CN100379678C - 化学品混合与输送系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明披露了用于输送液态化学品的化学品输送系统和方法。在一个实施例中，披露了具有用于输送在半导体工业中所使用的化学品的多储罐负载传感器组件(图2，4，5，7，9，11)的系统。在另一个实施例中(图12)，本发明提供一种多储罐负载传感器组件(69，92，71)，其包括控制器(PLC)、缓冲储罐(92，71)、主储罐(69)、一个或多个连接到所述组件和控制器上，工作用以称量所述储罐中液体重量的负载传感器(12，13，67，68，91，96)，供应每个储罐的多条供应管线(A-D)、以及用于在接到控制器请求时从所述组件中抽出液体，并用于从供应容器再注入所述组件的气体和真空源。包括缓冲控制进口阀(80)和出口阀(81)的比例阀组调节缓冲储罐的压力。

Description

化学品混合与输送系统及其方法

本申请是于2001年9月29日提交的美国申请No.09/968,566的部分继续申请，美国申请No.09/968,566是于2001年5月30日提交的现在是美国专利No.6,340,098的美国申请No.09/870,227的继续申请，美国申请No.09/870,227是于2001年2月13日提交的现在是美国专利No.6,269,975的美国申请No.09/568,926的继续申请，美国申请No.09/568,926是于2000年5月10日提交的现已放弃的美国申请No.09/568,926的继续审查申请，美国申请No.09/568,926是于1998年12月31日提交的现在是美国专利No.6,098,843的美国申请No.09/224,607的分案申请，美国申请No.09/224,607是于1998年12月30日提交的现已放弃的美国申请No.09/222,003的继续申请。本申请通过参考包括以上列出的各申请和各专利。

技术领域

本发明主要涉及用于混合和/或输送液态化学品的系统和方法，特别是涉及使用逻辑装置和多储罐负载传感器组件以精确的量混合和输送液态化学品的系统和方法。

背景技术

本发明具有多种应用，但是本文主要是考虑到如何将光致抗蚀剂输送至硅晶片用于使光致抗蚀剂在光刻工艺中曝光的问题。为了形成所要求的精确的图像，光致抗蚀剂必须以所需精确的量、无气泡且在晶片可使用的部分上具有精确一致的厚度的方式进行输送。常规系统具有以下问题，如下所述。

如图1所示，典型的传统光致抗蚀剂输送系统包括供应容器100，102，一般是瓶罐，所述瓶罐通过管线117供应光致抗蚀剂至单个储罐104，所述管线117与供应管线106，108相连接，其受到气泡传感器110，112的监测并受阀门V1和V2控制。储罐的底部连接至光致抗蚀剂输出管线114，进而连接至在晶片上分配光致抗蚀剂的轨迹移动设备(未示出)。储罐104中光致抗蚀剂上面的空间被连接至气体管线118，所述气体管线118基于三通阀V3的位置，要么经过针形阀1的调节从氮气歧管126管线向储罐104供应氮气，要么在储罐104中产生真空。为了感应到储罐104中的光致抗蚀剂的高度，系统中使用一排垂直布置在储罐104壁上的电容传感器122。位于氮气歧管和真空喷射器124进口之间的二通阀V4供给或断开传输到真空喷射器124处的氮气流。

该光致抗蚀剂输送系统必须总是“在线的”，因此轨迹移动设备可根据需要分配光致抗蚀剂。多种光致抗蚀剂输送系统试图使用储罐以提供向轨迹移动设备的光致抗蚀剂的在线供应，但是光致抗蚀剂输送系统仍然必须经常向储罐中进行再注入，这取决于空供应储罐的适时更换。否则，当有需要时轨迹移动设备依然不能输送光致抗蚀剂。

在分配模式中，当轨迹移动设备从储罐104中取出光致抗蚀剂时，阀门V3允许氮气从氮气歧管流向储罐104，以在光致抗蚀剂上产生氮气层，从而减轻污染并防止在储罐中的光致抗蚀剂高度下降时形成真空。一旦储罐104中的光致抗蚀剂达到足够低的高度，系统控制器(未示出)启动再注入模式，由此产生一系列问题。

在再注入模式中，阀门V4被致动，使得氮气从歧管管线126流向真空喷射器124，这样形成低压管线170，由此在储罐104中的光致抗蚀剂上产生低压空间。气泡传感器110，112监测供应管线106，108中的气泡，所述气泡假定是在供应容器100，102变为空时产生的。若例如气泡传感器110探测到气泡，那么控制器关闭连接至供应容器100的阀门V1，而阀门V2与供应容器102之间是打开的，以继续向储罐104进行再注入。然而，供应管线106中的气泡并不意味着供应容器100是空的。因此，并不是在系统转换到光致抗蚀剂供应容器102之前，供应容器100中的所有光致抗蚀剂可被使用。因此，虽然常规系统旨在在需要时允许多个供应容器补给所述储罐，但是该系统可以显示出供应容器为空并且在必要之前需要进行更换。

若供应容器100为空并且操作员不能将其更换且该系统继续进行工作直至供应容器102也变空，那么储罐104将达到临界低位条件。若这种情况继续，由于光致抗蚀剂对气泡存在高度的敏感性，因此可能产生气泡；若尽管细小的气泡进入输送至晶片处的光致抗蚀剂中，那么在光刻工艺中有可能产生有缺陷的图像。

此外，若在对储罐进行再注入时连接化学品输出管线114下游的轨迹移动设备中的泵被接通，那么该泵将经受来自单个储罐中的真空的负压，向反方向拉所述泵。若这种情况持续存在，可发生：缺少向轨迹移动设备输送的光致抗蚀剂发送出供应容器为空的错误信号，所述泵不能将光致抗蚀剂输送至它自己的内部室中，失去了其充分分配光致抗蚀剂的优点和能力，并且所述泵甚至可以过热并烧坏。每一种情况的结果是轨迹移动设备接收到不充足的或甚至是没有接收到光致抗蚀剂，通常所说的“脱靶(missed shot)”，其对轨迹移动设备的产量有影响。

