CN1856593A - 将气体输送至一个腔和将气体从腔排出的装置 - Google Patents

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Abstract

一种装置，其包括：具有腔入口和腔出口的腔；接收第一气流的第一入口；接收第二气流的第二入口；将第一气流排入第一真空泵的第一出口；将第二气流排入第二真空泵的第二出口；将第一入口连接到第一出口和将第二入口连接到第二出口的管道网，以便在各自入口和出口之间限定用于每一气流的第一和第二流道，所述第一流道穿过所述腔入口和腔出口，所述第二流道绕过所述腔；以及通过所述管道网输送气流的装置，以便当一种气流沿着其第一流道流动时，另一种气流沿着其第二流道流动。

Description

将气体输送至一个腔和将气体从腔排出的装置
本发明涉及将气体输送至处理腔和从处理腔排出气体的装置，如通常用在原子层沉积(ALD)或化学气相沉积(CVD)技术中的排输气体转换系统。特别是，本发明涉及对降低这种系统中气体交叉反应机率系统的改进。
排输气体转换系统通常用于多层薄膜的生成中。两种常用的典型应用为生产Al2O3和TiN膜。在这种应用中，提供了两种或更多种要沉积的气源，还可提供一种吹洗气源。随后通过气源与处理腔之间的转换系统将所述气体输送至处理腔。任何残留的物质、吹洗气体或副产品由泵从处理腔排出。
通常，吹洗气体穿过所要沉积的气源之间的反应腔。吹洗气体的用途就是将残留的(未沉积的)任何物质移走以便防止与输送到处理腔的下一种物质反应。如果所述物质可进行交叉反应，这就会在多层薄膜中产生杂质和瑕疵。
在现有的排输气体转换系统中，离开处理腔的气体进入一个通向真空泵的普通前级管道。任何残留物质的交叉反应都会在前级管道中出现，这就会使前级管道中的颗粒产生堆积从而导致对泵性能的损害。这种对泵的性能的损害可包括处理腔中所生产产品的质量。此外，维修和保养受到影响的泵时的中断时间增加了生产的成本。
本发明的目的在于提供能够显著降低从处理腔排出物质的交叉反应的装置。
根据本发明的一个方面，本发明所提供的装置包括：
具有腔入口和腔出口的腔；
接收第一气流的第一入口；
接收第二气流的第二入口；
将第一气流排入第一真空泵的第一出口；
将第二气流排入第二真空泵的第二出口；
将第一入口连接到第一出口和将第二入口连接到第二出口的管道网，以便在各自入口和出口之间限定用于每一气流的第一和第二流道，所述第一流道穿过腔入口和腔出口，所述第二流道绕过所述腔；以及
通过所述管道网输送气流的装置，以便当一种气流沿着其第一流道流动时，另一种气流沿着其第二流道流动。
部分用于第一气流的第二流道可与部分用于第二气流的第二流道共用。用于任意气体的第一流道可同用于相同气体的第二流道相隔离。
所述输送装置可包括位于管道网内的第一阀系统，以及控制第一阀系统以便使第一气流从第一入口输送至从第一和第二流道中选择出的一条流道中的装置。该控制器还可用于将第二气流从第二入口输送至从第一和第二流道中选择出的一条流道。所述输送装置还可包括也位于所述管道网内的第二阀系统，以及用于控制第二阀系统以使第一气流从其选择出的流道输送至第一出口的装置。所述控制器还可用于将第二气流从其选择出的流道输送至第二出口。在所优选的实施例中提供了一个控制第一和第二阀系统的单个控制器。在一个可选择的实施例中，提供分离的控制器可用于控制各自的阀系统。
所述控制器可用于控制阀系统每一个阀的打开程度，和/或控制阀系统每一个阀的打开的持续时间。此外，所述控制器可在不同阀系统的阀打开之间设定预定时间间隔，以便保证在引入新气体之前将管道的任意共用段内的所有气体排尽。
可提供接收第三气流的第三入口，在这种情况下，所述管道网可将第三入口连接到第一出口上，以便在第三入口与第一出口之间限定用于第三气流的第一流道，该流道穿过腔入口和腔出口。所述输送装置可用于通过所述管道网输送每种气流，从而当第三气流沿其第一流道流动时，第一和第二气流沿着它们的第二流道流动。
