JP4646517B2

JP4646517B2 - Ｃｍｐ／洗浄システム用の化学剤およびスラリをユースポイント方式で配送、制御、混合するためのシステムならびに方法

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Publication number: JP4646517B2
Application number: JP2003570199A
Authority: JP
Inventors: ファム・スエン; グエン・トゥアン; ユーク・ビエン; チョウ・レン
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-12-23
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2022-12-23
Also published as: CN100480929C; CN1620639A; KR20040085187A; US20040199293A1; US6732017B2; EP1474729A1; US20030158630A1; AU2002359867A1; US7054719B2; WO2003071369A1; JP2005518660A

Description

本発明は、概して、半導体ウエハの平坦化に関するものである。本発明は、具体的には、化学機械平坦化プロセス用の化学剤の制御および混合を行うための方法ならびにシステムに関するものである。

半導体デバイスを製造するにあたっては、化学機械平坦化（ＣＭＰ）動作、基板の洗浄、基板の研磨およびバフ研磨、基板のすすぎおよび乾燥などの類似の動作を含む、様々な基板処理および基板製造の動作を実施する必要がある。平坦化、研磨、および洗浄の動作は、製造工程の様々な段階で、半導体ウエハに対して定期的に実施される。このような動作は、効率良く組み合わされ、例えば、一揃えのウエハを一度に受け取って、それらのウエハをＣＭＰ、研磨、バフ研磨、洗浄、すすぎ、および／または乾燥の動作によって処理するように構成されたプロセスシステムに組み込まれる。後続のウエハ製造動作によるウエハ処理は、その後に続いて実施される。

このようなＣＭＰプロセスで必要とされる化学剤は、一般に、図１に示されるようなバッチ式処理システム１００の中で調製される。図１は、ＣＭＰプロセス用の化学剤を混合するための従来のシステムを示した説明図である。第１の化学剤１０１は第１の供給タンク１０２に蓄えられ、第２の化学剤１０３は第２の供給タンク１０４に蓄えられる。第１および第２の化学剤１０１，１０３を混合する場合は、それぞれの供給弁１０６，１０８を開き、第１および第２の化学剤１０１，１０３のそれぞれを選択量ずつバッチ混合タンク１１０移す。第１および第２の化学剤１０１，１０３は、次いで、バッチ混合タンク１１０の中で混合される。混合されたバッチは、一般に、バッチ混合タンク１１０に加えられた第１および第２の化学剤１０１，１０３のそれぞれの量を量るなどの手動のプロセスを経て分析される。化学剤の混合バッチが完全に調製され、使用する準備が整うと、バッチ供給弁１２０が開かれ、バッチ混合タンク１１０は混合体１２３を配送タンク１２２に流し入れるべく加圧される。配送タンク１２２は、次いで、混合体１２３を混合体分配マニホルド１２４に送るべく加圧することができる。混合体分配マニホルド１２４は、混合体１２３をそれぞれユースポイント供給弁１３６，１３８，１４０を通して複数のユースポイント（薬剤の使用箇所）１３０，１３２，１３４に分配する。各ユースポイント１３０，１３２，１３４は、複数の異なるＣＭＰプロセスツールであっても良いし、あるいは、同じＣＭＰプロセスツール内の複数の異なる位置であっても良い。

上述されたバッチ式処理システム１００にともなう問題の一つは、混合体１２３の多くは限られた期間しか使用できないという点にある。例えば、最適なＣＭＰ結果を得るためには、バッチ混合タンク１１０の中で形成された混合体１２３を、多くはその形成時から６０分以内に使用しなければならない。このような時間制限は、混合体１２３の反応性またはＣＭＰプロセスで使用されるスラリタイプの化学剤に共通して見られる凝固効果に起因する。

上述されたバッチ式処理システム１００にともなう別の問題は、混合体１２３を分配システム（例えば、混合体分配マニホルド１２４、各ユースポイント供給弁１３６，１３８，１４０、および相互接続用の配管など）を通じて各ユースポイント１３０，１３２，１３４に送らなくてはならない点にある。バッチ混合体１２３が期限切れになったまたはバッチ混合体１２３が不要になった場合は、期限切れになったバッチ混合体の不純物によって後続のバッチ混合体が汚染されることのないように、分配システム全体を十分にすすいで洗う必要がある。更に、分配システムに残留した混合物１２３は、処分を必要とする廃棄物になる。これは、非効率的であるうえに概して高価である。

上述されたバッチ式処理システム１００にともなう更に別の問題は、混合体１２３が有害である（例えば、苛性である、酸性である、可燃性である、有毒性であるなど）点にある。混合体１２３が有害であるため、加圧されたバッチ混合タンク１１０および配送タンク１２２は、非常に厳密にモニタおよび制御する必要がある。更に、バッチ混合タンク１１０および配送タンク１２２は、有害な混合体１２３をより安全に封じ込められるように、概して二重壁構造を採る。このように、有害な混合体１２３の蓄えおよび加圧に対する安全要件は、バッチ式処理システム１００の複雑度およびコストを増大させる。したがって、バッチ式処理システム１００は、必要以上に高価になるうえに信頼度が低下する。

バッチ同士は必ずしも同一ではないので、一般に、バッチ式処理システム１００によって得られるバッチは一貫しない。このようなバッチの非一貫性は、多くの場合に、ＣＭＰプロセスの結果を非一貫性にする原因となる。バッチの非一貫性は、第１および第２の化学剤１０１，１０３のそれぞれの量がバッチごとに異なる、あるいは、使用されるまでの期間がバッチごとに異なるなど、各種の要因に起因する。

