专利名称：分配液体化学品的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及从物料源或容器向一个或多个终端用户分配工艺液体化学品，特别是向制造半导体晶片或电子元件用户分配超纯液体化学品。
在许多制造过程中，需要将各种化学品从物料源分配到使用点，不能有污染和化学质量的退化。例如，在半导体晶片和计算机芯片的制造过程中，需要超纯化学品来进行清洗、蚀刻、表面处理等。这些化学品包括某些碱、酸和有机液体，如氢氧化铵、氢氧化钠、氢氟酸、硝酸、硫酸，磷酸、乙酸、过氧化氢、异丙醇、四甲基氢氧化铵、化学稀浆，上述或其它化学品的混合物。化学品必须在使用点，而不管是连续还是间歇使用。化学品必须维持高纯度，不能在从物料源输送或分配的过程中被污染。
至今，公开了几种分配化学品的方法。其中一种方法是所谓的“真空-加压”分配法，由Johns(WO92/05406)、Magnasco和Viale(US 4524801)、Geatz(US 5148945)、Bernosky等(WO94/21551，US 5370269)、以及Ferri和Geatz(US 5330072和US 5417346)所公开，其基本想法是利用压力容器内侧的由真空泵产生的真空将要输送的化学品从物料源抽出，然后，通过用惰性气体加压化学品将其分配到用户。通过在高压下操作，使用两个以上的平行系统可以将化学品分配到远距离的用户。然而，这种“真空-加压”方法有几个缺点。首先是因为系统内侧的负压，环境空气可能泄漏到系统中，从而污染化学品。另一缺点是用于产生真空的真空泵具有长的停车时间，这是因为化学品的蒸汽或液滴会腐蚀泵的部件。再一缺点是来自真空过程的带有化学品蒸汽和液滴的惰性气体废气会产生环境污染。这一废气可能会被化学品所饱和，特别是在分配高蒸气压化学品时是这样的。因为惰性气体在高压下直接接触化学品，气体会溶解在液相中，并在化学品中形成气泡。气泡可能在晶片和电子零件的制造中产生严重的质量问题。例如，它们可能附在晶片表面，并在表面上产生未润湿的点。
向终端用户分配化学品的另一方法是由Ramsay(US 5570815)公开的所谓可收缩容器法。使用这种方法，要分配的化学品必须注入到带有柔性壁的容器中。然后将该容器置于压力容器中并用高压气体挤压。从而化学品被推出容器并输送到用户。与真空-加压方法不同，化学品不与高压气体直接接触。但是，容器中的化学品质量不易监测，因此，难于连续输送化学品。该方法的另一缺点是使用该方法的系统不能自动控制。而且，可收缩容器容易破裂，特别由于高压气体的膨胀力(disjioning force)，在高压下的固定点更是这样。
另一广泛使用的方法是泵压输送方法。正位移泵，如由空气或气体驱动的双隔膜泵，用来从物料源或中间容器向终端用户输送化学品。随技术的进步，这种泵的提升力得到了改善。例如，Yamada隔膜泵可以在高至50 PSI的压力下操作。然而，在许多应用中，这一提升力还是不够，特别是输送粘性化学品和远距离输送时。另一缺点是由于泵产生的脉动，分配系统元件上脱落的杂质造成污染。
另一方法是所谓的泵-加压分配法。泵被用来从物料源向压力容器中输送化学品。然后，容器中的化学品用高压气体加压，通过分配系统输送到终端用户。仍然存在真空/加压和泵压输送方法中所具有的上述某些缺点。第一个缺点是与化学品直接接触的气体会溶解在化学品中，并成为气泡，在晶片或微型元件表面导致严重的问题。第二个缺点是，由于泵起动时的脉动从过滤器或其它部件上脱落的杂质会污染超纯化学品。
本发明公开了一种用于分配工艺液体化学品，特别是超纯液体化学品的方法和设备。来自物料源的化学品被泵入压力容器内壁与设置在压力容器内的球状气袋之间的压力室，然后，向球中注入高压气体，用球加压，通过一系列管线和流动控制装置分配到一个或多个终端用户。球的使用避免了高压气体与液体化学品之间的直接接触，因此，避免了可能的污染和气体溶解于液体化学品中。在减压期间，压力容器内的球中的废气不会影响环境。用于从物料源向压力室输送化学品的泵保证系统总是处于正压状态，以消除由于环境气体泄漏至系统中所造成的污染，以及由于负压系统的故障导致的停车。使用任选的双重压力室，任选连续地从一个室向终端用户分配化学品，而另一压力室处于注入操作状态。由于任何质量原因，化学品都可以在进入压力室之前通过回路从压力室返回物料源。化学品也可以从压力室循环返回物料源或另一压力室。可以使用另一循环回路将多余的化学品从用户站循环回物料源。本发明的分配设备优选形成整体机柜，并优选用电子控制系统来控制。
