- 技術應用 -
20.Feb.2025
質譜儀-Mass 半導體無塵室氣體污染(AMC)種類、監測與分析–TD-GCMS技術應用
什麼是AMC？
AMC(Airborne Molecular Contamination)即氣體性分子污染物，由國際半導體設備與材料組織定義，分為四大類：
★ 酸性蒸氣 (MA - Acids)
這類污染物具有腐蝕性，能夠作為化學反應中的電子接受者，常見的酸性氣體包括：| 氫氟酸 (HF) | 硫酸 (H₂SO₄) | 鹽酸 (HCl) |
| 硝酸 (HNO₃) | 磷酸 (H₃PO₄) | 氫溴酸 (HBr) |
★ 鹼性蒸氣 (MB - Bases)
鹼性氣體為電子提供者，容易與酸性物質反應生成鹽類(Salt)，常見的鹼性污染物包括：
| 氨 (NH₃) | 氫氧化銨 (NH₄OH) | 甲基胺 (CH₃NH₂) |
| 二甲基胺 ((CH₃)₂NH) | 二乙醇胺 (C₄H₁₁NO₂) |
★ 凝結性物質 (MC - Condensables)
這些化學物質在常壓下沸點高於室溫，能夠凝結於無塵室內的晶圓表面，影響半導體製程。例如：
| 矽氧烷 (Siloxane)：D3、D4、D5、D6、D7-Siloxane |
| 碳氫有機化合物及溶劑：NMP、HMDS、PGME、PGMEA、IPA、Acetone, Ethanol |
| 塑化劑：DOP、DEP、DBP |
▲圖一 Airborne molecular contamination (AMC) Clean-Room Monitoring
★ 摻雜物質 (MD - Dopants)
這類污染物會改變半導體材料的電性，影響產品性能。常見的摻雜物質包括：
| 硼 (B)：如 B₂H₆、BF₃（硼酸或三氟化硼） |
| 磷 (P)：如有機磷酸鹽 (Organic phosphate) |
| 砷 (As)：如砷酸鹽 |
AMC 來源
材料、工作、氣體管道、機台本身、晶圓儲存運送盒、無塵衣、作業人員、製程使用化學原料、清洗溶液、光阻劑、顯影劑、去光阻劑、蝕刻液等。
▲圖二 電腦中微型馬達在85℃時釋放多種氣體
AMC 對半導體製程的影響
在半導體製程中，晶圓表面的污染會導致晶圓缺陷 (Wafer Defect)，進而影響產品良率 (Yield)。
- 0.3 ~ 1.5 nm 的氣體分子污染物最為常見，且對高階製程影響極大。
- 以 7nm 製程為例，僅 5~25 個分子即可佔滿7nm線寬。
- 在 3nm 製程中，甚至數個分子就可能導致良率明顯下降。
隨著製程技術不斷提升，AMC 污染對良率的影響也越來越顯著，因此監控與分析技術至關重要。
AMC 監控與分析方法
為了有效管理 AMC，半導體產業採用以下分析方法：
★ 酸鹼性氣體 (MA/MB) 分析
- 分析方法：離子層析法 (IC - Ion Chromatography)
- 適用範圍：酸性與鹼性氣體，如 HF、HCl、NH₃ 等。
★ 凝結性物質 (MC) 分析
熱脫附氣相層析質譜儀 (TD-GCMS, Thermal Desorption-Gas Chromatography-Mass Spectrometry), 在無塵室內製程用的溶液, FOUP晶圓傳送盒, 製程設備, 清潔溶劑等，都可能有揮發氣體。
- 都可利用offline-line移動式吸附設備抽進吸附管，或是利用on-line線上型吸附設備直接固定時間吸附氣體。
- 適用範圍：矽氧烷、塑化劑、有機溶劑等。
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▲Offline monitor UNITY-xr 及On-line monitor UNITY–Air Server-xr
★ 摻雜物質 (MD) 分析
- 分析方法：感應耦合電漿質譜儀 (ICP-MS, Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry)
- 適用範圍：硼、磷、砷等摻雜物。
結論
AMC 是影響半導體製程良率的重要因素，其中氣體分子污染尤為關鍵。透過離子層析 (IC)、熱脫附氣相層析質譜儀(TD-GCMS) 及感應耦合放射質譜儀 (ICP-MS)等技術，可以精確監控並分析 AMC，進而提升半導體製程的穩定性與良率。 隨著半導體製程邁向 3nm 及更先進技術節點，AMC 的監控與分析將成為業界關注的核心課題，企業需採取嚴格的控制措施，確保生產環境達到最佳狀態。
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