CN106470756B - 用于自行调节流体化学品输送的设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本文提供用于化学品输送的方法与设备。在一些实施方式中，第一贮槽容纳第一容积的流体、接收载气、并且将所述载气连同源自所述第一容积的流体的蒸气一并输出。第二贮槽容纳第二容积的流体，且能够输送所述第二容积的流体的一部分至所述第一贮槽。自行调节管从所述第一贮槽延伸到所述第二贮槽中的所述第二容积的流体上方的区域。

Description

用于自行调节流体化学品输送的设备及方法
技术领域
本案揭露内容的实施方式大体上涉及流体化学品输送，且更特定而言，涉及自行调节的流体化学品输送。
背景技术
使用含流体的安瓿将用于例如半导体器件处理中的化学品输送到处理腔室。此已知的安瓿一般包括罐筒，所述罐筒使用载气与入口通口及出口通口流体连通，所述载气被馈送通过所述安瓿。举例而言，载气被馈送至所述流体上方的空间中，且可于所述流体之上流动，且从所述流体上方的空间带走蒸气。作为另一范例，使用起泡管(bubbler tube)将载气馈送至所述流体中，饱和(saturate)所述流体，且带走所述流体中的一些流体。可使用所述安瓿直到所有流体移除为止，在此时，再填充或置换所述安瓿。或者，可根据测量而周期性再填充所述安瓿，所述测量是使用原位位高(level)传感器进行的。再填充槽容纳用于再填充安瓿的化学品，且一般具有比所述安瓿大得多的容积，而使所述安瓿能够反复地再填充。
在例如半导体器件处理中使用的工艺中的一些工艺使用被供应至所述工艺的一或多种化学品，所述工艺处于所限定的温度及压力范围。例如，膜沉积工艺可将温度与压力维持在预定范围内，以获得可再现的膜品质及一致的膜厚度。然而，随着流体在安瓿中消耗，温度与压力条件可能改变，从而改变正在输送的化学品的浓度，而影响正执行的工艺的结果。
有鉴于此，发明人已提供用于调节流体化学品输送的改进的设备与方法。
发明内容
本文提供用于化学品输送的方法与设备。在一些实施方式中，一种化学品输送设备包括：主体，所述主体具有第一贮槽，所述第一贮槽界定第一容积，所述第一贮槽包括载气入口与载气出口；第二贮槽，所述第二贮槽设置于所述主体中位于所述第一贮槽上方且界定第二容积，所述第二贮槽具有填充管，所述填充管将所述第二贮槽流体(fluidly)耦接至所述第一贮槽；以及自行调节管，所述自行调节管从所述第二贮槽延伸到所述第一贮槽。
在一些实施方式中，一种化学品输送设备包括：主体，所述主体具有第一贮槽，所述第一贮槽界定第一容积，所述第一贮槽包括载气入口与载气出口；第二贮槽，所述第二贮槽设置于所述主体中位于所述第一贮槽上方且界定第二容积，所述第二贮槽具有填充管，所述填充管将所述第二贮槽流体耦接至所述第一贮槽；以及第一加热器，所述第一加热器至少沿着所述第一贮槽的侧壁设置，所述第一加热器根据所述第一容积中所含的第一流体的第一检测温度而加热所述第一容积中所含的流体，以及第二加热器，所述第二加热器沿着所述第二贮槽的侧壁设置，所述第二加热器根据所述第二容积中所含的第二流体的第二检测温度而加热所述第二容积中所含的流体。
在一些实施方式中，一种化学品输送设备包括：主体，所述主体具有第一贮槽，所述第一贮槽界定第一容积，所述第一贮槽包括载气入口与载气出口；以及第二贮槽，所述第二贮槽设置于所述主体中位于所述第一贮槽上方且界定第二容积，所述第二贮槽具有填充管，所述填充管将所述第二贮槽流体耦接至所述第一贮槽；其中所述设备具备下述特征的至少之一：(a)所述第一贮槽包括挡板，这些挡板控制所述载气的横流(cross-flow)路径，或(b)所述载气入口包括喷嘴，所述喷嘴控制所述载气的横流路径。
