DE112012001221B4

DE112012001221B4 - System und Verfahren zum wahlweisen Spülen gelöster Gase aus Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE112012001221B4
Application number: DE112012001221.6T
Authority: DE
Inventors: Ulrich Brammer; Johannes Seiwert; Christiane Gottschalk
Original assignee: MKS Instruments Inc
Current assignee: MKS Instruments Inc
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2021-07-15
Anticipated expiration: 2032-03-16
Also published as: WO2012125820A1; KR20140022017A; JP6251040B2; SG193284A1; CN103442779B; US20120279396A1; US8882885B2; GB2501861A; JP2016193438A; TW201238635A; CN103442779A; GB201316064D0; KR101850873B1; TWI523676B; DE112012001221T5; GB2501861B; JP2014512942A

Abstract

System zum wahlweisen Spülen gelöster Gase aus Flüssigkeiten, aufweisend:eine erste Schaltvorrichtung, die zwei erste Schaltvorrichtungseingänge und zwei erste Schaltvorrichtungsausgänge aufweist, wobei die erste Schaltvorrichtung in Fluidkommunikation mit einer Flüssigkeitsquelle an einem ersten Eingang der ersten Schaltvorrichtung und einer Inertgasquelle an einem zweiten Eingang der ersten Schaltvorrichtung steht, wobei der zweite Eingang der ersten Schaltvorrichtung Inertgas empfängt, welches einen ersten Abschnitt des Gases aus der Flüssigkeitsquelle spült, wobei der erste Abschnitt des gespülten Gases die erste Schaltvorrichtung an einem ersten Ausgang der ersten Schaltvorrichtung verlässt; undeine zweite Schaltvorrichtung, die zwei zweite Schaltvorrichtungseingänge und zwei zweite Schaltvorrichtungsausgänge aufweist, wobei die zweite Schaltvorrichtung in Fluidkommunikation mit einem zweiten Ausgang der ersten Schaltvorrichtung und der Inertgasquelle an einem zweiten Eingang der zweiten Schaltvorrichtung steht, wobei der zweite Eingang der zweiten Schaltvorrichtung Inertgas empfängt, welches einen zweiten Abschnitt des Gases aus der Flüssigkeitsquelle spült, wobei der zweite Abschnitt des gespülten Gases die zweite Schaltvorrichtung an einem ersten Ausgang der zweiten Schaltvorrichtung verlässt, wobei der zweite Ausgang der zweiten Schaltvorrichtung eine Flüssigkeit ausgibt; undeine Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe a) in Fluidkommunikation mit der zweiten Schaltvorrichtung über einen ersten und zweiten Ausgang der zweiten Schaltvorrichtung, wobei sowohl der erste als auch der zweite Ausgang der zweiten Schaltvorrichtung in Fluidkommunikation mit zumindest einem Eingang der Vakuumpumpe ist, und b) in Fluidkommunikation mit der ersten Schaltvorrichtung über einen Ausgang der Vakuumpumpe in Fluidkommunikation mit dem ersten Eingang der ersten Schaltvorrichtung.

Description

Gebiet der Erfindung
Im Allgemeinen betrifft die Erfindung Systeme und Verfahren, die in Nassreinigungshalbleitervorrichtungen eingesetzt werden. Insbesondere betrifft die Erfindung ein System, welches ungewünschte Gase aus Flüssigkeiten spülen kann.
Hintergrund der Erfindung
Mikroelektronikchips, wie integrierte Schaltungen, werden aus vergleichsweise großen Wafern aus Halbleitermaterial hergestellt. Dieses Verfahren schließt typischerweise mehrere aufeinanderfolgende Schritte ein, einschließlich der folgenden:

Fotolithografisches Erzeugen einer Ätzmaske;
Ätzen einer Schicht aus Material, wie durch die Maske definiert ist;
Entfernen der fotolithografischen Maske durch irgendeine Kombination nasser und trockener chemischer Techniken;
Entfernen von Oxidschichten vor dem weiteren Verfahren;
Abscheiden von Schichten aus Materialien; und
Abspülen, um die Restchemikalien zu entfernen. Die fotolithografische Maske wird aus einem polymerischen Material hergestellt, welches als Fotoresist bezeichnet wird. Nachdem die Fotoresistmaske entfernt wurde, wird typischerweise ein abschließender Reinigungsschritt durchgeführt, das sogenannte Abspülen oder nasse Reinigen.

De-ionisiertes Wasser (DI-Wasser) (d.h. ultrareines Wasser) ist für seine Verwendung bei diesem Abspülen von Halbleitervorrichtungen bekannt. Es ist bekannt, jegliche Metallkorrosion und Verunreinigungen der Vorrichtungen zu verhindern. Es ist für das DI-Wasser wünschenswert, sehr geringe Level von gelösten Gasen (z.B. Stickstoff, Sauerstoff und Kohlendioxid) zu enthalten. Entgasungssysteme können verwendet werden, um gelöste Gase aus dem DI-Wasser zu entfernen.
Verdünnte hydrofluorische Säure kann verwendet werden, um Oxidschichten aus Siliziumoberflächen zu entfernen. Sauerstoff in der Ätzflüssigkeit kann weiterhin Silizium oxidieren, was dazu führen kann, dass mehr Siliziumdioxid entfernt wird als gewünscht. Ein Entgasen der hydrofluorischen Säure, die beim Erzeugen einer verdünnten hydrofluorischen Säure verwendet wird, kann das Entfernen der zusätzlichen Siliziumdioxide minimieren.
Gase, die typischerweise in der Halbleiterindustrie verwendet werden, können einen hohen Reinheitsgehalt bei einem niedrigen Wassergehalt aufweisen. Eine zu entgasende Flüssigkeitsquelle kann einen hohen Dampfdruck aufweisen. DI-Wasser oder Wasser in verdünnter HF kann einen hohen Dampfdruck aufweisen, der eine Funktion der Temperatur ist. Der Dampfdruck kann höher als der Wassergehalt (Partialdruck) in Halbleitergradgasen sein. Wasser in Kontakt mit Halbleitergradgasen kann dazu führen, dass einiges oder alles des Wassers verdampft. Zum Beispiel kann für eine HF-Konzentration <0,5 % bei 25 Grad Celsius ein relativer Dampfdruck für Wasser deutlich höher als der Dampfdruck für HF in der HF-Konzentration sein. Es ist wünschenswert für ein Entgasungssystem, dass es das Verdampfen von Wasser verhindern kann.
Gängige Vakuumentgasungssysteme schließen Membranschaltvorrichtungen und Wasserringvakuumpumpen ein. Wasserringvakuumpumpen können eine zusätzliche Wasserversorgung benötigen. Gängige membranbasierte Vakuumentgasungssysteme haben eine beschränkte Lebensdauer, und können daher alle paar Jahre zu ersetzen sein.
Einige der gängigen Entgasungssysteme befinden sich an dem Ort, an dem DI-Wasser erzeugt wird. In diesen Systemen kann das DI-Wasser durch Rohrleitungen zu dem Ort transportiert werden, an dem das DI-Wasser verwendet wird. Die DI-Wasserrohrleitung kann die Menge der Sauerstoffkonzentration in dem DI-Wasser erhöhen, und dabei das geringe Sauerstoffkonzentrationslevel gefährden, welches für viele Halbleiteranwendungen nötig ist. Die Diffusion von Sauerstoff durch die Rohrleitung kann weiterhin die Prozessstabilität beschränken, da die Sauerstoffkonzentration in dem DI-Wasser von der Verweildauer des Wassers in der Rohrleitung abhängt.
Das Dokument DE 694 27 728 T2 bezieht sich auf eine Erfindung, die eine Vorrichtung zur Verringerung von gelöstem Sauerstoff, wobei der Gehalt an gelöstem Sauerstoff in Flüssigkeiten verringert wird, offenbart.
Das Dokument EP0645168 A1 bezieht sich auf das Strippen eines flüchtigen Stoffes aus einer Flüssigkeit mit einem Stripgas.
