半導(dǎo)體潔凈室AMC控制方案

半導(dǎo)體制程復(fù)雜，對(duì)氣態(tài)分子污染物(AMC)敏感的區(qū)域比較多，在腐蝕控制方面，未來幾年半導(dǎo)體制造將面臨多重挑戰(zhàn)。據(jù)新版半導(dǎo)體路線圖白皮書介紹，傳統(tǒng)半導(dǎo)體的尺寸將在2024年達(dá)到極限。但是，將有更多種類的新器件、芯片堆疊和系統(tǒng)創(chuàng)新方法來持續(xù)計(jì)算機(jī)性能、功耗和成本的優(yōu)化。國際器件與系統(tǒng)線路圖(IRDS)表示目前芯片成本降低方法主要是通過縮小多晶硅間距、金屬互連間距和電路單元的高度，這種現(xiàn)象將持續(xù)到2024年。

化學(xué)過濾器的生命周期對(duì)AMC去除效率影響很大，根據(jù)國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖(ITRS)，對(duì)光刻掃描儀晶圓環(huán)境AMC管控要求比較嚴(yán)格，無機(jī)酸總量目標(biāo)值0.05ppbv、總堿目標(biāo)值0.2ppbv、揮發(fā)性有機(jī)物目標(biāo)值0.26ppbv。本文介紹化學(xué)過濾系統(tǒng)要素，包括AMC污染源、AMC控制目標(biāo)值、新風(fēng)化學(xué)過濾器與FFU化學(xué)過濾器配置方案。

半導(dǎo)體生產(chǎn)制程包含有精密的微機(jī)電和積體電路，對(duì)生產(chǎn)環(huán)境潔凈度的要求特別嚴(yán)格，因此其整個(gè)制造過程都是在嚴(yán)格控制的潔凈室環(huán)境下完成的。在潔凈室技術(shù)中，污染不僅包括嚴(yán)格意義上的灰塵的微粒，還包括任何有干擾作用的固體、液體、氣體、熱和電磁，所以需要小心控制與生產(chǎn)者有關(guān)的環(huán)境，這可能會(huì)對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)過程和制造質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面的影響。

半導(dǎo)體工藝中，HEPA/ULPA過濾器是控制微粒污染的傳統(tǒng)技術(shù)。大多數(shù)潔凈室可以通過HEPA/ULPA過濾器控制大粒徑的懸浮污染微粒物，但隨著半導(dǎo)體產(chǎn)品工藝尺寸逐漸由0.25um向0.13um，甚至向納米級(jí)的趨勢(shì)發(fā)展，小顆粒污染物對(duì)產(chǎn)品的影響越來越大。眾多研究表明，潔凈室空氣中存在的懸浮分子污染物（AMC）會(huì)對(duì)生產(chǎn)工藝中的產(chǎn)品產(chǎn)生不同成度的影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成致命的產(chǎn)品缺陷和不良。而這些懸浮分子污染物又很難通過HEPA/ULPA過濾器進(jìn)行處理，所以研究測(cè)量并控制AMC含量成為了眾多生產(chǎn)商關(guān)心的重要問題。

下面我們將簡單講述有關(guān)AMC方面的一些知識(shí)：

AMC是Airborne Molecular Contamination的縮寫，定義為懸浮分子污染物（不是懸浮微粒），大多出現(xiàn)在潔凈室和受控環(huán)境的大氣中。

懸浮微粒以Microns（微米）大小來定義，縮寫為：um，微米是過濾行業(yè)中描述粉塵粒度和纖維直徑最常用的尺寸單位，1um=10-6m。

懸浮分子常以埃為單位，符號(hào)為 Å 埃格斯特朗(簡稱埃，符號(hào)Å)是一個(gè)長度單位。它不是國際制單位，但是可與國際制單位進(jìn)行換算，即1 Å = 10^(-10) 米 = 0.1納米。

氣體分子污染物（AMC）是危害生產(chǎn)工藝并導(dǎo)致成品率降低的分子態(tài)化學(xué)物質(zhì)，AMC會(huì)在半導(dǎo)體制造的柵底氧化、薄膜沉積、多晶硅和硅化物形成、接觸成型、光刻等多個(gè)關(guān)鍵工藝上對(duì)晶片表面、設(shè)備表面產(chǎn)生侵蝕，還會(huì)產(chǎn)生非控制性硼化物或磷化物摻雜、晶圓表面或光學(xué)鏡面產(chǎn)生陰霾、微粒產(chǎn)塵等危害，從而大大影響了產(chǎn)品的質(zhì)量。

