CN101341071A - 可收缩流体容器 - Google Patents

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Abstract

一种用于处理液体的可收缩流体容器。所述可收缩流体容器具有用于储存液体的内部容积(46)，所述内部容积限定主室(50)和连接到主室(50)的辅助室(52)。辅助室(52)被定位成接收物质。配件(48)被密封到可收缩流体容器(14)，从而限定与流体容器(14)的内部容积(46)相连通的端口。

Description

可收缩流体容器
技术领域
本发明总体上涉及用于工业液体传送系统中的流体容器领域。具体地，本发明涉及一种帮助使液体化学流中的气体微泡的形成最小化的流体容器。
背景技术
在许多工业加工应用中，流体容器被用作用于液体传送系统的工艺液体的来源。流体容器时常被装配在远离使用端设备的位置处并被填充。在这种情况下，使用端设备接着直接将流体容器组装到液体传送系统内或者从流体容器中将液体腾空到连接到液体传送系统的储存器内。
在特定的工业加工应用中，穿过液体传送系统的液体中的气体微泡的存在可能具有不良影响。例如，当液体沉积到基板上以形成层时，所沉积的液体中存在微泡可能会在沉积层或后续的沉积层中造成缺陷。根据流体容器和液体传送系统中的压力状态，流体容器和/或液体传送系统中存在顶隙气体(headspace gas)可能会有助于在液流中形成微泡。
在半导体工业中，例如，生产集成电路的普通制造步骤包括将光阻溶液沉积到硅片上。光阻溶液中存在微泡典型地将在后续的加工步骤中在芯片的表面上产生缺陷部位。随着集成电路上的特征已持续变得越来越小，微泡的存在已对集成电路的质量造成渐增的危险。此外，当在工业液体传送系统中观察到微泡时，系统通常要进行净化直到微泡被消除为止，从而可以造成昂贵的化学液体浪费。因此，较有利的是消除液体传送系统中微泡的存在或使微泡的存在最小化。
所给出的与微泡形成有关的问题需要一种可移除顶隙气体并帮助减少穿过液体传送系统的液体中的微泡形成的流体容器。
发明内容
本发明为一种用于处理液体的流体容器，所述流体容器包括用于储存液体的内部容积。所述内部容积限定主室和辅助室。所述主室用于将液体分配到液体传送系统的流动路径中，所述辅助室用于容纳物质。配件被密封到所述流体容器并限定与所述流体容器的所述内部容积相连通的端口。
附图说明
图1是液体传送系统的方块图；
图2是包括泵的图1的液体传送系统的方块图；
图3A是包括升高的流体容器的图1的液体传送系统的方块图；
图3B是包括机械力施加器的图1的液体传送系统的方块图；
图3C是包括流体压力施加器的图1的液体传送系统的方块图；
图4A是装备有集气辅助室的可收缩衬管(collapsible liner)的前视图；
图4B是在密封集气辅助室之前沿图4A的线4-4所截得的横截面；
图4C是在密封集气辅助室之后沿图4A的线4-4所截得的横截面；
图5A是具有分配室和收集室的可收缩衬管的前视图；
图5B是在密封收集室之前沿图5A的线5-5所截得的横截面；以及
图5C是在密封收集室之后沿图5A的线5-5所截得的横截面。
尽管上述的图示阐明了本发明的几个实施例，然而其它实施例也是可预期的，如在讨论中所提及。在所有情况中，本披露内容作为说明而非限制性呈现了本发明。应该理解的是本领域普通技术人员可以提出落在本发明的范围和原理本质内的许多其它的修改及实施例。图示可以不按比例画出。相同的参考符号在所有的图示中用于表示相同的部分。
具体实施方式
从流体容器和液体传送系统的流动路径消除顶隙气体对于抑制在穿过流动路径的液体中形成微泡是很重要的。同样地，本发明关于一种流体容器，所述流体容器能够从流体容器的内部容积和/或液体传送系统的流动路径消除顶隙气体。本发明进一步关于一种流体容器，所述流体容器能够从液体传送系统的流动路径接收液体和/或顶隙气体、消除对单独的垂直排出(plumbed drain)的需求、以及允许储存液体以供稍后使用。