Zusammenfassung der Erfindung
In einem Aspekt bietet die Erfindung ein System zum wahlweisen Spülen gelöster Gase aus Flüssigkeiten. Das System weist eine erste Schaltvorrichtung mit zwei ersten Schaltvorrichtungseingängen und zwei ersten Schaltvorrichtungsausgängen auf. Die erste Schaltvorrichtung steht in Fluidkommunikation mit einer Flüssigkeitsquelle an einem ersten Eingang der ersten Schaltvorrichtung und einer Inert-Gasquelle an einem zweiten Eingang der ersten Schaltvorrichtung. Der zweite Eingang der ersten Schaltvorrichtung empfängt Inertgas, welches einen ersten Abschnitt des Gases aus der Flüssigkeitsquelle spült. Der erste Abschnitt des gespülten Gases verlässt die erste Schaltvorrichtung an einem ersten Ausgang der ersten Schaltvorrichtung. Das System weist weiterhin eine zweite Schaltvorrichtung mit zwei zweiten Schaltvorrichtungseingängen und zwei zweiten Schaltvorrichtungsausgängen auf. Die zweite Schaltvorrichtung steht in Fluidkommunikation mit einem zweiten Ausgang der ersten Schaltvorrichtung und der Inert-Gasquelle an einem zweiten Eingang der zweiten Schaltvorrichtung. Der zweite Eingang der zweiten Schaltvorrichtung empfängt Inertgas, welches einen zweiten Abschnitt des Gases aus der Flüssigkeitsquelle spült. Der zweite Abschnitt des gespülten Gases verlässt die zweite Schaltvorrichtung an einem ersten Ausgang der zweiten Schaltvorrichtung.
Das System weist eine Flüssigkeitsstrahlvakuumpumpe in Fluidkommunikation mit der zweiten Schaltvorrichtung auf, über a) einen zweiten Ausgang der zweiten Schaltvorrichtung in Fluidkommunikation mit zumindest einem Eingang der Vakuumpumpe und b) einem Ausgang der Vakuumpumpe in Fluidkommunikation mit dem ersten Eingang der ersten Schaltvorrichtung.
In einigen Ausführungsformen weist die erste Schaltvorrichtung eine Vielzahl erster Schaltvorrichtungseingänge und eine Vielzahl erster Schaltvorrichtungsausgänge auf. Die Flüssigkeitsquelle und das Inertgas stehen in Fluidkommunikation mit einem oder mehreren der Vielzahl von ersten Schaltvorrichtungseingängen.
In einigen Ausführungsformen weist die zweite Schaltvorrichtung eine Vielzahl zweiter Schaltvorrichtungseingänge und eine Vielzahl zweiter Schaltvorrichtungsausgänge auf. Eine oder mehrere der Vielzahl von zweiten Schaltvorrichtungseingängen steht in Fluidkommunikation mit einer oder mehreren der Vielzahl von ersten Schaltvorrichtungsausgängen und der Inert-Gasquelle.
In einigen Ausführungsformen setzt eine Flüssigkeitspumpe ein Fluid unter Druck, welches den zweiten Ausgang der zweiten Schaltvorrichtung verlässt. In einigen Ausführungsformen wird ein Abschnitt des unter Druck gesetzten Fluids als eine Anregungsflüssigkeit für die Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe verwendet. In einigen Ausführungsformen weist ein Abschnitt des Inertgases ein Inertschutzgas auf. In einigen Ausführungsformen weist der erste Abschnitt des gespülten Gases oder der zweite Abschnitt des gespülten Gases ein Inertschutzgas auf.
In einigen Ausführungsformen weist das System ein Gehäuse auf, welches zumindest einen Abschnitt der ersten Schaltvorrichtung und der zweiten Schaltvorrichtung umgibt, wobei das Gehäuse aus einem Material mit einer niedrigen Permeabilität ist. In einigen Ausführungsformen wird das Gehäuse mit einem Inertgas gespült. In einigen Ausführungsformen ist das Inertgas der erste Abschnitt des Gases, welches von der Flüssigkeitsquelle gespült wird.
In einer nebengeordneten Ausführungsform weist das System eine Vielzahl von Schaltvorrichtungen auf, die jeweils zwei Schaltvorrichtungseingänge und zwei Schaltvorrichtungsausgänge aufweisen. Die Vielzahl von Schaltvorrichtungen stehen in Fluidkommunikation, so dass ein erster Eingang einer dritten Schaltvorrichtung der Vielzahl von Schaltvorrichtungen in Fluidkommunikation mit dem zweiten Ausgang in der zweiten Schaltvorrichtung steht, wobei jeder erste Ausgang der Vielzahl von Schaltvorrichtungen in Fluidkommunikation mit einem ersten Eingang von einem der Vielzahl von Schaltvorrichtungen steht, und ein zweiter Eingang von jeder der Vielzahl von Schaltvorrichtungen in Fluidkommunikation mit der Inertgasquelle steht. Der zweite Eingang jedes der Vielzahl von Schaltvorrichtungen nimmt Inertgas auf, welches ein Abschnitt des Gases aus der Flüssigkeitsquelle spült, wobei jeder Abschnitt des gereinigten Gases jede der Vielzahl von Schaltvorrichtungen an einem zweiten Ausgang von jeder der Vielzahl von Schaltvorrichtungen verlässt.
In einer nebengeordneten Ausführungsform weist das System eine Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe in Fluidkommunikation mit einer letzten Schaltvorrichtung der Vielzahl von Schaltvorrichtungen auf, über a) einen zweiten Ausgang der letzten Schaltvorrichtung in Fluidkommunikation mit zumindest einem Eingang der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe, und b) einem Ausgang der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe in Fluidkommunikation mit dem ersten Eingang der ersten Schaltvorrichtung.
In einigen Ausführungsformen wird ein Vakuumlevel der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe durch Liefern von zusätzlichem Inertgas zu einem zweiten Eingang der letzten Schaltvorrichtung gesteuert. Das Inertgas spült einen zusätzlichen Abschnitt des ersten Gases. In einigen Ausführungsformen weist die letzte Schaltvorrichtung weiterhin einen dritten Eingang auf, wobei der dritte Eingang in Fluidkommunikation mit einer zusätzlichen Gasquelle steht, so dass ein Fluid aus dem zweiten Ausgang der letzten Schaltvorrichtung eine gewünschte Konzentration des zusätzlichen Gases aufweist. In einigen Ausführungsformen wird ein Vakuumlevel der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe durch Variieren eines Wasserflusses zu der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe, Abschalten der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe oder Anschalten der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe gesteuert.
In einigen Ausführungsformen weist das System weiterhin einen oder mehrere Sensoren zur Messung einer Konzentration des Gases an dem ersten Ausgang des zweiten Schaltvorrichtungsausgangs, dem zweiten Ausgang der zweiten Schaltvorrichtung, oder sowohl dem ersten Ausgang und dem zweiten Ausgang der zweiten Schaltvorrichtung auf, wobei das Gas im Wesentlichen gleich dem gespülten Gas ist.
In einigen Ausführungsformen weist das System eine Steuerung auf, um die Konzentration des Gases an dem zweiten Auslass der zweiten Schaltvorrichtung auf Grundlage der gemessenen Konzentration zu steuern, durch a) Eingeben des gespülten Gases in die zweite Schaltvorrichtung über den zweiten Eingang des zweiten Schaltvorrichtungseingangs, b) Variieren einer Menge des Inertgases, welches der ersten Schaltvorrichtung und der zweiten Schaltvorrichtung bereitgestellt wird, oder c) irgendwelche Kombination davon.
In einigen Ausführungsformen weist das System eine dritte Schaltvorrichtung auf, die zwei Eingänge und einen Ausgang aufweist. Die dritte Schaltvorrichtung steht Fluidkommunikation mit einer zweiten Flüssigkeitsquelle an dem ersten Eingang der dritten Schaltvorrichtung, die Inertgasquelle an dem zweiten Eingang der dritten Schaltvorrichtung, und der ersten Schaltvorrichtung an dem Ausgang der dritten Schaltvorrichtung. Der erste Eingang der dritten Schaltvorrichtung empfängt die zweite Flüssigkeitsquelle, welche das Inertgas befeuchtet. Die erste Schaltvorrichtung empfängt das befeuchtet Inertgas an dem zweiten Eingang der ersten Schaltvorrichtung.
In einigen Ausführungsformen weist die erste Schaltvorrichtung einen dritten Eingang auf. Der dritte Eingang steht in Fluidkommunikation mit einer zweiten Flüssigkeitsquelle. Der dritte Eingang empfängt eine zweite Flüssigkeit auf Grundlage einer Konzentration der Flüssigkeitsquelle an dem ersten Eingang der ersten Schaltvorrichtung.
Bei einem anderen Aspekt bietet die Erfindung ein Verfahren zum wahlweisen Spülen gelöster Gase aus Flüssigkeiten. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen einer Flüssigkeitsquelle und eines Inertgases für eine erste Schaltvorrichtung, um einen ersten Abschnitt eines Gases aus der Flüssigkeitsquelle zu spülen. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Bereitstellen des Inertgases und einer Ausgabe der ersten Schaltvorrichtung an eine zweite Schaltvorrichtung, um einen zweiten Abschnitt des Gases aus der Flüssigkeitsquelle zu spülen.
Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen einer Ausgabe der zweiten Schaltvorrichtung an eine Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe, um gelöstes Inertgas aus einer zweiten Schaltvorrichtungsausgabe zu spülen und Bereitstellen einer Ausgabe der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe an die zweiten Schaltvorrichtung, um einen dritten Abschnitt des Gases aus der Flüssigkeitsquelle zu spülen.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein Unterdrucksetzen eines Fluids, welches die zweite Schaltvorrichtung über eine Flüssigkeitspumpe verlässt.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein Bereitstellen eines Abschnitts des unter Druck gesetzten Fluids für die Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe zur Verwendung als eine Anregungsflüssigkeit für die Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein Bereitstellen eines zweiten Gases für das Inertgas, um einen dritten Abschnitt des Gases aus der Flüssigkeitsquelle zu spülen.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein Steuern eines Vakuumlevels der zweiten Schaltvorrichtung, um einen dritten Abschnitt des Gases aus der Flüssigkeitsquelle zu spülen.
In einer nebengeordneten Ausführungsform umfasst das Verfahren ein Bereitstellen des Inertgases und eine Ausgabe der zweiten Schaltvorrichtung an eine dritte Schaltvorrichtung einer Vielzahl von Schaltvorrichtungen, ein Bereitstellen einer Ausgabe jeder der Vielzahl von Schaltvorrichtungen an eine Eingabe einer Schaltvorrichtung der Vielzahl von Schaltvorrichtungen, so dass die erste Schaltvorrichtung, die zweite Schaltvorrichtung und die Vielzahl von Schaltvorrichtungen verbunden sind, und ein Bereitstellen des Inertgases für jede der Vielzahl von Schaltvorrichtungen, wobei das Inertgas einen Abschnitt des Gases aus jeder der Vielzahl von Schaltvorrichtungen spült.
In der nebengeordneten Ausführungsform umfasst das Verfahren ein Bereitstellen einer Ausgabe einer letzten Schaltvorrichtung einer Vielzahl von Schaltvorrichtungen für eine Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe, um einen zusätzlichen Abschnitt des ersten Gases aus der Flüssigkeitsquelle zu spülen.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein Bereitstellen eines zusätzlichen Inertgases an die letzte Schaltvorrichtung, um einen Vakuumlevel der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe zu steuern. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein Bereitstellen einer zusätzlichen Gasquelle an eine Eingabe der letzten Schaltvorrichtung, so dass die Flüssigkeit an der Ausgabe der letzten Schaltvorrichtung eine gewünschte Konzentration des zusätzlichen Gases aufweist.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein Steuern eines Vakuumlevels der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe durch Variieren eines Wasserflusses in die Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe, ein Abschalten der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe, oder ein Einschalten der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein Messen einer Konzentration des Gases an der Ausgabe der zweiten Schaltvorrichtung. Das Gas ist im Wesentlichen gleich dem gespülten Gas.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein Steuern der Konzentration des Gases an der Ausgabe der zweiten Schaltvorrichtung auf Grundlage der gemessenen Konzentration durch a) Eingeben des gespülten Gases in die zweite Schaltvorrichtung, b) Variieren einer Menge des Inertgases, welches der ersten Schaltvorrichtung und der zweiten Schaltvorrichtung zur Verfügung gestellt ist, oder c) irgendeine Kombination davon.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein Bereitstellen einer zweien Flüssigkeitsquelle und des Inertgases an eine dritte Schaltvorrichtung, um das Inertgas zu befeuchten, und ein Bereitstellen der Ausgabe der dritten Schaltvorrichtung an die erste Schaltvorrichtung, so dass die erste Schaltvorrichtung das befeuchte Inertgas empfängt. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein Bereitstellen einer zweiten Flüssigkeitsquelle an die ersten Schaltvorrichtung auf Grundlage einer Konzentration der Flüssigkeitsquelle an einer ersten Schaltvorrichtung.
Einige Vorteile der Erfindung sind eine größere Lebensdauer und ein geringer Aufwand bei der Wartung oder kein Aufwand für die Wartung (z.B. wartungsfrei), verglichen mit konventionellen Systemen. Zum Beispiel können gängige Systeme erfordern, dass Membranschaltvorrichtungen bis zu alle zwei Jahre ausgetauscht werden. Weitere Vorteile der Erfindung sind ein geringer Verbrauch an Inertgas, geringere Kosten und eine kleine Größe. Zum Beispiel kann eine Reduzierung des Inertgasverbrauchs um einen Faktor 5 erreicht werden.
Noch weitere Vorteile sind, dass Inertgase, welche die erste Schaltvorrichtung verlassen, als ein Stickstoffschutzgas für das Entgasungssystem verwendet werden können, was eine Rückdiffusion des Sauerstoffs durch die Schaltvorrichtungswände oder die Rohrleitung in die Flüssigkeit reduziert. Noch weitere Vorteile sind, dass ein Verdampfen der Flüssigkeitsquelle verhindert werden kann.
Figurenliste
Die Vorteile der oben beschriebenen Erfindung zusammen mit weiteren Vorteilen können besser verstanden werden durch Bezug auf die folgende Beschreibung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, anstatt dessen liegt der Schwerpunkt im Allgemeinen darin, die Prinzipien der Erfindung zu zeigen.

1 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Systems zum wahlweisen Spülen von Gasen aus Flüssigkeiten.
2A ist ein Graph, der die Prozentzahl des Gases im DI-Wasser über dem DI-Fluss zeigt.
2B ist ein Graph, der die Prozentzahl des Gases im DI-Wasser über dem DI-Fluss für ein Dreischaltvorrichtungssystem zeigt.
3 ist ein Graph, der die Prozentzahl des Gases im DI-Wasser über der Anzahl von Schaltvorrichtungen zeigt.
4 ist ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum wahlweisen Spülen gelöster Gase aus Flüssigkeiten gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
5A ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Systems zum wahlweisen Spülen von Gasen aus Flüssigkeiten.
5B ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Systems zum wahlweisen Spülen von Gasen aus Flüssigkeiten.
7 ist ein Graph, der eine Veränderung der Konzentration einer ersten Flüssigkeitsquelle über der Zeit für trockene und befeuchtete Inertgasquellen zeigt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In einer allgemeinen Übersicht kann ein System zum wahlweisen Spülen von Gasen aus Flüssigkeiten zwei oder mehrere Schaltvorrichtungen aufweisen. Jede Schaltvorrichtung spült einen Abschnitt des Gases. Das System kann eine Verstärkungspumpe aufweisen, um den Druck der Ausgangsflüssigkeit der letzten Schaltvorrichtung zu verstärken. Das System kann weiterhin eine Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe aufweisen, welche einen Teil der unter Druck gesetzten Ausgangsflüssigkeit als Anregungsfluid verwenden kann. In einem Zweischaltvorrichtungssystem mit einer Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe läuft die erste Schaltvorrichtung mit einem höheren Druck als die zweite Schaltvorrichtung, und die Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe kann Gas und Flüssigkeit aus der zweiten Schaltvorrichtung zurück in die erste Schaltvorrichtung geführt und daher als eine Vakuumquelle wirken.
1 ist Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Systems 100 zum wahlweisen Spülen von Gasen aus Flüssigkeiten. Das System 100 weist zwei Schaltvorrichtung Bia und Bib zum Spülen von unerwünschtem Gas auf. Ein Flüssigkeitseingang 120 (d.h. eine Flüssigkeitsquelle) steht in Fluidkommunikation mit einer ersten Schaltvorrichtung Bia über gesteuerte Ventile V₃ und V6a, um eine Flüssigkeit zu der ersten Schaltvorrichtung B1 bereitzustellen. Ein Inertgaseingang 110 (d.h. eine Gasquelle) steht in Fluidkommunikation mit der ersten Schaltvorrichtung Bia über gesteuerte Gasventile Vx1a - Vx6a, V21a, V22a und V24a, um ein Inertgas für die erste Schaltvorrichtung Bia bereitzustellen. Die Bereitstellung der Flüssigkeit und des Inertgases für die erste Schaltvorrichtung Bia führt dazu, dass das inerte Spülgas in direktem Kontakt mit der Flüssigkeit kommt. Aufgrund des Differentialpartialdrucks des unerwünschten Gases in der Flüssigkeit tritt ein erster Abschnitt des unerwünschten Gases in ein Spülgas über und wird über einen Ausgang in der Fluidkommunikation mit V28a und V4a freigegeben.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Flüssigkeit de-ionisiertes Wasser (DI-Wasser), Fluorwasserstoff (HF), eine Mischung von DI-Wasser und HF, Säuren, Basen und/oder Lösungsmittel. In verschiedenen Ausführungsformen ist das inerte Gas Stickstoff (N2), Wasserstoff (H), Argon (Ar) und/oder ein Edelgas. In verschiedenen Ausführungsformen ist das unerwünschte Gas Sauerstoff (O) und/oder Kohlendioxid (CO₂).
