用于泵送高粘度流体的装置和方法

专利名称：用于泵送高粘度流体的装置和方法
技术领域：
本发明涉及用于精确地分配流体的泵及与其相关的方法，以及由这些泵和方法制成的各种产品。
背景技术：
本发明涉及可用于分配流体、尤其是昂贵、粘性、高纯度、及/或对分子剪切敏感的流体的泵系统。本发明也涉及诸如硅芯片和晶片的微电子器件、微电子基片、以及由这些泵系统和方法制造的回路。与现有技术的系统相比，通过本发明可以实现潜在地提高这种产品的质量和产量。
本发明相关背景的总的方面在先前的美国专利5167837、5772899和2256429中公开。在这些方面，本发明具有多种用途，但是尤其可应用于微电子工业。在该工业中的趋势为在更小的基片上挤进更大量的电路，电路的几何形状持续缩小，持续使用昂贵的材料，并相应地对无污染的洁净室和制造、过滤和处理所用的设备的需求持续并不断地增长。有可能重要的是，由于经济和其他原因，持续要求提高最终产品产量。
前述美国专利5167837、5772899和5516429提出了很多情况，并提出了很多用途。本发明旨在进一步改进该技术，并且在不相关的技术中有可能地利用这种改进。
尤其是，用于通过泵送和分配系统的被处理流体的流动路径的进一步简化和竖直取向可以减小污染、空气滞留、或类似问题的风险，同时，提供了所需的被处理流体的过滤、分配以及其他处理的类似的或提高的可靠性。在本发明中的制造和设计上的改进允许整个被处理流体流动路径被涂敷或由特氟隆或其他类似的无污染材料加工，进一步降低了污染问题的可能性。
如上所述，前述美国专利5167837、5516429、和5772899提出并解决了很多问题。尤其是，这些装置引入了一种隔膜型流体分配系统，在某些实施例中，该系统包括两个分离的计算机控制泵，以分配精确量的流体。然而，在这些专利中的优选实施例表明被处理流体在稍微曲折路径中运行而通过泵系统。在一些用途中，这种路径对于可能滞留于流体或系统中的杂质气泡没有赋予最佳的排气作用。例如，即使不需要重新启动，当流体源容器间歇地变化时，也会不可避免地引入一些少量的气泡。金属或其它可能被污染的材料的流动路径的各部分导致流体相应的不期望的污染的风险(虽然很小)。
如这些先前的专利所示，在较小比例的用途中，这种气泡或污染物会潜在地在一定程度上损害最终产品。另外，例如，这种气泡或污染物在改变流体源容器时需要一定时间，将气泡从系统中逸出，否则，会损害流体分配系统的精度(同样在少部分的用途中)。虽然这些先前的专利和发明在该方面作用良好，并且对他们之前的现有技术来说是很大的进步，虽然这些专利可以轻易地用来对付上述问题，但本发明在该方面提供了改进。
其他的益处来自于流体的流动路径的简化。通过简化和减少系统中所包含的部件的数量，可以相应地简化组装和维护。可能更重要的是，可以减少连接点、密封配合、以及相关的潜在泄漏点的数量，从而直接降低夹带污染空气的风险或类似问题。另外，缩短和重新排列流动路径可以减少系统壳体占地面积的尺寸，换句话说与现有技术系统相比使系统更紧凑，由此为泵系统用户相应地减少了有价值的工厂空间。

发明内容
因此，本发明的目的是提供一种流体分配系统，该系统提供了在此所讨论的改进的性能和优点。该系统中，当系统处于正常的竖直位置时，流体从入口到出口基本上垂直地流动，且遍及流动路径上提供了特氟隆或类似的无污染润湿表面。在其优选实施例中，与现有技术的系统相比，流动路径得以简化，包括较少的配合和连接(部分是由于将各种部件一体形成为单独一个整体构件)。
本发明的另一目的是提供一种以精确控制方式处理流体的装置，该装置包括第一泵送装置和第二泵送装置的组合，二者流体连通，其中，流体运行路径随着流体流过第一泵送装置和第二泵送装置而基本上始终如一地向上。如上所述，第一泵送装置和第二泵送装置与流体接触的表面优选地都由相对无污染材料、如特氟隆等制造或涂敷有该材料。尤其是，在洁净室环境中有利于将该系统用于高纯度流体等。
