CN111256766A - 用于测量通过半导体制造装置的管道的流体流量的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于测量通过半导体制造装置(300)、特别是涂覆器或接合器的管道(101)的流体流量的设备(100)，包括：密封结构(103)，其布置在管道(101)中；流动结构(105)，其具有布置在密封结构(103)上游的流体入口(107)以及布置在密封结构(103)下游的流体出口(109)；在密封结构(103)的上游布置在管道(101)中的第一室(123)和在密封结构(103)的下游布置在管道(101)中的第二室(125)；以及测量装置(111)，其中测量装置(111)适于测量第一室(123)中的第一流体压力和第二室(125)中的第二流体压力，其中测量装置(111)构造成基于第一流体压力和第二流体压力确定流体流量。

Description

用于测量通过半导体制造装置的管道的流体流量的设备
技术领域
总体上，本发明涉及用于测量半导体制造装置的管道中的流体流量的测量技术。具体而言，本发明涉及一种用于测量管道中的流体流量的设备以及包括这种设备的半导体制造装置。
背景技术
半导体加工机，比如涂覆器或接合器，使用各种化学物质来处理衬底(比如半导体晶圆)的表面。晶圆处理通常在这种机器的处理室中生成流体废物，例如污染空气。流体废物通常经由连接至处理室并用作为加工排气管的特殊管道从处理室移除。
作为保证最佳晶圆处理的一种手段，可以监测通过这种管道的流体流量。例如，不期望的流量变化是过程干扰的一种指示。
流量计通常用于测量通过这种排气管道的流体流量。流量计通常是压差流量计，其测量管道的收缩部的上游和下游管道中流体的压差。然后可通过两个压力之间的差异来确定流体流量。
这些管道中的流体可能被各种工艺材料(比如固体、腐蚀性液体、浆糊或凝胶)污染，这使得流量测量变得复杂。例如，污染物会阻塞流量计的压力测量端口，从而产生噪声信号读数。
更进一步，流体中的湍流会导致压力传感器处的压力变化，这导致额外的测量复杂性。具体而言，这些湍流发生在管道的收缩部前后不远位置处，在所述位置处通常执行压力测量。
由于湍流引起的噪声信号读数或由于污染物引起的信号损失可能会干扰流量计的控制系统。该控制系统稳定流量水平读数，从而允许更安静的控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于有效测量管道中的流体流量的设备，其中减小了流体的湍流和/或污染物对测量的负面影响。
该目的通过独立权利要求的特征实现。通过属权利要求、说明书和附图，进一步的实施形式是显而易见的。
根据第一方面，本发明涉及一种用于测量通过半导体制造装置的管道的流体流量的设备，包括：密封结构，其布置在管道中；流动结构，其具有布置在密封结构上游的流体入口以及布置在密封结构下游的流体出口；在密封结构的上游布置在管道中的第一室和在密封结构的下游布置在管道中的第二室；以及测量装置，其中测量装置适于测量第一室中的第一流体压力和第二室中的第二流体压力，其中测量装置构造成基于第一流体压力和第二流体压力确定流体流量。这实现了以下优点，即可以在不受管道中湍流和/或流体污染物的干扰的条件下确定管道中的流体流量。由于压力测量是在室中进行的，所以这种湍流的影响可以被最小化。
该设备可以形成流量计，特别是压差流量计。测量到的流体流量可以是管道中流体的流量。例如，流体流量以升/每分钟为单位进行测量。
流动结构形成管道的限制部，流体必须通过该限制部才能穿过密封结构。这导致流体入口前方和第一室中的压力增加，以及流体出口后方和第二室中的压力降低。基于两个室中不同流体压力的比较压力测量值来确定流体流量。
在流动结构的流体入口之前和流动结构的流体出口之后，流体污染物和流体的湍流将是最强的。然而，室中的流体被屏蔽而免受这些湍流和污染物影响，使得这些干扰对测量信号的影响被显著降低。
流体可以是气态和/或液态形式。例如，流体是污染空气。污染物可以包括固体、腐蚀性液体、浆糊或凝胶。流体可以具有达至500℃的温度。温度限制取决于设备的构造材料，例如塑料。
管道可以是处理室的排气导管或排放管线。处理室可以布置在半导体加工机(例如涂覆器或接合器)中。半导体衬底可以在处理室中进行化学处理，从而产生污染流体，这些污染流体通过管道从处理室排放。
管道可以由金属(比如铜、不锈钢或铝)或合成材料(比如PVC)制成。管道可以是镀锌管道。
根据一实施例，流动结构在管道内延伸。这实现了设备紧凑设计的优点。
流动结构可以是具有比管道更小直径的管，其中管在管道内延伸。
还可以想到的是，流动结构是绕过密封结构的单独管。
根据一实施例，流动结构包括多个管，特别是整流器管。这实现了减少通过流动结构的流体的湍流的优点。
