臺灣博碩士論文加值系統

近年來半導體製程開發技術進展非常迅速，在半導體製程愈來愈精密之下，對於晶圓表面的潔淨程度則是要求愈來愈嚴格，對於縮短製程以及提高產品的可靠度、良率是必要的，在此情況下，除了傳統潔淨室或微環境內部要求愈來愈嚴格，對於晶圓傳送裝置，也必須避免污染產生。故本文將以晶圓傳送盒之氮氣填充方式對盒內之潔淨效果進行數值模擬探討，
本文以CFD套裝軟體Phoenics為數值模擬工具，採工研院所提供的前置式晶圓傳送盒（FOUP,Front Opening Unified Pod）實體為模擬對象，探討FOUP在不同進、出氣口位置、流量及加裝導流管之下對氮氣填充過程中排放空氣之影響。
研究結果顯示，在高流量（＞18 L/min）之下，使用導流管情況之效果明顯地優於不使用導流管；另外在進氣口方面，使用單一進氣口，可產生單純的流場，使FOUP內部會有均勻的氮氣濃度分佈，其有利於驅除空氣效果，若配置多個出氣口，更可以加快其填充速度。

In the past few years, the development of the semiconductor manu-
facturing processes is very fast. The required level of cleanliness of wafers is becoming even more strict, as the structures will be smaller in semiconductor manufacturing processes. There are some of the most important factors semiconductor manufacturing processes time interval, and which are, the product’s dependableness. So, not only the required level of cleanliness of conventional clean room and minienvironments are becoming more important, but also to avoid producing contamination in the wafer’s transferring pods. A CFD analysis was performed to investin-
gate the performance of the charging of nitrogen gas in wafer’s transferring pods.
This study used the well-know CFD software, Phoenics, as a numer
ical tool. A Front Opening Unified Pod is used as the simulation pod. The investigation was focused on the parameter such as different position of inlet and outlet, flow rate and using plena.
The result, show that the use of plena is better than non plena case at higher flow rates (>18 L/min). The use of one inlet have a simple flow field which result in a more uniform velocity distribution for nitrogen in FOUP. The use of more outlets could speed up the charging of the nitrogen gas.

中文摘要 ………………………………………………………..… Ⅰ
英文摘要 ………………………………………………………..… Ⅱ
目錄 ……………………………………………………………….. Ⅲ
表目錄 …………………………………………………………….. Ⅴ
圖目錄 …………………………………………………………….. Ⅵ
符號說明 ………………………………………..………………… Ⅹ
第一章 序論 ……………………………………………………… 1
1-1 前言 …………………………………………………… 1
1-2 文獻回顧 ……………………………………………….. 4
1-3 研究目的 ……………………………………………….. 7
第二章 研究方法與理論模式 …………………………………… 9
2-1 前言 ……………………………………...……………… 9
2-2 軟體簡介 ………………………………………………... 9
2-3 軟體架構 ………………………………………………. 10
2-4 流場基本假設 …………………………………………. 14
2-5 統御方程式 ……………………………………………. 15
2-6 紊流方程式 ……………………………………………. 17
2-7 牆函數概述 ……………………………………………. 18
2-8 多流體模型 ……………………………………………. 20
