气体输送计量管的制作方法

专利名称：气体输送计量管的制作方法
本申请是1999年12月22日提交的美国专利申请系列No.09/470446的续申请，该项美国专利申请的内容已综合于此供参考。
本发明一般地涉及用于输送气体的气体输送计量管。具体地说，本发明涉及叠套式轴向准直或同轴线的气体输送计量管，它们有助于使气体的分配基本均匀。
气体的输送是大多数工业中的一个重要方面。例如在半导体加工或制造领域，气体的输送起到关键作用。半导体加工技术中的一种是化学汽相淀积(CVD)法。CVD发生于某些气体化合物地热反应或热分解形成了稳定的化合物而这类混合物测定积于一基片上时。CVD系统有多种形式。用于这种加工工艺的一种设备包括传送带化的大气压力CVD(APCVD)系统，此种系统描述于美国专利4834020中，并为受让人所有，且综合于此供参考。也可以采用其他类型的CVD设备，如等离子增强的CVD(PECVD)系统和低压CVD(LPCVD)系统。
半导体加工系统中的重要部件包括发生淀积的淀积室以及用于将气体化合物输送到淀积室中基片表面上的喷射器。这些气体化合物必需分布到基片上，使得它们能在基片表面上反应并淀积成可接受的膜。此淀积室必须仔细地设计成可提供能发生淀积的受控环境。例如此室必须能对气体限制而减少能造成气体的预反应和淀积成不均匀膜的气体再循环。这种室必须提供用来消除过剩的反应物与反应副产物且不干扰气体流向基片进行反应的排气装置。此外，这种室的温度及其部件必须仔细控制以免反应物气体冷凝、使副产物粉尘聚集最少并能使相应系统清洁。再者，这种淀积室最好应在其整个操作过程中保持机械的整体性(例如允差)。所有上述因素必须仔细平衡以提供适当的淀积环境。
淀积室中喷射器的使用是使气体以受控方式分配到所需位置上。气体的受控分配部分地由于使得气体的预混合和预反应减至最少，而能使有效均匀的气相反应获得最大机遇。这样就有助于生产出将于基片上形成高质量膜的化合物。为了确保整个膜具有均匀的组成，需要有控制的分配气体。完善的反应提高了获得高质量膜的较大机会。如果气体流量是无控制的，化学反应不会是最优的，结果可能形成组成不匀的膜，当这种膜的组成不均匀时，就将损害半导体的正常功能。这样，重要的是使喷射器的结构有助于气体在受控方式下获得所需的气体流动。
气体可以由喷射器和/或其他部件分配到淀积室的其他区域中。例如惰性气体可以输送到该室以所需形式分开和/或导引淀积的气体、惰性的和其他的气体可以输送到室中用作稀释气体与载体气体。以这种方式使用气体的例子之一见于共同未决美国专利申请系列No.09/185180中，其整体内容已综合于此供参考。
在半导体制造领域，若器件的几何尺寸渐缩到＜0.2mm，就会要求膜淀积厚度的不均匀度在＜2％的范围。线性气体分配系统的先有技术未能完全成功地满足上述这种较高的要求。这种最简单的先有技术设计形式是一个简单的管，沿其表面如

图1所示分布有孔或口，管长为L而直径为D，此多个孔口的孔径为d。气体于管的一端在压力Po和初速Vo下引入。在上述结构下一均匀性通常取决于压力。在每个孔口，压力与流管都有某种程度减少，假定孔口尺寸小到可与管径比较，而提供的压力足够的大，则每个孔口中的压力与流量减少将小到可与Po和Vo比较，除非是小的气体流量，通常沿整个管上速度的减小会使压力加大。在离气源某个距离处，管压Po会下降(表示为Po-Δp)。用具有相同直径和等距离分开的孔口的单一管子不能实现均匀的气体流量。这种单管式先有技术的一个特别缺点是难以在为适应较大基片尺寸或直径所需而增大的整个长度上提供良好的均匀性。在某些压力下，通过重新分配这些具有相同给定直径的孔口或改变等间隔孔口的直径，则D、d与L间的一定尺寸关系将形成多少均匀的速度向量(Vi)与均匀的气流。但是孔口的这种分配即使不是对于只是一种特殊的操作条件，也只能是对于窄范围的操作条件才能形成最佳的气体流动。再者，这种先有技术设计通常生产出的膜，取决于气体流量与压力将具有约5～10％的较高的厚度不均匀性。此外，如图2所示，在低的气体流量和低的压力下，就会在最靠近气源的一端出现较高的气体流量。换言之，若Po是较低的值，管中的整个压力将作为至气源距离的函数而较快的下降，在此情形下的气体流动的不均匀性将会是很差的。再者，随着所供气体流量与压力的增加，由这种管中流出的气体常会加大其方向性(也称作为喷射)。从这种管出来的气体流量是不均匀的，沿管长表现为线性地减少，如图3a所示。或者，气体可以于管的各端引入，如图3b所示。在以上两种情形下，气体流量都不会均匀地分布而将于整个晶片上造成不均匀的淀积。
