防微杜漸–ECP/B.S區環境IPA全面改善及管理機制

前言

異丙醇(Isopropyl Alcohol, IPA)為常見之溶劑，普遍用於機台清潔與晶圓清洗製程，已有許多案例證實IPA對於電化學電鍍(ECP)製程之晶邊良率具有極大的影響。隨著製程演進，製程對環境IPA要求更為嚴格，ECP/B.S.區環境IPA環境異丙醇(Isopropyl Alcohol, IPA)濃度控制目標值再下降75%。廠務AMC濾網Y2019費用比例，MAU定期更換濾網佔30%，設備定期更換化學濾網佔26%，其中無塵室環境TOC濾網費用占44%，廢棄物704噸，如 圖1所示。

圖1、2019年300mm廠務濾網用量分析

ECP/B.S.區IPA主要來源為外氣空調箱(Make-up Air Unit，MAU)引入，污染源來自於本身或鄰近廠區煙囪排放(約佔70%)，其次為化學研磨製程(CMP)機台洩漏或蝕刻機台保養使用IPA擦拭，經由自動化搬運系統夾帶氣流或自動門開啟引入至ECP/B.S.區環境(約占30%)，如 圖2所示，ECP/B.S.區域IPA來源示意。

圖2、ECP/B.S.區環境IPA來源

廠務無塵室空調系統常見的配置有MAU及FFU(Fan Filter Unit)循環系統，為了維持無塵室內AMC品質，會在MAU箱體內安裝化學濾網以過濾外氣AMC及無塵室天花板FFU上方安裝三合一化學濾網維持無塵室內AMC品質，如 圖3所示的A及B點位置。

圖3、化學濾網安裝位置

ECP/B.S區IPA來源約70%由MAU引入，當夏季西南風及靜風時煙囪排放IPA將影響MAU進氣口，冬季東北風時MAU進氣口不受影響，如 圖4所示為MAU進氣口的IPA濃度與鄰近煙囪排放及季節風向模擬結果。

圖4、季節風向與MAU進氣口IPA濃度關係

當MAU IPA高時，將使ECP/B.S.區環境IPA濃度上升，環境濾網更換頻率上升。反之，當MAU IPA低時，ECP/B.S.區環境濾網更換頻率減緩，如 圖5所示為MAU及ECP/B.S.區環境IPA趨勢圖。

圖5、MAU及ECP/B.S.環境IPA趨勢圖

MAU供風量設計140,000CMH，ECP/B.S.區需求約42,000CMH，所以MAU有大部分的風量是供應至其他區域，為了降低ECP/B.S. MA的IPA而更換MAU TOC濾網，如 圖6所示為點1位置，但MAU有70%的MA風量是供應至其他無需求的區域，無形中產生了資源浪費等問題。

圖6、因ECP需求更換MAU TOC濾網

ECP/B.S區IPA來源約30%由無塵室內部來源，例如CMP區Tool IPA洩漏及相鄰區域設備使用IPA保養若AMC防護不良 ，都可能透過以下路徑影響至ECP/B.S.區 : ①ECP/B.S.區無塵室相鄰隔間自動門及AMHS軌道開口 ②ECP/B.S.區Ceiling/-Fab/Sub-Fab許多風管和電力Tray穿越庫板牆及Divider的開孔氣密等問題，另外天花板FFU上方環境微負壓(相對非無塵區) ，對外的牆所有的開孔若氣密不良，亦有可能吸入外氣IPA。

文獻探討

「微汙染防治-十二廠六期電化學電鍍製程環境異丙醇減量之應用與探討」^[1]一文提出，藉由揮發性有機物(VOCs)處理設備氣密改善及酸性氣體處理設備(SEX)提升換水率進而降低外氣IPA汙染源，並改善ECP環境隔間氣密及流場，如 圖7所示，搭配新型IPA濾網之應用，可有效降低ECP環境內IPA濃度。

圖7、ECP環境隔間氣密及流場改善

「無塵室高架式地板通風對室內流場的影響」^[2]一文提出機台上方FFU與機台四周孔洞地板數量安裝為滿佈時有助於流場的穩定性，如 圖8所示，若FFU無法滿佈時也盡量以對稱的編排方式安裝。

圖8、高架地板分佈及流場差異

「談異丙醇化學濾網使用效率提升之研究」^[3]一文提出改善增加TOC化學濾網壽命的對策，改變濾網風速2.5m/s→ 0.5m/s、使用高容量TOC化學濾網及串聯濾網(1道→2道)等改善，如 圖9，開發出區域型濾網箱，安裝於ECP區MA風管上 ，可有效過濾外氣IPA長達15天(IPA<8ug/m³@Inlet 25ug/m³)，環境濾網更換次數在15天內由6次降低為1次，如 圖10。

圖9、降低風速及增加濾網道數，可延長濾網壽命

圖10、區域型濾網箱導入後ECP區濾網更換次數6次→1次

TOC化學濾網的吸附劑主要為活性碳 ^[4]，劉鎮宗等人文獻回顧說明活性碳脫附機制 :活性碳吸附反應的逆反應即脫附反應，其質傳步驟如下 : 

• 吸附物從吸附劑表面脫附釋出。
• 脫附物藉孔隙擴散，從吸附劑微孔隙中傳送到吸附劑外表面。
• 脫附物經質量傳送，從吸附劑外表面後進入氣相狀態。

常用的活性碳脫附再生技術包含熱處理(Thermal Treatment)、化學處理(Chemical Treatment)、溶劑萃取(Solvent Extraction)、生物再生(Bio-regeneration)及超音波再生(Ultrasound Regeneration)等。熱處理是最常用的再生程序，此法係以高溫蒸氣導入活性碳吸附床，吸附質自活性碳表面脫附並隨蒸氣攜出。

