在半导体圆片加工行业，人们很早就认识到颗粒沾污的危害性，并根据美国Federal Standard 209D、209E和国际标准化组织
ISO 16441-1等标准，通过建造净化厂房，利用HEPA（High Efficiency Particulate Air filter，高效空气过滤器）或ULPA（Ultra Low Penetration Airfilter，超低穿透空气过滤器）来过滤掉空气中的悬浮颗粒。新建的半导体圆片加工厂，总是首先设计和建造净化厂房，然后再往里面安装和调试设备，开始运转和生产。经过几十年时间，净化厂房的颗粒过滤技术已相当成熟。理论上，HEPA过滤器可以过滤掉99.97 % 以上0.3 µm以上粒径的颗粒，ULPA过滤器可以过滤掉99.999 % 以上120 nm以上粒径的颗粒。随着特征尺寸（CD）的不断缩小，越来越多的研究发现，尽管半导体净化厂房号称是世界上最干净的地方，实际上却并不干净，空气中还存在着大量子级污染物，如酸、碱、挥发性有机物、分子掺杂物等。这些污染物以气相或蒸汽分子的形式存在，简称AMC，其粒径通常只有0.2nm～5nm，能畅通无阻地穿过HEPA / ULPA过滤器。而且，空气中AMC的浓度比颗粒要高得多。测量结果表明，在209D标准100级（相当于209E标准M3.5级，或ISO 14644-1标准5级）净化厂房中，总气态有机污染物浓度约为100 μg / m3，而颗粒污染物的浓度仅为20 ng /m3，两者相差5000倍。在洁净最高的光刻间和刻蚀间中，AMC的浓度往往比其他工艺间更高。这些AMC会影响圆片加工质量和成品率，严重时还可能对产品造成致命的缺陷。目前很多人对净化厂房空气中的AMC及其危害性还不够了解，在净化厂房设计和工艺规范定时也未考虑AMC的控制要求。很多AMC会影响员工的身体健康。很多在净化厂房中工作的人都觉得空气不好，有些人会觉得头晕、恶心、胸闷、眼睛难受等，这都是由于空气中存在着大量AMC的缘故。本文简要介绍了AMC及其来源、危害性、控制标准和控制方法，希冀引起人们对MC的重视，并采取相应的措施来减轻AMC的危害。
AMC的分类
2.1 SEMI的分类标准
根据SEMI
（Semiconductor Equipment and
Materials International，国际半导体设备和材料协
会）于1995
年发布的SEMI F21-95标准和2002年11
月发布的SEMI F21-1102标准，AMC
可分为下列四类：
（1）MA（Molecular Acids，酸性分子污染
物）：MA为腐蚀性物质，其化学反应特性为电子受主，通常包括光刻、腐蚀工艺过程中逸出的氢氟酸、盐酸、硝酸、磷酸、硫酸等，还包括外部穿过高效过滤器进入净化厂房的二氧化硫、亚硝酸等无机酸及草酸、醋酸等有机酸；
（2）MB（Molecular B a s e s ，碱性分子污染物）： M B 为腐蚀性物质，其化学反应特性为电子施主，包括
NH3、胺类（包括三甲胺、三乙胺、环己胺、二乙氨基乙醇、甲胺、二甲胺、乙醇胺等）、氨化物（如N-甲基吡咯烷酮NMP，为去胶剂或聚酰亚胺溶剂）、HMDS（光刻胶助粘剂）、脲等；（3）MC（Molecular Condensable Organic Compounds，可凝结的分子机化合物）：MC通常是指在常压下沸点大于150℃（也有人定义为沸点大于室温或65℃）、容易凝结到物体表面的有机化合物，包括碳氢化合物、硅氧烷、邻苯二甲酸二辛酯（DOP）、邻苯二甲酸二丁
酯（DBP）、邻苯二甲酸二乙酯（DEP）、丁基化烃基甲苯（BHT）、全氟高分子有机物与塑化剂等；
（4）MD（Molecular Dopants，分子掺杂物）：MD是指可改变半导体材料导特性的化学元素，包括各种重金属及硼、有机磷酸盐、砷酸盐、B2H6、BF3、As H3、磷酸三乙酯（TEP）、磷酸三氯乙酯（TCEP）、磷酸三苯酯（TPP）等。
2.2 ISO的分类标准国际标准化组织（ISO）于2006年发布了ISO 14 6 4 4 - 8 标准，将 A M C 分为 8 类：酸（ a c ），碱（ba），生物毒性物质（bt），凝聚物（cd），腐蚀物（cr），掺杂剂（dp），有机物（or），氧化剂（ox）
