专利名称：具有可相互串连、可更换的过程模块的流体自动处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有可相互串连的、可更换的过程模块的流体自动处理系统。
从US-A-5 083 364中已知有一种制造半导体衬底的系统，该系统由多个相互串联的过程模块所组成。这些过程模块经一公共的介质总线被供以数据、能量、必要的化学剂、气体以及液体；而除去废液也同样通过该介质总线。这些过程模块中至少有一个被设计成用于将流体馈入流体总线以及导出废液。所述介质总线具有用于数据和能量传递的电导线以及用于不同流体的不同导管。在一个根据过程模块的尺寸所预先给定的网格距离上，沿该介质总线设置了具有电气接头和流体接头的连接盒，在其上可连接具有对应的接头的过程模块。流体接头设置有自动闭合阀，当没有过程模块的对应接头与之相连接时，这种阀会将有关的流体接头封闭。因而在该已知的系统内部，可根据要求将各过程模块以较简单的方式进行连接、除去或更换。
该已知系统的流体总线是专为制造半导体基底所需的流体而设计的，并因此而使不同的管线部分地具有不同的直径和截面积。因此该已知系统的可变化性和可应用性被限制在这一专门的制造过程上。
从EP-A-0 303 565中已知一种尤其是用于生产化学产品的系统。不同的生产步骤在不同的固定的或移动的过程模块中进行，过程模块各具有一控制单元和一化学单元，其中，在化学单元内对所涉及的生产步骤的控制是通过控制单元实施的。不同过程模块的控制单元经数据线连接到一过程管理系统。过程模块中的化学单元分别经供应管线和排放管线被供给或排出生产所需的或所产生的材料。因此所力求达到的模块化和灵活性主要是在控制端而不是在过程端实现的。
本发明要解决的技术问题是，提供一种具有尽可能高的模块化并因此而具有连接的灵活性的流体自动处理系统。
根据本发明这一技术问题是通过一种具有相互串联且可更换的过程模块的流体自动处理系统来实现的，其中每个过程模块都具有一个控制单元以及一个由该控制单元控制的、用于执行模块特有的流体处理过程功能的流体单元。其中，控制单元经一条为过程模块所共有的数据总线，而流体单元则经一条具有多个通道的流体总线彼此相连，并且其中流体总线的至少一部分通道在其与流体单元相连接的区域内的配置可由配置装置来调节。所谓流体处理在此是指对流体的分析或合成，包括为此所要求的辅助功能，其中，所述流可以是液体、气体或者经载流体所输送的固体。
由于在过程模块与流体总线相连接的区域内通道配置的可调性，根据本发明的系统由于与已知的系统不同，不要求预先固定设置通道，因此使模块化和灵活性不仅在控制端，而且也在过程端得到了最大程度的保证。因此可根据所调节的配置将相同类型过程模块的流体单元根据需要与流体总线的不同通道相连接。优选地是经配置装置可阻断相邻过程模块之间的通道段，这样例如就能够在一过程模块两侧的同一通道内导入不同的流体。此外，在不同的给定过程模块之间的通道也可分别相应于在其区域内所调节的通道配置逐段地导入一种流体；还可以将各通道或通道段进行并联，以得到更大的流量截面积。
配置装置可分别构造成适配器，过程模块可以经过它们连接到流体总线上。根据所使用的适配器，会在导入和导出的流体总线的通道间、以及在过程模块的流体单元的流体输入与输出路径之间得到不同的连接形式。
适配器优选地具有一到所连接的过程模块的信息接口，用于将关于调节后的配置的信息传递到模块自身的控制单元。该控制单元为此设计成，将该信息经过数据总线传至上级控制装置和/或其它过程模块中的控制单元。然后，调节后的通道配置就会例如被显示在上级控制装置中的可视化装置上，或者作为供各其它过程模块使用的信息，以便识别出通道的误用，例如将两种不同流体无意识地导入同一通道或通道段。关于通过适配器调节的通道配置的信息例如可以一种能够由过程模块中的控制单元读出的编码形式出现。
相应于根据本发明的系统的另一个构型，所述流体总线由位于相互串联的过程模块内的内部流体总线段构成，其中，配置装置被设计成配置模块，它们被插入到过程模块之间。根据所使用的配置模块，将得到相邻过程模块间通道的不同连接方式。
配置模块优选地分别具有一连接到数据总线的配置信号单元，用于通过数据总线将有关调节后的配置的信息传送到上级控制装置和/或过程模块中的控制单元，以便将调节后的通道配置例如也显示在上级控制装置的可视化装置上，或者用作可供过程模块使用的信息，以对通道的误用进行识别。
