专利名称：用于混合流体、包括混合至少一种流体与近临界或超临界载体流体的设备和方法
技术领域：
一皿说，本发明涉及混合流体的方法和设备。更特别地，本发明涉及用
于将具有不同流体性质，包括但不限于密度、浓度和温度的流体混合至u近临界 和超临界条件下的主体载体流体中的方法和设备。本发明可应用于如半导体晶
片制造的商业过程。
背景技术：
各种近临界和超临界流体已被建议用于半导体、晶片和/或芯片基材的下 一代加工，倘若其具有宝贵的化学性质的话。但是，在这种流体的运用中，当 前的挑战是需要(i难混合装置的短距离或小体积内的快速混合，(ii)死区^l只的 最小化以及(iii)超净基材的痕量污染物水平洗涤。传统的混合设备和系统包括
静叙^l立)床、基于叶轮的系缴装置、敏saddle滩合系缴装置等，具有大表面 面积和/或大死区体积的问题，这些使组分和/或流体滞留，从而f艮难或很慢地 达到低污染物水平。相应地，需要新的系统和装置，以允许完全流线地和快速 地混合流体以满足适用于半导体、晶片和/或芯片基材的下一^W工的这些关键 的制造和生产要求。
发明内容
一方面，本发明是一种用于快速混合一种或多种流体的方法，包括以下步 骤将一种或多种流体导Aifi;临界鹏临界载体流体而形成流,流，其中该 载体流体在标准温度和压力下是气体，其具有的密度高于该载体流体的临界密 度；并且，其中在导入所述一种或多种流体时产生密度梯度，该密度梯度在该 流体物流中产生对流速度，使得所述一种或多种流tt流体物流中快速混合， 因此形成基本上均匀的混合流体。
在一个实施方案中，载 体包括二氧化碳。
在另一个实施方案中，密度梯度与载 体的流动方向方向相反。
在另一个实脏案中，外M度与载舰体的流动方向平行取向。 在另一个实船案中，对M度与载鹏体的流动方向方向相反。 在另一个实施方案中，密度梯度的产生与流,流中的流体之间的浓度差相关。
在另一个实施方案中，密度梯度的产生与流体物流中的流体之间的温安差相关。
在另一个实施方案中，流体物流中的多种流体中的至少一种包括溶质，例 如，表面活性齐U和/鄉助表面活性剂，其以基本上液化的形式导入。
另一方面，本发明是一种用于快速混合流体的混合设备，包括至少一个
用于将一 种或多种流体导A^临界皿临界载，体而形成流体物流的入口 ， 其中该载 ,标准温度和压力下是气体其具有的密度高于该载体流体的 临界密度；用于收回基本上均匀的混合流体的出口； 一个可操作地布置在至少 一个入口和出口之间的混合部分，其具有基本上均一尺寸的内孔以使得在导入 一种或多种流体时产生密度梯度，该密度梯度在该流体物流中导,流速度以 快速混合所述一种或多种流体以形成基本上均匀的混合流体。
在本发明的实施方案中，混合设^括混合部分，其具有多个基本上垂直 放置的操作相连在一起的混合部件。
在另一个实施方案中，混合部分被配置成线圈。
在另一个实施方案中，混合部分具有角形形状。
在另一个实施方案中，混合部分具有矩形形状。
在另一个实施方案中，混合部分包括单个的基本上垂1^置的混合部件， 其在向上或向下方向产生密度梯度。
m参照下述
，将容易更完整地ai 本发明，其中不同附图中的 相同数割拨相同的结构鹏件。
图i表示了根据本发明实现流^^昆合的密度梯度和对^ut参数。
图2a表示了根据本发明的一个实施方案的被配置成线圈形式的用于混合
流体的混合设對部分)。
图2b表示了根据本发明的另一个实 案的被配置員圈形式的用于混 合流体的混合设备。
图3表示了根据本发明的另一个实施方案的具有基本上正弦曲线皿的用
于混合流体的混合部分。
图4表示了根据本发明的另一个实施方案的具有基本上角形皿的用于混
合流体的混合部分。
图5表示了根据本发明的另一个实施方案的具有矩形皿的用于混合流体
的混合部件。
图6表示了根据本发明的一个实施方案的完整的混合系统。
具体实施例方式
^tb使用的术语"层流"是指流线型的流动路径，其特征在于流动线路是
平滑的、平行的、或共线的而没有明显的混合鄉动。舰鹏的术语"湍流" 是指非流线型的流动路径，其特征在于流动线路具有径向分量，或不是平滑的、 平行的、或共线的。正如本领域技术人员能够理解的那样，与本发明相关而实
