16奈米世代晶圓傳送盒吹淨微污染耦合冷凝取樣新式技術

前言

1959年時Richard Phillips Feynman提出“There's Plenty of Room at the Bottom”的著名演講，從此為奈米技術打開大門，Gordon Moore繼之 在1970年代提出了莫爾定律，預測“積體電路單位面積內的元件數目，將以每年增加一倍的速度成長”。而半導體製造工業，的確令人驚訝地以毫不停歇的方式，應驗著40年前預言的發展趨勢。然而歷經無數次的製程技術提升，目前已接近無法克服的瓶頸，面臨技術上的物理極限，進入“後莫爾時代”^[1]。非但無塵室外在環境的氣懸分子污染物 (Airborne Molecular Contamination, AMC)會影響晶圓，甚至連封閉環境內的FOUP之充填氣體與晶圓釋氣行為，都已是現今先進製程瑕疵產生的主要原因之一，面臨由內而發的污染問題^[2]。自2011年始，ITRS開始將AMC的控制，將無塵室環境與FOUP分開，單獨討論FOUP內部的AMC 問題^[3]。首先面臨的問題，就是FOUP的容積有限與氣態污染物濃度低，以至於就現有的量測與分析儀器而言，樣品的污染物採樣濃度，多未能達到儀器偵測下限，不足分析所需。

即使不考慮酸鹼氣體的污染，單單矽晶圓就非常容易受到水份與氧氣的作用，產生氧化物。M. Morita et al於1989進行水分與氧氣對晶圓上氧化矽生成的控制實驗，室溫下經氫氟酸酸洗與超純水洗淨10分鐘後，在甫乾燥的n⁺-Si矽晶圓上，就可立刻發現4.4A以上的原生氧化層^[4]。由此可見，欲維持晶圓表面的潔淨度，實非易事。水分子與氧分子不單僅僅使矽晶圓氧化，更會造成銅線路的腐蝕，也會同氣懸分子污染物(AMC)生成微粒污染或是發生過度蝕刻的現象 ^[5]，故由此可知，現今就晶圓污染所面臨的問題，形勢十分嚴峻。

在無塵室內利用傅立葉轉換紅外線光譜分析儀(Fourier Transform Infrared, FTIR)或離子遷移率光譜儀(Ion Mobility Spectroscopy, IMS)等等技術的應用，用以量測特定氣懸分子污染物，然而這類的量測技術，無法對於已經產生衍生物之AMC進行識別，故就空氣中之元素總含量的分析，容易發生過度保守，低估污染量濃度的風險。比如在實驗腔體中，同時注入定量氟化氫與氨，再分別以FTIR與IMS進行量測，得到的分析結果，將遠低於原注入量，因這類的量測技術，無法用以量測氟化銨等AMC的衍生物。而廠務技術發展部研發之耦合冷凝取樣新式技術，能夠在無塵室室內空氣大量混合與快速循環的實務條件下，就氣懸分子污染物其元素於無塵室空間中之總含量，進行詳實的描述，避免過度保守的分析結果，對於污染擴散危害發生時，採取快速的因應與正確的舉措。

晶圓傳送盒吹淨(Purge FOUP)的重要性

為求避免於晶圓線路上形成表面分子污染物，在2000年時(Jurgen Frickinger et al, 2000)提出了FOUP purge這個概念，詳 圖一，且於IEEE TRANSACTIONS ON SEMICONDUCTOR MANU-FACTURING上發表文章，利用該技術，期使晶圓在FOUP環境內的氧氣含量與相對溼度獲得妥善控制。而今FOUP潔淨氣體充填(FOUP Purge)已經普遍成為半導體廠FOUP污染控制上備受倚重的解決方案。以潔淨氣體，充填在晶圓四周，用以阻絕氣懸分子污染物所造成之晶圓表面污染。其理類同古籍，太極拳經中所云：『氣宜鼓盪，激濁揚清，清氣昇而濁氣降。』目前市面上也有成熟與系統化的FOUP purge產品，比如英特格與家登精密等等FOUP生產廠商，成功的落實Jurgen Frickinger的想法^[6]。

