JP2023502101A

JP2023502101A - 効率化した気化器コア

Info

Publication number: JP2023502101A
Application number: JP2022528597A
Authority: JP
Inventors: ナスマン，ロナルド; ニューマン，ダニエル
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2019-11-18
Filing date: 2020-11-05
Publication date: 2023-01-20
Also published as: US20210148564A1; KR20220103135A; WO2021101718A1; TW202132611A; US11920782B2

Abstract

ハウジングと、熱伝導性である多孔質格子構造を含むチャンバとを含む気化器コアを開示する。更に、ハウジングと、多孔質格子構造を含むチャンバとは、単一の一体構造として形成される。３次元（３Ｄ）プリンティングを用いて、ハウジングと、多孔質格子構造を含むチャンバとを単一の一体構造として形成することができる。ある特定の実施形態について、同心円状フィン設計、交差状フィン設計、又は円錐状フィン設計が、気化チャンバのための多孔質格子構造を形成するために用いられる。更なる実施形態について、気化器コアの３Ｄプリンティングによる潜在的な問題を解決する技法が実装される。１つの例示的な技法は、漏出に関する潜在的な問題を解決するよう、２ピースシェル等のシェル内部への気化器コアの封入である。気化器コアについて開示する実施形態は、先行解決策に対する製造、材料、及び設計の改善を提供する。

Description

関連出願
本出願は、２０１９年１１月１８日に出願し、発明の名称「ＳＴＲＥＡＭＬＩＮＥＤＶＡＰＯＲＩＺＥＲＣＯＲＥＳ」と題する米国仮特許出願第６２／９３６，９３８号、並びに、２０２０年１月２１日に出願し、発明の名称「ＳＴＲＥＡＭＬＩＮＥＤＶＡＰＯＲＩＺＥＲＣＯＲＥＳ」と題する米国仮特許出願第６２／９６３，８９６号に対する優先権を主張し、その全てを本明細書に組み込む。

本開示は、超小型電子ワークピースの製造のためのシステム及び方法に関する。

超小型電子ワークピース内のデバイス形成は、通常、基板上の多くの材料層の形成、パターニング、及び除去に関する一連の製造技術に関連する。気化器は、超小型電子ワークピースの製造のためのある特定の処理装置において用いられている。気化器は、溶液を入力として受け入れ、気化器コア内部で溶液を蒸発させ、蒸発した液体を放出する。この蒸発した液体を処理チャンバ内部で用いて、処理装置内部で処理される超小型電子ワークピースに対して様々な処理を行うことができる。気化器及び気化器コアのための先行解決策は、例えば、米国特許第９，５２３，１５１号明細書及び米国特許出願公開第２０１８－００６６３６３号明細書において説明されており、これらのそれぞれは、引用してその全てを本明細書に組み込む。

図１（先行技術）は、米国特許出願公開第２０１８－００６６３６３号明細書において説明されるようなノズルアセンブリ１２５を用いる気化器１００のための先行解決策の例示的な実施形態の断面図である。ノズルアセンブリ１２５は、ボルト１２６を用いてより大きな金属フランジ１２２に結合される金属フランジ１１０内部に含まれている。金属フランジ１２２は、順に、ボルト１２８を用いて気化器コア１５５のための頂部金属フランジ１５４に結合される。取付ブラケット１２４もまた、ボルト１２８を用いて金属フランジ１２２に結合される。蒸発する液体は、グランド１０２を通ってノズルアセンブリ１２５に入る。キャリアガスチャネル１２０は、ガス源ライン１５２からキャリアガスを受け入れ、ノズルアセンブリ１２５内部の予混合チャンバからの予混合液体が、気化器コア１５５のための気化チャンバ１５６内に導入される。気化チャンバ１５６は、気化を更に促進するアルミニウム発泡体等の追加の材料を含むことができ、ヒータを適用して、気化を更に促進し、凝結を抑制することができる。気化器コア１５５のための底部金属フランジ１５８は、ボルト１６２を用いて出口金属フランジ１６０に結合されて、気化器コア１５５の底部に金属シールを提供する。蒸発した溶液及びキャリアガスを含む結果として生じる蒸発ガスは、ガス出口チャネル１６４を通って気化チャンバ１５６を出る。蒸発ガスは、次いで、ガスライン１６６を通って他の処理ツールに提供され、例えば、そこで、蒸発ガスを用いて、基板処理システムのための堆積チャンバ内部で基板上に１つ以上の層を堆積させることができる。

