Het chiprendement in de IC-productie-industrie is nauw verbonden met de grootte en het aantal luchtdeeltjes die op de chip terechtkomen. Een goede luchtstroomorganisatie kan de door de stofbron gegenereerde deeltjes uit de cleanroom verwijderen en zo de reinheid van de cleanroom garanderen. Met andere woorden, de luchtstroomorganisatie in een cleanroom speelt een cruciale rol in het rendement van de IC-productie. Het ontwerp van de luchtstroomorganisatie in een cleanroom moet de volgende doelen bereiken: het verminderen of elimineren van wervelstromen in het luchtstroomveld om de ophoping van schadelijke deeltjes te voorkomen; het handhaven van een geschikte positieve drukgradiënt om kruisbesmetting te voorkomen.
Luchtstroomkracht
Volgens het cleanroomprincipe omvatten de krachten die op de deeltjes inwerken onder andere massakracht, moleculaire kracht, aantrekkingskracht tussen deeltjes en luchtstroomkracht.
Luchtstroomkracht: verwijst naar de kracht van de luchtstroom die wordt veroorzaakt door de aanvoerlucht, retourluchtstroom, thermische convectieluchtstroom, kunstmatige menging en andere luchtstromen met een bepaalde stroomsnelheid om de deeltjes te transporteren. Voor de technische beheersing van een cleanroomomgeving is de luchtstroomkracht de belangrijkste factor.
Experimenten hebben aangetoond dat deeltjes in luchtstromen de luchtstroom vrijwel met dezelfde snelheid volgen. De toestand van de deeltjes in de lucht wordt bepaald door de luchtstroomverdeling. De luchtstromen die de deeltjes in binnenruimtes beïnvloeden, zijn voornamelijk: toevoerlucht (inclusief primaire en secundaire luchtstroom), luchtstroom en thermische convectie veroorzaakt door mensen die lopen, en luchtstroom veroorzaakt door procesactiviteiten en industriële apparatuur. Verschillende luchttoevoermethoden, snelheidsinterfaces, operators en industriële apparatuur, en geïnduceerde verschijnselen in cleanrooms zijn allemaal factoren die de reinheidsgraad beïnvloeden.
Factoren die de luchtstroomorganisatie beïnvloeden
1. De invloed van de luchttoevoermethode
(1). Luchttoevoersnelheid
Om een uniforme luchtstroom te garanderen, moet de luchtsnelheid in een unidirectionele cleanroom constant zijn; de dode zone van het luchttoevoeroppervlak moet klein zijn; en de drukval in de ULPA moet ook uniform zijn.
Gelijkmatige luchttoevoersnelheid: dat wil zeggen dat de ongelijkmatigheid van de luchtstroom binnen ±20% wordt gehouden.
Minder dode zone op het luchttoevoeroppervlak: niet alleen moet het vlakke oppervlak van het ULPA-frame worden verkleind, maar belangrijker nog, er moet een modulaire FFU worden toegepast om het redundante frame te vereenvoudigen.
Om een verticale, unidirectionele luchtstroom te garanderen, is de keuze van het drukverlies van het filter ook zeer belangrijk; het is noodzakelijk dat het drukverlies in het filter niet afwijkt.
(2). Vergelijking tussen het FFU-systeem en het axiale ventilatorsysteem
FFU is een luchttoevoereenheid met een ventilator en een filter (ULPA). Nadat de lucht door de centrifugaalventilator van de FFU is aangezogen, wordt de dynamische druk in het luchtkanaal omgezet in statische druk en gelijkmatig door de ULPA naar buiten geblazen. De luchtdruk aan het plafond is negatief, waardoor er geen stof in de cleanroom kan lekken wanneer het filter wordt vervangen. Experimenten hebben aangetoond dat het FFU-systeem superieur is aan het axiale ventilatorsysteem wat betreft luchtuitlaatuniformiteit, luchtstroomparalleliteit en ventilatie-efficiëntie. Dit komt doordat de luchtstroomparalleliteit van het FFU-systeem beter is. Het gebruik van het FFU-systeem kan de luchtstroom in de cleanroom beter organiseren.
