CN1305539A - 适合流体流通过结构布置的筛状结构 - Google Patents

Abstract

本发明介绍一种适合流体流过一种结构布置的系统。具体地说是一种用于积木式气体系统的密闭系统。空气流进入外壳进气口(302a),然后穿过管道(313)流到安装平面的进气表面区(308)。空气流被引导通过安装平面,然后通过积木式气体系统(314)。从那里开始,空气流被引导在外壳内朝排气口(330a)流动。然后。空气进入俘获系统,该俘获系统能容纳任何可能逸出该气体系统的气体并且排出净化的空气。在替代实施方案中,所述的管道连接:由该气体系统的出口表面区到排气口;由安装平面的出口表面区到排气口,以及由进气口到该气体系统的进气表面区。

Description

适合流体流通过结构布置的筛状结构

本发明的技术领域

本发明涉及气体输送系统领域，更具体地说涉及用于俘获在半导体制造期间可能逸出的有害气体或易燃气体的装置。

本发明的现有技术

配气盘被用于在许多制造工艺和加工机械中控制气体和气体混合物的流动。典型的配气盘(例如，图1a所示的配气盘100)是由数百个考虑周密的或独立的零部件(例如，阀门102、过滤器104、流量调节器106、压力调节器107、压力传感器109和连接件108)通过数十(或数百)英尺长的管道系统110连接在一起制成的。配气盘是为了通过各种各样考虑周密的零部件的独特配置提供所需要的功能(例如，混合和吹洗)而设计的。传统的配气盘100具有两个组成部分：气体系统115和安装平面116。气体系统115是离散零部件(例如，阀门102、过滤器104、流量调节器106)以及它们的互相连接(例如，管道系统110)的集合。安装平面116是安装气体系统115的底座。

图1b展示用于俘获从传统的气体系统115中渗漏的气体的传统的装置190。就图1b的目的而言，各种各样离散的零部件(例如，图1a中的阀门102、过滤器104、流量调节器)可以简单地作为一个整体看待，即被看作是诸功能零部件121。

传统的气体系统115和安装平面116两者被完全封闭在外壳120之内。俘获系统118被用来俘获可能从传统的气体系统115中渗漏的气体。俘获系统118还作为真空起抽吸空气流112进入进气口111的作用的角色。外壳120内的空气流113遍布整个外壳120的体积流动。任何渗漏气体都将被外壳120中的空气流113携带，然后被抽吸到俘获系统118中。俘获系统118这样俘获从传统的气体系统115渗漏的气体，以致只有洁净的空气119从俘获系统118中逸出。因此，只有洁净的空气119被排放到环境中。

在标准的配气盘100中，传统的气体系统115是定做的手工制品。在传统的气体系统115中功能部件121之间具有相当大的空间114，所以外壳120里的空气流113很容易在传统的气体系统115的功能部件121之间流动。从传统的气体系统115中渗漏的气体非常可能驻留在空间114中。因此，渗漏气体很容易被抽吸到外壳120的外面通过排气口117进入俘获系统118。

目前配气盘100存在的问题是它们中大多数是为满足特定的需要而专门设计和配置的。至今还没有用来配置配气盘的简单的标准设计。当今，设计配气盘、加工所有的分段组件、然后把它们组装成最终产品需要花费数周至数月的时间。专门设计和配置每种新配气盘是以时间和金钱为代价的。此外，缺乏标准设计使设施的工作人员难以维护、修理和改造可能存在于单一的设施中的所有的设计各不相同的配气盘。专用设计需要充足的人力，这将导致客户为定做配气盘支付高成本。定做的配气盘还使备件库存管理变得繁琐且费用高昂。

回过来参照图1a，现目前配气盘存在的另一个问题是为了使所有的功能部件相互连接需要大量的连接件108和焊接。当管道被焊接到连接件108上时，在焊接过程中产生的热量将使管道中接近焊点的部分(即受热区域)的电抛光等级由于物理化学变化而下降。受热区的光洁度下降可能是产生污染物的根源。此外，在焊接过程中金属蒸汽(例如，锰蒸汽)可能在温度较低的管道部分中凝结并且在其中形成沉积。另外，如果被焊接的零部件具有不同的材料构成(例如，含铬镍铁合金的不锈钢)，所需的焊缝几何形状和化学性质则难以实现。因此，大量采用连接件和焊接的配气盘与需要极低水平的污染物和颗粒的超洁净气体系统是不相容的。此外，高纯度的连接件108价格昂贵，并且可能难以得到，因此使任何包括它们的配气盘都将增加成本。

与现有的配气盘设计相关的第三个问题是大量的管道系统110被用于为遍布配气盘的气体确定路线。大体积的管道系统需要大量的气体来填充该系统并且使空气流变得难以稳定和控制。此外，管道系统价格昂贵的配气盘需要耗费大量的时间进行吹洗和隔离，这可能导致基本加工设备昂贵的停机时间，从而导致业主的成本增加。再进一步，配气盘具有的管道系统越多，它所具有的“润湿表面积”就越大，这将增加它在制造过程中变成污染源的可能性。

1996年12月3日申请的美国专利申请第08/760,150号已经通过揭示适合积木式气体系统200的积木式构件202、204着手解决上述问题，如图2a所示。这种构件的运用大大简化了设计并且减少了与当前的配气盘技术相关的不足。图2a展示各种各样的功能部件206。图2a中的功能部件206类似于图1b中的功能部件121。换言之，就图2a的目的而言功能部件206可以被标注成一个整体，尽管它们的准确的形状和/或功能各不相同。每个功能部件206被安装在积木式模块202上。功能部件206在±x方向上通过积木式底座模块202相互流体连通。功能部件206在±z方向上通过歧管模块204相互流体连通。歧管模块204在功能部件206和积木式底座模块202的下方。

