CN211170883U - 气体供应系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种气体供应系统，该气体供应系统包括用于液体的质量流量控制器、液体管路、用于尤其是在低于大气压的压力下将流体从液态聚集态转变成气态聚集态的蒸发器、气体管路以及用于将流体与载气混合的混合装置。本实用新型的目的在于提出一种气体供应系统，其能实现在各维护工作之间的长运行时间以及低维护成本。该目的通过一种气体供应系统实现，其中，气体供应系统沿流体流动方向首先具有质量流量控制器、然后具有可被加热的第一气体管路、接着具有蒸发器和混合装置。

Description

气体供应系统
技术领域
本实用新型涉及一种气体供应系统。
背景技术
流体、例如用于化学的气相沉积的液态前驱体必须在其被使用在加工设备的加工腔室中之前经常首先被转变成气态的状态或蒸汽态的状态。所述流体经常不是以纯净的形式被导入加工腔室中，而是首先用载气来稀释。
蒸发和与载气的混合在现有技术中部分地相互耦合。例如在所谓的“起泡器”中，气态载气被导入液态流体中，从而在流体中产生载气的气泡。在此，流体的蒸汽同时积聚在载气中。该起泡器也可以被加热，从而在起泡器中流体的蒸汽压力升高。在起泡器方面不利的是受限的工艺控制，因为流体和载气的气体混合物只能间接地、例如经由载气流量和起泡器温度来控制，其中，不总是能足够精确地掌握例如在气体流量的切换过程之后时间上的效应。DE102014220512A1描述了一种模块化构造的供应系统，该供应系统可以包含起泡器。对于如下气体混合物，在所述气体混合物的情况下必须加热气体管路，这种集成的气体柜受限地适用，因为所述气体柜难以加热。
在现有技术中，已知具有受调节的蒸发的液体配量系统，在所述液体配量系统中在唯一一个器具之内设置有液体质量流量控制器、蒸发器和混合器，载气和气态流体在该混合器中混合。欧洲专利 EP0559259B1及其德国翻译文本DE69316409T2描述了这种配量系统。试验的流体部分地包含污物，所述污物可在气体供应系统中留下沉积物并且可导致干扰。在生产上所利用的流体有时也包含污物残留，这些污物残留累积地导致液体配量系统中在流体大量通过之后产生沉积，并且需要耗费的且昂贵的维护工作并且需要使生产中断。
实用新型内容
因此，本实用新型的目的是，提出一种气体供应系统，该气体供应系统能实现在各维护工作之间的长运行时间、低维护成本以及稳定的气体供应。
本实用新型的目的通过具有所给出的特征的气体供应系统来实现，其中，按照本实用新型的气体供应系统包括用于液体的质量流量控制器、液体管路、用于尤其是在低于大气压的压力下将流体从液态聚集态转变成气态聚集态的蒸发器、气体管路以及用于将沿流体流动方向流动的流体与载气混合的混合装置，所述气体供应系统沿流体流动方向首先具有所述质量流量控制器、然后具有可被加热的第一气体管路并且接着具有所述蒸发器和所述混合装置，其中，所述可被加热的第一气体管路与可被调节到额定温度的加热装置耦联，所述额定温度能预定成，使得在压力施加在第一气体管路中时能控制流体的汽化。由此，流体被调温，并且可以避免由于第一气体管路上的温度波动而引起工艺波动。
为了工艺而要配量的流体经过气体供应系统的多个依次设置的部件，而不是如在现有技术中那样在组合式装置中被配量和混合。在按照本实用新型的气体供应系统中可以相互脱耦地设定不同的重要参数。利用用于液体的质量流量控制器可以在液态流体被转变成气态聚集态之前精准地配量仍是液态的流体的流量。与质量流量控制器连接的流体管路是第一气体管路，逐渐汽化的流体在该第一气体管路中流动。第一气体管路不包含节流孔板或其他狭窄部位，它们有损耗的风险。此外，该气体管路能被加热，从而流体在进入蒸发器中之前就已经可以被预加热。由此，流体在可被加热的第一气体管路中就已经可以被汽化或部分蒸发。利用第一气体管路的加热装置可以限定地设定温度。与在使用传统的气体供应系统时相比，这具有流体-气体流量更稳定的效果。例如通用的加热毯或专门成型的加热覆盖件被用作加热装置。给控制单元提供用于调节加热功率的温度值的温度传感器可以被集成到加热装置中或可以装配在加热装置与被加热的管之间。在沿流体的流动方向设置在第一气体管路下游的蒸发器中，通过足够高的温度使流体完全蒸发。混合装置是气体供应系统的如下部分，在该部分中，流体-气体流和载气流合并。由于气体分子可良好地运动，因此所述气体分子不是严格限定地跟随着简化地假设的气体流，而是也可以逆着名义的气体流发生扩散。这种反向扩散在按照本实用新型的气体供应系统中经常是允许的。通过反向扩散，蒸发器中的和第一气体管路中的气体除了气态流体以外也可以包含被反向扩散的载气，从而这些区域已经可以稍微参与流体-气体和载气的混合。如果要避免反向扩散，则可以使流体管路中的流动速度至少在部分区段上设定得大于扩散速度。
