專利名稱：連續(xù)的氣體飽和系統(tǒng)及方法
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本發(fā)明涉及用來自液體化學(xué)品的蒸汽飽和氣體的新系統(tǒng)及方法。本發(fā)明還涉及控制運送汽化的液體化學(xué)品的新系統(tǒng)及方法。本發(fā)明特別適用于半導(dǎo)體制造工業(yè)。
在半導(dǎo)體制造工業(yè)中，要將高純度氣體提供給加工工具來完成各種半導(dǎo)體制造工藝。這種工藝的實例包括擴散、化學(xué)蒸汽淀積(CVD)、蝕刻、濺射和離子注入。已知使用揮發(fā)性液體作為這些工藝的反應(yīng)源。例如，這些液體包括硅烷(SiH4)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、三氯硅烷(SiHCl3)、氨(NH3)、三氯化硼(BCl3)、氯氣(Cl2)、氯化氫(HCl)、氟化氫(HF)和三氟化氯(ClF3)。
迄今，已使用了很多方法將汽化形式的揮發(fā)性液體化學(xué)品提供給加工設(shè)備。其中包括用液體化學(xué)品的蒸汽飽和載氣的方法以及不用載氣的蒸發(fā)液體化學(xué)品的方法。用化學(xué)品蒸汽飽和載氣的已知方法例如包括，將液體化學(xué)品直接注射到載體氣流中。還已知將載氣鼓泡經(jīng)過液體化學(xué)品，由此用化學(xué)品蒸汽飽和氣體。
在使用載氣的方法中，化學(xué)品蒸汽在載氣中的濃度受很多因素的影響。例如氣泡大小、即氣泡的表面積，以及氣泡和液體化學(xué)品的接觸時間影響著化學(xué)品蒸汽在載氣中的濃度。用于使液體化學(xué)品和載氣接觸的一種已知裝置是帶孔管，該管延伸到盛裝液體化學(xué)品的容器中。將載氣通過管上的孔鼓泡到液體化學(xué)品中，使氣體在液體中散布到一定的程度。隨著鼓泡的進行和液體化學(xué)品的蒸發(fā)，在沒有添加新鮮液體化學(xué)品的情況下容器中的液體化學(xué)品含量不斷下降。這個在鼓泡過程中液體含量的變化導(dǎo)致氣-液接觸時間的減少，從而改變了化學(xué)品蒸汽在載氣中的濃度。
另一個影響載氣中化學(xué)品蒸汽濃度的可變因素是液體化學(xué)品的溫度。揮發(fā)性液體化學(xué)品的蒸汽壓力是液體化學(xué)品溫度的函數(shù)。因此，在任何給定的溫度下，載氣被平衡條件下的化學(xué)品蒸汽飽和。只要溫度保持恒定，載氣和化學(xué)品蒸汽將共存于它們的平衡飽和條件下。然而如果溫度下降，一部分化學(xué)品蒸汽將從蒸汽狀態(tài)中冷凝，造成化學(xué)品蒸汽在載氣中的濃度變化。
為控制飽和設(shè)備的溫度，通常是單獨使用冷卻器。在常規(guī)裝置中，冷卻器將系統(tǒng)冷卻至室溫以下的溫度以防止化學(xué)品蒸汽在被運送到加工設(shè)備中時從載氣中冷凝。當(dāng)然，這是假設(shè)在通往加工設(shè)備的途中，氣體未曾處于比達到飽和時的溫度低的溫度。但是業(yè)已發(fā)現(xiàn)單獨使用冷卻器不能提供完全的溫度控制。
在飽和過程中，液體化學(xué)品轉(zhuǎn)變成蒸汽導(dǎo)致從液體中帶走附加的熱量。這個熱量遷移的凈效果是液體化學(xué)品的溫度可能下降到低于冷卻劑的控制溫度。由于冷卻器僅提供冷卻作用，這個轉(zhuǎn)移的附加熱量無法僅僅通過冷卻系統(tǒng)來補償。因此，造成了液體化學(xué)品的蒸氣壓力以及化學(xué)品蒸汽在載氣中濃度的變化。
另一個影響化學(xué)品蒸汽在載氣中濃度的可變因素是載氣的壓力。已知的裝置使用了機械壓力調(diào)節(jié)器，它依靠彈簧和膜片來感應(yīng)和控制壓力。然而用這種機械裝置，在響應(yīng)系統(tǒng)變化時存在固有的延遲。這可以導(dǎo)致壓力波動，進而產(chǎn)生化學(xué)品蒸汽濃度的變化。
在不用載氣的方法中，液體化學(xué)品蒸汽壓力的改變導(dǎo)致液體化學(xué)品溫度的變化。這種變化給進入半導(dǎo)體加工設(shè)備的產(chǎn)品蒸汽帶來了運送壓力和流速的改變，導(dǎo)致加工不穩(wěn)定。
