混合過程原料的方法和設備的製作方法
2023-06-14 04:22:41 3
專利名稱：混合過程原料的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明技術背景需要對過程原料進行混合，例如，在半導體工業中。在典型的混合方法中，這裡有兩種混合形式，佔據著供應系統市場體積和質量。兩種模式都是定量的技術，假定進來的液體都是統一的流，在實驗基礎上特定的化學成分在整體物質中的百分含量在小範圍內的變化。大多數情況下，這些小的變化在幾個百分點範圍內；例如，半導體級別的過氧化氫，典型的假設為佔重量的30％左右，可以在28％到33％之間。當目標混合物需要最終的幾種化學成分將由重量上的1％的十分之幾到上面所說的4％，加入的化學製品的質量百分比的變化範圍較寬，變化將導致需要校正最終溶液。可以用離線和在線技術來校正最終溶液，範圍從樣品的收集和實驗室分析到使用自動樣品分析系統進行樣品的轉移和分析。為了在生產環境中使用，液體化學製品混合物要等待改變，很長時間才可以得到最後的驗收。
在化學中應用當前混合液的模式包括使用體積或物質測量儀器分配各所需成分。體積測量儀器包括流體流量測量儀或水準傳感裝置。流體流量測量儀通過一些設備來測量液體的體積。比如，蹼輪，渦輪，超聲頻率，不同壓力測量系統等。水準傳感測量儀可以測量導管中的液面高度和通過已知導管的截面面積得到液體的體積。
體積測量儀利用各種形式的流體流量測量儀，和水準測量儀元件測量進入混合容器中的液體體積。體積在一段時間內被傳遞，會隨著所需要輸入的由各種液體所需要的量確定的流動參數變化。進入參數的變化可能基於維持系統，典型的提供壓力和能夠經受供應混合系統的流速變化。變化可能是由供給系統中的傳輸機構的模式，供給線上的摩擦損失或由於供給裝置在化學過程工具中的位置導致的。任何一種都會降低原料供給速度，增加了單獨供給流對混合容器提供液體的時間。
每一形式的測量儀器在測量過程中都會產生一些形式的錯誤。可以是設定的百分比的形式，基於設備的靈敏度。百分數可以是已知的，連續的值，被應用於整個流體測量儀的工作範圍內。有時候涉及到全部刻度。另一種錯誤可以是讀數的百分比，它隨著流動的增加而增加。一個例子流體測量儀的全程誤差為0.1升每分鐘並且每分鐘流量在1-10升的範圍內其誤差均為0.1升每分鐘，與流量無關。這種流量計適合於在高流速下使用，因為此時誤差率較小。因為誤差值是恆定的，所以在流速增加其誤差率就會降低，在流速為1升每分鐘時為10％，在流速為10升每分鐘時為1％。另一個例子流體測量儀的誤差率在每分鐘流速1-10升時為1％。當流速增加時，誤差率恆定的保持在1％。無論流速如何變化其誤差率均為1％。在液體通過測量儀到達混合容器中時，各種誤差值由誤差率，無論是固定誤差率還是固定的誤差百分率，和流體通過流體測量系統的時間數值計算出的。在一個過程中是一個恆定的值，典型的受到系統工作的影響。
在各例子中，液態化學製品混合程序的最終結果是具有一定體積，包括特定成分的液體。這個成分具體來說是從許多比率中選擇的特定化學種類，反應物，開始成分，預先混合率和其他液體或粉末類型。成份要求必須保持一定程度的公差，或本批次的成分由於特殊程序，必須被表現為不能被接受。一種酸稀釋的例子，更加特別的是氫氟酸，用來腐蝕晶片基板。腐蝕是將晶片基板浸入氫氟酸洗池中完成的，可以在酸浴的過程中完成一致的腐蝕。這個過程要求酸具有特定的濃度，經過一段時間後，腐蝕速度應相同，濃度過低不能夠腐蝕到位，不能夠使後續步驟需要的晶片暴露出來，過高的濃度會將基板暴露出來得到一個被損壞的晶片，增加廢品率。另一個關於帶有金屬連接的晶片基板的化學和機械拋光或平坦化，包括鎢或銅連接。研磨懸浮液中包括惰性原料，比如，二氧化矽，氧化鋁，分布在作為載體的非電離水中，添加了其它的化學製品來維持腐蝕過程中液體的PH值。漿中包含著氧化成分，比如，過氧化氫，硝酸鐵，碘酸鉀，這裡氧化劑會與基板中的金屬成分發生置換反應，通過化學鍵，氧化金屬離子。惰性研磨劑，起到了機械載體作用，與拋光面向接觸，移動被氧化的金屬，將新的待處層暴露出來。還有，過程中要保持氧化物的濃度來保證統一的移動速度，晶片對晶片，貫穿整個生產過程。如果氧化成分變化了，一種情況時低於要求的氧化物濃度，那麼不完全移動就會發生，遺留部分平坦化晶片；如果氧化劑含量大於要求濃度，晶片表面被過分拋光，並且甚至在一些情況下，會危害到晶片，導致報廢。
