用以在流体中检测空气的系统及方法
【专利摘要】实施例可在抽汲系统中检测空气。所述系统的一部分可与位于上游或下游的其它组件隔离。所述经隔离部分可包含腔室、管道、管线、阀门或泵的其它组件。在一实施例中，在活塞已移动预定距离后获得开始压力与结束压力之间的差。可将所述压力差与针对特定系统设置及／或流体属性建立的预期值比较以检测空气在所述系统中的存在。在一些实施例中，可在已达到预定压力差后确定泵组件的开始位置与结束位置之间的距离。可将所述距离与预期距离比较以检测空气在所述系统中的存在。
【专利说明】用以在流体中检测空气的系统及方法
[0001]相关申请案的交叉参考
[0002]本申请案主张来自2011年8月19日申请的题为“用以检测流体中的气泡的系统及方法(SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING BUBBLES IN A FLUID) ” 的第 61 / 525，594号美国临时申请案及2012年5月25日申请的题为“用以检测流体中的空气的系统及方法(SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING AIR IN A FLUID)”的第 61 / 651，978 号美国临时申请案的优先权，所述两个申请案被以引用的方式全部并入本文中。
【技术领域】
[0003]本发明大体上涉及在半导体制造过程中所使用的抽汲系统，且更特定来说，涉及在此些抽汲系统中检测空气或气体的新方式。
【背景技术】
[0004]存在对流体由抽汲设备施配的量及/或速率的精确控制为必要的许多应用。举例来说，在半导体处理中，控制例如光阻化学品的光化学品涂覆到半导体晶片的量及速率是重要的。在处理期间涂覆到半导体晶片的涂层通常需要按埃测量的在晶片的表面上的平坦度。必须控制例如光阻化学品的处理化学品涂覆到晶片的速率以便确保均匀地涂覆处理液体。
[0005]现今，在半导体工业中所使用的许多光化学品为非常昂贵的液体，成本往往多达I公升1000美元。因此，优选地，确保使用最小但充足量的化学品且确保化学品未受到抽汲设备的损害。然而，若干条件可使错误量的液体施配于晶片上，从而导致损失液体及碎屑晶片。
[0006]可导致不恰当液体施配的一条件为空气在施配泵或下游管道中。现有系统经历超长起动注给例行程序以确保在使用泵来将流体施配到晶片前从泵移除空气。然而，此些系统假定起动注给例行程序成功且不考量在起动注给后引入的空气。若干现有系统还监视泵的施配循环以确定施配是否为“良好”施配。虽然此些系统给出对施配的定性评估且在一系列“不良”施配发生之前产生警报，但其既不防止初始“不良”施配发生，且不提供系统中的空气量的定量评估。此外，此些系统可难以在不良施配由远离泵出口相对大距离(大于
0.5米)的空气引起时检测到不良施配。
【发明内容】
[0007]实施例提供在抽汲系统中检测空气的新方式。所述抽汲系统可包括泵及耦合到所述泵的控制器。所述控制器可包括处理器及存储指令的非暂时性计算机可读媒体，所述指令可由所述处理器翻译以控制所述泵隔离所述泵的一部分。所述泵的所述经隔离部分可包含腔室及在所述腔室下游的组件。所述经隔离部分可填充有液体。所述经隔离部分中的压力可经正规化到开始压力。所述经隔离部分可包含腔室、管道、管线、阀门或其它泵或系统组件。所述经隔离部分中的活塞从预定开始位置移动某一距离到预定结束位置。所述活塞的所述移动可通过驱动所述泵的电动机的受控制移动引起。在所述移动后，进行另一压力测量(结束压力)。在一实施例中，所述开始压力与所述结束压力之间的实际改变可用以检测空气或气体在液体中的存在。可进行此的一方式是通过比较所述实际改变与预期改变。可针对特定系统设置及/或例如粘度的流体属性建立所述预期改变。
[0008]在可预选择所述开始压力及所述结束压力的实施例中，泵组件的所述开始位置与所述结束位置之间的差可经确定且与先前确定值或预期值比较以检测空气或气体在液体中的存在。在此状况下，所述控制器可控制所述泵闭合一个或一个以上阀门且将所述泵中的隔膜移动到可变本位。在所述隔膜处于所述可变本位时，所述经隔离部分中的所述液体的压力可记录为所述开始压力。所述控制器可接着控制所述泵使所述经隔离部分达到所述预定结束压力或隔膜位移。此过程可使所述隔膜移动到不同(结束)位置。可将所述隔膜的所述开始位置与所述结束位置之间的实际压力差与根据先前建立的特性曲线的预期压力差比较以确定所述经隔离部分中的空气量。可在所述空气量符合或超出预定阈值的情况下产生警报。除使用来自隔膜的位置数据之外或代替使用所述位置数据，还可使用与例如驱动所述泵的电动机或活塞的其它泵组件相关联的位置数据。位置传感器可用以将此位置数据提供到所述控制器。
[0009]实施例可提供相比传统检测系统的许多优势。举例来说，实施例可在半导体制造流体的“不良”施配发生前检测空气在所述流体中的存在，从而减小与此流体相关联的废料及成本。此外，实施例可在抽汲系统中检测空气，即使量非常小也还如此。本文中所描述的实施例可提供另一优势，其在于甚至距所述泵相对大距离的空气可被检测，所述空气包含可在管道、管线或在施配腔室下游的某其它组件中的空气。本文中所描述的实施例通过允许针对呈不同设置及/或流体属性的泵确定系统中的所述空气量而提供又一优势。
[0010]本发明的此些及其它方面将在结合以下描述及随附图式考虑时更好地被了解及理解。然而，应理解，虽然指示本发明的各种实施例及其众多特定细节，但以下描述是通过说明且非通过限制来给出。可在本发明的范围内进行许多替代、修改、添加及/或重新布置而不脱离其精神，且本发明包含所有此些替代、修改、添加及/或重新布置。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]包含随附且形成本说明书的部分的图式以描绘本发明的某些方面。应注意，在图式中说明的特征未必按比例绘制。可通过参照结合随附图式进行的以下描述获取对本发明及其优势的更完整理解，在随附图式中，相似参考数字指示相似特征，且其中:
[0012]图1描绘用于在晶片上施配半导体制造流体的抽汲系统的图解表示；
