什么是潔凈室?
潔凈室是一個(gè)受到高度控制的空間,旨在最大程度地減少塵埃、微生物、化學(xué)氣體和其他空氣污染物的存在,是一個(gè)對冷熱、噪聲、照度、靜電、微振都有相當(dāng)要求的多功能的綜合體,以確保MEMS器件的制造過程能夠達(dá)到所需的潔凈度標(biāo)準(zhǔn)。
潔凈室的歷史?
無塵室的概念最初由美國斯坦福大學(xué)的物理學(xué)家Willis Whitfield在1950年代提出。然而,最早的無塵室實(shí)際應(yīng)用是在1960年前夕,由于NASA(美國國家航空航天局)和航空航天工業(yè)對潔凈環(huán)境的需求,特別是在航天器裝配和測試過程中的需求。在半導(dǎo)體行業(yè),貝爾實(shí)驗(yàn)室(Bell Labs)在1960年左右將首個(gè)無塵室引入半導(dǎo)體制造過程中。他們?yōu)榱私档托酒a(chǎn)過程中的缺陷率,開始采用無塵室技術(shù)。后來,其他公司如IBM、英特爾(Intel)等也緊隨其后,開始建立自己的無塵室生產(chǎn)線。
后來,隨著半導(dǎo)體行業(yè)的迅速發(fā)展,對無塵室的需求不斷增加。在這個(gè)階段,許多半導(dǎo)體制造商開始在全球范圍內(nèi)建立大規(guī)模的無塵室生產(chǎn)線,以應(yīng)對日益嚴(yán)格的潔凈度要求。目前,無塵室的應(yīng)用逐漸擴(kuò)展到了其他高技術(shù)產(chǎn)業(yè),包括醫(yī)藥、生物技術(shù)、醫(yī)療器械、光電子、食品加工等領(lǐng)域。
潔凈室的標(biāo)準(zhǔn)?
潔凈室(Clean Room):具體的功能是控制微粒污染。Fab廠往往按照ISO 14644-1的標(biāo)準(zhǔn)建立,具體分成一級、二級、三級到九級等,等級數(shù)越低,顆粒越少。
不同制程對應(yīng)的潔凈度要求?
在MEMS廠中,不同工藝車間對應(yīng)的潔凈度等級通常根據(jù)ISO 14644標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類和評估。
光刻車間: 光刻車間通常是MEMS制造中最關(guān)鍵的一個(gè)工藝步驟,因此對潔凈度要求非常高。一般來說,光刻車間的潔凈度等級可能達(dá)到ISO 14644-1標(biāo)準(zhǔn)中的Class 3或更高級別。
沉積/刻蝕車間: 在沉積和蝕刻工藝中,潔凈度要求相對較高,以確保沉積和蝕刻過程中不會引入外部雜質(zhì)。這些車間通常符合ISO 14644-1標(biāo)準(zhǔn)中的Class 3至Class 4(十級)級別。
清洗車間: 清洗車間用于清洗制造過程中的器件和基板,以去除殘留的雜質(zhì)和化學(xué)物質(zhì)。由于潔凈度要求較高,以確保清潔過程不會引入新的污染,因此清洗車間通常符合ISO 14644-1標(biāo)準(zhǔn)中的Class 4(十級)至Class 5(百級)。
封裝車間: 封裝車間用于對MEMS器件進(jìn)行封裝,保護(hù)器件并提供外部連接。封裝車間的潔凈度要求相對較低,因此可能符合ISO 14644-1標(biāo)準(zhǔn)中的Class 5(百級)至Class 6(千級)。
測試車間: 測試車間用于對封裝后的MEMS器件進(jìn)行性能測試和質(zhì)量控制。由于測試過程不會直接影響器件的制造和封裝,因此潔凈度要求相對較低,通常符合ISO 14644-1標(biāo)準(zhǔn)中的Class 6(千級)或更低級別。
潔凈室如何實(shí)現(xiàn)?