众所周知，气体可以以物理方式而非化学反应或相互作用溶解在液体中。如果气体在液体中的溶解度降低，则无需经历化学反应或相互作应而溶解在液体中的气体可以从溶液中出来并形成微泡。在均衡状态下将溶解在液体中的气体的总体积依赖于液体的组成、气体的组成、气体的分压以及温度。如果液体和气体的组成固定，并且温度保持恒定，则气体在液体中的溶解度与气体在液体表面上的压力成正比。除非另做规定，否则术语“气体”在此意指包括大气以及任何其它气体或气体组合。
图1至图3C显示用于将液体从液体容器传送到下游过程的液体传送系统的方块图。图1和图2被包括在用于说明液体传送系统中有助于微泡形成的状态。图3A至图3C被包括在用于说明抑制微泡形成的液体传送系统。在此的术语“微泡”意指包括(1)无需放大就可被人眼看到的气泡、以及(2)小到不放大或通过其它检测装置无法看到的气泡。
如图1中所示，液体传送系统包括通过流动路径18与下游过程16相连通的流体容器14。液体被从流体容器14供应到流动路径18的入口端20并沿着流动路径18传送到与下游过程16相连通的流动路径18的出口端22。流体容器14中的液体具有与均衡压力Peq成比例的溶解在所述液体中的气体体积，其中所述均衡压力为使气体在其下会暴露给液体并变得大致与液体相均衡的压力。假定液体在Peq下暴露给气体足够的时间周期，则液体对于已溶解的气体变得大致饱和。在许多工业加工应用中，Peq将等于大气压。
如图1中所示，流体容器14中的液体在流体容器14内受到初始压力Pi。当液体进入入口端20并经由流动路径18流动到出口端22时，液体受到流动压力Pf，所述流动压力表示流动路径中给定点处的流动压力。Pf沿着入口端20与出口端22之间的流动路径18变化，以形成造成流体从入口端20流动到出口端22的压力梯度。
流过液体传送系统的饱和液体的压力下降会造成在液体中形成气体微泡。在图1的液体传送系统中，微泡形成在流体路径18中通常发生在Pf下降到低于Peq时。压力下降到低于Peq会降低气体在液体中的溶解度，造成液体变得超饱和，从而造成已溶解的气体从溶液中出来并形成微泡。因此，通过使流动路径中的液体的压力保持在至少与使液体变得与气体相均衡的压力一样高的水平可以抑制微泡形成。即，通过使Pf保持在等于或大于Peq的水平可以抑制微泡形成。在许多工业加工应用中，这意味着可防止液体的压力下降到低于大气压。
液体传送系统可以包括位于流体路径中的泵，所述泵用于计量和/或帮助通过流体路径的液体流动。图2是图1的液体传送系统的方块图，其中流动路径14包括泵24。在特定的液体传送系统的构造中，泵24通常在流动路径18的吸入侧26设置小于Pi的Pf。例如，当流体容器14的高度低于泵24时，或者当流体路径18内存在充分的摩擦力时，必须设置小于Pi的Pf以使液体沿着流动路径18从流体容器14流动到泵24。如果这样做，Pf会下降到低于Peq，在流动路径18中的液体中可能会形成微泡。因此，通过防止Pf下降到低于Peq可以抑制这种微泡的形成。对于液体传送系统中的微泡形成的另外讨论见名为“Liquid Delivery System”的同时待审的申请，该申请在此并入本文供参考。
图3A至图3C显示可防止Pf下降到低于Peq的图1的液体传送系统的不同实例。在图3A中，流体容器14相对于流动路径18升高了距离28以防止Pf下降到低于Peq。例如，在Peq等于大气压的工业加工应用中，使流体容器14升高距离28可防止Pf大致下降到低于大气压。通过相对于液体传送系统的其它部分升高流体容器会产生用作缓冲器的正液压头(positive hydraulichead)，以吸收压力的降低而不具有达到低于大气压水平的压力。因此，通过相对于液体传送系统的其它部分升高流体容器可以抑制微泡形成。
