DE19753286A1 - Vorrichtung zum Ausbringen einer Flüssigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausbringen einer Flüssigkeit mit einem die Flüssigkeit enthaltenden Behälter und mit einem beweglichen Element zur Verklei­ nerung des Behältervolumens.

Vorrichtungen dieser Art sind beispielsweise im Zusammen­ hang mit Pumpen bekannt, bei denen der Behälter bzw. ein Hohlraum in Form eines Zylinders ausgebildet ist, in dem ein Kolben zur Veränderung des Behältervolumens bewegt wird. Der Kolben ist dabei mittels einer Dichtung zur Zy­ linderwand hin abgedichtet. Auf Grund der Reibungskräfte zwischen der Dichtung und der Zylinderinnenwand entstehen Abriebe und Partikel, die zur Kontaminierung der auszu­ bringenden Flüssigkeit führen. Derartige Vorrichtungen sind daher zum Ausbringen hochreiner Flüssigkeiten bei­ spielsweise im Zusammenhang mit Chemikalien oder sonsti­ gen Flüssigkeiten nicht geeignet, die etwa bei der Be­ handlung oder Reinigung auf dem Gebiet der Chip-Fertigung eingesetzt werden, die sehr reine Behandlungsmedien er­ fordern. Darüber hinaus ist mit den herkömmlichen Pumpen­ vorrichtungen ein gleichmäßiges, impulsfreies Ausbringen einer Flüssigkeit nicht möglich, weil die Kolbengeschwin­ digkeit über den Kolbenhub hinweg nicht gleichmäßig ist und daher eine über einen bestimmten Zeitraum hinweg gleichmäßige Ausbringung mit konstanten Volumen pro Zeit­ einheit nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung zu schaffen, die einfach aufgebaut ist, eine Partikelbildung während des Betriebs und damit eine Kon­ tamination der auszubringenden Flüssigkeit zu vermeiden, und die das Ausbringen der Flüssigkeit über den Zeitraum der Ausbringung hinweg mit einem konstanten Volumen pro Zeiteinheit ermöglicht.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß das bewegliche Element über einen Balg flüs­ sigkeitsdicht mit einer Innenwand des Behälters verbunden ist. Durch das erfindungsgemäße Merkmal, einen Balg, vor­ zugsweise einen Faltenbalg, zu verwenden, wird der Innen­ raum des Behälters, in dem sich die auszubringende Flüs­ sigkeit befindet, auch hinsichtlich des beweglichen Ele­ ments nach außen sicher und zuverlässig abgeschlossen, ohne daß die Beweglichkeit des Elements zur Verringerung des Behältervolumens bzw. zur Erzeugung des Ausbring­ drucks für die Flüssigkeit beeinträchtigt ist. Ein we­ sentlicher Vorteil dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber herkömmlichen Ausbringvorrichtungen, wie dies beispielsweise bei Pumpen der Fall ist, besteht darin, daß keine Dichtung zwischen dem beweglichen Element und der Innenfläche des Behälters erforderlich ist. Reibungs­ kräfte treten daher zwischen dem beweglichen Element und der Behälterwandung nicht auf, so daß auch keine Partikel gebildet werden können, die die auszubringende, im Behäl­ ter enthaltene Flüssigkeit verunreinigen könnten. Darüber hinaus ist der auf die auszubringende Flüssigkeit aus zu­ übende Druck auf Grund der Tatsache wesentlich gleich­ mäßiger, daß keine ungleichmäßigen Reibungskräfte auftre­ ten. Dadurch ergibt sich ein wesentlich gleichmäßigeres und pulsationsfreies Ausbringen der Flüssigkeit.

Obgleich das bewegliche Element während seiner Bewegung mit der Innenfläche des Behälters in Berührung stehen kann, ist eine berührungsfreie Bewegung des Elements im Behälter aus den bereits genannten Gründen besonders vor­ teilhaft, da dadurch ein Abrieb sicher vermieden bleibt.

Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das bewegliche Element innerhalb des Balgs mit einer Antriebseinrichtung verbunden. Da der Balg das Innere des Behälters vollständig nach außen ab­ dichtet, sind keine Maßnahmen erforderlich, die Antriebs­ einrichtung vor der auszubringenden Flüssigkeit zu schützen. Bei herkömmlichen Vorrichtungen mit Dichtungs­ elementen zwischen dem beweglichen Element und der Behäl­ terinnenwand kann ein Flüssigkeitsdurchtritt an den Dich­ tungselementen auch dann nicht zuverlässig vermieden wer­ den, wenn die Dichtungselemente unbeschädigt sind. Diese dadurch auftretenden Schwierigkeiten und Austritte, die insbesondere bei aggressiven Flüssigkeiten sehr nachtei­ lig sind, werden mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sicher vermieden. Die Antriebseinrichtung kann daher ein­ facher aufgebaut und mit kostengünstigeren Bauelementen gefertigt werden.

Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfaßt die Antriebseinrichtung eine bewegliche Stange, vorzugsweise eine Servoachse oder eine Spindel, wobei diese Stange, Servoachse oder Spindel sehr einfach aufgebaut sein kann und dennoch eine über den Hubbereich sehr gleichmäßige lineare Bewegung mit sehr konstanter Geschwindigkeit erlaubt, so daß das Ausbringen der Flüs­ sigkeit pro Zeiteinheit mit einem sehr konstanten Volumen erfolgt. Die Stange, Servoachse oder Spindel wird dabei mit einem Motor angetrieben, bewegt oder gedreht.

Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfin­ dung besteht darin, daß die gesamte Antriebseinrichtung mit einem Gehäuse umgeben ist, das vorzugsweise an einer Außenwand des Behälters angebracht ist, wobei das Gehäuse und der Innenraum des Balgs einen nach außen abgeschlos­ senen Raum bilden. Dieser Aufbau ist nicht nur konstruk­ tiv einfach, sowohl hinsichtlich des Herstellungs- als auch des Wartungsaufwands, sondern bildet auch zum Außen­ raum hin einen zuverlässigen Schutz gegen eine chemisch aggressive Umgebung, wie dies bei chemischen Anlagen und insbesondere auch bei Anlagen zur Behandlung und Ferti­ gung von Halbleiterchips der Fall ist. Um die Antriebs­ einrichtung noch besser gegen Einflüsse von außen zu schützen, ist der durch das Gehäuse der Antriebseinrich­ tung und den Balg gebildete Raum mit einem inerten, neu­ tralen Gas gefüllt, das darüber hinaus zusätzlich noch einen Überdruck aufweisen kann, um das Einbringen von aggressiven Dämpfen in diesen Raum sicher zu vermeiden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in dem durch das Gehäuse und dem Balg gebildeten Raum min­ destens ein Sensor angeordnet, der feststellt, ob auszu­ bringende Flüssigkeit aus dem Behälter in diesem Raum gelangt, beispielsweise dann, wenn der Balg oder Verbin­ dungsstellen zwischen dem Balg und dem beweglichen Ele­ ment oder der Behälterwand undicht sind. In diesem Falle ist es vorteilhaft, den Sensor nahe dem Balg anzuordnen. Es ist jedoch auch möglich, einen Sensor alternativ oder zusätzlich dazu in diesem Raum vorzusehen, mit dem fest­ gestellt werden kann, ob Gase von außen in diesen gelan­ gen.

Vorzugsweise besteht das Material, aus dem der Balg gefertigt ist, aus einem Stoff, der von der auszubringenden Flüssigkeit nicht angegriffen wird.

Die vorliegende Vorrichtung ist insbesondere für die Ver­ wendung zum Einleiten einer Flüssigkeit in einem Träger­ strom geeignet. In diesem Falle ist ein sehr gleichmäßi­ ges Einbringen der Flüssigkeit in den Trägerstrom beson­ ders wichtig.

