ESD Introduction

1、ESD IntroductionOutlinenESD的說明nTFT-LCD的靜電問題nESD的防制ESD的説明靜電的定義n當兩種不同性質的物體相互摩擦或緊密接觸後迅速剝離時，由於它們對電子的吸引力大小各不相同，就會發生電子轉移。一物失去部分電子而帶正電，另一物獲得部分電子而帶負電。如果該物體與大地絕緣，則電荷無法洩漏，停留在物體的內部或表面呈相對靜止狀態，這種電荷就稱靜電靜電起電n固體之間的接觸-分離起電 ABaa 接觸電荷轉移ABbb 偶電層的形成ABcc 電荷分離n其它起電方式：摩擦起電、感應起電等靜電起電n液體的起電 水玻璃聚集在界面附近的正離子吸附在玻璃表面的負離子當固、液兩相接觸時

2、，液體中某種符號的離子被固體的非靜電力所吸引並附著於固體表面，使固體帶有一種符號的電荷，而液體帶有相反符號的電荷流動起電、噴出起電、攪拌起電n液體在配管內流動摩擦管壁或液體攪拌時容器壁及攪拌間液體中不溶解的液滴、氣泡及粉體等作相對運動，均會產生靜電不同液體之攪拌不同液體之攪拌配管配管- - - - - - - - - - -+- -靜電起電n氣體的起電 氣體與固體粒子的混合物氣流帶電微粒當高壓氣體中混有固體微粒時，氣體高速噴出時使微粒和氣體一起在管內流動，微粒與管內壁發生頻繁的接觸-分離過程，以至使微粒和管壁分別帶上等量異號的電荷，其實質也是固體與固體之間的接觸-分離起電靜電起電n氣體的起電

3、氣流液膜管道帶電粒子噴霧氣體的噴霧起電當在高壓氣體噴霧時，若管道中存在著液體（非固體式液體微粒），則伴隨著高壓氣體的噴出會產生噴霧起電。這是因為在高壓氣體噴出時，氣體中的液體要與管路或噴咀的內壁表面接觸，而在管道或噴咀的內表面上形成液膜，並在固液介面上形成偶電層。當液體隨氣流運動而從避面上剝離時，發生電荷的分離，帶電的液滴分散在氣體當中噴出而導致帶電ESD概述nESD (Electro Static Discharge) -靜電放電nESD是指帶電體所激發的電場強度超過周圍介質的絕緣擊穿場強時，因介質發生分離而使帶電體上電荷趨於減少或消失的現象ESD的類型n電暈放電n火花放電n刷形放電n沿面放

4、電電暈放電-定義n若作用於空氣介質的電場是非均勻的（如由尖端和平板組成的電極，當在兩極間施加一定電壓時，將在兩極間形成一定的非均勻電場分佈，其中尖端附近的場強要比其它地方的場強大得多，如圖），則當極間電壓升高到一臨界值uc時，氣體首先在尖端附近的高場強區域被高度電離，發生局部擊穿而形成霧狀光輝圈，在圈外由於場強較弱則不發生電離而呈現不發光的暗區尖端和平板電極結構電暈放電-特點n電暈放電只能在非常不均勻的電場中才能發生n電暈放電電流具有脈衝性質n電暈放電的形態及其擊穿電壓均受電暈極性的影響火花放電-定義n是電極間隙的氣相空間突然被完全擊穿所發生的放電。火花放電是一個瞬態過程，放電時有明亮而曲折的

5、光束在瞬間貫穿兩極間的空間，與此同時還伴隨有劇烈的爆破聲響，這是由於放電通道的氣體被急劇加熱而迅速膨脹引起的火花放電-特點n發生火花放電時，放電通道成爲導電性的，電極上積聚的電荷瞬時被中和，放電火花隨之消失n在均勻電場中，不存在預先的電暈放電階段就可發生放電；即使在非均勻電場中，也只有當電場的不均勻度很大時，才會經過電暈放電而後發展為火花放電n在兩個電極均為導體且極間距離又較小的條件下，最容易發生火花放電刷形放電n定義：當兩極間的氣體擊穿成爲放電通道時，在絕緣體電極那一端放電並不集中於某一點上，而是有較多的分叉，分佈在一定的空間範圍内（如圖），這種放電即為刷形放電n特點： a 發生於帶電導體與