在许多工业加工应用中，相对于液体传送系统的流动路径升高流体容器可能是不切实际的。然而，通过将压力施加到流体容器内的液体以增加液体的压力无需实际升高流体容器即可以模仿正液压头的效果。图3B和图3C每一个均说明用于将压力施加到流体容器内的液体以使Pi升高到高于Peq以防止Pf下降到低于Peq的系统。
图3B显示为了模拟升高流体容器14的效果通过机械力施加器32将机械力30施加到流体容器14以使Pi升高。适当的机械力施加器的实例包括活塞或插塞。图3C显示为了模拟升高流体容器14的效果通过流体压力施加器36将流体压力34施加到流体容器14以使Pi升高。
如果在Pi大于Peq时，流体容器内存在顶隙气体，则增加的压力会将额外的气体驱赶到溶液内，并且如果液体的压力随后下降到低于Pi，则可能会出现微泡的形成。因此，当Pi大于Peq时，流体容器14应该大体无顶隙气体以抑制微泡形成。本发明的流体容器的关键特征是从流体容器的内部容积中移除顶隙气体以抑制随后的微泡形成的能力。
图4A至图4C显示本发明的可收缩衬管，图4A显示可收缩衬管40的前视图，图4B显示在以液体填充可收缩衬管40之后及在密封集气辅助室之前沿图4A的线4-4所截得的横截面，以及图4C显示在以液体填充可收缩衬管40及密封集气辅助室之后沿图4A的线4-4所截得的横截面。可收缩衬管40在液体传送系统中可以用作流体容器或流体容器的部件。
可收缩衬管40具有密封在一起以限定用于保持液体的内部容积46的顶膜42和底膜44。如图4A中所示，阴影线表示膜42和44密封在一起的部分。内部容积46具有主室50和连接到主室50的集气辅助室52。主室50具有朝着辅助室52逐渐变窄的锥形壁54和56。
配件48被密封到可收缩衬管40以限定与内部容积46相连通的端口。这种端口可以用于将液体供应到内部容积46内。此外，配件48可以用于将液体从内部容积46分配到流动路径，或者可供选择地，可以包括用于这种目的的另外配件。此外，配件48可以限定多个端口，并且可以位于流体容器上能够与内部容积46连通的任何位置处。在本发明的其它实施例中，多个配件与流体容器的内部容积相连通。配件可以为现有技术中已知的任何设计，并且可以以任何组合位于流体容器上的任何位置处。
可以通过折叠柔性板材形成顶膜42和底膜44来形成可收缩衬管40。在一个实施例中，板材不能使气体透过。适当的材料的实例包括氟化聚合物(例如聚四氟乙烯(“PTFE”)和过氟烷氧基(perfluoroalkoxy，“PFA”))、聚乙烯、具有尼龙阻挡层的聚乙烯以及其组合。膜42和44的周边部被密封在一起以形成内部容积46。内部容积46的形状由膜42和44密封在一起的部分决定。可以绕着两个膜相遇的整个周边密封膜42和44，或者可供选择地，可以留出周边的一个或更多个区域不进行密封以容纳任何数量的配件。此外，现有技术中已知的任何其它适当的制造方法可以用于形成可收缩衬管40。在一个实施例中，可收缩衬管40的膜42和44由易于紧紧地粘在一起的材料构造成，从而阻碍空气被捕集到内部容积46内。通过将静电荷施加给膜可以实现或增强膜42和44彼此的吸引，以改善膜之间的吸引力并帮助从内部容积46排除顶隙气体。
当可收缩衬管40内需要大致为零的顶隙状态时，内部容积46首先被填充足以完全以液体填满主室50的液体量。为了从主室50最佳地移除顶隙气体，可收缩衬管40应该被垂直定向成使辅助室52具有最高高度而主室50具有最低高度。这种定向会促进顶隙气体聚集在辅助室52内，使得气/液界面58位于辅助室52内。主室50的锥形壁54和56进一步促进顶隙气体朝着辅助室52移动。如图4B和图4C中所示，在界面58位于气孔52内且主室50大致无顶隙气体之后，辅助室52与主室50密封，从而将顶隙气体捕集到辅助室52内。为了从主室50最大限度的移除顶隙气体，辅助室52在界面58下方的位置处被密封。
可以使用现有技术中已知的任何适当的方法密封辅助室52。图4C显示可以用于使辅助室52与主室50密封的夹紧机构59的实例。
