DE19625651C2 - Vorrichtung zum Mischen von wenigstens zwei Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen von wenigstens zwei Flüssigkeiten.

Bei herkömmlichen Vorrichtungen sind die beiden Behälter nebeneinander angeordnet. Das mit der zweiten Flüssigkeit zu mischende Volumen der ersten Flüssigkeit wird im er­ sten, kleineren Behälter zugemessen und danach einem zweiten, größeren Behälter zugeleitet, in dem das Volumen der zweiten Flüssigkeit zugemessen ist. Eine derartige Vorrichtung weist einen großen Raumbedarf auf. Auch ist eine gute Durchmischung der beiden Flüssigkeiten im zwei­ ten, größeren Behälter nur durch zusätzliche Maßnahmen, z. B. Rührvorgänge, erreichbar.

Aus der DE 29 43 971 C2 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei der innerhalb einer Hauptkam­ mer eines Behälters eine Zusatzkammer angeordnet ist. So­ wohl die Hauptkammer als auch die Zusatzkammer weisen je­ weils getrennte Öffnungen zum Einleiten der zu mischenden Flüssigkeiten auf. Die Zusammenführung der zu mischenden Flüssigkeiten erfolgt nach Schließen der Einleitöffnungen für die Haupt- und Zusatzkammer durch das Auf-den-Kopf- Stellen der Vorrichtung, da im oberen Bereich der Vor­ richtung eine Verbindung zwischen Haupt- und Zusatzkammer besteht. Das Zusammenführen ist dabei ohne eine Roll- und Schüttelbewegung nicht möglich, weil andernfalls sich der gesamte Inhalt der Zusatzkammer nicht in die Hauptkammer ergießen kann. Auch ist eine gute, gleichmäßige Durchmi­ schung der beiden Flüssigkeiten nur durch die in dieser Druckschrift genannte Roll- und Schüttelbewegung, also mit zusätzlichen Maßnahmen zur Vermischung möglich. Im Falle einer nicht auf den Kopf stellbaren oder schüttel­ baren Vorrichtung, beispielsweise bei einer in einer An­ lage eingebauten Vorrichtung zum Vermischen von Flüssig­ keiten, wie dies beispielsweise bei Anlagen für die Wa­ ferbehandlung der Fall ist, ist diese Vorrichtung nicht geeignet. Für das Einbringen des Zusatzvolumens in das Hauptvolumen und für das Vermischen wären zusätzliche Pump- und Durchmischungsvorrichtungen erforderlich. Aus der EP 0 196 478 B1 ist ein Misch-Nachlaufbehälter zum prozentualen Mischen von zwei oder mehreren Flüssigkeiten bekannt, bei dem eine erste Flüssigkeit in eine Teilkam­ mer des Nachlaufbehälters eingefüllt und danach die zwei­ te Flüssigkeit in den Nachlaufbehälter zusätzlich einge­ füllt wird. Das Zusammenbringen der beiden Flüssigkeiten erfolgt durch ein Kippen der Vorrichtung und entspre­ chende Roll- oder Schwenkbewegungen, die jedoch eine gute Durchmischung nicht gewährleisten und zusätzliche Maßnah­ men und Vorrichtungen erfordern, wenn die Vorrichtung stationär angeordnet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mischvor­ richtung für Flüssigkeiten zu schaffen, die wenig Platz erfordert und auf einfache Weise und ohne zusätzliche Maßnahmen oder Einrichtungen eine gute Durchmischung der zu mischenden Flüssigkeiten ermöglicht.