隨著線徑的縮小，晶圓自身的釋氣行為(outgassing)漸漸已變成影響良率的主要污染來源，故而有Q time的控制，on FOUP purge的相關設計與研究，探討FOUP purge對於瑕疵減少的影響，良率提升的貢獻等等^[8]。已知晶圓對自身所處的環境很敏感（舉例銅線的氧化，在很低的濕度下，很快的時間內，即會形成），加上目前產線使用氣體的趨勢，越來越複雜，無可避免的，晶圓釋氣的問題，將是嚴峻的挑戰。為了降低釋氣所產生的不良影響，以潔淨氣體的來對FOUP吹淨便成為目前唯一有效與直接的手法。Marc Veillerot et al接續Jurgen Frickinger，進行污染控制的研究^[9]。在該研究中，Marc發現有趣的現象，FOUP Purge即便採用了極潔淨的氣體進行沖洗(purge)，也會因為外來沖洗氣體中所內含的微量污染物，造成晶圓污染。該研究採用了不同的purge 流量的實驗條件，分別以2LPM，0.2LPM的動態沖洗與完全密封的狀態來進行比評。經由晶圓上電路元件氧化層崩潰所需電荷的量測(charge to breakdown, QBD)，藉以評估晶圓受到污染的狀態。FOUP是先進製程用來管控生產環境的重要生產手法，為300mm製程上的標準化晶圓載具，該設計之主要目的，在於用以阻絕晶圓遭受運送過程與環境的污染。然而這樣的設備，隨著製程技術的演進，在晶圓表面污染控制上，卻會因為FOUP所提供的封閉環境，產生晶圓與FOUP本身釋氣所造成污染濃縮的惡化現象，或因為大體積量體的purge氣體，持續吹拂晶圓表面，發生直接接觸晶圓的污染行為，不可不戒慎處理。

釋氣的機制，是原本存在於晶圓內部的化學成分，因溫度提高或時間的延遞，使得該化學成分，擺脫矽晶的束縛，轉變成氣態而逸散到晶圓外的空間之中。此外，由於無塵室生產環境中，為避免靜電的衝擊，故有相對溼度的控制規範，而水蒸氣的存在，會使得晶圓表面產生一厚度約略5奈米的水膜面，膜面的水分子會對埋置於晶圓內部的鹵素產生吸引力，比如形成氫鍵，而使得鹵素由晶圓內部，漸漸往表面層移動，最終在晶圓表面，與水產生作用，形成具有高活性的離子，而此離子水溶液處在液態時，會侵蝕晶圓表面，導致晶圓線路圖形的損傷。這個現象，理同100%的純硫酸，其PH值是屬於中性的，因為純硫酸無法解離成酸根。然而一旦有水溶液的存在，產生解離溶液，就會轉形成具高度腐蝕性的強酸，兩者物性截然不同。在晶圓水膜面因相對溼度降低、進入真空環境中或烘乾製程等過程，將有酸鹼結晶鹽的析出發生，而此酸鹼結晶鹽，有極大可能性，即是晶圓表面奈米微粒污染物的主要形成來源之一。