在一些实施方式中，一种化学品输送方法包括下述步骤：将载气接收至第一容积中，所述第一容积容纳第一流体；使用所述载气收集从所述第一流体散发到所述第一容积中的蒸气；从所述第一容积输送所述载气和所述蒸气；以及提供自行调节管，所述自行调节管从所述第一贮槽延伸至所述第二容积中所含的第二流体上方的区域，所述第二容积与所述第一容积流体耦接，其中当所述第一容积中所容纳的所述第一流体延伸至所述自行调节管的下端上方时，所述第一流体封住所述自行调节管，且当所述第一容积中所容纳的所述第一流体处于所述自行调节管的下端下方时，所述载气与所述蒸气进入所述自行调节管，且引发所述第二流体从所述第二容积输送至所述第一容积，直到所述第一容积的所述流体再度延伸至所述自行调节管的所述底部上方且封住所述自行调节管为止。
本案揭露内容的其他与进一步的实施方式描述于下文中。
附图说明
通过参考描绘于附图中的本案揭露内容的说明性实施方式，能够理解上文简要概述且于下文更详细论述的本案揭露内容的实施方式。然而，应注意附图仅绘示本案揭露内容的典型实施方式，因此不应被视为对本案揭露内容的范围的限制，因为本案揭露内容可容许其他等效的实施方式。
图1是根据本案揭露内容的一些实施方式的化学品输送设备的范例的示意图。
图2是根据本案揭露内容的一些实施方式的化学品输送设备的另一范例的示意图。
图3是流程图，显示根据本案揭露内容的一些实施方式而执行的化学品输送方法的范例。
图4A至图4C是根据本案揭露内容的一些实施方式的化学品输送设备的进一步范例的侧视图。
图5A、图5C、及图5E是根据本案揭露内容的一些实施方式的化学品输送设备的更进一步的范例的侧视图，图5B和图5D分别是显示于图5A和图5C中的范例的截面图。
图6A是根据本案揭露内容的一些实施方式的化学品输送设备的又另一范例的侧视图；图6B是图6A中所示的范例的一部分的放大视图。
图7A与图7B是根据本案揭露内容的一些实施方式的化学品输送设备的又另一范例的侧视图。
为了助于了解，已尽可能使用相同的标号表示各图共用的相同元件。附图并未按照比例绘制且可能为了清楚起见而简化。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
本案揭露内容涉及其中安瓿中的流体化学品的位高有利地自行调节的化学品输送设备与方法。更特别地，蒸气拉引或起泡器功能性容积中的流体的位高可以自行调节，且储存的流体的大部分可在封闭容积内而与载气隔离。安瓿可分隔成两个功能性容积，即第一贮槽内的第一容积或下蒸气拉引/起泡器容积，以及第二贮槽内的第二容积或上再填充容积。第二容积可容纳输送至第一容积的流体。第一容积中的流体可历经载气的恒定流动，然而第二容积中的流体可不历经载气的恒定流动，而可将化学品的分解减至最少。第二容积的流体位高可随着化学品供给至第一容积而变化。
第二容积可包括再填充管/隔离阀、位高传感器、和自行调节管。所述再填充管/隔离阀可用于经由例如外部大量(bulk)输送系统添加额外流体至第二容积中。再填充行动可由使用者利用整合的位高传感器或已知的消耗速率而决定。自行调节管可以是控制机构，通过所述控制机构而可再填充第一贮槽。随着流体在第一贮槽中消耗，自行调节管的底部可容许蒸气移位于第二容积的流体位高上方且可经由再填充管分配相等量的流体至第一贮槽。上述过程可为自行调节的，且可造成第一贮槽中恒定的流体位高。
载气可经由气体入口管流进第一容积中，且所述载气可以蒸气饱和且经由气体出口管运载所述蒸气至处理腔室。第一容积可为蒸气拉引的配置方式或起泡器的配置方式。
除了上文所述外，可包括额外特征。作为一范例，可包括一或多个空间，且可在第一贮槽与第二贮槽之间提供极小的表面接触，所述极小的表面接触可在热力上使这两个贮槽去耦(decouple)，例如下文中针对图6A至图6B所论述的。可使用例如两个、三个、或四个区域加热器提供安瓿的多区加热，如下文中针对图4A至图4C所述。可例如使用聚酰亚胺加热器提供加热器与安瓿的壁的无黏着剂接合。
可于第一容积与第二容积之一或两者中包括流体位高感测。可提供用于监测流体的温度和/或控制流体的温度的原位流体温度测量，以用于第一容积与第二容积之一或两者。流体位高传感器可与流体温度测量传感器整合或彼此分开。
