В этой статье вы узнаете:
- Как рассчитываются и регулируются скорости воздушных потоков в чистых помещениях для разных классов ISO — от 0,5 м/с для ISO 3 до 0,09 м/с для ISO 8 — и почему именно эти параметры определяют стабильную чистоту и охлаждение оборудования.
- Что такое летучие молекулярные загрязнения (ЛМЗ), как они классифицируются по стандарту SEMI F21-95, откуда появляются в чистых зонах и почему их влияние на микросхемы становится критическим по мере уменьшения размеров элементов.
- Какие инженерные решения обеспечивают «правильный воздух» — от баланса потоков «потолок ↔ фальшпол» и выбора низкоэмиссионных материалов до внедрения систем фильтрации и мониторинга ЛМЗ.
Время прочтения: 3-5 минут
В чистых помещениях для микроэлектроники «класс ISO» — лишь часть уравнения. Не менее важны направление и количество воздуха, а также контроль летучих молекулярных загрязнений (ЛМЗ), которые не видно счётчиком частиц, но они напрямую влияют на выход годной продукции. Разберёмся, какими должны быть скорости, как ими управлять и почему ЛМЗ нельзя оставлять «на потом».
1) Сколько воздуха подавать: инженерные величины
Зоны ISO 3–5 (класс 1–100).
Для получения стабильной чистоты скорость однонаправленного потока через рабочую зону принимают 0,3–0,5 м/с. К критическим участкам «загрузка–выгрузка в оборудование» относятся особо: снижение скорости здесь уже приводило к росту концентрации частиц и перегреву/недоохлаждению аппаратов (потеря эффекта охлаждения потоком).
Зоны ISO 6, 7, 8 (класс 1000, 10 000, 100 000).
Используют меньшие средние скорости: 0,25 / 0,15 / 0,09 м/с соответственно.
Как управляют расходом. Первичное регулирование закладывают выбором перфорированных плит фальшпола (их «пропускная способность» должна соответствовать числу и площади фильтров в потолке). После пуска проводят тонкую регулировку заслонками на фильтрах и/или в полу — до получения расчётных скоростей и баланса.
2) Летучие молекулярные загрязнения: скрытый фактор брака
ЛМЗ — это газовая фаза загрязнений, которая не ловится счётчиками аэрозольных частиц, но влияет на фотолитографию, адгезию, электрические параметры микросхем. По мере уменьшения размеров элементов чувствительность к ЛМЗ растёт.
Классификация SEMI F21-95.
Стандарт делит ЛМЗ на группы:
A — кислоты,
B — основания,
C — конденсирующиеся соединения,
D — легирующие примеси.
Обозначение начинается с «M», далее — тип загрязнения и предельная концентрация в ppt. Пример: MA-100 означает допустимый уровень газообразных кислот = 100 ppt.
Где берутся ЛМЗ в чистой.
- строительные и отделочные материалы чистой комнаты;
- технологическое оборудование;
- неконтролируемые примеси в процессных газах;
- персонал;
- наружный воздух;
- сама система кондиционирования.
Особо критичны архитектурные покрытия: большой удельной вклад даёт пол. Поэтому конструкции и отделку выбирают из материалов с минимальной эмиссией. Вытяжные системы проектируют так, чтобы эффективно удалять выбросы как в штатном режиме, так и при аварийных ситуациях (например, пролив раствора).
Фильтрация ЛМЗ.
Поскольку ЛМЗ — газовая фаза, они попадают в контур рециркуляции. Для снижения уровней применяют фильтры с сорбентом (активированный уголь и др.). Их эффективность (около 99%) ниже, чем у УНРА/ULPA по частицам, но этого уровня достаточно для существующих требований и позволяет держать фон.
Контроль: сейчас и на будущее.
На момент описываемой практики мониторинг ЛМЗ не во всех проектах был обязательным. Однако даже там, где он не требуется, целесообразно предусмотреть места под датчики и линию отбора проб — особенно если применяются мини-окружения (mini-environments). Тогда контроль можно встроить в систему воздухоподготовки мини-зоны и её рециркуляцию.
3) Практические замечания проектировщику
- Скорости 0,3–0,5 м/с — это именно через рабочую зону, а не номинал на фильтре: проверяйте поле скоростей и «узкие места» у загрузок/выгрузок.
- Баланс «потолок ↔ фальшпол»: количество перфорированных плит и их коэффициент свободного сечения должны соответствовать фильтрам; иначе получаете «подпор» и срыв вертикали.
- При выборе отделки отдавайте приоритет низкоэмиссионным материалам; для пола — учитывайте его огромную площадь и проводящие свойства (ЭСР/заземление).
- Вытяжки из зон химических процессов рассчитывайте и на штатные выбросы, и на случайные проливы.
- Если проектируете без обязательного мониторинга ЛМЗ, заложите инфраструктуру под его внедрение: кабельные каналы, места для сорбционных панелей, точки отбора воздуха.
Вывод
Для микроэлектроники «правильный воздух» — это три слоя решения:
1. Скорость: 0,3–0,5 м/с для ISO 3–5 и 0,25/0,15/0,09 м/с для ISO 6–8, с первичным управлением через перфорацию пола и последующей точной регулировкой заслонками.
2. Направление и возврат: сохранение организованного потока в рабочей зоне и корректно спроектированный фальшпол.
3. Химическая чистота: учёт ЛМЗ по SEMI F21-95, низкоэмиссионные материалы, сорбционная фильтрация и готовность к мониторингу.
Именно такая тройка — скорость, организованность и молекулярная чистота — превращает «класс ISO на бумаге» в стабильный выход годных изделий на линии.
Присоединяйтесь к нашему Telegram каналу : https://t.me/CleanRoomInSights .
Канал №1 о чистых помещениях. Кладезь практических знаний от экспертов GMLPANEL.
Проектирование, строительство, обслуживание — всё, что должен знать подрядчик, проектировщик или владелец производства.
Без воды — только то, что работает в реальности.