對當前較被關(guān)心的問(wèn)題，如潔凈室的氣流速度的確定，FFU系統的應用及懸浮分子污染控制，進(jìn)行情況歸納和分析。

一.前言
潔凈室的氣流速度/換氣次數，一直是潔凈室設計中受到關(guān)注的問(wèn)題，隨著(zhù)潔凈室污染源的控制效果增加及末級過(guò)濾器效率的提高等，對有關(guān)規范、導則等提出的推薦或參考值是否偏于保守，已有不少討論；FFU在應用中人們擔心的噪音、損壞維修等問(wèn)題已在實(shí)踐中得到解決，隨著(zhù)FFU的不斷改進(jìn)，對是否采用FFU回風(fēng)系統也是個(gè)熱點(diǎn)：懸浮分子污染（AMC）的控制在微電子及IC工業(yè)中已日益提到日程上來(lái)，受到關(guān)注。以下對這些問(wèn)題的情況分別作歸納和分析。

二.氣流速度
2.1有關(guān)推薦或參考值的應用
潔凈室內一定潔凈度下氣流速度的確定，隨潔凈室用途等具體情況而異，它不僅受室內發(fā)塵量及過(guò)濾器效率還受其他因素影響，就工業(yè)潔凈室而言，影響潔凈度及選擇氣流速度的因素主要是：
(1)室內污染源：建筑物組件、人員數量及操作活動(dòng)、工藝設備、工藝材料及工藝加工本身等都是塵粒釋放源，根據具體情況而異，變化很大；
(2)室內氣流流型及分布：?jiǎn)蜗蛄饕缶鶆?、平等的流線(xiàn)，但會(huì )受到工藝設備布置和位置變動(dòng)及人員活動(dòng)情況等的干擾形成局部渦流；而非單向流要求充混合，避免死角及溫度分層；
(3)自?xún)魰r(shí)間（恢復時(shí)間）的控制要求：潔凈室中事故釋放或帶入污染物或空氣氣流的中斷或正常操作時(shí)的間歇性對流氣流或人及設備的移動(dòng)等都會(huì )造成潔凈度的惡化，恢復到原來(lái)潔凈度的自?xún)魰r(shí)間決定于氣流速度；對自?xún)魰r(shí)間的控制要求取決于此時(shí)間框架內（惡化的潔凈度下），對產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量及成品率影響的承受能力；
(4)末級過(guò)濾器的效率：在一定的室內發(fā)塵量下，可采用較高效率的過(guò)濾器以降低氣流速度；為節能應考慮采用較高效率的過(guò)濾器，并降低氣流速度，或采用較低效率的過(guò)濾器并采用較高的氣流速度，以求流量與阻力的乘積最??；
(5)經(jīng)濟性考慮：過(guò)大的氣流速度造成投資及運行費用的增加，合適的氣流速度為以上諸因素合理的綜合，過(guò)大往往不必要，亦不一定有效果；
(6)對潔凈度要求低的潔凈室，有時(shí)換氣次數決定于室內排熱的要求。
以上因素，皆很難量化，只能分析對比并估計。因此在工程應用中，對潔凈室的氣流速度往往參照有關(guān)規范、導則等的推薦或參考值，再按具體情況估計以上各影響因素進(jìn)行綜合考慮后確定。
氣流速度用于單向流潔凈室；非單向流潔凈室宜用換氣次數，因為其氣流速度難于測準；亦有用末級過(guò)濾滿(mǎn)布率來(lái)反映的，可用于各種氣流流型的潔凈室，一般滿(mǎn)布率100%相對于流速0.5m/s（100fpm），25%相對于0.125m/s（25fpm）。當前有關(guān)規范、導則等的推薦或參考值見(jiàn)表1。
注：1、ISO14644-4對于氣流速度/換氣次數是明確作為參考資料的，表中所列僅適用于微電子及IC工廠(chǎng)；對制藥廠(chǎng)只列ISO5級氣流速度>0.2m/s，對ISO6～8級皆未列出參考值。
2、（M）指混合流，N指非單向流；*指對污染源已采取有效的隔離措施的潔凈區。

