CN114264522A - 环境监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种环境监测系统，用于监测无尘室内制程区域的空气污染物浓度，包括：所述无尘室内具有多个制程区域；采样装置，用于采集所述制程区域的环境样品；控制装置，用于控制所述采样装置采集预设的所述制程区域的环境样品；分析装置，与所述采样装置连通，用于分析采集到的所述环境样品。本发明有利于快速获取特定制程区域环境样品的分析数据，以及提高分析数据的准确性。
Description
技术领域
本发明实施例涉及半导体领域，特别涉及一种环境监测系统。
背景技术
随着半导体工业工序复杂性的增加和产品特征尺寸的微缩，空气污染物对产品的影响成为无尘室环境控制的重点关注问题。
现有空气污染物检测步骤主要由工作人员人力完成，检测步骤可分为前处理、采样、分析以及数据处理。在前处理和采样过程中，容易引入人为污染，进而导致测试结果不准确；在分析以及数据处理过程中，不同工作人员的分析结果可能不同，进而造成数据准确性问题。此外，人力完成耗时长，检测结果的时效性存在问题，难以实现空气污染物的快速监测和处理。
发明内容
本发明实施例提供一种环境监测系统，有利于快速获取特定制程区域环境样品的分析数据，以及提高分析数据的准确性。
为解决上述问题，本发明实施例提供一种环境监测系统，用于监测无尘室内制程区域的空气污染物浓度，包括：所述无尘室内具有多个制程区域；采样装置，用于采集所述制程区域的环境样品；控制装置，用于控制所述采样装置采集预设的所述制程区域的环境样品；分析装置，与所述采样装置连通，用于分析采集到的所述环境样品。
另外，所述采样装置包括采样泵和缓冲箱，所述采样泵与所述制程区域连通，所述缓冲箱与所述分析装置连通，所述采样泵用于采集所述环境样品，所述缓冲箱用于缓冲所述环境样品的压力波动。如此，有利于提高分析装置获取到的空气污染物浓度数据准确性。
另外，所述采样泵的类型包括隔膜泵。通过隔膜将被输送气体与活柱和泵缸隔开，从而避免活柱和泵缸表面的油污或其他污染物污染被输送气体，进而保证分析装置获取到的浓度数据的准确性。
另外，所述分析装置包括多个分析模块，每一所述分析模块用于分析对应类型的空气污染物浓度，多个所述分析模块可同步分析所述采样装置单次采集的所述环境样品。如此，可同时获取不同类型的空气污染物的浓度，且能够减少环境样品的采集次数，有利于快速监测空气污染物并进行相应处理。
另外，所述分析装置包括酸分析模块、氨分析模块、硫分析模块以及有机物质分析模块。
另外，所述控制装置可根据预设的至少一所述制程区域的环境要求调整所述多个制程区域的采集顺序。如此，可对不同制程区域的监测优先级进行调整，实现特定制程区域的重点监测。
另外，所述控制装置还用于设定至少一所述制程区域的浓度阈值；所述环境监测系统还包括：警示装置，用于在任一所述制程区域的浓度阈值超出所述制程区域的预设浓度阈值时发出警示信息。如此，有利于对空气污染物超标的特定制程区域进行快速清洁。
另外，所述采样装置包括系统采样管路和多个单一采样管路，每一所述制程区域与一所述单一采样管路连通，不同所述制程区域连通的所述单一采样管路不同，所述系统采样管路可与任一所述单一采样管路连通，所述系统采样管路的输出端与所述分析装置连通；所述采样装置还包括：采样阀，所述采样阀用于连通或阻断所述单一采样管路与所述系统采样管路。如此，有利于避免清洁系统采样管路的气体流入制程区域或者附着在单一采样管路内壁表面，进而使得单一采样管路以及制程区域具有较高的洁净度。
另外，所述环境监测系统还包括：第一清洁泵，所述第一清洁泵用于吹扫所述系统采样管路，并将吹扫后的气体送入所述分析装置。如此，有利于保证在进行下一次采样时系统采样管路的环境满足预设要求，从而避免系统采样管路的环境对制程区域的空气污染物浓度分析造成干扰。
