TW201608051A - 用於自行調節流體化學品輸送的設備及方法 - Google Patents

Abstract

本文提供用於化學品輸送的方法與設備。一些實施例中，第一貯槽容納第一容積的流體、接收載氣、並且將該載氣連同源自該第一容積之流體的蒸氣一併輸出。第二貯槽容納第二容積的流體，且能夠輸送該第二容積的流體的一部分至該第一貯槽。自行調節管從該第一貯槽延伸到該第二貯槽中之該第二容積的流體上方的區域。

Description

用於自行調節流體化學品輸送的設備及方法

本案揭露內容之實施例大體上關於流體化學品輸送，且更詳言之，關於自行調節的流體化學品輸送。

透過使用含流體之安瓿將用於例如半導體元件處理中的化學品輸送到處理腔室。此已知的安瓿一般包括罐筒，該罐筒使用載氣與入口通口及出口通口流體連通，該載氣經由該安瓿饋送。舉例而言，載氣被饋送至該流體上方的空間中，且可於該流體上方流動，且從該流體上方的空間帶走蒸氣。作為另一範例，使用起泡管將載氣饋送至該流體中，飽和該流體，且帶走該流體中的一些流體。可使用該安瓿直到所有流體移除為止，在此時，再填充或置換該安瓿。或者，可根據測量而週期性再填充該安瓿，該測量是透過使用原位位高感測器所執行。再填充槽容納用於再填充安瓿的化學品，且一般具有比該安瓿大得多的容積，而使該安瓿能夠反覆地再填充。

用於例如半導體元件處理中的製程中的一些製程使用供應至處於所界定的溫度及壓力範圍的製程的一或多種化學品。例如，膜沉積製程可將溫度與壓力維持在預定範圍內，以獲得可再現的膜品質及一致的膜厚度。 然而，當流體在安瓿中消耗，溫度與壓力條件可能改變，從而改變正在輸送的化學品的濃度，而影響正執行之製程的結果。

有鑑於此，發明人已提供用於調節流體化學品輸送的設備與方法。

本文提供用於化學品輸送的方法與設備。一些實施例中，一種化學品輸送設備包括：主體，具有第一貯槽，該第一貯槽界定第一容積，該第一貯槽包括載氣入口與載氣出口；第二貯槽，配置於該主體中位於該第一貯槽上方且界定第二容積，該第二貯槽具有填充管，該填充管將該第二貯槽流體連通式(fluidly)耦接該第一貯槽；以及自行調節管，從該第二貯槽延伸到該第一貯槽。

一些實施例中，一種化學品輸送設備包括：化學品輸送設備包括：主體，具有第一貯槽，該第一貯槽界定第一容積，該第一貯槽包括載氣入口與載氣出口；第二貯槽，配置於該主體中位於該第一貯槽上方且界定第二容積，該第二貯槽具有填充管，該填充管將該第二貯槽流體連通式耦接該第一貯槽；以及第一加熱器，至少沿著該第一貯槽的側壁配置，該第一加熱器根據該第一容積中所含的第一流體之第一偵測溫度而加熱該第一容積中所含的流體，以及第二加熱器，沿著該第二貯槽的側壁配置，該第二加熱器根據該第二容積中所含的第二流體之第二偵測溫度而加熱該第二容積中所含的流體。

一些實施例中，一種化學品輸送設備包括：主 體，具有第一貯槽，該第一貯槽界定第一容積，該第一貯槽包括載氣入口與載氣出口；以及第二貯槽，配置於該主體中位於該第一貯槽上方且界定第二容積，該第二貯槽具有填充管，該填充管將該第二貯槽流體連通式耦接該第一貯槽；其中該設備具備下述特徵之至少一者：(a)該第一貯槽包括多個擋板，該等擋板控制該載氣之橫跨流(cross-flow)路徑，或(b)該載氣入口包括噴嘴，該噴嘴控制該載氣之橫跨流路徑。