    表1中有關(guān)氣流速度和換氣次數的推薦或參考值，應該說(shuō)是經(jīng)驗的反映。如ISO/DIS14664-4提出的數值皆明確適用于那類(lèi)潔凈室的；IEST的推薦值亦是被一些權威機構認為僅適用于半導體工廠(chǎng)。由于具體情況變化較大，有的經(jīng)驗值可能已不適合當前的室內塵源控制措施及過(guò)濾器效率提高的情況。
2.2對有關(guān)推薦或參考值的討論
近年來(lái)不少人通過(guò)實(shí)驗認為這些推薦或參考值過(guò)于保守，其論點(diǎn)可歸納為：
(1)潔凈室內氣流的橫向擴散只在甚低的流速下才有可能，單向流在合理的氣流組織下，流速0.05～0.1m/s就足夠帶走污染物，在此流速下亞微米粒子的擴散性能遠低于對流性能；而大于0.36m/s的氣流速度反而易千百萬(wàn)渦流，引起污染物的再卷入。因此，潔凈室的理想自?xún)魰r(shí)間Tr=體積/流率，到一定值后由于污染物的再卷入，再增大氣流速度，實(shí)際的Tr并不再有明顯的減少。
(2)末級過(guò)濾器的效率對潔凈度的影響是值得起注意的。有的氣流速度/換氣次數推薦或參考值對末級過(guò)濾器效率提高的因素往往沒(méi)作考慮。當前HEPA/ULPA的效率從99.67%、99.99%、99.999%、99.9995%直至8個(gè)9以上都可選擇。其效率對氣流速度的影響除以上已提及外，以下方面亦值得引起注意，在非單向流情況下，按衡釋原理的潔凈室內含塵濃度穩定公式可以得出：
(a)室內發(fā)塵量較高時(shí)，末級過(guò)濾器效率的變化對潔凈度影響甚微，因此在這種情況下，過(guò)高的過(guò)濾效率是無(wú)必要的。
(b)室內發(fā)生塵量較低的情況下，采用低的氣流速度下，末級過(guò)濾器效率的變速器變化，對潔凈度的影響增大。
以上情況可以引用的圖1a～1c看出。

作圖有關(guān)數據：
新風(fēng)進(jìn)末過(guò)濾器前的含塵濃度1.75×106個(gè)/m3
室內發(fā)生量:G1=350個(gè)/m3.min
G2=3500個(gè)/m3.min
G3=35000個(gè)/m3.min
G4=350000個(gè)/m3.min
新風(fēng)量對于全空氣量的比率0.03
當前有的IC工廠(chǎng)其ISO5級(0.3μm)的潔凈室，采用FFU系統,帶ULPA(99.9995%,0.12μm)，出口風(fēng)速為0.38m/s，其滿(mǎn)布率為25%，這樣室內平均氣流速度為0.095m/s，在各有關(guān)推薦或參考值的下限下。此潔凈室的工藝加工在微環(huán)境內潔凈室內的人員亦較少，可以認為潔凈室內發(fā)生較低，這種情況下采用低的氣流速度可能是可取的。
據報道，目前IEST對潔凈室內氣流速度推薦值的下限有所降低，如：
≤ISO5級：氣流速度0.2～0.5m/s；
ISO6級或5級（非單向流）；換氣次數＞200次/h；
ISO7級：換氣次數20～200次/h;
ISO8級：換氣次數2～20次/h;

