CN115574886A - 液体前驱体源瓶储量侦测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液体前驱体源瓶储量侦测方法，所述方法包括：对已知储量的所述源瓶进行抽空和回复状态测试；记录进入回复状态的时间段t1以及此时对应的压力检测计读数p1；根据t1和p1的值计算得到所述源瓶内的液体前驱体在当前温度以及当前压力下的扩散系数D，并进而计算得到绝对温度和绝对压力下的扩散系数D₀；对于未知储量的所述源瓶进行抽空和回复状态测试；记录进入回复状态的时间段t2以及此时对应的压力检测计读数p2；根据绝对温度和绝对压力下的扩散系数D₀，计算出当前温度和当前压力下的扩散系数D；根据当前温度和当前压力下的扩散系数D以及t2和p2的值，计算得到所述液体前驱体表面至压力检测计的距离。

Description

液体前驱体源瓶储量侦测方法

技术领域

本发明涉及半导体制程领域，尤其涉及液体前驱体源瓶的储量检测方法。

背景技术

源瓶瓶体内通常放置有液体前驱体。为了在反应过程中能精确地控制前驱体计量，需要对反应过程中的源瓶内前驱体储量进行测量。

现有的各种源瓶内前驱体储量检测方法有诸多缺陷。例如，现有技术中通常采用液位传感器测量液体剩余量，使用中精确度取决于点位数量及间距。此外，通过流量计及软件统计前驱体消耗量不适用于需要载气的液态前驱体，无法原位准确获得载气携带的前驱体含量。

因此，对于没有装有液位传感器的前驱体源瓶，亟需一种新型的原位液位检测方法。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提供了一种液体前驱体源瓶储量侦测方法。

所述方法包括但不限于以下步骤：

对已知储量的所述源瓶进行抽空和回复状态测试；

记录进入回复状态的时间段t1以及此时对应的压力检测计读数p1；

根据t1和p1的值计算得到所述源瓶内的液体前驱体在当前温度以及当前压力下的扩散系数D，并进而计算得到绝对温度和绝对压力下的扩散系数D₀；

对于未知储量的所述源瓶进行抽空和回复状态测试；

记录进入回复状态的时间段t2以及此时对应的压力检测计读数p2；

根据绝对温度和绝对压力下的扩散系数D₀，计算出当前温度和当前压力下的扩散系数D；

根据当前温度和当前压力下的扩散系数D以及t2和p2的值，计算得到所述液体前驱体表面至压力检测计的距离。

在一个实施例中，所述抽空和回复状态测试包括：

所述真空泵对所述源瓶进行抽真空，直至所述源瓶内的液体前驱体的蒸发与真空泵的抽空达到稳定状态；

对所述源瓶停止抽真空，以使得所述源瓶进入回复状态并达到一时间段。

在一个实施例中，所述根据t1和p1的值计算得到所述源瓶内的液体前驱体在当前温度以及当前压力下的扩散系数D，并进而计算得到绝对温度和绝对压力下的扩散系数D₀的步骤包括：

根据p1的值，计算得到压力检测计处气体物质的量n(x,t)，其中压力检测计处气体物质的量n(x,t)满足公式(1)：

其中，n_s为已知，即为所述液体前驱体表面的气体物质的量，x为所述液体前驱体至所述压力检测计的距离，erf为高斯误差函数，t为所述进入回复状态的时间段t1，D为所述液体前驱体在当前温度和当前压力下的扩散系数；