另外，所述控制装置还用于控制所述采样阀的阀门状态。
另外，所述环境监测系统还包括：清洁管路，所述清洁管路的第一端用于通入气体或抽出气体，所述清洁管路的第二端可与所述单一采样管路连通，所述采样阀用于控制所述单一采样管路与所述系统采样管路或所述清洁管路连通。如此，可通过清洁管路对单一采样管路进行清洗，保证单一采样管路具有较高的洁净度，从而避免单一采样管路内的空气污染物对制程区域的空气污染物浓度分析结果造成干扰。
另外，所述环境监测系统还包括：换气阀、进气管路、出气管路以及第二清洁泵，所述换气阀用于控制所述清洁管路的一端与所述进气管路的一端连通，所述进气管路的另一端用于通入清洁气体；或者，所述换气阀用于控制所述清洁管路的一端与所述出气管路的一端连通，所述出气管路的另一端与所述第二清洁泵连通，所述第二清洁泵用于抽气。可通过抽气，使得单一采样管路内的气体处于流动状态，减少因分子间作用力吸附在管路内壁上的空气污染物，从而避免吸附的空气污染物影响后续分析制程区域空气污染物浓度的准确性；此外，通入清洁气体，有利于对采样阀进行进一步清洁。
与现有技术相比，本发明实施例提供的技术方案具有以下优点：
上述技术方案中，通过采样装置和分析装置代替人工进行采样和分析，有利于快速获取环境样品的分析数据并进行相应处理，同时，还有利于避免引入人工污染，保证分析得到的空气污染物浓度数据具有较高的准确性；通过控制装置控制采样装置进行采集，有利于准确获取特定的一个制程区域的浓度数据或特定的多个制程区域的平均浓度数据，即可快速获取特定制程区域环境样品的空气污染物浓度数据。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1为本发明实施例提供的环境监测系统的结构示意图；
图2和图3为本发明实施例提供的环境监测系统的局部结构示意图；
图4和图5为本发明实施例提供的环境监测系统的运行原理示意图；
图6为本发明实施例提供的测试背景-空气污染物浓度曲线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
图1为本发明实施例提供的环境监测系统的结构示意图。
参考图1，环境监测系统用于监测无尘室内制程区域10的空气污染物浓度，包括：无尘室内具有多个制程区域10；采样装置(未标示)，用于采集制程区域10的环境样品；控制装置(未标示)，用于控制采样装置采集预设的制程区域10的环境样品；分析装置12，与采样装置连通，用于分析采集到的环境样品。
本实施例中，采样装置包括采样泵111和缓冲箱112，采样泵111与制程区域10连通，缓冲箱112与分析装置12连通，采样泵111用于采集环境样品，缓冲箱112用于缓冲环境样品的压力波动。缓冲箱112对采样泵111采集到的环境样品进行预混合稳定，保证用于分析的环境样品的气压处于预设范围内，避免采样泵111间断式采样所带来的压力波动，且避免分析装置12的数据分析受到压力波动的影响，保证分析装置12获取到的空气污染物浓度数据的准确性。
其中，分析装置12可在缓冲箱112内的压力处于预设范围内时进行数据分析，缓冲箱112可具有压力计算功能；此外，缓冲箱112可具有泄压口，在缓冲箱112内部压力骤然增加而来不及进行数据分析时泄除部分压力，保证分析得到的浓度数据具有较高的准确性。
本实施例中，采样泵111的类型包括隔膜泵。参考图2，通过隔膜111b将输送气体的输送管路111a和活柱111c隔开，从而避免活柱111c的表面污染物污染被输送气体，进而保证分析装置12获取到的浓度数据的准确性。
本实施例中，分析装置12包括多个分析模块，每一分析模块用于分析对应类型的空气污染物浓度，多个分析模块可同步分析采样装置单次采集的环境样品。如此，可同时获取不同类型的空气污染物浓度，无需进行逐次分析，有利于缩短空气污染物浓度的整体分析时间；此外，能够减少环境样品的采样次数，从而进一步缩短空气污染物浓度的监测时间，有利于实现空气污染物浓度的快速监测以及快速处理。
