Năng suất chip trong ngành sản xuất chip có liên quan chặt chẽ đến kích thước và số lượng hạt khí bám trên chip. Việc tổ chức luồng khí tốt có thể loại bỏ các hạt bụi sinh ra từ nguồn bụi ra khỏi phòng sạch và 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 chip. Mục tiêu cần đạt được khi thiết kế tổ chức luồng khí trong phòng sạch là: giảm hoặc loại bỏ dòng 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.
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 và 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 công nghệ 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 chính xác như nhau. Trạng thái của các hạt trong không khí được xác định bởi sự phân bố luồng khí. Các tác động chính của luồng khí lên các hạt trong nhà 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 tác động của luồng khí lên các hạt do hoạt động của quy trình 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, hiện tượng cảm ứng, v.v. trong phòng sạch đều là những yếu tố ảnh hưởng đến mức độ sạch.
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 trong phòng sạch dòng chảy đơn hướng phải đồng đều; vùng chết trên bề mặt cung cấp không khí phải nhỏ; và độ giảm áp suất trong bộ lọc HEPA cũng phải đồng đều.
Tốc độ cung cấp không khí đồng đều: nghĩa là độ không đồng đều của luồng không khí được kiểm soát trong phạm vi ±20%.
Có ít không gian chết hơn trên bề mặt cung cấp không khí: không chỉ diện tích mặt phẳng của khung HEPA cần được giảm bớt mà quan trọng hơn, cần sử dụng FFU dạng mô-đun để đơn giản hóa khung dự phòng.
Để đảm bảo luồng không khí theo chiều thẳng đứng và một chiều, việc lựa chọn độ giảm áp suất của bộ lọc cũng rất quan trọng và yêu cầu không được có sự chênh lệch về áp suất bên trong bộ lọc.
(2) So sánh giữa hệ thống FFU và hệ thống quạt hướng trục
FFU là một thiết bị cấp khí với quạt và bộ lọc HEPA. Không khí được hút vào bởi quạt ly tâm của FFU và chuyển đổi áp suất động thành áp suất tĩnh trong ống dẫn khí. Không khí được thổi ra đều đặn bởi bộ lọc HEPA. Áp suất cấp khí trên trần nhà là áp suất âm. Nhờ đó, bụi sẽ không lọt vào phòng sạch khi thay 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 cửa thoát khí, độ song song của luồng khí và chỉ số hiệu suất 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 cải thiện việc tổ chức luồng khí trong phòng sạch.
(3) Ảnh hưởng của cấu trúc riêng của FFU
FFU chủ yếu bao gồm quạt, bộ lọc, ống dẫn khí và các thành phần khác. Bộ lọc HEPA 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 khí. Khi thêm vật liệu lọc thô hoặc tấm lọc vào đầu ra của bộ lọc, trường dòng khí đầu ra có thể dễ dàng được đồng nhất.
2. Tác động của giao diện tốc độ với độ sạch khác nhau
Trong cùng một phòng sạch, giữa khu vực làm việc và khu vực không làm việc có dòng khí một chiều thẳng đứng, do sự chênh lệch tốc độ không khí tại hộp HEPA, hiệu ứng xoáy hỗn hợp sẽ xảy ra tại giao diện, và giao diện này sẽ trở thành vùng luồng khí hỗn loạn. Cường độ nhiễu loạn không khí đặc biệt mạnh, các hạt có thể truyền đến bề mặt thiết bị máy móc, gây ô nhiễm thiết bị và wafer.
3. Tác động đến nhân viên và thiết bị
Khi phòng sạch trống, đặc tính luồng không khí trong phòng thường đáp ứng các yêu cầu thiết kế. Khi thiết bị vào phòng sạch, con người di chuyển và sản phẩm được vận chuyển, chắc chắn sẽ có những trở ngại đối với việc tổ chức luồng không khí, chẳng hạn như các đầu nhọn nhô ra từ thiết bị máy móc. Tại các góc hoặc cạnh, khí sẽ chuyển hướng tạo thành vùng dòng chảy hỗn loạn, và chất lỏng trong vùng đó sẽ không dễ dàng bị khí đi vào cuốn đi, do đó gây ô nhiễm.
Đồng thời, bề mặt thiết bị cơ khí sẽ bị 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. Đồng thời, nhiệt độ cao sẽ dễ dàng khiến các hạt thoát ra ngoài. Hiệu ứng kép này làm tăng cường độ dày của lớp dọc tổng thể. Khó khăn trong việc kiểm soát độ sạch của dòng chảy. Bụi từ người vận hành trong phòng sạch có thể dễ dàng bám vào các tấm wafer tại các vùng nóng chảy này.
4. Ảnh hưởng của sàn hồi không khí
Khi sức cản của luồng khí hồi lưu đi qua sàn khác nhau, sẽ xảy ra chênh lệch áp suất, khiến luồng khí thổi theo hướng có sức cản nhỏ, và luồng khí không đồng đều. Phương pháp thiết kế phổ biến hiện nay là sử dụng sàn nâng. Khi tỷ lệ mở của sàn nâng là 10%, tốc độ dòng khí có thể được phân bổ đều ở chiều cao làm việc trong nhà. Ngoài ra, cần chú ý vệ sinh thường xuyên để giảm thiểu nguồn ô nhiễm trên sàn.
5. Hiện tượng cảm ứng
Hiện tượng cảm ứng là hiện tượng tạo ra luồng khí ngược chiều với luồng khí đồng đều, gây ra bụi phát sinh trong phòng hoặc bụi ở các khu vực ô nhiễm lân cận phía đón gió, từ đó khiến bụi làm ô nhiễm wafer. Các hiện tượng cảm ứng có thể xảy ra bao gồm:
(1) Tấm mù
Trong phòng sạch có luồng gió một chiều theo chiều thẳng đứng, do các mối nối trên tường nên thường có các tấm chắn lớn tạo ra luồng gió hỗn loạn và dòng chảy ngược cục bộ.
(2) Đèn
Đèn chiếu sáng trong phòng sạch sẽ có tác động lớn hơn. Do nhiệt độ của đèn huỳnh quang làm luồng khí tăng lên, đèn huỳnh quang sẽ không trở thành vùng nhiễu loạn. Thông thường, đèn trong phòng sạch được thiết kế theo hình giọt nước để giảm tác động của đèn lên tổ chức luồng khí.
(3) Khoảng cách giữa các bức tường
Khi có khoảng trống giữa các vách ngăn hoặc trần nhà có yêu cầu vệ sinh khác nhau, bụi từ các khu vực có yêu cầu vệ sinh thấp có thể bay sang các khu vực liền kề có yêu cầu vệ sinh cao.
(4) Khoảng cách giữa thiết bị cơ khí và sàn hoặc tường
Nếu khoảng cách giữa thiết bị cơ khí và sàn hoặc tường quá nhỏ, hiện tượng nhiễu loạn phản hồi sẽ xảy ra. Do đó, hãy chừa một khoảng cách giữa thiết bị và tường, đồng thời nâng bệ máy lên để tránh tiếp xúc trực tiếp với mặt đất.
Thời gian đăng: 02-11-2023