為迎合半導(dǎo)體制造工業(yè)的需要并且為解決相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的是提供用液體化學(xué)品的蒸汽飽和氣體的新系統(tǒng)。通過本發(fā)明，可以獲得其中具有基本上恒定化學(xué)品蒸汽濃度的氣體。通過控制載氣的壓力、液體化學(xué)品的溫度以及液體化學(xué)品在飽和容器中的含量來實現(xiàn)上述目的。就產(chǎn)品氣體的特性而言，現(xiàn)有的系統(tǒng)尚未達到本發(fā)明目前可以達到的控制程度。
本發(fā)明的另一個目的是提供用液體化學(xué)品蒸汽飽和氣體的新方法。該方法可以用本發(fā)明的系統(tǒng)來實踐。
本發(fā)明的另一個目的是提供用于控制運送汽化的液體化學(xué)品的新系統(tǒng)，所說的系統(tǒng)不含載氣。
本發(fā)明的另一個目的是提供用于控制運送汽化的液體化學(xué)品的新方法，所說的方法不含載氣源。
在觀看了說明書、附圖和權(quán)利要求書的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將了解本發(fā)明的其它目的和方面。
本發(fā)明的目的和優(yōu)點通過以下對優(yōu)選實施方案連同其附圖的詳細描述將變得明晰，其中相同的部件將通過相同的編號表示，并且

圖1是一個示例性的工藝流程圖，用來說明本發(fā)明的一個方面的氣體飽和；圖2表示本發(fā)明一個方面的飽和容器；圖3A和3B以俯視圖的方式舉例說明了根據(jù)本發(fā)明的一個方面將載氣鼓泡于液體化學(xué)品中用的噴射器組件；圖4是一個示例性的工藝流程圖，用來說明根據(jù)本發(fā)明另一個方面的汽化的化學(xué)品的控制運送。
前述的目的將通過本發(fā)明的系統(tǒng)和方法來實現(xiàn)。本發(fā)明的第一個方面是一種用液體化學(xué)品的蒸汽飽和氣體的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括(a)連接接收液體化學(xué)品和載氣的飽和容器；(b)在飽和容器中用來將載氣噴射到液體化學(xué)品中的氣體噴射器；(c)用于將液體化學(xué)品在飽和容器中保持在基本上恒定含量的裝置；(d)用于將液體化學(xué)品在飽和容器中的溫度控制到所需值的裝置，包括(i)用于冷卻液體化學(xué)品的系統(tǒng)和(ii)位于飽和容器內(nèi)部用于加熱液體化學(xué)品的加熱器，該加熱器在液體中垂直延伸液體化學(xué)品液面高度的至少一半的距離；(e)用于將飽和氣體壓力控制到所需值的裝置。
本發(fā)明的另一個方面是提供用液體化學(xué)品的蒸汽飽和氣體的方法。該方法包括以下步驟(a)將液體化學(xué)品和載氣引入飽和容器中，其中載氣被噴射到液體化學(xué)品中形成被液體化學(xué)品的蒸汽飽和的氣體；(b)將飽和容器中液體化學(xué)品的含量保持在基本恒定值；(c)通過將液體化學(xué)品冷卻至所需值，加熱液體化學(xué)品，將飽和容器中的液體化學(xué)品的溫度控制到所需的低溫值，必要時用飽和容器內(nèi)部的加熱器調(diào)整溫度，所說的加熱器在液體中垂直延伸液體化學(xué)品液面高度的至少一半的距離；并且(d)將飽和氣體的壓力控制到所需值。
本發(fā)明的另一個方面涉及液體化學(xué)品的控制蒸發(fā)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括(a)連接接收液體化學(xué)品蒸發(fā)容器，且不含載氣；(b)用于將液體化學(xué)品在蒸發(fā)容器中的含量保持在基本恒定值的裝置；(c)用于將液體化學(xué)品在蒸發(fā)容器中的溫度控制到所需值的裝置，控溫裝置包括(i)用于冷卻液體化學(xué)品的系統(tǒng)和(ii)位于蒸發(fā)容器內(nèi)部用于加熱液體化學(xué)品的加熱器。
