专利名称：高纯度流体输送系统的制作方法
相关申请的交叉引用本申请与同一天申请的、题目为“High Purity Coriolis Mass FlowController(高纯度科里奥利质量流量控制器)”，“Flowmeter for the PrecisionMeasurement of an Ultra-Pure Material Flow(用于超纯度材料流量精度测量的流量计)”，“Methods of Manufacturing a PFA Coriolis Flowmeter(制造PFA科里奥利流量计的方法)”，“Manufacturing Mass Flow Meters Having a Flow Tube Made ofa Fluropolymer Substance(制造具有由含氟聚合物物质制成的流管的质量流量计)”和“Compensation Method for a PFA Coriolis Flowmeter(用于PFA科里奥利流量计的补偿方法)”的美国专利申请有关。所引用申请其公开的全部内容包含在这里作为参考。
背景技术：
1、发明领域本发明总的涉及流体输送系统，特别是适用于在例如CMP、光刻和电介质处理的工艺中将超纯度流体直接应用到晶片表面的改进的流体输送系统和方法。
2、相关技术描述许多产业例如半导体、制药、生物技术都会遇到由典型地低流速、研磨剂和腐蚀性化学流体的使用、对无污染、精确、小型和实时流体输送和/或混合系统的需要所引起的流体输送问题。
通常在半导体产业用单词“工具”指包括多个在晶片表面执行操作的硬件的系统。这些操作包括通过一些形式的化学沉积或流体涂层处理来生成薄膜、以精确图形蚀刻薄膜、抛光薄膜以将沉积的薄膜制成平坦的表面并且清洗表面以去掉不需要的薄膜、颗粒和化学污染物。在同一位置的晶片上执行多个连续操作处的组结构中这些工具可以单独使用或者与其它的工具结合使用。
例如，化学-机械平面化(CMP)在半导体产业是关键性的工艺，它包括通过在晶片表面和抛光垫之间施加一种包含少量研磨颗粒和活性剂的超纯度流体使半导体晶片表面变平的工艺。在大部分的应用中，抛光垫相对晶片以可控速度旋转以平整表面。晶片的过度抛光会导致改变或去除主要的晶片结构。相反地，晶片的抛光不足会导致不能接受的晶片表面。晶片的抛光速度主要由流体的输送速度和抛光操作中输送的流体总量决定。
除了流体流速之外，预防施加给抛光垫的流体中的污染物也是很关键的。在一些应用中存在的一个问题是用来控制该工艺的设备是加工材料的污染源。这在需要给用户的应用输送超高纯度材料的系统中是不希望的。例如，典型的科里奥利流量计的金属流管可以是污染源。制作半导体晶片就是这样的情况，即需要使用不含有从流管壁迁移来的离子的污染物的材料。这种释放的材料可能导致半导体晶片上的芯片不合格。对于玻璃流管同样是这种情况，该玻璃流管能从玻璃中释放铅离子到流体材料中，对由传统塑料制成的流管也是同样如此。
因为预防离子污染非常关键，所以多数CMP工艺利用蠕动式泵，与适用的高纯度管材料一起为抛光垫提供流体。虽然蠕动式泵的干净的流动路径非侵入特征对于CMP应用是可接受的，但是利用这些泵来试图控制流体流速是非常不准确的，这是由于它们是不带任何流量测量反馈而开环运行的。
半导体产业中使用的另一工艺要求精确控制流体流量和无污染环境的工艺是光刻工艺。如本领域所知的，光刻法是将光敏聚合物(通称为抗蚀剂)应用到晶片表面的工艺。将包含要被制作在晶片表面的结构图形的光掩模放置在覆盖晶片的抗蚀剂和光源之间。光通过减弱或增强抗蚀剂聚合物与抗蚀剂发生化学反应。在抗蚀剂暴露在光下后，通过应用除去被减弱的抗蚀剂的流体化学药品而使晶片显影。
该工艺的改进形式是将许多新液体应用到晶片表面，生成将构成最终半导体产品完整部分的薄膜，这些薄膜的主要功能是用作电导线之间的绝缘体。多种旋转材料由许多种化学成分和物理特性进行评价。光刻工艺与旋转沉积之间的主要区别是薄膜中的任何缺陷(例如空隙、气泡或颗粒)现在都被永久地嵌入在半导体结构中，将导致器件无效，并对半导体生产商造成经济损失。
这两种工艺都发生在被称为“跟踪”的工具中。跟踪的目的是将精确量的流体应用到静止的或缓慢旋转的晶片表面。在应用液体之后，晶片旋转速度快速增加，晶片表面上的液体从边缘抛出。从晶片中心到边缘都是非常薄、厚度相同的液体。一些影响液体厚度的变量包括抗蚀剂或电介质粘度、抗蚀剂或电介质中的溶剂浓度、施加的抗蚀剂/电介质的数量、分配速度等等。
