專利名稱：分配液體化學品的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及從物料源或容器向一個或多個終端用戶分配工藝液體化學品，特別是向制造半導體晶片或電子元件用戶分配超純液體化學品。
在許多制造過程中，需要將各種化學品從物料源分配到使用點，不能有污染和化學質量的退化。例如，在半導體晶片和計算機芯片的制造過程中，需要超純化學品來進行清洗、蝕刻、表面處理等。這些化學品包括某些堿、酸和有機液體，如氫氧化銨、氫氧化鈉、氫氟酸、硝酸、硫酸，磷酸、乙酸、過氧化氫、異丙醇、四甲基氫氧化銨、化學稀漿，上述或其它化學品的混合物?；瘜W品必須在使用點，而不管是連續(xù)還是間歇使用?；瘜W品必須維持高純度，不能在從物料源輸送或分配的過程中被污染。
至今，公開了幾種分配化學品的方法。其中一種方法是所謂的“真空-加壓”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)所公開，其基本想法是利用壓力容器內(nèi)側的由真空泵產(chǎn)生的真空將要輸送的化學品從物料源抽出，然后，通過用惰性氣體加壓化學品將其分配到用戶。通過在高壓下操作，使用兩個以上的平行系統(tǒng)可以將化學品分配到遠距離的用戶。然而，這種“真空-加壓”方法有幾個缺點。首先是因為系統(tǒng)內(nèi)側的負壓，環(huán)境空氣可能泄漏到系統(tǒng)中，從而污染化學品。另一缺點是用于產(chǎn)生真空的真空泵具有長的停車時間，這是因為化學品的蒸汽或液滴會腐蝕泵的部件。再一缺點是來自真空過程的帶有化學品蒸汽和液滴的惰性氣體廢氣會產(chǎn)生環(huán)境污染。這一廢氣可能會被化學品所飽和，特別是在分配高蒸氣壓化學品時是這樣的。因為惰性氣體在高壓下直接接觸化學品，氣體會溶解在液相中，并在化學品中形成氣泡。氣泡可能在晶片和電子零件的制造中產(chǎn)生嚴重的質量問題。例如，它們可能附在晶片表面，并在表面上產(chǎn)生未潤濕的點。
向終端用戶分配化學品的另一方法是由Ramsay(US 5570815)公開的所謂可收縮容器法。使用這種方法，要分配的化學品必須注入到帶有柔性壁的容器中。然后將該容器置于壓力容器中并用高壓氣體擠壓。從而化學品被推出容器并輸送到用戶。與真空-加壓方法不同，化學品不與高壓氣體直接接觸。但是，容器中的化學品質量不易監(jiān)測，因此，難于連續(xù)輸送化學品。該方法的另一缺點是使用該方法的系統(tǒng)不能自動控制。而且，可收縮容器容易破裂，特別由于高壓氣體的膨脹力(disjioning force)，在高壓下的固定點更是這樣。
另一廣泛使用的方法是泵壓輸送方法。正位移泵，如由空氣或氣體驅動的雙隔膜泵，用來從物料源或中間容器向終端用戶輸送化學品。隨技術的進步，這種泵的提升力得到了改善。例如，Yamada隔膜泵可以在高至50 PSI的壓力下操作。然而，在許多應用中，這一提升力還是不夠，特別是輸送粘性化學品和遠距離輸送時。另一缺點是由于泵產(chǎn)生的脈動，分配系統(tǒng)元件上脫落的雜質造成污染。
另一方法是所謂的泵-加壓分配法。泵被用來從物料源向壓力容器中輸送化學品。然后，容器中的化學品用高壓氣體加壓，通過分配系統(tǒng)輸送到終端用戶。仍然存在真空/加壓和泵壓輸送方法中所具有的上述某些缺點。第一個缺點是與化學品直接接觸的氣體會溶解在化學品中，并成為氣泡，在晶片或微型元件表面導致嚴重的問題。第二個缺點是，由于泵起動時的脈動從過濾器或其它部件上脫落的雜質會污染超純化學品。
本發(fā)明公開了一種用于分配工藝液體化學品，特別是超純液體化學品的方法和設備。來自物料源的化學品被泵入壓力容器內(nèi)壁與設置在壓力容器內(nèi)的球狀氣袋之間的壓力室，然后，向球中注入高壓氣體，用球加壓，通過一系列管線和流動控制裝置分配到一個或多個終端用戶。球的使用避免了高壓氣體與液體化學品之間的直接接觸，因此，避免了可能的污染和氣體溶解于液體化學品中。在減壓期間，壓力容器內(nèi)的球中的廢氣不會影響環(huán)境。用于從物料源向壓力室輸送化學品的泵保證系統(tǒng)總是處于正壓狀態(tài)，以消除由于環(huán)境氣體泄漏至系統(tǒng)中所造成的污染，以及由于負壓系統(tǒng)的故障導致的停車。使用任選的雙重壓力室，任選連續(xù)地從一個室向終端用戶分配化學品，而另一壓力室處于注入操作狀態(tài)。由于任何質量原因，化學品都可以在進入壓力室之前通過回路從壓力室返回物料源?；瘜W品也可以從壓力室循環(huán)返回物料源或另一壓力室。可以使用另一循環(huán)回路將多余的化學品從用戶站循環(huán)回物料源。本發(fā)明的分配設備優(yōu)選形成整體機柜，并優(yōu)選用電子控制系統(tǒng)來控制。
