Аналіз вмісту кисню у виробництві напівпровідників та електроніки

Посібник із моніторингу кисню та технологічних газів надвисокої чистоти

Кисневі аналізатори та електрохімічні кисневі сенсори Southland Sensing підтримують виробництво напівпровідників надвисокої чистоти (UHP), перевіряючи чистоту технологічного газу, захищаючи чутливі до кисню процеси та підтримуючи інертну атмосферу протягом виготовлення пластин, епітаксіального вирощування, дифузійних печей, упаковки напівпровідників та виробництва електроніки. Від аналізу кисню в частинах на мільярд до безперервного моніторингу процесів, наші рішення допомагають максимізувати вихід пристроїв, підвищити надійність продукції та зменшити дороге забруднення.

Огляд

Виробництво напівпровідників та електроніки вимагає одних з найвищих рівнів чистоти технологічного газу, що зустрічаються в будь-якій галузі. Від виготовлення пластин та епітаксіального вирощування до вдосконаленої упаковки та складання друкованих плат, навіть слідове забруднення киснем може знизити вихід продукції, погіршити продуктивність пристрою та вплинути на довгострокову надійність продукції. Оскільки виробництво напівпровідників продовжує рухатися до менших геометрій пристроїв та більш досконалих технологічних процесів, вимірювання кисню еволюціонувало від моніторингу частин на мільйон до вимірювання надвисокої чистоти (UHP) у діапазоні частин на мільярд.

Компанія Southland Sensing спеціалізується на ультраслідовому аналізі кисню для надвисокопродуктивних технологічних газів, що використовуються у виробництві напівпровідників. Наші електрохімічні аналізатори кисню забезпечують безперервне вимірювання вмісту кисню в частинах на мільярд для перевірки чистоти газу, виявлення потрапляння кисню та підтримки інертної атмосфери, необхідної для критично важливих виробничих процесів. Незалежно від того, чи йдеться про моніторинг високочистого азоту, аргону, водню чи спеціальних технологічних газів, безперервний аналіз кисню допомагає захистити чутливі матеріали, зменшити забруднення та максимізувати виробничий вихід.

Протягом усього процесу виробництва напівпровідників моніторинг кисню відіграє вирішальну роль у захисті як виробів, так і обладнання. Наднизькі концентрації кисню необхідні для дифузійних печей, систем епітаксіального вирощування, реакторів CVD та MOCVD, середовищ для роботи з пластинами, рукавичних боксів для напівпровідників та систем розподілу надвисокого тиску (UHP), де навіть сліди кисню можуть вплинути на стабільність процесу. Під час складання електроніки паяння оплавленням з низьким вмістом кисню мінімізує окислення та покращує якість паяних з'єднань, тоді як у чистих приміщеннях та зонах зберігання газів моніторинг кисню допомагає захистити персонал від атмосфер з дефіцитом кисню, що створюються великими обсягами інертних технологічних газів.

У цьому посібнику із застосування розглядаються критичні точки вимірювання кисню, що зустрічаються у виробництві напівпровідників та електроніки, пояснюється, де потрібен моніторинг кисню в частинах на мільярд, а також рекомендуються аналізатори Southland Sensing та електрохімічні датчики кисню, які найкраще підходять для кожного застосування.

Критичні застосування моніторингу кисню в напівпровідниках:

Моніторинг рівня кисню в печі для дифузійної обробки кремнієвих пластин
Контроль рівня кисню в процесі термічного окиснення
Ultra-High Purity (UHP) Nitrogen & Argon Purge Verification
Чистота технологічних газів у реакторах CVD / MOCVD
Моніторинг азотного середовища при пайці оплавленням
Перевірка азотної подушки при пайці хвилею припою
Контроль інертної атмосфери при монтажі друкованих плат
Моніторинг газів надвисокої чистоти (UHP) у виробництві складних напівпровідників (GaAs, InP, GaN)
Контроль атмосфери у виробництві світлодіодів та фотоелектричних елементів
Моніторинг газів у процесі виготовлення MEMS
Системи розподілу газів надвисокої чистоти (UHP) та моніторинг рівня кисню в газових шафах
Моніторинг безпеки в чистих приміщеннях та системі технологічних газів
Зберігання електронних компонентів та робота в інертній атмосфері
Приміщення з низькою вологістю, бокси з рукавами та середовища з контрольованим складом
Інтеграція обладнання для виробництва напівпровідників (OEM)

Чому моніторинг рівня кисню важливий у виробництві напівпровідників та електроніки: Навіть рівні забруднення киснем у мільярдних частинах можуть знизити вихід напівпровідників, порушити суворо контрольовані технологічні рецепти та поставити під загрозу надійність продукції. Безперервний моніторинг кисню допомагає перевірити якість технологічного газу надвисокої чистоти, підтвердити цілісність інертної атмосфери, виявити потрапляння кисню до того, як він призведе до утворення браку, та захистити персонал від небезпек, пов'язаних з дефіцитом кисню, в середовищах азоту, аргону, водню та спеціальних газів.

