ক্লিন রুমে বায়ুপ্রবাহের বিন্যাসকে কোন বিষয়গুলো প্রভাবিত করে?

আইসি উৎপাদন শিল্পে চিপের উৎপাদন হার চিপের উপর জমা হওয়া বায়ুকণার আকার ও সংখ্যার সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত। একটি ভালো বায়ুপ্রবাহ ব্যবস্থাপনা ধূলিকণার উৎস থেকে উৎপন্ন কণাগুলোকে ক্লিনরুম থেকে দূরে সরিয়ে নিয়ে ক্লিনরুমের পরিচ্ছন্নতা নিশ্চিত করতে পারে, অর্থাৎ, ক্লিনরুমের বায়ুপ্রবাহ ব্যবস্থাপনা আইসি উৎপাদনের উৎপাদন হারে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। ক্লিনরুমের বায়ুপ্রবাহ ব্যবস্থাপনার নকশায় নিম্নলিখিত লক্ষ্যগুলো অর্জন করা প্রয়োজন: ক্ষতিকর কণার আটকে থাকা এড়ানোর জন্য প্রবাহ ক্ষেত্রে ঘূর্ণি প্রবাহ (eddy current) হ্রাস বা নির্মূল করা; এবং আড়াআড়ি দূষণ (cross contamination) প্রতিরোধ করার জন্য একটি উপযুক্ত ধনাত্মক চাপের ঢাল (positive pressure gradient) বজায় রাখা।

বায়ুপ্রবাহের শক্তি

ক্লিন রুম নীতি অনুসারে, কণাগুলোর উপর ক্রিয়াশীল বলগুলোর মধ্যে রয়েছে ভর বল, আণবিক বল, কণাগুলোর মধ্যকার আকর্ষণ, বায়ুপ্রবাহ বল ইত্যাদি।

বায়ুপ্রবাহ বল: বলতে বোঝায় সরবরাহ, প্রত্যাবর্তন বায়ুপ্রবাহ, তাপীয় পরিচলন বায়ুপ্রবাহ, কৃত্রিম আলোড়ন এবং একটি নির্দিষ্ট প্রবাহ হারের অন্যান্য বায়ুপ্রবাহ দ্বারা সৃষ্ট সেই বল, যা কণাগুলোকে বহন করে। ক্লিন রুম পরিবেশের প্রযুক্তিগত নিয়ন্ত্রণের জন্য বায়ুপ্রবাহ বল সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ বিষয়।

পরীক্ষায় দেখা গেছে যে, বায়ুপ্রবাহের চলাচলের সময় কণাগুলো প্রায় একই গতিতে বায়ুপ্রবাহের গতিপথ অনুসরণ করে। বাতাসে থাকা কণাগুলোর অবস্থা বায়ুপ্রবাহের বিন্যাস দ্বারা নির্ধারিত হয়। ঘরের ভেতরের কণাগুলোকে প্রভাবিত করে এমন বায়ুপ্রবাহগুলোর মধ্যে প্রধানত রয়েছে: বায়ু সরবরাহজনিত বায়ুপ্রবাহ (যার মধ্যে প্রাথমিক বায়ুপ্রবাহ এবং দ্বিতীয় পর্যায়ের বায়ুপ্রবাহ অন্তর্ভুক্ত), মানুষের হাঁটার কারণে সৃষ্ট বায়ুপ্রবাহ ও তাপীয় পরিচলনজনিত বায়ুপ্রবাহ, এবং বিভিন্ন প্রক্রিয়া পরিচালনা ও শিল্প সরঞ্জামের কারণে সৃষ্ট বায়ুপ্রবাহ। বিভিন্ন বায়ু সরবরাহ পদ্ধতি, গতির পরিসর, পরিচালনাকারী ও শিল্প সরঞ্জাম এবং ক্লিনরুমের অভ্যন্তরে সৃষ্ট বিভিন্ন ঘটনা—এই সবগুলোই পরিচ্ছন্নতার স্তরকে প্রভাবিত করার উপাদান।

বায়ুপ্রবাহের বিন্যাসকে প্রভাবিতকারী উপাদানসমূহ

১. বায়ু সরবরাহ পদ্ধতির প্রভাব

(1). বায়ু সরবরাহের গতি

একমুখী ক্লিনরুমে সুষম বায়ুপ্রবাহ নিশ্চিত করার জন্য, বায়ু সরবরাহের গতি অবশ্যই সুষম হতে হবে; বায়ু সরবরাহ পৃষ্ঠের ডেড জোন অবশ্যই ছোট হতে হবে; এবং ইউএলপিএ-এর ভেতরের চাপ হ্রাসও অবশ্যই সুষম হতে হবে।

সুষম বায়ু সরবরাহ গতি: অর্থাৎ, বায়ুপ্রবাহের অসমতা ±২০% এর মধ্যে নিয়ন্ত্রণ করা হয়।