可在气体入口管的端部处设置喷嘴，而可改善第一容积中载气流的均匀度，且增加流体浓度，例如下文中针对图5E所论述的。可添加挡板至第一容积，而可改善第一容积中载气流的均匀度，且增加流体浓度，例如下文中针对图5A至图5D所论述的。例如，可设置五个或九个或其他数目的挡板。
可在第一贮槽与第二贮槽之一或两者的内壁和/或底部上使用内涂层，而可助于清洁这些贮槽之一或两者。所述内涂层可以是抗静摩擦(抗黏着)涂层。第一贮槽与第二贮槽可为彼此可分开，而可助于清洁这些贮槽之一或两者。
可测量安瓿压力，且可使用安瓿压力控制第一容积与第二容积之一或两者的流体中的工艺前驱物的浓度。
图1是示意图，该示意图显示根据本案揭露内容的一些实施方式的安瓿100的范例。安瓿分隔成两个功能性贮槽。下方的第一贮槽102可作为蒸气拉引贮槽或作为起泡器贮槽，且界定含有流体的第一容积。上方的第二贮槽104界定含有流体的第二容积，且可作为再填充贮槽且将流体从第二贮槽104输送到第一贮槽102。例如，第一贮槽102的流体与第二贮槽104的流体是相同流体。第一贮槽102与第二贮槽104可配置于安瓿100的共同的容座或主体中。
当入口阀130与出口阀132开启时，载气经过气体入口管108沿着例如路径120至第一流体上方的空间中而进入第一贮槽102，并且收集已从所述流体蒸发的蒸气。运载蒸气的载气随后沿着例如路径124经过例如气体出口管114与出口阀132而离开第一贮槽102。在一些实施方式中，载气沿着例如横流路径122行进，且在沿着路径124离开之前沿着横流路径收集蒸气。
自行调节管106例如作为控制机构，以控制第一贮槽102的再填充(例如，控制第一贮槽102中的流体位高)。自行调节管106从第二贮槽104中的第二贮槽104的流体上方向下延伸至第一贮槽102中。最初，第一贮槽102的流体于自行调节管106底部上方延伸且封住自行调节管106。随着第一贮槽102的流体消耗，第一贮槽102的流体降至自行调节管106的底部下方，如此载气与蒸气得以进入自行调节管106并且向上行进至第二贮槽104。从自行调节管106进入第二贮槽104的载气与蒸气推压第二贮槽104的流体，引发流体沿着例如路径128经过填充管116输送至第一贮槽102。填充管116从例如第二贮槽的底部延伸至例如第一贮槽中的流体的位高下方(例如，在一些实施方式中，接近第一贮槽102的底部)。流体持续输送至第一贮槽102直到第一贮槽102的流体再度延伸于自行调节管106的底部上方且封住自行调节管106为止。以此方式，控制第一贮槽102中的流体的容积。
在第二贮槽104的范例中，第二贮槽104不进行再填充，使得第二贮槽104的流体随着流体从第二贮槽104转移到第一贮槽102而减少。在一些实施方式中，可提供化学品位高传感器112以检测第二贮槽104的流体的位高并且确定例如是否第二贮槽104是空的、接近空的、或处于某个其他的期望位高。在一些实施方式中，所检测的流体位高用于控制流体输入阀134，以沿着大量再填充入口管110，将流体沿着例如路径126输送进入第二贮槽104，而维持第二贮槽104内恒定的流体位高。在一些实施方式中，第二贮槽104的流体的位高是使用已知的化学品消耗速率确定的，且所述位高确定何时要操作流体输入阀134。
图2是示意图，显示根据本案揭露内容的一些实施方式的安瓿200的范例。在该范例中，相同的标号提供如图1中所述的类似的功能。图2将大量再填充入口管110与流体输入阀134显示为虚线，以指第二贮槽的再填充特征是替代性特征。此外，如作为进一步的替代例，在起泡器的配置方式中，气体入口管108延伸(如虚线108A所描绘)至第一贮槽102的流体的位高下方，如此载气穿过第一贮槽102的流体(例如，使载气经第一贮槽102的流体而起泡)。作为另一替代例，填充管116可装设成流体驱动装设方式(如实线所描绘)，或装设成虹吸管(如虚线116A所描绘)。在一些实施方式中，可设置额外的出口阀132，且所述出口阀132耦接第二贮槽104。在一些实施方式中，气体入口管线可选择性地直接耦接出口(完全绕过安瓿200，如线所描绘)以及阀246。