[0013]图2描绘说明用于确定空气在受控制测试系统中的存在及/或量的实例测试程序的一实施例的流程图；
[0014]图3描绘多级泵的一实施例的图解表示；
[0015]图4描绘用于建立抽汲系统的一个或一个以上特性曲线的测试设定的图解表示；
[0016]图5描绘说明实例特性曲线的曲线图；
[0017]图6描绘说明所揭示的空气确认系统及方法可对粘度相对不敏感的曲线图；
[0018]图7描绘与加压装置流体连通的抽汲系统的图解表示；
[0019]图8描绘泵控制器的一实施例的图解表示；[0020]图9描绘说明用于确定空气在受控制测试系统中的存在及/或量的测试程序的一实施例的流程图；
[0021]图10描绘展示针对各种本位的ΛΡ的变化且说明系统的大小的效应的曲线图；及
[0022]图11描绘用户接口的部分，用户可经由所述用户接口与本文中所揭示的空气确认系统的实施例互动。
【具体实施方式】
[0023]参照在随附图式中说明且在以下描述中详述的示范性且因此非限制实施例更充分地解释本发明及其各种特征及有利细节。可省略已知开始材料及过程的描述，以便不会不必要地在细节上混淆本发明。然而，应理解，虽然指示优选实施例，但详细描述及特定实例仅通过说明且非通过限制来给出。所属领域的技术人员将从本发明显而易见在本发明基础概念的精神及/或范围内的各种替代、修改、添加及/或重新布置。
[0024]如本文中所使用，术语“包括”、“包含”、“具有”或其任何其它变化意欲涵盖非排他性包含。举例来说，包括一列元素的过程、产品、物品或设备未必仅限于那些元素，而可包含未明确地列出或此过程、产品、物品或设备所固有的其它元素。此外，除非明确地相反陈述，否则“或”指代包含性或而非排他性或。举例来说，条件A或B通过以下各项中的任一项来满足=A真(或存在)且B假(或不存在)，A假(或不存在)且B真(或存在)，及A及B两者均真(或存在)。
[0025]另外，本文中给出的任何实例或说明在任何情况下皆不应被视为对与其一起利用的任何一个或一个以上术语的限制、限于所述任何一个或一个以上术语或明确定义所述任何一个或一个以上术语。取而代之，此些实例或说明应被视为关于一特定实施例而予以描述且仅被视为说明性的。所属领域的一般技术人员应了解，与此些实例或说明一起利用的任何一个或一个以上术语涵盖可能或可能不与其一起被给出或在本说明书中其它处被给出的其它实施例以及其实施方案及调适，且所有此些实施例意欲包含于所述一个或一个以上术语的范围内。指定此些非限制性实例及说明的语言包含(但不限于):“举例来说”、“例如”、“在一实施例中”及类似者。
[0026]本文中所揭示的实施例可用于确定空气在流体递送系统中的存在或量。在此文件内，容积可按照毫升(mL)、立方厘米(cc)或某其它容积单位被提及，且压力可以毫磅每平方英寸(miIIiPSI或mPSI)来表达。
[0027]图1描绘用于在晶片或其它衬底(例如，硬盘、平板及类似者)12上施配流体的抽汲系统5的图解表示。抽汲系统5可包含流体源15、泵10、下游组件或导管(例如，包含管道、管线、热交换器、流量计、阀门等)25、外部阀门30及喷嘴35。泵10的操作可由泵控制器20控制，泵控制器20可为机上泵10或经由用于传达控制信号、数据或其它信息的一个或一个以上通信链路连接到泵10。外部阀门30可由泵控制器20或其它控制器控制。
[0028]泵10将流体从流体源15汲取到泵10内且将受控制容积的流体输出到出口管线25内。流体穿过外部阀门30及喷嘴35以施配于晶片12上。可将停止阀或反吸阀用作外部阀门30来防止在施配结束时从喷嘴35滴落。
[0029]泵10可为经调适以施配包含(例如)液体光化学品或在半导体制造中所使用的其它化学品的流体的单级、瓶中袋或多级泵。在一些实施例中，泵10不包含过滤器。在一些实施例中，泵10可包含与出口管线25流体连通的施配腔室，且能够有(例如，隔膜及/或活塞或其它机构的)受控制移动以将受控制容积的流体从腔室移位到出口管线25。在施配腔室或施配腔室的下游(例如，施配或出口管线25)中无空气的系统中，泵10按特定量的移动引起腔室中的容积的已知位移，所述位移对应于在不存在空气的情况下施配的流体的量。然而，如果在施配腔室或出口管线25中存在空气(或其它气体)，那么在泵10中的相同移动量将导致较少施配的流体。因此，为了确保“良好”施配，知晓空气是否在系统中及有多少空气在系统中是有帮助的。本文中所描述的实施例提供测试在泵10、出口管线25及在泵10下游的其它组件中的空气的机构。
[0030]测试涉及在抽汲系统5内建立受控制测试系统且在受控制测试系统中对液体加压。受控制测试系统将取决于空气的存在及量而不同地起作用。举例来说，受控制测试系统中的压力可取决于空气的存在及量。
[0031]在一实施例中，为了测试空气的存在，将施配腔室与出口管线25隔离(从流体流动观点)以建立受控制测试系统。举例来说，关闭惟到出口管线25的流道除外的到/从施配腔室的所有流体流道。另外，闭合外部阀门30，因此建立从施配腔室到外部阀门30的闭合系统。
[0032]在闭合系统中，针对泵10的给定受控制移动的在液体中的压力的预期改变已知(APexp)。为了测试空气，泵10可执行受控制移动且确定针对受控制移动的压力的实际改变(APaJ。如果存在空气或其它气体，那么Λ Paet将小于ΛΡΜρ。
[0033]如下文所论述，在APart与ΛΡεχρ之间的差之间存在相关性。可展开特性曲线以基于APaet与APraip之间的差表征液体中的空气量。因此，对液体中的空气的测试可不仅确定空气的存在，而且确定大致的空气量。
[0034]根据一实施例，泵控制器20(或其它控制器)可存储一个或一个以上APexp及/或一个或一个以上特性曲线。Λ Pexp及特性曲线可对应于不同抽汲系统设置及/或流体。对于特定制造环境，可选择适当ΛΡεχρ及/或特性曲线以用于执行测试。
