CN104651806B - 多托盘压载抽蒸气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及多托盘压载抽蒸气系统。具体而言，一种用于供应汽化前体的系统包括外壳，该外壳包括输出端。多个托盘以堆叠的间隔配置被设置在所述外壳内侧。所述多个托盘被配置成容纳液态前体。第一导管使载气供应源流体地连接至所述外壳并且包括多个开口。第一阀门被沿着所述第一导管设置并且被配置成选择性地控制从所述载气供应源通过所述第一导管输送所述载气到所述第一导管的多个开口。所述多个开口被配置成分别引导所述载气经过所述多个托盘中的液态前体。所述外壳的所述输出端提供所述载气与所述汽化前体的混合物。

Description

多托盘压载抽蒸气系统
技术领域
本发明涉及用于供应汽化前体到衬底处理工具的系统和方法。
背景技术
本文提供的背景技术描述的目的是总体上呈现本发明的上下文。在背景技术部分所描述的范围内的目前署名的发明人的工作，以及在提交时可能未以其它方式认定为现有技术的本说明书的各方面，既没有明示地也没有暗示地被承认构成本发明的现有技术。
衬底处理工具用于处理例如半导体晶片之类的衬底。处理通常涉及使处理室中的衬底暴露于汽化前体。仅作为实例来说，例如化学气相沉积(CVD)、等离子体增强CVD(PECVD)、原子层沉积(ALD)、等离子体增强ALD(PEALD)和无氟钨(FFW)之类的处理使衬底当在衬底上沉积材料层时暴露于一种或多种汽化前体。
用于产生汽化前体的一种方法涉及使液态前体汽化。难以汽化低蒸气压(室温下一般小于1托)和高粘度(>5cP)的液体前体。低蒸气压和高粘度的液态前体容易再次凝结，并且由于高粘度液体不容易雾化，所以使用直接液体喷射无法汽化。另外，在远低于沸点的温度下分解的液态前体不适合用于汽化后雾化。用低至中等蒸汽压汽化前体的系统和方法通常包括抽蒸气、起泡器或者流过安瓿内侧的液体的单个表面。其它选择使用喷雾器和汽化器。然而，对于低至中等的前体流率，汽化器并不理想。
标准起泡器能用前体使载气饱和。然而，载气流率通常受限于飞溅的顾虑。载气流入安瓿但不流入液体中的单个表面流过系统能增大安瓿中的总压力，使得汽化的前体可以从安瓿流到处理室中。然而，载气并没有用蒸汽饱和并且能够输送到处理室的汽化前体的量较低。
发明内容
一种用于供应汽化前体的系统包括外壳，该外壳包括输出端。多个托盘以堆叠的间隔的配置被设置在所述外壳内侧。所述多个托盘被配置成容纳液态前体。第一导管使载气供应源流体地连接至所述外壳并且包括多个开口。第一阀门被沿着所述第一导管设置并且被配置成选择性地控制从所述载气供应源通过所述第一导管输送所述载气到所述第一导管的多个开口。所述多个开口被配置成分别引导所述载气经过所述多个托盘中的液态前体。所述外壳的输出端提供所述载气与所述汽化前体的混合物。
一种用于供应汽化前体的方法包括：在所述外壳内侧以堆叠的间隔配置设置多个托盘；用液态前体至少部分地填充所述多个托盘；使用第一导管以流体地连接载气供应源到所述外壳；控制从所述载气供应源通过所述第一导管输送所述载气到所述第一导管中的多个开口；分别配置所述第一导管中的所述多个开口以引导所述载气经过所述多个托盘中的液态前体；并且在所述外壳的输出端提供所述载气与所述汽化前体的混合物。
根据以下提供的具体实施方式、权利要求书和附图，本发明的适用范围的其它方面将变得明显。具体实施方式和特定实例仅仅旨在说明的目的，而并不旨在限制本发明的范围。
附图说明
从详细描述和附图可以更为完全地理解本发明，其中：
图1A图示了根据本发明的多托盘压载抽蒸气系统的实例；
图1B图示了根据本发明的多托盘压载抽蒸气系统的一部分的实例；
图1C图示了根据本发明的多托盘压载抽蒸气系统的一部分的另一个实例；
图2A图示了根据本发明的多托盘压载抽蒸气系统的另一个实例；
图2B和图2C图示了根据本发明的多托盘压载抽蒸气系统的替代液体输送系统的实例；
