DE69738136T2

DE69738136T2 - Reagenzzuführbehälter für cvd

Info

Publication number: DE69738136T2
Application number: DE69738136T
Authority: DE
Inventors: Fred New Milford BOUCHARD
Original assignee: Advanced Technology Materials Inc
Current assignee: Advanced Technology Materials Inc
Priority date: 1996-12-17
Filing date: 1997-12-17
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2017-12-18
Also published as: EP0953064A1; DE69738136D1; EP0953064B1; JP3474201B2; US6077356A; EP0953064A4; KR100364115B1; KR20000057606A; WO1998027247A1; JP2001503106A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Flüssigreagens-Abgabeanordnung mit geschlossenem Behälter von der Bauart, bei der Flüssigkeit aus einer Tauchrohr-Flüssigkeitsabströmleitung aus einem mittels Gas unter Druck gesetztem Behälter abgegeben wird, und der Flüssigkeitspegel durch einen Sensor erfasst werden kann, der sich nach unten in den Behälter erstreckt und unmittelbar vor dessen Boden endet.
Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Auf dem Gebiet der chemischen Dampfabscheidung unter Verwendung von Flüssigkeitszufuhrsystemen zur Zuführung eines Flüssigreagens zu einem Verdampfer, wobei die Flüssigkeit durch den Verdampfer verdampft wird und an einen Reaktor für chemische Dampfabscheidung zur Ausbildung der gewünschten Materialschicht auf einem Substrat aus dem Reagensdampf weitergeleitet wird, sind die verwendeten Flüssigreagenzien oftmals teuer.
Dies gilt insbesondere in den Fällen, wo das beim Vorgang der chemischen Dampfabscheidung abzuscheidende Material ein Edelmetall oder seltenes Element ist, oder wo schwierig und/oder teuer ist, das Flüssigreagens selbst zu synthetisieren. Beispiele umfassen viele Flüssigreagenzien für die unter Flüssigkeitszufuhr und chemischer Dampfabscheidung stattfindende Herstellung von Halbleiter- und Supraleiterbausteinen sowie deren Vorläuferstrukturen, z.B. flüssige Ausgangsverbindungen und Lösungen aus lösbaren oder suspendierbaren Ausgangsverbindungen, für Platin, Gold, Titan, Blei, Palladium, Zirkonium, Wismut, Strontium, Barium, Calcium, Antimon, Thallium, Tantal etc.
Aufgrund des hohen Preises solcher Flüssigreagenzien liegt es auf der Hand, dass es wünschenswert ist, die Ausnutzung des Reagens bei einer gegebenen Anwendung zu maximieren und die Verschwendung bzw. den Verlust des wertvollen Flüssigreagensmaterials zu minimieren.
Die herkömmliche Zufuhrbehälteranordnung, die bei Flüssigkeitszufuhrvorgängen für eine chemische Dampfabscheidung verwendet wird, umfasst typischerweise einen geschlossenen Behälter mit Boden- und Wandtei len, die ein Innenvolumen definieren, das durch innere Boden- und Wandflächen begrenzt ist, um ein Flüssigreagens vorzuhalten.
Der Behälter ist an eine Druckgas-Versorgungseinrichtung angeschlos sen, um Druckgas in das Innenvolumen des Behälters einzuleiten, um dadurch Flüssigreagens druckbedingt aus dem Behälter abzugeben. Zu diesem Zweck kann der Behälter mit einer "Druckbeaufschlagungssäule" oder einem Einlassrohr versehen sein, die bzw. das über eine Leitung mit einer Druckgasquelle verbunden ist, wie etwa mit einer Hochdruckgasflasche, die ein Verdrängungsgas wie z.B. Stickstoff, Argon oder eine andere geeignete Gasart enthält, welches dazu dient, das Volumen des Flüssigreagens im Behälter mit Druck zu beaufschlagen, um das Austreten von Flüssigkeit aus dem Behälter unter Abgabebedingungen zu verursachen.
Aus solch einem Behälter wird Flüssigkeit durch ein "Tauchrohr" oder Flüssigkeitsabströmrohr abgegeben, welches so angeordnet ist, dass es sich von einem unteren offenen Ende in unmittelbarer Nähe zur flachen oder allgemein ebenen Bodenfläche des Behälterinnenvolumens nach oben und aus dem Behälter nach außen erstreckt. Die vorstehend erwähnte Druckbeaufschlagung des Flüssigreagens unter Abgabebedingungen lässt dabei das Flüssigreagens in das offene untere Ende des Tauchrohrs einströmen und nach oben durch das Rohr hindurch, um aus dem Behälter nach außen abgegeben zu werden, z.B. in eine Leitung, die den Verdampfer für die chemische Dampfabscheidungseinheit speist, wodurch ein Dampf des Reagensausgangsstoffes gebildet wird, und danach in einen Reaktor zur chemischen Dampfabscheidung eingeleitet wird, um eine Materialschicht auf dem darin befindlichen Substrat abzuscheiden.
Der herkömmliche Flüssigreagensbehälter mit der vorstehend beschriebenen Eigenschaft ist auch mit einem Flüssigkeitspegelsensor ausges tattet, der von einer Bauart ist, die sich nach unten in das Innenvolumen erstreckt und an einem unteren Ende in unmittelbarer Nähe zur Bodenfläche im Innenvolumen des Behälters endet. Der Sensor ist dazu gedacht, den Pegel der Flüssigkeit zu erfassen, wenn sie nach und nach verbraucht wird.
Der Flüssigkeitspegelsensor und das Tauchrohr benötigen eine gewisse Höhe an Flüssigkeit, um ordnungsgemäß zu funktionieren. Wenn der Flüssigkeitspegel zu niedrig ist, stellt der Pegelsensor möglicherweise seine Funktion; noch entscheidender ist, dass Gas durch Druck im Tauchrohr nach oben gedrückt werden kann. Das Hochsteigen vom Gas im Tauchrohr ist bei Flüssigkeitszufuhranwendungen nicht wünschenswert, da das "mitfließende" Gas die Flüssigkeit ersetzt, die im austretenden Fluid verdampft werden soll. Im Ergebnis kann der Verdampfer überhitzen oder es können sich Hot Spots bilden, und der nachgeschaltete Prozess kann einen zu geringen Anteil des gewünschten Flusses oder der gewünschten Fließrate der Dampfquelle erhalten, was wiederum dazu führen kann, dass das abgeschiedene Material stöchiometrisch oder anderweitig von der Zusammensetzung her unzureichend oder für seinen beabsichtigten Zweck sogar unbrauchbar ist.
