一种用于半导体制造的定量添加系统及其控制方法与流程

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种用于半导体制造的定量添加系统及其控制方法。

背景技术：

1、化学机械抛光（cmp）是半导体制造过程中的重要工艺，其研磨液通常需要根据工艺要求与过氧化氢等化学溶液按照预定比例进行混合。为保证混合液的配比稳定性，需要利用定量添加设备对各组分进行定量供应。

2、现有定量添加设备包括计量泵式和容积式等类型。其中，容积式定量设备可通过溢流结构限定容器内的液体体积，并利用可调节的占容件改变有效容积，以适应不同添加量需求。部分设备还通过传感器和阀门实现自动进液与排液。然而，此类设备在实现容积调节的同时，还需要对定量液和溢流液进行分别收集及排放，涉及相应的容纳结构、管路布置和控制过程。

3、因此，亟需进一步优化定容装置中定量液与溢流液的分区排放及自动控制。

技术实现思路

1、本申请首先提出一种用于半导体制造的定量添加系统及其方法，以解决上述问题。本申请其次提出了一种用于半导体制造的定量添加方法。

2、作为本申请的第一个方面，提出一种用于半导体制造的定量添加系统，其特征在于，包括内管、外筒、调节杆、进液管路、排液管路、排气管路、输出管路和控制器；

3、所述内管设置于所述外筒内，所述内管的上端与所述内管和所述外筒之间形成的溢流空间连通；所述进液管路穿过所述外筒并与所述内管连通；所述输出管路与所述内管的底部连通，用于将所述内管中的溶液输出至混酸桶；所述排液管路与所述溢流空间连通；所述排气管路与所述外筒内部的气相空间连通；

4、所述调节杆穿过所述外筒并伸入所述内管，且能够沿所述内管的轴向调节其伸入长度，以改变所述调节杆占据所述内管的体积，进而调节所述内管的有效容积；

5、所述进液管路设有进液阀，所述输出管路设有输出传感器和输出阀，所述排液管路设有排液传感器和排液阀；

6、所述控制器分别与所述进液阀、所述排液阀、所述输出阀、所述输出传感器和所述排液传感器连接，用于控制所述进液阀开启，以使溶液进入所述内管，并在所述输出传感器检测到溶液且所述排液传感器检测到溢流液后，关闭所述进液阀并开启所述输出阀；在所述输出传感器不再检测到溶液后，关闭所述输出阀并开启所述排液阀；在所述排液传感器不再检测到溶液后，关闭所述排液阀。

7、可选地，所述调节杆为螺纹调节杆，所述外筒的上部设有与所述螺纹调节杆配合的螺纹部，以通过所述螺纹调节杆的转动调节其伸入所述内管的长度。

8、可选地，所述外筒包括上封头，所述螺纹部设置于所述上封头，所述螺纹调节杆穿过所述上封头并与所述上封头螺纹连接。

9、可选地，所述进液管路的出液端伸入所述内管并低于所述内管的溢流液位，所述进液管路的出液端设有导流件，所述导流件与所述内管的侧壁之间形成向下延伸的导流通道，所述导流通道的出口低于所述内管的溢流液位。

10、可选地，还包括设置于所述外筒的安全传感器，所述安全传感器用于检测所述溢流空间中的液位是否达到预设安全液位，所述预设安全液位低于所述内管的溢流液位。

11、可选地，所述溢流空间在所述预设安全液位与所述内管的溢流液位之间具有缓冲容积，所述缓冲容积大于所述进液阀自接收到关闭指令至停止进液期间进入所述溢流空间的最大液体体积。

