超声液位传感系统的制作方法
【专利说明】超声液位传感系统
[0001]本申请是申请日为2014年05月15日和发明名称为“超声液位传感系统”的201410206617.9号发明专利申请的分案申请。
[0002]相关串请的交叉引用
[0003]本申请要求2013年5月15日提交的美国临时申请号61/823，625的权益，其在此通过引用全文并入。
[0004]发明背景
[0005]半导体制造工艺涉及使用必须符合严格的纯度要求的化学试剂。这些液体化学试剂通常包含在密封的容器(例如，安瓿)中以预防化学试剂污染和防止渗漏。化学试剂通常需要金属容器和使用金属-对-金属密封的容器配件，以避免腐蚀、污染和在升高的压力下的泄漏。当使用存储在该容器中的化学试剂时，经常需要能够确定留在容器中的化学试剂的量，而不将化学试剂暴露在环境下或将操作者暴露在化学试剂下。
[0006]半导体工业中常用超声探头来测量密封容器内的化学试剂水平。典型的设计包括沿探头内的管道长度串联定位的多个超声传感器，如Dam等人的美国专利号5，663，503中公开的传感器和构造。信号处理装置(例如，控制器、仪表、个人电脑等)将电子信号传送给所述超声传感器，其反过来产生通过管道并回音返回传感器的一阵阵声波。每个传感器将其接收到的回波转化为电子信号，所述电子信号被传送回该信号处理装置。该信号处理装置随后解读该电子信号以确定回波强度以及在回波的发射和到达之间的时间推移。对于沿该管道特定部分定位的每个传感器，超声波通过该管道的速度和回音超声波的强度会有所不同，取决于管道的该部分包含化学试剂还是气体或蒸气(即，声音通过液体介质相比于气体或蒸气传播更快)。以这种方式，信号处理装置可以确定沿管道长度的化学试剂的水平，并由此确定容器内化学试剂的量。
[0007]通常，配置在超声探头内的更大数量的超声传感器在测量化学试剂水平时对应于提高的精确度。然而，通常需要更大的探头来容纳增加数量的超声传感器及其配线。考虑到半导体制造工艺和环境的严格性，密封容器、容器配件、密封件和相关硬件的尺寸大部分是标准化的，在不要求变为更大的配件和/或非标准化部件的情况下，这限制了超声探头可以适于包括更大数量的超声传感器(例如，大于四个)的程度。
[0008]因此，本领域需要具有增加数量的超声传感器、并可以与现有的标准化容器配件一起使用的超声探头。
[0009]发曰月概沐
[0010]根据本发明的一个实施方式，公开了用于与容器一起使用的超声探头。该超声探头包含具有外径的桶和配置在所述桶内的管道，所述管道具有上部开口和下部开口。颈管耦联到所述桶和部分装配组件，所述颈管包含肩部、由所述肩部限定的下部开口、侧壁和由所述侧壁限定的第一外径，所述颈管的第一外径小于所述桶的外径。内体积配置在所述桶内，所述内体积与所述管道隔离。多个超声传感器配置在所述内体积内，所述多个超声传感器中的每个超声传感器都具有通过所述颈管从所述内体积伸出的导线。
[0011 ]另外，本发明的系统和方法的若干具体方面概述如下。
[0012]方面1、用于与容器一起使用的超声探头，所述超声探头包含:
[0013]具有外径的桶；
[0014]配置在所述桶内的管道；
[0015]耦联(couple)到所述桶和部分装配组件的颈管，所述颈管包含肩部、由所述肩部限定的下部开口、侧壁和由所述侧壁限定的第一外径，所述颈管的第一外径小于所述桶的外径；
[0016]配置在所述桶内的内体积，所述内体积与所述管道隔离；和
[0017]配置在所述内体积内的多个超声传感器，所述多个超声传感器中的每个超声传感器都具有通过所述颈管从所述内体积伸出的导线。
[0018]方面2、方面I的超声探头，其中所述部分装配组件包含具有内边缘的密封面，所述内边缘距离所述颈管的侧壁至少2.0_。
[0019]方面3、方面I或2的超声探头，其中所述桶的外径至少为十六分之五英寸(7.9mm)。
[0020]方面4、方面I至3任一项的超声探头，其中所述颈管的第一外径与所述桶的外径之比小于或等于0.95。
[0021]方面5、方面I至3任一项的超声探头，其中所述颈管的第一外径与所述桶的外径之比大于或等于0.3并且小于或等于0.95。
[0022]方面6、方面I至5任一项的超声探头，其中所述颈管的第一外径不大于21.0mm。
[0023]方面7、方面I至6任一项的超声探头，其中所述桶包含:
[0024]具有上部开口、下部开口、侧壁、配置在所述侧壁中的侧部开口和由所述侧壁限定的外径的环管(collar)；
[0025]包含上部开口、下部开口、侧壁和由所述侧壁限定的外径的外管；和
[0026]包含上部开口、下部开口和侧壁的内管，所述内管的上部开口与所述环管的侧部开口对齐；