图3图示了根据本发明的用于输送汽化前体到衬底处理系统的方法；
图4图示了根据本发明的包括向内凸起以引导载气到托盘上的喷嘴的圆环的实例；
图5A图示了根据本发明的包括设置在横杆上以引导托盘上的载气的喷嘴的圆环的另一个实例；
图5B是图5A的横杆之一上的喷嘴的放大仰视图；
图6图示了具有用于引导汽化前体和载气到处理室的开口的导管；并且
图7A和图7B图示了根据本发明的开口环的实例。
在附图中，附图标记可以重复用于标识相似和/或相同的元件。
具体实施方式
本发明涉及通过使用载气与液态前体之间增大的表面界面面积来增加流过压载或载气型系统中的前体蒸发的系统和方法。在一个实例中，通过存放液态前体的多个托盘提供增大的表面积。多个气流出口增加载气/前体的交互作用。所述系统和方法还提供从加热器到液体/蒸气界面的改善的传热。例如，加热器可以设置在处理室中的中央支撑构件中。
所述系统和方法包括用于再填充多个托盘的系统。仅作为实例，多个托盘中液体前体的液面可以通过使用一个或多个液面传感器均衡多个托盘中的每一个中的液体填充速率来进行管理。例如，所述系统和方法可以用作高表面积抽蒸气系统，用于在使用或不使用载气的情况下增加中等蒸气压前体的蒸气流率。
现在参见图1A和图1B，汽化前体输送系统100供应汽化前体到处理室104，该处理器用于处理例如半导体晶片之类的衬底。在一些实例中，例如阀门、限流孔或质量流控制器之类的流量控制装置106可以用于控制供应至处理室104的汽化前体。
汽化前体输送系统100包括外壳108和设置在外壳108中的托盘组件110。托盘组件110包括多个托盘112-1、112-2...和112-N(统称为托盘112)。每个托盘112可以包括开口114-1、114-2...和114-N(统称为开口114)以便提供用于连接至支撑构件120的安装位置。可替代地，支撑构件可以被省略并且可以使用替代的支撑机构。例如，托盘可以由外壳侧边(例如，使用狭槽或凸起)支撑，或者可以使用托盘边缘之间的间隔物。托盘112的侧边是开放的以允许载气在其间自由流动。例如，托盘112可以具有圆形、方形、矩形、统一的、不统一的或其他形状的截面。托盘112可以设置成堆叠的均匀间隔的布置以允许载气自由地流过液态前体。每个托盘112限定用于接收并存放液态前体的体积。在一些实例中，支撑构件120和托盘112可以是由导热材料制成的，导热材料如，不锈钢、铝或能进行传热的其它材料。
液态前体存储槽130经由阀门134和一个或多个导管140供应液态前体到托盘112。重力、泵或例如氦气之类的惰性推动气体可以用于增加管线气压。导管140可以穿过每个托盘112中的开口。导管140中的开口142-1、142-2...和142-N被设置成供应液态前体到每个托盘112-1、112-2...和112-N。
在其他实例中，导管140被沿着托盘112的一侧设置并且包括从导管140横向延伸的延伸体250-1、250-2...和250-N(统称为延伸体250)，如图1B所示。图1B中的延伸体250向内地(或者向内地并向下地)延伸以输送液体前体到托盘112。
液态前体存储槽130可以使用阀门152和导管154通过大容量存储槽150周期性地填充。载气160可以通过在164标识的一个或多个阀门和/或质量流控制器(MFC)以及导管166供应。导管166包括被设置成引导载气穿过每个托盘112的一个或多个限流孔或者成组的限流孔。成组的限流孔中的每一组可以包括在多个方向提供载气流的多个开口。导管166中的开口170-1、170-2...和170-N输送载气流经过托盘112。
在一些实例中，加热器180可以用于间接地加热支撑构件120，该支撑构件传递热量到托盘112和托盘112中的液态前体。可替代地，加热器可以设置在支撑构件内侧。在一些实例中，一个或多个振动装置184可以用于给支撑构件120(如图所示)传递振动或者单独给托盘112传递振动。