在微电子制造过程中，HEPA 和 ULPA 过滤器是保证集成半导体器件、磁盘驱动器以及液晶显示行业等制程洁净环境的关键措施之一。然而，尽管HEPA和ULPA过滤技术对于消除临界尺寸0.01µm以上的灰尘粒子非常有效，但对于尺寸比灰尘小得多的分子污染物AMC 却显得无能为力[1]。现代微电子的生产正朝着小型化和大型化不同方向发展：集成电路和驱动磁盘日益缩小；液晶显示器TFT 或LCD变得更大。随着这种制造趋势的发展，A M C 对于制程的潜在危害越来越受到人们的关注。另一面，与表面质量有关的污染问题 S M C 也变得越来越受到人们的重视。因此，在微电子制程中，对A M C 或 SMC 进行恰当的检测分析和有效控制就显得尤为重要。
对微电子制造业来说，空气中危害生产工艺和产品并因此引起成品率降低的化学物质，称为“分子 级 污 染 物 ”（ 或 气 载 分 子 污 染 物 ）， 简 称“A M C ”。S E M I 将 A M C 定义为四大类：分子酸（M A ）、分 子 碱（M B ）、可 凝 性 有 机 污 染 物M C 或 O r g a n i c s ）以及掺杂剂（M D ）。当 MA 浓度达到几个 ppb 时，就可引起铝膜和铜膜腐蚀；在产品和工艺设备表面凝结，导致电子元件腐蚀；在芯片中发生金属触点腐蚀等。由于 M B 会和 M A 发生化合作用形成盐类，对铝和铜有腐蚀作用；还可能在芯片、磁盘以及显示器上产生一些薄雾状物质。另外，深紫外（DUV）光刻胶在显影剂的作用下，容易被空气中的碱性物质中和，从而产生显影缺陷。空气中的 MC 的污染源很多，几乎遍布整个工艺处理区域。例如邻苯二甲酸盐、硅酮和增塑剂等，会导致半导体和磁盘驱动器生产过程中的薄膜和光刻胶的层分离现象；邻苯二甲酸盐可以分解成碳化硅，会影响氧化栅极的完整性。硅酮和磷酸盐会破坏光掩膜。
M D 会给硅带来有害的 n 型掺杂（P ）和 p 型掺杂（B ），1 0 p p b 左右的 M D 就会对产品的良率产生致命影响。在电子元件的表面发生起雾状凝聚物或有污点的现象，就是表面污染的一个典型例子。
2 化 学 过 滤 器 的 性 能 指 标
由于表面污染 S M C 与 A M C 密切相关，在此我们主要讨论如何去除 A M C 。A M C 对微电子制程的某些工艺环节有很多致命的潜在危害，应尽量采取主动方式做好预防工作，例如尽量减少生产中使用的化学物质污染、洁净室和设备中使用低挥发性的材料等。然而，事实上洁净室中将不可避免地存在 A M C 。多年的理论和实践证明，物理和化学吸附是低浓度气体污染物最为经济有效的去除方法，几乎可以去除所有的气体污染物，是一项安全、可靠、成熟的化学过滤解决方案。那么，如果决定使用化学过滤方案，应该重点考虑哪些技术指标和参数来评估过滤器呢？
一种有效的方法是采用 C3E2综合因素比较法：适用(Compatibility)，吸附效率 (Efficiency)，吸附容量(Capacity)，阻力-使用能耗（Energy loss）和洁净-无发尘、无挥发 (Cleanliness)。
● 适用性：一种化学过滤器只针对一种 / 一组气体污染物。因此某种化学过滤器对有机污染物的测试数据绝对不能代表其对酸性或碱性物质的去除 性 能 。
● 吸附容量：用不同材料吸附不同的气体，吸附容量是不同的。化学过滤器应通过采用优质原材料和结构设计，尽可能地增强气体分子和吸附剂之间的对流、扩散和传质，并最大化地利用吸附材 料 。同时，化学过滤器要含有足够量的吸附剂，以便具有足够长的吸附容量和使用寿命。
● 阻力-使用能耗：在保证一定含炭量的前提下，应通过优化材料结构和过滤器结构来获得尽可能低的阻力，使能耗降低，对洁净室庞大的回风系统来说，低阻尤为重要。
● 洁净 - 无发尘、无挥发 ：要求化学过滤器本身应尽量少发尘或不发尘、无挥发或低挥发以及尽量避免副反应物，否则化学过滤器又成了制程中新的污染源。
3 如 何 选 择 使 用 有 效 的 化 学 过 滤 器?