বায়ু সরবরাহ পৃষ্ঠে ডেড জোন কমানো: শুধু ইউএলপিএ ফ্রেমের সমতল ক্ষেত্রফলই কমানো উচিত নয়, তার চেয়েও গুরুত্বপূর্ণ হলো, রিডানড্যান্ট ফ্রেমকে সরল করার জন্য মডিউলার এফএফইউ গ্রহণ করা উচিত।

উল্লম্ব একমুখী বায়ুপ্রবাহ নিশ্চিত করার জন্য ফিল্টারের প্রেশার ড্রপ নির্বাচনও খুব গুরুত্বপূর্ণ, যার জন্য প্রয়োজন যে ফিল্টারের ভেতরের প্রেশার লস যেন বিচ্যুত না হয়।

(2). FFU সিস্টেম এবং অ্যাক্সিয়াল ফ্লো ফ্যান সিস্টেমের মধ্যে তুলনা

FFU হলো একটি ফ্যান এবং ফিল্টার (ULPA) সহ একটি বায়ু সরবরাহ ইউনিট। FFU-এর সেন্ট্রিফিউগাল ফ্যান দ্বারা বাতাস টেনে নেওয়ার পর, বায়ু নালীতে গতিশীল চাপ স্থির চাপে রূপান্তরিত হয় এবং ULPA দ্বারা তা সমানভাবে বাইরে বের করে দেওয়া হয়। ছাদে বায়ু সরবরাহের চাপ ঋণাত্মক চাপ, ফলে ফিল্টার পরিবর্তন করার সময় ক্লিন রুমে কোনো ধূলিকণা প্রবেশ করে না। পরীক্ষায় দেখা গেছে যে, বায়ু নির্গমনের সমরূপতা, বায়ুপ্রবাহের সমান্তরালতা এবং বায়ুচলাচল দক্ষতা সূচকের দিক থেকে FFU সিস্টেমটি অ্যাক্সিয়াল ফ্লো ফ্যান সিস্টেমের চেয়ে উন্নত। এর কারণ হলো FFU সিস্টেমের বায়ুপ্রবাহের সমান্তরালতা আরও ভালো। FFU সিস্টেমের ব্যবহার ক্লিন রুমের বায়ুপ্রবাহকে আরও সুসংগঠিত করতে পারে।

(3). FFU এর নিজস্ব কাঠামোর প্রভাব

এফএফইউ প্রধানত ফ্যান, ফিল্টার, এয়ারফ্লো গাইড ডিভাইস এবং অন্যান্য উপাদান দিয়ে গঠিত। ক্লিন রুমটি নকশা অনুযায়ী প্রয়োজনীয় পরিচ্ছন্নতা অর্জন করতে পারবে কিনা, তার সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ নিশ্চয়তা হলো আল্ট্রা-হাই এফিসিয়েন্সি ফিল্টার (ইউএলপিএ)। ফিল্টারের উপাদানও প্রবাহ ক্ষেত্রের সমরূপতাকে প্রভাবিত করে। ফিল্টারের আউটলেটে মোটা ফিল্টার উপাদান বা ল্যামিনার ফ্লো প্লেট যুক্ত করা হলে, আউটলেট প্রবাহ ক্ষেত্রকে সহজেই সমরূপ করা যায়।

২. পরিচ্ছন্নতার বিভিন্ন গতি ইন্টারফেসের প্রভাব

একই ক্লিনরুমে, উল্লম্ব একমুখী প্রবাহের ওয়ার্কিং এরিয়া এবং নন-ওয়ার্কিং এরিয়ার মধ্যে, ইউএলপিএ আউটলেটে বাতাসের গতির পার্থক্যের কারণে সংযোগস্থলে একটি মিশ্র ঘূর্ণি প্রভাব তৈরি হবে এবং এই সংযোগস্থলটি বিশেষভাবে উচ্চ বায়ুপ্রবাহের তীব্রতা সহ একটি অশান্ত বায়ুপ্রবাহ অঞ্চলে পরিণত হবে। এর ফলে কণাগুলো যন্ত্রপাতির পৃষ্ঠে স্থানান্তরিত হয়ে যন্ত্রপাতি এবং ওয়েফারকে দূষিত করতে পারে।