同様に、バッチ式処理システム１００は、一貫した混合体を間断なく生成するわけではない。これは、混合体の制御が、一般に、バッチ混合タンク１１０の中でバッチ混合プロセスによって行われるためである。バッチ混合タンク１１０の中で混合体１２３が配合された後は、適正である、古くなりすぎた、または汚染されたなど、その混合体の状態を判断するためのモニタリングまたはテストはもう行われない。したがって、もし混合体１２３が適正でないと、ＣＭＰの結果も適正でなくなる可能性がある。

大多数のバッチ式の混合システムにともなうもう一つの問題は、混合体１２３の量がその混合体１２３が実際に必要とされるよりも前の時点で調製される点にある。その混合体１２３が何らかの理由で必要でなくなった（例えばＣＭＰプロセスの遅れのために混合体１２３が古くなりすぎた）場合は、混合体１２３全体を廃棄物として処分する必要がある。これは、過度の廃棄物を生じるので、非効率的であるうえに概して高価である。

以上からわかるように、ＣＭＰ化学剤をより効率良く且つ正確に配送するシステムが必要とされている。

本発明は、概して、化学機械平坦化システムにユースポイント化学剤混合システムを提供することによって、これらのニーズを満たすものである。なお、本発明は、プロセス、装置、システム、コンピュータ読み取り可能媒体、またはデバイスを含む様々なかたちで実現することが可能である。以下では、本発明の実施形態をいくつか取り上げて説明する。

化学機械平坦化システムは、ユースポイント化学剤混合システムを備える。ユースポイント化学混合システムは、第１および第２のポンプと、第１および第２の流量センサと、ミキサと、コントローラとを含む。第１のポンプは、第１の化学剤供給器に結合した入力を有し、第１の流量センサは、第１のポンプの出力に結合している。第２のポンプは、第２の化学剤供給器に結合した入力を有し、第２の流量センサは、第２のポンプの出力に結合している。ミキサは、第１および第２の流量センサに結合した入力を有する。コントローラは、第１および第２の流量センサから信号を受信し、第１および第２のポンプならびにミキサのための制御信号を生成するように構成される。コントローラは、更に、ＣＭＰプロセスからの需要に応じて第１および第２の化学剤の混合体を生成するように構成される。

ＣＭＰシステムのために２種類以上の化学剤を混合する方法は、第１および第２の化学剤をユースポイントに送り込むこと、第１のポンプからの第１の化学剤の流量をモニタすると共に第２のポンプからの第２の化学剤の流量をモニタすること、第１および第２の化学剤の混合体に対する需要に応じ、ミキサに入る第１および第２の化学剤の流れを制御すること、そして、得られた混合体をＣＭＰプロセスに出力することを含む。

一実施形態では、ミキサに入る第１および第２の化学剤の流れは、混合体のｐＨレベルまたは密度などの特性にしたがって制御される。

一実施形態では、第１および第２のポンプは、チューブフラム式ポンプを含む。

需要に応じてユースポイントでＣＭＰ化学剤を混合すると、より正確で且つ一貫した化学剤の混合体を提供することができる。ユースポイント化学剤混合システムは、また、混合プロセスを絶えずフィードバックおよび制御することを可能にする。ユースポイントでの混合は、また、従来のバッチ式混合システムよりもコストおよび複雑度を引き下げることができる。

ユースポイントでの混合は、また、混合体が必要とされるよりも前の時点で生成されることを阻止し、且つ、混合体の分配システムの小型化を図ることによって、無駄を減らすことができる。

本発明の他の特徴および利点は、本発明の原理を例示した添付の図面とあわせて行う以下の詳細な説明から明らかになる。

本発明は、添付の図面とあわせて行う以下の詳細な説明から容易に理解することが可能である。図中、同一の参照番号は類似の構造要素を指すものとする。

以下では、ユースポイント化学剤混合システムを含む化学機械平坦化システムの代表的な実施形態をいくつか取り上げて説明する。ただし、当業者ならば明らかなように、本発明は、下記の詳細の一部または全部を特定しなくても実施可能である。

ＣＭＰ化学剤をユースポイントで混合すると、結果として、化学剤をより効率良く使用することができ、尚かつ、混合物分配システムにおいて過剰な混合体または過剰なバッチ処理混合体などの廃棄物を減らすことができる。また、ユースポイント混合体システムは、混合体を間断なく提供することができる。更に、混合体を間断なくモニタすれば、フィードバック制御ループを確立し、混合物をより一定に維持することができる。

図２Ａは、本発明の一実施形態にしたがった、２種類の化学剤を使用するユースポイント混合システム２００の配管計装図（Ｐ＆ＩＤ）である。図２Ａに示されたユースポイント混合システムは、２種類の化学剤を使用しているが、後述するシステムおよびプロセスは、３種類以上の化学剤にも適用することが可能である。第１の供給タンク１０２には、第１のスラリ（例えば、日立によるスラリＰＮＨＦＡ００５または他の適切なスラリ）などの第１の化学剤１０１が蓄えられている。第２の供給タンク１０４には、脱イオン水（ＤＩ水）、第２のスラリ、または他の化学剤など、第１の化学剤と混合される第２の化学剤１０３が蓄えられている。ユースポイントミキサ２１０は、第１および第２の化学剤１０１，１０３を混合させるいくつかの構成要素を含む。具体的には、ユースポイントミキサは、第１の供給タンク１０２と第１のポンプ２１４との間に設けられた第１の供給弁２１２を含む。第１のポンプ２１４の出力は、第１の流量センサ２１６の入力に結合している。第１の流量センサ２１６の出力は、ミキサ２２０への第１の入力に結合している。第２の供給タンク１０４と第２のポンプ２３４との間には、第２の供給弁２３２が設けられている。第２のポンプ２３４の出力は、第２の流量センサ２３６の入力に結合している。第２の流量センサ２３６の出力は、ミキサ２２０への第２の入力に結合している。ミキサ２２０の出力は、ＣＭＰプロセスツール２５０に結合している。コントローラ２４０は、第１および第２の供給弁２１２，２３２、第１および第２のポンプ２１４，２３４、第１および第２の流量センサ２１６，２３６、ならびにミキサ２２０に電気的に結合している。