6、帶電絕緣體之間，後者可以是 固體、液體或粉塵等 ，且伴隨有聲光 b 是一種不完全的氣體擊穿，放電分佈在較大的空 間範圍内能量不集中，因此在單位空間内釋放的 能量較小，有一定的引燃力，但遠低於火花放電+沿面放電n定義：是指沿氣體與固體介質面上的一種放電現象，或者說是固體介質在空氣中的表面擊穿，又稱爲傳播刷形放電n特點：沿面放電具有固定形狀的發光，一般呈樹枝狀，並且形狀一旦形成後基本不變。而且沿面放電的能量較大，與火花放電一樣，也容易形成引燃源各類靜電放電的比對放電類型發生條件特點及放電能量大致範圍引燃能力電暈放電當電極相距較遠且在物體表面的尖端成突出部位場強較大處易發生有時有聲光。氣體介質在物體

7、尖端附近局部電離，不形成放電通道。針對感應電暈放電的單次脈衝放電能量不大於0.02mJ；導電纖維發生的感應電暈放電能量遠小於0.02mJ小刷型放電在帶電電位較高的靜電非導體與導體之間較易發生有聲光。放電通道在靜電非導體表面附近形成許多分叉，在單位空間内釋放能量較小，每次放電能量不小於0.02mJ中等火花放電主要發生在相距較近的帶電的金屬導體之間有聲光。放電通道一般不形成分叉，電極上有明顯的放電集中點，釋放能量大且比較集中很強沿面放電僅發生在高速起電的場合，且當靜電非導體的厚度小於8mm、其表面電荷密度大於或等於2.710-4C/m2時才較易發生有聲光。可將靜電非導體上一定範圍内所帶大部分電荷釋

8、放，放電能量大很強TFT-LCD的靜電問題TFT-LCD行業的靜電問題nTFT-LCD具有絕緣材料與電子電路的複合結構，在製程中有兩種或兩種以上物體間的互相摩擦、移動與分離，因此在作業中很難避免靜電的產生與蓄積，以及因靜電所引發的吸附塵粒與靜電放電現象,將嚴重危害液晶顯示器的良率。而且液晶顯示器的玻璃基板，因摩擦會產生大量的靜電並保持很長一段時間，又玻璃基板在製程中不斷與許多種不同物質間產生接觸和分離的作業，持續產生與累積靜電，因此製程中各個作業都潛在靜電問題發生可能性靜電產生的根本原因n玻璃基板的接觸分離產生靜電n如在滾輪/傳輸帶上移動、真空吸附與分離、高速摩擦、薄膜貼附與分離等作業靜電的產

9、生過程n首先兩種物體接觸而分開，發生電荷分離，此即靜電產生；然後電荷可能累積在產品/半成品/原料，或可能在設備/機台/容器/管路，或可能在人員/工具/物件，此即靜電累積；若電荷無法散逸，則靜電累積至足夠程度，將發生靜電放電，同時可能破壞周圍對靜電敏感的物料、元件或環境，而發生靜電危害事件靜電高低的影響因素n兩種物體的種類、物體中雜物及不純物、物體表面情況、運動時間、分離速度、接觸面積及壓力等物體運動時間：物體初次或初期運動時，產生較大靜電，玻璃基板在製程中持續在滾輪/傳輸帶上移動、真空吸附、高速摩擦、薄膜貼附與分離作業都會產生大量靜電接觸面積及壓力：物體接觸面積越大，靜電的產生越大；物體接觸面

10、的壓力越大，靜電產生也越大分離速度：兩種物體分離速度越大，產生的靜電越大。製程中的玻璃基板持續接觸與分離、薄膜貼附與分離作業皆易產生大量靜電靜電散逸n原因：同一或不同物體上，相反極性的靜電互相吸引而導致物體上靜電的不均衡現象減低，達成物體上累積的靜電量降低n靜電散逸現象： 靜電傳導 靜電放電靜電傳導的影響因素n影響靜電散逸速率的是傳導通路的導電性，若傳導通路為絕緣材質亦即導電性低，則物體的靜電散逸緩慢；若傳導通路為導電材質亦即導電性高，則物體的靜電散逸快n通常在液晶顯示器製程中有金屬的物件或機具，金屬物件與玻璃基材摩擦產生的靜電，會藉由金屬的導電性及接地措施向大地散逸，在接觸大地的傳導過程中將