此外，所述管道网可将第三入口连接到第一出口上以便在第三入口与第三出口之间限定用于第三气流的第二流道，其绕过所述腔，所述输送装置用于通过管道网输送每种气流，从而当一种气流沿着其第一流道流动时其它气流沿着它们的第二流道流动。
所述输送系统可包括位于管道网内的第三阀系统，以及用于控制第三阀系统的装置，从而使第三气流从第三入口输送至从第一和第二流道中选择出的一条流道中。
腔入口和腔出口可用于在腔的工作区提供一种均衡的流动分布。
根据本发明的第二方面，本发明提供将气体输送至一个腔并将气体从所述腔排出的装置，所述装置包括：
接收第一气流的第一入口；
接收第二气流的第二入口；
排出第一气流的第一出口；
排出第二气流的第二出口；
可连接到所述腔入口的第一腔口；
可连接到所述腔出口的第二腔口；
将第一入口连接到第一出口和将第二入口连接到第二出口的管道网，以便在各自入口和出口之间限定用于每一气流的第一和第二流道，所述第一流道穿过所述腔口，所述第二流道绕过所述腔口；以及
通过所述管道网输送气流的装置，以便当一种气流沿着其第一流道流动时，另一种气流沿着其第二流道流动。
根据本发明的第三方面，本发明提供一种将气体输送至一个腔并将气体从所述腔排出的方法，该方法包括如下步骤：
将管道网连接到所述腔，其具有：
接收第一气流的第一入口；
接收第二气流的第二入口；
排出第一气流的第一出口；
排出第二气流的第二出口；
可连接到所述腔入口的第一腔口；
可连接到所述腔出口的第二腔口；以及
将第一入口连接到第一出口和将第二入口连接到第二出口的管道网，以便在各自入口和出口之间限定用于每一气流的第一和第二流道，所述第一流道穿过所述腔口，所述第二流道绕过所述腔口；以及
通过所述管道网输送气流，以便当一种气流沿着其第一流道流动时，另一种气流沿着其第二流道流动。
为了说明的目的，现将结合附图对本发明的一个实施例进行详尽地描述，其中：
图1示出了一种常规的排输气体转换系统；
图2示出了将处理和吹洗气体输送至一个腔的装置；
图3更加详尽地示出了图2所示装置的输送机构。
如图1所示，现有的排输气体转换系统包括两个气源A和B，每一气源通过系列有阀管道13-18连接到处理腔11和泵12。管道13-16包括阀13’-16’，气体A和B经过处理腔11或者经过管道17流到泵12，上述这些阀控制流到泵12的气体的流动，管道17绕过处理腔11。因此，在任意时间气体A、B中仅有一种气体被输送到所述腔中。
为将第一气体A输送至腔11，阀14’打开，第一气体A通过管道14直接流入腔11并通过管道18排入泵12。在第一气体A的输送期间，阀15’和16’保持关闭，而阀13’打开。因此第二气体B通过管道13，17和18绕过腔11流入泵12。为了将第二气体B输送至腔11，阀15’和16’打开，而阀13’和14’关闭。在这种结构中，第二气体B通过管道15被输送至腔11并经过管道18排入泵12。与此同时，第一气体A通过管道16，17和18完全绕过腔11直接被输送至泵12。
可以理解，由于通过泵附近的管道18有两种气体A，B被排入到一个单个泵12中，在两种气体供应之间的转换受到影响之后保留在这一区域中的任何残留气体之间就会有交叉反应的机会。
图2示出了一种向处理腔供应气体的一种替代的改进装置。
从图2可以看出，所示装置可向处理腔4输送三种不同的气体1，2，3。典型地是，其中的气体3为吹洗气体，而其它两种气体1，2为要在处理器4中进行反应的处理气体，例如用于形成多层半导体产品或多层绝缘体。通过之间的管道网6，每种气体供应连接到处理腔4和两个泵7，8中的一个。通过各自的入口管道21，22，23,管道网6在每一所需气体1，2，3的气源上游端处连接，所述入口管道1，2，3用于向管道网6分配气体1，2，3。管道网6通过出口管道26，27在下游端连接到真空泵7，8，以便向其排放气体。
在该示例中，通过入口管道21，22，23与出口管道26，27之间的管道网6，提供了三条主要流道。第一流道通过穿过处理腔4而形成。一条管道24位于处理腔4的上游，管道24的末端具有连接到处理腔入口4a的端口24’。第二管道25位于处理腔4的下游，管道25的末端具有连接到处理腔出口4b的另一个端口25’。该示例的第二和第三流道通过旁支管道28，29形成。这些管道为任何时间都不需在处理腔内进行处理的气体提供可选择的通道。通常，管道网6所提供的特殊流道的数量与要输送到管道网的气体的种数(这里为三种)相适应。
