TigerOptics電子氣中PPT級別的水分含量檢測與分析HALO KA半導(dǎo)體晶圓廠應(yīng)用
TigerOptics電子氣中PPT級別的水分含量檢測與分析HALO KA半導(dǎo)體晶圓廠應(yīng)用
這份應(yīng)用指南詳細(xì)說明了半導(dǎo)體生產(chǎn)廠家如何通過使用Tiger Optics 的痕量級水分分析儀，確保大宗氣體的純度。我們觀察發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體 行業(yè)的高速發(fā)展正把分析儀器的性能指標(biāo)推上新的高度。我們將展 示Tiger Optics*新推出的HALO KA Max 水分分析儀，通過前所 未有的檢測靈敏度和響應(yīng)速度，如何滿足半導(dǎo)體客戶嚴(yán)苛的測量要求。
現(xiàn)代化的高科技推進(jìn)半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展
半導(dǎo)體市場被視為新時(shí)代的**，*新的科技應(yīng)用刺激**半導(dǎo)體 產(chǎn)品的需求，對產(chǎn)品的穩(wěn)定性、功率處理能力和能量功耗提出更多 更嚴(yán)厲的要求。同時(shí)要求產(chǎn)品體積小、功能多、技術(shù)節(jié)點(diǎn)少。這些 科技產(chǎn)品催生出功能更強(qiáng)大、續(xù)航更持久的智能手機(jī)與平板電腦。 *近汽車傳感器系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、5G通信和智能電網(wǎng)的出現(xiàn)給下個(gè)十 年的科技帶來巨大的發(fā)展?jié)摿?。比如未來無人駕駛，要 求大量的計(jì)算能力，實(shí)時(shí)處理來自攝像機(jī)、傳感器的信息。因此擁 有一顆穩(wěn)定、能耗小的高性能的處理器是非常必要的。TigerOptics電子氣中PPT級別的水分含量檢測與分析HALO KA半導(dǎo)體晶圓廠應(yīng)用
更高品質(zhì)的氣體需求帶動更高階分析技術(shù)的發(fā)展
為了滿足這些新應(yīng)用帶來的挑戰(zhàn)，半導(dǎo)體行業(yè)的International Roadmap for Devices and Systems (IRDS)1組織強(qiáng)調(diào)了生產(chǎn)質(zhì)量的 重要性。從而要求半導(dǎo)體設(shè)備廠家必須在半導(dǎo)體生產(chǎn)各工藝段中， 執(zhí)行更為嚴(yán)格的工藝控制。對于氣體品質(zhì)的監(jiān)控需要覆蓋從潔凈室 環(huán)境、晶圓生產(chǎn)工具和原材料生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。因此更好的氣體品 質(zhì)監(jiān)控是半導(dǎo)體晶圓廠提升產(chǎn)能和降低**品率的*關(guān)鍵手段之 一。
隨著半導(dǎo)體對氣體質(zhì)量要求更嚴(yán)格、對氣體品質(zhì)要求更穩(wěn)定， 這對氣體分析技術(shù)的靈敏度和**度提出了更高的要求。同時(shí)，由 于晶圓廠為了提高產(chǎn)能，十分倚重對工藝的實(shí)時(shí)控制， 因此分析技 術(shù)的響應(yīng)速度也變得越來越重要。
Tiger Optics基于CRDS原理的痕量水分析儀自2001起就被應(yīng)用 在半導(dǎo)體領(lǐng)域。在許多*先進(jìn)的半導(dǎo)體晶圓廠，Tiger的CRDS光譜 分析儀是保證生產(chǎn)過程中所需大宗氣體質(zhì)量的黃金標(biāo)準(zhǔn)。通常在N2 、CDA、O2、H2、Ar和He中的水分含量是*關(guān)鍵的氣體雜質(zhì)指標(biāo)之 一。Tiger的分析儀由于其****的靈敏度、響應(yīng)速度和**的穩(wěn) 定性，在半導(dǎo)體廠中一直扮演極其重要的角色。
水分子具有粘性，難以被檢測TigerOptics電子氣中PPT級別的水分含量檢測與分析HALO KA半導(dǎo)體晶圓廠應(yīng)用
由于水分子容易擴(kuò)散，很難完全去除，考慮到它對工藝生產(chǎn)的破壞 性，在晶圓中每當(dāng)需要控制氣體的質(zhì)量，首先需要檢測的就是氣體 中的水分含量。站在分析的角度，氣態(tài)水分子由于具有粘性，很難 被檢測。由此，對于那些需要跟水分子直接接觸的分析技術(shù)，當(dāng)工 藝變化時(shí)很難實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)。此外，半導(dǎo)體設(shè)備生產(chǎn)對水分的檢測 下限有嚴(yán)格的要求，范圍從ppb級別直至ppt級別，大部分微量氣體 檢測技術(shù)都無法測量如此低含量的水分。
