Brevet FR3092409A1 — publié le 20200807

Description Titre de l'invention : Procédé de réglage d'une station de mesure de la contamination moléculaire véhiculée par l'air et station de mesure [0001] La présente invention se rapporte à un procédé de réglage d'une station de mesure de la contamination moléculaire véhiculée par l'air, destinée en particulier à la surveillance des concentrations en contamination moléculaire dans l'atmosphère des salles blanches, telles que les salles blanches d'usines de fabrication de semiconducteurs. La présente invention se rapporte également à une telle station de mesure. [0002] Dans l'industrie de fabrication de semi-conducteurs, les substrats, tels que les plaquettes de semi-conducteurs (ou « wafer » en anglais) ou les photomasques, doivent être protégés de la contamination moléculaire véhiculée par l'air (ou AMC pour « Airbonc Molecular Contamination » en anglais) afin d'éviter que celle-ci n'endommage les puces ou circuits électroniques des substrats. Pour cela, les substrats sont contenus dans des boîtes dc transport et de stockage atmosphérique, permettant de transporter les substrats d'un équipement à l'autre ou dc les stocker entre deux étapes de fabrication. Par ailleurs, les boites de transport et les équipements sont agencés à l'intérieur de salles blanches dans lesquelles le niveau de particules est minimisé et la température, l'humidité et la pression sont maintenus à des niveaux précis. [0003] Les espèces gazeuses véhiculées par l'air peuvent avoir différentes sources et dif- férentes natures, on trouve par exemple des acides, des bases, des éléments condensables, des éléments dopants. Ces molécules peuvent provenir dc l'air intérieur de l'usine de fabrication de semi-conducteurs ou peuvent être relâchées notamment par les plaquettes semi-conductrices ayant subi des opérations préalables dc fabrication. [0004] Des analyseurs de gaz présents dans les salles Hanches permettent d'évaluer la concentration des espèces gazeuses véhiculées par Vair en temps réel, notamment celle de l'humidité et dc quelques acides. Les concentrations mesurées sont parfois très faibles, telles que de l'ordre du ppm ou du ppb. Ces analyseurs dc gaz mesurant l'atmosphère gazeuse les environnants, il est donc nécessaire dc prévoir un analyseur de gaz dans chaque zone à tester de la salle blanche. [0005] Il existe un besoin d'augmenter le nombre d'espèces gazeuses mesurées et le nombre de zones de test afin de réduire les risques de contamination des substrats. Cependant, la multiplication des analyseurs par zone et la multiplication de ces zones à tester rend cette solution rapidement très couteuse. [0006] Pour réduire les coûts, on a proposé une unité de mesure regroupant différents analyseurs. L'unité est munie de plusieurs ports d'entrée adressant chacun une zone de test particulière de la salle blanche. 2 [0007] Les mesures sont réalisées de manière séquencée, c'est-à-dire en mesurant à tour de rôle chaque zone de test. [0008] Le problème de mesures séquencées est que la détection d'une concentration anormale d'une espèce gazeuse dans une zone de test ne peut être réalisée que lorsqu'une mesure est ordonnée dans ladite zone de test. De fait, de longues minutes peuvent s'écouler avant que l'on ne prenne conscience d'un éventuel risque de contamination dans une zone de la salle blanche. [0009] Une autre solution consiste à mesurer simultanément les concentrations d'espèces gazeuses dans un sous-ensemble de différentes zones à tester. Il est alors possible de détecter rapidement si une concentration moyenne d'un gaz dans ce sous-ensemble dépasse un seuil admissible. Lorsqu'une concentration anormale est détectée, on recherche dans le sous-ensemble quelle ligne de prélèvement est concernée, par exemple par séquençage dans le sous-ensemble. [0010] Cependant, cette solution ne tient pas compte des différentes conductances entre les lignes de prélèvement. En effet, celles-ci n'ont pas toutes la même longueur. Certaines lignes peuvent être très courtes et d'autres très longues. Les débits de pompage peuvent donc présenter de fortes disparités entre les lignes. Ainsi, lors d'une mesure simultanée dans plusieurs lignes de prélèvement, la contribution des lignes est inhomogène. La mesure obtenue peut ne pas correspondre à la moyenne de la concentration des gaz dans le sous-ensemble de zones car pondérée en fonction de la conductance des