潔凈生產(chǎn)環(huán)境(潔凈廠房、潔凈室)先后使用過(guò)“無(wú)塵室”、“無(wú)窗廠房”、“密閉廠房”、“空氣懸浮粒子受控的房間”等概念。潔凈廠房的設(shè)計(jì)建造和使用應(yīng)做到不引入或少引入微粒,不產(chǎn)生或少產(chǎn)生微粒,不滯留或少滯留微粒。此外,潔凈廠房還對(duì)溫度、濕度、壓力等參數(shù)按產(chǎn)品生產(chǎn)要求進(jìn)行控制。而根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)要求需對(duì)潔凈室內(nèi)的氣流分布、氣流速度以及噪聲、振動(dòng)、靜電等進(jìn)行控制。
產(chǎn)品生產(chǎn)推動(dòng)潔凈技術(shù)演進(jìn)
國(guó)內(nèi)外潔凈技術(shù)的發(fā)展都是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品生產(chǎn)的更新?lián)Q代,特別是軍事工業(yè)、電子、航天和生物醫(yī)藥等工業(yè)的發(fā)展而不斷演進(jìn)的?，F(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品和現(xiàn)代科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)要求微型化、精密化、高純度、高質(zhì)量和高可靠性。以微型化為例,電子計(jì)算機(jī)從當(dāng)初放置在若干個(gè)房間內(nèi)龐大的機(jī)組發(fā)展到今天的便攜式筆記本。與此同時(shí),它內(nèi)部所使用的電子元器件也從電子管到半導(dǎo)體分立器件,再到集成電路和極大規(guī)模集成電路;集成電路的線寬也已從幾微米發(fā)展到當(dāng)今45納米。這些新科技產(chǎn)品要求具有嚴(yán)格的潔凈生產(chǎn)環(huán)境。潔凈技術(shù)便是根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)對(duì)潔凈生產(chǎn)環(huán)境中污染物的控制要求、控制方法以及控制設(shè)施等日益嚴(yán)格的要求不斷發(fā)展而來(lái)的。
潔凈技術(shù)是一門(mén)綜合技術(shù),其核心技術(shù)包括生產(chǎn)工藝技術(shù)及其工藝設(shè)計(jì)、空氣凈化、潔凈建筑以及各類(lèi)產(chǎn)品生產(chǎn)所需的專業(yè)技術(shù)(如微電子產(chǎn)品生產(chǎn)所需的高純物質(zhì)——— 高純水、高純氣、高純化學(xué)品的相關(guān)專業(yè)技術(shù)等)。這些專業(yè)技術(shù)在潔凈室設(shè)計(jì)中都是不可缺少的,它們必須密切配合,圍繞著產(chǎn)品生產(chǎn)的需要,相互協(xié)調(diào)、統(tǒng)籌安排。潔凈廠房的設(shè)計(jì)和建造就是要在做好各相關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,做好各項(xiàng)安全設(shè)施——— 消防、防火、防爆、安全報(bào)警,確保潔凈室的安全運(yùn)行。與此同時(shí),它還要處理好電源、冷源、熱源等動(dòng)力供應(yīng),節(jié)約能源;安排好各類(lèi)配管配線,確保各種流體介質(zhì)的輸送質(zhì)量,減少材料消耗,方便施工安裝和運(yùn)行維護(hù)。
微電子對(duì)潔凈技術(shù)提出新要求
電子產(chǎn)品,尤其是微電子產(chǎn)品生產(chǎn)依賴于潔凈技術(shù)的發(fā)展,或者說(shuō)潔凈技術(shù)的發(fā)展是由微電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代推動(dòng)發(fā)展起來(lái)的。
電子產(chǎn)品潔凈廠房對(duì)空氣潔凈度和各類(lèi)雜質(zhì)的控制有嚴(yán)格的要求。半導(dǎo)體集成電路制造是一種高科技制造技術(shù)。它是利用高精密機(jī)器設(shè)備,將物理、化學(xué)、電子以及機(jī)械等技術(shù)融合應(yīng)用于產(chǎn)品制造過(guò)程。為了獲得微電子產(chǎn)品的高質(zhì)量和高成品率,必須嚴(yán)格控制芯片缺陷。而導(dǎo)致芯片缺陷的因素十分復(fù)雜,其污染源可能來(lái)自空氣中的粒子或加工過(guò)程中使用的各類(lèi)工藝介質(zhì)中的雜質(zhì)、清洗用純水中的雜質(zhì)以及工具等帶來(lái)的雜質(zhì)污染等。生產(chǎn)環(huán)境控制就是對(duì)與產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程相關(guān)的各類(lèi)污染物進(jìn)行控制。其中,對(duì)生產(chǎn)環(huán)境中微粒的控制是十分重要的內(nèi)容。當(dāng)前45nm的極大規(guī)模集成電路已投入生產(chǎn),要求潔凈室的空氣潔凈度控制在ISO1級(jí)或ISO2級(jí),微粒粒徑控制在0.03微米。隨著集成度的不斷提高、加工尺寸日益微細(xì)化,集成電路生產(chǎn)過(guò)程不僅對(duì)空氣潔凈度等級(jí)提出越來(lái)越高的要求,也對(duì)整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中微粒的黏附、化學(xué)污染物、芯片的損傷等問(wèn)題提出越來(lái)越高的要求。近年來(lái)的實(shí)踐表明,帶入潔凈室或潔凈室產(chǎn)生的污染以及空氣中的NOX、SOX 、Na+、Cl-等,超細(xì)玻璃纖維制品中的硼和DOP粒子,操作人員自身產(chǎn)生的NH4+、Na+等,潔凈室建造材料散發(fā)的各種有機(jī)物、金屬離子等,生產(chǎn)過(guò)程使用溶劑、洗滌液散發(fā)的各種化學(xué)污染物等對(duì)生產(chǎn)過(guò)程都有很大的影響。為此,去除化學(xué)分子態(tài)污染物的空氣凈化裝置、技術(shù)措施以及相應(yīng)的檢測(cè)手段正被廣泛應(yīng)用。
