TWI386250B - 排除污染的系統及方法 - Google Patents

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Description

排除污染的系統及方法 發明相關申請之交叉參考資料
本案以美國申請案60/577,723號，2004年6月7日提出主張以下優先權，，名稱為『移除污染物的系統和方法』；及美國申請案60/619,857,2004年10月18日提出，名稱為『排除污染物的系統和方法』，二者之內容於此併入作為參考。
許多製造業中都會使用淨室(clean room)，作為污染管制之用，並改善產品品質和產品生產量，舉例來說，淨室可能被用於製藥、生物技術和半導體的應用上。半導體製造環境將是此處以下所引用者，同時將扮演一個協助說明的環境。
飛在空氣中的污染物必須要減少、消滅、或二者兼施，才有助確保最適宜的半導體產量，因此，在半導體製造環境中，氣體過濾是很嚴格的，吾人已投入無數努力去消滅來自半導體製造設備所用氣體的致減產污染物。污染物通常被分類為小顆粒或分子，一般的小顆粒污染物包括灰塵、線絨、皮膚屑和製造物之碎片；致減產污染物之例子則包括：酸，例如氫溴酸、硝酸、硫酸、磷酸、氫氯酸；鹼，例如氨、氫氧化銨、氫氧化四甲銨(tetramethylammonium hydroxide)、三甲胺(trimethylamine)、三乙胺(triethylamine)、六甲基二矽氮烷(hexamethyldisilazane)、N－甲基吡咯烷酮(N－methylpyrrolidone；NMP)、環己胺(cyclohexylamine)、二乙基胺乙醇(diethylaminoethanol)、甲胺(methylamine)、二甲胺(dimethylamine)、乙醇氨(ethanolamine)、嗎啉(morpholine)；冷凝物，例如矽化物和碳氫化物，其沸點大於或等於約150℃，以及基化物，例如硼通常以硼酸使用、磷通常為有機磷酸鹽、砷通常以砷酸鹽使用。
飛揚在空氣中的散碎小粒子污染物可能出現在淨室中的周圍空氣裡，或者它們可能藉由注入其內之氣體而被帶入，舉例來說，在半導體光電石印術(photolithography)工具中，氣體通常提供兩個目的，亦即，工具氣動作用的正確度和工具光視學的滌淨。雖然純淨的乾燥空氣、氮氣或同類氣體通常被用來驅動氣動作用和滌淨光視學，少量的污染物仍難免存在於氣體中，其濃度仍足以損壞工具光視學，例如，發光體光視學(illuminator optics)和投射透鏡(projection lenses)。污染物質可能吸附在光學元件上形成分子薄膜，在光表面的分子薄膜物理性地會吸收並散射進入的光線，光線在光電石印技術的光學表面的散射和吸收會導致波陣面(wavefront)的球面性質扭曲，當包含於球面波陣面的訊息被扭曲時，其產生的影像也會錯誤或走樣。影像扭曲、或於光電石印技術的例子中，不能正確地於線網(reticle)上再生電路模板(circuit pattern)，導致精確尺寸控制和生產產量的損失。
污染的物質也可能和光電石印技術工具、工具中製造的晶圓或其二者的光學表面發生化學性的反應，舉例來說，二氧化硫在工具中可能和水結合產生硫酸，使得工具光學性發生不可逆的損害，此外，氨(ammonia)可能和晶圓表面物質如具抗性之閘絕緣薄膜及其同類物發生反應，這樣的反應能干擾光電石印技術的製造步驟，並且減少生產產量。所以，供應給半導體製造工具的氣體的純度是一個具有決定性的關鍵。
氣體氣流的品質及淨室中此類致減產污染物通常係透過數種取樣埠來監測，例如，針對一個或多個半導體製造工具。一般標準情形下，這些取樣埠係被用來確定已經維持一個乾淨的製造環境且半導體產量並未到污染物濃度增加的影響。氣體氣流品質的誤差值也會重大影響半導體產量，污染物和變動的氣體氣流也可能增加維持和操作的支出。用來監測氣體氣流品質的典型的取樣埠在例如晶圓製造時有填塞傾向，會妨礙製造過程的控制和品質確保的努力。在製造時開啟一個取樣埠也能導致壓力的不良改變。
傳統取樣埠仍需要一個實質時間周期來取樣，取樣埠以通常方式滌洗數分鐘以排除任何可能影響品質測量的殘餘污染物；此外，在取樣時流經取樣埠的氣體氣流速率常會改變，造成樣本一致性和正確性的難題。為了改善半導體產量並監測降低產量的污染物，必須能夠很方便地取樣氣體氣流，而不會有任何前述傳統取樣埠的缺點；也必須能夠減少及/或消除這些污染物。一個用於氣體氣流取樣及減少或消除降低產量的污染物的方便方法也應該能容易地適用於現有的半導體工具、淨室和它們相連之取樣埠上，該方法也應該能使用於連續地移除降低產量的污染物並監測氣體氣流品質是否含有這些污染物。
本發明之具體模式例可應用於過濾一個送進來的空氣供應以除去空氣中污染物；更進一步，本發明之具體模式例可應用於監測氣體氣流品質是否已移除污染物，例如，降低產量的污染物。應用平行的過濾平台，以提供高效率的過濾作用，以及提供較長的過濾器更換時間周期。本發明之具體模式例應用一個新型氣流控制器，將送進來的空氣供應分配給多個平行的過濾平台(filter stage)，這個氣流控制器在其輸入邊接受一個送進來的空氣供應，並在氣流控制器的輸出邊提供一個擴散的空氣流出。擴散的空氣流出組態係每一個過濾器存箱接收相同份數的擴散的空氣流出，並更進而每一個過濾器存箱基本地有相同的空氣速度流過其間。
依據本發明的觀點，本發明之系統和方法包括一組裝置(apparatus)，係用來在半導體製造設備中移除一種氣體裡面的污染物，該裝置包括一個過濾器單位，具有至少兩個平行過濾平台置於其中，過濾平台係設計為可移除存於流過它們的氣體中的至少一部份污染物；該裝置也包括一個氣流控制器，可分配過濾平台中的氣體氣流。於一個理想具體模式例中，氣流控制器可以由一個擴散器板(diffuser plate)組成，擴散器板包含多個排列在其表面的洞(hole)，並組態為一種方式，可以使每一個過濾平台接受在擴散器板輸入面的一個固定和相等的氣體份數。該裝置能更進一步組態，包含一些感應器，可測量存在輸入過濾器單位的污染物之外，還有存於單位的過濾平台的污染物和存於過濾平台輸出的污染物。
依據本發明的另一個觀點，係提供一個淨室中的移除氣體內污染物的裝置，該裝置包括有一個過濾單位，具有至少兩個平行過濾平台，用來移除通過該裝置的至少一部份的氣體內污染物，該裝置還更進一步包括一個擴散器板，具有一個輸入面用來接受氣體，和一個輸出面用來使氣體能分配到過濾平台，擴散器板係架設在過濾單位內，其方式係能使其遞送實質地均等的體積的氣體到存於其間之每一個平台。除此之外，該裝置也包括若干取樣埠，用來取樣代表通過每一個過濾平台的氣體量。藉由感應器所得到的數據能用來監測該裝置的成果，並預測何時應更換構成過濾平台的過濾器模組(filter modules)。
依據本發明的另一個觀點，在過濾器外罩(housing)上的一個取樣管狀埠，具有一個開口(aperture)，有一個第一直徑和一個小於第一直徑的第二直徑，當取樣管不使用時，可以提供一個連續的氣體流出，過濾器外罩一般有一個內部正壓力，使得取樣埠可進行氣體流出。開口的縮小直徑的尺寸，其大小係當取樣埠不使用時，可以提供一個連續的氣體流出，所以可減少或消除任何殘留在取樣埠的污染物的出現，而同時對通過過濾器裝置的氣體氣流有最小的衝擊，過濾器外罩通常能有1至12英吋的水的壓力。開口可以是一個圓錐形孔口(conical orifice)的形式附帶一個介於每分鐘10和100cc的流出速率，孔口可以和取樣埠一起使用，用於一個多平台過濾系統，以移除在半導體製造設備中的氣體內污染物。於一個具體模式例中，一個管狀孔口可以和本發明之裝置一起使用，用於移除淨室中的氣體內污染物。典型的取樣埠能用來監測氣體氣流品質，並監測例如降低產量的污染物和污染物濃度。更好的是，本發明的一個取樣管狀孔口包括一個具有開口的本體(body)部份，該開口係縱向通過該部份，取樣管狀孔口的開口以截頭錐體(frustoconical)和圓柱(cylindrical)部份為其特徵。
截頭錐體和圓柱部份界定至少一個開口的第一和第二直徑，開口可以和一個或多個本發明裝置相聯絡，使其間之氣體氣流進入裝置中，然後氣體流過裝置，直到管狀孔口。取樣管狀孔口可以用ta取樣管替代，後者容許在本發明裝置中之氣體氣流能易於監測，而不會影響在此類裝置中的壓力。氣體氣流的品質可以用來監測如降低產量的污染物和污染物的含量。
另一個取樣管狀孔口的具體模式例中，管狀孔口的組成有一個輸送(transition)部份，係介於圓柱部份和截頭錐體部份的一個圓柱節段之間的連接，該輸送部份可定義為至少是該裝置的一個第三直徑。該孔口也能包括一個部份，定義至少是一個第四開口(aperture)直徑。取樣的部份也能用來從管狀孔口的孔徑中抽出氣體樣本。此處所描述的任何一種具體模式例中，取樣管狀孔口均可以丟棄，並且更理想的是，本發明之一個裝置的一個取樣埠，其中管狀孔口係藉著一個固定元件如一個連接於埠的環而固定在位置上。
