TWI480418B - 用於高流量真空氣泡器容器的防濺器 - Google Patents

Description

用於高流量真空氣泡器容器的防濺器

本專利申請案是2009年3月19日申請的美國專利申請案序號第12/407,279號的部分連續專利申請案。

本發明關於一種用於高流量真空氣泡器容器的防濺器。

當為了CVD而採用蒸氣輸送時，貯存器(container)通常讓惰性載氣穿過該貯存器或者起泡裝置(即，氣泡器)，以便將攜帶在該惰性載氣內的化學前驅物蒸氣運送到處理裝置。氣泡器通常具有下管入口，載氣自該下管入口處被引入到貯存器中並處於液態化學前驅物的表面下，其中載氣向上穿過該液態化學前驅物從而起泡，隨著載氣作為氣泡浮出液體表面並且通過設置在化學前驅物液面上方的出口排出貯存器或氣泡器時，該載氣攜帶了化學前驅物。

使化學前驅物以液態形式(即使是作為小液滴)通過出口離開貯存器是人們不期望的。均質蒸氣被優選作為這種氣泡器的分配產品。這避免了腐蝕、清理、不均勻流動、以及懸浮滴等問題，其中懸浮滴在生產製造期間以及斷開貯 存器期間可能會在出口內積累並且形成顆粒。

工業實踐中針對該問題嘗試了用於氣泡器的各種形式的防濺器，例如在US 2008/0143002、US 6,520,218、EP 1329540、US 2004/0013577、EP0420596、US 5,589,110、US 7,077,388、US 2003/0042630、US 5,776,255、以及US 4,450,118。這些嘗試中的每一個都僅僅提供了比期望性能更少的防濺器功能，但是如下面所公開的那樣，本發明成功地提供了高液位的防濺器功能，同時仍然允許化學前驅物的高流量或者允許在高真空或高壓力差條件下的流動，如下文將要描述和說明的那樣。

本發明係關於一種貯存器，其具有：一浸管入口，其末端鄰近該貯存器基部；至少一擋盤，其係裝配成一淺型下開式錐體，位於該浸管的出口與該貯存器的出口之間，裝配成於該擋盤與該貯存器側壁的內表面之間提供一狹窄的環狀空間；一徑向向內伸出的環狀偏轉突出部，其係於該側壁上，鄰近該擋盤，該擋盤和偏轉突出部能夠使進入該貯存器出口的液滴減至最少；一肩部，其具有一徑向向內伸出的環狀邊緣，於該偏轉突出部的最內邊緣下方軸向間隔開；及一液位感測器，其末端接近該貯存器的基部，能夠具有高於該液位感測器末端的液面高度。

本發明也關於一種從貯存器輸送化學前驅物蒸氣的方法，該方法包含：使載氣通過該貯存器的浸管；從該 貯存器將液態化學前驅物攜帶到該載氣中；使該攜帶的化學前驅物和載氣經過於側壁上之徑向向內伸出的環狀偏轉突出部及至少一擋盤，該至少一擋盤係在介於該擋盤的最外邊緣與該貯存器側壁的內表面之間的狹窄環狀空間中。

10‧‧‧氣泡器貯存器

11‧‧‧貯存器下部

12‧‧‧氣泡器側壁

13‧‧‧貯存器基部

14‧‧‧浸管

15‧‧‧液面高度

16‧‧‧出口

17‧‧‧貯存器上部

21‧‧‧肩部

22‧‧‧突出部

23‧‧‧內表面

24‧‧‧擋盤

24a‧‧‧擋盤

24b‧‧‧擋盤

24c‧‧‧擋盤

24d‧‧‧擋盤

26‧‧‧閥

27a‧‧‧浸管入口末端

27b‧‧‧液面感測器末端

28‧‧‧液面感測器

30‧‧‧閥

32‧‧‧入口端

34‧‧‧最內邊緣

36‧‧‧最外邊緣

38‧‧‧流動路徑

圖1係以局部斷面方式顯示的本發明之一具體實施例的側視圖。

圖2係以斷面方式顯示的本發明之一具體實施例的局部側視圖。

圖3係以斷面方式顯示的本發明之第二具體實施例的局部側視圖。

圖4係以斷面方式顯示的本發明之第三具體實施例的局部側視圖。

圖5係以斷面方式顯示的本發明之第四具體實施例的局部側視圖。

本發明係一種蒸氣生成氣泡器貯存器(vapor generation bubbler container)，其係經設計以供用於高真空或高流速條件。該設計防止懸浮滴飛濺及輸送到排出輸送管線中，這兩者都會導致不穩定的化學品質量流輸送。