跟踪还可以在施加液体之后提供附加的处理步骤，该附加的处理步骤利用烘干工艺将液体转变成聚合物，该烘干工艺还除去薄膜中的任何溶剂。电介质薄膜还可以接受其它化学处理，以将液体薄膜转换为适当的固体结构。跟踪还可以控制晶片周围的环境，以防止湿度或温度的变化和化学污染物影响薄膜的性能。除了将薄膜由空隙、气泡和颗粒引起的缺陷降到最少之外，跟踪系统的性能由输送到晶片表面的液体的精确性和可重复性决定。
与当前例如CMP和旋转应用中可采用的流体输送系统相关的问题包括不能提供闭环流量测量，不能基于泵系统头压的改变、泵中使用的管道体积变化和来自泵的脉动提供精确的流体输送速度。此外，需要对泵进行每周或者甚至每天的定期校准。与当前流体输送系统相关的其它问题包括管道脱落颗粒对流体的污染。
在这些产业中特别重要的其它因素包括对实时流体特性数据例如流速、流体温度、粘度、密度和压力的需要。虽然所有前述的流体特性可以利用各种设备例如差分压力变送器、粘度计、比重计、压力变送器、温度元件或者设备的组合计算流体特性值而被测量，但是这些设备的使用昂贵，需要非常大的空间，需要不断增长的维护费用，具有流体泄漏和工艺污染的巨大潜在可能性。因此，前述产业中的流体输送系统需要一种效率高、小型和无污染的解决方案。
在其它工艺中对要求高纯度流动路径的多种流体实时混合系统的需求在增加。此外，由于典型的混合公式基于摩尔比，所以基于体积测定基础的混合通常是不被接受的。当前的混合方法包括以离线方式将多种流体添加到磅天平上的一个容器中，如附图1所示。多种流体(A到N)流到一个放置在天平12上的容器11中，一次允许一种流体通过流量阀13。检查刻度总数，当添加了所需数量的流体A时，阀13关闭。其余的流体重复相同的工艺。最后获得总混合物。如果任一种流体添加得太多或太少，工艺必须继续直到在可接受的误差段内添加了每种流体的合适的质量。
另一个已知的途径是在将每种流体添加到器皿中时利用一个液面传感器(level sensor)测量每种流体的体积。这要求非常精确地知道在具有器皿高度微量增量下的器皿体积。
不幸地是，当需要时，当前批量生产的方法会导致可采用的最终产品太多或太少。由于可获得的产物太少，将导致停止生产，总是产生附加的产品，这就意味着一些产品会被抛在一边或不被使用。由于这些产品经常具有有限的保存期限(例如几个小时)，所以这些过剩产品必须被处理。这种处理由于一些原因费用很高。产品通常使用非常贵的化学材料，流体的混合经常会非常危险，这意味着必须以可控的、昂贵的方式进行处理。
随着技术的发展，对产品要求中基于差额的混合公式的处理需要，附加的新材料成分持续增长，这样对灵活的、精确的、无污染的实时持续混合系统的需求更大。另一个重要因素包括对确保正确混合、施加给加工工具的精确流体流速的精确压力控制的需求。
这样，这里存在解决现有技术相关缺点的流体输送系统的需求。
发明概述根据本发明的一个方面，流体输送系统包括流量控制设备、具有由高纯度塑料材料制成的流管的科里奥利(Coriolis)质量流量计和控制器(例如一个PID控制器)。科里奥利流量计为控制器提供输出信号，该控制器指示例如工艺流体的质量流速、温度和/或密度测量值。控制设备接收一个给定值信号和流量计输出信号并给流量控制设备提供一个控制输出信号以改变控制设备的输出，从而给流体输送系统提供所希望的流速。
科里奥利质量流量计的流管由一种高纯度塑料材料制成，以防止不希望的(例如金属)离子传送给工艺流体。全氟代烷基醚(Perfluoralky，PFA)塑料是用于流管的适宜材料。流量控制设备可以具体为例如控制阀、泵或者受控增压的储存器。在示范性实施例中，控制阀是一个具有螺线管或步进电机传动器的节流阀。
依照本发明的其它方面，一个再循环流体分配系统包括流体储存器和一个与该储存器流体连通的分配导管。分配导管具有多个工具滴管(drops)，用来从储存器向与工具滴管连接的工具提供流体。流量控制设备例如可变输出泵或节流阀与具有由高纯度塑料材料制成的流管的科里奥利质量流量计流体连通。一个压力变送器与科里奥利质量流量计流体连通。一个控制器接收一个给定值信号和来自科里奥利流量计和压力变送器的输出信号，并提供控制输出信号给流量控制设备，改变流量控制设备的输出以在分配导管中保持预定的压力和流速。
