專利名稱：化學(xué)品混合與輸送系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及用于混合和/或輸送液態(tài)化學(xué)品的系統(tǒng)和方法，特別是涉及使用邏輯裝置和多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件以精確的量混合和輸送液態(tài)化學(xué)品的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
本發(fā)明具有多種應(yīng)用，但是本文主要是考慮到如何將光致抗蝕劑輸送至硅晶片用于使光致抗蝕劑在光刻工藝中曝光的問題。為了形成所要求的精確的圖像，光致抗蝕劑必須以所需精確的量、無氣泡且在晶片可使用的部分上具有精確一致的厚度的方式進(jìn)行輸送。常規(guī)系統(tǒng)具有以下問題，如下所述。
如圖1所示，典型的傳統(tǒng)光致抗蝕劑輸送系統(tǒng)包括供應(yīng)容器100，102，一般是瓶罐，所述瓶罐通過管線117供應(yīng)光致抗蝕劑至單個(gè)儲(chǔ)罐104，所述管線117與供應(yīng)管線106，108相連接，其受到氣泡傳感器110，112的監(jiān)測(cè)并受閥門V1和V2控制。儲(chǔ)罐的底部連接至光致抗蝕劑輸出管線114，進(jìn)而連接至在晶片上分配光致抗蝕劑的軌跡移動(dòng)設(shè)備(未示出)。儲(chǔ)罐104中光致抗蝕劑上面的空間被連接至氣體管線118，所述氣體管線118基于三通閥V3的位置，要么經(jīng)過針形閥1的調(diào)節(jié)從氮?dú)馄绻?26管線向儲(chǔ)罐104供應(yīng)氮?dú)?，要么在?chǔ)罐104中產(chǎn)生真空。為了感應(yīng)到儲(chǔ)罐104中的光致抗蝕劑的高度，系統(tǒng)中使用一排垂直布置在儲(chǔ)罐104壁上的電容傳感器122。位于氮?dú)馄绻芎驼婵諊娚淦?24進(jìn)口之間的二通閥V4供給或斷開傳輸?shù)秸婵諊娚淦?24處的氮?dú)饬鳌?br> 該光致抗蝕劑輸送系統(tǒng)必須總是“在線的”，因此軌跡移動(dòng)設(shè)備可根據(jù)需要分配光致抗蝕劑。多種光致抗蝕劑輸送系統(tǒng)試圖使用儲(chǔ)罐以提供向軌跡移動(dòng)設(shè)備的光致抗蝕劑的在線供應(yīng)，但是光致抗蝕劑輸送系統(tǒng)仍然必須經(jīng)常向儲(chǔ)罐中進(jìn)行再注入，這取決于空供應(yīng)儲(chǔ)罐的適時(shí)更換。否則，當(dāng)有需要時(shí)軌跡移動(dòng)設(shè)備依然不能輸送光致抗蝕劑。
在分配模式中，當(dāng)軌跡移動(dòng)設(shè)備從儲(chǔ)罐104中取出光致抗蝕劑時(shí)，閥門V3允許氮?dú)鈴牡獨(dú)馄绻芰飨騼?chǔ)罐104，以在光致抗蝕劑上產(chǎn)生氮?dú)鈱樱瑥亩鴾p輕污染并防止在儲(chǔ)罐中的光致抗蝕劑高度下降時(shí)形成真空。一旦儲(chǔ)罐104中的光致抗蝕劑達(dá)到足夠低的高度，系統(tǒng)控制器(未示出)啟動(dòng)再注入模式，由此產(chǎn)生一系列問題。
在再注入模式中，閥門V4被致動(dòng)，使得氮?dú)鈴钠绻芄芫€126流向真空噴射器124，這樣形成低壓管線170，由此在儲(chǔ)罐104中的光致抗蝕劑上產(chǎn)生低壓空間。氣泡傳感器110，112監(jiān)測(cè)供應(yīng)管線106，108中的氣泡，所述氣泡假定是在供應(yīng)容器100，102變?yōu)榭諘r(shí)產(chǎn)生的。若例如氣泡傳感器110探測(cè)到氣泡，那么控制器關(guān)閉連接至供應(yīng)容器100的閥門V1，而閥門V2與供應(yīng)容器102之間是打開的，以繼續(xù)向儲(chǔ)罐104進(jìn)行再注入。然而，供應(yīng)管線106中的氣泡并不意味著供應(yīng)容器100是空的。因此，并不是在系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到光致抗蝕劑供應(yīng)容器102之前，供應(yīng)容器100中的所有光致抗蝕劑可被使用。因此，雖然常規(guī)系統(tǒng)旨在在需要時(shí)允許多個(gè)供應(yīng)容器補(bǔ)給所述儲(chǔ)罐，但是該系統(tǒng)可以顯示出供應(yīng)容器為空并且在必要之前需要進(jìn)行更換。
若供應(yīng)容器100為空并且操作員不能將其更換且該系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行工作直至供應(yīng)容器102也變空，那么儲(chǔ)罐104將達(dá)到臨界低位條件。若這種情況繼續(xù)，由于光致抗蝕劑對(duì)氣泡存在高度的敏感性，因此可能產(chǎn)生氣泡；若盡管細(xì)小的氣泡進(jìn)入輸送至晶片處的光致抗蝕劑中，那么在光刻工藝中有可能產(chǎn)生有缺陷的圖像。
此外，若在對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行再注入時(shí)連接化學(xué)品輸出管線114下游的軌跡移動(dòng)設(shè)備中的泵被接通，那么該泵將經(jīng)受來自單個(gè)儲(chǔ)罐中的真空的負(fù)壓，向反方向拉所述泵。若這種情況持續(xù)存在，可發(fā)生缺少向軌跡移動(dòng)設(shè)備輸送的光致抗蝕劑發(fā)送出供應(yīng)容器為空的錯(cuò)誤信號(hào)，所述泵不能將光致抗蝕劑輸送至它自己的內(nèi)部室中，失去了其充分分配光致抗蝕劑的優(yōu)點(diǎn)和能力，并且所述泵甚至可以過熱并燒壞。每一種情況的結(jié)果是軌跡移動(dòng)設(shè)備接收到不充足的或甚至是沒有接收到光致抗蝕劑，通常所說的“脫靶(missed shot)”，其對(duì)軌跡移動(dòng)設(shè)備的產(chǎn)量有影響。
還可以通過考慮與混合和輸送用于化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的漿料相關(guān)聯(lián)的問題對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。在半導(dǎo)體制造中，漿料分配系統(tǒng)(SDS)將CMP漿料輸送至拋光機(jī)。例如，在此作為參考被引用的“半導(dǎo)體制造技術(shù)手冊(cè)(2000)”(Handbook of Semiconductor ManufacturingTechnology(2000))中介紹了CMP漿料向拋光機(jī)的輸送并且在第431頁示出了SDS的布置。在一些應(yīng)用中，SDS需要在混合罐中混合漿料中的組分。在漿料的混合和處理中，SDS必須不會(huì)使?jié){料受到損傷，即使?jié){料受到過大的有可能造成團(tuán)聚的剪切力；或使?jié){料受到過小的有可能造成沉降的剪切力。在工藝設(shè)備需要時(shí)，泵可將漿料輸送至分配罐。由于CMP漿料組成物常常適合各種工藝，因此SDS應(yīng)能處理多種化學(xué)品。SDS應(yīng)將精確量的漿料組分引入到混合罐中，使得漿料混合物是已知的。有時(shí)工藝設(shè)備還需要精確的低流速和/或以低流速進(jìn)行輸送。在低流速條件下，在分配管線中有時(shí)會(huì)形成微泡，其阻礙了漿料的輸送。理想的是清除管線而不切斷SDS。當(dāng)然，所希望的還有無缺陷的日常生產(chǎn)和漿料輸送的可靠性，以及日常維修的簡(jiǎn)易性，從而避免因改變漿料組成而影響到工藝結(jié)果。
流量計(jì)通常被用以控制化學(xué)品的流速。流量計(jì)通常僅精確到所需流速的2-3％的范圍內(nèi)，并且還由于輸入壓力的原因易于改變。第二，一些化學(xué)品會(huì)使流量計(jì)發(fā)生堵塞，并阻礙流動(dòng)通過，如漿料。用于控制流動(dòng)的另一種方法是使用“推壓”氣體以對(duì)儲(chǔ)罐加壓，然后調(diào)節(jié)推壓氣體壓力從而調(diào)節(jié)流速。由于推壓氣體壓力的潛在的變化性以及隨儲(chǔ)罐內(nèi)高度的變化而變化的流速，因此這種方法不能產(chǎn)生準(zhǔn)確的流速。
