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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Flüssigkeitszufuhrsystem.
Insbesondere schafft diese Erfindung ein integriertes Flüssigkeitszufuhrsystem
(IFDS) für
die Bereitstellung hochreiner Flüssigkeitsströme wie etwa
für eine
Wafer-Verarbeitungskammer.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Zufuhrsysteme
hochreiner Flüssigkeiten werden
in anspruchsvollen Fertigungsumgebungen wie etwa in der Halbleiterfertigungsindustrie
verwendet. Die Zufuhrsysteme sind so ausgelegt, dass sie Flüssigkeiten,
die dem Wesen nach gefährlich
(d. h. korrodierend, giftig) und/oder teuer sein können, genau
abgeben. Zum Beispiel erfordern in der Halbleiterverarbeitung/-fertigung
verschiedene Phasen wie etwa die Niederdruck-Gasphasenabscheidung
nach chemischem Verfahren (LPCVD), die Oxidation und die plasmaverstärkte Gasphasenabscheidung
nach chemischem Verfahren (PECVD), dass einer Wafer-Verarbeitungskammer
für die
Fertigung von Halbleitervorrichtungen korrodierende Precursoren
wie etwa Bor, Silicium und Phosphor zugeführt werden.
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Üblicherweise
nutzen Systeme für
hochreine Flüssigkeiten
in der Halbleiterfertigungsindustrie ein komplexes Rohrnetz (Installation),
das Schweißungen
hoher Integrität
zwischen Rohrabschnitten und Röhrenbaueinheiten
zum Durchleiten der Flüssigkeiten
zu einer Vielzahl von Flüssigkeitssteuerungs-, Flüssigkeitsmess-
und Flüssigkeitsbetriebsvorrichtungen
erfordert. Da die Anordnung jedes Systems von der Anzahl und vom
Ort der Regelungs-, Mess- und Betriebsvorrichtungen abhängt, besitzt
das "Systemschema" die gleiche Komplexität wie die
Anzahl von Schweißungen
hoher Integrität
und die entsprechende Röhrenanordnung.
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Es
kann gewürdigt
werden, dass die Anzahl teurer Röhrenbaueinheiten
(d. h. Ventile) und Schweißverbindungen
mit hoher Integrität
sowie die erhöhte
Komplexität
des entsprechenden Systemschemas zu Flüssigkeitszufuhrsystemen führen, die kostspielig
sowohl zu warten als auch zu fertigen sind. Tatsächlich können sperrige Röhrenbaueinheiten,
die auch nur einen zusätzlichen
Quadratfuß erfordern,
bei der wertvollen Grundfläche
von Reinraumumgebungen, wo die Baukosten pro Quadratfuß besonders
teuer sind, unerschwinglich sein.
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Darüber hinaus
erfordern die Reparatur einer fehlerhaften Schweißung oder
der Ersatz einer Flussvorrichtungskomponente häufig die Demontage eines wesentlichen
Abschnitts des Flüssigkeitszufuhrsystems.
Dies erhöht
ebenfalls die Stillstandszeit des Prozesses, der die Komponente
enthält.
Zum Beispiel ist in 1 ein typisches Flüssigkeitszufuhrsystem 5 des
Standes der Technik gezeigt. Das Flüssigkeitszufuhrsystem 5 nutzt
eine Röhrenbaueinheit 7,
die mehrere Röhrenabschnitte 10,
Schweißungen (nicht
gezeigt) mit hoher Integrität
und Flussvorrichtungen 12 zum Zuführen hochreiner Flüssigkeitsströme vom System 5 nutzt.
Die Flussvorrichtungen 12 können irgendeine im Gebiet bekannte
Vorrichtung zur Verarbeitung einer Flüssigkeit sein, enthalten üblicherweise
aber Durchflussregler, Ventile, Filter und Drucksensoren. Wie in 1 gezeigt
ist, erfordert das System 7 auf Röhrengrundlage innerhalb des Schranks
des Flüssigkeitszufuhrsystems 5 einen
hohen Grad verfügbarer
Fläche.
Somit müsste
ein erheblicher Abschnitt des Systems 7 demontiert werden,
falls eine besonders schwer zu erreichende Komponente oder Schweißung eine
Wartung und/oder einen Ersatz erfordert. Wie gewürdigt werden kann, ist das
Röhrensystem 7 kompliziert
und kostspielig zu montieren und zu betreiben. Zum Beispiel besitzt
das Röhrensystem 7 einen
höheren
Gesamtwiderstand für
den Flüssigkeitsdurchfluss
als weniger komplexe Systeme, so dass eine erhöhte "Stillstandszeit" erforderlich ist, um die Flüssigkeiten nach
Bedarf aus dem System zu entleeren.
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Flüssigkeitszufuhrsysteme
können
einen Durchflussregler umfassen, um für eine Verarbeitungsanwendung
ein genaues Flüssigkeitsvolumen bereitzustellen. Üblicherweise
koppeln Durchflussregler einen Sensor zum Messen des Durchflussvolumens
mit einem Ventil zum Einstellen des Durchflussvolumens. Allerdings
kann das Messen des Durchflussvolumens eines gesamten Flüssigkeitsstroms
zu einer langen Antwortzeit führen.
Einige Durchflussregler nutzen eine Flüssigkeitsumgehung, die ein
kleineres Volumen eines kleinen Teils des Durchflusses misst und
das Durchflussvolumen in der Umgehung folgert. Allerdings nutzen
diese Durchflussregler Verfahren zum Aufrechterhalten der notwendigen
Druckdifferenz, die teuer sind, hohe Teilezahlen haben, die zu den
Toleranzen und Kosten beitragen, oder schwierig herzustellen sind,
was eine unzureichende Genauigkeit oder Wiederholbarkeit liefert.
Beispiele solcher Umgehungsdurchflussregler enthalten jene, die
ein Röhrenbündel oder
einen gesinterten Metallbutzen verwenden.
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Zusätzlich ist
in Verarbeitungsanwendungen hochreiner Flüssigkeit häufig das Zerstäuben und/oder
Verdampfen einer Flüssigkeit
in einem Gasstrom erforderlich.
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Diese
Prozesse können
z. B. genutzt werden, um hochreine Metalloxidfilme auf einem Substrat
abzulagern. Darüber
hinaus können
die Flüssigkeitsgemische
auch für
die Sprühbeschichtung,
für die
Rotationsbeschichtung und für
die Sol-Gel-Ablagerung
von Materialien genutzt werden. Insbesondere die Gasphasenabscheidung
nach chemischem Verfahren (CVD) ist ein zunehmend genutzter Prozess
für die
Zufuhr von hochreiner Flüssigkeit
zum Bilden fester Materialien wie etwa Beschichtungen oder Pulver
mittels Reaktanden in einer Dampfphase. Üblicherweise wird durch Erwärmen einer
Flüssigkeit
auf eine geeignete Temperatur ein Reaktandendampf erzeugt und ein
Fluss eines Trägergases durch
die Flüssigkeit
hindurchperlen gelassen (d. h. hochreiner Flüssigkeitsstrom), um den Dampf
in eine CVD-Kammer zu transportieren. Genauer werden bei einer T-Verbindungsstelle
ein Gasstrom und ein Flüssigkeitsstrom
in einen einzelnen Kanal oder in eine einzelne Röhre eingeführt. Das CVD-System pumpt einen
Flüssigkeitsstrom
mit einer stationären, gesteuerten
Rate in ein heißes
Gebiet, das Ultraschallenergie enthalten kann, um die Gemischkomponenten
zu beeinflussen. Allerdings erzeugt diese Technik bei Unterbrechung
des Prozesses ein Totvolumen an Material. Ferner kann das Hindurchperlenlassen
häufig
ein nicht vorhersehbares Verdampfungsverfahren sein, in dem die
genaue Menge des Flüssigkeitsreaktanden
schwierig zu steuern ist.