本發(fā)明的另一個方面是提供汽化的液體化學(xué)品的控制運送方法。該方法不使用載氣并且包括以下步驟(a)將液體化學(xué)品引入蒸發(fā)容器中；(b)保持蒸發(fā)容器中的液體化學(xué)品含量基本上恒定；(c)通過將液體化學(xué)品冷卻至所需值，和加熱液體化學(xué)品，將蒸發(fā)容器中的液體化學(xué)品的溫度控制到所需的低溫值，必要時用蒸發(fā)容器內(nèi)部的加熱器調(diào)整溫度；并且(d)從蒸發(fā)容器中除去汽化的液體化學(xué)品的氣流。
本發(fā)明將參考圖1作詳細描述，圖1是一個示例性的工藝流程圖，用來說明本發(fā)明的一個方面的氣體飽和。
載氣從載氣源102通過管線104被送至其中盛裝有揮發(fā)性液體化學(xué)品的飽和容器或鼓泡器106中。將載氣鼓泡通過飽和容器106中的液體化學(xué)品，形成所需濃度的飽和氣體。載氣源102，例如，可以是氣瓶或大容量存儲器。
根據(jù)形成的飽和氣體的最終用途使用特定的載氣和液體化學(xué)品。一般來說，載氣是氫(H2)或惰性氣體如氦(He)、氬(Ar)或氮(N2)。也可以使用其它反應(yīng)或非反應(yīng)性氣體。
本發(fā)明使用的液體化學(xué)品應(yīng)當(dāng)是具有足夠的揮發(fā)性，以致在低溫下和在其市場可行的使用濃度下使鼓泡通過其中的載氣可以被化學(xué)品的蒸汽飽和。可以被本發(fā)明使用的半導(dǎo)體制造業(yè)應(yīng)用的典型液體化學(xué)品包括(不限于此)硅烷(SiH4)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、三氯硅烷(SiHCl3)、氨(NH3)、三氯化硼(BCl3)、氯氣(Cl2)、氯化氫(HCl)、氟化氫(HF)和三氟化氯(ClF3)。本發(fā)明也可以容易地利用其它液體化學(xué)品。
當(dāng)在半導(dǎo)體設(shè)備的制造中使用飽和氣體時，載氣和液體化學(xué)品應(yīng)當(dāng)具有適合于所構(gòu)成設(shè)備的純度。優(yōu)選，載氣和液體化學(xué)品是超高純的。
配置一個能夠?qū)⒁后w化學(xué)品連續(xù)引入飽和容器106的液體供應(yīng)系統(tǒng)。在一個或多個液體容器108、110中儲存液體化學(xué)品的供應(yīng)物料。容器的材料應(yīng)當(dāng)和液體化學(xué)品相匹配，防止腐蝕和避免化學(xué)污染。為此可以使用不銹鋼例如316L不銹鋼。
液體容器108、110通過管道和閥門系統(tǒng)來連接，以便將液體化學(xué)品引入飽和容器106。用于經(jīng)過該系統(tǒng)傳送液體化學(xué)品的管道優(yōu)選是特氟隆(Teflon)襯不銹鋼構(gòu)造的撓性管。容器108、110可以通過匯合成單一管線112的獨立管線與飽和容器連接。視具體情況而定地，可以用液體化學(xué)品通過支線112’、112”供應(yīng)一個或多個附加的飽和容器。
液體容器108、110優(yōu)選裝配成允許液體表面被惰性氣體，例如通過管線114、116加壓，由此迫使液體通過浸入管118、120并通過閥門/管道系統(tǒng)向上進入飽和容器中。其它流動配置如使用泵為本領(lǐng)域已知的，并且可以視具體情況而定加以使用。
通過使用多個液體容器108、110，可以將液體化學(xué)品的連續(xù)物流提供給飽和容器106。從第一個液體容器108可以持續(xù)供料直至其中的液體化學(xué)品排空，或者直至容器108中留下預(yù)定的剩余量的液體為止。每個容器的液體含量優(yōu)選通過低含量傳感器來監(jiān)控，所說的傳感器或者連接到為關(guān)閉閥門V1、V2的手動操作而設(shè)置的報警系統(tǒng)，或者反饋到自動控制關(guān)閉閥門V1、V2操作的控制器。
當(dāng)在使用第一個液體容器108時，閥門V1處于打開位置而閥門V2處于關(guān)閉位置。一旦監(jiān)測到第一個液體容器中的液位處于最低水平時，則閥門V1關(guān)閉而停止液流，閥門V2打開，從第二個裝滿的容器110中開始供應(yīng)。然后可以用一個裝滿的容器在不中斷工藝流程的條件下取代第一個容器。化學(xué)品排盡并且轉(zhuǎn)換到新的容器可以按此方式繼續(xù)，由此使化學(xué)品不中斷地連續(xù)供給到飽和容器中。
