PL206930B1 - Układ doprowadzania płynu i układ rozdziału przepływającego płynu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ doprowadzania płynu i układ rozdziału przepływającego płynu.

To zgłoszenie jest związane ze Zgłoszeniem Patentowym USA zatytułowanym Układ Sterujący Przepływu Masy Coriolisa Wielkiej Czystości, Przepływomierz dla Dokładnego Pomiaru UltraCzystego Przepływu Materiału Sposoby wytwarzania Przepływomierzy Coriolisa PFA Wytwarzanie Mierników Przepływu Masy Mających Rurę Przepływową Wykonaną z Substancji Fluoropolimerowej i Sposób Kompensacji dla Przepływomierza Coriolisa PFA, każde złożone z tą samą datą co to zgłoszenie. Wszystkie ujawnienia związanych zgłoszeń są wprowadzone jako odniesienie w tym opisie.

Wynalazek ogólnie dotyczy układów doprowadzania płynów, a zwłaszcza, układów, które umożliwiają bezpośrednie zastosowanie ultra - czystych płynów na powierzchni płytki w procesach takich jaki CMP, fotolitografia i procesy dielektryczne.

Wiele przemysłów takich jak półprzewodnikowy, farmaceutyczny, i biotechnologiczny stykają się z problemami w doprowadzaniu płynu ze względu na typowe małe prędkości przepływu, wykorzystanie ścierających i agresywnych płynów chemicznych, co stwarza potrzebę dokładnego, zwartego, pozbawionego zanieczyszczeń układu doprowadzania płynu w czasie rzeczywistym i/lub układów mieszania.

Ogólnie przemysł półprzewodnikowy używa słowa narzędzie dla określenia układu obejmującego elementy sprzętu, które realizują operacje na powierzchni płytki. Te operacje zawierają procesy wytwarzania cienkich warstw nakładanych chemicznie albo pokrywanie płynem, trawienie warstw w precyzyjne wzory, polerowanie warstw dla usunięcia warstw nałożonych na powierzchnie planarne i czyszczenie powierzchni dla usunięcia niepotrzebnych warstw, cząstek i zanieczyszczeń chemicznych. Narzędzia mogą być albo pojedyncze albo połączone z innymi narzędziami w strukturę zbiorową, gdzie wiele sekwencyjnych operacji na płytce jest wykonywanych w jednym pomieszczeniu.

Na przykład, Chemiczno-Mechaniczna Planaryzacja (CMP) jest krytycznym procesem w przemyśle półprzewodnikowym, która jest procesem wyrównywania powierzchni płytki półprzewodnika przez wykorzystywanie ultra czystego płynu zawierający małe cząsteczki ścierające i czynnik reagujący pomiędzy powierzchnią płytki i wkładką polerującą. W większości zastosowań, wkładka polerująca obraca się z kontrolowaną prędkością przy płytce, której powierzchnia jest powierzchnią wygładzaną. Nadmierne wypolerowanie płytki może spowodować zmianę albo zniszczenie krytycznych struktur płytki. Natomiast, zbyt słabe wypolerowanie płytki może spowodować, że powierzchnia płytki jest nie do przyjęcia. Szybkość polerowania płytki jest w wielkim stopniu zależna od prędkości dostarczania płynu i całkowitej ilości płynu dostarczanego podczas operacji wygładzania.

Oprócz prędkości przepływu płynu, krytyczna jest ochrona przed zanieczyszczeniami płynu podawanego do wkładki polerującej. Jest problemem w niektórych zastosowaniach, że instrumenty stosowane do kontroli procesu są źródłem zanieczyszczeń materiałów procesowych. To jest niepożądane w zastosowaniu w układach, gdzie materiał ultra wielkiej czystości musi być dostarczany do zastosowania użytkownika. Na przykład, metalowa rura przepływowa typowego przepływomierza Coriolisa może być źródłem zanieczyszczeń. Tak jest w przypadku produkcji płytek półprzewodnikowych, które wymagają zastosowania materiału, który jest wolny od zanieczyszczeń w tym od jonów migrujących ze ścianki rury przepływowej. To uwalnianie materiału może powodować, że mikroukłady na płytce półprzewodnikowej będą uszkodzone. To samo jest prawdziwe dla szklanej rury przepływowej, która może uwalniać jony ołowiu ze szkła do przepływającego materiału. To samo jest także prawdziwe dla rury przepływowej wykonanej z konwencjonalnego tworzywa sztucznego.

Ponieważ ochrona przed zanieczyszczeniami jonowymi jest krytyczna, większość procesów CMP wykorzystuje pompy przewodowe łącznie z odpowiednim materiałem rurowym wielkiej czystości dla dostarczanie płynu do wkładki polerującej. Chociaż czysta droga przepływu o nieinwazyjnej charakterystyce pompy przewodowej jest do zaakceptowania dla zastosowania CMP, to użycie tych pomp dla próby kontroli prędkości przepływu płynu jest bardzo niedokładne ponieważ pracują one w otwartej pętli bez możliwości sprzężenia zwrotnego pomiaru.

Innym procesem stosowanym w przemyśle półprzewodnikowym wymagającym dokładnej kontroli przepływów płynu i środowiska wolnego od zanieczyszczeń jest proces fotolitografii. Jak wiadomo, fotolitografia jest procesem wykorzystującym polimery światłoczułe, znane jako maska na powierzchni płytki. Fotomaska zawierająca wzór struktur, które mają być wytwarzane na powierzchni płytki jest umieszczona pomiędzy maską pokrywającą płytkę i źródłem światła. Światło reaguje z maską albo osłabiając albo wzmacniając polimer maski. Po wystawieniu maski na działanie światła, płytka jest wywoływana przez działanie płynów chemicznych, które usuwają osłabioną maskę.

PL 206 930 B1

Modyfikacja tego procesu wykorzystuje wiele nowych płynów na powierzchni płytki dla wytworzenia warstw, które staną się integralną częścią wykonanego półprzewodnika. Zasadniczą funkcją tych warstw jest działanie jako izolator pomiędzy elektrycznymi przewodami przewodzącymi. Rozmaite materiały dla nakładania wirowego zostały ocenione dla szerokiego zakresu składów chemicznych i właściwości fizycznych. Zasadnicza różnica pomiędzy procesem litograficznym i nakładaniem wirowym jest taka, że dowolny defekt warstwy (taki jak pusta przestrzeń, pęcherzyk albo cząstka) jest teraz trwale umieszczony w strukturze półprzewodnika i może spowodować wybrakowanie przyrządów i straty finansowe producenta półprzewodników.

Oba te procesy zachodzą w narzędziu zwanym torem. Celem toru jest dostarczenie precyzyjnej objętości płynu do powierzchni nieruchomej albo wolno obracającej się płytki. Po nałożeniu płynu, prędkość obrotowa płytki raptownie się zwiększa i płyn z powierzchni płytki jest odwirowany poza krawędzie. Bardzo cienka, zwarta grubość płynu pozostaje pomiędzy środkiem płytki i krawędzią. Pewne zmienne, które wpływają na grubość płynu to, lepkość maski albo dielektryka, koncentracja rozpuszczalnika w masce albo dielektryku, ilość nałożonej maski/dielektryka, prędkość nakładania, itp.

W torze są także realizowane dodatkowe etapy procesu po nałożeniu płynu, które zmieniają płyn na polimer przy wykorzystaniu procesu, które także usuwają rozpuszczalnik z warstwy. Warstwa dielektryczna może także być poddana innej obróbce chemicznej dla zmiany warstwy płynu we właściwą stałą strukturę Tor także kontroluje środowisko wokół płytki, aby zmiany wilgotności albo temperatury i zanieczyszczenia chemiczne nie wpływały na parametry warstwy. Parametry systemu toru są określone przez dokładność i powtarzalność płynu dostarczanego do powierzchni płytki oprócz minimalizowania wad warstwy powodowanych pustymi przestrzeniami, pęcherzykami i cząstkami.

