氣體分子污染物（AMC），又名為懸浮分子污染物/氣載分子污染物，是危害微電子生產(chǎn)工藝并導(dǎo)致成品率降低的分子態(tài)化學(xué)物質(zhì)，大多出現(xiàn)在潔凈室和受控環(huán)境的大氣中。
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對(duì)于微電子潔凈室控制的挑戰(zhàn)在于AMC分子污染物的尺寸比粒子要小得多，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。
晶圓加工流程 圖源：泛林集團(tuán)
AMC分類標(biāo)準(zhǔn) 圖源：AAF（愛(ài)美克）
根據(jù)化學(xué)品的特性，在國(guó)際半導(dǎo)體設(shè)備及材料協(xié)會(huì)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，能夠誘發(fā)硼污染；第二種是堿性污染物，主要是氨氣，會(huì)造成保護(hù)層顯影不良；第三種是可凝性污染物，第四種是摻雜性污染物，兩者會(huì)造成元件表面污染，如P/N翻轉(zhuǎn)、氧化膜老化，金屬離子造成結(jié)合不緊密等。這些AMC主要來(lái)源包括工藝排風(fēng)、汽車尾氣、鍋爐排煙以及化工廠排氣等；潔凈室內(nèi)AMC的來(lái)源包括管路泄漏、清洗和濕法刻蝕設(shè)備泄漏、建筑與設(shè)備材料氣體散發(fā)和潔凈室內(nèi)人員攜帶等。
另一個(gè)挑戰(zhàn)在于，隨著大尺寸晶圓的普及，單個(gè)晶圓的成本增加，針對(duì)機(jī)臺(tái)控制納米級(jí)顆粒物和AMC污染的需求也相應(yīng)增加。此外，在EUV機(jī)臺(tái)和多重曝光DUV光刻機(jī)中使用的無(wú)缺陷掩膜的成本上升，給廠務(wù)端的系統(tǒng)控制以及量測(cè)機(jī)臺(tái)和掩膜版存儲(chǔ)等微環(huán)境的污染控制系統(tǒng)帶來(lái)了壓力。
半導(dǎo)體工藝中，HEPA/ULPA過(guò)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(guò)HEPA/ULPA過(guò)濾器控制大粒徑的懸浮污染微粒物，但隨著半導(dǎo)體產(chǎn)品工藝尺寸由微米級(jí)向納米級(jí)的趨勢(shì)挺進(jìn)，小顆粒污染物對(duì)產(chǎn)品的影響越來(lái)越大。而這些懸浮分子污染物又很難通過(guò)HEPA/ULPA過(guò)濾器進(jìn)行處理：
·?理論上，HEPA過(guò)濾器可以過(guò)濾掉99.97%以上0.3 μm以上粒徑的顆粒，ULPA過(guò)濾器可以過(guò)濾掉99.999 %以上120 nm以上粒徑的顆粒。AMC以氣相或蒸汽分子的形式存在于半導(dǎo)體潔凈室中，其粒徑通常只有 0.2nm～5nm，能暢通無(wú)阻地穿過(guò) HEPA / ULPA過(guò)濾器。而且，空氣中AMC的濃度比顆粒要高得多。
·?測(cè)量結(jié)果表明，在 209D標(biāo)準(zhǔn) 100級(jí)（相當(dāng)于 209E標(biāo)準(zhǔn) M3.5級(jí)，或 ISO 14644-1標(biāo)準(zhǔn) 5級(jí)）潔凈室中，總氣態(tài)有機(jī)污染物濃度約為 100μg/m3，而顆粒污染物的濃度僅為 20 ng / m3，兩者相差 5000倍。在潔凈度最高的光刻間和刻蝕間中， AMC的濃度往往比其他工藝間更高。
所以，研究測(cè)量并控制AMC的濃度含量成為了眾多生產(chǎn)商關(guān)心的重要問(wèn)題。
01AMC實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
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實(shí)踐證明，深紫外光刻工藝深受多種類微量污染物的影響，對(duì)很多微量污染物極為敏感，盡管隨著深紫外耐腐蝕材料技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)減少了長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而實(shí)際上AMC的實(shí)時(shí)測(cè)量對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的好壞至關(guān)重要。
而傳統(tǒng)的方法大多使用沖擊濾池、離子色譜法、化學(xué)熒光法，這些間接測(cè)量和分析方法速度太慢，操作過(guò)程太復(fù)雜，價(jià)格昂貴且測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。
AMC在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)?圖源：億天凈化
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半導(dǎo)體業(yè)者為了與其他競(jìng)爭(zhēng)者拉出領(lǐng)先差異，對(duì)于 AMC 的全面性檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求日益嚴(yán)格。如中芯國(guó)際、臺(tái)積電等知名半導(dǎo)體大廠都已導(dǎo)入AMC在線（實(shí)時(shí)）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，因?yàn)樗袠I(yè)者都了解，透過(guò)良率的提升，將是維持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的最大命脈。
