集成电路芯片厂的无尘室空气过滤器选型分析.pdf

60 集成电路应用 第 40 卷 第 6 期（总第 357 期）2023 年 6 月Process and Fabrication工艺与制造册)表27.5-6，对过滤器滤速、过滤粒径、过滤效率、初阻力，都有相应限值规定。MAU空调机组粗中效过滤袋常采用玻璃纤维无纺布，高效过滤器常采用超细玻璃纤维；FFU单元式风机高效过滤器选用，无尘室低于ISO6级常采用超细玻璃纤维材质，无尘室高于ISO6级常采用PTFE材质。化学过滤器一般采用无纺布棉和活性炭颗粒材质。根据芯片厂工艺机台UM厂务需求，确定选用除酸、碱、有机等化学污染物对应功能的化学过滤器。2 空气过滤器的阻力选型设计MAU空调机组内粗中效过滤袋选型，其一般安装于负压段（风机进风侧），高效过滤器一般安装于正压段（风机出风侧），其粒径、阻力指标控制要求详见实用供热空调设计手册第二版(下册)表27.5-2。为降耗、循环洗涤使用，一般选用耐洗涤粗中效过滤袋，配压差自控，反馈达到初阻力2倍需清洗或更换。芯片厂无尘室MAU空调机组为全新风，粗中效过滤袋堵塞快，一般在机组进口侧安装卷绕式无纺布粗效过滤器预过滤，延长粗中效过滤袋使用寿命，减少清洗频率。无尘室FFU高效过滤器选型，在满足规范设计要求的风量需求基础上，需计算风机总静压。风机静压=沿程阻力+局部阻力。无尘室循环气流0 引言依据国标GB 50472-2008，电子工业洁净厂房设计规范3.1.13.1.3表3、表1、表2分析，随着大规模集成电路工艺发展，对无尘室洁净度等级需求越来越高，从起初ISO56级，到现在的ISO1级；对无尘室控制粒子直径需求越来越小，从起初0.125m，到现在的0.025m；对化学污染物含量控制越来越严格，如重金属原子控制从起初51010cm-2，到现在的2.5109cm-2。集成电路芯片厂Fab无尘室面积越来越大，一般有4104m2，有ISO1ISO6级等洁净度等级空气环境要求。维持无尘室洁净度等级、满足化学污染物控制指标，由MAU新风空调机组过滤+FFU单元式过滤机组循环过滤实现。MAU空调机组配置相应粗中高效过滤器、化学过滤器，无尘室FFU单元式过滤机组配置相应超高效过滤器、化学过滤器。综上，随着集成电路工艺发展越先进，为满足更严格洁净度等级、粒径、化学污染物含量等控制，对空气过滤器要求越来越高。过滤器选型设计尤为重要。1 空气过滤器的滤材和形式结构选型设计根据无尘室洁净度等级、先对过滤器的滤材、形式结构进行选型。常用各种过滤器滤材，形式及适用性，详见实用供热空调设计手册第二版(下作者简介：王伯圣，上海精泰机电系统工程有限公司；研究方向：集成电路制造的环境技术。收稿日期：2023-04-22；修回日期：2023-05-28。摘要：阐述集成电路芯片厂Fab无尘室空气含尘浓度、风量、大气含尘浓度、换气次数、过滤器效率参数，验证空气过滤器选型与洁净度等级的要求。探讨芯片厂化学过滤器选型设计指标的经验分享分析。关键词：集成电路制造，无尘室，过滤器效率。中图分类号：TN405 文章编号：1674-2583(2023)06-0060-02DOI：10.19339/j.issn.1674-2583.2023.06.023文献引用格式：王伯圣.集成电路芯片厂的无尘室空气过滤器选型分析J.集成电路应用,2023,40(06):60-61.集成电路芯片厂的无尘室空气过滤器选型分析王伯圣（上海精泰机电系统工程有限公司，上海 200136）Abstract This paper describes the parameters of air dust concentration,air volume,air dust concentration,air exchange rate,filter efficiency in Fab clean room of IC chip factory,and verifies the requirements of air filter selection and cleanliness level.Discuss the experience sharing analysis of chemical filter selection and design indicators of chip factory.Index Terms integrated circuit manufacturing,clean room,filter efficiency.Analysis of Air Filter Selection in Clean Room of IC Chip FactoryWANG Bosheng(Shanghai KEE Electromechanical System Engineering Co.,Ltd,China.)集成电路应用 第 40 卷 第 6 期（总第 357 期）2023 年 6 月 61Process and Fabrication 工艺与制造沿程阻力，如回风井道、华夫孔下技术支持区、FFU上静压箱层等；局部阻力含FFU预过滤无纺布及铝网、超高效过滤器、高架地板孔板、华夫孔、干盘管预过滤铝网、干盘管等。