管道网6包括两边的开关阀5a和5b，用于沿着上述管道网6所提供的三条单独的流道输送每种气体1，2，3。这些阀优选为快速致动阀，如电磁阀，以便快速地影响三种不同气体1，2，3从一条流道到另一条流道地转换。控制器9将每边的阀5a，5b连接起来，以允许每个阀可根据在处理腔4中所要执行的特定处理进行自动转换。控制器9能够以任何特定的顺序使不同的阀启动，而且还能控制启动的时间、任何特定阀打开的持续时间和打开的程度。定时可用于使一边的阀5a早于另一边的阀5b启动，从而确保一个流道内存在的气体在将随后的气体引入网络该区域中之前被排尽。
一种构成管道网6的特殊结构的阀和管道在图3中示出，下面将结合其操作进行描述。
如图2所示，每一入口管道21，22，23限定了进入管道网的入口21’，22’，23’，同样，每一出口管道26，27限定了流出管道网的出口26’，27’。为了清楚起见，在图3中仅仅示出管道。
每种气体1，2，3开始输入各自的入口管道21，22，23。
第一处理气体1被提供到处理腔4中(参见图2)，阀31，32，33，41和42打开，其余的阀关闭。这就使得第一气体1从入口管道21，穿过阀32、管道24，并通过处理腔入口4a进入到处理腔4中。处理过程没有用完的任何残留气体1通过处理腔出口4b流出处理腔4，进入管道25并由此通过阀41和出口管道26进入泵7。
与此同时，第二处理气体2直接从入口22穿过阀33、管道28和阀42到达出口27，在此气体2排入真空泵8。因此，气体2完全绕过了处理腔4，从而不会与第一处理气体1混合。第三种处理气体(在这里为吹洗气体3)直接从其单独入口23，穿过阀31和管道29到达出口26(与第一处理气体1共用)，并由此排入到真空泵7。这种共用会在任何不会反应生成前述的沉积或生成具有特殊腐蚀性特征的副产品的气体之间出现，这种副产品可与对操作甚至会对真空泵7，8的运转造成伤害。
通常，被引入处理腔4的下一种气体为吹洗气体3，因此，第一转换边5a的阀31和32由控制器9关闭，同时，同样是第一转换边5a中的阀34和35打开。以这种方式，第二处理气体2才会不受影响并如前所述的一样，直接从其入口22进入到出口27，而第一处理气体1和吹洗气体3交换流道。也即第一处理气体1现在从入口21穿过阀35并绕过管道29进入出口26，由此排入真空泵7。与此同时，吹洗气体3从入口23穿过阀34和管道24并经过处理腔入口4a进入处理腔4。之后，吹洗气体3通过处理腔出口4b排出处理腔4进入管道25，并通过阀41进入出口26，由此排入真空泵7。
随后的步骤可包括将第二处理气体2输送到处理腔中。在这种情况下，需要将每种气体1，2，3移入到一条新的流道中，所以两边5a，5b中的几乎所有阀都必须被同时关闭。阀34，35，33，41和42由控制器9关闭，而阀31，36，37，43和44被打开，从而限定了由三条流道组成的新流道。主流道用于将第二处理气体2输送至处理腔4。第二处理气体2从其入口22，穿过阀37和管道24并经过处理腔入口4a进入处理腔4，在此，其执行与处理腔内产生的薄片相关的功能。之后，任何残留的气体2从处理腔4通过处理腔出口4b、穿过管道25和阀43进入出口27，由此排入真空泵8。在这种结构中第一绕行路线将第一处理气体从入口21并穿过阀36、管道28和阀44输送到其单独的出口26。第二绕行路线将第三气体(这里为吹洗气体3)从入口23穿过阀31和管道29输送至出口26，当其排入真空泵时在此与第一气体1混合。
因此可以看出，利用转换阀31到37和41到44的合适操作并利用控制器9，每种气体1，2，3可具有两条不同的流道，也即通过处理腔4的第一流道和绕过处理腔4的第二流道。这样可使气体分别依次输送至处理腔4中，并可将每种反应处理气体1和2输送至各自的泵7，8。由于这些处理气体1，2在它们进入前级管道(其位于相关的出口26，27的下游)之前进入到特定的泵7，8中，所以没有机会进行交叉反应和随后对泵7，8的颗粒污染。
