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[组图]300mm晶圆传送盒氮气填充理论分析及动态仿真       ★★★★ 【字体:
300mm晶圆传送盒氮气填充理论分析及动态仿真:考虑水气渗入及吸附对填充效率之影响
作者:郭中权    文章来源:贸立工程有限公司    点击数:    更新时间:2007-7-27    

 

(3)理論  实验与數值模拟之差異性比较


    模拟设定的初始条件与实验[1]环境初始条件一样(23℃ DB、55﹪RH)。假设为理想完全混合,且Ka、Kd、M皆为0,则(8)式可简化为(11)式;此方程式为假设氮气与盒内之水气完全混合之情况,即完全混合模式。假若水气被氮气完全排置(Displacement),则公式将简化为(12)式,即为最理想之填充模式。

    如图9所示,在去除水气浓度方面,以(11)式为基准來比较,到达终端湿度比W(<0.000005 kg/kg),(11)式所需时间为23分钟,而实验结果则需要30分钟后,其差異主要因为在填充过程会有水气经由渗入及吸附进入FOUP内部,而(11)式无考虑渗入及吸附现象,所以实验比(11)式慢,而數值模拟结果与(11)式類似,但是与实验值差異甚大;(13)式由于省略吸附效应,是故必需针对此点再深入检讨。另外,在"理想模式"的情况下,只需三分钟。

 

(4)加入吸附及脱附效应之比较

    在第(3)项讨論中,完全混合模式不考虑渗入及吸附现象,相较于实验结果有所出入,特别在3分钟以后不論是原先理論解及數值方法,其湿度比计算结果衰退几近至零,与实验值差異甚大。回顾方程式(8),由于(8)式的第一项即为显现流场为紊流现象所掌握,所以结果大致与实验结果相彷。

    然而,从(8)式可以发现第二项同时受到吸附及脱附兩项效应的交互作用,是故未如预期湿度比快速下降。从物理意义上解释,在充灌氮气之起初3分钟内,FOUP内的水气被快速被氮气冲刷排出而使得比湿度急降,然而在其后至实验结束的时段内,洁净室内的水气入侵FOUP,造成盒内比湿度随时间减少量有趋缓的现象。因此在本研究中,吸附及脱附效应是显著的;换言之,我们不可乎略(8)式中之第二项中之Ka、Kd以及渗入FOUP上的水气质量M。
由文献[2]指出,FOUP内部所脱附之水份估计为5*10-4 mole,约略为1mg,若以该數据为渗入FOUP上的水气质量M,再将体积V=0.03m3, 初始盒内湿度比wt=0=0.0962kg'/kg, 氮气填充流量Q=10 L/min以及FOUP内表面积 A=0.3022m3 带入(8)式,并与实验值作非线性拟合(Non-Linear Fitting),所求得之吸附及脱附系數分别为Ka=-0.032 (kg/s. m2)以及Kd=40 (kg/s),并重新带入(8)式后,求解所得之曲线如图10所示;其结果与实验值几乎吻合,充份說明于分析第(4)项时之所作之猜想完全正确。

 

4、结论


无论在任何一种的参数的变化上,在标准的填充30分钟内,都可以达到所要求的低水气值,但是如何快速及有效率的将FOUP空气挤出,减低使用氮气的成本为重要考量。在水气残存量问题上,经由详细理论分析再由实验值拟合常数所求得之方程式,与实验值十分吻合,說明吸附效应在本研究中是绝对不可乎略的;特别是针对长时间FOUP内水气的残存情况。本研究提供了一组良好的吸附及脱附系数,可作为類似分析时之参考。
 

    (1) 具开孔管的填充狀况下,FOUP内第1片晶圆其充填效果最差,而在无开孔管时,第13片晶圆其充填效果最差。相较于无开孔管者,具开孔管的设计具有导流作用,使填充气体填充至想要到达的区域,以完全置换、完全混合作指标,开孔管的排除效率介于兩者之间。

    (2) 所求得之FOUP surface 吸附及脱附系数分别为Ka=-0.032 (kg/s. m2)以及Kd=40 (kg/s),其理论值与实验值几乎吻合
 

5、参考文献

[1]  林鸿忠,“300mm晶圆传送盒(FOUP)之氮气充填实验与模拟研究分析”,国立台北科技大学冷冻低温研究所硕士论文,民国92年.

[2]   J. Frickinger, H. Ryssel and S. Hollemann, “Reducing Airborne Molecular Contamination by Efficient Purging of FOUPs for 300-mmWafers—The Influence of Materials Properties”, IEEE Transactions on SEMI Conductor manufacturing, vol. 13, no. 4, 2000, pp.427

 

 

注:由于原文为繁体中文,本站转换简体后难免有些纰漏,加之本文公式较多,故请读者谅解,如需文章原版,请联系本站!


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