由於半導體製造技術的精進，製程線徑，勢不可免的，將往N7、N5邁進。就如此微小的線徑，即使晶圓身處在極低濃度酸鹼氣體污染物的環境之下，也將可能產生嚴重的瑕疵。而酸鹼氣體污染物的檢測，就目前的技術，主要是以衝擊瓶(impinger)將空氣樣本打入水溶液中，進而使酸鹼氣體溶於水溶液，繼之以離子層析技術，利用層析柱內的樹脂，以固定相與水樣中不同離子間的親和力差異，來達成篩分的目的，推算不同種類的酸鹼氣體於氣相中的濃度。然而由於FOUP內的污染氣體濃度極低，濃度梯度尚無法提供足夠之驅力，使FOUP內的氣體，在水膜界面上，往濃度低的液相環境擴散，進而溶進入水樣之中。由於採集效率不彰，無法取得高於儀器最低偵測下限的樣品濃度，受限於技術能力的窘限，先進製程，往往只能經由事後瑕疵的檢測，由成品瑕疵的量測，推測瑕疵產生原因，進而控制與調整產線機台，而如此的因應方式，不免有見兔顧犬，亡羊補牢之憾，錯失先機。

耦合冷凝取樣技術

面臨當今FOUP內微量容積內低濃度污染物的存在，影響先進製程的良率，廠務技術發展部因此提出了一個嶄新的手法，以迂迴的方式，來解決這個問題。該技術獲得公司智慧財產處的支持，於2015年由公司申請專利建構，並計畫將本技術應用，推廣於工廠生產，使其生根發芽，持續往實體量測機台之路發展。

在第14期的新工季刊中，我們談到了由於無塵室中的濕度控制，會使得環境中物體的表面，無論親水性抑或是非親水性，都會產生一定量的水分子吸附。親水性表面會因表面張力，產生水膜薄層，而非親水性表面則會在突起處等表面位能高之處，吸附液珠。這些水分子，都會與空氣中之AMC產生作用，轉而形成具有高活性的離子態溶液，加劇瑕疵產生，比如時間相依霧霾(time-dependent haze)的缺陷，如 圖二所示就是其中的例子之一。

這樣的觀察結果，驅使我們產生一個新的發想，在酸鹼氣體的檢測分析技術上，倘使能夠以化學反應的方式，先將AMC作用成酸鹼結晶鹽的奈米微粒，再將固態的微粒進行捕捉，如此便能夠跳脫氣液相間，因低濃度產生濃度梯度驅力不足的窘境，擺脫傳統impinger採樣的框架限制。今假設FOUP中釋氣，生成氟化氫氣體濃度0.1ppbv，就如此低的濃度，依據亨利定律的定義：『稀溶液的氣體溶解度，與其氣體分壓成正比』，換句話說，如此小的氣體分壓，其對應的溶解度亦相當微小。加以FOUP的容積有限，僅約略30公升，在這樣的條件之下，如欲採得可供離子層析儀分析的樣品濃度，以目前現場的AMC採樣技術，實務上無法達成這樣的目標。回到新廠工程的專利技術上，舉前述之氟化氫氣懸分子污染物為例，可援用『以夷伐夷』的解決之道。憑藉無塵室環境中常在鹼性氣體濃度最高的氨氣(NH3)，其於無塵室環境中的常在濃度，多為1ppbv以上。依據布忍斯特及羅瑞(Bronsted-Lowry Acid-Base Theory)^[11]的酸鹼定義，反應不侷限於水溶液中，而酸是質子捐贈者、鹼是質子接受者，以氟化氫(HF)氣體與其(NH3)進行酸鹼反應，生成氟化銨(NH4F)，該離子化合物為酸鹼結晶鹽，於室溫下為白色或無色透明斜方晶系結晶。其他半導體產業中常見的酸性氣體污染物，比如氯化氫，溴化氫等等，皆可生成類似的反應物^[12]。此類奈米微粒的生成方式，乃模仿自然界中，雲霧凝結核的形成，為水體氣液固三相循環中的重要環節，提供物理狀態變化相間轉換的基礎，如同 圖三所示^[13]。半導體製造工廠等無塵室中，除了化學氣體之間的反應之外，尚存有許多高能量環境，比如在EUV所處環境下，就極易以高能的光波，提升AMC氣體之間的反應能階，進而促成與催化奈米微粒的生成，或者其他如具有電暈電壓(Corona charger)的離子電離器(靜電消除器，Ionizer)等等高電壓高溫環境，這都極易促使AMC產生固態的微粒衍生物。在常態環境下，這類的銨鹽微粒尺寸，如 圖四所示，經量測統計，有相當的比例為奈米顆粒^[14]。

