CN111729524A - 化学液体稀释系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种化学液体稀释系统，其包括第一供料设备、第二供料设备以及混合设备。第一供料设备供应流体；第二供料设备供应液体；混合设备包括流体混合器、第一连接部、第二连接部及输出部，其中流体混合器具有限流通道，且限流通道的端口连通于第一连接部，而其另一端连通于第二连接部及输出部；第一连接部连接第一供料设备，而第二连接部连接第二供料设备；流体流经第一连接部及限流通道后，与液体混合，且由输出部输出稀释的化学液体。一种化学液体稀释方法亦在此公开。

Description

化学液体稀释系统及方法

技术领域

本发明系化学液体配制系统有关；特别是指一种化学液体稀释系统及方法。

背景技术

在高科技领域中，需要利用浓度稳定的高纯度化学液体，用以制造高科技产品零部件(例如，半导体晶片、显示设备、触控面板等)。这类浓度稳定的高纯度化学液体通常需要大量的去离子水，以稀释化学液体至所需浓度。

举例来说，一般系利用渐进及阶段的方式将高浓度的化学原液稀释至低浓度的化学液体，因此若欲取得更微量浓度(例如ppm等级)的化学液体，则必须消耗非常大量的去离子水。再者，由于上述稀释方法通常只能一次性制备成大量的低浓度的化学液体，因此若未于短时间内使用完毕，可能会造成所制备的化学液体的浓度变动，进而降低制造高科技产品零部件的质量稳定性。

此外，上述传统的化学液体稀释方法除了存在需消耗大量去离子水，造成水资源及能源的浪费，以及过滤材料的大量消耗的问题之外，此种化学液体稀释方法亦存在无法将化学液体精确地稀释至更微量的浓度(例如ppm等级)的问题，致使高科技产品零部件的制造精密度受到限制。

综上可知，现有的化学液体稀释方法仍有待改良，以改善传统化学液体稀释方法所存在的诸多问题。

发明内容

有鉴于此，本发明之目的在于提供一种化学液体稀释系统及方法，其可使化学液体长时间维持在所需浓度，进而提升高科技产品零部件的质量稳定性。

缘以达成上述目的，本发明提供的一种化学液体稀释系统，其包括第一供料设备、第二供料设备以及混合设备。第一供料设备供应流体；第二供料设备供应液体；混合设备包括流体混合器、第一连接部、第二连接部及输出部，其中流体混合器具有限流通道，且限流通道的端口连通于第一连接部，而其另一端连通于第二连接部及输出部；第一连接部连接第一供料设备，而第二连接部连接第二供料设备；流体流经第一连接部及限流通道后，与液体混合，且由输出部输出稀释的化学液体。

本发明的另一目的系提供一种化学液体稀释方法，其包括：提供混合设备，其中混合设备包括流体混合器、第一连接部、第二连接部及输出部，流体混合器具有限流通道，且限流通道的一端口连通于第一连接部，而其另一端口连通于第二连接部及输出部；由混合设备的第一连接部注入流体；由混合设备的第二连接部注入液体；使流体通过第一连接部及流体混合器的限流通道后，与液体混合，以得到稀释的化学液体；以及由混合设备的输出部输出稀释的化学液体。

本发明之效果在于，本发明所提供的化学液体稀释系统及方法可减少去离子水的使用量，且利用压力控制及文式管效应稀释化学液体至所需浓度。另外，为了稀释至更微量的浓度(例如ppm等级)，本发明的化学液体稀释系统及方法藉由流体混合器注入流体，并使微量的流体与液体混合，使稀释的化学液体具有ppm等级的微量浓度。再一方面，本发明所提供的化学液体稀释系统及方法可使其所产生的稀释的化学液体于长时间下维持所需浓度，进而提升制造高科技产品零部件的质量稳定性。