本实施例中，分析装置12包括酸分析模块121、氨分析模块122、硫分析模块123以及有机物质分析模块124，分别用于监测制程区域10内的酸性气体浓度、氨气浓度、二氧化硫浓度以及有机物质浓度，避免酸性气体以及氨气影响金属导线的形成，避免酸性气体与氨气反应生成的盐类影响产品良率，避免二氧化硫与氨结合而导致光罩表面形成雾化，进而避免雾化导致的产品良率下降以及重工率升高。
在其他实施例中，分析装置还可以包括针对其他空气污染物的分析模块。需要说明的是，只要是可能会影响工艺制程或产品良率的气体都可以被视为空气污染物，空气污染物的类型在不同制程区域内可能不同。
本实施例中，控制装置可根据预设的至少一制程区域10的环境要求调整多个制程区域10的采集顺序。如此，可对不同制程区域10的监测优先级进行调整，实现特定制程区域的重点监测。
其中，环境要求可以人为输入，也可以由另一设备导入；环境要求既可以是采集频率，也可以是浓度阈值，还可以是监测信息。以下通过两个应用示例进行详细说明：
第一示例，厂区内具有多个无尘室，每一无尘室内具有多个可连通的制程区域10，不同无尘室内的制程区域10可以相同，即第一无尘室和第二无尘室内都具有用于进行第一工艺的第一制程区域和用于进行第二工艺的第二制程区域，当第一无尘室的第一制程区域出现空气污染物问题之后，将第一无尘室内第一制程区域的监测信息导入到第二无尘室的控制装置内，控制装置根据监测信息对第二无尘室内第一制程区域的空气污染物浓度进行监测；
第二示例，当一制程区域10的预设空气污染物浓度阈值发生变化时，控制装置对该制程区域10的空气污染物浓度进行重新监测。
本实施例中，控制装置还用于设定至少一制程区域10的浓度阈值；环境监测系统还包括：警示装置(未图示)，用于在任一制程区域10的浓度阈值超出制程区域10的预设浓度阈值时发出警示信息。如此，有利于对空气污染物超标的特定制程区域10进行快速清洁。
本实施例中，采样装置包括系统采样管路114和多个单一采样管路113，每一制程区域10与一单一采样管路113连通，不同制程区域10连通的单一采样管路113不同，系统采样管路114可与任一单一采样管路113连通，系统采样管路114的输出端与分析装置12连通；采样装置还包括：采样阀115，采样阀115用于连通或阻断单一采样管路113和系统采样管路114。
关于单一采样管路113、系统采样管路114以及采样阀115三者的位置关系，可进一步参考图3，系统采样管路114为一连续通道，在系统采样管路114的延伸路径上，系统采样管路114可通过采样阀115与每一单一采样管路113连通。当采样阀115阻断单一采样管路113与系统采样管路114时，制程区域10内的气体只能进入单一采样管路113，而无法到达系统采样管路114；当采样阀115导通单一采样管路113与系统采样管路114时，制程区域10内的气体可通过单一采样管路113到达系统采样管路114。
需要说明的是，在同一时刻，可以有一个或多个采样阀115处于导通单一采样管路113与系统采样管路114的状态，也就是说，分析装置12既可以用于分析单一制程区域10的空气污染物浓度，也可以用于分析多个制程区域10的平均空气污染物浓度。
多个采样阀115固定在阀件盘14a上。
以下将详细说明如上设置采样管路的原因，以便更好地理解：
设置多个单一采样管路113的原因是需要对多个制程区域10进行分别采集；设置系统采样管路114以连通多个单一采样管路113的目的在于减少气体传输路径上的管路条数，便于管理；由于需要对单一制程区域10进行环境样品采集，因此需要采样阀115控制单一采样管路113与系统采样管路114之间导通和关断，以实现特定制程区域10的精确采集。
