TW202012903A

TW202012903A - 用於測量空浮分子污染之站體與方法

Info

Publication number: TW202012903A
Application number: TW108117788A
Authority: TW
Inventors: 朱利安邦努爾; 奧利維樂巴克
Original assignee: 法商普發真空公司
Priority date: 2018-05-28
Filing date: 2019-05-23
Publication date: 2020-04-01
Also published as: US20210190647A1; EP3803323B1; WO2019228844A1; US11768134B2; FR3081558A1; FR3081558B1; TWI794498B; KR20210014682A; CN112219101A; EP3803323A1

Abstract

本發明係關於一種用於測量空浮分子污染的站體(1；1')，其包含至少一個氣體分析器(2)及調節泵(3)，其特徵在於該站體(1；1')進一步包含定序單元(4)，該定序單元(4)包含針對至少兩條取樣管線(L1-L16)定出待進行測量之順序的定序程式，該定序單元(4)經建構以控制被編程排在正在測量之取樣管線(L1-L16)的測量之後進行測量之待測量取樣管線(L1-L16)與該調節泵(3)的連接，同時控制該正在測量之取樣管線(L1-L16)與該至少一個氣體分析器(2)的連接。本發明亦關於一種藉由這樣的站體來測量空浮分子污染的方法。

Description

用於測量空浮分子污染之站體與方法

本發明係關於一種用於測量空浮分子污染的站體，特別是用於監測無塵室(諸如半導體製造廠中的無塵室)的大氣中分子污染的濃度。本發明亦關於一種藉由這樣的站體來測量空浮分子污染的方法。

在半導體製造工業中，必須保護諸如半導體晶圓或光罩之基板免受空浮分子污染(Airborne Molecular Contamination, AMC)，以防止此污染損壞基板的晶片或電子電路。為此，基板是裝在大氣運輸及儲存箱中，其使得基板從一項設備運輸到另一項設備或者儲存於兩個製造步驟之間。此外，運輸箱及設備係配置於無塵室內，其中顆粒量最小化，而溫度、濕度、及壓力維持在精準的水平。在無塵室中，空浮氣體物種可具有不同的來源且可為不同的類型，例如，會遇到酸、鹼、可冷凝元素、摻雜元素等。這些分子可源自半導體製造工廠內的空氣或者可係釋放出來的，特別是由已經歷過先前的製造操作之半導體晶圓所釋放。存在於無塵室中的氣體分析器使得空浮氣體物種的濃度被即時評估，特別是濕度及一些酸的濃度。測量的濃度有時非常低，例如在ppm或ppb的量級。由於係用這些氣體分析器來測量其周圍氣體環境，因此需要在無塵室的各測試區域中提供氣體分析器。為了降低污染基板的風險，因此需要增加所測量的氣體物種之數目及增加測試區域之數目。然而，增加每個區域的分析器數目並增加這些測試區域意味著此解決方案很快變得非常昂貴。為了降低成本，已提出一種整合不同分析器之測量單元。該單元設置有複數個輸入埠，各輸入埠定址於無塵室的特定測試區域。由於無塵室可能非常大，而測試區域的數目亦增加，因此需要使用顯著大量的取樣管線，這些管線的長度通常延伸至數十公尺。由氣體所採取以到達分析器之測量槽的長路徑係耗時的，其意味著資訊延遲。實際上，取樣管線中含有的整個體積至少需要用待測量之氣體「置換」一次，而這種氣體亦能夠藉由吸附輕易地附著至管線的壁上，特別是對於被稱為極性物種之待測量氣體物種而言。每次更換測試區域若沒有等待很長的時間，則難以獲得實際上代表測試區域中氣體物種濃度的測量值。一種解決方案涉及在所有取樣管線中同時吸入。所有取樣管線因而藉由共同的排氣來調節，而氣體濃度的測量則係一次在一條管線中進行。氣體因而在所有採樣管線中不斷地被吸入，其特別使得取樣管線進行良好的除氣。由於要同時取樣的管線數目很多，故此解決方案仍舊導致各管線中的泵送速率顯著降低。相較於將整個泵送速率專用於針對待測量的一條管線進行取樣之解決方案，在進行測量之取樣管線中的反應時間則係延長的。此外，取樣管線的長度不盡相同，有些管線可能很短，而其他管線可能很長。因此，泵送速率會在管線之間展現出顯著的差異。甚至可能發生這樣的情況，即兩條管線之間的長度差異如此之大，使得一條管線中的適當泵送速率相當於另一條管線中的泵送速率實際上為零。一種解決方案可涉及增加同時取樣之泵送容量。然而，這將導致相對高的成本。本發明的目標之一係提出一種測量站體，其至少部分地解決上述缺點。

