DE10296557T5

DE10296557T5 - Falleneinrichtung und -Verfahren für Kondensierbare Nebenprodukte von Ablagerungsreaktionen

Info

Publication number: DE10296557T5
Application number: DE10296557T
Authority: DE
Inventors: Youfan Superior Gu
Original assignee: MKS Instruments Inc
Current assignee: MKS Instruments Inc
Priority date: 2001-03-23
Filing date: 2002-03-08
Publication date: 2004-07-22
Also published as: US20020134244A1; US6488745B2; TWI230629B; WO2002076581A1; JP2004538127A

Abstract

Falleneinrichtung, welche aufweist:
einen primären Fallenabschnitt, der in Fluidflussverbindung mit einem sekundären Fallenabschnitt verbunden ist;
wobei der primäre Fallenabschnitt aufweist: (i) eine primäre Fallenkammer mit einem oberen Abschnitt, einem mittleren Abschnitt, und einem unteren Abschnitt; (ii) einen Einlass in den oberen Abschnitt; (iii) eine obere Trennwand, welche den oberen Abschnitt und den mittleren Abschnitt trennt, wobei die obere Trennwand eine Öffnung aufweist, die einen Fluidfluss von dem oberen Abschnitt zu dem mittleren Abschnitt ermöglicht; und (iv) eine untere Trennwand, die den mittleren Abschnitt von dem unteren Abschnitt trennt, wobei die untere Trennwand eine Öffnung aufweist, die einen Fluidfluss von dem mittleren Abschnitt zu dem unteren Abschnitt ermöglicht;
wobei der untere Abschnitt in Fluidflussverbindung mit dem sekundären Fallenabschnitt verbunden ist; und
der sekundäre Fallenabschnitt eine sekundäre Fallenkammer aufweist, einen Auslass, und Flussverteilungsoberflächen, die in der sekundären Fallenkammer zwischen dem unteren Abschnitt der primären Fallenkammer und dem Auslass...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Flüssigkeits-Gas-Trennvorrichtungen zum Auffangen und Festhalten von Materialien aus kondensierbaren Flüssigkeiten aus einem fließenden Gasstrom, und spezieller eine Falleneinrichtung und ein entsprechendes Verfahren zum Entfernen von Tantalpentaethoxid (TAETO) aus dem Abgas, das aus einer Reaktions/Ablagerungskammer herausfließt, die zum Ablagern von Dünnfilmen aus Tantalpentoxid bei der Herstellung elektronischer Bauelemente verwendet wird.
Technischer Hintergrund
Tantalpentoxid (Ta₂O₅) ist ein elektrisch isolierendes Material mit hoher Dielektrizitätskonstante, das in weitem Ausmaß bei integrierten Schaltungen und anderen Halbleiterbauelementen dazu verwendet wird, die Ladungsspeicherdichte zu erhöhen, um so die Zellenflächen zu verkleinern, die für Kondensatoren benötigt werden, ohne die Kapazität zu verringern. So werden beispielsweise Tantalpentoxidfilme als Dielektrikumsschichten von Speicherkondensatoren in hoch integrierten Schaltungen verwendet, beispielsweise DRAM-Speicherchips und als Gate-Dielektrika für CMOS-Bauelemente.
Dünnfilme aus Tantalpentoxid werden üblicherweise auf Substraten für gewünschte integrierte Halbleiterschaltungen in Kammern für chemische Ablagerung durch wohlbekannte Verfahren der chemischen Dampfablagerung (CVD) abgelagert. So wird beispielsweise Tantalpentaethoxid [Ta(OC₂H₅)₅], auch als TAETO bekannt, häufig als Vorläufermaterial verwendet, das man mit Sauerstoff oder Ozon in einer Reaktionskammer für chemische Dampfablagerung unter niedrigem Druck (LPCVD) reagieren lässt, um Tantalpentoxidfilme abzulagern. Typischerweise wird das flüssige TAETO verdampft, und in die Reaktionskammer über ein erwärmtes, stromaufwärts angeordnetes Versorgungssystem eingegeben. Das Innere der Reaktionskammer wird ebenfalls mit einer Atmosphäre aus Sauerstoff (O₂) oder Ozon (O₃) versorgt, und wird häufig auf hoher Temperatur gehalten, beispielsweise auf etwa 450°C, um die chemische Reaktion zwischen dem TAETO und dem Sauerstoff (O₂) oder Ozon (O₃) zu unterstützen, damit das gewünschte Tantalpentoxid (Ta2O5) erzeugt wird, das sich als Feststofffilm auf einem Substrat in einer Reaktionskammer ablagert. An die Ablagerung des Dünnfilms aus Tantalpentoxid (Ta₂O₅) schließt sich häufig ein Wärmebehandlungsschritt bei etwa 800°C in einer Sauerstoffatmosphäre an, um die Qualität des Tantalpentoxidfilms zu verbessern.
Die Primärreaktion von TAETO mit Sauerstoff (O₂) in der Reaktionskammer zur Erzeugung von Tantalpentoxid (Ta₂O₅) ist:
Die Primärreaktion von TAETO mit Ozon (O₃) in der Reaktionskammer zur Erzeugung von Tantalpentoxid (Ta₂O₅) ist:
Allerdings gibt es auch bei der Ablagerung von Ta₂O₅ beteiligte Sekundärreaktionen, da als Nebenerzeugnis Wasserdampf (H₂O) bei der Reaktion gemäß entweder der voranstehenden Gleichung (1) oder Gleichung (2) entsteht. Tatsächlich ist die Rate einer derartigen sekundären Reaktion zwischen TAETO und Wasser erheblich höher als die primäre chemische Reaktion (Gleichung (1) oder (2)) zwischen TAETO und O₂ oder O₃. Eine derartige sekundäre Reaktion erzeugt folgendermaßen Tantalpentoxid (Ta₂O₅) und Alkohol:
Diese sekundäre Reaktion gemäß Gleichung (3) verläuft in einer Reaktionskammer auf 450°C um Größenordnungen schneller als die primäre Reaktion von entweder Gleichung (1) oder (2), verläuft jedoch ebenfalls schnell bei Umgebungstemperatur (Zimmertemperatur). Hat daher irgendwelches TAETO in dem Vakuumsystem stromabwärts der Reaktions/Ablagerungskammer die Gelegenheit, mit Wasserdampf zu reagieren, kann das sich ergebende, feste Tantalpentoxid Vakuumsystembauteile beschädigen, beispielsweise Pumpen, Ventile und dergleichen.
Nur etwa 10% bis 20% des TAETO-Vorläufers werden in der Reaktionskammer zur Erzeugung von Tantalpentoxid verbraucht, um eine akzeptable, gleichmäßige Filmablagerung über eine Wafersubstratoberfläche zu erreichen. Der Rest des unverbrauchten TAETO-Verläufers verlässt zusammen mit den Nebenerzeugnissen Kohlendioxid (CO₂) und Alkohol (C₂H₅OH) die Reaktionskammer und gelangt in die Pumpeinlassleitung, also das Rohr, das zur Vakuumpumpe führt, des Evakuierungssystems. Der Hauptanteil, falls nicht sogar praktisch alles, des Wasserdampfnebenerzeugnisses von Reaktion (1) oder (2) wird bei der Reaktion (3) verbraucht, was man daran sieht, dass nur eine sehr geringe, vernachlässigbare Menge einer leichten, weißen Beschichtung aus Tantalpentoxid auf der Innenwand der Einlassleitung vorhanden ist, nahe an dem Ausgang der Reaktions/Ablagerungskammer, in den meisten herkömmlichen Tantalpentoxid-Ablagerungssystemen. Das ursprüngliche Problem infolge von TAETO in dem Evakuierungssystem tritt daher dann auf, wenn TAETO kondensiert, und dann treten Schwierigkeiten auf, wenn TAETO mit Wasserdampf reagiert, der zurück in das Vakuumsystem strömt, oder auf andere Art und Weise in das Vakuumsystem hineingelangt, beispielsweise während der Wartung, so dass sich festes Tantalpentoxid bildet, wie dies nachstehend genauer erläutert wird.
