TWI376272B - Method and apparatus for dispensing liquid with precise control - Google Patents

Description

1376272 · * 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本申請案提供用於在需要高度準確㈣I力或流動速率 之條件下輸送液體的設備與方法。特定言之，本發明提供 用於輸送Μ度化學品或研磨以—半導”造程序中: 一或多個使用點的設備與方法，纟中以—值定流動速率將 該化學品或研磨漿之流動速率提供至使用點。

【先前技術】 通常需副控制提供至_液體施配系統之端點之液體 的量。此外，重要的是，所提供之液體的量盡可能保持怪 定以避免可能具有不利影響料值形成。此對於半導體製 造程序而言尤其如此，λ中所提供之液體的量可能極大地 影響該製程，諸如層形成、蝕刻、清洗等。壓力變化可導 致非可重複性且最終導致產率損失。流動控制亦為重要 的。對於某些製程（諸如需要研磨t之半導體製程）而言， 採用使顆粒料於研磨聚中所必需之速度而保持流動速率 係重要的°或者’對於高純度化學品應用而言，保持-致 的流動速率對於確保最佳㈣係重要的4動速率之變化 亦可影響分配系統中之壓力，諸如在管道或過濾筒中由於 摩擦損失（例如，水頭損失）而引起的。 因此而要提供液體之精破、可控制、恆定流動速率至 施配系統之使用點或端點。然而，由於諸多理由（包括需 求變化、在操作#間分配系统中的壓力變化、&過渡器堵 塞所導致之壓力變化、泵循環作用及其他原因）而使得可 Π 8834.doc 1376272 . 能很難達成此要求。為了更充分地闡釋必須被λ服之該$ 問題’提供圖工以說明先前技術中所已知之基本液體施配 系統。 圖1展不一基本系統100，其包括液體施配貯槽1〇、泵2〇 及使用點3Q。以統⑽中，泵自貯槽1G輸送液體至使用 點30。貯槽1Q通常為_標準通風貯槽，其可在需要時自液 體源40再填充液體。泵2〇可為任何標準類型之泵，諸如正

