Local Scrubber效率评估方法简介

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1、LocalScrubber效率評估方法簡介許榮男副研究員工研院環安中心前言半導體製程原物料與副產物中含有多種危害性氣體，這些危害物有些有腐蝕管線的危險，有些與它種危害物相遇或累積大量濃度時有火災爆炸的危險，為避免這些危害的發生，目前半導體廠大都會在機台近端裝設LocalScrubber以處理危害性氣體。在台灣所使用之LocalScrubber約有十幾種廠牌型號，而依其原理大概可分成下列幾類:(1)電熱水洗式;(2)燃燒水洗式(3)填充水洗式;(4)乾式吸附式。各類型LocalScrubber各有其優缺點，端視使用者的需求而決定應使用何種形式

2、廠牌之Scrubber。選擇LocalScrubber時一般應考量重點包含設置成本、使用維護成本、PM頻率與難易度、安全性及實廠處理效率等，其中實廠處理效率為最重要的考量之一。傳統上，對於LocalScrubber的處理效率並無明確的驗證方法，一般只要Scrubber後端氣體的體積濃度符合法規所規定的恕限值或排放容許濃度即可。然而，這樣的規範卻有一極大的缺點，即對某ㄧScrubber而言，不論其實際的處理效率為何，只要用大量的空氣或氮氣來稀釋都可以達到這樣的要求，除了花錢還得不到應有的效果外，稀釋後的大量氣體對廠務系統造成龐大的負荷，也隱藏

3、著不少的危害，此外，傳統的採樣方法也無法測知不預期的副產物，對於Scrubber的整體去除效果無法得知。為正確地暸解LocalScrubber的處理效率，應同時量測LocalScrubber前、後端的製程尾氣成份及其濃度，並量測兩端之空氣流量，以求得製程尾氣的質流量趨勢圖，將此前、後端的質流量趨勢圖積分後，即可得知此一LocalScrubber的實際處理效率。Scrubber效率評估系統目前對於Scrubber的最佳評估方式是採用世界半導體委員會(WSC)所認定的兩種製程尾氣分析儀器，FTIR(霍氏紅外光譜儀)與QMS(四極柱質譜儀)，即時

4、量測製程尾氣的組成成份和濃度。其中FTIR(Fouriertransforminfraredspectrometers)偵測原理是利用氣體分子吸收紅外光區特定波長的能量來改變分子的震動或轉動狀態，而產生特定的紅外光吸收圖譜(不同氣體分子對不同的波長吸收相異)。透過紅外光吸收圖譜和標準圖譜的比對就可以了解其物種－定性，而物種的濃度則遵循比爾定律(Beer’sLaw)來計算，即A＝abc。其中A是吸收度，a是吸收係數，b是光徑長度，c是物種的濃度，利用這個關係就可以利用已知的標準圖譜求得固定光徑內物種的濃度變化－定量。FTIR重要特點如下:1.

5、即時監測，避免取樣時段不當所造成的錯誤結果。2.能同時監測多種化合物，符合半導體尾氣監測的需求。3.FTIR測得的紅外光譜可長期保存、重複分析。FTIR在製程尾氣量測的主要限制在於無法偵測同原子雙原子分子(如F2,Cl2)，因此，必要時可使用“製程尾氣分析儀”(RGA,為QMS的ㄧ種)來彌補此一不足。RGA乃利用四極柱質譜儀的原理來辨識氣體的種類及其濃度，待測氣體先經過高能電子(70eV)區而陽離子化，帶正電的氣體離子緊接著進入四極柱區，藉由調整四極柱區電場的頻率，不同的陽離子群因其質荷數(m/z)的差異而分離，對於每個電場頻率，僅特定質荷

6、數的陽離子能通過四極柱區而為後端的(離子)偵測器所測得，經由不斷地調整四極柱區電場的頻率，所有氣體之質譜圖便可獲得。為評估Scrubber的處理效率，應同時使用兩台FTIRs(必要時再輔以RGA)量測Scrubber前、後端氣體的體積濃度，其採樣配置如圖1所示。製程尾氣(如SiH4,C2F6…)經機台後方的Drypump抽氣並以N2purge後進入LocalScrubber，經LocalScrubber處理過的尾氣再排到廠務風管。位於Scrubber前、後端的FTIRs分別利用ㄧ台抽氣馬達將製程尾氣引進FTIR的氣體腔(Gascell)，經

7、紅外光照射後，尾氣再排至同類製程之Scrubber。為避免尾氣中的微粒污染氣體腔，尾氣在進入氣體腔之前先用一孔徑為1μm的Teflon濾紙過濾。一般而言，因LocalScrubber前端尾氣的濃度極高，所以前端FTIR的氣體腔其光徑通常使用1或10公分，而後端濃度通常較低，故FTIR使用的氣體腔其光徑為1或10公尺。圖1LocalScrubber效率評估採樣系統圖Scrubber效率計算方式除了FTIR量得的體積濃度外，欲正確地獲知LocalScrubber的處理效率，仍需以LocalScrubber前、後端化合物的進出質量來計算。若量測點

8、的條件接近常溫常壓，可以下列方法來表示Scrubber的處理效率:Ai=Q´Ci´(10-3)/24.5´MwiWi=´tscanEfficiency=(1-Wiout/Wiin