第二章 文獻回顧
2.5 oAMCs釋氣方法調查
為了減少oAMCs對元件所造成之缺陷，因此針對製程環境中物質與 結構材料進行釋氣分析，將可掌握潔淨室之污染源與材質釋氣潛勢，做 為後續oAMCs控制上之參考依據。目前對於材質釋氣分析方法，國際磁 盤驅動器設備與材料協會(The International Disk Drive Equipment and Material Association) 曾 制 定 兩 項 釋 氣 分 析 之 標 準 方 法 ， 即 IDEMA STANDARDS M8-98 與M11-99 [55、56]，以下分別將對此兩標準方法進行 探討。
IDEMA STANDARDS M8-98[55]靜態釋氣收集(static headspace)，此 分析方法為將 0.2g釋氣樣品密封於 20ml的玻璃瓶(vial)，維持 16 小時後，
抽取瓶內 1ml氣體至GC/MS分析，此方法適用於材質中高揮發性溶劑殘 留值調查(如製藥工業)，優點為簡單方便，可廣泛使用於各廠牌之自動 注射器;然而對於一些低揮發性及高沸點物質如silixane或DOP等，因其具 有低飽和蒸汽壓之特性，易於樣品瓶內達到一飽和平衡狀態，阻礙了持 續釋氣之能力，故static headspace方法，將可能導致高沸點物質釋氣量(or 釋氣速率)被低估之情形，而對於一些具反應性之化合物，或易於玻璃瓶 壁面產生聚合反應等物質亦較不適合此方法分析。
IDEMA STANDARDS M11-99[56]動態釋氣收集(dynamic headspace) 是將釋氣材質置放氣體流通之密閉系統中，利用氣體載流導出至濃縮吸 附管收集，因此分析系統內濃度值並不會有累積或達飽和濃度之狀況發 生，而標準方法中將分析條件定為85oC ~ 120oC，載流氣體流率約為 50ml min-1，收集時間為3 小時並視釋氣濃度而調整，由於此方法能將材質釋 氣成分快速收集到吸附劑中，故可減少釋氣氣體進一步產生聚合反應或 沈積在釋氣系統內。高沸點有機物質因其具有較低的飽和蒸汽壓且其釋 氣速率較慢，利用此方法分析，將可不斷累積微量釋氣濃度，以精確的 計算出釋氣速率。同時dynamic headspace為氣體不斷經過材質表面，因
此流場狀況與一般結構材質在潔淨室內受固定動態氣流經過相似。
除此之外，其他相關釋氣標準分析方法，本研究亦收集彙整如下:
SEMI E46-0301[57]標準方法即在微環境(mini-environment)系統中調 查內部材質釋氣之問題，其做法是將晶圓試片置放在微環境系統中，經 由不同的曝露時間去收集表面有機物沈積量，分析方法則是將晶圓加熱 脫附後，注入Ion Mobility Spectrometer (IMS)去定量之，然而IMS雖然敏 感度很高，但其價格太貴無法普遍使用於一般微污染的調查上，因IMS 機台無法針對污染物種進行定性，故經常需藉助四極柱質譜儀加以輔助。
SEMI E108-0301[58]標準方法與SEMI E46-95 皆是針對微環境內之 材質釋氣問題進行分析，但此兩方法主要差異則是分析儀器上的不同，
E46-95 為使用IMS分析表面有機沈積物質;而E108-0301 則是利用GC/MS 來做為表面分析與鑑定之工具。
ASTM R595[59]標準方法係利用真空系統(vacuum system)偵測材質 之總釋氣量與釋氣速率，其方法之目的在於探討材質於外太空真空狀況 下，是否會產生釋氣剝落之現象，以了解太空飛行器結構之材質適用性 (for NASA material / outer space application)。而其分析條件為 125 oC，24 小時，真空狀況(<2×10-5 torr)，並有三項重要之數據指標: TML (Total mass loss), CVCM (collected volatile condensable material), WVR (water vapor recovery)，因此特別適合材質於真空中進行水汽或低分子量solvent釋氣 調查，而對於個別釋氣物質之鑑別仍無法達成。