比较图2a和图1a，与传统的配气盘100(简单地回顾图1a)相关的昂贵的管道系统110在积木式气体系统200中被删除。此外，积木式气体系统200的功能部件206比按传统定做的气体系统115的功能部件(例如，阀门102、过滤器104、流量调节器106)更密集。因此，积木式气体系统200是密集的。密集型气体系统是一种具有窄间隙或窄间隙区域的气体系统。窄间隙可能与窄间隙区是难以区分的，因此在这份专利申请中被交替地使用。窄间隙在这个实例中是气体系统200内的空隙，该空隙在使用传统的装置190、290时至多具有无关紧要的流体流动。现在参照图2b，积木式气体系统215被增加的填充密度导致在积木式气体系统215范围内形成上述的窄间隙区214。正象被讨论的那样，窄间隙区214引起在与气体系统215相关的各种结构之间缺少空气流动。如图2b所示，窄间隙区214在相邻的功能部件206之间。但是，在实践中已经观察到最窄的间隙在相邻的气体棒之间。气体棒在图2b中未示出，它将在在本发明的详细说明中进一步详细讨论。因此，图2b仅仅起这种与积木式气体系统200相关的减少空隙特征尺寸的示范性实例的作用。

由窄间隙214引起空气流动不足导致各种违反半导体制造安全技术规范的情况。例如，一些最初的装备制造商(OEMs)是这样解释Sematech技术规范SEMI S2-93A第10节的，即要求遍布外壳结构220的最小值为每分钟50英尺。空气流动不足导致违反这条技术规范。此外，与SEMI S2-93A无关的工业技术规范包括：仅次于任何易燃气体(如氢气、氨、二氯硅烷)的关键连接的每分钟100英尺；接近任何自燃气体(如硅烷)的关键连接的每分钟200英尺；真空密封外壳220。因此，图2b所示的传统装置290不足以达到积木式气体系统215的预期目的。

需要的是一种新装置，该装置将在积木式气体系统215的密集填充的功能部件206之间成功地引导空气流。有允许空气流入气体系统215的开口的安装平面就是这种改进装置的实例。

本发明的概述

一般的说，本文介绍一种允许流体流过结构布置的系统。具体地说，介绍一种用于积木式气体系统的密闭系统。

在本发明中，空气流进入外壳的进气口。然后，空气通过管道流向安装平面的进气表面区。空气流被引导穿过安装平面后再通过积木式气体系统。从那里，空气流在外壳范围内被引向排气口。然后，空气进入俘获系统，该系统能容纳任何可能已经从气体系统中逸出的气体并且把净化的空气排放出去。

在替代实施方案中，管道把气体系统的排气表面区接到排气口上。在另一个替代实施方案中，管道把安装平面的排气表面区接到排气口上。在又一个实施方案中，管道把进气口与气体系统的进气表面区连接起来。

此外，介绍了许多可以应用于上述的任何实施方案(或本发明的实施方案)的细节。这些细节包括：使吸进的空气流最大的小横截面积进气口、在气体系统的宽间隙下方用于安装平面的开口的芯棒、为了清除外壳上的死角在管道侧壁上设置的通道、以及为了允许除去外壳范围内各种各样的死角而设置的附加的进气口。

附图简要说明

图1a图解说明标准的配气盘。

图1b图解说明用于标准配气盘的外壳系统。

图2a图解说明积木式气体系统。

图2b图解说明外壳系统和积木式气体系统。

图3a图解说明本发明的实施方案在-z方向上的装置。

图3b图解说明本发明的实施方案在-y方向上的外壳。

图3c图解说明本发明的实施方案在-x方向上的外壳。。

图4图解说明用于本发明的实施方案的气体系统和安装平面。

图5图解说明用于本发明的实施方案的安装平面。

图6图解说明第一替代实施方案。

图7图解说明第二替代实施方案。

图8图解说明第三替代实施方案。

本发明的详细说明

本发明介绍一种在半导体生产中把空气流引导到由相互连接的积木式构件组成的气体系统的新颖装置。在下面介绍中，为了透彻地理解本发明，介绍了许多特殊的细节(例如，特殊的积木式构件、特殊的安装平面和特殊的空气流方向)，不过，对于熟悉这项技术的人或许用不着这些特殊的细节就能实践本发明。在其它实例中，众所周知的机械组装、机械加工和制造技术没有特别详细地陈述，以避免喧宾夺主使本发明变得模糊而难于理解。

在本发明中，空气流进入外壳的进气口。空气通过管道流向安装平面的进气表面区。然后，引导空气流通过安装平面后在积木式气体系统的诸零部件之间通过。从那里，空气流在外壳范围内被引导流向排气口。然后，空气进入俘获系统，该系统能容纳任何已从气体系统中逸出的气体，再将被净化的空气排放出去。在替代实施方案中，管道把气体系统的排气表面区与排气口连接起来。在另一个替代实施方案中，管道把安装平面的排气表面区与排气口连接起来。在又一个替代实施方案中，管道把进气口与气体系统的进气表面区连接起来。此外，还介绍了许多可应用于任何上述实施方案或本发明的实施方案的细节。这些细节包括：使吸进的空气流最大的小横截面积进气口、在气体系统的宽间隙下方用于安装平面的开口的芯棒、为了清除外壳上的死角在管道侧壁上设置的通道、以及为了允许除去外壳范围内各种各样的死角而设置的附加的进气口。