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Das
US-Patent Nr. 4.458.841, "Function Control
Module for Air Treating Systems" im
Namen von Laakaniemi u. a. offenbart ein modulates Flüssigkeitssteuermodul
mit einem Stopfen im Verbinder. Das Modul soll in Reaktion auf die
Flüssigkeitsbedingung
und auf Bedarfseingangssignale eine oder mehrere Funktionslastvorrichtungen
steuern. Es enthält
obere und untere Plattenelemente, die mit einer gemeinsamen mittleren
Platte verbunden sind, wobei die oberen und unteren Platten eine
Anzahl paralleler Flussleitungen haben und die Flüssigkeitsverbindung über Öffnungen
durch die mittlere Platte möglich
ist. Allerdings beschränkt
das Vertrauen auf eine integrierte Dreiplattenstruktur den grad
der möglichen Miniaturisierung,
während
sich die für
das Verbinden der Platten vorgeschlagenen Epoxide mit der Zeit verschlechtern.
Diese Verschlechterung kann je nach den Flüssigkeiten, die das Modul steuern
soll, beschleunigt werden.
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Dementsprechend
besteht ein Bedarf an einem Zerstäuber, der eine Flüssigkeit
vorhersagbar zerstäubt,
während
er das Totvolumen beim Abbrechen des Zerstäubungsprozesses beseitigt.
Außerdem
besteht ein Bedarf an einem genauen, zuverlässigen und preiswerten Durchflussregler. Ähnlich besteht
ein Bedarf an einem integrierten Flüssigkeitszufuhrsystem, in dem
das Systemschema zu einer einzigen modularen Verteilervorrichtung
zusammengeschlossen werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein integriertes Flüssigkeitszufuhrsystem
(IFDS) zum Liefern von Flüssigkeitsströmen zu einem
Ziel. In einer beispielhaften Ausführungsform enthält das Zufuhrsystem
einen ersten modularen Verteiler zum inneren Durchleiten der Flüssigkeitsströme entlang
nahtloser Schlitze. Der erste modulare Verteiler empfängt jeden
der Flüssigkeitsströme an einer
entsprechenden Portöffnung
davon. Es wird wenigstens eine Flüssigkeitsvorrichtung aus einer
Gruppe geschaffen, die einen Durchflussregler, ein Ventil, einen
Filter und einen Drucksensor umfasst. Die wenigstens eine Flüssigkeitsvorrichtung
steht in Flüssigkeitsverbindung mit
einem entsprechenden der Flüssigkeitsströme des ersten
modularen Verteilers, um die hochreinen Flüssigkeitsströme von dem
integrierten Flüssigkeitszufuhrsystem
an ein Ziel wie etwa eine Wafer-Verarbeitungskammer abzugeben.
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Selbstverständlich sind
sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung der Erfindung als auch
die folgende ausführliche
Beschreibung beispielhaft, aber nicht einschränkend für die Erfindung.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Die
Erfindung wird am besten aus der folgenden ausführlichen Beschreibung verstanden,
wenn sie in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung gelesen wird.
Dementsprechend wird die vorliegende Erfindung nun durch nichteinschränkende Beispiele mit
Bezug auf die beigefügte
Zeichnung beschrieben, in der:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Flüssigkeitszufuhrsystems
des Standes der Technik ist;
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2 eine
perspektivische Ansicht eines Flüssigkeitszufuhrsystems
mit Verteilern in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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3 eine
Explosionsdarstellung der Verteilerbaueinheit des Flüssigkeitszufuhrsystems
in Übereinstimmung
mit 2 ist;
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4 eine
perspektivische Ansicht der Verteilerbaueinheit aus 3 ist,
die die nahtlosen Schlitze in der Durchsicht zeigt;
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5 eine
Schnittansicht des Flüssigkeitszufuhrsystems
mit Verteilern der 1-4 längs der
Linien 3-3 aus 3 ist;
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6A eine
vergrößerte Ansicht
des mit dem Bezugszeichen 27 bezeichneten Bereichs aus 4 ist;
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6B eine
Schnittansicht längs
der Linien 6B aus 6A ist;
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7 ein
Systemschema des Flüssigkeitszufuhrsystems
mit Verteilern aus 2 ist;
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8 eine
Explosionsdarstellung von unten der Verteilerbaueinheit eines Mehrschicht-Flüssigkeitszufuhrsystems
mit Verteilern in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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9 eine
Längsschnittansicht
eines Durchflussreglers zur Verwendung in einem integrierten Flüssigkeitszufuhrsystem
in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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10A eine perspektivische Explosionsdarstellung
einer Unterbaueinheit des Durchflussreglers aus 9 ist;
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10B eine perspektivische Explosionsdarstellung
eines Sensorkanals für
den Durchflussregler aus 9 ist;
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11 ein
Systemschema der in 9 gezeigten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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12 eine
Draufsicht eines Mischschlitzes eines Zerstäubers in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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13 eine
Explosionsdarstellung eines Zerstäubers/Verdampfers in Übereinstimmung
mit einer beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist; und
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14 ein
Wärmetauscher
zur Verwendung in einem integrierten Flüssigkeitszufuhrsystem in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Eine
bestimmte in der folgenden Beschreibung verwendete Terminologie
dient nur der Zweckmäßigkeit
und ist nicht einschränkend.
Die Wörter "rechter", "linker", "unterer" und "oberer" bezeichnen Richtungen
in der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. Die Wörter "nach innen" und "nach außen" beziehen sich auf
Richtungen zur geometrischen Mitte hin/von der geometrischen Mitte
weg des Flüssigkeitszufuhrsystems
und Verteilers in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung und bestimmter Teile davon. Die Terminologie
enthält
die oben erwähnten
Wörter
sowie Ableitungen davon und Wörter
mit ähnlicher
Bedeutung. Der Begriff "nahtlos" ist allgemein so
definiert, dass er eine ununterbrochene Schlitzfläche bezeichnet,
die entsprechende Krümmeröffnungen
verbindet.
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1. Einseitiger
Verteiler
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In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung wird ein integriertes Flüssigkeitszufuhrsystem
(IFDS) zum Abgeben von Flüssigkeitsströmen geschaffen.