第１および第２のポンプ２１４，２３４は、また、第１および第２の圧力調整弁２１７，２３７をそれぞれに含むことができる。圧力調整弁２１７，２３７は、第１および第２のポンプ２１４，２３４によって生じた通常の圧力変動を低減または減衰させる。ミキサ２２０の出力は、また、コントローラ２４０に電気的に結合可能なモニタセンサを含むことができる。第１および第２の供給弁２１２，２３２は、正常時締め切り弁で良いので、制御の入力が無いときは自動的に閉じる。正常時締め切り弁は、第１および第２の化学剤１０１，１０３の制御の安全性をそれぞれに向上させる。

運転時において、コントローラ２４０は、第１の供給弁２１２を開いて第１のポンプ２１４を活動状態にするので、第１のポンプ２１４は、第１の化学剤をミキサ２２０に引き込むことができる。第１の流量センサ２１６は、すると、ミキサ２２０に向かう第１の化学剤１０１の流量を検出し、検出された流量をコントローラ２４０に出力する。コントローラ２４０は、すると、第１の流量センサ２１６から得られた流量を使用し、第１の化学剤の流量を所望の値に調整する。

第１の化学剤１０１がミキサ２２０に流れ込むのと同時に、第２の化学剤１０３も、第２の供給弁２３２、第２のポンプ２３４、および第２の流量センサ２３６をそれぞれに経て制御された所望の流量でミキサ２２０に送り込まれる。そして、ミキサ２２０の中では、所望の流量の第１の化学剤１０１と、所望の流量の第２の化学剤１０３とが混合されて、所望の混合体が生成される。

コントローラ２４０は、第１の流量センサ２１６を通じて流量を測定し、第１のポンプ２１４の体積流量を調節して第１の化学剤１０１を所望の流量に維持することによって、第１の化学剤１０１の流量に対する閉ループ制御システムを形成する。同様に、コントローラ２４０は、第２の流量センサ２３６を通じて流量を測定することによって、第２の化学剤１０３の流量に対する閉ループ制御システムを形成する。コントローラ２４０は、次いで、第２のポンプ２３４の体積流量を調節して第２の化学剤１０３を所望の流量に維持する。ミキサ２２０に供給される第１および第２の化学剤１０１，１０３を既知の流量に維持することによって、第１および第２の化学剤１０１，１０３を所望の割合で混合した混合体が間断なく得られる。

図２Ｂは、本発明の一実施形態にしたがった、ユースポイント混合システム２００において第１の化学剤の流れを制御するために実施される方法動作２５２のフローチャートである。動作２５３では、第１の化学剤１０１がユースポイント混合システムに送り込まれる。第１の化学剤１０１の流量は、動作２５４でモニタされる。動作２５５では、第２の化学剤１０３がユースポイント混合システムに送り込まれる。第２の化学剤１０３の流量は、動作２５６でモニタされる。動作２５７では、第１および第２の化学剤１０１，１０３の混合体に対する要件に応じ、ミキサに入る第１および第２の化学剤１０１，１０３の流れが制御される。動作２５８では、ＣＭＰプロセスなどで使用するために混合体が出力される。

図２Ｃは、本発明の一実施形態にしたがった、ユースポイント混合システム２００において第１の化学剤の流れを制御するために実施される方法動作のフローチャートである。図２Ｄは、本発明の一実施形態にしたがった、ユースポイント混合システム２００において第２の化学剤の流れを制御するために実施される方法動作のフローチャートである。簡単のため、以下では、第１および第２の化学剤１０１，１０３の流れの制御を別々に説明する。しかしながら、コントローラ２４０は、少なくとも一実施形態では第１および第２の化学剤１０１，１０３の流量を同時に制御する。

図２Ｃの動作２６２では、コントローラ２４０は、第１の供給弁２１２を開かせ、第１のポンプ２１４によって第１の化学剤１０１をミキサ２２０に引き込む。動作２６４では、第１の流量センサ２１６は、第１のポンプ２１４から出力される第１の化学剤１０１の流量を検出する。第１の流量センサ２１６は、検出された流量をコントローラ２４０に通知する。動作２６６では、検出された第１の化学剤１０１の流量が、第１の化学剤１０１の所望の流量と比較される。動作２６６において、もし、検出された第１の化学剤１０１の流量が第１の化学剤１０１の所望の流量に等しい場合は、動作２６８において、所望の流量の検査が行われる。動作２６８において、もし、所望の流量がゼロ「０」に等しい場合は、該方法動作は終了する。動作２６８において、もし、所望の流量がゼロ「０」に等しくない場合は、該方法動作は動作２６４に進む。

動作２６６において、もし、検出された第１の化学剤１０１の流量が、第１の化学剤１０１の所望の流量に等しくない場合は、動作２７０において、検出された流量が所望の流量を上回るか否かを判断する検査が行われる。動作２７０において、もし、検出された流量が所望の流量を上回る場合は、動作２７２において、コントローラ２４０は第１のポンプ２１４からの流量を減少させる。該方法動作は、次いで、上述のように動作２６４に進む。動作２７０において、もし、検出された流量が所望の流量以下である場合は、動作２７４において、コントローラ２４０は第１のポンプ２１４からの流量を増大させる。該方法動作は、次いで、上述のように動作２６４に進む。

