JP2022160421A - 液体サンプルを収集するためのシステム - Google Patents
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一般的に、サンプルが関連する分析装置(例えば、分析装置の隣のオートサンプラー)に近接して得られる場合、サンプルは、実質的なサンプル量を必要とせずに、サンプル供給源と分析装置との間の全距離に及んでもよい。しかしながら、サンプルの長距離搬送の場合、遠隔サンプリングシステム104と分析システム102との間で搬送ライン144全体(例えば、最大数百メートルのサンプル長)を満たすことは、使用されていないサンプル部分の処分、サンプルの粘度などによる環境への懸念のために、禁止される可能性があり、または、望ましくない可能性がある。したがって、実施形態では、遠隔サンプリングシステム104は、搬送ライン144全体をサンプルで満たさず、むしろ、全搬送ライン144容積の一部を表す液体サンプルセグメントが、分析システム102による分析のために搬送ライン144を介して送られる。例えば、搬送ライン144は最大数百メートルの長さであってもよいが、分析システム102への輸送中の任意の所与の時間において、サンプルは搬送ライン144の約1メートル以下を占める場合がある。そのラインを通して液体サンプルセグメントを送ることにより、遠隔サンプリングシステム104から送られるサンプルの量が減らされ得るので、サンプルは、分析システム102への輸送中に、サンプル搬送ライン144内の気泡または間隙/ボイドを生じる場合がある。そのような気泡または間隙/ボイドは、輸送中のチューブ間のオリフィスの変化などのサンプルの長距離搬送に関連する状況に起因して、サンプル間のラインを洗浄するために使用される残留洗浄流体との相互作用に起因して、ライン内の残留流体との反応に起因して、搬送ラインのスパンに沿った圧力差などに起因して、形成される場合がある。例えば、図8に示すように、液体サンプル800は、遠隔サンプリングシステム104から搬送ライン144を通って、分析システム102が配置されている第1の位置に送られてもよい。遠隔サンプリングシステム104によって得られる全サンプルの体積は、図8においてVTOTによって表される。図示されているように、間隙またはボイド802が、遠隔サンプリングシステム104からの輸送中に搬送ライン144内に形成されてもよい。間隙またはボイド802は、分析システム102による分析のために十分な量または体積のサンプルを含まない多数のサンプルセグメント804を仕切る。そのようなサンプルセグメント804は、分析システム102による分析のために十分な(VSAMPLEとして図示される)体積を有する、より大きなサンプルセグメント806の前および/または後に置かれてもよい。実施形態では、遠隔サンプリングシステム104によって収集されるサンプルの量(例えば、VTOT)は、分析装置112による分析のために十分な量のサンプル150を提供するように調整される。例えば、「捕捉される」サンプル150の量に対する「投入される」サンプル150の量の体積比(例えば、VTOT/VSAMPLE)は、少なくとも約1と1/4(1.25)である。しかしながら、この比率は単なる例として提供され、本開示を限定することを意味するものではない。いくつかの実施形態では、当該比率は1と1/4より大きく、他の実施形態では、当該比率は1と1/4未満である。一例では、2.5ミリリットル(2.5mL)のサンプル150(例えば、濃硫酸または硝酸)が投入され、1ミリリットル(1mL)のサンプル150が捕捉される。別の一例では、1.5ミリリットル(1.5mL)のサンプル150が投入され、1ミリリットル(1mL)のサンプル150が捕捉される。本開示の実施形態では、「投入される」サンプル150の量は、第1の位置と第2の位置との間の距離、第1の位置と第2の位置との間のサンプル搬送ライン配管の量、およびサンプル搬送ライン144内の圧力などを説明するために調整される。一般的に、VTOT/VSAMPLEの比率は、搬送中のサンプル搬送ライン144内の間隙/ボイド802およびサンプルセグメント804の形成を説明するために、1より大きくてもよい。
