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 Electrodes  Glass  P 2O 5 Layer  ×10 6
 混氣濃度分析儀          3                              Concentration is a Function of The
                                                 Number of Samples and Fractional
 在混合氣體濃度這部分，本                                    Samples Between These Two Peaks
                    1  Peak Resulting            (Time of  ight).
                     st
 計畫所選用的分析儀為Veeco  2  From 1  Received
                        st
 公司所生產的Piezocon氣體濃         Signal
                                                     2  Peak Resulting
                                                      nd
 度感測器。此分析儀目前已                                        From 1  Received
                                                         st
                  1                                  Signal
 廣泛用於許多半導體廠內的
 Flow Direction  混氣系統，其最大特點為分  Amplitude
 析濃度相當精準，其偵測極     0
 限可達±30 ppm，且因其分
 吸原理係利用聲波反射，不     -1
 會直接和待測氣體接觸，故
 不會造成氣體耗損。
                  -2
 -

 +
 H 2O  2H 2O → O 2 + 4H + 4e -  2H 2O + 2e → H 2 + 2OH -  圖3 為Piezocon量測器的
 O 2  H 2
 量測原理示意圖。如圖所
                  -3
 示，分析儀內部主要由兩個       0        500      1000      1500      2000     2500
 圖2、P 2 O 5 水分感測器示意圖                                                                參考文獻
 相互平行的圓形平板所構                             Sample Number
                                                                                    [1]  Funke, H. H., Grussom, B. L., Mc
 成，其中一個為訊號傳遞板                                                                          Grew, C. E., Raynor, M. W., (2003),
 Concentration is a Function of  (Transmitter)而另一個為聲波  圖4、聲波腔濃度即時量測器之訊號接受圖             Techniques for the measurement
 Maximum Likelihood Estimate of Time  感測板(Receiver)，兩者之間                               of trace moisture in high-purity
 Delav Between 1  and 2  Received                                                      electronic specialty gases. Review
 st
 nd
 1  Received  2  Received Signal  的間距為10mm。當待測濃度                                       of Scientific Ins-trument, 74, 3909.
 nd
 st
                                                                                       doi: 10.1063/1.1597939.
 Signal  (Echo)
 Receiver  的氣體進入此兩平板所夾的  22                                                         [2]  Handley, J., (2001), Product
 空間後，Transmitter會產生                                                                    Review: Quartz Crystal Micro-
                                                                                       balance–Some new innovations
 Distance  Signal Leading Edge  Chamber Wall  出一強度約為2MHz的聲波訊  20                       stand alongside the standard, reli-
 Across  Receiver Side  號，使聲波經由平板之間的                                                   able workhorse. Analytical Che-
 Chamber  Chamber Wall  18                                                             mistry, 73, 225A.
 Transmitter Side  氣體介質傳遞至Receiver，完                                                [3]  Minami, M., (2013), Vapor Concen-
 成接受第一次的訊號接受，   Time of Flight, us  16                                                 tration Control System for Bubbling
 Transmitter  Signal Trailing Edge  Time  接著再經由一次Transmitter                           Method, HORIBA Technical Journal
                                                                                       “Readout”, 41.
 的聲波反射，使Receiver接受  14                                                              [4]  O’Neill, J. A., Passow, M. L., Cotler,
                                                                                       T. J., (1994), Infrared Adsorption
 第二次訊號。由於聲波穿過
 圖3、Piezocon量測器之量測原理示意圖（圖片來源：Lorex Industries, Inc.）  12                               Spectroscopy Applications, Journal
 介質以及經由Transmitter反                                                                    of Vacuum Science & Technology,
                                                                                       A12, 839.