使用这一申请中所公开的本发明，解决了许多与现有化学品输送和/或分配系统和方法有关的问题。简单地说，本发明使用了一个或多个其内侧安装了一个柔性的球和具有非膨胀壁的压力容器，可以平稳而连续地向任何终端用户输送化学品，没有污染，也不会有气体的溶解。由于安装在压力容器内侧的球隔离了高压气体与化学品，有效地防止了气体溶解在化学品中以及随之而来的气泡问题。而且，注入球内的高压气体中的杂质不会转移到化学品中，有毒的化学品也不会传递到更排放的气体中，不会造成严重的环境问题。与真空/加压系统不同，避免了环境空气泄漏到系统中所造成的污染，因为所公开的输送系统总是处于较高的压力或等于环境压力。
用泵将化学品通过导管从物料源输送到压力容器中，优选使用脉动减震器(pulsation damper)或其它元件。使用流动脉动减震器能有效地抑制由隔膜泵所产生的脉冲，在泵的下游安装一个或多个任选的过滤器以捕集来源于泵的运动部件或存在于化学品物料源中的颗粒杂质。还优选提供旁通管路，必要时，化学品可以在到达压力容器之前返回物料源。因此，在发生任何质量问题时，化学品可以通过旁通管路返回物料供应容器。不同于以往的公知分配系统，包括测定浓度和纯度在内的化学品质量得到了保证，系统被未料到的化学品污染的可能被完全消除。
通过优选地在线或离线监测杂质的浓度，如颗粒或离子杂质，可以进一步改进输送到用户的化学品质量。优选监测来自高压输送容器中的化学品的纯度。高杂质浓度的化学品通过另一循环管路返回物料供应源。这一循环管路还提供了富余化学品的通道，在终端用户的需求低的期间，富余化学品可以返回到物料源或另一平行的压力容器。
优选提供一个或多个附加的循环管路以将富余的化学品从终端用户站循环到物料源或另一处于填充操作状态的压力容器。这一循环进一步改进和保证了化学品的质量。不存在于化学品中的任何污染物都不会在任何局部积累，因此，消除了污染问题。
通过使用两个或多个盛有相同化学品的压力容器，化学品可以优选地不间断地连续分配到终端用户。化学品被从一个压力容器分配出去，另一压力容器处于注入状态，或等待分配化学品状态。这种优选的连续分配不仅在任何时候都保证了用户的需要，还消除了现有输送系统中的由于中断操作所引起的污染问题。
由于不使用真空泵，提高了本发明的可靠性。不存在由于腐蚀问题引起的真空泵故障而导致的停车。通过计算机自动操作(PLC)还提高了系统的可靠性。压力容器中的化学品量、阀和泵优选用计算机(PLC)自动控制和协调，以平稳和连续地输送。包括电子控制装置的分配系统优选形成整体机柜。因此，操作易于监测和/或控制。机柜的使用还有助于节约现有分配系统所占据的空间。
因此，本发明的主要目的是提供一种平稳、连续而无污染地从物料源向任何终端用户输送化学品，特别是超纯化学品的方法和系统。
本发明的另一目的是提供一种可靠而无任何元件或部件故障地输送超纯化学品的方法和系统。
本发明的再一目的是提供一种使化学品与高压气体隔离的方法和系统，防止气体溶解到化学品中，以及气体中的任何杂质污染化学品。
本发明的又一目的是提供一种使化学品与气体隔离的方法和系统，防止有毒化学品进入废气，从而防止环境污染并降低总体成本。
本发明的再另一目的是提供一种保证化学品的质量并消除由来自物料源的不合格化学品所造成的污染的方法，从而通过在不同局部区域使用循环回路防止停车。
本发明的另一目的是提供一种任选在线或离线监测和分析化学品和杂质浓度的方法和系统。
本发明的再一目的是提供一种方法和系统，使用如泵、阀、传感器和探测器的元件或电子控制系统，这些元件可以通过计算机直接或间接地自动控制和操作。
本发明的又一目的是提供一种使用计算机(PLC)的方法和系统，以使该系统操作具有最高的可靠性，并以最高质量输送化学品。
本发明的还一目的是提供一种系统，包括具有本发明分配系统的机柜，能安全地操作并减少了所使用的空间。
