集成电路洁净室设计案例

集成电路洁净室设计案例

由于集成电路工艺生产技术的特殊性，它对生产环境，如洁净度、温度、湿度都有严格的要求，这直接关系到晶圆产品的质量和寿命，必须严格控制在要求范围之内。在工程设计中，暖通空调专业担负着保证生产区洁净度等级和温度、湿度要求的使命。下面以国内某6英寸0.35微米集成电路生产线为例，简单介绍集成电路洁净厂房的设计。

　　该项目的洁净室在水平方向上采用了港湾式的布置方式。这种布置方式的优点是将工艺设备分为前、后区，前区为人员操作区(硅片暴露区)，后区为工艺设备接管区，前后区洁净度区分明显，真正影响产品质量的是前区。将前后区区分开后，洁净度要求高的区域的面积也会减少，以减少整个系统的循环风量，降低能耗及工程造价。根据ISO标准，该洁净室生产前区的洁净度等级为2.5级和3.5级，温度要求为±221℃，相对湿度要求为45%±5%;该洁净室生产后区的洁净度等级为6级和7级，温度要求为±223℃，相对湿度要求为30%-60%。

　　该项目的洁净室在垂直方向采用三层结构的布置方式(如图)，这也是大规模集成电路厂房常用的形式，即上层为洁净室的送风静压层，中间为洁净生产区，下层为回风层及支持区。

　　在工程上，人们利用室内空气的循环来保持生产区域内的洁净等级。空气在严格控制温度、湿度的前提下，经过过滤器之后进入洁净室内，而室内的空气则经回风系统“离开”洁净室，再经过滤器之后重新进入洁净室。与此同时，由于洁净室内必然会有风量损失，因此也需要补充一部分室外新风。

　　在本项目中，洁净室系统采用新风集中处理机组(MAU)+风机过滤单元(FFU)+干式冷盘管(DDC)的方式，其空气处理过程为：循环风经设置在一层的干式冷却盘管冷却后，进入上部送风静压箱，与处理后的新风混合，经FFU加压、过滤后送入生产区。

　　其中，MAU的主要作用是提供洁净室需求的新风，控制洁净室的湿度，同时通过变频调节来维持洁净室的正压环境;DDC主要承担洁净室的显热负荷;而FFU则过滤循环空气来满足洁净室的洁净度。这种方式与传统的循环送风方式相比有明显的优势，FFU具有灵活性，可适应工艺变化，当工艺发展需要提高空气洁净度级别时，采取增加FFU数量或更换更高效率的过滤器就可达到提高洁净度等级的目的。FFU采用负压密封使其简化而可靠，也就是说，洁净区内的空气压力大于送风静压箱内的空气压力，这就极大地降低了尘埃微粒通过缝隙进入洁净室的几率。此外，采取这种方式也可大大节省空调机房的面积。

　　由于集成电路芯片制造工艺的特殊性，在芯片生产的过程中，会产生各种废气，其中，酸碱废气来源于硅片清洗、炉管清洗、湿法刻蚀;工艺尾气来自离子注入、干法刻蚀、CVD、扩散、外延;有机废气来自光刻、去胶、显影等工序。在工程设计中，应针对排放气体的不同性质分别处理。

　　为补偿工艺排风和保持室内正压以及满足工作人员的新风需要，洁净区需送入一定量的新风，新风机组MAU采用变频风机，通过室内正压值控制风机的变频器，调节新风风量。新风管道的布置，尽可能地将新风均匀送入洁净室，并且在工艺设备发热较大的地方提供更多的新风，以减轻干式冷盘管的负担。

　　洁净室空调系统的设计是一个复杂的过程，以上的描述仅仅是对整个系统作一个简单的概述，而实际上还需要大量的计算来保证以上实施的有效性，除了围护结构、人员、照明的负荷计算外，还需要进行复杂的工艺设备冷热负荷计算、风量平衡计算以及大量的水力平衡计算来确保整个系统的均匀、平衡、合理。集成电路厂房的洁净室能源消耗大，投资大，如何在满足工艺需求的前提下，采用更合理的方案、更先进的技术来实现节约能源、减少工程造价，是我们今后设计中所面临的方向，也符合国家节能减排的政策要求。

　　集成电路洁净厂房剖面示意图