该装置还可以包括第一泵送装置和第二泵送装置之间的过滤装置，在这种情况下，流体运行路径优选地随着流体流过第一泵送装置、过滤装置、和第二泵送装置而基本上保持始终如一地向上，并且，所有或基本上所有接触表面为无污染的。在优选实施例中，泵头部(pump head)和其中的阀实际上由特氟隆制造，并且沿着流动路径的所有配合都是由特氟隆形成的锥形配合(flare fitting)，或否则具有对所使用流体(subject fluid)无污染的润湿表面。对于本发明的无污染方面，无限制地包括各种形式的特氟隆(TFE&PFA)、Kalrez(一种氟化的特氟隆状弹性体)或其它材料。在本发明中可用的多种适宜的配合中，可以轻易地实现商用的Furon Flare GripPFA管配合。
本发明的另一目的是提供一种上述特征的系统或装置。其中，第一泵送装置包括可从下部上拆卸的上头部，并且设置了用于暂时将上头部固定到下部上以在它们之间形成泵送腔室的装置。优选地是，上头部包括一体形成的阀装置，该阀装置被构造成在其之后将被处理流体在大致向上的路径中引导向上头部中一体形成的过滤腔室。尤其是，一体的阀利于在较低压力下过滤粘性流体或其他流体，并减小了对流体的分子剪切，这部分是通过提供穿过阀的较大和较少阻碍(与现有技术相比)的流动路径而实现的。阀也减小了由于流体通过阀移动而形成的压差或压力降。
本发明的另一目的是提供一种具有上述特征的系统或装置，其中，第二泵送装置包括可以从下部上拆卸的上头部，带有暂时将上头部固定到下部上以在它们之间形成泵送腔室的装置。同样优选地是，第二泵送装置的上头部包括其中一体形成的T形流体流动路径，其中T形为所使用流体提供了从泵送腔室到上头部分配部分的大致指向上的流动路径。优选的T形流动路径包括用于在所使用流体被第一泵送装置泵出后接收该流体的输入部分，而当装置处于正常的竖直取向时，来自第二泵的上头部的分配部分高于输入部分。
本发明的另一目的是提供一种具有上述特征的系统和装置，其中，第二泵送装置大致位于第一泵送装置之上，而当装置处于正常的竖直取向时，从第一泵送装置的出口到第二泵送装置的入口的流体运行路径不包括任何向下指向的部分。
本发明的再一目的是提供一种用于分配流体的装置，其包括第一隔膜型泵的组合，该隔膜型泵具有泵头部，泵头部包括一体地形成于第一隔膜型泵中的阀，以控制流体的流量。该装置还可以包括第二隔膜型泵，其大致位于第一隔膜型泵之上，并且被构造成接收被第一隔膜型泵泵出的流体，并具有从第一隔膜型泵到第二隔膜型泵的大致向上的流体路径。
本发明的另一目的是涉及一种过滤器之上或上游的排气阀，以允许选择性地排出夹带于所使用流体中的任何气体。优选地是，排气阀也可以用作减压阀或安全阀，以防止所使用流体以及系统本身的压力超过选定值。同样优选地是，排气阀定位于过滤腔室内的较高点。
本发明的其他目的是提供一种用于过滤和分配流体的方法，包括一个或多个如下步骤提供一体地形成于第一泵送装置的上头部内的阀装置，阀装置被构造成接收所使用流体，并在大致向上的路径中引导来自第一泵送腔室的流体；启动第一泵送元件，以便从流体源吸入所使用流体；以及进一步启动第一泵送元件，以将所使用流体从第一泵送元件中向上分配。在优选实施例中，阀在上面语句中所述的吸入和分配步骤中改变流体的流动，如上所述，各步骤还可以包括提供一体形成于第一泵送元件的上头部的过滤腔室，以及在上头部内提供从第一泵送元件通过阀装置到达过滤腔室的大致指向上的流动路径，由此，第一泵送元件的进一步启动将所使用流体从第一泵送元件引导到过滤腔室。
本发明的方法的其他步骤包括提供大致位于第一泵送元件之上的第二泵送元件，并在它们之间提供流体流动路径，由此，所使用流体在第一泵送元件和第二泵送元件之间不会向下流动，并且沿着非向下的流动路径泵送所使用流体。
本发明的另一目的是提供一种装置和方法，该方法包括提供第二泵送元件下游的阀，用于选择性地分配所使用流体或将所使用流体返回到流体源，其中，下游的阀大致为零排量阀，其不会不理想地污染或将气体引入所使用流体中。尤其是，优选地阀降低或消除了操纵阀将排出流体(如将流体从分配管路上排出)的可能性，该排量将不利地影响分配或其他方面的精度或系统的性能。
虽然本发明在此就高纯度、粘度流体的分配加以描述，本发明可以应用于多种其他用途中。此外，虽然在此讨论的优选实施例包括两个泵送装置，且过滤装置夹在他们之间，本发明的有益的方面可以在没有过滤装置、或只有一个带或不带过滤装置的泵送装置下予以实现。