參看圖2，飽和容器106是一個盛裝液體化學(xué)品的容器，并且具有用于引入和排出各種流體的連接件。飽和容器的大小取決于其中使用的加工工具的數(shù)量，以及這些工具的必要條件。一般來說，飽和容器具有11.4-151.4升(3-40加侖)的液體儲存能力，優(yōu)選56.8-94.6升(15-25加侖)，但其它尺寸也可以使用。根據(jù)本發(fā)明的示例性方面，飽和容器的液體儲存量為大約75.7升(20加侖)。
飽和容器的各種連接件優(yōu)選設(shè)置在其頂部。第一個連接件122連接上述的液體供應(yīng)系統(tǒng)，用來將液體化學(xué)品引入飽和容器。第一個連接件122包括手動閥V3，該閥連接著穿過飽和容器頂部并且延伸到接近容器底部的管。優(yōu)選，所說的管延伸到容器底部的幾英寸內(nèi)。
第二個連接件124通過管道和載氣供應(yīng)源102連接，用來將載氣引入飽和容器。第二個連接件124包括手動閥V4，該閥連接著穿過飽和容器頂部的管。第二個連接件124的管的末端連接氣體分散結(jié)構(gòu)126，該結(jié)構(gòu)具有穿孔，通過穿孔載氣流動并且分散到液體化學(xué)品中。優(yōu)選，分散結(jié)構(gòu)126包括多個燒結(jié)金屬管并且設(shè)置在或者接近飽和容器的底部。氣體分散結(jié)構(gòu)使得在液體化學(xué)品中產(chǎn)生小氣泡，以便載氣和液體化學(xué)品之間充分地接觸。
圖3A和3B以俯視圖的方式舉例說明了可以作為氣體分散結(jié)構(gòu)使用的示例性噴射器組件。在不限于此的方式下，圖3A顯示了具有五個燒結(jié)金屬管128的噴射器組件。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的方面并且如圖3B所示，沿飽和容器的中心軸設(shè)置一處在加熱套管132(以下描述)中的加熱器130。這時，中心軸處沒有金屬管。
隨著載氣被引入液體化學(xué)品中，氣泡向上通過液體化學(xué)品，最終被化學(xué)品蒸汽飽和。飽和的蒸汽通過第三個連接件134從飽和容器中排出，所說的第三個連接件134包括手動閥V5以及和其連接的管，但這個管一般不延伸到飽和容器中。該管的直徑設(shè)計成能夠最大限度地減小壓降，以避免化學(xué)品蒸汽的冷凝。
第三個連接件134可以進一步裝配有減壓組件136，它在高壓條件下起保護飽和容器的作用。減壓組件有利地在無需終止飽和容器運行的條件下進行維修。
從飽和容器中出來的飽和蒸汽通過管道138引入到使用點，例如一個或多個半導(dǎo)體加工工具中。為此可以將管道順流分成多個支線140、142和144。一個支線可以視具體情況而定連接到分析工具中，例如濃度傳感器，以便檢驗飽和的氣體產(chǎn)品。
飽和容器優(yōu)選包括第四個連接件146，當(dāng)容器將要維修時通過它從容器中除去任何剩余的液體化學(xué)品。第四個連接件146包括手動閥V6，該閥連接著穿過飽和容器頂部并且延伸到容器底部的管道。通過使用連接著惰性氣體供應(yīng)源的下吹管線(未顯示)將飽和容器的頂部空間加壓，或者通過第三個連接件134回填容器，經(jīng)由這個管道可以除去液體。
為確保載氣和液體化學(xué)品之間基本上恒定的蒸汽/液體接觸時間，首要的是將飽和容器中的液體化學(xué)品保持為基本上恒定的含量。液體含量可以通過各種裝置來控制。根據(jù)本發(fā)明的示例性方面，飽和容器中的液體含量優(yōu)選通過監(jiān)控飽和容器的質(zhì)量或重量來控制，為此，在飽和容器下面設(shè)置一質(zhì)量或重量秤148，以便不斷測量容器的質(zhì)量或重量。秤148的信號被送到控制器150中，由控制器150根據(jù)重量測量值控制液體供應(yīng)系統(tǒng)的操作?？刂破?50將信號送到閥門152中，由閥門152連續(xù)控制引入到飽和容器的液體的流量，以保持其中的液體含量恒定。
