摘要：相较于其他工业厂房而言，集成电路厂房洁净室对温湿度、气态分子污染物的要求更为严格。为避免集成电路工业厂房洁净室在具体运行期间出现较多安全隐患问题，应做好洁净室温湿度及气体污染物控制系统的设计工作，制定出专项可行的空气处理以及温湿度保障对策，确保洁净室内温湿度、气态分子污染物参数始终处于稳定可靠状态。我们就针对此，本文以集成电路工业厂房洁净室形式为切入点，提出集成电路工业厂房洁净室空气处理及温湿度保障对策，制定控制洁净室内温湿度、气态分子污染物，以期为相关工作人员提供理论性帮助。

关键词：集成电路工业厂房;洁净室;温湿度;气态分子污染物

1、集成电路工业厂房洁净室布局形式

1.1从平面布置维度分析洁净室布局形式

当今，12寸集成电路工业厂房洁净室主要为开放式洁净室。洁净室采用开放式布局结构与工艺机台微环境相配合的手段[1]。开放式洁净室在具体设置期间的灵活性更为显著，空间布局更加合理，便于提升产能、系统扩充，可以更好适应集成电路工业发展。现阶段集成电路发展速度逐渐加快，12英寸集成电路工业厂房建造周期的设计及建造（EPC设计施工总承包）一般需要花费时间16～18个月，20～24个月可以实现机台串线及完成客户产品验证。

不同集成电路工业厂房洁净室对生产环境的要求存在一定差异。如部分洁净室晶圆暴露区通常洁净度等级要求为一级即Class1@0.1um，借助开放式洁净室及微环境，自动物料处理装置（AMHS小车自动搬运系统），确保在实际生产过程中操作人员及环境中污染物质能够与硅片有效隔离。在12寸集成电路工艺生产运行中，微环境设备是工艺机台自带，与开放式洁净室是完全脱离的。由于开放式布局，内部动力设施较少，动力设备均设置在主厂房一楼、屋面及专用能源动力站，切实提升建造效率。开放式洁净室及微环境还能够将集成电路工艺生产区域的温湿度、洁净度、气态分子污染物始终控制在标准范围内，满足集成电路制造对环境的要求。

洁净室送风断面风速值需要保持在合理范围之内，避免风速设置不合理，形成紊流，导致洁净室洁净度发生变化，同时环境中的温度也出现较大波动，影响到集成电路生产质量及效率。

1.2从送风系统维度分析洁净室形式

从送风系统角度分析，洁净室形式也可分为集中送风系统、隧道系统以及FFU系统三种类型。此三种送风机运行特征不同，实际适用范围存在较大差异。送风机选择应当结合集成电路工业厂房生产环境指标要求、设计人员设计侧重点等方面考量。就目前来看，FFU系统的实际应用范围日渐广阔。相较于其他系统而言，FFU系统的灵活性更为显著，能够更好应用在不同制程等级的集成电路工业厂房生产中。随着集成电路工业厂房洁净室等级要求日渐严格，FFU系统应用范围将进一步扩大。

集中送风系统在实际运行过程中的适用范围广，但在其升级与改造过程中其他设备需要停止运行。为切实保障集成电路工业厂房洁净室局部的洁净等级，应当在洁净室的顶部配备过滤设施以及循环机组，进一步提升了实际改造期间的难度，长期效率造成严重不利影响。而通过使用FFU系统，在局部增加FFU系统设备，能够在不停产的情况下实现送风系统的升级与改造工作。

不仅如此，相较于集中送风系统而言，FFU送风系统在实际运行期间存在的各区域空气交叉现象较少，确保洁净室中温湿度控制要求能够得到根本上满足。现有控制技术体系日渐成熟，FFU系统能够更好实现单台控制目标，要求设备运行期间的出风速度需要处于适宜范围之内，通过合理控制参数值，确保集成工业厂房洁净室中的气体流动不均匀问题能够得到根本上解决，使洁净室送风工作高质高效开展。

