JP2021042474A - 化学物質昇華器のための充填容器およびコネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】固体原料化学物質中間体充填容器を提供する。【解決手段】充填容器１００は、近接端、遠位端、および固体原料化学反応物質をその中に保持するように構成された近接端に配置された基部１１２を備えることができる。中間体充填容器は、第二の熱伝導体を備える遠位端にリッド１２０をさらに備えることができる。リッド１２０は、化学物質入口１２４、キャリアガス入口１２８、および化学物質出口１３２を備えうる。充填容器１００は、基部１１２とリッド１２０との間に配置される中間層１１６をさらに備えうる。中間層１１６は、基部１１２とリッド１２０との間の熱流を低減するように構成された絶縁体を備えうる。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
外国または国内での優先権を主張するすべての出願は、本出願と共に提出する出願データシートに特定され、それらを３７ ＣＦＲ １．５７の下、参照により本明細書に援用する。

典型的な固体または液体原料反応物質供給システムは、固体または液体原料容器およびヒーターを備える。容器は、気化される化学反応物質を含むことができる。キャリアガスは容器内の経路を通って移動し、気化および／または昇華した化学反応物質を容器出口を通して運び、最終的に基材反応チャンバーに運ぶ。

本出願は、概ね、半導体処理装置を含むシステムおよび方法に関し、具体的には、化学蒸気供給用の蒸発システムに関する。

いくつかの実施形態は、近接端、遠位端、および固体原料化学反応物質をその中に保持するように構成された近接端に配置された基部を備える、固体原料化学物質中間体充填容器を含む。基部は第一の熱伝導体を備えることができる。基部は、第一の閾値温度または第一の閾値温度未満に維持されるように構成されうる。中間体充填容器は、第二の熱伝導体を備える遠位端にリッドをさらに備えることができる。リッドは、第一の閾値温度よりも大きい第二の閾値温度以上に維持されるように構成されうる。リッドは、そこを通って基部内に昇華または気化した化学反応物質を受けるように構成された化学物質入口を備えることができる。リッドは、そこを通るキャリアガス流を受けるように構成されたキャリアガス入口を備えることができ、リッドは、リッドから昇華または気化した化学反応物質が通過するように構成された化学物質出口を備えることができる。充填容器は、基部とリッドとの間に配置される中間層をさらに備えうる。中間層は、基部とリッドとの間の熱流を低減するように構成された絶縁体を備えるか、または絶縁体からなる。

本明細書で説明される主題の一つまたは複数の実施形態の詳細は、添付の図面および本明細書の説明に記載されている。他の特徴、態様、および利点は、説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになるであろう。この発明の概要も以下の詳細な説明も、本発明の主題の範囲を定義または制限することを意図していない。

本開示のこれらの態様および他の態様は、本明細書の説明、添付の特許請求の範囲を考慮すれば、および本発明を例示するものであり限定するものではない図面から、当業者には容易に明らかになるであろう。

図１は、いくつかの構成による充填容器の例を概略的に示す。

図２は、充填容器の一例の側面図を示す。

図３は、図２の充填容器の斜視図を示す。

図４は、充填チャンバーシステムの例の側面図を示す。

図５は、図４に示した充填チャンバーシステムの断面斜視図を示す。

図６は、充填容器、固体原料化学物質昇華器、化学物質供給源、およびキャリアガス供給源を含む固体原料化学システムの一例を示す。

本明細書で提供される見出しがある場合、便宜上のものであり、請求項に係わる発明の範囲または意味に必ずしも影響を与えない。本明細書では、高容量堆積モジュール内に気化または昇華した反応物質を供給するためのシステムおよび関連する方法について説明する。

以下の詳細な説明は、特許請求の範囲の理解を助けるために特定の実施形態を詳述している。しかし、特許請求の範囲によって定義され、適用を受けるように、多数の異なる実施形態および方法で本発明を実施することができる。

化学反応物質または固体原料供給システムは、固体または液体原料容器およびヒーター（例えば、放射加熱ランプ、抵抗ヒーターおよび／または同種のもの）を備えることができる。容器は、原料前駆体（「化学前駆体」と呼ばれる場合もある）を含み、これは固体（例えば、粉末形態）または液体でありうる。ヒーターは容器を加熱し、容器内の反応物質の気化および／または蒸発を促進させる。容器は、容器を通るキャリアガス（例えば、Ｎ_２）の流れのための入口および出口を有することができる。キャリアガスは、例えば、窒素、アルゴン、またはヘリウムなどの不活性であってもよい。一般的に、キャリアガスは容器の出口を通って、最終的に基材反応チャンバーへ反応物質の蒸気（例えば、気化または昇華した化学反応物質）を運ぶ。典型的に、容器は容器の内容物を容器の外部から流体的に隔離するための隔離弁を備える。一つの隔離弁を容器の入口の上流に設け、別の隔離弁を容器の出口の下流に設けることができる。いくつかの実施形態の原料容器は、昇華器を備える、昇華器から本質的になる、または昇華器からなる。つまり、本明細書で「原料容器」が言及される場合は常に、昇華器（例えば、「固体原料化学物質昇華器」）も明確に意図される。

化学気相堆積（ＣＶＤ）は、基材、例えばシリコンウェーハ上に材料の薄膜を形成するための半導体産業における既知のプロセスである。ＣＶＤでは、異なる反応物質の化学物質の（「前駆体ガス」を含む）反応物質の蒸気が反応チャンバー内の一つまたは複数の基材に供給される。多くの場合、反応チャンバーは、基材ホルダー（例えば、サセプター）上に支持される単一の基材のみを備え、基材および基材ホルダーは所望のプロセス温度に維持される。典型的なＣＶＤプロセスでは、相互反応性の反応物質の蒸気が互いに反応して基材上に薄膜を形成し、成長速度は温度と反応物質ガスの量に関係する。いくつかの変形例では、堆積反応物質を駆動するエネルギーは、全体または一部がプラズマによって供給される。

