生物技术厂无尘室系统介绍

無塵室系統(Clean Room Systems)3.2.3.1.無塵室簡介產業領域, 製品及在製品之線徑單位皆是以微米或次微米計算, 若微塵顆粒沾附在半導體元件的晶圓上, 便有可能影響到精密導線部局的樣式, 造成電性短路或斷路的嚴重後果. 因此, 所有半導體製程設備, 都必頇安置在控制粉塵進入的空間中, 此空間就是無塵室(Clean Room), 無塵室或潔淨室的形成,主要是利用強迫循環空調系統, 配合多層次的精密濾網, 排除空氣中之微粒或其它污染物, 並將溫濕度控制在合適的範圍內. 無塵室是半導體工業, 醫學,生化科技等不可或缺之重要設施.根據美國聯邦標準209D 潔淨室規格, 所謂Class10,000之無塵室, 係指1立方英呎之空氣中, 超過0.5 micron之微粒不超過10000顆, 以此類推. 由於高科技產業製品之線寬要求已經趨向於次微米及奈米, , 某些先進製程之無塵室之已經以0.1 micron 當成微粒潔淨室規格, 以達到真正潔淨的要求.依據Air Flow Type分類, 常見之無塵室可分為:a.垂直層流型, Down (Vertical Flow) Type潔淨之氣流由上方吹出, 經下方空心樓板回風處理, 循環使用. 潔淨度可達 1 或10 級. 氣流為層流行態, 帶走particles之效率佳.b.水平層流型, Cross (Horizontal Flow) Type潔淨之氣流由側邊吹出, 經另一側回風處理, 循環使用, 潔淨度可達100或1000 級. 氣流亦為層流, 帶走particles之效率佳.c.紊流型, Conventional (Turbulent Flow) Type潔淨之氣流由上方吹出, 經一側下方回風處理, 循環使用, 潔淨度可達1000級以上, 氣流為紊流行態, 氣流易發生迴旋停滯, 故帶走particles之效率較差.3.2.3.2.無塵室設施及功能a.空氣調節系統, Air Condition Systems無塵室空氣調節系統的主要用途是提供無塵室空氣之補氣, 溫度控制,溼度控制, 空氣強制循環, 去除微粒等功能, 以使無塵室環境保持在設定的標準.無塵室空調系統主要的設施有外氣空調箱, MAU (Make-up Air Unit), 垂直層流風機或風機過濾組, VLF or FFU (Vertical Laminar Flow Fan or FanFilterUnit), 高效率過濾網及超高效率過濾網, HEPA/ ULPA (High Efficiency Particulate Air Filter, Ultra-Low Penetration Air Filter), 冷卻乾盤管, Dry Coil 等.Clean room 內部有很多種潔淨等級, 最基本的原則是較潔淨區域之壓力必頇比較不潔淨區域高, 藉由HEPA/ ULPA或FFU的數量即可調整不同區域之壓差. 而無塵室內之環境必頇儘可能維持衡溫衡濕, 以符合製程設備, 工作人員及製程的要求, 另一方面, 相對濕度太低會有靜電問題, 一般而言溫度控制約22.0± 1.0℃, 相對濕度約45 ± 5%, 即可符合無塵室環境需求.在風速控制方面, 垂直層流式Clean room (等級在class1-100 以下), 其氣流為由上而下, 通過HEPA 之風速不可超過0.5m/s, 若風速過大, 則氣流容易產生亂流(turbulent)而導致空氣迴旋滯留現象無法順利的將particles 帶走,而HEPA/ULPA 為半導體class100 以上超潔淨無塵室所用, 在額定風量中, 對粒徑0.3 微米的粒子可收集99.99%以上的粉塵, ULPA 可收集99.9995%以上的粉塵, 其初期壓力損失約在25.4 mmAq 以下.b.無塵室內裝, Clean Room Decoration無塵室內裝的主要用途是提供無塵室環境為抗靜電, 氣密性, 高荷重,低公差, 耐腐蝕, 高隔熱, 高隔音, 高防火性, 易拆卸等特性的工作空間.