图5A至图5C显示本发明的流体容器的另一个实施例，所述实施例使得可以从液体传送系统的流动路径的出口收集液体和/或顶隙气体。图5A显示可收缩衬管60的前视图；图5B显示在以液体填充分配室之后及在密封收集室之前沿图5A的线5-5所截得的可收缩衬管60的横截面；以及图5C显示在密封收集室、自收集室分配液体、以及将液体收集在收集室中之后沿图5A的线5-5所截得的可收缩衬管60的横截面。类似于可收缩衬管40，可收缩衬管60可以用作用于液体传送系统的流体容器或这种流体容器的部件。
可收缩衬管60具有由如图5A中的阴影线所表示密封在一起的顶膜64和底膜66所限定的内部容积62。内部容积62包括分配室68、收集室70、以及连接分配室68和收集室70的通道72。在一个实施例中，分配室68和收集室70的壁部朝着通道72逐渐变窄。悬挂孔73可以形成于膜64和66内以容纳用于垂直悬吊可收缩衬管60的支承件。
可以按照用于可收缩衬管40的上述方法形成可收缩衬管60。膜64和66的一部分可以密封在一起以形成内部容积62，且图5A中的阴影线表示膜64和66密封在一起的部分。可以绕着两个膜相遇的整个周边密封两个膜，或者可供选择地，可以留出周边的一个或更多个区域不进行密封以容纳任何数量的配件。
类似于可收缩衬管40，可收缩衬管60可以被设置成获得零顶隙状态。通道72可以被密封以终止分配室68与收集室70之间的连通并将顶隙气体隔离在收集室70内。使用用于可收缩衬管40的上述方法可以在分配室68内获得零顶隙状态。例如，如图5B中所示，可收缩衬管60被填充并定向成使液体与顶隙气体之间的界面58位于通道72内。通道72接着类似于图4C中的可收缩衬管40在界面58下方被夹断。同样地，收集室70可以用作类似于可收缩衬管40的辅助室52的集气室。在一个实施例中，夹孔74被设置在膜64和66中以插入用于密封通道72的夹紧装置。
配件76和78被密封到可收缩衬管60以限定与内部容积62连通的端口。配件76位于与收集室70相对的分配室68的一端，并且配件78位于与分配室68相对的收集室70的一端。在其它实施例中，具有任何数量端口的任何数量的配件可以在提供至内部容积62的入口的任何位置处密封到可收缩衬管40。
配件76和78分别可以与流动路径的入口端和流动路径的出口端相匹配，从而将各配件放置成与流动路径相连通。在这种构造中，分配室68中的液体可以被分配到流动路径内，并且来自流动路径的液体可以收集在收集室70中。图5C显示在液体已从分配室68分配到流动路径内之后的具有收集在密封的收集室70内的液体的可收缩衬管60。图5C中的虚线表示分配室68在将液体分配到流动路径内之前的横截面。收集室中所收集的液体可以保留用于以后使用或丢弃。同样地，收集室的功能可以为储存容器或废物储存器。具体地，收集室可以用于容纳用于从流动路径清除顶隙气体或其它污染物的液体。
收集室70中所收集的液体通过未密封的通道72可以排到分配室68内。此外，液体在被排回分配室68内之前可以在收集室70内达到均衡，从而减少气体在液体中的溶解量并阻碍微泡的形成。
使用本发明可以从流体容器中的液体移除顶隙气体而不会使任何顶隙气体排放到周围的环境中。本发明的这个特征会减少顶隙气体从流体容器内排放时可以出现的有价值液体的浪费，并且提供用于从保持有毒或腐蚀性液体的流体容器移除顶隙气体的安全装置。
尽管已参考优选实施例说明了本发明，然而本领域普通技术人员将会意识到在不偏离本发明的本质和范围的前提下可以对形式和细节进行变更。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于处理液体的可收缩流体容器，所述流体容器用于连接到液体传送系统的流动路径，所述流体容器包括：
用于储存液体的内部容积，所述内部容积限定主室和辅助室，所述主室用于将液体分配到所述流动路径中，所述辅助室用于容纳物质，所述内部容积适于允许所述辅助室与所述主室密封；以及
密封到所述流体容器的配件，所述配件限定与所述流体容器的所述内部容积相连通的端口。
2.根据权利要求1所述的可收缩流体容器，其中所述物质为顶隙气体。
