随着半导体制程技术的飞速发展, 芯片线宽已经进入纳米级，8英寸及以上、55～14nm的制程已成为主流，相应的产品对半导体产品生产环境的要求也越来越高，洁净室环境中的悬浮气态分子污染物（Airborne Molecular Contaminants，AMC）在生产过程中对良率会产生影响。
1 研究背景
AMC也简称为分子污染，它包括了洁净室空气中出现的一系列污染物，具有以气体、蒸汽及空气浮尘状态出现；AMC 化学特性可以为有机的或者无机；包括酸、碱、聚合物添加剂、 有机金属化合物、凝缩剂与添加剂等特征。在半导体工艺中各类废气的主要来源由以下几方面。
（1）酸性废气：来源于工艺流程中使用各种酸液对芯片的腐蚀、清洗过程以及扩散等工序，主要污染物为氟化物、氯化氢、氮氧化物、硫酸雾等。
（2）碱性废气：来源于使用氨水、氨气的刻蚀工序，主要污染物为NH 3 。
（3）有机废气：来源于清洗、匀胶、去胶、刻蚀、显影工序使用有机溶剂清洗过程，主要成分为异丙醇、光刻胶等有机物。
（4）工艺尾气：来源于扩散、离子注入和CVD等工序使用的特殊气体，如硅烷、磷烷、砷烷、乙綳烷（B 2 H 6）等，除部分在工艺中反应消耗外，其余均以尾气的形式排放。表1显示按照AMC分类源于半导体工艺制程、洁净室用材释气、外气的AMC主要成分和来源。
AMC是危害生产工艺并导致成品率降低的分子态化学物质。 AMC会在半导体制造的栅底氧化、薄膜、多晶硅和硅化物形成、接触成型、光刻等多个关键工艺上造成各种危害，影响产品质量，是半导体制造面临越来越严峻的问题，也是生产环境控制中亟待解决的问题。因此， 对于AMC的控制不应到了生产运行时才考虑控制，更应当在项目筹划、建设时期就要未雨绸缪，为后期的生产运行创造良好的基础条件。从项目选址、建设材料的选用、空气化学污染处理、日常监测运行多方面保证后期生产运行良好的环境。
2 项目策划选址
AMC控制需要在建厂设计时进行规划，选址规划的位置对后续AMC 的控制管理有着巨大影响，外部的AMC来源有：工业排放（ 例如有机物、酸），车辆排放的废气，农业污染（例如氨水、硫化氢）以及其他类型的污染。室外空气中AMC多少与半导体厂房所在地的空气质量有关，且地方差异性较大，通常越是工厂集中的工业区来自室外的AMC就越严重。选址需要考虑项目所在地四周的环境，尽可能选在空气质量好，周边无重大污染源排放的空旷园区。譬如项目地址四周尽量选在无燃烧排放的园区，设计时就需要考虑新风进风口位置，在东南沿海以东南风、西北风为主，新风口吸入要考虑风向， 尽可能选在上风口，避开污染物排放下游，减少AMC的吸入。譬如之前就接触过的一家洁净室厂房，项目处于东南沿海，在设计时依据现场位置，将新风机组吸入口设置在建筑物的西侧，而在西北方向是另外一家大型电子厂，常年有酸碱废气排放，由于处于下风向，直接造成冬季时期新风口吸入的化学污染物浓度明显上升，尽管有水洗装置进行化学污染物预处理，还是造成化学污染物空气处理装置使用寿命直线下降，使用寿命大幅减少，影响了洁净室的分子污染控制。为了严格控制分子污染，只有经常更换化学处理装置，大大增加了日常运行费用。因此，在建厂选址时需要考虑项目所在地的周边环境，考虑新风吸入口设置位置，减少酸、碱、有机物的吸入，为后续的AMC控制管理提供基本可靠条件。
3 建设过程中的AMC控制管理
