DE19753286C2 - 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 aus der DE 42 19 161 A1 im Zusammenhang 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 mit­ tels einer Dichtung zur Zylinderwand hin abgedichtet. Auf Grund der Reibungskräfte zwischen der Dichtung und der Zylinderinnenwand entstehen Abriebe und Partikel, die zur Kontaminierung der auszubringenden Flüssigkeit führen. Derartige Vorrichtungen sind daher zum Ausbringen hochreiner Flüssigkeiten beispielsweise im Zusammenhang mit Chemikalien oder sonstigen Flüssigkeiten nicht geeig­ net, die etwa bei der Behandlung oder Reinigung auf dem Gebiet der Chip-Fertigung eingesetzt werden, die sehr reine Behandlungsmedien erfordern.

Aus den Druckschriften US 33 18 257, WO 96/10 534 A1 und US 48 86 189 sind Pumpenanordnungen bekannt, bei denen zur Abdichtung des Flüssigkeitsbehälters und zur Änderung des Behältervolumens Membranen vorgesehen sind, die durch Antriebsmittel, seien sie mechanischer oder hydraulischer Natur in ihrer Lage verändert werden. Ein gleichmäßiges, impulsfreies Ausbringen einer Flüssigkeit ist mit diesen Einrichtungen nicht möglich, weil eine gleichmäßige, im­ pulsfreie Veränderung des Behältervolumens nicht möglich ist. Mit diesen Vorrichtungen ist daher eine über einen bestimmten Zeitraum hinweg gleichmäßige Ausbringung mit konstanten Volumen pro Zeiteinheit nicht möglich.

Aus der FR 13 82 439 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der ein Faltenbalg den die Flüssigkeit enthaltenden Be­ hälter darstellt. Ein Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß bei einer Veränderung des Faltenbalg- bzw. Be­ hältervolumens der dabei auftretende Druck im Faltenbalg eine große Angriffsfläche am Faltenbalg darstellt und da­ her auch bei gleichmäßiger Hubbewegung das Volumen und damit auch die Ausbringmenge des zu pumpenden Fluids über den gesamten Hubbereich hinweg nicht gleichmäßig und kon­ stant erfolgt.

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 vermeidet, und das Ausbringen der Flüssigkeit über den Zeitraum der Aus­ bringung hinweg mit einem konstanten Volumen pro Zeitein­ heit ermöglicht.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit ei­ ner Vorrichtung zum Ausbringen einer Flüssigkeit, mit ei­ nem die Flüssigkeit enthaltenden Behälter und einem be­ weglichen Element zum Verkleinern des Behältervolumens, wobei das bewegliche Element berührungsfrei im Behälter beweglich und flüssigkeitsdicht mit einer Innenwand des Behälters verbunden ist, und die Verbindung zwischen dem beweglichen Element und einer Innenwand des Behälters ein Faltenbalg ist, dessen vom Behälter abgewandter Innenraum zusammen mit einem Gehäuse einem nach außen abgeschlosse­ nen Raum bildet, der eine Spindel als Antriebsvorrichtung enthält, die im Innenraum des Faltenbalgs mit dem beweg­ lichen Element verbunden ist.

Durch das erfindungsgemäße Merkmal, einen Faltenbalg zu verwenden, wird der Innenraum des Behälters, in dem sich die auszubringende Flüssigkeit befindet, auch hinsicht­ lich des beweglichen Elements nach außen sicher und zu­ verlässig abgeschlossen, ohne daß die Beweglichkeit des Elements zur Verringerung des Behältervolumens bzw. zur Erzeugung des Ausbringdrucks für die Flüssigkeit beein­ trächtigt ist. Ein wesentlicher Vorteil dieser erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung gegenüber herkömmlichen Aus­ bringvorrichtungen, wie dies beispielsweise bei Pumpen der Fall ist, besteht darin, daß keine gleitende Dichtung zwischen dem beweglichen Element und der Innenfläche des Behälters erforderlich ist. Reibungskräfte treten daher zwischen dem beweglichen Element und der Behälterwandung nicht auf, so daß auch keine Partikel gebildet werden können, die die auszubringende, im Behälter enthaltene Flüssig­ keit verunreinigen könnten. Darüber hinaus ist der auf die auszubringende Flüssigkeit auszuübende Druck auf Grund der Tatsache wesentlich gleichmäßiger, daß keine ungleichmäßigen Reibungskräfte auftreten. Dadurch ergibt sich ein wesentlich gleichmäßigeres und pulsationsfreies Ausbringen der Flüssigkeit.

Auch im Hinblick auf Membranpumpen weist die erfindungs­ gemäße Vorrichtung erhebliche Vorteile auf, da bei der Verwendung eines Faltenbalgs als Verbindung zwischen dem beweglichen Element und einer Innenwand des Behälters un­ abhängig von dem Behältervolumen, also unabhängig vom Be­ ginn oder dem Ende des Pumpvorgangs, immer das Pumpen ei­ nes konstanten Volumens pro Zeiteinheit möglich ist, da das Behältervolumen im Gegensatz zu Membranpumpen über den gesamten Pumpvorgang hinweg in linearer Beziehung zur Bewegung des beweglichen Elements bzw. zum Maß des An­ triebs dieses Elements steht.

