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　　引言

　　在所有平面顯示器產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域里的陣列廠，曝光機(jī)算是一個(gè)相當(dāng)重要的設(shè)備。

　　就產(chǎn)能來說，曝光機(jī)可能也算是一個(gè)重要的瓶頸，甚至可以這么說，單單僅是曝光的時(shí)間延長(zhǎng)，甚至或是曝光機(jī)的當(dāng)機(jī)，恐怕都是一個(gè)令人頭痛的夢(mèng)饜。

　　曝光機(jī)霧化(Haze)，指的是曝光機(jī)的透鏡(Lens，主要是Nikon或Canon曝光機(jī))或反射鏡面(主要是Canon曝光機(jī)或CF曝光機(jī))的表面上，被覆蓋上一層不明物質(zhì)，看似白蒙蒙的、或是明顯的白色斑點(diǎn)、甚或是一片咖啡色不明物質(zhì)，因而造成透光或光的反射性能下降。就英文的Haze一字來說，指的正是霾，這里則用”霧化”一詞描述之。

　　如果更廣泛地說，光罩(平面顯示器產(chǎn)業(yè)稱mask，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)則稱reticle)也可能發(fā)生霧化。平面顯示器產(chǎn)業(yè)比較少見(還是有聽過這樣的問題，主要是無機(jī)物污染)，但在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)則是非常熱門的話題，特別是步入193nm光源后，更是如此。至于下一世代的EUV，其重要性，就更別說了。

　　如上所述，透光或光的反射性能下降，那又如何?

　　透光或光的反射性能下降的第一個(gè)困境，就是光阻的曝光量不足，而為了達(dá)到足夠的曝光量，就是延長(zhǎng)曝光時(shí)間，或者增加UV光源燈泡的電流，但后者是有風(fēng)險(xiǎn)的，UV光源的燈泡可能因?yàn)殡娏鬟^高而破裂，清理，就是停機(jī)。停機(jī)，就是第二個(gè)潛在困境。

　　就如同前述，不論是哪一個(gè)都是一個(gè)令人頭痛的夢(mèng)饜。

　　在偶然機(jī)緣里，我們接觸到這樣的案例，不但分析了霧化物質(zhì)的內(nèi)容，更針對(duì)該曝光機(jī)的化學(xué)過濾器進(jìn)行廠外量測(cè)分析。

　　以下就是一些我們的發(fā)現(xiàn)。

　　一、問題說明

　　某平面顯示器的陣列廠的曝光機(jī)，在其透鏡及反射鏡上出現(xiàn)了如圖 1的情形。

　　圖 1中的(a)圖，如果仔細(xì)觀察，就可以發(fā)現(xiàn)有白色斑點(diǎn);而(b)圖則是有明顯的咖啡色不明物質(zhì)披覆。

　　圖 1的后果，可以想見，該曝光機(jī)一定是停機(jī)維修。這是所有平面顯示器的陣列廠最不想看見的狀況。

　　我們被通知，并被要求試著分析圖 1中 (b)圖的可能成份。實(shí)驗(yàn)室開始動(dòng)員，利用超純水萃取擦拭物后，并以離子色譜儀分析無機(jī)物的組成;同時(shí)，也利用自動(dòng)熱脫附儀，搭配氣相色譜質(zhì)譜儀分析有機(jī)物的組成。

　　圖1 曝光機(jī)內(nèi)組件霧化的情形

　　比較可惜的，是圖 1中的(a)圖，沒有取得樣品。不過依經(jīng)驗(yàn)判斷，應(yīng)該是無機(jī)物的成份居多。接下來的內(nèi)容，主要是根據(jù)圖 1中 (b)圖的發(fā)現(xiàn)所做的記述。

　　二、化學(xué)過濾器的調(diào)查

　　化學(xué)過濾器說明

　　該曝光機(jī)的化學(xué)過濾器只用于處理氨氣。其外觀與結(jié)構(gòu)，如圖 2所示。

　　化學(xué)過濾器的濾材相當(dāng)特殊，看起來像是由纖維織出的布，圖 2的右上就是其中的一根纖維，該纖維上的顆粒，推測(cè)為銨化物。

　　圖2 化學(xué)過濾器結(jié)構(gòu)

　　化學(xué)過濾器量測(cè)概念說明

　　化學(xué)過濾器的量測(cè)，旨在觀察在化學(xué)過濾器上有哪些物種在上面。

　　我們利用平衡濃度概念，故意喂給化學(xué)過濾器一個(gè)相對(duì)干凈的空氣，藉以觀察化學(xué)過濾器會(huì)釋放出哪些物種，如此，可以有助于了解過去該曝光機(jī)所吸取到的空氣特性。