混合装置可以是与蒸发器可分开的由流体气体管路和载气管路合并成混合气体管路的气体管路合并装置。在此，流体气体管路是流体的源、载气管路是载气的源并且混合气体管路是流体和载气的气体混合物的宿。T形的或Y形的管路分支例如可以被用作混合装置。但是其他几何的布置结构、例如对称的喷嘴布置结构也是可行的。混合装置可以设置在蒸发器下游。但是蒸发器和混合装置也可以是组合式装置。
此外，沿流动方向设置在气体管路合并装置下游的均匀化装置可以接入混合气体管路中。由气体供应系统提供的流体-载气-混合物应尽可能均匀地在流体的消耗位置上提供、例如在覆层设备的工艺腔室中提供。利用混合装置和均匀化装置可以相应于具体的要求使均匀性变得完善。均匀化装置可以具有螺旋形引导的混合室，其中，气体混合物顺着螺旋形的管路引导部并且由于多次方向变换而良好地发生混合。
可被加热的第一气体管路可以与可被调节到额定温度的加热装置耦联，其中，该额定温度能预定成，使得在压力施加在气体管路中时可以发生流体的蒸发。在流体的聚集态改变时，压力和温度是两个基本的参数。可被加热的第一气体管路在按照本实用新型的气体供应系统之内是第一管路区段，在该第一管路区段中，流体部分地以气态形式存在。在该区域中的汽化可以通过比在上游的管路区段中小的压力来引起。与在该管路区段中流体的汽化相关联的是产生汽化冷却 (Verdunstungskaelte)，其中，在此产生与压力有关且与流量有关的冷却效应。在可被加热的第一气体管路上，对于汽化所需要的热能可以由加热装置供应，从而流体被调温，并且可以避免由于第一气体管路上的温度波动而引起工艺波动。较小的压力经常是相对于大气压力的负压或真空，其中，低于大气压的压力由真空泵提供。液态流体能以相对于大气压力有所提高的压力来提供，其中，提高的压力例如可以由泵或气镇器产生。视所使用的流体而定，也可以在流体管路区段上设置冷却。按照本实用新型的气体供应系统也可以构成用于在正常压力或超压的情况下供应气体，其中，该气体供应系统的低压区域与在用于真空工艺的气体供应系统中相比则相应地处于更高的压力水平。
在按照本实用新型的气体供应系统中，沿流体流动方向在质量流量控制器下游所有气体管路可以是能被加热的，其中，温度沿着流动方向能被调节到恒定的和/或升高的温度。在蒸发器下游，不应再发生流体的液化。相应地，避免了如下冷点，在所述冷点上可能出现冷凝。在温度明显高于冷凝温度时，气体供应系统相对于在有公差的情况下装配的加热装置和同类偏差是不敏感的。对于所设定的温度，也存在上极限，所述上极限例如由流体本身的受限的耐温性或由气体供应系统的部件、例如弹性体密封件的受限的耐温性来得到。
根据按照本实用新型的气体供应系统的一种设计方案，所述气体供应系统具有液体过滤器和两个压力传感器，所述两个压力传感器用于测量在流体流过液体过滤器时落在液体过滤器上的压差。利用液体过滤器可以将污物与流体分离。经由通过压差测量对过滤器进行监测，可以防止损耗的过滤器作为缺陷源。此外，用于液体的质量流量控制器可以构成用于输出流过质量流量控制器的流体的温度和密度。因此，利用质量流量控制器不仅可以配量流体的质量流量，而且也可以附加地就符合标准的密度对流体进行分析。由此可以排除存在小气泡作缺陷源的可能性。
利用按照本实用新型的气体供应系统可以实施一种气体供应方法。在此，在该气体供应方法中，沿流体流动方向，由用于液体的质量流量控制器调节液态流体的流量，将流体蒸发并且使其与载气混合，以便将与载气混合的蒸发流体例如提供到工艺腔室中，在此，流体沿流体流动方向首先导引通过质量流量控制器，然后通过可被加热的第一气体管路并且然后通过蒸发器和混合装置。在该方法中，气态流体被引导通过足够大的管路横截面，在所述管路横截面中不发生阻塞。温度沿着整个流动路径被良好地控制，从而即使在气体流量的流量不同时以及在气体流量的切换过程时也确保稳定的气体供应。
优选地，真空泵与所述可被加热的第一气体管路连接，所述真空泵适用于在所述可被加热的第一气体管路中设定比所述气体供应系统的沿流体流动方向在所述可被加热的第一气体管路上游的管路区段小的压力。
优选地，沿流体流动方向在所述质量流量控制器下游的所有气体管路与所述加热装置耦联，从而所述沿流体流动方向在所述质量流量控制器下游的所有气体管路是能被加热的，其中，温度沿着流动方向能被调节到恒定的和/或升高的温度值。
