(一)潔凈室之定義

潔凈室(Clean Room),亦稱為無塵室或清凈室。

潔凈室是指將空間范圍內(nèi)之空氣中的微粒子、有害空氣、細(xì)菌等之污染物排除,并將室內(nèi)之溫度、潔凈度、室內(nèi)壓力、氣流速度與氣流分布、噪音振動及照明、靜電控制在某一需求范圍內(nèi),而所給予特別設(shè)計(jì)之房間。亦即是不論外在之空氣條件如何變化,其室內(nèi)均能俱有維持原先所設(shè)定要求之潔凈度、溫濕度及壓力等性能之特性。

潔凈室主要之作用在于控制產(chǎn)品(如硅芯片等)所接觸之大氣的潔凈度日及溫濕度,使產(chǎn)品能在一個良好之環(huán)境空間中生產(chǎn)、制造,此空間我們稱之為潔凈室。

(二)潔凈室之等級

世界各國均有自定規(guī)格,但普遍還是用美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)209為多,以下僅就209D及209E和世界上其它各國制定標(biāo)準(zhǔn)作介紹與相互比較。

209E與209D等之不同在于209E表示單位增加了公制單位,潔凈室等級以‵M′字頭表示,如M1、M1.5、M2.5、M3…..依此類推,配合公制單位之標(biāo)準(zhǔn)化,M字母后之阿拉伯?dāng)?shù)目字是以每立方公尺中>=0.5μm之微塵粒子數(shù)目字以10的冪次方表示,取指數(shù)為之,若微塵粒子數(shù)介于前后二者完全冪次方之間,則以1.5、2.5、3.5….表示。

美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)FS 209D都以英制每立方英呎為單位,日本則是采用公制,即以每立方公尺為單位,以0.1μm微粒子為計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

(三)潔凈室控管之項(xiàng)目

1. 能除去空氣中飄游之微塵粒子。

2. 能防止微塵粒子之產(chǎn)生。

3. 溫度和濕度之控制。

4. 壓力之調(diào)節(jié)。

5. 有害氣體之排除。

6. 結(jié)構(gòu)物與隔間之氣密性。

7. 靜電之防制。

8. 電磁干擾預(yù)防。

9. 安全因素之考慮。

10. 節(jié)能之考量。

(四)潔凈室之分類

1.亂流式(Turbulent Flow):

空氣由空調(diào)箱經(jīng)風(fēng)管與潔凈室內(nèi)之空氣過濾器(HEPA)進(jìn)入潔凈室,并由潔凈室兩側(cè)隔間墻板或高架地板回風(fēng)。氣流非直線型運(yùn)動而呈不規(guī)則之亂流或渦流狀態(tài)。此型式適用于潔凈室等級1,000-100,000級。

優(yōu)點(diǎn):構(gòu)造簡單、系統(tǒng)建造成本,潔凈室之?dāng)U充比較容易,在某些特殊用途場所,可并用無塵工作臺,提高潔凈室等級。

缺點(diǎn):亂流造成的微塵粒子于室內(nèi)空間飄浮不易排出,易污染制程產(chǎn)品。

2.層流式(Laminar):

層流式空氣氣流運(yùn)動成一均勻之直線形,空氣由覆蓋率之過濾器進(jìn)入室內(nèi),并由高架地板或兩側(cè)隔墻板回風(fēng),此型式適用于潔凈室等級需定較高之環(huán)境使用,一般其潔凈室等級為1~100。其型式可分為二種:

(1)水平層流式:水平式空氣自過濾器單方向吹出,由對邊墻壁之回風(fēng)系統(tǒng)回風(fēng),塵埃隨風(fēng)向排出室外,一般在下流側(cè)污染較嚴(yán)重。

優(yōu)點(diǎn):構(gòu)造簡單,運(yùn)轉(zhuǎn)后短時間內(nèi)即可變成穩(wěn)定。

缺點(diǎn):建造費(fèi)用比亂流式高,室內(nèi)空間不易擴(kuò)充。

(2)垂直層流式:房間天花板完全以ULPA過濾器覆蓋,空氣由上往下吹,可得較高之潔凈度,在制程中或工作人員所產(chǎn)生的塵?？煽焖倥懦鍪彝舛粫绊懫渌ぷ鲄^(qū)域。

優(yōu)點(diǎn):管理容易,運(yùn)轉(zhuǎn)開始短時間內(nèi)即可達(dá)穩(wěn)定狀態(tài),不易為作業(yè)狀態(tài)或作業(yè)人員所影響。

缺點(diǎn):構(gòu)造費(fèi)用較高,彈性運(yùn)用空間困難,天花板之吊架相當(dāng)占空間,維修更換過濾器較麻煩。

3.復(fù)合式(Mixed Type):

復(fù)合式為將亂流式及層流式予以復(fù)合或并用,可提供局部超潔凈之空氣。

(1)潔凈隧道(Clean Tunnel):以HEPA或ULPA過濾器將制程區(qū)域或工作區(qū)域覆蓋使?jié)崈舳鹊燃壧岣咧?0級以上,可節(jié)省安裝運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。此型式需將作業(yè)人員之工作區(qū)與產(chǎn)品和機(jī)器維修予以隔離,以避免機(jī)器維修時影響了工作及品質(zhì),ULSI制程大都采用此種型式。

潔凈隧道另有二項(xiàng)優(yōu)點(diǎn):A.彈性擴(kuò)充容易; B.維修設(shè)備時可在維修區(qū)輕易執(zhí)行。

(2)潔凈管道(Clean Tube):將產(chǎn)品流程經(jīng)過的自動生產(chǎn)線包圍并凈化處理,將潔凈度等級提至100級以上。因產(chǎn)品和作業(yè)員及發(fā)塵環(huán)境相互隔離,少量之送風(fēng)即可得到良好之潔凈度,可節(jié)省能源,不需人工的自動化生產(chǎn)線為適宜使用。藥品、食品業(yè)界及半導(dǎo)體業(yè)界均適用。

