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[导读]集成电路(IC)制造洁净厂房是满足半导体制造工艺需求的洁净室,该洁净室对环境洁净度、温湿度、振动、ESD(静电控制)、AMC(气态分子级污染物)控制等都有一定的要求。相对于其他工业洁净室,集成电路制造洁净室有面积大

集成电路(IC)制造洁净厂房是满足半导体制造工艺需求的洁净室,该洁净室对环境洁净度、温湿度、振动、ESD(静电控制)、AMC(气态分子级污染物)控制等都有一定的要求。相对于其他工业洁净室,集成电路制造洁净室有面积大、洁净等级高、温湿度控制精度高等特点。

FFU系统已成主流方案

根据洁净室空气循环特点可以将洁净室分为三种类型:循环空调机配合高效送风口系统、循环风机配合湿式密封系统和FFU(风机过滤单元)循环系统。

第一种形式在小规模低等级要求的洁净室设计中被广泛应用,对于大面积高等级的洁净室则存在运行成本过高、占用空间过大等缺点。

第二种形式的设计可以满足集成电路制造洁净室大面积高等级的要求,但运行成本较高,并且洁净室风速、风量调节困难,系统升级改造困难,因此操作灵活性很低。

第三种的FFU循环系统不仅节省运行空间、洁净度安全性高、运行成本低,而且操作灵活性很高,可以在不影响生产的情况下随时进行系统升级和调整,这些都能很好地满足半导体制造的需求,因此在半导体制造业FFU循环系统逐渐成为最主要的洁净设计方案。

FFU循环系统的特点是:整个洁净室由静压层、工艺层、工艺辅助层和回风通道组成,由FFU提供循环空气的动力,将新风、循环风混合后通过超高效过滤器送入工艺层和工艺辅助层,静压层相对于工艺层为负压。此外,还有生产辅助区为集成电路制造厂务设备区域,包括电力供应、气体和化学品供应、超纯水供应等。

AMC控制标准更加严格

集成电路制造对洁净室环境的控制有较为严格的要求。不同的工艺制程对洁净度的要求也各不相同,例如光刻要求在1级的微环境下,而化学机械研磨则只要求1000级的环境即可。

采用FFU系统的洁净室一般通过FFU的分布率来决定该洁净室的洁净等级,洁净室的正压通过新风量来控制,洁净室温湿度的控制是通过循环空气冷却系统(RCU)和新风空调系统(MAU)完成。

ESD也是半导体制造环境控制的重要内容,静电释放可能对产品和生产设备造成损害,还可能引起硅片表面尘粒吸附,影响产品的良率。静电消除要在洁净室设计上进行总体考虑,除了设备接地(包括洁净墙板和高架地板,办公设备等)外,还要采用防静电墙板、高架地板,人员要求穿着防静电的洁净服、洁净鞋。对存在ESD危害风险的设备和生产区域应安装静电消除器。

AMC是危害生产工艺并导致成品率降低的分子态化学物质。AMC会在半导体制造的栅底氧化、薄膜、多晶硅和硅化物形成、接触成型、光刻等多个关键工艺上造成各种危害,影响产品质量,是半导体制造面临的越来越严峻的问题,也是生产环境控制中亟待解决的问题。可以预见,随着半导体制造技术的发展,对AMC的控制标准将越来越严格,而单一的采用化学过滤器去除AMC的控制方法有许多条件限制,并且会大幅提高运行成本。因此应该从设计选址、设备选型、改进工艺流程等多方面加以考虑。

另外,集成电路制造洁净厂房对噪声、微振、照度等都有相关的规定和要求,尤其是振动的控制,在洁净室的建筑结构设计上就要有所要求。关键设备必须安装单独的防振基础。

洁净系统设计突出节能理念

好的洁净室设计不仅能节省能源、降低运行成本、降低人力投入,而且可以给生产提供安全可靠的保证。在3种洁净系统中,FFU循环系统运行成本最低,洁净度安全性最高,因此集成电路洁净厂房多采用FFU循环系统。而洁净度要求越高,温湿度控制精度越高则洁净室投资和运行成本越高,因此在大环境洁净度或温湿度要求相对较低的情况下,将一些关键的工艺设备布置在较高洁净度或温湿度控制区域内(比如洁净隧道和微环境)是集成电路制造洁净厂房的设计趋势。

MAU是洁净系统运行成本最高的部分,因此在设计上可以考虑通过热回收进行节能。夏季可以利用新风空调的预热盘管将热回收到再热盘管,节省热水用量;采用喷淋室加湿设计,可以减少热损失,且可以稳定而高效地去除新风中的AMC,延长化学过滤器寿命。在运行上要有效控制工艺排风量以降低新风用量,降低MAU送风温度,减少加热量和洁净室内冷负荷。

集成电路制造是高能耗的产业,而洁净空调系统的能耗则占其中的30%以上,因此节能安全的洁净室设计和各种热能回收设计将是未来的发展方向。

随着集成电路制造技术的不断升级,主流大厂已经进入了纳米时代,集成电路制造洁净厂房的设计建造和节能创新也需要不断提升,为先进制程产品生产提供保障。

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