本發(fā)明對(duì)這些問題進(jìn)行了說明，并且避免產(chǎn)生化學(xué)品廢物，提供了描述供應(yīng)容器中殘留的化學(xué)品的量的用戶友好的界面，同時(shí)降低了系統(tǒng)成本和操作成本。若例如不能看到在供應(yīng)容器中所述化學(xué)品的量，那么本發(fā)明允許遠(yuǎn)距離通過常規(guī)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和電子設(shè)備提供所述界面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及使用控制器或邏輯裝置以及多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件用以精確混合和/或輸送液態(tài)化學(xué)品的系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及用于將液態(tài)化學(xué)品從供應(yīng)源輸送到工藝中的方法，使得本發(fā)明準(zhǔn)確地解決和調(diào)節(jié)液態(tài)化學(xué)品的動(dòng)態(tài)供應(yīng)量和使用量，以滿足工藝要求。最后，本發(fā)明提供用于監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)、和分析工藝中所存在的液體供應(yīng)的多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件。


圖1示出了一種采用單個(gè)儲(chǔ)罐和在通向所述單個(gè)儲(chǔ)罐的供應(yīng)管線上的氣泡傳感器的化學(xué)品輸送系統(tǒng)；圖2A是根據(jù)本發(fā)明的多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件的第一實(shí)施例的前剖視圖；圖2B是該多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件的第一實(shí)施例的頂視圖；圖3是管道和儀器裝備布置圖，圖中示出了包括圖2A-2B或4A-4B所示的多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件的化學(xué)品輸送系統(tǒng)的實(shí)施例；圖4A是該多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件的第二實(shí)施例的前剖視圖；圖4B是該多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件的第二實(shí)施例的側(cè)剖視圖；圖5A是該多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件的第三和第六實(shí)施例的前剖視圖；圖5B是該多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件的第三和第六實(shí)施例的側(cè)剖視圖；圖6是管道和儀器裝備布置圖，圖中示出了包括圖5A-5B或11A-11B所示的多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件的化學(xué)品輸送系統(tǒng)的實(shí)施例；圖7A是該多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件的第四實(shí)施例的前剖視圖；圖7B是該多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件的第四實(shí)施例的側(cè)剖視圖；圖8是管道和儀器裝備布置圖，圖中示出了包括圖7A-7B所示的多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件的化學(xué)品輸送系統(tǒng)的實(shí)施例；
圖9A是該多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件的第五實(shí)施例的前剖視圖；圖9B是該多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件的第五實(shí)施例的側(cè)剖視圖；圖10是管道和儀器裝備布置圖，圖中示出了包括圖9A-9B所示的多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件的化學(xué)品輸送系統(tǒng)的實(shí)施例；圖11A是該多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件的第七實(shí)施例的前剖視圖；圖11B是該多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件的第七實(shí)施例的側(cè)剖視圖；圖12是管道和儀器裝備布置圖，圖中示出了化學(xué)品混合和輸送系統(tǒng)的實(shí)施例；和圖13是示出了在至少一個(gè)儲(chǔ)罐中采用液體重量下降的流速控制系統(tǒng)的流程圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例包括如圖2A-2B所示的多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件200。該組件200可以是如圖3所示的系統(tǒng)的一部分，并且可替換如圖1所示的存在問題的單個(gè)儲(chǔ)罐104和氣泡傳感器110，112。
在該實(shí)施例中，由特氟隆、SST、聚丙烯或任何一種化學(xué)相容材料制成的該組件200包括全部在外殼912中的上部隔室202、主儲(chǔ)罐206，和緩沖儲(chǔ)罐208。緩沖儲(chǔ)罐208通過隔板209與主儲(chǔ)罐206相互緊密接觸，而O型密封圈211使隔板209的周邊與外殼212緊密接觸。隔板209中使用了允許內(nèi)部密封軸204與隔板209形成液體密封和氣密密封的錐形中心孔250。隔板209通過O型密封圈210與氣動(dòng)導(dǎo)管215形成液體密封和氣密密封。主儲(chǔ)罐206中包括在隔板209和儲(chǔ)罐蓋205之間形成剛性隔離的中間套筒214。O形圈203緊密接觸儲(chǔ)罐蓋205的周邊，并密封貼靠在外殼212的內(nèi)表面上。儲(chǔ)罐蓋205分別通過一組O型密封圈207，220，222和224(隱藏的，但是圖2B中示出了其位置)密封貼靠在內(nèi)部密封軸204、化學(xué)品輸入管217以及氣動(dòng)導(dǎo)管215和218上。在儲(chǔ)罐蓋205上安裝有墊片244，所述墊片同樣安裝到氣動(dòng)缸226上。儲(chǔ)罐蓋205通過上部套筒233和中間套筒214被保持在適當(dāng)?shù)奈恢锰?。外部特氟隆?chǔ)罐頂部201用螺栓固定在外殼212上，并形成上部套筒233和氣動(dòng)缸226的機(jī)械硬止擋。氣動(dòng)缸226的氣動(dòng)空氣管路通過隙孔260穿過外部特氟隆儲(chǔ)罐頂部201。
應(yīng)該清楚的是，本發(fā)明不限于硅晶片上CMP漿料或光致抗蝕劑的輸送。例如，盡管與所使用的傳規(guī)系統(tǒng)相比，在該種環(huán)境下本發(fā)明具有一些優(yōu)點(diǎn)，但是本發(fā)明中的系統(tǒng)可以輸送用于其它工藝中的其它液態(tài)化學(xué)品。由于本發(fā)明的新穎性延伸超出進(jìn)行輸送的化學(xué)品的性質(zhì)，因此以下說明涉及化學(xué)品的輸送，以避免對(duì)本發(fā)明的范圍產(chǎn)生誤解。