如同现有技术的系统一样，本发明提供了一种分配系统，其允许使用计算机或其他自动的数字控制系统，以用于(控制)分配的速率和间隔，以及用于在系统工作过程中，控制流过系统的流体方向和流体压力。因而，本发明的再一目的是提供一种分配系统，该系统使操纵的灵活性很大，使其适用于各种用途。该系统可以由步进电机或伺服电机或类似的技术、并通过各种计算机软件、硬件以及有线或无线通信系统控制。
本发明的其他目的包括提供相对短的流体流动路径，以便不易于引入污染物，并提供相对更紧凑的泵结构，其留有较少的占地面积(与现有技术的装置相比)。
本发明的另一目的是提供一种由上述装置或方法制造的集成电路芯片或其他微电子器件。
本发明的其他目的和优点将从以下的说明书和附图中得以明白，说明书和附图只为了说明的目的。


图1是本发明优选实施例的立体图；图2是相同系统的另一个立体图，该图是从相对的上角看到的，以使出该组件的背侧；图3是沿图1的线3-3截取的剖面图；图4是沿图3的线4-4截取的剖面图；图5是沿图3的线5-5截取的剖面图；图6是沿图1的线6-6截取的剖面图；
图7是沿图1的线7-7截取的剖面图；图8是大致示出本发明的优选操纵方法的流程图；图9是与图1类似的立体图，但示出了本发明多种实施例中的一个；图10是与图2类似的立体图，但为图9的系统的立体图，从如图9所示的相对的上角看到；图11a是图9和10的系统的俯视图，示出了面向图9和10所示的相反方向的系统的进入和排出口(本领域技术人员可以理解系统的配合可以在各个方向内取向以及各个位置处)；图11b是与图11a相同的图9和10的系统的俯视图，但是包括不同的剖面线13-13，除此之外还示出了面向图9和10所示的方向的相反方向的系统的进入口和排出口；图12是沿图11a的线12-12截取的剖面图，为了清楚的目的，在此所讨论的优选的三通阀从本图中省略掉；图13是沿图11b的线13-13截取的剖面图；以及图14与图10相似，但是是从所剩余的上角中的一个(不同于图9和10示出的那两个)看到的图9的系统的立体图，并且同样示出了面向图10所示的方向的相反方向的系统的排出口，代表伺服电机组件的两个下部单元(图10所示的元件293并与图10和14二者中示出的上部单元283相对应)在本图中未示出，以便更好地看到优选的压力传感器285和295。
具体实施例方式
参照附图，尤其是图1和图2，图1示出了根据本发明教导所构造的泵送和分配系统10的优选实施例。优选地是，该系统包括第一泵送装置或主泵20，以及第二泵送系统或从泵30，他们工作连接，以从进入口12向排出口46泵送流体。如在此所述，过滤装置可以包括在主泵和从泵20和30之间，或优选地在主泵20(如在此所描述的)之内，以过滤被处理流体。
关于该优选系统的部件和操纵的总的原理及其泵送机构在美国专利5167837、5516429以及5772899中描述，这些专利合并于此作为参考。本发明的优选操纵方法的概况在图8中示出。从初始的流体源60(图8)获取的流体通过主泵20的工作而经由进入口12吸入系统10中，作为该过程的一部分，定位一个主泵中的整体的三通阀140，以便允许流体被吸入隔膜型第一泵18中(通过向下移动其隔膜，如上述专利中所解释的)。然后启动阀140以允许流体从泵18向上通过阀140并最终通过过滤器27流动。一个或多个排气阀或单向阀(如排气阀36和单向阀49)可以沿着流动路径包括在适宜的位置处，以排除不期望的夹带气体，并防止不期望的回流，如在此进一步讨论的那样。排气阀36可以将流体返回到流体源60(如图8所示)，或返回到废水排水沟(未示出)。当不通过排气阀36从过滤器中排出时，流体优选地运行到第二隔膜型泵44，该泵优选地通向另一个三通阀99(见图8阀99可以为任意的适宜的阀，如在此描述的零排量无污染阀，并可以定位于任何适宜的位置处。虽然该阀一般远离第二泵44，以便接近实际分配量并改善精确控制最终的分配、滴落、吸回等的能力)。第二阀99可以选择性地启动，以引导回流到流体源，或分配到基片或其他微电子芯片或正在处理的装置(device-in-process)上(未示出)。
本领域技术人员将理解到在上述美国专利5167837、5516429和5772899中公开的很多一般概念可以以同样的说服力应用于本发明中。一些对现有技术发明的重要改进在此公开或描述。