半導體製造商致力於使用高價值的化學物質， 這些化學物質越來越難以運送以供沉積於真空艙或處理裝置中的晶片上。本發明的氣泡器容器使液態化學物質能於高真空下以蒸氣形態從該貯存器進行輸送，而沒有懸浮滴飛濺及形成於該貯存器出口內，這兩者都會導致不穩定的化學品質量輸送速率。本發明具有一下表面設計，其使帶有化學品蒸氣的載氣的恆定飽和度能夠下降至非常低量的剩餘化學物質。還有，本發明防止懸浮滴飛濺及形成於該貯存器出口內，那將導致不穩定的化學品質量輸送率，即使是當該貯存器內的化學品液位高的時候亦同。以前，用於高真空使用或高流率使用的貯存器必須偕同僅部分裝填的化學品(亦即，裝滿50%)使用。這就需要半導體製造商更加頻繁地更換貯存器(取下處理裝置)，而且由於提高貯存器的處理費用而增加化學品的成本。本發明使得該貯存器從裝滿的液態化學品液位到降至非常低液位都能夠使用，並且縮短半導體處理裝置的停機時間。同樣地，因為能有限限制出口內的化學品懸浮粒子，所以能夠減少可能由沉積於出口及所有通往處理艙或處理裝置的輸送配管中之懸浮滴退變所引起的微粒生成現象。在此描述中，較佳為擁有一圓筒形貯存器而且該圓筒的軸在垂直面中。因此，軸向和徑向的描述都是相對於這類貯存器外形和取向而言。

本發明將該貯存器側壁的內表面上之徑向向內伸出的環狀偏轉突出部與該貯存器上部的一或更多擋盤聯合使用，其通過使攜帶有化學前驅物的載氣於一狹窄的環狀空間中曲折地流到該偏轉突出部的徑向最內邊緣及該等擋盤的 外側，而使該帶有化學前驅物的載氣間接地通到該貯存器出口，其中該狹窄的環狀空間係介於該氣泡器側壁內表面的內徑及該等擋盤的最外直徑或圓周或周長邊緣之間。這將引用本發明的較佳具體實施例加以舉例說明。

圖1顯示本發明的氣泡器貯存器10，其具有圓筒形的氣泡器側壁12，而且浸管入口14的入口端終止於液態化學前驅物的液面之下(該液面大致以線15例示)，但是於該貯存器基部13上方。

該防濺器包含：(1)擋盤24；及(2)於該側壁12的內表面23上之徑向向內伸出的環狀偏轉突出部22，其中擋板24具有一最外圓周周長邊緣形狀(較佳為圓形)，並且向下凹(例如，淺型下開式錐體)；該擋盤24和偏轉突出部22合力作用以實現供化學前驅物離開該貯存器10用的曲折流動路徑。該擋盤24向下凹，以便進一步阻撓化學前驅物到該出口16的直接流動，並且通過使凝聚的液滴掉回儲存的化學前驅物(未例示)中收集返還之凝結的化學前驅物。該擋盤24的直徑比該貯存器10的側壁12的圓筒形內表面23的內徑稍小一些。該擋盤24的圓周周長最外邊緣與該貯存器10的側壁12的內表面23之間的空間足以使氣體以最小的壓降通過該空間，但是該空間也夠狹窄而能將液體通路減至最細，該液體可能在穿過該浸管的載氣之高流率或顯著壓力波動的作用之下從該氣泡器的液體內容物噴出。該貯存器10具有一上部17和一下部11及一示範性液面高度15，液面高度15基於填充的程度和分配的持續時間會經歷改變，但是通常都在偏轉 突出部22和擋盤24之下及該入口14和該液位感測器28的末端(分別為27a和27b)上方。

圖2顯示該具體實施例的貯存器內部結構的隔離而沒有例示該浸管14。據示一液面感測器28係位於該貯存器中間以便監測液態化學品的液位。該液面感測器的末端接近該貯存器10的基部13。閥30控制推動氣體或者載氣穿過入口14引進該貯存器的下部，該載氣在該貯存器的下部起泡穿過該液態化學品，將該化學品的蒸氣挾帶於該載氣的氣泡中。當該載氣離開該進氣浸管14的下端時，該載氣的起泡動作會引起液態化學品的強烈攪動。當閥26打開時，該出口16上的高真空也會造成該液態化學品的強烈或劇烈攪動。這些任一者均會導致液態化學品朝該出口16起泡或飛濺。與該貯存器或氣泡器10的側壁12相關聯的徑向向內伸出的環狀偏轉突出部22用來使任何起泡或飛濺的液態化學品偏轉以免靠近該擋盤24的最外邊緣，以便保護該出口16的入口端32，以免攝入了液態化學品，而不是指定之被攜於載氣內的化學品蒸氣。該擋盤24和該偏轉突出部22形成供化學前驅物離開該貯存器10用的曲折流動路徑38。

