TWI759679B - 化學液體稀釋系統 - Google Patents

Abstract

一種化學液體稀釋系統，其包括第一供料設備、第二供料設備以及混合設備。第一供料設備供應流體；第二供料設備供應液體；混合設備包括流體混合器、第一連接部、第二連接部及輸出部，其中流體混合器具有限流通道，且限流通道的端口連通於第一連接部，而其另一端連通於第二連接部及輸出部；第一連接部連接第一供料設備，而第二連接部連接第二供料設備；流體流經第一連接部及限流通道後，與液體混合，且由輸出部輸出稀釋的化學液體。一種化學液體稀釋方法亦在此揭露。

Description

化學液體稀釋系統

本發明係與化學液體配製系統有關；特別是指一種化學液體稀釋系統。

在高科技領域中，需要利用濃度穩定的高純度化學液體，用以製造高科技產品零部件(例如，半導體晶片、顯示裝置、觸控面板等)。這類濃度穩定的高純度化學液體通常需要大量的去離子水，以稀釋化學液體至所需濃度。

舉例來說，一般係利用漸進及階段的方式將高濃度的化學原液稀釋至低濃度的化學液體，因此若欲取得更微量濃度(例如ppm等級)的化學液體，則必須消耗非常大量的去離子水。再者，由於上述稀釋方法通常只能一次性製備成大量的低濃度的化學液體，因此若未於短時間內使用完畢，可能會造成所製備的化學液體的濃度變動，進而降低製造高科技產品零部件的品質穩定性。

此外，上述傳統的化學液體稀釋方法除了存在需消耗大量去離子水，造成水資源及能源的浪費，以及過濾材料的大量消耗的問題之外，此種化學液體稀釋方法亦存在無法將化學液體精確地稀釋至更微量的濃度(例如ppm等級)的問題，致使高科技產品零部件的製造精密度受到限制。

綜上可知，現有的化學液體稀釋方法仍有待改良，以改善傳統化學液體稀釋方法所存在的諸多問題。

有鑑於此，本發明之目的在於提供一種化學液體稀釋系統及方法，其可使化學液體長時間維持在所需濃度，進而提升高科技產品零部件的品質穩定性。

緣以達成上述目的，本發明提供的一種化學液體稀釋系統，其包括第一供料設備、第二供料設備以及混合設備。第一供料設備供應流體；第二供料設備供應液體；混合設備包括流體混合器、第一連接部、第二連接部及輸出部，其中流體混合器具有限流通道，且限流通道的端口連通於第一連接部，而其另一端連通於第二連接部及輸出部；第一連接部連接第一供料設備，而第二連接部連接第二供料設備；流體流經第一連接部及限流通道後，與液體混合，且由輸出部輸出稀釋的化學液體。

本發明的另一目的係提供一種化學液體稀釋方法，其包括：提供混合設備，其中混合設備包括流體混合器、第一連接部、第二連接部及輸出部，流體混合器具有限流通道，且限流通道的一端口連通於第一連接部，而其另一端口連通於第二連接部及輸出部；由混合設備的第一連接部注入流體；由混合設備的第二連接部注入液體；使流體通過第一連接部及流體混合器的限流通道後，與液體混合，以得到稀釋的化學液體；以及由混合設備的輸出部輸出稀釋的化學液體。

本發明之效果在於，本發明所提供的化學液體稀釋系統及方法可減少去離子水的使用量，且利用壓力控制及文式管效應稀釋化學 液體至所需濃度。另外，為了稀釋至更微量的濃度(例如ppm等級)，本發明的化學液體稀釋系統及方法藉由流體混合器注入流體，並使微量的流體與液體混合，使稀釋的化學液體具有ppm等級的微量濃度。再一方面，本發明所提供的化學液體稀釋系統及方法可使其所產生的稀釋的化學液體於長時間下維持所需濃度，進而提升製造高科技產品零部件的品質穩定性。