本发明方法和系统优选使用两个或多个压力容器，压力容器内安装了球状气袋以输送化学品。气球与压力容器内壁之间的室内注入了由泵输入的大气压下的化学品，然后，当气球中充入了高压气体时由气球加压使化学品被输送。通过在压力容器内安装气球，高压气体与化学品隔离，消除了相互污染。通过用液位传感器监测压力容器内的化学品液位，两个或多个压力容器可以在注入和加压状态下交替操作。
通过用泵从物料源向压力容器输送化学品，化学品在正压下注入到所述室内。优选使用脉动隔膜减震器，在泵下游使用过滤器，由泵产生的脉冲被消除，颗粒污染物被除去。优选在压力容器前使用循环回路，化学品可以循环回物料源容器，并通过多个过滤器维持在高纯度。
优选提供三个以上的循环回路，用于使压力容器内的化学品传送到另一压力容器或物料源容器。由于使用了回路，当需要维修时，压力容器可以排空，而另一容器还连续分配；来自用户站的多余化学品可以循环回物料源或其它处于注入操作状态的容器；来自压力容器的化学品的一部分可以循环回物料源或另一压力容器，而剩余部分输送到用户站。
本发明的部件优选通过电子手段用计算机操作和控制。计算机接受来自监测传感器的信号，调节和控制过程，优选即时调节化学品质量、流量、化学品注入、气球内的气压、化学品循环、系统的操作状态。使用化学品分配机柜，能获得最优操作条件和最佳的化学品输送质量。
通过下面的描述，本领域内的熟练技术人员马上就能认识到本发明的上述以及其它目的。
图1是用于从物料源向任何终端用户转移和输送化学品的本发明系统的示意图；图2是其内安装了气球形压力袋的本发明压力容器的示意图；图3是用于接收高压气体的气球形压力袋的示意图；图4是本发明压力容器的示意图；图5是其内安装了气球形压力袋的本发明压力容器的另一实施例的示意图；图6是用于本发明的优选电子控制装置的的示意图；图7是用于说明图6所示电子控制系统的逻辑框图；和图8是说明本发明化学品分配机柜的的示意图。
本发明提供了一种向任何终端用户有效地输送工艺化学品的方法和系统。本发明系统主要包括四部分化学品注入组件(module)，加压和泄压组件，化学品输送组件，和电子控制组件。以下描述本发明系统和部件的优选方案、每一部件方案的操作。化学品注入组件化学品注入组件的功能是从物料源向一个或多个压力室输送化学品来向终端用户分配，以及通过过滤器将化学品循环回物料源容器。现在参看图1，化学品用泵4从物料源1排出，流经入口管线2和手动隔离阀3，然后，经压力脉动减震器5、在两侧具有手动隔离阀6和8的过滤器7、自动隔离阀10a、管线13和另一管线12a、自动隔离阀14a、单向阀15a、管线16a、手动隔离阀17a、管线18a输送到压力容器，再从压力容器24a和24b底部进入压力室24c和24d。尽管未示出，但管线18可以连接在压力容器的顶部，或肩部。
在这一化学品注入系统中，循环方案是用于从物料源来回循环化学品。化学品从自动隔离阀10a后一点经管线9、自动隔离阀10b、另一管线55、另一自动隔离阀10c以及管线54的一部分循环回物料源1。
带有隔离阀11a的出口连接在管线13上，用于采样。可以在这一出口上连接任何在线监测仪器，如颗粒计数器、试样浓度传感器、或离子杂质传感器等，这些在图中未示出。尽管未示出，本发明系统还可以包括流量传感器和发送器(transmitter)以监测通过系统的化学品流量。
压力室24c和24d内的液位优选通过安装在管26a和26b外壁上的液位传感器监测，管26a和26b经管线18a和18b与压力容器24a和24b底部相连，经管线27a和27b与所述容器顶部相连。这些管可以由塑料，如高密度聚乙烯、TEFLON或PFA制成。来自低位传感器32a和32b以及高位传感器33a和33b的信号通知计算机(PLC)触发阀14a和14b来开始或停止化学品的注入。来自低-低位以及高-高位传感器31a、31b、34a和34b的信号用于通知操作者对注入和加压系统进行检查和维修。对于液位传感器有许多选择。优选的液位传感器是容量型(capacity type)传感器，如从Allen-Bradley(德国)购得的。