Zuerst kondensiert TAETO in einer nicht erwärmten Pumpeinlassleitung (typischerweise wird eine Temperatur von etwa 125 bis 150°C dazu benötigt, zu verhindern, dass das TAETO in der Einlassleitung kondensiert), und das Ansammeln von Flüssigkeit in der Einlassleitung beeinflusst die Eigenschaften der Vakuumpumpe, und stört das Erreichen eines gewünschten Vakuumdrucks in der Reaktions/Ablagerungskammer. Zweitens kann, wenn flüssiges oder dampfförmiges TAETO in die Vakuumpumpe transportiert wird, die Lebensdauer der Pumpe signifikant verringert werden, insbesondere dann, wenn sich festes Tantalpentoxid in der Pumpe infolge der Reaktion zwischen TAETO und irgendwelchem Wasserdampf bildet, der in das Vakuumsystem hineingelangt ist. Da der Hauptanteil des Wassers, falls nicht sogar das Wasser insgesamt, das durch die ursprüngliche Reaktion (Gleichung (1) oder (2)) erzeugt wird, durch die sekundäre Reaktion (Gleichung (3)) verbraucht wird, wie voranstehend erläutert, sind die Probleme der Ausbildung festen Tantalpentoxids und dessen Ansammlung in dem Evakuierungssystem, beispielsweise in der Vakuumpumpe, in Ventilen, Reglern und dergleichen, normalerweise das Ergebnis von Feuchtigkeit aus der Umgebungsatmosphäre, oder von Gaswaschereinrichtungen, die häufig stromabwärts der Vakuumpumpe vorgesehen sind, die zurück in die Pumpe und andere Bauteile des Vakuumsystems strömt, um sich mit TAETO zu vereinigen, das aus der Reaktions/Ablagerungskammer ausgestoßen wird, wodurch festes Tantalpentoxid in dem Vakuumsystem erzeugt wird. Weiterhin kann sich festes Tantalpentoxid sehr schnell bilden, wenn sich entweder gasförmiges oder flüssiges TAETO mit Wasserdampf in Umgebungsluft aus der Atmosphäre vereinigt, was die Wartung von Bauteilen in dem Vakuumsystem sehr erschwert. Festes Tantalpentoxid muss mechanisch aus Rohren und anderen Bauteilen des Vakuumsystems entfernt werden. Weiterhin ist TAETO wertvoll und kann, falls es zurückgewonnen wird, verarbeitet und gereinigt für eine erneute Verwendung werden, beispielsweise als Vorläufer für die Ablagerung von Tantalpentoxid.
Herkömmliche Fallen, die für allgemeine Anwendungen ausgelegt sind, um verschiedene feste Nebenerzeugnisse der CVD-Reaktion zu entfernen, werden dazu eingesetzt, TAETO in Evakuierungssystemen von CVD-Reaktionskammern für Tantalpentoxid zu entfernen. Derartige, herkömmliche Fallen weisen jedoch einen sehr niedrigen Abscheidewirkungsgrad auf, da die festgehaltene Flüssigkeit eine erhebliche höhere Mobilität im Vergleich zu festgehaltenen Feststoff-Nebenerzeugnissen aufweist, oder benötigen aber zu viel Wartung und Abschaltzeit, wenn sie dazu verwendet werden, TAETO abzuscheiden, infolge der schnellen Reaktion mit Wasserdampf und der sich ergebenden Ausbildung von Feststoffen, wie dies voranstehend geschildert wurde. Weiterhin werden die Wartung und die Abschaltzeit bei derartigen, herkömmlichen Fallen verschlimmert, da wie voranstehend geschildert festes Tantalpentoxid, das sich sehr schnell bildet, wenn flüssiges TAETO bei derartigen, herkömmlichen Fallen dem Wasserdampf in Luft ausgesetzt wird, mechanisch aus derartigen Fallen entfernt werden muss, oder aber die Fallen ausgetauscht werden müssen.
Beschreibung der Erfindung
Daher besteht ein allgemeiner Vorteil der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer effizienteren und wirksameren Einrichtung und entsprechender Verfahren zum Abscheiden und Entfernen kondensierbarer Flüssigkeitserzeugnisse und -nebenerzeugnisse aus einem Gasfluss.
Ein spezieller Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer wirksameren und effektiveren Einrichtung und entsprechender Verfahren zum Abscheiden und Entfernen von TAETO aus einem Evakuierungssystem für eine CVD- oder LPCVD-Reaktionskammer für Tantalpentoxid.
Ein noch speziellerer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Falleneinrichtung und eines Fallenverfahrens, die so ausgebildet sind, dass sie an die speziellen Abscheide- und Handhabungsprobleme angepasst sind, die durch TAETO hervorgerufen werden, das in gasförmiger Form von einer CVD- oder LPCVD-Reaktions/Ablagerungskammer abgegeben wird, und dann als Flüssigkeit mit unterschiedlicher Viskosität kondensiert, die sehr dazu neigt, mit Wasser zur Ausbildung von festem Tantalpentoxid zu reagieren.
Zusätzliche Ziele, Vorteile, und neue Merkmale der Erfindung sind teilweise in der folgenden Beschreibung angegeben, und werden für Fachleute offensichtlich, nachdem sie die folgende Beschreibung und die Figuren untersucht haben, oder ergeben sich bei Umsetzung der Erfindung in die Praxis. Weiterhin können die Ziele und die Vorteile der Erfindung mit Hilfe der Vorgehensweisen und der Kombinationen erzielt werden, die speziell in den beigefügten Patentansprüchen angegeben sind.
Um die voranstehenden und andere Ziele zu erreichen, und gemäß dem Zweck der vorliegenden Erfindung, wie sie hier bereits vorgestellt wird, umfasst das Abschneideverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung das Leiten eines Gasstroms, der kondensierbares Material enthält, beispielsweise TAETO, über einen kurvenreichen Flussweg in einem Vakuum, um den Gasstrom mit gekühlten Oberflächen in Berührung zubringen, welche die Kondensation erhöhen, und so ausgebildet sind, das Sammeln und den Fluss eines flüssigen Kondensats mit unterschiedlicher Viskosität in einem Vorratsbehälter zu ermöglichen, auf eine Art und Weise, die nicht den Gasfluss verstopft oder diesen stört, und eine erneute Verdampfung des angesammelten Flüssigkeitskondensats zurück in den Gasstrom minimiert.
Um die voranstehenden und weitere Ziele zu erreichen, und entsprechend dem Zweck der vorliegenden Erfindung, wie sie hier umfassend vorgestellt wird, weist die Falleneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine primäre Fallenkammer auf, die durch mehrere vertikal beabstandete Trennwände in mehrere Abschnitte oder Räume unterteilt wird, die vertikal angeordnet sind, einer über dem anderen, und die durch Öffnungen in den Trennwänden so miteinander verbunden sind, dass Fluid fließen kann. Eine sekundäre Fallenkammer ist vorzugsweise von der primären Fallenkammer in einem Gehäuse umgeben, und ist so, dass Fluid fließen kann, mit dem letzten oder untersten der mehreren Abschnitte oder Räume der primären Fallenkammer verbunden. Die primäre Fallenkammer ist vorzugsweise von der sekundären Fallenkammer durch eine innere, zylindrische Wand getrennt, und ist vorzugsweise von einer äußeren, zylindrischen Wand umgeben und umschlossen. Ein Kühlsystem entfernt Wärme von Oberflächen sowohl in der primären Fallenkammer als auch in der sekundären Fallenkammer. Die Öffnungen in den Trennwänden sind vorzugsweise nicht zueinander ausgerichtet in Vertikalrichtung, um einen längeren Flussweg zu erzwingen, und hierdurch die Berührung des Gasflusses mit Oberflächen in der primären Fallenkammer zu erhöhen. Eine kleine Ablassöffnung in einer Endwand unter den primären und sekundären Kammern ist mit einem Vorratsbehälter verbunden, der von dem Gasflussweg durch die primären und sekundären Kammern getrennt ist, so dass flüssiges Kondensat, das von Oberflächen in den primären und sekundären Kammern herunterfliesst, und durch die Endwand gesammelt wird, durch die kleine Ablassöffnung und in den Vorratsbehälter fliessen kann, zur Speicherung entfernt von dem Gasfluss. Ein Ventil zwischen der kleinen Ablassöffnung und dem Vorratsbehälter ist dazu vorgesehen, das temporäre Entfernen des Vorratsbehälters zu ermöglichen, zum Leeren und Reinigen, während das Vakuum in den primären und sekundären Kammern aufrechterhalten wird, und um die Gefahr zu minimieren, falls nicht sogar auszuschalten, dass Wasserdampf aus der Umgebung in die primären und sekundären Kammern über die kleine Ablassöffnung hineingelangt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die beigefügten Zeichnungen, die in die Beschreibung eingeschlossen werden und einen Teil von dieser bilden, erläutern die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Grundlagen der Erfindung.
