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電子制造進(jìn)入高品質(zhì)時(shí)代——潔凈技術(shù)亟待優(yōu)化

隨著電子技術(shù)的發(fā)展,對(duì)潔凈技術(shù)提出新的要求.有效降低潔凈室建設(shè)/運(yùn)營成本,減少能耗是潔凈設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)。

潔凈室系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工是電子信息產(chǎn)品制造過程中的重要環(huán)節(jié)，尤其是對(duì)于超大規(guī)模集成電路、高世代TFT-LCD而言，潔凈室系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的水平不僅決定了工廠運(yùn)營成本的高低，而且還決定了產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性的高低。在滿足生產(chǎn)需求及確保生產(chǎn)安全的前提下，如何科學(xué)地進(jìn)行潔凈室系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工，以降低建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用，是擺在我國企業(yè)面前的重要課題。今年7月1日，《電子工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50472)正式實(shí)施，這是我國專門針對(duì)電子工業(yè)領(lǐng)域的潔凈廠房設(shè)計(jì)推出的*個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)，它將幫助企業(yè)優(yōu)化潔凈室的設(shè)計(jì)與建造。

潔凈室設(shè)計(jì)要降低能耗與成本

在我國，潔凈廠房的能源消耗是相當(dāng)大的。能源消耗主要用于生產(chǎn)設(shè)備用電和用熱、凈化空調(diào)系統(tǒng)的耗電/耗熱和冷負(fù)荷、冷凍機(jī)組的耗電、排氣裝置的耗電和耗熱、超純水和氣體的制取和輸送以及公用設(shè)施和照明的用電等。為達(dá)到潔凈室要求的空氣潔凈度等級(jí)，潔凈室的循環(huán)風(fēng)量很大。一般空調(diào)房間的每小時(shí)換氣次數(shù)只需要幾次，而潔凈室每小時(shí)換氣次數(shù)達(dá)到10次～600次。由于技術(shù)的原因，我國的潔凈室在能耗方面又高于歐美發(fā)達(dá)國家。

“據(jù)不*統(tǒng)計(jì)，潔凈室的能耗是一般寫字樓的10倍-30倍。我國的8英寸集成電路芯片制造廠，其潔凈室單位面積能耗達(dá)到1.48千瓦/平方米～1.93千瓦/平方米，比美國同類型工廠高15%。”上海市室內(nèi)環(huán)境凈化協(xié)會(huì)秘書長王芳告訴《中國電子報(bào)》記者，“以上海某芯片廠為例，其全年耗電量的51%用于潔凈室運(yùn)行維護(hù)。如果能將這51%的能耗合理降低，對(duì)企業(yè)來說就意味著利潤的增長。

不僅如此，潔凈室的建造費(fèi)用也十分驚人?！峨娮庸I(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》主要起草人之一、世源科技工程有限公司總工程師秦學(xué)禮在接受《中國電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示，ISO6級(jí)(相當(dāng)于美國標(biāo)準(zhǔn)FS2091000級(jí))潔凈室單位面積建造成本約為3000元/平方米～4000元/平方米，而ISO4級(jí)(相當(dāng)于美國標(biāo)準(zhǔn)FS20910級(jí))潔凈室單位面積建造成本則高達(dá)1萬元/平方米。由于潔凈室建設(shè)費(fèi)用很高且不同潔凈等級(jí)的建設(shè)費(fèi)用相差較大，因此，在潔凈室設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)師不僅需要合理布置工藝設(shè)備以盡量減少潔凈區(qū)的面積，而且也要針對(duì)不同的生產(chǎn)環(huán)節(jié)設(shè)置不同的潔凈等級(jí)。目前，12英寸集成電路芯片制造工廠普遍采用“開放式潔凈室加微環(huán)境”的方式，將芯片制造過程中對(duì)空氣潔凈度要求十分嚴(yán)格的硅片加工過程布置在1級(jí)-4級(jí)的微環(huán)境裝置內(nèi)，而開放式潔凈室的潔凈度等級(jí)只需5級(jí)-6級(jí)，這樣就有效地降低了建設(shè)/運(yùn)營投資以及能耗。

