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)
AMC分類 | 化學物質 | 影響性 |
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) |
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) |
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) |
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) |
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:
AMC採樣類別 | 採樣模式 | Analyzer |
MA | 金屬、陰離子、陽離子、酸類 ， 有機胺 | Impinger(衝擊瓶)+吸收液 | ICP-MS /IC |
MC | THC總碳氫 | 活性炭吸附管 | GC-FID |
MB | MEA | 矽膠管 | GC-FID |
MC | VOCs、SVOCs 、 Phthplate (DOP ,DBP….) ,Siloxane (D3~D10)、DMSO、PGME、PGMEA….. | Tenax-TA | GC-MS |
SVOCs | PUF | GC-MS |
甲醛 | XAD-2 | GC－FID |
VOCs、SVOCs (瞬間) | Canister | GC-MS/FID |
| Particle | NA | Particle counter |
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。
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