一些實施例中，一種化學品輸送方法包括下述 步驟：將載氣接收至第一容積中，該第一容積容納第一流體；使用該載氣將從該第一流體發散的蒸氣收集至該第一容積中；將該載氣與該蒸氣從該第一容積輸送；以及提供自行調節管，該自行調節管從該第一貯槽延伸至該第二容積中所含的第二流體上方的區域，該第二容積與該第一容積流體連通式耦接，其中當該第一容積中所容納的該第一流體延伸至該自行調節管之下端上方時，該第一流體封住該自行調節管，且當該第一容積中所容納的該第一流體處於該自行調節管之下端下方時，該載氣與該蒸氣進入該自行調節管，且引發該第二流體從該第二容積輸送至該第一容積，直到該第一容積之該流體再度延伸至該自行調節管之該底部上方且封住該自行調節管為止。

本案揭露內容之其他與進一步實施例於下文中描述。

100‧‧‧安瓿

102‧‧‧第一貯槽

104‧‧‧第二貯槽

106‧‧‧自行調節管

106A‧‧‧第一部分

106B‧‧‧第二部分

108‧‧‧氣體入口管

108A‧‧‧虛線

110‧‧‧大量再填充入口管

112‧‧‧化學品位高感測器

114‧‧‧氣體出口管

116‧‧‧填充管

116A‧‧‧虛線

120‧‧‧路徑

122‧‧‧橫跨流路徑

124、126、128‧‧‧路徑

130‧‧‧入口閥

132‧‧‧出口閥

134‧‧‧流體輸入閥

200‧‧‧安瓿

246‧‧‧閥

302-314‧‧‧步驟

402‧‧‧第一加熱器

404‧‧‧第二加熱器

412‧‧‧第一加熱器

414‧‧‧第二加熱器

416‧‧‧第三加熱器

420‧‧‧第四加熱器

502、504‧‧‧擋板

510‧‧‧噴嘴

602‧‧‧隙縫

602A‧‧‧外隙縫

602B‧‧‧內隙縫

604‧‧‧溝槽

606‧‧‧支撐表面

透過參考描繪於附圖中的本案揭露內容 之繪示性實施例，可得到上文簡要總結且於下文更詳細討論的本案揭露內容之實施例。然而，應注意附圖僅繪示本案揭露內容之典型實施例，因此不應被視為限制本案揭露內容之範疇，因為本案揭露內容可容許其他等效實施例。

第1圖是根據本案揭露內容之一些實施例的化學品輸送設備的範例的示意圖。

第2圖是根據本案揭露內容之一些實施例的化學品輸送設備的另一範例的示意圖。

第3圖是流程圖，顯示根據本案揭露內容之一些實施例而執行的化學品輸送方法之範例。

第4A圖至第4C圖是根據本案揭露內容之一些實施例的化學品輸送設備的進一步範例的側視圖。

第5A圖、第5C圖、與第5E圖是根據本案揭露內容之一些實施例的化學品輸送設備的更進一步之範例的側視圖，而第5B圖與第5D圖分別是顯示於第5A圖與第5C圖中的範例的剖面視圖。

第6A圖是根據本案揭露內容之一些實施例的化學品輸送設備的還有另一範例的側視圖；而第6B圖是第6A圖中所示之範例的一部分的放大視圖。

第7A圖與第7B圖是根據本案揭露內容之一些實施例的化學品輸送設備的尚有另一範例的側視圖。

為了助於瞭解，如可能則已使用相同的元 件符號指定各圖共通的相同元件。當等圖式並未按照比例尺繪製且可能為了清楚起見而簡化。申請人考量一個實施例的元件與特徵可有利地併入其他實施例而無需進一步記敘。

本案揭露內容關於其中安瓿中的流體化學品 之位高有利地自行調節的化學品輸送設備與方法。更詳言之，蒸氣拉引或起泡器功能性容積中的流體之位高可為自行調節，且儲存的流體的主要部分可與載氣隔離於封閉容積內。安瓿可分隔成兩個功能性容積，即第一貯槽內的第一容積或下方蒸氣拉引/起泡器容積，以及第二貯槽內的第二容積或上方再填充容積。第二容積可容納輸送至第一容積的流體。第一容積中的流體可歷經載氣的恆定流動，然而第二容積中的流體可不歷經載氣的恆定流動，而可將化學品之分解減至最少。第二容積的流體位高可隨著化學品供應至第一容積而變化。

