CN110346188A - 用于集成电路的气体污染物取样装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种气体污染物取样装置，其包括取样容器，所述取样容器包括：容置腔，所述容置腔内能够放置取样液体；进样管，插入所述容置腔，且所述进样管的出气口能够位于所述取样液体的液面之下；出气管，插入所述容置腔，且所述出气管的进气口能够位于所述取样液体的液面之上；多孔芯，设置在所述进样管的出气口端，待取样气体能够经所述多孔芯进入所述取样液体内。本发明的优点在于，增大进入所述取样液体内的气体的表面积，增大待取样气体与所述取样液体的接触面积，提高取样液体固定待取样气体中的污染物能力和效率，且待取样气体洗脱更充分，测试数据更具有代表性，也更加安全。

Description

用于集成电路的气体污染物取样装置
技术领域
本发明涉及污染物分析领域，尤其涉及一种用于集成电路的气体污染物取样装置。
背景技术
集成电路工业，自1958年世界上第一块硅(Si)集成电路诞生以来经过48年的发展，现今已进入巨大规模集成电路(ULSI)发展时期。半导体工业制作的集成电路组件尺寸(CD)越来越小，2005年还是大批量的生产90nm，但到2006年至2007年65nm以及45nm的也开始投产(表1)，随着12英寸硅片技术的成熟，在一块小小的芯片上，就可以整合更多的器件，而且随着技术越来越快的发展，不仅对设备的要求就要越来越精密、可靠，而且对工艺制造环境的要求也是越来越严格。
而洁净室就是一个为环境敏感物质与产品打造的工艺制造环境，主要用于提高成品率与产量。而经过几十年的发展，洁净室中最早被认识并加以控制的空气颗粒过滤技术已是一门“成熟”的科学技术，并能够灵活的被应用在每个微小环境中。而一些微小的化学挥发性气体往往会被忽略，但实际它们对很多加工处理过程有害，特别是在集成电路工业，同时它们亦可能造成一定的人体健康危害。
因此为了能够提供一个“更洁净”的生产环境，近年来空气传播分子污染物AMC(Airborne Molecular Contaminant)也逐渐被认识并加以重视。空气传播分子污染物AMC也简称“分子污染”，它包括了洁净室空气中出现的一系列污染物。监测空气传播分子污染物成为集成电路制作工艺中至关重要的一环。同时，集成电路制作过程中产生的金属杂质也需要被监测。
通常，需要对空气传播分子污染物及金属杂质进行取样，取样后再利用分析仪器进行分析。目前的用于对空气传播分子污染物及金属杂质进行取样的装置，其取样效率低，不能满足需求。同时，取样时对于待取样气体的洗脱不够充分，导致可能会有未被洗脱的气体挥发到空气中，影响洁净室的洁净度并危害人体安全。因此，如何提高待取样气体的洗脱效率是急需改进的重点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于集成电路的气体污染物取样装置，其能够提高取样液体固定待取样气体中的污染物能力和效率，使得在同等量取样液体的情况下，能使待取样气体洗脱更充分，测试数据更具有代表性，也更加安全。
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于集成电路的气体污染物取样装置，其包括取样容器，所述取样容器包括：容置腔，所述容置腔内能够放置取样液体；进样管，插入所述容置腔，且所述进样管的出气口能够位于所述取样液体的液面之下；出气管，插入所述容置腔，且所述出气管的进气口能够位于所述取样液体的液面之上；多孔芯，设置在所述进样管的出气口端，待取样气体能够经所述多孔芯进入所述取样液体内。
进一步，所述容置腔的底部为圆弧形。
进一步，所述容置腔至少包括两个区段，两个区段的内径不相等。
进一步，所述容置腔包括自底部依次设置的第一区段及第二区段，所述第二区段的内径小于所述第一区段的内径。
进一步，所述第一区段的形状为球形，所述第二区段的形状为柱形。