优选地，所述气体供应系统具有温度传感器和控制单元，其中，所述温度传感器集成在所述加热装置中或装配在所述加热装置与所述可被加热的第一气体管路的被加热的管之间并且适用于给所述控制单元提供用于调节加热功率的温度值。
优选地，所述气体供应系统具有监测装置，所述监测装置适用于确定流过所述质量流量控制器的流体的温度和密度。
优选地，所述气体供应系统的所有流体管路均是1/4"不锈钢管，所述不锈钢管在使用VCR金属密封件的情况下可脱开地相互连接。
本实用新型在给出不同的可选方案的情况下描述。公开内容除了具体给出的特征组合以外也包括未明确阐述的特征组合。偶然地依次描述的特征不可错误解读为强制性的特征组合。
附图说明
下面借助实施例解释本实用新型。在此：
图1示出按照本实用新型的气体供应系统的气体路线图。
具体实施方式
图1示意性地展示作为按照本实用新型的气体供应系统1的一种实施例的气体柜的气体路线图，其中，该气体柜借助提供三甲基铝 (TMA)蒸汽的示例来描述。TMA是在正常条件下液态的前驱体，该前驱体在对例如氮化铝层或含有铝的连接半导体层进行气相沉积时使用。TMA的流体流动方向在图1中在总览地观察时从上向下地实现。在此，气体供应系统1可以被划分成气体供应系统1的液体区域 1A和气体供应系统的低压区域1B。流体(在这里是TMA)在液态聚集态下存在于液体区域1A中。在气体供应系统1的低压区域1B中发生流体的蒸发并且该流体在开始时部分地并且后期完全地在气态聚集态下存在。在当前实施例中，所展示的气体柜的低压区域设置用于在高度真空或中度真空中的工艺条件。低压在这里可以理解为小于100 毫巴的压力。液态TMA由示意性示出的液态流体源13来提供。液态流体源13具体来说是从储备容器出来的输入管路。液态流体源13在试验的布置结构中也可以是直接处在气体柜中的、包含TMA的瓶子。从液态流体源13出发的流体管路利用不同的阀划分成各区段，其中，各阀能在部分区段上实现维护和检查工作。例如为了更换TMA储备容器，将流体管路中的第一阀关闭。在气体供应系统1中，TMA以液态的形式通过液体过滤器10流动到用于液体的质量流量控制器2中，在该处可以针对存在的工艺要求来配量TMA的流量。
气体供应系统的低压区域在质量流量控制器的输出端上开始。在该区域中，由于负压和温度提高而发生TMA的部分蒸发或汽化。在汽化时，液态TMA份额由于汽化冷却而被冷却。与在温度较高时相比，在温度较低时，液体汽化得更慢。在本实用新型的范围内，第一气体管路4能在低压区域1B中被加热，该第一气体管路在下游与用于液体的质量流量控制器2连接。通过加热该管路可以提供对于汽化所需要的热并且流体经调温地被导入蒸发器中。这最终引起非常稳定的、与工艺参数波动无关的TMA蒸汽供应。在具体的实施例中，第一气体管路4的温度被设定到38℃与42℃之间的温度、优选被设定到40±0.5℃。一般地，该温度在这里可以比蒸发器温度低约35°。第一气体管路4通入蒸发器3中，在该处流体被完全蒸发。在具体的实施例中，蒸发器被调节到75℃的温度。混合装置5设置在蒸发器3 下游。TMA蒸汽经由流体气体管路6导入混合装置5中并且在那里与经由载气管路7导入的载气混合并且继续经由混合气体管路8引走。所述载气在所展示的实施例中是指氩气，该氩气由这里示意性示出的载气源14来提供。混合装置在当前实施例中是管路T形段。在该实施例中，气体柜的所有流体管路均是1/4"不锈钢管，所述不锈钢管在使用VCR金属密封件的情况下可脱开地相互连接。流体管路在蒸发器3下游像蒸发器3本身那样被加热到75℃。在混合装置5的输出端上、即在混合气体管路8中，TMA和氩气的气体混合物仍没有被完全均匀地混合。因此，混合装置5后置有均匀化装置9。在具体的情况下，均匀化装置9基于螺旋形延伸的容积，在该容积之内形成载气和 TMA的均匀的气体混合物。流体气体混合物的混合物从均匀化装置9 的输出端经由输出端15上的腔室阀16被导引至消耗器，其中，所述消耗器是覆层设备的示意性地表明的工艺腔室17，在该处流体TMA 被用于制造含有铝的层。
按照本实用新型的气体供应系统的突出之处在于高的运行安全性并且适用于使用在生产性的周围环境中。所述气体供应系统具有监测装置、例如所示出的在液体过滤器10上游的压力传感器12和在液体过滤器10下游的压力传感器11。通过由这两个压力传感器11、12提供的值之差可以确定液体过滤器的流动阻力。响应于压差的升高，可以在液体过滤器10损耗之前及时启动对该液体过滤器进行更换。另外的、未示出的监测装置确定用于液体的质量流量控制器2中的TMA 的温度和密度。所述气体供应系统可以包含另外的部件，作为示例在这里示意性地描绘扫气用气体源18。
