CN103293271B - 一种污染测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种污染测试装置及方法。污染测试装置包括进风管、静压腔、过滤器、工作腔体、固定孔板、回风孔板、回风腔和回风管，其中进风管一端连接外部气源，另一端连接静压腔，过滤器设置在静压腔和工作腔体之间，工作腔体的背面设置有开孔，固定孔板设置在工作腔体的底部，回风孔板设置在工作腔体和回风腔之间，回风管一端连接回风腔，另一端连接进风管。本发明的污染测试装置及方法可以实现多种污染测试，可同时测试材料和运动部件释放颗粒、分子污染物的特性，功能多样，结构简单。

Description

一种污染测试装置及方法

技术领域

本发明涉及环境测试领域，且特别涉及一种污染测试装置及方法。

背景技术

大部分材料，如线缆、管道、金属表面都会释放出颗粒，即便是在常温常压下。运动部件由于摩擦作用也会释放颗粒。这些颗粒可能非常微小(0.1um-10um)，但是它们是真实存在的。在微电子行业，这些颗粒都是致命的，如硅片或掩模上的颗粒会导致曝光线条的缺失。另外，材料还会释放分子污染物，即释气。分子污染物也是微电子行业严格控制的污染物种类。如NH3会引起T-topping，SO2和NH3会引起硫酸铵薄雾，可凝缩物质(沸点大于150℃)沉积在镜片，影响物镜的使用寿命。

由于微电子行业对污染近乎苛刻的要求，如何选择材料和部件，以及该材料和部件在什么环境下使用是设计工作者必须面对的问题。必须提供一个测试装置和方法，实现这些材料和部件在不同环境变量下的污染释放特性，供设计工作者参考。

图1所示为现有环境测试舱的结构。如图1所示，环境测试舱包括测试舱外套11、设置在与测试舱外套内的测试舱内胆12，用于将测试舱内胆上部开口密封的上盖13，还包括设置在测试舱内胆底部的进气管14，该进气管的一端与测试舱内胆12相连通，其另一端从测试舱外套伸出，用于与外部的洁净气源连接，测试舱内胆12底部设置用于使洁净空气混合均匀的气体混合装置15、气体分布孔板16和17。测试舱外套11内安装蒸发器、加热器，通过控制围绕测试舱的夹套温度，来精确控制测试舱的温度。

使用时将待测试件放入测试舱内胆12内，使洁净空气从进气管14进入测试舱内胆12内，待测试件在舱内放置一定时间后，从上盖13上取样分析挥发性有机物的浓度。通过改变测试舱内的温度和湿度，可用于确定环境变量对材料和产品释放率和释放特性。

由于待测试件挥发污染物的特性与空气流动状况、空气温度和空间大小有关。在一个密闭空间内材料挥发的污染物浓度达到饱和后其释放污染物的速度会变得很缓慢，因此上述环境测试舱提供的测试条件不能很真实的检测出待测试件释放污染物的特性；且测试舱内胆的壁面由于静电作用可能吸附待测试件产生的颗粒，测试舱内胆中包括了混合装置等易产生颗粒的部件，这些都会影响测试精度。

发明内容

本发明提出一种污染测试装置，实现多种污染测试。可同时测试材料和运动部件释放颗粒、分子污染物的特性，功能多样，结构简单。

为达上述目的，本发明提出一种污染测试装置，包括进风管、静压腔、过滤器、工作腔体、固定孔板、回风孔板、回风腔和回风管，其中进风管一端连接外部气源，另一端连接静压腔，过滤器设置在静压腔和工作腔体之间，工作腔体的背面设置有开孔，固定孔板设置在工作腔体的底部，回风孔板设置在工作腔体和回风腔之间，回风管一端连接回风腔，另一端连接进风管。

