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分子級化學污染物AMC與空氣化學過濾器
張 凱

摘要  簡要闡述了空氣中分子級化學污染物AMC的來源與特性，采用理論研究和實驗測試相結(jié)合的研究方法，測試了控制AMC的關(guān)鍵設備——空氣化學過濾器對于SO2，NH3的去除效率，著重研究上游濃度、溫度、濕度、風量（面風速）對于上述兩種氣體去除率的影響，所獲得的結(jié)論可以為AMC控制、化學過濾器的研發(fā)與應用提供參考。

關(guān)鍵詞  分子級化學污染物AMC  空氣化學過濾器  去除率測試

AMC and Air Chemical Filter

Zhang Kai

Abstract: Described the source and the specialty of AMC, We have tested removal efficiency  for so2  and NH3 of the key equipment that used to control AMC-- air chemical filters.We mainly researched the effect of  concentration up,temperature,humidity,face wind speed on removal efficiency of the two kind gas. The conclusion  we have achieved can afford theoretical reference for controlling AMC and researching air chemical filter.

Key words: AMC；air chemical filter; removal efficiency test.

1  前言

當今信息社會中，半導體制造工業(yè)成為戰(zhàn)略性的基礎工業(yè)，其技術(shù)水平已成為衡量一個國家經(jīng)濟發(fā)展、科技進步和國防實力的重要標志。對半導體制造工業(yè)來說，空氣中危害生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品并因此引起成品率降低的化學物質(zhì)，稱為分子級污染物或氣載分子污染物AMC (Airborne Molecular Contaminants)。目前對于AMC的防范，關(guān)鍵技術(shù)之一是使用空氣化學過濾器。同時由于石化工業(yè)的發(fā)展，環(huán)境污染物也逐漸呈現(xiàn)多樣性，除半導體工業(yè)外，生活環(huán)境、作業(yè)環(huán)境安全、環(huán)境保護等都面臨類似的氣態(tài)分子污染的問題，因此，在可預見的未來，空氣化學過濾器的應用將會越來越普遍。

目前國內(nèi)關(guān)于空氣化學污染的控制主要集中在高濃度或排氣污染物的脫除方面的技術(shù)開發(fā)。我國雖然半導體產(chǎn)品市場巨大，半導體制造工業(yè)也發(fā)展迅速，但是目前關(guān)于空氣分子污染物的控制技術(shù)主要由國外企業(yè)掌握和控制，絕大部分市場也由國外廠商控制，所有配套產(chǎn)品的價格也由外資廠商壟斷控制。國外由于半導體工業(yè)、環(huán)保工業(yè)的發(fā)展，空氣化學過濾器去除分子態(tài)污染物的技術(shù)已經(jīng)非常成熟。國外某些大的廠家具有完備的檢測技術(shù)裝備，我國空氣化學過濾器市場每年以兩位數(shù)的速度增長，但是對于化學過濾器的性能檢測，僅限于對材料樣品的測試，但是對于全尺寸產(chǎn)品的測試，目前國內(nèi)還沒有哪個廠家或機構(gòu)具有相應的測試手段。

2  分子級化學污染AMC

2.1 AMC的分類

國際半導體設備與材料協(xié)會標準SEMI F21-1102標準將AMC分成4類，酸性物質(zhì)（MA）,堿性物質(zhì)（MB），可凝結(jié)性有機物質(zhì)（MC），摻雜性物質(zhì)（MD），見表1。ISO14644-8分類標準見表2。

