CN101489724A - 用来处理高纯度材料的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示用来处理高纯度材料的系统和方法。单元操作处理材料流，该单位操作的操作参数被监测，而备用单元被充以增压气体以达到系统压力。材料流响应记录门限值的单元操作的操作参数被转移到备用单元。在增压气体已被净化之后，离开备用单元的流动首先经由出口被放出，然后被引向使用点。然后，该单元操作可能被维护，随后被恢复联机。第二单元操作可能同时处理第二材料流，而且第二材料流可能以相似的方式被定期地转移到备用单元，借此减少管线压力变化。所揭示的方法可能是通过手操作完成的或者是通过使用控制器自动实现的。

Description

用来处理高纯度材料的系统和方法

技术领域

本发明的至少一个实施方案通常涉及用来处理材料的系统和方法，更具体地说，涉及用来处理高纯度材料(例如，磨粉浆)的系统和方法。

背景技术

高纯度处理材料是需要的，举例来说，在制药工业、化妆品工业和半导体工业中。在半导体工业中，混合型处理材料通常是使用将原料引进混合子系统的制造系统准备的。为了生产一批对于其倾向性应用可接受的混合型处理材料和保证批间的一致性，精确性是必不可少的。然后，一批通常在下游被进一步处理，例如，在递送给工具之前经历过滤操作或进一步的混合。

在许多应用中，不断地将混合型处理材料供应线给使用点是符合需要的。备用单元通常用来使一个或多个处理元素定期地脱机变得容易，以便于维护。然而，在与这样的转换相关联的处理参数中甚至较小的变动都可能导致高纯度材料的连续递送和/或质量的重大破坏。举例来说，系统内有害的压力降可能是特别关心的。

发明内容

依照一个或多个实施方案，本发明通常涉及用来处理高纯度材料的系统和方法。

依照一个或多个实施方案，本发明涉及处理高纯度材料的方法，该方法包括下列行为：将第一材料的流动引进第一单元操作，监测第一单元操作的操作参数，用增压气体充满第二单元操作，清除来自第二单元操作的增压气体，以及响应记录门限值的第一单元操作的操作参数将第一材料的流动转移到第二单元操作。

依照一个或多个实施方案，本发明进一步涉及用来处理高纯度材料的系统，该系统包括第一材料补给线，与第一材料补给线的下游流体连接第一单元操作，与第一材料补给线下游流体连接的第二单元操作，为检测第一单元操作的操作参数而安排的第一感应器，为检测第二单元操作的操作参数而安排的第二感应器，与第一单元操作和第二单元操作流体连接的增压气体补给线，与第一单元操作和第二单元操作流体连接的出口和与第一感应器、第二感应器和出口通信的控制器。该控制器被配置成产生用来自增压气体补给线的增压气体填充第二单元操作的第一控制信号、响应记录门限值的第一感应器将第一材料的流动从第一单元操作经由第二单元操作转移到出口的第二控制信号和在将增压气体从第二单元操作清除之后将第一材料的流动经由第二单元操作引向工具的第三控制信号。

本发明的其它其他利益、新颖特征和目的在连同附图一起考虑的时候通过下面本发明的详细描述变得显而易见。

附图说明

这些附图不打算依比例绘制。在这些附图中，以各种不同的附图举例说明的每个同一的或几乎同一的组成部分是用相似的数字表现的。为了清楚，并非每个组成部分都被标注在每幅图画中。本发明的非限制性的优选实施方案将参照附图予以描述，其中：

图1-5呈现依照本发明的一个或多个实施方案举例说明其中的系统和各种不同的流体流动形态的示意图；

图6-7呈现依照本发明的一个或多个实施方案举例说明其中的替代系统和各种不同的流体流动形态的示意图。

具体实施方式

这项发明在其应用方面不局限于在下列描述中陈述的或在附图中举例说明的组成部分的安排和构造的细节。本发明能够除了作为样板在此呈现的那些以外以各种不同的方式具体表达和实践或实现。

依照一个或多个实施方案，本发明通常涉及用来处理高纯度材料的一个或多个系统和方法。在此描述的系统和方法可能被用于，举例来说，在各式各样的工业(包括化妆品工业、制药工业和半导体工业)的应用以及对高纯度材料的连续和/或精确供应可能有要求的其它应用中准备材料。