还可以通过考虑与混合和输送用于化学机械抛光(CMP)的浆料相关联的问题对本发明进行说明。在半导体制造中，浆料分配系统(SDS)将CMP浆料输送至抛光机。例如，在此作为参考被引用的“半导体制造技术手册(2000)”(Handbook of Semiconductor ManufacturingTechnology(2000))中介绍了CMP浆料向抛光机的输送并且在第431页示出了SDS的布置。在一些应用中，SDS需要在混合罐中混合浆料中的组分。在浆料的混合和处理中，SDS必须不会使浆料受到损伤，即使浆料受到过大的有可能造成团聚的剪切力；或使浆料受到过小的有可能造成沉降的剪切力。在工艺设备需要时，泵可将浆料输送至分配罐。由于CMP浆料组成物常常适合各种工艺，因此SDS应能处理多种化学品。SDS应将精确量的浆料组分引入到混合罐中，使得浆料混合物是已知的。有时工艺设备还需要精确的低流速和/或以低流速进行输送。在低流速条件下，在分配管线中有时会形成微泡，其阻碍了浆料的输送。理想的是清除管线而不切断SDS。当然，所希望的还有：无缺陷的日常生产和浆料输送的可靠性，以及日常维修的简易性，从而避免因改变浆料组成而影响到工艺结果。

流量计通常被用以控制化学品的流速。流量计通常仅精确到所需流速的2-3％的范围内，并且还由于输入压力的原因易于改变。第二，一些化学品会使流量计发生堵塞，并阻碍流动通过，如浆料。用于控制流动的另一种方法是使用“推压”气体以对储罐加压，然后调节推压气体压力从而调节流速。由于推压气体压力的潜在的变化性以及随储罐内高度的变化而变化的流速，因此这种方法不能产生准确的流速。

本发明对这些问题进行了说明，并且避免产生化学品废物，提供了描述供应容器中残留的化学品的量的用户友好的界面，同时降低了系统成本和操作成本。若例如不能看到在供应容器中所述化学品的量，那么本发明允许远距离通过常规的计算机网络和电子设备提供所述界面。

发明内容

本发明涉及使用控制器或逻辑装置以及多储罐负载传感器组件用以精确混合和/或输送液态化学品的系统。本发明还涉及用于将液态化学品从供应源输送到工艺中的方法，使得本发明准确地解决和调节液态化学品的动态供应量和使用量，以满足工艺要求。最后，本发明提供用于监测、调节、和分析工艺中所存在的液体供应的多储罐负载传感器组件。

附图说明

图1示出了一种采用单个储罐和在通向所述单个储罐的供应管线上的气泡传感器的化学品输送系统；

图2A是根据本发明的多储罐负载传感器组件的第一实施例的前剖视图；

图2B是该多储罐负载传感器组件的第一实施例的顶视图；

图3是管道和仪器装备布置图，图中示出了包括图2A-2B或4A-4B所示的多储罐负载传感器组件的化学品输送系统的实施例；

图4A是该多储罐负载传感器组件的第二实施例的前剖视图；

图4B是该多储罐负载传感器组件的第二实施例的侧剖视图；

图5A是该多储罐负载传感器组件的第三和第六实施例的前剖视图；

图5B是该多储罐负载传感器组件的第三和第六实施例的侧剖视图；

图6是管道和仪器装备布置图，图中示出了包括图5A-5B或11A-11B所示的多储罐负载传感器组件的化学品输送系统的实施例；

图7A是该多储罐负载传感器组件的第四实施例的前剖视图；

图7B是该多储罐负载传感器组件的第四实施例的侧剖视图；

图8是管道和仪器装备布置图，图中示出了包括图7A-7B所示的多储罐负载传感器组件的化学品输送系统的实施例；

图9A是该多储罐负载传感器组件的第五实施例的前剖视图；

图9B是该多储罐负载传感器组件的第五实施例的侧剖视图；

图10是管道和仪器装备布置图，图中示出了包括图9A-9B所示的多储罐负载传感器组件的化学品输送系统的实施例；

图11A是该多储罐负载传感器组件的第七实施例的前剖视图；

图11B是该多储罐负载传感器组件的第七实施例的侧剖视图；

图12是管道和仪器装备布置图，图中示出了化学品混合和输送系统的实施例；和

图13是示出了在至少一个储罐中采用液体重量下降的流速控制系统的流程图。

具体实施方式

根据本发明的第一实施例包括如图2A-2B所示的多储罐负载传感器组件200。该组件200可以是如图3所示的系统的一部分，并且可替换如图1所示的存在问题的单个储罐104和气泡传感器110，112。

在该实施例中，由特氟隆、SST、聚丙烯或任何一种化学相容材料制成的该组件200包括全部在外壳212中的上部隔室202、主储罐206，和缓冲储罐208。缓冲储罐208通过隔板209与主储罐206相互紧密接触，而O型密封圈211使隔板209的周边与外壳212紧密接触。隔板209中使用了允许内部密封轴204与隔板209形成液体密封和气密密封的锥形中心孔250。隔板209通过O型密封圈210与气动导管215形成液体密封和气密密封。主储罐206中包括在隔板209和储罐盖205之间形成刚性隔离的中间套筒214。O形圈203紧密接触储罐盖205的周边，并密封贴靠在外壳212的内表面上。储罐盖205分别通过一组O型密封圈207，220，222和224(隐藏的，但是图2B中示出了其位置)密封贴靠在内部密封轴204、化学品输入管217以及气动导管215和218上。在储罐盖205上安装有垫片244，所述垫片同样安装到气动缸226上。储罐盖205通过上部套筒233和中间套筒214被保持在适当的位置处。外部特氟隆储罐顶部201用螺栓固定在外壳212上，并形成上部套筒233和气动缸226的机械硬止挡。气动缸226的气动空气管路通过隙孔260穿过外部特氟隆储罐顶部201。