附图标记列表
1 气体供应系统，
2 用于液体的质量流量控制器，
3 蒸发器，
4 可被加热的第一气体管路，
5 混合装置，
6 流体气体管路，
7 载气管路，
8 混合气体管路，
9 均匀化装置，
10 液体过滤器，
11 液体过滤器下游的压力传感器，
12 液体过滤器上游的压力传感器，
13 液态流体源，
14 载气源，
15 通向气体消耗器的输出端，
16 腔室阀，
17 工艺腔室，
18 扫气用气体源，
19 用于气体管路的加热装置，
1A 气体供应系统的液体区域，
1B 气体供应系统的低压区域。

Claims (13)

1.气体供应系统，其包括用于液体的质量流量控制器(2)、液体管路、用于将流体从液态聚集态转变成气态聚集态的蒸发器(3)、气体管路以及用于将沿流体流动方向流动的流体与载气混合的混合装置，所述气体供应系统(1)沿流体流动方向首先具有所述质量流量控制器(2)、然后具有可被加热的第一气体管路(4)并且接着具有所述蒸发器(3)和所述混合装置(5)，其特征在于，所述可被加热的第一气体管路(4)与可被调节到额定温度的加热装置(19)耦联，所述额定温度能预定成，使得在压力施加在第一气体管路(4)中时能控制流体的汽化。
2.根据权利要求1所述的气体供应系统，其特征在于，所述混合装置(5)构成为与所述蒸发器(3)可分开的由流体气体管路(6)和载气管路(7)合并成混合气体管路(8)的气体管路合并装置。
3.根据权利要求2所述的气体供应系统，其特征在于，此外沿流动方向设置在所述气体管路合并装置下游的均匀化装置(9)接入所述混合气体管路(8)中。
4.根据权利要求3所述的气体供应系统，其特征在于，所述均匀化装置(9)具有螺旋形引导的混合室。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的气体供应系统，其特征在于，真空泵(20)与所述可被加热的第一气体管路(4)连接，所述真空泵适用于在所述可被加热的第一气体管路(4)中设定比所述气体供应系统(1)的沿流体流动方向在所述可被加热的第一气体管路(4)上游的管路区段小的压力。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的气体供应系统，其特征在于，沿流体流动方向在所述质量流量控制器(2)下游的所有气体管路与所述加热装置(19)耦联，从而所述沿流体流动方向在所述质量流量控制器(2)下游的所有气体管路是能被加热的，其中，温度沿着流动方向能被调节到恒定的和/或升高的温度值。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的气体供应系统，其特征在于，所述气体供应系统(1)具有液体过滤器(10)和两个压力传感器(11、12)，所述两个压力传感器用于测量在流体流过所述液体过滤器(10)时落在所述液体过滤器(10)上的压差。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的气体供应系统，其特征在于，所述加热装置(19)是通用的加热毯或专门成型的加热覆盖件。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的气体供应系统，其特征在于，所述气体供应系统(1)具有温度传感器和控制单元，其中，所述温度传感器集成在所述加热装置(19)中或装配在所述加热装置(19)与所述可被加热的第一气体管路(4)的被加热的管之间并且适用于给所述控制单元提供用于调节加热功率的温度值。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的气体供应系统，其特征在于，所述蒸发器(3)和所述混合装置(5)是组合式装置。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的气体供应系统，其特征在于，所述混合装置(5)是T形的或Y形的管路分支或者是对称的喷嘴布置结构。
12.根据权利要求1至4中任一项所述的气体供应系统，其特征在于，所述气体供应系统(1)具有监测装置，所述监测装置适用于确定流过所述质量流量控制器(2)的流体的温度和密度。
13.根据权利要求1至4中任一项所述的气体供应系统，其特征在于，所述气体供应系统(1)的所有流体管路均是1/4"不锈钢管，所述不锈钢管在使用VCR金属密封件的情况下可脱开地相互连接。
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