CN101839394B - 用于高流速真空起泡器容器的防溅器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于高流速真空起泡器容器的防溅器。具体地，提供了一种贮存器，其具有：浸管入口；至少一个挡盘，其定位在该浸管出口和该贮存器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，以便防止液滴进入出口，到达该贮存器和其侧壁的内表面；以及在该侧壁的径向向内伸出的环状偏转突出部，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。设想了液体输送和蒸气输送。

Description

用于高流速真空起泡器容器的防溅器

背景技术

电子制造业使用化学前体贮存器(container)，其将液态化学品转换成化学品蒸气，以便输送给电子制造反应器(即，处理装置)，从而用于实施化学气相沉积(CVD)。CVD是一种受欢迎的技术，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、膜、以及其它沉积物。因为大量化学前体的存储和运输效率问题，所以优选液体或固体作为供应源，但是工业实践中常常优选在处理装置现场以蒸气形式实际输送化学前体，即，CVD。替代性地，使用直接液体喷射(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而采用蒸气输送时，贮存器通常让惰性载气穿过该贮存器或者起泡装置(即，起泡器)，以便将携带在该惰性载气内的化学前体蒸气运送到处理装置。起泡器通常具有下管入口，载气自该下管入口处被引入到贮存器中并处于液态化学前体的表面下，其中载气向上穿过该液态化学前体从而起泡，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，该载气携带了化学前体。

使化学前体以液态形式(即使是作为小液滴)通过出口离开贮存器是人们不期望的。均质蒸气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、以及悬浮滴等问题，其中悬浮滴在生产制造期间以及断开贮存器期间可能会在出口内积累并且形成颗粒。

工业实践中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US 2008/0143002、US 6,520,218、EP 1329540、US2004/0013577、EP0420596、US 5,589,110、US 7,077,388、US2003/0042630、US 5,776,255、以及US 4,450,118。这些尝试中的每一个都仅仅提供了比期望性能更少的防溅器功能，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：终止在贮存器底座邻近处的浸管入口；定位在浸管出口和贮存器出口之间的至少一个挡盘，其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；以及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液滴减至最少，以免其进入贮存器出口。

本发明还涉及一种从贮存器输送化学前体蒸气的方法，该方法包括：使载气通过贮存器的浸管；从该贮存器中将液态化学前体携带到该载气中；使该载气和所携带的化学前体经过侧壁上的径向向内伸出的环状偏转突出部和位于狭窄的环状空间内的挡盘，其中所示狭窄的环状空间是该挡盘的最外缘和贮存器侧壁内表面之间的环状空间。

附图说明

图1是以局部剖面形式示出本发明一个实施例的示意性侧视图。

图2是以剖面图形式示出本发明一个实施例的示意性局部侧视图。

具体实施方式

本发明涉及一种蒸气生成起泡器贮存器(vapor generation bubblercontainer)，其被设计用在高真空或高流率条件中。该设计防止了飞溅，并且还防止了将悬浮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高价值的化学物质，这些化学物质越来越难以传送，以便在真空腔室或处理装置中沉积在晶片上。本发明的起泡器容器允许液态化学物质在高真空条件下从贮存器作为蒸气进行输送，而没有飞溅，也不会在贮存器出口内形成悬浮滴，这两者都会导致不稳定化学品质量输送率。本发明具有一种下表面设计，其使带有化学品蒸气的载气的恒定饱和度能够下降至剩余化学物质的一个非常低的水平。而且，本发明防止了飞溅和进入到贮存器出口内的悬浮滴的形成(即使贮存器内的化学品水平(即液位)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与仅部分装料的化学品一起使用(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(取下处理装置)，并且因为增加了贮存器的处理费用，所以增加了化学品的成本。本发明使得贮存器从装满的液态化学品水平到降低至非常低水平都能够使用，并且减少了半导体处理装置的停工时间。同样，由于在出口内能够对化学品悬浮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悬浮滴的退变。在本说明书中，本发明优选具有圆筒形状的贮存器，而且圆筒轴线位于竖直平面内。因而，对轴向和径向的描述都是相对于这类贮存器形状和取向而言的。