依照本发明的更多方面，流体输送系统包括储存器，储存器具有用于接收气体以使储存器增压的入口和用于分配储存器所存流体的出口。第一流量控制设备与储存器入口连接，第二流量控制设备与储存器出口流体连通以控制流出储存器的流体流量。科里奥利质量流量计与第二流量控制设备流体连通。科里奥利流量计具有由一种高纯度塑料材料例如PFA制成的流管。控制器接收给定值信号和来自科里奥利流量计的输出信号，并提供控制输出信号给第一和第二流量控制设备，以改变储存器的压力和来自储存器的流体的流速。


通过参考附图，阅读下面的详细描述可以更清楚地看出本发明的其它目的和优点。其中附图1用示意图示出一个现有技术的离线混合系统；附图2用示意图示出一个依照本发明的流体输送系统的结构图；附图3是一个适用于在本发明各个实施例中使用的、具有一个高纯度流管的科里奥利流量计的透视图；附图4用示意图示出一个依照本发明的节流阀；附图5示出一个依照本发明实施例的、实时的、高纯度混合系统的结构图；附图6示出一个依照本发明实施例的、再循环流体分配系统的结构图；附图7A用示意图示出一个依照本发明的高纯度压力变送器；附图7B示出一个含有封装的蓝宝石传感器的高纯度压力传感器的可选实施例；附图8原理性地示出一个依照本发明实施例、用于CMP工艺工具的高纯度流体输送系统的结构图；附图9原理性地示出一个依照本发明实施例、用于CMP工艺工具的可选高纯度流体输送系统的结构图；附图10示出一个依照本发明实施例、用于旋转工艺的闭环流体输送系统的结构图；和附图11示出一个依照本发明实施例、用于旋转工艺的可选闭环流体输送系统的结构图。
虽然本发明容许各种改进型式和可选型式，但还是通过结合附图的举例方式示出具体实施例，并在这里进行了详细描述。可以理解的是，这里具体实施例的描述并不是要将发明限制于所公开的具体形式，本发明而是要覆盖所有落在本发明所附权利要求书限定的精神和范围之内的改进、等效物和可替换的方案。
发明的详细描述下面描述本发明说明性的实施例。为了清楚起见，在说明书中没有描述实际执行工艺中的所有特征。当然可以意识到，在任一种这样的实际实施例的进展中，必须进行大量的实施-具体的决定以实现开发商具体的目标，例如符合随实施方式不同而不同的、与系统有关和商业有关的限制。此外，可以意识到，这样的开发努力会是复杂、费时的，但是它使本领域的普通技术人员的日常工作从本发明公开内容中受益。
附图2用示意图示出一个依照本发明示范性实施例的流体输送系统100。以质量流量为基础的输送系统100适用于例如控制流体流动到工具或由工具支撑的工件例如CMP系统的抛光垫或者用于半导体旋转应用的轨道上的流量。通常，系统100包括流量控制设备110、质量流量计112和控制器114。
控制器114接收一个代表所希望参数例如质量流速的给定值信号。控制器114还接收来自流量计112的输出信号。流量计信号由控制器114调节并处理，然后控制器提供一个控制输出信号给流量控制设备110以改变流体的流速。控制器114是电子式的，并具有一个电子接口，例如可以包括一个比例积分微分(PID)控制器。输入给控制器114的给定值典型地是一个电子信号，例如0-5V，4-20mA的信号或者一个数码字。还可以使用一个气动给定值界面。控制器114还可以包括阀门优先特征(valve override feature)，附加信号发送给控制器114，导致控制器114忽视给定值并完全打开或关闭流量控制设备110。该特征经常用来关闭流出或者清洗系统。
在某些实施例中，例如用于化学品混合应用的流体输送系统，质量流量计112优选科里奥利质量流量计。由于所希望的化学反应通常在摩尔(质量)的基础上进行，因此一个直接的质量流量计通常比一个体积流量计更优选。可以进行体积流速测量，并修正到标准条件，从而相当于质量测量。但是需要其它的信息(流体密度、温度和/或压力)，因此使测量更加困难且成本更高。质量流速测量通常比转换为质量测量的体积测量更精确，这种精确性导致更高质量的最终产品。利用本发明将会提高工艺产量，从而提高公司的收益率。
许多应用例如与半导体、制药和生物科技产业有关的应用要求流体输送系统的流动路径(被工艺流体浸润的所有表面)由高纯度、化学惰性/抗化学反应的材料构成，以保护所使用化学制品的纯净度。塑料是合乎要求的材料，这是因为如果由于各种机械和化学工艺使金属离子被滤去或者从金属流管上移出，那么将污染半导体晶片制造工艺中使用的超纯化学品。由于这样通常可以防止传送不希望的(例如金属)离子到加工材料中，所以从而在这些产业中使用高纯度等级的塑料。此外，在塑料流管的制造中固有的光滑表面光洁度降低了细菌附着在管上和对具有机物质的流体的污染的能力。
