DE4238149C2 - Drucküberwachungseinrichtung für den Reinraum - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drucküberwachungseinrichtung für den Reinraum nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

In der Reinraumtechnik muß dafür gesorgt werden, daß im Reinraumbereich, in dem beispielsweise Wafer gehandhabt und bearbeitet werden, ein Überdruck in bezug auf den Umgebungsraum besteht. Dadurch wird verhindert, daß aus dem Umgebungsraum weniger reine Luft in den Reinraumbe­ reich gelangt. Die im Reinraumbereich ständig strömende Reinluft steht darum unter einem höheren Druck als die Luft des Umgebungsraumes. Um den Druck im Reinraumbe­ reich zu überwachen, sind Dosenmanometer vorgesehen, die jedoch teuer in der Anschaffung sind. Grundsätzlich ist es auch möglich, Dosenmanometer mit einer elektrischen Anzeige zu verwenden. Solche elektrischen Anzeigen sind jedoch äußerst kostspielig. Zudem benötigen die Dosenma­ nometer, welche sehr kleine Druckdifferenzen (< 10 Pa) erfassen sollen, aufgrund ihres Meßprinzips sehr große Membranen und müssen mechanisch sehr präzise ausgebildet sein. Darum sind sie sehr groß und teuer.

Es ist eine Drucküberwachungseinrichtung für den Rein­ raum bekannt (DE-OS 38 21 690), die zwei dosenförmige Räume unterschiedlichen Druckes aufweist, die durch eine Zwischenwand voneinander getrennt sind, in der sich eine Düse befindet. Mit Abstand von den Düsenöffnungen ist jeweils ein thermisches Anemometer vorgesehen. In jedem Druckraum ist diesen Anemometern jeweils ein weiteres Anemometer im Bereich außerhalb des aus der Düse austre­ tenden Strahles zugeordnet. Die Anemometer sind an eine Signalverarbeitungseinheit angeschlossen. Die Einrich­ tung hat zwei Anschlußstutzen, mit denen der jeweilige Druckraum mit dem Reinraum bzw. einem anderen Raum un­ terschiedlichen Druckes verbunden werden kann.

Es ist auch eine Vorrichtung bekannt (DE-OS 26 53 359), mit der die Strömungsgeschwindigkeit eines Mediums ge­ messen wird. Die Vorrichtung hat einen Strömungskanal, in dem sich ein Strömungshindernis befindet, vor und hinter dem mit Abstand jeweils ein thermisches Anemome­ ter angeordnet ist. Der Strömungskanal ist zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit verhältnismäßig lang.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungs­ gemäße Drucküberwachungseinrichtung so auszubilden, daß bei kostengünstiger Anschaffung und kompakter Ausbildung eine genaue Drucküberwachung möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Drucküberwa­ chungseinrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Drucküberwachungseinrichtung befindet sich das in Strömungsrichtung hintere Anemome­ ter bei wechselnden Strömungsrichtungen stets im Strö­ mungsschatten des Strömungshindernisses. Die Meßkammer ist an beiden Enden zum Reinraum und zum anderen Raum unterschiedlichen Druckes offen. Die Meßkammer ist in einer Einbauöffnung einer diese Räume trennenden Wand untergebracht. Die beiden Anemometer sowie das dazwi­ schen liegende Strömungshindernis sind im Strömungskanal untergebracht. Die Drucküberwachungseinrichtung läßt sich einfach und platzsparend in der Trennwand unter­ bringen. Unabhängig von der Strömungsrichtung läßt sich die gewünschte Druckdifferenz zwischen den beiden Räumen zuverlässig erfassen und anzeigen. Mit den thermischen Anemometern kann insbesondere ein sehr geringer Druck einwandfrei überwacht werden, der beispielsweise wesent­ lich unter 10 Pa, etwa bis 0,1 Pa, reicht. Aus den Meß­ werten der beiden thermischen Anemometer bestimmt die Signalverarbeitungseinheit die Druckdifferenz zwischen den beiden Räumen auch hinsichtlich des Vorzeichens (Über- oder Unterdruck). Werden thermische Anemometer mit Temperaturkompensation eingesetzt, kann eine deutli­ che Steigerung der Meßgenauigkeit erreicht werden, ins­ besondere bei schwankender Lufttemperatur. Die Meßgenau­ igkeit kann dadurch beispielsweise bis zu 0,01 Pa ge­ steigert werden.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den wei­ teren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dar­ gestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine an einer ei­ nen Überdruck- von einem Unterdruckbereich trennenden Wand vorgesehene erfindungsgemäße Drucküberwachungseinrichtung,