管线可以是任何与化学品相匹配的塑料材料，在本发明中优选TEFLON和PFA材料。泵可以是任何类型的正位移泵，如双隔膜泵，或风箱(bellows)泵。泵和脉动减震器的材料可以是相匹配的塑料材料。优选TEFLON隔膜泵和Yamada生产的减震器(Yamada American，Inc.Schaumburg，IL)，以及由ASTI(Courbevoie，France)所提供的。自动隔离阀可以是TEFLON电磁阀，TEFLON气动阀，或任何其它类似阀。优选TEFLON气动阀。手动隔离阀和单向阀可以是由相匹配材料制成的任何类型的阀，优选TEFLON和PEA阀。所有这些隔离和单向阀可以从Fluoroware(Chaska，Minnesota)以及其它公司购得。
可以用于输送和分配化学品的另一方案是将化学品注入到气球内，而高压气体被注入到容器壁与气球之间的室中。化学品可以从气球的顶部压出。通过改变化学品注入管线和加压管线，可以容易地改进图1所示方案，以满足分配要求。加压和泄压组件压力室24c和24d内的化学品可以通过注入了高压气体的球状压力袋所驱动。高压气体可以是任何惰性气体，如氮气、氩气、氦气和纯净干燥的压缩空气。气体压力可以在1-100pisg的范围内，取决于化学品的物理性质、输送单元至终端用户的距离、用户站所需要的压力。在本发明中氮气是优选的，因为它是纯净的，而且在大多数化学品用户那里容易得到。
如图1所示，来自气源(未示出)的气体流经总管连接器(未示出)，达到导管56a和56b。当需要维修或更换任何下游部件时，手动隔离阀57a和57b可以用于手动完全停止气体的流动。然后，气体通过管线58a和58b、压力调节器59a和59b，压力转换器60a和60b、过滤器61a和61b，再流经自动隔离阀62a和62b。当然，带有气体管线、阀、调节器和过滤器的这两根导管可以合并成一根，在过滤器61后气体分成两股分别流向隔离阀62a和62b。为更好地控制和操作，特别是在更换任何部件—如气体过滤器时，保证优选地连续输送化学品，两根分开的导管是优选的。然后，气体通过导管63a和63b分别流到压力容器24a和24b内的气球袋25a和25b中。压力转换器64a和64b用于监测气球内的气体压力，一旦压力高于所需要的压力，泄压阀65a和65b用于使气球25a和25b内泄压。
在开始注入化学品之前释放出气球25a和25b内的高压气体。自动隔离阀62a和62b关闭，自动隔离阀66a和66b打开，使气球内的气体通过导管63a和63b排出。废气流经过滤器67a和67b。管线68a和68b可以与设备的主废气系统相连。捕集在压力容器内的任何化学气体(chemical gas)可以通过管线27a和27b、管线28a和28b、打开的自动隔离阀29a和29b、管线30a和30b释放到泄压导管。在化学品注入过程中，阀66a和66b优选打开，使气球处于大气压下。在化学品注入过程中，阀29a和29b优选打开，但这些阀可以关闭，除非所捕集的化学气体需要从压力容器内释放出去。
管线56a、56b、58a和58b可以是不锈钢，如电子抛光的316L不锈钢，或塑料材料，如聚丙烯和TEFLON PFA。阀57a和57b可以是AP Tech(Napa，CA)的电子抛光的不锈钢阀，和Fluoroware(Chaska，Minnesota)的TEFLON PFA手动阀。调节器59a和59b优选为不锈钢材料的电子气动调节器，如从AP Tech和SMC Pneumatics(Warrenville，IL)购买的那些。压力转换器可以是压电型或容量型，在本发明是优选的是塑料容量型压力转换器，如可以从Fluoroware和NT international(Minneapolis，MN)购买的那些。过滤器61a和61b优选孔径为0.1μm的一次性金属或塑料过滤器。Millipore(Bedford，MA)的一次性金属过滤器可以用于这一目的。对于阀62、66和29，压力转换器64，和泄压阀65，尽管可选择的材料有许多，但是，优选使用TEFLON PFA气动阀，所有TEFLON压力传感器和泄压阀如可以从Fluoroware(Chaska，MN)购买。过滤器67主要用于当阀29打开时从废气中除去其中可能夹带的化学品液滴。这些过滤器优选从Millipore购买的孔径为0.1μm一次性聚丙烯塑料或TEFLON膜过滤器。
