System zur pulsationsfreien Förderung von Fiüssigkeiten Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur pulsationsfreien Förde- rung von Flüssigkeiten. das für hochreine, flüssige Chemikalien in der Halbleiterindustrie eingesetzt werden kann. in Produktionsverfahren der Halbleiterindustrie werden üblicherweise hochreine Chemikalien eingesetzt, an die sehr hohe Anforderungen be- züglich der Partikelfreiheit gestellt werden. Da es sich bei den verwende- ten Chemikalien häufig um stark ätzende oder oxidierende Substanzen handelt werden entsprechend hohe Ansprüche an die Reinheit bzw. Resi- stenz der mit den Chemikalien in Berührung kommenden Materialien ge- stellt. Besonders kritisch bezüglich der Partikelfreisetzung sind in diesem Zusammenhang Stellen, an denen die Chemikalien mit beweglichen Tei- len im System in Berührung kommen. Die Anforderungen an die Partiel- freiheit wachsen ständig und bisher bekannte Vorrichtungen können diese neuen Anforderungen nicht in zufriedenstellender Weise erfüllen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein System zur Verfü- gung zu stellen, welches möglichst wenige bewegliche Teile, wie z. B.

Pumpen aufweist.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Flüssigkeitsfördersystem zur pulsationsfreien Förderung, welches Flüssigkeiten in einem Rezirkulati- onskreislauf fördert und mindestens einen Zwischenbehälter aufweist.

In diesem erfindungsgemäßen System sind mindestens zwei parallel ge- schaltete kleine Druckbehälter eingebunden, welche mittels einer Druck- differenz zum Speicherbehälter die flüssigen Chemikalien fördern und ei- ne Pumpe ersetzen.

Von diesen zwei parallel geschalteten kleinen Druckbehältern (D1, D2) wird der eine mittels einer Pumpe befüllt, während der andere mit einem Überdruck im Vergleich zum Lagerbehätter (B1) beaufschlagt wird und die Flüssigkeit von ihm ausgehend im Kreislauf fördert, wobei die Regelung des Flüssigkeitsstroms durch elektrisch steuerbare Ventile erfolgt.

Charakteristisch ist für dieses Fördersystem, daß der kleine Behälter (D1 oder D2), welcher den höheren Druck aufweist, einen Überdruck von 2 bis 6 bar besitzt, und daß die beiden kleinen Behälter der Anlage im Betrieb abwechselnd mit Druck beaufschlagt werden, wodurch ein kontinuierlicher Flüssigkeitsstrom erzeugt wird..

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe auch dadurch, daß der eine der parallel geschalteten kleinen Behälter (D1 oder D2) im befullten Zustand einen Druck aufweist, welcher sich aus einer Höhendifferenz von mindestens 0,5 m zwischen dem Lagertank (B1) und der Höhe der klei- nen Behälter ergibt, die sich auf einer tieferen Ebene befinden als der La- gertank. Demgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß jeweils einer der kleinen Druckbehalter aus dem mit ihm verbundenen Lagerbe- hälter befüllt wird aufgrund einer Druckdifferenz, die sich aus einer Hö- hendifferenz von mindestens 0,5 m zwischen dem Lagerbehälter und den parallel geschalteten Druckbehältern, welche sich auf einer tieferen Ebe- ne befinden als der Lagertank, ergibt, während der andere kleine Druck- behälter mit einem Überdruck beaufschlagt wird und die Flüssigkeit von ihm ausgehend im Kreislauf gefördert wird, wobei die Regelung des Flüs- sigkeitsstroms durch elektronisch steuerbare Ventile erfolgt.

In einer besonderen Ausführungsform ist der eine der parallel geschal- teten kleinen Behälter mit einem Druck beaufschlagt, der sich aus einer Höhendifferenz von 1 m zwischen dem Lagertank und den beiden parallel geschalteten Behältern ergibt.

Erfindungsgemäß kann die Befüllung der Druckbehälter aus dem Lager- behä ! tererfo ! gen, indem die Flüssigkeit mittels leichtem Überdruck durch kommunizierende Rohrleitungen in die Druckbehälter gefördert wird.

Am Ende des Rezirkulationskreislaufs (RK) des Fördersystems wird der Druck auf den Innendruck des Lagerbehälter (B1) reduziert wird.

Diese Druckreduzierung kann durch ein Ventil, eine Blende oder eine Rohrverengung erfolgen.