现的混合可以同等i鹏用于层淑嚙流的斜牛。因此，此处不做任何限制。
在此〈顿的术语"梯度"是指作为第二个测量或计算的参数(例如，时间、 位置，或者在恒定浓度下相对于、驢的密度导数)的函数的流体间的测量或计算 的参数(例如，密度、速度、温度、浓度)差或变化。在一个示范例中，密度梯 度可以被定义为作为距离"x"或"L"(第二个参数)变化的函数的两流体间的密度 "p"(第一参数)差救化，在数学上鋭为3p/5x镟p/3L。在另一个实例中，浓 度梯度可以被定义为作为距离变化的函数的两流体间的特定溶质的浓度差，即
本发明的载体流俠te体流体)在标准MJS和压力(STP)下是气体，其密度
高于该载体流体的临界密度，正如本领域技术人员旨滩理解的那样，包含"近 临界"和"趟临界"流体。用于产生近临界和超临界流体的组們体包括但不
限于二氧化嫩CO。、乙烷(C抖)、乙烯(C2H》、丙烷(C3H^、 丁微Q^。)、六氟 化硫(SF》、Freon 、氮气(N》、氨(NH》、其被取代的衍生物(例如，氯三氟乙 烷)和其组合。二氧化銜CO》是示范性的流体，由于其低表面张力(在20。C, 1.2 达因/厘米，"Encyclopedie Des Gaz", Elsevier Scientific Publishing, 1976， pg.361)及 有用的临界^ft(Tc-31。C， Pe72.9atm(或1,071psi)， CRC HandbookJF ed， 1990, pg.649)，这些可适用于制造领域的基质(host of manufacturing concerns)。
本发明的流体还包括对比温Jt(Tr-TAt)高于约0.75的液体，其中T是载 体流体的测量温度而Tc是载体流体的临界、温度。本发明的近临界和超临界流
体可迸一步包括其中的各种试剂和溶质。溶质，包括但不限于，例如，表面活 性剂、辅助表面活性剂、化学剂和/或其它的反应试剂，如描述于共同未决申请
(美国申请10/783249)中的，它们适用于本发明，在此将其全部引入作为参考。 其它的化合物，例如，如Francis (J.Phys.Chem,， 58,1099-1114， 1954)所公开的， 也可以用作本发明的流体的组分。但并不限于以上所述。
表面活性剂和辅助表面活性剂包括但不限于亲C02的、阴离子、阳离子、 非离子、两性离子、反胶束形成的表面活性剂和辅助表面活性剂和其组合。阴 离子表面活性剂包括但不限于，例如，氟化烃、氟化表面活性剂、非氟化表面 活性剂、全氟聚i^PFPE)表面活性剂、PFPE羧酸盐、PFPE羧酸铵、PFPE磷 鹏,hosphateacids)、 PFPE磷,、縱羧鹏、PFPE氟烃羧,、PFPE 磺離、PFPE磺,、氟烃磺,、縱磷 、烷基磺 、双(2-乙募己 基)磺基琥珀,、双(2-乙募己基)磺基琥珀,安和其组合。阳离子表面活性剂 包括但不限于，四辛基氟化铵化合物。非离子反胶束形成表面活性剂包括但不 限于，例如，聚氧化乙烯十二烷基醚类化合物、其被取代的衍生物和其官能等 价物。两性反胶束形成表面活性剂包括但不限于，例如，a-磷脂ltt碱类化合 物，其被取代的衍生物和其官能等价物。反胶束形成辅助表面活性剂包括但不 限于，例如，烷基酸磷酸盐(alkyl acid phosphates)、烷基酸磺酸盐(alkyl acid sulfonates)、烷基S享、全織基醇、二烷基磺基琥珀鹏表面活性剂、^t"生物、 盐和官能等价物。反胶束形成辅助表面活性齐l泡括但不限于，例如，双(2-乙基 -己基)磺基琥珀酸钠、双(2-乙基-己基)磺基琥珀酸铵和其官能等价物。化学剂 包括但不限于，例如，乙醇胺(HOCH2CH2NH2)、羟胺(HO-NH2)、过氧化物、 有丰舰氧化t/(R-O0-R〕、过氧化執02)、醇、7i^n/或其它反应性组分。
表面活性剂和/或其它溶质能够与多种助溶剂以液体形式预混合以备即时 注入，其中所述助、凝抱括但不限于二氯-五氟-丙微也称作HCFC-225 )、多 氯三氟乙烯(polychlorotrifluoroethylene)、三氟三氯乙烷(也称作CFC-113 )、 二 氢十滅微也称作Vertrcl-XF )、 二乙醚或其组合等。溶质和助翻U的比率选 自约0.1:1到约10:1的范围内。更特别地，该比率选自约l:l到约5:1的范围内。