いくつかの用途では、反応物質ガスは反応物質原料容器に気体の形態で保存される。このような用途では、反応物質は多くの場合、約１気圧および室温の標準圧力および温度で気体である。このようなガスの例としては、窒素、酸素、水素、およびアンモニアが挙げられる。ただし、場合によっては、標準圧力および温度で液体または固体（例えば、塩化ハフニウム、酸化ハフニウム、二酸化ジルコニウム等）である原料化学物質（「前駆体」）の蒸気が使用される。（本明細書で「固体原料前駆体」、「固体化学反応物質」、または「固体反応物質」と呼ばれる）一部の固体物質の場合、室温での蒸気圧は非常に低いため、通常は非常に低い圧力で加熱および／または保持され反応プロセスに十分な量の反応物質の蒸気を生成する。気化（例えば、昇華または気化）した後、気相反応物質を処理システム全体にわたって気化温度以上に保持することで、弁、フィルター、導管、および気相反応物質の反応チャンバーへの供給に関連するその他の構成要素において望ましくない凝縮を防ぐことができる。このような天然の固体または液体物質からの気相反応物質は、様々な他の産業における化学反応に有用である。

原子層堆積（ＡＬＤ）は、基材上に薄膜を形成する別の既知のプロセスである。多くの用途では、ＡＬＤは本明細書に記載されるように固体および／または液体原料化学物質を使用する。ＡＬＤは、サイクルで実行される自己飽和反応によって膜を堆積させる蒸着の一種である。膜の厚さは、実行されるサイクルの数によって決定される。ＡＬＤプロセスでは、ガス状反応物質が順番におよび／または繰り返して基材またはウェーハに供給され、ウェーハ上に材料の薄膜が形成する。一つの反応物質は、ウェーハ上で自己制御的プロセスにより吸着する。続いて異なるパルス状の反応物質が吸着された材料と反応して、所望の材料の単一分子層を形成する。分解は、吸着種間での、および配位子交換またはゲッタリング反応などで適切に選択された試薬との、相互反応によって発生する場合がある。いくつかのＡＬＤ反応では、サイクルごとに僅か一分子の単分子層が形成される。より厚い膜は、目標の厚さが達成されるまで繰り返し成長サイクルを経て生成される。

いくつかのＡＬＤ反応では、互いに反応性の反応物質は、異なる反応物質へ基材を暴露する間に除去プロセスを介在させることにより、気相で別々に保持される。例えば、時分割ＡＬＤプロセスでは、反応物質がパルスで固定基材に供給され、通常はパージまたは排気フェーズにより分離される。空間分割ＡＬＤプロセスでは、基材は異なる反応物質の区域を移動する。一部のプロセスでは、空間分割ＡＬＤと時分割ＡＬＤの両方の態様を組み合わせることができる。当業者は、いくつかの変形またはハイブリッドプロセスが、通常のＡＬＤパラメータウィンドウ外の堆積条件の選択により、および／または基材への暴露中に互いに反応性の反応物質間である程度の重なり合いを可能にすることにより、のいずれかである程度のＣＶＤのような反応を可能にすることを理解するであろう。

反応物質原料容器には、通常、入口および出口から延在するガスライン、ライン上の隔離弁、および弁上のフィッティングが付属し、フィッティングは残りの基材処理装置のガスフローラインに連結するように構成されている。多くの場合、反応物質原料容器と反応チャンバーとの間の様々な弁およびガスフローラインを加熱するためにいくつかの追加ヒーターを設けて、反応物質の蒸気がこのような構成要素上に凝縮して堆積するのを防ぐことが望ましい。したがって、原料容器と反応チャンバーとの間のガス輸送構成要素は、温度が反応物質の気化／凝縮／昇華温度より高く保持される「ホットゾーン」と呼ばれることもある。

本明細書に記載されるように、反応物質原料容器を原料前駆体で充填するための様々な容器が含まれてもよい。容器は、「中間体充填」容器または「トランスフィル」容器を含んでもよい（簡潔にするために、中間体充填容器またはトランスフィル容器は、単に「充填容器」として本明細書で言及されてもよい）。従来、原料容器は反応器システムから取り除かれて再充填されるため、ダウンタイムおよびウェーハ製造の損失につながる可能性がある。トランスフィル容器は有利なことに、昇華器を置換または再充填する必要性を低減することができる。代わりに、トランスフィル容器を使用して、反応器システムに原料前駆体を自動的かつ／または連続的に供給することができる。充填チャンバーシステムは、一つまたは複数のトランスフィル容器を含むことができる。さらに、本明細書の実施形態によるトランスフィル容器は、反応器システムの近くに、隣接して、またはその中に配置されうる。トランスフィル容器を反応器システムに近接させることで、長いパイプの必要性を減らし、パイプ内での凝縮の可能性を減らし、およびまたは不要な流体要素の必要性を減らすことができる。しかし、トランスフィル容器は再充填のために反応器システムから取り外す必要はないため、再充填に関連する労働およびダウンタイムなしに、トランスフィル容器は、反応器システムの近位または内部に配置するという利点（比較的短い流路など）を達成することができる。さらなる特徴は、様々な構成を参照しながら本明細書に記載される。

