Современное производство полупроводников предъявляет чрезвычайно высокие требования к чистоте воздуха. По мере уменьшения размеров микросхем даже микроскопические частицы способны вызвать загрязнение поверхности кремниевых пластин, дефекты фотолитографии или повреждение дорогостоящего оборудования.
Для поддержания необходимого класса чистоты системы вентиляции чистых помещений оснащаются высокоэффективными воздушными фильтрами. Наиболее распространёнными решениями являются фильтры HEPA и ULPA. Несмотря на схожее назначение, они отличаются уровнем эффективности, сопротивлением воздушному потоку, стоимостью эксплуатации и областью применения.
Правильный выбор фильтра позволяет обеспечить требуемый уровень чистоты воздуха, снизить эксплуатационные расходы и повысить стабильность производственного процесса.
Что представляют собой фильтры HEPA и ULPA?
Фильтр HEPA (High Efficiency Particulate Air) предназначен для удаления мельчайших аэрозольных частиц и широко используется в системах вентиляции чистых помещений различных отраслей.
Фильтр ULPA (Ultra Low Penetration Air) является более высоким классом фильтрации. Благодаря более плотному фильтрующему материалу он способен задерживать ещё более мелкие частицы, обеспечивая максимально возможную степень очистки воздуха.
Оба типа фильтров работают по принципу инерционного осаждения, перехвата и диффузии частиц, однако ULPA отличается более высокой эффективностью фильтрации.
Основные различия между фильтрами HEPA и ULPA
1. Эффективность фильтрации
Главное отличие заключается в эффективности удаления частиц.
Фильтры HEPA полностью удовлетворяют требованиям большинства чистых помещений полупроводниковой промышленности.
Фильтры ULPA обеспечивают ещё более высокий уровень очистки воздуха и применяются там, где необходимо максимально снизить концентрацию ультрамелких частиц.
2. Требования к классу чистоты
HEPA обычно применяется в чистых помещениях класса ISO 5 и выше.
ULPA используется в помещениях ISO 4 и ISO 3, где требования к количеству частиц значительно выше.
Поэтому далеко не все производственные зоны нуждаются в использовании ULPA-фильтрации.
3. Аэродинамическое сопротивление
Из-за более плотной структуры фильтрующего материала ULPA создаёт большее сопротивление воздушному потоку.
Это означает:
увеличение статического давления системы;
более высокую нагрузку на вентиляторы;
увеличение энергопотребления HVAC;
более высокие эксплуатационные расходы.
При проектировании системы вентиляции необходимо учитывать данные параметры.
4. Стоимость эксплуатации
По сравнению с HEPA фильтры ULPA отличаются:
более высокой стоимостью;
повышенными требованиями к монтажу;
большей стоимостью замены;
увеличенными затратами на электроэнергию.
Использование ULPA оправдано только там, где этого требует технологический процесс.
5. Типичные области применения
HEPA-фильтры обычно используются в:
производственных помещениях общего назначения;
участках сборки и упаковки микросхем;
помещениях обслуживания оборудования;
системах FFU;
терминальных HEPA-модулях.
ULPA-фильтры применяются в:
цехах производства кремниевых пластин;
зонах фотолитографии;
участках EUV-литографии;
лабораториях контроля качества;
производстве современных микросхем по передовым технологическим нормам.
Как правильно выбрать фильтр?
При выборе между HEPA и ULPA необходимо учитывать не только эффективность фильтрации, но и особенности производственного процесса.
Основные критерии выбора:
требуемый класс чистоты помещения;
технологический процесс производства;
допустимый уровень загрязнения;
производительность системы вентиляции;
аэродинамическое сопротивление;
энергопотребление;
стоимость эксплуатации;
бюджет проекта.
В большинстве современных полупроводниковых предприятий применяется многоступенчатая система фильтрации, включающая фильтры предварительной очистки, фильтры средней эффективности и конечные фильтры HEPA или ULPA.
Практические рекомендации
Наиболее эффективным считается разделение производственных помещений по уровням чистоты.
На практике обычно применяется следующая схема:
HEPA — для стандартных производственных зон;
ULPA — для фотолитографии, изготовления пластин, инспекционных участков и других критически важных процессов;
совместное использование FFU, ламинарных потолков и терминальных фильтров для формирования различных классов чистоты.
Такой подход позволяет добиться оптимального соотношения между качеством очистки воздуха и эксплуатационными расходами.
Техническое обслуживание
Для поддержания высокой эффективности фильтрации рекомендуется:
регулярно контролировать перепад давления;
проводить проверку герметичности фильтров;
контролировать равномерность воздушного потока;
своевременно заменять фильтры;
проверять состояние уплотнений;
проводить мониторинг концентрации частиц в чистом помещении.
Регулярное обслуживание обеспечивает стабильную работу системы вентиляции и продлевает срок службы фильтров.
Заключение
HEPA и ULPA выполняют важную роль в обеспечении чистоты воздуха на предприятиях полупроводниковой промышленности. HEPA-фильтры являются оптимальным решением для большинства производственных помещений, тогда как ULPA применяется в наиболее ответственных технологических процессах с повышенными требованиями к чистоте воздуха.
Выбор фильтра должен основываться на требованиях технологического процесса, классе чистоты помещения, характеристиках системы HVAC и общей стоимости эксплуатации. Грамотное сочетание HEPA и ULPA позволяет повысить выход годной продукции, защитить дорогостоящее оборудование и обеспечить стабильную работу современного полупроводникового производства.
