具有傳感器的流體分配和再循環系統的製作方法
2023-07-10 02:24:11
專利名稱：具有傳感器的流體分配和再循環系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於存儲並分配流體的系統。特別地，本發明涉及一種包括安裝於容器開口中的導管(probe)的連接件，其中所述容器允許從其中抽出流體並且同時再循環進容器。
背景技術：
某些製造工藝要求使用諸如酸、溶劑、鹼及光致抗蝕劑等液態化學品。通常，這些工藝中的每種工藝都需要專用液態化學品。並且，每個工藝的不同階段都需要專用液態化學品。存儲及分配系統允許可替代的容器用於在特定時間將液態化學品運送到製造工藝中。通常利用專用分配泵將這些工藝流體從加壓存儲和分配器皿中分配出來。
分配泵的循環迴路下遊通常用於將工藝流體保持在所需流速的連續流體運動上。這種再循環迴路減少了分配線路中流體的凝固，延長了流體的保存期限，並且提供了一種將空氣清除出分配線路的裝置。
一般地，高純度流體的再循環需要一種具有至少兩個埠或開口與容器的內部相通的專用容器。因為流體的再循環需要具有兩個埠的專用容器，所以再循環或者檢測都是昂貴的。另外，由於在容器中需要一個第二附加開口或埠，所以削弱了容器的結構一體性。而且，由於再循環一般都需要到容器內部的兩個埠，所以在外瓶或第二包裝層內使用的彈性袋或膜袋不適合於用於檢測或過濾的再循環流體，因為彈性膜袋一般只包括一個埠。
另外，為了最小化返回流動路徑的內表面面積及減少由返回流動路徑內表面的流阻引起的水頭損失(head loss)，傳統的再循環導管的返回流動路徑在容器的頸部分的正下方結束。然而，這種設計在返回流動路徑的末端和容器中的流體表面之間留出自由空間，從而再循環的流體以自由降落的方式從返回流動路徑滴入容器中，造成流體紊流和氣泡在容器中形成。由於氣泡的出現，致使大量流體有缺陷或不可用。本發明是解決現有技術系統的這些及其他問題的流體分配和再循環系統。
發明內容
本發明是一種流體分配和再循環系統及方法。所述系統包括具有開口的容器及與開口相連接的蓋。所述系統進一步包括連接件頭和從連接件頭延伸的導管。導管可以穿過蓋插入所述開口中，並且其中具有在接近於導管末端的位置終結的流道。泵穿過導管和流道從容器中抽取流體。流體返回流道形成在導管上，用來將循環流體返回到容器中的流體中。當流體沿著流體返回流道返回時，流體中的空氣在容器的流體的上方被釋放，防止空氣被注入到容器中的流體中。在優選實施例中，所述流體返回流道在連接件頭的第一深度大於所述導管的末端周圍的第二深度，所述第一深度沿著所述流道均勻地過渡到所述第二深度。在另一優選實施例中，所述流體返回流道沿其長度具有均勻的深度。
圖1示出根據本發明的一種液態化學品分配和再循環系統；圖2示出外容器及蓋的透視圖；圖3及圖4示出外容器、蓋及連接件的透視圖；圖5a示出包括流體回流管的導管的透視圖；圖5b示出圖5a中所示的包括流體回流管的導管的實施例的橫截面圖；圖5c示出圖5a中所示的包括流體回流管的導管的另一實施例的橫截面圖；圖6示出連接件的底視圖。
具體實施例方式
圖1示出了根據本發明的流體分配和再循環系統10的優選實施例。流體分配和再循環系統10包括內容器11、外容器12、連接器14、控制單元16、以及泵18。連接器14包括傳感器20和排液口接頭(port adapter)22。傳感器線24將傳感器20連接到控制單元16。接頭管26將排液口接頭22連接到泵18。