Problemy związane z aktualnie dostępnymi układami dostarczającymi płyn stosowany w procesach takich jak CMP i nakładania wirowego charakteryzują się brakiem możliwości wprowadzenia pomiaru z pętlą sprzężenia zwrotnego, brakiem możliwości dokładnego określenia prędkości dostarczania opartego na zmianie ciśnienia wylotowego systemu pomp, zmian objętości rur wykorzystywanych przez pompę, i pulsacji wywoływanej przez pompę. Ponadto, może być wymagana okresowa tygodniowa albo nawet dzienna kalibracja pompy. Inne problemy związane z aktualnie dostępnymi systemami dostarczającymi płyn polegają na zanieczyszczeniu płynu cząstkami ubywającymi z rur.

Dodatkowe czynniki, które są typowo istotne w tych przemysłach to potrzeba określenia w czasie rzeczywistym danych parametru płynu takich jak prędkość przepływu, temperatura płynu, lepkość, gęstość i ciśnienie. Chociaż wszystkie powyższe parametry płynu mogą być mierzone przy wykorzystaniu kombinacji rozmaitych instrumentów takich jak różnicowe przetworniki ciśnienia, lepkościomierze, gęstościomierze, przetworniki ciśnienia, elementy temperaturowe albo połączenie instrumentów i ukł adu kontrolnego dla obliczenia wartoś ci parametrów pł ynu, zastosowanie tych instrumentów moż e być drogie, mogą zajmować dużo miejsca, wymagać zwiększonej konserwacji i stanowić potencjalną możliwość upływu płynu i zanieczyszczenia procesu. Dlatego istnieje potrzeba skutecznych, zwartych i wolnych od zanieczyszczeń układów dostarczających płyn dla wymienionych przemysłów.

W innych procesach występuje rosnąca potrzeba systemu sporzą dzania w czasie rzeczywistym mieszaniny wielu płynów wymagającego toru przepływu o wielkiej czystości. Ponadto, sporządzanie mieszaniny oparte na podstawie objętościowej jest ogólnie nie do zaakceptowania ponieważ typowe równania dla sporządzania mieszaniny są oparte na proporcjach molowych. Aktualne sposoby sporządzania mieszaniny polegają na dodawaniu wielu płynów do pojemnika na wadze poza procesem, jak pokazano na Fig. 1, która przedstawia w uproszczeniu układ sporządzania mieszanin poza linią produkcyjną według stanu techniki. Wiele płynów, A do N, wpływa do pojemnika 11 umieszczonego na wadze 12. Jeden płyn może przepływać na raz przez zawór 13. Całkowity ciężar jest sprawdzany i gdy pożądana ilość Płynu A została dodana, zawór 13 jest zamknięty. Ten sam proces jest powtarzany dla pozostałych płynów. Ewentualnie, całkowita mieszanina jest uzyskana. Jeżeli zbyt dużo albo zbyt mało jakiegoś płynu zostało dodane proces musi być kontynuowany tak długo, aż odpowiednia masa każdego płynu, w dopuszczalnym przedziale błędów, zostanie dodana.

Inne znane podejście polega na zastosowaniu czujników poziomu dla pomiaru objętości każdego płynu mieszaniny, gdy jest dodawany do naczynia. To wymaga dokładnej znajomości objętości naczynia przy małych przyrostach wysokości naczynia.

Niestety, aktualny sposób produkcji partiami może powodować, że zbyt dużo albo zbyt mało końcowego produktu jest dostępne, gdy jest potrzebne. Ponieważ gdy jest zbyt mało dostępnego produktu należy przerwać proces, dodatkowy produkt jest zwykle wytwarzany, co oznacza, że część produktu będzie pozostawiona i niezużyta. Ponieważ te produkty często mają ograniczony czas składowania (np. kilka go4

PL 206 930 B1 dzin) ten nadmiar produktu musi być utylizowany. Ta utylizacja jest kosztowna z wielu powodów. W produkcie są zwykle użyte bardzo drogie chemikalia, i mieszanina płynów może często być bardzo niebezpieczna co oznacza, że musi być utylizowana w kontrolowany i kosztowny sposób.

Z rozwojem technologii, pojawia się potrzeba zmian przepisów sporzą dzania mieszanin wynikająca z różnic wymagań dotyczących produktu, a dodatkowo stale przybywa nowych materiałów składowych, co wymaga większej elastyczności, dokładności i wolnych od zanieczyszczeń układów ciągłego sporządzania mieszanin w czasie rzeczywistym. Innym ważnym czynnikiem jest potrzeba dokładnej kontroli ciśnienia dla zapewnienia odpowiedniego sporządzania mieszaniny i dokładnej prędkości przepływu płynów do aparatury procesowej.

Tak więc potrzebne są układy dostarczające płyn pozbawione wad związanych ze stanem techniki.

Układ doprowadzania płynu, zawierający przepływomierz masy Coriolisa, mający rurę przepływową z tworzywa sztucznego o wielkiej czystości, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera zbiornik mający wlot i wylot połączony dla płynu z przepływomierzem masy Coriolisa, przy czym z wlotem do zbiornika połączone jest pierwsze urządzenie regulujące przepływ, jak również z wlotem do zbiornika jest połączony pierwszy przetwornik ciśnienia, zaś drugie urządzenie regulujące przepływ jest połączone dla płynu z wylotem ze zbiornika i z przepływomierzem masy Coriolisa, jak również z wylotem ze zbiornika jest połączony drugi przetwornik ciś nienia, a ponadto z przepł ywomierzem masy Coriolisa, z pierwszym urządzeniem regulującym przepływ, z pierwszym przetwornikiem ciśnienia, z drugim urządzeniem regulującym przepływ i z drugim przetwornikiem ciśnienia jest połączony regulator.

Tworzywo sztuczne o wielkiej czystości zawiera PFA.

Drugie urządzenie regulujące przepływ zawiera zawór.

Zawór stanowi zawór zaciskowy.

Zawór zaciskowy zawiera człon wykonawczy mający bolec roboczo z nim połączony, powierzchnię odniesienia usytuowaną zasadniczo naprzeciw bolca, oraz elastyczny przewód o wielkiej czystości umieszczony pomiędzy bolcem i powierzchnią odniesienia.

Człon wykonawczy zawiera solenoid.

Człon wykonawczy zawiera silnik krokowy.

Drugie urządzenie regulujące przepływ stanowi pompa mająca zmienny wydatek.

Pompę stanowi pompa przewodowa.

Zbiornik zawiera umieszczoną w nim torbę.

Regulator stanowi regulator PID.

Układ rozdziału przepływającego płynu, zawierający zbiornik płynu, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera przewód rozdzielczy połączony dla płynu ze zbiornikiem, przy czym ten przewód rozdzielczy ma wiele odpływów do narzędzi, oraz zawiera urządzenie regulujące przepływ i przepływomierz masy Coriolisa połączony dla płynu z tym urządzeniem regulują cym przepływ, przy czym przepływomierz Coriolisa ma rurę przepływową wykonaną z tworzywa sztucznego o wielkiej czystości, i z tym przepływomierzem masy Coriolisa jest połączony dla płynu przetwornik ciśnienia, jak również zawiera regulator połączony z przepływomierzem masy Coriolisa, urządzeniem regulującym przepływ i przetwornikiem ciśnienia, a ponadto zawiera wiele urządzeń regulujących przepływ w odpływach do narzędzi, przy czym każde urządzenie regulujące przepływ w odpływie do narzędzia znajduje się w przewodzie odpowiedniego odpływu do narzędzia, oraz wiele przepływomierzy masy Coriolisa w odpływach do narzędzi, przy czym każdy przepływomierz masy Coriolisa w odpływie do narzędzia znajduje się w przewodzie odpowiedniego odpływu do narzędzia, zaś każdy przepływomierz masy Coriolisa w odpływie do narzędzia ma rurę przepływową wykonaną z tworzywa sztucznego o wielkiej czystości.