Ausgehend von dei eingangs genannten Vorrichtung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß der Erfindung ist die zweite Flüssigkeit über den ersten Behälter in den zweiten Behälter einleitbar. Die zweite Flüssigkeit wird also über den ersten Behälter solange zugeleitet, bis eine vorgegebene Füllmenge im zweiten Behälter er­ reicht ist. Auf diese Weise wird nicht nur die gesamte erste Flüssigkeit zuverlässig in die zweite Flüssigkeit gebracht, sondern es ergibt sich durch das Einleiten der zweiten Flüssigkeit über den ersten Behälter eine sehr zuverlässige, gleichmäßige Durchmischung der beiden Flüs­ sigkeiten, ohne daß dafür ein Auf-den-Kopf-Stellen der Vorrichtung, oder Roll- und Schüttelbewegungen bzw. zu­ sätzliche Maßnahmen oder Vorrichtungen zum Zusammenführen und Mischen der Flüssigkeiten erforderlich sind.

Eine weitere, sehr vorteilhafte Ausführungsform der Er­ findung besteht darin, daß die zweite Flüssigkeit nach der Volumenzumessung der ersten Flüssigkeit im ersten Be­ hälter im unteren Bereich des ersten Behälters einleitbar ist. Die erste Flüssigkeit wird daher im ersten Behälter durch die zweite Flüssigkeit verdrängt, so daß die erste Flüssigkeit von und zusammen mit der zweiten Flüssigkeit in den zweiten Behälter gedrückt wird. In diesem Zusam­ menhang ist es besonders vorteilhaft, wenn ein Zulei­ tungsrohr, über das die zweite Flüssigkeit in den ersten Behälter eingeleitet wird, einen Ausgang bzw. ihr Ende im unteren Bereich des ersten Behälters hat. Das Zuleitungs­ rohr erstreckt sich dabei von oben in den ersten Behälter bis in die Nähe des Behälterbodens. Dadurch sind Einleit­ öffnungen und Rohranschlüsse am ersten Behälter nicht er­ forderlich, wodurch die Fertigung weiter vereinfacht wird.

Vorzugsweise ist der erste Behälter auf seiner Oberseite offen, und die erste Flüssigkeit gelangt bei Einleiten der zweiten Flüssigkeit über die offene Oberseite in den zweiten Behälter. Nachdem die erste Flüssigkeit von der zweiten Flüssigkeit über die offene Oberseite in den zweiten Behälter gedrückt ist, wird die zweite Flüssig­ keit weiter über den ersten Behälter bis zum Erreichen einer vorgegebenen Füllhöhe im zweiten Behälter in diesen geleitet, so daß sich auf diese Weise allein dadurch und ohne zusätzliche Mischeinrichtungen eine gute Vermischung der zu mischenden Flüssigkeiten ergibt.

Der erste Behälter kann als selbständige Einheit im zwei­ ten Behälter eingesetzt und befestigt werden. Zur Kosten­ ersparnis bei der Fertigung ist es jedoch vorteilhaft, wenn ein Bodenbereich des zweiten Behälters als Boden des ersten Behälters dient. Zur Schaffung des ersten Behäl­ ters im zweiten Behälter ist es gemäß dieser Ausführungs­ form lediglich erforderlich, einen Zylinder, ein recht­ eckförmiges Rohr oder trichterförmiges Rohr am Boden des zweiten Behälters etwa durch Schweißen mit diesem zu ver­ binden. Dadurch ist es möglich, zusätzliches Material einzusparen, aus dem die Behälter gefertigt sind, das insbesondere dann sehr hochwertig sein muß, wenn aggres­ sive Flüssigkeiten, zum Beispiel Säuren als zu mischende Flüssigkeiten verwendet werden, wie dies bei Mischvor­ richtungen im Zusammenhang mit der Behandlung von Wafern bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen und Chips der Fall ist.

Vorteilhafterweise weist der erste Behälter und/oder zweite Behälter eine Seitenleitung zur Bestimmung der Füllstände auf. Insbesondere für die automatische Ermitt­ lung der Füllstände in Zusammenhang mit automatisch ge­ steuerten und geregelten Mischvorrichtungen ist wenig­ stens ein Sensor an der Seitenleitung zum Ermitteln der Füllhöhe angeordnet.