进一步，所述第二区段的内径为所述第一区段的内径的0.5～0.8倍。
进一步，所述容置腔具有开口，所述进样管及所述出气管经所述开口插入所述容置腔，在所述开口处设置有单向逆止阀门，所述单向逆止阀门的通行方向为朝向所述容置腔内。
进一步，所述进样管设置在所述容置腔的中间。
进一步，在所述进样管的进气口端设置有滤芯，待取样气体经所述滤芯进入所述进样管，所述滤芯用于过滤待取样气体中的颗粒物。
进一步，在所述出气管内设置有浮子，以监测在所述出气管内是否有气体流动。
进一步，在所述出气管对应所述浮子的区域，所述出气管壁上设置有标记，以指示气体流量。
进一步，所述多孔芯位于所述进样管内，或者所述多孔芯位于所述进样管的所述出气口的外部。
进一步，所述取样装置还包括：抽气装置，与所述取样容器的出气管连通，用于抽取所述出气管内的气体。
进一步，在所述抽气装置与所述取样容器之间还设置有：缓冲装置，与所述出气管连通，所述出气管的气体排出至所述缓冲装置；干燥装置，分别与所述缓冲装置及所述抽气装置连通。
本发明的优点在于，在进气管的出气口端设置多孔芯，其能够将所述进样管内的气体细化，使排入至所述取样液体内的气体形成多个小内径的气泡，从而增大进入所述取样液体内的气体的表面积，增大待取样气体与所述取样液体的接触面积，提高取样液体固定待取样气体中的污染物能力和效率，且待取样气体洗脱更充分，测试数据更具有代表性，也更加安全。
附图说明
图1是本发明气体污染物取样装置的第一具体实施方式的结构示意图；
图2是本发明气体污染物取样装置的第一具体实施方式中多孔芯的结构示意图；
图3是本发明气体污染物取样装置的第二具体实施方式的结构示意图；
图4是本发明气体污染物取样装置的第三具体实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的气体污染物取样装置的具体实施方式做详细说明。
图1是本发明气体污染物取样装置的第一具体实施方式的结构示意图。请参阅图1，所述气体污染物取样装置包括取样容器1。可选地，在本具体实施方式中，所述气体污染物取样装置还包括与所述取样容器1依次连通的缓冲装置2、干燥装置3及抽气装置4。所述取样容器1用于洗脱待取样气体中的污染物；所述缓冲装置2用于防止管线接错溢水；所述干燥装置3用于吸收多余水汽，防止水汽损坏所述抽气装置4；所述抽气装置4作为动力源，对所述取样容器1进行抽气，以使得待取样气体能够流动。所述待取样气体包括但不限于集成电路制程中收集的空气，其含有集成电路制备过程中产生的空气传播分子污染物AMC或金属杂质。
所述取样容器1包括容置腔10、进样管11、多孔芯12及出气管13。
所述容置腔10内能够放置取样液体5。所述取样液体5能够洗脱待取样气体内的污染物，形成富含污染物的待测液体。取样完毕后可将该含有污染物的待测液体在分析仪器上进行测试及分析。
所述进样管11插入所述容置腔10。进一步，在本具体实施方式中，所述容置腔10具有开口10A，所述进样管11自所述开口10A插入所述容置腔10内。所述进样管11的出气口11A需要位于所述取样液体5的液面之下，使得待取样气体经所述进样管11进入所述容置腔10后，直接进入所述取样液体5内。优选地，所述进样管11的出气口11A位于所述容置腔10的底部，以增大待取样气体在所述取样液体5内的行程。
优选地，所述进样管11设置在所述容置腔10的中间，例如，所述进样管11设置在所述容置腔10的中心线上。在使用所述气体污染物取样装置进行取样时，由于所述进样管11设置在所述容置腔10的中间，使用者能够更易于分辨进样管11与出气管13，从而避免错接而导致取样液体反溢，进而避免取样液体及待取样气体被浪费。所述进样管11包括但不限于PFA(全氟烷氧基树脂)管。