本发明的实施方案通常可以包括将材料的流动纳入单元操作。该单元操作可能包含任何有体积要填充的作业组成部分。单元操作可能能够对该材料起作用，举例来说，借助组合，反应或分离处理。在一些实施方案中，单元操作可能包括过滤器，例如，过滤器组或系统，其中压差多孔过滤器能分级过滤该材料。过滤器和多孔性的选择可能是基于待处理的材料和倾向性应用决定的。其它的单元操作可能包括，举例来说，离子交换床、研磨机械、加热装置或冷却装置。

然后，单元操作可能将材料引向下游以便进一步处理、储藏或最终用途递送。被纳入单元操作的材料可能包含任何需要用该单元操作处理的组合物或混合物，举例来说，化学机械平面化(CMP)淤浆。材料可能包含在该单元操作的上游已经处理过的(例如，已经混合或分离过的)组合物，或可能包含新进料以便用该单元操作进行最初的处理。本发明的一些实施方案可能包括被纳入多样的主单元操作的多样的材料流，这将在下面进一步讨论。举例来说，第一材料补给线可能与第一单元操作流体连接，而第二材料补给线可能与第二单元操作流体连接。在一些实施方案中，第一和第二单元操作可能同时起作用。

本发明的系统可能进一步包括一个或多个能够检测、测量和/或监测单元操作的性质或操作参数的感应器。感应器可能包括，举例来说，为监测横跨单元操作的压力差而配置的一个或多个压力感应器(例如，压力传感器)。该压力差可能是直接测量的，或是基于从该单元操作的上游和下游获得的读数确定的。其它的操作参数可能包括，举例来说，温度、导电率、流速或耗电量。在一些实施方案中，感应器可能以收集到的数据为基础产生信号而且可能将该信号进一步传送给系统操作员或控制器。用这些感应器搜集的信息可能有助于，举例来说，评估该单元操作的性能和评定该单元操作的维护需求。

在该系统的操作期间，为了维护或维修使该单元操作脱机可能是符合需要的或必需的。单元操作可能是按固定的时间间隔或响应记录门限值的操作参数进行维护的。举例来说，与过滤器组通信的压力感应器可能记录过滤器组两端在预定的门限值以上的压差。该门限值可能因操作员或基于倾向性应用改变。举例来说，如果在新的或维修过的单元操作两端的差动压力显示6psi，那么9psi的差动压力可能被预定为门限值。维护通常可能包括隔绝该单元操作以及清洁和/或更换该单元操作的组成部分。举例来说，当单元操作包含过滤器的时候，维护可能更明确包括冲洗、反向冲洗或技术上普遍知道的其它清洁方式。

依照一个或多个本发明实施方案，为了使材料在下游的连续处理和/或递送变得容易，系统也可能包括支持和/或支援主单元操作的一个或多个次单元操作。这种次单元操作可能在此被称为备用单元或后援单元。当主单元操作为了维护或维修脱机的时候，待处理的材料流可能被暂时转移到备用单元，以避免中断处理过的材料向下游递送，直到恢复通向主单元操作的流动。一般地说，备用单元可能功能上与它支援的主单元操作相同和/或有能力以别的方式更换它支援的主单元操作。依照一些实施方案，单一的备用单元可能支援一个或多个主单元操作。

本发明的一个或多个实施方案可能进一步包括用来减少系统里面的管线压力变化的特征。当主单元操作和备用单元操作之间转换(例如，为了上面讨论过的维护)的时候避免在起作用的单元中出现管线压力下降可能是令人想要的。不愿受任何特定理论的约束，管线压力的变化可能在强调精确性的场合对高纯度材料的处理和递送的准确性和/或连续性产生有害的影响。

因此，依照本发明的一个或多个实施方案，主单元操作和次单元操作可能与增压流体(例如，增压气体)的来源流体连接，以准许在单元操作之间转换之前准备好。更明确地说，为了达到系统压力，要联机的单元操作可能首先装满增压气体。所利用的增压气体可能包括与系统的组成部分相容的任何气体，例如，增压的氮气。依照下面参照各种不同的附图更详细的讨论，待处理的材料流动能被暂时转移到准备好的备用单元操作无需经历管线压力的重大下降。