為工作過程保持一個持續混合化學製品的供應，在半導體晶片基板生產過程中，對於貫穿於整個生產過程製造方法是很重要的。因為瓶頸效應的發生會降低晶片通過生產設備的速度。液體化學製品混合和分配系統中出現的瓶頸現象是由於流量的調節造成的，作為通過調節流體流量的方法達到精確混合成分的結果。這些因素歸結於混合過程包括添加各個液流進入系統中，循環的產品作為糾正作用的化學製品加入程序中，將這些成分混合在一起達到一個需要的混合物。測量混合物與程序要求的條件之間的差異，隨後添加化學製品到不符合規格的那批混合物中。循環時間要先於測量，並且重新規定混合標準。在一批混合物濃度超標的情況下，有些系統並不具有調節混合物的功能，只能引導混合液體到排出線，重新啟動整個批次程序。這樣排出一批化學製品會導致時間和化學試劑的浪費。
添加過程原料到混合容器中需要被監控或定時的測量其質量或體積差異。典型的質量差異-定時添加可以包括使用在安裝在容器或箱上的刻度。在這種系統內，每一種過程原料都是單獨添加的，一種自動控制系統是不能夠測量同時添加的兩種過程原料的相對數量的。典型的體積差異-定時添加可以包括使用流量計。在另外的情況下如果添加的原料超出了限制範圍，這裡並沒有可以對這種不符合規定的混合物的立即控制方法，直到在最後測量混合物的接受條件。
很多已有程序需要精確添加過程原料來製造一批符合預先要求的過程原料。此外監控投入原料的測量儀器也需要十分精確，來實現各批之間的同樣性。在大多數的應用中，甚至較小的程序變化都可以導致各批間混合物的很明顯的差異，使得混合物不能按照要求被使用。
在晶片一體化製造技術的全部產品範圍內，這裡半導體基板和設備晶片可以分步驟生產，包括去除不需要的層，作為沉積步驟的結果，需要平坦化步驟，和腐蝕作用。這些作用都是有基本時間要求的過程，這裡晶片基板被以浸入溶液浴或溶液槽中的方式暴露在溶解液中，在清洗程序中將化學溶解液衝淨，經過化學和機械拋光之後去掉了物質並為接下來的步驟準備好了表面。因為製造晶片基板的費用很高，所以每一批化學混合劑均需要很精確的配置。各批之間濃度一定要一致；以保證全部晶片生產過程生產出的晶片相同。
多種化學配置方法成為系統研磨液需要的顯著特徵，快速的CMP(化學機械平坦化)清理，電鍍浴，顯影等。藥品配置方法需要規定濃度標準達到或低於1％。這些配置方法可以在1∶1直到1∶1000的範圍內。正確的列出系統成分清單是每個系統設計工程師需要完成的任務。
本發明的概述在一個實施例中，本發明將重點集中在一個包含用來投放第一種和第二種化學製品的第一和第二輸入口的混合室的混合系統上。第一輸入口與第一閥門相連，第二輸入口與第二閥門相連接。系統包括連接到混合室上的循環線，接受第一第二原料的混合物，並將混合物回送到混合室中。循環線上安裝了傳感器，傳感器與控制器相連，用來控制由第二輸入口進入的第二種化學製品，已達到對第二種化學製品在混合物中的濃度要求。
在另一個實施例中，本發明將重點集中在至少用於混合兩種物質的包括混合室在內的混合系統，混合室由第一和第二輸入口用來接收第一種和第二種原料，另外還有一個出口用於將第一種和第二種成分的混合物輸出到工具中，和循環線的輸入口和出口。系統還具有一定的方法可以在循環線上分析混合物並調節第二種成分投入混合室的量。
在另一個實施例中，本發明將重點放在用於混合兩種以上成分達到預先設定濃度的方法上。第一種成分被大量的投入混合室中，第二種物質被放入混合室中形成混合物。在混合物重新流動時測量混合物的特徵，和調整流入混合室的第二種物質達到預定的濃度。