应该清楚的是，本发明不限于硅晶片上CMP浆料或光致抗蚀剂的输送。例如，尽管与所使用的传规系统相比，在该种环境下本发明具有一些优点，但是本发明中的系统可以输送用于其它工艺中的其它液态化学品。由于本发明的新颖性延伸超出进行输送的化学品的性质，因此以下说明涉及化学品的输送，以避免对本发明的范围产生误解。

如图3所示，图2A-2B所示的多储罐负载传感器组件200悬挂在负载传感器412上并通过负载传感器412称重，所述负载传感器412优选比如型号为F60X10C610E的Scaime负载传感器，且一个优选为三菱(Mitsubishi)FX2N型的可编程序逻辑控制器(PLC)330，计算机，或另一个常规的逻辑装置通过负载传感器测得的重量和化学品的比重确定组件200中的化学品体积。为了简便起见，我们把该逻辑装置叫做PLC。当来自管线217的化学品被抽吸进入主储罐206中时，负载传感器412输出一个较小的与负载传感器412上的重量成比例的毫伏模拟信号324。在一个实施例中，ATX-1000型信号放大器将小信号324增压到4-20毫伏的范围，并将其发送至模数转换器328，如MitsubishiFX2N4-AD型模数转换器，并且该输出的数字信号332被发送至PLC330。PLC 330采用常规的梯形逻辑程序可快速编程。在抽取化学品的过程中，直至达到PLC 330的软件设定值前，组件200重量减小。

如图3进一步所示，PLC 330可利用24伏直流电磁致动阀控制阀门V1-V5，并通过输出板卡，如Mitsubishi FX2N型输出板卡，致动所述阀门。每一个电磁阀在打开时允许加压气体从调节器2比如VeriFlow自动泄压调节器传输至气动控制的阀门V1-V5，以打开或关闭这些阀门。所述第一实施例中的操作顺序被编程进入PLC 330中，以使图2A-2B和图3中所示的部件如下面所述进行工作。

一旦化学品下降到一定水平，PLC 330就起动图3所示的系统，利用图2A-2B所示的多储罐负载传感器组件200开始自动再注入工序，所述工序如下所述：

a)通过调节器1，例如VeriFlow自动泄压调节器将一层优选低压例如1磅/平方英寸(psi)的不活性气体经气动导管218连续供应给主储罐206。

b)气动缸226抬升内部密封轴204，由此使缓冲储罐208与主储罐206密封接触。

c)一旦缓冲储罐208被密封住，主储罐206就被抽空至约28英寸水银柱大小的真空度。如图2A-2B所示，来自主储罐206的气动导管218与三通阀V4的输出端相连接。致动阀门V4，使得气动导管218与连接至真空喷射器324的管线316相连通，如图3所示。真空喷射器324受到通过二通阀V5引导至该处的压缩气体的动力驱动。一旦阀门V5打开，它允许压缩气体通过并且真空喷射器324在与主储罐206相连通的管线316中产生约28英寸水银柱大小的真空度。

d)该真空与缓冲储罐208相隔离，所述缓冲储罐208具有在其上的不活性气体薄层并继续供应化学品至工艺或设备，而不使进行传输至设备的化学品暴露于负压或压差条件下。

e)在主储罐206中产生的真空形成与阀门V1和V2相连的低压化学品管线。假定阀门V2打开，该低压管线217使化学品从供应容器102中流入主储罐206。在这一过程中，主储罐206再次被注入化学品，直至达到所确定的满量水平。

f)该满量水平是通过使用负载传感器412并采用PLC 330进行重量计算而确定的。例如，在一个优选实施例中，使用了具有体积容量为439立方厘米(cc)的缓冲储罐208和具有体积容量为695cc的主储罐206。通过化学品的比重，PLC 330计算出化学品所占据的体积。然后一旦化学品的体积达到或下降至439cc以下，PLC 330开始再注入工序。一旦化学品体积达到695cc，该再注入工序停止。该工序使缓冲储罐208中几乎全部439cc的化学品在用695cc的化学品再注入主储罐206时被消耗掉，并且防止主储罐206发生溢流或从缓冲储罐208中完全排空化学品。

g)一旦主储罐206已进行再次注入，阀门V5关闭，由此使气流停止并通过真空喷射器324产生真空。然后转换三通阀V4，使得不活性气体管线218与主储罐206相连通并且由于两条管线218，215接收来自同一不活性气体岐管318的气体(参见图3)，因此不活性气体层在与缓冲储罐208相同的压力下再次在主储罐206中的化学品上形成。同时，阀门V2关闭，使供应容器102与主储罐206分隔开。

在主储罐206充满化学品，并且在所述化学品上具有不活性气体层后，内部密封轴204降低并使化学品从主储罐206流入缓冲储罐208中。最终，缓冲储罐208与大部分主储罐206一起被完全充满。连接缓冲储罐208的气动导管215充有化学品，直至导管215中的化学品达到与主储罐206中相同的高度，这是由于在两个储罐中的压力相等。内部密封轴204保持打开，直至确定再次对主储罐206进行再注入。