为了举例说明，而不是为了限制，随着流体流过系统10，用于所使用流体的整个流动路径优选地基本朝上，(然而，显而易见的是如果流体由阀99导引回到流体源，那么流体向下返回到其初始高度)。这种优选的向上的流动路径包括优选地将进入口12实际上尽可能低地定位在第一泵送元件20上，优选地是，流动路径的仅有的向下流动部分由于流体被吸入相应的泵送腔室18和44中而出现。本领域技术人员将理解到这种向下流动利于泵的注满和系统的其他有益的性能和包装(包括利于将优选的液压隔膜泵以及泵头部和过滤器实际包装在相对小的占地面积中)，并且在任何情况下，靠近每个泵送腔室18和44的下游部件和元件的优选的垂直对齐和构造减少否则可能发生的气体夹杂或相关问题。例如，优选实施例提供了从这些泵送腔室18和44的最上部的相应区域到排气阀36(见图6)和第二泵46的排出口的相对小的垂直通道22、23和45(见图3和7)。因此，在优选实施例中，任何向下的流动紧接着是向上流动(通过隔膜泵在向上方向上强制所使用流体向上流动)，这有助于清除所夹带的空气并使所使用流体的整体向上流动得以继续。
类似地为了举例说明而不是为了限制，并如在此更全面地解释的，整个流动路径优选地包括比现有技术系统更少的配合，这些配合和流动路径本身优选地由特氟隆或类似材料制造或由该材料涂敷，以进一步减小被处理流体污染的风险。优选地是，如上所述，诸如商用的Flare Grip PFA管配合的锥形配合可以轻易地实现。
在图3中，优选实施例被示为包括通过将上头部120与下部122组装并在他们之间密封并固定柔性隔膜124所形成的第一泵送腔室18。密封元件127优选地由特氟隆或类似的无污染材料制成或由该材料涂敷。
至少稍微类似于上述美国专利5167837、5516429和5772899(尤其是参照每个专利中的图2)，隔膜124和下部122优选地构造成可以通过步进电机组件、伺服电机或类似装置精确控制隔膜的致动和弯曲(并于是泵送所使用流体或被处理流体)，将流体排入隔膜124之下的空间125或从该空间排出。在优选实施例中，这可以通过将相对不可压缩的工作流体通过导管或通道126(在其相对端-未示出-连接到步进电机组件180或等价部件上)泵送。本领域技术人员将理解到如下所述通道126可以为任何适宜的结构，包括(在很多变型中)诸如图13所示的通道226的内部通道。诸如基座161的基座元件优选地由适宜的坚固材料制造，尽管由于所使用流体不会暴露于基座或其中的通道而对其无污染要求较低。图1和2中的位置反馈指示器184和194以及限位开关182和192(图1和图2)优选地设置在活塞或步进电机组件上，以利于系统10的控制和操纵。在本发明的很多利用光学限位开关282和292的可供选择的实施例中(如图9-14中所示出的)，探测指示器284和294优选地与活塞一起移动并从活塞上伸出。
在很多可供选择的实施例中，隔膜制动装置的结构与上述美国专利5167837、5516429和5772899的所述图2中所示的类似。可以加工出用于致动流体的一体通道，或否则在基座161中以不同的方向上设置该通道，如图12(图12示出了这种用于启动从泵的通道255)和图13(图13示出了用于启动主泵的通道226)的可供选择的实施例所示的示例。
上头部120和下部122可以彼此通过各种机构保持于工作关系。优选地是，螺母128通过落座于上头部120外部的沟槽中的定位凸缘129固定在上头部120上，并与下部122外侧上的相应的螺纹部130啮合。虽然用于螺母128和下部122的材料可以是多种多样的，优选地他们由金属制成，以提供头部120和122可以重复啮合组装的强度。在优选实施例中，元件130和128上的螺纹相对粗，以相应地使两部分120和122能够快速组装和拆卸，以用于第一泵送装置20的维护和其他保养。较大的螺纹也比小螺纹或细螺纹相对容易地清理。
上头部120也优选地构成由单独一块特氟隆或类似材料形成或制造的整体元件，如在此所解释的，这个整体特征允许各种结构和元件直接合并于头部本身上，有助于改善所使用流体的流动路径和减少潜在的污染连接的上述益处。
尤其是，整体元件120优选地其中包括一整体形成或加工的阀组件140(见图3和4)，阀140优选地为三通阀，允许(如上所述)选择性地(1)从连接到进入口12的流体源通过阀140流到泵送腔室18，以及(2)从泵送腔室18向上通过阀140，并随后通过过滤器27。在优选实施例中，阀装置140包括与美国专利5261442中公开的相似的一些方面，但是本领域技术人员可以意识到各种各样的特定阀结构中的任一种都可以满足要求。
