從 ppm 到 ppb
半導體制程裡，真正難控制的，可能不是氣體，而是「濃度」。
晶圓尺寸越來越大、線寬越來越小，制程對氣體純度、流量與濃度的要求也越來越嚴格。在
CVD、ALD、Etch、Cleaning，以及各類
Process Gas Monitoring 應用中，氣體就不只是「送進設備」這麼簡單。
濃度差一點，會不會影響制程？
流量變化，分析結果還可信嗎？
ppm 甚至 ppb 等級的氣體，真的能被準確產生嗎？
Analyzer 的校正氣體，又是如何被確認的？
這些問題的背後，都指向同一件事Gas
Concentration Control，而這正是 Ultra High Purity Gas Dilution & Gas Mixing 發揮作用的地方。
一瓶標準氣體，不代表你擁有所有濃度
假設手上有一瓶 100 ppm Standard Gas，但今天的測試需要50、20
、10、5、1
ppm，難道每一個濃度都準備一支標準氣體？
對半導體實驗室而言，這不僅增加標準氣體的數量，也增加鋼瓶管理、儲存與更換的負擔。
更重要的是，如果需要建立 Analyzer 的 Calibration Curve，單一濃度又怎麼完成多點校正？
因此，比「準備很多濃度的標準氣體」更有效率的方式，是透過精密的 Gas Dilution
System，利用高純度 Balance
Gas 將標準氣體依照設定比例稀釋。
例如：
100 ppm
↓ 精密稀釋
50 ppm
↓ 再稀釋
10 ppm
↓ 再稀釋
1 ppm
從一個標準氣體來源，建立不同濃度的測試條件。Environics Series 4040UHP
即可提供從 percent 到 ppb 等級的氣體濃度，並支援單點或多點
Calibration。
氣體稀釋系統不只是「把氣體變淡」
半導體制程中，稀釋系統可以成為 Process Development、Gas
Analysis、Analyzer
Calibration 與 Process
Monitoring 之間的重要橋樑。
01｜RGA：Residual Gas Analysis：讓分析儀器知道「多少才算多少」
在半導體制程中，RGA（Residual Gas Analyzer）等氣體分析設備需要具備可靠的濃度回應。問題是Analyzer 顯示 10 ppm，真的就是
10 ppm 嗎？
要回答這個問題，就需要已知濃度的標準氣體，透過 Gas
Dilution System，可以建立Zero → Low
→ Mid → High不同濃度的標準氣體，進一步建立 Multi-point Calibration Curve。
例如： 0 ppm → 1 ppm → 5 ppm → 10
ppm → 50 ppm，再將 Analyzer 的
Response 與實際濃度進行比對。
如此才能滿足以下需求，也是為什麼「精准產生校正氣體」會成為半導體氣體分析的重要環節。
1.
Accuracy
2.
Linearity
3.
Repeatability
4.
Response
5.
Detection Capability
02｜Trace Gas：從 ppm 走向 ppb
半導體真正棘手的地方，往往不是高濃度。而是Trace Level
Gas，當目標濃度進入
ppm、甚至 ppb 等級，任何額外的污染、殘留或濃度偏差，都可能影響測試結果。因此，氣體稀釋系統本身也必須考慮Purity、Leak、Dead
Volume、Material
Compatibility與Repeatability。
Environics 的 UHP 系統採用 Metal Seal MFC、Orbital Welded Joints、VCR fittings，並降低內部
Dead Volume，同時維持低洩漏率，以降低外部大氣污染進入校正氣體的風險。官方資料列出的
UHP 系統洩漏測試能力可達 1 × 10⁻⁹ ATM cc/sec
He 或更佳。
對 ppb 等級應用而言，設備不是只有「准不准」的問題，還要問「在這麼低的濃度下，系統本身會不會成為污染來源？」
03｜CVD / ALD：建立可重複的氣體條件
在薄膜沉積相關制程中，氣體組成與濃度會直接關係到制程條件。尤其在 化學氣相沉積(CVD，Chemical
Vapor Deposition） 與 原子層沉積(ALD，Atomic
Layer Deposition） 等應用中，氣體的精准控制尤其重要。
例如在制程開發階段，可以設定不同的氣體濃度：
Condition A：1 ppm
Condition B：5 ppm
Condition C：10 ppm
Condition D：20 ppm
再比較不同條件下的薄膜厚度(Film
Thickness)、薄膜均勻性(Film
Uniformity)、沉積速率(Deposition
Rate)、表面特性(Surface
Properties)，這樣一來，「改變氣體濃度」就不再只是依賴更換不同鋼瓶，而可以透過系統化的