本發明之一個取樣管狀孔口，可以由任何合適的材料組成，該材料能承受由氣體氣流和處理過程或製造情形所導致的熱，一種典型的材料能精確地以機械製造，以避免不需要的突起物，該突起物會干擾並影響氣體氣流及其後之氣體氣流，舉例來說，本發明之取樣管狀孔口可以實質地以藍寶石組成；一個孔口也可以由數種不同類型的材料組成而形成一個組合物。本發明之管狀孔口的組成份理想地是能地抗氣體氣流中潛藏的腐蝕物，這類腐蝕物可能是降低產量污染物。
一個管狀孔口之製造，係容許一個連續且均一的氣體從本發明之裝置流過而不會有氣流干擾半導體製造或產量。藉著一個連續且均一的氣體氣流，從一個管狀孔口取樣可以減少樣本變異，並避免任何形式的時間消耗於例如監測降低產量污染物和污染物濃度時的氣體沖洗。此外，一個連續的氣體氣流通過管狀孔口，防止阻塞的機會，阻塞常會干擾製程控制和品質確保的努力，例如，在使用取樣埠時，相關於將降低產量污染物和污染物濃度減至最低所作的努力。一個本發明之管狀孔口對於監測氣體氣流的品質相當有效，因為它係在一個均一高速而不影響製程壓力改變的情形，提供一個低氣體氣流。
舉例來說，一個本發明之取樣管狀孔口能和一個具有多數個平行過濾平台於其中的過濾單位一起使用，以移除來自流經其間之氣體的至少一部份污染物。另可依需要選擇，裝置還能包括一個氣流控制器，用來將氣體氣流分配流過平行過濾平台。於另一個具體模式例中，一個取樣管狀孔口能連接一個裝置，該裝置組成有，例如，一個具有多數個平行過濾平台於其中的過濾單位，用來移除來自流經其間之氣體的至少一部份污染物。較理想的是，該裝置包含一個擴散器板具有一個輸入面來接收氣體和一個輸出面來遞送氣體到多數個過濾平台，更甚者，擴散器板能架置在過濾單位內，並組態成遞送實質地均等體積的氣體到多數個過濾平台的每一個平台。
依據本發明的另一個觀點，係提供一個方法，在一個半導體製造設備中，藉著使用一個過濾單位移除一個氣體的污染物。一個輸入的氣體重由過濾單位接收，該氣體隨後通過一個氣流控制器，在經過氣流控制器之後，該氣體被作成近便用於數個位在過濾單位內的過濾平台，每一個氣體部份通過每一個過濾平台以移除至少一部存在氣體中的污染物。本發明也提供一個方法，藉由一個取樣管狀孔口監測氣體氣流品質，例如，減少產量污染物和污染物濃度。
再依據本發明的另一個觀點，係提供一個電腦可讀取媒介(computer readable medium)，具有可機器執行的指令(machine－executable instruction)配置於其中，可機器執行指令引發一個處理器去執行一個方法，係監測通過有多數過濾平台運作其間之過濾單位的氣體；電腦可讀取媒介包含指令，係執行監測通過一個過濾平台的氣體重，產生一個被監測氣體量的步驟，處理來自被監測氣體量的樣本以產生一個處理過樣本，評價處理過樣本，判定過濾平台是否依照一個限定標準恰當地運作，若監測的過濾平台未依照限定標準運作則送出一個警示。
前述的和其他的使用平行過濾平台從一個氣體移除污染物的系統和方法，其構造和優點將從以下對系統和方法的理想具體模式例的更詳細描述而明顯易見，如同附隨的描繪圖所示，其中相同附註標記表示透過不同觀察面的相同部位。
本發明之具體模式例可應用於減少、消除、或減少和消除原則上被要求無污染物液體的環境中的液體帶有的污染物。此處，藉由實施例，液體將是一種氣體，且更特別地，是一種用於半導體製造或生產的淨室中的氣體。本發明之具體模式例可用來過濾淨室中的周圍氣體、或可用來過濾其他被引導來的氣體氣流或用於限定區域內，例如減少污染物在使用高速空氣流的光電石印設備上形成。
本發明之理想具體模式例將於此處說明併相關連之淨室環境；然而，本發明並未因結構、應用、及尺寸大小等等而侷限於此處。本發明之其他具體模式例及應用從此處之詳細說明及繪圖將很快地變得明顯可見。
第一圖描繪一個依據本發明觀點所作的過濾器系統的圖解表示，過濾器系統(5)可以包括，一個封裝外圍(enclosure)(14)、氣流控制器(16)、一個或多個可替換過濾器模組(18A)至(18F)、總過濾器(18)、一個或多個高效能細顆粒空氣過濾器(high efficiency particulate air filter)或闔帕過濾器(HEPA)模組(20A)和(20B)、總闔帕(HEPA)過濾器(20)及封口(19A)和(19B)、還有其他。過濾器系統(5)也可以包括一個送風機(blower)/風扇組件(10)及/或一個排空風扇(exhaust fan)(22)。過濾器系統(5)通常與空氣處理裝置如壓力充氣管(plenum)或輸送管設備連接在一起，空氣處理裝置適用於將一個或多個氣體量集中進入輸入端(input end)(6)或從輸出端(7)出來。
在形成一個輸入空氣流量(12)於輸入端(6)進入封裝外圍(14)以前，壓力充氣管(plenum)可引導一個空氣流量(11)進入一個送風機/風扇(10)，送風機/風扇(10)係由電力機械式、機械式或氣動式操作，以增加一個輸入空氣流量(12)的速度。封裝外圍(14)可以包含多數個嵌板(panel)，主要地係由不透氣材料製成，例如鋁、冷軋鋼、塑膠、及其組合物所製成。封裝外圍(14)形成過濾器系統(5)的外部結構，通常，封裝外圍(14)也被認為是一個過濾器單位，具有一個前面嵌板，其架置相對面為一個後面嵌板，及一個第一側邊嵌板，其架置相對面為一個第二側邊嵌板。側邊嵌板可與前面嵌板和後面嵌板密封配合，形成一個封閉的空間，其中將氣流控制器(16)、過濾器(18)及闔帕過濾器(20)裝設於其中。系統(5)的總容積通常少於80立方呎，並且，在一個理想具體模式例中，可以指定約65立方呎，其三向維度為72.5英吋高x 33英吋寬x 47.25英吋長。頂面及底面嵌板相對架置，並可密封相連於側邊嵌板、前面嵌板和後面嵌板。開口可設在一個或多個嵌板上用來調節輸入空氣流量(12)、輸出空氣流量(26)，還有一個通路門、及一個控制嵌板等等。
輸入空氣流量(12)一旦進入封裝外圍，就接觸到氣流控制器(16)，此處為一個擴散器板，擴散器板(16)包括有多個不同大小的開口，如第三圖所示，係設計用來取得在擴散器板(16)的輸入面(78)之上具有第一速度的空氣流量，並產生一個擴散的輸入空氣流量(13)，後者在通過擴散器板(16)的輸出面(80)的表面區域時，其空氣壓力和速度均實質地均勻。在擴散器板(16)上的開口、或洞(82)，係多樣化的，能產生所預期的輸入空氣流量(13)。系統(5)通常設計為容納輸入空氣流量約每分鐘75至100立方呎，並且，於一個理想模式例中，輸入空氣流量約每分鐘85立方呎。
擴散器板(16)的使用確保過濾器的每一排，也稱為一個平台或層架，接收一個均等的擴散空氣流量(13)的部份。一個上端排組成有過濾器模組(18A－C)和(20A)，總稱為上端排(upper bank)(15)，而一個下端排組成有過濾器模組(18D)－(F)和(20B)，總稱為下端排(lower bank)(17)。封口，例如(19A)或(19B)，可應用於上端排(15)和下端排(17)之間，以防止空氣繞著過濾器通過，封口(19A)和(19B)也可以在過濾器模組(18)和封裝外圍(14)之間形成一個封閉。
當擴散的輸入空氣流量(13)通過過濾器排(15)、(17)時，污染物則由多個過濾器加以移除。一般而言，過濾器型式係成對的，所以空氣通過上端排，接收相同的型式和過濾濃度，如同空氣通過下端過濾排。特別地，過濾器(18A)係與過濾器(18D)為相同的型式，(18B)與(18E)相同及類推等等，使用於一個特定的排之中的過濾器可以是相同的型式或不同的型式，視實施過濾操作最終所需的結果而定。過濾器(18)一般係設計作為秤重每件少於35磅者，於一個理想模式例中，大約秤重每件(27)磅。閡帕過濾器(20A)和(20B)可以應用在個別過濾器排的末端，以移除上游過濾器未捉到的空氣中污染物。一個擴散的輸出空氣流量(24)離開閡帕過濾器(20A)和(20B)，並循著輸出端(7)的方向移動，當空氣流量到達輸出端(7)，其體積有一點壓縮而形成輸出空氣流量(26)。應用一個排空風扇(22)可以幫助空氣有較高速度，在空氣通過封裝外圍(14)時加速，排空風扇(22)也可以連同送風機/風扇(10)一起使用或代替之。空氣流量(28)可以導入到輸送管裝置(duct work)中以使之分布到一個淨室或引導氣流到位於其間之設備；另一種方式，空氣流量(28)可以直接流入一個淨室的周邊空氣中。
過濾器系統，例如第一圖所示者，可以顯著減少空氣自然含有的污染物濃度，只要過濾器以其固有效率持續運作當污染物陷入過濾器中，過濾器效能就會減少，在過濾器效能變得不能令人滿意以前，必須替換過濾器來維持淨室中所要求的污染物濃度，本發明之具體模式例藉由監測封裝外圍(14)之中的每一個過濾器，得以有助於適當時間更換過濾器，舉例來說，感應器(sensor)(30A)至(H)監測過濾器(18A)至F及在封裝外圍(14)之中操作時的(20A)和(20B)，控制器(32)依次交互地監測感應器(30A)至(H)，感應器(30A)至(H)和控制器(32)之詳細描述則顯示於第六A和六B圖。
