晶圓表面分析與釋氣調查方法

在 晶 圓 表 面 之 有 機 污 染 分 析 部 分 ，本 研 究 將 參 考 標 準 方 法ASTM F1982-99^[51]與市售晶圓表面分析儀器(Silicon Wafer Analyzer SWA-256, GL Science Inc.)，自行研發設計一不銹鋼內鍍鐵氟龍薄膜之晶圓熱脫附密閉匣 分析系統(wafer desorption compartment)，如圖 3.6 所示，將曝露後之晶圓置 放於分析匣內鎖緊，底層利用加熱面板(hot plate)將整個圓盤分析匣加熱至 200 ^oC並維持恆溫，以高純度氮氣(N₂)做為載流氣體將晶圓表面上脫附物質 載流到Tenax GR吸附管中，最後再以ATD-GC/MS分析之，表 3.4 為此晶圓 表面分析系統之其他操作條件，如脫附時間為100 min，氣體流速為 200 ml min^-1，脫附體積為20L，約是分析匣內部體積 60 倍等。為確保此方法之可 行性，在實驗前後，進行空白分析與脫附後之分析實驗，以確保晶圓表面 上之物質完全脫附乾淨，而晶圓置換過程皆在Class 1000 以上之潔淨室內進 行。

值得注意的是為了達到晶圓熱脫附分析匣內之氣密性與可重覆裝卸特 性，匣層間無可避免地須使用一軟質彈性墊圈(O-ring)，然而多數O-rings材 質為橡膠、或矽膠等易釋氣之材質，故在使用上必須注意釋氣成分所帶來 之干擾，因此本研究選用三種不同材質之O-ring進行釋氣分析，以了解材質 釋氣成分與其適用性，其分別為高熱阻抗之Kalrez®(model 4079, DuPont Dow Elastomers, USA), Viton® (DuPont Dow Elastomers)與Silicone (Dow Corning, USA)，而這三種材質之墊圈也常常被使用於半導體廠房中。墊圈 的大小約為190 mm (i.d.) × 3.53 mm (cross section)，以符合晶圓熱脫附分析 匣大小。

MFC Tenax GR

Hot plate

Heat-desorption chamber Temperature

controller

N2

O-ring

圖 3.6、晶圓熱脫附密閉匣分析系統示意圖

表 3.4、晶圓分析匣系統操作參數表 分析匣內體積約為 330 cm³(直徑=180mm;高=13mm) 通入氮氣氣體流速約為 200 ml min^-1

分析匣溫度為200 ^oC

升溫後熱脫附時間為100 min

進入匣內氣體約為分析匣體積之60倍 吸附管溫度控制低於室溫(< 20 ^oC)

由於潔淨室內建材的覆被面積大，材質釋氣(outgassing)將成為 oAMCs 主要來源之一，而最佳的防制方法即針對潔淨室內所使用建材材質進行釋 氣調查，以了解各材質之釋氣速率與其可能產生之污染物質。因此本研究 將利用潔淨室建造商所提供之建材材料與密封劑，進行釋氣分析研究，以 做為評估材質適用性參考，來防止oAMCs 形成。

針對釋氣分析方法，將參考標準方法IDEMA STANDARDS M11-99

[56]，將材質樣品置放入一中空不銹鋼吸附管(0.635 cm O.D. × 8.9 cm long) 中，利用ATD熱脫附儀器溫度與流量控制，將釋氣成分直接收集至捕集阱 中，再進行後續GC/MS分析。其中載流氣體流速約為 50 ml min^-1，時間經 測試評估後選定為 20 min，使得總收集體積約為 1L，溫度則設為 60 ^oC，

以加速材質逸散出有機物質。為了進行材質釋氣之半定量分析，本研究亦 完成甲苯之檢量線製作，藉由各分析物種之積分面積，經由甲苯之response factor(積分面積/重量)，換算成甲苯之相對含量，以了解各材質其總釋氣量 之大小與污染潛勢。

圖 3.7 至圖 3.11 分別為潔淨室內建築材料之塑膠壓條、墊片與密封劑 等材質外觀，各材質大小將統一製備成約 L×W×H=12mm×2.5mm×2mm 長 方體，以做為後續釋氣量之評估與比較。

圖 3.7、潔淨室內結構建材之塑膠壓條

圖3.8、潔淨室內常使用之墊片(Silicon)

圖3.9、潔淨室內使用之密封劑(SE5088)

圖3.10、潔淨室內使用之墊片(EPDM)

圖3.11、潔淨室內使用之密封壓條(PTFE)