Năng suất chip trong ngành sản xuất chip có liên quan mật thiết đến kích thước và số lượng các hạt bụi bám trên chip. Việc tổ chức luồng không khí tốt có thể đưa các hạt bụi sinh ra từ nguồn bụi ra khỏi phòng sạch và 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 năng suất sản xuất chip. Các mục tiêu cần đạt được trong thiết kế tổ chức luồng không khí phòng sạch là: giảm hoặc loại bỏ các 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 lây nhiễm chéo.
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 gây ra bởi luồng gió cấp và hồi, luồng gió đối lưu nhiệt, sự khuấy trộn nhân tạo và các luồng gió khác có lưu lượng nhất định để mang theo các hạt. Đối với việc kiểm soát công nghệ 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. Tình trạng của các hạt bụi trong không khí được xác định bởi sự phân bố luồng không khí. Các tác động chính của luồng không khí lên các hạt bụi trong nhà 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 tác động của luồng không khí lên các hạt bụi do các hoạt động sản xuất và thiết bị công nghiệp gây ra. Các phương pháp cung cấp không khí khác nhau, tốc độ giao diện, người vận hành và thiết bị công nghiệp, các hiện tượng phát sinh, v.v. trong phòng sạch đều là những yếu tố ảnh hưởng đến mức độ sạch sẽ.
1. Ảnh hưởng của phương pháp cung cấp khí
(1) Tốc độ cung cấp không khí
Để đảm bảo luồng khí đồng đều, tốc độ cấp khí trong phòng sạch một chiều phải đồng đều; vùng chết trên bề mặt cấp khí phải nhỏ; và độ giảm áp suất bên trong bộ lọc HEPA 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%.
Không gian chết trên bề mặt cung cấp khí sẽ ít hơn: không chỉ cần giảm diện tích mặt phẳng của khung HEPA, mà quan trọng hơn, cần sử dụng FFU dạng mô-đun để đơn giản hóa khung dự phòng.
Để đảm bảo luồng không khí thẳng đứng và một chiều, việc lựa chọn độ giảm áp của bộ lọc cũng rất quan trọng, và cần đảm bảo rằng tổn thất áp suất bên trong bộ lọc không bị sai lệch.
(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 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. Sau đó, không khí được thổi ra đều đặn qua bộ lọc HEPA. Áp suất không khí cung cấp trên trần nhà là áp suất âm. Nhờ vậy, bụi sẽ không lọt vào phòng sạch khi thay thế bộ lọc. Các thí nghiệm đã chứng minh 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 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, bộ dẫn hướng luồng khí và các bộ phận 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 luồng khí. Khi thêm vật liệu lọc thô hoặc tấm dẫn hướng vào đầu ra của bộ lọc, trường luồng khí đầu ra có thể dễ dàng được làm 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 với luồng khí một chiều thẳng đứng, do sự chênh lệch tốc độ gió tại hộp HEPA, hiệu ứng xoáy hỗn hợp sẽ xảy ra tại giao diện, và giao diện này sẽ trở thành vùng luồng khí nhiễu loạn. Cường độ nhiễu loạn không khí đặc biệt mạnh, và các hạt có thể bị truyền đến bề mặt máy móc thiết bị và làm ô nhiễm thiết bị và các tấm bán dẫn.
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. Tuy nhiên, khi thiết bị được đưa vào phòng sạch, người vận chuyển di chuyển và sản phẩm được vận chuyển đến, chắc chắn sẽ có những vật cản làm cản trở sự lưu thông không khí, chẳng hạn như các điểm nhọn nhô ra từ máy móc thiết bị. Tại các góc hoặc cạnh, khí sẽ bị lệch hướng tạo thành vùng dòng chảy rối, và chất lỏng trong khu vực đó sẽ không dễ bị cuốn theo dòng khí đi vào, do đó gây ra ô nhiễm.
Đồng thời, bề mặt của 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. Cùng lúc đó, nhiệt độ cao dễ khiến các hạt thoát ra ngoài. Hiệu ứng kép này làm tăng cường lớp tích tụ theo chiều dọc tổng thể. Điều này gây 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 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 xảy ra sự chênh lệch áp suất, khiến không khí chảy theo hướng có lực cản nhỏ hơn, và không thu được luồng không khí đồng đều. Phương pháp thiết kế phổ biến hiện nay là sử dụng sàn nâng. Khi tỷ lệ khe hở của sàn nâng là 10%, vận tốc luồng không khí có thể được phân bố đều ở độ cao làm việc trong nhà. Ngoài ra, cần đặc biệt chú ý đến công tác vệ sinh để giảm thiểu nguồn ô nhiễm trên sàn.
5. Hiện tượng quy nạp
Hiện tượng cảm ứng đề cập đến hiện tượng tạo ra luồng không khí theo hướng ngược lại với luồng khí đồng đều, đẩy bụi sinh ra trong phòng hoặc bụi ở các khu vực bị ô nhiễm lân cận về phía ngược chiều gió, do đó làm cho bụi làm ô nhiễm tấm bán dẫn. Các hiện tượng cảm ứng có thể bao gồm:
(1) Tấm mù
Trong phòng sạch có luồng khí một chiều thẳng đứng, do các mối nối trên tường, thường có các tấm chắn lớn tạo ra luồng khí xoáy và dòng khí ngược cục bộ.
(2) Đèn
Các thiết bị 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 đèn huỳnh quang sẽ không trở thành vùng nhiễu loạn. Nói chung, các 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 những khe hở giữa các vách ngăn hoặc trần nhà có yêu cầu vệ sinh khác nhau, bụi từ những khu vực có yêu cầu vệ sinh thấp có thể bị truyền sang các khu vực liền kề có yêu cầu vệ sinh cao hơn.
(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, sẽ xảy ra hiện tượng nhiễu loạn do lực phản hồi. Do đó, cần để lại một khoảng trống giữa thiết bị và tường, đồng thời nâng cao bệ máy để tránh tiếp xúc trực tiếp với mặt đất.
Thời gian đăng bài: 02/11/2023