厂房主体结构及洁净室建设过程中所产生的AMC是重要的来源， 应该是工程承包方重点关注的关键，厂房建筑材料化学物质的挥发对AMC控制也会有极大影响，需要在工程建设阶段工程承包商重点关注。因此需要对厂房建筑材料的玷污进行分析，选择使用经权威机构认定的材料成为建设施工中的关键节点；洁净室内使用的材料应采取主动控制原则，采用低挥发或无挥发的材料，如墙板、密封胶、HEPA/ULPA、地板等。举例，洁净室使用的密封硅胶和黏结剂，必须是洁净室专用产品（low outgas型）。洁净壁板密封用的硅胶，不管是西卡Sikaflex-11FC聚氨酯结构耐候胶、还是西卡Sikaflex-221聚氨酯填缝剂，均为普通工业密封胶， 许多机电厂商为降低成本，选用的价格在30～80 元之间；而西卡洁净室专用的 Sikaflex-212FC聚氨酯密封胶，价格都要100元以上。如果你在洁净室风淋室吹淋时闻到异味，肯定使用的不合格产品，后期挥发的化学污染会影响到洁净室环境，造成良率下降。高架地板立柱与蜂窝板之间的黏结剂，许多包商是用了厨房贴瓷砖专用的那种AB胶，这种产品只能保证黏结强度，却无法保证其挥发性有机物的不产生，原因可能是洁净室专用的环保型AB胶太贵了且不好买，这就会对后续 AMC 的挥发产生巨大影响。以上问题是许多洁净室发生却无法短时间彻底根除的隐患，对洁净室运行及生产造成了极大的困扰，需要在建设阶段注意并建议防范。
例如某12英寸芯片洁净室项目 建设三个阶段的控制要点，（1）第一阶段是洁净室未封闭时期，选用挥发性小的材料，易挥发的材料要求在通风空旷的空间静置一段时间进行晾晒，在检测挥发量小并有施工需求时再搬入洁净室安装。（2）第二阶段一般是洁净室封闭至FFU开启前，除了继续加强对材料的管控外，增加洁净室内空气的置换，新风机组使用水洗方式去除水溶性酸碱物质，减低AMC 浓度。同时严格洁净室作业规范，严禁不合理的施工工序和燃油机械设备的使用，日常施工中使用手持式VOC测试仪及移动式VOC检测仪定期检测，寻找异常点并及时处置。（3）第三阶段是化学过滤器的正确使用和洁净室参数受控。新风机组及FFU安装的酸碱有机化学过滤器正式投入使用，并达到预定的设计过滤效率，同时尽量减少洁净室人员数量，清除多余临时性防护用材料，施工中的用于临时防护的塑料等材料需要及时清理出洁净室，避免挥发影响环境。
4 洁净室内生产过程中的AMC扩散控制
在对建设过程中 AMC 的挥发做好有效控制之后， 生产中也需要严格控制AMC的泄露。 对于生产中必须要使用化学品的工艺设备应尽量采取密闭措施，并设置可靠的排风，以减少化学品的散发。另外合理的气流组织对防止扩散也很重要，洁净系统设计时应充分考虑减少各区域的气流交叉。以下的具体措施可以有效地减少洁净室环境内AMC的污染，例如封堵铜区和光刻区各个楼层之间的楼板穿孔，SUBFAB的隔墙和高架地板下的隔板及PLENUM内的孔洞；在相邻不同区域的连接部位提高FFU的速度以形成风帘阻挡空气互相污染；日常生产中保持各区之间的洁净门关闭，同时确保SUBFAB的消防防火门正常情况下关闭；检查并封堵所有Fab内隔板及各楼层之间的缝隙；会同各个EE检查各种有可能泄露的机台，进行有效的封堵处理，减少并避免机台侧的泄露。
5 AMC空气控制处理方式