為此，本發明之目標係一種用於測量空浮分子污染的站體，其包含至少一個氣體分析器及調節泵，其特徵在於該站體進一步包含定序單元，該定序單元包含針對至少兩條取樣管線定出待進行測量之順序的定序程式，該定序單元經建構以控制被編程排在正在測量之取樣管線的測量之後進行測量之待測量取樣管線(例如，單一取樣管線)與該調節泵的連接，同時控制該正在測量之取樣管線與該至少一個氣體分析器的連接。因此，可在最佳的及快速的泵送條件下調節取樣管線。實際上，由於取樣管線的調節係在隱藏的時間內進行，因此測量時間減少。此外，無論取樣管線的數目為何，最大泵送都可用於調節。因此，可增加取樣管線的數目而不改變用於調節的泵送效能。因此，在管線測量之前吸入的氣體使得取樣管線進行除氣。然後測量可以更精準，特別是在連續測試的兩個區域之間發生顯著的濃度變化的情況下，以及在需要足夠的除氣時間以獲得實際上代表測試區域中濃度之測量值的情況下。可因此而使用同一組氣體分析器來測量無塵室中不同點處之不同空浮氣體物種的濃度，而測量站體定址於無塵室的各測試區域中之輸入埠，從而限制成本。根據第一實施態樣，測量站體包含：取樣電磁閥，其可由各取樣管線上之定序單元控制；第一及第二調節電磁閥，其可由定序單元控制並與調節泵之輸入部並聯配置；第一及第二測量電磁閥，其可由定序單元控制並與至少一個氣體分析器之輸入部並聯配置，該第一調節電磁閥及該第一測量電磁閥係與第一系列取樣管線之取樣電磁閥連接，該第二調節電磁閥及該第二測量電磁閥係與第二系列取樣管線之取樣電磁閥連接。這樣的測量站體包含，例如，至少五個取樣電磁閥。第一系列取樣管線可包含與第二系列相同數目的取樣管線。定序程式定出例如待進行之測量的順序使各系列取樣管線中待進行之測量交替進行。此解決方案使得所使用的閥門數目受到限制，其使得設備得以簡化以及成本得以管控。根據第二實施態樣，測量站體包含：第一調節電磁閥，其可由該定序單元控制並配置在該調節泵之該輸入部處；第一測量電磁閥，其可由該定序單元控制，並配置在該至少一個氣體分析器之該輸入部處，該第一測量電磁閥及該第一調節電磁閥係與取樣管線連接；至少一個第二調節電磁閥，其可由該定序單元控制，並與該第一調節電磁閥及該調節泵之該輸入部並聯配置；至少一個第二測量電磁閥，其可由該定序單元控制，該至少一個第二測量電磁閥係與該第一測量電磁閥及該至少一個氣體分析器之該輸入部並聯配置，該至少一個第二測量電磁閥及該至少一個第二調節電磁閥係與至少一個各別取樣管線連接。此測量站體包含，例如，少於四個第二調節電磁閥及少於四個第二測量電磁閥。本發明之另一個標的係一種藉由前述測量站體測量空浮分子污染的方法，其特徵在於調節被編程排在正在測量的取樣管線的測量之後進行測量的取樣管線(例如，單一取樣管線)，同時在該取樣管線中用至少一個氣體分析器來測量。根據藉由第一實施態樣的測量站體來進行測量的方法之一個實施態樣，兩個系列的取樣管線之各系列中待進行之測量係交替進行的，第一系列取樣管線係與第一調節電磁閥及第一測量電磁閥連接，第二系列取樣管線係與第二調節電磁閥及第二測量電磁閥連接。

