CN104335326B - 紧密式安瓿热管理系统 - Google Patents
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Abstract
在此提供用于热管理在基板处理中使用的前驱物的设备。在一些实施方式中，一种用于热管理在基板处理中使用的前驱物的设备可包括：主体，所述主体具有开口，所述开口依一定尺寸设计以接纳储存容器，所述储存容器内设置有液体或固体前驱物，所述主体由导热材料制造；一或多个热电装置，所述一或多个热电装置邻近所述开口而耦接至所述主体；以及散热体，所述散热体耦接至所述一或多个热电装置。
Description
技术领域
本发明的实施方式大体涉及半导体基板处理。
背景技术
固体与液体前驱物用于在许多半导体制造工艺中提供气体，举例而言，所述工艺比如沉积材料于基板上。然而，发明人已经观察到通常用于控制固体或液体前驱物的温度的传统方法有许多问题，这些传统方法例如为水浴、水套(water jacket)、加热套(heaterjacket)或点火棒(fire rod)。例如，传统的方法需要较大的空间与支持设备方能实施。此外，一些前驱物非常不稳定或与水反应，因而在关于传统使用的设备方面会引起安全顾虑。
因此，发明人已提供用于处理固体或液体前驱物的改良的热管理系统。
发明内容
在此提供用于热管理在基板处理中使用的前驱物的方法与设备。在一些实施方式中，一种用于热管理在基板处理中使用的前驱物的设备可包括：主体，所述主体具有开口，所述开口依一定尺寸设计以接纳储存容器，所述储存容器内设置有液体或固体前驱物，所述主体由导热材料制造；一或多个热电装置，所述一或多个热电装置邻近所述开口而耦接至所述主体；以及散热体，所述散热体耦接至所述一或多个热电装置。
在一些实施方式中，一种用于热管理在基板处理中使用的前驱物的设备可包括：主体，所述主体由导热材料制造，所述主体包含两个能分离的部分(part)以及开口，所述开口依一定尺寸设计以接纳储存容器，所述开口至少部分地形成于所述两个能分离的部分中的每一部分中，其中所述储存容器被配置成容纳液体或固体前驱物；一或多个热电装置，所述一或多个热电装置邻近所述开口而耦接至所述主体；散热体，所述散热体耦接至所述一或多个热电装置；以及导热板，所述导热板在所述主体的第一侧与所述主体的第二侧上耦接至所述主体的所述两个能分离的部分中的每一部分，所述第二侧与所述第一侧相对。
下文描述本发明的其他与进一步的实施方式。
附图说明
能通过参考附图中绘示的本发明的说明性实施方式来理解上文简要概述的且下文更加详细论述的本发明的实施方式。然而应注意附图仅示出本发明的典型实施方式，因而不应将这些附图视为对本发明的范围的限制，因为本发明可容许其他等同有效的实施方式。
图1是根据本发明的一些实施方式的用于热管理基板处理前驱物的设备的示意顶视图。
图2是根据本发明的一些实施方式的用于热管理基板处理前驱物的设备的透视图。
图3是根据本发明的一些实施方式的用于热管理基板处理前驱物的设备的示意顶视图。
为了帮助理解，已尽可能使用相同的标记数字来表示各图共用的相同元件。这些附图并未按照比例绘制，且可为了清楚而被简化。应考虑到一个实施方式的元件与特征可有利地并入其他实施方式，而无需进一步详述。
具体实施方式
在此提供用于热管理基板处理前驱物的设备的实施方式。在至少一些实施方式中，本发明的设备有利地有助于控制用于储存固体或液体前驱物的单个安瓿的温度(例如加热和/或冷却)。此外，在至少一些实施方式中，本发明的设备有助于控制安瓿的温度而无需使用流体，从而减少关于水暴露至某些前驱物的顾虑(例如污染或不稳定)。再者，在至少一些实施方式中，本发明的设备有利地限制可用于加热前驱物的总功率，以降低或防止过度加热前驱物材料的可能性。此外，在至少一些实施方式中，相较于传统使用的设备，本发明的设备进一步有利地使用较少的空间。