在一較佳具體實施例中，該偏轉突出部22在從不銹鋼坯料的實心件銑削成該貯存器或氣泡器10的期間由該側壁12的一部分形成。該偏轉突出部22能夠具有錐形的斷面構造，其最內邊緣34終止於該擋盤24的最外邊緣36的徑向內側。偏轉突出部可以是一完全圍繞於該側壁12的內表面23形成的環狀緣。該擋板24和該偏轉突出部22的組合形成 供該載氣和其所攜帶的化學品蒸氣用的曲折流動路徑38，這樣的路徑對於液相化學品而言極難隨行。

較佳地，該擋盤24軸向間隔地設置在該偏轉突出部22的上方以提供一極狹窄的流動路徑，蒸氣能夠流動，但是液體有困難，也就是說，該擋盤24與該偏轉突出部22彼此接近。也可以，該擋板24能軸向間隔地設置在該偏轉突出部22的下方。此外，也可以，本發明設想多重擋盤，例如一擋盤24軸向間隔地設置在該偏轉突出部上方及一擋盤24a軸向間隔地設置在偏轉突出部下方，圖3；二擋盤24及24b均軸向間隔地設置在該偏轉突出部上方，圖5；二擋盤24c及24d均軸向間隔地設置在該偏轉突出部下方，圖4；在每一擋盤上方和下方軸向間隔地設置一偏轉突出部；以及多數擋盤和偏轉突出部；所有這些均優選如上文所定義般彼此鄰近。

經驗顯示氣泡能夠從該進氣浸管14的末端沿該貯存器或氣泡器10的側壁12上行，在相鄰於該貯存器10側壁12的內表面23處產生最大可能的液流體飛濺流。因此，在一具體實施例中，該偏轉突出部包括被形成為在該偏轉突出部22的最內邊緣34下方軸向間隔開的徑向向內伸出的環狀邊緣之肩部21。該偏轉突出部22與肩部21成比例以致於該偏轉突出部22徑向向內伸出超過該肩部21的徑向向內伸出量。此肩部可以是整個偏轉突出部22之一構成整體的部分，並且能於用單塊不銹鋼坯料或其他金屬坯料形成偏轉突出部的同時被機械加工。肩部21具有二功能。肩部21與該內表面23之間構成一銳角，因而將沿著該內表面向上流動的 液體再引入該貯存器10的內部，從而遠離由該擋板24和該偏轉突出部22各自的邊緣所形成的曲折路徑38。此外，該偏轉突出部22上收集的任何液體均排到該肩部21，然後掉回到收納於該貯存器或氣泡器10下部的液態化學品中。

據示擋盤24和偏轉突出部22較佳係於該貯存器的上方區17(但要咸能理解其他的定位也是可能考慮，只要是其係高於該貯存器中所裝填的化學品的標準上限)，或頂部空間或出水高度，這是熟悉此技藝者均能理解的，但至少高於液位15。

儘管此具體實施例將該偏轉突出部22和肩部21顯示為與彼此和側壁合為一體，但是預期該偏轉突出部22和肩部21均可能是附接於該側壁12的分離件，例如通過焊接、摩擦接合或機械緊固(例如螺栓、螺釘和類似緊固件)。即使是呈分離件的形式，偏轉突出部22和肩部21也可以與彼此合為一體，或彼此是分離件。

該偏轉突出部22、肩部21和擋盤24協力形成供待穿過該出口16進行分配的化學品的曲折流動路徑38。在某些情況中，在高真空和高流率之下，該液體傾向於在液體表面15上形成泡沫，並進入該貯存器10的上方區17之頂部空間中。由該偏轉突出部22、肩部21和擋盤24所形成的曲折流動路徑38實質上防止這種泡沫到達該出口16。

儘管關於某些具體實施例提到了不銹鋼，但是要理解的是，本發明能夠應用於不同的金屬、玻璃和塑膠上，包括低碳鋼(mild steel)、蒙乃爾合金(Monel alloy)、哈司特鎳 合金(Hastelloy alloy)、鎳合金及熟悉此技藝者已知的構造之類似材料。

本發明在連接到電子元件裝配系統的CVD處理裝置之貯存器的出口和下游配管中提供了液滴形式的液體攜帶量之極度最小化。使用單一擋盤或多重擋盤結合偏轉突出部，將於該氣泡器的出口16中提供如預期的液體攜帶量最少化。

儘管據顯示擋盤係為帶有凹部的圓形盤，其中該盤的直徑比該圓筒形容器或氣泡器側壁的內徑稍微更小一些，但是咸能理解，於該貯存器內部側壁處僅提供一狹窄環狀空間的任意形狀的任意擋盤均在本發明的範疇以內。同樣地，具有平滑且徑向向內伸出的邊緣或具有離平滑環狀彎曲有某些偏差的邊緣之任意形式的偏轉突出部均被認為是本發明的一部分。