11、靜電傳導至大地，並失去原來產生的靜電靜電放電n在製程環境中的玻璃基板為帶靜電的物體，由於玻璃基板是絕緣材料，所以靜電散逸速率緩慢，帶有靜電的基板吸附空間中的塵粒而被污染，或者玻璃基板在製程中接觸其他的物件或機具，發生靜電放電，造成電子元件破壞或設備誤動作等靜電放電事件形成靜電危害的三個條件n產生並積累起足夠的靜電，形成了“危害靜電源”，以致局部電場強度達到或超過周圍介質的擊穿場強，從而發生靜電放電n危害靜電源存在的場所有易燃易爆氣體混合物，並達到爆炸濃度極限；並有靜電敏感電子元器件及電子設備等靜電易燃、易損物質n危險靜電源與靜電易燃易損物質之間能形成能量耦合，而且ESD能量大於或大於前者的最小

12、點火能或靜電敏感度靜電對電子產品損害的四種形式n靜電的基本物理特性為：吸引或排斥，與大地有電位差，會產生放電電流靜電吸附灰塵，降低元件絕緣電阻（縮短壽命）靜電放電破壞，使元件受損不能工作(完全破壞)靜電放電電場或電流產生的熱，使元件受傷（潛在損傷）靜電放電產生的電磁場幅度很大、頻譜極寬，對電子產器造成干擾甚至損壞靜電對電子產品損害的特點n隱蔽性：人體感知的靜電放電電壓為2-3KVn潛在性：操作後性能沒有明顯的下降n隨機性：從一個元件產生以後，一直到它損 壞以前的所有過程n複雜性：分析困難，掩蓋了失效和真正原因n隱蔽性 人體不能直接感知靜電除非發生靜電放電,但是發生靜電放電人體也不一定能有電擊的

13、感覺,這是因為人體感知的靜電放電電壓為23 KV,所以靜電具有隱蔽性n潛在性 有些電子元器件受到靜電損傷後的性能沒有明顯的下降，但多次累加放電會給器件造成內傷而形成隱患。因此靜電對器件的損傷具有潛在性n隨機性 可以這麼說，從一個元件產生以後，一直到它損壞以前，所有的過程都受到靜電的威脅，而這些靜電的產生也具有隨機動性性,其損壞也具有隨機動性性n複雜性 靜電放電損傷的失效分析工作，因電子產品的精、細、微小的結構特點而費時、費事、費錢，要求較高的技術並往往需要使用掃描電鏡等高精密儀器。即使如此，有些靜電損傷現象也難以與其他原因造成的損傷加以區別，使人誤把靜電損傷失效當作其他失效。這在對靜電放電損害

14、未充分認識之前，常常歸因於早期失效或情況不明的失效，從而不自覺地掩蓋了失效的真正原因。所以靜電對電子器件損傷的分析具有複雜性Array製程中產生靜電的作業作業區域作業區域作業步驟基板表面靜電壓(kV)Cleaning 入儲存箱-3.8 -18.5Thin Film入儲存箱-2.0 -12.6Photo入儲存箱-0.6 -0.8Dry Etch入儲存箱-0.6 -0.7Wet Etch滾輪傳輸-1.4 -4.8乾燥0.5 0.8轉向-0.4 -0.6入儲存箱-0.4 -2.2Inspection檢測-0.1 -0.5入儲存箱-0.6 -7.8目檢0.1 0.7主要潛在靜電危害的作業步驟作業區域作

15、業區域主要潛在靜電危害作業步驟改善建議CleaningDI water 在基板表面移動，基板在滾輪上移動，機械手臂吸附基板與放置儲存箱中新設/增設靜電消除器，調整靜電消除器方向與位置，定期檢測與維修Thin Film機械手臂吸附基板與放置儲存箱中Photo機械手臂吸附基板與放置儲存箱中Dry Etch機械手臂吸附基板與放置儲存箱中Wet EtchDI water 在基板表面移動，基板在滾輪上移動，機械手臂吸附基板與放置儲存箱中Inspection人員拿取基板，機械手臂吸附基板與放置儲存箱中Photo製程中主要產生靜電的作業作業作業玻璃基材靜電量(kV)在滾輪在滾輪/ /傳輸帶上移動傳輸帶上移動

16、-2 -1塗佈光阻液塗佈光阻液-3 -2DI water清洗清洗-2與真空吸盤分離與真空吸盤分離-3 -2熱硬化熱硬化/ /冷硬化冷硬化-2 -1玻璃基材表層加壓力玻璃基材表層加壓力-4 -2ESD對LCD產生的不良畫面由粗到細的線條點線狀的線條不良現象的照片S-LineESD破損G-LineESD對元件造成的影響n特性的破壞特性的破壞（Broken）：）： 電子元件的完全損壞(Complete Broken),以TFT LCD的影響來說可能造成的破壞，如燒毀、打穿內部的電晶體構造、驅動IC破壞，造成畫面異常，造成了生產上損失，能在生產及品管中被察覺而排除，影響較小n特性的劣化（特性的劣化（N

