CN108284390A - 一种抛光液供给系统 - Google Patents

Abstract

一种抛光液供给系统，包括触摸屏、PLC、抛光液搅拌模块、恒温控制模块、抛光液泵送清洗模块、pH值监测模块以及自动报警模块；触摸屏作为系统的人机交互装置，与PLC相连；PLC作为系统的控制核心，根据该触摸屏得到的输入信息，控制抛光液搅拌模块、恒温控制模块、抛光液泵送清洗模块、pH值监测模块以及自动报警模块实现相应的功能；抛光液搅拌模块用于实现抛光液的均匀混合；恒温控制模块用于实现抛光液抛光温度的恒定；抛光液泵送清洗模块采用电动隔膜泵，实现抛光液的定时、定量输送以及抛光液供给系统的清洗；pH监测模块用于检测抛光液的pH值，并在触摸屏上显示；自动报警模块用于在抛光液的液位过低时发出报警并保护系统。具有操作简单，控制方便，运行可靠价格低的优点。

Description

一种抛光液供给系统

技术领域

本发明涉及化学机械抛光领域，尤其是涉及一种用于化学机械抛光设备中的抛光液供给系统。

背景技术

化学机械抛光(CMP)已成为公认的纳米级全局平坦化精密超精密加工技术。CMP抛光是指在化学试剂及抛光压力的作用下借助磨料的机械去除作用及化学作用去除工件表面的材料，从而获得光学精密表面。抛光液在CMP过程中发挥着重要作用，是化学机械抛光的关键要素之一，在抛光的过程中，抛光液的pH值、温度、施液速度、施液流量等因素对于工件表面质量有至关重要的影响。市场上相关装置只能够实现对抛光液影响因素的部分控制，不易清洗且造价较高。有必要存在一种操作简单，控制方便，运行可靠的抛光液供给系统以满足市场的需要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种低成本，操作简单的抛光液供给系统，它可以代替人工添加抛光液，在触摸屏和PLC的作用下实现时间、流量、速度可控地泵送抛光液。

本发明的技术方案是：一种抛光液供给系统，包括触摸屏、PLC、抛光液搅拌模块、恒温控制模块、抛光液泵送清洗模块、pH值监测模块、自动报警模块。

触摸屏作为系统的人机交互装置，与PLC相连；

PLC作为系统的控制核心，根据该触摸屏得到的输入信息，控制抛光液搅拌模块、恒温控制模块、抛光液泵送清洗模块、pH值监测模块、自动报警模块实现相应的功能；

抛光液泵送清洗模块包括清洗液入口、电磁阀一、电磁阀二、电磁阀三、电磁阀四、电磁阀五、电磁阀六、电磁阀七、电磁阀八、去离子水容器、抛光粉容器、双氧水容器、抛光液容器、旋转清洗喷头、流量计、电动隔膜泵、电动隔膜泵继电器、模拟量输出模块、出水龙头、干粉流量阀、液体流量阀一、液体流量阀二、抛光液出口、以及清洗液出口。

去离子水容器和双氧水容器分别通过液体流量阀二和液体流量阀一与抛光液容器连接，抛光粉容器通过干粉流量阀与抛光液容器连接，抛光液容器通过电磁阀五、流量计与电动隔膜泵相连，通过电磁阀六连接到抛光液出口，通过电磁阀七连接到清洗液出口，清洗液入口通过电磁阀一连接到去离子水容器、通过电磁阀二连接到双氧水容器、通过电磁阀三连接到抛光粉容器和通过电磁阀四连接到旋转清洗喷头。

恒温控制模块包括加热管、冷却管、加热管继电器、冷却管继电器和温度传感器，加热管继电器、冷却管继电器、电动隔膜泵继电器、蜂鸣器均与PLC的输出相连接，由PLC控制其通断，从而控制加热管、冷却管、电动隔膜泵、蜂鸣器的启动与停止。

