CN102248489B - 一种脉动缓冲器及研磨液供应系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种脉动缓冲器，包括壳体，壳体的两侧分别设置有液体入口和液体出口；壳体内设置有气体腔，气体腔的侧壁由可伸缩的伸缩膜组成，气体腔的顶面和底面由隔膜和壳体的底面组成，伸缩膜的一端固定于壳体的底面，另一端固定连接隔膜；气体腔内设置有中心轴和中心轴套，中心轴套的底面固定于壳体的底面，中心轴套的顶面设置有开口，中心轴通过中心轴套顶面的开口，其第一端连接隔膜，第二端位于中心轴套内；中心轴的第二端具有限位末端，限位末端的宽度大于中心轴套顶面的开口的间距；气体腔的底面设置有气体入口，用于向气体腔内通入压缩气体。该脉动缓冲器结构简单，相较其他种类的脉动缓冲器体积更小，具有很好的平滑脉动效果。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造中的化学机械研磨技术领域，特别涉及一种脉动缓冲器及研磨液供应系统。
背景技术
化学机械抛光(CMP)为芯片加工中必不可少的一道工艺，随着半导体芯片技术的进一步发展，机械研磨抛光技术的作用举足轻重，对研磨液本身质量及供应条件的要求也更为苛刻。
在研磨液供应系统中，通常采用泵将研磨液存储容器中的研磨液抽取至研磨液供应管道中，最终将研磨液供应到研磨机台上。在输送研磨液时，当泵在起动和关闭时，液体冲击研磨液供应管道，会对管路及其阀门等部件产生瞬时而强烈的冲击力，即存在水锤现象。同时，泵采用的″吸取-压送″的往返动作使研磨液供应管道中的液体存在着与泵体中活塞作用频率相同的明显的压力波动即存在脉动现象。由于脉动现象的存在，泵运转供出的研磨液压力几乎成正弦函数变化，当设定压力为110Kpa时，研磨液供应管道中的压力变化范围可达100Kpa，这样产生的水锤现象和脉动现象对研磨液供应管道的损耗较为严重，不稳定的管道压力对研磨液本身及其供应质量也具有负面影响。
为避免产生上述的水锤和脉动现象，现有技术中通常采用增设缓冲器使研磨液供应管道中流出的液体压力和流量平稳。现有技术中的缓冲器分为气囊式、空气式和膜片式等。气囊式缓冲器为在壳体的内部设置有一个皮囊，皮囊内有一定压力的气体。当流经缓冲器的液体压力过大时，在液体压力的作用下，压迫皮囊吸收一定的压力能；当流经缓冲器的液体压力偏低时，皮囊将在囊内压缩气体的作用下释放能量，以求保证管道内的液体压力平衡，消除脉动现象。空气式缓冲器通过向壳体内通入一定气压的气体使流经缓冲器的液体压力保持平衡。膜片式缓冲器通过在壳体内设置一个隔膜将壳体分为上下两个腔体。下腔体通过被输送液体，上腔体通入压缩气体，通过上腔体内的压缩气体吸收液体的脉动，使管道内的液体压力和流量平稳。
但现有技术中的各种脉动缓冲器均具有其各自的缺点：空气式缓冲器会因气体在输送液体中溶解而使其缓冲效果衰减；膜片式缓冲器通过隔膜分隔的压缩气体腔室的伸缩活动范围有限，其只能上下伸缩，不能左右伸缩，而气囊式缓冲器中的气囊伸缩空间灵活，其上下左右均可被压缩或释放，因此膜片式缓冲器的缓冲效果不如气囊式缓冲器，而气囊式缓冲器的成本又较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供脉动缓冲器，以解决现有技术的研磨液供应系统通过泵向管道抽取液体时产生水锤现象和脉动现象的问题。
本发明要解决的技术问题还在于提供一种研磨液供应系统，以解决过泵向管道抽取研磨液时产生水锤现象和脉动现象的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种脉动缓冲器，包括壳体，所述壳体的两侧分别设置有液体入口和液体出口；所述壳体内设置有气体腔，其特征在于，所述气体腔的侧壁由可伸缩的伸缩膜组成，所述气体腔的顶面和底面由隔膜和所述壳体的底面组成，所述伸缩膜的一端固定于所述壳体的底面，另一端固定连接所述隔膜；所述气体腔内设置有中心轴和中心轴套，所述中心轴套的底面固定于所述壳体的底面，所述中心轴套的顶面设置有开口，所述中心轴通过所述中心轴套顶面的开口，其第一端连接所述隔膜，第二端位于所述中心轴套内；所述中心轴的第二端具有限位末端，所述限位末端的宽度大于所述中心轴套顶面的开口的间距；所述气体腔的底面设置有气体入口，用于向所述气体腔内通入压缩气体。
