CWR機台IPA逸散減量與區域防禦機制

前言

隨著科技進步，5G及人工智慧的時代已經來臨，對於運算晶片的需求及效能也呈幾何式的增長，高階製程的重要性也越發凸顯，為了減少無塵室環境對產品良率的影響 ，高階製程中針對AMC問題進行有效減量與管制也越發被重視^[1]。

在現行半導體製程中，wet clean為晶片清洗的必要製程之一，但也伴隨大量MA、MB及MC污染，在wet clean製程中CWR區域更是應用大量IPA進行清潔^[2][3][4]，造成CWR區域環境IPA濃度偏高，在本廠中AMC高敏感區ECP更是與CWR緊鄰相接，現行IPA污染主要靠AMC filter進行處理^[5]，然而實務經驗上現行AMC filter針對Acetone及IPA的去除是最為困難的，造成ECP區域的IPA濃度更是面臨嚴峻的挑戰。

為了迎接如此嚴峻的挑戰，針對CWR區域的防守戰也因此如火如荼的展開，本研究參考來自負壓病房的案例，期望可將CWR的IPA污染隔離，避免CWR區域的IPA影響到其他區域，建立起完善的CWR機台IPA逸散減量與區域防禦機制。

文獻探討

負壓病房建立方法與應用

負壓病房於現今的醫療中廣泛使用，不管是2002年SARS事件乃至2020年新冠肺炎的事件，負壓病房的存在提高良好的病源隔絕以及大量提高疫情控制的效果 。負壓病房目的為控制具感染性之病原體於固定空間內，避免造成外界感染，現今在設計負壓病房尚有諸多規範，包含：風口位置、負壓大小、換氣頻率、氣密程度^[6]，在本次研究中，借鑒此種污染封鎖的概念，將CWR區域IPA視作病原體，建立「類」負壓病房將污染物隔絕，參考其建立規範，本研究也著手將其引進無塵室內：

A、氣密程度

負壓病房的建立中，門縫及隔間的氣密程度皆與負壓的建立有密切關係，縫隙皆必須小於一定值才能達到足夠的負壓，在無塵室實務中，無塵室內必須保持與外氣的絕對正壓，在本研究所建立的類負壓病房為與周圍其他製程區的相對負壓，透過氣密程度的加強與改善，直接的隔絕兩區污染物互通，減少污染物直接擴散造成的污染。

B、負壓大小

負壓病房中需建立足夠負壓確保病原體無外洩疑慮，在台灣的規範中負壓病房需與環境有8Pa負壓值，本次研究則透過以下方法來建立CWR與周圍環境的相對負壓：

a、CWR正壓減少

無塵室內環境供氣主要由MA進行供應，減少CWR區域MA供應量，可有效降低CWR區域的正壓，同時亦增加CWR區域環境抽氣量，進一步減少區域正壓大小 。

b、周邊環境提高正壓

透過將周邊環境供氣量提高，提高周圍壓力，確保與CWR有足夠壓力差，建立足夠的壓力梯度力確保於氣密之縫隙處的風向為周圍至CWR，避免污染物外洩。

其中 a=氣流加速度

　　 𝜌=空氣密度

　　 𝑝=氣壓

研究方法

3.1.設備端–逸散減量

本研究的目的是為了解決Wafer recycle機台在運轉時使用大量IPA清洗控制片後，仍有殘留的IPA透過機台外罩氣密性較差的區域外漏，造成無塵室內AMC污染，為減少污染源的逸散提出改善機台環境排氣方法，藉由增加排氣系統抽風量及縮小機台污染物逸散範圍，進而優化局部空間換氣量，進行源頭逸散減量。

Mini-exhaust改管

Wafer recycle機台下方設有環境排氣，將原本使用GEX一般排氣風管，將溢散在外的IPA排至非無塵室外，變更為使用VEX有機排氣風管，專管將溢散的IPA氣體排至VOC燃燒後排放出大氣中。可降低GEX排放至大氣中IPA濃度，並且可達到專管專用避免造成空污問題。

為了加大抽氣效果，同時將環排管徑由8吋管改為12吋管，增加環境排氣的抽氣量，減少IPA機台端對環境的影響。

機台周邊curtain防護

為了進一步提高還排抽氣效率，本研究將機台下方使用PVC curtain包圍，集中機台溢散出IPA氣體，縮小AMC 溢散空間，避免影響到鄰近環境，可使Exhaust排氣效率提升。

整體防護如 圖1所示，透過加大抽氣管徑，並同時利用curtain將污染物集中，預期可減少IPA的逸散量，達到汙染源頭減量的目的。

3.2.廠務端–類負壓病房建立

A、氣密

a、ECP氣密改善 

建立完善的氣密空間是負壓病房的關鍵，透過以下的手法來達成 :

• L40-L35-L30-L20全區域氣密改善，改善建廠時期缺失，並配合定期巡檢確保負壓病房無洩漏之虞。
• 動線上的自動門進行管制，僅在機台move in時開放 ，減少對外開口之機會，如 圖2。