下列實施態樣係實例。儘管文中描述提及一或多個實施態樣，但這並不一定意味著每次提及涉及相同的實施態樣或者特徵僅適用於一個實施態樣。亦可組合各種實施態樣的簡單特徵以提供其他實施態樣。圖1顯示一種用於測量空浮分子污染，特別是用於監測無塵室(諸如半導體製造廠中的無塵室)的大氣中分子污染的濃度的站體1之元件。測量站體1包含至少一個氣體分析器2、調節泵3、及定序單元4。根據一個實施態樣，氣體分析器2包含小型取樣泵。氣體分析器2使得至少一種氣體物種的濃度可被即時測量，即針對低於ppm或ppb的低濃度，測量時間少於數秒、甚至數分鐘。所測量的氣體物種係例如，酸，諸如氫氟酸HF、或鹽酸HCl；或溶劑，諸如PGMEA(丙二醇甲醚)。根據另一個實施態樣，氣體物種係氨NH₃ 。氣體分析器2可經適應化以測量不同的氣體物種或一群不同的氣體物種。調節泵3包含例如小容量真空泵，諸如小型多段真空泵。定序單元4係例如電腦。定序單元4包含針對取樣管線L1-L16中至少兩條取樣管線定出待進行測量之順序的定序程式。取樣管線L1-L16包含例如撓性管，其係由限制氣體物種附著至壁上的材料所製成，諸如全氟烷氧基(亦稱為PFA)或聚四氟乙烯(亦稱為PTFE)。取樣管線L1-L16將測量站體1與無塵室的特定測試區域連接。取樣管線L1-L16的長度可在欲達到之各個測試區之間變化，並且可為數十公尺長，例如40與200公尺長之間。定序程式定出待進行之測量的順序，即，必須以其順序在與測量站體1連接的取樣管線L1-L16中進行氣體物種濃度的測量。定序單元4亦經建構以控制待測量取樣管線L1-L16(例如，單一取樣管線)與調節泵3的連接，同時控制正在測量的取樣管線L1-L16與該至少一個氣體分析器2的連接。因此，將「正在測量(being measured)」之取樣管線與「待測量(to be measured)」之取樣管線之間進行區分。取樣管線L1-L16中「待測量」之取樣管線係被編程排在正在測量之取樣管線L1-L16的測量之後進行測量的管線。為此，根據圖1所示之第一實施態樣，測量站體1包含：取樣電磁閥5，其可由各取樣管線L1-L16上之定序單元4控制；第一及第二調節電磁閥6a、6b，其可由定序單元4控制並與調節泵3之輸入部7並聯配置；及第一及第二測量電磁閥8a、8b，其可由定序單元4控制並與該至少一個氣體分析器2之輸入部9並聯配置；用於測量不同氣體或氣體物種之群組的濃度之複數個氣體分析器2可與輸入部9連接，以便同時自相同的取樣管線取樣。第一調節電磁閥6a及第一測量電磁閥8a係與第一系列S1取樣管線L1、L3、L5、L7、L9、L11、L13、L15之取樣電磁閥5連接。第一系列S1取樣管線包含至少一個取樣管線。第二調節電磁閥6b及第二測量電磁閥8b係與第二系列S2取樣管線L2、L4、L6、L8、L10、L12、L14、L16之取樣電磁閥5連接。第二系列S2取樣管線包含至少一個取樣管線。例如，至少有五條各設置有取樣電磁閥5的取樣管線L1-L16，例如十六條取樣管線L1-L16。第一系列S1取樣管線包含例如與第二系列S2相同數目的取樣管線(在實例中為八條)。定序程式定出例如待進行之測量的順序使各系列S1、S2取樣管線中待進行之測量交替進行。此解決方案使得所使用的閥門數目受到限制，其使得設備得以簡化以及成本得以管控。在操作期間，調節被編程排在正在測量之取樣管線L1-L16的測量之後進行測量之取樣管線L1-L16，例如單一取樣管線，同時在取樣管線L1-L16中用至少一個氣體分析器2來測量。例如，兩個系列S1、S2的取樣管線之各系列中待進行之測量係交替進行的。例如，藉由採用定序程式來調節第二系列S2之取樣管線L4，同時在取樣管線L5中用至少一個氣體分析器2來測量，該定序程式定出必須在第一系列S1之取樣管線L5中進行氣體物種濃度之測量、接著在第二系列S2之取樣管線L4中進行測量。為此，藉由打開取樣管線L4之取樣電磁閥5以及第二調節電磁閥6b，而與第一系列S1之取樣電磁閥5連接之第一調節電磁閥6a係關閉之下，定序單元4控制取樣管線L4與調節泵3的連接。