JP2009527905A - 直接液体注入デバイス - Google Patents

Abstract

【解決手段】先駆物質素子を混合し、気化し、且つ高伝導性方式で遠隔処理環境に連絡するためのデバイス。サプライメーターが、圧電制御弁により先駆物質液体を受け入れ、混合マニホールドへの先駆物質液体流を制御するためにそれと連絡する。キャリヤガス供給装置と協同する蒸発器マニホールドが、混合マニホールドへの同時送出のためにキャリヤガスを提供する。蒸発器本体に供給された混合材料と協同する、混合マニホールドと連絡する少なくとも加熱素子を有する気化部品は、気化出力への液体先駆物質の相変化をもたらす。気化出口への送出は、気化本体から下流に位置決めされ、典型的には蒸発器マニホールド構成の中に構築された少なくとも一つの高コンダクタンスラン弁／排気弁と一緒に生じ、且つ遠隔プロセスチャンバへの蒸気の計量を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に半導体処理装置の先駆物質注入に関し、特に、関連するプロセスチャンバ内に収容された例えばシリコンウェハの原子層堆積（ＡＬＤ）に適用するための液体先駆物質又は先駆物質溶液の注入装置に関する。

原子層堆積法（ＡＬＤ）加工は、基板を、一つ又はそれ以上の別々の気相化学先駆物質及び又は反応物質に、繰返し、交互に露出させることによって例示的に示される。今及び近い将来使用される先駆物質の多くは、液体或いは固体だけで存在する。これらの先駆物質の多くが共有する物理的特性は、低蒸気圧であり、デバイスウェハを十分に加工するのに十分に大きい気体濃度を供給することは、材料の室温平衡気相に依存するので適応することができない。加工に対して十分な濃度を提供するために気相への材料の相変化をもたらすべく外部エネルギーを供給しなければならない。これは、気相状態で加熱し且つ泡立ち方法を用いることによって行うことができる。しかし、超えるべきでない温度制限を有する化学物質自体を含む、化学物質送出システム内に（典型的に）他の構成成分が存在することについてどのくらいの熱さにシステムを上昇させることができるかという制限が存在する。従って、これらの低蒸気圧物質から十分に濃縮された気体を生成するために、直接液体注入と時々呼ばれる、液体を蒸気化するための他の方法が用いられる。多くの係るシステムが市場で利用可能であるが、しかしほとんどのシステムは、ＣＶＤで必要なような連続的、持続作動用に開発されている。ほんの少しのシステムが、短パルス（ドーズ）をＡＬＤで用いることができるように設計されているが、しかしそれらの統合に対して警告をまだ有する。ＡＬＤの小さいドーズ要求、及びシステムによって出力されるドーズが遅延なくリアルタイムで供給される制御信号を模倣することに対する要望により、特徴の以下のリストは、最適性能のために何らかの処置を施す必要がある：
・処理の小さいドーズ特性による非常に遅い速度で消費されうる化学物質の分解を防ぐための相変え弁での液体先駆物質の限定加熱
・液体の弁ポンピングを防ぐための、シート間の、絞り弁内の限定容積
・気化前の液体の限定後段絞り弁表面接触（後段弁の液体の表面移送を最小化する）
・プロセスチャンバポンプによってもたらされた、最も低い可能な圧力を、相変え弁で出させるための、デバイスの大きいコンダクタンス
・液体をキャリヤガスストリームから出させて導管境インタフェースに付着させることができる、蒸発器に向かって移送されるときに液体の方向における変化の欠如

上記したように、ＡＬＤシステムの中に含まれうる液体先駆物質の気化のために供給される多くの利用可能なシステムがあるが、しかし、これらのシステムの一つ一つは、設計が全て異なり、共通のフットプリントを共有せず、スタンドアロンコンポーネントである。プロセスチャンバの前で導管表面上の蒸気の凝縮を防ぐためにコンポーネント組立体全体の加熱を維持している間中ずっと、これは、上流及び下流バルビング(valving)、マニホールディング、モニタリング、等を必要とするシステムに組み込むことへの挑戦でありうる。

先駆物質の珍しい特性により、多くは、購入するのがかなり高価であり、従って浪費を最小にすることが非常に望ましい。実行及び又は排気方式が、
ａ）所望の濃度及び流れを確立させ及び又は安定化させるために前方ラインに第１の通路
ｂ）ドーズを送出するために所与の時間に対して室に第２の通路、そして
ｃ）第１の通路に、前方ラインに戻るように送られる
を提供することによってドーズを送出するために典型的に用いられると同時に、前方ラインに対して浪費を最小にし、且つドーズ間で可能であるならばあらゆる消費を保留することが望ましい。

かくして、上記特性を有する先駆物質注入装置の要望がある。更に、表面接触、移送時間、残留液体格納、先駆物質の加熱を制限し、且つプロセスチャンバへの高コンダクタンス通路を供給する注入装置が必要とされる。

本発明は、先駆物質素子を混合し、気化し、且つ高伝導性方式で遠隔処理環境に伝えるためのデバイスを開示する。特に、本発明は、例えばシリコンウェハ処理操作に関連した原子層堆積（ＡＬＤ）又は化学蒸着（ＣＶＤ）技術に適している。

パレット台又は他の適正な支持構造体が備えられ且つその上にサプライメーター（供給計）が関連圧力により先駆物質液体を受け入れるために固定される。圧電制御弁は、混合マニホールドへの先駆物質液体流を制御するためにサプライメーターと通信する。蒸発器部品マニホールドが、キャリヤガス供給装置と協同して備えられ且つ混合マニホールドへの同時送出のためにキャリヤガスを提供する。

