半导体洁净车间技术解析

一、 根本特点与挑战

1. 极高的洁净度等级：
   • 前道工艺（Wafer Fab）通常要求 Class 1 ~ Class 10（ISO 3 ~ ISO 4）。
   • 后道封装测试（Assembly & Test）通常要求 Class 100 ~ Class 1,000（ISO 5 ~ ISO 6）。
   • 注：在 Class 1 的环境下，每立方英尺空气中直径大于 0.5μm 的颗粒不得超过 1 颗。
2. 分子级污染物控制 (AMC)：
   • 传统洁净室只过滤灰尘，半导体车间必须过滤分子级污染物（Acid, Base, Condensable, Dopant）。
   • 例如：微量的氨气或酸性气体可能导致光刻胶失效，直接导致晶圆报废。
3. 微振动控制：
   • 光刻机（Scanners）和刻蚀机对振动极度敏感。洁净室的地板、FFU 的运行、人员走动都必须控制在极低的振动范围内（通常要求 VC-D 级或更高）。
4. 巨额能耗：
   • 半导体厂是 “能耗巨兽”，洁净室空调系统（Fab HVAC）的能耗通常占全厂总能耗的 40%~50%。

二、 关键技术指标 (Key Specifications)

三、 典型分区布局 (Layout)

1. 支持区（灰区）：
   • AHU 机房：放置巨大的组合式净化空调箱。
   • 工艺排气处理：酸 / 碱废气洗涤塔（Scrubber）。
   • 化学品供应间（UTC）：危险化学品存储。
2. 生产区（白区）：
   • 光刻区 (Photo)：要求比较高，恒温恒湿，防振动，防微尘。
   • 刻蚀 / 薄膜区 (Etch/Diff/Thin Film)：发热量巨大，需局部排风（LEV）和大流量换气。
   • 工艺缓冲间 (Mini-env)：围绕根本机台的局部超净环境。
3. Sub-Fab（工艺设备下层空间）：
   • 位于洁净室地板下方，用于布置错综复杂的工艺管路（气体、化学品、冷却水），便于维护且不占用洁净室空间。

四、 关键设备与系统配置

1. 空气处理系统

• MAU + FFU + DCC 系统（目前主流节能方案）：
  • MAU (Make-up Air Unit)：新风处理机组，负责除湿和初效过滤。
  • DCC (Dry Cooling Coil)：干盘管，安装在洁净室吊顶内，负责消除室内显热（温度），不除湿。
  • FFU (Fan Filter Unit)：成千上万个 FFU 安装在吊顶，提供洁净气流。
• 化学过滤器 (Chemfilter)：
  • 必须在新风段和回风段安装大量的活性炭过滤器或化学浸渍过滤器，以去除 AMC。

2. 结构与材料

• 高架地板 (Raised Floor)：
  • 通常采用防静电（ESD）、防腐蚀的硫酸钙或铝合金地板。
  • 架空高度通常在 1.2 米～1.8 米，用于回风及布置管线。
• 隔断墙板：
  • 需采用 50mm 或 75mm 厚的双面彩钢夹芯板，表面烤漆需具有极强的抗化学腐蚀能力（耐酸碱）。
  • 圆弧角设计，无螺丝外露，避免积尘。

3. 末端控制设备

• 风淋室 / 货淋室：
  • 必须具备防爆功能（因为部分区域涉及易燃易爆气体）。
  • 具备自动门、双门互锁、强风吹扫（风速 > 25m/s）。
• 传递窗 (Pass Box)：
  • 用于晶圆盒（FOUP）或光罩的传递，需配备 UV 杀菌灯和层流保护。

五、 华业建设的切入点与竞争策略

1. 半导体封装测试厂（OSAT）：
   • 特点：洁净度要求 Class 100~1000，面积大，对温湿度控制要求严格，但对振动和 AMC 要求低于晶圆厂。
   • 机会：国内长电科技、通富微电、华天科技等封装厂扩产频繁。
2. 第三代半导体（GaN / SiC）：
   • 特点：主要用于功率器件，工艺线宽较宽（微米级），洁净室要求比逻辑芯片低，投资回报率较好。
   • 机会：广东地区（东莞、深圳）是第三代半导体的产业聚集地。
3. 半导体设备零部件制造：
   • 特点：为半导体设备厂做零部件加工，需要局部的超净车间。