В индустрии производства микросхем выход годной продукции тесно связан с размером и количеством частиц воздуха, осевших на чипе. Грамотная 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 жизненно важную роль в повышении выхода годной продукции. Цели, которые необходимо достичь при проектировании организации воздушного потока в чистом помещении, включают: уменьшение или устранение вихревых токов в потоке для предотвращения задержки вредных частиц; поддержание соответствующего положительного градиента давления для предотвращения перекрестного загрязнения.
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 приточным и отводным воздушным потоком, тепловой конвекцией, искусственным перемешиванием и другими воздушными потоками с определенной скоростью, переносящими частицы. Для контроля микроклимата 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. Основные факторы, влияющие на частицы в помещении, включают: поток подаваемого воздуха (включая первичный и вторичный потоки), воздушный поток и тепловую конвекцию, вызванную движением людей, а также воздействие воздушного потока на частицы, вызванное технологическими процессами и промышленным оборудованием. Различные методы подачи воздуха, скоростные интерфейсы, операторы и промышленное оборудование, индуцированные явления и т.д. в чистых помещениях — все это факторы, влияющие на уровень чистоты.
1. Влияние метода подачи воздуха
(1) Скорость подачи воздуха
Для обеспечения равномерного воздушного потока в чистом помещении с однонаправленным потоком воздуха скорость подачи воздуха должна быть равномерной; зона застоя на поверхности подачи воздуха должна быть малой; а перепад давления внутри HEPA-фильтра также должен быть равномерным.
Скорость подачи воздуха равномерна: то есть неравномерность воздушного потока контролируется в пределах ±20%.
Уменьшается мертвое пространство на поверхности подачи воздуха: необходимо не только сократить площадь поверхности HEPA-фильтра, но, что более важно, использовать модульные воздухораспределительные устройства для упрощения конструкции избыточного каркаса.
Для обеспечения вертикального и однонаправленного потока воздуха очень важен также выбор оптимального перепада давления в фильтре, и необходимо, чтобы потери давления внутри фильтра не были неравномерными.
(2) Сравнение системы FFU и системы осевого вентилятора
FFU — это воздухораспределительный блок с вентилятором и HEPA-фильтром. Воздух всасывается центробежным вентилятором FFU и преобразуется из динамического давления в статическое в воздуховоде. Затем он равномерно выдувается HEPA-фильтром. Давление воздуха на потолке отрицательное. Таким образом, пыль не будет проникать 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 улучшить организацию воздушного потока в чистом помещении.
(3) Влияние собственной структуры ФФУ
Система FFU в основном состоит из вентиляторов, фильтров, воздухораспределителей и других компонентов. HEPA-фильтр является важнейшим элементом, обеспечивающим достижение требуемой чистоты в чистом помещении в соответствии с проектными требованиями. Материал фильтра также влияет на равномерность потока воздуха. При добавлении шероховатого фильтрующего материала или направляющей пластины на выходное отверстие фильтра, поток воздуха на выходе легко становится равномерным.
2. Влияние скорости интерфейса на уровень чистоты.
В одном и том же чистом помещении, между рабочей и нерабочей зонами, где наблюдается вертикальный однонаправленный поток воздуха, из-за разницы скоростей воздуха в HEPA-боксе на границе раздела возникает смешанный вихревой эффект, и эта граница раздела превращается в зону турбулентного воздушного потока. Интенсивность турбулентности воздуха особенно высока, и частицы могут переноситься на поверхность оборудования и загрязнять его и пластины.
3. Влияние на персонал и оборудование
Когда чистое помещение пустое, характеристики воздушного потока в нем, как правило, соответствуют проектным требованиям. Однако, как только оборудование попадает в чистое помещение, начинают перемещаться люди и транспортироваться продукты, неизбежно возникают препятствия для организации воздушного потока, такие как острые выступы, торчащие из оборудования. В углах или по краям газ отклоняется, образуя зону турбулентного потока, и жидкость в этой зоне не может быть легко унесена поступающим газом, что приводит к загрязнению.
В то же время, поверхность механического 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 выносу частиц. Двойной эффект усиливает образование вертикального слоя в целом. Возникает сложность в контроле чистоты потока. Пыль от операторов в чистом помещении 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 течет в направлении малого сопротивления, и равномерного воздушного потока не достигается. В настоящее время популярным методом проектирования является использование приподнятого пола. При коэффициенте проема приподнятого пола в 10% скорость воздушного потока равномерно распределяется по всей рабочей высоте внутри помещения. Кроме того, необходимо уделять пристальное внимание уборке, чтобы уменьшить источники загрязнения на полу.
5. Явление индукции
Так называемое явление индукции относится к явлению создания воздушного потока в направлении, противоположном равномерному потоку, что приводит к перемещению пыли, образовавшейся в помещении или в соседних загрязненных зонах, с наветренной стороны, вызывая загрязнение пластины пылью. Возможные явления индукции включают следующее:
(1) Слепая пластина
В чистом помещении с вертикальным односторонним потоком воздуха, из-за стыков стен, обычно используются большие глухие панели, которые создают турбулентность и локальный обратный поток.
(2) Лампы
В чистых помещениях освещение будет оказывать большее влияние. Поскольку тепло от люминесцентной лампы вызывает подъем воздушного потока, люминесцентная лампа не будет создавать турбулентную зону. Как правило, лампы в чистых помещениях имеют каплевидную форму, чтобы уменьшить их влияние на организацию воздушного потока.
(3) Зазоры 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 невелик, возникнет турбулентность отскока. Поэтому следует оставлять зазор между оборудованием и стеной и приподнимать платформу машины, чтобы избежать прямого контакта с землей.
Дата публикации: 02.11.2023