洁净间的洁净维持与工作间表面污染控制要点
发布日期:2022-04-25 浏览次数：934
决定产品良率最主要的因素之一就是洁净间(无尘室)之洁净度，而维持一良好洁净度之洁净间，并不是一件简单的事，很多厂商在选择洁净间用耗材，尤其是擦拭布方面往往有评估或质量认证等相关问题。我们以为：如果仅针对个别因素作讨论，往往失之偏颇，不够周延，无法反应洁净间用耗材的评估重点。因此建立一个完整的洁净间用耗材概念，也就更加重要。
其实洁净间与我们一般住家环境一样，都会受到灰尘或尘粒的污染，当桌面脏了拿起抹布，擦一擦就可以了，而洁净间内工作环境的洁净维持较一般住家环境要严谨许多，但该如何处理呢？擦拭是一个方法！但是这里的「擦拭」却是有很多学问，否则会越擦越脏。 就目前洁净间所接受到的污染物来区分，可分为以下几种。 (1)微粒污染物(Particulates)：像细微尘土、发屑、纤维碎屑、金属微碎屑等； (2)有机污染物(Organic contaminants)：像人的油脂、皮屑、油污、残余的光阻、塑料渣(Plasticizers)、残渣、聚合物等； (3)无机污染物(Inorganic contaminants)：像电镀残渣、酸、碱、盐、金属离子等； (4)微生物污染物：像细菌、芽苞、滤过性病毒、酵母等； (5)制造过程产生的污染物：在薄膜长晶过程中形成SiO2污染、真空制程中真空腔产生的残渣、在无菌容器中的粉沫、液体、油膏等。 由于污染物有很多种，严格来说，针对不同的污染物会有不同的清除方式。而且要同时考虑污染物所附着的表面。 擦拭是维持洁净间之洁净度及有效清除实体表面所附着的污染物最基本且最有效的方法，什么是擦拭作用？其基本定义为，清洁洁净间里所有的实体表面(Surface)及实体表面的残留物(Spills)，以提供清洁且符合洁净等级的工作表面。另外擦拭又分为干擦(Dry wiping)及湿擦(Wet wiping)。干擦可清除一小部份细微的污染物，擦拭效果较小；湿擦则可清除大部分细微的污染物，擦拭效果较大。在擦拭过程中我们会发觉有的尘粒或污染物容易被清除，有的却非常困难，这跟尘粒的附着力有相当大的关系。理论上，尘粒的附着力是指移除洁净间实体表面的微粒所需的力。 而影响尘粒附着力的因素可大分为三种。一为尘粒本身，尘粒的化学属性、尺寸与型式；二为实体本身，实体表面的材料及表面状况；第三种为洁净间环境，尤其是相对湿度。一般来说，到底尘粒的附着力有多大？以1mm大小的尘粒附着于硅片为例，微粒是毛细物(Capillary)为0.045 dyne、Van der waals为0.014 dyne、Electric Double Layer为0.003 dyne、Electrostatic Image为0.001 dyne。 (2)圆柱状的尘粒，像头发、短纤维的附着力较一般为强； (7)尘粒与表面的附着力其实是很大的。所以要有效移除尘粒，要先了解影响尘粒附着力之因素及附着力大小，以便选择适当清洁用品及清洁剂。 洁净间的等级分类洁净间依制程需要会有不同的等级要求，越高等级的洁净间，相对设置与维护成本也将越高。洁净间等级区分(依美国Federal Standard 209E标准) (表一、二)。 清洁度之维持与有效的擦拭由于大部分的洁净间都已经经过重重的保护，但往往还是有污染的情况发生，可能的因素之一，就是在擦拭的过程发生问题，例如使用不洽当的擦拭工具，擦拭方式不正确…等，因此造成清洁效果不彰或是二次污染；故对于擦拭要有更深入的了解，一般容易被忽略的一些要点，如尘粒与实体表面中间有很强的附着力，不是轻轻一擦就可移除；移除极小的尘粒相对需要极大的外力；擦拭布，拖把及擦拭棒提供必要的外力来清除尘粒；藉助低表面张力的清洁剂也可以帮助移除尘粒。这几点都是经常被忽略的，也是我们要注意的。另外我们就擦拭材料作一分析及讨论，擦拭效果的好坏与擦拭材料有绝对的关系，同样材质但不同方式编织成的擦拭布其除污效果也大不相同，其主要因素就是擦拭刮除力(Shear force)。 擦拭刮除力接触实体表面的清洁方式是清洁坚硬表面的最有效方式，例如以500克的下压力施与擦拭布上，而产生的擦拭效果(刮除力)可达100psi，而且清洁剂(溶剂)的化学效力也会增强清除效果。因此在选择适合的擦拭用品时，千万要注意刮除力，而刮除力跟擦拭布的材料及编织方式有绝对的关系，因此在选择擦拭用品时，一定要注意这部分，因为目前很多供货商提供的产品，质量差异很大，最好请擦拭用品供货商，提供具体的规格或实验数据，这样才可确保产品的质量。我们已经了解擦拭用品的差异，接下来擦拭方法也是相当重要的，不正确的擦拭不但无法清洁物体表面，甚至有可能损害到精密的产品。而擦拭无外乎湿擦(Damp Wiping)与干擦(Dry Wiping)。 湿擦先以化学清洁剂溶解及减低尘粒的附着力，将污染物吸入擦拭布中或溶解于清洁剂中，并避免使干尘粒飞入空气中，湿擦较干擦更为有效，能移除大量的尘粒。 