ESD静电防护及对半导体设备设计影响介绍|大色谜学习笔记

在半导体Fab（制造工厂）及洁净车间中，静电控制是影响产品良率与生产安全的关键环节。日常生活中静电通常无害，但在Fab内，静电积累可能引发晶圆损毁、光刻误操作、精密设备故障甚至火灾爆炸等严重事故。因此，构建全面且严格的ESD防护体系，是实现高可靠性制造不可或缺的一环。

ESD（Electro-Static Discharge，静电放电）是指处于不同静电电位的物体相互靠近或直接接触时发生的电荷转移现象。作为一种常见的近场危害源，ESD可产生高电压、强电场与瞬时大电流，并伴随强烈的电磁辐射，形成静电放电电磁脉冲（ESD EMP），对微电子制造环境构成显著威胁。

半导体设备的ESD防护要求

为确保生产安全与产品质量，半导体设备需满足以下关键ESD防护要求：

1. 设备接地要求

必须建立绝对可靠的接地系统，设备配备专用低阻抗接地端口，并通过粗短导线与车间等电位接地系统连接，作为所有静电防护的基础。设备内部所有金属部件（如框架、面板、导轨等）及防静电工作台面应实现电气连续性，最终汇接至主接地端，确保整体等电位，防止电位差导致放电。

2. 设备设计与材料要求

与晶圆、芯片直接接触的部件（如机械手、传输导轨、承片台等）须采用静电耗散型或导电材料，确保电荷安全泄放。应限制普通塑料等绝缘材料的使用；若必须使用，需进行防静电处理（如涂覆防静电涂层）。对于无法通过接地消除静电的工艺环节（如晶圆摩擦传输），设备宜集成离子发生器，利用正负离子中和电荷。

3. 互连与集成要求

优先采用自动化物料传输系统（AMHS、AGV等），配合前端开口晶圆盒（FOUP）等密闭载具，减少人工操作和器件暴露时间，降低ESD风险。设备的I/O控制端口和通信接口应具备一定ESD抗扰度，避免因外部静电干扰导致误动作或通信中断。

4. 测量与监控要求

关键设备（如探针台、贴片机）应在敏感工位附近设置接地电阻检测点，便于日常监测接地回路完整性。设备应支持接入环境监控系统，提供数据接口以确保所在区域湿度等参数受控。

5. 标识与文档要求

设备在敏感区域、接地端子及维护入口处应张贴清晰的ESD安全标识，提醒人员遵守防护规范。供应商须提供详尽的ESD防护手册，包含接地要求、敏感等级、维护流程及注意事项等内容。

FAB厂ESD静电防护工程要点

FAB厂的ESD防护是一项系统工程，涵盖多个关键方面：

• 地面系统：采用符合国际标准的导电材料（如铜、铝合金）铺设地面，定期检测维护，确保静电有效导入大地。
• 防静电服装：员工须穿戴防静电鞋、手套和工作服，抑制人体静电产生与积聚。
• 静电接地：所有设备和设施实现有效接地，保障静电安全泄放。
• 静电测试：配置标准检测设备，定期开展测试，识别并处理静电累积风险。
• 静电消除：通过控制湿度、安装静电消除器等方式主动中和静电。
• 标识与区域管理：在关键区域设置醒目的ESD警示标识，对静电敏感区实施严格出入管控。
• 防护地毯与地板：在敏感区域铺设防静电地毯或地板，增强静电疏导能力。
• 静电防护工作台：配置接地良好的防静电工作台，确保操作过程无静电积累。
• 人员培训：定期组织ESD防护培训，提升员工对静电危害的认知及防护工具使用能力。
• 检查与维护：建立完善的巡检制度，由专业人员定期检查防护设施并留存记录。
• 技术升级：持续关注行业先进防护技术，推动ESD工程优化与迭代。