TW201734353A - 用於原子層沉積及化學氣相沉積反應器之使用點閥箱 - Google Patents

用於原子層沉積及化學氣相沉積反應器之使用點閥箱 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種使用點(POU)閥箱，其使得多個前驅物能夠經由共用的出口部被輸送到半導體處理腔室。此閥箱可有複數個前驅物入口部和一吹淨氣體入口部。此閥箱可配置為當吹淨氣體流經閥箱時使得閥箱中沒有盲管，且可提供交替側的POU閥的安裝位置。一個以上的內流徑容積可包括肘特徵部。

Description

用於原子層沉積及化學氣相沉積反應器之使用點閥箱
相關申請案之交互參照 本申請主張以美國臨時專利申請案第61/660,606號（發明名稱為「POINT OF USE VALVE MANIFOLD FOR SEMICONDUCTOR FABRICATION EQUIPMENT」，申請日為2012 年6月15日），和美國專利申請案第13/626,717號（發明名稱為「POINT OF USE VALVE MANIFOLD FOR SEMICONDUCTOR FABRICATION EQUIPMENT」，申請日為2012年9月25日）為基礎的優先權，此兩案皆全部援引加入於此。
本發明關於一種用於半導體處理工具的閥箱，特別是關於一種用於原子層沉積及化學氣相沉積反應器之使用點閥箱。
在原子層沉積 (ALD) 工具中，多個前驅物可用於促進半導體晶圓製程。前驅物組合之後可形成沉積層。為防止未成熟的沉積，即在通向處理腔室的氣體或流體管線中，前驅物可被保持於互相分隔。
本發明揭露的系統、方法和設備各有數種創新面，其中沒有單一的一項獨自負責達成本發明所揭露的所欲特徵部。本發明揭露的標的中的一個創新面可由數種方式實現。
在部分實施例中，可提供有用於半導體處理工具的閥箱。此閥箱可包括閥箱體。此閥箱體可包括吹淨氣體入口部；閥箱出口部，此閥箱出口部位於閥箱體的第一側；第一閥介面，此第一閥介面位於閥箱體不同於第一側的第二側；以及第二閥介面，此第二閥介面位於閥箱體不同於第一側和第二側的第三側。第一閥介面和第二閥介面可各自包含第一埠、第二埠、和第三埠。第一閥介面的第二埠可被配置為連接到第一處理氣體供應源，且第一閥介面的第三埠可經由在閥箱體內部且無盲管的第一流徑與第二閥介面的第一埠流體連接。第二閥介面的第二埠可與設置來連接第二處理氣體供應源的介面流體連接，且第二閥介面的第三埠可經由在閥箱體內部且無盲管的第二流徑與閥箱出口部流體連接。
在部分進一步的實施例中，吹淨氣體入口部可藉由可經由在閥箱體內部且無盲管的第三流徑與第一閥介面的第一埠流體連接。
在部分進一步的實施例中，閥箱可進一步包含吹淨閥介面。吹淨閥介面可包括第一埠和第二埠。吹淨氣體入口部可經由在閥箱體內部的第三流徑與吹淨閥介面的第一埠流體連接，且吹淨閥介面的第二埠可經由在閥箱體內部且無盲管的第四流徑與第一閥介面的第一埠流體連接。
在部分進一步的實施例中，閥箱可進一步包括轉儲分流出口部和轉儲分流閥介面。轉儲分流閥介面可包括第一埠和第二埠。轉儲分流閥介面的第一埠可經由在閥箱體內部的第五流徑與第二閥介面的第二埠流體連接，且轉儲分流閥介面的第二埠可經由在閥箱體內部的第六流徑與轉儲分流出口部流體連接。