为了使在需要时清除来自系统的增压气体变得容易，该系统也可能包括与每个单元操作流体连接的出口。该系统的一个或多个特征(例如，与系统内的流动管线相关联的各种不同的阀门(例如，针形阀))可能被调整和/或预先设定以便限制和/或控制增压气体从单元操作排出的速率。可能在单元操作之间转换期间控制在单元操作中待处理的材料取代增压气体的速率以帮助避免管线压力变化。调节从单元操作排出增压气体的速率可能直接控制待处理材料的流入。

现在参照附图更详细地描述本发明的至少一个实施方案的操作，其中粗体线指出系统内的流体流动。

图1到图5举例说明依照本发明的一个或多个实施方案的系统。待处理的材料流是从材料供应线110纳入第一单元操作120的。离开第一单元操作120的经过处理的材料被引向下游的工具130或用于进一步处理。作为替代，离开第一单元操作120的经过处理的材料可能流入，举例来说，半导体生产线。第一单元操作120的操作参数是用感应器140(例如，压差感应器)监测的。附加的感应器可能是在第一单元操作120的前面和后面(例如，在补给管线和出口管线中)提供的。如图1所示，第二单元操作150充满来自增压气源180的增压气体以便达到系统压力。这项准备工作可能发生在第一单元操作120正在积极处理材料之时。增压气体可能要么如图1所示保留在第二单元操作150里面，要么如图2所示不断地经由出口170从系统100排出。

依照一个或多个实施方案，单元操作之间的转换可能是响应记录预定门限值的第一单元操作120用感应器140检测的操作参数开始的。作为替代，该转换可能定期地、间歇地或按系统100的操作员决定的预定的时间间隔发生。在转换期间，来自材料供应线110的材料可能首先被纳入第一和第二单元操作120、150进行处理。图3举例说明这个双重操作周期，在此期间离开第二单元操作150的流动经由出口170被排出，以便清除来自系统100的增压气体。一旦增压气体被充份地排出，离开第二单元操作150的流动就如图4所示被引向工具130。然后，材料流能如图5所示完全从第一单元操作120转移到第二单元操作150。所描述的第一单元操作120和第二单元操作150之间的转换可以在不中断连续向下游递送经过处理的材料和没有重大管线压力降(例如，少于1psi)的情况下完成。第二单元操作150可能被联机，同时避免第一单元操作120的压力瞬变过程。

第二单元操作150的操作参数是用第二感应器160监测的。当第二单元操作150作为后援单元联机处理材料的时候，第一单元操作120能被维修。举例来说，第一单元操作120可以与系统100的剩余部分在流动上分开，而且其组成部分可以被清理和/或更换。这样，第一单元操作120的操作参数可以被恢复到门限值以下。

维修之后，第一单元操作120可以回到联机，而第二单元操作150仍然继续。第一单元操作120可能充满来自增压气源180的增压气体。再一次，增压气体可能要么如图5所示保留在第一单元操作120内，要么不断地经由出口170排出。

然后，来自材料供应线110的待处理的材料流可能被恢复到第一单元操作120。回到第一单元操作120的转换可能发生在完成第一单元操作120的维护和增压之时。作为替代，转换可以响应监测到的记录第二预定门限值的第二单元操作150的操作参数(举例来说，指出第二单元操作150需要维护的操作参数)着手进行。从第二单元操作150回到第一单元操作120的替换或转换可能以与最初的转换相似的方式发生。举例来说，材料可能被纳入第一和第二单元操作120、150，当增压气体已被清除的时候，离开第一单元操作120的流动可能经由出口170排出，而后者被引向工具130，然后该材料的流动可以从第二单元操作150完全转移到第一单元操作120。第一单元操作120的操作参数可能被监测，而第二单元操作150可能通过维护准备好稍后在需要时恢复联机。在在此描述的处理周期期间，不起作用的单元操作通常被维护和/或将操作参数带给该系统。

替代系统200可能进一步包括流体连接第二材料供应线210和增压气源180下游的第三单元操作220，如图6和图7所示。第一和第二材料供应线110、210可能包含相同的材料和/或可能起源于同一来源。第三感应器240监测第三单元操作220的操作参数。