視圖的簡單描述本發明將通過實施例參照所附示圖進行描述，其中
圖1-13本發明混合程序一個實施例的過程14是本發明混合過程實施例的示意15是分級閥門工作添加化學製品接近預先設定點或終點濃度邏輯示意16是另一個被控制閥門工作添加化學製品接近預先設定點或終點濃度邏輯示意圖。也包括詳細地描述了過程中添加濃縮化學製品到系統中速率控制曲線。
圖17是實際數據表現10個循環，將49％重量含量的氫氟酸加入非電離水中，達到希望的最終設定點質量濃度為0.5±0.005％的氫氟酸。
圖18是實際數據表現使用在線傳到感應來糾正混合控制添加的兩部分鈰基硫的7種單獨混合的5個單獨循環的平均圖。
圖19是圖18的錯誤百分比圖，表現了批次之間鈰基硫的不同，和附加計算出的，設定點與實際之間的不同除以設定點乘以100％的數值。
本發明的詳細描述本發明主要介紹了用於將化學製品混和達到同性質的方法，使用質量測量裝置來測量配置方法終點的特殊參數，特別的用於稀釋和混合超高純度的化學製品，用於製造業和半導體設備基板和全部晶片裝置的處理中。該工序也可被用來混合應用在半導體設備基板平坦化中的研磨劑的膠質懸浮液。
下文中，本發明是為了建立一種過程，可以節約用於檢驗的時間並且接受液體化學批次。經過分析和校正經過物理混合過程的一批化學製品，還調整化學製品加入到該批次系統中的流速來達到所需求的最終濃度。
本發明著重介紹混合固定的進入大濃度的液態化學製品，用來在處理和製造半導體設備基板和設備晶片的系統。合適的過程應用於半導體設備基板和設備晶片由以下因素導致的所需的準確度和精確度。
本發明的一個實施例，主要介紹了混合系統，包括多種濃縮液態化學製品的供應線，為系統提供基礎的，濃縮的，大量的化學製品，包括非電離水，多種濃縮液供應管可以用自動雙向和變化控制閥可以準確地處於打開或關閉的位置，將提供管和混合容器阻斷。混合容器可以包含多重連接提供供應，輸入口和排放口。系統可包括混合容器在線化學製品濃度監視器，泵機械和附加閥提供引導液體用於混合，排出和移動功能。混合系統還可以包括過程控制系統包括控制器，輸入裝置，用來控制系統內流動的連接閥。附加設備可以結合起來保證安全和提供報警功能來減少物質損害和健康的危險。
閥門下遊的供應線可以連接在混合容器上，其包括供給和返回口，排放口和溢出口。供應線可以連接在與泵機械連接的在線儀器上。儀器處於泵機械和混合容器中間位置，可在泵機械壓力輸出的波動變化前測量出關於混合同質性的濃度信息，但是一些儀器並不受壓力脈衝的影響。泵機械與過程管相連，是過程排出線和循環線的分支。過程排出線可以允許系統在任務中排出成分，用來去除殘留物和修護的衝洗或用於在特定混合中，排出部分不需要成分。循環線與另一分支相連，可以使成分在混合過程中循環回到混合容器中或傳送到日常箱中，為循環程序圈提供持續的供給來現實使用的目標濃度。
本發明還主要介紹了混合過程原料的系統。該混合系統適用於混合和按使用要求供應過程原料。過程原料就是任何可以由導管輸送的液體原料。例如，過程原料可以包括水，各種化學製品，固體懸浮液，泥漿或類似的其他物質。雖然本發明混合系統可以用來混合任何需要混合的過程原料。特別要求混合液具有超高的純度的化學製品和磨料懸浮液和其他混合物均有準確和細緻的要求。特別是在半導體裝置和晶片基板的製作過程中。
本發明的混合系統的過程控制系統可以包括控制器，輸入裝置和多重氣動電螺線圈閥。排放壓縮空氣開動部分元件。例如在處於自動環境下的系統中的閥。控制器可以是任何可以接收信號的輸入，並能執行該信息的儀器，基於一系列的協議和算法，實施一系列的操作。例如，控制器可以是微處理器設備，例如計算機和程序邏輯控制器(PLC)。過程控制系統的輸入裝置可以被連接到控制器上，為將要被混合的過程原料提供輸入信號。輸入設備可為任何可接收信息並將信息傳遞給控制器的設備。例如，輸入設備可以是鍵盤或管理控制和數據獲得(SACDA)節點。