三.FFU系統的應用
3.1當前FFU的情況
FFU在使用壽命及維護上已經(jīng)實(shí)踐證明無(wú)可擔心。當前其改進(jìn)主要是：
(1)采取均流及減少噪音的措施，噪音可在50db以?xún)?
(2)電動(dòng)機采用DC/EC（電子整流電機），以耗較原交流電機節約近50%，因為小風(fēng)機所用小容量（功率<1/2HP）的交流電機，一般皆為電容分相式或隱極式，其效率僅40%左右，而DC/EC電機的效率可達75～80%；在調速控制上可每臺單獨的以過(guò)濾器降壓進(jìn)行控制以節約能耗，但目前投資回收期尚長(cháng)而未廣泛采用，一般常用分組群控或全部群控。
(3)但FF瓣出口靜壓不能過(guò)大，一般采用出口風(fēng)速成0.38m/s，此時(shí)其靜壓一般在250Pa以?xún)取?
3.2FFU回風(fēng)系統與其他方式相比的優(yōu)點(diǎn)
3.2.1一般評價(jià)
優(yōu)點(diǎn)：
(1)靈活性大，便于改造；
(2)占用建筑物空間較少；
(3)潔凈室內空氣壓力大于回風(fēng)靜壓室，排除靜壓室對潔凈室污染的可能性。
缺點(diǎn)：
(1)要求回風(fēng)道全部阻力（包括多孔地板、格柵及風(fēng)道）、干表冷器阻力及末級過(guò)濾器的阻力（在初阻力時(shí)），總共應控制在165Pa左右，以滿(mǎn)足運行時(shí)最大阻力在250Pa以?xún)?。因此干表冷器的傳熱面積要較大，回風(fēng)道尺寸亦要較大，多孔地板及格柵等的阻力要小，一般作法是：控制干表冷器阻力在50Pa左右，回風(fēng)道阻力在15Pa以?xún)?，否則就需要再增設加壓風(fēng)機系統，這就是降低了FFU系統的綜合優(yōu)點(diǎn)。

(2)采用DC/EC電機后，單位風(fēng)量的能耗可能比當前一般大型離心風(fēng)機的集中系統為低，但已有研究指出，比采用改進(jìn)后的大型軸流風(fēng)機的回風(fēng)系統的能耗還是要高。因此需要注意大型軸流風(fēng)機的效率提高及其系統的阻力降低的因素。
(3)一般FFU系統由于單位風(fēng)量的能耗較大，因此潔凈室的冷負荷亦相應增加。
3.2.2具體情況下的評價(jià)
(1)FFU用于老建筑物改造成潔凈室時(shí)，其綜合經(jīng)濟性一般往往可取。
(2)潔凈度要求嚴的潔凈室，末級過(guò)濾器滿(mǎn)布率100%時(shí)，對大的系統采用FFU，當前還是不經(jīng)濟的；對小系統有意義作具體比較。
(3)對潔凈度要求不甚嚴的潔凈室，末級過(guò)濾器滿(mǎn)布率≤40%時(shí)對大系統綜合經(jīng)濟性往往相差不多，但對IC工廠(chǎng)而言FFU系統的靈活性是重要的，因此當前IC工廠(chǎng)對過(guò)濾器滿(mǎn)布率≤40%時(shí)，采用FFU系統已經(jīng)普遍。