In einer beispielhaften Ausführungsform besitzen
die Flüssigkeitsströme eine
hohe Reinheit. Üblicherweise
werden die hochreinen Flüssigkeitsströme zur Fertigung
von Halbleitervorrichtungen genutzt und verarbeiten solche Flüssigkeiten
wie Silicium-, Bor- und Phosphorprecursor zur Zufuhr an ein Verarbeitungsziel
wie etwa an eine Wafer-Verarbeitungskammer. Allerdings erkennt der
Fachmann auf dem Gebiet, dass die Erfindung auf irgendeine Anzahl
von Flüssigkeitsstromchemie-
und/oder Fertigungsbedingungen anwendbar ist.
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Nunmehr
ausführlich
anhand der Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen überall gleiche
Elemente bezeichnen, ist in den 2–6B ein
Flüssigkeitszufuhrsystem 15 mit
Verteilern in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Flüssigkeitszufuhrsystem 15 enthält einen
ersten modularen Verteiler oder eine erste modulare "Basis" 16 für das innere
Durchleiten der hochreinen Flüssigkeitsströme entlang
darin geformter nahtloser integrierter Schlitze 18 (die
am besten in 3 gezeigt sind).
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Wie
in der beispielhaften Ausführungsform gezeigt
ist, ist die Basis 16 ein effektiv planares, rechteckiges
Substrat oder eine effektiv planare, rechteckige Platte mit einer
ersten und mit einer zweiten Fläche 20 bzw. 22.
Je nach Anwendung können andere
Formen der Basis 16 verwendet werden. In einer beispielhaften
Ausführungsform
ist die Basis 16 aus rostfreiem Stahl, Typ 316L VAR
(kohlenstoffarm, Vakuum-Lichtbogen-umgeschmolzen), geformt, der wegen
seiner hohen Korrosionsbeständigkeit
ausgewählt
wird. Weitere Materialien, die für
die in einer bestimmten Anwendung verwendeten Flüssigkeiten geeignet sind, sind
für den
Fachmann auf dem Gebiet festzustellen. Die Dicke der Basis 16 ist
geeignet für die
Anwendung und/oder für
das Volumen der durch sie verarbeiteten Chemikalien.
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An
jeweiligen Zwischenverbindungen 24 sind eine oder mehrere
Fluss/Verarbeitungs-Vorrichtungen 12 angebracht. Die Zwischenverbindungen 24 sind über ein
Befestigungsmittel wie etwa Bolzen (nicht gezeigt), die durch Befestigungslöcher 26 positioniert
sind, an der Basis 16 angebracht. In einer beispielhaften
Ausführungsform
sind die Befestigungsbolzen an Zwischenverbindungs-Gewindeöffnungen 28 verschraubt.
In einer beispielhaften Ausführungsform
sind die Zwischenverbindungen 24 abnehmbar, um die Reparatur,
die Wartung, den Ersatz oder die Neugestaltung des IFDS und/oder
seiner Bestandteile zu ermöglichen.
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Wie
in den 3 und 4 gezeigt ist, enthält die Basis 16 wenigstens
einen und üblicherweise mehrere
nahtlose Schlitze 18 (d. h. integrierte nahtlose Schlitze),
Zwischenverbindungsöffnungen 28 (4)
und Schlitzportöffnungen 30 (4),
die alle an wenigstens einer der zwei Hauptoberflächen oder Flächen davon
geformt sind. In einer beispielhaften Ausführungsform sind die Schlitzportöffnungen 30 metallisch
versiegelt. Je nach Anwendung können
für die
Dichtungen weitere Materialien geeignet sein. Die Zwischenverbindungsöffnungen 28,
die ein Gewinde aufweisen können,
sind in einer Flussvorrichtungs-Stellfläche angeordnet, die für die Aufnahme einer
Zwischenverbindung zum Befestigen einer entsprechenden Flussvorrichtung 12 geeignet
ist. Eine oder beide der ersten und der zweiten Fläche 20 und 22 können nahtlose
Schlitze 18 enthalten.
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Die
nahtlosen Schlitze 18 sind vorgesehen, um ein Systemschema
wie etwa das in den 7 gezeigte, auf den Flächen 20 und/oder 22 der
Basis 16 zusammenzuschließen, um eine modulare Verteilerkomponente
zu schaffen. Die Tiefe der Schlitze 18 ist für die Anwendung
und/oder für
das Volumen der durch sie zu verarbeitenden Chemikalien geeignet.
In einer beispielhaften Ausführungsform
ist das Systemschema auf eine erste Fläche 20 beschränkt und besitzen
die nahtlosen Schlitze 18 allgemein effektiv einen elliptischen
Querschnitt. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform
besitzen die nahtlosen Schlitze 18, wie in 5 gezeigt
ist, einen konischen Querschnitt, der mit einem tangential abgerundeten Radius
abgeschnitten ist.
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Um
einen Partikeleinfang zu vermeiden, können die nahtlosen Schlitze 18 chemisch
geätzt
und poliert sein. In einer beispielhaften Ausführungsform werden die nahtlosen
Schlitze 18 auf weniger als 16 rms herunterpoliert, um
die Kornstruktur der Metallfläche
der Basis 16 zu entfernen. Die Metallfläche der Basis 16 kann
dadurch poliert werden, dass ein Polymer, das mit einem Schleifmittel
beladen ist, mit einem hohen Druck unter Verwendung einer Polyurethanabtragsbearbeitung
durch die Basis 16 extrudiert wird. Die einzigartige Form
der Schlitze 18 ist so ausgelegt, dass sie die Bearbeitung
für Oberflächenbearbeitungszwecke
ergänzt.
Da rechteckige Schlitze scharfe Ecken haben, die schwer zugänglich sind, verringern
rechteckige Schlitze die Polierfähigkeit
der Abtragsbearbeitung. Alternativ können die nahtlosen Schlitze 18 durch
maschinelle Bearbeitung oder durch andere im Gebiet bekannte Verfahren
geformt werden.
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Wie
in 4 gezeigt ist, enthalten die nahtlosen Schlitze 18 entlang
ihrer Oberflächen
erste Schlitzportöffnungen 30,
die von einer Oberfläche
der nahtlosen Schlitze 18 zu einer weiteren Basisoberfläche (22 in 4)
hindurch verlaufen, um hochreine Flüssigkeitsströme durch
sie durchzuleiten.
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Wie
am besten in den 5, 6A und 6B gezeigt
ist, sind die Schlitzportöffnungen 30 mit
einer Einzelheit 32 oder "Senkung" zur Aufnahme einer korrosionsbeständigen Dichtung
oberflächenbearbeitet.
Beim Anschluss einer entsprechenden Flussvorrichtung 12 oder
Pneumatiksteuerleitung wird eine korrosionsbeständige Dichtung wie etwa eine
z-Dichtung oder eine c-Dichtung (in einer beispielhaften Ausführungsform,
aber nicht gezeigt) verwendet. Korrosionsbeständige Dichtungen, wie sie in einer
beispielhaften Ausführungsform
verwendet werden, erfordern eine Oberflächenbearbeitung mit höherer Toleranz
(d. h. weniger als 16 rms), als sie für Elastomeranschlussstücke verwendet
wird. Die Spezifiken der maschinellen Bearbeitung der geeigneten Oberflächenbearbeitung
für die
Aufnahme der ausgewählten
kommerziell verfügbaren
Dichtung sind für den
Fachmann auf dem Gebiet verständlich.