更なる機能は、混合マニホールドと連絡し、且つ蒸発器本体に供給された混合材料と協同する少なくとも加熱素子を有する気化部品を含み、気化出力への液体先駆物質の相変化をもたらす。気化本体から下流に位置決めされ、且つ典型的には蒸発器構成部分マニホールド構造体の中に構築された少なくとも一つの高コンダクタンスラン及び又は排気弁対と一緒に気化アウトレットの送出は、遠隔プロセスチャンバへの計量（メータリング）を提供する。

更なる機能は、蒸気の送出のための蒸発器構成部分マニホールドと連絡する少なくとも一つのベースマニホールドの提供を含む。多ベースマニホールドは、蒸発器構成部分マニホールドと連絡して備えられてもよく、少なくとも一つのベースマニホールドが蒸気を更に混ぜるための希釈ガス入口ラインとして更に作動する。

二次加熱素子は、混合マニホールドへの送出の前にキャリヤガス供給源と連絡して備えられる。加熱素子は、各々、キャリヤガス及び前気化先駆物質／ガス混合物の少なくとも一つが通過するキャビティに関連する電気コイル抵抗ヒータを更に含んでもよい。

また、蒸発器マニホールドは、低蒸気圧先駆物質と用いるために泡立てマニホールドと協同して備えられてもよい。少なくとも一つの対、そして典型的には、ラン弁／排気弁の、層となって形成された複数の対が、気化本体からの下流位置と連絡する部品マニホールド（又は任意のバブラーマニホールド）に取付けられる。

混合マニホールドに関連した更なる特徴は、特定形状及び大きさを有し且つ環状形状通路を更に含んでいるものを含み、環状形状通路は、液体先駆物質をクロスオーバーマニホールドに関連した同様な円形形状及び嵌合構成に伝え、その間にもたらされた協同間隙の環状形状は、キャリヤガスを入らせて液体を、下に位置決めされた加熱フリットを含む混合材料の中に、且つ気化成分に関連した囲壁に触れることなく、押しやる。クロスオーバーマニホールドは、キャリヤガス入口に連絡している環状形状通路まで延びている縦通路を同様に含むのがよい。

本発明の更に開示された実施形態は、二重液体注入サプライメーター、圧電弁、及び少なくとも一つの特定の液体先駆物質（又は一対の異なる先駆物質）を混合して気化するための泡立てマニホールドを含んでもよい。この実施形態により、二重出口、３ベースマニホールドが取付けられ、且つ共通前方ライン連結と共に、生じた二つの種の蒸気のための別々の出口を示す。
以下の詳細な説明と組合せて読まれるときに、添付図面が、今、参照されて、いくつかの図面全体を通して同じ参照番号が同じ部分を示す。

今図１を参照すると、本発明の第１の実施形態による単一直接液体注入（ＤＬＩ）デバイスの斜視図を一般に１０で示す。先に記述したように、本発明の直接液体注入（ＤＬＩ）デバイスは、典型的には、例えばシリコンウェハ生産と関連した原子層堆積（ＡＬＤ）工程に組み込まれ、例えば半導体プロセスチャンバ（図示せず）内で実施することができる。また、更に引き続いて詳細に記述するように、直接液体注入（ＤＬＩ）蒸発器組立体を、化学蒸着（ＣＶＤ）、高品質薄膜形成、及び他の重要な半導体及び他の関連産業適用に限定されない、他の適用に更に利用することができる。

図１と協同して図２の断面切断を見ると、デバイス１０は、全体的に平らな形態を有し、且つ液体先駆物質の気化及び高コンダクタンス送出に備える種々の部品を支持することができるパレットベース１２の上に構築されている。これらの部品は、ここでは、主として、互いに対してそれらの構造的相互関係と呼ばれ、且つ後の図面を参照して更に詳細に後述される。

上述した、一対のベースマニホールド１４及び１６（典型的には機械加工されたアルミニウム）が設けられ、セラミック絶縁層１８の上に支持され、ボルト締めされ、さもなければベース１２の位置に固定される（図２の断面図の留め具２０、２１、２２、２４を参照）。蒸発器コンポーネントマニホールドが２６で示され且つ、例えば、ラン弁３４及び３２と排気弁２８及び３０によって示されるように、複数の高コンダクタンス弁と連通する。キャリヤガス入口が３６で更に示され、蒸発器コンポーネントマニホールド２６の遠隔端と関連し、且つマニホールド２６の上向きの出口３７と連通し、且つ更に記述される。３０及び３４で再び示されるように、少なくとも一つの高コンダクタンスラン弁／排気弁が蒸発器本体から下流に設けられてキャリヤガス／加熱先駆物質混合物を調整しながらプロセスチャンバの中に供給する。好ましくは、蒸発器本体とプロセスチャンバとの間の導管は、最短で且つ角偏向のものである。導管は、蒸発器本体のベースに直交して延びているものとして添付図面に示されているが、導管は、下方且つ蒸発器本体の軸線とほぼに平行、好ましくは蒸発器本体の軸線と同心を含む、いろいろな角度で容易に延ばされるということが理解されるであろう。