在分配和再循環系統10的運轉中，內容器11容納在外容器12中。內容器11由彈性材料製成，外容器12由剛性材料製成。內容器11在其內部容納有流體。例如，內容器11可以包含例如用在集成電路製造中的光致抗蝕劑等液態化學品。
連接器14安裝在外容器12上。夾子28幫助將連接器14固定在外容器12上。另外的夾子可以用來進一步將連接器14固定在外容器12上。接頭管26及排液口接頭22將來自內容器11內部的流體提供給泵18。當分配和再循環系統10被適當裝配時，泵18能穿過排液口接頭22和接頭管26將內容器11內部的流體抽到製造工藝中，例如集成電路製造工藝中，並且能穿過排液口接頭22和接頭管26將流體從製造工藝中返回到內容器11中。
內容器11允許對其內容納的流體非接觸加壓。具體地，內容器11通常是位於外容器12中的彈性襯套(例如，包)。在內容器11和外容器12之間存在其中可導入加壓氣體的空間。由於內容器11是由較有彈性的可變形材料製成，所以高壓氣體可以穿過內容器11間接地向流體施壓以協助分配流體，而不需要與流體直接接觸(因為此高壓氣體和流體被內容器11隔離)。可通過壓力輔助埠(pressure assist port)29將高壓氣體從外部壓力源引入外容器12中。當將氣壓施加在襯套中協助流體分配時，外容器12上的壓力釋放閥(圖中未示)具有避免瓶中(或外容器12和內容器11之間)過加壓的功能。流體的加壓分配降低了泵18上的機械載荷並延長了泵18的使用壽命，沒有增加汙染流體的危險。
泵18的運轉是由控制單元16控制的。控制單元16可以從涉及開啟和關閉泵18的操作員處接收輸入。例如，試圖從內容器11中將液態化學品抽到製造工藝中和從製造工藝中抽取化學藥品的操作員，可以向控制單元16輸入此信息。
控制單元16也可以設置為通過傳感器線24從傳感器20接收信號。當產生連接器14到外容器12的正確連接時，傳感器20進行檢測。當正確連接被檢測到時，傳感器20通過傳感器線24向控制單元16發送表明正確連接的第一信號。當不正確連接被檢測到時，傳感器20通過傳感器線24向控制單元16發送表明不正確連接的第二信號。當傳感器20發送表明正確連接的第一信號時，控制單元16將只使泵18工作。當控制單元16從傳感器20接收到表明不正確連接的第二信號時，控制單元16將使泵18停止工作。
所以，當分配和再循環系統10沒有適當裝配，且操作員認為分配和再循環系統10已經被適當裝配而輸入信息以開啟泵18時，泵18將不運轉。這樣，分配和再循環系統10避免了不適當配置系統的意外運轉。
圖2-圖4示出了分配和再循環系統10裝配零件的順序。圖2示出了外容器12和蓋30。外容器12包括容器運輸柄32和容器開口34。蓋30包括可移動的蓋柄36、磁體38、及蓋鍵槽(cap key)40。容器開口34是外部螺紋的。蓋30是內部螺紋的以與開口34相互連接。容器運輸柄32幫助外容器12的運輸及處理。
蓋30螺紋連接到有效密封內容器11及其內部的外容器12上，這樣內容器11中的流體就不能溢出來。蓋30與外容器12的連接提供了一種無溢出及汙染危險的高純度流體運輸的理想結構。可拆卸的蓋柄36形成在蓋30上，其可以被拆卸，以允許在不將蓋30移掉的情況下進入內容器11。蓋鍵槽40是形成在蓋30上的凹槽。磁體38和蓋鍵槽40對於連接器14到外容器12的正確連接是重要的，以下將詳細描述。
圖3示出分配和再循環系統10的裝配零件的進一步順序。圖3示出外容器12、蓋30、及連接器14。容器12包括容器運輸柄32和容器開口34。蓋30包括、可以移動的蓋柄36、磁體38、蓋鍵槽40、可破裂的薄膜42、及薄膜刻痕44。連接器14包括傳感器20、排液口接頭22、傳感器線24、接頭管26、夾子28、及導管46。導管46包括鄰近導管末端49的下部導管埠48。導管46還包括沿著導管46的外部縱向延伸的流體返回流道50。
