DE19639771A1 - Luftstromsteuervorrichtung und diese verwendender Reinraum - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Luftstromsteuervorrich­ tung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf einen diese verwendenden Reinraum.

Reinräume z. B. werden dazu benutzt, hochintegrierte Halblei­ terbauelemente, die sehr kleine Strukturelemente mit Abmes­ sungen im Mikrometerbereich aufweisen, mittels komplexer Pro­ zeßschritte herzustellen, die einer Kontamination durch Staub oder noch kleinere Partikel unterliegen. Es ist daher wich­ tig, die Arbeitsumgebung für solche Prozesse absolut rein zu halten, um die Prozeßkomplexität zu vermindern.

Die Halbleiterindustrie verdankt ihre Entwicklung in hohem Maße dem Fortschritt bei Reinräumen. Seit dem Auftreten von Transistoren in der Mitte des 20. Jahrhunderts, was von der Erzeugung integrierter Schaltkreise begleitet wurde, hat eine revolutionäre Entwicklung bei Bioreinräumen für die pharma­ zeutische und gentechnologische Industrie sowie bei industri­ ellen Reinräumen für die Präzisionsteileindustrie, die Robo­ tik und die Elektronik stattgefunden.

Reinräume werden grob in einen laminaren Typ und einen kon­ vektiven Typ eingeteilt. Laminare Reinräume, die mit mehr Filtern an der Decke als beim konvektiven Typ ausgerüstet sind, erzielen einen höheren Reinheitsgrad. Dieser Vorteil macht den laminaren Typ für Prozesse zur Herstellung von Halbleiterbauelementen geeignet, für die ein hoher Grad an Reinheit erforderlich ist. Zudem sind die laminaren Reinräume daraufhin ausgelegt, die Wärme zu bewältigen, die von Gerät­ schaften erzeugt und von Personen abgegeben wird.

Andererseits sind konvektive Reinräume besser für Prozesse geeignet, die einen geringeren Grad an Reinheit benötigen, wie Montage oder Prüfen. Die konvektiven Reinräume haben das spezielle Problem, daß strukturelle Schwierigkeiten des Rein­ raumsystems Produkte, die in solchen Reinräumen hergestellt werden, negativ beeinflussen. Zudem verringern diese struktu­ rellen Schwierigkeiten die Arbeitseffizienz des Personals in dem Reinraum.

Ein Beispiel eines herkömmlichen, konvektiven Reinraums für einen Halbleiterfertigungsprozeß ist in Fig. 1 dargestellt. In Fig. 1 bezeichnen das Bezugszeichen 8 einen Reinraum und das Bezugszeichen 14 Produktionsgerätschaften. Das Bezugszei­ chen 10 bezeichnet einen Einlaß zum Einführen eines Luft­ stroms in den Reinraum 8. Der Einlaß 10 beinhaltet hierbei ein üblicherweise verwendetes Filter mit gekräuselten Außen­ wänden 22, wie in Fig. 4 dargestellt. Dieses Filter ist in einer Struktur 18 installiert, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist. Die Unterseite der Struktur 18 von Fig. 3 ist offen, und die Seitenwände derselben sind von einem undurchsichtigen Materi­ al gebildet. In nicht gezeigter Weise besitzt der Luftstrom­ einlaß 10 in dem Reinraum 8 eine Filtergehäuseabdeckung, ei­ nen Diffusor, wie er in Fig. 5 dargestellt ist. Die Filterge­ häuseabdeckung besitzt eine Mehrzahl gleichförmiger Öffnungen 24 in deren Unterseite, wie in Fig. 5 zu erkennen. Der von dem Filter von Fig. 4 gefilterte Luftstrom wird durch die Öffnungen 24 in den Reinraum 8 eingeführt. Da die Öffnungen 24 auf die Unterseite der Filtergehäuseabdeckung beschränkt sind, wird der in den Reinraum 8 eingeführte Luftstrom nur in beschränkten Richtungen verteilt.

Das Bezugszeichen 12 in Fig. 1 bezeichnet einen Auslaß, um einen Luftstrom aus dem Reinraum 8 abzuführen. Fünf Bereiche, die durch die Bezugszeichen A bis E bezeichnet sind, sind Probengebiete zur Temperaturmessung in dem Reinraum 8.