设计流量计112被浸润的路径以使其没有藏匿细菌的裂纹、裂缝等。一种适宜的高纯度塑料是PFA(全氟化烷氧基(Perfluorcalkoxy)共聚物)，其是一种高级的、具有优良的耐化学性和机械特性的含氟聚合物。各种氟化聚合物例如PVDF和PTFE也是适宜的。
除了使用高纯度材料之外，高纯度流管应具有一个恒定的直径、没有侵入或者多个流动路径-应避免双管传感器或者弯曲的流动路径。这将压降降到最小，降低流体的剪切速度到最小，这在一些产业和应用中很关键。它还可以防止被某些物质例如浆堵住。
一种适宜的、具有一个由高纯度塑料材料制成的流管的科里奥利质量流量计如附图3所示。科里奥利流量计50具有一个插入穿过基座51的支柱67、68的流管52。流管52优选由PFA制成。拾取器LP0和RP0和驱动器D与流管52连接。流量计50接收从一个供料管54流来的加工材料，该流来的加工材料通过一个连接器58到达流管52。流管52由驱动器D与流来的材料在其共振频率振动。由此产生的科里奥利偏转由拾取器LP0和RPO检测，拾取器通过导体62和64将信号施加到电子表计(未示出)，电子表计决定科里奥利偏转之间的相差并施加在此基础上的输出信号。适用的具有高纯度流管的科里奥利流量计在题目为“Flowmeter for the Precision Measurement of an Ultra-Pure MaterialFlow(用于超纯度材料流量精确测量的流量计)”的相关申请中详细公开。
流量控制设备110可以包括一个控制阀，正如质量流量计112的情况一样，在高纯度应用中，控制设备必须由可将流体污染降为最小的材料制成。此外，控制设备110应该被设计成没有能收集滞留流体的空间、没有能在流体中产生颗粒的滑动或摩擦部分。
例如，可以使用一种在高纯度化学环境中可以接受的、由塑料制成的全塑料隔膜阀。但是对于浆，这种阀门并不是理想的解决方法，节流阀被证实是对浆控制的较好解决方法。一种依照本发明、适用的节流阀120在附图4原理性地示出。一个传动器122驱动撞击件124到挠性管126上，抵靠参考表面128夹紧管126，使其关闭。管126优选由一种高纯度塑料例如PFA制成。管的挠性使得管壁适应任何管壁里的截留颗粒或瑕疵，以提供紧密的密封。流动路径径直穿过，使压力降和涡流降为最小。流体仅接触流管126，以防止其它阀门部分的磨损或腐蚀，防止在高纯度应用例如半导体抛光操作的情况下浆的金属污染。
通常节流阀已知的动作是双稳态的开和关。一些已知的节流阀具有一个带有多转手柄的人工传动器。但是这种阀不适于闭环流量控制。在批量生产的分配应用中使用其它节流阀，其中材料的分配数量由阀打开的时间控制。这不能够动态控制流速。
仅具有两种状态的阀门可以通过将变化的电流或电压应用于阀传动器来控制。在一个实施例中，利用脉宽调制(PWM)来控制阀。通过在一个大于阀机械响应频率的频率处产生一个方波信号来实现PWM。改变信号占空比以确定发送给设备的适当的电压或电流。例如，如果PWM信号运行在0-12伏特之间，那么0％占空比＝0伏特，50％占空比＝6伏特，100％占空比＝12伏特。因为信号的频率大于阀的机械响应频率，所以进行平均。阀的位置是基于所提供的平均电流。所得的电压与信号的脉宽成比例。
如果信号频率太低，那么阀将有时间完全响应产生通常是不希望的脉动流输出的开和关信号。典型的节流阀传动器是一个螺线管，其包含带有决定螺线管关闭所需电流的预加负荷调节的弹簧元件。调整阀弹簧上的预加负荷能够提高阀的控制范围。在其它实施例中，螺线管活塞元件由弹簧悬挂活塞代替。弹簧悬挂活塞将由摩擦力引起的非线性阀响应降为最低，从而将可获得的螺线管致动的节流阀中常见的滞后现象和死区降为最小。
PWM控制螺线管的一个可替换方法是使用一个步进电机传动器，其通过一个蜗轮类装置将一个受控的、决定性的角度旋转转换为一个线性撞击驱动。步进控制器能够被设计成产生一个与模拟输入信号成比例的具体步进数。通过将反冲最小化的任意数量的适当的蜗轮设计可将反冲以及由此产生的阀滞后现象降为最小。步进电机通常对可能导致夹紧管道的变化的温度和压力波动提供抗挠性。步进电机是一种控制位置的装置，因此步进电机对夹紧管道的变化没有反应。对于节流阀，夹紧管是系统的一个整体部分-电流被施加到阀传动器，该阀传动器施力给夹紧管道，使管道夹紧。如果管道特性随温度或压力变化，那么管关闭量以及具有螺线管的流速随之改变。此外，步进传动器可以保持在最后一次的位置上，以在流体输送循环开始时对达到给定值提供快速响应。
