CN113514598A - 半导体行业洁净室内空气监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了半导体行业洁净室内空气监测系统及方法,半导体行业洁净室内空气监测系统包括标液提供装置和检测装置;富集装置包括:多个管道的进口端分别设置在不同的洁净室内,出口端连通密闭容器;密闭容器的出口选择性地连通大气和抽气单元;液体提供单元用于提供吸收所述洁净室内待测成分的液体,并输送到所述密闭容器内,排废单元用于排出所述密闭容器内的液体;第一流路切换模块用于使所述密闭容器选择性地连通任一个洁净室;进样装置包括:第二流路切换模块用于使第一多通阀的端口选择性地连通所述标液提供装置和所述密闭容器;定量单元和检测装置分别连通第一多通阀的端口。本发明具有富集与检测同步进行、分析效率高,实时性好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及痕量气体检测,特别涉及半导体行业洁净室内空气监测系统及方法。
背景技术
对于半导体制造业来说,存在空气中的气态分子污染物(AMC)会引起光刻工艺中分辨率下降(NH3)、元器件漏电,造成低击穿(Li、Na、K、Mg、Ca、Ba)、金属化制程中金属附着力降低与芯片电路腐蚀(HF、HCl、H2SO4、H3PO4、Cl2、NOx、SOx)等。在半导体制造的不同过程中,对洁净室AMC中酸碱性物质有不同的管控要求;另一方面,随着半导体制程工艺不断升级,芯片线宽进入纳米级时代,使洁净室对空气纯净度的要求也越来越高。因此,这就需要精确而可靠的分析技术来监控所有与制造过程有关的污染物。
目前,现有的监测手段通常有以下方法:
1.直接测量技术,具体是利用电化学传感器、离子迁移谱、化学发光法等原理的气体分析仪,自动实时监测洁净室内NH3、NOx、HF、HCl、SO2等气体。但这些气体分析仪甚至是进口高端的气体分析仪均具有较高检出限的局限性,无法应对痕量至超痕量级分析,尤其是半导体行业洁净室中空气污染物含量本身较低的环境。
2.间接测量技术,即在国际标准中,对痕量酸碱性物质的主要监控手段是采用离子色谱法进行监测(酸性物质转化为相应的阴离子形态,碱性物质NH3转化为铵根离子形态)。该技术检测AMC酸碱性物质的方法为溶液吸收采样分析法,将富集一定时间后的酸碱性物质样品通过离子色谱仪进行检测,最后根据公式换算成对应的空气污染物浓度。该技术的不足在于:
首先,只能根据经验判断富集所需的时间,当富集时间过长导致进样浓度过高会使样品残留于仪器管路中,后续需耗费大量时间用于仪器清洗;当富集时间不足,则进样浓度过低造成分析误差,导致现有仪器不能很好地适应痕量或超痕量气体的检测。
再有,全流程人工操作易引入污染,且不同操作人员重复性差,存在人为影响风险;
还有,监测频率低,人工操作基本为一周测一次或一月测一次,缺乏实时性。
发明内容
为解决上述现有技术方案中的不足,本发明提供了一种半导体行业洁净室内空气监测系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
半导体行业洁净室内空气监测系统,所述半导体行业洁净室内空气监测系统包括标液提供装置和检测装置;所述半导体行业洁净室内空气监测系统还包括富集装置,所述富集装置包括:
多个管道,多个管道的进口端分别设置在不同的洁净室内,出口端连通密闭容器;
密闭容器,所述密闭容器的出口选择性地连通大气和抽气单元;
液体提供单元和排废单元,所述液体提供单元用于提供吸收所述洁净室内待测成分的液体,并输送到所述密闭容器内,所述排废单元用于排出所述密闭容器内的液体;
第一流路切换模块,所述第一流路切换模块用于使所述密闭容器选择性地连通任一个洁净室;
所述监测系统还包括进样装置,所述进样装置包括;