ガス出口チャネル１６４及び関連するガスライン１６６の向き、長さ、及び他の構成は、所望に応じて調整することができることに留意されたい。例えば、図示するように横方向に延在するのではなく、ガス出口チャネル１６４は、それが気化器コア１５５の下方に位置する堆積チャンバに向かって垂直に延在するように配向されてもよい。加えて、ガス出口１６４及びガスライン１６６は、気化器から様々な距離に位置する１つ以上の追加処理ツールに延在することができる。これらの距離は短いことが好ましいが、距離は、関与する化学的性質及びプロセスに応じて、最大１５フィート以上の距離を含むことができる。図示してはいないが、ヒータを、気化を促進し、凝結を抑制又は防止するよう、気化器コア１５５を含む気化器内部の各構成部品の周囲に位置決めすることができることにも留意されたい。更に、ヒータはまた、凝結を抑制又は防止するよう、ガス出口１６４及びガスライン１６６の周りに位置決めすることもできる。加えて、気化チャンバ１５６のためのハウジングは、気化チャンバ１５６内部のアルミニウム発泡体への伝熱を促進するようアルミニウムとすることができる。更に、頂部金属フランジ１５４及び底部金属フランジ１５８は、ＡｔｌａｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから入手可能な、アルミニウム本体に爆圧溶接されるステンレス鋼封止面を含むバイメタル金属フランジを用いて実装することができる。これらのバイメタル金属フランジのためのアルミニウム本体は、次いで、かかる実施形態における気化チャンバ１５６のためのアルミニウムハウジングへのより良好な伝熱を可能にする。他の変形例も実装可能である。

図１（先行技術）の気化器の全体的な動作及び実装は、米国特許第９，５２３，１５１号明細書及び米国特許出願公開第２０１８－００６６３６３号明細書内部で説明されていることに留意されたい。例えば、米国特許第９，５２３，１５１号明細書において説明されているように、連続気泡アルミニウム発泡体を気化チャンバ１５６内部で用いることができる。この発泡体は、気化チャンバ１５６のための加熱されたアルミニウムハウジングに真空ろう付けすることができ、それによってアルミニウム発泡体と気化チャンバ１５６のアルミニウム壁との間に優れた熱伝達を提供する。アルミニウムろう付けは、プロセス全体の化学的性質を汚染する可能性があるより揮発性の高いろう付け材料の代わりに用いることもできる。実際には、連続気泡アルミニウム発泡体は、気化チャンバ１５６の加熱された壁から気化チャンバ１５６を通過する蒸発する液滴までの距離を大幅に減少させる。

動作中、液滴が気化チャンバ１５６内部で蒸発するにつれて、それらの温度はかなり低下する可能性がある。ある特定の実施形態について、追加のエネルギーが、蒸発プロセス及び速度を維持するよう、ヒータを介して提供される。気化環境は真空であるため、ガスを介する加熱された壁への熱伝導は制限される。このため、開放型気化チャンバを有する先行する気化器は、一般的に、開放型気化チャンバ内部の希薄化ガスの熱抵抗を克服するのに十分に高い温度勾配を生じさせるために、最適温度よりもはるかに高い温度で動作する。かかる開放型チャンバシステムについて、完全に蒸発し、チャンバを通って完全な状態のままで移動することができない液滴は、壁の表面に付着する可能性があり、これは、その過熱状態において、フラッシュ蒸発を誘発するだけでなく、潜在的な化学分解も誘発する。この化学分解は、システム内部に堆積物、粒子、及び他の望ましくない副生成物を生成する可能性がある。しかし、より低い温度がかかる開放型チャンバシステムにおいて採用される場合、蒸発していない液滴が溜まる可能性があり、これらの溜まった化学物質は、潜在的に、プロセスチャンバへの供給ラインの安定性に影響を及ぼし、及び／又は化学的に分解し、それによってシステムに悪影響を及ぼす可能性がある。しかし、米国特許第９，５２３，１５１号明細書に説明されているような気化チャンバ１５６内部の加熱されたアルミニウム発泡体の利用により、液滴と加熱された壁との間の距離を減少させることによって、それらの間の熱抵抗が減少する。この熱抵抗の減少により、気化器に対してはるかに低い動作温度の使用が可能になり、直接壁に接触することなく気化を促進する。

気化器及び気化器コアに対する更なる改善は、米国特許第９，５２３，１５１号明細書及び米国特許出願公開第２０１８－００６６３６３号明細書に説明される気化器の実施形態の利点に加えて、依然として望ましい。

気化器及び気化器コアのための先行解決策に対する製造、材料、及び設計の改善を提供する実施形態を本明細書中に開示する。一実施形態について、気化器コアは、ハウジングとチャンバとを含む。チャンバは、熱伝導性多孔質格子構造を含み、ハウジング及び多孔質格子構造を含むチャンバは、単一の一体構造として形成される。更に、３次元（３Ｄ）プリンティングを用いて、気化器コアを単一の一体構造に形成することができる。更なる実施形態について、同心円状フィン設計、交差状フィン設計、及び／又は円錐状フィン設計が、気化チャンバのための多孔質格子構造を形成するために用いられる。更なる実施形態について、気化器コアの３Ｄプリンティングによる問題を解決する技法が実装される。１つの例示的な技法は、２ピースシェル等のシェル内部への気化器コアの封入である。異なる又は追加の特徴、変形例、及び実施形態も実施することができ、関連するシステム及び方法も同様に利用することができる。