1:化學液體稀釋系統

10:第一供料設備

11a、11b、11c、13:調節閥

12:流體供應裝置

14:氣體供應裝置

16:排氣裝置

18:流體集中槽

19:壓力計

20:第二供料設備

21、23:調節閥

22:液體供應裝置

24:流量計

25:壓力計

30:混合設備

30a:第一連接部

30b:第二連接部

30c:輸出部

31、35:調節閥

32:流體混合器

322:連接件

3221:外螺紋

3222:限流通道

3222a、3222b:端口

3224:輸入端

3226:輸出端

324:連接蓋體

3241:內螺紋

3242:內圓槽

3243:外螺紋

326:三通管體

3262:空腔

3263:內螺紋

3264:內圓口

33:壓力計

34:靜態混合器

36:混合化學液體集中槽

361:氣體供應裝置

362:排氣裝置

363:化學液體排出裝置

361a、362a、363a:調節閥

37:壓力計

38:導電度計

40:混合化學液體

D1:第一孔徑

D2:第二孔徑

902、904、905、906、907、908、910、911:步驟

圖1為本發明一較佳實施例的化學液體稀釋系統的示意圖；圖2為本發明一較佳實施例的流體混合器的剖面圖；圖3為本發明一較佳實施例的連接件的立體圖；圖4為本發明一較佳實施例的連接件的剖面圖；圖5為本發明一較佳實施例的連接蓋體的剖面圖；圖6為本發明一較佳實施例的三通管體的剖面圖；圖7為壓力差對氨水溶液之導電度的關係圖；圖8為在連續供應氨水下的時間與氨水溶液的導電度的趨勢折線圖；圖9為本發明一較佳實施例的化學液體稀釋方法的流程圖；圖10為本發明一較佳實施例的化學液體稀釋方法的另一流程圖；圖11為本發明一較佳實施例的化學液體稀釋方法的再一流程圖；圖12為本發明一較佳實施例的化學液體稀釋方法的又一流程圖。

為能更清楚地說明本發明，茲舉一較佳實施例並配合圖式詳細說明如後。請參圖1所示，圖1為本發明一較佳實施例的化學液體稀釋系統1的示意圖，且本發明所提供的化學液體稀釋系統1可用於稀釋氨水，但不以此為限制。化學液體稀釋系統1包括第一供料設備10、第二供料設備20、及混合設備30。

第一供料設備10包括流體供應裝置12、氣體供應裝置14、排氣裝置16及流體集中槽18。在本發明實施例中，第一供料設備10更可包含質流控制器(MFC；mass flow controller，圖未繪示)；舉例來說，當第一供料設備10係供應一氣體至混合設備30中時，可透過質流控制器調控氣體的流量。詳言之，質流控制器雖可穩定控制氣體流量，但要達ppm等級稀釋液體所需之極微小氣體流量仍無法僅藉由質流控制器達成目標，需藉由含一限流通道之混合器以達到極微量氣體流量進行混合。

流體供應裝置12係連接於流體集中槽18，用以提供流體至流體集中槽18。在本發明實施例中，在流體供應裝置12及流體集中槽18之間可藉由一調節閥11a調節流體的流量。在本發明實施例中，流體例如可為氨水溶液(NH₄OH)或氨氣，但不以此為限制。在本發明實施例中，氨水溶液的濃度係介於25%至35%之間，且較佳介於28%至31%之間。

氣體供應裝置14係連接於流體集中槽18，用以提供一非活性氣體至流體集中槽18。在本發明實施例中，在氣體供應裝置14及流體集中槽18之間可藉由一調節閥11b調節該非活性氣體的流量。在本發明實施例中，該非活性氣體例如可為氮氣(N₂)或其他惰性氣體，但不以此為限制。