In einigen Anwendungen kann es möglich
sein, korrosionsbeständige
Nichtmetalldichtungen zu verwenden.
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Wie
in den 2 und 3 gezeigt ist, sind die Zwischenverbindungen 24 sowohl
zwischen Schlitzportöffnungen 30 als
auch zwischen einer gewünschten
Flussvorrichtung 12 vorgesehen. Die Zwischenverbindungen 34,
die an einem Anschlussstück 36 mit
niedrigem Leckverlust (z. B. an einem VCR-Anschlussstück, hergestellt
von der Swagelok Company aus Solon, Ohio) als ein einzelnes Teil
befestigt werden können,
sind außerdem
zwischen Portöffnungen 30 und
der gewünschten Flussvorrichtung 12 vorgesehen.
Die Zwischenverbindung 34 ist über Befestigungsöffnungen 38 (Bolzen,
nicht gezeigt) an der Basis 16 angebracht. Die Zwischenverbindungen 24 sind üblicherweise
kommerziell verfügbare
Anschlussstücke
wie etwa die von der Swagelok Company aus Solon, Ohio, hergestellten
mit einer Einzelheit, die der der Öffnungen 30 zum Aufsetzen
der korrosionsbeständigen
Dichtung entspricht. Die Basis 16 nimmt die Zwischenverbindungen 24 mittels Verschrauben
durch die Zwischenverbindungsöffnungen 28 auf.
In einer beispielhaften Ausführungsform
ist eine kommerziell verfügbare
korrosionsbeständige
Dichtung (nicht gezeigt) aus Nickel konstruiert und zwischen die Öffnungen 30 und
die Zwischenverbindung 24 gelegt, um ein Druckverbindungsstück zu formen.
Das Material der Dichtung sollte in Bezug auf die Basis 16 ein
weicheres Material sein, so dass die Dichtung zusammengedrückt wird
und sich verformt, wenn die Zwischenverbindung 24 auf die
Basis 16 aufgesetzt wird, um die Verbindung beim Verschrauben
oder mit anderen Befestigungsmitteln zu versiegeln.
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In 3 ist
eine Stirnplatte 40 mit einer ersten und mit einer zweiten
Fläche
gezeigt. Die Stirnplatte 40 wird mit der ersten Fläche 20 der
Basis 16 versiegelt oder verbunden, um die nahtlosen Schlitze 18 einzuschließen. Je
nach Anwendung kann die Stirnplatte 40 entweder mit der
ersten oder mit der zweiten Fläche 20 oder 22 der
Basis 16 versiegelt sein. Zwischen der Basis 16 und
der Stirnplatte 40 ist ein Lötmittel 42 angeordnet,
das dazu genutzt wird, die Stirnplatte 40 durch Hartlöten mit
einer gewünschten
Fläche
der Basis 16 zu versiegeln. In einer beispielhaften Ausführungsform
wird für
den Hartlötprozess
ein Nickel-Lötmittel 42 verwendet
und die Grundplatte 16 durch Vakuumhartlöten an der Stirnplatte 40 befestigt.
Auf diese Weise wird eine Stirnplatte 40 so mit der Basis 16 verbunden,
dass eine erste Fläche
der Stirnplatte 40 an einer Fläche (wie etwa auf der ersten
Fläche 20)
der Basis 16 anliegt.
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Die
Stirnplatte 40 kann zusätzlich
korrosionsbeständige,
versiegelte Plattenportöffnungen 44 enthalten,
die an Überlagerungsschlitzen 18 der
Basis 16 positioniert sind. In einer solchen Ausführungsform
kann über
eine oder von einer Flussvorrichtung 12 durch ein Verarbeitungsziel
wie etwa eine Wafer-Verarbeitungskammer Zugang zu den nahtlosen Schlitzen 18 erhalten
werden. Die Plattenportöffnungen 44 sind
gleichfalls mit einer Einzelheit 32 (wie sie in den Schlitzportöffnungen 30 in
den 6A und 6B gezeigt
ist) oder mit einer "Senkung" zur Aufnahme einer
korrosionsbeständigen
Dichtung (wie etwa einer z-Dichtung oder einer c-Dichtung, nicht gezeigt)
bei der Verbindung einer entsprechenden Flussvorrichtung oder Pneumatiksteuerleitung
zum Einbringen der Flüssigkeitsströme in die
Basis 16 oberflächenbearbeitet.
Die vorliegende Erfindung kann verwirklicht werden, ohne dass korrosionsbeständige versiegelte
Plattenportöffnungen 44 genutzt werden.
Darüber
hinaus ist die Dicke der Stirnplatte 40 eine Frage der
Entwurfswahl zum Aufrechterhalten der Nicht-Deformation beim Befestigen
der Instrumentenausrüstung
an irgendwelchen residenten Plattenportöffnungen 44.
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In
einer beispielhaften Operation empfängt die Basis 16 jeden
der hochreinen Flüssigkeitsströme bei einer
entsprechenden korrosionsbeständigen versiegelten
Schlitzportöffnung 30,
um eine Flüssigkeit
entlang der nahtlosen Schlitze 18 zu transportieren. Beim
Verbinden einer entsprechenden Flussvorrichtung oder Pneumatiksteuerleitung
oder dergleichen empfangen die korrosionsbeständigen versiegelten Portöffnungen 30 Flüssigkeitsströme für den Transport
eines oder mehrerer Flüssigkeiten
durch die nahtlosen Schlitze 18 der Basis 16.
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Die
Schlitzportöffnungen 30 stehen
in Flüssigkeitsverbindung
mit zusätzlichen
Schlitzportöffnungen,
die sich entlang der nahtlosen Schlitze 18 befinden, sowie
Plattenportöffnungen 44 zum
Durchleiten hochreiner Flüssigkeitsströme zwischen
Schlitzen in verschiedenen Basen. In Ausführungsformen, in denen die
Stirnplatte 40 keine Plattenportöffnungen 44 nutzen
kann, fließt
Flüssigkeit
entlang nahtloser Schlitze 18 zwischen entsprechenden Schlitzportöffnungen 30.
Wenn die Flüssigkeitsvorrichtung 12 mit
einem Zwischenverbindungsanschlussstück 24 zusammengefasst
worden ist, steht sie in Flüssigkeitsverbindung
mit einem Entsprechenden der Ströme
hochreiner Flüssigkeit
der Basis 16.
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Wie
in 7 gezeigt ist, kann ein gesamtes Systemschema
zur Basis 16 mit den entsprechenden Ventilen und damit
verbundenen Flussvorrichtungen zusammengeschlossen werden, um die
Notwendigkeit der sperrigen Röhrenbaueinheiten
des Standes der Technik zu beseitigen. Auf diese Weise schafft die
Basis 16 ein modulares Systemschema für das Abgeben der Flüssigkeitsströme vom integrierten Flüssigkeitszufuhrsystem 15 an
das Verarbeitungsziel wie etwa eine Wafer-Verarbeitungskammer oder eine
andere Vorrichtung, die Flüssigkeitsströme benötigt.
