一、壓縮空氣及其主要污染物

　　【壓縮機(jī)網(wǎng)】通常，1bar絕對(duì)壓力下，空氣中固體顆粒、水、油的成分濃度含量很低，但是當(dāng)空氣被壓縮機(jī)壓縮至8bar絕對(duì)壓力下，氣體體積將縮小至原來(lái)的1/8，而在壓縮過(guò)程中空氣里固體顆粒、水、油的絕對(duì)數(shù)量是沒(méi)有發(fā)生變化的。如果空氣體積縮小8倍，那么空氣中固體顆粒、水、油的濃度也就增大8倍，如此高濃度污染物能否直接用于電子半導(dǎo)體等行業(yè)？答案是否定的。因?yàn)檫@三大污染物在精密制造行業(yè)及電子半導(dǎo)體生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)儀器和設(shè)備會(huì)造成嚴(yán)重影響。

　　隨著工業(yè)科技發(fā)展，尤其是半導(dǎo)體、顯示面板、特種化工精密儀表等行業(yè)，對(duì)氣體的純凈度要求越來(lái)越高，其小污染可能造成整個(gè)產(chǎn)品線(xiàn)的質(zhì)量事故。比如在半導(dǎo)體芯片加工3nm，如果一個(gè)0.01um的灰塵就會(huì)連通晶體管，導(dǎo)致晶體管失效造成一定的產(chǎn)品質(zhì)量事故。在液晶面板行業(yè)，如果生產(chǎn)過(guò)程中氣體帶入一個(gè)0.01um的小顆粒進(jìn)入面板里，當(dāng)在做面板最終檢測(cè)的時(shí)候，就會(huì)發(fā)現(xiàn)有顆粒的地方，就有一個(gè)亮斑，導(dǎo)致整個(gè)面板失效。所以說(shuō)壓縮空氣凈化（CDA，潔凈干燥空氣）對(duì)電子半導(dǎo)體等行業(yè)是非常重要的。

　　表格內(nèi)容分析：過(guò)濾精度0.01um，在行業(yè)中不算高，但是過(guò)濾效率LRV9的含義：即100個(gè)0.01um的顆粒物，只允許有1個(gè)能穿透過(guò)濾器，這個(gè)數(shù)據(jù)在過(guò)濾器行業(yè)來(lái)說(shuō)，要求非常高，因?yàn)?00%無(wú)塵是理想狀態(tài)。LRV9對(duì)壓縮空氣過(guò)濾器的過(guò)濾特性、過(guò)濾結(jié)構(gòu)都有特殊要求。因?yàn)檫^(guò)濾效率達(dá)到LRV9的話(huà)，那么高濃度顆粒物的氣體，在經(jīng)過(guò)空氣過(guò)濾器之后，最終剩余的顆粒物不能超過(guò)1個(gè)。

　　二、壓縮空氣質(zhì)量等級(jí)

　　結(jié)合壓縮空氣質(zhì)量等級(jí)ISO8573-1:2010[A:B:C]，分別對(duì)壓縮空氣中污染物進(jìn)行闡述。

　　標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)污染物定義分為固體、液體和氣體形式存在，它們相互影響（如固體顆粒凝聚在油和水中而形成大顆粒、油和水等乳液或油蒸汽、水蒸氣）。

　　1.固體污染物的來(lái)源有許多不同形式，比如周?chē)諝庵械幕覊m顆粒被壓縮機(jī)進(jìn)氣口吸入或金屬件磨損、腐蝕脫落產(chǎn)生，它們可以從非常大的顆粒到極小的亞微米大小的顆粒。此外，固體顆粒也可能是惰性粒子或可行粒子集落形成的單位物質(zhì)。

　　2.在壓縮空氣中，液體形式的污染物主要是水和壓縮機(jī)潤(rùn)滑劑冷卻劑，其他液體污染物可以通過(guò)壓縮機(jī)進(jìn)氣口吸入，它們的濃度取決于溫度和壓力。因此，液體污染物濃度可以從高濃度的液壁流到液滴，以致極小的亞微米級(jí)氣溶膠。液體污染物會(huì)促進(jìn)腐蝕，特別是在有水的情況下，壓縮空氣分配系統(tǒng)中產(chǎn)生更多的污染物。液體污染物產(chǎn)生的壓縮機(jī)潤(rùn)滑油/冷卻液應(yīng)與密封件和有色金屬管道兼容，包括鋁和塑料。

