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洁净室的布局
传统的洁净室布局是舞厅式的设计。它由各个工艺隧道向中央走廊敞开的方式组成。现代设计是由一些小型局部洁净车间或主要工艺区域围绕着一个中心地区组成，而由中心地区提供物料和人员。 这种规划一般设计为两层，厂房第一层安置厂务设备与物料，第二层是加工车间。 现在有一种三层加工车间的概念，厂务设备分装在第一、二层，这种方法的优点就是降低整体厂房占地面积。
洁净室的建设
净化空气方法的选择是洁净室设计的首要问题。每个洁净室都要在洁净程度与建造费用中找到平衡。不论最终的设计如何，每个洁净室的建造都有其基本原则。主要是需要有一个封闭的房间，由非污染物建造并能提供洁净的空气，还包括可以防止由外界或操作人员带入的意外污染。
建筑材料
洁净室的所有建造材料都由不易脱落的材料建造。这包括墙壁、工艺加工设备材料和地板。所有的管道孔都要密封，甚至灯丝都要有固态封罩。另外, 设计还要减少平滑的表面以减少灰尘的沉积，由此，不锈钢材料就广泛地被用于制造工作台。
洁净室要素
洁净室的设计和操作过程都必须防止外界污染的入侵。图5.15 显示了一个典型的加工工艺区域的规划图。有九种控制外界污染的技术，它们是：
1. 粘着地板垫
2. 更衣区
3. 空气压力
4. 空气淋浴器
5. 维修区
6. 双层门进出通道
7. 静电控制
8. 净鞋器
9. 手套清洗器
粘着地板垫。 在每个洁净室入口处放置一块带有粘性地板垫，它可把鞋底的脏物粘住，并保留下来。在有些洁净室里，整片地板的表面都被处理过以收集脏物。大多地板垫都分许多层，当上一层变脏后，可撕掉而露出下一层。
图 5.15 FAB区域及更衣区, 空气淋浴, 维修区
Factory工厂
Lockers存储柜
Bench板凳
Gowning Area更衣区
Air Shower空气淋浴
Service Aisle维修区
Access to Maintain Equipment 维修设备入口
Fab Area FAB区域
Pass-through for Chemicals化学品进出通道
Service Aisle维修区
更衣区。 洁净室的重要部分是更衣区或前庭。这个区域是洁净室与厂区的缓冲部分，这个区域通常通过天花板中的HEPA过滤器提供空气。在这个区域，工作人员的洁净服存储在贮衣箱内。并且工作人员在此区域换上洁净服。这个区域的洁净度控制应依据不同的洁净室的洁净度而不同。但大多数工厂采用与洁净室相同的要求。此区域利用长凳分为两部分，工作人员在一侧穿上洁净服，而在长凳上穿戴鞋套，这样做目的是保持长凳与洁净室的区域更干净。
一个好的洁净室的管理程序要求厂区和洁净室的之间门永远不能同时打开，目的是洁净室不能暴露于厂区的污染环境中。洁净室的管理还包括洁净室物品与衣物的管理，包括进入物与禁入物清单，而有些区域还在走廊提供更衣柜，等等。
空气压力。 平衡洁净室、更衣间和厂区之间的压力也是设计中主要的部分。优秀的厂房设计要求三个区域的空气压力要平衡，已达到洁净室的空气压力最高，更衣间次之，而厂区和走廊最低。当洁净室的门打开时，相对的高压可防止空气灰尘进入。
风淋室。 洁净室设计的最后部分是在洁净室与更衣间之间建造一个风淋室。洁净室工作人员进入淋浴间，高速流动的空气吹掉洁净服外面的颗粒。并且风淋间装有互锁系统，防止前后门同时打开。
维修区。 洁净室实际上是一系列房间，这一系列的每一间都是作为洁净室的维修区域。中央是工艺洁净室，周围是维修区，按照指定的洁净级别维护，一般来讲要求它的洁净级别数高于洁净室（译者：洁净度低）。通常维修区域的级别为1000或 10000级，这里包括工艺化学品传输管道、电缆和洁净室物品。主要工艺设备装于墙后的维修区内，面对洁净室，这样可使技术员在洁净室外维护设备，而不必进入洁净室。
