Sub-ppb-Verunreinigungsdetektion zur Sicherstellung der Reinheit von Elektronik-Spezialgasen

Welche Arten von Gasen werden in der Halbleiterfertigung verwendet?

Zu den Elektronik-Spezialgasen gehören sowohl hochreine Gase als auch Gasgemische, die speziell für diese Anwendungen konfiguriert sind.

Bei der Halbleiterherstellung können bis zu 30 verschiedene Gase in den verschiedenen Prozessen zum Einsatz kommen. Dazu gehören Gase wie Helium, Stickstoff und Argon, die entweder zur Bereitstellung einer inerten Atmosphäre oder zum Spülen von Kammern am Ende eines Prozesses oder vor der Reinigung verwendet werden.

Andere Gase werden in sorgfältig kontrollierten Mengen verwendet, um sicherzustellen, dass die Reaktionen stattfinden. Diese Gase werden in den Ätz- und Abscheidungsprozessen verwendet, um die Schichten und Leiterbahnen der Halbleiterchips zu erzeugen. Zu diesen Gasen gehören die bekannten (Wasserstoff, Ammoniak und Chlor), aber auch ungewöhnlichere Verbindungen wie Hexafluorethan (C2F6), Octafluorcyclobutan (C4F8) und German (GeH4).

Aufgrund der Präzision bei der Halbleiterherstellung werden sehr hochreine Gase benötigt. Diese liegt typischerweise zwischen 99,998 % bis 99,99994 % Reinheit, variiert aber je nach Gas und Anwendung.

Gebräuchliche Verunreinigungen in Elektronik-Spezialgasen und wie man sie erkennt

Die häufigsten Verunreinigungen in Elektronik- und Halbleitergasen sind Feuchtigkeit und Sauerstoff. Deren Kontrolle ist sowohl für Gashersteller als auch für Anwender wichtig. Wir behandeln dies ausführlich in unserem früheren Beitrag Sauerstoff und Feuchtigkeit: eine kostspielige Kombination.

Da viele ESGs komplex sind, gibt es eine Vielzahl anderer Spurengase, die als Verunreinigungen in Frage kommen, und aufgrund der Reinheitsanforderungen werden Geräte mit einer sehr niedrigen Nachweisgrenze benötigt.

Während spezielle Feuchte- und Sauerstoff-Analysatoren sehr effektiv bei der Erkennung von Spuren dieser Verunreinigungen sind, sind für Spuren anderer Gase Analysatoren erforderlich, die mehrere Spurengase bei sehr niedrigen Werten messen können.

Gaschromatographen sind eine ideale Lösung. Sie können so konfiguriert werden, dass sie verschiedene Gasprofile erkennen, und es gibt Modelle, die mehrere Gasverunreinigungen gleichzeitig erkennen. Das spart sowohl Investitionskosten als auch Platz. Wichtig ist auch, dass das Gerät eine kleine Stellfläche hat und für eine industrielle Umgebung ausgelegt ist.

Probengas-Handling sichert hohe Genauigkeit

Bei der Detektion von Verunreinigungen im Sub-ppb-Bereich ist das Erreichen der optimalen Durchflussrate des Messgases durch das Analysegerät entscheidend, um die Empfindlichkeit des Analysegeräts zu gewährleisten. Gleichzeitig bieten Analysatoren mit Online-Funktionen einen sofortigen Alarm, wenn sich die Gasqualität plötzlich verschlechtert (z. B. beim Anbringen einer neuen Flasche) oder wenn ein Leck im System auftritt.

Online-Analysensysteme müssen diese Faktoren berücksichtigen und die richtige Kombination aus Probenentnahme, Trägergasreinigung, Stromauswahl und Flussrate verwenden, um die Empfindlichkeit zu gewährleisten.

Anwendungsbeispiele für die Messung von Spurenverunreinigungen in Halbleitergasen

Da es sich hierbei um ein so komplexes Gebiet handelt, werden wir uns einige spezifische Fälle ansehen. Detaillierte Anwendungshinweise, einschließlich Chromatographen, finden Sie auf unserer Halbleiterindustrie-Seite.