12、可选地，所述控制器还与所述安全传感器连接，并在所述安全传感器检测到所述溢流空间中的液位达到所述预设安全液位时，关闭所述进液阀并禁止开启所述输出阀。

13、可选地，所述控制器被配置为：在所述安全传感器检测到所述溢流空间中的液位达到所述预设安全液位后，保持所述输出阀关闭并开启所述排液阀；

14、在所述排液传感器不再检测到溶液且所述安全传感器检测到液位低于所述预设安全液位后，关闭所述排液阀。

15、可选地，所述外筒包括外管、上封头和下封头，所述外管及所述内管均与所述下封头焊接连接，所述上封头与所述外管焊接连接。

16、可选地，所述内管、所述外管、所述上封头及所述下封头采用pfa或ptfe材料制成，连接处采用pfa焊条焊接。

17、作为本申请的第二个方面，提出一种用于半导体制造的定量添加系统的控制方法，应用于上述的定量添加系统，包括：

18、控制进液阀开启，使溶液进入内管，并通过排液传感器检测溶液是否溢流至溢流空间；

19、在所述排液传感器检测到溢流液后，关闭所述进液阀，并通过安全传感器判断所述溢流空间中的液位是否达到预设安全液位；

20、若未达到所述预设安全液位，则开启输出阀，将所述内管中的溶液输出至混酸桶，并在输出传感器不再检测到溶液后关闭所述输出阀、开启排液阀；

21、若达到所述预设安全液位，则保持所述输出阀关闭，并开启所述排液阀排出所述溢流空间中的溶液；

22、在所述排液传感器不再检测到溶液后，关闭所述排液阀。

23、本申请的有益效果为：

24、1.本申请通过内管与外筒形成相互连通的定量空间和溢流空间，利用内管上端的溢流限定其容纳溶液的体积，并通过调节杆改变内管的有效容积，实现不同添加量的调节；同时，将定量液与溢流液分别通过输出管路和排液管路排出，并利用输出传感器、排液传感器及控制器实现进液、定量输出和溢流液排放的顺序控制，使定量过程不依赖计量泵的流量计量，有利于简化定量装置的结构，并实现不同添加量下的自动定量供应。

25、2.本申请通过使进液管路的出液端低于内管的溢流液位，并利用导流件与内管侧壁形成向下延伸的导流通道，使进入内管的溶液沿导流通道向下流动，减少进液液流直接冲击内管溢流位置而造成的飞溅及提前溢流，降低内管尚未达到规定液位时排液传感器被提前触发的可能性，有利于提高溢流定容判断的可靠性。

26、3.通过安全传感器检测溢流空间的液位，并将预设安全液位设置在内管的溢流液位以下，使控制器能够在溢流空间积液达到内管溢流位置之前识别异常液位；同时，在预设安全液位与内管溢流液位之间设置缓冲容积，以容纳进液阀关闭过程中继续进入溢流空间的液体，降低溢流液位继续上升而影响内管定量状态的风险。

27、进一步地，当安全传感器检测到异常液位时，控制器关闭进液阀并禁止开启输出阀，避免将可能存在定量异常的溶液继续输送至混酸桶；通过保持输出阀关闭并开启排液阀，使溢流空间中的积液能够经独立排液管路排出，实现异常液位检测、定量输出阻断及溢流液排放之间的联动控制，提高定量添加过程的可靠性。

1.一种用于半导体制造的定量添加系统，其特征在于，包括内管、外筒、调节杆、进液管路、排液管路、排气管路、输出管路和控制器；

2.根据权利要求1所述的定量添加系统，其特征在于，所述调节杆为螺纹调节杆，所述外筒的上部设有与所述螺纹调节杆配合的螺纹部，以通过所述螺纹调节杆的转动调节其伸入所述内管的长度。

3.根据权利要求2所述的定量添加系统，其特征在于，所述螺纹调节杆的螺纹结构包括第一螺纹配合部和第二螺纹配合部，所述第一螺纹配合部位于靠近所述内管的一侧，所述第二螺纹配合部位于远离所述内管的一侧，所述第一螺纹配合部与所述第二螺纹配合部之间形成密封安装空间。

4.根据权利要求1所述的定量添加系统，其特征在于，所述进液管路的出液端伸入所述内管并低于所述内管的溢流液位，所述进液管路的出液端设有导流件，所述导流件与所述内管的侧壁之间形成向下延伸的导流通道，所述导流通道的出口低于所述内管的溢流液位。

5.根据权利要求1所述的定量添加系统，其特征在于，还包括设置于所述外筒的安全传感器，所述安全传感器用于检测所述溢流空间中的液位是否达到预设安全液位，所述预设安全液位低于所述内管的溢流液位。

6.根据权利要求5所述的定量添加系统，其特征在于，所述溢流空间在所述预设安全液位与所述内管的溢流液位之间具有缓冲容积，所述缓冲容积大于所述进液阀自接收到关闭指令至停止进液期间进入所述溢流空间的最大液体体积。

7.根据权利要求5所述的定量添加系统，其特征在于，所述控制器还与所述安全传感器连接，并在所述安全传感器检测到所述溢流空间中的液位达到所述预设安全液位时，关闭所述进液阀并禁止开启所述输出阀。

8.根据权利要求7所述的定量添加系统，其特征在于，所述控制器被配置为：在所述安全传感器检测到所述溢流空间中的液位达到所述预设安全液位后，保持所述输出阀关闭并开启所述排液阀；

9.一种用于半导体制造的定量添加系统的控制方法，应用于权利要求5至8任意一项所述的定量添加系统，其特征在于，包括：