TigerOptics电子气中PPT级别的水分含量检测与分析HALO KA半导体晶圆厂应用
TigerOptics电子气中PPT级别的水分含量检测与分析HALO KA半导体晶圆厂应用
这份应用指南详细说明了半导体生产厂家如何通过使用Tiger Optics 的痕量级水分分析仪，确保大宗气体的纯度。我们观察发现半导体 行业的高速发展正把分析仪器的性能指标推上新的高度。我们将展 示Tiger Optics*新推出的HALO KA Max 水分分析仪，通过前所 未有的检测灵敏度和响应速度，如何满足半导体客户严苛的测量要求。
现代化的高科技推进半导体行业的发展
半导体市场被视为新时代的**，*新的科技应用刺激**半导体 产品的需求，对产品的稳定性、功率处理能力和能量功耗提出更多 更严厉的要求。同时要求产品体积小、功能多、技术节点少。这些 科技产品催生出功能更强大、续航更持久的智能手机与平板电脑。 *近汽车传感器系统、物联网、5G通信和智能电网的出现给下个十 年的科技带来巨大的发展潜力。比如未来无人驾驶，要 求大量的计算能力，实时处理来自摄像机、传感器的信息。因此拥 有一颗稳定、能耗小的高性能的处理器是非常必要的。TigerOptics电子气中PPT级别的水分含量检测与分析HALO KA半导体晶圆厂应用
更高品质的气体需求带动更高阶分析技术的发展
为了满足这些新应用带来的挑战，半导体行业的International Roadmap for Devices and Systems (IRDS)1组织强调了生产质量的 重要性。从而要求半导体设备厂家必须在半导体生产各工艺段中， 执行更为严格的工艺控制。对于气体品质的监控需要覆盖从洁净室 环境、晶圆生产工具和原材料生产的各个环节。因此更好的气体品 质监控是半导体晶圆厂提升产能和降低**品率的*关键手段之 一。
随着半导体对气体质量要求更严格、对气体品质要求更稳定， 这对气体分析技术的灵敏度和**度提出了更高的要求。同时，由 于晶圆厂为了提高产能，十分倚重对工艺的实时控制， 因此分析技 术的响应速度也变得越来越重要。
Tiger Optics基于CRDS原理的痕量水分析仪自2001起就被应用 在半导体领域。在许多*先进的半导体晶圆厂，Tiger的CRDS光谱 分析仪是保证生产过程中所需大宗气体质量的黄金标准。通常在N2 、CDA、O2、H2、Ar和He中的水分含量是*关键的气体杂质指标之 一。Tiger的分析仪由于其****的灵敏度、响应速度和**的稳 定性，在半导体厂中一直扮演极其重要的角色。
水分子具有粘性，难以被检测TigerOptics电子气中PPT级别的水分含量检测与分析HALO KA半导体晶圆厂应用
由于水分子容易扩散，很难完全去除，考虑到它对工艺生产的破坏 性，在晶圆中每当需要控制气体的质量，首先需要检测的就是气体 中的水分含量。站在分析的角度，气态水分子由于具有粘性，很难 被检测。由此，对于那些需要跟水分子直接接触的分析技术，当工 艺变化时很难实现快速响应。此外，半导体设备生产对水分的检测 下限有严格的要求，范围从ppb级别直至ppt级别，大部分微量气体 检测技术都无法测量如此低含量的水分。
若需要**的测量水分，仪器的关键要点是
1. 零点基线的灵敏度和**度 2. 基线的稳定性
3. 响应速度
零点基线的**度
为了保证分析仪零点基线的**度，找到真正的零点是非常必要 的。大多数传统的分析仪都是靠零点气来标定仪器的零点。但是应 对ppt级别的水分检测，是否真的存在这样的零点气呢?同样，大多 数先进的纯化器都可以有效去除水分，但是ppt级别的水分含量通常 都不在纯化器厂家承诺的规格范围内。因此，依靠零点气进行标定的测量技术，*后都因为水无法从零点气中完全去除，导致仪器无 法确保零点的**度。相反，Tiger的CRDS系统不依靠零点气对仪 器进行零点标定。Tiger的分析仪使用光学零点，即通过利用对水分 含量不吸收的波长找到真正的零点基线，与气体中是否含有水分无 关。在仪器测量运行期间，组分含量读数始终参照零点基线，确保 读数****。
基线的稳定性
仪器零点的稳定性是另一个确保水分析仪长期稳定运行的关键因
素。大多数传统的分析仪都会因为漂移，要求分析仪通过周期性标
定重复做零点。假如零点气中的水分含量逐渐上升会发生什么呢?