对洁净室空气进行净化处理是保障洁净室环境的非常重要的手段。 空气处理分为三个阶段，外气新风处理、洁净室循环风处理、工艺机台循环风处理。 外气新风的AMC控制方法：新风机组采用Air Washer Unit的空气水洗装置，一般处理硫酸根的效率在90%，对氯气等酸根效率较低，为50%～80%，氨根的效率更低，在10%～70%。水洗之后在新风空调处理箱（ MAU） 内安装化学过滤器，常规安装碳桶式过滤器，也有安装板式过滤器，内部介质为精制的活性炭，可以处理酸性和碱性气体，一般安装位置在送风高效中效过滤器前段。在经过水洗并新安装化学处理装置后，酸碱化学分子污染物含量明显下降，达到了预期效果。
在经过新风机组处理之后，再次利用化学反应方法进行AMC浓度控制， 其安装位置在TRUSS层内FFU风机入口前，洁净室循环风经过FFU时对AMC进行化学处理，确保达到洁净室环境控制需求，在安装时需要考虑安装化学过滤器后产生的空气阻力，同时也需要考虑化学过滤器的使用寿命。如表3所示为某半导体试验室在FFU安装化学污染过滤器之后的数据， 表明经过化学处理后的分子污染有明显改善。
工艺机台的AMC控制：对于个别要求高的工艺设备如光刻机，可以在生产机台自带的控制微尘颗粒的高效过滤器前增加加装化学过滤器，在空气进入前做最后的吸附净化处理，可以很好的确保光刻工艺的要求，保证光刻机镜头不受污染。
6 AMC日常运行监测管理
在洁净室串线运行后，工艺和设备往往分散在一个大的制造区域和多层空间。在洁净室内大部分空气的循环，由于部分机台设备的泄露，容易将分子污染传播到不需要的区域，对远离实际污染源的区域产生负面影响。工艺专业是需要不断了解的专业，对工艺越熟悉。制定出的净化方案就越科学、越节能，污染控制就越有效。
为尽早发现污染源头，需要建立一套可靠有效的 AMC监测系统。在线监测系统可以提供一个中央监测站，可以快速检测和分析污染，同时制定检测方案，以涵盖分布在不同区域的大量样本点。确保每一个区域的AMC达到工艺设备的要求。
因此，在分子污染物环境管理中的首要步骤是通过监测分析，识别污染的来源和通过调整材料和工艺流程已去除污染物。AMC 监测系统通常使用硫化物气相层析管柱分离硫化氢，甲硫醇，乙硫醇，二甲基硫，硫化碳，二硫化碳等硫化物，再利用金属氧化物半导体（氧化铈 CERIUMOXIDE）侦测器侦测之。气体分析仪可采用3. 5英寸高清彩屏实时显示浓度，采用电化学或红外、催化燃烧、热导、PID光离子原理的气体传感器、高精度电容式数字温湿度传感器。金属氧化物半导体侦测器可针对不同的官能基具有专一性，再利用气相层析管柱的分离能力将各种硫化物分离并逐一侦测，双重机制有效避免干扰，确保了侦测结果准确。目前在线气体污染物监测主流厂商主要是欧美日垄断，其检测精度相比国内厂商高出许多。 AMC监测系统建成后，将满足洁净室AMC污染的实施监测，为半导体生产保驾护航。
7 结语
随着半导体制造技术的发展，对AMC的控制标准将越来越严格。AMC的控制是一个复杂又长期需要关注处理的问题，结合目前Fab工厂各种引发AMC的问题，单一的利用化学过滤器来去除AMC会有许多限制，从成本考虑也不经济，还是需要从源头进行控制解决，为后续的生产运营提供保障。因此从项目的策划设计、选址、建设阶段的控制、后续的新风空调箱的设计处理、FFU循环系统优化、工艺机台对AMC的控制、后期运行的实时监测管理等全方位进行分析解决，可以使整体AMC预防控制成效得以提高。