酸鹼氣體在反應形成酸鹼結晶鹽微粒之後，若以一般的氣體衝擊瓶直接進行採樣，由於奈米微粒懸浮於空氣中，採樣用之水樣體積有限，在抽氣幫浦的泵送下，氣體於衝擊瓶的採樣液內形成氣泡，旋即離開採樣液，故而氣膠中，懸浮的酸鹼結晶鹽微粒並不易由氣泡內直接接觸到液面，進一步溶解於水樣當中，而是隨著氣泡的運動，瞬間離開衝擊瓶，脫出逸散。

要將奈米尺寸的懸浮酸鹼結晶鹽微粒捕捉下來，查爾斯•威爾遜(Charles Thomson Rees Wilson)的雲霧實驗研究帶來給我們靈感，如 圖五所示^[15]，針對（帶離子）奈米微粒的捕捉，提供一個解決方案。查爾斯•威爾遜在卡文迪(Cavendish Laboratory)實驗室中，利用蒸氣絕熱膨脹，溫度降低，達到飽和狀態時的條件，使帶電粒子通過，蒸氣便會沿著粒子運動的軌跡發生凝結，進而可以經由目視，觀察到粒子的運動軌跡。在威爾遜的實驗中，同時發現負離子的存在，相較於正離子，可使水蒸氣在較低的過飽和度條件下核凝。離子的存在，使得該帶離子粒子，產生與水蒸氣分子之間的靜電吸引力，此靜電吸引力誘發核凝，進而降低了產生核凝反應的能階^[16]。

上述雲霧實驗的原理，其實是在描述一氣相與液相間的變化行為。在特定空間之中，使一定量的蒸汽進行冷卻或以恆溫壓縮的方式，蒸氣之氣體分壓將超過其平衡蒸氣壓，此時過飽和蒸氣就會凝結成液相。然而在潔淨的實驗環境當中，蒸氣往往必須要在更高的過飽和度下，始能可凝結成液滴，其主要的原因，在於該凝結核本身是由相互碰撞的蒸氣分子聚結，狀態十分不穩定，雖有機會由小液滴成長為大液滴，但也極可能轉而返回氣相，消彌於無蹤。在較低過飽和度的情況下所生成的水分子凝結核，有極高的機會轉返氣相而消失，唯有在較高過飽和度的條件下，一般而言，若環境的過飽和度能夠達到2以上^[17]，則水分子凝結核將持續的吸附與之碰撞的水蒸氣分子，使凝結核的體積茁壯，聚沙成塔，終而成為液相的液滴，如此的凝結狀態，稱之為均勻相核凝。

倘使空間中存在有其他雜質，比如懸浮微粒，就可以在比均勻相核凝為低的過飽和狀態條件下，發生穩定的核凝現象，比如常見的雲、霧、雨、雪與冰雹等等現象。相較於之前的均勻相核凝，這樣的凝結狀態，則稱之為非均勻相核凝^[18]。就之前所舉之鹵化銨微粒等酸鹼結晶鹽，即是適當的懸浮微粒，有助於在低過飽和度的條件下，產生非均勻向相核凝作用。待將凝結核捕捉於冷凝管壁上與impinger中，即可獲得高捕捉效率的AMC水樣以供後續分析之用。一旦氣懸分子污染物，由氣相轉化成固相的微粒衍生物時，那麼就可以援用非均勻相核凝的物理方式，快速且高效率的進行微粒捕捉，進而擺脫氣懸分子污染物於水樣採集技術，基於亨利定律上質傳之先天限制。

