CN113375870A - 半导体制程设备的示踪气体检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体制程设备检漏技术领域，尤其涉及一种半导体制程设备的示踪气体检测方法，包括步骤一、确定通风气室内的模拟泄漏点，将示踪气体源接至模拟泄漏点；步骤二、测量并调节通风气室内的负压和排气流量，使其均满足设定条件；步骤三、测量并调节环境风速和示踪气体环境本底浓度，使其均满足设定条件；步骤四、开启示踪气体源，以设定注入流量向模拟泄漏点释放示踪气体；步骤五、在通风气室内的示踪气体达到平衡后，在设定取样点进行多次取样，然后在关闭示踪气体源后进行最后一次取样；步骤六、对取得的样品进行浓度分析，根据样品中的示踪气体浓度最大值判断通风气室的泄漏情况是否合格。具有明确的测试流程，可重复性和精确性高。

Description

半导体制程设备的示踪气体检测方法

技术领域

本发明涉及半导体制程设备检漏技术领域，尤其涉及一种半导体制程设备的示踪气体检测方法。

背景技术

在半导体制程设备的生产使用过程中，许多原材料为有毒有害气体，因此其安全性检测是必要的。半导体行业的生产商通常会要求上游的半导体制程设备供应商在设备出厂时执行有害气体六氟化硫(SF₆)示踪气体逸散检测，但是目前对半导体制程设备的示踪气体检测还没有成熟可靠的检测工艺过程，存在测试精度低、测试结果不严谨的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种半导体制程设备的示踪气体检测方法，具有明确的测试流程，且具有较高的可重复性和精确性，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种半导体制程设备的示踪气体检测方法，依次包括以下步骤：步骤一、确定半导体制程设备的通风气室内的模拟泄漏点，将示踪气体源的出口接至模拟泄漏点；步骤二、测量并调节通风气室内的负压和排气流量，使负压和排气流量均满足设定条件；步骤三、测量并调节通风气室外的环境风速和示踪气体环境本底浓度，使环境风速和示踪气体环境本底浓度均满足设定条件；步骤四、开启示踪气体源，并以设定注入流量向模拟泄漏点释放示踪气体；步骤五、在通风气室内的示踪气体达到平衡后，在通风气室外的设定取样点进行多次取样，然后在关闭示踪气体源后在设定取样点进行最后一次取样；步骤六、对取得的样品进行浓度分析，根据样品中的示踪气体浓度的最大值判断通风气室的泄漏情况是否合格。

优选地，还包括：步骤七、当通风气室的泄漏情况不合格时，调节通风气室内的排气流量和/或对通风气室的边界位置进行封堵，然后重复步骤二至步骤六；步骤八、重复步骤七，直至通风气室的泄漏情况合格。

优选地，通风气室内具有多个模拟泄漏点，通过步骤一至步骤八逐个完成所有模拟泄漏点的检测试验。

优选地，模拟泄漏点靠近通风气室内的工艺管线的外周面并位于工艺管线上的工艺气体流量控制器的上游。

优选地，在步骤一中，示踪气体源通过减压阀和示踪气体流量控制器接至模拟泄漏点。

优选地，在步骤二中，采用风速仪测量通风气室的排风管道的中心风速，并根据以下公式计算通风气室内的排气流量q：

式中，D为排风管道的直径；v为排风管道的中心风速；n为修正值。

优选地，在步骤二中，负压的设定条件为不超过375Pa，排气流量的设定条件为排气中有害气体的含量小于25％的职业接触限值。

优选地，在步骤三中，环境风速的设定条件为不超过0.13m/s，示踪气体环境本底浓度的设定条件为不超过1ppb。

优选地，在步骤四中，设定注入流量为半导体制程设备工作时通风气室内的工艺管线内的有害气体流量的1.2倍-1.5倍。

优选地，在步骤五中，通风气室内的示踪气体达到平衡所需的时间为t：t＝3(V/q)，式中，V为通风气室的体积；q为通风气室内的排气流量。

与现有技术相比，本发明具有显著的进步：

本发明的半导体制程设备的示踪气体检测方法给出了指定通风系统运行工况下通风气室示踪气体逸散检测和分析的明确测试流程，该测试流程具有较高的可重复性，并通过通风系统参数、环境参数的测量、调节和确定以及模拟泄漏点和设定取样点的选取确定，保证了检测结果的精确性，可用于半导体制程设备出厂时的指定通风系统运行工况下有害气体泄漏安全性评估。

