CN101809189A - 蒸汽传输系统 - Google Patents
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Abstract
一种传输系统(10)，用于将物质(12)传输至处理室(14)以便涂覆大物品表面从而将特定性质赋予其上，该系统包含：物质容器(16)，其用于容纳从液体物质源(18)供应的物质；蒸发装置(20)，其用于蒸发所述容器中的液体物质；流动引导装置(22，24)，其用于引导蒸发物质流向该处理室；及监控装置(28)，其用于测量物质从所述容器蒸发的随时间的速率，以便可以监控传输至所述处理室的蒸发物质的流量。
Description
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和方法，以及包含这一传输系统的用于对物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。这种已知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(大约1托的量级)以经由质量流量控制器将蒸汽传输至真空室中。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/载体组合物的可行范围有限定。蒸发器系统具有缺点，即液体必须被加热至足够高的温度以便产生能使质量流量控制器正常工作的足够高压。这样的高温蒸发器系统遭遇伴随的不稳定的风险，包括在液体是单体的情况下聚合的风险。
蒸汽传输系统遇到的另一问题是蒸汽传输系统还倾向于或者是由于液体中的微粒污染或者是由于液体是单体的情况下的聚合倾向而阻塞小孔。
现有技术
已公布的国际专利申请WO-A3-2006/057708(Tokyo Electron limited)描述了一种测量系统，其用于确定在集成电路(IC)制造中所需的多层镀金属结构中所采用的低蒸汽压前体的流速。低蒸汽压前体的一个实例是钌，其以羰合钌(Ru3(CO)12)的形式沉积。钌由于其良好的粘合和屏障性质被用作屏障层。
所描述的设备特别用于半导体微型电路-所谓的超大规模集成(VLSI)电路的生产中，并描述了具有基片座的室、加热器、用于引入金属前体的蒸汽分配系统和流量测量系统。
单体传输系统的另一实例在已公布的国际专利申请WO-Al-98/10116(Talison Research)得以描述，该专利申请公开了一种用作蒸汽沉积设备的系统。该系统包括在使用中布置在反应室内的超声雾化器。
前述的两件公开描述了与半导体和其他相似装置的制造相关的已知问题的解决方案。两个系统均不适合用于涂覆大物品，诸如例如家庭物品和衣服或鞋类、纸类商品或诸如电子物品的消费者产品的物品。
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定性质赋予大物品。
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。
发明概述
根据本发明的第一方面，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于该物品表面，该系统包含：
物质容器，其用于容纳从液体物质源供应的物质；
蒸发装置，其用于蒸发所述容器中的液体物质；
流动引导装置，其用于引导蒸发物质流向处理室；及
监控装置，其用于测量物质从所述容器蒸发的随时间的速率，以便可以监控传输至所述处理室的蒸发物质的流量。
理想地，大物品的整个表面都被涂覆。优选地，涂层赋予至少一个下列性质给大物品，该性质包括：防水涂层、防火涂层、防腐涂层、彩色涂层、加硬涂层和防紫外线涂层。
本发明还提供了一种将物质传输至处理室的方法，该方法包含：
从物质源向容器供应液体物质；
从所述容器蒸发液体物质；
引导蒸发物质流向处理室；及
测量物质从所述容器蒸发的随时间的速率，以便可以监控传输至所述处理室的蒸发物质的流量。
本发明还提供了用于对物品表面进行等离子处理的设备，该设备包含：
处理室，物品可以放置在该处理室中；
传输系统，其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物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；
其中所述传输系统包含：
物质容器，其用于容纳从液体物质源供应的物质；
蒸发装置，其用于蒸发所述容器中的液体物质；
流动引导装置，其用于引导蒸发物质流向该处理室；及
监控装置，其用于测量物质从所述容器蒸发的随时间的速率，以便可以监控传输至所述处理室的蒸发物质的流量。
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。
现将仅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；
图2是显示如图1所示的容器中液体物质的质量变化的图；及