ASTM F1227-89[60]標準方法則延伸改良ASTM E595 標準，其使用 更多的溫度測試與結合FTIR來定性之，並延伸應用至微電子基材表面上 凝結性釋氣物質之分析。
ASTM E1559-93[ 61 ]標準方法則是利用SAW或QCM表面微量偵測 儀，來量測材質釋氣中具凝結性吸附於表面之吸附總量分析，雖其無法 有效鑑別污染物種類，但因儀器對質量敏感度極高，故此方法仍可應用
於元件表面污染量測。
ASTM D5116-90[62]主要為針對室內建材之揮發性有機物質進行釋 氣分析之方法，係利用小型釋氣密閉艙(chamber)，來模擬調查材質之釋 氣情況。而此標準方法較適合用於高揮發特性之溶劑釋氣調查所使用。
ASTM D6670-01[63]與D5116-90 相同亦針對室內建材之釋氣狀況進 行調查，其差別在於此方法係利用一全尺寸釋氣密閉空間(實際比例之空 間)，來進行材質之釋氣狀況模擬分析。
IEST WG-CC 031[ 64 ]則 為 國 際IEST (Institute of Environmental Sciences and Technology)組織下之一委員會，此研究群(working group)建 立潔淨室內所使用之物質材質與成分等釋氣特性之調查，以制定一新的 標準方法，做為潔淨室材質釋氣分析之共同標準。
文獻上曾針對潔淨室之材質釋氣研究如下，Takeda et al.[65]曾利用玻 璃密閉分析匣(Pyrex glass sampling cell)與GC/MS分析方法，探討於潔淨 室內各結構物質中有機物之釋氣速率，研究結果發現，材質之釋氣量隨 著時間呈現線性增加，因此經由斜率計算將可求得材質之釋氣速率，並 同時指出溫度為影響釋氣速率快慢關鍵因素之一，藉由不同溫度下結構 物質之釋氣速率建立一關係式，將可進一步了解各結構材料於不同溫度 下之釋氣狀況。
Camenzind and Kumar[66]則指出結構材質與塑膠聚合物之釋氣為潔 淨室中主要有機污染源。其利用dynamic headspace分析方法，分別將溫 度控制在100oC（screening method）與 22 oC 40% RH（engineering test）
進行釋氣分析。主要原因為在室溫下進行之釋氣調查，雖然較接近一般 材質之釋氣狀況，但在對於一些高沸點物質來說，其偵測敏感度會較差，
甚至偵測不到，故將溫度升至 100 oC進行釋氣速率，除可增加高沸點物 質之分析敏感度外，亦可縮短測試分析時間。研究結果顯示，使用於潔 淨室內的密封劑(silicon gel seals)會釋放出環氧矽化合物(D3~D6)等，為 有機污染之主要來源之一。
Camenzind et al.[67]進一步利用dynamic headspace方法與GC/MS分析 儀器，在100oC與 30 min之條件設定下，量測某廠牌HEPA濾網之釋氣情 形，其結果發現TCPP (tris(chloropropyl) phosphate)釋氣濃度約為 531 ppm，主要來自於HEPA中之滯燃劑(ployurethane)物質所逸散出來，故針 對半揮發性有機磷化合物，溫度為100 oC之釋氣測試條件，即有足夠的 敏感度來偵測材質之釋氣。另外若材質之釋氣能力很強，則不需要在高 溫下進行測試，例如矽膠密封劑在常溫下、塑膠手套 50 oC、晶圓儲存盒 (PP,PE)75 oC下分析即可。而進行釋氣濃度收集時，必須考量吸附管之採 樣流量或採樣體積是否適當，是否讓樣品與進/出氣流形成一穩定平衡之 狀態，否則採樣流量大小將影響釋氣速率之結果。
雖然目前已有許多材料釋氣評估方法，但有些方法，如氣密匣測試 方法(chamber test method)，並無法有效量測出與實際曝露相同之流場、