一実施形態について、ハウジングとハウジング内部のチャンバとを含む気化器コアが開示され、チャンバは、熱伝導性である多孔質格子構造を含む。更に、ハウジングと、多孔質格子構造を含むチャンバとは、単一の一体構造として形成される。

追加の実施形態において、ハウジング及び多孔質格子構造を含むチャンバは、３次元（３Ｄ）プリンティングによって形成される。更なる実施形態において、気化器コアはまた、熱伝導性であるシェルを含み、ハウジング及び多孔質格子構造を含むチャンバは、シェル内に封入される。更なる実施形態において、シェルは、中央シームに沿って互いに溶接される頂部及び底部を含む。更に別の実施形態において、シェルは複数の位置においてハウジングに融着される。

追加の実施形態において、焼結金属、ナノワイヤ、金属繊維、又は熱伝導性材料から作成される繊維のうちの１つ以上が、ハウジング、チャンバ、又はハウジング及びチャンバの両方を形成するために用いられる。更なる追加の実施形態において、ハウジング及び多孔質格子構造を含むチャンバはステンレス鋼である。

追加の実施形態において、チャンバは、気化器コアのための第１のステージを含み、気化器コアは、更に、ハウジング内部で第１のステージに結合される第２のステージを含む。更なる実施形態において、ハウジング及び多孔質格子構造を含むチャンバは、３次元（３Ｄ）プリンティングによって形成され、第２のステージは３Ｄプリンティングによって形成されない。

追加の実施形態において、チャンバは複数のフィンを含む。更なる実施形態において、チャンバは、多孔質格子構造を形成するよう、同心円状フィン設計、交差状フィン設計、又は円錐状フィン設計のうちの少なくとも１つを含む。更に別の実施形態において、複数のフィンは中実フィンである。

更なる実施形態において、チャンバは、多孔質格子構造を形成するよう多孔質金属構造を含む。更なる実施形態において、多孔質金属構造は、金属発泡体又は金属繊維メッシュを含む。

追加の実施形態において、チャンバは、アトマイズ化した液体を受け入れる膨張円錐形状と、蒸発した液体を放出する膨張円錐形状とを含む。更なる追加の実施形態において、ハウジング及びチャンバの表面は研磨される。

一実施形態について、液体及びキャリアガスを受け入れるよう結合されるノズルアセンブリと、気化器コアと、ガス出口チャネルとを含む気化器を開示する。気化器コアは、液体及びキャリアガスを受け入れるようノズルアセンブリに結合されるハウジングと、ハウジング内部のチャンバとを含む。チャンバは、熱伝導性である多孔質格子構造を含み、ハウジングと、多孔質格子構造を含むチャンバとは、単一の一体構造として形成される。ガス出口チャネルは、蒸発した液体及びキャリアガスを含む蒸発ガスを気化器コアから受け入れるよう結合される。

追加の実施形態において、ハウジング及び多孔質格子構造を含むチャンバは、３次元（３Ｄ）プリンティングによって形成される。更なる実施形態において、気化器コアは、更に、熱伝導性であるシェルを含み、ハウジング及び多孔質格子構造を含むチャンバは、シェル内に封入される。

追加の実施形態において、チャンバは、多孔質格子構造を形成するよう、同心円状フィン設計、交差状フィン設計、又は円錐状フィン設計のうちの少なくとも１つを含む複数のフィンを含む。

異なる又は追加の特徴、変形例、及び実施形態も実施することができ、関連するシステム及び方法も同様に利用することができる。

本発明及びその利点のより詳細な理解は、添付の図面と併せて以下の説明を参照することによって得ることができ、図面では、同様の参照番号が同様の特徴を示す。しかし、添付の図面は、開示する概念の例示的な実施形態のみを示し、従って適用範囲を限定するものと見なすべきではなく、開示する概念を他の同等に効果的な実施形態にも適用できることに留意されたい。

（先行技術）先行する気化器及び気化器コア解決策のための例示的な実施形態の断面図である。ハウジング及びチャンバを有する気化器コアのための例示的な実施形態の断面斜視図であり、ここでチャンバは、多孔質格子構造を形成するよう複数のフィン及び同心円の層を含む。ハウジング及びチャンバを有する気化器コアのための例示的な実施形態の断面斜視図であり、ここでチャンバは、多孔質格子構造を形成するよう複数のフィン及び交差状層を含む。ハウジング及びチャンバを有する気化器コアのための例示的な実施形態の断面斜視図であり、ここでチャンバは、多孔質格子構造を形成するよう複数の円錐を含む。同心円状フィン設計について図２Ａに示す例示的な実施形態の断面図である。交差状フィン設計について図２Ｂに示す例示的な実施形態の断面図である。円錐状フィン設計について図２Ｃに示す例示的な実施形態の断面図である。気化器ハウジング及び多孔質格子構造を含むチャンバが２ピースシェル内に封入されている例示的な実施形態の図である。本明細書中に説明する実施形態のうちの１つ以上による改善された気化器コアを用いる小型化された気化器のための例示的な実施形態の図である。