(3). De invloed van de eigen structuur van FFU
Een FFU (Flow Flow Unit) bestaat hoofdzakelijk uit ventilatoren, filters, luchtstroomgeleiders en andere componenten. Het ultra-efficiënte ULPA-filter is de belangrijkste garantie voor het behalen van de vereiste reinheidsgraad in de cleanroom. Het filtermateriaal beïnvloedt ook de uniformiteit van het stromingsveld. Door een grof filtermateriaal of een laminaire stromingsplaat aan de filteruitlaat toe te voegen, kan het stromingsveld aan de uitlaat eenvoudig uniform worden gemaakt.
2. Impact van verschillende snelheidsinterfaces op reinheid
In dezelfde cleanroom, tussen het werkgebied en het niet-werkgebied met verticale, unidirectionele luchtstroom, ontstaat door het snelheidsverschil bij de ULPA-uitlaat een gemengd wervelingseffect op het grensvlak. Dit grensvlak wordt een turbulente luchtstroomzone met een bijzonder hoge turbulentie-intensiteit. Deeltjes kunnen naar het oppervlak van de apparatuur worden getransporteerd en de apparatuur en wafers verontreinigen.
3. Impact van personeel en apparatuur
Wanneer de cleanroom leeg is, voldoen de luchtstroomkarakteristieken in de ruimte over het algemeen aan de ontwerpeisen. Zodra apparatuur de cleanroom binnenkomt, personeel zich verplaatst en producten worden getransporteerd, ontstaan er onvermijdelijk obstakels voor de luchtstroom. Bijvoorbeeld bij uitstekende hoeken of randen van de apparatuur, wordt het gas afgebogen en vormt een turbulente zone. De vloeistof in deze zone wordt niet gemakkelijk door het gas afgevoerd, wat vervuiling veroorzaakt. Tegelijkertijd warmt het oppervlak van de apparatuur op door continu gebruik, en het temperatuurgradiënt veroorzaakt een reflowzone nabij de machine, waardoor de ophoping van deeltjes in de reflowzone toeneemt. Tegelijkertijd zorgt de hoge temperatuur ervoor dat de deeltjes gemakkelijk ontsnappen. Dit dubbele effect verergert de moeilijkheid om de algehele verticale laminaire reinheid te beheersen. Stof afkomstig van de operators in de cleanroom hecht zich zeer gemakkelijk aan de wafers in deze reflowzones.
4. Invloed van de retourluchtvloer
Wanneer de luchtweerstand van de retourlucht door de vloer verschilt, ontstaat er een drukverschil, waardoor de lucht in de richting van de minste weerstand stroomt en een uniforme luchtstroom niet wordt verkregen. De huidige gangbare ontwerpmethode is het gebruik van verhoogde vloeren. Bij een openinggraad van 10% van de verhoogde vloeren kan de luchtstroom in de werkruimte gelijkmatig worden verdeeld. Daarnaast is het van groot belang om de vloer regelmatig schoon te houden om vervuilingsbronnen te minimaliseren.
5. Inductiefenomeen
Het zogenaamde inductieverschijnsel verwijst naar het fenomeen waarbij een luchtstroom in tegengestelde richting van de uniforme luchtstroom ontstaat. Hierdoor wordt stof dat in de ruimte of in een aangrenzende, vervuilde omgeving is ontstaan, naar de loefzijde gezogen, waardoor de chip door dit stof wordt verontreinigd. De volgende inductieverschijnselen zijn mogelijk:
(1). Blinde plaat
In een cleanroom met verticale, unidirectionele luchtstroom zijn er, vanwege de voegen in de wand, doorgaans grote blinde platen die turbulentie in de lokale retourstroom veroorzaken.
(2). Lampen
De verlichting in de cleanroom heeft een grote invloed. Omdat de warmte van tl-lampen de luchtstroom doet stijgen, ontstaat er geen turbulentie direct onder de lampen. Over het algemeen zijn de lampen in cleanrooms ontworpen in een druppelvorm om de invloed van de lampen op de luchtstroom te minimaliseren.
(3.) Spleten tussen muren
Wanneer er openingen zijn tussen scheidingswanden met verschillende reinheidsniveaus of tussen scheidingswanden en plafonds, kan stof uit het gebied met lage reinheidseisen worden overgebracht naar het aangrenzende gebied met hoge reinheidseisen.
(4). Afstand tussen de machine en de vloer of muur
Als de afstand tussen de machine en de vloer of muur erg klein is, kan dit turbulentie veroorzaken. Laat daarom een afstand tussen de apparatuur en de muur en plaats de machine op een verhoging om te voorkomen dat deze direct de grond raakt.
Geplaatst op: 05-02-2025