清洗液流量控制系统及控制方法

摘要

本发明揭示了一种清洗液流量控制系统，包括：清洗液流经的控制阀；压力传感器，测量流经控制阀的清洗液的压力并输出压力值；控制器，接收压力传感器输出的压力值并将该压力值与目标压力值比较，根据比较结果产生并发送电流信号，若压力值大于目标压力值，发送较小的电流信号，若该压力值小于目标压力值，发送较大的电流信号；I/P转换器，接收控制器输出的电流信号并向控制阀输送具有相应压力的压缩空气，接收到较小的电流信号时，I/P转换器降低输送给控制阀压缩空气的压力，接收到较大的电流信号时，I/P转换器增大输送给控制阀压缩空气的压力；测量清洗液的流速的流量开关；及调节清洗液的流速的针阀。本发明还公开了清洗液流量控制方法。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件制造工艺，尤其涉及一种清洗液流量控制系统及控制方法，该控制系统及控制方法能够精确和稳定的控制清洗液的流量。

背景技术

在半导体器件制造工艺中，晶圆很容易受到污染，微小污染物，如附着在晶圆表面的颗粒、有机残留物、金属杂质和晶圆表面氧化物等都会对半导体器件的性能造成很大损害，而且随着半导体器件的特征尺寸越来越小，污染物的危害性就会越来越大，几乎每一步工艺都有可能引入污染。因此，为了获得高质量的半导体器件，对晶圆进行清洗是非常必要和关键的。随着半导体技术的快速发展，目前，有多种清洗方法，其中，湿法清洗是一种被广泛应用在晶圆表面清洗工艺中的清洗方法。湿法清洗通常利用清洗液如超纯水或者不同成分的化学品来清洗晶圆表面。清洗液一般被供应至清洗腔中，在清洗腔中对晶圆进行清洗。

为了保证清洗效果和提高半导体器件的品质，供应至清洗腔中的清洗液的流量需要精确和稳定地控制，也就是说清洗液在输送过程中要保持稳定的流量。传统的清洗液流量控制系统包括若干控制阀。一般情况下，每一个连接至清洗腔的清洗液输送通道具有一个控制阀控制该通道内清洗液的流量。虽然该系统能够精确和稳定的控制每一通道内清洗液的流量，但是当有几路清洗液输送通道时就需要相应数量的控制阀，由于控制阀的价格较昂贵，因此导致整个系统的生产成本很高，同时，控制阀的体积也较大，需要占用很大的空间，给整个系统的设计和安装带了不便。

因此，在保证清洗液供应稳定可控的前提下，简化系统设计和降低系统成本将会是半导体清洗技术领域的一大突破。

发明内容

本发明的目的是提供一种成本低且结构简单的清洗液流量控制系统。

为实现上述目的，本发明提供的一种清洗液流量控制系统包括：控制阀，清洗液流经控制阀；压力传感器，测量流经控制阀的清洗液的压力并输出压力值；控制器，接收压力传感器输出的压力值并将该压力值与目标压力值比较，根据比较结果产生并发送电流信号，若该压力值大于目标压力值，控制器发送一较小的电流信号，若该压力值小于目标压力值，控制器发送一较大的电流信号；I/P转换器，接收控制器输出的电流信号并向控制阀输送具有相应压力的压缩空气，I/P转换器接收控制器输出的较小的电流信号时，I/P转换器降低输送给控制阀压缩空气的压力，I/P转换器接收控制器输出的较大的电流信号时，I/P转换器增大输送给控制阀压缩空气的压力；流量开关，测量流入清洗腔的清洗液的流速；及针阀，调节流入清洗腔的清洗液的流速到目标流速。

