电子制造进入低成本高品质时代 洁净技术亟待优化

随着电子技术的发展,对洁净技术提出新的要求.有效降低洁净室建设/运营成本,减少能耗是洁净设计技术的发展目标。

洁净室系统的设计与施工是电子信息产品制造过程中的重要环节，尤其是对于超大规模集成电路、高世代TFT-LCD而言，洁净室系统设计及建造的水平不仅决定了工厂运营成本的高低，而且还决定了产品质量和可靠性的高低。在满足生产需求及确保生产安全的前提下，如何科学地进行洁净室系统的设计与施工，以降低建设投资和运行费用，是摆在我国企业面前的重要课题。今年7月1日，《电子工业洁净厂房设计规范》(GB50472)正式实施，这是我国专门针对电子工业领域的洁净厂房设计推出的第一个国家标准，它将帮助企业优化洁净室的设计与建造。

洁净室设计要降低能耗与成本

在我国，洁净厂房的能源消耗是相当大的。能源消耗主要用于生产设备用电和用热、净化空调系统的耗电/耗热和冷负荷、冷冻机组的耗电、排气装置的耗电和耗热、超纯水和气体的制取和输送以及公用设施和照明的用电等。为达到洁净室要求的空气洁净度等级，洁净室的循环风量很大。一般空调房间的每小时换气次数只需要几次，而洁净室每小时换气次数达到10次～600次。由于技术的原因，我国的洁净室在能耗方面又高于欧美发达国家。

“据不完全统计，洁净室的能耗是一般写字楼的10倍-30倍。我国的8英寸集成电路芯片制造厂，其洁净室单位面积能耗达到1.48千瓦/平方米～1.93千瓦/平方米，比美国同类型工厂高15%。”上海市室内环境净化协会秘书长王芳告诉《中国电子报》记者，“以上海某知名芯片厂为例，其全年耗电量的51%用于洁净室运行维护。如果能将这51%的能耗合理降低，对企业来说就意味着利润的增长。”

不仅如此，洁净室的建造费用也十分惊人。《电子工业洁净厂房设计规范》主要起草人之一、世源科技工程有限公司总工程师秦学礼在接受《中国电子报》记者采访时表示，ISO6级(相当于美国标准FS2091000级)洁净室单位面积建造成本约为3000元/平方米～4000元/平方米，而ISO4级(相当于美国标准FS20910级)洁净室单位面积建造成本则高达1万元/平方米。由于洁净室建设费用很高且不同洁净等级的建设费用相差较大，因此，在洁净室设计过程中，设计师不仅需要合理布置工艺设备以尽量减少洁净区的面积，而且也要针对不同的生产环节设置不同的洁净等级。目前，12英寸集成电路芯片制造工厂普遍采用“开放式洁净室加微环境”的方式，将芯片制造过程中对空气洁净度要求十分严格的硅片加工过程布置在1级-4级的微环境装置内，而开放式洁净室的洁净度等级只需5级-6级，这样就有效地降低了建设/运营投资以及能耗。

洁净室系统控制对象范围广

洁净室系统所控制的对象不仅是室内的空气洁净度，还包括在生产过程中与产品密切接触的水、气体和其他化学品。

在集成电路和TFT-LCD的生产过程中，硅片和玻璃基板的清洗需要大量的超纯水。《电子工业洁净厂房设计规范》主要起草人之一李锦生告诉《中国电子报》记者，电阻率是衡量超纯水纯度的重要指标。超纯水的电阻率越高，其纯度也就越高。一般来讲，在25℃时，理论纯水的电阻率是18.24MΩ·cm。据了解，当集成电路特征尺寸为0.18微米时，对超纯水的电阻率要求已经达到18.2MΩ·cm。而TFT-LCD对超纯水要求略低，但也要求电阻率在18MΩ·cm以上。据李锦生介绍，在超大规模集成电路生产过程中，清洗设备用水点的排水几乎全部可以回收，经回收处理后的水一部分可以作为冷却塔和废气洗涤塔的补水，另一部分可以与超纯水制备预处理系统的出水一起进入预处理水池，作为超纯水制备的补充水。目前，集成电路洁净厂房的超纯水回收率可以达到70%。

《电子工业洁净厂房设计规范》的条文说明显示，电子工业用高纯气体种类很多，高纯常用气体和特种气体达数十种。根据电子产品生产工艺要求和气源的品质，洁净厂房内常常设有不同类型的气体纯化装置，如电子产品生产工艺要求气体中杂质含量达到10-9时，即使管道供应或外购气瓶的气体纯度达99.99%或99.999%，也需要采用金属吸气剂法、低温吸附法或钯膜扩散法等气体纯化方法对气体进行提纯。

新国标满足设计新要求

随着工艺技术的提升，集成电路对生产环境洁净度的要求也越来越高。特征尺寸为45纳米的极大规模集成电路已于两年前投入商用。根据摩尔定律，32纳米产品将在今年投入商用。日前，英特尔还向业界展示了22纳米产品。《电子工业洁净厂房设计规范》主编、中国电子工程设计院前副总工程师陈霖新在接受《中国电子报》记者采访时表示，45纳米的极大规模集成电路的生产要求洁净室的空气洁净度为ISO1级或ISO2级，微粒粒径为30纳米。

集成电路和TFT-LCD洁净厂房的体积也不断增大。陈霖新表示，以微电子产品生产为代表的大面积、大空间、大体积的洁净厂房相继建成，并日渐增多。一个8英寸集成电路芯片生产用的洁净厂房，其洁净生产区面积可达数千平方米到1万平方米，厂房高度20米左右;第6代TFT-LCD生产用洁净厂房的洁净生产区面积达3万多平方米，厂房高度接近30米，其中仅洁净室(区)及其贯通的上下技术夹层的高度就可达15米～18米，而且TFT-LCD8代线，洁净厂房面积已接近9万平方米。

针对这些变化，在今年7月1日正式实施的《电子工业洁净厂房设计规范》(GB50472)在涉及化学分子污染物的控制，以及洁净建筑防火与疏散等方面做出了新的规定。