自從潔凈室的靜電放電(ESD)問題被提出后,微電子產(chǎn)品生產(chǎn)行業(yè)和生物醫(yī)藥制造行業(yè),ESD標(biāo)準(zhǔn)和控制受到廣泛的關(guān)注。
背景
潔凈室是一個超級潔凈的環(huán)境,它不但要控制通風(fēng)、過濾、溫度、濕度、氣壓以及離子化等,還要同時對環(huán)境內(nèi)的材料和其他參數(shù)進(jìn)行控制。潔凈室的潔凈度決定于空氣中的懸浮微粒數(shù)量,微粒的首要計量單位是微米,即10-6米,大致相當(dāng)于0.000039英寸。
潔凈室級別劃分濟(jì)為通行使用的方法來自ISO14644標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)以每立方米空氣中0.1微米的微粒來劃分潔凈室級別,它取代了過去的美國國家標(biāo)準(zhǔn)209-1992(詳見表1),而后者是以每立方英尺空氣中0.5微米的微粒數(shù)來劃分潔凈級別的。按照這兩個標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,209標(biāo)準(zhǔn)中的100級潔凈室中每立方英尺空氣中大于等于的0.5微粒數(shù)不能超過100個,此級別相當(dāng)于ISO14644標(biāo)準(zhǔn)中的5級潔凈室。后者的含義是每立方米空氣中大于等于0.5微米的微粒數(shù)不超過3520個。
控制靜電荷產(chǎn)生在潔凈室是非常必要的。靜電可能影響生產(chǎn),也可能使自動化設(shè)備受到電磁干擾而失靈,靜電產(chǎn)生的靜電引力(ESA)還會減少表面的粒子粘附數(shù)量。靜電荷與產(chǎn)品和工具表面污染密切相關(guān),這一點(diǎn)讓ESA越來越受到重視。例如,一個4英寸的晶片帶1000V的靜電后,對一個直徑1微米的粒子的靜電引力強(qiáng)度高達(dá)830000磅力/平方英寸??梢钥闯?,帶電體的靜電引力要比重力、氣流力和粘著力相比要高得多。
廣泛使用的絕緣材料,如玻璃、特氟綸(聚四氟乙烯)和高分子聚合物會產(chǎn)生高電位的靜電。解決此問題首先考慮工作站接地,如使用不銹鋼工作臺臺面取代使用靜電耗散材料的工作臺面。但從可靠的角度和靜電敏感器件的防護(hù)角度看,這樣做是有害的。
潔凈室的劃分見表2。美國法律規(guī)定,209E標(biāo)準(zhǔn)可以為國際新的標(biāo)準(zhǔn)所取代,因此它將逐步為ISO14644所淘汰。
ISO8級
ISO8級的潔凈室是每立方米大于等于0.5微米的微粒數(shù)量少于3,520,000個,相當(dāng)于FedStd. 209E的100000級。
10000級(ISO8級)對于抗靜電材料中銨基抗靜電劑和炭粉的使用沒有特別的限制。真空吸塑容器、普通服裝、足跟接地式鞋是可以經(jīng)常看見在此級別的潔凈室出現(xiàn)。100000級潔凈室算不上嚴(yán)格控制的潔凈環(huán)境,防塵面罩和手套沒有配備的要求。進(jìn)入ISO8級潔凈室的物品沒有進(jìn)行潔凈和袋裝處理的要求。
ISO 7級(Fed Std.10,000級)
ISO7級的潔凈室是每立方米大于等于0.5微米的微粒數(shù)量少于352,000個,相當(dāng)于FedStd.209E的10000級。此級別的潔凈室不要求佩戴口罩,但要求穿著抗靜電的凈化服、靴和頭套,并佩戴橡膠手套,允許使用抗靜電產(chǎn)品和混炭粉材料。Extensiveuse of ionization is concentrated in specificareas.特別區(qū)域需要使用離子風(fēng)機(jī)應(yīng)當(dāng)予以集中。車間內(nèi)足跟接地帶和靴可以接受,同樣耦合潔凈室用品也可以接受??轨o電聚乙烯泡沫有時也在抗靜電周轉(zhuǎn)容器中一同使用。 ISO6級 (FedStd. 1,000級)
ISO6級的潔凈室是每立方米大于等于0.5微米的微粒數(shù)量少于35,200個,相當(dāng)于FedStd. 209E的1,000級。
此級別的潔凈室必須身著帶有防靜電靴的潔凈服,防靜電靴有接地結(jié)構(gòu)或通過足跟、輔助接地帶實(shí)現(xiàn)接地。車間需要時可以使用靜電耗散材料的套服。除非經(jīng)過粒子計數(shù)器、除氣和化學(xué)兼容性等系列測試,填炭的材料的物品不可以在此級別的潔凈室中使用。進(jìn)入此級別的潔凈室的物品必須先在同級別的潔凈室中進(jìn)行清洗,并使用雙層包裝。必須配戴手套、口罩。服裝使用一次,必須經(jīng)過清洗才能再次進(jìn)入ISO6級潔凈室。新的或經(jīng)過清洗后的服裝在進(jìn)入更衣室前,必須用袋子封裝。經(jīng)過測試不會產(chǎn)生污染的抗靜電用品方能夠使用??梢允褂秒x子靜電消除器減少粒子吸附,和減少ESD損傷。