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II. Mehrseitiger Verteiler
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Wie
in 8 gezeigt ist, ist in einer weiteren Ausführungsform
eine zweite Basis 16B mit ähnlichen Einzelheiten wie die
Basis 16 vorgesehen. Die Merkmale der zweiten Basis 16B sind
durch ein Bezugszeichen, auf das der Buchstaben "B" folgt,
identifiziert. Die zweite Basis 16B besitzt ebenfalls eine erste
und eine zweite Fläche 20B bzw. 22B.
Die zweite Basis 16B enthält ebenfalls integrierte nahtlose
Schlitze 18B, die darin geformt sind, um einen Flüssigkeitsstrom
durch sie durchzuleiten. Die zweiten nahtlosen Schlitze 16B enthalten
entlang ihrer Oberflächen
zweite Schlitzportöffnungen
(nicht gezeigt), die korrosionsbeständige versiegelte Portöffnungen
sind, die von den Oberflächen
der zweiten Schlitze 18B durch die zweite Basis 16B verlaufen. Die
zweite Basis 16B ist auf die gleiche Weise wie die der
in 3 gezeigten Ausführungsform mit einer verfügbaren Seite
der Stirnplatte 40 versiegelt. Die Plattenportöffnungen 44 überlagern
die Schlitzportöffnungen
der integrierten Schlitze 18B und die Stirnplatte liegt
zwischen der ersten Basis 16 und der zweiten Basis 16B,
so dass die Zwischenverbindungsöffnungen 28 und 28B ausgerichtet
sind.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
sind die Schlitzportöffnungen
in der zweiten Stirnplatte 16B in Flüssigkeitsverbindung mit Schlitzportöffnungen 30,
die ebenfalls durch erste Schlitze 18 und zweite Schlitze 18B verlaufen,
um Flüssigkeitsströme dazwischen
durchzuleiten.
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Mit
der ersten Fläche 20B der
Basis 16B ist eine zweite Stirnplatte (nicht gezeigt) verbunden,
um die Schlitze 18B zu versiegeln. Der Fachmann auf dem
Gebiet versteht, dass auf diese Weise je nach der bestimmten Anwendung
irgendeine Anzahl von Basisabschnitten 16 geschichtet sein
können
und dass die hier beschriebene Erfindung nicht auf die Veranschaulichung
beschränkt
ist, sondern oben nur für
Erläuterungszwecke
verwendet wurde.
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III. Flüssigkeits-Massendurchflussregler
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Nunmehr
anhand der 9–11 ist
eine beispielhafte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt, in der die Basis 16C mit
einer Flussverarbeitungsvorrichtung verbunden ist, um einen Durchflussregler 46 zu
bilden.
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Wie
in 9 gezeigt ist, nutzt eine Flüssigkeits-Durchflussreglerbaueinheit 46 eine
Basis 16C und eine Zwischenverbindungsplatte 48.
In einer beispielhaften Ausführungsform
enthält
die Basis 16C zwischen der Basis 16C und der Zwischenverbindungsplatte 48 einen
nahtlosen Schlitz 18C (der am besten in 9 gezeigt
ist). Wie oben werden in Bezug auf die Basis 16 die Basis 16C und
die Verbindungsplatte 48 durch ein Lötmittel 42 unter Verwendung
eines Vakuumhartlötprozesses
miteinander verbunden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann
die Basis 16C bei der Schlitzfläche 20C direkt an
die zweite Fläche 45 (in 10A gezeigt) der Zwischenverbindungsplatte 48 der
Flüssigkeits-Durchflussreglerbaueinheit 46 vakuumhartgelötet werden.
Die nahtlosen Schlitze 18C können durch maschinelle Bearbeitung, Ätzen oder
andere im Gebiet bekannte Prozesse geformt werden. Die Basis kann
eine Platte (oder eine Schlitzplatte) mit zwei gegenüberliegenden
Oberflächen
oder Flächen sein,
wobei eine dieser Flächen
die Schlitzfläche 20C ist.
Auf diese Weise liegen die Schlitzfläche 20C und die zweite
Fläche 45 an,
so dass durch das Anliegen ein nahtloser Schlitz 18C versiegelt
wird.
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Innerhalb
der Zwischenverbindungsplatte 48 sind Portöffnungen 50 geformt,
die so positioniert sind, dass sie auf den nahtlosen Schlitz 18C ausgerichtet
sind und in die erste Fläche 43 der
Zwischenverbindungsplatte 48 verlaufen, um den Fluss von Flüssigkeit
in einen und aus einem geformten Sensorkanal 52 (unten
diskutiert) zu ermöglichen.
In einer beispielhaften Ausführungsform
sind die Portöffnungen 50 ähnlich den
hier zuvor beschriebenen korrosionsbeständig versiegelten Öffnungen
korrosionsbeständig
versiegelt. Die Portöffnungen 50 können sicherstellen,
dass ein Teil des Flüssigkeitsstroms
in den und aus dem Sensorkanal des Durchflussreglers fließt. Somit
können
die Portöffnungen 50 mit
einer Einzelheit 32 oder "Senkung" oberflächenbearbeitet sein. Die Einzelheit 32 ist
zur Aufnahme einer korrosionsbeständigen Dichtung (wie etwa einer
z-Dichtung oder c-Dichtung, nicht gezeigt) beim Verbinden einer
entsprechenden Flussvorrichtung oder Pneumatiksteuerleitung zum
Einleiten oder Auslassen von Flüssigkeitsströmen zwischen
der Basis 16C vorgesehen.
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Der
Durchflussregler 46 enthält einen Sensorkanal 52 (am
besten in 9 gezeigt) zur Bereitstellung
eines Pfads für
einen Flussstrom der Basis 16C. Der Sensorkanal 52 im Sensorbereich 56 befördert einen
Teil des in die Basis 16C transportierten Flüssigkeitsstroms,
während
der Rest entlang des nahtlosen Schlitzes 18C transportiert
wird. Der Sensorkanal 52 ist zum Messen einer Temperaturänderung
oder eines Temperaturgradienten (ΔT)
des über die
Punkte A und B in 11 darin fließenden Teils der
Flüssigkeit
vorgesehen.