過程控制系統的許多閥門可被連接到一個或多個原料供應線和控制器上。例如，閥門可安裝在材料供應線上，控制通過或在原料供應線中流動，並且由控制器控制。因此，控制器可以通過閥門按照輸入設備提供過程原料達到設定混合液，控制流過或進入原料供應線中的液流。將混合系統作為一個整體觀察，可以清楚的知道混合系統有能力通過用戶的輸入原料提供特殊的混合液。這種對過程原料的混合可以沒有間斷的持續進行，直到達到使用點。也應該知道，控制器可以吸收附加的輸入原料在混合過程中起到幫助作用。例如，控制器可以由與過程原料和過程環境相配的過程傳感器那裡獲得信息。這些特徵被使用在自動環境中。完整的聯絡系統是最重要的。還應意識到控制器也可以控制混合過程的其他方面，並可有選擇的操作這些儀器或系統給予過程原料狀態傳感器輸入的信息。
本發明可以適用於很寬範圍的應用中，基於本申請本發明的實施例是可以變化的。例如，在需要監視過程原料的地方，比如混合容器的溢出，系統內的滲出或錯誤的閥門。可以使用傳感器，並且這些傳感器會隨著過程原料變化，同樣的混合系統的結構，例如管子，桶和儀器接觸面和泵，可根據特殊的過程原料的改變而變化。例如這裡的過程原料可能是粗糙的和具有腐蝕性的，例如在半導體工業中經常使用的拋光泥漿和化學製品，這些結構可以由塑料製成，例如含氟聚合物，該原料與已知的主要化學製品中具有化學穩定性，或聚丙烯這種原料適合在晶片的化學機械拋光中的多種研磨成分。
參考附圖，尤其是圖14表現了本發明的一個示例性的實施例。在圖14中，外部的供給開始變得複雜，在液態狀態下，由供給系統輸入並通過控制閥1和控制閥2控制。控制閥可以由改變密封面的位置來控制流經儀器的化學製品速度，例如，橫跨流路的密封薄膜。由電子控制閥門的形式，例如，層式閥或指示閥或氣動閥門。例如雙重激勵閥門。這裡由主艙門提供壓力，密封面由二級口提供壓力保持原位。速度控制閥允許整體流路減小到一個細縫可通過液體滴或完全關閉。在一些情況下，在流控制閥門上遊下遊的位置上都放置附加閥來提供服務，保證全關閉，並且是一些生產設備中對安全的要求，需要確定絕對的關閉，或安全失效程序被使用在人員出現的區域內。
輸入化學製品流速控制是由在現探測儀器和設備測量的濃度決定的。將要被混合的化學製品和化學製品的種類數量決定了儀器的選擇。最小數量在線儀器是一個，例如，用傳感探頭在氫氟酸被未電離的水由重量濃度49％稀釋到重量濃度0.5％的過程中探測液體濃度變化。這種儀器包括PH值探針，ORP探針密度測量儀，超聲衰減，傳導性，電動電勢，投射光譜，吸收光譜，比濁法，散射比濁法或其他光譜分析技術可以測出一種化學製品在溶液中的濃度。光學儀器也被使用，例如，在一定波長的光線可以集中顯示特定的化學種類。可以通過比爾-朗伯(beer-lambent)法則測量濃度，由於化學核素在某波長範圍內很活潑，許多光學傳感器可以用來測量多種化學溶液，目標單獨種類和測量化學濃度的準確性。這樣可以允許程度原料按順序加入或同時加入。這樣仍可以被單獨探測，也可以在各種原料的相互作用下，在感應數據中可能沒有確定時與其他的測量方法相對照。
混合液態化學製品的步驟可參照圖15和圖16來解釋兩種不同方法來達到相同的，準確和重複生產的混合液。在任意一個中，大量的液體被標準的雙路控制閥連接在與混合容器連接的混合液體控制器上。液體控制器用來減少突發事堵塞或系統波動，如已知的水錘。使初始的大量液體以平穩快速的狀態來進入混合容器。當初始液體加入混合容器中程度傳感器被安裝在特定的位置。一個特定的液體高度。傳感器準確的高度對於生產的準確地重複生產混合液不是很重要。安裝位置在整個循環過程中可以有幾個變化，並且不會影響到最終化學批次。必要的指出，關於程度傳感器位置可以粗略被要求來確定混合容器中需要混合化學製品的總體積。這個位置可被大概的計算出，並在容器內作以標記或是在放入危險成分時，例如水，可以很容易的被發現。傳感器可以促使泵工作開始循環在混合容器內的液體成分來實現化學濃度監視器上的唯一讀數。