CN101802258A - 蒸汽传输系统 - Google Patents

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CN101802258A CN200880108233A CN200880108233A CN101802258A CN 101802258 A CN101802258 A CN 101802258A CN 200880108233 A CN200880108233 A CN 200880108233A CN 200880108233 A CN200880108233 A CN 200880108233A CN 101802258 A CN101802258 A CN 101802258A
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Abstract

一种传输系统(10)，用于将物质传输至处理室(14)以将所期望的表面性质赋予一个或多个诸如鞋子的大物品，该系统包含：第一容器(16)，其用于填充液体物质；第二容器(18)，其用于接收来自第一容器(16)的液体物质；第一流量控制装置(20)，其用于控制允许从第一容器流向第二容器(18)的液体物质的量；蒸发装置(30)，其用于蒸发第二容器中的液体物质；和第二流量控制装置(38)，其用于控制从第二容器(18)流向处理室(14)的蒸发物质的流量。

Description

蒸汽传输系统
发明领域
本发明涉及一种用于将物质传输至处理室的传输系统，一种操作该传输系统的方法，以及包含这一传输系统的用于对制品表面进行等离子处理的设备。
发明背景
传输系统至今已知用于将来自高沸点液体的蒸汽传输并计量至真空室，以便在真空室内进行化学或物理处理。这种系统不很适合于液体是化学反应性单体的情况。
在一个已知的起泡器系统中，通过液体的载气泡，吸收蒸汽并将其传输至真空室。在一个已知的蒸发器系统中，产生足够高的蒸汽压(在1托的量级)以经由质量流量控制器将蒸汽传输至真空室。在蒸汽传输系统中，液体被加热并通过小口抽取，典型地由载气协助。
起泡器和蒸汽传输系统遭遇需要载气流的缺点，因而对蒸汽/载体组成的可行范围有限定。蒸发器系统具有缺点，即液体必须被加热至足够高的温度，该高温产生能使质量流量控制器正常工作的足够高压，伴随随后的不稳定的风险，包括在液体是单体的情况下聚合的风险。蒸汽传输系统还倾向于或者是由液体中的颗粒污染或者是由于在液体是单体的情况下聚合倾向而阻塞小孔。
现有技术
欧洲专利申请号EP-A3-1 202 321(Applied Materials Inc)描述了一种用于将液体前体蒸发并将其传输至处理室的设备和方法。液体前体的一个实例是三甲基硅烷(TMS)，其用于所谓的等离子体增强化学气相淀积(PECVD)方法中，例如用于大规模集成电路的制造中。
加工厂中遇到的一个问题，PECVD方法存在的地方是TMS有时不得不被从距离反应室一段相当大的距离的蒸发室来传输，这产生了不一致的前体流速。公开的设备通过在邻近反应室放置安瓿和到其极接近处蒸发液体前体而克服了这个问题。
欧洲专利申请号EP-A1-0-548 944(Canon KK)为人们描述了具有化学气相沉积系统的气体供给设备，其不管操作参数的波动形成稳定的膜。
液体前体补充系统的另一实例在国际专利申请号WO-A1-2006/059187(L’Air Liquide SA)中得以描述。液体前体系统包括远程加热器和将蒸汽传输至反应室的传输管路。所描述的系统克服了大量的反应性诸如引火的、或昂贵的材料存储于长的传输管路中的问题。
美国专利申请US 2003/0217697(Hideaki Miyamoto等)公开了一种将气体供应给出料罐的液体蒸发器，例如在半导体制造中所使用的类型。该系统使用温度控制阀的组合阵列以便补偿由于绝热膨胀发生的蒸发液体中的热损失。
前述专利公开描述了关于半导体和其他相似装置诸如超大规模集成电路的制造的已知问题的解决方案。没有一个系统适合在用于涂覆较大物品的系统中使用，所述较大物品诸如例如家庭物品以及衣服或鞋类物品、纸类商品或诸如电子物品的消费者产品。
任何前述文件都没有提到关于用材料涂覆大物品以便将特有性质赋予大物品表面的问题的解决方案。
本发明的一个目的是提供一种用于将物质传输至室的设备，目的在于在该室内或通过该室将特有性质赋予大物品。