Die Lösung der dieser Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe kann ins- besondere durch ein Fördersystem erfolgen, dessen Lagerbehälter einen Überdruck von größer gleich 0,05 bar aufweist, wobei die kleinen Druck- behälter als Behälter für hohen Druck ausgelegt sind.

Im gesamten Rezirkulationskreislauf fällt der Druck in Abhängigkeit von dem Förderstrom ab. Der Restdruck kann, wie oben gesagt, durch ein Ventil, eine Blende oder eine Rohrverengung auf den Innendruck des Speicher-oder Lagerbehälters reduziert werden.

Das erfindungsgemäße Flüssigkeitsfördersystem ermöglicht die Förde- rung von Flüssigkeiten in einem Rezirkulationskreislauf. wobei nur ein größerer Speicherbehälter oder Lagerbehälter (Day-Tank) benötigt wird.

Ein besonderer Vorteil dieses Fördersystems ist, daß eine Pumpe durch zwei parallel geschaltete, kleine Druckbehälter ersetzt werden kann. Die- se Druckbehälter können insbesondere ein Volumen von 1-2001 besitzen.

Während der eine Druckbehälter durch die Druckdifferenz, die sich aus der statische Höhendifferenz (> 0,5 m) des Speicher-oder Lagerbehälters (B1) zu den Druckbehältern (D1, D2) ergibt, oder mittels einer Pumpe befüilt wird, fördert der andere durch Anlegen eines höheren Überdrucks (2-6 bar) zum Speicherbehälter die Flüssigkeit im Kreislauf. Dies läßt sich durch entsprechendes Schalten von elektronisch steuerbaren Ventilen bewerkstelligen. Am Ende des Rezirkulationskreislaufes wird der Druck auf den Innendruck des Lagerbehälter B1 mittels eines Ventils, einer Blende oder Rohrverengung vermindert. Die Befüllung des Lagertanks von außen kann mittels Pumpen (Semi-Pumpsystem) oder auch durch Druck (Drucksystem erfolgen).

Die Befüllung der Druckbehälter D1 bzw. D2 aus dem Speicherbehälter B1 täßt sich auch durch einen leichten Überdruck in B1 (>0.05 bar) be- werkstelligen (s. o.). In diesem Fall muß aber B1 der Druckbehälterverord- nung genügen.

Durch den hier beschriebenen Aufbau des erfindungsgemäßen Fördersy- stems ergeben sich folgende Vorteile gegenüber herkömmlichen Syste- men :

Das System kombiniert die Vorteile von Pumpsystemen, durch die ein größerer Druckbehälter eingespart werden kann, mit denen der Drucksy- steme. Letztere zeichnen sich durch einen kontinuierlichen Fluß und durch das Fehlen von beweglichen Verschleißteilen aus. Dieses System ist vorteilhaft im Einsatz als Versorgungssystem von Elektronikchemikali- en, da besonders bei der Partikelreduktion deutliche Verbesserungen ge- genüber Pumpsystemen gefunden wurden. Ein anderer wesentlicher Vorteil gegenüber bekannten Versorgungssystemen ist die pulsationsar- me Fahrweise des gesamten Systems.

Weiterhin ist dieses System erheblich preisgünstiger als andere übliche Drucksysteme, bei denen z. B. mit zwei größeren Lagerbehältern (Druck- behältern, > 3 bar) gearbeitet wird, da hier nur ein druckloser Lagerbe- hälter und zwei kleine Druckbehälter (>2 bar) benötigt werden.

Der durch das System erzeugte kontinuierliche, gleichmäßige Flüssig- keitsfluß ist mit einer Partikelreduktion verbunden. Dadurch arbeiten in den Kreislauf eingebaute Filter effektiver, weil dieses System im Gegen- satz zu mit Membran-oder Faltenbalgpumpen aufgebauten System pulsationsfrei tauft. Es unterliegt auch der Druck an den Entnahmestellen (POU) keiner Pulsation und faßt sich sehr stabil halten.

Ein ganz besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Systems besteht in der Reduktion mechanisch beweglicher Teile : -Das Fördersystem besitzt außer den Ventilen keine beweglichen Teile.

Auf Pumpen kann innerhalb des Rezirkulationskreislaufes verzichtet wer- den. Auf diese Weise ist das System im Betrieb deutlich sicherer in Bezug auf Störungsanfälligkeit. Es ist weniger Service notwendig und es ergeben sich geringere Standzeiten, in denen Verschleißteile wie z. B. Pumpenteile ausgetauscht werden müssen -Da die Flüssigkeit nicht durch die mechanisch beweglichen Teile der Pumpe gefördert wird, wie z. B. beim Faltenbalg-, beziehungsweise bei Membran-oder Kreiselpumpen, werden weniger Partikel in die Flüssigkeit abgegeben, was bei der Förderung von Elektronikchemikalien von beson- derem Vorteil ist.