图1表示了流体16(或多种流体)被导入流体14从而在混合设备22中混合， 流体14包括，例如，C02或另一种主体载体流体，它们处于近临界或超临界 状态。在图中，表示了包括溶质的流体16的局部化"包^(parcel)"(包)被从流
体贮槽38导入流体14中。流体16的导入产生具有向量(p)10的密度梯度，该 密度梯度被定义为密度差的函数，即，3p/ax。该密度梯度导致对流速度向量 (v)12， iMM度向量被定义为流体物流中时间(t)变化的函数，艮P， 5x/a。流 体14中产生的对 度能够与被混合的流体或其它被导入其中的流体的格拉 斯霍夫数"Gr"关联和/或相关。格拉斯霍夫数是来自流体动力学的^纲数，其 接近于作用于流体的浮力和黏滞力的比率，如等式[l]所定义
其中"g"是重力常数；"C" (psi)是浓度为[-l/p，3p/aC)一(单位为l膽度)时 的術只膨胀系数；D是混姊置的直径；"&"是被导鳩#(主体婉体14中的 流体16中的溶质的浓度"0/'是溶质在主体载 体14中的浓度(通常为0， 但不局限于此)；'V"是载体流体14的粘度。由于在主体流体14和流体16之间 的显著的和/或大的密度差(C-(C^。)，产生了明显的驗梯度和/或向量。特别 地，与本发明相关使用的流体的密度差^(QrCo))选自约0.5%到约200%的范 围。更特别地，密度差选自约10%到约50%的范围。如下文中所述，本发明中 的近临界和趣临界流体中所产生的明显的速度(速度梯度)提供了'^I混合，如 后文中所述的。
流体的各种的质量传递性能己被，例如，Bird等人('Transport Phenomena", John Wiley & Sons， New Yori^ 1960, pg. 646)定义。混剖质量传递)速率已知与格 拉斯霍夫数关联，例如，Joye等人(Ind.Eng. Chem.Res. 1989，28,1899-1903;Int. J. Heat and Fluid Flow 17:468 473， 1996; Ind Eng. Chem, Res. 1996， 35,2399-2403)中 所述的。例如，在近临界和超临界流体中，粘度为传统液体的1/5-1/50。而且, 近临界和超临界流体的体积膨胀系数为传统液体的5-20倍。基于本发明的近临 界和超临界流体的低粘度，和大体积膨胀系数(psi)，这些流体的格拉斯霍夫值 大于传统液体的达大约3个数聽。因此，在最f總度上，本发明的混魏率 与传统液体中的混魏率相比舰大了至少3个因子。
总的来说，正如本领域技术人员能理解的那样，密度梯度和速度是其它流 條数的函数，包括但不限于例如，溶质浓度、驗。因此，不意图M参考 本文中所述的比重和/或速度而对本发明的范围进行限制。现在将参考附图2a 和附图2b对本发明的一种混合设备进t亍说明。
附图2a，根据本发明的一个实施方案，表示了一种用于混合流体的混合 设备22(部分)。混合部分22包括任意数量的基本上垂直设置的混合部件24， 其相互以例如线圈的形式相连。混合部分22具有总长(L),长宽比(AR)柳或体 积流與Q)，其提供足够的停留时间(RT)以用于快速的流线混合。混合部分22 的长宽比舰等式[2]给出<formula>formula see original document page 13</formula>其中分别地，L是长度，D是内孔径。长宽比选自大于约100的值。更特 别地，长宽H^自大于约500的值。平均停留时间皿等式[3]确定；
停留时间<formula>formula see original document page 13</formula>其中分别地，V是总体积(mL)， Q是混合部分22的体积流辨mIVmin)。 停留时间选自约0.01射t(0.5秒)至约1辦中的范围。更特别地，停留时间选 自约0.03辦奴2秒)至约0.17併啊IO秒)的范围以实现流体的快速混合。