在系統處於完全的生產環境中，在混合容器中有上一批次殘留的液體，可以被加入的出時液體化學製品稀釋並作為輸出溶液或在現設備中的數值記錄下來。混合容器使用靜態攪拌設備例如噴灑頭，噴射器，噴淋器，或噴頭，可能使各成分達到統一的濃度。這種固定攪拌設備可實現在混合容器中初始化學製品的湍流。根據程度傳感器的位置初始成分增加率可能被次級程度傳感器的信號控制，在控制平臺上的控制器或過程器，例如可編程邏輯控制器，可以並關閉雙路閥停止加入初始液態化學製品。混合容器中的成分，大量的初始液態化學製品和前面批次殘留的混合液在泵機械中循環並返回混合容器直到在線儀器的測量值達到一個統一的讀數。舉例說明，5加侖的混合容器循環著由非電離水和殘留的質量濃度為0.500的氫氟酸，在線系統輸出值達到統一值的平均時間為不到10秒，使用並且平均的泵流速為3加侖每分鐘。
當循環步驟完成後，化學製品輸入閥門打開允許混合的化學製品試劑按順序進入，每種化學製品均以最大流速進入。當化學製品流進容器中並與基礎液混合。化學製品濃度監視器開始記錄變化的輸出值。信號隨化學製品的加入時間上升。隨著所需被混合化學製品濃度的上升過程信號可以以兩種方式調整可變控制閥控制化學製品進入的速率。在圖15和圖16中有顯示，圖15表現的是過程這裡有通過過程器(比如控制平臺上的過程器)時間設置的普通的雙路活動閥來代替多種控制閥。閥可以快速的打開和關閉，將所需的少量化學製品投放到容器中混合。步進過程工作速度可以由在線濃度儀器記錄的上升值來控制。步進程序可以使小部分所需要的化學製品投入，直到達到設定點並完成該程序。圖16顯示一個使用可變控制閥的程序，這裡化學製品的進入由流量的時間控制。如監視器記載的化學濃度的增加，可變控制閥就會減少所需化學製品的投入混合容器的速度，這個連續程序規定了流動模式終點在步進模式下以快速方式達到，過程控制的兩種形式可以由儀器記錄的變化速度和傳遞這個信號到控制器，來制定表現為閥門工作的變化。
這個程序在未達到所需的設定點之前不會完成，解決混合過程中的特殊情況，一種情況下混合溶液的濃度高於所需要的，故障保護子程序將在以下的程序中被糾正。這個過程部分排出混合容器中的成份，使用排出程序，泵後機械，使小部分多出的混合液從管中排出，這個量通過一個簡單的時間設置控制的排出閥實現。排出了小部分體積，過程排出線關閉，系統開始新循環。由於排放口的關閉，一小部分初始化學溶液被加入到混合容器中。也通過時間設置控制初始的大量化學溶液，完成了初始的大量化學製品的溶解，步進閥開始運作和可變控制閥附加程序開始工作。
這個程序可使準確和重複生產的化學溶液的混合程度加快，有小損失在最終的過程混合中發生。與其他形式的系統相比較，其速度比現有的要快2倍，發布程序通過這個程序實現。
在半導體程序中，拋光泥漿作為拋光介質在半導體晶片的製造中使用，你將還被用於光學透鏡的拋光和其他的與盤相關種類。將的拋光效果由液體中的優化進入研磨例子決定。在半導體工業中典型的研磨劑是矽，鋁和二氧化鈰。漿中的研磨劑是按照顆粒大小分類和製造的，典型的漿包括直徑由0.5微米到0.3微米，並在每立方分米中有1012個粒子。
為了監視拋光泥漿在半導體生產過程中的變化的一種儀器被用來測量密度。例如密度計就是很好的選擇。測量密度是檢驗濃度的方法，例如，在拋光泥漿中密度與其中每單位體積的固體相關。
在拋光泥漿作用過程中，有設備測量PH值，例如，優選PH傳感器，但不是總需要的。如果拋光泥漿的PH值高於所需的，則拋光泥漿會更加粗糙會將晶片上其他的物質腐蝕下來，同時PH值要是過低的話，那麼在晶片上發生的化學反應就會很少或根本沒有化學反應的發生。
在半導體程序中包括化學機械平坦化效應，多種化學製品被用作發應物或氧化劑為晶片拋光，如清洗溶液，後清洗溶液和顯影溶液。這些化學製品被典型的以初始濃度形式輸送，典型的被用於拋光的化學製品包括過氧化氫，氫氧化鉀和氫氧化銨。過氧化氫作為氧化劑，用於去除晶片上面的金屬塞和金屬層。控制過氧化氫在混合液中的含量就可以控制從晶片表面去除物質的速度。典型的過氧化氫通常由重量濃度30％到幾個百分點。例如2-4％重量濃度。氫氧化鉀被用在內置絕緣體(LCD)拋光步驟中，用來控制過程原料的混合的PH值，來提供需要的二氧化矽拋光層。過氧化氫和過氫氧化銨混合劑，是典型的清潔和清洗溶液，比如這些混合物仍未使用兩者就會完全反應生成水和氨，從而優選的本發明中用這些混合物。
