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晶圓廠小知識約 3 分鐘

無塵室為什麼要穿全身無塵衣?

晶圓廠的人進無塵室,要從頭包到腳,只露出眼睛,俗稱「兔寶寶裝」。原因是人本身就是無塵室裡最大的灰塵來源。這篇用白話講:人一分鐘掉多少微粒、無塵室有多乾淨、無塵衣怎麼穿、為什麼由上往下穿。

遊戲畫面:更衣室裡挑無塵衣的顏色

晶圓廠的照片裡,人都穿著一樣的連身衣、戴頭罩和口罩,只露出一雙眼睛。這套衣服叫無塵衣,因為從頭包到腳、圓滾滾的,俗稱「兔寶寶裝」。它保護的不是穿的人,而是無塵室裡的晶圓:要擋住的,正是人自己。

人是無塵室裡最大的灰塵來源

人的身上一直在掉東西:皮屑、頭髮、衣服的纖維、呼吸和講話帶出來的小水滴。肉眼看不見,但數量很驚人。大學無塵室的守則常引用這樣的數字:一個人站著不動,每分鐘會放出十萬顆以上大於 0.5 微米的微粒;走起路來,上百萬顆。

無塵室裡的機台、管線、地板都可以設計得很乾淨,唯有人,每天要進進出出。所以無塵室的規矩,大多是在管「人」。

一顆看不見的微粒,為什麼會毀掉晶片

一根頭髮的直徑大約幾十微米。0.5 微米的微粒,比頭髮細上百倍,你完全看不見。但晶片上的電路線,線寬已經是奈米等級,比這顆微粒還細很多倍。

一顆微粒落在晶圓上,就像在印刷到一半的紙上掉了一顆石頭:它可能擋住曝光,讓一條線斷掉;也可能讓兩條本來分開的線連在一起,造成短路。一片晶圓上有很多顆晶片,一顆微粒可能就讓其中一顆壞掉,這就是良率的損失。

無塵室有多乾淨

無塵室的乾淨程度,現在通常用國際標準 ISO 14644-1 來分級:從 ISO 1(最乾淨)到 ISO 9,看的是每立方公尺的空氣裡,有多少顆大於某個大小的微粒。

等級每立方公尺大於 0.5 微米的微粒上限舊的說法
ISO 53,520 顆Class 100
ISO 635,200 顆Class 1,000
ISO 7352,000 顆Class 10,000
ISO 83,520,000 顆Class 100,000

「Class 100」是舊的美國標準的說法,意思是每立方英尺的空氣裡,大於 0.5 微米的微粒不超過 100 顆,大約等於 ISO 5。晶圓廠裡最關鍵的地方,要求常常比 ISO 5 還嚴。拿一般的室外空氣比較:同樣一立方公尺,大於 0.5 微米的微粒可以到幾千萬顆。

空氣怎麼保持乾淨

  • 天花板整片是濾網:空氣經過高效率的 HEPA 濾網(對最難攔的 0.3 微米微粒,至少擋下 99.97%),或更細的 ULPA 濾網,從天花板往下吹。
  • 由上往下的氣流:乾淨的空氣從上面吹下來、從地板或牆邊抽走,把微粒往下帶走,不讓它在空中飄。
  • 正壓:無塵室的氣壓比外面高一點點,門一打開,空氣是往外流,外面的灰塵不容易跑進來。

無塵衣怎麼穿:由上往下,手套最後

每個廠、每間大學實驗室的順序都有一點不同,但大學無塵室公開的穿衣程序都有幾個共同點:

  1. 先把會掉毛屑的外套脫掉,頭髮全部收進髮網。
  2. 戴口罩,再戴頭罩。
  3. 穿連身衣,頭罩的下襬塞進領口,拉鍊拉好。
  4. 套上靴套。
  5. 最後戴手套(常常還要護目鏡)。

為什麼由上往下?因為頭是身上掉最多微粒的地方,而微粒會往下掉。先把頭包好,再穿身體、腳,最後戴手套,手才不會在穿衣服的過程中又摸到別的東西。脫的時候大致反過來。

很多無塵室的入口還有風淋室:一個小房間,前後兩扇門不能同時打開,噴嘴吹出過濾過的強風,人在裡面舉手、轉身,把衣服表面的微粒吹掉,才進去。化妝品、一般紙張、會掉屑的東西,也都不能帶進去。

穿上無塵衣,就沒有微粒了嗎?

沒有。無塵衣能把人放出來的微粒大幅減少,但不會歸零:穿著無塵衣走路,還是會有微粒從縫隙跑出來。所以無塵室裡的人走路不跑步、動作放慢,晶圓也盡量裝在密閉的盒子(FOUP)裡、由天車在頭頂上送。這些規矩,都是同一個原因:人越少碰到晶圓越好。

在 fab24hr 裡

fab24hr 的製造部、設備工程師從辦公區走進無塵室之前,要先到更衣櫃換裝:照著髮網、口罩、頭罩、連身衣、靴套、護目鏡、手套的順序。換好之後,3D 的人物會戴上頭罩、護目鏡、口罩、靴套和藍色手套,走回辦公區才脫掉。遊戲裡的公司、人物都是虛構的;無塵室的規矩,照大學與研究機構公開的無塵室程序寫。在無塵室裡穿著這身衣服,還得小心不要摔一跤。

在 fab24hr 裡,從辦公區走進無塵室之前,要先到更衣櫃換上無塵衣。

當製造部玩,從更衣室開始

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