蓋30螺紋連接到外容器12的開口34。在外容器12和蓋30被運送到所要求的位置後，通過將手柄杆37抬起，將可移動的蓋柄36移掉。蓋30是預刻痕的(prescored)，所以從蓋30上移掉手柄36將導管孔41和通風孔43打開了。可破裂的薄膜42穿過導管孔41被暴露出來。可破裂的薄膜42的表面內具有薄膜刻痕44。
連接器14被配置為與蓋30互相連接。圖3和圖4進一步示出了分配和再循環系統10的裝配零件的順序。更具體地，連接器14被示出為與蓋30和外容器12相互連接。導管末端50穿過導管孔41被插入並且被壓靠在接近於薄膜刻痕44的可破裂的薄膜42處。當將足夠的壓力朝向可破裂的薄膜42施加於連接器14上時，導管末端50破壞掉薄膜42和薄膜刻痕44，從而允許將導管46被插穿入薄膜42。然後，連續在連接器14上施加壓力，使得連接器14迅速移到蓋30附近。接著，導管46與內容器11的內部相通。
圖1示出與蓋30和外容器12完全相連的連接器14。導管46、排液口接頭22、接頭管26限定流體通道，在此通道中，允許穿過較低導管埠48、導管46、排液口接頭22、及接頭管26將流體從內容器11中抽到泵18。接頭管27、排液口接頭22、及流體返回流道50限定流體返回通道，在此通道中，允許使再循環流體穿過接頭管27、排液口接頭23、及流體返回流道50返回到內容器11內部。
為了更好地說明本發明的流體返回流道50，圖5a示出與連接器14分離的導管46的透視圖。圖5b和圖5c示出了包括流體返回流道50的導管46的兩個實施例的橫截面圖。流體返回流道50優選沿導管46的外部形成，並且沿大體平行於在排液口接頭22(適合於埠54)與下部導管埠48之間延伸的流體通道52的導管46縱向延伸。流體返回流道50經由埠54和穿過導管46形成的鑽孔55與排液口接頭23(圖1所示)流體相通。在分配和再循環系統10的運轉中，再循環的流體經由流體返回流道50返回到內容器11的內部。當返回流體流到流體返回流道50時，流體從流體返回流道50滴進內容器11容納的流體中。返回流體的流動被調控，使得從流體返回流道50滴出的流體平穩地流進內容器11中的流體中。這對於傳統的流體循環系統是一個改進，在傳統的循環系統中，回流通道末端的自由空間允許循環流體從回流通道自由落進容器中，從而在流體中引起紊流。
隨著返回流體從製造工藝沿著接頭管27向著內容器11前進，有時也有氣泡散布於返回流體中。一些傳統的流體循環系統包括用來將流體返回容器的封閉的流動通道。當空氣流回容器時，這些傳統系統將包含在回流通道中的空氣擋住，使得隨著包含在導管中的流體返回容器，空氣被注入導管中的流體中。由於氣泡的存在，使得製造工藝中的大量流體是有缺陷的或者不可用的。
在分配和再循環系統10中，當返回流體流到流體返回流道50時，沿著返回流道進入的氣泡在內容器11所容納的流體表面上方被釋放。這是因為，流體返回流道50是對內容器11內部開放的，從而使得氣泡一進入內容器11就迅速被消散。這防止空氣被注入到內容器11中的流體中。
流體返回流道50通過埠54和鑽孔55與排液口接頭23是流體相通的。鑽孔55優選的具有小於0.125英寸的直徑，這使得殘存在流體返回流道50中的返回流體滴進內容器11中的流體中。流體返回流道50從鑽孔(接近於連接器的連接器頭)延伸到接近於導管末端49的區域。在優選實施例中，如圖5b所示，流體返回流道50具有從連接器14到導管末端49的恆定深度d。深度d優選約為0.25英寸。在其他優選實施例中，如圖5c所示，流體返回流道50在連接器頭處具有大於導管末端49處的第二深度d2的第一深度d1，所以第一深度隨著流體返回流道50的長度，均勻地過渡到第二深度。第一深度d1優選為約0.25英寸，第二深度d2優選為小於0.25英寸。
