容积流体输送系统中的流体状态的控制技术方案

一种改进的、用于向半导体加工工具提供加工流体的容积流体分配系统。该具有交变的压力容器式发动机的改进系统基本上消除了容积流体供给管线中由于来自分配容器中的流体的重量变化的落差损失而导致的压力波动。该系统还能够灵活控制流体供给管线中的流体的流动状态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于控制容积流体分配系统中流体压力的装置和方法D更具 体地，本专利技术提供一种改进的、用于控制容积流体供给管线中半导体加工流体(例 如超高纯度或者浆料流体)压力的装置和方法，所述供给管线提供用于半导体制造 或者其它相关应用的加工工具。
技术介绍
半导体装置的制造是一个复杂的过程，常常需要超过200道工序。每个步骤 需要工况的最优设置以获得半导体装置的高产出率。这些工序中的很多步骤需要利 用流体，尤其是在制造过程中用于蚀刻、曝光、镀层和抛光装置的表面。在高纯度 流体应用中，流体必须基本上不含颗粒和金属杂质，以避免成品装置中的缺陷。在 化学一机械抛光浆料应用中，流体必须不含能够刮伤装置表面的大颗粒。此外，在 制造过程中，必须有稳定充足的流体供应到执行不同步骤的加工工具，以避免操作 变动和生产停工。自从九十年代引入半导体市场以来，具有真空压力发动机的容积流体分配系 统已经在半导体制造过程中扮演了重要角色。因为这些系统基本上由惰性的润湿的 材料构造，例如过氟烷氧基(PFA)和聚四氟乙烯(PTFE)，并且因为它们使用惰性 的压縮气体作为供给流体的动力，它们基本上不会使加工流体带有颗粒和金属杂 质。另外，单个容积流体分配系统可以以足够的压力向多个加工工具提供连续的加工流体供给。因此，真空压力流体分配系统的出现在半导体市场中起到了重要需求 的作用。由于种种理由(例如O型圈失效、阀失效或者输入流体被污染)，容积流体分 配系统在流体供给管线中包括过滤器。然而，通过过滤器的流体的流速的急剧变化 对过滤器造成液压冲击，导致之前被滤过的颗粒释放到流体中，因此产生颗粒浓度 的峰值。尽管保持通过过滤器的流体的最小流速有助于减少颗粒的释放，但是问题没有消除。相应地，流体的压力和流量波动会导致在流体中颗粒浓度的波动，这会 导致半导体晶片的缺陷。此外，正如以上的讨论，流体分配系统常常供给许多工具。当工具需要加工 流体时，流体从供给管线被泵送，这造成供给管线中的流体压力下降大约5到25psi。如接下来将会详细讨论的，具有真空一压力发动机的典型的流体分配系统，造成供给管线中的压力波动，这反过来会影响供给到工具的流体的流量和纯净状 态。因此，需要有一种流体分配系统，其可以最小化或者消除供给管线中流体的压力和流量波动。图la描述了一个标准的、用于向半导体加工工具供应加工流体的真空一压力 流体分配系统。其它类型的真空一压力流体分配系统在美国专利号5,330,072和 6,019,250中有描述，其在此作为参考引入。参见图la，真空一压力流体分配系统通常包括两个压力一真空容器101和 103。每个容器配备有至少两个液位传感器105、 107、 109和111 (例如电容传感 器)。传感器105和109分别监测容器101和103中的低液位状态；而传感器107 和111分别监测容器101和103中的高液位状态。加工流体从流体源113通过两通 阀115进入容器101，并通过两通阀117进入容器103。流体通过两通阀119流出 容器IOI，并且通过两通阀121流出容器103。当流出容器101或者容器103时， 流体流过容积加工流体供给管线123。在充填循环中，真空发生装置125 (例如抽气器或者文氏管)在容器101中产 生真空以吸入流体。当在充填循环中流体流入容器101时，两通阀115和127打开， 并且三通阀129位于位置"A"。当在容器101中产生真空时，随着流体从流体源 113被吸入容器，容器101中的所有气体流向排气装置(未显示)。当流体到达液 位传感器107 (例如电容传感器)时，阀115、 127和129关闭，真空停止。在分配循环中，惰性气体131，例如氮，流过"从"调节器133，并且流过三 通阀129的位置"B"进入容器101。容器101开始加压到设定值，之后阀119打 开允许流体在惰性气体的压力作用下流过阀119，流过过滤器(未显示)进入容积 流体供给管线123。