如圖3所示，圖2A-2B所示的多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件200懸掛在負(fù)載傳感器412上并通過負(fù)載傳感器412稱重，所述負(fù)載傳感器412優(yōu)選比如型號(hào)為F60X10C610E的Scaime負(fù)載傳感器，且一個(gè)優(yōu)選為三菱(Mitsubishi)FX2N型的可編程序邏輯控制器(PLC)330，計(jì)算機(jī)，或另一個(gè)常規(guī)的邏輯裝置通過負(fù)載傳感器測(cè)得的重量和化學(xué)品的比重確定組件200中的化學(xué)品體積。為了簡(jiǎn)便起見，我們把該邏輯裝置叫做PLC。當(dāng)來自管線217的化學(xué)品被抽吸進(jìn)入主儲(chǔ)罐206中時(shí)，負(fù)載傳感器412輸出一個(gè)較小的與負(fù)載傳感器412上的重量成比例的毫伏模擬信號(hào)324。在一個(gè)實(shí)施例中，ATX-1000型信號(hào)放大器將小信號(hào)324增壓到4-20毫伏的范圍，并將其發(fā)送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器328，如MitsubishiFX2N4-AD型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并且該輸出的數(shù)字信號(hào)332被發(fā)送至PLC 330。PLC 330采用常規(guī)的梯形邏輯程序可快速編程。在抽取化學(xué)品的過程中，直至達(dá)到PLC 330的軟件設(shè)定值前，組件200重量減小。
如圖3進(jìn)一步所示，PLC 330可利用24伏直流電磁致動(dòng)閥控制閥門V1-V5，并通過輸出板卡，如Mitsubishi FX2N型輸出板卡，致動(dòng)所述閥門。每一個(gè)電磁閥在打開時(shí)允許加壓氣體從調(diào)節(jié)器2比如VeriFlow自動(dòng)泄壓調(diào)節(jié)器傳輸至氣動(dòng)控制的閥門V1-V5，以打開或關(guān)閉這些閥門。所述第一實(shí)施例中的操作順序被編程進(jìn)入PLC 330中，以使圖2A-2B和圖3中所示的部件如下面所述進(jìn)行工作。
一旦化學(xué)品下降到一定水平，PLC 330就起動(dòng)圖3所示的系統(tǒng)，利用圖2A-2B所示的多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件200開始自動(dòng)再注入工序，所述工序如下所述a)通過調(diào)節(jié)器1，例如VeriFlow自動(dòng)泄壓調(diào)節(jié)器將一層優(yōu)選低壓例如1磅/平方英寸(psi)的不活性氣體經(jīng)氣動(dòng)導(dǎo)管218連續(xù)供應(yīng)給主儲(chǔ)罐206。
b)氣動(dòng)缸226抬升內(nèi)部密封軸204，由此使緩沖儲(chǔ)罐208與主儲(chǔ)罐206密封接觸。
c)一旦緩沖儲(chǔ)罐208被密封住，主儲(chǔ)罐206就被抽空至約28英寸水銀柱大小的真空度。如圖2A-2B所示，來自主儲(chǔ)罐206的氣動(dòng)導(dǎo)管218與三通閥V4的輸出端相連接。致動(dòng)閥門V4，使得氣動(dòng)導(dǎo)管218與連接至真空噴射器324的管線316相連通，如圖3所示。真空噴射器324受到通過二通閥V5引導(dǎo)至該處的壓縮氣體的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。一旦閥門V5打開，它允許壓縮氣體通過并且真空噴射器324在與主儲(chǔ)罐206相連通的管線316中產(chǎn)生約28英寸水銀柱大小的真空度。
d)該真空與緩沖儲(chǔ)罐208相隔離，所述緩沖儲(chǔ)罐208具有在其上的不活性氣體薄層并繼續(xù)供應(yīng)化學(xué)品至工藝或設(shè)備，而不使進(jìn)行傳輸至設(shè)備的化學(xué)品暴露于負(fù)壓或壓差條件下。
e)在主儲(chǔ)罐206中產(chǎn)生的真空形成與閥門V1和V2相連的低壓化學(xué)品管線。假定閥門V2打開，該低壓管線217使化學(xué)品從供應(yīng)容器102中流入主儲(chǔ)罐206。在這一過程中，主儲(chǔ)罐206再次被注入化學(xué)品，直至達(dá)到所確定的滿量水平。
f)該滿量水平是通過使用負(fù)載傳感器412并采用PLC 330進(jìn)行重量計(jì)算而確定的。例如，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，使用了具有體積容量為439立方厘米(cc)的緩沖儲(chǔ)罐208和具有體積容量為695cc的主儲(chǔ)罐206。通過化學(xué)品的比重，PLC 330計(jì)算出化學(xué)品所占據(jù)的體積。然后一旦化學(xué)品的體積達(dá)到或下降至439cc以下，PLC 330開始再注入工序。一旦化學(xué)品體積達(dá)到695cc，該再注入工序停止。該工序使緩沖儲(chǔ)罐208中幾乎全部439cc的化學(xué)品在用695cc的化學(xué)品再注入主儲(chǔ)罐206時(shí)被消耗掉，并且防止主儲(chǔ)罐206發(fā)生溢流或從緩沖儲(chǔ)罐208中完全排空化學(xué)品。
g)一旦主儲(chǔ)罐206已進(jìn)行再次注入，閥門V5關(guān)閉，由此使氣流停止并通過真空噴射器324產(chǎn)生真空。然后轉(zhuǎn)換三通閥V4，使得不活性氣體管線218與主儲(chǔ)罐206相連通并且由于兩條管線218，215接收來自同一不活性氣體岐管318的氣體(參見圖3)，因此不活性氣體層在與緩沖儲(chǔ)罐208相同的壓力下再次在主儲(chǔ)罐206中的化學(xué)品上形成。同時(shí)，閥門V2關(guān)閉，使供應(yīng)容器102與主儲(chǔ)罐206分隔開。
在主儲(chǔ)罐206充滿化學(xué)品，并且在所述化學(xué)品上具有不活性氣體層后，內(nèi)部密封軸204降低并使化學(xué)品從主儲(chǔ)罐206流入緩沖儲(chǔ)罐208中。最終，緩沖儲(chǔ)罐208與大部分主儲(chǔ)罐206一起被完全充滿。連接緩沖儲(chǔ)罐208的氣動(dòng)導(dǎo)管215充有化學(xué)品，直至導(dǎo)管215中的化學(xué)品達(dá)到與主儲(chǔ)罐206中相同的高度，這是由于在兩個(gè)儲(chǔ)罐中的壓力相等。內(nèi)部密封軸204保持打開，直至確定再次對(duì)主儲(chǔ)罐206進(jìn)行再注入。
由于在第一實(shí)施例中使用了負(fù)載傳感器代替使用氣泡傳感器用于測(cè)定供應(yīng)容器中化學(xué)品的量，因此本發(fā)明給出多種非常有用的特征。一個(gè)特征是可以準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)測(cè)定留在供應(yīng)容器中的化學(xué)品的量。若在連接至該系統(tǒng)時(shí)所述供應(yīng)容器是滿的，那么PLC可容易地計(jì)算出去除的(和加入到該多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件中的)化學(xué)品的量以及供應(yīng)容器中還剩下多少化學(xué)品。這一信息可被用以給出容器中化學(xué)品剩余量的圖形表示。第二特征是PLC可通過監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)的增重精確確定供應(yīng)容器全空的時(shí)刻。若在再注入過程中儲(chǔ)罐的重量不增加，那么能夠推出供應(yīng)容器為空。這樣造成該供應(yīng)容器的閥門關(guān)閉并且使下一個(gè)供應(yīng)容器進(jìn)入管線。相關(guān)的第三特征是該負(fù)載傳感器技術(shù)提供了能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和識(shí)別化學(xué)品用量趨勢(shì)的能力。由于測(cè)出進(jìn)入儲(chǔ)罐中的化學(xué)品的準(zhǔn)確的量，因此該信息可容易地進(jìn)行電子存儲(chǔ)、處置和傳輸。
