一种半导体制备用化学药液自动供给混合系统及方法与流程

1.本发明涉及半导体制备技术领域，具体涉及一种半导体制备用化学药液自动供给混合系统及方法。


背景技术：

2.在半导体制造的湿法工艺步骤中使用了许多种液态化学品，而将多种化学药液按照比例混合形成多种试剂，实现半导体晶圆的刻蚀或清理工作。
3.半导体行业需要用到很多的化学溶液，大多属于强酸、强碱或强腐蚀性的溶液。出于安全和生产的需求，往往采用供液系统进行药液的输送或混合后再输送。尤其使用的药液是混合溶液时，需要将多种药液从药液桶或储液桶等中抽取出来送入混合液储存槽中进行药液混合。
4.但是现有的化学药液自动供给混合系统在液量较低时，会吸入空气而引起化学药液的混合量出现误差，使得配比比例不准确，影响试剂的性能。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种半导体制备用化学药液自动供给混合系统及方法，以解决现有技术中吸入空气而引起化学药液的混合量出现误差，使得配比比例不准确，影响试剂的性能的技术问题。
6.为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：
7.一种半导体制备用化学药液自动供给混合系统，包括：
8.多个药液桶，每个所述药液桶用于盛装一种化学药液；
9.供给混料机构，用于将多个药液桶内的化学药液泵取集中混合；
10.换液升降机构，用于固定所述药液桶的底部，且所述换液升降机构推动所述药液桶与所述供给混料机构脱离和连接，以实现自动补给化学药液；
11.流量检测组件，安装在所述供给混料机构上，所述流量检测组件用于测量每种所述化学药液的供给量；
12.倾斜施力机构，设置在所述换液升降机构的侧边，所述倾斜施力机构用于推动所述药液桶绕其底面的棱边朝向所述供给混料机构旋转，以使得所述供给混料机构及时泵取到所述药液桶底部的化学药液；
13.控制系统，分别与所述供给混料机构、换液升降机构、流量检测组件和倾斜施力机构连接，所述控制系统根据所述流量检测组件的实时测量结果调控所述供给混料机构的泵取工作，且所述控制系统根据所述流量检测组件实时测量结果计算所述药液桶的剩余液量，所述控制系统基于计算的剩余液量依次调控所述倾斜施力机构和所述换液升降机构工作。
14.作为本发明的一种优选方案，所述供给混料机构的泵取管道位于所述药液桶的内侧，且所述供给混料机构的泵取管道远离所述倾斜施力机构的安装侧，所述换液升降机构
的上表面设有用于固定所述药液桶的放置位置的锁定机构，所述倾斜施力机构与所述锁定机构的侧表面活动连接；
15.所述换液升降机构的上表面设有铰接部件，所述锁定机构的侧边活动安装在所述铰接部件上，且所述倾斜施力机构推动所述换液升降机构绕所述铰接部件转动以使得所述药液桶向所述供给混料机构的方向转动。
16.作为本发明的一种优选方案，所述锁定机构包括平面板以及设置在所述平面板三个侧边上的三面环板，所述三面环板的两个平行侧板上分别设有第二推动气缸，所述倾斜施力机构与所述三面环板的另一个面板活动连接，所述药液桶通过所述三面环板形成的侧开口推入所述平面板上；
17.所述第二推动气缸的末端设有弧形面板，所述弧形面板的侧曲面与所述药液桶侧壁紧密贴合，所述第二推动气缸同时工作以将所述药液桶固定夹持在两块所述弧形面板内。
18.作为本发明的一种优选方案，所述铰接部件包括设置在所述换液升降机构上表面的杠杆，所述三面环板靠近所述供给混料机构的面板底部设有套设在所述杠杆外表面的中空套筒，所述倾斜施力机构推动所述三面环板绕所述杠杆活动旋转。