在本实施方案中，设有至少一个混合部件26以在第一方向(例如向下)产 生流动，并且设有至少一个混合部件28以在第二方向(例如向上)产生流动。如 图所示，流体16导A(注入)流体14产生与主体流体14的流动方向相反的密度 梯度，该密度梯度具有基本上垂直向上的向量(p)10，导致新的基本上垂直向下 的逸叟向量(v)12。主体流体14的流动方向在混合部件28中发生变化，由此密 度梯度的向量10为基本上垂直向下，导致产生新的基本上垂直向下的速度向 量12,但不限于此。在本结构中，混合部分22具有约24英寸的长度(L)，约0.060 英寸的内径，和约l.llmL的内部体积，形成的长宽比为400以及约2.6秒的 停留时间，但不限于此。正如本领域技术人员所能容易地理解的那样，尺寸是 可以变化的以便完成如本文中所述的快速混合。没有进行限制的意图。例如， 混合部件24可以不受限制地串连相连，形成附加的线圈用于混合以产生基本 上均匀的混合流体。在一个备选结^未示出)中，混合部分22可以包括单个的 垂直的混合部件24,其被放置以产生向上或向下的流动，也并不限于此。
图2b，根据本发明的另一个实施方案，表示了一种用于混合流体的混合 设备22(部分)。混合部分22包括任意数量的基本上垂直设置的混合部件24， 其相互例如以线圈的形式相连。在本实施方案中，被引入混合部分22的流体 随基本上垂直向上流动的流体进入混合部分26。流体16引A(注入)流体14中 产生与流体流动方向相反的密度梯度，该密度梯度具有基本上垂直向下的向量
(p)10，导致新的基本上垂直向下的速度向量(v)12。流体的流动方向在混合部件 28中发生变化，由此密度梯度的向量10为基本上垂直向上，导致产生新的基 本上垂直向下的速度向量12，但不限于此。混合部件24可以不受限制地串连 相连，形成附加的线圈以用于混合以产生基本上均匀的混合流体。没有进行限 制的意图。例如，在备选结构(未示出)中，混合部分22可以包括单个的基本上 垂直的混合部件24，其被放置以产生向上或向下的流动，也并不限于此。
图3，根据本发明的另一个实施方案，表示了一种与混M置或系统相结 合的用于混合流体的混合部分22。混合部分22具有正弦曲线形式，包括任意 数量的基本上垂直设置的混合部件24，其相连在一起，但不限于此。设置至少 --个混合部件26以在第一方向(例如向上或向T)产生流体流动，并且设有至少 一个混合部件28以在第二方向产生流 动，从而获得充分并且tM的混合。 在本实施方案中，进入混合部分22的流体iSA混合部件26并沿向上的方向流 动，产生具有方向为基本上垂直向下的向量(p)10的密度梯度并导致产生方向 为基本上垂直向下的新的速度向量(v)12。流体的流动方向在混合部件28中发 生变化，由此密度梯度的向量10为基本上垂直向上，导致产生新的基本上垂 直向下的速度向量12,但不限于此。在备^构(未示出)中，混合设备22被 配置使得进入设备22的流体首先以向下的方向流动，产生具有方向为基本上 垂直向上的向量10的密度梯度，导致产生方向为基本上垂直向下的新的速度 向量12。多对混合部件24可以不受限制地串连相连，由此使正弦曲线设备延 伸并传播本文中所述的密度梯度和速度向量图案直至流体充分混合，形成基本 上均匀的混合流体。但不限于此。
图4，根据本发明的另一个实施方案，表示了一种与混合装置或系统相结 合的用于混合流体的混合设备22(部分)。混合部分22具有角形形状，包括任 意数量的基本上垂直设置的混合部件24，期目连在一起。设置至少一个混合部 件26以在第一方向产生流体流动，而设置另一个混合部件28以在第二方向产 生流 动，混合部件26和28相对彼此以角度"e"设置，由此实现充分的混合。 ^i先"e"为锐角但不限于此。在本实施方案中，i2A混合部分22中的流体进入 混合部件26，沿向上的方向流动，产生具有方向为基本上垂直向下的向量(p)10 的密度梯度，并导致产生方向为基本上垂直向下的新的速度向量(v)12。流体流 动在混合部件28中反转方向，由此密度梯度的向量10基本上垂直向上，导致