术语大物品意在包括这样的事物，例如：运动装备、织物及其类似物、材料、纸类产品和合成塑料商品、衣服、高价值时尚物品及配饰、鞋类、电器商品、个人电子装置、移动电话、寻呼机、个人数字助理(PDA)和MP3装置。
发明内容
根据本发明，提供了一种用于将物质传输至处理室的传输系统，在使用中，至少一个大物品位于该处理室中，目的在于将一个或多个性质赋予该大物品的表面，该系统包含：
第一容器，其用于填充液体物质；
第二容器，其用于接收来自所述第一容器的液体物质；
第一流量控制装置，其用于控制允许从所述第一容器流向所述第二容器的液体物质的量；
蒸发装置，其用于蒸发所述第二容器中的液体物质；及
第二流量控制装置，其用于控制从所述第二容器流向处理室的蒸发物质的流量。
本发明还提供了一种操作用于将物质传输至处理室的传输系统的方法，在使用中，至少一个大物品位于该处理室中，目的在于将一个或多个性质赋予该大物品的表面，该系统包含：
第一容器，其用于填充液体物质；
第二容器，其用于接收来自所述第一容器的液体物质；
第一流量控制装置，其用于控制允许从所述第一容器流向所述第二容器的液体物质的量；
蒸发装置，其用于蒸发所述第二容器中的液体物质；及
第二流量控制装置，其用于控制从所述第二容器流向处理室的蒸发物质的流量；
其中该方法包含：
允许所述量的液体物质从所述第一容器流向所述第二容器；
蒸发所述容器中的液体物质；及
允许所述蒸发物质流进所述处理室中。
本发明还提供了一种用于对制品表面进行等离子处理的设备，该设备包含：
处理室，制品可以放置在该处理室中；
如权利要求1所述的传输系统，以下用于将物质传输至该处理室以在所述室内形成等离子体；
用于在该处理室内产生电场的装置，其用于在所述物质供应到该处理室时形成等离子体以便所述制品的表面能够被处理；及
压力控制装置，其用于选择性地控制该处理室内的压力。
本发明的其他优选和/或可选特征在随附的权利要求中加以限定。
现将只是举例来说参照附图对本发明进行说明，在附图中：
附图简述
图1是表示用于将物质传输至处理室的传输系统的示意图；及
图2是显示图1的传输系统的操作状态的表。
示例实施方式详述
参照图1，显示了传输系统10，用于将物质传输至处理室14。系统10包含：第一容器16，其可用液体物质12填充；第二容器18，用于接收来自第一容器16的液体物质；第一流量控制装置20，用于控制允许从第一容器流向第二容器的液体物质的量；蒸发装置30，用于蒸发第二容器中的液体物质；和第二流量控制装置38，用于控制从第二容器流向处理室14的蒸发物质26的流量。
第一容器16可以由系统操作者人工填充，并可采用漏斗容器或具有入口的封闭容器的形式。第二容器18可以是用于容纳将被蒸发的液体的烧瓶或烧杯或其他器皿，且优选为敞口以有助于液体向容器的供应和液体从容器的蒸发。
提供蒸发装置30用于当液体物质在容器18中时将其蒸发。该容器中液体物质可以如图1所示加热以促进蒸发，且这种加热装置可以包含加热板或者如果容器是导电的话利用容器中的热感应。
达到所需蒸发所需要的热量是多个不同因素的函数。这些因素包括：液体上方周围区域中的压力和该区域中的物质和其他成分的浓度；液体温度；液体中的分子间力；及液体的表面面积。液体中的分子间力对于每种物质是个常数，表面面积对于具体尺寸和形状的选定容器是个常数。尽管会受某些波动，但给定处理步骤所需的压力一般来说也是个常数。因而，为使所需流量的物质达到处理室而提供给液体物质的热量可以或者通过计算或者通过实验来确定。物质对蒸发装置活化的这一预定特征响应对于多种物质和对于将在处理室中执行的多个处理步骤是可以确定的，且蒸发装置可以受控制以达到所需的蒸发速率。
第一流量控制装置20具有内部空间28，该内部空间尺寸定成当从第一容器16被填充时接收预定量的液体物质。第一流量控制装置可以控制流入内部空间28的液体物质的流量和从内部空间流向所述第二容器18的液体物质的流量。
更具体地，第一流量控制装置20包含导管32、位于该导管上游部分的第一阀34和位于该导管下游部分的第二阀36。内部空间由导管、第一和第二阀限定。除了该导管内的空间外，内部空间28还占据了每个阀内的自由空间的一部分，且这些自由空间在确定内部空间28的容量时被考虑在内。
第一阀34可以打开以允许液体物质流入内部空间28。第二阀36可以打开以允许液体物质从内部空间28流向第二容器18。第一阀34可以打开而第二阀36可以关闭以允许液体物质填充内部空间28。当内部空间充满时，第一阀34可以关闭而第二阀36可以打开以允许容纳在内部空间28中的预定量的液体物质流入第二容器18。
