Выход годных кристаллов в производстве ИС тесно связан с размером и количеством частиц воздуха, осаждающихся на кристалле. Правильная организация воздушного потока позволяет отводить частицы, образующиеся в результате воздействия пыли, из чистого помещения, обеспечивая его чистоту. Таким образом, организация воздушного потока в чистом помещении играет важнейшую роль в обеспечении выхода годных кристаллов при производстве ИС. Организация воздушного потока в чистом помещении должна обеспечивать достижение следующих целей: снижение или полное устранение вихревых токов в поле потока для предотвращения удержания вредных частиц; поддержание необходимого положительного градиента давления для предотвращения перекрестного загрязнения.
Сила воздушного потока
Согласно принципу чистой комнаты, силы, действующие на частицы, включают в себя силу массы, молекулярную силу, притяжение между частицами, силу воздушного потока и т. д.
Сила воздушного потока: относится к силе воздушного потока, создаваемой приточным, обратным потоком, тепловой конвекцией, искусственным перемешиванием и другими потоками воздуха с определённой скоростью, переносящими частицы. Для технического контроля среды чистого помещения сила воздушного потока является важнейшим 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: приточный воздушный поток (включая первичный и вторичный), воздушный поток и тепловой конвективный поток, создаваемый ходьбой людей, а также воздушный поток, создаваемый технологическими процессами и промышленным оборудованием. Различные методы подачи воздуха, скоростные интерфейсы, операторы и промышленное оборудование, а также индуцированные явления в чистых помещениях – всё это факторы, влияющие на уровень чистоты.
Факторы, влияющие на организацию воздушного потока
1. Влияние способа подачи воздуха
(1). Скорость подачи воздуха
Для обеспечения равномерного потока воздуха скорость подачи воздуха должна быть одинаковой в однонаправленном чистом помещении; мертвая зона поверхности подачи воздуха должна быть небольшой; перепад давления в ULPA также должен быть равномерным.
Равномерная скорость подачи воздуха: то есть неравномерность воздушного потока контролируется в пределах ±20%.
Меньше мертвых зон на поверхности подачи воздуха: следует не только уменьшить площадь плоскости рамы ULPA, но, что еще важнее, следует использовать модульную конструкцию FFU для упрощения избыточной рамы.
Для обеспечения вертикального однонаправленного потока воздуха большое значение имеет также выбор перепада давления в фильтре, требующий, чтобы потери давления в фильтре не могли отклоняться.
(2) Сравнение системы FFU и системы осевого вентилятора
FFU – это приточная установка с вентилятором и фильтром (ULPA). После всасывания воздуха центробежным вентилятором FFU динамическое давление преобразуется в статическое в воздуховоде и равномерно выдувается ULPA. Давление подаваемого воздуха на потолок отрицательное, что предотвращает попадание пыли в чистое помещение при замене фильтра. Эксперименты показали, что система FFU превосходит систему с осевым вентилятором по равномерности выхода воздуха, параллельности воздушных потоков и индексу эффективности вентиляции. Это обусловлено лучшей параллельностью воздушных потоков в системе FFU. Использование системы FFU позволяет улучшить организацию воздушных потоков 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 достижения требуемой чистоты в чистом помещении. Материал фильтра также влияет на равномерность потока. Добавление грубого фильтрующего материала или пластины для ламинарного потока на выходное отверстие фильтра позволяет легко добиться равномерности потока.
2. Влияние различных скоростных интерфейсов на чистоту
В одном и том же чистом помещении, между рабочей и нерабочей зонами вертикального однонаправленного потока, из-за разницы скоростей воздуха на выходе ULPA на границе раздела будет возникать смешанный вихревой эффект, который превратится в зону турбулентного потока воздуха с особенно высокой интенсивностью турбулентности. Частицы могут переноситься на поверхность оборудования и загрязнять его и пластины.
3. Влияние персонала и оборудования
Когда чистое помещение пусто, характеристики воздушного потока в помещении в целом соответствуют проектным требованиям. После того, как оборудование попадает в чистое помещение, перемещается персонал и перемещаются изделия, неизбежно возникнут препятствия для организации воздушного потока. Например, на выступающих углах или краях оборудования газ будет отклоняться, образуя турбулентную зону, и жидкость в этой зоне будет плохо увлекаться газом, тем самым вызывая загрязнение. В то же время поверхность оборудования будет нагреваться из-за непрерывной работы, а градиент температуры приведет к образованию зоны оплавления вблизи машины, что увеличит накопление частиц в зоне оплавления. В то же время высокая температура будет легко приводить к выходу частиц. 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 пола возвратного воздуха
При разном сопротивлении обратного воздуха, проходящего через пол, возникает разность давлений, в результате чего воздух будет течь в направлении меньшего сопротивления, что не позволит добиться равномерного воздушного потока. В настоящее время популярным методом проектирования является использование фальшполов. При коэффициенте открытия фальшполов 10% скорость воздушного потока по рабочей высоте помещения может быть равномерно распределена. Кроме того, следует уделять особое внимание уборке, чтобы уменьшить источник загрязнения пола.
5. Явление индукции
Так называемое явление индукции заключается в том, что создаётся поток воздуха, направленный в противоположную сторону от равномерного потока, и пыль, образовавшаяся в помещении или в прилегающей загрязнённой зоне, переносится в сторону, противоположную потоку воздуха, что приводит к загрязнению микросхемы. Возможные явления индукции:
(1) Глухая пластина
В чистом помещении с вертикальным однонаправленным потоком из-за стыков на стене обычно имеются большие глухие пластины, которые будут создавать турбулентность в локальном обратном потоке.
(2). Лампы
Осветительные приборы в чистом помещении будут оказывать большее влияние. Поскольку тепло люминесцентных ламп вызывает подъём воздушного потока, под ними не будет зоны турбулентности. Как правило, лампы в чистом помещении имеют каплевидную форму, чтобы уменьшить их влияние на организацию воздушного потока.
(3.) Промежутки 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 слишком мал, это может привести к возникновению отдачи. Поэтому оставьте зазор между оборудованием и стеной и поднимите оборудование, чтобы оно не касалось земли.
Время публикации: 05 февраля 2025 г.