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专利名称:具有智能控制器的可定制分发系统的制作方法
技术领域:
本公开总体上涉及半导体制造工序中的液体分发,并且更具体地说,涉及具有用于控制可定制泵操作以满足半导体制造领域的不同需要的智能控制器的新分发系统。
背景技术:
存在许多必须精确控制通过泵送装置分发流体的量和/或速率的应用。在半导体制造工序中,例如,重要的是,控制向半导体晶片涂敷诸如光致抗蚀剂化学品的光化学品的量和速率。半导体制造工序指用于创建存在于日常电气和电子装置中的集成电路的工序。其包括一系列摄影和化学加工步骤,在此期间,电子电路逐渐地创建在由纯半导体材料制成的晶片上。在加工期间涂敷至半导体晶片的涂层通常需要横跨晶片表面的、以埃(angstrom)测量的特定平坦度和/或甚至厚度。必须小心控制向晶片上涂敷(即,分发)加工化学品的速率,以确保均匀地涂敷加工流体。在半导体工业中使用的许多光化学品可以非常昂贵。因此,高度希望的是,确保使用最小但足够量的化学品,并且该化学品不被泵送装置破坏。遗憾的是,这些希望的品质在现今的泵送系统中因许多相关障碍而可以极难实现。例如,由于输入供应问题,压力对于不同的系统而改变。由于流体动力学和特性,压力需要对于不同流体而改变
(例如,具有高粘度的流体需要更多压力)。因为这些障碍是相互关联的,所以有时解决一个障碍可能导致更多的问题和/或使得事情更糟。此外,不同的应用具有不同的需要。满足特定应用的需要的泵系统可能不适于不同的应用。
发明内容
在半导体制造中,各种泵可以被用于混合化学品和将化学品的混合物分发到晶片上。诸如EntegrisIntelliGen迷你光刻滚动边缘隔膜泵的高性能泵可以被用于直接混合和分发化学品(EntegrisandIntelliGen是Entegris,,Minnesota的商标)。这些化学品可对于不同应用而改变,并且不同的应用可以具有不同的需要。由此,在分发化学品中使用的泵系统必须考虑多种因素,包括尺寸、成本、性能(速度和准确度两者)、可靠性、适应性等。在此公开的实施例可以利用可定制分发系统来解决这些需要,该可定制分发系统建立在模块架构上,并且包括用于控制这种通用的“即插即用”分发系统中的组件的单一主控制器。在本公开内,术语“可定制”指在此公开的分发系统的实施例可以容易改变、修改、或以其它方式更改以使适应各种需要的事实。无论何时出现这种需要,这种改变、修改、或更改都可以动态发生。例如,在此公开的可定制分发系统的一个实施例可以初始地构建有气动至气动配置。由空气作用驱动的泵(气动泵
)通常比电动机驱动的泵(电动泵)更便宜,并且可以提供正压过滤和良好的吞吐量,其使这种气动至气动配置对于诸如用于非关键层的处理应用来说是理想的。对于关键层应用来说,气动至气动配置可以容易改变、修改,或以其它方式更改成电动机至电动机配置。在一些实施例中,单一的主控制器配置有必需的智能,并因而在此被称为“智能”控制器,以自动地识别可定制分发系统中的变化并且根据新配置和/或新应用来操作。在一些实施例中,在此公开的可定制分发系统的智能控制器可以被配置成操作敏感于印刷图案中的缺陷的半导体制造工序中的多个泵。所述多个泵可以包括至少一个气动泵和至少一个电动泵。该可定制分发系统还可以包括多条线,所述多条线连接该智能控制器与轨道和各种装置。在一些实施例中,所述各种装置可以包括具有射频识别标签的过滤器、传感器、以及泵头部。在一些实施例中,该智能控制器还被配置成,当将所述多条线中的一条线从与第一泵连通切换至与第二泵连通时,自动识别该第二泵,并且应用与该第二泵相对应的控制方案,以便在不需要最小停机时间(若有的话)的情况下精确且准确地控制该第二泵。在一些实施例中,该切换可以发生在电动泵之间、气动泵之间、或者气动泵与电动泵的混合体之间。例如,用户可以拔掉气动泵而插入电动泵来接管那些气动泵的特定功能。示例功能可以包括化学品馈送和分发。在一些实施例中,可能不需要物理断开
