專利名稱：流動控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及流體流動及控制，尤其涉及適于在超高純或腐蝕 性應(yīng)用中使用的流體流動控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
例如半導(dǎo)體、制藥、以及生物技術(shù)的許多產(chǎn)業(yè)都遇到了流體輸送的 問題， 一般來說，這歸咎于低流率、磨料化學(xué)流體的使用、腐蝕性化學(xué) 流體的使用、和對沒有污染物、準(zhǔn)確、緊湊且實(shí)時的流體輸送及/或混合 系統(tǒng)的需要。
例如，化學(xué)機(jī)械平面化(CMP)在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中是關(guān)鍵的過程，該關(guān) 鍵的過程包括將半導(dǎo)體的晶片表面壓平的過程。在大多數(shù)應(yīng)用中，涂有 漿液的磨光墊以被控制的速度相對于該半導(dǎo)體晶片旋轉(zhuǎn)，以壓平表面。 該漿液包括使表面化學(xué)地變軟的化合物，還包括與磨光墊一起工作的研 磨劑，以機(jī)械地拋光表面。為了使CMP理想地工作，機(jī)械和化學(xué)的拋光 必須在精密的平衡下一起工作-該平衡的任何變化可能引起對晶片的損 壞或降低成品率。如果沒有漿液，那么所有的拋光都是機(jī)械式的，就像 用砂紙來拋光玻璃一樣。如果有過多的漿液，那么大多數(shù)的拋光是化學(xué) 式的，并且平衡再次被打破。晶片的拋光率高度依賴于流體的輸送速度 以及在拋光操作過程中所輸送的流體總量。
對例如CMP的過程來說，漿液輸送系統(tǒng)一般包括容積式泵，例如蠕 動泵，以從容器中抽出漿液并將其涂到磨光墊上。該泵使流體以近似恒 定的速度運(yùn)動，該恒定速度依賴于泵的速度，盡管蠕動泵的動作會引起 流體輸送速度的脈動。由于蠕動泵是體積流體輸送系統(tǒng)，所以流量隨著 條件的改變而變化，所述條件是指例如泵管壽命、泵管溫度、流體組成、 泵馬達(dá)速度、流體在容器中的水平、泵校準(zhǔn)等。
此外，在許多CMP及類似過程中，流體例如漿液凈皮應(yīng)用在高架循環(huán)環(huán)路中。這樣的漿液環(huán)路通常用氣動膜片泵來驅(qū)動。多個CMP工具可以 從同一環(huán)路中被驅(qū)動。環(huán)路中的壓力可以在一個工具抽出漿液時變化。 環(huán)路壓力的變化可能在另一工具連接到同一環(huán)路上時影響漿液流率。
所有這些對過程流體流率的影響被認(rèn)為降低了 CMP過程中的晶片成 品率。因此，需要提供一種克服了與現(xiàn)有技術(shù)有關(guān)的缺點(diǎn)的流體輸送系 統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個方面中，公開了一種用于控制到CMP工具的漿液流 的方法，包括提供預(yù)先裝有漿液的一次性袋；使該一次性袋定位為與 漿液出口流體連通；將CMP工具連接到所述漿液出口 ；和壓陷該一次性袋， 以便將漿液以所希望的流率從該一次性袋排出到該CMP工具。


本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)在閱讀了以下的詳細(xì)說明及參照附圖后就 會變得明了，其中
圖l是在概念上示出了根據(jù)本發(fā)明的方面的流動控制系統(tǒng)的框圖。 圖2主要示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的流動控制系統(tǒng)。 圖3主要示出了根據(jù)本發(fā)明的另 一個示例性實(shí)施例的流動控制系統(tǒng)。 圖4主要示出了根據(jù)本發(fā)明的又一示例性實(shí)施例的流動控制系統(tǒng)。 盡管本發(fā)明易于進(jìn)行多種變更及替代形式，但其特定實(shí)施例已通過 附圖中的例子被示出且在此進(jìn)行了詳細(xì)的說明。