同時，藉由打開取樣管線L5之取樣電磁閥5、以及第一測量電磁閥8a，而與第二系列S2之取樣電磁閥5連接之第二測量電磁閥8b係關閉之下，定序單元4控制取樣管線L5與至少一個氣體分析器2的連接(步驟101，圖2)。然後，在取樣管線L5中已進行測量之後，藉由打開取樣管線L4之取樣電磁閥5、以及第二測量電磁閥8b，而與第一系列S1之取樣電磁閥5連接之第一測量電磁閥8a係關閉之下，定序單元4控制取樣管線L4與至少一個氣體分析器2的連接。同時，定序單元4控制必須進行氣體物種濃度接續測量的第一系列S1之取樣管線與調節泵3的連接(步驟102，圖2)。操作可因此而繼續，直到在定序程式中定出的所有測量係按順序進行。可循環式重複這些操作。可因此而使用同一組氣體分析器2來測量無塵室中不同點處之不同空浮氣體物種的濃度，而測量站體1定址於無塵室的各測試區域中之輸入埠，從而限制成本。因此，可在最佳的及快速的泵送條件下調節取樣管線。實際上，隨著取樣管線的調節同時進行，測量時間減少。此外，無論取樣管線的數目為何，最大泵送都可用於調節。因此，可增加取樣管線的數目而不改變用於調節的泵送效能。因此，在管線測量之前吸入的氣體使得取樣管線進行除氣。然後測量可以更精準，特別是在連續測試的兩個區域之間發生顯著的濃度變化的情況下，以及在需要足夠的除氣時間以獲得實際上代表測試區域中濃度之測量值的情況下。圖3顯示測量站體1'之第二實施態樣。在此實施態樣中，測量站體1'包含：第一調節電磁閥11，其可由該定序單元4控制並配置在該調節泵3之該輸入部7處；第一測量電磁閥12，其可由該定序單元4控制並配置在該至少一個氣體分析器2之該輸入部9處；至少一個第二調節電磁閥13a、13b，其可由該定序單元4控制並與該第一調節電磁閥11及該調節泵3之該輸入部7並聯配置；及至少一個第二測量電磁閥14a、14b，其可由該定序單元4控制並與該第一測量電磁閥12及該至少一個氣體分析器2之該輸入部9並聯配置。第一測量電磁閥12及第一調節電磁閥11係與取樣管線L1連接。至少一個第二測量電磁閥14a、14b及至少一個第二調節電磁閥13a、13b係與至少一個取樣管線L2、L3連接。所繪示之實例具有三條取樣管線L1-L3，即與第一調節電磁閥11及調節泵3之輸入部7並聯配置之兩個第二調節電磁閥13a、13b，以及與第一測量電磁閥12及至少一個氣體分析器2之輸入部9並聯配置之兩個第二測量電磁閥14a、14b。兩個第二測量電磁閥14a、14b及兩個第二調節電磁閥13a、13b係與兩條相應的取樣管線L2、L3連接。例如，對於根據此第二實施態樣之測量站體1'規定其包含少於四個第二調節電磁閥及少於四個第二測量電磁閥，而測量站體1係與至多五個採樣管線L1-L5連接。實際上，超過五個所需的電磁閥數目相當明顯地增加測量站體1'的成本。在操作期間，調節被編程排在正在測量之取樣管線的測量之後進行測量的取樣管線，例如單一取樣管線，同時在該取樣管線中用該至少一個氣體分析器2來測量。舉例來說，藉由採用定序程式來調節取樣管線L3，同時在取樣管線L2中用至少一個氣體分析器2來測量，該定序程式定出必須在取樣管線L2中進行氣體物種濃度之測量、接著在取樣管線L3中進行測量。為此，藉由打開取樣管線L3之第二取樣電磁閥13b，而取樣管線L3之第二測量電磁閥14b係關閉之下，定序單元4控制取樣管線L3與調節泵3的連接。同時，藉由打開取樣管線L2之第二測量電磁閥14a，而第二取樣電磁閥13a係關閉之下，定序單元4控制取樣管線L2與至少一個氣體分析器2的連接(步驟101，圖4)。然後，在取樣管線L2中已進行測量之後，藉由打開取樣管線L3之第二測量電磁閥14b、以及藉由關閉取樣管線L3之第二取樣電磁閥13b及取樣管線L2之第二測量電磁閥14a，定序單元4控制取樣管線L3與至少一個氣體分析器2的連接。同時，定序單元4控制必須進行氣體物種濃度接續測量的取樣管線與調節泵3的連接(步驟102，圖4)。操作可因此而繼續，直到在定序程式中定出的所有測量係按順序進行。可循環式重複這些操作。