附图说明

图1是本发明实施例半导体制程设备的示踪气体检测方法的示意图。

其中，附图标记说明如下：

1 罩壳

100 通风气室

101 进风口

102 排风口

103 排风管道

104 排风机

2 工艺管线

3 工艺气体流量控制器

4 示踪气体源

5 减压阀

6 示踪气体流量控制器

7 示踪气体分析仪

8 快速接头

A 模拟泄漏点

B 设定取样点

C 排风管道的中心风速测量点

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1所示，本发明半导体制程设备的示踪气体检测方法的一种实施例。本实施例的半导体制程设备的示踪气体检测方法用于对半导体制程设备的通风气室进行示踪气体逸散检测，以评估半导体制程设备在指定通风系统运行工况下的有害气体泄漏安全性。通常，半导体制程设备的罩壳1内部中空形成通风气室100，通风气室100开设有进风口101和排风口102，排风口102处安装有排风管道103，排风管道103远离排风口102的一端(末端)设有排风机104，进风口101、排风口102、排风管道103和排风机104构成通风气室100的通风系统，可实现通风气室100内部通风。通风气室100内并排设有多条供工艺气体通过的工艺管线2，每条工艺管线2上均设有用于控制工艺管线2中通过的工艺气体流量的工艺气体流量控制器3。半导体制程设备工作时，工艺管线2中有工艺气体通过，而工艺气体中含有害气体，当工艺管线2因破裂而产生泄漏时，工艺气体会携带有害气体扩散至通风气室100内，并因通风气室100存在泄漏而逸散至通风气室100外的工作环境，造成危害。因此，半导体制程设备的通风气室100存在的泄漏情况需满足一定的标准要求，以确保从通风气室100逸散泄漏出的有害气体不超标，故而有必要在半导体制程设备出厂时对其进行指定通风系统运行工况下的有害气体泄漏安全性评估。本实施例的半导体制程设备的示踪气体检测方法即用于实现半导体制程设备通风气室100在指定通风系统运行工况下的有害气体泄漏检测。

本实施例的半导体制程设备的示踪气体检测方法依次包括以下步骤。

步骤一、确定半导体制程设备的通风气室100内的模拟泄漏点A，将示踪气体源4的出口接至通风气室100内的模拟泄漏点A。模拟泄漏点A是模拟通风气室100内工艺管线2可能存在的泄漏点，示踪气体源4提供示踪气体，通过开启示踪气体源4向模拟泄漏点A释放示踪气体，可以模拟工艺管线2内工艺气体泄漏，并进行通风气室100示踪气体逸散检测。

优选地，可以采用六氟化硫作为示踪气体，示踪气体源4为六氟化硫气源，六氟化硫示踪气体具有性质稳定、扩散性好、受环境影响较小、测试结果精度高的优点。

优选地，示踪气体源4可以通过减压阀5和示踪气体流量控制器6接至通风气室100内的模拟泄漏点A，示踪气体源4的出口通过减压阀5与示踪气体流量控制器6的入口相连接，示踪气体流量控制器6的出口接至模拟泄漏点A，示踪气体源4、减压阀5、示踪气体流量控制器6以及三者之间的连通管道构成示踪气体注射系统，开启示踪气体源4时，示踪气体依次通过减压阀5和示踪气体流量控制器6后到达模拟泄漏点A并释放。减压阀5用于调节示踪气体源4提供的示踪气体的压力，示踪气体流量控制器6则用于调节送至模拟泄漏点A的示踪气体的流量。