离开第三单元操作220的流动可能递送给下游的第二工具230。依照一个或多个实施方案，第二单元操作150可能与第一和第二材料供应线110、210两者流体连接以及与第一和第二工具130、230两者流体连接，为的是充当第一和第三单元操作120、220的备用或后援单元。第一和第二工具130、230可能是相同的或不同的工具。在一个实施方案中，第一和第三单元操作120、220两者都给单一的半导体生产线供料。

在系统200的操作期间，第一单元操作120可能主要与第三单元操作220同时起作用。其中第一或第二材料供应线110、210之中任何一个可能被暂时转移到第二单元操作150，为的是分别维护第一和第三单元操作120、220之一。因此，第二单元操作150可能在转换期间与第一或第三单元操作120、220之一同时起作用，以便维护主单元操作之一。单元操作之间的替换或转换可以如同前面关于依照图1到图5的系统100讨论的那样着手进行，为的是将有害的管线压力变化减到最少。举例来说，不起作用的单元操作可能在联机之前充满增压气体以达到系统压力，而且离开起作用的单元操作的流动可能被增压气体清除经由一个出口被引向工具、储藏或其它使用点。在有两个以上主单元的实施方案中，替换也可能在转换中不需要单元交叠操作就着手进行，例如，在仍然维持向下游连续递送的同时，通过完成材料最初的转移。

如同在图6中作为样板举例说明的那样，第一和第三单元操作120、220可能同时操作分别处理来自第一和第二材料供应线110、210的材料。第二单元操作150暂时脱机并且作为备用单元。如图所示，第二单元操作150是用来自增压气源180的增压气体充气以达到系统压力。再一次，增压气体可能被保留在第二单元操作150之内，如图所示，或作为替代，可能被连续地经由出口170排出。第一和第三单元操作120、220的操作参数是分别借助感应器140、240监测的，以便，举例来说，以便帮助确定其一或两者是否应该脱机进行维护。

图7举例说明同一系统，但是第二材料供应线210的流动响应记录门限值的第三感应器240暂时从第三单元操作220转移到第二单元操作150。第三单元操作220已被隔离进行维护，而且将同样被充以增压气体以便达到系统压力。第三单元操作220可能响应记录门限值的第二单元操作的操作参数或作为替代在完成第三单元操作220的维护和准备之后被联机。

在一些应用中，下游对经过处理的材料的需求量可能有时减少或停止。不愿受任何特定理论的约束，通过单元操作使材料再循环，(例如，通过过滤器使研磨浆再循环)对淤浆和/或单元操作的性能可能是有害的。在这些情况下，可以设想将材料流转移到旁路环，没有相关联的单元操作，直到下游的需求量恢复。为了避免管线压力变化，旁路环可能依照前面关于备用单元操作讨论的方法在被联机之前被充以增压气体。所揭示的处理高纯度材料的方法可以通过手工操作完成或者通过使用并入该系统的控制器自动实现。举例来说，系统可能包括与感应器通信的控制器和与通向单元操作、工具和出口的流动相关联的各种阀门。控制器可能被配置成产生用来自增压气体补给线的增压气体给第二单元操作充气的第一控制信号、响应记录门限值的第一感应器将第一材料流从第一单元操作经由第二单元操作转移到出口的第二控制信号和在将增压气体从第二单元操作清除之后将第一材料的流动经由第二单元操作引向工具的第三控制信号。控制器可能被进一步配置成产生响应记录第二门限值的第三感应器将第二材料的流动从第三单元操作转移到第二单元操作的第四控制信号。控制器可能被进一步配置成为了进行维护将第一单元操作隔离并且响应记录第三门限值的第二感应器或响应记录低于该门限值的第一感应器重新开始第一材料到第一单元操作的流动。

控制器可能是使用一个或多个计算机系统(举例来说，通用型计算机，例如以Intel 

型处理器、Motorola 

处理器、Sun 

处理器、Hewlett-Packard 处理器或任何其它类型的处理器或组合为基础的那些)实现的。作为替代，计算机系统可能包括专门编程的专用硬件，举例来说，特定用途集成电路(ASIC)或为材料处理系统设计的控制器。