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Der
Sensorkanal 52, wie er in den 9 und 10B gezeigt ist, umfasst einen Rohrabschnitt durch
die Portabschnitte 50 in der Zwischenverbindungsplatte 48 in
Flüssigkeitsverbindung
mit dem nahtlosen Schlitz 18C. In einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verläuft
der Sensorkanal 52 vom nahtlosen Schlitz 18C durch eine
Sensorplatte 49 und in einen Sensorbereich 56 eines
Sensorgehäuses 61 nach
unten, so dass der Sensorkanal 52 in einer niedrigeren
Höhe als
der Sensorschlitz 18C ist. Am Sensorkanal 52 sind
zwei Tem peratursensoren 57 angebracht, wobei an dem Sensorkanal
zwischen den Temperatursensoren eine Heizeinrichtung 59 angebracht
ist. In einer beispielhaften Ausführungsform umfassen die Sensoren
und die Heizeinrichtungen Drahtwicklungen, die um die Röhren gewickelt
sind. Die Heizeinrichtung überträgt Wärme auf
die Flüssigkeit,
um die Flüssigkeitstemperatur
bis zu 30 Grad Celsius anzuheben. Allerdings wird die Flüssigkeitstemperatur
in einer beispielhaften Ausführungsform
etwa 5 Grad Celsius angehoben, um eine Verschlechterung bestimmter
Precursoren, die mit dem Durchflussregler 46 verwendet werden
können,
zu vermeiden. In einer beispielhaften Ausführungsform verläuft der
Sensorkanal 52 nach unten, um eine Unterbrechung des Sensorkanals
durch in dem Flüssigkeitsstrom
beförderte
Gasblasen zu verringern.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung sind an die Enden des Sensorkanals 52 Knöpfe 53 geschweißt. Die
Knöpfe 53 werden
in Senkungen in der Sensorplatte 49 positioniert, wobei
zwischen den Knöpfen 53 und
der Zwischenverbindungsplatte 48 korrosionsbeständige Dichtungen
zusammengedrückt
werden. Innerhalb der korrosionsbeständigen Dichtungen können Abstandshalter 55 positioniert
sein. Daraufhin wird die Sensorplatte 49 etwa mit Schrauben
an der Zwischenverbindungsplatte 48 befestigt und das Sensorgehäuse 61 wird an
der Sensorplatte 49 befestigt.
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Im
nahtlosen Schlitz 18C ist die Schlitzportöffnung 51 geformt,
die durch die Basis 16C verläuft und eine Flüssigkeitsverbindung
zwischen dem nahtlosen Schlitz 18C und dem Durchflussregelungsventil 54 schafft.
Das Durchflussregelungsventil 54 ist funktional mit Temperatursensoren 57 verbunden. Die
Temperaturdifferenz (ΔT)
lässt auf
den Fluss durch den nahtlosen Schlitz 18C schließen, wobei diese
Temperaturdifferenz verwendet wird, um eine Ausgangssignalspannung
zu erzeugen. Der Durchflussregler 46 kann verwendet werden,
um durch Einstellen der Öffnung
des Durchflussregelungsventils 54 den Massendurchfluss
durch den Durchflussregler 46 einzustellen. Die Steuerelektronik
stellt die Öffnung
des Durchflussregelungsventils 54 ein, bis die Ausgangssignalspannung
gleich einem vorgegebnen Sollwert in der Steuerelektronik ist, der
einer gewünschten
Massenflussrate entspricht. In einer beispielhaften Ausführungsform
wird der Sollwert durch einen veränderlichen Widerstand wie etwa
ein Potentiometer bestimmt. Das Durchflussregelungsventil 54 kann
ein für
die bestimmte Anwendung geeignetes Ventil sein, das elektronisch
eingestellt werden kann, um eine veränderliche Durchflussmenge zu
liefern. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Durchflussregelungsventil 54 ein
Piezowandler, in dem gestapelte Keramikscheiben gegen eine flexible
Metallmembran drücken,
um die Membran gegen Öffnungen
in einem Flüssigkeitspfad
zu öffnen
oder zu schließen.
Der durch die Keramikscheiben ausgeübte Druck ist proportional
zu einer daran angelegten Spannung. Die Durchflussmenge ist durch
den Spalt zwischen der Membran und der flachen Fläche mit den Öffnungen
darin (in einem beispielhaften Durchflussregelungsventil bis zu
etwa 0,002 Zoll) bestimmt.
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Nunmehr
insbesondere anhand von 11 ist
ein Systemschema der Basis 16C und des Durchflussreglers 46 gezeigt.
Der Eingang 58 in die Basis 16C ist ein Hochdruckeingang,
der in zwei getrennte Pfade verzweigt. Der erste Pfad ist der nahtlose Schlitz 18C zur
Erzeugung eines Umgehungspfads oder -kanals. Der zweite Pfad ist
der Sensorkanal 52. Das Flüssigkeitsventil 54 steht
in Flüssigkeitsverbindung
mit dem nahtlosen Schlitz 18C, um den über den Sensorkanal 52 fließenden Teil
der Flüssigkeit (der
proportional zu dem Fluss durch den nahtlosen Schlitz 18C ist)
und den durch den nahtlosen Schlitz 18C fließenden Teil
der Flüssigkeit
zu empfangen. Der nahtlose Schlitz 18C erzeugt einen Druckabfall von
Punkt 1 zu Punkt 2 in 11. Der
Sensorkanal 52 und der nahtlose Schlitz 18C stehen über das
Regelungsventil 54 in Flüssigkeitsverbindung mit einem Niederdruckausgang 60.
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Die Änderung
der Temperatur über
die Punkte A und B des Sensorkanals 52 entspricht einem
tatsächlichen
Flüssigkeitsdurchfluss
durch den Durchflussregler 46 und hat eine sehr niedrige
Antwortzeit in der Größenordnung
von 3 Sekunden oder weniger. Dies ist eine Verbesserung gegenüber der
einfachen Abtastung eines einzelnen Flüssigkeitsstroms, da eine solche
Anordnung eine sehr langsame Antwortzeit (z. B. 20 Sekunden) liefert.
Diese Anordnung sichert eine schnelle und genaue Ablesung des Flüssigkeitsdurchflusses.
Dieser Massendurchflussregler kann eine modulare Komponente zur
Verwendung in einem IFDS sein.
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IV. Zerstäuber
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In Übereinstimmung
mit einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird ein Zerstäuber
zum Kombinieren separater Gas- und Flüssigkeitsströme geschaffen.
Dieser Zerstäuber
kann eine modulare Komponente zur Verwendung in einem IFDS sein.
Durch die Verbindungsstelle eines Flüssigkeitseingangs mit einem Mischschlitz
ist eine Mischstelle definiert. Ein Gasstromeingang steht in Flüssigkeitsverbindung
mit einer Seite des Mischschlitzes. Ein Mischausgang definiert die
verbleibende Seite des Mischschlitzes. Ein in die Mischstelle fließender Gasstrom
wird auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt, was den Druck zum
Ziehen der Flüssigkeit
in den Gasstrom durch einen Venturieffekt verringert.
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In 12 ist
ein Mischschlitz 62 eines Zerstäubers 64 zum Kombinieren
getrennter Gas- und Flüssigkeitsströme gezeigt.