/连接,并且该切换完全经由软件完成。在一些实施例中,该智能控制器可以被配置成,当与新连接的泵接口连接时,自动识别该新连接的泵,并且应用与该新连接的泵相对应的控制方案,该新连接的泵可以是电动泵或气动泵。该智能控制器可以包括存储有与多个泵相关联的信息的板载数据库。在一些实施例中,该智能控制器可以被配置成控制一个或多个集成泵。在一些实施例中,集成泵可以包括物理地组合为一个单元的两个或更多个气动泵。该单元中的所述两个或更多个气动泵可以彼此独立地操作。在一些实施例中,该智能控制器还可以进一步被配置成独立地控制该单元中的所述两个或更多个气动泵。在一些实施例中,可定制分发系统可以包括一组馈送泵和一组分发泵。在一些实施例中,智能控制器可以被配置成操作可以包括一个或多个集成泵的该组馈送泵和该组分发泵。在此公开的软件实现的实施例可以按可以驻留在一个或多个非暂时计算机可读介质上的合适的计算机可执行指令来实现。在本公开内,术语“计算机可读存储介质”涵盖所有类型的可以通过诸如处理器或控制器的处理单元读取的数据存储介质。计算机可读存储介质的示例可以包括随机存取存储器、只读存储器、硬盘驱动器、数据盒式磁带、软盘、闪速存储驱动器等。在此公开的实施例可以提供许多优点。例如,代替固定数量的泵,在此公开的可定制分发系统可以支持随着时间数量可变的不同类型的泵。这种混合和匹配灵活性允许该系统针对每一个特定应用特制,缩减维护该系统的成本,并向新类型的泵和
/或新系统机构提供一种容易升级的方法。当结合下面描述和附图考虑时,本公开的这些方面和其它方面将被更好地懂得和理解。然而,应当明白,下面的描述在指示本公开的各种实施例及其许多特定细节时,通过例示的方式而非限制的方式给出。在不脱离本公开的精神的情况下,可以在本公开的范围内进行许多置换、修改、添加和/或重新配置,并且本公开包括所有这种置换、修改、添加和
/或重新配置。
附图和本说明书的形成部分被包括以描绘本公开的特定方面。应注意到,图中例示的特征不必按比例绘制。通过参照结合附图的下列描述,可以获取对本公开及其优点的更完整理解,附图中,相同标号指示相同特征,并且其中图I描绘了示例多级式泵(“多级泵”)的图解表示图;图2和3描绘了示例多级泵的立体图;图4描绘了示例单级泵的立体图;图5描绘了用于可定制分发系统的模块化架构的一个示例实施例的图解表示图;图6描绘了具有控制气动馈送泵和气动分发泵的智能控制器的可定制分发系统的一个示例实施例的图解表示图;图7描绘了具有控制气动馈送泵和电动分发泵的智能控制器的可定制分发系统的一个示例实施例的图解表示图;图8描绘了具有控制电动馈送泵和电动分发泵的智能控制器的可定制分发系统的一个示例实施例的图解表示图;图
9描绘了具有气动至气动配置的可定制分发系统的一个示例实施例的图解表示图;图10-15例示了可定制分发系统的一个示例实施例的泵控制和序列操作;图16-17描绘了集成泵的示例实施例的图解表示图;图18描绘了集成泵的一个示例实施例的***俯视图;以及图19描绘了集成泵的一个示例实施例中的气动泵的分解图。
具体实施例方式参照在附图中例示并且在以下描述中详细说明的示例性并由此非限制性的实施例,对本公开及其各种特征和有利细节进行更全面的说明。可以省略对已知编程技术、计算机软件、硬件、操作平台以及协议的描述,以不会在细节上不必要地使本公开变模糊。然而,应当明白,该详细描述和具体示例在指示优选实施例时,仅通过例示的方式而非通过限制的方式给出。根据本公开,处于潜在发明构思的精神和/或范围内的各种置换、修改、添加和/或重新布置对于本领域技术人员是显而易见的。图I描绘了示例多级泵100的图解表示图。多级泵100包括馈送级部分105和分离分发级部分110。从流体流动观点来看,定位在馈送级部分105与分发级部分110之间的是用于从加工流体滤出杂质的过滤器120。许多阀可以控制流体流动通过多级泵100,例如,包括入口阀125、隔离阀130、隔板阀135、清除阀140、排放阀145以及出口阀147。多级泵100的阀打开或闭合以允许或限制流体流向多级泵
100的各个部分。这些阀可以是气动致动(即,气体驱动)的、根据施加的是压力还是真空来打开或闭合的隔膜阀。分发级部分110还可以包括确定分发级110处的流体的压力的压力传感器112。通过压力传感器112确定的压力可以被用于控制如下所述的各种泵的速度。示例压力传感器包括陶瓷和聚合物压电式和电容式压力传感器,包括由德国MetalluxAG,ofKorb制造的那些。压力传感器112的接触加工流体的面可以是全***聚合物(perfluoropolymer)。泵100可以包括附加压力传感器,如确定馈送级105处的流体的压力的压力传感器、和/或用于读取馈送室155中的压力的压力传感器。馈送级105和分发级110可以包括用于在多级泵100中泵送流体的滚动隔膜泵。馈送级泵150(“馈送泵150”)例如包括用于收集流体的馈送室155、用于在馈送室155内移动并转移流体的馈送级隔膜160、用于移动馈送级隔膜160的活塞165、导螺杆170以及步进电动机175。导螺杆170通过螺母、齿轮或其它机械结构耦接至步进电动机175,以将来自电动机的能量传予导螺杆170。根据一个实施例,馈送电动机170旋转螺母,其再致动导螺杆170,使活塞165致动。分发级泵180(“分发泵180”)可以类似地包括分发室185、分发级隔膜190、活塞192、导螺杆195、以及分发电动机200。馈送级105和分发级110皆可以包括各种泵,包括气动致动泵、液压泵或其它泵。例如,可以将气动致动泵用于馈送级,而可以将步进电动机驱动液压泵用于分发级。在图