デバイスの更なる追加の部品は、加熱キャビティとも呼ばれる、３８及び４０に示す、一対の加熱リングアレイ組立体、を含み、これらは、液体／気体混合物に行われる気化手順中、入口３６（３８の）を通って導入されたガス並びにガス／液体インタフェース（４０の）の両方を予熱するように機能する。クロスオーバーマニホールドが４２に示され且つ圧電混合弁組立体４４をその上に支持し、これは、関連搭載マニホールド４８を経て、（液体質量流量計のような）液体供給制御デバイス４６を通って導入される液体の流量を制御するように作動する。

液体供給口５０が選択された液体先駆物質と協同して示され、且つ先駆物質液体質量流量計４６は、パレットベース１２に取付けられた実質的にＵ字形のブラケット（図１に５２で示す）で支持され、（ブラケット５２の角形底部分に係合し且つ部品４６が支持される上水平エッジ面の反対側の更なる取付け部品５４及び５６を参照）。液体質量流量計４６は、液体先駆物質と関連した上流液体流量を監視するように更に作動し、圧電混合弁組立体４４の調整面と同時に、クロスオーバーマニホールド４２内で（再び入口３６を経て）キャリヤガスを混合し、キャリヤガスは、次いで、クロスオーバーマニホールから、クロスオーバーマニホールド出口と直接連絡している第２の加熱キャビティ４０に配置されるものと理解される蒸発器加熱フリット（図示せず）に差し向けられる。

図３乃至図３Ｆの後に続く図と協同して、図２による直接液体注入（ＤＬＩ）デバイスの断面図に再び注意を向けると、取付け可能連結器５８、典型的には、ネジ式に回転可能な締め付けボルトが、出口ライン６０（図１参照）によって供給制御デバイス４６から導入された液体先駆物質を伝えるために設けられる。６１で全体的に示される、Ｌ字形流体送出ラインが、液体先駆物質を、圧電制御式弁４４と関連したマニホールド部品４８に導入する。特に、図３Ｃ及び３Ｄに最も良く示されるように、マニホールド部品４８は、環状又は円形形状通路を示し、該通路は、送出された液体先駆物質（図３Ｃの切断で最もよく示される）をクロスオーバーマニホールド４２と関連した同様な円形形状及び合わせ形態と連絡する（図３Ａの切断でこの合わせ配置を更に参照）。環状領域は、図３Ａの断面で混合マニホールド６２及びクロスオーバーマニホールド６４と関連した隣接環状部分と称され、且つクロスオーバ搭載板との組立体によって完全に形成される。液体は、円錐出口の先端を出て、同心のキャリヤガス流と混合し、内部同心通路から下の加熱フリットまで移送される。図３Ｃ及び３Ｄに更に示すように、Ｏ−リング溝６３が設けられる。液体ガス混合物は、円錐先端６５（図３Ｄの断面参照）を出て水平環状領域６５’（図３Ｅ参照）に入り、直接液体注入（ＤＬＩ）導入マニホールドとクロスオーバーマニホールドとの間に確立された場所に関して示されるようにキャリヤにより中央通路の中に押し入れる。

搭載マニホールド４８は、全金属座及びシール設計であり、搭載板（流量制御装置から弁設定エリアへの液体の経路を定める板）の頂部のＯ−リング溝６３は全金属シール用に設計されている。弁の底部は、本質的に、非常に高品質の表面仕上げの平らな面である。弁の底部は、搭載板の頂部に別々にボルト締めされて、搭載弁組立体を形成する。一つの所望設計による搭載板は、搭載板の頂部に連通する二つの小さい穴を更に示し、搭載板のこの上面が本質的に弁シートであり、平らな弁底部が合わさる極めて平滑な表面仕上げである。液体は、二つの合わせ面の間の領域を横切る。賦勢されないと、圧電弁は、収縮状態にあり（図２の切断を再び参照）、液体は、中央穴を通って、搭載板の底部とクロスオーバーマニホールドの頂部との間に形成された環状領域内の円錐先端に、流出することができ、その場所で液体は、キャリヤガスによって運ばれて、蒸発器フリットの中へ下方に移送される。この場合、弁が賦勢されると、水晶は、長さが変化し、それによって、二つの小さな穴の間の通路を密封する撓みを弁の底部に引き起こし、液体流量を調整する方法を提供する。

協同する間隙の環状成形により、キャリヤガスは、囲壁に触れることなく、液体を下の加熱フリットの中に押し入れる。クロスオーバーマニホールド４２も同様に、円形形状の合わせ／混合場所６２及び６４まで延びている長さ方向の通路６６を含み、この通路６６は、コイル式加熱キャビティ３８を経てキャリヤガス入口３６と連通し、コイル式加熱キャビティ３８は、選択されたキャリヤガスが、液体先駆物質と混合する場所で且つ二次加熱装置４０への送出前に、キャリヤガスの入口温度を適当な程度に増すために設けられる。二次加熱装置４０は、クロスオーバーマニホールド蒸気出口を出る典型的に低圧液体／キャリヤガス混合物の相変化を支援するのに必要な熱エネルギーを供給するために更に作動する。

粗いフィルターマトリックス材は、蒸発器本体内の加熱素子と先駆物質との間の熱伝達を見込む表面積を蒸発器本体４０内に提供する。フィルターマトリックス材は、典型的には、蒸発器本体内の状態で先駆物質に対して化学的に不活性であるように選択される。マトリックス材は、具体的には、溶融石英、（アルミニウム発泡型の材料であるDuocellと呼ばれる商業的に知られた製品を含む）アルミナ、グラファイト（黒鉛）、金属フレークを含む。ある場合には、先駆物質を、プロセスチャンバへの導入の前に活性で、不安定な種に化学的に変えたく、且つ触媒を任意でフィルターマトリックス材内に配置して所望の先駆物質化学変化を引き起こすということが理解される。一つの適用では、粗フリット材料（引き続いて図７Ａを参照して説明する）は、二次加熱室４０内の蒸発のための追加の表面積を提供するために用いられてもよいが、しかし、相変化のための駆動エネルギーの大部分が関連した弁出口で起る圧力の変化によるように、十分に粗いものである。また、上流の加熱キャビティ３８に配置された細かいフィルターマトリックス材が、クロスオーバーマニホールドに入る前にキャリヤガスの改良された加熱のために設けられるのがよい。