图3a、3b和3c展示本发明的实施方案在3个不同方向上的透视图(即分别从-z、-y和-x方向往里观察)。参照图3a和3b，装置300a(见图3a)用在相邻的气体棒331b和332b之间的窄间隙307b(见图3b)适当地引导空气流。在相邻的气体棒331b和332b之间的窄间隙307b在实践中比相邻的功能部件318a、b之间的间隙325a、b窄得多(大约为0.2英寸)。因此，气体系统319a、b、c在图3中的画法是不按比例的，仅仅是为图解说明在本文中讨论的各种概念服务。即便如此，也有可能是这样的，即大的功能部件318a、b或形状复杂的功能部件318a、b可能是这样存在的，以致间隙325a、b狭窄到足以气密地限制空气在间隙325a、b范围内流动。应用于这项发明的气体系统比较按比例的视图用图4表示。图4将在下面讨论。

继续本发明的介绍，来自制造环境的空气流340a在进气口302a被引入。该空气流继续流入管道313a，借此使空气流(按+y方向)流过安装平面308a、b，进入气体系统319a、b。然后，空气流在外壳的壳体301a、b旁流过，朝排气口330a、b流去。空气流334a、334b从排气口330a、b流入俘获系统321a。俘获系统321这样过滤空气流，以致任何从气体系统319a、b渗漏的气体(该气体是被空气流319a、b捕捉的)都被俘获系统321捕获。然后，俘获系统321a把被捕获的渗漏气体引导到中央废气管理系统。洁净的空气322a被排放回环境。俘获系统321a还形成真空，抽吸空气流通过装置300。换言之，俘获系统321a还起着空气流来源的作用。空气流来源仅仅是任何用来把空气引入进气口的装置。

改进装置300a的基本零件是外壳301a、b。外壳301a、b通常是(尽管不需要是)盒状结构，它通常是由金属板制成的。在外壳301a、b范围内是气体系统319a、b。在本发明的实施方案中，安装平面308a、b作为外壳301a、b的边界。在传统的俘获系统中(见图1b和2b)，外壳120、220仅仅保证逸出的气体在被扫入俘获系统118、218之前被容纳在外壳之中。在本发明的实施方案中，图3a、b所示的外壳301a、b本质上具有同样的目的；但是，气体渗漏到外壳301a外面，进入管道313a则是可能的。本发明将提及这个问题，但是，在这份说明书中对它的讨论将留在后面。

如图3a和3b所示，(正象在美国专利申请第08/760,150号中所描述的那样)，气体系统319a、b是由功能部件318a、b；积木式底座模块316a、b和歧管模块317a、b组成的。功能部件318a1-a6和318b1-b12被安装在它们相应的积木式底座模块316a1-a6和316b1-b12上。在积木式底座模块316里面是允许流体在积木式模块316的内部与其相对应的功能部件318之间流动的通道。积木式底座模块316内的通道这样延伸到每个积木式模块316的面上，以致相邻的积木式底座模块(例如，316a1、a2；316b1、b2)呈流体连通状态。这导致相邻的功能部件(例如，318a1、a2和318b1、b2)是相互流体连通的。用这种方法可以设计和实现复杂的气体系统319a、b。

图3b是外壳301b内部的俯视图。气体系统319b有两根气体棒331b、332b。参照图3a和3b，积木式底座模块316a1-a6、b1-b6被连接在一起形成气体棒331a、b。类似地，积木式底座模块316b7-12被连接在一起形成气体棒332b。气体棒331、332这样定位在安装平面308上，以致使它们沿着x方向铺设。气体棒331a、b基本上允许流体在功能部件318a1-a6、b1-b6之间(沿着x轴)流动。气体棒332b允许流体在功能部件318b7-12之间(沿着x轴)流动。气体棒331a、b和332a、b被直接安装在歧管模块317a1、b1和317a2、b2上。气体棒331a、b和332a、b彼此通过歧管模块317a1、b1和317a2、b2呈流体连通状态。歧管模块317是把相邻的气体棒331、332(用一个歧管模块或者借助一串相互连接的歧管模块)相互连接起来的模块。歧管模块317沿着z轴铺设并且被直接安装在安装平面308上。

因此，在本发明的实施方案中，气体系统319是借助歧管模块317安装在安装平面308上的。安装平面308类似于在1997年7月11日申请的美国专利申请第08/893,773号中揭示的安装平面。安装平面308的技术对于实现足以满足半导体生产要求的气体系统是至关重要的。具体地说，为了保证相邻的积木式底座模块(例如316a1、a2和316b1、b2)之间无渗漏地密封，积木式底座模块316必须彼此精确地对准并且与歧管模块317精确地对准。因此，安装平面308不仅作为便于组装气体系统319的底座，而且作为实现积木式气体系统319时关键的准直工具。

参照图3b，在本发明的实施方案中，安装平面308b不同于在美国专利申请第08/893,773号中揭示的那个安装平面，其中为了允许空气流入气体系统319b孔或开口323在安装平面308b上。换言之，空气在相邻的气体棒331b、332b之间流动并且通过气体系统319b中的窄间隙307b。在本发明的实施方案中，相邻的气体棒331b、332b(沿着z轴)的中心间距大约为1.7英寸；如果给定气体棒331b、332b的宽度332b为1.5英寸，则窄间隙307b大约为0.2英寸。来自管道313在+y方向上的空气流(简单地参照图3a)被引导通过安装平面308b上的开口323，这允许空气流继续流入气体系统319b。类似于开口323的开口在气体棒331b和332b的下面；但是，这些开口在图3b中是看不到的，因为它们在气体棒331b和332b下方。空气流通过气体棒331b、332b之间的窄间隙307b并且最终通过气体系统319a、b范围内存在的其他的窄间隙向上流动。这种空气流本质上可以除掉使用传统的俘获系统时可能以其它方式保留在气体系统319的空隙中的渗漏气体。