排量泵或葉輪泵、然而’最近以|，離心泵已被用於散裝 化學品及研磨聚應用中。此趨勢在由於純度問題而僅有有 限數目之離心泵被接受使用之半導體工業中更為新近。 離心果擅長於保持穩定屡力以滿足小的液體需求。然 而，分配系統中大的消耗需求或破壞（例如，饋入一空的 過濾0外殼)可導致流量_變，&量瞬變會顯著減少離心 泵之輸出壓力而因此顯著影響分配系統中的壓力。此外， 離心泵要求高數值之電功率且對排出Μ力作出限制。達到 較冋壓力需要更多電功率且離心泵以高壓操作下所需之高 RPM運作可將熱量引入系統中，此可負面地影響某些製 程。 — 儘管在圖1中僅展示一個使用點3〇，但熟習此項技術者 將應< 4到可自同一施配系統丨〇〇向多個使用點提供液 體。然而亦將認識到1外的使用點會增加系統之複雜性 且使得難以保持系㈣力及流動速率。如圖i中所述，在 :個分配系統1 00中提供過量液體以促進在使用點3〇處穩 疋机動速率及壓力。特定言之，液體被輸送出貯槽10、流 1Ϊ 8834.doc 1376272 經系統100、以所需量提供至使用點30，且任何過量液體 流回至貯槽10以供重新使用。為了更好地控制系統壓力或 流動速率，可提供一反饋環流。特定言之，如圖i中所 示’藉由操作與貯槽1 〇關聯之流量限制器6〇，感應器 - 50(諸如，壓力感應器或流量計）提供指示流動速率之資 • 訊，該資訊可用以控制泵2〇之速度或用以為系統1〇〇提供 彦壓控制。此等組件亦增加了系統之複雜性。 • 如上文所述，貯槽10通常為一標準通風貯槽。然而，壓 力容器亦可用以為分配系統提供更穩定的壓力控制。關於 • 壓力容器施配系統存在許多變化，所有此等變化均具有特 $的缺點°舉例而言’按序操作之多個壓力容器可為系統 提供最穩定的壓力，但由於在液體於整個系統中循環時要 • 求以連續方式進行施壓、清空、#出及再填充，目此此多 個壓力容器具有系統複雜性。當使用單個壓力容器時，流 7 »玄奋态之液體必須首先以比該施配容器所需之壓力低的 _ 力送至一容器且接著被抽回至該施配容器中。當液體需 求為低時，由於保持再循環流動之必要性而使得仍然消耗 掉顯者的能量。 在此項技術中仍需要克服上文所述之問題。 【發明内容】 本申凊案提供在需要高度準確地控㈣力或流動速率之 條件下用於輸送液體的設襟與方法。特定言之’本發明提 供用於輸送高純度化學品或研磨漿至用於一半導體製造程 序中之-或多個使用點的設備與方法，其中在一但定= 118834.doc 速率下將該化學品或研磨漿之流動速率提供至使用點。 厶b 月& 藉由在相同分配系統内組合一壓力容器與一離心泵而實 現本發明之目標β藉由同時使用一壓力容器與一離心泵， 可最佳化由每—組件提#之優點1可增強系统之整體效 【實施方式】 現將於下文參看展示本發明之較佳實施例的附圖更充分 地描述本㈣H本發明可以許多不同形式來具體實 施且不應被理解為限制本文中所陳述之實施例。