用于测量悬浮分子污染物的站和方法与流程

1.本发明涉及一种用于测量悬浮分子污染物的测量站，其特别是用于监测洁净室(如半导体制造厂的洁净室)的环境中的分子污染物浓度。本发明还涉及一种用于借助于这种站测量悬浮分子污染物的方法。


背景技术：

2.在半导体制造工业中，为了防止悬浮分子污染物/空气分子污染物(airborne molecular contamination或amc)破坏基板的晶片或电子电路，必须保护基板，如半导体晶片或光掩模。因此，基板被装在大气运输和存储箱中，允许基板从一台设备运输到下一台设备，或者在两个制造步骤之间将它们存储。此外，运输箱和多台设备布置在洁净室内，洁净室中的颗粒水平最小，而温度、相对湿度和压力保持在精确水平。
3.在洁净室中，悬浮的气态物质可有不同的来源和不同的性质，例如包含酸、碱、可冷凝元素、掺杂元素。这些分子可能来自半导体制造工厂内部的空气，也可能尤其是由经过先前制造操作的半导体晶片散发出来的。
4.洁净室中存在的气体分析仪可实时评估悬浮气态物质的浓度，特别是水分和一些酸的浓度。所测量的浓度有时很低，如在ppm或ppb级。这些气体分析仪可测量周围环境的气体气氛，因此，有必要在洁净室的每个要进行测试的区域提供一个气体分析仪。
5.有必要增加被测气态物质的数量和测试区域的数量，以减少基板污染的风险。然而，将每个区域的分析仪数量成倍增加，并将这些要快速测试的区域成倍增加，造成这种解决方案成本非常高。
6.为了降低成本，提出了一种结合不同分析仪的测量装置。该装置设有多个输入端口，每个端口都针对洁净室的特定测试区域。洁净室的尺寸可能很大，并且随着测试区数量的增加，其证明有必要使用大量的采样管线，这些采样管线的长度通常会达到几十米。气体到达分析仪的测量元件的漫长路径需要时间，这意味着信息延迟。实际上，有必要至少一次用待测气体“替换”采样管线中包含的所有体积，该气体还可能通过吸附而容易地附着在管线壁上，特别是对于所谓的待测极性气态物质。如此，如果不在每次更换测试区域都等待很长时间，就很难获得真正代表测试区域中气态物质浓度的测量值。
7.一种解决方案是基于同时吸入至所有的采样管线。因此，气体通过一个共同的排放口不断地被吸入至所有的采样管线中。但是，由于采样管线可能很长，因此它们可吸附并随后释放出一部分输送的气态物质。然后，测量结果部分是先前测量结果的反映，如果超过阈值，则可能会使对结果的解释和要做出的决定变得复杂。
8.文献wo2019/228844描述了一种测量站，其中采样电磁阀设置在每条采样管线上，两个调节电磁阀设置成绕过调节泵的输入端，并且两个测量电磁阀设置成绕过气体分析仪的输入端。这种配置使得可将至少一条采样管线与调节泵连接，对于该采样管线，按照气体分析仪当前正在测量的采样管线测量进行编程。因此，可以将最大的泵送流通量(throughput)用于可并行地执行的调节。
9.然而，在测量之前对管线进行脱气可证实不足以完全消除管线在某些应用中的记忆效应，特别是当要监测的气态物质倾向于特定地附着在壁上时，如某些酸的情况，如hf或例如是氨气nh3。


技术实现要素：

10.本发明的一个目的是提出一种至少部分解决上述缺点之一的测量站和方法。
11.为此，本发明的主题是用于测量(空中)悬浮分子污染物的测量站，其包括：
[0012]-至少一个气体分析仪，
[0013]-至少两个可控隔离阀，其并联连接到至少一个气体分析仪的输入端，
[0014]-调节泵，
[0015]
其特征在于，该测量站还包括：
[0016]-至少两个标准孔板，其并联连接到该调节泵的输入端，
[0017]-至少一个分配器，其配置成能将每个可控隔离阀一方面与采样管线连接，且另一方面与标准孔板连接，和
