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MEMS制程中的潔凈度如何控制

欄目：MEMS工藝分析

什么是潔凈室?

潔凈室是一個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)，貝爾實驗室（Bell Labs）在1960年左右將首個無塵室引入半導(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器件進行封裝，保護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。

潔凈室如何實現(xiàn)？

要實現(xiàn)不同程度的潔凈，Fab通常需要制備復(fù)雜的系統(tǒng)，有點類似于目前家裝中的新風(fēng)系統(tǒng)，通過進氣和排氣中間加上過濾實現(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散。通過控制氣流的流向和速度，可以實現(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?？諝膺^濾器）來實現(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?？赡苁亲钪饕奈廴疚铮紦?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)注點之一，其占比可能在5%至20%之間。

進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入無塵室的，因為掉落的皮屑很可能會造成器件污染。

粘塵墊處理有講究——在進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起，確保達(dá)到除塵效果。

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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，在制造芯片時，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實驗室制造線的統(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。

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