超纯空气过滤净化系统及空气过滤方法、空气净化的方法

摘要

本发明涉及一种超纯空气过滤净化系统及空气过滤方法、空气净化的方法。所述空气过滤系统包括第一通风路径、第二通风路径与第三通风路径。第一通风路径连接于至少一外部气体供应器与一洁净室之间。第一通风路径用以将来自于至少一外部气体供应器的空气导向至洁净室。第二通风路径连接于洁净室，并且第二通风路径用以对于洁净室中的空气进行再循环。第三通风路径分离于第一通风路径且连接于至少一外部气体供应器与一设备环境之间，设备环境设置于洁净室之中。第三通风路径包括一超纯空气过滤单元，超纯空气过滤单元设置于外部气体供应器与设备环境之间，超纯空气过滤单元包括一压缩机/干燥机。由此可以改良洁净室和设备环境之中的过滤空气质量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体晶片(semiconductor wafer)制造环境，特别涉及一种可在半导体晶片制造环境中对于气体分子污染物进行控制的方式。

背景技术

于实际应用上，半导体晶片制造是需要无气体分子污染物与粒子物质的环境，如此才能于晶片的制造过程中不会造成晶片的污染。由此可知，在引入半导体晶片制造的洁净室之前的空气是必须经过高度净化或过滤处理。在将空气引入半导体晶片制造的洁净室之前，一般是利用化学过滤器、高效能空气粒子(high efficiency particulate air(HEPA))过滤器和/或超高效空气过滤器(ultra-low penetration air(ULPA))对空气进行净化与过滤处理。当晶片制造进入纳米技术时，需要更多的化学过滤器，如此才能符合严格的AMC(气体分子污染物)规格需求(AMC specificationrequirements)。

图1为表示一洁净室114所使用的一传统空气过滤系统100的气流循环方块图。此空气过滤系统100以两种方式将空气引入洁净室114：(1)利用一补充空气气流102与(2)利用一再循环气流122。补充空气气流102经由外部(例如：外部空气供应器104取得所需空气且将此空气传输至一空气处理单元(以下简称“ATU”)106。于ATU 106中，通过将外界空气通过一或多个化学过滤器的方式以进行气体分子污染物移除处理。通过了ATU 106的补充空气气流102与来自于再循环气流122的空气进行混合，并且通过一干冷盘管(dry cooling coil)108对于结合气流(combined airflow)进行冷却。

此包含已过滤的室外空气与再循环空气的结合气流会通过风扇/过滤器单元(fan filter unit，FFU)(以下简称“FFU”)110，FFU 110利用一或多个化学过滤器对于此结合气流进行再次的过滤。随后，通过FFU 110中的风扇将结合气流吹入洁净室114之中。设备上所设置的风扇，可将洁净室114的空气导入设备环境(tool environment)112之中。通过设备环境112后的部分空气会被传回洁净室114与洁净室114中的空气进行混合，然后此混合后的空气会流入空气回风区域(sub-fabrication air return area)116。空气回风区域116中的部分空气与部分直接由设备环境112排出的空气，在通过了废气排放处理系统(air abatement system)118之后，被排放至外界。剩余的空气会被再循环且与来自于外界的补充气流102进行混合，然后进入干冷盘管108。基于上述说明可知，由于传统空气净化系统必须利用相当多的高价的化学过滤器来对补充空气气流102与再循环气流122进行净化处理，传统空气净化系统所需成本是相当高的。此外，在洁净室114中的扰动气流(turbulent airflow)的影响下，于传统空气净化系统的洁净室与设备环境之间会造成交叉污染。

因此，对于纳米晶片环境而言是必须提出空气过滤系统的改良。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超纯空气过滤净化系统及方法以及对于空气进行净化的方法，以解决传统空气净化系统的洁净室与设备环境之间交叉污染的问题。

于本发明的一方案中，一空气过滤系统包括一第一通风路径、一第二通风路径与一第三通风路径。第一通风路径连接于至少一外部气体供应器与一洁净室之间，并且第一通风路径用以将来自于至少一外部气体供应器的空气导向至洁净室。第二通风路径连接于洁净室，并且第二通风路径用以对于洁净室中的空气进行再循环。第三通风路径分离于第一通风路径且连接于至少一外部气体供应器与一设备环境之间，设备环境设置于洁净室之中，第三通风路径包括一超纯空气过滤单元，超纯空气过滤单元设置于外部气体供应器与设备环境之间，超纯空气过滤单元包括一压缩机/干燥机。