进一步，其中所述进风管的连接静压腔的一端是连接静压腔的底部。

进一步，静压腔的厚度为300-600mm。

进一步，过滤器将气源从Class1000级提高到Class1级。

进一步，回风孔板上的孔为Ф20mm。

进一步，固定孔板设置在距离工作腔体底部50mm处。

进一步，固定孔板上有Ф12mm的螺纹孔，孔间距为50mm。

本发明另提出一种利用上述污染测试装置的污染测试方法，本专利提出了一种污染测试方法，测试时均采用在线检测，避免了采样过程带来的误差。

污染测试方法包括下列步骤:

a)将待测试件用螺钉固定在固定孔板上；

b)将测试工具或传感器的采样管经工作腔体背面的开孔伸到待测试件下风向处；

c)设定环境变量值，打开气源吹扫后，测试工具或传感器进行采样，得到第一组数据；

d)改变环境变量值，测试工具或传感器重复采样，得到不同环境变量下的数据；

e)根据得到的数据，绘制不同环境变量值下待测试件释放污染的特性曲线。

进一步，步骤b)中测试工具为颗粒计数器，颗粒计数器每次采样时间为1min，采样间隔为5s；

进一步，步骤b)中传感器为分子污染物在线检测仪，仪器采样时间10s，采样间隔为10s；

进一步，步骤b)中测试工具或传感器的采样管是从工作腔体背面的开孔伸到待测试件下风向2-5cm处。

进一步，其中步骤c)和步骤d)中的环境变量值是空气的温度、流速和压力值。

本发明的污染测试装置具有以下几个有益效果:

1.可同时实现材料和运动部件释放颗粒、分子污染物的特性。功能多样，结构简单；

2.工作腔体中固定待测试件的方法简单易实现，并且不引入新的污染物；

3.高效过滤器和回风孔板组合可实现工作腔体中水平单向流的流态，这种流态可提供较高的洁净度等级Class1，并且可有效阻止腔体内壁上可能有的污染物影响测试结果；

4.进风管设计在静压腔底部可有效防止进风管内流速过大而冲击过滤器，有效保护过滤器。

且本发明的污染测试方法，测试时均采用在线检测，避免了采样过程带来的误差。

附图说明

图1为现有环境测试舱的结构示意图

图2为本发明较佳实施例的污染测试装置的外观示意图。

图3为图2中的污染测试装置的剖面二维图。

图4为图2中的污染测试装置的剖面三维图。

图5为本发明较佳实施例的污染测试装置中的空气流动示意图。

图6为温度对材料颗粒释放特性影响的示意图。

图7为压力对材料颗粒释放特性影响的示意图。

图8为空气流速对材料颗粒释放特性影响的示意图。

图9为运动方式对运动部件产生颗粒特性影响的示意图。

图10为材料对运动部件产生颗粒特性影响的示意图。

图11为空气流速对运动部件产生颗粒特性影响的示意图。

图12为温度对分子污染物释放特性影响的示意图。

图13为压力对分子污染物释放特性影响的示意图。

图14为空气流速对分子污染物释放特性影响的示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

图2所示为本发明较佳实施例的污染测试装置的外观示意图；图3所示为图2中的污染测试装置的剖面二维图；图4所示为图2中的污染测试装置的剖面三维图。请参考图2-4，污染测试装置由以下几个部分组成：进风管1、静压腔2、过滤器3、工作腔体4、固定孔板5、回风孔板6、回风腔7和回风管路8。

进风管1一端连接外部气源，一端连接静压腔2，将空气送入污染测试装置。过滤器3设置在静压腔2和工作腔体4之间，工作腔体4的背面设置有开孔9，固定孔板5设置在工作腔体4的底部，回风孔板6设置在工作腔体4和回风腔4之间，回风管8一端连接回风7腔，另一端连接进风管1。

