空气中分子沾污（AMC）的实时监测

洁净与空调技术 CC&AC 2004年第 2期 ·49· 空气中分子沾污 (AMC)的实时监测 美国颗粒测量 系统公 司 沈 健 摘 要 简要地介绍了AiM监测器的原理及应用效果，该系统可以对沉积于Si02 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面的空气分子沾 污AMC进行实时监测，所获得的数据对于了解洁净室内的工艺过程与产生 AMC间的相互关系特别有 用。通过监测吸附物总量的长期变化趋势，可以确定洁净室内环境沾污的基本值，以便有利于对新污染 源的早期确认。 关键词 空气分子沾污 石英晶体微平衡计 声表面波 飞行时间二次离子质谱 Real—time Monitoring of Airborne Molecular Contamination lAMC) Abstract Particle Mesuring System AiM monitor provides real-time detection of AMC deposition SiO2 surfaces．These date are particularly useful for correlating AMC occurrences with eleaIlroom processes and events．By monitoring long—term trends in mass deposition，one can establish baseline contamination lev— els．facilitating early identification of new contamination SOUrCeS． Keywords AMC Quartzcrystal microbalances(QCM) SAW Time of Flight／Secondary Ion Mass Spectroscopy (TOF／SIMS) Particle Measuring Systems Inc．USA 1 概述 。 AiM空气中分子污染监测器可用于监测洁净 室内的下列过程 ：如工艺过程中各种化学物质的 交叉污染、各种材料释放的气态化学物质、和洁 净室外部空气中的污染物的进入等。因而它具有 跟踪和 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 影响成品率的关键工艺或产品表面污 染的能力。 典型的AMC产生过程持续数秒到数周，又同 时涉及多个不同的污染源和不同分子微粒。为了 有效地监测、研究和解决复杂的AMC问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，就要 在被检测表面的电、光或化学性质退化前就能获 得高灵敏度的实时信息。 2 声表面波技术 石英晶体微平衡计 (quartz crystal microbal— ances QCM)作为一种声表面波传感器的应用始 于 20世 纪 50年 代 ，70年代 末 ，声 表 面 波 (SAW)技术首次用于化学传感器，具有高于传统 QCM 约 100多倍的测量灵敏度 【”。随着SAW及 其支撑技术在以后的 20多年里发展，传感器的灵 敏度已经得到不断的改进 [21，AiM (图 1)能够每 分钟测量小于 0．2ng／cm2的表面质量变化 (约为 0．75％单分子层覆盖度) [31。 在 AiM声表面波传感器中工作的声波谐振频 率为 200MHz。声波沿着晶体表现传播 (图 2)， 当表面的吸附层质量增加时，声波传播速度将会 减少，由此产生的频移 Af为： f^-0【( )2Am — A 式中： △f．频率变化 ☆沈健，男，1962年 12月生，硕士 200l001 上海市延安东路618号东海商业中心 (二期)2l楼 B—l室 E-mail：josephsj@sh163．net 收稿 日期：20o3—9—13 维普资讯 http://www.cqvip.com ·5O· 洁净与空调技术 CC&AC 2004年第 2期 图 1 AiM空气中分子沾污监测器可提供连续 、 实时的污染数据 o【一常数 fn一基频 △Hl／A一单位面积内的质量变化 AiM测量外露的 SAW 和密封的 SAW 间的频 率差，随着外露 SAW 晶体上吸附层质量增加，两 SAW 晶体之间的频率差将成比例地增加。 图 2 声表 面波 (SAW)传感器能 对晶体表 面 极微量质量变化作出响应 ，当物质沉积在表面时，晶体 振荡频率将发生相应变化 3 空气分子沾污 许多工业领域都会关注 AMC问题，其中包括 半导体、硬盘驱动器、平板显示及宇航业等。尽管污 染分子种类和及其影响在各个工业领域有所不同， 但 AMC已经被公认是这些产业中产品成品率降 低、性能退化和失效的原因。例如在半导体业中，由 AMC会引起光致抗蚀剂的 T形顶 (T—topping of rsist)、外延生长中的缺陷、非期望的搀杂、非均匀的 氧化层生产、硅片表面的特性变化、腐蚀效应、以及 金属压脚区粘附性的降低等 。 在洁净室中 ，AMC既可以来 自室外的新鲜 “补充空气 (makeup air)，也可由室内设施产生： 内部设施产生 AMC源的例子有 ：未经充分过滤的 再循环空气 、工艺中化学物质的交叉污染 、洁净 室的构成材料 (过滤器、密封胶 、建材等)所释 放的气态化学物、劳保用品和其它设备等： AMC在硅片、AiM传感芯片等表面的吸附会 以可逆或不可逆方式发生。可逆 AMC通常是指发 生在表面的物理吸附，它始终与周围气氛处于或 趋于平衡状态 ，当周围气氛中化学污染含量增加 时，表面吸附的污染物数量将迅速地成比例增加： 当周围气氛中化学污染物含量减少时 ，表面吸附 的污染物数量将成比例减少，其减少速率依赖于 污染物挥发性以及它与表面其它污染物的相互作 用。易挥发的污染物 比不易挥发的污染物能更快 地达到再平衡。 不可逆 AMC是在表面产生更强的物理吸附或 化学结合。这种类型的 AMC是与表面产生化学反 应或者污染物本身具有非常低的挥发性 。在这两 种情况下，一旦它接触到表面，就会停留在表面 上。图 3说明了高、中和低挥发性表面污染物的 情况 4 实时监测 在环境变化范围内AiM具有分子沾污动态情 况的实时监测功能。如图 3所示 ，AMC发生具有 经常性和迅速性 ，如果仅采用一个测试硅片或化学 吸附片 (s0rber)来监测污染物 ，它们采样的 “摄 取” (snap—sh0t)特性使得采样的时间会显著影响 分析结果。