Um dieses Problem zu lösen, war es – um sicherzustellen, dass für das Abfühlen des Flüssigkeitspegels zu jedem Zeitpunkt der Flüssigkeitspegel hoch genug ist – übliche Praxis, nur 80 bis 90% des im Behälter ursprünglich vorgesehenen Flüssigreagensvolumens zu nutzen, was bedeutet, dass 10 bis 20% des ursprünglichen Volumens der Reagensflüssigkeit nicht verwendet (und von daher vergeudet) werden. Da der Halbleiterherstellungsprozess in einer diskontinuierlichen Vorgehensweise bezüglich der Abscheidung der bildenden Materialien auf dem Wafersubstrat aus dem verdampften Ausgangsmaterial arbeitet, wird das nicht verwendete Reagens aus dem Zufuhrbehälter Teil zum Gesamtabfall aus der Halbleiterherstellungsanlage.
In den Fällen, wo das Flüssigreagens teuer und wertvoll ist, wird durch eine solche Verschwendung des Flüssigreagens die Wirtschaftlichkeit des Prozesses schwer beeinträchtigt und stellt auch eine beträchtliche Belastung hinsichtlich des Verbleibs der Abfallflüssigkeit und seiner Auswirkung auf die Umwelt dar.
In der US-A 4 676 404 ist eine Vorrichtung zum Zuleiten einer Medikamentenflüssigkeit aus einem Kanister offenbart, die ein Anzeigegerät für den Normalpegel aufweist.
In der US-A 5 383 574 ist ein System und ein Verfahren zur Abgabe von Flüssigkeit aus einem Lagerbehälter offenbart, wobei Flüssigkeitspegelsensoren Teil eines komplexen Systems sind.
Die US-A 5 582 647 beschreibt eine Materialzufuhrvorrichtung mit einem genau arbeitenden Flüssigkeitspegelsensor, bei der der Boden des Behälters, der zur Vorhaltung der Flüssigkeit verwendet wird, in gewisser Weise mit einer Erhebung versehen ist, aber nicht über eine Aussparung verfügt, in der der Flüssigkeitspegelsensor enden könnte.
Demgemäß wäre es ein entscheidender Fortschritt auf diesem Gebiet, und ist folglich eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Flüssigreagens-Zufuhreinrichtung und ein verbessertes Flüssigkeitsreagens-Zufuhrverfahren bereitzustellen, welches in Bezug auf die Flüssigreagens-Zufuhreinrichtung und das Flüssigreagens-Zufuhrverfahren gemäß dem Stand der Technik die Ausnutzung des Flüssigreagens erhöht und dementsprechend dessen Abfallvolumen reduziert.
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich deutlicher aus der nun folgenden Offenbarung und den beigefügten Ansprüchen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Abgabe eines Flüssigreagens, bei der das Flüssigreagens aus einer Tauchrohr-Flüssigkeitsabströmleitung aus einem mittels Gas unter Druck gesetzten Behälter abgegeben wird, und bei der der Boden des mittels Gas unter Druck gesetzten Behälters eine Sammelhöhlung bereitstellt, in der das untere Ende der Tauchrohr-Flüssigkeitsabströmleitung angeordnet ist.
Durch eine solche Anordnung wird eine bessere Ausnutzung der Flüssigkeit als bei den mit flachem Boden ausgeführten Behälterkonstruktionen aus dem Stand der Technik erreicht.
Gemäß einem bestimmten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine Flüssigkeitsreagens-Abgabeanordnung, Folgendes umfassend:
einen mittels Gas unter Druck setzbaren Behälter, der einen Boden sowie ein durch eine Innenwand und Bodenflächen begrenztes Innenvolumen umfasst,
eine Tauchrohr-Flüssigkeitsabströmleitung zum Abgeben von Flüssigkeit aus dem mittels Gas unter Druck setzbaren Behälter, wobei sich das Tauchrohr im Innenvolumen des Behälters nach unten zu einem unteren Ende des Tauchrohrs erstreckt, das in einem unteren Abschnitt des Innenvolumens angeordnet ist,
einen Flüssigkeitspegelsensor zum Abfühlen eines Pegels des Flüssigreagens im Behälterinnenvolumen,
wobei der Boden des Behälters in sich eine Sammelhöhlung ausgebildet hat, die sich von der Oberfläche des Bodens nach unten erstreckt, und
das untere Ende des Tauchrohrs in der Sammelhöhlung positioniert ist.
Bei einer derartigen Anordnung umfasst der Flüssigkeitspegelsensor ein Sensorelement, das sich nach unten erstreckt und an einem unteren Ende endet, welches in der Sammelhöhlungsstruktur positioniert ist.
In einer Ausführungsform ist die Sammelhöhlung als Struktur mit zwei Vertiefungen ausgebildet, die sich im Bodenteil des Gefäßes befindet, wobei eine Vertiefung das untere, äußerste Ende des Tauchrohrs aufnimmt und die andere Vertiefung das untere Ende des Flüssigkeitssensorelements enthält.
In einer anderen Ausführungsform kann die Flüssigreagens-Abgabeanordnung einen Flüssigreagens-Strömungskreis umfassen, der die Tauchrohr-Flüssigkeitsabströmleitung in Reagensflüssigströmungsverbindung mit einem Flüssigkeitszufuhrsystem für eine chemische Dampfabscheidung setzt, welches System einen Verdampfer und eine Kammer für chemische Dampfabscheidung umfasst.
Die Sammelhöhlung kann geeigneterweise einen kleineren Anteil, z.B. 25% oder weniger, der Querschnittsfläche des Bodenflächenbereichs des Behälters in Anspruch nehmen und kann einfach durch spanende Bearbeitung, Fräsen, Bohren oder Profilfräsen des Bodenteils des Behälters hergestellt werden.