第二圖描繪一個過濾器系統(5)的例示模式例，如同第二圖所示，過濾器系統(5)係包含一個有鉸鏈連接的通路門(42)的前面嵌板(40)；一個頂面嵌板(44)，其輸入端(6)有複數個進氣口(46A)、(46B)和複數個出氣口(47A)、(47B)；一個底部嵌板(48)；一個後面嵌板(50)；一個第一側邊嵌板(52)和一個第二側邊嵌板(54)。底部嵌板(48)與框架(56)完全合適，框架包含四個穿過其間的校平器(leveler)(58A)、(58B)、(58C)和(58D)連接起來，校平器(58)用來調整過濾器系統(50)，使側邊基本上是垂直的而頂面是水平的。通路門(42)可包括一個填隙料(gasket)(60)，用來密封該門和前面嵌板的界面，前面嵌板(40)也能和填隙料(18A)完全合適，後者在與填隙料(60)相接觸時能互相配對形成一個基本上不透氣密封。
填隙料(60)、(18A)可以用柔性材料作成，基本上室內空氣或淨室中使用之氣體不能貫穿之，可用於本發明之填隙料材料的例子，不僅限於此處所稱者，有橡膠、矽、氯丁橡膠(neoprene)、乳膠(latex)、可彎曲傳導性屏蔽(flexible conductive shielding)、高密度絕緣氈(high density felt)、柔性聚合物(compliant polymer)及類似物。
通路門(42)可以有複數個機械的、電子機械的、及/或電子磁性的門扣(catch)(64)，用來使填隙料(60)、(18A)有充足的壓力將通路門保持在緊閉的位置以防止空氣通過界面區域。第二圖的過濾器系統也可裝配一個狀態及/或控制嵌板(66)。
第二圖也顯示了過濾器(18A)至(C)，過濾器(18)係以矩陣方式排列，其後於第四圖將有進一步的呈現及說明。通路門(42)有助於過濾器(18A)至C的建立和移除，過濾器(18)可裝置有夾鉗吊索(grab straps)199、可伸縮曲柄或旋鈕使輸送和移除變為容易。過濾器(18A)至(C)也可裝置固定設備(retaining means)(63)，用來使過濾器(18A)至固定於其位置上，固定設備(63)可以是有彈簧扣鉤、直角迴轉鉤扣、螺絲、塑膠/尼龍摩擦配合止動器及其同類物。過濾器(18A)至(C)也可包括一個取樣埠(65)，其中例如可插入一個取樣裝置用來監測過濾器(18)的每一個個別過濾器。系統(5)可更進一步裝置一個控制嵌板(66)，用來設定操作參數及用來使操作者更易於與系統(5)互動。控制嵌板(66)也可將系統狀態及錯誤報告給操作者，控制嵌板(66)也包括其他可選擇的顯示設備例如儀表(gauge)(66B)。
此處所描述之取樣埠，或例如用於淨室或半導體製造設備者，也能包含或呈現於其間有一個取樣管狀孔口，用來監測氣體氣流品質及致減產污染物和污染物濃度，此種取樣埠的一個實施例顯示於第二圖。於一個具體模式例中，管狀孔口包含有一個孔口本體部份，具有一個縱向排列穿過的開口(aperture)，開口實質地形狀為截頭錐體和圓柱體部份，而定義至少一個第一和一個第二開口直徑，開口能與一個在淨室或例如本發明之設備中的氣體氣流連結，使氣體隨後流經開口直到離開取樣管狀孔口，管狀孔口能方便地監測氣體氣流的品質而無須改變晶片製造時的壓力，管狀孔口之如此製造係為了讓連續且均一的氣體氣流就此通過，能減低樣本變數及防止開口阻塞。本發明之一個管狀孔口也可以和現有之取樣埠一起使用，例如在本發明的一個系統或裝置中的取樣埠。
舉例來說，本發明的一個取樣管狀孔口能連結本發明的一個裝置，用以移除在半導體製造設備中的氣體的污染物。該裝置能包含一個過濾器單位，具有複數個平行過濾平台，位於過濾器單位中，用以移除至少一部份流過該處之氣體的污染物；另一種選擇，該裝置能包括一個氣流控制器，用來分配氣體氣流通過平行的過濾平台。於另一個具體模式例中，一個取樣管狀孔口能連結一種裝置，該裝置，舉例來說，包含一個過濾器單位，具有複數個平行過濾平台，位於過濾器單位中，用以移除至少一部份流過該處之氣體的污染物；較理想的是，該裝置包含一個擴散器板，具有一個用來接受氣體的輸入面及一個用來送出氣體到複數個過濾平台的輸出面，再進一步，該擴散板能架置在過濾器單位內，並作成遞送實質相等體積之氣體到複數個過濾平台的結構。
第二A圖係本發明的一個取樣管狀孔口的橫切面，管狀孔口(302)包含一個本體部份(304)通過該本體有一個開口(306)係縱向排列。於一個具體模式例中，開口大體上包含一個截頭錐體部份(308)和一個圓柱部份(310)，該兩部份至少定義一個第一和一個第二開口直徑，開口的第一和第二直徑的一個例示可以是在約0.1至0.5英吋的範圍，第一直徑係由開口的截頭錐體部份所定義。第一直徑通常小於由圓柱部份所定義的第二開口直徑，開口直徑的差異使一個流過管狀孔口的連續的低氣體氣流量有一個統一的高速度。
截頭錐體部份(308)和圓柱部份(310)的直徑可以因某個特殊應用而改變其大小，這些開口部份也能在製造時改變其直徑或形狀，例如，開口(306)的截頭錐體部份可以如圓柱節段(312)一樣具有均一的直徑。由於在晶片處理或製造時，有需要連續低量氣體流過管狀孔口而不會發生有害的壓力變動，因此導引各種不同直徑和形狀的開口部份和節段的產生。低量氣體氣流使氣體品質能被監測是否有減少產量污染物之類者而不致干擾到進行中的晶片製造過程，再者，連續低量氣體氣流可以發生取樣而無須費時滌洗。一個連續的氣體氣流也會防止開口被阻塞。
各種不同直徑和形狀的開口部份和節段的產生，也受到有一個均一氣體通過量(throughput)的希望所支配，此種均一氣體通過量能減低不同樣本間的變動性，一個均一的或一致的氣體通過量也可防止氣體免於被留滯在使用時的孔口中。當監測氣體氣流品質例如減少產量污染物時，取樣埠能產生不一致的結果，如同品質不勻或阻礙的氣流在取樣埠中能影響樣本的均一性。本發明之取樣管狀孔口應用一個精細地機械製造的開口，可以避免此種品質不勻或阻礙的氣體氣流，該開口包含的部份或節段係具有逐漸改變的直徑和形狀。
第二A圖係含有一個轉換部份(314)的管狀孔口開口(306)，顯示此種直徑和形狀的逐漸改變情形，轉換部份連結截頭錐體部份(308)的圓柱節段(312)和圓柱部份(310)。轉換部份(314)至少定義一個第三開口直徑，如圖所示，該部份在圓柱部份(310)和圓柱節段(312)之間有一個逐漸減少的直徑，轉換部份(314)的直徑範圍從約0.1至0.3英吋。開口(306)也可包含一個取樣部份(316)，該部份至少定義一個第四開口直徑，其範圍從約0.005至0.1英吋，取樣部份(316)能用來從管狀孔口開口(306)將氣體樣本抽出。
管狀孔口開口(306)的取樣部份(316)可以連結截頭錐體部份(308)，再利用一個傳統樣本收集設備將氣體氣流從取樣部份(316)抽出。於一個具體模式例中，取樣部份(316)之設計結構可以使氣體氣流直接遞送至監測氣體品質的分析設備如一個氣體色層分析儀，經過取樣部份(316)離開開口(316)的低量氣體氣流，使取樣管狀孔口(302)經由例如風管(pneumatic tubing)之類者，便於直接與此類分析設備接合。
管狀孔口(302)可以由任何材料構成，只要適合精細地機械完成，並提供一個一致的氣體氣流通過。管狀孔口的組成也能依一個指定的要求或可能用到孔口的情況而有變化，從本發明開口監測氣體氣流品質之一個例示的材料是藍寶石。於一個具體模式例中，取樣管狀孔口可包括一個集成式(composite)結構，包括不同數量的數種材料，管狀孔口的組成也會因流經其開口的氣體中有磨損性或潛在腐蝕性而改變。當流經開口的氣體產生大量的熱或可能因處理情形而帶來過量的熱時，本發明之一個取樣管狀孔口應是實質地具有抗熱性。
取樣管狀孔口(302)的本體部份(304)形成一個外圍表面，於一個具體模式例中，本體部份(304)的外圍表面可以是實質地圓柱形。雖然管狀孔口的直徑可以因特殊用途而改變，但一個例示的孔口，其長度從約0.5至2.5英吋。對於一個有實質圓柱外圍的管狀孔口，其直徑可從約0.1至1.5英吋。取樣管狀孔口的直徑也可標準化為市售風管的大小，此種管狀孔口直徑的標準化便於直接將孔口接合至一般的分析設備如氣體色層分析儀。
第二A圖顯示本體部份(304)的外圍表面具有角度(angled)部份(318)，這些角度部份係可選擇地配置在孔口外圍，外圍管狀孔口表面也可以有至少一個溝槽(channel)(320)配置在本體部份(304)周圍。於一個具體模式例中，角度部份(318)和溝槽(320)之配置結構，可以容易地從一個像此處所描述的取樣埠中將管狀孔口置入和移除。第二B圖呈現一個依據本發明的一個取樣管狀孔口的部份代表圖示，該取樣管狀孔口係配置在例如於本發明之裝置的取樣埠中，如圖所示，藉由固定元件(retaining member)(324)與溝槽(320)的協力，孔口(302)被固定在取樣埠(322)內的適當位置，溝槽(320)係配置在管狀孔口上。
