靜電荷的不良影響使得在潔凈室中維持高水平的產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量更加困難。無法控制靜電荷會(huì)導(dǎo)致顆粒污染，靜電放電（ESD）損壞和設(shè)備問題。

靜電吸引（ESA）增加了關(guān)鍵產(chǎn)品和設(shè)備表面的污染，從而導(dǎo)致缺陷并增加了維護(hù)成本。靜電放電會(huì)直接損壞半導(dǎo)體，醫(yī)療設(shè)備和薄膜產(chǎn)品。它還會(huì)干擾生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行。

本文探討了由靜電荷引起的問題，以及如何避免在潔凈室中產(chǎn)生電荷。但是有控制靜電的方法，包括使用空氣電離器，將通過一些行業(yè)的實(shí)例進(jìn)行討論。

靜電問題

現(xiàn)代過濾技術(shù)可防止大多數(shù)外部顆粒進(jìn)入潔凈室。但是，人員，生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過程的各個(gè)部分仍會(huì)在潔凈室內(nèi)產(chǎn)生顆粒。不幸的是，所有這些顆粒源通常都靠近產(chǎn)品。如果表面帶電，則ESA會(huì)吸引并保持顆粒，否則這些顆粒會(huì)殘留在潔凈室的層流中。一旦影響到高科技產(chǎn)品，亞微米尺寸的顆粒就很難去除。

顆粒缺陷在半導(dǎo)體，磁盤驅(qū)動(dòng)器和FPD工業(yè)中是眾所周知的。它們會(huì)導(dǎo)致設(shè)備故障或磁頭和磁盤介質(zhì)損壞。平面顯示屏可能會(huì)被單個(gè)吸引靜電的粒子破壞。靜電吸引顆粒對(duì)醫(yī)療設(shè)備質(zhì)量的影響甚至?xí)訃?yán)重。醫(yī)療，制藥，食品加工和其他生命科學(xué)行業(yè)必須考慮附著在顆粒上的微生物。

除了使清除潔凈室中的顆粒更加困難之外，靜電荷還會(huì)引起其他生產(chǎn)問題。靜電荷的不受控制的轉(zhuǎn)移（靜電釋放或ESD事件）會(huì)直接損壞產(chǎn)品。半導(dǎo)體，磁盤驅(qū)動(dòng)器組件，醫(yī)療設(shè)備以及許多類型的薄膜和涂層將被損壞。

ESD事件還會(huì)產(chǎn)生電磁干擾（EMI），電磁干擾（EMI）會(huì)中斷生產(chǎn)設(shè)備（特別是基于微處理器的機(jī)器人）的運(yùn)行。一件設(shè)備中的ESD事件可能會(huì)影響附近其他設(shè)備的操作，從而使問題的根源難以定位。

全面的污染控制程序必須包括將靜電荷作為一種潔凈室污染處理的措施。

靜電荷產(chǎn)生

每當(dāng)兩個(gè)緊密接觸的表面分開時(shí)，一個(gè)表面失去電子并帶正電，而另一個(gè)表面獲取電子并帶負(fù)電。這稱為摩擦帶電。材料是否保持帶電取決于其電導(dǎo)率和電荷流向地面的路徑的可用性。

靜電荷也會(huì)通過感應(yīng)產(chǎn)生。一個(gè)物體上的靜電荷可以在另一個(gè)物體的表面上產(chǎn)生或“誘導(dǎo)”相反極性的電荷。這些感應(yīng)電荷會(huì)吸引顆粒，并且與地面接觸會(huì)導(dǎo)致破壞性的ESD事件。

但是不可避免地會(huì)產(chǎn)生靜電荷。在大多數(shù)生產(chǎn)區(qū)域中，不可能防止材料之間的接觸或摩擦。潔凈室中使用絕緣材料可確保許多帶電物體長(zhǎng)時(shí)間保持帶電狀態(tài)。電荷可以通過接觸（ESD）或感應(yīng)轉(zhuǎn)移到其他物體。

解決大多數(shù)靜態(tài)問題將需要一種或多種靜態(tài)控制方法。關(guān)鍵應(yīng)用將需要精心設(shè)計(jì)的靜態(tài)控制程序。

潔凈室靜電控制

已經(jīng)開發(fā)出多種方法來處理靜電荷。現(xiàn)代無塵室環(huán)境大量使用帶有導(dǎo)電和靜電耗散材料的接地。

接地可防止產(chǎn)生靜電荷，并將靜電荷從已帶電的隔離導(dǎo)電或靜電耗散材料中清除。靜電耗散材料的電阻高于導(dǎo)體，但電阻仍低于絕緣體。它們用于減緩電荷去除過程并防止破壞性ESD事件。在無塵室中，接地方法可控制人員，設(shè)備以及產(chǎn)品的電荷。