Vergleicht man das erfindungsgemäße System mit herkömmlichen Pump- systemen, ergeben sich demnach folgende Vorteile : Bei Einsatz von Pumpsystemen mit Rezirkulationskreislauf sind die Pum- pen in der Halbleiterindustrie rund um die Uhr im betrieb (typischer Wert : 99,9 % up-time im Jahr). Durch diesen Dauereinsatz, oft noch dazu in Gegenwart sehr aggressiver Chemikalien bedürfen die pumpen ständiger Wartung. Um Unterbrechungen bei der Chemikalienförderung zu vermei- den, müssen die Pumpen immer redundant ausgelegt sein, d. h. es müs- sen im Störfall parallel Pumpen vorhanden sein, die automatisch ersatz- weise eingeschaltet werden.

Im Vergleich dazu weist das erfindungsgemäße Semipumpsystem we- sentlich weniger Verschleißteile auf und der Wartungsaufwand ist ent- sprechend geringer.

Desweiteren werden von der Halbleiterindustrie fast nur noch Druckluft- pumpen, d. h. Membran-und Faltenbalgpumpen, aus Kunststoff (meist PTFE) eingesetzt. Diese Pumpen verursachen mehr oder weniger starke Pulsationen in der zu fördernden Flüssigkeit (Druckschwankungen), was die Filtrationsleistung von Membranfiltern deutlich mindert. Außerdem ge- ben, wie oben schon erwähnt, mechanisch bewegliche Teile der Pumpen (Ventile, Membran, Faltenbalg) unerwünschte Partikel in das zu fördernde Medium ab.

Im Vergleich zu Vakuum-Druck-Systemen weist das erfindungsgemäße System folgende Vorteile auf : Zum Befüllen der Druckbehälter in Vakuum-Druck-Systemen ist das An- legen eines Vakuums notwendig, wodurch die flüssige Chemikalie von ei- nem Speicherbehalter in die Druck-bzw. Vakuumbehälter befördert wird.

Dieses Prinzip ist begrenzt durch die Förderleistung der Vakuumpum- penleistung. Auch kann bei Verwendung von gesättigten Lösungen von Gasen (z. B. NH40H 28 %, HCI 36 % usw.) nur ein sehr schwacher Un- terdruck angelegt werden, da die sonst ein Ausgasen verursacht wird, was mit einer Konzentrationsänderung verbunden wäre.

Zum besseren Verständnis und zur Verdeutlichung wird im folgenden bei- spielhaft ein Fließschema eines solchen Fördersystems gegeben, das im Rahmen des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung liegt, nicht je- doch geeignet ist, die Erfindung auf dieses Beispiel zu beschränken.

Fig. 1 zeigt eine Skizze eines Chemikalienförder-bzw. Chemikalienver- sorgungssystems mit Chemikalienrezirkulationseinheit, worin B1 einen Speicherbehälter oder Mischbehälter darstellt, der durch Pumpen oder Druck befüllt werden kann. B1 und die Druckbehälter D1 und D2 befinden sich auf verschiedenen Ebenen, so daß sich zwischen dem Füllstandsni- veau von D1 max (D2) max und dem des Behälters B1 min eine minimale stati- sche Höhendifferenz ergibt, die ausreicht um den Druckbehälter zu be- füllen.

Fig. 2 zeigt eine Pumpeneinheit, mit der das erfindungsgemäße Förder- system versehen sein kann. Es handelt sich um einen Ausschnitt der Fig 1.

C1 Chemikalienzuleitung (aus Misch-und Transportbehälter) RK Rezirkulationskreislauf B1 Lagerbehäfter (Day-Tank) D1, D2 Druckbehälter (5 bis 200 1, bis 6 bar) V1.1, V1.2 Befüllungsventile V2.1, V2.2 Ventile auf Druckseite V3.1, V3.2 N2-Einlaßventile V4.1, V4.2 N2-Entlüftungsventile V5 Ventil zum Steuern der Durchflußmenge oder des Durchflus- ses V6 Ventil zum POU POU Chemikalienabnahmestelle (point of use) F Filtrationselemente S Füllstandssensor (optional)