IC 제조 산업에서 칩 수율은 칩에 침착되는 공기 입자의 크기와 개수에 밀접한 관련이 있습니다. 효율적인 공기 흐름 설계는 먼지 발생원에서 생성된 입자를 클린룸 외부로 배출하여 클린룸의 청결도를 유지하는 데 매우 중요합니다. 따라서 클린룸 내 공기 흐름 설계는 IC 생산 수율에 결정적인 역할을 합니다. 클린룸 공기 흐름 설계는 다음과 같은 목표를 달성해야 합니다. 유해 입자의 잔류를 방지하기 위해 유동장 내 와류를 줄이거나 제거하고, 교차 오염을 방지하기 위해 적절한 양압 구배를 유지해야 합니다.
공기 흐름력
클린룸 원리에 따르면 입자에 작용하는 힘에는 질량력, 분자력, 입자 간 인력, 기류력 등이 포함됩니다.
기류력: 공급 기류, 환기 기류, 열 대류 기류, 인공 교반 등 특정 유량을 가진 기류가 입자를 운반하는 힘을 말합니다. 클린룸 환경의 기술적 제어에 있어 기류력은 가장 중요한 요소입니다.
실험 결과에 따르면 공기 흐름 속에서 입자들은 거의 같은 속도로 공기 흐름의 움직임을 따라 이동합니다. 공기 중 입자의 상태는 공기 흐름 분포에 의해 결정됩니다. 실내 입자에 영향을 미치는 공기 흐름은 주로 공기 공급 기류(1차 기류 및 2차 기류 포함), 사람의 보행으로 인한 기류 및 열 대류, 그리고 공정 운전 및 산업 설비로 인한 기류 등이 있습니다. 공기 공급 방식, 속도 차이, 작업자 및 산업 설비, 그리고 클린룸에서 발생하는 현상 등은 모두 청정도에 영향을 미치는 요인입니다.
공기 흐름 조직에 영향을 미치는 요인
1. 공기 공급 방식의 영향
(1) 공기 공급 속도
균일한 공기 흐름을 보장하기 위해서는 단방향 클린룸에서 공기 공급 속도가 균일해야 하고, 공기 공급 표면의 사각지대가 작아야 하며, ULPA 내부의 압력 강하 또한 균일해야 합니다.
균일한 공기 공급 속도: 즉, 공기 흐름의 불균일성이 ±20% 이내로 제어됩니다.
공기 공급 표면의 사각지대 감소: ULPA 프레임의 평면 면적을 줄이는 것뿐만 아니라, 더욱 중요한 것은 모듈형 FFU를 채택하여 이중화 프레임을 단순화해야 한다는 점입니다.
수직 방향으로의 단방향 공기 흐름을 확보하기 위해서는 필터의 압력 강하 선택 또한 매우 중요하며, 필터 내부의 압력 손실이 일정 범위 내에서 벗어나지 않도록 해야 합니다.
(2) FFU 시스템과 축류 팬 시스템의 비교
FFU는 팬과 필터(ULPA)로 구성된 공기 공급 장치입니다. FFU의 원심 팬이 공기를 흡입하면, 공기 덕트 내에서 동압이 정압으로 변환되어 ULPA 필터를 통해 고르게 배출됩니다. 천장의 공기 공급 압력은 음압이므로 필터 교체 시 먼지가 클린룸으로 유입되는 것을 방지합니다. 실험 결과, FFU 시스템은 공기 배출 균일성, 기류 평행성 및 환기 효율 측면에서 축류 팬 시스템보다 우수한 것으로 나타났습니다. 이는 FFU 시스템의 기류 평행성이 더 뛰어나기 때문입니다. FFU 시스템을 사용하면 클린룸 내부의 공기 흐름을 더욱 체계적으로 관리할 수 있습니다.
(3) FFU 자체 구조의 영향
FFU는 주로 팬, 필터, 공기 흐름 유도 장치 및 기타 구성 요소로 이루어져 있습니다. 초고효율 ULPA 필터는 클린룸이 설계 기준에 부합하는 청정도를 달성할 수 있도록 보장하는 가장 중요한 요소입니다. 필터 재질 또한 유동장의 균일성에 영향을 미칩니다. 거친 필터 재질이나 층류판을 필터 출구에 추가하면 출구 유동장을 쉽게 균일하게 만들 수 있습니다.
