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、光刻等多個關(guān)鍵工藝上對晶片表面、設(shè)備表面產(chǎn)生侵蝕，還會產(chǎn)生非控制性硼化物或磷化物摻雜、晶圓表面或光學鏡面產(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
AMC分類標準 圖源：AAF（愛美克）
根據(jù)化學品的特性，在國際半導(dǎo)體設(shè)備及材料協(xié)會在SEMIF21-1102的標準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，會造成保護層顯影不良；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主要來源包括工藝排風、汽車尾氣、鍋爐排煙以及化工廠排氣等；潔凈室內(nèi)AMC的來源包括管路泄漏、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。
另一個挑戰(zhàn)在于，隨著大尺寸晶圓的普及，單個晶圓的成本增加，針對機臺控制納米級顆粒物和AMC污染的需求也相應(yīng)增加。此外，在EUV機臺和多重曝光DUV光刻機中使用的無缺陷掩膜的成本上升，給廠務(wù)端的系統(tǒng)控制以及量測機臺和掩膜版存儲等微環(huán)境的污染控制系統(tǒng)帶來了壓力。
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)品工藝尺寸由微米級向納米級的趨勢挺進，小顆粒污染物對產(chǎn)品的影響越來越大。而這些懸浮分子污染物又很難通過HEPA/ULPA過濾器進行處理：
·?理論上，HEPA過濾器可以過濾掉99.97%以上0.3 μm以上粒徑的顆粒，ULPA過濾器可以過濾掉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，能暢通無阻地穿過 HEPA / ULPA過濾器。而且，空氣中AMC的濃度比顆粒要高得多。
·?測量結(jié)果表明，在 209D標準 100級（相當于 209E標準 M3.5級，或 ISO 14644-1標準 5級）潔凈室中，總氣態(tài)有機污染物濃度約為 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)心的重要問題。
01AMC實時監(jiān)測系統(tǒng)
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實踐證明，深紫外光刻工藝深受多種類微量污染物的影響，對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)減少了長時間持續(xù)實時監(jiān)測，而實際上AMC的實時測量對產(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、化學熒光法，這些間接測量和分析方法速度太慢，操作過程太復(fù)雜，價格昂貴且測量結(jié)果不準確。
AMC在線監(jiān)測系統(tǒng)?圖源：億天凈化
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半導(dǎo)體業(yè)者為了與其他競爭者拉出領(lǐng)先差異，對于 AMC 的全面性檢測標準要求日益嚴格。如中芯國際、臺積電等知名半導(dǎo)體大廠都已導(dǎo)入AMC在線（實時）監(jiān)測系統(tǒng)，因為所有業(yè)者都了解，透過良率的提升，將是維持競爭優(yōu)勢的最大命脈。
在線（實時）監(jiān)測系統(tǒng)對于半導(dǎo)體生產(chǎn)過程非常重要。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、擴散、金屬化、薄膜、離子注入、量測機臺以及光罩或晶圓存儲區(qū)域和制程中，能夠滿足快速監(jiān)視、警報、低濃度測量、寬測量范圍以及對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。實現(xiàn)對廠房內(nèi)外的空氣質(zhì)量進行評估，并獲取可作后續(xù)比對的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，以確認目標污染物和可能對AMC控制系統(tǒng)運行產(chǎn)生影響的物質(zhì)，進而通過杜絕關(guān)鍵性微污染物的過濾潔凈方法而達到良率提升的目的。
FOUP 內(nèi)的 AMC 和顆粒物監(jiān)測配套設(shè)備 圖源：PFEIFFER
光腔衰蕩光譜儀?圖源：中國科學院長春光機所
光腔衰蕩光譜技術(shù)是近年來興起的一種新型光譜檢測方法。該技術(shù)具有吸收光程長，不受光源強度起伏影響的特點，特別適合物質(zhì)微弱吸收，而且裝置簡單、易于定量測量，被應(yīng)用于鏡片反射率的精確測量（精確度高達10-4~10-6）和微量氣體檢測等方面。
02FFU風機過濾單元
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、超潔凈的無塵環(huán)境下進行。高效過濾風機組單元（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)計方案。主要在微循環(huán)風口設(shè)置化學過濾器。
自帶風機過濾機組 圖源：MayAir（美埃）
FFU群控系統(tǒng) 圖源：佰倫
FFU循環(huán)風系統(tǒng)，是由FFU提供循環(huán)空氣的動力，整個潔凈室的空氣通過若干臺小風機實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)。FFU具有靈活性，可適應(yīng)工藝變化，當芯片各制程工藝發(fā)展需要提高空氣潔凈度級別時，采取增加FFU數(shù)量或更換更高效率的過濾器的方法就可達到提高潔凈度等級的目的。
在AMC采樣測試與日?？刂浦校ǔ２捎?/span>FFU加載化學氣體處理的解決方案，對實際環(huán)境中的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)進行快速準確的提取和整理，并依此制定合理的解決方案。
化學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結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。過濾材料是過濾器的核心部分?；瘜W過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，不同的工藝制程對潔凈度的要求不盡相同，例如光刻要求在1級的微環(huán)境下，而化學機械拋光（CMP）則只要求1000級的環(huán)境即可。采用FFU系統(tǒng)的潔凈室一般通過FFU的分布率來決定該潔凈室的潔凈等級，潔凈室的正壓通過新風量來控制，潔凈室溫濕度的控制通過循環(huán)空氣冷卻系統(tǒng)（RCU）和新風空調(diào)系統(tǒng)（MAU）完成。
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