使用這一申請中所公開的本發(fā)明，解決了許多與現(xiàn)有化學品輸送和/或分配系統(tǒng)和方法有關的問題。簡單地說，本發(fā)明使用了一個或多個其內(nèi)側安裝了一個柔性的球和具有非膨脹壁的壓力容器，可以平穩(wěn)而連續(xù)地向任何終端用戶輸送化學品，沒有污染，也不會有氣體的溶解。由于安裝在壓力容器內(nèi)側的球隔離了高壓氣體與化學品，有效地防止了氣體溶解在化學品中以及隨之而來的氣泡問題。而且，注入球內(nèi)的高壓氣體中的雜質不會轉移到化學品中，有毒的化學品也不會傳遞到更排放的氣體中，不會造成嚴重的環(huán)境問題。與真空/加壓系統(tǒng)不同，避免了環(huán)境空氣泄漏到系統(tǒng)中所造成的污染，因為所公開的輸送系統(tǒng)總是處于較高的壓力或等于環(huán)境壓力。
用泵將化學品通過導管從物料源輸送到壓力容器中，優(yōu)選使用脈動減震器(pulsation damper)或其它元件。使用流動脈動減震器能有效地抑制由隔膜泵所產(chǎn)生的脈沖，在泵的下游安裝一個或多個任選的過濾器以捕集來源于泵的運動部件或存在于化學品物料源中的顆粒雜質。還優(yōu)選提供旁通管路，必要時，化學品可以在到達壓力容器之前返回物料源。因此，在發(fā)生任何質量問題時，化學品可以通過旁通管路返回物料供應容器。不同于以往的公知分配系統(tǒng)，包括測定濃度和純度在內(nèi)的化學品質量得到了保證，系統(tǒng)被未料到的化學品污染的可能被完全消除。
通過優(yōu)選地在線或離線監(jiān)測雜質的濃度，如顆?；螂x子雜質，可以進一步改進輸送到用戶的化學品質量。優(yōu)選監(jiān)測來自高壓輸送容器中的化學品的純度。高雜質濃度的化學品通過另一循環(huán)管路返回物料供應源。這一循環(huán)管路還提供了富余化學品的通道，在終端用戶的需求低的期間，富余化學品可以返回到物料源或另一平行的壓力容器。
優(yōu)選提供一個或多個附加的循環(huán)管路以將富余的化學品從終端用戶站循環(huán)到物料源或另一處于填充操作狀態(tài)的壓力容器。這一循環(huán)進一步改進和保證了化學品的質量。不存在于化學品中的任何污染物都不會在任何局部積累，因此，消除了污染問題。
通過使用兩個或多個盛有相同化學品的壓力容器，化學品可以優(yōu)選地不間斷地連續(xù)分配到終端用戶。化學品被從一個壓力容器分配出去，另一壓力容器處于注入狀態(tài)，或等待分配化學品狀態(tài)。這種優(yōu)選的連續(xù)分配不僅在任何時候都保證了用戶的需要，還消除了現(xiàn)有輸送系統(tǒng)中的由于中斷操作所引起的污染問題。
由于不使用真空泵，提高了本發(fā)明的可靠性。不存在由于腐蝕問題引起的真空泵故障而導致的停車。通過計算機自動操作(PLC)還提高了系統(tǒng)的可靠性。壓力容器中的化學品量、閥和泵優(yōu)選用計算機(PLC)自動控制和協(xié)調，以平穩(wěn)和連續(xù)地輸送。包括電子控制裝置的分配系統(tǒng)優(yōu)選形成整體機柜。因此，操作易于監(jiān)測和/或控制。機柜的使用還有助于節(jié)約現(xiàn)有分配系統(tǒng)所占據(jù)的空間。
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種平穩(wěn)、連續(xù)而無污染地從物料源向任何終端用戶輸送化學品，特別是超純化學品的方法和系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種可靠而無任何元件或部件故障地輸送超純化學品的方法和系統(tǒng)。
本發(fā)明的再一目的是提供一種使化學品與高壓氣體隔離的方法和系統(tǒng)，防止氣體溶解到化學品中，以及氣體中的任何雜質污染化學品。
本發(fā)明的又一目的是提供一種使化學品與氣體隔離的方法和系統(tǒng)，防止有毒化學品進入廢氣，從而防止環(huán)境污染并降低總體成本。
本發(fā)明的再另一目的是提供一種保證化學品的質量并消除由來自物料源的不合格化學品所造成的污染的方法，從而通過在不同局部區(qū)域使用循環(huán)回路防止停車。
本發(fā)明的另一目的是提供一種任選在線或離線監(jiān)測和分析化學品和雜質濃度的方法和系統(tǒng)。
本發(fā)明的再一目的是提供一種方法和系統(tǒng)，使用如泵、閥、傳感器和探測器的元件或電子控制系統(tǒng)，這些元件可以通過計算機直接或間接地自動控制和操作。
本發(fā)明的又一目的是提供一種使用計算機(PLC)的方法和系統(tǒng)，以使該系統(tǒng)操作具有最高的可靠性，并以最高質量輸送化學品。
本發(fā)明的還一目的是提供一種系統(tǒng)，包括具有本發(fā)明分配系統(tǒng)的機柜，能安全地操作并減少了所使用的空間。
本發(fā)明方法和系統(tǒng)優(yōu)選使用兩個或多個壓力容器，壓力容器內(nèi)安裝了球狀氣袋以輸送化學品。氣球與壓力容器內(nèi)壁之間的室內(nèi)注入了由泵輸入的大氣壓下的化學品，然后，當氣球中充入了高壓氣體時由氣球加壓使化學品被輸送。通過在壓力容器內(nèi)安裝氣球，高壓氣體與化學品隔離，消除了相互污染。通過用液位傳感器監(jiān)測壓力容器內(nèi)的化學品液位，兩個或多個壓力容器可以在注入和加壓狀態(tài)下交替操作。