開示する実施形態は、超小型電子ワークピースの製造のための処理装置において用いることができる改善された気化器及び気化器コアを提供する。本明細書中に説明する処理技術を活用しながら、様々な利点及び実装形態を実現することができる。

本明細書中に説明するように、気化器コアは、ハウジングとハウジング内部のチャンバとを含む単一の一体構造として形成され、ここでチャンバは、熱伝導性である多孔質格子構造を含んでいる。対照的に、図１（先行技術）に関して上で説明したような先行解決策は、別個に形成された気化器ハウジングに圧入される別個の構成部品として、アルミニウム発泡体等の金属発泡体を用いていた。従って、部分的には、開示する実施形態は、米国特許第９，５２３，１５１号明細書及び米国特許出願公開第２０１８－００６６３６３号明細書において説明される先行する気化器に対する製造、材料、及び設計の改善を提供し、これらのそれぞれは、引用してその全てを本明細書に組み込んでいる。

本明細書中に説明するように、本明細書中に説明する気化チャンバのための多孔質格子構造は、様々な技法を用いて実装することができる。例えば、多孔質格子構造は、金属発泡体、金属繊維メッシュ、又は気化器ハウジングと一体的に形成されて単一の一体構造を形成する他の多孔質金属構造とすることができる。一実施形態について、多孔質金属構造は、３次元（３Ｄ）プリンティングによって形成される。３Ｄプリンティングに加えて、気化チャンバのための多孔質金属構造は、焼結金属、ナノワイヤ、金属繊維、又は熱伝導性材料から作成される繊維を用いて形成することもできる。更に、アルミニウム、ステンレス鋼（例えば、３０４ステンレス鋼、３１６ステンレス鋼、若しくは他のステンレス鋼合金）等の金属、又は他の金属若しくは熱伝導性材料を用いることができる。これらの新規の一体構造は、製造コスト及び複雑さを低減しながら、先行解決策における別個の金属発泡体によって提供されるような気化器コアのために同様の利点を提供する熱伝導性多孔質格子構造を提供する。他の利点を実現することもできる。

図２Ａ～２Ｃ及び図３Ａ～３Ｃは、気化器ハウジング内部で一体的に形成される気化チャンバに用いることができる多孔質格子構造のための例示的な実施形態を提供する。多孔質格子構造を含む気化器ハウジング及び気化チャンバは、熱伝導性である。これらの例示的な実施形態について、アトマイズ化した液体は気化チャンバの頂部から入り、蒸発した液体、並びに、用いられる場合にはキャリアガスは、気化チャンバの底部から出る。膨張円錐形状が、気化チャンバの頂部においてアトマイズ化した液体を受け入れるために用いられ、より小さい膨張円錐形状が、気化チャンバの底部において蒸発液体を放出するために用いられる。他の形状及び格子構造もまた、本明細書中に説明する実施形態を依然として利用しながら、実装することができることに留意されたい。

図２Ａは、ハウジング２０２及びチャンバ２１２を有する気化器コアのための例示的な実施形態２００の断面斜視図であり、ここでチャンバ２１２は、多孔質格子構造を形成するよう複数のフィン２０８及び同心円２１０の層を含んでいる。この同心円状フィン設計は、気化チャンバを通って流れる液体又は気体のための直接経路を有していない。一実施形態について、６つのフィン２０８が用いられ、フィン２０８は中実フィンである。追加の又はより少ないフィンを用いることもでき、他の変形形態も同様に実装することができることに留意されたい。

動作中、アトマイズ化した液体は、矢印２０４によって示すように気化チャンバ２１２の頂部から入り、蒸発した液体は、矢印２０６によって示すように気化チャンバ２１２の底部から出る。膨張円錐形状が、気化チャンバの頂部においてアトマイズ化した液体を受け入れるために用いられ、より小さい膨張円錐形状が、気化チャンバの底部において蒸発液体を放出するために用いられる。他の形状及び格子構造もまた、本明細書中に説明する実施形態を依然として利用しながら、実装することができることに留意されたい。

図２Ｂは、ハウジング２２２及びチャンバ２３２を有する気化器コアのための例示的な実施形態２２０の断面斜視図であり、ここでチャンバ２３２は、多孔質格子構造を形成するよう複数のフィン２３８及び交差状層２３０を含んでいる。この交差状フィン設計も、気化チャンバを通って流れる液体又は気体のための直接経路を有していない。一実施形態について、６つのフィン２２８が用いられ、フィンは中実フィンである。追加の又はより少ないフィンを用いることもでき、他の変形形態も同様に実装することができることに留意されたい。