控制器200可以用于控制汽化前体输送系统100中的一个或多个阀门。例如，控制器200可以控制流量控制装置106以调节输送到处理室104的汽化前体的量。控制器200可以连接至一个或多个液面传感器204以感测一个或多个托盘112中液态前体的液面。基于感测的一个或多个托盘112中液态前体的液面，控制器200可以用于控制阀门134以供应额外的液体前体。控制器200可以用于控制阀门164以调节穿过托盘112的载气流量。控制器200可以连接至一个或多个液面传感器208以感测液态前体存储槽130中液态前体的液面。基于感测的液态前体存储槽130的液面，控制器200可以用于控制阀门134以供应额外的液态前体来再填充液态前体存储槽130。
现在参见图1B和图1C，图示了控制方法的各种实例。在图1B中，以250标识的基于压力的质量流控制器(MFC)或可变节流孔可以被设置成固定值并且用于提供浮动的压力。压力传感器252给控制器200提供反馈，该控制器控制MFC 254。在图1C中，图示了一种固定压力方法并且该固定压力方法包括基于压力的MFC 260和可变限流孔264。压力传感器266给控制器200提供压力反馈，该控制器200控制可变限流孔264和MFC254。可替代地，压力传感器可以给位于压力感测位置下游的背压控制器提供反馈。背压控制器实质上是被控制成直到满足下游所需压力的一定开口的孔口。当安瓿中需要恒定的总压力时使用这种控制方法。
现在参见图2A，多托盘压载系统300包括外壳108和设置在外壳108中的多托盘组件310。多托盘组件310包括多个托盘312-1、312-2...和312-N(统称为托盘312)。托盘312-1、312-2...和312-N包括设置在其一端或两端的液体开口320-1、320-2...和320-N。液体开口320-1、320-2...和320-N-1(统称为液体开口320)(或N，如果最底部的托盘312包括液体开口)设置在托盘312的朝上表面324上方的托盘312的一部分上以允许预定体积或表面积的液态前体在流过液体开口320之前收集在对应的托盘312中。
现在参见图2B和图2C，液态前体可以按照几种其他方式进行输送。例如，在图2B中，从侧面输送液态前体。当存在足量的液态前体时，液态前体流过托盘312-1中的一个或多个液体开口320。一些液态前体会直接排放到下一个低处的托盘，例如托盘312-2，并且一些液态前体由于液体表面张力和引力的作用而会沿着托盘312-1的底面流动。应当可以理解的是，液态前体的额外的暴露表面积由沿着托盘312的底面流动的液态前体提供(与图1B和图1C中的系统相比)。在图2C中，液态前体被输送到顶部托盘312-1并且开口320用于供应液态前体给低处的托盘312。
现在参见图4，圆环500可以设置在每个托盘上方。圆环500包括凸起502-1、502-2...和502-Z(统称为凸起502)，其中Z是大于1的整数。凸起502被图示为总体上径向向内凸起。凸起502的端部包括开口或喷嘴504-1、504-2…504-Z(统称为开口或喷嘴504)以引导载气到托盘表面上。喷嘴504可以被设计成用于扼流和出口处的高流速。凸起502可以具有任何合适的构造。凸起502可以是直的、曲面的、弯曲的(如图4所示)或任何其他合适的构造。凸起502可以具有弯曲构造以增加湍流。凸起502可以沿圆周方向弯曲以形成如图所示的螺旋流动模式并且/或者向下朝着托盘的表面。
现在参见图5A和图5B，示出了另一个圆环530。在图5A中，圆环530包括横杆534-1、534-2...和534-F(统称为横杆534)，其中F是整数，这些横杆彼此间隔开并且从圆环530的一侧延伸到圆环530的另一侧。横杆534可以以如图所示的平行模式或其他模式设置。在图5B中，开口540-1、540-2...和540-A(统称为开口540)被图示为设置在横杆534之一的一侧以在托盘表面引流，其中A是整数。喷嘴可以设置在开口540中。喷嘴可以被设计成用于扼流和出口处的高流速。