Die Reagenszufuhr-Behälteranordnung der Erfindung kann in einer breiten Palette von Prozesssystemen verwendet werden, einschließlich z.B. chemischer Dampfabscheidungssysteme, bei denen das Flüssigreagens aus dem Zufuhrbehälter an einen Verdampfer weitergeleitet wird und verdampft wird, um eine Dampfquelle zu bilden, die zu einer Kammer für chemische Dampfabscheidung geleitet wird, um aus der Dampfquelle eine Materialschicht auf einem darin befindlichen Substrat abzuscheiden.
Weitere Aspekte, Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich klarer aus der folgenden Offenbarung und den beigefügten Ansprüchen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Systems zur chemischen Dampfabscheidung, das einen Reagenszufuhrbehälter umfasst, der in einer Seitenansicht im Teilquerschnitt gezeigt ist, und gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform der Erfindung ausgelegt ist.
2 ist eine quergeschnittene Draufsicht des Reagensquellenbehälters von 1 entlang der Linie 2-2 von 1.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG UND BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DAVON
Mit Bezug auf die Zeichnungen ist 1 eine schematische Darstellung eines chemischen Dampfabscheidungssystems 10 mit einer in Seitenansicht und im Teilquerschnitt gezeigten Reagenszufuhr-Behälteranordnung gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform der Erfindung.
In diesem System umfasst der Reagenszufuhrbehälter 12 ein Seitenwandteil 14, das z.B. eine zylindrische Wand oder Wandsegmente umfassen kann, die gemeinsam eine umschließende Seitenwandstruktur mit z.B. quadratischem oder einem anderen nicht kreisförmigen Querschnitt definieren, sowie ein oberes Wandteil 16 und ein Bodenteil 18. Das Seitenwandteil, obere Wandteil und Bodenteil bilden ein umschlossenes Innenvolumen 20 des Behälters, der im Betrieb einen Gasraum 22 über einer Flüssigkeit 24 enthalten kann, die an der Grenzfläche Gas – Flüssigkeit eine Flüssigkeitsoberfläche 26 bildet.
Gemäß der Erfindung ist das Bodenteil 18, welches wie in 1 gezeigt eine Hauptbodenoberfläche 34 hat, mit einer darin vorgesehenen Sammelhöhlung 28 versehen. Die Sammelhöhlung 28 erstreckt sich von der Hauptbodenoberfläche 34 nach unten in das Bodenteil 18 hinein und ist von der unterhalb des Bodens liegenden Fläche 32 und der begrenzenden Seitenwandfläche 30 der Höhlung begrenzt.
Der Reagenszufuhrbehälter 12 ist mit einer Einrichtung zum Einleiten von Druckgas ausgestattet, die in der gezeigten Ausführungsform ein Druckgas-Einleitrohr 36 mit einem daran angeschlossenen Gasströmungs-Steuerventil 38 umfasst, um den Strom des Druckgases in das Innenvolumen des Reagenszufuhrbehälters zu regeln. Das Gaseinleitrohr 36 kann wie dargestellt durch eine geeignete Öffnung im oberen Wandteil 16 des Behälters verlaufen und an einem offenen unteren Ende 40 im Gasraum 22 des Innenvolumens enden.
Das Gaseinleitrohr 36 ist über ein Anschlussstück 37 mit einer von der Gasversorgungseinheit 50 kommenden Zufuhrleitung 52 verbunden, so dass das Druckgas von der Versorgungseinheit 50 durch die Zufuhrleitung 52 zum Gaseinleitrohr 36 strömt und am offenen unteren Ende 40 des Gaseinleitrohrs in den Gasraum 22 des Behälters abgelassen wird, um Druck auf die Oberfläche 26 der Flüssigkeit 24 auszuüben, um die Flüssigkeit abzugeben, wie nachstehend ausführlicher beschrieben werden wird. Die Gasversorgungseinheit 50 kann in irgendeiner geeigneten Bauart vorliegen, wie z.B. als Hochdruckgasflasche, Tieftemperatur-Trennanlage oder Druckschwing-Lufttrennanlage, die der Zufuhrleitung 52 ein Druckgas wie z.B. Stickstoff, Argon, Sauerstoff etc. bereitstellt.
Der Behälter 12 ist auch mit einem Tauchrohr 42 ausgestattet, das sich von einem unteren offenen Ende 46 in das Innenvolumen des Behälters hinein erstreckt, in Richtung zu einem oberen Ende und aus dem Behälter hinaus, welches Tauchrohr mit einer Flüssigkeitseinspeiseleitung 54 verbunden ist. Das Tauchrohr läuft somit durch das obere Wandteil 16 des Behälters und ist wie gezeigt an ein Strömungssteuerventil 44 angeschlossen, um den Durchsatz der abgegebenen Flüssigkeit wahlweise einzustellen, die durch das Tauchrohr zur Leitung 54 geleitet wird. Das untere offene Ende 46 des Tauchrohrs befindet sich in unmittelbarer Nähe zu der unterhalb des Bodens liegenden Fläche 32. Der Abstand zwischen dem unteren offenen Ende 46 des Tauchrohrs und der unterhalb des Bodens liegenden Fläche ist so gewählt, dass das untere offene Ende 46 möglichst nahe an der unterhalb des Bodens liegenden Fläche liegt, ohne den Strom der Flüssigkeit 24 in den Innendurchlass des Tauchrohrs zu stören bzw. zu behindern. Das untere Ende des Tauchrohrs kann z.B. so nahe an der unterhalb des Bodens liegenden Fläche der Sammelhöhlung liegen, dass hohe Anteile von z.B. mindestens 90% der im Behälter enthaltenen Flüssigkeit abgegeben werden können, ohne dass Gas mitfließt.