作為秤148出現(xiàn)故障時進行的額外安全檢查，可以安裝一液體含量傳感器例如浮動開關(guān)來檢測在飽和容器中高和/或低的液體含量。這些傳感器可以連接報警系統(tǒng)以提醒操作者對異常關(guān)況予以關(guān)注。
為允許目視監(jiān)控和觀察液體的含量以及載氣在液體化學(xué)品中的分散，可以在容器中安裝視鏡組件150。視鏡組件150應(yīng)當(dāng)是防漏的以避免液體化學(xué)品的泄漏和污染。視鏡優(yōu)選由用環(huán)形密封圈密封的石英透鏡構(gòu)成。
為防止飽和氣體中的化學(xué)品蒸汽的冷凝，將飽和容器中的液體化學(xué)品冷卻至低溫的所需溫度。溫度設(shè)定點取決于液體化學(xué)品的特性，例如蒸汽壓力。只要飽和容器和使用點之間氣體管線中的溫度不低于容器中液體化學(xué)品的溫度，就不會發(fā)生冷凝。
利用兩個系統(tǒng)來將飽和容器中的液體化學(xué)品溫度精確控制到所需值。第一個系統(tǒng)允許液體化學(xué)品以受控方式得到冷卻。設(shè)置一外部冷卻器154和飽和容器進行熱交換接觸。外部冷卻器優(yōu)選呈包圍飽和容器的冷卻夾套的形式，借助該夾套冷卻的熱交換流體，例如通過流體循環(huán)泵156被循環(huán)。適宜的熱交換流體在本領(lǐng)域中是已知的，包括例如乙二醇。
為保持熱交換流體處于精確的溫度下，流體經(jīng)過冷凝器158，在其中將流體和提供冷卻職能的循環(huán)致冷劑進行熱交換接觸。制冷劑形成致冷回路的一部分，所說的制冷回路還包括精密冷卻器160和控制器162，用于將制冷回路的管線164中的溫?zé)嶂评鋭├鋮s。從冷卻器160的新冷卻的制冷劑通過制冷回路的管線162被引入到冷凝器。適宜的冷卻器和控制器可市售獲得，例如由Neslab儀器公司購得的具有集成控制器的CFT-33型冷卻器。
熱交換流體溫度的控制可以通過已知方法來實現(xiàn)。例如，可以用冷凝器出口管線163中的溫度傳感器T1，同時反饋到冷卻器控制器162中，來測定熱交換流體的溫度，其中控制器162可以調(diào)整所提供的冷卻職責(zé)。
當(dāng)使用多個飽和容器時，可以給每個飽和容器設(shè)置附加的冷卻系統(tǒng)?；蛘?，如圖1所示，同一個冷卻系統(tǒng)可以服務(wù)于多個飽和容器106’、106”。
然而上述的冷卻系統(tǒng)不足以通過自身完全控制溫度。在飽和進行過程中，液體化學(xué)品轉(zhuǎn)變成蒸汽導(dǎo)致從液體中遷移了附加的熱量，其凈效果是溫度可能下降到低于冷卻劑的控制溫度。由于冷卻器僅提供冷卻作用，這個轉(zhuǎn)移的附加熱量無法僅通過冷卻系統(tǒng)來補償。
因此，需要設(shè)置一加熱器130來加熱液體化學(xué)品，以補償液體化學(xué)品蒸發(fā)過程中遷移的熱量。在飽和容器中設(shè)置一加熱套管132來容納加熱器130，必要時加熱器130加熱液體化學(xué)品，并且和上述冷卻系統(tǒng)共同維持液體化學(xué)品處于所需的溫度下。加熱器優(yōu)選包括電阻型加熱元件，也可以使用其它類型加熱器。
根據(jù)本發(fā)明的一個示例性方面，加熱元件被裝在套管132中，所說的套管132從飽和容器的底部垂直延伸通過液體化學(xué)品。套管可以由不銹鋼構(gòu)成并且優(yōu)選是圓柱形的形狀。加熱器優(yōu)選從容器的底部中央延伸到大于液面高度一半的高度，更優(yōu)選延伸到大于液面高度四分之三的高度，首選和液面高度相等。這樣可以和液體化學(xué)品作充分的熱交換，以相對快的方式補償溫度的變動。由于加熱器通常和冷卻器是同等延伸的，因而可以有利地避免液體化學(xué)品中軸向溫度的波動。
為在加熱元件和液體化學(xué)品之間達到更大的熱交換，發(fā)現(xiàn)在加熱套管中存在有非空氣的并且與加熱器接觸的高溫?zé)峤粨Q流體是有利的。熱交換流體優(yōu)選是油，例如礦物油。礦物油可以典型地達到約54.4℃(130°F)-約71.1℃(160°F)的溫度范圍。