図10は、二つの検出器を使用して、サンプル受け入れラインが、分析システムによる分析のための連続液体サンプルセグメント中に十分な量のサンプルを含み、連続液体サンプルセグメント中に間隙もボイドもないときを判定する例示的な実装形態内の手順810を示す。図示のように、液体セグメントは、サンプル受け入れラインに受け入れられる(ブロック812)。例えば、サンプル受け入れライン162は、遠隔サンプリングシステム104によって得られ、搬送ライン144を介して搬送されたサンプルを受け入れてもよい。手順810はまた、第1の位置を通過する際に液体セグメントの存在および/または不在を検出するように構成された第1の検出器によってサンプル受け入れライン内の第1の位置で液体セグメントを検知するステップを含む(ブロック814)。例えば、第1の検出器126は、サンプル受け入れライン162内の第1の位置における液体サンプルセグメントの存在を測定してもよい。図9を参照すると、液体サンプルセグメントは、時刻t1およびt5において第1の位置で検出される。
そのコンポーネントの一部または全部を含むシステム100は、コンピュータ制御下で動作してもよい。例えば、プロセッサ120は、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア(例えば、固定論理回路)、手動処理、またはそれらの組み合わせを使用して、本明細書に記載のシステムのコンポーネントおよび機能を制御するために、システム100と共に、またはシステム100内に含まれてもよい。本明細書で使用する「コントローラ」、「機能」、「サービス」、および「ロジック」という用語は、概して、システムを制御することに関連するソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、またはソフトウェア、ファームウェア、またはハードウェアの組み合わせを表す。ソフトウェア実装の場合、モジュール、機能、またはロジックは、プロセッサ(例えば、一つまたはそれ以上の中央処理装置(CPU))上で実行されると特定のタスクを実行するプログラムコードを表す。プログラムコードは、一つまたはそれ以上のコンピュータ可読メモリデバイス(例えば、内部メモリおよび/または一つまたはそれ以上の有形の媒体)等の中に格納されてもよい。本明細書で説明される構造、機能、アプローチ、および技術は、様々なプロセッサを有する様々な商業コンピューティングプラットフォーム上に実装されてもよい。
一般的に、本明細書に記載のシステム100は、任意の数のサンプリング位置からのサンプルを取るために、任意の数の遠隔サンプリングシステム104を組み込み得る。図12に示す一実装形態では、システム100は、化学浴、バルク化学物質、環境廃液、および他の液体サンプルを利用するプロセス設備の五つの異なる位置に配置された五つの遠隔サンプリングシステム104(104A、104B、104C、104D、104Eとして図示される)を含む。遠隔サンプリングシステム104は、五つの遠隔サンプリングシステム104のそれぞれから遠隔に位置する分析システム102に搬送するために、異なる位置でサンプルを取得する。第1の遠隔サンプリングシステム104Aは、脱イオン水パイプライン1000に近接して配置され、分析システム102から約40メートル(40m)の距離(d5として図示される)だけ離れている。第2の遠隔サンプリングシステム104Bは、分配バルブ点1002に近接して配置され、分析システム102から約80メートル(80m)の距離(d4として図示される)だけ離れている。第3の遠隔サンプリングシステム104Cは、化学物質供給タンク1004に近接して配置され、分析システム102から約80メートル(80m)の距離(d3として図示される)だけ離れている。化学物質供給タンク1004は、化学物質貯蔵タンク1008から遠隔に配置され、化学物質貯蔵タンク1008から化学物質を供給される。第4の遠隔サンプリングシステム104Dは、化学物質供給タンク1006に近接して配置され、分析システム102から約80メートル(80m)の距離(d2として図示される)だけ離れている。化学物質供給タンク1006は、化学物質貯蔵タンク1008から遠隔に配置され、当該タンク1006には、化学物質貯蔵タンク1008から化学物質が供給される。