[0027]其中所述内管限定所述管道，所述内体积位于所述内管的侧壁和所述外管的侧壁之间，所述环管的侧部开口与所述内管的上部开口对齐，并且所述环管置于所述颈管和所述外管之间。
[0028]方面8、方面I至7任一项的超声探头，其中所述桶包含:
[0029]具有上部开口、下部开口、侧壁、配置在所述侧壁中的侧部开口和由所述侧壁限定的外径的环管，所述环管的上部开口耦联到所述颈管的下部开口 ；
[0030]包含上部开口、下部开口、侧壁和由所述侧壁限定的外径的外管，所述外管的上部开口耦联到所述环管的下部开口 ；和
[0031]耦联到所述外管和所述环管的内管，所述内管包含上部开口、下部开口和侧壁，所述内管的上部开口与所述环管的侧部开口对齐，所述内管的下部开口与所述外管的下部开口对齐；
[0032]其中所述内管限定所述管道，并且所述内体积位于所述内管的侧壁和所述外管的侦睡之间。
[0033]方面9、方面I至8任一项的超声探头，其中由所述颈管的肩部限定的下部开口具有第二外径，所述第二外径大于所述颈管的第一外径。
[0034]方面10、方面9的超声探头，其中所述第二外径基本上等于所述外管的外径和所述环管的外径。
[0035]方面11、方面I至6任一项的超声探头，其中所述桶包含:
[0036]包含上部开口、下部开口、侧壁和配置在所述侧壁中的侧部开口的外管；和
[0037]耦联到所述外管的内管，所述内管包含上部开口、下部开口和侧壁，所述内管的上部开口与所述外管的侧部开口对齐，所述内管的下部开口与所述外管的下部开口对齐，其中所述内管限定所述管道，其中所述内体积位于所述内管的侧壁和所述外管的侧壁之间。
[0038]方面12、方面11的超声探头，其中所述颈管的肩部包含:
[0039]耦联到所述颈管的侧壁的肩管，所述肩管耦联到所述外管，所述肩管具有大于所述第一外径的外径。
[0040]方面13、方面I至12任一项的超声探头，其中所述部分装配组件包含:
[0041]耦联到部分所述颈管的第一密封装配构件，所述第一密封装配构件包含第一螺纹区域和凸出的密封面，所述第一密封装配构件的所述凸出的密封面绕所述颈管延伸，所述第一密封装配构件的所述凸出的密封面与所述颈管的侧壁分开第一距离。
[0042]方面14、方面13的超声探头，其进一步包含:
[0043]第二密封装配构件，所述第二密封装配构件包含第二螺纹区域，其中所述第二螺纹区域适于啮合所述第一螺纹区域；和
[0044]具有通孔的垫片，所述颈管配置为通过所述通孔，所述垫片适于配置在所述第一密封装配构件的所述凸出的密封面和所述容器的凸出的密封面之间。
[0045]方面15、方面13或14的超声探头，其中所述第一距离为至少2.0mm。
[0046]方面16、方面13至15任一项的超声探头，其中所述第一密封装配构件包含四分之三英寸(19.1mm)的面密封配件。
[0047]方面17、一种系统，其包含:
[0048]用于容纳液体的容器，所述容器包含:
[0049]具有上部和内体积的主体；和
[0050]配置在所述主体的上部的孔中的杆，所述杆具有内径、侧壁、凸缘(Iip)和凸起的密封面；和
[0051]用来测量所述容器的内体积中液位的超声探头，所述超声探头包含:
[0052]具有外径的桶，所述外径小于所述杆的内径，所述桶具有配置在所述桶内的管道，所述管道与所述容器主体的内体积流动连通；
[0053]耦联到所述桶和部分装配组件的颈管，所述颈管包含肩部、由所述肩部限定的下部开口、侧壁和由所述侧壁限定的第一外径，所述颈管的第一外径小于所述桶的外径，其中所述颈管的一部分配置在所述杆内；
[0054]配置在所述桶内的内体积，所述桶的内体积与所述管道和所述容器主体的内体积隔呙；和
[0055]配置在所述桶的内体积内的多个超声传感器，所述多个超声传感器中的每个超声传感器都具有从所述桶的内体积伸出并通过所述颈管的导线，所述多个超声传感器中的每个超声传感器都布置和定位为将声波发射到所述管道的至少一部分内。
[0056]方面18、方面17的系统，其中所述部分装配组件包含具有内边缘的密封面，所述内边缘距离所述颈管的侧壁至少2.0mm。
[0057]方面19、方面17或18的系统，其中所述颈管的第一外径与所述桶的外径之比小于或等于0.95。
[0058]方面20、方面17至19任一项的系统，其中所述桶进一步包含:
[0059]具有上部开口、下部开口、侧壁、配置在所述侧壁中的侧部开口和由所述侧壁限定的外径的环管，所述环管的上部开口耦联到所述颈管；
[0060]包含上部开口、下部开口、侧壁和由所述侧壁限定的外径的外管，所述外管的上部开口耦联到所述环管的下部开口 ；和
[0061]耦联到所述外管和