由于在第一实施例中使用了负载传感器代替使用气泡传感器用于测定供应容器中化学品的量，因此本发明给出多种非常有用的特征。一个特征是可以准确地实时测定留在供应容器中的化学品的量。若在连接至该系统时所述供应容器是满的，那么PLC可容易地计算出去除的(和加入到该多储罐负载传感器组件中的)化学品的量以及供应容器中还剩下多少化学品。这一信息可被用以给出容器中化学品剩余量的图形表示。第二特征是PLC可通过监测系统内的增重精确确定供应容器全空的时刻。若在再注入过程中储罐的重量不增加，那么能够推出供应容器为空。这样造成该供应容器的阀门关闭并且使下一个供应容器进入管线。相关的第三特征是该负载传感器技术提供了能够准确预测和识别化学品用量趋势的能力。由于测出进入储罐中的化学品的准确的量，因此该信息可容易地进行电子存储、处置和传输。

图4A-4B所示的多储罐负载传感器组件400的第二实施例中包括通过O形圈411被紧固和密封到底盖410上的缓冲储罐408。输出的化学品流动通过导管连接件401。缓冲储罐408上连接有气动导管415、化学品阀门407、负载传感器分离器413和负载传感器412。负载传感器412被牢固地用螺栓固定到缓冲储罐408上且其另一侧被牢固地用螺栓固定到刚性构件(未示出)上，而非多储罐负载传感器组件400的一部分。外套筒404环绕着缓冲储罐408滑动并靠在底盖410上。对外套筒404进行机加工，使得负载传感器412没有阻碍地穿过外套筒。阀门407的端部405连接到主储罐406上并且另一端部409连接到缓冲储罐408上。主储罐406被在上盖403中的O形圈封装和密封。上盖403包括沿其周部的阶梯形边缘以将外套筒404紧固于其上。气动管线418和化学品输入管线417被紧固到上盖403上。外套筒404具有用于分开储罐406和408的机械强度。

图4A-4B所示的并且用于图3所示系统中的多储罐负载传感器组件400与第一实施例相似，但具有以下明显的区别：

a)阀门407提供了对主储罐406和缓冲储罐408之间的流体通路的控制。

b)外套筒404提供机械支承以形成支承主储罐406和缓冲储罐408的刚性组件。

图5A-5B所示的多储罐负载传感器组件的第三实施例中使用了两个相互隔开的但是通过一条柔性流体管线516连接在一起的储罐506和508。该第三实施例使用了许多先前的图4A-4B所示的部件，除了(i)未使用外套筒404；(ii)缓冲储罐508没有自主储罐506机械悬挂下来；和(iii)负载传感器衬垫513和负载传感器512被紧固到主储罐506的底部上。

除负载传感器512仅测定图5A-5B和图6所示的主储罐506中的化学品体积以外，该第三实施例与第二实施例的工作方式相似。该第三实施例的优点在于进入主储罐506中的化学品的精确量总是已知的，并且PLC不用不得不推出在再注入作业过程中从缓冲储罐508中除去的化学品的量。该第三实施例可被用在具有图3所示的控制系统(比如PLC、模/数转换器、信号放大器等)的图6所示的系统中。注意，在该应用中，部件号码的首位一般表示哪一幅图示出了该部件的细节，而后面的数字表示该部件与具有相同后面的数字的其他部件相似。因此，图2A和图3A中的缓冲储罐206与缓冲储罐306分别在功能上相似。

图7A-7B所示的多储罐负载传感器组件700的第四实施例中使用了与第三实施例中相同的部件，但是第二负载传感器722被附接到缓冲储罐708上。该组件700优选用于具有图3所示的控制系统和具有用于第二负载传感器的附加部件的图8所示的系统中。

除负载传感器712仅测定主储罐706中的化学品以及负载传感器722仅测定缓冲储罐708中的化学品以外，图7A-7B所示的多储罐负载传感器组件700的第四实施例与第二实施例的工作方式特别相似。在此的优势在于缓冲储罐708持续受到监测，因此若下游工艺或设备在再注入周期过程中突然消耗大量的化学品，系统可突然停止所述再注入周期以将化学品从主储罐706中带入到缓冲储罐708中，从而防止化学品从缓冲储罐708中完全排空。

除负载传感器912被附接到缓冲储罐908而不是主储罐906上以外，图9A-9B所示的多储罐负载传感器组件900的第五实施例中使用了与第三实施例中相同的部件。该第五实施例优选被用在具有图3所示的控制系统(比如PLC、模/数转换器、信号放大器等)的图10所示的系统中。

在功能上，多储罐负载传感器组件900的第五实施例与第二实施例的工作方式相似，仅有的区别在于：负载传感器912仅称重缓冲储罐908中的化学品。

随着工艺或设备消耗化学品，缓冲储罐908的重量保持恒定，直至主储罐906也变空。然后，缓冲储罐908的重量开始减少，表明主储罐906需要进行再次注入。在该工序中，缓冲储罐908的重量减少，直至主储罐906已被再次注入并且在两个储罐906和908之间的阀门907已被再次打开。

第六实施例中使用了与图5A-5B所示的第三实施例中相同的部件。仅有的值得注意的区别是具有大约1psi的不活性气体层(参见图6)增压至大约80psi(或多或少取决于化学品的品种)。不活性气体压力的增大使第六实施例能够在再注入周期中未受影响的恒定的输出压力条件下利用压力分配化学品。该方法可以产生非常精确的非脉冲化学品输出流。这在将化学品泵送通过过滤机组的超高纯度应用中是一个非常关键的特征。化学品的任何脉动可从过滤机组上将颗粒强行除去进入超纯化学品输出流中。

第七实施例中使用了与第三实施例中相同的部件，并且具有图11A-11B所示的附加部件，包括主储罐1106、缓冲储罐1108、通过阀门1122加到主储罐1106上的第二化学品输入管线1119、加到化学品输入管线1117上的阀门1123以及搅拌马达1120和叶轮组件1121。