實情為， 提供此等實施例以使此揭示内容為透徹及完整的，且將本 發明之範疇完全傳遞給熟習此項技術者。 圖2為根據本發明之一實施例之一基本系統的示意圖。 特定言之，圖2展示一液體分配系統200，其包含一可自液 體源240、離心泵220進行再填充之壓力容器2ι〇及一使用 點230。儘管僅展示單個使用點23〇，但熟習此項技術者應 認識到可使用相同的分配系統200來向多個使用點供應液 體。亦展示一壓力調節構件250，其可用以在壓力容器21〇 内產生及保持適當的壓力.舉例而言，調節構件25〇可包 含—氮氣饋入設備。離心泵220可為任何耐蝕離心泵，諸 如，由Levitronix®，LLC製造之此等泵。 在操作中’液體在整個系統200中由離心泵22〇進行抽 吸。液體被輸送出壓力容器210，且提供至使用點23〇。任 何過量液體流回至壓力容器210。較佳地，流回管路將浸 ;又在壓力谷器210中之液位以下。藉由在麗力容器21〇内產 118834.doc 1376272 . 生適當壓力，例如藉由使用調節構件2 5 〇加壓，而保持系 統200内之壓力。離心泵220之速度亦經適當設定以將系統 200之壓力保持於所要位準。 藉由使用壓力容器210連同離心泵220而達成顯著優點。 特定言之，藉由使用加壓容器21〇，離心泵22〇可以較低速 度操作且仍然產生所需的系統2〇〇壓力。以此方式，根據 本發明之系統200比使用一標準通風貯槽之先前技術的系 統需要更少能量。此外，藉由使用壓力容器21〇及離心泵 220，可比使用通風貯槽之情況達成更高的系統壓力。 本發明之另一優點為壓力容器21〇之經調節的壓力用以 在操作之瞬變時間段内減弱壓力波動。舉例而言，壓力容 盗210中之壓力愈高，其限制回流之程度愈大從而減少 摩擦產生之水頭損失。如此在整個系統2〇〇中對壓力提供 穩定作用。 圖3為本發明之另一實施例的示意圖，其展示該系統之 可選組件及配置。特定言之，圖3展示一液體分配系統 3〇〇，其包含一可自液體源340、離心泵32〇進行再填充之 壓力容器310及一使用點330。儘管僅展示單個使用點 330，但熟習此項技術者應認識到，可使用相同的分配系 統300向多個使用點供應液體。亦展示一壓力調節構件 3 50,其可用以在壓力容器31〇内產生及保持適當的壓力。 舉例而言，調節構件350可包含一氮氣饋入設備。在系統 3〇〇中亦包括額外組件以提供對壓力及流動速率之環流反 饋控制。提供一感應器360以量測系統300中之液體的狀 118834.doc -10- 1376272 .

