一、前言

當前集成電路生產(chǎn)，污染硅片的物質(zhì)主要有懸浮粒子、細菌、金屬物、有機物和氣體雜質(zhì)。其中, 粒子對硅片的污染仍是主要的。粒子主要來自潔凈區(qū)(空間) 及工藝介質(zhì)(超純水、超純氣體及超純化學藥品等), 而潔凈區(qū)的粒子的控制仍是主要矛盾; 細菌、金屬物、有機物和氣體雜質(zhì)對硅片的污染主要來自工藝介質(zhì)。因此,集成電路 生產(chǎn)中, 無塵車間技術(shù)主要是對潔凈區(qū)內(nèi)懸浮粒子進行控制。另外, 亦對靜電、電磁及微振等有控制要求。隨著集成電路 亞微米加工跨入深亞微米加工, 有的研究已提出硅片本身的自然氧化、硅片表面吸附的分子都需進行控制。無塵車間技術(shù)的內(nèi)容應隨加工或處理對象而異, 在集成電路生產(chǎn)中其內(nèi)容最為廣深。當前集成電路亞微米加工中, 無塵車間技術(shù)的內(nèi)容主要包括:無塵車間空氣處理系統(tǒng), 無塵車間系統(tǒng)( 即吊頂墻板及地板等系統(tǒng)), 無塵車間管理系統(tǒng)(包活潔凈服無塵車間用品、無塵車間清掃及有關(guān)規(guī)定等) 以及無塵車間的防靜電防電磁和防微振等措施。隨著ic微加工進人到亞微米并跨入深亞微米, 無塵車間技術(shù)的應用已需與生產(chǎn)技術(shù)(工藝及工藝設(shè)備) 的開發(fā)密切結(jié)合以便對硅片表面進行更有效的污染控制。

二、集成電路亞微米加工, 潔凈區(qū)內(nèi)硅片受污染情況的分析

集成電路 微加工, 對粒子直徑的控制, 從集成電路 平面圖形而言, 一般認為取1/ 2 一1/ 3 線寬即可, 但在垂直方向, 薄膜層的厚度比線寬小得多, 因此, 按經(jīng)驗對粒子的控制直徑取1/ 0線寬已有共識。硅片受粒子污染情況與潔凈區(qū)的動態(tài)潔凈度有關(guān), 亦即與潔凈區(qū)空態(tài)潔凈度、采用的工藝和工藝設(shè)備、操作情況、硅片傳送方式、無塵車間形式以及潔凈管理等因素有關(guān)。

根據(jù)已有的研究, 生產(chǎn)集成電路 的潔凈區(qū)內(nèi)懸浮粒子的來源情況如下:

≥0.5μm?的粒子主要來自無塵車間內(nèi)工作人員、潔凈服、轉(zhuǎn)動機械、無塵車間用品及物體表面的振動等;

0.1?一0.5μm的粒子主要是由室外空氣中的粒子穿過過濾器而漏人無塵車間的;

< 0.1μm的粒子(超細粒子) 主要由燃燒或蒸發(fā)后的物質(zhì)均相聚集或冷凝引起的, 因此, 無塵車間內(nèi)工藝設(shè)備的加熱元件、線路版上的元件、受熱軸承、電機、火焰及熱的光都是其來源。而超高效過濾器對這種粒子幾乎可以全部過濾掉。

根據(jù)已有報導, 有關(guān)集成電路 亞微米加工在l級( F S 一2 09 D ) 無塵車間內(nèi)( 即潔凈度為≥0.5μm的粒子不多于7 個/ft3）, 相應于≥0.1μm的粒子不多于35 個/ft3,測得硅片上的污染粒子來源及比例情況如下:

操作人員(穿潔凈工作服) 引起的, 如片盒傳送及操作、走動的交叉污染等占30 % ;

工藝介質(zhì)帶人的占23 % ;

工藝設(shè)備引起的, 如本身的及交叉的污染占20 % ;

工藝加工引起的, 如工藝加工本身的及交叉的污染占25 % ;

穿過超高效過濾器而漏人的占2%。

根據(jù)以上例子及分析可以得出基本的認識是: 在亞微米加工的潔凈區(qū)內(nèi), 潔凈區(qū)的空態(tài)潔凈度已不是影響動態(tài)潔凈度的主要因素, 因為當前超高效過濾器的過濾效率對