Układ ponadto zawiera wiele regulatorów w odpływach do narzędzi, przy czym każdy regulator w odpływie do narzędzia jest połączony z odpowiednim urządzeniem regulującym przepływ w odpływie do narzędzia i przepływomierzem masy Coriolisa w odpływie do narzędzia.

Urządzenie regulujące przepływ zawiera zawór zaciskowy.

Przetwornik ciśnienia zawiera uchwyt czujnika, a w tym uchwycie czujnika umieszczona jest komora ciśnienia zawierająca przeponę, przy czym komora ciśnienia i przepona są wykonane z tworzywa sztucznego o wielkiej czystości, zaś z przeponą jest połączony czujnik ciśnienia, a pomiędzy przeponą i uchwytem czujnika jest umieszczony pierścień uszczelniający.

Przetwornik ciśnienia zawiera uchwyt czujnika, zaś w uchwycie czujnika jest umieszczona komora ciśnienia, a do tej komory ciśnienia dochodzi czujnik ciśnienia obudowany tworzywem sztucznym o wielkiej czystości.

Czujnik ciśnienia jest wykonany z szafiru.

PL 206 930 B1

Układ doprowadzania płynu, zawierający zbiornik mający wlot i wylot, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera pierwsze urządzenie regulujące przepływ połączone z wlotem do zbiornika, drugie urządzenie regulujące przepływ połączone dla płynu z wylotem ze zbiornika, i z tym drugim urządzeniem regulującym przepływ jest połączony dla płynu przepływomierz masy Coriolisa, mający rurę przepływową wykonaną z tworzywa sztucznego o wielkiej czystości, a ponadto, z wlotem do zbiornika jest połączony przetwornik ciśnienia, oraz zawiera regulator połączony z przepływomierzem Coriolisa, przetwornikiem ciśnienia, pierwszym urządzeniem regulującym przepływ i drugim urządzeniem regulującym przepływ.

Układ ponadto zawiera przetwornik ciśnienia połączony z wylotem ze zbiornika.

Przetwornik ciśnienia jest połączony z wylotem ze zbiornika za przepływomierzem masy Coriolisa.

Przetwornik ciśnienia jest połączony z wylotem ze zbiornika przed przepływomierzem masy Coriolisa.

Układ ponadto zawiera przetworniki, pierwszy i drugi, połączone z wylotem ze zbiornika, odpowiednio przed i za przepływomierzem masy Coriolisa.

Regulator stanowi regulator dostarczania płynu, a układ ponadto zawiera regulator narzędzia.

Układ ponadto zawiera filtr połączony z wylotem ze zbiornika.

Układ ponadto zawiera torbę umieszczoną w zbiorniku.

Drugie urządzenie regulujące przepływ zawiera zawór zaciskowy.

Drugie urządzenie regulujące przepływ zawiera pompę pomiarową.

Układ doprowadzania płynu według wynalazku zawiera zatem urządzenie do kontroli przepływu, przepływomierz masy Coriolisa mający rurę przepływową wykonaną z tworzywa sztucznego o wielkiej czystości i regulator taki jak regulator PID. Przepł ywomierz Coriolisa dostarcza sygnał y wyjściowe do regulatora określające, na przykład prędkość przepływu masy, temperaturę, i/lub pomiary gęstości płynu procesowego. Urządzenie regulacyjne otrzymuje sygnał wartości zadanej i sygnały wyjściowe przepływomierza, i dostarcza regulacyjny sygnał wyjściowy do urządzenia regulującego przepływ dla zmiany wydatku urządzenia regulacyjnego dla zapewnienia pożądanej prędkości przepływu dla systemu dostarczania płynu.

Rura przepływowa przepływomierza masy Coriolisa jest wykonana z tworzywa sztucznego o wielkiej czystości, aby zapobiec przenikaniu niepożądanych jonów (np. metali) do płynu procesowego. Tworzywo sztuczne perfluoro-alkoksylowe (PFA) jest odpowiednim materiałem na rurę przepływową. Urządzenie kontrolujące przepływ może być wykonane, na przykład w postaci, zaworu regulacyjnego, pompy albo regulowanego zbiornika ciśnieniowego. W przykładach wykonania zawór regulacyjny jest zaworem zaciskowym mającym solenoid albo człon wykonawczy w postaci silnika krokowego.

Układ rozdziału przepływającego płynu według wynalazku zawiera zbiornik płynu i przewód rozdzielczy dla połączenia płynu ze zbiornikiem. Przewód rozdzielczy ma wiele odpływów do narzędzi dla dostarczania płynu ze zbiornika do narzędzi połączonych z odpływami do narzędzi. Urządzenie regulujące przepływ, takie jak pompa o zmiennym wydatku albo zawór zaciskowy, ma połączenie dla płynu z przepływomierzem masy Coriolisa, który ma rurę przepływową wykonaną z tworzywa sztucznego o wielkiej czystości. Przetwornik ciś nienia ma połączenie dla płynu z przepływomierzem masy Coriolisa. Regulator odbiera sygnał wartości zadanej i sygnały wyjściowe z przepływomierza Coriolisa i przetwornika ciśnienia, i dostarcza regulacyjny sygnał wyjściowy do urządzenia kontrolującego przepływ dla zmiany wydatku urządzenia kontrolującego przepływ dla utrzymania wstępnie określonych wartości ciśnienia i prędkości przepływu w przewodzie rozdzielczym.

Ponadto, układ doprowadzania płynu według wynalazku, zawiera zbiornik mający wlot dla odbierania gazu wytwarzającego ciśnienie w zbiorniku i wylot dla dozowania płynu zawartego w zbiorniku. Pierwsze urządzenie regulujące przepływ jest połączone z wlotem zbiornika i drugie urządzenie regulujące przepływ ma połączenie dla płynu z wylotem zbiornika dla regulacji płynu wypływającego ze zbiornika. Przepływomierz masy Coriolisa ma połączenie dla płynu z drugim urządzeniem regulującym przepływ. Przepływomierz Coriolisa ma rurę przepływową wykonaną z tworzywa sztucznego o wielkiej czystości, takiego jak PFA. Regulator odbiera sygnał wartości zadanej i sygnały wyjściowe z przepływomierza Coriolisa i dostarcza wyjściowe sygnały regulacyjne do pierwszego i drugiego urządzenia regulującego przepływy dla zmiany ciśnienia zbiornika i prędkości przepływu płynu ze zbiornika.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania został uwidoczniony na rysunku, na którym: fig. 2 przedstawia schemat blokowy ilustrujący układ doprowadzania płynu według wynalazku; fig. 3 przedstawia widok perspektywiczny przepływomierza Coriolisa mającego rurę przepływową odpowiednią do zastosowania w rozmaitych przykładach wykonania wynalazku; fig. 4 przedstawia w uproszczeniu zawór zaciskowy wedł ug wynalazku; fig. 5 przedstawia schemat blokowy ilustrują cy

PL 206 930 B1 aspekty układu sporządzania mieszaniny wielkiej czystości w czasie rzeczywistym, zgodnie z przykładami wykonania wynalazku; fig. 6 przedstawia schemat blokowy ilustrujący układ rozdziału przepływającego płynu zgodnie z przykładami wykonania wynalazku; fig. 7A przedstawia w uproszczeniu przetwornik ciśnienia o wielkiej czystości zgodnie z aspektami wynalazku; fig. 7B przedstawia alternatywny przykład wykonania przetwornika ciśnienia wielkiej czystości zawierający obudowany czujnik szafirowy; fig. 8 przedstawia schemat blokowy ilustrujący poglądowo aspekty układu dostarczania płynu o wielkiej czystości dla aparatury realizującej proces CMP zgodnie z przykładami wykonania wynalazku; fig. 9 przedstawia schemat blokowy ilustrujący poglądowo aspekty alternatywnego układu doprowadzania płynu o wielkiej czystości dla aparatury realizującej proces CMP zgodnie z przykładami wykonania wynalazku; fig. 10 przedstawia schemat blokowy ilustrujący układ doprowadzania płynu pracujący w zamkniętej pętli dla procesu nakładania wirowego zgodnie z przykładami wykonania wynalazku; i fig.11 przedstawia schemat blokowy ilustrujący alternatywny układ doprowadzania płynu pracujący w zamkniętej pętli dla procesu nakładania wirowego zgodnie z przykładami wykonania wynalazku.