不幸的是，無塵室使用許多作為絕緣體的材料，例如鐵氟龍，各種塑料和玻璃。通常，絕緣材料是產(chǎn)品本身的重要組成部分。示例包括氧化物涂層的半導(dǎo)體，玻璃硬盤和顯示基板以及許多醫(yī)療產(chǎn)品。大多數(shù)絕緣子很容易充電，可以長(zhǎng)時(shí)間保持電荷，并且接近或?qū)儆诋a(chǎn)品的一部分。

潔凈室要求禁止在這些絕緣材料中使用碳?；蚧瘜W(xué)添加劑，以使其具有靜電消散性?；瘜W(xué)噴霧劑和溶液還會(huì)造成污染問題。過去，濕度控制是作為靜態(tài)控制方法提出的，但已證明其昂貴且無效。最后，由于絕緣體上的電荷不會(huì)移動(dòng)，因此不可能通過將絕緣體接地將其去除。

中和絕緣體（和絕緣導(dǎo)體）上的靜電荷需要使用某種類型的空氣電離。離子發(fā)生器僅使用經(jīng)過高度過濾的潔凈室空氣，即可產(chǎn)生正負(fù)空氣離子云，以中和潔凈室環(huán)境中存在的靜電荷。

空氣電離器進(jìn)行救援

通過中和靜電荷，空氣電離可以幫助其他減少缺陷的方法實(shí)現(xiàn)其提高產(chǎn)量的全部潛力。

空氣離子是空氣中失去或獲得電子的氣體分子。來自核，X射線或紫外線（UV）源的電離輻射可用于產(chǎn)生空氣電離。

在潔凈室中產(chǎn)生空氣離子最常用的方法是電暈電離-施加高電壓到尖銳點(diǎn)以產(chǎn)生很高的電場(chǎng)。產(chǎn)生的電場(chǎng)足以從空氣分子中除去電子。產(chǎn)生的空氣離子的極性取決于尖銳點(diǎn)上高壓的極性。

當(dāng)電離的空氣與帶電的絕緣表面接觸時(shí)，帶電的表面會(huì)吸引相反極性的空氣離子。結(jié)果，絕緣體上的靜電荷被中和。中和需要兩個(gè)極性的空氣離子，因?yàn)閮蓚€(gè)極性的靜電荷都在潔凈室中產(chǎn)生。

以下是兩個(gè)主要行業(yè)的ESD控制的最新趨勢(shì)：

靜電控制的趨勢(shì)

半導(dǎo)體行業(yè)：半導(dǎo)體制造的趨勢(shì)反映在國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖（ITRS）中。該報(bào)告每年11月發(fā)布，傳達(dá)當(dāng)前和未來15年半導(dǎo)體工廠建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的要求。關(guān)于靜電荷控制，ITRS 2003聲明：

靜電會(huì)不利地影響半導(dǎo)體制造的每個(gè)階段，從而導(dǎo)致三個(gè)基本問題。靜電吸引（ESA）污染隨著粒徑的減小而增加，從而使缺陷密度目標(biāo)更難以實(shí)現(xiàn)。靜電放電（ESD）會(huì)損壞器件和光掩模?？s小設(shè)備功能部件的尺寸意味著在ESD事件中需要較少的能量來造成設(shè)備或掩模損壞。由于ESD相關(guān)的電磁干擾（EMI）而導(dǎo)致的設(shè)備故障會(huì)降低OEE（總體設(shè)備效率），并且隨著設(shè)備微處理器運(yùn)行速度的提高而變得更加頻繁。這三個(gè)問題發(fā)生在生產(chǎn)裸露的晶圓和光掩模，在晶圓廠生產(chǎn)器件的地方，以及在后端包裝，組裝和測(cè)試中生產(chǎn)單個(gè)器件的地方。”

該ITRS包含建議靜電荷減少到防止靜電問題的水平。這些建議應(yīng)包括在新設(shè)施建設(shè)，新設(shè)備以及現(xiàn)有工廠中。由于隨著新的，更小的技術(shù)的引入，靜態(tài)水平必須下降，因此在每個(gè)半導(dǎo)體工廠中實(shí)施靜態(tài)控制程序至關(guān)重要。靜態(tài)問題的成本比靜態(tài)控制方法的成本高10到100倍。

ITRS 2003建議在建立和驗(yàn)證靜態(tài)控制程序時(shí)使用兩個(gè)國(guó)際半導(dǎo)體設(shè)備和材料（SEMI）標(biāo)準(zhǔn)。第一個(gè)E78-1102，“評(píng)估和控制半導(dǎo)體設(shè)備的靜電放電（ESD）和靜電吸引（ESA）的指南”，提出了控制生產(chǎn)設(shè)備中的靜電的建議，描述了產(chǎn)品的靜電敏感度水平和要保護(hù)的測(cè)量方法他們。它最初于1998年發(fā)布，現(xiàn)正進(jìn)行修訂以考慮半導(dǎo)體技術(shù)要求的快速變化。

