一种硅管清洗装置和清洗方法与流程

1.本发明涉及清洗设备技术领域，具体而言，涉及一种硅管清洗装置和清洗方法。


背景技术：

2.硅材料是半导体设备常用的零部件，其中扩散设备会用到许多硅材料管状零件，行业内一般称为硅管。硅管内部不干净就会影响半导体材料的性能，因此需要定期清洗。
3.现有技术一般采用酸液浸泡的方式进行清洗，为了使清洗更加充分，会在清洗槽中进行酸液震荡、鼓泡或对流，这种清洗模式对结构简单的零件较为适用，但对于管状零件酸液无法对管内壁形成有效冲刷，特别是大深径比的硅管内壁上会附着金属离子和有机物等杂质，现有的清洗方式效果不佳。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的问题是如何对硅质管状零件进行有效清洗。
5.为解决上述问题，本发明一方面提供一种硅管清洗装置，包括
6.集液槽，用于盛装清洗液，所述集液槽的底面设有下液口；
7.过滤器，所述过滤器设置在所述集液槽的下方并与所述下液口连通；
8.输液泵，所述输液泵设置在所述集液槽的下方，所述输液泵的进口与所述过滤器连通；
9.进液管，所述进液管的进口端与所述输液泵的出口连通，所述进液管的出口端位于所述集液槽的上方且开口朝上；
10.回液管，所述回液管的进口端位于所述进液管的出口端的上方且开口朝下，所述回液管的出口端位于所述集液槽内且开口朝下；
11.支杆，所述支杆的底部与所述集液槽的侧壁连接，所述支杆上安装两个固定夹，所述固定夹用于夹持固定硅管。
12.相对于现有技术，本发明设计了一种专用于硅管的清洗装置，由固定夹夹持固定硅管，将硅管下端与进液管连通，上端与回液管连通，采用下进上出的方式通入清洗液，可以使清洗液充满管内部，对管内壁进行冲刷，实现理想的清洗效果，输液泵用于提供清洗液流动动力，过滤器可以过滤掉清洗液中的杂质，实现集液槽内清洗液循环利用，延长清洗液的使用寿命。
13.在优选或可选方案中，所述进液管的出口端上设有进液接头，所述回液管的进口端上设有出液连接件，所述出液连接件包括依次设置的连接帽、连接软管和出液接头，所述连接帽安装在所述回液管的进口端上，所述进液接头和所述出液接头分别用于连接硅管的两端。出液接头与连接软管相连，高度可以调节，便于与不同长度尺寸的硅管连接，因此该清洗装置具有很好的通用性。
14.在优选或可选方案中，所述进液接头包括第一管座和第一通液管，所述第一管座与所述进液管连接，所述第一通液管设置在所述第一管座上并从所述第一管座顶部穿出，
所述第一通液管与所述进液管连通，所述第一通液管的外径小于所述硅管的内径，所述第一管座的外径大于等于所述硅管的外径，所述出液接头包括第二管座和第二通液管，所述第二管座与所述回液管连接，所述第二通液管设置在所述第二管座上并从所述第二管座底部穿出，所述第二通液管与所述连接软管连通，所述第二通液管的外径小于所述硅管的内径，所述第二管座的外径大于等于所述硅管的外径，所述第一管座的顶部设有第一环形垫片，所述第二管座的底部设有第二环形垫片，所述第一环形垫片和所述第二环形垫片的外径大于等于所述硅管的外径。第一通液管和第二通液管可以进入硅管内部，这样清洗液可以直接通入硅管内部，并沿着第二通液管进入连接软管，再进入回液管，在第一管座和第二管座上设置环形垫片，从而提高了进液接头和出液接头与硅管的连接密封性。
15.在优选或可选方案中，所述第一环形垫片具有向上凸起的第一凸台，所述第一凸台适于插入所述硅管并与所述硅管过盈连接，所述第二环形垫片具有向下凸起第二凸台，所述第二凸台适于插入所述硅管与并与所述硅管过盈连接。设置凸台可以使环形垫片与硅管形成紧密连接，避免硅管与进液接头或出液接头脱离。
16.在优选或可选方案中，所述支杆在高度方向上设置有多个沿厚度方向贯穿的连接孔，所述固定夹包括连接杆、第一夹持板和第二夹持板，所述第一夹持板与所述连接杆连接，所述第一夹持板和所述第二夹持板通过螺杆连接，使所述硅管夹持在所述第一夹持板和所述第二夹持板之间。两块夹持板结构可以适配与不同管径的硅管，两块夹持板通过螺杆连接夹紧效果好。