コイル式ノズル加熱素子３８／４０に加えて、組立体全体に所望温度を維持するために、特に凝結を防ぐために、バブラー、蒸発器、及びベースマニホールドにカートリッジ加熱器、等を受け入れる準備をしてもよい。これらの部品内のドリル孔にカートリッジ加熱器を使用することは、更に、加熱をより容易に達成させるが、これは、個別部品を用いるときより達成しにくい。

図７及び７Ａを更に参照すると、選択された加熱キャビティ副組立体の組立図及び分解図の両方が示されている。例えば、先に３８で示したように、３次元形状及び加熱キャビティブロックが提供され且つ頂面内に凹部円形形態を示し、（環状形凹部６８を参照）この環状形凹部６８内に、実質的に延びた中央円柱が支持される。電気抵抗コイル加熱器（またはノズル加熱器）が全体的に円筒形スリーブ７２として設けられ、スリーブ７２は、外側キャビティブロックと関連した円柱７０の環状外面にぴったりと嵌まる。加熱キャビティ内に収容された高伝導性コイル素子が、一般的に、図７Ａの７５で示すように、コイル組立体内に埋設された抵抗ワイヤに合わせる普通の電気リード線７４によって給電され、且つ内側挿入可能スリーブ７２の表面と一体的に連結され（場所７６を参照）且つ例えば電気的に発生した熱源（図示しないが一つの実施形態では高伝導性抵抗ケーブルを介して提供することができる）をキャリヤガスが通る中央通路７８に運ぶ。

図７Ａの分解図を更に参照すると、Ｏ−リングシール８０が、組立体を完成し且つクロスオーバーマニホールド通路６６を介して加熱ガスを伝えるために設けられるのがよい。フリット素子８２は、円柱７０の中に下方に滑り込み、細かい又は粗フリットのいずれかを、上流／下流位置に応じて設置することができる。二次的加熱器組立体４０も、同様に構成され、低圧キャリヤガス／先駆物質液体の出口蒸気への相変化を補助するために実質的に同じ方法で作動する。図２の８４に示す、二次加熱器を出る蒸気は、関連したラン弁３２及び３４及び排気弁２８及び３０への高コンダクタンス通路を経てベースマニホールド１４／１６のいずれか、従ってウェハプロセスチャンバ（図示せず）又は図１０に示す、前方ライン経由装置１３６のいずれかに伝えられる。

今、図４及び図４Ｂを参照して、図１に示したベースブロックマニホールド１４及び１６の特徴について更なる説明を行う。特に、マニホールドの第１のもの、例えば、１６で示したもので且つ図４に示すものは、（先に示したが図示しなかったような）入口ラインを含み、入口ラインは、例えば希釈され且つ任意には加熱されたアルゴンガス、等を構成する。一方が室への通路を提供し、他方が前方ラインへの通路を提供するので、二つのベースマニホールドが必要である。図示したブロックは、２つの類のための２つの蒸発器コンポーネントマニホールドを支持し、図１の例によれば、単一ＤＬＩチャネル例への適用に対して未使用入口を開ける(capped-off)ことができるし、又は必要に応じてブロックを短かくすることができるということが更に理解される。

典型的な適用では、一対の係るブロック１４及び１６が並列方式で利用され且つ二つの異なる種に対してプロセスチャンバのために共通の出口を用いることができる。この適用では、一つのブロック（例えば、ブロック１４か又は１６のいずれか）は、各ガスを、（複数が、長手方向及び長さ方向に延びている通路９６(図４Ａ）から連通している図４及び図４Ａの出口８８、９０、９２、９４によって示される）二つの平行弁を経て送る。ブロック１６の各側面から延びている通路９８は、連通しておらず、且つ任意のカートリッジ加熱装置（図示せず）が加熱用に装備される位置を画成し、通路９８が加熱入口ガス又は採用される気化先駆物質の組合せに基づいて選択的に閉じられるということが再び理解される。

図５及び図５Ａを参照すると、バブラーコンポーネントマニホールド１００が設けられ、バブラーコンポーネントマニホールド１００は、図８に記載された例の単一ＤＬＩ構成を特に参照して、２６で先に示された、蒸発器コンポーネントマニホールド（図６及び図６Ａ）と協同する。図５及び図６のバブラーコンポーネントマニホールド１００及び蒸発器コンポーネントマニホールド２６の両方は、二対の弁を利用する。ガスを、下にあるベースマニホールド１４及び１６に、且つチャンバ（図示せず）、前方ライン通路（例えば入口８６を経て）のいずれかに通すために、バブラーコンポーネントマニホールド１００について受け入れ孔位置１０２及び１０４、及び蒸発器コンポーネントマニホールド２６について受け入れ孔位置１０６及び１０８を参照。長手方向通路が、バブラーマニホールド１００について更に１１０で対の弁入口１０２及び１０４を出口位置（この図に示されていない）に連通するフィーダー通路１１２及び１１４（図５Ａ）と共に示されている。更に、ブロックへの蒸発器入口が１１６で示されている。