图3是流程图，显示根据本案揭露内容的一些实施方式的方法的范例。在302，提供第一与第二贮槽及自行调节管。在304，于第一贮槽102中接收载气，且于306，使用所述载气收集蒸气。于308，输出载气与蒸气。可反复执行304、306、与308。
在310，流体位高下降，且不再封住自行调节管的底部。在312，载气与蒸气通过自行调节管进入第二贮槽104，且引发液体从第二贮槽104通过流体耦接件输送到第一贮槽102。在314，流体位高上升且封住自行调节管的底部。可反复执行310、312、与314。
如前文所论述，可使用例如两个、三个、或四个区域加热器提供安瓿的多区加热。这些加热器可例如使用无黏着剂接合技术接合到安瓿的壁，或不接合而是热耦合至所述安瓿的壁。在一些实施方式中，加热器可以是聚酰亚胺加热器，例如，配置于柔性聚酰亚胺膜上或封装在所述柔性聚酰亚胺膜中的电阻式加热器。图4A至图4C显示根据本案揭露内容的加热器排列方式的绘示性范例。图4A显示其中可设置两个加热器的范例。第一加热器402环绕第一贮槽102的底部与壁，而第二加热器404环绕第二贮槽104的壁。图4B显示其中可设置三个加热器的范例。第一加热器412环绕第一贮槽102的壁，第二加热器414环绕第二贮槽104的壁，而第三加热器416配置在第一贮槽102的底部处。图4C显示其中可设置四个加热器的范例。第一加热器412、第二加热器414、与第三加热器416对应图4B中相同标号的加热器。进一步或第四加热器420位于第一贮槽102的顶部与第二贮槽104的底部之间。也可将位于第一贮槽102的顶部与第二贮槽104的底部之间的第四加热器420添加至图4A中描绘的配置方式。也可使用其他的配置方式提供热能给第一贮槽102与第二贮槽104。
图5A至图5D显示根据本案揭露内容的第一贮槽102中并入的挡板的绘示性实施方式。图5A显示其中第一贮槽102中可存在五个挡板502的范例的侧视图。图5B显示沿着图5A的线B-B所取的五个挡板502的截面顶视图。图5C描绘其中第一贮槽102中可包括九个挡板504的范例的侧视图。图5D是沿着图5B的线D-D所取的九个挡板504的截面顶视图。可设置其他数目的挡板。图5E显示其中可于气体入口管108(亦显示于图1与图2)的端部处包括喷嘴510的范例的侧视图，所述范例可为挡板502或504的替代例或与挡板502或504相结合。
图6A与图6B显示根据本案揭露内容的一些实施方式的第一贮槽与第二贮槽之间配置的绘示性热阻挡物的范例。可例如在第二贮槽与第二贮槽上方配置的部件(比如阀与上文所论述的其他部件)之间设置类似的热阻挡物。在一些实施方式中，第一贮槽与第二贮槽之间的接触表面积可减至最小，且于第一贮槽与第二贮槽之间设置间隙，以将第一贮槽与第二贮槽之间的热传递减至最小。例如，图6A至图6B显示，下贮槽或第一贮槽102的顶表面可配置成提供减少的支撑表面606，支撑表面606接触及支撑上贮槽或第二贮槽104。支撑表面606延伸于第一贮槽102的上表面的剩余部分上方或延伸超出所述剩余部分，以于第一贮槽102的顶壁(或于一些实施方式中，第一贮槽102的顶部流体位高)与第二贮槽104的底壁之间界定间隙602。在一些实施方式中，可设置槽604以接收O形环或其他垫片材料，以助于在第一贮槽102与第二贮槽104之间形成密封。
图6B更详细地显示图6A的区域B。如图6B所示，间隙602可根据位置而有所差异。例如，设置在支撑表面606外侧的外间隙602A在第一贮槽102与第二贮槽104之间的厚度上可大于设置在支撑表面606内侧的内间隙602B。较大的外间隙602A可例如为从约6密耳(mil)至约10密耳，且由于所述间隙尺寸较大而提供较大的热隔离。较小的内间隙602B可为例如从约1密耳至约3密耳，且由于所述间隙的尺寸较小，而在提供热隔离的同时减少颗粒污染的发生，所述颗粒污染例如来自槽604中的垫片材料。第一贮槽102中的顶部流体位高与第二贮槽104之间的蒸气空间在第一贮槽102与第二贮槽104之间提供额外的热阻挡。