非均勻相核凝發生的機制，主要是由於在微粒的表面上，原本是氣相－固相的表面位能狀態，改變成氣相－液相與液相－固相互相依存的狀態。Flecther (1969)根據Volmer與Weber (1926)的理論發展出非均勻相核凝公式，探討核凝速度與微粒尺寸大小之間的相互關係。首先假設某一微粒，外觀形狀為一圓球體，如果該圓球體微粒，形成為水蒸氣的凝結核，便會產生新的氣相－液相與液相－固相兩種介面型態，取代原有的氣相－固相的表面位能狀態。液胚核凝速率J的計算圖例，如 圖六所示。

此間的表面自由能的差值，可以依(3.1)式表示。

ΔG = ΔG_VV_c + s_gl S_gl + ( s_sl − s_gs ) S_sl ................ (3.1)

式中：

V_c： 凝核微粒(Core)的體積

S_gl： 為氣相-液相(Gas-Liquid)介面的面積

s_gl：為氣相-液相之介面張力

s_sl： 為固相-液相之介面張力

s_gs： 為氣相-液相之介面張力

ΔG_V：表水分子於液相與水分子於氣相時之單位體積自由能差值，此自由能差值可以下列之公式表之

S：表水蒸氣之過飽和度

V_l：表水分子液體之體積

求算此凝核微粒氣相-液相介面與液相-固相之面積與液體水分子之體積

S_gl = 2p ⋅ g² ( 1 −cos j ) ............ (3.2)

g： 表液體水分子，在微粒上凝結的液體胚曲率半徑

S_sl = 2p ⋅ R_p² ( 1 − cos ∅ ) ........... (3.3)

R_p：表微粒半徑

.....................(3.4)

j：表液相凝胚，液固介面之圓心角

將水分子於液相與水分子於氣相時之單位體積自由能差值，對液體水分子在微粒上凝結的液胚曲率半徑進行微分，取單位體積自由能差值之極值，定義當微粒上凝結的液胚曲率半徑達臨界大小時，此時之ΔG 為臨界自由能，表為ΔG_V^*，而對應此ΔG_V^*之臨界液胚之曲率半徑為臨界半徑 g^*

..................(3.5)

......................(3.6)

將帶入式(3.6)中，得，此即為臨界半徑之值

今令

q 表液體水分子與固體微粒介面上之接觸角，而微粒上凝結的液胚，其與氣相接觸之面積，定義為A_S^*

.....................(3.7)

其中 d 表凝結的液胚曲率中心與圓球體凝核微粒中心之距離

.......................(3.8)

將式(3.8)代入式(3.7)，可得液胚核凝速率 J

經由液胚核凝速率J的計算，可評估氣膠微粒，於環境濕度為過飽和度S的條件下，發生水蒸氣分子凝結於氣膠微粒上，液相凝胚成長為臨界尺寸所需的時間。由此公式可知，氣膠微粒的顆粒越大，水蒸氣過飽和度越高的條件下，液胚核凝的速度就越高。一旦液胚核凝成長尺寸超過臨界半徑之後，將快速地發展成直徑超過1um的水滴。經實驗驗證，室溫環境，當水蒸氣過飽和度超過1.5的條件下，液相凝胚由臨界半徑成長至1um直徑以上，所需時間小於1毫秒(ms)。根據這樣的研究結果，可知在提供過飽和水蒸氣的條件下，可使空氣中的氣膠微粒，發生非均勻相核凝的現象，進而形成凝結的液滴。如果氣膠微粒的直徑小，則不容易使其成長超過臨界半徑，直徑小於臨界半徑的凝結核，會反覆地發生水分子液相核凝，旋即又蒸發返回氣相的不穩定狀態。然而提高過飽和度，便可快速的使其成長為臨界尺寸的液滴，造成微粒捕捉的穩定狀態。該專利的技術核心之一，即是利用穩定核凝的物理現象，來達成奈米微粒之AMC衍生物的高效率捕集作用。