科里奥利流量计112和流量控制设备110可以被配置成一个整体部件，放置在单个外壳116内，此外控制器114也可放置在同一外壳116内，以提供一个完整的、高纯度科里奥利质量流量控制器。一种适用的、高纯度科里奥利质量流量控制器在题目为“High Purity Coriolis Mass Flow Controller(高纯度科里奥利质量流量控制器)”的所引入的申请中详细公开。
可替换的方案是，流量控制设备110可以包括一个可变的输出泵，例如一个蠕动式泵。在更进一步的实施例中，其中压力变化以改变从容器分配出的流体的流速的增压容器或储存器起流量控制设备110的作用。例如，对于附图2，一个流体储存器118可以被施加不同的压力，以改变储存器118输出的流体的流速。通过这种方式控制流体流速可以附加或者代替所述的流量控制设备110。这种可替换的流量控制设备将在下面结合本发明更进一步的示范性实施例作更详细的讨论。
附图5示出一个依照本发明的实时混合系统200。所述系统是高纯度、抗腐蚀和以质量为基础的，其针对的是与现有技术有关的缺陷。为实现这些特征，需要至少两个关键要素。其中一个是高纯度流动路径，另一个是质量流速测量。因此，系统200包括如上所述的、具有高纯度塑料流管的科里奥利流量计212。科里奥利流量计212提供一个密度测量，当混合是高沸点成分的二元溶液例如酸溶于水时，该密度测量可被用作实际混合浓度的反馈。通过密度测量也可以监测浆中的固体浓度。除质量流速和密度之外，流量计212可以被配置成提供额外的测量输出信号，例如温度测量。
利用质量流量计212可以实时、在线混合多个流体流220。如上所述，由于所希望的化学反应通常以摩尔(质量)基础进行，所以质量流速测量优于体积流速测量。
实时混合系统200还包括流量控制设备210，例如如上所述的节流阀。流量计212提供代表例如流体流速、温度和密度的输出信号给控制器214。基于预定的或者实时流体流的流速的给定值参数，控制器214发送控制信号给流量控制设备210以为工件提供所需数量的混合流体。通过这种方式，不同的流体220混合到一起，形成单一流体流，该单一流体流被提供给公共导管216。可以进一步配备一个混合室218以实现流体220完全混合。此外，可以提供止回阀(未示出)来确保各个流体流220没有由流体流的供给压力变化造成污染。
可以进一步提供人-机接口(MMI)。MMI提供一个界面，以实现例如输入和输出信号值和状态之间的通讯，并在被编程的输入信号或其它测量值落在允许值范围之外时提供预定报警。另外，系统200的不同部件之间的输入和输出信号都可以通过一对场总线电缆(fieldbus cable)连接。此外，在某些实施例中，该系统还可以通过控制器214校准、测试和维护系统，以及配置和选择预先配置的混合方法。虽然在附图4所示的系统200的发明中显示了流量计212、流量控制设备210和控制器214作为单独的部件，但是可以意识到，可以配置这些部件的不同组合而作为公共外壳内的整体单元。
一个再循环流体分配系统300如附图6所示。分配系统300包括一个如上所述的、具有一个由高纯度塑料材料制成的流管的科里奥利流量计312。流量计312与一个流量控制设备例如节流阀310和一个压力变送器330流体连通。控制器314接收来自流量计312和压力变送器330的测量信号，并提供一个控制信号给阀310。控制器314、科里奥利流量计312、压力变送器330和阀310可以是单独的部件，或者可以组合形成一个整体的流量和压力控制系统。
储存器316容纳将通过一个导管351被输送到多个工具滴管350的流体，每一个工具滴管350可以与相应的工具352例如清洗、蚀刻或CMP工具连接，为工具352提供流体。分配组件354，例如一个泵，使流体从储存器316经过系统300循环。可替换的方案是，可以施加一种惰性气体例如氮气给储存器316以增加储存器316的压力，使流体循环。