应当可以理解的是，在一些实例中，凸起540可以被设置在横杆534的相反表面上以在相反方向上引导载气。这种设置可以用于增加湍流。当液态前体沿着托盘的底面流动时，这种构造也特别有用。
现在参见图6，具有开口550-1、550-2...和550-N的导管550可以用于引导汽化前体和载气到处理室。
现在参见图7A和图7B，可以使用开口环600。开口环600可以包括第一环部分608和第二环部分620。第一环部分608连接至载气源并且包括具有开口或喷嘴616-1、616-2...和616-S(统称为开口或喷嘴616)的凸起612-1、612-2...和612-S(统称为凸起612)以引导载气到托盘中容纳的液体上。在其他实例，喷嘴616可以直接设置在第一圆环部分608上，而代替使用凸起612。
在图7A中，第二圆环部分620包括在第二圆环部分620的径向内表面上的开口622-1、622-2...和622-T(其中T是大于1的整数)(统称为开口622)，用于回收汽化前体和载气。开口622可以均匀地间隔开并且可以连接至歧管。第二圆环部分620上的开口622的大小和数量被选定为提供高传导性路径，使得蒸气可以在不产生压降的情况下流过。
在图7B中，第二圆环部分620包括从圆环延伸的用于回收汽化前体和载气的凸起634-1、634-2...和634-R(统称为634)(其中R是大于1的整数)。第二圆环部分620的凸起634的端部上的开口636可以是高传导性开口，使得蒸气可以在不产生压降的情况下流过。
引导液体表面的气流的导管可以包括管道或凸起中的开口，其增加托盘中的液体表面处的湍流。湍流提高传热与传质系数并且提高每个托盘的蒸发率。给定再填充托盘以保持托盘中的液面恒定的能力，这种类型的引导凸起变得可行(否则液面下降会使凸起相对于表面动态而变化)。类似地，振动装置可以用于增强湍流。
上述描述在本质上仅仅是说明性的并且决不旨在限制本发明及其应用或用途。本发明的宽泛教导能够以多种形式实施。因此，虽然本发明包括特定实施例，但是本发明的真正范围不应当受限于此，因为在研究附图、说明书和以下权利要求书之后，其他修改将会是显而易见的。本文使用的短语“A、B和C中的至少一个”应当理解成意味着使用非排他性的逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。应当理解的是，一种方法内的一个或多个步骤在不改变本发明的原理的情况下可以按照不同的顺序(或者同时)执行。
在包括以下定义的本申请中，术语“控制器”可以被替换为术语“电路”。术语“控制器”可以指的是以下器件、以下器件的部分或者包括以下器件：专用集成电路(ASIC)；数字、模拟或模拟/数字混合的离散电路；数字、模拟或模拟/数字混合的集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器(共享处理器、专用处理器或处理器组)；存储由处理器执行的代码的存储器(共享存储器、专用存储器或存储器组)；提供所述功能的其他合适的硬件组件；或者一些或全部上述各项的组合，例如，片上系统。
上述使用的术语“代码”可以包括软件、固件和/或微码，并且可以指的是程序、子程序、函数、类和/或对象。术语“共享处理器”包括执行来自多个控制器的一些或所有代码的单个处理器。术语“处理器组”包括与额外的处理器结合执行来自一个或多个控制器的一些或所有代码的处理器。术语“共享存储器”包括存储来自多个控制器的一些或所有代码的单个存储器。术语“存储器组”包括与额外的存储器结合存储来自一个或多个控制器的一些或所有代码的存储器。术语“存储器”可以是术语“计算机可读介质”的子集。术语“计算机可读介质”不包括通过介质传播的瞬变电气信号和电磁信号，并且因此可以被认为是有形的且非瞬变的。非瞬变有形的计算机可读介质的非限制性实例包括非易失性存储器、易失性存储器、磁存储器和光存储器。
