CN103205732A - 用于高流速真空起泡器容器的防溅器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种贮存器，其具有：浸管入口；至少一个挡盘，其定位在该浸管的出口和该贮存器的出口之间以便在该挡盘和该贮存器侧壁之间提供狭窄的环状空间，以防止液滴进入该贮存器的出口和其侧壁的内表面；以及在该侧壁上的径向向内伸出的环状的偏转突出部，其邻近所述挡盘。本发明还涉及一种从具有上述结构的贮存器输送化学前体的方法。本发明设想液体输送和蒸汽输送。

Description

用于高流速真空起泡器容器的防溅器

相关申请的交叉引用

本专利申请是2009年3月19日提交的美国专利申请序列号12/407,279的部分继续申请。

发明背景

电子制造业使用将液态化学品转化成化学品蒸汽以便输送给电子器件制造反应器(即，处理装置)而用于实施化学气相沉积(CVD)的化学前体贮存器(container)。CVD是一种用于在电子制造的构造(例如，集成电路或计算机芯片)中形成层、薄膜以及其它沉积物的受欢迎的技术。因为大量化学前体的运输和存储效率问题，所以优选液体或固体作为供应源，但是工业上常常优选在处理装置现场以蒸汽形式实际输送化学前体，即CVD。可选择地，使用直接液体注射(DLI)来实施某些制造，但即使这样，液体在输送后也会在处理装置内蒸发。

当为了CVD而采用蒸汽输送时，贮存器通常让惰性载气穿过该贮存器或者起泡(即，起泡器)，以便将携带在该惰性载气中的化学前体蒸汽运送到处理装置。起泡器通常具有下管(downtube)入口，载气自该下管入口处在液态化学前体的表面下被引入到贮存器中，其中载气向上鼓泡穿过该液态化学前体，随着载气作为气泡浮出液体表面并且通过设置在化学前体液面上方的出口排出贮存器或起泡器时而携带化学前体。

使化学前体以液体形式(即使是作为小液滴)通过出口离开贮存器是人们不期望的。均质蒸汽被优选作为这种起泡器的分配产品。这避免了腐蚀、清理、不均匀流动以及气溶胶滴(其在生产制造期间以及贮存器断开期间可能会在出口管道内积累并且形成颗粒)。

工业上针对该问题尝试了用于起泡器的各种形式的防溅器，例如在US2008/0143002、US6,520,218、EP1329540、US2004/0013577、EP0420596、US5，589,110、US7,077,388、US2003/0042630、US5,776,255以及US4,450,118中。这些提供防溅器功能的尝试中的每一个的性能都比所期望的低，但是如下面所公开的那样，本发明成功地提供了高水平的防溅器功能，同时仍然允许化学前体的高流速或者允许在高真空或高压力差条件下的流动，如下文将要描述和说明的那样。

发明内容

本发明涉及一种贮存器，其具有：终止在贮存器底部邻近处的浸管入口；配置为浅的向下开口的圆锥体的至少一个挡盘，其定位在浸管出口和贮存器出口之间，被配置成在该挡盘和贮存器侧壁内表面之间提供狭窄的环状空间；位于侧壁上的径向向内伸出的环状偏转突出部，其邻近该挡盘；该挡盘和偏转突出部能够将进入贮存器出口的液滴减至最少；具有轴向间隔地设置在偏转突出部的最内边缘下方的径向向内伸出的环状边缘的肩部；以及终止在所述贮存器底部附近的液面传感器，所述贮存器能够具有高于液面探测末端(end oflevel sense)的液面水平。

本发明还涉及一种从贮存器输送化学前体蒸汽的方法，该方法包括：使载气通过贮存器的浸管；将液态化学前体从该贮存器携带到该载气中；使所携带的化学前体和该载气在狭窄的环状空间内经过侧壁上的径向向内伸出的环状的偏转突出部和至少一个挡盘，其中所述狭窄的环状空间在该挡盘的最外缘和贮存器侧壁内表面之间。

附图简述

图1是以局部剖面形式示出的本发明一个实施方式的示意性侧视图；

图2是以剖面图形式示出的本发明一个实施方式的示意性局部侧视图；

图3是以剖面图形式示出的本发明第二实施方式的示意性局部侧视图；

图4是以剖面图形式示出的本发明第三实施方式的示意性局部侧视图；

图5是以剖面图形式示出的本发明第四实施方式的示意性局部侧视图。

发明详述

本发明涉及一种蒸汽发生起泡器贮存器，其被设计用在高真空或高流率条件下。该设计防止了飞溅，并且还防止了将气溶胶滴输送到出口输送管线中，这两者都会导致不稳定的化学品质量流输送。