Przykłady wykonania ilustrujące wynalazek są opisane poniżej. Dla jasności, nie wszystkie cechy rzeczywistych realizacji są przedstawione w tym opisie. Jest oczywiście zrozumiałe, że przy realizacji każdego rzeczywistego przykładu wykonania, liczne decyzje dotyczące określonych realizacji muszą być podejmowane dla osiągnięcia określonych celów postawionych przez badaczy, takich jak uwzględnienie ograniczeń związanych z układem i z uwarunkowaniami ekonomicznymi, które zmieniają się zależnie od realizacji. Ponadto, jest zrozumiałe, że takie prace rozwojowe mogą być złożone i czasochł onne, powinny być jednak standardowo podejmowane przez fachowców, którzy odniosą korzyści z tego ujawnienia.

Fig. 2 przedstawia w uproszczeniu układ 100 doprowadzania płynu zgodny z przykładami wykonania wynalazku. Układ 100 bazujący na przepływie masy jest odpowiedni, na przykład, dla regulacji przepływu płynu do narzędzia albo elementu roboczego współpracującego z narzędziem, takim jak wkładka polerująca systemu CMP albo tor stosowany w nakładaniu wirowym półprzewodników. Ogólnie, układ 100 zawiera urządzenie 110 regulujące przepływ, przepływomierz 112 masy, i regulator 114.

Regulator 114 odbiera sygnał wartości zadanej reprezentujący pożądany parametr, taki jak prędkość przepływu masy. Regulator 114 także odbiera sygnał wyjściowy z przepływomierza 112. Sygnał przepływomierza jest kształtowany i przetwarzany przez regulator 114, który następnie dostarcza regulacyjny sygnał wyjściowy do urządzenia 110 regulującego przepływ tak, aby zmieniać prędkości przepływu płynu. Regulator 114 jest elektroniczny i ma interfejs elektroniczny, i może zawierać, na przykład, regulator proporcjonalno całkowo-różniczkowy (PID). Sygnał wejściowy nastawionej wartości regulatora 114 jest typowo sygnałem elektronicznym, takim jak sygnał 0-5V, 4-20 mA albo słowem cyfrowym. Pneumatyczny interfejs nastawionej wartości może także być stosowany. Regulator 114 może także zawierać zawór sterowany priorytetowo, gdzie dodatkowy sygnał jest wysyłany do regulatora 114, powodując że regulator 114 ignoruje nastawienie i w pełni otwiera albo zamyka urządzenie 110 regulujące przepływ. Ten element często jest stosowany dla zamknięcia przepływu albo czyszczenia systemu.

W pewnych przykładach wykonania, takich jak układy dostarczające płyn dla sporządzania mieszanin chemicznych, przepływomierz 112 masy jest korzystnie przepływomierzem masy Coriolisa. Bezpośredni przepływomierz masy jest ogólnie korzystniejszy niż przepływomierz objętościowy ponieważ pożądane reakcje chemiczne typowo zachodzą na bazie molowej (masowej). Objętościowe pomiary prędkości przepływu mogą być wykonywane i korygowane do warunków standardowych dając w wyniku równoważny pomiar masy. Jednakże, wymagane dodatkowe informacje (gęstość płynu, temperatura, i/lub ciśnienie) sprawiają, że pomiar jest trudniejszy i droższy. Pomiary prędkości przepływu masy są typowo bardziej dokładne niż pomiary objętościowe, które są przekształcane na pomiary masowe, a ta dokładność powoduje wyższą jakość produktu finalnego. To zwiększa wydajność procesu i poprawia dochodowość firm wykorzystujących ten wynalazek.

Wiele zastosowań, takich jak te związane z przemysłami, półprzewodnikowym, farmaceutycznym i biotechnologicznym, wymagają aby toru przepływu (wszystkie powierzchnie są zwilżane przez płyn procesowy) systemów dostarczających płyn były wykonane z materiałów o wielkiej czystości, chemicznie obojętnych/odpornych dla zabezpieczenia czystości zastosowanych chemikaliów. Tworzywa sztuczne są pożądane, ponieważ ultra czyste chemikalia stosowane w procesach wytwarzania płytek półprzewodnikowych mogą być zanieczyszczone jeżeli jony metali są wymywane albo usuwane z metalowej rury przepływowej ze względu na rozmaite procesy mechaniczne i chemiczne. Tworzywa sztuczne o wielkiej czystości są więc stosowane w tych przemysłach ponieważ na ogół zapobiegają

PL 206 930 B1 niepożądanemu przenoszeniu jonów (np. metal) do materiałów procesowych. Ponadto, gładka powierzchnia wykończenia charakterystyczna dla rur przepływowych z tworzywa sztucznego zmniejsza możliwość zaatakowania rury przez bakterie i zanieczyszczenia płynu materiałami organicznymi.

Zwilżany tor przepływomierza 112 jest tak zaprojektowany, że nie ma pęknięć, szczelin itp., które mogłyby stanowić schronienia dla bakterii. Odpowiednim tworzywem sztucznym o wielkiej czystości jest PFA (kopolimer perfluoroalkoksylowy), który jest udoskonalonym fluoropolimerem o pierwszorzędnej odporności chemicznej i właściwościach mechanicznych. Rozmaite polimery fluorowe takie jak PVDF i PTFE są także odpowiednie.

Oprócz stosowania materiałów wielkiej czystości, tor przepływu o wielkiej czystości powinien mieć stałą średnicę i nie mieć wtrąceń albo wielokrotnych torów przepływu należy unikać czujników dwururowych albo zakrzywionych torów przepływu. To minimalizuje spadek ciśnienia, zmniejsza stopień ścinania płynu do a minimum, które jest krytyczne w niektórych przemysłach i zastosowaniach. Zabezpiecza także przed zatykaniem pewnymi materiałami, takimi jak szlamy.

Odpowiedni przepływomierz masy Coriolisa mający rurę przepływową wykonaną z tworzywa sztucznego o wielkiej czystości jest pokazany na fig. 3. Przepływomierz Coriolisa 50 ma rurę przepływową 52 wprowadzoną pomiędzy bokami 67, 68 podstawy 51. Rura przepływowa 52 jest korzystnie wykonana z PFA. Czujniki LPO i RPO i układ wzbudzający D są połączone z rurą przepływową 52. Przepływomierz 50 odbiera materiał procesowy przypływający z rury dostarczającej 54 i podaje strumień przez łącznik 58 do rury przepływowej 52. Rura przepływowa 52 jest pobudzana do drgań z częstotliwością rezonansową z materiałem przepływającym, przez układ wzbudzający D. Powstające wychylenia Coriolisa są wykrywane przez czujniki LPO i RPO które podają sygnały przewodami 62 i 64 do miernika elektronicznego (niepokazany), który określa różnicę faz pomiędzy wychyleniami Coriolisa i w oparciu o to wytwarza sygnały wyjściowe.

Urządzenie 110 regulujące przepływ może zawierać zawór regulacyjny. Jak w przepływomierzu 112 masy, o wielkiej czystości zastosowane urządzenie regulacyjne musi być wykonane z materiałów, które będą minimalizować zanieczyszczenia płynu. Ponadto, urządzenie regulacyjne 110 powinno być zaprojektowane tak, aby nie było w nim miejsca gdzie może się zbierać stojący płyn i nie mieć ślizgających się albo trących części, które mogłyby wytwarzać cząstki w płynie.