主要的構成元件有高架地板( Raised Floor), 隔間牆/庫板(Clean Room Wall/ Partition), 格子天花板(Ceiling Grid). 對於高架地板之要求為負重能力, 導電度, 開口面積率及尺寸公差(容許公差±0.2mm). 對於隔間庫板之要求為抗靜電, 耐腐蝕性耐熱性, 成型性, 易拆卸, 防火等級高等. 對於天花板之要求為負重能力, 抗靜電及氣密性. 一般半導體無塵室內之建材皆為抗靜電, 即加入導電材料, 使靜電不致積聚. 例如高架地板之導電度一般皆控制在5000k~ 500000K 歐姆之間.c.靜電消除器, Ionization主要用途是在無塵室內產生正負離子, 以中和滯留於人體, 製品, 設備,元件的靜電. 靜電會造成半導體電子元件破壞, 吸附粉塵及尖端放電而產生火花, 造成可燃性氣體之爆炸等. 無塵室環境之ESD規範為200V , 為防止靜電破壞無塵室製品及保障人員安全, 裝置靜電消除器, 消除無塵室靜電已成為必要規範.d.洗手台/空氣除塵浴/傳遞箱,Hand Washer/Air Shower/Pass Window洗手台/空氣除塵浴兩種設備的主要用途是提供人員進入無塵室的清潔設施. 人員進入無塵室前要先洗手並烘乾, 穿上無塵衣戴上手套後經過空氣除塵浴吹淨身上之灰塵才能進入無塵室. 傳遞箱之功能在於傳遞無塵室內外或不同潔淨等級區域之物品, 以防止無塵室內之污染.傳遞箱分內外雙面門,裝有連鎖裝置, 不能同時開啟, 可將物品傳遞所造成之污染控制在最小的範圍之內.e.無塵室安全設施, Clean Room Safety Systems由於無塵室是一座封閉的工作場所, 內部又充滿了高危險性的氣體,化學品以及高價值的設備及製品, 無塵室的安全設施成了保障工作人員及昂貴財產的必要設施. 這些必要設施包括消防設施如, 偵煙器, 消防栓, 自動灑水器, CO2 滅火器, 緊急照明燈, 方向指示燈, 出口標示燈, 廣播喇叭, 緊急排煙設施, 緊急逃生門等, 以及緊急安全設施如, 緊急沖身洗眼器, 人員防護裝備, 洩漏偵測設施, 影像監控設施等.f.無塵室品質監控系統, Clean Room Quality Monitor System無塵室品質監控系統的目的在於監控無塵室之基本運轉狀態, 使無塵室之品質保持於規範之內. 常見之品質監控系統有微塵(Particle), 溼度(Humility), 溫度(Temperature), 靜電(ESD), 差壓(Differential pressure), 露點((Dew point)等, 這些監測點分布於無塵室各處, 以及時監控方式, 使整體無塵室品質合於各分區之規範.g.排氣與除害系統, Process Exhaust Systems and Calamity Exhaust無塵室的排氣與除害系統的主要用途在於去除並處理無塵室製程/ 活動所產生的有害氣體, 或緊急時能將有害氣體立即排除. 主要之設施有酸性排氣及洗滌設施(Acid Exhaust & Scrubber) , 鹼性排氣及洗滌設施(CausticExhaust & Scrubber), 溶劑排氣及吸附燃燒設施(Solvent Exhaust & Absorber,VOC) ,一般熱排氣(General Exhaust), 矽烷排氣(Silane Exhaust), 毒性排氣(Toxic Exhaust), 緊急排氣風車(Scram Fan). 酸性, 鹼性排氣設施必頇耐酸鹼,其風管材料大都選用PP, PVC 塑膠, 因此必頇加裝消防灑水設施, 以防排氣風管變成火災的延燒管道, 新材料如Teflon Coating, 耐燃FRP 則可免.此外, 酸/ 鹼排氣的洗滌塔, 則視不同特性之排氣, 以能中和之化學品溶液加以洗滌後, 再排至大氣. 