17.在优选或可选方案中，所述连接孔的内壁上设有内螺纹，所述连接杆与所述支杆连接的一端的外壁上设有外螺纹，所述连接杆与所述连接孔螺纹连接。连接杆与支杆装配方便，连接可靠，由于采用螺纹连接，在螺纹延伸长度范围内，连接杆相对于支杆的伸出长度可以进行调节，便于将硅管定位在合适位置与进液管和回液管进行连接。
18.在优选或可选方案中，所述回液管的上部置于所述管托槽内，所述支杆下部设有穿管孔，所述穿管孔位于最下侧的所述连接孔的下方，所述回液管的下部穿过所述穿管孔。管托槽和穿管孔对回液管起到支撑定位作用，避免回液管晃动。
19.在优选或可选方案中，所述过滤器包括过滤壳体，所述过滤壳体顶部设有滤液进口，所述过滤壳体底部设有滤液出口，所述过滤壳体内设有三层平行设置的隔板，所述隔板上设有多个滤孔，每层所述隔板上方的空间为过滤空间，所述过滤空间内填充有活性炭颗粒，所述活性炭颗粒的粒径大于所述滤孔的直径，所述隔板的顶面覆盖耐酸滤膜。过滤器具有三层过滤空间，过滤空间内填充有活性炭颗粒，可以吸附硅管清洗液中的金属离子、有机物等杂质，设置隔板清洗液只能从滤孔向下流动，由此延长了清洗液在过滤空间中的停留时间，提高了过滤效果，耐酸滤膜可以进一步提升过滤器对金属离子和有机物的过滤效果，且避免活性炭颗粒进入滤孔造成堵塞。
20.在优选或可选方案中，从上往下三层所述过滤空间的高度依次增大，从上往下三层所述过滤空间内填充的所述活性炭颗粒的粒径依次减小。过滤器的这种布局结构能实现含有杂质较多的清洗液在上层过滤空间停留时间较短，而含有杂质较少的清洗液在下层过滤空间停留时间较长，有利于均衡分配各层过滤空间的过滤负荷，从而延长过滤器的使用寿命，同时在不同过滤空间中填充不同粒径的活性炭颗粒，可以对杂质实现分层过滤，逐步提高过滤精度，过滤效果更好。
21.本发明的第二方面提供一种硅管清洗方法，使用了上述的硅管清洗装置，所述硅管清洗方法包括以下步骤：集液槽内盛装清洗液，将硅管安装在清洗装置上，使进液管与硅管的下端连通，回液管与硅管的上端连通，用固定夹夹持固定硅管，打开输液泵向硅管内通入清洗液，根据硅管内径设置清洗液的流量，满足以下关系，
[0022][0023]
其中，d为硅管的内径，p为输液泵的出口压力，q为清洗液的通入流量。
[0024]
上述方法使用硅管清洗装置对硅管进行清洗，清洗液采用下进上出的方式在硅管内流动，能有效取出管内部附着的杂质，显著提高清洗效果；本发明还根据清洗实验总结出了清洗液流量计算公式，将流量控制在该公式范围内，就可以将硅管清洗干净，且节省能量消耗，保证过滤器可以有效工作，使清洗液能循环使用。
[0025]
综上所述，本发明具有以下有益效果：
[0026]
1)该硅管清洗装置能实现清洗液下进上出的清洗方式，并使清洗液快速循环流动，与管内壁进行充分接触，有效去除附着在管内壁的金属离子和有机物，显著提高大深径比硅管的清洗效果；
[0027]
2)集液槽内的清洗液可以循环使用，无需配制大量的药液，节省原料成本；
[0028]
3)过滤器可过滤清洗过程中进入清洗液的杂质，延长清洗液的使用寿命；
[0029]
4)硅管清洗装置设计了特别的夹持结构和连接结构，与不同长度和直径的硅管均可适配，提高了装置的通用性。
附图说明
[0030]
图1为本发明实施例中硅管清洗装置的主视图；
[0031]
图2为本发明实施例中硅管清洗装置的立体结构图；
[0032]
图3为本发明实施例中固定夹的结构图；
[0033]
图4为本发明实施例中进液接头的结构图；
[0034]
图5为本发明实施例中出液连接件的结构图；
[0035]
图6为本发明实施例中过滤器的结构图；
[0036]
图7为本发明实施例中过滤器的纵向剖视图；
[0037]
图8为本发明实施例中过滤器的横向剖视图；
[0038]
图9为本发明实施例中硅管清洗装置使用状态示意图。
[0039]
附图标记说明：
[0040]