如图1所示，自动隔离阀66a和66b之后的管线优选为U型以捕集来自过滤器67的任何液体。手动阀41a和41b位于U型管的下端以排出捕集的液体。这些手动阀可以用与监测U型管中液体的液位传感器(未示出)共轭的自动隔离阀替代。尽管图中未示出，可以在过滤器67后安装紧凑的消音器，以消除释放来自气袋中高压废气所产生的噪音。化学品输送组件该系统用于从压力容器24a和24b的压力室24c和24d通过一系列导管和控制元件向终端用户70b输送化学品。
一旦注入过程已完成，压力室就准备就绪，可以向终端用户输送化学品。当化学品被注入了高压气体的气球加压后，化学品通过常开的手动阀17a或17b、管线19a或19b、自动隔离阀20c或20d、管线23、带有两个手动阀35和39的过滤器37、管线40、带有一组阀和流量计的导管42流至管线46，然后，流向用户站70b附近的化学品分配总管69。导管42由马达驱动的针阀43a和流动变送器(transmitter)43b、常开手动阀45a、管线44和自动隔离阀45b组成。流量计43b用于向计算机(如图8中所示)提供流过系统的流量以进行系统操作控制。针阀43a优选使用基于43b读数和预定参数的计算机的信号自动调节。流动变送器优选是从如NT International(Minneapolis，MN)购得的压差型，从ASAHI America (Malden，MA)购得的流动旋涡(flow vortex)型，或从Honda Electronics through Nano-Master USA，Inc.(Austin，TX)购得的超声型。特别优选的是超声型。与化学品注入系统中的阀一样，优选使用气动阀作为自动隔离阀，手动隔离阀和自动隔离阀都可以是从Fluoroare购得的由TEFLON PFA材料制成的阀。
流动总管69优选包括一系列流动管线和流动控制箱70a。每一控制箱优选包括一个调节通过管线流量的针阀和一个监测流速的流量计。针阀可以是马达驱动型也可以是手动操作型。优选用于计算机控制的马达驱动型。流量计可以是与流量计43b相同类型的，也可以是由TEFLON材料制成的手动操作型转子流量计，如从Fluoroare购得的。
过滤器37的作用是保证化学品中颗粒杂质的量在规定范围内。在本发明中，孔径为0.05μm直径为10英寸过滤筒是优选的。这种过滤器可以从几个制造商购得，如Millipore(Bedfored，MA)和Pall(East Hills，NY)。过滤筒和过滤器外壳的材料可以根据化学品的性质来选择。例如，MilliporeWafergard PF-80过滤筒的孔径为0.05μm，Chemgard PFA室外壳优选用于氢氟酸输送系统。带有手动隔离阀的过滤器排放管线与总排放系统相连，在这里没有示出。优选有另一套过滤器系统，该系统具有相同型号过滤器和过滤器前后的两个隔离阀。这一过滤器系统与过滤器系统37平行安装。当过滤器筒需要更换时，用隔离阀35和39切断流路，通过打开过滤器前后的隔离阀使流体流过另一过滤器系统。
具有手动隔离阀11b的出口连接在管线40上，用于采样。尽管未示出，与化学品注入系统一样，可以在这一出口上连接在线监测仪器，如颗粒计数器、化学品试样浓度传感器、或离子杂质传感器，用于监测化学品的浓度和杂质浓度。
控制总流量，使之至少等于各用户所需的最大流量之和，优选至少大于总量的1升/分钟。这一超量保证化学品的输送管线总是处于冲洗状态，化学品通过具有自动隔离阀48的返回导管47、管线54和另一自动隔离阀10c返回到物料源1。在用量低或零使用量时，化学品通过导管47循环回物料源1。在任何情况下，输送系统的操作不需改变。
提供导管49，就试样浓度或杂质浓度来看，在化学品质量低的情况下，将化学品循环回物料源1。来自过滤器37的化学品通过具有手动隔离阀50的导管49、管线51、自动隔离阀52、管线53、和管线54及阀10c返回到物料源1。这一循环设置在系统开始使用时用于系统清洗是特别有用的。当需要这一循环时，阀45b、阀48和阀10b优选关闭，但不需要总是这样。通过打开阀10b和关闭阀10a，化学品也可以再循环到处于注入状态的另一压力容器中。