[0018]-控制单元，其(通信)连接到可控隔离阀并配置成能控制可控隔离阀的打开或关闭，以便能够将该至少一个气体分析仪与至少一条采样管线连接。
[0019]
在运行中，调节泵通过标准孔板，同时在所有采样管线(包括在其中执行测量的采样管线)中连续地泵送。因此，所有采样管线都可进行连续泵送，这一方面确保有效的调节，另一方面确保管线始终准备好进行测量，从而可以优化测量站的效率。
[0020]
标准孔板是简单的机械部件，与阀相比价格便宜。另外，它们不需要预先的调整或设置，也不需要特别的维护，这可以限制人工成本和安装时间。
[0021]
因此，测量站易于实施，并且没有设定时间漂移的风险。也可以更改采样管线，尤其是其长度，而无需执行新的设定，并且不会损害其他采样管线中的测量。
[0022]
此外，测量站可包括以下描述的一个或多个特征，单独或组合地使用。
[0023]
测量站例如配置成能保证在所述标准孔板(c1-c64)的最窄横截面处发生在临界状态的气体流动。当标准孔板的下游的压力使得下游压力与上游压力之比小于或等于临界值时，达到临界状态，则在标准孔板的最窄横截面处的该气体的速度(在该下游压力处)等于音速。假设该采样管线中循环的大部分气体是空气，则该临界值在空气中为0.53。
[0024]
然后，通过标准孔板的流通量是音速的，这使得气体几乎不可能通过该标准孔板而反向散射，且因此使得不同采样管线之间不可能发生干扰。尽管该采样管线之间没有机械屏障(没有阀)，该标准孔板的流量尺寸允许在该标准孔板中处于临界状态的流量因此形成“流体屏障”，从而防止了该采样管线之间的交叉污染，且允许在所有该采样管线中均匀分布的泵送。
[0025]
所述至少两个标准孔板可限定出处于低于1.69pa.m3/s(1slm(标况下升/分钟))的临界状态的气流。
[0026]
该至少两个标准孔板可具有小于6/10mm、例如小于4/10mm的尺寸。
[0027]
该调节泵的流通量例如大于25.35pa.m3/s(15slm)。
[0028]
测量站可包括数目多于两个的采样管线，该数目例如大于或等于16个，例如大于或等于128个。
[0029]
该分配器可包括具有连接到该调节泵的公共区段的收集器、连接到公共区段的至少两个主分支、连接到该主分支的至少两个次级分支，该次分支带有各自的/相应的标准孔板，该标准孔板连接到该可控隔离阀及该采样管线。
[0030]
该测量站可包括置于该调节泵和该至少两个标准孔板之间的压力传感器。当该压力传感器测量的压力大于50000pa(500mbar)，甚至大于40000(400mbar)时，该控制单元配置成能发出警告。该压力传感器可检查该标准孔板的该下游压力条件被确实地满足，以保证通过标准孔板的临界流。
[0031]
该采样管线及该可控隔离阀可具有与气体接触的内表面，该内表面由限制气态物质附着的材料(例如一种或多种含氟聚合物材料)制成。
[0032]
本发明的另一个主题是一种在如上所述的测量站中的测量方法，其特征在于，至少一个气体分析仪一次与一条采样管线连接，该调节泵连续地同时在所有该采样管线中泵送。
附图说明
[0033]
在阅读以下对本发明的特定但非限制性实施例的描述以及附图后，其他优点和特征将呈现，在附图中：
[0034]
[图1]图1表示从后方观察的用于测量悬浮分子污染物的站的元件的示意图。
[0035]
[图2]图2表示图1的测量站的元件的示意图，特别是四条采样管线和一个气体分析仪。
[0036]
[图3]图3示出了图1的测量站的示例性分配器。
[0037]
在这些图中，相同的元件具有相同的附图标记。
具体实施方式
[0038]
以下实施例是示例。尽管描述涉及一个或多个实施例，但这并不一定意味着每个提及的都涉及相同实施例，或者这些特征仅适用于单个实施例。也可以组合或交换不同实施例的简单特征以提供其他实施例。