図２Ｄの動作２８２では、コントローラ２４０は、第２の供給弁２３２を開かせ、第２のポンプ２３４によって第２の化学剤１０３をミキサ２２０に引き込む。動作２８４では、第２の流量センサ２３６は、第２のポンプ２３４から出力される第２の化学剤１０３の流量を検出する。第２の流量センサ２３６は、検出された流量をコントローラ２４０に通知する。動作２８６では、検出された第２の化学剤１０３の流量が、第２の化学剤１０３の所望の流量と比較される。動作２８６において、もし、検出された第２の化学剤１０３の流量が第２の化学剤１０３の所望の流量に等しい場合は、動作２８８において、所望の流量の検査が行われる。動作２８８において、もし、所望の流量がゼロ「０」に等しい場合は、該方法動作は終了する。動作２８８において、もし、所望の流量がゼロ「０」に等しくない場合は、該方法動作は動作２８４に進む。

動作２８６において、もし、検出された第２の化学剤１０３の流量が、第２の化学剤１０３の所望の流量に等しくない場合は、動作２９０において、検出された流量が所望の流量を上回るか否かを判断する検査が行われる。動作２９０において、もし、検出された流量が所望の流量を上回る場合は、動作２９２において、コントローラ２４０は第２のポンプ２３４からの流量を減少させる。該方法動作は、次いで、上述のように動作２８４に進む。動作２９０において、もし、検出された流量が所望の流量以下である場合は、動作２９４において、コントローラ２４０は第２のポンプ２３４からの流量を増大させる。該方法動作は、次いで、上述のように動作２８４に進む。

コントローラ２４０は、あるいは、ミキサ２２０から出力された混合体の特性の一つまたはそれ以上をモニタすることによって、閉ループフィードバック制御を形成することができる。混合体をモニタするのは、混合体センサ２４２である。一実施形態では、混合体センサ２４２は、ｐＨセンサを含む。ｐＨセンサは、混合体のｐＨレベルを間断なく測定することができる。例えば、とあるユースポイント混合システムでは、所望の混合体のｐＨレベルは８．０２である。更に、第１の化学剤１０１のｐＨレベルは、第２の化学剤１０３のｐＨレベルよりも高い。もし、コントローラによって検出された混合体のｐＨレベルが８．０１である場合は、コントローラは、第１および第２の化学剤１０１，１０３の混合比を自動的に調整することによって、検出されるｐＨレベルを所望の８．０２まで上昇させることができる。

図２Ｅは、本発明の一実施形態にしたがった、ユースポイント混合システムにおいて第１の化学剤１０１の流れを制御する際の比例・積分・微分（ＰＩＤ）制御のブロック図３５０である。以下では、第１の化学剤１０１の流れを制御する場合のみに関連させてＰＩＤ制御を説明するが、同様の原理は、第２の化学剤１０３の流れを制御する、混合体１２３の他の特性を制御するなど、他の任意の制御変数を制御する場合にも適用することが可能である。先ず、入力３５２に、第１の化学剤の所望の流量などの所望の定値が提供される。次いで、入力３５２に提供された信号から、比例変数、積分変数、微分変数Ｋ_p，Ｋ_i，Ｋ_dが抽出される。各ＰＩＤ変数は、それぞれ対応するＰＩＤ計算３５４Ａ，３５４Ｂ，３５４Ｃに提供され、出力３５８において制御信号３５６を生成する。出力される制御信号は、例えば、第１のポンプ２１４の体積流量制御信号であって良い。制御信号３５６は、次いで、プロセスに提供される（例えば、第１のポンプの体積流量制御信号が第１のポンプ２１４の制御入力に提供される）。そして、フィードバック信号３６０が入力３５２にフィードバックされ、エラー制御／フィードバックを得る。もし、入力３５２に提供された定値が、第１の化学剤１０３の所望の流量である場合は、フィードバック信号３６０は、第１の流量センサ２１６などによって検出された第１のポンプ２１４からの第１の化学剤１０３の流量である。

図３は、本発明の一実施形態にしたがった、２種類の化学剤を使用するミキサ２２０の配管計装図（Ｐ＆ＩＤ）である。図３は、２種類の化学剤を混合するミキサを図示しているが、後述するシステムおよびプロセスは、３種類以上の化学剤にも適用することが可能である。第１のミキサ入力弁２２２は、第１の流量センサ２１６からミキサマニホルド２２６への第１の化学剤１０１の入力を制御する。第２のミキサ入力弁２２４は、第２の流量センサ２３６からミキサマニホルド２２６への第２の化学剤１０３の入力を制御する。第１および第２の化学剤１０１，１０３は、ミキサマニホルド２２６の中で混合される。ミキサ出力弁２２８は、ミキサマニホルド２２６からＣＭＰプロセス２５０への出力を制御する。

一実施形態では、各入力弁２２２，２２４とミキサマニホルド２２６との間で配管の寸法（例えば、相互接続用の配管の長さおよび直径）は同じである。一実施形態では、ミキサ２２０はラジアル弁ミキサであるので、各入力弁２２２，２２４は、中央のミキサマニホルド２２６を挟んで等距離の相対する位置に配される。適切なラジアル弁ミキサの一例としては、ニュージャージー州ブーントン市フルトンストリート８５所在のバイオケムバルブ社から市販されている０８９Ｍ＆０７９ＮＣシリーズのマニホルドアセンブリシリーズが挙げられる。ミキサ２２０は、あるいは、図３に示されたミキサ２２０に類似した線形構成を採ることもできる。