半导体制造商致力于使用越来越难以传送以便沉积在真空腔室或处理装置中的晶片上的高价值化学物质。本发明的起泡器贮存器允许液态化学物质在高真空条件下从贮存器作为蒸汽进行输送，而没有飞溅，也不会在贮存器出口内形成气溶胶滴，这两者都会导致不稳定的化学品质量输送率。本发明具有一种下表面(lower surface)设计，其能够实现载气的化学品蒸汽恒定饱和直到剩余化学物质的非常低的水平。而且，本发明防止了飞溅和进入到贮存器出口内的气溶胶滴的形成(即使贮存器内的化学品水平很高)，而这两者都会导致不稳定的化学品质量输送率。以前，用于高真空使用或高流率使用的贮存器必须在仅部分化学品装料的情况下使用(即，50％的装满程度)。这就需要半导体制造商更加频繁地更换贮存器(拆卸处理装置)，并且因为增加了贮存器的处理费用而增加了化学品的成本。本发明使得能够从装满的液态化学品水平直至非常低的水平来使用贮存器，并且减少了半导体处理装置停机的时间。同样，由于在出口内能够对化学品气溶胶颗粒有效地进行限制，所以本发明能够减少颗粒生成，该颗粒生成可能来自于沉积在出口内以及到处理腔室或处理装置的所有输送管道内的气溶胶滴的降解。在本说明书中，优选具有圆筒形状的贮存器，使得圆筒的轴位于竖直平面内。因此，对轴向和径向的描述都是相对于该类型的贮存器形状和取向。

本发明将位于贮存器侧壁内表面上的径向向内伸出的环状的偏转突出部与位于该贮存器上部的一个或多个挡盘结合起来使用，该贮存器要求携带有化学前体的载气通过在狭窄的环状空间内曲折地流到偏转突出部的径向最内边缘和挡盘的外侧而间接地流到该贮存器的出口，其中该狭窄环状空间位于起泡器内表面侧壁的内径和挡盘的最外直径或者外周或周向边缘之间。将参照本发明的优选实施方式对此进行说明。

图1示出了本发明的起泡器贮存器10，其具有圆筒形的起泡器侧壁12，浸管14在其入口端处终止于液态化学前体的液面之下(该液面大致以线15表示)，但位于贮存器底部13上方。

防溅器包括：(1)挡盘24；和(2)位于侧壁12的内表面23上的径向向内伸出的环状的偏转突出部22，其中挡盘24具有最外的周向边缘形状，优选为圆形，并且向下凹(例如，浅的向下开口的圆锥形)；该挡盘24和偏转突出部22协同起作用以便形成用于化学前体离开贮存器10的曲折流动路径。挡盘24向下凹，以便进一步阻挠化学前体到出口16的直接流动并且收集凝结的化学前体以便通过合并的小液滴落回到所存储的化学前体(未示出)中而返回。挡盘24的直径比贮存器10的侧壁12的圆筒状内表面23的内径稍小一些。挡盘24的周向最外边缘和贮存器10的侧壁12的内表面23之间的空间足以使气体以最小的压降通过该空间，但是该空间也足够狭窄以便使可能在通过浸管的载气的高流率下或大的压力波动下从起泡器的液体内容物中喷出的液体的通过最小化。贮存器10具有上部17和下部11以及示例性的液面水平15，液面水平15基于填充的程度和分配的持续时间而发生改变，但是通常都在偏转突出部22和挡盘24之下并且在入口14和液面传感器28的末端(分别为27a和27b)上方。

图2示出了本实施方式的贮存器内部结构的隔离图，其中没有示出浸管14。液面传感器28被示出为位于该贮存器中间以便监测液态化学品的液位。液面传感器终止在贮存器10的底部13附近。阀30控制将推动气或者载气通过入口14引入到贮存器的下部，在该贮存器的下部载气向上鼓泡穿过液态化学品，并且在载气的气泡中携带化学品的蒸汽。当载气离开入口浸管14的下端时，该载气的鼓泡作用会产生液态化学品的强烈搅动。当阀26打开时，出口16上的高真空也可能导致液态化学品的强烈或剧烈的搅动。这些作用中任一种都可能导致液态化学品朝向出口16起泡或飞溅。与贮存器或起泡器10的侧壁12相关联的径向向内伸出的环状的偏转突出部22用来使任何起泡或飞溅的液态化学品偏转，以免靠近挡盘24的最外边缘，从而保护出口16的入口端32以免摄入所设计的携带在载气内的化学品蒸汽之外的液态化学品。挡盘24和偏转突出部22形成用于化学前体离开贮存器10的曲折流动路径38。