排氣裝置16係連接於流體集中槽18，用以由流體集中槽18排出多餘氣體。在本發明實施例中，在排氣裝置16及流體集中槽18之間可藉由一調節閥11c調節流體集中槽18內的氣體壓力值。在本發明實施例中，流體集中槽18內的氣體壓力值係由裝設於流體集中槽18上的壓力計19量測。在本發明實施例中，流體集中槽18內的氣體壓力值係大於5psi。在本發明實施例中，藉由對流體集中槽18內的流體施加高壓，使流體能由流體集中槽18注入混合設備30中。在本發明實施例中，在流體集中槽18及混合設備30之間可藉由一調節閥13調節流體的流量。

第二供料設備20包括液體供應裝置22，且液體供應裝置22連接於混合設備30，用以提供液體至混合設備30。在本發明實施例中，第二供料設備20可依需求在液體供應裝置22與混合設備30之間加入多種輔助裝置，例如調節閥21、調節閥23、流量計24及壓力計25，但不以此為限制。在圖1中，調節閥21係設置於液體供應裝置22與流量計24之間；調節閥23係設置於流量計24與壓力計25之間；壓力計25係設置於調節閥23與混合設備30之間。在本發明實施例中，藉由對液體供應裝置22內的液體施加壓力，使液體能由液體供應裝置22注入混合設備30中。在本發明實施例中，液體例如可為去離子水，但不以此為限制；依實際使用需要，液體亦可為其他溶劑。

混合設備30包括流體混合器32、第一連接部30a、第二連接部30b及輸出部30c，其中第一連接部30a連接第一供料設備10，而第二連接部30b連接第二供料設備20。當流體流經第一連接部30a，且液體流經第二連接部30b後，流體與液體在混合設備30內混合，且由輸出部30c輸出混合化學液體40。

在本發明實施例中，混合設備30可依需求進一步包括靜態混合器34、混合化學液體集中槽36及導電度計38。在圖1中，流體混合器32、靜態混合器34、混合化學液體集中槽36及導電度計38依序串連，但不以此為限制，可依實際使用需要調整連接順序。在本發明實施例中，在流體混合器32及靜態混合器34之間可藉由一調節閥31調節稀釋的化學液體40的流量。混合化學液體集中槽36連接一壓力計33，藉以量測混合化學液體集中槽36內的氣壓值。在稀釋的化學液體40流經導電度計38之後，混合設備30可依需求進一步包括調節閥35及壓力計37，藉由調節閥35調節稀釋的化學液體40的輸出流量，以及藉由壓力計37偵測混合化學液體40的輸出壓力值。

值得一提的是，在本發明實施例中，混合化學液體集中槽36可連接氣體供應裝置361、排氣裝置362及化學液體排出裝置363，如圖1所示。氣體供應裝置361係用以提供一非活性氣體至混合化學液體集中槽36。在本發明實施例中，在氣體供應裝置361及混合化學液體集中槽36之間可藉由一調節閥361a調節該非活性氣體的流量。在本發明實施例中，該非活性氣體例如可為氮氣(N₂)或其他惰性氣體，但不以此為限制。

在本發明實施例中，混合化學液體集中槽36係藉由壓力計33量測混合化學液體集中槽36內的氣壓值，以確保化學液體集中槽36保持氣壓恆定，進而使混合後的化學液體40的濃度保持恆定。舉例來說，當化學液體集中槽36的氣壓值低於預設值時，氣體供應裝置361會提供非活性氣體至混合化學液體集中槽36中，以提升化學液體集中槽36的氣壓值；相反地，當化學液體集中槽36的氣壓值高於預設值時，連接於化學液體集中槽36的排氣裝置362可由化學液體集中槽36排出多餘氣體。 在本發明實施例中，在排氣裝置362及化學液體集中槽36之間可藉由一調節閥362a調節化學液體集中槽36內的氣體壓力值。

除此之外，化學液體排出裝置363係連通於化學液體集中槽36，且化學液體排出裝置363的一排出口(未繪示)係設置於化學液體集中槽36內的指定高度。舉例來說，當化學液體集中槽36內的化學液體達到化學液體集中槽36內的指定高度時，過多的化學液體可由化學液體排出裝置363的排出口排出。在本發明實施例中，在化學液體排出裝置363及化學液體集中槽36之間可藉由一調節閥363a調節化學液體的排出。