In den Figuren:
1 ist eine schematische Ansicht einer Fallenvorrichtung für kondensierbare Flüssigkeiten gemäß der vorliegenden Erfindung, angeordnet in einem Evakuierungssystem für eine CVD-Reaktionskammer für Tantalpentoxid;
2 ist eine isometrische Ansicht einer Fallenvorrichtung für kondensierbare Flüssigkeiten gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine Aufsicht auf die Fallenvorrichtung für kondensierbare Flüssigkeiten von 2;
4 ist eine Querschnittsansicht der Fallenvorrichtung für kondensierbare Flüssigkeiten entlang Schnittlinie 4-4 von 3;
5 ist eine Querschnittsansicht der Fallenvorrichtung für kondensierbare Flüssigkeiten entlang der Schnittlinie 5-5 von 4;
6 ist eine Querschnittsansicht der Fallenvorrichtung für kondensierbare Flüssigkeiten entlang der Schnittlinie 6-6 von 4; und
7 ist eine Querschnittsansicht der Fallenvorrichtung für kondensierbare Flüssigkeiten entlang der Schnittlinie 7-7 von 4.
Beste Art und Weise zur Ausführung der Erfindung
Die Falle 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ist so ausgebildet, dass sie besonders effizient und wirksam dazu ist, ein kondensierbares Fluid abzufangen und abzutrennen, insbesondere, jedoch nicht notwendigerweise darauf beschränkt, Tantalpentaethoxid, Ta(OC₂H₅)₅, also "TAETO", und zwar von dem Abgas einer Reaktionskammer 20 für chemische Dampfablagerung (CVD) oder chemische Dampfablagerung (LPCVD) unter niedrigem Druck, in welcher Feststoffmaterial, beispielsweise Filme 21 aus Tantalpentoxid (Ta₂O₅) auf Wafersubstraten 22 abgelagert werden, wie dies schematisch in 1 dargestellt ist. Im wesentlichen können, wie dies auf diesem Gebiet wohlbekannt ist, Tantalpentoxidfilme in einem chemischen Dampfablagerungsverfahren (LPCVD) unter niedrigem Druck abgelagert werden, bei welchem TAETO als Vorläufer in entweder einer Atmosphäre aus Sauerstoff (O₂) oder aus Ozon (O₃) oder einem entsprechenden Trägergas eingesetzt wird. Die Primärreaktion von TAETO mit Sauerstoff zur Erzeugung von Tantalpentoxid ist in der voranstehenden Gleichung (1) angegeben, oder mit Ozon in der voranstehenden Gleichung (2). Die sekundäre Reaktion, die zumindest eine Größenordnung schneller abläuft als die primäre Reaktion, tritt zwischen TAETO und Wasserdampf, H₂O, auf, der eines der Nebenerzeugnisse der primären Reaktion gemäß Gleichung (1) oder (2) ist. Solange irgendwelches H₂O verfügbar ist, vereinigt sich TAETO mit dem H₂O zur schnellen Erzeugung von Tantalpentoxid gemäß Gleichung (3), insbesondere innerhalb der Reaktionskammer 20, in der die Temperatur sehr hoch ist, beispielsweise etwa 450°C. Während die Reaktion zwischen TAETO und Wasserdampf bei Umgebungs- oder Zimmertemperatur ebenfalls relativ schnell festes Tantalpentoxid erzeugt, ist der Aufbau derartiger Zimmertemperatur-Tantalpentoxide locker, und nicht für Qualitätsdünnfilme für elektronische Bauelemente geeignet. Daher werden höhere Temperaturen, beispielsweise etwa 450°C, dazu benötigt, vernünftige Reaktionsraten zwischen TAETO und Sauerstoff oder Ozon (Gleichung (1) oder (2)) zu erzielen, und zwischen TAETO und Wasser (Gleichung (3)) in der Reaktionskammer 20, und um Tantalpentoxidfilme mit hoher Qualität herzustellen, die zum Einsatz in elektronischen Bauelementen geeignet sind. Feste Tantalpentoxide, die bei niedrigeren Temperaturen erzeugt werden, einschließlich Umgebungs- oder Zimmertemperatur, sind jedoch schwer aus Rohren zu entfernen, und können Vakuumpumpen beschädigen, Ventile verstopfen, und andere Problem in Vakuumsystemen 30 stromabwärts der Reaktionskammern 20 hervorrufen, wie dies nachstehend genauer erläutert.
Ein Vakuumsystem 30 ist typischerweise an die Reaktionskammer 20 zu dem Zweck angeschlossen, die Reaktionskammer 20 zu evakuieren, und sie auf einem Druck von etwa 0,4 bis 2,0 mmHg während der Ablagerung von Tantalpentoxid zu halten, und Nebenerzeugnisse der Reaktion aus der Kammer 20 zu entfernen. Typischerweise werden nur etwa 10 bis 20% des TAETO-Vorläufers in der Reaktionskammer 20 verbraucht. Der Hauptanteil, falls nicht sogar alles, des H₂O-Nebenerzeugnisses der ursprünglichen Reaktion (Gleichung (1) oder (2)), die voranstehend geschildert wurden, wird normalerweise von der sekundären Reaktion (Gleichung (3)) in der Reaktionskammer 20 verbraucht. Die übrigen 80 bis 90% des TAETO-Vorläufers werden von der Reaktionskammer 20 ausgestoßen, zusammen mit dem Alkohol, dem CO₂ und irgendwelchen übrigen H₂O-Reaktionsnebenerzeugnissen, wie durch einen Flusspfeil 24 angedeutet, und zwar in das Vakuumsystem 30.
Das Vakuumsystem 30 weist normalerweise eine Vakuumpumpe (nicht dargestellt) auf, die an die Auslassöffnung 23 der Reaktionskammer 20 über eine Einlassleitung 25 angeschlossen ist, wie dies auf diesem Gebiet wohlbekannt ist. Die Falle 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ist in der Einlassleitung 25 angebracht, wie dies schematisch in 1 dargestellt ist. Wie voranstehend erwähnt ist die Falle 10 speziell dazu konstruiert, das TAETO aus dem Abgas in der Einlassleitung 25 abzufangen und zu entfernen, und zu verhindern, dass es sich weiter stromabwärts bewegt, so dass eine Beschädigung bei der (nicht dargestellten) Vakuumpumpe hervorgerufen wird. Wie ebenfalls voranstehend erwähnt kondensiert TAETO, wenn es sich abkühlt, zu einer Flüssigkeit. Daher ist jener Abschnitt 25 der Einlassleitung 25, der sich stromaufwärts von der Falle 10 befindet, über eine Heizmuffe 29 abgedeckt, wie dies in dem US-Patent Nr. 5,715,738 beschrieben wird, das an D. Hauschulz et al erteilt wurde, um das TAETO in dem Abgasfluss 24 auf einer ausreichend hohen Temperatur zu halten, dass verhindert wird, dass das TAETO kondensiert, bis es die Falle 10 erreicht. So ist beispielsweise der Einsatz der Heizmuffe 29, um den stromaufwärtigen Abschnitt 26 der Einlassleitung 25 auf einer Temperatur im Bereich von etwa 125°C bis 150°C zu halten, dazu ausreichend, eine Kondensation des TAETO in dem stromaufwärtigen Abschnitt 26 zu verhindern, bis es die Falle 10 erreicht hat. Falls gewünscht, kann auch ein Ventil 28 in der Einlassleitung 25 stromaufwärts der Falle 10 vorgesehen sein, um die Reaktionskammer 20 beim Entfernen der Falle 10 für Wartung, Reparatur oder Austausch abzuschließen und zu isolieren, obwohl ein derartiges Entfernen unerwünscht ist, da es irgendwelches flüssiges TAETO in der Falle 10 oder stromabwärts Bestandteilen mit Wasserdampf aus der Umgebung aussetzt. Wird es derartigem Wasserdampf aus der Umgebung ausgesetzt, reagiert das flüssige TAETO mit diesem, und bildet festes Tantalpentoxid. Da das Verhindern der Ausbildung derartigen, festen Tantalpentoxids in der Falle 10 sowohl im Rest des Vakuumsystems 30 ein primäres Ziel der vorliegenden Erfindung darstellt, ist es vorteilhaft, dass ein derartiges Entfernen oder Öffnen der Falle 10 gegenüber der Umgebungsluft selten erforderlich ist, insbesondere wenn sie mit dem Vorratsbehälter oder dem Sumpf 11 gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist. Die Falle 10 kann mit dem stromaufwärtigen Abschnitt 26 und dem stromabwärtigen Abschnitt 27 der Einlassleitung 25 durch herkömmliche, mit Flanschen versehene Anschlußteile 31, 32 verbunden sein, oder durch jede andere, leckfreie Rohrverbindungseinrichtung oder ein entsprechendes Verfahren, welche Fachleute auf diesem Gebiet wohl kennen.
