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洁净工厂的静电污染控制

在洁净室中，由于静电的**影响，很难将产品的质量和产量维持在一个较高的水平上。未能对静电进行有效控制，会导致微粒污染，静电放电（ESD）以及设备故障等问题。
静电吸引（ESA）会造成关键性产品和设备的表面污染增加，从而导致产品出现瑕疵并增加维护费用。静电释放会直接损害到半导体、医疗设备以及薄膜类产品，同时也会妨碍生产设备的操作性能。
本文探讨的是由于静电而导致的种种问题，及其在洁净室内是如何地不可避免。但是，静电是有办法控制的，其中就包括使用空气净化离子发生器。这将通过几个工业上的例子来进行论述。

静电问题
现代的过滤技术可以防止绝大部分的外部粉尘进入洁净室。但是，在洁净室内部，粉尘依然会在工作人员，生产设备以及部分生产过程中产生。令人遗憾的是，通常所有的这些粉尘源都比较靠近产品。如果物体表面带了静电，由于静电吸引就会吸附在洁净室层流中传播的粉尘。亚微米级的尘粒会影响到高科技产品的质量，它们一旦被吸附，产品表面就很难**。
粉尘缺陷在半导体、磁盘驱动器和FPD产业中臭名昭著。它们会导致组件报废或者损害磁头和磁盘介质。一个平面显示器很可能因为单单一个带静电的尘粒而被破坏掉。对于医疗设备，带静电的尘粒在其质量上所带来的后果可能会更为严重。在医疗、制药、食品加工还有其他生命科学行业中，还必须考虑吸附在尘粒上的微生物的影响。
除了会使洁净室中的除尘变得更加困难外，静电还会带来其他的生产问题。未加控制的静电传导——静电放电——会直接对产品产生危害。危害到半导体、磁盘零部件、医疗设备以及多种类型的薄膜和涂层。

一个硬盘生产线上的除静电离子风机

静电放电也会产生电磁干扰（EMI）现象。这将会妨碍到产品设备（特别是基于微处理器的机器人技术）的正常工作。发生在某部分设备上的静电放电，也可能会影响到附近其他设备的运转，这样就很难找出问题出在什么地方。
一个**的污染控制流程，必须将静电问题作为洁净室污染的一种类型，将其测量和处理纳入其中。

静电定义
静电的产生是不可避免的。在洁净室里面使用绝缘材料会让许多带静电的物体在很长的一段时间内都保留着它所带的电荷。而电荷又可以通过接触（静电放电）或者电荷感应传递给其他的物体。
解决大多数的静电问题都需要采用一个或者一个以上的静电控制方法。而对于关键的应用问题，则要求有一个经过精心设计的静电控制程序。

洁净室的静电控制
在处理静电问题上存在着各种各样的方法。现代的洁净室环境广泛地使用了接地技术，其中使用具有导电性和静电耗散性能的材料。
接地可以防止静电的产生，并且对于带静电、孤立的且具有导电性和静电耗散性的物体，可以将静电荷从它们上面移走。静电耗散材料的电阻比导体来得要高，但比绝缘体低。他们主要是用来放缓电荷的移动过程并防止出现危险的静电放电。在洁净室内，和在产品上的使用一样，接地的方法也可以用于人，也可以用于设备。
令人遗憾的是，洁净室内使用的很多材料都是绝缘的，例如特氟隆，各种各样的塑料制品和玻璃等。绝缘物质常常也是产品本身不可缺少的一部分。这方面的例子有：镀氧化层的半导体、玻璃硬盘和显示器衬底，以及许多医疗产品等。大多数的绝缘体都很容易带电，并且会常时间地保持着带电状态，通常它们都很靠近产品甚至可能是产品的一部分。

在300mm洁净室里的顶棚离子化

洁净室避免使用诸如碳颗粒和化学添加剂的方法来让这些绝缘体具有静电耗散性能。化学喷雾和溶液也会带来污染问题。以前我们所建议采用的静电控制办法是进行湿度控制，但这显得有些太过昂贵而且低效。济后，由于在绝缘体中电荷难以转移，所以无法通过接地而将绝缘体中的静电荷移除。
中和绝缘体（和孤立导体）中的静电荷需要用到某种类型的空气净化离子发生器。只需要使用经过高度过滤的洁净室空气，离子发生器就可以产生带有正负电荷的空气离子云，无论静电荷处在洁净室的什么环境下，都可以进行中和。