为实现上述目的，本发明提供的另一种清洗液流量控制系统包括：控制阀，清洗液流经控制阀；压力传感器，测量流经控制阀的清洗液的压力并输出压力值；控制器，接收压力传感器输出的压力值并将该压力值与目标压力值比较，根据比较结果产生并发送电压信号，若该压力值大于目标压力值，控制器发送一较小的电压信号，若该压力值小于目标压力值，控制器发送一较大的电压信号；U/P转换器，接收控制器输出的电压信号并向控制阀输送具有相应压力的压缩空气，U/P转换器接收控制器输出的较小的电压信号时，U/P转换器降低输送给控制阀压缩空气的压力，U/P转换器接收控制器输出的较大的电压信号时，U/P转换器增大输送给控制阀压缩空气的压力；流量开关，测量流入清洗腔的清洗液的流速；及针阀，调节流入清洗腔的清洗液的流速到目标流速。

本发明的又一目的是提供一种清洗液流量控制方法，包括如下步骤：

提供控制阀、压力传感器、I/P转换器及控制器构成PID闭环控制系统；

压力传感器测量流经控制阀的清洗液的压力并输出压力值；

控制器接收压力传感器输出的压力值并将该压力值与目标压力值比较，根据比较结果产生并发送电流信号，若该压力值大于目标压力值，控制器发送一较小的电流信号，若该压力值小于目标压力值，控制器发送一较大的电流信号；

I/P转换器接收控制器输出的电流信号并向控制阀输送具有相应压力的压缩空气，I/P转换器接收控制器输出的较小的电流信号时，I/P转换器降低输送给控制阀压缩空气的压力，I/P转换器接收控制器输出的较大的电流信号时，I/P转换器增大输送给控制阀压缩空气的压力；

测量流入清洗腔的清洗液的流速；

调节流入清洗腔的清洗液的流速至目标流速。

本发明的又一目的是提供另一种清洗液流量控制方法，包括如下步骤：

提供控制阀、压力传感器、U/P转换器及控制器构成PID闭环控制系统；

压力传感器测量流经控制阀的清洗液的压力并输出压力值；

控制器接收压力传感器输出的压力值并将该压力值与目标压力值比较，根据比较结果产生并发送电压信号，若该压力值大于目标压力值，控制器发送一较小的电压信号，若该压力值小于目标压力值，控制器发送一较大的电压信号；

U/P转换器接收控制器输出的电压信号并向控制阀输送具有相应压力的压缩空气，U/P转换器接收控制器输出的较小的电压信号时，U/P转换器降低输送给控制阀压缩空气的压力，U/P转换器接收控制器输出的较大的电压信号时，U/P转换器增大输送给控制阀压缩空气的压力；

测量流入清洗腔的清洗液的流速；

调节流入清洗腔的清洗液的流速至目标流速。

综上所述，本发明清洗液流量控制系统及控制方法仅利用一个控制阀、一个压力传感器、一个I/P转换器或U/P转换器及一个控制器构成PID闭环控制系统调节控制阀中清洗液的压力。流经控制阀及压力传感器的清洗液分成若干分支，且每一分支利用一个针阀及一个流量开关调节该分支中清洗液的流速。以具有三个分支的清洗液流量控制系统为例，该系统利用一个控制阀、一个压力传感器、一个I/P转换器或U/P转换器、一个控制器、三个针阀及三个流量开关向清洗腔供应精确和稳定流量的清洗液。而传统的清洗液流量控制系统需采用三个控制阀、三个压力传感器、三个I/P转换器或三个U/P转换器、三个控制器及三个流量计。相比之下，本发明清洗液流量控制系统可以节省两个控制阀、两个压力传感器、两个I/P转换器或U/P转换器、两个控制器，而且本发明采用的流量开关也比传统采用的流量计便宜。因此，本发明的成本能够大大降低，而且本发明结构简单。

附图说明

图1是本发明清洗液流量控制系统的第一实施例的方框图。

图2是本发明清洗液流量控制系统的第二实施例的方框图。

图3是本发明清洗液流量控制方法的第一实施例的流程图。

图4是本发明清洗液流量控制方法的第二实施例的流程图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合图式予以详细说明。