[0039]“上游”被理解为是指相对于要泵送的气体的循环方向被放置在另一个之前的元件。相反，“下游”被理解为是指相对于要泵送的气体的循环方向被放置在另一个之后的元件。
[0040]
图1示出了用于测量空中悬浮分子污染物的示例性测量站1，其尤其是旨在监测洁净室(例如半导体制造厂的洁净室)的环境中的分子污染物浓度。
[0041]
从图2中可更好地看到，测量站1包括至少一个气体分析仪2、并联连接到至少一个气体分析仪2的输入端的至少两个可控隔离阀v1-v64、调节泵3、并联连接到调节泵3的输入端的至少两个标准孔板/喷嘴c1-c64以及至少一个分配器4，所述分配器配置为将每个可控隔离阀v1-v64一方面与采样管线l1-l64连接，且另一方面与标准孔板/校准孔口c1-c64连接。
[0042]
气体分析仪2使得可实时地测量至少一种气态物质的浓度，也就是说，测量持续时间少于几秒钟，甚至几分钟，以低于ppm级或ppb级的低浓度。所测量的气态物质是例如酸，例如氢氟酸hf或盐酸hcl或溶剂，例如pgmea(丙二醇甲基醚)。根据另一个示例，气态物质是
氨气nh3。至少一个气体分析仪2还包括用于采集气态样本的内部泵。气体分析仪2可适于测量不同的气态物质或一组不同的气态物质。在图1的说明性示例中有七个气体分析仪。
[0043]
每条采样管线l1-l64的末端旨在于环境压力(即大气压)下出现在测试区中。采样管线l1-l4将测量站1连接到不同的测试区域，例如在不同于洁净室的位置。在两个不同的位置至少出现两条采样管线l1-l64。测量站1可包括数量大于或等于16个(例如大于或等于128个)的多个采样管线l1-l64。在图1的测量站1的说明性示例中，有64条采样管线l1-l64。采样管线l1-l4的长度可在要连结的不同测试区域之间变化，可以是几米或几十米，例如多于200米。
[0044]
如图2所示，测量站1还包括控制单元6，该控制单元6通信连接到可控隔离阀v1-v64，并配置成能控制可控隔离阀v1-v64的开启或关闭，以便能够将至少一个气体分析仪2与至少一条采样管线l1-l64相连接。可控隔离阀v1-v64例如是电磁阀或气动阀。它们通过控制单元6在开或关模式(打开或关闭)中是可控制的。
[0045]
采样管线l1-l64和可控隔离阀v1-v64可具有与气体接触的内表面，这些表面是由限制气态物质附着的材料制成的，例如一种或多种含氟聚合物材料，例如全氟烷氧基(也称为pfa)或聚四氟乙烯(也称为ptfe)。
[0046]
至少一个气体分析仪2、调节泵3和至少一个分配器4例如安装在测量站1的机架10中，该机架10可连接到支承例如控制单元6的电气外壳(未示出)。支架10还可容纳一个或多个气瓶11，用于校准至少一个气体分析仪2。
[0047]
根据在图3中可更好地看到的示例性实施例，分配器4包括收集器5，其具有公共区段7、至少两个连接到该公共区段7的主分支8(在此为八个)和至少两个连接到主分支8的次级分支9(在此为八个)，次级分支9具有各自的标准孔板c1-c64。举例而言，分配器4具有刚性结构，例如不锈钢，每个分支8、9和区段7由直管形成，区段7的横截面大于主分支8的横截面，其自身的横截面大于次级分支9的横截面。因为通过调节泵3的连续泵送，不需要提供特殊的涂层来限制气态物质在收集器4中的附着。
[0048]
标准孔板c1-c64例如通过螺接或焊接固定到次级分支9。标准孔板c1-c64通过气动“t型”连接器12在上游侧并联连接到采样管线l1-l64和阀v1-v64。
[0049]
