TW202037895A - 用於高溫化學溶液的取樣裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係關於在某些工業製程中用於取樣溶液，諸如高溫化學溶液之取樣裝置。該取樣裝置與再循環管線整合，自該再循環管線汲取樣本，藉此減少或防止由溶液沈澱導致之製程組件的堵塞。

Description

用於高溫化學溶液的取樣裝置

本發明係關於用於取樣某些工業製程中使用之溶液(諸如高溫化學溶液)之取樣裝置，包括該等取樣裝置之系統及與取樣此類溶液相關之方法。

化學溶液已用於在某些工業製程中清潔及蝕刻表面，例如在半導體、電子、太陽能、金屬表面處理及印刷配線板(printed wiring board，PWB)工業中。在此等製程期間，經由量測及監測維持此類化學溶液之預定濃度。為了分析溶液濃度，可使用某些技術，包括使用取樣裝置自處理儀器之處理槽取樣化學溶液。化學溶液經由再循環管線循環至處理槽及自處理槽循環。取樣裝置自再循環管線(例如，經由管道)取樣及接收化學溶液，且將樣本導向位於下游之量測單元。隨後在量測單元中量測及分析樣本，且測定溶液組分之濃度。接著可例如藉由添加某些化學試劑來調節化學溶液組分之濃度。

例如在半導體晶片製造或其他工業中之一些製程需要高溫下之化學溶液。另外，半導體清潔及蝕刻製程可具有升高之操作溫度。某些取樣裝置在再循環管線與取樣裝置之間提供管道。為量測處理槽(例如，電鍍、蝕刻或清潔)中化學溶液之組分之濃度，自位於處理槽與取樣裝置之間的再循環管線汲取樣本。取樣裝置在特定時段打開，樣本流動至量測單元(例如分析器)。因此，取樣高溫化學溶液之間的時段(例如，自幾分鐘至幾小時)可致使取樣裝置內部及取樣裝置下游之溶液溫度降低，從而導致沈澱。溶液沈澱可堵塞取樣及量測系統之組件(例如，管、閥、感測器及其他裝置)。另外，可使用清潔溶液清潔取樣裝置與位於下游之量測單元之間的管道及其他組件。然而，清潔位於再循環管線與取樣裝置之間的通道可導致再循環管線中之溶液污染。再循環管線中之溶液污染可損壞處理槽中之產物。

因此，仍需要在某些工業製程中用於取樣溶液(諸如高溫化學溶液)之取樣裝置，該取樣裝置減少或防止溶液沈澱及系統之組件的堵塞。本發明解決此等及其他需求。

所揭示之主題提供用於在製程控制期間取樣溶液(諸如高溫化學溶液)以監測其濃度之新穎取樣裝置及包括該等取樣裝置之監測系統。

如本文中所體現，本發明之一例示性實施例提供取樣裝置。取樣裝置可包括循環通道、取樣T形管以及樣本通道。循環通道可包括入口及出口。循環通道可經組態以接收用於取樣之溶液。取樣T形管可安置於入口與出口之間。取樣T形管可經組態以自循環通道取樣溶液。樣本通道可經組態以自取樣T形管接收取樣溶液。

在某些實施例中，取樣裝置可進一步包括溶液控制機構。溶液控制機構可安置於取樣T形管與樣本通道之間。溶液控制機構可經組態以控制由樣本通道接收之取樣溶液之量。

在某些實施例中，溶液控制機構為閥。該閥可包括固定或可調節之開口。

在某些實施例中，溶液為高溫化學溶液。

在某些實施例中，取樣溶液取樣預定體積之溶液。

本發明揭示之主題進一步提供一種用於監測製程溶液之濃度的設備。該設備可包括再循環管線、取樣裝置及監測裝置。取樣裝置可耦接至再循環管線。取樣裝置可包括循環通道、取樣T形管以及樣本通道。循環通道可包括入口及出口。入口及出口可各自經組態以耦接至再循環管線。取樣T形管可安置於入口與出口之間。取樣T形管可經組態以自循環通道取樣溶液。樣本通道可經組態以自取樣T形管接收取樣溶液。量測裝置可經組態以自樣本通道接收取樣溶液。量測裝置可經組態以測定取樣溶液的濃度。