1-集液槽，11-支脚，2-过滤器，21-过滤壳体，22-滤液进口，23-滤液出口，24-隔板，25-滤孔，26-过滤空间，3-输液泵，4-进液管，41-进液接头，42-第一管座，43-第一通液管，44-第一环形垫片，5-回液管，51-连接帽，52-连接软管，53-出液接头，54-第二管座，55-第二通液管，56-第二环形垫片，57-第一插管，58-第二插管，6-支杆，61-连接孔，62-管托槽，63-穿管孔，7-固定夹，71-连接杆，72-第一夹持板，73-第二夹持板，74-螺杆，75-弧形槽，8-硅管。
具体实施方式
[0041]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0042]
应注意到：相似的标记和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0043]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明的实施例的附图中设置有坐标系xyz，其中x轴的正向代表前方，x轴的反向代表后方，y轴的正向代表右方，y轴的反向代表左方，z轴的正向代表上方，z轴的反向代表下方。
[0044]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0045]
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0046]
结合图1至图9所示，本发明的实施例提供一种硅管清洗装置，专用于清洗半导体加工设备的硅材料管状零件。硅管清洗装置包括集液槽1、过滤器2、输液泵3、进液管4、回液管5和夹持机构，集液槽1用于盛装清洗液，集液槽1的底面设有下液口；过滤器2设置在集液槽1的下方并与下液口连通，用于过滤清洗液；输液泵3设置在集液槽1的下方，输液泵3的进口与过滤器2连通，出口与进液管4连通，用于提供清洗液流动动力；进液管4用于向硅管8通入清洗液，其出口端位于集液槽1的上方且开口朝上；回液管5用于硅管8内清洗液导出，其进口端位于进液管4的出口端的上方且开口朝下，回液管5的出口端位于集液槽1内且开口朝下，可以将清洗液排入集液槽1；夹持机构用于硅管8夹持定位，将硅管8安装在清洗装置上。上述硅管清洗装置由夹持机构固定硅管8，硅管8下端可以与进液管4连通，上端与回液管5连通，采用下进上出的方式通入清洗液，可以使清洗液充满管内部，对管内壁进行冲刷，实现理想的清洗效果，过滤器2可以过滤掉清洗液中的杂质，实现集液槽1内清洗液循环利用，延长清洗液的使用寿命，节约成本。
[0047]
结合图1和图2所示，集液槽1为方形槽，其底部的四角分别设置一个支脚11，使集液槽1的下部具有设备安装空间，便于过滤器2和输液泵3安装。
[0048]
夹持机构包括支杆6和两个固定夹7，支杆6沿竖直方向(z轴方向)设置，支杆6在高度方向上设置有多个沿厚度方向(y轴方向)贯穿的连接孔61，固定夹7包括连接杆71和夹持件，连接杆71的一端插入连接孔61与支杆6可拆卸连接，另一端与夹持件连接，夹持件用于夹紧硅管8。该夹持机构两个固定夹7设置在竖直的支杆6上，可以夹持住硅管8的上部和下
部，将硅管8固定并保持在竖直状态，从而实现清洗液下进上出的清洗方式。
[0049]
进一步地，连接孔61的内壁上设有内螺纹，连接杆71与支杆6连接的一端的外壁上设有外螺纹，连接杆71与连接孔61螺纹连接，这种连接结构装配方便，连接可靠。且在外螺纹延伸长度范围内，连接杆71可以在y轴方向上移动，即夹持件与支杆6之间的距离可以调节，这样就可以将硅管8定位在合适位置，便于与进液管4和回液管5连接。
[0050]
本实施例中，连接孔61的数量为15个，相邻连接孔61等距设置，设置多个连接孔61可以灵活调整固定夹7安装高度，适配于不同长度的硅管8，提高了清洗装置的通用性。相邻连接孔61之间的距离为10cm，由此两个固定夹7之间的距离可以进行小幅调整。在其他实施方式中，连接孔61的数量为10～20个，相邻连接孔61之间的距离介于5～20cm之间。
[0051]
硅管清洗装置的回液管5的长度较大，容易发生晃动。在支杆6顶部设置管托槽62，下部设置穿管孔63，穿管孔63位于最下侧的连接孔61的下方，回液管5的上部置于管托槽62内，管托槽62起到承托作用，将回液管5的上部定位，回液管5的下部从穿管孔63穿设，穿管孔63起到支撑定位作用，管托槽62与穿管孔63配合，将回液管5的上部和下部分别定位，避免回液管5晃动。