优选地，在所述进样管11的进气口11B端设置有滤芯110。所述滤芯110用于过滤待取样气体中的颗粒物。待取样气体经所述滤芯110后，其内的颗粒物被过滤，减少了进入所述取样液体5内的颗粒物，从而在后续测试分析阶段避免取样液体5中的颗粒物过多而堵塞分析仪器色谱及进样系统，极大的提高了设备运行的可靠性和降低备件的损耗。其中，所述滤芯110包括但不限于过滤精度为0.45μm～1μm的玻璃纤维滤芯。进一步，所述滤芯110可通过一卡套固定在所述进样管11的进气口11B端，所述卡套套设在所述滤芯110的外表面，并与进样管11的内壁接触，以将所述滤芯110固定在所述进样管11的进气口11B端。优选地，所述卡套外表面设置有螺纹，相较于未设置螺纹的直管卡套，其能够有效防止滤芯110由于插拔次数多而松脱的情况发生。
多孔芯12设置在所述进样管11的出气口11A端。所述多孔芯12可以设置在所述进样管11内，所述多孔芯12也可以设置在所述进样管11的所述出气口11A的外部。在本具体实施方式中，所述多孔芯12设置在所述进样管11的所述出气口11A的外部。
待取样气体经所述进样管11的进气口11进入所述进样管11内，并经所述多孔芯12后进入所述取样液体5内。图2是本发明气体污染物取样装置的第一具体实施方式中多孔芯的结构示意图，所述多孔芯12具有多个孔洞121，其能够将进入所述进样管11内的气体细化，使排入至所述取样液体5内的气体形成多个小内径的气泡，从而增大进入所述取样液体5内的气体的表面积，增大待取样气体与所述取样液体5的接触面积，提高取样液体5固定待取样气体中的污染物能力和效率，且待取样气体洗脱更充分，测试数据更具有代表性；另外，可适当提升取样时的气体流速，在同等时间可提高取样体积，以提高分析检出能力：若取样液体体积不变，则取样体积越大，相对分析浓度提高，测试分析检出限进一步降低；同时，由于进气管11为单管，其孔径较大，经所述进气管11形成的气泡剧烈且不单一，会引起取样液体大泡型扰动，溶解效果较差，而采用所述多孔芯12后，气泡变小，不引起取样液体大泡型扰动，溶解效果较好。所述多孔芯12包括但不限于石英多孔砂芯，其不会吸附待取样气体中的污染物，从而不会影响测试结果。在本具体实施方式中，多孔芯表面的孔洞孔径大小相同。在其他具体实施方式中，多孔芯表面的孔洞孔径大小不同。在一具体实施方式中，多孔芯表面的孔洞孔径从多孔芯底部向边缘逐渐减小或逐渐增大，使经所述多孔芯形成的气泡的内径逐渐减小或逐渐增大，能够在增大气泡与取样液体接触面积的前提下，避免气泡扰动所述取样液体，提高溶解效果。
下面举例说明相同体积的待取样气体在使用多孔芯前后的气泡的表面积的变化。
假设在使用多孔芯12前，自进样管11排出的气泡的体积为1ml，在使用多孔芯12后，该1ml的气泡被分为5个气泡，即每个气泡体积为0.2ml，则根据表面积公式S＝4πR2，及体积公式V＝4/3πR3，可得气泡的体积为1ml时，R1＝0.62cm，S1＝4.828cm2，气泡体积为0.2ml时，R0.2＝0.363cm，S0.2＝1.655cm2,那么5个0.2ml的气泡，其表面积为：5*S0.2＝8.275cm2，则在使用多孔芯前后的气泡的表面积的比值η＝8.275/4.828＝171％，这说明，在待取样气体的体积相同的情况下，使用多孔芯后气泡的表面积增加71％，大大增大了待取样气体与所述取样液体5的接触面积。
所述出气管13插入所述容置腔10。在本具体实施方式中，所述出气管13自所述开口10A插入所述容置腔10。所述出气管13的进气口13A需要位于所述取样液体5的液面之上，以使得经过所述取样液体5洗脱的气体能够自所述出气管13排出。其中，所述出气管13能够与所述抽气装置4连通，以使抽气装置4能够抽取被所述取样液体5洗脱后的气体。具体地说，在本具体实施方式中，所述出气管13依次经所述缓冲装置2及所述干燥装置3与所述抽气装置4连通。