圖4A-4B所示的多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件400的第二實(shí)施例中包括通過O形圈411被緊固和密封到底蓋410上的緩沖儲(chǔ)罐408。輸出的化學(xué)品流動(dòng)通過導(dǎo)管連接件401。緩沖儲(chǔ)罐408上連接有氣動(dòng)導(dǎo)管415、化學(xué)品閥門407、負(fù)載傳感器分離器413和負(fù)載傳感器412。負(fù)載傳感器412被牢固地用螺栓固定到緩沖儲(chǔ)罐408上且其另一側(cè)被牢固地用螺栓固定到剛性構(gòu)件(未示出)上，而非多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件400的一部分。外套筒404環(huán)繞著緩沖儲(chǔ)罐408滑動(dòng)并靠在底蓋410上。對(duì)外套筒404進(jìn)行機(jī)加工，使得負(fù)載傳感器412沒有阻礙地穿過外套筒。閥門407的端部405連接到主儲(chǔ)罐406上并且另一端部409連接到緩沖儲(chǔ)罐408上。主儲(chǔ)罐406被在上蓋403中的O形圈封裝和密封。上蓋403包括沿其周部的階梯形邊緣以將外套筒404緊固于其上。氣動(dòng)管線418和化學(xué)品輸出管線417被緊固到上蓋403上。外套筒404具有用于分開儲(chǔ)罐406和408的機(jī)械強(qiáng)度。
圖4A-4B所示的并且用于圖3所示系統(tǒng)中的多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件400與第一實(shí)施例相似，但具有以下明顯的區(qū)別a)閥門407提供了對(duì)主儲(chǔ)罐406和緩沖儲(chǔ)罐408之間的流體通路的控制。
b)外套筒404提供機(jī)械支承以形成支承主儲(chǔ)罐406和緩沖儲(chǔ)罐408的剛性組件。
圖5A-5B所示的多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件的第三實(shí)施例中使用了兩個(gè)相互隔開的但是通過一條柔性流體管線516連接在一起的儲(chǔ)罐506和508。該第三實(shí)施例使用了許多先前的圖4A-4B所示的部件，除了(i)未使用外套筒404；(ii)緩沖儲(chǔ)罐508沒有自主儲(chǔ)罐506機(jī)械懸掛下來；和(iii)負(fù)載傳感器襯墊513和負(fù)載傳感器512被緊固到主儲(chǔ)罐506的底部上。
除負(fù)載傳感器512僅測(cè)定圖5A-5B和圖6所示的主儲(chǔ)罐506中的化學(xué)品體積以外，該第三實(shí)施例與第二實(shí)施例的工作方式相似。該第三實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于進(jìn)入主儲(chǔ)罐506中的化學(xué)品的精確量總是已知的，并且PLC不用不得不推出在再注入作業(yè)過程中從緩沖儲(chǔ)罐508中除去的化學(xué)品的量。該第三實(shí)施例可被用在具有圖3所示的控制系統(tǒng)(比如PLC、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、信號(hào)放大器等)的圖6所示的系統(tǒng)中。注意，在該應(yīng)用中，部件號(hào)碼的首位一般表示哪一幅圖示出了該部件的細(xì)節(jié)，而后面的數(shù)字表示該部件與具有相同后面的數(shù)字的其他部件相似。因此，圖2A和圖3A中的緩沖儲(chǔ)罐206與緩沖儲(chǔ)罐306分別在功能上相似。
圖7A-7B所示的多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件700的第四實(shí)施例中使用了與第三實(shí)施例中相同的部件，但是第二負(fù)載傳感器722被附接到緩沖儲(chǔ)罐708上。該組件700優(yōu)選用于具有圖3所示的控制系統(tǒng)和具有用于第二負(fù)載傳感器的附加部件的圖8所示的系統(tǒng)中。
除負(fù)載傳感器712僅測(cè)定主儲(chǔ)罐706中的化學(xué)品以及負(fù)載傳感器722僅測(cè)定緩沖儲(chǔ)罐708中的化學(xué)品以外，圖7A-7B所示的多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件700的第四實(shí)施例與第二實(shí)施例的工作方式特別相似。在此的優(yōu)勢(shì)在于緩沖儲(chǔ)罐708持續(xù)受到監(jiān)測(cè)，因此若下游工藝或設(shè)備在再注入周期過程中突然消耗大量的化學(xué)品，系統(tǒng)可突然停止所述再注入周期以將化學(xué)品從主儲(chǔ)罐706中帶入到緩沖儲(chǔ)罐708中，從而防止化學(xué)品從緩沖儲(chǔ)罐708中完全排空。
除負(fù)載傳感器912被附接到緩沖儲(chǔ)罐908而不是主儲(chǔ)罐906上以外，圖9A-9B所示的多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件900的第五實(shí)施例中使用了與第三實(shí)施例中相同的部件。該第五實(shí)施例優(yōu)選被用在具有圖3所示的控制系統(tǒng)(比如PLC、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、信號(hào)放大器等)的圖10所示的系統(tǒng)中。
在功能上，多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件900的第五實(shí)施例與第二實(shí)施例的工作方式相似，僅有的區(qū)別在于負(fù)載傳感器912僅稱重緩沖儲(chǔ)罐908中的化學(xué)品。
隨著工藝或設(shè)備消耗化學(xué)品，緩沖儲(chǔ)罐908的重量保持恒定，直至主儲(chǔ)罐906也變空。然后，緩沖儲(chǔ)罐908的重量開始減少，表明主儲(chǔ)罐906需要進(jìn)行再次注入。在該工序中，緩沖儲(chǔ)罐908的重量減少，直至主儲(chǔ)罐906已被再次注入并且在兩個(gè)儲(chǔ)罐906和908之間的閥門907已被再次打開。
第六實(shí)施例中使用了與圖5A-5B所示的第三實(shí)施例中相同的部件。僅有的值得注意的區(qū)別是具有大約1psi的不活性氣體層(參見圖6)增壓至大約80psi(或多或少取決于化學(xué)品的品種)。不活性氣體壓力的增大使第六實(shí)施例能夠在再注入周期中未受影響的恒定的輸出壓力條件下利用壓力分配化學(xué)品。該方法可以產(chǎn)生非常精確的非脈沖化學(xué)品輸出流。這在將化學(xué)品泵送通過過濾機(jī)組的超高純度應(yīng)用中是一個(gè)非常關(guān)鍵的特征。化學(xué)品的任何脈動(dòng)可從過濾機(jī)組上將顆粒強(qiáng)行除去進(jìn)入超純化學(xué)品輸出流中。
第七實(shí)施例中使用了與第三實(shí)施例中相同的部件，并且具有圖11A-11B所示的附加部件，包括主儲(chǔ)罐1106、緩沖儲(chǔ)罐1108、通過閥門1122加到主儲(chǔ)罐1106上的第二化學(xué)品輸入管線1119、加到化學(xué)品輸入管線1117上的閥門1123以及攪拌馬達(dá)1120和葉輪組件1121。