　　基于這樣理念，我們制做一個(gè)設(shè)施，在待測(cè)的化學(xué)過濾器的上游安裝除有機(jī)及除氨的化學(xué)過濾器，并針對(duì)下游透過沖擊瓶(impinger)進(jìn)行酸堿性氣體的采樣，以及Tenax-GR吸附管進(jìn)行有機(jī)物的取樣。

　　由于待測(cè)的化學(xué)過濾器的上游空氣相對(duì)干凈，因此，某些被積累于過濾器表面的物種會(huì)釋出，藉由下游的無機(jī)及有機(jī)氣體的取樣，就能夠反溯過去曝光機(jī)的可能遭遇。

　　化學(xué)過濾器量測(cè)結(jié)果說明

　　化學(xué)過濾器量測(cè)結(jié)果如圖 3所示。

　　圖 3的結(jié)果顯示，確實(shí)吸附了一定量的氨氣。而除了氨氣之外，MEA的出現(xiàn)反而令人意外，但這也暗示著曝光機(jī)過去的可能遭遇，亦即與來自stripper區(qū)化學(xué)物的空氣有所接觸。

　　另外就有機(jī)物的分析來看，也出現(xiàn)少量的DMSO，這也是來自stripper區(qū)的化學(xué)物。

　　這樣的結(jié)果，述說著潔凈室內(nèi)交互污染的過去與影響。

　　圖3 化學(xué)過濾器量測(cè)結(jié)果

　　(a)無機(jī)物上下游結(jié)果;(b)有機(jī)物下游結(jié)果

　　三、擦拭物分析調(diào)查

　　就所收集到的信息，擦拭物分成兩項(xiàng)，其一為圖 1中 (b)圖的擦拭物，此為主要觀察對(duì)象;另外一個(gè)為該曝光機(jī)所搭配的track的表面霧化物的擦拭物，此為輔助左證。

　　反射鏡擦拭物無機(jī)物分析

　　所謂的無機(jī)物分析，是利用超純水進(jìn)行霧化擦拭物的萃取后，再以離子色譜儀分析。

　　分析結(jié)果如圖4所示。

　　純水溶出物中，有醋酸、銨、硫酸根等都不奇怪，比較有意思的，是有MEA。這一點(diǎn)和前述的化學(xué)過濾器量測(cè)結(jié)果相吻合。

　　圖4 無機(jī)物分析結(jié)果

　　反射鏡擦拭物有機(jī)物分析

　　霧化擦拭物的有機(jī)物分析，需要先把擦拭布上的有機(jī)物利用自動(dòng)熱脫附儀脫附出來后，再送入氣相色譜質(zhì)譜儀進(jìn)行分析。

　　分析結(jié)果如圖5所示。

　　圖 5中有醋酸及Benzyl Alcohol。這兩個(gè)物種在前述的分析里都有出現(xiàn)，因此，比較不奇怪。比較有趣的，是Caprolactam，這個(gè)的量，相對(duì)而言，是比較高的。

　　圖5 有機(jī)物分析結(jié)果

　　Track的表面霧化物的擦拭物分析

　　Track為與曝光機(jī)相連接的設(shè)備，是由一連串的機(jī)臺(tái)所組成。由于在Track機(jī)臺(tái)表面發(fā)現(xiàn)也有霧化狀的情形，因此，也采集樣本，做為分析判斷的輔助參考。

　　這個(gè)部份，僅利用超純水進(jìn)行霧化擦拭物的萃取后，再以離子色譜儀分析。

　　分析結(jié)果如圖6所示。

　　圖6 Track的表面霧化物的擦拭物分析結(jié)果

　　MEA還是出現(xiàn)!與圖四相比較，組成成份的百分比雖然不同，但MEA都有出現(xiàn)。

　　雖然圖 6不是直接從曝光機(jī)內(nèi)霧化物的分析結(jié)果，但是卻提供了相當(dāng)?shù)妮o助線索。

　　四、討論

　　就上述兩方面的調(diào)查，有以下幾個(gè)觀點(diǎn)：

　　首先，一般就霧化的認(rèn)知為以氨為首的無機(jī)鹽為主要大宗。從以上針對(duì)反射鏡面的分析結(jié)果來看，有是有，但量不多。

　　其次，反觀醋酸，則是比較有趣的發(fā)現(xiàn)。這和過去曾經(jīng)分析某CF廠曝光機(jī)的mirror擦拭物的發(fā)現(xiàn)也是相同的。其實(shí)近幾年來，除了過去已知的硫酸銨等無機(jī)鹽類外，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)也是開始對(duì)醋酸有另外一種認(rèn)知。