2-9 邊界條件 ………………………………………………. 21
2-9-1 進口( inlet ) ………………………………………. 21
2-9-2 壁面( wall ) ……………………..………………. 21
2-9-3 出口( outlet ) …………………………..…………. 21
第三章 數值分析方法 ………………………………………….. 22
3-1 前言 ……………………………………………………. 22
3-2 網格點系統 ………………………………….………… 22
3-3 差方方程式之建立 ………………………….………… 23
3-4 混合體系法 ………………………………….………… 27
3-5 求解程序 …………………………………….………… 28
3-6 SIMPLEST與SIMPLE求解之比較 ……….………… 34
3-7 收斂標準及方法 …………………………….………… 34
第四章 數值模擬分析 …………………………….……………. 37
4-1 模型幾何尺寸 ………………………….……………… 37
4-2 格點獨立測試 ………………………….……………… 39
4-2-1 XY平面格點數測試 ……………….……………. 39
4-2-2 Z軸格點數測試 …………………….…………… 41
4-3 文獻驗證 …………………………………….………… 43
4-4 不同種類導流管對氮氣填充之影響 ……….………… 45
4-5 進、出氣口相對位置對氮氣填充之影響 ….…………. 60
4-6 流量對氮氣填充之影響 ………………………………. 71
4-7 增加出口面積對氮氣填充之影響 ……………………. 80
第五章 結論與建議 …………………………………………….. 92
5-1 結論 ……………………………………………………. 92
5-2 建議 ……………………………………………………. 93
參考文獻 …………………………………..……………..……….. 94
表 目 錄
表4-1 XY平面格點數實例 …………………………………… 40
表4-2 Z軸格點數實例 ………………………………………… 42
表4-3 一進一出導流管種類 …………………………………… 46
表4-4 二進一出導流管種類 …………………………………… 60
表4-5 一進一出,流量測試各個實例 ………………………… 71
表4-6 二進一出,流量測試各個實例 ………………………… 76
表4-7 一進氣口,改善出氣口之各個實例 …………………… 81
表4-8 二個進氣口,改善出氣口之各個實例…………………… 81
圖 目 錄
圖2-1 數值模擬運算流程 ……………………………..…...………… 13
圖3-1 速度控制體積示意圖 …………………………..…...………… 24
圖3-1 (a) X方向速度U控制體積圖 ………………..……...……….. 24
圖3-1 (b) Y方向速度V控制體積圖 ……………….……….……….. 24
圖3-1 (c) Z方向速度W控制體積圖 …………….…….…………….. 24
圖3-2 主格點控制體積示意圖 ………………………………….…… 26
圖3-2 (a) 主格點控制體積之前視圖 ………………...………….…… 26
圖3-2 (b) 主格點控制體積之側視圖 …………….…………..…..….. 26
圖3-2 (c) 主格點控制體積之上視圖 …………….…………...…….... 26
圖3-3 SIMPLE求解過程 ………………………….…………………. 33
圖4-1 FOUP外框 ……………………………….……………………. 38
圖4-2 FOUP進出氣口配置圖 …………………………….…………. 38
圖4-3 XY平面不同格點數之壓力分佈比較 ……………....…...…… 41
圖4-4 Z軸不同格點數之壓力比較 …………………….…...……….. 43
圖4-5 文獻之相似框架及邊界條件 ……………..……….....……..… 44
圖4-6 數值分析與文獻資料比對 ………………...…….……....……. 45
圖4-7 導流管開口角度0° ……………………..………....…….……. 47
圖4-8 導流管開口角度60° …………………...…….....………….…. 47
圖4-9 導流管開口角度120° ………………………..…….…………. 48
圖4-10 導流管開口角度150° …………………….....…..…..….……. 48
圖4-11 壓力等值圖及速度向量場 ……………….…..…..…..….……. 49
(不使用導流管,一進一出,流量：6.6 L/min)
圖4-12 速度向量場及氮氣濃度分佈圖 ………………..…..….…...…. 52
(導流管開口角度0°,一進一出,流量：6.6 L/min)
圖4-13 速度向量場及氮氣濃度分佈圖 ……………….....…..…...…. 53
(導流管開口角度60°,一進一出,流量：6.6 L/min)
圖4-14 速度向量場及氮氣濃度分佈圖 ……………....…..….…...…. 54
(導流管開口角度120°,一進一出,流量：6.6 L/min)
圖4-15 速度向量場及氮氣濃度分佈圖 ……………....…..….…...…. 55