溫溼度條件之釋氣調查，因此Tamura et al.[68]開發一新型氣密匣，可用來 量測不同材質表面之釋氣速率大小，其開發之氣密分析匣與其他測試系 統不同之處在於，不須將測試材質進行切割，可直接罩於材質表面上進 行釋氣調查，並可維持與潔淨室內相同之曝露狀況，而所得結果將更接 近實際釋氣情形。
Fujii et al.[69]指出隨著時間增長，塑化劑成分(phthalate esters)會漸漸 由塑膠材質中釋氣出來，其研究在探討不同溫度下各種phthalate esters之 釋氣速率，以評估曝露時所產生之危害風險。藉由一被動式採樣器，分 析常見塑膠材質，如人造皮革、壁紙、乙烯基地板等之釋氣通量後發現，
塑化劑中常見之釋氣成分以DEP、DBP、DOP為主，其溫度在 20 oC與 80
oC下之最大釋氣速率分別為 0.89、0.77、14 µg m-2 h-1與2.8、4.5×102 and 1.5×103 µg m-2 h-1，且溫度對釋氣速率的影響遠比物質材料間之差異影響 還大，而使用於車內的皮革，在日照高溫下，使所產生DOP的釋氣濃度 將遠超過日本健康、勞工、福利部門所提供之建議值。
2.6 氣態分子污染物之控制策略與措施
對於目前潔淨室內所遭遇到AMCs 問題，其基本要件是能夠經常檢 測並掌握污染物種之特性與其發生原因，才能規劃出後續具體之防制措 施，因此微量氣體分析技術在此將扮演極重要之角色。而在AMCs 控制 策略上，約略可分成三方向進行:
a. 污染源控制(outgassing test、monitor)
b. 晶圓隔離技術(SMIF、FOUP、mini-environment) c. 污染物去除(chemical filter、air washer)
污染源控制即是在污染發生之前，先逐步對潔淨室內可能釋出污染 源加以控制，由於不同之潔淨室、其污染成因可能不同，因此藉由製程 上使用之化學品調查、廠內各材質之釋氣調查與廠外周界之污染監測調 查，將可當污染發生時迅速掌握污染來源與其發生成因。尤其是新建完 工之潔淨室，最需建立廠內氣體濃度分佈與組成之基準線(baseline)，並 利用即時監測系統，隨時監控環境中 AMCs 之濃度變化，一旦污染濃度 突然上升，將可在最短的時間內發揮預警之效果，使製程產品之損失降 到最低。當廠內有新設備或材質更新時，必需透過精密釋氣測試來選擇 其適用性;而在外氣補氣進入潔淨室時，亦需經過空氣濾淨處理，使外氣 中所含的污染物濃度降至最低。
晶圓隔離技術則是利用一潔淨度高之區域環境(mini-environment)或 是以內充氮氣之晶圓儲存匣系統如FOUP(Front Opening Unified Pod)
[70,71]等，將晶圓與高污染環境進行隔離之動作，使晶圓處在一超潔淨環
境中。因此區域環境設計應成為未來半導體廠主要製程環境之趨勢，其 優點在於能將超高潔淨度於集中在較微小之區域微環境中，整個潔淨室 或廠房將不再需要高潔淨等級之環境，故其整體潔淨效能與節能效益將 比現行之潔淨室為優。不過此技術仍存在某些問題需突破，如FOUP材質 的選取如何避免釋氣問題產生、匣內溼度與水氣控制的問題，如何避免
水氣透過側壁貫穿出去或吸附在側壁上，匣門開啟的速率限制、內充氮 氣的流速與均勻度、匣內粒狀污染物之產生與影響、區域環境均勻性氣 流控制等[72、73]，待這些問題都獲得解決後，區域環境隔離控制系統將成 為下一個世代晶圓製造必備之系統。
污染物去除控制通常在外氣空調系統、廠內FFU循環系統或製程機 台內部，加裝化學濾網(chemical filter)來過濾去除各類AMCs污染物[74]。
污染物去除控制通常在外氣空調系統、廠內FFU循環系統或製程機 台內部，加裝化學濾網(chemical filter)來過濾去除各類AMCs污染物[74]。