步骤二、测量并调节通风气室100内的负压和排气流量，使负压和排气流量均满足设定条件。

通风气室100内的负压可以采用负压测量仪进行测量，通风气室100内负压的调节可以通过调节通风气室100进风口101的开度大小以及排风管道103末端排风机104的转速大小实现。优选地，通风气室100内的负压的设定条件为不超过375Pa，当测得通风气室100内的负压超过375Pa时，应调节进风口101开度和排风机104转速，使通风气室100内的负压降低为不超过375Pa。

通风气室100内的排气流量是指从排风管道103排出的气体流量，可以采用风速仪测量通风气室100的排风管道103的中心风速，排风管道103的中心风速测量点C与排风口102的距离优选为7.5倍排风管道103的直径。由测得的排风管道103的中心风速，根据以下公式计算得到通风气室100内的排气流量q：

式中，q为通风气室100内的排气流量，单位为L/min；D为排风管道103的直径，单位为cm；v为排风管道103的中心风速，单位为m/s；n为排风管道103内平均风速修正值，该修正值可取0.9。

通风气室100内的排气流量的调节可以通过调节排风管道103末端排风机104的转速大小实现。优选地，通风气室100内的排气流量的设定条件为排气中有害气体的含量小于25％的职业接触限值OEL，以满足在最严重的设备失效情况下，工作环境中有害气体的泄漏小25％的职业接触限值OEL，即通风气室100内的排气流量q应满足：

式中，F_proc为半导体制程设备工作时通风气室100内工艺管线2中的工艺气体流量，单位为L/min；％_proc为工艺气体中有害气体体积流量百分比；OEL是相关标准规定的职业接触限值。

基于能效原因，通风气室100内的排气流量q不宜过大，因此，优选地，通风气室100内的排气流量的设定条件还包括：

当根据测得的排风管道103的中心风速计算得到的通风气室100内的排气流量q不能满足上述设定条件时，应调节排风机104转速，使通风气室100内的排气流量q满足上述设定条件。

此外，还可以用皮托管在排风管道103处测量排风管动压差，并记录。

由此完成半导体制程设备通风气室100的通风系统的参数测量、调节和确定，以在指定的通风系统运行工况下对通风气室100进行示踪气体逸散检测。

步骤三、测量并调节通风气室100外的环境风速和示踪气体环境本底浓度，使环境风速和示踪气体环境本底浓度均满足设定条件。

通风气室100外的环境风速可以采用热线式风速仪进行测量。优选地，通风气室100外的环境风速的设定条件为不超过0.13m/s，当测得通风气室100外的环境风速超过0.13m/s时，应采取措施降低环境风速，使环境风速不超过0.13m/s。降低环境风速可以通过在通风气室100外周围设置挡风件实现。

通风气室100外的示踪气体环境本底浓度可以采用现有示踪气体环境本底浓度测量仪进行测量。优选地，示踪气体环境本底浓度的设定条件为不超过1ppb，当测得的示踪气体环境本底浓度超过1ppb时，需要对示踪气体注射系统的完整性进行评估并查找示踪气体环境本底来源，同时采用措施降低示踪气体环境本底浓度，使示踪气体环境本底浓度不超过1ppb。降低示踪气体环境本底浓度可以通过在通风气室100外周围增加通风实现。

由此完成半导体制程设备通风气室100外的环境参数测量、调节和确定，以确保检测结果的准确性。

步骤四、开启示踪气体源4，并以设定注入流量向模拟泄漏点A释放示踪气体。此时，减压阀5和示踪气体流量控制器6均开启。示踪气体向模拟泄漏点A的注射采用恒定流量注射，可以由示踪气体流量控制器6将示踪气体向模拟泄漏点A的注入流量控制在设定注入流量。该设定注入流量应具有最大潜在泄漏流量的代表性，优选地，设定注入流量为半导体制程设备工作时通风气室100内的工艺管线2内的有害气体流量的1.2倍-1.5倍，示踪气体的注射精度应控制在±2％以内。