若需要**的測量水分，儀器的關(guān)鍵要點(diǎn)是
1. 零點(diǎn)基線的靈敏度和**度 2. 基線的穩(wěn)定性
3. 響應(yīng)速度
零點(diǎn)基線的**度
為了保證分析儀零點(diǎn)基線的**度，找到真正的零點(diǎn)是非常必要 的。大多數(shù)傳統(tǒng)的分析儀都是靠零點(diǎn)氣來標(biāo)定儀器的零點(diǎn)。但是應(yīng) 對ppt級別的水分檢測，是否真的存在這樣的零點(diǎn)氣呢?同樣，大多 數(shù)先進(jìn)的純化器都可以有效去除水分，但是ppt級別的水分含量通常 都不在純化器廠家承諾的規(guī)格范圍內(nèi)。因此，依靠零點(diǎn)氣進(jìn)行標(biāo)定的測量技術(shù)，*后都因?yàn)樗疅o法從零點(diǎn)氣中完全去除，導(dǎo)致儀器無 法確保零點(diǎn)的**度。相反，Tiger的CRDS系統(tǒng)不依靠零點(diǎn)氣對儀 器進(jìn)行零點(diǎn)標(biāo)定。Tiger的分析儀使用光學(xué)零點(diǎn)，即通過利用對水分 含量不吸收的波長找到真正的零點(diǎn)基線，與氣體中是否含有水分無 關(guān)。在儀器測量運(yùn)行期間，組分含量讀數(shù)始終參照零點(diǎn)基線，確保 讀數(shù)****。
基線的穩(wěn)定性
儀器零點(diǎn)的穩(wěn)定性是另一個(gè)確保水分析儀長期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因
素。大多數(shù)傳統(tǒng)的分析儀都會因?yàn)槠疲蠓治鰞x通過周期性標(biāo)
定重復(fù)做零點(diǎn)。假如零點(diǎn)氣中的水分含量逐漸上升會發(fā)生什么呢?
含量逐漸上升的水會很輕易地導(dǎo)致純化器失效，同時(shí)很難區(qū)分儀器
的水含量上升與儀器本身漂移的關(guān)聯(lián)。這種情況下，分析儀周期性
的重復(fù)做零點(diǎn)會導(dǎo)致儀器讀值一味地被修正。*終當(dāng)樣品氣中的水
含量真正上升時(shí)，儀器讀數(shù)偏低，無法及時(shí)反應(yīng)樣品氣的變化。因
此，對于工藝生產(chǎn)來說，這是一個(gè)潛在的、無法偵測的威脅。
Tiger的分析儀不存在這樣的隱患?；贑RDS原理，通過時(shí)間 差直接得到測量結(jié)果，****。測量過程中不受儀器漂移、環(huán)境 變化、激光衰減等因素影響，使得儀器基線在不產(chǎn)生漂移，確保儀 器的LDL。因此超高純電子氣中所有殘留的水含量都會被儀器真實(shí)反 應(yīng)，而不是被標(biāo)定掩蓋。
響應(yīng)速度
水分子具有吸附性，導(dǎo)致大部分的水分析儀響應(yīng)速度慢。但是現(xiàn)代化的晶圓廠，要求實(shí)時(shí)監(jiān)控、控制工藝。要求對有可能引起工廠跳 車的雜質(zhì)進(jìn)行快速檢測。CRDS是純光學(xué)的設(shè)計(jì)，非接觸式的檢測 方式，不會與水分子直接接觸(類似電化學(xué)或者石英晶振的水分析 儀)。不會因?yàn)榻佑|反應(yīng)，降低分析儀的響應(yīng)時(shí)間。CRDS分析儀久 經(jīng)考驗(yàn)，提供超快的響應(yīng)速度。此外，Tiger Optics 在數(shù)據(jù)讀取、數(shù) 據(jù)處理、氣體流量控制等方面持續(xù)優(yōu)化，進(jìn)一步縮短響應(yīng)時(shí)間。
這些****的優(yōu)勢，使得Tiger Optics水分析儀成為了半導(dǎo) 體晶圓廠內(nèi)監(jiān)控大宗氣體****穩(wěn)定的系統(tǒng)。因此，SEMI協(xié)會在 SEMI F1122標(biāo)準(zhǔn)文件中強(qiáng)調(diào)了CRDS原理作為判斷管路是否合格和測 量微量水含量的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
HALO KA 和 HALO KA Max 半導(dǎo)體大宗氣體檢測的美好選擇
現(xiàn)代半導(dǎo)體晶圓廠正在追求***的的產(chǎn)能和穩(wěn)定性。Tiger Optics 的旗艦版水分析儀是半導(dǎo)體廠持續(xù)實(shí)現(xiàn)*大產(chǎn)能的*優(yōu)選擇。表1總 結(jié)了 HALO KA H2O 和 HALO KA Max H2O 的檢測下限和精度。