[0035]图2描绘说明测试程序的一实施例的流程图，所述测试程序用于在受控制测试系统中确定空气在液体中的存在及/或量，所述受控制测试系统使用包含隔离的施配腔室及出口管线的施配泵的一部分的上文所描述实例。可使经隔离部分中的流体达到正规化的压力(步骤300)。即，使系统的经隔离部分中的压力达到预定义的开始压力。可记录开始压力(步骤305)。优选地，正规化的压力大于在一开始隔离施配腔室时的压力，这是因为在电动机驱动泵中，增加压力需要施配电动机在测试的初始步骤中向前移动。通过使电动机向前移动以达到正规化的压力，归因于在后续步骤中电动机向前移动时在组件之间的游隙(例如，在电动机与导螺杆之间的游隙)的任何误差得以消除或减小。可确定活塞在泵中的位置。
[0036]泵可执行受控制压力增量，或在具有电动机的泵的状况下，执行受控制移动(步骤310)及记录结束压力(步骤315)。再次，使用电动机驱动泵的实例，电动机可移动受控制距离到第二位置，其中距离对应于腔室中的容积的已知改变且具有对应的结束压力。可确定开始压力与结束压力之间的实际AP(AParf)(步骤320)。可分析测试结果以确定在施配腔室及下游管道中是否存在空气或其它气体(步骤325)。
[0037]—般来说，如果在施配腔室或下游管道(或受控制测试系统中的其它组件)中存在空气，那么当在施配腔室或出口管线中不存在空气时，APart将小于预期ΛΡ(ΛΡΜρ)。因此，可将APart与预期APexp比较，且如果APaet小于Λ Pexp，那么可确定存在空气。在一些实施例中，为了考量传感器的分辨率或其它因素，可将APraip与APac;t之间的差与阈值比较，且如果差大于阈值，那么确定在系统中存在空气。可基于此确定采取适当动作(例如，产生警报、使泵离线、提示用户执行出口管线清洗或其它动作)(步骤330)。在另一实施例中，APac;t与ΛΡεχρ之间的差可用以确定施配腔室及下游管道中的空气的量。举例来说，可将APact与APraip之间的差与选定曲线(“特性曲线”)比较以确定空气的量，所述选定曲线表征APact与ΛΡ-之间的差对空气的量。基于空气的量，可采取适当动作(例如，产生警报、使泵离线、报告空气量、提示用户执行出口管线的清洗或其它动作)。
[0038]在一实施例中，在空气测试完成且已确定系统中的空气量后，系统中的流体可返回到用于循环的下一段的适当压力且过程继续(步骤335)。在一实施例中，泵可在循环中的下一步骤前将液体驱动到闲置压力。作为实例，泵可将液体驱动到2psi的闲置压力。针对闲置压力的其它设定也可为可能的。
[0039]图2的步骤可按需要按期望重复。以实例说明，可在每一施配循环重复图2的步骤。取决于配置需要，其它实施方案可为可能的。
[0040]在一布置中，泵10可为多级泵，例如马萨诸塞州比尔里卡(Billerica MA)的英特格公司(Entegris, Inc.)的InteHigen? Mini及Intelligen? HV施配系统。图3描绘多级泵的一实施例的图解表示。多级泵10包含馈入级部分105及单独施配级部分110。在本发明内，可互换使用术语“馈入”与“填充”。从流体流动观点看来，位于馈入级部分105与施配级部分110之间的为过滤器120用以从工艺流体中过滤杂质。许多阀门可控制经由多级泵10的流体流量，多级泵10包含(例如)入口阀125、隔离阀130、阻障阀135、清洗阀140、排放阀145及出口阀147。施配级部分110可进一步包含确定施配级110处的流体压力的压力传感器112。通过压力传感器112确定的压力可用以控制如下文所描述的各种泵的速度。实例压力传感器包含陶瓷及聚合物压阻性及电容性压力传感器，包含德国Korb的Metallux AG所制造的那些压力传感器。根据一实施例，压力传感器112的接触工艺流体的面为全氟聚合物。泵10可包含额外压力传感器，例如，用以读取馈入腔室155中的压力的压力传感器。
[0041]馈入级105及施配级110可包含在多级泵10中抽汲流体的辊轧隔膜泵。举例来说，馈入级泵150 ( “馈入泵150”)包含收集流体的馈入腔室155、在馈入腔室155内移动的馈入级隔膜160、移动馈入级隔膜160的活塞165、导螺杆170及步进电动机175。导螺杆170经由螺母、齿轮或用于将能量从电动机赋予给导螺杆170的其它机构耦合到步进电动机175。根据一实施例，馈入电动机175使螺母旋转，螺母又使导螺杆170旋转，从而使活塞165致动。施配级泵180 ( “施配泵180”)可类似地包含施配腔室185、施配级隔膜190、活塞192、导螺杆195及施配电动机200。施配电动机200可经由螺纹螺母(例如，Torlon或其它材料螺母)驱动导螺杆195。
[0042]馈入电动机175及施配电动机200可为任何合适的电动机。根据一实施例，施配电动机200为永久磁体同步电动机(“PMSM”)。PMSM可由在电动机200处利用场定向控制(“F0C”)或现有技术中已知的其它类型的位置/速度控制的数字信号处理器(“DSP”)、控制器机上多级泵10或单独泵控制器来控制。PMSM200可进一步包含用于施配电动机200的位置的实时反馈的编码器(例如，细线旋转位置编码器)。位置传感器的使用给予对活塞192的位置的准确且可重复控制，所述控制导致对施配腔室185中的流体移动的准确且可重复控制。举例来说，使用根据一实施例将8000个脉冲给到DSP的2000线编码器，有可能准确地测量且控制0.045度的旋转。此外，PMSM可以低速度运转，而伴有极少量振动或无振动。馈入电动机175还可为PMSM或步进电动机。还应注意，馈入泵可包含初始位置传感器以指示馈入泵处于其本位的时间。
[0043]在多级泵10的操作期间，多级泵10的阀门打开或闭合以允许或限制到多级泵10的各种部分的流体流动。根据一实施例，此些阀门可为取决于确证是压力或是真空而打开或闭合的气动(即，气体驱动)隔膜阀。然而，在其它实施例中，可使用任何合适的阀门。
