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CN104681470A - 化学药液分配系统及其流量控制方法 - Google Patents

化学药液分配系统及其流量控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种化学药液分配系统，包括：储液罐，具有回液入口和出液口；化学药液循环管线，一端与回液入口相连，另一端与出液口相连，该化学药液循环管线上设有循环泵；化学药液输出管线，一端与化学药液循环管线相连，另一端与工艺单元相连，该化学药液输出管线上设有流量计及阀门元件，该流量计用于检测工艺单元输入端的化学药液流量；控制器，用于控制所述循环泵的转速。其中，当需将化学药液输送到所述工艺单元、且所述阀门元件切换为使所述流量计与所述工艺单元之间的传输路径连通之前，所述控制器根据当前流量计检测的化学药液流量控制所述循环泵的转速。本发明能够在宽范围内调节工艺单元所需的工艺流量。

Description

化学药液分配系统及其流量控制方法
技术领域
本发明涉及半导体清洗机设备，尤其涉及到一种针对清洗机设备的化学药液分配系统及其流量控制方法。
背景技术
化学药液分配系统是单晶片清洗设备研制的关键系统之一，它为整个设备在线提供满足工艺需求的一定温度、压力、流量的化学药液，从而保证晶片表面腐蚀的均匀性和一致性。图1所示为现有技术中化学药液分配系统的示意图，如图所示，该系统包括一储液罐1，储液罐1可以存储一定量的化学药液且具有回液入口和出液口；循环管线，该循环管线一端连接储液罐1的回液入口，另一端连接出液口循环管线上依次设有循环泵2、加热器3、过滤器4、压力传感器5和针阀6。从储液罐1出液口输出的化学药液经过泵2增压后流经加热器3、过滤器4、压力传感器5和针阀6，再回到储液罐1中，由此化学药液可循环利用。其中加热器3用于将储液罐中的化学药液加热到设定温度，过滤器4用于过滤化学药液中的颗粒杂质，针阀6用于调节压力传感器5与储液罐1之间管路的阻力，使得压力传感器具有较为合适的数值。经过一段时间的循环后化学药液到达所设定温度，此时泵2采用速度模式控制，即以设定转速运行。流量控制器7一端连接在针阀6与压力传感器5之间，另一端通过气动阀7连接至工艺单元8。当工艺单元需要使用化学药液时，提前将泵2切换成压力控制模式，即压力传感器5与泵2形成闭环控制，泵2根据当前压力传感器检测的压力调节其转速，等压力传感器5的压力数值稳定后，打开气动阀7，并运行流量控制器6，化学药液按照流量控制器6设定好的流量流出进行工艺。在压力控制模式下，可确保流量控制器的入口压力稳定，进而更好实现工艺流量稳定。
然而，由于流量控制器是一种成熟的市售产品，具有特定的流量控制范围，且该流量控制范围往往较窄，不能很好满足工艺对流量范围的要求，并且价格也比较昂贵。因此，需要提供一种能够在较宽范围内调节流量且成本较低的化学药液流量控制方法。
发明内容
本发明的主要目的旨在提供一种能够在宽范围内调节工艺流量且成本低廉的化学药液分配系统。
为达成上述目的，本发明提供如下的技术方案：
储液罐，用于存储化学药液且具有回液入口和出液口；化学药液循环管线，其一端与所述回液入口相连，另一端与所述出液口相连；所述化学药液循环管线上设有循环泵；化学药液输出管线，其一端与所述化学药液循环管线相连，另一端与工艺单元相连；所述化学药液输出管线上设有流量计及与该流量计相连的阀门元件，所述流量计用于检测所述工艺单元输入端的化学药液流量；控制器，用于控制所述循环泵的转速；其中，当需将所述化学药液输送到所述工艺单元、且所述阀门元件切换为使所述流量计与所述工艺单元的输入端之间的传输路径连通之前，所述控制器根据当前所述流量计检测的化学药液流量控制所述循环泵的转速。
优选地，所述控制器在无需将所述化学药液输送至所述工艺单元时控制所述循环泵的转速为设定转速。
优选地，所述化学药液循环管线自所述出液口依次设有所述循环泵、加热器、过滤器、压力传感器和节流阀。
