T/CCGA 90004-2023 泛半导体用尾气处理设备分解移除效率的测试方法

ICS 13.020.40
CCS E 25
中国工业气体工业协会团体标准
T/CCGA 90004—2023
泛半导体用尾 气处理设备分解移除效率的测试方法
Protocol for measuring destruction or removal efficiency (DRE) of point-of-useabatement equipment in pan-semiconductor
2023 - 12 - 18 发布 2024 - 01 - 18 实施
中国工业气体工业协会 发布

目次
前言 ................................................................................. II
1 范围 ............................................................................... 1
2 规范性引用文件 ..................................................................... 1
3 术语和定义 ......................................................................... 1
4 试剂和材料 ........................................................................ 2
5 设备与仪器 ........................................................................ 2
6 分析步骤 .......................................................................... 4
7 结果计算与表示 .................................................................... 5
8 质量保证和质量控制 ................................................................ 5
附录A（资料性） 尾气处理设备的分解移除效率（DRE）公式推导和计算方法 .................. 7
附录B（规范性） 检测结果记录 ......................................................... 8
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II
前言
本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定
起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由中国工业气体工业协会提出并归口。
本文件起草单位：埃地沃兹贸易（上海）有限公司、上海市计量测试技术研究院、台积电（中国）
有限公司、中国电子气体生产与利用百人会。
本文件主要起草人：朱文心、熊艳玲、刘翔宇、高艳秋、魏王慧、夏威偉
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泛半导体用尾气处理设备分解
移除效率的测试方法
1 范围
本文件规定了泛半导体用尾气处理设备分解移除效率的测试方法。
本文件适用于使用傅里叶变换红外光谱仪和便携式气体检测仪评估尾气处理设备的分解移除效率。其它
仪器可参考执行。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅
该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 8979 纯氮、高纯氮和超纯氮
GB/T 18867 电子工业用气体 六氟化硫
GB 51401-2019 电子工业废气处理工程设计标准
EPA 430-R-10-003 电子制造中氟化温室气体消除设备分解移除效率（DRE）的协议（Protocol for
Measuring Destruction or Removal Efficiency (DRE) of Fluorinated Greenhouse Gas Abatement
Equipment in Electronics Manufacturing）
3 术语和定义
GB 51401-2019 界定的及以下术语和定义适用于本标准。
3.1
泛半导体 pan-semiconductor
集成电路、液晶光电和太阳能板的统称。
3.2
尾气处理设备 point-of-use abatement（POU）
安装在工艺生产设备附近，并对其排出的尾气进行处理的设备。主要包括燃烧水洗式、干式吸附式和等
离子体式三类。
3.3
分解移除效率 destruction or removal efficiency
评价工艺尾气是否达到预期处理效果的指标。
3.4
