采取有效（xiào）的隔離措施的潔淨區。

    表（biǎo）1中有關氣流速度和換氣（qì）次（cì）數的（de）推薦（jiàn）或參考值（zhí），應該說（shuō）是經驗的反映。如ISO/DIS14664-4提出的數值皆（jiē）明確適用於那類潔淨室的；IEST的推薦值亦是被一（yī）些權威機構認（rèn）為僅適用於半導體工廠。由於具體情況變化較大，有的經驗值可能（néng）已（yǐ）不適合當前的室內塵源控製措（cuò）施及過濾器效率提高的情況。

    2.2對有關推薦或參考值的討論

    近年來不少人通過實驗認為這些推薦或參（cān）考值過（guò）於保守，其論點可歸納為：

    （1）潔淨室（shì）內氣流（liú）的橫向擴散隻在甚低（dī）的流速下才有可能，單向流（liú）在合（hé）理的氣流組織下，流（liú）速0.05～0.1m/s就足夠帶走汙染物，在此流速（sù）下亞微米粒子的擴散性能（néng）遠低於對流性能；而大於0.36m/s的氣（qì）流速度（dù）反而易千百萬渦流，引起汙染物的再卷入。因此，潔淨室的理想自淨時間Tr=體（tǐ）積/流率，到一定值後由於汙染物的再卷入，再增大氣流速度，實際的Tr並不再有明顯的減少。

    （2）末級過濾器的效率對潔淨度的影響是值得起注意的。有的氣流速度/換氣次數推薦或（huò）參考值對末級過濾器效率提（tí）高的因素往往（wǎng）沒作考慮。當前HEPA/ULPA的效率（lǜ）從99.67%、99.99%、99.999%、99.9995%直至8個（gè）9以上都（dōu）可選擇。其效率對氣流速度（dù）的影響除以上已提及外，以下方麵亦值（zhí）得引起注意，在非單（dān）向流情況下，按衡釋原（yuán）理的潔淨室（shì）內含塵濃度穩定公式可以得出：

    （a）室內發塵（chén）量較（jiào）高時，末級過濾器效率（lǜ）的變化對潔淨度影響甚微，因此在這種情況下，過高（gāo）的過（guò）濾效率是無必要（yào）的。

    （b）室（shì）內發生塵量較低的情況下，采用低的氣流速度下，末級過濾器效率的變速器變化，對（duì）潔淨度的影響增大。

    以上情況可以引用的圖1a～1c看出。

    作圖有關數據：

    新風進末過濾器前（qián）的含塵濃度1.75×106個/m3

    室內發生量:G1=350個/m3.min

    G2=3500個/m3.min

    G3=35000個/m3.min

    G4=350000個/m3.min

    新風量（liàng）對於全空氣量的比率0.03

    當前（qián）有（yǒu）的IC工（gōng）廠其ISO5級（0.3μm）的潔淨室，采用FFU係統,帶ULPA（99.9995%,0.12μm），出口風速為0.38m/s，其滿布率為25%，這樣室內（nèi）平（píng）均氣（qì）流速度為0.095m/s，在各有關推（tuī）薦或參考值（zhí）的下（xià）限下。此潔淨室的工藝加工在微環境內潔淨室（shì）內的（de）人員亦（yì）較少，可以認為潔淨室內（nèi）發生較低，這種情況下采用低的氣流速度可能是可取的。

    據報道，目前IEST對潔（jié）淨室內氣流速度推薦（jiàn）值的下限（xiàn）有所降低，如：

    ≤ISO5級：氣流速度0.2～0.5m/s；

ISO6級或5級（非單向流）；換氣次（cì）數＞200次/h；

    ISO7級：換氣次數20～200次/h;

    ISO8級：換氣次數2～20次/h;



    三.FFU係統的應用

    3.1當前FFU的（de）情況

    FFU在使用壽命及維護上已經（jīng）實踐證明無可擔心。當前其改進（jìn）主要是：

    （1）采取均流及減少噪音的措（cuò）施，噪音可在50db以內;

