Теоретическое и экспериментальное исследование конденсационного роста субмикронных частиц аэрозоля в чистых объемах производства интегральных схем

• Автор: Березина, Наталия Вадимовна
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 122 с.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Влажность воздуха и качество изделий микроэлектроники

1.1. Влияние влажность воздуха на технологические процессы в чистых производственных помещениях. Постановка задачи исследования

1.2. Влияние качества воздушной среды ЧПП на качество изделий микроэлектроники

1.3. Характеристики атмосферных аэрозолей

Выводы

ГЛАВА 2. Теоретические основы конденсационного роста

аэрозольных частиц (гетерогенная конденсация)

2.1. Теория конденсационного роста аэрозольных частиц в
условиях насыщения
2.2. Конденсационный рост аэрозолей при влажности воздуха
менее 100%
2.3. Влияние влажности на микроструктуру аэрозольных частиц
2.4. Конденсационно-коагуляционный механизм укрупнения аэрозольных частиц
2.5. Пульсационный механизм конденсационного укрупнения аэрозолей
Выводы
ГЛАВА 3. Исследование конденсационного роста частиц атмосферного аэрозоля в чистых производственных помещениях
3.1. Тепловлажностная обработка воздуха в чистых помещениях
3.2. Влияние финишных фильтров на качество воздуха в ЧПП

3.3. Качественный и количественный состав атмосферного
аэрозоля в чистых помещениях
3.4. Экспериментальное исследование конденсационного роста частиц в чистых производственных помещениях
Выводы
ГЛАВА 4. Моделирование тепловлажностных процессов в чистых помещениях
4.1. Математическое описание процессов тепломассопереноса.
4.2. Метод конечных элементов для решения задачи тепломассопереноса
4.3. Матричная форма уравнения для скоростей и давления
4.4. Матричная запись уравнений для температуры и относительного парциального давления
4.5. Построение глобальной матрицы области и решение системы уравнений
Выводы
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 110 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Настоящее время характеризуется заметным оживлением деловой активность в области высоких технологий и, в частности , в электронной промышленности. Проводятся исследования, направленные на достижение более высокой степени интеграции схем, увеличения размеров кристаллов, повышения выхода годных изделий, внедрение полной автоматизации в процессы обработки и транспортировки изделий.
Повышение степени интеграции БИС и СБИС сопровождается усилением влияния условий производственной среды - температуры, влажности, чистоты воздуха - на качество и надежность микросхем.
В полупроводниковом производстве среди всех включаемых в него процессов обработки пластин наиболее жесткого контроля требует чистота воздушной среды в производственном помещении. Существует соответствие между минимальной шириной линии и допустимыми значениями диаметра загрязняющих частиц. Обычно контролируемый диаметр частицы устанавливается в 10 раз меньше минимальной ширины линии. В ближайшем будущем потребуется обеспечить следующие значения параметров контроля среды: допустимый размер загрязняющих частиц - 0.05 - 0.1 мкм; концентрация загрязняющих частиц - 350 м-3; точность поддержания температуры - 0.05 - 0.01 °С; точность поддержания относительной влажности среды - 3%.
Поскольку основной вклад в загрязнение среды в чистом производственном помещении (ЧПП) приходится на долю оператора и технологического оборудования, наблюдается тенденция перехода к локальным чистым объемам, свободным от присутствия человека. При этом основным загрязнителем воздуха становится атмосферный аэрозоль, пропущенный фильтром высокой очистки, то есть субмикронная фракция этого аэрозоля.
Поэтому актуальной становится проблема изучения влияния физических и химических свойств этого аэрозоля, его взаимодействия с водяным паром на качество воздушной среды в ЧПП. Известно, что основным

В энергетическом балансе, данном формулой (2.3), теплоемкостью аэрозольных частиц пренебрегают, так как она много меньше, чем для взвешенного газа. Точного решения этой системы не получено, поэтому либо имеются точные решения для частных случаев [40], либо численные решения. Так, точное решение, полученное Вильямсом [38], предполагает, что замкнутая система является изотермической (т.е. уравнения (2.2) и (2.3 ) исключаются), а концентрация пара принимается постоянной. Скорость роста аэрозольных частиц ЦУ,1) представляется как произведение двух некоторых функций Н(1:)-ДУ). В этом случае общее решение дается в виде:
ТОп(уд) = др-1[Р(У)+о(0)-о(1)]}-п0{г1[р(У.)+о(о)-а(1)]},
где По(У)=п(У,0);
Р(У)={аУ/ДУ);
0(1)=|Н(1)<Й;
Р'1 - инверсная функция функции Р;
Н - произвольная функция времени.
В работе [39] приводится численное решение задачи. В нем, в отличие от предыдущей работы, учитывается эффект Кельвина, скрытая теплота конденсации и эффект растворения. Метод не учитывает коагуляцию, осаждение и наличие источников. Решение системы дифференциальных уравнений получают методом "движущегося сечения". Домен размеров частиц аэрозоля делится на п классов, каждый из которых может перемещаться со временем. Результаты расчетов, выполненных для тех же условий, что и в предыдущем случае, приведены на рис.2.1 и 2.2.
Из рисунков видно, что в течение тысячных долей секунды от начала процесса (т.е. практически мгновенно) происходит резкий рост самой мелкой фракции аэрозоля (более, чем на порядок), затем происходит как бы перераспределение влаги за счет захвата ее частицами большего размера. Отсюда видна опасность резкого колебания влажности, которое может привести к мгновенному резкому росту некоторых частиц аэрозоля.