CN105003825A - 自动再填充安瓿及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种自动再填充安瓿及其使用方法。本文描述用于向处理腔室供应气体的设备和方法。所述设备包括与安瓿形成流体连通的入口管线、出口管线和填充管线。所描述的设备和使用方法容许在处理期间再填充前体安瓿，而无需拆下或更换安瓿及中断工艺。

Description

自动再填充安瓿及其使用方法

技术领域

本公开案涉及用于处理腔室的气体输送系统。更具体地，本公开案的实施例是针对具有可热交换的安瓿的气体输送系统。

背景技术

众多半导体处理技术使用已存储/装运在安瓿中的前体或反应剂。所述的前体或反应剂可能为气体，但常见为固体或液体。由于众多沉积工艺或蚀刻工艺等是与基板表面的气相相互作用，因此必须蒸发或升华所述的前体或反应剂。

例如，典型的固态前体将通过使用载气或净化气体而升华。载气被送入含有固态前体的安瓿中。固态前体升华及与载气一同进入处理腔室。一旦安瓿中的前体水平已降至某一水平下，则必须更换安瓿以提供前体的新鲜供应。

用于与处理腔室一起使用的安瓿包含通常为固体或液体的前体材料。前体升华或蒸发，及充填安瓿的顶部空间。顶部空间中的前体浓度取决于安瓿内的前体的蒸汽压力和温度，及其它参数。流经安瓿的气体或液体将承载前体分子从顶部空间离开安瓿，从而导致安瓿内的前体量减少。蒸发冷却使得内容物温度降低，从而导致前体的蒸汽压力降低。当从安瓿中除去前体时，由于顶部空间中的前体较少，因此从安瓿流出的前体浓度降低。

因此，所述技术中需要用以在前体安瓿的顶部空间中维持前体量的设备和方法。

发明内容

本公开案的一或更多个实施例针对气体输送系统，所述系统包括安瓿、入口管线、充填管线和出口管线。入口管线与安瓿形成流体连通，且具有安瓿入口阀门以控制进入安瓿内的载气气流。充填管线与安瓿形成流体连通，且具有充填入口阀门以控制进入安瓿内的前体流。出口管线与安瓿形成流体连通，且具有安瓿出口阀门以控制离开安瓿的气流。

本公开案的额外实施例针对气体输送系统，所述系统包括机壳内的安瓿、入口管线、充填管线和出口管线。入口管线与安瓿形成流体连通，且具有安瓿入口阀门以控制进入安瓿内的载气气流。充填管线与安瓿形成流体连通，且具有充填入口阀门以控制进入安瓿内的前体流。充填管线与前体管线及净化气体管线形成流体连通。前体管线包括前体管线阀门以控制流经前体管线的前体流。出口管线与安瓿形成流体连通，且具有安瓿出口阀门以控制离开安瓿的气体流。

本公开案的更多实施例针对处理方法。提供安瓿，所述安瓿包含在初始温度下具有初始量的前体。通过安瓿提供载气气流，以便离开安瓿的所述载气包括前体分子。向安瓿提供前体再填充流，以在不中断载气的情况下将前体添加至安瓿。控制再填充流中的前体量和前体温度中一或更多参数，以便安瓿中的前体量和前体温度中一或更多参数近似于初始量或初始温度。

附图说明

为了实现并可详细理解本发明的示例性实施例，可通过参考在附图中图示的本发明实施例，对上文简述的本公开案进行更特定的描述。将了解，本文并不论述某些众所周知的工艺，以便不使本发明含义模糊。

图1图示依据本公开案的一或更多个实施例的安瓿的示意图；

图2图示安瓿中前体温度或局部压力与时间关系图；及

图3图示依据本公开案的一或更多个实施例的处理气体输送系统的示意图。

具体实施方式

本公开案的实施例提供用以在处理期间再填充或增加安瓿中的前体量的设备和方法。此外，前体的温度可增至规定水平。例如，前体温度在安瓿的使用期间下降。低温(约85℃至135℃)安瓿可能在使用期间降低约5-10℃的温度。可添加温暖(相对于安瓿)的前体供应以使安瓿中的整体前体温度升至预定水平(例如处理开始时的前体温度)。