動作中、アトマイズ化した液体は、矢印２２４によって示すように気化チャンバ２３２の頂部から入り、蒸発した液体は、矢印２２６によって示すように気化チャンバ２３２の底部から出る。膨張円錐形状が、気化チャンバの頂部においてアトマイズ化した液体を受け入れるために用いられ、より小さい膨張円錐形状が、気化チャンバの底部において蒸発液体を放出するために用いられる。他の形状及び格子構造もまた、本明細書中に説明する実施形態を依然として利用しながら、実装することができることに留意されたい。

図２Ｃは、ハウジング２４２及びチャンバ２５２を有する気化器コアのための例示的な実施形態２４０の断面斜視図であり、ここでチャンバは、多孔質格子構造を形成するよう複数の円錐２５０を含んでいる。この円錐状フィン設計は、複数のフィン２４８を含み、気化チャンバを通って流れる液体又は気体のための直接経路を含んでいない。一実施形態について、６つのフィン２４８が用いられ、フィンは中実フィンである。追加の又はより少ないフィンを用いることもでき、他の変形形態も同様に実装することができることに留意されたい。

動作中、アトマイズ化した液体は、矢印２４４によって示すように気化チャンバ２５２の頂部から入り、蒸発した液体は、矢印２４６によって示すように気化チャンバ２５２の底部から出る。膨張円錐形状が、気化チャンバの頂部においてアトマイズ化した液体を受け入れるために用いられ、より小さい膨張円錐形状が、気化チャンバの底部において蒸発液体を放出するために用いられる。他の形状及び格子構造もまた、本明細書中に説明する実施形態を依然として利用しながら、実装することができることに留意されたい。

図３Ａは、同心円状フィン設計について図２Ａに示した実施形態２００の断面図である。図３Ａにおけるこの図は、気化チャンバ２１２内部の同心円２１０によって形成される水平及び垂直格子構造を示している。上で説明したように、実施形態２００のための気化器コアは、ハウジング２０２及びチャンバ２１２を含み、ここでチャンバ２１２は、多孔質格子構造を形成するよう複数のフィン２０８及び相互接続する同心円２１０の層を含んでいる。動作中、アトマイズ化した液体は、矢印２０４によって示すように気化チャンバ２１２の頂部から入り、蒸発した液体は、矢印２０６によって示すように気化チャンバ２１２の底部から出る。更に上で示したように、他の形状及び格子構造もまた、本明細書中に説明する実施形態を依然として利用しながら、実装することができる。

図３Ｂは、交差状フィン設計について図２Ｂに示した実施形態２２０の断面図である。図３Ｂにおけるこの図は、気化チャンバ２３２内部の交差状層によって形成される斜交格子構造を示している。上で説明したように、実施形態２２０のための気化器コアは、ハウジング２２２及びチャンバ２３２を含み、ここでチャンバは、多孔質格子構造を形成するよう複数のフィン２２８及び交差状層２３０を含んでいる。動作中、アトマイズ化した液体は、矢印２２４によって示すように気化チャンバ２３２の頂部から入り、蒸発した液体は、矢印２２６によって示すように気化チャンバ２３２の底部から出る。更に上で示したように、他の形状及び格子構造もまた、本明細書中に説明する実施形態を依然として利用しながら、実装することができる。

図３Ｃは、円錐状フィン設計について図２Ｃに示した実施形態２４０の断面図である。図３Ｃにおけるこの図は、気化チャンバ２５２内部のネスト状円錐によって形成されるチャネル状格子構造を示している。上で説明したように、実施形態２４０のための気化器コアは、ハウジング２４２及びチャンバ２５２を含み、ここでチャンバ２５２は、多孔質格子構造を形成するよう複数のフィン２４８及び複数の円錐２５０を含んでいる。動作中、アトマイズ化した液体は、矢印２４４によって示すように気化チャンバ２５２の頂部から入り、蒸発した液体は、矢印２４６によって示すように気化チャンバ２５２の底部から出る。更に上で示したように、他の形状及び格子構造もまた、本明細書中に説明する実施形態を依然として利用しながら、実装することができる。

上述したように、図２Ａ～２Ｃ及び図３Ａ～３Ｃの気化器コアは、１つ以上の３Ｄプリンタ及び／又は３Ｄプリンティング技術を用いて、気化器ハウジングと一体の気化チャンバのための３Ｄプリント格子構造として形成することができる。気化器コアは、単一の一体構造として気化器ハウジング内部に多孔質格子構造を有する気化チャンバを形成するよう単一ステップの３Ｄプリンティングプロセスで形成されることが好ましい。気化器コアの３Ｄプリンティングは、格子構造内部の細孔径、部品密度、パターン、及び／又は気化器コアのための他の特徴に対して迅速な変更を行うことを可能にする。また、複数の３Ｄプリンティングステップを用いて単一の一体構造を形成することもできることにも留意されたい。本明細書中に説明する構造及び技術を依然として活用しながら、他の変形例も実施することができる。