Detektieren von Teilen pro Billion Verunreinigungen in UHP-Gasen

Die Messung von Spuren von Permanentgasen bis in den Promillebereich in ultrahochreinen Gasen wie Helium, Argon, Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff ist eine sehr häufige Anforderung in der Halbleiterfertigung.

Der Erfolg dieser Messungen hängt von einer Kombination aus Detektor, geeignetem Gaschromatographen, Probenverdünnung und Auswahl des Gasstroms ab.

LDetek hat ein System entwickelt, das erfolgreich Spurenverunreinigungen bis hinunter zu weniger als 100 ppt misst, mit der Kombination aus:

• PlasmaDetek2 Plasma-Emissionsdetektor
• MultiDetek3 Gaschromatograph
• LDGDSA Automatisches Gasverdünnungssystem
• LDGSS probenstromselektor
• Gasreiniger LDP1000 zur Herstellung von Helium der Qualität 10.0 zur Verwendung als Trägergas

Die folgende Tabelle zeigt die spezifischen unteren Nachweisgrenzen für jede Verunreinigung in Proben von He, Ar, O₂, H₂ und N₂.

Laden Sie die vollständige Application Note herunter, die detaillierte Informationen zur Anwendung enthält und Chromatographen einschließt.

Analyse des Halbleiter-Spezialgases UHP-Octaflurocyclobutan (C4F8)

Octafluorcyclobutan oder Perfluorcyclobutan, C4F8, ist eine Verbindung aus Kohlenstoff und Fluor, die bei der Herstellung und Verarbeitung von Halbleitermaterialien und -bauelementen verwendet wird, zum Beispiel als Abscheidungsgas und Ätzmittel.

Es ist ein komplexes Gas, bei dessen Herstellung neben Kohlendioxid auch eine Reihe von Chlorfluorkohlenwasserstoff-Verunreinigungen enthalten sind.

Dieses Gas wird oft in ULSI 5N-Qualität (99,999 % Reinheit) benötigt, und dies erfordert einen hochempfindlichen Qualitätskontrollanalysator, der in der Lage ist, alle diese Gasverunreinigungen bis hinunter zu Teilen pro Milliarde nachzuweisen.

Die folgende Tabelle zeigt die Probenzusammensetzung von C4F8:

Der Gaschromatograph LDetek MultiDetek3 mit dem PlasmaDetek2-Detektor bietet die Voraussetzungen für diese Art von Spezialgasanwendungen. Die Konfiguration mit gespülten Membranventilen in Kombination mit beschichtetem Inertgas-Flussweg und Säulen macht das System perfekt geeignet für solche speziellen und komplexen Gase. Das System ist rahmenmontiert und kompakt und bietet eine vollständige Fernsteuerung. Die industriellen Kommunikationsprotokolle sind alle eingebaut und müssen nur noch speziell für Ihre Anforderungen ausgewählt werden.

Beispielchromatographen finden Sie in der vollständigen Application Note von ProcessSensing.com: MultiDetek3-Gaschromatograph mit PlasmaDetek2-Detektor im Einsatz für die Analyse von Halbleiter-Spezialgasen wie UHP-Octafluorcyclobutan (C4F8)

Messung von Spurenverunreinigungen in Germane (GeH4)

German ist ein hochentzündliches Gas und jede Handhabung von Proben erfordert ein hohes Maß an Sicherheit. Wie alle Halbleitergase erfordert es einen hohen Reinheitsgrad - mindestens 99,999 % - und weist ein breites Spektrum an Verunreinigungen auf, die nachgewiesen werden müssen.

Das PlasmaDetek2 und das MultiDetek3 kombiniert mit dem hochsicheren, kontinuierlich überwachenden Probenahmesystem ermöglicht die Messung der GeH4-Reinheit mit reduziertem Risiko. Die N2-Überwachung der gespülten Box ist essentiell, um sicherzustellen, dass kein Zündrisiko im Inneren des MultiDetek2 besteht. Die Spurenverunreinigungsmessung kann mit einer relativ kurzen Analysezeit realisiert werden und bietet eine sehr niedrige Nachweisgrenze der gemessenen Verunreinigungen, was für die GeH4-Reinheitsanalyse erforderlich ist.

Laden Sie sich hier die komplette Application Note herunter.

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