1:站體 1':站體 2:氣體分析器 3:調節泵 4:定序單元 5:取樣電磁閥 6a:第一調節電磁閥 6b:第二調節電磁閥 7:輸入部 8a:第一測量電磁閥 8b:第二測量電磁閥 9:輸入部 11:第一調節電磁閥 12:第一測量電磁閥 13a:第二調節電磁閥 13b:第二調節電磁閥 14a:第二測量電磁閥 14b:第二測量電磁閥 100:方法 101:步驟 102:步驟 L1:取樣管線 L2:取樣管線 L3:取樣管線 L4:取樣管線 L5:取樣管線 L6:取樣管線 L7:取樣管線 L8:取樣管線 L9:取樣管線 L10:取樣管線 L11:取樣管線 L12:取樣管線 L13:取樣管線 L14:取樣管線 L15:取樣管線 L16:取樣管線 S1:第一系列 S2:第二系列

藉由非限制性實例的方式所提供之下列說明並參考所附圖式，本發明之其他特徵及優點將變得顯而易見，其中：圖1顯示用於測量空浮分子污染的站體的第一實施態樣之示意圖；圖2顯示藉由圖1之測量站體來測量空浮分子污染的方法之示意圖；圖3顯示用於測量空浮分子污染之站體的第二實施態樣之示意圖；圖4顯示藉由圖3之測量站體來測量空浮分子污染的方法之示意圖。在所有這些圖式中，相同的元件使用相同的參考符號。

1:站體

2:氣體分析器

3:調節泵

4:定序單元

5:取樣電磁閥

6a:第一調節電磁閥

6b:第二調節電磁閥

7:輸入部

8a:第一測量電磁閥

8b:第二測量電磁閥

9:輸入部

L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10、L11、L12、L13、L14、L15、L16:取樣管線