在功能上，第七实施例与第三实施例的工作方式相同，并且增加了在将混合物输送至缓冲储罐1108之前以精确的配比混合两种化学品的能力。所述化学品可通过开式阀1123和化学品输入管线1117被吸入主储罐1106中并由负载传感器1112称重。当已吸入主储罐1106中适当量时，阀门1123关闭且阀门1122打开以允许第二化学品进入主储罐1106中。当已吸入主储罐1106中适当量时，阀门1122关闭并且化学品通过搅拌马达1120和叶轮组件1121进行混合。在以上工序中的任何时间都可以启动对化学品的搅拌。

一旦完成搅拌，阀门1107打开以允许化学品输送至缓冲储罐1108，所述缓冲储罐1108同样连接到气体管线1115上。这是一种混合对时间敏感的化学品并且保持恒定的非脉冲式的混合化学品输出的理想方式。

图12是管道和仪器装备布置图，图中示出了化学品混合和输送系统的实施例。为清楚起见，我们现在讨论如何使用该系统将所述组分一起混合进CMP浆料中，但是该系统也可被用于混合其他化学品。图12中包括许多部件，为了避免混乱，我们使用两位数的部件号码而非四位数的部件号码，代码中的数字约定与在第9页中所讨论的首位数字和后面的数字的约定相同。

该系统包括具有通过粗调注入阀41和流量控制阀43供应去离子水的去离子水管线的主储罐69，和微调注入阀42。在一个实施例中，该粗调注入阀为3/8英寸阀门，且该微调注入阀为1/4英寸阀门。结合图3如讨论所述，PLC可利用24伏直流电磁致动阀控制所述阀门，并通过输出板卡，如Mitsubishi FX2N型输出板卡，致动所述阀门。每一个电磁阀在打开时允许加压气体从调节器比如VeriFlow自动泄压调节器传输至气动控制的阀门，以打开或关闭这些阀门。这些致动器参见说明书，并且在图12中未示出，以减少混乱。

在一个实施例中，PLC向这种致动器发送信号，以打开允许水快速开始注入主储罐69中的粗调注入阀41。当主储罐69中含有差不多足够量的水时，PLC向一个致动器给出另一个信号以关闭粗调注入阀41并且间歇性地打开和关闭微调注入阀42，即所谓的“震颤”阀门。这样使得该系统增加该混合物所要求的精确余量的去离子水。当然，该粗调注入装置和微调注入装置可被用于任何组分，但是若在最终混合物中存在大量的该组分，则其最有用。流量控制阀43是用于补偿在给定设备处的不同水压的手动或自动控制的阀门。

去离子水再循环通过旁通管40，然后回到去离子水回路中。若再循环水速被保持在一定水平如7英尺/秒以上，这将会减少或消除细菌的形成。去离子水的目的在于稀释代表浆料的化学品A。所述浆料通过微调注入阀44至主储罐69，通过旁通管53并再循环至化学品A回路中，这样减少了悬浮在化学品A中的研磨料的沉积。

化学品B-D代表少量使用的其他组分，例如通过微调注入阀46-48供应到主储罐69中的稳定剂、表面活性剂和垫料调节剂。PLC发送控制信号，以顺序导入化学品A-D，以使主储罐69中的负载传感器12和13可以准确称重每一种组分。图12中所示出的两个负载传感器比一个负载传感器具有更高的精确度，但是负载传感器的个数对于本发明来说不是重要的。PLC还发送控制信号，以接通使轴24和叶轮21进行旋转的主混合器马达20，其旋转将所述组分搅拌进入CMP浆料中。工艺要求将限定出叶轮21的最佳周期和每分钟转数。叶轮21会连续搅拌一定的CMP浆料组成物。

如图12顶部所示，不活性气体供应装置通过调节器、卸压安全阀33和止回阀35向不活性气体加湿器提供不活性气体。对一些CMP浆料来说优选氮气，但是其他化学品需要使用其他气体。本领域的技术人员知晓哪一种不活性气体适用于给定的CMP组成物。为了简便起见，我们将讨论不活性气体为氮气的情况，所述氮气呈泡状通过导管进入去离子水中，以对氮气加湿。这样就减少了CMP浆料混合物在主储罐和缓冲储罐中产生结块的可能性。经过加湿的氮气通过主储罐压力调节器51、进口压力阀50被供应至主储罐69中。通气阀49为在未致动时通常为开(NO)的安全阀。如所公知的，一组止回阀16，35，37，39，76，86和99防止在相关管线上产生回流。

主储罐69将混合的CMP浆料输送至缓冲储罐。在一个实施例中，主储罐69保持2升，以使其能够有效地为两个缓冲储罐71，92中的每一个服务，每个保持有1升。CMP浆料的输送通过主储罐出口阀58，通过管线，然后输送至缓冲储罐进口阀60。同样，主储罐69输送CMP浆料首先通过主储罐出口阀57，通过管线，然后输送至缓冲储罐进口阀97。该工艺设备确定何时缓冲储罐71和92输送CMP浆料通过分配管线1和2。为安全起见，手动阀84和85与分配管线1和2相关联。