请参阅图1，示出了本发明清洗液流量控制系统的第一实施例。本发明清洗液流量控制系统包括一控制阀10、一压力传感器20、一控制器40及一I/P转换器30。控制阀10、压力传感器20、控制器40及I/P转换器30构成一PID闭环控制系统。压力传感器20测量流经控制阀10的清洗液的压力并输出一压力电信号。控制器40接收压力传感器20输出的压力电信号后，产生并发送一相应的电流信号给I/P转换器30。I/P转换器30接收控制器40输出的电流信号后向控制阀10输送具有相应压力的压缩空气，从而调节控制阀10中清洗液的压力。通过PID闭环控制系统的自动调节，流经控制阀10及压力传感器20的清洗液的压力能够保持在一设定值。

请参阅图2，示出了本发明清洗液流量控制系统的第二实施例。本发明清洗液流量控制系统包括一控制阀10、一压力传感器20、一控制器40及一U/P转换器30'。控制阀10、压力传感器20、控制器40及U/P转换器30'构成一PID闭环控制系统。压力传感器20测量流经控制阀10的清洗液的压力并输出一压力电信号。控制器40接收压力传感器20输出的压力电信号后，产生并发送一相应的电压信号给U/P转换器30'。U/P转换器30'接收控制器40输出的电压信号后向控制阀10输送具有相应压力的压缩空气，从而调节控制阀10中清洗液的压力。通过PID闭环控制系统的自动调节，流经控制阀10及压力传感器20的清洗液的压力能够保持在一设定值。

请继续参阅图1和图2。流经控制阀10及压力传感器20的清洗液根据不同工艺需求可以被分成若干分支，例如，在第一实施例和第二实施例中，流经控制阀10及压力传感器20的清洗液被分成了三个分支，每一分支包括一针阀50、一流量开关60及一清洗腔70。每一分支的清洗液流经针阀50及流量开关60后流入清洗腔70用于清洗晶圆。每一分支中的流量开关60测量该分支中清洗液的流速。针阀50根据流量开关60测得的流速调节该分支中清洗液的流速直到该分支中清洗液的流速达到工艺所需要的流速，针阀50可以是手动阀。较佳的，每一分支还包括一压力阀80用于允许或阻止清洗液流入清洗腔70。

根据本发明清洗液流量控制系统的第一实施例，下面简要介绍本发明清洗液流量控制系统的工作原理。压力传感器20实时测量流经控制阀10清洗液的压力，并将测得的压力值传输给控制器40。控制器40接收该压力值并将该压力值与一预设的目标压力值比较，如果Pc>Pt，控制器40发送一较小的电流信号给I/P转换器30，I/P转换器30接收控制器40输出的较小的电流信号后降低输送给控制阀10压缩空气的压力；如果Pc<Pt，控制器40发送一较大的电流信号给I/P转换器30，I/P转换器30接收控制器40输出的较大的电流信号后增大输送给控制阀10压缩空气的压力；如果Pc=Pt，则将每一分支中当前的清洗液的流速与一目标流速进行比较，如果Fc=Ft，那么对清洗液压力和流速的调节完成，系统将维持稳定状态；如果Fc>Ft，需将相应分支中的针阀50调小，从而调小相应分支中清洗液的流速，与此同时，控制阀10中清洗液的压力增大，从而导致Pc>Pt，控制器40发送一较小的电流信号给I/P转换器30，I/P转换器30接收控制器40输出的较小的电流信号后降低输送给控制阀10压缩空气的压力；如果Fc<Ft，需将相应分支中的针阀50调大，从而调大相应分支中清洗液的流速，与此同时，控制阀10中清洗液的压力降低，从而导致Pc<Pt，控制器40发送一较大的电流信号给I/P转换器30，I/P转换器30接收控制器40输出的较大的电流信号后增大输送给控制阀10压缩空气的压力。其中，Pc为实时测得的流经控制阀10的清洗液的压力，Pt为目标压力值，Fc为实时测得的分支中清洗液的流速，Ft为分支中清洗液的目标流速。

