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集成电路半导体洁净车间设计

文章作者:杏盛平台  文章来源:杏盛注册本站  点击: 3735次  时间:2024-05-20 15:50:59


    随着时代的进步和科技的迅猛发展,我国电子产业呈现出蓬勃的发展态势,电子企业及其工厂如雨后春笋般涌现。为确保洁净车间设计与建造能够精准满足企业的实际需求,设计人员必须深入了解电力类产品生产工艺的独特特点,从而确保最终的设计方案能够充分满足厂房的洁净性要求。

半导体集成电路洁净车间图片

一、工艺流程及产品特殊性

    半导体产品工艺流程主要包括光刻、清洗、离子注入、镀膜等工序,晶粒虽小却经历了数道工序,且很多层结构都是纳米级别,且该产品一般用作电气原件,对于静电、灰层都比较敏感。

二、空调配置要求

    一般的机械加工在普通环境中就可以进行,因为加工分辨率在数十微米以上,远比日常环境的微尘颗粒大,但若是进入半导体器件或微细加工的世界,空间单位都是以微米、纳米计算, 因此若是微尘颗粒沾附在制作半导体器件的晶圆上,便有可能影响到器件内部精密导线布局, 造成电性短路或断路的严重后果,由于产品特殊性需要高的生产精密度,因此对生产环境的指标提出了新的要求。集成电路芯片厂房净化级别一般为百级、千级,局部可能要求十级, 封装车间相对要求会放宽一些,但一般也要做到千级、万级。

    洁净车间方案设计上,应根据各工序的工艺要求,分别采用不同等级的净化空调,层流和乱流洁净室以及运行班次或使用时间不同的洁净室等,其净化空气调节系统均宜分开设置。在满足生产要求的前提下,气流组织宜采用局部工作区空气净化和全室空气净化相结合的形式,相对比较节能,若部分生产用房使用特气较多或是存在泄漏事故风险,可根据规范要求考虑全新风系统。

    空调除了考虑净化要求外,尚需考虑温湿度的合理设置,温度一方面要考虑人员的舒适度, 另一方面要考虑机器设备的运行最适宜温度,湿度一方面要考虑避免湿度过大导致产品潮湿, 影响产品性能,另一方面又要满足防止湿度过小产生静电,常规的集成电路生产厂房会按照洁净室温度为20~26℃,湿度 40-65%,根据不同的工艺需求温度和湿度按照不同的工艺空调进行+-值设定设计指标。

三、防微振要求

    半导体器件不仅怕“尘”,同时也很畏“震”,“震”一下容易导致膜厚不一,影响电性能,因此在厂房设计的时候对部分工艺设备设备基础提出了防微振要求。

    光刻机等部分设备操作精度要求高,周围的震源对设备的正常工作都会产生影响,因此对此类设备的设备基础一般要进行相应处理,常规做法是对光刻机设备底下做独立基础与整个厂房的地坪脱开,防止厂房内余震影响设备精密度。

千级半导体洁净车间图片.jpg

四、生产配套动力品质要求

1、水

    半导体器件生产工艺对生产用水水质提出要求,一要防止水中粉粒污染晶圆,二则防止水中重金属离子如钾、钠离子污染晶体管结构 carrier channel,影响半导体组件的工作特性,晶圆生产水质一般要求18M纯水。部分工艺镀膜设备生长炉温度较高,需要将其内部热量及时排走,防止影响室内温度,造成室内闷热,部分设备会是使用冷却循环水进行及时将热量带走。工艺冷却循环水水质需要考虑当地水质情况,进行相应处理方可循环使用,常规的此类厂房的冷却循环水会考虑18℃。

2、 电

    硅集成电路芯片生产的工艺设备大多数为进口设备,进口电压可能是208/120V、380/220V 等,在洁净车间设计的时候应根据设备的实际需求,合理配置变压器。部分工艺设备根据业主的需求及设备自身的特点及断电后的损失确定是否设置不间断电源。照明问题上,光刻机光刻工序对紫外光比较敏感,常规光刻间的照明会采用白光,照度考虑 300lx。物料仓库考虑节能要求,一般考虑 100-200LX。

3、气

    半导体产品对所有用得到的气源,包括生长用气源及吹扫用气源,都会对提出品质要求,例如露点、纯度。集成电路晶圆厂房一般气体使用超纯气体,封装车间一般使用高纯气体即可。 对于压缩空气亦有相关规定,产品品质较高的环境一般会采用无油压缩空气,部分对氧气敏感的工序,企业亦会考虑用氮气来代替压缩空气使用。管道敷设上,干管应敷设在技术夹层、技术夹道内,氢气和氧气管道如敷设在技术夹层、 技术夹道内时,应采取良好的通风措施,集成电路芯片工序普遍需要引入特气,这些特殊气体应明敷,并应设置相应的气体泄漏报警。

4、 工艺总体平面布置

    集成电路洁净车间净化级别高、温湿度稳定性要求高,运行成本比较高,因此在平面设计上尽量考虑布置紧凑,可采用灰区、白区相结合方式,白区即生产操作区,晶圆会裸露在空气中, 因此对操作区的要求比较高,相对来说,灰区可设置净化级别低一些,可将设备放置在灰区, 灰区也可以作为白区的回风区,部分工艺灰区可不用额外增设过滤器。

    工艺平面布置时,要充分考虑人流、物流和设备流。集成电路厂房设计人流和物流要进行分流,人流经过换鞋、更衣、盥洗、风淋后进入净化走道再分流到各个车间;物流经过货淋后再进入各生产用房;设备流要考虑设备的拆装、吹扫及设备搬运通道设置。物流上,交叉比较多的生产用房居中布置,尽量减少往复路程。

万级半导体洁净车间图片

    综上所述,为确保电子集成电路半导体洁净车间的设计与建造能够充分满足企业的实际需求和生产工艺要求,设计人员必须全面考虑各种因素,从工艺流程、空调配置、防微振要求到生产配套动力品质要求等方面进行深入研究和分析。只有这样,才能确保最终的设计方案既符合企业的实际需求,又能够满足半导体产品生产的洁净性要求,为企业的生产和发展提供有力保障。


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