Tỷ lệ sản lượng chip trong ngành công nghiệp sản xuất IC có liên quan mật thiết đến kích thước và số lượng các hạt bụi bám trên chip. Một hệ thống luồng không khí tốt có thể đưa các hạt bụi sinh ra từ nguồn bụi ra khỏi phòng sạch để đảm bảo độ sạch của phòng sạch, nói cách khác, việc tổ chức luồng không khí trong phòng sạch đóng vai trò quan trọng đối với tỷ lệ sản lượng sản xuất IC. Thiết kế hệ thống luồng không khí trong phòng sạch cần đạt được các mục tiêu sau: giảm hoặc loại bỏ dòng xoáy trong trường dòng chảy để tránh giữ lại các hạt có hại; duy trì độ chênh lệch áp suất dương thích hợp để ngăn ngừa ô nhiễm chéo.
Lực luồng không khí
Theo nguyên lý phòng sạch, các lực tác động lên các hạt bao gồm lực khối lượng, lực phân tử, lực hút giữa các hạt, lực luồng không khí, v.v.
Lực gió: đề cập đến lực của luồng gió được tạo ra bởi luồng gió đi, luồng gió hồi, luồng gió đối lưu nhiệt, khuấy trộn nhân tạo và các luồng gió khác với lưu lượng nhất định để mang các hạt. Đối với việc kiểm soát kỹ thuật môi trường phòng sạch, lực gió là yếu tố quan trọng nhất.
Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng trong chuyển động của luồng không khí, các hạt bụi di chuyển theo luồng không khí với tốc độ gần như không đổi. Trạng thái của các hạt bụi trong không khí được xác định bởi sự phân bố luồng không khí. Các luồng không khí ảnh hưởng đến bụi trong nhà chủ yếu bao gồm: luồng không khí cung cấp (bao gồm luồng không khí sơ cấp và thứ cấp), luồng không khí và luồng không khí đối lưu nhiệt do người đi lại, và luồng không khí do hoạt động của quy trình và thiết bị công nghiệp. Các phương pháp cung cấp không khí khác nhau, tốc độ giao diện, người vận hành và thiết bị công nghiệp, cũng như các hiện tượng phát sinh trong phòng sạch đều là những yếu tố ảnh hưởng đến mức độ sạch sẽ.
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tổ chức luồng không khí
1. Ảnh hưởng của phương pháp cung cấp khí
(1). Tốc độ cung cấp không khí
Để đảm bảo luồng không khí đồng đều, tốc độ cấp khí phải đồng đều trong phòng sạch một chiều; vùng chết của bề mặt cấp khí phải nhỏ; và độ giảm áp suất trong ULPA cũng phải đồng đều.
Tốc độ cấp khí đồng đều: nghĩa là, sự không đồng đều của luồng khí được kiểm soát trong phạm vi ±20%.
Giảm thiểu vùng chết trên bề mặt cung cấp khí: không chỉ cần giảm diện tích mặt phẳng của khung ULPA, mà quan trọng hơn, cần áp dụng FFU dạng mô-đun để đơn giản hóa khung dự phòng.
Để đảm bảo luồng không khí thẳng đứng theo một chiều, việc lựa chọn độ giảm áp của bộ lọc cũng rất quan trọng, yêu cầu độ giảm áp trong bộ lọc không được vượt quá mức cho phép.
(2). So sánh giữa hệ thống FFU và hệ thống quạt hướng trục
FFU là một thiết bị cung cấp khí gồm quạt và bộ lọc (ULPA). Sau khi không khí được hút vào bởi quạt ly tâm của FFU, áp suất động được chuyển đổi thành áp suất tĩnh trong ống dẫn khí và được thổi ra đều đặn bởi ULPA. Áp suất không khí cung cấp trên trần nhà là áp suất âm, do đó bụi sẽ không lọt vào phòng sạch khi thay thế bộ lọc. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng hệ thống FFU vượt trội hơn hệ thống quạt hướng trục về độ đồng đều của luồng khí đầu ra, độ song song của luồng khí và chỉ số hiệu quả thông gió. Điều này là do độ song song của luồng khí trong hệ thống FFU tốt hơn. Việc sử dụng hệ thống FFU có thể giúp luồng khí trong phòng sạch được tổ chức tốt hơn.
(3). Ảnh hưởng của cấu trúc riêng của FFU
FFU chủ yếu bao gồm quạt, bộ lọc, thiết bị dẫn hướng luồng khí và các bộ phận khác. Bộ lọc siêu hiệu quả ULPA là yếu tố quan trọng nhất đảm bảo phòng sạch có đạt được độ sạch theo yêu cầu thiết kế hay không. Vật liệu của bộ lọc cũng ảnh hưởng đến tính đồng nhất của trường dòng chảy. Khi thêm vật liệu lọc thô hoặc tấm dẫn dòng chảy tầng vào đầu ra của bộ lọc, trường dòng chảy đầu ra có thể dễ dàng được làm cho đồng nhất hơn.