Gas Mixing / Gas Dilution 建立可重複的實驗條件。
半導體製造對 UHP gases 具有高度需求，包含 Atomic Layer Deposition 以及 殘餘氣體分析(Residual Gas Analysis) 等應用。
04｜Gas Monitor：測得到，還要測得准
制程監控設備最重要的能力之一，就是在低濃度下辨識異常。因此，Gas
Monitor 不只是需要「有訊號」。而是需要知道，這個訊號到底對應多少濃度？
透過已知濃度的 Trace Gas，可以模擬不同污染濃度，進行以下程式，使 Gas Dilution System 成為 Gas Analyzer / Gas Monitor 驗證流程中的重要工具。
Zero Calibration
↓
Span Calibration
↓
Multi-point Calibration
↓
Response Verification
↓
Detection Capability Evaluation
05｜Process Development：不用一直換鋼瓶，也能快速建立條件
對 R&D Lab 而言，另一個很實際的價值是，把「換氣瓶」變成「改設定」，傳統方式流程是，換鋼瓶
→ 更換管路 → Purge → 穩定 → 測試，當測試濃度很多時，實驗效率會受到明顯影響。
而透過電腦控制的 Gas Mixing / Dilution System，可以直接設定目標濃度與總流量，由系統自動計算各路氣體所需流量。
以 Environics 系統而言，Mass
Flow Controller 的校正資料可儲存於系統中，並可自動計算 Dilution /
Span Gas Flow。
對需要大量條件測試的 Process
Development Lab 而言，這意味效能：
1.
更多濃度點
2.
更少人工作業
3.
更高重複性
4.
更容易建立標準化測試流程
一套系統，串起半導體的「標準氣體 → 校正 → 分析 → 制程」
如果把應用放在一起看，Gas
Dilution System 的角色會更加清楚。Process
Monitoring / Process Development，這不是單純的一台「氣體稀釋器」，而是一個可以連接以下功能的精准氣體控制平臺。
1.
氣體標準Gas Standard
2.
氣體校準Gas Calibration
3.
微量氣體分析Trace Gas Analysis
4.
過程監測Process Monitoring
5.
制程開發Process
Development
為什麼半導體應用需要 UHP Configuration？
對一般氣體混合而言，「比例正確」可能就足夠，但半導體應用多了一個關鍵要求，不能讓設備本身改變原本的氣體，因此
UHP Configuration 的價值就在於降低污染與洩漏風險。
–
Metal Seal MFC 降低材料釋放與氣體污染風險。
–
Orbital Welded Joints 減少接點與潛在洩漏路徑。
–
Minimal Dead Volume 降低不同氣體切換時的殘留影響。
–
Low Leak Rate 降低外部環境進入氣體系統的可能性。
–
NIST Traceable Calibration 讓流量控制具有可追溯的校正基礎。
Environics 的MFC 可使用可追溯至 NIST 的 Primary Flow Standard
進行校正，符合半導體應用的 Accuracy、Repeatability 與
Traceability 需求。
真正的問題，不是「能不能稀釋」，而是，你能不能相信稀釋後的濃度？當目標從%，走向ppm，再走向ppb，測試的要求就不再只是 Flow
Control。
而是，Accuracy × Repeatability ×
Purity × Traceability，四者缺一不可，這也是半導體制程與一般氣體應用最大的不同。
從 ppm 到 ppb，讓每一個濃度都有依據
半導體制程不允許「大概」這件事，尤其當分析儀器需要進行
Calibration、制程需要建立不同氣體條件、Gas Monitor
需要驗證低濃度 Response 時，一個穩定、精准且具 UHP 設計的 Gas Dilution
System，就是建立可信資料的重要基礎。
Environics 的 UHP Gas Mixing / Dilution 系列可針對半導體應用進行配置，包括 Series 4020UHP、Series 4000UHP 與 Series 4040UHP，依不同需求提供氣體混合、稀釋與校正氣體產生能力，當制程進入 ppb 等級，氣體濃度的每一個細節，都值得被精准控制。
UHP Gas Dilution｜Trace Gas｜Multi-point
Calibration｜Process Monitoring
讓氣體濃度，不只是「設定值」，而是可以被控制、被驗證、被追溯的資料。
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