第二容積可包括再填充管/隔離閥、位高感測器、與自行調節管。該再填充管/隔離閥可用於經由例如外部大量(bulk)輸送系統添加額外流體至第二容積中。再填充之行動可由使用者利用整合位高感測器或已知的消耗速率而決定。自行調節管可以是控制機構，藉由該控制機構而可再填充第一貯槽。隨著流體在第一貯槽中消耗，自行調節管之底部可容許蒸氣移位於第一容積之流體 位高上方且可配發相當量的流體經由再填充管至第一貯槽。上述程序可為自行調節，且可造成第一貯槽中恆定的流體位高。

載氣可經由氣體入口管流進第一容積中，且該 載氣可以蒸氣飽和且搭載該蒸氣經由氣體出口管至處理腔室。第一容積可為蒸氣拉引之裝設方式或起泡器之裝設方式。

除了上文所述外，可納入額外特徵。作為一範 例，可納入一或多個空間，且可提供第一與第二貯槽之間極微的表面接觸，該極微的表面接觸可在熱力上使該兩個貯槽去耦(decouple)，例如下文中針對第6A圖至第6B圖所討論。可使用例如兩個、三個、或四個區域加熱器提供安瓿的多區加熱，如下文中針對第4A圖至第4C圖所述。可例如透過使用聚亞醯胺加熱器提供加熱器至安瓿之壁的無黏著劑接合。

可於第一容積與第二容積之一者或兩者中納 入流體位高感測。可提供用於監視流體之溫度及/或控制流體之溫度的原位的流體溫度測量，以用於第一容積與第二容積之一者或兩者。流體位高感測器可與流體溫度測量感測器一體成形或彼此分開。

可將噴嘴設置在氣體入口管之末端處，而可改 善第一容積中載氣流的均勻度，且增加流體濃度，例如下文中針對第5E圖所討論。可添加擋板至第一容積，而可改善第一容積中載氣流的均勻度，且增加流體濃度，例如 下文中針對第5A圖至第5D圖所討論。例如，可設置五個或九個或其他數目的擋板。

可在第一容積與第二容積之一者或兩者的內 壁及/或底部上使用內塗層，而可助於清潔該等貯槽之一者或兩者。該內塗層可以是抗靜磨擦(抗黏著)塗層。第一貯槽與第二貯槽可為彼此可分開，而可助於清潔該等貯槽之一者或兩者。

可測量安瓿壓力，且可使用安瓿壓力控制第一 容積與第二容積之一者或兩者的流體中的製程前驅物的濃度。

第1圖是示意圖，該示意圖顯示根據本案揭露 內容之一些實施例的安瓿100的範例。安瓿分隔成兩個功能性貯槽。下方的第一貯槽102可作為蒸氣拉引貯槽或作為起泡器貯槽，且界定含有流體的第一容積。上方的第二貯槽104界定含有流體的第二容積，且可作為再填充貯槽且將流體從第二貯槽104輸送到第一貯槽102。例如，第一貯槽102的流體與第二貯槽104的流體是相同流體。第一貯槽102與第二貯槽104可配置於安瓿100的共同的容座或主體中。

當入口閥130與出口閥132開啟時，載氣經過 氣體入口管108沿著例如路徑120至第一流體上方的空間中而進入第一貯槽102，並且收集已從該流體蒸發的蒸氣。搭載蒸氣的載氣隨後沿著例如路徑124經過例如氣體出口管114與出口閥132而離開第一貯槽102。一些實施 例中，載氣沿著例如橫跨流路徑122行進，且在沿著路徑124離開之前收集沿著橫跨流路徑的蒸氣。

自行調節管106例如作為控制機構，以控制第 一貯槽102的再填充(例如，控制第一貯槽102中的流體位高)。自行調節管106從第二貯槽104中的第二貯槽104之流體上方向下延伸至第一貯槽102中。最初，第一貯槽102之流體於自行調節管106底部上方延伸且封住該自行調節管106。隨著第一貯槽102之流體消耗，第一貯槽102之流體降至自行調節管106之底部下方，如此載氣與蒸氣得以進入自行調節管106並且向上行進至第二貯槽104。從自行調節管106進入第二貯槽104的載氣與蒸氣推至第二貯槽104的流體上，引發流體沿著例如路徑128經過填充管116輸送至第一貯槽102。填充管116從例如第二貯槽之底部延伸至例如第一貯槽中之流體的位高下方(例如，在一些實施例中，接近第一貯槽102之底部)。流體持續輸送至第一貯槽102直到第一貯槽102之流體再度延伸於自行調節管106之底部上方且封住自行調節管106為止。以此方式，控制第一貯槽102中的流體之容積。