于本发明的另一方案中，一空气过滤方法包括了以下步骤：对于一第一补充气流进行过滤；以超纯空气过滤单元对第二补充气流进行净化，超纯空气过滤单元包括一压缩机/干燥机；对于第一补充气流与一再循环气流进行结合；以及将第二补充气流直接应用于一设备环境之中且将结合气流应用于一洁净室之中。

于本发明的另一方案中，一种应用于纳米技术工艺环境的对于空气进行净化的一方法包括了以下步骤：通过一外部气体供应器以提供空气；于一前处理单元进行空气的前处理；将空气压缩至一压力，如此使得水蒸气与大气污染物形成了一浓缩物；自空气中对于浓缩物进行移除；于一后处理单元进行空气的后处理；以及于一洁净室之中将空气导向至一设备环境之中且同时绕过洁净室的一空气再循环路径。

由此可以改良洁净室和设备环境之中的过滤空气质量，并减少了高价的化学过滤器的使用。

为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1为表示一半导体厂传统的空气气流循环方块图。

图2为一半导体厂的改良气流循环的一根据本发明实施例的方块图。

图3表示经由与图2的实施例相符的一超纯空气过滤单元中的各级所取得的干净、干燥空气测量值的图表。

其中，附图标记说明如下：

100～外部空气来源              102～补充空气气流

104～外部空气供应器            106～补充空气处理单元(ATU)

108～干冷盘管                  110～风扇/过滤器单元(FFU)

112～设备环境                  114～洁净室

116～空气回风区域              118～废气排放处理系统

122～再循环气流                202～补充空气气流

204a、204b～外部空气供应器     206～空气处理单元(ATU)

208～干冷盘管                  210～风扇/过滤器单元(FFU)

212～设备环境                  214～洁净室

216～空气回风区域              218～废气排放处理系统

220～超纯空气(UPA)处理单元     220a～前处理单元

220b～压缩机/干燥机单元        220c～后处理单元

222～空气再循环气流

具体实施方式

图2为一洁净室空气过滤系统的一根据本发明实施例的流程图。洁净室214可为100级洁净室(Class 100 clean room)，例如：于洁净室214内的每立方英尺空气中，0.5或0.5微米以上的粒子的数目少于100。值得注意的是，于其它实施例中的洁净室214的等级是可以不同于100级的，或是洁净室214可为另一种室结构型态(room type)(例如：纳米技术实验室或采用超纯空气的任一室结构)。如图2所示的洁净室空气过滤系统包括两气流：(1)一补充空气气流202与(2)一空气再循环气流222。两道气流202、222有不同的通风路径。补充空气气流202包括了洁净室214所使用的一专用气流(dedicatedairflow)与设备环境212所使用的一分离专用气流(separate dedicated airflow)，此分离专用气流于设备环境212中会直接接触半导体晶片。

供应至洁净室214的气流由外部(例如：外部)空气供应器204a所提供，并且此专用气流通过一空气处理单元206(以下简称“ATU 206”)。虽然在图2中的实施例采用了外部空气供应器204a、204b所提供的室外空气，于其它实施例中是可采用不同的一外部空气源(例如：一压缩空气储存容器或中央通风系统所提供的空气。

于ATU 206之中，利用HVAC盘管(HVAC coils)与一或多个加湿器可对经由外部空气供应器204a所接收的空气进行温度与湿度的控制。此外，ATU206可包括一前过滤器(pre-filter)、一中间过滤器(medium filter)与一高效能空气粒子过滤器(以下简称“HEPA过滤器”)，通过前过滤器、中间过滤器与HEPA过滤器以对于空气中的粒子污染物进行移除。当完成空气的过滤后，此过滤后的空气与来自于空气再循环气流222的空气进行结合，并进入干冷盘管208，而位于干冷盘管208的空气会被冷却。空气再循环气流222的通风路径与补充空气气流202的路径相互分离，并且在空气再循环气流222的作用下，来自于洁净室214与设备环境212的空气会被再循环，并与来自于补充空气气流202的空气进行再结合，然后做为洁净室214的使用。结合后的干燥冷却空气通过了一风扇/过滤器单元(以下简称“FFU”)210进入洁净室214，并且利用FFU 210对于空气进行再次的过滤。

