作者：Jurgen M. Lobert、Joseph R. Wildgoose，Entegris 公司

      半导体制造工艺开间区的空气分子污染（AMC）控制一直都是应用在比较单一的问题上，例如，去除金属薄膜上不必要的有害杂质或是腐蚀控制。随着65-和45-nm技术以及高能紫外（UV）光的出现，AMC在曝光、光学衡器和光掩膜中的影响，随着曝光波长的变短反而增加了。随着每个节点光束强度的增强，对污染物的敏感也在加剧，从而会带来了诸如合格率、缩减成本、光学退化、掩膜模糊等方面的问题。因此，AMC控制对于洁净室光刻技术来说，变得越来越必不可少了。但是，直到最近，大部分的化学过滤方法都还只是针对个别工艺设备或工艺设备组。|||

      现在，大部分新式晶圆制造厂的设计和建造都会在天花板网格中安装AMC过滤器，而且有些晶圆制造厂还通过改造空气处理器来升级这些过滤器。洁净室运营商们认为，通过与过滤器供应商的密切合作，了解和定义性能参数，使用化学HVAC过滤器，能够帮助优化过滤器的化学和物理性能，并且随着时间的推移，可以降低AMC监控成本。

      这种合作的一种途径就是结合高性能AMC分析，确定洁净室空气的化学性质和过滤器的性能，通过定制过滤器介质来优化过滤器的寿命、处理效率和压差。过滤器成品极少有能满足最先进的半导体洁净室中的AMC要求和设备运营商希望的。在现代photobay中，需要安装成千上万的过滤器，降低成本便成了半导体制造业的一大主题。另外，越来越大的竞争压力，也要求我们对洁净室AMC水平和过滤器性能有一个全面的了解。

      前沿技术

      半导体加工要求采用UV光，在硅晶圆上生成最小的特性。这些晶圆用在现代计算机和消费类电子产品所采用的强大的处理器和内存芯片上。最新一代的半导体照射设备使用波长为193-nm的UV激光。这种光包含的能量可以轻易地将分子分裂为活性碎片，触发化学反应，粘附在光学表面上，可能导致高达500万美元的代价。每次停机清洁或更换零件时，也会导致每小时10,000美元的损失。另外，酸性化合物的表面腐蚀以及化学反应（诸如酸碱中和等）导致的表面模糊，这些都是一直存在的问题，即使是在旧的工艺技术上也一样。

      以往，化学过滤器使用特殊的设备来去除AMC，例如，光刻曝光设备中的过滤箱，涂胶/轨迹显影设备的顶端过滤器，以及针对重要内腔和表面的清洁而大量使用的末端清洁器。随着技术的不断成熟，降低成本成了洁净室光刻技术一个至关重要的课题。工艺设备所有者希望能延长昂贵的高端设备过滤器的使用寿命；在半导体生产中，他们不得不进行的任何维护保养，都会导致设备停机，成本高昂。在整个洁净室中使用HVAC过滤器（图1和2），可以延长这些工艺设备过滤器的使用寿命，减少维修，并降低敏感产品在环境中暴露的风险。|||区分良莠

      现今市场上有很多种化学空气过滤器产品，其中大部分都宣称具有高性能，且适用于先进半导体工艺的保护。然而，不是所有产品性能文件都是基于同样的测试条件下获得的，选择适当的化学空气过滤器对最终用户或是工程公司来说是一项艰巨的任务。造成这种困境的原因是过滤器性能测试缺少一个行业标准，可以帮助最终用户选择一个最优的系统来满足他们的需求。

      一般的原则是，首先，一个合格的化学空气过滤器供应商所提供的数据应该来自一个全面的实验室系统。该系统可以测量浓度为十亿分之几等级（十亿分子中含一个分子，10-9）的关键化合物，或是在实际的目标化合物有毒或不稳定时，可以对典型代表化合物进行测量。测试更小的过滤器介质样本可能会来得更快、更便宜，但是据此推算出来的实际过滤器的全局性能往往不具备代表性。要求所有供应商以一个标准单元提交全面的测试数据，可以为最终用户提供一种方法，准确简洁的对产品进行比较。