根据公式(1)以及n(x,t)、n_s、t1、x，计算得到所述液体前驱体在当前温度和当前压力下的扩散系数D；

根据D以及当前温度以及当前压力，利用公式(2)计算得到绝对温度和绝对压力下的扩散系数D₀；

其中，公式(2)如下：

其中，T₀、p₀为绝对温度及绝对压力，T为当前温度，p为当前压力。

在一个实施例中，所述已知储量的所述源瓶内的液体前驱体至压力检测计的距离x为已知。

在一个实施例中，所述根据绝对温度和绝对压力下的扩散系数D₀，计算出当前温度和当前压力下的扩散系数D的步骤包括：

根据D₀以及当前温度和当前压力，利用所述公式(2)，计算得到所述液体前驱体在当前温度和当前压力下的扩散系数D。

在一个实施例中，所述根据当前温度和压力下的扩散系数D以及t2和p2的值，计算得到所述液体前驱体表面至压力检测计的距离的步骤包括：

根据p2的值，计算得到压力检测计处气体物质的量n(x,t)；

根据t2、n(x,t)、n_s、以及当前温度和压力下的扩散系数D，利用公式(1)计算得到所述液体前驱体表面至压力检测计的距离x。

在一个实施例中，所述真空泵对所述源瓶进行抽真空，直至所述源瓶内的液体前驱体的蒸发与真空泵的抽空达到稳定状态的步骤还包括：

判断抽真空时间是否大于所述液体前驱体的蒸发与所述真空泵的抽空达到稳定所需的最短时间；若小于所述最短时间，则继续抽真空；若大于或等于所述最短时间，则停止抽真空。

在一个实施例中，在所述抽空和回复状态测试中，忽略所述液体前驱体蒸发对液面高度的影响。

在一个实施例中，所述方法还包括：

根据所述液体前驱体表面至压力检测计的距离确定所述液体前驱体表面上方空余空间，并进而确定所述源瓶内所述液体前驱体的余量。

在一个实施例中，所述对已知储量的所述源瓶进行抽空和回复状态测试的步骤与所述对于未知储量的所述源瓶进行抽空和回复状态测试的步骤在相同温度下进行。

本发明的液体前驱体源瓶储量侦测方法适用于源瓶无液位传感器的情况，尤其适合ALD的液体前驱体源瓶在无液位传感器的情况下测量源瓶内液体前驱体的储量。此方法同样适用于没有配置载气的前驱体源瓶中液位的测量。

本发明的液体前驱体源瓶储量侦测方法利用同一物质在相同条件下的蒸发及扩散性质相同，对含有液态前驱体的源瓶进行抽空后，测量一段时间后源瓶内部压力值。将未知储量的源瓶，与对应同一物质已知储量的源瓶在同样过程下的压力变化进行比较。可得源瓶内液面上方空余高度，进而得出源瓶内剩余前驱体量。

附图说明

本发明的以上发明内容以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的发明的示例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元素。

图1示出液体前驱体源瓶的配置示意图；

图2示出根据本发明一实施例的针对液体前驱体源瓶进行抽空和回复状态测试流程图；以及

图3示出根据本发明一实施例的液体前驱体源瓶储量侦测方法流程图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。

能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种管道、通道、组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的管道、通道、组件、区域、层和/或部分。

现有的各种源瓶内前驱体储量检测方法有诸多缺陷。例如，现有技术中通常采用液位传感器测量液体剩余量，使用中精确度取决于点位数量及间距。此外，通过流量计及软件统计前驱体消耗量不适用于需要载气的液态前驱体，无法原位准确获得载气携带的前驱体含量。

为了解决没有装有液位传感器的前驱体源瓶的储量测量问题，本发明提供了一种液体前驱体源瓶储量侦测方法。本发明的液体前驱体源瓶储量侦测方法适用于源瓶无液位传感器的情况，尤其适合ALD的液体前驱体源瓶在无液位传感器的情况下测量源瓶储量。此方法同样适用于没有配置载气的前驱体源瓶中液位的测量。

本发明的液体前驱体源瓶储量侦测方法利用同一物质在相同条件下的蒸发及扩散性质相同，对含有液态前驱体的源瓶进行抽空后，测量一段时间后源瓶内部压力值。将未知储量的源瓶，与对应同一物质已知储量的源瓶在同样过程下的压力变化进行比较。可得源瓶内液面上方空余高度，进而得出源瓶内剩余前驱体量。

图1示出液体前驱体源瓶的配置示意图。源瓶102内部放置液体前驱体。真空泵101与源瓶102耦接，可对源瓶102内部进行抽空。真空泵101与源瓶102之间设有真空泵控制阀V2。压力检测计103与源瓶102耦接，可监测源瓶102内部压力变化。压力检测计103与源瓶102之间设有压力计控制阀V3。

源瓶有三种状态：初始状态、抽空状态以及回复状态。

初始状态

蒸气压是液体自身的性质。当定温下把液体前驱体放在真空容器(源瓶)中，液态物质开始蒸发为气态物质，气态物质又可撞击液态表面而重新回到液体中。久之，则达平衡。此时，通过液体表面进出的分子数相等，定温下液体与其自身的蒸气达到平衡时的饱和蒸气压就是液体的蒸气压，即源瓶内压力值。