在某些實施例中，監測系統進一步包括冷卻器。冷卻器可安置於取樣裝置與監測裝置之間。

在某些實施例中，取樣裝置可進一步包括溶液控制機構。溶液控制機構可安置於取樣T形管與樣本通道之間。

根據以下實施方式並結合隨附圖式，本發明揭示之主題的其他特徵及優點對於熟習此項技術者將顯而易見。

相關申請案之交叉引用 本申請案主張2018年5月30日申請之美國臨時申請案序號62/678,089之優先權，其內容特此以全文引用之方式併入。

本發明揭示之主題提供用於取樣用於某些工業製程中之溶液(諸如高溫化學溶液)之新穎取樣裝置，包括該等取樣裝置之系統及與取樣此類溶液相關之方法。本發明揭示之主題提供具有整合式抗堵塞特徵之取樣裝置，其在製程控制之取樣期間減少或防止溶液(例如，高溫化學溶液)之沈澱。

本說明書中所使用之術語在本發明之上下文中及在使用各術語之特定上下文中通常具有其在此項技術中之一般含義。以熟習此項技術者通常已知之方式使用本發明中所使用之技術術語。下文或在本說明書中之別處論述某些術語，以在描述本發明之裝置、系統及方法方面提供額外指導。

提及「實施例(embodiment)」、「一實施例(an embodiment)」、「一個實施例(one embodiment)」、「在各種實施例中(in various embodiments)」等指示所描述之一或多個實施例可包括特定特徵、結構或特性，但每一實施例可能未必包括特定特徵、結構或特性。此外，此類片語未必指代同一實施例。另外，在結合一實施例來描述特定特徵、結構或特性時，據認為，無論是否予以明確描述，結合其他實施例來影響該特徵、結構或特性在熟習此項技術者之知識範圍內。在閱讀本發明之後，如何在替代性實施例中實施本發明將對熟習相關技術者顯而易見。

如本文中所使用，術語「約(about)」或「大致(approximately)」意謂在如由一般熟習此項技術者所測定之特定值的可接受誤差範圍內，其將部分取決於如何量測或測定該值，亦即量測系統之侷限性。舉例而言，「約」可意謂既定值之至多20%、至多10%、至多5%及或至多1%之範圍。

片語「預定濃度」係指溶液中之組分的已知、目標或最佳濃度。

片語「化學溶液」係指兩種或更多種物質(例如溶解於溶劑中之溶質)之均勻混合物。片語「化學溶液」可指用於蝕刻或清潔製程之蝕刻或清潔溶液。

片語「高溫化學溶液」係指具有至少約120℃之溫度的化學溶液。

片語「沈澱溫度」係指化學溶液中之組分自溶液沈澱，自溶液形成可分離之固體物質的溫度。

術語「耦接(coupled)」或「耦接(couples)」係指一或多個組件彼此組合且如本文所使用意欲意謂間接或直接連接。因此，若一個裝置耦接至第二裝置，則彼連接可經由直接連接，或經由藉由其他裝置或連接件來間接機械連接或其他連接。

圖1A及1B提供本發明揭示之主題的取樣裝置之非限制性例示性圖，該取樣裝置包括分別處於閉合及打開位置之溶液控制裝置。在某些實施例中，取樣裝置可用以取樣預定體積之溶液(例如，高溫化學溶液)樣本。高溫化學溶液可包括例如溫度為約120℃至約200℃之熱磷酸。熟習此項技術者將瞭解，廣泛多種溶液適合於與本發明一起使用。在某些實施例中，溶液可具有以下之溫度：約120℃至約200℃、約120℃至約180℃、約120℃至約160℃、約120℃至約140℃、約140℃至約200℃、約140℃至約180℃、約140℃至約160℃、約160℃至約200℃、約160℃至約180℃或約180℃至約200℃。在替代實施例中，溶液可具有小於約120℃之溫度。在特定實施例中，溶液可具有至少約120℃、約140℃、約160℃或約180℃之溫度。較佳地，在某些實施例中，溶液可具有約160℃至約180℃之溫度。

