GC PED에서 Molecular Sieve 5A와 13X He 中 H2, N2, CH4 PPB 분석 최적화 연구

Abstract

박막 방식의 반도체 생산공정에서는 일반적인 gas(He, O2, N2 등)와 특수 gas(실레인(SiH4), 아르신(AaH3) 등)가 수 백가지 이상 사용되고 있다. 또한, 공정 수율 향상을 위하여 점점 더 높은 순도 Gas의 공급이 요구되고 있다. 이와 관련된 많은 기업들에서 Gas의 순도 및 Impurity의 양을 측정하기 위한 방식으로 크로마토그래프 분석 기법을 사용하고 있으며, 이러한 크로마토그래프에는 Gas 내의 Impurity를 순서대로 정지상과 이동상으로 분리할 수 있는 Column이 필수적으로 장착되어 있다. 그로 인하여 크로마토그래프 분석 기법은 장비 하나로 다양한 Impurity를 분석할 수 있다는 장점이 있는 반면, Trace Analyzer에 비해 분석 시간이 길다는 단점을 가지게 된다.

실제 사용되고 있는 다양한 Column 중에서 O2, N2, CO, CH4, H2 등의 Impurity를 분리할 수 있는 것으로 Molecular Sieve column이 주로 사용된다. Molecular Sieve Column에는 두 가지 유형이 있다. M.S 5A는 분리 능력이 높지만, 분리 시간이 길어 PPB 분석에 용이하다. M.S 13X는 분리능력이 낮으나 분석 시간이 짧아 PPM 분석에 용이하다. 본 실험에서는 M.S 5A와 M.S 13X를 혼합하여 H2, N2, CH4 in He gas 분석의 최적 분석 조건을 설정했다. OVEN #1과 #2 모두에 기준으로 삼은 M.S 5A를 적용한 실험에서 약 100 PPB 농도의 Impurities가 들어간 Sample gas를 투입하였을 때 최종적으로 1,100초로 분석이 완료되었다. 다양한 실험을 진행 한 결과 M.S 5A(50%), 13X(50%)를 각각 혼합하여 충진한 Column을 Oven #1에 적용하고 M.S 5A를 OVEN #2에 적용하였을 때 기준과 유사한 Peak의 크기 및 농도 수치가 측정되었으며, 분석 시간은 810초로 M.S 5A 두개를 사용했을 때 보다 약 26% 감소하는 결과가 나타났다.