科里奥利质量流量计312允许用户监控系统300中的流速。通过质量流量和压力控制系统，可以在每个工具滴管350处保持最小的压力，以消除可能影响相连工具352性能的、基于分配波动的压力。一种小型化的压力/流量控制器可以被用来维持到每个工具的压力和质量流速，以补偿回路压力的变化。这种与每个工具相关的压力/流量控制器可以单独运行，或者将控制器314用作主控制器。
膏如上所述，科里奥利质量流量计312能提供一个密度测量，当混合是高沸点成分的二元溶液例如酸溶于水时，该密度测量可被用作实际混合浓度的反馈。通过密度测量还可以监测浆中的固体浓度。
如上所述，为了获得一个高纯度系统，整个流动路径必须由一种高纯度、化学惰性/抗化学反应的材料制成。附图7A用示意图示出一个高纯度压力变送器330，其具有包括由单片高纯度塑料构成的压力隔膜的、被浸润的工艺连接件。对高纯度分配系统中所使用任意仪器的关键要求是没有一个设备是泄漏源。避免丝扣连接，制作工艺连接的优选方法是使用面对面密封。由单片塑料构成工艺连接360可以保证没有可成为泄漏源的丝扣连接。
压力变送器330包括传感器固定器358，由于它不是流动路径的一部分，因此它可以由聚丙烯构成。由高纯度材料例如PFA构成的压力室360嵌套在传感器固定器358内。压力室360限定从压力室360延伸的一个工艺流体获取导管361。为了提供稳定的压力测量性能，一个陶瓷压力传感器362与一个高纯度隔膜364(例如1mm厚的PFA)结合，塑料的任何松弛(也称为蠕变)由位于陶瓷传感器362顶部的O形弹性体366补偿，弹性体保持陶瓷传感器以恒力抵靠塑料隔膜364。通过这种方式，压力变送器330的整个被浸润部分是PFA或是其它适用的高纯度塑料材料。
一种可替换的压力传感器331如附图7B所示。压力传感器331使用一个由蓝宝石构成的小电容压力传感器370。传感器封装在一个高纯度材料例如PFA372内，并以这样一种方式延伸到压力室360内，以使流体压力挤压传感器370。附图8B所示的方法的优点是没有固定的参考，例如坚固的结构，它是精确的压力测量所要求的。密封的压力传感器370是压力室360的整体部分，并由单片高纯度塑料构成。
附图8总体上示出一个依照本发明、用于CMP加工工具的高纯度流体输送系统400的结构图。输送系统400为半导体晶片的应用提供各种流体，例如水420、表面活性剂或反应剂421和浆422给加工工具452。工具通常包括一个晶片支架和一个抛光垫。蠕动式泵411与每个流体源420、421、422连通，将相应的流体泵入工具452。另外，高纯度科里奥利流量计412与每个流体源串联，以提供质量流速反馈。然后通过利用控制电子元件和/或软件例如一个PID控制器来获得一个闭环系统。
另一个流体输送系统401如附图9所示，其中控制阀410例如上面公开的节流阀被用来与高纯度质量流量计412结合，以在CMP生产中获得高纯度、闭环控制。在某些实施例中，如果控制环被设定在所希望的流速上，那么加工工具452可以提供开—关信号给每个单个流体控制环。
但是不同的晶片可能需要不同的加工工艺，因此对被输送到抛光垫的流体需要不同方法。CMP加工工具452可以通过使用例如标准工业协议比如一个4-20mA的信号给每个控制器来命令特定的流速。同附图6所示的系统300，CMP工具可以仅仅命令一种不同的方法并且控制器314可以控制输送速度。主要的控制器314根据需要实时设定流速和流体比率。
附图10示出一个用于光刻胶或电介质液体应用工艺中使用的旋转工艺的闭环流体输送系统500。通过输送管施加惰性气体例如氮气，使储存器518增压。储存器518中的工艺流体可以保存在一个聚合物口袋519里，以隔开流体与压缩气体。在其它实施例中，可以使用一个隔膜隔开工艺流体和气体。一个压力控制阀550安装在惰性气体输送导管里，以控制地调整输送给储存器518的惰性气体。压力控制阀550能够接收一个来自液体输送控制器514的输出信号，控制器514基于从第一压力变送器530a接收来的压力信号调整阀门550从开到关的位置。控制器514基于与压力变送器530a输出相比较的一个预定压力给定值，调整压力控制阀550的位置，以增加或者降低储存器518的压力。
储存器518通过一个出口导管与一个高纯度科里奥利质量流量计512连接，经过出口导管工艺流体流出储存器518。提供使用过滤器的点560以过滤要应用于一个由旋转控制器564控制的旋转工件562上的工艺流体。