我们在实践中会发现，选择能有效去除 A M C的化学过滤器并不像想象的那么简单。例如，作为化学过滤器重要的性能指标─吸附效率和吸附容量，在使用过程中，会受到周围环境温度、湿度、风速、浓度以及浓度变化的影响。而且，由于半导体制程中通常使用大量不同的化学品，这就使得化学过滤器一定会与一些化学药品直接接触，接触的结果有三种情况：
（1 ）过滤器本身（包括滤料、边框、密封材料等）与所接触的化学物质无任何反应。
（2 ）与所接触的化学物质发生化学反应，但是对制程没有危害，可能对操作人员的健康有一些影响。
（3 ）与所接触的化学物质发生化学反应，产生新的 A M C ，将对制程带来潜在的危害 。那么，如何对化学过滤器的有效性和可靠性做出判断呢？
3.1 化学过滤器一定要经过整体检测
（1 ）化学过滤器整体检测必要性对化学过滤器滤料的检测是必要的。滤料测试台对化学过滤器用到的所有原材料都要在一系列条件下测试评估，并且在多种气体或蒸气中测试。同时，为了开发新的滤料和质量控制，要通过多种平行试验进行模拟评估。 图 1 为化学滤料的实验台。绝大多数供应商没有过滤器成品测试装备，通常采用滤料的测试数据来推算过滤器的性能数据。
然而，过滤器的性能数据并不简单地等于滤料介质的数据乘以滤料的用量。实际上，过滤器中的气流分布和滤料的充分利用同滤料的用量同样重要，因为化学过滤材料的宏观物理特性和阻力在使用过程中通常不变化，不同滤料部位的风速并不像灰尘过滤器逐渐趋于一致。如果化学过滤器内部的结构设计不好，空气自始至终都只能从阻力低的滤料或结构处通过，其它地方根本得不到有效利用，因此，化学过滤器的整体内部结构和气流分布非常重要。这也是为什么吸附材料的测试数据并不等于过滤器成品测试结果的原因。
（2 ）化学过滤器实验台
为了验证化学过滤器是否符合相应的指标以及在实际工况下的使用效果，应该在出厂前对化学过滤器的整体性能进行检测，而不是拿到客户那里做试验，让客户蒙受巨大的经济损失
表 1 为典型的实验参数，也可以根据用户要求，测出设定工况下化学过滤器的性能。图 3 为不同 VOC 吸附容量和效率的测试曲线。由
图可见，同一个过滤器在相同的测试条件下对不同的VOC吸附
效率是不同的。
3.2 AMC的检测
要选择有效的化学过滤器，必须尽量多地知道目标 A M C 的信息。另外，根据不同需要，化学过滤器会安装在不同的位置：微环境、吊顶、循
环风或新风空调箱中。因此要通过检测才能获得需要的 A M C 信息，检测内容至少包括：
● 追踪确定 AMC 的主要真正来源，来源是室内、是室外还是工艺本身？
● 确定化学污染的程度、以及需要去除的主要污 染 物 。
● 确定污染物的浓度水平以及可接受的浓度水平，以便选择合适的化学过滤器和系统方式。
然而，微电子制程环境的 A M C 信息的获得决不是一朝一夕的事，因为即使同一地点在不同时间、不同工况所采集的数据都可能是不同的。我国大多数微电子厂都是人工采样，就好比一个巡视的警察正巧抓住一个歹徒一样，如果该警察没有巡视此地，歹徒一样犯罪，但是却可以逃之夭夭。有些半导体厂安装了有 AMC 实时监测系统，但却不足以检测到低浓度的 A M C ，更不能预测化学过滤器的使用寿命和更换周期。
（1 ）化学过滤器使用寿命的预测
