В индустрии производства интегральных схем выход годной продукции тесно связан с размером и количеством частиц воздуха, осевших на чипе. Грамотная организация воздушного потока позволяет удалять частицы, образующиеся от источника пыли, из чистой комнаты, обеспечивая её чистоту. Таким образом, организация воздушного потока в чистой комнате играет жизненно важную роль в повышении выхода годной продукции при производстве интегральных схем. Проектирование организации воздушного потока в чистой комнате должно достигать следующих целей: уменьшение или устранение вихревых токов в потоке для предотвращения задержки вредных частиц; поддержание соответствующего положительного градиента давления для предотвращения перекрестного загрязнения.
сила воздушного потока
Согласно принципу чистого помещения, на частицы действуют следующие силы: сила массы, молекулярная сила, сила притяжения между частицами, сила воздушного потока и т. д.
Сила воздушного потока: это сила воздушного потока, создаваемая потоком воздуха, подаваемым, отводящим потоком, тепловой конвекцией, искусственным перемешиванием и другими потоками воздуха с определенной скоростью, переносящими частицы. Для технического контроля условий в чистых помещениях сила воздушного потока является наиболее важным фактором.
Эксперименты показали, что при движении воздушного потока частицы следуют за ним практически с одинаковой скоростью. Состояние частиц в воздухе определяется распределением воздушного потока. К основным факторам, влияющим на частицы в помещении, относятся: потоки подаваемого воздуха (включая первичный и вторичный потоки), потоки воздуха и тепловая конвекция, вызванные движением людей, а также потоки воздуха, создаваемые технологическими процессами и промышленным оборудованием. Различные методы подачи воздуха, скоростные характеристики, операторы и промышленное оборудование, а также явления, возникающие в чистых помещениях, — все это факторы, влияющие на уровень чистоты.
Факторы, влияющие на организацию воздушного потока.
1. Влияние метода подачи воздуха
(1). Скорость подачи воздуха
Для обеспечения равномерного воздушного потока скорость подачи воздуха должна быть одинаковой в чистом помещении с однонаправленным потоком; мертвая зона поверхности подачи воздуха должна быть малой; а перепад давления в УФ-фильтре также должен быть равномерным.
Равномерная скорость подачи воздуха: то есть, неравномерность воздушного потока контролируется в пределах ±20%.
Уменьшение мертвой зоны на поверхности подачи воздуха: необходимо не только уменьшить площадь поверхности рамы ULPA, но, что более важно, использовать модульные воздухораспределительные устройства для упрощения конструкции резервной рамы.
Для обеспечения вертикального однонаправленного воздушного потока очень важен также выбор перепада давления в фильтре, требующий, чтобы потери давления в фильтре не отклонялись от нормы.
(2). Сравнение системы FFU и системы осевого вентилятора.
FFU — это воздухораспределительный блок с вентилятором и фильтром (ULPA). После всасывания воздуха центробежным вентилятором FFU динамическое давление преобразуется в статическое в воздуховоде и равномерно выдувается фильтром ULPA. Давление воздуха на потолке отрицательное, поэтому пыль не проникает в чистое помещение при замене фильтра. Эксперименты показали, что система FFU превосходит систему с осевым вентилятором по равномерности выходного потока воздуха, параллельности воздушного потока и показателю эффективности вентиляции. Это объясняется лучшей параллельностью воздушного потока в системе FFU. Использование системы FFU позволяет лучше организовать воздушный поток в чистом помещении.
(3). Влияние собственной структуры ФФУ
Система FFU в основном состоит из вентиляторов, фильтров, устройств направления воздушного потока и других компонентов. Сверхвысокоэффективный фильтр ULPA является важнейшей гарантией того, что в чистом помещении будет достигнута требуемая чистота. Материал фильтра также влияет на равномерность поля потока. При добавлении крупнозернистого фильтрующего материала или пластины с ламинарным потоком на выходное отверстие фильтра поле потока на выходе легко становится равномерным.
2. Влияние различных скоростных режимов очистки на качество работы.
В той же чистой комнате, между рабочей и нерабочей зонами вертикального однонаправленного потока, из-за разницы скоростей воздуха на выходе из ULPA на границе раздела будет возникать смешанный вихревой эффект, и эта граница раздела превратится в зону турбулентного воздушного потока с особенно высокой интенсивностью турбулентности. Частицы могут переноситься на поверхность оборудования и загрязнять оборудование и пластины.
3. Влияние персонала и оборудования
Когда чистое помещение пустое, характеристики воздушного потока в нем, как правило, соответствуют проектным требованиям. Однако, как только оборудование попадает в чистое помещение, персонал перемещается, а продукция транспортируется, неизбежно возникают препятствия для организации воздушного потока. Например, в выступающих углах или кромках оборудования газ отклоняется, образуя турбулентную зону, и жидкость в этой зоне с трудом уносится газом, вызывая загрязнение. В то же время, поверхность оборудования нагревается из-за непрерывной работы, и температурный градиент создает зону оплавления вблизи машины, что увеличивает накопление частиц в этой зоне. При этом высокая температура способствует легкому выходу частиц за пределы зоны оплавления. Двойной эффект усугубляет сложность контроля общей вертикальной ламинарной чистоты. Пыль от операторов в чистом помещении очень легко прилипает к пластинам в этих зонах оплавления.
4. Влияние уровня отводимого воздуха на пол.
Когда сопротивление обратного воздуха, проходящего через пол, различно, возникает разница давлений, в результате чего воздух будет течь в направлении меньшего сопротивления, и равномерного воздушного потока не будет. В настоящее время популярным методом проектирования является использование надземных этажей. При степени открытия надземных этажей в 10% скорость воздушного потока на рабочей высоте помещения может быть равномерно распределена. Кроме того, необходимо уделять пристальное внимание уборке, чтобы уменьшить источники загрязнения пола.
5. Явление индукции
Так называемое явление индукции относится к явлению, при котором возникает поток воздуха, направленный в противоположную сторону от равномерного потока, и пыль, образовавшаяся в помещении или в прилегающей загрязненной зоне, перемещается с наветренной стороны, загрязняя микросхему. Возможны следующие явления индукции:
(1). Слепая пластина
В чистом помещении с вертикальным однонаправленным потоком воздуха из-за стыков стен обычно используются большие глухие пластины, которые создают турбулентность в локальном обратном потоке.
(2). Лампы
Осветительные приборы в чистом помещении будут оказывать большее влияние. Поскольку тепло от люминесцентных ламп вызывает подъем воздушного потока, под лампами не будет турбулентной зоны. Как правило, лампы в чистом помещении имеют каплевидную форму, чтобы уменьшить их влияние на организацию воздушного потока.
(3.) Зазоры между стенами
При наличии зазоров между перегородками с разным уровнем чистоты или между перегородками и потолками пыль из зоны с низкими требованиями к чистоте может переноситься в соседнюю зону с высокими требованиями к чистоте.
(4). Расстояние между машиной и полом или стеной
Если зазор между оборудованием и полом или стеной очень мал, это вызовет турбулентность отскока. Поэтому оставляйте зазор между оборудованием и стеной и приподнимайте оборудование, чтобы избежать прямого соприкосновения с полом.
Дата публикации: 05 февраля 2025 г.