在某些實施例中，取樣裝置100 可包括入口110 、出口120 、取樣T形管130 、溶液控制裝置140 以及通道150 。在某些實施例中，入口110 可給取樣裝置100 供應來自處理儀器之處理槽的溶液。在某些實施例中，出口120 可將溶液供應至處理儀器之處理槽。因此，溶液可經由取樣裝置100 自處理儀器之處理槽再循環。入口110 與出口120 之間的通道可安置於取樣裝置100 之主體內部。來自連接至入口110 及出口120 之再循環管線中之溶液的熱量可使取樣裝置100 中之溶液之溫度維持在溶液之沈澱溫度以上。對於某些蝕刻溶液，溶液之沈澱溫度可包括溫度為約120℃之熱磷酸。另外，熱量可經由入口110 與出口120 之間的通道傳輸至取樣裝置100 之主體，且減少或防止取樣時段之間的取樣裝置100 內部之溶液之冷卻。

在某些實施例中，取樣裝置100 可進一步包括取樣T形管130 。取樣T形管130 可安置於入口110 與出口120 之間。取樣T形管130 可經組態以收集預定體積，例如約15 mL至約50 mL之溶液樣本。舉例而言，取樣T形管130 可收集約15 mL至約45 mL、約15 mL至約40 mL、約15 mL至約35 mL、約15 mL至約30 mL、約15 mL至約25 mL，或約15 mL至約20 mL之溶液。舉例而言，取樣T形管130 可收集約15 mL、約20 mL、約25 mL、約30 mL、約35 mL、約40 mL、約45 mL或約50 mL之溶液。較佳地，在某些實施例中，取樣T形管130 可收集約15 mL至約30 mL之溶液。因此，取樣T形管130 可收集自入口110 至出口120 循環通過取樣裝置100 的溶液之樣本。因此，不經由連接至再循環管線之管道將樣本提供至取樣裝置100 。在某些實施例中，取樣裝置100 可進一步包括溶液控制裝置140 。溶液控制裝置140 可安置於取樣T形管130 與出口120 之間。在某些實施例中，溶液控制裝置140 可控制溶液遞送至位於下游之量測裝置。

參考圖1A，在閉合狀態下，溶液控制裝置140 可至少部分地阻斷樣本或溶液，例如供應至位於下游之量測裝置。參考圖1B，在打開狀態下，溶液控制裝置140 可允許將樣本或溶液至少部分遞送至位於下游之量測裝置。溶液控制裝置140 可包括閥。溶液控制裝置140 可包括例如隔膜閥。隔膜閥可包括氣動或螺線管致動器。隔膜閥可包括具有固定開口之隔膜，該固定開口具有兩個位置。隔膜之兩個位置可包括閉合位置(亦即，阻斷至少一部分至所有溶液流動)及打開位置(亦即，提供最大孔口用於溶液流動)，用於控制溶液流動通過溶液控制裝置140 。溶液控制裝置140 可包括例如可調節閥。可調節閥可包括隔膜行進限制器(例如，可調節機械止動件)。隔膜行進限制器可調節處於打開位置之溶液控制裝置140 的孔口大小(亦即，溶液之流動速率)。熟習此項技術者將瞭解，廣泛多種閥及機構適合於與本發明之溶液控制裝置140 一起使用。在某些實施例中，取樣裝置100 可進一步包括通道150 。通道150 可將樣本提供至位於下游之量測裝置。在某些實施例中，若提供複數個再循環管線，則通道150 可位於具有若干取樣裝置之歧管內部。通道150 可例如用管道連接至位於下游之冷卻器。通道150 亦可連接至分析室以量測溶液組分之濃度。在某些實施例中，溶液控制裝置140 可安置於取樣T形管130 與通道150 之間。因此，溶液控制裝置140 可控制樣本或溶液自樣本T形管130 經由通道150 遞送至量測裝置。

本發明揭示之主題可包括監測系統。例如但不限於，此類監測系統可包括如上文所揭示之一或多個取樣裝置且包括於處理系統中。

圖2提供包括取樣裝置之監測系統及包括取樣裝置之處理系統的非限制性例示性圖。在某些實施例中，處理系統可包括處理儀器200 。在某些實施例中，監測系統可包括再循環管線210 、取樣裝置220 及量測裝置230 。在某些實施例中，處理儀器200 可用以在製造製程中執行某一程序步驟。在某些實施例中，處理系統可包括一或多個處理儀器200 。處理儀器200 可包括處理槽。處理槽可含有溶液，例如用於製程之高溫化學溶液。溶液可經由再循環管線210 再循環至處理儀器200 之處理槽。再循環管線210 可具有相對較高溫度。舉例而言，在某些實施例中，再循環管線210 可具有至少約120℃、約140℃、約160℃、約180℃或約200℃之溫度。在特定實施例中，再循環管線210 可具有約120℃至約200℃、140℃至約180℃或約160℃至約180℃之溫度。

