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GEBIET DER
ERFINDUNG
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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.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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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:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Fluidfördersystems des Standes der
Technik ist;
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2 eine
perspektivische Ansicht des verzweigten Fluidfördersystems gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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3 eine
Explosionsansicht der Verzweigungsbaueinheit des Fluidfördersystems
gemäß 2 ist;
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4 eine
perspektivische Ansicht der Verzweigungsbaueinheit von 3 ist,
die nahtlose Kanäle
in Phantomlinien zeigt;
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5 eine
Schnittansicht des verzweigten Fluidfördersystems der 1–4 längs den
Linien 3-3 von 3 ist;
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6A eine
vergrößerte Ansicht
des Bereichs ist, der durch das Bezugszeichen 27 von 4 angegeben
ist;
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6B eine
Schnittansicht längs
der Linien 6B von 6A ist;
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7 ein
Systemschema des verzweigten Fluidfördersystems von 2 ist;
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8 eine
Explosionsansicht von unten der Verzweigungsbaueinheit eines mehrlagigen
verzweigten Fluidfördersystems
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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9 eine
Längsschnittansicht
eines Durchlassreglers zur Verwendung in einem integrierten Fluidfördersystem
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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10A eine perspektivische Explosionsansicht einer
Unterbaueinheit des Durchlassreglers von 9 ist;
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10B eine perspektivische Explosionsansicht eines
Sensorkanals für
den Durchlassregler von 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 Mischkanals eines Zerstäubers gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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13 eine
Explosionsansicht eines Zerstäubers/Verdampfers
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist; und
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14 ein
Wärmetauscher
zur Verwendung in einem integrierten Fluidfördersystem gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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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.
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I Einseitiger Verteiler
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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II Mehrseitiger
Verteiler
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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.
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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.
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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.
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III Massendurchlassregler
für Flüssigkeiten
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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IV Zerstäuber
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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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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.
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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.
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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.
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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.
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VI Verdampfer
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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.
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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.
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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.
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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.