在功能上，第七實(shí)施例與第三實(shí)施例的工作方式相同，并且增加了在將混合物輸送至緩沖儲(chǔ)罐1108之前以精確的配比混合兩種化學(xué)品的能力。所述化學(xué)品可通過開式閥1123和化學(xué)品輸入管線1117被吸入主儲(chǔ)罐1106中并由負(fù)載傳感器1112稱重。當(dāng)已吸入主儲(chǔ)罐1106中適當(dāng)量時(shí)，閥門1123關(guān)閉且閥門1122打開以允許第二化學(xué)品進(jìn)入主儲(chǔ)罐1106中。當(dāng)已吸入主儲(chǔ)罐1106中適當(dāng)量時(shí)，閥門1122關(guān)閉并且化學(xué)品通過攪拌馬達(dá)1120和葉輪組件1121進(jìn)行混合。在以上工序中的任何時(shí)間都可以啟動(dòng)對(duì)化學(xué)品的攪拌。
一旦完成攪拌，閥門1107打開以允許化學(xué)品輸送至緩沖儲(chǔ)罐1108，所述緩沖儲(chǔ)罐1108同樣連接到氣體管線1115上。這是一種混合對(duì)時(shí)間敏感的化學(xué)品并且保持恒定的非脈沖式的混合化學(xué)品輸出的理想方式。
圖12是管道和儀器裝備布置圖，圖中示出了化學(xué)品混合和輸送系統(tǒng)的實(shí)施例。為清楚起見，我們現(xiàn)在討論如何使用該系統(tǒng)將所述組分一起混合進(jìn)CMP漿料中，但是該系統(tǒng)也可被用于混合其他化學(xué)品。圖12中包括許多部件，為了避免混亂，我們使用兩位數(shù)的部件號(hào)碼而非四位數(shù)的部件號(hào)碼，代碼中的數(shù)字約定與在第9頁中所討論的首位數(shù)字和后面的數(shù)字的約定相同。
該系統(tǒng)包括具有通過粗調(diào)注入閥41和流量控制閥43供應(yīng)去離子水的去離子水管線的主儲(chǔ)罐69，和微調(diào)注入閥42。在一個(gè)實(shí)施例中，該粗調(diào)注入閥為3/8英寸閥門，且該微調(diào)注入閥為1/4英寸閥門。結(jié)合圖3如討論所述，PLC可利用24伏直流電磁致動(dòng)閥控制所述閥門，并通過輸出板卡，如Mitsubishi FX2N型輸出板卡，致動(dòng)所述閥門。每一個(gè)電磁閥在打開時(shí)允許加壓氣體從調(diào)節(jié)器比如VeriFlow自動(dòng)泄壓調(diào)節(jié)器傳輸至氣動(dòng)控制的閥門，以打開或關(guān)閉這些閥門。這些致動(dòng)器參見說明書，并且在圖12中未示出，以減少混亂。
在一個(gè)實(shí)施例中，PLC向這種致動(dòng)器發(fā)送信號(hào)，以打開允許水快速開始注入主儲(chǔ)罐69中的粗調(diào)注入閥41。當(dāng)主儲(chǔ)罐69中含有差不多足夠量的水時(shí)，PLC向一個(gè)致動(dòng)器給出另一個(gè)信號(hào)以關(guān)閉粗調(diào)注入閥41并且間歇性地打開和關(guān)閉微調(diào)注入閥42，即所謂的“震顫”閥門。這樣使得該系統(tǒng)增加該混合物所要求的精確余量的去離子水。當(dāng)然，該粗調(diào)注入裝置和微調(diào)注入裝置可被用于任何組分，但是若在最終混合物中存在大量的該組分，則其最有用。流量控制閥43是用于補(bǔ)償在給定設(shè)備處的不同水壓的手動(dòng)或自動(dòng)控制的閥門。
去離子水再循環(huán)通過旁通管40，然后回到去離子水回路中。若再循環(huán)水速被保持在一定水平如7英尺/秒以上，這將會(huì)減少或消除細(xì)菌的形成。去離子水的目的在于稀釋代表漿料的化學(xué)品A。所述漿料通過微調(diào)注入閥44至主儲(chǔ)罐69，通過旁通管53并再循環(huán)至化學(xué)品A回路中，這樣減少了懸浮在化學(xué)品A中的研磨料的沉積。
化學(xué)品B-D代表少量使用的其他組分，例如通過微調(diào)注入閥46-48供應(yīng)到主儲(chǔ)罐69中的穩(wěn)定劑、表面活性劑和墊料調(diào)節(jié)劑。PLC發(fā)送控制信號(hào)，以順序?qū)牖瘜W(xué)品A-D，以使主儲(chǔ)罐69中的負(fù)載傳感器12和13可以準(zhǔn)確稱重每一種組分。圖12中所示出的兩個(gè)負(fù)載傳感器比一個(gè)負(fù)載傳感器具有更高的精確度，但是負(fù)載傳感器的個(gè)數(shù)對(duì)于本發(fā)明來說不是重要的。PLC還發(fā)送控制信號(hào)，以接通使軸24和葉輪21進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的主混合器馬達(dá)20，其旋轉(zhuǎn)將所述組分?jǐn)嚢柽M(jìn)入CMP漿料中。工藝要求將限定出葉輪21的最佳周期和每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)。葉輪21會(huì)連續(xù)攪拌一定的CMP漿料組成物。
如圖12頂部所示，不活性氣體供應(yīng)裝置通過調(diào)節(jié)器、卸壓安全閥33和止回閥35向不活性氣體加濕器提供不活性氣體。對(duì)一些CMP漿料來說優(yōu)選氮?dú)?，但是其他化學(xué)品需要使用其他氣體。本領(lǐng)域的技術(shù)人員知曉哪一種不活性氣體適用于給定的CMP組成物。為了簡(jiǎn)便起見，我們將討論不活性氣體為氮?dú)獾那闆r，所述氮?dú)獬逝轄钔ㄟ^導(dǎo)管進(jìn)入去離子水中，以對(duì)氮?dú)饧訚?。這樣就減少了CMP漿料混合物在主儲(chǔ)罐和緩沖儲(chǔ)罐中產(chǎn)生結(jié)塊的可能性。經(jīng)過加濕的氮?dú)馔ㄟ^主儲(chǔ)罐壓力調(diào)節(jié)器51、進(jìn)口壓力閥50被供應(yīng)至主儲(chǔ)罐69中。通氣閥49為在未致動(dòng)時(shí)通常為開(NO)的安全閥。如所公知的，一組止回閥16，35，37，39，76，86和99防止在相關(guān)管線上產(chǎn)生回流。
主儲(chǔ)罐69將混合的CMP漿料輸送至緩沖儲(chǔ)罐。在一個(gè)實(shí)施例中，主儲(chǔ)罐69保持2升，以使其能夠有效地為兩個(gè)緩沖儲(chǔ)罐71，92中的每一個(gè)服務(wù)，每個(gè)保持有1升。CMP漿料的輸送通過主儲(chǔ)罐出口閥58，通過管線，然后輸送至緩沖儲(chǔ)罐進(jìn)口閥60。同樣，主儲(chǔ)罐69輸送CMP漿料首先通過主儲(chǔ)罐出口閥57，通過管線，然后輸送至緩沖儲(chǔ)罐進(jìn)口閥97。該工藝設(shè)備確定何時(shí)緩沖儲(chǔ)罐71和92輸送CMP漿料通過分配管線1和2。為安全起見，手動(dòng)閥84和85與分配管線1和2相關(guān)聯(lián)。
每一個(gè)緩沖儲(chǔ)罐71和92均包括比例閥組，所述閥組被PLC所使用用以控制在每個(gè)緩沖儲(chǔ)罐中的壓力。PLC向比例閥組發(fā)送信號(hào)以保持緩沖儲(chǔ)罐中具有為得到來自緩沖儲(chǔ)罐中的所需流速的CMP漿料所必需的壓力。例如，圖12中所示的壓力換能器PT讀出緩沖儲(chǔ)罐71中的壓力并向PLC發(fā)送表示出該壓力的信號(hào)?；谒鶞y(cè)定的壓力和壓力設(shè)定值，PLC將向比例閥組發(fā)送信號(hào)以要么打開緩沖控制進(jìn)口閥80以增大緩沖儲(chǔ)罐71中的壓力，要么打開緩沖控制出口閥81以減小緩沖儲(chǔ)罐71中的壓力。同樣，緩沖儲(chǔ)罐92中的壓力換能器讀出壓力值并向比例閥組發(fā)送信號(hào)以保持為得到來自緩沖儲(chǔ)罐92中的所需流速的CMP漿料所必需的壓力?；谠揚(yáng)LC信號(hào)，所述比例閥組要么打開緩沖控制進(jìn)口閥56以增大緩沖儲(chǔ)罐92中的壓力，要么打開緩沖控制出口閥52以減小緩沖儲(chǔ)罐92中的壓力。緩沖儲(chǔ)罐92還包括可選擇的緩沖岐管90，所述緩沖岐管90可被用作安裝表面以連接多個(gè)緩沖儲(chǔ)罐出口閥，但是并不是單個(gè)緩沖儲(chǔ)罐出口閥87所必需的，如圖所示。圖中所示緩沖儲(chǔ)罐71具有緩沖岐管72，所述緩沖岐管72同樣也不是單個(gè)緩沖儲(chǔ)罐出口閥73所必需的。