图1是根据本发明的一些实施方式的用于热管理基板处理前驱物的设备100的示意顶视图。在一些实施方式中，设备100可大体上包括主体102，所述主体具有开口104，开口104依一定尺寸设计以接纳储存容器122，储存容器122用于容纳和配送液体或固体形式的前驱物，举例而言，储存容器122比如为安瓿。本发明的设备不受连同设备使用的前驱物的本质所限制。例如，一些应用可使用水，一些Ⅲ/Ⅴ族材料应用可使用三甲基镓(TMGa)、三甲基铟(TMIn)、三甲基铝(TMAl)、叔丁基砷化氢(TBA)、叔丁基磷化氢(TBP)等。其他化学物质可用于Ⅳ族材料和原子层沉积(ALD)应用。
主体102可由适合且有助于控制前驱物温度的任何材料制造。在一些实施方式中，主体102可至少部分由具有高热导率的材料制造。例如，在一些实施方式中，主体102可由诸如铝、铜、黄铜或类似的金属制造。
开口104可具有适合允许所述开口接纳储存容器122(例如安瓿)和/或提供通向储存容器122的通道(access)的任何尺寸。例如，在一些实施方式中，开口104可依一定尺寸设计以使得储存容器122紧贴地配适于开口104内。或者，在一些实施方式中，开口104可依一定尺寸设计以使得储存容器122宽松地配适于开口104内，且在开口104内在储存容器122与主体102的表面之间有空隙。在这样的实施方式中，可于储存容器122与主体102之间在主体102顶部附近设置密封件118，以密封开口104内的空间(volume)。替代地或相互结合地，在一些实施方式中，开口104可填有导热化合物(比如导热膏)以维持储存容器122与主体之间的稳固热接触。
在一些实施方式中，主体102可被配置成将储存容器122夹在开口104内，以提供与储存容器122的稳固热接触。通过提供稳固热接触，可通过储存容器122与主体之间的热传递而控制储存容器122的温度，从而容许在不使用流体(例如热控流体)的情况下控制温度。无需流体而控制储存容器122的温度消除例如前驱物污染或不稳定的潜在顾虑，否则，这些潜在顾虑可能会由流体与前驱物之间的偶然接触而造成。此外，无需使用流体而控制温度消除了对主体102与储存容器122之间的空间或导管的需求，因而相较于传统使用的设备使用较少的总体空间。
例如，如虚线110所绘，在一些实施方式中，主体102可分成两个能分离的部分(图示第一部分124与第二部分126)，使得开口104至少部分地形成在每个部分124、126中，以致主体102的两个部分可拴在一起或以其他方式固定在一起，以将储存容器122夹在开口104内。在此类实施方式中，间隙可存在于主体102的两个部分124、126之间，所述间隙可阻碍邻近间隙的区域中储存容器122与主体102之间的热传递。就此而言，在一些实施方式中，可提供导热板112以促进主体102的两个部分之间的热传递。在这样的实施方式中，导热板112可于主体102的第一侧128或第二侧131的至少一侧上耦接至主体102的每个部分124、126，第二侧131与第一侧128相对。
在一些实施方式中，绝热材料114可设置在导热板112的外表面上，且选择性地设置在主体102的一或多个外表面上，绝热材料114比如为硅树脂泡沫(silicone foam)或(例如聚四氟乙烯或PTFE)。绝热材料114可增加对进入与离开主体102的热传导路径(当储存容器122设置于开口104中时，所述热传导路径最终到达储存容器122)的额外水平的控制。此外，绝热材料114可有助于提供较冷的表面，以当散热体108处于高温时处理(handle)设备100。
一或多个热电装置106(比如珀尔帖(Peltier)装置)可邻近开口104而耦接至主体102。一或多个热电装置106进行操作以通过主体102提供热至储存容器122，或通过主体102从储存容器122移除热。一或多个热电装置106可用适合促进通过主体102来提供期望量的热至储存容器122或从储存容器122提供期望量的热的任何配置设置为邻近开口104。例如，在一些实施方式中，至少一个热电装置106邻近开口104而设置在主体102的相对侧上。在一些实施方式中，提供给一或多个热电装置106的总功率可通过例如控制器、软件、机械开关或类似物控制。通过控制总功率，可用于加热前驱物的总功率可受到限制，从而减少或防止过度加热前驱物材料的可能性。在一些实施方式中，一或多个热电装置106包含至少两个热电装置106。