(3)并裝局部潔凈室(Clean Spot):將潔凈室等級10,000~100,000之亂流潔凈室內(nèi)之產(chǎn)品制程區(qū)的潔凈度等級提高為10~1000級以上,以為生產(chǎn)之用;潔凈工作臺、潔凈工作棚、潔凈風(fēng)柜即屬此類。

潔凈工作臺:等級 1~100級。

潔凈工作棚:為在亂流式之潔凈室空間內(nèi)以防靜電之透明塑料布圍成一小空間,采用獨(dú)立之HEPA或ULPA及空調(diào)送風(fēng)機(jī)組而成為一較高級之潔凈空間,其等級為10~1000級,高度在2.5米左右,覆蓋面積約10m2以下,四支支柱并加裝活動輪,可為彈性運(yùn)用。

(五)潔凈室氣流之流動

潔凈室的潔凈度往往受到氣流的影響,換言之,即人、機(jī)器隔間、建筑結(jié)構(gòu)等所產(chǎn)生的塵埃之移動、擴(kuò)散受到氣流的支配。

潔凈室系利用HEPA、ULPA過濾空氣,其塵埃的收集率達(dá)99.97~99.99995%之多,因此經(jīng)過此過濾器過濾的空氣可說十分干凈。然而潔凈室內(nèi)除了人以外,尚有機(jī)器等之發(fā)塵源,這些發(fā)生的塵埃一旦擴(kuò)散,即無法保持潔凈空間,因此必須利用氣流將發(fā)生的塵埃迅速排出室外。

潔凈室內(nèi)的氣流是左右潔凈室性能的重要因素,一般潔凈室的氣流速度是選0.25~0.5m/s之間,此氣流速度屬微風(fēng)區(qū)域,易受人、機(jī)器等的動作而干擾趨于混亂、雖提高風(fēng)速可抑制此一擾亂之影響而保持潔凈度、但因風(fēng)速的提高,將影響運(yùn)轉(zhuǎn)成本的增加,所以應(yīng)在滿足要求的潔凈度水準(zhǔn)之時,能以風(fēng)速供應(yīng),以達(dá)到適當(dāng)?shù)娘L(fēng)速供應(yīng)以達(dá)到經(jīng)濟(jì)性效果。

另一方面欲達(dá)到潔凈室潔凈度之穩(wěn)定效果,均一氣流之保持亦為一重要因素,均一氣流若無法保持,表示風(fēng)速有異,特別是在壁面,氣流會延著壁面發(fā)生渦流作用,此時要實(shí)現(xiàn)高潔凈度事實(shí)上很困難。

垂直層流式方向要保持均一氣流必須:(a)吹出面的風(fēng)速不可有速度上的差異;(b)地板回風(fēng)板吸入面之風(fēng)速不可有速度上的差異。速度過低或過高(0.2m/s,0.7m/s)均有渦流之現(xiàn)象發(fā)生,而0.5m/s之速度,氣流則較均一,目前一般潔凈室,其風(fēng)速均取在0.25~0.5m/s之間。

影響潔凈室的氣流因素很多,如制程設(shè)備、人員、潔凈室組裝材、照明器具等,同時對于生產(chǎn)設(shè)備上方氣流的分流點(diǎn),亦應(yīng)列入考慮因素。

一般操作臺或生產(chǎn)設(shè)備等表面的氣流分流點(diǎn),應(yīng)設(shè)于潔凈室空間與隔墻板間距2/3之處,如此可使作業(yè)人員工作時,氣流可從制程區(qū)內(nèi)部流向作業(yè)區(qū),而將微塵帶走;若分流點(diǎn)配置在制程區(qū)前方,將成為不當(dāng)?shù)臍饬鞣至?此時大部份的氣流將流至制程區(qū)之后,作業(yè)員操作所引起的塵埃將被帶到設(shè)備后面,工作臺因而將受到污染,良率也勢必降低。

潔凈室內(nèi)的工作桌等障礙物,在相接處均會有渦流現(xiàn)象發(fā)生,相對地在其附近之潔凈度將會較差,在工作桌面鉆上回風(fēng)孔,將使渦流現(xiàn)象減低;組裝材料之選擇是否恰當(dāng)、設(shè)備布局是否完善,亦為氣流是否成為渦流現(xiàn)象之重要因素。

(六)潔凈室之構(gòu)成

潔凈室的構(gòu)成是由下列各項(xiàng)系統(tǒng)所組成(在所組成的系統(tǒng)分子中是缺一不可的),否則將無法構(gòu)成一完整且品質(zhì)良好的潔凈室:

(1)天花板系統(tǒng):包括吊桿(Ceiling rod)、綱梁(I-Beam或U-Beam)、天花板格子梁grid或Ceilingframe)。

(2)空調(diào)系統(tǒng):包括空氣艙、過濾器系統(tǒng)、風(fēng)車等。

(3)隔墻板(Partitional wall):包括窗戶、門。

(4)地板:包括高架地板或防靜電舒美地板。

(5)照明器具:包括日光燈等。

潔凈室之建筑主體構(gòu)造,一般是用鋼筋或骨水泥,但無論是何種構(gòu)造,必須滿足如下之條件:

A.不會因溫度變化與振動而發(fā)生裂痕;

B.不易產(chǎn)生微塵粒子,且很難附著粒子;

C.吸濕性小;

D.為了維持室內(nèi)之濕度條件,熱絕緣性要高。