第5の遠隔サンプリングシステム104Eは、化学物質貯蔵タンク1008に近接して配置され、分析システム102から約300メートル(300m)の距離(d1として図示される)だけ離れている。五つの遠隔サンプリングシステム104が図示されているが、システム100は、処理施設全体(例えば、他のプロセスストリーム、化学浴、バルク化学ストレージ、環境排水、および他の液体サンプル)の超微量の不純物を監視するために、五つを超える遠隔サンプリングシステム104を利用してもよい。一実装形態では、遠隔サンプリングシステム104から分析システムへのサンプルの搬送は、毎秒約1.2メートル(1.2m/s)の速度で提供され、処理施設全体にわたる超微量の不純物のほぼリアルタイムの分析(例えば、ICPMS分析)を提供する。
一実装形態では、分析システム102は、遠隔サンプリングシステム104から100メートル(100m)の位置に配置された。遠隔サンプリングシステム104は、20個の別個のサンプルを得て、それらを分析システム102に転送して、これによって20個の別個のサンプルのそれぞれに存在する各化学種の信号強度を決定した。各々別個のサンプルは、以下の化学種を含む:リチウム(Li)、ベリリウム(Be)、ホウ素(B)、ナトリウム(Na)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、カルシウム(Ca)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ゲルマニウム(Ge)、ストロンチウム(Sr)、銀(Ag)、カドミウム(Cd)、インジウム(In)、錫(Sn)、アンチモン(Sb)、バリウム(Ba)、セリウム(Ce)、ハフニウム(Hf)、タングステン(W)、および鉛(Pb)。分析システム102による分析の結果、すべての化学種に対して20の別個のサンプルすべてにわたって相対標準偏差(RSD)が3%未満(<3%)であることが判定された。したがって、分析システム102と遠隔サンプリングシステム104との間が100メートルの例示的なシステム100は、サンプルを得て、(例えば、搬送ライン144を介して)分析システム102にサンプルを100メートル搬送し、分析システム102でサンプルを分析することから信頼できる再現性を提供した。
図13を参照すると、半導体製造プロセス用の化学浴(SC-1浴)の経時的な金属汚染を示すチャートが示されている。このチャートは、三つの時点で収集された手動サンプルから測定された金属汚染に対するデータ点を示す部分1100を含む。このチャートはまた、システム100から(例えば、遠隔サンプリングシステム104から)手動サンプリング法のサンプリング周波数を超えるサンプリング周波数で(例えば、少なくとも16~17倍より頻繁に)収集されたサンプルから測定された金属汚染に対するデータ点に重ね合わされた部分1100からの手動サンプルから測定された金属汚染に対するデータ点を示す部分1102を含む。部分1102に示すように、汚染物質の漸進的な増加が、半導体製造プロセスにおいて経時的に生じる。特定の半導体プロセス(例えば、部分1100からの手動サンプリング技術)において化学物質をいつ交換するかを決定する寿命または寿命カウント方法は、しばしば時間の経過に伴う金属汚染の特殊性を説明することができない。このように、化学物質は、浴中の金属汚染物質の知識なしにしばしば交換される。これは、化学浴が実際に追加のウェハ処理を提供し得るが、ともかく交換される(例えば、プロセス稼動時間の損失をもたらす)過度の交換をもたらす可能性があるか、または化学浴が実際に許容できない金属汚染を有するが、後の時間(例えば、プロセスによって生成されたウェハを潜在的に危険にさらす)まで交換されない交換不足をもたらす可能性がある。部分1102に見ることができるように、金属汚染は、より高い頻度で自動的にシステム100によって追跡され得る。汚染限界1104は、化学浴に対して汚染物質限界に達したときに、CIMホスト906に警告するように設定される。したがって、システム100は、汚染限界1104に達すると、プロセス動作を自動的に停止させる場合があり(例えば、交換不足を回避し)、一方、汚染限界1104に達していないときには、プロセスを継続することを可能にし、それにより実行可能時にプロセス稼動時間を提供することができる(例えば、過度の交換を避ける)。