ISO 5 級(FedStd. 100級)
ISO5級的潔凈室是每立方米大于等于0.5微米的微粒數(shù)量少于3,520個,相當(dāng)于FedStd. 209E的100級。
ISO5級潔凈室中,建議使用廣泛使用離子靜電消除器消除靜電;潔凈室中人員須穿戴無塵服,無塵服覆蓋其身體、頭部、面部、手和眼睛。在工作站和生產(chǎn)場地,所有添置的離子設(shè)備能夠被觀察到。在潔凈室內(nèi)盡可能不使用可能產(chǎn)生污染的混炭物質(zhì)和含有銨基的抗靜電劑。由于具有不依賴吸濕和非極性溶劑中清洗不喪失防靜電特性的優(yōu)點(diǎn),固有導(dǎo)電性的聚合物在潔凈室中廣泛使用。物品必須先進(jìn)行清洗,并使用雙層包裝,通過風(fēng)淋室進(jìn)入ISO5級潔凈室。手套覆蓋手臂,無裸露皮膚。使用氨基抗靜電劑的材料中的氨基物可能污染器件表面,除非不含有此類抗靜電劑,否則限制使用乙烯基的抗靜電臺墊。不能夠使用非凈化的普通紙張和筆。廠家需要設(shè)有一名或多名專職凈化控制工程師,處理ESD問題和凈化問題。體積過大不能用雙層包裝袋包裝的設(shè)備必須使用70%非極性清潔劑擦拭或用去離子水清洗后才能進(jìn)入潔凈室。
ISO 4 級(FedStd. 10級)
ISO4級的潔凈室是每立方米大于等于0.5微米的微粒數(shù)量少于352個,相當(dāng)于Fed Std.209E的10級。在ISO 4級潔凈室中必須穿戴帶有空氣微循環(huán)裝置的邦尼服(無塵服)。所有工作站和生產(chǎn)制造中心的工作標(biāo)準(zhǔn)中必須配置離子化設(shè)備內(nèi)容。廠家必須配備多名專職凈化控制和ESD控制工程師。物料必須經(jīng)過70%非極性清洗劑或去離子水清洗后才可進(jìn)入工作場地。ISO 5級的操作要求在ISO 4 級中也必須執(zhí)行。. ISO 4級中的用品的ESD要求和無污染要求更加嚴(yán)格。
ISO 3級(FedStd. 1級)
ISO3級的潔凈室是每立方米大于等于0.5微米的微粒數(shù)量少于35個,相當(dāng)于Fed Std.209E的1級。
人員不直接在ISO3級的潔凈室工作。在ISO3級的潔凈室中使用低粒子產(chǎn)生的特殊離子化設(shè)備或放射型等新型離子化設(shè)備消除靜電。新型的離子化設(shè)備主要解決ESA問題,它不能產(chǎn)生污染,并且配備實(shí)時粒子計數(shù)器監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀況。
標(biāo)準(zhǔn)的離子化設(shè)備由于電極變化在這個濟(jì)高凈化級別的環(huán)境中會造成污染。α粒子或X射線式的離子化設(shè)備經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量審核后方可使用。一般設(shè)備容易產(chǎn)生微粒,因此須注意減少或消除這些可能的污染源。如果有靜電場的問題話,廠家必須配備一名或多名專職凈化控制工程師和一名ESD控制工程師。
物料必須經(jīng)過70%非極性清洗劑或蒸餾水清洗后才可進(jìn)入工作場地。采購部門在制定采購訂單時必須保證供應(yīng)商在凈化和ESD方面與自己的產(chǎn)品保持一致。
ESD和ESA控制工具
潔凈室的分級以及ESD和ESA問題,不但是凈化控制的問題,更重要的是靜電相關(guān)的問題。ESD控制的測量濟(jì)早用于國防、電子組裝線、半導(dǎo)體、晶片生產(chǎn)和硬盤驅(qū)動制造等行業(yè)。在ESA控制領(lǐng)域,光纖、醫(yī)藥、晶片制造和硬盤驅(qū)動公司都已逐步建立了潔凈室ESA控制體系。在這些行業(yè)無論是靜電還是ESD(靜電放電)的控制室都是至關(guān)重要的。雖然,取決于敏感組件和磁頭的靜電敏感程度,ESD受到廣泛的關(guān)注,但是在晶片制造行業(yè),由于凈化控制的成為首要問題,ESA比ESD得到更多的重視。
不斷進(jìn)步的ESD標(biāo)準(zhǔn)和擁有靜電控制技術(shù)的ESD/ESA測量儀器提供了測量材料、設(shè)備、人體和其他ESD、ESA場的工具。
潔凈室中ESD控制的測量
我們現(xiàn)在討論在ESD標(biāo)準(zhǔn)中和工業(yè)評估ESD控制物品實(shí)際操作。以下是常見的物品和材料:
1. 地板
2. 工作站
3. 傳輸工具
4. 貨架
5. 樹脂玻璃或聚碳酸酯光柵Plexiglas or PolycarbonateEnclosures
6. 貨車
7. 椅子
8. 工衣
9. 離子靜電消除器
10. ESD監(jiān)控儀
11. ESD 材料:
1) 塑料袋
2) 真空托盤
3) 手套
4) 真空泵
5) 靜電屏蔽袋
7) 膠片
8) 真空吸管
9) 晶片盒