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某半导体晶圆制造车间100级(ISO 5级)净化工程案例

本案例为国内半导体芯片企业建设的 100 级(对应 ISO 5 级)精密晶圆制造车间,总建筑面积 1200㎡,核心服务于 8 英寸晶圆的光刻、薄膜沉积、蚀刻等关键制程环节。项目严格遵循 ISO 14644-1(洁净室分级标准)、SEMI S2(半导体设备安全标准) 及 GB 50073-2013《洁净厂房设计规范》,采用文档提及的 SYSTEM SHILLING 洁净室类型,以 AHU(循环空调装置)、FFU(风机过滤单元)、Accessflow 多孔地板为核心系统,搭配防光刻胶曝光的黄灯照明,实现 “22℃±0.1℃、50%±2% RH” 的精准温湿度控制及≥0.5μm 微粒≤3520 粒 /m³ 的 100 级洁净要求,核心目标是减少微粒污染导致的晶圆缺陷,将芯片制造良率从改造前的 85% 提升至 92% 以上。

1. 功能分区:按 制程精度需求划分洁净等级

结合半导体晶圆制造 光刻 / 沉积 / 蚀刻需极致控微粒,辅助环节需保障流程合规的特性,划分 5 大功能区,100 级核心区全程采用文档指定的 Accessflow 多孔地板与 SYSTEM SHILLING 气流架构:

 

功能区域

核心生产 / 辅助功能

洁净度等级

关键设计要点(融合文档技术细节)

晶圆光刻区

8 英寸晶圆光刻图案转移(核心制程,需杜绝微粒)

100 级(ISO 5 级)

采用垂直单向流气流(文档中 天花板 FFU→室内地板多孔瓷砖循环),Accessflow 多孔地板覆盖率 100%(确保空气均匀下排),配备 H14 FFU(风机过滤单元,过滤效率≥99.995%),照明为文档提及的 黄灯系统(避免光刻胶受可见光曝光失效),温湿度控制精度达 22℃±0.1℃50%±1% RH

薄膜沉积区

晶圆表面沉积金属 / 介质薄膜(如 PECVD 工艺)

100 级(ISO 5 级)

天花板采用文档描述的 格栅固定安装,根据设备布局选择性安装 FFU(工艺设备上方满布 FFU,闲置区域装盲板挡空气),AHU(循环空调装置)持续输送恒温恒湿空气至天花板静压箱,维持天花板区域恒定压力(避免微粒沉降),Accessflow 地板与设备基座无缝密封(防漏风)

蚀刻区

晶圆多余材料蚀刻(干法 / 湿法蚀刻)

100 级(ISO 5 级)

湿法蚀刻区域增设局部排风(配合 AHU 循环),避免蚀刻液挥发污染空气;天花板 FFU 与蚀刻设备出风口错位布置,确保洁净空气优先覆盖晶圆操作面,Accessflow 地板下方设负压回风腔(加速污染空气排出地下室循环)

人员净化通道

人员进入洁净区的更衣、风淋、消毒

ISO 7 级(千级)

流程为 换鞋一次更衣洗手消毒二次更衣风淋(30s缓冲间,风淋室出风口配备中效过滤器(预处理空气),通道地面采用环氧树脂自流平(辅助 Accessflow 核心区的洁净隔离),温湿度与核心区联动控制(避免温差导致气流紊乱)

物料传递区

晶圆盒(FOUP)的消毒、传递

ISO 7 级(千级)

设双门互锁传递窗(带紫外线消毒 + FFU 局部过滤),FOUP 进入前经等离子消毒(杀灭表面微生物),传递区与核心区之间保持 5Pa 压差(空气从 100 级核心区流向传递区),地面铺设防静电地垫(配合 Accessflow 地板的防静电功能,避免静电损伤晶圆)

2. 核心净化系统:基于文档技术的全流程微粒控制

以文档提及的 空气循环架构”“核心设备为基础,补充半导体制程适配设计,形成闭环净化体系:

• 空气循环与过滤系统(严格遵循文档描述)