溶劑排氣因為是有害且易燃, 排氣風管都用不銹鋼螺旋管做成, 其末端必頇以活性碳吸附或濃縮燃燒方式處理以符合排放標準. 一般熱排氣主要是將設施所產生之熱空氣或無害髒空氣排出無塵室. 矽烷排氣與毒性排氣主要是針對這兩類危險性特殊氣體而設, Silane 為自燃性, 任何之Silane 排氣, 務必先經過燃燒管將殘餘氣體反應完後, 再排至大氣. 毒性排氣則視不同之氣體, 必頇先經過前處理將毒性分解後, 再排至大氣. 緊急排氣風車之功能是為了防止某些特殊區域, 如MLO Room 而設,通常這些區域會有較多有害物質, 當這些區域發生危害物質洩漏時, 偵測器會啟動緊急排氣風車, 將此區之氣體抽出, 以防擴散至無塵室其他區域.h.真空系統與真空除塵系統, Plant Vacuum and House Vacuum System分成製程用真空系統與清潔用真空系統. 製程用真空系統之主要用途是, 提供真空負壓給製程吸取晶片之用, 通常是600 ~ 650 mm Hg, 而且必頇備有緩衝槽以使真空在停電時還有緩衝時間. 清潔用真空系統是以中央供應方式管路接至無塵室, 提供無塵室內無污染之清潔方式.i.製程冷卻水, Process Cooling Water詳見3-2-2-3 第五項PCW 說明.j.廢水排放管路系統, Waste Drain Line System廢水排放管路系統之主要用途是提供無塵室排放使用過之廢液, 為了使種類繁多的廢液, 能被分類處理或回收並且增加處理之容易度, 防止化學反應以及回收可再利用部分, 無塵室的廢液排放管路系統通常被分類成Waste Solvent, Waste Photo resist, Recycle IPA, Industrial Waste Water(IWW),Recycle Water, Waste HF, Waste Heavy Metal, Recycle H2SO4, H3PO4 等. WasteSolvent 與Waste Photo resist 分開收集可防止管路組塞並委外處理,RecycleIPA 則是可再回收. IWW 則是收集無毒危害性小之廢水, 以供酸鹼中和後排放. Recycle Water 則是收集冷凝水, 冷卻水等可再利用之水以供CoolingTower, Scrubber 補水或其他用途, Waste HF 則需單獨收集後, 以氯化鈣處理後,再將氟化鈣委外掩埋. Waste Heavy Metal 也是單獨收集後經過處理後再將固型物委外處理. Recycle H2SO4, H3PO4 等則是收集後外售或自行回收再利用.k.製程設施電力供應系統, Manufacturing Equipment Power System製程設施電力供應系統為”次變電站” 設施, 主要功能為提供無塵室所需之穩定, 少雜訊的電力需求. 無塵室的電力需求包含480/208/120V 動力電,緊急電, UPS 等. 動力電供應設備運轉, 無塵室照明使用, 緊急電則視實際需求提供安全設施, 緊急照明使用, UPS 則是提供關鍵性機台持續運轉,控制系統, 安全設施等使用.l.照明及噪音管制, Lighting and Noise control無塵室照明要求皆在600LX以上(人員工作高度), 燈具一律採用電子式安定器, 可快速啟動且不會閃爍. 視各區域功能的不同可分為黃光(曝光顯影)及白光(一般)兩種, 為防止照明在斷電時完全熄滅, 無塵室之照明電源應有25% 是由緊急電供應. 通常無塵室噪音要求皆在65db以下, 噪音的來源主要是無塵室設備運轉所產生, 做好噪音狀況測試以及噪音隔離, 以使無塵室工作場所符合法規需求.m.接地, Grounding接地的目的為漏電時, 防止人員發生感電事故, 防止漏電產生火花發生爆炸, 以及防止漏電造成短路損壞設備. 通常接地系統包含避雷接地(10Ω以下),電力系統接地(10~100Ω), 設備接地(10~100Ω), 電訊系統接地及靜電消除接地等.。

