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