活性碳熱脫附再生之反應過程，熱脫附溫度100~260℃，為揮發性化合物之脫附，如 表1所示。

研究方法

參考文獻 ^[1]改善L30 ECP環境隔間氣密及流場，本文將全面根據氣流所經路徑如 L40/L35/L30/L20層，進行氣密檢查及補強，避免其他區有破口影響ECP/B.S區，軌道開口縮減至空中走行式搬運車(Overhead Hoist Transfer, OHT)可通過的大小，盡可能降低OHT帶入的污染，如 圖11所示，並調整ECP/B.S.區MA風量高於CMP/BE ETCH區，使ECP/B.S.區室壓高於其他區。

圖11、L40/L35/L30/L20層氣密檢查及補強

參考文獻 ^[2]一文機台四周孔洞地板數量安裝為滿佈時有助於流場的穩定性，ECP/B.S.區所有高架地板洞板覆蓋率85%提高至100%。

參考文獻 ^[3]一文提及區域型濾網箱，本文延續使用區域型濾網箱，針對ECP/B.S.區需求區域的MA風管上串聯濾網箱，如 圖12所示，可避免TOC濾網安裝在MAU 70%的資源損失。

圖12、區域型濾網箱安裝位置

並再改良濾網箱內的TOC濾網型式，增加活性炭容量從原來的筒式 TOC濾網改用高容量TOC濾網，如 圖13所示 。

圖13、高容量TOC濾網與筒式TOC濾網壽命比較

依據文獻中活性碳濾網可物理脫附再生原理，IPA/Acetone的沸點為82.6/56℃，對TOC濾網進行>=100℃熱風脫附實驗，脫附TOC濾網中的IPA/Acetone，恢復率約75%，如 圖14所示 。

圖14、高容量TOC濾網再生測試

針對外部及內部IPA污染提出解法，將計畫方法列舉如下 :

• 隔間氣密檢查及管理機制 : 將ECP/B.S區Ceiling/Fab/Sub-Fab進行氣密檢查改善，避免ECP/B.S.區域受其他區污染，並排定定期檢查機制。
• 高架地板洞板覆蓋率100% : 提高ECP/B.S區高架地板洞洞板覆蓋率85%→100%。
• 正壓管控/壓差/Door Alarm管理 : 將ECP/B.S區Fab/Sub-Fab層調整對相鄰區域相對正壓管控，調大ECP/B.S區MA風門開度100%，調降相鄰CMP/BE ETCH區MA風門開度<50%，AMHS軌道開口縮減。
• ECP/B.S.區需求區域的MA風管上串聯濾網箱，使用高容量TOC再生型濾網。

結果與分析

4.1.隔間氣密強化

檢查發現Ceiling/Fab/Sub-Fab隔間及Divider風管/管路/Tray穿牆後有些氣密不完整，再修補氣密後，避免ECP/B.S.區受其他區影響。AMHS軌道開口縮小，如 圖15。

圖15、氣密補強及軌道縮口

4.2.高架地板洞板覆蓋率100%

提高ECP/B.S區高架地板洞洞板覆蓋率85%提升至100%，如 圖16。

圖16、高架地板洞板覆蓋率100%

4.3.正壓管控

ECP/B.S區室壓調整結果，皆高於相鄰區域1~3pa，如 圖17。

圖17、室壓調整

4.4.於需求區域的MA風管上串聯濾網箱

使用高容量TOC濾網，濾網箱內部照片，如 圖18。

圖18、濾網箱安裝高容量TOC濾網

濾網箱安裝位置如 圖18，圖19為濾網箱過濾前後比較 ，濾網箱出口IPA/Acetone<5ug/m³維持46天，圖20為ECP區MA經濾網箱過濾後環境及機台46天內無更換濾網。

圖19、區域型濾網箱出口<5ug/m³，持續46天

圖20、區域型濾網箱導入後ECP環境及FI無更換濾網

如 圖21為TOC濾網出廠再生後，回廠安裝於濾網箱測試結果，約30天~45天，IPA>5ug/m³。

圖21、安裝TOC再生型濾網，濾網箱入/出口IPA

如 圖22位置1為MAU安裝筒式TOC濾網，約8days，MAU出口IPA>5ug/m³，如 圖23所示。

圖22、TOC濾網安裝位置

圖23、安裝筒式TOC濾網，MAU出口IPA

區域型濾網箱與MAU TOC Filter「單台」運轉費用比較，MAU 8天更換1次筒式TOC濾網，區域型濾網箱30天更換1次TOC再生型濾網，區域型濾網箱可節省濾網費用較MAU減少67%，廢棄物減量28.3噸，減少92.2%。

結論

ECP/B.S.區IPA主要來源70%為外氣，30%由內部其他區透過相鄰隔間自動門及AMHS軌道開口/Ceiling層及sub fab/ Divider的開孔氣密污染。內部透過隔間氣密檢查及管理機制，高架地板洞板覆蓋率100%，正壓管控/壓差/Door Alarm管理，外部來源由濾網箱過濾，ECP/B.S.區達到全面防護。

ECP/B.S.區環境IPA規格下降75%，勢必會導致TOC濾網更換更頻繁，面對嚴格的規格與運轉費用的壓力，未來將針對環境TOC濾網再生取代一次性TOC濾網展開評估及TOC濾網自動化再生系統，期望達到符合環境嚴格的規格，又可減少運轉費用及廢棄物減量目標。