通過用泵從物料源向壓力容器輸送化學品，化學品在正壓下注入到所述室內(nèi)。優(yōu)選使用脈動隔膜減震器，在泵下游使用過濾器，由泵產(chǎn)生的脈沖被消除，顆粒污染物被除去。優(yōu)選在壓力容器前使用循環(huán)回路，化學品可以循環(huán)回物料源容器，并通過多個過濾器維持在高純度。
優(yōu)選提供三個以上的循環(huán)回路，用于使壓力容器內(nèi)的化學品傳送到另一壓力容器或物料源容器。由于使用了回路，當需要維修時，壓力容器可以排空，而另一容器還連續(xù)分配；來自用戶站的多余化學品可以循環(huán)回物料源或其它處于注入操作狀態(tài)的容器；來自壓力容器的化學品的一部分可以循環(huán)回物料源或另一壓力容器，而剩余部分輸送到用戶站。
本發(fā)明的部件優(yōu)選通過電子手段用計算機操作和控制。計算機接受來自監(jiān)測傳感器的信號，調節(jié)和控制過程，優(yōu)選即時調節(jié)化學品質量、流量、化學品注入、氣球內(nèi)的氣壓、化學品循環(huán)、系統(tǒng)的操作狀態(tài)。使用化學品分配機柜，能獲得最優(yōu)操作條件和最佳的化學品輸送質量。
通過下面的描述，本領域內(nèi)的熟練技術人員馬上就能認識到本發(fā)明的上述以及其它目的。


圖1是用于從物料源向任何終端用戶轉移和輸送化學品的本發(fā)明系統(tǒng)的示意圖；圖2是其內(nèi)安裝了氣球形壓力袋的本發(fā)明壓力容器的示意圖；圖3是用于接收高壓氣體的氣球形壓力袋的示意圖；圖4是本發(fā)明壓力容器的示意圖；圖5是其內(nèi)安裝了氣球形壓力袋的本發(fā)明壓力容器的另一實施例的示意圖；圖6是用于本發(fā)明的優(yōu)選電子控制裝置的的示意圖；圖7是用于說明圖6所示電子控制系統(tǒng)的邏輯框圖；和圖8是說明本發(fā)明化學品分配機柜的的示意圖。
本發(fā)明提供了一種向任何終端用戶有效地輸送工藝化學品的方法和系統(tǒng)。本發(fā)明系統(tǒng)主要包括四部分化學品注入組件(module)，加壓和泄壓組件，化學品輸送組件，和電子控制組件。以下描述本發(fā)明系統(tǒng)和部件的優(yōu)選方案、每一部件方案的操作?；瘜W品注入組件化學品注入組件的功能是從物料源向一個或多個壓力室輸送化學品來向終端用戶分配，以及通過過濾器將化學品循環(huán)回物料源容器?，F(xiàn)在參看圖1，化學品用泵4從物料源1排出，流經(jīng)入口管線2和手動隔離閥3，然后，經(jīng)壓力脈動減震器5、在兩側具有手動隔離閥6和8的過濾器7、自動隔離閥10a、管線13和另一管線12a、自動隔離閥14a、單向閥15a、管線16a、手動隔離閥17a、管線18a輸送到壓力容器，再從壓力容器24a和24b底部進入壓力室24c和24d。盡管未示出，但管線18可以連接在壓力容器的頂部，或肩部。
在這一化學品注入系統(tǒng)中，循環(huán)方案是用于從物料源來回循環(huán)化學品?；瘜W品從自動隔離閥10a后一點經(jīng)管線9、自動隔離閥10b、另一管線55、另一自動隔離閥10c以及管線54的一部分循環(huán)回物料源1。
帶有隔離閥11a的出口連接在管線13上，用于采樣?？梢栽谶@一出口上連接任何在線監(jiān)測儀器，如顆粒計數(shù)器、試樣濃度傳感器、或離子雜質傳感器等，這些在圖中未示出。盡管未示出，本發(fā)明系統(tǒng)還可以包括流量傳感器和發(fā)送器(transmitter)以監(jiān)測通過系統(tǒng)的化學品流量。
壓力室24c和24d內(nèi)的液位優(yōu)選通過安裝在管26a和26b外壁上的液位傳感器監(jiān)測，管26a和26b經(jīng)管線18a和18b與壓力容器24a和24b底部相連，經(jīng)管線27a和27b與所述容器頂部相連。這些管可以由塑料，如高密度聚乙烯、TEFLON或PFA制成。來自低位傳感器32a和32b以及高位傳感器33a和33b的信號通知計算機(PLC)觸發(fā)閥14a和14b來開始或停止化學品的注入。來自低-低位以及高-高位傳感器31a、31b、34a和34b的信號用于通知操作者對注入和加壓系統(tǒng)進行檢查和維修。對于液位傳感器有許多選擇。優(yōu)選的液位傳感器是容量型(capacity type)傳感器，如從Allen-Bradley(德國)購得的。