双层进出通道。维修区还可做为次洁净室来贮存物料和供给，它们通过双层进出通道进入洁净室，这可保持洁净室的洁净度。进出通道可以是一个双层门的盒子，或者是供给正压过滤空气, 并有防止进出门同时打开的互锁装置。通常进出通道装有HEPA过滤器，所有进入洁净室的物品与设备都须在进入前经过净化。
静电控制。次微米级晶圆集成电路越密，就越容易收到静电吸附到晶圆表面的较小微粒的影响。 静电可产生于晶圆、存储盒、工作台表面与设备上。这些物体表面可产生高达50000伏的静电电压，它可从空气和工作服中吸附尘埃。这些尘埃可污染到晶圆，而且静电吸附的颗粒很难用标准的刷或湿洗的方法去除。
图 5.16摩擦电荷序列（混合电路技术手册, Noyes出版）
Increasingly Positive正电荷增加
Increasingly Negative负电荷增加
Air空气
Human Skin皮肤
Glass玻璃
Human Hair头发
Nylon 尼龙
Wool毛制品
Lead石墨
Aluminum铝
Paper纸
Steel钢
Cotton棉制品
Steel钢
Hard Rubber硬橡胶
Nickel-copper镍铜合金
Brass-silver铜银合金
Synthetic Rubber合成橡胶
Polyurethane聚亚安酯
Polypropylene 聚丙稀PVC聚稀氯乙稀
Silicon硅
Teflon聚四氟乙烯
大多数静电都是由摩擦产生。当两个原本为一体的物体分开时就会产生静电。物质一面因损失电子而带正电，另一面因得到电子而带负电。图5.16表示了在洁净室中的物质经过摩擦后而产生的正负静电表9。
静电还会对电子元器件的性能有影响。特别是对MOS栅级的电介质层的影响。静电放电电流（ESD）会产生高达10安培的电流。这种级别的ESD可损坏MOS管与电路。ESD对元件的封装区域也有特别的影响，这样就要求在敏感的元器件，如大矩阵内存的加工和运输中采用防静电装置。
光刻掩膜工艺的掩膜版对ESD也非常敏感。放电可汽化并损坏镀铬掩膜层。
有些设备故障也与静电有关，特别是机械手、晶圆传送器、测量仪器。晶圆通常是由PFA材料制的机械手送入设备中。这种材料是防化学腐蚀的，但不导电。静电存在晶圆里，但无法从机械手散失。当机械手靠近设备的金属部分时，晶圆表面的静电就会对设备放电，产生的电磁干扰就会影响设备的正常工作。
静电控制包括防止静电堆积和防止放电两种技术（图5.17）。防静电堆积技术包括使用防静电物质制造的工作服和使用加工时的存储盒。 一些区域中，在墙壁中使用防静电物质来防止静电的堆积，在墙壁表面涂上中和物质来达到此目的。通常, 这项技术不用于重要的工艺车间，因为中和物质一般会产生污染。
图 5.17静电消除技术
Ionizing Grid电离栅板
Air Flow空气流
VLF Station空气层流立式工作台
Grounded Wrist Strap接地腕带
In Line Ionizing Unit在线电离件
Grounded Mat接地站垫
放电技术包括使用电离器和使用静电接地带。电离器一般置于HEPA过滤器的下面, 中和在过滤器上堆积的静电。有时还置于氮气吹扫枪中起相同的作用。有些工作台还装有手提式电离器，向加工中晶圆吹送离子空气。静电放电还通过为操作员带上接地腕带，在重要的工艺工作台使用接地垫，使工作台本身接地。最先进的加工厂有一套复杂的静电控制程序，包括防止静电累积、防止静电放电、操作人员培训和第三方监督等。
净鞋器。在所有的污染控制区，最脏的是地板。在进入洁净室的门口，净鞋器利用旋转的毛刷来去除鞋侧与鞋套的灰尘。一般的净鞋器带有内置的真空系统来收集刷落的颗粒，还有收集袋来收集灰尘。10
手套清洗器。在加工区保持使用洁净的手套也是一个问题。有一种方法是当手套被污染时，应要求操作员立即废弃手套。但是有些污染无法用肉眼看到，所以操作员废弃手套的决定就因人而异。另外也可规定在每次换班时必须换手套，但这使得费用升高。有些加工厂使用手套清洗器，在密闭的空间内清洗并烘干手套。11
