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Tech
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技術專文

此法同時使用兩種不同的雷射裝置
圖4、雷射誘導擊穿檢測機構設置 [11] 圖6、使用SEM法確認UF效能
以提升傳統光散射法之極限。通過
聚焦脈衝雷射光束在單顆粒上產生
等離子體來直接檢測膠體。此法最 既設UPW Line (UF入口)
早(2001)應用於水性膠體領域 [11] 。 piezo detector energy detector S 透過水
現今(2015)亦有學者援引使用於 primary and variable 透過水
lens (1,2) attenuator S
超純水顆粒之量測 [12] ，雖可量測至 PI PI PI
10nm，但解析濃度需在10,000#/ beam stopper Nd-YAG or Dye laser Inlet, 5870 PCS (Nitto)
(2)
(1)
mL以上，顯示此法仍有進步空間 beam splitter PI
圖4。 cuvette S S S
band pass lter (1) UF UF UF UF
nd
st
nd
st
(1 ) (2 ) (1 ) (2 ) Organo
microscope (1) boxcar averager 採樣器
and FI
動態光散射(dynamic light CCD-camera (1) computer interface B B CI FI 163L
scattering, DLS) 濃縮水 濃縮水 Outlet, 14 PCS (Nitto)
UF (Asahi) UF (Nitto)
此法係利用懸浮在液體中的粒子與
(1) installed only in the Nd-YAG laser system
溶劑分子的隨機碰撞所產生的布朗 (1) Nd-YAG laser: one lense f = 40 mm Computer
(2) Dye laser: two lenses f kt = 20 mm
運動，進而量測雷射光撞擊到粒子
足即時性及精準性？ Semiconductors 2.0, Yield Enhance-
後所產生的散射光。透過散射光線 圖7、加強離心採樣效能後之機台 ment.
隨時間之波動使用相關函數進行分 在生化領域中，前面已經提到動態 [3] Henley, M. (2014). Advances in semi-
析，即可獲得粒子的粒徑及其粒徑 圖5、奈米顆粒追蹤分析法即時影像 [13] 光散射法(dynamic light scattering, conductor devices derived demand for
particle measurement at smaller sizes.
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分佈。其量測濃度在10 #/mL以 DLS)解析粒徑可至1nm，量測濃度 Ultrapure Water Journal, Vol. 2014-
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上，一般常見於生化領域之使用。 為10 #/mL以上；而使用相同原理 05/06. 31(3).
[4] International, S.S.E.a.M. (2017). SEMI
由於其解析粒徑可至1nm，引起學 進行修正加強的奈米顆粒追蹤分析 F75-0617 Guide for quality monitoring
者持續之關注。 法(nanoparticle tracking analysis, of ultrapure water used in semicon-
ductor manufacturing.
NTA)其解析粒徑雖為10nm，然
50nm [5] Kondo, K. (2016). Latest Technology
其量測濃度可降低2個數量級至 and Standardization Trends for Liquid-
奈米顆粒追蹤分析(nanoparti- 10 #/mL。這讓人不禁聯想在此領 borne Particle Counters. Bunseki, Vol. 9
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p.449.
cle tracking analysis, NTA) 域中，還有無其他量測方法有機會 [6] Taylor, J. L. & Dlugos, J. F. (2015).
How to Measure in Vivo UVA and UVB
此法原理同動態光散射(dynamic 繼續把偵測極限濃度往下推進？ Blocking Sunscreens and Cosmetics
light scattering, DLS)，係利用雷 800nm 物理學門中，可分作聲學、光學、 on Human Skin. PerkinElmer.
射光源照射奈米顆粒懸浮液，藉由 力學、熱學、電學、及磁學等次領 [7] Kuang, C. (2016) Ultrafine Conden-
240nm sation Particle Counter Instrument
調整背景底色，增強信號對比度， 域，應用於超純水奈米顆粒的量 Handbook .
[8] Langer, G.(1965) An Acoustic Particle
通過顯微鏡即能快速直接的觀察到 測，聲學、及光學已經束手無策， Counter – Preliminary Results. Journal
帶有散射光顆粒的布朗運動，對顆 熱力學所勾勒的布朗運動也只能到 of Colloid Science, Vol. 20(6).
粒進行粒徑、散射光強度、數量及 結論 10 #/mL，電磁學呢？ [9] Madanshetty, S.I. (2016). Particle
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profiling of UPW and suspensions.