预定量的液体物质可以通过选择具有不同内部容量的多个导管中的任何一个来根据需要容易地进行改变。处理室14中将要执行的不同的处理步骤需要不同的通过该室的流速和蒸发物质的浓度。导管32的内部容量可以根据室14中将要执行的所需处理步骤来选择。
如图1所示的第二流量控制装置38包含：物质可从容器18蒸发所进入的蒸发室40和从蒸发室40引导向处理室14的导管42。导管42包含阀44，用于控制蒸发物质26从第二容器18流向处理室14的流量。蒸发室40和导管42可以包含附加的加热装置(未示出)，用于当已从容器18被蒸发的物质接触到蒸发室和导管的内表面时减少已从容器18被蒸发的物质的冷凝。
传输系统可以形成用于对制品表面进行等离子处理的设备的局部。这一设备典型地包含：处理室，制品可以放置在该处理室中；如在此所述的传输系统，用于将物质传输至处理室以在该室内形成等离子体；用于在处理室内产生电场的装置，用于在所述物质供应到处理室时形成等离子体以便所述制品的表面能够被处理；及压力控制装置，用于选择性地控制处理室内的压力。
现将参照图1和2说明操作传输系统10的方法。在图2中，提供了阀34、阀36和阀44的参数。表中的参数“打开”是指打开的阀，该阀被打开至足以允许流经其的所需物质流量的程度。参数“关闭”是指关闭的阀，该阀被关闭以限制或阻止物质流经其。
第一容器16典型地填充有大量液体物质，其用于为多样性处理步骤向处理室传输足够物质。
阀34关闭，而阀36和阀44打开。处理设备的压力控制装置将处理室和阀34下游的传输系统排空至几毫托范围中的典型压力。借此，传输系统的排空清理了阻塞。
接着，阀34、阀36关闭，而阀44可以打开或关闭，同时传输系统排放至大气。
接着，阀34打开，而阀36关闭。阀44可以打开或关闭，因为它在这个处理步骤不重要。允许液体物质在重力作用下(或通过诱使流动的其他方式)从第一容器16通过阀34流进导管32。关闭的阀36限制物质向第二容器18的进一步流动以致第一流量控制单元20的内部空间28可以充满。
当内部空间28充满时，阀34关闭从而封住内部空间28中的预定量的液体物质。阀36打开以允许预定量的液体流进第二容器18。在这个阶段阀44可以打开或关闭。有利地，阀44被关闭以隔绝传输系统与处理室以便物质可以在阀44打开时按要求被传输至处理室。如果阀44在第二容器18的填充过程中打开，一些液体物质可能在其需要处理前就蒸发并进入处理室14。
当第二容器18已经接收了预定量的液体时，蒸发装置30启动以蒸发第二容器18中的液体物质。阀44关闭，且阀36也可关闭以阻止蒸发物质进入到第一流量控制装置20中。
当需要蒸发物质26进行等离子处理时，阀44打开且通过等离子处理设备的压力控制装置所产生的压力梯度将蒸汽吸入处理室14中。
如上所述的供给到第二容器18的液体物质的量对于将要在处理室内执行的一个或多个特定的处理步骤来说是按需求预定的。当处理执行完时，阀36打开且压力控制装置排空系统10，如上面第一方法步骤中所述的。
在此所述的这一方法可以由操作性连接于阀34、36和44以及蒸发装置30的控制装置来控制。这一控制装置可以包含：处理器单元，用于控制阀和蒸发装置的操作；及存储器，例如图2中所示的表被存储在该存储器中。
除了上述和图1中所示的这些特征，系统10还可以合适地包含监控装置(未示出)，其用于测量物质从第二容器18蒸发的随时间的速率，以便可以监控传输至处理室14的蒸发物质的流量。监控装置可以包含用于测量所述容器中的液体物质的重量(或质量)随着时间的变化的装置。重量的变化是对已经从容器18蒸发并传输至处理室的物质的重量或质量的度量。合适的称重装置包括压力传感器、天平或应变仪。液体物质的一个实例是具有活性端或活性侧基的“PFAC 8”或任何全氟化物(perfluorinatedchemical)，且当蒸发到诸如机织织物的材料的表面上时这将会赋予该材料防水性质。当想要制造防水服装或鞋类物品时这是非常需要的。
可选地或附加地，监控装置可以包含用于感应容器中物质高度的液位传感器，诸如超声波传感器、光学传感器或电容传感器。