在一个优选实施方式中，偏转突出部22在从不锈钢坯料的实心件铣削成贮存器或起泡器10期间由侧壁12的一部分形成。偏转突出部22可具有锥形形状的截面构造，使其最内边缘34终止在挡盘24的最外边缘36的径向内侧。偏转突出部可以是完全围绕侧壁12内表面23形成的环状缘。挡盘24和偏转突出部22的组合形成了用于载气和其所携带的化学品蒸汽的曲折流动路径38，这样的路径对于液相化学品而言是非常难以通过的。

优选地，挡盘24轴向间隔地设置在偏转突出部22的上方以提供极狭窄的流动路径(足以允许蒸汽流动，但是很难让液体流动)，也就是说，挡盘24和偏转突出部22之间是彼此接近的。可选地，挡盘24可以轴向间隔地设置在偏转突出部22的下方。而且，可选地，本发明还可提供多个挡盘，例如轴向间隔地设置在偏转突出部上方的挡盘24以及轴向间隔地设置在偏转突出部下方的挡盘24a，图3；轴向间隔地设置在偏转突出部上方的两个挡盘24和24b，图5；轴向间隔地设置在偏转突出部下方的两个挡盘24c和24d，图4；在各挡盘上方和下方轴向间隔地设置的偏转突出部；以及多个挡盘和偏转突出部；所有这些都优选如上文所限定的那样彼此邻近。

经验表明，气泡能够从入口浸管14的末端沿贮存器或起泡器10的侧壁12上行，在相邻于贮存器10侧壁12的内表面23处产生最大可能的液体飞溅流。因而，在一个实施方式中，偏转突出部包括肩部21，其形成为轴向间隔地设置在偏转突出部22的最内边缘34下方的径向向内伸出的环状边缘。偏转突出部22和肩部21之间的比例被设置成使得偏转突出部22径向向内伸出超过肩部21的径向向内的伸出部。该肩部可以是整个偏转突出部22的整体部分，并且能够由单块不锈钢或其它金属坯料与偏转突出部同时机械加工形成。肩部21具有两个功能。肩部21与内表面23之间形成锐角，因而将沿着内表面向上流动的液体重新引导到贮存器10的内部并远离由挡盘24和偏转突出部22的相应边缘形成的曲折路径38。另外，在偏转突出部22上收集的任何液体会引流到肩部21，然后落回到容纳在贮存器或起泡器10的下部中的液态化学品中。

挡盘24和偏转突出部22被示出为优选在贮存器的上部区域17，但可理解的是，也可设想其它的定位，只要它们都位于该贮存器内装填的化学品的标准上限或顶部空间或自由空间(freeboard)(如本领域技术人员所描述的)之上的位置，但至少在液位15之上。

尽管在本实施方式中偏转突出部22和肩部21被示出为相对于彼此和侧壁是一体的，但是可以设想偏转突出部22和肩部21可以是例如通过焊接、摩擦配合或机械紧固(例如，螺栓、螺钉和类似紧固件)被附接到侧壁12上的分离部件。即使是作为分离部件，偏转突出部22和肩部21也可以彼此是一体的，或者相对于彼此是分离部件。

偏转突出部22、肩部21和挡盘24协作以形成用于将化学品通过出口16进行分配的曲折流动路径38。在某些情况中，在高真空和高流率下，液体倾向于在液体表面15之上形成泡沫以进入贮存器10的上部区域17内的顶部空间中。由偏转突出部22、肩部21和挡盘24形成的曲折流动路径38基本防止了这种泡沫到达出口16。

尽管相对于特定实施方式提到了不锈钢，但是可以理解的是，本发明能够用在不同的金属、玻璃和塑料上，包括低碳钢、蒙乃尔合金、哈司特镍合金、镍合金以及具有本领域技术人员已知构造的类似材料。

本发明在连接到电子器件制造系统的CVD处理装置上的贮存器的出口和下游管道内优异地使液滴的液体携带最小化。使用单个挡盘或多个挡盘与偏转突出部结合，在起泡器出口16内提供了期望的液体液滴携带的最小化。

