O rendimento de chips na indústria de fabricação de semicondutores está intimamente relacionado ao tamanho e à quantidade de partículas de ar depositadas sobre o chip. Uma boa organização do fluxo de ar pode remover as partículas geradas por fontes de poeira da sala limpa e garantir a sua limpeza. Ou seja, a organização do fluxo de ar na sala limpa desempenha um papel vital no rendimento da produção de chips. Os objetivos a serem alcançados no projeto da organização do fluxo de ar em salas limpas são: reduzir ou eliminar as correntes parasitas no campo de fluxo para evitar a retenção de partículas nocivas; e manter um gradiente de pressão positiva adequado para prevenir a contaminação cruzada.
De acordo com o princípio da sala limpa, as forças que atuam sobre as partículas incluem a força de massa, a força molecular, a atração entre as partículas, a força do fluxo de ar, etc.
Força do fluxo de ar: refere-se à força do fluxo de ar causada pelo fluxo de ar de suprimento e retorno, fluxo de ar por convecção térmica, agitação artificial e outros fluxos de ar com uma determinada vazão para transportar partículas. Para o controle de tecnologia ambiental em salas limpas, a força do fluxo de ar é o fator mais importante.
Experimentos demonstraram que, em fluxos de ar, as partículas acompanham o fluxo praticamente na mesma velocidade. A condição das partículas no ar é determinada pela distribuição do fluxo de ar. Os principais efeitos do fluxo de ar sobre as partículas em ambientes internos incluem: o fluxo de ar de suprimento (incluindo o fluxo de ar primário e secundário), o fluxo de ar e a convecção térmica causados pela circulação de pessoas, e o impacto do fluxo de ar sobre as partículas causado por operações de processo e equipamentos industriais. Diferentes métodos de suprimento de ar, interfaces de velocidade, operadores e equipamentos industriais, fenômenos induzidos, etc., em salas limpas, são fatores que afetam o nível de limpeza.
1. Influência do método de fornecimento de ar
(1) Velocidade de fornecimento de ar
Para garantir um fluxo de ar uniforme, a velocidade de fornecimento de ar na sala limpa de fluxo unidirecional deve ser uniforme; a zona morta na superfície de fornecimento de ar deve ser pequena; e a queda de pressão dentro do filtro HEPA também deve ser uniforme.
A velocidade de fornecimento de ar é uniforme: ou seja, a irregularidade do fluxo de ar é controlada dentro de ±20%.
Há menos espaço morto na superfície de suprimento de ar: não apenas a área plana da estrutura do filtro HEPA deve ser reduzida, mas, mais importante ainda, unidades de filtragem de ar modulares (FFU) devem ser usadas para simplificar a estrutura redundante.
Para garantir que o fluxo de ar seja vertical e unidirecional, a seleção da queda de pressão do filtro também é muito importante, sendo necessário que a perda de pressão dentro do filtro não seja desequilibrada.
(2) Comparação entre o sistema FFU e o sistema de ventilador de fluxo axial
A FFU (Unidade de Fornecimento de Ar) é uma unidade de suprimento de ar com um ventilador e um filtro HEPA. O ar é aspirado pelo ventilador centrífugo da FFU e converte a pressão dinâmica em pressão estática no duto de ar. Em seguida, é expelido uniformemente pelo filtro HEPA. A pressão de ar insuflado no teto é negativa. Dessa forma, não há vazamento de poeira para a sala limpa durante a troca do filtro. Experimentos demonstraram que o sistema FFU é superior ao sistema de ventilador axial em termos de uniformidade da saída de ar, paralelismo do fluxo de ar e índice de eficiência de ventilação. Isso ocorre porque o paralelismo do fluxo de ar no sistema FFU é superior. O uso do sistema FFU pode melhorar a organização do fluxo de ar em salas limpas.