Der exakte Abstand zwischen dem unteren offenen Ende 46 des Tauchrohrs und der unterhalb des Bodens liegenden Fläche 32 hängt von verschiedenen Faktoren ab, welche die Viskosität der abgegebenen Flüssigkeit, die Abgabeströmungsraten der Flüssigkeit, die im Betrieb des chemischen Dampfabscheidungssystems gewünscht sind, den Innendurchmesser des Tauchrohrs, die Rauhigkeit der Innenfläche des Tauchrohrs etc. umfassen; dieser Abstand kann aber ohne zu großen experimentellen Aufwand durch die einfache Maßnahme der Veränderung der Abstandsabmessung in aufeinander folgenden Testläufen mit einem vertikal einstellbaren Tauchrohr eines Versuchsbehälters bestimmt werden, wobei auch die damit in Verbindung stehenden Abgabeströme, der Druckabfall etc. bestimmt werden, um eine zweckmäßige Abstandsabmessung für eine spezifische Endanwendung der Erfindung auszuwählen.
Die Flüssigkeitseinspeiseleitung 54 nimmt somit das Flüssigreagens auf, welches über das Tauchrohr 42 vom Reagenszufuhrbehälter 12 abgegeben wird, und leitet dieses zum Verdampfer 56 des chemischen Dampfabscheidungssystems. Im Verdampfer 56 wird das vom Zufuhrbehälter 12 kommende Flüssigreagens verdampft, um eine Dampfquelle für den sich anschließenden Dampfabscheidungsvorgang zu bilden. Der Verdampfer 56 kann auch ein Trägergas aufnehmen, um sich mit der durch Verdampfung des Flüssigreagens erzeugten Dampfquelle zu verbinden oder diese abzuschirmen. Alternativ kann die Dampfquelle dem nachgeschalteten Dampfabscheidungsvorgang in reiner Form zugeführt werden.
In jedem Fall wird die Dampfquelle vom Verdampfer 56 in der Dampfspeiseleitung 58 zur Kammer 60 für die chemische Dampfabscheidung geleitet. In der Kammer 60 zur chemischen Dampfabscheidung ist ein Wafer 64 oder ein anderes Substratelement an einer heizbaren Aufnahme 62 oder einer anderen Trägerstruktur angebracht, und zwar so, dass er/es der Dampfquelle ausgesetzt ist, die in die Kammer von der Dampfspeiseleitung 58 eingeleitet wird. Der Dampf gelangt in Kontakt mit dem Wafer 64, um darauf die gewünschte(n) Komponente(n) der Dampfquelle abzuscheiden und eine sich ergebende Materialschicht oder -abscheidung auf dem Wafer zu bilden. Das abströmende Gas aus der chemischen Dampfabscheidung wird aus der Kammer 60 in die Ausflussmaterial-Abströmleitung 66 geleitet und kann einem Recyclingvorgang, einem Wiedergewinnungsprozess, einer Abfallbehandlung, einer Entsorgung oder irgendeiner anderen Verwendungseinrichtung (in 1 nicht gezeigt) zugeführt werden.
Unter erneutem Bezug auf den Reagenszufuhrbehälter 12 ist dieser mit einem Flüssigkeitspegelsensor 48 ausgestattet, der sich vom oberen Abschnitt 70 nach unten durch eine Manschette 72 im oberen Wandteil 16 des Behälters bis zu einem unteren Ende 74 erstreckt, das in unmittelbarer Nähe zur unterhalb des Bodens liegenden Fläche 32 der Sammelhöhlung 28 des Behälters liegt. Der obere Abschnitt des Flüssigkeitspegelsensors 48 ist durch eine Flüssigkeitspegelerfassungs-Signalübertragungsleitung 88 an ei ne zentrale Verarbeitungseinheit 90 angeschlossen, um während des Betriebs des Systems vom Sensor 48 erfasste Flüssigkeitspegelsignale zur zentralen Verarbeitungseinheit zu übertragen.
Die zentrale Verarbeitungseinheit 90, die einen geeigneten Mikroprozessor, Computer oder eine andere zweckentsprechende Steuerungseinrichtung umfassen kann, ist über eine Steuersignal-Übertragungsleitung 92 auch mit dem Ventil 38 verbunden (z.B. über ein geeignetes Ventilstellelement, das in der schematischen Darstellung von 1 nicht gezeigt ist), um das Ventil 38 wahlweise einzustellen und den Strom des Druckgases zum Reagenszufuhrbehälter zu steuern.
Die zentrale Verarbeitungseinheit 90 ist über eine Steuersignal-Übertragungsleitung 94 auch mit dem Flüssigkeitsabgabe-Steuerventil 44 verbunden (z.B. über ein geeignetes Ventilstellelement, das in der schematischen Darstellung von 1 nicht gezeigt ist), um den Strom der Reagensflüssigkeit vom Behälter 12 zum Verdampfer 56 zu steuern.
Wie in 1 gezeigt ist, hat die Sammelhöhlung 28 eine Tiefe t, die als der vertikale Abstand von der Ebene der Hauptbodenoberfläche 34 zur unterhalb des Bodens liegenden Fläche 32 gemessen wird, die relativ groß in Bezug auf die Dicke T des Bodenteils 18 ist. Durch diese Anordnung sind die unteren Enden 46 und 74 des Tauchrohrs 42 bzw. des Flüssigkeitspegelsensors 48 in unmittelbarer Nähe zum unteren Boden der Sammelhöhlung angeordnet, um im Teilvolumen der Flüssigkeit in der Sammelhöhlung zu arbeiten und dadurch den Grad der Ausnutzung der im Behälter vorgesehenen Flüssigkeit 24 zu erhöhen.
2 ist eine quergeschnittene Draufsicht des Flüssigreagens-Zufuhrbehälters 12 von 1 entlang der Linie 2-2 von 1. In dieser veranschaulichenden Ausführungsform hat die Sammelhöhlung 28 in der Draufsicht eine allgemein knochenförmige oder hantelförmige Gestalt, die die Vertiefung 80 für das Tauchrohr, die Vertiefung 82 für den Flüssigkeitspegelsensor und den Verengungsdurchgang 84 umfasst, der die Vertiefungen 80 und 82 miteinander verbindet.