両方の種類のブロックのための蒸気は、各小さな４つのボルト穴アレイの中心に配置される４つの大きな通路を経て弁に供給される。図示するように、弁からの出口は、一対のねじ穴に向かって中心からずれて、配置される。次いで、出口は、下にあるベースマニホールドと連通する。下向き通路をベースマニホールドに到達させる際の複雑さのために、一方の組の弁を一方向に向け、他方の組の弁を、他の方向に向けなければならない。両方のラン弁は、前方ラインについて同じ、両方の取付向きの弁を用いることに更に気付く。蒸発器コンポーネントマニホールド２６のための追加内部通路が、弁入口１０６及び１０８の対を、先に記述した加熱装置/気化段階４０に連通して関連出口に連絡するためにフィーダー通路１２０及び１２２（図６Ａ）と共に１１８で示す。また、蒸発器から、このコンポーネントへの入口は、１２４で示され、また、蒸気が、弁と連通している同じ心ずれ穴を通って出ることが理解される。

理解されるように、蒸発器マニホールドコンポーネント２６及びバブラーマニホールドコンポーネント１００は、交換的に用いることができ、且つ採用する先駆物質の要求、並びに用いられる先駆物質の数によって決定することができる。ベースマニホールド１４及び１６と同様に、蒸発器マニホールドコンポーネント２６及びバブラーマニホールドコンポーネント１００は、適当なアルミニウム、スチール、又は機械原材料で製造され、ドリル穴の通路が気密内部通路を形成するように溶接プラグを有するが。

対の高コンダクタンス弁は、気化フリット領域かバブラーの場合には、バブラーキャニスターヘッド空間のいずれかである蒸発点に向かって戻る可能な最大コンダクタンス通路を作るために用いられる。これらは、バブラーマニホールド１００の場所１０２（ブロックの交差する内部から及び弁入口まで行く通路）及び場所１０４（下のベースマニホールドを出る弁からブロックを通り抜ける通路）と関連した対１２６及び１２８として、更に蒸発器マニホールド２６の場所１０６（ブロックの交差する内部から及び弁入口までゆく通路）及び場所１０８（下のベースマニホールドを出る弁からブロックを通り抜ける通路）と関連した１３０及び１３２で、図８の例に示される。バブラーマニホールドをベースマニホールド１４及び１６に異なる方向に適用したならば、二つの、蒸発器マニホールド２６とバブラーマニホールド１００との間の通路は、異なることに更に気付く。図８の実施形態に更に再び示される関連した高コンダクタンス弁の大きいポート径（口径）は、弁が、ガス通路コンダクタンスの制限因子となる傾向にあるので、且つ典型的な弁座が、作動しているときに非常に増分的に移動に過ぎないから重要である。図示しないが、加熱器ケーブルは、キャリヤガスのいずれか又は両方、及び又は気化及び後続のＡＬＤ手順と関連した液体先駆物質を加熱するのを補助するために蒸発器マニホールド２６及びバブラーマニホールド１００のいずれかに連結してもよいということが更に理解される。

図８を再び参照すると、単一直接液体注入（ＤＬＩ）デバイスの更なる実施形態の斜視図が再び示されていて、関連した対のベースマニホールド１４及び１６のと共同連通する蒸発器マニホールドブロック２６と協同して単一バブラーブロック１００を示す。図１の最初の実施形態と関連した同じコンポーネントの多くは、図８の図で繰り返される。例えば、ベースマニホールド１６は、希釈ガス（例えばアルゴン）の入口８６を示し、且つ、例えば、１３４の更なる入口は、加工キャビネットまで延びる、関連した前方ライン（図示せず）による連結のために対応するベースマニホールド１４に関して示される。

今、図９及び図１０を参照すると、本発明の更なる実施形態による二重直接液体注入（ＤＬＩ）デバイスの第１及び第２の回転させた斜視図を１３６で示す。同じコンポーネントは、複製したように図９の実施形態では同じ番号で示されていて（例えば、流体入口及び調整マニホールドは、図示した実施形態で中の二つの係る品目を参照するために４６並びに４６’で両方とも再び示される）、且つ先駆物質のＤＬＩ注入と関連したコンポーネントが二つの直接液体注入（ＤＬＩ）液体の蒸発を容易にするために変更されることを除き、図１の単一直接液体注入（ＤＬＩ）実施形態を参照して先に記述されたものと同じ概念を表すことに更に気付く。図９の二重直接液体注入（ＤＬＩ）実施形態は、バブラーマニホールド１００が複製蒸発器の代りに用いられる点で図８の単一直接液体注入（ＤＬＩ）デバイスの副変形例とは異なることに更に気付く。

図１１及び図１１Ａを参照すると、例えば、図９に示す本発明の更なる副実施形態による二重出口マニホールドの実施形態の斜視図及び切断面図を１３８で示す（これは、１４及び１６で示した一対のベースブロックに取って代る）。変更されたベースブロック設計は、両側に配列された一対の横方向に突出したブロック１４２及び１４４と連通する標準ベースマニホールド（中央）ブロック１４０を含む。中央ブロック１４０は、共通の前方ライン通路を、１４６で示す（出口は、同様に反対端に配置され且つ必要に応じてパージガスが供給されることが理解される）。二次ブロック１４２及び１４４は、希釈ガス入口１４８及び１５０をそれぞれ提供し、その反対側の出口端１５２及び１５４が結果として来るべき第１及び第２の蒸発先駆物質種を（例えば、ＡＤＬ、ＣＶＤ或いは所望の加工作業が行われる）プロセスチャンバにそれぞれ連絡する。ブロック１４０及び１４２への種＃１の入口は、１５６及び１５８（図１１参照）で更に示され、ブロック１４０及び１４４への種＃２の入口は、１６０及び１６２で示される。