每一个缓冲储罐71和92均包括比例阀组，所述阀组被PLC所使用用以控制在每个缓冲储罐中的压力。PLC向比例阀组发送信号以保持缓冲储罐中具有为得到来自缓冲储罐中的所需流速的CMP浆料所必需的压力。例如，图12中所示的压力换能器PT读出缓冲储罐71中的压力并向PLC发送表示出该压力的信号。基于所测定的压力和压力设定值，PLC将向比例阀组发送信号以要么打开缓冲控制进口阀80以增大缓冲储罐71中的压力，要么打开缓冲控制出口阀81以减小缓冲储罐71中的压力。同样，缓冲储罐92中的压力换能器读出压力值并向比例阀组发送信号以保持为得到来自缓冲储罐92中的所需流速的CMP浆料所必需的压力。基于该PLC信号，所述比例阀组要么打开缓冲控制进口阀56以增大缓冲储罐92中的压力，要么打开缓冲控制出口阀52以减小缓冲储罐92中的压力。缓冲储罐92还包括可选择的缓冲岐管90，所述缓冲岐管90可被用作安装表面以连接多个缓冲储罐出口阀，但是并不是单个缓冲储罐出口阀87所必需的，如图所示。图中所示缓冲储罐71具有缓冲岐管72，所述缓冲岐管72同样也不是单个缓冲储罐出口阀73所必需的。

夹紧阀位于缓冲储罐出口阀73的下游，另一个夹紧阀位于缓冲储罐出口阀87的下游。图12中示出了一个对于缓冲储罐71中的夹紧阀适当的控制装置，其可被用在其他缓冲储罐例如缓冲储罐92中。在该装置中，PLC与空气致动器78相连接，所述空气致动器78控制通过压力调节器79的清洁干燥空气(CDA)的流速。虽然图12中未示出，但是应该很明显的是相同的连通通道、清洁干燥空气源和CDA管线可被用作用于控制缓冲储罐92中的夹紧阀的一个实施例。如图12所示的信号放大器77、模数转换器和负载传感器可以是相同的部件并且具有与在前实施例中所述的相同的操作方式。混合器马达93使轴94和叶轮95在缓冲储罐92中旋转，并且混合器马达71使轴65和叶轮66在缓冲储罐71中旋转。缓冲储罐71和92包括在作为安全装置未使用时通常为打开的以释放压力的缓冲储罐通气阀62和54。

所述部件可通过以下厂家获得。Partek，位于Tucson，AZ的ParkerCorporation的一个部门能够提供合适的粗调注入阀，部件编号No.PV36346-01，微调注入阀，部件编号No.PV106324-00，阀式岐管70，72和90，部件编号No.CASY1449，以及止回阀，部件编号No.CV1666。另一种合适的PLC为Mitsubishi AG05-SEU3M型。合适的比例阀组为位于印地安那州McCordsville的Proportion Aire，Inc.所生产和/或出售的部件，编号为No.PA237。合适的不活性气体加湿器，部件编号No.43002SR01，和夹紧阀，部件编号No.PV-LS-.25是由位于马萨诸塞州Malden的Asahi Anerica所生产和/或出售的。

操作中，所述化学品混合和输送系统具有不同的模式。初始模式为注入或再注入工序，其中系统向主储罐69中添加并将主储罐69中的各组分混合在一起。在一个实施例中，所述注入或再注入工序可被实施，如下所述：

1.PLC发送控制信号，以打开去离子水管线和化学品A-D管线，从而将组分供应至主储罐69。尽管不是仅有的布置，但是优选这些化学品组分顺序进入主储罐69中，以使负载传感器12和13直接表示最终混合物中每一种组分的重量。

2.PLC向致动器发送控制信号，以切断进口压力阀50，否则进口压力阀50将允许氮气进入主储罐69，并且以打开通常为开的通气阀49，以使各种残留气体可从主储罐69中排出。

3.PLC发送控制信号，以启动混合器马达20。在一个实施例中，在叶轮21上覆盖有去离子水或化学品A时混合器马达20启动，但是启动时间取决于工艺且不作为本发明的一部分。混合器马达20可在化学品A-D和去离子水进入主储罐69中之前、之中或之后启动。

4.PLC向致动器发送控制信号，以打开进口压力阀50，以使氮气增压至足够压力，例如20psi(表压)，这由流速和工艺要求所决定。

所述PLC或逻辑装置还发送控制信号，以准备使用不活性气体加湿器，如下：

1.PLC向致动器发送控制信号，以关闭通常为开的不活性气体加湿器中的去离子水排放阀36。

2.PLC发送控制信号，以打开去离子水进口阀38，使得去离子水开始注入不活性气体加湿器中。

3.与不活性气体加湿器相关的液位传感器(HI sensor)随后检测到较高的去离子水高度并且向PLC发送控制信号，以关闭去离子水进口阀38。独立地，该液位传感器起到在去离子水超出工作高度时发送报警信号的作用。

4.PLC向致动器发送控制信号，以打开阀门34，所述阀门34允许氮气起泡通过去离子水，以对从不活性气体加湿器中流出的氮气进行加湿。阀门34要么是自始至终全部打开，要么是自始至终全部关闭。通常是关闭(NC)的，使得当系统断电时，即不工作时，阀门34关闭防止不活性气体例如氮气进入到不活性气体加湿器中。

5.所述不活性气体加湿器将氮气通过管线引入至进口压力阀50和缓冲储罐进口控制阀56和80。应注意的是通过进口压力阀50所供给的压力被用以对CMP浆料加压，使其以所需流速流出主储罐69。

所述系统将主储罐混合好的CMP浆料输送至缓冲储罐，如下所述：

1.PLC发送信号，以打开主储罐分配阀58和缓冲储罐进口阀60。

2.PLC还发送信号，以控制比例阀组，从而保持在每个缓冲储罐中具有所需压力，即PLC中所储存的设定值。在一个实施例中，在主储罐69中的压力保持在20psi(表压)时该压力设定值可为5-12psi(表压)。在一个实例中，图12中标有PT的压力换能器提供缓冲储罐71中的压力并且若与缓冲储罐71的设定值相比该压力太高，所述缓冲控制出口阀81打开，或者若与缓冲储罐71的设定值相比该压力太低，所述缓冲控制进口阀80打开。