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随着半导体制程技术的飞速发展, 芯片线宽已经进入纳米级，8英寸及以上、55～14nm的制程已成为主流，相应的产品对半导体产品生产环境的要求也越来越高，洁净室环境中的悬浮气态分子污染物（Airborne Molecular Contaminants，AMC）在生产过程中对良率会产生影响。
1 研究背景
AMC也简称为分子污染，它包括了洁净室空气中出现的一系列污染物，具有以气体、蒸汽及空气浮尘状态出现；AMC 化学特性可以为有机的或者无机；包括酸、碱、聚合物添加剂、 有机金属化合物、凝缩剂与添加剂等特征。在半导体工艺中各类废气的主要来源由以下几方面。
（1）酸性废气：来源于工艺流程中使用各种酸液对芯片的腐蚀、清洗过程以及扩散等工序，主要污染物为氟化物、氯化氢、氮氧化物、硫酸雾等。
（2）碱性废气：来源于使用氨水、氨气的刻蚀工序，主要污染物为NH 3 。
（3）有机废气：来源于清洗、匀胶、去胶、刻蚀、显影工序使用有机溶剂清洗过程，主要成分为异丙醇、光刻胶等有机物。
（4）工艺尾气：来源于扩散、离子注入和CVD等工序使用的特殊气体，如硅烷、磷烷、砷烷、乙綳烷（B 2 H 6）等，除部分在工艺中反应消耗外，其余均以尾气的形式排放。表1显示按照AMC分类源于半导体工艺制程、洁净室用材释气、外气的AMC主要成分和来源。
AMC是危害生产工艺并导致成品率降低的分子态化学物质。 AMC会在半导体制造的栅底氧化、薄膜、多晶硅和硅化物形成、接触成型、光刻等多个关键工艺上造成各种危害，影响产品质量，是半导体制造面临越来越严峻的问题，也是生产环境控制中亟待解决的问题。因此， 对于AMC的控制不应到了生产运行时才考虑控制，更应当在项目筹划、建设时期就要未雨绸缪，为后期的生产运行创造良好的基础条件。从项目选址、建设材料的选用、空气化学污染处理、日常监测运行多方面保证后期生产运行良好的环境。
2 项目策划选址
AMC控制需要在建厂设计时进行规划，选址规划的位置对后续AMC 的控制管理有着巨大影响，外部的AMC来源有：工业排放（ 例如有机物、酸），车辆排放的废气，农业污染（例如氨水、硫化氢）以及其他类型的污染。室外空气中AMC多少与半导体厂房所在地的空气质量有关，且地方差异性较大，通常越是工厂集中的工业区来自室外的AMC就越严重。选址需要考虑项目所在地四周的环境，尽可能选在空气质量好，周边无重大污染源排放的空旷园区。譬如项目地址四周尽量选在无燃烧排放的园区，设计时就需要考虑新风进风口位置，在东南沿海以东南风、西北风为主，新风口吸入要考虑风向， 尽可能选在上风口，避开污染物排放下游，减少AMC的吸入。譬如之前就接触过的一家洁净室厂房，项目处于东南沿海，在设计时依据现场位置，将新风机组吸入口设置在建筑物的西侧，而在西北方向是另外一家大型电子厂，常年有酸碱废气排放，由于处于下风向，直接造成冬季时期新风口吸入的化学污染物浓度明显上升，尽管有水洗装置进行化学污染物预处理，还是造成化学污染物空气处理装置使用寿命直线下降，使用寿命大幅减少，影响了洁净室的分子污染控制。为了严格控制分子污染，只有经常更换化学处理装置，大大增加了日常运行费用。因此，在建厂选址时需要考虑项目所在地的周边环境，考虑新风吸入口设置位置，减少酸、碱、有机物的吸入，为后续的AMC控制管理提供基本可靠条件。
3 建设过程中的AMC控制管理
