跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(18.97.9.171) 您好!臺灣時間:2024/12/10 13:15
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:劉憶蓉
研究生(外文):I Jung Liu
論文名稱:四極質譜儀在半導體廠鎢化學蒸氣沉積製程尾氣監測之應用
論文名稱(外文):Characteristics of SRS QMS-300 in exhaust monitoring with application to WCVD process
指導教授:陳政任陳政任引用關係
指導教授(外文):J. R. Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄第一科技大學
系所名稱:環境與安全衛生工程系
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2001
畢業學年度:89
語文別:中文
論文頁數:94
中文關鍵詞:四極質譜儀半導體廠鎢化學蒸氣沉積尾氣殘餘氣體分析儀
外文關鍵詞:QMSsemiconductor industryWCVDexhaustrga
相關次數:
  • 被引用被引用:3
  • 點閱點閱:568
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
本研究主要是以QMS-300 Stanford research System(SRS)做為半導體製程尾氣(exhaust)監測系統,由於儀器必須在低真空狀態進行氣體組成分析,因此在常壓的採樣過程是利用毛細管(capillary)及孔隙(aperture)作為減壓裝置,以分段式減壓方法使得氣體壓力降低至10-6mbar進入QMS之RGA系統進行分析。QMS運用於製程線上採樣分析前,為了確保儀器在製程線上有最佳操作條件及分析結果,儀器應進行事前測試及校正工作。經儀器掃描速度對訊號/雜訊比(SNR)之影響測試結果得知,儀器的掃描速度參數設定在4(掃描速度為200msec/amu)時,其量測訊號值是較顯著的。QMS-300應用在WCVD製程,其整個製程尾氣監測的反應時間共60秒。本研究針對WCVD尾氣的量測結果顯示,製程尾氣成分包括有H2、N2、SiF4、Ar、SiH4、NF3等氣體,另由CDO尾氣洗滌塔(區域洗滌塔)進出口端的量測結果,求得尾氣排放系統之真空幫浦稀釋氣體流量為67.1slm,總稀釋氣體流量為641.3slm,NF3在製程機台之使用效率為63.7%,而尾氣洗滌塔對NF3的處理效率(abatement efficiency)約為15%,H2的處理效率約為30%。另外在酸性尾氣排放主管中進行監測的結果,發現除了H2、NF3及He氣體外,其他氣體並無明顯變化。而且在研究過程中發現,若是尾氣排放管線中之真空幫浦供應的載流氣體不足,氣體會有累積(accumulated)殘存在尾氣排放管線內之情形,即可能成為半導體廠安全考量之虞慮,不可忽視之。
Abstract
This study is to monitor the exhaust produced during the semiconductor manufacturing process. The method used in this study is the Stanford Research System(SRS) QMS-300. QMS-300 uses a capillary and an aperture to reduce the pressure of the sampling gas before fed to the RGA in the QMS. Before performing online analysis, the QMS must be tested and calibrated to ensure the system is operating in the right conditions and the best quantitative results are obtained. And we found that the maximum SNR occurs in the instrument scan speed of 4. QMS application to Tungsten Chemical Vapor Deposition (WCVD), the whole QMS sampling response time is about 60 seconds. According the actual mass spectrum of WCVD exhaust, the emissions of the process gases include H2、N2、SiF4、Ar、SiH4、NF3,etc. Sampling is taken at the CDO inlet and outlet, the calculated pump purge rate is 67.1slm, and total purge rate is 641.3slm. The NF3 utilization efficiency is 63.7%. The analysis NF3 of the CDO local scrubber abatement efficiency is 15% and H2 is 30%. QMS is used to monitor acid gases in the acid exhaust line, mass spectrum for the deposition and clean process have not obviously change besides H2、NF3 and He. Since pump purge is insufficient, the gas can be accumulated in the exhaust line and upon in an unexpected situation, vented and resulted in hazards like fire and explosion and the safety issue should be concerned.