Die erste Schaltvorrichtung B1a steht in Fluidkommunikation mit einer zweiten Schaltvorrichtung Bib über ein variables Gasventil V6b, um die Flüssigkeit zu dem ersten Abschnitt des unerwünschten Gases bereitzustellen, welches durch die zweite Schaltvorrichtung Bib gespült wird. Der Inertgaseingang 110 kann in Fluidkommunikation mit der zweiten Schaltvorrichtung Bib über variable Gasventile Vx1b - Vx6b, V21b und V24b stehen, um das Inertgas zu der zweiten Schaltvorrichtung B1b bereitzustellen. Die Bereitstellung der Flüssigkeit von der ersten Schaltvorrichtung Bia und des Inertgases für die zweite Schaltvorrichtung Bib führt dazu, dass ein zweiter Abschnitt des unerwünschten Gases die Flüssigkeit gespült wird.
In einigen Ausführungsformen steht die zweite Schaltvorrichtung Bib in Fluidkommunikation mit einer dritten Schaltvorrichtung Bic über ein variables Ventil V6c zum Bereitstellen der Flüssigkeit mit den ersten und zweiten gespülten Abschnitten mit unerwünschtem Gas. Die Bereitstellung der Flüssigkeit von der zweiten Schaltvorrichtung Bib zu der dritten Schaltvorrichtung Bic führt dazu, dass ein dritter Abschnitt des unerwünschten Gases in der Flüssigkeit gespült wird. In einigen Ausführungsformen ist eine beliebige Anzahl von Schaltvorrichtungen in Reihe miteinander verbunden. Jede zusätzliche Schaltvorrichtung, die in Reihe verbunden ist, kann einen zusätzlichen Abschnitt des unerwünschten Gases in der zu spülenden Flüssigkeit spülen, so dass eine gewünschte Menge an unerwünschtem Gas gespült wird.
In einigen Ausführungsformen steht eine Pumpe P2 in Fluidkommunikation mit der letzten Schaltvorrichtung, durch die die zu spülende Flüssigkeit verläuft. Die vorletzte Schaltvorrichtung kann bei einem niedrigeren Druck als die erste Schaltvorrichtung arbeiten. Die Pumpe P2 zieht Flüssigkeit aus der letzten Schaltvorrichtung und fördert einen Teil der Flüssigkeit in eine Strahlvakuumpumpe Vxx. Die Strahlvakuumpumpe Vxx zieht Gas aus der letzten Schaltvorrichtung. Das herausgezogene Gas zusammen mit dem für den Betrieb der Strahlvakuumpumpe Vxx benötigten Fluid wird in die vorletzte Schaltvorrichtung eingegeben, was der Strahlvakuumpumpe Vxx ermöglicht, als eine Vakuumquelle zu wirken. Die in der 1 gezeigte Ausführungsform weist eine Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe Vxx auf. Wenn mit einem Inertgas unter Druck gespült wird, löst sich ein Abschnitt des Inertgases in der Flüssigkeit. Die Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe Vxx kann die Sättigung des Inertgases in der Flüssigkeit reduzieren und Blasen in der Flüssigkeit verhindern. Die Pumpe P2 kann die Ausgangsflüssigkeit mit dem notwendigen Druck zur Verwendung in einem Verarbeitungswerkzeug bereitstellen.
In den Ausführungsformen, die die zweite Schaltvorrichtung B1b aufweisen, kann die zweite Schaltvorrichtung Bib in Fluidkommunikation mit der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe Vxx stehen. In Ausführungsformen, die die dritte Schaltvorrichtung Bic aufweisen, kann die dritte Schaltvorrichtung Bic in Fluidkommunikation mit einer Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe Vxx stehen. Die Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe Vxx zieht Gas aus der letzten Schaltvorrichtung und fördert das herausgezogene Gas zusammen mit dem für den Betrieb der Pumpe benötigten Fluid zu anderen Schaltvorrichtungen. Zum Beispiel bei der Ausführungsform, die die dritte Schaltvorrichtung Bic aufweist, wird das aus der dritten Schaltvorrichtung Bic herausgezogene Gas und die Flüssigkeit an die zweite Schaltvorrichtung B1b zurückgeführt. Das Zurückführen des aus der dritten Schaltvorrichtung Bic herausgezogenen Gases ermöglicht der zweiten Schaltvorrichtung Bib und der dritten Schaltvorrichtung Bic noch mehr unerwünschtes Gas aus der Flüssigkeit zu spülen. Eine Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe ist gegenüber anderen Vakuumpumpen vorteilhaft, da kein Gas aus der Vakuumpumpe herausleckt, welche durch eine Flüssigkeit betrieben wird. Ein anderer Vorteil der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe liegt darin, dass sie gegenüber anderen Vakuumpumpen leicht zu warten und vollständig wartungsfrei sein kann. Die in 1 gezeigt Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe kann in das System ohne die Verwendung einer zusätzlichen Wasserquelle eingebettet sein. In einigen Ausführungsformen kann ein Vakuumlevel der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe gesteuert werden. Das Vakuumlevel der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe kann durch Variieren eines Wasserflusses durch die Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe, ein Abschalten der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe Vxx und/oder einem Einschalten der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe gesteuert werden. Das Variieren des Vakuumlevels der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe kann einen Massetransfer von der Flüssigkeitsquelle zu dem Inertgas erhöhen, das Risiko einer Kavitation in der Pumpe reduzieren und/oder der Vakuumpumpe beim Arbeiten innerhalb der Pumpleistungsbeschränkungen helfen. In einigen Ausführungsformen steht die dritte Schaltvorrichtung Bic in direkter Kommunikation mit dem Inertgaseingang 110.
Die erste Schaltvorrichtung Bia, die zweite Schaltvorrichtung Bib und die dritte Schaltvorrichtung Bic können Füllkörperturmsäulen sein. Ein Vorteil von Füllkörperturmsäulen liegt darin, dass sowohl Flüssigkeiten als auch Gase in die Schaltvorrichtung eingegeben werden können und in direktem Kontakt stehen können. Ein anderer Vorteil der Füllkörperturmsäulen liegt darin, dass verdünntes HF oder konzentriertes HF verwendet werden kann. In einigen Ausführungsformen weist die Wand der Füllkörperturmsäule Material auf, welches zumindest entweder einen geringen Diffusionskoeffizient oder eine Spezialbeschichtung aufweist. Ein anderer Vorteil mehrerer Schaltvorrichtungen liegt darin, dass weniger Inertgas verwendet werden kann. In einigen Ausführungsformen kann das benötigte Inertgas um einen Faktor 5 reduziert werden. In einigen Ausführungsformen sind die Schaltvorrichtungen durch ein Gehäuse umgeben und das Ausgangsgas aus den Schaltvorrichtungen dient als ein Inert-Schutzgas. In einigen Ausführungsformen weist das Gehäuse ein Material mit einer geringen Permeabilität auf. Zum Beispiel kann das Gehäusematerial ein feuerverzögerndes PVC, PVC-C mit einem Permeabilitätskoeffizienten von 4,5 E -12 cm^3*cm/(cm^2*s^*cm HG), oder PVDF mit 4 E -12 cm3^*cm/(cm2^*s^*cm HG) sein. In einigen Ausführungsformen ist das Gehäuse mit Polyvinylidenchlorid mit einem Permeabilitätskoeffizienten von ca. 5 E -13 cm^3*cm /(cm^2*s^*cm HG) beschichtet. In einigen Ausführungsformen ist das Gehäuse mit einer metallisierten Folie beschichtet.
In einigen Ausführungsformen wird das Gehäuse gespült. Das Gehäuse kann mit einem Gas gespült werden, welches aus den Schaltvorrichtungen gespült wird. Das Spülen des Gehäuses mit einem Gas kann teilweise oder vollständig unerwünschten Dampf (z.B. HF-Dampf) eliminieren, welcher in das Gehäuse eingeführt worden sein kann. Zum Beispiel, wenn das System DI-Wasser entgast, wird das Abgas einer Schaltvorrichtung, welche mit einem Druck oberhalb des Umgebungsdrucks betrieben wird, aufgrund der Expansion auf den Umgebungsdruck getrocknet. Das Abgas aus der Schaltvorrichtung weist typischerweise weniger Sauerstoff als die Umgebungsluft auf. Das Abgas kann als ein Schutz/Deckgas verwendet werden, um die Schaltvorrichtungen gegen eine Sauerstoffpermeation in die Schaltvorrichtung aus der Umgebungsluft zu schützen. Die Verwendung des Abgases als ein Schutzgas gegen Permeation von außerhalb kann vorteilhaft sein, da es die Anschaffungskosten senken kann und/oder die Leistung erhöhen kann, ohne dass zusätzliches Gas in das System hinzugeführt wird (z.B. ist das Abgas ein Ergebnis des Inertgases, welches verwendet wird, um das System zu betreiben).