而高捕捉效率的水樣，可在現場輔以電導度計，來進行快速篩選。因電導度計的耗材需求低，分析單元的建置成本經濟，故能以快速並且低成本的方式，來達成酸鹼氣體污染的快篩量測。此外電導度計分析所需的水樣量體極少，經電導度篩選後的水樣，能夠留存足夠的量體，以供後續之精密分析，比如離子層析分析(IC)或感應耦合電漿質譜分析(ICP MS)。

相較於地方區域型耦合冷凝採樣輔以電導度計快篩之系統，傳統中央集權的採樣分析方法，乃將十數channel的採集管線，悉數自機台所處之地方區域，以抽氣幫浦，將該處之氣體集中抽送到中央分析系統內的採集器，再將採集器的樣品送至分析儀器分析，比如離子層析儀。這樣的方法，因採樣管線距離長，氣懸污染物或奈米微粒，很容易在長距離的泵送過程中反應或在管壁上產生沉積。管壁表面吸附的參數很多，比如奈米尺度的表面粗糙度，靜電荷載及表面能等等，但最重要的還是凡得瓦力^[18]。當採樣距離長時，這樣的作用力，就會造成相當的影響。而氣體在採樣管線中的流動，因接觸摩擦與反覆分離的動作，引致生成靜電電荷的累積，此靜電力將使空氣中的微粒，大量吸附在管壁上。而原已附著管壁的氣懸污染物或奈米微粒，也很可能因熱泳動而產生脫附。管壁吸附與脫附的交互作用，如同滯洪池的作用一般，產生緩衝與調節的作用，因而撫平高低峰的量差。此外，低濃度的AMC，也會因為氣體於運送過程中的混合與擴散，使得抵達氣體輸送終站之檢測分析儀器的當下，僅得到大幅稀釋後的樣品，對於原本即已不易進行的低濃度氣態污染物的採集與分析，猶如火上添油，雪上加霜，益形艱困。中央採樣分析系統，在檢測能力的容量上，受限於單一機台的限制，而區域型耦合冷凝採樣電導度計快篩之系統，可多工同時運作，兩者系統的單位時間內所能處理的待測物數量，有天壤之別。尤其半導體工廠製程產品的良率，皆需高於一定門檻以上，始有量產之價值，故良率正常而言，多是遠高於瑕疵率。在這樣的情況下，自FOUP採集而得的樣品數量分佈，自是警戒值以下的樣品數量多過警戒值以上的樣品數量。以精密儀器對待測樣品抽檢，進行採樣分析，是極高成本且耗費時間的工作，於此環境背景之下，地方區域型耦合冷凝採樣輔以電導度計快篩之系統，在未來將有更大的發展與應用空間。

實驗數據

廠務技術發展部於2013年始，進行一系列耦合冷凝impinger採樣法應用的實驗。首先模擬Purge FOUP的環境條件，在特定腔體中，注入未知濃度HF與HCl的稀釋氣體，再以常溫impinger與耦合冷凝impinger做對照，於降低耦合冷凝impinger出氣口溫度的條件下，進行實驗，而結果如 表一顯示，無法以此提升酸性稀釋氣體污染物的採樣效率。

後續，僅以酸鹼氣體混合(HF、HCl與NH₃)並冷凝的條件下，如 表二之配置，進行常溫與冷凝採樣的對照，發覺即使令高活性的酸鹼氣體混合，依舊無法以耦合冷凝採樣法來提高低濃度酸鹼混合氣體的採樣效率。

若於特定腔體中，以酸鹼氣體混合並加入濕空氣，如 表三，則當進行常溫與耦合冷凝採樣的對照實驗後，獲得耦合冷凝採樣效率大幅提升的結果。可見加濕耦合再予以冷凝的技術，即可鉅幅提升氣懸分子污染物的採樣效率，以酸性氣體HCl的採集濃度來看，分別有2.8倍到2.3倍不等的效率提升。