提供导管21a和21b，通过打开阀20a或20b，使化学品经该两导管流入另一容器，从而循环化学品或排空容器。流体经阀22a、管线12a或12b、阀14a或14b、单向阀15a或15b、管线16a或16b、手动阀17a或17b和管线18a或18b流入相应的压力室。化学品也可以经管线13、管线9、阀10b、管线55和阀10c流回物料源。如果需要循环和排空容器，阀20c或20d和22b被关闭。这种循环导管设计可以使一个容器连续输送化学品，而另一容器处于循环状态或排空操作状态。
压力容器之间的室24c和24d接受并向终端用户排出化学品。压力容器的一个优选方案如图2、3和4所示，其中示出了容器与气球的相对位置和物理形状。压力容器24和气球25都优选具有圆柱体形状，其顶部有颈72和81，以及法兰73和79。法兰73和另一固定法兰75的外侧边沿上有多个开孔以让紧固螺栓74穿过。圆柱形气球的直径与容器的内径相同或比其稍大。气球的高度优选短于容器的高度，但在本发明中相同的高度是特别优选的。容器和气球都优选具有弯曲的肩部，在底部具有锐角。当然，底部的角也可以象肩部一样弯曲。气球安装在容器内部，用法兰75和螺栓74固定。当气球内注入了高压气体时，气球的颈部优选与容器内壁直接接触。优选地，气球的底部与容器的内侧壁和底壁形成容纳化学品的室。当输送开始时，高压气体通过入口管63注入气球中，气球在气压的作用下沿其长度方向伸展，将化学品经管18从室中推出，管18被焊接或固定在容器本体底部。气球可以伸展到容器的底部或离器壁的某一位置，这取决于控制的液位和气球的长度。气球壁两侧的压差为零。
法兰在容器顶部边沿内侧连接到颈部，形成一个小于颈部孔直径的孔。这一边沿进入顶部法兰正下方的气球颈部上的法兰盘槽口。边沿和槽口用于使气球和容器可靠的固定，并使气球良好地夹持住。气球法兰的直径小于容器法兰的内径，其最大直径达到了紧固螺帽。
管27穿过固定法兰75上的孔、气球法兰上的孔80、容器颈部上的孔，达到容器颈部下侧壁上的较大孔71。管27a和27b的一端通过颈部72上的螺纹与孔71连接，另一端与管26a和26b连接。管27a、27b和26a、26b使管26a和26b内的气体和液体与容器内的气体和液体相通。
在本发明中应用的气球优选由如塑料片或橡胶片柔软材料制成。在本发明中，作为气球材料，塑料片是优选的。这种塑料包括聚丙烯、聚乙烯和TEFLON材料。制造气球的另一优选材料是HYPALON橡胶片，可以从多处购得，如杜邦。被化学品润湿的侧壁可以涂布抗化学品的材料，如TEFLON。因为气球未经受大的压差，气球壁厚可以薄至0.5毫米，其颈部和法兰的壁厚得多。图3所示气球的优选实例的壁具有主体82和涂层材料83。
压力容器必须承受由高压气体施加的压力。器壁优选为不锈钢材料，如316L和304L不锈钢，其内侧涂布塑料材料，如聚丙烯、聚乙烯和TEFLON材料。外侧壁优选包裹上一层聚氯乙烯(PVC)以增强容器承受压力的能力，并保护容器本体。尽管在大多数应用中操作压力在1-6巴的范围内，但容器的构造应能承受10巴的压力。压力容器和气球所形成的室所容纳的液体量应能满足蜂值消耗至少5分钟，优选能消耗30分钟。
其内安装了气球的压力容器的另一优选实例如图5所示。容器和气球的本体优选呈圆柱形，没有颈部。构成容器和气球的材料与上面提到的图2、3和4中的实例完全相同。管27在法兰73正下方侧与容器24相连。
对于图2和5中的优选实例，气球可以在固定容器和法兰之前从容器的顶部落入容器内。电子控制系统本发明优选使用计算机系统以接收来自如液位传感器、流量发送器、压力传感器、温度传感器、泄漏传感器、试样浓度传感器、杂质浓度传感器等各个元件的信号，并向外输出信号以控制阀和泵等，如图6所示。计算机可以是RAM内存在10兆以上的386或以上的台式或便携式个人计算机。数据采集板可以插在计算机的槽内，也可以是外部数据采集系统，如Keithley 500系列数据采集系统(Taunton，MA)。可以选择多种控制软件，优选的一种是LabtechNotebook软件(Andover，MA)。另一优选的计算机系统是程序逻辑控制器(PLC)系统，如可以从西门子公司购得的数据采集和操作控制系统。