Fig. 2 im Längsschnitt und in vergrößerter Darstel­ lung eine Meßkammer der erfindungsgemäßen Drucküberwachungseinrichtung, wobei im Rein­ raumbereich Überdruck herrscht,

Fig. 3 im Längsschnitt und in vergrößerter Darstel­ lung eine Meßkammer der erfindungsgemäßen Drucküberwachungseinrichtung, wobei im Rein­ raumbereich Unterdruck herrscht,

Fig. 4 in einem Diagramm die Abhängigkeit der Aus­ gangsspannung von der Druckdifferenz, ermit­ telt durch in der Meßkammer der erfindungsge­ mäßen Drucküberwachungseinrichtung angeordnete Meßelemente.

Die Drucküberwachungseinrichtung wird vorteilhaft in der Reinraumtechnik eingesetzt. In Reinraumbereichen, die durch Trennwände vom Umgebungsraum getrennt sind, herrscht ein höherer Druck als im Umgebungsraum. Da­ durch wird verhindert, daß Schmutzteilchen aus dem Umgebungsraum in den Reinraumbereich gelangen. In den Trennwänden sind Durchtrittsöffnungen vorgesehen, durch die die im Reinraumbereich zu handhabenden Teile einge­ bracht werden. Infolge des Überdruckes im Reinraumbe­ reich wird trotz der offenen Durchgangsöffnungen der Eintritt von Luft aus dem Umgebungsraum zuverlässig verhindert. Um eine Kontrolle darüber zu haben, daß die Druckdifferenz zwischen dem Reinraumbereich und dem Um­ gebungsraum ausreichend groß ist, ist die im folgenden beschriebene Überwachungseinrichtung vorgesehen.

In Fig. 1 ist schematisch die Überwachungseinrichtung dargestellt. Der Reinraumbereich 1, der einen Über­ druckbereich darstellt, ist durch Trennwände 2 vom Um­ gebungsraum 3 getrennt, in dem ein geringerer Druck herrscht als im Reinraumbereich 1. In Fig. 1 ist der Einfachheit halber nur eine Trennwand 2 dargestellt. In ihr ist eine Einbauöffnung 4 für eine Meßkammer 5 vor­ gesehen, in der sich zwei Meßelemente 6 und 7 befinden. Die Meßkammer 5 liegt geschützt in einem Gehäuse 8, das vorteilhaft außerhalb des Reinraumbereiches 1 innerhalb des Umgebungsraumes 3 angeordnet ist. Das Gehäuse 8 ist, was in Fig. 1 nicht dargestellt ist, in Richtung auf den Umgebungsraum 3 offen, so daß die Meßkammer 5 nicht nur Verbindung zum Reinraumbereich l, sondern auch zum Umgebungsraum 3 hat. Die Meßelemente 6, 7 sind in nicht dargestellter Weise an eine Signalverarbei­ tungseinheit 9 angeschlossen. Sie hat im Ausführungs­ beispiel drei Anzeigen 10 bis 12, die beispielhaft LED- Anzeigen sind. Die obere Anzeige 10 leuchtet auf, wenn der von der Drucküberwachungseinrichtung gemessene Druck im Reinraumbereich 1 zu gering ist. Die mittlere Anzeige 11 leuchtet auf, wenn im Reinraumbereich 1 der richtige Druck herrscht. Die unterste Anzeige 12 leuch­ tet auf, wenn der Druck im Reinraumbereich 1 zu hoch ist. Selbstverständlich kann der Differenzdruck mit einer (nicht dargestellten) Anzeige auch digital oder analog unmittelbar angegeben werden.