附图说明

图1为本发明一优选实施例的化学液体稀释系统的示意图；

图2为本发明一优选实施例的流体混合器的剖面图；

图3为本发明一优选实施例的连接件的立体图；

图4为本发明一优选实施例的连接件的剖面图；

图5为本发明一优选实施例的连接盖体的剖面图；

图6为本发明一优选实施例的三通管体的剖面图；

图7为压力差对氨水溶液之电导率的关系图；

图8为在连续供应氨水下的时间与氨水溶液的电导率的趋势折线图；

图9为本发明一优选实施例的化学液体稀释方法的流程图；

图10为本发明一优选实施例的化学液体稀释方法的另一流程图；

图11为本发明一优选实施例的化学液体稀释方法的再一流程图；

图12为本发明一优选实施例的化学液体稀释方法的又一流程图。

具体实施方式

为能更清楚地说明本发明，兹举一优选实施例并配合附图详细说明如后。请参图1所示，图1为本发明一优选实施例的化学液体稀释系统1的示意图，且本发明所提供的化学液体稀释系统1可用于稀释氨水，但不以此为限制。化学液体稀释系统1包括第一供料设备10、第二供料设备20、及混合设备30。

第一供料设备10包括流体供应装置12、气体供应装置14、排气装置16及流体集中槽18。在本发明实施例中，第一供料设备10还可包含质流控制器(MFC；mass flowcontroller，未图示)；举例来说，当第一供料设备10系供应一气体至混合设备30中时，可通过质流控制器调控气体的流量。详言之，质流控制器虽可稳定控制气体流量，但要达ppm等级稀释液体所需之极微小气体流量仍无法仅藉由质流控制器达成目标，需藉由含一限流通道之混合器以达到极微量气体流量进行混合。

流体供应装置12系连接于流体集中槽18，用以提供流体至流体集中槽18。在本发明实施例中，在流体供应装置12及流体集中槽18之间可藉由一调节阀11a调节流体的流量。在本发明实施例中，流体例如可为氨水溶液(NH₄OH)或氨气，但不以此为限制。在本发明实施例中，氨水溶液的浓度系介于25％至35％之间，且优选介于28％至31％之间。

气体供应装置14系连接于流体集中槽18，用以提供一非活性气体至流体集中槽18。在本发明实施例中，在气体供应装置14及流体集中槽18之间可藉由一调节阀11b调节该非活性气体的流量。在本发明实施例中，该非活性气体例如可为氮气(N₂)或其他惰性气体，但不以此为限制。

排气装置16系连接于流体集中槽18，用以由流体集中槽18排出多余气体。在本发明实施例中，在排气装置16及流体集中槽18之间可藉由一调节阀11c调节流体集中槽18内的气体压力值。在本发明实施例中，流体集中槽18内的气体压力值系由装设于流体集中槽18上的压力计19测量。在本发明实施例中，流体集中槽18内的气体压力值系大于5psi。在本发明实施例中，藉由对流体集中槽18内的流体施加高压，使流体能由流体集中槽18注入混合设备30中。在本发明实施例中，在流体集中槽18及混合设备30之间可藉由一调节阀13调节流体的流量。

第二供料设备20包括液体供应装置22，且液体供应装置22连接于混合设备30，用以提供液体至混合设备30。在本发明实施例中，第二供料设备20可依需求在液体供应装置22与混合设备30之间加入多种辅助装置，例如调节阀21、调节阀23、流量计24及压力计25，但不以此为限制。在图1中，调节阀21系设置于液体供应装置22与流量计24之间；调节阀23系设置于流量计24与压力计25之间；压力计25系设置于调节阀23与混合设备30之间。在本发明实施例中，藉由对液体供应装置22内的液体施加压力，使液体能由液体供应装置22注入混合设备30中。在本发明实施例中，液体例如可为去离子水，但不以此为限制；依实际使用需要，液体亦可为其他溶剂。

混合设备30包括流体混合器32、第一连接部30a、第二连接部30b及输出部30c，其中第一连接部30a连接第一供料设备10，而第二连接部30b连接第二供料设备20。当流体流经第一连接部30a，且液体流经第二连接部30b后，流体与液体在混合设备30内混合，且由输出部30c输出混合化学液体40。

