DE60204706T2

DE60204706T2 - Verdampfer

Info

Publication number: DE60204706T2
Application number: DE60204706T
Authority: DE
Inventors: George Porter; B Seth Wolf; W Charles Albrecht
Original assignee: Porter Instrument Co Inc
Current assignee: Porter Instrument Co Inc
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2022-03-01
Also published as: WO2002068127A8; EP1372864A2; WO2002068127A3; JP2005506681A; EP1427868B1; US6694809B2; DE60215471T2; JP2004530190A; WO2002074445A8; WO2002068713A8; AU2002242304A1; US20020121249A1; EP1363745B1; US20020148406A1; EP1372864B1; WO2002069065A3; JP2004524150A; WO2002069065A2; WO2002074445A2; DE60215618T2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Fluidfördersystem. Diese Erfindung betrifft insbesondere ein integriertes Fluidfördersystem (IFDS) zum Erzeugen von Strömen hochreiner Fluide, wie z. B. für eine Waferbearbeitungskammer.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Fördersysteme für hochreine Fluide werden in anspruchsvollen Herstellungsumgebungen, wie etwa die Halbleiterherstellungsindustrie, verwendet. Die Fördersysteme sind so beschaffen, dass sie Fluide präzise abgeben, die gefährlich (d. h. korrosiv, giftig) und/oder kostbar sein können. Bei der Halbleiterverarbeitung/Herstellung ist es z. B. in verschiedenen Stufen, wie etwa bei der chemischen Unterdruck-Dampfablagerung (LPCVD), der Oxidierung und der chemischen Plasmaanreicherungs-Dampfablagerung, erforderlich, dass korrosive Zwischenstoffe, wie etwa Bor, Silicium und Phosphor, an eine Waferbearbeitungskammer für die Herstellung von Halbleitervorrichtungen geliefert werden.
Typischerweise verwenden Systeme für hochreine Fluide in der Halbleiterherstellungsindustrie ein komplexes Netzwerk von Leitungen (Installationen), die Schweißverbindungen mit hoher Festigkeit zwischen Rohrabschnitten und Leitungsbaueinheiten erfordern, um die Fluide zu einer Vielzahl von Steuer-, Mess- und Betriebsvorrichtungen zu leiten. Da das Layout jedes Systems von der Anzahl und der Lage der Steuer-, Mess- und Betriebsvorrichtungen abhängig ist, besitzt das "Systemschema" die gleiche Komplexität in Bezug auf die Anzahl von Schweißverbindungen mit hoher Festigkeit und eine entsprechende Leitungsanordnung.
Es wird anerkannt, dass die Anzahl von kostenintensiven Leitungsbaueinheiten (d. h. Ventilanordnung) und hochfesten Schweißverbindungen sowie die erhöhte Komplexität der entsprechenden Systemschemas zu Flüssigkeitsfördersystemen führen, die kostenaufwändig zu warten und herzustellen sind. Leitungsbaueinheiten mit voluminösen Leitungen, die lediglich eine zusätzliche Grundfläche benötigen, können dagegen bei der wertvollen Grundfläche von Reinraumumgebungen unerschwinglich teuer sein, bei denen die Baukosten pro Flächeneinheit besonders hoch sind.
Darüber hinaus erfordert die Reparatur einer fehlerhaften Schweißverbindung oder der Austausch einer Komponente einer Durchlassvorrichtung häufig die Demontage eines wesentlichen Abschnitts des Flüssigkeitsfördersystems. Das verlängert außerdem die Ausfallzeit des Prozesses, der die Komponente beinhaltet. In 1 ist z. B. ein typisches Flüssigkeitsfördersystem 5 des Standes der Technik gezeigt. Das Flüssigkeitsfördersystem 5 enthält eine Leitungsbaueinheit 7, die mehrere Leitungsabschnitte 10, (nicht gezeigte) hochfeste Schweißverbindungen und Durchlassvorrichtungen 12 zum Fördern von hochreinen Flüssigkeitsströmen vom System 5. Die Durchlassvorrichtungen 12 können alle in der Technik bekannten Vorrichtungen zum Verarbeiten eines Fluids sein, enthalten jedoch typischerweise Durchlassregler, Ventile, Filter und Druckwandler. Wie in 1 gezeigt ist, erfordert das leitungsgestützte System 7 einen großen Umfang der verfügbaren Fläche im Gehäuse des Flüssigkeitsfördersystems 5. Wenn demzufolge bei einer besonders schwer zu erreichenden Komponente oder Schweißnaht eine Wartung und/oder ein Austausch erforderlich ist, müsste ein bedeutender Teil des Systems 7 demontiert werden. Es wird anerkannt, dass das Leitungssystem 7 komplex ist und seine Montage und sein Betrieb teuer sind. Das Leitungssystem 7 besitzt z. B. einen größeren Gesamtwiderstand in Bezug auf eine Fluidströmung als weniger komplexe Systeme, deswegen ist eine längere "Abschaltzeit" erforderlich, um die Fluide bei Bedarf aus dem System zu entleeren.
Um ein genaues Volumen des Fluids an eine Verarbeitungsanwendung zu liefern, können Fluidfördersysteme einen Durchlassregler umfassen. Durchlassregler verbinden typischerweise einen Sensor zum Messen des Fluidvolumens mit einem Ventil zum Einstellen des Durchlassvolumens. Das Messen des Durchlassvolumens eines gesamten Fluidstroms kann jedoch zu langen Reaktionszeiten führen. Einige Durchlassregler verwenden eine Fluidumleitung, wobei das Durchlassvolumen eines kleinen Teils der Strömung gemessen wird und auf das Durchlassvolumen in der Umleitung geschlussfolgert wird. Diese Durchlassregler verwenden jedoch Verfahren zum Aufrechterhalten des erforderlichen Druckunterschieds, die teuer sind, viele Bestandteile besitzen, die Toleranzen und Kosten vergrößern und schwer herzustellen sind, wobei eine unzureichende Genauigkeit oder Wiederholbarkeit erreicht werden. Beispiel derartiger Umleitungs-Durchlassregler enthalten jene, die ein Rohrbündel oder einen Sintermetallrohling verwenden.
Außerdem ist bei Anwendungen der Verarbeitung von hochreinen Fluiden häufig das Zerstäuben und/oder Verdampfen einer Flüssigkeit in einem Gasstrom erforderlich. Diese Prozesse können z. B. verwendet werden, um hochreine Metalloxidschichten auf einem Substrat abzulagern. Darüber hinaus können die Flüssigkeitsgemische außerdem zum Sprühbeschichten, Aufschleudern und zur Sol-Gel-Ablagerung von Werkstoffen verwendet werden. Die chemische Dampfablagerung (CVD) ist insbesondere ein in steigendem Maße verwendeter Prozess zur Förderung von hochreinen Fluiden zum Bilden von festen Werkstoffen, wie etwa Beschichtungen oder Pulver mittels Reaktionspartnern in einer Dampfphase. Ein Dampf eines Reaktionspartners wird typischerweise erzeugt, indem eine Flüssigkeit auf eine geeignete Temperatur erwärmt und bewirkt wird, dass eine Strömung aus Trägergas durch die Flüssigkeit (d. h. einen Strom aus hochreinem Fluid) perlt, um den Dampf in eine CVD-Kammer zu transportieren. Im Einzelnen werden ein Gasstrom und ein Flüssigkeitsstrom an einer T-Verbindung in einen einzelnen Kanal oder eine einzelne Leitung eingeleitet. Das CVD-System pumpt einen Fluidstrom mit einer stabilen gesteuerten Rate in einen Reaktionsbereich, der Ultraschallenergie enthalten kann, um die Gemischkomponenten zu beeinflussen. Diese Technik erzeugt jedoch bei einer Unterbrechung des Prozesses ein verlorenes Werkstoffvolumen. Das Durchperlen kann ferner häufig ein unberechenbares Verfahren der Verdampfung sein, bei dem die genaue Menge des flüssigen Reaktionspartners schwer zu steuern ist.