Der Grad an Reinheit, die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit im Reinraum 8 sollten über einen Zyklus des Einführens des Luftstroms in den Reinraum 8 und des Abführens aus dem Rein­ raum 8 durch den Auslaß 12 gesteuert werden, der im unteren Teil des Reinraums 8 installiert ist. Die Temperatur des Reinraums 8 wird jedoch durch Wärme beeinflußt, die von den Produktionsgerätschaften 14, wie einem Testgerät, oder einer Bedienperson abgegeben wird, was Temperaturschwankungen in den Bereichen des Reinraums 8 verursacht. Die Temperatur­ schwankungen sind nur schwer zu überwinden, wobei verschiede­ ne Systeme verwendet werden, die mit der Steuerung der Rein­ raumtemperatur kompatibel sind. Ein Beispiel der Temperatur­ verteilung in einem herkömmlichen Reinraum ist in Fig. 2 il­ lustriert.

Fig. 2 veranschaulicht Temperaturschwankungen in den Proben­ gebieten A bis E des Reinraums 8 von Fig. 1. Punkte auf der Abszisse indizieren in Fig. 2 die Probengebiete A bis E. Da­ bei ist zu bemerken, daß die Temperaturverteilung in dem her­ kömmlichen Reinraum 8 von einem hierfür vorgegebenen Refe­ renztemperaturbereich abweicht. Wie gezeigt, liegt die Refe­ renztemperatur für den Reinraum 8 in einem Bereich von 23°C± 1°C, während die tatsächlich in den Probenbereichen A bis E gemessenen Temperaturen auch 22°C und darunter sowie 24°C und darüber betragen. Beispielsweise schwankt die Temperatur im Probenbereich A zwischen 21°C und 23°C als niedrigsten und zwischen 25°C und 26°C als höchsten Wert. Die in Fig. 1 ge­ zeigten Probengebiete reichen tief in den Reinraum 8 hinein.

In einem Reinraum, in welchem die oben beschriebene, herkömm­ liche Luftstromsteuervorrichtung verwendet wird, wird der in den Reinraum eingeblasene Luftstrom nach unten verteilt, was einer Verkleinerung der Temperaturdifferenzen in verschiede­ nen Bereichen des Reinraums Grenzen setzt. Aufgrund dieser Temperaturdifferenz ist es außerdem nicht möglich, die rela­ tive Luftfeuchtigkeit im Reinraum adäquat zu steuern, so daß dessen elektrostatischer Pegel ansteigt.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstel­ lung einer neuartigen Luftstromsteuervorrichtung und ein da­ mit ausgerüsteter Reinraum derart zugrunde, daß die Luft breitflächiger verteilt wird und dadurch die Temperatur­ schwankungen über verschiedene Gebiete des Reinraums hinweg merklich verringert werden.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Luftstromsteuervorrichtung mit den Merkmalen des An­ spruchs 1 sowie eines Reinraums mit den Merkmalen des An­ spruchs 6. Mit der Luftstromsteuervorrichtung nach Anspruch 1 wird der Luftstrom in einem vergleichsweise großen Winkel verteilt. Bei Einführung eines solchen Luftstroms in einen Reinraum werden die Temperaturschwankungen über die verschie­ denen Bereiche des Reinraums hinweg merklich verringert. Die Temperatur und Luftfeuchtigkeit im Reinraum können auf diese Weise auf einem adäquaten Niveau gehalten werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen angegeben.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sowie die zu de­ ren besserem Verständnis oben beschriebenen, herkömmlichen Beispiele sind in den Zeichnungen dargestellt, in denen zei­ gen:

Fig. 1 einen Reinraum mit herkömmlicher Luftstromtechnolo­ gie,

Fig. 2 ein Diagramm der Temperaturverteilung in dem Reinraum von Fig. 1,

Fig. 3 eine Luftzuführvorrichtung für den Reinraum von Fig. 1,

Fig. 4 ein in dem herkömmlichen Reinraum von Fig. 1 verwen­ detes Filter,

Fig. 5 eine herkömmliche Filtergehäuseabdeckung,

Fig. 6, 7 und 8 eine Perspektivansicht, eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Luftstrom­ steuervorrichtung,

Fig. 9 eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Fil­ tergehäuseabdeckung,

Fig. 10 und 11 die Luftstromverteilung in dem herkömmlichen bzw. in einem erfindungsgemäßen Reinraum und

Fig. 12 und 13 Diagramme der in dem herkömmlichen bzw. in dem erfindungsgemäßen Reinraum gemessenen Luftstromver­ teilungen.