用户通常很关心过滤器能用是多长时间，即使用寿命。性炭过滤器的吸附效率在使用过程中不断衰减，当降到最低允许效率值，即有害气体浓度超标时过滤器报废，在这之前的使用时间称为使用寿命。然而，如果有人脱口就能说出某个化学过滤器的使用寿命，就非常值得怀疑了。因为化学过滤器的使用寿命与很多因素有关，诸如压力、温度、湿度、气体污染物种类、气体浓度、使用风量、滞留时间等等。Camfil的Gigamonitor的检测方法，可以为客户提供很多关于 A M C 的信息。图 4 为用Gigamonitor测出化学过滤器对不同沸点VOC吸附容量。由图可见，过滤器对于高沸点的 V O C ，在2004 年 2 月、2004 年 8 月、2005 年 2 月和 2005 8 月的吸附量分别为 2％、15％、48％和 90％；对于低沸点的 VOC，在 2004 年 2 月、2004 年 8 月、2005 年 2 月和 2005 年 8 月的吸附量分别为 1％、5％、15％和22％。通过分析可知，到 2005 年 8 月，该化学过滤器对于低沸点的VOC的吸附还剩下78％的剩余量，但是对高沸点的VOC的剩余吸附容量为10％，接近饱和。如果高沸点的 VOC 的存在恰好对制程的潜在危害很大，这时就要考虑将要更换化学过滤器了。因此，“Gigamonitor”服务可以从使用中的化学过滤器滤料上取样，来分析滤料上有关数据，并与新材料上的数据进行对比，估算出已经消耗的比例和程度，从而预计剩余吸附量或使用寿命。此外，通过比较测试，能分析出原来不知道的有可能对工艺有害的 A M C ，能够及时采取相应的措施。
（2 ）其他检测方法
在洁净室和空调系统中，还有一种能够有选地测出气载污染物 A M C 的方法─ G i g a c h e c k 。Camfil的Gigacheck是一种非常优秀的被动采样方法。图 5 是Gigacheck 产品以及检测分析结果。由图可见，洁净环境中各种酸性污染物的比例一目了然，为业主选择有针对性的化学过滤器提供了非常有意义的参考。在洁净室和需要测量的地方放置Gigacheck，可以根据需要得到一周或一个月的平均测量值，评估某一段时期内 A M C 的平均浓度。Gigacheck的特点在于：
●跟踪化学过滤器的使用消耗程度；
● 检测空气中不能经空气采样分析出来的浓度过低的污染气体成分和浓度；
● 能够检测出被化学过滤器所吸附的所有污染物质以及它们在空气中的相对含量；
● 安装方便和费用低，该方法不适合检测变化剧烈的浓度或者瞬时值。
3.3 模拟软件
根据目前的知识，对制程造成危害的 A M C 必须低于某一阈值，ITRS预测的浓度水平就是微电子企业为避免尽量少的损失而需要达到的合理水平。然而，在实际应用中，A M C 受很多因素的影响，包括：流型﹑洁净室内部和外部的 A M C 发生源和产生率以及分子过滤器在系统中不同的安装位置等 。为了解决这些复杂的计算，对不同化学过滤器解决方案的快速评估，一个有效的模拟软件是洁净室设计师和直接用户选择化学过滤器的有利工具。用户只需输入洁净室的相关数据和 A M C 浓度，选择过滤器类型﹑数量和安装位置以及不同终阻力的值就能够计算出污染物生成速度和稳态浓度和化学过滤器的使用寿命。果，并且预计使用寿命或更换周期，以便用户能够及时更换失效的化学过滤器，真正起到应有的作用 。
5 结 论
（1 ）A M C 对生产工艺和产品存在潜在危害并会导致成品率降低，因而需要有效的化学过滤器能够对半导体制程中某些特定的AMC有很强的针对性和突出的去除效果。
（2） 化学过滤器整体一定要通过实验台测试，过滤器滤料数据不能代替过滤器整体性能数据，不应把没有测试的化学过滤器直接供给用户，用让用户蒙受巨大的经济损失。
（3 ）要能估计化学过滤器的使用效率或果，并且预计使用寿命或更换周期，以便用户能够及时更换失效的化学过滤器，真正起到应有的作
用 。
（4 ）在实际使用条件下，化学过滤器本身不仅要洁净、不发尘或少发尘，还要避免不良的副产物（二次污染），不产生其它外的对工艺有害的A M C 和异味。
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