[0052]
结合图3所示，夹持件包括第一夹持板72、第二夹持板73和四根螺杆74，第一夹持板72与连接杆71连接，第一夹持板72和第二夹持板73的四角上均设有螺孔，螺杆74穿过螺孔将第一夹持板72和第二夹持板73连接，通过第一夹持板72和第二夹持板73配合，可以将硅管8夹紧。第一夹持板72和第二夹持板73之间的距离可以调整，因此这种夹持件可以与不同管径的硅管8适配，通用性好。本实施例中第一夹持板72和第二夹持板73的材质选择聚四氟乙烯材料，该材料具有很好的耐用性，且夹持时不会损坏硅管8表面。
[0053]
进一步地，第一夹持板72与第二夹持板73相对的两个壁面上设有弧形槽75，夹持件使用时，硅管8可以进入弧形槽75，外壁与弧形槽75贴合，这样能提高夹持板与硅管8的接触面积，避免局部受力，且设置弧形槽75便于硅管8定位，避免出现倾斜。
[0054]
结合图1和图2所示，进液管4的出液口上设有进液接头41，用于与硅管8的下端连接；回液管5的进液口上设有出液连接件，出液连接件包括依次设置的连接帽51、连接软管52和出液接头53，连接帽51安装在回液管5的进液口上，出液接头53用于与硅管8的上端连接。出液接头53与连接软管52相连，设置位置和高度可以调节，因此该清洗连接结构可以与不同长度尺寸的硅管8适配，具有很好的通用性。
[0055]
本实施例中，进液管4的出液口与回液管5的进液口之间的距离为1.5m，满足大多数硅管8的尺寸要求，连接软管52的长度为25cm，具有较长的长度，可以与各种长度的硅管8零件适配。在其他实施方式中，进液管4的出液口与回液管5的进液口之间的距离介于1～2m之间，连接软管52的长度介于20～50cm之间。
[0056]
结合图4所示，进液接头41包括第一管座42和第一通液管43，第一管座42与进液管4螺纹连接，安装方便；第一通液管43设置在第一管座42上并从第一管座42顶部穿出，第一通液管43与进液管4连通，第一通液管43的材质为pvc。第一管座42的顶部设有第一环形垫片44，用于提高进液接头41与硅管8的连接密封性，第一环形垫片44的材质为聚四氟乙烯，具有很好的密封性和耐腐蚀性。第一通液管43的外径小于硅管8的内径，第一管座42的外径大于等于硅管8的外径，第一环形垫片44外径大于等于硅管8的外径。进液接头41与硅管8连接时，硅管8底部与第一环形垫片44相抵，第一通液管43可以进入硅管8内部，这样清洗液可
以直接通入硅管8内部，提高进液接头41与硅管8连接部位的密封性。
[0057]
结合图5所示，出液连接件包括连接帽51、连接软管52和出液接头53。连接帽51与回液管5螺纹连接，安装方便，连接可靠。连接帽51的底部设有第一插管57，第二管座54的顶部设有第二插管58，连接软管52的两端分别套接在第一插管57和第二插管58上，连接帽51、连接软管52和出液接头53这些零件都可以单独更换。连接软管52的材质为氧化乙烯，材质柔软，便于将出液接头53固定在合适位置，且耐用性好。出液接头53包括第二管座54和第二通液管55，第二通液管55设置在第二管座54上并从第二管座54底部穿出，第二通液管55与连接软管52连通，第二通液管55的材质为pvc。第二管座54的顶部设有第二环形垫片56，用于提高出液接头53与硅管8的连接密封性，第二环形垫片56的材质为聚四氟乙烯，具有很好的耐腐蚀性。第二通液管55的外径小于硅管8的内径，第二管座54的外径大于等于硅管8的外径，第二环形垫片56外径大于等于硅管8的外径。出液接头53与硅管8连接时，硅管8定部与第二环形垫片56相抵，第二通液管55可以进入硅管8内部，这样清洗液可以沿着第二通液管55进入连接软管52，再进入回液管5，提高出液接头53与硅管8连接部位的密封性。
[0058]
进一步地，第一环形垫片44具有向上凸起的第一凸台(图中未示出)，第一凸台适于插入硅管8并与硅管8过盈连接；第二环形垫片56具有向下凸起第二凸台(图中未示出)，第二凸台适于插入硅管8与并与硅管8过盈连接。设置凸台可以使环形垫片与硅管8形成紧密连接，避免硅管8与进液接头41或出液接头53脱离。