本申请中描述的设备和方法可以由一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序部分或全部实施。计算机程序包括存储在至少一个非瞬变有形的计算机可读介质上的处理器可读指令。计算机程序也可以包括并且/或者依赖于存储的数据。

Claims (22)

1.一种用于供应汽化前体的系统，包括：
外壳，其包括输出端；
多个托盘，其以堆叠的间隔的配置设置在所述外壳内侧，其中所述多个托盘被配置成容纳液态前体；
第一导管，其使载气供应源流体地连接至所述外壳并且包括多个开口，其中所述多个开口中的每一个布置成供应所述载气的一部分至在所述多个托盘中的相应一个托盘中的所述液态前体处或经过所述液态前体；以及
第一阀门，其沿着所述第一导管设置并且被配置成选择性地控制从所述载气供应源通过所述第一导管输送所述载气到所述第一导管的所述多个开口，
其中所述外壳的所述输出端提供所述载气与所述汽化前体的混合物。
2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：
第二导管，其包括至少一个开口并且流体地连接液态前体源和所述多个托盘中的至少一个；以及
第二阀门，其沿着所述第二导管设置并且被配置成选择性地控制从所述液态前体源通过所述第二导管的开口输送所述液态前体到所述多个托盘中的所述至少一个。
3.根据权利要求2所述的系统，进一步包括：
液面传感器，其用于感测所述多个托盘中的至少一个中的所述液态前体的液面；以及
控制器，其用于基于所述液面选择性地控制所述第二阀门。
4.根据权利要求1所述的系统，进一步包括被配置成供应所述液态前体的液态前体存储槽。
5.根据权利要求1所述的系统，进一步包括设置在所述外壳中的支撑构件，其中所述多个托盘连接至所述支撑构件。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述支撑构件和所述多个托盘是由导热材料制成的。
7.根据权利要求1所述的系统，进一步包括液面传感器，所述液面传感器用于感测所述多个托盘中的至少一个中的所述液态前体的液面。
8.根据权利要求5所述的系统，其中所述多个托盘限定开口并且其中所述支撑构件穿过所述多个托盘的所述开口。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个托盘中的每一个与所述多个托盘中的至少一个相邻托盘间隔预定距离。
10.根据权利要求5所述的系统，其中：
所述多个托盘包括N个托盘，每个托盘限定开口，其中N是大于1的整数；
所述支撑构件穿过所述N个托盘的所述开口；
所述N个托盘中的至少N-1个托盘包括位于所述N个托盘中的所述至少N-1个托盘的端部的至少一个开口；并且
所述液态前体在所述至少N-1个托盘中的一个中的所述液态前体的液面高于预定液面时穿过所述N-1个托盘中的所述至少一个开口到达所述N个托盘中的相邻的一个低处的托盘。
11.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：
多个圆环，所述多个圆环中的每一个设置在所述多个托盘中的对应的一个托盘上；并且
其中所述多个圆环中的每一个包括多个横杆，所述多个横杆包括设置在其至少一侧上的喷嘴。
12.根据权利要求1所述的系统，还包括：
多个开口环，所述多个开口环中的每一个设置在所述多个托盘中的对应的一个托盘上；并且
其中所述多个开口环中的每一个包括第一圆环部和第二圆环部，所述第一圆环部包括凸起以及用于引导所述载气到所述多个托盘中的液态前体上的喷嘴，并且所述第二圆环部包括用于收集所述汽化前体的开口。
13.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：
第二导管，所述第二导管包括分别被设置成与所述多个托盘相邻的多个开口以收集所述汽化前体，