図４Ａは、本発明の一実施形態にしたがった回転ポンプ４００を示している。第１および第２のポンプ２１４，２３４は、図４Ａに示されたような回転ポンプであって良い。回転ポンプ４００は、ほぼ円形の内室４０４を形成するハウジングを含む。ロータ４０６は、内室４０４の中心に位置決めされる。ロータ４０６は、２以上（例えばこの場合は３つ）のコンプレッサホイール４０８Ａ，４０８Ｂ，４０８Ｃを含む。ハウジング４０２は、また、内室４０４にほぼ接線方向の入口４１０および出口４１２を含む。圧縮性チューブ４２０は、入口４１０から入って内室４０４の内周に沿った経路をとって、出口４１２から出て行く。コンプレッサホイール４０８Ａ，４０８Ｂ，４０８Ｃは、圧縮性チューブ４２０を内室４０４の内周に押しつける。運転時には、ロータ４０６が中心軸４１４を中心に反時計回りに回転するのにともなって、コンプレッサホイールは圧縮性チューブ４２０を内室４０４の内周に押しつける。コンプレッサホイール４０８Ｂ，４０８Ｃの間には、体積４２２などの体積が閉じ込められている。体積４２２は、第１の化学剤１０１などの流体を含む。ロータ４０６が反時計回りの回転を続けるのにともなって、第１の化学剤１０１の体積４２２は出口４１２に向かって推し進められ、最終的には出口４１２から出て行く。こうして、第１の化学剤１０１は、ほぼ間断なく流れて行く。

図４Ｂは、図４Ａに示されたＡ部分における圧縮性チューブ４２０の断面図である。圧縮性チューブ４２０の断面は、最初はほぼ円形である。長時間にわたる圧縮にともなって、圧縮性チューブ４２０の側壁は変形をはじめ、図４Ｃに示されるような楕円に似た形の断面を採りはじめる。図４Ｃに示された楕円形の断面の面積は、図４Ｂに示された円形の断面の面積よりも大幅に小さい。チューブが変形され、楕円形の断面を持つようになると、２つのコンプレッサホイール間の体積（上述の体積４２２など）は減少するので、回転毎に押し出される体積も減少する。

図４Ｄは、図４Ａに示されたＢ部分における圧縮性チューブ４２０の断面図である。コンプレッサホイール４０８Ｂが圧縮性チューブ４２０を内室４０４の内壁に押し付けると、圧縮性チューブ４２０の側壁は互いに押し付けられる。その結果、圧縮性チューブ４２０の壁からは微粒子が取り除かれる可能性がある。取り除かれた微粒子は、押し出される化学剤（例えば第１の化学剤１０１）の中に放出される。

図４Ｅは、圧縮性チューブ４２０の壁の間で圧縮されたときに凝集する可能性のある微粒子を図示している。初めの微粒子４５０は、押し出されるＣＭＰスラリに含まれる研磨微粒子などの代表的な微粒子である。初めの微粒子は、寄り集まって凝集微粒子４６０を形成する傾向がある。圧縮性チューブ４２０の壁の間で圧縮されるなど、互いに圧縮された凝集微粒子４６０は、互いに繋がることによって、更に大きな鎖状微粒子４７０を形成する。

図５は、本発明の一実施形態にしたがったチューブフラム式ポンプ５００を図示している。チューブフラム式ポンプ５００は、中央に設けられた軸５０２を含む。軸５０２を中心にして回転するのはカム５０４である。カム５０４の表面には左側シャフト５０６および右側シャフト５０８が乗っている。カム５０４が回転するにつれて、右側シャフトおよび左側シャフト５０６，５０８はそれぞれ右側および左側にスライドし、右チューブフラム５１０および左チューブフラム（不図示）をそれぞれ圧縮する。右チューブフラム５１０は、入口５１２および出口５１４に結合している。右入口逆止め弁５１６は、入口５１２から右チューブフラム５１０に流体が入ることを可能にする。右側シャフト５０８が右向きに押され、右チューブフラム５１０を圧縮すると、右チューブフラム５１０の中の流体圧力が増大する。右チューブフラム５１０の中の流体圧力が増大すると、右入口逆止め弁５１６は閉じて、右出口逆止め弁５１８が開き、加圧流体が出口５１４から流れ出る。右側シャフト５０８が左向きにスライドすると、右チューブフラム５１０は、右側シャフト５０８によって圧縮される前の形に自動的に戻る。右チューブフラム５１０の形が戻るにつれて、右チューブフラム５１０の中の圧力は減少する。右チューブフラム５１０の中の圧力が減少すると、右出口逆止め弁５１８は閉じて右入口逆止め弁５１６が開き、右チューブフラム５１０の中に流体が引き込まれる。左チューブフラム（不図示）は、右チューブフラム５１０と同様に動作する。
チューブフラム式ポンプは、０１７４６マサチューセッツ州ホリストン市ボイントンロード５所在のイワキワルケム社によって市販されている品番ＣＳＰ−０５ＥＤ−ＢＰ−Ｓ０１または類似のチューブフラム式ポンプであって良い。チューブフラム式ポンプは、チューブフラム５１０の側壁を完全に圧縮しない点で、回転ポンプよりも好ましい。チューブフラム５１０の側壁は押し合わされないので、図４Ｅに示されたように微粒子を押し合わせて鎖状微粒子を形成することはない。また、チューブフラム５１０の側壁は押し合わされないので、直ちに破壊されて、チューブフラム５１０を流れる流体の中に微粒子を放出することはない。また、チューブフラム５１０の側壁は押し合わされないので、上述された回転ポンプ４００の中の圧縮性チューブ４２０のように急速に変形して、楕円形の断面を形成することはない。したがって、チューブフラム式ポンプの効率は、回転ポンプ４００ほど急速には衰えない。一実施形態では、第１および第２のポンプ２１４，２３４の流量は、１５〜２５０ｍｌ／分の範囲である。

図２Ａのコントローラ２４０は、当該分野で周知の任意のタイプのコントローラである。コントローラ２４０は、上述した入力を受信し、ＰＩＤ制御信号を実行し、各種の制御可能デバイス（例えばポンプ２１４，２３４や弁２１２，２３２など）を制御するための出力を生成するように構成することが可能である。一実施形態では、コントローラ２４０は、シーメンス社または適切なプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）の他の供給業者によって市販されているＰＬＣなどであって良い。あるいは、コントローラ２４０は、パーソナルコンピュータなどの任意の汎用計算機システムであって良い。

