반도체 제조 산업에서 칩 수율은 칩에 침착되는 공기 입자의 크기와 개수와 밀접한 관련이 있습니다. 효율적인 공기 흐름 관리는 먼지 발생원에서 생성된 입자를 클린룸에서 제거하여 클린룸의 청결도를 유지하는 데 매우 중요합니다. 즉, 클린룸의 공기 흐름 관리는 칩 생산 수율에 결정적인 역할을 합니다. 클린룸 공기 흐름 관리 설계의 목표는 다음과 같습니다. 유해 입자의 잔류를 방지하기 위해 유동장 내 와류를 줄이거나 제거하는 것, 그리고 교차 오염을 방지하기 위해 적절한 양압 구배를 유지하는 것입니다.
클린룸 원리에 따르면 입자에 작용하는 힘에는 질량력, 분자력, 입자 간 인력, 공기 흐름력 등이 포함됩니다.
기류력: 공급 및 환기 기류, 열 대류 기류, 인공 교반 등 일정한 유량을 가진 기류가 입자를 운반하는 힘을 말합니다. 클린룸 환경 기술 제어에서 기류력은 가장 중요한 요소입니다.
실험 결과에 따르면 공기 흐름 속에서 입자들은 거의 정확히 같은 속도로 공기 흐름을 따라 이동합니다. 공기 중 입자의 상태는 공기 흐름 분포에 의해 결정됩니다. 실내 입자에 대한 공기 흐름의 주요 영향 요인으로는 공기 공급 흐름(1차 공기 흐름 및 2차 공기 흐름 포함), 사람의 보행으로 인한 공기 흐름 및 열 대류 흐름, 그리고 공정 작업 및 산업 장비로 인한 공기 흐름이 입자에 미치는 영향 등이 있습니다. 클린룸에서 공기 공급 방식, 속도 인터페이스, 작업자 및 산업 장비, 유도 현상 등은 모두 청정도에 영향을 미치는 요소입니다.
1. 공기 공급 방식의 영향
(1) 공기 공급 속도
균일한 공기 흐름을 보장하기 위해서는 단방향 흐름 클린룸에서 공기 공급 속도가 균일해야 하고, 공기 공급 표면의 사각지대가 작아야 하며, HEPA 필터 내부의 압력 강하 또한 균일해야 합니다.
공기 공급 속도는 균일합니다. 즉, 공기 흐름의 불균일성은 ±20% 이내로 제어됩니다.
공기 공급 표면의 사각지대가 줄어듭니다. HEPA 필터 프레임의 평면 면적을 줄여야 할 뿐만 아니라, 더 중요한 것은 모듈형 FFU를 사용하여 예비 프레임을 단순화해야 한다는 것입니다.
공기 흐름이 수직적이고 단방향임을 보장하기 위해서는 필터의 압력 강하 선택 또한 매우 중요하며, 필터 내부의 압력 손실이 편향되지 않도록 해야 합니다.
(2) FFU 시스템과 축류 팬 시스템의 비교
FFU는 팬과 HEPA 필터가 장착된 공기 공급 장치입니다. FFU의 원심 팬이 공기를 흡입하여 공기 덕트 내에서 동압을 정압으로 변환한 후, HEPA 필터를 통해 고르게 배출합니다. 천장의 공기 공급 압력은 음압이므로 필터 교체 시 먼지가 클린룸으로 유입되는 것을 방지합니다. 실험 결과, FFU 시스템은 공기 배출 균일성, 공기 흐름 평행성, 환기 효율 지수 측면에서 축류 팬 시스템보다 우수한 것으로 나타났습니다. 이는 FFU 시스템의 공기 흐름 평행성이 더 우수하기 때문입니다. FFU 시스템을 사용하면 클린룸 내 공기 흐름 조직화를 개선할 수 있습니다.
(3) FFU 자체 구조의 영향
FFU는 주로 팬, 필터, 공기 흐름 가이드 및 기타 구성 요소로 이루어져 있습니다. HEPA 필터는 클린룸 설계에 요구되는 청정도를 달성하는 데 가장 중요한 역할을 합니다. 필터 재질 또한 유동장의 균일성에 영향을 미칩니다. 거친 필터 재질이나 유동판을 필터 출구에 추가하면 출구 유동장을 쉽게 균일하게 만들 수 있습니다.