另一种先有技术的方法是采用多孔材料制的单管，而气体仍是从管的一端引入。应用这种方法时，伴随着带孔管的“喷射”流便最小化。上述材料的多孔性通常决定着在管内可以求得的反压力，因而也就决定了沿整个管长的均匀性。例如可把筛网视作为多孔材料。为了获得最佳的均匀性，此筛网必须能对气流有良好的阻力，以便沿整个管长保持良好的反压力。通常，对流体的阻力取决于整个孔口面积对管表面积之比，网孔尺寸一般约相当于材料的厚度或较大(＞0.005英寸)。第二个例子是粒料间隔为mm级(这类材料常用于过滤器件中)和厚约mm级的多孔陶瓷。这种材料能对气流形成阻力以便积聚均匀的反压力，而以良好的均匀性沿输出管线全长输送气体。
虽然多孔陶瓷管能以良好的均匀性输送气体，但这种材料本身有颇高的脆性，而且难以密封到可经受广范围温度变化的气体输送管线上。
第三种方法是使管径作为至气源距离的函数而渐减，以在质量流率下降时使流体速度保持为常数，此方法的主要缺点是，在一种流率下对均匀流为最佳化的设计将不能对另一种流率正确地工作。
采用单一的多孔管的先有技术的最大弱点是它们对于压力的变化有较高的灵敏度，形成了作为沿输送管长位置函数的不均匀流。再如图4所示，不均匀流乃是气体流率的强函数，还由于不同的应用与不同的处理条件需要有不同的气体流率，因而为了提供均匀淀积的膜，在设计和开发相关工艺时便增加了复杂性。图4所示的曲线图代表了一系列的对CVD应用为典型的气流条件与几何数值，具有的雷诺数Re为100＜Re＜2000。此外，随着晶片直径增加，膜的不均匀性常常随着气体输送管长的增加而加剧。
压力的改变虽可由用户有计划地施加影响，但对CVD系统来说，通常会由于气体输送系统设备中的波动而使压力改变。这样，在先有技术中，气体压力的改变将会影响到喷射器和/或淀积室中气体输送的均匀性，进而便影响到基片上膜的均匀性与组成。换句话说，在先有技术的系统中，气体输送设备可能只是用在一种工作条件下。因此需要提供这样一种气体输送系统，它能促进气体作基本均匀的流动和/或分配，特别是在沿着输送系统中不受波动影响的一般长度上和在气体流量的宽广工作范围中时。
本发明的目的之一在于提供用于输送气体的改进了的气体输送计量管，尤其在于沿着在一端具有供应的气体的气体输送管的长度上提供基本均匀的气体输送。上述目的和其他目的是由这样一种气体输送计量管实现的，它是叠套的。轴向准直的或共轴线的多个计量管组合的结果，其中最内的管接收气体并于其全长上形成基本均匀的反压力，而最外的管则使通过此气体输送管排出的气体具有均匀的流量分布。在本发明的另一个方面提供的一种气体输送计量管结合有至少一个具有用于接纳此气体输送计量管的孔口的喷射器组件。在本发明的又另一方面，提供的气体输送计量管结合着具有至少一个用于接纳此气体输送计量管的增压室的屏蔽组件。这种气体输送管特别适用于半导体加工中。
在本发明的又另一方面提供了这样的气体输送计量管，它包括具有入口端与封闭端的外管以及一或多列形成于此外管上且基本上沿此外管长度延伸的孔。具有入口与出口端的内管叠套于并轴向准直地在此外管之内，而在此内与外管间形成有效的环形空间。内管的出口端终止于外管封闭端之前。在内与外管两者入口端的附近设有气体分流器，后者具有与内管偶联的第一气体流道和与内管和外管间环形空间偶联的第二气体流道。
本发明的其他目的与优点可以通过阅读下面所给的本发明的详细说明与后附权利要求书同时参看附图而得以理解，附图中
图1是先有技术所用单一管中气体流动的横剖图。
图2是先有技术所用单一管中气体流动在压力低时的横剖图。
图3a与3b概示了先有技术中气体流动的不均匀性。
图4是曲线图，表明了沿各类管(先有技术的)长度的气体流量分配。
图5是本发明的气体输送管的横剖图。
图6a与6b是依据本发明两个实施例的气体输送管的横剖端视图。
图7是CVD淀积室的一例的横剖图，示明了可采用本发明的气体输送管的防护屏与喷射器。
图8是可采用本发明的喷射器的一例的横剖图。
图9是本发明的气体计量管另一实施例的分解图。
图10是示明本发明的气体计量管一例的两端的部分侧视图。