夾緊閥位于緩沖儲(chǔ)罐出口閥73的下游，另一個(gè)夾緊閥位于緩沖儲(chǔ)罐出口閥87的下游。圖12中示出了一個(gè)對(duì)于緩沖儲(chǔ)罐71中的夾緊閥適當(dāng)?shù)目刂蒲b置，其可被用在其他緩沖儲(chǔ)罐例如緩沖儲(chǔ)罐92中。在該裝置中，PLC與空氣致動(dòng)器78相連接，所述空氣致動(dòng)器78控制通過壓力調(diào)節(jié)器79的清潔干燥空氣(CDA)的流速。雖然圖12中未示出，但是應(yīng)該很明顯的是相同的連通通道、清潔干燥空氣源和CDA管線可被用作用于控制緩沖儲(chǔ)罐92中的夾緊閥的一個(gè)實(shí)施例。如圖12所示的信號(hào)放大器77、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和負(fù)載傳感器可以是相同的部件并且具有與在前實(shí)施例中所述的相同的操作方式。混合器馬達(dá)93使軸94和葉輪95在緩沖儲(chǔ)罐92中旋轉(zhuǎn)，并且混合器馬達(dá)71使軸65和葉輪66在緩沖儲(chǔ)罐71中旋轉(zhuǎn)。緩沖儲(chǔ)罐71和92包括在作為安全裝置未使用時(shí)通常為打開的以釋放壓力的緩沖儲(chǔ)罐通氣閥62和53。
所述部件可通過以下廠家獲得。Partek，位于Tucson，AZ的ParkerCorporation的一個(gè)部門能夠提供合適的粗調(diào)注入閥，部件編號(hào)No.PV36346-01，微調(diào)注入閥，部件編號(hào)No.PV106324-00，閥式岐管70，72和90，部件編號(hào)No.CASY1449，以及止回閥，部件編號(hào)No.CV1666。另一種合適的PLC為Mitsubishi AG05-SEU3M型。合適的比例閥組為位于印地安那州McCordsville的Proportion Aire，Inc.所生產(chǎn)和/或出售的部件，編號(hào)為No.PA237。合適的不活性氣體加濕器，部件編號(hào)No.43002SRO1，和夾緊閥，部件編號(hào)No.PV-LS-.25是由位于馬薩諸塞州Malden的Asahi Anerica所生產(chǎn)和/或出售的。
操作中，所述化學(xué)品混合和輸送系統(tǒng)具有不同的模式。初始模式為注入或再注入工序，其中系統(tǒng)向主儲(chǔ)罐69中添加并將主儲(chǔ)罐69中的各組分混合在一起。在一個(gè)實(shí)施例中，所述注入或再注入工序可被實(shí)施，如下所述1.PLC發(fā)送控制信號(hào)，以打開去離子水管線和化學(xué)品A-D管線，從而將組分供應(yīng)至主儲(chǔ)罐69。盡管不是僅有的布置，但是優(yōu)選這些化學(xué)品組分順序進(jìn)入主儲(chǔ)罐69中，以使負(fù)載傳感器12和13直接表示最終混合物中每一種組分的重量。
2.PLC向致動(dòng)器發(fā)送控制信號(hào)，以切斷進(jìn)口壓力閥50，否則進(jìn)口壓力閥50將允許氮?dú)膺M(jìn)入主儲(chǔ)罐69，并且以打開通常為開的通氣閥49，以使各種殘留氣體可從主儲(chǔ)罐69中排出。
3.PLC發(fā)送控制信號(hào)，以啟動(dòng)混合器馬達(dá)20。在一個(gè)實(shí)施例中，在葉輪21上覆蓋有去離子水或化學(xué)品A時(shí)混合器馬達(dá)20啟動(dòng)，但是啟動(dòng)時(shí)間取決于工藝且不作為本發(fā)明的一部分?；旌掀黢R達(dá)20可在化學(xué)品A-D和去離子水進(jìn)入主儲(chǔ)罐69中之前、之中或之后啟動(dòng)。
4.PLC向致動(dòng)器發(fā)送控制信號(hào)，以打開進(jìn)口壓力閥50，以使氮?dú)庠鰤褐磷銐驂毫Γ?0psi(表壓)，這由流速和工藝要求所決定。
所述PLC或邏輯裝置還發(fā)送控制信號(hào)，以準(zhǔn)備使用不活性氣體加濕器，如下1.PLC向致動(dòng)器發(fā)送控制信號(hào)，以關(guān)閉通常為開的不活性氣體加濕器中的去離子水排放閥36。
2.PLC發(fā)送控制信號(hào)，以打開去離子水進(jìn)口閥38，使得去離子水開始注入不活性氣體加濕器中。
3.與不活性氣體加濕器相關(guān)的液位傳感器(HI sensor)隨后檢測(cè)到較高的去離子水高度并且向PLC發(fā)送控制信號(hào)，以關(guān)閉去離子水進(jìn)口閥38。獨(dú)立地，該液位傳感器起到在去離子水超出工作高度時(shí)發(fā)送報(bào)警信號(hào)的作用。
4.PLC向致動(dòng)器發(fā)送控制信號(hào)，以打開閥門34，所述閥門34允許氮?dú)馄鹋萃ㄟ^去離子水，以對(duì)從不活性氣體加濕器中流出的氮?dú)膺M(jìn)行加濕。閥門34要么是自始至終全部打開，要么是自始至終全部關(guān)閉。通常是關(guān)閉(NC)的，使得當(dāng)系統(tǒng)斷電時(shí)，即不工作時(shí)，閥門34關(guān)閉防止不活性氣體例如氮?dú)膺M(jìn)入到不活性氣體加濕器中。
5.所述不活性氣體加濕器將氮?dú)馔ㄟ^管線引入至進(jìn)口壓力閥50和緩沖儲(chǔ)罐進(jìn)口控制閥56和80。應(yīng)注意的是通過進(jìn)口壓力閥50所供給的壓力被用以對(duì)CMP漿料加壓，使其以所需流速流出主儲(chǔ)罐69。
所述系統(tǒng)將主儲(chǔ)罐混合好的CMP漿料輸送至緩沖儲(chǔ)罐，如下所述1.PLC發(fā)送信號(hào)，以打開主儲(chǔ)罐分配閥58和緩沖儲(chǔ)罐進(jìn)口閥60。
2.PLC還發(fā)送信號(hào)，以控制比例閥組，從而保持在每個(gè)緩沖儲(chǔ)罐中具有所需壓力，即PLC中所儲(chǔ)存的設(shè)定值。在一個(gè)實(shí)施例中，在主儲(chǔ)罐69中的壓力保持在20psi(表壓)時(shí)該壓力設(shè)定值可為5-12psi(表壓)。在一個(gè)實(shí)例中，圖12中標(biāo)有PT的壓力換能器提供緩沖儲(chǔ)罐71中的壓力并且若與緩沖儲(chǔ)罐71的設(shè)定值相比該壓力太高，所述緩沖控制出口閥81打開，或者若與緩沖儲(chǔ)罐71的設(shè)定值相比該壓力太低，所述緩沖控制進(jìn)口閥80打開。
3.緩沖儲(chǔ)罐92或71的混合器馬達(dá)93或64將所述組分?jǐn)嚢璩苫旌衔铩Ｓ忠淮?，啟?dòng)時(shí)間、周期和每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)取決于該工藝。
在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)緩沖儲(chǔ)罐92和71各自的分配出口閥87和73打開和關(guān)閉時(shí)，所述工藝設(shè)備，例如拋光機(jī)，起動(dòng)。
緩沖儲(chǔ)罐92的負(fù)載傳感器91和96向PLC發(fā)送信號(hào)，所述PLC可被用以控制主儲(chǔ)罐出口閥57和緩沖儲(chǔ)罐進(jìn)口閥97，用于在主儲(chǔ)罐69和緩沖儲(chǔ)罐92之間傳送CMP漿料。緩沖儲(chǔ)罐71以與圖12中所示相似的布置進(jìn)行操作。
與主儲(chǔ)罐69相關(guān)聯(lián)的負(fù)載傳感器12和13將指示何時(shí)加入新的組分以制造另一批CMP漿料。所述主儲(chǔ)罐分配閥57和58在所述組分被加入到主儲(chǔ)罐69中時(shí)是關(guān)閉的，使得負(fù)載傳感器12和13準(zhǔn)確地顯示出添加到主儲(chǔ)罐69中的每一種組分的重量。
為了清洗和/或沖洗主儲(chǔ)罐69，PLC可發(fā)送控制信號(hào)，以關(guān)閉主儲(chǔ)罐分配閥58，打開粗調(diào)注入閥41以使去離子水進(jìn)入，打開主儲(chǔ)罐分配閥57，關(guān)閉緩沖儲(chǔ)罐進(jìn)口閥97，打開主儲(chǔ)罐排放閥99，使得去離子水繞過緩沖儲(chǔ)罐92從主儲(chǔ)罐69中通過。緩沖儲(chǔ)罐71可以采用相類似的工序。