飽和容器中的液體化學(xué)品的溫度可以用設(shè)置在飽和容器孔內(nèi)的溫度計套管166中的溫度傳感器165來監(jiān)控。溫度計套管166延伸到容器的液體區(qū)域中以提供精確的溫度讀數(shù)。溫度傳感器165將信號送到控制器168，進而將控制信號送到加熱器130以控制其操作。加熱器130根據(jù)控制器168接收的信號打開或關(guān)閉，以保持恒定的液體溫度。
本發(fā)明的另一個特點在于控制進入飽和容器的載氣的壓力。載氣的壓力和飽和氣體混合物的壓力分別受載氣管線104和飽和氣體管線138中的壓力傳感器P1、P2如壓強變換器的監(jiān)控。這些傳感器的信號被送到例如根據(jù)級聯(lián)算法進行控制的壓力控制器170和載氣管線上用于調(diào)節(jié)進入飽和容器的載氣壓力的壓力調(diào)節(jié)器172?；蛘呤褂闷渌刂坡窂?。例如，可以根據(jù)飽和氣體管線138上單獨的壓力傳感器的信號控制調(diào)節(jié)器?？刂破?70優(yōu)選是和氣動操作調(diào)節(jié)器連接的電子壓力控制器，與手動操作的機械壓力調(diào)節(jié)器不同，如此可以提供壓力波動的快速響應(yīng)，從而最大限度地縮小與壓力設(shè)定點的偏差。適宜的控制器可通過常規(guī)方式獲得，例如由Tescom公司生產(chǎn)的ER 3000U型電子氣動PID控制器。
飽和容器優(yōu)選通過撓性管連接到控制閥板上，該儀表板組合了管道、閥門、壓力傳感設(shè)備和其它能夠集中和方便地操作系統(tǒng)的組件。可以在控制閥板上控制的操作包括，例如，向飽和容器添加液體、監(jiān)控并且控制載氣以及飽和氣體的壓力、飽和氣體的流動控制、以及系統(tǒng)的排放和凈化以便于維修。
如上所述，單個飽和容器可以通過閥門和分布系統(tǒng)與多個加工工具連接，作為各個工具的飽和氣體源。這種情況下，應(yīng)當(dāng)對飽和系統(tǒng)的管道和組件進行選擇和定尺寸，以便使飽和容器到加工工具之間的壓降減至最小。
本發(fā)明可以使用的典型的半導(dǎo)體加工工具包括，例如，化學(xué)蒸汽淀積、擴散和氧化系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的示例性方面，將飽和蒸汽引入外延反應(yīng)器。在外延工藝中，氫可以作為載氣使用且三氯硅烷作為液體化學(xué)品。在該工藝中，加熱套管132中的礦物油優(yōu)選保持在約65.6℃(150°F)，并且氫載氣的壓力為約2.05×105-2.74×105Pa(15-22psig)，更優(yōu)選是約2.25×105-2.53×105Pa(18-22psig)。在這些條件下，三氯硅烷在約15.6℃(60°F)下蒸發(fā)。由于室溫為約22.2℃(72°F)，在通向半導(dǎo)體加工工具的飽和容器下游管線中可以避免蒸汽冷凝。
圖4舉例說明了本發(fā)明的另一個方面，是從不含載氣的液體化學(xué)品中控制運送氣體的系統(tǒng)和方法。在圖1中描述特征部分采用的編號也適用于本實施方案。
由于本實施方案是不含載氣，從液體盛裝容器中通過管線138出來的氣體是100％液體化學(xué)品蒸汽。使用液體化學(xué)品蒸發(fā)容器174取代上述氣體飽和系統(tǒng)的飽和容器。蒸發(fā)容器174和上述飽和容器的不同之處是不存在上述用于載氣的第二個連接件和氣體分散裝置。溫度控制系統(tǒng)通過加熱和冷卻系統(tǒng)保持了容器中的溫度恒定，從而在液面上的頂部空間建立了蒸汽壓力。
蒸汽優(yōu)選通過在蒸發(fā)容器出口側(cè)上的捕沫器176，以便確保蒸汽流從蒸汽容器中的單相流動。捕沫器優(yōu)選是化學(xué)品蒸汽可以通過其中的燒結(jié)金屬元件，盡管對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說其它設(shè)備也是已知的。
為精細協(xié)調(diào)產(chǎn)品蒸汽的運送壓力，通過出口管線138中的壓力傳感器P3，同時反饋到控制著壓力調(diào)節(jié)器180的壓力控制器178，來監(jiān)控和控制頂部空間的產(chǎn)品蒸汽壓力，控制器178優(yōu)選是和氣動操作調(diào)節(jié)器180連接的電子壓力控制器。