本明細書に記載される様々なトランスフィル容器の別の利点は、トランスフィル容器内で達成可能な温度勾配に関する。一般的に、化学前駆体は、固体状態でトランスフィル容器内に含まれ（例えば、保存され）てもよく、別の場所（例えば、堆積モジュールまたは反応チャンバー）に送られるように昇華または気化されてもよい。いくつかの構成では、キャリアガスを使用して、蒸発した化学前駆体をトランスフィル容器から別の場所（例えば、堆積モジュールまたは反応チャンバー）へと搬送することができる。したがって、トランスフィル容器の基部は、（例えば、固体として前駆体を維持するために）比較的低い温度であることが好ましく、またトランスフィル容器のリッドは、（例えば、弁および下流流路での凝縮を最小限に抑えながら、前駆体が気相に入ることを促進し、それが他の場所に搬送されうるように）比較的高い温度であることが好ましい。本明細書に記載されるように、中間層は、トランスフィル容器内の温度勾配を維持するのに役立ちうる。中間層は、リッドと基部との間の熱連通を低減および／または抑制する絶縁材料を含みうる。

図１は、いくつかの構成による充填容器１００の一例を概略的に示す。充填容器１００は、化学反応物質、例えば固体または液体原料前駆体を含むことができる。「固体原料前駆体」は、本開示を考慮して、当技術分野における慣習的かつ通常の意味を有する。これは、標準的な条件（即ち、室温および大気圧）下で固体である原料化学物質を指す。いくつかの実施形態では、充填容器１００には、基部１１２、リッド１２０、および中間セクション１１６を備えうる。充填容器１００は、近位方向１０４および遠位方向１０８に延びる容器軸を画定しうる。容器軸は、図１を参照して「上」および「下方」向きに配向されうる。示されるように、基部１１２は、中間セクション１１６およびリッド１２０の近位に配置される。本明細書に記載のように、図１は、充填容器１００が含むことができる要素の数を制限するものとみなされるべきではない。中間セクション１１６は、基部１１２とリッド１２０との間に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、リッド１２０は、中間セクション１１６に機械的に取り付けられるように構成される。これは、取り付け手段（例えば、ボルト、ネジ等）のうちの一つまたは複数を使用して実行することができる。特定の実施形態では、リッド１２０および／または基部１１２は、気密式で中間セクション１１６に機械的に取り付けられる。いくつかの実施形態では、基部１１２は、中間セクション１１６上に着脱可能に固定されている。

中間セクション１１６は、基部とリッドとの間に配置されうる。中間セクション１１６は、基部１１２とリッド１２０の両方と接触して配置されてもよい。中間セクション１１６は、基部１１２とリッド１２０との間の熱流を低減および／または抑制するように構成された絶縁体を備えうる。中間セクション１１６は、一つまたは複数の個別のチャンバーを備えうる。一つまたは複数のチャンバーは、真空を含みうる。中間セクション１１６は、基部１１２とリッド１２０との間の温度勾配を維持するように構成されてもよく、その結果、基部１１２は第一の閾値温度以下を維持し、リッド１２０は、第一の閾値温度よりも大きい第二の閾値温度以上を維持することができる。例えば、基部１１２およびリッド１２０が温度の差（例えば、第二の閾値温度と第一の閾値温度との間の差）で維持されうるようにできる。例えば、基部とリッドとの間の温度差は、少なくとも約１℃、約２℃、約３℃、約４℃、約５℃、約６℃、約７℃、約８℃、約９℃、約１０℃、約１１℃、約１２℃、約１３℃、約１４℃、約１５℃、約１８℃、約２０℃、約２５℃、約３０℃、その間の任意の値、またはその中の終点を有する任意の範囲内にある、例えば約１℃〜約５℃、約１℃〜約１０℃、約１℃〜約１５℃、約１℃〜約２０℃、約１℃〜約２５℃、約５℃〜約１０℃、約５℃〜約１５℃、約５℃〜約２０℃、約５℃〜約２５℃、約１０℃〜約１５℃、約１０℃〜約２０℃、または約１０℃〜約２５℃とすることができる。勾配は、約１インチ、約２インチ、約３インチ、約６インチ、約９インチ、約１２インチ、約１５インチ、約１８インチ、約２１インチ、約２４インチ、約２７インチ、約３０インチ、約３３インチ、約３６インチ、その間の任意の値、またはその中の終点を有する任意の範囲内にある、例えば約３インチ〜約９インチ、約３インチ〜約１２インチ、約３インチ〜約２４インチ、約３インチ〜約３６インチ、約９インチ〜約１２インチ、約９インチ〜約２４インチ、約９インチ〜約３６インチ、約１２インチ〜約２４インチ、約１２インチ〜約３６インチ、または約２４インチ〜約３６インチの距離（例えば、軸方向距離）にわたって配置されうる。

充填容器１００は、一つまたは複数の加熱および／または冷却要素（図示せず）を備えうる。冷却要素（例えば、水冷却器または冷却プレート）は、基部１１２の近位部分の近くに配置されてもよい。追加的にまたは代替的に、加熱要素（例えば、加熱ロッド、加熱フィラメント、加熱プレート、および／または加熱フィン）は、リッド１２０の遠位部分またはその近くに配置されうる。したがって、中間セクション１１６は、充填容器１００の積極的に加熱された部分（例えば、リッド１２０）と積極的に冷却された部分（例えば、基部１１２）との間の熱流を低減および／または抑制できる場合がある。加熱および／または冷却要素の使用は、温度勾配および／または温度のより正確な制御を提供することができる。いくつかの例では、冷却要素は基部１１２の近位に配置される。一つまたは複数の冷却要素は、基部１１２に隣接して（例えば、接触して）配置されてもよい。追加的にまたは代替的に、一つまたは複数の加熱要素は、リッド１２０の遠位に配置されてもよい。冷却要素は、流体冷却要素（例えば、水冷、空冷など）を含んでもよい。加熱要素は、加熱ロッド、加熱フィラメント、加熱プレート、加熱フィン、またはその他任意のタイプの加熱要素を含みうる。一つまたは複数の加熱要素は、放射線を介して、リッド１２０および／または一つまたは複数の弁を加熱するように構成されうる。いくつかの例では、加熱要素は、伝導を介してリッド１２０を加熱しうる。

