液体流动控制设备及方法技术

本发明专利技术涉及一种用于（优选为数字地）监测和／或控制施加于气动载荷（诸如比例流体控制阀）的压力并且使用来自于流体测量装置的响应于流率的测量输入的设备和控制系统。所述液体测量输入用于控制施加于气动载荷的压力以使得气动载荷可增加或减小（以便于按比例地打开或关闭气动阀），从而将流体的流率改变为期望流率。气动载荷也可被调节（以便于按比例地打开或关闭气动阀），从而适应流体的温度和粘性的变化。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
在半导体的制造过程中，多种不同的流体必须被精密且精确地分配和沉积在待处理的衬底上，所述流体诸如去离子水、光致抗蚀剂、旋涂电介质(spin on dielectrics)、旋涂玻璃(spin on glass)、聚酰亚胺、显影剂以及化学机械抛光(CMP)悬浮液，以上仅作为几个例子。例如，在用于所述应用的传统设备中，待处理的晶片被布置在用于分配预定量的液体或悬浮液以涂覆或处理晶片的适合喷嘴下面。不仅根据沉积在所述晶片上的流体的绝对量或质量，而且还根据泵循环、管尺寸以及流体收容环境的其他特征假定出预定量。通常之后使得晶片转动以便于将所沉积的液体均匀地分配在所述晶片的整个表面上。显然，在该过程中所分配液体的分配速率和分配量是重要的。当通过喷嘴的流体流动停止时(诸如在晶片处理之间)，存在来自于喷嘴的液体形成小液滴并且落在布置于喷嘴下面的晶片上的可能性。这可能会毁坏形成在所述晶片上的图案，从而需要丢弃或重新处理所述晶片。为了避免在喷嘴上形成有害小液滴，通常使用反吸阀或止动/反吸阀。后面所提及的这种阀一般为双气动控制阀对，其中一个阀止住液体朝向喷嘴的流动，而另一个阀从喷嘴的分配端或出口将液体抽回。这不仅有助于防止小液滴形成和在出口处滴落，而且还有助于防止液体暴露表面的干燥，液体暴露表面的干燥可能导致喷嘴堵塞并且减少出口处的流体污染。由于扰动问题的出现，使得较大晶片(例如，直径为300mm或更大)的涂覆也成问题。通常，晶片的转动速度用于从涂覆流体被施加的晶片中心朝向晶片的边缘径向向外地扩散涂覆流体。然而，该方法会在晶片上形成扰动空气流并且可导致不均匀的涂覆。减小较大晶片的转动速度会减小晶片表面的扰动，但是可引发新问题。随着速度减小，流体更缓慢地流过晶片，从而在流体开始建立或干燥之前流体扩散到晶片边缘上会成为问题。通常，在半导体制造操作中使用泵来分配液体。然而，适用于这样应用的泵是昂贵的并且由于过度磨损而需要频繁更换。另外，这样的泵的占地面积可能太大而被认为不适用于最需要的应用。可使用包括压差测量的诸如NT 6500(Entegris Corp.，Chaska，MN)的液体流动控制器，但是它们不适用于具有不同流速和/或粘性的宽范围。用于提供易调节压力降的模块解决方法是希望的。因此，所希望的是提供一种流动测量和分配系统，所述系统在没有前述缺点的情况下可精密、可再现地分配流体。另外，本专利技术可适用于期望或需要流体流动精密控制的情况中。另外，所希望的是提供用于精确、可重复地分配流体的无马达的泵系统。另外，所希望的是提供气动比例流动阀，所述气动比例流动阀为线性或基本为线性的，能够显示最小压力降以及显示出最小滞后或无滞后。
技术实现思路
本专利技术已克服了现有技术的问题，本专利技术包括用于监测(最好数字地)和/或控制施加于气动载荷(诸如比例流体控制阀)的压力并且使用来自于流体测量装置的响应于流率的测量输入的设备和控制系统，所述液体测量输入用于控制施加于气动载荷的压力以使得气动载荷可增加或减小(以便于按比例地打开或关闭气动阀)，从而将流体的流率改变为期望流率。气动载荷也可被调节(以便于按比例地打开或关闭气动阀)从而适应流体的温度和粘性的变化。本专利技术的实施例提供了一种流体测量装置，所述流体测量装置根据在与成比例流体控制阀流体相通的摩擦流动元件上形成的压力降产生流动测量信号。可在所述摩擦流动元件的入口处或入口附近和出口处或出口附近测量流体压力，所述测量信号可被放大并且在它们之间形成的压力降可被转化为被控制的流体的流率输出。所述流率输出可被送到控制器，所述控制器可使得一个或多个阀被调制从而获得期望的流率。本专利技术提供适合于多种流体以及具有宽范围粘性的流体的控制系统。它以节省成本和灵活的方式提供了精确和可重复的流体流动控制和分配性能，快速地响应于实时加工偏差并且具有最小的操作者投入。