安装平面308b具有横卧在xz平面上的表面区，流过安装平面308b的空气流将通过该表面区继续流动。存在两个表面区：一个表面区在空气流进入安装平面308b的位置(“安装平面进气表面区”)，而另一个被边界线303包围的表面区在空气流离开安装平面308b的位置(“安装平面排气表面区”)。安装平面308b的进气表面区是安装平面308b上的一个表面区域，倾向于通过安装平面308b流动的空气将在该区域进入安装平面308b。安装平面308b的排气表面区是安装平面308b上的另一个表面区域，通过安装平面308b空气流将在该区域离开安装平面308b。以线303为界的安装平面308b的排气表面区在图3b中很容易看到。安装平面308b的进气表面区在图3b中是看不到的，因为它横卧在安装平面308b的下面；但是，安装平面308b的进气表面区在尺寸上与以线303为界的区域相等则是显而易见的。

回过来参照图3a，因为本发明的实施方案预计在引导空气流通过气体系统319a之前先引导空气流通过安装平面308a，所以安装平面308a的排气表面区在y轴上定位在370处。安装平面308a的进气表面区在y轴上位于350处。

气体系统319也具有在很大程度上横卧在xz平面中的进气和排气表面区。气体系统319的表面区类似于论及安装平面308时介绍的表面区。气体系统319的进气表面区是在气体系统319周围的表面区，空气通过该表面区为的是进入气体系统319。气体系统319的排气表面区是在气体系统319周围的表面区，所有已经通过气体系统319的空气流都通过该表面区，以便逸出气体系统319的区域。

参照图3a，气体系统319a的进气表面区也沿着y轴被定位在370处。尽管气体系统319a的形状是不规则的，但是平滑的表面区是可以预见的，该表面区基本上横跨包围气体系统319a区域的区域，当前对准气体系统319a的空气流为了进入气体系统319a区域必须经过所述区域。因为气体系统319a被固定在安装平面308a上，所以安装平面308a的排气表面区和气体系统319a的进气表面区两者被定位在y轴的同一位置370。

现在参照图3b，请注意，虽然气体系统319b只有两个气体棒331b和332b(分别在轴线304和轴线305上)，但是该系统可能有三根气体棒。这第三根气体棒可能以轴线306为中心。假设气体系统319b的进气表面区包括一些可能出现但并非必定出现气体棒的区域328。换言之，来自管道313a的空气向上流动穿过安装平面308b上的通孔323通过安装平面308b流入气体系统319b的进气表面区。因此，气体系统319b的进气表面区包括正好在(没有放置气体棒的)安装平面308b上方的区域328以及正好在(放置了气体棒331b、332b的)安装平面308b上方的区域327。所以，气体系统319b的进气表面区包括被边界线303包围的区域327、328。气体系统319的进气表面区与安装平面308b的排气表面区具有近似相同的尺寸和形状。这保证空气最有效地流过并进入气体系统319b。换言之，通过俘获系统321a抽吸形成的总体积流速(回过来参照图3a)均衡地分布在气体系统319b的进气表面区上。但是，本发明不仅仅限于这种约束。区域328在气体系统319b中被称为宽间隙328。宽间隙328的尺寸至少大体上与一个积木式底座模块316一样大并且可能与多个气体棒一样大。宽间隙更一般的定义是在前面提供的。

回过来参照图3a，气体系统319a的排气表面区的线性段351被展示出来。人们再一次看到，尽管气体系统319a具有不规则的形状，但是平滑的表面是可以预见的，所有已经进入气体系统319a的空气为了离开气体系统319a的区域都必须通过这个表面。线性段351是这种平滑表面的一部分。

继续介绍图3所示的改进装置300，管道313a把安装平面308a的进气表面区与进气口302a连接起来。进气口允许空气流入外壳301a或管道313a。这样，来自进气口302a的空气流340a被引导通过管道313a。管道仅仅是一种这样的结构，它在装置范围内协助引导被隔离或几乎被隔离的流体的流动。然后，空气流沿着+y方向被引导通过安装平面308a的进气表面区，通过安装平面308a上的开口(例如323，简单地参照图3b)，再分别通过安装平面308a的排气表面区和气体系统319a的进气表面区。接下来，空气流通过气体系统319的排气表面(在图3a中用线351表示)。

然后，在外壳301a中的空气流被引导到排气口330a，进入俘获系统321a。在俘获系统中，气体经过过滤后洁净的空气322被排放回环境。排气口允许流体流从外壳301a或管道中逸出。

参照图4，图4更详细地以改善的相对比例展示气体系统419和安装平面408。在这张图中，可以看到5个气体棒431-435。还能看到两个歧管436、437。歧管436在所有的5根气体棒431-435的下面，而歧管437在气体棒431、432和433的下面。还可以注意到两种间隙，窄间隙427-430和用边界425和426勾画出轮廓的宽间隙。窄间隙427-430分别在相邻的气体棒431与432、432与433、433与434、434与435之间。在这个实施方案中，窄间隙427-430是气体系统419范围内的间隙，如果使用类似于在图1B和图2B中展示的传统装置清除来自气体系统419的渗漏气体，按照可应用工业技术规范或客户的观点它将具有不充分的空气流。为了把空气流适当地引入窄间隙427-430，把通孔424策略地定位在安装平面408上的窄间隙427-430附近。在本发明的实施方案中，象被讨论的那样，窄间隙427-430通常是0.2英寸宽。换言之，在相邻的气体棒之间通常有0.2英寸。

气体系统419中的宽间隙是用边界425和边界426勾画的。宽间隙是气体系统419中的这样一种间隙，通过该间隙被引导通过开口423(它直接在宽间隙的下方)的空气流本质上将对清除来自窄间隙区域(例如，427-430)的渗漏气体没有贡献。换言之，宽间隙是气体系统419中的一个区域，通过该区域的流动在很大程度上是被浪费掉的。浪费掉的流动意味着该流动在任何时候都不通过窄间隙区域流动。在这个区域中，宽间隙至少大体上与一个积木式底座模块一样大。在本发明的实施方案中，积木式底座模块通常是1.5英寸乘1.5英寸。