无尘车间设计原理1. 引言无尘车间（Clean Room）是一种能够控制空气微粒浓度、温度、湿度和静电等参数的封闭空间，被广泛应用于需要高度洁净环境的行业，如半导体制造、生物医药、精密仪器等。

无尘车间的设计原理主要包括空气过滤、正压控制、空气流动和静电控制等方面。

2. 空气过滤空气过滤是无尘车间设计的核心原理之一。

通过使用高效过滤器对进入车间的外部空气进行过滤，可以有效地去除悬浮颗粒物和微生物。

常见的过滤器有HEPA（High Efficiency Particulate Air）和ULPA（Ultra Low Penetration Air）两种。

HEPA过滤器是一种高效率颗粒空气过滤器，能够去除直径大于0.3微米的颗粒物，其效率达到99.97%以上。

ULPA过滤器则更加细致，能够去除直径大于0.12微米的颗粒物，其效率可达99.9995%以上。

在无尘车间中，通常会采用多级过滤系统，即将HEPA过滤器和ULPA过滤器结合使用。

通过层层过滤，可以有效地去除不同大小的颗粒物和微生物，从而保证车间内的空气质量。

3. 正压控制正压控制是无尘车间设计的另一个重要原理。

通过在车间内维持一定的正压，可以防止外部空气进入车间，并将车间内的污染物排出。

正压控制主要依靠空气供应系统和排风系统来实现。

空气供应系统通常采用无尘空调机组，能够对进入车间的新鲜空气进行处理。

首先，新鲜空气会经过预处理设备，如初效过滤器、加湿器等进行处理；然后，经过高效过滤器进行净化；最后，通过送风口向车间内供应洁净空气。

排风系统则用于将污染物排出车间。

在无尘车间中，通常会设置多个排风口，并将其与负压区域相连。

通过控制排风量和负压区域的压力差，可以将污染物迅速排出车间。

通过合理控制空气供应系统和排风系统，可以在无尘车间内维持一定的正压，从而防止外部空气进入车间，并保持车间内的洁净环境。

4. 空气流动空气流动是无尘车间设计的另一个关键原理。

通过合理控制空气流动方向和速度，可以将污染物迅速排出车间，并保持车间内的洁净环境。

無塵室的基本概念1.1 工業產業CLEAN ROOM (ICR)最近電子工業及精密機械工業發達的結果，使得大家都要求精密化，微小化，高品質化及高信賴度。

為了達成這些目標，一定得減少室內浮遊微粒子。

在電子工廠、film工廠、或精密機械工廠中，只要有微小的浮遊微粒子附著在製造過程中的製品，就會發生問題，因此在這種工廠中，工廠全部或是最重要的作業場所一定得處於清淨狀態，這種場所稱做工業產業clean room (industrial clean room ICR)，此環境被要求處於相當高度的清淨狀態。

1.2 生物學clean room(BCR)在藥品工廠、食品工廠、醫院的手術室中，一般都希望能處於近無菌的狀態下。

一般的細菌除了在高性能的過濾器除取下，濾過性過菌比起細菌它是微小不易去除。

但是，大部分的細菌或濾過性病菌等，會附著在空氣中的浮遊微粒子，因此只要除去微粒子，也可以除掉大部分的細菌類。

由空氣中除去細菌，以前是使用紫外線或鹽化Lithium (LiCl)等的藥品來殺菌近的生物研究，為使實驗用動物不受病原菌的感染，飼養的過程是很重要的問題。

在這種。

但現在所有高性能的過濾器皆可淨化空氣，製造出近於無菌的狀態。

尤其是最飼養室，手術室，甚或生物工學的研究室(遺傳子組的更改等)，更是要求處於近無菌的狀態；這種房間稱為clean room(biological clean room；BCR)現在有使用biologicalclean room的工業有藥品、醫學、醫院、食品、釀造。

如表5所示。

1.3 塵埃粒徑及濃度概念(≧0.5μm)1.4 塵埃濃度概念(≧0.5μm)1.5 一般無塵室等級定義每立方呎(ft³)空間內，所允許之粒子數上限值美國航空宇宙局(NASA)規格概要主要國家無塵室等級規格對照分析1.6 常用無塵室系統流程簡介1.7 clean room 的基本形式Clean Room基本計劃之檢討項目基本計劃中所應討論的項目如下圖所示，這之中「自然條件」和「交通機關」為計劃clean room 的工廠選擇條件，但是clean room 內製造的製品，會因工廠用地選擇的不同而使品質有所影響。

Exhaust 製程排氣 Ceiling 天花板FFU FAB 製程區域 隔間庫板 回風百葉 Markup Air 外氣
回風牆/柱
回風牆/柱
乾盤管 DCC
3.4 回風型式(3) 回風型式(3)
側回風(AHU/RCU) 側回風(AHU/RCU)
Exhaust 製程排氣 Ceiling 天花板Diff FAB 製程區域 隔間庫板 回風百葉
1.3 無塵室的支援系統
無塵環境
1.外氣系統 2.回風系統 3.精密過濾系統 1.冰水系統 2.蒸汽加濕系統 3.溫度監控系統 1.Exhaust排氣系統 2.外氣補氣系統 3.環境壓力監控系統 1.消防系統 2.照明及弱電系統 3.其他系統
恆溫恆濕
建立正壓
其他需求
2.無塵室潔淨等級 2.無塵室潔淨等級
Cat Way
C.天花板層-氣流循環上層 C.天花板層天花板層
項目
T-Grid 防震斜撐 盲板 FFU 照明 撒水頭 天軌
天花板之骨架 天花板除Support外之防震結構 天花板不透氣之庫板或烤漆板 天花板透氣用之微塵過濾風扇組 無塵室之一般或黃光區燈光 無塵室之消防系統 隔間庫板之上方導軌
說明
D.製程FAB層-製程機台區域空間 D.製程FAB層 製程FAB
項目
隔間牆 傳遞箱
Gowning Room
說明
區分不同Class等級區域之庫板(Partition) 又叫Pass Box為不同Class等級區域間之物件 傳送小孔 進無塵室之更衣室 進無塵室前以CDA沖吹之通道 循環空氣自SubFAB返回天花板之通道 叫沖身洗眼器一種緊急裝置 無塵室效能檢測包括:風速/洩漏/層流/潔淨 度/壓力/溫濕度/噪音/照度/回復能力/地板 導電度等測試