(導流管開口角度150°,一進一出,流量：6.6 L/min)
圖4-16 出口氮氣濃度之比較 ……………....……………..….…...…. 57
(不同導流管型式,一進一出,流量：6.6 L/min)
圖4-17 第二十四、二十五片晶圓間氮氣平均濃度比較 ……………. 57
(不同導流管型式,一進一出,流量：6.6 L/min)
圖4-18 第十二、十三片晶圓間氮氣平均濃度比較 …………..……. 58
(不同導流管型式,一進一出,流量：6.6 L/min)
圖4-19 第一、二片晶圓間氮氣平均濃度比較 ……………….……. 58
(不同導流管型式,一進一出,流量：6.6 L/min)
圖4-20 三剖面氮氣平均濃度比較 ……………....………..….…...…. 59
(不使用導流管,一進一出,流量：6.6 L/min)
圖4-21 三剖面氮氣平均濃度比較 ……………....…..……….…...…. 59
(導流管開口角度60°,一進一出,流量：6.6 L/min)
圖4-22 FOUP二進一出之型式 ……………....…..……….……......…. 61
圖4-23 壓力等值圖及速度向量場 ……………....…..……….…...…. 62
(不使用導流管,二進一出,流量：6.6 L/min)
圖4-24 速度向量場及氮氣濃度分佈圖 ……………..……….…...…. 64
(導流管開口角度60°,二進一出,流量：6.6 L/min)
圖4-25 速度向量場及氮氣濃度分佈圖 ……………....…..….…...…. 65
(導流管開口角度120°,二進一出,流量：6.6 L/min)
圖4-26 出口氮氣濃度之比較 ……………....…..……….………...…. 66
(不同導流管型式,二進一出,流量：6.6 L/min)
圖4-27 第二十四片、二十五片晶圓間氮氣平均濃度比較 …………. 67
(不同導流管型式,二進一出,流量：6.6 L/min)
圖4-28 第十二、十三片晶圓間氮氣平均濃度比較 …………..……. 68
(不同導流管型式,二進一出,流量：6.6 L/min)
圖4-29 第一、二片晶圓間氮氣平均濃度比較 ………………...……. 68
(不同導流管型式,二進一出,流量：6.6 L/min)
圖4-30 三剖面氮氣平均濃度之比較 ……………….……….………. 69
(不使用導流管,二進一出,流量：6.6 L/min)
圖4-31 三剖面氮氣平均濃度之比較 ……………….……….………. 69
(導流管開口角度60°,二進一出,流量：6.6 L/min)
圖4-32 第十二、十三片晶圓間氮氣平均濃度 ………………...……. 70
(不使用導流管,不同進、出氣口配置,流量：6.6 L/min)
圖4-33 第十二、十三片晶圓間氮氣平均濃度 ………………………. 70
(導流管開口角度60°,不同進、出氣口配置,流量：6.6 L/min)
圖4-34 速度向量場及壓力等值圖 ………………………….….……. 73
(一進一出,不使用導流管,流量：18 L/min)
圖4-35 速度向量場及氮氣濃度分佈圖 …………………….….……. 74
(導流管開口角度60°,一進一出,流量：18 L/min)
圖4-36 第十二、十三片晶圓間氮氣平均濃度 ……………….……. 75
(不同導流管型式,一進一出,流量：18L/min)
圖4-37 速度向量場及氮氣濃度分佈圖 …………………….….……. 78
(不使用導流管,二進一出,流量：18 L/min)
圖4-38 速度向量場及氮氣濃度分佈圖 …………………….….……. 79
(導流管開口角度60°,二進一出,流量：18 L/min)
圖4-39 第十二、十三片晶圓間氮氣平均濃度 ………………..……. 80
(不同導流管型式,二進一出,流量：18 L/min)
圖4-40 FOUP一進三出的型式 …………………..………….….….…. 83
圖4-41 FOUP一進一出(底)的型式 …………………...…….….……. 83
圖4-42 速度向量場及氮氣濃度分佈圖 …………………….….……. 84
(導流管開口角度60°,一進三出,流量：18 L/min)
圖4-43 速度向量場及氮氣濃度分佈 ………………………...….……. 85
(導流管開口角度60°,一進一出(底),流量：18 L/min)
圖4-44 第十二、十三片晶圓間氮氣平均濃度 ………………………. 86
(單一進氣口,不同出口方式,流量：18 L/min)
圖4-45 FOUP二進二出的型式 …………………………...….….……. 88
圖4-46 FOUP二進一出(底)的型式 …………………..…….…..……. 88
圖4-47 速度向量場及氮氣濃度分佈圖 …………………….….……. 89
(導流管開口角度60°,二進二出,流量：18 L/min)
圖4-48 速度向量場及氮氣濃度分佈 ……………………….….……. 90
(導流管開口角度120°,二進一出(底),流量：18 L/min)
圖4-49 第十二、十三片晶圓間氮氣平均濃度 ………………………. 91
(雙進氣口,不同出口方式,流量：18 L/min)

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