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                      氣體知識

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                      晶圓廠內有害氣體的檢測

                      2008-9-4 8:18:00

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                      晶圓廠內有害氣體的檢測
                        新的技術節點上正涌現出越來越多的新材料,來滿足IC性能的要求,半導體晶圓廠(fab)需要不斷監控這些新材料以及其副產物的泄漏,以保證不會帶來健康或者環境上的問題。

                        一種簡單的氣體泄漏檢測方法便是基于試紙比色的氣體檢測技術,半導體行業從1985年便開始使用該項技術。盡管其它氣體檢測技術,例如:紅外(IR)光譜技術和電化學傳感器,取得了突飛猛進的發展,由于基于試紙比色的氣體檢測方法可以滿足最苛刻的要求,仍然為人們所親睞。比色技術可以應用于半導體制造業、納米技術、實驗室以及政府/高科技領域。

                        比色技術具有以下優點:
                        ■  可視性好(通過試紙)
                        ■  靈敏度高(氣體濃度檢測范圍低至ppb量級)
                        ■  區分度高(不受環境中其它氣體的影響)
                        ■  快速反應
                        ■  穩定性高(具有一致性和可重復性,無需校準)

                        氣體泄漏的證據

                        通過比色方法檢測氣體的一大優點是,可以提供可視的氣體泄漏的證據以及泄漏氣體的濃度。檢測依賴試紙(涂有干燥的反應試劑用來收集氣體樣本),結合光學掃描設備,來檢測氣體的存在(圖1)。當試紙暴露于目標氣體環境下,將會視氣體濃度顯現出相應的色值。試紙用來實時監控fab內有毒氣體的存在;任何偏離可接受范圍的情況都將通過顏色的改變得以反映??梢栽诓煌瑓^域(圖2)放置試紙實現多點監控。在這個實例中,比色技術展示了其快速反應的優點,使得fab安全經理可以針對是否關閉反應設備,做出更為理想和全面的決定。而要觀察有毒氣體是否已經釋放,fab經理通過遠程攝像機觀察試紙即可。關于實際有毒氣體濃度是否已經降低到了最低可檢測范圍以下,試紙檢測技術可以提供最為可靠的確認。

                      圖1比色技術將化學試紙置于fab內收集到的氣體中通過試紙顏色的改變判斷空氣中有害氣體的濃度該監測系統使用氣體濃度與光學密度響應曲線來計算記錄和顯示氣體濃度


                      圖2多點檢測技術通過多條氣體樣本采集管道完成多點測試



                        如果使用得當,試紙檢測技術可以在全球范圍內滿足健康和安全的要求,并提供最佳的實踐指導,來保護工人遠離有毒氣體的傷害。在預防性維護和其它可能出現的情況下,fab經理需要可以證明有毒氣體是否存在的證據,以保護fab內的工人。如果半導體fab停產每分鐘會造成約$40,000的經濟損失,且事故通常造成的停機時間為30分鐘,那么每次錯誤的停機警報將會導致上百萬美元甚至更高的經濟損失,這還沒有算上由于停機產生的報廢產品的價值。

                        傳統的比色技術

                        基于試紙的比色技術為半導體領域的應用可以提供可靠的,具有針對性的有毒氣體檢測方法。試紙可以使用不同的化學物質來檢測多達500種不同的氣體,實際上這已經涵蓋了目前fab使用的所有氣體(圖3)。這包括:胺、氨、溴、氯、二氧化氯、二異氰酸鹽(酯)、肼、氫化物、氰化物、過氧化氫、硫化氫、無機酸、氮氧化物、臭氧、光氣和二氧化硫。該技術的氣體檢測敏感度受異丙醇和其它溶劑的影響很小,進一步降低了錯誤報警發生的可能。

                      圖3這卷試紙可以用來檢測光氣可重復性高達98



                        對于氣體檢測/監控需求的不斷變化促使比色技術不斷進行創新?;瘜W家開發出新的化學配方來檢測更多種類的氣體,化合物以及混合物。比色技術對于某種氣體檢測的靈敏度并非其它檢測方法所能比擬。

                        基于試紙的氣體檢測技術同樣為NASA(華盛頓特區)、FEMA(密蘇里州,Hyattsville)、環保局(華盛頓特區,EPA)以及其它政府部門所親睞。最近,在媒體大肆宣傳的回收美國間諜衛星事件中,FEMA區域辦公室配備了額外的采用比色技術的監測設備,來監控和檢測任何可能隨衛星進入地球的肼污染物。

                        成本問題

                        我們通常不會一對一地去比較不同的傳感器技術。目前開發出的用于氣體檢測的技術,例如:電化學、觸媒、紅外技術、光致電離探測器以及比色技術,各有各的優勢和劣勢。例如:電化學電池(EC)為最終用戶提供了誘人的單測量點價格,測量設備體積小巧,安裝以及連接簡單。而它的缺點則是容易受其它氣體的影響,從而降低了對于目標氣體檢測的靈敏度;此外,制造商建議用戶對EC檢測設備做定期的碰撞測試,來確保傳感器的光學敏感性和可使用性。氣體檢測效果依賴于設備校正周期,因此并不是檢測fab內某種氣體的最佳手段。在評估氣體檢測技術時,Fab安全經理經常面對的問題是最初安裝成本與擁有成本之間的折衷。

                        基于比色技術的氣體檢測手段不需要對檢測設備進行校正;這降低了檢測設備在整個使用壽命周期內的成本。例如:試紙的制造完全遵循ISO 9000質量體系,由訓練有素的化學師完成,每一批產品再按照統一的質量檢測標準,通過高純氣體進行校正。通過這一系列措施,最終用戶便無需再配備校正設備,從而避免了額外的成本,降低了接觸化學物質的危險。

                        結論

                        試紙上的比色物質、儀器以及控制檢測過程的軟件巧妙的集成在一起。這樣可以提供廉價的單測量點成本、高可靠性以及高敏感度的氣體檢測,同時還可以提供有害氣體存在的可視證明。

                       
                       
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