根据一实施例，管由密封结构中的通孔形成。这实现了设备紧凑设计的优点。
根据一实施例，密封结构是密封屏障，特别是插塞。这实现了管道的有效密封的优点，使得流体只能通过流动结构穿过密封结构。
根据一实施例，第一室和/或第二室连接至密封结构。这实现了设备紧凑设计的优点。
根据一实施例，第一室和第二室各自具有开口，以允许流体流入第一室或第二室。这实现了室中的流体压力调节到相应位置处的管道中的流体压力的优点，从而允许精确的压力测量，并因此允许流量测量。
根据一实施例，第一室和/或第二室是锥形形状。这实现了进一步减少管道中湍流的优点。
根据一实施例，第一室和/或第二室与密封结构同轴布置。这实现了进一步减少管道中的湍流的优点。
根据一实施例，测量装置经由流体连接件(比如流体管线)和/或压力连接件(比如压力端口或压力管线)连接至第一和第二室，以测量第一流体压力和第二流体压力。这实现了室内的流体压力可以被精确测量的优点。
根据一实施例，测量装置包括至少一个压力传感器元件，用于测量第一流体压力和第二流体压力。这实现了可以有效确定压力端口处的流体压力的优点。
测量装置可以具有交替测量室中的压力的单个压力传感器元件或者两个压力传感器元件，其中在每种情况下，一个传感器元件被分配给一个室。
根据一实施例，测量装置包括处理单元，该处理单元构造成基于第一流体压力和第二流体压力之间的压差来确定流体流量。这实现了可以有效确定流体流量的优点。
处理单元可以是设备的控制单元。处理单元可以连接至测量装置以接收第一流体压力和第二流体压力。
根据一实施例，设备包括布置在管道内的流量调控器，特别是挡板或涡轮，其中流量调控器能够被调节以控制流体流量。这实现了管道中的流量可以被主动调控的优点。
根据一实施例，测量装置，特别是处理单元，构造成基于所确定的流体流量来控制流量调控器。
根据第二方面，本发明涉及一种半导体制造装置，特别是涂覆器或接合器，其包括管道和根据本发明的第一方面的用于测量通过管道的流体流量的设备。这实现了以下优点，即可以在不受湍流和/或流体污染物的影响的条件下确定管道中的流体流量。
根据一实施例，管道是污染流体的排放管线。排放管线可以从半导体制造装置的处理室开始。
附图说明
将参照以下附图描述本发明的再一些实施例，其中：
图1示出了用于测量通过管道的流体流量的设备的示意图；
图2示出了根据一替代实施例的用于测量通过管道的流体流量的设备的示意图；
图3示出了根据一替代实施例的用于测量通过管道的流体流量的设备的示意图；
图4示出了图3的设备的密封元件的截面图；
图5示出了图3的设备的流量调控器的示意图；
图6示出了用于测量通过管道的流体流量的设备的示意图；以及
图7示出了半导体制造装置的示意图。
具体实施方式
图1示出了根据一实施例的用于测量通过管道101的流体流量的设备100的示意图。
设备100包括：密封结构103，其布置在管道101中；流动结构105，其具有布置在密封结构103的上游的流体入口107以及布置在密封结构103的下游的流体出口109；在密封结构103的上游布置在管道101中的第一室123以及在密封结构103的下游布置在管道101中的第二室125。
设备100进一步包括：测量装置111，其中测量装置111适于测量第一室123中的第一流体压力和第二室125中的第二流体压力，其中，测量装置111构造成基于第一流体压力和第二流体压力确定流体流量。
流动结构105是在管道101内延伸并穿透密封结构103的单管。流动结构105具有比管道101更小的直径，并且因此在管道中形成限制部或收缩部，使得流体必须穿过该限制部或收缩部来通过密封结构103。
流动结构105的直径可以小于管道的直径的75％，优选地流动结构105的直径小于管道101的直径的50％，更优选地流动结构105的直径小于管道的直径的25％。流动结构105定尺寸为对应于系统的流动范围以及压差传感器范围。
因此，流动结构105可以具有至少2cm的长度，特别是至少5cm的长度。
流动结构105具有比管道101更小直径这一事实导致流体入口107前方的流体的压力增加和流体出口109后方的流体的压力降低。流体入口107处的增加的流体压力扩散到第一室123中，而流体出口109处的降低的流体压力扩散到第二室125中。
因此，第一室123是高压室，并且第二室125是低压室。密封结构103防止两个室123、125之间的压力均衡。
测量装置111包括至少一个压力传感器元件，其构造成测量各室中的流体压力。测量装置111然后基于测量到的压差确定流体的流量。具体而言，设备100是压差流量计，其使用伯努利方程基于压力测量值来确定流体流量。
为了测量第一流体压力和第二流体压力，测量装置111经由布置在管道101的侧壁处的两个压力端口113、115连接至第一室123和第二室125。
