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MEMS制程中的洁净度如何控制

栏目：MEMS工艺分析

什么是洁净室?

洁净室是一个受到高度控制的空间，旨在最大程度地减少尘埃、微生物、化学气体和其他空气污染物的存在，是一个对冷热、噪声、照度、静电、微振都有相当要求的多功能的综合体，以确保MEMS器件的制造过程能够达到所需的洁净度标准。

洁净室的历史？

无尘室的概念最初由美国斯坦福大学的物理学家Willis Whitfield在1950年代提出。然而，最早的无尘室实际应用是在1960年前夕，由于NASA（美国国家航空航天局）和航空航天工业对洁净环境的需求，特别是在航天器装配和测试过程中的需求。在半导体行业，贝尔实验室（Bell Labs）在1960年左右将首个无尘室引入半导体制造过程中。他们为了降低芯片生产过程中的缺陷率，开始采用无尘室技术。后来，其他公司如IBM、英特尔（Intel）等也紧随其后，开始建立自己的无尘室生产线。

后来，随着半导体行业的迅速发展，对无尘室的需求不断增加。在这个阶段，许多半导体制造商开始在全球范围内建立大规模的无尘室生产线，以应对日益严格的洁净度要求。目前，无尘室的应用逐渐扩展到了其他高技术产业，包括医药、生物技术、医疗器械、光电子、食品加工等领域。

洁净室的标准？

洁净室（Clean Room）:具体的功能是控制微粒污染。Fab厂往往按照ISO 14644-1的标准建立，具体分成一级、二级、三级到九级等，等级数越低，颗粒越少。

不同制程对应的洁净度要求？

在MEMS厂中，不同工艺车间对应的洁净度等级通常根据ISO 14644标准进行分类和评估。

光刻车间：光刻车间通常是MEMS制造中最关键的一个工艺步骤，因此对洁净度要求非常高。一般来说，光刻车间的洁净度等级可能达到ISO 14644-1标准中的Class 3或更高级别。

沉积/刻蚀车间：在沉积和蚀刻工艺中，洁净度要求相对较高，以确保沉积和蚀刻过程中不会引入外部杂质。这些车间通常符合ISO 14644-1标准中的Class 3至Class 4（十级）级别。

清洗车间：清洗车间用于清洗制造过程中的器件和基板，以去除残留的杂质和化学物质。由于洁净度要求较高，以确保清洁过程不会引入新的污染，因此清洗车间通常符合ISO 14644-1标准中的Class 4（十级）至Class 5（百级）。

封装车间：封装车间用于对MEMS器件进行封装，保护器件并提供外部连接。封装车间的洁净度要求相对较低，因此可能符合ISO 14644-1标准中的Class 5（百级）至Class 6（千级）。

测试车间：测试车间用于对封装后的MEMS器件进行性能测试和质量控制。由于测试过程不会直接影响器件的制造和封装，因此洁净度要求相对较低，通常符合ISO 14644-1标准中的Class 6（千级）或更低级别。

洁净室如何实现？

要实现不同程度的洁净，Fab通常需要制备复杂的系统，有点类似于目前家装中的新风系统，通过进气和排气中间加上过滤实现。通常，Fab中的气压要高于外界大气压，以免污染物自发流入污染。

洁净室一般需要大量的空调系统通过高效空气过滤器（High Efficiency Particulate Air filter，HEPA）对空气进行过滤，并控制相应温湿度（洁净室温度为20～26℃，湿度小于70％。不同工艺车间的洁净度要求通过不同的系统来实现。对于洁净度要求较高的区域，通常采用ULPA（超低渗透率空气过滤器）系统，即采用水平或垂直单向层流以及控制人员数量，这种气流形式有助于保持空气中微粒的分布均匀，并最大程度地减少微粒在空间中的扩散。通过控制气流的流向和速度，可以实现更加稳定和均匀的层流气流。对于其他车间要求，通常采用HEPA（高效颗粒空气过滤器）来实现，即通过简单的乱流即可。

为了防止外界污染侵入对洁净室，需保证室内静压高于外界静压，压力差的维持应符合以下原则：（1）洁净室高于非洁净区域；（2）洁净度高的房间静压高于临近的洁净度低的房间；（3）相通的洁净室的门要开向洁净等级高的区域。

二、人员

固体颗粒：

来源：固体颗粒主要来自工作环境中的灰尘、纤维、金属颗粒等。

占比：在某些制造过程中，固体颗粒可能是最主要的污染物，占据相当大的比例。通常情况下，这可能占据总污染物的30%至70%。

液体颗粒：

来源：液体颗粒包括溶剂、油脂、水分等，可以通过空气中的气溶胶形式存在。

占比：液体颗粒的占比取决于生产过程中的使用情况，通常情况下，其占比可能在10%至30%之间。

气体污染物：

来源：气体污染物主要来自工作过程中使用的化学品、挥发性有机化合物（VOCs）、气体反应产物等。

占比：在某些情况下，气体污染物可能是主要的污染源之一，其占比可能在10%至30%之间。

微生物污染：

来源：微生物污染可能来自人员、空气、水源等，特别是在医疗、制药等领域。

占比：在需要极高洁净度的场所，微生物污染可能成为主要关注点之一，其占比可能在5%至20%之间。

进入无尘室的工作人员首先要保证自身的清洁度，所以勤洗澡也是对无尘室工作人员的要求之一。本身患有严重皮肤病、有外伤的人员原则上是禁止进入无尘室的，因为掉落的皮屑很可能会造成器件污染。

粘尘垫处理有讲究——在进入更衣室更换防尘服前，工作人员必须走过粘尘垫，将鞋底的灰尘粘掉。而撕掉粘尘垫也是有讲究的：要先将粘尘垫四个角慢慢地与下面的垫子分离，然后向中间靠拢，将灰尘都包裹在里面，向内折叠薄膜，直到它小到可以丢弃为止。这样做才能尽可能保证附在粘尘垫上的灰尘不会扬起，确保达到除尘效果。

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无尘服“全副武装”——要想做到“一尘不染”，工作人员还必须“全副武装”穿戴无尘服、面罩、鞋套等装备。其实，在制造芯片时，为防止衣物绒毛磨损芯片，英特尔从1973年起就要求研究员们统一服装。据悉，Intel实验室制造线的统一着装名为“兔子服（Bunny Suit）”，如今的样式已经很像是太空服，极具科幻感。90年代“兔子服”增加了更高级的面罩，还因在奔腾II MMX处理器广告中而被世人熟知。

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