態。舉例而言，感應器360可為一量測液體之壓力的壓力 感應器，或可為一量測液體之流動速率的流量計。感應器 360提供一表示該量測之信號至一控制器37〇，控制器37〇 接著發送一信號至系統3 0 0之其他組件以更準確地控制在 糸統300内之壓力或流動速率。舉例而言，控制器37Q可發 送一彳§號至系320以調整系320之速度’使得將感應器360 所作之量測保持恆定。換言之’若感應器36〇為一壓力感 應器’則表示系統300中之液體之壓力的信號發送至控制 3 70 ^基於該量測，控制器判定是否需要進行調整以在 系説300中保持恆定的壓力’且若需要，則發送一信號以 適當調整泵320之速度。若感應器360為一流量計，則可類 似地調整泵320之速度以視需要減少或增加流動速率以保 持恆定的流動速率至使用點33〇 。 或者，控制器370可發送一信號至調節構件35〇以視需要 調整壓力纟器3 10中之壓力以保持怪定的壓力#流動至使 用點33〇。該替代方法之一個優點為離心泵320可以恆定速 度操作’同時壓力容器則之塵力經調整以控制系統綱之 操作。 另一替代方法為，使控制器37〇提供信號至系32〇與調節 構们5G以保持值定的壓力及流動速率至使用點330。 儘管圖3僅包括單個感應器36〇，但本發明亦包括且有一 器之實施例。舉例"，可使用兩個廢力感應 益…將提供信號至控制器37〇。基於此等信號，控 制器370可提供—鈐山占”卜 1〇 ^ ^ ’、輸出仏唬至5周郎構件350以設定壓力容器 118834.doc 310中之壓力及控制第一感應器處之壓力，且提供另一輸 出信號至泵3 2 0以控制泵的速度及控制第二感應器處之壓 力。亦包括使用流量計作為壓力感應器之替代或其組合的 其他替代方法。舉例而言，可調整壓力容器31〇之壓力以 保持在一壓力感應器處之壓力且可調整泵32〇之速度以保 持在一流量計處之流動速率。 在本發明中包括其他替代方法及實施例。舉例而言，額 外離心泵可添加至系統以為系統提供備用及冗餘。另外， 多個壓力容器可用於備用及冗餘’或用於使液體在一壓力 谷器中進行摻合而另一容器在整個系統中分配液體。隔離 閥可添加至系統以慮及維護。另外，可提供減壓閥以使壓 力調節構件免於發生故障》在需要時亦可（例如）藉由潤濕 用於加壓之氮氣流而提供潤濕。 圖4為本發明之另一實施例的示意圖。特定言之圖4展 示一液體施配系統400，其包含一可自液體源44〇(諸如， 儲源筒或日量貯槽）、兩個離心泵420、425進行再填充之 壓力容器410及使用點430。儘管在圖4中展示多個使用點 430，但熟習此項技術者應認識到系統4〇〇可供應於單個使 用點。離心泵420及425為冗餘的，亦即，一個栗充當另_ 泵之備用。在系統400中進一步包括一用以控制壓力容器 4 10内之壓力的調節構件450、一量測系統4〇〇中之液體的 狀態且產生一彳5號1以控制離心聚420或425之速度的第一成 應器460，及一量測系統4〇〇中之液體的狀態且產生—信號 以控制壓力容器410之壓力的第二感應器470。舉例而言， H8834.doc -12- 第感應器460可為一塵力感應器或一流量計且可以與上 文參看圖3所陳述之方式相同的方式來用於控制離心泵42〇 或42 5之速度。第二感應 器470亦可為一壓力感應器或—流 里计且可以與上文參看圖3所陳述之方式相同的方式來用 於控制壓力容器410内之壓力。 圖4中所示之實施例的替代方法與上文參看圖3所提及之 替代方法相同。特定言之，額外離心泵可添加至系統以為 系統提供進一步的備用及冗餘。多個壓力容器可用於備用 及冗餘，或用於使液體在一壓力容器中進行摻合而另一容 盗在整個系統中分配液體。在一特定實施例中，該壓力容 器可為一測力計以使得可在操作期間之任何時間測定壓力 容器中之液位。隔離閥可添加至系統以慮及維護。另外， 可提供減壓閥以使壓力調節構件免於發生故障。在需要時 亦可（例如）藉由濕潤用於加壓之氮氣流而提供潤濕。 本發明藉由組合壓力容器與離心栗之有利屬性而提供勝 於先前技術之許多優點。特定言之，根據本發明之系統的 離栗可以較低速度操作且仍然產生所需的系統壓力。因 此，根據本發明之系統比使用標準通風貯槽之先前技術的 系統需要更少能量。此外，#由同時使用一壓力容器及離 心泵’可比使用一通風貯槽之情況達成更高的系統壓力。 本發明之另一優點為壓力容器用以在操作之瞬變時間段内 減弱壓力波動且在整個系統中㈣力提供穩定作用。 施例將使熟習本發明所屬之 明之許多修改及其他實施例 本發明之許多修改及其他實 此項技術之技術者瞭解，本發 I18834.doc 1376272 · 具有在以上描述内容及相_式 m — 所捉出之教不的益處。 因此，應瞭解本發明不限於所揭 佟故芬甘 询不之具體貫施例且應瞭解 仏改及其他實施例意欲包括於附"請專利範圍之範脅 内:僮管在本文巾使㈣定術語，但其僅在-般意義及描 述意義上加以使用且並非為限制性的。 【圖式簡單說明】 圖1為先前技術中已知之一基本系統的示意圖。