另外，应当注意通孔423和424在安装平面408上的周期性排列。为了保证安装精确，气体棒431-435必须沿着安装导轨450、451放置。这些导轨是在安装平面408范围内形成的高精度沟槽。有两种类型的安装导轨：准直安装导轨450和歧管安装导轨451。准直安装导轨450被用于相对安装平面408调整气体棒431-435。歧管安装导轨451被用于把歧管模块536、537直接安装到安装平面408上。在本发明的实施方案中，通孔423、424位于安装导轨451范围内。这样，它们排列被限定在一些预定位置的范围内。通过把通孔423、424这样限定到歧管安装导轨451上，使它们将总是恰好在气体棒的外边缘下方并且总是恰好朝着的气体棒的外边缘。这样完成了两件事情。第一，某些空气流实际上是在气体棒下面流动的，这部分空气流将清除钻到气体棒下面的渗漏气体。第二，大百分比的空气流向上流动通过窄间隙427-430。如果通孔423和424更多地定位在气体棒中心的下面，那么空气流的主体(由于积木式气体系统模块的密集型)将简单地在气体系统419的下方和气体系统419外边缘的外面流动。通过把通孔423放在不仅使它们定位在气体棒外边缘的下方而且朝气体棒的外边缘偏置的区域中，使空气流向上流动直接通过气体系统419中的窄间隙427-430并且钻到气体棒431、432的下面。

图5用通孔或开口523的周期性结构展示安装平面503。在本发明的实施方案中，通孔523是1英寸长并且沿着歧管安装导轨551被1英寸的间隔隔开。歧管安装导轨551被用于锚定歧管模块(例如，图3a和3b中的317a1、b1和317a2、b2)，并且通常离准直安装导轨(550)0.6英寸。安装导轨550用于帮助使气体棒在安装平面503上象上文陈述的那样准直。虽然本发明的实施方案希望在安装平面503中周期性地安排开口523；但是非常可能的是开口523要由客户来安排以适合每种特定气体系统的布置。但是，本发明的实施方案挑选如图5所示的周期性地安排开口523，因为与通孔523的周期性图案相关的生产成本比定做通孔523低得多。

有各种各样的设计细节需要进一步详细描述。

第一，回过来参照图3b，如果允许空气通过开口323流进宽间隙，那么流过安装平面308b的空气流中相当大的一部分几乎没有可能俘获从这对气体棒331b/332b、歧管317b1/b2或功能部件318b逸出的气体。所以，芯棒嵌入物可以被用来堵塞上方没有气体棒的通孔323。这将使流过气体系统319b的空气流量最大。参照图4，在宽间隙425、426下方的通孔423在本发明的实施方案中将被堵塞。在安装平面408上的通孔424将不被堵塞，因为它们就在气体棒431-435的下面。通过堵塞在宽间隙425和426下方的通孔423且不堵塞在气体系统419下面的通孔424，把最大的空气流引向气体系统419以及与它相关的全部窄间隙(例如，427-430)。

第二，参照图3a，空气从进气口302a进入，然后通过管道313在管道末端区3131a范围内流动。管道末端区3131a被看成是管道313a的一部分。参照图3a和图3c，管道末端区3131允许空气进入外壳301c。空气从进气口302c进入，然后通过管道313c在管道末端区(在图3c中看不到，因为管道末端区3131a在yz平面中的横截面积等于进气口302c在yz平面中的横截面积)范围内流动，然后通过安装平面308a、c。进气口302c在yz平面中的横截面积(以及由此产生的管道末端区3131a的横截面积)保证改进装置300将满足工业安全技术规范或客户的要求。例如，工业标准SEMI S2-93A第10节要求装置俘获合理地想到的渗漏气体。这个要求是这样检验的，即在外壳301c中以30升/分钟的流速在开口(例如进气口302c)的“视线”范围内通过0.25英寸直径的管子慎重地注入六氟化硫。放在开口附近的外壳302c外面的吸入式探头检测任何从外壳301c上的开口渗漏出来试验气体。任何这样的检测结果都表明试验失败。

六氟化硫试验气体在它从0.25英寸直径的管子中(在30标准升/分钟下)涌出时的速度超过5000英尺/分钟。因为自然的扩散和混合，流速随着离试验探头越来越远迅速下降(在探针前面6英寸的地方大约1000英尺/分钟)。

为了保证满足SEMI S2-93A技术规范，试验气体不必借助进气口302c从外壳301中逸出。为了保证试验气体不以这种方式逸出，在进气口302c吸入空气的线性流速必须合理地超过来自试验气体管的流速。在本发明的实施方案中，1000英尺/分钟(距试验管正面6英寸的流速)被选中作为名义流速。名义流速是作为“最坏情况”的气体渗漏类型被合理地选中的流速。名义流速可以逐一地用于帮助开发有助于保证装置300a满足工业技术规范(例如，SEMIS2-93A)和客户的要求的装置300a特征。这样，在本发明的实施方案中，空气在进气口302a、c的吸入速度必须合理地超过1000英尺/分钟(名义流速)。在这个实施方案中，1500英尺/分钟被选中作为在进气口302a、c的线性流速，它合理地超过来自试验气体管的1000英尺/分钟的名义流速。

因此，在本发明的实施方案中，进气口302a、c和管道末端区3131a(简单地回过来参照图3a)的设计点是这样的，即通过这些零部件的流速是1500英尺/分钟。通过这些零部件的流速是它们在yz平面中的横截面积和空气流来源(例如，被图3a中的俘获系统321a吸入的空气流)的体积流的函数。具体地说，通过这些零部件的线性流速是用每个这样的零部件(即进气口302a、c或管道末端区3131a)在yz平面上的横截面积归一化的俘获系统321a的抽吸体积流速。

