潔凈室的標準

(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之空氣中的微粒子、有害空氣、細菌等之污染物排除,并將室內之溫度、潔凈度、室內壓力、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,而所給予特別設計之房間。亦即是不論外在之空氣條件如何變化,其室內均能俱有維持原先所設定要求之潔凈度、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品(如硅芯片等)所接觸之大氣的潔凈度日及溫濕度,使產品能在一個良好之環境空間中生產、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格,但普遍還是用美國聯邦標準209為多,以下僅就209D及209E和世界上其它各國制定標準作介紹與相互比較。

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,配合公制單位之標準化,M字母后之阿拉伯數目字是以每立方公尺中>=0.5μm之微塵粒子數目字以10的冪次方表示,取指數為之,若微塵粒子數介于前后二者完全冪次方之間,則以1.5、2.5、3.5….表示。

美國聯邦標準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微粒子為計數標準。

(三)潔凈室控管之項目

1. 能除去空氣中飄游之微塵粒子。

2. 能防止微塵粒子之產生。

3. 溫度和濕度之控制。

4. 壓力之調節。

5. 有害氣體之排除。

6. 結構物與隔間之氣密性。

7. 靜電之防制。

8. 電磁干擾預防。

9. 安全因素之考慮。

10. 節能之考量。

(四)潔凈室之分類

1.亂流式(Turbulent Flow):

空氣由空調箱經風管與潔凈室內之空氣過濾器(HEPA)進入潔凈室,并由潔凈室兩側隔間墻板或高架地板回風。氣流非直線型運動而呈不規則之亂流或渦流狀態。此型式適用于潔凈室等級1,000-100,000級。

優點:構造簡單、系統建造成本,潔凈室之擴充比較容易,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:亂流造成的微塵粒子于室內空間飄浮不易排出,易污染制程產品。

2.層流式(Laminar):

層流式空氣氣流運動成一均勻之直線形,空氣由覆蓋率之過濾器進入室內,并由高架地板或兩側隔墻板回風,此型式適用于潔凈室等級需定較高之環境使用,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,由對邊墻壁之回風系統回風,塵埃隨風向排出室外,一般在下流側污染較嚴重。

優點:構造簡單,運轉后短時間內即可變成穩定。

缺點:建造費用比亂流式高,室內空間不易擴充。

(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生的塵?？煽焖倥懦鍪彝舛粫绊懫渌ぷ鲄^域。

優點:管理容易,運轉開始短時間內即可達穩定狀態,不易為作業狀態或作業人員所影響。

缺點:構造費用較高,彈性運用空間困難,天花板之吊架相當占空間,維修更換過濾器較麻煩。

3.復合式(Mixed Type):

復合式為將亂流式及層流式予以復合或并用,可提供局部超潔凈之空氣。

(1)潔凈隧道(Clean Tunnel):以HEPA或ULPA過濾器將制程區域或工作區域覆蓋使潔凈度等級提高至10級以上,可節省安裝運轉費用。此型式需將作業人員之工作區與產品和機器維修予以隔離,以避免機器維修時影響了工作及品質,ULSI制程大都采用此種型式。

潔凈隧道另有二項優點:A.彈性擴充容易; B.維修設備時可在維修區輕易執行。

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

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

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以防靜電之透明塑料布圍成一小空間,采用獨立之HEPA或ULPA及空調送風機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、機器隔間、建筑結構等所產生的塵埃之移動、擴散受到氣流的支配。

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

潔凈室內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,此氣流速度屬微風區域,易受人、機器等的動作而干擾趨于混亂、雖提高風速可抑制此一擾亂之影響而保持潔凈度、但因風速的提高,將影響運轉成本的增加,所以應在滿足要求的潔凈度水準之時,能以風速供應,以達到適當的風速供應以達到經濟性效果。

另一方面欲達到潔凈室潔凈度之穩定效果,均一氣流之保持亦為一重要因素,均一氣流若無法保持,表示風速有異,特別是在壁面,氣流會延著壁面發生渦流作用,此時要實現高潔凈度事實上很困難。

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

影響潔凈室的氣流因素很多,如制程設備、人員、潔凈室組裝材、照明器具等,同時對于生產設備上方氣流的分流點,亦應列入考慮因素。

 一般操作臺或生產設備等表面的氣流分流點,應設于潔凈室空間與隔墻板間距2/3之處,如此可使作業人員工作時,氣流可從制程區內部流向作業區,而將微塵帶走;若分流點配置在制程區前方,將成為不當的氣流分流,此時大部份的氣流將流至制程區之后,作業員操作所引起的塵埃將被帶到設備后面,工作臺因而將受到污染,良率也勢必降低。

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

(六)潔凈室之構成

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

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

(2)空調系統:包括空氣艙、過濾器系統、風車等。

(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造,一般是用鋼筋或骨水泥,但無論是何種構造,必須滿足如下之條件:

A.不會因溫度變化與振動而發生裂痕;

B.不易產生微塵粒子,且很難附著粒子;

C.吸濕性小;

D.為了維持室內之濕度條件,熱絕緣性要高。