2. Tác động của các giao diện tốc độ khác nhau đến quá trình làm sạch
Trong cùng một phòng sạch, giữa khu vực làm việc và khu vực không làm việc có luồng khí một chiều thẳng đứng, do sự khác biệt về tốc độ gió tại cửa thoát khí ULPA, hiệu ứng xoáy hỗn hợp sẽ được tạo ra tại giao diện, và giao diện này sẽ trở thành vùng luồng khí hỗn loạn với cường độ nhiễu loạn không khí đặc biệt cao. Các hạt bụi có thể bị truyền đến bề mặt thiết bị và làm ô nhiễm thiết bị và các tấm bán dẫn.
3. Tác động của nhân viên và thiết bị
Khi phòng sạch trống, đặc tính luồng không khí trong phòng thường đáp ứng các yêu cầu thiết kế. Tuy nhiên, khi thiết bị được đưa vào phòng sạch, nhân viên di chuyển và sản phẩm được vận chuyển, chắc chắn sẽ có những vật cản trong việc tổ chức luồng không khí. Ví dụ, tại các góc hoặc cạnh nhô ra của thiết bị, khí sẽ bị chuyển hướng tạo thành vùng nhiễu loạn, và chất lỏng trong vùng này không dễ bị khí cuốn đi, do đó gây ô nhiễm. Đồng thời, bề mặt thiết bị sẽ nóng lên do hoạt động liên tục, và sự chênh lệch nhiệt độ sẽ tạo ra vùng nóng chảy gần máy, làm tăng sự tích tụ các hạt trong vùng nóng chảy. Cùng lúc đó, nhiệt độ cao dễ khiến các hạt thoát ra ngoài. Hiệu ứng kép này làm trầm trọng thêm khó khăn trong việc kiểm soát độ sạch tổng thể theo chiều dọc. Bụi từ người vận hành trong phòng sạch rất dễ bám vào các tấm wafer trong các vùng nóng chảy này.
4. Ảnh hưởng của sàn không khí hồi lưu
Khi lực cản của luồng không khí hồi lưu đi qua sàn khác nhau, sẽ tạo ra sự chênh lệch áp suất, khiến không khí sẽ chảy theo hướng có lực cản thấp hơn, và không thể đạt được luồng không khí đồng đều. Phương pháp thiết kế phổ biến hiện nay là sử dụng sàn nâng. Khi tỷ lệ mở của sàn nâng là 10%, vận tốc luồng không khí trong không gian làm việc có thể được phân bố đều. Ngoài ra, cần đặc biệt chú ý đến công tác vệ sinh để giảm thiểu nguồn gây ô nhiễm trên sàn.
5. Hiện tượng quy nạp
Hiện tượng cảm ứng đề cập đến hiện tượng tạo ra luồng không khí ngược chiều với luồng khí đều, và bụi sinh ra trong phòng hoặc bụi ở khu vực bị ô nhiễm liền kề bị cuốn theo hướng gió, khiến bụi có thể làm ô nhiễm chip. Sau đây là một số hiện tượng cảm ứng có thể xảy ra:
(1). Tấm bịt kín
Trong phòng sạch có luồng khí thẳng đứng một chiều, do các mối nối trên tường, thường có các tấm chắn lớn tạo ra sự nhiễu loạn trong luồng khí hồi cục bộ.
(2). Đèn
Hệ thống chiếu sáng trong phòng sạch sẽ có tác động lớn hơn. Vì nhiệt lượng tỏa ra từ đèn huỳnh quang làm cho luồng không khí bốc lên, nên sẽ không có vùng nhiễu loạn nào dưới đèn huỳnh quang. Thông thường, đèn trong phòng sạch được thiết kế hình giọt nước để giảm thiểu tác động của đèn lên sự tổ chức luồng không khí.
(3.) Khoảng trống giữa các bức tường
Khi có khoảng trống giữa các vách ngăn có mức độ sạch khác nhau hoặc giữa vách ngăn và trần nhà, bụi từ khu vực có yêu cầu sạch thấp có thể bị truyền sang khu vực liền kề có yêu cầu sạch cao hơn.
(4). Khoảng cách giữa máy và sàn hoặc tường
Nếu khoảng cách giữa máy và sàn hoặc tường quá nhỏ, sẽ gây ra hiện tượng nhiễu loạn do lực phản hồi. Do đó, hãy để một khoảng trống giữa thiết bị và tường, đồng thời nâng máy lên để tránh máy chạm trực tiếp xuống đất.
Thời gian đăng bài: 05/02/2025