Die Chipausbeute in der IC-Fertigung hängt eng mit der Größe und Anzahl der auf dem Chip abgelagerten Luftpartikel zusammen. Eine optimierte Luftführung transportiert die von Staubquellen erzeugten Partikel aus dem Reinraum ab und gewährleistet so dessen Reinheit. Die Luftführung im Reinraum spielt daher eine entscheidende Rolle für die IC-Ausbeute. Bei der Gestaltung der Luftführung im Reinraum müssen folgende Ziele erreicht werden: Reduzierung oder Eliminierung von Wirbelströmen im Strömungsfeld, um die Ansammlung schädlicher Partikel zu verhindern; Aufrechterhaltung eines angemessenen positiven Druckgradienten zur Vermeidung von Kreuzkontaminationen.
Luftstromkraft
Gemäß dem Reinraumprinzip wirken auf die Partikel unter anderem folgende Kräfte: Massenkraft, Molekularkraft, Anziehungskraft zwischen den Partikeln, Luftströmungskraft usw.
Luftströmungskraft: Sie bezeichnet die Kraft der Luftströmung, die durch Zuluft, Abluft, thermische Konvektion, künstliche Durchmischung und andere Luftströme mit einer bestimmten Durchflussrate erzeugt wird und die Partikel transportiert. Für die technische Kontrolle der Reinraumumgebung ist die Luftströmungskraft der wichtigste Faktor.
Experimente haben gezeigt, dass Partikel in Luftströmungen mit nahezu gleicher Geschwindigkeit der Strömung folgen. Der Zustand der Partikel in der Luft wird durch die Luftströmungsverteilung bestimmt. Zu den Luftströmungen, die die Partikelkonzentration in Innenräumen beeinflussen, gehören hauptsächlich: die Zuluft (einschließlich Primär- und Sekundärluft), die durch Personenverkehr verursachte Luftströmung und thermische Konvektion sowie die durch Prozessabläufe und Industrieanlagen erzeugte Luftströmung. Unterschiedliche Zuluftmethoden, Strömungsgeschwindigkeiten, Bedienpersonal und Industrieanlagen sowie induzierte Phänomene in Reinräumen sind allesamt Faktoren, die den Reinheitsgrad beeinflussen.
Faktoren, die die Luftstromorganisation beeinflussen
1. Der Einfluss der Luftzufuhrmethode
(1). Luftzufuhrgeschwindigkeit
Um einen gleichmäßigen Luftstrom zu gewährleisten, muss die Luftzufuhrgeschwindigkeit in einem unidirektionalen Reinraum gleichmäßig sein; die Totzone der Luftzufuhrfläche muss klein sein; und der Druckabfall im ULPA muss ebenfalls gleichmäßig sein.
Gleichmäßige Luftzufuhrgeschwindigkeit: Das heißt, die Ungleichmäßigkeit des Luftstroms wird innerhalb von ±20% kontrolliert.
Weniger Totzone auf der Luftzufuhrfläche: Es sollte nicht nur die ebene Fläche des ULPA-Rahmens reduziert werden, sondern vor allem sollte eine modulare FFU eingeführt werden, um den redundanten Rahmen zu vereinfachen.
Um einen vertikalen, unidirektionalen Luftstrom zu gewährleisten, ist auch die Auswahl des Filters hinsichtlich des Druckverlusts von großer Bedeutung; der Druckverlust im Filter darf nicht abweichen.
(2) Vergleich zwischen FFU-System und Axialventilatorsystem
Die FFU (Flaschen- und Luftzufuhreinheit) besteht aus einem Ventilator und einem Filter (ULPA). Nachdem die Luft vom Radialventilator der FFU angesaugt wurde, wird der dynamische Druck im Luftkanal in statischen Druck umgewandelt und vom ULPA gleichmäßig verteilt. Der Luftzufuhrdruck an der Decke ist negativ, sodass beim Filterwechsel kein Staub in den Reinraum gelangt. Experimente haben gezeigt, dass das FFU-System hinsichtlich Luftaustrittsgleichmäßigkeit, Strömungsparalleleität und Lüftungseffizienz dem Axialventilatorsystem überlegen ist. Dies liegt an der besseren Strömungsparalleleität des FFU-Systems. Der Einsatz des FFU-Systems ermöglicht eine optimierte Luftführung im Reinraum.
(3) Der Einfluss der eigenen Struktur der FFU
Die FFU besteht hauptsächlich aus Ventilatoren, Filtern, Luftstromführungselementen und weiteren Komponenten. Der Ultrahochleistungsfilter ULPA ist die wichtigste Voraussetzung dafür, dass der Reinraum die geforderte Reinheit erreicht. Das Filtermaterial beeinflusst die Gleichmäßigkeit des Strömungsfeldes. Durch den Einsatz eines Grobfiltermaterials oder einer Laminarströmungsplatte am Filterauslass lässt sich ein gleichmäßiges Strömungsfeld erzielen.