Insbesondere im Hinblick auf die möglichst genaue Bemes­ sung des Flüssigkeitsvolumens besonders der ersten, ein kleineres Volumen aufweisenden Flüssigkeit ist es vor­ teilhaft, wenn das Verhältnis von Höhe und Breite des er­ sten Behälters groß ist. Je höher der Behälter ist, um so genauer läßt sich seine Füllhöhe bestimmen. Die Höhe des ersten, im zweiten Behälter integrierten Behälter reicht daher vorteilhafterweise bis in den oberen Bereich des zweiten Behälters.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der der erste Behälter in seiner Querschnittsfläche nach un­ ten abnimmt, beispielsweise nach unten trichterförmig zu­ läuft. Dies ermöglicht auf einfache Weise einen großen Bereich von Mischungsabmessungen und -verhältnissen.

Soweit dies erforderlich oder wünschenswert ist, ist im und/oder um den zweiten Behälter eine Temperierungs-Vor­ richtung, etwa eine Kühl- und/oder eine Heizeinrichtung vorgesehen, etwa in Form von Rohren, in denen eine Kühl- oder eine Wärmeflüssigkeit strömt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die einzige, schematische Figur erläutert.

Wie die Figur zeigt, befindet sich ein erster, kleinerer Behälter 1 innerhalb eines zweiten, größeren Behälters 2. Ein Bereich 3 des Bodens 4 des zweiten Behälters 2 dient dabei als Boden für den ersten Behälter 1.

Über eine erste Zuleitung 5 wird eine erste, mit einer zweiten Flüssigkeit zu mischende Flüssigkeit in den er­ sten Behälter 1 eingeleitet, bis sich das gewünschte Vo­ lumen der ersten Flüssigkeit im ersten Behälter 1 befin­ det, d. h. bis die erste Flüssigkeit bis zur Füllhöhe 6 des ersten Behälters 1 reicht. Danach wird die Zuleitung der ersten Flüssigkeit unterbrochen. Über eine zweite Zu­ leitung 7 wird die zweite Flüssigkeit in den ersten Be­ hälter 1 eingeleitet. Das in den ersten Behälter 1 füh­ rende Zuleitungsrohr 8 der zweiten Zuleitung 7 erstreckt sich bis in den unteren Bereich, also in die Nähe des Bo­ dens 3 des ersten Behälters 1. Bei Einleiten der zweiten Flüssigkeit über die zweite Zuleitung 7 und das Zulei­ tungsrohr 8 in den ersten Behälter 1 wird die sich be­ reits im ersten Behälter 1 befindende erste Flüssigkeit nach oben gedrückt und fließt über die offene Oberseite des ersten Behälters 1 in den zweiten Behälter 2. Die zweite Flüssigkeit strömt danach weiter über den ersten Behälter 1 in den zweiten Behälter, bis eine vorgesehene Füllhöhe 9 des zweiten Behälters 2 erreicht ist. Durch das Verdrängen der ersten Flüssigkeit durch die zweite Flüssigkeit aus dem ersten Behälter 1 in den zweiten Be­ hälter 2 und das nachfolgende weitere Einleiten der zwei­ ten Flüssigkeit über den ersten Behälter 1 auch über de­ ren offene Oberseite ergibt sich eine gute, gleichmäßige Vermischung der beiden zu mischenden Flüssigkeiten im zweiten Behälter 2, so daß zusätzliche Vermischungsein­ richtungen nicht erforderlich sind.

Nachdem der Mischvorgang abgeschlossen ist, wird die Mischflüssigkeit über eine Ableitung 10 des zweiten Be­ hälters 2 zu ihrer bestimmungsgemäßen Verwendung abge­ führt. Der erste Behälter 1 weist ebenfalls eine Ablei­ tung 11 auf, über die der erste Behälter 1 entleert wird, um in einem neuerlichen Mischvorgang im Behälter 1 eine Volumenzumessung der ersten Flüssigkeit zu ermöglichen.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Kühl- oder Heizschlange 12 mit Zu- bzw. Ableitungen 14, 13 für das Kühl- oder Heizfluid vorgesehen.