可选的，所述限位末端与所述中心轴一体形成。
可选的，所述限位末端为独立部件，通过螺纹与所述中心轴连接。
可选的，所述壳体底面的外侧还固定有中心轴套底座，所述中心轴套底座与所述中心轴套的底面连接固定，使所述中心轴套固定于所述壳体的底面。
可选的，所述隔膜和所述伸缩膜的材质为聚四氟乙烯。
本发明还提供了一种采用了上述脉动缓冲器的研磨液供应系统，包括研磨液存储装置、研磨液供应管道、研磨液供给口、泵和脉动缓冲器，所述研磨液供应管道依次将所述研磨液存储装置、泵、脉动缓冲器和所述研磨液供给口连接。
可选的，还包括研磨液回流管道，所述研磨液回流管道的一端连接所述研磨液供给口，另一端连接所述研磨液存储装置。
可选的，所述研磨液供给口还连接将研磨液分配到研磨机台的分配管道。
可选的，所述分配管道为多个，用于将研磨液分配至不同的研磨机台。
可选的，所述研磨液存储装置为多个，所述研磨液供应管道同时连接至所述多个研磨液存储装置中。
可选的，所述研磨液存储装置为多个，所述研磨液供应管道和所述研磨液回流管道同时连接至所述多个研磨液存储装置中。
本发明提供的脉动缓冲器综合了气囊式脉动缓冲器和膜片式脉动缓冲器的特点，通过隔膜和伸缩膜组成的气体腔密封性极好且耐酸碱耐高压；气体腔内的中心轴不但能够上下自由伸缩，且可在一定范围的左右摆动，使得气体腔的体积变化更为灵活；同时中心轴上位于中心轴套内的限位末端限制气体腔膨胀到一定体积时不再继续膨胀，从而可以保护隔膜不会因气体腔的过度膨胀而变形。本发明的脉动缓冲器结构简单，结构内无金属部件，相较其他种类的脉动缓冲器体积更小，基本上可消除水锤现象和脉动现象，具有很好的平滑脉动效果。本发明提供的研磨液供应系统由于采用了本发明的脉动缓冲器，可很好的消除研磨液供应管道的脉动现象，保证了研磨的供应质量，延长了研磨液供应系统特别是研磨液过滤器的寿命。
附图说明
图1为本发明的脉动缓冲器的结构示意图；
图2为使用了本发明的脉动缓冲器的研磨液供应系统的结构示意图；
图3为实验验证使用和未使用本发明的脉动缓冲器时研磨液系统管道液体压力变化的曲线图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本发明的脉动缓冲器及研磨液供应系统可被广泛地应用到许多工艺中，并且可以利用多种适当的材料制作，下面是通过较佳的实施例来加以说明，当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的普通技术人员所熟知的一般的替换无疑地涵盖在本发明的保护范围内。
其次，本发明利用示意图进行了详细描述，在详述本发明实施例时，为了便于说明，示意图不依一般比例局部放大，不应以此作为对本发明的限定。
请参看图1，图1为本发明的脉动缓冲器的结构示意图。如图1所示，本发明的脉动缓冲器100包括壳体101，所述壳体101的两侧分别设置有液体入口102和液体出口103；所述壳体101内设置有气体腔106，所述气体腔106的侧壁由可伸缩的伸缩膜105组成，所述气体腔106的顶面和底面由隔膜104和所述壳体101的底面组成，所述伸缩膜105的一端固定于所述壳体101的底面，另一端固定连接所述隔膜104；所述气体腔106内设置有中心轴107和中心轴套108，所述中心轴套108的底面固定于所述壳体101的底面，所述中心轴套108的顶面设置有开口，所述中心轴107通过所述中心轴套108顶面的开口，其第一端连接所述隔膜104，第二端位于所述中心轴套108内；所述中心轴107的第二端具有限位末端109，所述限位末端109的宽度大于所述中心轴套108顶面的开口的间距；所述气体腔106的底面设置有气体入口110，用于向所述气体腔106内通入压缩气体。