In einigen Ausführungsformen wird ein zusätzliches Inertgas als ein InertSchutzgas verwendet. Das Inert-Schutzgas ist vorteilhaft, da es die Schaltvorrichtungen mit einem Gas mit einem niedrigen Gehalt der unerwünschten Spezies umgibt und dabei eine Rückdiffusion der unerwünschten Gasspezies in die entgaste Flüssigkeit, Schaltvorrichtungswände oder die Rohrleitungen der Flüssigkeit minimiert.
Das System 100 weist eine Vielzahl von Sensoren auf, wie M₅a, M₅b, PR₃, PR₄a, PR8, FR21 und Q₁. Die Sensoren können verwendet werden, um Parameter zu überwachen und/oder zu steuern, wie eine Flussrate oder ein Druck der Gase und Flüssigkeiten oder eine Art von Flüssigkeiten, die durch das System verlaufen. Der Sensor Q₁ kann das unerwünschte gelöste Gas in dem Ausgang überwachen. Das System 100 weist Levelsensoren LAH, LAL, Lia, L2a, Lib, L2b und Lic auf, um die Flüssigkeitslevel in den Schaltvorrichtungen zu überwachen oder zu steuern. In einigen Ausführungsformen steuert eine Steuerung (nicht gezeigt) den Druck der Pumpe P2, den Fluss des Inertgases, den Fluss der Flüssigkeit in und zwischen den Schaltvorrichtungen und die Vakuumpumpe auf Grundlage von Messungen, die durch einen oder mehrere der Vielzahl von Sensoren vorgenommen wurden. In einigen Ausführungsformen kommuniziert die Steuerung mit den variablen Ventilen Vx1a - Vx6a, V21a, V22a und V24a, Vx1b - Vx6b, V21b und V24b, um die Flussrate des Inertgases einzustellen. In einigen Ausführungsformen kommuniziert die Steuerung mit den variablen Ventilen V6a, V6b und V6c, um den Fluss der Flüssigkeit in die erste Schaltvorrichtung Bia und zwischen der ersten Schaltvorrichtung Bia, der zweiten Schaltvorrichtung Bib und der dritten Schaltvorrichtung Bic einzustellen. In einigen Ausführungsformen ist das Flüssigkeitslevel in der ersten Schaltvorrichtung Bia, der zweiten Schaltvorrichtung Bib und der dritten Schaltvorrichtung Bic konstant.
In einigen Ausführungsformen weist die erste Schaltvorrichtung B1a eine Bypasseinheit auf, die die Sensoren LAHa, Lia, L2a und LALa aufweist, welche Flüssigkeitslevel steuern und/oder überwachen. Die Sensoren können in Kommunikation mit einer Steuerung oder einem Steuerungsmodul stehen, um eine automatische Steuerung zu ermöglichen. In einigen Ausführungsformen weist die zweite Schaltvorrichtung Bib eine Bypasseinheit auf, welche die Sensoren LAHb, Lib, Lia und LALb aufweist. In einigen Ausführungsformen weist die dritte Schaltvorrichtung die Levelsensoren Lic, LAHc und LALc auf.
In einigen Ausführungsformen wird das Inertgas verwendet, um die Flüssigkeit mit Inertgas anzureichern. In einigen Ausführungsformen werden mehrere Gaseingänge verwendet. In einigen Ausführungsformen wird das Inertgas verwendet, um mehr als ein unerwünschtes Gas zu spülen. Zum Beispiel kann Kohlendioxid durch Kunststoff in einer Rohrleitung diffundieren, welche zur Verteilung von DI-Wasser verwendet werden kann. In einem anderen Beispiel, um einen Wafer mit einer Aluminiummetallisierung abzuspülen, ist es wünschenswert, sowohl Sauerstoff als auch Kohlendioxid zu entfernen.
In einigen Ausführungsformen wird ein drittes Gas mit dem Inertgas gemischt, um eine gewünschte Konzentration des dritten Gases in der Flüssigkeit am Ausgang des Systems zu erreichen. In einigen Ausführungsformen wird das dritte Gas wahlweise zu einer Untermenge all der Schaltvorrichtungen in dem System gerichtet. In einigen Ausführungsformen steht eine zusätzliche Schaltvorrichtung in Fluidkommunikation mit dem Ausgang des Systems, um die Ausgabeflüssigkeit mit einem dritten Gas anzureichern.
In einigen Ausführungsformen wird ein Vakuumlevel von einer oder mehreren Schaltvorrichtungen so gesteuert, dass eine Menge an Inertgas oder einem dritten Gas in der Ausgabeflüssigkeit gesteuert wird. Ein Steuern der Menge des Inertgases oder des dritten Gases in der Ausgabeflüssigkeit kann die Flüssigkeitsgehalte für besondere Zwecke steuern.
2A ist ein Graph 200, der die Prozentzahl von Gas (z.B. Sauerstoff) im DI-Wasser als eine Funktion der DI-Wassers (ultrareines Wasser, Ultrapure Water, UPW) Flussrate zeigt. Die Darstellungslinie 210 zeigt die Prozentzahl von Sauerstoff in dem DI-Wasser nach dem Verlassen einer ersten Schaltvorrichtung (z.B. erste Schaltvorrichtung Bia, wie oben in 1 beschrieben). Die Darstellungslinie 220 zeigt die Prozentzahl von Sauerstoff in dem DI-Wasser nach dem Verlassen einer zweiten Schaltvorrichtung (z.B. zweite Schaltvorrichtung Bib, wie oben in 2 beschrieben).
2B ist ein Graph 250, der die Prozentzahl von Gas (z.B. Sauerstoff) im DI-Wasser als eine Funktion des DI-Wassers (ultrareines Wasser, UPW) Flussrate für ein Dreischaltvorrichtungssystem zeigt. Die Darstellungspunkte 260a, 260b, 260c, 260d, 260e und 260f zeigen die Prozentzahl des Sauerstoffs in dem DI-Wasser nach dem Verlassen einer dritten Schaltvorrichtung.
3 ist ein Graph 300, der die Prozentzahl von Gas (z.B. Sauerstoff) im DI-Wasser mit variablen Konzentrationen eines injizierten Inertgases (z.B. Stickstoff) als eine Funktion der Anzahl von Schaltvorrichtungen zeigt, durch welche die Flüssigkeit fließt. Zum Beispiel für Stickstoff mit 2slm B2, 40 lpm, beträgt die Sauerstoffkonzentration 100 ppb vor einem Durchfließen irgendeiner Schaltvorrichtung. Die Sauerstoffkonzentration beträgt ungefähr 40 ppb nach einem Fließen durch eine erste Schaltvorrichtung. Die Sauerstoffkonzentration beträgt ungefähr 10 ppb nach einem Fließen durch eine zweite Schaltvorrichtung. Die Sauerstoffkonzentration beträgt ungefähr 2 ppb nach einem Fließen durch eine dritte Schaltvorrichtung.
4 ist ein Flussdiagramm 400 für ein Verfahren zum wahlweisen Spülen gelöster Gase aus Flüssigkeiten gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Die Verfahren können zum Beispiel durch das oben in 1 gezeigte System ausgeführt werden. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen einer Flüssigkeitsquelle für eine erste Schaltvorrichtung (Schritt 410). Zum Beispiel die erste Schaltvorrichtung B1, wie oben im Zusammenhang mit 1 beschrieben. Das Verfahren umfasst auch das Bereitstellen eines Inertgases für die erste Schaltvorrichtung (Schritt 420). Das Inertgas spült einen ersten Abschnitt eines ersten Gases aus der Flüssigkeitsquelle. Das Verfahren umfasst weiterhin das Freigeben des ersten Abschnitts des ersten Gases aus der Flüssigkeitsquelle (Schritt 430).
Das Verfahren umfasst auch weiterhin das Bereitstellen der Flüssigkeitsquelle mit dem ersten Abschnitt des gespülten Gases aus der ersten Schaltvorrichtung zu der zweiten Schaltvorrichtung (Schritt 440). Zum Beispiel die zweite Schaltvorrichtung B2, wie oben in 1 beschrieben. Das Verfahren umfasst auch weiterhin das Bereitstellen des Inertgases für die zweite Schaltvorrichtung (Schritt 450). Das Inertgas spült einen zweiten Abschnitt des ersten Gases aus der Flüssigkeitsquelle. Das Verfahren umfasst weiterhin das Freigeben des zweiten Abschnitts des gereinigten Gases aus der zweiten Schaltvorrichtung (Schritt 460).