3.根据权利要求1所述的可收缩流体容器，其中所述物质为来自所述流动路径的液体。
4.根据权利要求1所述的可收缩流体容器，其中所述主室和所述辅助室相连。
5.根据权利要求4所述的可收缩流体容器，其中所述辅助室相对于所述主室定位成捕集顶隙气体。
6.根据权利要求5所述的可收缩流体容器，其中所述主室朝着所述辅助室逐渐变窄。
7.根据权利要求4所述的可收缩流体容器，其中所述辅助室朝着所述主室逐渐变窄。
8.根据权利要求4所述的可收缩流体容器，其中可封通道连接所述主室和所述辅助室。
9.根据权利要求1所述的可收缩流体容器，其中所述内部容积由柔性衬管限定。
10.根据权利要求9所述的可收缩流体容器，其中所述柔性衬管由不能透过气体的材料制成。
11.根据权利要求1所述的可收缩流体容器，其中出口配件被密封到所述流体容器以限定与所述内部容积的所述主室相连通的端口，入口配件被密封到所述流体容器以限定与所述内部容积的所述辅助室相连通的端口。
12.根据权利要求1所述的可收缩流体容器，其中所述流体容器用于处理加工微观结构中所使用的液体。
13.一种用于以液体填充流体容器以使顶隙减至最小的方法，所述方法包括：
提供用于将液体保持在具有主室和辅助室的内部容积内的流体容器，所述辅助室连接到所述主室；
所述流体容器的所述内部容积填充有大量液体，使得所述主室含有液体而所述辅助室含有顶隙气体；以及
使所述辅助室与所述主室密封脱开，使得顶隙气体被捕集在所述辅助室内。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述内部容积由柔性衬管限定。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述柔性衬管使气体不能透过。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述主室朝着所述辅助室逐渐变窄。
17.一种用于从液体传送系统的流动路径收集物质的方法，所述方法包括：
提供具有分配室和收集室的流体容器，所述分配室保持液体；
将所述分配室连接到所述流动路径的入口端；
将所述收集室连接到所述流动路径的出口端；
使所述收集室与所述分配室密封；以及
将来自所述流动路径的物质收集在所述收集室中。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述流体容器具有连接所述分配室和所述收集室的通道。
19.根据权利要求18所述的方法，其中使所述收集室与所述分配室密封包括密封所述分配室与所述收集室之间的所述通道，以防止所述收集室中所收集的物质进入所述分配室中。
20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括：
未密封所述通道，以使所述收集室中所收集的物质中的至少一些进入所述分配室。
21.根据权利要求17所述的方法，其中所述物质为来自所述流动路径的液体。
22.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：
将液体从所述分配室供应到所述液体传送系统的所述流动路径中。
23.根据权利要求22所述的方法，其中使所述收集室与所述分配室密封包括：
在将液体供应到所述流动路径中之前从所述流体容器的所述分配室移除顶隙气体，其中通过密封所述分配室与所述收集室之间的通道从所述分配室移除顶隙气体，使得所述顶隙气体被捕集到所述收集室中。
24.一种将使用权利要求1的可收缩流体容器分配材料作为半导体制造过程的一部分来制造半导体装置的方法。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述材料为光阻溶液。

Claims (23)

1.一种用于处理液体的可收缩流体容器，所述流体容器用于连接到液体传送系统的流动路径，所述流体容器包括：