根据以上相关阻力参数累计，另加10%安全系数，风机静压计算值一般在150200Pa左右，依据规范终阻力限值，无尘室FFU单元式过滤机组最大总静压一般为300400Pa，依据环境变化相应调整计算基数。3 高效空气过滤器过滤效率选型设计分析半导体芯片厂各无尘室配置正确过滤效率的空气过滤器，决定洁净室洁净度等级。假设某Fab无尘室面积3 600m2，洁净度等级为ISO6级。MAU供新风量100 000CMH。吊顶上安装FFU单元式过滤风机500台，配套H14过滤器过滤效率为99.995%0.3m。需验证此过滤器是否满足洁净度等级为ISO6级。空气过滤器过滤选型设计分析，先理解ISO14644-1洁净室及洁净区空气中悬浮粒子洁净度等级表，详见GB 50073-2013，洁净厂房设计规范表3.0.1。如无尘室ISO6级，0.5m粒径最大浓度限制为3.52103PC/m3。按照常规做法，对ISO6级洁净室等级选型设计分析，一般选0.5m的粒子计算分析确认。本项目无尘室设计为ISO6级，如实用供热空调设计手册第二版(下册)表27.3-1内的数值是以m为单位的，换算成国标GBJ73-84内 class1 000：35 200/35.2=1 000颗/ft3（1m=35.2ft3）。0.5m的粒子数1 000PC/ft3。本项目选用的hepa为H14，过滤效率为99.995%0.3m。无尘室共安装500片Hepa，风量为2 200CMH/PCS，总风量为L=1.1106CMH，新风量为1105CMH。计算得换气次数K=52次，由计算公式：N=60G10-3+MK(1-S)(1-x)/K1-S(1-h)，其中N为室内含尘浓度。G为室内空气含尘浓度，按照电子厂房0.02人/m2确定，本项目取1104pc/mmin，见实用供热空调设计手册第二版(下册)表27.2-1洁净室单位容积发尘量计算图。M为大气浓度0.5m 计数浓度选取3105PC/L，见实用供热空调设计手册第二版(下册)表27.2-2不同计量方法所得大气尘浓度表。K为设计换气次数，根据洁净度等级ISO6级，选取55次。见GB 50472-2008，电子工业洁净厂房设计规范表7.2.3洁净送风量（静态）和气流流型表。S为回风比(1.1106-1105)/1.1106=90.9%；x为MAU初中高效过滤器效率，1-(1-1)(1-2)(1-3)，其中1=35%，2=85%，3=99.995%。h为FFU通路上过滤器效率，h=99.995%0.3m。无尘室室内含尘浓度N，即为11.043103pc/m=11 043pc/m35 200pc/m。综上计算分析结果，本项目空气过滤器选用99.995%0.3m符合ISO6级要求。4 化学过滤选型设计分析 化学污染物种浓度由无尘室生产工艺需求决定。要求控制的AMC种类及浓度与工艺过程及要求加工精度密切相关。例如集成电路12英寸芯片制造中Cu ECP区AMC控制指标限制：MA/MB等级，物种NH4+浓度5ppbv为合格范围，物种NH4+浓度7ppbv为不合格范围，中间的区域为警示控制范围。集成电路芯片厂对室外空气化学污染物种类指标有相关要求。详细参数依据工艺要求。集成电路芯片厂房采室外新风量大，有外气设计条件要求。12英寸厂化学污染物种一般设建议设计值、标准偏差值指标，如物种F-建议设计值0.1g/m3、0.13 ppb，其标准偏差值为0.04g/m3、0.05ppb；集成电路芯片厂对化学过滤器入口浓度有严格限值。室外新风经MAU空调机组水洗段除去部分化学污染物（当入口浓度为50100ppb时，对NH3的去除效率为90%99%，对SOX去除效率为85%95%，对NOx去除效率为35%45%），然后至化学过滤段处理。化学过滤器污染物种入口浓度有限值，例如12英寸Fab厂化学污染物种NO3-平均外气入口浓度15g/m3，峰值外气入口浓度100g/m3。集成电路芯片厂无尘室FFU过滤机组化学过滤器覆盖率指标分析。（1）例如芯片12英寸厂月产能3k，不同方案，根据不同的风险指标及裕度分析化学过滤器覆盖率设计值。方案一，风险性指标为100%，设计裕度可为0%，某些区域，但仍有某些区域会超过。ECP区化学过滤器覆盖率分别为除酸15%除碱25%除有机35%；方案二，风险性指标为90%，有可能某些区域污染物物种会超限值，设计裕度为10%。ECP区化学过滤器覆盖率分别为除酸15%除碱30%除有机40%；一般选用方案二，控制指标可靠经济。（2）无尘室FFU化学过滤器覆盖率设计，与产能密切相关，详细依据工艺要求。例如芯片12英寸厂，ETPM区风险性指标选为90%，月产能3k，化学过滤器覆盖率分别为除酸16%除碱20%除有机28%；月产能15k，化学过滤器覆盖率分别为除酸16%除碱20%除有机30%。综上分析，对化学过滤器选型设计须综合考量生产工艺、环境控制指标、外气条件、进口浓度、去除效率、覆盖率等指标。5 结语本文阐述芯片厂无尘室室内含尘浓度计算分析，验证空气过滤器的效率，探讨芯片厂化学过滤器的特性，芯片厂Fab无尘室的空气过滤器、化学过滤器设计和选型，由此提供案例参考。参考文献1 秦建东,李玲.集成电路制造的超洁净工程分析J.集成电路应用,2018,35(01):58-61.2 GB 50472-2008,电子工业洁净厂房设计规范S.2008.