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren das Bereitstellen der Flüssigkeitsquelle mit dem ersten und dem zweiten Abschnitt der durch die zweite Schaltvorrichtung gespülten Gase zu einer Vakuumpumpe (z.B. eine Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe). Die Vakuumpumpe kann Inertgas aus der Flüssigkeitsquelle lösen. In einigen Ausführungsformen wird eine Ausgabe der Vakuumpumpe in die zweite Schaltvorrichtung eingegeben und spült einen dritten Abschnitt des ersten Gases aus der Flüssigkeitsquelle.
Während dem Betrieb des Systems kann ein Kontakt zwischen dem Inertgas und der Flüssigkeitsquelle dazu führen, dass ein Abschnitt der Flüssigkeitsquelle verdampft. Zum Beispiel, wenn die Flüssigkeitsquelle mit Wasser verdünntes HF ist, kann das Wasser mit einer Rate verdampfen, die schneller ist als HF verdampft, was dazu führt, dass die HF-Konzentration in dem mit Wasser verdünnten HF ansteigt. Da das mit Wasser verdünnte HF durch zwei oder mehrere Schaltvorrichtungen verbreitet wird, kann das Wasser weiterhin beim Eintritt in jede nachfolgende Schaltvorrichtung verdampfen. Die HF-Konzentration kann dann noch weiter ansteigen.
5A ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Systems 500 zum wahlweisen Spülen von Gasen aus Flüssigkeiten. Das System 500 weist zwei Schaltvorrichtungen Dia und Dib zum Spülen von unerwünschtem Gas und eine Befeuchtungsstufe 505 zum Befeuchten von Inertgas auf, welches in die zweite Schaltvorrichtung Dia und Dib eingegeben wird. Ein erster Flüssigkeitseingang Dia 510 (d.h. eine erste Flüssigkeitsquelle) steht in Fluidkommunikation mit einer ersten Schaltvorrichtung Dia über gesteuerte Ventile (nicht gezeigt), um eine erste Flüssigkeit zu der ersten Schaltvorrichtung Dia zu liefern.
Die Befeuchtungsstufe weist eine erste Membranschaltvorrichtung Mia und eine zweite Membranschaltvorrichtung M1b auf. Ein Inertgaseingang 520 (d.h. eine Inertgasquelle) und ein zweiter Flüssigkeitseingang 530 (d.h. eine zweite Flüssigkeitsquelle) stehen in Fluidkommunikation mit einer ersten Membranschaltvorrichtung Mia über gesteuerte Ventile V540a und mit einer zweiten Membranschaltvorrichtung M1b über gesteuerte Ventile V540b, um die Inertgasquelle und die zweite Flüssigkeitsquelle für die erste Membranschaltvorrichtung Mia und die zweite Membranschaltvorrichtung M1b bereitzustellen.
Die Bereitstellung des Inertgases und der zweiten Flüssigkeit für die erste Membranschaltvorrichtung Mia und die zweite Membranschaltvorrichtung M1b führt dazu, dass die Inertgasquelle in direkten Kontakt mit der zweiten Flüssigkeitsquelle kommt. Die zweite Flüssigkeit befeuchtet das Inertgas.
Die erste Membranschaltvorrichtung M1a steht in Fluidkommunikation mit der ersten Schaltvorrichtung Dia über Steuerventile (nicht gezeigt), um ein erstes befeuchtetes Inertgas zu der ersten Schaltvorrichtung Dia bereitzustellen. Das Befeuchten der Inertgasquelle kann eine unerwünschte Konzentrationsveränderung der ersten Flüssigkeit aufgrund eines Abdampfens minimieren, welches durch die erste Flüssigkeit verursacht werden kann, wenn sie in Kontakt mit dem Inertgas tritt. Die Bereitstellung der ersten Flüssigkeit und des befeuchteten Inertgases zu der ersten Schaltvorrichtung Dia führt dazu, dass das befeuchte Inertgas in Direktkontakt mit der Flüssigkeit kommt. Aufgrund des Differentialpartialdrucks des unerwünschten Gases in der ersten Flüssigkeit tritt ein erster Abschnitt des unerwünschten Gases in ein gespültes Gas über und wird über einen Ausgang 560 in Fluidkommunikation mit dem gesteuerten Ventil V545a freigegeben.
Die erste Schaltvorrichtung Dia steht in Fluidkommunikation mit einer zweiten Schaltvorrichtung Dib über ein variables Gasventil V565a, um die erste Flüssigkeit mit dem ersten Abschnitt gespülten unerwünschten Gases zu der zweiten Schaltvorrichtung Dib bereitzustellen. Die zweite Membranschaltvorrichtung M1b steht in Fluidkommunikation mit der zweiten Schaltvorrichtung Dib über Steuerventile (nicht gezeigt), um ein zweites befeuchtetes Inertgas zu der zweiten Schaltvorrichtung Dib zu liefern. Die Bereitstellung der Flüssigkeit von der ersten Schaltvorrichtung Dia und des zweien befeuchteten Inertgases zu der zweiten Schaltvorrichtung Dib führt dazu, dass ein zweiter Abschnitt des unerwünschten Gases in der zu spülenden ersten Flüssigkeit gespült wird. Eine Pumpe P5 steht in Fluidkommunikation mit der zweiten Schaltvorrichtung Dib.
In einigen Ausführungsformen ist irgendeine Anzahl von Schaltvorrichtungen in Reihe miteinander verbunden. Jede zusätzliche Schaltvorrichtung, die in Reihe verbunden ist, kann einen zusätzlichen Abschnitt des unerwünschten Gases in der zu spülenden Flüssigkeit spülen. In einigen Ausführungsformen steht jede in Reihe verbundene Schaltvorrichtung in Fluidkommunikation mit einer Membranschaltvorrichtung, wobei jede Membranschaltvorrichtung in Fluidkommunikation mit dem Inertgas und der zweiten Flüssigkeit steht, so dass jede in Reihe verbundene Schaltvorrichtung eine befeuchtete Inertgasquelle aufnimmt.
In einigen Ausführungsformen ist die Befeuchtungsstufe eine Blasensäule, wie in 5B gezeigt. Der Inertgaseingang 520 und der zweite Flüssigkeitseingang 530 stehen in Fluidkommunikation mit einer Blasensäule BC1 über gesteuerte Ventile, um die Inertgasquelle und die zweite Flüssigkeitsquelle für die Blasensäule BC1 bereitzustellen. Das Bereitstellen des Inertgases und der zweiten Flüssigkeit für die Blasensäule BC1 führt dazu, dass die Inertgasquelle in direkten Kontakt mit der zweiten Flüssigkeitsquelle kommt. Die zweie Flüssigkeit befeuchtet das Inertgas.
In einigen Ausführungsformen weist die zweite Flüssigkeitsquelle dieselbe Zusammensetzung und Temperatur wie die erste Flüssigkeitsquelle auf. In einigen Ausführungsformen weist die zweite Flüssigkeitsquelle im Wesentlichen dieselbe Zusammensetzung und Temperatur wie die erste Flüssigkeitsquelle auf. In einigen Ausführungsformen weist das Inertgas denselben Dampfdruck am Eingang und am Ausgang jeder Schaltvorrichtung auf, so dass keine Flüssigkeit verloren geht. In einigen Ausführungsformen weist das Inertgas im Wesentlichen denselben Dampfdruck am Eingang und am Ausgang jeder Schaltvorrichtung auf, so das im Wesentlichen keine Flüssigkeit verloren geht.
In einigen Ausführungsformen kann die zweite Flüssigkeitsquelle Wasser sein. Zum Beispiel für eine Flüssigkeitsquelle aus mit Wasser verdünntem HF kann Wasser zu einer oder mehreren der Schaltvorrichtungen hinzugefügt werden. In einigen Ausführungsformen beruht die Menge der zweiten Flüssigkeitsquelle, die zu der Befeuchtungsstufe geliefert wird, auf einer gemessenen Konzentration der Flüssigkeitsquelle.
Die Konzentration der Flüssigkeitsquelle kann an dem Eingang einer Schaltvorrichtung und/oder an dem Ausgang einer Schaltvorrichtung gemessen werden. Zum Beispiel kann die Flüssigkeitsquelle an den Eingängen der Schaltvorrichtungen B1, B2 und/oder B3 gemessen werden, wie oben in 1 beschrieben, oder den Schaltvorrichtungen Dia und Dib, wie oben in den 5A und 5B beschrieben. Die Flüssigkeitsquelle kann an jedem Teil des Systems gemessen werden.