图11a、11b、11c是本发明的气体计量管一例各部的局部横剖图，详细地示明了此管各端的细部结构。
图12a与12b分别示明了本发明气体计量管中所用气体分流器的一例的横剖侧视与端视图。
图13a与13b分别示明了本发明气体计量管中所用隔件或挡块的一例的横剖侧视与端视图。
图14a与14b分别是本发明的气体计量管可采用的供气口的一例的透视与侧视横剖图。
本发明特别有利之处是提供了一种气体分配管，它沿长度特别是沿管长进行计量地气体的分配，同时使得由此管形成的气体分配在广范围的工作条件或气流变动范围下对压力变化较少敏感并能克服先有技术的缺陷。本发明包括的气体输送管具有两或多个叠套的，轴向准直的或共轴线的管的管组件，最内的管最好接附到气源上，此内管与外管两者具有沿最内管与最外管长度上分布的一或多列孔口。为便于讨论，在此将讨论的气体输送管10包括具有圆形横剖面的两个沿轴向准直的叠套的管。但例如三个叠套或更多的同轴线管也是可以采用的。用来加工半导体基片的气体输送管长通常比基片直径宽度长几个厘米。
本发明的一个实施例参看图5与6a说明。图5概示气体输送管10，它包括的双管组件具有为环形空间15分开的轴向内管12与外管件。各管有两个端部。内管12的一端13与气源相接而另一端17加盖。沿内管12的基本上是整个长度上分布有一或系列孔口16，这些孔口的位置与尺寸能沿内管12的全长形成均匀的反压力，且仍能提供足够的气体流量从内管12流出而进入环形空间15。外管件沿其基本上整个长度与分布有一列孔口18。此一或多列孔口18的位置与尺寸能在此环形空间内保持均匀的反压力，同时提供均匀的气体流量，从外管14出来而进入与之相邻的区域内。外管14的两端最好加罩封闭，但在另一实施例中，此外管可以接纳一气源。内孔口16所排成的一列最好与外管18的这一列转过180°，如图5与6a所示。但在这些列之间可以采用任何的转动准直与线性准直、此最佳实施例使内部的这列孔与外部的这列孔以相差180°对准。
虽然所描述的气体输送管10具有两个沿轴向准直的叠套管，但远可采用其他的管。例如此气体输送管10可以包括三或多个管。通过采用两或多个叠套的共轴管，本发明的设备能在宽广的流量范围减少对压力影响的灵敏度。这是由于首先沿内管的长度确立了均匀的反压力，然后将这种压力的均匀性与恒定性传递到管组件10全长范围内这两个管之间的环形空间。这样，由此外管形成的对流就能相当地匀匀。本发明于是能有效地在此管组件长度范围将形成压力与形成流动分成两个步骤。
如上所述，具有单根的带一列孔口并于其一端供应气体的管要求气体的反压力在管的全长上相等。在低流量的条件下，这种反压力可能降得太低，而从离气源最远处的孔口的流量可能下降，导致沿管的长度上分配不均。相反，根据本发明，本发明的内管12将直径与这列孔口16的尺寸选定成能沿管的全长确立均匀的反压力。换言之，此管的内径与孔口内径间的关系是重要的。孔口16基本上沿管的全长最好完全沿管长分布，而其尺寸与数目要保证对于从内管向外流动的气体有足够的阻力以于整个内管长度范围内形成反压力。自内管流出的气体沿管长均匀地分配，供给内外管间的环形空间内。
在Mokhtari等的著作(“Flow Uniformity and Pressure Variationin Multi-Outlet Flow Distribution Pipes，”Advances in Analytical，Experimental and Computational Technologies in Fluids，structures，Transients and Natural hazards，ASME，PVP-Volume 355，page 113，1997)中，讨论了内管12的内径12(Din)、管长L与孔口尺寸(din)间的一般关系，用以沿单一管确立均匀流，此外，在Acrivos等的著作(“Flow Distribution in Manifolds，”Chemical Engineering Science，vol.10，pages 112 to 124，Pergamon Press 1959)中，要求L/Din＜70，而Mokhtari则以例子提出L/Din＞50。此外，Mokhtari等证明，当Din/din≈10或更大将能在管的全长上提供良好的流动均匀性。Acrivos指出一整个孔口面积(Nπdin2/4)对岐管的面积(πDin2/4)之比不应超过1。