Die berührungsfreie Bewegung des Elements im Behälter ist deshalb vorgesehen, weil dadurch ein Abrieb sicher vermieden bleibt.

Das bewegliche Element ist innerhalb des Faltenbalgs, nachfolgend kurz als Balg bezeichnet, mit einer Antriebs­ einrichtung verbunden. Da der Balg das Innere des Behäl­ ters vollständig nach außen abdichtet, sind keine Maßnah­ men erforderlich, die Antriebseinrichtung vor der auszu­ bringenden Flüssigkeit zu schützen. Bei herkömmlichen Vorrichtungen mit gleitenden Dichtungselementen zwischen dem beweg­ lichen Element und der Behälterinnenwand kann ein Flüs­ sigkeitsdurchtritt an den Dichtungselementen auch dann nicht zuverlässig vermieden werden, wenn die Dichtungs­ elemente unbeschädigt sind. Diese dadurch auftretenden Schwierigkeiten und Austritte, die insbesondere bei ag­ gressiven Flüssigkeiten sehr nachteilig sind, werden mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sicher vermieden. Die Antriebseinrichtung kann daher einfacher aufgebaut und mit kostengünstigeren Bauelementen gefertigt werden.

Die Antriebseinrichtung umfaßt eine Spindel, wobei diese Spindel sehr einfach aufge­ baut sein kann und dennoch eine über den Hubbereich sehr gleichmäßige lineare Bewegung mit sehr konstanter Ge­ schwindigkeit erlaubt, so daß das Ausbringen der Flüs­ sigkeit pro Zeiteinheit mit einem sehr konstanten Volumen erfolgt. Die Spindel wird dabei mit einem Motor angetrieben.

Die gesamte Antriebseinrichtung ist gemäß Anspruch 3 mit dem Gehäuse umgeben, das (vgl. Anspruch 1) an einer Außen­ wand des Behälters angebracht ist, wobei das Gehäuse und der Innenraum des Balgs einen nach außen abgeschlossenen Raum bilden. Dieser Aufbau ist nicht nur konstruktiv ein­ fach, sowohl hinsichtlich des Herstellungs- als auch des Wartungsaufwands, sondern bildet auch zum Außenraum hin einen zuverlässigen Schutz gegen eine chemisch aggressive Umgebung, wie dies bei chemischen Anlagen und insbesonde­ re auch bei Anlagen zur Behandlung und Fertigung von Halbleiterchips der Fall ist. Um die Antriebseinrichtung noch besser gegen Einflüsse von außen zu schützen, ist der durch das Gehäuse der Antriebseinrichtung und den Balg gebildete Raum mit einem inerten bzw. neutralen Gas ge­ füllt, 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 Lecksensor angeordnet, der feststellt, ob auszu­ bringende Flüssigkeit aus dem Behälter in diesem Raum ge­ langt, 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 Lecksensor 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 ge­ fertigt 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 einen Träger­ strom geeignet. In diesem Falle ist ein sehr gleichmäßi­ ges Ausbringen der Flüssigkeit 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 der 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 Entlüftungsansschluß 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.

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.

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 (die Figur ist hierbei im Querformat zu be­ trachten), wird über das Eintrittsventil 10 und über die Eintrittsöffnung 9 die auszubringende Flüssigkeit in den Behälter 1 gesaugt. Zum 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.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Ausbringen einer Flüssigkeit, mit einem die Flüssigkeit enthaltenden Behälter (1) und einem beweglichen Element (2) zum Verkleinern des Behältervolumens, wobei das bewegliche Element (2) berührungsfrei im Behäl­ ter (1) beweglich und flüssigkeitsdicht mit einer Innen­ wand des Behälters (1) verbunden ist, und die Ver­ bindung zwischen dem beweglichen Element (2) und ei­ ner Innenwand des Behälters (1) ein Faltenbalg (5) ist, dessen vom Behälter (1) abgewandter Innenraum zusammen mit einem Gehäuse (15) einem nach außen ab­ geschlossenen Raum bildet, der eine Spindel (20) als An­ triebsvorrichtung enthält, die im Innenraum des Fal­ tenbalgs (5) mit dem beweglichen Element (2) verbun­ den ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Motor (17) zum Antreiben der Spindel (20) vorge­ sehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (17) innerhalb des abgeschlossenen Raums angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der abgeschlossene Raum mit einem inerten bzw. neutralen Gas gefüllt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas mit einem Überdruck beaufschlagt ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum des Falten­ balgs (5) ein Lecksensor (21) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenbalg (5) aus einem von der auszubringenden Flüssigkeit nicht an­ greifbaren Material besteht.

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

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

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

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenbalg (5) aus Polytetrafluorethylen ist.