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VOL.52 廠務季刊 光譜分析儀應用於低壓氣體品質監測之技術開發

實驗方法

針對廠務端的自檢，我們在每一次的 SiCl 4 品質異常 圖2 為 SiCl 4 氣櫃供應系統結合 SPOES 分析儀的整
事件後，均會仔細地對氣櫃系統參數，包括盤面沖吹 組實驗架構系統圖，圖3 則為該套系統架設於亞洲巴
次數、保壓紀錄等，以及所有壓力時序趨勢圖 (Trend 萊斯實驗室的實際狀況。此測試系統使用亞東標準的
chart) 進行檢視，均未發現異常。再者由於廠務氣 三鋼型 SiCl 4 氣瓶櫃，氣櫃所需使用的相關配備均與
櫃更換程序上，除了將鋼瓶卸下與換上是人工作業之 廠內相同，包括一個用來控制鋼瓶溫度的 17℃冰水冷
外，其餘的流程包括保壓、盤面 10% He/N 2 沖吹以 卻器、以及相關的電力與抽風系統。量測路徑則是直
及最後的 SiCl 4 實氣沖吹程序，均是系統自動操作完 接從氣櫃的供應路徑接出連結到一個由氣體分流閥箱
成。若為系統性問題，N 2 污染的狀況不會是零星事 (Valve Manifold Box, VMB) 改造的 SPOES 機櫃。進
件。再者除了 F15B 廠區發生過之外，F18A 與 F15A 入機櫃內的管路首先會先經過一組限流孔與一組逆止
廠區於今年初也各發生過一次類似的事件，且氣體鋼 閥，接著和一組用來調控 N 2 與 He 流量的質量流量控
瓶均出自同一間供應商。綜觀上述分析，推斷造成 制器 (Mass Flow Controller, MFC) 模組匯流之後，
SiCl 4 鋼瓶 N 2 污染的原因在廠商端分裝過程中造成的 再通過一組用來進行極低壓微調的串聯針閥。調控後
機率較高。 的壓力則透過一顆極低壓的壓力傳送器 (MKS, Model
: 625D-30518, unit : 10 torr) 進行監控，最後才會進
到 SPOES 量測本體進行分析。分析後的殘氣以及整
2.2 SPOES 分析儀的應用
組實驗的抽氣動力，則透過 SPOES 後方的真空幫浦所
Self Plasma-Optical Emission Spectroscopy(SPOES) 提供，最後幫浦會再把所有廢氣一併排入後方的濕式洗
是一種基於光學放電原理的光譜分析儀器，其外觀與 滌器 (Wet Scrubber) 處理，再排到中央的廢氣排放管
架構如圖 1 所示。當氣體樣品通過儀器內部的射頻 路中。
產生器 (Radio Frequency, RF Generator) 電離後形
成電漿，樣品中原子或分子被激發後進而產生發射光
譜，再透過光譜儀分析波長及強度，其可快速且精確
地測定氣態樣品中的化學成分。SPOES 具有高度的選
擇性、高靈敏度、非破壞性、無需樣品前處理等特點，
因此被廣泛應用於材料科學、化學分析以及監測半導
[01]
體製造過程中的化學反應等。如 Kang et al.(2019)
將 SPOES 裝設於物理氣象沉積機台 (Physical Vapor
Deposition, PVD) 的反應腔體排氣管路上，連續監
測載運氣體成分 Ar 與 NF 3 ，以及殘存的碳氟反應副
產物濃度，以確認機台腔體內在進行生產的化學反應
[02]
之後的清潔程序是否確實。Hao et al.(2023) 則是
將 SPOES 架設於蝕刻機台上，透過量測 Si、SiCl、
SiCl 2 、Ar 及 Cl 等成分的濃度，來判定蝕刻程度，以
提升整體製程效率。

承上所述，負壓液態氣體供應為廠務端氣化供應系統
中，品質風險最高的一塊，其中又以供應壓力最低的
SiCl 4 風險最高，且 15B、18A 及 15A 廠區過去均發
生過 SiCl 4 鋼瓶品質異常事件。為了讓廠務端能更早
地在氣體供應出去之前主動抓到問題，本研究將與亞
洲巴萊斯實驗室合作，測試目前被廣泛應用於製程設
備的 SPOES 量測技術用於 SiCl 4 品質監控之可行性。
圖 1：SPOES 架構圖

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