进一步，在所述出气管13内设置有浮子131，以监测出气管13内是否有气体流动。所述浮子131可为浮子流量计的浮子。当有气体经过所述出气管13时，所述浮子131浮动，可通过所述浮子131观察到气体的流通，从而能够监测所述气体污染物取样装置是否泄漏，以避免取样不准确。优选地，在所述出气管13对应所述浮子131的区域，所述出气管13的管壁上设置有标记，以指示气体流量。其中，所述标记可为间隔设置的线条或刻度，用于表示气体流量是否稳定。若气体流量稳定，则所述浮子131可稳定在所述标记区域内。所述浮子131及标记可作快速诊断和识别用，确保取样数据的真实可信，防止流量偏离较多时的虚假低值数据。由于气体污染物取样装置的管路接口较多，存在某些接头小量漏气时难以发觉，这将导致待取样气体的取样体积错误，影响实际分析结果准确性，而设置所述浮子及标记可检测气体流量是否稳定，若稳定，则说明无漏气，进而使取样体积准确，提高分析结果的准确性。
所述取样液体5可经所述开口10A注入所述容置腔10内。进一步，在所述开口10A处设置有单向逆止阀门14。所述单向逆止阀门14的通行方向为朝向所述容置腔10内。即在所述容置腔10外部，可打开所述单向逆止阀门14，在所述容置腔10内则不能打开所述单向逆止阀门14，从而避免所述容置腔10内的取样液体5溢出。另外，在所述容置腔10外部，需要采用外力才能打开所述单向逆止阀门14，以避免外界的空气进入所述容置腔10内，从而避免外界的空气污染取样液体。
所述气体污染物取样装置的第一具体实施方式的工作过程是：将取样液体自所述开口10A注入所述容置腔10内；所述进样管11及所述出气管13自所述开口10A插入所述容置腔10内，所述出气管13与所述抽气装置4连通；所述抽气装置4抽气，改变容置腔10内的压强；待取样气体自所述进样管11进入，经所述多孔芯12而进入所述取样液体5中，并经所述取样液体5洗脱后自所述出气管13排出，洗脱所述待取样气体后的取样液体5作为后续测试分析的样品。
在第一具体实施方式中，所述容置腔10的纵向截面为矩形，其缺点在于，容置腔10的底部为平面结构，则在容置腔10的底部的角落区域的取样液体5无法与待取样气体接触，该处的取样液体无法有效利用。鉴于上述原因，本发明提供所述气体污染物取样装置的第二具体实施方式。所述第二具体实施方式与所述第一具体实施方式的区别在于，所述容置腔10的形状不同。图3是本发明气体污染物取样装置的第二具体实施方式的结构示意图。请参阅图3，在所述第二具体实施方式中，所述容置腔10的底部为圆弧形。则相较于第一具体实施方式的容置腔10而言(在图3中，容置腔10的底部为平面结构时的角落区域采用虚线绘示)，本具体实施方式中，圆弧形状的容置腔10的底部结构能够使得聚集在角落区域的无用的取样液体的体积减小，提高取样液体的利用率。在其他具体实施方式中，仅有容置腔10的拐角部分为弧形角。
进一步，为了使所述取样液体洗脱所述待取样气体更充分，可增大所述待取样气体在所述取样液体中的行程。增大所述待取样气体在所述取样液体中的行程的一个方法为提高所述取样液体的液面。其中，提高所述取样液体的液面的方法可以为将所述容置腔10设置为多个区段，所述区段的内径不相等。即在第一具体实施方式中内径等大的容置腔10的基础上，将部分区段的容置腔10的内径缩小，则在取样液体的体积不变的情况下，取样液体的液面升高，从而增大所述待取样气体在所述取样液体中的行程。
图4是本发明气体污染物取样装置的第三具体实施方式的结构示意图，请参阅图4，所述容置腔10自底部依次设置第一区段101及第二区段102。所述第一区段101为所述容置腔10的下部，所述第二区段102为所述容置腔10的上部。其中，所述第二区段102的内径小于所述第一区段101的内径。进一步，所述第一区段101的形状为球形，所述第二区段102的形状为柱形。其中，所述第一区段101的内径与所述第一具体实施方式的容置腔10的内径相同，所述第二区段102的内径小于所述第一具体实施方式的容置腔10的内径，在取样液体体积相同的情况下，柱形的所述第二区段102的容置腔的内径越小，其取样液体的液面提升越高，待取样气体的行程越长。相对于第一具体实施方式中的容置腔10而言，本具体实施方式的容置腔10既能使得聚集在角落区域的无用的取样液体的体积减小，又能提高所述取样液体的液面，从而能够提高取样液体的利用率及使所述取样液体洗脱所述待取样气体更充分。
