DE60208437T2

DE60208437T2 - Trennmodul

Info

Publication number: DE60208437T2
Application number: DE60208437T
Authority: DE
Inventors: J Karl Niermeyer; Marc Laverdiere; J. Ralph STANKOWSKI; E. Joseph SMITH
Original assignee: Entegris Inc
Current assignee: Entegris Inc
Priority date: 2001-09-13
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2022-09-14
Also published as: DE60208437D1; KR100919569B1; DE60221447D1; DE60221447T2; KR20040044902A

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Diese Erfindung betrifft ein Trennmodul zum Reinigen eines Fluids. Fluidtrennvorrichtungen mit einfach auswechselbaren und wegwerfbaren Fluidtrennmodulen werden seit vielen Jahren benutzt, um die Kontamination bei Betriebsabläufen zu kontrollieren. Solche Vorrichtungen sind integraler Bestandteil der Herstellung vieler Produkte, darunter z. B. Pharmazeutika, Lebensmittel und Getränke. Jedoch ist der Bedarf an wirksamer Kontaminationskontrolle nirgends größer als in der Halbleiterfertigungsbranche. Angesichts von Schaltungsdetails im Submikrometerbereich und unvermeidlichen weiteren Reduzierungen der Strukturgröße besteht wesentlicher Bedarf an einer Kontrolle von Verunreinigungsteilchen sowie ionischen, organischen und anderen Kontaminanten in den Halbleiter-Prozessfluiden. Da Halbleitervorrichtungen in Reinräumen gefertigt werden, ist es zudem wichtig, das Potential für eine Kontaminierung der Herstellungsumgebung zu minimieren. Aus diesem Grunde sind bei Halbleiterfertigungsprozessen wegwerfbare Fluidtrennvorrichtungen vorzuziehen, um die Kontamination der Prozesslinien sowie des Reinraums zu minimieren.
Beispiele für Halbleiter-Prozessfluide, die am Benutzungspunkt (POU, engl. „point of use") eingesetzt werden, sind etwa die bei der photolithographischen Bearbeitung benutzten Chemikalien (Photochemikalien). Zu den Photochemikalien zählen Materialien wie etwa Haftmittel, Haftbeschleuniger, Photoresists, Randwallentferner, reflexionsmindernde Beschichtungen, Entwickler, Dielektrika u. Ä. Solche Chemikalien werden üblicherweise von einer spezialisierten Pumpe dosiert auf den Siliziumwafer aufgebracht und anschließend in einem „Schleuderbeschichten" genannten Prozess zu einem gleichförmigen, dünnen Film dispergiert. Die Reinheit dieser Chemikalien am POU ist von entscheidender Bedeutung für den Erhalt brauchbarer Produktausbeuten.
Es gibt im Allgemeinen zwei Ausführungen von Fluidtrennvorrichtungen. Bei der ersten Ausführung ist das Trennelement, beispielsweise ein Filter, eine auswechselbare Komponente; das Druckgefäß dagegen, in welchem das Element untergebracht ist, d. h. das Gehäuse, ist wiederverwendbar. Das Gehäuse enthält außerdem geeignete Fluidverbindungen zum Rest des Fluid-Verarbeitungssystems. Zum Auswechseln des Fluidtrennelements muss das Gehäuse geöffnet, das Trennelement herausgenommen, das Ersatz-Trennelement in dem Gehäuse installiert und das Gehäuse wieder verschlossen werden. Diese Ausführung einer Fluidtrennvorrichtung weist viele Nachteile auf. Erstens ist die Auswechseloperation zeitaufwendig, insbesondere, wenn der Zugang zum Gehäuse eingeschränkt ist. Zweitens wird dabei in der Regel Fluid verschüttet, da das Gehäuse eine bestimmte Menge an Prozessflüssigkeit enthält und das Fluidtrennelement in der Regel mit dem Fluid gesättigt ist. Im Falle der gefährlichen Fluide kann ein Verschütten eine Gesundheitsgefährdung für das anwesende Personal darstellen und potenziell zu Beschädigungen an umliegenden Geräten und Anlagen führen. Schließlich werden die Innenoberflächen des Fluid-Verarbeitungssystems durch das Öffnen des Gehäuses unerwünschten Kontaminationen aus der Umgebung ausgesetzt.