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，其通过使携带有化学前体的载气曲折地流到位于狭窄环状空间内的偏转突出部的径向最内处和挡盘的外侧，从而使得携带有化学前体的载气间接地通过并到达该贮存器的出口，其中该狭窄空间位于起泡器侧壁内表面的内径和挡盘的最外直径(周缘或周边)之间。将参照本发明的优选实施例对此进行说明。

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偏转突出部22，其中挡板24优选具有为圆形并且向下凹(例如，稍微向下开口的锥形)的最外周向边缘形状；其中，挡盘24和偏转突出部22协作起作用以便实现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从而返回到所存储的化学前体(未示出)中。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最小化液体的通路，该液体可能在通过浸管的载气的高流率或显著压力波动下从起泡器的液体成分中喷出。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会经历改变，但是通常都在偏转突出部22和挡盘24之下并且在液面传感器和入口端14上方。

图2示出了本实施例的贮存器内部结构的隔离，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水平。尽管没有示出，但是液面传感器终止在贮存器10的底部13附近。阀30控制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在液态化学品中起泡，并且在其气泡中携带化学品的蒸气。当载气离开进气浸管14的下端时，该载气的起泡动作会产生液态化学品的强烈搅动。当阀26打开时，出口16上的高真空也能够导致液态化学品的强烈或剧烈的搅动。所有这些都能够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相关的径向向内伸出的环状偏转突出部22用来使任何起泡或飞溅的液态化学品偏转，从而离开挡盘24的最外边缘附近，以便保护入口端32和出口16，以免未摄入所设计的携带在载气内的化学品蒸气，而摄入了液态化学品。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。

在一个优选实施例中，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能够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。偏转突出部可以是弯曲围绕侧壁12内表面23的环状缘。挡板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气的曲折流动路径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的上方以提供一个极狭窄的流动路径(也就是说，挡盘24和偏转突出部22之间是彼此接近的)，，这一极狭窄的流动路径足以允许蒸气流动，但是很难让液体流动。替代性地，挡板24也能轴向间隔地设置在偏转突出部22的下方。而且，替代性地，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以及轴向间隔地设置在偏转突出部下方的挡盘；都轴向间隔地设置在偏转突出部上方的两个挡盘；都轴向间隔地设置在偏转突出部下方的两个挡盘；在每一挡盘上方和下方轴向间隔地设置的偏转突出部；以及多个挡盘和多个偏转突出部；所有这些示例都优选如上文所述的那样彼此邻近。

经验表明，气泡能够从进气浸管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流体飞溅流。因而，在一个实施例中，偏转突出部包括肩部21，肩部21形成为在偏转突出部22的最内边缘34下方轴向间隔开的径向向内伸出的边缘。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径向向内的伸出部超过肩部21的径向向内的伸出部。肩部可以是整个偏转突出部22上一个整体式部分，并且能够在用单块不锈钢坯料或其它金属坯料形成偏转突出部的同时被机加工。肩部21具有两个功能。肩部21与内表面23之间构成锐角，因而将沿着该内表面向上流动的液体重新引到贮存器10的内部，从而远离由挡板24和偏转突出部22各自的边缘形成的曲折路径38。另外，在偏转突出部22上收集的所有液体会流到肩部21，然后落回到容纳在贮存器或起泡器10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中，但要理解的是，其它的定位也是可行的，只要它们都位于该贮存器内装填化学品的标准上限之上的空间内(或顶部空间，或自由空间，这是本领域技术人员均能理解的)，但至少在水平(即液位)15上。

尽管在本实施例中偏转突出部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都是被附接到侧壁12的分离件，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)。即使是作为分离件，偏转突出部22和肩部21也可以相对于彼此是一体的，或者相对于彼此是分离件。

偏转突出部22、肩部21和挡盘24协作以形成用于将通过出口16进行分配的化学品的曲折流动路径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上形成泡沫，并进入贮存器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。