图1图示具有液态前体的安瓿。载气进入安瓿，并可通过前体而起泡(以虚线图示)或者流经表面(以实线图示)。在获取前体分子之后，载气/前体离开安瓿。前体填充再填充管线连接至安瓿，并可连接至前体来源以用于再填充目的。可将前体再填充物(在液体的情况下)添加至安瓿顶部(如图所示)，或可将其添加至安瓿底部。当添加至顶部时，可向额外的前体提供足够的压力以适当地混合前体，以比单纯扩散更迅速地平衡温度。

可基于例如所添加的前体量(volume)、安瓿中现存前体量和安瓿中的前体温度而控制进入的前体的温度。

可使用温热的前体填充物而非加热安瓿。在处理开始之前可直接用温热的前体填充安瓿，并可每隔一段时间补充安瓿以维持前体温度。

可设定再填充时段以重合处理活动，如加载/卸载。例如，再填充可与转盘装载对齐，以便每一批次都具有同等处理起始点。图2图示按照处理顺序安瓿中前体温度或局部压力与时间关系图。每一再填充时段可能以相同时间间隔或不同的时间间隔发生。图中显示例如批处理腔室，所述批处理腔室中在卸载/加载基板的同时再填充前体。

本公开案的实施例可与固态前体或液体共用，或用于起泡器或蒸汽吸取模式。在使用较高蒸气压力前体(例如SiCl₄、TiCl₄、TMA)的液体输送系统中，安瓿中的压力稳定对于确保一致的可再现定量给料十分重要。

图3图示依据本公开案的一或更多个实施例的处理气体输送系统100的简图。处理气体输送系统100适合用于产生包含化学前体的处理气体，且所述系统一般包括处理腔室106及耦接至气体面板的载气来源105，后者的组件由控制器控制。气体面板一般控制多个处理气体和载气输送至处理腔室时的速率及压力。处理腔室可为用以实施气相沉积工艺或热工艺的腔室，所述腔室中包含液态、气态或等离子态的汽化化学前体。处理腔室一般为化学气相沉积(chemical vapor deposition；CVD)腔室、原子层沉积(atomic layer deposition；ALD)腔室，或上述腔室的衍生腔室。

处理气体输送系统100(也称作流体输送线路)一般希望按照处理腔室106的操作所需，流体耦接载气来源105、安瓿120与处理腔室106。载气来源105可为供应载气遍及整个设施(例如机壳内部的气体供应)的本地容器、远程容器或集中设施源。载气来源105通常供应诸如氮、氢、氩、氦，或所述气体的组合的载气。在需要使用诸如净化液体的专门净化流体的情况下，额外的净化流体来源(未图示)也可以流体方式耦接。

气体输送系统100包括具有入口管线130及出口管线140和充填管线150的安瓿120。入口管线130容许载气气流105进入安瓿120。载气气流可流经一或更多个阀门、加热器、接点、流量控制器等等，所述各装置定位与入口管线130形成流体连通。如在本说明书及所附权利要求中所使用，术语“流体连通”意味着流体可流经所提及的组件，而所述流体不发生分裂或发生最小程度分裂或泄漏。入口管线130包括安瓿入口阀门131以控制进入安瓿120的载气气流。

此外，图3中图示的入口管线130包括与载气形成流体连通的入口管线断开阀门132和热元件133。入口管线断开阀门132容许在不使阀门132上游入口管线内气体从系统中泄漏的情况下拆下安瓿。热元件133可用以加热(例如加热器)或冷却(例如冷却器)入口管线内的气体。

