先进流体处理方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了形成化学组合物的方法。所述方法包括(1)在混合罐中混合多个连续材料流以形成化学组合物，每个连续材料流包括所述组合物的至少一种组分；及(2)使所述化学组合物的连续流移动到所述混合罐下游的包装台。所述混合及移动步骤连续地执行。本发明专利技术还提供了可以用以执行所述方法的系统。

Advanced fluid treatment methods and systems

The present invention provides a method for forming a chemical composition. The method comprises (1) mixed multiple continuous flow of material to form a chemical composition in the mixing tank, each continuous flow of material including the composition of at least one component; and (2) the packing table of the chemical composition of continuous flow moves to the downstream of the mixing tank. The mixing and moving steps are performed continuously. The invention also provides a system that can be used to execute the method.

【技术实现步骤摘要】
先进流体处理方法及系统相关申请的交叉引用本申请要求2016年3月11日提交的美国临时申请第62/306,795号的优先权，其内容以全文引用的方式并入本文中。
本专利技术涉及连续流体处理方法以及相关系统及组件。
技术介绍
混合是两种或更多种物质经组合同时每种物质的化学性质基本上保持不变的过程。然而，整体混合物的性质可能不同于组分物质的性质。因此，混合通常用以制造具有可以通过分析技术证实的一组所要物理及化学性质的介质。举例来说，在半导体制造中，化学机械平坦化/抛光(CMP)用以使得晶圆表面扁平。此工艺需要使用含有磨料颗粒分散于液体化学组合物(例如含有酸及/或碱的那些)中的浆液。CMP浆液通常通过混合各种化学品及磨料颗粒以形成分散液(例如，胶体分散液)而制造。在CMP期间，磨料颗粒在晶圆上的移动从晶圆表面机械地去除材料。浆液中的酸或碱通过与待去除的材料反应而促进材料的化学去除。因此，所述工艺被称为“化学”“机械”抛光。为了制造具有所要性质的CMP浆液，可能有用的是过滤CMP浆液以实现分散于化学反应性试剂内的磨料颗粒的所要分布。过滤还确保最终CMP产品具有高纯度。随着半导体晶圆变得更先进，晶圆表面上的特征变得更精细并且更复杂。平坦化这些复杂精细特征需要非常紧凑的抛光处理窗。因此，CMP工艺需要CMP浆液性质规格非常严格。这转而迫使CMP浆液制造商显著提高其生产工艺能力同时减小批次之间的变化。常规浆液生产工艺不能满足这些严格要求。常规浆液制造工艺包括分批工艺(图2)及连续工艺(图3)。在分批工艺中，所有浆液组分逐一添加到大罐中(通常通过例如泵的流体传输单元及/或流量控制单元)，随后通过搅拌器型装置混合所述组分，接着是QC(质量控制)步骤。在那之后，混合浆液通常通过过滤台传送到包装台。分批工艺有许多缺点，包括环境占地面积大、添加及混合时间长、性质变化大、产量(throughput)低及生产成本高。另一方面，常规连续工艺(图3)用较小的罐替换了分批工艺中的极大的罐且引入了联机静态或动态混合器。原材料逐一馈送到这些联机混合器中(但不是一起加入一个混合器中)。此设计使得所述工艺得以连续且增加了产量。然而，联机混合器小并且形成高背压。流向联机混合器的每个原材料流组分回路形成了导致显著性质变化的流量控制问题。因此，连续工艺也无法满足严格规格要求。本专利技术描述了解决了这些缺点的一种先进连续工艺及相关系统。
技术实现思路