图7A与图7B显示根据本案揭露内容的一些实施方式的范例，该范例中，第一贮槽102与第二贮槽104可分割成分开的组件。图7A显示两个贮槽耦接在一起，且可比如使用O形环密封。图7B显示第一贮槽102与第二贮槽104分开。图7A与图7B也显示自行调节管106可为可分开成第一部分106A与第二部分106B，第一部分106A可以是第一贮槽102的一部分，而第二部分106B可以是第二贮槽104的一部分。
虽然前述内容涉及本案揭露内容的实施方式，但可不背离本案揭露内容的基本范围而设计本案揭露内容的其他与进一步的实施方式。

Claims (13)

1.一种化学品输送设备，包括：
主体，所述主体具有第一贮槽，所述第一贮槽界定第一容积，所述第一贮槽包括载气入口与载气出口；
第二贮槽，所述第二贮槽设置于所述主体中位于所述第一贮槽上方且界定第二容积，所述第二贮槽具有填充管，所述填充管将所述第二贮槽流体耦接至所述第一贮槽；
环形间隙，所述环形间隙设置在所述第一贮槽的顶壁与所述第二贮槽的底壁之间，其中所述环形间隙在所述第一贮槽和所述第二贮槽的侧壁之间形成热阻挡物，其中所述环形间隙在所述第一贮槽和所述第二贮槽的所述侧壁之间界定空隙；
气体入口管，所述气体入口管用以将载气输送到所述第一贮槽，所述气体入口管设置为穿过所述主体的顶部并延伸穿过所述第二贮槽，其中所述气体入口管的端部限定所述载气入口；
气体出口管，所述气体出口管将蒸气输送出所述第一贮槽，所述气体出口管设置为穿过所述主体的顶部并延伸穿过所述第二贮槽，其中所述气体出口管的端部限定所述载气出口；及
自行调节管，所述自行调节管从所述第二贮槽延伸至所述第一贮槽，其中所述自行调节管的下端设置在所述填充管的下端之上。
2.如权利要求1所述的化学品输送设备，进一步包括流体位高传感器，所述流体位高传感器检测所述第一容积或所述第二容积的至少之一中所含有的流体的位高。
3.如权利要求1所述的化学品输送设备，进一步包括大量再填充入口管以及流体输入阀，所述大量再填充入口管连接至所述第二容积，所述流体输入阀根据所述第一容积或所述第二容积的至少之一中所含有的流体的检测到的位高而控制所述大量再填充入口管的开启。
4.如权利要求1所述的化学品输送设备，进一步包括温度传感器，所述温度传感器检测所述第一容积或所述第二容积的至少之一中所含有的流体的温度。
5.如权利要求1至4的任一项所述的化学品输送设备，其中所述第二贮槽是封闭容积贮槽。
6.如权利要求1至4的任一项所述的化学品输送设备，其中所述第一贮槽与所述第二贮槽彼此能分开。
7.如权利要求1至4的任一项所述的化学品输送设备，进一步包括抗静摩擦涂层，所述抗静摩擦涂层设置于所述第一贮槽或所述第二贮槽的至少之一的内壁或底部的至少之一上。
8.如权利要求1至4的任一项所述的化学品输送设备，进一步包括：
第一加热器，所述第一加热器沿着所述第一贮槽的侧壁设置；和
第二加热器，所述第二加热器沿着所述第二贮槽的侧壁设置。
9.如权利要求8所述的化学品输送设备，其中所述第一加热器进一步沿着所述第一贮槽的底部设置。
10.如权利要求8所述的化学品输送设备，进一步包括第三加热器，所述第三加热器沿着所述第一贮槽的底部设置。
11.如权利要求8所述的化学品输送设备，进一步包括另外的加热器，所述另外的加热器与所述第一加热器及所述第二加热器分开，且设置在所述第二贮槽的底部与所述第一贮槽的顶部之间。
12.如权利要求1至4的任一项所述的化学品输送设备，其中所述第一贮槽包括挡板，这些挡板控制所述载气的横流路径。
13.如权利要求1至4的任一项所述的化学品输送设备，其中所述载气入口包括喷嘴，所述喷嘴控制所述载气的横流路径。
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