可以理解，通过在合适的转换边5a，5b添加另外的管道和与之相关的阀，上面的设置可被很容易地扩展至适用于多于两种的反应气体。泵的数量也可被增加到允许对混合时产生腐蚀性副产品或形成颗粒沉积的气体进行分离，所述副产品或沉积将对泵的操作和性能有害。还可以理解，分离的泵仅仅在存在能够发生交叉反应的两种或多种气体时需要。不发生交叉反应的任何两种或多种气体可利用上述类型装置被安全地直接输送到一个泵中。
通过将气体从一条流道重新输送或转换到另一流道，每种气体的输送可保持稳定和稳态气流而不是开和关的连续波动。这就减少了液流的瞬间特征。此外，通过向处理腔4设置一个入口4a和出口4b，可以看到所述系统本身可用于将处理腔工作区的气流的瞬间现象降至最低。
通过设置平衡流道可使气流的瞬间特征降低，也就是不同流道的长度和横截面积可相互之间进行比较。
尽可能地降低这些瞬间特征是有益的，这样可使薄片暴露于处理气体的时间最短，因而增加了装置的尘产能力并降低了所需的消耗。

Claims (26)

1.一种装置，其包括：
具有腔入口和腔出口的腔；
接收第一气流的第一入口；
接收第二气流的第二入口；
将第一气流排入第一真空泵的第一出口；
将第二气流排入第二真空泵的第二出口；
将第一入口连接到第一出口和将第二入口连接到第二出口的管道网，以便在各自入口和出口之间限定用于每一气流的第一和第二流道，所述第一流道穿过所述腔入口和腔出口，所述第二流道绕过所述腔；以及
通过所述管道网输送气流的装置，以便当一种气流沿着其第一流道流动时，另一种气流沿着其第二流道流动。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：部分用于第一气流的第二流道与部分用于第二气流的第二流道共用。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：对于每一气流来说，第一流道同第二流道隔离。
4.如前述任一权利要求所述的装置，其特征在于：所述输送装置包括位于管道网内的第一阀系统，以及控制第一阀系统从而使第一气流从第一入口输送至从第一和第二流道中选择出的一条流道和将第二气流从第二入口输送至从第一和第二流道中选择出的一条流道的装置。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述输送装置包括位于所述管道网内的第二阀系统，以及用于控制第二阀系统以使第一气流从其选择出的流道输送至第一出口和将第二气流从其选择出的流道输送至第二出口的装置。
6.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于：所述控制装置或每一控制装置用于控制阀系统的阀的打开程度。
7.如权利要求4至6任一所述的装置，其特征在于：所述控制装置或每一控制装置用于控制阀系统每一个阀的打开的持续时间。
8.如权利要求4至7任一所述的装置，其特征在于：所述控制装置或每个控制装置用于在阀系统的阀打开之间设定预定时间间隔，以便保证在引入新气体之前将管道的任意共用段内的所有气体排尽。
9.如前述任一权利要求所述的装置，其特征在于：其包括用于接收第三气流的第三入口，并且其中所述管道网将第三入口连接到第一出口上，以便在第三入口与第一出口之间限定用于第三气流的第一流道，该流道穿过腔入口和腔出口。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于：所述输送装置用于通过所述管道网输送所述气流，从而当第三气流沿其第一流道流动时，第一和第二气流沿着它们的第二流道流动。
11.如权利要求9或10所述的装置，其特征在于：所述管道网将第三入口连接到第一出口上，以便在第三入口与第一出口之间限定用于第三气流的第二流道，该第二流道绕过所述腔，所述输送装置用于通过管道网输送所述气流，从而当一种气流沿着其第一流道流动时其它气流沿着它们的第二流道流动。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于：所述输送系统包括位于管道网内的第三阀系统，以及用于控制第三阀系统的装置，从而使第三气流从第三入口输送至从第一和第二流道中选择出的一条流道中。