19.作为本发明的一种优选方案，所述换液升降机构包括底座、以及活动安装在所述底座上方的置物平板，所述底座的边缘设有多个均匀分布的导柱，所述置物平板通过穿槽活动套设在所述导柱外表面，所述底座上表面设有用于推动所述置物平板上下移动的第一推动气缸，所述置物平板的上表面设有下沉槽，所述锁定机构设置在所述下沉槽内，且所述药液桶被所述锁定机构固定后在所述下沉槽的旋转角度不小于10
°
。
20.作为本发明的一种优选方案，所述倾斜施力机构包括设置在所述置物平板内的第三推动气缸，所述第三推动气缸的伸缩轴活动连接在所述平面板的下表面，所述平面板的下表面设有切割槽，所述切割槽的一端处于所述平面板的中心位置，所述切割槽的另一端处于与所述锁定机构平行且对立的所述平面板侧边，所述第三推动气缸的安装位置靠近所述平面板的中心位置。
21.作为本发明的一种优选方案，所述切割槽的纵剖面为t字形结构，所述第三推动气缸的伸缩轴末端设有沿着所述切割槽限位滑动的t形杆，所述第三推动气缸向下收缩时的所述t形杆逐渐靠近所述平面板的中心位置，所述第三推动气缸向上伸出时的所述t形杆逐渐靠近所述平面板的侧边。
22.作为本发明的一种优选方案，所述药液桶的开口设有闭合板，所述闭合板上设有开孔，所述开孔通过波纹板连接有橡胶塞，所述供给混料机构的泵取管道穿过所述橡胶塞插入所述药液桶的内部进行取液。
23.为解决上述技术问题，本发明还进一步提供下述技术方案：一种半导体制备用化学药液自动供给混合方法，包括以下步骤：
24.步骤100、根据多种化学药液的混合比例确定每路供给混料管道的泵取效率，以使得多种所述化学药液按照配比比例同步通入混合腔室内；
25.步骤200、在每路的所述供给混料管道上通过流量计计算每种所述化学药液的供给量，并基于化学药液的原药液桶的额定容量计算所述化学药液的实时剩余容量；
26.步骤300、控制系统基于剩余容量调控原药液桶由原垂直状态改为倾斜状态，将所
述原药液桶内的化学药液集中到所述供给混料管道的插入位置；
27.步骤400、根据所述原药液桶的剩余容量调控所述供给混料管道暂停泵取工作，自动更换新的所述原药液桶进行药剂混合工作。
28.作为本发明的一种优选方案，在步骤400中，所述原药液桶的剩余容量小于设定值时，所述控制系统先调控所述原药液桶由倾斜状态复位改为垂直状态，且所述原药液桶的底部设有循环使用的锁定组件，施力在所述锁定组件上并调控所述锁定组件倾斜或复位以带动所述原药液桶倾斜或复位。
29.本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
30.本发明基于盛装化学药液的药液桶的剩余剂量，调控药液桶旋转，以使得药液桶内的剩余剂量集中到一起，避免自动供给混合时进入太多的空气而影响化学药液的配比比例，使得混液结果十分准确，同时还实现了自动更换化学药液的盛装瓶，实现方便，减少人为操作的步骤。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
32.图1为本发明实施例提供的自动供给混合系统的整体结构示意图；
33.图2为本发明实施例提供的自动供给混合控制系统的结构框图；
34.图3为本发明实施例提供的锁定机构的俯视结构示意图；
35.图4为本发明实施例提供的铰接部件的结构示意图；
36.图5为本发明实施例提供的升降倾斜双操作的结构示意图；
37.图6为本发明实施例提供的药液桶倾斜的结构示意图
38.图7为本发明实施例提供的药液桶的俯视结构示意图。
39.图中的标号分别表示如下：
40.1-药液桶；2-供给混料机构；3-换液升降机构；4-流量检测组件；5-倾斜施力机构；6-控制系统；7-锁定机构；8-铰接部件；
41.11-闭合板；12-开孔；13-波纹板；14-橡胶塞；
42.31-底座；32-置物平板；33-导柱；34-第一推动气缸；35-下沉槽；
43.51-第三推动气缸；52-切割槽；53-t形杆；