所述限位末端109可以与所述中心轴107一体形成，也可以是独立部件，通过螺纹与所述中心轴107连接。
所述壳体101底面的外侧还固定有中心轴套底座111，所述中心轴套底座111与所述中心轴套108的底面连接固定，使所述中心轴套108固定于所述壳体101的底面。
所述隔膜104和伸缩膜105的材质为聚四氟乙烯。聚四氟乙烯具有很好的耐酸碱性和伸缩性，能够起到很好的密闭和伸缩作用，由其形成的所述气体腔106具备耐腐蚀、耐摩擦和伸缩性好等优良特性。
本发明的脉动缓冲器在使用时，通过气体腔106的底面设置的气体入口110向气体腔106内通入一定压强的压缩空气，与脉动缓冲器相连的管道内的液体通过液体入口102进入脉动缓冲器。当管道内的液体压力升高时，进入脉动缓冲器的液体压缩气体腔106，中心轴107上的限位末端109向中心轴套108的底面方向移动，气体腔106的体积变小，使得脉动缓冲器内的液体压力被气体腔106吸收，通过液体出口103流出到管道中的液体压力得以平缓；当管道内的液体压力下降时，气体腔106内的压缩气体膨胀，中心轴107上的限位末端109向中心轴套108的顶面方向移动，进而将脉动缓冲器内的液体通过液体出口103压入管道。但由于限位末端109的宽度大于中心轴套108顶面开口的间距，当限位末端109移动至中心轴套108顶面时隔膜104即不可再向上移动，即气体腔106达到可伸缩的最大体积，从而可以保护隔膜104不会因气体腔106的过度膨胀而变形。同时由于中心轴套108顶面设置有开口，当气体腔106被压缩或膨胀时，中心轴107除了可以在中心轴套108内进行上下移动之外，还可以在中心轴套108顶面的开口范围内进行一定角度的左右倾斜移动，使得气体腔106能够更为灵活的被压缩和膨胀，可更好的平缓脉动缓冲器内的液体脉动现象。
请参看图2，图2为使用了本发明的脉动缓冲器的研磨液供应系统的结构示意图。如图2所示，本发明的研磨液供应系统包括研磨液存储装置200、研磨液供应管道300、研磨液供给口400、泵600和脉动缓冲器100，还可包括研磨液回流管道500。所述研磨液供应管道300依次将所述研磨液存储装置200、泵600、脉动缓冲器100和所述研磨液供给口400连接。所述研磨液回流管道500的一端连接所述研磨液供给口400，另一端连接所述研磨液存储装置200。所述研磨液供给口400还可连接将研磨液分配到研磨机台的分配管道700，所述分配管道700可以有多个，将研磨液分配至不同的研磨机台。所述研磨液存储装置200可以为多个，所述研磨液供应管道300和所述研磨液回流管道500可同时连接至所述多个研磨液存储装置200中。
使用时，所述研磨液存储装置200内存储的研磨液通过所述泵600被抽取至所述研磨液供应管道300内，研磨液通过所述脉动缓冲器100时，其液体的脉动现象被消除，所述研磨液供应管道300内研磨液的压力和流量被平衡，使得稳定压力和流量的研磨液被输送至所述研磨液供给口400，其后研磨液通过所述分配管道700被分配到不同研磨机台。由于不同研磨制程所需研磨液供应流量及压力的不同，多余的研磨液还可通过连接至所述研磨液供给口400上的研磨液回流管道500回流到所述研磨液存储装置200中。
请参看图3，图3为实验验证使用和未使用本发明的脉动缓冲器时研磨液系统管道液体压力变化的曲线图。图3中横轴代表时间，纵轴代表管道压力，如图3所示，通过实验验证，在使用研磨液为SS25E、流速为SGpa蠕动泵、管道背压调节为110Kpa的条件下，实验结果表明无脉动缓冲器时管道实际背压变化范围达到100Kpa，而使用了本发明的脉动缓冲器之后的管道背压变化范围降低为10Kpa以内。因此设置了本发明的脉动缓冲器后的研磨液供应系统内管道压力变化范围可由100Kpa降低到10Kpa左右，可消除管道内研磨液脉动90％的脉动现象。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (12)