图3显示两个不同尺寸容器中的液体物质的质量变化速率的两个图。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12传输至处理室14。该系统包含物质容器16，其用于容纳从液体物质源18供应的物质。该容器16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，且优选为敞口的而不是密闭的以有助于液体向容器16的供应和液体从容器16的蒸发。
蒸发装置20，其可以是抵抗红外线或其他加热装置，其被提供用于当液体物质12在容器中时将液体物质12蒸发。容器中液体物质可以如图1所示加热以促进蒸发。在一个可选实施方式中，该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及其他成分的浓度；液体温度；液体中的分子间力；及液体的表面面积。这些其他因素中的一些(诸如压力)还可用于控制蒸发，但蒸发速率的变化对所供应的热量的变化比对压力变化更敏感。
液体中的分子间力对于每种物质是个常数，且表面面积对于具体尺寸和形状的选定容器是个常数。给定处理步骤所需的压力一般来说也是个常数，受到某些波动。因而，为了达到物质进入处理室的所需流量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12对蒸发装置20活化的这一预定特征响应对于多数物质和将在处理室中执行的多数处理步骤是可以确定的，且蒸发装置可以受控制以达到蒸发的所需速率。更具体地，蒸发装置供给容器以便达到所需的蒸发速率的热量可以是预定的。
系统10包含用于引导蒸发物质流向处理室14的流动引导装置22和24。图1中的流动引导装置包含：蒸发室22，物质可以从容器16蒸发到其中；和导管24，其用于蒸发室和处理室之间的选择性流体连通以便物质选择性地从所述蒸发室传输至所述处理室。导管24包含阀25，阀25用于控制所述室和所述处理室之间的选择性流体连通。蒸发室22和导管24可以包含附加的加热装置26，附加的加热装置26用于当已从容器16被蒸发的物质接触到蒸发室和导管的内表面时减少所述已从容器16被蒸发的物质的冷凝。
监控装置28测量物质12从容器16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28可以包含用于测量所述容器中液体物质的重量(或质量)随着时间的变化的装置，如图1所示。重量的变化是对已经从容器16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。
可选地或附加地，监控装置28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。
参照图1，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进入到处理室中。如果确定适当流量已经进入到处理室中，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14中，那么可以确定处理未成功执行或至少未按期望或需要的标准执行。
成功处理或未成功处理的确定可以通过比较传输重量的期望变化和重量的实时监控变化来做出。如果监控装置28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或自动比较重量的监控变化和查阅表来做出。
可选地，如图1所示，一个或多个处理步骤中使用的一种或多种物质的蒸发的预定特征速率可以存储在控制装置30的存储器32诸如电子存储器中。监控装置28适应于将关于蒸发的监控速率的信号提供给控制装置30。在此可选实施方式中，控制装置30理想地包括比较器装置34，比较器装置34用于比较从监控装置收到的蒸发的监控速率和存储器中存储的蒸发的预定特征速率。在一个实施方式中，比较器装置被设置成发出基于监控速率和预定速率的比较的信号。
在图1所示的设置中，控制装置30响应于从所述比较器装置发出的信号并可控制所述蒸发装置的活化以便物质流动的实际速率被调整至与所述预定特征速率一致，例如通过改变加热器温度的反馈回路的方式调整。
如果排空室22中的压力不同于特征速率确定时的压力，重量的监控变化可能与预定速率不一致。压力可能因为真空泵装置的操作或由于系统内的其他变量而发生变化。压力的这种变化可以在传输系统10中被补偿。
如图1所示，控制装置30可操作地连接于阀25，所以它可以控制所述排空室22和所述处理室14之间的流体连通，以便能够控制物质从排空室至所述处理室的传输。蒸发物质向处理室的传输速率通过控制蒸发速率来达成，且阀25被控制成“关闭”或“打开”传输。
通过操作阀42使供应导管40选择性地将液体物质供应到容器16。控制装置30可以如图1所示可操作地连接于阀42以便能够控制液体物质向容器16的供应。
现将说明操作系统的一种方法，如图1所示。