上述先有技术这样地提供了一组法则来于单一管中确立较稳定的反压力。具体地说，示明了下述关系L/D＜70，D/d≌＞10，Na口/A管≈1，其中N为管中的孔口数，a口是各孔口的横剖面积。但这种先有技术限于单一管的布置，而于上面所讨论的，这种单一管的布置形式限制了它们的性能，不能提供满意的膜均匀性。
本发明人等业已发现，对内管12保持先有技术的要求就能在其中确立较稳定的反压力(Po-ΔP)。本发明人等还发现，保持从内管的孔口16供给于两管间环形空间15内基本恒定的气体流量，就能于管的全长范围内提供基本均匀的气体流量。根据本发明，内管12与外管14间环形空间15内的压力均匀性是通过环形空间15的尺寸确立，而气体分配的均匀性则受到内管12的孔口16的分布支配，而通过增设外管14及其孔口18则能对此显著改进。这样，根据本发明，组合至少两个同轴的管，在最内管12与最外管14之间的环形空间15内并沿着这种管的全长确立恒定和均匀的压力，能使从最外管进行的气体分配非常均匀。
本发明人等业已发现，内管12与外管14间环形空间15的横剖面积最好与内管12的横剖面积近似地相等，但至少相互应在对方的三倍之内。换言之，有效环形空间的有效直径Deff与最内管D内的内径相互不超过三倍而最好是Deff≈D内。此外，管的内表面积对管中所有孔口的总的横剖面积之比应≥约10而最好大于100。换言之，表面积外/NA外≈10或更多。这样就显著地改进了气体流量的不均匀值，具体地说，此值于先有技术中所能得到的约5～10％，而在本发明中则≤3％。气体流量均匀性之间对管长关系的敏感程度，外管14远比内管12为小。
总之，本发明的精神在于通过内管的设计沿气体输出管的长度确立恒定的反压力，再通过内管与外管的几何关系沿整个管长建立恒定的压力和均匀的分布，最后通过外管孔口的分布来计量气体流量。
本发明可以用于众多的方面。下面论述两种这类用途。在一个实施例中，本发明的气体输送计量管10用于采取了线性喷射器装置的大气/亚大气CVD系统中一例如图7或8所示。此气体输送计量管10可以用于喷射器本身之内(如图8所示)制成位于此喷射器两侧的屏蔽件之内(如图7所示)。
CVD系统20的一部分如图7所示，它包括具有喷射器22的淀积室、防护屏组件24以及由输送机构例如在喷射器22与屏蔽组件24之下的皮带输送并通过淀积区28的晶片26。屏蔽组件24内通常注入惰性气体如氮，以促使在喷射器表面与积聚的淀积物最少并用来隔绝淀积区28。在此实施例中，屏蔽组件24包括四个部段，其中两部段位于喷射器22的侧面。这种CVD系统的例子更详细地描述了美国专利No.5849088与专利申请系列No.09/185180(代理人案号A-65583-1)，这两者中公开的内容已综合于此供参考。
由于工业上要求膜厚的不均匀性小于约3％，重要的是需使位于喷射器侧面的屏蔽气流长时间保持稳定，同时这种在喷射器各侧的气流应沿喷射器的长度良好地确定，同时要相对于喷射器相对侧上的气流同样能良好地确定。淀积的气体由线性喷射器垂直地输送到基片的表面上。使气体排出到喷射器的各侧。确切地说，屏蔽组件24的主要目的在于使无用的材料淀积到喷射器22与排气通道两者表面上的程度最小化。屏蔽组件24包括几个部段，它们具有的多孔材料的仿形表面形成了增压室25，使惰性气体通过它输出。此惰性气体输入排气通道，稀释无用的淀积气流并将其从排气通道表面上引开。
为最大限度地提高效率，惰性气体必须输送到刚刚居于淀积区的下游区处，而其接近程度则要求惰性气体不会干扰淀积气体分配到晶片基片的表面上。此外，典型的APCVD与SACVD系统需要将热加到基片上，以使淀积的气体反应并重新组合成所需的膜。此晶片的温度通常为500℃或更高，因而周围的设备虽不被直接地加热，也能预料会处于高温下(几百摄氏度)。这样，最好能沿着屏蔽件与喷射器的长度来计量惰性气体并在类似于淀积气体所需均匀程度(即约＜1％不均匀度)的均匀度下输出，同时其硬件设计必须能在广范围的温度下操作。特别有利的是，本发明的气体输送管10能在跨越基片直径或宽度的屏蔽组件的全宽上良好地适用来提供这种计量的气体流，同时这对于大的基片直径例如300mm的晶片特别有利。特别如图7所示。本发明的气体输送管10可以位于一或多个屏蔽组件部段的增压室25中。气体输送管10可以位于屏蔽组件段内任何所需的位置处，而在各部段中可以设置一个以上的管。
