质谱仪-Mass 半导体无尘室气体污染(AMC)种类、监测与分析–TD-GCMS技术应用
什么是AMC？
AMC(Airborne Molecular Contamination)即气体性分子污染物，由国际半导体设备与材料组织定义，分为四大类：
★ 酸性蒸气 (MA - Acids)
这类污染物具有腐蚀性，能够作为化学反应中的电子接受者，常见的酸性气体包括：| 氢氟酸 (HF) | 硫酸 (H₂SO₄) | 盐酸 (HCl) |
| 硝酸 (HNO₃) | 磷酸 (H₃PO₄) | 氢溴酸 (HBr) |
★ 碱性蒸气 (MB - Bases)
碱性气体为电子提供者，容易与酸性物质反应生成盐类(Salt)，常见的碱性污染物包括：
| 氨 (NH₃) | 氢氧化铵 (NH₄OH) | 甲基胺 (CH₃NH₂) |
| 二甲基胺 ((CH₃)₂NH) | 二乙醇胺 (C₄H₁₁NO₂) |
★ 凝结性物质 (MC - Condensables)
这些化学物质在常压下沸点高于室温，能够凝结于无尘室内的晶圆表面，影响半导体制程。例如：
| 硅氧烷 (Siloxane)：D3、D4、D5、D6、D7-Siloxane |
| 碳氢有机化合物及溶剂：NMP、HMDS、PGME、PGMEA、IPA、Acetone, Ethanol |
| 塑化剂：DOP、DEP、DBP |
▲图一 Airborne molecular contamination (AMC) Clean-Room Monitoring
★ 掺杂物质 (MD - Dopants)
这类污染物会改变半导体材料的电性，影响产品性能。常见的掺杂物质包括：
| 硼 (B)：如 B₂H₆、BF₃（硼酸或三氟化硼） |
| 磷 (P)：如有机磷酸盐 (Organic phosphate) |
| 砷 (As)：如砷酸盐 |
AMC 来源
材料、工作、气体管道、机台本身、晶圆储存运送盒、无尘衣、作业人员、制程使用化学原料、清洗溶液、光阻剂、显影剂、去光阻剂、蚀刻液等。
▲图二 计算机中微型马达在85℃时释放多种气体
AMC 对半导体制程的影响
在半导体制程中，晶圆表面的污染会导致晶圆缺陷 (Wafer Defect)，进而影响产品良率 (Yield)。
- 0.3 ~ 1.5 nm 的气体分子污染物最为常见，且对高阶制程影响极大。
- 以 7nm 制程为例，仅 5~25 个分子即可占满7nm线宽。
- 在 3nm 制程中，甚至数个分子就可能导致良率明显下降。
随着制程技术不断提升，AMC 污染对良率的影响也越来越显著，因此监控与分析技术至关重要。
AMC 监控与分析方法
为了有效管理 AMC，半导体产业采用以下分析方法：
★ 酸碱性气体 (MA/MB) 分析
- 分析方法：离子层析法 (IC - Ion Chromatography)
- 适用范围：酸性与碱性气体，如 HF、HCl、NH₃ 等。
★ 凝结性物质 (MC) 分析
热脱附气相层析质谱仪 (TD-GCMS, Thermal Desorption-Gas Chromatography-Mass Spectrometry), 在无尘室内制程用的溶液, FOUP晶圆传送盒, 制程设备, 清洁溶剂等，都可能有挥发气体。
- 都可利用offline-line移动式吸附设备抽进吸附管，或是利用on-line在线型吸附设备直接固定时间吸附气体。
- 适用范围：硅氧烷、塑化剂、有机溶剂等。
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▲Offline monitor UNITY-xr 及On-line monitor UNITY–Air Server-xr
★ 掺杂物质 (MD) 分析
- 分析方法：感应耦合电浆质谱仪 (ICP-MS, Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry)
- 适用范围：硼、磷、砷等掺杂物。
结论
AMC 是影响半导体制程良率的重要因素，其中气体分子污染尤为关键。透过离子层析 (IC)、热脱附气相层析质谱仪(TD-GCMS) 及感应耦合放射质谱仪 (ICP-MS)等技术，可以精确监控并分析 AMC，进而提升半导体制程的稳定性与良率。 随着半导体制程迈向 3nm 及更先进技术节点，AMC 的监控与分析将成为业界关注的核心课题，企业需采取严格的控制措施，确保生产环境达到最佳状态。
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24 Feb.2025质谱仪-Mass 半导体无尘室气体污染(AMC)种类、监测与分析–TD-GCMS技术应用