当前12寸集成电路项目会设置一处包装区和光罩区，这些区域是晶圆暴露在空气中的区域，洁净等级达到一级Class1@0.1um。这就要求此区域与周边洁净区域进行严格物理隔离，并保证良好的密封性，使循环气流完全独立。架空地板下方、回风夹道内、洁净室房间、吊顶上方静压箱内均采用壁板进行隔断。此洁净区空气质量不受周边区域影响。洁净室空调气流组织采用垂直单向流，空气经吊顶FFU过滤后垂直送入房间，再经开孔地板回至回风夹道，避免房间内产生死角。洁净度为吊顶内一级Class1@0.1um，100%安装FFU并配置U17超高效过滤器，地板满铺开孔率50%的高架地板，并满足房间内必要的断面风速，充分去除颗粒物，以便满足洁净度对应的允许颗粒物浓度。合理均匀布置回风夹道和干盘管，其位置和数量满足控制架空地板下方、回风夹道内断面风速的要求，从而使FFU吸风、送风均匀、回风气流均匀，颗粒物浓度、温湿度整体均匀合理。

2、集成电路工业厂房洁净室空气处理以及温湿度保障对策

集成电路工业厂房具有制程线宽不断缩小、温湿度精度要求高等特征，如温度精度需要控制在22±0.3～1℃之间、湿度精度需要控制在45%±3～±5之间。高精度集成电路厂房洁净室内一般均配备了新风机组MAU+干盘管DCC+风机单元FFU送风系统，在下夹层或上静压箱内部设置单表冷装置（干盘管DCC）。洁净室中的相对湿度应当由新风机（MAU）系统控制、温度应当由干盘管DCC控制。

2.1新风处理系统保障对策

新风机处理机组是集中新风处理系统，主要是去除室外空气中的灰尘颗粒和有毒有害气状物，同时对送入洁净室的新风进行集中处理，以达到洁净室所需的具有温湿度和洁净度的补充空气（补充的新风主要平衡工艺排气，洁净室的湿度一般就是由MAU来控制）。根据室内正压压差计控制送入一定量的新风，以维持洁净厂房的正压值。内部设计了初级、中级及高级三级过滤装置，在滤网两侧通常安装压差开关警示，以实现过滤网的污染情况进行提示何时更换，当过滤网两侧压力差值超过既定设定值，会在FMCS控制中心进行报警提示更换滤网。三级过滤装置将有效去除空气中杂质以及灰尘粒子，为从根本上保障集成电路工业厂房洁净室适度控制精准性，需要灵活配置高效过滤装置，进一步延长洁净室内高效过滤器的使用寿命及过滤装置的运行寿命。新风处理系统内部还需要设置化学过滤装置，确保空气中能够对集成电路运行安全性造成严重影响的污染物质被有效清除。结合集成电路工业厂房实际运行要求以及运行现场空气质量特征，选择适宜的化学过滤器种类[3]。使用新风处理技术期间，还需要配备表冷及加热装置、水洗或湿膜加湿器等，确保新风处理机组能够始终处于安全高效的运行状态。新风机组出口的露点温度需要结合对应送风区域的温度及相对湿度。

洁净室的湿度一般是由新风机组进行控制，新风机组主要由新风段、初中效段、预热段、预冷段、水洗加湿段、再冷段、再热段、高效过滤器段、出风段组成。其中初效过滤器，一般是采用钢格栅可冲洗式初效过滤器，初效过滤器可拆卸清洗，风量损失为10%，过滤颗粒效率为80%。新风机组的送至洁净室内的空气湿度、温度是通过两级冷热盘管及水洗加湿段控制的。自控系统通常抓取室外温度、湿度、露点温度，采用串级控制来保证洁净室的空气工况。连续设置环节需要严格控制露点温度，借助露点温度值对加湿器以及表冷装置的运行参数进行灵活调控，使湿度能够实现如何控制目标。

虽然新风机组系统运行期间的优点较多，但是在室外环境温度较低的情况下管控新风集中处理系统，应当加强各构件的防冻管控力度，在北方地区集成电路工厂新风机组增设预热盘管，新风进气口设置温度监控联动进风阀门，以免盘管冻坏。