管線可以是任何與化學品相匹配的塑料材料，在本發(fā)明中優(yōu)選TEFLON和PFA材料。泵可以是任何類型的正位移泵，如雙隔膜泵，或風箱(bellows)泵。泵和脈動減震器的材料可以是相匹配的塑料材料。優(yōu)選TEFLON隔膜泵和Yamada生產(chǎn)的減震器(Yamada American，Inc.Schaumburg，IL)，以及由ASTI(Courbevoie，F(xiàn)rance)所提供的。自動隔離閥可以是TEFLON電磁閥，TEFLON氣動閥，或任何其它類似閥。優(yōu)選TEFLON氣動閥。手動隔離閥和單向閥可以是由相匹配材料制成的任何類型的閥，優(yōu)選TEFLON和PEA閥。所有這些隔離和單向閥可以從Fluoroware(Chaska，Minnesota)以及其它公司購得。
可以用于輸送和分配化學品的另一方案是將化學品注入到氣球內(nèi)，而高壓氣體被注入到容器壁與氣球之間的室中?；瘜W品可以從氣球的頂部壓出。通過改變化學品注入管線和加壓管線，可以容易地改進圖1所示方案，以滿足分配要求。加壓和泄壓組件壓力室24c和24d內(nèi)的化學品可以通過注入了高壓氣體的球狀壓力袋所驅動。高壓氣體可以是任何惰性氣體，如氮氣、氬氣、氦氣和純凈干燥的壓縮空氣。氣體壓力可以在1-100pisg的范圍內(nèi)，取決于化學品的物理性質、輸送單元至終端用戶的距離、用戶站所需要的壓力。在本發(fā)明中氮氣是優(yōu)選的，因為它是純凈的，而且在大多數(shù)化學品用戶那里容易得到。
如圖1所示，來自氣源(未示出)的氣體流經(jīng)總管連接器(未示出)，達到導管56a和56b。當需要維修或更換任何下游部件時，手動隔離閥57a和57b可以用于手動完全停止氣體的流動。然后，氣體通過管線58a和58b、壓力調節(jié)器59a和59b，壓力轉換器60a和60b、過濾器61a和61b，再流經(jīng)自動隔離閥62a和62b。當然，帶有氣體管線、閥、調節(jié)器和過濾器的這兩根導管可以合并成一根，在過濾器61后氣體分成兩股分別流向隔離閥62a和62b。為更好地控制和操作，特別是在更換任何部件—如氣體過濾器時，保證優(yōu)選地連續(xù)輸送化學品，兩根分開的導管是優(yōu)選的。然后，氣體通過導管63a和63b分別流到壓力容器24a和24b內(nèi)的氣球袋25a和25b中。壓力轉換器64a和64b用于監(jiān)測氣球內(nèi)的氣體壓力，一旦壓力高于所需要的壓力，泄壓閥65a和65b用于使氣球25a和25b內(nèi)泄壓。
在開始注入化學品之前釋放出氣球25a和25b內(nèi)的高壓氣體。自動隔離閥62a和62b關閉，自動隔離閥66a和66b打開，使氣球內(nèi)的氣體通過導管63a和63b排出。廢氣流經(jīng)過濾器67a和67b。管線68a和68b可以與設備的主廢氣系統(tǒng)相連。捕集在壓力容器內(nèi)的任何化學氣體(chemical gas)可以通過管線27a和27b、管線28a和28b、打開的自動隔離閥29a和29b、管線30a和30b釋放到泄壓導管。在化學品注入過程中，閥66a和66b優(yōu)選打開，使氣球處于大氣壓下。在化學品注入過程中，閥29a和29b優(yōu)選打開，但這些閥可以關閉，除非所捕集的化學氣體需要從壓力容器內(nèi)釋放出去。
管線56a、56b、58a和58b可以是不銹鋼，如電子拋光的316L不銹鋼，或塑料材料，如聚丙烯和TEFLON PFA。閥57a和57b可以是AP Tech(Napa，CA)的電子拋光的不銹鋼閥，和Fluoroware(Chaska，Minnesota)的TEFLON PFA手動閥。調節(jié)器59a和59b優(yōu)選為不銹鋼材料的電子氣動調節(jié)器，如從AP Tech和SMC Pneumatics(Warrenville，IL)購買的那些。壓力轉換器可以是壓電型或容量型，在本發(fā)明是優(yōu)選的是塑料容量型壓力轉換器，如可以從Fluoroware和NT international(Minneapolis，MN)購買的那些。過濾器61a和61b優(yōu)選孔徑為0.1μm的一次性金屬或塑料過濾器。Millipore(Bedford，MA)的一次性金屬過濾器可以用于這一目的。對于閥62、66和29，壓力轉換器64，和泄壓閥65，盡管可選擇的材料有許多，但是，優(yōu)選使用TEFLON PFA氣動閥，所有TEFLON壓力傳感器和泄壓閥如可以從Fluoroware(Chaska，MN)購買。過濾器67主要用于當閥29打開時從廢氣中除去其中可能夾帶的化學品液滴。這些過濾器優(yōu)選從Millipore購買的孔徑為0.1μm一次性聚丙烯塑料或TEFLON膜過濾器。
如圖1所示，自動隔離閥66a和66b之后的管線優(yōu)選為U型以捕集來自過濾器67的任何液體。手動閥41a和41b位于U型管的下端以排出捕集的液體。這些手動閥可以用與監(jiān)測U型管中液體的液位傳感器(未示出)共軛的自動隔離閥替代。盡管圖中未示出，可以在過濾器67后安裝緊湊的消音器，以消除釋放來自氣袋中高壓廢氣所產(chǎn)生的噪音?；瘜W品輸送組件該系統(tǒng)用于從壓力容器24a和24b的壓力室24c和24d通過一系列導管和控制元件向終端用戶70b輸送化學品。