３Ｄプリンティングに加えて、熱伝導性多孔質格子構造は、焼結技術を用いて焼結金属メッシュとして、及び／又はプレス技術を用いて金属繊維の集合体として形成することもできる。他の技法を用いることもできる。一実施形態について、気化チャンバは複数のステージを含み、各ステージは異なることができる。１つの更なる実施例について、第１のステージは、３Ｄプリント多孔質格子構造（例えば、金属多孔質格子構造）として形成され、第２のステージは、焼結金属メッシュとして形成される。

一実施形態について、気化器コアのためのハウジング及びチャンバは、全体がステンレス鋼で形成される。ステンレス鋼は、気化器コアの両端に高温真空シールを提供する金属ガスケットの圧縮を可能にする。ステンレス鋼の熱伝導性はアルミニウムよりもはるかに小さいが、気化チャンバ内部の金属製放射状フィンは、チャンバを冷却するよう直接的な伝導経路を提供する。更に、気化器コアの外径を小さくして、熱抵抗を更に小さくすることができる。

ステンレス鋼金属シールが高温環境で用いられる場合、これらのシールに隣接するフランジは、材料が一致するようにステンレス鋼で作成される必要があることに留意されたい。以前の１つの設計は、気化器コア内部でアルミニウム発泡体を利用していたため、ステンレス鋼フランジからアルミニウムコアへの移行を必要とした。この移行のための１つの選択肢は、アルミニウム製の第２の側に爆圧接合／溶接されるステンレス鋼製のシール側を有するバイメタルフランジである。鋼及びアルミニウム表面間の接合を改善するため、他の金属の、その幾つかは銅を含む薄層が、かかるバイメタルフランジに多くの場合用いられる。しかし、流路に曝露されると、結果として生じるシームは、銅がプロセス環境に導入されることを可能にする可能性があり、これは幾つかのプロセスステップにとって極めて望ましくない結果である。

この結果を回避するため、別の選択肢は、アルミニウムフランジ及びアルミニウムＯ－リングを用いてシールを提供することである。この全てアルミニウムの解決策は生産において実施することができるが、それは大幅な追加コストを付加する。

１つの追加解決策は、ステンレス鋼管と接続されるステンレス鋼フランジを有することである。アルミニウム発泡体は、次いで、より小さいアルミニウム管の内側にプレスされ、ろう付けされ、次に、ステンレス管の内側に熱干渉により圧入される。これは効果的なアプローチであるが、追加コストも付加する。更に、望ましくない熱抵抗が、真空環境内に存在するステンレス鋼及びアルミニウム管の間の圧入によって生じる。かかる表面間の実際の機械的接触は１０％未満である可能性があり、表面間に封入されるガスは、伝熱の大部分を提供する。しかし、真空環境において、この間隙ガスによって提供される伝熱は大幅に低減される。

開示される実施形態について、ステンレス鋼材料が気化器コア全体にわたって用いられることが好ましい。ステンレス鋼はアルミニウムよりもはるかに低い熱伝導率を有するが、設計上の特徴はこの低下を補償することができる。例えば、以下のうちの１つ以上を用いることができる。（１）伝導距離を減少させるより小さい直径のコア、（２）コアの中心に直接熱を伝導する中実フィンを含む比較的厚く直線状のフィン（狭い経路を提供する発泡体とは対照的に）、（３）伝導経路長を減少させるより厚いプリント格子構造、及び／又は（４）他の設計特徴若しくは特徴の組み合わせ。

３Ｄプリンティングが本明細書中に説明する気化器コアのための金属格子構造を形成するために用いられる場合、結果として得られる気化器コアはまた、更に気化器を改善するよう処理することができる。例えば、３Ｄプリント気化器コアは、気化器内部で組み合わされる前に研磨することができる。この研磨は、例えば、電解研磨又は化学研磨を用いて実施することができる。更に、内面も、研磨ペーストが気化チャンバの内側を通って押し出される押出研磨によって研磨することができる。外面も、気化器ハウジングの外面を機械加工、旋削、又は手研磨することによって研磨することができる。他の変形例及び技法も実装可能である。

