超净间(clean room)是指将一定空间范围内之空气中的微粒子控制在某一需求范围内,不论外在之空气条件如何变化,其室内均能具有维持原先所设定要求之洁净度、温湿度及压力等特性。
超净间并非简单的净化环境,还需要配合过渡间(更衣间)、过渡间、风淋室、工作间和传100 m2体积内≥0.5μm的微尘数目不大于100个,各级的超净间的具体定义,评判标准划递间等。超净间以≥0.5μm微尘粒子数目字以10的幂次方表示,如100级超净间定义为在分如表9-34所示。
表9-34 超净间评判标准划分
集成电路的制造需要在超净的环境下进行,举个简单的例子:集成电路的栅极大小在0.026~0.8μm之间,一个0.5μm的微尘落在这个栅极上足以使得一个MOSFET失效或造成可靠性的问题。同时,微尘的大小和密度直接影响IC的良率Y:
式中,D就是缺陷密度(defect density),这里面就包含了超净间里微尘带来的硅片缺陷。A为芯片面积(die size),n为加权关键工艺参数,n反映集成电路制程的综合工艺质量水平。显然,D越高,Y值越小。如图9-105所示,同样大小的硅片、同样的IC单元(Die)图9-105(c)的微尘造成的良率就要低一些。
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图9-105 芯片面积对良率的影响
(a)Y=28/32=87.5%(b)Y=?(c)Y=?
超净间的空调与过滤系统由空调箱经风管与超净间内之空气过滤器进入超净间,并由超净间两侧隔间墙板或高架地板回风。净化空调的结构包括:组合式净化空调机组、洁净送风管道、洁净回风管道、送风静压箱、高效过滤器、多孔扩散板、超净间吊顶、超净间隔断、百叶回风口和新风口。目前流行的传递超净间设计常采用洁净管道(clean tube)设计:将产品流程经过的自动生产线包围并净化处理,将洁净度等级提至100级以上。因产品和作业员及发尘环境相互隔离,少量之送风即可得到良好之洁净度,可节省能源,对于生产人员所处的环境的超净要求也无需过于苛刻,最适宜半导体业界使用。
超净间系利用HEPA、ULPA过滤空气,其尘埃的收集率达99.97%~99.99995%之多,因此经过此过滤器过滤的空气可说十分干净。然而超净间内除了人以外,尚有机器等发尘源,这些发生的尘埃一旦扩散,即无法保持洁净空间,因此必须利用气流将发生的尘埃迅速排出室外。超净间内的气流是左右超净间性能的重要因素,风速的提高将影响运转成本的增加,所以应在满足要求的洁净度水准之时,能以最适当的风速供应,以达到适当的风速供应以达到经济性效果,一般超净间的气流速度是选在0.25~0.5 m/s之间。超净间的构成包括天花板系统、空调系统(包括空气舱、过滤器系统、风车等)、隔墙板(包括窗户、门)、地板、照明器具(光刻间照明需用黄灯)。超净间的建筑主体构造虽然也是常用的钢筋骨水泥,但选择的材料较为苛刻,应满足建材不会因温度变化与振动而发生裂痕、不易产生微尘粒子,且很难附着粒子、吸湿性小,并且为了维持室内之湿度条件,热绝缘性要高。(见表9-35、表9-36)。
表9-35 晶片表面污染源的种类、来源及影响
表9-36 1C工艺对洁净度的要求
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