TWI403662B - 循環系統及方法 - Google Patents

Description

循環系統及方法

本發明是有關於一種循環系統及方法，特別是有關於一種使用磁浮幫浦循環輸送壓力容器內具有粒子溶液的系統及其方法。

受到半導體裝置之高密度與多層結構的電路分不影響，晶圓表面平坦化製程越來越受到重視。而平坦化通常採用化學機械研磨(CMP)的方式。在一般的CMP過程中，通常會使用加壓幫浦來驅動研磨漿液，但加壓幫浦的軸承在加壓過程中可能會有磨損，而會導致許多微粒子污染到研磨漿液，或者加壓幫浦的軸承被研磨漿液中的研磨粒子所阻塞，而無法正常運作。且在一般的CMP製程中，若未能不斷地對加壓儲存槽內的研磨漿液進行攪拌，可能造成研磨粒子會在加壓儲存槽中結晶或沉澱，或導致研磨漿液在輸送管路內的均勻性不足，進而影響整個半導體製程的精度與良率。

有鑑於上述先前技術之問題，本發明之一目的就是在提供一種循環系統及方法，以解決粒子溶液受到加壓幫浦的微粒子污染，或加壓幫浦的軸承被研磨漿液中的研磨粒子所阻塞，或致研磨漿液在輸送管路內的均勻性不足等問題。

根據本發明之目的，提出一種循環系統。此循環系統包含一壓力容器、一第一循環迴路、一第二循環迴路、一閥體組、一幫浦、至少一第一磁浮幫浦及一第二磁浮幫浦。壓力容器可容納一粒子溶液，並包含一加壓進氣口 、一循環出口及複數個循環入口。加壓進氣口可接收一高壓氣體，以增加壓力容器內之壓力。第一循環迴路包含一第一節點與一第二節點，且第一節點連接循環出口。閥體組設置於第二節點與各循環入口之間。幫浦設置於第一循環迴路的第一節點與第二節點間，使得第一節點輸出的粒子溶液經由第一循環迴路、閥體組及各循環入口回流到壓力容器內，藉以擾動壓力容器內之粒子溶液，使得壓力容器內的粒子溶液能夠具有較佳的均勻度。並將第二循環迴路連接在第一節點與第二節點之間，第一節點輸出的粒子溶液透過各第一磁浮幫浦再增加輸送壓力，使得第二循環迴路可將粒子溶液輸送到更高高度的位置所設置之機具中，同時，第二磁浮幫浦設於第二循環迴路與第二節點間的壓力末端位置，使得第二循環迴路的粒子溶液經過閥體組輸送到壓力容器的入口，以完成循環輸送粒子溶液的目的。

其中，壓力容器係為一筒狀槽，此筒狀槽之頂端及底端係呈一圓弧狀，進而形成一圓弧頂部及圓弧底部，加壓進氣口設置於圓弧頂部，複數個循環入口設置於圓弧底部，使得第一循環迴路中的粒子溶液可由壓力容器底部回流到壓力容器內，進而擾動壓力容器內的粒子溶液，如此，壓力容器內的粒子溶液能夠有較佳的均勻度。

其中，此具有粒子溶液之壓力容器的循環系統更包含至少一局部循環迴路、一背壓閥及至少一輸送迴路，各局部循環迴路係分別連接各第一磁浮幫浦之間及第二磁浮幫浦與最接近第二磁浮幫浦的第一磁浮幫浦之間，此背壓閥設置於局部循環迴路上。各輸送迴路的入口與其出口分別設置於局部循環迴路與背壓閥的入口與出口之間，並分別以該輸送迴路連接至一工作機具，且藉由背壓閥提供局部壓力差異，使得第二循環迴路經由輸送迴路提供粒子溶液至工作機具，並經由輸送迴路回流第二循環迴路中。

