浅谈暖通专业在半导体洁净厂房中的AMC控制

浅谈暖通专业在半导体洁净厂房中的 AMC控制

董飞

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摘要：近年来，国内半导体行业逐渐在技术方面取得了发展，在一定程度上促进了半导体行业的生产技术革新，国内的半导体工程建设进入了阶段性高潮，8英寸及以上、55纳米～14纳米的制程已成为主流，这也导致半导体行业的生产对洁净室的洁净等级要求也越来越高[1]。空气中的悬浮分子污染物(Airborne Molecular Contaminants，AMC)在生产过程中会对产品造成不良的影响，严重时甚至会对产品造成不可逆的损坏，因此我们有必要对洁净厂房中AMC进行控制.

关键词：半导体; 洁净室; AMC; 控制;

随着科学技术的不断发展，半导体工艺得以全面升级发展，目前各大芯片设计与生产已向5纳米甚至3纳米迈进。空气中的悬浮分子污染物(AMC)会对半导体行业生产过程中的产品造成不良影响，因此我们要注意洁净厂房中的AMC控制。本文简单介绍了暖通专业在12英寸半导体洁净厂房中对AMC进行控制的方式，分别从设计、选材、施工等多个方面进行AMC控制，以使洁净室的环境达到要求，满足产品生产的需要。

1 AMC介绍

Airborne Molecular Contaminants是指空气中以气相或者蒸汽分子的形式存在的分子级污染物(如酸、碱、分子掺杂物等)，简称AMC，其尺寸一般很小，只有0.2nm∽5nm。

根据SEMI于2002年发布的SEMI F21-1102标准，AMC可以分为MA(酸性分子污染物)、MB(碱性分子污染物)、MC(可凝结的分子有机化合物)和MD(分子掺杂物)四类，具体为：

MA(酸性分子污染物)：其为腐蚀性物质，化学反应特性为电子受主，通常包括光刻、腐蚀工艺过程中逸出的氢氟酸、盐酸、硝酸、硫酸等，还包括外部穿过过滤器进入厂房的二氧化硫等无机酸及醋酸等有机酸；

MB(碱性分子污染物)：其为腐蚀性物质，化学反应特性为电子施主，包括NH3、胺类、氨化物等；

MC(可凝结分子有机化合物)：通常指在常压下沸点大于150℃、容易凝结到物体表面的有机化合物，包括碳氢化合物、硅氧烷、全氟高分子有机物与塑化剂等；

MD(分子掺杂物)：指可改变半导体材料导电特性的化学元素，包括各种重金属及硼、有机磷酸盐、砷酸盐等。

但根据2006年发布的ISO14644-8标准，AMC可分为以下8类：酸ac、碱ba、生物毒性物质bt、凝聚物cd、腐蚀物cr、掺杂剂dp、有机物or、氧化剂ox。

在半导体洁净厂房的生产过程中，AMC污染源分两大部分：室外大气和室内环境，不同种类的AMC会通过其特有的物理、化学反应对圆片等的加工质量和成品率产生影响，比如MC会在圆片表面凝结形成化学污染物。

对用于洁净室内的施工材料进行的严格控制，包括以下方面。

⊙华夫板下表面的油漆或涂层。

⊙封堵及密封胶泥及胶水。

⊙管螺纹处涂料。

⊙防火封堵材料。

⊙洁净生产区及洁净下夹层墙体的胶水、油漆或涂层。

⊙屋顶钢构上油漆–包括多层的补漆。

⊙设备，配电盘，变压器等上面的油漆。

⊙电缆。

⊙管架上油漆。

⊙粉末喷涂。

⊙严格执行洁净室材料脱气要求的技术要求。

⊙对未证实的材料严格执行送实验室测试，满足要求的才许可使用。

2 暖通专业对AMC的控制

2.1 室外空气进入洁净室的控制方式

在广州某半导体项目的洁净厂房中，室外进入的新风经空调机组(MAU)处理后从新风机房出来向回风夹道底端流动，在底端与室内的回风混合，并且在混合的过程中经回风夹道向吊顶上部区域流动，之后经FFU从上至下吹入厂房内部，最后汇入回风夹道。有两个位置可以对进入洁净室的气流进行处理，分别是对室外新风进行处理的MAU和将气流吹入洁净室的FFU。因此我们对MAU和FFU的功能性进行了严格的要求，这样才能保证进入洁净室的气流符合设计要求。