Die Falle 10 erleichtert die Kondensation im wesentlichen des gesamten TAETO in dem Gasfluss 24 innerhalb des Gehäuses 40, so dass der verbleibende Fluss 33 gasförmiger Nebenerzeugnisse stromaufwärts der Falle 10 zur (nicht dargestellten) Vakuumpumpe im wesentlichen frei von TAETO ist. Der Sumpf 11 ist vorzugsweise über eine Ablassleitung 12 an das Gehäuse 40 angeschlossen, um TAETO abzufangen und festzuhalten, und zwar so, dass verhindert wird, dass eine körperliche Berührung zwischen dem Gasstrom 91, 92, der durch das Gehäuse 40 fließt, und dem flüssigen TAETO in dem Sumpf 11 auftritt; anderenfalls würde der über das gesammelte, flüssige TAETO fließende Gasstrom 91, 92 erneut verdampfen, und nach stromaufwärts signifikante Mengen des TAETO-Nebels transportieren, und hierdurch den Wirkungsgrad der Falle 10 negativ beeinflussen. Ein Ventil 13 kann in der Ablassleitung 12 zwischen dem Gehäuse 40 und dem Sumpf 11 zu dem Zweck vorhanden sein, die Ablassleitung 12 zu verschließen, bevor der Sumpf 11 zum Leeren, zur Wartung, oder zum Austausch entfernt wird, so dass die Reaktionskammer 20 und das Vakuumsystem 30 einschließlich der Falle 10 von der Umgebungsatmosphäre getrennt bleiben können, und sogar weiterhin, falls erwünscht, während dieses Entfernens des Sumpfes 11 arbeiten können. Das Ventil 13 kann von Hand betätigt werden, oder durch ein Betätigungsglied 14 betätigt werden, beispielsweise ein elektrisches oder Vakuumbetätigungsglied, oder eine Druckmagnetspule, oder irgendein anderes geeignetes Betätigungsglied, das Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt ist. Ein Schauglas 15 kann in dem Sumpf 11 vorgesehen sein, um eine visuelle Untersuchung zu ermöglichen, damit bestimmt werden kann, wann der Vorratsbehälter in dem Sumpf 11 mit ausreichend flüssigem TAETO gefüllt ist, dass er entleert werden muss.
Die Falle 10 ist weiterhin vorzugsweise gekühlt, beispielsweise mit Wasser, um die Kondensation von TAETO zu beschleunigen, wie dies nachstehend genauer erläutert wird. Die Kühlmittelfluidversorgungsleitungen 16, 17 können dazu verwendet werden, Kühlfluid wie beispielsweise Wasser durch die Falle 10 umzuwälzen.
Wie hauptsächlich aus den 2 bis 4 hervorgeht, weist die Falle 10 vorzugsweise ein Gehäuse 40 auf, mit einer äußeren, zylindrischen Wand 42, einer oberen Endwand oder Kappe 44, und einer unteren Endwand oder Kappe 46, welche eine primäre Fallenkammer 30 und eine sekundäre Fallenkammer 90 einschließt. Die äußere, zylindrische Wand 42 weist eine Einlassöffnung 43 auf, mit welcher ein Einlassanschlußstück 34 verbunden ist, um den Zufluss einschließlich der einströmenden Gase oder Auslassgase von der Reaktionskammer 20 (1) in die primäre Fallenkammer 50 zu leiten, wie dies durch Flusspfeile 51, 52 in 4 angedeutet ist. Die obere Endwand 44 weist eine Auslassöffnung 45 auf, an welcher ein Auslassanschlußstück 35 angeschlossen ist, um den Abfluss, der die Abgase enthält, jedoch im wesentlichen von TAETO befreit, aus der sekundären Fallenkammer 90 zu leiten, wie dies durch Flusspfeile 97, 98 und 99 angedeutet ist.
Bei der bevorzugten Ausführungsform gemäß Falle 10 der 2 bis 7 ist die primäre Fallenkammer 50 kreisringförmig ausgebildet, und umgibt die sekundäre Fallenkammer 70, wie dies am deutlichsten aus den Figuren 4 bis 7 hervorgeht, mit einer inneren, zylindrischen Wand 54, welche die äußere, primäre Fallenkammer 50 von der sekundären Fallenkammer 90 trennt. Die primäre Fallenkammer 50 ist vorzugsweise in einen oberen Abschnitt 60, einen oberen, mittleren Abschnitt 61, einen unteren, mittleren Abschnitt 62, und einen unteren Abschnitt 63 unterteilt, durch eine vertikal beabstandete, obere Trennwand 56, eine mittlere Trennwand 57, und eine untere Trennwand 58, obwohl wenige oder mehr Trennwände und primäre Fallenkammerabschnitte (nicht gezeigt) in einigen Fällen sinnvoll sein können, beispielsweise dann, wenn mehr oder weniger TAETO-Anteil in dem Zufluss vorhanden ist, oder wenn die körperlichen Abmessungen der Falle 10 größer oder kleiner sind. Von der voranstehend geschilderten Ausführungsform wird allerdings angenommen, dass sie für typische Kammern und Verfahren zum Ablagern von Tantalpentoxid nahezu das Optimum darstellt.
Wenn der Zufluss 51, der unter anderem TAETO enthält, in die primäre Kammer 50 hineinfließt, wie durch Flusspfeile 51, 52 in 4 angedeutet, berührt er Oberflächen und wird durch diese gekühlt, beispielsweise die äußere zylindrische Wand 42 und die innere zylindrische Wand 54 in dem oberen Abschnitt 60 der primären Kammer 50. Eine derartige Abkühlung führt eine Kondensation von TAETO herbei. Derartiges, kondensiertes TAETO wird hauptsächlich als Flüssigkeit gesammelt, wie dies schematisch in den 4 durch Tropfen 65, 66, 67 und 68 angedeutet ist. Die TAETO-Flüssigkeit, die in dem oberen Abschnitt 60 der primären Kammer 50 kondensiert wurde, wird durch die obere Trennwand 56 abgefangen, wie dies schematisch bei 69 dargestellt ist. Bei Abwesenheit irgendwelchen Wasserdampfs in der Falle 10 bleibt das kondensierte TAETO 69 flüssig, und bewegt sich schließlich zum unteren Boden 57 der Falle 10 und in den Sumpf 11, wie dies nachstehend genauer erläutert wird.
Ein Spalt oder eine Öffnung 70 in der oberen Trennwand 56 ermöglicht es dem gasförmigen Fluid, weiter zu fließen, wie durch den Pfeil 75 angedeutet, von dem oberen Abschnitt 60 der primären Kammer 50, in den oberen, mittleren Abschnitt 61 hinein, in welchem TAETO in dem Gasstrom weiterhin Oberflächen berührt, und durch diese gekühlt wird, und kondensiert, beispielsweise durch die äußere zylindrische Wand 42 und die innere zylindrische Wand 54, wie dies schematisch durch Tropfen 73, 74 angedeutet ist. Weiterhin kann kondensiertes TAETO 69, das auf dem oberen Abschnitt 56 weggefangen wird, in den Spalt oder die Öffnung 70 in der oberen Trennwand 56 fließen, wo es weiterfließen kann, wie schematisch durch Tropfen 71, 72 angedeutet, und zwar auf der mittleren Trennwand 57, wo es zusammen mit TAETO gesammelt wird, das in dem oberen, mittleren Abschnitt 61 der primären Kammer 50 kondensiert wurde, wie dies schematisch bei 76 angedeutet ist.
Ein Spalt oder eine Öffnung 77 in der mittleren Trennwand 57 ermöglicht es, dass das gasförmige Fluid weiterhin fließt, wie durch den Pfeil 78 angedeutet, und zwar von dem oberen, mittleren Abschnitt 61 der primären Fallenkammer 50 in den unteren, mittleren Abschnitt 62 der primären Fallenkammer 50, wo TAETO in dem Gasstrom weiterhin Oberflächen berührt, durch diese abgekühlt wird, und auf diesen kondensiert, beispielsweise auf der äußeren zylindrischen Wand 42 und der inneren zylindrischen Wand 54, wie schematisch durch Tropfen 81, 82 angedeutet. Weiterhin kann kondensiertes TAETO 76, das auf der mittleren Trennwand 57 abgefangen wird, zum Spalt oder zur Öffnung 77 in der mittleren Trennwand 57 fließen, wo es dann weiter fließen kann, wie schematisch durch Tropfen 79, 80 angedeutet, und zwar auf die untere Trennwand 58.
