背景
backdrop
隨著后摩爾時代的到來,芯片線寬越來越小,臺積電已經(jīng)有3nm成熟的量產(chǎn)工藝。先進(jìn)的制程工藝對環(huán)境潔凈度的要求也越來越高,任何微小的雜質(zhì)都可能對芯片造成不可挽回的損傷。制程工廠的潔凈車間需要管控的污染物已經(jīng)不僅僅局限在顆粒雜質(zhì)、液態(tài)水珠,而是已經(jīng)精確到分子級污染物。
什么是AMC
危害生產(chǎn)工藝并因此導(dǎo)致成品率降低的空氣中的分子態(tài)化學(xué)物質(zhì),稱為“分子級污染物”(或氣載分子污染物),英文簡稱“AMC” (Airborne molecular contamination)。AMC是指對半導(dǎo)體工廠產(chǎn)生負(fù)面影響的各種化學(xué)分子(不是顆粒)污染物,國際半導(dǎo)體技術(shù)與材料協(xié)會(SEMI)根據(jù)AMC的化學(xué)性質(zhì)以及對生產(chǎn)工藝的危害,對其分為四類:酸性(MA)﹑ 堿性(MB), 可凝性(MC)和摻雜性(MD)。
AMC來源
外部
環(huán)境空氣中含有數(shù)千種化學(xué)物質(zhì)
工業(yè)排放
農(nóng)業(yè)化肥、發(fā)酵等
燃燒(供暖、交通)
光化學(xué)
內(nèi)部
工藝化學(xué)品(PGMEA, IPA, HMDS, TMAH,Slurry)
人體排出氣體:NH3,醋酸,甲醛(吸煙者甲醛排放含量是非吸煙者的10倍)
香水、古龍水、沐浴露、頭發(fā)、指甲、彩妝產(chǎn)品
材料出氣
墻體、塑料、包裝
工具本身的組件
AMC對半導(dǎo)體制程工藝的影響
Science & Technology
電鍍工藝:酸會影響電化學(xué)過程,從而影響半導(dǎo)體晶圓的平整化和表面質(zhì)量;機(jī)分子可沉積在晶圓上,造成局部蝕刻或電鍍變化在ECP過程中。這可能導(dǎo)致碟形侵蝕特征結(jié)構(gòu)的形成,影響制造設(shè)備的性能和可靠性。
CVD/PVD成膜工藝:AMC會影響沉積過程,導(dǎo)致薄膜質(zhì)量和均勻性的變化;AMC還可以從環(huán)境空氣轉(zhuǎn)移到沉積工具或其他工藝步驟,導(dǎo)致整個半導(dǎo)體制造過程中的污染問題;空氣中的分子污染會降低CVD/PVD設(shè)備的性能和使用壽命。
CMP:AMC會影響CMP過程中的平面化過程,導(dǎo)致半導(dǎo)體晶圓表面質(zhì)量的變化;空氣污染物會沉積在晶圓表面,導(dǎo)致缺陷形成;空氣中的分子污染會物影響CMP墊料和漿料的性能和壽命。
WET:空氣中的污染物可與腐蝕劑或清洗液相互作用,改變其酸/堿成分、濃度或反應(yīng)性;在濕式蝕刻和清潔過程中,AMC會導(dǎo)致表面缺陷的形成; 空氣中的分子污染會影響濕蝕刻和清潔過程中使用的化學(xué)品的消耗和效率。
Dry Etch:在干式蝕刻過程中,AMC會引起蝕刻速率的變化,從而導(dǎo)致不一致的結(jié)果;空氣污染物會沉積在晶圓表面,導(dǎo)致污染和缺陷的形成;AMC會影響干蝕刻過程中使用的等離子體的穩(wěn)定性和控制。
Litho:AMC會影響光刻成像質(zhì)量,導(dǎo)致圖案保真度和關(guān)鍵尺寸的變化;在光刻過程中,空氣污染物會沉積在晶圓片表面,導(dǎo)致缺陷形成;AMC可以從環(huán)境空氣轉(zhuǎn)移到光刻工具或其他工藝步驟,在整個半導(dǎo)體制造過程中造成污染問題;空氣中的分子污染會降低光刻中使用的光學(xué)元件的性能,例如透鏡或反射鏡。
Metrology:AMC會影響計(jì)量測量的準(zhǔn)確性和可靠性;在計(jì)量過程中,空氣污染物可以沉積在樣品表面,導(dǎo)致污染問題;AMC會在計(jì)量測量中引入變異性,導(dǎo)致結(jié)果不一致;空氣中的分子污染會影響計(jì)量設(shè)備的性能和可靠性;與amc相關(guān)的問題可能會損害計(jì)量數(shù)據(jù)的完整性和可追溯性。
如何保障車間空氣清潔度
Science & Technology
對于先進(jìn)半導(dǎo)體制程車間的FFU系統(tǒng),通常使用AMC過濾和HAPA過濾組合來確保車間內(nèi)的潔凈度符合工藝要求。
除了在車間頂部和地板安裝過濾組合外
作為確保車間潔凈度的第一道保護(hù),廠務(wù)AMC過濾產(chǎn)品安裝在通風(fēng)系統(tǒng)中,為晶圓廠環(huán)境提供清潔無污染的空氣高效去除空氣中的酸、堿和有機(jī)化合物,提高產(chǎn)量過濾介質(zhì)由活性炭、處理過的碳和離子交換樹脂混合而成
AMC過濾器
用于半導(dǎo)體行業(yè)的AMC過濾器可以分為幾個部分,化學(xué)吸附過濾器(活性炭或氧化鋁)、粘合介質(zhì)面板(活性炭形成單片(單片)面板)等。
AMC過濾器采用的過濾介質(zhì)主要有經(jīng)化學(xué)處理的活性炭和離子交換樹脂。
處理碳利用有機(jī)分?和吸附表?的分?間鍵(基于范德華?)吸附空氣種的有機(jī)分子及強(qiáng)酸,如果沒有反應(yīng)或轉(zhuǎn)化發(fā)?,通常 是可逆的。較?和更極化的分?可以取代較?的分?(例如:DBP會取代甲苯,如果它擊相同的位置)
普通碳和經(jīng)過化學(xué)處理的碳
普通的碳只能通過吸附作用攔截有機(jī)物和保留酸,經(jīng)過化學(xué)處理的碳同時具備物理吸附和化學(xué)吸附功能
離子交換樹脂采用化學(xué)吸附建對堿分子進(jìn)行吸附。
AMC過濾器是化學(xué)過濾器, AMC過濾器通過物理吸附和化學(xué)吸附去除氣相污染物中。
HEPA過濾器
在所有應(yīng)用中,AMC化學(xué)過濾器下游都有HEPA過濾器來捕獲顆粒。HEPA 是英語high efficiency particle air filter的縮寫形式,ULPA是英語 ultra low penetration air filter的縮寫形式。
根據(jù)EN1822 分級,HEPA分為五個等級,即H10﹑H11﹑H12﹑H13和H14;ULPA分為三個等級,即U15﹑H16和H17。HEPA和ULPA過濾器是潔凈室的心臟,所以要保證潔凈室的潔凈度,要對過濾器進(jìn)行逐臺掃描檢測對于HEPA 高效過濾器和ULPA超高效過濾器,一定要知道該過濾器的“最易穿透粒徑MPPS”是多少。