実装形態において、様々な分析装置は、本明細書に記載の構造、技術、アプローチなどを利用してもよい。したがって、本明細書にシステムが記載されているが、様々な分析機器は、記載された技術、アプローチ、構造などを利用してもよい。これらの装置は、限定された機能性(例えば、薄い装置)または堅牢な機能性(例えば、厚い装置)で構成されてもよい。したがって、装置の機能性は、装置のソフトウェアまたはハードウェアリソース(例えば、処理能力、メモリ(例えば、データ記憶容量)、分析能力など)に関連する場合がある。
Claims (20)
- 液体セグメントを受け入れるように構成されたサンプル受け入れラインと、
前記サンプル受け入れライン内の第1の位置での前記液体セグメントの存在または不在の少なくとも一つを検出するように構成された第1の検出器であって、前記第1の検出器は、前記サンプル受け入れライン内の前記第1の位置での前記液体セグメントの不在を第1の状態として検知し、前記サンプル受け入れライン内の前記第1の位置での前記液体セグメントの存在を第2の状態として検知するように構成された第1の検出器と、
前記第1の位置から下流の前記サンプル受け入れライン内の第2の位置での前記液体セグメントの存在または不在の少なくとも一つを検出するように構成された第2の検出器であって、前記第2の検出器は、前記サンプル受け入れライン内の前記第2の位置での前記液体セグメントの不在を第1の状態として検知し、前記サンプル受け入れライン内の前記第2の位置での前記液体セグメントの存在を第2の状態として検知するように構成された第2の検出器と、
前記第1の検出器および前記第2の検出器と通信可能に結合されたコントローラであって、前記コントローラは、前記コントローラが前記第2の状態から前記第1の状態への前記第1の検出器の状態の変化を検知する前に、前記第1の検出器が前記第2の状態にあり、前記第2の検出器が前記第2の状態にあるとき、前記サンプル受け入れライン内の連続液体セグメントを検知するように構成されたコントローラとを含む、
システム。 - 前記第2の検出器が前記第2の状態を維持する時間を監視するように構成されたタイマーをさらに含み、前記コントローラは、(i)前記コントローラが前記第2の状態から前記第1の状態への前記第1の検出器の状態の変化を検知する前に、前記第1の検出器が前記第2の状態にあり、前記第2の検出器が前記第2の状態にある場合、および(ii)前記第2の検出器が前記第2の状態を維持する時間が閾値時間を超える場合のいずれかにおいて、前記サンプル受け入れライン内の前記連続液体セグメントを検知するように構成される、請求項1に記載のシステム。
- 前記サンプル受け入れラインの前記第1の位置と前記サンプル受け入れラインの前記第2の位置との間に結合され、少なくとも二つの流路構成の間で切り替え可能なバルブをさらに含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記コントローラは、前記サンプル受け入れライン内の前記連続液体セグメントの検知に応答して、前記少なくとも二つの流路構成の間で前記バルブを切り替えるように構成される、請求項3に記載のシステム。
- 前記サンプル受け入れラインは、サンプルループを含む、請求項1に記載のシステム。
- 第1の位置にある分析システムと、
分析のために前記液体セグメントを受け入れるように構成された、前記第1の位置から離れた第2の位置にある遠隔サンプリングシステムと、
前記液体セグメントを前記第2の位置から前記第1の位置に搬送するように構成されたサンプル搬送ラインとをさらに含み、サンプル搬送ラインは、遠隔サンプリングシステムに結合され、これによって前記遠隔サンプリングシステムは、前記液体セグメントを前記第1の位置へ運ぶための前記サンプル搬送ラインと流体連通するように動作可能であり、前記分析システムは、前記サンプル受け入れラインを含み、前記サンプル受け入れラインは、前記サンプル搬送ラインおよび前記分析システムと選択的に結合するように構成され、これによって前記サンプル受け入れラインは、前記液体セグメントを受け入れるために前記サンプル搬送ラインと流体連通し、前記連続液体セグメントを前記分析システムに供給するために前記分析システムと流体連通するように動作可能である、請求項1に記載のシステム。 - 前記液体セグメントの前記連続液体セグメントに対する容積比は1より大きい、請求項6に記載のシステム。