[0044]以下提供多级泵10的一实施例的操作的各种阶段的综述。然而，可根据多种控制方案控制多级泵10。在一实施例中，多级泵10可包含就绪段、施配段、填充段、预过滤段、过滤段、排放段、清洗段及静态清洗段。在填充段期间，入口阀125打开且馈入级泵150移动(例如，拉动)馈入级隔膜160以将流体汲取到馈入腔室155内。一旦足够量的流体已填充馈入腔室155，那么闭合入口阀125。在过滤段期间，馈入级泵150移动馈入级隔膜160以使流体从馈入腔室155移位。打开隔离阀130及阻障阀135以允许流体流过过滤器120到施配腔室185。根据一实施例，可首先打开隔离阀130(例如，在“预过滤段”中)以允许压力在过滤器120中构建，且接着打开阻障阀135以允许到施配腔室185内的流体流动。根据其它实施例，可打开隔离阀130及阻障阀135两者且可移动馈入泵以在过滤器的施配侧上构建压力。在过滤段期间，可使施配泵180到达其本位。基于用于施配循环的各种参数选择本位以减小多级泵10的未使用的滞留容积。可类似地使馈入泵150到达提供小于馈入泵150的最大可用容积的容积的本位。
[0045]在排放段一开始，打开隔离阀130，闭合阻障阀135且打开排放阀145。在另一实施例中，阻障阀135可在排放段期间保持打开且在排放段结束时闭合。在此期间，如果阻障阀135打开，那么压力可由控制器理解，这是因为可由压力传感器112测量的在施配腔室中的压力将受到过滤器120中的压力影响。馈入级泵150将压力施加到流体以经由打开的排放阀145从过滤器120移除气泡。可控制馈入级泵150以使排放按预定义速率发生，从而允许较长排放时间及较低排放速率，借此允许对排放废料的量的准确控制。如果馈入泵为气动式泵，那么可对排放流径设置流体流量限制，且可增大或减小施加到馈入泵的气动压力以便维持“排放”设定点压力，从而给出另外未受控制的方法的某一控制。
[0046]在清洗段一开始，闭合隔离阀130，闭合阻障阀135 (如果其在排放段中打开)，闭合排放阀145，且打开清洗阀140且打开入口阀125。施配泵180将压力施加到施配腔室185中的流体以经由清洗阀140排放气泡。在静态清洗段期间，停止施配泵180，但清洗阀140保持打开以继续排放空气。在清洗或静态清洗段期间移除的任何过量流体可被投送出多级泵10 (例如，返回到流体源或被抛弃)或再循环到馈入级泵150。在就绪段期间，可打开入口阀125、隔离阀130及阻障阀135且闭合清洗阀140使得馈入级泵150可达到来源(例如，来源瓶)的环境压力。根据其它实施例，可在就绪段闭合所有阀门。
[0047]在施配段期间，出口阀147打开且施配泵180将压力施加到施配腔室185中的流体。因为出口阀147可比施配泵180慢地对控制作出反应，所以可首先打开出口阀147且在某一预定时间段后起动施配电动机200。此防止施配泵180经由部分打开的出口阀147推动流体。此外，此防止通过阀门打开引起的流体将施配喷嘴向上移动，接着是通过电动机动作引起的向前流体运动。在其它实施例中，可打开出口阀147且同时通过施配泵180开始施配。
[0048]可执行额外反吸段，其中移除施配喷嘴中的过量流体。在反吸段期间，可闭合出口阀147且第二电动机或真空可用以将过量流体吸出出口喷嘴(例如，在图1的外部阀门30处)。或者，出口阀147可保持打开，且可反转施配电动机200以将流体反吸到施配腔室内。反吸段帮助防止过量流体滴到晶片上。
[0049]通过实例提供前述段。与在施配循环中使用的段无关，泵10可用以测试在待施配的流体中的空气。视情况地，出口管线25可经起动注给及排放(即，填充有具有极少可见空气或无可见空气的液体)使得泵用以恰当地控制施配操作。在一些实施例中，出口管线25可填充有含有约2cc或更少的空气的流体。在施配段前，此可特别有用。在测试期间，如上文所论述，施配腔室可在与出口管线25流体连通时与泵的其余部分隔离(如，其中清洗阀140及阻障阀135闭合)。
[0050]使用Intelligen?Mini施配系统的根据图2的测试可如下执行:Intelligen?Mini施配系统可按大致4PSI到6PSI正规化压力(步骤300)，执行对应于0.2cc的移位的受控制移动(步骤310)，确定在移动后的压力(步骤320)，比较APart及APexp(步骤325)且在八卩…与Λ Pexp之间的差大于阈值量(例如，lOOmilliPSI)的情况下产生警报(步骤330)，并在未检测到空气的情况下使施配腔室中的流体返回到IPSI到3PSI的压力(步骤335)。
[0051]图4描绘用于展开抽汲系统的特性曲线的测试设置400的图解表示。设置400包含流体储集器405、上游管道410 (I / 4" 0D)、储集器到入口喷射端口 415、泵420、出口管线管道425 (I / 4" 0D，到喷射端口 430的长度为0.3米)、出口空气喷射端口 430、出口空气喷射端口 430与外部停止反吸阀435之间的管道(4米)及外部阀门到喷嘴管道440(1 /40D,3mm ID)。泵可经起动注给且若干施配循环经执行以确保过滤器完全湿润。可将空气喷射到喷射端口 430内且测试经执行以确定空气在泵420的施配腔室及/或出口管线管道425中的存在。喷射端口 430可具有可经刺穿以允许将已知量的空气喷射到系统内的隔板。
[0052]例如图4中所描绘的系统用以展开使用Intelligen? Mini施配系统的系统的特性曲线。压力经正规化到4.5psi,电动机移动等效于0.2cc施配的量，且读取结束压力。ΛPexp(例如，在无空气的情况下从测试确定)为1.5psi。在后续测试中，经由喷射端口 430喷射已知量的空气。找到与APart与APexp之间的差相关的可重复结果。可在数学上表达与预期压力的压力偏差且将其标绘为拟合线。图5描绘说明在多个试验内的单一粘度的特性曲线的曲线图。X轴为喷射的空气量且Y轴为APaet与APraip之间的差(B卩，压力偏差)(以milliPSI为单位)。图6说明重复类似测试以展开使用不同粘度(包含顶部抗反射涂层(TARC)9cP、47cP及92cP)的流体的相关曲线。图6因此演示本文中所揭示的空气检测技术可对粘度相对不敏感。可针对不同设定(例如，使用更多或不同管道或其它设定)及/或不同流体属性展开类似相关曲线。图6为还说明可在液体中检测少量气体的非限制实例。少气体量的实例可为约0.5mL、0.2mL、0.lmL、约0.5mL与0.1mL之间的任何数量或小于0.lmL。气体量是否可被视为小可取决于各种因素，例如，系统配置及施配应用。以实例说明，液体中0.5mL的空气可在将液体施配到衬底上过程中不具有不利效应且因此可被视为少量。同样地，气体量是否可被视为大可取决于什么量被视为小。举例来说，大气体量可在从约ImL到2.0mL的范围内。用户可设定界定系统可容许的在液体中的空气量的容限。作为实例，如果系统具有在给定液体中0.5mL的空气的容限设定，那么系统可操作以当在给定液体中检测到0.6mL的空气时警报用户及/或采取适当动作。实例动作可为停止施配液体。如果在液体中检测到2.0mL以上的空气，那么其可为无法容易解决的较严重条件的指示。可需要使系统离线以供进一步调查。