在第二貯槽104之範例中，第二貯槽104不進 行再填充，使得第二貯槽104的流體隨著流體從第一貯槽102轉移到第二貯槽104而減少。一些實施例中，可提供化學品位高感測器112以偵測第二貯槽104之流體的位高並且確定例如是否第二貯槽104是空的、接近空、或處 於某個其他的期望位高。一些實施例中，所偵測的流體位高用於控制流體輸入閥134，以沿著大量再填充入口管110，將流體沿著例如路徑126輸送進入第二貯槽104，而維持第二貯槽104內恆定的流體位高。一些實施例中，第二貯槽104之流體的位高是透過使用已知的化學品消耗速率決定，且該位高決定何時要操作流體輸入閥134。

第2圖是示意圖，顯示根據本案揭露內容之一 些實施例的安瓿200之範例。該範例中，類似的元件符號提供如第1圖中所述之類似的功能。第2圖將大量再填充入口管110與流體輸入閥134顯示為虛線，以指第二貯槽的再填充特徵是替代性特徵。此外，如作為進一步之替代例，於起泡器之裝設方式中，氣體入口管108延伸(如須線108a所描繪)至第一貯槽102之流體的位高下方，如此載氣通過第一貯槽102之流體(例如，氣泡通過第一貯槽102之流體)。作為另一替代例，填充管116可裝設成流體驅動裝設方式(如實線所描繪)，或裝設成虹吸管(如虛線116a所描繪)。一些實施例中，可設置額外的出口閥132，且該出口閥132耦接第二貯槽104。一些實施例中，氣體入口線路可選擇性地直接耦接出口(完全繞過安瓿200，如線所描繪)以及閥246。

第3圖是流程圖，顯示根據本案揭露內容之一 些實施例的方法的範例。在302，設置第一與第二貯槽及自行調節管。在304，於第一貯槽102中接收載氣，且於 306，使用該載氣收集蒸氣。於306，輸出載氣與蒸氣。可反覆執行304、306、與308。

在310，流體位高降下，且不再封住自行調節管之底部。在312，載氣與蒸氣通過自行調節管進入第二貯槽104，且引發液體從第二貯槽104通過流體耦接件輸送到第一貯槽102。在314，流體位高上升且封住自行調節管之底部。可反覆執行310、312、與314。

如前文所討論，可透過使用例如兩個、三個、或四個區域加熱器提供安瓿的多區加熱。該等加熱器可透過例如使用無黏著劑接合技術接合到安瓿之壁，或不接合而是熱耦合至該安瓿之壁。一些實施例中，加熱器可以是聚亞醯胺加熱器，例如，配置於可撓聚亞醯胺膜上或包覆在該可撓聚亞醯胺膜中的電阻式加熱器。第4A圖至第4C圖顯示根據本案揭露內容之加熱器排列方式的繪示性範例。第4A圖顯示其中設置兩個加熱器的範例。第一加熱器402環繞第一貯槽102之底部與壁，而第二加熱器404環繞第二貯槽104之壁。第4B圖顯示其中可設置三個加熱器的範例。第一加熱器402環繞第一貯槽102之壁，第二加熱器414環繞第二貯槽104之壁，而第三加熱器416配置在第一貯槽102的底部處。第4C圖顯示其中可設置四個加熱器的範例。第一加熱器412、第二加熱器414、與第三加熱器416對應第4B圖中類似數目的加熱器。進一步或第四加熱器420位在第一貯槽102之頂部與第二貯槽104之底部之間。也可將位在第一貯槽102之頂部與 第二貯槽104之底部之間的該第四加熱器420添加至第4A圖中描繪的裝設方式。也可使用其他的裝設方式提供熱能給第一貯槽102與第二貯槽104。

