某實(shí)驗(yàn)室微納加工平臺(tái)潔凈度檢測(cè)結(jié)果分析

任琦， 王娟娟， 譚軍， 郭凱， 張碩， 李晨

（1. 中電投工程研究檢測(cè)評(píng)定中心有限公司；2. 中國(guó)電子工程設(shè)計(jì)院股份有限公司）

1 引言

微納加工技術(shù)廣泛應(yīng)用于納米材料的制造，電子元器件、光學(xué)設(shè)備和傳感器等領(lǐng)域，是先進(jìn)制造的重要組成部分，也是衡量一個(gè)國(guó)家高端制造業(yè)水平的標(biāo)志之一[1]。近年來(lái)，我國(guó)出臺(tái)多項(xiàng)政策支持我國(guó)高端制造業(yè)發(fā)展，國(guó)家“十四五”規(guī)劃中提出，要深入實(shí)施“制造強(qiáng)國(guó)”“質(zhì)量強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略，推動(dòng)高端制造業(yè)優(yōu)化升級(jí)，開(kāi)展核心技術(shù)攻關(guān)、精密設(shè)施設(shè)備開(kāi)發(fā)及改造更新、完善標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)等工作。黨的二十大報(bào)告提出，要提升科技自立自強(qiáng)能力，加快關(guān)鍵技術(shù)裝備攻關(guān)進(jìn)程，提升戰(zhàn)略性資源供應(yīng)保障能力[2]。

我單位承接的某實(shí)驗(yàn)室潔凈度檢測(cè)工程是對(duì)其微納加工平臺(tái)進(jìn)行受控環(huán)境合格性檢測(cè)。該實(shí)驗(yàn)室微納加工平臺(tái)承擔(dān)著我國(guó)微納技術(shù)發(fā)展的重任，我單位根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)實(shí)驗(yàn)室功能區(qū)及輔助用房進(jìn)行風(fēng)速、風(fēng)量、潔凈度、靜壓差、噪聲、照度、溫度、相對(duì)濕度、自?xún)魰r(shí)間等潔凈參數(shù)檢測(cè)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果判斷是否能滿(mǎn)足微納平臺(tái)使用要求，并提出相關(guān)處理建議，為我國(guó)高端制造業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供技術(shù)保障。

2 對(duì)象與方法

2.1 檢測(cè)對(duì)象

潔凈室面積2700㎡，各功能區(qū)域及輔助用房共24 個(gè)，分布在一、二層，每層層高3m，動(dòng)力設(shè)備夾層層高2m。其中一層黃光區(qū)潔凈度設(shè)計(jì)要求為ISO3.5 級(jí)，其他潔凈區(qū)域潔凈度設(shè)計(jì)要求為ISO5.5級(jí)～I(xiàn)SO7級(jí)。檢測(cè)指標(biāo)包括潔凈度、靜壓差、噪聲、照度、溫度、相對(duì)濕度、自?xún)魰r(shí)間共七項(xiàng)指標(biāo)。

2.2 儀器設(shè)備

風(fēng)速儀、顆粒計(jì)數(shù)器、聲級(jí)計(jì)、聲級(jí)計(jì)校準(zhǔn)器、溫濕度自記儀、照度計(jì)。

2.3 檢測(cè)方法

2.3.1 潔凈度

空氣懸浮粒子計(jì)數(shù)濃度測(cè)試必須在風(fēng)速、風(fēng)量、壓差以及過(guò)濾器測(cè)試各項(xiàng)完成后，并在潔凈室凈化空調(diào)系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行24h 后進(jìn)行[3]。被測(cè)浮粒子的粒徑為0.1m～5.0um 測(cè)量的潔凈室狀態(tài)可為空態(tài)、靜態(tài)或動(dòng)態(tài)任何一種狀態(tài)；測(cè)試人員不得超過(guò)2人，必須穿潔凈工作服并位于測(cè)點(diǎn)氣流的下風(fēng)向遠(yuǎn)離測(cè)點(diǎn)，測(cè)試人員動(dòng)作要輕，盡可能保持靜止?fàn)顟B(tài)。

1）采樣點(diǎn)的確定

最少采樣點(diǎn)數(shù)N可按下式確定。

式（1）中：N為最少采樣點(diǎn)，四舍五入取整數(shù)；A為潔凈室（區(qū)）的面積(水平單向流指垂直氣流空氣面積)以m 計(jì)采樣點(diǎn)應(yīng)均勻布置在潔凈室的整個(gè)斷面，測(cè)點(diǎn)高度位于工作區(qū)高度，非單向流潔凈室測(cè)點(diǎn)不應(yīng)布置在送風(fēng)口正下方向。