Die untere Trennwand 58 weist ebenfalls einen Spalt oder eine Öffnung 83 auf, wodurch ein Gasfluss von dem unteren, mittleren Abschnitt 62 der primären Fallenkammer 50 in den unteren Abschnitt 63 ermöglicht wird, wie durch den Pfeil 84 angedeutet. Zu dem Zeitpunkt, an welchem der Gasfluss den unteren Abschnitt 63 der primären Kammer 50 erreicht, hat sich der Hauptanteil des TAETO (bevorzugt zumindest etwa 90 Prozent, und am bevorzugtesten zumindest 95 Prozent) verflüssigt, und wurde aus dem Gasfluss entfernt. Die Spalte oder Öffnungen 70, 77, 83 in der oberen, mittleren bzw. unteren Trennwand sind vorzugsweise in Vertikalrichtung nicht zueinander ausgerichtet, so dass der Gasfluss dazu gezwungen wird, um den jeweiligen oberen, oberen mittleren, und unteren mittleren Abschnitt 60, 61, 62 der primären Fallenkammer 50 herumzufließen, wie dies durch die Pfeile 52, 75, 78, 84 angedeutet ist, um den Gasflusskontakt mit Oberflächen in dem primären Fallenabschnitt zu maximieren, was die Abkühlung von TAETO-Molekülen in dem Gasstrom verbessert, und hierdurch den Kondensationswirkungsgrad für das TAETO erhöht. Tatsächlich wird vorgezogen, dass der Spalt oder die Öffnung 77 in der mittleren Trennwand 57 einen Winkeloffset von etwa 180° in Bezug auf die Spalte oder Öffnungen 70, 83 der oberen bzw. unteren Trennwand 56 bzw. 58 aufweist, um die Gasflussweglänge zu maximieren, und daher den Oberflächenkontakt, durch den oberen, oberen mittleren und unteren mittleren Abschnitt 60 bzw. 61 bzw. 62, und hierdurch die Kondensation und das Entfernen von TAETO von dem Gasfluss in der primären Fallenkammer 50 zu maximieren. Wie am deutlichsten aus den 5 bis 7 hervorgeht, werden die Öffnungen 70, 77, 83 in den Trennwänden 56, 57, 58 vorzugsweise durch Winkelspalte in den Trennwänden 56, 57, 58 zur Verfügung gestellt. Allerdings können auch andere geeignete Öffnungen eingesetzt werden, beispielsweise Löcher (nicht gezeigt) durch die Trennwände 56, 57, 58 hindurch.
Die kondensierte TAETO-Flüssigkeit 85, die sich auf der unteren Trennwand 58 angesammelt hat, kann auch zu dem Spalt oder der Öffnung 83 in der unteren Wand 58 fließen, wo sie weiter fließen kann, wie schematisch durch den Tropfen 86 angedeutet ist, und zwar in den unteren Abschnitt 63 der primären Fallenkammer 50. Die Bodenoberfläche 47 der unteren Endwand oder Kappe 46 verläuft vorzugsweise geneigt zu einer Flüssigkeitsauslass- oder Ablassöffnung 48 hin, durch die untere Endkappe 46, um den schnellen Fluss des angesammelten TAETO-Kondensats 87 aus der primären Kammer 50 heraus und über das Ablassrohr 12 zum Vorratsbehältersumpf 11 zu verbessern. Das flüssige, kondensierte TAETO 87 kann, falls gewünscht, in dem unteren Abschnitt 63 gesammelt und festgehalten werden. Jede TAETO-Flüssigkeit, die sich auf der Bodenoberfläche 57 ansammelt, wird jedoch dem Gasstrom ausgesetzt und berührt diesen, der durch den Flusspfeil 46 repräsentiert wird, und würde einen Flüssigkeitsnebel aus TAETO bilden, und/oder erneut in den Gasstromfluss 92 verdampft werden, was den TAETO-Abtrennwirkungsgrad der Falle 10 negativ beeinflussen würde. Um das Abfangen und den Entfernungswirkungsgrad von TAETO zu maximieren, und die Betriebslebensdauer der Falle 10 zu erhöhen, ohne den Tantalpentoxid-Ablagerungsvorgang in der CVD-Reaktionskammer 20 (1) zu unterbrechen, ist es jedoch vorzuziehen, für ein sofortiges und ständiges Entfernen von kondensiertem, flüssigen TAETO von dem oberen Abschnitt 63 über den Ablass 12 zu sorgen, wie durch Tropfen 88, 89 (4) angedeutet, zu einem Vorratsbehälter in einem Sumpf 11 (1), der entfernt von dem Gasstrom 91, 92 ist, der durch die primäre Kammer 50 und die sekundäre Kammer 90 der Falle 10 fließt, und nicht in Berührung mit diesem gelangt. Um eine signifikante Berührung zwischen dem Gasfluss 91, 92 und flüssigem TAETO in dem Sumpf 11 zu verhindern, wird vorgezogen, die Ablassöffnung 48 in der unteren Endkappe 46 so klein wie möglich auszubilden, und immer noch einen ungehinderten Fluss von flüssigem TAETO 87 durch die Ablassöffnung 48 zu ermöglichen, und/oder den Sumpf 11 in signifikanter Entfernung von dem unteren Abschnitt 63 der primären Fallenkammer 40 anzuordnen. So weist beispielsweise die Ablassöffnung 48 vorzugsweise eine Querschnittsfläche von nicht mehr als etwa 20 cm² auf, bevorzugt von weniger als 10 cm², und noch bevorzugter ein Loch mit einem Durchmesser im Bereich von 10 bis 20 mm auf, und/oder ist der Sumpf 11 zumindest 5 bis 20 cm von dem unteren Abschnitt 63 entfernt angeordnet.
Der primäre Fallenabschnitt einschließlich der primären Fallenkammer 50 mit den voranstehend geschilderten oberen, mittleren und unteren Trennwänden 56, 57, 58 ist so ausgebildet, dass eine kompakte Umhüllung oder ein kompaktes Gehäuse 40 und ein optimaler Oberflächenkontakt bereitgestellt werden, und daher eine optimale TAETO-Kondensation und ein optimaler TAETO-Abtrennwirkungsgrad, in dem primären Fallenabschnitt, mit ausreichend viel Raum in dem oberen, oberen mittleren, unteren mittleren und unteren Abschnitt 60, 61, 62, 63 der primären Fallenkammer 50, damit ein Verstopfen oder Sperren des Gasflusses 52, 75, 78, 84 durch die primäre Fallenkammer 50 verhindert wird. Der Wirkungsgrad für die TAETO-Kondensation in der primären Fallenkammer 50 wird weiterhin durch das Kühlsystem verbessert, welches vorzugsweise eine Rohrschlange 100 in der sekundären Fallenkammer 90 aufweist, jedoch vorzugsweise ebenfalls in Berührung mit der inneren zylindrischen Wand 54 steht, wie in 4 gezeigt, um die Wärmeleitung von der inneren zylindrischen Wand 54 und den Trennwänden 56, 58, 58 in der primären Fallenkammer 50 zu verbessern. Die Rohrschlange 100 leitet ein Kühlfluid, beispielsweise Wasser, durch die sekundäre Fallenkammer 90, wie dies nachstehend genauer erläutert wird, kühlt jedoch auch die innere zylindrische Wand 54 und die Trennwände 56, 57, 58, die in Radialrichtung nach außen von der inneren zylindrischen Wand 54 aus verlaufen. Wie voranstehend geschildert ist diese Ausbildung des primären Fallenabschnitts dazu wirksam, 99 Prozent oder mehr des TAETO von dem zufließenden Gas abzutrennen, jedoch ohne einen wesentlichen Druckabfall oder eine wesentliche Einschränkung des Gasflusses in der primären Fallenkammer 50. TAETO friert als Festkörper bei Temperaturen von weniger als 20°C aus, so dass das Halten des Kühlwassers in der Rohrschlange 100 auf oberhalb 20°C sicherstellt, dass die Falle 10 effizient weiter arbeitet, und das kondensierte TAETO weiter frei zur Ablassöffnung 48 fließt. Versuche haben ergeben, dass 96% des TAETO kondensiert und von einem Gasstrom in der Falle 10 entfernt wird, wenn das Kühlwasser in dem Kühlrohr 100 auf etwa 20°C gehalten wird. Da der gasförmige Zufluss Wärme von der Reaktionskammer 20 in die Falle 10 transportiert, und der Wärmeaustausch zwischen dem Kühlwasser und dem TAETO weder perfekt noch sofort beendet ist, kann die Wärme in dem zufließenden Gas das kondensierte TAETO in der primären Kammer 50 der Falle 10 einige Grad wärmer halten als das Kühlwasser. Die Kondensation und der Abtrennwirkungsgrad für TAETO der Falle 10 können daher wesentlich erhöht werden, beispielsweise auf 99%, und zwar dadurch, dass man das Kühlwasser, das durch das Kühlrohr 100 fließt, auf etwa 18°C gehalten wird, und dennoch keine Probleme in Bezug auf das Ausfrieren von TAETO in der primären Kammer 30 hervorgerufen werden.
