Jack St. Clair Kilby 1958年發(fā)明了集成電路,拉開(kāi)了微電子工業(yè)的序幕,奠定了信息時(shí)代到來(lái)的基礎(chǔ)。半導(dǎo)體和微電子工業(yè)經(jīng)歷了三十多年的發(fā)展,直到上世紀(jì)90年代,SEMATECH與SEMI(國(guó)際半導(dǎo)體設(shè)備與材料協(xié)會(huì))聯(lián)合提出了集成電路生產(chǎn)中“化學(xué)暴露” (Chemicalexposures)的問(wèn)題。
九十年代硅技術(shù)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)了令人難以置信的收縮,化學(xué)污染的影響逐漸突出。盡管粒徑只有0.1 nm的分子污染物,卻能對(duì)產(chǎn)品或設(shè)備造成致命缺陷“killer defect”。
到20世紀(jì)90年代末,氣載分子污染(AMC),首次成為一個(gè)突出問(wèn)題。AMC的控制包括了常規(guī)化學(xué)污染物“ABCs” 即:酸、堿、可凝聚有機(jī)物、摻雜劑。以及元素有機(jī)化合物(金屬有機(jī)化合物和有機(jī)氟化合物等)難熔化合物,硫化物,硅化合物等(名單還在持續(xù)增加)。
2018年6月,IEEE Operations Centers 致力于推進(jìn)人類(lèi)技術(shù)的發(fā)展,發(fā)布2017年版的國(guó)際設(shè)備和系統(tǒng)路線(xiàn)圖(ORDS)。為在15年里,發(fā)展半導(dǎo)體和計(jì)算機(jī)行業(yè)提供技術(shù)支持。
其中明確提出,在集成電路制造中,成品率下降與多種因素有關(guān):
1)、 氣載分子污染(AMC)
2)、 有機(jī)或無(wú)機(jī)的氣載顆粒污染(APC)
3)、 工藝過(guò)程引起的缺陷
4)、 工藝不穩(wěn)定導(dǎo)致的缺陷
5)、 來(lái)自設(shè)計(jì)的偏差
所列各項(xiàng)因素中,與環(huán)境污染控制有關(guān)的有AMC,APC兩項(xiàng)。
同時(shí)指出,氣載分子污染化合物的數(shù)量將隨著微電子工業(yè)產(chǎn)品特征尺寸的減少而呈指數(shù)增加。見(jiàn)下圖:
這一趨勢(shì)表明,今后新一代半導(dǎo)體技術(shù)對(duì)AMC的敏感度將大大提高。產(chǎn)生這一問(wèn)題的主要原因在于光刻所用的光束能量增大以及晶體表面能增加。波長(zhǎng)與能量成反比,波長(zhǎng)越短能量越高。
隨著IC特征尺寸減小到14mn以下,光刻所用的波長(zhǎng)已達(dá)極紫外光(EUV),這光束具有較高的能量,能使環(huán)境空氣中的化合物發(fā)生分解,以致環(huán)境中化合物數(shù)量大增。
此外,隨著特征線(xiàn)寬的減小,晶體表面與體積的比率增加使表面能增大。隨之由于懸空鍵的存在,使材料表面具有更高的活性,這促使在生產(chǎn)過(guò)程中晶體表面上,產(chǎn)生不希望發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。這些因素造成化合物數(shù)量呈指數(shù)的上升。
目前(電子行業(yè))潔凈室用較為成熟、有效的控制技術(shù)主要有“離子交換技術(shù)”及“常溫催化氧化和活性炭吸附技術(shù)”。其中,離子交換纖維化學(xué)過(guò)濾技術(shù)吸附反應(yīng)速度快、非常高效,通過(guò)再生可反復(fù)使用,可用于潔凈室及其他受控環(huán)境的新風(fēng)系統(tǒng)、循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)去除空氣中的AMC。但缺點(diǎn)是選擇性很強(qiáng),價(jià)格很貴。
潔凈室受控環(huán)境空氣污染的控制需要從多方面考慮,選擇合適的防護(hù)材料,防止塵埃粒子、空氣分子污染物的積累同樣重要。以靜電防護(hù)材料為例,目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的產(chǎn)品有很多,用戶(hù)在選材的同時(shí)應(yīng)更多的從自身需求考慮,根據(jù)需求的性能參數(shù)(靜電衰減時(shí)間、摩擦電壓、VOCs),選擇合適的靜電防護(hù)材料!