図１２は、本発明の更なる実施形態による二重出口、３ベースマニホールド直接液体注入（ＤＬＩ）１６４の斜視図である。この実施形態では、二重ＤＬＩ装置のベースマニホールドは、図１１及び図１１Ａの副実施形態を含み且つ蒸発器及び蒸発ブロック組立体のジグザグ据付を可能にするために変更される。図１１Ａを参照して先に記述したように、これは、共通の前方ライン連結と共に、生じた二つの種の蒸気のための別々の出口を可能にする。係る適用では、二つの先駆物質が（再び１４６）共通の前方ラインで混合するか否かに係わりなく、排気−ラン−排気型のガス送出が採用される。追加の適用は、必要な先駆物質の量と、さもなければ所望の量の蒸気を生じる単一の送出ラインに関係する制限と、に依り、各直接液体注入（ＤＬＩ）供給装置に同じ先駆物質を用いることを考える。係る適用では、生じた蒸気の増加の結果、しばしばそれに伴って圧力の増加(attendant increase)をもたらし、その地点で凝縮が起り、且つ二つの交互蒸気発生器を提供する更なる能力は、二つの交互蒸気発生器が互いに影響を与えない場合には、有利である。最後に図１３を参照すると、図１２の３つのベースマニホールド構成の上に配置された蒸発器マニホールド２６及び２６’の図１２の更なる切断面図が示され、パレットベース１２で支持されたマニホールドのジグザグ特性を再び示す。

本設計に関して注目すべき追加的考慮は、二つの加熱キャビティの構成部分内に収容される蒸発器それ自体と、クロスオーバーマニホールドと、搭載弁組立体と、含む。これらのコンポーネントは、蒸気流を差し向けるために用いられるモジュラー面取付け弁と同じ取付け穴パターンを共有することができかつ共有する。蒸発器は、弁と同じ業界標準のマニホールドイングに直接組立てることができ、実際には、全てが工業標準プラットフォーム寸法形状用に設計され、多くの第三者機関によって提供される手動弁、空気弁、フィルタ、調整装置、及び他のコンポーネントと同じ取付けインタフェースを共有する。これは、蒸発器を、これらの他のコンポーネントと一体化する利点を可能にする。また、設計での小型化の利点を維持し、これは、モジュラー面取付け方法をもたらす一要因である。また、他の工業標準の基板は、本発明の適用範囲から逸脱することなく、コンポーネント及びベースマニホールドを交換することができということも想定され、この要因は、関連した産業で知られた他の競合する先行設計に対して本設計のかなりの利点を提供する。

更に液体制御装置に関して、本発明は、デジタル液体質量流量制御装置の使用を考え、制御弁が液体先駆物質の液体流速を制御するために（再び図３Ｃの４８の）搭載弁組立体に組み込まれる。質量流量制御装置（即ち、再び４６の）は、構成がデジタルであり、その結果、設定値が与えられたならば、質量流量制御装置は、制御弁印加電圧信号をメモリに蓄積し、更に記憶した設定値が与えられた場合には、その記憶した弁電圧に直接ジャンプし且つ連続的に制御するためにＰＩＤアルゴリズムを用いて始動する。この方式は、設定値への大変迅速なランプ(ramp)を提供し、設定値を出す１／２秒(a half a second)内に定常流をもたらす。これは、ＡＬＤでの明らかな利点であり、使用者が、所望の先駆物質化学物質を送出する要求のすぐ前までゼロ設定値のままにしておくことができ、排出する廃棄物を最小にする。制御装置（例えば、制御弁）の使用は、アナログの感知及び制御電子機器のみ、或いはデジタルの感知及び制御電子機器のみに加えて、アナログ及びデジタル両方の感知及び制御電子機器を含んでもよい。更なる考慮は、液体流量制御デバイスを除去することを含み、弁だけを用いる。弁は、空気式、電磁気式、或いは圧電式であり、既知の圧力下での液体については、開弁時間の更なる使用は、蒸発器に導入される液体の量を制御するための唯一の変数である。

従って、本発明は、半導体プロセスチャンバへの先駆物質の移送及び送出に実用性を有する。注入器装置（マニホールド４６及び圧電制御弁４４を再び参照）は、面接触、移送時間、残留液体蓄蔵、先駆物質の加熱、及び半導体プロセスチャンバに高コンダクタンス通路を提供することを制限するために設けられる。

追加の特徴は、蒸発用の液体のより大きい消散のために表面積を高める領域を蒸発器内に任意に設けるデバイスを含む。説明したように、デバイスは、また、蒸発領域に入る前にキャリヤガスを予加熱するための領域（コイル式加熱組立体３８を再び参照）を含んでもよい。デバイス設計全体の実施形態は、デバイスを既存の標準モジュラーガス構成部分に組み込むことができ、それにより標準プラットフォームのちょうど他のコンポーネントとなり、同じ標準化されたコンポーネントのための開発された加熱方法に利用される。本発明の拡張性は、先駆物質液体、バブラー及び又は蒸発器マニホールドの異なる組合せ、及び、ベースマニホールドを含む、異なる構造を採用する様々な実施形態から理解される。デバイスは、また、ラン／排気要求を最小にするために閉ループ制御版に高速制御コンポーネントを利用することによって先駆物質の廃棄物を最小に、及び又は上記閉ループ制御と一緒に、より簡単な計量弁を有する低コスト開ループモードで作動することを目的とする。