酸性物質(zhì)MA具有腐蝕性，在化學反應中接受電子。MA在大氣污染物中的存在形態(tài)主要是氫氟酸，鹽酸，硫酸和硝酸。

雖然只有十億分之幾摩爾分子量（ppbM）的濃度，但它的存能導致半導體生產(chǎn)問題。堿性物質(zhì)MB包括氨，胺等。在某些情況下，MB的影響類似于MA，對鋁和銅有腐蝕作用，它會和空氣中的MA發(fā)生化合作用，形成鹽類。另外，MB的存在還可能會在硅片、磁盤以及顯示器上產(chǎn)生與時間有關(guān)的薄霧。堿的特殊生產(chǎn)影響包括化學增強的深紫外（DUV）光刻膠的T-topping。此外，光刻工藝很容易受到MB的影響。因為在光刻工藝中所用的化學藥品及光刻工藝區(qū)，會出現(xiàn)大量的氨副產(chǎn)物。

可凝結(jié)性有機物污染物MC的沸點通常都高于150℃，而且會永久性的吸附在產(chǎn)品和設備的表面。MC污染會造成硅片表面Si-N膜變?yōu)檠趸⊿i-O）,進而導致氮化矽（Si-N）膜的膜厚與純度同時降低。另一影響是改變介電質(zhì)特性而影響潰電壓或形成Si-C的不純結(jié)構(gòu)。

摻雜物MD會給硅片帶來有害的n型摻雜（磷）和p型摻雜（硼）。這些影響帶來的問題級別大約在10 pptM左右，并且高級設備中，更薄的接觸面本身就會產(chǎn)生更高的摻雜濃度，產(chǎn)品的敏感性也會因此增加。參雜物會影響半導體材料的導電性而導致原件失效，產(chǎn)品合格率下降。   

2.2微電子工業(yè)潔凈室AMC的來源

 AMC來源主要有：空調(diào)系統(tǒng)新風帶入的各種污染物質(zhì)、潔凈室室內(nèi)工作人員、工藝過程或維修使用的各種化學品、設備的泄漏或排放、工程材料釋放的微量氣體等。圖1列舉了AMC的主要來源。

 X
 說明
 

 單物質(zhì)
 例如：氨氣，NH3
 

 成組物質(zhì)
 例如：有機磷酸酯
 
ac
 酸
 一種物質(zhì)，化學反應是接受電子對形成新化學鍵
 
ba
 堿
 一種物質(zhì)，其化學反應特點是給出電子對形成新鍵
 
bt
 生物毒性物質(zhì)
 污染物，對生物體、微生物、組織或各處細胞維持并延續(xù)生命有破壞作用
 
cd
 冷凝物
 在潔凈室工作條件下，能夠凝結(jié)在表面的物質(zhì)
 
cr
 腐蝕性物質(zhì)
 造成表面破壞性化學改變的物質(zhì)
 
dp
 雜質(zhì)
 吸收后會與大量產(chǎn)品合成一體的物質(zhì)，即使只有微量，也足以改變材料特性
 
or
 有機物
 含有碳與氧的物質(zhì)，也可以含有氧、氮或其它元素
 
ox
 氧化劑
 聚在產(chǎn)品表面會形成氧化物層的物質(zhì)
 

AMC 5%~10%來源于新風（external sources）,30%~40%來源于操作人員，25%~30源于工藝過程逸散（Process Chermicals）, 其它20%~30%源于潔凈室用材“釋氣”和設備泄漏（Outgas and equipment release）。

2.3 AMC的去除方法

去除氣態(tài)化學污染物的方法包括熱處理

法、觸媒氧化法、離子交換法、吸收及吸附法等。熱處理和觸媒氧化法因需要較高的反應溫度、伴隨氧化過程有副產(chǎn)物、對污染物濃度有一定要求等，不適合運用在建筑物內(nèi)微量AMC的凈化。目前成熟的AMC去除方法主要為離子交換法、吸收吸附法。目前常用的空氣化學過濾器多采用的吸附劑為活性炭、活性氧化鋁及多孔性離子交換樹脂。實際應用證明，使用空氣化學過濾器是去除低濃度氣態(tài)化學污染是最為可靠、有效和經(jīng)濟的方法。作為空氣化學過濾器的產(chǎn)品提供商，必須具有相應測試手段，能夠?qū)Τ鰪S產(chǎn)品的真實性能作出評價。