厂房主体结构及洁净室建设过程中所产生的AMC是重要的来源， 应该是工程承包方重点关注的关键，厂房建筑材料化学物质的挥发对AMC控制也会有极大影响，需要在工程建设阶段工程承包商重点关注。因此需要对厂房建筑材料的玷污进行分析，选择使用经权威机构认定的材料成为建设施工中的关键节点；洁净室内使用的材料应采取主动控制原则，采用低挥发或无挥发的材料，如墙板、密封胶、HEPA/ULPA、地板等。举例，洁净室使用的密封硅胶和黏结剂，必须是洁净室专用产品（low outgas型）。洁净壁板密封用的硅胶，不管是西卡Sikaflex-11FC聚氨酯结构耐候胶、还是西卡Sikaflex-221聚氨酯填缝剂，均为普通工业密封胶， 许多机电厂商为降低成本，选用的价格在30～80 元之间；而西卡洁净室专用的 Sikaflex-212FC聚氨酯密封胶，价格都要100元以上。如果你在洁净室风淋室吹淋时闻到异味，肯定使用的不合格产品，后期挥发的化学污染会影响到洁净室环境，造成良率下降。高架地板立柱与蜂窝板之间的黏结剂，许多包商是用了厨房贴瓷砖专用的那种AB胶，这种产品只能保证黏结强度，却无法保证其挥发性有机物的不产生，原因可能是洁净室专用的环保型AB胶太贵了且不好买，这就会对后续 AMC 的挥发产生巨大影响。以上问题是许多洁净室发生却无法短时间彻底根除的隐患，对洁净室运行及生产造成了极大的困扰，需要在建设阶段注意并建议防范。
例如某12英寸芯片洁净室项目 建设三个阶段的控制要点，（1）第一阶段是洁净室未封闭时期，选用挥发性小的材料，易挥发的材料要求在通风空旷的空间静置一段时间进行晾晒，在检测挥发量小并有施工需求时再搬入洁净室安装。（2）第二阶段一般是洁净室封闭至FFU开启前，除了继续加强对材料的管控外，增加洁净室内空气的置换，新风机组使用水洗方式去除水溶性酸碱物质，减低AMC 浓度。同时严格洁净室作业规范，严禁不合理的施工工序和燃油机械设备的使用，日常施工中使用手持式VOC测试仪及移动式VOC检测仪定期检测，寻找异常点并及时处置。（3）第三阶段是化学过滤器的正确使用和洁净室参数受控。新风机组及FFU安装的酸碱有机化学过滤器正式投入使用，并达到预定的设计过滤效率，同时尽量减少洁净室人员数量，清除多余临时性防护用材料，施工中的用于临时防护的塑料等材料需要及时清理出洁净室，避免挥发影响环境。
4 洁净室内生产过程中的AMC扩散控制
在对建设过程中 AMC 的挥发做好有效控制之后， 生产中也需要严格控制AMC的泄露。 对于生产中必须要使用化学品的工艺设备应尽量采取密闭措施，并设置可靠的排风，以减少化学品的散发。另外合理的气流组织对防止扩散也很重要，洁净系统设计时应充分考虑减少各区域的气流交叉。以下的具体措施可以有效地减少洁净室环境内AMC的污染，例如封堵铜区和光刻区各个楼层之间的楼板穿孔，SUBFAB的隔墙和高架地板下的隔板及PLENUM内的孔洞；在相邻不同区域的连接部位提高FFU的速度以形成风帘阻挡空气互相污染；日常生产中保持各区之间的洁净门关闭，同时确保SUBFAB的消防防火门正常情况下关闭；检查并封堵所有Fab内隔板及各楼层之间的缝隙；会同各个EE检查各种有可能泄露的机台，进行有效的封堵处理，减少并避免机台侧的泄露。
5 AMC空气控制处理方式