中央废气处理系统 centralized abatement system
位于废气系统的末端，在废气排入大气前对其所含的特定污染因子做最终的消减处理，并达到规定排放
浓度或标准的处理系统。
3.5
工艺尾气 process off gas
泛半导体制程工艺产生的废气。
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2
3.6
全氟化合物 perfluorinated compounds（PFCs）
泛半导体制程工艺使用的具有高全球变暖潜能（GWP）的氟化物，包括全氟化合物和氢氟碳化物（HFCs）。
3.7
挥发性有机物 volatile organic compounds（VOCs）
沸点在50～250℃之间，温度298.15K时蒸汽压大于等于0.01kPa，或者能够以气态分子的形态排放到空
气中的所有有机化合物，但不包括甲烷。
3.8
特种废气 special contaminated waste gas
泛半导体制程中化学气相淀积、扩散、外延、离子注入、干法刻蚀等工艺设备散发的含有毒性、腐蚀性、
氧化性、自燃性、可燃性、惰性等物质的废气。分为烷类、全氟化合物和其它废气三种。
3.9
示踪气体 tracer gas
与工艺尾气混合后不发生变化且不影响尾气处理系统的性能，并在很低的浓度时就能被测出的
气体。
4 试剂和材料
4.1 工艺尾气
常见泛半导体的工艺尾气类型见表1。
表1 泛半导体的工艺尾气类型
编号 气体类型 举例
1 酸性废气 SO2、H2S、Cl2、HCl、NO、NO2
2 碱性废气 NH3、NaOH
3 特种废气 SiH4、B2H6、AsH3、NF3、CF4、BCl3
4 挥发性有机物废气 异丙醇（IPA）、丙酮
4.2 氮气
纯度≥99.999%的氮气。要求按GB/T 8979执行。
4.3 示踪气体
常用的示踪气体为SF6，纯度≥99.999%。要求按GB/T 18867执行。
5 设备与仪器
5.1 检测仪器的系统配置
为准确评定尾气处理设备的分解移除效率，使用2台傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）和1台便携式气体检
测仪，检测尾气处理设备进出口的气体浓度。工艺尾气处理系统流程见图1。
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图1 工艺尾气处理系统流程图
系统保持氮气吹扫。用真空泵抽取工艺尾气，加入示踪气体，用采样泵抽取尾气处理设备进出口的气体，
经过滤器去除颗粒物后，流向傅里叶变换红外光谱仪或者便携式气体检测仪。傅里叶变换红外光谱仪检测有
红外活性的气体，便携式气体检测仪检测无红外活性的气体。
所需的检测仪器及辅助设备见表2。
表2 检测仪器及辅助设备
编号 名称 规格 数量 单位
1 傅里叶变换红外光谱仪 详见表3 2 台
2 便携式气体检测仪 相对误差≤10% 1 台
3 质量流量控制器 满量程流量1.00 L/min 1 个
4 采样泵 6 L/min，极限压力不大于0.3 mbar 3 个
5 采样过滤器 可过滤0.1~1.0 μm颗粒物 3 个
6 恒温加热套 30~200℃，精度0.1℃ 若干 米
5.2 检测仪器
5.2.1 傅里叶变换红外光谱仪
配置两台傅里叶变换红外光谱仪，分别位于尾气处理设备进口和出口管道。
进口端流入的高浓度工艺气体，选用短光路气室（10cm～40cm）的傅里叶变换红外光谱仪。
出口端流出的低浓度工艺尾气，选用长光路气室（5m～10m）的傅里叶变换红外光谱仪。
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表3 傅里叶变换红外光谱仪的主要性能指标和要求
性能指标 要求
光谱分辨率 0.5cm-1或1.0cm-1
红外光波长范围 450cm-1～4500cm-1
采样频率 小于3s
吸光度 0.1～1.0
校准曲线
至少有三个非零校准点
校准浓度点需覆盖待测样气浓度范围
相关系数＞0.98
5.2.2 便携式气体检测仪
便携式气体检测仪位于尾气处理设备出口管道，检测单质（非惰性）气体（如Cl2，F2）的出口
浓度。
5.2.3 其他检测仪器
除傅里叶变换红外光谱仪和便携式气体检测仪外，可选的检测仪器有气相色谱仪（GC）、非色散红外光
谱仪（NDIR）、磁质谱仪（MMS）和四极杆质谱仪（QMS）等。
5.3 辅助设备
5.3.1 采样泵
在采样进口安装采样泵，以收集流出物。采样泵需要有足够的抽气能力，避免气体回流。
5.3.2 采样过滤器
在取样管道中安装采样过滤器，以防止废气中的颗粒排放物污染和损坏检测仪器。
5.3.3 采样管道和恒温加热套
部分工艺尾气具有强腐蚀性，宜采用聚四氟乙烯材质的管道，便于拆卸，且适用于大部分腐蚀性气体。
为避免干扰，采样管道应配备恒温加热套，保证尾气处理设备的流入物和流出物以气态形式
存在。
6 分析步骤
6.1 采样前准备
6.1.1 安装采样管道
按图1的流程连接管道，并确认所有管道连接正确。
6.1.2 管道检漏和保压测试
打开氮气吹扫，充入氮气至115kPa。30min后，关闭氮气吹扫流量阀，监测系统并等待5min以获得稳定
的压力读数并记录。再等待10min并记录第二次压力读数，若此时压降小于2.5kPa，则保压完成；若压降大