≥0.1μm?粒子達9 9.9 9 9 5 一9 9.9 9 9 9 9 9 9% 的情況下,集成電路亞徽米加工的合格的無塵車間其空態(tài)沽凈度為1 ~ 10 個/ft3(≥0.1μm粒子), 且往往檢側(cè)不到。因此, 控制工藝本身、工藝設(shè)備、操作人員等散發(fā)的粒子污染當是主要矛盾。而在100級的無塵車間≥0.1μm的粒子有3500個/ft3, 之多, 這種情況下, 當然空態(tài)潔凈度會是影響動態(tài)潔凈度的主要因素。

三、集成電路 亞微米加工, 無塵車間技術(shù)的主要特點及趨向

集成電路 亞微米加工, 目前已進入到0.3~ 0.4 μm(16M DRAM) 或更小, 要求控制的粒子直徑已為≥0.03μm一0.04μm。在實際應用中, 對潔凈區(qū)潔凈度級別的控制上, 還相應有以≥0.5μm> 0.1μm的粒子直徑為基礎(chǔ). 有關(guān)國家對潔凈區(qū)沽凈度級別都各有自己的標準并規(guī)定有作為基礎(chǔ)的粒徑等, 但對應齡不同的粒徑的沽凈度有對應的關(guān)系式。以美國標準F S 一20 9 E 為例, 它以≥0.5μm的粒徑為基礎(chǔ), 對應齡不同粒徑時的潔凈度, 其關(guān)系式為:

（1）

式中: d一任選的粒徑μm

N?d一≥d?粒徑的潔凈度, 即粒子數(shù)個/ft3(或個/m?3?)

N0.5一≥0.5μm粒徑的潔凈度個/ft3(或個/m?3?)

日本標準(JACA ?N0.24 ), 它以≥0.1μm?粒徑為基礎(chǔ), 其對應放不同粒徑時潔凈度的關(guān)系式為:

（2）

無論那一個標準, 已知規(guī)定粒徑的潔凈度換算成任選粒徑的潔凈度時, 其關(guān)系式基本上是一致的.當前國際上有關(guān)lC 亞微米加工用的無塵車間其最關(guān)鍵的潔凈區(qū)潔凈度( 空態(tài)) 的設(shè)計要求大致可歸納為:

1?一4M（DRAM） 生產(chǎn)有控制≥0.1μm粒子不多于 1個/ft3或 10個/ft3的 , 亦有控制≥0.5μm的不多于 1個/ft3的;

1 6M（DRAM）生產(chǎn)有控制)≥0.5μm粒子不多于 1個/ft3( 相當)≥0.1μm粒子3.5個/ft3),亦有控制≥0.1μm粒子不多于1個/ft3或10個/ft3的.

可見各有關(guān)廠家對關(guān)鍵的潔凈區(qū)的潔凈度(空態(tài))要求是并不一致的, 分析其原因在于:如本文二所述, 對集成電路 亞微米加工的潔凈區(qū)的潔凈度(空態(tài)) 要求的情況下, 空態(tài)潔凈度已不是影響動態(tài)潔凈度的主要因素. 因此各生產(chǎn)廠的工藝、工藝設(shè)備、硅片傳送方式以及無塵車間形式的不同對潔凈區(qū)的空態(tài)潔凈度要求會有所不同,?如在微環(huán)境系統(tǒng)無塵車間內(nèi), 關(guān)鍵潔凈區(qū)的空態(tài)潔凈度要求就較寬一些。

分析當前已運行的集成電路 亞微米加工的無塵車間,基本可歸納為以下幾個特點：

l、把關(guān)鍵的潔凈(加工) 區(qū)盡量減少并與潔凈走道、（m.gxshunjiang.com）潔凈維護及修理區(qū)等相隔, 避免或減少人員、工藝及工藝設(shè)備散發(fā)的粒子的污染及交叉污染, 以利于達到嚴格的控制潔凈度要求并減少運行電耗及費用。

2、工藝與工藝設(shè)備的開發(fā)已需密切與潔凈技術(shù)相結(jié)合, 如減少工藝本身及工藝設(shè)備散發(fā)的粒子, 采用機器人傳送片盒或SM IF系統(tǒng)等傳送片盒避免人與硅片的直接接觸等。

3、基于以上二點,集成電路亞微米加工, 現(xiàn)有典型的無塵車間形式基本有二類:

( l)?隧道式無塵車間。無塵車間分隔成潔凈加工隧道(區(qū)), 潔凈走道及潔凈維護修理隧道( 區(qū)). 加工區(qū)的潔凈度要求最嚴, 其它區(qū)及走道潔凈度要求可低一些。目前國內(nèi)已有可作集成電路亞微米加工的無塵車間都是這種形式.

