洁净室内化学气体污染物的分类及控制

文章编号：1671-6612（2009）04-091-06洁净室内化学气体污染物的分类及控制赵庆1苏伟胜2（1.广东省城乡规划设计研究院深圳分院深圳518000；2.四川省成都市弗瑞斯空间策划顾问机构成都610051）【摘要】提出以控制半导体行业AMC污染为目的，对应污染产生的来源应采取的减除措施。并细述各种化学过滤器的分类及适用场合，昀后列举实际案例说明化学过滤器的选配及安装位置。【关键词】AMC；污染源；活性炭；兼容性；吸附中图分类号X131.1文献标识码ATheclassificationandcontrolofchemicalfiltersincleanroomsZhaoQing1SuWeisheng2(1.Urbanandruralareasplanning&DesignInstituteofShenzhenBranchinGuangdongprovince,Shenzhen,518000;2.ChengduSichuanspaceplanningadvisorybody,Chengdu,610051)【Abstract】ThisarticleraisesthealleviationmeasurestocontroltheAMCpollutionofsemiconductorindustryandthesourcesofpollution.Itexpatiatestheclassificationandapplicablelocationsofdifferentchemicalfilters.Finallypracticalcasesareenumeratedtospecifytheselectionandinstallationlocationofchemicalfilters.【Keywords】AMC;sourceofpollution;activecarbon;compatibility;absorption作者简介：赵庆(1971-)，男，大学本科，工程师。收稿日期：2009-04-140引言随着半导体、液晶面板、硬盘等电子设备行业产品加工尺寸的细微化，对生产环境清洁度的要求进一步严格。除了一直以来已被广泛关注的尘埃微粒污染之外，早在80年代初就提出的AMC污染控制，即分子状物质污染，昀近被IC生产厂商高度关注，更被认为是某些加工工序或工序间晶片传送及存放过程中影响成品率的重要因素。现状要求各种超微量的化学物质及金属元素被精确地测定及消除。1洁净室的空气污染分类及来源污染的定义：污染指对产品和工艺产生有害影响的任何外界材料或能量。尘埃微粒污染包括了所有尺寸在5nm至100μm之间的固态微粒状物质。AMC即“airbornemolecularcontamination”，还包括了一些有机化合物，无机元素及金属元素。本文重点是关于AMC的污染控制措施。各种各样的AMC污染对晶片的某些加工工序影响很大，这已越来越被各晶片制造厂商所关注了，他们认为尽可能将每个工序中的气体浓度都控制到某个目标值以内是非常必要的。AMC等级的划分（引自1996年通过的SEMIF21-95）如标1所示：分子酸（MA）：腐蚀性物质，其化学反应属性为接受电子，如氢氟酸、硫酸、盐酸等。分子碱（MB）：腐蚀性物质，其化学反应属性为释放电子，如氨、甲胺、NMP等。分子凝缩剂（MC）：一般指在大气压下沸点高于室温性质的物体，如硅等。分子添加剂（MD）：一般为改变半导体材料电属性的化学元素，如硼、磷等。分子金属（MM）：不含在SEMIF21-95之内，第23卷第4期2009年8月制冷与空调RefrigerationandAirConditioningVol.23No.4Aug.2009.91～96·92·制冷与空调2009年但仍为人们所关注。