第二流路切换模块,所述第二流路切换模块用于使第一多通阀的端口选择性地连通所述标液提供装置和所述密闭容器;
第一多通阀和定量单元,所述定量单元和检测装置分别连通所述第一多通阀的端口。
本发明的目的还在于提供了半导体行业洁净室内空气监测方法,该发明目的是通过以下技术方案得以实现的:
半导体行业洁净室内空气监测方法,所述半导体行业洁净室内空气监测方法包括:
第一流路切换模块切换,密闭容器选择性地连通待测洁净室;
抽吸单元工作,待测洁净室内的空气进入所述密闭容器内的吸收液体内,所述空气中的待测成分在吸收液体中富集;
在上述富集的同时,第一多通阀和第二流路切换模块切换,所述密闭容器内的液体穿过第二流路切换模块,进入定量单元内,所述定量单元连接所述第一多通阀;
第一多通阀切换,所述定量单元内的液体进入检测装置,从而获得待测成分的含量;
待所述含量处于所述检测装置的选定含量区间内时,断开所述密闭容器和待测洁净室间的连通。
与现有技术相比,本发明具有的有益效果为:
1.分析误差小;
本发明的富集装置、进样装置和检测装置组合为整体,实现了富集和检测同时进行,监控了富集过程中待测成分含量,通过多次检测,使得富集后的待测成分含量准确地处于检测装置的选定含量区间(避开了含量过高和过低),从而降低了检测装置的分析误差,进而很好地适应了半导体行业中各洁净室内痕量及超痕量空气污染物检测的需要;
整个监测过程,富集装置、进样装置及检测装置自动运行,无需操作人员介入,排除了人员介入带来的不一致性及操作误差,进一步降低了分析误差;
2.效率高、实时性好;
样品富集、进样、检测、标定等均自动化实现,提高了监测效率,实时性好。
附图说明
参照附图,本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是:这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案,而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中:
图1是根据本发明实施例的半导体行业洁净室内空气监测系统的结构示意图。
具体实施方式
图1和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了解释本发明技术方案,已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此,本发明并不局限于下述可选实施方式,而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1:
图1示意性地给出了本发明实施例的半导体行业洁净室内空气监测系统的结构简图,如图1所示,所述半导体行业洁净室内空气监测系统包括:
标液提供装置和检测装置,检测装置可采用离子色谱仪等检测仪;
富集装置,所述富集装置包括:
多个管道,多个管道的进口端分别设置在不同的洁净室内,出口端连通密闭容器;
密闭容器,所述密闭容器的出口选择性地连通大气和抽气单元;
液体提供单元和排废单元,所述液体提供单元用于提供吸收所述洁净室内待测成分的液体,并输送到所述密闭容器内,所述排废单元用于排出所述密闭容器内的液体;
第一流路切换模块,所述第一流路切换模块用于使所述密闭容器选择性地连通任一个洁净室,从而实现了各个洁净室内气体的自动化采样和富集;
进样装置,所述进样装置包括;
第二流路切换模块,所述第二流路切换模块用于使第一多通阀的端口选择性地连通所述标液提供装置和所述密闭容器;
第一多通阀和定量单元,所述定量单元和检测装置分别连通所述第一多通阀的端口。
为了降低系统成本及工作可靠性,进一步地,所述第一流路切换模块包括多个阀门,分别设置在各个管道上。
为了适应更多洁净室的监测需求,进一步地,所述监测系统还包括样品管理装置,所述样品管理装置包括:
第三流路切换模块,所述第三流路切换模块用于使所述第二流路切换模块选择性地连通多个富集装置中的任一容器。
为了适应人工采样后的样品的检测,进一步地,所述样品管理装置还包括:
第四流路切换模块,所述第四流路切换模块用于使第五流路切换模块选择性地连通多个样品容器中的任一个;
第五流路切换模块,所述第五流路切换模块用于使所述第二流路切换模块选择性地连通第三流路切换模块和第四流路切换模块。
为了在现场提供不同浓度的标液,进一步地,所述标液提供装置包括:
混合单元,所述混合单元接收第二多通阀输送来的标液和稀释液提供模块输送来的稀释液,混合后送所述第二流路切换模块;
第二多通阀和定量模块,所述第二多通阀分别连接第一抽吸模块、第六流路切换模块和载液模块,所述定量模块连通所述第二多通阀;
第六流路切换模块,所述第六流路切换模块用于使第二多通阀选择性地连通各种标液。
为了将定量单元内的液体输送到检测装置,进一步地,所述进样装置还包括:
第二抽吸模块和载液模块,所述第二抽吸模块和载液模块连通所述第一多通阀。
本发明实施例的半导体行业洁净室内空气监测方法,所述半导体行业洁净室内空气监测方法包括:
第一流路切换模块切换,密闭容器选择性地连通待测洁净室;
抽吸单元工作,待测洁净室内的空气进入所述密闭容器内的吸收液体内,所述空气中的待测成分在吸收液体中富集;
在上述富集的同时,第一多通阀和第二流路切换模块切换,所述密闭容器内的液体穿过第二流路切换模块,进入定量单元内,所述定量单元连接所述第一多通阀;
第一多通阀切换,所述定量单元内的液体进入检测装置,从而获得待测成分的含量;
待所述含量处于所述检测装置的选定含量区间内时,断开所述密闭容器和待测洁净室间的连通。
为了降低分析误差,进一步地,所述半导体行业洁净室内空气监测方法还包括标定过程,所述标定过程为:
所述第二流路切换模块、第六流路切换模块、第二多通阀和第一多通阀切换,选择的标液通过第六流路切换模块进入与所述第二多通阀连接的定量模块内;
第二多通阀切换,所述定量模块内的标液进入混合单元内,与混合单元内的稀释液混合;
混合单元内的混合液穿过所述第二流路切换模块,进入所述定量单元内;
所述第一多通阀切换,所述定量单元内的液体进入检测装置,根据检测装置输出的标液的信息以及所述混合液中标液的含量,标定所述检测装置。
为了适应更多个洁净室内空气的监测需求,进一步地,密闭容器具有多个,每个密闭容器均利用第一流路切换模块连通多个洁净室;
设置第三流路切换模块,进口分别连通各个密闭容器,出口连通所述第二流路切换模块。
为了适应人工取样样品的检测需求,进一步地,设置第四流路切换模块的进口分别连通多个样品容器,出口连通第五流路切换模块的进口;
所述第五流路切换模块的进口连通所述第三流路切换模块,出口连通所述第二流路切换模块。
实施例2:
根据本发明实施例1的半导体行业洁净室内空气监测系统和方法的应用例。
在该应用例中,为了监测十个洁净室内的空气,在富集装置中,使用一个密闭容器,十个采样管道,每个采样管道的一端设置在洁净室内,另一端连通密闭容器;液体提供单元用于提供纯水,并送入密闭容器内,本实施例采用注射泵;排废单元采用蠕动泵,连通密闭容器内部;抽吸单元采用真空泵和流量计的组合;两位三通阀的端口分别连接密闭容器的出口、大气和抽吸单元,使得密闭容器选择性地连通抽吸单元和大气;第一流路切换模块采用十个电磁阀,分别设置在采样管道上;
在进样装置中,第二流路切换模块采用二位三通阀,分别连通所述密闭容器和第一多通阀;第一多通阀采用两位六通阀,定量单元的两端分别连通第一多通阀的端口;第二载液模块和第二抽吸模块均采用注射泵,并连通第一多通阀的端口;
检测装置采用离子色谱仪,连接所述第一多通阀的端口;