其中所述外壳的输出端连接至所述第二导管。
14.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个托盘设置在所述外壳中的开放区域中，使得所述载气在所述多个托盘周围自由流动。
15.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述多个托盘包括第一托盘和第二托盘；
所述第一托盘设置在所述第二托盘的上方；以及
所述第一托盘包括孔，所述液态前体的一部分通过该孔排放到所述第二托盘。
16.根据权利要求1所述的系统，还包括第二导管，其中：
所述第二导管包括延伸体；并且
所述延伸体中的每个向内延伸并且引导所述多个托盘中的相应一个托盘中的所述液态前体的一部分。
17.根据权利要求1所述的系统，其还包括：
等离子体室；和
流动控制装置，其控制所述载气和所述汽化前体的混合物从所述外壳的所述输出端到所述等离子体室的流动。
18.一种用于供应汽化前体的系统，包括：
外壳，其包括输出端；
多个托盘，其以堆叠的间隔的配置设置在所述外壳内侧，其中所述多个托盘被配置成容纳液态前体；
第一导管，其使载气供应源流体地连接至所述外壳并且包括多个开口；
第一阀门，其沿着所述第一导管设置并且被配置成选择性地控制从所述载气供应源通过所述第一导管输送所述载气到所述第一导管的所述多个开口，
其中所述多个开口被配置成分别引导所述载气经过所述多个托盘中的所述液态前体，并且
其中所述外壳的所述输出端提供所述载气与所述汽化前体的混合物；
设置在所述外壳中的支撑构件，其中所述多个托盘连接至所述支撑构件；以及
至少一个加热器，其连接至所述支撑构件或者设置在所述支撑构件内侧，其中所述加热器专用于加热所述支撑构件，并且其中热能从所述支撑构件传递至所述多个托盘和所述液态前体。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述加热器是电加热器。
20.根据权利要求18所述的系统，其中所述多个开口中的每一个布置成供应所述载气的一部分至所述多个托盘中的相应一个托盘中的所述液态前体处或经过所述液态前体。
21.一种用于供应汽化前体的系统，包括：
外壳，其包括输出端；
多个托盘，其以堆叠的间隔的配置设置在所述外壳内侧，其中所述多个托盘被配置成容纳液态前体；
第一导管，其使载气供应源流体地连接至所述外壳并且包括多个开口；
第一阀门，其沿着所述第一导管设置并且被配置成选择性地控制从所述载气供应源通过所述第一导管输送所述载气到所述第一导管的所述多个开口，
其中所述多个开口被配置成分别引导所述载气经过所述多个托盘中的所述液态前体，并且
其中所述外壳的所述输出端提供所述载气与所述汽化前体的混合物；
设置在所述外壳中的支撑构件，其中所述多个托盘连接至所述支撑构件；以及
振动装置，所述振动装置被配置成使所述支撑构件和所述多个托盘中的至少一个振动。
22.一种用于供应汽化前体的系统，包括：
外壳，其包括输出端；
多个托盘，其以堆叠的间隔的配置设置在所述外壳内侧，其中所述多个托盘被配置成容纳液态前体；
第一导管，其使载气供应源流体地连接至所述外壳并且包括多个开口；
第一阀门，其沿着所述第一导管设置并且被配置成选择性地控制从所述载气供应源通过所述第一导管输送所述载气到所述第一导管的所述多个开口，
其中所述多个开口被配置成分别引导所述载气经过所述多个托盘中的所述液态前体，并且
其中所述外壳的所述输出端提供所述载气与所述汽化前体的混合物；以及
多个圆环，所述多个圆环中的每一个设置在所述多个托盘中的对应的一个托盘的上方，
其中所述多个圆环中的每一个包括(i)凸起和一个或多个喷嘴，或
(ii)多个横杆，所述多个横杆包括设置在其至少一侧上的喷嘴。
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