Wie Fig. 2 im einzelnen zeigt, weist die Meßkammer 5 einen Strömungskanal 13 auf, durch den die Luft strömt. Da die Meßkammer 5 an beiden Enden 14, 15 offen ist, kann die Luft je nach den Druckbedingungen im Reinraum­ bereich 1 und im Umgebungsraum 3 in beiden Richtungen durch den Strömungskanal 13 strömen.

In den Strömungskanal 13 ragen die beiden Meßelemente 6 und 7, die jeweils das Meßelement eines thermischen Ane­ mometers darstellen und die an sich bekannt sind und darum im folgenden nicht näher erläutert werden. Jedes Meßelement 6, 7 hat einen temperaturabhängigen Wider­ stand 16, 17. Die beiden Meßelemente 6, 7 sind durch ein Strömungshindernis 18 voneinander getrennt, das plattenförmig ausgebildet sein kann und sich beispiels­ weise bis zur Achse 19 des Strömungskanals 13 er­ streckt. Das Strömungshindernis 18 ist vorteilhaft eine Platte, die vorzugsweise kreissegmentförmigen Umriß hat. Dadurch erstreckt sich der freie Rand 20 im dargestell­ ten Ausführungsbeispiel in einer Radialebene der Meß­ kammer 5. Selbstverständlich kann das Strömungshinder­ nis 18 eine andere Ausbildung haben. Es muß lediglich so gestaltet sein, daß es in die Strömungsbahn der durch den Strömungskanal 9 strömenden Luft ragt und zu einer Ablenkung der Strömung vorbei am stromabwärts liegenden Meßelement 7 führt. Im dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel ragt das Strömungshindernis 18 radial weiter in den Strömungskanal als die Meßelemente 6, 7, die vorteilhaft quer, vorzugsweise senkrecht zur Achse 19 des Strömungskanales 13 liegen.

In Fig. 3 ist der Fall dargestellt, daß im Umgebungs­ raum 3 ein höherer Druck herrscht als im Reinraumbe­ reich 1. Dies hat zur Folge, daß die Luft durch den Strömungskanal 13 aus dem Umgebungsraum 3 in den Rein­ raumbereich 1 in Richtung der eingezeichneten Pfeile strömt. Hierbei trifft die Strömungsluft auf das Meß­ element 7, das in Strömungsrichtung vor dem senkrecht zur Strömungsrichtung sich erstreckenden Strömungshin­ dernis 18 liegt. Dieses Meßelement 7 gibt entsprechend der Geschwindigkeit der Strömungsluft ein Signal in Form eines Spannungswertes an die Signalverarbeitungs­ einheit 9 ab. Am Meßelement 7 findet aufgrund der An­ strömung ein guter Wärmeübergang statt. Anschließend wird die Strömungsluft durch das in Strömungsrichtung hinter dem Meßelement 7 befindliche Strömungshindernis 18 abgelenkt. Es bildet sich hinter dem Strömungshin­ dernis 18 ein Totwassergebiet 21 aus. Wie Fig. 3 zeigt, befindet sich dieses Meßelement 6 im Strömungsschatten des Strömungshindernisses 18, wodurch der Wärmeübergang am Meßelement 6 geringer ist als am Meßelement 7. Das Meßelement 6 liefert dadurch einen geringeren Span­ nungswert an die Signalverarbeitungseinheit 9 als das Meßelement 7. Diese beiden unterschiedlichen Spannungs­ werte werden von der Signalverarbeitungseinheit 9 ver­ arbeitet und zur Anzeige gebracht. Im beschriebenen Fall leuchtet die Anzeige 10 auf, weil der Druck im Reinraumbereich 1 gegenüber der Umgebung 3 zu gering geworden ist.