排空室通过孔(未示出)被排空至大气压。排空室22和容器16通过关闭导管24中的阀25而与处理室14隔绝。阀42打开，诸如具有活性端基或活性侧基的“PFAC 8”或任何全氟化物(perfluorinated chemical)的液体物质在系统处于大气压时通过导管40从源18被供应。所供应的液体物质的量由将要在处理室中执行的处理步骤来确定，且在这点上，不连续量的液体可以供给不连续的处理步骤，或者足够的液体可以供给不止一个处理步骤。当所需量的物质已经供给容器16时，阀42关闭而阀25打开。连接到处理室的真空泵设置将排空室22和导管24中的气体排空以达到所需的处理压力。一旦排空室22已经排空，导管24中的阀25就可以关闭。
蒸发装置20加热容器16以促进蒸发。供给容器的热能的量被控制成调整和维持物质从容器的蒸发处于所需速率。当需要处理时，阀25打开，由于真空泵设置产生的压差使得蒸发物质流动通过导管24且流入处理室14中。
在物质传输过程中，排空室22和导管24由加热器26加热以减少它们内表面上的冷凝。
监控装置28根据物质从容器16蒸发的测得速率将信号传送至比较器装置34。比较器装置比较从监控装置28收到的蒸发的测得速率与存储器32中存储的蒸发的预定特征(或所需)速率。比较器装置34发出关于监控的蒸发速率和预定速率的差异的信号。控制装置30控制蒸发装置20来控制供给容器16的热量以控制蒸发速率，以便如果需要的话调整实际蒸发速率至与蒸发的预定速率一致。
控制装置30如图1所示，但在没有这种控制装置的传输系统中，容器16中的物质质量变化可以被监控，并且如果质量变化不像所预定的那样，则可以确定不适当量的物质已经进入处理室14中且因此处理步骤未被适当地执行。
液体物质的蒸发通过测量容器16中液体的质量随时间的变化来监控。图2显示质量随时间变化的典型图。在所示的实例中，物质的传输被确定为与时间成线性关系，且图的斜率是对流入处理室的物质的流量的度量。
图3显示对于直径为35毫米和22毫米的两个选定容器来说物质随时间的损失速率。
如图所示，对于35毫米容器，损失速率是线性的，且传输的测得速率对于处理步骤是如所要求的。
此系统适合于向处理室传输等离子处理中使用的单体。这一单体可能是对于处理室中的物品表面的等离子沉积所需要的，且可以是用于达成物品上的薄疏水聚合层的单体。
不像现有传输系统，在参照图1说明的系统中，不需要载气来将物质传输至处理室且因此不限制蒸汽组成。不需要质量流量控制器。与容器16中的液体物质接触的蒸汽压力仅毗邻地高于贯穿处理室的蒸汽压力，因此将液体的所需温度升高减到最小。并且，导管24的孔径尺寸可以在几厘米的范围内，减少了通道阻塞的倾向。
本发明已经通过三个实施方式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明显的。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范围中。
可以用防水/斥水涂层来涂覆的更多物品包括：运动装备、诸如时尚饰品的高价值时尚物品、电器商品、诸如BLUETOOTH(商标)装置的个人电子装置、移动电话、寻呼机、个人数字助理、MP3装置、电缆、光盘(CD)、便携式计算机和键盘。
可以理解，本发明可以取决于将被涂覆的物品的所需特征和性质并为了达到所需的技术效果而连同不同活化物质范围来使用。
因此，例如，可以引入防腐物质以便在这些物品中或之上提供防腐涂层，这些物品诸如：绷带、敷料和紧急医疗装备；家具的特殊物品、浴室家具、急救箱、服装物品；及医疗、外科和牙科装置。
可选地，可以引入阻燃物质以便给这些物品提供阻燃性质，这些物品诸如：衣服物品、皮制品、纺织布料和封套、纸类商品、电器商品、诸如BLUETOOTH(商标)装置的个人电子装置、移动电话、寻呼机、个人数字助理、MP3装置、电缆、光盘(CD)、钞票和信用卡。
在更进一步的实施方式中，将被引入的物质是适应于被引入到骨头和牙齿植入物的蛋白质成膜剂以便促进骨头生长和骨材料的结合，从而加强破坏的骨头或牙齿的再生长/修复。
在另一个实施方式中，将被引入的物质可以是适应于被引入到将被涂覆的物品的特定面积/区域中的导电材料。
可以理解，本发明适于涂覆缝合、接合、编织或连接织物或材料，诸如例如：皮制品和具有或不具有接合鞋底的鞋面。
用两种或多种不同物质来多重涂覆物品以便向一个物品赋予两个或多个不同的效果，诸如例如赋予防水性质和防火性质，这也应在本发明的范围内。
本发明已经通过各种实施例和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明显的。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范围中。
Claims (26)
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：
物质容器，其用于容纳从液体物质源供应的物质；
蒸发装置，其用于蒸发所述容器中的液体物质；
流动引导装置，其用于引导蒸发物质流向所述处理室；及
监控装置，其用于测量物质从所述容器蒸发的随时间的速率，以便能够监控传输至所述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，其中所述物质是用于在等离子处理中使用的单体。
