De chipopbrengst in de chipindustrie is nauw verbonden met de grootte en het aantal luchtdeeltjes dat op de chip terechtkomt. Een goede luchtstroomorganisatie kan deeltjes afkomstig van stofbronnen uit de cleanroom verwijderen en de reinheid van de cleanroom garanderen. Met andere woorden, de luchtstroomorganisatie in een cleanroom speelt een cruciale rol in de chipopbrengst. De doelen die bereikt moeten worden bij het ontwerpen van de luchtstroomorganisatie in een cleanroom zijn: het verminderen of elimineren van wervelstromen in het luchtstroomveld om ophoping van schadelijke deeltjes te voorkomen; het handhaven van een geschikte positieve drukgradiënt om kruisbesmetting te voorkomen.
Volgens het cleanroomprincipe omvatten de krachten die op deeltjes inwerken onder andere massakracht, moleculaire kracht, aantrekkingskracht tussen deeltjes en luchtstroomkracht.
Luchtstroomkracht: verwijst naar de kracht van de luchtstroom die wordt veroorzaakt door aanvoer- en afvoerlucht, thermische convectie, kunstmatige roering en andere luchtstromen met een bepaalde stroomsnelheid om deeltjes te transporteren. Voor de beheersing van de cleanroomomgeving is de luchtstroomkracht de belangrijkste factor.
Experimenten hebben aangetoond dat deeltjes in een luchtstroom de luchtstroom vrijwel met dezelfde snelheid volgen. De toestand van de deeltjes in de lucht wordt bepaald door de luchtstroomverdeling. De belangrijkste effecten van luchtstroming op deeltjes binnenshuis zijn: de luchttoevoer (inclusief primaire en secundaire luchtstroom), de luchtstroom en thermische convectie veroorzaakt door mensen die lopen, en de impact van luchtstroming op deeltjes door procesactiviteiten en industriële apparatuur. Verschillende luchttoevoermethoden, snelheidsinterfaces, operators en industriële apparatuur, geïnduceerde verschijnselen, enzovoort in cleanrooms zijn allemaal factoren die de reinheidsgraad beïnvloeden.
1. Invloed van de luchttoevoermethode
(1) Luchttoevoersnelheid
Om een uniforme luchtstroom te garanderen, moet de luchtsnelheid in de cleanroom met unidirectionele luchtstroom constant zijn; de dode zone op het luchttoevoeroppervlak moet klein zijn; en de drukval in het HEPA-filter moet ook constant zijn.
De luchttoevoersnelheid is uniform: dat wil zeggen dat de ongelijkmatigheid van de luchtstroom binnen ±20% wordt gehouden.
Er is minder dode ruimte op het luchttoevoeroppervlak: niet alleen moet het vlakke oppervlak van het HEPA-frame worden verkleind, maar belangrijker nog, er moeten modulaire FFU's worden gebruikt om het redundante frame te vereenvoudigen.
Om ervoor te zorgen dat de luchtstroom verticaal en in één richting verloopt, is de keuze van het drukverlies van het filter ook erg belangrijk, en het is vereist dat het drukverlies binnen het filter niet onevenwichtig is.
(2) Vergelijking tussen het FFU-systeem en het axiale ventilatorsysteem
FFU is een luchttoevoereenheid met een ventilator en een HEPA-filter. De lucht wordt aangezogen door de centrifugaalventilator van de FFU en zet de dynamische druk om in statische druk in het luchtkanaal. De lucht wordt vervolgens gelijkmatig uitgeblazen door het HEPA-filter. De luchtdruk aan het plafond is negatief. Op deze manier kan er geen stof in de cleanroom terechtkomen bij het vervangen van het filter. Experimenten hebben aangetoond dat het FFU-systeem superieur is aan het axiale ventilatorsysteem wat betreft de uniformiteit van de luchtuitlaat, de paralleliteit van de luchtstroom en de ventilatie-efficiëntie. Dit komt doordat de paralleliteit van de luchtstroom in het FFU-systeem beter is. Het gebruik van het FFU-systeem kan de luchtstroomorganisatie in een cleanroom verbeteren.