目 錄
                      
中文提要 i
英文提要 ii
誌謝 iv
目錄 v
表目錄 vii
圖目錄 viii
一、簡介 1
二、文獻回顧 4
2.1 製程尾氣分析系統 4
2.2 尾氣分析系統校正及採樣設置 7
三、SRS QMS-300 尾氣分析系統 14
3.1 SRS QMS-300系統介紹 14
3.2 QMS-300採樣方法比較15
3.3 QMS-300性能測試17
3.4 QMS-300訊號/雜訊比23
3.5 氣體濃度校正曲線 34
3.6 偵測極限40
四、WCVD製程定性分析結果42
4.1 WCVD製程 42
4.2 QMS-300線上採樣配置44
4.3 WCVD製程之尾氣質譜 45
五、WCVD製程定量分析結果 53
5.1 尾氣稀釋氣體量分析 53
5.2 三氟化氮之機台使用效率評估 61
5.3 尾氣處理效率分析 62
5.3.1氫氣處理效率 63
5.3.2三氟化氮處理效率 73
六、尾氣排放主管分析 80
七、WCVD製程尾氣之潛在危害分析 84
八、結論與建議 90
參考文獻 92
表 目 錄
表2-1、FTIR與QMS分析儀器特性比較一覽表6
表2-2、儀器儀器校正程序及容許標準值一覽表10
表3-1、QMS-300與Technical Protocols QMS儀器之差異性16
表3-2、QMS-300掃描速度之參數值24
表3-3、不同掃描速度對氧氣及氮氣之SNR測試結果33
表3-4、氣體之偵測極限41
表4-1、WCVD製程尾氣質譜資料一覽表50
表5-1、氬氣對尾氣排放系統之稀釋氣體流量測試結果56
表5-2、C2F6對尾氣排放系統之稀釋氣體流量測試結果56
表5-3、連續式供氣之CDO對氫氣處理效率65
表5-4、製程配方間斷式之CDO對氫氣處理效率68
表5-5、連續式供氣之CDO對三氟化氮處理效率74
表5-6、製程配方間斷式之CDO對三氟化氮處理效率75
表7-1、尾氣管線之三氟化氮沉積配方測量結果87
表7-2、尾氣管線之氫氣沉積配方測量結果89
圖 目 錄
圖2-1、質譜儀主要的基本組件5
圖2-2、尾氣處理設備之採樣位置(例一) 11
圖2.3、尾氣處理設備之採樣位置(例二) 12
圖2.4、尾氣處理設備之採樣位置(例三) 12
圖3-1、QMS-300系統圖14
圖3-2、QMS-300測試與校正裝置圖17
圖3-3、氣體濃度與靈敏度之關係圖19
圖3-4、氧氣分壓與靈敏度之關係圖19
圖3-5、氮氣分壓與靈敏度之關係圖20
圖3-6、氧氣分壓與RGA讀值之關係圖20
圖3-7、氮氣分壓與RGA讀值之關係圖21
圖3-8、氣體濃度與質量比值之關係圖21
圖3-9、氧氣氣體濃度曲線22
圖3-10、氮氣氣體濃度曲線22
圖3-11、掃描速度1時對氧氣及氮氣之SNR測試曲線25
圖3-12、掃描速度2時對氧氣及氮氣之SNR測試曲線26
圖3-13、掃描速度3時對氧氣及氮氣之SNR測試曲線27
圖3-14、掃描速度4時對氧氣及氮氣之SNR測試曲線28
圖3-15、掃描速度5時對氧氣及氮氣之SNR測試曲線29
圖3-16、掃描速度6時對氧氣及氮氣之SNR測試曲線30
圖3-17、掃描速度7時對氧氣及氮氣之SNR測試曲線31
圖3-18、不同掃描速度對氧氣m/e為32amu之SNR測試結果32
圖3-19、不同掃描速度對氧氣m/e為16amu之SNR測試結果32
圖3-20、不同掃描速度對氮氣m/e為14、28amu之SNR測試結果33
圖3-21、氫氣濃度校正曲線及關係公式34
圖3-22、C2F6在m/e=69之濃度校正曲線及關係公式35
圖3-23、C2F6在m/e=119之濃度校正曲線及關係公式36
圖3-24、氬氣在m/e=40之濃度校正曲線及關係公式(4月24日)37
圖3-25、氬氣在m/e=40之濃度校正曲線及關係公式(4月06日) 37
圖3-26、三氟化氮在m/e=52之濃度校正曲線及關係公式(11月6日)38
圖3-27、三氟化氮在m/e=52之濃度校正曲線及關係公式(9月20日)39
圖3-28、三氟化氮在m/e=52之濃度校正曲線及關係公式(10月25日)39
圖3-29、三氟化氮在m/e=52之濃度校正曲線及關係公式(11月27日)40
圖4-1、薄膜沉積步驟示意圖43
圖4-2、QMS-300採樣系統裝置圖44
圖4-3、儀器在熱機40分鐘後對WCVD製程之尾氣掃描質譜46
圖4-4、儀器在熱機52分鐘後對WCVD製程之尾氣掃描質譜46