Demzufolge besteht ein Bedarf an einem Zerstäuber, der ein Fluid vorhersagbar zerstäubt, während ein verlorenes Volumen bei einer Unterbrechung des Prozesses vermieden wird. Es besteht außerdem ein Bedarf an einem genauen, zuverlässigen und kostengünstigen Durchlassregler. Es besteht gleichfalls ein Bedarf an einem integrierten Flüssigkeitsfördersystem, bei dem das Systemschema auf eine einzige modular aufgebaute Verteilervorrichtung reduziert werden kann.
In dem japanischen Patent JP 2000 212748 , "Structure of Evaporation Part" an Stec, Inc. wird ein Trägergas mit einer stark ausgedehnten Flüssigkeit, die aus einer Membran tropft, gemischt, wodurch die Verdampfung unterstützt wird. Das europäische Patent EP 0 878 560 , "Vapor Generating Method and Apparatus using same" an Tokyo Electron Ltd. offenbart eine Dampferzeugungsvorrichtung, bei der eine Flüssigkeit durch eine Stoßwelle zerstäubt wird und die nebelförmige Flüssigkeit nahe am Mischpunkt von Gas und Flüssigkeit oder stromabwärts von diesem durch Heizkörper erwärmt wird, wobei die Heizkörper mit der zerstäubten Flüssigkeit in keiner Fluidverbindung stehen. Das japanische Patent JP 1.207.923 "Venturi Tube Type Silicon Source Vaporization Device" an Toshiba Ceramics Co offenbart einen Venturi-Verdampfer ohne zusätzliche Wärmetauscher oder Heizmittel zum Verdampfen. Die Verdampfung erfolgt durch Absorption der Flüssigkeit in einer schnellen Gasströmung.
Wenigstens eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vermeidet und mindert die Einschränkungen des Standes der Technik durch das Anordnen eines Wärmetauschers in Fluidverbindung mit einem Mischkanal des Venturi-Typs zum Verdampfen der zerstäubten Flüssigkeit.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung schafft einen Verdampfer zum Fördern von Dampfströmen, z. B. von hochreinen Strömen zu einer Verarbeitungszieleinrichtung, wie etwa eine Waferbearbeitungskammer. Der Verdampfer enthält eine beheizte Basis oder Platte mit einem oder mehreren nahtlosen Kanälen, die in einer seiner Seiten ausgebildet sind, um eine Flüssigkeit zu transportieren, die durch Wärme von der beheizten Platte verdampft wird.
Es sollte klar sein, dass sowohl die vorhergehende allgemeine Beschreibung der Erfindung als auch die folgende genaue Beschreibung für die Erfindung beispielhaft, jedoch nicht einschränkend sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Erfindung wird aus der folgenden genauen Beschreibung am besten verstanden, wenn diese in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung gelesen wird. Die vorliegende Erfindung wird demzufolge nachfolgend mittels nicht einschränkender Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der:
1 eine perspektivische Ansicht eines Fluidfördersystems des Standes der Technik ist;
2 eine perspektivische Ansicht des verzweigten Fluidfördersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
3 eine Explosionsansicht der Verzweigungsbaueinheit des Fluidfördersystems gemäß 2 ist;
4 eine perspektivische Ansicht der Verzweigungsbaueinheit von 3 ist, die nahtlose Kanäle in Phantomlinien zeigt;
5 eine Schnittansicht des verzweigten Fluidfördersystems der 1–4 längs den Linien 3-3 von 3 ist;
6A eine vergrößerte Ansicht des Bereichs ist, der durch das Bezugszeichen 27 von 4 angegeben ist;
6B eine Schnittansicht längs der Linien 6B von 6A ist;
7 ein Systemschema des verzweigten Fluidfördersystems von 2 ist;
8 eine Explosionsansicht von unten der Verzweigungsbaueinheit eines mehrlagigen verzweigten Fluidfördersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
9 eine Längsschnittansicht eines Durchlassreglers zur Verwendung in einem integrierten Fluidfördersystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
10A eine perspektivische Explosionsansicht einer Unterbaueinheit des Durchlassreglers von 9 ist;
10B eine perspektivische Explosionsansicht eines Sensorkanals für den Durchlassregler von 9 ist;
11 ein Systemschema der in 9 gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
12 eine Draufsicht eines Mischkanals eines Zerstäubers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
13 eine Explosionsansicht eines Zerstäubers/Verdampfers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
14 ein Wärmetauscher zur Verwendung in einem integrierten Fluidfördersystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine spezielle Terminologie, die in der folgenden Beschreibung verwendet wird, dient lediglich der Vereinfachung und ist nicht einschränkend. Die Wörter "rechts", "links", "obere" und "untere" bezeichnen Richtungen in Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. Die Wörter "einwärts" und "auswärts" geben Richtungen zum geometrischen Zentrum des Flüssigkeitsfördersystems und des Verteilers bzw. weg von diesem in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung und bezeichneten Teilen davon an. Die Terminologie enthält die oben angegebenen Wörter sowie Ableitungen davon und Wörter mit ähnlicher Bedeutung. Der Ausdruck "nahtlos" ist allgemein so definiert, dass er eine ununterbrochene Kanaloberfläche bezeichnet, die entsprechende Verteileröffnungen verbindet.
I Einseitiger Verteiler
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein integriertes Fluidfördersystem (IFDS) geschaffen, das Fluidströme abgibt. In einer beispielhaften Ausführungsform besitzen die Fluidströme einen hohen Reinheitsgrad. Hochreine Fluidströme werden typischerweise verwendet, um Halbleitervorrichtungen herzustellen und um typischerweise solche Fluide wie Silicium-, Bor- und Phosphorzwischenprodukte zu verarbeiten, um sie zu einer Verarbeitungsstelle zu fördern, wie etwa eine Waferbearbeitungskammer. Ein Fachmann wird jedoch erkennen, dass die vorliegende Erfindung auf jede Art der chemischen Zusammensetzung von Fluidströmungen und/oder jede Art von Herstellungsumgebungen anwendbar ist.
Bei Bezugnahme auf die einzelnen Figuren, in denen jeweils gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente angeben, ist in den 2 bis 6B ein verzweigtes Fluidfördersystem 15 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Fluidfördersystem 15 enthält einen ersten modularen Verteiler oder eine "Basis" 16, um die hochreinen Fluidströme intern, längs nahtloser integrierter Kanäle 18 (die in 3 am besten zu sehen sind), die darin ausgebildet sind, zu leiten.