标液提供装置中,第六流路切换模块采用多通道选向阀,端口连通各种标液,公共端口连通第二多通阀;第二多通阀采用两位六通阀,定量模块的两端连通第二多通阀的端口,第一载液模块和第一抽吸模块均采用注射泵,并连通第二多通阀的端口;稀释液提供模块采用注射泵,提供的稀释液送混合单元;标液通过第六流路切换模块、第二多通阀进入混合单元内。
本发明实施例的半导体行业洁净室内空气监测方法,所述半导体行业洁净室内空气监测方法包括:
第一流路切换模块和两位三通阀切换,密闭容器选择性地连通待测洁净室,密闭容器内连通抽吸单元;
抽吸单元工作,待测洁净室内的空气进入所述密闭容器内的吸收液体内,所述空气中的待测成分如F-、Cl-、SO4 2-、Mg2+、K+、Ca2+或NH4 +等,在吸收液体中富集;
在上述富集的同时,第一多通阀和第二流路切换模块切换,第二抽吸模块工作,所述密闭容器内的液体被抽出,穿过第二流路切换模块,进入定量单元内,所述定量单元连接所述第一多通阀;
第一多通阀切换,第二载液模块提供的载液推动所述定量单元内的液体进入检测装置,从而获得待测成分如F-、Cl-、SO4 2-、Mg2+、K+、Ca2+或NH4 +等的含量;
在富集过程中,通过多次检测,待所述含量处于所述检测装置的选定含量区间(本实施例的选定含量区间为10-40ppb,检测装置的量程为1-50ppb)内时,两位三通阀切换,断开所述密闭容器和待测洁净室间的连通,此时大气连通密闭容器内部,排废单元工作,排出密闭容器内的液体;
标定过程,所述标定过程为:
所述第二流路切换模块、第六流路切换模块、第二多通阀和第一多通阀切换,在第一抽吸模块抽吸下,选择的标液通过第六流路切换模块进入与所述第二多通阀连接的定量模块内;
第二多通阀切换,第一载液模块提供的载液推动所述定量模块内的标液进入混合单元内,与混合单元内可能存在(也可能没有,是否有需要根据标液确定)的稀释液混合,如需稀释液,则通过稀释液提供模块提供并输送到混合单元内;
在第二抽吸模块抽吸下,混合单元内的混合液穿过所述第二流路切换模块,进入所述定量单元内;
所述第一多通阀切换,第二载液模块提供的载液推动所述定量单元内的液体进入检测装置,根据检测装置输出的标液的信息以及所述混合液中标液的含量,标定所述检测装置。
实施例3:
根据本发明实施例1的半导体行业洁净室内空气监测系统及方法的应用例,与实施例2不同的是:
为了适应更多个如二十或更多个洁净室内空气的监测需求,设置多套富集装置,也即密闭容器具有多个,每个密闭容器均利用第一流路切换模块连通多个洁净室;
设置第三流路切换模块,如多通道选向阀,进口分别连通各个密闭容器,出口连通所述第五流路切换模块;
第五流路切换模块采用两位三通阀,进口分别连通所述第三流路切换模块和第四流路切换模块,出口连通所述第二流路切换模块;
第四流路切换模块采用多通道选向阀,端口分别连通人工采样的多个样品容器,出口连通第五流路切换模块的进口,从而实现了离线样品的检测。
在监测方法中,当在线检测时,通过第一、第三和第五流路切换模块的切换,待测洁净室连通与其对应的密闭容器,如第二套富集装置的密闭容器,该密闭容器依次通过第三流路切换模块及第五流路切换模块连通第二流路切换模块;
当离线检测时,第四和第五流路切换模块切换,选择的离线样品容器依次通过第四和第五流路切换模块连通第二流路切换模块。
Claims (10)
1.半导体行业洁净室内空气监测系统,所述半导体行业洁净室内空气监测系统包括标液提供装置和检测装置;其特征在于,所述半导体行业洁净室内空气监测系统还包括富集装置,所述富集装置包括:
多个管道,多个管道的进口端分别设置在不同的洁净室内,出口端连通密闭容器;
密闭容器,所述密闭容器的出口选择性地连通大气和抽气单元;
液体提供单元和排废单元,所述液体提供单元用于提供吸收所述洁净室内待测成分的液体,并输送到所述密闭容器内,所述排废单元用于排出所述密闭容器内的液体;