Na przykład, mogą być stosowane wszystkie zawory przeponowe wykonane z tworzyw sztucznych, które są do zaakceptowania w środowiskach o wielkiej czystości chemicznej. Dla zawiesin jednakże, taki zawór nie jest idealnym rozwiązaniem. Zawory zaciskowe okazały się być dobrym rozwiązaniem dla regulowania zawiesin. Odpowiedni zawór zaciskowy 120 zgodnie z wynalazkiem jest poglądowo zilustrowany na fig. 4. Człon wykonawczy 122 wtłacza suwak 124 w elastyczną rurę 126 do powierzchni odniesienia 128 dla zaciśnięcia i 126 zamknięcia rury. Rura 126 jest korzystnie wykonana z tworzywa sztucznego o wielkiej czystości takiego jak PFA. Elastyczność rury umożliwia ściankom rury dopasowanie się do zatrzymanych cząsteczek albo niedoskonałości ścianek dla uzyskania ścisłego uszczelnienia. Tor przepływu jest prosty, co minimalizuje spadek ciśnienia i turbulencje. Płyn styka się tylko z rurą przepływową 126 zapobiegając zużyciu albo korozji innych części zaworu i zapobiegając zanieczyszczeniom metalowym zawiesin w przypadku zastosowania o wielkiej czystości, takiego jak operacje wygładzania półprzewodników.

Znane zawory zaciskowe są zwykle dwustabilne załączenie i wyłączenie. Pewne znane zawory zaciskowe mają ręczny człon wykonawczy z wieloobrotową rączką ale ten typ zaworu nie byłby odpowiedni dla regulacji przepływu z zamkniętą pętlą. Inne zawory zaciskowe są stosowane dla dozowania w procesach seryjnych, w których ilość dozowanego materiału jest regulowana czasem otwarcia zaworu. To nie pozwala na dynamiczne regulowanie prędkości przepływu.

Zawór, który ma tylko dwa stany może być regulowany przez przyłożenie zmiennego prądu albo napięcia do członu wykonawczego zaworu. W jednym przykładzie wykonania, modulacja szerokości impulsu (PWM) jest stosowana dla regulacji zaworu. PWM jest uzyskane przez generowanie sygnału o przebiegu kwadratowym o częstotliwości leżącej powyżej częstotliwości odpowiedzi mechanicznej zaworu. Cykl pracy sygnału zmienia się dla określenia odpowiedniego napięcia albo prądu przesłanego do urządzenia. Na przykład, jeżeli i sygnał PWM jest regulowany pomiędzy 0-12 woltów, 0% cykl pracy = 0 woltów, 50% cyklu pracy = 6 woltów, a 100% cyklu pracy = 12 woltów. Uśrednienie zachodzi ponieważ częstotliwość sygnału leży powyżej częstotliwości odpowiedzi mechanicznej zaworu. Położenie zaworu jest zależne od średniego prądu zasilania.

Dostarczane napięcie jest proporcjonalne do szerokości impulsu sygnału.

PL 206 930 B1

Jeżeli częstotliwość sygnału jest zbyt mała, zawór będzie miał czas na pełną odpowiedź na sygnały załączenia wyłączenia powodując pulsacyjny przepływ wyjściowy, co jest ogólnie niepożądane. Typowy człon wykonawczy zaworu zaciskowego jest solenoidem, który ma element sprężynowy wstępnie wyregulowany tak, że określa prąd wymagany dla zamknięcia solenoidu. Regulacja wstępnego obciążenia sprężyny zaworu może poprawić zakres regulacji zaworu. W innych wykonaniach, rdzeń solenoidu jest zamieniony przez rdzeń zawieszony na sprężynie. Rdzeń zawieszony na sprężynie minimalizuje nieliniową odpowiedź zaworu spowodowaną tarciem, co minimalizuje histerezę i strefę nieczułości typową dla dostępnych zaworów zaciskowych uruchamianych za pomocą solenoidów.

Alternatywnym do solenoidu regulowanego PWM rozwiązaniem jest użycie członu wykonawczego z silnikiem krokowym, który przenosi regulowany, określony obrót na napęd bolca przez układ przekładni ślimakowej. Regulatory z silnikiem krokowym mogą być zaprojektowane tak, że wykonują określoną liczbę kroków proporcjonalną do analogowego sygnału wejściowego. Luz, a więc histereza zaworu może być zminimalizowany przez odpowiednie zaprojektowanie przekładni ślimakowej, która minimalizuje luz. Silnik krokowy ogólnie wykazuje fluktuacje niezależne od temperatury i ciś nienia, które mogą powodować zmiany w zaciskaniu przewodu rurowego. Silnik krokowy jest elementem dla regulacji położenia tak, że jest on niezależny od zmian zaciskania przewodu. Zawór zaciskowy, z przewodem zaciskowym jest integralną częścią systemu, prąd jest podawany do członu wykonawczego zaworu, który wywiera siłę na przewód zaciskowy, który zamyka rurę. Jeżeli właściwości rury zmieniają się przy zmianach temperatury albo ciśnienia, zmienia się przekrój przewodu, a więc zmienia się prędkość przepływu przy danym ustawieniu solenoidu. Ponadto, człon wykonawczy z silnikiem krokowym może pozostawać w ostatnim położeniu dla zapewnienia szybkiej odpowiedzi dla uzyskania wartości zadanej na początku cyklu dostarczania płynu.

Przepływomierz 112 Coriolisa i urządzenie regulujące przepływ 110 może być skonfigurowane jako zespół zintegrowany, umieszczony w jednej obudowie 116, a ponadto regulator 114 może także być umieszczony w tej samej obudowie 116 dla uzyskania zintegrowanego regulatora przepływu masy Coriolisa o wielkiej czystości.

Alternatywnie, urządzenie 110 regulujące przepływ może zawierać pompę o zmiennym wydatku, taką jak pompa przewodowa. W jeszcze innych przykładach wykonania, zbiornik ciśnieniowy albo zbiornik, w którym ciśnienie zmienia się dla zmiany prędkości przepływu płynu dozowanego ze zbiornika działa jako urządzenie 110 regulujące przepływ. Na przykład, odnosząc się do fig. 2, zbiornik 118 płynu może być poddawany zmiennemu ciśnieniu dla zmiany prędkości przepływu płynu wypływającego ze zbiornika 118. Regulowanie w ten sposób prędkości przepływu płynu może być obok albo zamiast pokazanego urządzenia 110 regulującego przepływ. Takie alternatywne urządzenia regulujące przepływ są omówione szczegółowo poniżej w powiązaniu z dalszymi przykładami wykonania wynalazku.

Fig. 5 przedstawia układ 200 sporządzania mieszaniny w czasie rzeczywistym, według wynalazku. Przedstawiony układ jest układem wielkiej czystości, odpornym na korozję opartym na przepływie masy, którego celem jest usunięcie wad związanych ze stanem techniki. Co najmniej dwa czynniki są niezbędne dla uzyskania takich właściwości. Jednym jest wielkiej czystości tor przepływu, a drugim jest pomiar prędkości przepływu masy. Zgodnie z tym, układ 200 zawiera przepływomierz 212 Coriolisa mający rurę przepływową z tworzywa sztucznego o wielkiej czystości jak opisano powyżej. Przepływomierz 212 Coriolisa zapewnia pomiar gęstości, który może być stosowany jako sprzężenie zwrotne rzeczywistej koncentracji mieszaniny, gdy mieszanina jest roztworem dwuskładnikowym takim jak kwas z wodą. Koncentracja ciał stałych w zawiesinie może także być monitorowana przy wykorzystaniu pomiaru gęstości. Oprócz prędkości przepływu masy i gęstości, przepływomierz 212 może być skonfigurowany dla dostarczania dodatkowych wyjściowych sygnałów pomiarowych, takich jak pomiar temperatury.

Wykorzystanie przepływomierza 212 masy umożliwia, sporządzanie mieszaniny wielu strumieni płynu 220 w czasie rzeczywistym w linii produkcyjnej. Jak podano powyżej, pomiar prędkości przepływu masy jest korzystniejszy niż pomiar objętościowy ponieważ pożądane reakcje chemiczne typowo zachodzą na bazie molowej (masowej).