Mit Vorteil ist die erfindungsgemäße Vorrichtung im Zu­ sammenhang mit einer Anlage zum Behandeln von Halbleiter­ substraten verwendbar. Dies deshalb, weil dabei hochreine Flüssigkeiten verwendet werden müssen und jegliche Verun­ reinigungen zu vermeiden sind, die beispielsweise durch die Bewegung von Dichtungen zwischen dem beweglichen Ele­ ment und-oder Behälterinnenwand herkömmlicher Vorrichtun­ gen durch Abrieb entstehen. Dieser Vorteil ist in Verbin­ dung mit einem über den Ausbringzeitraum gleichmäßigen Flüssigkeitsvolumen pro Zeiteinheit besonders erwünscht.

Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Zu­ sammenhang mit der Behandlung von Halbleitersubstraten in der Halbleiterchip-Fertigung ist die auszubringende Flüs­ sigkeit vorzugsweise Fluorwasserstoff, der in einen Strom aus destilliertem Wasser eingespeist wird, wobei beide dann zum Spülen und Reinigen von Halbleitersubstraten in einen Behandlungstank eingeleitet werden. In diesem Falle ist Polytetrafluorethylen (PTFE) als Material für den Balg besonders geeignet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die einzige Zeichnung näher erläutert.

Die Figur zeigt einen Behälter 1 für eine auszubringende Flüssigkeit, beispielsweise Fluorwasserstoff. Im darge­ stellten Ausführungsbeispiel ist der Behälter zylinder­ förmig. Ein bewegliches Element 2, im vorliegenden Fall eine platte mit einem Durchmesser, der kleiner als der Innendurchmesser des zylindrischen Behälters 1 ist, ist über ein Verbindungsstück 3 mit einer Antriebseinrichtung 4 verbunden.

Am Außenumfang des beweglichen Elements 2 befindet sich ein Balg 5, der einerseits mit dem beweglichen Element 2 und andererseits mit der Innenfläche einer Seitenwand 6 des Behälters 1 flüssigkeitsdicht verbunden ist. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfin­ dung sind das bewegliche Element 2 und der Balg 5 ein­ stückig ausgebildet. Das bewegliche Element 2 und der Balg 5 werden dabei beispielsweise aus dem Vollen eines PTFE-Werkstücks gefertigt, wobei der Balg dadurch gebil­ det wird, daß jeweils versetzt von außen und innen im Balgbereich Schnitte oder Kerben ausgeführt werden, so daß dadurch die Balgfunktion entsteht.

Eine Austrittsöffnung 7 mit einem Austrittsventil 8, so­ wie eine Eintrittsöffnung 9 mit einem Eintrittsventil 10 ist an der dem beweglichen Element 2 abgewandten Seiten­ wand 11 des Behälters 1 vorgesehen. In der Zylindersei­ tenwand befindet sich ein Sicherheits- oder Überlastan­ schluß oder -ventil 12, sowie ein Entlüftungsanschluß oder -ventil 13.

An der Seitenwand 6, durch die der Antrieb des beweg­ lichen Elements 2 erfolgt, ist von außen ein Gehäuse 15 angeflanscht, das die gesamte Antriebsvorrichtung 4 um­ gibt. Das Gehäuse 15 bildet zusammen mit dem Gehäuse und dem vom beweglichen Element 2 und vom Balg 5 gebildeten Innenraum einen gemeinsamen Raum, der nach außen abge­ schlossen ist. Dieser Raum steht über ein Einlaßventil 16 steuerbar mit dem Außenraum in Verbindung.

Die Antriebsvorrichtung weist einen Motor 17' ein Plane­ tengetriebe 18 sowie ein Riemengetriebe 19 auf, die eine reale Spindel 20 antreiben' die über das Verbindungsstück 3 mit dem beweglichen Element 2 verbunden ist.

