科學技術不斷更新迭代,高科技產品層出不窮,其中電子工業的發展尤其是集成電路的發展更是日新月異,基本上兩三年就會更新一代。TFT-LCD 的發展速度更快,一二年就上一個臺階:北京京東方TFT-LCD薄膜體管液晶顯示器5代線(基板尺寸1100 mm×1300mm)剛投產,即開始建設合肥京東方 6 代線(基板尺寸1500 mm × 1850 mm);不到 2 年又開始北京京東方8.5 代線(基板尺寸 2200 mm × 2500mm)的建設。目前中電熊貓正規劃 TFT-LCD 10代線(基板尺寸 2889 mm × 3130 mm)的建設。
如此迅猛的特點和行業發展速度,要求半導體凈化車間潔凈室必須能適應其發展速度,有極好的靈活性和適應性,以滿足微電子、光電子等生產工藝不斷發展進步的要求。建造一個潔凈廠房投入成本高,使用時間長,不是一二年就會拆掉重建。我們可以用TFT-LCD潔凈室的建造費用來舉例,一般來說,優于 100 級(FS 209)單向流的凈化車間,其室內裝修(墻、頂、地、門、窗等)和空調凈化系統(包括制冷空調設備和管道配件、凈化設備和配件等)的初投資大約為人民幣 10000 元 /m2。再加上純水制備設備和系統管道,純氣發生和系統管道,廢水治理設備和管道,消防系統,供配電和自控系統,真空清掃系統等等,其單位面積的建造投資費用高達 25000~30000 元 /m2。
因此,在半導體凈化車間設計與建造時必須考慮到生產工藝流程的不斷發展和變化,留出發展空間和可改造余地,使芯片潔凈室具備更好的適應性和靈活性,避免出現重復建設和大規模浪費。
對于半導體凈化車間工程行業來說,在施工過程中,或者是在半導體凈化車間使用過程中,都會因為生產工藝流程的改變引起的氣流組織、設備容量等方面的變化而導致設計的改變,而這種變更需要在前期設計時預留好變更的空間,否則將會為后期的改變埋下隱患。
半導體集成電路生產環境規定的空氣潔凈度等級主要取決于半導體集成電路的集成度,不同的工序的空氣潔凈度等級是依據將會污染的概率和對元器件的潛在故障確定的。
例如在半導體集成電路生產的光刻工序中,硅片露出在生產環境中,污染概率很高時元器件的廢品率也會很高,所以為避免出現這種傷害,現階段在超大規模半導體集成電路的潔凈廠房中一般選用微環境,把加工工藝核心區隔離,在微環境的隔離區內做到所規定的空氣潔凈度等級和環境控制規定(M度、相對濕度、壓力)。工作區域是由人和/或自動處理設備對晶片開展加工的區域,為保障作業區域內產品免被污染,一般選用單向流或微環境把人和露出的產品隔離。公共設施區是設定晶片生產設備無操作人員的接口部分,此區域內所開展的作業通常不露出于生產環境中。工作區域與公共設施區通常是緊鄰布局。服務區是既無產品又無生產設備的區域,一般接近工作區域和公共設施區。
實際上,現階段國內外的集成電路制造公司、廠家按各自生產的產品品種、選用的生產工藝技術、生產設備、生產用原輔料以及潔凈室的實踐經驗等經濟地確定集成電路潔凈廠房各工序(房間)規定的空氣潔凈度等級。據了解,各集成電路制造公司、廠家在設計建造集成電路車間凈化工程的潔凈廠房時選用的空氣潔凈度等級、潔凈室的平面和空間布局、空氣凈化系統、潔凈室建筑等方面的技術方案、技術措施均各具特色、不盡相同。