また、いかなる数のマウントがここでは効果をもたらすことも理解される。取付け構造及び構造材料の選択と関連した要因は、一部分が先駆物質の蒸気圧、先駆物質浸食性、先駆物質流量を含む。

本発明のデバイスと関連したある追加の属性は、以下のものを含む：
ａ）面移送機構を最小にし、制御信号変化への応答を改善するために設計された計量弁から蒸発器までの液体の移送
ｂ）キャリヤガスは、液体を蒸発器に移送するための環状シースを提供する
ｃ）キャリヤガスをこのデバイスの不可欠な部分として加熱することができる
ｄ）設計は、最小の廃棄物を有する短いドーズパルスの閉ループ制御を支持する
ｅ）設計は、計量弁に近い高い温度で蓄積される、淀んだ化学物質を最小にする
ｆ）小さい、小型設計は、密な場所での設置に役立つ

本発明を記述することにより、他の及び追加の好ましい実施形態は、それが関連する当業者にとって、添付した特許請求の範囲の適用範囲から逸脱せずに、明らかになるであろう。

シリコンウェハ生産と関連した原子層堆積（ＡＬＤ）方法に組み込むことができるような、本発明の第１の実施形態による単一直接液体注入（ＤＬＩ）デバイスの斜視図である。 図１による単一直接液体注入（ＤＬＩ）デバイスの断面図であり、キャリヤガス入口と、圧電弁制御式液体蒸発器と連通するキャリヤガス／液体インタフェースと、加熱素子と、一対のラン弁／排気弁によって制御された高コンダクタンス通路蒸気出口と、を提供するためのマニホールド構成のような係る特徴を示している。 図２に示した圧電制御式蒸発器コンポーネントの部分斜視図である。 図３に示した蒸発器コンポーネントの破断部分斜視図である。 搭載プレートに組立てられた圧電混合弁の図である。 液体入口部を取り囲むキャリヤ環状領域と関連した搭載マニホールドコンポーネントの更なる部分斜視図である。 図３Ｃの破断部分図である。 図３Ｃの入口コンポーネントと下で連通する図１に示したクロスオーバーマニホールド部分斜視図である。 図３Ｅに示したクロスオーバーマニホールドの断面斜視図である。 図１に示した蒸発器コンポーネントベースマニホールドの斜視図である。 図４に示したマニホールドの切除断面斜視図である。 バブラーコンポーネントマニホールドの例の斜視図である。 図５に示したコンポーネントマニホールドの切除断面斜視図である。 図１に示した蒸発器コンポーネントマニホールドの斜視図である。 図６に示した蒸発器マニホールドの切除断面斜視図である。 高コンダクタンス出口蒸気へのキャリヤガス／低蒸気圧液体先駆物質混合体の相変化を助けるための加熱キャビティ副組立体の組立図である。 図７の加熱器副組立体の分解図である。 単一直接液体注入（ＤＬＩ）デバイスの更なる実施形態の斜視図であり、設置され且つ関連した対のベースマニホールドと接合連通する単一バブラーコンポーネントマニホールドを示している。 本発明の更なる実施形態による二重直接液体注入（ＤＬＩ）デバイスの斜視図である。 図９に示したデバイスの回転した斜視図である。 図９に示すような本発明の更なる副実施形態による二重出口マニホールドブロックの斜視図であり関連した前方ラインまでの中央共通通路、並びに関連した第１の種及び第２の種の液体注入先駆物質用の第１及び第２の希釈ガス入口の両方を示す。 図１１に示したマニホールドブロックの切除断面図である。 本発明の更なる実施形態による二重出口、３ベースマニホールド直接液体注入（ＤＬＩ）の斜視図である。 図１２の断面図であり、図１２の３ベースマニホールド構成の上に配置された、バブラーマニホールドを示す。

符号の説明

１０ 単一直接液体注入デバイス
１２ ベース
１４、１６ ベースマニホールド
１８ セラミック絶縁層
２６ 蒸発器コンポーネントマニホールド
２８、３０ 排気弁
３２、３４ ラン弁
３６、３８ キャリヤガス入口
４０ ガス／液体界面（インタフェース）
４２ クロスオーバーマニホールド
４４ 圧電混合弁組立体
４６ 先駆物質液体質量流量計
４８ 関連した搭載マニホールド
５０ 液体供給口
５２ ブラケット
５４、５６ 取付け部品
５８ 取付け可能連結器

Claims (32)