出口管线140从安瓿120伸出至处理腔室106。流经出口管线140的气体可通过一或更多个阀门、热元件、流量控制器等等，所述各装置与出口管线140形成流体连通。出口管线包括安瓿出口阀门141，所述阀门可用以控制离开安瓿的气流。出口管线断开阀门142可用以隔开出口管线140，以允许拆下安瓿。例如，可设定入口管线断开阀门132及出口管线断开阀门142为闭合位置以防止流体流穿过各个阀门。虽非必需，但安瓿入口阀门131及安瓿出口阀门141也可设定至闭合位置。一旦阀门闭合，则可从系统拆下安瓿，而不从系统发生气体泄漏。如果安瓿入口阀门及出口阀门闭合，则流体将不会泄漏至安瓿中或从安瓿泄漏出。

图示三通阀门143沿旁通管线160与腔室106之间的出口管线140定位。三通阀门143也与真空泵182形成流体连通。三通阀门可能是任何适合的阀门(例如梯度比例调节阀门)，所述阀门可控制进入处理腔室106及/或真空泵182的气流。

旁通管线160定位在入口管线断开阀门132上游及出口管线断开阀门142下游。旁通阀门161与旁通管线160形成流体连通，且允许气体流经入口管线130以绕过安瓿120并直接流入出口管线140。在旁通阀门161开启的同时闭合入口断开阀门132与出口断开阀门142容许入口管线中的流体进入出口管线，而不发生泄漏。

填充管线150也与安瓿120形成流体连通。填充管线150包括填充入口阀门151，所述阀门可用以控制流体(或前体)在填充管线中的流动。填充管线150可与前体管线153形成流体连通，所述前体管线153与前体154形成流体连通。前体阀门155可沿与自身形成流体连通的前体管线153定位，以控制流经前体管线153的前体154流。图示热元件156位于前体管线153上，所述热元件156可用以加热及/或冷却流经前体管线153的前体。

前体管线阀门155可为自动阀门，所述自动阀门可由电脑或控制器控制。在一些实施例中，前体管线阀门155也可是可用手控制的手动阀门。在一或更多个实施例中，可自动或人工控制前体管线阀门155。在一些实施例中，有两个阀门；一个自动控制阀门和一个人工控制阀门。

填充管线150也可与连接至净化气体174来源的净化气体管线170形成流体连通。图示的净化气体管线170包括净化气体管线阀门171以控制流经净化气体管线170的净化气流。如本说明书和所附权利要求书中所使用的，“控制流动”意味着流经各个管线的流体速率或质量可自完全停止流动向最大流动变化。

在一些实施例中，净化气体管线170包括止回阀172以防止净化气体管线170中的流体流向净化气体174来源。这可有助于在有回流流经净化气体管线时防止前体污染净化气源。在图示实施例中，止回阀172位于净化气体管线阀门171上游。在一些实施例中，止回阀172与净化气体管线阀门171的顺序可反转。

在图3中图示的实施例中，填充管线150与前体管线153和净化气体管线170形成流体连通。前体管线153和净化气体管线170可通过Y型管或三通阀门158连接至填充管线150。在图示的实施例中，填充管线支脚159连接三通阀门158与填充管线150。

在一些实施例中，气体输送系统100进一步包括与填充管线150和真空泵182形成流体连通的泵管线180。泵管线180可包括泵管线阀门181以控制通过泵管线180流向真空泵182的气流。图示泵管线180和填充管线支脚159在Y形管183处连接至填充管线150。然而，Y形管183可由三通阀门或其它适合的连接器替代。