Ein noch besserer Wirkungsgrad von oberhalb 99% kann dadurch erzielt werden, dass noch kälteres Kühlwasser eingesetzt wird, beispielsweise auf 15°C, in der Rohrschlange 100, jedoch kann die zufließende Wärme nicht dazu ausreichend sein, zu verhindern, dass das kondensierte TAETO in der Falle 10 festfriert, insbesondere in dem unteren Abschnitt 63 der primären Kammer 50, in welchem ein geringer Anteil, falls überhaupt, des Gasflusses 92 noch etwas zufließende Wärme mitgenommen hat. Wenn daher eine Kühlwassertemperatur von weniger als etwa 18°C eingesetzt wird, beispielsweise von etwa 15°C, kann es erforderlich sein, ein Heizsystem bereitzustellen, beispielsweise die in 4 gezeigte, elektrische Heizwicklung 49, zum Einsatz beim Schmelzen von gefrorenem TAETO auf der Bodenoberfläche 47, so dass es weiter zum Ablassloch 48 und aus der primären Kammer 50 heraus fließen kann. Ein ständiges Einsetzen von Wärme von dem Heizsystem 47 wäre jedoch selbstverständlich kontraproduktiv in Bezug auf die erhöhten Kondensationswirkungsgrade, die durch Einsatz eines kälteren Kühlfluids erzielt werden, jedoch kann das intermittierende Einbringen derartiger Wärme, beispielsweise einmal oder zweimal pro Monat, zum Schmelzen von gefrorenem TAETO, das sich auf der Bodenoberfläche 47 und woanders in der Falle 10 angeordnet hat, dazu ausreichend sein, den Betrieb der Falle 10 mit dem Spitzenwert des Wirkungsgrades fortzusetzen.
Werden zumindest noch 90%, und vorzugsweise so viel wie 95 oder mehr, des TAETO von dem Gasfluss in dem primären Fallenabschnitt entfernt, wie voranstehend geschildert, kann das verbleibende TAETO in dem Gasfluss 91, 92, 93 in einem sekundären Fallenabschnitt gewaschen werden, der eine sekundäre Kammer 90 aufweist, in welcher der Gasfluss durch eine engere Anordnung aus Gasverteilungs- und Kühloberflächen geschickt wird, ohne Verstopfung oder einen wesentlichen Druckabfall. Der bevorzugte, sekundäre Fallenabschnitt der Falle 10 weist daher mehrere perforierte, konische Dampfsperren 102, 104, 106 auf, die in Längsbeziehung zueinander in der sekundären Fallenkammer 40 voneinander beabstandet angeordnet sind, wie am deutlichsten in 4 gezeigt. Die perforierten Dampfsperren 102, 104 und 106 werden von der gekühlten Rohrschlange 100 umgeben und stehen in Berührung mit dieser. Die Dampfsperren 102, 104, 106 stehen ebenfalls in Berührung mit einer zentralen Kühlleitung 100, die an das Kühlrohr 100 angeschlossen ist, und einen Teil des Kühlsystems bildet. Der Gasfluss von der primären Fallenkammer 50 in die sekundäre Fallenkammer 90, wie durch Pfeile 91, 92, 93 in 4 angeordnet, wird daher breit durch die Perforationen in den konischen Dampfsperren 102, 104, 106 verteilt, wie durch die Flusspfeile 94, 95, 96 angedeutet, zu enger Berührung mit breiten, gekühlten Oberflächen der Dampfsperren 102, 104, 106, sowie mit den Oberflächen der Kühlrohrschlange 100 und der zentralen Kühlleitung 110, um die Berührung und den Wärmeaustausch zwischen dem Gasfluss und diesen Oberflächen zu maximieren. Eine derartige Berührung und ein derartiger Wärmeaustausch sind dazu wirksam, die restlichen 5 bis 10 Prozent des TAETO aus dem Gasfluss auszuwaschen, so dass nur etwa 1 bis 2 Prozent an TAETO übrig bleiben, was vernachlässigbar ist, oder sogar weniger als 1 Prozent, wenn kälteres Kühlwasser eingesetzt wird, wie voranstehend erläutert. Da nur etwa 5 bis 10 Prozent des TAETO oder weniger durch den voranstehend beschriebenen, sekundären Fallenabschnitt eingefangen und abgetrennt werden müssen, ist die Flüssigkeitsmenge an kondensiertem TAETO in der sekundären Fallenkammer 90 sehr gering, und verstopft nicht die perforierten Dampfsperren 102, 104, 106 oder andere Gaskanäle in der sekundären Fallenkammer 90. Jegliche kleine Mengen an derartigem flüssigem, kondensiertem TAETO, die sich in der sekundären Fallenkammer 90 ansammeln, können durch die Perforationen in den Dampfsperren 102, 104, 106 fließen, und in den unteren Abschnitt 63 der primären Fallenkammern 50 herunterfallen, und von dort zusammen mit dem flüssigen TAETO 87 aus der primären Fallenkammer 50 zum Sumpf 11 (1) abgelassen werden, wie dies voranstehend erläutert wurde. Der abfließende Gasfluss 97, 98, befreit von praktisch dem gesamten TAETO, beispielsweise von 99 Prozent oder mehr, fließt aus der Falle 10 durch das Auslassanschlußstück 35 bis zur Vakuumpumpe (nicht gezeigt).
Wie voranstehend geschildert kann, wenn festgestellt wird, dass der Sumpf 11 (1 und 2) voll ist und geleert werden muss, das Ventil 13 geschlossen werden, und kann der Sumpf 11 am Rohranschlußstück 18 von dem Rest der Falle 10 abgenommen werden. Bei geschlossenem Ventil 13 kann das Vakuum im Gehäuse 40 der Falle 10 aufrechterhalten werden, und kann der Betrieb der Reaktions/Ablagerungskammer 20 für Tantalpentoxid ununterbrochen fortgesetzt werden. Bei diesem fortgesetzten Betrieb, mit dem Ventil 13 geschlossen und dem Sumpf 11 abgenommen, kann zugelassen werden, dass sich das flüssige, kondensierte TAETO im unteren Abschnitt 63 ( 4) über einen kurzen Zeitraum ansammelt. Daher kann der Ablagerungsprozess für Tantalpentoxid in der CVD-Reaktionskammer 20 (1) ununterbrochen weitergehen, während der Sumpf 11 abgenommen, geleert und gereinigt wird. Das kondensierte TAETO, das aus dem Sumpf 11 entleert wurde, weist nicht die erforderliche Reinheit für unmittelbare, erneute Verwendung als Vorläufer in dem Ablagerungsvorgang für Tantalpentoxid auf, ist jedoch sehr wertvoll, und kann überarbeitet werden, um das TAETO für nachfolgende, erneute Verwendung als Vorläufer in einer Reaktionskammer wiederzugewinnen, wie dies Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt ist, und nicht einen Teil der vorliegenden Erfindung darstellen. Wenn der Sumpf 11 erneut an der Ablassleitung 12 der Falle 10 angebracht wird, kann das Ventil 13 erneut geöffnet werden, so dass irgendwelches angesammeltes TAETO in dem unteren Abschnitt 63 (4) in den Sumpf 11 abgelassen werden kann, und der Betrieb der CVD-Reaktionskammer 20 weitergehen kann, ohne eine Unterbrechung oder Abschaltzeit.