Wie in der beispielhaften Ausführungsform gezeigt ist, ist die Basis 16 ein im Wesentlichen ebenes rechtwinkliges Substrat oder Platte mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche 20 bzw. 22. Andere Formen der Basis 16 können in Abhängigkeit von der Anwendung verwendet werden. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Basis 16 aus Edelstahl Typ 316L VAR (niedriger Kohlenstoffanteil, bei Unterdruck mittels Lichtbogen umgeschmolzen), der wegen seiner Korrosionsbeständigkeit ausgewählt ist. Andere Werkstoffe, die für die in bestimmten Anwendungen verwendeten Fluide geeignet sind, sind einem Fachmann bekannt. Die Dicke der Basis 16 ist für die Anwendung und/oder das Volumen von Chemikalien, die durch die Basis hindurch bewegt werden, geeignet.
Eine oder mehrere Durchlass-/Verarbeitungsvorrichtungen 12 sind an jeweiligen Verbindungsanschlüssen 24 angebracht. Die Verbindungsanschlüsse 24 sind über Anbringungsmittel, wie etwa Schrauben (nicht gezeigt), die durch Anbringungslöcher 26 positioniert sind, an der Basis 16 angebracht. In einer beispielhaften Ausführungsform sind Anbringungsschrauben in Zwischenverbindungs-Gewindeöffnungen 28 geschraubt. In einer beispielhaften Ausführungsform sind Verbindungsanschlüsse 24 entfernbar, um eine Reparatur, Wartung, Austausch oder Neukonstruktion des IFDS und/oder seiner Bestandteile zu ermöglichen.
Wie in den 3 und 4 gezeigt ist, enthält die Basis wenigstens einen und typischerweise mehrere nahtlose Kanäle 18 (d. h. integrierte nahtlose Kanäle), Verbindungsöffnungen 28 (4) und Kanalanschlussöffnungen 30 (4), die alle an wenigstens einer von zwei Hauptoberflächen oder Seiten davon ausgebildet sind. In einer beispielhaften Ausführungsform sind die Kanalanschlussöffnungen 30 metallisch abgedichtet. Andere Werkstoffe können in Abhängigkeit von der Anwendung für die Abdichtung geeignet sein. Verbindungsöffnungen 28, die mit Gewinde versehen sind, sind in einer Basisfläche der Durchlassvorrichtung angeordnet, die für eine Aufnahme einer Verbindung zum Anbringen einer entsprechenden Durchlassvorrichtung 12 geeignet ist. Die erste und/oder die zweite Oberfläche 20 und 22 können nahtlose Kanäle 18 enthalten.
Nahtlose Kanäle 18 sind vorgesehen, um ein Systemschema, wie etwa das in 7 gezeigte, auf Oberflächen 20 und/oder 22 der Basis 16 zu vereinigen, um eine modulate Verteilerkomponente zu schaffen. Die Tiefe der Kanäle 10 ist für die Anwendung und/oder das Volumen von Chemikalien, die durch sie hindurch bewegt werden, geeignet. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Systemschema auf eine erste Oberfläche 20 beschränkt und nahtlose Kanäle 18 besitzen im Allgemeinen einen im Wesentlichen elliptischen Querschnitt. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform besitzen die nahtlosen Kanäle 18 einen kegelstumpfförmigen Querschnitt mit tangential gerundetem Radius, wie in 5 gezeigt ist.
Nahtlose Kanäle 18 können chemisch geätzt und poliert sein, um das Einfangen von Partikeln zu verhindern. In einer beispielhaften Ausführungsform sind nahtlose Kanäle 18 auf einen Wert unter 16 rms poliert, um die Kornstruktur der Metalloberfläche der Basis 16 zu beseitigen. Die Metalloberfläche der Basis 16 kann poliert werden durch Extrudieren eines Polymers, das mit Schleifmitteln angereichert ist, bei einem hohen Druck durch die Basis 16 unter Verwendung von Polyurethan-Abtragswerkzeugen. Die einzigartige Form der Kanäle 18 ist geeignet, um die Werkzeugbereitstellung für Zwecke der Oberflächenendbearbeitung zu ergänzen. Rechtwinklige Kanäle verringern die Polierfähigkeit der Schleifwerkzeuge, da rechtwinklige Kanäle scharfe Ecken aufweisen, die schwer zu erreichen sind. Alternativ können nahtlose Kanäle 18 durch maschinelle Bearbeitung oder andere in der Technik bekannte Verfahren ausgebildet werden.
Wie in 4 gezeigt ist, enthalten nahtlose Kanäle 18 an ihren Oberflächen erste Kanalanschlussöffnungen 30, die sich von einer Oberfläche des nahtlosen Kanals 18 zu einer anderen Basisoberfläche (in 4 zur Oberfläche 22) erstrecken, um durch sie hochreine Fluidströme zu leiten.
Wie am besten in den 5, 6A und 6B gezeigt ist, sind die Kanalanschlussöffnungen 30 mit einer Einzelheit 32 oder einer "Gegenbohrung" versehen, um eine korrosionsbeständige Dichtung aufzunehmen. Eine korrosionsbeständige Dichtung, wie etwa eine z-Dichtung oder eine c-Dichtung, wird (in einer beispielhaften Ausführungsform, die jedoch nicht gezeigt ist) beim Anschluss einer entsprechenden Durchlassvorrichtung 12 oder einer pneumatischen Steuerleitung verwendet. Korrosionsbeständige Dichtungen, die in einer beispielhaften Ausführungsform verwendet werden, erfordern eine Endbearbeitung mit höherer Toleranz (d. h. weniger als 16 rms) als bei der Endbearbeitung, die bei Elastomer-Armaturen verwendet wird. Die Besonderheiten bei der maschinellen Herstellung der geeigneten Oberflächengüte zum Aufnehmen der ausgewählten kommerziell verfügbaren Dichtung sind einem Fachmann klar. Bei einigen Anwendungen können nichtmetallische korrosionsbeständige Dichtungen verwendet werden.
Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, sind Verbindungen 24 zwischen beiden Kanalanschlussöffnungen 30 und einer gewünschten Durchlassvorrichtung 12 vorgesehen. Verbindungen 34, die an einer leckarmen Armatur 36 (z. B. eine VCR-Armatur, die von Swagelok Company of Solon, Ohio hergestellt wird) als ein Einzelteil angeschlossen werden können, sind außerdem zwischen Anschlussöffnungen 30 und gewünschten Durchlassvorrichtungen 12 vorgesehen. Das Verbindungselement 34 ist an der Basis 16 über Montageöffnungen 38 (wobei Schrauben nicht gezeigt sind) angebracht. Verbindungselemente 24 sind typischerweise kommerziell verfügbare Armaturen, wie etwa jene, die von Swagelok Company of Solon, Ohio hergestellt werden, mit einer Einzelheit, die den Öffnungen 30 zum Aufnehmen der korrosionsbeständigen Dichtung entspricht. Die Basis 16 nimmt Verbindungselemente 24 mittels Verschraubungen durch Verbindungsöffnungen 28 auf. In einer beispielhaften Ausführungsform ist eine (nicht gezeigte) kommerziell verfügbare korrosionsbeständige Dichtung aus Nickel hergestellt und zwischen die Öffnungen 30 und die Verbindungsleitung 24 zum Bilden einer Druckpassung eingefügt. Der Werkstoff der Dichtung sollte in Bezug auf die Basis 16 ein weicheres Metall sein, so dass beim Einsetzen der Verbindungsleitung 24 an der Basis 24 die Dichtung zusammengedrückt wird und sich verformt, um die Verbindung beim Verschrauben oder bei anderen Befestigungsmitteln abzudichten.