取樣埠(322)可以連結或接合任何類型的有監測氣體氣流品質需要的處理過程，一個例示的氣體取樣埠可以和此處描述的或例如用於淨室中或與淨室或半導體製造設備一起使用的任一具體模式例一起使用，第二B圖中之取樣管狀孔口顯示其具有一個有V型切口(notch)(326)的外圍表面，該結構可以放置一個內部取樣埠凸緣(flange)(328)。V型切口和凸緣管狀孔口被壓迫到取樣埠之中，固定元件(324)則是與溝槽(320)協力，使管狀孔口能固定在適當位置，如此就不致於滑出取樣埠，而固定元件(324)又接合到取樣埠(322)的一個外圍。固定元件(324)也可以向上提起移動，離開與溝槽(320)之協力，將孔口(302)從取樣埠移除，管狀取樣孔口從取樣埠(322)移開以便於清潔或替換另一個孔口。
第二B圖也顯示一個角度部份(318)，配置在取樣管狀孔口(302)的外圍，角度部份(318)之結構可以用來接收風管之類的例子。此外，第二B圖顯示管狀孔口的開口(306)，實質地包含一個截頭錐體(308)和圓柱體(310)部份，開口(306)也有一個輸送(314)和取樣(316)部份，如同以上所描述者，開口(306)能有任何直徑或形狀的部份或節段，適合以一個統一的高速度讓一個連續的低氣體流量通過該孔口。藉著避免任何品質不勻或實質阻塞區域，開口部份或節段的直徑和形狀也減低氣體氣流易變性的程度。
於一個具體模式例中，管狀孔口(302)的圓柱部份(310)接收氣體樣本，樣本隨後以一個確實地固定的氣流速度通過開口部份或節段，樣本最後經過取樣埠(316)離開開口(306)，如第二B圖中所示。圓柱部份能直接連結例如從本發明之裝置而來的氣體氣流，舉例來說，圓柱部份(310)能連結一個裝置，包含一個過濾器單位，有複數個平行的過濾平台位於其中，使裝置中的氣體氣流品質能經過取樣管狀孔口監測致減產污染物和污染物濃度。
另一種實施例，一個依據本發明之管狀孔口可以配置在一個淨室中或用於半導體工具的既存取樣埠中，通過孔口的連續低量氣體氣流不會破壞此環境中的壓力，孔口(302)在使用傳統的氣體分析儀器連續地監測氣體氣流品質時也很有用，這類氣體分析儀器包括一個色層分析儀、質譜儀或二者合併使用，但不侷限於此。
本發明之一個管狀孔口也可以製造成具有精確的容差(tolerance)，例如，一個確實包含藍寶石的孔口可以機械製造容差之範圍是沿著開口約0.001至0.005英吋。此外，管狀孔口的本體部份能機械製造容差範圍在0.001至0.05英吋。如此微小的容差影響在開口中的氣體氣流均勻性和不同氣體樣本間的一致性。本發明之管狀孔口的精確容差也較能提供一致性給多個取樣管狀孔口的製造。
本發明也提供一個方法，例如使用一個取樣管狀孔口監測氣體氣流品質如致減產污染物。一般而言，該方法包含提供一個本發明之管狀孔口於一個特定處理環境，比如一個開口，用來移除在半導體處理設備中的氣體中污染物。一個連續的氣體氣流進入管狀孔口的開口，並經過開口，氣地氣流接著從取樣管狀孔口開口被抽出，氣體氣流可以用傳統收集設備取樣，然後氣體品質可以用標準儀器如色層分析儀來分析。管狀孔口的構造也可以作成將氣體氣流直接遞送到分析儀器，本發明之方法讓氣體氣流品質受監測，可以依特定時間間隔或不被任何進行氣體取樣的潛在處理破壞的一直連續。
第三A圖描繪一個氣流控制器(16)的具體模式例，係一個擴散器板的型式，具有一個基本的平面形狀，終止於上邊緣(upper edge)(70)、下邊緣(72)、一個第一側邊緣(74)、一個第二側邊緣(76)，並具有一個輸入面(78)、和一個輸出面(80)(第三B圖)。擴散器板(16)基本上是由一種不透氣材料製成，例如鋁、塑膠、等等，具有複數個洞(82)、或空隙(voids)，排列其上。洞(82)可以排成幾何圖案或任意散佈於擴散器板(16)的表面。除此之外，洞(82)可以是相同的大小、或不同的大小；再者，洞(82)的距離、或密度可以隨它們在擴散器板(16)上的位置而不同。以一個例子來說明，第三A圖所示的擴散器板(16)可以裝置在第二圖的封裝外圍(14)之中，沿著第二側邊嵌板(54)並且大體上與其平行。擴散器板(16)可更進一步架置成一種方式，能強制一個輸入空氣量進入進氣口(46A)、(46B)而到達擴散器板(16)的輸入面(78)，如此空氣在接觸過濾器(18)以前先通過洞(82)。本例之擴散器板(16)可以應用一種洞的模式，即較小尺寸的洞朝向上邊緣(70)且越向下邊緣(72)的洞其尺寸逐漸變大，這樣的洞模式有助於擴散的空氣量形成，基本上具有相同的氣流速度及/或壓力通過輸出面(80)。
擴散器板(16)可以利用電腦輔助繪圖和分析軟體來設計和模擬，以減少在真正系統中的重複測試和調整；擴散器板(16)的設計可以使擴散的空氣量(13)基本上是均一的通過輸出面(80)。洞(82)通常是圓形形狀、垂直並齊平於擴散器板(16)的輸入和輸出面；然而，洞(82)也能採用其他型式，舉例來說，洞(82)可能以一種角度穿過擴散器板(16)，可能是在輸入面(78)及/或輸出面(80)處有等高的(contoured)或傾斜的(beveled)角度，可能是延伸超出輸入面(78)及/或輸出面(80)，等等。此外，洞(82)可以具有任何形狀，例如橢圓形、方形、三角形等等。
擴散器板(16)一般是以一種方式架置在封裝外圍(14)之中，即防止輸入空氣量通過擴散器板(16)周圍，舉例來說，一個封緘、或填隙料、接觸的上邊緣(70)、下邊緣(72)、第一側邊緣(74)和第二側邊緣(76)可以作為一種介於擴散器板(16)和封裝外圍(14)的內表面之間的主要的不透氣界面。此外，由柔軟材料製成的封緘可以作為一種阻尼(damping)方式以減低不欲有的震動和噪音。如有需要，擴散器板(16)可以外掛感應器，用來監測輸入空氣量(12)和/或擴散的輸入空氣量(13)的速度和壓力。
氣流控制器((16))已經以一種擴散器板的型式顯示並作說明；然而，氣流控制器(16)並不是侷限於此種型式，舉例來說，氣流控制器(16)可由一個或多個配置在靠近輸入端處(6)的傳動活門(actuated valve)組成，其方式係藉由活門阻止氣體通過，直到有一個變動量才使之打開，這樣的複數個活門可以和風管及/或輸送管裝置連接，產生均一的空氣量，進入上層棧(stack)、或平台(15)，及下層棧、或平台(17)。主動的氣流控制也可以利用一個電機械的、機械的、氣動的、或液壓的方法連接一個擴散器板(16)，依照定義清楚的規範如空氣氣流或過濾棧(15)、(17)的操作整合來轉接洞(82)。再以一例，一個擴散器板(16)可以在某些或全部的洞的位置裝配各種不同開口，這些開口能夠打開讓更多氣體通過或關閉以減少或斷絕經過的輸入空氣量(12)。
擴散器板(16)也可以和一個擋板(baffle)一起操作，該擋板從輸入封緘(19A)伸出並以一個實質地90度角度接觸到擴散器板(16)，擋板也能跨過封裝外圍(14)的前面到後面，防止在擋板一側的空氣移動到擋板的另一側，如果應用擋板，可提供一個介於被引導至下端棧(17)的擴散空氣量(13)部份和被引導至上端棧(15)部份之間的物理上障礙，擴散器板(16)係設計為當與擋板連接一起時，提供均等空氣量至上端棧(15)和下端棧(17)。
第四A圖描繪一個例示過濾器設計圖，可以應用於如第二圖之本發明具體模式例。第四A圖包含六個過濾器排，以A至F表示之，每一個有一個各別的擴散器板，每一個排包含三個過濾器(18A－C)。於第四圖中，每一排含有一致的過濾器；然而，個別的排A－F能應用不同的過濾器或能使用相同的過濾器但對輸入空氣量(13)有不同的處理，過濾器排A－F形成一個矩陣90，此處係一個3 x 2的矩陣。任何大小和數目的過濾器(18)、(20)所形成的過濾器矩陣都可以應用，隨著所要過濾的空氣量、所要達到的污染物移除濃度和一個用於過濾元件之清楚或希望的時間改變而定，舉例來說，一個2 x 2的矩陣如第四B圖所示者，可以應用在需要較小操作體積、較少污染的進氣、及/或較短的更換過濾器的操作間隔的設備中。在回到第四A圖，過濾器(18A－C)可以是化學過濾器，設計來移除特殊類型的空氣中化學物，如過有需要，一個闔帕過濾器(20)可以和過濾器(18A－C)一起使用，以減少非化學細顆粒物如灰塵或花粉的總體濃度。