表1AMC等级的划分A酸（ACID）HF,HCI,SOX,NOX生产中的腐蚀（如铝线、铝焊垫、晶体表面腐蚀等）；晶体及光学的微粒及雾状浑浊；光学改变导致的光刻率的变化；HEPA/ULPA效率降低B碱（BASE）NH3,Amines,HMDS深紫外线（DUV）光阻剂缺陷--T型覆盖C凝缩剂（CONDENSABLE）SILOXANE,DBP,DOP栅氧化层抗绝缘电压衰减、完整性降低、厚度及性质发生变异；附着失败；无效清洁；高接触电阻D掺杂剂（DOPANT）B,P极限电压变化；失控的B\P添加；表面电阻漂移；晶体形成的不规则性；HEPA/ULPAB、P的释放M金属元素（METAL）Fe，Ni，Cu，Pt，Al…..加剧了气体的反应；寿命衰退；栅氧化层抗绝缘电压缺陷图1为某洁净室实测值，与可见和微粒相比，气体的浓度比微粒的浓度要高1,000-1,000,000倍；洁净室内，HF、NH3、HC（有机物）的浓度均高于外界。图1洁净室（CR）里微粒和气体浓度比较(μg/m3)ITRS2003年提出的某些工艺对空气环境的要求预测如表2所示：表2ITRS（2003）中工艺对空气环境的要求预测项次工艺事项单位2005年（80nm）2010年（45nm）1待控制微粒粒径nm40232整体环境要求对应ISO级别--213平版印刷碱（NH3，Amaine）ng/m3179604栅形成金属（CU）ng/m30.260.205栅形成有机物（250）ppt60406接触形成酸/碱（HCL/NH3）ng/m315/615/37添加剂以化合物形式存在的B、Png/m34.54.5（引自2003ITRSJEITA表114a\b）第23卷第4期赵庆，等：洁净室内化学气体污染物的分类及控制·93·要控制化学气体的污染，除了确认其污染等级外，还需要找到污染源，才可以加以清除。由下图可见，化学气体（分子）的污染源主要有两方面：图2化学气体（分子）的污染源（1）洁净室内再循环空气。在洁净室内部，污染源包括洁净室内装修材料（包括墙板、地板、密封胶等填充材料、高效过滤器等）、生产设备、操作工人以及工艺化学品及溶剂在加工过程中或堆放区域的散射或化学释放或偶然的逸出。还包括各制造区域之间的交叉反应引起的污染。（2）外界空气。通常空气中所含的污染物包括：SOx、NOx、O3、Cl2、NH3、挥发性有机物、硼（某些特定的区域）。1.1AMC的控制措施针对污染物的控制方法主要有：（1）对外气和循环使用的气体进行处理，可分别在MAU和FFU上增加化学过滤器处理。这也是目前业界普遍采取的措施（被动控制）。化学过滤器祛除酸碱主要是利用其化学吸附的原理，而物理吸附则对祛除凝缩剂和有机物较为有效。（2）洁净室内使用的材料应采用低挥发或无挥发的材料，如墙板、密封胶、HEPA/ULPA、地板等（主动控制）。1.2化学过滤器的分类及适用性1.2.1适用于AMC的化学过滤器的要素（1）效率，即所祛除的气体浓度比例。（2）兼容性，应以现存的或工艺所关注的所有污染分子气体为控制目标。（3）容量，过滤器所能控制的污染分子气体的昀大能力，通常由过滤媒介的密度决定，并关系到过滤器的使用寿命。（4）压损，即气流通过过滤器时的压降损耗。（5）洁净度，即适用于洁净室系统的化学过滤器不应释放新的气体分子或微粒分子到洁净室系统中。几种常见过滤媒介的比较如表三所示：表3几种常见过滤媒介的比较过滤方式优点弱点粒状活性炭（物理吸附作用）1.高多孔，对多种气体有较高吸附容量；2.对多种有机物和氯的祛除1.在高湿度条件下功效降低；2.有粒状沉淀物产生；3.适于细菌及真菌的生长；4.对于其剩余的使生产设备操作工有机气体Boron(B)HC、HF、NH3NH3有机气体Phosphorus(P)内装修材料排风回风（循环空气）FFU酸性气体NOX、SOX外部空气Filter·94·制冷与空调2009年能力较高；3.成本较低用寿命很难提供准确可靠的检测方法；5.易燃性问题；6.可能会产生微粒注入式活性炭（物理吸附作用）1.注入方式提供给单个污染物或污染群（酸和碱）增强的容量；2.可以检测粒状媒介的剩余使用寿命1.作用范围较局限；2.