第5A圖至第5D圖顯示根據本案揭露內容的 第一貯槽102中併入擋板的繪示性實施例。第5A圖顯示其中第一貯槽102存在五個擋板502的範例的側視圖。第5B圖顯示沿著第5A圖之線B-B所取的五個擋板502的剖面頂視圖。第5C圖描繪其中第一貯槽102中可包括九個擋板504的範例的側視圖。第5D圖是沿著第5B圖之線D-D所取的九個擋板504的剖面頂視圖。可設置其他數目的擋板。第5E圖顯示其中可於氣體入口管108(亦顯示於第1圖與第2圖)之端部處包括噴嘴510的範例之側視圖，該範例可為擋板502或504之替代例或與擋板502或504相結合。

第6A圖與第6B圖顯示根據本案揭露內容之 一些實施例的第一貯槽與第二貯槽之間配置的繪示性熱阻障物的範例。可例如在第二貯槽與該第二貯槽上方配置的部件(諸如閥與上文所討論之其他部件)之間設置類似的熱阻障物。一些實施例中，第一貯槽與第二貯槽之間的接觸表面積可減至最小，且於第一貯槽與第二貯槽之間設置隙縫，以將第一貯槽及第二貯槽之間的熱傳減至最小。 例如，第6A圖至第6B圖顯示，下方或第一貯槽102之頂面可裝設成提供減少的支撐表面606，該支撐表面606接觸及支撐上方或第二貯槽104。支撐表面606延伸於第一 貯槽102之上表面的剩餘部分上方或延伸超出該剩餘部分，以於第一貯槽102之頂壁(或於一些實施例，第一貯槽102之頂部流體位高)與第二貯槽104之底壁之間界定隙縫602。一些實施例中，可設置溝槽604以接收O形環或其他墊片材料，以助於在第一貯槽102與第二貯槽104之間形成密封。

第6B圖顯示更詳細的第6A圖的區域B。如第 6B圖所顯示，隙縫602可取決於位置而有所差異。例如，配置在支撐表面606外側的外隙縫602A在第一貯槽102與第二貯槽104之間的厚度上可大於配置在支撐表面606內側的內隙縫602B。較大的外隙縫602A可例如為從約6密耳至約10密耳，且由於該隙縫尺寸較大而提供較大的熱隔離。較小的內隙縫602B可為例如從約1密耳至約3密耳，且由於該隙縫之尺寸較小，而在提供熱隔離的同時減少顆粒污染的發生，該顆粒污染是例如來自溝槽604中的墊片材料。第一貯槽102中的頂部流體位高與第二貯槽104之間的蒸氣空間提供第一貯槽102與第二貯槽104之間額外的熱阻障。

第7A圖與第7B圖顯示根據本案揭露內容之 一些實施例的範例，該範例中，第一貯槽102與第二貯槽104可分割成分開的組件。第7A圖顯示兩個貯槽耦接在一起，且可諸如使用O形環密封。第7B圖顯示第一貯槽102與第二貯槽104分開。第7A圖與第7B圖也顯示自行調節管106可為可分開成第一部分106A與第二部分 106B，該第一部分106A可以是第一貯槽102的一部分，而該第二部分106B可以是第二貯槽104的一部分。

雖然前述內容涉及本案揭露內容的實施例，但可不背離本案揭露內容之基本範疇而設計本案揭露內容的其他與進一步的實施例。

100‧‧‧安瓿

102‧‧‧第一貯槽

104‧‧‧第二貯槽

106‧‧‧自行調節管

108‧‧‧氣體入口管

110‧‧‧大量再填充入口管

112‧‧‧化學品位高感測器

114‧‧‧氣體出口管

116‧‧‧填充管

120‧‧‧路徑

122‧‧‧橫跨流路徑

124、126、128‧‧‧路徑

130‧‧‧入口閥

132‧‧‧出口閥

134‧‧‧流體輸入閥

Claims (20)