Рекомендовані аналізатори для моніторингу технологічних газів надвисокої чистоти (UHP)

OMD-675

Аналізатор кисню для вимірювання ультранизьких концентрацій

Призначений для безперервного моніторингу кисню надвисокої чистоти (UHP) у системах розподілу газів для напівпровідникових процесів, дифузійних печах, реакторах осадження та інших чутливих до кисню виробничих процесах. OMD-675 забезпечує безперервне вимірювання вмісту кисню в частинах на мільярд та наднизьких ppm, забезпечуючи чутливість, необхідну для перевірки чистоти азоту, аргону, водню та спеціальних технологічних газів напівпровідникового класу в точці використання. Повнофункціональний з виходами 4–20 мА, зв'язком Modbus RTU та безшовною інтеграцією в системи SCADA, DCS та системи керування технологічними процесами загального виробництва.

Змінні датчики кисню

Пряма заміна (встановлюється без переробок)

Компанія Southland Sensing виробляє високоякісні електрохімічні змінні кисневі датчики для рукавичних боксів та систем інертної атмосфери, встановлених по всьому світу. Незалежно від того, чи потрібно обслуговувати існуючі аналізатори Southland, чи замінювати датчики в багатьох популярних кисневих моніторах сторонніх виробників, наші датчики відновлюють точні вимірювання кисню, скорочують час простою та подовжують термін служби критично важливого моніторингового обладнання.

✓ Електрохімічні датчики · OEM-аналоги та заміна продукції конкурентів

OMD-507

Компактний кисневий аналізатор OEM-виконання

OMD-507 — це компактний аналізатор кисню, розроблений для безперешкодної інтеграції в бокси з рукавичками та обладнання OEM, що працює в середовищі інертного газу. Завдяки компактним розмірам, гнучким варіантам монтажу та надійній електрохімічній технології вимірювання кисню цей прилад є чудовим вибором для виробників боксів, яким потрібен надійний контроль рівня кисню без втрати цінного простору всередині корпусу чи на панелі керування.

✓ Контроль потоку в лінії · Моніторинг точки використання

OMD-640

Портативний експрес-контроль (рівня ppb)

OMD-640 — це портативний прилад для вимірювання вмісту кисню на рівнях часток на мільярд (ppb) та наднизьких рівнях часток на мільйон (ppm) у системах подачі технологічних газів для виробництва напівпровідників. Він дозволяє швидко перевіряти якість азоту, аргону, водню та спеціальних газів надвисокої чистоти (UHP). Прилад ідеально підходить для введення систем подачі газу в експлуатацію, атестації газових шаф, виявлення витоків, проведення профілактичного обслуговування та діагностики несправностей різноманітного технологічного обладнання.

✓ Портативний аналіз вмісту кисню на рівні часток на мільярд (ppb) · Перевірка технологічних газів надвисокої чистоти (UHP)

Вимоги до моніторингу рівня кисню, специфічні для технологічного процесу

Дифузійні печі та термічне окиснення

У процесах дифузії в кремнії та його термічного окиснення концентрація кисню в атмосфері печі є ключовим технологічним параметром, що безпосередньо визначає швидкість і якість росту оксиду, профілі дифузії домішок та густину станів на межі поділу Si/SiO₂. Як процеси цілеспрямованого окиснення (що вимагають підтримання точної концентрації O₂), так і процеси відпалу в інертному середовищі (де необхідно виключити присутність кисню для запобігання небажаному окисненню) залежать від точного й безперервного вимірювання вмісту кисню в газовому потоці, що подається до печі.

Наші аналізатори кисню для вимірювання ультранизьких концентрацій забезпечують чутливість на рівні нижче 1 ppm і швидкодію, необхідні для моніторингу складу атмосфери в печі в режимі реального часу, виявлення моментів перемикання газів, а також для підтвердження того, що чистота технологічного газу відповідає встановленим вимогам як до початку, так і під час виконання кожного циклу термічної обробки.