接著請參考圖2，流體混合器32包括連接件322、連接蓋體324及三通管體326。連接蓋體324分別連接三通管體326及連接件322，且第一連接部30a係位於連接蓋體324上。三通管體326具有第二連接部30b、輸出部30c及空腔3262，其中第二連接部30b、輸出部30c及空腔3262彼此連通。

連接件322具有限流通道3222、輸入端3224及輸出端3226，且限流通道3222的一端口3222a連通於第一連接部30a，而其另一端口3222b連通於第二連接部30b及輸出部30c。在本發明實施例中，連接件322係由輸入端3224與連接蓋體324相連接，且連接件322的輸出端3226係位於三通管體326的空腔3262中。在本發明實施例中，連接蓋體324的一部分係位於連接件322及三通管體326之間。在本發明實施例中，第二連接部30b係分別與第一連接管30a及輸出部30c呈垂直，即第二連接部30b係垂直於第一連接管30a，且垂直於輸出部30c。在本發明實施例中，限流通道3222係以針孔通道為例表現，但不以此為限制。在本發明實施例中，連接件322的限流通道3222在端口3222a具有第一孔 徑(D1)，而在端口3222b具有第二孔徑(D2)，其中第一孔徑(D1)大於第二孔徑(D2)。在本發明實施例中，第二孔徑(D2)的範圍介於0.01毫米至0.1毫米，其較佳介於0.04毫米至0.07毫米。由於限流通道3222相較其二為狹窄通道，因此限流通道3222在混合器32中會由文式管效應將第一流體吸入第二液體中，並藉由第一連接部與第二連接部的壓力差，達到控制稀釋流體至所需導電度及所需濃度的目的。

接著請一併參考圖3至圖6，連接件322的輸入端3224呈圓柱狀，且連接蓋體324具有內圓槽3242，其中連接件322的輸入端3224與連接蓋體324的內圓槽3242對應連接。在本發明實施例中，連接件322的輸入端3224具有外螺紋3221，而連接蓋體324的內圓槽3242具有內螺紋3241，且輸入端3224與內圓槽3242係藉由外螺紋3221與內螺紋3241的螺合關係連接，但不以此為限制；在實務上，輸入端3224與內圓槽3242亦可以其他適用的方式(如轉扣)連接。

在本發明實施例中，連接件322的輸出端3226呈四角柱狀，但不以此為限制；在實務上，連接件322的輸出端3226亦可呈圓柱狀。在本發明實施例中，連接件322的輸出端3226係以四角柱的其中一角或其中一面對應三通管體326的第二連接部30b，但不以此為限制；在實際使用上，無論以四角柱的其中一角或其中一面對應三通管體326的第二連接部30b，均不影響混合之化學液體的配製結果。

連接蓋體324具有外圓壁，而三通管體326具有內圓口3264，其中連接蓋體324的外圓壁與三通管體326的內圓口3264對應連接。在本發明實施例中，連接蓋體324的外圓壁具有外螺紋3243，而三通管體326的內圓口3264具有內螺紋3263，且外圓壁與內圓口3264係藉 由外螺紋3243與內螺紋3263的螺合關係連接，但不以此為限制；在實務上，外圓壁與內圓口3264亦可以其他適用的方式(如轉扣)連接。

在本發明實施例中，藉由對流體集中槽18內的流體施加高壓，使流體能由流體集中槽18注入混合設備30中，且可由壓力計19測得流體的壓力值為P1；另外，藉由對液體供應裝置22內的液體施加壓力，使液體能由液體供應裝置22注入混合設備30中，且可由壓力計25測得液體的壓力值為P2。另一方面，稀釋的化學液體40的導電度可由導電度計38測定。