pH值监测模块包括pH值探头，该pH值探头装在抛光液容器底座上。

自动报警模块包括最低液位传感器、报警液位传感器和蜂鸣器，最低液位传感器和报警液位传感器安装在抛光液容器的侧壁上。

抛光液搅拌模块包括搅拌伺服电机和搅拌棒。

旋转清洗喷头和电磁阀四装在抛光液容器顶端。

搅拌棒、加热管、温度传感器和冷却管装在抛光液容器底座上。

触摸屏作为人机交互装置，其操作界面包括参数设置、手动控制模式、自动控制模式、温度流量实时曲线、和实时参数显示。参数设置中能设置抛光液的温度、泵送速度、泵送流量、和泵送时间；手动控制模式中包含清洗开始、清洗结束、加热管启动、加热管停止、冷却管启动、冷却管停止、隔膜泵启动、隔膜泵停止、急停、报警解除按钮；自动控制模式中包含启动和停止两个按钮；温度流量实时曲线用于显示实时温度曲线和实时流量曲线；实时参数显示包括清除和暂停两个按钮，用于显示当前流量、当前温度、累计流量、工作时间、pH值，当按下清除按钮时，所有参数值清零，当按下暂停按钮时，暂停累计流量及时间，暂停按钮变成灰色，当再次按下暂停按钮时，继续累计流量和时间，暂停按钮变亮。

在手动控制模式下，当按下清洗开始时开始清洗，当按下清洗停止时停止清洗；当按下加热管启动时加热管开始工作，当按下加热管停止时加热管停止工作；当按下冷却管启动时冷却管开始工作，当按下冷却管停止时冷却管停止工作；当按下隔膜泵启动时隔膜泵开始工作，当按下隔膜泵停止时隔膜泵停止工作。

在自动控制模式下，当按下启动按钮时，系统对温度传感器检测的实时温度和触摸屏上设定的抛光液温度进行比较，如果实时温度低于设定温度，则启动加热管直到两者相等时停止加热管，如果实时温度高于设定温度，则启动冷却管直到两者相等时停止冷却管，如果实时温度等于设定温度，则启动搅拌伺服电机，一分钟之后启动电动隔膜泵，开始泵送抛光液，当抛光液的液位低于报警液位时，系统启动声音报警，此时加入抛光液使液位高于该报警液位或者按触摸屏上的报警消除按钮时，报警解除，当抛光液的液位到达最低液位或者按触摸屏上自动模式下的停止按钮时，系统停止工作。

在本抛光液供给系统中，抛光液由抛光粉、双氧水和去离子水按一定的配比混合而成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用触摸屏、PLC、隔膜泵及相应的传感器来完成抛光液供给控制过程，具有操作简单，控制方便，运行可靠价格低的优点。

附图说明

图1为根据本发明的抛光液供给系统的结构示意图；

图2为根据本发明的抛光液供给系统硬件组成图；

图3为根据本发明的抛光液供给系统触摸屏操作界面图；

图4为根据本发明的抛光液供给系统工作流程图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果更加清楚的理解，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但本发明的内容并不限于所述范围。

下面参考图1和图2详细说明抛光液供给系统的结构。

如图2所示，抛光液供给系统包括触摸屏、PLC、自动报警模块、pH值监测模块、抛光液泵送清洗模块、恒温控制模块和抛光液搅拌模块。

如图1和图2所示，抛光液搅拌模块包括搅拌伺服电机16和搅拌棒17。恒温控制模块包括加热管20、冷却管15、加热管继电器(与 PLC相连，图中未示出)、冷却管继电器(与PLC相连，图中未示出) 和温度传感器19。抛光液泵送清洗模块包括清洗液入口A、电磁阀一1、电磁阀二2、电磁阀三3、电磁阀四4、电磁阀五8、电磁阀六 11、电磁阀七12、电磁阀八14、去离子水容器24、抛光粉容器25、双氧水容器26、抛光液容器27、旋转清洗喷头5、流量计9、电动隔膜泵10、电动隔膜泵继电器(与PLC相连，图中未示出)、模拟量输出模块(与PLC相连，图中未示出)、出水龙头13、干粉流量阀21、液体流量阀一22、液体流量阀二23、抛光液出口B、清洗液出口C。 pH值监测模块包括pH值探头18。自动报警模块包括最低液位传感器7、报警液位传感器6和蜂鸣器(与PLC相连，图中未示出)。

本领域技术人员应该理解，本发明中的加热管继电器、冷却管继电器、电动隔膜泵继电器、蜂鸣器均与PLC的输出相连接，由PLC 控制其通断，从而控制加热管、冷却管、电动隔膜泵、蜂鸣器的启动与停止。本领域技术人员还应该理解，本发明中的模拟量输出模块由PLC系统提供，能给电动隔膜泵10提供大小可调的输出电压，从而控制电动隔膜泵10的泵送流量。