如图6所示，来自液位传感器90a、流量发送器90b、压力传感器90c、温度传感器90d、泄漏传感器90e、试样浓度传感器90f和杂质传感器90g的信号通过导线89a、89b、89c、89d、89e、89f、89g电子传入计算机84a。输出信号从计算机84a通过导线87a、87b、87c、87d和87x电子输入一系列螺线管(solenoid)85a、85b、85c、85d和85x。这些螺线管用于控制来自图1所示的气体总管71的高压气体(如氮气)以操纵气动阀如86a、86b、86c、86d和气动隔膜泵如86x。系统操作可以由操作员通过计算机监测器和键盘84b来监测和干预。
计算机操作软件可以按图7所示的特定优选方案定制。根据程序语言和计算机系统，计算机控制系统可以不同于图7所示的系统。使用这一优选控制系统，接通计算机电源100启动计算机。这时，计算机优选核对输送系统101的状态，包括系统压力、液位、化学品泄漏、以及其它参数。一旦发现了故障，音响和可见警报器102的音响或二者之一将被触发。系统将一直警报，直到故障被排除或人工终止报警。警报时间可以设定为任何时间长短，优选5分钟。这时，如果故障没有排除，或没有人工终止警报，系统将自动关闭。
如果没有发现故障，系统准备就绪。通过打开泄压阀启动泄压组件103。化学品注入组件104开始将化学品从物料源1通过注入系统泵送，以注入压力室。监测化学品试样浓度和/或杂质浓度的化学品质量监测传感器106提供数据，使计算机将这数据与计算机中贮存的规范数据进行比较。如果不满足这些规范，将通过打开循环阀107使化学品循环。合格的化学品将被泵送到压力室中，其中的液位由液位传感器108监测。如果液位不够高，注入将继续。同时，低-低和高-高液位也将被监测。一旦达到了高液位，注入停止。在注入期间，还要监测系统压力105。如果压力高于设定压力，和/或液位太低，和/或液位太高，将向警报系统发送一个信号。泄压系统将被关闭，加压阀116将打开。这时，通过同样的程序，注入113优选启动另一容器。
通过打开控制阀并经系统调节流量，即开始从压力室向终端用户的化学品分配118。化学品质量119用另一监测系统或用于注入系统的同一监测系统进行监测。如果质量不满足规范，通过打开循环阀120，化学品将循环回物料源。同时还监测液位121。如果达到了低液位，将优选启动另一容器122进行分配。如果液位不低也不高，化学品的分配将继续。如果液位太低或太高，将向警报器发送信号。监测和控制到达用户127的流量和流体压力，通过打开循环阀128，多余的液体将循环回物料源。如果需要排空容器，通过打开循环阀将化学品注入另一容器或循环回物料源，开始排空117。化学品分配机柜尽管本发明的化学品输送系统的部件可以分散在相对大的空间内，但优选将整个系统的除分配总管69以外的所有部件集成到一个机柜内。使用机柜可以节约系统所占据的空间，还能易于控制和维修。
输送机柜的优选方案如图8所示。在这一特定用途上，这种机柜在许多特征上类似于家用机柜。机柜130优选包括前门137和141，计算机149，排气连接口133和风扇143和145，化学品入口和出口连接口134、135和136，高压气体连接口132，电线入口131，采样口148，下方有接受盘的底板139。机柜可以高达10英尺，这取决于压力容器的总高度。其宽度可以是压力容器直径的两倍加上用于计算机的空间、管线和阀门所需的空间、以及足够的余量。机柜的深度可以是压力容器的直径加上一些管线和阀的空间。机柜材料优选为塑料材料，如高密度聚丙烯、高密度聚乙烯，和TEFLON。机柜在各个角具有至少4个支承腿140，优选具有6个支承腿，在中间的前后有两个腿。作为机柜的支承材料优选不锈钢316L unistrut或角钢。
计算机或电子元件149安装在机柜内的一边，监示器在前面易于接近。计算机监示器的大小可以5英寸或更大，安装在机柜前面的一侧，离地1英尺或更高。为了方便操作者，本发明优选离地约4英尺。门137和141可以是双滑道门或双旋转门，由透明塑料材料如透明PVC制成。门可以是单旋转门在一侧打开。连接口131、132、134、135、136和148可以打开以让化学品管和电线穿过机柜壁。排气连接口133可以是一个法兰，用于使机柜与任何外部排气管连接。风扇143和145优选为正压鼓风机，其直径约3英寸，安装在机柜两侧靠近底部。这些风扇向机柜内鼓入空气作为补充气体。这些风扇可以用小窗户取代，利用总排气系统产生的负压使空气流入。