于等于2.5kPa，检查管道和连接并重复测试。
6.1.3 背景采集和开启设备
打开氮气吹扫，开启傅里叶变换红外光谱仪或便携式气体检测仪，进行背景采集。随后开启尾气处理
设备。
6.2 分析过程
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6.2.1 检测示踪气体
打开示踪气体供气阀门，使用质量流量器，控制示踪气体的流速。分别监测进口端和出口端的示踪气体
浓度。当流量及压力稳定后，连续测定5min，取平均值作为一次测定值。
6.2.2 检测工艺尾气
关闭示踪气体的供气阀门。设定并控制工艺尾气的流速，当工艺尾气流经尾气处理设备时，监测进口端
和出口端工艺尾气浓度。当流量及压力稳定后，连续测定5min，取平均值作为一次测定值。
6.2.3 结束分析
测试完成后，系统放空，保持氮气吹扫，直至残留气体的浓度示数为零。关闭所有气动阀，关闭仪器。
7 结果计算与表示
尾气处理设备的分解移除效率（DRE）的数据处理和计算，依据EPA 430-R-10-003进行，结果以百分比
形式表示，取四位有效数字。
若待测气体为化合物气体或臭氧，计算公式如下：
……………………（1）
式中：
DF ——稀释系数，无单位；
C出口——尾气处理设备出口的待测气体浓度，μmol/mol；
C进口——尾气处理设备进口的待测气体浓度，μmol/mol。
公式（1）中的稀释系数（DF）可以转换为：
………………………………（2）
式中：
C出口示踪气体——尾气处理设备出口的示踪气体浓度，μmol/mol ；
C进口示踪气体——尾气处理设备进口的示踪气体浓度，μmol/mol 。
若待测气体为单质（非惰性）气体，计算公式如下：
……………………（3）
式中：
C出口——尾气处理设备出口的待测气体浓度，μmol/mol；
Q出口——尾气处理设备出口的总气体体积流量，L/min；
Q样气——尾气处理设备的待测气体体积流量，L/min。
详细推导和计算方法见附录A。
8 质量保证和质量控制
8.1 零点校准和量值校准
采样分析前，应用氮气对傅里叶变换红外光谱仪进行零点校准，绘制背景谱图。
检测前须使用与样品气浓度接近的标准气体对傅里叶变换红外光谱仪和便携式气体检测仪进行校准，仪
器的示值误差不大于5%。
8.2 校准曲线
傅里叶变换红外光谱仪的校准曲线，应符合表3的要求。
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8.3 测定结果的评价依据
需符合GB 51401-2019中第5～8章针对尾气处理设备的分解移除效率要求。
表4 尾气处理设备的分解移除效率要求
编号 工艺废气 分解移除效率要求
1 酸性废气（如：氮氧化物） ≥90%
2 碱性废气 ≥99%
3 特种废气
烷类废气 ≥99%
全氟化合物废气 ≥95%（其中NF3≥98%）
其它 ≥99%
4 挥发性有机废气 ≥95%
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A
A
附录A
（资料性）
尾气处理设备的分解移除效率（DRE）公式推导和计算方法
尾气处理设备的分解移除效率（DRE），以尾气处理设备进出口气体的质量流量变化为依据。
公式如下：
……………………（4）
式中：
m出口——尾气处理设备出口的待测气体的质量流量，mg/min；
m进口——尾气处理设备进口的待测气体的质量流量，mg/min。
若气体通过尾气处理设备时，进出口两端的温度和压力保持不变，由理想气体状态方程和质量守恒定律，
公式（4）可以转化为：
……………………（5）
式中：
C出口——尾气处理设备出口的待测气体浓度，μmol/mol；
C进口——尾气处理设备进口的待测气体浓度，μmol/mol ；
Q出口——尾气处理设备出口的总气体体积流量，L/min；
Q进口——尾气处理设备进口的总气体体积流量，L/min。
由于示踪气体通过尾气处理设备时，其分解移除效率为零，且流速固定。将公式（2）代入（5），得到
DRE的计算公，如下：
……………………（6）
式中：
C出口——尾气处理设备出口的待测气体浓度，μmol/mol ；
C进口——尾气处理设备进口的待测气体浓度，μmol/mol ；
C出口示踪气体——尾气处理设备出口的示踪气体浓度，μmol/mol ；
C进口示踪气体——尾气处理设备进口的示踪气体浓度，μmol/mol 。
如公式（6）所示，为检测尾气处理设备的分解移除效率，需实时监测尾气处理设备进出口的气体组分
及相应的浓度。
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B
B
附录B
（规范性）
检测结果记录
表5 使用傅里叶变换红外光谱仪检测的数据记录表格
检测日期 检测时间
工艺方法 尾气处理设备型号
仪器参数 检测参数
仪器压力（kPa） 仪器温度（℃） 气体名称
进口平均浓度
（μmol/mol ）
出口平均浓度
（μmol/mol ）
稀释比 DRE（%）
示踪气体（SF6）
表6 使用便携式气体检测仪检测的数据记录表格
检测日期 检测时间
工艺方法 尾气处理设备型号
工艺参数 检测参数
尾气名称 待测气体体积流量（L/min） 出口总气体体积流量（L/min） 出口平均浓度（μmol/mol ） DRE（%）