為了清洗和/或沖洗緩沖儲(chǔ)罐92，去離子水可流過打開的主儲(chǔ)罐分配閥57，打開的緩沖儲(chǔ)罐進(jìn)口閥97，和關(guān)閉的主儲(chǔ)罐出口閥89。緩沖儲(chǔ)罐71可以與圖12中所示相似的布置進(jìn)行清洗和/或沖洗。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在由于機(jī)械部件的性質(zhì)和進(jìn)行分配的介質(zhì)的物理屬性而不能實(shí)現(xiàn)超低流速的情況下，可以使用固定節(jié)流孔夾緊閥。該夾緊閥采用柔性流動(dòng)通路，所述柔性流動(dòng)通路被壓縮至確定的設(shè)定值，以形成固定節(jié)流孔。這將會(huì)提供為用于“推壓”以調(diào)節(jié)非常低的流速而增大或保持壓力所必需的流動(dòng)通路中的所需節(jié)流。夾緊閥可被致動(dòng)以將柔性流動(dòng)通路打開至其最大孔從而允許在沖洗工序中滿流流動(dòng)，并且然后回到所需確定的設(shè)定值。例如具有1/4英寸孔的1/4英寸閥門控制對(duì)緩沖容器的推壓壓力以分配化學(xué)品。流體輸出閥也是1/4英寸的。隨著流速減小，推壓所需要的壓力也隨之減小。在超低流速的情況下，控制推壓壓力的閥門的固有性質(zhì)限制了需要進(jìn)行推壓的氣體的精確體積的再現(xiàn)性。通過安裝固定節(jié)流孔夾緊閥并在分配流動(dòng)通路上增加約束，推壓壓力可在較高水平上進(jìn)行操作，造成對(duì)超低流速的精確可重復(fù)的調(diào)節(jié)。
PLC和/或操作員可以調(diào)節(jié)夾緊閥的最小和全開的孔的尺寸。該全開的孔的設(shè)置可被用以清除分配管線中的阻塞物。將夾緊閥旋至全開被稱為對(duì)管線進(jìn)行排氣。由于在低流速條件下形成微泡，因此這一特征對(duì)于CMP漿料來說是很重要的。PLC可以控制夾緊閥，使得壓力累積至允許超低流速和在工藝周期后進(jìn)行排氣以清除任何阻塞物。排氣周期可短至比如0.5秒并且在CMP漿料輸送之后進(jìn)行。典型工藝僅要求最高達(dá)1.5分鐘的CMP漿料的輸送并且在一些CMP漿料中約5分鐘不出現(xiàn)氣泡，因此可滿足后處理工藝中排氣的需要。不然的話，分配管線可更加頻繁地進(jìn)行排氣，而不會(huì)過度地影響給定工藝周期的流速。
圖13示出了與流速控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例有關(guān)的PLC的功能框圖，所述流速控制系統(tǒng)在至少一個(gè)緩沖儲(chǔ)罐中使用重量減少的CMP漿料或其他化學(xué)品混合物。負(fù)載傳感器不斷監(jiān)測(cè)CMP漿料的重量并產(chǎn)生表示緩沖儲(chǔ)罐中CMP漿料重量的模擬信號(hào)。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式，然后將其發(fā)送給PLC。PLC中儲(chǔ)存了各種組分的比重，以計(jì)算出組分體積。與這一操作相并行或相串行的是，用戶通過鍵盤、鍵區(qū)或觸摸屏輸入所需的體積流速，比如200毫升/分鐘。PLC可將該流速轉(zhuǎn)換成每秒鐘的速度。緊接著，PLC指示緩沖儲(chǔ)罐進(jìn)口壓力閥打開以向緩沖儲(chǔ)罐施加壓力從而產(chǎn)生所需的流動(dòng)。PLC監(jiān)測(cè)到周期中的重量下降，并將當(dāng)前流速與所需流速進(jìn)行比較。若流速太小，PLC向比例閥組發(fā)送控制信號(hào)，以增大壓力，并且若流速太高，PLC向比例閥組發(fā)送控制信號(hào)，以減小壓力。若所述體積流速在預(yù)定公差范圍內(nèi)，PLC向比例閥組發(fā)送信號(hào)，既不增大也減小對(duì)緩沖儲(chǔ)罐的壓力。
換句話說，“推壓”氣體通過比例控制閥或閥組被供應(yīng)至緩沖儲(chǔ)罐并且通過壓力換能器或壓力傳感器對(duì)壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。輸入所需流速，并進(jìn)行計(jì)算以確定在一定周期過程中的儲(chǔ)罐中的所需失重。PLC使信號(hào)發(fā)送至比例閥以調(diào)節(jié)推壓氣體壓力，調(diào)節(jié)儲(chǔ)罐內(nèi)的失重從而滿足流速要求。根據(jù)所要求的流速精度在從0.1秒變化到60秒(或更高)的過程中可對(duì)失重進(jìn)行監(jiān)測(cè)。例如，每分鐘180毫升大小的流速等于每秒3毫升大小的流速。PLC對(duì)每個(gè)緩沖儲(chǔ)罐內(nèi)的重量變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)。若失重小于每秒3毫升，那么增大壓力。若緩沖儲(chǔ)罐內(nèi)的失重大于每秒3毫升，那么減小壓力。為了達(dá)到更高的精度，時(shí)間段可被縮短至在1/2秒過程中，或者甚至在0.1秒或更短時(shí)間內(nèi)所得到的失重。所述決定因素可以是與緩沖儲(chǔ)罐相關(guān)聯(lián)的負(fù)載傳感器的分辨率。若負(fù)載傳感器能夠分辨0.1克，那么可以實(shí)現(xiàn)更嚴(yán)格的控制。
該實(shí)施例不需要附加部件控制流動(dòng)。由于不使用附加裝置，因此消除了堵塞的問題。由于儲(chǔ)罐的壓力受到PLC的控制，因此改變輸入壓力并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)以保持以所需速度流動(dòng)。PLC可被用以確定用于保持適當(dāng)流速的平均壓力。一旦緩沖儲(chǔ)罐中的液高達(dá)到需要進(jìn)行再注入的點(diǎn)時(shí)，可以在緩沖儲(chǔ)罐再注入時(shí)利用平均壓力保持流速。同時(shí)還對(duì)體積水平進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，減少了附加部件達(dá)到監(jiān)測(cè)水平的要求。緩沖儲(chǔ)罐將根據(jù)需要分配化學(xué)品以滿足從工藝設(shè)備傳送過來的要求。在監(jiān)測(cè)到重量下降而觸發(fā)較低的體積設(shè)定值時(shí)，體積水平得到補(bǔ)充。與之相似，在監(jiān)測(cè)到重量增加而觸發(fā)較高的體積設(shè)定值時(shí)，對(duì)體積水平的補(bǔ)充停止。
本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)。輸出的化學(xué)品可保持恒壓。工藝設(shè)備從未經(jīng)受可能妨礙進(jìn)行分配工序的低壓化學(xué)品管線；由此設(shè)備產(chǎn)量增多。多種尺寸的容器作為化學(xué)品供應(yīng)容器可被連接到儲(chǔ)罐系統(tǒng)。若在其進(jìn)行連接之前所述供應(yīng)容器的流體體積是已知的，那么計(jì)算機(jī)就能非常準(zhǔn)確地計(jì)算出已從所述容器中除去的化學(xué)品的量，并因此顯示出所述信息，以可視地實(shí)時(shí)顯示出化學(xué)品的殘留量。該圖形界面與操作員“即刻”交流所述供應(yīng)容器的狀態(tài)。由于在再注入工序中不存在連續(xù)增重，因此負(fù)載傳感器可確定供應(yīng)容器何時(shí)為全空。這表示供應(yīng)容器為空且另一個(gè)容器應(yīng)進(jìn)入管線。在一個(gè)實(shí)施例中，由于儲(chǔ)罐中的化學(xué)品通過負(fù)載傳感器持續(xù)且準(zhǔn)確地進(jìn)行稱重，所述負(fù)載傳感器將輸入信號(hào)傳送給實(shí)時(shí)輸出儲(chǔ)罐中的現(xiàn)有的化學(xué)品量的PLC或其他邏輯裝置，因此可給出化學(xué)品用量的數(shù)據(jù)記錄。由于故障可通過不正常的大讀數(shù)或者接近零讀數(shù)顯示出來，這兩種讀數(shù)均會(huì)使PLC或其他邏輯裝置報(bào)警，因此該負(fù)載傳感器為自身安全的傳感裝置。本發(fā)明還防止在供應(yīng)容器轉(zhuǎn)換操作中所產(chǎn)生的氣泡通過到達(dá)化學(xué)品輸出管線，本發(fā)明可為多個(gè)供應(yīng)容器提供恒定的，不發(fā)生變化的分配壓力，本發(fā)明可在將混合物輸送至緩沖儲(chǔ)罐之前，以精確的配比再注入儲(chǔ)罐或?qū)⒉煌幕瘜W(xué)品再注入并進(jìn)行混合，這對(duì)于依賴于時(shí)間的、具有很高活性的化學(xué)品來說可能是重要的，通過真空或通過泵送液體實(shí)現(xiàn)自身再注入。