HALO KA H2O系列專為現(xiàn)代化晶圓廠設(shè)計(jì)。作為SEMI F112標(biāo) 準(zhǔn)推薦的分析技術(shù)，幾乎所有的高階半導(dǎo)體晶圓廠都采用了Tiger CRDS原理的痕量水分析儀。HALO KA H2O作為半導(dǎo)體晶圓廠的美好選擇，在氮?dú)獗尘跋戮邆?00ppt (3σ)的*低檢測下限 (通氮?dú)獬^24小時(shí))。在其他大宗氣背景下有更低的檢測下限， 非常適合被高階半導(dǎo)體廠使用。與傳統(tǒng)的分析儀相比，HALO KA在 機(jī)柜安裝上可省下很多空間，兩臺HALO KA可被安裝在一個(gè)19寸機(jī) 柜中。除了高性能與穩(wěn)定性之外，HALO KA 因?yàn)闊o需例行維護(hù)，無 需現(xiàn)場標(biāo)定、沒有備件，能為半導(dǎo)體廠省下相當(dāng)可觀的運(yùn)營成本。
HALO KA Max H2O — Tiger 新旗艦版H2O分析儀。 當(dāng)電子氣 生產(chǎn)商和半導(dǎo)體廠要求H2O的檢測下限低于100ppt時(shí)，Tiger Optics 的新HALO KA Max(圖二右所示)是*理想的選擇。這臺分析儀擁 有更低的檢測下限和更快的響應(yīng)時(shí)間。這是Tiger Optics**臺能夠 在所有大宗電子氣背景下提供100ppt檢測下限(3σ/24h)的水分析 儀。*突出的性能指標(biāo)讓HALO KA Max成為Tiger 測量痕量水產(chǎn)品 系列中的新旗艦
為了解釋說明HALO KA Max穩(wěn)定的基線，圖4展示了通氮?dú)獬?過18小時(shí)后的數(shù)據(jù)(黑色曲線)。測量結(jié)果說明HALO KA Max足以 具備測量小于100ppt水含量的能力，如此低的水含量對于大部分的 取樣系統(tǒng)來說是個(gè)挑戰(zhàn)。在這個(gè)案例中，更令人印象深刻的是儀器 的重復(fù)性僅僅為12ppt(1σ)，接近為零。HALO KA Max保證氮?dú)?背景下的零點(diǎn)重復(fù)性為40ppt，氦氣背景下零點(diǎn)重復(fù)性僅為10ppt。 作為對比，圖中紅色曲線是HALO KA的零點(diǎn)基線。如圖所示測量小 于1ppb水含量時(shí)，同樣表現(xiàn)出優(yōu)良的重復(fù)性74ppt(1σ)，可以保證 氮?dú)獗尘跋碌闹貜?fù)性為100ppt。TigerOptics電子氣中PPT級別的水分含量檢測與分析HALO KA半導(dǎo)體晶圓廠應(yīng)用
HALO KA Max能具備更出色檢測下限的關(guān)鍵是全新的電子和光 學(xué)平臺，可實(shí)現(xiàn)分析儀在更低的測量噪音下運(yùn)行。同時(shí)，新平臺提 供更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)計(jì)算能力，更優(yōu)化的氣體流路設(shè)計(jì)以及更好的接液 材料，以此實(shí)現(xiàn)更快的響應(yīng)時(shí)間。當(dāng)測量ppt級別的水含量時(shí)，實(shí)時(shí) 檢測的能力對于分析儀至關(guān)重要。水含量要求越低，所需要的脫水 時(shí)間就呈指數(shù)級增長。因此大多數(shù)分析儀因?yàn)轫憫?yīng)時(shí)間太慢無法滿 足工藝實(shí)時(shí)控制的要求。 在ppt至ppb級別，HALO KA Max同樣能 實(shí)現(xiàn)其他儀器在高濃度測量時(shí)才具備的快速響應(yīng)能力。圖5 模擬了工 藝控制的情況，1ppb的水含量是工藝控制點(diǎn)，橙色箭頭標(biāo)識出幾個(gè) ppb的水含量偶然突變得位置。HALO KA Max的高靈敏度不僅僅清 晰準(zhǔn)確地識別出每個(gè)即使是*小幅度水含量的突變，同時(shí)**的快 速響應(yīng)能力確保在如此低的水含量下，儀器讀值立即迅速上升。這 意味著有超過規(guī)格要求的水含量出現(xiàn)時(shí)，工藝可以馬上受到保護(hù)。
一旦水含量回到工藝允許范圍內(nèi)，儀器讀數(shù)也能在幾分鐘內(nèi)回到工 藝控制點(diǎn)以下，工藝可以在*短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)運(yùn)行。HALO KA Max 在這次測試中顯得游刃有余。相同重復(fù)性下，大部分分析儀都無法 快速、**地響應(yīng)這些水含量的模擬突變。
結(jié)論
總而言之，與過去相比，現(xiàn)在Tiger的痕量水分析儀可幫助半導(dǎo)體廠 更有效地保護(hù)工藝**，更可靠地避免工藝因?yàn)闅怏w質(zhì)量突變而停 車。通過采用HALO KA H2O和HALO KA Max H2O，晶圓廠可滿足 現(xiàn)在及未來的高性能設(shè)備生產(chǎn)所需的質(zhì)量要求。
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