ปัจจัยใดบ้างที่ส่งผลต่อการจัดการการไหลเวียนของอากาศในห้องคลีนรูม?

อัตราผลผลิตของชิปในอุตสาหกรรมการผลิตไอซีมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับขนาดและจำนวนอนุภาคอากาศที่สะสมอยู่บนชิป ระบบไหลเวียนอากาศที่ดีสามารถกำจัดอนุภาคที่เกิดจากแหล่งกำเนิดฝุ่นออกจากห้องคลีนรูมเพื่อให้มั่นใจถึงความสะอาดของห้องคลีนรูม กล่าวคือ ระบบไหลเวียนอากาศในห้องคลีนรูมมีบทบาทสำคัญในอัตราผลผลิตของการผลิตไอซี การออกแบบระบบไหลเวียนอากาศในห้องคลีนรูมจำเป็นต้องบรรลุเป้าหมายต่อไปนี้: ลดหรือกำจัดกระแสวนในสนามไหลเพื่อหลีกเลี่ยงการกักเก็บอนุภาคที่เป็นอันตราย; รักษาระดับความต่างของความดันบวกที่เหมาะสมเพื่อป้องกันการปนเปื้อนข้าม

แรงไหลเวียนของอากาศ

ตามหลักการห้องสะอาด แรงที่กระทำต่ออนุภาค ได้แก่ แรงมวล แรงโมเลกุล แรงดึงดูดระหว่างอนุภาค แรงไหลเวียนของอากาศ เป็นต้น

แรงลม: หมายถึงแรงลมที่เกิดจากการนำส่ง การนำกลับ การพาความร้อน การกวนอากาศ และการไหลของอากาศอื่นๆ ที่มีอัตราการไหลที่กำหนดเพื่อนำพาอนุภาค สำหรับการควบคุมทางเทคนิคของสภาพแวดล้อมห้องคลีนรูม แรงลมเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุด

การทดลองแสดงให้เห็นว่าในการเคลื่อนที่ของกระแสลม อนุภาคจะเคลื่อนที่ตามกระแสลมด้วยความเร็วเกือบเท่ากัน สถานะของอนุภาคในอากาศถูกกำหนดโดยการกระจายตัวของกระแสลม กระแสลมที่มีผลต่ออนุภาคภายในอาคารส่วนใหญ่ประกอบด้วย กระแสลมที่จ่าย (รวมถึงกระแสลมหลักและกระแสลมรอง) กระแสลมที่พัดพาความร้อนจากการเดินของคน และกระแสลมที่เกิดจากการทำงานของกระบวนการและอุปกรณ์อุตสาหกรรม วิธีการจ่ายลมที่แตกต่างกัน อินเทอร์เฟซความเร็ว ผู้ปฏิบัติงานและอุปกรณ์อุตสาหกรรม และปรากฏการณ์เหนี่ยวนำในห้องสะอาด ล้วนเป็นปัจจัยที่ส่งผลต่อระดับความสะอาด

ปัจจัยที่มีผลต่อการจัดระบบไหลเวียนอากาศ

1. อิทธิพลของวิธีการจ่ายอากาศ

(1). ความเร็วในการจ่ายอากาศ

เพื่อให้แน่ใจว่ามีการไหลเวียนของอากาศสม่ำเสมอ ความเร็วในการจ่ายอากาศจะต้องสม่ำเสมอในห้องคลีนรูมแบบทิศทางเดียว โซนตายของพื้นผิวการจ่ายอากาศจะต้องมีขนาดเล็ก และแรงดันตกใน ULPA จะต้องสม่ำเสมอเช่นกัน

ความเร็วการจ่ายอากาศสม่ำเสมอ: นั่นคือ ความไม่สม่ำเสมอของการไหลของอากาศจะถูกควบคุมให้อยู่ภายใน ±20%

ลดโซนตายบนพื้นผิวแหล่งจ่ายอากาศ: ไม่เพียงแต่ควรลดพื้นที่ระนาบของเฟรม ULPA เท่านั้น แต่ที่สำคัญกว่านั้นคือ ควรนำ FFU แบบแยกส่วนมาใช้เพื่อลดความซับซ้อนของเฟรมที่ซ้ำซ้อน

