半導體檢測實驗室建設(shè)設(shè)計要求及半導體檢測實驗室注意問題_磊建凈化

　隨著中國“芯”計劃的確立，國家出臺各項政策支持國內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展，第三代半導體的發(fā)展、十大新基建的國產(chǎn)化，引爆了對芯片的強勁需求，以及展示了芯片強大的實力和潛力。但半導體和芯片的生產(chǎn)、檢測環(huán)境和設(shè)備要求都極高，下面淺談一下半導體檢測實驗室建設(shè)設(shè)計要求及半導體檢測實驗室注意問題。

　　一、半導體檢測實驗室建設(shè)設(shè)計要求

　　1、芯片、半導體生產(chǎn)環(huán)境的要求

　　由于電子產(chǎn)品在制造、生產(chǎn)過程中對室內(nèi)空氣環(huán)境和品質(zhì)的要求極為嚴格，主要以控制微粒和浮塵為主要對象，同時還對其環(huán)境的溫濕度、新鮮空氣量、噪聲等作出了嚴格的規(guī)定。

　　(1)室內(nèi)的噪聲級(空態(tài))：不應大于65dB(A)。

　　(2)垂直流潔凈室滿布比不應小于60%，水平單向流潔凈室不應小于40%，否則就是局部單向流了。

　　(3)與室外的靜壓差不應小于10Pa，不同空氣潔凈度的潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)之間的靜壓差不應小于5Pa。

　　(4)潔凈室內(nèi)的新鮮空氣量應取下列二項中的最大值。

　　(5)補償室內(nèi)排風量和保持室內(nèi)正壓值所需的新鮮空氣量之和。

　　(6)保證供給潔凈室內(nèi)每人每小時的新鮮空氣量不小于40m3。

　　(7)凈化空調(diào)系統(tǒng)加熱器，應設(shè)置新風，超溫斷電保護，若采用點加濕時應設(shè)置無水保護，寒冷地區(qū)，新風系統(tǒng)應設(shè)置防凍保護措施，無塵室的送風量。

　　2、半導體芯片溫濕度控制

　　半導體潔凈室中相對濕度的目標值大約控制在30%至50%的范圍內(nèi)，允許誤差在±1%的狹窄的范圍內(nèi)，例如光刻區(qū)──或者在遠紫外線處理區(qū)甚至更小──而在其他地方則可以放松到±5%的范圍內(nèi)。

　　因為相對濕度有一系列可能使?jié)崈羰铱傮w表現(xiàn)下降的因素，其中包括：

　　(1)細菌生長。

　　(2)工作人員感到室溫舒適的范圍。

　　(3)出現(xiàn)靜電荷。

　　(4)金屬腐蝕。

　　(5)水汽冷凝。

　　(6)光刻的退化。

　　(7)吸水性。

　　很多化學反應的速度，包括腐蝕過程，將隨著相對濕度的增高而加快。所有暴露在潔凈室周圍空氣中的表面都很快地被覆蓋上至少一層單分子層的水。當這些表面是由可以與水反應的薄金屬涂層組成時，高濕度可以使反應加速。幸運的是，一些金屬，例如鋁，可以與水形成一層保護型的氧化物，并阻止進一步的氧化反應;但另一種情況是，例如氧化銅，是不具有保護能力的，因此，在高濕度的環(huán)境中，銅制表面更容易受到腐蝕。

　　3、復雜設(shè)計施工與高建造費用

　　電子芯片潔凈車間有著嚴格的潔凈度要求，可想而知，其設(shè)計施工也是相當復雜的。此外，潔凈度越高，建造費用也越高。例如100級單向流潔凈室，僅室內(nèi)裝修與空調(diào)潔凈系統(tǒng)的建造費用就要萬元或以上一平方。再加上消防、三廢、供配電和自控系統(tǒng)，建造費用就要更高了。

　　當完成電子芯片潔凈車間的建造后，還要經(jīng)過3方面的驗收，即：空態(tài)驗收、靜態(tài)驗收、動態(tài)驗收，只有完成驗收才能投入日常使用。因此，面臨巨大的技術(shù)風險，以及后續(xù)運行、維護和調(diào)試、檢測的壓力。

　　此外，在高的相對濕度環(huán)境下，由于水分的吸收，使烘烤循環(huán)后光刻膠膨脹加重。光刻膠附著力同樣也可以受到較高的相對濕度的負面影響;較低的相對濕度(約30%)使光刻膠附著更加容易，甚至不需要聚合改性劑。

　　二、半導體檢測實驗室注意問題

　　1、半導體檢測實驗室工作流程設(shè)計

　　實驗室工作流程優(yōu)化與實驗室整體與局部的布局相關(guān)，同時與實驗室的硬件與軟件條件也有著密切聯(lián)系。除了布局的優(yōu)化和儀器設(shè)備的擺放位置的設(shè)計外，可以采用一些先進的實驗室管理軟件，協(xié)助實驗室工作人員優(yōu)化實驗過程，從而達到提高工作效率，減少實驗過程中人為因素對實驗結(jié)果的影響。

　　另外，完善的實驗室管理制度，也是影響實驗室工作流程的重要因素。

　　2、半導體檢測實驗室配電系統(tǒng)設(shè)計

　　實驗室的配電系統(tǒng)是根據(jù)實驗儀器和設(shè)備的具體要求，經(jīng)過專業(yè)的設(shè)計人員綜合多方面因素設(shè)計完成的，與普通建筑有很大區(qū)別。因為，實驗室儀器設(shè)備對電路的要求比較復雜，并不是通常人們所認為的那樣，只要滿足Z大電壓和Z大功率的要求就可以了。事實上有很多儀器設(shè)備對電路都有特殊的要求。

　　我們在工程建設(shè)的過程中發(fā)現(xiàn)，大部分用戶在實驗室設(shè)計建設(shè)初期，都沒有充分考慮到實驗室用電的特殊要求，甚至有的用戶和設(shè)計單位認為實驗室的用電量與一般的辦公室類似。這樣給后期實驗室的運行帶來了很大的麻煩。

　　對配電系統(tǒng)的設(shè)計，不但要考慮現(xiàn)有的儀器設(shè)備情況，同時也要考慮實驗室?guī)啄甑陌l(fā)展規(guī)劃。充分考慮配電系統(tǒng)的預留問題及日后的電路維護等問題。

　　3、半導體檢測實驗室空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

　　通用實驗室的夏季空氣調(diào)節(jié)室內(nèi)計算參數(shù)為：溫度26～28℃，相對濕度小于65%。專用實驗室的空氣調(diào)節(jié)室內(nèi)計算參數(shù)應按工藝要求確定?？照{(diào)系統(tǒng)的主要作用是控制實驗室的溫濕度?？照{(diào)系統(tǒng)與實驗室通風系統(tǒng)配合，才能真正有效地保證實驗室的溫濕度和房間壓力的有效控制?？傊?，實驗室對空調(diào)系統(tǒng)的要求，有別于普通辦公室或公共區(qū)域的空調(diào)系統(tǒng)，有其特殊性。