步骤五、等待通风气室100内的示踪气体达到平衡，平衡是指通风气室100内的示踪气体浓度不再随时间推移而发生明显变化。优选地，通风气室100内的示踪气体达到平衡所需的时间为t：

t＝3(V/q)

式中，t为平衡时间，单位为min，该平衡时间自示踪气体源4开启起算；V为通风气室100的体积，单位为L；q为通风气室100内的排气流量，单位为L/min。

在通风气室100内的示踪气体达到平衡后，在通风气室100外的设定取样点B进行多次取样。通风气室100外的设定取样点B优选地具有人体呼吸区代表性，即在通风气室100外围的人体呼吸区进行取样。较佳地，设定取样点B可以设有四个，四个设定取样点B分布在罩壳1前、后、左、右四个面中心线外18cm-22cm、高度1.4m-1.6m的位置处。取样采用提前编号的一次性注射器进行，每个注射器的编号具有唯一性和可识别性，可根据该编号识别出该样品的信息，包括其对应的模拟泄漏点A、设定取样点B和取样时间。取得的样品应严格密封。较佳地，可以使用聚丙烯(或聚氟乙烯薄膜或聚酯薄膜、聚乙烯、尼龙或玻璃瓶)注射器并堵头密封。多次取样的间隔时间可以为2min，取样次数并不局限，例如可以在通风气室100内的示踪气体达到平衡后1min、3min、5min三个时刻点进行三次取样。在多次取样完成后，关闭示踪气体源4，并在关闭示踪气体源4后在设定取样点B进行最后一次取样。较佳地，最后一次取样的时刻点为关闭示踪气体源4后1min。由此，完成了一次指定通风系统运行工况下通风气室100示踪气体逸散检测的取样。

步骤六、对取得的样品进行浓度分析，根据样品中的示踪气体浓度的最大值判断通风气室100的泄漏情况是否合格。优选地，可以采用高精度的示踪气体分析仪7分析所取得的样品。较佳地，在使用前，对示踪气体分析仪7进行调试使其具备测试条件，可以采用至少三种不同浓度的示踪气体标准气体对示踪气体分析仪7进行标定。采用标定好的示踪气体分析仪7测出各样品中的示踪气体浓度，并取其中最大值，将该最大值换算成对应的等效释放浓度ERC：ERC＝(制程气体浓度)×(样品示踪气体浓度最大值)/(注入示踪气体浓度)，制程气体浓度是指半导体制程设备工作时通风气室100内的工艺管线2内的有害气体浓度。将换算得到的等效释放浓度ERC对比职业接触限值OEL，判断通风气室100的泄漏情况是否合格：若等效释放浓度ERC不超过职业接触限值OEL，则认为通风气室100的泄漏情况符合标准，是合格的；若等效释放浓度ERC高于职业接触限值OEL，则认为通风气室100的泄漏情况超标，是不合格的。

至此，完成了一次半导体制程设备指定通风系统运行工况下通风气室100示踪气体逸散检测和分析，并获得了半导体制程设备指定通风系统运行工况下的有害气体泄漏安全性评估结果。上述步骤一至步骤六给出了指定通风系统运行工况下通风气室100示踪气体逸散检测的明确测试流程，该测试流程具有较高的可重复性，并通过通风系统参数、环境参数的测量、调节和确定以及模拟泄漏点A和设定取样点B的选取确定，保证了检测结果的精确性。

进一步，本实施例的半导体制程设备的示踪气体检测方法在步骤六之后，还可以包括以下步骤。

步骤七、当通风气室100的泄漏情况不合格时，调节通风气室100内的排气流量和/或对通风气室100的边界位置进行封堵，然后重复步骤二至步骤六。即，在检测通风气室100的泄漏情况不合格的情况下，可以对通风气室100的通风系统参数进行调节，也可以对通风气室100的边界密封进行加强，以改善通风气室100的泄漏情况，然后再重复一次半导体制程设备指定通风系统运行工况下通风气室100示踪气体逸散检测和分析，再次判断通风气室100的泄漏情况是否合格。