此外，本發明更提出一種具有粒子溶液之壓力容器的循環方法具有粒子溶 液之壓力容器的循環方法。此研磨漿液供給方法，首先提供一壓力容器以儲存一粒子溶液，壓力容器具有一加壓進氣口、一循環出口及複數個循環入口，加壓進氣口可接收一高壓氣體，以增加壓力容器內之壓力。接着提供一第一循環迴路，此第一循環迴路包含一第一節點與一第二節點，且第一節點連接循環出口。設置一閥體組於第二節點與循環入口之間。並藉由一幫浦設置於第一節點與第二節點間，使得第一節點輸出的粒子溶液經由第一循環迴路、閥體組及各循環入口回流到壓力容器內，藉以擾動壓力容器內之粒子溶液，使得壓力容器內的粒子溶液能夠具有較佳的均勻度，同時，接着提供連接在第一節點與一第二節點的一第二循環迴路，並藉由設置在第二循環迴路上的第一磁浮幫浦增加粒子溶液的輸送壓力，使粒子溶液被更高的壓力帶動循環流動於第二循環迴路中，再藉由設置在第二循環迴路的壓力末端的第二磁浮幫浦，將使得第二循環迴路的粒子溶液經過閥體組輸送到壓力容器的入口，以完成循環輸送粒子溶液。

承上所述，依本發明之研磨漿液供給系統與研磨漿液供給方法，其可具有一或多個下述優點：

(1)此循環系統及其方法，係藉由各磁浮幫浦增加第二循環迴路中的粒子溶液的輸送壓力。而各磁浮幫浦的軸承不會被磨損，藉此可確保粒子溶液不受污染。並可將粒子溶液順利地輸送到較高位置(如：20~40M以上的樓層)循環迴路中。

(2)此循環系統及其方法，係壓力容器的粒子溶液藉第一循環迴路、幫浦、閥體組及壓力容器，用以擾動壓力容器內之粒子溶液，使得壓力容器內的粒子溶液能夠具有較佳的均勻度。

(3)此循環系統及其方法，可藉由幫浦及各磁浮幫浦，使粒子溶液循環流動於各循環迴路中，藉以持續的在壓力容器中擾動粒子溶液，同時克服粒 子溶液在壓力容器中無法循環而導致沉澱或結晶之問題。

10‧‧‧壓力容器

11‧‧‧加壓進氣口

12‧‧‧循環出口

13‧‧‧循環入口

14‧‧‧粒子溶液

15‧‧‧圓弧頂部

16‧‧‧圓弧底部

20‧‧‧第一循環迴路

22‧‧‧第二循環迴路

23‧‧‧局部循環迴路

24‧‧‧輸送迴路

240‧‧‧入口

242‧‧‧出口

30‧‧‧閥體組

31‧‧‧開關閥

300‧‧‧閥體

40‧‧‧幫浦

41‧‧‧第一磁浮幫浦

42‧‧‧第二磁浮幫浦

50‧‧‧背壓閥

60‧‧‧工作機具

70‧‧‧粒子溶液補充槽

Node1‧‧‧第一節點

Node2‧‧‧第二節點

S1~S8‧‧‧步驟

第1圖係為本發明之循環系統之第一實施例之示意圖；第2圖係為本發明之循環系統之第二實施例之示意圖；第3圖係為本發明之循環系統之第三實施例之示意圖；以及第4圖係為本發明之循環方法之實施步驟之示意圖。

請參閱第1圖，其係為本發明之循環系統之第一實施例之示意圖。該圖中，此循環系統包含壓力容器10、第一循環迴路20、閥體組30、幫浦40及第二循環迴路22。

在本發明中，壓力容器10中可存放粒子溶液14，並具有加壓進氣口11、循環出口12與多個循環入口13。且壓力容器10係為一筒狀槽，此筒狀槽之頂端及底端係呈一圓弧狀，進而形成一圓弧頂部15及一圓弧底部16，加壓進氣口11設置於圓弧頂部15，而多個循環入口13則是設置於圓弧底部16。加壓進氣口11可用以接收高壓氣體，以增加壓力容器10內之壓力。第一循環迴路20上有一個第一節點Node1及第二節點Node2，第二循環迴路22連接在第一節點Node1及第二節點Node2之間，且第一節點Node1連接循環出口12，第二節點Node2連接閥體組30，閥體組30並連接循環入口13，且閥體組30較佳為多個閥體300所組成，以提供粒子溶液14多個回流至壓力容器10的通路。且閥體組30較佳地為設置在壓力容器10的圓弧底部16之下方。

