半導體廠的氣態汙染物過濾：如何選擇化學濾料

高效過濾器攔不住的汙染

現代晶圓廠可以把粒子數控制在 ISO 3 級甚至更好，卻仍會因為粒子計數器看不見的汙染而損失良率。氣態分子汙染物（AMC）是氣相汙染：HCl、SO₂ 等酸，氨和胺等鹼，有機化合物和摻雜物。它的濃度低到聞不出來，往往只有十億分之幾甚至更低，卻足以改變表面性質。

氣體分子只有零點幾奈米，比高效過濾器要攔的顆粒小上千倍，而且不會像顆粒那樣粘在玻璃纖維上。除非被吸附或中和，否則它們會直接穿過。這就是化學過濾的任務。

為什麼十億分之幾也很重要

最早有充分記錄的案例來自光刻。上世紀 90 年代初，IBM 的研究人員發現，依靠少量光致酸工作的化學放大光刻膠對空氣中的鹼很敏感。微量的氨或胺會在光刻膠表面中和酸，使曝光圖形的頂部無法顯影，線條呈 T 形，稱為 T-topping [4]。從那以後，控鹼就成了每個光刻區的標配。

酸造成的是另一類損害。它腐蝕金屬線、接觸孔和焊盤，並侵蝕控制和電力電子裝置中的銅和銀。可凝有機物沉積在晶圓、光學元件和掩膜版上，可能改變薄膜附著性。硼、磷化合物等摻雜物則可能改變器件的電學效能。

AMC 如何分類

半導體行業按化學性質給 AMC 分組。SEMI F21 分為四類：酸（MA）、鹼（MB）、可凝有機物（MC）和摻雜物（MD），併為每類按濃度分級 [2]。ISO 14644-8 給出了適用於任何潔淨室的通用方法：空氣化學潔淨度用 ISO-ACC 等級 N 表示，某物質或某類物質的濃度為 10ᴺ g/m³，適用濃度範圍為 10⁰ 到 10⁻¹² g/m³ [1]。1 µg/m³（10⁻⁶ g/m³）的濃度即為 ISO-ACC −6 級。

對於控制室、資料中心和配電室，參考標準是 ANSI/ISA-71.04，它根據銅片和銀片在 30 天內生成的腐蝕膜厚度來劃分空氣的腐蝕性 [3]。

2013 版 ISA-71.04 還要求測銀反應性，由銅和銀中較高的結果決定嚴重等級。在同樣的氣體濃度下，溼度越高腐蝕越快。

按汙染物匹配濾料

化學過濾器用兩種方式去除氣體。活性炭以巨大的內表面積物理吸附分子，對大多數有機物效果很好。氨、HCl、H₂S 這類小而活潑的氣體在普通活性炭上吸得不牢，所以要在濾料上浸漬能與之反應的化學品（化學吸附），把它們牢牢固定住。

選擇過濾器形式

• 包覆式活性炭過濾器把顆粒炭包在無紡布里，發塵少，適合晶圓廠的新風和迴圈風。
• 顆粒填充床裝載的濾料最多，適合低面風速下的較高濃度。
• 蜂窩過濾器在大風量下阻力低，適合低濃度場合，例如 FFU。
• 存在多類汙染物時分層或混合裝填濾料，鬆散顆粒濾料下游要加顆粒過濾器。

化學過濾器裝在哪裡

• 新風機組：在 SO₂、NO₂、臭氧等室外汙染物進入建築前去除。
• 敏感裝置上方的迴圈風道和 FFU：去除廠內釋放的汙染物，例如清洗劑中的氨或溼法裝置釋放的酸。
• 裝置和儲片櫃內部：在晶圓等待工序之間提供最嚴格的控制。
• 控制室和配電室：把空氣保持在 ISA-71.04 G1 級，保護電子裝置。

選型需要的資訊

使用壽命和去除效率完全取決於現場條件。為選擇濾料和床層厚度，我們需要目標氣體及其濃度、風量、溫度和相對溼度，以及您要求的去除水平或使用壽命。如果不清楚氣體成分，第一步是在進風口或室內取樣，反應性試片則能以較低成本反映空氣的腐蝕性。

安裝後，可通過測量下游空氣、放置試片或送檢濾料樣品分析剩餘容量來檢查化學過濾器。與顆粒過濾器不同，它們幾乎不會通過阻力變化給出預警，因為濾料在阻力變化之前早就可能失效了。