Merkmale des Baus von Reinräumen der höchsten Sicherheitsstufe in Elektronikfabriken

1. Anforderungen an den Produktionsprozess in Elektronikfabriken für eine kontrollierte Umgebung

Elektronikfabriken, wie beispielsweise Mikroelektronikfabriken für groß- und sehr großintegrierte Schaltungen (LSI und VLSI) sowie optoelektronische Fabriken für Flüssigkristallanzeigen (LCDs), Dünnschichttransistor-Flüssigkristallanzeigen (TFT-LCDs), Plasma-Bildschirme (PDPs), Leuchtdioden (LEDs), organische Leuchtdioden (OLEDs) und Polymer-organische Leuchtdioden (PLEDs), sind allesamt auf eine saubere Produktionsumgebung angewiesen. Diese umfasst nicht nur Gebäudehüllen, -strukturen, Luft, Wasser, Gase, Lösungsmittel und andere Rohstoffe, sondern auch diverse Umweltfaktoren wie Schall, Licht, Elektrizität, Magnetismus und Vibrationen. Dazu gehören beispielsweise die Form und Geschosshöhe des Gebäudes, die Tragfähigkeit der Struktur, die Oberflächenmaterialien der Gebäudehülle; die Reinheit, Temperatur, Luftfeuchtigkeit und der statische Druck der Umgebungsluft; die Reinheit und der Partikel- und Schwermetallgehalt von Wasser und Gasen; sowie Umgebungsgeräusche, Beleuchtung, statische Elektrizität, elektromagnetische Abschirmung und Mikrovibrationen. Im Allgemeinen lassen sich die Anforderungen an die Umwelt im Produktionsprozess von Elektronikfabriken mit fünf Merkmalen zusammenfassen: groß, sauber, präzise, ​​rein und streng.

•Groß: Der Produktionsprozess erfordert immer größere Reinräume. Nehmen wir die Reinraumfläche für die TFT-LCD-Produktion als Beispiel. Die Fläche eines Reinraums für die Produktion von TFTs der 5. Generation beträgt etwa 28.000 m², für die 6. Generation etwa 40.000 m² und für die 8. Generation übersteigt die Fläche eines einzelnen Reinraums 80.000 m². Das wäre groß genug, um mehr als 20 Boeing 747 zu parken.

Reinraum: In den Reinräumen der Fertigungsprozesse von Mikroelektronik (ICs) und Optoelektronik (TFTs, LCDs) in Elektronikfabriken gelten zunehmend strengere Anforderungen an die Umgebungsreinheit. Beispielsweise entspricht die Reinheitsanforderung für den Fotolithografieraum im Fertigungsprozess von 12-Zoll-Wafern der Klasse 1 (0,1 µm). Dies bedeutet, dass die Anzahl der Partikel ≥ 0,1 µm pro Kubikfuß Luft 1 nicht überschreiten darf, was der ISO-Klasse 1 entspricht.

•Präzise: Die Produktionsprozesse in Elektronikfabriken stellen zunehmend hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Regelung von Umgebungslufttemperatur und -feuchtigkeit. Nehmen wir beispielsweise den oben erwähnten Fotolithografieraum der Mikroelektronik: Dessen Temperaturgenauigkeit beträgt ± 0,1 °C und die der relativen Luftfeuchtigkeit ± 3 %.

•Rein: Die Vorfertigungsprozesse von großflächigen integrierten Schaltungen stellen immer höhere Anforderungen an die Reinheit der verwendeten Reinstwasser, Reinstgase und Reinstlösungsmittel. So muss beispielsweise Reinstwasser nicht nur einen bestimmten spezifischen Widerstand aufweisen, sondern auch strenge Anforderungen an Partikel, Bakterien, Schwermetalle und ionische Bestandteile anderer Elemente erfüllen. Mit der Weiterentwicklung der Produktionsprozesse steigen die Anforderungen an die Reinheit stetig – hin zu immer „reineren“ Produkten.

Streng: Die Produktion in der Elektronikindustrie unterliegt strengen Anforderungen hinsichtlich Reinheit, Temperatur und Luftfeuchtigkeit sowie Umweltfaktoren wie Lärm, Licht, statischer Elektrizität, elektromagnetischer Abschirmung und Mikrovibrationen. Insbesondere in der Mikroelektronikproduktion gelten neue, strenge Anforderungen an die molekulare Umweltbelastung. Molekulare Belastung bezeichnet die strikte Kontrolle von Elementen in der Umgebungsluft, die Halbleiterprozesse beeinträchtigen können, wie Natrium (Na), Kohlenstoff (COx), Schwefel (SOx) und Stickstoff (NOx). Daher werden bei der Luftreinigung schädliche Moleküle in der Außenluft durch Besprühen mit Leitungswasser oder Reinstwasser absorbiert und in der Frischluft durch chemische Filter entfernt.