[0053]ΛΡεχρ及表征APart与ΛΡεχρ之间的差及空气量的曲线取决于所使用的泵、下游管道的大小及长度以及抽汲系统的其它特性。根据一实施例，可测试许多系统以展开不同APraip及特性曲线，其中每一八？_值/特性曲线对应于不同设置及/或流体。举例来说，可针对具有各种长度的出口管线(例如，4.3米、6米及10米的I / 4" OD下游管道)的Intemgerr? Mini施配系统展开APraip及特性曲线。当在制造系统中安装泵时，可选择最佳地拟合制造系统设置的△ Praip及/或特性曲线以供使用，可针对泵的特定模型一般化APraip及特性曲线或可针对每一个别泵展开Λ Praip及特性曲线。
[0054]在图4的设置中，可使用在泵的施配腔室中的压力传感器进行压力测量。在其它实施例中，压力可由经定位以读取泵与外部阀门30之间的压力的外部压力传感器读取。此外，在图4中，泵自身用以在测试期间对流体加压。在其它实施例中，可使用可执行足够准确位移的任何装置来给流体加压。举例来说，图7说明类似于图1的系统的系统，但其中测试系统700具有位于泵10与外部阀门30之间的压力传感器705、加压装置710及控制器712。加压装置710可包含能够对流体加压的任何装置。通过实例而非限制，加压装置710可包含与出口管线25(及泵10的施配腔室)流体连通的流体腔室、隔膜及驱动隔膜的驱动组件(例如，电动机或气动驱动机构)。如果使用气动驱动机构，那么可使用机械制动以确保在流体腔室中的适当位移。根据一实施例，加压装置710可为小泵或其它此装置。控制器712可从压力传感器705接收压力信号且将控制信号发送到加压装置710。
[0055]根据一实施例，测试系统700可执行对空气的测试，几乎如结合图2所描述，惟通过加压装置710而非泵10的已知移动给流体加压除外。优选地，在执行测试时，加压装置710与外部阀门30及泵10的施配腔室流体连通。虽然结合泵展示，但测试系统700可用以测试在制造系统的可闭合及加压的其它部分中的空气。
[0056]在又一实施例中，加压可由外部阀门30(例如，如果外部阀门30为反吸阀且可执行受控制加压)或能够受控制移动的其它组件进行。
[0057]图8描绘泵控制器的一实施例的图解表示。泵控制器20可包含含有用于控制泵10的操作的一组控制指令830的计算机可读媒体827 (例如，RAM、ROM、快闪存储器、光盘、磁盘驱动器或其它计算机可读媒体)。处理器835 (例如，CPU、ASIC、RISC、DSP或其它处理器)可执行指令。处理器的一实例为德州仪器(Texas Instruments)的TMS320F2812PGFA16位DSP (德州仪器为基地在德克萨斯州达拉斯的公司)。在图1的上下文中，控制器20可经由通信链路840及845与泵10通信。通信链路840及845可为网络(例如，以太网、无线网络、广域网、DeviceNet网络或现有技术中已知或开发的其它网络)、总线(例如，SCSI总线)或其它通信链路。可将控制器20实施为机上PCB板、远程控制器或以其它合适方式实施。泵控制器20可包含到控制器的适当接口(例如，网络接口、I / O接口、模/数转换器及其它组件)以与泵10通信。另外，泵控制器20可包含现有技术中已知的多种计算机组件，包含处理器、存储器、接口、显示装置、周边设备或出于简单起见而未展示的其它计算机组件。泵控制器20可控制泵10中的各种阀门及电动机以使泵10准确地施配流体，包含低黏度流体(即，小于100厘泊(centipoise))或其它流体。图7中所展示的控制器712可具有类似组件。
[0058]图9描绘说明用于确定空气在使用施配泵及出口管线的实例的受控制测试系统中的存在及/或量的测试过程的一实施例的流程图。在此状况下具有施配腔室的施配泵及在施配腔室下游的出口管线填充有测试流体。施配腔室与出口管线隔离且正规化其中的压力(步骤900)。即，使经隔离部分中的压力达到预定义的开始压力。可在此时记录泵组件(如，隔膜、电动机、活塞等)的开始位置(步骤905)。
[0059]泵可执行受控制移动(步骤910)，直到达到所要的结束压力为止，且记录选定泵组件的位置(步骤915)。可确定在开始位置与结束位置之间的泵的实际移动“maet”(步骤920)。可分析测试结果以确定在施配腔室及下游管道(出口管线)中是否存在空气(步骤925)。
[0060]一般来说，如果在经隔离部分(在受控制测试系统的上文实例中的施配腔室及其下游管道)中存在空气，那么当在施配腔室或出口管线中不存在空气时，mact将大于预期移动mexp。因此，可将Hlaet与Hlexp比较，且如果Hlaet大于Hlexp，那么可确定存在空气。为了考量传感器的分辨率或其它因素，可将Hlexp与Hlaet之间的差与阈值比较，且如果差大于阈值，那么其可指示在系统中存在空气或某其它误差。可基于此确定进行适当动作(例如，产生警报、使泵离线、提示用户执行出口管线清洗或其它动作)(步骤930)。在另一实施例中，mac;t与mexp之间的差可用以确定施配腔室及下游管道中的空气的量。举例来说，可将Hlart与Hlexp之间的差与选定曲线(“特性曲线”)比较以确定空气的量，所述选定曲线表征Hlaet与Hlexp之间的差对空气的量。基于空气的量，可采取适当动作(例如，产生警报、使泵离线、报告空气的量、提示用户执行出口管线的清洗或其它动作)。
