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NEW FAB  Te ch notes
 TECHNOLOGY
 J OURNAL  技術專文







 讓作業機台減少電磁波影響
 INTRODUCTION OF ELF   POWER

 MAGNETIC FIELD SHIELDING  CABLE

                 TRAY
 淺談極低頻磁場的防治      在2D空間

                 的磁場

 今日消費性的科技產品隨著輕薄短小及節能減碳的要求，使得半導體的製程越縮越小，已邁入 28nm 的製程量產，  分布圖
 20nm 的製程也正積極的研發中。隨著製程的縮小，電磁波干擾 (EMI) 的問題也慢慢浮現，其中以極低頻磁場 (<
 1kHz) 對生產機台的影響，尤其是有電子束作業相關的機台 ( SEM, E-beam writer, TEM, Auger.... 等 ) 更是不可小觀
 ，當 SEM 電子束以 300 Volt 的加速電壓作業時，若用古典力學運動帶電粒子在磁場中受力情形來計算 ( 通常 >10K
 volt 就一定須用相對論來探討，例如 TEM) ，在 SEM 真空腔體內假使有 1 mG 垂直電子束運動方向的磁場，入射電
 子就會有將近 10 nm 的水平誤差的不準度，這對 CD 值的要求不可不謂大矣 ! 所以很多有電子束作業的機台會特別要
 求機台環境空間的 AC 磁場不得超過某些標準 ( 好比先進的 SEM < 3 mG, E-beam writer < 0.3 mG), 至於像手機等的
 高頻電磁波 (>100MHz) ，一般金屬就可有很好的屏蔽效果，因為越高頻集膚深度會越淺 ( 文中後面會再詳述 )，而
 Fab 內機台都有金屬腔體保護。
                   圖1

                                    Magnet 軟體來計算模擬 60Hz，總電流 1800A，寬 1.0m 的 power cable tray 在 2D 空間的磁場分布圖




                 X-METAL
                 高導磁軟板
                 (含Ni , Fe
                 等材料) 的
                 屏蔽數據





                   圖2
                                                        Shielding effect of magnetic wave vs. frequency
                                                           (Advantest method : 150X150mm sample)





 為何要對電磁波中的極低頻磁場特別關注 ? 因為在 Fab 裡處處有低頻的大電流 power cable，由畢奧沙伐特或安培環
               (C)，此值會降低屏蔽效果。所以屏蔽防制的效應                           場 優 勢 S = A + Rm + C = 8.69 ( t/δ)+ [20 log

 路定律可知載流導線會在其四周建立一磁場，另外 Fab 裡還有很多的變壓器，其操作原理是原線圈產生磁通變化透過
               (shielding effect) S ( 單位 dB) = A (absorption) + R   (1- exp2t/δ)] + [20 log(1- exp-2t/δ)][2]，式 中
 鐵心傳至副線圈由法拉第定律產生感應電壓電流，過程中變壓器也會對四周環境散失所謂的迷失場 (Stray field) 即磁
               (reflection) + C (correction factor)。在 計 算 屏 蔽 時  t：屏蔽材料厚度，δ( 集膚深度 skin depth，電磁波
 場。甚至一些需大電流作業的機台，好比 Implanter, Diffusion, Etching 等，亦是 Fab 裡的磁場雜訊來源。為了使 Fab  應考量距離 ( 近場，遠場 ) 因素，如果在近場範圍即  可穿透材料表面的深度 ( 強度衰減 1/e))： [ (1/fµσ)
 裡的機台作業正常，對極低頻磁場的屏蔽防制更是不可輕忽。圖 1 是用 Magnet 的軟體來計算模擬 60 Hz，1800 A  電磁場雜訊源與受害機台相距 <λ/ 2π(λ: 極低頻  0.5  ]， f：電磁波頻率 µ: 相對於銅的磁導率，σ: 相對
 的 power cable tray 在 2D 空間的磁場分布圖，根據模擬結果須距 cable tray > 6.5 m，磁場才會 < 3 mG。  電磁場的波長，好比 1 kHz, < 5×10 m ) 時，還須  於銅的電導率。用一般常見材料的係數帶入上式，
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               用電磁場分析儀確認是電場 E 優勢或是磁場 H 優勢                        可知近場磁場優勢時主要屏蔽是來自 A 項的吸收損
 文_于淳 ( 計劃整合及研究專案部 PIRP )  (∣E∣/∣H∣> 377Ω 電 場 優 勢，∣E∣/∣H∣<       失作用 , 但其值也不是很大 ( 對常見屏蔽材料相較於

               377Ω 磁場優勢，377Ω 為自由空間電磁波阻抗 )。                      電場優勢 S 可達 50 dB( 濾掉 99.999%)，但磁場優
  電磁波屏蔽防治的原理有 : 吸收 (A) 是因電磁波在  對磁場 ; 反射 (R) 是因電磁波激發屏蔽材料表面的電  只要是載流導線都會在其四周建立一磁場，好比在  勢 S 通常只有約 30 dB( 濾掉 99.9%) 以下，見圖 2
 屏蔽材料中產生渦電流，將電磁波能量以熱能耗散，  子震盪，再以與入射波相同的電磁波頻率輻射出去 ;   Fab 裡的 power cable，所以當低壓高電流的情形，  [3])，故低頻磁場屏蔽較為困難。 由 A 項的吸收損失
 另一種吸收作用是將電磁波導向別的方向，特別是  還有一項是電磁波在屏蔽板中多重返射的補償係數  依電磁學馬克士威方程式計算可得 : 在近場距離內磁  作用 8.69 ( t/δ) 式子中的δ= (1/fµσ) 0.5  來看，


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