Bei der zweiten Trennvorrichtungsausführung ist das Trennelement permanent am Gehäuse angebracht, welches außerdem geeignete Fluidverbindungen zum Rest des Fluid-Verarbeitungssystems enthält, so dass ein integriertes Modul ausgebildet wird. In diesem Falle muss zum Auswechseln das gesamte Trennmodul von dem Fluid-Verarbeitungssystem getrennt und ein Ersatzmodul an das System angeschlossen werden. Auf diese Weise wird das Auswechseln vereinfacht, der Bediener wird in geringstmöglichem Maße gefährlichen Chemikalien ausgesetzt, und die Verlässlichkeit der Verbindung wird wesentlich verbessert. Diese Trennelementausführung wird „wegwerfbares Trennmodul" genannt, da, unabhängig von dem eingesetzten Anschlussdesign, jedes Mal, wenn das Trennelement ausgetauscht werden muss, das gesamte Modul herausgenommen und weggeworfen wird. Wegwerfbare Module erfordern in der Regel, dass nacheinander mehrere Verbindungen vorgenommen werden, und zwar mindestens zwei, typischerweise eher drei oder vier Verbindungen. Zu verschraubende Befestigungselemente sind umständlich und manchmal schwierig in Eingriff zu bringen; Faktoren, die zusätzliche Anstrengungen und zusätzlichen Zeitaufwand nach sich ziehen. Überdies muss das Modul in Position gehalten werden, während die Verbindungen vorgenommen werden, was das Ereignis des Verbindens noch weiter erschwert, da zwei Handlungen gleichzeitig ausgeführt werden müssen (nämlich das Modul in Position zu halten und nacheinander jeden einzelnen Anschluss anzubringen). Schließlich besteht in Anwendungsfällen, bei denen die permanenten Verbindungen an das Fluid-Verarbeitungssystem nicht starr sind, wie z. B. bei Einsatz flexibler Schläuche, eine Tendenz zum Ausfluss von Flüssigkeit beim Lösen der Verbindungen. All diese Probleme erhöhen die zum Auswechseln eines wegwerfbaren Moduls erforderlichen Zeit- und sonstigen Aufwendungen und lassen zudem weiterhin die Möglichkeit offen, dass Personal den gefährlichen Materialien ausgesetzt und die Herstellungsumgebung kontaminiert wird.
Aus diesen Gründen wurden einige wegwerfbare Trennmodule entworfen, die Merkmale aufweisen, welche ein schnelles und einfaches Verbinden dieser Module an das Fluid-Verarbeitungssystem nach „Schnellverbindungs"-Art ermöglichen. Diese Schnellverbindungsmodulausführungen sehen einen Satz von Anschlüssen vor, die mit einem einzigen, einfachen Stoß bzw. einer einzigen, einfachen Aktion dicht in einen passenden Satz von Anschlüssen eingreifen, welche an einem wiederverwendbaren Substrat angebracht sind. Es sind unterschiedliche Ausführungen von Mechanismen entworfen worden, um eine Schnellverbindungs-Arretierung zu erreichen, die bislang allesamt auf die ein oder andere Art von relativer Bewegung zwischen dem männlichen Anschluss und seinem weiblichen Gegenstück erforderten, in aller Regel eine Verdrehungsaktion.
Auch wurde vorgeschlagen, ein Trennmodul in einem System zum Dosieren einer gefilterten Fluidzusammensetzung zu schaffen, wobei das Trennmodul in ein Gehäuse eingeführt wird, welches zum Herstellen einer Sollverbindung bewegliche Teile aufweist. Diese Ausführung eines Gehäuseaufbaus ist teuer und wird im Laufe der Zeit aufgrund von übermäßiger Beanspruchung bruchanfällig.
Dementsprechend wäre es wünschenswert, ein Trennmodul zu schaffen, das in einem Fluidtrennsystem ausgewechselt werden kann, ohne dass hierfür ein schwenkbares Gehäuse erforderlich wird.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Wesentliche und optionale Merkmale der Erfindung werden jeweils in den beigefügten Haupt- bzw. Unteransprüchen dargelegt.
