洁净室内湿度控制的必要性

相对湿度是洁净室运作过程中一个常用的环境控制条件。半导体洁净室中的典型的相对湿度的目标值大约控制在30至50%的范围内，允许误差在±1%的狭窄的范围内，例如光刻区──或者在远紫外线处理（DUV）区甚至更小──而在其他地方则可以放松到±5%的范围内。 
这些年里，在这些规定范围中保持处理空气过程，使我们要承担资金和营运费用。但是为什么值得花费这么多钱用在洁净室中控制相对湿度呢？ 
道理很简单！因为相对湿度有一系列可能使洁净室总体表现下降的因素，其中包括： 
● 细菌生长； 
● 工作人员感到室温舒适的范围； 
● 出现静电荷； 
● 金属腐蚀； 
● 水汽冷凝； 
● 光刻的退化； 
● 吸水性。 
细菌和其他生物污染（霉菌，病毒，真菌，螨虫）在相对湿度超过60%的环境中可以活跃地繁殖。一些菌群在相对湿度超过30%时就可以增长。在相对湿度处于40%至60%的范围之间时，可以使细菌的影响以及呼吸道感染降低。1 
相对湿度在40%至60%的范围同样也是人类感觉舒适的适度范围。湿度过高会使人觉得气闷，而湿度低于30%则会让人感觉干燥，皮肤皲裂，呼吸道不适以及情感上的不快。 
高湿度实际上减小了洁净室表面的静电荷积累──这是人们希望的结果。较低的湿度比较适合电荷的积累并成为潜在的具有破坏性的静电释放源。当相对湿度超过50%时，静电荷开始迅速消散，但是当相对湿度小于30%时，它们可以在绝缘体或者未接地的表面上持续存在很长一段时间。 
相对湿度在35%到40%之间可以作为一个令人满意的折中，半导体洁净室一般都使用额外的控制装置以限制静电荷的积累。 
很多化学反应的速度，包括腐蚀过程，将随着相对湿度的增高而加快。所有暴露在洁净室周围空气中的表面都很快地被覆盖上至少一层单分子层的水。当这些表面是由可以与水反应的薄金属涂层组成时，高湿度可以使反应加速。幸运的是，一些金属，例如铝，可以与水形成一层保护型的氧化物，并阻止进一步的氧化反应；但另一种情况是，例如氧化铜，是不具有保护能力的，因此，在高湿度的环境中，铜制表面更容易受到腐蚀。 
在相对湿度较高的环境中，浓缩水形的毛细管力在颗粒和表面之间形成了连接键，可以增加颗粒与硅质表面的黏附力。这种效应──凯尔文浓缩──当相对湿度小于50%时并不重要，但当相对湿度在70%左右时，就成为颗粒之间黏附的主要力量。 
到目前为止，在半导体洁净室中最迫切需要适度控制的是光刻胶的敏感性。由于光刻胶对相对湿度极为敏感的特性，它对相对湿度的控制范围的要求是较严格的。 
实际上，相对湿度和温度对于光刻胶稳定性以及精确的尺寸控制都是很关键的。甚至是在恒温条件下，光刻胶的粘性将随着相对湿度的上升而迅速下降。当然，改变粘性，就会改变由固定组分涂层形成的保护膜的厚度。参考两个城市，一个试验证实，相对湿度的3%的变异将使保护厚度改变59.2 A （原文如此）。 
此外，在高的相对湿度环境下，由于水分的吸收，使烘烤循环后光刻胶膨胀加重。光刻胶附着力同样也可以受到较高的相对湿度的负面影响；较低的相对湿度（约30%）使光刻胶附着更加容易，甚至不需要聚合改性剂，如六甲基二硅氮烷（HMDS）。 
在半导体洁净室中控制相对湿度不是随意的。但是，随着时间的变化，回顾一下常见的被普遍接受的实践的原因和基础。