S1:第一系列

S2:第二系列

Claims

一種用於測量空浮分子污染的站體(1；1')，其包含至少一個氣體分析器(2)及調節泵(3)，其特徵在於該站體(1；1')進一步包含定序單元(4)，該定序單元(4)包含針對至少兩條取樣管線(L1-L16)定出待進行測量之順序的定序程式，該定序單元(4)經建構以控制被編程排在正在測量之取樣管線(L1-L16)的測量之後進行測量之待測量取樣管線(L1-L16)與該調節泵(3)的連接，同時控制該正在測量之取樣管線(L1-L16)與該至少一個氣體分析器(2)的連接。
根據申請專利範圍第1項所述之測量站體(1)，其中，該定序單元(4)經建構以控制被編程排在正在測量之取樣管線(L1-L16)的測量之後進行測量之待測量單一取樣管線(L1-L16)與該調節泵(3)的連接，同時控制該正在測量之取樣管線(L1-L16)與該至少一個氣體分析器(2)的連接。
根據申請專利範圍第1或2項所述之測量站體(1)，其中，該測量站體(1)進一步包含：取樣電磁閥(5)，其可由各取樣管線(L1-L16)上之該定序單元(4)控制；第一及第二調節電磁閥(6a、6b)，其可由該定序單元(4)控制並與該調節泵(3)之該輸入部(7)並聯配置；第一及第二測量電磁閥(8a、8b)，其可由該定序單元(4)控制並與該至少一個氣體分析器(2)之該輸入部(9)並聯配置，該第一調節電磁閥(6a)及該第一測量電磁閥(8a)係與第一系列(S1)取樣管線(L1、L3、L5、L7、L9、L11、L13、L15)之取樣電磁閥(5)連接，該第二調節電磁閥(6b)及該第二測量電磁閥(8b)係與第二系列(S2)取樣管線(L2、L4、L6、L8、L10、L12、L14、L16)之取樣電磁閥(5)連接。
根據申請專利範圍第3項所述之測量站體(1)，其中，該測量站體(1)包含至少五個取樣電磁閥(5)。
根據申請專利範圍第3項所述之測量站體(1)，其中，該第一系列(S1)取樣管線包含與該第二系列(S2)相同數目的取樣管線。
根據申請專利範圍第3項所述之測量站體(1)，其中，該定序程式定出待進行之測量的順序使各系列(S1、S2)取樣管線中待進行之測量交替進行。
根據申請專利範圍第1或2項所述之測量站體(1')，其中，該測量站體(1')進一步包含：第一調節電磁閥(11)，其可由該定序單元(4)控制並配置在該調節泵(3)之該輸入部(7)處；第一測量電磁閥(12)，其可由該定序單元(4)控制並配置在該至少一個氣體分析器(2)之該輸入部(9)處，該第一測量電磁閥(12)及該第一調節電磁閥(11)係與取樣管線(L1)連接；至少一個第二調節電磁閥(13a、13b)，其可由該定序單元(4)控制並與該第一調節電磁閥(11)及該調節泵(3)之該輸入部(7)並聯配置；至少一個第二測量電磁閥(14a、14b)，其可由該定序單元(4)控制，該至少一個第二測量電磁閥(14a、14b)係與該第一測量電磁閥(12)及該至少一個氣體分析器(2)之該輸入部(9)並聯配置，該至少一個第二測量電磁閥(14a、14b)及該至少一個第二調節電磁閥(13a、13b)係與至少一個各別取樣管線(L2、L3)連接。
根據申請專利範圍第7項所述之測量站體(1')，其中，該測量站體(1')包含少於四個第二調節電磁閥(13a、13b)及少於四個第二測量電磁閥(14a、14b)。
一種藉由申請專利範圍第1至8項中任一項所述之測量站體(1；1')測量空浮分子污染的方法(100)，其特徵在於調節被編程排在正在測量之取樣管線(L1-L16)的測量之後進行測量之取樣管線(L1-L16)，同時在該取樣管線(L1-L16)中用至少一個氣體分析器(2)來測量。
根據申請專利範圍第9項所述之測量方法(100)，其係藉由申請專利範圍第3至6項中任一項所述之測量站體(1)進行，其中，兩個系列(S1、S2)的取樣管線之各系列中待進行之測量係交替進行的，第一系列(S1)取樣管線(L1、L3、L5、L7、L9、L11、L13、L15)係與第一調節電磁閥(6a)及第一測量電磁閥(8a)連接，第二系列(S2)取樣管線(L2、L4、L6、L8、L10、L12、L14、L16)係與第二調節電磁閥(6b)及第二測量電磁閥(8b)連接。
根據申請專利範圍第9或10項所述之測量方法(100)，其中，在該取樣管線(L1-L16)中用至少一個氣體分析器(2)測量時，該被調節之取樣管線(L1-L16)係單一管線。