人员产生的污染
洁净室工作人员是最大的污染源之一。即使一个经过风淋的洁净室操作员，当他坐着时，每分钟也可释放十万到一百万个颗粒。12当人员移动时，这个数字还会大幅增加。当一个人以每小时两英里的速度走动时，他每分钟会释放高达五百万个颗粒，这些颗粒都是来自坏死的头发和脱落的皮肤。其它的颗粒源还有喷发胶、化妆品、染发和暴露的衣服。图5.18列出了从不同的操作人员的动作中产生的污染物的水平。13
普通的衣服，即使在洁净服内，也会给洁净室增加上百万个微粒。在洁净度非常高的洁净室内，操作员只能穿用无脱落材料而且编织紧密的衣服。而用毛线和棉线编织的服装则被禁止，而且洁净服要制成高领长袖口的。
人类的呼吸也包含着大量的污染，每次呼气向空气中排出大量的水汽和微粒。而一个吸烟者的呼吸在吸烟后在很长时间里仍能带有上百万的微粒。而体液，例如含钠的唾液也是半导体器件的主要杀手。健康的人是许多污染的污染源，而病人就更加严重了。特别是皮疹与呼吸传染病患者还会产生额外的污染源。一些制造厂对患特定病症的工作人员进行另行安排。
从总体来看，唯一使工作人员适于洁净室工作的可行的办法是把人员完全包裹起来。而且洁净室工作人员的洁净服材料因洁净度的要求不同而不同。对一个典型的洁净区（图5.18）服饰材料应不易产生脱落，并且含有导电的纤维以对释放静电。一般使用材料为聚酯与GORETEXTM。还要要求权衡材料的过滤能力与操作员穿戴的舒适度。与手套一样，重新清洗还是一次性废弃，在洁净服的使用中也是难以抉择，大多数ULSI加工厂发现可以再利用的洁净服，即使有一定的清洗费用，也可降低整体费用14。
身体的每一部分都要被罩住。头部要用内帽来罩住头发，外面再套一层外罩，外罩的设计与脸部相适合，并带有披肩，以确保用工作服盖住披肩以压住头罩。面部用面罩来罩住，面罩有各种式样，从手术医师式到完全的滑雪式。在一些洁净室，内部与外部面罩同时使用。眼睛也是产生液态微粒的主要来源，用带有侧翼的眼镜盖住（通常是安全眼镜）。在控制污染非常重要的区域，操作人员带有完全防护罩，可完全盖住头和脸部。以宇航服的头套为模型，衣服可接有过滤带、吹风机和真空系统。新鲜空气由真空泵提供，而过滤器保证呼出气体的污染物不被吹进洁净室。15
图 5.18 引发微粒增加的活动(混合电路技术手册, Noyes出版)
Normal Breath正常呼吸
No Particles无微粒
Smoker’s Breath after Smoking吸烟后吸烟者的呼吸
Sneezing喷嚏
Sitting Quietly 安坐
Rubbing Hands On Face手摩擦脸
Walking步行
Stamping Foot on Floor用脚跺地板
完全罩住身体的服装（巴尼服），可罩住腿、胳膊和脖子，设计较好的工作服要把拉锁也盖住，而且没有外面的口袋。
脚也用鞋套盖住，有的还带有连到小腿的护腿。在对静电敏感的区域，还有静电带用以释放放静电电压。
手要至少带上一副手套。大多使用是医用型 PVC 手套，这种手套的触觉感觉舒适。操作化学品时使用的手套的材料有桔红色的橡胶手套（防酸），绿色的氰橡胶手套（防溶剂）和银色的多层PVA手套。（防特殊溶剂）16。有些区域，内部可戴一副棉质手套以便穿戴舒适。手套应拉长压住袖口，防止使手臂上的污染物进入洁净室。
皮肤脱落物可用特制的润肤品进一步控制，这种润肤品能够使皮肤湿润，但它不能包含盐分和氯化物。
总之，穿衣的顺序应该是从头向下穿，这样处理是使在上一步所扬起的灰尘用下一部位的服饰盖住。而最后带上手套。控制来自洁净室的工作人员污染的特殊洁净服装与穿戴程序是众所周知的，不过最有效的预防手段就是对操作人员的培训和操作人员的落实情况。区域中工作人员对洁净室的纪律要求很容易松懈，而使洁净室的污染度升高。
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