洁净室静电的消除

      静电是最难控制的因素之一，静电可以使半导体器件生产中的废品增多、降低电子设备的可靠性。实践证明，在半导体器件的制造和测试过程中、在运输和贮存中、设备的安装和调试以及使用过程中，半导体器件都可能受到静电的作用。因此在半导体器件的生产中，实际上所有的制造阶段都需要防止静电对器件的作用。

      消除静电的方法很多，对有防静电环境要求的洁净室工程施工常用以下几种方法：

（一）选用合适的材料

      采用不易产生静电或产生静电后能较快泄漏的材料，多种材料使用时应选用在电序列表中位置接近的材料。

      所有的材料均可归入电的导体或电的绝缘体。导体是电流能够通过的材料，绝缘体是电流不能通过的材料。

      而导体由于其本身的电特性——电阻率——有着很大的差异，又可进一步将导体分为良导体（即通常的导体）和不良导体（即耗散材料），两者均具有维持电流的能力而区别于绝缘体。下面用图1来表达良导体（导体）、不良导体（耗散材料）和绝缘体的区别。

图1 导体、耗散材料和绝缘体的电阻率

      图中，Ω▪cm是电阻率的测量单位，它的定义是一个边长1m的立方体样本维持单位电流所需的电压值。

      图中，Ω/sq是表面电阻率的测量单位，表面电阻率是电流通过材料的表面而不是整体，其定义是单位电流通过正方形材料样本所需的电压。

1. 导电材料

      导电材料是指表面电阻率＜1×10⁵Ω/sq或体积电阻率＜1×10⁴Ω·cm的材料。

2. 耗散材料

      耗散材料的表面电阻率≥1×10⁵Ω/sq,但＜1×10¹²Ω/sq或体积电阻率≥1×10⁴Ω▪cm但＜1×10¹¹Ω▪cm的材料。

      与导电材料相比，耗散材料的电荷流动速度更缓慢，但某种程度上更容易受控。耗散材料可用于ESD的控制，因其放电速度缓慢，可以避免对生产的微结构，如光刻工艺造成的ESD损伤。

      ESD是静电放电的英文缩写，全文为Electrostatic Discharge。

      上面提到的静电引力和污染控制问题只是静电造成的负面影响的一个方面，另外，静电电荷从一个物体到另一个物体的释放也会造成静电损伤。静电放电可以表现为电过载（电压击穿）或瞬时释放能量的（大电流）放电形式使产品受到实质性的损伤。

3. 绝缘材料

      绝缘材料是表面电阻率大于1×10¹²Ω/sq或体积电阻率大于1×10¹¹Ω▪cm的材料。绝缘体消散静电的能力很差，甚至可以忽略不计。因此，对特别好的绝缘体，如石英、特氟纶等接地不会起到任何作用。

      对导电材料和耗散材料接地是洁净室内控制静电非常重要的一步，但对绝缘材料而言接地却无帮助。

（二）接地

      接地是带电导体消除静电最为普遍、经济、简便、可靠的方法。

1．洁净室内可能产生静电危害的设备、流动液体、气体或粉体管道应采取防静电接地措施。

2. 电子工业洁净室的围护结构（吊顶、地面、墙、柱）应采用防静电装饰，可以抑制尘埃的带电吸附。

3. 工艺设备接地。

4. 办公设备应采用能防静电的材料制成并接地；

5. 工作人员应穿戴防静电的无尘衣、鞋、帽、手套，腕带等；

6. 净化空调系统的送、回风口和风管管壁是易于产生静电的部位，在防静电环境中，这些部件的材料除了使用导电材料外还应接地。

（三）中和

      将带电体（静电）周围的空气离子化后，带电的离子在电磁场作用下发生迁移，带电体吸引异性电荷达到中和而消除静电。

      静电消除器是一种能产生电子和离子的装置，它产生的电子、离子与带电体上的异性电荷中和，从而消除静电。绝缘材料表面所带的静电荷、空气中的静电荷必须用静电中和的办法来消除。静电消除器种类很多，图2是用来电离空气，使其产生的电子、离子中和带电体的静电荷的“静电消除器”。

图 2 静电消除器

      其作用原理如图3所示

图3 双极空气离子化对表面电荷的中和

(四) 湿度控制

      在众多消除静电的方法中，室内湿度控制也被认为可以用来减少和消除洁净室静电的一种方法。通过在环境中保持高的相对湿度，在该区域内物体的表面将形成薄薄的湿气层，利用这一薄层来提供导电的通道，使得可能产生的电荷流过该湿气层耗散静电荷。另外，通过薄薄的湿气层可以增加物体表面的润滑性，摩擦生电也将减少。一般来说，湿度越低，产生的电荷越多。但是资料表明，甚至在湿度高时也会产生显著的静电电压（见表1］）。

表1 湿度高时也会产生显著的静电电压

      而且,在高湿度环境中，生产人员可能会感觉十分不舒服，零部件可能生锈，并产生可焊性问题。企图用湿度控制来消除静电的方法显然是高耗费的，尤其在干燥地区更是如此。