Irgendwann kann es erforderlich werden, die Falle 10 auseinanderzubauen und zu reinigen. Trotz der Versuche, Wasserdampf aus der Umgebung aus der Falle 10 fernzuhalten, können sich kleine Mengen an festem, amorphen Tantalpentoxid im Verlauf der Zeit auf den Trennwänden 56, 57, 58 oder den Dampfsperren 102, 104, 106 ansammeln, infolge kleiner Mengen an Wasserdampf in dem Gasfluss von der Reaktionskammer, oder wahrscheinlicher infolge von Wasserdampf, der zurück in die Falle 10 strömt. Zum Auseinanderbauen der Falle 10 können die Bolzen 112 aus den Löchern 114 am Umfangsrand 116 am Boden der äußeren zylindrischen Wand 42 entfernt werden, so dass die untere Endkappe 46 von dem Rest des Gehäuses 40 abgenommen werden kann. Dann kann die sekundäre Fallenanordnung aus der Rohrschlange 100, der zentralen Kühlleitung 110, und den perforierten Dampfsperren 102, 104, 106 aus der sekundären Fallenkammer 80 herausgezogen werden. Die primäre Fallenanordnung mit den Trennwänden 56, 57, 58, die an der inneren zylindrischen Wand 54 angebracht (beispielsweise angeschweißt) sind, kann aus der äußeren zylindrischen Wand 42 herausgezogen werden.
Zwar wird in Bezug auf einen kompakten Aufbau und den Raumnutzungsgrad vorgezogen, dass die primäre Fallenkammer 50 die sekundäre Fallenkammer 90 umgibt, wie dies voranstehend beschrieben wurde, jedoch arbeiten auch von dieser Anordnung abweichende Variationen. Zwar sind derartige Variationen nicht in den Zeichnungen dargestellt, jedoch wird offensichtlich, sobald man die Funktionsmerkmale und die Baumerkmale der vorliegenden Erfindung aufgrund der voranstehenden Beschreibung verstanden hat, dass die primäre Fallenkammer 50 auch nur teilweise die sekundäre Fallenkammer 90 umgeben kann, oder die primäre Fallenkammer 50 oberhalb, unterhalb, oder an der Seite der sekundären Fallenkammer 90 angeordnet sein kann, solange eine Fluidflussverbindung zwischen dem unteren Abschnitt 63 der primären Fallenkammer 50 und der sekundären Fallenkammer 90 vorgesehen ist.
Als weitere Variation können einige der Trennwände 56, 57, 58 schräg angeordnet sein, oder auch alle, anstatt horizontal, um eine Schraubenlinie oder teilweise Schraubenlinie um die innere zylindrische Wand 54 auszubilden.
Als noch weitere Abänderungen könnten die Dampfsperren 102, 104, 106 auch eben oder horizontal ausgebildet sein, oder halbkugelförmig oder gewölbt, anstelle der Kegelform, oder könnten durch eine oder mehrere Schraubenlinien gebildet werden. Anstatt perforierte Oberflächen aufzuweisen, könnten die Dampfsperren 102, 104, 106 auch mit Sieb- oder Gittermaterial versehen sein, um den Gasfluss zu verteilen, und den Oberflächenkontakt mit dem Gasfluss in der sekundären Fallenkammer 90 zu vergrößern.
Eine weitere, geeignete Abänderung bestände darin, die Gasflusseinlassöffnung 43 in die primäre Kammer 50 hinein durch die obere Endwand 44 verlaufen zu lassen, anstatt durch die äußere zylindrische Wand 42. Weiterhin könnte, anstatt den Auslass durch die obere Endwand 44 verlaufen zu lassen, wie in 4 gezeigt, eine Auslassöffnung der sekundären Kammer 90 durch ein Rohr oder Öffnungen und Trennwände (nicht gezeigt) von der sekundären Kammer 90 über die innere zylindrische Wand 54, durch die primäre Kammer 50, und durch die äußere zylindrische Wand 42 geführt werden. Weiterhin könnte sich die innere zylindrische Wand 54 über die gesamte Entfernung bis zur unteren Wand 46 erstrecken, und könnten eine oder mehrere Öffnungen vorgesehen sein, die sich durch eine derartig verlängerte zylindrische Wand erstrecken, um den Gasfluss von der primären Kammer 50 in die sekundäre Kammer 90 zu ermöglichen, und den Fluss von TAETO-Kondensat zum Ablass 48 zu ermöglichen.
Da diese und zahlreiche anderen Abänderungen und Kombinationen der voranstehend geschilderten Verfahren und Anordnungen Fachleuten auf diesem Gebiet leicht auffallen werden, ist es nicht erwünscht, die Erfindung auf die exakte Konstruktion und den exakten Vorgang zu beschränken, die voranstehend dargestellt und beschrieben wurden. Es kann daher beispielsweise auf alle derartigen Abänderungen und Äquivalente zurückgegriffen werden, die vom Umfang der Erfindung umfasst werden, wie sie durch die nachstehenden Patentansprüche definiert ist. Die Wörter "umfassen", "umfasst", "umfassend", "enthalten", "enthaltend" und "enthält", wenn sie in dieser Beschreibung und den folgenden Patentansprüchen verwendet werden, sollen das Vorhandensein angegebener Merkmale oder Schritte angeben, jedoch nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Schritte, oder Gruppen hieraus ausschließen. Falls nicht anders angegeben, ist mit dem Begriff "etwa", wenn er in Bezug auf den Kondensationswirkungsgrad verwendet wird, plus oder minus 1,0% gemeint, bei Verwendung in Bezug auf die Temperatur plus oder minus 1,0°C gemeint, und bei Verwendung in Bezug auf Querschnittsfläche plus oder minus 1, 0 cm² gemeint .
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Falle 10 für kondensierbare Flüssigkeiten, beispielsweise Tantalpentoxid, weist eine primäre Fallenkammer 50 auf, die eine sekundäre Fallenkammer 90 umgibt, sowie einen Sumpf 11, der durch eine ausreichend kleine Öffnung mit der primären oder sekundären Kammer verbunden ist, so dass abgefangene Flüssigkeit in dem Sumpf 11 effektiv gegenüber einem Gasfluss durch die primäre und sekundäre Kammer isoliert ist. Trennwände und Öffnungen in der sekundären und primären Kammer erhöhen die Kondensation, und ermöglichen einen Fluss kondensierter Flüssigkeit, der nicht die primäre und sekundäre Kammer gegen den Gasfluss verstopft:

Claims

Falleneinrichtung, welche aufweist: einen primären Fallenabschnitt, der in Fluidflussverbindung mit einem sekundären Fallenabschnitt verbunden ist; wobei der primäre Fallenabschnitt aufweist: (i) eine primäre Fallenkammer mit einem oberen Abschnitt, einem mittleren Abschnitt, und einem unteren Abschnitt; (ii) einen Einlass in den oberen Abschnitt; (iii) eine obere Trennwand, welche den oberen Abschnitt und den mittleren Abschnitt trennt, wobei die obere Trennwand eine Öffnung aufweist, die einen Fluidfluss von dem oberen Abschnitt zu dem mittleren Abschnitt ermöglicht; und (iv) eine untere Trennwand, die den mittleren Abschnitt von dem unteren Abschnitt trennt, wobei die untere Trennwand eine Öffnung aufweist, die einen Fluidfluss von dem mittleren Abschnitt zu dem unteren Abschnitt ermöglicht; wobei der untere Abschnitt in Fluidflussverbindung mit dem sekundären Fallenabschnitt verbunden ist; und der sekundäre Fallenabschnitt eine sekundäre Fallenkammer aufweist, einen Auslass, und Flussverteilungsoberflächen, die in der sekundären Fallenkammer zwischen dem unteren Abschnitt der primären Fallenkammer und dem Auslass angeordnet sind.
Falleneinrichtung nach Anspruch 1, die eine mittlere Trennwand in dem mittleren Abschnitt der primären Fallenkammer aufweist, welche den mittleren Abschnitt in einen oberen, mittleren Abschnitt und einen unteren, mittleren Abschnitt unterteilt, wobei die mittlere Trennwand eine Öffnung aufweist, die einen Fluidfluss von dem oberen, mittleren Abschnitt zu dem unteren, mittleren Abschnitt ermöglicht.
Falleneinrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die Öffnungen in der oberen, der mittleren, und der unteren Trennwand nicht vertikal zueinander ausgerichtet angeordnet sind, so dass Fluid nicht entlang einem einzigen, vertikalen Weg von dem oberen Abschnitt der primären Fallenkammer zum unteren Abschnitt der primären Fallenkammer fließen kann.
Falleneinrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der primäre Fallenabschnitt den sekundären Fallenabschnitt umgibt.
Falleneinrichtung nach Anspruch 1, welche Kühloberflächen aufweist, die in der sekundären Fallenkammer zwischen dem Übergangsfluidflussweg und dem Auslass auf eine Art und Weise angeordnet sind, die einen Fluidfluss durch die sekundäre Fallenkammer von dem Übergangsfluidflussweg zum Auslass hervorruft, der kurvenreich ist.