抽空状态

将源瓶与真空泵连接后，体系为真空状态，真空泵处为前驱体浓度零点。假设所有从液体表面蒸发出去的分子都立即被抽走。一段时间后液体的蒸发与泵的抽空达到稳定，液面表面的气体物质的量为n_s，压力检测计处气体物质的量为n_g。需要理解的是，在物质一定、温度一定的情况下，液面表面的气体物质的量n_s是固定的。

回复状态

将源瓶与真空泵断开，体系重新变为真空密闭环境。液体蒸发并扩散，使得源瓶内压力增加。将源瓶内液体上方空间简化分割为无数个纵向一维扩散模型。液体表面的气体物质的量为n_s，压力检测计处气体物质的量为：

其中x为液面至压力检测计的距离(即液体表面上方空余高度)，erf(β)为高斯误差函数，t为源瓶与真空泵断开的时间段(即进入回复状态的时间段)，D为物质的扩散系数，D与温度及压力的关系如下：

其中，T₀、p₀为绝对温度及绝对压力，D₀为在T₀、p₀下的物质扩散系数。从该式可以知道，在温度和压力一定的情况下，物质的扩散系数D是固定的。

基于上述的说明，本发明提供了一种液体前驱体源瓶储量侦测方法。

所述方法包括但不限于以下步骤：

对已知储量的所述源瓶进行抽空和回复状态测试；

记录进入回复状态的时间段t1以及此时对应的压力检测计读数p1；

根据t1和p1的值计算得到所述源瓶内的液体前驱体在当前温度以及当前压力下的扩散系数D，并进而计算得到绝对温度和绝对压力下的扩散系数D₀；

对于未知储量的所述源瓶进行抽空和回复状态测试；

记录进入回复状态的时间段t2以及此时对应的压力检测计读数p2；

根据绝对温度和绝对压力下的扩散系数D₀，计算出当前温度和当前压力下的扩散系数D；

根据当前温度和当前压力下的扩散系数D以及t2和p2的值，计算得到所述液体前驱体表面至压力检测计的距离。

在一个实施例中，所述抽空和回复状态测试包括：

所述真空泵对所述源瓶进行抽真空，直至所述源瓶内的液体前驱体的蒸发与真空泵的抽空达到稳定状态；

对所述源瓶停止抽真空，以使得所述源瓶进入回复状态并达到一时间段。

在一个实施例中，所述根据t1和p1的值计算得到所述源瓶内的液体前驱体在当前温度以及当前压力下的扩散系数D，并进而计算得到绝对温度和绝对压力下的扩散系数D₀的步骤包括：

根据p1的值，计算得到压力检测计处气体物质的量n(x,t)，其中压力检测计处气体物质的量n(x,t)满足公式(1)：

其中，n_s为已知，即为所述液体前驱体表面的气体物质的量，x为所述液体前驱体至所述压力检测计的距离，erf为高斯误差函数，t为所述进入回复状态的时间段t1，D为所述液体前驱体在当前温度和当前压力下的扩散系数；

