Выход годных кристаллов в производстве микросхем тесно связан с размером и количеством частиц воздуха, осаждающихся на кристалле. Правильная организация воздушного потока позволяет удалять частицы, образующиеся из источников пыли, из чистого помещения и обеспечивать его чистоту. Таким образом, организация воздушного потока в чистом помещении играет важнейшую роль в выходе годных кристаллов. При проектировании организации воздушного потока в чистом помещении необходимо достичь следующих целей: уменьшить или устранить вихревые токи в поле потока, чтобы избежать удержания вредных частиц; поддерживать необходимый положительный градиент давления для предотвращения перекрестного загрязнения.
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 и вытяжным потоками, тепловой конвекцией, искусственным перемешиванием и другими потоками воздуха с определённой скоростью, переносящими частицы. Для управления технологиями 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. Основные факторы, влияющие на частицы в помещении, включают: приточный воздушный поток (включая первичный и вторичный), воздушный поток и тепловой конвективный поток, возникающий при ходьбе людей, а также воздействие воздушного потока на частицы, образующиеся в результате технологических операций и работы промышленного оборудования. Различные методы подачи воздуха, скоростные интерфейсы, операторы и промышленное оборудование, индуцированные явления и т. д. в чистых помещениях – всё это факторы, влияющие на уровень чистоты.
1. Влияние способа подачи воздуха
(1) Скорость подачи воздуха
Для обеспечения равномерного потока воздуха скорость подачи воздуха в чистом помещении с однонаправленным потоком должна быть одинаковой; мертвая зона на поверхности подачи воздуха должна быть небольшой; перепад давления в HEPA-фильтре также должен быть равномерным.
Скорость подачи воздуха равномерная, то есть неравномерность потока воздуха контролируется в пределах ±20%.
Уменьшается мертвое пространство на поверхности подачи воздуха: следует не только уменьшить площадь плоскости рамки HEPA, но, что еще важнее, следует использовать модульные FFU для упрощения избыточной рамки.
Для того чтобы поток воздуха был вертикальным и однонаправленным, выбор перепада давления в фильтре также очень важен, и необходимо, чтобы потеря давления внутри фильтра не могла быть смещена.
(2) Сравнение системы FFU и системы осевого вентилятора
FFU – это приточная установка с вентилятором и HEPA-фильтром. Воздух всасывается центробежным вентилятором FFU и преобразует динамическое давление в статическое в воздуховоде. Воздух равномерно выдувается HEPA-фильтром. Давление подаваемого воздуха на потолок отрицательное. Таким образом, при замене фильтра пыль не попадает в чистое помещение. 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, воздуховодов и других компонентов. HEPA-фильтр – важнейший гарант чистоты помещения, необходимый для достижения проектом требуемой чистоты. Материал фильтра также влияет на равномерность воздушного потока. Добавление грубого фильтрующего материала или пластины на выходное отверстие фильтра позволяет легко добиться равномерности воздушного потока.
2. Влияние скорости интерфейса на разную чистоту
В одном и том же чистом помещении, между рабочей и нерабочей зонами с вертикальным однонаправленным потоком воздуха, из-за разницы скоростей воздуха в HEPA-боксе на границе раздела возникает смешанный вихревой эффект, который превращается в зону турбулентного воздушного потока. Интенсивность турбулентности воздуха особенно высока, и частицы могут переноситься на поверхность оборудования и загрязнять оборудование и пластины.
3. Влияние на персонал и оборудование
Когда чистое помещение пусто, характеристики воздушного потока в нём, как правило, соответствуют проектным требованиям. При попадании оборудования в чистое помещение, перемещении людей и транспортировке продукции неизбежно возникают препятствия для организации воздушного потока, например, острые выступы оборудования и механизмов. В углах или на краях газ отклоняется, образуя зону турбулентного потока, и жидкость в этой зоне не может легко уноситься поступающим газом, что приводит к загрязнению.
В то же время поверхность механического оборудования будет нагреваться из-за непрерывной работы, а температурный градиент приведет к образованию зоны оплавления вблизи машины, что увеличит накопление частиц в зоне оплавления. В то же время высокая температура будет способствовать их легкому вылету. Двойной эффект усиливает общий вертикальный слой. Сложность контроля чистоты потока. Пыль от операторов в чистой комнате может легко прилипать к пластинам в этих зонах оплавления.
4. Влияние пола возвратного воздуха
При различном сопротивлении обратного воздуха, проходящего через пол, возникает разность давлений, что приводит к движению воздуха в направлении малого сопротивления, что не позволяет добиться равномерного воздушного потока. В настоящее время популярным методом проектирования является использование приподнятого пола. При коэффициенте раскрытия приподнятого пола 10% скорость воздушного потока равномерно распределяется по рабочей высоте помещения. Кроме того, необходимо уделять особое внимание уборке, чтобы уменьшить количество источников загрязнения на полу.
5. Явление индукции
Так называемое явление индукции относится к явлению создания потока воздуха, противоположного равномерному, что приводит к образованию пыли в помещении или в соседних загрязненных зонах с наветренной стороны, что приводит к загрязнению пластины пылью. Возможные явления индукции включают в себя:
(1) Глухая пластина
В чистом помещении с вертикальным односторонним потоком из-за стыков на стене обычно имеются большие глухие панели, которые будут создавать турбулентный поток и локальный обратный поток.
(2) Лампы
Осветительные приборы в чистых помещениях оказывают большее влияние. Поскольку тепло люминесцентной лампы вызывает подъём воздушного потока, люминесцентная лампа не создаёт турбулентных зон. Как правило, лампы в чистых помещениях имеют каплевидную форму, чтобы уменьшить их влияние на организацию воздушного потока.
(3) Промежутки между стенами
При наличии зазоров между перегородками или потолками с разными требованиями к чистоте пыль из зон с низкими требованиями к чистоте может переноситься в соседние зоны с высокими требованиями к чистоте.
(4) Расстояние между механическим оборудованием и полом или стеной
Если зазор между механическим оборудованием и полом или стеной небольшой, возникнет отдача. Поэтому оставьте зазор между оборудованием и стеной и поднимите платформу машины, чтобы избежать прямого контакта с землей.
Время публикации: 02 ноября 2023 г.