17、ear Broken）：）： 潛在性的不良破壞（Broken Inside），並不會馬上表現出不良症狀，以TFT LCD的影響來說有可能造成金屬層的劣化，這種不良有可能會在客戶端發生突然性的產品不良，不但檢查不易，而且其損失亦難以預測，可能造成公司名譽上的損失機理分析n一般說來，靜電放電都是在微秒或鈉秒量級完成的，因此這一過程是一種絕熱過程，放電瞬間通過回路的大電流，形成局部的高溫熱源。對微電子器件而言，其靜電放電能量通過器件集中釋放，其平均功率可達幾千瓦，熱量很難從功率耗散面向外擴散，因而在器件內形成大的溫度梯度，造成局部熱損傷，電路性能變壞或失效ESD的防制防靜電警示標誌防靜電警示標誌ES

18、D敏感標誌敏感標誌ESD保護標誌保護標誌對靜電敏感不得接近對靜電敏感不得接近防護措施已到位防護措施已到位接地接地使用靜電使用靜電消除器消除器使用抗靜使用抗靜電材質電材質加濕加濕降低摩擦降低摩擦速度速度防制防制方法方法ESD防制的方法靜電環靜電環靜電插孔靜電插孔接地線接地線n所謂接地是將帶電物體上的靜電荷通過接地導線引入地下，避免電荷越積越多而對地產生高電位，這是防靜電措施中最直接最有效的方法n人員配帶靜電手環，靜電環需每日點檢。靜電環測試時亮紅燈表示靜電手環斷路或斷線，應立即更換。拿取Panel時確實將靜電手環之插頭插入工作台之靜電插孔接地接地n基本原理：產生離子束以消除由於摩擦而在加工材料上

19、出現的靜電荷，即離子中和n每日確實點檢靜電消除器是否正常放電及清潔離子風扇放電針；靜電消除器的濾網每個星期做清潔；風速之設定應保持最大風量，且出風口需有風量顯示交代，以利人員辨識有無風量放出使用靜電消除器使用靜電消除器n人員穿著含抗靜電材質的導電纖維製成的工作服，工作鞋及手套n人體因穿著及體質不同所帶靜電荷不同，為有效預防靜電，穿著前先做整體全身檢測，以達到防護措施n無塵衣、鞋應每星期繳回管制口送洗，以保持潔淨度n抗靜電劑是以油脂為主要原料的表面活性劑，它具有很強的吸附性、離子性和表面活性，使絕緣物體表面吸附空氣水分，形成水膜，不僅防止靜電電荷的產生，還起到加快電荷泄放的作用 使用抗靜電材質使

20、用抗靜電材質靜電風扇靜電風扇待測物待測物保護膜保護膜撕保護膜撕保護膜方向方向* *撕保護膜速度應放慢撕保護膜速度應放慢約約30cm30cm、4545度角度角n靜電消除器須斜放，例如在撕保護膜時在不影響效率下應放慢速度減少靜電荷發生，逹到最大靜電消除的作用降低摩擦速度降低摩擦速度n濕度異常是造成ESD的因素之一，生產人員應注意環境或機台內部濕度狀況，如有異常，應立即通報n增加空氣濕度，對於無法接地的非金屬物，調節空氣濕度是控制靜電的簡單而有效的方法。利用高濕空氣發生器產生濕度較高的氣體，均勻地噴射到帶電物體的表面，使其上凝結成一層薄薄的水膜。因為帶電物體表面的電導率被大大提高，所以靜電荷隨之迅速泄掉加濕加濕靜電防制產品n靜電環靜電環 n防靜電手套防靜電手套 n無塵衣無塵衣/ /鞋鞋n靜電消除器靜電消除器 n抗靜電桌墊抗靜電桌墊n抗靜電地墊抗靜電地墊n導電椅導電椅n接地棚架接地棚架n接地線接地線 n導電搬運台車導電搬運台車人體靜電n人是工業生産中的主体，由於人體自身動作及與其它物體的接觸-分離、摩擦或感應等因素，可以帶上很強的靜電n由於各種原因會使人體上的正負電荷失去平衡而在宏觀上呈現出某種極性的電荷積累；這種相對靜止的、積累的靜電荷即為人體靜電人體帶電與電擊強度