図６は、本発明の一実施形態にしたがった、３種類の化学剤および洗浄システムを使用するユースポイント混合システム６００の配管計装図（Ｐ＆ＩＤ)である。図６は、３種類の化学剤を使用するユースポイント混合システムを示しているが、後述するシステムおよびプロセスは、４種類またはそれ以上の化学剤にも適用することが可能である。第１の化学剤１０１は、第１の供給タンク１０２に蓄えられている。第２の化学剤１０３は、第２の供給タンク１０４に蓄えられている。第３の化学剤６０２は、第３の供給タンク６０４に蓄えられている。ユースポイントミキサ６１０は、第１，第２，および第３の化学剤１０１，１０３，６０２を混合するいくつかの構成要素を含む。ユースポイントミキサ６１０は、３種類の化学剤のそれぞれに対して２つずつの供給弁を含む。すなわち、第１の化学剤１０１のための二重供給弁６０６Ａ，６０６Ｂ、第２の化学剤１０３のための二重供給弁６０８Ａ，６０８Ｂ、および第３の化学剤６０２のための二重供給弁６１０Ａ，６１０Ｂである。これらの二重供給弁は、第１，第２，および第３の化学剤１０１，１０３，６０２を制御する際の安全性を向上させる。なぜなら、二重供給弁の一方の弁が故障しても化学剤は流れないからである。

第１，第２，および第３のポンプ６１２，６２２，６３２が、第１，第２，および第３の化学剤１０１，１０３，６０２をそれぞれに押し出す。すると、第１，第２，および第３の流量センサ６１４，６２４，６３４が、第１，第２，および第３のポンプ６１２，６２２，６３２からそれぞれに出力された第１，第２，および第３の化学剤１０１，１０３，６０２の流れを検出する。第１，第２，および第３の流量センサ６１４，６２４，６３４から出力された第１，第２，および第３の化学剤１０１，１０３，６０２の流れは、４種化学剤ミキサ６３０の三つの入力にそれぞれ入力される。第１，第２，および第３の化学剤１０１，１０３，６０２は、この４種化学剤ミキサ６３０の中で混合される。ユースポイント混合システム６００は、また、４種化学剤ミキサ６３０から出力された混合体をモニタする混合体センサ６４０を含む。

ユースポイント混合システム６００は、更に、脱イオン（ＩＤ）水システムを含む。脱イオン水システムは、脱イオン水供給器６５０および４つの脱イオン水供給弁６５２，６５４，６５６，６５８を含む。脱イオン水は、ユースポイント混合システム６００の各部位を洗浄するために使用される。例えば、もし、ユースポイント混合システム６００から第１の化学剤を洗い流す必要がある場合は、二重供給弁６０６Ａ，６０６Ｂが閉じられる。次に、脱イオン水供給弁６５２が開かれ、脱イオン水は、第１のポンプ、第１の流量センサ、およびミキサ６３０を通って流れ、ミキサ６３０の出口から出ることができる。

上述した実施形態を念頭におくと、本発明は、コンピュータシステムに格納されたデータをともなてコンピュータによって実行される様々な動作を利用できることがわかる。これらの動作は、物理量の物理的操作を必要とする動作である。これらの物理量は、通常は、格納、移動、結合、比較、およびその他の操作が可能である電気信号または磁気信号の形態をとるが、これは必ずしも不可欠な要件ではない。更に、実施されるこれらの操作は、生成、識別、決定、または比較などの言葉で称される場合も多い。

図２Ｂ〜２Ｄの動作によって表された命令は、図示された順番で実施する必要はないうえに、これらの動作によって表されたどの処理も、本発明を実施するにあたって必ずしも必要ではない。更に、図２Ｂ〜２Ｅで説明されたプロセスは、コントローラ２４０のメモリシステムに格納されたソフトウェアによって実行することも可能である。

以上では、理解を明確にする目的で少し詳しい発明の説明を行った。しかしながら、添付した特許請求の範囲ならば一定の変更および改良が可能であることは明らかである。したがって、上記の実施形態は、例示的を目的とした非限定的な実施形態だと見なされ、本発明は、上記の詳細に限定されず、添付した特許請求およびそれらの同等物の範囲内で変更することが可能である。

ＣＭＰシステムのために化学剤を混合するための従来のシステムの説明図である。本発明の一実施形態にしたがった２種類の化学剤を使用するユースポイント混合システムの配管計装図（Ｐ＆ＩＤ）である。本発明の一実施形態にしたがったユースポイント混合システム２００において第１の化学剤の流れを制御するために実施される方法動作のフローチャートである。本発明の一実施形態にしたがったユースポイント混合システムにおいて第１の化学剤の流れを制御するために実施される方法動作のフローチャートである。本発明の一実施形態にしたがったユースポイント混合システムにおいて第２の化学剤の流れを制御するために実施される方法動作のフローチャートである。本発明の一実施形態にしたがったユースポイント混合システムにおいて第１の化学剤１０１の流れを制御する際の比例・積分・微分（ＰＩＤ）制御のブロック図である。本発明の一実施形態にしたがった２種類の化学剤を使用するミキサの配管計装図（Ｐ＆ＩＤ）である。本発明の一実施形態にしたがった回転ポンプ４００の図である。図４Ａに示されたＡ部分における圧縮性チューブの断面図である。図４Ａに示されたＡ部分における圧縮性チューブの断面図である。図４Ａに示されたＢ部分における圧縮性チューブの断面図である。圧縮性チューブの側壁の間で圧縮されたときに凝集する可能性のある微粒子を示した図である。本発明の一実施形態にしたがったチューブフラム式ポンプの図である。本発明の一実施形態にしたがった、３種類の化学剤および洗浄システムを使用するユースポイント混合システムの配管計装図（Ｐ＆ＩＤ)である。