前述的高壓氣體較佳為氮氣(N₂)，且壓力可為2至5 Kg/Cm²，以使粒子溶液14有足夠的壓力在第一循環迴路20及第一循環迴路22中。

又，幫浦40則是設置於第一節點Node1與第二節點Node2間，並透過第一節點Node1，將循環出口12輸出的粒子溶液14再由閥體組30流回壓力容器10 中，使粒子溶液14循環流動於第一循環迴路20及第二循環迴路22中。並且讓壓力容器10中的粒子溶液14依序經過閥體組30與循環入口13，回流到壓力容器10中，使壓力容器10中的粒子溶液14產生擾動，以防止沉澱或結晶的情況發生。

綜上所述，並請參閱第1圖，粒子溶液14的整體流向如下。加壓進氣口11以高壓氣體增加壓力容器10內之壓力後，粒子溶液14由循環入口12流至第一節點Node1分流，亦即如第一圖的第一節點Node1左方的幫浦40與第一節點Node1右方之循環迴路20的管路。在左方的流向中(即第一循環迴路20)，粒子溶液14經由幫浦40流至第二節點Node2，與第二節點Node2右方流向中(即第二循環迴路)的粒子溶液14合流至閥體組30，再回流至壓力容器10中。藉此，即可使壓力容器10中的粒子溶液14產生攪拌以及擾動的作用，進而防止粒子溶液14沉澱或結晶的情形發生，並更增加粒子溶液14的輸送壓力。

請參閱第2圖，其係為本發明之循環系統之第二實施例之示意圖。與第一實施例相較，其差異在於第二實施例之具有粒子溶液之壓力容器的循環系統具有粒子溶液之壓力容器的循環系統更增加了一個至少一第一磁浮幫浦41、一第二磁浮幫浦42、至少一局部循環迴路23、至少一輸送迴路24及背壓閥50。

各第一磁浮幫浦係41設在第二循環迴路22上。第二磁浮幫浦42設於第二循環迴路22與第二節點間Node2的壓力末端位置。各局部循環迴路23係分別連接各第一磁浮幫浦41之間，及第二磁浮幫浦42與最接近第二磁浮幫浦42的第一磁浮幫浦41之間，此背壓閥50設置於局部循環迴路23上。各輸送迴路24的入口240與其出口242分別設置於局部循環迴路23與背壓閥50的輸入端與輸出端，並分別以該輸送迴路24連接至一工作機具60。如此，透過輸 送迴路24的入口240提供局部循環迴路23中的粒子溶液14至工作機具60，再經由輸送迴路24的出口242，依序流回局部循環迴路23及第二循環迴路22。其餘部分皆為相同，就不在此贅述。以下就第一實施例與第二實施例不同之處進行說明。

若工作機具60與壓力容器10的高度差會多達數十公尺(如：20~40公尺)，因此，第二循環迴路22中的粒子溶液14的輸送壓力可能已經不夠，而無法順暢的被送入至工作機具60中。因此，採用第一磁浮幫浦41、局部循環迴路23、背壓閥50及輸送迴路24的目的，係在於保持粒子溶液14的壓力位準恆定，同時洩放過高的壓力。並且可提供局部壓力差異，可確保粒子溶液14經過局部循環迴路23、背壓閥50及輸送迴路24流通於工作機具60。因此，可使局部管路流動停滯與停滯死管線的現象消滅。且可提升粒子溶液14在第二循環迴路22內的壓力位準，以降低粒子溶液14停止流動的風險，並確保使用端壓力位準與確保粒子溶液14的流量。

如第2圖中標示了複數個磁浮幫浦40及對應數量的背壓閥50。當工作機具60有多個或高度差又更加大時，此時，可於第二循環迴路的各分流處增設第一磁浮幫浦41、局部循環迴路23、背壓閥50及輸送迴路24，用以將粒子溶液14送至各工作機具60，或高度差更大的工作機具60。

請參閱第3圖，其係為本發明之循環系統之第三實施例之示意圖。與第二實施例相較，其差異在於循環系統更包含了兩個粒子溶液補充槽70，且輸送迴路24的入口240與其出口242的數量為多個，其餘部分皆為相同就不在此贅述。