本發(fā)明通過參考具體的實施方案作了詳細描述，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，很顯然，在不背離權(quán)利要求書的范圍的條件下可以作出各種變化和改進，并且得到等效的使用。
權(quán)利要求
1.一種用液體化學(xué)品的蒸汽飽和氣體的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(a)連接接收液體化學(xué)品和載氣的飽和容器；(b)在飽和容器中用來將載氣噴射到液體化學(xué)品中的氣體噴射器；(c)用于在飽和容器中將液體化學(xué)品保持為基本上恒定含量的裝置；(d)用于將液體化學(xué)品在飽和容器中的溫度控制到所需值的裝置，包括(i)用于冷卻液體化學(xué)品的系統(tǒng)和(ii)位于飽和容器內(nèi)部用于加熱液體化學(xué)品的加熱器，該加熱器在液體中垂直延伸液體化學(xué)品液位高度的至少一半的距離；(e)用于將飽和氣體壓力控制到所需值的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中加熱器包括被液體熱交換流體包圍的加熱元件，加熱元件和熱交換流體與液體化學(xué)品是分開的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中熱交換流體是礦物油。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中用于冷卻的系統(tǒng)包括環(huán)繞飽和容器的冷卻夾套，液體冷卻流體在其中循環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中用于保持液體化學(xué)品含量的裝置包括設(shè)置在飽和容器下面的重量或質(zhì)量秤，和基于秤的重量或質(zhì)量測定值控制液體化學(xué)品向飽和容器的流動的控制器。
6.一種采用液體化學(xué)品蒸汽飽和氣體的方法，該方法包括以下步驟(a)將液體化學(xué)品和載氣引入飽和容器中，其中載氣被噴射到液體化學(xué)品中形成被液體化學(xué)品的蒸汽飽和的氣體；(b)保持飽和容器中的液體化學(xué)品在基本上恒定的含量；(c)通過將液體化學(xué)品冷卻至所需值，和向液體化學(xué)品添加熱量，將飽和容器中的液體化學(xué)品的溫度控制到所需的低溫值，必要時用飽和容器內(nèi)部的加熱器調(diào)整溫度，所說的加熱器在液體中垂直延伸液體化學(xué)品液位高度的至少一半的距離；并且(d)將飽和氣體的壓力控制到所需值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中加熱器包括被液體熱交換流體包圍的加熱元件，加熱元件和熱交換流體與液體化學(xué)品是分開的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中熱交換流體是礦物油。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中液體化學(xué)品冷卻過程包括使液體冷卻流體在環(huán)繞飽和容器的冷卻夾套其中循環(huán)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中保持液體化學(xué)品含量的過程包括測量飽和容器的重量或質(zhì)量并且基于重量或質(zhì)量測定值控制液體化學(xué)品向飽和容器的流動。