对洁净室空气进行净化处理是保障洁净室环境的非常重要的手段。 空气处理分为三个阶段，外气新风处理、洁净室循环风处理、工艺机台循环风处理。 外气新风的AMC控制方法：新风机组采用Air Washer Unit的空气水洗装置，一般处理硫酸根的效率在90%，对氯气等酸根效率较低，为50%～80%，氨根的效率更低，在10%～70%。水洗之后在新风空调处理箱（ MAU） 内安装化学过滤器，常规安装碳桶式过滤器，也有安装板式过滤器，内部介质为精制的活性炭，可以处理酸性和碱性气体，一般安装位置在送风高效中效过滤器前段。在经过水洗并新安装化学处理装置后，酸碱化学分子污染物含量明显下降，达到了预期效果。
在经过新风机组处理之后，再次利用化学反应方法进行AMC浓度控制， 其安装位置在TRUSS层内FFU风机入口前，洁净室循环风经过FFU时对AMC进行化学处理，确保达到洁净室环境控制需求，在安装时需要考虑安装化学过滤器后产生的空气阻力，同时也需要考虑化学过滤器的使用寿命。如表3所示为某半导体试验室在FFU安装化学污染过滤器之后的数据， 表明经过化学处理后的分子污染有明显改善。
工艺机台的AMC控制：对于个别要求高的工艺设备如光刻机，可以在生产机台自带的控制微尘颗粒的高效过滤器前增加加装化学过滤器，在空气进入前做最后的吸附净化处理，可以很好的确保光刻工艺的要求，保证光刻机镜头不受污染。
6 AMC日常运行监测管理
在洁净室串线运行后，工艺和设备往往分散在一个大的制造区域和多层空间。在洁净室内大部分空气的循环，由于部分机台设备的泄露，容易将分子污染传播到不需要的区域，对远离实际污染源的区域产生负面影响。工艺专业是需要不断了解的专业，对工艺越熟悉。制定出的净化方案就越科学、越节能，污染控制就越有效。
为尽早发现污染源头，需要建立一套可靠有效的 AMC监测系统。在线监测系统可以提供一个中央监测站，可以快速检测和分析污染，同时制定检测方案，以涵盖分布在不同区域的大量样本点。确保每一个区域的AMC达到工艺设备的要求。
因此，在分子污染物环境管理中的首要步骤是通过监测分析，识别污染的来源和通过调整材料和工艺流程已去除污染物。AMC 监测系统通常使用硫化物气相层析管柱分离硫化氢，甲硫醇，乙硫醇，二甲基硫，硫化碳，二硫化碳等硫化物，再利用金属氧化物半导体（氧化铈 CERIUMOXIDE）侦测器侦测之。气体分析仪可采用3. 5英寸高清彩屏实时显示浓度，采用电化学或红外、催化燃烧、热导、PID光离子原理的气体传感器、高精度电容式数字温湿度传感器。金属氧化物半导体侦测器可针对不同的官能基具有专一性，再利用气相层析管柱的分离能力将各种硫化物分离并逐一侦测，双重机制有效避免干扰，确保了侦测结果准确。目前在线气体污染物监测主流厂商主要是欧美日垄断，其检测精度相比国内厂商高出许多。 AMC监测系统建成后，将满足洁净室AMC污染的实施监测，为半导体生产保驾护航。
7 结语
随着半导体制造技术的发展，对AMC的控制标准将越来越严格。AMC的控制是一个复杂又长期需要关注处理的问题，结合目前Fab工厂各种引发AMC的问题，单一的利用化学过滤器来去除AMC会有许多限制，从成本考虑也不经济，还是需要从源头进行控制解决，为后续的生产运营提供保障。因此从项目的策划设计、选址、建设阶段的控制、后续的新风空调箱的设计处理、FFU循环系统优化、工艺机台对AMC的控制、后期运行的实时监测管理等全方位进行分析解决，可以使整体AMC预防控制成效得以提高。
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