根據(jù)化學(xué)品的特性，在國際半導(dǎo)體設(shè)備及材料協(xié)會(huì)（Semiconductor Equipmentand Materials Tnternational,SEMI）在SEMIF21-1102的標(biāo)準(zhǔn)中將潔凈室中的空氣污染物分為四種，一是酸性污染物，包括鹽酸、硝酸、硫酸、氫氟酸等；第二種是堿性污染物，主要是氨氣；第三種是可凝性污染物，指常壓下沸點(diǎn)大于室溫且會(huì)在表面凝結(jié)的化學(xué)物質(zhì)但不包含水；第四種是摻雜性污染物，可改變半導(dǎo)體物質(zhì)之電性能化學(xué)元素，如硼、磷、砷和金屬離子等。

潔凈室中的AMC來源分為外部污染和內(nèi)部污染，外部污染大致包括煙囪排放、汽車機(jī)車尾氣排放等，它們通常經(jīng)由新風(fēng)空調(diào)箱再吸回潔凈室內(nèi)。它的去除方式主要是在新風(fēng)空調(diào)箱內(nèi)設(shè)置對(duì)于酸性污染物和堿性污染物可高效凈化、針對(duì)有機(jī)化合物的有限空氣洗滌器和作用與酸堿性污染物、有機(jī)化合物的化學(xué)過濾器。內(nèi)部污染大致包括化學(xué)品、機(jī)臺(tái)設(shè)備、潔凈室內(nèi)作業(yè)人員、潔凈室內(nèi)建材等。特別是新建的廠房，建筑結(jié)構(gòu)材質(zhì)、涂料、機(jī)臺(tái)內(nèi)部材質(zhì)、接縫密封劑、晶圓儲(chǔ)存盒、PVC手套等塑膠材質(zhì)等都會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的影響。它的去除方式主要是通過高效過濾風(fēng)機(jī)組單元（FFU），主要在微循環(huán)風(fēng)口設(shè)置化學(xué)過濾器。

化學(xué)過濾器的定義為空氣分子污染隔離用的過濾器，其原理是通過物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。通常實(shí)際選用是要根據(jù)污染物種類、濃度和處理風(fēng)量等條件來選擇合適的化學(xué)過濾器。目前的化學(xué)過濾器是選擇性的吸附氣體，而不是機(jī)械地“過濾”雜質(zhì)。吸附是固體物質(zhì)表面對(duì)氣體或液體分子的吸附現(xiàn)場(chǎng)，其中固體物質(zhì)是吸附劑，被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)。吸附可分為物理吸附和化學(xué)吸附。

過濾材料是過濾器的核心部分?；瘜W(xué)過濾器的吸附材料（又成吸附劑）有多種如活性炭、氧化鋁、沸石、硅膠、離子交換樹脂等；其中活性炭具有巨大的比表面積、廣譜吸附性、來源豐富和經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，在化學(xué)過濾器中被廣泛應(yīng)用，習(xí)慣上稱之為活性炭過濾器。 

化學(xué)濾網(wǎng)安裝位置大致分為三種，如下：

1）MAU進(jìn)氣口；設(shè)置長效性，高風(fēng)速型（V>2.5m/s）化學(xué)濾網(wǎng)。

2）設(shè)備進(jìn)氣口之高效過濾風(fēng)機(jī)組單元（FFU）上游處，設(shè)置低風(fēng)速型，V<1.0m/s。

3）循環(huán)風(fēng)回風(fēng)處，設(shè)置高效型，高風(fēng)速型2.5m/s>V>1.2m/s。

當(dāng)前半導(dǎo)體制程技術(shù)發(fā)展迅猛，芯片線寬已進(jìn)入納米級(jí)，因此半導(dǎo)體潔凈室內(nèi)AMC的控制更顯得重要。在AMC的控制中，首要步驟是通過監(jiān)測(cè)分析識(shí)別污染物來源，再通過調(diào)整生產(chǎn)材料和工藝流程以去除污染物。同時(shí)在新風(fēng)、循環(huán)風(fēng)以及機(jī)臺(tái)側(cè)考慮安裝合適的化學(xué)過濾器來保護(hù)生產(chǎn)環(huán)境。對(duì)于潔凈室內(nèi)部分區(qū)域AMC含量的異常波動(dòng)，需要巧妙運(yùn)用在線檢測(cè)的數(shù)據(jù)去系統(tǒng)分析任何一次超出控制的異常情況，找到引起波動(dòng)的真是原因，進(jìn)而找到有效的處理措施。