本专利技术还涉及一种具有改进的线性和减小的滞后的成比例流体控制阀，用于使用所述阀的液体流体控制器和无马达泵系统。所述阀允许以基本为线性的方式进行流体的平滑、和缓的流动，并且具有最小的转数。所述阀最好是气动驱动的。在温度不是问题的情况下，所述阀可通过任何适合的装置被驱动，诸如步进马达、线性马达、音圈或其他力致动器。本专利技术还涉及在流动测量装置上游并且与流动测量装置流体相通的辅助输入模块，所述辅助输入模块可被包含于无马达泵系统中以调节在被输送于流动测量装置之前的流体。该模块可从不增压源(诸如筒)中填充。所述模块还可对来自于增压进给线(房屋供给或增压筒)的不适当或过度的液体压力进行补偿。所述模块还可用于本系统中所用的流体去除泡沫。本专利技术提供一种无马达泵系统，所述无马达泵系统适合于各种液体和供给源以使其可允许半导体加工中的多个分配点的标准化并且使消费者以模块方式调节诸如过滤和温度控制等附加特征。本专利技术还提供通用的模制阀体，所述模制阀体与机加工阀相比需要更少的零件。在一个实施例中，模制阀体特别被设计成用于流动控制并且包含两个具有精心定位以使得空间的使用最优化的流动路径的传感器外壳。所述传感器外壳可作为插入件被独立地形成，从而使得在各个方位的安装。通过将气动和机械部件安置在阀腔的相对端部中，系统的差压可相反发展并且阀上游的差压可被记录以便于监测供给压力。本专利技术的一个实施例可包括被储存在所述计算机可读存储器上并且可由一个或多个处理器执行的一组计算机可读指令，这组计算机可读指令包括用于接收上游压力信号、接收下游压力信号、计算误差信号以及根据上游压力信号、下游压力信号和误差信号计算阀控制信号的可执行指令。本专利技术的另一个实施例，一种装置包括储存在所述计算机可读存储器上并且可由一个或多个处理器执行的一组计算机可读指令，这组计算机可读指令包括用于接收上游压力信号、接收下游压力信号、计算误差信号、根据与所述阀相关的阀增益曲线为特定阀确定阀增益、并且根据上游压力信号、下游压力信号、误差信号和阀增益计算阀控制信号的可执行指令，其中所述阀增益根据所述特定阀的位置改变。本专利技术的另一个实施例为一种装置，所述装置包括储存在所述计算机可读存储器上并且可由一个或多个处理器执行的一组计算机可读指令，这组计算机可读指令包括用于接收上游压力信号、接收下游压力信号、根据用于上游压力信号和下游压力信号的比例值、积分值和微分值计算误差信号、将误差增益加到误差信号、根据与所述阀相关的阀增益曲线为特定阀确定阀增益、根据上游压力信号、下游压力信号、误差信号和阀增益计算阀控制信号、根据一组过去位置值适当地调节阀控制信号的可执行指令，其中所述阀增益根据所述特定阀的位置改变。附图说明图1是本专利技术一个实施例的框图；图2是本专利技术一个实施例所涉及的包含无马达泵或分配模块的气动和流体控制部分的外壳的透视图；图3是本专利技术一个实施例所涉及的辅助输入模块的分解装配图；图4是本专利技术一个实施例所涉及的微分放大电路的示意图；图5是本专利技术一个实施例所涉及的阀增益的曲线图；图6是本专利技术一个实施例所涉及的控制系统的流程图；图7是本专利技术一个实施例所涉及的压力传感器外壳组件的分解图；图8A是本专利技术一个实施例所涉及的比例阀的端视图；图8B是沿着图8A中的线B-B得到的截面图；图8C是沿着图8A中的线C-C得到的截面图；图8D是沿着图8A中的线D-D得到的截本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流体流动控制设备，其包括：具有流体入口和流体出口的比例流体控制阀；与所述比例流体控制阀连通的用于调制所述比例流体控制阀的气动比例控制阀；摩擦流动元件，所述摩擦流动元件具有与所述比例流体控制阀的所述流体出口连通的摩擦流动元件流体入口和与所述摩擦流动元件流体入口间隔的摩擦流动元件流体出口，所述摩擦流动元件在所述摩擦流动元件流体入口和所述摩擦流动元件流体出口之间产生压力降；用于测量所述压力降的装置；与所述压力降测量装置连通和所述气动比例控制阀连通的用于响应于所述被测量的压力降以控制经过所述比例流体控制阀的流体流的控制器。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：M拉弗迪尔，RF麦克罗林，G贡内拉，I加什盖，J马尔斯，
申请(专利权)人：诚实公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]