本發(fā)明可使用裝配有閥門、管路、重量傳感器(負(fù)載傳感器)和控制系統(tǒng)的壓力儲(chǔ)罐提供對(duì)流體、化學(xué)品和化合物混合物流量的精確控制。本發(fā)明還可以使用裝配有閥門、管路、重量傳感器(負(fù)載傳感器)和控制系統(tǒng)的壓力儲(chǔ)罐監(jiān)測(cè)和控制體積水平再補(bǔ)給。本發(fā)明還可以替換通常所使用的方法以控制精確的流量，例如手動(dòng)設(shè)置節(jié)流閥和流量計(jì)。本發(fā)明若裝配有夾緊閥可非常精確地控制低流速。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)品輸送系統(tǒng)，包括與一個(gè)或多個(gè)進(jìn)口注入閥、進(jìn)口壓力閥、和主儲(chǔ)罐出口閥流體連通的主儲(chǔ)罐；與緩沖儲(chǔ)罐進(jìn)口閥和緩沖儲(chǔ)罐出口閥流體連通的緩沖儲(chǔ)罐；連接主儲(chǔ)罐出口閥和緩沖儲(chǔ)罐進(jìn)口閥的管線；用于監(jiān)測(cè)緩沖儲(chǔ)罐中化學(xué)品重量的并且產(chǎn)生被轉(zhuǎn)換成表示緩沖儲(chǔ)罐中的化學(xué)品重量的數(shù)字信號(hào)的模擬信號(hào)的負(fù)載傳感器；包括緩沖控制進(jìn)口閥和緩沖控制出口閥的調(diào)節(jié)緩沖儲(chǔ)罐壓力的比例閥組；和接收所述數(shù)字信號(hào)并且向比例閥組提供控制信號(hào)以實(shí)現(xiàn)所需化學(xué)品流速的可編程序邏輯控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于監(jiān)測(cè)主儲(chǔ)罐中化學(xué)品重量的并且產(chǎn)生被轉(zhuǎn)換成表示主儲(chǔ)罐中的化學(xué)品重量的數(shù)字信號(hào)的模擬信號(hào)的負(fù)載傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)進(jìn)口注入閥包括粗調(diào)注入閥和微調(diào)注入閥，并且可編程序邏輯控制器發(fā)送信號(hào)以打開粗調(diào)注入閥直至主儲(chǔ)罐中具有差不多足夠量的化學(xué)品，并發(fā)送另一信號(hào)以震顫微調(diào)注入閥直至主儲(chǔ)罐中具有所需精確量的化學(xué)品。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中可編程序邏輯控制器向所述一個(gè)或多個(gè)進(jìn)口注入閥中的每一個(gè)順序發(fā)送控制信號(hào)，以按順序?qū)⒒瘜W(xué)品導(dǎo)入主儲(chǔ)罐中，以使主儲(chǔ)罐中的負(fù)載傳感器可以準(zhǔn)確稱重每一種化學(xué)品。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括混合器組件，其包括馬達(dá)、和與主儲(chǔ)罐相關(guān)聯(lián)的軸和葉輪，其中可編程序邏輯控制器發(fā)送控制信號(hào)以接通馬達(dá)，使軸和葉輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而攪拌進(jìn)入主儲(chǔ)罐中的所述化學(xué)品。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括混合器組件，其包括馬達(dá)、和與緩沖儲(chǔ)罐相關(guān)聯(lián)的軸和葉輪，其中可編程序邏輯控制器發(fā)送控制信號(hào)以接通馬達(dá)，使軸和葉輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而繼續(xù)攪拌從主儲(chǔ)罐進(jìn)入緩沖儲(chǔ)罐中的所述化學(xué)品。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與緩沖儲(chǔ)罐出口閥流體連通的并設(shè)置在其下游的夾緊閥，其中可編程序邏輯控制器發(fā)送控制信號(hào)以完全打開所述夾緊閥，從而允許在沖洗工序中出現(xiàn)滿流并且然后回到更接近確定的設(shè)定值處。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與主儲(chǔ)罐和緩沖儲(chǔ)罐相連通的不活性氣體供應(yīng)裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述不活性氣體供氣通過不活性氣體加濕器，使得所述氣體被不活性氣體加濕器中的液體加濕。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的系統(tǒng)，其中從該系統(tǒng)輸送來的化學(xué)品為化學(xué)機(jī)械拋光組成，其主要組分為去離子水且所述不活性氣體為氮?dú)狻?br> 11.一種在包括多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件的系統(tǒng)中以低流速輸送液態(tài)化學(xué)品的方法，所述系統(tǒng)包括主儲(chǔ)罐和緩沖儲(chǔ)罐，每一個(gè)儲(chǔ)罐具有至少一個(gè)負(fù)載傳感器和混合器，以及邏輯裝置，其包括將主儲(chǔ)罐與緩沖儲(chǔ)罐隔開；降低主儲(chǔ)罐中的壓力；順序向主儲(chǔ)罐中加入液態(tài)化學(xué)品組分；使用多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件稱重每一種液態(tài)化學(xué)品組分；將所述化學(xué)品組分混合成混合物；向主儲(chǔ)罐供應(yīng)不活性氣體；將所述混合物從主儲(chǔ)罐輸送至緩沖儲(chǔ)罐；以及自緩沖儲(chǔ)罐輸送所述混合物通過夾緊閥。
全文摘要
披露了用于輸送液態(tài)化學(xué)品的化學(xué)品輸送系統(tǒng)和方法。在一個(gè)實(shí)施例中，披露了具有用于輸送在半導(dǎo)體工業(yè)中所使用的化學(xué)品的多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件(圖2，4，5，7，9，11)的系統(tǒng)。在另一個(gè)實(shí)施例中(圖12)，本發(fā)明提供一種多儲(chǔ)罐負(fù)載傳感器組件(69，92，71)，其包括控制器(PLC)、緩沖儲(chǔ)罐(92，71)、主儲(chǔ)罐(69)、一個(gè)或多個(gè)連接到所述組件和控制器上，工作用以稱量所述儲(chǔ)罐中液體重量的負(fù)載傳感器(12，13，67，68，91，96)，供應(yīng)每個(gè)儲(chǔ)罐的多條供應(yīng)管線(A－D)、以及用于在接到控制器請(qǐng)求時(shí)從所述組件中抽出液體，并用于從供應(yīng)容器再注入所述組件的氣體和真空源。包括緩沖控制進(jìn)口閥(80)和出口閥(81)的比例閥組調(diào)節(jié)緩沖儲(chǔ)罐的壓力。
文檔編號(hào)C30B25/14GK1665718SQ03816040
公開日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2003年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月6日
發(fā)明者蘭迪·福西, A·J·肯尼斯 申請(qǐng)人:美國(guó)Boc氧氣集團(tuán)有限公司