其他設備也可以用於測量和監視這些化學過程原料，並且優選的使用在半導體工業中，使用來確定濃度和反映的，例如傳導率傳感器和氧化還原電位傳感器。特別的，傳輸設備可用來測量化學製品的濃度。如表中的傳導率與下面這些參數相關，化學製品濃度，無論在百分重量比例根據與全部原料的比，和通過普通化學術語是每升溶液的分子當量或摩爾濃度，是每升溶液中特殊物質的摩爾數。這裡溶液在多數情況下是非電離水。從而通過對傳輸的過程原料的監視，濃度可以以過程溫度推算。因為傳導率是溶液溫度作用的，這就有必要了解目標濃度的電導係數和溫度間的關係。了解了這個關係和聯繫到控制系統，不考慮混合過程中的溫度變化，目標傳輸必須達到特殊的終點與溫度相關。對於化學製品濃度的分配也在本數值確定後完成。
本發明的這個實施例主要應用在溶液基礎終點的探測，優於多重流量計和分配/變化技術，當前的例子包括使用工具和流量計來分配預先設定的化學製品體積。使用傳輸反饋環確定溶液。現有形式的批量混合程序面臨的問題包括由於分配原料的質量測量儀的刻度偏差造成的錯誤，由流量計偏差造成的錯誤和用來確定和進入混合液中的傳輸探針偏差造成的錯誤。
這裡使用的一些名詞含義如下傳導性對物質的電學屬性的測量，一般在液體中被描述為測量特殊數量的電阻，已知的距離下單位是歐姆(ohms)。
POU使用點。在液體系統中特殊的位置，這裡用來混合需要的化學製品(或一系列已經混合的化學製品)這個位置不需要是一個實際的工具(例如半導體過程工具)，但是分配的位置。
Cv與在一定時間內通過一個孔的體積流速相關的流量因素，表示為1psig的壓降。
Psig線路中壓降量度，磅每平方英寸UHP(超高純度)具有極少的微粒和特殊金屬離子的汙染的化學製品。這些化學製品還要經過進一步的篩選，去除系統自身產生的粒子。由於純度的程度不同，任何對於金屬表面的暴露都會將金屬離子引入溶液中。特殊的純度要求指定了使用含氟聚合物原料。
ABS數學方面的絕對值，用來作統計分析。
系統工作典型的混合過程。
參考圖14，本發明混合系統的一個特殊實施例的工作過程將要以示例的形式描述。初始閥1(典型的氣動閥)可以打開，允許DI水進入混合容器10達到預定體積。箱10的體積由最終混合液的體積確定，最終混合液的體積要達到箱體積的75-85％。這個絕對的最終液體體積按照SEMI標準。
閥1的狀態(打開或關閉，以及打開關閉的程度)可以由程度傳感器12控制。當DI水的體積激活了傳感器，閥1關閉並在當前的混合中如果沒有超過濃度的發生(下面的描述)就不會被再次使用了。關於程度傳感器的選擇，使用在半導體工業中的混合原料在結構上是一致的，傳感程度應該是靈敏的。
由於對程度傳感器12的觸及，泵14開始循環箱中的成分。也可以通過噴頭16來攪動箱中的成分，以縮減混合時間，在沒有攪動(例如沒有噴頭)的情況下。如同系統循環的ID水，化學製品可以由打開的閥門2(典型的氣動閥門)進入混合容器10。
初始化學製品為最終的程序提供可以是持續的壓力提供或機構提供。化學製品的供應線可以是這樣的，流速可以明顯的通過已知的，非賦能方法。這可以包括減小循環線的大小由1/2管道到1/8管道，和一個在供應線上的針狀閥來實現。
傳導率探測針18、20可以用來測量混合液體的傳導性質的變化，從這個數值超過純ID水(18M ohm)到最終的數值，已知的預先設定的最終值。兩個探針可以用作監視器觀察和平均傳導率的值，或者用來冗餘，儘管只有一個探針是有效的。
當傳導率的數值接近目標點(例如75％的最終值，儘管目標點會隨著要求而變化)，閥2可以關閉一段時間，來使得混合成分被混合併且達到一個穩定的傳導率。在達到成分的穩定以後，閥2可以準確的以快速的方法打開或閉合，向箱內排放初始的化學製品。每一次對閥門2的開啟，系統成分會有一段附加時間的循環，直到成分達到一致。