在本发明实施例中，混合设备30可依需求进一步包括静态混合器34、混合化学液体集中槽36及电导率计38。在图1中，流体混合器32、静态混合器34、混合化学液体集中槽36及电导率计38依次串连，但不以此为限制，可依实际使用需要调整连接顺序。在本发明实施例中，在流体混合器32及静态混合器34之间可藉由一调节阀31调节稀释的化学液体40的流量。混合化学液体集中槽36连接一压力计33，藉以测量混合化学液体集中槽36内的气压值。在稀释的化学液体40流经电导率计38之后，混合设备30可依需求进一步包括调节阀35及压力计37，藉由调节阀35调节稀释的化学液体40的输出流量，以及藉由压力计37检测混合化学液体40的输出压力值。

值得一提的是，在本发明实施例中，混合化学液体集中槽36可连接气体供应装置361、排气装置362及化学液体排出装置363，如图1所示。气体供应装置361系用以提供一非活性气体至混合化学液体集中槽36。在本发明实施例中，在气体供应装置361及混合化学液体集中槽36之间可藉由一调节阀361a调节该非活性气体的流量。在本发明实施例中，该非活性气体例如可为氮气(N₂)或其他惰性气体，但不以此为限制。

在本发明实施例中，混合化学液体集中槽36系藉由压力计33测量混合化学液体集中槽36内的气压值，以确保化学液体集中槽36保持气压恒定，进而使混合后的化学液体40的浓度保持恒定。举例来说，当化学液体集中槽36的气压值低于预设值时，气体供应装置361会提供非活性气体至混合化学液体集中槽36中，以提升化学液体集中槽36的气压值；相反地，当化学液体集中槽36的气压值高于预设值时，连接于化学液体集中槽36的排气装置362可由化学液体集中槽36排出多余气体。在本发明实施例中，在排气装置362及化学液体集中槽36之间可藉由一调节阀362a调节化学液体集中槽36内的气体压力值。

除此之外，化学液体排出装置363系连通于化学液体集中槽36，且化学液体排出装置363的一排出口(未图示)系设置于化学液体集中槽36内的指定高度。举例来说，当化学液体集中槽36内的化学液体达到化学液体集中槽36内的指定高度时，过多的化学液体可由化学液体排出装置363的排出口排出。在本发明实施例中，在化学液体排出装置363及化学液体集中槽36之间可藉由一调节阀363a调节化学液体的排出。

接着请参考图2，流体混合器32包括连接件322、连接盖体324及三通管体326。连接盖体324分别连接三通管体326及连接件322，且第一连接部30a系位于连接盖体324上。三通管体326具有第二连接部30b、输出部30c及空腔3262，其中第二连接部30b、输出部30c及空腔3262彼此连通。

连接件322具有限流通道3222、输入端3224及输出端3226，且限流通道3222的一端口3222a连通于第一连接部30a，而其另一端口3222b连通于第二连接部30b及输出部30c。在本发明实施例中，连接件322系由输入端3224与连接盖体324相连接，且连接件322的输出端3226系位于三通管体326的空腔3262中。在本发明实施例中，连接盖体324的一部分系位于连接件322及三通管体326之间。在本发明实施例中，第二连接部30b系分别与第一连接管30a及输出部30c呈垂直，即第二连接部30b系垂直于第一连接管30a，且垂直于输出部30c。在本发明实施例中，限流通道3222系以针孔通道为例表现，但不以此为限制。在本发明实施例中，连接件322的限流通道3222在端口3222a具有第一孔径(D1)，而在端口3222b具有第二孔径(D2)，其中第一孔径(D1)大于第二孔径(D2)。在本发明实施例中，第二孔径(D2)的范围介于0.01毫米至0.1毫米，其优选介于0.04毫米至0.07毫米。由于限流通道3222相较其二为狭窄通道，因此限流通道3222在混合器32中会由文式管效应将第一流体吸入第二液体中，并藉由第一连接部与第二连接部的压力差，达到控制稀释流体至所需电导率及所需浓度的目的。