产生新的方向基本上垂直向下的速度向量12,但不限于此。在备选结构(未示 出)中，混合设备22被配置，使得进入设备22的流体首先以向下的方向流动， 产生具有方向为基本上垂直向上的向量10的密度梯度，并导致产生方向为基 本上垂直向下的新的速度向量12。多对混合部件24可以不受限制地串连相连, 由此使角形设备延伸，提供本文中所述的重复的密度梯度和速度向量图案直至 流体被充分混合，提供基本上均匀的混合流体。由此没有进行限制的意图。其 它结构正如本领域技术人员所能想象的那样被包含在本文中。没有进行限制的 意图。
图5，根据本发明的另一个实施方案，表示了一种与混合装置或系统相结 合的用于混合流体的混合设备22(部分)。混合部分22具有矩形形状，包括任 意数量的基本上垂直设置的混合部件24，其相,一起。设置至少一个混合部 件26以在第一方向(例如向上或向T)产生流体流动，设置另一个混合部件28 以在第二方向(例如向下或向上)产生流体流动，由此实现充分的混合。在本实 施方案中，进入混合部分22中的流体^SA混合部件26，沿向上的方向流动， 产生具有方向为基本上垂直向下的向量(p)10的密度梯度，并导致产生方向为 基本上垂直向下的新的速度向量(v)12。流体流动在混合部件28中反转方向， 使得密度梯度的向量10基本上垂直向上，并导致产生新的方向基本上垂直向 下的速度向量12，但不限于此。在备选结树未示出)中，混合设备22被配置， 使得进入设备22的流体首先以向下的方向流动，产生具有方向为基本上垂直 向上的向量10的密度梯度，并导致产生方向为基本上垂直向下的新的速度向 量12。如前所述，混合部件24可以不受限讳i她串连相连，使得矩形设备延伸， 由此提供重复的密度梯度和速度向量直至流体充分的混合，提供基本上均匀的 混合流体。其它的结构正如本领域技术人员所能想象的那样被包含在本文中。 没有进行限制的意图。与其它结构一样，混合部分22具有的长度、长宽比、 流率和停留时间足以完成混合，如本文中所述的。现在将参考图6，对完整的
混合系统进行描述。
图6，根据本发明的一个实 案，表示了魏的混合系统100。在图中， 混合系统100包括混合部分22，其具有任意数量的基本上垂直的混合部件24, 其以线圈皿相连在一起。混合部分22操作连接到任选的观察室36以用于观 察混合效果。通过测量折射率来评估混合。特别地，观察室36配置有两个^英寸的光学窗口，舰戶腿光学窗口， 4顿近点光源50,期目连到摄傲几52(装 备有标m^观镜头或望远镜头)和标准，MM示器54(置于观察室36 Pf銜)，通 M3g^t图像可以观察溶液的混合。未混合流体的折射率差被作为透射图像中的 波动扭曲被直观地观察到。折射率差是未混合流体中的密度梯度直接造成的。 实现完全混合时，透射图像中观察不到任何扭曲。其它用于评依混合充分性的 合适的手段也可以不受限制地使用。
混合部分22进一步相连到流体Ut槽或容器38,其中含有表面活性剂流体 40以备即时SA和混合(如下文中戶;M)。混合部分22进一步相连到泵42(例如， 型号BBB4 HPLC型往复式活塞泵，迈dex Laboratories, Inc., San Carlos, CA)以 便将流体40以约1-5 IVmin的流,送至混合部分22，但并不限于此。纯的浓 CO2 44(p 0.89g/cc)Mii料源46(例如，汽缸)输送至混合部分22，通，料泵 47(例如，微处理鹏制的iilt氣ISCO， Inc., Lincoln NB),以25mL/min的流 率，在2500psi的压力和25。C盼鹏，ili^且合"T"接头48， iJA混合部分22 并且:iaA^察室36。流体40和流体44的混"6" :测量折射率来确定。系统100 的部件M标准的、夕卜径为1/16英寸的不辦RI管58连接。废流^l皮收集到收 集容器60中。