虽然本发明优选实施例在整体元件120内包括有一体形成的三通阀，本发明可供选择的实施例可以利用其他的阀结构，或可以不利用任何阀装置。例如，一个可供选择的实施例可以利用单向阀，该单向阀与相对于从泵30在此描述的单向阀49类似、沿着进入口12和泵送腔室18之间的流体流动路径定位。如本领域技术人员将理解的，单向阀将作用为允许所使用流体流入泵送腔室18，然而，当流体自泵送腔室18被施力时，将防止流体流回到流体源。
在任何情况下，优选地是流体从泵送腔室(在其分配行程)通过整体元件120内的大致垂直的通道22和23流动。
本领域技术人员将理解到优选地设置在整体结构120中的阀140、通道22和23、以及其他元件在此可以通过包括机加工、钻孔、切割或其他形成上头部120的任何适宜的装置形成，上头部120本身的材料替代了现有技术装置中使用的各种接头，并与现有技术的装置相比优选地简化了所使用流体的流动路径。
优选的阀组件140的细节在图4中示出，其中，所使用流体通过进入口12吸入系统中，如在此所示，配合13(类似于在此描述的其他配合)优选地包括无污染的(例如特氟隆或由特氟隆涂敷)锥形配合。锥形配合一般用在半导体工业中。典型地是，诸如螺母205(图9和12)的螺母靠近最终的管接头设置，而该导管利用特殊的工具或工艺向外成锥形(扩口或拉伸)，并然后套在配合的心轴上滑移。拧紧螺母以便锥形管以密封关系固定到位。
本发明这个方面的多个实施例中的一个示于图12中，图12示出了具有环或榫舌202的管接头201，榫舌202以密封的关系配装到头部220(该头部对应于图3的头部120)上的相应的沟槽203中。在图12的实施例中，管接头201示为与定位肩台或板204整体形成。螺钉或螺栓206(图9)或其他方法和装置被用于将该配合件固定到头部220上。在优选实施例中，头部220的优选的特氟隆材料不能轻易并可靠地直接与螺钉啮合(诸如在螺钉206直接拧入头部220的特氟隆材料中会发生的)，于是，一个或多个杆207(图12)设置在孔208(该孔可以为盲孔或钻通整个头部)中。本领域技术人员将理解到孔的任一端或两端在外侧至少一定程度可见(以允许钻孔208，插入杆207，并如下所述操纵这些杆以与螺栓206捏合)，但是例如可以由三通阀上的板209覆盖。在头部220以允许螺栓206插入而不与特氟隆头部220啮合的尺寸和位置钻出其他的孔(未示出)。杆207优选地由不锈钢制造，并包含横向钻出并攻丝的孔，以接收用于将弯管固定到盖上的螺钉。螺钉206的端部优选地定位成啮合杆207中设置的横向钻出并攻丝的孔，且杆207中这些孔的螺纹和位置尺寸和位置与螺钉206对应，从而螺钉206可以与其螺纹啮合并紧固。杆207优选地在其端部还具有一个或多个槽或其他结构，从而他们可以通过螺丝刀等在孔208中旋转，以利于将螺钉206与杆207对齐并啮合，并从而将配合件紧固到头部220上。
在很多可选的固定方法中，有时有益的是允许管接头通过完整360度转动或回转，尤其是与固定到管接头201上或与管接头201一同形成的弯管配合相结合。为了提供这种转动能力，可以在靠近头部220的配合件外部设置扣环或类似的环形结构，并且可以设置套筒或类似于板204的板件以与扣环或肩台结合。套筒或类似于板204的板件然后可以如上所述地与头部220接合，而回转调节可以在将螺钉或螺栓206拧紧之前，或优选地甚至在螺钉或螺栓拧紧之后进行。
为了使泵送腔室18填充以被处理流体(为了随后将流体泵送过系统10的剩余部分)，阀140的中心柱塞组件在图4中箭头A的方向上压下(通过计算机控制的空气致动(未示出)通过开口146推动柱塞组件142的端部144-见在图10的可供选择的实施例中的以下描述)。在优选实施例中，柱塞组件142的空气致动优选地由隔膜控制，但另外可以由活塞控制。实际上，可以设置致动器(例如单独的杆或柱塞(未示出))或其他机械机构来致动柱塞组件144/142。在任何情况下，致动压力必须克服弹簧148所施加的弹力，并且弹簧148将阀140保持于允许流体从泵送腔室18通过阀140而到达过滤器27流动的默认位置。通过压下柱塞142并压缩弹簧148，允许流体通过进入导管12，流过垂直通道22，并进入泵送腔室18内。当压力从柱塞142的端部144释放时，弹簧148迫使柱塞返回到图4所示的位置，实现了上述的从泵送腔室18通过阀140与过滤器27流体连通。