2. Hochreinräume in Elektronikfabriken verwenden meist Mischstrom-Reinräume.

Um die anfänglichen Baukosten und den Energieverbrauch im Betrieb von Reinräumen zu reduzieren, wird in Hochleistungsreinräumen von Elektronikfabriken in den wichtigsten und kritischsten Bereichen der Prozessfertigung in der Regel ein vertikaler, unidirektionaler Durchfluss mit hohen Reinheitsgraden (ISO-Klasse 1 bis ISO-Klasse 5) eingesetzt. Anstelle eines großflächigen, unidirektionalen Durchflusses kommt ein großflächiger, nicht-unidirektionaler Durchfluss (ISO-Klasse 6 bis ISO-Klasse 8) zum Einsatz. Das heißt, vertikaler, unidirektionaler und nicht-unidirektionaler Durchfluss werden in einem Reinraum kombiniert, um einen Mischstrom-Reinraum zu bilden. Das Luftreinigungssystem eines Mischstrom-Reinraums besteht üblicherweise aus einer Zulufteinheit (MAU), einer Lüfter-Filter-Einheit (FFU) und einem Trockenkühler (DC). Die in großflächigen Produktionsanlagen der Mikroelektronik und Optoelektronik im In- und Ausland weit verbreiteten Mischstrom-Reinräume bieten Vorteile wie einfache Einstellbarkeit, bemerkenswerte Energieeinsparung, hohe Flexibilität, Anpassungsfähigkeit an die Modernisierung der Elektronikprozesse sowie die Möglichkeit, Nichtproduktionsflächen und -räume zu sparen. Es ist das beste Luftaufbereitungssystem und das hervorragendste Luftversorgungssystem.

Die Zuluftanlage (MAU) in diesem System hat fünf Hauptaufgaben:

(1) Die MAU (Mikroluftanlage) muss den Überdruck im Reinraum aufrechterhalten und ausreichend Frischluft zuführen, um die Abluft der Prozessanlagen auszugleichen und so das Eindringen verunreinigter Außenluft zu verhindern. Im Allgemeinen sollte das Frischluftvolumen der Summe aus Abluftvolumen des Reinraums und Leckluftvolumen zur Aufrechterhaltung des Überdrucks im Innenraum entsprechen.

(2) Die MAU muss die Einhaltung der vorgeschriebenen relativen Luftfeuchtigkeit im Reinraum gewährleisten. Daher muss die MAU im Sommer über ausreichende Kühl- und Entfeuchtungskapazität verfügen, und im Winter sind bestimmte Befeuchtungsmaßnahmen erforderlich.

(3) Im MAU sollten mehrstufige Filter (Grob-, Mittel- und Hochleistungsfilter) installiert werden, um den Ultrahochleistungsfilter am Ende der FFU zu schützen.

(4) Die MAU (Mikroluftanlage) muss schädliche Gaskomponenten in der Außenluft absorbieren und adsorbieren können, um molekulare Schadstoffe in der Frischluft zu eliminieren. Zu diesem Zweck ist in der MAU eine Wassersprühkammer zu installieren, die Schadstoffe wie Stickstoff und Schwefel absorbiert. Die Wassersprühkammer verfügt über eine ein- und zweistufige Wassersprühung (in der ersten Stufe Leitungswasser, in der zweiten Stufe Reinstwasser). Zusätzlich ist ein chemischer Filter (Aktivkohlefilter) zur Adsorption schädlicher Moleküle in der Frischluft zu installieren.

(5) Nördlich des Gelben Flusses, insbesondere in der nordöstlichen Region Chinas, liegen die Außentemperaturen im Winter bei Dutzenden von Grad unter Null. Daher müssen für die MAU im Norden Vorheizmaßnahmen gegen Frost in Betracht gezogen werden.

Die Lüfterfiltereinheit (FFU) in diesem System dient der Sicherstellung eines hohen Reinheitsgrades im Reinraum. Je nach Reinheitsanforderungen kann der Filter in der FFU ein Hocheffizienzfilter (H14) oder ein Ultrahocheffizienzfilter (U15, U16, U17) sein.

Leistungsanforderungen an die FFU:

(1) Die Luftgeschwindigkeit v im Querschnitt des FFU-Auslasses sollte ≥ 0,45 m/s betragen; die Gleichmäßigkeit der Luftgeschwindigkeit im Querschnitt sollte ± 15 % betragen.

(2) Der externe statische Druck der FFU sollte ≥ 120 Pa betragen.

(3) Der externe Geräuschpegel der FFU sollte ≤ 50 dB(A) betragen.

(4) Die Lebensdauer des FFU-Lüfters sollte 5.000 bis 8.000 Stunden betragen.

Suzhou Pharma Machinery Co.,Ltd.

2025/11/20

Gino