在一个示范性的表面活性剂流体40中，将5.3 ml的全氟聚il(PFPE)-磷酸 盐酸表面活性剂(p 1.5g/cc)(Solvay Solexis, Inc.， Thorofarc, NJ)、 2 g AOT磺勝内 辅助表面活性齐lj(p 1.0 g/ccXAldrich Chemical Company, Milwaukee, WI 53201)、 0.33 mL去离子蒸馏水预混在10.6mL的二氯五氟丙烷(p 1.6 g/cc)(HCFC-225 )(AGA Chemicals, Charlotte, NC)助、總U或其它适合的载体鹏 激'」中以得到约1:1的表面活性剂:、翻啲溶嫩总密度？ 1.5^0)，但并不限于 此。例如，可以i顿任意其它比率的表面活性剂:、總U。此外，其它的表面活性 齐诉口威反应试齐阿以组合，例如，如共同未决的申if(美国专利申请10/783,249) 中所述的，并且可与本发明结合使用，包括例如，含卤^t径油中的多氯三氟乙 烯的助溶剂中的PFPE-磷酸盐/AOT，含三氟三氯乙烷(CFC-U3⑧)的助溶剂中 的PFPE-磷酸掛AOT。其它的表面活性剂和/或反应试齐阿以在适用于即时注 入的助溶剂中预混，包括例如，HCFC-225⑧中的PFP&羧酸铵/羟胺、多氯三 氟乙烯(卣似5油)中的PFPE-羧勝M鹏。但不限于此。
尽管本发明在此参照特别的和/或优选的实施方案加以说明，应当理解本
发明并不限于此。由此可以产生各种在形式上和细节上的变化而不会背离本发
明的精神和范围。例如，混合部件24的截面形状可以是任何形状包括但不限 于环形、椭圆形、正方形、矩形、三角形、八边形或其它^边"型，包括其组
合o
本领域技术人员肖辦理解，可以Mii多种且有效的等同方法，行如通常 实践的和在本文中所述的各种流体和鹏组分的结合和混合。例如，本文中所 述方法在商业规歡的应用可以包括高压泵和縱系统，和/或传縣统，它们 用来移动、传递、传递、结合、混合以及输送和应用各种混合流体以用于各种 制造领域，例如，清洗和洗涤。另外，本文中所述的用于混合和/或输送流体的 商业部件可以进一步与计截几控制系统和/織置结合来控制。
更进一步地，相对于基材表面处理(例如清洗)使用本文中所述的本发明的 混合流体的相关应用和/或处理技术将包含本领域技术人员所能预见的那些方
面。总而言之，在更宽泛的方面可以进行多种变化和gfcit而不背离本发明。由 此没有进行限制的意图。
权利要求
1、一种快速混合流体的设备，包括至少一个入口，用于将一种或多种流体导入近临界或超临界载体流体而形成流体物流，其中所述载体流体在标准温度和压力下是一种气体，其具有的密度高于所述载体流体的临界密度；出口，用于收回基本上均匀的混合流体；及可操作地布置在所述至少一个入口和所述出口之间的混合部分，其具有尺寸基本上均一的内孔以使得在导入所述一种或多种流体时产生密度梯度，所述密度梯度在所述物流中导致对流速度以使得快速混合所述一种或多种流体以形成所述基本上均匀的混合流体。
2、 权利要求1的设备，其中所述载 体包括从由以下物质组成的组中 所选的元素二氧化碳、乙烷、乙烯、丙烷、丁烷、六氟化硫、Freon⑧、氮气、 氨、其被取代的衍生物或其组合。
3、 权利要求1的设备，其中所述载^^体是一种对比MJt高于约0.75的 液体。
4、 权利要求1的设备，其中所述密度梯度与所述载,体的流动方向方向相反。
5、 权利要求1的设备，其中所^t^il度具有与所述载体流体的流动方 向平行取向的方向向量。
6、 权利要求1的设备，其中所述Xti)a度与所述载体流体的流动方向方 向相反。
7、 权利要求1的设备，其中所述密度梯度与所述流働流中的所m流 速度方向相反。
8、 权利要求1的设备，其中所述密度梯度的产生与所述流体物流中的至 少第一流体和第二流体之间的浓度差相关。
9、 权利要求1的设备，其中所述密度梯度的产生与所述流体物流中的至 少第一流体和第二流体之间的温度差相关。
10、 权利要求1的设备，其中所述一种或多种流^tt所述棍合部分中具有 在约0.01辦中到约1.0射中范围内的停留时间。
11、 权利要求l的设备，其中所述一种或多种流1tt所述混合部分中具有在约2秒到约10秒范围内的停留时间。
12、 权利要求1的设备，其中所述一种或多种流体以约lOmL/min到约 lOL/rain的流率被导入。
13、 权利要求1的设备，其中所述一种或多种流体以约25mL/min到约 1L/min的流率被导入。
14、 权利要求1的设备，其中所述混合部分具有的长宽比大于约100。