四.懸浮分子污染（AMC）
4.1AMC的分類(lèi)及控制要求情況
AMC作為IC工廠(chǎng)所關(guān)心的問(wèn)題于20年前最先由日本人提出，近年來(lái)，IC生產(chǎn)園片直徑已達φ300mm，工藝加工尺寸（線(xiàn)寬）已小于0.15μm，在某些加工工序及工序間園片的傳送和存放環(huán)境中AMC已成為嚴重影響成品率的問(wèn)題，已被清楚的認識到，因此，AMC的控制已由談?wù)撧D到需要實(shí)施。
對于IC生產(chǎn)，AMC分為A、B、C、D四類(lèi)，即：
A——酸性物質(zhì)，如Hcl等；
B——堿性物質(zhì)，如NH3等；
C——沸點(diǎn)高于室溫能在光潔表面冷凝的物質(zhì)，主要是碳氫化合物，某些工藝加工環(huán)境中的水蒸汽亦需要考慮；
D——摻雜物質(zhì)，能為園片表面吸附或與表面相互反應的物質(zhì)，如砷、硼、磷等。
AMC對當前的IC生產(chǎn)其潛在的污染比粒子污染要廣泛多，粒子污染控制只要確定粒徑及個(gè)數，但對AMC控制而言，除了受芯片線(xiàn)寬的縮小而變化外，并受工藝、工藝設備、工藝材料及園片傳送系統等的影響，更有甚者用于某一工序的各種工藝材料（化學(xué)品、特種氣體等）在很多情況下其微量的分子對下一工序往往可能是污染物，而園片加工工序當前已多于300多個(gè)獨立工序，對AMC控制指標的確定更是復雜。因此，IC生產(chǎn)對AMC的控制，對不同的產(chǎn)品、不同的工藝、不同的工序及不同的工藝材料會(huì )有不同的要求，對各種污染物質(zhì)的要求當前總的說(shuō)法是控制在亞pptm～1000pptm間。
4.2AMC控制的實(shí)施情況
對線(xiàn)寬0.25μm的IC生產(chǎn)，一般已常在新風(fēng)處理中設活性炭過(guò)濾器；有關(guān)關(guān)鍵工序以及工序間園片的傳送及存放，有的生產(chǎn)廠(chǎng)采取了AMC控制，有的生產(chǎn)廠(chǎng)則并未進(jìn)行控制，主要在于經(jīng)濟效果的衡量上，有關(guān)具體控制要求及措施報道甚少見(jiàn)，可能是由于保密的原因，但一點(diǎn)可以肯定，只能在局部環(huán)境內進(jìn)行控制。
為滿(mǎn)足φ300mm園片，＜0.15mm線(xiàn)寬的加工要求，近年來(lái)對AMC控制，重點(diǎn)在以下三方面開(kāi)展工作：
(1)精確的測量技術(shù)及標準測試方法的建立。因為這是掌握AMC控制的基礎，必須先行；
(2)按今后IC的生產(chǎn)要求，生產(chǎn)線(xiàn)的設備采用微環(huán)境隔離，各設備間園片的傳送采用前開(kāi)式標準片盒（FOUPs）系統，對園片進(jìn)行隔離。因此，早已對設備、FOUPs系統及微環(huán)境所用的材料要求不釋放及吸附有關(guān)懸浮分子污染物的問(wèn)題以及對此污染物的去除措施進(jìn)行研發(fā)，并不斷改進(jìn)中；
(3)控制AMC的過(guò)濾器。
近年來(lái)尤其是近2～3年來(lái)，對控制AMC過(guò)濾器的開(kāi)發(fā)及推出有少進(jìn)展；
A.不釋放AMC物質(zhì)的HEPA/ULPA；
a.低硼超細玻璃纖維過(guò)濾器，現已在亞洲及歐洲的IC廠(chǎng)使用較多；
b.多孔聚四氟乙?。╡PTFE）過(guò)濾器，為薄膜結構，價(jià)格比a要高出十倍左右。目前使用尚不多，正在開(kāi)發(fā)下一代的。
B.化學(xué)過(guò)濾器
目前已推出的化學(xué)過(guò)濾器主要是：
a.活性炭過(guò)濾器，大多數是晶粒狀的，有盤(pán)片式、蜂窩式等；亦已有活性炭纖維過(guò)濾器，具有吸附速度快的特點(diǎn)，價(jià)格尚較高；還已有晶粒與纖維粘合的過(guò)濾器。
b無(wú)紡合成織物上浸漬各種功能晶粒（如活性炭、活性鋁，但主要是活性炭）以吸附AMC物質(zhì)。
至今，據報道，φ300mm園片加工除二條試驗生產(chǎn)線(xiàn)外，已有四條生產(chǎn)線(xiàn)（德國一條、美國一條、我國臺灣二條）開(kāi)始運轉，對AMC的控制情況，當然不詳，但潔凈室環(huán)境為ISO5～6級，對潔凈室設計較簡(jiǎn)單些?？梢钥吹?，今后IC生產(chǎn)，其生產(chǎn)環(huán)境的污染控制重點(diǎn)必然轉到工藝設備及園片傳、存放系統的研發(fā)及制造上.