圖2為根據本發明之一實施例之一基本系統的示意圖。 圖3為本發明之另一實施例的示意圖，其展示系統之可 選組件及配置》 圖4為本發明之另一實施例的示意圖。 【主要元件符號說明】 10 液體施配貯槽 20 泵 30 使用點 40 液體源 50 感應器 60 流量限制器 100 基本糸統 200 液體分配系統 210 壓力容器 220 離心泵 230 使用點 240 液體源 118834.doc • 14- 1376272 . 250 300 310 320 330 340 350 360

370 400 410 420 425 430 440

460 470 壓力調節構件 液體分配糸統 壓力容器 離心系 使用點 液體源 壓力調節構件 感應器 控制器 液體施配系統 壓力容器 離心栗 離心系 使用點 液體源 調節構件 第一感應器 第二感應器 118834.doc

Claims (1)

1376272 · 申請專利範圍： _種流體分配系統，其包含·· 101年6月20曰修正替換頁 年月 曰修(更)正本

一離心泵，其用於施配流體至一使用點； 一連接至該離心泵之壓力容器，其中該離心泵自該壓 力容器接收加壓流體； —壓力調節構件，其用於調節該壓力容器内之壓 力； —惰性氣體源，該惰性氣體源連接至該壓力調節構件 以控制該壓力容器中之壓力；及 —流回管路，其用於將該施配流體之一部分流回至該 壓力容器。 2. 如請求項1之流體分配系統，其進一步包含一感應器， 該感應器定位於最接近該使用點處以便監視該流體之— 狀態。 3. 如請求項2之流體分配系統，其中該感應器為一壓力轉 導器。 4. 如請求項2之流體分配系統，其中該感應器為一流量 計。 5·如請求項2之流體分配系統，其進一步包含一控制器。 6·如請求項5之流體分配系統，其中該控制器經調適以傳 輸—信號至該離心泵及至該壓力調節構件，且經調適以 自該感應器接收一信號。 7·如請求項1之流體分配系統，其進一步包含—連接至該 壓力容器之流體源。 38466.amend.doc 1376272 . 8. 9. 10 11 12 101年6月2〇曰修正替換頁 -㈡珍 如請求項丨之流體分配系統，其進一步^—— 八 ^ —連接至該壓力容器之第二離心系以用於施配流體至該使用畔。以 如請求項2之流體分配系統，苴進一步包 ···。 、七^冲 八 3 ~定位於該 •机回管路中之第二感應器，1中第 饨私 /、甲為弟一 α應态經調適以 傳輸—信號至該壓力調節構件。 •如請求項1之㈣分配系統’其中該壓力容器為-測力 計。 _如°月求項1之流體分配系蛴，贫由兮你田τ'洮，其中泫使用點製造程序。 ~千等體•一種控制一流體分配系統+ 之壓力之方法，其包含： 控制一離心泵之速度以 保持在一使用點處之一預定壓 力， 控制一壓力調節構件 。。 保持在一連接至該離心泵之壓 刀谷35中之一預定壓力； 控制一連接到該壓力 智 即構件的惰性氣體源，以便於 繁助·，隹持在該連接到兮·拙： ,. 〇X 心泵之壓力容器中的預定壓 刀，及 ^定位於最接近該使用點處之感應器量測該流體之 二二！中該經量測之狀態用於控制該離心系之該速 度及忒壓力調節構件。 13. 如請求項12 $ t、'±_ ^ 之指示該經量.、列之狀1、進—步包含傳輸-來自該感應器 里測之狀悲的信號至-控制器。 3S466.amend.doc 1376272 . __ • ---- 101年6月20日修正替換頁 14.如請求項13之方法，其中該控制器基於該感應器 s 之信號而控制該離心系之該速度。 ; 1 5 ·如凊求項13之方法，其中邊控制器基於該來自該感應器 之信號而控制該壓力容器中之該壓力。 16. 如請求項13之方法，其進一步包含使用反饋控制而控制 該流體分配系統中之該壓力，其中該控制器接收該經傳 輸之信號且發送一控制信號至該離心泵以調整該速度。 17. 如請求項16之方法，其中該控制器發送一第二控制信號 至該壓力調節構件以調整該壓力容器中之該壓力。 1 8 ·如請求項1 3之方法，其進一步包含使用反饋控制而控制 該流體分配系統中之該壓力’其中該控制器接收該經傳 輸之信號且發送一控制信號至該壓力調節構件以調整該 壓力容器中之該壓力。 19. 如晴求項1 3之方法，其進一步包含用一定位於最接近該 壓力容器處之第二感應器量測該流體之一狀態。 20. 如請求項19之方法，其進一步包含傳輸一來自該第二感 應器之指示該經量測之狀態的信號至該控制器。 2 1.如請求項2 0之方法，其中該控制器基於該來自第二感應 器之信號而控制該離心泵之該速度。 2 2 ·如清求項2 0之方法’其中s亥控制器基於該來自該第二咸 應器之信號而控制該壓力容器中之該壓力。 2 3 _如s青求項2 0之方法’其中s亥控制基於兩個信號而控制 該離心泵之該速度及該壓力容器中之該壓力。 38466.amend‘doc 1376272 101年6月20日修正替換頁 24. 如請求項19之方法，其中量測該流體之一狀態的該等步 驟包含量測該流體之該壓力。 25. 如請求項19之方法，其中量測該流體之一狀態的該等步 驟包含量測該流體之流動速率。 26. 如請求項12之方法，其進一步包含控制一第二離心泵之 該速度。 27. 如請求項12之方法，其進一步包含傳輸一指示該壓力容 器中之該流體之重量或液位的信號，其中該壓力容器為 一測力計。 38466.amend.doc