进一步实现这个阀的功能的优选的是肾形的通道152(图3和4所示)和154(由于线4-4的横截面位置，仅在图3中示出)。优选地是，当观察图3时，通道152向观察着开口，而通道154在相反方向开口(背离观察者，或朝向图3的背面)。优选的肾形152和154放大了否则会在流体流动中成为阻碍的地方，总体上改善了系统10的性能，并尤其是相对于所处理的对剪切敏感和/或高粘度的流体。参照图3和4，本领域技术人员将理解到第一隔膜124的分配冲程迫使所使用流体向上流到通道中，并通过未被柱塞142占据的中心空间147流入环形通道149中，并此后流入面向后的肾形开口154，并通过通道23向上流到过滤器27。
对于要过滤所使用流体的用途中，上头部优选地还包括整体模制或加工的过滤器壳体或腔室160。腔室160优选地包括可拆下的盖元件162，以允许维护或接近过滤器元件27。为了在此描述得紧凑性、无污染和其他益处，盖元件162优选地也由整体一块特氟隆或类似材料制造或加工。O形圈或类似的密封装置166优选地设置在盖元件162和上头部120之间，以防止在该连接处泄漏。螺母164(原理上与第一泵送装置外下部的螺母128类似)优选地将盖元件螺纹连接到上头部120上，并通过较粗的螺纹而轻易拆卸。然而，为了在该连接处提供改善的密封作用，并延长该连接处及其部件的寿命，螺母164优选地也由聚丙烯、特氟隆、或一些类似的塑料材料制成。尤其是，这确保了连接处的螺纹的寿命长于例如螺母由金属形成并由此侵蚀到上头部120上形成的相应的特氟隆螺纹中的情况下会发生的。
在图9-14的可供选择的实施例中，盖元件262(对应于图1-8的盖元件162；图9-14中很多200系列的附图标记与图1-8中100系列的附图标记具有类似的对应性)向下延伸到腔室260中。然后O形圈266定位在外环形通道256内，在例如整个盖元件262和螺母264在系统加压过程中垂直向上运动的情况下，这有助于防止泄露(与图1-8中的O形圈166的平面密封结构相比)。尤其是，这种运动的可能性会受到形成螺母164或264的材料影响(塑料螺母可能允许更大的这种运动)。
过滤器元件27可以为任何适宜结构的任何适宜的过滤器介质。在很多适宜的过滤器27中，可以使用Millipore公司制造的、商标和型号为PI-250Cartridge(品种号为DZUP CZI K1)和Wafergard F Cartridge(品种号为WGFG 40H P1)。优选地是，过滤装置一体地定位于第一泵20中，从而减小了流体流动路径的总长度，或至少减少流动路径内所需的接头数量。为了提供理想的无污染性能，过滤器27优选地涂敷有特氟隆或类似材料或由该材料制造。
过滤器27优选地适于随着所使用流体从垂直通道23流到盖元件162内形成的流动路径排出通道165而过滤该流体。为了确保所需的从垂直通道23流入过滤腔室，优选实施例包括一个或多个突起部分170(见图3和5)，以将过滤器元件27与过滤腔室的底部分隔开。以这种方式，过滤器装置27不会覆盖或阻挡流体从通道23的顶部流入过滤腔室中。在优选实施例中，这些部分170通过在其中的过滤腔室加工过程中留下整体块120的一部分而形成。如图所示，四个这种部分170等间隔地围绕中心开口23，尽管可以使用各种各样的其他结构或其他元件。
为了进一步确保所需的不约束从垂直通道23流入过滤腔室，优选实施例还包括锥口孔或锥形部分24(图3和5)。
如同上头部120内的通道22和23一样，在盖元件162内的排出通道165可以以任何适宜的方式(包括钻或类似的机加工)形成或制造。通道165为所使用流体提供了通过盖元件162的流动路径，并优选地连接到弯管167上(本领域技术人员将理解到排出流动路径可以为任何适宜的路径，但优选地不将流动向下导引)。虽然各种配合件和其他部件可以以适宜的方式彼此组装，用于多处连接的优选方法和结构示于图12和13中，并入在此所描述的。尤其是，这些图示出了系统中的配合件(如弯管167)与各种特氟隆部件(如由特氟隆制造的主要的“大块”元件)的固定。弯管167优选地在其另一端部连接到另一特氟隆锥形配合件和导管169上，并然后连接到系统10的第二泵送装置上，如在此所描述的。导管169优选地由特氟隆或类似材料制造或由该材料涂敷。