在某些實施例中，再循環管線210 可與取樣裝置220 整合。舉例而言，再循環管線210 可與取樣裝置220 之入口及出口續接。取樣裝置220 可用以自處理儀器200 之處理槽取樣預定體積之溶液樣本。在某些實施例中，取樣裝置220 可連接至位於下游之量測裝置230 。量測裝置230 可量測由取樣裝置220 自再循環管線210 取樣之溶液的濃度。量測裝置230 可包括具有光源及光譜儀之光譜室、具有例如離子選擇電極、pH電極、電導電極或其組合之分析室。熟習此項技術者應瞭解，廣泛多種量測裝置適合於與本發明一起使用。

圖3提供包括取樣裝置之監測系統及包括該取樣裝置之處理系統的非限制性例示性圖，該取樣裝置包括一或多個取樣T形管。處理系統可包括處理儀器300 ，該處理儀器包括第一處理槽302 及第二處理槽304 。監測系統可包括第一再循環管線310 及第二再循環管線320 、包括第一取樣T形管330 及第二取樣T形管340 之取樣裝置、第一閥350 及第二閥360 、冷卻器370 及量測裝置380 。處理系統可包括處理儀器300 。處理儀器300 可在製造製程中執行某一生產步驟。在某些實施例中，處理系統包括一或多個處理儀器300 。在某些實施例中，處理儀器300 可包括一或多個處理槽302 及304 。處理槽302 及304 可含有溶液，例如在生產步驟期間使用之高溫化學溶液。在某些實施例中，處理儀器300 可包括第一處理槽302 及第二處理槽304 。第一處理槽302 及第二處理槽304 可包括相同溶液。在某些實施例中，第一處理槽302 及第二處理槽304 可包括不同溶液。監測系統可包括第一再循環管線310 及第二再循環管線320 。在某些實施例中，第二再循環管線320 可連接至處理儀器300 之第一處理槽302 。在某些實施例中，第一再循環管線310 可連接至處理儀器300 之第二處理槽304 。第一再循環管線310 及第二再循環管線320 可分別將溶液再循環至處理儀器300 之第一槽302 及第二槽304 及自處理儀器300 之第一槽302 及第二槽304 再循環。第一再循環管線310 及第二再循環管線320 可各自具有相對較高溫度。舉例而言，在某些實施例中，第一再循環管線310 及第二再循環管線320 可具有至少約120℃、約140℃、約160℃、約180℃或約200℃之溫度。在特定實施例中，第一再循環管線310 及第二再循環管線320 可具有約120℃至約200℃、140℃至約180℃、或約160℃至約180℃之溫度。

在某些實施例中，監測系統可進一步包括取樣裝置，該取樣裝置分別包括第一取樣T形管330 及第二取樣T形管340 。第一取樣T形管330 可連接至第二再循環管線320 。舉例而言，第一取樣T形管330 可與第二再循環管線320 整合。第一取樣T形管330 可取樣經由第二再循環管線320 循環至第一處理槽302 之溶液。第二取樣T形管340 可連接至第一再循環管線310 。舉例而言，第二取樣T形管340 可與第一再循環管線310 整合。第二取樣T形管340 可取樣經由第一再循環管線310 循環至第二處理槽304 之溶液。在某些實施例中，監測系統可進一步包括第一閥350 及第二閥360 。第一閥350 及第二閥360 可用於將其他要素引入至系統中，例如氮氣或清潔溶液。例如但不限於，氮氣可經由第一閥350 引入至系統中，且清潔溶液可經由第二閥360 引入至系統中。熟習此項技術者將瞭解，廣泛多種機構適合於用作本發明之第一閥350 及第二閥360 。在某些實施例中，監測系統可進一步包括冷卻器370 。在量測裝置380 中進行分析之前，冷卻器370 可降低樣本之溫度。在某些實施例中，冷卻器370 可包括外部管道及取樣管道。外部管道可包括不鏽鋼。取樣管道可安置於外部管道內。冷卻水可在外部管道之內表面與取樣管道之外表面之間流動。冷卻水流體可在冷卻器370 之後經調節以具有樣本之預定溫度，例如，在約20℃至約40℃、約25℃至約35℃或約30℃之溫度下。在特定實施例中，可在冷卻器370 之後將樣本調節至至少約20℃、25℃、30℃、35℃或40℃之溫度。熟習此項技術者應瞭解，各種冷卻器組態適合於與本發明一起使用。量測裝置380 可位於冷卻器370 下游。量測裝置380 可量測例如溶液組分之濃度。熟習此項技術者應瞭解，廣泛多種量測裝置適合於與本發明一起使用。