　　3.氣體污染物一般由水蒸氣和壓縮機(jī)潤(rùn)滑劑、冷卻劑蒸汽組成，其濃度取決于氣體的溫度和壓力。氣體污染物可以通過(guò)吸入壓縮機(jī)周?chē)諝庵械奈廴疚飦?lái)呈現(xiàn)。氣態(tài)污染物可以溶解在液體中，也可以通過(guò)降溫或增加壓力將其濃縮成液態(tài)。

　　ISO8573-1:2010中規(guī)定了壓縮空氣質(zhì)量等級(jí)。壓縮空氣純度等級(jí)的命名應(yīng)按給定的順序和冒號(hào)分隔：A是顆粒的純度等級(jí)，參照表1；B是濕度和液態(tài)水的純度等級(jí)，參照表2，C是油的純度等級(jí)，參照表3。

　　A.在對(duì)凈化級(jí)別做出判定時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足每種尺寸范圍及尺寸范圍內(nèi)固體顆粒數(shù)量的規(guī)定。

　　三、潔凈壓縮空氣在半導(dǎo)體行業(yè)的應(yīng)用

　　1、設(shè)備吹掃與清潔

　　壓縮空氣常被用于清潔半導(dǎo)體設(shè)備的表面以及內(nèi)部組件，確保設(shè)備運(yùn)行環(huán)境無(wú)塵、無(wú)濕氣，它可以吹走設(shè)備上的微小顆粒，防止這些顆粒污染晶圓或其他關(guān)鍵部件。

　　2、壓力系統(tǒng)控制

　　壓縮空氣可作為壓力源，為各種設(shè)備和工具提供穩(wěn)定的氣壓支持，例如真空泵、閥門(mén)等。在一些情況下，保護(hù)設(shè)備免受氧化或其他化學(xué)品的影響。

　　3、輸送其它氣體

　　壓縮空氣經(jīng)常被用來(lái)輸送其它高純度工藝氣體（如氨氣、氫氣），通過(guò)吹掃管道來(lái)保持氣體傳輸系統(tǒng)的清潔和干燥。

　　4、冷卻與熱交換

　　在某些應(yīng)用中，壓縮空氣可用于設(shè)備的冷卻系統(tǒng)，幫助調(diào)節(jié)溫度。

　　5、應(yīng)急保護(hù)

　　當(dāng)發(fā)生緊急情況時(shí)，壓縮空氣可用于吹掃或稀釋有害氣體，確保人員和設(shè)備的安全。

　　四、壓縮空氣的制備與輸送

　　通過(guò)空氣壓縮機(jī)將普通空氣壓縮至所需壓力，一般在6～8bar，以滿(mǎn)足不同設(shè)備要求的壓力。壓縮空氣需要經(jīng)過(guò)多級(jí)過(guò)濾器，去除灰塵、顆粒和其它雜質(zhì)。接下來(lái)通過(guò)冷凍式干燥機(jī)或吸附式干燥機(jī)，降低空氣中的水分含量。凈化后的壓縮空氣通過(guò)管道輸送到各個(gè)車(chē)間和設(shè)備，通常采用304L奧氏不銹鋼潔凈管道（從壓縮機(jī)到干燥機(jī)后置過(guò)濾器之前為AP級(jí)，干燥機(jī)后置過(guò)濾器之后為BA級(jí)，不銹鋼潔凈管道焊接內(nèi)壁應(yīng)避免氧化，內(nèi)壁焊縫應(yīng)光滑、明亮、潔凈，不得出現(xiàn)發(fā)藍(lán)、發(fā)黑。焊接完成檢查合格后，按要求進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)），以保證潔凈度。

　　壓縮空氣后處理流程如下：空壓機(jī)——緩沖罐——后冷卻器——前置過(guò)濾器——外鼓風(fēng)零氣耗干燥機(jī)——后置過(guò)濾器——活性炭過(guò)濾器——緩沖罐——終端過(guò)濾器。

