先进制程的AMC和微小颗粒物的检测和控制技术

icccs6 · 发表于 2021-11-26 08:11:03

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2021-11-26 环球过滤分离技术网 icccs6

在集成电路制造过程中，空气分子污染物（AMC- Airborne Molecular Contamination）会严重影响制程的良率和品质。元件尺寸越小，受到AMC污染的影响也越显著。AMC气态的分子污染物沉积到晶圆表面后就变成了表面分子污染物，再和晶圆表面其他元素进行化学反应就形成了晶圆缺陷，晶圆有了缺陷，芯片质量就下降，良率最后就降低了，这也是AMC微污染控制如此重要的原因。因此，为了避免产生良率下降和制程缺陷，AMC和微粒需要被严格控管。

先进制程发展所面临的相应问题

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芯片制造从晶圆加工开始到最后封装测试结束，可能需要经过数百道工序，而任何一道工序稍有失误就可能导致大量的芯片报废。很多时候，细微的偏差只有等到芯片制造完成进行电性能测试的时候才能发现，这样造成的损失就非常大。

灰尘是小尺寸器件集成电路生产的天敌。在开发集成电路的过程中，已经开发了有效的方法来消除生产环境中的灰尘。如果有尺寸与电路结构元件相当的灰尘颗粒（临界尺寸，CD）或更大的灰尘颗粒意外进入设备中，会引发很多问题。在22nm的硅结构中只包括41个Si原子。根据这一标准，不仅颗粒构成了挑战，甚至分子造成的污染也成为越来越大的挑战。这些污染被称为空气分子污染 (AMC)。从开放式盒子到封闭式FOUP晶圆传送盒的转变大大降低了颗粒的污染，但同时也增加了AMC影响。

在 FOUP 内部环境中，AMC 有两个主要来源。最主要来源是每个工艺步骤后存储在 FOUP 中的晶圆，最后一道工序中的副产物从其表面释放，并可以被 FOUP 的高分子材料吸收或重新吸附在其他晶圆表面上。第二来源是FOUP 的出气，出气来源于聚合物主体或其他晶圆，以及其他工艺先前吸附的副产物。由于聚合物具有吸附气体的高能力，所以FOUP具有其已携带晶圆的“记忆”。与这些AMC来源相比，良好控制的洁净室内的空气污染可以忽略不计。

在IC元件的制造过程中，AMC已被确认会严重影响制程的良率和品质。当元件尺寸越小，受到AMC污染的影响也越显著。AMC对于晶圆的污染过程如下：气态的分子污染物沉积到晶圆表面后就变成了表面分子污染物，再和晶圆表面其他元素进行化学反应就形成了晶圆缺陷，晶圆有了缺陷，芯片质量就下降，良率最后就降低了，这也是AMC微污染控制如此重要的原因。因此，为了避免产生良率下降和制程缺陷，AMC和微粒需要被严格控管。

图1：AMC对于晶圆的污染过程：气态的分子污染物沉积到晶圆表面后就变成了表面分子污染物，再和晶圆表面其他元素进行化学反应就形成了晶圆缺陷，晶圆有了缺陷，芯片质量就下降，良率最后就降低了，这也是AMC微污染控制如此重要的原因。

技术背景

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在半导体制造业中，如集成电路的生产过程，许多关键的工艺步骤都是基于真空技术的。在硅加工过程中使用真空技术有几个原因：

• 真空允许对条件进行控制，因为它排除了硅晶片中的环境空气，如反应气体和粉尘。

• 真空允许硅和氧化硅的异性刻蚀，这是对硅晶片表面形成图案的基本工艺步骤。

• 几种基于真空的工艺允许所有类型的绝缘薄层和具有可控性的导电膜沉积在硅晶片上。

图2：普发真空针对AMC的量测设备和解决方案。

作为半导体产业微污染控制的主要供应商，普发真空拥有超过10年的污染管理经验，在微电子学、光学、显示器制造、光伏、制药等行业提供创新并全面的污染控制解决方案，近年来受到客户的广泛好评与信任。

为了检测并去除空气分子污染物，普发真空提供包括 APA 302 S、APA 302 LD、ADPC 302 和AMPC的量测设备以及 APR 4300 解决方案。

由于等待时间是保证晶圆加工灵活性所必需的制造要求，所以减少缺陷的正确方法是在升高的温度下使 FOUP 和晶圆在真空中出气，从而增加产量。为获得 AMC 的控制，关键是要在FOUP内部对其进行监控，而且，由于受到动态过程的支配，所以必须在生产环节中进行监控。普发真空提供了APA 302 Pod分析仪作为AMC分析的适宜工具。APA 302在两分钟内于ppbv级别上提供有关总酸量、总胺量、挥发性有机化合物和水蒸气总量的信息。它可以使用空FOUP或载有晶圆的FOUP完成测量。

一旦已分析AMC且已确定其对产量的影响，则必须采取适当的措施来改善情况。为此，普发真空提供了APR 4300 Pod再生器作为在单次运行中净化多达四个FOUP的有效工具。这项专利机器是基于本文所提到的物理和化学气体表面相互作用的见解。Pod分析仪遵循图3所描述的真空工艺。在大约5分钟的第一个真空调节步骤中，达到了工作压力。随后的净化工艺解吸在表面形成的 AMC，在最后一个步骤中，FOUP 返回至气压。

APR 4300 Pod再生器通过将产量提高7% 已经证明了其效率。半导体制造将出现新的挑战，而且，空气分子污染的剂量将变得越来越重要。因此，必须对关键生产步骤之间气压传输的替代方式进行开发。在未来解决方案中，真空技术将发挥越来越大的作用。

具体产品介绍

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设备，能够即时线上监控 AMC。它是一个开放式的平台，可依据客户需求安装分析仪，未来也可扩展多种型号。该设备基于SEMI-S2/S8认证的软件通讯标准，内建自动化校正系统，量测时间仅需两分钟，精度高，速度快，是半导体先进工艺污染管理的卓越选择。（https://www.iqiyi. com/w_19sb23kzsp.html 产品视频）

ADPC 系列产品是用于检测晶圆盒（用来运输半导体晶圆的盒子）内部的颗粒污染，可以全自动定位和计数晶圆盒内部表面（内表面每个面）的颗粒。ADPC 302 可全自动化管理，操作时间仅需7分钟，即可检测直径最低为10nm 的颗粒，检测半导体清洗机台能力出色。

图3: Pod 再生器流程周期。

由于 AMC 在晶圆厂被认为是量产损失的主要因素，为了控制和了解污染的来源，普发真空提供 AMPC 解决方案。它的检测最小极限为pptv级别（1ppt=万亿分之一），全自动化操作软件简单方便，反应速度快，检测范围广，适用于半导体无尘室以及机台设备的监控。为去除圆晶盒内部污染物，普发真空的 APR 机台能够把圆晶盒的表面及内部水分和空气传播的分子污染物清除掉，从而提高晶圆良率。APR4300 具有独特的专利解决方案，可进行全自动化管理，每次可以同时清理4个晶圆盒，把良率提到7%。（https://v.qq.com/x/page/ b0563akqzhb.html产品原理视频）

普发针对具体问题的技术研发和解决方案

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