最后，配置装置也可以成为至少单个过程模块的组成部分，由模块本身的控制单元(6)控制以对通道配置进行调节。由此，例如从一个中央位置出发，经数据总线和过程模块中的控制单元，可以实现对总的流体总线的自动配置。
可控制的配置装置优选地在流体总线通道中以及在通道到各流体单元的分支中具有可控阀。这里可设置单路阀，或者综合多个单路阀功能的多路阀。
控制单元优选地被设计成，将调节后的通道配置经数据总线通知给连接在数据总线上的上级控制装置和/或各其它过程模块中的控制单元。然后调节后的通道配置例如可以被显示在上级控制装置的可视化装置上，或作为可供各其它过程模块使用的信息。由此可使其控制单元根据在其它过程模块中所调节的配置来调节其所控制的通道配置。以这种方式可以有效地识别和避免通道的误用。
流体总线优选地由相互串联的过程模块内的内部流体总线段构成，这样流体总线便可通过构造该系统所需的过程模块的串联来自动形成。
所述流体总线可至少部分地用微系统技术或与之类似的技术来实现，其中，例如可从实现结构传递的光刻法出发，通过不同的微机械工艺过程如硅的各向异性蚀刻、微电镀过程、激光加工过程等得到一种三维构型(这里即通道)。以相应的方式也可优选地用微系统技术来构造配置装置。
为了尤其是在用微系统技术构造流体总线时使各流体总线段相互间能精确地连接，以及简化不同过程模块的相互串联，优选地将它们设置在一个公共的载体上，例如一个帽轨上。
以下结合附图进一步说明本发明。附图中
图1为以简化方块图示出的由不同过程模块构成的根据本发明的系统的第一实施方式，图2为过程模块之一的一个例子，图3为过程模块之一的示例性方块图，图4为根据本发明的系统的第二实施方式，图5为根据本发明的系统的第三实施方式。
图1示出了一自动处理流体(如不同的液体或气体)的系统。这里处理是指例如对流体的分析，或者通过化学反应对流体的合成，也包括为此所需的辅助功能如制备、混合、过滤、用泵进行输送或加压、加热、汽化等。该系统由不同的相互串联的过程模块1、2、3、4和5所组成，其中模块专用的过程功能是自动实现的。过程模块1～5相应于上述处理功能可以是不同种类的分析模块、具有例如微反应器的反应器模块、泵模块、过滤器模块、能量供应模块、流体供给和排出模块等。每个过程模块1～5各具有一控制单元6和一流体单元7，其中，流体单元7中实际的过程功能或处理功能是根据控制单元6的控制信号8来实施的。被流体单元7所接收的过程信号9，例如压力值或分析值，被传递到控制单元6中。在不同过程模块1～5中的控制单元6通过数据总线10和能量供应总线11相互连在一起。流体单元7通过由多个平行的通道13构成的流体总线12相互连接，在通道13中导引有各自所需的流体。在流体总线12与过程模块1～5中的各个流体单元7连接的区域中各设置了一个由控制单元6控制的配置装置14，如以下将要说明的那样，通过该配置装置14可以调节通道13的配置。
过程模块1～5除了与数据总线10、能量供应总线11和流体总线12的连接外，还可以具有其它外部连接。在所示例子中，过程模块1用于设置系统的基本功能，为此控制单元6被连接到一外部电源15，并经过一数据连接(例如外部总线16)被连接到具有可视装置18的一个控制装置17上。在流体单元7上连接有用于将所需流体送入系统或从该系统排出的外部流体管线19和20。对于能量供应来说，也可替代性地考虑采用电池或燃料电池模块。在过程模块2中经过一可插在该过程模块2上的供给容器21将液体输入到系统中，而例如在过程模块5上则插有一个用于接收来自系统的流体的排出容器22。
如此处示意性所表示的那样，数据总线10、能量供应总线11以及流体总线12均以内部总线段的形式被构造在相互串联的过程模块1～5中，其中过程模块1～5被相邻地设置在一载体上，这里该载体采用帽轨23的形式。通过将所需的过程模块1～5推上或插上帽轨23，就构成了总线10～12。
图2示出一个被推上帽轨23的过程模块24，它具有设置在侧面的总线接口25、26、和27，用于将图中未示出的内部总线段与相邻接的过程模块相连接，以形成数据总线10、能量供应总线11和流体总线12。
流体总线12的总线接口27是用微系统技术实现的，它具有约20～50个通道孔28。如图2进一步所示的，过程模块24在其前端面设置有显示元件29和操作元件30，用于显示和输入过程模块24的基本调节设置。此外，例如还能看到一个外部供给导管31，用于将流体馈送到由过程模块24和其它图中未示出的过程模块所构成的系统中。