测量站1还可包括介于调节泵3和至少两个标准孔板c1-c64之间的压力传感器13，该压力传感器13配置为测量标准孔板c1-c64的下游压力。该压力传感器13例如设置在收集器5的公共区段7上(图2)。压力传感器13可以检查测量站1的正确操作，并且尤其是下游压力足够低以允许通过标准孔板c1-c64的临界流。
[0050]
事实上，测量站1可被配置为用于在标准孔板c1-c64的最窄横截面处发生以临界或“音速”流(文献中的“阻塞流(chocked flow)”)的气体流动。当标准孔板c1-c64下游的压力使得下游压力与上游压力之比小于或等于临界值时，达到临界状态，则在标准孔板的最窄横截面中的气体速度(在下游压力下)等于音速。假设在采样管线中循环的大多数气体是空气，该临界值在空气中为0.53。
[0051]
然后，通过标准孔板c1-c64的流通量是音速，这使得气体几乎不可能通过标准孔板c1-c64向后散射，因此使得不同采样管线l1-l64之间不可能发生干扰。尽管在采样管线l1-l64之间没有机械屏障(没有阀)，标准孔板c1-c64的流通尺寸允许在标准孔板c1-c64中的临界流因此形成了“流体屏障”，防止采样管线l1-l64之间的交叉污染，并允许在所有采
样管线l1-l64中均匀分布的泵送。
[0052]
在临界状态下通过标准孔板c1-c64的流通量例如小于1.69pa.m3/s(1slm)，例如小于1.352pa.m3/s(0.8slm)。该流量例如为1.1323pa.m3/s(0.67slm)。
[0053]
至少两个标准孔板c1-c64具有例如小于6/10mm的尺寸(例如小于4/10mm)的尺寸(最窄的横截面)。标准孔板c1-c64具有例如等于0.28mm的尺寸。
[0054]
测量站1的标准孔板c1-c64可具有或可以不具有相同的横截面。例如，它们是穿孔的晶体(或其它部件)。
[0055]
调节泵3的抽吸能力被定义为大于标准孔板c1-c64的流通量乘以标准孔板(或采样管线l1-l64)的数量的乘积。还根据采样管线l1-l64中所需的更新速率来选择。调节泵3的流通量例如大于25.35pa.m3/s(15slm)。在说明性示例中，调节泵3的流通量大于64
×
0.67slm。
[0056]
可以监控压力以确保调节泵3处的压力足够低，以确保在标准孔板c1-c64处的临界状态。为此，举例而言，控制单元6配置为在压力传感器13测量的压力超过50000pa(500mbar)、甚至40000pa时，发出警告。
[0057]
这些在临界状态的气流值由标准孔板c1-c64的最窄横截面的尺寸、从调节泵3的泵送能力及从要调节的采样管线l1-l64的数量来确定，使得可在采样管线中获得最小可接受的更新速率，并使采样管线l1-l64之间的差异可忽略，以便所有采样管线l1-l64都能均匀地分配泵送流量，并且即使管线短得多，也没有比任何其他管线较不好脱气的管线。
[0058]
在操作中，气体分析仪2一次连接一条管线，控制单元5通过轮流且一次仅打开一个可控隔离阀v1-v64来控制测量顺序。
[0059]
调节泵3通过标准孔板c1-c64同时在所有采样管线l1-l64中连续地泵送，包括在其中进行测量的采样管线li-l64。因此，所有采样管线l1-l64都可进行连续泵送，这一方面确保有效的调节，另一方面确保管线始终准备好进行测量，从而可以优化测量站的速率1。
[0060]
标准孔板c1-c64是简单的机械零件，与阀相比价格便宜。另外，它们不需要预先的调整或设置，也不需任何特定的维护，这可以限制人工成本和安装时间。
[0061]
因此，测量站1易于实施，并且没有设定时间漂移的风险。考虑到在标准孔板c1-c64中在临界状态下不可能有反向散射，也可以更改采样管线，特别是其长度，而无需执行新的设定，并且也不会损害其他采样管线l1-l64中的测量。