例如，如果俘获系统321a以150立方英尺/分钟的体积流速抽吸，那么1/10平方英尺的横截面积将产生1500英尺/分钟的线性流速。类似地，100立方英尺/分钟的体积流速和1/15平方英尺的横截面积也将产生1500英尺/分钟的线性流速。所以，在进气口302a、c和管道末端区3131b处的特征线性流速可以根据流动来源的体积流速通过调整这些零部件在yz平面上的横截面积得以实现。保持俘获系统321a的低体积流速(例如，100-150立方英尺/分钟)有益于减少维护和制造费用。

总之，在进气口302a、c处比较高的空气流速与在管道末端区31 31a中至少几英寸距离内相差无几的或同样高的空气流速相结合将保证在空气吸入口302a、c的上游将检测不到六氟化硫试验气体，因为它已经被迎面而来的空气流清除掉了。虽然管道末端区3131a在yz平面内具有完全一样的横截面积(正象在图3c中所描绘的那样)，但是这种设计选择不是必要条件。再者，两个结构(进气口302a、c和管道末端区3131a)中比名义流速(例如来自试验气体管)高的流速的组合保证气体不从进气口302a、逸出外壳301。这两个结构可以具有不同的流速，只要每个结构都具有适当地高于名义流速的流速即可。

本发明的第三个细节涉及图3a中的管道313a的侧壁309a。侧壁309a有助于密封或使管道313a与外壳301a的内部空间隔离。这样，在进气口302a的空气流将全部通过安装平面308a流入气体系统319a区域。

外壳301a通常取决于顾客的需要。所以，顾客可以要求大的或小的外壳结构301a。他们甚至可以要求不同形状和尺寸的外壳结构301a。不同形状和尺寸的外壳301a可能导致在外壳301a范围内出现不同的死区314a1-a4。死区314a1-a4本质上是在外壳内极少有或没有空气流的区域。死区314与窄间隙或狭窄区域截然不同，死区通常与外壳内空气流不足有关，而窄间隙或狭窄区域具体地与通过气体系统的空气流不足相关。就盒状外壳S而言，死区314a1-a4通常在角落处。

正象被讨论的那样，工业标准要求各种水平的空气流遍布整个外壳301的内部空间。例如，对SEMI S2-93A第10节常用的解释要求遍布外壳301a内部空间的最小值为每分钟50英尺。死区314导致不能满足这个要求。此外，工业技术规范还包括接近任何易燃气体的关键连接部位(例如，两个相邻模块316相交)每分钟100英尺和/或在硅烷的任何关键连接部位附近每分钟200英尺。死区314可能威胁到这些标准能否接受装置300a。

为了清除死区314a1-a4，可以采取许多途径。就出现在管道313a的侧壁309a1、a2附近的死区314a1、a2而言，可以在侧壁309a1、a2上形成通道311a1、a2。通道把流体在外壳301a与管道313a之间的流动本质上连接起来。通道311a1、a2允许可观的流量310a1、a2从管道313a流入角落314a1、a2。此外，为了逐一清除死区314a3、a4，可以在外壳301a周围不同的战略位置增添进气口312a1、a2。追加的进气口312是为了清除外壳范围内的一个或多个死区或者为了在窄间隙范围内引导空气流以某种方式安排在外壳结构上的口。

所以，为了形成通过外壳301a的线性流动(例如在-x方向上)可以在外壳301a上的不同位置增添附加的进气口。

图6-8展示这种设计的替代实施方案。在图6的实施方案中，气体系统619与前面介绍的本发明的实施方案相比是被颠倒的。此外，空气按相反的方向流动。因此，管道613把气体系统619的排气表面区与排气口630连接起来。俘获系统(未示出)被接在排气口630上。空气流从不同的进气口602a-c进入外壳601。尽管展示了不止一个进气口602a-c，但这不是必要的限制；不过考虑到可适用的工业标准，它仍然是被推荐的。

图7展示另一个替代实施方案。图7所示实施方案在结构上非常类似于本发明的实施方案。主要的差异是空气的流动方向。所以，这样在这个实施方案中，管道713把安装平面708的排气表面区连接到排气口730上。俘获系统再一次没有展示。空气流从不同的进气口702a-c进入外壳701。同样，尽管展示了不止一个进气口602a-c，但这不是必要的限制；不过考虑到可适用的工业标准，它仍然是被推荐的。

另一个实施方案是用图8表示的。图8所示的实施方案具有与图6所示者类似的结构。换言之，气体系统819是被颠倒的。在这个实施方案中，管道813把连接气体系统819的进气表面区与进气口802连接起来。俘获系统(未示出)被接在排气口830上。空气从进气口802进入，然后通过气体系统819和安装平面808流入外壳801。

重要的是注意到以被描述的本发明的实施方案为特征的全部细节都适用于图6-8所示的替代实施方案。因此，管道侧壁上用于清除死区的通道、安装平面上用于阻挡空气流通过气体系统中的宽间隙的芯棒以及为了使通过进气口的空气流最大(以致不允许试验气体逸出到进气口外边)而变狭窄的进气口全都适用于所有的替代实施方案。

重要的是注意到这项发明的范围虽然一般地说以气体系统为目标，但是可以应用于结构布置需要某种流体(例如，气体或液体)流动的其他问题。所以，这项发明通常应用于结构布置，不仅仅是气体系统。结构布置本质上是任何需要流体(例如，气体或液体)流动的结构。前面介绍的气体系统是结构布置的一种形式。密集的结构布置是具有至少一个窄间隙的结构布置。窄间隙是这样一种间隙，即如果不是使流体流策略地对准结构布置以便以这样的方式引导流体流过窄间隙，那么在该间隙中最多将只有微不足道的流体流。