传输周期过程中的液体物质的重量变化指示传输至处理室的蒸发物质的流量。因而可以通过测量这一重量变化来确定是否有适当流量的蒸发物质已进入处理室。如果确定适当流量已经进入到处理室，那么还可确定处理已经成功地执行。如果确定不适当的流量已经进入到处理室，那么可以确定处理执行不成功或未按要求的标准执行。
成功处理或不成功处理的确定可以通过将传输的重量的期望变化与重量的实时监控变化之间比较来做出。如果监控装置具有显示重量的显示器，那么这一确定可以简单地通过人工比较重量的监控变化与查阅表来做出。
本发明已经通过三个实施方式以及改变和替换加以说明，但是在读过和理解了本说明书后，进一步的实施方式和改变对于本领域技术人员来说将是显而易见的。所有这些实施方式和改变意在落入如随附的权利要求中所限定的本发明的保护范围中。

Claims (13)

1.一种用于将物质传输至处理室的传输系统，在使用中，至少一个大物品位于所述处理室中以便将一个或多个性质赋予所述大物品的表面，所述系统包含：
第一容器，其用于填充液体物质；
第二容器，其用于接收来自所述第一容器的液体物质；
第一流量控制装置，其用于控制允许从所述第一容器流向所述第二容器的液体物质的量；
蒸发装置，其用于蒸发所述第二容器中的液体物质；及
第二流量控制装置，其用于控制从所述第二容器流向处理室的蒸发物质的流量。
2.根据权利要求1所述的传输系统，其中所述第一流量控制装置具有内部空间，所述内部空间尺寸定成当从所述第一容器填充时接收预定量的液体物质，且其中所述第一流量控制装置能够控制流入所述内部空间的液体物质的流量和从所述内部空间流向所述第二容器的液体物质的流量。
3.根据权利要求1或2所述的传输系统，其中所述第一流量控制装置包含导管、位于所述导管上游部分的第一阀和位于所述导管下游部分的第二阀，且所述内部空间由所述导管、所述第一阀和所述第二阀限定。
4.根据权利要求3所述的传输系统，其中所述第一阀能够打开以允许液体物质流进所述内部空间中。
5.根据权利要求3或4所述的传输系统，其中所述第二阀能够打开以允许液体物质从所述内部空间流向所述第二容器。
6.根据从属于权利要求3的权利要求4所述的传输系统，其中所述第一阀能够打开且所述第二阀能够关闭以允许液体物质填充所述内部空间。
7.根据权利要求6所述的传输系统，其中当所述内部空间充满时，所述第一阀能够关闭且所述第二阀能够打开以允许所述预定量的液体物质流入所述第二容器。
8.根据任一项前述权利要求所述的传输系统，其中所述第二流量控制装置包含阀，所述阀能够打开以允许蒸发物质流入处理室以及能够关闭以限制流入所述处理室。
9.一种操作用于将物质传输至处理室的传输系统的方法，所述系统包含：
第一容器，其用于填充液体物质；
第二容器，其用于接收来自所述第一容器的液体物质；
第一流量控制装置，其用于控制允许从所述第一容器流向所述第二容器的液体物质的量；
蒸发装置，其用于蒸发所述第二容器中的液体物质；及
第二流量控制装置，其用于控制从所述第二容器流向处理室的蒸发物质的流量；
其中所述方法包含：
允许所述量的液体物质从所述第一容器流向所述第二容器；
蒸发所述容器中的液体物质；及
允许所述蒸发物质流进所述处理室中。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一流量控制装置包含导管、位于所述导管上游部分的第一阀和位于所述导管下游部分的第二阀，且预定量的内部空间由所述导管、所述第一阀和所述第二阀限定，且其中所述第一阀打开而所述第二阀关闭以允许液体物质流入所述内部空间，以及所述第一阀关闭而所述第二阀打开以允许所述预定量的液体流入所述第二容器。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第二流量控制装置包含阀，所述阀能够打开以允许蒸发物质流入处理室以及能够关闭以限制流入所述处理室。
12.根据权利要求1至8中任一项所述的系统或根据权利要求9或10所述的方法，其中所述物质是用于等离子处理的单体。
13.一种用于对制品表面进行等离子处理的设备，所述设备包含：
处理室，制品能够放置在所述处理室中；
如权利要求1至8中任一项所述的传输系统，其用于将物质传输至所述处理室以在所述室内形成等离子体；
用于在所述处理室内产生电场的装置，其用于在所述物质供应到所述处理室时形成等离子体以便所述制品的表面能够被处理；及
压力控制装置，其用于选择性地控制所述处理室内的压力。
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