静电荷的不良影响使得在洁净室中维持高水平的产品质量和产量更加困难。无法控制静电荷会导致颗粒污染，静电放电（ESD）损坏和设备问题。

静电吸引（ESA）增加了关键产品和设备表面的污染，从而导致缺陷并增加了维护成本。静电放电会直接损坏半导体，医疗设备和薄膜产品。它还会干扰生产设备的运行。

本文探讨了由静电荷引起的问题，以及如何避免在洁净室中产生电荷。但是有控制静电的方法，包括使用空气电离器，将通过一些行业的实例进行讨论。

静电问题

现代过滤技术可防止大多数外部颗粒进入洁净室。但是，人员，生产设备和生产过程的各个部分仍会在洁净室内产生颗粒。不幸的是，所有这些颗粒源通常都靠近产品。如果表面带电，则ESA会吸引并保持颗粒，否则这些颗粒会残留在洁净室的层流中。一旦影响到高科技产品，亚微米尺寸的颗粒就很难去除。

颗粒缺陷在半导体，磁盘驱动器和FPD工业中是众所周知的。它们会导致设备故障或磁头和磁盘介质损坏。平面显示屏可能会被单个吸引静电的粒子破坏。静电吸引颗粒对医疗设备质量的影响甚至会更加严重。医疗，制药，食品加工和其他生命科学行业必须考虑附着在颗粒上的微生物。

除了使清除洁净室中的颗粒更加困难之外，静电荷还会引起其他生产问题。静电荷的不受控制的转移（静电释放或ESD事件）会直接损坏产品。半导体，磁盘驱动器组件，医疗设备以及许多类型的薄膜和涂层将被损坏。

ESD事件还会产生电磁干扰（EMI），电磁干扰（EMI）会中断生产设备（特别是基于微处理器的机器人）的运行。一件设备中的ESD事件可能会影响附近其他设备的操作，从而使问题的根源难以定位。

全面的污染控制程序必须包括将静电荷作为一种洁净室污染处理的措施。

静电荷产生

每当两个紧密接触的表面分开时，一个表面失去电子并带正电，而另一个表面获取电子并带负电。这称为摩擦带电。材料是否保持带电取决于其电导率和电荷流向地面的路径的可用性。

静电荷也会通过感应产生。一个物体上的静电荷可以在另一个物体的表面上产生或“诱导”相反极性的电荷。这些感应电荷会吸引颗粒，并且与地面接触会导致破坏性的ESD事件。

但是不可避免地会产生静电荷。在大多数生产区域中，不可能防止材料之间的接触或摩擦。洁净室中使用绝缘材料可确保许多带电物体长时间保持带电状态。电荷可以通过接触（ESD）或感应转移到其他物体。

解决大多数静态问题将需要一种或多种静态控制方法。关键应用将需要精心设计的静态控制程序。

洁净室静电控制

已经开发出多种方法来处理静电荷。现代无尘室环境大量使用带有导电和静电耗散材料的接地。

接地可防止产生静电荷，并将静电荷从已带电的隔离导电或静电耗散材料中清除。静电耗散材料的电阻高于导体，但电阻仍低于绝缘体。它们用于减缓电荷去除过程并防止破坏性ESD事件。在无尘室中，接地方法可控制人员，设备以及产品的电荷。

不幸的是，无尘室使用许多作为绝缘体的材料，例如铁氟龙，各种塑料和玻璃。通常，绝缘材料是产品本身的重要组成部分。示例包括氧化物涂层的半导体，玻璃硬盘和显示基板以及许多医疗产品。大多数绝缘子很容易充电，可以长时间保持电荷，并且接近或属于产品的一部分。

洁净室要求禁止在这些绝缘材料中使用碳粒或化学添加剂，以使其具有静电消散性。化学喷雾剂和溶液还会造成污染问题。过去，湿度控制是作为静态控制方法提出的，但已证明其昂贵且无效。最后，由于绝缘体上的电荷不会移动，因此不可能通过将绝缘体接地将其去除。

中和绝缘体（和绝缘导体）上的静电荷需要使用某种类型的空气电离。离子发生器仅使用经过高度过滤的洁净室空气，即可产生正负空气离子云，以中和洁净室环境中存在的静电荷。

空气电离器进行救援

通过中和静电荷，空气电离可以帮助其他减少缺陷的方法实现其提高产量的全部潜力。

空气离子是空气中失去或获得电子的气体分子。来自核，X射线或紫外线（UV）源的电离辐射可用于产生空气电离。

在洁净室中产生空气离子最常用的方法是电晕电离-施加高电压到尖锐点以产生很高的电场。产生的电场足以从空气分子中除去电子。产生的空气离子的极性取决于尖锐点上高压的极性。

当电离的空气与带电的绝缘表面接触时，带电的表面会吸引相反极性的空气离子。结果，绝缘体上的静电荷被中和。中和需要两个极性的空气离子，因为两个极性的静电荷都在洁净室中产生。

