Camera bianca: che cosa significa un granello di polvere per un disco encoder

Le linee di un disco encoder sono larghe da pochi micrometri a qualche decina di micrometri: una particella di polvere di pochi micrometri può causare un pinhole, un residuo di cromo o una linea interrotta. L’articolo spiega come leggere le classi di pulizia, quanto sono grandi le particelle rispetto alle linee, quale difetto lascia una particella secondo la fase di processo in cui si deposita e come una camera bianca tiene sotto controllo le particelle.

Quando la luce del sole entra di sbieco da una finestra, si vedono molti puntini luminosi sospesi nell’aria – e sono solo le polveri più grosse. Le particelle più piccole sono invisibili a occhio nudo, ma si depositano sulle superfici allo stesso modo. Per un disco encoder con linee larghe pochi micrometri, un solo granello di pochi micrometri può diventare un difetto.

Figura 1 – Animazione in sezione: la particella A cade sopra una fessura trasparente e durante l’esposizione blocca la luce UV; il resist sottostante non viene esposto e alla fine nella fessura resta una macchia di cromo. La particella B cade sopra una linea che deve comunque restare e non causa difetti

Come leggere le classi di pulizia

La pulizia conta il numero di particelle nell’aria, non il loro peso. Le diciture ancora diffuse nel settore, «classe cento» o «classe mille», derivano dallo US Federal Standard 209E: Class N significa non più di N particelle ≥0,5 μm per piede cubo d’aria. Quella norma è stata sostituita dalla ISO 14644-1; la corrispondenza approssimativa è la seguente:

Denominazione comune	Classe ISO	Limite particelle ≥0,5 μm (per metro cubo)
Class 10	ISO 4	352
Class 100	ISO 5	3520
Class 1000	ISO 6	35200
Class 10000	ISO 7	352000

1 piede cubo vale circa 0,0283 metri cubi, quindi 100 particelle per piede cubo corrispondono a circa 3500 per metro cubo, in linea con il limite ISO 5. Ogni passo di classe cambia di un fattore 10 il numero di particelle ammesso.

Particelle e linee a confronto

Si veda la Figura 2. Un capello ha un diametro di circa 50–100 μm; su un disco con raggio 20 mm e 2500 linee, linea e fessura trasparente sono larghe circa 25 μm ciascuna; su un disco con raggio 5 mm e 10000 linee la larghezza della linea è di appena 1,6 μm circa. Una particella di 5 μm, sul primo disco, è un puntino nero in una fessura; sul secondo può ostruire più fessure contemporaneamente.

Figura 2 – Confronto in scala logaritmica tra la dimensione di conteggio delle classi di pulizia, le particelle, le larghezze di linea dei dischi encoder e un capello

La fase in cui cade la particella decide l’aspetto del difetto

Il difetto causato da una particella dipende dalla fase di processo in cui si deposita:

Quando si deposita	Risultato
Sul vetro prima della cromatura	Scherma gli atomi di cromo; quando si stacca lascia un pinhole
Sul substrato durante la stesura del resist	Trascina una striscia a cometa nel film di resist; spessore localmente irregolare
Sul resist in zona trasparente prima dell’esposizione	Blocca la luce UV; nella fessura resta un punto di cromo residuo (Figura 1)
Sulla fotomaschera	Lo stesso difetto compare nella stessa posizione su ogni disco
Sulla superficie del prodotto finito	La macchia blocca la luce; il segnale si indebolisce localmente

La Figura 1 mostra anche un dettaglio interessante: con un resist positivo, una particella caduta su una zona in cui il cromo deve comunque restare non causa difetti nella fase di esposizione; quella davvero pericolosa è la particella che cade in zona trasparente.

Da dove vengono le particelle

Persone: squame di pelle, capelli, fibre degli indumenti, goccioline espirate – di solito le persone sono la principale fonte di particelle in camera bianca;
Macchine: usura e attrito delle parti in movimento;
Materiali: scatole di cartone, carta, normali sacchetti di plastica e polvere di vetro da taglio e molatura dei bordi;
Materiali di processo: resist, sviluppatore, acqua ultrapura e gas non filtrati a dovere.

Come si controllano

Mandata d’aria: l’aria passa da filtri HEPA e scende dall’alto verso il basso in flusso laminare, spingendo le particelle verso il pavimento e portandole via; l’ambiente è in sovrapressione, così l’aria esterna non entra.
Zone: le postazioni critiche come stesura del resist ed esposizione possono essere realizzate come zone locali di classe più alta.
Personale: indumenti da camera bianca, guanti e mascherina, ingresso tramite doccia d’aria, spostamenti ridotti al minimo.
Materiali: niente cartone nella zona pulita, oggetti puliti prima dell’ingresso; le fasi che generano polvere, come taglio e molatura dei bordi, sono separate dall’area di fotolitografia.
Monitoraggio: misure periodiche con contatore di particelle e registrazione dei trend; controllo dei difetti dopo ogni fase, con ricerca della causa in caso di anomalie.

In sintesi

La classe di pulizia conta quante particelle ≥0,5 μm sono presenti. Su dischi con larghezze di linea da pochi micrometri a qualche decina di micrometri, una particella di pochi micrometri può causare un pinhole, un residuo di cromo o una linea interrotta, e una caduta sulla fotomaschera si ripete su ogni disco. La camera bianca mantiene questi difetti a un livello molto basso grazie a mandata d’aria filtrata, suddivisione in zone, gestione di persone e materiali e monitoraggio continuo.

Traduzione dell’articolo originale cinese (0029). ENC7 – produttore di dischi encoder (richiesta) · Articoli tecnici · https://enc7.com