Eine Deckplatte 40 ist in 3 gezeigt und weist eine erste und eine zweite Oberfläche auf. Die Deckplatte 40 ist an der ersten Oberfläche 20 der Basis 16 dichtend angebracht oder daran befestigt, um die nahtlosen Kanäle 18 abzudecken. Die Deckplatte 40 kann in Abhängigkeit von der Anwendung entweder an der ersten Oberfläche 20 oder an der zweiten Oberfläche 22 der Basis 16 dichtend angebracht sein. Ein Lötmittel 42 ist zwischen der Basis 16 und der Deckplatte 40 angeordnet und wird zum Abdichten der Deckplatte 40 gegenüber einer gewünschten Oberfläche der Basis 16 durch Löten verwendet. In einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Nickel-Lötmittel 42 für den Lötvorgang verwendet und die Basis 16 ist an der Deckplatte 40 durch Unterdrucklöten befestigt. Auf diese Weise ist die Deckplatte 40 mit der Basis 16 verbunden, so dass eine erste Oberfläche der Deckplatte 40 an einer Oberfläche (wie etwa die erste Oberfläche 20) der Basis 16 anstößt.
Die Deckplatte 40 kann außerdem Anschlussöffnungen der korrosionsbeständig abgedichteten Platte enthalten, die so positioniert sind, dass sie über den Kanälen 18 der Basis 16 liegen. Bei einer derartigen Ausführungsform kann ein Zugang zu den nahtlosen Kanälen 18 durch eine Verarbeitungszielvorrichtung, wie etwa eine Waferbearbeitungskammer, über oder von der Durchlassvorrichtung 12 erfolgen. Plattenanschlussöffnungen 44 sind gleichfalls mit einer Einzelheit 32 (die in den 6A und 6B in Kanalanschlussöffnungen gezeigt ist) oder einer "Gegenbohrung" hergestellt, um eine korrosionsbeständige Dichtung (wie etwa eine z-Dichtung oder eine c-Dichtung, die nicht gezeigt sind) bei einem Anschluss einer entsprechenden Durchlassvorrichtung oder einer pneumatischen Steuerleitung aufnehmen kann, um die Fluidströme in die Basis 16 einzuleiten. Die vorliegende Erfindung kann ohne die Verwendung von Anschlussöffnungen 44 der korrosionsbeständig abgedichteten Platte realisiert werden. Darüber hinaus ist die Dicke der Deckplatte 40 eine konstruktive Entscheidung, um eine Nichtverformbarkeit aufrechtzuerhalten, wenn an den restlichen Plattenanschlussöffnungen 44 Geräte angebracht sind.
Bei einem beispielhaften Betrieb nimmt die Basis 16 jeden der hochreinen Fluidströme an einer entsprechenden korrosionsbeständig abgedichteten Kanalanschlussöffnung 30 auf, um ein Fluid längs der nahtlosen Kanäle 18 zu transportieren. Die korrosionsbeständig abgedichteten Kanalanschlussöffnungen 30 nehmen beim Anschluss einer entsprechenden Durchlassvorrichtung oder pneumatischen Steuerleitung oder dergleichen Fluidströme zum Transport von einem Fluid oder mehreren Fluiden durch die nahtlosen Kanäle 18 der Basis 16 auf.
Kanalanschlussöffnungen 30 stehen mit zusätzlichen Kanalanschlussöffnungen, die längs der nahtlosen Kanäle 18 angeordnet sind, sowie mit Plattenanschlussöffnungen 44 zum Leiten von hochreinen Fluidströmen zwischen Kanälen in verschiedenen Basen in fluidischer Verbindung. Bei Ausführungsformen, bei denen die Deckplatte 40 keine Plattenanschlussöffnungen 44 verwendet, strömt Fluid längs nahtlosen Kanälen 18 zwischen entsprechenden Kanalanschlussöffnungen 30. Nachdem sie an eine Verbindungsarmatur 24 angepasst wurde, steht die Fluidvorrichtung 12 mit einem entsprechenden der hochreinen Fluidströme der Basis 16 in fluidischer Verbindung.
Wie in 7 gezeigt ist, kann ein vollständiges Systemschema auf die Basis 16 reduziert werden, die entsprechende, damit verbundene Ventil- und Durchlassvorrichtungen umfasst, um die Notwendigkeit von umfangreichen Leitungsbaueinheiten des Standes der Technik zu beseitigen. Auf diese Weise stellt die Basis 16 ein modulares Systemschema dar zum Abgeben von Fluidströmen aus dem integrierten Fluidfördersystem 15 an eine Verarbeitungszielvorrichtung, wie etwa eine Waferbearbeitungskammer oder eine andere Vorrichtung, die Fluidströme benötigt.
II Mehrseitiger Verteiler
Bei einer weiteren Ausführungsform ist eine zweite Basis 16B vorgesehen, wie in 8 gezeigt ist, die ähnliche Einzelheiten wie die Basis 16 aufweist. Die Merkmale der zweiten Basis 16B werden durch Bezugszeichen, denen der Buchstabe "B" angefügt ist, identifiziert. Die zweite Basis 16B besitzt ebenfalls eine erste Oberfläche 20B bzw. eine zweite Oberfläche 22B. Die zweite Basis 16B enthält außerdem integrierte nahtlose Kanäle 16B, die daran ausgebildet sind, um einen Fluidstrom zu leiten. Die zweiten nahtlosen Kanäle 18B enthalten längs ihrer Oberflächen (nicht gezeigte) zweite Kanalanschlussöffnungen, die korrosionsbeständig abgedichtete Anschlussöffnungen sind, die von der Oberfläche der zweiten Kanäle 18B durch die zweite Basis 16B verlaufen. Die zweite Basis 16B ist in der gleichen Weise wie die Basis der in 3 gezeigten Ausführungsform an einer verfügbaren Seite der Deckplatte 40 dichtend angebracht. Die Plattenanschlussöffnungen 44 liegen über den Kanalanschlussöffnungen der integrierten Kanäle und die Deckplatte ist zwischen die erste Basis 16 und die zweite Basis 16B eingesetzt, so dass die Verbindungsöffnungen 28 und 28B aufeinander ausgerichtet sind.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform stehen die Kanalanschlussöffnungen in der zweiten Basisplatte 16B mit Kanalanschlussöffnungen 30 in fluidischer Verbindung, die außerdem über erste Kanäle 18 und zweite Kanäle 18B zum Leiten von Fluidstömen zwischen ihnen in fluidischer Verbindung stehen.
Eine (nicht gezeigte) zweite Deckplatte ist mit der ersten Oberfläche 20B der Basis 16B zum Abdichten der Kanäle 18B verbunden. Es ist für einen Fachmann klar, dass eine beliebige Anzahl von Basisabschnitten 16 in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung auf diese Weise schichtförmig angeordnet werden können und dass die hier beschriebene Erfindung nicht auf die Darstellung beschränkt ist, die oben lediglich für Erläuterungszwecke verwendet wurde.