计算机系统通常能包括与一个或多个存储装置连接的一个或多个处理器，其中存储装置能包括，举例来说，一个或多个任何类型的磁盘存储器、闪存存储装置、RAM存储装置或其它用来储存数据的装置。存储器通常用于在材料处理系统和/或计算机系统的操作期间储存程序和数据。举例来说，存储器可能用于储存在某个时段里与参数有关的历史数据和操作数据。包括实现本发明的实施方案的程序码的软件可以能储存在计算机易读的和/或可写入的非易失性记录媒体上，然后通常被复制到存储器中，在这种情况下它能被处理器运行。这样的程序码可能是用众多编程语言(例如，Java、Visual Basic、C、C#或C++、Fortran、Pascal、Eiffel、Basic、COBAL或其组合变化之中的任何一种)之中的任何一种编写的。

计算机系统的组成部分可能借助一种或多种互连机制耦合，该互连机制可能包括一条或多条总线(例如，在集成在同一器件内的各组成部分之间)和/或网络(例如，在驻留在各个独立的分立器件上的各组成部分之间)。互连机制通常使通信(例如，数据、指令)能够在计算机系统的各个组成部分之间交换。

计算机系统也能包括一个或多个输入装置(例如，键盘、鼠标、跟踪球、话筒、触摸屏和其它人机接口装置)和一个或多个输出装置(例如，打印装置、显示屏或喇叭)。除此之外，计算机系统可能包含一个或多个接口(未展示)，这些接口能将该计算机系统与通信网络连接起来(作为可以用计算机系统的一个或多个组成部分形成的网络的补充或替代品)。

依照本发明的一个或多个实施方案，那一个或多个输入装置可能包括用来测量材料处理系统和/或其组成部分的参数的感应器。作为替代，感应器、计量阀和/或其它组成部分可能被接到操作上与计算机系统耦合的通信网络上。上述诸项之中的任何一项或多项可与另一个计算机系统或组成部分耦合以便在一个或多个通信网络上与该计算机系统通信。这样的配置允许任何感应器或产生信号的装置远离该计算机系统定位和/或允许任何感应器远离任何子系统和/或控制器定位，而且仍然在其间提供数据。这样的通信机制可以通过利用任何适当的技术(包括但不限于利用无线协议的那些)产生。

控制器可以包括一个或多个计算机存储媒体，例如，能储存定义一个或多个处理器运行的程序的信号的易读的和/或可写入的非易失性记录媒体。媒体可能是，举例来说，磁盘存储器或闪存存储器。在典型的操作中，处理器能要求将数据(例如，实现本发明的一个或多个实施方案的代码)从存储媒体读到存储器中，后者考虑到用一个或多个处理器以比该媒体快速地存取信息。该存储器通常是易失性的随机存取存储器，例如，动态随机存取储存器(DRAM)或静态随机存取存储器(SRAM)或其它使信息对处理器的来回转移变得容易的适当的装置。

人们应该领会到本发明不局限于在软件中或在作为样板在此讨论计算机系统上实现。的确，控制器或其组成部分或小部份可能作为替代是作为专用的可编程的逻辑控制器(PLC)实现的或者是在分布式控制系统中实现的，而不是在，举例来说，通用计算机系统上实现的。此外，人们应该领会到本发明的一个或多个特征或方面可以用软件、硬件或固件、或其任何组合实现。举例来说，控制器可执行的一段或多段算法能在本身能通过一个或多个网络通信的独立计算机中完成。

本发明的系统和方法的其他实施方案被设想为超过作为样板在此描述的那些。

如同在此使用的那样，术语“众多”指的是两个以上项目或组成部分。术语“包含”、“包括”、“含有”、“有”、“包含”和“包括”无论是在书面描述中或在权利要求书都是可作广泛解释的术语，即，意味着“包括但不限于”。因此，这种术语的使用意味着囊括其后列出的项目和其同等物以及附加项目。只有过渡性短语“由～组成”和“本质上由～组成”分别是关于权力要求的限定性的或半限定性的过渡性短语。

诸如“第一”、“第二”、“第三”之类在权利要求书中修改权项元素的顺序术语的使用并非独自意味着一个权项元素相对另一个的任何优先、居先或次序或实现某方法的行为的时间次序，而是仅仅作为标记区分一个有特定名称的权项元素和另一个有同一名称的元素，以便区分权项元素。

