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技術專文

實際進行酸性排氣煙道成分分析， 兩段式的吸收液必須獨立循環來維
表 1、濕蝕刻製程常用的化學物質與其欲洗淨物 圖2、工研院：洗滌水pH值對酸鹼氣體處理效率之影響
發現酸性排氣煙道內的異丙醇(IPA) 持各自的效率，其中第一段為清水
平均濃度約2.1ppm，氨氣(NH 3 )平 洗滌，以去除氨氣為主，同時也可
洗淨物質 洗淨步驟 化學品組成 100
均濃度約2.0ppm，再加上前述酸 去除部分酸性成分；第二段吸收液
性排氣的大風量特性，計算得出酸 80 pH↑酸氣去除效率↑ 則添加NaOH，目的在去除剩下的
微粒 SPM H 2 SO 4 (硫酸) /H 2 O 2 (過氧化氫) /H 2 O (DI水) pH↓氨氣去除效率↑
性排氣內的IPA及NH 3 排放量，皆 酸性成分。回顧廠務季刊第六期及
高於有機排氣及鹼性排氣。探究其 SC-1 (APM) NH 4 OH (氫氧化氨) /H 2 O 2 (過氧化氫) /H 2 O (DI水) 去除效率 (%) 60 R = 0.7011 十九期皆有相同的看法，提出多段
2
原因為濕式蝕刻機台依製程參數， 有機物 SC-1 (APM) NH 4 OH (氫氧化氨) /H 2 O 2 (過氧化氫) /H 2 O (DI水) 40 1241 365 922 廢氣洗滌器的設計概念，甚者提出
在同一個chamber中依序使用酸、 76 188 231
金屬 SC-2 (HPM) HCl (氯化氫) /H 2 O 2 (過氧化氫) /H 2 O (DI水) 38 654 173 R = 0.7569 第三段的水洗概念，針對前二階段
2
鹼、有機化學品進行蝕刻(etch)或 20 R = 0.9034 未完全處理的低濃度污染物，以較
2
乾燥(dryer)，但若機台排氣分流不 SPM H 2 SO 4 (硫酸) /H 2 O 2 (過氧化氫) /H 2 O (DI水) 20 426 650
0 乾淨之水霧進行處理，並強化末端
佳時，則會容易在酸性排氣中檢測 DHF HF (氫氟酸) /H 2 O (DI水) (不能移除銅) 8.3 158 8.8 9 9.3 9.8 1325 10.3 除霧效果，使有效攔截氣態污染物
到較高濃度之IPA及NH 3 。為解決此 pH
原生氧化物 DHF HF (氫氟酸) /H 2 O (DI水) (不能移除銅) 及液態污染物，因此2013年起，
問題，要求機台端陸續裝置了分流 新工處與廠務處開始導入二段式濕
選擇箱，並於2013年起導入二段 NH 4 OH/HF NH 4 OH (氫氧化氨) /HF (氫氟酸) /H 2 O (DI水)
式廢氣洗滌器(Salix)，提升對酸鹼
式濕式廢氣洗滌器，但仍無法有效 清洗後乾燥 IPA IPA (異丙醇) /H 2 O (DI水) 圖3、二段式濕式洗滌器(Salix)
混排的處理能力，如 圖3所示。
解決混排的問題，因此，需要更進
一步進行問題探討及現狀改善。 Bypass (optional) 而在文獻回顧上，並未發現目前有
Damper
圖1、濕式蝕刻製程洗淨步驟流程圖 可同時有效處理酸性、鹼性及有機
Waste Water (Drain)
Up to 3 × 4 inlets Fan Fab Exhaust 化學物的前處理設備，因此能否在
Waste Gas Demister
Demister 空氣污染物產生源頭，進行徹底分
DI/IPA or IPA y sec
洗淨步驟(B)
洗淨步驟(A)
DI/IPA or IPA
文獻回顧 Waste Gas 流或進行適當前處理，確保有效降
X sec x sec Y sec y sec others
Waste Gas 低尾氣排放管道中混排情況的發
生，是刻不容緩的事，也是我們必
濕式蝕刻製程化學物質的使用 Waste Gas Packed Packed
Column Column Waste Water 需面對的挑戰。
(Drain)
半導體的濕式蝕刻製程具有高選擇 Fresh Water
Chemical 1 Fresh Water
性、高蝕刻速率和低設備成本等優 表 2、不同世代製程 IPA 的用量、溫度比較 Chemical 2