(2 )“ 微環(huán)境” 系統(tǒng)無塵車間, 這種無塵車間內(nèi)片盒的傳送采用S M I F 系統(tǒng)(或類似的系統(tǒng)), 它包括: 存放片盒的潔凈容器(SMIF POD) ; 能自動接受潔凈容器(SMIF POD) 并打開容器把片盒送人(送出) 設(shè)備的加工部位的機械手裝置( SMIFARM )。把SMIF ARM及工藝設(shè)備的加工部位以適用的材料封閉起來與無塵車間環(huán)境隔離, 在這較小的空間送人嚴格要求的潔凈空氣, 而無塵車間的潔凈度可為10 0 一1000 級( F S 一2 0 9 D ),即≥0.5μm的粒子不多于10 0 一10 0 0個/ft3. 由于硅片避免或減少了受操作人員、工藝設(shè)備及工藝加工散發(fā)的粒子的直接污染或交叉污染, 而“微環(huán)境” 加工區(qū)空間又很小, 從而能較有效的控制硅片受粒子的污染, 并降低無塵車間造價及運行費用, 操作人員亦可在不十分嚴格的潔凈環(huán)境內(nèi)工作。據(jù)臺灣TSMCS新廠采月后報導, 集成電路成品率顯著提高、10000m2的無塵車間與潔凈隧道式相比, 節(jié)省投資1400S/m, 年節(jié)電2 x 10?7度。

4、采用的空氣處理系統(tǒng), 基本有三種方式:

(l)?循環(huán)風機采用離心式風機與表冷器、過濾器等組合在一起, 一般設(shè)置在第三層。如圖1所示。

（2）循環(huán)風機采用垂直安裝的軸流風機, 如圖2 所示。

(3)?循環(huán)風機各在帶風機的高效過濾器單元內(nèi)。如圖3 所示。

以上三種方式各有其優(yōu)缺點. 一般而言, 垂直安裝的軸流循環(huán)風機方式在投資及運行費用上較省, 振動較小;帶風機的高效過濾器單元, 靈活性較好,更便于調(diào)正改造, 但投資較大, 適用于微環(huán)境系統(tǒng);采用離心式循環(huán)風機的方式, 其優(yōu)缺點各在以上二者之間.

5、無塵車間的建造,除考慮實用性及可靠性外, 強調(diào)靈活性以適應集成電路 更新?lián)Q代快的要求, 使原有無塵車間能方便的迅速的按生產(chǎn)要求進行調(diào)正及改造. 因此無塵車間系統(tǒng)及其建筑物的特點為：

( l)?建筑物為永久性的, 一般采作二層或三層。底層供公用系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)用并兼作回風室; 第二層作無塵車間用, 一般作成平臺層, 樓板支持在不與建筑物柱相聯(lián)系的獨立柱上以減少建筑物振動對它的影響, 平臺(樓) 板為格柵式的或等距開有Φ50 一Φ6 0 0 的圓孔, 作回風及穿管線用,?無塵車間活動地板支放在平臺板的不毛孔部分( 約為1500px的梁) 上, 第三層作為設(shè)置空氣處理設(shè)施等用.

( 2)?吊頂系統(tǒng)、墻板系統(tǒng)及地板系統(tǒng)都采用工業(yè)化生產(chǎn)的標準化組合件, 質(zhì)量可靠、裝卸方便、易于調(diào)正及改造(包括高效過濾器數(shù)量及布置位置的變更等)。

隨著集成電路 業(yè)微米加工要進人深亞微米及納微米加工, 已有研究提出對硅片的自然氧化及硅片表面吸附的分子需要進行控制, 硅片的加工需在高純氮或高真空的潔凈區(qū)內(nèi),硅片的傳送亦需在高純氮的潔凈環(huán)境內(nèi), 即集成電路 微加工需在封閉系統(tǒng)內(nèi)進行。