优选地，所述流量计一端连接于所述压力传感器和所述节流阀之间、另一端连接所述阀门元件。
一种化学药液分配系统，其特征在于，包括：储液罐，用于存储化学药液且具有回液入口和出液口；循环主管线，其一端与所述回液入口相连，另一端与所述出液口相连；所述循环管线上设有循环泵；循环支管线，其一端与所述循环主管线相连，另一端与所述回液入口相连；所述循环支管线上设有流量计及与该流量计相连的阀门元件，所述阀门元件与工艺单元相连，所述流量计用于检测所述工艺单元输入端的化学药液流量；控制器，其在需将所述化学药液输送到所述工艺单元、且所述阀门元件切换为使所述流量计与所述工艺单元的输入端的传输路径连通之前，根据当前所述流量计检测的化学药液流量控制所述循环泵的转速。
优选地，所述控制器在无需将所述化学药液输送至所述工艺单元时控制所述循环泵的转速为设定转速。
优选地，所述化学药液循环管线自所述出液口依次设有所述循环泵、加热器、过滤器、压力传感器和第一节流阀。
优选地，所述流量计一端连接于所述压力传感器和所述第一节流阀之间、另一端连接所述阀门元件。
优选地，所述阀门元件为三通阀，其输入端与所述流量计相连，第一输出端与所述工艺单元的输入端相连，第二输出端通过第二节流阀与所述回液口相连。
一种化学药液分配系统的流量控制方法，所述化学药液分配系统包括：储液罐，用于存储化学药液且具有回液入口和出液口；化学药液循环管线，其一端与所述回液入口相连，另一端与所述出液口相连，该化学药液循环管线上设有循环泵；化学药液输出管线，其一端与所述化学药液循环管线相连，另一端与工艺单元相连，该化学药液输出管线上设有流量计及与该流量计相连的阀门元件，所述流量计用于检测所述工艺单元输入端的化学药液流量；以及控制所述循环泵转速的控制器。所述流量控制方法包括：当需将所述化学药液输送到所述工艺单元时，通过所述控制器根据当前所述流量计检测的化学药液流量控制所述循环泵的转速；之后当所述流量计检测的流量达到设定流量时，将所述阀门元件切换为使所述流量计与所述工艺单元的输入端之间的传输路径连通。
优选地，当无需将所述化学药液输送到所述工艺单元时，通过所述阀门元件切断所述流量计与所述工艺单元的输入端之间的传输路径，通过所述控制器控制所述循环泵的转速为设定转速。
一种化学药液分配系统的流量控制方法，所述化学药液分配系统包括：储液罐，用于存储化学药液且具有回液入口和出液口；循环主管线，其一端与所述回液入口相连，另一端与所述出液口相连，该循环管线上设有循环泵；循环支管线，其一端与所述循环主管线相连，另一端与所述回液入口相连；所述循环支管线上设有流量计及与该流量计相连的阀门元件，所述阀门元件与工艺单元相连，所述流量计用于检测所述工艺单元输入端的化学药液流量；以及控制所述循环泵转速的控制器。所述流量控制方法包括：当需将所述化学药液输送到所述工艺单元时，通过所述控制器根据当前所述流量计检测的化学药液流量控制所述循环泵的转速；之后当所述流量计检测的流量达到设定流量时，将所述阀门元件切换为使所述流量计与所述工艺单元的输入端之间的传输路径连通。
优选地，当无需将所述化学药液输送到所述工艺单元时，通过所述阀门元件切断所述流量计与所述工艺单元的输入端之间的传输路径，通过所述控制器控制所述循环泵的转速为设定转速。
相较于现有技术，本发明所提出的化学药液分配系统及其流量控制方法，通过在需要向工艺单元输出化学药液时，提前将流量计与循环泵形成闭环控制，根据当前流量计检测的流量调整循环泵的转速直至流量设定值，之后再输出化学药液，由此即便在较宽的流量计设定值范围内，也能够使工艺单元输入端的化学药液工艺流量迅速稳定地达到流量设定值；此外，由于化学药液分配系统所采用的元器件功能简单，价格低廉，也降低了整个系统的成本。
附图说明
图1为现有技术的化学药液分配系统的示意图；
图2为本发明一实施例的化学药液分配系统的示意图；
图3为本发明另一实施例的化学药液分配系统的示意图。
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