更なる例示的な一実施形態について、追加の技術が、潜在的な問題を解決するよう３Ｄプリント気化器コアに適用される。例えば、気化器コアは、結果として生じる構造をより良好に封止するよう、３Ｄプリント後にステンレス鋼又は他の熱伝導性材料内に封入することができる。この封入は、その幾つかが真空環境において漏出を生じる原因となる多孔性又は欠陥を有する可能性がある３Ｄプリント金属に対する真空又は他の漏出を止めるよう、改善されたシールを提供することが見出されている。例えば、ステンレス鋼の３Ｄプリンティングが、ステンレス鋼継手への溶接と共に気化器コアに対して用いられる場合、溶接は、３Ｄプリント構造内部の多孔性を曝露し、溶接部において漏出を生じる原因となる可能性がある。シェル内への気化器コアの封入は、これらの問題を解決し、漏出のない解決策を提供する。シェルは、ステンレス鋼又は他の金属材料であることができる。更に、他の熱伝導性材料又はコーティングをこのシェルに用いることもでき、複数ピースのシェルを用いることができる。

図４は、気化器ハウジング４０４及びチャンバ４１２が２ピースシェル４０２Ａ／４０２Ｂ内に封入されている例示的な実施形態４００の図である。図示の例示的な実施形態について、その気化チャンバ４１２は円錐状フィン設計であるが、本明細書中に説明するように、他の設計を用いることもできる。シェルは、中央シーム４０６に沿って底部４０２Ｂに溶接される頂部４０２Ａを有する２ピースシェルである。例えば、２つのシェルのピース４０２Ａ／４０２Ｂは、互いに溶接されるステンレス鋼ピースとすることができる。一実施形態について、中間シーム４０６に沿った軌道溶接が用いられる。更に、１つ以上の溶接を他の位置で用いて、ステンレス鋼シェルを３Ｄプリントハウジングに融着させて、良好な熱接触を確実にすることができる。一実装形態について、シェルが気化器コアに融着される４つのかかる位置が用いられるが、追加の又は異なる数の位置も用いることができることは言うまでもない。本明細書中に説明する技術を依然として活用しながら、他の変形例も実装することができる。

図５は、本明細書中に説明する実施形態のうちの１つ以上による改善された気化器コア５１０を用いる小型化された気化器のための例示的な実施形態５００の図である。この気化器は、改善された気化器コア５１０がここで用いられることを除いて、図１（先行技術）の気化器１００に関して説明したものと同様の方法で動作する。この例示的な実施形態について、キャリアガスチャネル５０４は、ソースライン５０２からガスを受け入れ、それをノズルアセンブリ５０５に提供する。ノズルアセンブリ５０５はまた、矢印５０７によって表すように、蒸発させる溶液を受け入れる。気化器コア５１０は、フランジ５０６を用いてノズルアセンブリ５０５に結合される。溶液は、気化器コア５１０内で蒸発し、矢印５０８によって示すように、プロセスチャンバ又は他の処理装置に放出される。例えば、蒸発した液体並びにキャリアガスは、ガス出口チャネル５１２及び放出ガスライン５１４を通して放出することができる。本明細書中に説明する技術を依然として活用しながら、変形例を実装することができる。

本明細書全体を通して、「一実施形態」又は「実施形態」への言及は、その実施形態に関して説明する特定の特徴、構造、材料、又は特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味するが、それらが全ての実施形態に存在するわけではないことに留意されたい。従って、本明細書全体を通して様々な箇所に出現する語句「一実施形態において」又は「実施形態において」は、必ずしも本発明の同一の実施形態を指すわけではない。更に、特定の特徴、構造、材料、又は特性は、１つ以上の実施形態で任意の適当な方式において組み合わされ得る。他の実施形態では、様々な追加の層及び／又は構造が含まれ得、且つ／又は説明された特徴が省略され得る。

本明細書で用いられるような「超小型電子ワークピース」は、本発明に従って処理される物体を総称して指す。超小型電子ワークピースは、素子、特に半導体又は他の電子素子の任意の材料部分又は構造を含み得、例えば薄膜等のベース基板構造上又は被覆する半導体基板若しくは層等のベース基板構造であり得る。従って、ワークピースを、パターン化された又はパターン化されていない任意の特定のベース構造、下位層又は上位層に限定することは、意図されず、むしろ任意のこのような層若しくはベース構造並びに層及び／又はベース構造の任意の組み合わせを含むように企図される。以下の記載は、特定の種類の基板を参照し得るが、この記載は、例示を目的としたものに過ぎず、限定を目的としていない。

超小型電子ワークピースを処理するためのシステム及び方法が様々な実施形態において説明されてきた。当業者は、様々な実施形態が具体的な詳細のうちの１つ以上の詳細なしに、又は他の代替の及び／若しくは追加の方法、材料若しくは構成要素により、実行され得るということを認識するであろう。他の例では、周知の構造、材料又は操作は、本発明の様々な実施形態の態様を曖昧にすることを避けるために、詳細には図示していない又は説明していない。同様に、本発明の完全な理解を提供するために、説明の目的で、具体的な数、材料、及び構成が示される。しかしながら、本発明は、具体的な詳細がなくても実施可能である。更に、図面に示される様々な実施形態は例示的表現であり、必ずしも縮尺通りに描かれていないと理解される。