在線（實(shí)時(shí)）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)于半導(dǎo)體生產(chǎn)過(guò)程非常重要。該系統(tǒng)可完全與高科技生產(chǎn)廠房潔凈環(huán)境管理需求相結(jié)合。在包括光刻、蝕刻、擴(kuò)散、金屬化、薄膜、離子注入、量測(cè)機(jī)臺(tái)以及光罩或晶圓存儲(chǔ)區(qū)域和制程中，能夠滿足快速監(jiān)視、警報(bào)、低濃度測(cè)量、寬測(cè)量范圍以及對(duì)多種氣體的高度敏感響應(yīng)等半導(dǎo)體行業(yè)的剛性要求。實(shí)現(xiàn)對(duì)廠房?jī)?nèi)外的空氣質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，并獲取可作后續(xù)比對(duì)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，以確認(rèn)目標(biāo)污染物和可能對(duì)AMC控制系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生影響的物質(zhì)，進(jìn)而通過(guò)杜絕關(guān)鍵性微污染物的過(guò)濾潔凈方法而達(dá)到良率提升的目的。
FOUP 內(nèi)的 AMC 和顆粒物監(jiān)測(cè)配套設(shè)備 圖源：PFEIFFER
光腔衰蕩光譜儀?圖源：中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光機(jī)所
光腔衰蕩光譜技術(shù)是近年來(lái)興起的一種新型光譜檢測(cè)方法。該技術(shù)具有吸收光程長(zhǎng)，不受光源強(qiáng)度起伏影響的特點(diǎn)，特別適合物質(zhì)微弱吸收，而且裝置簡(jiǎn)單、易于定量測(cè)量，被應(yīng)用于鏡片反射率的精確測(cè)量（精確度高達(dá)10-4~10-6）和微量氣體檢測(cè)等方面。
02FFU風(fēng)機(jī)過(guò)濾單元
從生產(chǎn)層面上看，微電子產(chǎn)品的制造工序復(fù)雜且繁多，其中許多關(guān)鍵工藝需要在恒溫、恒濕、超潔凈的無(wú)塵環(huán)境下進(jìn)行。高效過(guò)濾風(fēng)機(jī)組單元（FFU），在集成電路芯片制造領(lǐng)域已逐漸成為最主要的潔凈設(shè)計(jì)方案。主要在微循環(huán)風(fēng)口設(shè)置化學(xué)過(guò)濾器。
自帶風(fēng)機(jī)過(guò)濾機(jī)組 圖源：MayAir（美埃）
FFU群控系統(tǒng) 圖源：佰倫
FFU循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)，是由FFU提供循環(huán)空氣的動(dòng)力，整個(gè)潔凈室的空氣通過(guò)若干臺(tái)小風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)。FFU具有靈活性，可適應(yīng)工藝變化，當(dāng)芯片各制程工藝發(fā)展需要提高空氣潔凈度級(jí)別時(shí)，采取增加FFU數(shù)量或更換更高效率的過(guò)濾器的方法就可達(dá)到提高潔凈度等級(jí)的目的。
在AMC采樣測(cè)試與日常控制中，通常采用FFU加載化學(xué)氣體處理的解決方案，對(duì)實(shí)際環(huán)境中的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行快速準(zhǔn)確的提取和整理，并依此制定合理的解決方案。
化學(xué)過(guò)濾器的定義為空氣分子污染隔離用的過(guò)濾器，其原理是通過(guò)物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。過(guò)濾材料是過(guò)濾器的核心部分?；瘜W(xué)過(guò)濾器的吸附材料有多種，如活性炭、氧化鋁、沸石、硅膠、離子交換樹脂等。
FFU作為核心元素之一，參與到微電子潔凈室立體化系統(tǒng)中
在集成電路芯片制造中，不同的工藝制程對(duì)潔凈度的要求不盡相同，例如光刻要求在1級(jí)的微環(huán)境下，而化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）則只要求1000級(jí)的環(huán)境即可。采用FFU系統(tǒng)的潔凈室一般通過(guò)FFU的分布率來(lái)決定該潔凈室的潔凈等級(jí)，潔凈室的正壓通過(guò)新風(fēng)量來(lái)控制，潔凈室溫濕度的控制通過(guò)循環(huán)空氣冷卻系統(tǒng)（RCU）和新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)（MAU）完成。
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