2. 청결도 차이에 따른 속도 인터페이스의 영향
동일한 클린룸 내에서 수직 단방향 흐름이 있는 작업 영역과 비작업 영역 사이의 경계면에서, 헤파 필터 박스에서의 공기 속도 차이로 인해 혼합 와류 효과가 발생하고, 이 경계면은 난류 영역이 됩니다. 이러한 난류의 강도가 특히 강해지면 입자가 장비 표면으로 이동하여 장비와 웨이퍼를 오염시킬 수 있습니다.
3. 직원 및 장비에 미치는 영향
클린룸이 비어 있을 때는 실내 공기 흐름 특성이 일반적으로 설계 요구 사항을 충족합니다. 그러나 장비가 클린룸에 들어가고, 사람이 이동하고, 제품이 운반되면 장비에서 돌출된 날카로운 부분과 같은 공기 흐름의 흐름을 방해하는 요소가 불가피하게 발생합니다. 모서리나 가장자리에서는 가스가 방향을 바꿔 난류 영역을 형성하고, 해당 영역의 액체는 유입되는 가스에 의해 쉽게 제거되지 않아 오염을 유발할 수 있습니다.
동시에, 기계 장비 표면은 지속적인 작동으로 인해 가열되고, 온도 구배로 인해 장비 근처에 리플로우 영역이 형성되어 리플로우 영역에 입자가 축적되는 현상이 증가합니다. 또한, 고온으로 인해 입자가 쉽게 빠져나가게 됩니다. 이러한 이중 효과로 인해 전체적인 수직층이 더욱 두꺼워지고, 스트림 청정도 제어가 어려워집니다. 클린룸 내 작업자의 먼지가 이러한 리플로우 영역에서 웨이퍼에 쉽게 부착될 수 있습니다.
4. 바닥 환기구의 영향
바닥을 통과하는 환기 공기의 저항이 다르면 압력 차이가 발생하여 공기가 저항이 작은 방향으로 흐르게 되고, 균일한 공기 흐름을 얻을 수 없습니다. 현재 널리 사용되는 설계 방법은 바닥을 높이는 것입니다. 바닥 높이 조절 장치의 개구율을 10%로 하면 실내 작업 높이에서 공기 흐름 속도가 고르게 분포됩니다. 또한, 바닥의 오염원을 줄이기 위해 청소 작업에 각별히 주의해야 합니다.
5. 유도 현상
소위 유도 현상이란 균일한 흐름과 반대 방향으로 공기 흐름이 발생하여 실내에서 발생한 먼지나 인접한 오염 지역의 먼지가 바람이 불어오는 쪽으로 이동하여 웨이퍼를 오염시키는 현상을 말합니다. 발생 가능한 유도 현상은 다음과 같습니다.
(1) 블라인드 플레이트
수직 단방향 흐름 방식의 클린룸에서는 벽면의 이음매로 인해 일반적으로 큰 막힌 패널이 생겨 난류와 국부적인 역류가 발생합니다.
(2) 램프
클린룸의 조명 기구는 공기 흐름에 더 큰 영향을 미칩니다. 형광등의 열로 인해 공기 흐름이 상승하기 때문에 형광등 주변은 난류 영역이 되지 않습니다. 일반적으로 클린룸의 조명은 공기 흐름에 미치는 영향을 줄이기 위해 물방울 모양으로 설계됩니다.
(3) 벽 사이의 틈
청결 기준이 다른 칸막이 벽이나 천장 사이에 틈이 있을 경우, 청결 기준이 낮은 구역의 먼지가 청결 기준이 높은 인접 구역으로 옮겨갈 수 있습니다.
(4) 기계 장비와 바닥 또는 벽 사이의 거리
기계 장비와 바닥 또는 벽 사이의 간격이 좁으면 반동 난류가 발생합니다. 따라서 장비와 벽 사이에 간격을 두고 기계 플랫폼을 높여 지면과 직접 접촉하지 않도록 해야 합니다.
게시 시간: 2023년 11월 2일