接着请一并参考图3至图6，连接件322的输入端3224呈圆柱状，且连接盖体324具有内圆槽3242，其中连接件322的输入端3224与连接盖体324的内圆槽3242对应连接。在本发明实施例中，连接件322的输入端3224具有外螺纹3221，而连接盖体324的内圆槽3242具有内螺纹3241，且输入端3224与内圆槽3242系藉由外螺纹3221与内螺纹3241的螺合关系连接，但不以此为限制；在实务上，输入端3224与内圆槽3242亦可以其他适用的方式(如转扣)连接。

在本发明实施例中，连接件322的输出端3226呈四棱柱状，但不以此为限制；在实务上，连接件322的输出端3226亦可呈圆柱状。在本发明实施例中，连接件322的输出端3226系以四棱柱的其中一棱或其中一面对应三通管体326的第二连接部30b，但不以此为限制；在实际使用上，无论以四棱柱的其中一棱或其中一面对应三通管体326的第二连接部30b，均不影响混合之化学液体的配制结果。

连接盖体324具有外圆壁324，而三通管体326具有内圆口3264，其中连接盖体324的外圆壁324与三通管体326的内圆口3264对应连接。在本发明实施例中，连接盖体324的外圆壁324具有外螺纹3243，而三通管体326的内圆口3264具有内螺纹3263，且外圆壁324与内圆口3264系藉由外螺纹3243与内螺纹3263的螺合关系连接，但不以此为限制；在实务上，外圆壁324与内圆口3264亦可以其他适用的方式(如转扣)连接。

在本发明实施例中，藉由对流体集中槽18内的流体施加高压，使流体能由流体集中槽18注入混合设备30中，且可由压力计19测得流体的压力值为P1；另外，藉由对液体供应装置22内的液体施加压力，使液体能由液体供应装置22注入混合设备30中，且可由压力计25测得液体的压力值为P2。另一方面，稀释的化学液体40的电导率可由电导率计38测量。

请参考图7，其为流体与液体的压力差(ΔP＝P1-P2)与稀释的化学液体40的电导率的关系图。由图7可知，流体与液体的压力差(ΔP＝P1-P2)与稀释的化学液体40的电导率系呈线性关系，因此在实际操作上，可利用流体与液体的压力差(ΔP＝P1-P2)调控稀释的化学液体40的电导率。除此之外，已知稀释的化学液体40的电导率与流体之浓度亦呈正相关，因此亦可利用流体与液体的压力差(ΔP＝P1-P2)调控稀释的化学液体40中流体之浓度。值得一提的是，除了流体与液体的压力差(ΔP＝P1-P2)会影响稀释的化学液体40的流体浓度之外，混合化学液体集中槽36中的气体压力值亦会对于稀释的化学液体40的流体浓度造成影响，因此本发明实施例的化学液体集中槽36具有如前述之设计，即化学液体集中槽36可藉由气体供应装置361及排气装置362调节及维持化学液体集中槽36内的气体压力值的恒定，并且藉由化学液体排出装置363排出化学液体集中槽36中过多的混合化学液体40，进而使化学液体40中的流体浓度精确地维持恒定。

请参考图8，其系在连续供应氨水下的时间与氨水溶液的电导率的趋势折线图。由图8可知，在本发明实施例的化学液体稀释系统启动的初期，稀释的化学液体40中流体的浓度不稳定，因此造成稀释的化学液体40的电导率数值发生震荡；于启动后约720秒时，稀释的化学液体40的电导率可稳定维持在10μS/cm±3％。除此之外，当稀释的化学液体40的电导率维持稳定后，稀释的化学液体40中第一溶液的浓度之误差可维持在5％以内。

