[发明专利]超声液位传感系统

说明书

本申请是申请日为2014年05月15日和发明名称为“超声液位传感系统”的201410206617.9号发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年5月15日提交的美国临时申请号61/823,625的权益，其在此通过引用全文并入。

发明背景

半导体制造工艺涉及使用必须符合严格的纯度要求的化学试剂。这些液体化学试剂通常包含在密封的容器(例如，安瓿)中以预防化学试剂污染和防止渗漏。化学试剂通常需要金属容器和使用金属-对-金属密封的容器配件，以避免腐蚀、污染和在升高的压力下的泄漏。当使用存储在该容器中的化学试剂时，经常需要能够确定留在容器中的化学试剂的量，而不将化学试剂暴露在环境下或将操作者暴露在化学试剂下。

半导体工业中常用超声探头来测量密封容器内的化学试剂水平。典型的设计包括沿探头内的管道长度串联定位的多个超声传感器，如Dam等人的美国专利号5,663,503中公开的传感器和构造。信号处理装置(例如，控制器、仪表、个人电脑等)将电子信号传送给所述超声传感器，其反过来产生通过管道并回音返回传感器的一阵阵声波。每个传感器将其接收到的回波转化为电子信号，所述电子信号被传送回该信号处理装置。该信号处理装置随后解读该电子信号以确定回波强度以及在回波的发射和到达之间的时间推移。对于沿该管道特定部分定位的每个传感器，超声波通过该管道的速度和回音超声波的强度会有所不同，取决于管道的该部分包含化学试剂还是气体或蒸气(即，声音通过液体介质相比于气体或蒸气传播更快)。以这种方式，信号处理装置可以确定沿管道长度的化学试剂的水平，并由此确定容器内化学试剂的量。

通常，配置在超声探头内的更大数量的超声传感器在测量化学试剂水平时对应于提高的精确度。然而，通常需要更大的探头来容纳增加数量的超声传感器及其配线。考虑到半导体制造工艺和环境的严格性，密封容器、容器配件、密封件和相关硬件的尺寸大部分是标准化的，在不要求变为更大的配件和/或非标准化部件的情况下，这限制了超声探头可以适于包括更大数量的超声传感器(例如，大于四个)的程度。

因此，本领域需要具有增加数量的超声传感器、并可以与现有的标准化容器配件一起使用的超声探头。

发明概述

根据本发明的一个实施方式，公开了用于与容器一起使用的超声探头。该超声探头包含具有外径的桶和配置在所述桶内的管道，所述管道具有上部开口和下部开口。颈管耦联到所述桶和部分装配组件，所述颈管包含肩部、由所述肩部限定的下部开口、侧壁和由所述侧壁限定的第一外径，所述颈管的第一外径小于所述桶的外径。内体积配置在所述桶内，所述内体积与所述管道隔离。多个超声传感器配置在所述内体积内，所述多个超声传感器中的每个超声传感器都具有通过所述颈管从所述内体积伸出的导线。

另外，本发明的系统和方法的若干具体方面概述如下。

方面1、用于与容器一起使用的超声探头，所述超声探头包含：

具有外径的桶；

配置在所述桶内的管道；

耦联(couple)到所述桶和部分装配组件的颈管，所述颈管包含肩部、由所述肩部限定的下部开口、侧壁和由所述侧壁限定的第一外径，所述颈管的第一外径小于所述桶的外径；

配置在所述桶内的内体积，所述内体积与所述管道隔离；和

配置在所述内体积内的多个超声传感器，所述多个超声传感器中的每个超声传感器都具有通过所述颈管从所述内体积伸出的导线。

方面2、方面1的超声探头，其中所述部分装配组件包含具有内边缘的密封面，所述内边缘距离所述颈管的侧壁至少2.0mm。

方面3、方面1或2的超声探头，其中所述桶的外径至少为十六分之五英寸(7.9mm)。

方面4、方面1至3任一项的超声探头，其中所述颈管的第一外径与所述桶的外径之比小于或等于0.95。

方面5、方面1至3任一项的超声探头，其中所述颈管的第一外径与所述桶的外径之比大于或等于0.3并且小于或等于0.95。

方面6、方面1至5任一项的超声探头，其中所述颈管的第一外径不大于21.0mm。

方面7、方面1至6任一项的超声探头，其中所述桶包含：

具有上部开口、下部开口、侧壁、配置在所述侧壁中的侧部开口和由所述侧壁限定的外径的环管(collar)；

包含上部开口、下部开口、侧壁和由所述侧壁限定的外径的外管；和