第五圖描繪一個例示的過濾器模組(18)，係架置在一個具有高度(202)、長度204和寬度206的框架(frame)(200)之中，框架(200)係由一個單一片件組成而過濾器模組(18)被裝設在其中，或者框架(200)係由二或更多個片件組成，可以拆開再重組於過濾器模組(18)的外圍，應用一個可移動的框架(200)作為過濾器組合201的一部份，有助於製造較低成本的過濾器模組(18)，因為它們可以用較少的結構支持來製造並且不需要封緘/架置方法來連接至封裝外圍(14)的內面。過濾器模組(18)係設計為當它們移除空氣中污染物的能力已經減少到某結果閾質之下時，可將之替換。除了提供結構支撐的功能外，框架(200)係直接地或間接地藉著一種支架或其他中間架置方式，可密封地架置在封裝外圍(14)的內面，形成一個渠管(conduit)用以促進擴散的輸入空氣量(13)流過過濾介質(220)。
第五B圖描繪一個過濾器模(18)的具體模式例，該模組包含打褶的過濾介質(216)排列成一種手風琴狀的結構。過濾器模組(18)有一個正方形或長方形容器或形狀(208)，並更進一步有一個垂直面對空氣氣流(218)的前端210及一個後端212。第五C圖描繪另一個個過濾器模組(18)的具體模式例，該模組也應用一個正方形容器208並使用打褶組合的過濾氣元件(219)序列地排列在容其208之中，理想情形是縐褶(219)垂直於空氣氣流(218)。
第五D圖仍是描繪過濾器模組(18)的另一具體模式例，該模組應用一個圓柱形容器、或框架(222)，第五D圖的過濾器模組(18)應用縐褶(214)係事先排列於整個圓柱形容器(222)內，空氣氣流(218)撞擊在垂直於圓柱主軸的過濾器模組(18)上，如圖所示。第五E圖描繪的還是過濾器模組(18)的另一具體模式例，該模組排列於一個圓柱形容器(222)之中並應用過濾介質配置成螺旋結構(224)。
第五F圖描繪一個過濾器模組(18)的圖解式代表圖，其中包含兩種過濾元件，分別是化學吸著(chemosorptive)過濾元件(226)和物理吸著(physisorptive)過濾元件(228)。渠管230係由框架(200)或其他方法形成，並使槽空氣通過過濾元件(226)和(228)以移除其中之污染物。化學吸著過濾元件(226)和物理吸著過濾元件(228)係序列性擺置，使化學吸著過濾元件(226)較物理吸著過濾元件(228)先過濾空氣氣流(218)。
化學吸著過濾元件(226)可以包含多孔的化學吸著介質，由具有一個能與試劑反應的酸性功能基的共聚物(copolymer)所作成；物理吸著過濾元件(228)包含物理吸著介質，例如未處理過的活性碳。此處所用的名詞『未處理過』(untreated)係指一種活性碳，尚未因化學處理而具有化學吸著者而言；更確切說，未處理的活性碳仍是一種物理性的、或無極性的吸附劑。物理吸著介質移除有機的和無機的可濃縮的污染物，典型地是那些透過物理吸著作用沸點高於150℃者，然而化學吸著介質透過化學吸著作用移除鹼性蒸汽。
名詞『物理吸著作用』(physisorption)係指一個可逆的吸著過程，其中被吸附物(adsorbate)係靠微弱物理力拉住；相反地，名詞『化學吸著作用』(chemosorption)係指一個不可逆的化學飯硬過程，其中氣體或液體分子和一個固體表面之間形成化學鍵。化學吸著過濾元件(226)和物理吸著過濾元件(228)的相對厚度能被設計成讓兩種過濾元件的使用壽命在某特定環境下大約是相同的時間。
因此，一個由磺化聚合物(sulfonated polymer)所作成的化學吸著過濾元件和由未處理的碳所作成的物理吸著過濾元件比較，可以作的較薄，因為碳的物理吸著性質一般都比酸性的磺化聚合物的化學吸著性質要快速耗盡，兩個集成式過濾器組件(226)和(228)可以容納在任何恰當的容器或框架中，用來裝設在一個連接某光電石印工具的過濾裝置的空氣氣流通路中，過濾器組件(226)和(228)一般是可移除或可替換的過濾元件形式。為了達到多重目的，理想的方法是增加接觸射入空氣氣流的過濾材料的表面積；並且，為了此目的，集成式過濾元件可以加以打褶來增加表面積。
第五G圖描繪另一個過濾器模組(18)的圖解式代表圖，其中包含一個物理吸著過濾元件(228)，係架置在兩個化學吸著過濾元件(226)之間。第五H圖描繪又另一個過濾器模組(18)的圖解式代表圖，其中包含一個物理吸著過濾元件(228)，係架置在一個化學吸著過濾元件(226)和一個具靜電荷無編織過濾元件230之間。
第五F至H圖所描繪之裝置係設計用來以高效能移除低沸點污染物並且更能發揮化學吸著介質和物理吸著介質運作時個別情況的最大效益。為了提供更加純淨的空氣氣流進入一個光電石印工具中，要提供更好的保護來對抗空氣中的分子鹼的感光(photoresist)污染及光學表面的光致(photoinduced)有機污染。
第五I圖描繪一個高表面區域過濾器組裝的具體模式例，組成有複數個過濾器模組(18)，放置成相對於空氣氣流(218)有一種角度關係，並和闔帕或超低細顆粒空氣(ultra low particulate air；ULPA)排出過濾元件232成一列。該具體模式例可再進一步包括一個打褶的集成物，係強酸性的聚合物過濾元件(213)與闔帕或塢帕(ULPA)過濾器236一起運作。像此類描述於此的高表面區域過濾器元件可以利用三度空間印表技術來製造，該技術已描述於美國專利案號5,204,055、5,340,656及5,387,380，這些專利的全部內容並於此處一併列為參考。
此處之前所描述的過濾器模組(18)可以有不同的結構，在第一個實施例中，一個聚合物小丸的基床及未處理活性碳接觸到一個空氣氣流，係用一個傳統的介質盤和架系統(亦即，一個金屬外圍，在讓空氣流過結構時，使用多孔材料或紗帳來固定吸附劑)。在第二個實施例中，過濾器可能是一個蜂巢狀結構，而聚合物小丸及未處理活性碳則部份填滿或完全填滿地固定在蜂巢狀結構中。在第三個實施例中，聚合物小丸及未處理活性碳可以形成一個牢固單塊有氣孔的或蜂巢狀的結構。在第四個實施例中，一個聚合物纖維的墊子，經編織或未編織，併入未處理活性碳，加以打褶並放置在一個傳統的有褶的如第五F至H圖的空氣過濾器中。然而在第五個實施例中，一個活性碳小丸的基床接觸空氣氣流，係用一個傳統的介質盤和架系統，附有一層未編織綜合式(composite)含酸性聚合物的材料，包含一個磺化共聚物為基礎的組成物材料，接觸或併入碳盤的一側或兩側。
除了有不同的結構外，與本發明相符的過濾器模組(18)的具體模式例也可以更進而採取許多型式，例如美國專利5,582,865號所討論的活性碳具體模式例，此處將其併入作為參考，這個過濾器有兩層(或更多層)，一層是活性碳而另一層是磺化二乙烯基苯(sulfonated divinyl benzene)苯代乙撐(styrene)共聚物小珠，此外，兩種或更多種的材料可以混合以提供一個符合此具體模式例的綜合式過濾器。
在另一個具體模式例中，一個合成的碳材料，如美國專利5,834,114號所描述者，其內容併入於此作為參考，可以用本發明之酸性材料將其包覆，提供一個多孔的酸性過濾元件，符合本發明；又，還有一個具體模式例，美國專利6,033,573號所描述的活性堅果殼碳介質，其內容併入於此作為參考可以單獨使用或與任何此處描述的化學吸著或物理吸著介質合併使用，以與本說明書相同的方式移除流經渠管的空氣中的污染物。再者，控制器(32)及感應器30可以和過濾器模組(18)合併一起使用，藉由偵測空氣中的鹼性污染物來決定何時過濾器需要更換，如美國專利申請案09/232,193、08/795,949、及08/996,790號所描述者，可以和本發明一起使用，這些專利申請案的每一件都分別併入本發明作為參考。
第六A圖描繪一個控制器(32)的例示具體模式例，該控制器可以和感應器30合併使用，作為監測過濾器(18)和20的效能之用。控制器(32)可以由一個通常用途的電腦所組成，用來執行機器可讀的指令、或可執行的功能碼，將監測過濾器操作之情形呈現出來。控制器(32)可包括一個處理器(102)、主記憶體(104)、唯讀記憶體(ROM)(106)、儲存設備(108)、匯流線(bus)(110)、顯示器(112)、鍵盤(114)、游標控制(116)及通信界面(118)。
處理器(processor)(102)可以是任何類型的傳統的解釋並執行指令的處理設備；主記憶體(main memory)(104)可以是一個隨機存取記憶體(RAM)或一個相類似的動態儲存設備。此外，為了儲存將由處理器(102)執行的資料和指令，主記憶體(104)也可以用作為儲存暫時性的變數或處理器(102)執行指令所產生的其他中間資料。唯讀記憶體(106)替處理器儲存靜態資訊和指令，重要的是，唯讀記憶體(106)可以用某些其他型式的靜態儲存設備來替代。數據儲存設備(108)可以包括任何型式的磁性或光學介質及其相對應之界面和運作硬體。
舉例來說，數據儲存設備(108)儲存資料和指令供處理器(102)使用。匯流線(110)包括有一組硬體線(導線、光纖、或類似物)，可以讓數據在控制器(32)的組件中傳輸。顯示器(112)可以是一個液晶顯示器(LCD)、一個陰極射線管(cathode ray tube；CRT)、或類似物。鍵盤(114)和游標控制器(116)讓使用者能和控制器(32)發生互動，游標控制器(116)可能是一個滑鼠，於另一個配置結構中，鍵盤(114)和游標控制器(116)可以用麥克風和聲音辨識方法替代而使用者能夠和控制器(32)發生互動，或可能用一個觸控顯示器或一個具有預先設定執行特殊功能的特別按鈕的軟面板功能墊來代替。