步骤八、重复步骤七，直至通风气室100的泄漏情况合格。

由此，本实施例的半导体制程设备的示踪气体检测方法可以根据检测结果和重复检测对通风气室100的泄漏情况进行调试，使得通风气室100的泄漏情况合格。

由于通风气室100内并排设有多条工艺管线2，而每条工艺管线2都存在潜在泄漏点，因此本实施例中，优选地，通风气室100内具有多个模拟泄漏点A，多个模拟泄漏点A与多条工艺管线2相对应。模拟泄漏点A可以通过胶带或绑扎带与对应的工艺管线2相固定。对于多个模拟泄漏点A，可以通过上述步骤一至步骤八逐个完成所有模拟泄漏点A的检测试验。在当前模拟泄漏点A检测通风气室100的泄漏情况合格时，可以切换下一个模拟泄漏点A进行下一轮检测。在当前模拟泄漏点A检测通风气室100的泄漏情况不合格时，应在调节通风气室100内的排气流量和/或对通风气室100的边界位置进行封堵后对当前模拟泄漏点A重新进行检测，并且，在该当前模拟泄漏点A之前已经检测合格的模拟泄漏点A也要逐个重新进行检测。

优选地，示踪气体源4的出口可以通过快速接头8接至通风气室100内的多个模拟泄漏点A。快速接头8的入口与示踪气体源4相连接，具体的，快速接头8的入口可以与示踪气体流量控制器6的出口相连接，快速接头8具有多个与多个模拟泄漏点A一一对应连接的出口，通过快速接头8可以方便、快捷地切换作为当前示踪气体释放点的模拟泄漏点A。

模拟泄漏点A的位置和角度决定了示踪气体的释放位置和方向，为保证模拟试验结果的可靠性，示踪气体的释放位置和方向应具有合理可预见的最坏情况代表性，亦即具有最大潜在泄漏量的代表性。优选地，模拟泄漏点A的位置靠近通风气室100内的工艺管线2的外周面并位于工艺管线2上的工艺气体流量控制器3的上游。将模拟泄漏点A设在工艺管线2外周面附近，是为了模拟工艺管线2完全破裂的情况。通常，半导体制程设备工作时，当工艺管线2上工艺气体流量控制器3的下游检测到真空损失时，会由半导体真空联锁装置自动关闭工艺气体气流通路，因此工艺气体流量控制器3的下游无需进行示踪气体检测，故而将模拟泄漏点A设在工艺气体流量控制器3的上游。进一步，模拟泄漏点A在工艺管线2外周面附近及工艺气体流量控制器3上游的具体位置和角度的设定，可以根据罩壳1的结构来确定，将模拟泄漏点A设置在罩壳1结构中最容易发生泄漏的地方，可以考虑罩壳1结构的开口处和贯穿处。如果不能确定具体的可代表“合理可预见的最坏情况”的模拟泄漏点A位置和角度，则可以执行多次不同位置和角度的模拟泄漏点A检测。

对于通风气室100内并排设置的多条工艺管线2，可以根据实际情况进行合并检测。对于相邻较近，且管线内工艺气体流量相当的两条工艺管线2，可以合并检测，取位于这两条工艺管线2中间的一个模拟泄漏点A进行检测即可。对于相邻较近，但管线内工艺气体流量相差较大的两条工艺管线2，则应分开检测，取分别位于这两条工艺管线2一侧的两个模拟泄漏点A分别进行检测。对于相邻较远的两条工艺管线2，也应分开检测，取分别位于这两条工艺管线2一侧的两个模拟泄漏点A分别进行检测。