此外，与本发明不仅仅局限于气体系统，而且可以应用于任何需要流体流动的结构布置这一事实相似；本发明也不仅仅局限于(在美国专利申请第08/893,773号中揭示的)被打孔的安装平面。所以，任何不是结构布置但具有至少一个允许流体流通过的开口的结构(即，筛状结构)都被认为是本发明的一部分。筛状结构包括但不限于筛网或周期性固定的拉杆或横杆。

虽然本发明的实施方案预见打孔的安装平面将形成筛状结构，但是本发明把局限于把结构布置直接安装到筛状结构上的装置。例如，回过去参照回到图3a，空气流可以在气体系统319的“顶部”引入气体系统319a(即，按-y方向流动)。筛状结构可以被这样放在气体系统319a上方，以致空气流在通过气体系统319a之前先通过筛状结构。在这样的实施方案中，气体系统319a仍然必须安装在安装平面308a上。但是，如果气流可以通过其侧面逸出气体系统319a(例如在z或x方向上)，那么安装平面就不需要打孔。所以，结构布置并非绝对需要固定到筛状结构上。

正象发明不仅适用于气体系统和安装平面而且还适用于结构布置和筛状结构那样，类似于气体系统的进气和排气表面区的各种定义对于结构布置的进气和排气表面区也都存在。换言之，结构布置的进气表面区是所有流过该结构布置的流动都必须横穿的表面区域。结构布置的排气表面区是所有流过该结构布置的流动都必须通过它才能逸出结构布置区域的表面区域。筛状结构的进气表面区是所有流过该筛状结构的流动都必须横穿的表面区域。筛状结构的排气表面区是所有流过该筛状结构的流动都必须横穿的表面区域。所以，类似于气体系统的进气和排气表面区的各种定义对于筛状结构的进气和排气表面区也都存在。此外，结构布置和筛状结构都不必一定是平面。例如，圆筒形的进气和排气表面区将来源于圆筒形结构。

可以想象，一些设计可能不需要最大的流动通过结构布置，因此本发明不必仅仅局限于筛状结构的表面区近似等于结构布置的表面区的设计。同时，本发明也不必局限于结构布置的表面区与筛状结构的表面区在形状上大体相同的设计。本发明也不局限于筛状结构的进气表面区等于筛状结构的排气表面区的设计。同时，本发明还不局限于结构布置的进气表面区等于结构布置的排气表面区的设计。所以，各种表面区之间的各种尺寸关系的大范围变化在本发明之下是可能的。各种的关系可能是外壳301的尺寸(通常由顾客决定)和由俘获系统321或工业标准决定的流速最大值或最小值的函数。

因此，用于清除结构布置范围内的死区的筛状结构以及用于积木式气体系统引导空气流通过安装平面以清除气体系统范围内的死区的外壳系统的一般描述已经介绍完毕。

Claims (50)

1．一种装置，所述装置包括：

a)外壳；

b)至少一个进气口，该进气口适合流体流入所述的外壳；

c)至少一个排气口，该排气口适合所述流体流出所述外壳。

d)密集的结构布置，所述的密集结构布置具有进气表面区和排气表面区；

e)筛状结构，所述的筛状结构具有至少一个开口，所述的筛状结构具有进气表面区和排气表面区；以及

f)管道，所述的管道把至少一个所述的排气口与所述筛状结构的排气表面区或所述密集结构布置的排气表面区连接起来，或者所述的管道把至少一个所述的进气口与所述密集结构布置的进气表面区或所述筛状结构的进气表面区连接起来。

2．根据权利要求1的密集结构布置进一步包括积木式气体系统的积木式部件。

3．根据权利要求1的装置，其中所述密集结构布置的两个表面区近似等于所述筛状结构的两个表面区中的任一个。

4．根据权利要求3的装置，其中所述密集结构布置的两个表面区的尺寸和形状与所述筛状结构的两个表面区中的任一个相同。

5．根据权利要求1的装置，其中所述的密集结构布置被安装在所述的筛状结构上。

6．根据权利要求1的装置进一步包括空气流来源，所述的空气流来源具有体积流速，所述的管道具有管道末端区，至少一个所述的进气口具有第一横截表面积，所述的管道末端区具有第二横截面积，所述的第一和第二横截面积两者都小于或等于所述空气流来源用名义线性流速归一化的体积流速。