通信介面(118)使控制器(32)透過任何通信介質能夠和其他設備/系統相聯絡，例如，通信介面(118)可能是一個數據機、一個區域性網路(LAN)的乙太(Ethernet)介面、或一個印表機介面。另一種方式，通信介面(118)可能是任何其他介面，能夠在控制器(32)和其他設備或系統之間通信，如無線射頻(wireless RF)或開放空間光學網路(free space optical networking)介面。
於一個理想具體模式例中，通信介面(118)係連結感應器((30)A)至(30H)’還有其他等等。通信介面(118)和感應器(30)之間的連結可以包括電線、光學連結介質或無線介質，舉例來說，感應器(30)可以組成有業界已知或前文所描述的氣體取樣方法，感應器(30)自己未包含分析硬體及/或軟體或提供處理過的分析資料輸出，則感應器(30)會有一個接受樣本氣體的進氣埠和一個將收集到的氣體作成適合分析組件的排氣埠，應用於本發明之具體模式例的感應器及/或感應器/分析器有反折捕捉器(refractory traps)、選擇性滲透膜(selectively permeable membrane)捕捉器、氣體色層分析/火焰離子化偵測、離子色層分析、質譜分析(mass spectrometry)、及混合型感應器包含一個或多個技術，例如色層分析和質譜分析的合併等，但並不侷限於此處所說者。這些實施例也能併入此處描述之本發明的任何一個或全部的具體模式例中。
有關感應器和分析技術已更進一步描述於已公告之美國專利申請2004/0023419 A1，申請號碼10/395,834，其內容於此處併入作為參考。藉由實施例，一個與本發明相符之控制器(32)提供一個過濾器系統(5)，有能力以實質的即時(essentially real－time)或以相關業界相符的準即時(quasi real－time)來監測過濾器的運作表現，並且將所取得的數據靠著通信網路(如第六B圖所示)與其他設備聯絡通信。控制器(32)所執行的操作是回應處理器(102)執行一連串包含於如記憶體(104)中的指令而完成所要求的工作所必需的，這類指令可能從其他電腦可讀的介質如一個數據儲存設備(108)、或從其他設備經由通信介面(118)，被讀到記憶體(104)中，一連串包含於如記憶體(104)中的指令的執行，使處理器(102)進行一個監測過濾器(18)、20操作結果的方法，舉例來說，處理器(102)可能執行指令以進行測量由過濾器(18)捕捉到的特殊污染物濃度的功能。
另一個方法，硬線電路(hard－wire circuitry)可以被用來取代軟體指令或與之併用而建製成本發明，所以，本發明並未侷限於任何特殊的硬體電路與軟體的組合併用。第六B圖描繪一個過濾系統(5)在一個網路環境中運作的圖解式觀察，包括有控制器(32)。系統(119)的組成係有個別過濾系統(5A)和(5B)，每一個系統都有控制器(32A)和(32B)；一個網路(120)；一個製造者分析中心(122)以及一個顧客控制中心(124)。過濾系統(5A)和(5B)在一個淨室環境中運作以移除空氣中的污染物，當過濾系統(5A)和(5B)運作時，感應器(30)於其中監測每一個過濾器(18)、20，並回報數據到控制器(32A)和(32B)，控制器(32A)和(32B)個別以通信線路(link)(126)、(128)連接至數據網路(120)而通信，過濾系統(5A)以無線收音機頻率(radio frequency；RF)例如一個無線乙太通信線路(Ethernet link)的連接方式與網路(120)結合，而過濾系統(5B)則以硬線通信線路(126)與網路(120)結合。硬線通信線路可以用成對扭轉銅傳導線、同軸電纜、帶狀電纜、多傳導無線電電纜、光纖、或同類物等組成。
製造者分析中心(122)可以藉由過濾系統(5A)、(5B)及/或過濾器(18)和(20)的製造者來運作，製造者分析中心(122)可以從複數個系統和顧客中收集數據，收集來的數據則可用來設計新產品、評核現有產品的效果表現或改善現有產品的運作，舉例來說，收集來的數據可以讓一個製造者用來計算在一個特定環境中以特定污染物負載為基礎的過濾器更換的平均時間。
來自過濾系統(5A)、(5B)的數據也可以傳送到顧客控制中心(124)，於此處，一個製造者分析中心(122)也許維持多數個顧客，但是顧客控制中心(124)收集數據供自己使用。收集到的數據可用來鑑別表現不好的設備，舉例來說，若顧客控制中心(124)認為某個特定氣體的濃度相對於其他氣體濃度有增加的趨勢，它就會執行診斷來確定此失調故障是否與某個特定機器在監測環境中的運作相關連，所以，使用網路數據有助於適時的矯正。此外，顧客控制中心(124)能運用收集來的數據監測淨室中全部的整體表現，並且用及時和正卻的數據計算保養期間。如第六B圖所檢，在網路環境中運作的過濾系統(5A)、(5B)以一個有效成本的形式提供許多好處。
第七圖描繪一個例示方法，對於實施本發明具體模式例很有用，過濾系統(5)係為某特定淨室環境以預期會存在於其間的污染物種類及濃度為基礎而建構(每一步驟130)；然後過濾系統(5)利用一個充氣管(plenum)或同類物連接到一個輸入氣體容積12(每一步驟132)；接著，如果適合的話，過濾系統(5)耦合至輸出管路(每一步驟134)；電力及輸入/輸出電信通路，如網路通信電路(126)、(128)(分別是通信電路和無線收音機頻率)，則耦合至過濾系統(5)(每一步驟136)；隨後當開始運作時，過濾系統(5)被開啟並啟動(每一步驟138)；利用一個氣流控制器(16)例如有孔(82)散布其上的擴散器板接受並擴散一個輸入氣體容積12(每一步驟140)；擴散的氣體容量(13)用複數個排列成序列或平行矩陣結構的過濾器(18)、20過濾(每一步驟142)；過濾器(18)、20的運作以及其他運作參數，亦即，空氣氣流、空氣溫度、電力消耗、錯誤查核等等，也受監測(每一步驟144)；獲得的數據在過濾系統(5)中停留時使用控制器(32)就可以處理了(每一步驟146)。
本方法接著可鑑定是否已偵測出問題或錯誤(每一步驟148)，如果一個問題被偵測出並確定為嚴重(每一步驟150)；就會啟動一個警示，無論是可見到的、可聽到的、或二者皆有，來警告適當的人員(每一步驟152)；相反地，如果在步驟(150)中被報告的問題並未確定為嚴重，該問題會以傳統報告管道和機轉適當地在淨室中被報告(每一步驟154)；如果在步驟(148)中沒有偵測到問題，本方法將確定是否需要更換過濾器(每一步驟156)；如果需要更換過濾器，一個信號就會送到顯示器設備、或用其他現今業界已知且使用的報告方法送出，通知一個或多個過濾器(18)、20應該要更換(每一步驟158)。
相反地，如果不需要更換過濾器或過濾器是適當的，一個正常運作狀態的訊息就會顯示或其他指示形式，如亮一個綠色二極發光體燈號或其他類似物(每一步驟160)。如果在步驟(148)就遇到問題，也可分別在步驟(152)及(154)之後執行步驟(156)。第七圖的方法，可以使用一個計時器在規劃的期間內執行全部或一部份，亦即，每24小時期間一次；或者以事件作為執行基準來執行，亦即，每一次事件就啟動過濾系統(5)。
此處之實施例細說明先前未描述的本發明之優點，並且對於製造及使用此處描述的具體模式例之人或業界裡一般技術者提供進一步協助，這些實施例能包括或併入任何此處描述的本發明具體模式例或其變化型式之中，舉例來說，一個本發明之取樣管狀孔可以併入任何此處描述的系統、裝置中或其他合適的現今技術水準的系統、裝置或設備中，此處所描述的具體模式例也可以包括或併入任何或全部本發明之其他具體模式例的變化型式。以下實施例並未以任何形式來限制本發明揭露之範圍。
實施例
進行一個通過取樣管狀孔口的氣體容積通過總量(gas volumetric throughput)的研究，該研究包括監測進入孔口中的氣體氣流容積及相對應流出孔口外的氣體氣流容積，通過管狀孔口的氣體氣流可以用一個標準的儀器設備如一個容積流量計(volumetric flow meter)來測量，氣體容積通過總量大約測量30秒鐘，從61個樣本數得到進入及流出管狀孔口的容積流量平均值，研究的結果如附表一。
附表一顯示一個相對低容積的氣體氣流以高速通過管狀孔口，附表一的結果也指出當最小及最大流量值未實質地互相偏離時，氣體氣流容積會一致，這種一致性表示在取樣管狀孔口中的氣體氣流是均勻的。顯示在附表一的進入管狀孔口和離開管狀孔口的氣體氣流幾乎相等，表示在使用時氣體容積並未留滯或被截取於管狀孔口中。