压力端口113、115可以包括压力端口适配器或压力接头，其固定到管道101并且将各端口113、115处的流体压力传送到测量装置111的压力传感器元件(或多个压力传感器元件)。
两个压力端口113、115中的每个可以包括阀，使得第一压力端口113用作高压接口，并且第二压力端口115用作低压接口。
图1中的设备100进一步包括位于密封结构103上游的第一密封件119和位于密封结构下游的第二密封件121。
第一室123在管道101中形成在第一密封件119与密封结构103之间，并且第二室125在管道101中形成在密封结构103与第二密封件121之间。流动结构105穿透第一密封件119和第二密封件121，允许来自第一室123上游的流体流入到流体入口107中，并通过第二室125下游的流体出口109返回到管道101中。
第一和第二密封件119、121各自具有开口127、129，以允许流体来自第一密封件119上游的流体或来自第二密封件121下游的流体流入到第一室123或第二室125中。
第一密封件119可以布置在流体入口107的大致水平处或布置在流体入口107之后不远处。等同地，第二密封件121可以布置在流体出口109的大致水平处或布置在流体出口109之前不远处。因此，室中的流体将具有与流体入口107前方或流体出口109后方的流体相等或相似的压力。
流动结构105形成流体的收缩部，这可以在流体入口107和/或出口109处引起流体湍流。这些湍流引起压力波动，压力波动可能会干扰压力测量，例如导致高测量噪声。此外，流体污染物可以聚集在流体入口107和/或流体出口109处，从而引起额外的干扰。室123、125保护压力测量免受这些流体的污染物和湍流的影响，从而允许流量和流体压力的无干扰和无噪声测量。由此，室用作电容来平滑测量信号。
室123、125都可以包括过滤器或薄隔膜，以防止污染物影响压力测量。过滤器或隔膜可以定位在开口127、129处，或室123、125内部。
图2示出了根据一替代实施例的用于测量通过管道101的流体流量的设备100的示意图。
图2中的流动结构105包括在管道101中并排布置的多个管201a-d。
各管具有流体入口203a-d和流体出口205a-d。管201a-d被布置成形成流体的整流器，从而减少入口203a-d和/或出口205a-d处的流体湍流。
图3示出了根据一实施例的用于测量通过管道101的流体流量的设备100的示意图。
图3中的设备100的室123、125是锥形形状的，并且定位在中央密封结构103处。因此，室具有小于管道101的直径，即它们不会完全充满管道101。室123、125的形状和位置进一步减少了管道中的湍流的生成。
图3中的测量装置111包括用于测量第一流体压力和第二流体压力的压力传感器元件311。
两个室123、125和压力传感器元件311之间的压力连接经由两条流体管线301、303部分地实现。流体管线301、303是密封结构103中的通道。
图3进一步示出了连接至测量装置111的控制单元305。控制单元从测量装置111接收流体压力值，并基于这些值计算流体流量。
控制单元305可以是处理单元或包括接收压力值并执行计算的处理单元。
图3中的设备100进一步包括位于密封结构103下游的流量调控器309。
图4示出了根据一实施例的图3的设备100的密封结构103的截面图。
在图4所示的示例性实施例中，密封结构103、流动结构105和室123、125形成设备100的单个部件。
类似于图2所示的设备100，图4中的流动结构105包括多个管201a-c，这些管形成为密封结构103中的通孔。在该布置中，管201a-c形成整流器结构，该整流器结构进一步减小管道101中的湍流。
管201a-c和室123、125同轴布置，以实现流体的稳定通流。
图4进一步示出了锥形室123、125的开口127、129可以定位在室锥体的相应尖端处。
图5示出了根据一实施例的图3的设备的流量调控器的示意图。
流量调控器309可以包括能够完全或部分阻挡流体流量的挡板。替代地，流量调控器可以包括能够增加流体流量的涡轮。
流量调控器309可以连接至设备100的控制单元305。控制单元305可以接收确定的流体流量，并基于这个值控制流量调控器。
例如，如果控制单元305确定流量超过预定范围，则控制单元305例如通过闭合流量调控器的挡板来控制流量调控器309以减少流体流量。流量调控器309的控制可以通过PID控制回路来实现。
图6示出了根据一实施例的用于测量通过管道101的流体流量的设备100的示意图。
在图6所示的设计中，密封结构103具有比管道100更大的直径，管道100在两端处连接至密封结构103。室123、125形成密封结构的一部分，并且被整流器管(未示出)包围。