根据公式(1)以及n(x,t)、n_s、t1、x，计算得到所述液体前驱体在当前温度和当前压力下的扩散系数D；

根据D以及当前温度以及当前压力，利用公式(2)计算得到绝对温度和绝对压力下的扩散系数D₀；

其中，公式(2)如下：

其中，T₀、p₀为绝对温度及绝对压力，T为当前温度，p为当前压力。

在一个实施例中，所述已知储量的所述源瓶内的液体前驱体至压力检测计的距离x为已知。

在一个实施例中，所述根据绝对温度和绝对压力下的扩散系数D₀，计算出当前温度和当前压力下的扩散系数D的步骤包括：

根据D₀以及当前温度和当前压力，利用所述公式(2)，计算得到所述液体前驱体在当前温度和当前压力下的扩散系数D。

在一个实施例中，所述根据当前温度和压力下的扩散系数D以及t2和p2的值，计算得到所述液体前驱体表面至压力检测计的距离的步骤包括：

根据p2的值，计算得到压力检测计处气体物质的量n(x,t)；

根据t2、n(x,t)、n_s、以及当前温度和压力下的扩散系数D，利用公式(1)计算得到所述液体前驱体表面至压力检测计的距离x。

在一个实施例中，所述真空泵对所述源瓶进行抽真空，直至所述源瓶内的液体前驱体的蒸发与真空泵的抽空达到稳定状态的步骤还包括：

判断抽真空时间是否大于所述液体前驱体的蒸发与所述真空泵的抽空达到稳定所需的最短时间；若小于所述最短时间，则继续抽真空；若大于或等于所述最短时间，则停止抽真空。

在一个实施例中，在所述抽空和回复状态测试中，忽略所述液体前驱体蒸发对液面高度的影响。

在一个实施例中，所述方法还包括：

根据所述液体前驱体表面至压力检测计的距离确定所述液体前驱体表面上方空余空间，并进而确定所述源瓶内所述液体前驱体的余量。

在一个实施例中，所述对已知储量的所述源瓶进行抽空和回复状态测试的步骤与所述对于未知储量的所述源瓶进行抽空和回复状态测试的步骤在相同温度下进行。

图2示出根据本发明一实施例的针对液体前驱体源瓶进行抽空和回复状态测试流程图。该测试过程包括但不限于以下步骤：

步骤201：启动真空泵。

步骤202：开启真空泵控制阀V2。

其中，步骤201和202的目的是为了让整个源瓶进入抽空状态。

步骤203：抽空抽一预设时间段，直至液体的蒸发与泵的抽空达到稳定状态。

在一个实施例中，步骤203还包括判断抽真空时间是否大于液体前驱体的蒸发与真空泵的抽空达到稳定所需的最短时间；若小于最短时间，则继续抽真空；若大于或等于最短时间，则停止抽真空。

步骤204：关闭真空泵控制阀V2，关闭真空泵。

其中，步骤204的目的是为了让源瓶进入回复状态。

步骤205：进入回复状态一段时间t。

步骤206：记录此时压力检测计读数p。

步骤207：关闭压力计控制阀V3。

图3示出根据本发明一实施例的液体前驱体源瓶储量侦测方法流程图。该方法包括但不限于以下步骤。

步骤301：对于已知储量的源瓶进行步骤201-207的抽空和回复状态测试。

步骤302：记录进入回复状态的时间段t1(对应步骤205的t)以及对应的压力检测计读数p1(对应步骤206的p)。

步骤303：根据t1、p1，利用公式(1)计算出液体前驱体当前状态下的扩散系数D，并根据该扩散系数D，计算出公式(2)中的D₀。

具体而言，保持源瓶温度恒定，忽略测试过程中前驱体蒸发对液面高度的影响。对于已知储量的源瓶进行如图2的抽空及回复过程测试，记录进入回复状态的时间段t1(对应步骤205的t)，以及此时压力检测计读数p1(对应步骤206的p)。根据压力计读数p1，可以计算得到公式(1)中的压力检测计处气体物质的量n(x,t)。此外，对于储量已知的源瓶(例如刚买回的源瓶)，则对应液面上方空余空间已知，即液面至压力检测计距离x1已知。因此，根据公式(1)以及n(x,t)、n_s、t1、x，可计算得到液体前驱体在当前温度和当前压力下的扩散系数D。根据D以及当前温度以及当前压力，利用公式(2)可计算得到绝对温度和绝对压力下的扩散系数D₀。

步骤304：对于未知储量的源瓶进行步骤201-207的抽空及回复状态测试。

步骤305：记录进入回复状态的时间段t2(对应步骤205的t)以及对应的压力检测计读数p2(对应步骤206的p)。

步骤306：利用公式(2)以及根据绝对温度和绝对压力下的扩散系数D₀，计算出当前温度和当前压力下的扩散系数D。

具体而言，可根据D₀以及当前温度和当前压力，利用所述公式(2)，计算得到所述液体前驱体在当前温度和当前压力下的扩散系数D。

步骤307：利用公式(1)以及计算得到的物质扩散系数D以及t2和p2的值，确定液面至压力检测计距离x2，进而计算得到源瓶内液体前驱体余量。

具体而言，可根据p2的值，先计算得到压力检测计处气体物质的量n(x,t)。再根据t2、n(x,t)、n_s、以及当前温度和压力下的扩散系数D，利用公式(1)计算得到液体前驱体表面至压力检测计的距离x2。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

这里采用的术语和表述方式只是用于描述，本发明并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。

同样，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种液体前驱体源瓶储量侦测方法，其特征在于，所述源瓶耦接压力检测计以及真空泵，所述方法包括：