 射時，部分能量會被吸收，    10
                    0   0.01  0.02  0.03  0.04  0.05  0.06  0.07  0.08  0.09  0.1   [5]  Woods,  T. W.,  Zhou, Y.,  Domin-
 質的感應器外殼，如適用於量測Cl 2 的蒙鎳合金(Monel)，以及適用  使聲波能量降低，因此系統                                    guez, S. D., Carey, R. D., (2006),
                                   GeH 4/H 2 Qgas/Qmix @23C and 36 psig                Improvement of Dopant Concen-
 於量測HCl的哈氏合金(Hatelloy)，再加上內部所有的管件均為抗酸  可藉由聲波訊號的強弱來區                                    tration Control with Acoustic
 別Receiver所接受到的第一次                                                                     Control System for B-SiGe Epitaxy
 鹼的PVDF及PFA材質，故可用於腐蝕性氣體的分析。 圖2為P 2 O 5  圖5、Receiver接收聲波之時間差和Ge/H 2 混氣濃度間之關係圖           Deposition, ECS Transactions, 3(7)
 感應器量測示意圖。此感應器主體為一隻穿插鉑金電極線的玻璃  及第二次訊號。最後系統再                                            215-217.
 管，電極線表面塗佈了一層P 2 O 5 溶液。P 2 O 5 為一種具有極強力吸  藉由兩次訊號接受到的時間                             [6]  Logue, R.et al., (2004), Deposition
 水性的物質，當待測氣流通過時，其中的微量水分子會被P 2 O 5 所  差，推算出氣體濃度值。  結論                                   Rate Control During Silicon Epitaxy,
                                                                                       Semiconductor International.
 吸附，靠近正極的水分子會被通有電流的電極解離成氧分子、H +                                                     [7]  Jerri Jefferies, Product Quality
 圖4 為Receiver之訊號接受
 離子及電子，解離出來的電子則會進一步被帶到負極跟水分子進  圖，由圖可看出系統可利用  計畫針對鋼瓶供應之特殊氣體設計了一套品質監控系統，以補               Improvement with Correct Moisture
                                                                                       Measurement in Thermal Processes
 -
 行反應生成氫氣與OH 離子。從正極被帶到負極的電子，會使原  本                                                      Using Electrolytic Hygrometers.
 接受到兩次聲波訊號之振幅         足特氣相較於其他生產原物料在品保方面較弱的一環。在監測
 本電極線中的電流增加，藉由量測此增加的電流，搭配法拉第定                                                       [8]  Ishii, H., Nagase, M., Ikeda, N.,
 峰值差異，來判讀接收此兩    標的對工廠生產影響嚴重性、初期設置成本以及分析氣體耗損量等多                                        Shiba, Y.,  Shirai, Y., Kuroda,  R.,
 律，即可換算出待測氣體中的水分含量。                                                                    Sugawa, S., (2016), A High Sensiti-
 訊號的時間差。 圖5則為過去  方考量下，本計畫將先針對水分以及混合氣體濃度兩種分析儀進行建
                                                                                       vity Compact Gas Concentration
 TMA水分分析儀的操作流量為20  SL/hr，若以一支47  L瓶壓為  混氣系統設備商針對Ge/H 2 混  置。待品質監控系統運作上軌道後，後續將陸續加入第二階段的微氧  Sensor using UV Light and Charge
 1000  psig的鋼瓶來估算，在連續監測的情況之下，約在第六天  氣濃度和Receiver訊號接收時  以及碳氫化合物等不純物分析儀器。雖微粒計數器及ICP-MS分別因  Amplifier Circuit, IEEE SENSORS.
                                                                                    [9]  劉俊男、黃介然，(2015)，一個新
 整隻鋼瓶中的90%氣體就會被消耗於分析中，造成僅剩10%氣  間差所做出之關係圖。結果  耗用氣體量過大及初設成本過高，暫時未被列入設置考量中，但由於           穎的穩定濃度供氣技術：高活性劇
 體可供應的本末倒置情況。基於氣體耗損量的考量，本計畫將規  顯示，混氣濃度和Receiver的  此兩項不純物標的對工廠生產良率存在著一定的影響性，故本計畫        毒氣體的應用。
 劃依照殘瓶剩餘量分次分析，當瓶內氣體剩餘量分別為100%、  訊號接受時間差之間，有一  仍持續與相關供應商合作開發中，以期未來能發展出符合需求的機
 80%、60%、40%、20%時各分析一次，每次分析1小時，如此  良好的正比且幾近線性之關  型，將特氣品質監控建置得更臻完備，以面對以後更先進製程的挑
 耗用於分析的氣體量會大幅降低至總鋼瓶氣體量的3.1%。  係。  戰。
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