III Massendurchlassregler für Flüssigkeiten
In den 9 bis 11 ist eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei der die Basis 16C mit einer Durchlassverarbeitungsvorrichtung verbunden ist, um einen Durchlassregler 46 zu bilden.
Wie in 9 gezeigt ist, enthält eine Baueinheit 46 zur Durchlassregelung von Flüssigkeiten eine Basis 16C und eine Verbindungsplatte 48. Bei einer beispielhaften Ausführungsform enthält die Basis 16C einen nahtlosen Kanal 18C (der am besten in 9 gezeigt ist) zwischen der Basis 16C und der Verbindungsplatte 48. Wie oben in Bezug auf die Basis 16 dargestellt wurde, sind die Basis 16c und die Verbindungsplatte 48 durch ein Lötmittel 42 unter Verwendung eines Unterdrucklötvorgangs miteinander verbunden. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die Basis 16C mittels Unterdrucklöten an der Kanalfläche 20C direkt an die zweite Seite 45 (die in 10A gezeigt ist) der Verbindungsplatte 48 der Baueinheit 46 zur Durchlassregelung von Flüssigkeiten angebracht sein. Nahtlose Kanäle 18C können durch maschinelles Bearbeiten, Ätzen oder andere in der Technik bekannten Prozesse ausgebildet sein. Die Basis kann eine Platte (oder eine Kanalplatte) sein, die zwei gegenüberliegende Oberflächen oder Seiten aufweist, wovon eine dieser Seiten die Kanalseite 20C ist. Auf diese Weise liegen die Kanalseite 20C und die zweite Seite 45 aneinander an, so dass der nahtlose Kanal 18C durch das Anliegen verschlossen ist.
Anschlussöffnungen 50 sind in der Verbindungsplatte 48 so ausgebildet, dass sie auf den nahtlosen Kanal 18C ausgerichtet sind und sich zu der ersten Seite 43 der Verbindungsplatte 48 erstrecken, um das Einströmen von Flüssigkeit in einen ausgebildeten Sensorkanal 52 (der später erläutert wird) sowie das Ausströmen aus diesem zu ermöglichen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform sind die Anschlussöffnungen 50 in ähnlicher Weise wie die oben erläuterten korrosionsbeständig abgedichteten Öffnungen korrosionsbeständig abgedichtet. Anschlussöffnungen 50 können dafür vorgesehen sein, dass ein Teil des Flüssigkeitsstroms in den Sensorkanal des Durchlassreglers und durch diesen strömt. Daher können Anschlussöffnungen 50 mit einer Einzelheit 32 oder einer "Gegenbohrung" gefertigt sein. Die Einzelheit 32 ist vorgesehen, um eine korrosionsbeständige Dichtung (wie etwa eine z-Dichtung oder eine c-Dichtung, die nicht gezeigt sind) beim Anschluss einer entsprechenden Durchlassvorrichtung oder einer pneumatischen Steuerleitung aufzunehmen, um Fluidströme zwischen der Basis 16C einzuleiten oder von dort auszulassen.
Der Durchlassregler 46 enthält einen Sensorkanal 52 (der am besten in 9 zu sehen ist) zum Schaffen eines Wegs für einen Fluidstrom der Basis 16C. Der Sensorkanal 52 transportiert im Sensorbereich 56 einen Teil des Fluidstroms, der in die Basis 16c transportiert wird, wobei der restliche Teil in dem nahtlosen Kanal 18C transportiert wird. Der Sensorkanal 52 ist vorgesehen, um eine Temperaturänderung oder einen Temperaturgradienten (ΔT) des Fluidanteils zu messen, der in 11 über die Punkte A und B in den Sensorkanal einströmt.
Der Sensorkanal 52, der in den 9 und 10B gezeigt ist, umfasst einen Rohrabschnitt, der mit dem nahtlosen Kanal 18C durch Anschlussöffnungen 50 in der Verbindungsplatte 48 in Fluidverbindung steht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verläuft der Sensorkanal 52 von dem nahtlosen Kanal 18C abwärts durch eine Sensorplatte 49 und in einen Sensorbereich 56 eines Sensorgehäuses 61, so dass sich der Sensorkanal 52 auf einer niedrigeren Höhe befindet als der nahtlose Kanal 18C. Zwei Temperatursensoren 57 sind am Sensorkanal 52 angebracht, wobei ein Heizer 59 an dem Sensorkanal zwischen den Temperatursensoren angebracht ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfassen die Sensoren und der Heizer Drahtwindungen, die um das Rohr gewickelt sind. Der Heizer überträgt Wärme an das Fluid, um die Fluidtemperatur auf 30 °C anzuheben. Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird die Fluidtemperatur auf um etwa 5 °C angehoben, um eine Verschlechterung von bestimmten Zwischenstoffen zu vermeiden, die bei dem Durchlassregler 46 verwendet werden können. Bei einer beispielhaften Ausführungsform verläuft der Sensorkanal 52 abwärts, um eine Blockierung des Sensorkanals durch Gasblasen, die in dem Fluidstrom transportiert werden, zu verringern.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung werden Knöpfe 53 an die Enden des Sensorkanals 52 geschweißt. Die Knöpfe 53 werden in Gegenbohrungen in der Sensorplatte 49 positioniert und korrosionsbeständige Dichtungen werden zwischen den Knöpfen 53 und der Verbindungsplatte 48 zusammengedrückt. Abstandshalter 55 können in den korrosionsbeständigen Dichtungen angeordnet sein. Dann wird die Sensorplatte 49 z. B. mit Schrauben an der Verbindungsplatte befestigt und das Sensorgehäuse 61 wird an der Sensorplatte 49 befestigt.
Die Kanalanschlussöffnung 51 ist im nahtlosen Kanal 18C ausgebildet und verläuft durch die Basis 16C und schafft eine Fluidverbindung zwischen dem nahtlosen Kanal 18C und dem Durchlassregelventil 54. Das Durchlassregelventil 54 ist funktionsfähig mit den Temperatursensoren 57 verbunden. Die Temperaturdifferenz (ΔT) beeinflusst die Strömung durch den nahtlosen Kanal 18C und diese Temperaturdifferenz wird verwendet, um eine Ausgangssignalspannung zu erzeugen. Der Durchlassregler 46 kann verwendet werden, um den Massenstrom durch den Durchlassregler 46 durch Einstellen der Öffnung des Durchlassregelventils 54 einzustellen. Eine Steuerelektronik stellt die Öffnung des Durchlassregelventils 54 ein, bis die Ausgangssignalspannung gleich einem vorbestimmten Einstellpunkt in der Steuerelektronik ist, der einer gewünschten Massendurchlassrate entspricht. Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird der Einstellpunkt durch einen veränderlichen Widerstand, wie etwa ein Potentiometer, festgelegt. Das Durchlassregelventil 54 kann ein für die bestimmte Anwendung geeignetes Ventil sein, das elektronisch eingestellt werden kann, um eine veränderliche Durchlassrate zu erzeugen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist das Durchlassregelventil 54 ein Piezowandler, in dem gestapelt angeordnete Keramikscheiben gegen eine flexible Metallmembran pressen, um die Membran gegenüber Öffnungen in einem Fluiddurchgang zu öffnen oder zu schließen. Der Druck, der durch die Keramikscheiben ausgeübt wird, ist zu der Spannung, die an sie angelegt wird, proportional. Die Durchlassrate wird durch den Spalt (der bei einem beispielhaften Durchlassregelventil bis zu etwa 0,002 Zoll beträgt) zwischen der Membran und der ebenen Oberfläche, in der sich die Öffnungen befinden, festgelegt.