Innerhalb des vom Balg 5 und dem beweglichen Element 2 gebildeten Raumes ist ein Flüssigkeits- bzw. Gassensor 21 angeordnet, der bei Auftreten eines Lecks im Balg 5 das Austreten der auszubringenden Flüssigkeit feststellt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet folgendermaßen.

Wenn das bewegliche Element 2 unter Zusammenfalten des Balgs 5 mittels der Spindel 20 von rechts nach links be­ wegt wird, wird über das Eintrittsventil 10 und über die Eintrittsöffnung 9 die auszubringende Flüssigkeit in dem Behälter 1 gesaugt Z-um Ausbringen der im Behälter 1 ent­ haltenen Flüssigkeit wird die Spindel 20 in umgekehrter Richtung bewegt, so daß das bewegliche Element 2 bei ei­ nem Hub, der durch den Pfeil 22 angedeutet ist, unter Ausfaltung des Balgs 5 die Flüssigkeit durch die Aus­ trittsöffnung 7 und das jetzt offene Austrittsventil 8 austreibt. Das bewegliche Element 2 kann dabei mit der Spindel 20 über einen langen Zeitraum hinweg mit sehr gleichmäßiger Geschwindigkeit bewegt werden, so daß das Austrittsvolumen pro Zeiteinheit über den Ausbringzeit­ raum hinweg sehr gleichmäßig und konstant bleibt. Bei der Hin- und Herbewegung des Elements 2 treten keine Rei­ bungskräfte und damit auch keine Partikelbildungen auf, weil das bewegliche Element 2 nicht mit der Innenfläche des Behälters 1 in Berührung steht. Die Abdichtung des Innenraums des Behälters 1 nach außen erfolgt mit dem Balg 5, der eine Linearbewegung des Elements 2 ohne Par­ tikelbildung zuläßt.

Die Erfindung wurde zuvor anhand eines bevorzugten Aus­ führungsbeispiels erläutert. Dem Fachmann sind jedoch zahlreiche Ausgestaltungen und Modifikationen möglich, ohne daß dadurch der Erfindungsgedanke verlassen wird. Beispielsweise kann die Anbringungsvorrichtung auch an­ ders als bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel reali­ siert sein. Der Behälter 1 kann auch quadratisch und die Ein- und Austrittsöffnungen für die auszubringende Flüs­ sigkeit können auch an dem Außenumfang des Behälters 1 angeordnet sein.

Claims (16)

1. Vorrichtung zum Ausbringen einer Flüssigkeit, mit einem die Flüssigkeit enthaltenden Behälter (1) und einem beweglichen Element (2) zum Verkleinern des Behältervolumens, dadurch gekennzeichnet, daß das be­ wegliche Element (2) über einen Balg (5) flüssig­ keitsdicht mit einer Innenwand des Behälters (1) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Element (2) berührungsfrei im Be­ hälter (1) beweglich ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß' das bewegliche Elemente (2) innerhalb das Balgs (5) mit einer Antriebseinrichtung (4) ver­ bunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung (4) eine bewegliche Stange umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Stange eine Servoachse ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stange eine von einem Motor (17) angetriebene Spindel ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung (4) von einem Gehäuse (15) umgeben ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (15) und der Innenraum des Balgs (5) einen nach außen abgeschlossenen Raum bilden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der abgeschlossene Raum mit einem Gas gefüllt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas mit einem Überdruck beaufschlagt ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum des Balgs ein Lecksensor (21) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Balg (5) aus einem von der auszubringenden Flüssigkeit nicht angreif­ baren Material besteht.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch ihre Verwendung zum Einleiten der auszubringenden Flüssigkeit in einem Träger­ strom.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Verwendung im Zusammenhang mit einer Anlage zum Behandeln von Halbleitersub­ straten.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auszubringende Flüs­ sigkeit Flußsäure (HF) ist.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Balg (5) aus Poly­ tetrafluorethylen ist.