[0061]如果未检测到空气，那么系统中的流体可返回到用于施配循环的下一段的适当开始压力且施配过程继续(步骤935)。图9的步骤可在必要时或在需要时重复。以实例说明，可在每一施配循环重复图9的步骤。
[0062]泵控制器(或任何合适控制逻辑)可通过许多不同Λ Pexp或Mexp值及/或特性曲线编程，每一不同APraip / Mraip值及特性曲线对应于不同设置。此外，虽然APraip / Mraip值及特性曲线对流体属性相对不敏感，但每一 △ Praip或Mraip特性曲线还可对应于特定流体属性(例如，黏度)。用户可选择最佳地表征在制造底板上使用的抽汲系统(及/或流体属性)的Λ Pexp或Mexp特性曲线。
[0063]利用上文所描述的方法，实施例可在抽汲系统中检测空气，即使量非常小也还如此，借此防止通过泵及/或泵与喷嘴之间的施配管线中的气泡/气体引起的不良施配。系统的一实施例包括具有施配腔室的泵(例如，多级或单级施配泵)、将施配腔室的出口与喷嘴流体地连接的出口管线或另一组件(例如，热交换器、阀门、流量计等)、在施配腔室与喷嘴之间的阀门(例如，具有正关断的停止反吸阀或可控制接通-断开阀门)及读取在施配腔室中或在施配腔室与外部阀门之间的压力的压力传感器。系统可进一步包含一控制器，所述控制器可闭合外部阀门，测量施配腔室或出口管线中的压力，且使泵装置前进及缩回(例如，以增加或减小管线中的液体的压力)。
[0064]控制器可控制泵来给流体加压到开始压力且接着执行受控制移动以改变系统压力。控制器可读取结束压力且确定压力的实际改变。可针对受控制移动将压力的实际改变与压力的预期改变比较以确定在施配腔室及/或出口中是否存在空气及/或确定存在的
空气的量。
[0065]可存在用于使用本文中所揭示的实施例执行测试的替代方法。如上文所陈述，在一些实施例中，方法可涉及在闭合设置中的泵的固定移动。测试可包含闭合阀门以防止流体退出系统且接着使泵10中的电动机或活塞移动固定预定距离，及基于压力测量的斜度确定相关联的压力的改变。方法可涉及测量导螺杆的移动直到达到预定压力为止，及将移动与预期移动(例如，Mraip)比较。在一些实施例中，来自位置传感器的反馈可用以准确地确定移动。可使用任何合适的位置传感器。气动及线性编码器为可提供精确且准确位置感测的编码器的实例。方法还可包含操作电动机到预定(“正规化的”)压力以在达到第一压力前移除归因于螺纹的反冲。
[0066]电动机移动固定距离所花费的时间已知或可确定。举例来说，可使用任何合适的位置传感器确定开始位置及结束位置。可计算斜度且可将斜度与预期斜度比较。预期针对无空气的流体的斜度陡，而预期针对具有一些空气的流体的斜度较平缓。可计算曲线拟合。曲线拟合可经外插，可为最佳拟合曲线，可表示为对数函数等。可针对特定设置建立基线，基线可用于考量不同管道、系统中的一致性、屈服或系统的某其它变化或特性。举例来说，具有较大一致性的系统可展现较小压力差。所属领域的技术人员应了解，随着系统中的空气的量增加，针对固定移动空气确认测试的压力的改变将减小。高于空气的阈值容积，ΛΡ将接近O。因此，斜率还将接近O。
[0067]在一些实施例中，方法可涉及确定固定压力差。即，阀门可闭合以产生具有相关联的固定容积的捕获空间，且泵可在捕获空间中从第一压力到第二压力操作，且可确定达到压力差所需要的距离。举例来说，图3中所展示的阻障阀135、清洗阀140及施配阀147或图7的外部阀门30可闭合以产生捕获空间。可将达到所要的压力改变所需要的距离与图比较或以其它方式与预期距离比较以确定空气在系统中的存在或量。
[0068]在一些实施例中，固定容积的捕集空间中的阀门可闭合，从而移位容积。可在阀门闭合前及后测量压力以确定空气在系统中的存在或量。
[0069]可设定容限以允许系统在所要的范围内操作，但在系统中的空气的存在或量或一致性超过预定量的情况下对用户警报。可对用户呈现接口以允许用户设定容限、指定阈值
坐寸ο
[0070]本文中所揭示的实施例可在流体递送系统中检测微小量的空气。本文中所揭示的实施例还可检测空气，只要空气在系统中(包含管道中的空气)即可。可影响空气检测方法的其它因素包含最大施配容积、清洗容积、泵设置(包含泵长度)及个别泵特性。
[0071]如上文所提到，系统中的空气的效应可取决于泵设置，使得较小系统可展现比较大系统大的效应。因此，可变本位可引起系统中所指示的空气量的误差。即使开始容积与结束容积之间的差可能相同，具有不同开始容积仍可影响用以确定空气在系统中的量的计算。本文中所揭示的实施例还可校正或调整值以考量泵的本位的变化。在一些实施例中，压力的差可经正规化以考量容积的差且接着转换成以空气的容积表达的值。可对用户显示经正规化及转换的值。
[0072]正规化且转换值可按步骤执行。举例来说，下文所表达的等式I到6提供正规化Δ P值且将其转换成空气值。
[0073]在一些实施例中，用于计算压力改变的公式可表达为
[0074]AirTestControl.DeltaPressure_mPSI=(float)AirTestControl.EndingPres_mPS1-(float)Air TestControl.StartingPres_mPSI (等式 I);且
[0075]本位合成函数运算可表达为:
[0076]AirTestCorrectedDelta_mPSI=AirTestControl.DeltaPressure_mPSI* ((0.027117*System Parms.HoldUpVolume)+0.930) (等式 2)。
[0077]对数函数无法处置0，所以
[0078]if(AirTestControl.CorrectedDeltaP_mPSI<23.0),
[0079]AirTestControl.CorrectedDeltaP_mPSI=23.0 (等式 3)。
[0080]为了从DeltaP转换到mL(或空气值):
[0081]AirTestControl.AirAmount_mL=_.3063*log
[0082](AirTestControl.CorrectdDeltaP_mPSI)+2.4228 (等式 4)
[0083]为了从mL转换到μ L:
[0084]AirTestControl.AirAmount_ μ L= (int) (AirTestControl.AirAmount_mL*1000.0)+.5)(等式 5)。
[0085]系统无法具有小于O μ L的空气，所以
[0086]If(AirTestControl.AirAmount_μ L<0)AirTestControl.AirAmount_μ L=O(等式6)。
[0087]因此，本文中所揭示的实施例可将ΛΡ值转换成空气容积值。图10描绘曲线图，其中线1010表示针对各种本位的ΛΡ的变化，且线1015指示趋势，说明系统的大小的效应。然而，线1015可取决于泵的大小、管道的长度等。举例来说，对于具有5mL的泵位置的泵，压力的改变可超过2300mPSI，而对于具有IOmL的位置的泵，压力的改变可小于2000mPSI。使用此实例，小泵可更早或更频繁地指示泵存在问题。线1020描绘针对各种本位的ΛΡ的正规化的变化，且线1025指示实质上恒定趋势。线1030描绘经校正趋势，所述经校正趋势可将关于系统中的空气量、空气量实际上在增加或是减少等的信息提供给用户。
[0088]可执行另外统计分析以确定系统是否正趋向一方向。举例来说，可执行关于每一循环较多空气的存在的统计分析，且可作出结论:密封正在劣化。
[0089]可在施配循环的结束时执行实施例。阀门可闭合以创造捕集空间，压力可视情况增加以减小或消除反冲，可执行测试以确定空气在系统中的存在或量，且系统可经设置以执行下一施配循环。在一些实施例中，3PSI的压力足以减轻反冲。
[0090]系统可经设置以如果在系统中检测到空气的量，那么发送警报，记录事件或甚至停止。此外，实施例可操作以扩大系统中的容积且检测压力的下降。操作系统以检测压力的下降对于在下一施配循环前避免压力尖峰及设置可为有利的。
[0091]实施例还可实施为独立装置。隔膜或某些其它流体/液体移位元件可定位于闭合的施配系统的部分中，且隔膜或流体移位元件可经致动以获得压力增加。装置可在具有极少或无对系统的现有部分的修改的情况下附接到系统。容积减小组件可附接到施配管线且可在阀门闭合时进行测量。
[0092]用户可经由用户接口中的各种屏幕导览以设置且使用空气确认系统。图11描绘可经由计算装置对用户呈现的用户接口的部分。如图11所例示，接口 1100可允许用户设定误差界限1110或警告界限1120。接口 1100还可显示数据1130以允许用户看到系统正与任何界限无关地执行的方式。
[0093]归因于在“不良”施配发生前空气的检测，本文中的实施例提供相比先前系统的优势。本文中所描述的实施例可提供另一优势，其在于可检测距泵相对大距离的空气。本文中所描述的实施例通过允许针对处于不同设置中的泵确定空气在系统中的量而提供又一优势。
[0094]本文中所揭示的实施例可适用于在包含具有可变本位或可使用不同配方或流体的流体递送系统的实施例的流体递送系统中检测空气。根据本发明的一些实施例，可定义馈入及施配泵的本位使得施配泵的流体容量足以处置给定“配方”(即，影响施配操作的一组因素，例如包含施配速率、施配时间、清洗容积、排放容积或影响施配操作的其它因素)、给定最大配方或一组给定配方。泵的本位为具有针对给定循环的最大可用容积的泵的位置。举例来说，本位可为在施配循环期间给出最大容许容积的隔膜位置。对应于泵的本位的可用容积通常将小于泵的最大可用容积。
[0095]举例来说，给定施配段使用4mL的流体、清洗段使用ImL的流体、排放段使用0.5mL的流体且反吸段回收ImL的流体的配方，施配泵需要的最大容积为:
[0096]VDMM-VD+Vp+eI
[0097]Vraiax=施配泵需要的最大容积
[0098]Vd=在施配段期间施配的容积
[0099]Vp=在清洗段期间清洗的容积
[0100]θι =施加到施配泵的误差容积
[0101]且馈入泵150需要的最大容积为:
[0102]VFMax = VD+Vp+Vv-Vsuckback+e2
[0103]VFMaX =施配泵需要的最大容积
[0104]Vd=在施配段期间施配的容积
[0105]Vp=在清洗段期间清洗的容积
[0106]Vv=在排放段期间排放的容积
[0107]Vsuckback=在反吸期间回收的容积
[0108]e2 =施加到馈入泵的误差容积
[0109]假定未施加误差容积,那么VDMax=4+l=5mL且VFmax = 4+1+0.5-1=4.5mL。在施配泵180在反吸期间未回收流体的状况下，Vsuckback项可设定为零或略去。项ei及e2可为零、预定义的容积(例如，lmL)、计算的容积或其它误差因子。项^及％可具有相同值或不同值(在先前实例中假定为零)。
[0110]使用VDmax = 5mL及VFmax=4.5mL的实例，在就绪段期间，施配泵180将具有4mL的容积且馈入泵150将具有OmL的容积。施配泵180在施配段期间施配4mL的流体且在反吸段期间回收lmL。在填充段期间，馈入泵150再装填到4.5mL。在过滤段期间，馈入泵150可移位4mL的流体，从而使施配泵180填充到5mL的流体。另外，在排放段期间，馈入泵150可排放0.5mL的流体。施配泵180在清洗段期间可清洗ImL的流体以返回到就绪段。在此实例中，不存在滞留容积，这是因为在填充段及施配段中的所有流体被移动。[0111]对于供若干不同施配配方使用的泵，施配泵及馈入泵的本位可选择为可处置最大配方的本位。下文中，表1提供多级泵的实例配方。
[0112]表1
[0113]
【权利要求】
1.一种抽汲系统，其包括: 栗; 控制器，其耦合到所述泵，所述控制器具有处理器及存储指令的非暂时性计算机可读媒体，所述指令可由所述处理器翻译以执行: 控制所述泵以隔离所述泵的一部分，所述泵的所述经隔离部分填充有液体，其中所述泵的所述经隔离部分具有容积； 使所述泵的所述经隔离部分达到预定义的开始压力； 使所述泵的所述经隔离部分的所述容积改变已知量； 测量所述泵的所述经隔离部分中的结束压力； 确定所述泵的所述经隔离部分中所述预定义的开始压力与所述结束压力之间的实际压力改变；及 利用所述实际压力改变确定在所述泵的所述经隔离部分中是否存在空气或气体。
