Détection d'impuretés sub-ppb pour garantir la pureté des gaz spéciaux électroniques

Les gaz spéciaux pour l'électronique (GSE) sont utilisés dans tout le secteur de l'électronique, mais les plus grands utilisateurs, avec les besoins les plus divers, sont les fabricants de semi-conducteurs. Divers GSE sont utilisés dans la plupart des procédés de fabrication de semi-conducteurs, tels que le dépôt de films, la gravure de films, le dopage de substrats et le nettoyage de chambres.

Dans ce billet, nous donnons un aperçu des gaz spéciaux électroniques, puis nous examinons en détail trois exemples où des chromatographes en phase gazeuse et des accessoires ont été employés pour assurer la qualité des gaz spéciaux de haute pureté utilisés dans la fabrication des semi-conducteurs.

Quels types de gaz sont utilisés dans la fabrication des semi-conducteurs ?

Les gaz spéciaux pour l'électronique comprennent à la fois des gaz de haute pureté et des mélanges de gaz, qui sont spécialement configurés pour ces applications spécifiques.

La fabrication de semi-conducteurs peut utiliser jusqu'à 30 gaz différents dans l'ensemble des différents processus. Il s'agit notamment de gaz tels que l'hélium, l'azote et l'argon qui sont utilisés soit pour fournir une atmosphère inerte, soit pour rincer les chambres à la fin d'un processus ou avant le nettoyage.

D'autres gaz sont utilisés en quantités soigneusement contrôlées pour s'assurer que les réactions ont bien lieu. Ces gaz sont utilisés dans les processus de gravure et de dépôt pour créer les couches et les pistes des puces à semi-conducteurs. Ces gaz comprennent les éléments familiers (hydrogène, ammoniac et chlore) ainsi que des composés plus inhabituels comme l'hexafluoroéthane (C2F6), l'octafluorocyclobutane (C4F8) et le germane (GeH4).

En raison de la précision qu'implique la fabrication de semi-conducteurs, des gaz de très haute pureté sont nécessaires. Généralement, cette pureté est comprise entre 99,998 % et 99,99994 %, mais elle varie selon les gaz fournis et l'application.

Contaminants courants dans les gaz spéciaux pour l'électronique et comment les détecter

Les contaminants les plus courants dans les gaz pour l'électronique et les semi-conducteurs sont l'humidité et l'oxygène. Le contrôle de leurs niveaux est important pour les fabricants de gaz et les utilisateurs. Nous abordons ce sujet en détail dans notre précédent billet Oxygène et humidité : une combinaison coûteuse.

Parce que de nombreux GSE sont complexes, il existe un large éventail d'autres gaz à l'état de traces qui sont des contaminants potentiels, et en raison des exigences de pureté, des instruments avec une limite de détection très basse sont nécessaires.

Alors que les analyseurs d'humidité et d'oxygène dédiés sont très efficaces pour détecter les traces de ces impuretés, pour les traces d'autres gaz, des analyseurs capables de mesurer plusieurs gaz à l'état de traces à des niveaux très faibles sont nécessaires.

Les chromatographes en phase gazeuse sont une solution idéale. Ils peuvent être configurés pour détecter différents profils de gaz et il existe des modèles qui détectent plusieurs impuretés gazeuses simultanément. Cela permet d'économiser à la fois des dépenses d'investissement et de l'espace. Disposer d'un instrument à faible encombrement et conçu pour un environnement industriel est également important.

La manipulation des échantillons de gaz assure une grande précision

Lorsqu'on détecte des impuretés à des niveaux sub-ppb, il est essentiel d'obtenir un débit optimal de gaz d'échantillon à travers l'analyseur pour garantir la sensibilité de ce dernier. En même temps, les analyseurs dotés de capacités en ligne fournissent une alerte instantanée si la qualité du gaz diminue soudainement (peut-être avec la fixation d'une nouvelle bouteille) ou si une fuite se produit dans le système.