Der Mischschlitz 62 besitzt eine Mischstelle 66 zum
Zerstäuben
eines Flüssigkeitsstroms
zu einem Gasstrom. Es wird ein Strom des hochreinen Gemischs aus
Flüssigkeit
und Gas genutzt, um z. B. in Prozessen wie etwa der Halbleiterfertigung
hochreine Metalloxidfilme auf einem Substrat abzulagern. Darüber hinaus
können
die Flüssigkeits-
und Gasgemische auch für
die Sprühbeschichtung,
für die
Rotationsbeschichtung und für die
Sol-Gel-Ablagerung von Materialien genutzt werden. Allerdings erkennt
der Fachmann auf dem Gebiet, dass die vorliegende Erfindung für irgendeine Anzahl
von Flüssigkeits/Gas-Strom-Chemie- und/oder
Fertigungsumgebungen anwendbar ist.
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Der
Zerstäuber 64 enthält eine
Basisplatte 16D mit einem Mischschlitz 62, der
in einer Fläche davon
geformt ist, um bei der Mischstelle 66 einen Venturieffekt
zu erzeugen. In der gezeigten beispielhaften Ausführungsform
ist die Basis 16D ein im Wesentliches planares rechteckiges
Substrat, das aus rostfreiem Stahl (kohlenstoffarm, Vakuum-Lichtbogen-umgeschmolzen)
LVAR, Typ 316, der wegen seiner hohen Korrosionsbeständigkeit
ausgewählt
wird, geformt ist. Der Fachmann auf dem Gebiet versteht, dass je
nach Anwendung andere Formen der Basis 16D verwendet werden
können
und dass andere Materialien, die für die in einer bestimmten Anwendung verwendeten
Flüssigkeiten/Gase
geeignet sind, verwendet werden können. Die Dicke der Basis 16D ist geeignet
für die
Anwendung und/oder für
das Volumen der dadurch zu verarbeitenden Chemikalien. In 12 ist
eine beispielhafte Basisplattenstruktur gezeigt, die im Folgenden
beschrieben wird. Der Mischschlitz 62 kann durch maschinelles
Bearbeiten, Ätzen
oder andere im Gebiet bekannte Prozesse geformt werden.
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Der
Mischschlitz 62 die Basisplatte 16D besitzt eine
Gaseingangsseite 82 und eine Gemischseite 88.
In einer beispielhaften Ausführungsform
ist der Mischschlitz 62 allgemein sanduhrförmig. Die
Gaseingangsseite 82 und die Gemischseite 88 besitzen jeweils
effektiv eine dreieckige Form und stehen über einen Hals, der ihre jeweiligen
Spitzen verbindet, in Flüssigkeitsverbindung.
In dem Hals der Sanduhrform befindet sich eine Mischstelle 66.
Durch die Einengung der Gaseingangsseite 82 und der Gemischseite 88 mit
der Sanduhrform wird ein Venturieffekt bewirkt, der die Geschwindigkeit
des Gases erhöht, was
den Druck absenkt und Flüssigkeit
in den Gasstrom zieht. Die bestimmte Flüssigkeitsdynamik des Venturieffekts
wird vom Fachmann auf dem Gebiet verstanden.
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Ein
Flüssigkeitseingang 80 steht
in Flüssigkeitsverbindung
mit der Mischstelle 66 des Mischschlitzes 62.
Die Mischstelle 66 ist durch die Verbindungsstelle des
Flüssigkeitseingangs 80 und
des Mischschlitzes 62 definiert. Ein Gasstromeingang 84 steht
in Flüssigkeitsverbindung
mit der Gaseingangsseite 82 des Mischschlitzes 62.
Direkt an der Mischstelle 66 kann ein Ventil (nicht gezeigt)
vorgesehen sein, um die Einbringung eines Flüssigkeitsstroms durch den Flüssigkeitseingang 80 zu
steuern und ein Totvolumen beim Anhalten des Prozesses zu beseitigen,
während
es den Eintritt des Flüssigkeitsstroms bei
der Mischstelle 66 steuert. Ein Gemischausgang 90 steht
in Flüssigkeitsverbindung
mit der Gemischausgangsseite 88 des Mischschlitzes 62.
An der Basisplatte 16D liegt eine Stirnplatte 40D an,
die den Mischschlitz 62 verschließt.
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Der
hier beschriebene Zerstäuber
kann als eine modulare Komponente zur Verwendung in einem IFDS vorgesehen
sein.
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V. Zerstäuber/Verdampfer
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In
einer beispielhaften Ausführungsform,
wie sie in 13 gezeigt ist, sind ein Mischschlitz
zum Zerstäuben
einer Flüssigkeit
zu einem Gasstrom und ein Gemischheizschlitz zum Verdampfen der
zerstäubten
Flüssigkeit
in dem Gemisch kombiniert, um einen Verdampfer 64E zu bilden.
Eine Basisplatte 16E besitzt einen wie oben beschriebenen
Mischschlitz 62, der in einer der Flächen geformt ist, um bei einer
Mischstelle 66 einen Venturieffekt zu erzeugen. In der
Basisplatte 16E sind ein Gasschlitz 70 und ein Gemischheizschlitz 72 in
Flüssigkeitsverbindung
mit der Gaseingangsseite 82 bzw. mit der Gemischseite 88 des
Mischschlitzes 62 geformt. Die Basisplatte 16E leitet
innen entlang der nahtlosen Schlitze 70 und 72 Gas-
und Flüssigkeitsströme durch.
In der gezeigten beispielhaften Ausführungsform ist die Basis 16E ein
effektiv planares, rechteckiges Substrat mit einer ersten und mit
einer zweiten Fläche 74 bzw. 78. Je
nach Anwendung können
andere Formen der Basis 16E verwendet werden. In dieser
beispielhaften Ausführungsform
ist die Basis 16E aus rostfreiem Stahl, Typ 316 LVAR
(kohlenstoffarm, Vakuum-Lichtbogenumgeschmolzen), geformt, der wegen
seiner hohen Korrosionsbeständigkeit
ausgewählt
wird. Weitere Materialien, die für
die in einer bestimmten Anwendung verwendeten Flüssigkeiten/Gase geeignet sind,
werden vom Fachmann auf dem Gebiet verstanden. Die Dicke der Basis 16E ist
für die
Anwendung und/oder für
das Volumen der durch sie zu verarbeitenden Chemikalien geeignet.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
ist der Gasschlitz 70 so vorgesehen, dass er eine Gaseingangsseite 84 und
eine Gasausgangsseite 86 besitzt. Die Gasausgangsseite 86 des
Gasschlitzes 70 ist mit der Gaseingangsseite 82 des
Mischschlitzes 62 verbunden. In einer wie in 13 gezeigten beispielhaften
Ausführungsform
ist der Gasschlitz 70 ein gewundener Pfad zum Erwärmen des
Gasstroms entweder auf eine vorgegebene oder auf eine einstellbare
Temperatur. Der Grad der Erwärmung
hängt von
der Länge
des Pfads und vom Typ des Gases sowie von anderen Faktoren (z. B.
Gasgeschwindigkeit und Temperaturdifferenz zwischen Gas und Basis) ab.
Um die Wärme
zu verringern, die zu dem Gemischstrom zur Verdampfung zugegeben
werden muss, kann der in einen Mischschlitz fließende Gasstrom erwärmt werden.
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13 zeigt
einen Gemischerwärmungsschlitz 72 in
Flüssigkeitskombination
mit der Gemischseite 88 des Mischschlitzes 62.