In der Draufsicht sieht man, dass die Sammelhöhlung 28 einen geringen Anteil der Querschnittsbodenfläche des Behälters in Anspruch nimmt. Im allgemeinen ist eine solche in Draufsicht gesehene Querschnittsfläche der Sammelhöhlung vorzugsweise kleiner als ca. 25% der gesamten Quer schnittsfläche des Behälterbodens, und noch bevorzugter kleiner als ca. 15% der gesamten Querschnittsfläche des Behälterbodens. Die Querschnittsfläche der Sammelhöhlung kann z.B. im Bereich von ca. 5 bis ca. 20% der gesamten Querschnittsfläche des Behälters (Bodenfläche) liegen. Die Seitenwände der Sammelhöhlung können schräg liegen, gerade sein oder irgendeine andere Geometrie oder Ausrichtung haben.
Es sollte klar sein, dass die Formgebung einschließlich der Gestalt, Geometrie und Abmessungen der Sammelhöhlung in der praktischen Umsetzung der vorliegenden Erfindung praktisch in einem sehr weiten Bereich verändert werden können.
So kann z.B. die Sammelhöhlung separate einzelne Vertiefungen jeweils für den unteren Endabschnitt des Tauchrohrs und des Flüssigkeitspegelsensors haben. Diese Vertiefungen können miteinander über einen Durchgang in Verbindung gesetzt sein, der durch das Bodenteil des Zufuhrbehälters verläuft und an jeweiligen Enden zwischen den Vertiefungen im Nahbereich der unterhalb des Bodens liegenden Flächen der Vertiefungen eine Verbindung schafft. Ein solcher Verbindungsdurchgang kann z.B. ein allgemein horizontal verlaufender Durchgang sein, oder er kann z.B. einen U-förmigen Durchgang oder manometrischen bzw. Förderdurchgang zwischen den jeweiligen Vertiefungen des Bodenteils des Behälters umfassen, oder kann irgendeine andere geeignete Form und Ausgestaltung haben, mit dem Zweck, die Vertiefungen oder Bestandteile der Sammelhöhlung miteinander zu verbinden. Alternativ können die jeweiligen Vertiefungen eigenständig und wesensgemäß nicht miteinander verbunden sein und sind dann als getrennte Bohrungen oder Kanäle im Bodenteil des Behälters bereitgestellt.
Die Sammelhöhlung kann im Bodenteil des Flüssigreagenszufuhrbehälters durch jedes geeignete Herstellungsverfahren gebildet werden, einschließlich Gießen, Formen, Ätzen, spanende Bearbeitung (Bohren, Fräsen, Funkenerosionsbearbeitung etc.), oder jedes andere Verfahren, das eine Ausnehmungsstruktur im Bodenteil schafft, die ein Flüssigkeitsaufnahmevolumen von reduzierter Querschnittsfläche im unteren Teil des Innenvolumens des Flüssigreagenszufuhrbehälters bereitstellt, so dass ein gegebenes Flüssigkeitsvolumen eine größere Höhe erlangt als es bei einem Innenvolumen mit einer über seine gesamte vertikale Erstreckung gleichförmigen Querschnittsfläche der Fall wäre.
Die in 1 und 2 gezeigte Anordnung, bei der ein gemäß Anspruch 1 ausgeführter Flüssigkeitspegelsensor der Bauart verwendet wird, die ein Sensorelement umfasst, das sich im Behälter nach unten zu einem unteren Ende erstreckt, das im unteren Teil des Behälterinnenvolumens angeordnet ist, wird aus Gründen der Einfachheit, Zuverlässigkeit und Kosteneinsparung allgemein bevorzugt.
Bei Betrieb des mit Bezug auf 1 und 2 dargestellten Systems wird ein Flüssigreagens in den Zufuhrbehälter 12 eingebracht und Druckgas wird von der Gasversorgungseinheit 50 über die Gaszufuhrleitung 52 zum Gaseinleitrohr 36 geleitet, von wo aus es am offenen Ende 40 des Gaseinleitrohrs in den Gasraum 22 im Innenvolumen 20 des Behälters 12 gelangt. Das Druckgas drückt die Flüssigkeit 24 in das untere Ende 46 des Tauchrohrs 42, von wo sie in die Leitung 54 strömt und zum Verdampfer 56 geführt wird, worin sie verdampft wird.
Nach Verdampfung des Flüssigreagens im Verdampfer 56 wird der sich ergebende Reagensdampf in der Leitung 58 zur Kammer 60 für chemische Dampfabscheidung geleitet, um die gewünschte Materialschicht oder Materialabscheidung auf dem Substrat 64 abzuscheiden, wobei der Abstrom des aus der Kammer 60 ausgeleiteten Dampfes über die Ausflussmaterial-Abströmleitung 66 erfolgt.
Während dieses Vorgangs wird der Flüssigkeitspegel der Flüssigkeit 24 im Behälter 12 durch den Flüssigkeitspegelsensor 48 erfasst. Der durch die Flüssigkeitsoberfläche 26 gebildete Flüssigkeitspegel nimmt nach und nach ab und sinkt schließlich in der Sammelhöhlung 28 bis auf eine minimale Flüssigkeitshöhe ab (Höhe der Flüssigkeit in der Sammelhöhlung), wobei an diesem Punkt die zentrale Verarbeitungseinheit 90 über die Flüssigkeitspegelerfassungs-Signalübertragungsleitung 88 ein entsprechendes, erfasstes Flüssigkeitspegelsignal empfängt. Die zentrale Verarbeitungseinheit 90 überträgt als Reaktion darauf ein Steuersignal in der Steuersignal-Übertragungsleitung 92 auf das Ventil 38, um dieses zu schließen und die Strömung von Druckgas zum Reagenszufuhrbehälter abzusperren, und sendet gleichzeitig auch ein Steuersignal in der Steuersignal-Übertragungsleitung 94, um das Flüssigkeitsabgabe-Steuerventil 44 zu schließen, um die Strömung der Reagensflüssigkeit vom Behälter 12 zum Verdampfer zu blockieren.