通常，在以腐蚀剂如氢氟酸进行清洗时，将屏蔽件24与喷射器22除下。因此，这种气体输送管10也最好能经受这种清洗液和/或易于除下而得以能只需维护屏蔽件。
在另一种实施形式中，气体输送管10可以用于喷射器组件22之内，而最好是用在例如专利No.5683516与专利申请系列号09/113823(代理人案号A-59471-4)所描述的线性喷射器中，这两者中公开的整体内容已综合于此供参考。一般，喷射器22包括遍及喷射器22全长的多个横向通道或口32，每个这样的槽或口由窄的槽状通道36偶联到共用的气体输送面34上，槽状通道36也延伸到喷射器22的全长。淀积的气体最好分别供给于各个通道或口32中。上述公开的内容详述了几种用以确保淀积气体沿喷射器22全长均匀分配的构型。特别有利的是，本发明的气体输送管10能良好地用作可插入一或多个增压室25内的气体输送装置来提供所需的均匀的和/或计量的气体流。
通常，采用先有技术的膜厚的不均匀性近似约2％，但取决于所用化学过程与CVD条件，膜厚的不均匀性可以上升到4～5％。本发明通过进一步提高气体分配的均匀性而改进了先有技术，使得膜的不均匀性≤前述的2％而显著地改进了先有技术。
特别有利的是，本发明提供了“计量”气体流量的装置，以保证在气体输送系统的全长上有基本均匀的分配。作为屏蔽应用时，这种气体流率通常对每个管约为几个标准升/分(s/m)～约30s/m，而对于喷射器应用，此气体流率最好约为20s/m。在这屏蔽应用中，惰性气体是输入到屏蔽件后较不受限制的空间内，而在喷射应用中，增压室与槽状通道的横向邻近有助于调节气体的分配和导引此种气体流。
上述线性喷射器、屏蔽件与基片布置的几何结构需要将气体引入到输送管的一端。用于线性的气体分配系统的先有技术包括的几种方法未能成功地用于某些APCVD系统，特别是那些用于宽度≥200mm的基片的系统。这方面最简单的一种设计是单根管且沿其表面分配有孔口，如图1与2所示并如上所讨论过的。
对于本发明的气体输送计量管用在屏蔽中的情形，不应使气流从惰性气体输送组件中喷射出而最好应从此管水平地排出。在这种情形下，根据本发明的另一实施例，所述外管孔口的分布图案可以是沿管长的几列或几排孔口并取水平地分布(图6b)。
对于图8所示的喷射器应用情形，此喷射器横向通道或孔口环绕本发明的组件形成了边界而可以在气体流过槽形通道到混合室之前调节气体方向。因此，支配外管孔口分布图案的规则在喷射器应用中要比在屏蔽件中的应用较少受限制，而可以沿管长包括几排孔口或是有较长的间距。应用本发明的气体输送管可以在屏蔽与喷射器两方面的应用中显著地改进均匀性。虽然已讨论过两个具体例子，但应认识到本发明的气体输送计量管可以单独使用，此外也适于需要基本均匀气体输送的多种应用中，例如所有CVD的应用、半导体设备，等等方面。
试验
下面给出的几个例子只是用于说明目的而非用来限制本发明。各例中的参数示明于表1。
表1
说明例
例1下面说明表1的情形A中所示设计参数的适用性，这些参数是用于置放在类似于图7所示的防护屏蔽件的计量管的。
反压力约200Torr，
气体流量5～30l/min，每个管
内管长度(第一孔口至最后孔口)≈9.26″
外管长度(第一孔口至最后孔口)≈9.7″
内管的尺寸示明于表1中(内径ID＝0.114″，外径OD＝0.134″)，而外管的尺寸为ID＝0.186″，OD＝0.250″。
内、外管间的环形空间的有效直径Deff可以由下式决定
2(R外2-R内2)1/2＝Deff (3)式中A外为外管的横剖面积，A内为内管的横剖面积，分别具有直径ID外与OD内，而Deff为内管与外管用环形空间的有效直径。这样，对于以上所给条件解方程(3)而有
2×[(.186/2)2-(.134/2)2]1/2＝0.129″＝Deff
我们所关心的是比较管的横剖面积与管的各孔口横剖面积之和。对于内管，横剖面积是π(ID内/2)2＝π(0.114/2)2＝0.00325π，而各孔口的横剖面积则为π(0.007)2＝0.000049π。