เพื่อให้แน่ใจว่ามีการไหลของอากาศในแนวตั้งทิศทางเดียว การเลือกการลดแรงดันของตัวกรองก็มีความสำคัญมากเช่นกัน โดยต้องไม่ทำให้การสูญเสียแรงดันในตัวกรองเบี่ยงเบนไปจากเดิม

(2). การเปรียบเทียบระหว่างระบบ FFU และระบบพัดลมแบบไหลตามแนวแกน

FFU คือชุดจ่ายอากาศที่มีพัดลมและแผ่นกรอง (ULPA) หลังจากที่อากาศถูกดูดเข้าโดยพัดลมแบบแรงเหวี่ยงของ FFU แรงดันไดนามิกจะถูกแปลงเป็นแรงดันสถิตในท่อลมและถูกเป่าออกอย่างสม่ำเสมอโดย ULPA แรงดันอากาศที่จ่ายบนเพดานเป็นแรงดันลบ ดังนั้นจึงไม่มีฝุ่นรั่วไหลเข้าไปในห้องคลีนรูมเมื่อเปลี่ยนแผ่นกรอง การทดลองแสดงให้เห็นว่าระบบ FFU เหนือกว่าระบบพัดลมแบบไหลตามแนวแกนในแง่ของความสม่ำเสมอของช่องลมออก ความขนานของอัตราการไหลของอากาศ และดัชนีประสิทธิภาพการระบายอากาศ เนื่องจากความขนานของอัตราการไหลของอากาศของระบบ FFU ดีกว่า การใช้ระบบ FFU สามารถทำให้การไหลเวียนของอากาศในห้องคลีนรูมเป็นระเบียบมากขึ้น

(3). อิทธิพลของโครงสร้าง FFU เอง

FFU ประกอบด้วยพัดลม ตัวกรอง อุปกรณ์นำลม และส่วนประกอบอื่นๆ เป็นหลัก ตัวกรองประสิทธิภาพสูงพิเศษ ULPA เป็นตัวรับประกันที่สำคัญที่สุดว่าห้องคลีนรูมจะสามารถบรรลุความสะอาดตามการออกแบบที่ต้องการ วัสดุของตัวกรองยังส่งผลต่อความสม่ำเสมอของสนามการไหล เมื่อเพิ่มวัสดุกรองหยาบหรือแผ่นกรองแบบลามินาร์โฟลว์ที่ทางออกของตัวกรอง จะทำให้สนามการไหลออกมีความสม่ำเสมอได้อย่างง่ายดาย

2. ผลกระทบของอินเทอร์เฟซความเร็วที่แตกต่างกันของความสะอาด

ในห้องคลีนรูมเดียวกัน ระหว่างพื้นที่ทำงานและพื้นที่ที่ไม่ได้ทำงานซึ่งมีการไหลแบบทิศทางเดียวในแนวตั้ง เนื่องจากความแตกต่างของความเร็วลมที่ทางออกของ ULPA จะทำให้เกิดกระแสลมวนแบบผสมที่ส่วนต่อประสาน และส่วนต่อประสานนี้จะกลายเป็นโซนการไหลของอากาศแบบปั่นป่วนซึ่งมีความเข้มข้นของความปั่นป่วนของอากาศสูงเป็นพิเศษ อนุภาคอาจถูกส่งไปยังพื้นผิวของอุปกรณ์และปนเปื้อนอุปกรณ์และแผ่นเวเฟอร์

3. ผลกระทบต่อบุคลากรและอุปกรณ์

เมื่อห้องสะอาดว่างเปล่า ลักษณะการไหลของอากาศภายในห้องโดยทั่วไปจะตรงตามข้อกำหนดการออกแบบ เมื่ออุปกรณ์เข้าสู่ห้องสะอาด บุคลากรเคลื่อนย้ายและสินค้าถูกส่งผ่าน ย่อมมีสิ่งกีดขวางต่อระบบการไหลของอากาศอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ตัวอย่างเช่น บริเวณมุมหรือขอบที่ยื่นออกมาของอุปกรณ์ ก๊าซจะถูกเบี่ยงไปยังบริเวณที่ปั่นป่วน และของเหลวในบริเวณดังกล่าวไม่สามารถถูกก๊าซพัดพาไปได้ง่าย จึงก่อให้เกิดมลพิษ ขณะเดียวกัน พื้นผิวของอุปกรณ์จะร้อนขึ้นเนื่องจากการทำงานอย่างต่อเนื่อง และความแตกต่างของอุณหภูมิจะทำให้เกิดโซนรีโฟลว์ใกล้กับเครื่องจักร ซึ่งจะเพิ่มการสะสมของอนุภาคในโซนรีโฟลว์ ในขณะเดียวกัน อุณหภูมิสูงจะทำให้อนุภาคหลุดออกได้ง่าย ผลกระทบสองประการนี้ยิ่งเพิ่มความยากลำบากในการควบคุมความสะอาดโดยรวมของลามินาร์แนวตั้ง ฝุ่นจากผู้ปฏิบัติงานในห้องสะอาดจะเกาะติดกับแผ่นเวเฟอร์ในโซนรีโฟลว์เหล่านี้ได้ง่ายมาก