請參考圖7，其為流體與液體的壓力差(△P=P1-P2)與稀釋的化學液體40的導電度的關係圖。由圖7可知，流體與液體的壓力差(△P=P1-P2)與稀釋的化學液體40的導電度係呈線性關係，因此在實際操作上，可利用流體與液體的壓力差(△P=P1-P2)調控稀釋的化學液體40的導電度。除此之外，已知稀釋的化學液體40的導電度與流體之濃度亦呈正相關，因此亦可利用流體與液體的壓力差(△P=P1-P2)調控稀釋的化學液體40中流體之濃度。值得一提的是，除了流體與液體的壓力差(△P=P1-P2)會影響稀釋的化學液體40的流體濃度之外，混合化學液體集中槽36中的氣體壓力值亦會對於稀釋的化學液體40的流體濃度造成影響，因此本發明實施例的化學液體集中槽36具有如前述之設計，即化學液體集中槽36可藉由氣體供應裝置361及排氣裝置362調節及維持化學液體集中槽36內的氣體壓力值的恆定，並且藉由化學液體排出裝置363排出化學液體集中槽36中過多的混合化學液體40，進而使化學液體40中的流體濃度精確地維持恆定。

請參考圖8，其係在連續供應氨水下的時間與氨水溶液的導電度的趨勢折線圖。由圖8可知，在本發明實施例的化學液體稀釋系 統啟動的初期，稀釋的化學液體40中流體的濃度不穩定，因此造成稀釋的化學液體40的導電度數值發生震盪；於啟動後約720秒時，稀釋的化學液體40的導電度可穩定維持在10μS/cm±3%。除此之外，當稀釋的化學液體40的導電度維持穩定後，稀釋的化學液體40中第一溶液的濃度之誤差可維持在5%以內。

接著請一併參考圖1、圖2及圖9，其為使用上述本發明實施例所提供的化學液體稀釋系統的化學液體稀釋方法，其中包括下列步驟：步驟902，提供混合設備30；混合設備30包括流體混合器32、第一連接部30a、第二連接部30b及輸出部30c，其中流體混合器32具有限流通道3222，且限流通道3222的一端口3222a連通於第一連接部30a，而其另一端口3222b連通於第二連接部30b及輸出部30c；步驟904，由混合設備30的第一連接部30a注入流體；步驟906，由混合設備30的第二連接部30b注入液體；步驟908，使流體通過第一連接部30a及流體混合器32的限流通道3222後，與液體混合，以得到一稀釋的化學液體40；以及步驟910，由混合設備30的輸出部30c輸出稀釋的化學液體40。

流體混合器32包括連接件322、連接蓋體324及三通管體326，其中連接蓋體324分別連接三通管體326及連接件322，且第一連接部30a係位於連接蓋體324；三通管體326具有第二連接部30b、輸出部30c及空腔3262。第二連接部30b、輸出部30c及空腔3262彼此連通。連接件322具有限流通道3222、輸入端3224及輸出端3226，其中連接件322係由輸入端3224與連接蓋體324相連接，且連接件322的輸出端3226係位於三通管體326的空腔3262中。當流體通過第一連接部30a及連接 件322的限流通道3222後，流體與液體於三通管體326的空腔3262中混合，以得到稀釋的化學液體。

在圖10中，更包括步驟905，由混合設備30的第一連接部30a注入流體的同時，利用壓力計19量測流體的注入壓力值。在圖11中，更包括步驟907，由混合設備30的第二連接部30b注入液體的同時，利用壓力計25量測液體的注入壓力值。另外，在圖12中，更包括步驟911，由混合設備30的輸出部30c輸出稀釋的化學液體40之後，利用導電度計38量測稀釋的化學液體40的導電度。在本發明實施例中，藉由控制流體的注入壓力值及液體的注入壓力值，以調控稀釋的化學液體的導電度值。在本發明實施例中，流體的注入壓力值係大於或等於5psi。