Die erfindungsgemäße Luftstromsteuervorrichtung wird im fol­ genden unter Bezugnahme auf die Fig. 6, 7 und 8 detail­ liert beschrieben. Diese Luftstromsteuervorrichtung besitzt vier faltbare Blätter W1 bis W4 von gleicher Gestalt, eine quadratische Platte T und einen Schaft 41. Alle Blätter W1 bis W4 besitzen vier Seiten und vier Winkel, d. h. sie sind von viereckiger Gestalt. Dabei sind speziell die obenliegen­ den Seitenkanten parallel zu den unteren Seitenkanten, wobei letztere länger als erstere sind. Die rechten Seitenkanten der Blätter W1 bis W4 sind genauso lang wie deren linke Sei­ ten. Dabei sind die rechten und linken Seiten jedes Blattes in gleichem Maße gegeneinander geneigt. Somit ist jedes Blatt von trapezförmiger Gestalt. Jede Seitenkante der quadrati­ schen Platte T ist mit der oberen Seitenkante eines jeweili­ gen Blattes verbunden.

Der Schaft 41 ist vertikal mit der Mitte der quadratischen Platte T verbunden und weist eine Struktur 40 mit einer Feder als Mittel zur Verringerung der Spannung auf, die auf den Schaft 41 einwirkt, wenn die Blätter aufgefaltet werden. Ins­ gesamt ist die erfindungsgemäße Luftstromsteuervorrichtung somit wie ein Schirm gestaltet, wobei der Schaft 41 den Griff darstellt.

Fig. 8 ist eine Vorderansicht der in Fig. 6 perspektivisch gezeigten Luftstromsteuervorrichtung. Dabei bezeichnet das Bezugszeichen W eines der Blätter der Luftstromsteuervorrich­ tung. Der Schaft 41 ist vertikal mit der quadratischen Platte T verbunden. Das Blatt W wird durch Rotieren eines Endbe­ reichs 41a des Schaftes 41 mit einem Werkzeug, z. B. einem Schraubenzieher, aufgefaltet.

Die Funktionsweise der wie oben aufgebauten, erfindungsgemä­ ßen Luftstromsteuervorrichtung ist wie folgt. Wenn der Endbe­ reich 41a des Schaftes 41 mit dem Werkzeug in Drehung ver­ setzt wird, werden die Blätter W1 bis W4 gleichzeitig nach außen um einen vorgegebenen Winkel aufgefaltet. Anschließend kann ein von oben auf die Luftstromsteuervorrichtung gerich­ teter Luftstrom in gewünschter Weise breit flächig verteilt werden.

Die Luftstromsteuervorrichtung ist dabei zwischen dem hoch­ effizienten Partikelfilter entsprechend Fig. 4, nachfolgend einfach als Filter bezeichnet, in dem Reinraum und der in Fig. 9 gezeigten, erfindungsgemäßen Filtergehäuseabdeckung 24 installiert. Die erfindungsgemäße Filtergehäuseabdeckung 24 besitzt in der Mitte ihrer Unterseite, wie in Fig. 9 gezeigt, eine Öffnung 42 mit vorgegebenem Durchmesser derart, daß der Schaft 41 von Fig. 6 diese Öffnung 42 durchdringen kann, was bei den herkömmlichen Vorrichtungen nicht der Fall ist. Um die Öffnung 42 herum sind in der Unterseite der Filtergehäu­ seabdeckung 24 eine Vielzahl von Öffnungen 25 mit kleinerem Durchmesser als derjenige der Öffnung 42 ausgebildet.

In den Fig. 10 und 11 sind schematisch die Luftstromver­ teilungen des herkömmlichen bzw. des erfindungsgemäßen Rein­ raums vergleichend dargestellt. In Fig. 10 beträgt der Ver­ teilungswinkel b eines in den herkömmlichen Reinraum einströ­ menden Luftstroms 18 30° bis 45°. Hingegen beträgt der Ver­ teilungswinkel c eines in den erfindungsgemäßen Reinraum ein­ strömenden Luftstroms 46 gemäß Fig. 11 zwischen 45° und 150°. Der Grund hierfür ist, daß bei dem erfindungsgemäßen Reinraum die erfindungsgemäße Luftstromsteuervorrichtung in den Einlaß 44 installiert wurde.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 12 und 13 wird nun die Tem­ peraturverteilung in dem Reinraum entsprechend einem Vertei­ lungswinkel für den in den Reinraum eingeblasenen Luftstrom erläutert. Fig. 12 zeigt ein Kurvendiagramm der in dem her­ kömmlichen Reinraum gemessenen Temperaturverteilung. Die dar­ gestellte Kurve zeigt, daß die Temperatur in dem herkömmli­ chen Reinraum zwischen 10°C und 15°C liegt. Die Temperatur­ differenz beträgt daher ±2°C oder mehr, wenn die Referenztem­ peratur 13°C beträgt. Diese Differenz stimmt mit der in den verschiedenen Gebieten des Reinraums vorliegenden Temperatur­ differenz gemäß Fig. 2 überein. Andererseits zeigt die Kurve von Fig. 13, daß die Temperatur in dem Reinraum, in welchem die erfindungsgemäße Luftstromsteuervorrichtung verwendet wird, zwischen 17°C und 18°C liegt.