图3示出了过程模块32的示意方块图，该过程模块32具有位于其中的控制单元6、流体单元7、配置装置14和构造于其内部的数据总线10、能量供应总线11和带有通道13的流体总线12的总线段。配置装置14具有在通道13上和通道到流体单元7的分支33上例如用微系统技术构成的可分别由控制单元6进行开关的可控阀34。通过接通阀34，可在流体总线12与流体单元7结合的区域这样调整通道13的配置，即使流体单元7的预定输入与输出35、36可与预定的通道13相连接，而将通往各相邻的、图中未示出的过程模块的通道段阻断，或者在不同过程模块间的各个通道13中逐段地充以流体。在过程模块32中对通道13配置的调节由控制单元6经数据总线10报告给上级控制装置17，并在那里被显示在可视化装置18上，这样便能给出有关整个流体总线12的通道配置的概况。从控制装置17出发，可将流体总线12的通道13的配置在过程模块1～5、24、32的任一个中进行。如图所示的那样，阀34可被构成为单路阀，其中也可替代性地将多个单路阀(如图中用参考符号37表示的阀)用一个多路阀来替代。
在图4所示的根据本发明的系统的例子中，过程模块38、39和40对应于先前所述的例子各具有一控制单元6和一流体单元7。其中，控制单元6经数据总线10和能量供应总线11彼此连接。配置装置在此处被设计成适配器41、42和43，过程模块38、39和40以及其各自的流体单元7通过它们被连接到流体总线44上。根据所使用的适配器41～43，在各过程模块38～40中得到在流入和流出的流体总线44的通道45和流体单元7的流体输入和输出路径46之间的不同接通方式。每个适配器，例如43，各具有一个通向被接通的过程模块(例如40)的信息接口47，用于将关于调整后的配置的信息传递至模块本身的控制单元6，其中，控制单元6相应于图1所示的例子将该信息经数据总线10传递到上级控制装置17。该相应的信息在此处例如作为编码被存放在适配器43的芯片48中，这样该信息可由控制单元6经信息接口47读取。
在图5所示的根据本发明的系统的例子中，过程模块49和50相应于前面所述的例子各自具有一控制单元6和一流体单元7，其中，控制单元6又经数据总线10和能量供应总线11彼此连接。流体总线7被连接到构造在过程模块49和50内部的流体总线段51和52上，其中，所有串联的过程模块49和50的流体总线段51和52构成了系统流体总线53。配置装置在此处被构成为配置模块54和55，它们被插入到过程模块(此处为49和50)的行列中间。根据所用的配置模块54和55，得到相邻过程模块49和50的通道56的不同连接方式。
配置模块54和55在这里各具有一个连接在数据总线10上的配置信号单元57，用于将关于调整后的配置的信息通过数据总线10传递到上级控制装置(17，图1)。如图中虚线所示，这些信息还可以根据图4所述的例子那样作为编码经信息接口58由直接相邻的过程模块49和50的控制单元6读取，并接着在数据总线10上给出。
权利要求
1.一种具有可相互串联的、可更换的过程模块(1～5；24；32；38，39，40；49，50)的流体自动处理系统，这些过程模块各具有一控制单元(6)和一个在该控制单元(6)控制下执行模块特有的流体处理过程功能的流体单元(7)，其中，所述控制单元(6)经一个各过程模块(1～5；24；32；38，39，40；49，50)共有的数据总线(10)彼此连接；所述流体单元(7)经一个具有多个通道(13；45；56)的流体总线(12；44；53)彼此连接，并且其中流体总线(12；44；53)的至少一部分通道(13)的配置在其与流体单元(7)连接的区域内可通过配置装置(14；41，42，43；54，55)来进行调节。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述配置装置被设计成适配器(41，42，43)，通过它们可将各过程模块(38，39，40)连接到流体总线(44)上。