lignes, les lignes de meilleure conductance, généralement les plus courtes, présentant une plus forte contribution. [0011] Un des buts de la présente invention est de proposer une station de mesure qui résolve au moins partiellement un des inconvénients précités. [0012] A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de réglage des conductances des res- trictions contrôlables d'une station de mesure de la contamination moléculaire véhiculée par l'ah-, la station de mesure comportant : - au moins un analyseur de gaz, et - au moins deux lignes de prélèvement reliées à une ligne commune reliée à une entrée du au moins un analyseur de gaz, chaque ligne de prélèvement comportant une restriction contrôlable présentant une conductance réglable entre une valeur minimale et une valeur maximale, caractérisé en ce que le procédé de réglage comporte : - une étape initiale d'identification, préalable à la réalisation d'une étape de mesure de la contamination moléculaire véhiculée par l'air, au cours de laquelle on détermine la ligne de prélèvement présentant la conductance la plus faible, et - une étape initiale de réglage de conductance, préalable à la réalisation de l'étape de mesure et postérieure à l'étape initiale d'identification, au cours de laquelle on règle la 3 conductance d'une restriction contrôlable pour qu'elle corresponde à la conductance la plus faible. [0013] Ainsi, quelque soit les lignes de prélèvement dans lesquelles une mesure est réalisée en simultané, la contribution de chaque ligne est équilibrée par rapport aux autres sans dépendre de la conductance de la ligne. La mesure obtenue peut être proche de la véritable mesure moyenne des zones de test. Un même seuil d'alerte du niveau de concentration d'espèces gazeuses peut donc être utilisé pour toutes les lignes de prélèvement testées simultanément. [0014] Le procédé de réglage peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques qui sont décrites ci-après, prises seules ou en combinaison. [0015] Selon un exemple de réalisation, la station de mesure comporte en outre une vanne pilotable agencée sur chaque ligne de prélèvement. [0016] Selon un exemple de réalisation, la station de mesure comporte un capteur de pression agencé sur la ligne commune pour mesurer la pression dans la ligne commune reliée à l'entrée du au moins un analyseur de gaz. [0017] Selon un exemple de réalisation, la station de mesure comporte une pompe de pré- lèvement reliée à la ligne commune, pour prélever un gaz à analyser dans une ligne de prélèvement et pour qu'il soit analysé par le au moins un analyseur de gaz. [0018] Selon un exemple de réalisation, au cours de l'étape initiale d'identification : - on ouvre tour à tour la vanne pilotable de chaque ligne de prélèvement, la conductance de la restriction contrôlable étant réglée à la valeur maximale, les autres vannes pilotables étant fermées, et - on mesure la pression dans la ligne commune, la ligne de prélèvement présentant la conductance la plus faible étant celle pour laquelle la mesure de pression est la plus basse. [0019] Selon un exemple de réalisation, au cours de l'étape initiale de réglage de conductance, on ouvre la vanne pilotable de la ligne de prélèvement de la restriction contrôlable que l'on cherche à régler, les autres vannes pilotables des autres lignes de prélèvement étant fermées et on règle la conductance de la restriction contrôlable pour que la pression mesurée dans la ligne commune con-esponde à la mesure de pression la plus basse correspondant à la ligne de prélèvement présentant la conductance la plus faible. [0020] Par exemple, au cours de l'étape initiale de réglage de conductance, on règle la conductance de la restriction contrôlable pour qu'elle corresponde à au plus +/-10%, tel qu'à au plus +1-5%, de la conductance la plus faible. [0021] On peut réitérer l'étape initiale de réglage de conductance pour toutes les restrictions contrôlables autres que celle de la ligne de prélèvement présentant la conductance la plus faible. 