机柜内的带接受盘139的板的尺寸优选与机柜底板一致，其深度优选为4英寸。接受盘的材料可以任何相匹配的材料，如PVC、聚丙烯、聚乙烯、TEFLON和不锈钢。尽管未示出，污水泵可以安装在机柜底板上以除去接受盘内的任何泄漏物。可以设置取代污水泵的排污口(未示出)，以将任何泄漏物排放到外部化学品废物容器中。污水泵可以是隔膜泵，如YAMADA生产的。
压力容器优选并排放在底板上。管线和阀可以安装在机柜内的侧壁或后壁。尽管没有示出，化学品的入口和出口管优选由与化学品相匹配的材料形成，如聚丙烯、聚乙烯和TEFLON，用透明PVC管包双层以防止接触任何泄漏物。
在不脱离下面的权利要求的范围的情况下，可以对所公开的方法和系统作出各种改动和替换。例如，可以在每个压力容器内放入多个气球，同一容器内的不同气球可以充入相同或不同的气体。这种改变不需进一步说明，在本发明权利要求范围内。
权利要求
1.一种从物料源向终端用户传递和/或输送液体化学品的系统，所述系统包括(a)通过输送导管与物料源相连的压力容器，压力容器具有内表面；(b)放置在压力容器内的气球，气球具有内部和内部表面；(c)适合于接受液体化学品的空间，该空间由气球的至少一部分外表面和压力容器的至少一部分内表面限定；(d)向气球内输送加压气体的元件，由于气体进入气球，液体化学品被压出所述空间，通过排放导管进入终端用户站。
2.权利要求1的系统，其中所述压力容器、气球、和输送加压气体的元件都由计算机控制。
3.权利要求1的系统，其中所有元件都包含在一个机柜内。
4.权利要求1的系统，多于一个的压力容器和气球组合相互以平行流的方式存在，使得可连续地向终端用户输送化学品。
5.权利要求1的系统，其中输送导管包括第一采样口以通过适当的传感器测定试样和/或杂质的浓度。
6.权利要求5的系统，进一步包括连接输送导管和物料源的第一循环管线。
7.权利要求1的系统，进一步包括在所述排放导管上的第二采样口。
8.权利要求7的系统，进一步包括连接排放导管和所述物料源的第二循环管线。
9.权利要求1的系统，进一步包括连接所述排放导管的总管，所述总管具有连接多个终端用户站的管线。
10.权利要求1的系统，包括连接终端用户站和所述物料源的第三循环管线。
11.一种从物料源向终端用户传递和/或输送液体化学品的方法，该方法包括以下步骤(a)从物料源向压力容器输送液体化学品，压力容器具有内表面；(b)在压力容器内提供气球，气球具有内部和外部表面，液体化学品占据压力容器内表面与气球外表面之间的至少一部分空间；(c)向气球内输送气体，液体化学品从该空间流向终端用户站。
12.权利要求11的方法，包括通过计算机控制所述压力容器、所述气球、所述输送加压气体的元件。
13.权利要求11的方法，包括接通与所述压力容器成平行流的第二压力容器和气球的组合，以连续向终端用户输送化学品。
14.权利要求11的方法，包括利用适当的传感器对流过输送导管的化学品采样，以测定其试样和/或杂质的浓度。
15.权利要求11的方法，包括通过连接输送导管和所述物料源的第一循环管线循环化学品。
16.权利要求11的方法，包括通过所述排放导管对化学品流动采样。
17.权利要求11的方法，通过连接排放管线和所述物料源的第二循环管线循环化学品。
18.权利要求11的方法，包括通过连接所述排放导管的总管输送化学品，所述总管具有连接多个终端用户站的管线。
19.权利要求11的方法，包括通过连接终端用户站和所述物料源的第三循环管线循环化学品。
全文摘要
本发明使用了一个或多个其内侧安装了一个柔性的球并具有非膨胀壁的压力容器,可以平稳而连续地向任何终端用户输送化学品,没有污染,也不会有气体的溶解。由于安装在压力室内侧的球隔离了高压气体与化学品,有效地防止了气体溶解在化学品中以及随之而来的气泡问题。而且,充入球内的高压气体中的杂质不会转移到化学品中,极有毒的化学品也不会传递到要排放的气体中,不会造成严重的环境问题。与真空/加压系统不同,避免了环境空气泄漏到系统中所造成的污染,因为所公开的输送系统总是处于较高的压力或等于环境压力下。
文档编号H01L21/306GK1256241SQ99123898
公开日2000年6月14日 申请日期1999年9月22日 优先权日1998年9月22日
发明者许敏第, 夏维尔·威格 申请人:液体空气乔治洛德方法利用和研究有限公司