2）每次采樣的最小采樣量V的確定

式（2）中：V 為每次采樣的最小采樣量（升）；Cn為潔凈室空氣潔凈度等級(jí)被測(cè)粒徑的允許限值(個(gè)/m)；20 為規(guī)定被測(cè)粒徑粒子的空氣潔凈度限值時(shí)，可測(cè)試到的粒子數(shù)。

2.3.2 靜壓差

靜壓差的測(cè)定應(yīng)在所有房間的門(mén)關(guān)閉時(shí)進(jìn)行，有排風(fēng)時(shí)應(yīng)在最大排風(fēng)量條件下進(jìn)行，并宜從平面上最里面的房間依次向外測(cè)定相鄰相通房間的壓差，直至測(cè)出潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)室外環(huán)境（或向室外開(kāi)口的房間）之間的壓差[4]。

2.3.3 噪聲

測(cè)點(diǎn)距地面高1.1m，面積在15m2以下的潔凈室，可只測(cè)室中心1 點(diǎn)，15m2以上的清凈室除中心1點(diǎn)外，應(yīng)再測(cè)對(duì)角4點(diǎn)，距側(cè)墻各1m，測(cè)點(diǎn)朝向各角。

當(dāng)為混合流潔凈室時(shí)，應(yīng)分別測(cè)定單向流區(qū)域、非單向流區(qū)域的噪聲。

有條件時(shí)，宜測(cè)定空調(diào)凈化系統(tǒng)停止運(yùn)行后的本底噪聲，室內(nèi)噪聲與本底噪聲相差小于10dB（A）時(shí)，應(yīng)對(duì)測(cè)點(diǎn)值進(jìn)行修正；相差（6～9）dB（A）時(shí)減1dB（A)），相差（4～5）dB（A）時(shí)減2dB（A）相差3dB（A）時(shí)減3dB，相差小于3dB（A）時(shí)測(cè)定值無(wú)效。

2.3.4 照度

室內(nèi)照度的檢測(cè)應(yīng)為測(cè)定除局部照明之外的一般照明的照度。室內(nèi)照度的檢測(cè)可采用便攜式照度計(jì)，照度計(jì)的最小刻度不應(yīng)大于2lx。

室內(nèi)照度必須在室溫趨于穩(wěn)定之后進(jìn)行，并且熒光燈已有100h 以上的使用期，檢測(cè)前已點(diǎn)燃15min 以上，白熾燈已有10h 以上的使用期，檢測(cè)前已點(diǎn)燃5min 以上。測(cè)點(diǎn)距地面高0.8m，按1m～2m間距布點(diǎn)，30m 以?xún)?nèi)的房間測(cè)點(diǎn)距墻面0.5m，超過(guò)30m的房間，測(cè)點(diǎn)離墻1m。

2.4 評(píng)價(jià)依據(jù)

《潔凈室施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB 50591-201012、《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50073-2013及《通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB 50243-2016。

3 結(jié)果

3.1 潔凈度

對(duì)實(shí)驗(yàn)室3-A 樓潔凈室進(jìn)行潔凈度檢測(cè)，其中ISO3.5 級(jí)區(qū)域有3 個(gè)，ISO5.5 級(jí)區(qū)域有9 個(gè)，ISO6 級(jí)區(qū)域有6 個(gè)，ISO7 級(jí)區(qū)域有7 個(gè)，檢測(cè)情況見(jiàn)表1。結(jié)果顯示，僅有ISO3.5 級(jí)的潔凈度合格率為100%，ISO5.5 級(jí)、ISO6 級(jí)、ISO7 級(jí)合格率分別為80%、78%、86%。

表1 潔凈度檢測(cè)結(jié)果表

3.2 靜壓差

對(duì)實(shí)驗(yàn)室3-A樓的房間進(jìn)行壓差檢測(cè),檢測(cè)房間共22 個(gè)，檢測(cè)結(jié)果顯示109 研磨區(qū)（萬(wàn)級(jí)）、110 電鏡區(qū)（萬(wàn)級(jí)）、113刻蝕區(qū)（萬(wàn)級(jí)）、114爐管灰區(qū)（萬(wàn)級(jí)）、118二更、205封裝2區(qū)（萬(wàn)級(jí)）6個(gè)房間壓差值均小于標(biāo)準(zhǔn)值5Pa，不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，其他房間均符合要求，合格率為73%，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 靜壓差檢測(cè)結(jié)果