100221 L'étape initiale d'identification et/ou l'étape initiale de réglage de conductance peuvent être réalisées une première fois à la mise en route de la station de mesure, puis à chaque maintenance et/ou réitérées régulièrement. [0023] L'étape initiale de réglage de conductance peut également être réalisée à chaque mo- dification d'une ligne de prélèvement et réitérée pour toutes les lignes de prélèvement si la conductance de la ligne de prélèvement modifiée devient la plus faible. [0024] Au cours de l'étape de mesure de la contamination moléculaire véhiculée par l'air, une mesure peut être réalisée simultanément dans plusieurs lignes de prélèvement. Les mesures simultanées dans plusieurs lignes de prélèvement peuvent être réalisées dans un sous-ensemble des lignes de prélèvement. [0025] L'invention a aussi pour objet une station de mesure de la contamination moléculaire véhiculée par l'air comportant : - au moins un analyseur de gaz, et - au moins deux lignes de prélèvement reliées à une ligne commune reliée à une entrée du au moins un analyseur de gaz, caractérisée en ce que : - chaque ligne de prélèvement comporte une restriction contrôlable présentant une conductance réglable entre une valeur minimale et une valeur maximale, - les conductances des restrictions contrôlables des lignes de prélèvement sont réglées par un procédé de réglage tel que décrit précédemment pour correspondre à la conductance maximale de la ligne de prélèvement présentant la conductance la plus faible. [0026] Selon un exemple de réalisation, les parois des restrictions contrôlables en commu- nication fluidique avec les gaz peuvent être réalisées en un ou plusieurs matériaux fluoropolymères, tel qu'en pertluoroalkoxy (également appelé PFA) ou en polytétrafluoroéthylène (également appelé PTFE). [0027] La station de mesure peut comporter en outre : - une vanne pilotable agencée sur chaque ligne de prélèvement, - une pompe de prélèvement reliée à la ligne commune, et - un capteur de pression agencé sur la ligne commune pour mesurer la pression dans la ligne commune reliée à l'entrée du au moins un analyseur de gaz. [0028] La station de mesure peut aussi comporter une unité de contrôle reliée aux vannes pi- lotables et au capteur de pression, l'unité de contrôle étant configurée pour piloter l'ouverture ou la fermeture des vannes pilotables. Présentation des dessins [0029] D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de l'invention, mais nullement limitatif, ainsi que des dessins annexés sur lesquels : [0030] [fig.1] représente une vue schématique d'éléments d'une station de mesure de la contamination moléculaire véhiculée par l'air. [0031] [fig.2] représente une vue schématique d'un procédé de réglage de conductances de restrictions contrôlables de la station de mesure de la Figure 1. [0032] [fig.3] est un graphique montrant un exemple de mesures de pression (en mbar) dans la ligne commune reliée à la pompe de prélèvement, obtenues pour des lignes de prélèvement de la station de mesure de la Figure 1, en fonction de la longueur (en mètres et en abscisse) des lignes de prélèvement. [0033] Sur ces Figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. [0034] Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d'autres réalisations. [0035] La Figure 1 montre des éléments d'une station de mesure 1 de la contamination mo- léculaire véhiculée par l'air, destinée en particulier à la surveillance des concentrations en contamination moléculaire dans l'atmosphère des salles blanches, telles que les salles blanches d'usines de fabrication de semi-conducteurs. [0036] La station de mesure 1 comporte au moins un analyseur de gaz 2 et au moins deux lignes de prélèvement Li-L16 reliées à une ligne commune 3 qui est reliée à l'entrée du au moins un analyseur de gaz 2. L'analyseur de gaz 2 peut ainsi être mis en communication avec chaque ligne de prélèvement L1-L16. L'extrémité de chaque ligne de prélèvement L1-L16 est située dans une zone de test à pression ambiante, c'est-à-dire la pression atmosphérique, par exemple dans un lieu distinct d'une salle blanche. [0037] Chaque ligne de prélèvement Li-L16 comporte une restriction contrôlable C1-C16 présentant une conductance réglable entre une valeur minimale et une valeur maximale. [0038] La station de mesure 1 peut en outre comporter une vanne pilotable VI-V16 agencée sur chaque ligne de prélèvement L1-L16. La station de mesure 1 peut comporter un capteur de pression 4 agencé sur la ligne commune 3 pour mesurer la pression dans la ligne commune 3. Elle peut en outre comporter une unité de contrôle 5 reliée aux vannes pilotables V1-V16 et au capteur de pression 4. [0039] Selon un exemple de réalisation, la station de mesure 1 comporte une pompe de pré- 6 lèvement 6 reliée à la ligne commune 3. Le gaz à analyser peut ainsi être prélevé dans les lignes