4. อิทธิพลของพื้นอากาศกลับ

เมื่อความต้านทานของอากาศที่ไหลกลับผ่านพื้นแตกต่างกัน จะเกิดความแตกต่างของแรงดัน ทำให้อากาศไหลไปในทิศทางที่มีความต้านทานน้อยกว่า ทำให้การไหลเวียนของอากาศไม่สม่ำเสมอ วิธีการออกแบบที่นิยมใช้ในปัจจุบันคือการใช้พื้นที่ยกสูง เมื่ออัตราการเปิดของพื้นที่ยกสูงอยู่ที่ 10% ความเร็วลมที่ระดับความสูงของห้องจะกระจายอย่างสม่ำเสมอ นอกจากนี้ ควรให้ความสำคัญกับการทำความสะอาดเพื่อลดแหล่งกำเนิดมลพิษบนพื้น

5. ปรากฏการณ์เหนี่ยวนำ

ปรากฏการณ์ที่เรียกว่าปรากฏการณ์เหนี่ยวนำ หมายถึงปรากฏการณ์ที่กระแสลมในทิศทางตรงกันข้ามกับกระแสลมที่สม่ำเสมอเกิดขึ้น และฝุ่นที่เกิดขึ้นในห้องหรือในพื้นที่ปนเปื้อนที่อยู่ติดกันจะถูกเหนี่ยวนำให้ลอยขึ้นสู่ด้านเหนือลม ทำให้ฝุ่นสามารถปนเปื้อนชิปได้ ปรากฏการณ์เหนี่ยวนำที่อาจเกิดขึ้นได้มีดังนี้:

(1). แผ่นปิดตา

ในห้องสะอาดที่มีการไหลแบบทิศทางเดียวในแนวตั้ง เนื่องจากมีรอยต่อบนผนัง โดยทั่วไปจะมีแผ่นปิดทึบขนาดใหญ่ ซึ่งจะสร้างความปั่นป่วนในกระแสน้ำไหลกลับในพื้นที่

(2). โคมไฟ

โคมไฟในห้องคลีนรูมจะมีผลกระทบต่อระบบการไหลเวียนของอากาศมากกว่า เนื่องจากความร้อนจากหลอดฟลูออเรสเซนต์ทำให้กระแสลมลอยตัวขึ้น จึงไม่มีบริเวณที่ปั่นป่วนใต้หลอดฟลูออเรสเซนต์ โดยทั่วไปแล้ว โคมไฟในห้องคลีนรูมจะออกแบบเป็นรูปหยดน้ำเพื่อลดผลกระทบของโคมไฟต่อระบบการไหลเวียนของอากาศ

(3.) ช่องว่างระหว่างผนัง

เมื่อมีช่องว่างระหว่างพาร์ติชั่นที่มีระดับความสะอาดต่างกันหรือระหว่างพาร์ติชั่นกับเพดาน ฝุ่นจากบริเวณที่มีความต้องการความสะอาดต่ำอาจถ่ายเทไปยังบริเวณที่อยู่ติดกันซึ่งมีความต้องการความสะอาดสูงได้

(4). ระยะห่างระหว่างเครื่องกับพื้นหรือผนัง

หากช่องว่างระหว่างเครื่องกับพื้นหรือผนังมีขนาดเล็กมาก จะทำให้เกิดการกระดอนกลับของคลื่น ดังนั้น ควรเว้นช่องว่างระหว่างเครื่องกับผนัง และยกเครื่องขึ้นเพื่อป้องกันไม่ให้เครื่องสัมผัสพื้นโดยตรง