2. Einfluss unterschiedlicher Geschwindigkeitsgrenzflächen auf die Sauberkeit
Im selben Reinraum entsteht zwischen Arbeits- und Nichtarbeitsbereich bei vertikaler, unidirektionaler Strömung aufgrund der unterschiedlichen Luftgeschwindigkeit am ULPA-Auslass ein Mischwirbel an der Grenzfläche. Diese Grenzfläche bildet eine turbulente Strömungszone mit besonders hoher Turbulenzintensität. Partikel können auf die Geräteoberfläche gelangen und Geräte sowie Wafer kontaminieren.
3. Auswirkungen von Personal und Ausrüstung
Wenn der Reinraum leer ist, entsprechen die Luftströmungseigenschaften im Allgemeinen den Konstruktionsvorgaben. Sobald jedoch Anlagen in den Reinraum eingebracht werden, sich Personal bewegt und Produkte transportiert werden, entstehen zwangsläufig Störungen der Luftströmung. Beispielsweise wird an hervorstehenden Ecken oder Kanten der Anlagen das Gas umgelenkt und bildet eine Turbulenzzone. Die Flüssigkeit in dieser Zone wird nicht so leicht vom Gas abgeführt, was zu Verunreinigungen führt. Gleichzeitig erwärmt sich die Oberfläche der Anlagen durch den kontinuierlichen Betrieb. Der entstehende Temperaturgradient führt zu einer Reflowzone in der Nähe der Anlage, wodurch sich Partikel vermehrt ansammeln. Gleichzeitig begünstigt die hohe Temperatur das Entweichen der Partikel. Dieser doppelte Effekt erschwert die Kontrolle der vertikalen laminaren Reinheit. Der Staub der Bediener im Reinraum haftet in diesen Reflowzonen sehr leicht an den Wafern.
4. Einfluss des Rückluftbodens
Wenn der Rückluftwiderstand beim Durchströmen des Bodens unterschiedlich ist, entsteht ein Druckunterschied. Dadurch strömt die Luft in Richtung des geringeren Widerstands, und eine gleichmäßige Luftströmung wird nicht erreicht. Eine gängige Lösung ist der Einsatz von Doppelböden. Bei einem Öffnungsgrad der Doppelböden von 10 % lässt sich die Luftströmungsgeschwindigkeit in der Arbeitshöhe des Raums gleichmäßig verteilen. Zusätzlich ist auf sorgfältige Reinigungsmaßnahmen zu achten, um die Verschmutzung des Bodens zu minimieren.
5. Induktionsphänomen
Das sogenannte Induktionsphänomen beschreibt die Entstehung einer dem gleichförmigen Luftstrom entgegengesetzten Strömung. Dadurch wird Staub aus dem Raum oder aus angrenzenden kontaminierten Bereichen auf die windzugewandte Seite gesogen und kann so den Chip verunreinigen. Folgende Induktionsphänomene sind möglich:
(1). Blindplatte
In einem Reinraum mit vertikaler, unidirektionaler Strömung gibt es aufgrund der Fugen an der Wand in der Regel große Blindplatten, die Turbulenzen in der lokalen Rückströmung erzeugen.
(2) Lampen
Die Beleuchtungskörper im Reinraum haben einen größeren Einfluss. Da die Wärme von Leuchtstofflampen die Luftströmung nach oben treibt, entsteht unterhalb der Lampen kein Verwirbelungsbereich. Um die Auswirkungen der Lampen auf die Luftströmung zu minimieren, sind die Leuchten im Reinraum üblicherweise tropfenförmig gestaltet.
(3.) Lücken zwischen den Wänden
Wenn Lücken zwischen Trennwänden mit unterschiedlichen Reinheitsgraden oder zwischen Trennwänden und Decken vorhanden sind, kann Staub aus dem Bereich mit geringen Reinheitsanforderungen in den angrenzenden Bereich mit hohen Reinheitsanforderungen gelangen.
(4). Abstand zwischen der Maschine und dem Boden oder der Wand
Ist der Abstand zwischen Maschine und Boden oder Wand zu gering, entstehen Rückprallturbulenzen. Lassen Sie daher einen Abstand zwischen dem Gerät und der Wand und erhöhen Sie die Maschine, um einen direkten Bodenkontakt zu vermeiden.
Veröffentlichungsdatum: 05.02.2025