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于所述适配器(41，42，43)具有一个到被连接的过程模块(38，39，40)的信息接口(47)，用于将有关调节后的配置信息传送到模块自身的控制单元(6)，且所述控制单元(6)被设计成，将该信息经数据总线(10)传送到上级控制装置(17)和/或各其它过程模块(38，39，40)中的控制单元(6)。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述系统的流体总线(53)由相互串联的过程模块(49，50)中的内部流体总线段(51，52)构成，以及所述配置装置被设计成配置模块(54，55)，它们可被插入过程模块(49，50)的排列的过程模块(49，50)之间。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于所述配置模块(54，55)各具有一连接在数据总线(10)上的配置信号单元(57)，用于将有关调节后的配置信息通过数据总线(10)传送到一上级控制装置(17)和/或过程模块(49，50)中的控制单元(6)。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述配置装置(14)至少是各个过程模块(1～5；24；32)的组成部分，并且它们可在模块自身的控制单元(6)的控制下调节流体总线(12)的通道(13)配置。(图1)
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于所述配置装置(14)在流体总线(12)的通道(13)上以及在到各流体单元(7)的通道分支(33)上具有可控阀(34)。
8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于所述控制单元(6)被设计成，将调节后的通道(13)配置经数据总线(10)传送给一上级控制装置(17)和/或各其它过程模块(1～5；24；32)中的控制单元(6)。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于所述控制单元(6)被设计成，根据控制单元(6)通报给各其它过程模块(1～5；24；32)的配置来调节通道(13)的配置。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的系统，其特征在于所述系统的流体总线(12)由相互串联的过程模块(1～5；24；32)中的内部流体总线段构成。
11.如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于通过所述配置装置可将相邻过程模块间的通道段阻断。
12.如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于通过所述配置装置可对不同的给定过程模块之间的通道逐通道段地导入一种流体。
13.如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于所述流体总线至少部分地用微系统技术来构造。
14.如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于所述配置装置用微系统技术构造。
15.如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于所述相互串联的过程模块(1～5；24；32)被设置在一公共的载体(23)上。
全文摘要
一种具有可相互串联、可更换的过程模块(38，39，40)的流体自动处理系统，这些模块各具有一控制单元(6)和一个在该控制单元(6)控制下实施模块特有的过程功能的流体单元(7)。所述控制单元(6)经一个过程模块(38，39，40)所共有的数据总线(10)彼此连接，而所述流体单元(7)则经一个具有多个通道(45)的流体总线(44)彼此连接。流体总线(44)的通道(45)的至少一部分配置在其与流体单元(7)的连接区域内可通过配置装置来调节。所述配置装置可以设计成位于过程模块(38，39，40)和流体总线(44)之间的适配器(41，42，43)。
文档编号B01J19/00GK1409650SQ00817200
公开日2003年4月9日 申请日期2000年11月13日 优先权日1999年11月15日
发明者乔格·哈斯尔, 阿尔诺·斯特肯伯恩 申请人:西门子公司