7 ist ein Graph 700, welcher eine Prozentzahlveränderung der Konzentration der ersten Flüssigkeitsquelle über der Zeit für trockene und befeuchtete Inertgasquellen zeigt. Für ein Inertgas, welches nicht befeuchte (d.h. trockenes Gas) 710 ist, ist die Prozentzahlveränderung der Konzentration größer als für Gas, welches durch eine Blasensäule 720 oder Membranschaltvorrichtung(en) 730 Flüssigkeitsquelle wurde. Für ein Inertgas, welches durch Membranschaltvorrichtung(en) befeuchtet wurde, kann die Prozentzahlveränderung der Konzentration der Flüssigkeitsquelle ungefähr 0 betragen.

Claims

System zum wahlweisen Spülen gelöster Gase aus Flüssigkeiten, aufweisend: eine erste Schaltvorrichtung, die zwei erste Schaltvorrichtungseingänge und zwei erste Schaltvorrichtungsausgänge aufweist, wobei die erste Schaltvorrichtung in Fluidkommunikation mit einer Flüssigkeitsquelle an einem ersten Eingang der ersten Schaltvorrichtung und einer Inertgasquelle an einem zweiten Eingang der ersten Schaltvorrichtung steht, wobei der zweite Eingang der ersten Schaltvorrichtung Inertgas empfängt, welches einen ersten Abschnitt des Gases aus der Flüssigkeitsquelle spült, wobei der erste Abschnitt des gespülten Gases die erste Schaltvorrichtung an einem ersten Ausgang der ersten Schaltvorrichtung verlässt; und eine zweite Schaltvorrichtung, die zwei zweite Schaltvorrichtungseingänge und zwei zweite Schaltvorrichtungsausgänge aufweist, wobei die zweite Schaltvorrichtung in Fluidkommunikation mit einem zweiten Ausgang der ersten Schaltvorrichtung und der Inertgasquelle an einem zweiten Eingang der zweiten Schaltvorrichtung steht, wobei der zweite Eingang der zweiten Schaltvorrichtung Inertgas empfängt, welches einen zweiten Abschnitt des Gases aus der Flüssigkeitsquelle spült, wobei der zweite Abschnitt des gespülten Gases die zweite Schaltvorrichtung an einem ersten Ausgang der zweiten Schaltvorrichtung verlässt, wobei der zweite Ausgang der zweiten Schaltvorrichtung eine Flüssigkeit ausgibt; und eine Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe a) in Fluidkommunikation mit der zweiten Schaltvorrichtung über einen ersten und zweiten Ausgang der zweiten Schaltvorrichtung, wobei sowohl der erste als auch der zweite Ausgang der zweiten Schaltvorrichtung in Fluidkommunikation mit zumindest einem Eingang der Vakuumpumpe ist, und b) in Fluidkommunikation mit der ersten Schaltvorrichtung über einen Ausgang der Vakuumpumpe in Fluidkommunikation mit dem ersten Eingang der ersten Schaltvorrichtung.
System nach Anspruch 1, wobei der zweite Eingang der ersten Schaltvorrichtung einen Eingang aufweist, der in Fluidkommunikation mit der Inertgasquelle steht.
System nach Anspruch 1, wobei der zweite Eingang der zweiten Schaltvorrichtung einen Eingang aufweist, der in Fluidkommunikation mit der Inertgasquelle steht.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Flüssigkeitspumpe, die in Fluidkommunikation mit der zweiten Schaltvorrichtung über einen zweiten Ausgang der zweiten Schaltvorrichtung steht, um ein Fluid unter Druck zu setzen, das den zweiten Ausgang der zweiten Schaltvorrichtung verlässt.
System nach Anspruch 4, wobei die Flüssigkeitspumpe in Fluidkommunikation mit der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe steht, um einen Abschnitt des unter Druck gesetzten Fluids, welches als eine Anregungsflüssigkeit für die Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe zu verwenden ist, bereitzustellen.
System nach Anspruch 1, wobei die Inertgasquelle in Fluidkommunikation mit der ersten Schaltvorrichtung und zweiten Schaltvorrichtung steht, so dass ein Abschnitt des Inertgases ein Inertschutzgas für die erste Schaltvorrichtung oder die zweite Schaltvorrichtung bereitstellt.
System nach Anspruch 1, wobei der erste Abschnitt des gespülten Gases oder der zweite Abschnitt des gespülten Gases ein Inertschutzgas aufweist.
System nach Anspruch 1, weiterhin ein Gehäuse aufweisend, welches zumindest einen Abschnitt der ersten Schaltvorrichtung und der zweiten Schaltvorrichtung umgibt, wobei das Gehäuse aus einem Material mit einer geringen Permeabilität ist.
System nach Anspruch 8, wobei der erste Ausgang der ersten Schaltvorrichtung in Fluidkommunikation mit dem Gehäuse steht, um das Gehäuse mit einem Inertgas zu spülen.
System nach Anspruch 9, wobei der erste Abschnitt des Inertgases, der aus der Flüssigkeitsquelle gespült wird, in Fluidkommunikation mit dem Gehäuse steht, um das Gehäuse mit dem ersten Abschnitt des gespülten Inertgases zu spülen.
System nach Anspruch 1, weiterhin einen oder mehrere Sensoren aufweisend, um eine Konzentration des Gases an dem ersten Ausgang des zweiten Schaltvorrichtungsausgangs, dem zweiten Ausgang der zweiten Schaltvorrichtung, oder sowohl dem ersten Ausgang und dem zweiten Ausgang der zweiten Schaltvorrichtung zu messen, wobei das Gas gleich zu dem gespülten Gas ist.
System nach Anspruch 11, weiterhin eine Steuerung aufweisend, um die Konzentration des Gases an dem zweiten Ausgang der zweiten Schaltvorrichtung auf Grundlage der gemessenen Konzentration zu steuern durch einen oder mehrere von: a) Eingeben des gespülten Gases in die zweite Schaltvorrichtung über den zweiten Eingang des zweiten Schaltvorrichtungseingangs, und b) Variieren einer Menge des Inertgases, welches zu der ersten Schaltvorrichtung und der zweiten Schaltvorrichtung geliefert wird.
System nach Anspruch 1, weiterhin eine dritte Schaltvorrichtung aufweisend, die zwei Eingänge und einen Ausgang aufweist, wobei die dritte Schaltvorrichtung in Fluidkommunikation mit einer zweiten Flüssigkeitsquelle an dem ersten Eingang der dritten Schaltvorrichtung steht, die Inertgasquelle an dem zweiten Eingang der dritten Schaltvorrichtung und die erste Schaltvorrichtung an dem Ausgang der dritten Schaltvorrichtung, wobei der erste Eingang der dritten Schaltvorrichtung die zweite Flüssigkeitsquelle empfängt, die das Inertgas befeuchten, wobei die erste Schaltvorrichtung das befeuchtete Inertgas an dem zweiten Eingang der ersten Schaltvorrichtung empfängt.
System nach Anspruch 1, wobei die erste Schaltvorrichtung weiterhin einen dritten Eingang aufweist, wobei der dritte Eingang in Fluidkommunikation mit einer zweiten Flüssigkeitsquelle steht, wobei der dritte Eingang eine zweite Flüssigkeit auf Grundlage einer Konzentration der Flüssigkeitsquelle an dem ersten Eingang der ersten Schaltvorrichtung empfängt.