圖6示出連接器14的底視圖。連接器14包括傳感器20、夾子28、夾子29、較低導管埠48、導管末端49、流體返回流道50(為了闡述，放大了深度)、以及連接器鍵60。連接器鍵60是連接器14上的突出體。連接器鍵60和蓋鍵槽40是匹配設置的，他們必須被恰當的排列為連接器14恰與蓋30相連。如圖4所示，當連接器鍵60和蓋鍵槽40被恰當排列以互相連接時，傳感器20將與磁體38排列成一線。而且，當連接器14被正確地連接到蓋30時，傳感器20也將立即與磁體38相鄰。
傳感器20設置為當傳感器20立即接近磁體38，並與之成一線時，通過傳感器線24上向控制單元16發送第一信號。第一信號表明，連接器14正確地與蓋30相連接。當傳感器20不與磁體38接近時，傳感器20通過傳感器線24向控制單元16發送第二信號。第二信號表明，連接器14沒有正確地與蓋30相連接。
控制單元16監控傳感器線24，以確定連接器14是否與蓋30正確地連接。然後，控制單元16控制泵18的運轉。控制單元16從涉及泵18的操作員處接收輸入。然而，在從傳感器20收到第一信號，表明在連接器14與蓋30之間設置了正確的連接之前，控制單元16不能使泵18運轉。結果，即使操作員向控制單元16輸入信息，試圖開啟泵18的運轉，在從傳感器20接受到第一信號之前，控制單元16不使能泵18。所以，分配和再循環系統10將不允許泵18運轉，直到存在正確的連接。
當內容器11最初裝有流體時，蓋30被安裝在外容器12上。蓋30相應於內容器11中的特定的流體具有具體的獨特結構。所以，每種流體具有其自己的獨特蓋30，蓋上具有相應的獨特結構的蓋鍵槽40。例如，容納有光致抗蝕劑的內容器11可以具有這樣的蓋30，其具有三個蓋鍵槽40，其中兩個位於相隔180度角的地方，另一個位於這兩個的中間位置(總體上如圖2所示)。
分配和再循環系統10利用一種獨特的液態化學品，因為每個製造工藝階段需要一種化學製品。所以，每個工藝階段都與一個具有一種獨特結構的連接器鍵60的連接器14相關。然後，每種獨特結構的連接器鍵60與某種獨特結構的蓋鍵槽40相對應，從而，每個連接器14相應於一種用在處理階段中的特定的流體。這樣，只有一種獨特的蓋30和獨特結構的蓋鍵槽40與一種獨特的連接器14和獨特結構的連接器鍵起60恰當的相互連接。所以，在製造工藝的一個階段中，只有一種流體能用。
本發明是一種流體分配和再循環系統及方法。此系統包括，具有一個開口的容器，一個與所述開口相連接的蓋。此系統進一步包括用於與蓋相連接的連接器。連接器包括連接器頭和從連接器頭延伸的導管。導管可穿過蓋插入開口中，並且其中具有在導管末端附近終結的流道。泵穿過導管和流道從容器中抽取流體。流體返回流道形成在導管上，用於將循環流體返回到容器中的流體中。由於流體是沿著流體返回流道返回的，流體中的空氣在容器中的流體的上方被釋放，才能夠而防止氣體被注入到容器中的流體中。在優選的實施例中，流體返回流道在連接器頭處具有的第一深度大於導管末端的第二深度，第一深度沿著流道均勻地過渡到第二深度。在其它優選實施例中，流體返回流道具有沿其長度的均勻深度。