de prélèvement pour être analysé par le au moins un analyseur de gaz 2. [0040] La pompe de prélèvement peut être agencée dans un même boitier que le au moins un analyseur de gaz 2. [0041] L'analyseur de gaz 2 permet de mesurer la concentration d'au moins une espèce gazeuse en temps réel, c'est-à-dire avec une durée de mesure inférieure à quelques secondes, voire quelques minutes, pour de faibles concentrations inférieures au ppm ou au ppb. L'espèce gazeuse mesurée est par exemple un acide, comme l'acide fluorhydrique HF ou l'acide chlorhydrique HCI ou un solvant, tel que le PGMEA (propylène glycol methyl ether). Selon un autre exemple, l'espèce gazeuse est l'ammoniaque NH3. Un analyseur de gaz 2 peut être adapté pour la mesure d'une espèce gazeuse distincte ou d'un groupe d'espèces gazeuses distinctes. [0042] Une restriction contrôlable est un passage pour les gaz dont la conductance est variable. La conductance est l'inverse de la résistance à l'écoulement. C'est le rapport entre le flux gazeux qui circule dans le passage et la différence de pression entre les deux extrémités du passage. [0043] On peut faire varier les conductances des restrictions contrôlables C1-C16 par exemple manuellement ou par un contrôleur associé. Selon un autre exemple, les restrictions contrôlables peuvent être pilotables par l'unité de contrôle 5. [0044] Les restrictions contrôlables Cl -C16 sont par exemple réalisées par des vannes ou des contrôleurs de débit. [0045] Selon un exemple de réalisation, les parois des restrictions contrôlables CI-C16 en communication fluidique avec les gaz sont réalisées dans des matériaux limitant l'adhérence des espèces gazeuses aux parois, tel qu'en un ou plusieurs matériaux fluoropolymères, tel qu'en pertluoroallcoxy (également appelé PFA) ou en polytétrafluoroéthylène (également appelé PTFE). [0046] Les lignes de prélèvements LI-L16 et les parois des vannes pilotables VI-V16 peuvent également être réalisées dans de tels matériaux. [0047] Les lignes de prélèvements LI- L16 relient la station de mesure 1 à des zones de test distinctes. La longueur des lignes de prélèvement Li- LI6 peut varier entre les différentes zones de test à rallier et peut présenter plusieurs dizaines de mètres, telle qu'une longueur comprise entre 40 et 300 mètres. [0048] Les vannes pilotables V1-V16 sont par exemple des électrovannes ou des vannes pneumatiques. Elles sont pilotables en tout ou rien (ouvertes ou fermées) par l'unité de contrôle 5. [0049] Au cours d'une mesure de la contamination moléculaire véhiculée par l'air, une mesure peut être réalisée simultanément dans plusieurs lignes de prélèvement Li- LI6. [0050] Les conductances des restrictions contrôlables des lignes de prélèvement LI-L16 7 sont réglées par un procédé de réglage 100 pour correspondre à la conductance maximale de la ligne de prélèvement présentant la conductance la plus faible. [0051] Le procédé de réglage 100 comporte une étape initiale d'identification 101 et une étape initiale de réglage de conductance 102, ces étapes étant préalables à la réalisation d'une étape de mesure 103 (Figure 2). [0052] Dans l'étape initiale d'identification 101, on détermine la ligne de prélèvement Li -L16 présentant la conductance la plus faible (Figure 2). [0053] Par exemple, on ouvre tour à tour pour chaque ligne de prélèvement Ll -L16 la vanne pilotable V1-V16 et on règle la conductance de la restriction contrôlable Cl-C16 à la valeur maximale, les autres vannes pilotables VI-V16 étant fermées, et on mesure la pression dans la ligne commune 3 à l'entrée du au moins un analyseur de gaz 2. Etant donné que pour chaque ligne de prélèvement L1-L16, on utilise la même pompe de prélèvement 6, la mesure de pression dans la ligne commune 3, à l'entrée de l'analyseur de gaz 2 équivaut à une mesure de conductance de la ligne de prélèvement (Q=C'DcltaP). Par conséquent, la ligne de prélèvement Ll -L16 présentant la conductance la plus faible est celle pour laquelle la mesure de pression dans la ligne commune 3, est la plus basse. [0054] Le graphique de la Figure 3 illustre ainsi un exemple de mesures de pression obtenues lors d'une étape initiale d'identification 101. [0055] On a représenté en ordonnée la pression absolue mesurée dans la ligne commune 3 pour chaque ouverture d'une vanne pilotable avec la conductance de la restriction contrôlable réglée à la valeur maximale, les autres vannes étant fermées. [0056] On voit