[发明专利]分配液体化学品的方法和系统

说明书

本发明涉及从物料源或容器向一个或多个终端用户分配工艺液体化学品，特别是向制造半导体晶片或电子元件用户分配超纯液体化学品。

在许多制造过程中，需要将各种化学品从物料源分配到使用点，不能有污染和化学质量的退化。例如，在半导体晶片和计算机芯片的制造过程中，需要超纯化学品来进行清洗、蚀刻、表面处理等。这些化学品包括某些碱、酸和有机液体，如氢氧化铵、氢氧化钠、氢氟酸、硝酸、硫酸，磷酸、乙酸、过氧化氢、异丙醇、四甲基氢氧化铵、化学稀浆，上述或其它化学品的混合物。化学品必须在使用点，而不管是连续还是间歇使用。化学品必须维持高纯度，不能在从物料源输送或分配的过程中被污染。

至今，公开了几种分配化学品的方法。其中一种方法是所谓的“真空-加压”分配法，由Johns(WO92/05406)、Magnasco和Viale(US 4524801)、Geatz(US 5148945)、Bernosky等(WO94/21551，US 5370269)、以及Ferri和Geatz(US 5330072和US 5417346)所公开，其基本想法是利用压力容器内侧的由真空泵产生的真空将要输送的化学品从物料源抽出，然后，通过用惰性气体加压化学品将其分配到用户。通过在高压下操作，使用两个以上的平行系统可以将化学品分配到远距离的用户。然而，这种“真空-加压”方法有几个缺点。首先是因为系统内侧的负压，环境空气可能泄漏到系统中，从而污染化学品。另一缺点是用于产生真空的真空泵具有长的停车时间，这是因为化学品的蒸汽或液滴会腐蚀泵的部件。再一缺点是来自真空过程的带有化学品蒸汽和液滴的惰性气体废气会产生环境污染。这一废气可能会被化学品所饱和，特别是在分配高蒸气压化学品时是这样的。因为惰性气体在高压下直接接触化学品，气体会溶解在液相中，并在化学品中形成气泡。气泡可能在晶片和电子零件的制造中产生严重的质量问题。例如，它们可能附在晶片表面，并在表面上产生未润湿的点。

向终端用户分配化学品的另一方法是由Ramsay(US 5570815)公开的所谓可收缩容器法。使用这种方法，要分配的化学品必须注入到带有柔性壁的容器中。然后将该容器置于压力容器中并用高压气体挤压。从而化学品被推出容器并输送到用户。与真空-加压方法不同，化学品不与高压气体直接接触。但是，容器中的化学品质量不易监测，因此，难于连续输送化学品。该方法的另一缺点是使用该方法的系统不能自动控制。而且，可收缩容器容易破裂，特别由于高压气体的膨胀力(disjioning force)，在高压下的固定点更是这样。

另一广泛使用的方法是泵压输送方法。正位移泵，如由空气或气体驱动的双隔膜泵，用来从物料源或中间容器向终端用户输送化学品。随技术的进步，这种泵的提升力得到了改善。例如，Yamada隔膜泵可以在高至50 PSI的压力下操作。然而，在许多应用中，这一提升力还是不够，特别是输送粘性化学品和远距离输送时。另一缺点是由于泵产生的脉动，分配系统元件上脱落的杂质造成污染。

另一方法是所谓的泵-加压分配法。泵被用来从物料源向压力容器中输送化学品。然后，容器中的化学品用高压气体加压，通过分配系统输送到终端用户。仍然存在真空/加压和泵压输送方法中所具有的上述某些缺点。第一个缺点是与化学品直接接触的气体会溶解在化学品中，并成为气泡，在晶片或微型元件表面导致严重的问题。第二个缺点是，由于泵起动时的脉动从过滤器或其它部件上脱落的杂质会污染超纯化学品。

本发明公开了一种用于分配工艺液体化学品，特别是超纯液体化学品的方法和设备。来自物料源的化学品被泵入压力容器内壁与设置在压力容器内的球状气袋之间的压力室，然后，向球中注入高压气体，用球加压，通过一系列管线和流动控制装置分配到一个或多个终端用户。球的使用避免了高压气体与液体化学品之间的直接接触，因此，避免了可能的污染和气体溶解于液体化学品中。在减压期间，压力容器内的球中的废气不会影响环境。用于从物料源向压力室输送化学品的泵保证系统总是处于正压状态，以消除由于环境气体泄漏至系统中所造成的污染，以及由于负压系统的故障导致的停车。使用任选的双重压力室，任选连续地从一个室向终端用户分配化学品，而另一压力室处于注入操作状态。由于任何质量原因，化学品都可以在进入压力室之前通过回路从压力室返回物料源。化学品也可以从压力室循环返回物料源或另一压力室。可以使用另一循环回路将多余的化学品从用户站循环回物料源。本发明的分配设备优选形成整体机柜，并优选用电子控制系统来控制。