然而應(yīng)當(dāng)理解的是，在 此特定實(shí)施例的說明不意味著將本發(fā)明限制于所公開的具體形式，而相 反地，本發(fā)明包括在由附加的權(quán)利要求所限定的發(fā)明主旨及范圍內(nèi)的所 有變更、等效形式、及替代形式。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的說明性實(shí)施例如下所述。為了簡明，并不是實(shí)際實(shí)施方案 的所有特征都在本說明書中進(jìn)行了描述。當(dāng)然應(yīng)理解的是，任何這樣的 實(shí)際實(shí)施例的開發(fā)、許多實(shí)施方案特殊的決定都必須被作出以實(shí)現(xiàn)開發(fā) 者的目標(biāo)，例如符合關(guān)于系統(tǒng)及商業(yè)的限制，這就使實(shí)施方案彼此不同。 此外，應(yīng)理解的是，這樣的開發(fā)工作可能是復(fù)雜和費(fèi)時的，但對受益于本公開內(nèi)容的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說仍然是日常的任務(wù)。
圖1是在概念上示出了根據(jù)本發(fā)明的方案的流動控制系統(tǒng)100的部 分的方框圖。圖1所示的該示例性泵系統(tǒng)100包括基本上剛性的容器110， 所述容器110包括通常定位在剛性容器100的一側(cè)的入口 114和出口 116。過程流體貯存器112以與該入口 114及出口 116流體連通的方式位 于該剛性容器100中。為了從該過程流體貯存器110中排出過程流體， 該過程流體貯存器如下面進(jìn)一步所述地被壓陷。在特定實(shí)施例中，該過 程流體貯存器112設(shè)置為預(yù)先填充有過程流體，因此該入口 114未被設(shè) 置。
在特定實(shí)施例中，可動部件120定位在該剛性容器110中，以致可 動部件120在第一方向(如圖1所示向左)上的運(yùn)動使過程流體122 (例 如，用于在CMP過程中使用的漿液)經(jīng)由供給管123被抽入入口 114?？?動部件120在第二方向(如圖1所示向右)上的運(yùn)動壓陷該貯存器112 并且使過程流體經(jīng)由過程管125從出口 116排出到過程工具124。致動器 130可選地控制可動部件120的運(yùn)動。
入口和出口止回閥115、 117 ,皮設(shè)置在入口 114和出口 116處。當(dāng)可 動部件120如圖1所示地移動到左側(cè)時，出口止回閥117關(guān)閉且入口止 回閥115打開，容許過程流體122進(jìn)入該過程流體貯存器112。該供給壓 力可以為周圍環(huán)境壓力(例如，如果過程流體122從瓶供給)、正壓力 (環(huán)路壓力)、負(fù)壓力(例如，該過程流體122從桶供給)。過程流體 的載入依賴于裝置壓力的變化或者在過程流體供給時的壓力脈動。因?yàn)?該泵系統(tǒng)100實(shí)際上具有容積，所以氣泡不與流體區(qū)分開來。
可以通過多種方法來實(shí)現(xiàn)空氣收集和凈化。例如，在入口閥之前使 用儲罐或者存儲器以儲存流體且容許氣泡上升到頂部，而過程流體下降 到底部。然后，該"氣泡較少"的過程流體從存儲器的底部被抽入入口 114。在其它實(shí)施方案中，智能凈化被使用，以釋放氣泡-一些預(yù)定容量 的過程流體被抽入貯存器112且另一些預(yù)定容量的過程流體被從頂部清 除(可能回到供給箱)》剩余的過程流體然后被分配。
當(dāng)可動部件120如圖1所示地運(yùn)動到右側(cè)以輸送過程流體到過程工 具124時，入口止回閥115關(guān)閉且出口止回閥117打開。這有效地在過 程流體122的輸送過程中將泵系統(tǒng)100與過程流體122的源隔開。因此， 由于壓力變化或堵塞過濾器引起的任何上游影響都不會在輸送過程中影響過程流體流率。通常，致動器130可以克服任何下游影響(一直到其 設(shè)計(jì)極限)以維持指定的流率。
圖2主要示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的流動控制系統(tǒng)200。該 流動控制系統(tǒng)200包括注射泵201。在泵系統(tǒng)200中，剛性容器是具有大 致相同截面的壓力缸210。該壓力缸210具有包括入口 114和出口