Układ 200 sporządzania mieszaniny w czasie rzeczywistym ponadto zawiera urządzenia 210 regulujące przepływ, takie jak zawory zaciskowe opisane powyżej. Przepływomierze 212 przekazują do regulatora sygnały wyjściowe określające, na przykład, prędkości przepływu płynu, temperaturę i gęstość 214. W oparciu o wcześniej określone lub podawane w czasie rzeczywistym parametry zadane prędkości przepływu strumienia płynu, regulator 214 wysyła sygnały regulacyjne do urządzenia 210 regulującego przepływ, aby dostarczyć pożądaną ilość mieszaniny płynu do elementu roboczego.

PL 206 930 B1

W ten sposób, rozmaite płyny 220 są łączone dla utworzenia jednego strumienia płynu, który jest dostarczany do wspólnego przewodu 216. Komora mieszania 218 może ponadto być wprowadzona dla uzyskania pełnego zmieszania płynów 220. Ponadto, zawory zwrotne (niepokazane) mogą być wprowadzone dla zapewnienia, że indywidualne strumienie płynu 220 nie są zanieczyszczone z powodu zmian ciśnienia dostarczanego strumienia płynu.

Ponadto, może być wprowadzony interfejs człowiek - maszyna - (MMI). Interfejs MMI dostarcza, na przykład, komunikaty o wartościach i stanie sygnałów wejściowych i wyjściowych jak również dostarcza wstępnie określone alarmy gdy wartości zaprogramowanego sygnału wejściowego albo innych pomiarów przekroczą dopuszczalny zakres wartości. Ponadto, sygnały wejściowe i wyjściowe pomiędzy rozmaitymi elementami składowymi układ 200 mogą wszystkie być połączone jedną parą szyn kablowych. Ponadto, w pewnych przykładach wykonania, układ jest także zdolny do kalibrowania, testowania i nadzoru układu przez regulator 214, jak również konfiguracji i wyboru wcześniej skonfigurowanych przepisów sporządzania mieszaniny. Chociaż układ 200 według wynalazku jak pokazano na fig. 4 pokazuje przepływomierz 212, urządzenie 210 regulujące przepływ i regulator 214 jako oddzielne elementy powinno być zrozumiałe, że rozmaite kombinacje tych elementów składowych mogą być skonfigurowane jako zintegrowany zespół we wspólnej obudowie.

Układ 300 rozdziału przepływającego płynu jest pokazany na fig. 6. Układ 300 rozdziału zawiera przepływomierz 312 Coriolisa mający rurę przepływową wykonaną z tworzywa sztucznego o wielkiej czystości jak omówiono powyżej. Przepływomierz 312 ma połączenie dla płynu z urządzeniem regulującym przepływ, takim jak zawór zaciskowy 310, i nadajnikiem 330 ciśnienia. Regulator 314 odbiera sygnały pomiarowe z przepływomierza 312 i nadajnika 330 ciśnienia, i dostarcza sygnał regulacyjny do zaworu 310. Regulator 314, przepływomierz 312 Coriolisa, przetwornik 330 ciśnienia i zawór 310 mogą być indywidualnymi elementami składowymi, albo mogą być połączone jako zintegrowany system regulacji przepływu i ciśnienia.

Zbiornik 316 zawiera płyn, który ma być dostarczany do wielu odpływów 350 do narzędzi poprzez przewód 351. Każdy odpływ 350 do narzędzia jest połączony z odpowiednim narzędziem 352 takim jak narzędzie do czyszczenia, trawienia albo CMP, dla dostarczania płynu do narzędzia 352. Moduł rozdzielający 354, taki jak pompa, powoduje przepływ płynu ze zbiornika 316 przez układ 300. Alternatywnie, gaz obojętny taki jak azot może być dostarczony do zbiornika 316 dla wytworzenia ciśnienia w zbiorniku 316 i spowodowania przepływu płynu.

Przepływomierz 312 masy Coriolisa umożliwia użytkownikowi monitorowanie prędkości przepływu w układzie 300. Poprzez układ regulacji przepływu masy i ciśnienia, minimalne ciśnienie może być utrzymane w każdym odpływie 350 do narzędzia dla wyeliminowania fluktuacji rozpływu spowodowanych ciśnieniem, które mogłyby wpłynąć na parametry związanych narzędzi 352. Zminiaturyzowana wersja regulatora ciśnienia/przepływu może być stosowana dla utrzymania ciśnienia i prędkości przepływu masy do każdego narzędzia dla skompensowania zmian w pętli ciśnienia. Takie regulatory ciśnienia/przepływu związane z każdym narzędziem mogą pracować indywidualnie, albo regulator 314 może pracować jako regulator nadrzędny.

Jak przedstawiono powyżej, przepływomierz 312 masy Coriolisa może realizować pomiar gęstości, który może być stosowany jako sprzężenie zwrotne rzeczywistego stężenia mieszaniny, gdy mieszanina jest roztworem dwuskładnikowym ciężkiego elementu składowego takiego jak kwas z wodą. Koncentracja ciał stałych w zawiesinie może także być monitorowana przy wykorzystaniu pomiaru gęstości.

Jak przedstawiono powyżej, dla uzyskania układu wielkiej czystości cały tor przepływu musi być wykonany z chemicznie obojętnego/odpornego materiału o wielkiej czystości. Fig. 7A przedstawia w uproszczeniu przetwornik 330 ciśnienia wielkiej czystości połączony z procesem zwilżania zawierający przeponę ciśnieniową wykonaną z jednego elementu z tworzywa sztucznego o wielkiej czystości. Kluczowym wymaganiem dla aparatury stosowanej w układzie rozprowadzania a o wielkiej czystości jest, że żadne urządzenie nie może być źródłem wycieku. Unika się połączeń gwintowanych; korzystnym sposobem wykonania połączeń procesowych jest użycie uszczelnień czołowych. Wykonanie połączeń procesowych 360 poza jednym elementem z tworzywa sztucznego zapewnia, że nie ma połączeń gwintowanych, które mogą być źródłem upływów.

Przetwornik 330 ciśnienia zawiera uchwyt 358 czujnika, który może być wykonany z polipropylenu ponieważ nie jest częścią toru przepływu. Komora 360 ciśnienia wykonana z materiału o wielkiej czystości takiego jak PFA jest umieszczona w uchwycie 358 czujnika. Komora 360 ciśnienia określa prowadnicę 361 wlotu płynu procesowego odchodzącą od niej. Dla zapewnienia stabilnych parame10

PL 206 930 B1 trów pomiaru ciśnienia, ceramiczny czujnik 362 ciśnienia przylega do przepony 364 o wielkiej czystości (na przykład, 1 mm gruby PFA) i dowolne relaksacje tworzywa sztucznego (zwane także pełzaniem) są kompensowane przez pierścień elastomerowy 366 umieszczony na czujniku ceramicznym 362, który utrzymuje ceramiczny czujnik przy przeponie 364 z tworzywa sztucznego ze stałą siłą. W ten sposób, cała mokra część przetwornika 330 ciśnienia jest wykonana z PFA albo innego odpowiedniego tworzywa sztucznego o wielkiej czystości.

Alternatywny czujnik 331 ciśnienia jest pokazany na fig. 7B. Czujnik 331 ciśnienia wykorzystuje mały pojemnościowy czujnik 370 ciśnienia wykonany z szafiru. Czujnik jest osłonięty w materiale o wielkiej czystości takim, jak PFA 372 i wychodzi do komory 360 ciśnienia w taki sposób, że ciśnienie płynu ściska czujnik 370. Zaletą rozwiązania pokazanego na fig. 8B jest to, że nie ma stałego odniesienia, takiego jak solidna struktura, wymaganego dla dokładnego pomiaru ciśnienia. Obudowany czujnik 370 ciśnienia jest integralną częścią komory 360 ciśnienia i jest wykonany z jednego elementu z tworzywa sztucznego o wielkiej czystości.