第一流路切换模块,所述第一流路切换模块用于使所述密闭容器选择性地连通任一个洁净室;
所述监测系统还包括进样装置,所述进样装置包括;
第二流路切换模块,所述第二流路切换模块用于使第一多通阀的端口选择性地连通所述标液提供装置和所述密闭容器;
第一多通阀和定量单元,所述定量单元和检测装置分别连通所述第一多通阀的端口。
2.根据权利要求1所述的半导体行业洁净室内空气监测系统,其特征在于,所述第一流路切换模块包括多个阀门,分别设置在各个管道上。
3.根据权利要求1所述的半导体行业洁净室内空气监测系统,其特征在于,所述监测系统还包括样品管理装置,所述样品管理装置包括:
第三流路切换模块,所述第三流路切换模块用于使所述第二流路切换模块选择性地连通多个富集装置中的任一容器。
4.根据权利要求3所述的半导体行业洁净室内空气监测系统,其特征在于,所述样品管理装置还包括:
第四流路切换模块,所述第四流路切换模块用于使第五流路切换模块选择性地连通多个样品容器中的任一个;
第五流路切换模块,所述第五流路切换模块用于使所述第二流路切换模块选择性地连通第三流路切换模块和第四流路切换模块。
5.根据权利要求1所述的半导体行业洁净室内空气监测系统,其特征在于,所述标液提供装置包括:
混合单元,所述混合单元接收第二多通阀输送来的标液和稀释液提供模块输送来的稀释液,混合后送所述第二流路切换模块;
第二多通阀和定量模块,所述第二多通阀分别连接第一抽吸模块、第六流路切换模块和载液模块,所述定量模块连通所述第二多通阀;
第六流路切换模块,所述第六流路切换模块用于使第二多通阀选择性地连通各种标液。
6.根据权利要求1所述的半导体行业洁净室内空气监测系统,其特征在于,所述进样装置还包括:
第二抽吸模块和载液模块,所述第二抽吸模块和载液模块连通所述第一多通阀。
7.半导体行业洁净室内空气监测方法,所述半导体行业洁净室内空气监测方法包括:
第一流路切换模块切换,密闭容器选择性地连通待测洁净室;
抽吸单元工作,待测洁净室内的空气进入所述密闭容器内的吸收液体内,所述空气中的待测成分在吸收液体中富集;
在上述富集的同时,第一多通阀和第二流路切换模块切换,所述密闭容器内的液体穿过第二流路切换模块,进入定量单元内,所述定量单元连接所述第一多通阀;
第一多通阀切换,所述定量单元内的液体进入检测装置,从而获得待测成分的含量;
待所述含量处于所述检测装置的选定含量区间内时,断开所述密闭容器和待测洁净室间的连通。
8.根据权利要求7所述的半导体行业洁净室内空气监测方法,其特征在于,所述半导体行业洁净室内空气监测方法还包括标定过程,所述标定过程为:
所述第二流路切换模块、第六流路切换模块、第二多通阀和第一多通阀切换,选择的标液通过第六流路切换模块进入与所述第二多通阀连接的定量模块内;
第二多通阀切换,所述定量模块内的标液进入混合单元内,与混合单元内的稀释液混合;
混合单元内的混合液穿过所述第二流路切换模块,进入所述定量单元内;
所述第一多通阀切换,所述定量单元内的液体进入检测装置,根据检测装置输出的标液的信息以及所述混合液中标液的含量,标定所述检测装置。
9.根据权利要求7所述的半导体行业洁净室内空气监测方法,其特征在于,密闭容器具有多个,每个密闭容器均利用第一流路切换模块连通多个洁净室;
设置第三流路切换模块,进口分别连通各个密闭容器,出口连通所述第二流路切换模块。
10.根据权利要求9所述的半导体行业洁净室内空气监测方法,其特征在于,设置第四流路切换模块的进口分别连通多个样品容器,出口连通第五流路切换模块的进口;
所述第五流路切换模块的进口连通所述第三流路切换模块,出口连通所述第二流路切换模块。
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