符号の説明

１００…バッチ式処理システム
１０１…第１の化学剤
１０２…第１の供給タンク
１０３…第２の化学剤
１０４…第２の供給タンク
１０６，１０８…供給弁
１１０…バッチ混合タンク
１２０…バッチ供給弁
１２２…配送タンク
１２３…混合体
１２４…混合体分配マニホルド
１３０，１３２，１３４…ユースポイント
１３６，１３８，１４０…ユースポイント供給弁
２００…ユースポイント混合システム
２１０…ユースポイントミキサ
２１２…第１の供給弁
２１４…第１のポンプ
２１６…第１の流量センサ
２１７…第１の圧力調整弁
２２０…ミキサ
２２２…第１のミキサ入力弁
２２４…第２のミキサ入力弁
２２６…ミキサマニホルド
２２８…ミキサ出力弁
２３２…第２の供給弁
２３４…第２のポンプ
２３６…第２の流量センサ
２３７…第２の圧力調整弁
２４０…コントローラ
２４２…混合体センサ
２５０…ＣＭＰプロセスツール
３５２…入力
３５４Ａ，３５４Ｂ，３５４Ｃ…ＰＩＤ計算
３５６…制御信号
３５８…出力
３６０…フィードバック信号
４００…回転ポンプ
４０２…ハウジング
４０４…内室
４０６…ロータ
４０８Ａ，４０８Ｂ，４０８Ｃ…コンプレッサホイール
４１０…入口
４１２…出口
４１４…中心軸
４２０…圧縮性チューブ
４２２…体積
４５０…初めの微粒子
４６０…凝集微粒子
４７０…鎖状微粒子
５００…チューブフラム式ポンプ
５０２…軸
５０４…カム
５０６…左側シャフト
５０８…右側シャフト
５１０…右チューブフラム
５１２…入口
５１４…出口
５１６…右入口逆止め弁
５１８…右出口逆止め弁
６００…ユースポイント混合システム
６０２…第３の化学剤
６０４…第３の供給タンク
６１０…ユースポイントミキサ
６０６Ａ，６０６Ｂ…第１の化学剤のための二重供給弁
６０８Ａ，６０８Ｂ…第２の化学剤のための二重供給弁
６１０Ａ，６１０Ｂ…第３の化学剤のための二重供給弁
６１２…第１のポンプ
６１４…第１の流量センサ
６２２…第２のポンプ
６２４…第２の流量センサ
６３０…４種化学剤ミキサ
６３２…第３のポンプ
６３４…第３の流量センサ
６４０…混合体センサ
６５０…脱イオン水供給器
６５２，６５４，６５６，６５８…脱イオン水供給弁