當最終的混合要求達到以後，箱中所有的成分可以由次級系統通過閥門3(典型的3路氣動閥門)從箱中排出。
如果在混合循環過程中傳導率兩探針探測到的數值在大於一個設定時間(例如幾秒)中大於設定值(例如3％)，或兩探針探測數值的平均值在大於一個設定時間地時間段內大於設定的初始值，系統就會開始啟動下面的超濃度子程序。程序傾洩閥4(典型的氣動)可以被打開到過程排出管22。化學製品就會被在一個設定時間段(例如幾秒鐘)內從系統中排出。排出的化學製品的量可能接近初始化學製品批次的10-15％。再次加入DI水後系統濃度就會低於初始的設定值。DI水通過打開的閥門1進入，直到傳感器12關閉DI水的進入閥門1。在這個點上，閥門2可以由上面描述的方法控制達到所需的濃度。
應用在半導體工業系統中的典型系統組成DI輸入口對於選定的psi的簡化的3/4輸入口水流化學製品輸入口簡化的3/8-1/2輸入口水流輸入口水流的20-45psi壓力提供提供由於小於或等於3psi的整個波動導致的壓力波動氣動輸入口氮，被過濾到10微米流體，液體半導體工業中的化學製品接觸的表面，特福龍或類似的，氟化的，聚合體。
外表面，暴露在周圍大氣中，非-UHP要求，可以為金屬，優選的為316不鏽鋼，氟丁二烯。
工作環境設定的周圍環境為15-25℃溼度％RH(相對溼度)40-85％所有暴露的液體表面均在引入的空氣下混合規範的例子
下面的表格中給出了根據本發明的混合化學製品例子，包括典型的混合成分
混合的精確度優選的，本發明混合系統達全部精確的驅動設備是傳導率傳感器。在一些實施例中，這只是探針和/或混合的控制設備。因此儀器的精確性是嚴格要求的。仔細的按照最終的混合值對探針進行評價，減少附加值，例如20％。
全部的混合準確率可以在每個單獨的混合過程的設定點的±2％之內。混合過程可以被定義為單獨的成分批次，從開始到結束，伴隨著任何需要DI水衝洗和/或N2/CDA清洗。精度被定義為((ABS|測量值-理論值|)/(理論值)*100％)＜X(X可以為2％)。
混合液重複可生產可以為(統計學偏差(第一∑)＞100測量點)/實際流量＜0.001流量範圍中間刻度。
程序的準確率可以＜特殊成分目標點的±1％。((ABS|測量值-實際顯示值|)/(實際顯示值)*100％)。
混合過程的全部反應時間可以按照以下定義開始單元完全的分配化學製品在2秒鐘內由關閉狀態到打開狀態。
中間轉換單元有能力對進入化學製品的波動產生反應。一個輕微波動的反應時間是少於1秒。
圖1-圖13描述一個本發明的實施例，只是一個例子。在字符LOOS和字符HOOS分別的表示為低輸出規格和高輸出規格。
FV101-107表示的是流動閥門，有一些表示在圖14中。例如FV101，用來控制進入第一部分原料，在圖14中相應的為閥門1。
FV102控制的是在混合過程中的第二種進入原料，相應的是圖14中的閥門2。圖14中的三路閥門3，用來將混合物返回混合容器並分配混合液，在程序流動圖表中表現為FV103和FV104。圖14中的排出閥門4相對應FV105。FV106是分配系統的一部分，並且沒有顯示在圖14中。FV301和FV302都是系統分配端的閥門。FV201為用來控制進入混合容器的第三種物質的閥門，或第二物質被加入到混合容器中的大批物質。希望可以混合3種或更多種原料，但是，很多傳感器不能分辨出3種或3種以上的物質，這樣會降低精確度。
YYS101和YS101-YS105表現了多種傳感器。特殊的，YYS101和YS101缺少探測傳感器。YS102表現了一個可以顯示混合容器是否為空的傳感器，YS103表現了一個可以顯示混合容器是否過滿的傳感器。YS104和YS105為混合傳遞系統的分配端傳感器。YS201為第三原料傳感器，或加入到混合容器中大量物質種的第二化學製品傳感器。
