Warum die Luftfeuchtigkeit in Reinräumen streng kontrollieren

Die relative Luftfeuchtigkeit ist eine häufig verwendete Umgebungskontrollbedingung während des Reinraumbetriebs. Typische relative Luftfeuchtigkeitsziele in Halbleiter-Reinräumen werden im ungefähren Bereich von 30 bis 50 % kontrolliert, mit Toleranzen innerhalb eines engen Bereichs von ±1 %, wie zum Beispiel in Photolithographiebereichen – oder sogar noch mehr in Bereichen der Verarbeitung im tiefen Ultraviolett (DUV). Klein – während es anderswo auf ±5 % gelockert werden kann. Die relative Luftfeuchtigkeit hat eine Reihe von Faktoren, die die Gesamtleistung eines Geräts beeinträchtigen können Reinraum , darunter: 1. Bakterienwachstum; 2. der Bereich, in dem sich das Personal bei Raumtemperatur wohl fühlt; 3. das Auftreten statischer Aufladungen; 4. Metallkorrosion; 5. Wasserdampfkondensation; 6. Verschlechterung der Lithographie; 7. Wasseraufnahme. Die Regelung der Luftfeuchtigkeit im vorgegebenen Bereich hat uns im Laufe der Jahre dazu gezwungen, die Investitions- und Betriebskosten zu tragen. Aber warum lohnt es sich, so viel Geld für die Kontrolle der relativen Luftfeuchtigkeit in einem Raum auszugeben? Pharma-Reinraum ? Bakterien und andere biologische Verunreinigungen (Schimmel, Viren, Pilze, Milben) können in Umgebungen mit relativer Luftfeuchtigkeit über 60 % gedeihen. Einige Pflanzen können wachsen, wenn die relative Luftfeuchtigkeit 30 % übersteigt. Die Auswirkungen von Bakterien und Atemwegsinfektionen werden minimiert, wenn die relative Luftfeuchtigkeit im Bereich von 40 % bis 60 % liegt. Eine relative Luftfeuchtigkeit im Bereich von 40 % bis 60 % ist ebenfalls ein gemäßigter Bereich für das menschliche Wohlbefinden. Hohe Luftfeuchtigkeit kann ein stickiges Gefühl hervorrufen, während eine Luftfeuchtigkeit unter 30 % zu trockener, rissiger Haut, Atembeschwerden und emotionalem Unwohlsein führen kann. Hohe Luftfeuchtigkeit reduziert tatsächlich den Aufbau statischer Aufladung auf Reinraumoberflächen – ein gewünschtes Ergebnis. Eine niedrigere Luftfeuchtigkeit eignet sich besser zur Ladungsansammlung und ist eine potenziell schädliche Quelle elektrostatischer Entladung. Statische Aufladungen beginnen sich schnell aufzulösen, wenn die relative Luftfeuchtigkeit 50 % übersteigt, können jedoch auf Isolatoren oder ungeerdeten Oberflächen über längere Zeiträume bestehen bleiben, wenn die relative Luftfeuchtigkeit weniger als 30 % beträgt. Eine relative Luftfeuchtigkeit zwischen 35 % und 40 % ist angenehm und Halbleiter-Reinräume verwenden normalerweise zusätzliche Kontrollen, um den Aufbau statischer Aufladungen zu begrenzen. Die Geschwindigkeit vieler chemischer Reaktionen, einschließlich Korrosionsprozessen, nimmt mit zunehmender relativer Luftfeuchtigkeit zu. Alle Oberflächen, die der Umgebungsluft des Reinraums ausgesetzt sind, werden schnell mit mindestens einer Monoschicht Wasser bedeckt. Wenn diese Oberflächen aus dünnen Metallbeschichtungen bestehen, die mit Wasser reagieren können, kann eine hohe Luftfeuchtigkeit die Reaktion beschleunigen. Glücklicherweise können einige Metalle, wie zum Beispiel Aluminium, mit Wasser eine schützende Oxidschicht bilden und weitere Oxidationsreaktionen verhindern; Der andere Fall, beispielsweise Kupferoxid, bietet jedoch keinen Schutz, sodass Kupferoberflächen in Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit anfälliger für Korrosion sind. In einer Umgebung mit hoher relativer Luftfeuchtigkeit bilden Kapillarkräfte in Form von konzentriertem Wasser Bindungen zwischen den Partikeln und der Oberfläche, wodurch die Haftung der Partikel an der silikatischen Oberfläche erhöht werden kann. Dieser Effekt – die Kelvin-Konzentration – ist nicht signifikant, wenn die relative Luftfeuchtigkeit weniger als 50 Prozent beträgt, wird aber zur dominierenden Kraft für die Partikel-zu-Partikel-Adhäsion, wenn die relative Luftfeuchtigkeit etwa 70 Prozent beträgt. Der bei weitem dringendste Bedarf an moderater Kontrolle in Halbleiter-Reinräumen ist die Empfindlichkeit des Fotolacks. Aufgrund der extremen Empfindlichkeit des Fotolacks gegenüber relativer Luftfeuchtigkeit ist sein Kontrollbereich für die relative Luftfeuchtigkeit am strengsten. Tatsächlich sind sowohl die relative Luftfeuchtigkeit als auch die Temperatur entscheidend für die Stabilität des Fotolacks und die präzise Dimensionskontrolle. Selbst unter konstanten Temperaturbedingungen sinkt die Viskosität des Fotolacks mit steigender relativer Luftfeuchtigkeit schnell. Durch eine Änderung der Viskosität ändert sich natürlich auch die Dicke des Schutzfilms, der durch die Beschichtung mit den festen Komponenten gebildet wird. In zwei Städten bestätigte ein Test, dass eine Änderung der relativen Luftfeuchtigkeit um 3 % die Dicke des Schutzes um 59,2 A verändern würde. Darüber hinaus wird in Umgebungen mit hoher relativer Luftfeuchtigkeit das Aufquellen des Fotolacks nach Einbrennzyklen aufgrund der Feuchtigkeitsaufnahme verstärkt. Auch die Haftung des Fotolacks kann durch eine höhere relative Luftfeuchtigkeit negativ beeinflusst werden; Eine niedrigere relative Luftfeuchtigkeit (ca. 30 %) erleichtert die Haftung des Fotolacks, auch ohne dass Polymermodifikatoren wie Hexamethyldisiloxanazan (HMDS) erforderlich sind.

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