Claims

ＣＭＰシステムのために２以上の化学溶液を混合する方法であって、
第１の化学溶液をユースポイントのミキサに押し出し、
第１のポンプからの前記第１の化学溶液の流量をモニタし、
第２の化学溶液を前記ミキサに押し出し、
第２のポンプからの前記第２の化学溶液の流量をモニタし、
前記第１および第２の化学溶液の混合体に対する需要に応じ、前記ミキサに入る前記第１および第２の化学溶液の流量を、前記第１，第２の化学溶液の流量を前記モニタすることによって制御し、
前記第１および第２の化学溶液を混合した混合体を、バッチタンクに貯蔵することになく、前記ユースポイントであるＣＭＰプロセスに出力すると共に、
前記ミキサに入る前記第１および第２の化学溶液の流量の制御は、前記混合体の特性であるｐｈレベルおよび密度のうちの少なくとも一つに応じた前記ミキサにおける流量の制御を含む方法。
前記混合体の前記特性は、前記混合体のｐＨレベルを含む請求項１記載の方法。
ＣＭＰシステムのために２以上の化学溶液を混合する方法であって、
第１の化学溶液をユースポイントのミキサに押し出し、
第１のポンプからの前記第１の化学溶液の流量をモニタし、
第２の化学溶液を前記ミキサに押し出し、
第２のポンプからの前記第２の化学溶液の流量をモニタし、
前記第１および第２の化学溶液の混合体に対する需要に応じ、前記ミキサに入る前記第１および第２の化学溶液の流量を、前記第１，第２の化学溶液の流量を前記モニタすることによって制御し、
前記第１および第２の化学溶液を混合した混合体を、バッチタンクに貯蔵することになく、前記ユースポイントであるＣＭＰプロセスに出力すると共に、
前記ミキサに入る前記第１および第２の化学溶液の流量の制御は、前記第１の化学溶液の前記流量に応じた前記ミキサからの前記混合体の流量の制御を含む方法。
ＣＭＰシステムのために２以上の化学溶液を混合する方法であって、
第１の化学溶液をユースポイントのミキサに押し出し、
第１のポンプからの前記第１の化学溶液の流量をモニタし、
第２の化学溶液を前記ミキサに押し出し、
第２のポンプからの前記第２の化学溶液の流量をモニタし、
前記第１および第２の化学溶液の混合体に対する需要に応じ、前記ミキサに入る前記第１および第２の化学溶液の流量を、前記第１，第２の化学溶液の流量を前記モニタすることによって制御し、
前記第１および第２の化学溶液を混合した混合体を、バッチタンクに貯蔵することになく、前記ユースポイントであるＣＭＰプロセスに出力すると共に、
前記ミキサに入る前記第１および第２の化学溶液の流量の制御は、前記第２の化学溶液の前記流量に応じた前記ミキサからの前記混合体の流量の制御を含む方法。
ＣＭＰシステムのために２以上の化学溶液を混合する方法であって、
第１の化学溶液をユースポイントのミキサに押し出し、
第１のポンプからの前記第１の化学溶液の流量をモニタし、
第２の化学溶液を前記ミキサに押し出し、
第２のポンプからの前記第２の化学溶液の流量をモニタし、
前記第１および第２の化学溶液の混合体に対する需要に応じ、前記ミキサに入る前記第１および第２の化学溶液の流量を、前記第１，第２の化学溶液の流量を前記モニタすることによって制御し、
前記第１および第２の化学溶液を混合した混合体を、バッチタンクに貯蔵することになく、前記ユースポイントであるＣＭＰプロセスに出力すると共に、
前記ミキサに入る前記第１および第２の化学溶液の流量の制御は、前記第１の化学溶液の第１の定量値に応じて前記ミキサからの前記混合体の流量を制御することを含む、方法。
ＣＭＰシステムのために２以上の化学溶液を混合する方法であって、
第１の化学溶液をユースポイントのミキサに押し出し、
第１のポンプからの前記第１の化学溶液の流量をモニタし、
第２の化学溶液を前記ミキサに押し出し、
第２のポンプからの前記第２の化学溶液の流量をモニタし、
前記第１および第２の化学溶液の混合体に対する需要に応じ、前記ミキサに入る前記第１および第２の化学溶液の流量を、前記第１，第２の化学溶液の流量を前記モニタすることによって制御し、
前記第１および第２の化学溶液を混合した混合体を、バッチタンクに貯蔵することになく、前記ユースポイントであるＣＭＰプロセスに出力すると共に、
前記ミキサに入る前記第１および第２の化学溶液の流量の制御は、前記第２の化学溶液の第２の定量値に応じて前記ミキサからの前記混合体の流量を制御することを含む方法。
ＣＭＰシステムのために２以上の化学溶液を混合する方法であって、
第１の化学溶液をユースポイントのミキサに押し出し、
第１のポンプからの前記第１の化学溶液の流量をモニタし、
第２の化学溶液を前記ミキサに押し出し、
第２のポンプからの前記第２の化学溶液の流量をモニタし、
前記第１および第２の化学溶液の混合体に対する需要に応じ、前記ミキサに入る前記第１および第２の化学溶液の流量を、前記第１，第２の化学溶液の流量を前記モニタすることによって制御し、
前記第１および第２の化学溶液を混合した混合体を、バッチタンクに貯蔵することになく、前記ユースポイントであるＣＭＰプロセスに出力すると共に、
前記第１の化学溶液の押し出しは、圧力変動を実質的に低減させるための前記圧力の調整を含む方法。
ＣＭＰシステムであって、
第１の化学溶液供給器に結合した入力を有する第１のポンプと、
前記第１のポンプの出力に結合した第１の流量センサと、
第２の化学溶液供給器に結合した入力を有する第２のポンプと、
前記第２のポンプの出力に結合した第２の流量センサと、
前記第１の流量センサの出力に結合した入力、および前記第２の流量センサの出力に結合した入力を有するミキサと、
前記第１および第２の流量センサから信号を受信し、前記第１および第２のポンプならびに前記ミキサのための制御信号を生成し、ＣＭＰプロセスからの需要に応じて前記第１および第２の化学溶液の混合体を生成すると共に、前記第１および第２の化学溶液を混合した混合体を、バッチタンクに貯蔵することになく、前記ユースポイントであるＣＭＰプロセスに出力するよう制御するコントローラと
を備え、更に、
前記ミキサの出力に結合した混合体センサを、前記コントローラによる制御のために、該コントローラの第３の入力に結合したシステム。
請求項８に記載のシステムであって、
前記混合体センサはｐＨセンサであるシステム。
請求項８に記載のシステムであって、
前記コントローラは、
前記第１の制御弁の制御入力に結合した第１の出力と、
前記第２の制御弁の制御入力に結合した第２の出力と、
前記第１の流量センサの出力に結合した第１の入力と、
前記第２の流量センサの出力への第２の入力と、
制御スキームと
を含むシステム。
請求項１０に記載のシステムであって、
前記制御スキームは、比例・積分・微分（ＰＩＤ）制御を含むシステム。
請求項８に記載のシステムであって、
前記ミキサには、
前記第１の流量センサの出力と混合体マニホルドとの間に結合した第１の制御弁と、
前記第２の流量センサの出力と前記混合体マニホルドとの間に結合した第２の制御弁と、
前記混合体マニホルドと混合体分配器との間に結合したミキサ出力制御弁と
を備えるシステム。
請求項８に記載のシステムであって、
前記第１のポンプは圧力調整器を含む、システム。
請求項８に記載のシステムであって、
前記第１および第２のポンプはチューブフラム式ポンプであるシステム。
請求項８に記載のシステムであって、
前記第１および第２のポンプは回転式ポンプであるシステム。
請求項８に記載のシステムであって、
前記第１および第２のポンプは、１５〜２５０ｍｌ／分の吐き出し容量（体積流量）を有するシステム。
混合システムであって、
第１の化学溶液供給器に結合した入力を有する第１のポンプと、
前記第１のポンプの出力に結合した第１の流量センサと、
第２の化学溶液供給器に結合した入力を有する第２のポンプと、
前記第２のポンプの出力に結合した第２の流量センサと、
前記第１の流量センサの出力に結合した入力、および前記第２の流量センサの出力に結合した入力を有するミキサと、
前記第１および第２の流量センサから信号を受信し、前記第１および第２のポンプならびに前記ミキサのための制御信号を生成し、ＣＭＰプロセスからの需要に応じて前記第１および第２の化学溶液の混合体を生成すると共に、前記第１および第２の化学溶液を混合した混合体を、バッチタンクに貯蔵することになく、前記ユースポイントであるＣＭＰプロセスに出力するよう制御するコントローラと
を備え、更に
前記ミキサの出力に結合した混合体センサを、前記コントローラによる制御のために、該コントローラの第３の入力に結合したシステム。