Falleneinrichtung nach Anspruch 5, welche ein Kühlsystem in dem sekundären Fallenabschnitt aufweist, das mit den Kühloberflächen verbunden ist, zur Übertragung von Wärme weg von den Kühloberflächen.
Falleneinrichtung nach Anspruch 6, welche mehrere perforierte, kegelförmige Dampfsperren aufweist, die vertikal voneinander beabstandet in dem sekundären Fallenabschnitt angeordnet sind, um die Kühloberflächen auszubilden.
Falleneinrichtung nach Anspruch 6, bei welcher das Kühlsystem zumindest ein Kühlmittelrohr in Berührung mit den Kühloberflächen aufweist, und das Rohr mit einer Quelle für Kühlfluid verbindbar ist, und dazu ausgebildet ist, einen Fluss dieses Kühlfluids zu leiten.
Falleneinrichtung nach Anspruch 8, bei welcher der primäre Fallenabschnitt den sekundären Fallenabschnitt umgibt, und eine zylindrische innere Wand den primären Fallenabschnitt von dem sekundären Fallenabschnitt trennt.
Falleneinrichtung nach Anspruch 9, bei welcher das Kühlmittelrohr in Berührung sowohl mit der zylindrischen Innenwand als auch den Kühloberflächen steht.
Falleneinrichtung nach Anspruch 10, bei welcher die obere Trennwand und die untere Trennwand mit der zylindrischen inneren Wand verbunden sind, und sich von dieser radial nach außen erstrecken.
Falleneinrichtung nach Anspruch 11, welche eine mittlere Trennwand in dem mittleren Abschnitt der primären Fallenkammer aufweist, wobei die mittlere Trennwand mit der zylindrischen inneren Wand verbunden ist, und sich radial nach außen von dieser erstreckt, so dass der mittlere Abschnitt in einen oberen mittleren Abschnitt und einen unteren mittleren Abschnitt unterteilt wird, und die mittlere Trennwand eine Öffnung aufweist, die einen Fluidfluss von dem oberen mittleren Abschnitt zu dem unteren mittleren Abschnitt ermöglicht.
Falleneinrichtung nach Anspruch 12, welche eine äußere zylindrische Wand aufweist, die den primären Fallenabschnitt umgibt.
Falleneinrichtung nach Anspruch 13, bei welcher die obere Trennwand, die mittlere Trennwand und die untere Trennwand jeweils von der inneren zylindrischen Wand radial nach außen zu der äußeren zylindrischen Wand verlaufen.
Falleneinrichtung nach Anspruch 14, bei welcher die Öffnung in der oberen Trennwand durch einen Winkelspalt in der oberen Trennwand festgelegt wird, die Öffnung in der mittleren Trennwand durch einen Winkelspalt in der mittleren Trennwand festgelegt wird, und die Öffnung in der unteren Trennwand durch einen Winkelspalt in der unteren Trennwand festgelegt wird.
Falleneinrichtung nach Anspruch 14, welche ein Gehäuse aufweist, das den primären Fallenabschnitt und den sekundären Fallenabschnitt einschließt, wobei das Gehäuse die äußere zylindrische Wand enthält, und eine obere Endwand und eine untere Endwand aufweist, wobei die äußere zylindrische Wand und die innere zylindrische Wand beide an das obere Ende anstoßen, und die äußere zylindrische Wand an die untere Endwand anstößt.
Falleneinrichtung nach Anspruch 16, bei welcher die äußere zylindrische Wand eine Einlassöffnung aufweist, die den Einlass in den oberen Abschnitt der primären Fallenkammer bildet.
Falleneinrichtung nach Anspruch 16, bei welcher die obere Endwand eine Auslassöffnung aufweist, die den Auslass der sekundären Fallenkammer bildet.
Falleneinrichtung nach Anspruch 16, bei welcher die untere Endwand ein Ablassloch aufweist, das sich durch die untere Endwand erstreckt.
Einrichtung nach Anspruch 19, welche einen Sumpf aufweist, der mit dem Ablassloch in der unteren Endwand verbunden ist.
Falleneinrichtung nach Anspruch 19, bei welcher das Ablassloch eine Querschnittsfläche von weniger als 20 cm² aufweist.
Falleneinrichtung nach Anspruch 21, bei welcher das Ablassloch eine Querschnittsfläche von weniger als 10 cm² aufweist.
Falleneinrichtung nach Anspruch 23, bei welcher das Ablassloch einen Durchmesser im Bereich von 10 bis 20 mm aufweist.
Falleneinrichtung nach Anspruch 20, bei welcher der Sumpf einen Vorratsbehälter aufweist, der um zumindest 5 cm von der primären Fallenkammer durch eine Leitung getrennt ist, die einen Durchmesser von weniger als 20 mm aufweist.
Falleneinrichtung nach Anspruch 20, die ein Ventil zwischen dem Ablassloch und dem Sumpf sowie eine abnehmbare Verbindung zwischen dem Ventil und dem Sumpf aufweist.
Falleneinrichtung nach Anspruch 19, bei welcher die untere Endwand eine Bodenoberfläche aufweist, die zum Ablassloch hin geneigt ist.
Falleneinrichtung nach Anspruch 26, welche eine Heizvorrichtung in der Nähe der unteren Endwand aufweist.
Falleneinrichtung nach Anspruch 27, bei welcher die Heizvorrichtung intermittierend betreibbar ist.
Falleneinrichtung zum Kondensieren und Entfernen von TAETO aus einem Strom eines gasförmigen Abflusses von einer Ablagerungs/Reaktionskammer für Tantalpentoxid, wobei vorgesehen sind: ein Gehäuse mit einem oberen Ende und einem unteren Ende, mit einer äußeren zylindrischen Wand, und einer oberen Endwand, und einer unteren Endwand, die zusammen eine kreisringförmige, primäre Kammer einschließen, welche eine sekundäre Kammer umschließt, wobei die kreisringförmige, primäre Kammer und die sekundäre Kammer durch eine innere zylindrische Wand getrennt sind, die sich über mehr als die Hälfte von der oberen Endwand zur unteren Endwand erstreckt, so dass ein Spalt zwischen der inneren zylindrischen Wand und der unteren Endwand vorhanden ist, wobei das Gehäuse eine Einlassöffnung in die Oberseite der primären Kammer und eine Auslassöffnung aus der Oberseite der sekundären Kammer heraus aufweist, so dass ein Strom aus gasförmigem Abfluss, der durch die Einlassöffnung in die primäre Kammer und aus der sekundären Kammer heraus durch die Auslassöffnung fließt, nach unten durch die primäre Kammer fließen muss, radial einwärts durch den Spalt zwischen der inneren zylindrischen Wand und der unteren Endwand, und nach oben durch die sekundäre Kammer zu der Auslassöffnung; mehrere Kondensationsoberflächen, die in der primären Kammer angeordnet sind; ein Sumpf, der unterhalb der unteren Endwand angeordnet ist, und über ein Rohr an ein Ablassloch in dem unteren Ende angeschlossen ist, wobei das Ablassloch eine Querschnittsfläche aufweist, die kleiner als etwa 20 cm² ist; ein Ventil, das in dem Rohr zwischen dem Ablassloch und dem Sumpf angeordnet ist; und eine lösbare Verbindung zwischen dem Ventil und dem Sumpf.
Verfahren zum Abfangen und Entfernen von TAETO von einem Strom abfließenden Gases von einer Reaktions/Ablagerungskammer für Tantalpentoxid, wobei vorgesehen sind: Fließen lassen des Abflussgases durch eine Kammer, die mehrere Trennwände aufweist, die so voneinander getrennt sind, dass ein kurvenreicher Weg dem Abflussgas auferlegt wird, und die Berührung zwischen der Abflussgas und den Trennwänden erhöht wird; Kühlen der Trennwände zur Erhöhung der Wärmeübertragung von dem Abflussgas auf die Trennwände in ausreichendem Maße, um TAETO aus dem Abflussgas auf die Trennwände zu kondensieren; und Sammeln von TAETO-Kondensat, das sich auf den Trennwänden gebildet hat, in einem Sumpf, der von dem Abflussgasstrom getrennt ist, der durch die Kammer fließt, durch fließen lassen des TAETO-Kondensats durch ein Ablassloch in einer Wand, die zwischen dem Abflussgasstrom und dem Sumpf angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 30, bei welchem das Ablassloch eine Querschnittsfläche von weniger als 20 cm² aufweist.