15、 权利要求l的设备，其中所述混合部分具有的长宽比大于约500。
16、 权利要求1的设备，其中所述一种或多种流体与所述载体流体相比表 现出的密J^在约0.5%到约50%范围之间。
17、 权利要求1的设备，其中所述一种或多种流体与所述载舰体相t该 现出的密度差在约1%到约20%范围之间。
18、 权利要求1的设备，其中所述混合部分包括多个基本上垂直放置的混 合部件，其操作相连，具有选自如下的微线圈、正弦曲线、矩形、角形或 其组合。
19、 权利要求1的设备，其中所述混合部他括单一的基本上垂！J^g的 混合部件，由此在向上或向下方向产生所述梯度。
20、 权利要求l的设备，其中所述多种流体中的至少一种包括至少一种溶 质，该溶质溶解在助溶剂中以将所述溶质以基本上液化的形式导入。
21、 权利要求20的设备，其中所述溶质与所舰、翻啲比率选自约0.1:1 到约10:1的范围。
22、 权利要求20的设备，其中所述溶质与所述助、凝啲比率选自约1:1 到约5:1的范围。
23、 权利要求20的设备，其中所,、翻lj选自二氯-五氟-丙烷、二氯-五 氟-鹏、多氯三氟乙烯、三氟三氯乙烷、二氢十誠烷、二乙麟其组合。
24、 权利要求20的设备，其中所述至少一种溶质包括表面活性剂或辅助 表面活性剂，其选自亲C02、阴离子、阳离子、非离子、两性离子、反胶束形 ，面活性齐诉Q辅助表面活性剂及其组合。
25、 权利要求24的设备，其中所述阴离子表面活性剂选自氟化烃、氟化 表面活性剂、非氟化表面活性剂、PFPE表面活性剂、PFPE羧酸盐、PFPE羧 ^!安、PFPE磷,酸、PFPE磷,、MJg羧Kk、 PFPE ,羧,、PFPE 磺M&、 PFPE磺^f安、，磺,、，磷酸盐、烷基磺,、双(2-乙吝己 蜀磺基琥珀,、双(2-乙S"己基)5黄基琥珀,及其组合。
26、 权利要求24的设备，其中所述阳离子表面活性剂选自四辛基氟化铵化合物。
27、 权利要求24的设备，其中所述非离子反胶束形皿面活性剂选自聚 氧化乙烯十二烷基醚化，、其被取代的衍生物和其官育縛1糊。
28、 权利要求24的设备，其中所述两性离子反胶束形成表面活性剂选自a-磷脂tt碱化合物、其被取代的衍生物和其官能割介物。
29、 权利要求24的设备，其中所述反胶束形成辅助表面活性剂选自烷基 酸磷酸盐、烷基酸磺酸盐、烷基醇、全 基醇、二烷基磺基琥珀Kfc表面活 性剂、其衍生物、盐和官能等价物。
30、 权利要求24的设备，其中所述反胶束形彌助表面活性剂选自双(2-乙募己基)l黄基琥珀,、双(2-乙^BS赠翻珀,和其等l膽。
31、 权利要求20的设备，其中所述多种流体中的至少一种进一步包括反 应性化学剂，其选自乙醇胺、，漲、过氧化物、有机过氧化物、过氧化氮、醇、水或其组合。
32、 权利要求l的设备，其中所述设备是晶片生产系统或装置的组件。
33、 一种混^种或多种流体的方法，包括将一种或多种流体导Aiffl伤界或超临界载，体而形皿体物流，其中所 述载 体在标准,和压力下是气体，其具有的密度高于所述载体流体的临界密度；其中在导入所述一种或多种流体时产生密度梯度，所述密度梯度弓l起对流 舰，该对、M度^^f述物流中t魏混合所述一种或多种流体。
34、 权利要求33的方法，其中所述载Ml体包括从由以下物质组成的组 中所选的元素二氧化碳、乙烷、乙烯、丙烷、丁烷、六氟化硫、Freon 、氮 气、氨、其被取代的衍生物或其组合。
35、 权利要求33的方法，其中所述载 体具有的对比、鹏髙于约0.75。
36、 权利要求33的方法，其中所述密度梯度与所述载体流体的流动方向 方向相反。
37、 权利要求33的方法，其中所述对 度具有与所述载体流体的流动方向平行取向的方向向量。
38、 权利要求33的方法，其中所， 度与所述载#^体的流动方向方向相反。
39、 权利要求33的方法，其中所述密度梯度与所述流体物流中的所, 、^iM方向相反。
40、 权利要求33的方法，其中所述密度梯度的产生与所述流体物流中的 至少第一流体和第二流体之间的浓度差相关。
41、 权利要求33的方法，其中所述密度梯度的产生与所述多个流体中的 至少第一流体和第二流体之间的皿差相关。