1. 一種化學品輸送設備，包括：一主體，具有一第一貯槽，該第一貯槽界定一第一容積，該第一貯槽包括一載氣入口與一載氣出口；一第二貯槽，配置於該主體中位於該第一貯槽上方且界定一第二容積，該第二貯槽具有一填充管，該填充管將該第二貯槽流體連通式耦接該第一貯槽；及一自行調節管，從該第二貯槽延伸至該第一貯槽。
2. 如請求項1所述之化學品輸送設備，進一步包括一流體位高感測器，偵測該第一容積或該第二容積之至少一者中所含有的一流體之位高。
3. 如請求項1所述之化學品輸送設備，進一步包括一大量(bulk)再填充入口管以及一流體輸入閥，該大量再填充入口管連接該第二容積，該流體輸入閥根據該第一容積或該第二容積之至少一者中所含有的一流體之一偵測到的位高而控制該大量再填充入口管的開啟。
4. 如請求項1所述之化學品輸送設備，進一步包括一溫度感測器，該溫度感測器偵測該第一容積或該第二容積之至少一者中所含有的一流體之溫度。
5. 如請求項1所述之化學品輸送設備，其中該第二貯槽是一封閉容積貯槽。
6. 如請求項1所述之化學品輸送設備，其中該第一貯槽與該第二貯槽彼此可分開。
7. 如請求項1所述之化學品輸送設備，進一步包括一抗靜磨擦(抗黏著)塗層，該抗靜磨擦塗層配置於該第一貯槽或該第二貯槽之至少一者的一內壁或一底部之至少一者上。
8. 如請求項1所述之化學品輸送設備，進一步包括一第一加熱器與一第二加熱器，該第一加熱器沿著該第一貯槽的多個側壁配置，該第二加熱器沿著該第二貯槽的多個側壁配置。
9. 如請求項8所述之化學品輸送設備，其中該第一加熱器進一步沿著該第一貯槽的一底部配置。
10. 如請求項8所述之化學品輸送設備，進一步包括一第三加熱器，該第三加熱器沿著該第一貯槽的一底部配置。
11. 如請求項8所述之化學品輸送設備，進一步包括一另外的加熱器，該另外的加熱器與該第一加熱器及該第二加熱器分開，且配置在該第二貯槽之一底部與該第一貯槽之一頂部之間。
12. 如請求項1所述之化學品輸送設備，其中該載氣入口配置在接近該第一容積之一頂部處或接近該第一容積之一底部處。
13. 如請求項1所述之化學品輸送設備，其中該第一貯槽包括多個擋板，該等擋板控制該載氣的橫跨流之一路徑。
14. 如請求項1所述之化學品輸送設備，其中該載氣入口包括一噴嘴，該噴嘴控制該載氣的橫跨流之一路徑。
15. 如請求項1所述之化學品輸送設備，進一步包括一熱阻障物，該熱阻障物配置在該第一貯槽與該第二貯槽之間。
16. 一種化學品輸送設備，包括：一主體，具有一第一貯槽，該第一貯槽界定一第一容積，該第一貯槽包括一載氣入口與一載氣出口；一第二貯槽，配置於該主體中位於該第一貯槽上方且界定一第二容積，該第二貯槽具有一填充管，該填充管將該第二貯槽流體連通式耦接該第一貯槽；及一第一加熱器與一第二加熱器，該第一加熱器至少沿著該第一貯槽的多個側壁配置，該第一加熱器根據該第一容積中所含的一第一流體之一第一偵測溫度而加熱該第一容積中所含的一流體，該第二加熱器沿著該第二貯槽的多個側壁配置，該第二加熱器根據該第二容積中所含的一第二流體之一第二偵測溫度而加熱該第二容積中所含的一流體。
17. 如請求項16所述之化學品輸送設備，其中該第一加熱器進一步沿著該第一貯槽之一底部配置。
18. 如請求項16所述之化學品輸送設備，進一步包括一第三加熱器，該第三加熱器沿著該第一貯槽的該底部配置。
19. 如請求項16所述之化學品輸送設備，進一步包括一第三加熱器，該第三加熱器配置在該第二貯槽之一底部與該第一貯槽之一頂部之間。
20. 一種化學品輸送設備，包括：一主體，具有一第一貯槽，該第一貯槽界定一第一容積，該第一貯槽包括一載氣入口與一載氣出口；及一第二貯槽，配置於該主體中位於該第一貯槽上方且界定一第二容積，該第二貯槽具有一填充管，該填充管將該第二貯槽流體連通式耦接該第一貯槽；其中該設備具備下述特徵之至少一者：(a)該第一貯槽包括多個擋板，該等擋板控制該載氣之橫跨流之一路徑，或(b)該載氣入口包括噴嘴，該噴嘴控制該載氣之橫跨流之一路徑。