超純水の品質を高精度で管理：U-1000 オンライン尿素分析計（Online Urea Analyzer）

一、前言

在半導體超純水系統中，尿素 (Urea) 是一種極具挑戰性的中性有機汙染物。由於其不帶電荷且分子量小，傳統的樹脂交換 (De-Ionization, DI)或脫氣工藝難以將其完全去除。對於先進製程（特別是 28 nm 以下的浸沒式光刻）而言，水中的尿素含量是決定良率的關鍵。當尿素隨水進入光刻設備，在深紫外光 (Deep Ultraviolet, DUV)能量照射下會發生光解反應，釋放出微量氨氣(NH₃)。這些氨氣會中和光阻表面的酸性催化劑，導致「頂切現象 (T-Topping)」缺陷，直接造成圖形畸變與電路短路。

根據業界標準，先進製程對超純水中的尿素含量要求已嚴苛至 < 0.5 ppb。因此，具備高靈敏度與即時性的監測方案，是晶圓廠廠務系統與環境監控的標配。

二、 U-1000 儀器原理

U-1000 線上尿素分析儀摒棄了易受干擾的電化學法，採用螢光反應試劑與尿素反應，將具螢光特性之試劑與尿素結合形成尿素衍生物，讓尿素在螢光偵測器中擁有強烈的訊號。

U-1000 搭載全自動前處理系統及安捷倫效液相層析儀 (Agilent 1260 Infinity High Pressure Liquid Chromatography-Fluorescence Detector, HPLC-FLD)，水樣在全自動前處理系統中與螢光反應試劑反應完成，進入HPLC-FLD 系統中進行分離與偵測。在效液相層析儀中，待分析化合物以移動相為載體，

圖一、Urea Analyzer (U-1000)

在系統中向前流動並在管柱中進行分離。不同的化合物會因其結構特性，與管柱中之固定相產生不同的相互作用（如疏水性、凡德瓦力、氫鍵或離子交換作用），進而導致不同化合物在管柱移動速度的不同，達到分離的效果。分離後的各成分將依序流經螢光偵測器，被偵測、接收並轉化為電子訊號，最終由電腦進行數據處理。

圖二、U-1000 儀器原理

透過螢光反應，讓目標化合物衍生化，再經由高效層析管柱，將尿素與水中可能干擾的有機物徹底分離，是U-1000擁有更高之專一性與靈敏度的關鍵。

三、實驗數據

1. 檢量線與方法偵測極限

U-1000線上尿素分析儀，在實際應用上，尿素濃度與波鋒面積之線性關係良好R² > 0.9995，方法偵測極限 (Method Detection Limit, MDL) 可達 0.3 ppb，協助廠務人員在水質惡化至臨界值前，提前採取預防性措施。

2. 重複性

尿素分析儀之全自動前處理系統採用高精度取樣閥，精準抽取水樣與藥劑，並在恆溫區域進行混合，確保反應的一致性。在10 ppb尿素標準品之相對標準偏差 (Relative Standard Deviation, RSD) 可達 10% 以下，充分展現了該全自動系統卓越的穩定性與重現性。

3. 檢測頻率

傳統尿素分析耗時長達 40-60 分鐘，無法滿足突發性水質波動的監控需求。U-1000 憑藉優化的硬體流路設計，將單次分析時間縮短至 10 分鐘。此外，系統配備 4-20mA 與 RS-485 Modbus 等多種通訊介面，可無縫對接晶圓廠中控室儀表系統，實現分析完成即同步傳輸數據，賦予廠務端趨近實時的動態監控實力。

四、結語

綜上所述，U-1000 線上尿素分析儀憑藉螢光衍生化技術與安捷倫高效液相層析儀，成功克服了傳統分析法易受干擾與耗時冗長的弊端。其超低的偵測極限 (MDL ≤ 0.3 ppb)與卓越的重複性 (RSD ≤ 10%)，不僅完美滿足先進製程對超純水超低尿素含量的嚴格要求，更以分析週期10分鐘的快速檢測率，為晶圓廠建構起一道高靈敏度、趨近實時的防禦監線，全面守護光刻製程良率，是半導體廠務水質環境監控的最佳監測方案。