System zum wahlweisen Spülen gelöster Gase aus Flüssigkeiten, aufweisend: eine erste Schaltvorrichtung, die zwei erste Schaltvorrichtungseingänge und zwei erste Schaltvorrichtungsausgänge aufweist, wobei die erste Schaltvorrichtung in Fluidkommunikation mit einer Flüssigkeitsquelle an einem ersten Eingang der ersten Schaltvorrichtung und einer Inertgasquelle an einem zweiten Eingang der ersten Schaltvorrichtung steht, wobei der zweite Eingang der ersten Schaltvorrichtung Inertgas empfängt, welches einen ersten Abschnitt des Gases aus der Flüssigkeitsquelle spült, wobei der erste Abschnitt des gespülten Gases die erste Schaltvorrichtung an einem ersten Ausgang der ersten Schaltvorrichtung verlässt; eine Vielzahl von zusätzlichen Schaltvorrichtungen, welche zumindest eine zweite Schaltvorrichtung und eine letzte Schaltvorrichtung beinhalten, wobei jede der Vielzahl von zusätzlichen Schaltvorrichtungen zwei Schaltvorrichtungseingänge und zwei Schaltvorrichtungsausgänge aufweist, wobei die Vielzahl von zusätzlichen Schaltvorrichtungen so in Fluidkommunikation steht, dass ein erster Eingang der zweiten Schaltvorrichtung in Fluidkommunikation mit dem zweiten Ausgang der ersten Schaltvorrichtung steht, jeder zweite Ausgang der Vielzahl von zusätzlichen Schaltvorrichtungen in Fluidkommunikation mit einem erster Eingang von einer der Vielzahl von zusätzlichen Schaltvorrichtungen steht, und jeder zweiter Eingang von jeder der Vielzahl von zusätzlichen Schaltvorrichtungen in Fluidkommunikation mit der Inertgasquelle steht, wobei der zweite Eingang jeder der Vielzahl von zusätzlichen Schaltvorrichtungen Inertgas empfängt, welches einen Abschnitt des Gases aus der Flüssigkeitsquelle spült, wobei jeder Abschnitt des gespülten Gases jede der Vielzahl von zusätzlichen Schaltvorrichtungen an einem ersten Ausgang von jeder der Vielzahl von zusätzlichen Schaltvorrichtungen verlässt, wobei eine Flüssigkeit jede der Vielzahl von zusätzlichen Schaltvorrichtungen an einem zweiten Ausgang von jeder der Vielzahl von zusätzlichen Schaltvorrichtungen verlässt; und eine Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe, die a) in Fluidkommunikation mit der letzten Schaltvorrichtung über einen ersten und einen zweiten Ausgang der letzten Schaltvorrichtung, wobei sowohl der erste als auch der zweite Ausgang der zweiten Schaltvorrichtung in Fluidkommunikation mit zumindest einem Eingang der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe ist, und die b) in Fluidkommunikation mit einer aus der ersten Schaltvorrichtung oder der Vielzahl von zusätzlichen Schaltvorrichtungen über einen Ausgang der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe in Fluidkommunikation mit dem ersten Eingang von einer aus der ersten Schaltvorrichtung oder der Vielzahl von zusätzlichen Schaltvorrichtungen, steht.
System nach Anspruch 15, wobei ein dritter Eingang der letzten Schaltvorrichtung in Fluidkommunikation mit einer zusätzlichen Gasquelle steht, so dass ein Fluid von dem zweiten Ausgang der letzten Schaltvorrichtung eine gewünschte Konzentration des zusätzlichen Gases aufweist.
System nach Anspruch 15, wobei ein drittes Gas sich mit dem Inertgas vermischt, um eine gewünschte Konzentration des dritten Gases an dem zweiten Ausgang der letzten Schaltvorrichtung zu erreichen.
System nach Anspruch 15, wobei ein Vakuumlevel der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe durch Variieren eines Wasserflusses zu der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe gesteuert wird.
Verfahren zum wahlweisen Spülen gelöster Gase aus Flüssigkeiten, aufweisend: Bereitstellen einer Flüssigkeitsquelle und eines Inertgases für eine erste Schaltvorrichtung, um einen ersten Abschnitt eines Gases aus der Flüssigkeitsquelle zu spülen; Bereitstellen des Inertgases und einer Ausgabe der ersten Schaltvorrichtung für eine zweite Schaltvorrichtung, um einen zweiten Abschnitt des Gases aus der Flüssigkeitsquelle zu spülen; Bereitstellen einer ersten Ausgabe der zweiten Schaltvorrichtung für eine Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe, um gelöstes Inertgas aus einer zweiten Schaltvorrichtungsausgabe zu spülen und eine zweite Ausgabe der zweiten Schaltvorrichtung für die Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe, um eine Flüssigkeit, die die zweite Schaltvorrichtungsausgabe der zweiten Schaltvorrichtung verlässt, zu spülen; und Bereitstellen einer Ausgabe der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe für die erste Schaltvorrichtung, um einen dritten Abschnitt des Gases aus der Flüssigkeitsquelle zu spülen, wobei der Ausgang der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe in Fluidkommunikation mit einem ersten Eingang der ersten Schaltvorrichtung ist.
Verfahren nach Anspruch 19, weiterhin ein Unterdrucksetzen von Fluid aufweisend, welches die zweite Schaltvorrichtung über eine Flüssigkeitspumpe verlässt.
Verfahren nach Anspruch 20, weiterhin ein Bereitstellen eines Abschnitts des unter Druck gesetzten Fluids für die Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe aufweisend, zur Verwendung als eine Anregungsflüssigkeit für die Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe.
Verfahren nach Anspruch 19, weiterhin aufweisend ein Bereitstellen eines zweiten Gases für das Inertgas, um einen dritten Abschnitt des Gases aus der Flüssigkeitsquelle zu spülen.
Verfahren nach Anspruch 19, weiterhin aufweisend ein Steuern eines Vakuumlevels der zweiten Schaltvorrichtung, um einen dritten Abschnitt des Gases aus der Flüssigkeitsquelle zu spülen.
Verfahren nach Anspruch 19, weiterhin aufweisend: Bereitstellen einer zweiten Flüssigkeitsquelle und des Inertgases für eine dritte Schaltvorrichtung, um das Inertgas zu befeuchten; und Bereitstellen der Ausgabe der dritten Schaltvorrichtung für die erste Schaltvorrichtung, so dass die erste Schaltvorrichtung das befeuchte Inertgas empfängt.
Verfahren nach Anspruch 19, weiterhin aufweisend ein Bereitstellen einer zweiten Flüssigkeitsquelle für die erste Schaltvorrichtung auf Grundlage einer Konzentration der Flüssigkeitsquelle an der zweiten Schaltvorrichtung.
Verfahren zum wahlweisen Spülen gelöster Gase aus Flüssigkeiten, aufweisend: Bereitstellen einer Flüssigkeitsquelle und eines Inertgases für eine erste Schaltvorrichtung, um einen ersten Abschnitt eines ersten Gases aus der Flüssigkeitsquelle zu spülen; Bereitstellen des Inertgases und einer Ausgabe der ersten Schaltvorrichtung für eine zweite Schaltvorrichtung aus einer Vielzahl von zusätzlichen Schaltvorrichtungen, um einen zweiten Abschnitt des ersten Gases aus der Flüssigkeitsquelle zu spülen; Bereitstellen einer Ausgabe jeder der Vielzahl von zusätzlichen Schaltvorrichtungen für einen Eingang von einer Schaltvorrichtung der Vielzahl von zusätzlichen Schaltvorrichtungen, so dass die erste Schaltvorrichtung, die zweite Schaltvorrichtung und die Vielzahl von zusätzlichen Schaltvorrichtungen verbunden sind; Bereitstellen des Inertgases für jede der Vielzahl von zusätzlichen Schaltvorrichtungen, wobei das Inertgas einen Abschnitt des ersten Gases aus jeder der Vielzahl von zusätzlichen Schaltvorrichtungen spült; und Bereitstellen einer Ausgabe einer letzten Schaltvorrichtung aus der Vielzahl von zusätzlichen Schaltvorrichtungen für eine Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe, um einen zusätzlichen Abschnitt des ersten Gases aus der Flüssigkeitsquelle zu spülen, wobei die Ausgabe über einen ersten und zweiten Ausgang der letzten Schaltvorrichtung bereitgestellt wird, die in Fluidkommunikation mit der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe ist.
Verfahren nach Anspruch 26, weiterhin aufweisend ein Bereitstellen eines zusätzlichen Inertgases für die letzte Schaltvorrichtung, um einen Vakuumlevel der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 27, weiterhin aufweisend ein Bereitstellen eines dritten Gases, so dass das dritte Gas sich mit dem Inertgas vermischt, um eine gewünschte Konzentration des dritten Gases an dem Ausgang der letzten Schaltvorrichtung zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 26, weiterhin aufweisend ein Steuern eines Vakuumlevels der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe durch Variieren eines Wasserflusses zu der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe, Abschalten der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe oder Einschalten der Flüssigkeitsstrahl-Vakuumpumpe.
Verfahren nach Anspruch 28, weiterhin aufweisend ein Messen einer Konzentration des Gases an der Ausgabe der zweiten Schaltvorrichtung, wobei das Gas gleich dem gespülten Gas ist.
Verfahren nach Anspruch 30, weiterhin aufweisend ein Steuern der Konzentration des Gases an der Ausgabe der zweiten Schaltvorrichtung auf Grundlage der gemessenen Konzentration durch einen oder mehrere von a) Eingeben des gespülten Gases in die zweite Schaltvorrichtung, und b) Variieren einer Menge des Inertgases, welches zu der ersten Schaltvorrichtung und zu der zweiten Schaltvorrichtung geliefert wird.