學測物理模擬卷 V1｜第 9 題
第二部分：混合題組
半導體晶片的製作過程，常需在無塵室中進行。因為空氣中的微粒若附著在晶片表面，可能影響後續製程與元件品質，因此無塵室必須控制空氣中的懸浮微粒數量。
為了降低外界塵埃進入無塵室的風險，工程師通常會先將空氣通過濾網後再送入室內，並使無塵室內的氣壓略高於外側走廊，稱為正壓設計。如此一來，當門縫或出入口存在小縫隙時，空氣較容易由無塵室流向外側走廊，可降低外部未過濾空氣進入的機率。此外，無塵室的天花板會持續向下送出均勻的垂直氣流，風速約為 0.45 m/s，使懸浮微粒隨氣流往下移動，並由地面回風口排出。以下假設室內外溫度近似相同，且忽略高度差造成的壓力變化。
一般而言，當半導體製程的最小線寬越小，對無塵室潔淨程度的要求也會越高，因此建造成本也就越高。無塵室的潔淨程度可用 Class 表示。本題採用美國聯邦標準 FS 209E 的分級方式：若某空間屬於 Class C，表示每 1 ft³ 的空氣中，粒徑不小於 0.5 μm 的懸浮微粒數不超過 C 顆。
表(9)為工程師於某無塵室中測得的微粒累積分布。其中 D 表示粒徑（直徑），N 表示每 1 ft³ 的空氣中，粒徑不小於 D 的懸浮微粒數。
表(9)、某無塵室中不同粒徑以上的懸浮微粒數：
| 粒徑 D（μm） | 0.15 | 0.2 | 0.4 | 1.0 | 2.0 | 5.0 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 微粒數 N（顆／ft³） | 1440 | 750 | 165 | 22 | 4.7 | 0.63 |
- 正壓使室內氣壓高於外界，因此門縫等開口處的氣流較容易由室內流向室外，可降低外部含塵空氣滲入。
- 正壓的主要功能，是把室內既有的塵埃「吸出」室外。
- 相較於維持正壓時，若室內外壓差為零，外部微粒較可能因人員進出或氣流擾動而進入室內。
- 無塵室內的正壓需持續送入過濾後空氣來維持，若長時間停止送風，則無塵室的內外壓力差將難以維持，從而提高外界塵埃進入無塵室的風險。
- 提高無塵室室內的壓力，可增大微粒的終端速度，使較大的微粒較不容易沉降
提示
正壓＝室內壓力略高於室外，作用是「往外推、擋滲入」，而非把塵埃吸出；需持續送風維持。
正確答案
正解：A、C、D
詳解
A. 正解。室內壓力高於外界，縫隙處氣流由內往外，可阻擋外部含塵空氣滲入。
B. 錯誤。正壓的功能是阻擋外部空氣進入，而非把室內既有塵埃「吸出」。
C. 正解。壓差為零時失去往外推的氣流屏障，外部微粒較易隨人員進出或擾動進入。
D. 正解。正壓靠持續送入過濾空氣維持，長時間停止送風會使壓差消失，提高塵埃進入風險。
E. 錯誤。壓力提高並不會顯著改變微粒終端速度，此敘述與物理機制無關。