为了避免进风管1内风速较大时冲击过滤器3从而损坏过滤器，进风管1设计在静压腔2的底部而不是左侧。静压腔2的厚度为300-600mm，足够的厚度用来提高腔体内风速的均匀性。过滤器3将气源从Class1000级提高到Class1级，并且进一步提高风速的均匀性。工作腔体4的右侧设计Ф20mm的回风孔板6，主要是均匀出流风速，避免回风管8出口处过大的风速扰乱工作腔体4内的流场。过滤器3和回风孔板6组合，可以实现工作腔体4内的水平单向流，单向流流态可保证较高级别的洁净度。离工作腔体4底部50mm处设计一固定孔板5，固定孔板5上有Ф12mm的螺纹孔，孔间距为50mm，用于固定待测材料和运动部件。回风腔7的作用是收集工作腔体4使用过的空气，回风和新风汇合后一起进入静压腔2，回风设计有利于保证工作腔体内的空气洁净度，也有利于延长高效过滤器的寿命。回风腔7的厚度为300-600mm。气流在污染测试装置中的流动如图5所示。

本发明另提出一种利用上述污染测试装置的污染测试方法，本专利提出了一种污染测试方法，测试时均采用在线检测，避免了采样过程带来的误差。

污染测试方法包括下列步骤:

a)将待测试件用螺钉固定在固定孔板上；

b)将测试工具或传感器的采样管经工作腔体背面的开孔伸到待测试件下风向处；

c)设定环境变量值，打开气源吹扫后，测试工具或传感器进行采样，得到第一组数据；

d)改变环境变量值，测试工具或传感器重复采样，得到不同环境变量下的数据；

e)根据得到的数据，绘制不同环境变量值下待测试件释放污染的特性曲线。

利用上述污染测试方法可以实现以下功能：测试材料释放颗粒的特性；测试运动部件释放颗粒的特性；测试材料释放分子污染物的特性。分别介绍如下：

一、测试材料释放颗粒的特性

材料释放颗粒的特性与材料所处的温度、压力和空气流速等因素有关。通过改变这些变量研究材料释放颗粒的特性，拟合曲线就可以得到该材料释放颗粒的时间函数。

测试时，先在待测材料上打2个Φ12的孔，用Φ12螺钉将待测材料固定在固定孔板5上。将一个颗粒计数器的采样管经工作腔体背面的开孔9伸到待测材料下风向2-5cm处。设定一个空气的温度和流速值，打开气源吹扫20min后，打开颗粒计数器开始采样，每次采样时间为1min，采样间隔为5s。

改变空气的温度、压力和空气流速，重复测试颗粒浓度，得到材料在该变量下释放颗粒的特性，如图6-8，其中，图6为温度对材料颗粒释放特性影响的示意图，图7为压力对材料颗粒释放特性影响的示意图，图8为空气流速对材料颗粒释放特性影响的示意图。

二、测试运动部件产生颗粒的特性

运动部件工作时产生颗粒的特性与运动部件的运动方式(如直行还是旋转)、接触面的材料特性和运动速度等因素有关。通过改变这些变量研究运动部件产生颗粒的特性。

测试时，先将待测的运动部件放入工作腔体，使用Φ12螺钉将待测材料固定在固定孔板上。将一个颗粒计数器的采样管经工作腔体背面的开孔9伸到待测运动部件下风向2-5cm处。打开气源吹扫20min后，打开运动部件电源，部件开始正常工作。打开颗粒计数器开始采样，每次采样时间为1min，采样间隔为5s。

改变部件的运动方式、接触面材料和空气流速，重复测试颗粒浓度，得到部件产生颗粒的特性，如图9-11，其中图9为运动方式对运动部件产生颗粒特性影响的示意图，图10为材料对运动部件产生颗粒特性影响的示意图，图11为空气流速对运动部件产生颗粒特性影响的示意图。

