[发明专利]容积流体输送系统中的流体状态的控制

说明书

技术领域

本发明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。更具体地，本发明提供一种改进的、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。

背景技术

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-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缩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-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1a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-压力流体分配系统。其它类型的真空-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1a，真空-压力流体分配系统通常包括两个压力-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101，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。