最後的分析結果，以HCl之稀釋氣體，於相對溼度(RH) 43%，環境溫度攝氏25度的條件下，就冷凝與常溫兩不同條件，來進行不同濃度對應採樣效率的比較分析。在此控制實驗中，定義採樣效率比為耦合冷凝impinger之採集濃度對應常溫impinger採集濃度的倍率，而實驗結果顯示，當稀釋氣體的濃度越低時，採樣效率比越高。在該實驗中，於常溫impinger採得低於2ppb HCl濃度的情況之下，耦合冷凝impinger可得9倍以上的採樣效率。

繼酸鹼類氣懸分子污染物(Mole-cular Acid/Molecular Base, MA/MB)的成功應用，2014年開始以耦合冷凝取樣的技術，利用SCAD既有的氣體採樣設備，採集空氣樣品，並送化學實驗室分析。就 impinger內的水樣溶液，以感應耦合電漿質譜分析(ICP MS)進行硼磷元素的分析，可於3LPM，2Hr的採集條件下，獲得1.4ppb不等濃度的分析水樣溶液，採樣數據詳如 表四。而相較於耦合冷凝法之應用，對照組以一般之impinger採樣法，則無法取得可供儀器分析之濃度下限值。

新式採樣法發展的初期，當被測標的FOUP 載置於吹淨機台(purge loadport)上後，藉由人工手動方式，使機台離線，再將purge loadport的排氣管線，轉接至耦合冷凝採樣設備的impinger上，設定10分鐘的採樣歷程，取得檢測水樣，後送化學實驗室，進行離子層析儀分析。一系列的實驗結果，顯示該技術能取得FOUP內可供儀器確檢的樣品濃度。檢測結果，如 表四所示。

硼磷是決定矽晶圓性質的重要元素，半導體乃是以電子傳導或電洞傳導的方式來傳輸電流，當摻雜以特定數量的不純物(dopant)，即會影響半導體的導電性，比如微量的硼，則會形成P型半導體，而微量的磷，則會形成N型半導體。由此可知，就半導體的製程，硼磷的污染濃度有必要進行監測。傳統硼磷的監測，主要是藉由靜置晶圓控片於無塵室中採樣24小時，再以氫氟酸溶液酸洗晶圓，將不純物洗出，後以ICP MS進行元素含量分析。而冷凝取樣技術，可以縮短取樣周期，藉由半導體廠常態的2小時氣體採樣方法，將採樣時程由硼磷控片的24小時縮短至2小時以內，並提高監測的準確性，以監測環境中微量的硼磷砷等氣態摻雜物之污染濃度(Molecular Dopants, MD)，不啻為搭配硼磷控片監測的利器，冷凝取樣於硼磷採樣的檢測結果如 表五所示。

今假定以儀器之偵測下限為傳統impinger的測值，新式採樣法就傳統採樣法之比較，在硼污染與磷污染上，分別具有14倍與12倍以上不等的採集效率增益。目前無塵室就硼磷污染的監測，多以24小時之晶圓控片，進行污染採集，以俾監測分析之用，遇突發污染狀況時，受限於採集時間之限制與無塵室每小時６次以上換氣循環的稀釋影響，甚難追查污染源熱點。本技術可在短時間內(約10分鐘)，獲取儀器可鑑別之有效樣品，來進行無塵室中，硼磷污染的追查動作，而這樣的反應時間，則是遠遠超過以往所能達成的水準。