PS101L是一個低壓開關，PS104H是一個高壓開關。類似的PS105-PS107是高壓力度數壓力開關，PS106L和PS107L是低壓力度數壓力開關。P101-102是各種泵。
LS101-LS106是多種程度傳感器，例如，LS103是一個在混合室中的程度傳感器，LS106是物質傳遞傳感器。
應該知道，這裡描述的每個元件，或兩個和兩個以上一起，可以修改或也可以發現在不同於以上描述的其他申請中應用。本發明的特殊實施例在這裡顯示並被描述，但是並不是局限於所顯示的細節中，因為多種修改和代替品可以被製造。只要不超出本發明的範圍，將在權利要求中被定義。
權利要求
1.一個混合至少兩種物質的系統，包括混合室其包括第一輸入口用來接收第一種物質，第一輸入口與第一泵相連，來控制由第一輸入口接收的第一種物質的量；和第二輸入口用來接收第二種物質，第二輸入口與第二泵相連，來控制由第二輸入口接收的第二種物質的量；與混合室相連接的重複循環線用來接收第一種物質和第二種物質的混合物，並將第一種物質和第二種物質的混合物返回混合室；傳感器，安裝在重複循環線上，用來感應第二種物質在第一種物質和第二種物質混合物中的量；控制器，與傳感器和第二閥門相連，用來控制由第二輸入口進入的第二種物質的量已達到所需的第二種物質在混合物中的濃度。
2.根據權利要求1中所述系統，其中重複循環線包括與混合室連接的輸入口，用於接收第一種物質和第二物質混合物；與混合室連接的出口，用於將第一種物質和第二種物質混合物返回混合室；用於接收進入重複循環線的輸入口的第一種物質和第二種物質混合物，並將混合物傳遞到重複循環線出口的泵。
3.根據權利要求2中所述系統，進一步包括出口，與重複循環線相連接並安裝在泵與重複循環線出口之間，用於將混合物輸出到一個容器中。
4.根據權利要求3中所述系統，其中傳感器是傳導率傳感器
5.根據權利要求1中所述系統，其中傳感器是傳導率傳感器。
6.根據權利要求1中所述系統，進一步包括出口，與重複循環線相連，用於將混合物提供給其他工具。
7.一種混合至少兩種物質達到所需濃度的方法，包括步驟提供大量的第一種物質到混合室中；通過第二輸入口向混合室中提供第二種物質流；將第二種物質流混合在第一種物質中形成混合物；在混合室內重複循環混合物；在重複循環過程中測量混合物特徵；調整進入混合室中的第二種物質流來達到所需濃度。
8.根據權力要求7中所述方法，其中測量混合物的特徵步驟包括感應濃度特徵。
9.根據權力要求7中所述方法，其中提供第一種物質和第二種物質的步驟是在不知道第一和第二濃度的情況下發生的。
10.根據權力要求7中所述方法，其中提供第一種物質和第二種物質的步驟是在沒有使用物質流量控制器的情況下發生的。
11.根據權力要求7中所述方法，進一步包括排出超出規格的那部分混合物和保留甚於超出規格混合物在混合室中。
12.根據權力要求11中所述方法，進一步包括提供附加量的第一和第二物質。
13.一種混合至少兩種成分的方法包括混合室具有第一輸入口接受第一種成分；第二輸入口接受第二種成分；用於傳遞第一種成分和第二種成分的混合物到工具中的出口；重複循環線的輸入口和出口；用於分析在重複循環線中的混合物的裝置和調整第二種成分進入混合室中的速度的裝置。
14.根據權力要求13中所述系統，進一步包括糾正在屋裡混合程序中批次的裝置和調整液體化學製品進入一批產品中的速度允許蒸汽達到要求的終點。
15.根據權力要求14中所述系統，進一步包括在混合過程中糾正混合物標準的裝置。
全文摘要
一種混合和提供過程原料的方法和設備。這種方法和設備特別適合於混合超高純度的化學製品，混合研磨劑與其他化學製品用來拋光半導體晶片，和用於高精確混合的化學製品。
文檔編號B01F15/04GK1688380SQ03818846
公開日2005年10月26日 申請日期2003年7月18日 優先權日2002年7月19日
發明者傑弗·A·威爾默, 布賴恩·阿倫·麥阿利斯特, 丹尼爾·A·斯旺, 戴維·E·西特德 申請人:動力系統有限公司