[发明专利]液体流动控制器和精密分配设备及系统

说明书

本申请为以申请日2003年7月18日且申请号03822461.5以及名称为“液体流动控制器和精密分配设备及系统”的分案申请。

技术领域

本发明涉及液体流动控制设备及装置。

背景技术

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，本发明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。

发明内容

本发明已克服了现有技术的问题，本发明包括用于监测(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。

本发明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。