濃度檢測，且可同時獲得布朗運動 本文最大貢獻為羅列細搜各種偵測 Ultrapure Water Micro 2016, Austin,
下移動顆粒的動態影像，一般常見 顆粒偵測的方法有很多，採用光學 Texas, oral presentation.
方式，屬負面表列，基本上不需要 [10] Uncopiers Particle Scout PS -20,
於生化領域之使用，在生物診斷可 原理已走到盡頭，偵測極限濃度 繼續投入時間及資源於所探討過的 catalog of Uncopiers, Inc.
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發揮重要作用。因為此法進行強度 [14] 至10 #/mL。根據光學原理再作 [11] Laser-induced breakdown detection
直接使用掃描電子顯微鏡進行觀測 有效縮短 。此法因為需要耗費大 方法，可為其他有興趣於此領域之
對比的調整，所以量測濃度可至 加強改善的做法，偵測極限濃度介 (LIBD) of aquatic colloids with different
仍然是量測粒子的基本方法，量測 量的時間及人力，也容易受人為因 開發者節省大量的人力物力。 laser systems. (2001) Colloids and
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10 #/mL，但仍未達超純水之需 於10 ~10 #/mL。聲學方法雖可 Surfaces A: Physicochemical and
時，需要逐一地測量單一顆粒的粒 素影響，較不適用在工業產品的品 礙於篇幅所限，結論所提的三個問 Engineering Aspects, Vol.177(1).
求。由於此法提供了可視化的檢測 至100#/mL，然而距離目標濃度
徑，再加以彙整及統計分析。此法 質檢測上(無法提供即時性)。 題，將於未來專文一併回答並提出 [12] Nagtegaele, P., S. Boj, and P. Rychen
過程及結果，利於觀測與即時互 1#/mL仍有一段差距。直接影像 (2015). Has the LIBD technique
具有許多優點如顆粒形狀，及隨後 具體解決方案。
動，故有較多的研發能量目前投注 圖6 (2014)使用SEM法於UF效能之 法的SEM雖可至目標濃度，具備精 potential for online Nano-particle
的基本元素分析(EDS/EDX)，都可 detection in UPW? Ultrapure Water
於此 [13] 。附帶一提，提供可視化 確認，進口端可點出5,870 pcs/mL 準性，甚至可以獲知顆粒的組成成 Micro 2015, Portland, Oregon, oral
直接提供關於粒子來源的訊息。然 之數量，出口端可點出14 pcs/mL presentation.
的過程中，降低了顆粒大小的判別 份，但是要獲致資料卻曠日費時，
而，此法根本的缺點在於統計有效 之數量，由此即可獲知待測UF之粒 [13] Manta (2017). The Better Way to
度，此法目前最小的解析粒徑為 一個月僅能產出一個數據，採樣率 參考文獻 Characterize Nanoparticles – MANTA’s
樣本需要極長的人工操作時間。 子攔除效能。由SEM截圖可清楚看
10nm 圖5。 過低除了數據不夠客觀外，亦無法 [1] Libman, S., et al. (2017). UPW IRDS ViewSizer 3000. White Paper, Manta
Organo於四年前即開始發展此法， 出顆粒的形狀，故搭配元素分析功 即時對系統進行預警。有即時線上 and SEMI: Reinforced process of Instruments, http://www.mantainc.com.
當時採集水樣約需一個月，讀取 能亦能輕鬆的獲得顆粒的成份。圖 量測功能的方法，其精度卻不敷超 enabling advanced existing and future [14] Ichihara, F., et al. (2017). Investigation
semiconductor technologies, oral pre-
of a new final UF module for advanced
掃描電子顯微鏡(scanning SEM人工計數約需一個月，目前採 7 (2018)為加強離心採樣效能後之 純水系統使用，精度夠的方法卻缺 sentation. Ultrapure Water Micro 2017, U P W sy st e m s. U lt rap u re W at e r
Portland, Oregon, oral presentation. Micro 2017, Portland, Oregon, oral
electron microscopy ,SEM) 樣可縮短至2週，惟人工計數仍未 機台。 乏即時性。究竟有無方法可同時滿 [2] ITRS (2015). International Roadmap for presentation.
32 300mm FABS FACILITY JOURNAL SEPTEMBER 2018 33