对于内管设计，我们所关心的是Mohktari与Acrivos的先有技术中所述三个条件的值。这三个条件是(a)管长对其直径之比、(b)管的直径对其孔口直径之比、(c)所有孔口面积之和对管的横剖面积之比。具体即
L/D＜70 (4a)
D/d≈＞10 (4b)
NA口/A管≈≤1 (4c)
对于表1中情形A的内管设计作上述计算的值，得到
(a)内管L/D＝9.26/0.114＝81
(b)内管D/d＝0.114/0.014＝8.1
(c)内管的总的孔口面积的管的横剖面积之比即
39×(0.000049)π/(0.00325π)＝0.6
比较这里提出的设计与先有技术设计准则(方程4a、4b、4c)两者的计算值，表明了为情形A的内管所提出的设计近似地满足了均匀流的条件，同时应注意到设计的结果是处于条件4a的大的一侧了。
根据本发明，外管的设计准则是
Deff≈D内(或至少相互在对方的三倍之内)(5a)
表面积外/NA外≈10或更大 (5b)式中D内为最内管的内径，表面积外是最外管的表面积而NA外是最外管的所有孔口横剖面积之和。
表1的情形A的设计值，用于外管时得到
(a)Deff＝0.129≈0.114＝D内
(b)表面积对孔口横剖面积之比
＝(9.7)π(0.186)/(156×5×0.0072π)＝47从而满足了设计准则。
例2下面说明表1的情形D中所示设计参数的适用性，这些参数是用于置放在喷射器组件(如图7所示)的计量管的。
反压力约200Torr
气体流量2～20l/min，每个管
内管长度(第一孔口至最后孔口)≈9.27″
内管与外管内/外直径尺寸给出于表1的情形D中。应用前面例1中所述的方程与方法，可以计算各种关键设计值。具体如
内与外管间环形空间的Deff
＝2×[(0.261/2)2-(0.156/2)2]1/2＝0.209″＝Deff
内管横剖面积＝π(0.136/2)2＝0.00462π
内与外的孔口的横剖面积＝π(0.0048)2＝0.000023π
应用上述数据，可对情形D的内管设计按4a、4b、4c中所示关系进行计算，得到
L/D内＝9.27/0.136＝68
D内/d＝0.136/0.0095＝14.3
Na孔口/A管＝39π(0.0048)2/0.00462π＝0.19
比较这里提出的设计与先有技术设计准则两者的计算值，表明了对情形D的内管所提出的设计近似地满足了均匀流的条件。
对情形D所提出的外管设计也必须相对于方程5a与5b的准则检验。对于情形D，上述第一关系得到满足，即
它完全处在所要求的三倍条件之内。情形D的外管包括77个孔口，各孔口的直径为0.0138″。这样，对于长约9.7″的外管，方程(5b)成为9.7π(0.261)/(77×0.00692π)＝690。
例3表1中的情形E采用与情形D相同的内管设计，但在外管中具有一组共三个窄槽而不是孔口的线性阵列。根据本发明，对于具有这样一组槽的外管的关系有
，与以前相同，
表面积对槽的横剖面积之比＝(9.7)π(0.261)/(3×3.060×0.005)＝173，这仍然满足了外管准则。
最内与最外管之间的环形空间是所谓有效环形空间。换言之，此环形空间乃是此最内与最外管之间的区域而与这两个管的形状无关，因为这些管子是可以有多种形状的(不仅仅是圆柱形)。
如上所述且如上述试验结果表明，本发明的气体输送计量管通过构成一种装置与沿管长确立均匀流无关地形成恒定的反压力，就能沿一定的长度提供基本均匀的气体流量。正如所表明的，为了实现所需的流率与均匀性，此环形空间的横剖面至关重要。特别有利的是，业已发现管壁尺寸对于取得所需结果并不重要，只要形态比(即孔口对壁厚之比)≥1即可；同时与源气体供应无关，只要源气体供应不约束气体流即可。
再一个优点是，轴向准直的叠套管可以有不同的形状。例如，这些叠套的管可以包括两个轴向准直的矩形管而不是图中所示的圆柱形管。此外，本发明的气体输送计量管在有需要时可以取能提供“喷射”型气体流的构型，或也可取无喷射的构型。
新实施例
图9～14示明了本发明的另一实施例。图9是气体输送计量管10的部件分解图，管10包括的双管式组件具有叠套的同轴内管12与外管14，它们为一环形空间15分开。外管14的一端由端罩35封闭而其相对的入口端37则与气源口50连接。外管14沿它的大部分长度与分布有至少一列孔口18，例如图9与10所示。内管12有敞开的入口13和出口17并叠套于外管14之内。内管12不含有一列孔口。