1.一种脉动缓冲器，包括壳体，所述壳体的两侧分别设置有液体入口和液体出口；所述壳体内设置有气体腔，其特征在于，所述气体腔的侧壁由可伸缩的伸缩膜组成，所述气体腔的顶面和底面由隔膜和所述壳体的底面组成，所述伸缩膜的一端固定于所述壳体的底面，另一端固定连接所述隔膜；所述气体腔内设置有中心轴和中心轴套，所述中心轴套的底面固定于所述壳体的底面，所述中心轴套的顶面设置有开口，所述中心轴通过所述中心轴套顶面的开口，其第一端连接所述隔膜，第二端位于所述中心轴套内；所述中心轴的第二端具有限位末端，所述限位末端的宽度大于所述中心轴套顶面的开口的间距；所述气体腔的底面设置有气体入口，用于向所述气体腔内通入压缩气体。
2.如权利要求1所述的脉动缓冲器，其特征在于，所述限位末端与所述中心轴一体形成。
3.如权利要求1所述的脉动缓冲器，其特征在于，所述限位末端为独立部件，通过螺纹与所述中心轴连接。
4.如权利要求1所述的脉动缓冲器，其特征在于，所述壳体底面的外侧还固定有中心轴套底座，所述中心轴套底座与所述中心轴套的底面连接固定，使所述中心轴套固定于所述壳体的底面。
5.如权利要求1所述的脉动缓冲器，其特征在于，所述隔膜的材质为聚四氟乙烯。
6.如权利要求1所述的脉动缓冲器，其特征在于，所述伸缩膜的材质为聚四氟乙烯。
7.一种采用了如权利要求1至6中任一权利要求所述的脉动缓冲器的研磨液供应系统，包括研磨液存储装置、研磨液供应管道、研磨液供给口、泵和脉动缓冲器，所述研磨液供应管道依次将所述研磨液存储装置、泵、脉动缓冲器和所述研磨液供给口连接。
8.如权利要求7所述的研磨液供应系统，其特征在于，还包括研磨液回流管道，所述研磨液回流管道的一端连接所述研磨液供给口，另一端连接所述研磨液存储装置。
9.如权利要求7所述的研磨液供应系统，其特征在于，所述研磨液供给口还连接将研磨液分配到研磨机台的分配管道。
10.如权利要求9所述的研磨液供应系统，其特征在于，所述分配管道为多个，用于将研磨液分配至不同的研磨机台。
11.如权利要求7所述的研磨液供应系统，其特征在于，所述研磨液存储装置为多个，所述研磨液供应管道同时连接至所述多个研磨液存储装置中。
12.如权利要求8所述的研磨液供应系统，其特征在于，所述研磨液存储装置为多个，所述研磨液供应管道和所述研磨液回流管道同时连接至所述多个研磨液存储装置中。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Address after: 201203 No. 18 Zhangjiang Road, Shanghai Patentee after: SEMICONDUCTOR MANUFACTURING INTERNATIONAL (SHANGHAI) Corp. Country or region after: China Patentee after: Wuhan Xinxin Integrated Circuit Co.,Ltd. Address before: 201203 No. 18 Zhangjiang Road, Shanghai Patentee before: SEMICONDUCTOR MANUFACTURING INTERNATIONAL (SHANGHAI) Corp. Country or region before: China Patentee before: Wuhan Xinxin Semiconductor Manufacturing Co.,Ltd. |