在一些实施方式中，一或多个热电装置106可于操作期间提供遍及主体102的热梯度，从而从主体102的较冷侧传递热至主体102的较热侧。在这样的实施方式中，可通过改变一或多个热电装置106的配置而控制热梯度。例如，在一些实施方式中，可通过将至少两个热电装置106堆叠在一起(以虚线130示出)而使得他们各自的热梯度是相加的来增加热梯度。例如，在一些实施方式中，热电装置106可具有约50摄氏度至约60摄氏度的梯度。在一些实施方式中，一或多个热电装置106可具有冷侧上约-10摄氏度至热侧上约50摄氏度的操作范围。
在一些实施方式中，散热体108耦接至每个热电装置106，以当一或多个热电装置106以冷却模式操作(即冷却储存容器122)时，进一步促进从主体102移除热。在一些实施方式中，散热体108可跨越主体102的整个宽度。在一些实施方式中，可在散热体108与主体102之间于多个部分设置绝热材料132(例如硅树脂泡沫、(例如聚四氟乙烯或PTFE)或类似材料)，绝热材料132围绕一或多个热电装置106，使得仅一或多个热电装置106与散热体108稳固地热接触。这样的配置有利地促进从主体102的主要仅通过一或多个热电装置106的热传递，且实质上防止从散热体108回到主体102中的热传递。
在一些实施方式中，一或多个选择性的风扇(图示两个风扇116)可邻近散热体108设置。当选择性的风扇存在时，这些风扇可增加到达散热体108的空气流，从而有助于将热从主体移除。在一些实施方式中，风扇116可耦接至每一散热体108的背面120，如图1中所示。
图2是根据本发明的一些实施方式的用于热管理基板处理前驱物的示例性设备200的透视图。为了解释上的清楚，已将一个散热体108从前表面移除，以能观看设备200的其他部件。
如图2所示，设备200包括主体102，主体102分成围绕开口104的两半部。开口104保持圆柱状储存容器122(例如安瓿)，以容纳及配送液体或固体前驱物。主体102的两个半部可用任何适合的方式固定在一起，所述方式比如为通过夹住、拴住或类似方式。例如，如图2所绘，主体102的两个半部被拴在一起。导热板112例如通过螺栓连接而于主体102的相对侧上固定至主体102的每一半部。
在一些实施方式中，四个热电装置106设置于主体102的每一侧上。在这样的实施方式中，热电装置106可通过截断部分(cut-out)210而部分地安装至主体102中。将热电装置106部分地安装至主体中可有助于保持热电装置106及将热电装置106定位得更靠近开口104，而因此更靠近保持在开口104中的储存容器122。在一些实施方式中，凹部208可形成于主体中，并且被配置成用于拉设(route)供热电装置106操作使用的电缆。
在一些实施方式中，可提供一或多个热电偶(图示一个热电偶204)以测量储存容器122的温度或储存容器122的内容物(例如容纳在储存容器122中的液体或固体前驱物)的温度。例如，如图2所示，热电偶204可耦接至主体102以测量储存容器122的温度。可例如通过储存容器122中的开口(通常是指配管206，于下文中论述)提供其他热电偶，以帮助测量储存容器122的温度或储存容器122的内容物的温度。
在一些实施方式中，可例如通过将主体102的半部拴在一起而将储存容器122牢固地保持在开口104中，以有助于储存容器122的实质上整个侧周边与主体102之间的稳固热接触，例如如上文所述。
在一些实施方式中，储存容器122包括配管206，配管206例如用于将载气导入储存容器122及将载气/前驱物混合物从储存容器122引出，所述配管206例如为导管，图中显示导管有附接的阀。配管206可因此耦接至气源和一或多个气体传送区块，比如用于处理基板的工艺腔室的一或多个区块以及用于将载气/前驱物混合物转移至排放系统的腔室前级管线(foreline)。其他配管可包括：导管和/或通口(port)以适当地重新填充储存容器122，而不需要从设备200移出或置换储存容器122；用于提供通向储存容器的内部的通道的通口，以便为下述装置提供通道：用于如以上所论述的那样测量安瓿的内容物的温度的热电偶、液位传感器或类似装置。