藉由本發明實施例的設計，本發明所提供的化學液體稀釋系統及方法利用壓力控制及流體混合器所產生的文式管效應注入流體，並使微量的流體與液體混合，使稀釋的化學液體具有ppm等級的微量濃度。舉例來說，本發明所提供的化學液體稀釋系統及方法可即時配製2~3ppm的機能水(氨水溶液)，例如可供給清洗晶圓片使用，因此無需浪費大量去離子水製備過多的稀釋化學液體。另一方面，本發明所提供的化學液體稀釋系統及方法可使其所產生的稀釋的化學液體於長時間下維持所需濃度，進而提升製造高科技產品零部件的品質穩定性。

以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

1:化學液體稀釋系統

10:第一供料設備

11a、11b、11c、13:調節閥

12:流體供應裝置

14:氣體供應裝置

16:排氣裝置

18:流體集中槽

19:壓力計

20:第二供料設備

21、23:調節閥

22:液體供應裝置

24:流量計

25:壓力計

30:混合設備

30a:第一連接部

30b:第二連接部

30c:輸出部

31、35:調節閥

32:流體混合器

33:壓力計

34:靜態混合器

36:混合化學液體集中槽

361:氣體供應裝置

362:排氣裝置

363:化學液體排出裝置

361a、362a、363a:調節閥

37:壓力計

38:導電度計

40:混合化學液體

Claims (11)

1. 一種化學液體稀釋系統，包括：一第一供料設備，供應一流體；一第二供料設備，供應一液體；以及一混合設備，包括一流體混合器、一第一連接部、一第二連接部及一輸出部，其中該流體混合器具有一限流通道，且該限流通道的一第一端口連通於該第一連接部，而其相反於第一端口的一第二端口連通於該第二連接部及該輸出部，該第一連接部連接該第一供料設備，而該第二連接部連接該第二供料設備；該流體流經該第一連接部及該限流通道後，與該液體混合，且由該輸出部輸出一稀釋之化學液體；其中待稀釋的該流體係由該第一連接部經過該限流通道進入該流體混合器中，且該液體係由該第二連接部進入該流體混合器中；該第一連接部與該第二連接部之間具有壓力差，使該流體與該液體之間產生壓力差，且該流體與該液體的壓力差與該稀釋之化學液體的導電度係呈線性關係。
2. 如請求項1所述之化學液體稀釋系統，其中該流體混合器包括一連接件、一三通管體及一連接蓋體，該連接蓋體分別連接該三通管體及該連接件，該連接件具有該限流通道且該第一連接部係位於該連接蓋體；該三通管體具有該第二連接部、該輸出部及一空腔，該第二連接部、該輸出部及該空腔彼此連通。
3. 如請求項2所述之化學液體稀釋系統，其中該連接件具有一輸入端及一輸出端，該連接件係由該輸入端與該連接蓋體相連接，且該連接件的該輸出端係位於該三通管體的該空腔中。
4. 如請求項2所述之化學液體稀釋系統，其中該連接蓋體的一部分係位於該連接件及該三通管體之間。
5. 如請求項2所述之化學液體稀釋系統，其中該連接件的該輸入端呈圓柱狀，且該連接蓋體具有一內圓槽，該連接件的該輸入端與該連接蓋體的該內圓槽對應連接。
6. 如請求項2所述之化學液體稀釋系統，其中該連接蓋體具有一外圓壁，而該三通管體具有一內圓口，該連接蓋體的該外圓壁與該三通管體的該內圓口對應連接。
7. 如請求項1所述之化學液體稀釋系統，其中該第二連接部係與該第一連接管及該輸出部呈垂直。
8. 如請求項1所述之化學液體稀釋系統，其中該限流通道的該第一端口具有一第一孔徑，而該第二端口具有一第二孔徑，其中該第一孔徑大於該第二孔徑。
9. 如請求項8所述之化學液體稀釋系統，其中該第二孔徑的範圍介於0.01毫米至0.1毫米。
10. 如請求項8所述之化學液體稀釋系統，其中該第二孔徑的範圍介於0.04毫米至0.07毫米。
11. 如請求項1所述之化學液體稀釋系統，其中該限流通道包括一針孔通道。

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