容器101分配流体，直到它达到低液位传感器105，在该位置 阀119关闭，充填循环再次开始。在工作过程中，容器101和103在充填和分配循环之间交替，如此以致于当 容器101充填时，容器103分配。在容器103的充填循环中，阀117和127打开，阀137处于位置"A"。在容器103的分配循环中，惰性气体131流过从调节器135 和阀137的端口 "B"，以使容器103中的流体加压，并且驱动流体通过阀121进入 供给管线123。在容器103的分配循环结束时，容器转换，因此容器103开始充填 循环而容器101开始分配循环。特别是，真空发生装置125被配置成使容器的充填 比分配更快，以便向供给管线123提供连续的流体流。在如图la所示的系统中，手动调节的主调节器141易于使用来自高压气源141 的气体，例如压缩的干空气。主调节器137向从调节器133和135发送恒定的气体 导引信号，因此从调节器133和135分别向阀129和137提供恒定的惰性气体压力。 供应给每个阀129和127的压力是相同的。因此，在容器101或者103的分配循环 过程中，供应给每个容器的惰性气体压力是恒定的并且是相同的。图la所示系统的问题在于它不能保持供给管线123中流体的稳定压力。图lb 显示了简化的示例以说明供给管线123中的流体压力如何随着时间的推移而波动。 由于加工工具要求造成的损耗，存在于复杂流体分配系统中的配件、管道及其它部 件在此图示中没有考虑。在系统100工作过程中，随着容器从其高位传感器分配到 其低位传感器，供给管线123中的压力降低一个相当于位于高位和低位传感器之间 的流体的高差压力(head pressure)损失的量值。该高差压力定义为由于容器中 流体的重量而作用于供给管线中的流体上的压力。当容器转换时，开始其分配循环 的容器开始充填流体到其高位传感器，而施加到正好完成分配循环的那个容器的相 同压力被施加到该分配容器上。因此，当容器转换时，供给管线中的压力形成峰值 或者增加一个相当于刚刚分配完的容器的高差压力的量值。已经通过积极地控制供给管线中的流体压力以试图改进图la所示的系统。图 2a显示了改变的真空一压力系统200。系统200基本上类似于系统100，除了使用 电气致动的主调节器241代替手动调节的调节器141。图2a的系统还包括传感器 245，监测位于供给管线223中点的压力。与图la的系统类似，容器201和203 在真空充填和压力分配循环之间交替，并且主调节器241向两个从调节器233和 235提供相同的气动信号。在分配循环过程中，基于来自压力指示器245的信号调整施加到分配容器201 或者203的流体上的惰性气体的压力。考虑到简化的流体分配系统没有加工工具要 求或者其它的压力损失，在分配时被提供给分配容器201或203的惰性气体压力增 加，以补偿位于容器中的高位和低位传感器(分别为207、 211和205、 209)之间的高差压力的损失。尽管系统200预防了由于分配容器中的落差损失导致的压力下降，但是它不能对供给管线223中的流体提供稳定的压力控制。图2b图表说明了在一个没有加 工工具要求或者其它的压力损失的分配系统中，供给管线223中的压力如何随本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制容积流体分配系统中的流体的压力的方法，该分配系统具有用于向供给管线供给流体的第一容器和第二容器，用于向第一和第二容器供给惰性气体的惰性气体源，设置在供给管线中的控制器和传感器，该方法包括以下步骤：　　　　在控制器接收来自传感器的控制信号；　　　　开始第一容器的分配循环，包括以下步骤：　　　　根据控制信号和位于第二容器的第一液位和第二液位之间的流体的高差压力确定第一信号；基于第一信号向第一容器中的流体施加第一压力；和将流体从第一容器的第一液位分配到第二液位；和　　　　开始第二容器的分配循环，包括以下步骤：　　　　根据控制信号和位于第一容器的第一液位和第二液位之间的流体的高差压力确定第二信号；基于第二信号向第二容器中的流体施加第二压力；和将流体从第二容器的第一液位分配到第二液位。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：D杰肯，
申请(专利权)人：波克爱德华兹股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]