此外，由于系统采样管路114是共用的，为避免前一次采样过程的空气污染物残留影响下一次的采样，需要在两次采集之间，对系统采样管路114进行清洁，为避免清洁过程中空气污染物堆积在单一采样管路113内而无法被有效去除，可将采样阀115设置在单一采样管路113朝向系统采样管路114的一端，如此，有利于保证单一采样管路113具有较高的洁净度，以及可对采样阀115本身进行一定的清洁。
本实施例中，环境监测系统还包括：第一清洁泵13，第一清洁泵13用于吹扫系统采样管路114，并将吹扫后的气体送入分析装置12。如此，在分析装置12确认系统采样管路114的环境满足采样需求时，控制装置可控制第一清洁泵13停止吹扫并进行下一次采样，保证在进行下一次采样时系统采样管路114的环境满足预设要求，从而避免系统采样管路114的环境对制程区域10的空气污染物浓度分析造成干扰，保证检测结果的准确性。
需要说明的是，第一清洁泵13对系统采样管路114的吹扫还会对系统采样管路114内壁的吸附性造成影响。具体地，吹扫时间越长，系统采样管路114内壁越干净，内壁吸附空气污染物的能力增强，空气污染物的检测值偏低；相应地，吹扫时间越短，系统采样管路114内壁越脏，系统采样管路114内壁的空气污染物会对检测结果造成影响，即空气污染物的检测值偏高。也就是说，在进行系统采样管路114的清洁，需要控制清洁时间，使得系统采样管路114的内壁处于预设的洁净水平。
此外，还可以根据历史数据中空气污染物浓度值与第一清洁泵13的清洁时间的关系，设置与预设浓度阈值对应的预设时间阈值，如此，可在清洁时间处于预设时间阈值内时进行下一次采样，而无需等待分析装置12的分析结果，有利于进一步快速且准确地获取制程区域10的空气污染物浓度数据。
本实施例中，控制装置还用于控制采样阀115的阀门状态，即控制装置通过控制采样阀115的阀门状态，实现制程区域10采集对象的切换，从而获取特定制程区域10的空气污染物浓度数据。
本实施例中，环境监测系统还包括：清洁管路14，清洁管路14的一端用于通入气体或抽出气体，清洁管路14的另一端可与单一采样管路13连通，采样阀115用于控制单一采样管路113与系统采样管路114或清洁管路14连通。
具体地，继续参考图3，当单一采样管路113与清洁管路14连通时，采样阀115阻隔单一采样管路113与系统采样管路114，系统采样管路114内的气体无法通入单一采样管路113或对应的制程区域10内，此时，可通过清洁管路14对单一采样管路113进行清洁。如此，可保证单一采样管路113具有较高的清洁度，从而避免单一采样管路113内的空气污染物对制程区域10的空气污染物浓度分析结果造成干扰。
本实施例中，环境监测系统还包括：换气阀152、进气管路153、出气管路151以及第二清洁泵15，换气阀152用于控制清洁管路14的一端与进气管路153的一端连通，进气管路153的另一端用于通入清洁气体；或者，换气阀152用于控制清洁管路14的一端与出气管路151的一端连通，出气管路151的另一端与第二清洁泵15连通，第二清洁泵15用于抽气。
抽气和通气所起到的清洁效果以及两者的使用时机不同。参考图4和图5，以下以依次进行第一制程区域101以及第二制程区域102的采样作为示例进行详细说明，具体如下：
参考图4，在对第一制程区域101进行采样时，可将其他制程区域10对应的单一采样管路113连通至清洁管路14，且清洁管路14的一端连通至出气管路151，第二清洁泵15通过抽气使得单一采样管路113内的气体与对应的制程区域10内的环境气体相同，便于下次采样；以及使得单一采样管路113内的气体保持流动状态，从而避免单一采样管路113内的空气污染物因气体静止而吸附在单一采样管路113内壁，进而保证单一采样管路113具有较高的清洁度，有利于提高检测结果的准确性。