三、测试材料释放分子污染物的特性

材料释放分子污染物的特性与该材料所处的温度、压力和空气流速等因素有关。通过改变这些变量研究材料释放分子污染物的特性。

测试时，先在待测材料上打2个Φ12的孔，用Φ12螺钉将待测材料固定在固定孔板上。将一个分子污染物传感器经工作腔体背面的开孔9伸到待测材料下风向2-5cm处。打开气源吹扫20min后，传感器开始连续采样，采样周期为10s。得到的数据可拟合出时间函数曲线。

改变空气温度、压力和空气流速，得到不同的时间函数曲线，如图12-14，其中，图12为温度对分子污染物释放特性影响的示意图，图13为压力对分子污染物释放特性影响的示意图，图14为空气流速对分子污染物释放特性影响的示意图。

综上所述，本发明的污染测试装置可以实现多种污染测试。可同时实现材料和运动部件释放颗粒、分子污染物的特性。切功能多样，结构简单。进一步，工作腔体中固定待测试件的方法简单易实现，并且不引入新的污染物；过滤器和回风孔板组合可实现工作腔体中水平单向流的流态，这种流态可提供较高的洁净度等级Class1，并且可有效阻止腔体内壁上可能有的污染物影响测试结果；进风管设计在静压腔底部可有效防止进风管内流速过大而冲击过滤器，有效保护过滤器。

且本发明的污染测试方法，测试时均采用在线检测，避免了采样过程带来的误差。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (11)

1.一种污染测试装置，其特征在于包括进风管(1)、静压腔(2)、过滤器(3)、工作腔体(4)、固定孔板(5)、回风孔板(6)、回风腔(7)和回风管(8)，其中进风管(1)一端连接外部气源，另一端连接静压腔(2)，过滤器(3)设置在静压腔(2)和工作腔体(4)之间，工作腔体(4)的背面设置有开孔，固定孔板(5)设置在工作腔体(4)的底部，回风孔板(6)设置在工作腔体(4)和回风腔(7)之间，回风管(8)一端连接回风腔(7)，另一端连接进风管(1)；所述回风管(8)内的回风和所述外部气源的新风在所述进风管(1)汇合后一起进入静压腔(2)；所述回风管(8)设置在由所述静压腔(2)、过滤器(3)、工作腔体(4)、固定孔板(5)、回风孔板(6)、回风腔(7)形成的组件外围。

2.根据权利要求1所述的污染测试装置，其特征在于，其中所述进风管(1)连接静压腔(2)的一端是连接静压腔(2)的底部。

3.根据权利要求1所述的污染测试装置，其特征在于，静压腔(2)的厚度为300-600mm。

4.根据权利要求1所述的污染测试装置，其特征在于，过滤器(3)将气源从Class1000级提高到Class1级。

5.根据权利要求1所述的污染测试装置，其特征在于，回风孔板(6)上的孔为Ф20mm。

6.根据权利要求1所述的污染测试装置，其特征在于，固定孔板(5)设置在距离工作腔体底部50mm处。

7.根据权利要求6所述的污染测试装置，其特征在于，固定孔板(5)上有Ф12mm的螺纹孔，孔间距为50mm。

8.一种利用权利要求1-7中任意一项所述的污染测试装置的污染测试方法，其特征在于：

a)将待测试件用螺钉固定在固定孔板上；

b)将测试工具或传感器的采样管经工作腔体背面的开孔伸到待测试件下风向处；

c)设定环境变量值，打开气源吹扫后，测试工具或传感器进行采样，得到一组数据；

d)改变环境变量值，测试工具或传感器重复采样，得到不同环境变量下的数据；

e)根据得到的数据，绘制不同环境变量值下待测试件释放污染的特性曲线。

9.根据权利要求8所述的污染测试方法，其特征在于，其中步骤b)中测试工具为颗粒计数器。

10.根据权利要求8所述的污染测试方法，其特征在于，其中步骤b)中测试工具或传感器的采样管伸到待测试件下风向2-5cm处。

11.根据权利要求8所述的污染测试方法，其特征在于，其中步骤c)和步骤d)中的环境变量值是空气的温度、流速和压力值。