    （2）電（diàn）動機采用DC/EC（電子整流（liú）電機），以耗較（jiào）原交流（liú）電機節約近50%，因為小風機所用小容量（功率<1/2HP）的交流電機，一般皆為電容分（fèn）相式或隱（yǐn）極式，其效率僅（jǐn）40%左右（yòu），而DC/EC電機的效率可達75～80%；在調速控製上可每台單獨的（de）以過濾器降壓進行控製以節約能耗，但目前投資回收期尚長而未（wèi）廣泛（fàn）采用（yòng），一般（bān）常用分組群控或全部群控。

    （3）但FF瓣出（chū）口靜（jìng）壓不能過大，一（yī）般采用出口風（fēng）速成0.38m/s，此時其靜壓一（yī）般（bān）在250Pa以內。

    3.2FFU回風係統與其他方（fāng）式相比的優點

    3.2.1一般（bān）評價

    優點：

    （1）靈活性大，便（biàn）於改造；

    （2）占用（yòng）建築（zhù）物空間較少；

    （3）潔淨室（shì）內空氣（qì）壓力大於回風靜壓（yā）室，排除靜壓室對潔淨室（shì）汙染的可能性。

    缺點：

    （1）要求回風道全部阻（zǔ）力（包括多孔（kǒng）地板、格柵及風道（dào））、幹表冷器阻力及末級過濾器的阻力（在初阻力時），總共應控製（zhì）在165Pa左右，以滿足運行（háng）時最大阻力在250Pa以內（nèi）。因此幹表冷器的傳熱（rè）麵積要較大，回風道尺（chǐ）寸亦要較大，多孔地板及格柵等的（de）阻力要小，一般（bān）作法是：控製幹表冷器阻力在50Pa左右，回（huí）風道阻力在15Pa以內，否則（zé）就需要再增設（shè）加壓風機係統，這就是降低了（le）FFU係統（tǒng）的綜合優點。

    （2）采用DC/EC電（diàn）機（jī）後，單位（wèi）風量的能耗可能比當前一般大型離心風機的集（jí）中係統為低，但（dàn）已有研究指出（chū），比采用改進後的大（dà）型軸流風機的回風係統的能耗還（hái）是要高。因此需要注意（yì）大型（xíng）軸流風（fēng）機的效率提（tí）高及其係統的阻力降低的因素。

    （3）一般FFU係統由於單位風量的能耗較大，因此潔淨室的冷負荷亦相應增加（jiā）。

    3.2.2具體情況下的評價

    （1）FFU用於老建築物改造成潔淨室時，其綜合（hé）經（jīng）濟性一般往往可取。

    （2）潔淨度要求嚴的（de）潔淨室，末級過濾（lǜ）器滿布率100%時，對大的係（xì）統采用FFU，當前還是不（bú）經濟的；對小係統有意義（yì）作具體比較。

（3）對潔淨度要求不（bú）甚嚴的潔淨室，末級過濾器滿布率≤40%時對大係統綜（zōng）合經濟性往往相差不多，但對IC工廠而言FFU係統的靈（líng）活性（xìng）是重要的，因此當前IC工廠對過濾器滿布率≤40%時，采用FFU係統已（yǐ）經普遍。



    四.懸浮分子汙染（rǎn）（AMC）

    4.1AMC的（de）分類及控製要求情況

    AMC作為IC工廠所關心的問（wèn）題於20年前最先由（yóu）日本人提出，近年來，IC生產園片直徑已達φ300mm，工（gōng）藝加工尺寸（線寬）已小於0.15μm，在某些加工工序及工序間園片的傳送和存放環境中AMC已成為嚴重影響成品（pǐn）率的問題，已被清楚的認識到，因此，AMC的控製（zhì）已由談（tán）論轉到需要（yào）實施。