1. キャリヤガス入口；
   液体先駆物質をキャリヤガス／液体界面装置の容積に送出する液体メータリング弁；
   液体先駆物質とキャリヤガスの混合物を受け取る蒸発器本体；
   蒸発器本体と熱接触する加熱素子；
   蒸発器本体内のマトリックス材；
   遠隔プロセスチャンバへの送出のための導管に沿って混合物を計量するための蒸発器本体から下流に配置される少なくとも一つの高伝導性ラン弁／排気弁、
   を含むことを特徴とする、直接液体注入デバイス。
2. 容積は、蒸発器本体の上に位置決めされることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
3. 環状の隙間がキャリヤガスを入力させ且つ液体を容積から蒸発器本体へ押しやることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
4. キャリヤガス加熱装置を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
5. 導管は、蒸発器本体の下方に垂直に変位されることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
6. 導管は、線状であることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
7. 少なくとも一つの高伝導性ラン弁／排気弁は、少なくとも一対の弁を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
8. キャリヤガスは、容積を通り蒸発器本体の中へ下方に流れることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
9. 導管は、蒸発器本体の中心軸に直交して延びることを特徴とする請求項８に記載のデバイス。
10. 導管は、蒸発器本体の中心軸に平行に延びることを特徴とする請求項８に記載のデバイス。
11. 先駆物質素子を混合し、気化し、且つ高伝導性方式で遠隔処理環境に連絡するためのデバイスであって、
    関連速度により先駆物質液体を受け入れるサプライメーター；
    サプライメーターと連絡し、混合マニホールドへの先駆物質流体の流れを制御する制御弁；
    キャリヤガス供給装置と協同し且つ混合マニホールドへの同時送出のためにキャリヤガスを提供する蒸発器マニホールド；
    混合マニホールドと連絡し且つ、蒸発器本体に供給される混合材料と協同する、少なくとも加熱素子を有し、気化出力への液体先駆物質の相変化をもたらす気化部品；
    遠隔プロセスチャンバへのメータリングのための気化本体から下流に位置決めされた少なくとも一つの高伝導性ラン弁／排気弁に沿った気化出口への送出、
    を含むことを特徴とする上記デバイス。
12. 蒸気の送出のためのバブラーマニホールドと連絡する少なくとも一つのベースマニホールドを更に含むことを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
13. バブラーマニホールドと連絡する多ベースマニホールドを更に含み、少なくとも一つのベースマニホールドは、蒸気を更に混ぜるための希釈ガス入口ラインを更に含むことを特徴とする請求項１２に記載のデバイス。
14. 混合マニホールドへの送出の前にキャリヤガス供給装置と連絡する補助加熱素子を更に含むことを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
15. 加熱素子は、各々、キャリヤガス及び予蒸気先駆物質／ガス混合物の少なくとも一つが通るキャビティに関連する電気コイル抵抗加熱器を更に含むことを特徴とする請求項１４に記載のデバイス。
16. 低蒸気圧先駆物質と共に使用するための蒸発器マニホールドと協同して設けられたバブラーマニホールドを更に含むことを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
17. 蒸発器本体から下流位置で連絡する蒸発器マニホールドに取り付けられた少なくとも一対のラン弁／排気弁を更に含むことを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
18. 混合マニホールドは、特定の形状寸法を有し、且つ液体先駆物質をクロスオーバーマニホールドに関連する同様な円形形状及び嵌合構成に連絡する環状形状通路を更に含み、その間に生じた協同隙間の環状形状は、キャリヤガスを入力させ且つ液体を、気化構成部品と関連した囲壁に接触することなく、下方に位置決めされた加熱フリットを含む混合材料に押しやることを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
19. キャリヤガス入口に連絡する環状形状経路まで延びている長さ方向の経路６６を同様に含むクロスオーバーマニホールドを更に含むことを特徴とする請求項１８に記載のデバイス。
20. 二重液体注入供給メーター、制御弁、少なくとも一つの特定の液体先駆物質を混合して気化するための蒸発器マニホールドを更に含む請求項１１に記載のデバイス。
21. 二重出口と、共通前方ライン連結と共に、生じた二つの種の蒸気のための別々の出口を示す３つのベースマニホールドと、を更に含む請求項２０に記載のデバイス。
22. 蒸発器本体は、クロスオーバーマニホールド及び搭載マニホールド／制御弁と連絡して配置された少なくとも一つの加熱キャビティを更に含み、キャビティ及びマニホールドの各々は、工業標準モジューラー面取付け基板構成部品への据付のために寸法決めされ且つ構成される、請求項１に記載のデバイス。
23. 弁座に運動をもたらすために圧電結晶の機械的変形を利用する制御弁を更に備えることを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
24. 制御弁は、弁座に運動をもたらすために電磁力を利用することを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
25. 制御弁は、弁座に運動をもたらすために空気圧作動を利用することを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
26. サプライメーターは、アナログ電子感知及び制御設計を更に含むことを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
27. サプライメーターは、デジタル電子感知及び制御設計を更に含むことを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
28. 先駆物質素子を混合し、気化し、且つ高伝導性方式で遠隔処理環境に連絡するためのデバイスであって、
    サプライメーターと連絡し、混合マニホールドへの先駆物質流体の流れを制御する制御弁；
    キャリヤガス供給装置と協同し且つ混合マニホールドへの同時送出のためにキャリヤガスを提供する蒸発器マニホールド；
    混合マニホールドと連絡し且つ、蒸発器本体に供給される混合材料と協同する、少なくとも加熱素子を有し、気化出力への液体先駆物質の相変化をもたらす気化部品；
    遠隔プロセスチャンバへのメータリングのための気化本体から下流に位置決めされた少なくとも一つの高伝導性ラン／排気弁に沿った気化アウトレットの送出、
    を含むことを特徴とする上記デバイス。
29. 弁座に運動をもたらすために圧電結晶の機械的変形を利用する制御弁を更に含むことを特徴とする請求項２８に記載のデバイス。
30. 制御弁は、弁座に運動をもたらすために電磁力を利用することを特徴とする請求項２８に記載のデバイス。
31. 制御弁は、弁座に運動をもたらすために空気圧作動を利用することを特徴とする請求項２８に記載のデバイス。
32. 制御弁は、アナログ及びデジタル回路の組合せを更に含むことを特徴とする請求項２８に記載のデバイス。

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