本实施例的半导体制程设备的示踪气体检测方法适用性高，覆盖范围广，可用于所有的半导体制程设备泄漏检测，也可拓展用于其它行业带有通风系统的负压设备、系统的泄漏检测，例如生物或化学通风柜通风系统性能检测、负压手术或病毒室对外泄漏安全评估等。

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来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种半导体制程设备的示踪气体检测方法，其特征在于，依次包括以下步骤：

步骤一、确定半导体制程设备的通风气室(100)内的模拟泄漏点(A)，将示踪气体源(4)的出口接至所述模拟泄漏点(A)；

步骤二、测量并调节所述通风气室(100)内的负压和排气流量，使所述负压和所述排气流量均满足设定条件；

步骤三、测量并调节所述通风气室(100)外的环境风速和示踪气体环境本底浓度，使所述环境风速和所述示踪气体环境本底浓度均满足设定条件；

步骤四、开启所述示踪气体源(4)，并以设定注入流量向所述模拟泄漏点(A)释放示踪气体；

步骤五、在所述通风气室(100)内的示踪气体达到平衡后，在所述通风气室(100)外的设定取样点(B)进行多次取样，然后在关闭所述示踪气体源(4)后在所述设定取样点(B)进行最后一次取样；

步骤六、对取得的样品进行浓度分析，根据所述样品中的示踪气体浓度的最大值判断所述通风气室(100)的泄漏情况是否合格。

2.根据权利要求1所述的半导体制程设备的示踪气体检测方法，其特征在于，还包括：

步骤七、当所述通风气室(100)的泄漏情况不合格时，调节所述通风气室(100)内的排气流量和/或对所述通风气室(100)的边界位置进行封堵，然后重复所述步骤二至所述步骤六；

步骤八、重复所述步骤七，直至所述通风气室(100)的泄漏情况合格。

3.根据权利要求2所述的半导体制程设备的示踪气体检测方法，其特征在于，所述通风气室(100)内具有多个所述模拟泄漏点(A)，通过所述步骤一至所述步骤八逐个完成所有所述模拟泄漏点(A)的检测试验。

4.根据权利要求1或3所述的半导体制程设备的示踪气体检测方法，其特征在于，所述模拟泄漏点(A)靠近所述通风气室(100)内的工艺管线(2)的外周面并位于所述工艺管线(2)上的工艺气体流量控制器(3)的上游。

5.根据权利要求1所述的半导体制程设备的示踪气体检测方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述示踪气体源(4)通过减压阀(5)和示踪气体流量控制器(6)接至所述模拟泄漏点(A)。

6.根据权利要求1所述的半导体制程设备的示踪气体检测方法，其特征在于，在所述步骤二中，采用风速仪测量所述通风气室(100)的排风管道(103)的中心风速，并根据以下公式计算通风气室(100)内的排气流量q：

式中，D为排风管道(103)的直径；v为排风管道(103)的中心风速；n为修正值。

7.根据权利要求1所述的半导体制程设备的示踪气体检测方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述负压的设定条件为不超过375Pa，所述排气流量的设定条件为排气中有害气体的含量小于25％的职业接触限值。

8.根据权利要求1所述的半导体制程设备的示踪气体检测方法，其特征在于，在所述步骤三中，所述环境风速的设定条件为不超过0.13m/s，所述示踪气体环境本底浓度的设定条件为不超过1ppb。

9.根据权利要求1所述的半导体制程设备的示踪气体检测方法，其特征在于，在所述步骤四中，所述设定注入流量为所述半导体制程设备工作时所述通风气室(100)内的工艺管线(2)内的有害气体流量的1.2倍-1.5倍。

10.根据权利要求1所述的半导体制程设备的示踪气体检测方法，其特征在于，在所述步骤五中，所述通风气室(100)内的示踪气体达到平衡所需的时间为t：

t＝3(V/q)

式中，V为通风气室(100)的体积；q为通风气室(100)内的排气流量。

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