In Fig. 2 ist der Regelfall dargestellt, daß der Druck im Reinraumbereich größer ist als im Umgebungsraum 3. Dadurch strömt die Luft in Richtung der eingezeichneten Pfeile aus dem Reinraumbereich 1 durch den Strömungska­ nal 13 nach außen in den Umgebungsraum 3. Die Strö­ mungsluft trifft darum zunächst auf das Meßelement 6, das einen entsprechenden Spannungswert an die Signal­ verarbeitungseinheit 9 liefert. Am nachfolgenden Strö­ mungshindernis 18 wird die Strömungsluft umgelenkt, so daß sich in Strömungsrichtung hinter dem Hindernis 18 wieder das Totwassergebiet 21 bildet. Nunmehr befindet sich das Meßelement 7 im Strömungsschatten des Hinder­ nisses 18, so daß der Wärmeübergang von der Strömungs­ luft zu diesem Meßelement 7 geringer ist. Es liefert dadurch einen niedrigeren Spannungswert an die Signal­ verarbeitungseinheit 9 als das Meßelement 6, bei dem der Wärmeübergang von der Strömungsluft zum Meßelement höher ist als beim Meßelement 7. In der Signalverarbei­ tungseinheit 9 werden die beiden gelieferten Spannungs­ werte verarbeitet und nunmehr an der Anzeige 11 zur An­ zeige gebracht. Da der Druck im Reinraumbereich 1 höher ist als im Umgebungsraum 3, leuchtet an der Signalver­ arbeitungseinheit 9 das entsprechende Signal (Anzeige 11) auf. Somit kann zuverlässig festgestellt werden, ob im Reinraumbereich 1 der notwendige Druck herrscht, so daß der Zutritt von verunreinigter Luft aus dem Umge­ bungsraum in den Reinraumbereich 1 verhindert wird. Die Meßelemente 6, 7 sind so eingestellt, daß die Warnan­ zeige 10 schon dann aufleuchtet, wenn der Druckunter­ schied zwischen dem Reinraumbereich 1 und dem Umge­ bungsraum 3 noch nicht 0 geworden ist, sondern im Rein­ raumbereich 1 noch ein, wenn auch nur wenig höherer Druck als im Umgebungsraum 3 herrscht.

Die Anzeige 12 leuchtet dann auf, wenn der Überdruck gegenüber der Umgebung 3 auf unnötig hohe Werte ange­ stiegen ist.

Aus Fig. 4 ergibt sich, daß in dem Augenblick, in dem die Druckdifferenz zwischen Reinraumbereich 1 und Umge­ bungsraum 3 sich dem Wert 0 nähert, die Ausgangsspan­ nung sich nahezu sprungartig verändert. Die Spannungs- Druckdifferenz-Kurve verläuft im Bereich des Druckdif­ ferenzwertes 0 nahezu senkrecht. Dadurch springt der entsprechende Signalwert schlagartig von einem niederen zu einem höheren Wert bzw. umgekehrt. Auch schon vor der Annäherung an den Druckdifferenzwert 0 verändert sich die Spannungs-Druckdifferenz-Kurve in ihrer Steigung deutlich, so daß schon rechtzeitig vor Errei­ chen des Druckausgleiches zwischen den beiden Räumen 1 und 3 ein entsprechendes Signal zur Anzeige gebracht werden kann. In Fig. 4 sind diese Verhältnisse für zwei unterschiedliche Lufttemperaturen beispielhaft darge­ stellt. Die ausgezogene Linie entspricht einer niedri­ geren und die gestrichelte Linie einer höheren Lufttem­ peratur.

