半导体行业污染管理及解决方案
真空应用，真空系统解决方案
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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。
⏹数字投影仪真空允许硅和氧化硅的异性蚀刻，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。
最新研发的集成电路由固体硅制成，其最大的特点是由于每个设备集成部件数量的不断增加和图案尺寸的不断缩小，使得部件的性能也得到不断的提高。在集成电路的开发过程中，戈登·E.摩尔曾预言，自20世纪60年代起，电路性能大约每两年翻一番，这就是著名的摩尔定律。经过了世纪之交，集成电路的最小结构（如微处理器和随机存储器）从1970年的10µm
减少到0.1µm，摩尔定律得到了充分的体现。在此期间，硅晶片的尺寸从1"直径增加到300mm(-12")，提高了吞吐量并降低了成本。
智力积木图1:摩尔定律（由Intel和AMD微处理器中的晶体管数量记录）
通过引入300mm技术，所谓临界尺寸，截止到此文本撰写时（即2012年）已经从150nm缩小到22nm。凭借300mm的晶圆尺寸，生产技术也从开放式盒子（图8.2左侧）转变到封闭式小环境，即：晶圆在封闭式盒子里在生产现场中从一个工艺设备传送到另一个（FOUP=前端开启式晶圆传送盒，图2，右侧）。
图2: 使用盒子（左）和FOUP（右）的晶圆传送
02污染
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。22nm的硅结构只包括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的转变大大降低了颗粒的污染，但同时也增加了AMC影响。 图3: FOUP中的AMC来源
蚀刻工艺
图4: 硅类金刚石的晶体结构race实验
晶圆表面上的来自环境空气、从周围表面释放的或来自之上一道工艺步骤的分子可以与大气中的气体反应，形成微小的反应产物，这在晶圆等待下一道工艺步骤的等待时间内有增加的趋势。分子污染的核心通常是半导体制造中所使用的很多化合物。国际半导体技术蓝图(ITRS)已经确立了会引起晶圆缺陷的AMC名单。该名单包括无机和有机酸、碱、硫化合物和挥发性有机化合物，详情参见图5。
图5: 空气分子污染AMC的分类
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和/或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。
03 AMC的性质
在气压和环境温度下，约含有1015个原子/cm2 的固体表面每秒每平方厘米接收1023次方的外来气体分子和原子流。这意味着，在纳秒内，该表面将会覆盖上一些气体分子层。分子粘着在表面的概率在很大程度上取决于其性质和该表面的性质与形貌。但是即使在ppbv范围（体积的十亿分之几，即10-9)）内的微量反应副产物，其以1014s-1cm-2 的速率撞击表面，如果粘着系数高的话，也将会在几秒内覆盖表面。
空气分子可以是极性或非极性的。在非极性分子中，电荷对称分布，正电荷和负电荷的中心重合。这方面的例子有氮气N2或线性CO2 分子。这些分子通过弱范德华力保持在固体表面上，具有范围通常在热能量RT≈2.5kJ/mol和约20 · RT之间的结合能。在极性分子，电荷
滑动水口机构
不对称分布，造成永久性偶极动量。在极性分子的例子中有水H2O O和用于半导体蚀刻工艺的无机酸，如HF和HCl。极性分子的结合能量较高，例如，对于Si(100)表面上的H2O大约为138kJ/mol。这些分子可能与表面发生化学反应，形成进一步反应的核心。
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