sur le graphique que la pression dans chacune des seize lignes de pré- lèvement LI-L16 diminue avec l'augmentation de la longueur de la ligne de prélèvement LI-L16 (en abscisse). Plus la longueur de la ligne de prélèvement est grande et plus la pression observée est basse à diamètre égal des lignes. La ligne de prélèvement LI- LI6 présentant la conductance la plus faible est celle qui présente la mesure de pression la plus basse. Il s'agit dans l'exemple de la ligne de prélèvement L6 d'une longueur de 270 mètres. [0057] Une fois la ligne de prélèvement L6 présentant la conductance la plus faible identifiée, on peut régler les restrictions contrôlables CI-05, C7-C16 des autres lignes de prélèvement Li-L5, L7-L16. [0058] Au cours de l'étape initiale de réglage de conductance 102, on règle la conductance d'une restriction contrôlable pour qu'elle corresponde à la conductance la plus faible, tel qu'à au plus +/-10%, comme à au plus +/-5%, de la conductance la plus faible (Figure 2). [0059] Dans cette étape 102, on ouvre par exemple la vanne pilotable de la ligne de pré- lèvement LI-L5, L7-L16 de la restriction contrôlable que l'on cherche à régler, les 8 autres vannes pilotables des autres lignes de prélèvement étant fermées et on règle la conductance de la restriction contrôlable pour que la pression mesurée dans la ligne commune 3 corresponde à la mesure de pression la plus basse correspondant à la ligne de prélèvement présentant la conductance la plus faible. [0060] Par exemple, les conductances des restrictions contrôlables des autres lignes de pré- lèvement Ll -L16 sont réglées pour correspondre à au plus +/-10%, tel qu'à au plus +/-5%, de la conductance de la ligne de prélèvement la plus faible ou autrement dit, les conductances sont réglées pour être les mêmes que la conductance la plus faible, à 10% ou 5% près. [0061] On peut réitérer l'étape initiale de réglage de conductance 102 pour toutes les res- trictions contrôlables autres que celle de la ligne de prélèvement présentant la conductance la plus faible. Les conductances des restrictions contrôlables des lignes de prélèvement Ll-L5, L7-L16 autres que la ligne de prélèvement L6 présentant la conductance la plus faible peuvent ainsi être réglées chacune à leur tour. [0062] Les étapes initiales 101, 102 peuvent être réalisées une première fois à la mise en route de la station de mesure 1, puis à chaque maintenance et/ou réitérées régulièrement. [0063] L'étape initiale de réglage de conductance 102 peut être réalisée à chaque modi- fication de la ligne de prélèvement et réitérée pour toutes les lignes de prélèvement si la conductance de la ligne de prélèvement modifiée devient la plus faible. [0064] Au cours d'une étape de mesure 103, le débit de prélèvement par la pompe de pré- lèvement 6 est constant et identique aux étapes initiales 101, 102. [0065] Les mesures simultanées dans plusieurs lignes de prélèvement LI- L16 peuvent être réalisées dans un sous-ensemble de lignes de prélèvement. Ainsi, la vanne pilotable V6 de la ligne de prélèvement L6 présentant la conductance la plus faible peut ne pas être ouverte lors d'une étape de mesure 103 dans un sous-ensemble ne la comprenant pas. [0066] Dans le cas de restrictions contrôlables pilotables, il est possible de réaliser les étapes initiales 101, 102 dans un sous-ensemble pour déterminer la ligne de prélèvement du sous-ensemble présentant la conductance la plus faible et pour régler les conductances des restrictions contrôlables des autres lignes de prélèvement du sous-ensemble pour qu'elles correspondent à la conductance la plus faible. [0067] Ainsi, quelque soit les lignes de prélèvement dans lesquelles une mesure est réalisée en simultané, la contribution de chaque ligne est équilibrée par rapport aux autres lignes sans dépendre de la conductance de la ligne. La mesure obtenue peut être proche de la véritable mesure moyenne des zones de test. Un même seuil d'alerte du niveau de concentration d'espèces gazeuses peut donc être utilisé pour toutes les lignes de prélèvement du sous-ensemble à tester. [0068] Par ailleurs, il est possible de déceler d'éventuelles en-eurs de raccordement des 9 lignes de prélèvement L1-L16 à la station de mesure 1 notamment lorsque dans l'étape initiale d'identification 101, la mesure de pression n'est pas cohérente avec la longueur connue de la ligne de prélèvement. [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3]