[发明专利]容积流体分配系统中流体状态的控制

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在流体分配系统中控制流体状态的装置和方法。更特别的是，本发明提供一种改进的装置和方法，用于在半导体制造过程或其它相关应用中控制将加工流体供给到应用点(points of use)的容积流体分配回路中的超高纯度或浆料流体的压力。

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。每个步骤要求状态的最优配置以获得半导体装置的高产出率。这些工序中的很多步骤要求使用流体，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，浆料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，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材料构造，例如过氟烷氧基(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚乙烯(PE)，并且因为它们使用惰性的压缩气体或具有惰性的润湿材料的泵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，单个的容积流体分配系统可以以足够的压力向多个应用点提供连续的加工流体供给。因此，流体分配系统的出现在半导体制造过程中起到了重要的作用。

由于种种理由(例如O型圈失效、阀失效或者含有杂质的输入流体)，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，导致之前滤过的颗粒被释放到流体中，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，正如以上所讨论的，流体分配系统常常供给许多工具。当工具需要加工流体时，该系统开始从供给管线泵送流体，这造成供给管线中的流体压力下降大约5到大约25psi。具有泵-压力容器发动机或泵-脉冲-阻尼器发动机的典型的流体分配系统不能充分地维持加工流体供给管线中的恒定或充足的压力。因此，需要有一种流体分配系统，其可以提供恒定的压力和流速并消除供给管线中流体的压力和流量波动。

图1给出了已知的具有泵-压力容器发动机的流体分配系统。泵-压力容器系统100包括泵101，通常是气动的双膜片泵，具有梭阀103。高压气源105，例如洁净的干燥空气(CDA)，将高压气体供给到梭阀103中的电磁阀103a和103b。高压气体通常利用机械的圆顶-负荷压力调节器107来调节以维持供给到电磁阀103a和103b的恒定气体压力。控制器109通过向阀交替地发送电信号以恒定的速率控制电磁阀103a和103b的循环速率。每个电磁阀103a和103b都连接到泵101的膜片，因此电磁阀的循环速率与泵101的动作速率(stroke rate)相对应。

系统100进一步包括由惰性的润湿材料构造的压力容器111，例如过氟烷氧基(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚乙烯(PE)。惰性气源113将惰性气体，例如氮，供给到容器111，作为驱动流体从容器111经由过滤器(未显示)到达流体供给管线115的动力。供给到容器111的惰性气体的压力通过机械凋节器117凋节为恒定压力。如上所述，流体供给管线115经常将流体供给到几个应用点(例如半导体加工工具)(未显示)。

泵101接收来自流体源119的流体并将流体分配到容器111的顶部。当流体被施加到容器111时，容器111中的排气孔(未显示)允许所有的气体排出。两个液位传感器121和123(即电容传感器)被用来监测容器111中处于高位(通过传感器121指示)和中点位置(通过传感器123指示)的流体液位。容器111包括内部管路(未显示)，该管路从流体入口延伸到正好位于中点传感器123下方的那一点，以避免流体流入容器时飞溅。

在工作期间，当容器111中的流体液位到达中点传感器123时，泵101起动以重新充填容器111直到高位传感器121。每当泵起动时，动作速率和供给到泵的气体压力是相同的。类似地，调节器117维持供给到容器111的恒定的惰性气体压力。