Wie oben erläutert, kann ein Luftstrom, der in ein Gebiet eingebracht wird, in welchem ein vorbestimmtes Niveau an Reinheit erforderlich ist, durch Verwenden der erfindungsge­ mäßen Luftstromsteuervorrichtung breitflächig verteilt wer­ den. Wenn die Luftstromsteuervorrichtung beispielsweise in einem Reinraum verwendet wird, wie erfindungsgemäß vorgese­ hen, wird der eingeblasene Luftstrom breitwinklig verteilt, was die Temperaturunterschiede in dem Reinraum beträchtlich reduziert, so daß die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit im Reinraum auf einem angemessenen Niveau gehalten werden. Dies führt wiederum zu einer Verringerung von dessen elektrostati­ schem Pegel. Demgemäß können Produktausfälle merklich vermin­ dert werden. Es versteht, daß die Erfindung nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern zahlreiche Varianten hiervon durch den Fachmann realisierbar sind.

Claims (10)

1. Luftstromsteuervorrichtung mit

• - einem Partikelfilter (22) hoher Effizienz und
• - einer Gehäuseabdeckung (24) für den hocheffizienten Parti­ kelfilter,

gekennzeichnet durch

• - Mittel zur Steuerung der Luftströmungsrichtung, die einen zwischen dem Partikelfilter (22) und der Gehäuseabdeckung (24) angeordneten Schaft (41) beinhalten, der eine Öffnung (42) durchdringt, die in der Mitte der Unterseite der Ge­ häuseabdeckung gebildet ist.

2. Luftstromsteuervorrichtung nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Steuerung der Luftströmungsrichtung eine mit dem Schaft (41) verbundene, quadratische Platte (T) sowie eine Mehrzahl faltbarer Blätter (W1 bis W4) beinhalten, von denen jedes mit einer zugehörigen Seitenkante der quadratischen Platte verbunden ist.

3. Luftstromsteuervorrichtung nach Anspruch 2, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Blätter W1 bis W4 eine vier­ eckige Gestalt besitzen.

4. Luftstromsteuervorrichtung nach Anspruch 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Blätter W1 bis W4 eine tra­ pezförmige Gestalt besitzen.

5. Luftstromsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (41) ei­ ne Feder (40) zur Verringerung der Spannung aufweist, die auf diesen einwirkt, wenn die Blätter W1 bis W4 bewegt werden.

6. Reinraum mit

• - einer Mehrzahl von Einlässen (10) zum Einführen reiner Luft und
• - einer Mehrzahl von Auslässen (12) zum Abführen der Luft, gekennzeichnet durch
• - jedem der Einlässe (10) zugeordnete Mittel zur Steuerung der Luftströmungsrichtung.

7. Reinraum nach Anspruch 6, weiter dadurch gekennzeich­ net, daß die Mittel zur Steuerung der Luftströmungsrichtung einen Schaft (41), eine mit dem Schaft verbundene, quadrati­ sche Platte (T) und eine Mehrzahl faltbarer Blätter (W1 bis W4) beinhalten, von denen jedes mit einer Seitenkante der quadratischen Platte verbunden ist.

8. Reinraum nach Anspruch 6 oder 7, weiter dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mittel zur Steuerung der Luftströmungs­ richtung zwischen einem Partikelfilter hoher Effizienz und einer Gehäuseabdeckung installiert sind, welche eine Öffnung zum Einsetzen des Schaftes an ihrer Unterseite aufweist.

9. Reinraum nach einem der Ansprüche 6 bis 8, weiter da­ durch gekennzeichnet, daß er vom konvektiven Typ ist.