熟悉这项技术的人应该领会到在此描述的参数和配置是可仿效的而且真实的参数和/或配置将取决于使用本发明的系统和技术的特定应用。熟悉这项技术的人也应该能够使用不多于常式的实验认识或确定本发明的特定实施方案的同等物。因此，人们将理解在此描述的实施方案仅仅是作为例子呈现的而且在附带的权利要求书及其同等物的范围内本发明可以以与明确地描述的方式不同的方式实践。

Claims (26)

1.一种处理高纯度材料的方法，该方法包括下列行为：

将第一材料的流动引进第一单元操作；

监测第一单元操作的操作参数；

用增压气体充满第二单元操作；

清除来自第二单元操作的增压气体；以及

响应记录门限值的第一单元操作的操作参数将第一材料的流动转移到第二单元操作。

2.根据权利要求1的方法，进一步包括隔离第一单元操作。

3.根据权利要求2的方法，进一步包括冲洗第一单元操作。

4.根据权利要求2的方法，进一步包括将第一单元操作的操作参数恢复到门限值以下。

5.根据权利要求4的方法，其中恢复操作参数的行为包含更换第一单元操作的组成部分。

6.根据权利要求4的方法，进一步包括用增压气体装填第一单元操作。

7.根据权利要求6的方法，进一步包括将第一材料的流动恢复到第一单元操作。

8.根据权利要求7的方法，其中将第一材料的流动恢复到第一单元操作的行为包括清除来自第一单元操作的增压气体。

9.根据权利要求1的方法，进一步包括将第二材料的流动引进第三单元操作和监测第三单元操作的操作参数。

10.根据权利要求9的方法，进一步包括响应记录第二门限值的第三单元操作的操作参数将第二材料的流动转移到第二单元操作。

11.根据权利要求10的方法，进一步包括将第三单元操作的操作参数恢复到第二门限值以下。

12.根据权利要求11的方法，进一步包括将第二材料的流动恢复到第三单元操作。

13.根据权利要求1的方法，其中第一和第二单元操作都包含过滤。

14.根据权利要求1的方法，其中第一单元操作的操作参数是横过第一单元操作的压力差。

15.根据权利要求9的方法，其中第一单元操作和第三单元操作同时起作用。

16.用来处理高纯度材料的系统，其中包括：

第一材料补给线；

与第一材料补给线下游流体连接的第一单元操作；

与第一材料补给线下游流体连接的第二单元操作；

为检测第一单元操作的操作参数而安排的第一感应器；

为检测第二单元操作的操作参数而安排的第二感应器；

与第一单元操作和第二单元操作流体连接的增压气体补给线；

与第一单元操作和第二单元操作流体连接的出口；以及

与第一感应器、第二感应器和出口的通信为产生以来自增压气体补给线的增压气体填充第二单元操作的第一控制信号、使来自第一单元操作的第一材料的流动响应记录门限值的第一感应器经由第二单元操作转移到出口的第二控制信号和在增压气体已从第二单元操作清除之后将第一材料的流动经由第二单元操作引向工具的第三控制信号而配置的控制器。

17.根据权利要求16的系统，其中第一感应器包含压力差感应器。

18.根据权利要求16的系统，其中第一和第二单元操作包含过滤。

19.根据权利要求16的系统，进一步包括与第二单元操作的上游流体连接的第二材料补给线。

20.根据权利要求19的系统，进一步包括与第二材料补给线的下游流体连接的第三单元操作。

21.根据权利要求20的系统，进一步包括为检测第三单元操作的操作参数而安排的第三感应器。

22.根据权利要求20的系统，其中控制器被进一步配置成产生响应记录第二门限值的第三感应器将第二材料的流动从第三单元操作转移到第二单元操作的第四控制信号。

23.根据权利要求16的系统，其中控制器被进一步配置成响应记录第三门限值的第二感应器使第一材料的流动恢复到第一单元操作。

24.根据权利要求16的系统，其中控制器被进一步配置成为维护而隔离第一单元操作。

25.根据权利要求24的系统，其中控制器被进一步配置成响应登记在该门限值下面的第一感应器使第一材料的流动恢复到第一单元操作。

26.根据权利要求20的系统，其中第一和第三单元操作被配置成同时动作。

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