  圖2、ECP動線自動門管制

  
• 增設ECP, CWR隔間牆，在隔間牆與動線上自動門之間形成Buffer room，減少受汙染源影響之疑慮，如圖3。

  圖3、ECP新增隔間牆與buffer room

  

B、壓力

a、FFU轉速調整

FFU轉速係無塵室壓力之重要因素，為建立CWR之相對負壓，須將ECP FFU轉速加載而增壓，CWR則反之 ; 透過壓力梯度之建立，讓風不僅縱向流動，亦達成橫向流動之效果。

儘管透過FFU加減載，在L30達成CWR對ECP之相對負壓，卻讓CWR L35相對ECP正壓，使得負壓病房出現破口，逸散汙染物至其他區域。

另外我們將ECP與CWR交界處之FFU加載，透過風速大且穩定的氣流來製作air curtain，更降低了汙染源逸散的可能。

b、MA風管改管 

為解決CWR L35正壓問題，需對MA風管進行改管 ，將原先CWR之MA風管改管至ECP，讓ECP L35增壓 、CWR L35降壓，透過一增一減之方式達成天花板上下皆「負壓」之病房，如 圖4所示。

c、CWR新增環境抽氣

透過增加環境抽氣可降低相對壓力。本案立中，我們於CWR區L35增加一管環境抽氣，減少CWR L35的相對壓力，達到相對ECP負壓的結果。

結果與分析

4.1.機台周邊IPA濃度變化

透過加大機台端Mini-exhaust管徑及新增高架地板下PVC curtain，成功降低機台附近逸散至環境的IPA濃度。圖5為CWR機台的改善結果，在改善前，以MiTAP量測機台旁濃度皆偏高，對環境有嚴重的影響。進行改善後濃度減少93%的污染逸散，呈現極為明顯的下降，而機台後端及L/P等非IPA排放管附近IPA讀值相對低的地方，於改善後也有5%~30%的下降，整體而言，透過此方法有效的將IPA逸散降低直接性的從源頭將污染源減量。

4.2.ECP區域正壓維持

透過氣密與壓力的改善，建立完善的CWR負壓病房。三樓壓力的部分，在FFU調整之下，調整前ECP與CWR兩者相差無幾，ECP壓力僅大於CWR 1pa，將ECP FFU加載後，ECP對CWR之正壓約10Pa，導入壓力梯度力之概念 :

壓力差∂p由1pa增加至10pa，兩者的梯度力也增加10倍之多，為L30建立起堅實的防護牆。

在FFU加載的同時建立了L30的正壓，但是卻因L35抽氣量增加造成鄭壓防護牆失守，於是透過增加MA風量進行防護，於L35同步建立負壓防護。MA風管改管前，ECP與CWR壓力差為負值，進行MA改管及風量補充後，壓力差增加約8pa，也建立起L35 ECP相對CWR正壓的防護，導入壓力梯度力的概念，L35增加MA風量使∂p由負號變為正號，正負號之轉換意味風壓方向之變化，故而原本風向為CWR至ECP，MA增量後改由ECP至CWR，成功建立負壓病房阻止IPA之擴散，整體改善如 圖6所示。

4.3.ECP區域IPA防護

透過ECP的正壓建立，避免影響旁邊的ECP。如 圖7為ECP&CWR區IPA濃度變化，以ECP現行baseline作為標準將IPA濃度進行比值換算。

12月初時IPA受CWR影響濃度為baseline約5~8倍，開始建立各種防禦措施後IPA濃度開始下降，成功將濃度降到baseline，並達到母廠的標準。同時看CWR區域之IPA濃度變化，可以發現即使在1月後CWR開始大量排放後IPA逐漸升高並且有較大的變化量，但是ECP IPA持續保持在baseline，成功透過將IPA污染封鎖在CWR區域，為ECP量產之AMC穩定性提供不可或缺的貢獻。

圖8為ECP、CWR區域2019年12月中、2019年12月底與2020年2月IPA濃度空間分布圖，可以很明顯的發現初期ECP受CWR影響，隨者各種措施的改善，ECP不再受CWR影響，即使CWR開始run貨IPA濃度上升，ECP仍可保持在Baseline。

結論

透過源頭減量及類負壓病房建立，F18P2成功將IPA污染留在CWR內，避免影響ECP的AMC品質。透過將exhaust改管及機台周邊curtain防護，更有效率的將mini- exhaust的效果提升，減少對環境的影響，機台端IPA濃度有效降低93%，同時將GEX改管為VEX可減少屋頂的IPA排放，亦減少源頭的外氣污染。

透過加強氣密、調整FFU轉速及新增L35環境抽氣，成功將CWR L30及L35皆相對ECP負壓，L30 ECP對CWR之正壓約10Pa ，L35 ECP對CWR之壓力由負轉正，成功將IPA封鎖於CWR之內，即便CWR因run貨而造成IPA明顯提升的同時，ECP區並未因此而被污染。

藉由各種方法，F18P2成功守住ECP區，藉由此次的經驗與挑戰成功提供良好的AMC供應品質，並期許借鑑這些經驗，朝向AMC零污染之願景邁進。