116的一端，入口 114和出口 116經(jīng)由入口和出口止回閥115、 117而分 別連接在供給管123和過程管125上。柱塞220通常位于與壓力缸210 的入口/出口端相反的一端。該柱塞220可在壓力缸210中滑動，以致柱 塞220的如圖2所示的向右運(yùn)動導(dǎo)致過程流體從壓力缸210中被排出， 通過出口 116到達(dá)過程管125。如上所述，壓力缸210具有大致相同的截 面，所以體積流率直接與柱塞速度成比例。
在示例性實(shí)施例中，線性驅(qū)動步進(jìn)馬達(dá)230經(jīng)由活塞232連接在柱 塞220上，以致動柱塞220。即使下游壓力變化，該步進(jìn)馬達(dá)230也以指 定的速度來移動該柱塞220(例如，每單位時間的脈沖)。例如可從Haydon Switch and Instrument Company獲得的混合線性致動器(尺寸23 Captive 57000系列)是用于致動柱塞220的適合的步進(jìn)馬達(dá)。當(dāng)該柱塞 力調(diào)節(jié)到所需水平以保持該柱塞220以指定的速度運(yùn)動時，該泵系統(tǒng)200 可以基本上同時響應(yīng)于過程中的影響。在特定實(shí)施例中，該馬達(dá)電流被 監(jiān)控并用作過程中的問題、例如下游過濾器堵塞的指示。如果電流變得 過大，那么系統(tǒng)在機(jī)械故障產(chǎn)生前被切斷。所使用的具體的致動器基于 幾個要素，包括批量大小、批量時間、入口壓力、出口壓力、流體速度、 流體密度等。
嚢212位于該壓力缸210中，以致其與入口 114和出口 116流體連 通，以形成過程流體貯存器112。在所說明的實(shí)施例中，該嚢212被緊固 在壓力缸210的入口/出口端上，以致過程流體，例如漿液，與壓力缸210 的內(nèi)部及柱塞220隔開。因此，柱塞在一個方向(如圖2所示向左)上 的運(yùn)動使流體被抽入嚢212中，而柱塞在相反方向(如圖2所示向右) 上的運(yùn)動使流體從嚢212中被排出。該流體供給管123經(jīng)由入口止回閥 115被連接在入口 114上，出口 116經(jīng)由出口止回閥117連接在過程管 125上。
許多應(yīng)用場合，例如與許多半導(dǎo)體過程有關(guān)的那些應(yīng)用，需要流體輸送系統(tǒng)的流動路徑(所有表面被過程流體潤濕的表面)由高純度且化
學(xué)地插入/輔助的材料構(gòu)成。在該漿液應(yīng)用、例如CMP中，研磨劑粒子可 以在管中堆積，形成研磨性材料的硬"石料，，。如果該石料然后從管中 脫離并跑到晶片上，該晶片會被擦傷且可能被毀壞。因此，過濾器經(jīng)常 被用于除去大的粒子。
泵系統(tǒng)200的潤濕的部件，例如嚢212、入口 114、出口 116、止回 閥244、 246和供給管和過程管123、 125，由高純度塑料制成。適合的高 純度塑料是PFA(全氟烷氧基共聚物)，其是具有優(yōu)異的化學(xué)抗性和機(jī)械 特性的先進(jìn)的含氟聚合物。多種含氟聚合物、例如PVDF和PTFE也是適 合的。此外，這些材料是"無粘性"的，因此沒有聚集粒子的趨勢。這 阻止粒子堆積及由于這樣的堆積而堵塞過濾器。
圖3說明了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的其它示例性流動控制系統(tǒng)300。該 系統(tǒng)300應(yīng)用膜片泵301并使用泵330作為致動器。膜片320位于剛性 容器310內(nèi)以限定過程流體貯存器112，該過程流體貯存器112與入口 114、出口 116、及入口和出口止回閥115、 117流體連通。在高純度應(yīng)用 中，該潤濕的部件由例如PFA的高純度塑料制成。
工作流體貯存器340被限定在膜片320的相反一側(cè)。該泵330,例如 容積式泵，選擇性地測量進(jìn)出工作流體貯存器340的工作流體。通常， 例如水或油的不能壓縮的流體作為工作流體是理想的。因此，測量從工 作流體貯存器340出來的工作流體是在第一方向(向圖3所示的向右) 上移動膜片320，以便將過程流體抽入入口 114。測量進(jìn)入工作流體貯存 器340的的工作流體是在相反方向上移動膜片320，以便從出口 116排出 過程流體。