隨著流體返回到容器中，返回流體從流體返回流道滴入內容器中的流體中。回流流體被調控，使得此流體能夠平穩地從流體返回流道滴入內容器中的流體中。另外，當返回流體流到流體返回流道時，沿著返回流道進入的氣泡在內容器所容納的流體表面上方被釋放。這是因為流體返回流道對內容器的內部是開放的，從而允許氣泡一進入內容器就立即消散。這防止空氣被注入到內容器中的流體中。
儘管參考優選實施例描述了本發明，但本領域的技術人員將理解，在不背離本發明的精神和範圍的條件下，可以做形式上或細節上的改變。例如，此處描述的流體返回流道和循環系統也可以整合到由O′Dougherty等人提交的美國專利公開號為No.2003/0004608 A1的名為「LIQUIDHANDLING SYSTEM WITH ELECTRONIC INFORMATION STORAGE」，或由O′Dougherty等人提交的美國專利公開號為No.2002/0189667 A1的名為「LIQUID HANDLING SYSTEM WITH ELECTRONICINFORMATION STORAGE」流體處理系統中。
權利要求
1.一種流體分配和再循環系統，包括具有開口的容器；用於與所述開口相連接的蓋；用於與所述蓋相連接的連接器，所述連接器進一步包括連接器頭；和導管，所述導管從所述連接器頭延伸，並且可穿過所述蓋插入所述開口中，所述導管具有在其末端附近結束的流道；泵裝置，所述泵裝置與所述導管和所述流道相連接，用來通過所述導管和所述流道從所述容器中抽取流體；以及流體返回裝置，所述流體返回裝置形成在所述導管上，用於使再循環流體返回到所述容器中的流體中，使得所述流體中的空氣在所述容器中的流體的上方被釋放，以防止空氣被注入到所述容器中的流體中。
2.根據權利要求1所述的流體分配和再循環系統，其中所述流體返回裝置是沿著所述導管的外部從鄰近所述連接器頭的區域到鄰近所述導管末端的區域形成的流體流道。
3.根據權利要求2所述的流體分配和再循環系統，其中所述流體流道在所述連接器頭處的第一寬度大於其在所述導管末端周圍的第二深度，所述第一深度沿著所述流道均勻地過渡到所述第二深度。
4.根據權利要求2所述的流體分配和再循環系統，其中所述流體流道具有均勻的深度。
5.根據權利要求2所述的流體分配和再循環系統，其中所述流體流道沿著所述導管大體平行於所述流道延伸。
6.根據權利要求1所述的流體分配和再循環系統，其中所述流體返回裝置包括形成在鄰近所述連接器頭的區域處的鑽孔，所述鑽孔用來將所述循環流體運送到所述流體返回裝置。
7.根據權利要求6所述的流體分配和再循環系統，其中所述的鑽孔的尺寸設計為當所述流體返回所述容器時，再循環流體留在所述流體返回裝置中。
8.根據權利要求1所述的流體分配和再循環系統，其中所述蓋包括第一鍵元件，並且所述連接器具有配置為與所述第一鍵元件相匹配的第二鍵元件。
9.根據權利要求8所述的流體分配和再循環系統，進一步包括傳感器裝置，用於傳感所述第一和第二鍵元件何時相匹配的，並且用於檢測所述第一和第二鍵元件何時不匹配。
10.根據權利要求9所述的流體分配和再循環系統，其中所述傳感器裝置包括安裝在所述連接器上的檢測器以及安裝在所述蓋上的檢測器影響元件，安裝在所述連接器上的檢測器具有兩種狀態，一種狀態是所述第一和第二鍵編碼相匹配並且所述蓋和所述連接器以預定方向相連接時的狀態，第二狀態是所述第一和第二鍵編碼不相匹配並且所述蓋和所述連接器不是以預定方向相連接時的狀態。
11.根據權利要求9所述的流體分配和再循環系統，其中所述傳感器裝置包括安裝在所述蓋上的檢測器以及安裝在所述連接器上的檢測器影響元件，設置在所述蓋上的檢測器具有兩種狀態，一種狀態是當第一和第二鍵編碼相匹配並且所述蓋和所述連接器以預定方向相連接時的狀態，第二狀態是第一和第二鍵編碼不相匹配並且所述蓋和所述連接器不是以預定方向相連接時的狀態。