实施例一
请参照图2，本发明第一实施例的化学药液分配系统包括储液罐10，化学药液循环管线，化学药液输出管线和控制器15。储液罐10内部储存化学药液，其顶部设置回液入口，底部设置出液口。化学药液循环管线的一端与回液入口相连，另一端与出液口相连。循环泵11设于化学药液循环管线上，其输入端与出液口相连，用于驱动化学药液的流动。本实施例中，循环泵可采用磁力泵。化学药液循环管线上从出液口依次设有循环泵11、加热器16、过滤器17、压力传感器18和节流阀19。其中加热器用于将储液罐10中的化学药液加热到设定温度；过滤器17用于过滤化学药液中的颗粒杂质；节流阀19可为针阀，用于调节压力传感器18与回液入口之间的管线阻力使得压力传感器18具有较为合适的数值。化学药液输出管线一端与化学药液循环管线相连，另一端与工艺单元14相连，用于将化学药液传输至工艺单元14。如图所示，在化学药液输出管线上设有流量计12和阀门元件13。其中，流量计12用于检测工艺单元14输入端处的化学药液流量，一端连接在压力传感器18和节流阀19之间，另一端连接阀门元件13。阀门元件13用于切断或连通流量计12与工艺单元之间的化学药液传输路径。本实施例中，阀门元件13可以是气动阀。控制器15用于控制循环泵11的转速，其根据工艺需求可将循环泵的转速设定为速度控制模式和流量控制模式。这里所说的速度控制模式即循环泵11以设定转速运行，而流量控制模式则是指根据当前流量计12检测的化学药液流量来控制循环泵11的转速。具体来说，控制器15可通过使流量计12与循环泵11形成闭环控制，以例如PID或PI等算法实现对循环泵11转速的流量控制模式。
控制器15以如下方式控制循环泵11：
当无需向工艺单元14提供化学药液时，阀门元件13为关闭状态切断流量计12与工艺单元14输入端之间的传输路径，此时，控制器15控制循环泵11的转速为设定转速。
当需将化学药液输送到工艺单元14时，此时阀门元件仍为关闭状态，控制器15控制循环泵11的转速为流量控制模式，即，根据当前流量检测值与工艺单元输入端处化学药液流量的设定值来不断调整循环泵11的转速，至流量计12的检测值达到该设定值，然后阀门元件13切换为使流量计12与工艺单元14的输入端之间的传输路径连通，使得满足流量设定要求的化学药液向工艺单元14输出。之后控制器15始终以流量控制模式控制循环泵的转速，保证供给至工艺单元14的化学药液流量稳定为流量设定值。
需要注意的是，本实施例中的控制器15是独立于循环泵11的元件，但在其他实施例中，控制器15也可以集成在循环泵11中，也即是循环泵本身具有控制器的功能，本发明并不加以限制。
由以上可知，在本实施例中，当工艺单元14需要使用化学药液时，循环泵能够根据流量计检测的当前流量调整转速，即使工艺所需的流量设定范围非常大，也能够实现流量检测值很快达到工艺单元输入端所需的流量设定值。
实施例2
图3所示为本发明第二实施例的化学药液分配系统的示意图。
化学药液分配系统包括储液罐20，循环主管线，循环支管线和控制器25。储液罐20内部储存化学药液，其顶部设置回液入口，底部设置出液口。循环主管线的一端与回液入口相连，另一端与出液口相连。循环泵21设于循环主管线上，其输入端与出液口相连，用于驱动化学药液的流动。本实施例中，循环泵可采用磁力泵。循环主管线上从出液口依次设有循环泵21、加热器26、过滤器27、压力传感器28和第一节流阀29。其中加热器26用于将储液罐20中的化学药液加热到设定温度；过滤器27用于过滤化学药液中的颗粒杂质；第一节流阀29可为针阀，用于调节压力传感器28与回液入口之间的管线阻力使得压力传感器28具有较为合适的数值。循环支管线一端与循环主管线相连，另一端与储液罐20的回液入口相连。如图所示，在循环支管线上设有流量计22、阀门元件23和第二节流阀30。其中，流量计22一端连接在压力传感器28和节流阀29之间，另一端通过阀门元件23与工艺单元24相连，流量计22用于检测工艺单元24输入端处的化学药液流量。