一分离通风路径(separate ventilation path)位于一外部气体供应器204b与设备环境212之间，供应至设备环境212的补充空气气流202沿着此分离通风路径被导引。因此，相较于被导引进入洁净室214的空气的过滤作业而言，供应至设备环境212的补充气流采取分离方式进行过滤。供应至设备环境212的专用气流由外部空气供应器204b所提供，并且此专用气流于一超纯空气处理单元(以下简称“UPA处理单元”)220进行超纯空气处理。于部分实施例中，外部空气供应器204a、204b相互分离且彼此相异。于其它实施例中，外部空气供应器204a、204b可为相同的空气供应器，并且分别利用相互分离且相异的两通风路径以供应空气至ATU 206、UPA处理单元220。

于一根据本发明的实施例中，UPA处理单元220包括一前处理单元220a、一压缩机/干燥机单元220b及一后处理单元220c。前处理单元220a可包括一离子产生器与一光触媒。此外，前处理单元220a可包括一加湿组件，通过加湿组件可增加压缩机/干燥机单元220b的效率。

来自于前处理单元220a的空气被收容于压缩机/干燥机单元220b之中。压缩机可采用一工业空气压缩机。直到空气中的水蒸气与大气污染物被凝结成为一液体浓缩物之前，于工业空气压缩机内部的空气压力会超过外界大气的空气压力。空气污染物被溶解于压缩水蒸气之中且可经由UPA处理单元220中的一排水管(drain)而排除。利用一干燥机可对于压缩空气进行干燥处理且增加空气的纯度。干燥机可采用一工业压缩空气干燥机，由此以对于空气中的附加的浓缩物与大气污染物进行移除。于部分实施例中，干燥机可采用一冷冻式空气干燥机进行空气污染物的移除，通过冷冻式空气干燥机更可降低压缩空气的露点。

随后，经压缩与干燥的空气便可进入后处理单元220c。后处理单元220c包括了一或多个化学和/或物理过滤器(例如：HEPA过滤器、超低穿透率空气过滤器或超高效空气过滤器或其它类似的过滤器)，由此以更进一步对于空气进行纯化。随后，经由后处理单元220c所提供的空气被导引进入设备环境212，于设备环境212中的空气可直接提供给工艺或其它位置(point)的使用。

图3表示经由与图2的实施例相符的超纯空气过滤单元中的各级所取得的对于空气的干净、干燥空气量测值(clean，dry air(CDA)measurements)的图表。由图3可知，在UPA处理单元220的作用下，于外部空气中的氟离子(F^-)、氯离子(Cl^-)、硝酸根(NO₃-)、磷酸根(PO₄^3-)、硫酸根(SO₄^2-)、铵根(NH₄⁺)的含量可被降低，其可应用的范围并不受限于此。此外，压缩机净化可降低空气中的有机污染物(例如：甲苯(toluene)、乙烷(ethane)、乙酸乙酯(ethylacetate)、环己酮(cyclohexanone)、二甲苯(xylene)、丙酮(acetone)与乙苯(ethlybenzene))的含量。为了增加空气的纯度，UPA处理单元220的前处理单元220a和/或后处理单元220c可结合附加的空气纯化技术(例如：空气清洗器、化学过滤器、光触媒过滤器、紫外辐射)，由此以减少气体分子污染物。

将补充空气气流202分流以分别供应至设备环境212与洁净室214，经由洁净室214中的扰动气流所引起的局部产生污染物(locally bornecontaminants)传播所造成的设备环境212的污染机会会被降低。此外，在分离洁净室214所需的气流后，所需进行超纯空气处理的空气量是可被降低的。以超纯空气处理系统220对设备环境空气进行纯化后，设置在FFU 210之中、对洁净室214的空气进行过滤的化学过滤器数目可减少。就传统洁净室空气过滤系统而言，当利用多个化学过滤器对于一气流进行纯化时，则可会产生一不必要的压力降。因此，通过减少空气所通过的化学过滤器的数目，可降低洁净室214中压力降。

如图2所示，来自于洁净室214与设备环境212的空气于洁净室214中进行混合且流入空气回风区域216。空气回风区域216中的大部分空气会成为空气再循环气流222而回至洁净室214，。空气回风区域216中所剩余的空气与部分直接由设备环境212所排出的空气，经废气排放处理系统218的处理后，被排放至外界。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，但其并非用以限制本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可做等同性的变化与修饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所限定的保护范围所界定的保护范围为准。