半导体生产AMC白皮书

空气分子污染物 (Airborne Molecular Contamination, AMC) 是指在空气中通过对流或扩散过程从污染源传输到产品表面的、高度稀释的分子污染物，与颗粒物污染不同，AMC 不会发生团聚。AMC 通常也被称为“化学污染”，因为其主要影响是对产品表面进行化学改性，例如通过微腐蚀、氧化或改变表面 pH 值。

AMC 可以根据其主要的化学性质或观察到的影响进行分类，典型的类别包括酸、碱、可凝结物和掺杂剂。需要注意的是，特定的化合物可能与多个类别相关，因为它们与产品的相互作用可能取决于产品的状态和撞击的位置。

AMC 的潜在来源多种多样，可以粗略地分为位于生产建筑或洁净室外部和内部。对于洁净生产过程的适当和稳定控制而言，识别空气分子污染 (AMC) 的来源、传输路径和撞击位置至关重要。各种 AMC 及其到生产环境的传输路径的识别和量化是定义适当解决方案并可靠地防止对生产产生负面影响的关键。在分子污染的整体背景下，有机化合物（特别是挥发性有机化合物 VOC） 近年来受到了广泛关注。挥发性有机化合物大量存在于洁净的生产环境中，尤其是在微电子和半导体工业中，这些行业大量使用溶剂和清洁剂。在许多情况下，溶剂的排放是 AMC 的前体，会对产品或生产工具产生严重影响，例如在半导体结构的光刻工艺中。

随着半导体技术的进步，芯片尺寸不断减小，复杂性不断增加，外来分子污染物的影响对晶圆生产良率的损害也越来越大。因此，精确测量空气分子污染物 (AMC) 对于建立有效的工艺控制至关重要。行业需要提高采样通量，并在 AMC 事件的早期阶段提供警报。

传统的 AMC 监测解决方案通常需要多个传感器才能充分测量需要监测的全系列化合物。V&F的IMR-MS离子分子反应质谱 AMC 监测仪提供单一解决方案，可对多种 AMC 类别进行稳健且同步的测量。该监测仪提供实时测量，能够快速检测并对早期污染事件做出反应。它具有广泛的覆盖范围，可以超快速、同时测量包括酸、碱、可凝结物和 VOC 在内的多种 AMC。

V&F的IMR-MS离子分子反应质谱仪是一种用于半导体工业中 FOUP、工厂和洁净室环境 AMC 监测的自动化一体化分析仪。可自动测量和量化目标物质，操作简便。24/7 全天候实时监控可以检测短期泄漏，跟踪和记录 AMC 水平，并快速警报关键浓度水平。高采样频率通过可选的多路复用系统实现了对多个采样点的并行监控，包括洁净室环境、FOUP 或选定的工具。

全面的 AMC 控制需要在整个工厂进行监测。重要的监测地点包括：

• FOUP（前开口统一盒）：FOUP 在工艺之间的运输是工厂中最大的污染风险之一。使用V&F的IMR-MS离子分子反应质谱仪可以进行快速灵敏的 FOUP 气体释放监测，检测痕量污染物，提高良率并减少排队时间。

• 洁净室：对洁净室空气进行灵敏的 AMC 监测对于尽早发现污染事件至关重要。例如，V&F的IMR-MS离子分子反应质谱仪已被用于 ISO 6 和 ISO 8 洁净室的监测，可以快速评估空气质量，检测工艺故障和不需要的污染物。广泛应用于洁净室空气的 24/7 监测。

• 外部和进气：监测外部和进气空气对于控制进入工厂的污染物至关重要。V&F的IMR-MS离子分子反应质谱仪可以进行自动化的监测，包括警报级别以及过滤器上下游的测试。

• 工具层面：直接在生产工具层面进行 AMC 监测可以快速发现问题。V&F的IMR-MS离子分子反应质谱仪具有在可变位置甚至工具层面进行自动化检测的能力。

• 子工厂和增压空间：尽管大多数工厂尚未对子工厂和洁净室上下方的增压空间进行过滤，但未来可能会对其进行 AMC 控制。

• 材料脱气：监测材料（如 FOUP）的脱气情况对于了解潜在的污染源至关重要。V&F的IMR-MS离子分子反应质谱仪已用于此类应用。

• 移动分析：V&F的IMR-MS离子分子反应质谱仪具有独特的多功能性，可以轻松部署在不同的工厂环境中，进行原位移动测量，这对于粘性和反应性污染物尤其重要。

根据 SEMI 标准 F021-00-1016，AMC 通常分为以下几类：

• 酸：如 HF、HBr、HCl、HNO3、H2SO4、H3PO4、CH3COOH、HCOOH 等。酸会腐蚀金属线路和焊盘，导致晶圆表面沉积异物，使光刻掩模产生雾化，并损坏 HEPA 过滤器。

• 碱：如 NH3、TMA（三甲胺）、DMA（二甲胺）、Morpholine 等。

• 可凝结有机物：指可以凝结在表面的有机化合物，如 Toluene、IPA/Acetone 等溶剂，以及 Benzene/C6、DEP、Siloxanes、BHT、C26 等。

• 掺杂剂：如 BF3、AsH3 等。

此外，挥发性有机化合物 (VOCs) 是一个重要的污染类别，包括各种溶剂、清洁剂及其排放物，如丙二醇甲醚醋酸酯 (PGMEA)、丙二醇甲醚 (PGME)、甲基乙基酮 (MEK)、乙酸乙酯 (EA)、环戊烷、丙酮、甲苯等。全氟和多氟烷基物质 (PFAS) 也是需要关注的污染物。

半导体加工需要采用多层污染控制方法来应对众多的内部和外部 AMC 来源。典型的工厂在环境空气入口（新风处理机，MAH）、通常在再循环或回风处理机（RAH）以及洁净室天花板风机过滤单元（FFU）上都安装 AMC 过滤器。这些过滤器采用高质量的低或无 AMC 释放的材料，提供化学洁净的过滤解决方案，并经过先进的分析测量验证。了解环境中的 AMC 浓度对于选择优化的过滤器解决方案至关重要。

对半导体制造环境中的空气分子污染物进行全面、快速和灵敏的监测对于确保产品质量和生产效率至关重要。先进的质谱技术，如V&F的IMR-MS离子分子反应质谱仪为实现这一目标提供了强大的工具。结合适当的过滤解决方案和对 AMC 来源及传输路径的深入理解，可以有效地控制 AMC，最大限度地减少晶圆缺陷，并提高半导体制造的良率。