42、 权利要求33的方法，其中所述一种或多种流^^F述混合部分中具 有在约0.01辦中到约1.0辦中范围内的停留时间。
43、 权利要求33的方法，其中所述一种或多种流1tt^述混合部分中具 有在约2秒到约10秒范围内的停留时间。
44、 权利要求33的方法，其中所述一种或多种流体以约10mL/min到约 lOL/min的流率被导入所述物流中。
45、 权利要求33的方法，其中所述一种或多种流体以约25mL/min到约 1L/min的流率被导入所述物流中。
46、 权利要求33的方法，其中所述一种或多种流体在长宽比大于约■ 的混合设备中被导入所述物流中。
47、 权利要求33的方法，其中所述一种或多种流体在长宽比大于约500 的混合设备中被导入所述物流中。
48、 权利要求33的方法，其中所述一种或多种流体被导入混合设备中， 所述混合设备包括基本上垂U(置的管，从而在基本上向上或基本上向下的方 向产生流动。
49、 权利要求33的方法，其中所述一种或多种流体与所述载体流淋目比 表现出的密度差在约0.5%到约50%。
50、 权利要求33的方法，其中所述一种或多种流体与所述载体流淋目比 表现出的密度差在约1%到约20%。
51、 权利要求33的方法，其中所述多种流体中的至少一种包括至少一种溶质，该溶质溶鹏助、翻l仲以将所述溶质以基本上液化的形式导入。
52、 权利要求51的方法，其中所述溶质与所舰蹄啲比率选自约0,1:1 到约10:1的范围。
53、 权利要求51的方法，其中所述溶质与所，翻啲比率选自约1:1 到约5:1的范围。
54、 权利要求51的方法，其中所鹏、翻U选自二氯-五氟-丙烷、二氯-五 氟-鹏、多氯三氟乙烯、三氟三氯乙烷、二氢十誠烷、二乙醚或其组合。
55、 权利要求51的方法，其中所述至少一种溶质皿自以下的表面活性 齐U:亲C02、阴离子、阳离子、非离子、两性离子、反皿形皿面活性剂和 辅助表面活性剂及其组合。
56、 权利要求55的方法，其中所述阴离子表面活性齐U选自氟化烃、氟化 表面活性剂、非氟化表面活性剂、PFPE表面活性剂、PFPE羧酸盐、PFPE羧 、 PFPE磷 酸、PFPE磷,、,羧Kk、 PFPE氟烃羧,、PFPE 磺酸盐、PFPE磺酸铵、氟烃磺酸盐、氟烃磷酸盐、烷基磺,、双(2-乙基己 蜀磺基琥珀,、双P-乙S"己基赠基琥珀,及其组合。
57、 权利要求55的方法，其中所述阳离子表面活性剂选自四辛基氟化铵 化合物。
58、 权利要求55的方法，其中所述非离子反皿形皿面活性剂选自聚 氧化乙烯十二烷基醚化，、其被取代的衍生物和其官能等j她。
59、 权利要求55的方法，其中所述两性离子皿束形皿面活性剂选自a-磷脂M碱化合物、其被取代的衍生物和其官肖^(介物。
60、 权利要求55的方法，其中所述，束形成辅助表面活性剂选自烷基 酸磷酸盐、烷基酸磺酸盐、烷基醇、全氟烷基醇、二烷 基琥珀 表面活 性剂、其衍生物、盐和官能等价物。
61、 权利要求55的方法，其中所述反棘形繊助表面活性剂选自双(2-乙募己蜀磺基琥珀勝内、双(2-乙募己基)磺基琥珀,和其等i^。
62、 权利要求51的方法，其中所述多种流体中的所述至少一种进一步包 括反应性化学剂，其选自乙醇胺、羟胺、过氧化物、有IHM氧化物、过氧化氢、 醇、水或其组合。
63、 权利要求33的方法，其中与混合系统或装置结合而完成所述混合。
64、权利要求63的方法，其中所述混合系统皿置是晶片生产或半导体 制造系统或装置的组件。
全文摘要
本发明一般来说涉及混合流体的方法和设备。更特别地，本发明涉及用于混合被导入近临界或超临界流体而形成流体物流的流体的方法和设备。在流体物流中产生密度梯度从而导致产生快速混合的对流速度。本发明可以应用于其中需要流体的快速循环时间或快速混合以及其中允许低残留物容量的半导体和晶片制造的商业应用。
文档编号B01F5/04GK101193694SQ200680020483
公开日2008年6月4日 申请日期2006年6月5日 优先权日2005年6月10日
发明者J·L·富尔顿 申请人:巴特尔纪念研究院