Der Gemischerwärmungsschlitz 72 besitzt
einen Gemischeingang 90 und einen Gemischausgang 92.
Der Gemischerwärmungsschlitz 72 ist
mit der Gemischseite 88 des Mischschlitzes 62 verbunden.
Im Betrieb fließt ein
Gasstrom durch den Gasschlitz 70 in den Mischschlitz 62 und
daraufhin zur Mischstelle 66. Die Geschwindigkeit des Gasstroms
wird durch die Einengung der Gaseingangsseite 82 erhöht, was
den Druck beim Mischschlitz 62 absenkt und einen Venturieffekt
erzeugt. Auf diese Weise werden Teile des Flüssigkeitsstroms in den Gasstrom
gezogen, um ein Sprühnebelgemisch
aus Gas- und Flüssigkeitsströmen zum
Gemischheizschlitz 72 zu liefern. Im Gemischheizschlitz 72 wird
der Gemischstrom erwärmt, wobei
die zerstäubte
Flüssigkeit
in dem Gemisch verdampft wird, um ein Dampfgemisch zu bilden, das
die Basis 16E über
den Ausgang 92 verlässt.
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Wie
in 13 gezeigt ist, sind der Gasschlitz 70 und
der Gemischheizschlitz 72 in der Basis 16E durch
ein Paar Stirnplatten 40 versiegelt. Zum Versiegeln der
Stirnplatten 40 mit den Flächen 74 und 78 der
Basis 16E durch Hartlöten
kann ein Lötmittel (nicht
gezeigt) genutzt werden. In einer beispielhaften Ausführungsform
ist der Hartlötprozess ähnlich dem
hier beschriebenen Hartlötprozess.
In einer beispielhaften Ausführungsform
wird für
den Hartlötprozess
ein Nickelmittel verwendet und wird die Basis 16E durch
Vakuumhartlöten
an den Stirnplatten 40 befestigt. Alternativ können die
Stirnplatten 40 mittels Zwischenverbindungsöffnungen 98,
die zur Aufnahme von Bolzen (nicht gezeigt) vorgesehen sind, mit der Basis 16E versiegelt
werden. Zusätzliche
Stirnplatten 40 können
Portöffnungen 100 für den Im-
und Export von Flüssigkeits-
und/oder Gasströmen
direkt zur Basis 16E wie etwa von einem Durchflussregelungsventil
(nicht gezeigt) enthalten. In einer beispielhaften Ausführungsform
sind die Portöffnungen 100 mit
einer korrosionsbeständigen
Dichtung versiegelt. Obgleich der Verdampfer 64E in der
Weise gezeigt ist, dass er eine gewundene Anordnung besitzt, erkennt
der Fachmann auf dem Gebiet, dass der Gasschlitz 70 und
der Gemischheizschlitz 72 irgendeine Anzahl von Anordnungen
zum Erwärmen
des Gases und des Gemischs haben können oder bei Bedarf effektiv
gerade sein können.
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VI. Verdampfer
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
eines Verdampfers ist ein Wärmetauscher
in Flüssigkeitsverbindung
mit einem Gemischstrom wie etwa mit der Gemischseite 88 des
Mischschlitzes 62 eines wie oben beschriebenen Zerstäubers vorgesehen. Der
Wärmetauscher
kann einen einzelnen zusammenhängenden
Pfad wie etwa einen wie in 13 gezeigten
Gemischheizschlitz 72 einschließen. Der Wärmetauscher kann wie hier beschrieben
in Flüssigkeitsverbindung
mit dem Ausgang eines Zerstäubers
stehen. Der Wämetauscher
führt einem
zerstäubten
Flüssigkeitsstrom
Wärme zu,
die die zerstäubte
Flüssigkeit
verdampft. Das Zerstäuben
der Flüssigkeit
in einem gemischten Strom von Gas und Flüssigkeit vor der Verdampfung
senkt die Verdampfungstemperatur, was eine Verschlechterung bestimmter
Flüssigkeitsprecursoren
verringern kann.
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Der
Wärmetauscher
kann ein gewundener Pfad, wie er in 13 gezeigt
ist, zum Erwärmen
des Sprühnebelgemischs
auf eine vorgegebene Temperatur für die Verdampfung sein. Der
Grad der Erwärmung
hängt teilweise
von der Länge
des Pfads und von der zerstäubten
Chemie ab. Allerdings sind andere Wärmetauscherkonfigurationen
möglich
und im Umfang der Erfindung.
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In
einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist in 14 ein alternativer Wärmetauscher 94F gezeigt.
Der Wärmetauscher 94F kann
verwendet werden, um zerstäubte
Flüssigkeit
in einem durch einen Zerstäuber 64 erzeugten
Gemischstrom zu verdampfen oder um eine dem Eingang des Wärmetauschers 94F zugeführte Flüssigkeit,
die weder zerstäubt
noch mit einem Gasstrom gemischt wird, zu verdampfen. Der Wärmetauscher 94F enthält eine
Basis 16F mit einem Eingang 102 in Flüssigkeitsverbindung
mit einem Gemischausgang eines Zerstäubers oder mit einem nicht
zerstäubten
und ungemischten Flüssigkeitsstrom.
Ein in einer Schlitzfläche 106 der
Basis 16F geformter Verteilungsschlitz 104 steht
in Flüssigkeitsverbindung
mit dem Eingang 102 und mehreren in der Schlitzfläche 106 geformten
nahtlosen Schlitzen 18F. In der Fläche 106 sind mehrere
der Querschlitze 108 geformt, die die mehreren nahtlosen Schlitze 18F schneiden.
Die Querschnittsfläche
der nahtlosen Schlitze ist klein genug, um zu verhindern, dass die
Oberflächenspannung
die Flüssigkeit
perlen lässt,
was den Kontakt mit der erwärmten
Fläche
verringern und die effiziente Wärmeübertragung
verringern würde.
Die Flüssigkeit
wird durch die Anwendung von Wärme
in Dampf umgewandelt. Wenn Flüssigkeit
in einem einzelnen Schlitz oder Kanal erwärmt wird, können sich Dampfblasen bilden,
die sich schnell ausdehnen und Flüssigkeitsperlen zum Ausgang
schieben, was ein Spucken veranlasst. Die Querschlitze ermöglichen,
dass die Dampfblasen einen Pfad zum Ausgang finden, ohne eine Flüssigkeitsperle
zum Ausgang zu schieben. Um Flüssigkeitsperlen
zu erfassen und das Spucken weiter zu verringern, kann die Querschnittfläche der
Querschlitze 108 größer als
die Querschnittsfläche
der nahtlosen Schlitze 18F sein.
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Obgleich
die vorliegende Erfindung oben anhand spezifischer Ausführungsformen
veranschaulicht und beschrieben wurde, soll sie nicht auf die gezeigten
Einzelheiten beschränkt
sein. Eher können an
den Einzelheiten im Umfang und im Bereich der Äquivalente der Ansprüche verschiedene Änderungen
vorgenommen werden.