    對於IC生產，AMC分為A、B、C、D四類，即：

    A——酸性物（wù）質，如Hcl等；

    B——堿性物質，如（rú）NH3等；

    C——沸（fèi）點高於室溫能在光潔表麵冷凝（níng）的物（wù）質，主（zhǔ）要（yào）是碳氫化合物，某些工藝加工環境中的水蒸汽亦需要考慮；

    D——摻雜物質，能為園片表麵（miàn）吸附或與表麵相互反應的物質，如（rú）砷、硼、磷等。

    AMC對當前（qián）的IC生產其潛在的（de）汙染比粒子汙染要廣泛（fàn）多，粒子汙染（rǎn）控製隻要確（què）定粒徑及個數，但對AMC控（kòng）製而言，除了受芯片線寬的縮小而變化外，並受工藝、工藝設備、工藝材料（liào）及園片傳送係統等的影響，更有甚（shèn）者用於某（mǒu）一工（gōng）序的各種工（gōng）藝材料（liào）（化學品、特種（zhǒng）氣體等）在很多情況下其（qí）微量的分子對下一工序往（wǎng）往可能是汙染物，而（ér）園片加（jiā）工工序當前已多於300多個獨立（lì）工序，對AMC控製指標（biāo）的確定更（gèng）是複雜。因此，IC生產對AMC的控製（zhì），對不同的產品、不同的工藝、不同的工序（xù）及不同的（de）工（gōng）藝材料會有不同的要求，對各種（zhǒng）汙染物質的要求當前總的說法是控製在亞pptm～1000pptm間。

    4.2AMC控（kòng）製的實施情況

    對線（xiàn）寬0.25μm的IC生產，一般（bān）已常在新風處理中設活性炭過濾器；有關關鍵工序以及（jí）工序間園（yuán）片的傳送及存放，有的生產廠采取（qǔ）了AMC控製，有的生產廠則並未進行控製，主要在於經濟效果的衡量上，有關具體控製要求（qiú）及措施報道甚少見，可能是由於保密的原因，但一點可以肯定，隻能在局（jú）部環境內進行控製。

    為滿足φ300mm園片，＜0.15mm線寬的加工要求，近年來對AMC控製，重（chóng）點在以（yǐ）下三（sān）方（fāng）麵開展工作：

    （1）精確的測量技術及標準測試方法的建（jiàn）立。因為這是掌握（wò）AMC控製的基礎，必須先行（háng）；

    （2）按今後IC的生產要求，生產線的設備采（cǎi）用（yòng）微環境隔離（lí），各設備間園片的傳送采用前開式標準片盒（FOUPs）係（xì）統，對園（yuán）片進行隔離。因此，早已對設（shè）備、FOUPs係統及微環境所用的（de）材料要求不釋放（fàng）及吸附有關懸浮分子汙染物的問（wèn）題以及對此汙染物的去除措施進行研（yán）發，並不斷改進中；

    （3）控製AMC的過濾器。

近年來尤其（qí）是近2～3年來，對控製AMC過（guò）濾器的開發及推出有少進（jìn）展；

    A.不（bú）釋放AMC物質的HEPA/ULPA；

    a.低（dī）硼超細（xì）玻璃纖維過（guò）濾器（qì），現已在亞洲及歐洲的IC廠使用較多；

    b.多孔聚四氟乙稀（ePTFE）過濾器，為薄（báo）膜結構，價格比a要高出十（shí）倍左右。目前使用尚不多，正在開發下一代（dài）的。

    B.化（huà）學過濾器

    目（mù）前已推出的化學過濾器主（zhǔ）要是：

    a.活性炭過濾器，大多數是晶粒狀的，有（yǒu）盤片式、蜂窩式等；亦已有活性炭纖維過濾器，具（jù）有吸附速度快的特點，價格尚較高；還已有晶粒與纖維粘合的過濾器（qì）。

    b無紡合（hé）成織物上浸漬（zì）各種功能（néng）晶粒（如活性炭、活性鋁（lǚ），但主要是活性炭）以吸附AMC物質。

    至今，據報（bào）道，φ300mm園片加工除二條試驗（yàn）生產線外（wài），已有四條生產線（德國一條、美國一條、我國台灣二條）開始運轉，對AMC的控製情況，當然不詳，但潔淨（jìng）室環境為ISO5～6級，對潔淨室（shì）設計較簡單些。可以看到，今後IC生產，其（qí）生產（chǎn）環境的汙染控製重點必（bì）然（rán）轉到工藝設備及園片傳、存放係統的（de）研發及製（zhì）造上。