半导体厂的气态污染物过滤：如何选择化学滤料

高效过滤器拦不住的污染

现代晶圆厂可以把粒子数控制在 ISO 3 级甚至更好，却仍会因为粒子计数器看不见的污染而损失良率。气态分子污染物（AMC）是气相污染：HCl、SO₂ 等酸，氨和胺等碱，有机化合物和掺杂物。它的浓度低到闻不出来，往往只有十亿分之几甚至更低，却足以改变表面性质。

气体分子只有零点几纳米，比高效过滤器要拦的颗粒小上千倍，而且不会像颗粒那样粘在玻璃纤维上。除非被吸附或中和，否则它们会直接穿过。这就是化学过滤的任务。

为什么十亿分之几也很重要

最早有充分记录的案例来自光刻。上世纪 90 年代初，IBM 的研究人员发现，依靠少量光致酸工作的化学放大光刻胶对空气中的碱很敏感。微量的氨或胺会在光刻胶表面中和酸，使曝光图形的顶部无法显影，线条呈 T 形，称为 T-topping [4]。从那以后，控碱就成了每个光刻区的标配。

酸造成的是另一类损害。它腐蚀金属线、接触孔和焊盘，并侵蚀控制和电力电子设备中的铜和银。可凝有机物沉积在晶圆、光学元件和掩膜版上，可能改变薄膜附着性。硼、磷化合物等掺杂物则可能改变器件的电学性能。

AMC 如何分类

半导体行业按化学性质给 AMC 分组。SEMI F21 分为四类：酸（MA）、碱（MB）、可凝有机物（MC）和掺杂物（MD），并为每类按浓度分级 [2]。ISO 14644-8 给出了适用于任何洁净室的通用方法：空气化学洁净度用 ISO-ACC 等级 N 表示，某物质或某类物质的浓度为 10ᴺ g/m³，适用浓度范围为 10⁰ 到 10⁻¹² g/m³ [1]。1 µg/m³（10⁻⁶ g/m³）的浓度即为 ISO-ACC −6 级。

对于控制室、数据中心和配电室，参考标准是 ANSI/ISA-71.04，它根据铜片和银片在 30 天内生成的腐蚀膜厚度来划分空气的腐蚀性 [3]。

2013 版 ISA-71.04 还要求测银反应性，由铜和银中较高的结果决定严重等级。在同样的气体浓度下，湿度越高腐蚀越快。

按污染物匹配滤料

化学过滤器用两种方式去除气体。活性炭以巨大的内表面积物理吸附分子，对大多数有机物效果很好。氨、HCl、H₂S 这类小而活泼的气体在普通活性炭上吸得不牢，所以要在滤料上浸渍能与之反应的化学品（化学吸附），把它们牢牢固定住。

选择过滤器形式

• 包覆式活性炭过滤器把颗粒炭包在无纺布里，发尘少，适合晶圆厂的新风和循环风。
• 颗粒填充床装载的滤料最多，适合低面风速下的较高浓度。
• 蜂窝过滤器在大风量下阻力低，适合低浓度场合，例如 FFU。
• 存在多类污染物时分层或混合装填滤料，松散颗粒滤料下游要加颗粒过滤器。

化学过滤器装在哪里

• 新风机组：在 SO₂、NO₂、臭氧等室外污染物进入建筑前去除。
• 敏感设备上方的循环风道和 FFU：去除厂内释放的污染物，例如清洗剂中的氨或湿法设备释放的酸。
• 设备和储片柜内部：在晶圆等待工序之间提供最严格的控制。
• 控制室和配电室：把空气保持在 ISA-71.04 G1 级，保护电子设备。

选型需要的信息

使用寿命和去除效率完全取决于现场条件。为选择滤料和床层厚度，我们需要目标气体及其浓度、风量、温度和相对湿度，以及您要求的去除水平或使用寿命。如果不清楚气体成分，第一步是在进风口或室内采样，反应性试片则能以较低成本反映空气的腐蚀性。

安装后，可通过测量下游空气、放置试片或送检滤料样品分析剩余容量来检查化学过滤器。与颗粒过滤器不同，它们几乎不会通过阻力变化给出预警，因为滤料在阻力变化之前早就可能失效了。