内管12的出口端17在与端罩35的内表面接触，而是如图11a和11c所示，终止于距端罩35某个距离处，以使气体可从内管12的出口端17流出而进入环形空间15。内管12的出口端17与端罩35内表面所分开的精确距离并非是计量管10工作中的关键参数。此距离在0.1～0.25″范围内时都是工作中可以接受的。在本发明的一特定实施例中，此分开距离采用了0.135″。这样有利于将气体供应到气体输送计量管10的两相对端，同时可只在一端采用一个供气口。
为了在只采用单一供气口50将气体输送到气体输送计量管10的两相对端，本发明于内、外管的入口端附近设有气体分流器38。气体分流器38具有与内管12偶联的第一气体流道以及与内外管之间的环形空间15偶联的第二气体流道。更具体地说，气体分流器38是设在外管14的与端罩35相对的入口端37邻近，同时沿着与内管12的入口端13大致相同高度的横向轴线准直。此分流器38的一个例子示明于图12a与12b中，包括其中形成有多个通过它的小孔口的盘件41，此盘件41还在一个中心孔44。此中心孔44的直径约等于内管12的外径，且位于内管12的入口端13邻近，同时沿着内管12的横向中心线而提供进入内管12的第一气体流道。这多个小孔口42最好绕盘件41的周边设置而提供进入环形空间15的第二气体流道。或者，可将气体分流器38形成为内管12入口端13上的凸缘，同时具有一个唇部而于其上形成贯通它的多个孔口42。在又另一种实施形式中，此气体分流器38可以作为供气口50的一部分形成。
中心孔44的直径和这多个小孔口42并无特别限制，但最好是使此多个孔口42的横剖面积的总和基本上等于内管12内部的横剖面积。此外，这批孔口42可以具有相同或不同的直径。在一个实例中，这些孔口42的直径约为0.015～0.025″，而内管12的内径约为0.065～0.075″。
内管12至少是部分地由一或多个隔件40沿轴向支承于外管14之内。隔件40设置成使内管12沿轴向定中于外管14内。隔件40的一个例子示明于图13a与13b中，由具有一或多个阻挡部43和一个中心洞46的薄片构成。此中心洞46的直径稍大于内管12的外径。内管12沿轴向插入洞46内而这些阻挡部43则与外管内壁配合。沿内管长度可设置一或多个隔件40。最好将一个隔件设于内管的出口端17邻近。阻挡部43则最好使其所取外形能最小限度地阻碍环形空间。
如上所述，本发明的特殊优点是只用在气体输送计量管10一端的一个供气入口端而将气体输送到管10的相对端。气体由单一供气口50提供，如图14a与14b例示。供气口50设在计量管10的一端，包括一个单元块件48，其中形成有一个空心体或坑49；气源连接器62与空心管柱64。于坑49上焊接有一个盖或罩99来封闭气体通道。于气源连接器62上接附有适当的管道(未图示)以将气体从气源通过坑49而从空心管组件64排出，此空心管柱64与气体输送计量管10偶联。外管14包括设在其一端的适配器66。适配器66将外管14连接到较大直径的管柱64上。在一典型的实施例中，此分流器38位于管柱64与适配器66之间，而所有这三个部件是焊接到一起的，在此实施例中，适配器66事实上起到外管14的延伸部的作用，以使气体通过分流器38而进入环形空间15中时基本上不存在气流的停顿现象。
工作中，气体从气源输入，经连接器62进入坑49内。此气体通过坑49，从空心管柱64出来而进入气体输送计量管10，如图11a与11b所例示。随着气体趋近管10，它便通过气体分流器38而在中心孔口44提供的第一流道和这批小孔口42提供的第二流道间分开。通过使这两种通道的横剖面积保持大致相等，在这两个气流通道中提供近似相等的体积气体流率。由于内管12在其长度上未设孔口，气体便从内管12的出口端输出而在入口端相对端部处进入环形空间15。换言之，来自内管的气体是在气体通过多个小孔口42进入环形空间15处的相对端进入环形空间15。这样，气体便输送到气体输送计量管10的两端，而用到的是只与此管10一端连接的单个气源口。
在图9～14所示这一典型的实施例中，计量管10中的这列孔口的尺寸基本相同并等距离地分开，但在不脱离本发明的范围内是可以有其他实施形式的。例如这列孔18的间距可以不等来提供所需的气体流型。在另一个例子中，可以使各个孔口的尺寸不等来设计气体流型。孔口18可用任何适当的技术形成。