12.根據權利要求9所述的流體分配和再循環系統，進一步包括控制器裝置，所述控制器裝置與所述傳感器裝置及所述泵裝置相連接，使得所述控制器裝置在所述傳感器裝置檢測到所述第一和第二鍵元件相匹配時使所述泵裝置工作，在所述傳感器裝置檢測到所述第一和第二鍵元件不相匹配時使所述泵裝置不工作。
13.根據權利要求1所述的流體分配和再循環系統，進一步包括壓力協助埠，其與用來將加壓氣體導入所述容器中的外部壓力源相連接，以便於所述流體從所述容器流動。
14.一種用來分配來自容器的流體並使流體返回容器的導管，包括通過所述導管從所述導管的第一末端延伸到所述導管的第二末端的流道；流體返回埠；和流體返回流道，所述流體返回流道經由鑽孔與所述流體返回埠流體相通，所述流體返回流道大體平行於所述流道沿著所述導管的外部從所述鑽孔到大體為所述導管的第二端的位置縱向延伸。
15.根據權利要求14所述的導管，其中所述流體返回流道在所述鑽孔處的第一深度大於所述導管的所述第二位置周圍的第二深度，所述第一深度沿著所述流體返回流道均勻地過渡到所述第二深度。
16.根據權利要求14所述的導管，其中所述流體返回流道具有均勻的深度。
17.一種分配並再循環流體的方法，包括提供具有開口的容器，其中所述開口與所述容器的內部相通；在所述開口上連接蓋；將連接器連接到所述蓋，其中所述連接器包括導管，所述導管在所述容器內部限定在所述導管的末端終結的流道；在所述導管上限定流體返回流道；穿過所述流體流道從所述容器分配流體；和穿過所述流體返回流道將流體重新裝進所述容器中，使得所述流體中的空氣在所述容器中的所述流體上方被釋放，以防止空氣被注入到所述容器的流體中。
18.根據權利要求17所述的方法，其中從所述容器分配流體的步驟和將流體重新裝入所述容器中的步驟是同時進行的。
19.根據權利要求17所述的方法，其中將流體重新裝入所述容器的步驟進一步包括使所述被分配的流體穿過所述流體返回流道再循環進所述的容器中。
20.根據權利要求17所述的方法，其中所述流體返回流道沿所述導管的外部從鄰近所述連接器頭的區域到鄰近所述導管的末端的區域形成。
21.根據權利要求20所述的方法，其中所述流體返回流道在所述連接器頭處的第一深度比在所述導管的所述末端周圍的第二深度大，所述第一深度沿著所述流道均勻地過渡到所述第二深度。
22.根據權利要求20所述的方法，其中所述流體返回流道具有均勻的深度。
23.根據權利要求20所述的方法，其中所述流體返回流道沿所述導管大體平行於所述流道形成。
24.根據權利要求17所述的方法，其中所述流體返回流道包括形成在鄰近所述連接器頭位置的鑽孔，所述鑽孔用來將流體輸送到所述流體通道。
全文摘要
本發明公開了一種流體分配和再循環系統。所述系統包括具有開口的容器及與所述開口相連接的蓋。所述系統進一步包括連接器頭和從所述連接器頭延伸的導管。所述導管可以穿過所述蓋插入所述開口中，並且其中具有在接近於導管末端的位置終結的流動通道。泵穿過所述導管和所述流道從所述容器中抽取流體。流體返回流道形成在所述導管上，用來使再循環流體返回到所述容器中的流體中。當流體沿著所述流體返回流道返回時，所述流體中的空氣在所述容器的所述流體的上方被釋放，防止空氣被注入到所述容器的流體中。
文檔編號G05D7/06GK1898617SQ200480039019
公開日2007年1月17日 申請日期2004年10月21日 優先權日2003年10月27日
發明者凱文·T·歐道格特, 克拉馬·C·黑格曼 申請人:先科材料有限公司