根据本发明清洗液流量控制系统的第二实施例，下面简要介绍本发明清洗液流量控制系统的工作原理。压力传感器20实时测量流经控制阀10清洗液的压力，并将测得的压力值传输给控制器40。控制器40接收该压力值并将该压力值与一预设的目标压力值比较，如果Pc>Pt，控制器40发送一较小的电压信号给U/P转换器30’，U/P转换器30'接收控制器40输出的较小的电压信号后降低输送给控制阀10压缩空气的压力；如果Pc<Pt，控制器40发送一较大的电压信号给U/P转换器30’，U/P转换器30'接收控制器40输出的较大的电压信号后增大输送给控制阀10压缩空气的压力；如果Pc=Pt，则将每一分支中当前的清洗液的流速与一目标流速进行比较，如果Fc=Ft，那么对清洗液压力和流速的调节完成，系统将维持稳定状态；如果Fc>Ft，需将相应分支中的针阀50调小，从而调小相应分支中清洗液的流速，与此同时，控制阀10中清洗液的压力增大，从而导致Pc>Pt，控制器40发送一较小的电压信号给U/P转换器30’，U/P转换器30'接收控制器40输出的较小的电压信号后降低输送给控制阀10压缩空气的压力；如果Fc<Ft，需将相应分支中的针阀50调大，从而调大相应分支中清洗液的流速，与此同时，控制阀10中清洗液的压力降低，从而导致Pc<Pt，控制器40发送一较大的电压信号给U/P转换器30’，U/P转换器30'接收控制器40输出的较大的电压信号后增大输送给控制阀10压缩空气的压力。其中，Pc为实时测得的流经控制阀10的清洗液的压力，Pt为目标压力值，Fc为实时测得的分支中清洗液的流速，Ft为分支中清洗液的目标流速。

请参阅图3，揭示了本发明第一种清洗液流量控制方法，该方法包括如下步骤：

S1，设定流经控制阀10清洗液的目标压力值，根据该目标压力值控制器40产生并发送一电流信号给I/P转换器30；

S2，I/P转换器30接收控制器40输出的电流信号后向控制阀10输送具有一定压力的压缩空气；

S3，控制阀10在具有一定压力的压缩空气的驱动下，具有一定压力的清洗液流经控制阀10；

S4，压力传感器20实时测量流经控制阀10的清洗液的压力，并将测得的压力值传输给控制器40，控制器40接收该压力值并将该压力值与目标压力值比较，如果Pc=Pt，执行S5步骤；如果Pc>Pt，控制器40发送一较小的电流信号给I/P转换器30，I/P转换器30接收控制器40输出的较小的电流信号后降低输送给控制阀10压缩空气的压力，并返回S3步骤；如果Pc<Pt，控制器40发送一较大的电流信号给I/P转换器30，I/P转换器30接收控制器40输出的较大的电流信号后增大输送给控制阀10压缩空气的压力，并返回S3步骤，其中，Pc为实时测得的流经控制阀10的清洗液的压力，Pt为目标压力值；

S5，将每一分支中当前的清洗液的流速与一目标流速进行比较，如果Fc=Ft，那么对清洗液压力和流速的调节完成，系统将维持稳定状态；如果Fc>Ft，将相应分支中的针阀50调小，从而调小相应分支中清洗液的流速，与此同时，控制阀10中清洗液的压力增大，从而导致Pc>Pt，此时返回S4步骤；如果Fc<Ft，将相应分支中的针阀50调大，从而调大相应分支中清洗液的流速，与此同时，控制阀10中清洗液的压力降低，从而导致Pc<Pt，此时返回S4步骤，其中，Fc为实时测得的分支中清洗液的流速，Ft为分支中清洗液的目标流速。