　　其三，另外一個(gè)有趣的發(fā)現(xiàn)，是MEA。無疑地，這是不應(yīng)該在黃光區(qū)的Track機(jī)臺(tái)表面被發(fā)現(xiàn)，當(dāng)然會(huì)在曝光機(jī)內(nèi)的反射鏡發(fā)現(xiàn)，更是不合理，但就連曝光機(jī)的守門員都有MEA，就不得不相信有MEA進(jìn)入曝光機(jī)內(nèi)部的可能性。

　　MEA的出現(xiàn)，必有所指。交叉污染是最簡(jiǎn)單的解釋。不過，Stripper區(qū)與黃光區(qū)有交叉污染只是個(gè)交代。真正的難處在找到交叉污染的路徑，并予以阻絕才是重點(diǎn)。但這不是現(xiàn)在要討論的議題。

　　其四，Benzyl Alcohol為光阻劑里常見的添加物，在反射鏡上的少量發(fā)現(xiàn)，暗示著有機(jī)物也會(huì)附著在曝光機(jī)內(nèi)的組件。

　　最后，我們想討論Caprolactam的出現(xiàn)。已知Caprolactam(己內(nèi)酰胺)并不被制程所使用。圖7中的(a)為Caprolactam的化學(xué)結(jié)構(gòu)。而圖7中的(b)則為己內(nèi)酰胺的制備過程。

　　圖7中 (b) 的第一個(gè)步驟，由Cyclohexanone (1)開始，制備Oxime (2)。而Cyclohexanone已知廣泛存在于Photo區(qū)內(nèi)。

　　接著，Oxime (2)經(jīng)過酸化，形成Caprolactam (3) 。

　　再觀察前述的分析，從無機(jī)的分析結(jié)果顯示，有銨鹽及微量的MEA。它們都有可能成為提供形成中間產(chǎn)物Oxime的源頭，而這也可以說明，銨鹽及MEA偏低的原因。

　　其次，酸性離子，在無機(jī)的分析結(jié)果中，其含量是高的。因此，酸化的動(dòng)力不是問題。

　　Lens Chamber為一近似密閉的空間，內(nèi)有UV提供能量，因此，反應(yīng)所需的動(dòng)能也有人提供。

　　果真如此，是否可以推測(cè)，Caprolactam是在Lens Chamber內(nèi)透過Cyclohexanone及其它因素反應(yīng)而得?

　　圖7 己內(nèi)酰胺說明

　　(a) 己內(nèi)酰胺的結(jié)構(gòu);(b) 己內(nèi)酰胺的制備

　　以上圖 7的說明，純屬推測(cè)?；蛟S還可以再質(zhì)疑分析過程是否受干擾，不過，在某種意義上，暗示著反應(yīng)物的形成，不是沒有可能。圖 5有機(jī)物分析結(jié)果中的Benzene, 1,3-dichloro-就是另外一個(gè)懷疑的對(duì)象。

　　五、結(jié)語

　　在有限的實(shí)驗(yàn)室資源下，我們進(jìn)行了一些與曝光機(jī)霧化問題的相關(guān)分析工作并獲得一些數(shù)據(jù)與信息。

　　綜合上述各方面的分析結(jié)果與討論，可以把這個(gè)案例的霧化問題與成因，用圖 8的分類來做個(gè)總結(jié)說明。

　　圖8 霧化問題與成因分類

　　整個(gè)分類，以反應(yīng)沉積與直接沉積做為大分類。反應(yīng)沉積再分為有機(jī)及無機(jī)兩類。其中，無機(jī)鹽類是比較廣為人知的部份。有機(jī)部份，可以看成只是推斷。我們也希望能夠有更專業(yè)的研究可以再深入探討。

　　最后，平面顯示器產(chǎn)業(yè)雖然沒有像半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)那樣地敏感，但本案例仍能夠提供一個(gè)未來預(yù)防之道的方向參考。

　　首先，曝光機(jī)所在的環(huán)境調(diào)查是有其必要的。其次，僅僅依照曝光機(jī)原廠所配備的除氨的化學(xué)過濾器，如果只是單獨(dú)的無機(jī)鹽類處理，可能也不太足夠(還是得看環(huán)境調(diào)查結(jié)果)。其三，交叉污染是防治過程中一個(gè)不可忽略的環(huán)節(jié)。其四，當(dāng)想要完全避免有機(jī)部份的影響，此時(shí)，就不能還是從潔凈室內(nèi)抽取空氣，要另辟更干凈的氣源。