リッド１２０の高さの中間セクション１１６に対する比は、例えば、リッド１２０の弁内の凝縮を最小限にするように、これらの弁を十分な高温（例えば、第二の閾値温度以上）に保つように、温度勾配がリッド１２０の一つまたは複数の弁から有利な距離に配置されるようなものであってもよい。リッドの高さと中間層の高さとの比は、約１よりも大きく、約１．５よりも大きく、約２よりも大きく、約３よりも大きく、約４よりも大きく、約５よりも大きく、約６よりも大きく、その間の任意の値よりも大きく、またはその中の終点を有する任意の範囲内にありうる。中間セクション１１６は、セラミック、金属、またはその他の構造材料を含みうる。

例えば、反応器システム内に配置されうるように、充填容器１００が必要とするであろう体積または設置面積を最小化することが有利でありうる。コンパクトな容器アセンブリは、このような設置面積を削減できる。特定の実施形態では、各充填容器１００は、約４０ｃｍ^２〜１５０ｃｍ^２の（例えば、充填容器１００が配置される）領域を有しうる。

中間セクション１１６は、それを通る熱の流れを防止するように構成された一つまたは複数の排気セクションを備えうる。例えば、中間セクション１１６は、複数の離間した排気セクションを備えることができる。充填容器１００は、排気セクションを排気するための一つまたは複数の真空ポンプ（図示せず）を備えうる。いくつかの構成では、真空ポンプは、充填容器１００の排気セクション間に配置される。

リッド１２０は、一つまたは複数の入口および／または出口を備えうる。入口および／または出口は、対応する弁を備えることができる。図１に示すように、リッド１２０は、化学物質入口１２４、キャリアガス入口１２８、および化学物質出口１３２を備えうる。化学物質入口１２４は、それを通る化学物質を受けるように構成されうる。化学物質は、（例えば、より大きいバルク充填容器から）充填容器１００に入るときに、（例えば、キャリアガスと連結する）昇華形態または気化形態であってもよい。

キャリアガス入口１２８は、それを通るキャリアガスの流れを可能にすることができる。キャリアガス入口１２８は、充填容器１００のキャリアガス入口１２８に連結された弁を備えうる。キャリアガスは、充填容器１００内で昇華または気化した化学物質と結合することができる。次に、充填容器１００からの流出物は、キャリアガスおよび充填容器１００の内部から気化した反応物質ガスを含む。いくつかの実施形態では、充填容器１００の内部は、化学反応物質で満たされた後、ヘッドスペースを含むように構成される。ヘッドスペースは、化学物質入口１２４、キャリアガス入口１２８、および／または化学物質出口１３２と流体連通することができ、ヘッドスペース内の流体（例えば、キャリアガス）による化学反応物質の昇華のために構成されることができる。したがって、ヘッドスペースは、入口／出口のうちの一つまたは複数が詰まっている場合であっても、化学反応物質が引き続き昇華または気化し続けることができるように、フェイルセーフを提供することができる。

気化した前駆体のキャリアガスとして、非活性または不活性ガスを用いることが好ましい。不活性ガス（例えば、窒素、アルゴン、ヘリウムなど）は、キャリアガス入口１２８を通して充填容器１００に供給されてもよい。いくつかの実施形態では、様々なプロセスおよび本明細書に記載の様々なシステムに異なる不活性ガスを用いることができる。図示されていない別の弁および／または他の流体制御要素を備えることができることが理解されよう。

流出物（例えば、キャリアガス＋気化した化学物質）は、化学物質出口１３２を通過することができる。化学物質出口１３２は、反応チャンバーまたは堆積モジュールおよび／または別の充填容器と連通することができる。いくつかの構成では、化学物質出口１３２は、例えば、下流の化学反応に備えて、気化した化学物質を（例えば、キャリアガスと共に）反応チャンバーまたは堆積モジュールに送るように構成される。化学物質入口１２４、キャリアガス入口１２８、および化学物質出口１３２のうちの一つまたは複数は、それを通るガス流を制御するように構成された対応する弁を備えうる。固体原料化学物質昇華器および／またはその流体工学に関する別の情報は、２０１２年３月２０日に発行され、「ＰＲＥＣＵＲＳＯＲ ＤＥＬＩＶＥＲＹ ＳＹＳＴＥＭ」と題する米国特許第８，１３７，４６２号に記載され、当該出願の全内容は、あらゆる目的のために引用することにより本明細書に組み込まれている。図示されていない別の弁および／または他の流体要素を備えることができることが理解されよう。特定の構成では図示されていない別の弁および他の流体要素を備えることができる。

特定の構成では、基部１１２は、固体原料化学物質を保持するように構成されている。基部１１２は、化学反応物質を保持するための実質的に平坦面を備えてもよいが、他の形状および変形が可能である。充填容器１００は、例えば、壁の内側間の空間、充填容器１００の天井と基部１１２の床との間の空間など、内部を画定することができる。いくつかの実施形態では、内部は、化学反応物質、例えば固体原料化学物質を含むように構成される。充填容器１００またはその部分は、様々な方法で形成されうる。例えば、充填容器１００は、互いに積み重ねられおよび／または取り付けられた二つ以上の側部を備えることができる。