尽管关于某个实施例提到了不锈钢，但是要理解的是，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(Hastelloy alloy)、镍合金、以及对于本领域技术人员所已知构造的类似材料。

本发明在连接到电子制造系统的CVD处理装置的贮存器的出口和下游管道内提供了液滴形式液体携带的极度最小化。使用单个挡盘或多个挡盘，并结合偏转突出部，从而在起泡器出口16内提供了期望的液体携带最小化。

尽管挡盘已经被示出为带有凹部的圆形盘，其中该盘的直径比圆筒状贮存器或起泡器侧壁的内径稍微更小一些。要理解的是，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盘都是在本发明范围之内的。同样的，具有平滑且径向向内伸出的边缘或者具有离平滑环状弯曲有某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，但是设想的是任意刚性形式的惰性材料都能够被用于防溅器。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(vessel)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，以便形成作用在容纳于容器10内的液体上的压头，并迫使液体以液相形式排出浸管14，以便用于和上述蒸气输送相反的使用了加压气体的来自容器的液体输送。

Claims (18)

1.一种贮存器，具有：终止在所述贮存器的底部邻近处的浸管入口；定位在所述浸管的出口和所述贮存器的出口之间的至少一个挡盘，其被配置成在所述挡盘和所述贮存器的侧壁内表面之间提供狭窄的环状空间；以及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；所述挡盘和所述偏转突出部能够使液滴减至最少，以免其进入贮存器的出口。

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，其中所述肩部从所述贮存器侧壁内表面径向向内伸出，但所述肩部的径向向内伸出部分比所述偏转突出部的最内边缘在径向上更短。

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中。

5.如权利要求1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。

6.如权利要求1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两个挡盘的下方。

7.如权利要求1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。

8.如权利要求1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。

9.如权利要求1所述的贮存器，其特征在于，所述贮存器具有圆筒形状。

10.如权利要求1所述的贮存器，其特征在于，所述挡盘具有圆形且向下凹的形状。

11.一种圆筒形蒸气生成贮存器，具有：能够将载气输送到所述贮存器的浸管入口；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，并且被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；以及在所述侧壁上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的最内边缘处于所述挡盘的最外周向边缘的径向内侧；当所述载气穿过所述贮存器中的液体成分起泡以便将所述液体作为来自所述贮存器的蒸气进行分配时，能够使液滴减至最少，以免其进入贮存器出口。

12.一种液体分配贮存器，具有：至少一个挡盘，所述至少一个挡盘定位在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；以及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的最内边缘处于所述挡盘的最外边缘的径向内侧，能够使液滴减至最少，以免其进入液体分配贮存器入口。

13.一种从贮存器中输送化学前体蒸气的方法，包括：使载气通过所述贮存器的浸管；将所述贮存器中的液态化学前体携带到所述载气中；使所述载气和所携带的化学前体在狭窄的环状空间内通过贮存器侧壁上的径向向内伸出的环状偏转突出部和至少一个挡盘，其中所述狭窄的环状空间在所述挡盘的最外缘和所述贮存器侧壁的内表面之间。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述偏转突出部具有最内边缘，所述最内边缘处于所述挡盘的最外缘的径向内侧。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述偏转突出部在其最内边缘下方具有肩部，其中所述肩部从所述贮存器侧壁的内表面径向向内伸出，但是所述肩部的径向向内伸出部分比所述偏转突出部的最内边缘在径向上更短，所述肩部引导所有液体化学品远离所述挡盘。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述携带有液态化学前体的载气被从所述贮存器输送到具有肘状构造的出口中。

17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述携带有液态化学前体的载气被从所述贮存器输送到具有T形构造的出口中。

18.一种从贮存器中输送液态化学前体的方法，包括：在所述贮存器内的液态化学前体液面上方将加压气体引入到通向所述贮存器的入口中，其中所述加压气体在狭窄的环状空间内经过至少一个挡盘，所述狭窄的环状空间位于所述挡盘的最外缘和所述贮存器侧壁内表面之间，并且所述加压气体还经过所述侧壁上的径向向内伸出的邻近所述挡盘的环状偏转突出部。

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