44.71-平面板；72-三面环板；73-第二推动气缸；74-弧形面板；
45.81-杠杆；82-中空套筒。
具体实施方式
46.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
47.如图1所示，本发明提供了一种半导体制备用化学药液自动供给混合系统，本实施方式基于盛装化学药液的药液桶的剩余剂量，调控药液桶旋转，以使得药液桶内的剩余剂量集中到一起，避免自动供给混合时进入太多的空气而影响化学药液的配比比例，使得混液结果十分准确，同时本实施方式还实现了自动更换化学药液的盛装瓶，实现方便，减少人为操作的步骤。
48.具体包括：多个药液桶1、供给混料机构2、换液升降机构3、流量检测组件4、倾斜施力机构5和控制系统6。
49.每个药液桶1用于盛装一种化学药液，多种化学药液经过供给混料机构按照比例转移到混料腔进行混合配比。
50.供给混料机构2用于将多个药液桶1内的化学药液泵取集中混合，一般来说，供给混料机构2包括抽液管、原液输送管路以及设置在原液输送管路内部的输送泵，抽液管插入药液桶1内，输送泵抽取化学药液沿着抽液管和原液输送管路转移至混料腔。换液升降机构3用于固定药液桶1的底部，且换液升降机构3推动药液桶1与供给混料机构2脱离和连接，以实现自动补给化学药液。
51.由于供给混料机构2的抽液管和原液输送管路为固定结构，因此，需要带动药液桶1上下移动以实现自动更换药液桶1，当药液桶1内部的化学药液用完时，则换液升降机构3带动空瓶的药液桶1下移，更换新的盛满化学药液的药液桶1，再推动新的药液桶1上移直至抽液管插入药液桶1内，实现自动补给化学药液。
52.流量检测组件4安装在供给混料机构2上，流量检测组件4用于测量每种化学药液的供给量，具体为设置在原液输送管路内部的流量计，流量计用于计量每种化学药液在单位时间内的输送量，通过更改输送泵来调控原液输送管路的输送量。
53.倾斜施力机构5设置在换液升降机构3的侧边，倾斜施力机构5用于推动药液桶1绕其底面的棱边朝向供给混料机构2旋转，以使得供给混料机构2及时泵取到药液桶1底部的化学药液；
54.由于每个药液桶1的容量是定值，因此根据流量计实时测量的输送量可以计算每个药液桶1内部的实时剩余剂量，将实时剩余剂量与吸入空气的设定阈值进行对比，当实时剩余剂量等于设定阈值时，为了避免吸入大量的空气，需要将药液桶1调整至倾斜状态，以使得化学药液集中在抽液管的底部，从而避免吸入大量的空气，而且需要特别说明的是，抽液管靠近药液桶1的侧壁，且抽液管的下端与药液桶1的底部接触。
55.当药液桶1内部的实时剩余剂量将近为零时，倾斜施力机构5复位，带动药液桶1由倾斜状态调整为垂直状态，换液升降机构3工作，更换一个新的盛满化学药液的药液桶1。
56.如图2所示，控制系统6分别与供给混料机构2、换液升降机构3、流量检测组件4和倾斜施力机构5连接，控制系统6根据流量检测组件4的实时测量结果调控供给混料机构2的泵取工作，且控制系统6根据流量检测组件4实时测量结果计算药液桶1的剩余液量，控制系统6基于计算的剩余液量依次调控倾斜施力机构5和换液升降机构3工作。
57.药液桶1的侧壁需要设置倾斜施力机构5的施力点，为了减少药液桶1的设计成本，本实施方式的药液桶1选择正常的存储罐即可，而本实施方式在换液升降机构3上设置用于固定药液桶1的锁定机构7，锁定机构7夹持固定药液桶1的外表面，而倾斜施力机构5与锁定机构7连接，通过推动锁定机构7转动来带动药液桶1旋转，且锁定机构7可循环使用，更换新
的药液桶1之后，锁定机构7重新固定新的药液桶1。
58.供给混料机构2的泵取管道位于药液桶1的内侧，且供给混料机构2的泵取管道远离倾斜施力机构5的安装侧，换液升降机构3的上表面设有用于固定药液桶1的放置位置的锁定机构7，倾斜施力机构5与锁定机构7的侧表面活动连接。