Insbesondere in 11 ist ein Systemschema der Basis 16C und des Durchlassreglers 46 gezeigt. Der Einlass 58 in die Basis 16C ist ein Hochdruckeinlass, der sich in zwei getrennte Durchlässe verzweigt. Der erste Durchlass ist der nahtlose Kanal 18C, der einen Umleitungsdurchlass oder Kanal darstellt. Der zweite Durchlass ist der Sensorkanal 52. Das Durchlassventil 54 steht mit dem nahtlosen Kanal 18C in fluidischer Verbindung, um den Anteil des Fluids, der durch den Sensorkanal 52 strömt (der zu der Strömung durch den nahtlosen Kanal 18C proportional ist), und den Anteil des Fluids, der durch den nahtlosen Kanal 18C strömt, aufzunehmen. Der nahtlose Kanal 18C erzeugt in 11 einen Druckabfall vom Punkt 1 zum Punkt 2. Der Sensorkanal 52 und der nahtlose Kanal 18C stehen über das Regelventil 54 mit einem Niederdruckauslass 60 in fluidischer Verbindung.
Die Änderung der Temperatur über den Punkten A und B des Sensorkanals 52 entspricht einer tatsächlichen Fluidströmung durch den Durchlassregler 46 und besitzt eine sehr geringe Reaktionszeit in der Größenordnung von höchstens 3 Sekunden. Das stellt eine Verbesserung gegenüber der einfachen Abtastung eines einzelnen Fluidstroms dar, da eine derartige Anordnung sehr lange Reaktionszeiten erzielt (z. B. 20 Sekunden). Diese Anordnung gewährleistet eine schnelle und genaue Messung der Fluidströmung. Dieser Massendurchflussregler kann eine modulare Komponente zur Verwendung in einem IFDS sein.
IV Zerstäuber
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Zerstäuber zum Kombinieren von separaten Gas- und Flüssigkeitsströmen geschaffen. Der Zerstäuber kann eine modulare Komponente zur Verwendung in einem IFDS sein. Ein Mischpunkt ist definiert als die Verbindung zwischen einem Flüssigkeitseinlass und einem Mischkanal. Ein Gasstromeinlass steht mit einer Seite des Mischkanals in fluidischer Verbindung. Ein Gemischauslass definiert die andere Seite des Mischkanals. Ein Gasstrom, der zu dem Mischpunkt strömt, wird auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt, wodurch der Druck zum Ansaugen der Flüssigkeit in den Gasstrom durch den Venturi-Effekt verringert wird.
In 12 ist ein Mischkanal 62 eines Zerstäubers 64 zum Kombinieren von separaten Gas- und Flüssigkeitsströmen dargestellt. Der Mischkanal 62 besitzt einen Mischpunkt 66 zum Zerstäuben eines Flüssigkeitsstroms in einen Gasstrom. Ein Strom aus dem hochreinen Gemisch aus Flüssigkeit und Gas wird verwendet, um Schichten aus hochreinen Metalloxiden in einem Prozess, wie etwa die Halbleiterherstellung, auf einem Substrat abzulagern. Darüber hinaus können Flüssigkeit/Gas-Mischungen außerdem zur Sprühbeschichtung, Schleuderbeschichtung und zur Sol-Gel-Ablagerung auf Werkstoffen verwendet werden. Ein Fachmann wird jedoch erkennen, dass die vorliegende Erfindung bei jeder Art der chemischen Zusammensetzung der Flüssigkeit/Gasströmung und/oder jeder Art von Herstellungsumgebungen angewendet werden kann.
Der Zerstäuber 64 enthält ein Basiselement 16D mit einem Mischkanal 62, der in einer seiner Seiten ausgebildet ist, um an einem Mischpunkt 66 einen Venturi-Effekt zu erzeugen. Bei der gezeigten beispielhaften Ausführungsform ist die Basis 16D ein im Wesentlichen ebenes rechtwinkliges Substrat, das aus Edelstahl Typ 316 LVAR (niedriger Kohlenstoffanteil, bei Unterdruck mittels Lichtbogen umgeschmolzen) hergestellt ist, der wegen seiner hohen Korrosionsbeständigkeit ausgewählt ist. Andere Formen der Basis 16D können in Abhängigkeit von der Anwendung verwendet werden und andere Werkstoffe, die für die in einer bestimmten Anwendung verwendeten Fluide/Gase geeignet sind, können verwendet werden, was für einen Fachmann selbstverständlich ist. Die Dicke der Basis 16D ist für die Anwendung und/oder das Volumen von Chemikalien, die durch sie geleitet werden sollen, geeignet. Der beispielhafte Aufbau des Basiselements ist in 12 gezeigt und wird nachfolgend beschrieben. Der Mischkanal 62 kann durch maschinelle Bearbeitung, Ätzen oder andere Prozesse, die in der Technik bekannt sind, gebildet werden.
Der Mischkanal 62 des Basiselements 16D besitzt eine Gaseinlassseite 82 und eine Gemischseite 88. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Mischkanal 62 im Allgemeinen in Sanduhrform. Die Gaseinlassseite 82 und die Gemischseite 88 sind jeweils dreieckförmig und stehen über eine Verengung, die ihre jeweiligen Scheitelpunkte verbindet, in Fluidverbindung. Ein Mischpunkt 66 befindet sich an der Verengung der Sanduhrform. Der Venturi-Effekt wird durch die Einschnürung der Gaseinlassseite 82 und der Gemischseite 88 der Sanduhrform bewirkt, wodurch sich die Geschwindigkeit des Gases vergrößert, der Druck verringert und Flüssigkeit in den Gasstrom gesaugt wird. Die spezielle Fluiddynamik des Venturi-Effekts ist für einen Fachmann selbstverständlich.
Ein Flüssigkeitseinlass 80 steht mit dem Mischpunkt 66 des Mischkanals 62 in Fluidverbindung. Der Mischpunkt 66 ist durch die Verbindung des Flüssigkeitseinlasses 80 mit dem Mischkanal 62 definiert. Ein Gasstromeinlass 84 steht mit der Gaseingangsseite 82 des Mischkanals 62 in fluidischer Verbindung. Ein (nicht gezeigtes) Ventil nahe am Mischpunkt 66 kann vorgesehen sein, um die Einleitung eines Flüssigkeitsstroms durch den Flüssigkeitseinlass 80 zu regeln und ein nutzloses Volumen bei einer Unterbrechung des Prozesses abzuführen, da es den Eintritt des Flüssigkeitsstroms am Mischpunkt 66 regelt. Ein Gemischauslass 90 steht mit der Gemischaustrittseite 88 des Mischkanals 62 in fluidischer Verbindung. Eine Deckplatte 40D stößt am Basiselement 16D an, wodurch der Mischkanal 62 verschlossen wird.