注入方法在实际工作中可能会降低其功效；3.可能出现操作和储存方面的问题；4.成本较高；5.易燃性问题；6.可能会产生微粒；7.较高的初期压损高锰酸钾注入吸附剂1.支持ULCLASS1认证要求；2.无毒、无危险；3.细菌、真菌较难生长；4.可以对媒介的剩余使用寿命进行准确的检测1.对有机物和氯的作用效率较差；2.注入方法在实际工作中可能会降低其功效；3.较高的初期压损；4.要求特殊的操作及储存预防措施；5.有可能产生微粒（活性铝）组合（混合）媒介（物理吸附及化学吸附混合作用,用于对一种以上的污染物进行控制）1.可以将两种或两种以上的媒介结合于一个化学过滤器或系统中，以改进过滤器性能；2.使用场合较为广泛，对复合污染比单一媒介更有效；3.较低的初期压损1.污染物接触适当媒介的机会变低，再次污染的机率较高；2.不同媒介之间可能相互发生作用，从而产生新的污染或降低效率离子交换媒介（化学吸附作用）1.对某一类污染的处理效率及容量较好，使用寿命较长；2.可广泛使用于多种类型及结构的过滤器上；3.较低的初期压损1.只能作用于单一类型的气体污染源；2.费用较高图3为洁净室及空调系统中各种化学过滤器的常规使用场合：图3洁净室及空调系统中各种化学过滤器的常规使用场合1.2.2常用化学过滤器的分类：图4抽屉或圆筒式活性碳过滤器（1）抽屉或圆筒式活性碳过滤器。如图4基本媒介为活性碳粒或活性氧化铝或硝酸盐等。特点：可重复使用结构，运行费用经济；结构坚固，适用于大风量或变风量场合，如空调箱。新风机组段来处理外气或用在排风系统处（OA或EA处理段）；使用寿命长，视待处理化学气体（分子）污染浓度及成份不同，一般寿命为1年至5年左右；可以注入不同媒介，以处理不同化学气体，如高锰酸钾适用于处理SOx、NOx等，而氧化锰适用于有机化合物物、氯、臭氧等。第23卷第4期赵庆，等：洁净室内化学气体污染物的分类及控制·95·（2）有隔板箱式活性媒介、离子交换媒介或混合媒介介质过滤器。如图5基本媒介为：活性碳粒子。图5有隔板箱式有媒介介质过滤器特点：结构坚固，适用于大风量或变风量场合，如回风空调箱或回风管内；通过注入不同的添加剂，可去除多种气体。如有机气体，酸碱等；处理效率较好。表4各过滤媒介特性比较过滤媒介处理化学气体种类基本介质添加剂处理气体有机气体活性碳粒无有机化合物酸性气体活性碳粒碳酸钾粒SOX,NOX,HF,HCL,B酸性气体活性碳粒磷酸NH3,氨（3）密褶式活性碳媒介、离子交换媒介或混合媒介介质过滤器。基本媒介为：活性碳粒或离子交换媒介。图6活性碳粒媒介图7离子交换媒介特点：采用密褶式结构，重量轻，结构紧凑，主要适用于洁净室回风FFU上或设备上；过滤容量大，初期阻力低，使用寿命长；不会产生再次污染（离子交换介质）。适用于FFU及设备上的密褶式活性碳粒媒介和离子交换媒介的比较如表5所示。表5两过滤器比较序号描述活性碳化学过滤器离子交换化学过滤器1媒介活性碳微粒或添加吸附剂离子交换树脂2吸附作用物理吸附和化学吸附化学吸附3处理气体酸、碱、有机化合物酸、碱4处理效率90~99%80~97%5初始压损15Pa@0.35m/s,厚度：50mm12Pa@0.35m/s,厚度：50mm6预计使用寿命（与气体浓度有关SO25μg/m3：5年NH35μg/m3：5年Toluene5μg/m3:2年SO25μg/m3：7年NH35μg/m3：5年除了化学过滤器作用以外，还应从源头上来控制气体的浓度。在某些特殊工序上还应尽量采用低挥发的特殊过滤器。表6为几种过滤器在化学气体挥发性方面的比较。表6过滤器在化学气体挥发性方面的比较气体挥发量过滤器种类过滤媒介硼有机气体传统普通型普通玻璃纤维11低硼型低硼玻璃纤维1/1001低挥发型低硼低有机物玻璃纤维1/1001/500无硼型PTFE011.3案例介绍1.3.1案例一：硼的控制（图8）受控工序：热处理、清洁及检查过程。问题：当硼附着到晶片上，会导致极限电压漂移解决：用无硼过滤器（PTFE）