圖4說明了本發(fā)明的又一示例性實(shí)施例的流動控制系統(tǒng)400。該系統(tǒng) 400包括基本上剛性的容器410，所述基本上剛性的容器410限定穿過其 中的過程流體出口 116。柔性過程流體貯存器412 ,皮收納在該剛性容器 410中且與過程流體出口 116流體連通。為了代替使用可動部件來壓陷該 過程流體貯存器412，工作流體被泵送入剛性容器410以壓陷該過程流體 貯存器。工作流體貯存器440被限定在基本上圍繞該過程流體貯存器412 的剛性容器410中。該剛性容器410也限定了工作流體入口 442。收納入 工作流體貯存器440中的工作流體壓縮該過程流體貯存器412，以從中通 過過程流體出口 116排出過程流體122。泵430，例如測量泵或注射泵，連接在工作流體入口 442上以測量進(jìn)入工作流體貯存器440中的工作流 體。因此當(dāng)工作流體進(jìn)入工作流體貯存器440時，該過程流體122以大 致相同的速度從過程流體貯存器412中排出。
在特定實(shí)施例中，過程流體貯存器412是一次性袋，其在高純度應(yīng) 用中由例如PFA的高純度塑料制成。該袋可以預(yù)先裝有例如漿液的過程 流體，并且氣密以保證當(dāng)過程流體被供給到該過程時沒有氣泡存在。此 外，該袋是一次性，這保證清潔的系統(tǒng)和新鮮的過程流體。 一次性的袋 的使用極大地降低了在制成過程流體的時間和其被引入到過程工具的時 間之間過程流體所接觸的表面數(shù)量。
過程流體出口 116可以具有與其相關(guān)的過濾器446。在使用一次性的 過程流體貯存器的系統(tǒng)中，過濾器446可以與過程流體袋為一體，以使 該過濾器隨著過程流體的每次新的供給自動地變化。 一些實(shí)施方案應(yīng)用 混合器448，例如超聲混合器，以便攪動該過程流體通過過程流體貯存器 412。
以上公開的具體實(shí)施例僅僅是用于說明，因?yàn)楸景l(fā)明可以以對受益 于在此的啟示的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的不同但等效的方式進(jìn)行 變更和實(shí)施。此外，除了如以下的權(quán)利要求所述的，在此示出的結(jié)構(gòu)或 設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)沒有限制。因此顯而易見的是，以上公開的具體實(shí)施例可以 被改變或變更，并且所有的這些變化都被認(rèn)為在本發(fā)明的主旨和范圍中。 因此，在此所謀求的保護(hù)如以下的權(quán)利要求所述。
權(quán)利要求
1.一種用于控制到CMP工具的漿液流的方法，包括提供預(yù)先裝有漿液的一次性袋；使該一次性袋定位為與漿液出口流體連通；將CMP工具連接到所述漿液出口；和壓陷該一次性袋，以便將漿液以所希望的流率從該一次性袋排出到該CMP工具。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該一次性袋和可動部件位于剛性容器中，并且壓陷該一次性袋包括在第一方向上移動該可動部件。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該一次性袋位于剛性容器中，并且壓陷該一次性袋包括將工作流體泵送入該剛性容器中。
全文摘要
本發(fā)明涉及流動控制方法，具體而言公開了一種用于控制到CMP工具的漿液流的方法，包括提供預(yù)先裝有漿液的一次性袋；使該一次性袋定位為與漿液出口流體連通；將CMP工具連接到所述漿液出口；和壓陷該一次性袋，以便將漿液以所希望的流率從該一次性袋排出到該CMP工具。
文檔編號B24B37/04GK101491889SQ20091000459
公開日2009年7月29日 申請日期2003年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月30日
發(fā)明者M·G·惠勒 申請人:美國艾默生電氣公司