抛光液泵送清洗模块在清洗时，清洗液从清洗液入口A处进入，分别经过抛光粉容器25、去离子水容器24、双氧水容器26、旋转清洗喷头5进入到抛光液容器27中，最终通过电动隔膜泵10和电磁阀七12从清洗液出口C流出，或者通过电磁阀八14从出水龙头13流出，从而完成整个抛光装置的清洗。

抛光液泵送清洗模块在泵送抛光液时，去离子水、双氧水、抛光粉分别通过液体流量阀二23、液体流量阀一22、干粉流量阀21从去离子水容器24、双氧水容器26和抛光粉容器25进入到抛光液容器 27中，经抛光液搅拌模块搅拌均匀后，通过电磁阀五8、电动隔膜泵10和电磁阀六11从抛光液出口B流出。当温度传感器19检测到抛光液温度等于设定温度时，PLC通过电动隔膜泵继电器控制电动隔膜泵10启动，通过电磁阀8和11泵送抛光液到抛光液出口B，同时开始计时，累计的工作时间显示在触摸屏上，抛光液流量由模拟量输出模块控制，PLC根据触摸屏上设置的流量大小，控制模拟量输出模块的输出电压，从而控制电动隔膜泵10的泵送流量，当前流量和累计流量显示在触摸屏上，当设定时间等于工作时间时，电动隔膜泵10 停止工作。

根据本发明实施例，抛光液由去离子水、抛光粉和双氧水三种物质按一定的配比混合而成，对于本领域技术人员来说属于现有技术，抛光液可以由去离子水、磨料、pH值调节剂、氧化剂以及分散剂等添加剂组成，并不一定是本发明实施例的去离子水、抛光粉和双氧水，另外去离子水、抛光粉和双氧水的配比也是可以变化的。

根据本发明实施例，其中去离子水容器24、抛光粉容器25、双氧水容器26中按一定的配比分别加入去离子水、抛光粉和双氧水。当给抛光装置供应抛光液时，去离子水容器24中的去离子水通过液体流量阀二23流入抛光液容器27，双氧水容器26中的双氧水通过液体流量阀一22流入抛光液容器27，抛光粉容器25中的干粉通过干粉流量阀21注入抛光液容器27中。

在抛光液容器27的侧壁上装有报警液位传感器6和最低液位传感器7，抛光液容器27顶端装有旋转清洗喷头5和电磁阀4，抛光液容器27的底座上装有搅拌棒17、加热管20、pH探头18、温度传感器19和冷却管15。

搅拌棒17由搅拌伺服电机16驱动，将去离子水、抛光粉和双氧水搅拌均匀。pH探头18用于检测抛光液的pH值，并将pH值反馈给PLC，显示在触摸屏上。温度传感器19用于检测抛光液的实时温度，并将温度值反馈给PLC，显示在触摸屏上。加热管用于加热抛光液，冷却管用于冷却抛光液。报警液位传感器6和最低液位传感器7 分别用于控制抛光液的报警液位和最低液位。

当电动隔膜泵9启动时，将抛光液通过电磁阀五8和电磁阀六 11泵送到抛光液出口B，抛光液出口B与抛光设备相连。

如图2所示，触摸屏作为系统的人机交互装置，与PLC相连。触摸屏操作界面如图3所示，包括参数设置、手动控制模式、自动控制模式、温度流量实时曲线、实时参数显示。参数设置中能设置抛光液的温度、泵送速度、泵送流量、和泵送时间；手动控制模式中包含清洗开始、清洗结束、加热管启动、加热管停止、冷却管启动、冷却管停止、隔膜泵启动、隔膜泵停止、急停、报警解除按钮；自动控制模式中包含启动和停止两个按钮；温度流量实时曲线用于显示实时温度曲线和实时流量曲线；实时参数中包括清除和暂停两个按钮，用于显示当前流量、当前温度、累计流量、工作时间、pH值，当按下清除按钮时，所在参数值清零，当按下暂停按钮时，暂停累计流量及时间，暂停按钮变成灰色，当再次按下暂停按钮时，继续累计流量和时间，暂停按钮变亮。温度、流量和pH实时值传送给触摸屏，并显示在操作界面上。

PLC作为系统的控制核心，根据触摸屏得到的输入信息，控制抛光液搅拌模块、恒温控制模块、抛光液泵送清洗模块、pH值监测模块、自动报警模块实现相应的功能；PLC提供模拟量输出信号，用于控制隔膜泵的流量。