如权利要求1中的气体输送系统，其中所述安瓿位于机壳内，及所述机壳与净化气体形成流体连通。

控制器210包括中央处理单元(central processing unit；CPU)212、存储器214和支持电路216。中央处理单元210可为具有任何形式的电脑处理器的一个中央处理单元，所述电脑处理器可用于进行工业环境中以用于控制各种腔室和子处理器。存储器214耦接至CPU 212，且可为以下方便获得的存储器中的一或更多存储器，如：随机存取存储器(random access memory；RAM)、只读存储器(read only memory；ROM)、闪存、光盘、软盘、硬盘，或任何其它形式的本地或远程数字存储装置。支持电路216耦接至CPU 212以用于以传统方式支持CPU 212。所述电路包括高速缓存、电源、时钟电路、输入/输出电路系统、子系统，等等。

阀门、接点和合并连接器中的任何者皆可远程控制(例如远程关闭阀门)。气动控制或电子控制一些实施例中的阀门，及其内部浸湿表面是由与流体输送管线运输的处理及其它流体兼容的材料制造而成。通常，阀门响应来自控制器210的信号而致动，以通过流体输送管线协调气体输送。传感器可定位遍及整个流体输送管线，且一般而言，传感器可适合检测流经管线的处理流体、运载流体，及/或净化流体的温度，如热电偶或流量传感器。

安瓿120可具有多种尺寸和几何形状。安瓿可具有处于从约0.5L至约10L范围内的化学前体体积容量，及更通常的情况下，从约1.2L至约4L的范围内的化学前体体积容量。在一个实例中，安瓿组件具有约2.5L的化学前体体积容量。可位于安瓿组件内的化学前体包括液态、固态和气态前体，优选为在预定温度及/或压力下的液态或类似流体的状态。例如，化学前体在室温下可以固态存在，但在安瓿内被加热至预定温度之后，则熔化至液态。在另一实例中，大部分化学前体在安瓿中可保持固态，但在处理期间被加热至高温以便少量固态前体直接升华为蒸汽。在另一实例中，化学前体在环境压力下可以气态存在，但在安瓿内被加压至预定压力之后，则凝结为液态。

在一些实施例中，安瓿120定位在机壳110内。机壳110是适合于在允许进出入口管线130、出口管线140和填充管线150的情况下密封安瓿120的容器。一般情况下，机壳110具有可闭合及可锁定(在可能情况下)的门。如果安瓿或管线之一具有较小泄漏，则机壳内可能发生危险的气体积聚。为了防止此情况，机壳的一些实施例包括与载气或净化气体形成流体连通的净化管线220。净化管线可能是单独的气源或自载气中抽出。机壳净化管线220可包括机壳净化阀门221以计量进入机壳110的净化气体。净化气体可通过机壳侧壁进入机壳。

在一些实施例中，机壳110包括机壳排气管线230，所述管线具有可选的机壳排气阀门231。机壳排气管线可与真空泵182或单独的真空管线形成流体连通。

机壳110可具有机壳净化管线220或机壳排气管线230中的一者。然而，可能需要同时具有机壳净化管线220和机壳排气管线230，以便在机壳110内提供稳定的净化气流。这将有效地防止有害化学物品在机壳110中积聚，所述积聚可能影响打开机壳110的作业人员。

此外，一些实施例包括安全联锁装置240，所述安全联锁装置可连接至控制器210和机壳110。安全联锁装置可包括传感器以评估机壳110内的环境，或评估是否存在离开安瓿120的前体，或执行其它功能。如果满足预定条件(例如环境污染物高于某一水平，或打开机壳门)，则安全联锁装置可以停止处理腔室中的工艺，或自动将所述处理腔室的前体来源切换至其它机壳110。例如，在沉积工艺期间，安瓿中前体含量变低。作业人员可更换安瓿以容许所述工艺持续不间断，但忘记将前体气流切换至其它机壳。安全联锁装置240可防止机壳110门打开，或通过控制器210将安瓿来源切换至其它机壳，或在可能的情况下完全停止所述工艺。

尽管前述内容是针对本公开案的实施例，但可在不背离本公开案基本范畴的前提下设计本公开案的其它及更多实施例，及本公开案的范畴由上文的权利要求书决定。

Claims (20)