SEMI發(fā)布的最新文檔是E129-1103：“評(píng)估和控制半導(dǎo)體制造工廠中的靜電荷的指南。” 本文檔與ITRS 2003 的靜態(tài)控制建議保持同步，并建議采用靜態(tài)級(jí)別，以防止從當(dāng)今的100納米技術(shù)到預(yù)期的2015年的25納米技術(shù)造成污染和ESD損害。建造半導(dǎo)體工廠的任何人都需要考慮當(dāng)前和現(xiàn)在的情況。將來需要靜態(tài)控制。

磁盤驅(qū)動(dòng)器行業(yè)：必須控制磁盤驅(qū)動(dòng)器行業(yè)中的靜電荷，以解決相同的污染和ESD損壞問題；但是，ESD損壞的問題要嚴(yán)重得多。

磁盤驅(qū)動(dòng)器包含一個(gè)磁阻（MR）讀取頭，它對(duì)非常低的ESD高度敏感。必須將所有可能將電荷轉(zhuǎn)移到MR磁頭的物體（包括磁頭組件本身）的靜電荷控制在5伏以下，并將其降低。

組裝過程需要仔細(xì)的接地技術(shù)，并避免金屬之間的接觸。一切都必須由導(dǎo)電或選定的靜電耗散材料制成，并可靠接地。需要特別注意潔凈室服裝，贓物，手套和手動(dòng)工具的人員接地問題。

空氣離子發(fā)生器被廣泛用于控制工藝必不可少的絕緣子上的靜電荷。已經(jīng)使用α輻射源或傳感器反饋控制為該行業(yè)開發(fā)了特殊的離子發(fā)生器，以將靜電保持在2伏或更低的極低水平。據(jù)預(yù)測(cè)，未來的MR磁頭將具有更低的ESD靈敏度。

應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的問題

磁盤介質(zhì)工廠使用標(biāo)準(zhǔn)的靜態(tài)控制方法，包括室內(nèi)電離和設(shè)備電離。這里的問題是污染和設(shè)備機(jī)器人故障。

隨著數(shù)據(jù)密度的提高需要更多專門的磁盤材料，而盈利能力要求更高的生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行速度，這些問題將變得更加嚴(yán)重。

S20.20程序

重要的靜態(tài)控制程序文檔之一是標(biāo)準(zhǔn)ANSI / ESD S20.20，“電氣和電子零件，組件和設(shè)備的保護(hù)”。S20.20程序是根據(jù)ISO 9000質(zhì)量程序的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)開發(fā)的。它指定了程序的所有元素，并讓用戶定義其實(shí)現(xiàn)，而不是定義所有都必須嚴(yán)格遵循的靜態(tài)控制程序。

程序的用戶必須確定：

• 受保護(hù)產(chǎn)品的靜電敏感性；
• 使用的程序程序和靜態(tài)控制方法；
• 如何驗(yàn)證靜態(tài)控制方法的性能；
• 如何糾正程序中的問題；
• 該計(jì)劃如何培訓(xùn)人員；和如何保留績(jī)效，糾正措施和培訓(xùn)的記錄。

標(biāo)準(zhǔn)S20.20是指導(dǎo)性文件，可指導(dǎo)用戶使用現(xiàn)有的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來確定設(shè)備的ESD靈敏度。它列出了保護(hù)100伏人體模型（HBM）敏感設(shè)備所需的和可選的靜態(tài)控制方法，提供了每種靜態(tài)控制方法的規(guī)格限制，并允許針對(duì)兩種更敏感的程序（例如磁盤驅(qū)動(dòng)器）修改程序）和不太敏感的設(shè)備（例如，許多半導(dǎo)體）。

該文檔還提供了用于性能驗(yàn)證的測(cè)試方法的參考，并指導(dǎo)用戶建立和記錄用于培訓(xùn)和糾正程序缺陷的方法。這些方法對(duì)于任何擁有ISO 9000認(rèn)證的公司都是非常熟悉的。

在實(shí)際的制造情況下，如果不中和過程必需的絕緣體和絕緣導(dǎo)體上的靜電荷，就不可能達(dá)到S20.20的標(biāo)準(zhǔn)。正確設(shè)計(jì)的S20.20程序?qū)婋x，目標(biāo)是在處理絕緣子的地方。這可能涉及使用一種或多種類型的電離。

ESD協(xié)會(huì)已通過www.esda.org免費(fèi)提供了S20.20標(biāo)準(zhǔn)。此外，ESD協(xié)會(huì)還發(fā)布了手冊(cè)，以幫助用戶實(shí)施S20.20程序。

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