　　五、半導(dǎo)體行業(yè)對(duì)壓縮空氣的要求

　　江蘇某封裝基地使用的EUV光刻潔凈室：ASML工廠(chǎng)采用ISO1級(jí)環(huán)境，配合局部微環(huán)境LMC技術(shù)，每立方米顆粒≤10個(gè)（≥0.1um）通過(guò)量子級(jí)傳感器追蹤金屬原子遷移。3nm制程晶圓廠(chǎng)，壓縮空氣采用無(wú)油螺桿式壓縮機(jī)+PTFE膜過(guò)濾器（0.01um），實(shí)現(xiàn)水、油、顆粒零含量，以配合達(dá)到ISO8573-1要求。

　　1、純度要求

　　含油量：通常要求達(dá)到0.00ppm,即無(wú)油，因?yàn)橛臀蹠?huì)吸附在晶圓表面，影響芯片的性能和良率，還可能腐蝕設(shè)備。

　　含塵量：顆粒物粒徑需≤0.01um，以防止顆粒附著在電子元器件表面，導(dǎo)致短路、斷路等問(wèn)題，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

　　其他雜質(zhì)：如二氧化碳、一氧化碳、總烴等雜質(zhì)的含量也嚴(yán)格限制，一般要求在ppb級(jí)別甚至更低。

　　2、露點(diǎn)要求

　　壓力露點(diǎn)通常需要≤-70℃。過(guò)高的露點(diǎn)會(huì)使空氣中的水分凝結(jié)成水滴，導(dǎo)致設(shè)備生銹、腐蝕，還可能影響光刻膠的性能，使芯片表面出現(xiàn)水汽凝結(jié)，影響光刻精度。

　　3、壓力要求

　　一般在5～8.5bar之間，具體壓力值根據(jù)不同的工藝和設(shè)備需求而定。壓力不穩(wěn)定會(huì)導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行異常，影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

　　4、氣流穩(wěn)定性要求

　　氣流需要保持穩(wěn)定，避免波動(dòng)。氣流波動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備振動(dòng)、位移等，影響工藝的精確性。如在光刻過(guò)程中，氣流波動(dòng)可能會(huì)使光刻機(jī)的光學(xué)元件產(chǎn)生微小的位移，導(dǎo)致光刻圖案的精度下降。

　　5、微生物要求

　　浮游菌≤5cfu/m3，沉降菌≤1cfu/皿，防止微生物在生產(chǎn)環(huán)境中滋生，污染產(chǎn)品。

　　六、半導(dǎo)體行業(yè)對(duì)壓縮空氣檢測(cè)方法

　　1、水分檢測(cè)

　　重量法：適用于液態(tài)水質(zhì)量濃度CW≥0.1g/m3的情況，通過(guò)稱(chēng)重測(cè)量壓縮空氣中的水分含量。

　　氣化法：適用于液態(tài)水質(zhì)量濃度CW≤5g/m3的情況，利用汽化原理測(cè)量水分含量。

　　2、油分檢測(cè)

　　全流量過(guò)濾法：適用于油分污染范圍在1mg/m3～40mg/m3，可檢測(cè)全流量范圍內(nèi)油分含量。

　　全流量膜片法：適用于油分污染范圍在0.001mg/m3～5mg/m3，通過(guò)膜片吸附油分進(jìn)行檢測(cè)。

　　部分流量膜片法：適用于油分污染范圍在0.001mg/m3～10mg/m3，可檢測(cè)部分流量范圍內(nèi)的油分含量。

　　3、塵埃粒子檢測(cè)

　　激光粒子計(jì)數(shù)器法：推薦使用該方法，可檢測(cè)顆粒濃度范圍為0～105顆粒數(shù)/m3，固體顆粒直徑d/um可覆蓋多種范圍，能快速準(zhǔn)確地測(cè)量壓縮空氣中的塵埃粒子數(shù)量和粒徑分布。

　　掃描電遷移率粒徑譜儀法:適用于顆粒濃度范圍為10～108顆粒數(shù)/m3，可檢測(cè)較大粒徑的塵埃粒子。

　　用顯微鏡觀察膜片表面法：適用于顆粒范圍為0～103顆粒物/m3，通過(guò)顯微鏡觀察膜片表面的塵埃粒子進(jìn)行檢測(cè)。

　　4、浮游菌檢測(cè)

　　按照ISO8673-4:如果將有機(jī)微生物按固體污染物考慮，可采用此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)。

　　按照ISO8573-7:如果是細(xì)菌真菌或酵母菌，按照此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)。