高科技廠房最新微污染監測技術探討

志尚儀器總經理楊玉山

隨著不同世代的製程持續演進，微污染的偵測重點也隨之發生變化，也因此催生出不同的偵測技術。志尚儀器總經理楊玉山指出，當晶圓廠的製程由以往的I-line及G-line進入深紫外光(DUV)製程後，由於線寬下降到0.25μm以下，除了原本對微顆粒污染物(Particle)的偵測外，對於一些化學成分的影響(AMC)也變得更加重視。

而以目前的製程，已經發展到20甚至下探16或14奈米時，除了對一般NH3及NMP氣體依舊需要注意外，越來越多的報告也指出，揮發性有機氣體(HMDS/HMDSO/TMS)及酸性氣體(SO2/NO2)將是必須重視的偵測重點。尤其在奈米製程非常小時，可以容忍的氣體顆粒大小範圍也會跟著變小，因而量測機台內部的微量揮發性有機氣體及酸性氣體，也就成為下一代製程的重要檢測要點。

楊玉山表示，揮發性有機氣體及酸性氣體會成為偵測重點的原因，主要是由於193nm製程採用氬氟(ArF)雷射，以及157nm製程上所採用氟分子(F2)雷射。由於在此波段上的光波頻率，極易被微量的揮發性碳氫化合物所吸收，造成雷射光束穿越光徑時強度的減少。此外，由於酸性氣體會因為臭氧的強大氧化力，變成硫酸鹽或是硝酸鹽類而沉積於步進機(Stepper/Scanner)的Lens表面，因而造成Lens Haze(鏡面霧化)。另外由於製程中所常常使用的HMDS會因為水解反應形成HMDSO及TMS而造成步進機光學系統產生結晶，導致光學系統必須更換造成燈管及停機等重大的損失。

根據 SEMI 的相關規定，目前針對MA、MB類污染物常用的儀器類型，包括：

1.酸鹼氣體自動採樣系統(Parallel Plate Wet Denuder；PPWD)及AMC酸鹼監測系統(PPWD+On-Line I.C.)。此技術的運作原理，是利用濕式吸收，將污染氣體利用DI水連續流經奈米TiO2塗佈之表面，吸收其酸鹼氣體，然後結合離子層析儀分析酸鹼氣體濃度，採樣及分析的速度都相當快，也是PPWD最主要的特色。由於傳統的採樣時間可能需要好幾個小時、甚至到24小時之後才能開始做分析，但PPWD可以連續採樣、馬上分析，也因此能夠提高分析的效率。

2.離子電泳分析儀(Ion Mobility Spectrometer；IMS)。至於IMS，目前已經進步到全新第三代，主要特色是在DMS技術前面加上FAIMS，突破以往只能偵測單一物種的限制，變成可以同時偵測酸性及鹼性氣體，對於客戶而言可以有效的Cost Down。

而在凝縮性物質(MC)方面的偵測，用到的儀器則有氣相層析儀(GC-PID，又可稱為光離子化偵測器)、火焰離子偵測器(FID/GC-FID)，由於是比較傳統的分析方式，因此偵測時間至少要有15至30分鐘。而目前較新的方式則是可以採用質譜分析儀量測，速度上不僅更快也能對一些未知物做定性的工作，而目前可行的方式則有傳統的四極柱、新一代的離子捕集式(Ion Trap)或飛行時間(TOF)的質譜儀可供選用參考。

在摻雜物質(MD)的偵測方面，則是目前最頭痛的，因為大多數Dopant的前趨型態多為氣態，以目前相關儀器類型包括可以利用重金屬氣體微粒化的技術，將Dopant Gas導入再進行分析，而另一種儀器則是採用半乾式靜電旋風集塵器(SDEC)以靜電方式蒐集空氣中懸浮的氣膠，再利用水洗方式將氣膠洗下用ICP Mass作相關重金屬成分的分析。

楊玉山最後指出，以目前40奈米以下的製程中，有關微汙染監測除了要考慮上述空氣的控制外，另外對於最大宗使用的超純水(UPW)更是需要連續的監控。而以往針對水中顆粒的量測儀器最小就是可以達20nm，但是目前KANOMAX FMT以獨特的專利技術，得以突破20奈米極限，不僅最小偵測感度可達10奈米，結合某些技術甚至可以低到3到5奈米，可以連續長期的有效監控UPW品質。