根据本发明实施例，抛光液搅拌模块由搅拌伺服电机16和搅拌棒17组成，搅拌棒17由搅拌伺服电机16驱动，用以将抛光液容器 27中的抛光粉、双氧水和去离子水混合均匀，得到混合溶液。

恒温控制模块包括加热管20、冷却管15、加热管继电器(与PLC 相连，图中未示出)、冷却管继电器(与PLC相连，图中未示出)和温度传感器19，用于控制抛光液温度，抛光液温度设定值可以通过触摸屏上的参数设置进行设置。温度传感器19采集到的抛光液温度传入触摸屏，并显示在触摸屏上，PLC将采集到的温度值与触摸屏上设定的温度值进行比较，当采集温度低于设定温度时，PLC通过加热管继电器控制加热管20启动，开始对抛光液加热，当采集温度等于设定温度时，加热管20停止工作；当采集温度高于设定温度时，PLC通过冷却管继电器控制冷却管15工作，开始对抛光液冷却，当采集温度等于设定温度时，冷却管15停止工作。

pH值监测模块包括pH值探头18，pH值探头18检测出当前抛光液的pH值,并传送给触摸屏，在触摸屏上实时显示。

自动报警模块包括最低液位传感器7、报警液位传感器6和蜂鸣器(与PLC相连，图中未示出)，最低液位传感器和报警液位传感器安装在抛光液容器27的侧壁上，当抛光液的液位低于报警液位时，系统会启动蜂鸣器声音报警，此时如果加入抛光液使液位高于报警液位，则报警解除。当抛光液的液位到达最低液位时，系统停止工作。

图4所示为抛光液供给系统的工作流程图。

步骤一：系统自检，如正常则供给系统正常启动；

步骤二：参数设置，在触摸屏的参数设置中预先设定好抛光液温度T、泵送速度V、泵送流量Q、和时间t等参数；

步骤三：对抛光液的温度T1和设定温度T进行比较，若两者相等，则进行步骤七，否则进行步骤四；

步骤四：对抛光液的温度T1和设定温度T进行比较，若抛光液的温度T1小于设定温度T，则进行步骤五，否则进行步骤六；

步骤五：加热管启动，对抛光液进行加热，然后返回到步骤三；

步骤六：冷却管冷却，对抛光液进行冷却，然后返回到步骤三；

步骤七：启动搅拌伺服电机，运行一分钟之后进行步骤九；

步骤八：启动电动隔膜泵；

步骤九：判断抛光液容器27中的液位是否高于报警液位，若是则进行步骤十，否则进行步骤十一；

步骤十：系统报警，在此步骤中，若加入了抛光液使抛光液的液位高于报警液位，则系统恢复正常，否则进行步骤十二；

步骤十一：判断工作时间t1是否大于或等于设定时间t，若是则进行步骤十三，否则返回步骤九；

步骤十二：判断抛光液容器27中的液位是否低于最低液位，若是则进行步骤十三，否则返回步骤九；

步骤十三：系统停止运行。

在上文中，本发明参考附图详细描述了具体实施例。然而，本领域技术人员应该理解，本发明并不局限于该实施例，而是在没有违背所附的权利要求中所描述和限定的范围和精神的情况下，能够以各种方式进行更改，或者能够以各种其它形式构造或者实现。

Claims (8)

1.一种抛光液供给系统，其特征在于，包括触摸屏、PLC、抛光液搅拌模块、恒温控制模块、抛光液泵送清洗模块、pH值监测模块以及自动报警模块；

其中，

所述触摸屏作为系统的人机交互装置，与所述PLC相连；

所述PLC作为系统的控制核心，用于根据所述触摸屏得到的输入信息，控制所述抛光液搅拌模块、所述恒温控制模块、所述抛光液泵送清洗模块、所述pH值监测模块以及所述自动报警模块实现相应的功能；