本专利技术是基于以下出乎意料的发现：使用在连续流体工艺中同时接收和混合材料(例如，制造CMP浆液的材料)的罐(例如，相对小的罐)可以减小产品变化并且减少产品浪费，从而显著增加制造效率、制造产率及产品一致性并且降低制造成本(例如，制造CMP浆液)。在一个方面，本专利技术提供了一种形成化学组合物(例如，抛光组合物，例如CMP浆液)的方法。所述方法包括A)在至少一个混合罐中混合多个连续材料流以形成化学组合物，每个连续材料流包括所述化学组合物的至少一种组分；及B)使所述化学组合物的连续流移动到所述至少一个混合罐下游的包装台。所述混合及移动步骤连续地执行，所述材料流及化学组合物流处于过程稳态；并且所述至少一个混合罐中的所述混合过程包括湍流混合所述材料流、机械搅动所述材料流、回流所述化学组合物及其组合中的至少一种。在另一方面，本专利技术提供了一种系统，其包括(1)多个材料罐，每个材料罐经配置以接收用以形成化学组合物(例如，抛光组合物，例如CMP浆液)的材料；(2)至少一个混合罐，在所述混合罐中将来自所述材料罐的所述材料混合以形成化学组合物，其中所述混合罐与所述多个材料罐流体连通，所述混合罐经配置以从所述材料罐连续地接收所述材料及向下游连续地传送所述化学组合物，并且所述混合罐任选地包括与所述混合罐流体连通的回流回路(recirculationloop)；(3)任选地，至少一个在所述混合罐下游并且与所述混合罐流体连通的存储罐；及(4)任选地，至少一个与所述混合罐流体连通的过滤设备，所述过滤设备经配置以接收及过滤所述化学组合物。所述系统在每个材料罐与所述混合罐之间不包括联机静态或动态混合器。实施例可以包括以下特征中的一个或多个：在一些实施例中，所述方法进一步包括在所述混合步骤之前，获得具有基本上恒定流速的材料流。在所述实施例中，获得具有基本上恒定流速的材料流包括使材料罐中的所述材料流通过至少一个流体传输单元及至少一个流量控制单元连续回流，直到达到预定流速。在一些实施例中，所述方法进一步包括在不中断所述连续工艺的情况下，对所述混合罐中的所述化学组合物执行过程中质量控制测量。在一些实施例中，所述方法进一步包括测量所述混合罐中组分的量，以确定所述量是否在预定范围内。在一些实施例中，所述测量步骤在不终止所述混合或移动步骤的情况下执行。在一些实施例中，在使所述化学组合物的所述连续流移动到所述包装台之前，所述方法进一步包括测量每个连续材料流的质量流速、测量每个连续材料流的体积流速及测量供应含有至少一种组分的连续材料流的罐中的内含物重量中的至少一个步骤。在一些实施例中，所述混合罐不包括搅拌器或挡扳。在一些实施例中，所述混合罐的容积是约40升到约1500升。在一些实施例中，所述化学组合物是由包括以下的组分制备的抛光组合物：稀释剂、酸、碱、盐及磨料颗粒。在一些实施例中，所述稀释剂包括去离子水。在一些实施例中，所述酸包括有机酸、无机酸或其混合物。在一些实施例中，所述碱包括氢氧化钾、氢氧化铵、季铵化合物(例如，四甲基氢氧化铵或四丁基氢氧化铵)、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺或其混合物。在一些实施例中，所述盐包括柠檬酸钾、碳酸钾、硝酸铵、硫酸铵、柠檬酸铵、草酸铵、硝酸钾、硫酸钾、氯化钾或其混合物。在一些实施例中，所述磨料颗粒包括二氧化硅(例如，胶态二氧化硅)、二氧化铈、二氧化钛、氧化铝或其混合物。在一些实施例中，所述化学组合物的所述连续流包括至多约50wt％二氧化硅。在一些实施例中，所述化学组合物的所述连续流的pH是约2到约11(例如，约2到约9)。在一些实施例中，所述方法进一步包括在包装之前，使所述化学组合物连续地移动到存储罐中。在一些实施例中，所述方法进一步包括在使所述化学组合物的所述连续流移动到所述包装台之前，过滤所述化学组合物的所述连续流。在一些实施例中，流出所述混合罐的所述化学组合物的所述连续流的体积流速是至少约20升/分钟。在一些实施例中，所述方法形成在组分重量方面的总批次间变化或总批次内变化为至多约1％的化学组合物。在一些实施例中，所述混合罐包括至少一个混合系统。在所述实施例中，所述混合系统可以包括搅拌器(例如，机械搅拌器)、涡流、湍流混合器、回流回路或其组合。在一些实施例中，所述系统进一步包括至少一个一体地连接到系统组件的质量确定单元。在所述实施例中，所述质量确定单元可以包括pH计、电导率计、浓度计或LPC(大颗粒计数)计。在一些实施例中，所述系统进一步包括与每个材料罐流体连通的流体传输单元(例如，泵)，所述流体传输单元经配置以将每个材料罐中的所述材料连续地传输到所述混合罐。在一些实施例中，所述系统进一步包括在每个材料罐与所述混合罐之间的流体流量控制单元(例如，质量流量控制器)，所述流体流量控制单元经配置以调节所述材料从每个材料罐传输到所述混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成化学组合物的方法，所述方法包括：混合步骤，在至少一个混合罐中混合多个连续的材料流以形成化学组合物，每个连续的材料流包括所述化学组合物的至少一种组分；及移动步骤，使所述化学组合物的连续流移动到所述至少一个混合罐下游的包装台；其中，所述混合步骤及所述移动步骤连续地执行，所述材料流及所述化学组合物的所述连续流处于过程稳态；并且所述至少一个混合罐中的所述混合步骤包括湍流混合所述材料流、机械搅动所述材料流、回流所述化学组合物及其组合中的至少一种混合方法。