流經本發明管狀孔口的氣體氣流的一致性和均勻性也顯示在第八圖，第八圖係一個使用中的取樣管狀孔口的圖解視圖，該視圖係電腦模繪，貼近氣體氣流通過開口(306)的情形，如圖所示，在管狀孔口中的氣體氣流的速度大約在每分鐘5,000至8,500英呎(英呎/分鐘)，氣體氣流速度也由其對應的顏色可以呈現。第八圖顯示通過取樣管狀孔口(302)的氣體速度係實質地均勻，如同其一致的顏色所特徵者。
第八圖也顯示通過取樣管狀孔口(302)的開口(306)的氣體氣流的特徵係氣體樣本在(328)接收後的快速氣流速率加速，第八圖顯示氣體樣本隨後在(330)排出管狀孔口時迅速地減速，第八圖之中也表現假設管狀孔口係確實地包含一個藍寶石材料，如前面所描述者，藍寶石對於本發明之管狀孔口有特殊的好處，因為它可抗熱且可以精確地機械製造。
雖然此處已描述本發明的數個選擇性具體模式例，但是一個現今業界一般技術水準的人，在知悉前述說明後，對於具體模式例將能有效改變、同等替代或作其他變更，如同此處所陳述者，前面所描述的具體模式例也能包含或合併這些變化以外的其他具體模式例中的任何一個或全部。舉例來說，在第一個變化的具體模式例中，過濾系統(5)的結構可以從天花板上架置或放在屋頂上，取代第二圖所顯示及描述的一個不需支撐的獨立設備。
在第二個變化的具體模式例中，複數個過濾系統(5)可能連接成一串或平行的結構以增加過濾水準或延長過濾器更換的時間間隔。舉例來說，一個第一過濾系統的輸出可作為一個第二過濾系統的輸入，而產生一個串列結構；或者，一個進入的氣體容積可同時提供到一個第一過濾系統和一個第二過濾系統，以產生一個平行結構。
在第三個變化的具體模式例中，控制器(32)可包還一個麥克風和擴音器，用來接受使用者輸入及提供輸出到一個使用者，於此模式例中，控制器(32)可使用語言辨識軟體作為通譯口述指令之用，回應使用者的指令，或提供警示數據，可以藉由一個擴音器作成適合使用者之用。
在第四個變化的具體模式例中，控制器(32)可配備一個無線通信介面，可讓過濾系統(5)將數據作成適合一個手機、個人數位助理(personal digital assistant；PDA)等等，所以一個操作者能與系統運作保持聯絡。
在第五個變化的具體模式例中，過濾系統(5)可被用來過濾一個進入的空氣供應到一個住處或辦公室建築，如果裝置適當類型的過濾器(18)、(20)，過濾系統(5)可以移除過敏元和有毒的空氣中污染物如炭疽熱孢子。
在第六個變化的具體模式例中，被動過濾器(18)、(20)可以藉其他污染物移除或中和技術如紫外光或電力/靜電荷來加強。過濾系統(5)也能夠用增溼(humidification)方法來維持一個淨室或其他環境中特定的濕度含量。
因此，所有符合以下申請專利範圍的內容和精神的具體模式例以及相等於此者皆為本發明所主張之內容；再者，所有申請內容不得認為係侷限於描述的次序或元件，除非另有聲明。因此，此處由專利書所得到的保護，只有在包含於增補申請專利及任何相當者的定義上有限制。
5．．．過濾器系統
6．．．輸入端
6B．．．輸入端
7．．．輸出端
10．．．送風機(blower)/風扇組件
11．．．空氣流量
12．．．輸入空氣流量
13．．．輸入空氣流量
14．．．封裝外圍
15．．．總稱為上端排(upper bank)
16．．．氣流控制器
17．．．下端排(lower bank)
18．．．總過濾器
18A．．．可替換過濾器模組
18B．．．可替換過濾器模組
18C．．．可替換過濾器模組
18D．．．可替換過濾器模組
18E．．．可替換過濾器模組
18F．．．可替換過濾器模組
19A．．．封口
19B．．．封口
20．．．總闔帕(HEPA)過濾器
20A．．．模組
20B．．．模組
26．．．輸出空氣流量
30．．．感應器
32．．．控制器
40．．．前面嵌板
42．．．通路門
44．．．頂面嵌板
46A．．．進氣口
46B．．．進氣口
47A．．．出氣口
47B．．．出氣口
48．．．底部嵌板
50．．．嵌板
52．．．側邊嵌板
60．．．填隙料
63．．．固定設備(retaining means)
64．．．門扣
65．．．取樣埠
66．．．控制嵌板
66B．．．儀表(gauge)
70．．．上邊緣
72．．．下邊緣
74．．．第一側邊緣
76．．．第二側邊緣
78．．．輸入面
80．．．輸出面
82．．．洞
102．．．處理器
104．．．主記憶體
106．．．唯讀記憶體
108．．．儲存設備
110．．．匯流線
112．．．顯示器
114．．．鍵盤
116．．．游標控制
118．．．通信界面
119．．．系統
120．．．網路
122．．．分析中心
124．．．顧客控制中心
126．．．網路通信電路
128．．．網路通信電路
130．．．步驟
132．．．步驟
134．．．步驟
136．．．步驟
138．．．步驟
140．．．步驟
142．．．步驟
144．．．步驟
146．．．步驟
148．．．步驟
150．．．步驟
152．．．步驟
154．．．步驟
156．．．步驟
158．．．步驟
160．．．步驟
200．．．框架(frame)
201．．．過濾器組合
202．．．高度
204．．．長度
206．．．寬度
208．．．長方形容器
210．．．前端
212．．．後端
214．．．縐褶
216．．．過濾介質
218．．．空氣氣流
219．．．縐褶
220．．．過濾介質
222．．．圓柱形容器
224．．．螺旋結構
226．．．過濾元件
228．．．過濾元件
230．．．渠管
302．．．管狀孔口
304．．．本體部份
306．．．開口
308．．．截頭錐體部份
310．．．圓柱部份
312．．．圓柱節段
314．．．轉換部份
316．．．取樣部份
318．．．有角度(angled)部份
320．．．溝槽(channel)
322．．．取樣埠
324．．．固定元件(retaining member)
326．．．V型切口(notch)
328．．．取樣埠凸緣(flange)
本發明之其他構造和優點，請由以下本發明之詳細說明配合其圖式當可充分了解。
第一圖係本發明過濾器系統的解說圖。
第二圖係本發明過濾器系統實施例的透視圖，顯示其中有過濾器模組(filter modules)、通路門(access door)、空氣進入口(air inlet)和空氣排出口(air outlet)。
第二A圖係本發明之取樣管狀孔口的橫切面。
第二B圖係本發明放置在取樣埠之中的取樣管狀孔口的部份代表圖；第三A至三C圖分別擴散器板的前視圖、擴散器板的側視圖和例示的洞模型的分解圖。
第四A圖係依據第二圖所示模式例中3 x 2矩陣的過濾器模組之透視圖。
第四B圖係依據本發明的實施例中的2 x 2矩陣的過濾器模組之透視圖；第五A至I圖描繪數個協同各種過濾媒介和支撐方法運作的過濾器模組之具體實施例；第六A圖係圖解式表現，描繪一個控制器連接到多個感應器，用來監測依據本發明觀點的過濾系統內部的過濾器模組的執行結果；第六B圖描繪一個例示網路回路環境，包含過濾器系統、一個網路、一個製造者分析中心和一個顧客控制中心；第七圖描繪一個例示方法，用來實施本發明之具體模式例；以及第八圖係第二A圖之取樣管狀孔口在使用時的一個橫斷透視圖。
5．．．過濾器系統
18A．．．可替換過濾器模組
18B．．．可替換過濾器模組
18C．．．可替換過濾器模組
18D．．．可替換過濾器模組
18E．．．可替換過濾器模組
18F．．．可替換過濾器模組
44．．．頂面嵌板
46A．．．進氣口
46B．．．進氣口
47A．．．出氣口
47B．．．出氣口
48．．．底部嵌板
50．．．嵌板
52．．．側邊嵌板
60．．．填隙料
63．．．固定設備(retaining means)
64．．．門扣
65．．．取樣埠
66．．．控制嵌板
66B．．．儀表(gauge)

Claims (37)