(3) Influência da própria estrutura da FFU
A Unidade de Fluxo de Ar (FFU) é composta principalmente por ventiladores, filtros, guias de fluxo de ar e outros componentes. O filtro HEPA é a garantia mais importante para que a sala limpa atinja o nível de limpeza exigido pelo projeto. O material do filtro também influencia a uniformidade do fluxo de ar. Ao adicionar um material filtrante rugoso ou uma placa de fluxo na saída do filtro, o fluxo de ar na saída pode ser facilmente uniformizado.
2. Impacto da interface de velocidade com diferentes níveis de limpeza
Na mesma sala limpa, entre a área de trabalho e a área não operacional com fluxo unidirecional vertical, devido à diferença na velocidade do ar na caixa HEPA, ocorrerá um efeito de vórtice misto na interface, e esta interface se tornará uma zona de fluxo de ar turbulento. A intensidade da turbulência do ar é particularmente forte, e partículas podem ser transportadas para a superfície do equipamento e contaminar o equipamento e os wafers.
3. Impacto sobre a equipe e os equipamentos
Quando a sala limpa está vazia, as características do fluxo de ar geralmente atendem aos requisitos de projeto. No entanto, assim que equipamentos entram na sala limpa, pessoas se movimentam e produtos são transportados, inevitavelmente surgem obstáculos à organização do fluxo de ar, como pontas afiadas que se projetam dos equipamentos. Nos cantos ou bordas, o gás se desvia, formando uma área de fluxo turbulento, e o fluido nessa área não é facilmente removido pelo gás que entra, causando contaminação.
Ao mesmo tempo, a superfície do equipamento mecânico aquece devido à operação contínua, e o gradiente de temperatura cria uma área de refluxo próxima à máquina, aumentando o acúmulo de partículas nessa área. Além disso, a alta temperatura facilita a dispersão dessas partículas. Esse efeito duplo intensifica a formação de uma camada vertical, dificultando o controle da limpeza do fluxo. Poeira proveniente dos operadores na sala limpa pode aderir facilmente aos wafers nessas áreas de refluxo.
4. Influência do piso de retorno de ar
Quando a resistência do ar de retorno ao passar pelo piso é diferente, ocorre uma diferença de pressão, fazendo com que o ar flua na direção de menor resistência, e não se obtém um fluxo de ar uniforme. O método de projeto mais popular atualmente é o uso de piso elevado. Quando a taxa de abertura do piso elevado é de 10%, a velocidade do fluxo de ar pode ser distribuída uniformemente na altura de trabalho interna. Além disso, deve-se prestar muita atenção à limpeza para reduzir as fontes de poluição no piso.
5. Fenômeno de indução
O chamado fenômeno de indução refere-se à geração de fluxo de ar na direção oposta ao fluxo uniforme, induzindo a poeira gerada no ambiente ou em áreas contaminadas adjacentes para o lado de onde vem o vento, fazendo com que essa poeira contamine o wafer. Os possíveis fenômenos induzidos incluem:
(1) Placa cega
Em uma sala limpa com fluxo vertical unidirecional, devido às juntas na parede, geralmente existem grandes painéis cegos que produzem fluxo turbulento e refluxo local.
(2) Lâmpadas
Em salas limpas, as luminárias têm um impacto significativo. Como o calor da lâmpada fluorescente provoca a ascensão do ar, ela não cria uma zona de turbulência. Geralmente, as lâmpadas em salas limpas são projetadas em formato de gota para minimizar seu impacto na organização do fluxo de ar.
(3) Espaços entre paredes
Quando existem espaços entre paredes divisórias ou tetos com diferentes requisitos de limpeza, a poeira de áreas com baixos requisitos de limpeza pode ser transferida para áreas adjacentes com altos requisitos de limpeza.
(4) A distância entre o equipamento mecânico e o piso ou a parede
Se o espaço entre o equipamento mecânico e o piso ou a parede for pequeno, ocorrerá turbulência de ricochete. Portanto, deixe um espaço entre o equipamento e a parede e eleve a plataforma da máquina para evitar o contato direto com o solo.
Data da publicação: 02/11/2023