盖元件162优选地还包括有排气阀组件36(见图6)，该组件可操纵地由机加工的通道174连接到过滤腔室内的相对高点上(相应的替换元件236和274例如在图12和13中示出)。在优选实施例中，排气阀为全特氟隆的，并为二通常闭阀，其可以用于选择性地将气体从被处理流体中排出。很多适于此目的的阀中的一种由Furon公司(目前在3340 East La PalmaAvenue，Anaheim，California 92806办公，该公司与本说明书其他部分所提及的Furon相同)制造，并在关国专利5575311中公开。本领域技术人员将理解到将这个排气阀连接到系统内的高点将允许排气阀收集并排出可能夹杂于所使用流体中的不需要的气体。此外，由于为了到达通道174中，气体不需要穿过过滤器元件27(与必须这样做而到达通道165相反)，所以这种气体易于通过通道174排出(或图12实施例中的通道274)，而不是通过盖元件162的更居中的通道165排出。在本发明优选实施例中，阀由泵控制器自动致动，并为用户可编程的。另外，优选并典型地是，阀在过滤循环开启和结束时开启一小段时间(优选地为秒的数量级)。排气阀36优选地包括弹簧37，而通过弹簧的相关调节，可以设定其释放压力，使其能够作用为安全阀或减压阀，以确保所使用流体上的压力不超过一定值，或在过滤器元件27堵塞等的情况下提供卸荷。
对于需要第二泵送装置的应用中(例如，在上述美国专利5167837、5516429以及5772899中描述的应用中)，优选地设置从泵或第二泵元件30(图7)，优选的泵30的很多方面与上述的第一泵送元件20类似，包括泵送腔室44，其中具有以精确控制方式由步进电机(图7中未示出，但在图2中示作组件190，它可以将致动流体移动通过口55)或类似机构致动的隔膜。
从泵30可以相对于主泵20定位在各种位置处，但是优选地足够高以使流体流动路径趋于向上通过泵20和30之间的导管169。尤其是，导管169优选地随着流体从第一泵20移动到第二泵30至少不向下延伸，由于这种向下的路径会将气体困在系统10的该部分中。在多种可供选择的实施例中(未示出)，第二泵30甚至可以直接位于第一泵20之上，导致导管169或通道或泵20和30之间的连接部分基本垂直(并从而实际上没有气体夹杂其中的风险)。然而，为了便于系统10的制造，以及便于组装和保养，优选实施例将第一泵20和第二泵30相对彼此如图1和2所示那样定位。
从泵30优选地包括特氟隆或类似材料形成的整体的上部42，其整体特性提供了如在此所述的改善流动并减少污染的类似的可能性。优选地是，在上部钻出或否则加工或形成T形路径，并包括与其他通道47成T字形的大致垂直的通道45。该通道47优选地接收在穿过优选的另一特氟隆锥形配合48(或其他无污染接头)和一体地安装于上部42内的单向阀49之后从导管169流过来的流体。
尤其是，单向阀49优选地由特氟隆或类似的无污染材料形成，并防止泵送腔室44的泵送/分配冲程强行使流体返回到通道47并向过滤器27流动。反之，单向阀49使泵送腔室44的泵送/分配冲程强制流体进一步向上而通过通道45，此后到达弯管51和特氟隆锥形配合52(上面相对于第一泵送元件20上的弯管167和配合168的评论以同等效力适用于弯管51和配合52)。可用作单向阀49的多种适宜阀中的一种为目前Furon销售的，其零件号为MCV 246。
为了强度和经济性，第二泵元件30的下部53优选地由不锈钢、铝或一些其他金属制造，而定位螺母54同样由金属制造。然而，本领域技术人员将理解到各种各样的材料可以用于这些元件，而不会背离本发明的范围。