接着请一并参考图1、图2及图9，其为使用上述本发明实施例所提供的化学液体稀释系统的化学液体稀释方法，其中包括下列步骤：

步骤902，提供混合设备30；混合设备30包括流体混合器32、第一连接部30a、第二连接部30b及输出部30c，其中流体混合器32具有限流通道3222，且限流通道3222的一端口3222a连通于第一连接部30a，而其另一端口3222b连通于第二连接部30b及输出部30c；

步骤904，由混合设备30的第一连接部30a注入流体；

步骤906，由混合设备30的第二连接部30b注入液体；

步骤908，使流体通过第一连接部30a及流体混合器32的限流通道3222后，与液体混合，以得到一稀释的化学液体40；以及

步骤910，由混合设备30的输出部30c输出稀释的化学液体40。

流体混合器32包括连接件322、连接盖体324及三通管体326，其中连接盖体324分别连接三通管体326及连接件322，且第一连接部30a系位于连接盖体324；三通管体326具有第二连接部30b、输出部30c及空腔3262。第二连接部30b、输出部30c及空腔3262彼此连通。连接件322具有限流通道3222、输入端3224及输出端3226，其中连接件322系由输入端3224与连接盖体324相连接，且连接件322的输出端3226系位于三通管体326的空腔3262中。当流体通过第一连接部30a及连接件322的限流通道3222后，流体与液体于三通管体326的空腔3262中混合，以得到稀释的化学液体。

在图10中，还包括步骤905，由混合设备30的第一连接部30a注入流体的同时，利用压力计19测量流体的注入压力值。在图11中，还包括步骤907，由混合设备30的第二连接部30b注入液体的同时，利用压力计25测量液体的注入压力值。另外，在图12中，还包括步骤911，由混合设备30的输出部30c输出稀释的化学液体40之后，利用电导率计38测量稀释的化学液体40的电导率。在本发明实施例中，藉由控制流体的注入压力值及液体的注入压力值，以调控稀释的化学液体的电导率值。在本发明实施例中，流体的注入压力值系大于或等于5psi。

藉由本发明实施例的设计，本发明所提供的化学液体稀释系统及方法利用压力控制及流体混合器所产生的文式管效应注入流体，并使微量的流体与液体混合，使稀释的化学液体具有ppm等级的微量浓度。举例来说，本发明所提供的化学液体稀释系统及方法可实时配制2～3ppm的机能水(氨水溶液)，例如可供给清洗晶圆片使用，因此无需浪费大量去离子水制备过多的稀释化学液体。另一方面，本发明所提供的化学液体稀释系统及方法可使其所产生的稀释的化学液体于长时间下维持所需浓度，进而提升制造高科技产品零部件的质量稳定性。

以上所述仅为本发明优选可行实施例而已，举凡应用本发明说明书及申请专利范围所为之等效变化，理应包含在本发明之专利范围内。

附图标记说明

1化学液体稀释系统

10第一供料设备

11a、11b、11c、13调节阀 12流体供应装置

14气体供应装置 16排气装置 18流体集中槽

19压力计

20第二供料设备

21、23调节阀 22液体供应装置 24流量计

25压力计

30混合设备

30a第一连接部 30b第二连接部 30c输出部

31、35调节阀 32流体混合器 322连接件

3221外螺纹 3222限流通道 3222a、3222b端口

3224输入端 3226输出端 324连接盖体

3241内螺纹 3242内圆槽 3243外螺纹

326三通管体 3262空腔 3263内螺纹

3264内圆口 33压力计 34静态混合器

36混合化学液体集中槽

361气体供应装置 362排气装置

363化学液体排出装置

361a、362a、363a调节阀

37压力计

38电导率计 40混合化学液体

D1第一孔径 D2第二孔径

902、904、905、906、907、908、910、911步骤

Claims (16)

1.一种化学液体稀释系统，包括：

一第一供料设备，供应一流体；

一第二供料设备，供应一液体；以及

一混合设备，包括一流体混合器、一第一连接部、一第二连接部及一输出部，其中所述流体混合器具有一限流通道，且所述限流通道的一端口连通于所述第一连接部，而其另一端连通于所述第二连接部及所述输出部，所述第一连接部连接所述第一供料设备，而所述第二连接部连接所述第二供料设备；所述流体流经所述第一连接部及所述限流通道后，与所述液体混合，且由所述输出部输出一稀释之化学液体。