含量逐渐上升的水会很轻易地导致纯化器失效，同时很难区分仪器
的水含量上升与仪器本身漂移的关联。这种情况下，分析仪周期性
的重复做零点会导致仪器读值一味地被修正。*终当样品气中的水
含量真正上升时，仪器读数偏低，无法及时反应样品气的变化。因
此，对于工艺生产来说，这是一个潜在的、无法侦测的威胁。
Tiger的分析仪不存在这样的隐患。基于CRDS原理，通过时间 差直接得到测量结果，****。测量过程中不受仪器漂移、环境 变化、激光衰减等因素影响，使得仪器基线在不产生漂移，确保仪 器的LDL。因此超高纯电子气中所有残留的水含量都会被仪器真实反 应，而不是被标定掩盖。
响应速度
水分子具有吸附性，导致大部分的水分析仪响应速度慢。但是现代化的晶圆厂，要求实时监控、控制工艺。要求对有可能引起工厂跳 车的杂质进行快速检测。CRDS是纯光学的设计，非接触式的检测 方式，不会与水分子直接接触(类似电化学或者石英晶振的水分析 仪)。不会因为接触反应，降低分析仪的响应时间。CRDS分析仪久 经考验，提供超快的响应速度。此外，Tiger Optics 在数据读取、数 据处理、气体流量控制等方面持续优化，进一步缩短响应时间。
这些****的优势，使得Tiger Optics水分析仪成为了半导 体晶圆厂内监控大宗气体****稳定的系统。因此，SEMI协会在 SEMI F1122标准文件中强调了CRDS原理作为判断管路是否合格和测 量微量水含量的技术标准。
HALO KA 和 HALO KA Max 半导体大宗气体检测的美好选择
现代半导体晶圆厂正在追求***的的产能和稳定性。Tiger Optics 的旗舰版水分析仪是半导体厂持续实现*大产能的*优选择。表1总 结了 HALO KA H2O 和 HALO KA Max H2O 的检测下限和精度。
HALO KA H2O系列专为现代化晶圆厂设计。作为SEMI F112标 准推荐的分析技术，几乎所有的高阶半导体晶圆厂都采用了Tiger CRDS原理的痕量水分析仪。HALO KA H2O作为半导体晶圆厂的美好选择，在氮气背景下具备300ppt (3σ)的*低检测下限 (通氮气超过24小时)。在其他大宗气背景下有更低的检测下限， 非常适合被高阶半导体厂使用。与传统的分析仪相比，HALO KA在 机柜安装上可省下很多空间，两台HALO KA可被安装在一个19寸机 柜中。除了高性能与稳定性之外，HALO KA 因为无需例行维护，无 需现场标定、没有备件，能为半导体厂省下相当可观的运营成本。
HALO KA Max H2O — Tiger 新旗舰版H2O分析仪。 当电子气 生产商和半导体厂要求H2O的检测下限低于100ppt时，Tiger Optics 的新HALO KA Max(图二右所示)是*理想的选择。这台分析仪拥 有更低的检测下限和更快的响应时间。这是Tiger Optics**台能够 在所有大宗电子气背景下提供100ppt检测下限(3σ/24h)的水分析 仪。*突出的性能指标让HALO KA Max成为Tiger 测量痕量水产品 系列中的新旗舰
为了解释说明HALO KA Max稳定的基线，图4展示了通氮气超 过18小时后的数据(黑色曲线)。测量结果说明HALO KA Max足以 具备测量小于100ppt水含量的能力，如此低的水含量对于大部分的 取样系统来说是个挑战。在这个案例中，更令人印象深刻的是仪器 的重复性仅仅为12ppt(1σ)，接近为零。HALO KA Max保证氮气 背景下的零点重复性为40ppt，氦气背景下零点重复性仅为10ppt。 作为对比，图中红色曲线是HALO KA的零点基线。如图所示测量小 于1ppb水含量时，同样表现出优良的重复性74ppt(1σ)，可以保证 氮气背景下的重复性为100ppt。TigerOptics电子气中PPT级别的水分含量检测与分析HALO KA半导体晶圆厂应用
HALO KA Max能具备更出色检测下限的关键是全新的电子和光 学平台，可实现分析仪在更低的测量噪音下运行。同时，新平台提 供更强大的数据计算能力，更优化的气体流路设计以及更好的接液 材料，以此实现更快的响应时间。当测量ppt级别的水含量时，实时 检测的能力对于分析仪至关重要。水含量要求越低，所需要的脱水 时间就呈指数级增长。因此大多数分析仪因为响应时间太慢无法满 足工艺实时控制的要求。 在ppt至ppb级别，HALO KA Max同样能 实现其他仪器在高浓度测量时才具备的快速响应能力。图5 模拟了工 艺控制的情况，1ppb的水含量是工艺控制点，橙色箭头标识出几个 ppb的水含量偶然突变得位置。HALO KA Max的高灵敏度不仅仅清 晰准确地识别出每个即使是*小幅度水含量的突变，同时**的快 速响应能力确保在如此低的水含量下，仪器读值立即迅速上升。这 意味着有超过规格要求的水含量出现时，工艺可以马上受到保护。
一旦水含量回到工艺允许范围内，仪器读数也能在几分钟内回到工 艺控制点以下，工艺可以在*短的时间内恢复运行。HALO KA Max 在这次测试中显得游刃有余。相同重复性下，大部分分析仪都无法 快速、**地响应这些水含量的模拟突变。
结论
总而言之，与过去相比，现在Tiger的痕量水分析仪可帮助半导体厂 更有效地保护工艺**，更可靠地避免工艺因为气体质量突变而停 车。通过采用HALO KA H2O和HALO KA Max H2O，晶圆厂可满足 现在及未来的高性能设备生产所需的质量要求。
更多TigerOptics电子气中PPT级别的水分含量检测与分析HALO KA半导体晶圆厂应用信息可直接致电埃登威上海公司13482246053