Das bevorzugte Trennmodul dieser Erfindung passt in eine stationäre Aufnahme, die eine Auflage aufweist, welche als Schwenklinie funktioniert, sowie einen Schlitz, der einen Riegel des Trennmoduls aufnimmt und arretiert. Das Trennmodul weist eine gekrümmte Oberfläche auf, die auf die Schwenklinie der stationären Aufnahme passt, sowie einen Riegel, der im Zusammenspiel mit dem Schlitz der stationären Aufnahme das Trennmodul in der stationären Aufnahme arretiert. Das Trennmodul weist einen Filter auf, der innerhalb eines Gehäuses des Trennmoduls positioniert ist, sowie Formstücke, die eine Quelle zu reinigenden Fluids mit einem Benutzungspunkt für das Fluid, das in dem Trennmodul gereinigt wird, verbinden. Bei einer Ausführungsform ist das Trennmodul in einer tragbaren Sammelleitung positioniert, die Fluidformstücke aufweist, welche die Verwendung des Trennmoduls in Fluidtransfersystemen mit verschiedenen Funktionen zulassen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Trennmoduls.
2 ist eine perspektivische Ansicht einer stationären Aufnahme, die im Zusammenspiel mit dem Trennmodul aus 1 genutzt wird.
3a, 3b, 3c und 3d sind Seitenansichten, welche die Benutzung eines Riegels des Trennmoduls aus 1 veranschaulichen.
4 ist eine Seitenansicht des Trennmoduls aus 1 in der stationären Aufnahme aus 2.
5 ist eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung aus 4, die an ein Pumpengehäuse angebracht ist.
6 veranschaulicht ein alternatives, erfindungsgemäßes Trennmodul.
7 veranschaulicht ein alternatives, erfindungsgemäßes Trennmodul.
8 ist eine perspektivische Ansicht eines tragbaren stationären Moduls und Trennmoduls dieser Erfindung.
BESCHREIBUNG SPEZIFISCHER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Das erfindungsgemäße Trennmodul lässt sich zweckmäßigerweise zum Reinigen eines Fluids aus einem eine Pumpe umfassenden Fluiddosiersystem nutzen. Das Fluiddosiersystem kann eine einzelne Pumpe oder mehrere Pumpen umfassen; es kann sich etwa um ein Zweipumpensystem handeln, das eine Dosierpumpe und eine Speisepumpe umfasst. Ein derartiges System umfasst beim Dosieren eines Fluids das erfindungsgemäße Trennmodul, welches ein Trennelement aufweist, das unerwünschte Fluidkomponenten von der Soll-Fluidzusammensetzung trennt.
Die vorliegende Erfindung wird vorliegend insbesondere anhand eines Zweipumpen-Fluiddosiersystems beschreiben, welches eine Speisepumpe, eine Dosierpumpe und ein Trennmodul mit einer speziellen Konfiguration von Einlassmitteln und Auslassmitteln umfasst. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung in einem Fluiddosiersystem mit einem Trennmodul unabhängig von der Außenoberflächenkonfiguration von Einlassmitteln und Auslassmitteln auf der Oberfläche des Trennmoduls genutzt werden kann.
Bezug nehmend auf 1 umfasst das erfindungsgemäße Trennmodul 10 ein Gehäuse 12 für eine Filterkonstruktion, wie etwa einen Faltenfilter, einen Tiefenfilter, Hohlfasern o. Ä. Die Stutzen 14, 16 und 18 können passende Formstücke 15, 17 und 19 (4) passend aufnehmen. Das Gehäuse 66 (5), welches eine Speisepumpe und eine Dosierpumpe enthält, wie etwa in US-Patent 5,263,069 offenbart ist. Der Stutzen 14 kann ein Einlass für zu filterndes Fluid sein. Der Stutzen 16 kann ein Auslass für Retentat sein. Der Stutzen 18 kann ein Auslass für gefiltertes Fluid in Richtung eines Benutzungspunktes sein. Das Trennmodul 10 umfasst eine Schwenkfläche 20, die im Wesentlichen über die gesamte Breite des Trennmoduls 10 verläuft, sowie zwei Flansche 22 (einer ist gezeigt), die auf gegenüberliegenden Oberflächen des Trennmoduls 10 positioniert und an den Wänden 24 und 26 angebracht sind.
Das Trennmodul 10 ist mit einem Riegel 31 versehen, der einen vertikalen Arm 32, einen Haken 33 und einen Hebel 35 aufweist. Der Riegel 31 ist fest an dem Trennmodul 10 angebracht, etwa dadurch, dass er mit den Wänden von Schlitz 37 ausgeformt ist. Der Schlitz 37 lässt die Bewegung des Riegels 31 zu, wenn eine Kraft, etwa eine manuelle Kraft, auf den Hebel 35 angewendet wird.