Fig. 8 przedstawia schemat blokowy ilustrujący poglądowo aspekty układu 400 doprowadzania płynu o wielkiej czystości dla aparatury realizującej proces CMP według wynalazku. Układ 400 doprowadzania dostarcza rozmaitych płynów, na przykład, wodę 420, środek powierzchniowo czynny albo czynnik reagujący 421 i zawiesinę 422, do narzędzia procesowego 452 dla nałożenia na płytkę półprzewodnikową. Narzędzie typowo zawiera uchwyt płytki i wkładkę polerującą. Pompy przewodowe 411 są połączone z każdym ze źródeł płynu 420, 421,422 dla pompowania odpowiedniego płynu do narzędzia 452. Ponadto, przepływomierze 412 Coriolisa o wielkiej czystości są umieszczone w przewodzie dostarczającym każdy płyn dla realizacji sprzężenia zwrotnego prędkość przepływu masy. Układ zamkniętej pętli może być uzyskany przez wykorzystanie regulacji elektronicznej i/lub programowej, takiej jak regulator PID.

Inny układ 401 doprowadzania płynu jest pokazany na fig. 9, w którym zawory regulacyjne 410, takie jak zawór zaciskowy opisany tu powyżej, są stosowane w połączeniu z przepływomierzem 412 masy Coriolisa o wielkiej czystości dla uzyskania wielkiej czystości regulacji w zamkniętej pętli w procesie CMP wielkiej czystości. W pewnych przykładach wykonania, procesowe narzędzie 452 może dostarczać sygnał załączenia wyłączenia do każdej indywidualnej pętli regulacji płynu jeżeli pętle regulacji są ustawione na pożądaną prędkość przepływu.

Różne płytki, mogą jednakże, wymagać innej obróbki a więc wymagają innego „przepisu dostarczania płynów do wkładki polerującej. Narzędzie 452 procesu CMP może sterować określoną prędkością przepływu przez wykorzystanie, na przykład, standardowych protokółów przemysłowych takich jak sygnał 4-20 mA, do każdego regulatora. Jak w układzie 300 pokazanym na fig. 6, narzędzie CMP może tylko sterować różnymi przepisami, a urządzenie regulacyjne 314 reguluje prędkość dostarczania. Główny regulator 314 ustala prędkości przepływu i odpowiednie stosunki płynów w czasie rzeczywistym.

Fig. 10 przedstawia układ 500 doprowadzania płynu pracujący w zamkniętej pętli dla procesu nakładania wirowego stosowanego dla wykonywania fotomasek albo procesu dielektrycznego nakładania płynu. Zbiornik 518 jest zbiornikiem ciśnieniowym z obojętnym gazem, takim jak azot, który jest dostarczany przewodem podającym. Płyn procesowy w zbiorniku 518 może być zawarty w torbie polimerowej 519, dla izolowania płynu od gazu wytwarzającego ciśnienie. W innych przykładach wykonania, przepona może być stosowana dla izolowania płynu procesowego od gazu. Zawór 550 regulacji ciśnienie jest umieszczony w przewodzie dostarczającym gaz obojętny dla regulowanego dopasowania obojętnego gazu dostarczanego do zbiornika 518. Zawór 550 regulacji ciśnienia może odbierać sygnał wyjściowy regulatora 514 dostarczania płynu, który ustawia zawór 550 pomiędzy położeniem otwartym i zamkniętym na podstawie sygnału ciśnienia odebranego z pierwszego przetwornika 530a ciśnienia. Regulator 514 ustala położenie zaworu 550 regulacji ciśnienia dla zwiększenia albo zmniejszenia ciśnienia zbiornika 518, w oparciu o wstępnie określone, zadane ciśnienie porównywane z ciśnieniem wyjściowym przetwornika 530a ciśnienia.

Zbiornik 518 jest połączony z przepływomierzem 512 masy Coriolisa o wielkiej czystości przez przewód wylotowy, przez który płyn procesowy opuszcza zbiornik 518. Punkt umieszczania filtru 560 jest wprowadzony dla filtrowania płynu procesowego podawanego do obrotowego elementu roboczego 562, który jest regulowany przez regulator 564 obrotów.

Przepływomierz 512 Coriolisa w torze przepływu mierzy rzeczywistą prędkość przepływu i dostarcza sygnał do regulatora 514 dostarczania płynu. Jeżeli przepływ płynu jest mały ciśnienie przyłożone do płynu wewnątrz zbiornika 518 jest zwiększane dla zapewnienia większego przepływu. ZwiękPL 206 930 B1 szenie ciśnienia dla dostarczania płynu może być konieczne ze względu na zatykanie w punkcie wprowadzenia filtru 560 albo w przewodzie, w którym płynie ciecz. Drugi i trzeci czujnik ciśnienia 530b, 530c przed i za przepływomierzem 512 mierzą różnicę ciśnienia wymaganą dla przepływu płynu przez przepływomierz 512. Pomiary prędkość przepływu i różnicy ciśnienia dostarczane przez przepływomierz 512 i czujniki ciśnienia 530b, 530c mogą być stosowane dla określenia lepkość płynu, ponieważ długość rury jest znana. Pomiar lepkości będzie pokazywał zmiany struktury chemicznej płynu. Zawór regulacyjny 510 reguluje prędkość przepływu płynu procesowego wykorzystując sygnał regulacyjny z regulatora 514 dostarczania płynu. Zawór napędzany silnikiem krokowym będzie utrzymywał ostatnie położenie.

Regulator 515 narzędzia, który może być tym samym regulatorem co regulator 514 dostarczania płynu albo oddzielnym regulatorem, dostarcza sygnał regulacyjny do regulatora 564 obrotów i także dostarcza zadaną wartość przepływu dla regulatora 514 dostarczania. Szybko działający zawór 509 otwierana/zamykania drogi płynu jest ponadto wprowadzony na wylocie zbiornika 518 w pewnych przykładach wykonania, jest on aktywowany dla otwarcia/zamknięcia przepływu przez regulator 514 dostarczania płynu, w oparciu o wymagania z regulatora 515 narzędzia. Regulator 514 dostarczania płynu przechowuje w pamięci tablicę ciśnienia i prędkości przepływu dostarczanego płynu jakie powinny być dostarczane odpowiednio przez czujnik 530b ciśnienia i przepływomierz 512 Coriolisa, związane z różnymi położeniami zaworu regulacyjnego 510. W oparciu o żądanie dostarczenia płynu wymaganego przez regulator 515 narzędzia, regulator 514 dostarczania płynu dostarcza optymalne ustawienia ciśnienia płynu i reguluje ustawieniem zaworu dla zapewnienia odpowiedniej ilości płynu podczas czasu otwarcia zaworu 509.

Alternatywny układ 501 doprowadzania płynu dla procesu nakładania wirowego jest pokazany na fig. 11. W układzie 501 doprowadzania, przepływomierz 512 Coriolisa znajduje się za pompą pomiarową 511 aby działać jako mechanizm sprzężenia zwrotnego dla zapewnienia, aby odpowiednia ilość płynu była dostarczana do elementu roboczego 562. Układy z pompą pomiarową ze stanu techniki pracują typowo z otwarta pętlą, i dowolne zatkanie systemu poniżej pompy, które zwiększa ciśnienie początkowe będzie zmieniać dostarczanie płynu do elementu roboczego. Sygnał z przepływomierza 512 Coriolisa umożliwia regulatorowi 514 dostarczania płynu zmianę pracy pompy 511 dla zapewnienia wyższego ciśnienia wyjściowego dla kompensacji zwiększonego ciśnienia w przewodzie.

Szczególne przykłady wykonania ujawnione powyżej są tylko ilustracjami, bo wynalazek może być modyfikowany i realizowany innymi ale równoważnymi sposobami, oczywistymi dla fachowców korzystających z niniejszego opisu. Ponadto nie przewidziano ograniczeń w szczegółach konstrukcyjnych albo projektowych tu pokazanych, innych niż opisano w załączonych zastrzeżeniach. Jest dlatego oczywiste, że szczególne przykłady wykonania ujawnione powyżej mogą być zmieniane albo modyfikowane i wszystkie takie zmiany są objęte zakresem i ideą wynalazku. Dlatego, żądana tu ochrona jest określona załączonymi zastrzeżeniami.