流动路径中的科里奥利流量计512测量实际的流速，并提供一个信号给液体输送控制器514。如果流体的流动太慢，施加给储存器518内液体的压力将增加以提供更快的流动。由于使用过滤器的点560或者运送液体的管道堵塞，所以为液体输送而增加压力是必须的。位于流量计512的上游和下游的第二和第三压力传感器530b、530c测量驱动液体经过流量计5 12所需的压力差。由于管道的长度已知，因此可以利用由流量计512、压力传感器530b、530c提供的压差和流速的测量来决定流体的粘度。粘度的测量可以显示出流体化学结构的任何变化。一个控制阀510通过来自液体输送控制器514的控制信号控制工艺流体的流速。步进驱动阀可以保持最后一次的位置。
工具控制器515，其可以是与液体输送控制器514相同的控制器，或者是一个单独的控制器，提供控制信号给旋转控制器564，还提供一个流量给定值给输送控制器514。在一些实施例中还在储存器518的出口提供一个快速动作的流体开/关阀509，其由液体输送控制器514启动，基于工具控制器515的要求开动/关闭流动。液体输送控制器514在存储器中分别保存由压力传感器530b和科里奥利流量计512提供的、与控制阀510的各种不同位置相关的液体输送压力和流速表。基于工具控制器515的流体需求要求，液体输送控制器514提供对流体压力的优化设定和控制阀设定，以在阀门509打开的时间内提供适量的流体。
一种可替换的旋转流体输送系统501如附图11所示。在输送系统501中，科里奥利流量计512位于计量泵511的下游，用作反馈结构以确保适量的液体施加给工件562。现有技术中的计量泵系统通常是开环的，泵下游的系统被任意堵塞会增加头压，从而改变到工件的流体输送。来自科里奥利流量计512的信号允许液体输送控制器514改变泵511的运行，以提供一个更高的输出压力来补偿增加的头压。
上面所公开的具体实施例仅仅是说明性的，因为对从这里所教授的内容而受益的本领域技术人员来说以不同但是等效的方式对本发明进行修改和实施是显而易见的。此外，除了下面权利要求书所述的内容以外，对这里所示的详细结构或设计没有限制。因此可以明显看出，上面所公开的具体实施例可以作改动或者修改，所有这些变化被认为是在本发明的范围和精神之内。因此这里所要求的保护如下面权利要求书所述。
权利要求
1.一种流体输送系统，包含流量控制设备；与流量控制设备流体连通的科里奥利质量流量计，该科里奥利流量计具有由一种高纯度塑料材料制成的流管，该科里奥利流量计提供输出信号；接收给定值信号的控制器，该控制器接收来自科里奥利流量计的输出信号，并为流量控制设备提供控制输出信号，其中流量控制设备的输出响应控制输出信号而变化。
2.如权利要求36所述的流体输送系统，其中高纯度塑料材料包括PFA。
3.如权利要求1所述的流体输送系统，其中流量控制设备包括阀。
4.如权利要求3所述的流体输送系统，其中阀包括一个节流阀。
5.如权利要求4所述的流体输送系统，其中节流阀包含具有与其可操作地连接的撞击件的传动器；通常相对撞击件设置的参考表面；设置在撞击件与参考表面之间的高纯度挠性管。
6.如权利要求5所述的流体输送系统，其中传动器包括螺线管。
7.如权利要求5所述的流体输送系统，其中传动器包括步进电机。
8.如权利要求1所述的流体输送系统，其中流量控制设备包括具有可变输出的泵。
9.如权利要求8所述的流体输送系统，其中泵包括蠕动式泵。
10.如权利要求1所述的流体输送系统，其中流量控制设备包括储存器，该储存器可被选择地增压。
11.如权利要求10所述的流体输送系统，其中储存器包括一个位于其中用来容纳流体的袋。
12.如权利要求1所述的流体输送系统，其中控制器包括PID控制器。
13.如权利要求1所述的流体输送系统，还包含多个流量控制设备；多个科里奥利质量流量计；和与流量控制设备流体连通的混合室；其中控制器改变流量控制设备的输出以获得一个预定的流体混合物。
14.如权利要求1所述的流体输送系统，其中由科里奥利质量流量计提供的输出信号包括质量流速测量。
15.如权利要求1所述的流体输送系统，其中由科里奥利质量流量计提供的输出信号包括流体密度测量。
16.如权利要求1所述的流体输送系统，其中由科里奥利质量流量计提供的输出信号包括流体温度测量。