空气净化离子发生器的使用
通过中和静电荷，空气离子发生器可以帮助其他的降低缺陷的方法发挥出它们的全部潜能，并提高产

量。
空气离子就是空气分子得到了或失去了一个电子而形成的。由原子能、X射线或紫外线（UV）等放射源产生的离子化射线都可以用来使空气离子化。
在洁净室里，用来产生空气离子的济常规的方法就是辉光离子化——利用高电压达到一个峰值点, 产生一个非常强的电场；这个电场让电子获得足够的能量从空气分子中脱离出来。而济终空气离子的极性则取决于峰值点处电压的极性。
当被离子化的空气和带静电的绝缘体表面接触时，带电的表面就会吸引具有相反极性的空气离子。于是，绝缘体中的静电就得到了中和。要达到中和的目的，两种极性的空气离子都是必须具有的，因为在洁净室中，两种极性的静电荷都有产生。
下面是近来两大产业中静电放电控制所呈现出来的趋势。

静电控制的发展趋势
半导体产业半导体生产行业的趋势在国际半导体技术发展报告（International Technology Roadmap for Semiconductors，简称简称ITRS）中有所体现。该这个发展报告每年十一月份公布，它表明的是现在和未来十五年内半导体制造商们在建设和运作方面的要求。关于静电控制，ITRS 2003指出：“静电在半导体生产的各个环节都会产生不利影响，导致三类基本问题。静电吸附（ESA）污染会随着尘粒的变小而显得越发严重，使得要达到缺陷密度目标变得越发地困难。静电放电（ESD）会对设备和光掩模都造成不利影响。设备尺寸特征的减小，意味着一个静电放电只需要更少的电能就可以对组件和掩模产生破坏。由于ESD及相关的电磁干扰（EMI）而导致的设备故障会降低OEE（总体设备效率），而随着设备微处理器的运行速度的加快，这一切的发生也变得越来越频繁。这三种问题在以下地方都会发生：生产裸芯片和光掩模的地方，芯片工厂中生产组件的地方，以及在封装、测试等后道工序中生产独立组件的地方。”
ITRS还包含了一些如何减少静电荷的建议，以达到预防静电问题的标准。在新的设施建设中、在新设备中，以及在现存的加工厂中都应该采纳这些建议。因为随着更新、更小技术的引进，静电的防护标准也必须相应提高，所以，在每一个半导体加工厂中都执行一套静电控制程序就显得非常重要。由静电问题而造成的损失，会比执行这些静电控制程序所需费用高十倍，甚至一百倍。
ITRS 2003推荐在建立和检验静电控制程序时,使用两个国际半导体设备和材料协会（Semiconductor Equipment and Materials International，简称SEMI）的标准。弟一：E78-1102“半导体设备静电释放（ESD）与静电吸附（ESA）评估和控制指南”，对设备生产过程中的静电控制提出建议，描述了为了保护免受静电危害而设置的产品静电灵敏度标准及其测量方法。这一条款济初是在1998年发布，后来考虑到半导体技术快速发展的要求，作了一些相应的修改。
SEMI发布的济新的文件是E129-1103：“对半导体生产设施的静电控制评估指南。”这一文件同步于ITRS 2003的静电控制建议，并针对今天100nm技术和期待在2015年可以实现的25nm技术，推荐了相应的静电标准以防护静电污染和ESD危害。
磁盘驱动器工业在磁盘驱动器产业中，静电必须加以控制，以解决同样的污染和ESD危害；然而，由ESD危害带来的问题似乎显得更为严重。
磁盘驱动器包含一个磁阻（MR）磁头，它对极低电平的静电放电非常敏感。静电必须被控制在5V以内，而对于每个可能会传递电荷给磁阻磁头的物体，包括磁头本身，要把静电电压控制得更低。
装配过程要求精细的接地技术，并要求避免金属和金属之间的接触。每个零件都必须使用可导材料或者选用静电耗散材料，并且必须可靠地接地。特别需要注意的是在使用洁净室的外套、鞋套、手套，还有手动工具时的人员接地。
空气离子发生器广泛地用来处理必要的绝缘体上的静电控制问题。也有针对工业而研制的特殊离子发生器。它利用α射线源或者传感器的反馈控制，使静电电压保持在2V或者更低的水平。据预计，将来新生代的MR头的ESD敏感性会更低。

日益复杂的问题
在磁盘介质工业中，所使用的静电控制标准方法，包括室内空气离子化和设备离子化。在这里，静电会导致污染和设备故障等问题。
这些问题只会变得越来越重要，因为随着数据密度的增加，必然要求有更多的特殊磁盘原料，而且从效益的角度来看，也要求产品设备的运行速度越来越快。

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