Der hier beschriebene Zerstäuber kann als eine modulare Komponente zur Verwendung in einem IFDS vorgesehen sein.
V Zerstäuber/Verdampfer
Bei einer beispielhaften Ausführungsform, die in 13 gezeigt ist, sind ein Mischkanal zum Zerstäuben einer Flüssigkeit in einen Gasstrom und ein Gemischheizkanal zum Verdampfen der zerstäubten Flüssigkeit in dem Gemisch kombiniert, um einen Verdampfer 64E zu bilden. Ein Basiselement 16E weist einen Mischkanal 62 auf, wie oben beschrieben wurde, der in einer seiner Seiten ausgebildet ist, um an einem Mischpunkt 66 einen Venturi-Effekt zu erzeugen. Ein Gaskanal 70 und ein Gemischheizkanal 62 sind im Basiselement 16E in Fluidverbindung mit der Gaseingangsseite 82 bzw. der Gemischseite 88 des Mischkanals 62 gebildet. Das Basiselement 16E leitet im Inneren Gas- und Fluidströme längs nahtloser Kanäle 70 und 72. Bei der gezeigten beispielhaften Ausführungsform ist die Basis 16E ein im Wesentlichen ebenes rechtwinkliges Substrat mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche 74 bzw. 78. Andere Formen der Basis 16E können in Abhängigkeit von der Anwendung verwendet werden. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform ist die Basis 16 aus Edelstahl Typ 316 LVAR (niedriger Kohlenstoffanteil, bei Unterdruck mittels Lichtbogen umgeschmolzen) hergestellt, der wegen seiner hohen Korrosionsbeständigkeit ausgewählt ist. Andere Werkstoffe, die für die in einer bestimmten Anwendung verwendeten Fluide/Gase geeignet sind, können verwendet werden, was für einen Fachmann selbstverständlich ist. Die Dicke der Basis 16E ist für die Anwendung und/oder das Volumen von Chemikalien, die durch sie geleitet werden sollen, geeignet.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Gaskanal 70 mit einer Gaseinlassseite 84 und einer Gasauslassseite 86 vorgesehen. Die Gasauslassseite 86 des Gaskanals 70 ist mit der Gaseinspeiseseite 82 des Mischkanals 62 verbunden. Bei einer beispielhaften Ausführungsform, die in 13 gezeigt ist, ist der Gaskanal 70 ein serpentinenförmiger Durchlass zum Erhitzen des Gasstroms entweder auf eine vorgegebene oder eine einstellbare Temperatur. Der Grad der Erhitzung ist abhängig von der Länge des Durchlasses und dem Typ des Gases sowie von weiteren Faktoren (z. B. Gasgeschwindigkeit und Temperaturdifferenz zwischen Gas und Basis). Der Gasstrom, der in einem Mischkanal strömt, kann erhitzt sein, um die Wärmemenge zu verringern, die dem Gemischstrom zum Verdampfen zugeführt werden muss.
13 zeigt den Gemischheizkanal 72 in fluidischer Verbindung mit der Gemischseite 88 des Mischkanals 62. Der Gemischheizkanal 72 hat einen Gemischeinlass 90 und einen Gemischauslass 92. Der Gemischheizkanal 72 ist mit der Gemischseite 88 des Mischkanals 62 verbunden. Im Betrieb strömt ein Gasstrom durch den Gaskanal 70 in den Mischkanal 62 und anschließend zum Mischpunkt 66. Die Geschwindigkeit des Gasstroms vergrößert sich durch die Einschnürung der Gaseingangsseite 82, wodurch sich der Druck am Mischkanal 62 verringert und ein Venturi-Effekt erzeugt wird. Auf diese Weise werden Teile des Flüssigkeitsstroms in den Gasstrom gesaugt, um ein zerstäubtes Gemisch aus den Gas- und Flüssigkeitsströmen zum Gemischheizkanal 72 zu erzeugen. Der Gemischstrom wird in dem Gemischheizkanal 72 erhitzt, wodurch die zerstäubte Flüssigkeit in dem Gemisch verdampft wird, um ein Dampfgemisch zu bilden, das die Basis 16E über den Auslass 92 verlässt.
Wie in 13 gezeigt ist, sind der Gaskanal 70 und der Gemischheizkanal 72 in der Basis 16E durch ein Paar Deckplatten 40 verschlossen. Ein (nicht gezeigtes) Lötmittel kann verwendet werden, um die Deckplatten 40 an den Oberflächen 74 und 78 der Basis 16E durch Löten dichtend anzubringen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Lötvorgang dem hier beschriebenen Lötvorgang ähnlich. Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Nickelmedium für den Lötvorgang verwendet und die Basis 16E wird durch Unterdrucklöten an den Deckplatten 40 befestigt. Alternativ können Deckplatten 40 an der Basis 16E mittels Verbindungsöffnungen 98 dichtend angebracht werden, die so beschaffen sind, dass sie (nicht gezeigte) Schrauben aufnehmen. Deckplatten 40 können zusätzlich An schlussöffnungen 100 enthalten, um Fluid- und/oder Gasströme einzugeben oder direkt an die Basis 16E auszugeben, wie etwa von einem (nicht gezeigten) Durchlassregelventil. Anschlussöffnungen 100 werden bei einer beispielhaften Ausführungsform mit einer korrosionsbeständigen Dichtung verschlossen. Während der Verdampfer 64E mit einem serpentinenförmigen Layout dargestellt ist, erkennt ein Fachmann, dass der Gaskanal 70 und der Gemischheizkanal 72 jedes beliebige Layout zum Erhitzen von Gas und Gemisch besitzen können oder bei Bedarf im Wesentlichen geradlinig sein können.
VI Verdampfer
Bei einer beispielhaften Ausführungsform eines Verdampfers ist ein Wärmetauscher in fluidischer Verbindung mit einem Gemischstrom vorgesehen, wie etwa an der Gemischseite 88 des Mischkanals 62 eines Zerstäubers, der oben beschrieben wurde. Der Wärmetauscher kann einen einzelnen ununterbrochenen Durchlass umfassen, wie etwa den Gemischheizkanal 72, wie in 13 gezeigt ist. Der Wärmetauscher kann mit dem Auslass eines Zerstäubers in Fluidverbindung stehen, wie oben beschrieben wurde. Der Wärmetauscher liefert Wärme an einen zerstäubten Flüssigkeitsstrom, wodurch die zerstäubte Flüssigkeit verdampft wird. Das Zerstäuben der Flüssigkeit in einem gemischten Strom aus Gas und Flüssigkeit vor dem Verdampfen senkt die Temperatur der Verdampfung, was die Zerlegung von bestimmten flüssigen Zwischenprodukten verringern kann.
Der Wärmetauscher kann ein serpentinenförmiger Durchlass sein, wie in 13 gezeigt ist, zum Erhitzen des zerstäubten Gemisches auf eine vorgegebene Temperatur zum Verdampfen. Der Grad der Erhitzung hängt teilweise von der Länge des Durchlasses und der chemischen Zusammensetzung von zerstäubten Stoffen ab. Andere Wärmetauscherkonfigurationen sind jedoch möglich und liegen im Umfang der Erfindung.