2. 청결도에 대한 다양한 속도 인터페이스의 영향
동일한 클린룸 내에서 수직 단방향 흐름의 작업 영역과 비작업 영역 사이의 경계면에서, ULPA 배출구에서의 공기 속도 차이로 인해 혼합 와류 효과가 발생하고, 이 경계면은 특히 높은 난류 강도를 가진 난류 공기 흐름 영역이 됩니다. 이로 인해 입자가 장비 표면으로 이동하여 장비 및 웨이퍼를 오염시킬 수 있습니다.
3. 직원 및 장비의 영향
클린룸이 비어 있을 때는 실내 공기 흐름 특성이 일반적으로 설계 요구 사항을 충족합니다. 그러나 장비가 클린룸에 들어가고, 작업자가 이동하고, 제품이 운반되면 공기 흐름의 원활한 흐름을 방해하는 요소가 불가피하게 발생합니다. 예를 들어, 장비의 돌출된 모서리나 가장자리에서는 가스가 방향을 바꿔 난류 영역을 형성하고, 이 영역의 유체는 가스에 의해 쉽게 제거되지 않아 오염을 유발합니다. 또한, 장비 표면은 지속적인 작동으로 인해 가열되고, 온도 구배로 인해 장비 근처에 리플로우 영역이 발생하여 이 영역에 입자가 더 많이 축적됩니다. 동시에 고온으로 인해 입자가 쉽게 빠져나가기도 합니다. 이러한 이중적인 영향으로 인해 전체적인 수직 층류 청정도 제어가 더욱 어려워집니다. 특히, 이러한 리플로우 영역에서는 작업자의 먼지가 웨이퍼에 쉽게 달라붙습니다.
4. 바닥 환기구의 영향
바닥을 통과하는 환기 공기의 저항이 다르면 압력 차이가 발생하여 공기는 저항이 적은 방향으로 흐르게 되고, 균일한 공기 흐름을 얻을 수 없습니다. 현재 널리 사용되는 설계 방법은 바닥 높이를 높이는 것입니다. 바닥 높이를 높이는 개방률을 10%로 하면 작업 공간 높이에서의 공기 흐름 속도를 고르게 분산시킬 수 있습니다. 또한, 바닥의 오염원을 줄이기 위해 청소 작업에 각별히 주의해야 합니다.
5. 유도 현상
소위 유도 현상이란 균일한 흐름의 반대 방향으로 기류가 발생하여 실내에서 발생한 먼지나 인접한 오염 지역의 먼지가 바람이 불어오는 쪽으로 유도되어 칩을 오염시키는 현상을 말합니다. 발생 가능한 유도 현상은 다음과 같습니다.
(1). 블라인드 플레이트
수직 단방향 흐름이 있는 클린룸에서는 벽면의 이음매로 인해 일반적으로 큰 막힌 판이 존재하며, 이로 인해 국부적인 복귀 흐름에서 난류가 발생합니다.
(2). 램프
클린룸의 조명 기구는 공기 흐름에 더 큰 영향을 미칩니다. 형광등의 열로 인해 공기 흐름이 상승하기 때문에 형광등 아래에는 난류 영역이 생기지 않습니다. 일반적으로 클린룸의 조명은 공기 흐름에 미치는 영향을 줄이기 위해 물방울 모양으로 설계됩니다.
(3.) 벽 사이의 틈
청결도 수준이 다른 칸막이 사이 또는 칸막이와 천장 사이에 틈이 있는 경우, 청결도 수준이 낮은 구역의 먼지가 청결도 수준이 높은 인접 구역으로 옮겨갈 수 있습니다.
(4) 기계와 바닥 또는 벽 사이의 거리
기계와 바닥 또는 벽 사이의 간격이 너무 좁으면 반동으로 인한 난류가 발생할 수 있습니다. 따라서 장비와 벽 사이에 간격을 두고 기계를 바닥에서 약간 띄워 설치하여 기계가 바닥에 직접 닿지 않도록 해야 합니다.
게시 시간: 2025년 2월 5일