いくつかの実施形態では、充填容器１００のアセンブリの高さは、約２５ｃｍ〜１２０ｃｍの範囲とすることができる。いくつかの実施形態では、高さは約５０ｃｍ〜１００ｃｍの範囲とすることができ、いくつかの実施形態では約６０ｃｍ（約２４インチ）である。いくつかの実施形態では、充填容器１００の幅（例えば、直径）は、約２０ｃｍ〜５０ｃｍの範囲とすることができる。いくつかの実施形態では、充填容器１００の幅は約３０ｃｍ〜４０ｃｍの範囲とすることができ、特定の実施形態では約３８ｃｍ（約１５インチ）である。いくつかの実施形態では、容器１０４は、約１〜４の範囲の高さ：直径のアスペクト比を有することができる。いくつかの実施形態では、容器は円柱に近い形状であるが、別の形状も可能である。つまり、いくつかの実施形態では、ハウジング１１０は、円筒形状を備える、円筒形状から本質的になる、または円筒形状からなる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の様々な実施形態における（未充填の）充填容器１００の質量は、約１０ｋｇ〜５０ｋｇの範囲とすることができる。いくつかの実施形態では、充填された充填容器１００の質量は、約３５ｋｇ〜８５ｋｇの範囲とすることができる。容器の質量が小さいほどより容易に輸送することができるが、質量が大きいほど反応物質の体積が増え、補充がより少なくて済み、昇華器の充填をより長くすることができる。

図２〜３は、いくつかの実施形態の充填容器２００の別の例を示す。図２は、充填容器２００の例の側面図を示す。充填容器２００は、基部２１２、中間セクション２１６、およびリッド２２０を備えうる。図３は、充填容器２００の斜視図を示す。示すように、充填容器２００は、化学物質入口２２４、キャリアガス入口２２８、および化学物質出口２３２を備える。化学物質入口２２４、キャリアガス入口２２８、および化学物質出口２３２のそれぞれは、それを通るガス流を制御するための対応する弁を備える。充填容器２００は、本明細書で説明した充填容器１００に関して本明細書に記載される特徴を含みうる。対応する要素も、同様の機能を有してもよい。

図３に示す充填容器２００は、複数の絶縁チャンバー２３６を備える。それぞれの絶縁チャンバー２３６は、それを通る熱の流れを防止するために、真空内部などの絶縁体を備えうる。追加的にまたは代替的に、絶縁チャンバー２３６は絶縁材料を備えうる。

充填容器２００は、（示すような）別個のリッド２２０および基部２１２の側壁を備える、または単一の構造体から形成されることができる。リッド２２０は、円形または長方形の断面形状を有してもよいが、その他の形状も適切である。いくつかの実施形態では、リッド２２０および／または基部２１２は、ガスが充填容器２００に実質的に流入および／または流出できないように、中間セクション２１６と流体密封される。化学反応物質は、充填容器２００の内部に収容されうる。

例示された充填容器２００は、一つまたは複数の気相反応チャンバーで使用される気相反応物質の送達に特に適している堆積モジュールに（直接的または間接的に）結合されてもよい。気相反応物質を、化学堆積（ＣＶＤ）または原子層堆積（ＡＬＤ）に使用することができる。いくつかの実施形態では、コンピュータ可読媒体に格納される制御プロセッサおよびプログラミングが含まれ、本明細書で開示される実施形態のシステムおよび方法が、ＡＬＤを実行するように構成される。特定の実施形態では、コンピュータ可読媒体に格納される制御プロセッサおよびプログラミングが含まれ、本明細書で開示される実施形態がＣＶＤを実行するように構成される。

図４〜５は、その中に充填容器２００を備える充填チャンバーシステム３００の一例を示す。図４は、充填チャンバーシステム３００の例の側面図を示す。充填チャンバーシステム３００は、充填チャンバーハウジング３１０を備えうる。充填容器２００は、充填チャンバーハウジング３１０内に配置されうる。充填チャンバーハウジング３１０は、充填チャンバーシステム３００の外側の任意の要素と熱連通を減少させるように構成されうる。充填チャンバーハウジング３１０は、実質的に中空であってもよく、長方形のプリズムまたはシリンダーの外部形状を有してもよい。充填チャンバーシステム３００は、加熱要素３２０および／または冷却要素３３０を備えうる。加熱要素３２０は、充填容器２００の遠位に配置されうる。加熱要素３２０は、本明細書で説明した一つまたは複数の加熱要素の機能を備えうる。冷却要素３３０は、充填容器２００の近位に配置されうる。いくつかの実施例では、冷却要素３３０は水冷される。冷却要素３３０は、基部２１２に隣接して（例えば、接触して）配置されてもよい。

図５は、図４に示した充填チャンバーシステム３００の断面斜視図を示す。加熱要素３２０は、部分ループを含みうるが、フィラメントであってもよい。冷却要素３３０は、冷却プレートであってもよい。充填チャンバーシステム３００は、弁、入口、出口、加熱要素、冷却要素、支持構造、および／またはその他の要素などの追加的な要素を備えうる。例えば、いくつかの実施形態では、充填容器２００は、本明細書でより詳細に説明する通り、ＡＬＤを実施するためにシステム（反応器システムなど）を指示するように構成されうる一つまたは複数のコントローラ（図示せず）と関連付けられうる。いくつかの実施形態では、一つまたは複数のコントローラはＡＬＤを実行するようにシステム（反応器システムなど）を指示するようにプログラムされたプロセッサおよびメモリーを備える。一つまたは複数のコントローラは、堆積モジュール内の全てのヒーター、ポンプ、圧力制御用のポンプへの弁、基材処理用のロボット制御装置、ならびに／または充填容器２００へのキャリア流およびそれからの蒸気流を含む蒸気の流れを制御する弁を制御するように構成されることができる。