2.根据权利要求1所述的抽汲系统，其中所述泵包括施配腔室且其中所述泵的所述经隔离部分包括所述施配腔室。
3.根据权利要求 2所述的抽汲系统，其中所述泵的所述经隔离部分进一步包括在所述施配腔室下游的组件。
4.根据权利要求3所述的抽汲系统，其中所述组件包括在所述施配腔室下游的阀门。
5.根据权利要求1所述的抽汲系统，其中所述控制器可操作以闭合所述系统中的一个或一个以上阀门以隔离所述泵的所述部分。
6.根据权利要求5所述的抽汲系统，其中所述控制器可操作以控制所述一个或一个以上阀门排放所述泵的所述经隔离部分。
7.根据权利要求1所述的抽汲系统，其中所述泵控制器可操作以比较所述实际压力改变与预期压力改变以确定在所述泵的所述经隔离部分中是否存在空气或气体。
8.根据权利要求7所述的抽汲系统，其进一步包括将所述实际压力改变与所述预期压力改变之间的差与特性曲线比较以确定所述泵的所述经隔离部分中存在的空气或气体量。
9.根据权利要求1所述的抽汲系统，其中所述第二压力为预定值，其中所述泵控制器可操作以将所述泵中的隔膜移动一距离，且比较所述距离与预期距离以确定所述泵的所述经隔离部分中是否存在空气或气体。
10.根据权利要求1所述的抽汲系统，其中使所述泵的所述经隔离部分达到预定义的开始压力进一步包括控制所述泵将所述泵中的隔膜移动到可变本位。
11.一种用于在抽汲系统中检测空气的方法，其包括: 控制泵以隔离所述泵的一部分，所述泵的所述经隔离部分填充有液体，其中所述泵的所述经隔离部分具有容积； 使所述泵的所述经隔离部分达到预定义的开始压力； 使所述泵的所述经隔离部分的所述容积改变已知量； 测量所述泵的所述经隔离部分中的结束压力； 确定所述泵的所述经隔离部分中所述预定义的开始压力与所述结束压力之间的实际压力改变；及 利用所述实际压力改变确定在所述泵的所述经隔离部分中是否存在空气或气体。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述泵包括施配腔室且其中所述泵的所述经隔离部分包括所述施配腔室。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述泵的所述经隔离部分进一步包括在所述施配腔室下游的组件。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述组件包括在所述施配腔室下游的阀门。
15.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括闭合所述系统中的一个或一个以上阀门以隔离所述泵的所述部分。
16.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括比较所述压力改变与预期压力改变，及基于所述实际压力改变与所述预期压力改变之间的差确定空气的所述存在。
17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括将所述实际压力改变与所述预期压力改变之间的差与特性曲线比较以确定在所述泵的所述经隔离部分中存在的空气或气体量。
18.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括将所述泵中的隔膜移动一距离，且比较所述移动的距离与预期距离，及基于所述移动的距离与所述预期距离之间的差确定空气的所述存在。
19.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括控制所述泵将所述活塞移动到可变本位。
20.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括排放所述泵的所述经隔离部分。
21.一种包括存储一组指令的非暂时性计算机可读媒体的计算机程序产品，所述指令可由控制器翻译以执行: 控制泵以隔离所述泵的一部分，所述泵的所述经隔离部分填充有液体，其中所述泵的所述经隔离部分具有容积； 使所述泵的所述经隔离部分达到预定义的开始压力； 使所述泵的所述经隔离部分的所述容积改变已知量； 测量所述泵的所述经隔离部分中的结束压力； 确定所述泵的所述经隔离部分中所述预定义的开始压力与所述结束压力之间的实际压力改变；及 利用所述实际压力改变确定在所述泵的所述经隔离部分中是否存在空气或气体。
22.根据权利要求21所述的计算机程序产品，其中所述泵包括施配腔室且其中所述泵的所述经隔离部分包含所述施配腔室。
23.根据权利要求22所述的计算机程序产品，其中所述泵的所述经隔离部分进一步包括在所述施配腔室下游的组件。
24.根据权利要求23所述的计算机程序产品，其中所述组件包括在所述施配腔室下游的阀门。
25.根据权利要求21所述的计算机程序产品，其中所述指令可执行以执行比较所述压力改变与预期压力改变，及基于所述实际压力改变与所述预期压力改变之间的差确定空气的所述存在。
26.根据权利要求24所述的计算机程序产品，其中所述指令可执行以执行将所述实际压力改变与所述预期压力改变之间的差与特性曲线比较以确定在所述泵的所述经隔离部分中存在的空气或气体量。
27.根据权利要求21所述的计算机程序产品，其中所述指令可执行以排放所述泵的所述经隔离部分。
28.根据权利要求21所述的计算机程序产品，其中所述指令可执行以执行将所述泵中的隔膜移动一距离，且比较移动的所述距离与预期距离，及基于所述移动的距离与所述预期距离之间的差确定空气的所述存在。
29.根据权利要求21所述的计算机程序产品，其中所述使所述泵的所述经隔离部分达到预定义的开始压力进一步包括控制所述泵将所述泵中的隔膜移动到可变本位。
【文档编号】H01L21/02GK103843109SQ201280048390
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年8月17日 优先权日:2011年8月19日
【发明者】特拉奇·L·巴彻尔德, 詹姆斯·切德罗内 申请人:恩特格里斯公司