Die erfindungsgemäße Mischvorrichtung ist vorzugsweise in Zusammenhang mit Behandlungstanks für die Waferbehandlung einsetzbar. Bei einer derartigen Verwendung ist die erste Flüssigkeit beispielsweise Flußsäure und die zweite Flüs­ sigkeit deionisiertes Wasser. Die Füll- und Ableitvorgän­ ge werden vorzugsweise automatisch durchgeführt, indem die Füllstände sensorisch ermittelt und einem Steuer- bzw. Regelsystem zugeführt werden, das den automatischen Betrieb der Mischvorrichtung steuert.

Die Erfindung wurde anhand eines bevorzugten Ausführungs­ beispiels beschrieben. Dem Fachmann sind jedoch zahlrei­ che Ausgestaltungen möglich, ohne daß dadurch der Erfin­ dungsgedanke verlassen wird. Beispielsweise ist es mög­ lich, im zweiten Behälter 2 mehr als nur einen weiteren Behälter 1 vorzusehen, um mehr als zwei Flüssigkeiten in der erfindungsgemäßen Weise zu vermischen. Eine weitere Möglichkeit der Anwendung des Erfindungsgedankens besteht auch darin, im ersten Behälter 1 einen zusätzlichen Be­ hälter vorzusehen, der entsprechend dem dargestellten und beschriebenen ersten Behälter 1 ausgebildet ist, so daß sich eine kaskadenartige Mischvorrichtung ergibt, mit der mehr als zwei Flüssigkeiten mischbar sind.

Claims (14)

1. Vorrichtung zum Mischen von wenigstens zwei über wenigstens eine Zuleitung (5, 7, 8) einleitbare Flüssigkeiten, mit einem ersten, kleineren Behälter (1) zur Volumenzumessung einer ersten Flüssigkeit und einem zweiten, größeren Behälter (2), der mit der ersten Flüssigkeit und einer zweiten Flüssigkeit auffüllbar ist, wobei der erste Behälter (1) inner­ halb des zweiten Behälters (2) angeordnet und die zweite Flüssigkeit über den ersten Behälter (1) in den zweiten Behälter (2) einleitbar ist, der in seinem unteren Bereich eine Ableitung (10) für die Mischflüssigkeit aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Flüssigkeit nach der Volumenzumessung der ersten Flüssigkeit im ersten Behälter (1) in diesen einleitbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Flüssigkeit nach der Volu­ menzumessung der ersten Flüssigkeit im ersten Behäl­ ter (1) im unteren Bereich des ersten Behälters (1) einleitbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Zuleitungsrohr (8) für die zweite Flüssigkeit im ersten Behälter (1), das sei­ nen Ausgang im unteren Bereich des ersten Behälters (1) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Behälter (1) auf seiner Oberseite offen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Flüssigkeit bei Einleiten der zweiten Flüssigkeit in den ersten Behälter (1) über die of­ fene Oberseite in den zweiten Behälter (2) drückbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daß ein Bodenbereich (3) des zweiten Behälters (2) der Boden des ersten Behälters (1) ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Sensor (6, 9) zum Ermitteln der Füllhöhe am ersten und/oder zweiten Behälter (1 oder 2) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und/oder zwei­ te Behälter (1) bzw. (2) eine Seitenleitung auf­ weist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Höhe und Breite des ersten Behälters (1) groß ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Behälter (1) eine nach unten abnehmende Querschnittsfläche auf­ weist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß der erste Behälter (1) trichterförmig ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des ersten Be­ hälters (1) bis zum oberen Bereich des zweiten Be­ hälters (2) reicht.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im und/oder am zweiten Behälter (2) eine Temperierungseinrichtung vorgese­ hen ist.