所述抛光液泵送清洗模块包括清洗液入口、电磁阀一、电磁阀二、电磁阀三、电磁阀四、电磁阀五、电磁阀六、电磁阀七、电磁阀八、去离子水容器、抛光粉容器、双氧水容器、抛光液容器、旋转清洗喷头、流量计、电动隔膜泵、电动隔膜泵继电器、模拟量输出模块、出水龙头、干粉流量阀、液体流量阀一、液体流量阀二、抛光液出口、清洗液出口；所述去离子水容器和所述双氧水容器分别通过所述液体流量阀二和所述液体流量阀一与所述抛光液容器连接，所述抛光粉容器通过所述干粉流量阀与该抛光液容器连接，所述抛光液容器通过所述电磁阀五、所述流量计与所述电动隔膜泵相连，通过所述电磁阀六连接到所述抛光液出口，通过所述电磁阀七连接到所述清洗液出口，所述清洗液入口通过所述电磁阀一连接到所述去离子水容器、通过所述电磁阀二连接到所述双氧水容器、通过所述电磁阀三连接到所述抛光粉容器和通过所述电磁阀四连接到所述旋转清洗喷头。

2.根据权利要求1所述的抛光液供给系统，其特征在于，

所述恒温控制模块包括加热管、冷却管、加热管继电器、冷却管继电器和温度传感器；所述加热管继电器、所述冷却管继电器、所述电动隔膜泵继电器均与所述PLC的输出相连接，由所述PLC控制其通断，从而控制所述加热管、所述冷却管、所述电动隔膜泵的启动与停止。

3.根据权利要求2所述的抛光液供给系统，其特征在于，

所述pH值监测模块包括装在所述抛光液容器的底座上的pH值探头。

4.根据权利要求3所述的抛光液供给系统，其特征在于，

所述自动报警模块包括最低液位传感器、报警液位传感器和蜂鸣器；所述最低液位传感器和所述报警液位传感器装在所述抛光液容器的侧壁上；所述蜂鸣器与所述PLC的输出相连接。

5.根据权利要求4所述的抛光液供给系统，其特征在于，

其中，所述抛光液搅拌模块包括搅拌伺服电机和搅拌棒。

6.根据权利要求5所述的抛光液供给系统，其特征在于，

所述旋转清洗喷头和所述电磁阀四装在所述抛光液容器顶端；

所述搅拌棒、所述加热管、所述温度传感器和所述冷却管装在所述抛光液容器的底座上。

7.根据权利要求1-6所述的抛光液供给系统，其特征在于，

所述触摸屏作为人机交互装置，其操作界面包括参数设置、手动控制模式、自动控制模式、温度流量实时曲线、和实时参数显示；

其中，

所述参数设置中能设置抛光液的温度、泵送速度、泵送流量、和泵送时间；

所述手动控制模式中包含清洗开始、清洗结束、加热管启动、加热管停止、冷却管启动、冷却管停止、隔膜泵启动、隔膜泵停止、急停、报警解除按钮；

所述自动控制模式中包含启动和停止两个按钮；

所述温度流量实时曲线用于显示实时温度曲线和实时流量曲线；

所述实时参数显示包括清除和暂停两个按钮，用于显示当前流量、当前温度、累计流量、工作时间、pH值，当按下所述清除按钮时，所有参数值清零，当按下所述暂停按钮时，暂停累计流量及时间，所述暂停按钮变成灰色，当再次按下所述暂停按钮时，继续累计流量和时间，所述暂停按钮变亮。

8.根据权利要求7所述的抛光液供给系统，其特征在于，

在所述手动控制模式下，其中

当按下所述清洗开始时开始清洗，当按下所述清洗停止时停止清洗；

当按下所述加热管启动时所述加热管开始工作，当按下所述加热管停止时所述加热管停止工作；

当按下所述冷却管启动时所述冷却管开始工作，当按下所述冷却管停止时所述冷却管停止工作；

当按下所述隔膜泵启动时所述隔膜泵开始工作，当按下所述隔膜泵停止时所述隔膜泵停止工作；

在所述自动控制模式下，其中

当按下所述启动按钮时，系统对所述温度传感器检测的实时温度和所述触摸屏上设定的抛光液温度进行比较，

如果实时温度低于设定温度，则启动所述加热管直到两者相等时停止所述加热管，

如果实时温度高于设定温度，则启动所述冷却管直到两者相等时停止所述冷却管，

如果实时温度等于设定温度，则启动所述搅拌伺服电机，一分钟之后启动所述电动隔膜泵，开始泵送抛光液，当抛光液的液位低于报警液位时，系统启动声音报警，此时加入抛光液使液位高于该报警液位或者按所述触摸屏上的所述报警消除按钮时，报警解除，当抛光液的液位到达最低液位或者按所述触摸屏上自动模式下的停止按钮时，系统停止工作。