Dadurch, dass am Ende des Flüssigkeitsabgabevorgangs mit einem verringerten Querschnitt gearbeitet wird, besteht eine größere Flüssigkeitsvolumenhöhe in der Sammelhöhlung gemäß der vorliegenden Erfindung relativ zum größeren Querschnitt gesehen, wobei eine geringere Flüssigkeitsvolumenhöhe charakteristisch ist für die Reagenszufuhrbehälter aus dem Stand der Technik, und der Flüssigkeitssensor ist dazu in der Lage, das Flüssigreagens bei Ende der Flüssigkeitsentnahme auf viel kleinere Pegel zu überwachen, als es bisher möglich war.
Dabei gestattet es die Anordnung des unteren Einlassendes der Tauchrohr-Flüssigkeitsabströmleitung in der Sammelhöhlung des Behälters, dass der Flüssigkeitsstrom bis zu einem vollständigeren Entnahmegrad des Flüssigkeitsinhalts des Behälters fortgeführt wird, als in der Praxis nach dem Stand der Technik möglich war, und zwar ohne die Gefahr des Austragens oder Mitreißens von Druckgas in die Flüssigkeitsabströmleitung.
Durch die Einrichtungen und das Verfahren der vorliegenden Erfindung erzielt man somit auf diesem Gebiet einen wesentlichen Fortschritt in der Bereitstellung eines Systems zur Zufuhr und Abgabe eines Flüssigreagens, welches eine Ausnutzung von 95 bis 98% des Volumens des ursprünglich bereitgestellten Flüssigreagens gestattet, und zwar bei der Anwendung, für die das Flüssigreagens gezielt abgegeben wird.
Entsprechend ist es mit den Einrichtungen und dem Verfahren der vorliegenden Erfindung bei Vorgängen wie etwa der Herstellung von Halbleiter- und Supraleiterprodukten möglich, die Restmenge des Flüssigreagens auf Mengen von nur 2 bis 5% des ursprünglich in den Abgabebehälter eingebrachten Volumens zu reduzieren.
Dementsprechend werden durch die praktische Umsetzung der vorliegenden Erfindung die Wirtschaftlichkeit des Flüssigkeitszufuhr- und -abgabesystems sowie auch der Prozess deutlich verbessert, bei dem die abgegebene Flüssigkeit eingesetzt wird. In einigen Fällen gestattet die Erfindung die kosteneffiziente Ausnutzung von Flüssigreagenzien, was in praktischer Hinsicht durch die Restmengenanteile von vornherein ausgeschlossen war, die charakteristisch für die Praxis gemäß dem Stand der Technik sind.
Als weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung gestattet der reduzierte Flüssigkeitsvorrat im Zufuhrbehälter am Ende des Abgabevorgangs, relativ zur vorherigen Praxis betrachtet, dass die Umrüstzeit verkürzt werden kann, in der der entleerte Zufuhrbehälter aus dem Prozesssystem herausgenommen und für eine weitere Bearbeitung durch einen anderen Behälter ersetzt wird, und zwar als Ergebnis einer längeren aktiven Strahlzeit für den Zufuhrbehälter, was auf die gesteigerte Ausnutzung der ursprünglich eingebrachten Flüssigkeit zurückzuführen ist, in Bezug auf die Praxis gemäß dem Stand der Technik gesehen.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die geschlossene Behälterabgabeanordnung der Erfindung lässt sich nutzbringend zur Zuführung von Reagenzien zu Flüssigkeitszufuhrsystemen für die chemische Dampfabscheidung einsetzen, und zwar für die Abscheidung von Dünnfilmmaterialien bei der Herstellung von Halbleitermaterialien und Halbleiterbausteinen.
Bei solchen Anwendungen erreicht die Abgabeanordnung einen hohen Grad der Entnahme der Reagensflüssigkeit aus dem Behälter, um die Verwendung des zugeführten Reagens zu maximieren und die Restmenge der Flüssigkeit im Behälter am Ende des Abgabevorgangs zu minimieren.

Claims

Flüssigreagens-Abgabeanordnung, Folgendes umfassend: ein mittels Gas unter Druck setzbarer Behälter (12), der einen Boden sowie ein durch eine Innenwand und Bodenflächen begrenztes Innenvolumen (20) umfasst, eine Tauchrohr-Flüssigkeitsabströmleitung (42) zum Abgeben von Flüssigkeit (24) aus dem mittels Gas unter Druck setzbaren Behälter, wobei sich das Tauchrohr im Innenvolumen des Behälters nach unten zu einem unteren Ende des Tauchrohrs erstreckt, das in einem unteren Abschnitt des Innenvolumens angeordnet ist, einen Flüssigkeitspegelsensor (48) zum Abfühlen eines Pegels des Flüssigreagens im Behälterinnenvolumen, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden des Behälters in sich eine Sammelhöhlung (28) ausgebildet hat, die sich von der Oberfläche des Bodens nach unten erstreckt, das untere Ende (46) des Tauchrohrs in der Sammelhöhlung (28) positioniert ist, und der Flüssigkeitspegelsensor (48) ein Sensorelement aufweist, das sich nach unten erstreckt und an einem unteren Ende endet, welches in der Sammelhöhlung positioniert ist.
Flüssigreagens-Abgabeanordnung nach Anspruch 1, darüber hinaus einen Flüssigreagens-Strömungskreis aufweisend, der die Tauchrohr-Flüssigkeitsabströmleitung (42) in Reagensflüssigströmungsverbindung mit einem Flüssigkeitszufuhrsystem für eine chemische Dampfabscheidung verbindet.
Flüssigreagens-Abgabeanordnung nach Anspruch 2, wobei der Flüssigreagens-Strömungskreis ein Strömungssteuerventil (44) enthält, um den Durchsatz von abgegebenem Flüssigreagens durch den Kreis zu regeln.
Flüssigreagens-Abgabeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Sammelhöhlung (28) einen kleineren Anteil der Fläche der Bodenoberfläche (34) in Anspruch nimmt.
Flüssigreagens-Abgabeanordnung nach Anspruch 4, wobei die Sammelhöhlung (28) weniger als 25 % der Fläche der Bodenoberfläche (34) in Anspruch nimmt.
Flüssigreagens-Abgabeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Sammelhöhlung (28) in Draufsicht auf die Bodenoberfläche (34) hantelförmig ist.