7．根据权利要求1在所述筛状结构中的诸开口，其中所述开口在所述筛状结构中按周期性图案排列。

8．根据权利要求1的筛状结构进一步包括在所述筛状结构中插入所述开口的芯棒，所述芯棒在所述密集结构布置中位于宽间隙附近。

9．根据权利要求1在筛状结构中的开口，其中所述开口在所述结构布置中位于窄间隙附近。

10．根据权利要求1的外壳进一步包括至少一个附加的进气口。

11．根据权利要求1的流体流，其中所述的流体流是气态的流体流。

12．根据权利要求1的管道，其中所述的管道把所述的进气口与所述筛状结构的进气表面区连接起来。

13．根据权利要求12的管道，其中所述的管道这样隔离所述的流体流，以致所述的流体流几乎全部通过所述筛状结构的所述开口。

14．根据权利要求12的管道，其中所述的管道进一步包括至少一个从所述管道到所述外壳的通道。

15．根据权利要求1的管道，其中所述的管道把所述的排气口与所述筛状结构的排气表面区连接起来。

16．根据权利要求1 5的管道，其中所述的管道这样隔离所述的流体流，以致所述的流体流几乎全部通过所述筛状结构的所述开口。

17．根据权利要求15的管道，其中所述的管道进一步包括至少一个从所述外壳到所述管道的通道。

18．根据权利要求1的管道，其中所述的管道把所述的进气口与所述密集结构布置的进气表面区连接起来。

19．根据权利要求18的管道，其中所述的管道这样隔离所述的流体流，以致所述的流体流几乎全部通过所述筛状结构的所述开口。

20．根据权利要求18的管道，其中所述的管道进一步包括至少一个从所述管道到所述外壳的通道。

21．根据权利要求1的管道，其中所述的管道把所述的排气口与所述密集结构布置的排气表面区连接起来。

22．根据权利要求21的管道，其中所述的管道这样隔离所述的流体流，以致所述的流体流几乎全部通过所述筛状结构的所述开口。

23．根据权利要求22的管道，其中所述的管道进一步包括至少一个从所述外壳到所述管道的通道。

24．一种装置，所述装置包括：

a)外壳；

b)至少一个用于气态流体流进入所述外壳的进气口；

c)至少一个用于所述气态流体流从所述外壳流出的排气口；

d)气体系统，所述的气体系统具有进气表面区和排气表面区；

e)安装平面，所述安装平面具有数个开口，所述安装平面具有进气表面区和排气表面区，所述气体系统安装在所述安装平面的任何一个表面区上；以及

f)管道，所述管道把至少一个排气口与所述安装平面的排气表面区或所述气体系统的排气表面区连接起来，或者所述管道把至少一个所述的进气口与所述气体系统的进气表面区或所述安装平面进气表面区连接起来。

25．根据权利要求24的气体系统进一步包括积木式气体系统的零部件。

26．根据权利要求24的装置，其中所述气体系统的表面区在尺寸和形状上与所述安装平面的两个表面区相同。

27．根据权利要求24的装置进一步包括空气流来源，所述的空气流来源具有体积流速，所述的管道具有管道末端区，至少一个所述的进气口具有第一横截表面积，所述的管道末端区具有第二横截面积，所述的第一和第二横截面积两者都小于或等于所述空气流来源用名义线性流速归一化的体积流速。

28．根据权利要求24所述在安装平面内的各开口，其中所述安装平面中的开口为1英寸长，所述开口在所述安装平面中按间隔1英寸排列。

29．根据权利要求24的安装平面进一步包括插入所述安装平面中的第一个所述开口的芯棒，所述第一开口在所述气体系统中位于宽间隙附近。

30．根据权利要求24在所述安装平面中的开口，其中所述开口在所述气体系统中位于窄间隙附近。

31．根据权利要求24在所述安装平面中的开口，其中所述开口位于气体棒的外边缘。

32．根据权利要求24的外壳进一步包括至少一个附加的进气口。

33．根据权利要求24的管道，其中所述的管道把所述的进气口与所述安装平面的进气表面区连接起来。

34．根据权利要求33的管道，其中所述的管道这样隔离所述的气态流体流，以致所述的气态流体流几乎全部通过所述安装平面上的所述开口。

35．根据权利要求33的管道，其中所述的管道进一步包括至少一个从所述管道到所述外壳的通道。

36．根据权利要求24的管道，其中所述的管道把所述的排气口与所述安装平面的排气表面区连接起来。

37．根据权利要求36的管道，其中所述的管道这样隔离所述的气态流体流，以致所述的气态流体流几乎全部通过所述安装平面上的所述开口。

38．根据权利要求36的管道，其中所述的管道进一步包括至少一个从所述外壳到所述管道的通道。

39．根据权利要求24的管道，其中所述的管道把所述的进气口与所述气体系统的进气表面区连接起来。

40．根据权利要求39的管道，其中所述的管道这样隔离所述的气态流体流，以致所述的气态流体流几乎全部通过所述安装平面上的所述开口。

41．根据权利要求39的管道，其中所述的管道进一步包括至少一个从所述管道到所述外壳的通道。

42．根据权利要求24的管道，其中所述的管道把所述的排气口与所述气体系统的排气表面区连接起来。

43．根据权利要求42的管道，其中所述的管道这样隔离所述的气态流体流，以致所述的气态流体流几乎全部通过所述安装平面上的所述开口。

44．根据权利要求42的管道，其中所述的管道进一步包括至少一个从所述外壳到所述管道的通道。

45．一种装置，所述装置包括：

a)外壳；

b)至少一个适合气态流体流进入所述外壳的进气口；

c)至少一个适合所述气态流体流从所述外壳流出的排气口；

d)气体系统，所述的气体系统具有进气表面区和排气表面区，所述气体系统具有至少一个歧管块，所述气体系统具有许多气体棒，所述气体棒安装在至少一个所述的歧管底座块上，每个所述的气体棒具有许多积木式底座块，至少一个所述的歧管块把至少两个气体棒连接起来，所述的气体系统具有许多功能部件，每个所述的功能部件安装在积木式底座块上，所述的气体系统具有窄间隙。

e)安装平面，所述安装平面具有数个开口，所述安装平面具有进气表面区和排气表面区，所述的歧管块安装在所述安装平面的任何一个表面区上；以及

f)管道，所述管道把至少一个所述的排气口与所述安装平面的排气表面区或所述气体系统的排气表面区连接起来，或者所述管道把至少一个所述的进气口与所述气体系统的进气表面区或所述安装平面的进气表面区连接起来。

46．根据权利要求45的管道，其中所述的管道把所述的进气口与所述安装平面的进气表面区连接起来。

47．根据权利要求45的管道，其中所述的管道把所述的排气口与所述安装平面的排气表面区连接起来。

48．根据权利要求45的管道，其中所述的管道把所述的进气口与所述气体系统的进气表面区连接起来。

49．根据权利要求45的管道，其中所述的管道把所述的排气口与所述气体系统的排气表面区连接起来。

50．一种方法，所述方法包括：

a)把流体流引入至少一个进气口；

b)引导所述的流体流进入安装平面的进气表面区或气体系统的进气表面区；

c)引导所述的流体流从安装平面的排气表面区或气体系统的排气表面区流向至少一个排气口。

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