11.一種液體化學(xué)品的控制蒸發(fā)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(a)用于接收液體化學(xué)品的蒸發(fā)容器，且不含載氣；(b)用于將液體化學(xué)品在蒸發(fā)容器中保持為基本上恒定含量的裝置；(c)用于將液體化學(xué)品在蒸發(fā)容器中的溫度控制到所需值的裝置，該控溫裝置包括(i)用于冷卻液體化學(xué)品的系統(tǒng)和(ii)位于蒸發(fā)容器內(nèi)部用于加熱液體化學(xué)品的加熱器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中加熱器包括被液體熱交換流體包圍的加熱元件，加熱元件和熱交換流體與液體化學(xué)品是分開的。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中熱交換器在液體中垂直延伸至少為液體化學(xué)品液位高度一半的距離。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中用于冷卻的系統(tǒng)包括環(huán)繞飽和容器的冷卻夾套，液體冷卻流體在其中循環(huán)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中用于保持液體化學(xué)品含量的裝置包括設(shè)置在飽和容器下面的重量或質(zhì)量秤和用來基于秤的重量或質(zhì)量測定值控制液體化學(xué)品向飽和容器的流動的控制器。
16.一種不用載氣的汽化液體化學(xué)品的控制運送方法，該方法包括以下步驟(a)將液體化學(xué)品引入蒸發(fā)容器中；(b)保持蒸發(fā)容器中的液體化學(xué)品含量為基本上恒定的含量；(c)通過將液體化學(xué)品冷卻至所需值，和加熱液體化學(xué)品，將蒸發(fā)容器中的液體化學(xué)品的溫度控制到所需的低溫值，必要時用蒸發(fā)容器內(nèi)部的加熱器調(diào)整溫度；并且(d)從蒸發(fā)容器中除去汽化的液體化學(xué)品的氣流。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中加熱器包括被液體熱交換流體包圍的加熱元件，加熱元件和熱交換流體與液體化學(xué)品是分開的。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中加熱器處于飽和容器內(nèi)部并且在液體中垂直延伸至少為液體化學(xué)品液位高度一半的距離。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中液體化學(xué)品冷卻過程包括使液體冷卻流體通過環(huán)繞飽和容器的冷卻夾套循環(huán)。
20.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中保持液體化學(xué)品含量的過程包括測量飽和容器的重量或質(zhì)量并且基于重量或質(zhì)量測定值控制液體化學(xué)品向飽和容器的流動。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用液體化學(xué)品的蒸汽飽和氣體的系統(tǒng)及方法。所說的系統(tǒng)包括:(a)用于接收液體化學(xué)品和載氣的飽和容器;(b)在飽和容器中用來將載氣噴射到液體化學(xué)品中的氣體噴射器;(c)用于將液體化學(xué)品在飽和容器中保持為基本上恒定含量的裝置;(d)用于將液體化學(xué)品在飽和容器中的溫度控制到所需值的裝置,包括(i)用于冷卻液體化學(xué)品的系統(tǒng)和(ii)位于飽和容器內(nèi)部用于加熱液體化學(xué)品的加熱器,該加熱器在液體中垂直延伸液體化學(xué)品液面高度的至少一半的距離;和(e)用于將飽和氣體的壓力控制到所需值的裝置。本發(fā)明還涉及控制傳送汽化液體化學(xué)品的新方法與系統(tǒng)。本發(fā)明特別適用于半導(dǎo)體制造工業(yè)。
文檔編號B01B1/00GK1242248SQ9910302
公開日2000年1月26日 申請日期1999年2月26日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月26日
發(fā)明者D·B·努密 申請人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究有限公司