Les systèmes d'analyse en ligne doivent tenir compte de ces facteurs et utiliser la bonne combinaison d'extraction de l'échantillon, de purification du gaz porteur, de sélection du flux et de débit pour garantir la sensibilité.

Exemples d'application des mesures de traces d'impuretés dans les gaz de semi-conducteurs

Comme il s'agit d'un domaine très complexe, nous allons examiner quelques cas spécifiques. Des notes d'application détaillées, y compris des chromatographes, peuvent être trouvées sur notre page sur l'industrie des semi-conducteurs.

Détecter des impuretés en parties par trillion dans les gaz UHP

Mesurer les traces de gaz permanents jusqu'à des niveaux de parties par trillion dans les gaz ultra-haute pureté tels que l'hélium, l'argon, l'oxygène, l'azote et l'hydrogène est une exigence très courante dans la fabrication des semi-conducteurs.

Le succès de ces mesures dépend d'une combinaison de détecteur, de chromatographe en phase gazeuse adapté, de dilution de l'échantillon et de sélection du flux gazeux.

LDetek a développé un système qui mesure avec succès les impuretés à l'état de traces jusqu'à moins de 100 ppt avec la combinaison de :

rack industriel contenant des systèmes de chromatographie en phase gazeuse
Le LDRack permet d'intégrer facilement le chromatographe en phase gazeuse MultiDetek3 avec la sélection du flux d'échantillons, la dilution du gaz et d'autres composants.

Le tableau ci-dessous indique les limites de détection inférieures spécifiques pour chaque impureté dans les échantillons de He, Ar, O2, H2 et N2.

Téléchargez la note d'application complète qui contient des informations détaillées sur l'application et inclut des chromatographies.

Analyser l'octaflurocyclobutane (C4F8) UHP, gaz de spécialité pour semi-conducteurs

L'octafluorocyclobutane, ou perfluorocyclobutane, C4F8, est un composé de carbone et de fluor utilisé dans la production et le traitement des matériaux et dispositifs semi-conducteurs, par exemple comme gaz de dépôt et agent de gravure.

C'est un gaz complexe à produire et un certain nombre de contaminants chloroflurocarbones sont présents, ainsi que du dioxyde de carbone.

Ce gaz est souvent exigé au grade ULSI 5N (pureté de 99,999 %) et cela nécessite un analyseur de contrôle de qualité très sensible, capable de détecter toutes ces impuretés gazeuses à des niveaux de parties par milliard.

Le tableau ci-dessous présente la composition d'un échantillon de C4F8 :

Méthodes - échantillons de gaz Gamme Ar(ldl) H2(ldl) CO2(ldl) NMHC(ldl) N2 (ldl) CO(ldl) CH4(ldl)
Hélium 0-500 ppb 80 ppt 95 ppt 95 ppt 100 ppt 85 ppt 95 ppt 95 ppt
Argon 0-500 ppb n/a 100 ppt 95 ppt 100 ppt 95 ppt 95 ppt 95 ppt
Oxygène 0-500 ppb 80 ppt 100 ppt 100 ppt 100 ppt 100 ppt 100 ppt 100 ppt
Hydrogène 0-500 ppb 95 ppt n/a 95 ppt 100 ppt 90 ppt 95 ppt 95 ppt
Azote 0-500 ppb 80 ppt 95 ppt 95 ppt 100 ppt n/a 95 ppt 100 ppt
Impuretés Etendue LDL du système LQ du système
C5F8 0-100 ppm 25 ppb 75 ppb
C2F6 0-100 ppm 25 ppb 75 ppb
C3F8 0-100 ppm 25 ppb 75 ppb
CF4 0-100 ppm 25 ppb 75 ppb
CO2 0-100 ppm 25 ppb 75 ppb
C4F6 0-100 ppm 25 ppb 75 ppb
C4F8 100 % - -

Le chromatographe en phase gazeuse LDetek MultiDetek3 avec le détecteur PlasmaDetek2 offre les conditions requises pour ce type d'application de gaz spéciaux. La configuration avec des vannes à diaphragme purgées combinées à un chemin d'écoulement et des colonnes de gaz inerte revêtus rend le système parfaitement adapté à ces gaz spéciaux et complexes. Le système est monté en rack et compact, offrant un contrôle à distance complet. Les protocoles de communication industrielle sont tous intégrés et doivent simplement être sélectionnés spécifiquement pour vos besoins.