尽管挡盘已经被显示为带有凹部的圆形盘，其中该盘的直径比圆筒状容器或起泡器侧壁的内径稍小一些，但可以理解的是，在贮存器内部侧壁处仅提供狭窄环状空间的任意形状的任意挡板都是在本发明范围之内。同样的，具有平滑的径向向内伸出边缘或者与平滑环状曲线有些偏差的边缘的任意形式的偏转突出部都被认为是本发明的一部分。

尽管优选使用不锈钢，但是可以设想，任意刚性形式的惰性材料可以用于防溅器。塑料、金属合金、粉末金属、编织品、织物以及陶瓷都是可以设想的。

容器10还能够被用于沿相反方向的产品流动，其中出口16作为加压气体入口起作用以便形成在容纳于容器10内的液体上的压头，并迫使液体(以液相形式)排出浸管14以便与上述蒸汽输送相反地使用加压气体进行从贮存器的液体输送。

Claims (10)

1.一种贮存器，具有：终止在所述贮存器底部邻近处的浸管入口；配置为浅的向下开口的圆锥体的至少一个挡盘，其定位在所述浸管的出口和所述贮存器的出口之间，被配置成在所述挡盘和所述贮存器侧壁的内表面之间提供狭窄的环状空间；在所述侧壁上的径向向内伸出的环状的偏转突出部，其邻近所述挡盘；所述挡盘和所述偏转突出部能够使液滴进入贮存器出口减至最少；具有轴向间隔地设置在所述偏转突出部的最内边缘下方的径向向内伸出的环状边缘的肩部；以及终止在所述贮存器底部附近的液面传感器，所述贮存器能够具有高于液面探测末端的液面水平。

2.如权利要求1所述的贮存器，其特征在于，所述偏转突出部具有最内边缘，所述最内边缘位于所述至少一个挡盘的最外边缘的径向内侧。

3.如权利要求1或2所述的贮存器，其特征在于，所述偏转突出部在其最内边缘下方具有肩部，所述肩部从所述贮存器侧壁内表面径向向内伸出，且在径向上达不到所述偏转突出部的最内边缘。

4.如权利要求3所述的贮存器，其特征在于，所述至少一个挡盘、所述偏转突出部以及所述肩部都处于所述贮存器的上部。

5.如权利要求1-4中任一项所述的贮存器，其特征在于，所述偏转突出部被轴向间隔地设置在上挡盘和下挡盘之间，或所述偏转突出部被轴向间隔地设置在两个挡盘的下方。

6.如权利要求1-5中任一项所述的贮存器，其特征在于，通向贮存器出口的入口具有能使进入贮存器出口的液体减至最少的肘状构造。

7.如权利要求1-5中任一项所述的贮存器，其特征在于，通向贮存器出口的入口具有能使进入贮存器出口的液体减至最少的T形构造。

8.如权利要求1-7中任一项所述的贮存器，其特征在于，所述贮存器具有圆筒形状。

9.一种圆筒形蒸汽发生贮存器，具有：能够将载气输送到所述贮存器中的浸管入口；具有圆形且向下凹的形状的挡盘，其定位在所述浸管入口的出口端和所述贮存器的出口之间，配置成在所述挡盘的最外周向边缘和所述贮存器的侧壁的内表面之间提供狭窄的环状空间；在所述侧壁上的径向向内伸出的环状偏转突出部，其邻近所述挡盘，其中所述偏转突出部具有处于所述挡盘的最外周向边缘的径向内侧的最内边缘；当所述载气鼓泡穿过所述贮存器中的液体内容物以便从所述贮存器将所述液体作为蒸汽进行分配时，能够使进入贮存器出口的液滴减至最少；具有轴向间隔地设置在所述偏转突出部的最内边缘下方的径向向内伸出的环状边缘的肩部；以及终止在所述贮存器底部附近的液面传感器，所述贮存器能够具有高于液面探测末端的液面水平。

10.一种液体分配贮存器，具有：至少一个挡盘，所述至少一个挡盘配置为浅的向下开口的圆锥体，定位在所述浸管出口的入口端和所述液体分配贮存器的入口之间，并且被配置成在所述挡盘和所述贮存器侧壁内表面之间提供狭窄的环状空间；在所述侧壁上的径向向内伸出的环状的偏转突出部，其邻近所述挡盘；其中，所述偏转突出部具有处于所述挡盘的最外边缘的径向内侧的最内边缘，能够使进入液体分配贮存器入口的液滴减至最少；具有轴向间隔地设置在偏转突出部的最内边缘下方的径向向内伸出的环状边缘的肩部；以及终止在所述贮存器底部附近的液面传感器，所述贮存器能够具有高于液面探测末端的液面水平。

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