对已知储量的所述源瓶进行抽空和回复状态测试；

记录进入回复状态的时间段t1以及此时对应的压力检测计读数p1；

根据t1和p1的值计算得到所述源瓶内的液体前驱体在当前温度以及当前压力下的扩散系数D，并进而计算得到绝对温度和绝对压力下的扩散系数D₀；

对于未知储量的所述源瓶进行抽空和回复状态测试；

记录进入回复状态的时间段t2以及此时对应的压力检测计读数p2；

根据绝对温度和绝对压力下的扩散系数D₀，计算出当前温度和当前压力下的扩散系数D；以及

根据当前温度和当前压力下的扩散系数D以及t2和p2的值，计算得到所述液体前驱体表面至压力检测计的距离。

2.如权利要求1所述的液体前驱体源瓶储量侦测方法，其特征在于，所述抽空和回复状态测试包括：

所述真空泵对所述源瓶进行抽真空，直至所述源瓶内的液体前驱体的蒸发与真空泵的抽空达到稳定状态；

对所述源瓶停止抽真空，以使得所述源瓶进入回复状态并达到一时间段。

3.如权利要求1所述的液体前驱体源瓶储量侦测方法，其特征在于，所述根据t1和p1的值计算得到所述源瓶内的液体前驱体在当前温度以及当前压力下的扩散系数D，并进而计算得到绝对温度和绝对压力下的扩散系数D₀的步骤包括：

根据p1的值，计算得到压力检测计处气体物质的量n(x,t)，其中压力检测计处气体物质的量n(x,t)满足公式(1)：

其中，n_s为已知，即为所述液体前驱体表面的气体物质的量，x为所述液体前驱体至所述压力检测计的距离，erf为高斯误差函数，t为所述进入回复状态的时间段t1，D为所述液体前驱体在当前温度和当前压力下的扩散系数；

根据公式(1)以及n(x,t)、n_s、t1、x，计算得到所述液体前驱体在当前温度和当前压力下的扩散系数D；

根据D以及当前温度以及当前压力，利用公式(2)计算得到绝对温度和绝对压力下的扩散系数D₀；

其中，公式(2)如下：

其中，T₀、p₀为绝对温度及绝对压力，T为当前温度，p为当前压力。

4.如权利要求3所述的液体前驱体源瓶储量侦测方法，其特征在于，所述已知储量的所述源瓶内的液体前驱体至压力检测计的距离x为已知。

5.如权利要求3所述的液体前驱体源瓶储量侦测方法，其特征在于，所述根据绝对温度和绝对压力下的扩散系数D₀，计算出当前温度和当前压力下的扩散系数D的步骤包括：

根据D₀以及当前温度和当前压力，利用所述公式(2)，计算得到所述液体前驱体在当前温度和当前压力下的扩散系数D。

6.如权利要求3所述的液体前驱体源瓶储量侦测方法，其特征在于，所述根据当前温度和压力下的扩散系数D以及t2和p2的值，计算得到所述液体前驱体表面至压力检测计的距离的步骤包括：

根据p2的值，计算得到压力检测计处气体物质的量n(x,t)；

根据t2、n(x,t)、n_s、以及当前温度和压力下的扩散系数D，利用公式(1)计算得到所述液体前驱体表面至压力检测计的距离x。

7.如权利要求2所述的液体前驱体源瓶储量侦测方法，其特征在于，所述真空泵对所述源瓶进行抽真空，直至所述源瓶内的液体前驱体的蒸发与真空泵的抽空达到稳定状态的步骤还包括：

判断抽真空时间是否大于所述液体前驱体的蒸发与所述真空泵的抽空达到稳定所需的最短时间；若小于所述最短时间，则继续抽真空；若大于或等于所述最短时间，则停止抽真空。

8.如权利要求2所述的液体前驱体源瓶储量侦测方法，其特征在于，在所述抽空和回复状态测试中，忽略所述液体前驱体蒸发对液面高度的影响。

9.如权利要求1所述的液体前驱体源瓶储量侦测方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述液体前驱体表面至压力检测计的距离确定所述液体前驱体表面上方空余空间，并进而确定所述源瓶内所述液体前驱体的余量。

10.如权利要求1所述的液体前驱体源瓶储量侦测方法，其特征在于，所述对已知储量的所述源瓶进行抽空和回复状态测试的步骤与所述对于未知储量的所述源瓶进行抽空和回复状态测试的步骤在相同温度下进行。

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