分子级化学污染物AMC与空气化学过滤器
张 凯

摘要  简要阐述了空气中分子级化学污染物AMC的来源与特性，采用理论研究和实验测试相结合的研究方法，测试了控制AMC的关键设备——空气化学过滤器对于SO2，NH3的去除效率，着重研究上游浓度、温度、湿度、风量（面风速）对于上述两种气体去除率的影响，所获得的结论可以为AMC控制、化学过滤器的研发与应用提供参考。

关键词  分子级化学污染物AMC  空气化学过滤器  去除率测试

AMC and Air Chemical Filter

Zhang Kai

Abstract: Described the source and the specialty of AMC, We have tested removal efficiency  for so2  and NH3 of the key equipment that used to control AMC-- air chemical filters.We mainly researched the effect of  concentration up,temperature,humidity,face wind speed on removal efficiency of the two kind gas. The conclusion  we have achieved can afford theoretical reference for controlling AMC and researching air chemical filter.

Key words: AMC；air chemical filter; removal efficiency test.

1  前言

当今信息社会中，半导体制造工业成为战略性的基础工业，其技术水平已成为衡量一个国家经济发展、科技进步和国防实力的重要标志。对半导体制造工业来说，空气中危害生产工艺和产品并因此引起成品率降低的化学物质，称为分子级污染物或气载分子污染物AMC (Airborne Molecular Contaminants)。目前对于AMC的防范，关键技术之一是使用空气化学过滤器。同时由于石化工业的发展，环境污染物也逐渐呈现多样性，除半导体工业外，生活环境、作业环境安全、环境保护等都面临类似的气态分子污染的问题，因此，在可预见的未来，空气化学过滤器的应用将会越来越普遍。

目前国内关于空气化学污染的控制主要集中在高浓度或排气污染物的脱除方面的技术开发。我国虽然半导体产品市场巨大，半导体制造工业也发展迅速，但是目前关于空气分子污染物的控制技术主要由国外企业掌握和控制，绝大部分市场也由国外厂商控制，所有配套产品的价格也由外资厂商垄断控制。国外由于半导体工业、环保工业的发展，空气化学过滤器去除分子态污染物的技术已经非常成熟。国外某些大的厂家具有完备的检测技术装备，我国空气化学过滤器市场每年以两位数的速度增长，但是对于化学过滤器的性能检测，仅限于对材料样品的测试，但是对于全尺寸产品的测试，目前国内还没有哪个厂家或机构具有相应的测试手段。

2  分子级化学污染AMC

2.1 AMC的分类

国际半导体设备与材料协会标准SEMI F21-1102标准将AMC分成4类，酸性物质（MA）,碱性物质（MB），可凝结性有机物质（MC），掺杂性物质（MD），见表1。ISO14644-8分类标准见表2。

酸性物质MA具有腐蚀性，在化学反应中接受电子。MA在大气污染物中的存在形态主要是氢氟酸，盐酸，硫酸和硝酸。

虽然只有十亿分之几摩尔分子量（ppbM）的浓度，但它的存能导致半导体生产问题。碱性物质MB包括氨，胺等。在某些情况下，MB的影响类似于MA，对铝和铜有腐蚀作用，它会和空气中的MA发生化合作用，形成盐类。另外，MB的存在还可能会在硅片、磁盘以及显示器上产生与时间有关的薄雾。碱的特殊生产影响包括化学增强的深紫外（DUV）光刻胶的T-topping。此外，光刻工艺很容易受到MB的影响。因为在光刻工艺中所用的化学药品及光刻工艺区，会出现大量的氨副产物。

可凝结性有机物污染物MC的沸点通常都高于150℃，而且会永久性的吸附在产品和设备的表面。MC污染会造成硅片表面Si-N膜变为氧化矽（Si-O）,进而导致氮化矽（Si-N）膜的膜厚与纯度同时降低。另一影响是改变介电质特性而影响溃电压或形成Si-C的不纯结构。

掺杂物MD会给硅片带来有害的n型掺杂（磷）和p型掺杂（硼）。这些影响带来的问题级别大约在10 pptM左右，并且高级设备中，更薄的接触面本身就会产生更高的掺杂浓度，产品的敏感性也会因此增加。参杂物会影响半导体材料的导电性而导致原件失效，产品合格率下降。   

2.2微电子工业洁净室AMC的来源

 AMC来源主要有：空调系统新风带入的各种污染物质、洁净室室内工作人员、工艺过程或维修使用的各种化学品、设备的泄漏或排放、工程材料释放的微量气体等。图1列举了AMC的主要来源。

 X
 说明
 

 单物质
 例如：氨气，NH3
 

 成组物质
 例如：有机磷酸酯
 
ac
 酸
 一种物质，化学反应是接受电子对形成新化学键
 
ba
 碱
 一种物质，其化学反应特点是给出电子对形成新键
 
bt
 生物毒性物质
 污染物，对生物体、微生物、组织或各处细胞维持并延续生命有破坏作用
 
cd
 冷凝物
 在洁净室工作条件下，能够凝结在表面的物质
 
cr
 腐蚀性物质
 造成表面破坏性化学改变的物质
 
dp
 杂质
 吸收后会与大量产品合成一体的物质，即使只有微量，也足以改变材料特性
 
or
 有机物
 含有碳与氧的物质，也可以含有氧、氮或其它元素
 
ox
 氧化剂
 聚在产品表面会形成氧化物层的物质
 

AMC 5%~10%来源于新风（external sources）,30%~40%来源于操作人员，25%~30源于工艺过程逸散（Process Chermicals）, 其它20%~30%源于洁净室用材“释气”和设备泄漏（Outgas and equipment release）。

2.3 AMC的去除方法

去除气态化学污染物的方法包括热处理

法、触媒氧化法、离子交换法、吸收及吸附法等。热处理和触媒氧化法因需要较高的反应温度、伴随氧化过程有副产物、对污染物浓度有一定要求等，不适合运用在建筑物内微量AMC的净化。目前成熟的AMC去除方法主要为离子交换法、吸收吸附法。目前常用的空气化学过滤器多采用的吸附剂为活性炭、活性氧化铝及多孔性离子交换树脂。实际应用证明，使用空气化学过滤器是去除低浓度气态化学污染是最为可靠、有效和经济的方法。作为空气化学过滤器的产品提供商，必须具有相应测试手段，能够对出厂产品的真实性能作出评价。