59.换液升降机构3的上表面设有铰接部件8，锁定机构7的侧边活动安装在铰接部件8上，且倾斜施力机构5推动换液升降机构3绕铰接部件8转动以使得药液桶1向供给混料机构2的方向转动。
60.进一步的，锁定机构7和铰接部件8均设置在换液升降机构3上，锁定机构7和铰接部件8作为药液桶1与换液升降机构3的组装媒介。
61.如图3所示，锁定机构7包括平面板71以及设置在平面板71三个侧边上的三面环板72，三面环板72的两个平行侧板上分别设有第二推动气缸73，倾斜施力机构5与三面环板72的另一个面板活动连接，药液桶1通过三面环板72形成的侧开口推入平面板71上。
62.第二推动气缸73的末端设有弧形面板74，弧形面板74的侧曲面与药液桶1侧壁紧密贴合，第二推动气缸73同时工作以将药液桶1固定夹持在两块弧形面板74内，本实施方式的锁定机构7通过第二推动气缸73夹持或者释放药液桶1。
63.如图4和图5所示，铰接部件8包括设置在换液升降机构3上表面的杠杆81，三面环板72靠近供给混料机构2的面板底部设有套设在杠杆81外表面的中空套筒82，倾斜施力机构5推动三面环板72绕杠杆81活动旋转。
64.换液升降机构3包括底座31、以及活动安装在底座31上方的置物平板32，底座31的边缘设有多个均匀分布的导柱33，置物平板32通过穿槽活动套设在导柱33外表面，底座31上表面设有用于推动置物平板32上下移动的第一推动气缸34，置物平板32的上表面设有下沉槽35，锁定机构7设置在下沉槽35内，且药液桶1被锁定机构7固定后在下沉槽35的旋转角度不小于10
°
。
65.需要补充说明的是，平面板71并不是固定在下沉槽35内，而是直接活动放置在下沉槽35内，且三面环板72与通过中空套筒82套设在杠杆81外表面，当倾斜施力机构5推动三面环板72时，三面环板72受力绕中空套筒82转动，以实现推动药液桶1倾斜。
66.当平面板71上放置新的药液桶1时，第二推动气缸73工作推动弧形面板74夹持药液桶1的侧壁，然后第一推动气缸34工作，推动药液桶1和置物平板32同时上升，以使得供给混料机构2的抽液管插入到药液桶1的内部并接近于底部位置，暂停第一推动气缸34工作。
67.输送泵抽取多种化学药液按照比例混合，结合流量检测组件4和每种化学药液的药液桶1的额定容量计算剩余剂量，当每个药液桶1内部的剩余剂量达到旋转聚集值时，则倾斜施力机构5工作，推动三面环板72绕杠杆81活动旋转，药液桶1向着供给混料机构2倾斜，剩余剂量集中汇聚到抽液管的底部，输送泵持续工作，避免泵取药液的过程中吸入空气造成药液混合比例不准确的问题，提高药液按比例混合的精确性。
68.当药液桶1内部的剩余剂量小于设定值是，调控输送泵暂停工作，且倾斜施力机构5复位带动药液桶1由倾斜状态调整为垂直状态，第一推动气缸34向下回缩带动空的药液桶1下移，直至抽液管完全脱离药液桶1，继续更滑新的盛满的药液桶1，重复上述操作，实现化学药液的自动供给混合功能。
69.因此本实施方式可避免在抽取药液过程中吸入空气，使得混液结果十分准确，同
时将药液桶升降更换、自动供给和倾斜补偿供给有效集成在一起，提高自动化程度，减少人为参与，提高药液混合供给的效率。
70.由于换液升降机构3带动置物平板32和锁定机构7上下升降，因此本实施方式的倾斜施力机构5不仅需要实现推动旋转的功能，同时还可以配合锁定机构7的上下移位。
71.如图6所示，倾斜施力机构5包括设置在置物平板32内的第三推动气缸51，第三推动气缸51的伸缩轴活动连接在平面板71的下表面，平面板71的下表面设有切割槽52，切割槽52的一端处于平面板71的中心位置，切割槽52的另一端处于与锁定机构7平行且对立的平面板71侧边，第三推动气缸51的安装位置靠近平面板71的中心位置。
