第二章 文獻回顧
2.6 氣體偵測系統簡介
半導體工廠使用多樣之特殊氣體，其特性有：腐蝕性、氧化性、易燃性、
自燃性、毒性。為維護廠內人員安全、環境保護、公司財產、故需完善的氣 體安全監測系統。氣體偵系統設置目的為當體氣外洩時，自動作出適當處置(廣 播自動疏散，關斷供應源，啟動空調系統監控氣體供應狀態，作為氣瓶使用 管理的依據)，一般可偵測及控制的氣體種類有毒性氣體、易燃性氣體、及氧 氣等特殊氣體。
Gas Cabinet 是一種金屬閉密空間提供局部排氣系統，保護氣體鋼瓶，製 程氣體氣瓶櫃的供應系統大都採取三鋼瓶方式(一瓶為使用中的製程氣體，另 一瓶為備用的製程氣體，一瓶為 purge 管路用 GN2/PN2)，以供應製程氣體經 過各種閥及配件至 VMB(Valve Manifold Box；簡稱 VMB)至 Gas Panel 供各 製程機台[1]，使這各氣體傳輸過程進行的一種系統。主要的配件：壓力調節 器（Pressure Regulator）、閥（Valve）、管件與其他配件及流量控制裝置。
一般氣體偵測器安裝的位置如圖 2-12。
圖 2-12：GMS Detectors 安裝位示意圖
氣體偵測器工作原理有半導體式、電化學式(electrochemistry)、比色分析 器 (colorimetric analyzer) 、 傅 立 葉 轉 換 紅 外 光 譜 儀 (Fourier Transform InfraRed Spectrometer)等四種方式。
2.6.1 半導體式
監測器靈敏度高，以監測低濃度(ppm level)之氣體為最常見，一般可用於 毒性及爆炸性氣體之監測。半導體式感測器(Semi-Conductive Detector)：半 導體式感測器的感測元件可分為氧化鋁基板、金屬電極與 SnO2、ZnO2、Fe2O3
等感測層之三個部分，如圖 2-13 所示。當反應性氣體吸附於感測層後，由於 氣體氧化還原作用，會產生電阻的變化，得知電流值訊號的改變。此類型之 感測器則可應用於可燃、氧化或還原性氣體上。
圖 2-13: 氣體濃度與半導體監測器輸出訊號關係
2.6.2 電化學式監測器
主要分為三類：定電位電解式、隔膜離子電極式、與膜加羅瓦克電池式三 種，其中以定電位電解式最常見。定電位電解式監測器係將兩電極浸置在一 液狀、膠狀或飽和多孔性固態電解質中，參考電極在於使對電極保持固定電 位，當欲分析的氣體溶入電解液內，於作用電極發生''氧化或還原反應，同時 對電極發生相對應之還原或氧化反應。
圖 2-14: 電化學式監測器工作原理圖說
2.6.3 比色分析器(colorimetric analyzer)
主要分為檢知管及色帶式監視器(chemcassette optical method)，藉由氣 吸附於固相上與顯色劑反應而造成顏色變化。色帶式監視器在其色帶上塗覆 有特殊試劑，環境空氣中若有待測氣體存在時，該氣體會與試劑反應，使紙 帶變色。Implanter 用之 source gas 即以此原理偵測。
圖 2-15: 比色分析器偵測原理圖說
2.6.4 傅立葉轉換紅外光譜儀(FTIR)
0~100 ppm
‧ 選擇性較差
0.3~50 ppm (選擇性佳)
0~2000 ppm
‧ 可能需補充電解液或 可作即時偵測(real-time measurement) 除O2、N2、H2等雙原子分
子氣體以外；
如碳氫化合物、NH3等 紅外光
(IR)
0~1000 ppm
‧ 缺氧狀態下無法操作
0~100 ppm
‧ 選擇性較差
0.3~50 ppm (選擇性佳)
0~2000 ppm
‧ 可能需補充電解液或 可作即時偵測(real-time measurement) 除O2、N2、H2等雙原子分
子氣體以外；
如碳氫化合物、NH3等 紅外光
(IR)
0~1000 ppm
‧ 缺氧狀態下無法操作