在第三實施例中，粒子溶液補充槽70可透過開關閥31連接壓力容器10，且亦儲存了預備的粒子溶液14。且粒子溶液補充槽70也由高壓氣體加壓，以保持粒子溶液補充槽70的壓力。當壓力容器10內的粒子溶液14不足時，可 打開開關閥31由粒子溶液補充槽70直接補充粒子溶液14。並提高磨漿液供給系統的穩定度。

請參閱第4圖，其係為本發明之循環方法之實施步驟示意圖。此實施步驟包含：

在步驟S1中，提供壓力容器以儲存粒子溶液，壓力容器具有加壓進氣口、循環出口及複數個循環入口，加壓進氣口接收高壓氣體，以加壓壓力容器的壓力。

在步驟S2中，提供第一循環迴路，第一循環迴路包含第一節點與第二節點，且第一節點連接循環出口。

在步驟S3中，將閥體組設置於第二節點與循環入口間。

在步驟S4中，設置幫浦於第一節點與第二節點間，以透過幫浦使粒子溶液經閥體組及各循環入口流回壓力容器，進而擾動壓力容器的粒子溶液，並提高壓力容器輸出粒子溶液的壓力。

在步驟S5中，提供連接在第一節點與一第二節點的一第二循環迴路，並藉由設置在第二循環迴路上的第一磁浮幫浦增加粒子溶液的輸送壓力，使粒子溶液被更高的壓力帶動循環流動於第二循環迴路中。

在步驟S6中，藉由設置在第二循環迴路的壓力末端的第二磁浮幫浦，將使得第二循環迴路的粒子溶液經過閥體組輸送到壓力容器的入口。

在步驟S7中，藉由設置在各第一磁浮幫浦之間，及第二磁浮幫浦與最接近第二磁浮幫浦的第一磁浮幫浦之間的至少一局部循環迴路輸送第二循環迴路的粒子溶液。

在步驟S8中，藉由設置在設置於各局部循環迴路的背壓閥，與設置於各局 部循環迴路及各背壓閥的輸入端與輸出端之間的輸送迴路輸送各局部循環迴路的粒子溶液至一工作機具。

綜上所述，本發明具有粒子溶液之壓力容器的循環系統及其方法，壓力容器的粒子溶液，係以高壓氣體的壓力及磁浮幫浦提供的壓力，而循環流動於循環迴路中，故本發明藉由磁浮幫浦提高輸送的高度，並能透過增加磁浮幫浦、背壓閥、局部循環入口與局部循環出口，而將粒子溶液送到更高及更多的工具機。使得本發明相較於傳統的高壓循環系統及方法，除前述之優點外，在線路的佈局上更具有彈性及便利性。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

10‧‧‧壓力容器

11‧‧‧加壓進氣口

12‧‧‧循環出口

13‧‧‧循環入口

14‧‧‧粒子溶液

15‧‧‧圓弧頂部

16‧‧‧圓弧底部

20‧‧‧第一循環迴路

22‧‧‧第二循環迴路

30‧‧‧閥體組

300‧‧‧閥體

40‧‧‧磁浮幫浦

Node1‧‧‧第一節點

Node2‧‧‧第二節點

Claims (8)