3.3 噪聲

對(duì)實(shí)驗(yàn)室3-A 樓的房間進(jìn)行壓差檢測(cè)，檢測(cè)房間共22個(gè)，檢測(cè)結(jié)果顯示，僅有110電鏡區(qū)、118二更區(qū)、201 封裝1 區(qū)、202nm 壓印區(qū)、204 測(cè)試1 區(qū)、205封裝2區(qū)等10個(gè)房間的噪聲符合小于60dB，符合標(biāo)準(zhǔn)要求，其余房間噪聲均不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，本次噪聲檢測(cè)的合格率為45%，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 噪聲檢測(cè)結(jié)果

3.4 照度

對(duì)實(shí)驗(yàn)室3-A 樓進(jìn)行空態(tài)照度檢測(cè)，檢測(cè)房間共24 個(gè)，檢測(cè)結(jié)果表明僅有110 電鏡區(qū)、116 去膠刻蝕區(qū)、117 外延區(qū)3 個(gè)房間的平均照度符合相關(guān)要求，101沖1、105光刻準(zhǔn)備區(qū)、106光刻1區(qū)、107光刻2 區(qū)等其余房間的平均照度檢測(cè)值均小于工藝要求值400lx，不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，本次照度檢測(cè)合格率僅為13%，相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 照度檢測(cè)結(jié)果

3.5 溫度和相對(duì)濕度

對(duì)實(shí)驗(yàn)室3-A 樓進(jìn)行溫度和相對(duì)濕度檢測(cè)，檢測(cè)房間共有21個(gè)，檢測(cè)結(jié)果表明各房間的溫度和相對(duì)濕度均滿(mǎn)足工藝要求的溫度（22±3）℃，相對(duì)濕度（45±5）%，合格率100%，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 溫度和相對(duì)濕度檢測(cè)

3.6 自?xún)魰r(shí)間

對(duì)實(shí)驗(yàn)室3-A 樓的光刻2 區(qū)和測(cè)試2 區(qū)進(jìn)行自?xún)魰r(shí)間檢測(cè)，測(cè)試時(shí)中控室FFU的風(fēng)速設(shè)置為0.5m/s，從檢測(cè)結(jié)果可見(jiàn)107 光刻2 區(qū)在開(kāi)始時(shí)0.1μm 的粒子濃度為0pc/m3，發(fā)煙后0.1μm 的粒子濃度5885471.0pc/m3，結(jié)束時(shí)0.1μm的粒子濃度0pc/m3，自?xún)魰r(shí)間為26min；206測(cè)試2區(qū)，在開(kāi)始時(shí)0.1μm的粒子濃度為100125.0pc/m3，發(fā)煙后0.3μm 的粒子濃度7477208.0pc/m3，結(jié)束時(shí) 0.3μm 的粒子濃度100125.0pc/m3。其檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表6、表7。

表6 107光刻2區(qū)自?xún)魰r(shí)間檢測(cè)結(jié)果

表7 206測(cè)試2區(qū)自?xún)魰r(shí)間檢測(cè)結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)對(duì)某實(shí)驗(yàn)樓微納加工平臺(tái)潔凈度進(jìn)行潔凈度、靜壓差、噪聲、照度、溫度、相對(duì)濕度、自?xún)魰r(shí)間7項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)，該實(shí)驗(yàn)室潔凈度ISO3.5 級(jí)合格率達(dá)到100%，ISO5.5 級(jí)、ISO6 級(jí)、ISO7 級(jí)合格率分別為80%、78%、86%，靜壓差檢測(cè)合格率為73%，噪聲檢測(cè)的合格率為45%，照度檢測(cè)合格率僅為13%，溫度和相對(duì)濕度合格率為100%，107 光刻2 區(qū)自?xún)魰r(shí)間為26min，206測(cè)試2區(qū)自?xún)魰r(shí)間為32min。

綜上所述，該實(shí)驗(yàn)室應(yīng)進(jìn)行潔凈室環(huán)境整改，加強(qiáng)潔凈室的運(yùn)行管理，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的潔凈度、靜壓差、照度、噪聲等潔凈指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格把控，由此才能進(jìn)一步保證該實(shí)驗(yàn)室的微納技術(shù)研發(fā)，提高產(chǎn)品合格率。