การกรองสถานะก๊าซสำหรับโรงงานเซมิคอนดักเตอร์: การเลือกวัสดุกรองเคมี

การปนเปื้อนที่ไส้กรอง HEPA จับไม่ได้

โรงงานผลิตชิปสมัยใหม่รักษาจำนวนอนุภาคที่ ISO คลาส 3 หรือดีกว่าได้ แต่ก็ยังเสียผลผลิตจากการปนเปื้อนที่เครื่องนับอนุภาคมองไม่เห็น การปนเปื้อนโมเลกุลในอากาศ (AMC) คือการปนเปื้อนสถานะก๊าซ ได้แก่ กรดอย่าง HCl และ SO₂ เบสอย่างแอมโมเนียและเอมีน สารประกอบอินทรีย์ และสารเจือ เกิดขึ้นที่ความเข้มข้นต่ำเกินกว่าจะได้กลิ่น มักเป็นระดับส่วนในพันล้านหรือต่ำกว่า แต่ก็มากพอจะเปลี่ยนแปลงพื้นผิวได้

โมเลกุลก๊าซมีขนาดเพียงเศษเสี้ยวของนาโนเมตร เล็กกว่าอนุภาคที่ไส้กรอง HEPA ออกแบบมาดักเป็นพันเท่า และไม่เกาะใยแก้วแบบอนุภาค มันจะผ่านไปได้เว้นแต่จะถูกดูดซับหรือทำให้เป็นกลาง นั่นคือหน้าที่ของการกรองเคมี

ทำไมระดับส่วนในพันล้านจึงสำคัญ

กรณีแรกที่มีการบันทึกไว้อย่างดีมาจากงานลิโทกราฟี ต้นทศวรรษ 1990 นักวิจัยของ IBM แสดงว่าโฟโตรีซิสต์แบบขยายทางเคมีซึ่งอาศัยกรดจากแสงปริมาณเล็กน้อย ไวต่อเบสในอากาศ แอมโมเนียหรือเอมีนปริมาณน้อยนิดทำให้กรดที่ผิวรีซิสต์เป็นกลาง ส่วนบนของลวดลายที่ฉายแสงจึงไม่ถูกล้างออก และเส้นมีหน้าตัดเป็นรูปตัว T เรียกว่า T-topping [4] นับแต่นั้น การควบคุมเบสจึงเป็นส่วนหนึ่งของทุกพื้นที่ลิโทกราฟี

กรดสร้างความเสียหายอีกแบบ มันกัดกร่อนลายโลหะ จุดสัมผัส และแผ่นบอนด์ และทำลายทองแดงและเงินในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควบคุมและกำลัง สารอินทรีย์ที่ควบแน่นได้จะเกาะบนเวเฟอร์ เลนส์ และเรติเคิล และอาจเปลี่ยนการยึดเกาะของฟิล์ม สารเจืออย่างสารประกอบโบรอนและฟอสฟอรัสอาจเปลี่ยนสมบัติทางไฟฟ้าของอุปกรณ์

การจัดประเภท AMC

อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์จัดกลุ่ม AMC ตามพฤติกรรมทางเคมี SEMI F21 แบ่งเป็นสี่ตระกูล ได้แก่ กรด (MA) เบส (MB) สารอินทรีย์ที่ควบแน่นได้ (MC) และสารเจือ (MD) และกำหนดคลาสตามความเข้มข้นของแต่ละตระกูล [2] ISO 14644-8 ให้วิธีทั่วไปสำหรับห้องสะอาดใดก็ได้ ความสะอาดทางเคมีของอากาศแสดงเป็น ISO-ACC คลาส N โดยความเข้มข้นของสารหรือกลุ่มสารเท่ากับ 10ᴺ g/m³ สำหรับความเข้มข้นตั้งแต่ 10⁰ ลงไปถึง 10⁻¹² g/m³ [1] ความเข้มข้น 1 µg/m³ (10⁻⁶ g/m³) คือ ISO-ACC คลาส −6

สำหรับห้องควบคุม ศูนย์ข้อมูล และห้องไฟฟ้า มาตรฐานอ้างอิงคือ ANSI/ISA-71.04 ซึ่งจัดระดับความกัดกร่อนของอากาศจากฟิล์มการกัดกร่อนที่เกิดบนแผ่นทดสอบทองแดงและเงินใน 30 วัน [3]

