ETAI TECH / GAS IMPURITY MONITORING

氣體不純物監控系統

毅泰成推出高度客製化的「氣體不純物監控系統」服務。使用高靈敏度殘餘氣體分析（RGA）質譜技術，能精準即時監測氣體管路內的氣體成分，偵測管路氣體內的水氣（H₂O）、氧氣（O₂）、氮氣（N₂）及碳氫化合物等微量污染物。

一、殘餘氣體分析儀（RGA）之核心檢測原理

殘餘氣體分析儀（Residual Gas Analyzer，簡稱 RGA）本質上是一臺小型化的四極桿質譜儀（Quadrupole Mass Spectrometer，QMS）。其運作與檢測機制包含：

離子化（Ionization）
氣體樣品進入離子源後，透過燈絲（Filament）發射熱電子撞擊氣體分子，使其失去電子而轉帶正電（形成離子）。
質荷比篩選（Mass-to-Charge Filtering）
產生的離子進入由四根高精度金屬桿組成的四極桿。透過施加特定的直流電（DC）與射頻交流電（RF）電場，僅允許符合特定質荷比（m/z）的目標離子通過，其餘離子則會撞擊金屬桿被中和排除。
微量訊號偵測
通過篩選的離子抵達偵測器（如法拉第杯 Faraday Cup 或二次電子倍增器 C-SEM），轉化為微弱電流訊號。透過電流大小精準換算該氣體成分的分壓（Partial Pressure）與濃度。

在高純度的氮氣（N₂）或氬氣（Ar）背景環境中，RGA 能夠利用其高靈敏度，精準捕捉低至 ppm（百萬分之一）等級的微量不純物，如水氣 H₂O、氧氣 O₂、氫氣 H₂、一氧化碳 CO、二氧化碳 CO₂ 及碳氫化合物。

為了將一般實驗室等級或真空腔體專用的 RGA，轉化為能夠適應高科技廠務端（Facility）高壓、連續運作的專屬監控系統，必須進行高度的系統整合與工程設計，其主要架構包含：

高效減壓與取樣模組
Sampling & Pressure Reduction System
- 廠務端輸氣管線中的氮氣或氬氣通常處於中高壓狀態，而 RGA 內部的質量分析器與離子源必須維持在極高真空（通常低於 10⁻⁴ Torr）環境下才能正常運作。
- 系統整合了高精度的多級減壓閥、毛細管取樣進樣口（Capillary Inlet）或差動抽氣系統（Differential Pumping System），確保能從主氣體管線中連續、穩定地取樣，同時將壓力降至 RGA 可承受的安全範圍。
獨立真空獲得與保護單元
Vacuum Pumping & Protection
- 配置專屬的小型渦輪分子泵（Turbo Molecular Pump，TMP）與乾式前級泵（Dry Backing Pump），提供獨立的高真空環境。
- 內建總壓力計與連鎖保護機制（Interlock）：當取樣端壓力異常飆升或系統發生突發洩漏時，系統能自動關閉閥門並切斷燈絲電源（Filament Shut-off），保護昂貴的質譜儀組件不受損壞。
自動化控制與數據採集軟體
Software & Automation
- 搭載專屬的監控軟體，支援即時（Real-Time）趨勢圖表繪製、質譜掃描與不純物歷史數據記錄。
- 具備多通道警報設定（Alarm Thresholds）：當偵測到特定不純物（如 O₂ 或 H₂O）瞬間超標時，能立即觸發聲光警報或連鎖關閉氣源閥門。
- 支援工業標準通訊協定（如 Modbus、PLC 整合、SECS/GEM 等），方便直接接入廠務監控系統（FMS）或中央控制室。

即時性（Real-Time Monitoring）
傳統的氣體分析多依賴採樣球袋（Gas Sampling Bag）帶回實驗室以氣相層析儀（GC）或質譜儀進行離線分析（Off-line Analysis），耗時且無法掌握瞬時變化。此系統能提供秒級的反應速度，第一時間揪出微量污染。
現場性（In-Situ Monitoring）
設備直接安裝在半導體廠、光電廠或化學氣相沉積（CVD）等製程的氣體供應源頭或分歧管（Gas Box / VMB）末端，不需破壞管線結構即可在現場進行連續在線監測，大幅降低因氣體不純導致整批晶圓報廢或設備停機的風險。