因此，本發明提供具有整合式抗堵塞特徵之取樣裝置，其減少或防止在製程控制之取樣期間溶液(諸如高溫化學溶液)之沈澱。在某些實施例中，取樣裝置可與再循環管線整合。因此，取樣裝置可具有經組態以連接至再循環管線之入口及出口。再循環管線之相對較高溫度可為熱源且增加取樣裝置之溫度。因此，高溫化學溶液之溫度在取樣之前將不會降低，且可減少或防止其沈澱以提供整合式抗堵塞特徵。

除了所描繪及主張之各種實施例以外，所揭示之主題亦關於具有本文中所揭示及主張之特徵之其他組合的其他實施例。因而，本文中呈現之特定特徵可以其他方式在所揭示之主題的範疇內彼此組合，使得所揭示之主題包括本文中所揭示之特徵之任何合適組合。已出於說明及描述之目的呈現對所揭示之主題之特定實施例的前述描述。其並不意欲為窮盡性的或將所揭示之主題限制於所揭示之彼等實施例。

熟習此項技術者將顯而易見，在不脫離所揭示之主題的精神或範疇的情況下，可對所揭示之主題的系統及方法作出各種修改及變化。因此，所揭示之主題意欲包括在所附申請專利範圍及其等效物之範疇內的修改及變化。

100:取樣裝置 110:入口 120:出口 130:取樣T形管 140:溶液控制裝置 150:通道 200:處理儀器 210:再循環管線 220:取樣裝置 230:量測裝置 300:處理儀器 302:第一處理槽 304:第二處理槽 310:第一再循環管線 320:第二再循環管線 330:第一取樣T形管 340:第二取樣T形管 350:第一閥 360:第二閥 370:冷卻器 380:量測裝置

圖 1A 繪示根據某些非限制性實施例之包括處於閉合位置之溶液控制裝置的取樣裝置。

圖 1B 繪示根據某些非限制性實施例之包括處於打開位置之溶液控制裝置的取樣裝置。

圖 2 繪示根據某些非限制性實施例之包括取樣裝置的監測系統。

圖 3 繪示根據某些非限制性實施例之包括取樣裝置的監測系統。

100:取樣裝置

110:入口

120:出口

130:取樣T形管

140:溶液控制裝置

150:通道

Claims (8)

1. 一種用於取樣溶液之取樣裝置，其包含： 包含入口及出口之循環通道，其中該循環通道經組態以接收用於取樣之該溶液， 取樣T形管，其安置於該入口與該出口之間且經組態以自該循環通道取樣該溶液，及 樣本通道，其經組態以自該取樣T形管接收該取樣溶液。
2. 如請求項1之取樣裝置，其中該取樣裝置進一步包含安置於該取樣T形管與該樣本通道之間的溶液控制機構，且該溶液控制機構經組態以控制由該樣本通道接收之該取樣溶液之量。
3. 如請求項2之取樣裝置，其中該溶液控制機構包含閥，該閥包含固定或可調節開口。
4. 如請求項1之取樣裝置，其中該溶液為高溫化學溶液。
5. 如請求項1之取樣裝置，其中該取樣溶液取樣預定體積之該溶液。
6. 一種用於監測製程溶液之濃度的設備，其包含： 再循環管線； 耦接至該再循環管線之取樣裝置，該取樣裝置包含： 包含入口及出口之循環通道，該入口及出口各自經組態以耦接至該再循環管線；及 取樣T形管，該取樣T形管安置於該入口與該出口之間且經組態以取樣來自該循環通道之該溶液； 樣本通道，其經組態以自該取樣T形管接收該取樣溶液；以及 量測裝置，其經組態以自該樣本通道接收該取樣溶液且測定該取樣溶液的濃度。
7. 如請求項6之設備，其進一步包含安置於該取樣裝置與該量測裝置之間的冷卻器。
8. 如請求項6之設備，其中該取樣裝置進一步包含安置於該取樣T形管與該樣本通道之間的溶液控制機構。

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