Die beiden Meßelemente 6, 7 sind, in Richtung der Achse 19 des Strömungskanales 13 gesehen, in Umfangsrichtung des Strömungskanals vorteilhaft wegen der Wärmeabgabe der Meßelemente versetzt zueinander angeordnet. Das Strömungshindernis 18 ist bevorzugt in halber Länge des Strömungskanals 13 angeordnet. Die Meßelemente 6, 7 lie­ gen vorzugsweise mit gleichem Abstand vor und hinter dem Strömungshindernis. Selbstverständlich kann das Strömungshindernis auch außermittig im Strömungskanal angeordnet sein. Auch kann der Abstand der Meßelemente 6, 7 zum Strömungshindernis untereinander unterschied­ lich sein. Wesentlich ist lediglich, daß durch die bei­ den Meßelemente 6, 7 in Verbindung mit der Strömungs­ störung durch das Hindernis 18 unterschiedliche Meßwer­ te an die Signalverarbeitungseinheit 9 geliefert wer­ den, die aus diesen beiden Meßwerten ein Differenzsig­ nal bildet und zur Anzeige bringt. Aufgrund der Strö­ mungsablenkung durch das Hindernis 18 gelangt die Strö­ mungsluft in diesem Bereich nicht oder nur einge­ schränkt zum jeweiligen Meßelement 6 bzw. 7, so daß ein schlechter Wärmeübergang von der Strömungsluft zum ent­ sprechenden Meßelement stattfindet. Es liefert dann in der beschriebenen Weise den entsprechend unterschiedli­ chen Meßwert.

Die Drucküberwachungseinrichtung ist konstruktiv ein­ fach ausgebildet und preisgünstig in der Anschaffung. Da als Meßgröße der veränderliche Wärmeübergang an den Meßelementen 6, 7 zugrundeliegt, können analog zur Luftgeschwindigkeitsmessung mit thermischen Anemometern auch geringste Druckdifferenzen sicher erfaßt und ange­ zeigt werden.

Darum eignet sich die Drucküberwachungseinrichtung be­ sonders dort, wo nur sehr geringe Drücke auftreten, die beispielsweise wesentlich geringer sind als 10 Pa. Mit den beiden Meßelementen 6, 7 kann ein Druck bis etwa zu 0,1 Pa gemessen werden.

Claims (5)

1. Drucküberwachungseinrichtung für den Reinraum, mit zwei thermischen, in einer Meßkammer untergebrach­ ten Anemometern, die zur Überwachung eines Diffe­ renzdruckes zwischen dem Reinraum und einem ande­ ren Raum unterschiedlichen Druckes an eine Signal­ verarbeitungseinheit angeschlossen sind und in Strömungsrichtung der Reinluft vor und hinter ei­ nem Strömungshindernis liegen, dadurch gekennzeichnet, daß bei wechselnder Strö­ mungsrichtung stets das in Strömungsrichtung hin­ tere Anemometer (6, 7) im Strömungsschatten (21) des Strömungshindernisses (18) liegt, daß die ei­ nen Strömungskanal (13) aufweisende Meßkammer (5) an beiden Enden (14, 15) zu den Räumen (1, 3) of­ fen und in einer Einbauöffnung (4) einer die Räume (1, 3) trennenden Wand (2) untergebracht ist, und daß die beiden Anemometer (6, 7) mit dem dazwi­ schen liegenden Strömungshindernis (18) im Strö­ mungskanal (13) liegen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungshindernis (18) quer zur Strömungsrichtung weiter in den Strömungskanal (13) ragt als die beiden Anemometer (6, 7).

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Strömungshin­ dernis (18) quer, vorzugsweise senkrecht zur Strö­ mungsrichtung im Strömungskanal (13) erstreckt.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Anemometern (6, 7) eine Temperaturkompensationseinrichtung zugeordnet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anemometer (6, 7), in Richtung der Achse (19) des Strömungs­ kanales (13) gesehen, versetzt zueinander angeord­ net sind.