いくつかの実施形態では、充填容器２００は一つまたは複数の加熱要素を備えうる。いくつかの実施形態では、加熱要素のうちの一つまたは複数は、充填容器２００に垂直に隣接するかまたは垂直に近接して配置されることができる。いくつかの実施形態では、一つまたは複数の加熱要素は、伝導により昇華器１００を加熱するように構成される。特定の実施形態では、リッド２２０の横方向にヒータープレートを配置することができる。特定の実施形態では、ハウジング１１０の遠位にヒーターを配置することができる。いくつかの実施形態では、一つまたは複数の弁は、伝導的におよび／または放射的に加熱されてもよい。充填容器２００は、低圧、例えば０．１Ｔｏｒｒ〜２０Ｔｏｒｒ、例えば約５Ｔｏｒｒに排気できるように気密であるように構成されるキャビネット（例えば、充填チャンバーハウジング３１０）に配置されてもよい。したがって、キャビネット内の大気への伝導損失または対流損失を最小限に抑える効率的な放射加熱を促進する。いくつかの構成では、充填容器２００は、１００Ｔｏｒｒ、２００Ｔｏｒｒ、３００Ｔｏｒｒ、５００Ｔｏｒｒ、または大気圧など、より高い圧力内に配置されうる。その他の圧力が可能である。いくつかの実施形態では、（本明細書で開示される）固体原料アセンブリは、目標真空圧力で作動することができる。いくつかの実施形態では、目標真空圧は、約０．５Ｔｏｒｒ〜２０Ｔｏｒｒの範囲、例えば５Ｔｏｒｒとすることができる。特定の実施形態では、固体原料アセンブリ内の真空圧は、一つまたは複数の圧力コントローラを用いて調整されることができる。

図６は、充填容器１００、化学物質供給源容器４５０、およびキャリアガス供給源４４０を備える、固体原料化学システム４００の一例を示す。化学物質供給源容器４５０は、化学物質送達ライン４０４を介して充填容器１００に連結されうる。化学物質供給源容器４５０は、バルク充填容器などのより大きな化学物質供給源容器を備えうる。化学物質供給源容器（例えば、バルク充填容器）は、充填容器１００と類似した容器であってもよいが、供給源容器は、そのハウジング４０２内でより大きな化学物質容量、例えば、充填容器１００の容量の少なくとも１．５倍、２倍、３倍、４倍、５倍、１０倍または２０倍を有することができる。キャリアガス供給源４４０は、本明細書で説明したもののような、キャリアガス供給源を含みうる。化学物質供給源容器４５０は、化学物質送達ライン４０４を介して充填容器１００に、その中にある化学物質を送ることができる。化学物質送達ライン４０４を通過する前に、化学物質を気化（例えば、昇華、蒸発）することができる。

化学物質出口１３２は、気化した化学物質（例えば、キャリアガスと共に）を反応流路４３４を通って、反応（例えば、反応チャンバー）に送ることができる。充填容器１００は、例えば、２０１６年９月３０日に出願され、「ＲＥＡＣＴＡＮＴ ＶＡＰＯＲＩＺＥＲ ＡＮＤ ＲＥＬＡＴＥＤ ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ」と題された、米国特許出願公開第２０１８／００９４３５０号に開示された、追加的または代替的特徴を有することができ、この文献は、全ての目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる。

いくつかの実施形態では、一つまたは複数の反応チャンバーおよび／または一つまたは複数の充填容器（例えば、充填容器１００、充填容器２００）を制御する際に用いる電子機器および／またはコンピュータ要素は、システム内の他の場所にあってもよい。例えば、中央コントローラは、一つまたは複数のチャンバー自体の装置を制御するだけでなく、様々な容器および任意の関連するヒーターに接続する弁を制御することができる。一つまたは複数の弁を使用して、固体原料化学システム４００全体のガスの流れを制御することができる。

以下は、上述の実施形態の一連の非限定的な例である。

第１の実施例で、固体原料化学物質中間体充填容器は、近接端と、遠位端と、固体原料化学反応物質をその中に保持するよう構成された近接端にある基部と、を備え、基部は、第一の熱伝導体を備え、第一の閾値温度以下で維持するように構成され、遠位端にあるリッドは、第二の熱伝導体を備え、第一の閾値温度を超える第二の閾値温度以上で維持するように構成され、リッドは、基部に気化された化学反応物質を受けるように構成された化学物質入口と、そこを通ってキャリアガスの流れを受けるように構成されたキャリアガス入口と、リッドから気化された化学反応物質を送るように構成された化学物質出口と、基部とリッドとの間の熱流を低減するように構成された絶縁体を備える中間層と、を備える。

第２の実施例で、中間層が、それぞれ真空を含む一つまたは複数のチャンバーを備える、実施例１に記載の中間体充填容器である。

第３の実施例で、中間層が、基部とリッドの両方と接触して配置される、実施例１〜２のいずれかに記載の中間体充填容器である。

第４の実施例で、基部を第一の閾値温度以下に維持するように構成された冷却要素をさらに備える、実施例１〜３のいずれかに記載の中間体充填容器である。

第５の実施例で、冷却要素が基部に熱結合された水冷要素を備える、実施例４に記載の中間体充填容器である。

第６の実施例で、第一の閾値温度が約１３５℃である、実施例１〜５のいずれかに記載の中間体充填容器である。

第７の実施例で、第二の閾値温度が約１４５℃である、実施例１〜６のいずれかに記載の中間体充填容器である。

第８の実施例で、リッドを第一の閾値温度以上に維持するように構成された加熱要素をさらに備える、実施例１〜７のいずれかに記載の中間体充填容器。

第９の実施例で、冷却要素が基部に熱結合された水冷要素を備える、実施例１〜８のいずれかに記載の中間体充填容器である。

第１０の実施例で、加熱要素が放射線を介してリッドを加熱するように構成されたロッドまたはプレートを備える、実施例９に記載の中間体充填容器である。

第１１の実施例で、化学物質入口、キャリアガス入口、および化学物質出口のそれぞれが、それらを通るガス流を制御するように構成された対応する弁を備える、実施例１〜１０のいずれかに記載の中間体充填容器である。