Bei 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 Gemischstrom, der durch einen Zerstäuber 64 erzeugt wird, zu verdampfen oder er kann zum Verdampfen einer Flüssigkeit, die an den Einlass des Wärmetauschers 94F geliefert wird und weder zerstäubt noch mit einem Gasstrom gemischt ist, verwendet werden. Der Wärmetauscher 94F enthält eine Basis 16F mit einem Einlass 102 in Fluidverbindung mit einem Gemischauslass eines Zerstäubers oder mit einem nicht zerstäubten und nicht gemischten Flüssigkeitsstrom. Ein Verteilungskanal 104, der in einer Kanalsseite 106 der Basis 16F gebildet ist, steht mit dem Einlass 102 und mehreren nahtlosen Kanälen 18F, die in der Kanalseite 106 ausgebildet sind, in Fluidverbindung. Mehrere Querkanäle 108 sind in der Seite 106 ausgebildet, wobei sie die mehreren nahtlosen Kanäle 18F schneiden. Die Querschnittsfläche der nahtlosen Kanäle ist klein genug, um zu verhindern, dass die Oberflächenspannung die Flüssigkeit zu Bläschen formt, wodurch sich der Kontakt mit der erhitzten Oberfläche und die effektive Wärmeübergang verringert würden. Flüssigkeit wird durch die Zufuhr von Wärme in Dampf verwandelt. Wenn Flüssigkeit in einem einzelnen Kanal oder Schlitz erhitzt wird, können sich Dampfblasen bilden, die sich rasch ausdehnen und Flüssigkeitsblasen zum Auslass schieben, wodurch ein Ausspritzen bewirkt wird. Die Querkanäle ermöglichen, dass die Dampfblasen einen Weg zum Auslass finden, ohne Flüssigkeitsblasen zum Auslass zu schieben. Die Querschnittsfläche der Querkanäle 108 kann größer als die Querschnittsfläche der nahtlosen Kanäle 18F sein, um Flüssigkeitsblasen aufzuhalten und das Ausspritzen weiter zu verringern.
Obwohl die vorliegende Erfindung oben unter Bezugnahme auf bestimmte spezielle Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurde, sollte sie trotzdem nicht auf die dargestellten Einzelheiten beschränkt werden. Es können stattdessen im Umfang der beigefügten Ansprüche verschiedene Modifikationen an den Einzelheiten ausgeführt werden.

Claims

Verdampfer zum Kombinieren einer Flüssigkeit mit einem Gasstrom und zum Verdampfen der Flüssigkeit, umfassend: einen Mischkanal zum Zerstäuben der Flüssigkeit und zum Kombinieren dieser mithilfe eines Venturi-Effekts mit einem Gasstrom und einen Wärmetauscher in Fluidverbindung mit dem Mischkanal zum Verdampfen der zerstäubten Flüssigkeit.
Verdampfer nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Basisteil mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, wobei der Mischkanal in einer der Seiten des Basisteils ausgebildet ist und Folgendes umfasst: eine Gaseinlassseite, eine Verengung und eine Gemischauslassseite, wobei die Verengung mit der Gaseinlassseite und der Gemischauslassseite in Fluidverbindung steht, die Gaseinlassseite eine stufenlos abnehmende Querschnittsfläche hat und die Gemischauslassseite eine stufenlos zunehmende Querschnittsfläche hat, wobei die Verengung einen Mischpunkt hat, und einen Flüssigkeitseinlass in Fluidverbindung mit der Verengung des Mischkanals zum Einführen von Flüssigkeit in den Mischkanal am Mischpunkt.
Verdampfer nach Anspruch 2, der ferner ein Dichtungselement umfasst und bei dem der Mischkanal von dem Dichtungselement abgedichtet wird, das an eine der Seiten des Basisteils anstößt, in der der Mischkanal ausgebildet ist.
Verdampfer nach Anspruch 2, bei dem der Wärmetauscher einen in dem Basisteil ausgebildeten Kanal umfasst.
Verdampfer nach Anspruch 2, der ferner einen zweiten Basisteil umfasst und bei dem der Wärmetauscher einen in einem zweiten Basisteil ausgebildeten Kanal umfasst.
Verdampfer nach Anspruch 2, ferner umfassend ein Ventil nahe dem Mischpunkt zum Regeln der Einführung der Flüssigkeit in den Gasstrom.
Verdampfer nach Anspruch 1, bei dem der Wärmetauscher Folgendes umfasst: eine beheizte Platte mit einer ersten und einer zweiten Seite, umfassend eine Mehrzahl von ersten und zweiten Kanälen, wobei die ersten Kanäle voneinander beabstandet, im Wesentlichen parallel zueinander und in einer der Seiten der beheizten Platte ausgebildet sind, wobei die zweiten Kanäle voneinander beabstandet und in der beheizten Platte ausgebildet sind und Benachbarte der ersten Kanäle miteinander verbinden, von denen zwei äußerste zweite Kanäle sind; ein Dichtungselement, das an die Seite der beheizten Platte mit den ersten und zweiten Kanälen anstößt und die ersten und zweiten Kanäle abdichtet, und Einlass- und Auslassöffnungen in Fluidverbindung mit den zwei äußersten zweiten Kanälen.
Verdampfer nach Anspruch 7, bei dem die ersten Kanäle eine erste Querschnittsfläche haben und die zweiten Kanäle eine zweite Querschnittsfläche haben, die nicht kleiner als die erste Querschnittsfläche ist.
Verdampfer zum Kombinieren separater Gas- und Flüssigkeitsströme, umfassend: ein Basisteil mit einem darin ausgebildeten Mischkanal zum Erzeugen eines Venturi-Effekts an einem Mischpunkt, wobei der Mischkanal eine Gaseinspeiseseite und eine Gemischseite hat; einen Gaskanal in fluidischer Verbindung mit dem Mischkanal, wobei der Gaskanal eine Gaseinlassseite und eine Gasauslassseite hat, wobei die Gasauslassseite des Gaskanals mit der Gaseinlassseite des Mischkanals verbunden ist; einen Flüssigkeitseinlass, der an einer Verbindungsstelle mit dem Mischkanal in fluidischer Verbindung steht, wobei von der Verbindungsstelle des Flüssigkeitseinlasses mit dem Mischkanal ein Mischpunkt definiert wird, und einen Wärmetauscher in fluidischer Verbindung mit der Gemischseite des Mischkanals, wobei der Wärmetauscher einen Gemischauslass hat, wobei der durch den Gaskanal in den Mischpunkt fließende Gasstrom durch einen Venturi-Effekt mit dem Fluidstrom zu kombinieren ist, um dem Wärmetauscher ein zerstäubtes Gemisch von Gas- und Flüssigkeitsströmen zur Verdampfung bereitzustellen.
Verdampfer nach Anspruch 9, ferner umfassend ein Ventil nahe dem Mischpunkt zum Regeln der Einführung der Flüssigkeit in den Gasstrom.
Verdampfer nach Anspruch 9, bei dem der Gaskanal beheizt ist, um die zum Verdampfen der zerstäubten Flüssigkeit in dem Wärmetauscher erforderliche Wärme zu verringern.