Bezug nehmend auf 4 umfasst die stationäre Aufnahme 36 eine Oberfläche 38 mit Löchern 40, 42 und 44, durch welche Formstücke 15, 17 und 19 (4) von einer Sammelleitung hindurchgehen. Die stationäre Aufnahme 36 umfasst einen Flansch 46 mit einer Öffnung 47, die mit dem vertikalen Arm 32 und dem Haken 33 des Riegels 31 zusammenwirkt. Die stationäre Aufnahme 36 umfasst außerdem Auflagen 50 und 52, auf welche die Flansche 22 des Trennmoduls 10 geschoben werden, sowie die Aufnahme-Schwenkfläche 54, auf welche die Schwenkfläche 20 passt.
Bezug nehmend auf 3a, 3b, 3c und 3d wird der Riegel 31 in seiner Ausgangsposition in 3a gezeigt. Wie in 3b gezeigt, bewirkt eine Kraft in Pfeilrichtung, dass sich der Haken 33 von dem Flansch 46 weg bewegt. Wie in 3c gezeigt, wird der Riegel 31 nach oben bewegt, indem das Filtrationsmodul 10 nach oben bewegt wird, so dass der Haken 33 auf den Flansch 46 passt. Diese Riegelposition befestigt das Filtrationsmodul 10 an dem stationären Modul 36. Wie in 3d gezeigt, wird der Haken 33 von dem Flansch 46 gelöst, indem, wie durch den Pfeil angezeigt, eine Kraft auf den Hebel 35 angewendet wird. Wenn sich der Riegel 31 in der in 3d gezeigten Position befindet, kann das Trennmodul 10 aus der stationären Aufnahme 36 herausgenommen werden.
Wie in 2 und 4 gezeigt, wird das Trennmodul 10 auf den Auflagen 50 und 52 in die stationäre Aufnahme 36 eingeschoben, bis die Schwenklinie 20 auf der Schwenkfläche 54 positioniert ist. Wenn das Trennmodul 10 so positioniert ist, sind die Stutzen 14, 16 und 18 dergestalt positioniert, dass sie die Formstücke 15, 17 und 19 passend aufnehmen, wenn das Trennmodul 10 wie durch den Pfeil 55 angezeigt nach oben gedreht wird. Durch diese Aufwärtsbewegung wird der Arm 32 mit dem Flansch 46 verriegelt, und der Haken 33 verläuft durch die Öffnung 47. Dies wiederum verriegelt das Trennmodul 10 in der stationären Aufnahme 36, so dass ein leckfreier Fluidtransfer zwischen den Stutzen 14, 16 und 18 und den Formstücken 15, 17 und 19 hergestellt werden kann.
Wie in 5 gezeigt, ist die stationäre Aufnahme 36 an einem Pumpengehäuse 66 angebracht, welches auf eine im Stand der Technik bekannte Art eine oder mehrere Pumpen enthält. Die Formstücke 14, 16 und 18 sind, etwa wie obenstehend beschrieben, dicht mit passenden Formstücken verbunden.
Wie in 6 gezeigt, kann das Trennmodul 10 mit einem Riegel 28 versehen werden, der zwei Arme 30 und 31 umfasst. Der Arm 31 ist mit einem Schnabel 34 versehen, der wie nachstehend beschrieben mit der Halterung aus 2 zusammenwirkt. Die Arme 30 und 31 sind hinreichend flexibel, so dass der Arm 31 von dem Arm 30 eingedrückt wer den kann, welcher wiederum manuell nacheinander eingedrückt wird, um den Arm 31 mit dem Flansch 46 der Halterung 36 in Eingriff zu bringen oder ihn von diesem zu lösen und dadurch das Herausnehmen des Trennmoduls 10 aus der Halterung 36 zuzulassen.
Eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Trennmoduls wird in 7 gezeigt. Das Trennmodul 10a, welches Stutzen 14a, 16a und 18a aufweist, ist zusätzlich in der obenstehend anhand 1 beschriebenen Weise mit zwei Auflagen 22 und einer Schwenklinie 20 versehen. Der Riegel 70 umfasst einen Schnabel 72 und einen Arm 74. Der Schnabel 72 ist zur passenden Aufnahme in einer stationären Aufnahme ausgestaltet und der Hebel 74 erlaubt das Anwenden einer manuellen Kraft, um den Schnabel 72 aus der stationären Ausnahme zu lösen und dadurch, in der obenstehend anhand 3a bis 3d beschriebenen Weise, das Trennmodul 10a in der stationären Aufnahme zu installieren bzw. es aus dieser herauszunehmen.