圖4-5、在CDO進口端對WCVD製程於沉積配方時之尾氣掃描質譜47
圖4-6、在CDO進口端對WCVD製程於清洗配方時之尾氣掃描質譜47
圖4-7、在CDO出口端對WCVD製程於沉積配方之尾氣掃描質譜48
圖4-8、在CDO出口端對WCVD製程於沉積與清洗配方之尾氣掃描質譜48
圖4-9、在CDO出口端量測WCVD製程之沉積和清洗配方的質譜重疊圖49
圖4-10、在CDO進出口端量測WCVD製程之沉積配方掃描質譜重疊圖51
圖4-11、在CDO進出口端量測WCVD製程之清洗配方掃描質譜重疊圖52
圖5-1、CDO系統的分解圖54
圖5-2、WCVD機台供應氬氣3、2、1slm於CDO進口端測試結果57
圖5-3、WCVD機台供應氬氣0.3、0.5 slm於CDO進口端測試結果57
圖5-4、WCVD機台供應氬氣1、2、3 slm於CDO出口端測試結果58
圖5-5、WCVD機台供應C2F61.5 slm於CDO進口端測試結果(5月29日)58
圖5-6、WCVD機台供應C2F61.5 slm於CDO進口端測試結果(5月30日)59
圖5-7、WCVD機台供應C2F61.5、3 slm於CDO進口端測試結果(6月13日)
59
圖5-8、WCVD機台供應C2F61.5slm於CDO出口端測試結果(5月29日)60
圖5-9、WCVD機台供應C2F63slm於CDO出口端測試結果(6月13日)60
圖5-10、WCVD機台供應C2F61.5、3slm於CDO出口端測試結果61
圖5-11、CDO進口端之三氟化氮量測結果62
圖5-12、連續式供氫氣在CDO進口端量測結果64
圖5-13、連續式供氫氣在CDO出口端量測結果64
圖5-14、WCVD製程配方於CDO進口端氫氣量測結果(5月23日)66
圖5-15、WCVD製程配方於CDO進口端氫氣量測結果(5月29日)66
圖5-16、WCVD製程配方於CDO進口端氫氣量測結果(5月30日)67
圖5-17、WCVD製程配方於CDO進口端氫氣量測結果(6月13日)67
圖5-18、WCVD製程配方於CDO出口端氫氣量測結果(5月23日)68
圖5-19、WCVD製程配方於CDO出口端氫氣量測結果(5月29日)68
圖5-20、WCVD製程配方於CDO出口端氫氣量測結果(5月29日)69
圖5-21、WCVD製程配方於CDO出口端氫氣量測結果(6月13日)69
圖5-22、WCVD製程配方之氫氣和WF6流速積分結果71
圖5-23、氫氣與三氟化氮在CDO進口端之重疊直譜圖72
圖5-24、氫氣與三氟化氮在CDO出口端之重疊直譜圖72
圖5-25、連續式供應三氟化氮在CDO進口端量測結果73
圖5-26、連續式供應三氟化氮在CDO出口端量測結果74
圖5-27、WCVD製程配方於CDO進出口端三氟化氮量測結果(5月23日)75
圖5-28、WCVD製程配方於CDO進出口端三氟化氮量測結果(5月29日)76
圖5-29、WCVD製程配方於CDO進出口端三氟化氮量測結果(5月30日)76
圖5-30、WCVD製程配方於CDO進出口端三氟化氮量測結果(6月13日)77
圖5-31、三氟化氮與氫氣在CDO進口端之重疊直譜圖78
圖5-32、三氟化氮與氫氣在CDO出口端之重疊質譜圖78
圖6-1、QMS-300量測背景值與酸性尾氣排放主管掃描質譜圖(1月8日)81
圖6-2、QMS-300量測背景值與酸性尾氣排放主管掃描質譜圖(2月3日)81
圖6-3、以QMS-300量測酸性尾氣排放主管掃描質譜(1月8日)82
圖6-4、以QMS-300量測酸性尾氣排放主管掃描質譜(2月3日)83
圖7-1、尾氣排放系統之氣體蓄積測試操作配置圖85
圖7-2、尾氣管線之三氟化氮沉積配方測量結果86
圖7-3、尾氣管線之三氟化氮沉積配方分析結果86
圖7-4、尾氣管線之氫氣沉積配方測量結果88
圖7-5、尾氣管線之氫氣沉積配方分析結果88
參 考 文 獻
1. Basford, J. A., M. D. Boeckmann, R. E. Ellefson, A. R. Filippelli, D. H. Holkeboer, L. Lieszkovszky, C. M. Stupak, 1993, “Recommended Practice for the Calibration of Mass Spectrometers for Partial Pressure Analysis”, J. Vac. Sci. Technol.A, vol. 11, n3, pp. A22-A40, June.
