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    晶圆厂内有害气体的检测

    2008-9-4 8:18:00

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    晶圆厂内有害气体的检测
      新的技术节点上正涌现出越来越多的新材料,来满足IC性能的要求,半导体晶圆厂(fab)需要不断监控这些新材料以及其副产物的泄漏,以保证不会带来健康或者环境上的问题。

      一种简单的气体泄漏检测方法便是基于试纸比色的气体检测技术,半导体行业从1985年便开始使用该项技术。尽管其它气体检测技术,例如:红外(IR)光谱技术和电化学传感器,取得了突飞猛进的发展,由于基于试纸比色的气体检测方法可以满足最苛刻的要求,仍然为人们所亲睐。比色技术可以应用于半导体制造业、纳米技术、实验室以及政府/高科技领域。

      比色技术具有以下优点:
      ■  可视性好(通过试纸)
      ■  灵敏度高(气体浓度检测范围低至ppb量级)
      ■  区分度高(不受环境中其它气体的影响)
      ■  快速反应
      ■  稳定性高(具有一致性和可重复性,无需校准)

      气体泄漏的证据

      通过比色方法检测气体的一大优点是,可以提供可视的气体泄漏的证据以及泄漏气体的浓度。检测依赖试纸(涂有干燥的反应试剂用来收集气体样本),结合光学扫描设备,来检测气体的存在(图1)。当试纸暴露于目标气体环境下,将会视气体浓度显现出相应的色值。试纸用来实时监控fab内有毒气体的存在;任何偏离可接受范围的情况都将通过颜色的改变得以反映。可以在不同区域(图2)放置试纸实现多点监控。在这个实例中,比色技术展示了其快速反应的优点,使得fab安全经理可以针对是否关闭反应设备,做出更为理想和全面的决定。而要观察有毒气体是否已经释放,fab经理通过远程摄像机观察试纸即可。关于实际有毒气体浓度是否已经降低到了最低可检测范围以下,试纸检测技术可以提供最为可靠的确认。

    图1比色技术将化学试纸置于fab内收集到的气体中通过试纸颜色的改变判断空气中有害气体的浓度该监测系统使用气体浓度与光学密度响应曲线来计算记录和显示气体浓度


    图2多点检测技术通过多条气体样本采集管道完成多点测试



      如果使用得当,试纸检测技术可以在全球范围内满足健康和安全的要求,并提供最佳的实践指导,来保护工人远离有毒气体的伤害。在预防性维护和其它可能出现的情况下,fab经理需要可以证明有毒气体是否存在的证据,以保护fab内的工人。如果半导体fab停产每分钟会造成约$40,000的经济损失,且事故通常造成的停机时间为30分钟,那么每次错误的停机警报将会导致上百万美元甚至更高的经济损失,这还没有算上由于停机产生的报废产品的价值。

      传统的比色技术

      基于试纸的比色技术为半导体领域的应用可以提供可靠的,具有针对性的有毒气体检测方法。试纸可以使用不同的化学物质来检测多达500种不同的气体,实际上这已经涵盖了目前fab使用的所有气体(图3)。这包括:胺、氨、溴、氯、二氧化氯、二异氰酸盐(酯)、肼、氢化物、氰化物、过氧化氢、硫化氢、无机酸、氮氧化物、臭氧、光气和二氧化硫。该技术的气体检测敏感度受异丙醇和其它溶剂的影响很小,进一步降低了错误报警发生的可能。

    图3这卷试纸可以用来检测光气可重复性高达98



      对于气体检测/监控需求的不断变化促使比色技术不断进行创新。化学家开发出新的化学配方来检测更多种类的气体,化合物以及混合物。比色技术对于某种气体检测的灵敏度并非其它检测方法所能比拟。

      基于试纸的气体检测技术同样为NASA(华盛顿特区)、FEMA(密苏里州,Hyattsville)、环保局(华盛顿特区,EPA)以及其它政府部门所亲睐。最近,在媒体大肆宣传的回收美国间谍卫星事件中,FEMA区域办公室配备了额外的采用比色技术的监测设备,来监控和检测任何可能随卫星进入地球的肼污染物。

      成本问题

      我们通常不会一对一地去比较不同的传感器技术。目前开发出的用于气体检测的技术,例如:电化学、触媒、红外技术、光致电离探测器以及比色技术,各有各的优势和劣势。例如:电化学电池(EC)为最终用户提供了诱人的单测量点价格,测量设备体积小巧,安装以及连接简单。而它的缺点则是容易受其它气体的影响,从而降低了对于目标气体检测的灵敏度;此外,制造商建议用户对EC检测设备做定期的碰撞测试,来确保传感器的光学敏感性和可使用性。气体检测效果依赖于设备校正周期,因此并不是检测fab内某种气体的最佳手段。在评估气体检测技术时,Fab安全经理经常面对的问题是最初安装成本与拥有成本之间的折衷。

      基于比色技术的气体检测手段不需要对检测设备进行校正;这降低了检测设备在整个使用寿命周期内的成本。例如:试纸的制造完全遵循ISO 9000质量体系,由训练有素的化学师完成,每一批产品再按照统一的质量检测标准,通过高纯气体进行校正。通过这一系列措施,最终用户便无需再配备校正设备,从而避免了额外的成本,降低了接触化学物质的危险。

      结论

      试纸上的比色物质、仪器以及控制检测过程的软件巧妙的集成在一起。这样可以提供廉价的单测量点成本、高可靠性以及高敏感度的气体检测,同时还可以提供有害气体存在的可视证明。

     
     
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