Čistá místnost: co pro kódový kotouč znamená jediné zrnko prachu

Rysky kódového kotouče jsou široké jen několik až několik desítek mikrometrů, takže prachová částice o velikosti několika mikrometrů může způsobit dírku (pinhole), zbytkový chrom nebo přerušenou rysku. Článek vysvětluje, jak číst třídy čistoty, jak velké jsou částice ve srovnání s ryskami, jakou vadu částice zanechá podle toho, v kterém kroku procesu dopadne, a jak čistá místnost částice udržuje pod kontrolou.

Když do místnosti šikmo svítí slunce oknem, je ve vzduchu vidět spousta poletujících světlých teček – a to jsou jen větší prachová zrnka. Menší částice pouhým okem nevidíme, přesto se na povrchy usazují stejně. U kódového kotouče s ryskami širokými jen několik mikrometrů se jediné zrnko o velikosti několika mikrometrů může stát vadou.

Obrázek 1 – Animace v řezu: částice A dopadne nad průsvitnou štěrbinu a při expozici zastíní UV světlo; rezist pod ní se neexponuje a ve štěrbině nakonec zůstane ostrůvek chromu. Částice B dopadne nad rysku, která má zůstat tak jako tak, a vadu nezpůsobí

Jak číst třídy čistoty

Čistota sleduje počet částic ve vzduchu, ne jejich hmotnost. V oboru stále běžná označení „třída sto“ či „třída tisíc“ pocházejí z amerického federálního standardu 209E: Class N znamená nejvýše N částic ≥0,5 μm na krychlovou stopu vzduchu. Tento standard nahradila norma ISO 14644-1; obě si přibližně odpovídají takto:

Běžné označení	Třída ISO	Limit částic ≥0,5 μm (na krychlový metr)
Class 10	ISO 4	352
Class 100	ISO 5	3520
Class 1000	ISO 6	35200
Class 10000	ISO 7	352000

1 krychlová stopa je asi 0,0283 krychlového metru, takže 100 částic na krychlovou stopu odpovídá asi 3500 na krychlový metr, což souhlasí s limitem ISO 5. Každý stupeň třídy mění povolený počet částic 10krát.

Částice a rysky vedle sebe

Viz obrázek 2. Vlas má průměr asi 50–100 μm; u kotouče o poloměru 20 mm s 2500 ryskami jsou ryska i průsvitná štěrbina široké asi 25 μm; u kotouče o poloměru 5 mm s 10000 ryskami je šířka rysky jen asi 1,6 μm. Částice o velikosti 5 μm je u prvního kotouče malou černou tečkou ve štěrbině, u druhého může ucpat několik štěrbin najednou.

Obrázek 2 – Srovnání v logaritmickém měřítku: počítaná velikost částic pro třídy čistoty, částice, šířky rysek kódových kotoučů a lidský vlas

Kde částice dopadne, takovou má vada podobu

Jakou vadu částice způsobí, závisí na kroku procesu, při kterém dopadne:

Kdy dopadne	Výsledek
Na sklo před nanesením chromu	Zastíní atomy chromu; po odpadnutí zůstane dírka
Na substrát při nanášení rezistu	Vytáhne ve filmu rezistu kometovitou šmouhu; místně nerovnoměrná tloušťka
Na rezist v průsvitné oblasti před expozicí	Zastíní UV světlo; ve štěrbině zůstane bod zbytkového chromu (obrázek 1)
Na fotomasku	Stejná vada na stejném místě na každém kotouči
Na povrch hotového výrobku	Skvrna stíní světlo; signál místně zeslábne

Obrázek 1 ukazuje i zajímavý detail: u pozitivního rezistu částice, která dopadne na oblast, kde má chrom tak jako tak zůstat, při expozici vadu nezpůsobí; skutečně nebezpečná je ta, která dopadne do průsvitné oblasti.

Odkud částice pocházejí

Lidé: šupinky kůže, vlasy, vlákna oděvu, vydechované kapénky – člověk bývá v čisté místnosti největším zdrojem částic;
Zařízení: opotřebení a tření pohyblivých dílů;
Materiál: kartonové krabice, papír, běžné plastové sáčky a skleněný prach z řezání a broušení hran;
Procesní média: nedostatečně přefiltrovaný rezist, vývojka, čistá voda a plyny.

Jak je udržet pod kontrolou

Přívod vzduchu: vzduch se přivádí shora dolů přes filtry HEPA, vytváří laminární proudění, které tlačí částice k podlaze a odvádí je; místnost je v přetlaku, takže vnější vzduch nemůže vniknout.
Zónování: kritická pracoviště jako nanášení rezistu a expozice lze řešit jako místní zóny vyšší třídy čistoty.
Personál: oděv do čistých prostor, rukavice a roušky, vstup přes vzduchovou sprchu, co nejméně pohybu.
Materiál: kartony do čisté zóny nepatří, předměty se před vnesením otírají; prašné operace jako řezání a broušení hran se oddělují od fotolitografické oblasti.
Monitorování: pravidelné měření čítačem částic a záznam trendů; kontrola vad po každém kroku procesu a dohledání příčiny při odchylce.

Shrnutí

Třída čistoty počítá, kolik je ve vzduchu částic ≥0,5 μm. U kotoučů s šířkou rysek od několika do několika desítek mikrometrů může částice o velikosti několika mikrometrů způsobit dírku, zbytkový chrom nebo přerušenou rysku, a částice na fotomasce se opakuje na každém kotouči. Čistá místnost drží takové vady na velmi nízké úrovni díky filtrovanému přívodu vzduchu, zónování, řízení personálu a materiálu a nepřetržitému monitorování.

Překlad čínského originálu (0029). ENC7 – výrobce kódových kotoučů (poptávka) · Odborné články · https://enc7.com