与此相对照，AiM的高灵敏度和实时性 测量性能使得 AMC测量数据能与洁净室内发生的 各种活动事件和工艺步骤直接相关联 (图4)。 对 AMC沉积速率和趋势的长期监测 (图 5a 图 5b)使用户能获得污染程度的背景 (基本量)， 有利于早期确认新的 AMC源 (例如化学过滤器饱 和、洁净室内的各种活动和加工步骤)。如图 5所 示几天中沉积速率是负值 ，产生这一现象的原因 是易挥发化合物沾污从传感器芯片 (或从测试硅 片)表面解吸所致。 5 实验室分析一TOF／SIMS 运用飞行时间二次离子质谱 (Time of Fil— 维普资讯 http://www.cqvip.com 洁净与空调技术 CC&AC 2004年第2期 光致抗蚀剂加工点处的空气分子沾污 高挥发性．可逆物质沉积作用 中等挥发性，可逆沉积 天 图3 来 自平扳显示器生产环境中的累积沉积皱数据显示了典型的离、中和低挥发性化舍物产生的分子沾污情况 10 — 8 6 寒4 蜉 2 O 光致抗蚀剂加工点附近的空气分子污染作用事件 工肄维修／生产加工点附近攘试清j}疑 l _ 。式 ．J P『， 、 、 蠖 舞 ， ’ 1 r' } I ’i | jU 1 l ‘ — — { 味 |1 l 酗 ， r ：， ' 1l 一 ^ b I确 拂 岳 4／14 4／15 4／16 4／17 4／18 4／19 4／20 4／2l 4／2Z 4／23 日期 圈4 AiM的高质量和时间分辨卑使得AMC测量数据与清洁室内的话动或工艺步骤直接关联 图 5 来 自硬盘驱动鹱噩环境中 AMC数据 a)累积沉积量 b】沉积速率 ight／Secondary Ion Mass Spectroscopy简称 TOF／ SIME)对传感器芯片进行质谱分析．可使 AiM的 质量灵敏度和实时监测能力得到进一步扩展 在 具有温控样品台的 TOF／SIMS分析中，传感器芯 片被液氮冷却，以保留其表面易挥发的污染物种 类，冷却的传感器芯片置于真空室中，离子柬直 接轰击其表面，使表面污染物碎裂 (图 6)．然后 根据其荷质化 (m／z)分类，从而产生持染物的质 谱 “指纹”谱线 (图7)： TOF／SIMS具有鉴别样品表面痕量化学物种类 9 8 7 6 5 4 3 2 O 一 。＼ _)氨餐 维普资讯 http://www.cqvip.com ·52· 洁净与空调技术 CC&AC 2004年第2期 图6 在 T0F／SIMS分析中，离子束聚焦到表面， 产生离子化的碎片，进行质谱分析 的能力。将 TOF／SIMS的能力和 AiM的高质量灵 敏度以及时间分辨率性能相结合，将成为一种监 测和诊断 AMC问题的强有力工具。 6 总结 空气分子沾污 (AMC)与固体表面的相互作 用是复杂的物理和化学过程，其持续时间可以数 秒 、数天甚至数周。要全面理解在超净生产环境 中的AMC问题 ，对它的监测必须满足以下要求 ： · 高灵敏度 · 高时间分辨率 (与生产 AMC时间相比) ·足够的持续时间以建立基本污染水平 当上述监测要求被满足时，短期 AMC发生就 能从长期污染量变化趋势中区分出来，并且 AMC 数据可以直接与污染室内各种活动和工艺步骤相 联系。颗粒测量系统公司生产的AiM监测器可以 满足上述监测要求 ，并具有其独特的分析 SiO2表 面极微量 AMC污染物动态特性的能力。 参考文献： 1 Ballantine，D．S et al,Acousfic Wave Sensore．Academic Press．Inc．，San Diego，CA USA，1997． 2 Bowers，W ．D．，and Chuan，R⋯L Surface Aucoustic Wave Piezoelectric Crystal Aerosol Microbalance”Rew．Sci． Instrum．60(7)，july 1989 PP．1297-1302． 3 Glassford，A．P．M．，GarrettJ．W．，and Bowers，W．D．，”Mass Sensitivity Calibration of the SAW QCM at Ambient Temperature”SPIE Proceedings，Optical System Contamination： Effects，Measurements，and Control IV,July 1994，San Diego， CA，vo1．226 1．PP．284—299． TDO198PA TDC+离子 601xm3503868号产品，#GP2896声表面波传感器， 1号点，颗粒测量系统公司，Rodier 颗粒测量系统公司 质量 (I ) 正离子 第 1批：GP2827号声表面波传感器 第 2批：GP2896号声表面波传感器 图 7 TOF／SIMS分析 AiM传感器芯片表面显示由 多二甲基硅氧烷 (PDMS)污染物引起的谱峰 4 Kinkead．D．， Joffe M．， I-Iigley．J．，Kishkovich．O．，Forecast of Aiibome Molecular Contamination Limits for the o．25 Micron Hig}l Performance Logic Process． SEMATECH Technology Transfer#一 95052812A-1R f1995)． 5 Defect Reduction． International Technology Roadmap for Semiconductors， Semicondutor Industry Association(1999)． 6 ”Airborne Molecular Contamination in Cleanrooms”， CleanRooms，12(1)January 1998， PP．1-5． 7 Hope，D．A．，and Bowers，W ． D．．” Measurement of Molecular Contamination in a Semiconductor Mantffacturing Environment Using a Surface Acoustic Wave Sensor' ． Productmnica 97，Munich，German y， November 1997． 口 维普资讯 http://www.cqvip.com