一旦注入過程已完成，壓力室就準備就緒，可以向終端用戶輸送化學品。當化學品被注入了高壓氣體的氣球加壓后，化學品通過常開的手動閥17a或17b、管線19a或19b、自動隔離閥20c或20d、管線23、帶有兩個手動閥35和39的過濾器37、管線40、帶有一組閥和流量計的導管42流至管線46，然后，流向用戶站70b附近的化學品分配總管69。導管42由馬達驅動的針閥43a和流動變送器(transmitter)43b、常開手動閥45a、管線44和自動隔離閥45b組成。流量計43b用于向計算機(如圖8中所示)提供流過系統(tǒng)的流量以進行系統(tǒng)操作控制。針閥43a優(yōu)選使用基于43b讀數(shù)和預定參數(shù)的計算機的信號自動調節(jié)。流動變送器優(yōu)選是從如NT International(Minneapolis，MN)購得的壓差型，從ASAHI America (Malden，MA)購得的流動旋渦(flow vortex)型，或從Honda Electronics through Nano-Master USA，Inc.(Austin，TX)購得的超聲型。特別優(yōu)選的是超聲型。與化學品注入系統(tǒng)中的閥一樣，優(yōu)選使用氣動閥作為自動隔離閥，手動隔離閥和自動隔離閥都可以是從Fluoroare購得的由TEFLON PFA材料制成的閥。
流動總管69優(yōu)選包括一系列流動管線和流動控制箱70a。每一控制箱優(yōu)選包括一個調節(jié)通過管線流量的針閥和一個監(jiān)測流速的流量計。針閥可以是馬達驅動型也可以是手動操作型。優(yōu)選用于計算機控制的馬達驅動型。流量計可以是與流量計43b相同類型的，也可以是由TEFLON材料制成的手動操作型轉子流量計，如從Fluoroare購得的。
過濾器37的作用是保證化學品中顆粒雜質的量在規(guī)定范圍內(nèi)。在本發(fā)明中，孔徑為0.05μm直徑為10英寸過濾筒是優(yōu)選的。這種過濾器可以從幾個制造商購得，如Millipore(Bedfored，MA)和Pall(East Hills，NY)。過濾筒和過濾器外殼的材料可以根據(jù)化學品的性質來選擇。例如，MilliporeWafergard PF-80過濾筒的孔徑為0.05μm，Chemgard PFA室外殼優(yōu)選用于氫氟酸輸送系統(tǒng)。帶有手動隔離閥的過濾器排放管線與總排放系統(tǒng)相連，在這里沒有示出。優(yōu)選有另一套過濾器系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有相同型號過濾器和過濾器前后的兩個隔離閥。這一過濾器系統(tǒng)與過濾器系統(tǒng)37平行安裝。當過濾器筒需要更換時，用隔離閥35和39切斷流路，通過打開過濾器前后的隔離閥使流體流過另一過濾器系統(tǒng)。
具有手動隔離閥11b的出口連接在管線40上，用于采樣。盡管未示出，與化學品注入系統(tǒng)一樣，可以在這一出口上連接在線監(jiān)測儀器，如顆粒計數(shù)器、化學品試樣濃度傳感器、或離子雜質傳感器，用于監(jiān)測化學品的濃度和雜質濃度。
控制總流量，使之至少等于各用戶所需的最大流量之和，優(yōu)選至少大于總量的1升/分鐘。這一超量保證化學品的輸送管線總是處于沖洗狀態(tài)，化學品通過具有自動隔離閥48的返回導管47、管線54和另一自動隔離閥10c返回到物料源1。在用量低或零使用量時，化學品通過導管47循環(huán)回物料源1。在任何情況下，輸送系統(tǒng)的操作不需改變。
提供導管49，就試樣濃度或雜質濃度來看，在化學品質量低的情況下，將化學品循環(huán)回物料源1。來自過濾器37的化學品通過具有手動隔離閥50的導管49、管線51、自動隔離閥52、管線53、和管線54及閥10c返回到物料源1。這一循環(huán)設置在系統(tǒng)開始使用時用于系統(tǒng)清洗是特別有用的。當需要這一循環(huán)時，閥45b、閥48和閥10b優(yōu)選關閉，但不需要總是這樣。通過打開閥10b和關閉閥10a，化學品也可以再循環(huán)到處于注入狀態(tài)的另一壓力容器中。
提供導管21a和21b，通過打開閥20a或20b，使化學品經(jīng)該兩導管流入另一容器，從而循環(huán)化學品或排空容器。流體經(jīng)閥22a、管線12a或12b、閥14a或14b、單向閥15a或15b、管線16a或16b、手動閥17a或17b和管線18a或18b流入相應的壓力室。化學品也可以經(jīng)管線13、管線9、閥10b、管線55和閥10c流回物料源。如果需要循環(huán)和排空容器，閥20c或20d和22b被關閉。這種循環(huán)導管設計可以使一個容器連續(xù)輸送化學品，而另一容器處于循環(huán)狀態(tài)或排空操作狀態(tài)。