[0059]
结合图6所示，过滤器2包括过滤壳体21，过滤壳体21顶部设有滤液进口22，底部设有滤液出口23，待过滤清洗液采用上进下出的方式，保证流动通畅。过滤壳体21的侧壁为圆柱形，直径为25cm，高度为40cm，圆柱形壳体具有较高的强度，且便于安装，过滤器2整体的体积较小，可以满足硅管清洗装置的装配需要。过滤壳体21的底壁为锥形面，起到导流作用，有利于清洗液流出。在其他实施方式中，过滤壳体21体侧壁的直径介于10～50cm之间，高度介于20～50cm之间。
[0060]
结合图7所示，过滤壳体21内设有三层平行设置的隔板24，隔板24水平设置，且隔板24上设有多个滤孔25，每层隔板24上方的空间为过滤空间26，因此过滤壳体21内具有三层过滤空间26，过滤空间26内填充有活性炭颗粒，可以吸附硅管8清洗液中的金属离子、有机物等杂质，清洗液只能从滤孔25向下流动，由此延长了清洗液在过滤空间26中的停留时间，提高了过滤效果。活性炭颗粒的粒径大于滤孔25的直径，避免活性炭颗粒进入滤孔25造成堵塞。
[0061]
本实施例中，三层过滤空间26的高度相等，均为10cm，各层过滤空间26内填充的活性炭颗粒相同，这种结构的过滤器2加工比较方便，制造成本低。
[0062]
在另一种实施方式中，三层过滤空间26从上往下三层高度依次增大，由此含有杂质较多的清洗液在上层过滤空间26停留时间较短，而含有杂质较少的清洗液在下层过滤空间26停留时间较长，有利于均衡分配各层过滤空间26的过滤负荷，以延长过滤器2的使用寿命。另外，三层过滤空间26内填充的活性炭颗粒的粒径从上往下依次减小，由此可以对不同杂质实现分层过滤，逐步提高过滤精度，过滤效果更好。
[0063]
结合图8所述，隔板24上的滤孔25呈点阵排列，点阵排列形式可以均匀分配各滤孔25通过的清洗液流量，当部分滤孔25堵塞时过滤器2仍能正常工作。滤孔25的孔径较小，直径介于1～3mm之间，由此可以减少活性炭颗粒进入滤孔25的几率，还能增加清洗液在过滤
空间26停留时间。
[0064]
进一步地，隔板24的顶面覆盖耐酸滤膜(图中未示出)，设置耐酸滤膜可以进一步提升过滤器2对金属离子和有机物的过滤效果，而且能避免活性炭颗粒进入滤孔25造成堵塞，延长过滤器2的使用寿命。
[0065]
本发明的另一实施例提供一种硅管清洗方式，使用了上述实施例中的清洗装置，清洗方法包括以下步骤：集液槽1内盛装清洗液，将硅管8安装在清洗装置上，使进液管4与硅管8的下端连通，回液管5与硅管8的上端连通，用固定夹7夹持固定硅管8，打开输液泵3向硅管8内通入清洗液。清洗液的流向为从集液槽1流出，在过滤器2中过滤，由输液泵3输送到进液管4，从硅管8下端流入硅管8内部，从硅管8上端流出进入回液管5，再从回液管5排出回到集液槽1内，由此形成了流动循环。
[0066]
上述方法实现了清洗液下进上出的清洗方式，并使清洗液快速循环流动，与管内壁进行充分接触，有效去除附着在管内壁的金属离子和有机物，显著提高大深径比硅管8的清洗效果；且集液槽1内的清洗液可以循环使用，无需配制大量的药液，节省原料成本；设置过滤器2可过滤清洗过程中进入清洗液的杂质，延长清洗液的使用寿命；硅管清洗装置还设计了特别的夹持机构和连接结构，可以与不同长度和直径的硅管8适配，提高了装置的通用性。
[0067]
进一步地，在进行清洗时可以根据硅管8的内径设置清洗液的流量，使流量满足以下关系：
[0068]
其中，d为硅管的内径，p为输液泵的出口压力，q为清洗液的通入流量。
[0069]
上述公式中输液泵3的出口压力由设备决定，流量可以调整，各硅管8的内径不同。根据清洗实验总结出了清洗液流量计算公式，将流量控制在该公式范围内，就可以将硅管8清洗干净，且节省能量消耗，保证过滤器2可以有效工作，使清洗液能循环使用。
[0070]
最后应说明的是，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。