可以理解的是，在进行第一制程区域101的采样过程中，由于系统采样管路114与每一采样阀115接触，因此每一采样阀115的被系统采样管路114暴露的表面都会沉积有空气污染物，同时，由于空气污染物分子较小且容易发生漂移，因此会有少量空气污染物转移至采样阀115的其他位置，而后续采用第一清洁泵13进行系统采样管路114的清洁时，只能去除采样阀115被系统采样管路114暴露的表面的空气污染物。也就是说，转移至其他位置的少量空气污染物无法被去除。
参考图5，在第一制程区域101的采样完成后，在进行第二制程区域102的采样之前，需要采用第一清洁泵13吹扫系统采样管路114，以去除对第一制程区域101进行采样时留在系统采样管路114内的空气污染物，避免系统采样管路114内的空气污染物影响分析装置12的分析结果；此外，由于少量空气污染物无法被第一清洁泵13吹扫去除，因此可通过通入清洁气体(clean dry air，CDA)进行逆吹，从而对第二制程区域102对应的单一采样管路113进行进一步地清洁，而由于残余的空气污染物较少，因此逆吹对分析结果的影响较小。
相对于进行逆吹清洁，抽气清洁可能等比例或非等比例地抽离制程区域10内的不同空气污染物，进而造成检测结果不准确。具体地，当抽离的空气污染物占全部空气污染物的比例与抽离的载气(除空气污染物以外的气体)占全部载气的比例不同时，制程区域10内的空气污染物浓度就会增大或减小；当抽离的不同类空气污染物占该类空气污染物总量的比例不同时，制程区域10内不同类空气污染物的浓度对比关系会发生改变。
由于进行逆吹时通入的清洁气体总量是可以计算的，因此采用逆吹清洁方案，能够通过计算消除清洁气体对空气污染物浓度分析造成的影响，进而准确获取空气污染物的分析结果。分析结果包括空气污染物的类型，空气污染物的浓度以及不同空气污染物的浓度比值。
需要说明的是，由于第一清洁泵13用于吹扫的气体最后通入缓冲箱112，因此可采用惰性气体进行吹扫，而由于逆吹时的气体最后通入无尘室的制程区域10，而无尘室内可能有工作人员，因此最好采样可呼吸的干燥空气，从而保证工作人员的生命安全；此外，可通过调整单一采样管路113的结构或者调整单一采样管路113与采样阀115的位置关系，使得逆吹的气体通往其他区域，以进一步保证分析装置12得到的浓度数据的准确性。
以下将通过图6详细说明不同测试背景下的检测结果，以便更好地理解：
参考图6，分别在不同测试背景下，对大黄光区21、小黄光区22以及光罩室23三个制程区域10(参考图1)的空气污染物浓度进行测试。
在第一测试背景31中，直接对三个制程区域10的空气污染物浓度进行测试，此时由于各个制程区域10的空气污染物浓度较低，且系统采样管路114和采样阀115内壁洁净度较高，浓度检测结果显示三个制程区域10的空气污染物浓度都较低，无显著鉴别性；
在第二测试背景32中，随着系统采样管路114和采样阀115内残留有大量空气污染物，每一制程区域10的空气污染物浓度检测结果都受到影响，显示出较高的空气污染物浓度；
在第三测试背景33中，通过清洁空气逆吹采样阀115以及通过氮气吹扫系统采样管路114，去除残留的部分空气污染物，从而使得每一制程区域10的空气污染物浓度检测结果较低；
在第四测试背景34中，由于氮气吹扫时间过长，约为1200s，系统采样管路114内壁吸附性较强，导致每一制程区域10的空气污染物浓度检测结果都较低，无鉴别性；
在第五测试背景35中，由于吹扫时间较短，约为300s，残留污染物的影响还是较大，三个制程区域10的浓度检测结果都偏大，也无法有效区分三个制程区域10的污染情况；
在第六测试背景36中，控制吹扫时间为600s，或者控制吹扫时间为采样时间的1/4到1/6，使得不同制程区域10的空气污染物浓度检测结果差异较大，具有显著鉴别性；第六测试背景36包括的制程区域10具有较低的空气污染物浓度。