内行的人在研究过本发明所公开的内容后，当可获知本发明的其他特点与优点。以上所给的有关本发明特定实施例与例子是供解释与说明之用，因而尽管本发明业已由某些先前的例子所阐述，但不应认为由此而限制了本发明。这些实施例与例子并非用来穷尽与限制本发明至所公开的精确形式，而显然，根据上述精神是可以有众多的改型、实施例与变更形式的。应视本发明的范围包括了这里所公开的以及为后附权利要求书及其等效内容所规定的一般领域。
权利要求
1.用于输送气体的气体输送计量管，它包括具有入口端与封闭端的外管，在此外管上形成有一或多列孔口，它们沿此外管的大部分长度延伸；具有敞开的入口端与出口端的内管，此内管叠套于并沿轴向准直地设在上述外管内并于这两管之间形成有效的环形空间，而其中所述内管的出口端则终止于此外管的封闭端之前；以及气体分流器，它位于此内与外管两者入口端的附近，且具有与此内管偶联的第一气体流道和与此内、外管之间的环形空间偶联的第二气体流道。
2.权利要求1所述的气体输送计量管，其中所述气体分流器包括盘件，此盘件具有形成上述第一气流通道的中央孔口和形成上述第二气流通道的许多小孔口。
3.权利要求1所述的气体输送计量管，其中所述气体分流器包括凸缘，此凸缘在上述内管的入口端上且具有唇部，而此唇部包括形成所述第二气体流道的许多小孔口。
4.权利要求2或3所述的气体输送计量管，其中所述内管内侧的横剖面积约等于此分流器中上述这多个小孔横剖面积总和。
5.权利要求1所述的气体输送计量管，其中还包括与所述内外管的入口端偶联以给所述计量管供应气体的单一气源口。
6.权利要求5所述的气体输送计量管，其中所述气源口包括内中形成有坑的块件，此坑有盖密封成受限的通道，同时在此坑上偶联有气源连接器用于接收气体，和偶联到上述坑与内、外管入口端的空心管组件以输送气体。
7.权利要求1所述的气体输送计量管，其中在所述内管上装附有一或多个有支座的间隔件以使此内管轴向地在所述外管内准直设置。
8.权利要求1所述的气体输送计量管，其中所述计量管用于化学蒸气沉积系统。
9.权利要求1所述的气体输送计量管与具有至少一个用于接纳此气体输送计量管的孔口的至少一个喷射器组件的组合。
10.权利要求1所述的气体输送计量管与具有至少一个用于接纳此气体输送计量管的增压室的至少一个防护组件的组合。
11.用于输送气体的气体输送计量管，它包括具有入口端与封闭端的外管，在此外管上形成有一或多列孔口，它们沿此外管的大部分长度延伸；具有敞开的入口端与出口端的内管，此内管叠套于并沿轴向准直地设在上述外管内并于这两管之间形成有效的环形空间，而其中所述内管的出口端则终止于此外管的封闭端之前；气体分流器，它位于此内与外管两者入口端的附近，且具有与此内管偶联的第一气体流道和与此内外管间环形空间偶联的第二气体流道；以及与所述内、外管的入口端偶联的给此计量管供应气体的单一气源口，其中所述气体分流器将气体输送到此计量管的两相对端，而所述单一气源口则只与这两相对端的一端连接。
12.权利要求11所述的气体输送计量管，其中所述气体分流器包括盘件，此盘件具有形成上述第一气流通道的中央孔口和形成上述第二气流通道的许多小孔口。
13.权利要求11所述的气体输送计量管，其中所述气体分流器包括凸缘，此凸缘在上述内管的入口端上且具有唇部，而此唇部包括形成该第二气体流道的许多小孔口。
14.权利要求11所述的气体输送计量管，其中所述气源口包括内中形成有坑的块件，此坑有盖密封成受限的通道，同时在此坑上偶联有气源连接器用于接纳气体，和偶联到上述坑与内、外管入口端的空心管组件的输送气体。
全文摘要
提供了气体输送计量管，它包括两个轴向准直叠套的管，其中此内、外管接收通过相应组件一端的气体而内管则将气体输送至外管的相对端。此外管包括一或系列孔口。将气体输送到此外管的与连接气体入口端相对的一端时，与让气体只通过单一入口进入的情形相比，可在气体输送计量管的整个长度上提供更为均匀的反压力。
文档编号H01J37/32GK1397755SQ02140679
公开日2003年2月19日 申请日期2002年7月12日 优先权日2001年7月13日
发明者杰伊·B·德东特尼, 安东尼·德萨, 塞缪尔·库里塔 申请人:Asml美国公司