高科技廠房內 AMC 環境微汙染控管技術發展
製程環境中空降分子狀污染物 (airborne molecular contamination, AMC)對產品良率影響日益顯著；製程良率管控上，需針對 AMC 進行採樣與檢測，製程環境下氣體濃度需控制在 ppbM或到 pptM ( parts per trillion Molar) 等級；標準檢測方法是利用衝擊瓶、吸收液、吸附管或真空採樣桶進行收集，最新的技術發展則為利用自動化監測設備,針對廠區進行連續/多點/移動的檢測模式，可更即時有效掌握製程環境的微汙染狀況。
半導體元件導線寬度近幾年從 250nm 大幅縮小 100 倍到達 2nm 製程，然而製程環境中空降分子狀污染物 (airborne molecular contamination, AMC) 對產品良率影響日益顯著。
何謂 AMC? 其定義為「環境中有能力沈積或吸附於表面形成一薄膜層之化學污染物質」；AMC的污染濃度與潔淨室等級無直接關聯性。有文獻報告指出 class 1 的有機氣態污染物之濃度可能比 class 10 還大[Kitajima and Shiramizu,1997]。在等級為 class 100 潔淨室內總有機氣態污染物濃度約 100μg/m3，而粒狀污染物濃度在的潔淨室約為 20 ng/m3，兩者在質量濃度的比例就相差了 5000 倍。故潔淨室內氣態分子污染物沈積於晶圓表面速率(surface arrival rate)可能為微粒的數個等級以上。
製程環境AMC來源 :
- 空調系統之外氣補氣(周界環境)。
- 腐蝕 HEPA 中的硼矽玻璃纖維，將硼(B)釋出並沉積改變玻璃基版的潔淨度
- 潔淨室內氣體逸散—特別是新建蓋好的 fab (建築結構材質與塗料、機台內部材質、接縫密封劑、晶圓儲存盒、PVC 手套等塑膠材質)。
- 製程使用化學原料—更換裝填或維修保養(RCA清洗溶液、光阻劑、顯影劑、去光阻劑等)。
- SMIF / FOUP / Mini-environment 之材質氣體逸散。
- 管路老舊或人員疏失之意外洩露。
AMC污染對製程可能的影響 (參考SEMI Standard F21)
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AMC 分類 |
化學物質 |
影響性 |
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酸性/鹼性 (MA/MB) |
HF , HCl , NOx , SOx , H₃PO₄ |
廠房鏽蝕 (FAB Corrosion) 改變蝕刻速度(Etch rate shifts) 光學膜組霧化 (Optics Hazing) 金屬化 (Metallization) 金屬件腐蝕(Corrosion) 線路短路 (Short circuit) |
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凝縮性物質 Condensable |
Phthalates: DBP, DOP Phosphates: TBP Siloxane |
Adhesion Failure (黏著失效) SiC Formation (影響碳化矽成型) High Contact Resistance ( 增加阻抗) Gate Oxide Integrity (閘極氧化層完整性) Degradation (干擾電訊強度) Ineffective Cleaning (影響清潔效率) |
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摻雜物質 Dopant substance |
B , BF³ ,PH³ |
Uncontrolled B , P Doping (硼磷參雜) Threshold Voltage Shifts (改變臨界電壓) Resistivity Shifts (電阻偏移) |
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金屬物質 Metals |
Fe , Ni , Cu |
Currents leakage (漏電流) Short circuit (線路短路) Gate Oxide Integrity (閘極氧化層完整性) Threshold Voltage shifts (改變臨界電壓) |
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其他類 Others |
H2O2、O3、IPA、 Acetone |
如何針對半導體製程環境 AMC 進行檢測
對於製程良率管控上，可針對 AMC 物種不同進行採樣與檢測，製程環境下氣體濃度需控制在 ppbM 或到 pptM ( parts per trillion Molar) 等級。
1.標準的採樣方法如下:
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AMC 採樣類別 |
採樣模式 |
Analyzer |
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MA |
金屬、陰離子、陽離子、酸類 ， 有機胺 |
Impinger (衝擊瓶)+吸收液 |
ICP-MS /IC |
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MC |
THC 總碳氫 |
活性炭吸附管 |
GC-FID |
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MB |
MEA |
矽膠管 |
GC-FID |
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MC |
VOCs、SVOCs 、 Phthplate (DOP ,DBP….) ,Siloxane (D3~D10)、DMSO、PGME、PGMEA….. |
Tenax-TA |
GC-MS |
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SVOCs |
PUF |
GC-MS |
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甲醛 |
XAD-2 |
GC－FID |
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VOCs、SVOCs (瞬間) |
Canister |
GC-MS/FID |
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Particle |
NA |
Particle counter |
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2.AMC 連續自動監測 :
利用自動化監測設備,針對廠區內高效能空氣過濾系統、FFU (Fan Filter Unit) 與人員設備操作區域進行連續/多點/移動檢測 MA、MB、MC 與微顆粒，提供製程場域 AMC 濃度即時性的掌握並提供廠務人員能快速地了解突發性汙染的問題，同時可搭配標準採樣分析提供汙染源的溯源與改善對策的建立；自動化監測現已逐步在新建立高科技廠房內成為標準配置以因應如 2nm 的高階製程或對高無塵室等級的環境控管需求。