Es wird nun auf 8 Bezug genommen, in der eine Ausführungsform dieser Erfindung gezeigt wird, die eine tragbare Einheit des Trennmoduls 76 und die stationäre Aufnahme 78 umfasst, die tragbar ist. Das Trennmodul 76 und die stationäre Aufnahme 78 werden durch den Riegel 31 in der obenstehend anhand 3a bis 3d beschriebenen Weise verbunden. Die stationäre Aufnahme 78 ist mit Formstücken 80, 82 und 84 versehen, die mit einer Pumpvorrichtung (nicht gezeigt) passend verbunden werden können. Die stationäre Aufnahme 78 ist mittels eines Riegels 92 mit einer Halterung 88 verbunden, die an einer Wand 90 befestigt werden kann. Diese Ausführungsform vereinfacht die Installation der stationären Aufnahme 78. Die stationäre Aufnahme 78 kann ein Ventil 81 umfassen, das einen manuell zu aktivierenden Vorrichtungshebel 83 umfasst, welcher dazu dient, das Ventil 81 zu öffnen oder zu schließen, um den Fluidtransfer durch die Formstücke zuzulassen oder zu verhindern.

Claims

System, umfassend ein Trennmodul (10a, 76) und eine stationäre Aufnahme (36, 78), bei dem das Trennmodul zum Verriegeln mit und zum Entriegeln von der Aufnahme gestaltet ist, wobei das Modul umfasst: ein Gehäuse (12); einen Fluideinlass (14a) und -auslass (18a), die im Verhältnis zueinander exklusiv und an einem Ende des Gehäuses angeordnet sind; ein Trennelement innerhalb des Gehäuses in fluidischer Verbindung mit dem Einlass und dem Auslass; Flansche (22); eine Schwenkfläche (20); und einen am Gehäuse befestigten Riegel (31, 70), und wobei die Aufnahme umfasst einen komplementären Einlass (15) und Auslass (19); eine Schwenkfläche (54); eine Öffnung (47) zur Aufnahme des Riegels (31) des Moduls in verriegelter Position; und Flächen (50, 52), die zum Abstützen der Flansche (22) des Moduls positioniert sind, während das Modul in die Aufnahme geschoben wird, um die Schwenkfläche (20) des Moduls in Kontakt mit der Schwenkfläche (54) der Aufnahme zu bringen, bevor das Modul in die verriegelte Position geschwenkt wird, in welcher Position der erwähnte Einlass und Auslass des Moduls jeweils fluidisch dicht mit dem erwähnten komplementären Einlass und Auslass der Aufnahme verbunden sind.
System nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Hebel (35, 74), auf den eine Kraft aufgebracht werden kann, um den genannten Riegel des Trennmoduls zu bewegen.
System nach Anspruch 1, bei dem der Fluideinlass und -auslass des Trennmoduls parallel sind.
System nach Anspruch 1, bei dem der Riegel an das Gehäuse des Trennmoduls angeformt ist.
System nach Anspruch 1, bei dem das Trennmodul weiterhin einen dritten Fluidanschluss (16, 16a) aufweist.
System nach Anspruch 5, bei dem der dritte Fluidanschluss eine Ablassöffnung ist.
System nach Anspruch 5, bei dem der dritte Fluidanschluss parallel zum Einlass und Auslass des Trennmoduls liegt.
System nach Anspruch 5, bei dem die Aufnahme außerdem einen dritten Fluidanschluss (17) umfasst, der zum dritten Fluidanschluss am Trennmodul komplementär ist.
System nach Anspruch 1, bei dem die Öffnung der Aufnahme einen Schlitz (47) aufweist, der so gestaltet ist, dass er den Riegel (31) des Trennmoduls aufnimmt, wobei der den Schlitz bildende Aufbau so gestaltet ist, dass er das Trennmodul abstützt, wenn dieses in der Aufnahme verriegelt ist.
System nach Anspruch 9, bei dem die Aufnahme an einer pumpenden Vorrichtung (66) befestigt ist.
System nach Anspruch 9, bei dem die Aufnahme weiterhin eine so gestaltete Halterung (88) aufweist, dass diese an einer Wand gleitend befestigt ist.