以微電子產(chǎn)品為代表的電子產(chǎn)品,其生產(chǎn)過(guò)程中廣泛應(yīng)用了高精密制造設(shè)備,這使電子工業(yè)潔凈廠房的形式、構(gòu)造和整體建造成本都發(fā)生了極大的變化。電子工業(yè)潔凈廠房采用多功能組合式建筑形式日益增多,電子產(chǎn)品生產(chǎn)工藝及其制造設(shè)備的集成化、過(guò)程控制自動(dòng)化水平日益提高,安全設(shè)施日益完善,生產(chǎn)過(guò)程所需的作業(yè)人員大大減少,這些都提高了電子產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性和安全可靠性,為生產(chǎn)環(huán)境創(chuàng)造了良好的條件。
電子產(chǎn)品不僅對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的空氣潔凈程度有嚴(yán)格要求,而且還對(duì)與生產(chǎn)過(guò)程直接接觸的各種高純介質(zhì)——— 高純水、高純氣體、高純化學(xué)品等的雜質(zhì)含量等有十分嚴(yán)格的要求。某些電子產(chǎn)品對(duì)振動(dòng)、靜電、電磁干擾、電力供應(yīng)等也有較為嚴(yán)格的要求。為此,電子工業(yè)潔凈廠房一般配備下列設(shè)施,如凈化空調(diào)系統(tǒng)、專用凈化設(shè)備、噪聲控制設(shè)備、防微振設(shè)備、防靜電設(shè)備、防電磁干擾設(shè)備、電氣、照明、高純物質(zhì)(高純水、高純氣、高純化學(xué)品)供應(yīng)設(shè)備、報(bào)警系統(tǒng)、節(jié)能設(shè)施以及通信設(shè)施等。微電子產(chǎn)品的微細(xì)化,要求供應(yīng)純度極高的氣體、化學(xué)品和純水。目前納米級(jí)集成電路芯片生產(chǎn)要求氣體中雜質(zhì)的濃度要控制到19-9級(jí)或10-12級(jí),要求超純水的電阻率為18MΩ·cm,雜質(zhì)濃度為19-9級(jí)或10-12級(jí)。
新國(guó)標(biāo)推動(dòng)潔凈技術(shù)上臺(tái)階
基于上述電子工業(yè)潔凈廠房的特點(diǎn),現(xiàn)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50073)中的有關(guān)規(guī)定已不能滿足需要,尤其是涉及化學(xué)分子污染物的控制以及安全、消防等方面的規(guī)定(如潔凈建筑防火與疏散、易燃易爆氣體和化學(xué)品的貯存輸送、安全消防報(bào)警設(shè)施等)。由國(guó)家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部和國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合發(fā)布,并從2009年7月1日實(shí)施的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電子工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50472),正是以現(xiàn)代電子工業(yè)潔凈廠房的特點(diǎn)和工程實(shí)踐為依據(jù),結(jié)合我國(guó)電子工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)建造和運(yùn)行的實(shí)際情況,廣泛調(diào)研、整理相關(guān)的專題報(bào)告和測(cè)試資料,認(rèn)真總結(jié)多年來(lái)電子工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)建造和運(yùn)行方面的經(jīng)驗(yàn),廣泛征求了國(guó)內(nèi)有關(guān)單位的意見(jiàn)制定而成的。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電子工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50472)共分15章和4個(gè)附錄。主要內(nèi)容有:總則、術(shù)語(yǔ)、電子產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計(jì)要求、總體設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、潔凈室建筑設(shè)計(jì)、空氣凈化和空調(diào)通風(fēng)設(shè)計(jì)、給水排水設(shè)計(jì)、純水供應(yīng)、氣體供應(yīng)、化學(xué)品供應(yīng)、電氣設(shè)計(jì)、防靜電與接地設(shè)計(jì)、噪聲控制以及微振控制等。該規(guī)范是強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn),其中設(shè)有強(qiáng)制性條文近50條,在規(guī)范中黑體字的條文為強(qiáng)制性條文,必須嚴(yán)格執(zhí)行。
所有進(jìn)行電子工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)建造的單位和相關(guān)科技人員都應(yīng)認(rèn)真執(zhí)行、實(shí)施規(guī)范中的強(qiáng)制條文。與此同時(shí),推薦性條文的各項(xiàng)規(guī)定使電子工業(yè)潔凈廠房的設(shè)計(jì)、建造有法可依,有章可循。我們希望通過(guò)認(rèn)真執(zhí)行、實(shí)施國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電子工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50472),使我國(guó)電子工業(yè)潔凈廠房的設(shè)計(jì)建造達(dá)到更高的水平。同時(shí),我們也希望在新國(guó)標(biāo)實(shí)施中得到各有關(guān)單位、科技人員的修改和補(bǔ)充意見(jiàn),使之不斷完善。