儘管較佳是使用不銹鋼，但是設想任意剛性形式的惰性材料均能用於該防濺器。塑膠、金屬合金、粉末金屬、布料、紡織品及陶瓷都可以考慮。

容器10也能用於反向的產品流動，其中出口16發揮加壓氣體入口的功能，以便形成作用於收納於該容器10的液體上之壓頭，並迫使該液體以液相形式排出該浸管14，而與上述蒸氣輸送不同地利用加壓氣體進行來自該貯存器的液體輸送。

10‧‧‧氣泡器貯存器

11‧‧‧貯存器下部

12‧‧‧氣泡器側壁

13‧‧‧貯存器基部

14‧‧‧浸管

15‧‧‧液面高度

16‧‧‧出口

17‧‧‧貯存器上部

21‧‧‧肩部

22‧‧‧突出部

23‧‧‧內表面

24‧‧‧擋盤

26‧‧‧閥

27a‧‧‧浸管入口末端

27b‧‧‧液面感測器末端

30‧‧‧閥

28‧‧‧液面感測器

32‧‧‧入口端

Claims (11)

1. 一種貯存器，其具有：一浸管入口，其末端鄰近該貯存器基部；至少一擋盤，其係裝配成一淺型下開式錐體，位於該浸管的出口與該貯存器的出口之間，裝配成於該擋盤與該貯存器側壁的內表面之間提供一狹窄的環狀空間；一徑向向內伸出的環狀偏轉突出部，其係於該側壁上，鄰近該擋盤，該擋盤和偏轉突出部能夠使進入該貯存器出口的液滴減至最少；一肩部，其具有一徑向向內伸出的環狀邊緣，於該偏轉突出部的最內邊緣下方軸向間隔開；及一液位感測器，其末端接近該貯存器的基部，能夠具有高於該液位感測器末端的液面高度。
2. 如申請專利範圍第1項之貯存器，其中該偏轉突出部具有在該至少一擋盤最外邊緣的徑向內側之最內邊緣。
3. 如申請專利範圍第2項之貯存器，其中該偏轉突出部具有於該偏轉突出部的最內邊緣下方的肩部，該肩部從該貯存器內表面側壁徑向向內伸出，但是該肩部的徑向向內伸出部分比該偏轉突出部的最內邊緣在徑向上更短。
4. 如申請專利範圍第3項之貯存器，其中該至少一擋盤、偏轉突出部及肩部均在該貯存器的上部中。
5. 如申請專利範圍第1項之貯存器，其中該偏轉突出部被軸 向間隔地設置於上擋盤與下擋盤之間。
6. 如申請專利範圍第1項之貯存器，其中該偏轉突出部被軸向間隔地設置於二擋盤的下方。
7. 如申請專利範圍第1項之貯存器，其中通往該貯存器出口的入口具有能使進入該貯存器出口的液體減至最少的肘狀構造。
8. 如申請專利範圍第1項之貯存器，其中通往該貯存器出口的入口具有能使進入貯存器出口的液體減至最少的T形構造。
9. 如申請專利範圍第1項之貯存器，其中該貯存器具有一圓筒形狀。
10. 一種圓筒形蒸氣生成貯存器，其具有：一浸管入口，其能夠將載氣輸送至該貯存器內；一擋盤，其具有圓形且向下凹的形狀，位於該浸管入口的出口端與該貯存器的出口之間，並且被裝配成於該擋盤的最外圓周周長邊緣與該貯存器側壁的內表面之間提供一狹窄的環狀空間；一徑向向內伸出的環狀偏轉突出部，其係於該側壁上，鄰近該擋盤，其中該偏轉突出部具有在該擋盤最外圓周周長邊緣的徑向內側之最內邊緣，當該載氣穿過該貯存器的液體內容物起泡以便將該液體以來自該貯存器的蒸氣之形態進行分配時，能夠使進入該貯 存器出口的液滴減至最少；一肩部，其具有一徑向向內伸出的環狀邊緣，於該偏轉突出部的最內邊緣下方軸向間隔開；及一液位感測器，其末端接近該貯存器的基部，能夠具有高於該液位感測器末端的液面高度。
11. 一種液體分配貯存器，其具有：至少一擋盤，其係裝配成一淺型下開式錐體，位於該浸管出口的入口端與該液體分配貯存器的入口之間，裝配成於該擋盤與該貯存器側壁的內表面之間提供一狹窄的環狀空間；一徑向向內伸出的環狀偏轉突出部，其係於該側壁上，鄰近該擋盤，其中該偏轉突出部具有在該擋盤最外邊緣的徑向內側之最內邊緣，能夠使進入該液體分配貯存器入口的液滴減至最少；一肩部，其具有一徑向向內伸出的環狀邊緣，於該偏轉突出部的最內邊緣下方軸向間隔開；及一液位感測器，其末端接近貯存器的基部，能夠具有高於該液位感測器末端的液面高度。