Flüssigreagens-Abgabeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Sammelhöhlung (28) zwei in Querrichtung voneinander beabstandete Vertiefungen (80, 82) hat, die miteinander in Strömungsverbindung stehen, wobei eine der Vertiefungen das untere offene Ende des darin angeordneten Tauchrohrs (42) aufnimmt und die andere der Vertiefungen das untere Ende des darin angeordneten Flüssigkeitspegelsensorelements aufnimmt.
Flüssigreagens-Abgabeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Behälter (12) Boden- und Wandteile (16, 18) umfasst, die ein Innenvolumen (20) bilden, das durch innere Boden- und Wandflächen begrenzt ist, um das Flüssigreagens (24) vorzuhalten, und in das Druckgas eingeleitet werden kann, um das Flüssigreagens aus dem Behälter (12) auszuleiten; die Bodenteile (18) des Behälters (12) eine Sammelhöhlung (28) in sich ausgebildet haben, die sich von einer Hauptbodenoberfläche (34) des Bodenteils (18) zu einer unterhalb des Bodens liegenden Fläche (32) der Sammelhöhlung (28) erstreckt; und/oder das untere offene Ende (46) des Tauchrohrs in der Sammelhöhlung (28) in unmittelbarer Nähe zur unterhalb des Bodens liegenden Fläche (32) der Sammelhöhlung (28) positioniert ist.
Flüssigreagens-Abgabeanordnung nach Anspruch 8, wobei das Tauchrohr (42) sich durch ein Oberteil des geschlossenen Behälters (12) hindurch und allgemein vertikal nach unten in die Sammelhöhlung (28) erstreckt.
Flüssigreagens-Abgabeanordnung nach Anspruch 9, wobei die unmittelbare Nähe zur unterhalb des Bodens liegenden Fläche (32) eine Ausnutzung von mindestens 90% des Flüssigreagens gestattet, wenn im geschlossenen Behälter (12) Flüssigreagens enthalten ist.
Flüssigreagens-Abgabeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Anordnung darüber hinaus ein Druckgas-Einleitrohr (36), das funktionsmäßig mit einem Gasströmungs-Steuerventil (38) verbunden ist, und darüber hinaus Folgendes aufweist: eine Flüssigkeitspegel-Signalübertragungsleitung (88), die den Flüssigkeitspegelsensor (48) funktionsmäßig mit einer zentralen Verarbeitungseinheit (90) verbindet; und eine Gassteuersignal-Übertragungsleitung, die die zentrale Verarbeitungseinheit (90) funktionsmäßig mit dem Gasströmungs-Steuerventil (38) verbindet; derart, dass, wenn der Pegel des Flüssigreagens in dem geschlossenen Behälter eine minimale Reagenshöhe erreicht, der Flüssigkeitspegelsensor (48) in der Lage ist, ein Signal in der Flüssigreagenspegel-Signalübertragungsleitung (88) zur zentralen Verarbeitungseinheit (90) zu übertragen, und die zentrale Verarbeitungseinheit (90) in der Lage ist, das Pegelsignal von der Flüssigreagenspegel-Signalübertragungsleitung (88) zu empfangen und ein entsprechendes Gassteuersignal in der Gassteuersignal-Übertragungsleitung zum Gasströmungs-Steuerventil (38) zu übertragen, um das Gasströmungs-Steuerventil (38) zu schließen.
Flüssigreagens-Abgabeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Tauchrohr (42) funktionsmäßig mit einem Flüssigreagens-Strömungssteuerventil (44) verbunden ist, und darüber hinaus aufweist: eine Flüssigkeitspegel-Signalübertragungsleitung (88), die den Flüssigkeitspegelsensor (48) funktionsmäßig mit einer zentralen Verarbeitungseinheit (90) verbindet; und eine Reagenssteuersignalübertragungsleitung (92), die die zentrale Verarbeitungseinheit (90) funktionsmäßig mit dem Flüssigreagens-Strömungssteuerventil (44) verbindet; derart, dass, wenn der Pegel des Flüssigreagens in dem geschlossenen Behälter eine minimale Reagenshöhe erreicht, der Flüssigkeitspegelsensor (48) in der Lage ist, ein Flüssigreagenspegelsignal in der Flüssigreagenspegel-Signalübertragungsleitung (88) zur zentralen Verarbeitungseinheit (90) zu übertragen, und die zentrale Verarbeitungseinheit (90) in der Lage ist, das Pegelsignal von der Flüssigreagenspegel-Signalübertragungsleitung (88) zu empfangen und ein entsprechendes Flüssigreagens-Steuersignal in der Steuersignal-Übertragungsleitung (94) zum Flüssigreagens-Strömungssteuerventil (44) zu übertragen, um das Flüssigreagens-Strömungssteuerventil (44) zu schließen.
Flüssigreagens-Abgabeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, darüber hinaus ein Flüssigreagens (24) aufweisend, das im Innenvolumen (20) des geschlossenen Behälters (12) enthalten ist.
Flüssigreagens-Abgabeanordnung nach Anspruch 13, wobei das Flüssigreagens (24) einen Vorläufer für ein Metall enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Platin, Gold, Titan, Blei, Palladium, Zirkonium, Wismut, Strontium, Barium, Calcium, Antimon, Thallium und Tantal besteht.
Flüssigreagens-Abgabeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Sammelhöhlung (28) eine Vertiefung (82) für den Flüssigkeitspegelsensor aufweist, der in Strömungsverbindung mit einer Vertiefung (80) für das Tauchrohr steht.
Flüssigreagens-Abgabeanordnung nach Anspruch 15, wobei die Vertiefung (82) für den Flüssigkeitspegelsensor mit der Vertiefung (80) für das Tauchrohr durch einen Verengungsdurchgang (84) verbunden ist, wodurch eine hantelförmige Ausführung der Sammelhöhlung (28) gebildet ist.
Flüssigreagens-Abgabeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Sammelhöhlung (28) wenigstens zum Teil durch eine schräg liegende Wandoberfläche gebildet ist.