3.缓冲储罐92或71的混合器马达93或64将所述组分搅拌成混合物。又一次，启动时间、周期和每分钟转数取决于该工艺。

在一个实施例中，当缓冲储罐92和71各自的分配出口阀87和73打开和关闭时，所述工艺设备，例如抛光机，起动。

缓冲储罐92的负载传感器91和96向PLC发送信号，所述PLC可被用以控制主储罐出口阀57和缓冲储罐进口阀97，用于在主储罐69和缓冲储罐92之间传送CMP浆料。缓冲储罐71以与图12中所示相似的布置进行操作。

与主储罐69相关联的负载传感器12和13将指示何时加入新的组分以制造另一批CMP浆料。所述主储罐分配阀57和58在所述组分被加入到主储罐69中时是关闭的，使得负载传感器12和13准确地显示出添加到主储罐69中的每一种组分的重量。

为了清洗和/或冲洗主储罐69，PLC可发送控制信号，以关闭主储罐分配阀58，打开粗调注入阀41以使去离子水进入，打开主储罐分配阀57，关闭缓冲储罐进口阀97，打开主储罐排放阀99，使得去离子水绕过缓冲储罐92从主储罐69中通过。缓冲储罐71可以采用相类似的工序。

为了清洗和/或冲洗缓冲储罐92，去离子水可流过打开的主储罐分配阀57，打开的缓冲储罐进口阀97，和关闭的主储罐出口阀89。缓冲储罐71可以与图12中所示相似的布置进行清洗和/或冲洗。

在另一个实施例中，在由于机械部件的性质和进行分配的介质的物理属性而不能实现超低流速的情况下，可以使用固定节流孔夹紧阀。该夹紧阀采用柔性流动通路，所述柔性流动通路被压缩至确定的设定值，以形成固定节流孔。这将会提供为用于“推压”以调节非常低的流速而增大或保持压力所必需的流动通路中的所需节流。夹紧阀可被致动以将柔性流动通路打开至其最大孔从而允许在冲洗工序中满流流动，并且然后回到所需确定的设定值。例如具有1/4英寸孔的1/4英寸阀门控制对缓冲容器的推压压力以分配化学品。流体输出阀也是1/4英寸的。随着流速减小，推压所需要的压力也随之减小。在超低流速的情况下，控制推压压力的阀门的固有性质限制了需要进行推压的气体的精确体积的再现性。通过安装固定节流孔夹紧阀并在分配流动通路上增加约束，推压压力可在较高水平上进行操作，造成对超低流速的精确可重复的调节。

PLC和/或操作员可以调节夹紧阀的最小和全开的孔的尺寸。该全开的孔的设置可被用以清除分配管线中的阻塞物。将夹紧阀旋至全开被称为对管线进行排气。由于在低流速条件下形成微泡，因此这一特征对于CMP浆料来说是很重要的。PLC可以控制夹紧阀，使得压力累积至允许超低流速和在工艺周期后进行排气以清除任何阻塞物。排气周期可短至比如0.5秒并且在CMP浆料输送之后进行。典型工艺仅要求最高达1.5分钟的CMP浆料的输送并且在一些CMP浆料中约5分钟不出现气泡，因此可满足后处理工艺中排气的需要。不然的话，分配管线可更加频繁地进行排气，而不会过度地影响给定工艺周期的流速。

图13示出了与流速控制系统的一个实施例有关的PLC的功能框图，所述流速控制系统在至少一个缓冲储罐中使用重量减少的CMP浆料或其他化学品混合物。负载传感器不断监测CMP浆料的重量并产生表示缓冲储罐中CMP浆料重量的模拟信号。模/数转换器将这些模拟信号转换成数字格式，然后将其发送给PLC。PLC中储存了各种组分的比重，以计算出组分体积。与这一操作相并行或相串行的是，用户通过键盘、键区或触摸屏输入所需的体积流速，比如200毫升/分钟。PLC可将该流速转换成每秒钟的速度。紧接着，PLC指示缓冲储罐进口压力阀打开以向缓冲储罐施加压力从而产生所需的流动。PLC监测到周期中的重量下降，并将当前流速与所需流速进行比较。若流速太小，PLC向比例阀组发送控制信号，以增大压力，并且若流速太高，PLC向比例阀组发送控制信号，以减小压力。若所述体积流速在预定公差范围内，PLC向比例阀组发送信号，既不增大也减小对缓冲储罐的压力。

换句话说，“推压”气体通过比例控制阀或阀组被供应至缓冲储罐并且通过压力换能器或压力传感器对压力进行监测。输入所需流速，并进行计算以确定在一定周期过程中的储罐中的所需失重。PLC使信号发送至比例阀以调节推压气体压力，调节储罐内的失重从而满足流速要求。根据所要求的流速精度在从0.1秒变化到60秒(或更高)的过程中可对失重进行监测。例如，每分钟180毫升大小的流速等于每秒3毫升大小的流速。PLC对每个缓冲储罐内的重量变化进行监测。若失重小于每秒3毫升，那么增大压力。若缓冲储罐内的失重大于每秒3毫升，那么减小压力。为了达到更高的精度，时间段可被缩短至在1/2秒过程中，或者甚至在0.1秒或更短时间内所得到的失重。所述决定因素可以是与缓冲储罐相关联的负载传感器的分辨率。若负载传感器能够分辨0.1克，那么可以实现更严格的控制。