壓力容器之間的室24c和24d接受并向終端用戶排出化學品。壓力容器的一個優(yōu)選方案如圖2、3和4所示，其中示出了容器與氣球的相對位置和物理形狀。壓力容器24和氣球25都優(yōu)選具有圓柱體形狀，其頂部有頸72和81，以及法蘭73和79。法蘭73和另一固定法蘭75的外側邊沿上有多個開孔以讓緊固螺栓74穿過。圓柱形氣球的直徑與容器的內(nèi)徑相同或比其稍大。氣球的高度優(yōu)選短于容器的高度，但在本發(fā)明中相同的高度是特別優(yōu)選的。容器和氣球都優(yōu)選具有彎曲的肩部，在底部具有銳角。當然，底部的角也可以象肩部一樣彎曲。氣球安裝在容器內(nèi)部，用法蘭75和螺栓74固定。當氣球內(nèi)注入了高壓氣體時，氣球的頸部優(yōu)選與容器內(nèi)壁直接接觸。優(yōu)選地，氣球的底部與容器的內(nèi)側壁和底壁形成容納化學品的室。當輸送開始時，高壓氣體通過入口管63注入氣球中，氣球在氣壓的作用下沿其長度方向伸展，將化學品經(jīng)管18從室中推出，管18被焊接或固定在容器本體底部。氣球可以伸展到容器的底部或離器壁的某一位置，這取決于控制的液位和氣球的長度。氣球壁兩側的壓差為零。
法蘭在容器頂部邊沿內(nèi)側連接到頸部，形成一個小于頸部孔直徑的孔。這一邊沿進入頂部法蘭正下方的氣球頸部上的法蘭盤槽口。邊沿和槽口用于使氣球和容器可靠的固定，并使氣球良好地夾持住。氣球法蘭的直徑小于容器法蘭的內(nèi)徑，其最大直徑達到了緊固螺帽。
管27穿過固定法蘭75上的孔、氣球法蘭上的孔80、容器頸部上的孔，達到容器頸部下側壁上的較大孔71。管27a和27b的一端通過頸部72上的螺紋與孔71連接，另一端與管26a和26b連接。管27a、27b和26a、26b使管26a和26b內(nèi)的氣體和液體與容器內(nèi)的氣體和液體相通。
在本發(fā)明中應用的氣球優(yōu)選由如塑料片或橡膠片柔軟材料制成。在本發(fā)明中，作為氣球材料，塑料片是優(yōu)選的。這種塑料包括聚丙烯、聚乙烯和TEFLON材料。制造氣球的另一優(yōu)選材料是HYPALON橡膠片，可以從多處購得，如杜邦。被化學品潤濕的側壁可以涂布抗化學品的材料，如TEFLON。因為氣球未經(jīng)受大的壓差，氣球壁厚可以薄至0.5毫米，其頸部和法蘭的壁厚得多。圖3所示氣球的優(yōu)選實例的壁具有主體82和涂層材料83。
壓力容器必須承受由高壓氣體施加的壓力。器壁優(yōu)選為不銹鋼材料，如316L和304L不銹鋼，其內(nèi)側涂布塑料材料，如聚丙烯、聚乙烯和TEFLON材料。外側壁優(yōu)選包裹上一層聚氯乙烯(PVC)以增強容器承受壓力的能力，并保護容器本體。盡管在大多數(shù)應用中操作壓力在1-6巴的范圍內(nèi)，但容器的構造應能承受10巴的壓力。壓力容器和氣球所形成的室所容納的液體量應能滿足蜂值消耗至少5分鐘，優(yōu)選能消耗30分鐘。
其內(nèi)安裝了氣球的壓力容器的另一優(yōu)選實例如圖5所示。容器和氣球的本體優(yōu)選呈圓柱形，沒有頸部。構成容器和氣球的材料與上面提到的圖2、3和4中的實例完全相同。管27在法蘭73正下方側與容器24相連。
對于圖2和5中的優(yōu)選實例，氣球可以在固定容器和法蘭之前從容器的頂部落入容器內(nèi)。電子控制系統(tǒng)本發(fā)明優(yōu)選使用計算機系統(tǒng)以接收來自如液位傳感器、流量發(fā)送器、壓力傳感器、溫度傳感器、泄漏傳感器、試樣濃度傳感器、雜質濃度傳感器等各個元件的信號，并向外輸出信號以控制閥和泵等，如圖6所示。計算機可以是RAM內(nèi)存在10兆以上的386或以上的臺式或便攜式個人計算機。數(shù)據(jù)采集板可以插在計算機的槽內(nèi)，也可以是外部數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，如Keithley 500系列數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(Taunton，MA)?？梢赃x擇多種控制軟件，優(yōu)選的一種是LabtechNotebook軟件(Andover，MA)。另一優(yōu)選的計算機系統(tǒng)是程序邏輯控制器(PLC)系統(tǒng)，如可以從西門子公司購得的數(shù)據(jù)采集和操作控制系統(tǒng)。
如圖6所示，來自液位傳感器90a、流量發(fā)送器90b、壓力傳感器90c、溫度傳感器90d、泄漏傳感器90e、試樣濃度傳感器90f和雜質傳感器90g的信號通過導線89a、89b、89c、89d、89e、89f、89g電子傳入計算機84a。輸出信號從計算機84a通過導線87a、87b、87c、87d和87x電子輸入一系列螺線管(solenoid)85a、85b、85c、85d和85x。這些螺線管用于控制來自圖1所示的氣體總管71的高壓氣體(如氮氣)以操縱氣動閥如86a、86b、86c、86d和氣動隔膜泵如86x。系統(tǒng)操作可以由操作員通過計算機監(jiān)測器和鍵盤84b來監(jiān)測和干預。