干擦最好用在最后擦拭，擦干实体表面。当实体表面不能弄湿时才使用此方法，一般而言：干擦效果不及湿擦。要能够彻底清洁及找出适合的擦拭用品我们必须以微观的角度来了解擦拭动作。使用低表面张力的清洁剂，分解尘粒(Deposition) ─ 使尘粒与实体表面分离。移除微粒或残渣(Removal)，以擦拭布的结构将尘粒移开实体表面并陷入擦拭布的结构中。(擦拭布在吸水性，吸水效率与Pore size的设计上必须多做斟酌)。擦拭布的功用即包含以上两种，但须维持平衡，以免让被分解开的尘粒遁入空气中，四处移动。擦拭的三部曲(表三)。 由于了解擦拭作用的概念，因此利用此一概念，我们归纳出擦拭的要领为，由实体表面最干净的地方往最脏的地方擦拭；由最干的地方往最湿的地方擦拭；尽量使擦拭面压力平均；按规定的折迭方式折迭、换面、让擦拭面保持最干净，才能维持擦拭效果；25%重迭擦拭表面，擦拭方向平行一致。擦拭方法是有标准规定的。有关标准的擦拭方法见Institute for Environmental Science标准.文件编号 IES-RP-CC018.2。 选择合适的擦拭材料每个生产线对于擦拭材料的要求都不一样，但一定要依实际之需要来选择，因此就擦拭材料的基本特性作一说明，以便在选择时作参考。 ● 吸水性：吸水性的内容应包括吸水量(Capacity)、吸水速率(Efficiency)两项； ● 韧度：也就是耐磨性，擦拭布结构须不易被破坏，并释出纤维碎屑. 擦拭粗糙表面时，尤其需要考虑这个特性； ● 抗化学药剂特性：部分制程需使用特殊化学药剂或危险溶剂，擦拭布供货商也针对不同化学药剂的清除提供不同的擦拭材料； ● 使用的方便性：擦拭布的颜色，尺寸与包装是否能迎合生产线需要，也必须考虑； ● 一般在生产线最常碰到的就是吸水性的问题，在此所称的吸水性，并不是单指吸水，而是泛指水溶液，擦拭材料之吸水性取决于4大项。一为材料本身，一般织成Polyester的吸水性最好，其次是无纺混纺材料，棉质则最差。Polyester的吸水量大，吸水速率也较快；棉花的吸水量较小，吸水速率也较慢；无纺混纺布的吸水量小，但吸水速率较棉花为快。第二项为Pore的型式，一般较小的Pore size容水量较大，但吸水速度较慢。第三项则是表面处理、膨胀处理、软化处理等，均会影响吸水性。最后一项为液体特性，要清除的是何种液体？它的表面张力也会影响吸水性质。 除了吸水性之外，擦拭材料的污染性(洁净度)也是大家相当重视的，因此特别就各种规格及测试方法作一说明，以期在做选择时，不会鸡同鸭讲，将不同的测试数据放在一起比较。 ● 擦拭布的尘粒释出量(>0.5mm)：Air Particle Counter、Liquid Particle Counter、Scanning Eletron Microscopy：IEST规范以上3种擦拭布尘粒释出量的测试方法。建议读者于评估擦拭布洁净度或阅读相关产品洁净度数据前，先确定这份数据用的是哪种测试方法，藉以统一评估标准。 ● 纤维释出量(Optical Microscopy)：这个测试方法是为测出擦拭布纤维结构被破坏情形，以及所释出的纤维残屑。 ● 非挥发性残渣(Non-volatile Residue)：这个测试方法主在测试擦拭布中不能被去离子水(DIW)或异丙醇(IPA)溶解的残余物质。 ● 离子释出量(Capillary Ion Electrophorsis)：这个测试方法主在测试出擦拭布中释出的离子。 ● 生化物质(Culture Plate)：在这里指的是擦拭布释出的有机物质。 ● 毒物(LAL test)：指的是擦拭布释出的有毒物质。 ● 表面阻抗质(Resistance Probe & Ohmmester)：这点与擦拭布能否有效吸附尘粒，或能否应用于静电敏感实体表面(ESDS)，像光罩上。擦拭材料的材质有很多种，广义来说，可分为两大项。第一种是人工材质连续纤维(Continuous filament yarns)，属长纤维、不易断、较少尘粒与纤维释出，可为织成布或无纺布，有Polyester及Nylon两种；第二种则是所谓的人工材质(Staple yarn nature)，短纤维、较多尘粒与纤维释出，可为织成布与无纺布。相较之下，属第一种类型的Polyester，最符合洁净间擦拭布要求，具有超低尘粒及纤维碎屑释出等特性，且可以做封边处理，也就是熔合擦拭布的四边，再避免纤维碎屑释出。 至于Nylon，其韧性及吸水性较强、有较低的尘粒及纤维释出，但非挥发性残渣量较高。而其他的材质，如Polyester-Cellulose混纺其韧性及吸水性强、有较高的尘粒与纤维释出；Cotton则具韧性强、吸水性中等、较耐热、适合擦超过摄氏250度以上实体表面、尘粒及纤维释出物超多、不适用在高等及洁净间等特质；