Des exemples de chromatographes sont disponibles dans la note d'application complète de ProcessSensing.com : Chromatographe en phase gazeuse MultiDetek3 avec détecteur PlasmaDetek2 utilise pour l'analyse des gaz spéciaux pour semi-conducteurs comme l'octafluorocyclobutane UHP (C4F8)

Mesure des impuretés à l'état de traces dans le Germane (GeH4)

Le germane est un gaz hautement inflammable et toute manipulation d'échantillon nécessite un haut niveau de sécurité. Comme tous les gaz semi-conducteurs, il nécessite un haut niveau de pureté - au moins 99,999% - et présente une large gamme d'impuretés à détecter.

Composants Concentration Hauteur de crête Bruit LDL (3x bruit)
C2H2 5,2 ppm 2720 mV 2,8 mV 0,016 ppm
C2H 4,9 ppm 2495 mV 2,8 mV 0,016 ppm
C2H6 4,9 ppm 2433 mV 2,8 mV 0,017 ppm
Ar 3,1 ppm 1544 mV 1,1 mV 0,006 ppm
CO2 4,7 ppm 2802 mV 2,1 mV 0,010 ppm
CO 4,6 ppm 2705 mV 2,1 mV 0,010 ppm
H2 3,9 ppm 1701 mV 2,6 mV 0,018 ppm
O2 4,1 ppm 2065 mV 2,6 mV 0,015 ppm
CH4 3,6 ppm 1789 mV 2,6 mV 0,016 ppm
N2 3,7 ppm 2505 mV 0,7 mV 0,003 ppm

Le PlasmaDetek2 et le MultiDetek3 combinés avec le système d'échantillonnage de surveillance continue hautement sécurisé permettent de mesurer la pureté du GeH4 avec un risque réduit. Le contrôle du N2 dans la boîte purgée est essentiel pour garantir l'absence de risque d'inflammation à l'intérieur du MultiDetek3. La mesure des impuretés à l'état de traces peut être réalisée avec un temps d'analyse relativement court et peut offrir une très faible limite de détection des impuretés mesurées ce qui est nécessaire pour l'analyse de la pureté de GeH4.

Téléchargez la note d'application complète ici.

Découvrez la gamme complète des applications de détection de processus pour l'industrie de l'électronique et des semi-conducteurs

Notre page de l'industrie des semi-conducteurs contient des notes d'application et des informations sur les produits spécifiquement destinées aux industries de l'électronique et des semi-conducteurs.

Vous pouvez nous contacter pour parler de votre application spécifique ou pour en savoir plus sur notre gamme de chromatographes en phase gazeuse industriels et de détecteurs d'émission plasma.




Retour à la base de connaissances





Produits apparentés

Selecteurr de Flux de gaz Ultra Haute Pureté - LDetek LDGSS
Détecteur d’émission de plasma pour GCs - LDetek PlasmaDetek 2
Intégration de système pour chromatographes en phase gazeuse- LDetek LDrack
Sélecteur de flux de gaz ultra haute pureté - LDetek LDP1000
Tête de mesure de l'activité de l'eau Bluetooth - Rotronic AwEasy


Vous voulez voir plus d'informations comme celle-ci ?

Inscrivez-vous à l'une de nos lettres d'information sur l'industrie et vous recevrez directement dans votre boîte aux lettres électronique nos dernières informations et réflexions sur le sujet !

S'inscrire