計算機操作軟件可以按圖7所示的特定優(yōu)選方案定制。根據(jù)程序語言和計算機系統(tǒng)，計算機控制系統(tǒng)可以不同于圖7所示的系統(tǒng)。使用這一優(yōu)選控制系統(tǒng)，接通計算機電源100啟動計算機。這時，計算機優(yōu)選核對輸送系統(tǒng)101的狀態(tài)，包括系統(tǒng)壓力、液位、化學品泄漏、以及其它參數(shù)。一旦發(fā)現(xiàn)了故障，音響和可見警報器102的音響或二者之一將被觸發(fā)。系統(tǒng)將一直警報，直到故障被排除或人工終止報警。警報時間可以設定為任何時間長短，優(yōu)選5分鐘。這時，如果故障沒有排除，或沒有人工終止警報，系統(tǒng)將自動關閉。
如果沒有發(fā)現(xiàn)故障，系統(tǒng)準備就緒。通過打開泄壓閥啟動泄壓組件103?；瘜W品注入組件104開始將化學品從物料源1通過注入系統(tǒng)泵送，以注入壓力室。監(jiān)測化學品試樣濃度和/或雜質濃度的化學品質量監(jiān)測傳感器106提供數(shù)據(jù)，使計算機將這數(shù)據(jù)與計算機中貯存的規(guī)范數(shù)據(jù)進行比較。如果不滿足這些規(guī)范，將通過打開循環(huán)閥107使化學品循環(huán)。合格的化學品將被泵送到壓力室中，其中的液位由液位傳感器108監(jiān)測。如果液位不夠高，注入將繼續(xù)。同時，低-低和高-高液位也將被監(jiān)測。一旦達到了高液位，注入停止。在注入期間，還要監(jiān)測系統(tǒng)壓力105。如果壓力高于設定壓力，和/或液位太低，和/或液位太高，將向警報系統(tǒng)發(fā)送一個信號。泄壓系統(tǒng)將被關閉，加壓閥116將打開。這時，通過同樣的程序，注入113優(yōu)選啟動另一容器。
通過打開控制閥并經(jīng)系統(tǒng)調節(jié)流量，即開始從壓力室向終端用戶的化學品分配118?；瘜W品質量119用另一監(jiān)測系統(tǒng)或用于注入系統(tǒng)的同一監(jiān)測系統(tǒng)進行監(jiān)測。如果質量不滿足規(guī)范，通過打開循環(huán)閥120，化學品將循環(huán)回物料源。同時還監(jiān)測液位121。如果達到了低液位，將優(yōu)選啟動另一容器122進行分配。如果液位不低也不高，化學品的分配將繼續(xù)。如果液位太低或太高，將向警報器發(fā)送信號。監(jiān)測和控制到達用戶127的流量和流體壓力，通過打開循環(huán)閥128，多余的液體將循環(huán)回物料源。如果需要排空容器，通過打開循環(huán)閥將化學品注入另一容器或循環(huán)回物料源，開始排空117?；瘜W品分配機柜盡管本發(fā)明的化學品輸送系統(tǒng)的部件可以分散在相對大的空間內(nèi)，但優(yōu)選將整個系統(tǒng)的除分配總管69以外的所有部件集成到一個機柜內(nèi)。使用機柜可以節(jié)約系統(tǒng)所占據(jù)的空間，還能易于控制和維修。
輸送機柜的優(yōu)選方案如圖8所示。在這一特定用途上，這種機柜在許多特征上類似于家用機柜。機柜130優(yōu)選包括前門137和141，計算機149，排氣連接口133和風扇143和145，化學品入口和出口連接口134、135和136，高壓氣體連接口132，電線入口131，采樣口148，下方有接受盤的底板139。機柜可以高達10英尺，這取決于壓力容器的總高度。其寬度可以是壓力容器直徑的兩倍加上用于計算機的空間、管線和閥門所需的空間、以及足夠的余量。機柜的深度可以是壓力容器的直徑加上一些管線和閥的空間。機柜材料優(yōu)選為塑料材料，如高密度聚丙烯、高密度聚乙烯，和TEFLON。機柜在各個角具有至少4個支承腿140，優(yōu)選具有6個支承腿，在中間的前后有兩個腿。作為機柜的支承材料優(yōu)選不銹鋼316L unistrut或角鋼。
計算機或電子元件149安裝在機柜內(nèi)的一邊，監(jiān)示器在前面易于接近。計算機監(jiān)示器的大小可以5英寸或更大，安裝在機柜前面的一側，離地1英尺或更高。為了方便操作者，本發(fā)明優(yōu)選離地約4英尺。門137和141可以是雙滑道門或雙旋轉門，由透明塑料材料如透明PVC制成。門可以是單旋轉門在一側打開。連接口131、132、134、135、136和148可以打開以讓化學品管和電線穿過機柜壁。排氣連接口133可以是一個法蘭，用于使機柜與任何外部排氣管連接。風扇143和145優(yōu)選為正壓鼓風機，其直徑約3英寸，安裝在機柜兩側靠近底部。這些風扇向機柜內(nèi)鼓入空氣作為補充氣體。這些風扇可以用小窗戶取代，利用總排氣系統(tǒng)產(chǎn)生的負壓使空氣流入。
機柜內(nèi)的帶接受盤139的板的尺寸優(yōu)選與機柜底板一致，其深度優(yōu)選為4英寸。接受盤的材料可以任何相匹配的材料，如PVC、聚丙烯、聚乙烯、TEFLON和不銹鋼。盡管未示出，污水泵可以安裝在機柜底板上以除去接受盤內(nèi)的任何泄漏物?？梢栽O置取代污水泵的排污口(未示出)，以將任何泄漏物排放到外部化學品廢物容器中。污水泵可以是隔膜泵，如YAMADA生產(chǎn)的。