虽然以某些配置描述以上实施方式，但应考虑到其他变化也在本发明的范围内。例如，在一些实施方式中，可在主体的多个开口中提供多个储存容器。此外，开口可被成形而与储存容器的形状对应，所述形状不必然需要为圆柱状。此外，虽然图示主体102为箱式结构，但主体102可具有适合如以上所述的那样帮助控制安瓿的温度的任何形状。例如，参考图3，在一些实施方式中，主体102可具有实质上六边形的形状。在这样的实施方式中，热电装置106、散热体108和选择性的风扇116可被设置在主体102的每一半部的相对侧302、306、304、308上。
因此，已在此提供用于热管理基板处理前驱物的设备的实施方式。在至少一些实施方式中，本发明的设备有利地帮助控制用于储存液体或固体前驱物的单个安瓿的温度(例如加热和/或冷却)，而无需使用流体，从而减少关于水暴露至某些前驱物的顾虑(例如污染或不稳定)。
虽然前述内容针对本发明的实施方式，但在不背离本发明的基本范围的情况下可设计本发明的其他及进一步的实施方式。
Claims (14)
1.一种用于热管理在基板处理中使用的前驱物的设备，包括：
主体，所述主体具有开口，所述开口依一定尺寸设计以接纳储存容器，所述储存容器内设置有液体或固体前驱物，所述主体由导热材料制造，其中所述主体包含两个能分离的部分，并且其中所述开口至少部分地形成在所述两个能分离的部分的每一部分中；
一或多个热电装置，所述一或多个热电装置邻近所述开口而耦接至所述主体；以及
一或多个散热体，所述一或多个散热体耦接至所述一或多个热电装置。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述主体由铝、铜或黄铜制成。
3.如权利要求1所述的设备，进一步包含：
绝热材料，所述绝热材料设置在所述主体的一或多个外表面上。
4.如权利要求1所述的设备，进一步包含：
导热板，所述导热板在所述主体的第一侧或所述主体的第二侧的至少一侧上耦接至所述主体的每一部分，所述第一侧与所述第二侧相对。
5.如权利要求4所述的设备，进一步包含：
绝热材料，所述绝热材料设置在所述导热板的外表面上。
6.如权利要求1至3的任一项所述的设备，其中所述一或多个热电装置包含至少两个热电装置，其中至少一个热电装置邻近所述开口而设置在所述主体的相对侧上。
7.如权利要求6所述的设备，其中所述至少两个热电装置包含四个热电装置，所述四个热电装置邻近所述开口而设置在所述主体的相对侧上。
8.如权利要求1至3的任一项所述的设备，其中所述一或多个热电装置包含至少两个彼此堆叠在一起的热电装置，以提供遍及所述主体的热梯度。
9.如权利要求1至3的任一项所述的设备，其中所述储存容器包含一或多个通口，所述一或多个通口被配置成耦接至导管，以将所述液体或固体前驱物提供至所述储存容器。
10.如权利要求1至3的任一项所述的设备，进一步包含：
绝热材料，所述绝热材料设置在所述一或多个散热体与所述主体之间，使得每一散热体实质上仅热耦接至所述一或多个热电装置。
11.如权利要求1至3的任一项所述的设备，其中所述一或多个热电装置至少部分地安装至所述主体中。
12.如权利要求1至3的任一项所述的设备，其中所述主体进一步包含一或多个凹部，所述一或多个凹部形成于所述主体中且被配置以拉设供所述一或多个热电装置操作用的电缆。
13.如权利要求1至3的任一项所述的设备，进一步包含：
热电偶，所述热电偶耦接至所述主体，以测量所述储存容器的温度。
14.如权利要求1至3的任一项所述的设备，进一步包含：
一或多个风扇，所述一或多个风扇邻近所述一或多个散热体的背面设置，以提供空气流至所述一或多个散热体。
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