第１２の実施例で、化学物質出口は、それを通る粒子状物質の通過を防止するように構成されたフィルターを備える、実施例１〜１１のいずれかに記載の中間体充填容器である。

第１３の実施例で、フィルターの多孔性が、それを通る第二の閾値温度未満の反応物質の通過を防止し、それを通る第二の閾値温度以上の反応物質の通過を可能にするように構成されている、実施例１２に記載の中間体充填容器である。

第１４の実施例で、フィルターがセラミックまたは金属のうちの少なくとも一つを含む、実施例１２〜１３のいずれかに記載の中間体充填容器である。

第１５の実施例で、基部の高さとリッドの高さとの比率が約４より大きい、実施例１〜１４のいずれかに記載の中間体充填容器である。

第１６の実施例で、中間層が、リッドと基部との間の温度勾配を少なくとも１０℃に維持するように構成されている、実施例１〜１５のいずれかに記載の中間体充填容器である。

第１７の実施例で、リッドの高さと中間層の高さとの比率が約２より大きい、実施例１〜１６のいずれかに記載の中間体充填容器である。

第１８の実施例で、基部の断面が少なくとも二つの平坦な縁部を備える、実施例１〜１７のいずれかに記載の中間体充填容器である。

第１９の実施例で、中間層がセラミックまたは金属を含む、実施例１〜１８のいずれかに記載の中間体充填容器である。

第２０の実施例で、中間体充填容器が、固体原料化学反応チャンバーに原位置で配置されるようにサイズ決めされる、実施例１〜１９のいずれかに記載の中間体充填容器である。

第２１の実施例で、満たされていない状態の中間体充填容器が、約１０ｋｇ〜５０ｋｇの質量を有する、実施例１〜１９のいずれかに記載の中間体充填容器である。

第２２の実施例で、固体原料化学システムは、実施例１〜２１のいずれかに記載の中間体固体原料化学容器と、中間体容器と流体連通する固体原料化学物質昇華器とを備え、固体原料化学物質昇華器は、内部空間および内部空間に面する内部表面を有するハウジングと、第一の端と第二の端を有するフィルターとを備え、フィルターは、そこを通る固体化学反応物質の通過を制限するように構成された多孔性を有し、フィルターは、フィルターと内部表面との間の空間でフィルターを囲む流路を画定するように形作られ、位置付けられる、固体原料化学システムである。

第２３の実施例で、気化した化学反応物質を反応チャンバーに提供する方法であって、気化した化学反応物質を実施例１〜２１のいずれかに記載の中間体充填容器の化学物質入口に連続的に流すことであって、リッドが基部より高い温度で維持され、それによって気化した化学反応物質が基部で凝縮する、連続的に流すことと、凝縮した化学反応物質を基部で昇華させることと、昇華した化学反応物質を出口を通して反応チャンバーに流すことと、を含む、方法である。

他の考察
前述の明細書では、その特定の実施形態を参照して本発明を説明した。しかし、本発明の広い趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な修正および変更がそれになされることができることは明らかであろう。したがって、明細書と図面は、制限的な意味ではなく、例示的な意味でみなされるべきである。

実際、本開示のシステムおよび方法はそれぞれいくつかの革新的な態様を有し、そのうちの単一の態様が本明細書に開示された望ましい属性に対して単独で責任を負うまたは必要とされるものではないことが理解されよう。本明細書に記載の様々な特徴およびプロセスは、互いに独立して使用されることができ、または様々な方法で組み合わされることができる。全ての可能な組み合わせおよび部分的組み合わせは、本開示の範囲内に含まれることが意図される。

別々の実施形態に関連して本明細書に記載されている特定の特徴はまた、単一の実施形態に組み合わせて実施されてもよい。逆に、単一の実施形態に関連して説明される様々な特徴も、別々に、または任意の好適な部分的組合せで複数の実施形態で実施されてもよい。さらに、特徴は特定の組み合わせで機能するものとして本明細書で説明され、最初はそのように特許請求される場合があるが、特許請求される組み合わせからの一つまたは複数の特徴は、場合により組み合わせから削除されることができ、特許請求される組み合わせは、部分的組合せまたは部分的組み合わせの変形を対象としてもよい。単一の特徴も特徴の群も、あらゆる実施形態に必要でも不可欠でもない。