以下是两个主要行业的ESD控制的最新趋势：

静电控制的趋势

半导体行业：半导体制造的趋势反映在国际半导体技术路线图（ITRS）中。该报告每年11月发布，传达当前和未来15年半导体工厂建设和运营的要求。关于静电荷控制，ITRS 2003声明：

静电会不利地影响半导体制造的每个阶段，从而导致三个基本问题。静电吸引（ESA）污染随着粒径的减小而增加，从而使缺陷密度目标更难以实现。静电放电（ESD）会损坏器件和光掩模。缩小设备功能部件的尺寸意味着在ESD事件中需要较少的能量来造成设备或掩模损坏。由于ESD相关的电磁干扰（EMI）而导致的设备故障会降低OEE（总体设备效率），并且随着设备微处理器运行速度的提高而变得更加频繁。这三个问题发生在生产裸露的晶圆和光掩模，在晶圆厂生产器件的地方，以及在后端包装，组装和测试中生产单个器件的地方。”

该ITRS包含建议静电荷减少到防止静电问题的水平。这些建议应包括在新设施建设，新设备以及现有工厂中。由于随着新的，更小的技术的引入，静态水平必须下降，因此在每个半导体工厂中实施静态控制程序至关重要。静态问题的成本比静态控制方法的成本高10到100倍。

ITRS 2003建议在建立和验证静态控制程序时使用两个国际半导体设备和材料（SEMI）标准。第一个E78-1102，“评估和控制半导体设备的静电放电（ESD）和静电吸引（ESA）的指南”，提出了控制生产设备中的静电的建议，描述了产品的静电敏感度水平和要保护的测量方法他们。它最初于1998年发布，现正进行修订以考虑半导体技术要求的快速变化。

SEMI发布的最新文档是E129-1103：“评估和控制半导体制造工厂中的静电荷的指南。” 本文档与ITRS 2003 的静态控制建议保持同步，并建议采用静态级别，以防止从当今的100纳米技术到预期的2015年的25纳米技术造成污染和ESD损害。建造半导体工厂的任何人都需要考虑当前和现在的情况。将来需要静态控制。

磁盘驱动器行业：必须控制磁盘驱动器行业中的静电荷，以解决相同的污染和ESD损坏问题；但是，ESD损坏的问题要严重得多。

磁盘驱动器包含一个磁阻（MR）读取头，它对非常低的ESD高度敏感。必须将所有可能将电荷转移到MR磁头的物体（包括磁头组件本身）的静电荷控制在5伏以下，并将其降低。

组装过程需要仔细的接地技术，并避免金属之间的接触。一切都必须由导电或选定的静电耗散材料制成，并可靠接地。需要特别注意洁净室服装，赃物，手套和手动工具的人员接地问题。

空气离子发生器被广泛用于控制工艺必不可少的绝缘子上的静电荷。已经使用α辐射源或传感器反馈控制为该行业开发了特殊的离子发生器，以将静电保持在2伏或更低的极低水平。据预测，未来的MR磁头将具有更低的ESD灵敏度。

应对日益复杂的问题

磁盘介质工厂使用标准的静态控制方法，包括室内电离和设备电离。这里的问题是污染和设备机器人故障。

随着数据密度的提高需要更多专门的磁盘材料，而盈利能力要求更高的生产设备运行速度，这些问题将变得更加严重。

S20.20程序

重要的静态控制程序文档之一是标准ANSI / ESD S20.20，“电气和电子零件，组件和设备的保护”。S20.20程序是根据ISO 9000质量程序的行业经验开发的。它指定了程序的所有元素，并让用户定义其实现，而不是定义所有都必须严格遵循的静态控制程序。

程序的用户必须确定：

• 受保护产品的静电敏感性；
• 使用的程序程序和静态控制方法；
• 如何验证静态控制方法的性能；
• 如何纠正程序中的问题；
• 该计划如何培训人员；和如何保留绩效，纠正措施和培训的记录。

标准S20.20是指导性文件，可指导用户使用现有的行业标准来确定设备的ESD灵敏度。它列出了保护100伏人体模型（HBM）敏感设备所需的和可选的静态控制方法，提供了每种静态控制方法的规格限制，并允许针对两种更敏感的程序（例如磁盘驱动器）修改程序）和不太敏感的设备（例如，许多半导体）。

该文档还提供了用于性能验证的测试方法的参考，并指导用户建立和记录用于培训和纠正程序缺陷的方法。这些方法对于任何拥有ISO 9000认证的公司都是非常熟悉的。

在实际的制造情况下，如果不中和过程必需的绝缘体和绝缘导体上的静电荷，就不可能达到S20.20的标准。正确设计的S20.20程序将包括电离，目标是在处理绝缘子的地方。这可能涉及使用一种或多种类型的电离。

ESD协会已通过www.esda.org免费提供了S20.20标准。此外，ESD协会还发布了手册，以帮助用户实施S20.20程序。

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