请参阅图4，揭示了本发明第二种清洗液流量控制方法，该方法包括如下步骤：

S10，设定流经控制阀10清洗液的目标压力值，根据该目标压力值控制器40产生并发送一电压信号给U/P转换器30'；

S20，U/P转换器30'接收控制器40输出的电压信号后向控制阀10输送具有一定压力的压缩空气；

S30，控制阀10在具有一定压力的压缩空气的驱动下，具有一定压力的清洗液流经控制阀10；

S40，压力传感器20实时测量流经控制阀10的清洗液的压力，并将测得的压力值传输给控制器40，控制器40接收该压力值并将该压力值与目标压力值比较，如果Pc=Pt，执行S50步骤；如果Pc>Pt，控制器40发送一较小的电压信号给U/P转换器30’，U/P转换器30'接收控制器40输出的较小的电压信号后降低输送给控制阀10压缩空气的压力，并返回S30步骤；如果Pc<Pt，控制器40发送一较大的电压信号给U/P转换器30’，U/P转换器30'接收控制器40输出的较大的电压信号后增大输送给控制阀10压缩空气的压力，并返回S30步骤，其中，Pc为实时测得的流经控制阀10的清洗液的压力，Pt为目标压力值；

S50，将每一分支中当前的清洗液的流速与一目标流速进行比较，如果Fc=Ft，那么对清洗液压力和流速的调节完成，系统将维持稳定状态；如果Fc>Ft，将相应分支中的针阀50调小，从而调小相应分支中清洗液的流速，与此同时，控制阀10中清洗液的压力增大，从而导致Pc>Pt，此时返回S40步骤；如果Fc<Ft，将相应分支中的针阀50调大，从而调大相应分支中清洗液的流速，与此同时，控制阀10中清洗液的压力降低，从而导致Pc<Pt，此时返回S40步骤，其中，Fc为实时测得的分支中清洗液的流速，Ft为分支中清洗液的目标流速。

由上述可知，本发明清洗液流量控制系统及控制方法通过PID闭环控制系统的自动调节从而可以向清洗腔70供应精确和稳定流量的清洗液。即使上游的清洗液供应不稳定，在PID闭环控制系统的自动调节下，仍然能够向清洗腔70供应精确和稳定流量的清洗液。此外，当一个或几个分支中的压力阀80打开或关闭，在PID闭环控制系统的自动调节下，其它分支中的清洗液的流速不会受到影响。

本发明清洗液流量控制系统及控制方法仅利用一个控制阀10、一个压力传感器20、一个I/P转换器30或U/P转换器30'及一个控制器40构成一PI D闭环控制系统调节控制阀10中清洗液的压力。系统中的每一分支利用一个针阀50及一个流量开关60调节该分支中清洗液的流速。以具有三个分支的清洗液流量控制系统为例，该系统利用一个控制阀10、一个压力传感器20、一个I/P转换器30或U/P转换器30'、一个控制器40、三个针阀50及三个流量开关60向清洗腔70供应精确和稳定流量的清洗液。而传统的清洗液流量控制系统需采用三个控制阀10、三个压力传感器20、三个I/P转换器30或三个U/P转换器30'、三个控制器40及三个流量计。相比之下，本发明清洗液流量控制系统可以节省两个控制阀10、两个压力传感器20、两个I/P转换器30或U/P转换器30'、两个控制器40，而且本发明采用的流量开关60也比传统采用的流量计便宜。因此，本发明的成本能够大大降低，而且本发明结构简单。

综上所述，本发明清洗液流量控制系统及控制方法通过上述实施方式及相关图式说明，己具体、详实的揭露了相关技术，使本领域的技术人员可以据以实施。而以上所述实施例只是用来说明本发明，而不是用来限制本发明的，本发明的权利范围，应由本发明的权利要求来界定。至于本文中所述元件数目的改变或等效元件的代替等仍都应属于本发明的权利范围。