如上所述，从导管46中分配出来的流体优选地被导引到另一个无污染的三通阀(未示出，但是在图8中示意性示为元件99)，通过这个三通阀，所使用流体可以选择性地返回到流体源60，或被分配到基片或其他微电子芯片或正在处理的装置上(未示出)。在优选实施例中，三通阀99为独立的阀(与在第一泵送元件20中整体形成的阀140相反)，并经过上述的无污染特氟隆锥形配合固定到导管46和返回导管(未示出，但在图8中示出)。三通阀装置99优选地为零排量阀，从而阀致动时不会排出所使用流体。如上所述，并尤其是优选的阀减少或消除了该阀工作将排出流体(如从分配路线上排出)的可能性，这种排出将不利地影响分配或其他方面的精度或系统的性能。
本领域技术人员也将理解到图9-14的可供选择的实施例包括另外的优点。尤其是，第二泵230相对第一泵比图1-8中的稍微高，而这两个泵之间的导管269设置成非螺旋路径。在泵上的各种配合(通过这些配合，流体进入泵中，并从泵中排出)被改变方向以利于在有可能变动的位置和设备中使用。在图10中，配合246设置成利于优选的整体三通阀的空气致动。
图14也示出了分别与第一和第二步进电机组件280和290相关的优选的压力传感器285和295。但是代表伺服电机组件的两个下部单元(图10中示为元件293，并对应与图10和14中的上部单元283)如上所述在图14中未示出，以便更清楚地看到传感器285和295。本领域技术人员将理解到传感器被构造成探测在相应的第一和第二步进电机组件280和290上的致动流体内的压力，并将该压力传送到计算机控制机构(该计算机控制优选地能够探测并操纵组件10的其他输入和方面)。传感器可以被用于各种目的，包括(而不是限制)监控回灌(负)压力；指示需要维护或更换过滤器(如通过监控过滤器压力或通过过滤器的压差)；监控分配压力或整个压力周期(这可以利用高级过程控制)；以及其他功能。
本发明的装置和方法已经带有特定性地加以描述，但所公开的特定设计、构造和步骤不用来限制本发明。可以对其作出各种修改，这对于本领域技术人员来说是显而易见的，所有这些修改将不背离本发明的精髓，并且所有这些变动和修改被认为涵盖于所附的权利要求书中。
权利要求
1.一种用于过滤和分配流体的方法，包括以下步骤提供一体形成于第一泵送元件的上头部内的阀装置；所述阀装置构造成接收所使用流体并从所述第一泵送元件在基本向上的路径中引导该流体；致动所述第一泵送元件以将所使用流体从流体源吸入；以及进一步致动所述第一泵送元件，以将所使用流体从所述第一泵送元件向上分配；基本上所有被所使用流体润湿的表面由相对无污染材料制造或由该材料涂敷。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤提供一体形成于所述第一泵送元件的所述上头部内的过滤腔室，并在所述上头部内提供从所述第一泵送元件通过所述阀装置到所述过滤腔室的大致指向上的流动路径，由此，所述第一泵送元件的所述进一步致动将所使用流体从所述第一泵送腔室向上引导到所述过滤腔室。
3.一种微电子基片，由来自隔膜型泵的流体淀积制造，该隔膜型泵具有泵头部，所述头部包括一体形成的阀，以控制进入所述隔膜型泵的流体的流量。
4.一种用于过滤和分配流体的方法，包括以下步骤提供一体形成于一第一泵送元件的上头部内的阀装置；所述阀装置构造成接收所使用流体并从所述第一泵送元件在基本向上的路径中引导该流体；致动所述第一泵送元件以将所使用流体从流体源吸入；以及进一步致动所述第一泵送元件，以将所使用流体从所述第一泵送元件向上分配；其中所述阀装置独立于所述第一泵送元件被致动。
5.一种用于过滤和分配流体的方法，包括以下步骤提供一体形成于一第一泵送元件的上头部内的阀装置；所述阀装置构造成接收所使用流体并从所述第一泵送元件在基本向上的路径中引导该流体；致动所述第一泵送元件以将所使用流体从流体源吸入；以及进一步致动所述第一泵送元件，以将所使用流体从所述第一泵送元件向上分配；其中所述阀装置和所述第一泵送元件各自彼此独立地被致动。
全文摘要
公开了一种用于分配和过滤流体的系统，其中，流体流动路径从流体入口通过流体分配部分基本垂直。基本上所有润湿表面为特氟隆或一些类似的无污染材料，以用于如洁净室处理的用途。阀和过滤腔室合并到泵头部内，以简化流动路径并减少潜在的污染点，也公开了优选的方法以及由该装置或方法制造的芯片或其他微电子器件。
文档编号F04B23/06GK1782371SQ20051010883
公开日2006年6月7日 申请日期2000年11月30日 优先权日1999年11月30日
发明者格雷格·吉布森 申请人:米克罗利斯公司