  1. 一種用來在半導體製造設備中從氣體移除污染物的裝置(apparatus)，該裝置包含：一過濾器單位(filter unit)，具有複數個平行過濾平台，位於所稱過濾器單位中，能夠從流過該處之所稱氣體中移除至少一部份所稱污染物；以及一氣流控制器，將流過所稱過濾平台之所稱氣體分散，所稱氣流控制器組態成遞送實質地相等容積之氣體，到所稱複數個過濾平台的每個元件。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之用來在半導體製造設備中從氣體移除污染物的裝置，其中所稱之氣流控制器包含一個擴散器板。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之用來在半導體製造設備中從氣體移除污染物的裝置，其中所稱之氣流控制器係一個主動的氣流控制器。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之用來在半導體製造設備中從氣體移除污染物的裝置，其中所稱之裝置係一個空氣過濾系統。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之用來在半導體製造設備中從氣體移除污染物的裝置，其中所稱之複數個過濾平台之每個元件係由複數個過濾器模組(filter module)所組成。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之用來在半導體製造設備中從氣體移除污染物的裝置，其中所稱之複數個過濾平台係排列成一個具有至少二行和二列的矩陣。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之用來在半導體製造設備中從氣體移除污染物的裝置，其中所稱之污染物包括胺類(amines)。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之用來在半導體製造設備中從氣體移除污染物的裝置，其中所稱之複數個過濾平台的每個元件包含一個具有物理吸著過濾介質(physisorptive filter media)的過濾器模組。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之用來在半導體製造設備中從氣體移除污染物的裝置，其中所稱之複數個過濾平台的每個元件包含一個具有化學吸著過濾介質(chemosorptive filter media)的過濾器模組。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之用來在半導體製造設備中從氣體移除污染物的裝置，其中所稱之化學吸著過濾介質由一個酸性材料組成，選自包含有磺化物和羧基官能基之群類。
  11. 一種用來在淨室中從氣體移除污染物的裝置(apparatus)，該裝置包 含：一過濾器單位(filter unit)，具有複數個平行過濾平台位於其中，能夠從流過該處之所稱氣體中移除至少一部份所稱污染物；及一擴散器板，具有一個輸入面用來接受所稱之氣體，及一個輸出面用來遞送所稱之氣體到所稱之複數個過濾平台，所稱之擴散器板則更進一步架置在所稱之過濾器單位中，並且構成遞送實質地相等容積之所稱氣體到所稱複數個過濾平台的每個元件；以及一個複數個取樣埠，用來取得通過所稱複數個過濾平台的每個元件的所稱氣體容積的代表樣本。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之用來在淨室中從氣體移除污染物的裝置，其中所稱之擴散器板有複數個孔(hole)，於其上以一種形式散佈，所稱複數個孔的每個孔從所稱輸入面通過到所稱輸出面，並讓所稱氣體從該處通過，所稱孔形式有助於在所稱輸出面和所稱複數個過濾平台之間形成均勻氣體氣流。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之用來在淨室中從氣體移除污染物的裝置，其中至少有一部份所稱的孔係可操作，打開時讓所稱之氣體可以通過或關閉時防止所稱氣體由該處通過。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之用來在淨室中從氣體移除污染物的裝 置，其中至少一部份所稱孔的所稱打開和所稱關閉係由一個控制器控制。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之用來在淨室中從氣體移除污染物的裝置，其中所稱複數個過濾平台的每一元件包括一個複數的過濾器模組。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之用來在淨室中從氣體移除污染物的裝置，該裝置更進一步包含一個輸入取樣埠，用來在所稱氣體經過所稱複數個過濾平台之前取樣該氣體，以及一個輸出取樣埠，用來在所稱氣體至少實質地經過所稱複數個過濾平台之後取樣該氣體。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之用來在淨室中從氣體移除污染物的裝置，該裝置更進一步包含一個偵測器，與所稱複數個取樣埠、所稱輸入取樣埠和輸出取樣埠，以通信相連，每一個取樣埠利用一個具有一個直徑的開口供氣體流出。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之用來在淨室中從氣體移除污染物的裝置，該裝置更進一步包含其控制器，用來控制所稱偵測器的運作。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之用來在淨室中從氣體移除污染物的裝置，其中所稱污染物包括胺。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之用來在淨室中從氣體移除污染物的裝置，其中所稱複數個過濾器模組至少一個元件包括有一個物理吸著過濾介質。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之用來在淨室中從氣體移除污染物的裝置，其中所稱物理吸著過濾介質由活性碳(activated carbon)組成。
  22. 如申請專利範圍第19項所述之用來在淨室中從氣體移除污染物的裝置，其中所稱複數個過濾器模組至少一個元件包括有一個化學吸著過濾介質。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之用來在淨室中從氣體移除污染物的裝置，其中所稱化學吸著過濾介質由酸性材料(acidic material)組成。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之用來在淨室中從氣體移除污染物的裝置，其中所稱酸性材料包含一個磺化物材料(sulfonated material)。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之用來在淨室中從氣體移除污染物的裝置，其中所稱酸性材料包含一個羧酸功能基(carboxylic functional group)。
  26. 如申請專利範圍第11項所述之用來在淨室中從氣體移除污染物的裝置，其中所稱複數個取樣埠至少一個元件係與一個收集污染物的濃縮器耦合。
  27. 一種在半導體製造設備中使用一過濾單位移除氣體中污染物的方法，其所稱方法包含以下步驟：接受一輸入的氣體容積；將所稱氣體容積通過一個氣流控制器，使所稱氣體容積適合於複數個位在所稱過濾單位中的過濾平台；以及將所稱氣體容積的一部份通過所稱複數個平行過濾平台的每一個元件，以移除至少一部份所稱污染物，其中，所稱氣流控制器組態成遞送實質地相等容積之氣體，到所稱複數個過濾平台的每個元件。
  28. 如申請專利範圍第27項所述之在半導體製造設備中使用一過濾單位移除氣體中污染物的方法，其中所稱氣流控制器包含一個擴散器板。
  29. 如申請專利範圍第28項所述之在半導體製造設備中使用一過濾單位移除氣體中污染物的方法，其中所稱過濾單位係位於一個淨室中。
  30. 如申請專利範圍第29項所述之在半導體製造設備中使用一過濾單位移 除氣體中污染物的方法，其中所稱複數個過濾平台的每一個元件細胞含一組複數個過濾器模組。
  31. 如申請專利範圍第29項所述之在半導體製造設備中使用一過濾單位移除氣體中污染物的方法，其中所稱複數個過濾平台係排裂成一個矩陣，有至少二列和二行。
  32. 如申請專利範圍第30項所述之在半導體製造設備中使用一過濾單位移除氣體中污染物的方法，其中所稱過濾單位更進一步包含一組複數個取樣埠，供取樣一組同樣複數個過濾平台。
  33. 如申請專利範圍第32項所述之在半導體製造設備中使用一過濾單位移除氣體中污染物的方法，其中所稱過濾單位更進一步包含一個偵測器，相連耦合於所稱取樣埠。
  34. 如申請專利範圍第33項所述之在半導體製造設備中使用一過濾單位移除氣體中污染物的方法，其中所稱過濾單位更進一步包含一個輸入的取樣埠，可在達到所稱複數個過濾平台之前先取樣至少一部份所稱氣體容積；及一個輸出的取樣埠，可在通過所稱複數個過濾平台之後再取樣至少一部份所稱氣體容積；所稱輸入和輸出取樣埠更進而連接耦合於所稱之偵測器。
  35. 如申請專利範圍第34項所述之在半導體製造設備中使用一過濾單位移除氣體中污染物的方法，其中所稱過濾單位更進一步包含一個控制器，供監測所稱過濾單位之運作。
  36. 如申請專利範圍第35項所述之在半導體製造設備中使用一過濾單位移除氣體中污染物的方法，其中所稱複數個過濾器模組的至少一個元件包括有一個物理吸著過濾介質。
  37. 如申請專利範圍第35項所述之在半導體製造設備中使用一過濾單位移除氣體中污染物的方法，其中所稱複數個過濾器模組的至少一個元件包括有一個化學吸著過濾介質。
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