17.一种再循环流体分配系统，包含流体储存器；与储存器流体连通的分配导管，分配导管具有多个工具滴管，将流体从储存器提供到与工具滴管连接的工具；流量控制设备；与流量控制设备流体连通的科里奥利质量流量计，该科里奥利流量计具有由高纯度塑料材料制成的流管，该科里奥利流量计提供输出信号；与科里奥利质量流量计流体连通的压力变送器，压力变送器提供输出信号；接收给定值信号的控制器，该控制器接收来自科里奥利流量计和压力变送器的输出信号，并提供控制输出信号给流量控制设备，其中流量控制设备输出响应控制输出信号而改变，以保持分配导管中的预定压力和流速。
18.如权利要求17所述的再循环流体分配系统，还包含多个工具滴管流量控制设备，每个工具滴管流量控制设备与相应的工具滴管串联；和多个工具滴管科里奥利质量流量计，每个工具滴管科里奥利质量流量计与相应的工具滴管串联，每个工具滴管科里奥利质量流量计具有由高纯度塑料材料制成的流管，每个工具滴管科里奥利质量流量计提供输出信号；其中控制器接收来自工具滴管科里奥利质量流量计的输出信号，并提供控制信号给工具滴管流量控制设备。
19.如权利要求18所述的再循环流体分配系统，还包含多个工具滴管控制器，每个工具滴管控制器与相应的工具滴管流量控制设备和工具滴管科里奥利质量流量计相关，每个工具滴管控制器接收来自相关的工具滴管科里奥利质量流量计的输出信号，并提供控制信号给相关的工具滴管流量控制设备。
20.如权利要求17所述的再循环流体分配系统，其中流量控制设备包括节流阀。
21.如权利要求17所述的再循环流体分配系统，其中压力变送器包含传感器固定器；包括位于传感器固定器内的隔膜的压力室，压力室和隔膜由一种高纯度塑料构成；与隔膜结合的压力传感器；和位于隔膜和传感器固定器之间的O形环。
22.如权利要求17所述的再循环流体分配系统，其中压力变送器包含传感器固定器；位于传感器固定器中的压力室；封装在延伸到压力室的高纯度塑料材料中的压力传感器。
23.如权利要求22所述的再循环流体分配系统，其中压力传感器由蓝宝石构造。
24.一种流体输送系统，包含储存器，具有接收气体以使储存器增压的入口和分配储存器中所容纳流体的出口；与储存器入口相连的第一流量控制设备；与储存器出口流体连通以控制储存器流出流体流量的第二流量控制设备；与第二流量控制设备流体连通的科里奥利质量流量计，该科里奥利流量计具有由高纯度塑料材料制成的流管，该科里奥利流量计提供输出信号；接收给定值信号的控制器，该控制器接收来自科里奥利流量计的输出信号，并提供控制输出信号给第一和第二流量控制设备以改变储存器的压力和储存器流出流体的流速。
25.如权利要求24所述的流体输送系统，还包含与储存器入口相连的压力变送器，压力变送器提供输出信号给控制器。
26.如权利要求24所述的流体输送系统，还包含与储存器出口相连的压力变送器。
27.如权利要求26所述的流体输送系统，其中压力变送器与位于科里奥利质量流量计下游的储存器出口相连。
28.如权利要求26所述的流体输送系统，其中压力变送器与位于科里奥利质量流量计的上游的储存器出口相连。
29.如权利要求24所述的流体输送系统，还包含分别位于科里奥利质量流量计的上游和下游的与储存器出口相连的第一和第二压力变送器。
30.如权利要求29所述的流体输送系统，其中控制器计算流过系统的流体粘度。
31.如权利要求24所述的流体输送系统，其中控制器还控制用于加工工件的工具。
32.如权利要求24所述的流体输送系统，其中控制器包含流体输送控制器，所述系统还包含工具控制器，该工具控制器控制用于加工工件的工具，工具控制器提供给定值信号给流体输送控制器。
33.如权利要求24所述的流体输送系统，还包含与储存器出口相连的过滤器。
34.如权利要求24所述的流体输送系统，还包含位于储存器内用来容纳流体的袋。
35.如权利要求24所述的流体输送系统，其中第二流量控制设备包含节流阀。
36.如权利要求24所述的流体输送系统，其中第二流量控制。
全文摘要
一种流体输送系统包括流量控制设备和与流量控制设备(110)流体连通的科里奥利质量流量计(112)。科里奥利流量计具有由一种高纯度塑料材料例如PFA制成的流管，使得输送系统适于高纯度应用。控制器(114)提供控制输出信号给可包括节流阀(120)的流量控制设备(110)，以响应给定值信号和接收自流量计(112)的测量信号，改变流量控制设备的输出。
文档编号G01F1/84GK1592844SQ02823425
公开日2005年3月9日 申请日期2002年11月25日 优先权日2001年11月26日
发明者W·E·松, J·C·迪勒, M·J·巴格尔, G·E·保拉斯 申请人:美国艾默生电气公司