用于储存液体的内部容积，所述内部容积限定主室和辅助室，所述主室用于将液体分配到所述流动路径中，所述辅助室用于容纳物质；以及
密封到所述流体容器的配件，所述配件限定与所述流体容器的所述内部容积相连通的端口。
2.根据权利要求1所述的可收缩流体容器，其中所述物质为顶隙气体。
3.根据权利要求1所述的可收缩流体容器，其中所述物质为来自所述流动路径的液体。
4.根据权利要求1所述的可收缩流体容器，其中所述主室和所述辅助室相连。
5.根据权利要求4所述的可收缩流体容器，其中所述辅助室相对于所述主室定位成捕集顶隙气体。
6.根据权利要求5所述的可收缩流体容器，其中所述主室朝着所述辅助室逐渐变窄。
7.根据权利要求4所述的可收缩流体容器，其中所述辅助室朝着所述主室逐渐变窄。
8.根据权利要求4所述的可收缩流体容器，其中可封通道连接所述主室和所述辅助室。
9.根据权利要求1所述的可收缩流体容器，其中所述内部容积由柔性衬管限定。
10.根据权利要求9所述的可收缩流体容器，其中所述柔性衬管由不能透过气体的材料制成。
11.根据权利要求1所述的可收缩流体容器，其中出口配件被密封到所述流体容器以限定与所述内部容积的所述主室相连通的端口，入口配件被密封到所述流体容器以限定与所述内部容积的所述辅助室相连通的端口。
12.根据权利要求1所述的可收缩流体容器，其中所述流体容器用于处理加工微观结构中所使用的液体。
13.一种用于以液体填充流体容器以使顶隙减至最小的方法，所述方法包括：
提供用于将液体保持在具有主室和辅助室的内部容积内的流体容器，所述辅助室连接到所述主室；
所述流体容器的所述内部容积填充有大量液体，使得所述主室含有液体而所述辅助室含有顶隙气体；以及
使所述辅助室与所述主室密封，使得顶隙气体被捕集在所述辅助室内。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述内部容积由柔性衬管限定。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述柔性衬管使气体不能透过。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述主室朝着所述辅助室逐渐变窄。
17.一种用于从液体传送系统的流动路径收集物质的方法，所述方法包括：
提供具有分配室和收集室的流体容器，所述分配室保持液体；
将所述分配室连接到所述流动路径的入口端；
将所述收集室连接到所述流动路径的出口端；以及
将来自所述流动路径的物质收集在所述收集室中。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述流体容器具有连接所述分配室和所述收集室的通道。
19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括：
密封所述分配室与所述收集室之间的所述通道，以防止所述收集室中所收集的物质进入所述分配室中。
20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括：
未密封所述通道，以使所述收集室中所收集的物质中的至少一些进入所述分配室。
21.根据权利要求17所述的方法，其中所述物质为来自所述流动路径的液体。
22.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：
将液体从所述分配室供应到所述液体传送系统的所述流动路径中。
23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括：
在将液体供应到所述流动路径中之前从所述流体容器的所述分配室移除顶隙气体，其中通过密封所述分配室与所述收集室之间的通道从所述分配室移除顶隙气体，使得所述顶隙气体被捕集到所述收集室中。
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