৩. কর্মী ও সরঞ্জামের প্রভাব

যখন ক্লিন রুম খালি থাকে, তখন রুমের ভেতরের বায়ুপ্রবাহের বৈশিষ্ট্যগুলো সাধারণত নকশার প্রয়োজনীয়তা পূরণ করে। একবার যন্ত্রপাতি ক্লিন রুমে প্রবেশ করলে, কর্মীদের চলাচল এবং পণ্য স্থানান্তরিত হলে, বায়ুপ্রবাহের বিন্যাসে অনিবার্যভাবে বাধা সৃষ্টি হয়। উদাহরণস্বরূপ, যন্ত্রপাতির বাইরের দিকে বেরিয়ে থাকা কোণ বা কিনারায় গ্যাসের গতিপথ পরিবর্তিত হয়ে একটি অশান্ত অঞ্চল (turbulent zone) তৈরি করে, এবং এই অঞ্চলের তরল গ্যাস দ্বারা সহজে বাহিত হতে পারে না, ফলে দূষণ ঘটে। একই সময়ে, ক্রমাগত পরিচালনার কারণে যন্ত্রপাতির পৃষ্ঠভাগ উত্তপ্ত হয়ে ওঠে, এবং তাপমাত্রার তারতম্যের কারণে মেশিনের কাছাকাছি একটি রিফ্লো জোন (reflow zone) তৈরি হয়, যা রিফ্লো জোনে কণার জমা হওয়া বাড়িয়ে দেয়। একই সাথে, উচ্চ তাপমাত্রার কারণে কণাগুলো সহজেই বাইরে বেরিয়ে আসে। এই দ্বৈত প্রভাব সামগ্রিক উল্লম্ব স্তরিত পরিচ্ছন্নতা (vertical laminer cleanless) নিয়ন্ত্রণের অসুবিধা আরও বাড়িয়ে তোলে। ক্লিন রুমে অপারেটরদের থেকে আসা ধূলিকণা এই রিফ্লো জোনগুলোতে থাকা ওয়েফারগুলোতে খুব সহজেই লেগে যায়।

৪. রিটার্ন এয়ার ফ্লোরের প্রভাব

যখন মেঝের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত প্রত্যাবর্তনকারী বায়ুর প্রতিরোধ ভিন্ন হয়, তখন একটি চাপের পার্থক্য তৈরি হয়, যার ফলে বায়ু কম প্রতিরোধের দিকে প্রবাহিত হয় এবং সুষম বায়ুপ্রবাহ পাওয়া যায় না। বর্তমানে প্রচলিত নকশা পদ্ধতি হলো উঁচু মেঝে ব্যবহার করা। যখন উঁচু মেঝের খোলার হার ১০% হয়, তখন ঘরের কার্যকরী উচ্চতায় বায়ুপ্রবাহের গতিবেগ সুষমভাবে বণ্টিত হতে পারে। এছাড়াও, মেঝের দূষণের উৎস কমাতে পরিষ্কার-পরিচ্ছন্নতার কাজে কঠোর মনোযোগ দেওয়া উচিত।

৫. আবেশ ঘটনা

তথাকথিত আবেশ ঘটনা বলতে এমন একটি ঘটনাকে বোঝায় যেখানে সমপ্রবাহের বিপরীত দিকে বায়ুপ্রবাহ তৈরি হয় এবং ঘরের মধ্যে উৎপন্ন ধূলিকণা বা সংলগ্ন দূষিত এলাকার ধূলিকণা বায়ুপ্রবাহের বিপরীত দিকে আবিষ্ট হয়ে চিপকে দূষিত করতে পারে। নিম্নলিখিতগুলো হলো সম্ভাব্য আবেশ ঘটনা:

(1). অন্ধ প্লেট

উল্লম্ব একমুখী প্রবাহযুক্ত একটি ক্লিনরুমে, দেয়ালের সংযোগস্থলগুলোর কারণে সাধারণত বড় আকারের ব্লাইন্ড প্লেট থাকে, যা স্থানীয় প্রত্যাবর্তন প্রবাহে আলোড়ন সৃষ্টি করে।

(2). বাতি

ক্লিন রুমের আলোকসজ্জার প্রভাব বেশি থাকবে। যেহেতু ফ্লুরোসেন্ট ল্যাম্পের তাপ বায়ুপ্রবাহকে উপরের দিকে ঠেলে দেয়, তাই ফ্লুরোসেন্ট ল্যাম্পের নিচে কোনো অশান্ত এলাকা থাকবে না। সাধারণত, বায়ুপ্রবাহের বিন্যাসের উপর ল্যাম্পের প্রভাব কমানোর জন্য ক্লিন রুমের ল্যাম্পগুলো অশ্রুবিন্দু আকৃতিতে ডিজাইন করা হয়।

(3.) দেয়ালের মধ্যে ফাঁক

যখন বিভিন্ন পরিচ্ছন্নতার স্তরের পার্টিশনগুলোর মধ্যে অথবা পার্টিশন ও ছাদের মধ্যে ফাঁক থাকে, তখন কম পরিচ্ছন্নতার প্রয়োজনীয়তার এলাকা থেকে ধূলিকণা বেশি পরিচ্ছন্নতার প্রয়োজনীয়তার সংলগ্ন এলাকায় স্থানান্তরিত হতে পারে।

(4). মেশিন এবং মেঝে বা দেয়ালের মধ্যে দূরত্ব

মেশিন এবং মেঝে বা দেয়ালের মধ্যে ব্যবধান খুব কম হলে, এর ফলে প্রতিঘাতজনিত আলোড়ন সৃষ্টি হবে। তাই, যন্ত্র এবং দেয়ালের মধ্যে একটি ফাঁক রাখুন এবং মেশিনটিকে উঁচু করে রাখুন, যাতে এটি সরাসরি মাটিতে স্পর্শ না করে।