阀门元件23可切断或连通流量计22与工艺单元24之间的化学药液传输路径。本实施例中，阀门元件23为三通阀，输入端与流量计22相连，第一输出端连接工艺单元的输入端，第二输出端通过第二节流阀30连接至储液罐20的回液入口。第二节流阀30可为针阀，用于平衡三通阀23第二输出端的支路总阻力，使得三通阀23两个输出端处的管路阻力相同，也即是第二输出端与回液入口之间管路阻力与工艺单元24输入端阻力相同。控制器25用于控制循环泵21的转速，其根据工艺需求可将循环泵21的转速设定为速度控制模式和流量控制模式。与上述实施例相同，流量控制模式是指根据当前流量计22检测的化学药液流量来控制循环泵21的转速，具体来说，控制器25可通过使流量计22与循环泵21形成闭环控制，以例如PID或PI等算法实现对循环泵21转速的流量控制模式；速度控制模式则是指循环泵21以设定转速运行。
控制器25以如下方式控制循环泵21：
当无需向工艺单元24提供化学药液时，三通阀23的第一输出端关闭，切断流量计22与工艺单元24输入端之间的传输路径，此时，控制器25控制循环泵21的转速为设定转速。
当需将化学药液输送到工艺单元24时，三通阀23的第一输出端仍为关闭状态，控制器25控制循环泵21的转速为流量控制模式，即，根据当前流量检测值与工艺单元输入端处化学药液流量的设定值来不断调整循环泵21的转速，至流量计22的检测值达到该设定值，然后三通阀23的第一输出端开启使流量计22与工艺单元24的输入端之间的传输路径连通，使得满足流量设定要求的化学药液向工艺单元24输出。之后控制器25始终以流量控制模式控制循环泵的转速，保证供给至工艺单元24的化学药液流量稳定为流量设定值。
本实施例中的控制器25是独立于循环泵21的元件，但在其他实施例中，控制器25也可以集成在循环泵21中，也即是循环泵本身具有控制器的功能，本发明并不加以限制。
相较于第一实施例，本实施例增加了循环支管线的设计，储液罐20中的化学药液经循环泵21增压后，经过加热器26、过滤器27和压力传感器28，然后分成两路回到出液管20。通过该循环支管线的第二节流阀30平衡三通阀23两个输出端的管路阻力，在三通阀23切换至工艺单元23之后，循环支管线中的管路压力保持稳定，此前已经达到设定流量的流量计的检测值也不会再发生波动。另一方面，循环支管线内的化学药液在循环过程中被加热器26加热至所需的工艺温度，当三通阀23切换至工艺单元23之后，管路热量损失较小，该化学药液的温度改变也较小。
综上所述，本发明所提出的化学药液分配系统及其流量控制方法，通过在需要向工艺单元输出化学药液时，提前将流量计与循环泵形成闭环控制，根据当前流量计检测的流量调整循环泵的转速直至流量设定值，之后再输出化学药液，由此即便在较宽的流量计设定值范围内，也能够使工艺单元输入端的化学药液工艺流量迅速稳定地达到流量设定值；此外，由于化学药液分配系统所采用的元器件功能简单，价格低廉，也降低了整个系统的成本。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (13)

1.一种化学药液分配系统，其特征在于，包括：
储液罐，用于存储化学药液且具有回液入口和出液口；
化学药液循环管线，其一端与所述回液入口相连，另一端与所述出液口相连；所述化学药液循环管线上设有循环泵；
化学药液输出管线，其一端与所述化学药液循环管线相连，另一端与工艺单元相连；所述化学药液输出管线上设有流量计及与该流量计相连的阀门元件，所述流量计用于检测所述工艺单元输入端的化学药液流量；
控制器，用于控制所述循环泵的转速；
其中，当需将所述化学药液输送到所述工艺单元、且所述阀门元件切换为使所述流量计与所述工艺单元的输入端之间的传输路径连通之前，所述控制器根据当前所述流量计检测的化学药液流量控制所述循环泵的转速。
2.根据权利要求1所述的化学药液分配系统，其特征在于，所述控制器在无需将所述化学药液输送至所述工艺单元时控制所述循环泵的转速为设定转速。