潔凈室系統(tǒng)控制對(duì)象范圍廣

潔凈室系統(tǒng)所控制的對(duì)象不僅是室內(nèi)的空氣潔凈度，還包括在生產(chǎn)過程中與產(chǎn)品密切接觸的水、氣體和其他化學(xué)品。

在集成電路和TFT-LCD的生產(chǎn)過程中，硅片和玻璃基板的清洗需要大量的超純水?！峨娮庸I(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》主要起草人之一李錦生告訴《中國電子報(bào)》記者，電阻率是衡量超純水純度的重要指標(biāo)。超純水的電阻率越高，其純度也就越高。

一般來講，在25℃時(shí)，理論純水的電阻率是18.24MΩ•cm。據(jù)了解，當(dāng)集成電路特征尺寸為0.18微米時(shí)，對(duì)超純水的電阻率要求已經(jīng)達(dá)到18.2MΩ•cm。而TFT-LCD對(duì)超純水要求略低，但也要求電阻率在18MΩ•cm以上。據(jù)李錦生介紹，在超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)過程中，清洗設(shè)備用水點(diǎn)的排水幾乎全部可以回收，經(jīng)回收處理后的水一部分可以作為冷卻塔和廢氣洗滌塔的補(bǔ)水，另一部分可以與超純水制備預(yù)處理系統(tǒng)的出水一起進(jìn)入預(yù)處理水池，作為超純水制備的補(bǔ)充水。目前，集成電路潔凈廠房的超純水回收率可以達(dá)到70%。

《電子工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》的條文說明顯示，電子工業(yè)用高純氣體種類很多，高純常用氣體和特種氣體達(dá)數(shù)十種。根據(jù)電子產(chǎn)品生產(chǎn)工藝要求和氣源的品質(zhì)，潔凈廠房內(nèi)常常設(shè)有不同類型的氣體純化裝置，如電子產(chǎn)品生產(chǎn)工藝要求氣體中雜質(zhì)含量達(dá)到10-9時(shí)，即使管道供應(yīng)或外購氣瓶的氣體純度達(dá)99.99%或99.999%，也需要采用金屬吸氣劑法、低溫吸附法或鈀膜擴(kuò)散法等氣體純化方法對(duì)氣體進(jìn)行提純。

新國標(biāo)滿足設(shè)計(jì)新要求

隨著工藝技術(shù)的提升，集成電路對(duì)生產(chǎn)環(huán)境潔凈度的要求也越來越高。特征尺寸為45納米的極大規(guī)模集成電路已于兩年前投入商用。根據(jù)摩爾定律，32納米產(chǎn)品將在今年投入商用。日前，英特爾還向業(yè)界展示了22納米產(chǎn)品?！峨娮庸I(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》主編、中國電子工程設(shè)計(jì)院前副總工程師陳霖新在接受《中國電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示，45納米的極大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)要求潔凈室的空氣潔凈度為ISO1級(jí)或ISO2級(jí)，微粒粒徑為30納米。

集成電路和TFT-LCD潔凈廠房的體積也不斷增大。陳霖新表示，以微電子產(chǎn)品生產(chǎn)為代表的大面積、大空間、大體積的潔凈廠房相繼建成，并日漸增多。一個(gè)8英寸集成電路芯片生產(chǎn)用的潔凈廠房，其潔凈生產(chǎn)區(qū)面積可達(dá)數(shù)千平方米到1萬平方米，廠房高度20米左右；第6代TFT-LCD生產(chǎn)用潔凈廠房的潔凈生產(chǎn)區(qū)面積達(dá)3萬多平方米，廠房高度接近30米，其中僅潔凈室(區(qū))及其貫通的上下技術(shù)夾層的高度就可達(dá)15米～18米，而且TFT-LCD8代線，潔凈廠房面積已接近9萬平方米。

針對(duì)這些變化，在今年7月1日正式實(shí)施的《電子工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50472）在涉及化學(xué)分子污染物的控制，以及潔凈建筑防火與疏散等方面做出了新的規(guī)定。