该实施例不需要附加部件控制流动。由于不使用附加装置，因此消除了堵塞的问题。由于储罐的压力受到PLC的控制，因此改变输入压力并进行适当调节以保持以所需速度流动。PLC可被用以确定用于保持适当流速的平均压力。一旦缓冲储罐中的液高达到需要进行再注入的点时，可以在缓冲储罐再注入时利用平均压力保持流速。同时还对体积水平进行实时监测，减少了附加部件达到监测水平的要求。缓冲储罐将根据需要分配化学品以满足从工艺设备传送过来的要求。在监测到重量下降而触发较低的体积设定值时，体积水平得到补充。与之相似，在监测到重量增加而触发较高的体积设定值时，对体积水平的补充停止。

本发明至少具有以下优点。输出的化学品可保持恒压。工艺设备从未经受可能妨碍进行分配工序的低压化学品管线；由此设备产量增多。多种尺寸的容器作为化学品供应容器可被连接到储罐系统。若在其进行连接之前所述供应容器的流体体积是已知的，那么计算机就能非常准确地计算出已从所述容器中除去的化学品的量，并因此显示出所述信息，以可视地实时显示出化学品的残留量。该图形界面与操作员“即刻”交流所述供应容器的状态。由于在再注入工序中不存在连续增重，因此负载传感器可确定供应容器何时为全空。这表示供应容器为空且另一个容器应进入管线。在一个实施例中，由于储罐中的化学品通过负载传感器持续且准确地进行称重，所述负载传感器将输入信号传送给实时输出储罐中的现有的化学品量的PLC或其他逻辑装置，因此可给出化学品用量的数据记录。由于故障可通过不正常的大读数或者接近零读数显示出来，这两种读数均会使PLC或其他逻辑装置报警，因此该负载传感器为自身安全的传感装置。本发明还防止在供应容器转换操作中所产生的气泡通过到达化学品输出管线，本发明可为多个供应容器提供恒定的，不发生变化的分配压力，本发明可在将混合物输送至缓冲储罐之前，以精确的配比再注入储罐或将不同的化学品再注入并进行混合，这对于依赖于时间的、具有很高活性的化学品来说可能是重要的，通过真空或通过泵送液体实现自身再注入。

本发明可使用装配有阀门、管路、重量传感器(负载传感器)和控制系统的压力储罐提供对流体、化学品和化合物混合物流量的精确控制。本发明还可以使用装配有阀门、管路、重量传感器(负载传感器)和控制系统的压力储罐监测和控制体积水平再补给。本发明还可以替换通常所使用的方法以控制精确的流量，例如手动设置节流阀和流量计。本发明若装配有夹紧阀可非常精确地控制低流速。

Claims (11)

1.一种化学品输送系统，包括：

与一个或多个进口注入阀、进口压力阀、和主储罐出口阀流体连通的主储罐；

与缓冲储罐进口阀和缓冲储罐出口阀流体连通的缓冲储罐；

连接主储罐出口阀和缓冲储罐进口阀的管线；

用于监测缓冲储罐中化学品重量的并且产生被转换成表示缓冲储罐中的化学品重量的数字信号的模拟信号的负载传感器；

包括缓冲控制进口阀和缓冲控制出口阀的调节缓冲储罐压力的比例阀组；

接收所述数字信号并且向比例阀组提供控制信号以实现所需化学品流速的可编程序逻辑控制器，和

与缓冲储罐出口阀流体连通的并设置在其下游的夹紧阀。

2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括用于监测主储罐中化学品重量的并且产生被转换成表示主储罐中的化学品重量的数字信号的模拟信号的负载传感器。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述一个或多个进口注入阀包括粗调注入阀和微调注入阀，并且可编程序逻辑控制器发送信号以打开粗调注入阀直至主储罐中具有差不多足够量的化学品，并发送另一信号以震颤微调注入阀直至主储罐中具有所需精确量的化学品。

4.根据权利要求2所述的系统，其中可编程序逻辑控制器向所述一个或多个进口注入阀中的每一个顺序发送控制信号，以按顺序将化学品导入主储罐中，以使主储罐中的负载传感器可以准确称重每一种化学品。

5.根据权利要求4所述的系统，进一步包括混合器组件，其包括马达、和与主储罐相关联的轴和叶轮，其中可编程序逻辑控制器发送控制信号以接通马达，使轴和叶轮进行旋转，从而搅拌进入主储罐中的所述化学品。

6.根据权利要求4所述的系统，进一步包括混合器组件，其包括马达、和与缓冲储罐相关联的轴和叶轮，其中可编程序逻辑控制器发送控制信号以接通马达，使轴和叶轮进行旋转，从而继续搅拌从主储罐进入缓冲储罐中的所述化学品。

7.根据权利要求1所述的系统，其中可编程序逻辑控制器发送控制信号以完全打开所述夹紧阀，从而允许在冲洗工序中出现满流并且然后回到更接近确定的设定值处。

8.根据权利要求1所述的系统，进一步包括与主储罐和缓冲储罐相连通的不活性气体供应装置。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述不活性气体供气通过不活性气体加湿器，使得所述气体被不活性气体加湿器中的液体加湿。

10.根据权利要求8或9所述的系统，其中从该系统输送来的化学品为化学机械抛光组成，其主要组分为去离子水且所述不活性气体为氮气。

11.一种在包括多储罐负载传感器组件的系统中以低流速输送液态化学品的方法，所述系统包括主储罐和缓冲储罐，每一个储罐具有至少一个负载传感器和混合器，以及逻辑装置，其包括：

将主储罐与缓冲储罐隔开；

降低主储罐中的压力；

顺序向主储罐中加入液态化学品组分；

使用多储罐负载传感器组件称重每一种液态化学品组分；

将所述化学品组分混合成混合物；

向主储罐供应不活性气体；

将所述混合物从主储罐输送至缓冲储罐；以及

自缓冲储罐输送所述混合物通过夹紧阀。

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