Claims (27)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ doprowadzania płynu, zawierający przepływomierz masy Coriolisa, mający rurę przepływową z tworzywa sztucznego o wielkiej czystości, znamienny tym, że zawiera zbiornik (518) mający wlot i wylot połączony dla płynu z przepływomierzem (512) masy Coriolisa, przy czym z wlotem do zbiornika (518) połączone jest pierwsze urządzenie (550) regulujące przepływ, jak również z wlotem do zbiornika (518) jest połączony pierwszy przetwornik (530a) ciśnienia, zaś drugie urządzenie (511) regulujące przepływ jest połączone dla płynu z wylotem ze zbiornika (518) i z przepływomierzem (512) masy Coriolisa, jak również z wylotem ze zbiornika (518) jest połączony drugi przetwornik (530b) ciśnienia, a ponadto z przepływomierzem (512) masy Coriolisa, z pierwszym urządzeniem (550) regulującym przepływ, z pierwszym przetwornikiem (530a) ciśnienia, z drugim urządzeniem (511) regulującym przepływ i z drugim przetwornikiem (530b) ciśnienia jest połączony regulator (514).
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że tworzywo sztuczne o wielkiej czystości zawiera PFA.
3. 3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że drugie urządzenie (511) regulujące przepływ zawiera zawór.
4. 4. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że zawór stanowi zawór zaciskowy (120).
5. 5. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że zawór zaciskowy (120) zawiera człon wykonawczy (122) mający bolec (124) roboczo z nim połączony, powierzchnię odniesienia (128) usytuowaną

   PL 206 930 B1 zasadniczo naprzeciw bolca (124), oraz elastyczny przewód (126) o wielkiej czystości umieszczony pomiędzy bolcem (124) i powierzchnią odniesienia (128).
6. 6. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że człon wykonawczy (122) zawiera solenoid.
7. 7. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że człon wykonawczy (122) zawiera silnik krokowy.
8. 8. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że drugie urządzenie (511) regulujące przepływ stanowi pompa mająca zmienny wydatek.
9. 9. Układ według zastrz. 8, znamienny tym, że pompę (511) stanowi pompa przewodowa.
10. 10. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zbiornik (518) zawiera umieszczoną w nim torbę (519).
11. 11. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że regulator (514) stanowi regulator PID.
12. 12. Układ rozdziału przepływającego płynu, zawierający zbiornik płynu, znamienny tym, że zawiera przewód rozdzielczy (351) połączony dla płynu ze zbiornikiem (316), przy czym ten przewód rozdzielczy (351) ma wiele odpływów (350) do narzędzi, oraz zawiera urządzenie (310) regulujące przepływ i przepływomierz (312) masy Coriolisa połączony dla płynu z tym urządzeniem (310) regulującym przepływ, przy czym przepływomierz (312) Coriolisa ma rurę przepływową (52) wykonaną z tworzywa sztucznego o wielkiej czystości, i z tym przepływomierzem (312) masy Coriolisa jest połączony dla płynu przetwornik (330) ciśnienia, jak również zawiera regulator (314) połączony z przepływomierzem (312) masy Coriolisa, urządzeniem (310) regulującym przepływ i przetwornikiem (330) ciśnienia, a ponadto zawiera wiele urządzeń regulujących przepływ w odpływach do narzędzi, przy czym każde urządzenie regulujące przepływ w odpływie do narzędzia znajduje się w przewodzie odpowiedniego odpływu (350) do narzędzia, oraz wiele przepływomierzy masy Coriolisa w odpływach do narzędzi, przy czym każdy przepływomierz masy Coriolisa w odpływie do narzędzia znajduje się w przewodzie odpowiedniego odpływu (350) do narzędzia, zaś każdy przepływomierz masy Coriolisa w odpływie do narzędzia ma rurę przepływową wykonaną z tworzywa sztucznego o wielkiej czystości.
13. 13. Układ według zastrz. 12, znamienny tym, że ponadto zawiera wiele regulatorów w odpływach do narzędzi, przy czym każdy regulator w odpływie do narzędzia jest połączony z odpowiednim urządzeniem regulującym przepływ w odpływie do narzędzia i przepływomierzem masy Coriolisa w odpływie do narzędzia.
14. 14. Układ według zastrz. 12, znamienny tym, że urządzenie (310) regulujące przepływ zawiera zawór zaciskowy (120).
15. 15. Układ według zastrz. 12, znamienny tym, że przetwornik (300) ciśnienia zawiera uchwyt (358) czujnika, a w tym uchwycie (358) czujnika umieszczona jest komora (360) ciśnienia zawierająca przeponę (364), przy czym komora (360) ciśnienia i przepona (364) są wykonane z tworzywa sztucznego o wielkiej czystości, zaś z przeponą (364) jest połączony czujnik (362) ciśnienia, a pomiędzy przeponą (364) i uchwytem (358) czujnika jest umieszczony pierścień uszczelniający (366).
16. 16. Układ według zastrz. 12, znamienny tym, że przetwornik (330) ciśnienia zawiera uchwyt (358) czujnika, zaś w uchwycie (358) czujnika jest umieszczona komora (360) ciśnienia, a do tej komory (360) ciśnienia dochodzi czujnik (370) ciśnienia obudowany tworzywem sztucznym o wielkiej czystości.
17. 17. Układ według zastrz. 16, znamienny tym, że czujnik (370) ciśnienia jest wykonany z szafiru.
18. 18. Układ doprowadzania płynu, zawierający zbiornik mający wlot i wylot, znamienny tym, że zawiera pierwsze urządzenie (550) regulujące przepływ połączone z wlotem do zbiornika (518), drugie urządzenie (511) regulujące przepływ połączone dla płynu z wylotem ze zbiornika (518), i z tym drugim urządzeniem (511) regulującym przepływ jest połączony dla płynu przepływomierz (512) masy Coriolisa, mający rurę przepływową (52) wykonaną z tworzywa sztucznego o wielkiej czystości, a ponadto, z wlotem do zbiornika (518) jest połączony przetwornik (530a) ciśnienia, oraz zawiera regulator (514) połączony z przepływomierzem (512) Coriolisa, przetwornikiem (530a) ciśnienia, pierwszym urządzeniem (550) regulującym przepływ i drugim urządzeniem (511) regulującym przepływ.
19. 19. Układ według zastrz. 18, znamienny tym, że ponadto zawiera przetwornik (530b) ciśnienia połączony z wylotem ze zbiornika (518).
20. 20. Układ według zastrz. 19, znamienny tym, że przetwornik (530b) ciśnienia jest połączony z wylotem ze zbiornika (518) za przepływomierzem (512) masy Coriolisa.
21. 21. Układ według zastrz. 19, znamienny tym, że przetwornik (530b) ciśnienia jest połączony z wylotem ze zbiornika (518) przed przepływomierzem (512) masy Coriolisa.

    PL 206 930 B1
22. 22. Układ według zastrz. 18, znamienny tym, że ponadto zawiera przetworniki (530b, 530c), pierwszy i drugi, połączone z wylotem ze zbiornika (518), odpowiednio przed i za przepływomierzem (512) masy Coriolisa.
23. 23. Układ według zastrz. 18, znamienny tym, że regulator (514) stanowi regulator (514) dostarczania płynu, a układ ponadto zawiera regulator (515) narzędzia.
24. 24. Układ według zastrz. 18, znamienny tym, że ponadto zawiera filtr (560) połączony z wylotem ze zbiornika (518).
25. 25. Układ według zastrz. 18, znamienny tym, że ponadto zawiera torbę (519) umieszczoną w zbiorniku (518).
26. 26. Układ według zastrz. 18, znamienny tym, że drugie urządzenie (511) regulujące przepływ zawiera zawór zaciskowy (120).
27. 27. Układ według zastrz. 18, znamienny tym, że drugie urządzenie (511) regulujące przepływ zawiera pompę pomiarową.