説明したシステム及び方法の更なる修正形態及び代替的実施形態が、本明細書に照らして当業者には明らかになるであろう。従って、説明したシステム及び方法はこれらの例示的構成により制限されないということが認識されるであろう。本明細書において示され説明されたシステム及び方法の形態は例示的な実施形態として捉えるべきであることを理解すべきである。実装形態に様々な変更を加えてよい。従って、本明細書では本発明を具体的な実施形態を参照して説明しているが、様々な修正及び変更が本発明の範囲から逸脱することなく行われ得る。それに応じて、本明細書及び添付図面は、限定的意味というよりも、むしろ例示的意味と見なされるべきであり、このような修正形態が本発明の範囲に含まれることが意図されている。更に、具体的な実施形態に関連して本明細書で説明される問題に対するいかなる便益、利点、又は解決策も、任意の又は全ての特許請求の範囲の決定的に重要な、必要とされる又は必須な特徴若しくは要素として解釈されることを意図していない。

Claims

気化器コアであって、
ハウジングと、
前記ハウジング内部のチャンバであって、熱伝導性である多孔質格子構造を備えるチャンバと、を備え、
前記ハウジングと、前記多孔質格子構造を含む前記チャンバとは、単一の一体構造として形成される、
気化器コア。
前記ハウジング及び前記多孔質格子構造を含む前記チャンバは、３次元（３Ｄ）プリンティングによって形成される、請求項１に記載の気化器コア。
更に、熱伝導性であるシェルを備え、前記ハウジング及び前記多孔質格子構造を含む前記チャンバは、前記シェル内に封入される、請求項２に記載の気化器コア。
前記シェルは、中央シームに沿って互いに溶接される頂部及び底部を備える、請求項３に記載の気化器コア。
前記シェルは、複数の位置において前記ハウジングに融着される、請求項４に記載の気化器コア。
焼結金属、ナノワイヤ、金属繊維、又は熱伝導性材料から作成される繊維のうちの１つ以上が、前記ハウジング、前記チャンバ、又は前記ハウジング及び前記チャンバの両方を形成するために用いられる、請求項１に記載の気化器コア。
前記ハウジング及び前記多孔質格子構造を含む前記チャンバはステンレス鋼である、請求項１に記載の気化器コア。
前記チャンバは、前記気化器コアのための第１のステージを備え、更に、前記ハウジング内部で前記第１のステージに結合される第２のステージを備える、請求項１に記載の気化器コア。
前記ハウジング及び前記多孔質格子構造を含む前記チャンバは、３次元（３Ｄ）プリンティングによって形成され、前記第２のステージは３Ｄプリンティングによって形成されない、請求項８に記載の気化器コア。
前記チャンバは複数のフィンを備える、請求項１に記載の気化器コア。
前記チャンバは、前記多孔質格子構造を形成するよう、同心円状フィン設計、交差状フィン設計、又は円錐状フィン設計のうちの少なくとも１つを備える、請求項１０に記載の気化器コア。
前記複数のフィンは中実フィンである、請求項１０に記載の気化器コア。
前記チャンバは、前記多孔質格子構造を形成するよう多孔質金属構造を備える、請求項１に記載の気化器コア。
前記多孔質金属構造は、金属発泡体又は金属繊維メッシュを備える、請求項１３に記載の気化器コア。
前記チャンバは、アトマイズ化した液体を受け入れる膨張円錐形状と、蒸発した液体を放出する膨張円錐形状とを備える、請求項１に記載の気化器コア。
前記ハウジング及び前記チャンバの表面は研磨される、請求項１に記載の気化器コア。
気化器であって、
液体及びキャリアガスを受け入れるよう結合されるノズルアセンブリと、
気化器コアであって、
前記液体及び前記キャリアガスを受け入れるよう前記ノズルアセンブリに結合されるハウジングと、
前記ハウジング内部のチャンバであって、熱伝導性である多孔質格子構造を備えるチャンバと、を備え、
前記ハウジングと、前記多孔質格子構造を含む前記チャンバとは、単一の一体構造として形成される、気化器コアと、
蒸発した液体及び前記キャリアガスを含む蒸発ガスを前記気化器コアから受け入れるよう結合されるガス出口チャネルと、を備える、
気化器。
前記ハウジング及び前記多孔質格子構造を含む前記チャンバは、３次元（３Ｄ）プリンティングによって形成される、請求項１７に記載の気化器。
前記気化器コアは、更に、熱伝導性であるシェルを備え、前記ハウジング及び前記多孔質格子構造を含む前記チャンバは、前記シェル内に封入される、請求項１８に記載の気化器。
前記チャンバは、前記多孔質格子構造を形成するよう、同心円状フィン設計、交差状フィン設計、又は円錐状フィン設計のうちの少なくとも１つを含む複数のフィンを備える、請求項１７に記載の気化器。