本实施例中，通过采样装置和分析装置代替人工进行采样和分析，有利于快速获取环境样品的分析数据并进行相应处理，同时，还有利于避免引入人工污染，保证分析数据具有较高的准确性；通过控制装置控制采样装置进行采集，有利于准确获取特定的一个制程区域的分析数据或特定的多个制程区域的平均分析数据，即实现特定制程区域环境样品分析数据的快速获取。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各自更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求限定的范围为准。
Claims (12)
1.一种环境监测系统，用于监测无尘室内制程区域的空气污染物浓度，其特征在于，包括：所述无尘室内具有多个制程区域；
采样装置，用于采集所述制程区域的环境样品；
控制装置，用于控制所述采样装置采集预设的所述制程区域的环境样品；
分析装置，与所述采样装置连通，用于分析采集到的所述环境样品。
2.根据权利要求1所述的环境监测系统，其特征在于，所述采样装置包括采样泵和缓冲箱，所述采样泵与所述制程区域连通，所述缓冲箱与所述分析装置连通，所述采样泵用于采集所述环境样品，所述缓冲箱用于缓冲所述环境样品的压力波动。
3.根据权利要求2所述的环境监测系统，其特征在于，所述采样泵的类型包括隔膜泵。
4.根据权利要求1所述的环境监测系统，其特征在于，所述分析装置包括多个分析模块，每一所述分析模块用于分析对应类型的空气污染物浓度，多个所述分析模块可同步分析所述采样装置单次采集的所述环境样品。
5.根据权利要求1或4所述的环境监测系统，其特征在于，所述分析装置包括酸分析模块、氨分析模块、硫分析模块以及有机物质分析模块。
6.根据权利要求1所述的环境监测系统，其特征在于，所述控制装置可根据预设的至少一所述制程区域的环境要求调整所述多个制程区域的采集顺序。
7.根据权利要求1所述的环境监测系统，其特征在于，所述控制装置还用于设定至少一所述制程区域的浓度阈值；所述环境监测系统还包括：警示装置，用于在任一所述制程区域的浓度阈值超出所述制程区域的预设浓度阈值时发出警示信息。
8.根据权利要求1所述的环境监测系统，其特征在于，所述采样装置包括系统采样管路和多个单一采样管路，每一所述制程区域与一所述单一采样管路连通，不同所述制程区域连通的所述单一采样管路不同，所述系统采样管路可与任一所述单一采样管路连通，所述系统采样管路的输出端与所述分析装置连通；所述采样装置还包括：采样阀，所述采样阀用于连通或阻断所述单一采样管路与所述系统采样管路。
9.根据权利要求8所述的环境监测系统，其特征在于，还包括：第一清洁泵，所述第一清洁泵用于吹扫所述系统采样管路，并将吹扫后的气体送入所述分析装置。
10.根据权利要求8所述的环境监测系统，其特征在于，所述控制装置还用于控制所述采样阀的阀门状态。
11.根据权利要求8所述的环境监测系统，其特征在于，还包括：清洁管路，所述清洁管路的第一端用于通入气体或抽出气体，所述清洁管路的第二端可与所述单一采样管路连通，所述采样阀用于控制所述单一采样管路与所述系统采样管路或所述清洁管路连通。
12.根据权利要求11所述的环境监测系统，其特征在于，还包括：换气阀、进气管路、出气管路以及第二清洁泵，所述换气阀用于控制所述清洁管路的一端与所述进气管路的一端连通，所述进气管路的另一端用于通入清洁气体；或者，所述换气阀用于控制所述清洁管路的一端与所述出气管路的一端连通，所述出气管路的另一端与所述第二清洁泵连通，所述第二清洁泵用于抽气。
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