勢。而濕式蝕刻製程主要是利用化
學溶液與高純度的潔淨水來蝕刻清 Process Node N16 N10 N7 N7 Scrubber Stage 1 Scrubber Stage 2 Drip Pan
洗與製備晶圓表面。矽晶圓的污染 計畫方法
Wafer Drying + N2 Dry IPA dry Hot IPA dry NDA dry MRC dry
源大致上可分為微粒、金屬、有機 (DNS SU3200) (LAM EOS ES)
物及原生氧化物。微粒的污染來源
Drying Liquid Temp. IPA <25°C IPA 60~67°C IPA 25~82°C IPA 60~78°C 圖4、酸性排氣管道混排普查示意圖
大部分是來自於製程過程所使用的 本研究的目的為探討並解決該廠酸
氣體、化學品、機台、人員或潔淨 Usage (mL/move) 13.3 333 300 446 性排氣管道系統混排問題，嘗試找
室環境，藉由靜電、凡得瓦力、毛 中央洗滌塔 排 排氣次主管(1) 出造成混排的主要原因，並研擬出
細現象或化學鍵而附著在晶圓上， (1) 氣 改善方法以解決混排問題。研究方
主
或者陷入晶圓表面細微凹凸而生成 法的設定上，採用溯源的方式進行
中央洗滌塔 管 排氣次主管(2)
的溝槽之中；金屬不純物則來自 2017年彙整歷年蝕刻機台使用IPA 防制設施，且通常是使用水做為吸 (2) (1) 混排污染物追查，如 圖4所示依序
於離子植入、乾式蝕刻或光阻灰化 的相關資料顯示，不同世代IPA的 收液。大部分的時候為了提升吸收 排 為：中央洗滌塔排氣煙道→排氣次
排 氣
時，因離子撞擊機台內壁所產生， 氣 支 主管→排氣支岐管→濕式洗滌器→
使用狀況說明如後，N10、N7的 效果，也會添加一些可以與污染物 中央洗滌塔 濕式 生產機台
也有可能來自於製程環境或化學 (n) 主 排氣次主管(n) 岐 廢氣洗滌器(n) (n) 生產機台(包含分流選擇箱)。
用量是N16的27倍，IPA製程溫度 反應的化學物質。例如處理鹼性廢 管 管
品；有機污染物多來自於光阻殘留 (n) (n)
也由常溫提高到約80℃(IPA沸點 氣時，會在吸收液中加入硫酸，將
物；原生氧化物起因於晶圓表面與 由於該廠酸性排氣的排氣次主管的
82.6℃)。高溫IPA雖然具有接觸點 pH值控制於酸性範圍，如此可以使
空氣或水中的溶氧接觸，而氧將晶 數量較多，考慮到分析時效性及費
變大，防倒線效果佳的優勢，但相 公式(1)的反應向右邊進行，使鹼性
圓表面的矽氫鍵(Si-H)氧化成羥基 廢氣中的氨分子被吸收至水中後， 用問題，因此在本次測量儀器選用
對也帶來揮發量提高4倍的問題，
(Si-OH)，或是將矽氧化為二氧化矽 不再以NH 3 的形式存在而被解離為 上，先採用直讀式儀器先進行半
詳細資料可參考 表2內容。 NH 3 氣體排入酸性排氣，會因酸鹼 理效能也隨之下降，研究中曾於實
所生成，其中反應的速率與溶氧濃 + 定量量測，如TLD-1 (Through the
NH 4 離子。因此濕式洗滌器對於單 反應所產生的鹽類，而容易造成白 廠洗滌塔進行上述的測試，其結果
度及浸泡時間有關。濕式蝕刻常被 Lens Detector，紙帶式比色分析)
一性質的化學物質，具有相當的處
使用的化學物質與其欲洗淨物，如 煙的問題。但是當操作者想改善白 如 圖2所示，實際污染物削減率的 或PID (Photoionization Detector，
製程氣體處理方式 理能力。
表1所示。而不管是何種洗淨步驟， 煙現象，而欲提升NH 3 氣體的處理 趨勢如理論一般不謀而合。因此， 光離子化偵測器)。量測所得之數
-
+
IPA通常被廣泛的使用來做為各洗 無機酸氣體或無機鹼氣體的處理方 NH 3 +H 2 O→NH 4 +OH 公式 ....... (1) 效率時，如公式(1)必須調降吸收液 若以化學吸收處理酸鹼混排廢氣 據，再以公式(2) 進行貢獻量的判
淨步驟後乾燥輔助，如 圖1所示。 式，一般多使用濕式洗滌器來作為 酸鹼混排發生時，以NH 3 為例，若 的pH，但調降後對於酸性排氣的處 時，洗滌塔應設計成兩段式，而且 定。
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