本明細書で使用される条件付き言語、例えば特に「できる（ｃａｎ）」、「できるであろう（ｃｏｕｌｄ）」、「かもしれない（ｍｉｇｈｔ）」、「してもよい（ｍａｙ）」、「例えば」等は、特に記載のない限り、または使用中の文脈内で理解されている場合を除き、特定の実施形態は特定の特徴、要素および／または工程を含むが、他の実施形態は含まないことを伝えることを一般的に意図していることが理解されよう。したがって、このような条件付き言語は、特徴、要素、および／もしくは工程が一つもしくは複数の実施形態になんらかの形で必要とされること、または一つもしくは複数の実施形態は、著者の入力もしくは指示の有無にかかわらず、これらの特徴、要素および／もしくは工程が任意の特定の実施形態に含まれるか実行されるかを決定するためのロジックを必ず含むことを示唆することを一般的に意図していない。用語「備える」、「含む」、「有する」等は同義語であり、包括的に、オープンエンド様式で使用され、追加の要素、特徴、工程、操作等を除外しない。また、用語「または」は包括的な意味で使用され（および排他的な意味で使用されない）ため、例えば要素のリストを連結するために使用される場合、用語「または」はリスト内の要素の一つ、いくつか、または全てを意味する。さらに、本出願および添付の特許請求の範囲で使用される冠詞「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、特に明記しない限り、「一つまたは複数」または「少なくとも一つ」を意味すると解釈されるべきである。同様に、操作は特定の順序で図面に描かれてもよいが、このような操作は、示されている特定の順序または連続した順序で実行される必要がない、または望ましい結果を達成するために例示される全ての操作が実行されることを認識されるべきである。さらに、図面は、フローチャートの形式でもう一つの例示的なプロセスを概略的に示すことができる。しかし、図示されていない他の操作は、概略的に例示されている例示的な方法およびプロセスに組み込まれてもよい。例えば、一つまたは複数の追加の操作が、例示される操作のいずれかの前、後、同時、または間に実行されてもよい。さらに、別の実施形態では、操作を再編成または並べ替えることができる。特定の状況では、マルチタスクと並列処理が有利な場合がある。さらに、本明細書に記載の実施形態における様々なシステムの構成要素の分離は、全ての実施形態においてこのような分離を必要とするものとして理解されるべきではなく、記載された構成要素およびシステムは、一般的に、単一の製品に一緒に統合されるか、または複数の製品にパッケージ化されてもよい（例えば、ハウジングおよび基部を備えるフィルターインサートならびに原料容器）ことは言うまでもない。さらに、他の実施形態は、以下の特許請求の範囲内にある。場合によっては、特許請求の範囲に記載されている工程を異なる順序で実行してもよく、さらに望ましい結果を得ることができる。

したがって、特許請求の範囲は、本明細書に示される実施形態に限定されることを意図されるものではなく、本開示、本明細書に開示される原理および特徴と一致する最も広い範囲に一致する。例えば、本開示内の多くの例は、半導体製造のための堆積チャンバーに供給するための固体原料から蒸気を供給することに関して提供されているが、本明細書で説明される特定の実施形態は、多種多様な他の用途および／または多数の他の状況で実施されることができる。

Claims (20)

1. 固体原料化学物質中間体充填容器であって、
   近接端と、
   遠位端と、
   固体原料化学反応物質をその中に保持するように構成された前記近接端の基部であって、第一の熱伝導体を備え、第一の閾値温度以下で維持されるように構成される、基部と、
   第二の熱伝導体を備える前記遠位端にあり、前記第一の閾値温度よりも大きい第二の閾値温度以上に維持されるように構成されるリッドであって、
   気化した化学反応物質を前記基部内に受けるように構成された化学物質入口と、
   それを通るキャリアガス流を受けるように構成されたキャリアガス入口と、
   気化した化学反応物質を前記リッドから通過させるように構成された化学物質出口と、を備えるリッドと、
   前記基部と前記リッドとの間に配置された中間層であって、前記基部と前記リッドとの間の熱流を低減するように構成された絶縁体を備える、中間層と、を備える、固体原料化学物質中間体充填容器。
2. 前記中間層が、それぞれ真空を含む一つまたは複数のチャンバーを備える、請求項１に記載の中間体充填容器。
3. 前記中間層が、前記基部と前記リッドの両方と接触して配置される、請求項１に記載の中間体充填容器。
4. 前記基部を前記第一の閾値温度以下に維持するように構成された冷却要素をさらに備える、請求項１に記載の中間体充填容器。
5. 前記冷却要素が、前記基部に熱結合された水冷要素を備える、請求項４に記載の中間体充填容器。
6. 前記第一の閾値温度が約１３５℃である、請求項１に記載の中間体充填容器。
7. 前記第二の閾値温度が約１４５℃である、請求項１に記載の中間体充填容器。
8. 前記リッドを前記第一の閾値温度以上に維持するように構成された加熱要素をさらに備える、請求項１に記載の中間体充填容器。
9. 冷却要素が、前記基部に熱結合された水冷要素を備える、請求項１に記載の中間体充填容器。
10. 加熱要素が、放射線を介して前記リッドを加熱するように構成されたロッドまたはプレートを備える、請求項９に記載の中間体充填容器。
11. 前記化学物質入口、前記キャリアガス入口、および前記化学物質出口のそれぞれが、それらを通るガス流を制御するように構成された対応する弁を備える、請求項１に記載の中間体充填容器。
12. 前記化学物質出口は、それを通る粒子状物質の通過を防止するように構成されたフィルターを備える、請求項１に記載の中間体充填容器。
13. 前記フィルターの多孔性が、それを通る前記第二の閾値温度未満の前記反応物質の通過を防止し、それを通る前記第二の閾値温度以上の前記反応物質の通過を可能にするように構成されている、請求項１２に記載の中間体充填容器。
14. フィルターが、セラミックまたは金属のうちの少なくとも一つを含む、請求項１に記載の中間体充填容器。
15. 前記基部の高さと前記リッドの高さとの比率が約４より大きい、請求項１に記載の中間体充填容器。
16. 前記中間層が、前記リッドと前記基部との間の温度勾配を少なくとも１０℃に維持するように構成されている、請求項１に記載の中間体充填容器。
17. 前記リッドの高さと前記中間層の高さとの比率が約２より大きい、請求項１に記載の中間体充填容器。
18. 前記基部の断面が少なくとも二つの平坦な縁部を備える、請求項１に記載の中間体充填容器。
19. 前記中間層が、セラミックまたは金属を含む、請求項１に記載の中間体充填容器。
20. 中間体充填容器が、固体原料化学反応チャンバーに原位置で配置されるようにサイズ決めされる、請求項１に記載の中間体充填容器。
    

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