1. 一種循環系統，係包含：一壓力容器，係容納一粒子溶液，且具有一加壓進氣口、一循環出口及複數個循環入口，該加壓進氣口接收一高壓氣體，以增加壓力容器內之壓力；一第一循環迴路，包含一第一節點與一第二節點，該第一節點連接該循環出口；一閥體組，設置於該第二節點與該等循環入口之間；一幫浦，設置於該第一節點與該第二節點間，並透過該第一節點，將該壓力容器中部份的粒子溶液由該循環出口經該第一節點輸出，再經由該第一循環迴路、該閥體組及該等循環入口流回壓力容器中；以及一第二循環迴路，連接在該第一節點及第二節點之間，該壓力容器中部份的粒子溶液由該循環出口經該第一節點循環流動於該第二循環迴路中，並由該第二節點及該閥體組及該等循環入口流回到該壓力容器中。
2. 如申請專利範圍第1項所述之循環系統，其中該壓力容器係為一筒狀槽，該筒狀槽之頂端及底端係呈一圓弧狀，進而形成一圓弧頂部及一圓弧底部，該加壓進氣口設置於該圓弧頂部，該複數個循環入口設置於該圓弧底部。
3. 如申請專利範圍第2項所述之循環系統，更包含：至少一第一磁浮幫浦，各該第一磁浮幫浦係設在該第二循環迴路上；一第二磁浮幫浦，該第二磁浮幫浦設於該第二循環迴路與該第二節點間的壓力末端位置；至少一局部循環迴路，係分別連接各該第一磁浮幫浦之間，及該第二磁 浮幫浦與最接近該第二磁浮幫浦的該第一磁浮幫浦之間；至少一背壓閥，各該背壓閥設置於各該局部循環迴路上；以及至少一輸送迴路，各該輸送迴路的入口與其出口分別設置於該局部循環迴路與該背壓閥50輸入端與輸出端，並分別以各該輸送迴路分別連接至一工作機具；其中，該輸送迴路的入口提供各該局部循環迴路中的粒子溶液至各該工作機具，再經由該輸送迴路的出口，依序流回各該局部循環迴路及該第二循環迴路。
4. 如申請專利範圍第1項至第3項其中任一項所述之循環系統，更包含至少一粒子溶液補充槽，提供儲存備用的粒子溶液，該粒子溶液補充槽連通該壓力容器，以提供該備用的粒子溶液至該壓力容器，該粒子溶液補充槽，係通入高壓氣體加壓，以保持粒子溶液補充槽的壓力。
5. 一種循環方法，係包含：提供一壓力容器以儲存一粒子溶液，該壓力容器具有一加壓進氣口、一循環出口及複數個循環入口，該加壓進氣口接收一高壓氣體，以加壓該壓力容器內的壓力；提供一第一循環迴路，該第一循環迴路包含一第一節點與一第二節點，且該第一節點連接該循環出口；使用一閥體組設置於該第二節點與該等循環入口之間；設置一幫浦於該第一節點與該第二節點間，以透過該幫浦使該粒子溶液經該閥體組及各該循環入口流回該壓力容器，進而擾動該壓力容器的粒子溶液，並提高壓力容器輸出粒子溶液的壓力，令粒子溶液以高壓氣體所加入該壓力容器的壓力及該幫浦提供的輸送壓力循環流動於該循環迴路中；提供連接在該第一節點與該第二節點的一第二循環迴路，並藉由設置在 該第二循環迴路上的至少一第一磁浮幫浦增加該粒子溶液的輸送壓力，使該粒子溶液被更高的壓力帶動循環流動於該第二循環迴路中；以及藉由設置在該第二循環迴路的壓力末端的一第二磁浮幫浦，將使得該第二循環迴路的粒子溶液經過該閥體組輸送到該壓力容器的入口，以完成循環輸送粒子溶液。
6. 如申請專利範圍第5項所述之循環方法，該第二循環迴路的粒子溶液更進一步包括下列步驟，用以輸送到至少一工作機具：藉由設置在各該第一磁浮幫浦之間，及該第二磁浮幫浦與最接近該第二磁浮幫浦的該第一磁浮幫浦之間的至少一局部循環迴路輸送該第二循環迴路的該粒子溶液；以及藉由設置在設置於各該局部循環迴路的一背壓閥，與設置於各該局部循環迴路及各該背壓閥的輸入端與輸出端之間的輸送迴路輸送各該局部循環迴路的粒子溶液至各該工作機具。
7. 如申請專利範圍第5項所述之循環方法，其中該壓力容器係為一筒狀槽，該筒狀槽之頂端及底端係呈一圓弧狀，進而形成一圓弧頂部及一圓弧底部，該加壓進氣口設置於該圓弧頂部，該複數個循環入口設置於該圓弧底部。
8. 如申請專利範圍第5項至第7項其中任一項所述之循環方法，更包含提供至少一粒子溶液補充槽，該粒子溶液補充槽提供儲存備用的粒子溶液，並連通該壓力容器，以提供該備用的粒子溶液至該壓力容器，該粒子溶液補充槽，係通入高壓氣體加壓，以保持粒子溶液補充槽的壓力。