潔凈室靜電的消除

      靜電是最難控制的因素之一，靜電可以使半導體器件生產中的廢品增多、降低電子設備的可靠性。實踐證明，在半導體器件的制造和測試過程中、在運輸和貯存中、設備的安裝和調試以及使用過程中，半導體器件都可能受到靜電的作用。因此在半導體器件的生產中，實際上所有的制造階段都需要防止靜電對器件的作用。

      消除靜電的方法很多，對有防靜電環境要求的潔凈室工程施工常用以下幾種方法：

（一）選用合適的材料

      采用不易產生靜電或產生靜電后能較快泄漏的材料，多種材料使用時應選用在電序列表中位置接近的材料。

      所有的材料均可歸入電的導體或電的絕緣體。導體是電流能夠通過的材料，絕緣體是電流不能通過的材料。

      而導體由于其本身的電特性——電阻率——有著很大的差異，又可進一步將導體分為良導體（即通常的導體）和不良導體（即耗散材料），兩者均具有維持電流的能力而區別于絕緣體。下面用圖1來表達良導體（導體）、不良導體（耗散材料）和絕緣體的區別。

圖1 導體、耗散材料和絕緣體的電阻率

      圖中，Ω?cm是電阻率的測量單位，它的定義是一個邊長1m的立方體樣本維持單位電流所需的電壓值。

      圖中，Ω/sq是表面電阻率的測量單位，表面電阻率是電流通過材料的表面而不是整體，其定義是單位電流通過正方形材料樣本所需的電壓。

1. 導電材料

      導電材料是指表面電阻率＜1×10⁵Ω/sq或體積電阻率＜1×10⁴Ω·cm的材料。

2. 耗散材料

      耗散材料的表面電阻率≥1×10⁵Ω/sq,但＜1×10¹²Ω/sq或體積電阻率≥1×10⁴Ω?cm但＜1×10¹¹Ω?cm的材料。

      與導電材料相比，耗散材料的電荷流動速度更緩慢，但某種程度上更容易受控。耗散材料可用于ESD的控制，因其放電速度緩慢，可以避免對生產的微結構，如光刻工藝造成的ESD損傷。

      ESD是靜電放電的英文縮寫，全文為Electrostatic Discharge。

      上面提到的靜電引力和污染控制問題只是靜電造成的負面影響的一個方面，另外，靜電電荷從一個物體到另一個物體的釋放也會造成靜電損傷。靜電放電可以表現為電過載（電壓擊穿）或瞬時釋放能量的（大電流）放電形式使產品受到實質性的損傷。

3. 絕緣材料

      絕緣材料是表面電阻率大于1×10¹²Ω/sq或體積電阻率大于1×10¹¹Ω?cm的材料。絕緣體消散靜電的能力很差，甚至可以忽略不計。因此，對特別好的絕緣體，如石英、特氟綸等接地不會起到任何作用。

      對導電材料和耗散材料接地是潔凈室內控制靜電非常重要的一步，但對絕緣材料而言接地卻無幫助。

（二）接地

      接地是帶電導體消除靜電最為普遍、經濟、簡便、可靠的方法。

1．潔凈室內可能產生靜電危害的設備、流動液體、氣體或粉體管道應采取防靜電接地措施。

2. 電子工業潔凈室的圍護結構（吊頂、地面、墻、柱）應采用防靜電裝飾，可以抑制塵埃的帶電吸附。

3. 工藝設備接地。

4. 辦公設備應采用能防靜電的材料制成并接地；

5. 工作人員應穿戴防靜電的無塵衣、鞋、帽、手套，腕帶等；

6. 凈化空調系統的送、回風口和風管管壁是易于產生靜電的部位，在防靜電環境中，這些部件的材料除了使用導電材料外還應接地。

（三）中和

      將帶電體（靜電）周圍的空氣離子化后，帶電的離子在電磁場作用下發生遷移，帶電體吸引異性電荷達到中和而消除靜電。

      靜電消除器是一種能產生電子和離子的裝置，它產生的電子、離子與帶電體上的異性電荷中和，從而消除靜電。絕緣材料表面所帶的靜電荷、空氣中的靜電荷必須用靜電中和的辦法來消除。靜電消除器種類很多，圖2是用來電離空氣，使其產生的電子、離子中和帶電體的靜電荷的“靜電消除器”。

圖 2 靜電消除器

      其作用原理如圖3所示

圖3 雙極空氣離子化對表面電荷的中和

(四) 濕度控制

      在眾多消除靜電的方法中，室內濕度控制也被認為可以用來減少和消除潔凈室靜電的一種方法。通過在環境中保持高的相對濕度，在該區域內物體的表面將形成薄薄的濕氣層，利用這一薄層來提供導電的通道，使得可能產生的電荷流過該濕氣層耗散靜電荷。另外，通過薄薄的濕氣層可以增加物體表面的潤滑性，摩擦生電也將減少。一般來說，濕度越低，產生的電荷越多。但是資料表明，甚至在濕度高時也會產生顯著的靜電電壓（見表1］）。

表1 濕度高時也會產生顯著的靜電電壓

      而且,在高濕度環境中，生產人員可能會感覺十分不舒服，零部件可能生銹，并產生可焊性問題。企圖用濕度控制來消除靜電的方法顯然是高耗費的，尤其在干燥地區更是如此。