- 前記分析システムは、複数の分析装置を含む、請求項6に記載のシステム。
- 前記複数の分析装置は、質量分析計、発光分光計、イオンクロマトグラフ、液体クロマトグラフ、フーリエ変換赤外分光計、粒子計数器、水分分析計、およびガスクロマトグラフのうちの少なくとも二つを含む、請求項8に記載のシステム。
- 前記サンプル搬送ラインは、少なくとも5メートルの長さである、請求項6に記載のシステム。
- 前記サンプル搬送ラインは、少なくとも10メートルの長さである、請求項6に記載のシステム。
- 前記サンプル搬送ラインは、少なくとも30メートルの長さである、請求項6に記載のシステム。
- サンプル受け入れライン内に液体セグメントを受け入れるステップと、
第1の検出器による前記サンプル受け入れライン内の第1の位置での前記液体セグメントの検出に応答して、前記第1の検出器によって第1の状態を検知するステップであって、前記第1の検出器の前記第1の状態は、前記第1の位置での前記液体セグメントの存在に対応するステップと、
前記第1の位置から下流の前記サンプル受け入れライン内の第2の位置での前記液体セグメントの検出に応答して、前記第2の検出器によって第1の状態を検知するステップであって、前記第2の検出器の前記第1の状態は、前記第2の位置での前記液体セグメントの存在に対応するステップと、
前記第1の検出器が第2の状態を検知する前に、前記第2の検出器が前記第1の状態を検知したかどうかを監視するステップであって、前記第2の状態は、前記第1の位置での前記液体セグメントの不在に対応するステップと、
前記第1の検出器が第2の状態を検知する前に、前記第2の検出器が前記第1の状態を検知したときに、前記サンプル受け入れライン内の連続液体セグメントを検知するステップとを含む
方法。 - 前記サンプル受け入れライン内の前記連続液体セグメントの検知に応答して、前記連続液体セグメントを前記サンプル受け入れラインから分析システムに搬送するステップをさらに含む、請求項13に記載の方法。
- 前記サンプル受け入れライン内の前記連続液体セグメントの検知に応答して、前記連続液体セグメントを前記サンプル受け入れラインから分析システムに搬送するステップは、
前記サンプル受け入れライン内の前記連続液体セグメントの検知に応答して、前記連続液体セグメントを前記サンプル受け入れラインから前記分析システムへ搬送するために、第1の流路構成から第2の流路構成へバルブを自動的に切り替えるステップを含む、請求項14に記載の方法。 - 前記サンプル受け入れライン内の前記連続液体セグメントの検知に応答して、前記連続液体セグメントを前記サンプル受け入れラインから複数の分析装置へ搬送するステップをさらに含む、請求項13に記載の方法。
- 前記連続液体セグメントが、元素固有の汚染限界を超える化学成分を含むかどうかを判定するステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
- 前記連続液体セグメントが前記元素固有の汚染限界を超える前記化学成分を含むと判定されたときに、前記液体セグメントの原点位置に警告を自動的に送信するステップをさらに含む、請求項17に記載の方法。
- 前記第2の検出器が前記第1の状態を維持する時間を監視するステップをさらに含む、請求項13に記載の方法。
- 前記第1の検出器が第2の状態を検知する前に前記第2の検出器が前記第1の状態を検知したときに、前記サンプル受け入れライン内の連続液体セグメントを検知するステップは、
(i)前記第1の検出器が第2の状態を検知する前に前記第2の検出器が前記第1の状態を検知した場合、および(ii)前記第2の検出器が前記第2の状態を維持する時間が閾値時間を超えた場合のそれぞれの場合に、前記サンプル受け入れライン内の連続液体セグメントを検知するステップを含む、請求項19に記載の方法。
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