3.根据权利要求1或2所述的传输系统，其中所述蒸发装置包含用于加热所述容器中液体物质的加热装置。
4.根据任一项前述权利要求所述的传输系统，其中所述流动引导装置包含：蒸发室，物质能够从所述容器蒸发到所述蒸发室中；和导管，其用于所述蒸发室和所述处理室之间的选择性流体连通以便物质能够选择性地从所述蒸发室传输至所述处理室。
5.根据权利要求4所述的传输系统，其中所述导管包含阀，所述阀用于控制所述室和所述处理室之间的选择性流体连通。
6.根据任一项前述权利要求所述的传输系统，其中所述流动引导装置包含用于减少所述流动引导装置的内表面上的物质冷凝的加热装置。
7.根据任一项前述权利要求所述的传输系统，其中所述监控装置包含称重装置，所述称重装置用于测量所述容器中液体物质的重量随时间的变化。
8.根据权利要求7所述的传输系统，其中所述称重装置包含与所述容器绝热的压力传感器。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的传输系统，其中所述监控装置包含液位传感器，所述液位传感器用于感应所述容器中物质的高度。
10.根据任一项前述权利要求所述的传输系统，包含控制装置，所述控制装置根据所述物质对所述蒸发装置的蒸发的预定特征响应来设置，以便能够根据将要在所述处理室中执行的所需等离子处理来控制所述物质的传输速率。
11.在权利要求10从属于权利要求4或者从属于权利要求4的任一项前述权利要求时根据权利要求10所述的传输系统，其中所述控制装置控制所述排空室和所述处理室之间的流体连通以便能够控制物质从所述排空室向所述处理室的传输。
12.根据任一项前述权利要求所述的传输系统，包含用于选择性地向所述容器供应液体物质的供应导管。
13.在权利要求12从属于权利要求10或从属于权利要求10的任一项前述权利要求时根据权利要求12所述的传输系统，其中所述控制装置能够控制液体物质向所述容器的供应。
14.根据任一项前述权利要求所述的传输系统，包含比较器装置，所述比较器装置用于比较来自所述容器的物质蒸发的监控速率和蒸发的预定特征速率并发出关于所述监控速率和所述预定特征速率之间的差异的信号。
15.根据权利要求14所述的传输系统，其中所述控制装置响应于从所述比较器装置发出的所述信号，并能够控制所述蒸发装置的活化以便将监控速率调整至与所述预定特征速率一致。
16.一种将物质传输至处理室的方法，所述方法包含：
从物质源向容器供应液体物质；
从所述容器蒸发液体物质；
引导蒸发物质流向处理室；及
监控物质从所述容器蒸发的随时间的速率，以便能够将计量流量的蒸发物质传输至所述处理室。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述物质是用于在等离子处理中使用的单体。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其中通过加热所述物质使所述液体物质从所述容器蒸发。
19.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中当所述处理室中需要物质进行处理时所述物质被选择性地传输至所述处理室。
20.根据权利要求16至19中任一项所述的方法，其中通过测量所述容器中的液体物质的重量随时间的变化来监控物质的蒸发。
21.根据权利要求16至20中任一项所述的方法，其中通过测量所述容器中的液体物质的高度随时间的变化来监控物质的蒸发。
22.根据权利要求16至21中任一项所述的方法，其中根据所述物质对热供应的预定特征响应向所述液体物质供应热，以便能够根据将要在所述处理室中执行的所需等离子处理来控制所述物质的传输速率。
23.根据权利要求16至22中任一项所述的方法，其中比较物质自所述容器蒸发的监控速率和蒸发的预定特征速率，以便能够确定所述监控速率和所述预定特征速率之间的差异。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述物质的蒸发根据所述监控速率和所述预定特征速率之间的所述差异来控制并被调整，以便所述监控速率与所述预定特征速率一致。
25.用于对物品表面进行等离子处理的设备，所述设备包含：
处理室，物品能够放置在所述处理室中；
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物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；
其中所述传输系统包含：
物质容器，其用于容纳从液体物质源供应的物质；
蒸发装置，其用于蒸发所述容器中的液体物质；
流动引导装置，其用于引导蒸发物质流向所述处理室；及
监控装置，其用于测量物质从所述容器蒸发的随时间的速率，以便能够监控传输至所述处理室的蒸发物质的流量。
26.根据权利要求25所述的设备，其中所述传输系统是如权利要求1至15中任一项所述的传输系统。
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