      过滤器选择的第二步，应该提供一个具有类似工艺的类似工厂的参考安装列表。此外，这些参考中，应该同时提供实际安装例子中收集到的过滤器随时间变化的数据。这些数据可以体现出在试运行期间过滤器的初始处理效率以及长期性能，从而证明它的有效生命周期（图3）。

      许多新的IC工厂都体现出一个主要的趋势，希望通过一个单一、易用的过滤器捕捉到几类AMC。这种趋势部分是由于需要降低初次购买的成本，简化安装和维护，尽量减少库存，节省电力运营成本（单一过滤器的压降更低）。目前市场上也有单一的过滤器可以消除酸、碱、有机化合物，但并非所有的过滤器都具有同等价值。重要的是，这个产品对所有的AMC要有一个平衡的性能，以便过滤器报废时，对每种AMC的过滤寿命都能达到最大限度。一个过滤器对有机物的有效过滤寿命为4个月，而对酸、碱的有效过滤寿命为12个月，是无法提供一个良好的投资回报率的。在这种情况下，会发生“喷墨盒效应（ink-jet cartridge）”：由于需要更换过滤器以对有机物进行保护，将会浪费8个月的酸碱过滤能力。

      工厂管理人员应当确定是否选用具有灵活性的过滤技术。因为灵活的过滤技术可以随着洁净室化学物质的变化而采用不同的化学配方。随着时间的推移，工厂AMC的构成可能会发生变化，而制造工艺和设备OEM规格对周围环境洁净程度的敏感性也会随之变化。最理想的是，过滤介质的配方是可配置的，可以以同样的安装规格提供一个高性价比的产品，来满足客户未来的AMC需求。

      总之，测量过滤器的性能以及洁净室的化学变化，并优化过滤器寿命是非常重要的。工厂管理人员和工艺设备所有者需要得到安装前后的AMC数据，否则，过滤器性能测量结果的完整性将不可信。|||万亿分之一

      在半导体洁净室中对AMC进行测量已普遍超过10年。从248-nm技术开始，就已经有对氨的水平的测定，因为晶圆表面（T-topping）会受其影响，并且越来越敏感。随着193纳米的紫外线照射晶圆，其它AMC问题和大量需要关注的化合物也突然出现。对于酸、碱以及有机物形成的检测变得必要起来，事实上，工艺设备的OEM厂商们也很快对这点提出了要求。SEMI对AMC等级和测量要求做出了定义，并贯彻到了国际半导体技术发展蓝图（International Technology Roadmap for Semiconductors）中。它们通常由酸（A），碱（B），可凝结有机化合物(C或O)、掺杂剂（D）和金属（M）等组成 。C级化合物还包含所谓的难以控制的成分（含有硅，磷，硫等的分子）。它们可以改变光学器件的折射率，引起光学组件严重的和不可逆转的退化。

      健康问题一般被定义在百万分之几的范围（100万空气分子中含1个分子，10-6），而AMC对工艺和设备产生影响的级别在十亿分之几的范围，比典型的OSHA要求要高1000倍。人类排放出的氨为百万分之几的级别，温和的护手乳液含有硅化合物，还有一系列加工处理过程中使用的化学品，如果不对这些进行转换或过滤，洁净室的AMC浓度会随着时间的推移而不断增加。

      现代AMC所需的洁净空气已低至0.1 ppb或每万亿中只含100个（1万亿气体分子中的分子数，10-12），相当于整个地球人口中不到一个人！一些高纯气体的规格现在已经低于10 ppt，可用于任何一个AMC等级，这对于检测这一浓度水平的分析解决方案来说，是一个真正的挑战。分析实验室的环境会突然变脏，从化学角度来说，大多数的物质接触到样本空气都会导致人工产物，这些人工产物会和测量的AMC粒子一样大，甚至更大。人类的呼吸，排汗，从织物中散出的粒子，吸液管对计数器表面（理应是洁净的）的接触，化学品的品质，以及小瓶材料的浸出，都会成为实现检测范围的障碍，并影响最终的确定结果。

      由于日益增长的AMC敏感性，及其对芯片功能的影响，以及在生产过程中停机所带来的每个小时的惊人损失，原始设备制造商（OEM）要求在整个晶圆处理过程中，始终贯穿低浓度的AMC测量。为了<