Паяння оплавленням та монтаж друкованих плат

Процес оплавлення припою в середовищі азоту широко застосовується у виробництві електроніки для запобігання окисленню міді та контактних майданчиків, покращення змочуваності припоєм, зменшення кількості порожнин у паяних з’єднаннях і подовження терміну придатності паяльної пасти до використання. Ефективність захисного азотного середовища безпосередньо залежить від підтримання рівня кисню в зоні оплавлення нижче граничного значення, визначеного для конкретного сплаву припою та хімічного складу флюсу: зазвичай це 100–1000 ppm O₂ для стандартного безсвинцевого паяння та менш як 50–100 ppm для складних технологічних процесів із використанням компонентів із малим кроком виводів та виробів підвищеної надійності.

Безперервний онлайн-моніторинг рівня кисню на вході, у зоні пікових температур та на виході з печі оплавлення забезпечує підтвердження в реальному часі того, що цілісність азотного середовища зберігається протягом усього термопрофілю, а також миттєво сповіщає операторів, якщо рівень кисню перевищує встановлене значення внаслідок перебоїв у подачі азоту, погіршення герметичності дверцят або зміни швидкості конвеєра.

CVD, MOCVD та вирощування складних напівпровідників

Процеси хімічного осадження з газової фази (CVD) та металоорганічного хімічного осадження з газової фази (MOCVD) для напівпровідникових сполук (GaAs, InP, GaN, InGaAs та інших) вимагають використання технологічних газів надзвичайно високої чистоти, у яких вміст домішок кисню та вологи зазвичай перебуває на рівні часток на мільярд (ppb). Навіть незначні сліди кисню в газі-носії (як правило, H₂ або N₂) або в потоках реагентів можуть призвести до появи дефектних станів в епітаксійному шарі, погіршення рухливості носіїв заряду, підвищення фонової концентрації домішок і зниження робочих характеристик приладів.

Моніторинг вмісту кисню безпосередньо на вході газової панелі — перед самим реактором — забезпечує максимально раннє виявлення погіршення чистоти газу та дозволяє зупинити процес до того, як забруднений газ потрапить до камери росту й на пластину.

Інші аспекти встановлення:

Конструкція системи відбору проб є особливо важливою в напівпровідникових та електронних застосуваннях, де потоки технологічного газу знаходяться під різним тиском, можуть містити реакційноздатні речовини, і де навіть сама система відбору проб не повинна забруднювати киснем. Усі матеріали системи відбору проб, що контактують з середовищем — трубки, фітинги, клапани та контролери потоку — повинні бути виготовлені з матеріалів, призначених для роботи з напівпровідниками надвисокої чистоти (UHP), зазвичай з електрополірованої нержавіючої сталі 316L з компресійними фітингами VCR або Swagelok для мінімізації виділення газів та потенційних витоків.

Для моніторингу безпосередньо в місці використання в лініях подачі технологічного газу під високим тиском перед аналізатором необхідно передбачити відповідне зниження тиску. Витрата газу через аналізатор має підтримуватися в межах установленого діапазону для забезпечення точності та відтворюваності вимірювань.

Компанія Southland Sensing надає інженерну підтримку, допомагаючи з проєктуванням систем відбору проб, вибором матеріалів та наданням рекомендацій щодо монтажу для процесів виробництва напівпровідників та електроніки. Зв’яжіться з виробником, щоб обговорити склад технологічного газу, тиск, параметри потоку та вимоги до чистоти.

Критерії вибору датчиків для застосування у сфері напівпровідників та електроніки:

Чутливість на рівнях нижче ppm та ppb Чутливість на рівнях нижче ppm та ppb
UHP-compatible wetted materials Матеріали, що контактують із середовищем і сумісні з UHP-системами
Швидкий час реакції — має вирішальне значення для систем керування технологічними процесами, де необхідне швидке виявлення відхилень параметрів атмосфери для захисту пластин і підкладок безпосередньо в процесі обробки та запобігання утворенню браку.
Може бути замінено в польових умовах менш ніж за кілька хвилин — заміна датчика без використання інструментів; термін служби датчика зазвичай становить 24–60 місяців залежно від умов технологічного газу та рівня впливу кисню.
Варіанти інтеграції OEM — Доступні варіанти у форматі панелі 1/4 DIN та компактні лінійні конфігурації для безпосередньої інтеграції в технологічне обладнання для виробництва напівпровідників і системи подачі газів.