Flüssigreagens-Abgabeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, darüber hinaus eine Druckgasquelle umfassend, die an das Druckgas-Einleitrohr (36) angeschlossen ist.
Flüssigreagens-Abgabeanordnung nach Anspruch 18, wobei die Druckgasquelle aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Hochdruckgasflasche, einer Tieftemperatur-Lufttrennanlage und einer Druckschwing-Lufttrennanlage besteht.
Vorrichtung, Folgendes umfassend: einen zylinderförmigen, geschlossenen Behälter (12), der an seinem oberen Ende durch ein oberes Wandteil (16) und an seinem unteren Ende durch ein unteres Wandteil geschlossen ist, um dazwischen ein Innenvolumen (20) zum Vorhalten eines Flüssigreagens (24) zu bilden, wobei das untere Wandteil eine Hauptbodenoberfläche hat und eine hantelförmige Sammelhöhlung (28) enthält; wobei die Sammelhöhlung (28) an ihrem unteren Ende durch eine unterhalb des Bodens liegende Fläche (32) begrenzt ist und eine Vertiefung (82) für einen Flüssigkeitspegelsensor aufweist, die mit einer Vertiefung (80) für ein Tauchrohr durch einen Verengungsdurchgang (84) verbunden ist, wodurch eine hantelförmige Ausführung der Sammelhöhlung (28) gebildet ist; einen Flüssigkeitspegelsensor (48), der sich von einem oberen endseitigen Außenbereich des Behälters (12) durch einen mittig liegenden Abschnitt des oberen Wandteils (16) nach unten in das Innenvolumen des geschlossenen Behälters zu einem unteren Ende in der Sammelhöhlung (28) erstreckt; eine Tauchrohr-Flüssigreagensabströmleitung (42), die sich von einem oberen endseitigen Außenbereich des Behälters nach unten durch das obere Wandteil in das Innenvolumen (20) des geschlossenen Behälters (12) zu einem unteren Ende in der Sammelhöhlung (28) erstreckt, wobei das untere Ende (46) des Tauchrohrs (42) in unmittelbarer Nähe zur unterhalb des Bodens liegenden Fläche (32) der Sammelhöhlung (28) angeordnet ist, ohne diese Fläche zu berühren, und wobei das obere Ende des Tauchrohrs (42) an ein Strömungssteuerventil (44) angeschlossen ist; ein Druckgas-Einleitrohr (36), das funktionsmäßig an seinem einen Ende an eine Druckgasquelle (50) und an seinem anderen Ende an den geschlossenen Behälter (12) angeschlossen ist, um Druckgas von der Druckgasquelle (50) in das Innenvolumen (20) des Behälters (12) zu leiten, wobei das Druckgas-Einleitrohr (36) ein Druckgasströmungs-Steuerventil (38) enthält, um den Strom des Druckgases durch es hindurch zu steuern; eine Flüssigkeitspegel-Signalübertragungsleitung (88), die den Flüssigkeitspegelsensor (48) funktionsmäßig mit einer zentralen Verarbeitungseinheit (90) verbindet; eine Gassteuersignalübertragungsleitung (92), die die zentrale Verarbeitungseinheit (90) funktionsmäßig mit dem Gasströmungs-Steuerventil (38) verbindet; und eine Flüssigreagens-Steuersignalübertragungsleitung (94), die die zentrale Verarbeitungseinheit (90) funktionsmäßig mit dem Flüssigreagens-Strömungssteuerventil (44) verbindet; derart, dass, wenn dem Innenvolumen (20) des geschlossenen Behälters (12) durch das Druckgas-Einleitrohr (36) Druckgas zugeführt wird, das darin enthaltene Reagens in das Tauchrohr (42) und aus dem Innenvolumen (20) heraus gedrückt wird, und wenn der Pegel des Flüssigreagens in dem geschlossenen Behälter (12) eine minimale Reagenshöhe erreicht, der Flüssigkeitspegelsensor (48) in der Lage ist, ein Pegelsignal in der Flüssigkeitspegel-Signalübertragungsleitung (88) zur zentralen Verarbeitungseinheit (90) zu übertragen, und die zentrale Verarbeitungseinheit (90) in der Lage ist, das Pegelsignal von der Flüssigkeitspegel-Signalübertragungsleitung (88) zu empfangen und (i) ein entsprechendes Flüssigreagens-Steuersignal in der Reagenssteuersignal-Übertragungsleitung (94) zum Flüssigreagens-Strömungssteuerventil (44) zu übertragen, um das Flüssigreagens-Strömungssteuerventil (44) zu schließen und (ii) ein entsprechendes Gassteuersignal in der Gassteuersignal-Übertragungs leitung zum Gasströmungs-Steuerventil (38) zu übertragen, um das Gasströmungs-Steuerventil (38) zu schließen.
Vorrichtung nach Anspruch 20, darüber hinaus umfassend: einen Verdampfer (56); eine Flüssigreagens-Einspeiseleitung (54), die das Tauchrohr (42) mit dem Verdampfer (56) verbindet; eine Kammer (60) für chemische Dampfabscheidung; eine Dampfspeiseleitung (58), die den Verdampfer (56) mit der Kammer (60) für chemische Dampfabscheidung verbindet; einen heizbaren Suszeptor (62), der in der Dampfabscheidungskammer (60) enthalten und so angeordnet ist, dass er von der Dampfspeiseleitung (58) empfangen kann; und eine Ausflussmaterial-Abströmleitung (66), die mit der Kammer (60) für chemische Dampfabscheidung verbunden ist; derart, dass Flüssigreagens (24), welches das Tauchrohr (42) verlässt, durch die Reagens-Einspeiseleitung (54) in den Verdampfer (56) strömt, wo das Flüssigreagens (24) verdampft wird, um eine Dampfquelle zu bilden, und die Dampfquelle bei Austritt aus dem Verdampfer (56) durch die Dampfspeiseleitung (58) in die Kammer (60) für chemische Dampfabscheidung strömt, um in Kontakt mit einem Substrat auf dem heizbaren Suszeptor (62) zu gelangen, und jegliches restliche Ausflussmaterial durch die Ausflussmaterial-Abströmleitung (66) ausgeleitet wird.