空氣中的微粒在光的照射下會發生散射,這種現象叫光散射。光散射和微粒大小、光波波長、微粒折射率及微粒對光的吸收特性等因素有關。但是就散射光強度和微粒大小而言,有一個基本規律,就是微粒散射光的強度隨微粒的表面積增加而增大。這樣只要測定散射光的強度就可推知微粒的大小,就是光散射式粒子計數器的基本原理。
半導體凈化車間的先導步驟:
作為半導體凈化車間設計的先導步驟,工藝設計需要在滿足電子產品生產要求的前提下合理進行無塵室廠房的裝修工程生產設備布局,合理確定各種公用動力設施的技術參數,做到能量消耗少、運行費用低、生產效率高和建設投資少;同時,還需要合理進行人流路線、物料運輸和倉儲設施的配置和布置,滿足電子產品無塵室廠房的裝修工程生產要求和產品生產工藝要求;此外,還應該盡可能提升生產設備的自動化水平和物料運輸的自動化水平,在經濟、實用、安全可靠的條件下提高生產效率。
生產設備的平面布局也是半導體凈化車間裝修工程工藝設計的重要內容。電子無塵廠房形式一般有隧道式(或稱港灣式)、開放式、島形布置等。據調查表明,集成電路芯片制造用無塵室廠房的裝修工程一般采用隧道式和開放式,其中隧道式潔凈室主要用于5英寸、6英寸芯片制造廠,生產設備橫跨潔凈生產區和設備維護區,潔凈生產區對潔凈度要求嚴格,而設備維護區的空氣潔凈度等級相對較低。
半導體凈化車間的特點:
潔凈度等級要求高,風量、溫度、濕度、壓差、設備排風按需受控,照度、潔凈室截面風速按設計或規范受控,另外該類潔凈室對靜電要求極其嚴格。其中對濕度的要求尤甚。因為過于干燥的廠房內極易產生靜電,造成CMOS集成損壞。一般來說,電子廠房的溫度應控制在22℃左右,相對濕度控制在50-60%之間(特殊潔凈車間有相關溫濕度規定)。 這時可有效地消除靜電,并使人也感覺舒適。
半導體車間凈化工程無塵車間施工的要求:
芯片生產車間無塵室、集成電路無塵車間潔凈室和磁盤制造車間是屬于電子制造行業潔凈室的重要組成部分,由于電子產品在制造、生產過程中對室內空氣環境和品質的要求極為嚴格,主要以控制微粒和浮塵為主要對象,同時還對其環境的溫濕度、新鮮空氣量、噪聲等作出了嚴格的規定。
1、電子制造廠萬級潔凈室內的噪聲級(空態):不應大于65dB(A)
2、電子制造廠潔凈室垂直流潔凈室滿布比不應小于60%,水平單向流潔凈室不應小于40%,否則就是局部單向流了。
3、電子制造廠潔凈室與室外的靜壓差不應小于10Pa,不同空氣潔凈度的潔凈區與非潔凈區之間的靜壓差不應小于5Pa
4、電子制造行業萬級潔凈室內的新鮮空氣量應取下列二項中的最大值:
5、補償室內排風量和保持室內正壓值所需的新鮮空氣量之和。
6、保證供給無塵車間潔凈室內每人每小時的新鮮空氣量不小于40m3。
7、電子制造行業潔凈室凈化空調系統加熱器,應設置新風,超溫斷電保護,若采用點加濕時應設置無水保護,寒冷地區,新風系統應設置防凍保護措施。
上文已經提及到,半導體凈化車間建造費用相當高,但昂貴的造價也未必保證潔凈室的百分百合格,在龐大的潔凈室系統和潔凈環境的設計和施工過程中,潛在的問題多,未能受控的污染源,譬如少量的微粒、輕微的氣流擾動、微小的震動都會導致整個潔凈室的環境失控。
半導體凈化車間需經過空態、靜態和動態的驗收,任何一個環節都可能存在風險,同時,在工廠正式運作后,潔凈室出現問題的可能也很大。因此,半導體凈化車間工程行業企業面臨巨大的技術風險,以及后續潔凈室運行、維護和調試、檢測的壓力。因此,想要建設和維護合格的半導體凈化車間,一定要找優秀的工程公司進行承建。