实现 地下室→AHU→天花板室内地板地下室的全流程循环,关键节点匹配半导体需求:

a. 空气预处理:地下室新风经 AHU(循环空调装置)处理,先通过初效(G4+ 中效(F8)过滤去除大颗粒,再经表冷器、加湿器精准控温湿(稳定 22℃50% RH),确保进入天花板的空气基础参数达标;

b. 终端过滤:天花板格栅上选择性安装 H14 FFU(核心制程区 FFU 覆盖率≥90%),洁净空气以 0.45m/s±20% 的风速垂直下压(符合 100 级单向流要求),颗粒物被 FFU 拦截后,洁净空气覆盖晶圆表面;

c. 回风与循环:室内污染空气(含制程产生的微量粉尘)通过 Accessflow 多孔地板的细孔逸出,进入地下室回风腔,经 AHU 再次过滤、控温湿后循环使用,新风补充量仅 15%(节能且维持洁净度稳定)。

• 系统密封与气压控制(文档核心技术落地)

文档提及 洁净室上方天花板安装系统密封,格栅固定 + 盲板 / FFU 选择性安装,针对半导体高密封需求优化:

◦ 天花板密封:格栅采用 304 不锈钢材质,与天花板龙骨焊接固定,接缝处用硅酮密封胶(耐温、防老化)密封;盲板与格栅接触面加装 EPDM 密封垫,FFU 与格栅采用液槽密封(漏过率≤0.01%),避免未过滤空气渗入;

◦ 气压控制:100 级核心区相对于 ISO 7 级辅助区保持 + 10Pa 压差,天花板静压箱压力稳定在 50Pa(确保 FFU 出风均匀),每个区域设电子压差传感器,超标时 AHU 自动调节风量(如核心区压差低则增大 FFU 风速)。

• 专项配套系统(文档黄灯 + 行业特性结合)

◦ 黄灯照明系统:文档明确提及 黄灯,因晶圆光刻环节使用的光刻胶对 400-500nm 可见光敏感,黄灯(波长 550-600nm)可避免光刻胶提前曝光,核心制程区全部采用 LED 黄灯(照度≥300lux,满足操作需求且无曝光风险);

◦ Accessflow 地板特性:该地板为多孔防静电材质(表面电阻 10^6-10^9Ω),既适配空气下排需求,又能释放晶圆搬运过程中产生的静电(避免静电吸附微粒或损伤芯片电路),地板安装时接缝处用导电胶密封(确保防静电连续性)。

3. 施工与验收关键要点(文档技术的实操落地)

• 核心施工规范

a. Accessflow 地板安装:先铺设防静电接地网,再按 逐块定位接缝密封平整度检测流程施工,地板与墙面、设备基座的接缝做 R5mm 圆弧处理(防积尘),安装后平整度误差≤2mm/2m(避免影响空气下排均匀性);

b. 天花板系统安装:格栅安装前先做水平校准(误差≤1mm/2m),FFU 安装后需单独做 PAO 气溶胶检漏(确保过滤效率),盲板安装后用压力传感器检测局部密封性(无气压泄漏为合格);

c. AHU FFU 联动调试:先调试 AHU 的温湿度控制精度(连续 24 小时监测,波动≤±0.1℃/±2% RH),再联动 FFU 调节风速,确保核心区气流速度稳定在 0.45m/s(用热线风速仪逐点检测)。

• 合规验收标准(结合文档与半导体行业要求)

a. 洁净度检测:用激光粒子计数器检测≥0.5μm≥5μm 微粒浓度,100 级核心区需满足≥0.5μm≤3520 /m³≥5μm≤29 /m³(符合 ISO 5 级标准),检测点覆盖 FFU 正下方、设备操作面、地板上方 1m 处;

b. 系统密封检测:对天花板 FFU / 盲板、Accessflow 地板接缝做 PAO 检漏,漏过率≤0.01%;对 AHU 风管、回风腔做漏风测试,漏风率≤2%

c. 制程适配验证:模拟晶圆光刻制程,连续 72 小时监测核心区温湿度波动、微粒浓度,同步记录晶圆良率(验证洁净度对良率的提升效果)。

4. 运行成效

• 洁净度稳定性:投用后连续 12 个月监测,100 级核心区≥0.5μm 微粒浓度稳定在 1200-3200 /m³,温湿度波动≤±0.1℃/±1% RH,无一次洁净度超标;

• 制程良率提升:客户 8 英寸晶圆光刻环节的缺陷率从改造前的 15 / 片降至 5 / 片以下,整体芯片制造良率从 85% 提升至 92.3%

• 能耗优化:因采用 AHU 循环风 + FFU 分区控制,车间能耗较传统全新风系统降低 28%Accessflow 地板的防静电设计使静电损伤事故发生率降为 0

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