(3) Invloed van de eigen structuur van FFU
Een FFU (Flow Flow Unit) bestaat hoofdzakelijk uit ventilatoren, filters, luchtstroomgeleiders en andere componenten. Het HEPA-filter is de belangrijkste garantie voor het bereiken van de vereiste reinheid in de cleanroom. Het materiaal van het filter beïnvloedt ook de uniformiteit van het luchtstroomveld. Door een grof filtermateriaal of een stroomplaat aan de filteruitlaat toe te voegen, kan het luchtstroomveld aan de uitlaat eenvoudig uniformer worden gemaakt.
2. Impact van de snelheidsinterface op verschillende reinheidsgraden.
In dezelfde cleanroom, tussen het werkgebied en het niet-werkgebied met een verticale, unidirectionele luchtstroom, ontstaat door het verschil in luchtsnelheid bij de HEPA-box een gemengd wervelingseffect op het grensvlak. Dit grensvlak wordt een turbulente luchtstroomzone. De turbulentie is bijzonder sterk, waardoor deeltjes naar het oppervlak van de apparatuur kunnen worden overgebracht en de apparatuur en wafers kunnen verontreinigen.
3. Impact op personeel en apparatuur
Wanneer een cleanroom leeg is, voldoen de luchtstroomkarakteristieken over het algemeen aan de ontwerpeisen. Zodra apparatuur de cleanroom binnenkomt, mensen zich verplaatsen en producten worden vervoerd, ontstaan er onvermijdelijk obstakels voor de luchtstroom, zoals scherpe punten die uit de apparatuur steken. In hoeken of aan randen zal het gas afbuigen en een turbulente stroming vormen. De vloeistof in dat gebied wordt dan niet gemakkelijk door het binnenstromende gas meegevoerd, wat vervuiling veroorzaakt.
Tegelijkertijd zal het oppervlak van de mechanische apparatuur door de continue werking opwarmen, en het temperatuurgradiënt zal een reflow-gebied nabij de machine veroorzaken, wat de ophoping van deeltjes in het reflow-gebied vergroot. Tegelijkertijd zorgt de hoge temperatuur ervoor dat de deeltjes gemakkelijk ontsnappen. Dit dubbele effect versterkt de algehele verticale laag. Het is moeilijk om de zuiverheid van de stroom te controleren. Stof afkomstig van operators in de cleanroom kan zich gemakkelijk hechten aan wafers in deze reflow-gebieden.
4. Invloed van de retourluchtvloer
Wanneer de luchtweerstand van de retourlucht door de vloer verschilt, ontstaat er een drukverschil. Hierdoor stroomt de lucht in de richting van de minste weerstand, waardoor een gelijkmatige luchtstroom niet wordt bereikt. De gangbare ontwerpmethode is het gebruik van een verhoogde vloer. Bij een openingsverhouding van 10% in de verhoogde vloer kan de luchtstroom gelijkmatig over de werkhoogte worden verdeeld. Daarnaast is het van groot belang om de vloer regelmatig schoon te houden om vervuiling te voorkomen.
5. Inductiefenomeen
Het zogenaamde inductiefenomeen verwijst naar het verschijnsel waarbij een luchtstroom in tegengestelde richting van de uniforme luchtstroom ontstaat. Hierdoor wordt stof dat in de ruimte of in aangrenzende, verontreinigde gebieden is ontstaan, naar de loefzijde gezogen, waardoor de wafer wordt verontreinigd. Mogelijke inductieverschijnselen zijn onder andere de volgende:
(1) Blinde plaat
In een cleanroom met verticale eenrichtingsstroom zijn er door de voegen in de wand doorgaans grote blinde panelen die turbulente stroming en lokale terugstroming veroorzaken.
(2) Lampen
Verlichtingsarmaturen in cleanrooms hebben een grotere impact. Omdat de warmte van de TL-lamp de luchtstroom doet stijgen, zal de TL-lamp zelf geen turbulente zone vormen. 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 of plafonds met verschillende reinheidseisen, kan stof uit de minder reinheidsgevoelige zones overgebracht worden naar aangrenzende zones met hogere reinheidseisen.
(4) De afstand tussen de mechanische apparatuur en de vloer of muur
Als de afstand tussen de mechanische apparatuur en de vloer of muur klein is, ontstaat er turbulentie door terugslag. Laat daarom een opening tussen de apparatuur en de muur en verhoog het machineplatform om direct contact met de grond te vermijden.
Geplaatst op: 2 november 2023