优选地，所述第二区段102的内径为所述第一区段101的内径的0.5～0.8倍。若第二区段102内径过小，则会导致第二区段102处取样液体的横向延伸量少，会影响待取样气体的洗脱，若所述第二区段102的内径过大，则不能明显提高所述取样液体的液面，从而也不能够显著增大所述待取样气体在所述取样液体中的行程。
假设在所述第一具体实施方式中，所述容置腔10的内径为D，在所述第三具体实施方式中，所述第二区段102的内径为0.75D，则根据圆柱体的体积计算公式：V＝S*H，圆柱体的横截面计算公式S＝πD2/4，可以得到：S0.75D＝0.56SD，进而得出H0.75D/HD＝1.79，也就是说，在取样液体的体积相同的条件下，在第二区段102处，取样液体的液面高度提升79％，这表示待取样气体的气泡与取样液体交换距离增加79％，使得待取样气体能够充分被洗脱。因此，同等量取样液体的情况下，该具体实施方式中的待取样气体洗脱的更加充分，减小了未洗脱气体扩散到周围环境中的可能性，保证了洁净室的洁净度和安全性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种用于集成电路的气体污染物取样装置，其特征在于，包括取样容器，所述取样容器包括：
容置腔，所述容置腔内能够放置取样液体；
进样管，插入所述容置腔，且所述进样管的出气口能够位于所述取样液体的液面之下；
出气管，插入所述容置腔，且所述出气管的进气口能够位于所述取样液体的液面之上；
多孔芯，设置在所述进样管的出气口端，待取样气体能够经所述多孔芯进入所述取样液体内。
2.根据权利要求2所述的气体污染物取样装置，其特征在于，所述容置腔的底部为圆弧形。
3.根据权利要求1所述的气体污染物取样装置，其特征在于，所述容置腔至少包括两个区段，所述区段的内径不相等。
4.根据权利要求1所述的气体污染物取样装置，其特征在于，所述容置腔包括自底部依次设置的第一区段及第二区段，所述第二区段的内径小于所述第一区段的内径。
5.根据权利要求4所述的气体污染物取样装置，其特征在于，所述第一区段的形状为球形，所述第二区段的形状为柱形。
6.根据权利要求4所述的气体污染物取样装置，其特征在于，所述第二区段的内径为所述第一区段的内径的0.5～0.8倍。
7.根据权利要求1所述的气体污染物取样装置，其特征在于，所述容置腔具有开口，所述进样管及所述出气管经所述开口插入所述容置腔，在所述开口处设置有单向逆止阀门，所述单向逆止阀门的通行方向为朝向所述容置腔内。
8.根据权利要求1所述的气体污染物取样装置，其特征在于，所述进样管设置在所述容置腔的中间。
9.根据权利要求1所述的气体污染物取样装置，其特征在于，在所述进样管的进气口端设置有滤芯，待取样气体经所述滤芯进入所述进样管，所述滤芯用于过滤待取样气体中的颗粒物。
10.根据权利要求1所述的气体污染物取样装置，其特征在于，在所述出气管内设置有浮子，以监测在所述出气管内是否有气体流动。
11.根据权利要求10所述的气体污染物取样装置，其特征在于，在所述出气管对应所述浮子的区域，所述出气管壁上设置有标记，以指示气体流量。
12.根据权利要求1所述的气体污染物取样装置，其特征在于，所述多孔芯位于所述进样管内，或者所述多孔芯位于所述进样管的所述出气口的外部。
13.根据权利要求1所述的气体污染物取样装置，其特征在于，所述取样装置还包括：
抽气装置，与所述取样容器的出气管连通，用于抽取所述出气管内的气体。
14.根据权利要求13所述的气体污染物取样装置，其特征在于，在所述抽气装置与所述取样容器之间还设置有：
缓冲装置，与所述出气管连通，所述出气管的气体排出至所述缓冲装置；
干燥装置，分别与所述缓冲装置及所述抽气装置连通。
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