72.切割槽52的纵剖面为t字形结构，第三推动气缸51的伸缩轴末端设有沿着切割槽52限位滑动的t形杆53，第三推动气缸51向下收缩时的t形杆53逐渐靠近平面板71的中心位置，第三推动气缸51向上伸出时的t形杆53逐渐靠近平面板71的侧边。
73.将置物平板32推动至混合管道插入药液桶1后，第三推动气缸51下移至固定位置，此时t形杆53处于切割槽52靠近平面板71中心位置的一端，当第三推动气缸51向上推动后，药液桶1绕杠杆81活动旋转至倾斜状态，此时的t形杆53沿着切割槽52向外滑动，直至靠近平面板71靠近侧边的另一端。
74.如图7所示，药液桶1的开口设有闭合板11，闭合板11上设有开孔12，开孔12通过波纹板13连接有橡胶塞14，供给混料机构2的泵取管道穿过橡胶塞14插入药液桶1的内部进行取液。
75.由于药液桶1倾斜，因此橡胶塞14需要具有一定的活动性，本实施方式通过在橡胶塞14的周边设置波纹板13，使得药液桶1在旋转时保持一定的灵活性，即使在抽液管保持垂直状态下，可能实现在一定角度范围内的旋转工作。
76.综上所述，本实施方式实现化学药液的自动供给混合的实现原理为：
77.①
由于每个药液桶1的容量是定值，因此根据流量计实时测量的输送量可以计算每个药液桶1内部的实时剩余剂量，将实时剩余剂量与吸入空气的设定阈值进行对比，当实时剩余剂量等于设定阈值时，启动倾斜施力机构5的倾斜工作，将药液桶1推动至倾斜状态，将化学药液集中在药液桶1的一侧，方便直接将药液全部吸出；
78.②
当药液桶1内部的实时剩余剂量将近为零时，倾斜施力机构5复位，带动药液桶1由倾斜状态调整为垂直状态，换液升降机构3向下工作，直至混合系统的管道脱离药液桶1的橡胶塞14，更换一个新的盛满化学药液的药液桶1；
79.③
换液升降机构3重新向上推动工作，直至混合系统的管道插入药液桶1的橡胶塞14，且管道达到药液桶1的底部，重复上述药液检测工作以及
①
和
②
两个步骤的工作，进行化学药液的自动供给混合操作。
80.另外，本发明还提供了一种半导体制备用化学药液自动供给混合方法，包括以下步骤：
81.步骤100、根据多种化学药液的混合比例确定每路供给混料管道的泵取效率，以使得多种化学药液按照配比比例同步通入混合腔室内；
82.步骤200、在每路的供给混料管道上通过流量计计算每种化学药液的供给量，并基于化学药液的原药液桶的额定容量计算化学药液的实时剩余容量；
83.步骤300、控制系统基于剩余容量调控原药液桶由原垂直状态改为倾斜状态，将原
药液桶内的化学药液集中到供给混料管道的插入位置；
84.步骤400、根据原药液桶的剩余容量调控供给混料管道暂停泵取工作，自动更换新的原药液桶进行药剂混合工作。
85.在步骤400中，原药液桶的剩余容量小于设定值时，控制系统先调控原药液桶由倾斜状态复位改为垂直状态，且原药液桶的底部设有循环使用的锁定组件，施力在锁定组件上并调控锁定组件倾斜或复位以带动原药液桶倾斜或复位。
86.本实施方式基于盛装化学药液的药液桶的剩余剂量，调控药液桶旋转，以使得药液桶内的剩余剂量集中到一起，避免自动供给混合时进入太多的空气而影响化学药液的配比比例，使得混液结果十分准确，同时本实施方式还实现了自动更换化学药液的盛装瓶，实现方便，减少人为操作的步骤。
87.以上实施例仅为本技术的示例性实施例，不用于限制本技术，本技术的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本技术的实质和保护范围内，对本技术做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本技术的保护范围内。