3.根据权利要求1所述的化学药液分配系统，其特征在于，所述化学药液循环管线自所述出液口依次设有所述循环泵、加热器、过滤器、压力传感器和节流阀。
4.根据权利要求3所述的化学药液分配系统，其特征在于，所述流量计一端连接于所述压力传感器和所述节流阀之间、另一端连接所述阀门元件。
5.一种化学药液分配系统，其特征在于，包括：
储液罐，用于存储化学药液且具有回液入口和出液口；
循环主管线，其一端与所述回液入口相连，另一端与所述出液口相连；所述循环管线上设有循环泵；
循环支管线，其一端与所述循环主管线相连，另一端与所述回液入口相连；所述循环支管线上设有流量计及与该流量计相连的阀门元件，所述阀门元件与工艺单元相连，所述流量计用于检测所述工艺单元输入端的化学药液流量；
控制器，其在需将所述化学药液输送到所述工艺单元、且所述阀门元件切换为使所述流量计与所述工艺单元的输入端的传输路径连通之前，根据当前所述流量计检测的化学药液流量控制所述循环泵的转速。
6.根据权利要求1所述的化学药液分配系统，其特征在于，所述控制器在无需将所述化学药液输送至所述工艺单元时控制所述循环泵的转速为设定转速。
7.根据权利要求6所述的化学药液分配系统，其特征在于，所述化学药液循环管线自所述出液口依次设有所述循环泵、加热器、过滤器、压力传感器和第一节流阀。
8.根据权利要求1所述的化学药液分配系统，其特征在于，所述流量计一端连接于所述压力传感器和所述第一节流阀之间、另一端连接所述阀门元件。
9.根据权利要求1所述的化学药液分配系统，其特征在于，所述阀门元件为三通阀，其输入端与所述流量计相连，第一输出端与所述工艺单元的输入端相连，第二输出端通过第二节流阀与所述回液口相连。
10.一种化学药液分配系统的流量控制方法，其特征在于，所述化学药液分配系统包括：储液罐，用于存储化学药液且具有回液入口和出液口；化学药液循环管线，其一端与所述回液入口相连，另一端与所述出液口相连，该化学药液循环管线上设有循环泵；化学药液输出管线，其一端与所述化学药液循环管线相连，另一端与工艺单元相连，该化学药液输出管线上设有流量计及与该流量计相连的阀门元件，所述流量计用于检测所述工艺单元输入端的化学药液流量；以及控制所述循环泵转速的控制器；所述流量控制方法包括：
当需将所述化学药液输送到所述工艺单元时，通过所述控制器根据当前所述流量计检测的化学药液流量控制所述循环泵的转速；
之后当所述流量计检测的流量达到设定流量时，将所述阀门元件切换为使所述流量计与所述工艺单元的输入端之间的传输路径连通。
11.根据权利要求10所述的流量控制方法，其特征在于，还包括：当无需将所述化学药液输送到所述工艺单元时，通过所述阀门元件切断所述流量计与所述工艺单元的输入端之间的传输路径，通过所述控制器控制所述循环泵的转速为设定转速。
12.一种化学药液分配系统的流量控制方法，其特征在于，所述化学药液分配系统包括：储液罐，用于存储化学药液且具有回液入口和出液口；循环主管线，其一端与所述回液入口相连，另一端与所述出液口相连，该循环管线上设有循环泵；循环支管线，其一端与所述循环主管线相连，另一端与所述回液入口相连；所述循环支管线上设有流量计及与该流量计相连的阀门元件，所述阀门元件与工艺单元相连，所述流量计用于检测所述工艺单元输入端的化学药液流量；以及控制所述循环泵转速的控制器；
所述流量控制方法包括：
当需将所述化学药液输送到所述工艺单元时，通过所述控制器根据当前所述流量计检测的化学药液流量控制所述循环泵的转速；
之后当所述流量计检测的流量达到设定流量时，将所述阀门元件切换为使所述流量计与所述工艺单元的输入端之间的传输路径连通。
13.根据权利要求12所述的流量控制方法，其特征在于，还包括：当无需将所述化学药液输送到所述工艺单元时，通过所述阀门元件切断所述流量计与所述工艺单元的输入端之间的传输路径，通过所述控制器控制所述循环泵的转速为设定转速。
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