在可以满足洁净室洁净度要求的基础上，我们在MAU的功能段上预留了化学过滤段，以此来减少新风中AMC的含量。参考美埃提供的资料，化学过滤器的工作原理是通过搭配不同材质的化学过滤滤材，达到控制空气中的AMC含量的效果，其过滤效率可达90%以上。而化学过滤滤材的选择是根据目标AMC的种类来确定的，比如浸渍高锰酸钾(具有很强的氧化性)的活性氧化铝可以除去空气中的硫化氢、二氧化硫等具有还原性的酸性分子污染物。

同样，为了进一步减少吹入洁净室的气流中的AMC含量，我们在FFU的选型上也预留了化学过滤器卡槽，根据悠远提供的资料，化学过滤器的滤料通常有洁净室专用活性炭、改性化学滤料、离子交换树脂等，其最初的效率可达到95%以上。

2.2 室内产生AMC的控制方式

洁净厂房中AMC的另一种途径是室内设施及生产过程中产生的，对于生产过程中产生的污染物会经屋面的酸碱洗涤塔、吸附塔等处理后排至大气中。为了防止排出的废气对进入MAU的新风造成污染，以屋面为基准，排气烟囱的设计高度为6m，并且只允许向上排气，不得向水平方向排气。烟囱具有一定的高度可以防止废气在厂房周围聚集对空气造成污染。

而为了控制室内设施产生的AMC，我们对前期建设的选材进行了严格把控。暖通专业施工主要以风管分主，风管的材质选用的是热镀锌钢板，在拼装的连接处很容易形成间隙导致漏风，因此我们都会使用密封胶对其进行处理。这个项目上使用的密封胶是道康宁791，经过检测，其在特定的实验条件(23℃、50%相对湿度)下，VOC的挥发量为45g/L，符合半导体洁净厂房的要求。

另一方面风管拼装有时会使用到角钢法兰，对于法兰的焊接处我们会通过刷漆进行防腐处理，一般的手喷漆会产生VOC、甲醛等污染物，对洁净室的环境造成很大的影响，因此现场禁止使用手喷漆。为了达到防腐以及不产生过量VOC的目的，我们选用环氧富锌漆。风管拼装时还会使用密封条，保证两节风管连接处不会漏气，根据不同的系统，密封条的选择也不一样。防排烟系统选用的是9501防火密封条，其具有良好的耐热、耐寒等优点，并且不会产生刺激性气味，对环境无污染；空调系统选用的则是闭孔海绵密封条，其具有优异的气密性，同时不会污染洁净厂房内的环境。

3 总结

在半导体洁净厂房中，AMC会对生产过程中的产品造成不良影响，因此需要对厂房内的AMC进行控制。目前我们主要是从选材、设计排气位置、新风处理等方面减少室内的AMC含量，并且对于洁净厂房来说，这些措施都可以产生较好的效果。但是这些方式都还有改进的空间，比如化学过滤器的材质选择。因此，我们仍然需要对半导体洁净厂房的AMC控制进行研究，为以后的厂房搭建提供基础。

参考文献

[1] 胡亚南.AMC在洁净室中的监测与控制[J].技术与市场，2017，24(12)：210.

[2] 潘文伟，蔡蕾.净化厂房中气相分子沾污(AMC)的来源和危害[J].电子与封装，2012，12(12)：44-48.

[3] GBT36306-2018.洁净室及相关受控环境空气化学污染控制指南[S].