Brevet FR2252860A1 — publié le 19750627

L'invention est relative à un dispositif permettant de porter un liquide, tel que de l'eau, à l'état de vapeur. L'invention permet de résoudre un difficile problème qui va entre exposé si-après et qu'on rencontre dans la technologie de la fabrication des semiconducteurs. I1 est nécessaire, pour la fabrication de certains semiconducteurs, de créer à la surface d'une plaquette de silicium une couche d'oxyde de silicium [ SiO23 qui sert d'agent masquant vis-à-vis de certaines impuretés tphosphore, arsenic ] . La création de cette couche se fait par vote thermique et humide. Pour obtenir l'humidité nécessaire, il faut élaborer un courant de vapeur d'eau, par ébullition d'une masse d'eau liquide contenue dans un ballon. L'eau utilisée doit entre exempte de toute impureté : aussi s'agit-il d'eau déminéralisée ou bidistillée, ou ayant subi à la fois une opération de déminéralisation et de bidistillation. Dans la technique connue, on procède de la manière suivante l'eau est placée dans un ballon de quartz, généralement sphérique, muni extérieurement d'un dispositif de chauffage tel qu'une résistance. A la partie supérieure du ballon, un orifice relié à une tuyauterie permet à la vapeur d'eau formée de s'échapper et d'être conduite vers le lieu de son utilisation. On sait que l'eau très pure présente un phénomène d'ébullition extrémement violent : de grosses bulles de vapeur se forment dans le fond du tube et se dirigent vers la surface de l'eau avec une grande vitesse. I1 en résulte de grands inconvénients : - le débit de vapeur est irrégulier, meme si on prévoit une régulation de la tension d'alimentation de l'élément de chauffage ; l'irrégularité du débit de vapeur entraine une irrégularité dans la formation de l'oxyde de silicium, dans l'application envisagée ci-dessus, et un défaut de reproductibilité des opérations d'oxydation, - le siphon de sécurité prévu ordinairement à la partie supérieure du ballon pour pallier les surpressions pouvant se produire à l'intérieur du ballon, doit être relié au ballon au moyen d'un bouchon amovible de cette manière, si, dans le cas 'une surpression particulièrement forte, le siphon s'avérait insuffisant pour amortir cette surpression, c'est l'ensemble siphon-bouchon qui, par son éjection, éviterait ltexplosion du ballon.Malheureusement, la présence d'un bouchon, d'étanchéité imparfaite, peut amener dans le ballon des impuretés qui sont entrainées par la vapeur et viennent constituer des poisons pour le semiconducteur en fabrication. De plus, l'usinage du bouchon et du col du ballon est une opération couteuse, - enfin, ltirrégularité de l'ébullition entraine une forte consommation d'eau, nécessitant parfois, pour une opération d'oxydation d'une durée déterminée, un remplissage du ballon au cours de l'opération elle-meme, ce qui augmente encore l'irrégularité du débit de vapeur d'eau produite dans le ballon et le manque de reproductibilité des opérations d'oxydation. On a essayé de diminuer la violence de l'ébullition en disposant, dans le fond du ballon, à son intérieur, un amas de petits morceaux de quartz. Ceux-ci améliorent le fonctionnement du dispositif en diminuant la violence de l'ébul- lition, mais cette solution est très imparfaite. Un but de l'invention est de réaliser un dispositif pour la vaporisation d'un liquide pur, permettant une production de vapeur régulière, ne nécessitant aucune régulation des moyens de chauffage. L'invention a pour objet un dispositif de production de vapeur, par vaporisation d'un liquide, comprenant un récipient dans lequel est placé ledit liquide caractérisé par le fait que le récipient est muni à sa partie supérieure d'un moyen de chauffage par rayonnement infra-rouge. Dans un mode préféré de réalisation, le moyen de chauffage comprend une résistance électrique disposée à l'intérieur d'un manchon placé à l'intérieur du récipient au voisinage du sommet du récipient, ledit manchon traversant la paroi de manière étanche et étant fermé à son extrémité placée à l'intérieur du récipient, sa seconde extrémité débouchant à l'extérieur du récipient. En particulier, le manchon est rectiligne et disposé horizontalement dans le récipient, selon un diamètre de la section du récipient. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description donnée ci-après d'un mode préféré de réalisation de l'in- vention, en référence au dessin annexé dans lequel : - la figure 1 est une vue en élévation en coupe axiale du dispositif de l'inven- tion, -la figure Z est une vue de dessus du même dispositif. Le dispositif de l'invention comprend un récipient 1 de forme cylindrique. Cette forme est choisie préférentiellement en raison du fait qu'elle permet d'avoir une surface d'évaporation du liquide constante, ce qui est un facteur de régularité du débit de vapeur produite. Le liquide à évaporer est introduit dans le récipient jusqu'à un niveau 2 voisin des 2/3 de la hauteur du récipient. Le récipient, fermé à sa partie supérieure, comprend un tube coudé 3, servant à la fois de conduit de remplissage du liquide et de conduit de sortie de la vapeur formée. Un siphon de sécurité comprenant un tube coudé en U, 5, enfermé dans un manchon 6 muni d'un tube de sortie 7, permet de manière classique, d'assurer l'entrée de l'air dans le récipient au cours de l'évaporation et de protéger le récipient cantre d'éventuelles surpressions accidentelles. Le chauffage du liquide est obtenu au moyen d'un élément chauffant tel qu'une résistance électrique 9, reliée à une source de tension non représentée. La résistance est placée dans un manchon de quartz 10, s'étendant horizontalement à l'intérieur du rDripient 12 manchon est fermé à son extrémité 11 se trouvant à l'intérieur du récipient , l'autre extrémité 12 du manchon, qui s'étend un peu à l'extérieur du récipient, est ouverte pour permettre l'intro- duction ou le retrait de l'élément chauffant. Le manchon de quartz est soudé en 13 à la paroi du récipient, de manière étanche. Le chauffage de l'eau est obtenu mar le rayonnement infra-rouge émis Far la résistance. Dans un exemple de réalisation, le diamètre du récepteur est de 120 mm, et sa hauteur utile de 120 mm. Le manchon est placé à 30 mm du sommet du récipient. Le volume d'eau utilisable est sensiblement égal à un litre , la puissance utile de chauffage est voisine de 200 watts. On peut alors vaporiser 250 à 350 cm3 d'eau de manière régulière dans un laps de temps voisin de 4 heures. Le récipient de l'invention présente de nombreux avantages l - l'utilisation d'un chauffage infra-rouge permet une vaporisation calme, sans -coups violents, produisant un débit de vapeur régulier. Il en résulte une moindre consommation d'eau, permettant une plu5 longue utilisation sans nécessiter de remplissage. Il n'est pas nécessaire de prévoir une régulation de la tension d'alimen- tation de l'élément chauffant. En raison de la moindre consommation d'eau pour une opération donnée, on peut prévoir des récipients de plus faibles dimensions que dans l'art antérieur, et le récipient peut s'insérer plus facilement dans un ensemble de diffusion pour fabrication de semiconducteurs. Le prix de revient d'un récipient selon l'invention est sensiblement la moitié de celui d'un ballon classique. Comme il n'y a plus d'a-coups de pression à l'intérieur du récipient, le siphon de sécurité peut être soudé, ce qui permet ltéconomie de l'usinage d'un bouchon et du col du récipient et supprime les inconvénients inhérents à la présence d'un bouchon Mauvaise étanchéitÉ provoquant un risque ds pollution par l'introduction eventuelle de poussières ou de gaz nocifs'. En fonctionnement tout le récipient, à l'exception d'une mince partie au niveau du sommet du liquide, reste à la température ambiante. Tl en résulte que les gaz inclus dans le quartz, ou les impuretés du quartz qui pourraient s'échapper sous l'action de la chaleur, ne s'echappent pas et ne risquent pas de contaminer l'eau du récipient. La forme cylindrique choisie de préférence permet un maniement plus aisé de l'appareil que si sa forme en était sphérique. Il peut reposer sans nécessiter de supports et est plus facile à manipuler. En outre, la surface d'évaporation reste constante au cours du fonctionnement, ce qui favorise un débit régulier de la vapeur produite. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté. nn peut y apporter des modifications de détail et remplacer certains moyens techniques par des moyens équivalents. REVENDICATIONS 1/ tispositif de Droduction de vapeur, d'un liquide, par vaporisation comprenant un récipient (1) dans lequel est placé liquide (2) caractérisé par le fait que le récipient est muni à sa partie supérieure d'un moyen de chauffage (9) par rayonnement infra-rouge. 2/ Dispositif selon la revendications 1, caractérisé par le fait que le moyen de chauffage comprend une résistance électrique (9) disposée à l'intérieur d'un manchon (10) placé à l'intérieur du récipient au voisinage du sommet du réci pient ledit manchon traversant la paroi de manière étanche et étant fermé à son extrémité placée à l'interieur du récipient, sa seconde extrémité débouchant à l'exterieur du récipient. 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le manchon t10) est rectiligne et dispose horizontalement dans le récipient, selon un diamètre de la section du récipient. 4/ Dispositif selon la revendication.1, caractérisé par le fait que le récipient (1) est de forme cylindrique. 5/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le manchon est soudé à la paroi latérale du récipient. 6/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé Dar le fait qu'il comprend un siphon de sécurité comprenant un-tube (5) coude en U débouchant dans le récipient à sa partie supérieure et soudé à cette Dartie supérieure, ledit tube étant entoure d'un manchon t5) soudé audit tube, et muni d'un orifice (7) débouchant vers l'extérieur.