【技术特征摘要】
2016.03.11 US 62/306,7951.一种形成化学组合物的方法，所述方法包括：混合步骤，在至少一个混合罐中混合多个连续的材料流以形成化学组合物，每个连续的材料流包括所述化学组合物的至少一种组分；及移动步骤，使所述化学组合物的连续流移动到所述至少一个混合罐下游的包装台；其中，所述混合步骤及所述移动步骤连续地执行，所述材料流及所述化学组合物的所述连续流处于过程稳态；并且所述至少一个混合罐中的所述混合步骤包括湍流混合所述材料流、机械搅动所述材料流、回流所述化学组合物及其组合中的至少一种混合方法。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述混合步骤之前，获得具有基本上恒定流速的材料流。3.根据权利要求2所述的方法，其中，获得具有基本上恒定流速的材料流包括：通过至少一个流体传输单元及至少一个流量控制单元，使材料罐中的所述材料流连续回流，直到达到预定流速。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在不中断所述连续工艺的情况下，对所述混合罐中的所述化学组合物执行过程中质量控制测量。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述混合罐的容积是约40升到约1500升。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述化学组合物是由包括稀释剂、酸、碱、盐和磨料颗粒的组分制备的抛光组合物。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述稀释剂包括去离子水。8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述酸包括有机酸、无机酸或其混合物。9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述碱包括氢氧化钾、氢氧化铵、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、季铵化合物或其混合物。10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述盐包括柠檬酸钾、碳酸钾、硝酸铵、硫酸铵、柠檬酸铵、草酸铵、硝酸钾、硫酸钾、氯化钾或其混合物。11.根据权利要求6所述的方法，其中，所述磨料颗粒包括二氧化硅、二氧化铈、二氧化钛、氧化铝或其混合物。12.根据权利要求6所述的方法，其中，所述磨料颗粒包括胶体二氧化硅。13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述化学组合物的所述连续流包括至多约50wt％二氧化硅。14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述化学组合物的所述连续流具有约2至约11的pH。15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述化学组合物的所述连续流具有约2至约9的pH。16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在包装之前，将所述化学组合物连续地移动到存储罐中。17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在将所述化学组合物的所述连续流移动到所述包装台前，过滤所述化学组合物的所述连续流。18.根据权利要求1所述的方法，其中，流出所述混合罐的所述化学组合物的所述连续流的体积流速是至少约20升/分钟。19.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法形成的所述化学组合物在组分重量...

【专利技术属性】
技术研发人员：周仕斌，张文宏，D·马胡利卡尔，T·瓦尔加，A·米什拉，
申请(专利权)人：富士胶片平面解决方案有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US