2. Beu, L., B. Boeck, D. Smith, S. Soggs, B. Ford, M. Hartig, J. Moore, B. Ridgeway, R. Chiu, 1996, Evaluation of ETC’s DryScrub for Abating Perfluorocompound (PFC) Emissions, Sematech Technology Transfer 96013062A-TR.
3. Buckley, M. E., 1994, “Process Control in the Semiconductor Manufacturing Environment Using a High Pressure Quadrupole Mass Spectrometer”, IEE Colloquium on Semiconductor Processing-Quality through Measurement, pp.27.
4. Chang, C. A., S. M. Sze, 1996, “ULSI Technology”, McGraw-Hill, New York. pp387.
5. Ellefson, R. E., D. Cain, C. N. Lindsay, 1986, “Calibration of mass spectrometers for quantitative gas mixture analysis”, J. Vac. Sci. Technol. A.5, pp.134-139.
6. Green, D., P. Maroulis, B. Reagen, J. Meyers, “Equipment Environmental Characterization Guidelines Rev. 3.0”, Air Products and Chemicals Inc.
7. Herget, W. F., S. P. Levine, 1986, “Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy for Monitoring Semiconductor Process Gas Emissions”, Appl. Ind. Hyg., 1, 110.
8. Lieszkovszky, L., A. R. Filippelli, C. R. Tilford, 1990, “Metrological characteristics of a group of quadrupole partial pressure analyzers”, J. Vac. Sci. Technol. A.8. pp. 3838-3854.
9. Mitchell, D. J., 1984, “Measurement and calibration techniques used in computer partial pressure analysis”, J. Vac. Sci. Technol. A.3, pp.527-532
10. Nelson, T., H. Williamson, E. Youngerman, R. Carlson, 1995, Global Warming Studies:Sampling/Test plan Template, Sematech Technology Transfer 95012695A -ENG.
11. Payne, S., L. Holewyne, K. Salvaggio, 1993, “Use, Operation, and Maintenance of ICAMS at IBM, Austin”, Hazard Assessment and Control Technology in Semiconductor Manufacturing II, ACGIH, pp.87.
12. Richter, M., M. L. Spartz, P. R. Solomon, P. A. Rosenthal, R. Mundt, A. Perry, C. Nelson, 1999, “Exhaust Gas Monitoring: New Window into Semiconductor Processing”, Solid State Tech., pp. 61, May.
13. Skoog, D. A., F. J. Holler, T. A. Nieman, 1998, “Principles of Instrumental Analysis”, Fifth Edition.
14. Santeler, D. J., 1986, “Gas dynamic in residual gas analyzer calibration”, J. Vac. Sci. Technol. A.5., pp.129.
15. Tilford, C. R., 1994, “Process Monitoring with Residual Gas Analyzers (RGAs): limiting factors”, Surface and Coatings Technology, vol.68/69,pp.708-712.
16. Williams, W. E., D. G. Baldwin, 1995, Semiconductor Industrial Hygiene Handbook, Noyes Pub.
17. Worth, W., T. A. Tamayo, R. F. Cambio, 1995, Analysis of Data for Perfluorocompound(PFC)Emission Control System, Sematech Technology Transfer 9562847 A-ENG.
18. Skoog, D. A., J. J. Leary, 1992, 儀器分析,四版,林敬二,林宗義譯,美亞書版社,台北。
19. 丁望賢,華希哲,1998,儀器總覽─化學分析儀器(四極矩質譜儀),行政院國家科學委員會精密儀器發展中心出版,新竹。
20. 吳榮泰,葉銘鵬,王守芃,王榮輝,羅俊光,2000,“紅外光技術於半導體廠環境監測應用”,工安科技季刊,頁20-26。
21. 吳學翰,1998,半導體製程尾氣分析之研究,國立雲林科技大學環境與安全工程技術研究所,碩士論文。
22. 凌永健,洪長春,鄧慧卿,雷逸智,1996,“環境分析用質譜儀”,科儀新知,第十七卷,五期,4月。
23. 莊達人,89年,VLSI製造技術,四版.,高立圖書有限公司,台北。
24. 許瑤貞,1998,儀器總覽─基本物理量量測儀器(氣體分壓分析儀),行政院國家科學委員會精密儀器發展中心出版,新竹。
25. 陳陵援,1991,儀器分析,三民書局印行,台北。
26. 靳易安,楊人芝,王榮輝,1999,半導體製程區毒性氣體監測研究計劃期末報告,工業技術研究院工安衛中心。
27. 空氣污染物連續監測技術,空氣污染防治專責人員訓練教材,甲級第10冊,p.23。
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top