1.一种气体输送系统，包括：

安瓿；

入口管线，与所述安瓿形成流体连通，所述入口管线具有安瓿入口阀门以控制进入所述安瓿内的载气气流；

填充管线，与所述安瓿形成流体连通，所述填充管线具有填充入口阀门以控制进入所述安瓿内的前体流；及

出口管线，与所述安瓿形成流体连通，且具有安瓿出口阀门以控制离开所述安瓿的气流。

2.如权利要求1所述的气体输送系统，其中所述填充管线与前体管线和净化气体管线形成流体连通。

3.如权利要求2所述的气体输送系统，其中所述前体管线和所述净化气体管线在三通阀门处连接至所述填充管线。

4.如权利要求3所述的气体输送系统，其中所述填充管线通过填充管线支脚与所述三通阀门形成流体连通。

5.如权利要求2所述的气体输送系统，其中所述前体管线包括前体管线阀门，所述前体管线阀门与所述前体管线形成流体连通以控制通过所述前体管线的前体流。

6.如权利要求5所述的气体输送系统，其中所述前体管线阀门是自动阀门。

7.如权利要求5所述的气体输送系统，其中所述前体管线阀门是手动阀门。

8.如权利要求2所述的气体输送系统，其中所述净化气体管线包括净化气体管线阀门以控制所述净化气体管线中的气流。

9.如权利要求2所述的气体输送系统，其中所述净化气体管线包括止回阀，所述止回阀与所述净化气体管线形成流体连通以防止所述净化气体管线中的气流移离所述填充管线。

10.如权利要求9所述的气体输送系统，其中所述止回阀定位在净化流体管线阀门上游。

11.如权利要求4所述的气体输送系统，进一步包括泵管线，所述泵管线与所述填充管线形成流体连通。

12.如权利要求11所述的气体输送系统，其中所述泵管线包括泵管线阀门以控制流经所述泵管线的流体流。

13.如权利要求12所述的气体输送系统，其中所述泵管线和所述填充管线支脚在Y形管处连接至所述填充管线。

14.如权利要求1所述的气体输送系统，其中所述入口管线包括加热器，所述加热器位于所述安瓿的上游以加热所述入口管线内的所述气体。

15.如权利要求1所述的气体输送系统，其中所述填充管线包括热元件以控制所述填充管线中的所述前体的温度。

16.如权利要求1所述的气体输送系统，其中所述安瓿位于机壳内，及所述机壳与净化气体形成流体连通。

17.一种气体输送系统，包括：

安瓿，位于机壳内；

入口管线，与所述安瓿形成流体连通，所述入口管线具有安瓿入口阀门以控制进入所述安瓿内的载气气流；

填充管线，与所述安瓿形成流体连通，所述填充管线具有填充入口阀门以控制进入所述安瓿内的前体流，所述填充管线与前体管线和净化气体管线形成流体连通，所述前体管线包括前体管线阀门以控制通过所述前体管线的前体流；及

出口管线，与所述安瓿形成流体连通，且具有安瓿出口阀门以控制离开所述安瓿的气流。

18.如权利要求17所述的气体输送系统，其中所述前体管线和所述净化气体管线连接至三通阀门，且所述三通阀门的出口与填充管线支脚形成流体连通，所述填充管线支脚与所述填充管线形成流体连通。

19.如权利要求18所述的气体输送系统，其中所述前体管线进一步包括热元件以控制所述前体管线中的所述前体的温度。

20.一种处理方法，所述方法包括：

提供安瓿，所述安瓿包含在初始温度下具有初始量的前体；

通过所述安瓿提供载气气流，以便离开所述安瓿的所述载气包括前体分子；

向所述安瓿提供前体再填充流，以将所述前体添加至所述安瓿，而不中断所述载气；及

在所述再填充流中，控制所述前体量和所述前体温度中的一或更多者，以使所述安瓿中的所述前体量和所述前体温度中的一或更多者近似于所述初始量或初始温度。