要實(shí)現(xiàn)不同程度的潔凈,Fab通常需要制備復(fù)雜的系統(tǒng),有點(diǎn)類似于目前家裝中的新風(fēng)系統(tǒng),通過進(jìn)氣和排氣中間加上過濾實(shí)現(xiàn)。通常,F(xiàn)ab中的氣壓要高于外界大氣壓,以免污染物自發(fā)流入污染。
潔凈室一般需要大量的空調(diào)系統(tǒng)通過高效空氣過濾器(High Efficiency Particulate Air filter,HEPA)對空氣進(jìn)行過濾,并控制相應(yīng)溫濕度(潔凈室溫度為20~26℃,濕度小于70%。不同工藝車間的潔凈度要求通過不同的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。對于潔凈度要求較高的區(qū)域,通常采用ULPA(超低滲透率空氣過濾器)系統(tǒng),即采用水平或垂直單向?qū)恿饕约翱刂迫藛T數(shù)量,這種氣流形式有助于保持空氣中微粒的分布均勻,并最大程度地減少微粒在空間中的擴(kuò)散。通過控制氣流的流向和速度,可以實(shí)現(xiàn)更加穩(wěn)定和均勻的層流氣流。對于其他車間要求,通常采用HEPA(高效顆粒空氣過濾器)來實(shí)現(xiàn),即通過簡單的亂流即可。
為了防止外界污染侵入對潔凈室,需保證室內(nèi)靜壓高于外界靜壓,壓力差的維持應(yīng)符合以下原則:(1)潔凈室高于非潔凈區(qū)域;(2)潔凈度高的房間靜壓高于臨近的潔凈度低的房間;(3)相通的潔凈室的門要開向潔凈等級高的區(qū)域。
二、人員
固體顆粒:
來源:固體顆粒主要來自工作環(huán)境中的灰塵、纖維、金屬顆粒等。
占比:在某些制造過程中,固體顆粒可能是最主要的污染物,占據(jù)相當(dāng)大的比例。通常情況下,這可能占據(jù)總污染物的30%至70%。
液體顆粒:
來源:液體顆粒包括溶劑、油脂、水分等,可以通過空氣中的氣溶膠形式存在。
占比:液體顆粒的占比取決于生產(chǎn)過程中的使用情況,通常情況下,其占比可能在10%至30%之間。
氣體污染物:
來源:氣體污染物主要來自工作過程中使用的化學(xué)品、揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)、氣體反應(yīng)產(chǎn)物等。
占比:在某些情況下,氣體污染物可能是主要的污染源之一,其占比可能在10%至30%之間。
微生物污染:
來源:微生物污染可能來自人員、空氣、水源等,特別是在醫(yī)療、制藥等領(lǐng)域。
占比:在需要極高潔凈度的場所,微生物污染可能成為主要關(guān)注點(diǎn)之一,其占比可能在5%至20%之間。
進(jìn)入無塵室的工作人員首先要保證自身的清潔度,所以勤洗澡也是對無塵室工作人員的要求之一。本身患有嚴(yán)重皮膚病、有外傷的人員原則上是禁止進(jìn)入無塵室的,因?yàn)榈袈涞钠ば己芸赡軙斐善骷廴尽?/span>
粘塵墊處理有講究——在進(jìn)入更衣室更換防塵服前,工作人員必須走過粘塵墊,將鞋底的灰塵粘掉。而撕掉粘塵墊也是有講究的:要先將粘塵墊四個(gè)角慢慢地與下面的墊子分離,然后向中間靠攏,將灰塵都包裹在里面,向內(nèi)折疊薄膜,直到它小到可以丟棄為止。這樣做才能盡可能保證附在粘塵墊上的灰塵不會揚(yáng)起,確保達(dá)到除塵效果。
無塵服“全副武裝”——要想做到“一塵不染”,工作人員還必須“全副武裝”穿戴無塵服、面罩、鞋套等裝備。其實(shí),在制造芯片時(shí),為防止衣物絨毛磨損芯片,英特爾從1973年起就要求研究員們統(tǒng)一服裝。據(jù)悉,Intel實(shí)驗(yàn)室制造線的統(tǒng)一著裝名為“兔子服(Bunny Suit)”,如今的樣式已經(jīng)很像是太空服,極具科幻感。90年代“兔子服”增加了更高級的面罩,還因在奔騰II MMX處理器廣告中而被世人熟知。
穿一次性鞋套
?指紋門禁
?一次更衣 脫外衣:掛在相應(yīng)標(biāo)識的衣架上
?二次更衣 戴一次性手套:超凈服袖口套緊手套,手腕不外露
? 戴一次性口罩:口鼻完全遮住
? 戴一次性頭套:頭發(fā)不外露
? 穿超凈服:先下后上,帶上帽子,包覆袖口,褲管及頭套
下擺,拉鏈拉至頂端,別好胸牌
? 穿超凈鞋:拉鏈拉至頂端,粘好貼布
?風(fēng)淋室