13.如前述任一权利要求所述的装置，其特征在于：所述腔入口和腔出口用于在腔的工作区提供一种均衡的流动分布。
14.一种将气体输送至一个腔并将气体从所述腔排出的装置，所述装置包括：
接收第一气流的第一入口；
接收第二气流的第二入口；
排出第一气流的第一出口；
排出第二气流的第二出口；
可连接到所述腔入口的第一腔口；
可连接到所述腔出口的第二腔口；
将第一入口连接到第一出口和将第二入口连接到第二出口的管道网，以便在各自入口和出口之间限定用于每一气流的第一和第二流道，所述第一流道穿过所述腔口，所述第二流道绕过所述腔口；以及
通过所述管道网输送气流的装置，以便当一种气流沿着其第一流道流动时，另一种气流沿着其第二流道流动。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于：部分用于第一气流的第二流道与部分用于第二气流的第二流道共用。
16.如权利要求14或15所述的装置，其特征在于：对于每一气流来说，第一流道同第二流道隔离。
17.如权利要求14-16任一所述的装置，其特征在于：所述输送装置包括位于管道网内的第一阀系统，以及控制第一阀系统从而使第一气流从第一入口输送至从第一和第二流道中选择出的一条流道和将第二气流从第二入口输送至从第一和第二流道中选择出的一条流道的装置。
18.如权利要求17所述的装置，其特征在于：所述输送装置包括位于所述管道网内的第二阀系统，以及用于控制第二阀系统以使第一气流从其选择出的流道输送至第一出口和将第二气流从其选择出的流道输送至第二出口的装置。
19.如权利要求17或18所述的装置，其特征在于：所述控制装置或每一控制装置用于控制阀系统的阀的打开程度。
20.如权利要求17至19任一所述的装置，其特征在于：所述控制装置或每一控制装置用于控制阀系统每一个阀的打开的持续时间。
21.如权利要求17至20任一所述的装置，其特征在于：所述控制装置用于在不同阀系统的阀打开之间设定时间间隔，以便保证在引入新气体之前将管道的任意共用段内的所有气体排尽。
22.如权利要求14至21任一所述的装置，其特征在于：其包括用于接收第三气流的第三入口，并且其中所述管道网将第三入口连接到第一出口上，以便在第三入口与第一出口之间限定用于第三气流的第一流道，该流道穿过第一和第二腔口。
23.如权利要求22所述的装置，其特征在于：所述输送装置用于通过所述管道网输送所述气流，从而当第三气流沿其第一流道流动时，第一和第二气流沿着它们的第二流道流动。
24.如权利要求22或23所述的装置，其特征在于：所述管道网将第三入口连接到第一出口上，以便在第三入口与第一出口之间限定用于第三气流的第二流道，该第二流道绕过所述腔口，所述输送装置用于通过管道网输送所述气流，从而当一种气流沿着其第一流道流动时其它气流沿着它们的第二流道流动。
25.如权利要求24所述的装置，其特征在于：所述输送系统包括位于管道网内的第三阀系统，以及用于控制第三阀系统的装置，从而使第三气流从第三入口输送至从第一和第二流道中选择出的一条流道中。
26.一种将气体输送至一个腔并将气体从所述腔排出的方法，该方法包括如下步骤：
将管道网连接到所述腔，其具有：
接收第一气流的第一入口；
接收第二气流的第二入口；
排出第一气流的第一出口；
排出第二气流的第二出口；
可连接到所述腔入口的第一腔口；
可连接到所述腔出口的第二腔口；和
将第一入口连接到第一出口和将第二入口连接到第二出口的管道网，以便在各自入口和出口之间限定用于每一气流的第一和第二流道，所述第一流道穿过所述腔口，所述第二流道绕过所述腔口；以及
通过所述管道网输送气流，以便当一种气流沿着其第一流道流动时，另一种气流沿着其第二流道流动。
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