ISA-71.04 ฉบับปี 2013 กำหนดให้วัดปฏิกิริยาของเงินด้วย และค่าที่สูงกว่าระหว่างทองแดงกับเงินเป็นตัวกำหนดระดับความรุนแรง ความชื้นที่สูงขึ้นเพิ่มอัตราการกัดกร่อนที่ความเข้มข้นก๊าซเท่าเดิม

เลือกวัสดุกรองให้ตรงกับสารปนเปื้อน

ไส้กรองเคมีกำจัดก๊าซได้สองทาง ถ่านกัมมันต์ดูดซับโมเลกุลทางกายภาพบนพื้นผิวภายในที่กว้างมาก ซึ่งได้ผลดีกับสารอินทรีย์ส่วนใหญ่ ก๊าซขนาดเล็กที่ไวต่อปฏิกิริยาอย่างแอมโมเนีย HCl หรือ H₂S ถูกยึดไว้ได้ไม่แน่นด้วยถ่านธรรมดา จึงต้องชุบวัสดุกรองด้วยสารเคมีที่ทำปฏิกิริยากับมัน (การดูดซับทางเคมี) เพื่อยึดไว้อย่างถาวร

เลือกรูปแบบไส้กรอง

• ไส้กรองถ่านแบบห่อหุ้มเก็บเม็ดถ่านไว้ในผ้าไม่ทอ ปล่อยอนุภาคน้อย เหมาะกับอากาศภายนอกและอากาศหมุนเวียนในโรงงาน
• ชั้นเม็ดอัดบรรจุวัสดุกรองได้มากที่สุด เหมาะกับความเข้มข้นสูงที่ความเร็วลมผ่านหน้าต่ำ
• ไส้กรองรังผึ้งมีความต้านทานต่ำที่อัตราลมสูง เหมาะกับความเข้มข้นต่ำ เช่น ใน FFU
• เรียงชั้นหรือผสมวัสดุกรองเมื่อมีสารปนเปื้อนหลายตระกูล และติดไส้กรองอนุภาคไว้ด้านปลายน้ำของเม็ดวัสดุกรองที่หลวม

ติดตั้งไส้กรองเคมีที่ไหน

• เครื่องจ่ายอากาศภายนอก: กำจัดมลพิษภายนอก เช่น SO₂ NO₂ และโอโซน ก่อนเข้าสู่อาคาร
• ทางลมหมุนเวียนและ FFU เหนือเครื่องจักรที่อ่อนไหว: กำจัดสารที่ปล่อยภายในโรงงาน เช่น แอมโมเนียจากสารทำความสะอาด หรือกรดจากเครื่องล้างเปียก
• ภายในเครื่องจักรและตู้เก็บเวเฟอร์: ควบคุมเข้มงวดที่สุดในจุดที่เวเฟอร์รอระหว่างขั้นตอน
• ห้องควบคุมและห้องไฟฟ้า: รักษาอากาศให้อยู่ใน ISA-71.04 G1 เพื่อปกป้องอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ข้อมูลที่ต้องใช้ในการเลือก

อายุการใช้งานและประสิทธิภาพการกำจัดขึ้นกับสภาพหน้างานทั้งหมด การเลือกวัสดุกรองและความลึกของชั้น เราต้องรู้ก๊าซเป้าหมายและความเข้มข้น อัตราลม อุณหภูมิ และความชื้นสัมพัทธ์ รวมถึงระดับการกำจัดหรืออายุการใช้งานที่ต้องการ หากไม่ทราบส่วนผสมของก๊าซ ขั้นแรกคือเก็บตัวอย่างอากาศที่ช่องรับอากาศหรือในห้อง ส่วนแผ่นทดสอบปฏิกิริยาให้ภาพความกัดกร่อนของอากาศได้ในราคาต่ำ

หลังติดตั้ง ตรวจไส้กรองเคมีได้ด้วยการวัดอากาศด้านปลายน้ำ การวางแผ่นทดสอบ หรือส่งตัวอย่างวัสดุกรองไปวิเคราะห์ความจุที่เหลือ ต่างจากไส้กรองอนุภาค ไส้กรองเคมีแทบไม่ส่งสัญญาณเตือนผ่านความดันตกคร่อม เพราะวัสดุกรองอาจหมดสภาพนานก่อนความต้านทานจะเปลี่ยน