2.2循环风处理及温度保障措施

在集成电路厂房洁净室需要使用FFU送风装置。在室内空气经过干盘管DCC冷却处理后，与新风系统中的气体在静压箱层混合在一起。利用送风系统中的送风过滤功能、加压处理功能，使处理后的气体送入到洁净室内。在洁净式循环风处理系统运行时，循环风处理系统还会在表冷装置处设置夹层，确保新风系统与回风系统能够保持协调运行。借助干盘管冷却后，利用FFU送风装置，对系统进行统一加压过滤，送入到洁净室中。干盘管应当着重管控洁净室中的热负荷值，结合洁净室内温度值控制对应区域的房间温度。在循环风处理及温度保障工作开展过程中。细致分析集成电路工业厂房洁净室中的湿度影响因素以及空气侧阻力条件，使干表冷装置始终处于正常运行状态。干盘管中的冷却水温度应当结合室内湿负荷度、室内空气漏点温度值确定。如集成电路厂房中因工业生产要求，所需设备发热量较小情况下，应当对干表冷装置中的温度、精度以及安全量进行严格评估。干表冷装置中的冷冻水需要使用以混水方式或换热方式控制。干表冷却装置断面风速不得过高（≤2.5m/s），确保换热效果和控制压损。

3、空气污染物质控制对策

随着集成电路工业厂房洁净室建设规模进一步扩大，洁净室中的加工特征尺寸日渐细化，如何去除空气中分子及污染物质已然成为相关生产企业重点课题。现阶段相关研究部门对集成电路生产中的空气污染物质危害的允许程度进行了全面分析预测，发现空气中部分金属离子会破坏集成电路生产构件中的绝缘层，导致设备出现漏电问题。其中的氮氧化合物、二氧化硫、有机物及臭氧等物质也会研发生产装置电路缺陷问题，应当着重关注空气中污染物质的去除工作。

通过分析集成电路工业厂房洁净室运行要求，发现空气中污染物质主要是由室外侵入、洁净室材料挥发、生产工艺使用的气体化学品逸散等。由于项目建设周期较短，往往在项目建造过程中就要对气态分子污染物进行控制。如：挥发性材料选材控制，控制材料持续性挥发的衰减周期;尽早开启MAU新风机组进行正压送风建立洁净室正压环境，将气态分子污染物随着气流方向向外部扩散，开启排风设施配合新风机组正压送风，使洁净室内加大压力差，加快气态分子污染物流动，要求极高的光刻区提前安装临时化学过滤器。

室外入侵空气污染物质与洁净室空间的气密性密切相关。为防止周围环境分子级污染物质渗入至洁净室内，还需要选择适宜位置设置新风入口，要求新风入口应当尽量远离排风口与其他污染源。比如多数12寸集成电路工业厂房项目新风机组的进风口设置在屋面，工艺排气系统的烟囱也是设置在支持区屋面，两者的距离往往较近，此时就需要CFD计算流体动力学软件进行模拟，以免发生交叉污染。

总结：总而言之，集成电路工业厂房洁净室温湿度、气态分子污染物控制工作需要设计、建造阶段对工艺指标进行设计并模拟验证，运行过程中引进先进控制技术、丰富在线监测手段，结合现行工业生产对洁净室空气指标要求，不断优化洁净室内温湿度控制系统方案，从根本上提升洁净室运行期间的灵活性、安全性及可靠性，确保集成电路工业厂房洁净室的温湿度、气态分子污染物控制始终满足工艺生产指标。

[1]蒋乃军. 关于电子厂房洁净室HVAC系统施工技术浅析[J]. 洁净与空调技术，2021（01）：67-69.

[2]安志聪. 电子工业洁净厂房净化空调自控系统设计[J]. 建筑电气，2021，40（09）：47-53.

[3]宋业浩. 某洁净厂房气流组织的流场研究[D].河北工程大学，2020.