因此，密封结构103、室123、125和流动结构105形成设备100的单个部件，管道101可连接至该单个部件。
图7示出了根据一实施例的半导体制造装置700的示意图。
半导体制造装置300包括管道101和用于测量通过管道101的流体流量的设备100。半导体制造装置300中的设备100可以是根据图1、图2或图3的实施例的设备100。
半导体制造装置700可以是接合器、涂覆器、掩模清洁器或曝光装置。
半导体制造装置700可以包括处理室701。管道101可以是处理室701的排气导管或排放管线。半导体衬底可以在处理室701中进行化学处理，从而产生污染的流体，这些污染流体通过管道101从处理室排放。
装置300中的半导体制造过程，例如涂覆过程，可以通过测量穿过管道102的流体流量来监测。
附图标记列表
100 设备
101 管道
103 密封结构
105 流动结构
107 流体入口
109 流体出口
111 测量装置
113 第一压力端口
115 第二压力端口
119 第一密封件
121 第二密封件
123 第一室
125 第二室
127 开口
129 开口
201a-d 管
203a-d 流体入口
205a-d 流体出口
301 流体管线
303 流体管线
305 控制单元
309 流量调控器
311 压力传感器元件
700 半导体制造装置
701 处理室

Claims (16)

1.一种用于测量通过半导体制造装置(300)的管道(101)的流体流量的设备(100)，该半导体制造装置尤其是涂覆器或接合器，所述设备(100)包括：
密封结构(103)，其布置在所述管道(101)中；
流动结构(105)，其具有布置在所述密封结构(103)的上游的流体入口(107)以及布置在所述密封结构(103)的下游的流体出口(109)；
在所述密封结构(103)的上游布置在所述管道(101)中的第一室(123)和在所述密封结构(103)的下游布置在所述管道(101)中的第二室(125)；以及
测量装置(111)，其中，所述测量装置(111)适于测量所述第一室(123)中的第一流体压力和所述第二室(125)中的第二流体压力，
其中，所述测量装置(111)构造成基于所述第一流体压力和所述第二流体压力确定所述流体流量。
2.根据权利要求1所述的设备(100)，其中，所述流动结构(105)在所述管道(101)内延伸。
3.根据权利要求1或2所述的设备(100)，其中，所述流动结构(105)包括多个管(201a-d)，特别是整流器管。
4.根据权利要求3所述的设备(100)，其中，所述管由所述密封结构(103)中的通孔形成。
5.根据权利要求1所述的设备(100)，其中，所述密封结构(103)是密封屏障，特别是插塞。
6.根据权利要求1所述的设备(100)，其中，所述第一室(123)和/或所述第二室(125)连接至所述密封结构(103)。
7.根据权利要求1所述的设备(100)，其中，所述第一室(123)和所述第二室(125)各自具有开口(127、129)，以允许所述流体流入第一室(123)或第二室(125)。
8.根据权利要求1所述的设备(100)，其中，所述第一室(123)和/或所述第二室(125)是锥形形状。
9.根据权利要求1所述的设备(100)，其中，所述第一室(123)和/或所述第二室(125)与所述密封结构(103)同轴布置。
10.根据权利要求1所述的设备(100)，其中，所述测量装置(111)经由流体连接件、比如流体管线和/或压力连接件、比如压力端口或压力管线连接至所述第一室(123)和所述第二室(125)，以测量所述第一流体压力和所述第二流体压力。
11.根据权利要求1所述的设备(100)，其中，所述测量装置(111)包括至少一个压力传感器元件(311)，用于测量所述第一流体压力和所述第二流体压力。
12.根据权利要求1所述的设备(100)，其中，所述测量装置(111)包括处理单元，该处理单元构造成基于所述第一流体压力和所述第二流体压力之间的压差来确定所述流体流量。
13.根据权利要求1所述的设备(100)，其中，所述设备(100)包括布置在所述管道内的流量调控器，特别是挡板或涡轮，其中所述流量调控器能够被调节以控制所述流体流量。
14.根据权利要求13所述的设备(100)，其中，所述测量装置(111)构造成基于所确定的流体流量来控制所述流量调控器。
15.一种半导体制造装置(300)，特别是涂覆器或接合器，其包括管道(101)和根据权利要求1至14中任一项所述的用于测量通过所述管道(101)的流体流量的设备(100)。
16.根据权利要求15所述的半导体制造装置(300)，其中，所述管道(101)是污染流体的排放管线。
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