實務上，工廠產線目前備有自動化Purge FOUP內之AMC檢測機台，檢測的項目包含總酸、氨、總胺等等項目。檢測的方式，乃利用purge loadport，將FOUP內的氣體抽出，分別泵送到針對不同氣懸污染物的特定電感耦合等離子體質譜儀(Ion Mobility Spectrometry, IMS)儀器，獲取FOUP內污染物濃度的資訊。今以耦合冷凝採樣的原型機，於先進工廠內，與自動化Purge FOUP內AMC之檢測機台，就相同的FOUP檢測流程進行，進行配合採測。量測採樣的過程，乃將標的FOUP以手動方式，安裝在purge loadport上，先以自動化Purge FOUP內AMC之檢測機台進行採樣量測，待量測完成之後再將purge loadport的採氣管，轉接至耦合冷凝採樣原型機，採樣機構詳如 圖七所示，無塵室現地採測過程照片，詳 圖八、圖九。耦合冷凝採樣之水樣樣品，送化學實驗室之離子層析儀分析，其採測結果，如 表六所列，在酸鹼氣體污染物的檢測上，可獲得明顯測值，幾達目前無塵室分析FOUP AMC所使用之IMS系統之20倍濃度，將可俾助產線工程師就晶圓瑕疵產生原因的進行鑑別、判斷與改善。然而各種不同的檢測方法間，因其應用之原理迥異，各有不同的限制，故而有其適用性的差異存在，不宜單純直接就數據進行比較，但由此次配合採測結果，可知耦合冷凝採樣技術，未來將可藉由purge loadport的輔助，發展成搭配AMHS輸送與讀取條碼(Barcode)的自動化檢測程序，於產線流程中，監測進出各機台，站點前後，FOUP內低濃度的微量酸鹼氣體污染濃度狀態，成為有效監測FOUP AMC污染之利器，助俾產線良率之提升。

結論

技術的突破，建基於觀念的革新與擺脫傳統思維。愛因斯坦曾說：『 We can't solve problems by using the same kind of thinking we used when we created them.』耦合冷凝取樣技術，主要是以化學方式，在氣相中，促使水蒸氣與酸鹼氣體發生反應，並後續以物理方法，利用非均勻相之過飽和核凝，使AMC之衍生物成為凝結核，並析出液相之液滴，這樣的方式，即可將大部分的AMC元素，捕捉至水樣之中。這個方法的特色有三點，第一是高反應比率，無論是化學反應生成AMC衍生物或核凝發生的物理作用，幾可獲得近乎100%的反應比率。第二個特點是短反應時間，中和與成核反應，都是在毫秒內完成。綜觀上述兩點，已使得該技術具備有應用於無塵室內產線上故障排除(trouble shooting)的基本條件，協助製造部同仁，能夠不受FOUP容積的限制，就各站點間，探查晶圓瑕疵產生的本末與根源。此外，在無塵室環境AMC監測的實務上，有別傳統MA/MB採樣方式10倍以上不等的採集效率。而MD污染控制，自2006年始發展硼磷控片的採測方式以來，一直無法在短時間內，取得可供比較分析之樣品，新式的耦合冷凝法，能夠在短時間，約10至30分鐘內，獲取有效樣品，就硼磷污染熱源，進行快速追查，為廠務技術之一大進展。最後的特點，是本技術施行的成本低廉，藉由N20、N16製程purge loadport於工廠內的普及，方便未來大規模的多點佈置，取用purge loadport exhaust的氣體，來做FOUP的快速與大量篩檢，挑出真正有精密分析需求的FOUP，以俾瑕疵排除之用。

後摩爾時代的來臨，廠務系統成為邁進下個世代最重要的因素之一。而廠務技術的進展，除加速先進製程技術良率的穩定與提升之外，更是半導體廠成功運轉與獲利的關鍵之一。世界半導體產業圈中的激烈挑戰追逐，藉由觀察各公司廠務單位的技術能力，即可略窺一斑，得知其企業之競爭實力。新廠工程自成立以來，一路深耕，不斷研發創新，建構台積電工廠成長茁壯的基石，期待能夠持續在機台原物料的供給上、製程環境的監控上與污染危害的移除上，提供最高潔淨度的物料、最密緻嚴謹的監控和最安全快速的危機管理，與台積電產線同仁協手邁進下個光輝的世代！