2.如权利要求1所述的化学液体稀释系统，其中所述流体混合器包括一连接件、一三通管体及一连接盖体，所述连接盖体分别连接所述三通管体及所述连接件，所述连接件具有所述限流通道且所述第一连接部系位于所述连接盖体；所述三通管体具有所述第二连接部、所述输出部及一空腔，所述第二连接部、所述输出部及所述空腔彼此连通。

3.如权利要求2所述的化学液体稀释系统，其中所述连接件具有一输入端及一输出端，所述连接件系由所述输入端与所述连接盖体相连接，且所述连接件的所述输出端系位于所述三通管体的所述空腔中。

4.如权利要求2所述的化学液体稀释系统，其中所述连接盖体的一部分系位于所述连接件及所述三通管体之间。

5.如权利要求2所述的化学液体稀释系统，其中所述连接件的所述输入端呈圆柱状，且所述连接盖体具有一内圆槽，所述连接件的所述输入端与所述连接盖体的所述内圆槽对应连接。

6.如权利要求2所述的化学液体稀释系统，其中所述连接盖体具有一外圆壁，而所述三通管体具有一内圆口，所述连接盖体的所述外圆壁与所述三通管体的所述内圆口对应连接。

7.如权利要求1所述的化学液体稀释系统，其中所述第二连接部系与所述第一连接管及所述输出部呈垂直。

8.如权利要求1所述的化学液体稀释系统，其中所述限流通道的所述第一端口具有一第一孔径，而所述第二端口具有一第二孔径，其中所述第一孔径大于所述第二孔径。

9.如权利要求1所述的化学液体稀释系统，其中所述第二孔径的范围介于0.01毫米至0.1毫米。

10.如权利要求1所述的化学液体稀释系统，其中所述第二孔径的范围介于0.04毫米至0.07毫米。

11.如权利要求1所述的化学液体稀释系统，其中所述限流通道包括一针孔通道。

12.一种化学液体稀释方法，包括：

提供一混合设备，其中所述混合设备包括一流体混合器、一第一连接部、一第二连接部及一输出部，所述流体混合器具有一限流通道，且所述限流通道的一端口连通于所述第一连接部，而其另一端口连通于所述第二连接部及所述输出部；

由所述混合设备的所述第一连接部注入一流体；

由所述混合设备的所述第二连接部注入一液体；

使所述流体通过所述第一连接部及所述流体混合器的所述限流通道后，与所述液体混合，以得到一稀释的化学液体；以及

由所述混合设备的所述输出部输出所述稀释的化学液体。

13.如权利要求12所述的化学液体稀释方法，其中所述混合设备包括一连接件、一三通管体及一连接盖体，所述连接盖体分别连接所述三通管体及所述连接件，且所述第一连接部系位于所述连接盖体；所述三通管体具有所述第二连接部、所述输出部及一空腔，所述第二连接部、所述输出部及所述空腔彼此连通。

14.如权利要求13所述的化学液体稀释方法，其中所述连接件具有所述限流通道、一输入端及一输出端，所述连接件系由所述输入端与所述连接盖体相连接，且所述连接件的所述输出端系位于所述三通管体的所述空腔中；当所述流体通过所述第一连接部及所述连接件的所述限流通道后，所述流体与所述液体于所述三通管体的所述空腔中混合，以得到所述稀释的化学液体。

15.如权利要求12所述的化学液体稀释方法，其中由所述混合设备的所述第一连接部注入所述流体的步骤包含控制所述流体的一注入压力值及所述液体的一注入压力值，以调控所述稀释的化学液体的一电导率值。

16.如权利要求12所述的化学液体稀释方法，其中所述流体的所述注入压力值系大于或等于5psi。

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