Зверніться до нашого Посібник із сумісності датчиків кисню (O₂) щоб підтвердити правильність вибору датчика для вашої моделі аналізатора та технологічного процесу.

Часті запитання

Які рівні вмісту кисню зазвичай встановлюються для азоту й аргону, що використовуються у технологічних процесах виробництва напівпровідників?

Так. Деякі з наших конфігурацій електрохімічних датчиків кисню сертифіковані для використання в технологічних газових потоках із водневим фоном. Використання водню як газу-носія вимагає ретельного підбору датчика для забезпечення сумісності та точності вимірювань; зверніться до нашої команди інженерів із технічного застосування, щоб узгодити правильну конфігурацію датчика й аналізатора відповідно до конкретного складу технологічного газу та діапазону концентрації кисню у вашому процесі MOCVD.

Цільові рівні вмісту кисню під час паяння оплавленням залежать від типу припою, хімічного складу флюсу та вимог до процесу складання. Для стандартного безсвинцевого паяння (сплавами SAC) для суттєвого покращення змочуваності зазвичай достатньо рівня кисню в межах 500–1000 ppm. Водночас для монтажу компонентів із малим кроком виводів (fine-pitch), корпусів типу BGA, а також електроніки підвищеної надійності (аерокосмічна та медична галузі) часто встановлюються вимоги щодо рівня кисню 50–200 ppm або нижче. Наші інженери з технічної підтримки допоможуть підібрати відповідний діапазон вимірювань з урахуванням специфіки вашого технологічного процесу.

Так. Моделі, зокрема OMD-675, оснащені налаштовуваними релейними виходами сигналізації та аналоговими виходами 4–20 мА, які можна використовувати для організації технологічних блокувань, аварійного вимкнення обладнання, а також для інтеграції із загальнозаводськими системами керування технологічними процесами та системами управління аварійною сигналізацією. Також передбачено можливість цифрового зв’язку за протоколом Modbus RTU для безпосередньої інтеграції з промисловими контролерами (ПЛК) та системами розподіленого керування (DCS).

The OMD-640 portable trace oxygen analyzer is the standard tool for leak detection and distribution system integrity verification in semiconductor gas systems. By sampling at multiple points along the distribution system — gas cabinet outlets, point-of-use panels, tool gas inlets — any location where oxygen is being introduced through a leak or faulty fitting can be quickly identified. For permanent monitoring of individual delivery points, the OMD-507 in-line transmitter provides continuous real-time data at each critical measurement location.

OSHA вимагає постійного моніторингу рівня кисню в навколишньому середовищі в будь-якій зоні, де може утворитися атмосфера з дефіцитом кисню. На напівпровідникових заводах це включає чисті приміщення з подачею азоту та аргону наливом, зони розподілу газів на підзаводах, приміщення з газовими шафами, відсіки для обладнання та будь-які закриті приміщення зі значним споживанням інертного газу. Монітори рівня кисню серії OMD-351 забезпечують безперервне вимірювання рівня кисню в повітрі приміщення з виходами сигналізації для систем оповіщення про евакуацію. Зверніться до нашої команди з питань застосування, щоб обговорити рекомендації щодо розміщення точок моніторингу відповідно до вашого конкретного планування об'єкта.

У виробництві напівпровідників та електроніки чистота технологічного газу та контроль атмосфери не є другорядними проблемами, а є фундаментальними параметрами процесу, які безпосередньо визначають вихід пристрою, якість продукції та економіку виробництва. Одиничний випадок викиду кисню в дифузійній печі, печі оплавлення або реакторі CVD може означати браковані пластини, несправні плати або деградовані епітаксіальні шари, що становить значні втрати. Southland Sensing пропонує повний асортимент аналізаторів слідів кисню — від стійкових приладів із вмістом менше ppm для контролю виробничих процесів до компактних панельних аналізаторів для інтеграції обладнання OEM — спеціально розроблених для задоволення потреб вимірювання у виробництві напівпровідників та електроніки.

Потрібна допомога з уточненням характеристик?

Наші інженери з технічного застосування допомагають із вибором датчиків, їхнім монтажем та питаннями щодо роботи у вибухонебезпечних зонах.

sales@sso2.com
1-949-398-2879

Супутні застосування у виробництві напівпровідників та електроніки

Готові визначити параметри свого рішення?

Наші інженери з технічної підтримки готові допомогти з вибором датчиків, надати рекомендації щодо їх встановлення та відповісти на будь-які додаткові запитання.