壓力容器優(yōu)選并排放在底板上。管線和閥可以安裝在機柜內(nèi)的側壁或后壁。盡管沒有示出，化學品的入口和出口管優(yōu)選由與化學品相匹配的材料形成，如聚丙烯、聚乙烯和TEFLON，用透明PVC管包雙層以防止接觸任何泄漏物。
在不脫離下面的權利要求的范圍的情況下，可以對所公開的方法和系統(tǒng)作出各種改動和替換。例如，可以在每個壓力容器內(nèi)放入多個氣球，同一容器內(nèi)的不同氣球可以充入相同或不同的氣體。這種改變不需進一步說明，在本發(fā)明權利要求范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種從物料源向終端用戶傳遞和/或輸送液體化學品的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括(a)通過輸送導管與物料源相連的壓力容器，壓力容器具有內(nèi)表面；(b)放置在壓力容器內(nèi)的氣球，氣球具有內(nèi)部和內(nèi)部表面；(c)適合于接受液體化學品的空間，該空間由氣球的至少一部分外表面和壓力容器的至少一部分內(nèi)表面限定；(d)向氣球內(nèi)輸送加壓氣體的元件，由于氣體進入氣球，液體化學品被壓出所述空間，通過排放導管進入終端用戶站。
2.權利要求1的系統(tǒng)，其中所述壓力容器、氣球、和輸送加壓氣體的元件都由計算機控制。
3.權利要求1的系統(tǒng)，其中所有元件都包含在一個機柜內(nèi)。
4.權利要求1的系統(tǒng)，多于一個的壓力容器和氣球組合相互以平行流的方式存在，使得可連續(xù)地向終端用戶輸送化學品。
5.權利要求1的系統(tǒng)，其中輸送導管包括第一采樣口以通過適當?shù)膫鞲衅鳒y定試樣和/或雜質的濃度。
6.權利要求5的系統(tǒng)，進一步包括連接輸送導管和物料源的第一循環(huán)管線。
7.權利要求1的系統(tǒng)，進一步包括在所述排放導管上的第二采樣口。
8.權利要求7的系統(tǒng)，進一步包括連接排放導管和所述物料源的第二循環(huán)管線。
9.權利要求1的系統(tǒng)，進一步包括連接所述排放導管的總管，所述總管具有連接多個終端用戶站的管線。
10.權利要求1的系統(tǒng)，包括連接終端用戶站和所述物料源的第三循環(huán)管線。
11.一種從物料源向終端用戶傳遞和/或輸送液體化學品的方法，該方法包括以下步驟(a)從物料源向壓力容器輸送液體化學品，壓力容器具有內(nèi)表面；(b)在壓力容器內(nèi)提供氣球，氣球具有內(nèi)部和外部表面，液體化學品占據(jù)壓力容器內(nèi)表面與氣球外表面之間的至少一部分空間；(c)向氣球內(nèi)輸送氣體，液體化學品從該空間流向終端用戶站。
12.權利要求11的方法，包括通過計算機控制所述壓力容器、所述氣球、所述輸送加壓氣體的元件。
13.權利要求11的方法，包括接通與所述壓力容器成平行流的第二壓力容器和氣球的組合，以連續(xù)向終端用戶輸送化學品。
14.權利要求11的方法，包括利用適當?shù)膫鞲衅鲗α鬟^輸送導管的化學品采樣，以測定其試樣和/或雜質的濃度。
15.權利要求11的方法，包括通過連接輸送導管和所述物料源的第一循環(huán)管線循環(huán)化學品。
16.權利要求11的方法，包括通過所述排放導管對化學品流動采樣。
17.權利要求11的方法，通過連接排放管線和所述物料源的第二循環(huán)管線循環(huán)化學品。
18.權利要求11的方法，包括通過連接所述排放導管的總管輸送化學品，所述總管具有連接多個終端用戶站的管線。
19.權利要求11的方法，包括通過連接終端用戶站和所述物料源的第三循環(huán)管線循環(huán)化學品。
全文摘要
本發(fā)明使用了一個或多個其內(nèi)側安裝了一個柔性的球并具有非膨脹壁的壓力容器,可以平穩(wěn)而連續(xù)地向任何終端用戶輸送化學品,沒有污染,也不會有氣體的溶解。由于安裝在壓力室內(nèi)側的球隔離了高壓氣體與化學品,有效地防止了氣體溶解在化學品中以及隨之而來的氣泡問題。而且,充入球內(nèi)的高壓氣體中的雜質不會轉移到化學品中,極有毒的化學品也不會傳遞到要排放的氣體中,不會造成嚴重的環(huán)境問題。與真空/加壓系統(tǒng)不同,避免了環(huán)境空氣泄漏到系統(tǒng)中所造成的污染,因為所公開的輸送系統(tǒng)總是處于較高的壓力或等于環(huán)境壓力下。
文檔編號H01L21/306GK1256241SQ99123898
公開日2000年6月14日 申請日期1999年9月22日 優(yōu)先權日1998年9月22日
發(fā)明者許敏第, 夏維爾·威格 申請人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究有限公司