IC制造潔凈標(biāo)準(zhǔn)趨嚴(yán) 廠房設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)低能耗

集成電路(IC)制造潔凈廠房是滿足半導(dǎo)體制造工藝需求的潔凈室，該潔凈室對(duì)環(huán)境潔凈度、溫濕度、振動(dòng)、ESD(靜電控制)、AMC(氣態(tài)分子級(jí)污染物)控制等都有一定的要求。相對(duì)于其他工業(yè)潔凈室，集成電路制造潔凈室有面積大、潔凈等級(jí)高、溫濕度控制精度高等特點(diǎn)。

FFU系統(tǒng)已成主流方案

根據(jù)潔凈室空氣循環(huán)特點(diǎn)可以將潔凈室分為三種類型：循環(huán)空調(diào)機(jī)配合高效送風(fēng)口系統(tǒng)、循環(huán)風(fēng)機(jī)配合濕式密封系統(tǒng)和FFU(風(fēng)機(jī)過(guò)濾單元)循環(huán)系統(tǒng)。

第一種形式在小規(guī)模低等級(jí)要求的潔凈室設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用，對(duì)于大面積高等級(jí)的潔凈室則存在運(yùn)行成本過(guò)高、占用空間過(guò)大等缺點(diǎn)。

第二種形式的設(shè)計(jì)可以滿足集成電路制造潔凈室大面積高等級(jí)的要求，但運(yùn)行成本較高，并且潔凈室風(fēng)速、風(fēng)量調(diào)節(jié)困難，系統(tǒng)升級(jí)改造困難，因此操作靈活性很低。

第三種的FFU循環(huán)系統(tǒng)不僅節(jié)省運(yùn)行空間、潔凈度安全性高、運(yùn)行成本低，而且操作靈活性很高，可以在不影響生產(chǎn)的情況下隨時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)和調(diào)整，這些都能很好地滿足半導(dǎo)體制造的需求，因此在半導(dǎo)體制造業(yè)FFU循環(huán)系統(tǒng)逐漸成為最主要的潔凈設(shè)計(jì)方案。

FFU循環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)是：整個(gè)潔凈室由靜壓層、工藝層、工藝輔助層和回風(fēng)通道組成，由FFU提供循環(huán)空氣的動(dòng)力，將新風(fēng)、循環(huán)風(fēng)混合后通過(guò)超高效過(guò)濾器送入工藝層和工藝輔助層，靜壓層相對(duì)于工藝層為負(fù)壓。此外，還有生產(chǎn)輔助區(qū)為集成電路制造廠務(wù)設(shè)備區(qū)域，包括電力供應(yīng)、氣體和化學(xué)品供應(yīng)、超純水供應(yīng)等。

AMC控制標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格

集成電路制造對(duì)潔凈室環(huán)境的控制有較為嚴(yán)格的要求。不同的工藝制程對(duì)潔凈度的要求也各不相同，例如光刻要求在1級(jí)的微環(huán)境下，而化學(xué)機(jī)械研磨則只要求1000級(jí)的環(huán)境即可。

采用FFU系統(tǒng)的潔凈室一般通過(guò)FFU的分布率來(lái)決定該潔凈室的潔凈等級(jí)，潔凈室的正壓通過(guò)新風(fēng)量來(lái)控制，潔凈室溫濕度的控制是通過(guò)循環(huán)空氣冷卻系統(tǒng)(RCU)和新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)(MAU)完成。

ESD也是半導(dǎo)體制造環(huán)境控制的重要內(nèi)容，靜電釋放可能對(duì)產(chǎn)品和生產(chǎn)設(shè)備造成損害，還可能引起硅片表面塵粒吸附，影響產(chǎn)品的良率。靜電消除要在潔凈室設(shè)計(jì)上進(jìn)行總體考慮，除了設(shè)備接地(包括潔凈墻板和高架地板，辦公設(shè)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(duì)存在ESD危害風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備和生產(chǎn)區(qū)域應(yīng)安裝靜電消除器。

AMC是危害生產(chǎn)工藝并導(dǎo)致成品率降低的分子態(tài)化學(xué)物質(zhì)。AMC會(huì)在半導(dǎo)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(gè)關(guān)鍵工藝上造成各種危害，影響產(chǎn)品質(zhì)量，是半導(dǎo)體制造面臨的越來(lái)越嚴(yán)峻的問(wèn)題，也是生產(chǎn)環(huán)境控制中亟待解決的問(wèn)題?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的發(fā)展，對(duì)AMC的控制標(biāo)準(zhǔn)將越來(lái)越嚴(yán)格，而單一的采用化學(xué)過(guò)濾器去除AMC的控制方法有許多條件限制，并且會(huì)大幅提高運(yùn)行成本。因此應(yīng)該從設(shè)計(jì)選址、設(shè)備選型、改進(jìn)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(duì)噪聲、微振、照度等都有相關(guān)的規(guī)定和要求，尤其是振動(dòng)的控制，在潔凈室的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上就要有所要求。關(guān)鍵設(shè)備必須安裝單獨(dú)的防振基礎(chǔ)。

潔凈系統(tǒng)設(shè)計(jì)突出節(jié)能理念

好的潔凈室設(shè)計(jì)不僅能節(jié)省能源、降低運(yùn)行成本、降低人力投入，而且可以給生產(chǎn)提供安全可靠的保證。在3種潔凈系統(tǒng)中，F(xiàn)FU循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)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(huán)系統(tǒng)。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(yùn)行成本越高，因此在大環(huán)境潔凈度或溫濕度要求相對(duì)較低的情況下，將一些關(guān)鍵的工藝設(shè)備布置在較高潔凈度或溫濕度控制區(qū)域內(nèi)(比如潔凈隧道和微環(huán)境)是集成電路制造潔凈廠房的設(shè)計(jì)趨勢(shì)。

MAU是潔凈系統(tǒng)運(yùn)行成本最高的部分，因此在設(shè)計(jì)上可以考慮通過(guò)熱回收進(jìn)行節(jié)能。夏季可以利用新風(fēng)空調(diào)的預(yù)熱盤(pán)管將熱回收到再熱盤(pán)管，節(jié)省熱水用量；采用噴淋室加濕設(shè)計(jì)，可以減少熱損失，且可以穩(wěn)定而高效地去除新風(fēng)中的AMC，延長(zhǎng)化學(xué)過(guò)濾器壽命。在運(yùn)行上要有效控制工藝排風(fēng)量以降低新風(fēng)用量，降低MAU送風(fēng)溫度，減少加熱量和潔凈室內(nèi)冷負(fù)荷。

集成電路制造是高能耗的產(chǎn)業(yè)，而潔凈空調(diào)系統(tǒng)的能耗則占其中的30%以上，因此節(jié)能安全的潔凈室設(shè)計(jì)和各種熱能回收設(shè)計(jì)將是未來(lái)的發(fā)展方向。

隨著集成電路制造技術(shù)的不斷升級(jí)，主流大廠已經(jīng)進(jìn)入了納米時(shí)代，集成電路制造潔凈廠房的設(shè)計(jì)建造和節(jié)能創(chuàng)新也需要不斷提升，為先進(jìn)制程產(chǎn)品生產(chǎn)提供保障。