I所示示例中,多级泵100实现馈送级与分发级之间的电动机至电动机配置。馈送电动机175和分发电动机200可以是任何合适的电动机。例如,分发电动机200可以是永磁同步电动机(“PMSM”)。PMSM可以通过利用场定向控制(“F0C”)的数字信号处理器(“DSP”)或其它位置/速度控制方案来控制。在一些实施例中,多级泵100中的智能控制器被配置成利用控制方案来控制分发电动机200。分发电动机200还可以包括用于实时反馈分发电动机200的位置的编码器(例如,细线旋转位置编码器)。使用位置传感器使能实现对活塞192的位置的准确且可重复控制,其导致对分发室185中的流体移动的准确且可重复的控制。例如,利用2000线编码器(其可以向DSP提供8000个脉冲),。另外,PMSM可以在很少有或没有振动的情况下以低速运行。馈送电动机175也可以是PMSM或步进电动机。例如,馈送电动机175可以是EADMotorsofDover,-005,-13E17A。图2和3描绘了针对多级泵100的泵组件的示例的立体图。多级泵100可以包括限定通过多级泵100的各种流体流径的分发块205。分发泵块205可以是由
PTFEdt^PTFE或其它材料制成的单一块。因为这些材料不与许多加工流体起反应或者可最低限度地起反应,所以使用这些材料允许以最低限度的附加硬件将流道和泵室直接机器加工到分发块205中。分发块205因而通过提供流体歧管来缩减针对管道的需要。分发块205可以包括各种外部入口和出口,例如包括接收流体的入口210、用于在排放段期间排出流体的排放阀215、以及在分发段期间分发流体的分发出口220。在图2的示例中,由于被清除流体被路由回至馈送室,因而分发块205不包括外部清除出口。然而,在其它实现中,可以外部地清除流体。分发块205将流体路由至馈送泵、分发泵以及过滤器120。泵盖225可以保护馈送电动机175和分发电动机200不受损坏,而活塞外壳227可以向活塞165和活塞192提供保护。在这个示例中,阀板230向阀(例如,图I的入口阀125、隔离阀130、隔板阀135、清除阀140以及排放阀145)系统提供阀外壳,该阀系统可以被配置成引导流体流向多级泵100的各个部件。根据一个实施例,入口阀125、隔离阀130、隔板阀135、清除阀140以及排放阀145中的每一个阀都部分地集成到阀板230中,并且是隔膜阀,该隔膜阀根据是否向对应隔膜施加压力或真空而打开或闭合。
阀板230包括针对每一个阀的阀控制入口,以向对应隔膜施加压力或真空。例如,入口235对应于隔板阀135,入口240
对应于清除阀140,入口245对应于隔离阀130,入口250对应于排放阀145,而入口255对应于入口阀125。通过向入口选择施加压力或真空,对应阀打开或闭合。这些阀可以按对于不同应用而改变的各种序列打开和闭合。阀板230可以被配置成缩减阀的滞留容量、消除因真空波动而造成的容量变化、缩减真空需求以及缩减阀隔膜上的应力。阀控制气体和真空经由阀控制供应线260提供给阀板230,该阀控制供应线从阀控制歧管(被歧管盖263或外壳盖225覆盖)起通过分发块205行进至阀板230。阀控制气体供应入口265向阀控制歧管提供压缩气体,而真空入口270向阀控制歧管提供真空(或低压)。阀控制歧管充当三通阀,以经由供应线260将压缩气体或真空路由至阀板230的合适入口,来致动对应阀。在图3中,分发块205被制成透明的,以显示其中限定的流体流道。分发块205限定用于多级泵100的各种腔室和流体流道。可以将馈送室155和分发室185直接机器加工到分发模块205中。另外,可以将各种流道机器加工到分发块205中。流体流道从入口210起行进至入口阀。流体流道280从入口阀起行进至馈送室155,以完整化从入口210至馈送泵150的路径。阀外壳230中的入口阀125调节入口210与馈送泵150之间的流动。流道285将流体从馈送泵150路由至阀板230中的隔离阀130。隔离阀130的输出通过另一流道路由至过滤器120。流体从过滤器120起通过连接过滤器