在部分進一步的實施例中，閥箱出口部所在的閥箱體側可用以安裝至半導體處理腔室上的匹配特徵部。
在部分進一步的實施例中，在實質上垂直於第二側的方向上由第一閥介面的外邊界的投影所界定的第一參考容積和在實質上垂直於第三側的方向上由第二閥介面的外邊界的投影所界定的第二參考容積之間有重疊區。
在部分進一步的實施例中，閥箱體可進一步包含一個以上的加熱器介面，各用以容受加熱裝置。在部分進一步的實施例中，一個以上的加熱器介面可為閥箱體內的容座。
在部分實施例中，可提供用以輸送吹淨氣體、第一處理氣體和第二處理氣體到半導體處理工具的設備。此設備可包含閥箱、第一閥和第二閥。此閥箱可包括閥箱體。閥箱體可包括吹淨氣體入口部、位於閥箱體第一側上的閥箱出口部、位於閥箱體不同於第一側的第二側上的第一閥介面、位於閥箱體不同於第一側和第二側的第三側上的第二閥介面。第一閥介面和第二閥介面可各包括第一埠、第二埠和第三埠。第一閥介面的第二埠可用以連接第一處理氣體供應源，第一閥介面的第三埠可經由在閥箱體內部且無盲管的第一流徑與第二閥介面的第一埠流體連接。第二閥介面的第二埠可與用以連接到第二處理氣體供應源的介面流體連接，且第二閥介面的第三埠可經由在閥箱體內部且無盲管的第二流徑與閥箱出口部流體連接。第一閥和第二閥可各包括：閥體；含有第一閥埠、第二閥埠和第三閥埠的閥箱介面；和可在開啟狀態和關閉狀態間移動的閥機構。當閥機構在開啟狀態和關閉狀態兩者時第一閥埠可流體連接到第三閥埠，且第二閥埠可在閥機構於開啟狀態時流體連接到第一閥埠和第三閥埠，並且在閥機構於關閉狀態時不流體連接到第一閥埠和第三閥埠。第一閥的第一閥埠可流體連接到第一閥介面的第一埠，第一閥的第二閥埠可流體連接到第一閥介面的第二埠，第一閥的第三閥埠可流體連接到第一閥介面的第三埠，第二閥的第一閥埠可流體連接到第二閥介面的第一埠，第二閥的第二閥埠可流體連接到第二閥介面的第二埠，且第二閥的第三閥埠可流體連接到第二閥介面的第三埠。
在部分進一步的設備實施例中，設備也可包括提供第一閥的第一閥埠和第一閥介面的第一埠之間的密封的第一密合墊、提供第一閥的第二閥埠和第一閥介面的第二埠之間的密封的第二密合墊、提供第一閥的第三閥埠和第一閥介面的第三埠之間的密封的第三密合墊、提供第二閥的第一閥埠和第二閥介面的第一埠之間的密封的第四密合墊、提供第二閥的第二閥埠和第二閥介面的第二埠之間的密封的第五密合墊、以及提供第二閥的第三閥埠和第二閥介面的第三埠之間的密封的第六密合墊。
在部分進一步的此等設備實施例中，第一密合墊、第二密合墊、第三密合墊、第四密合墊、第五密合墊、和第六密合墊可各選自由C形密封、W形密封、和彈性密封所構成的群組。
在部分進一步的設備實施例中，吹淨氣體入口部可經由在閥箱體內部且無盲管的第三流徑與第一閥介面的第一埠流體連接。
在部分進一步的設備實施例中，閥箱可進一步包括吹淨閥介面。吹淨閥介面可包括第一埠和第二埠。吹淨氣體入口部可經由在閥箱體內部的第三流徑與吹淨閥介面的第一埠流體連接，且吹淨閥介面的第二埠可經由在閥箱體內部且無盲管的第四流徑與第一閥介面的第一埠流體連接。
在部分進一步的設備實施例中，閥箱可進一部包括轉儲分流出口部和轉儲分流閥介面。轉儲分流閥介面可包括第一埠和第二埠。轉儲分流閥介面的第一埠可經由在閥箱體內部的第五流徑與第二閥介面的第二埠流體連接，且轉儲分流閥介面的第二埠可經由在閥箱體內部的第六流徑與轉儲分流出口部流體連接。
在部分進一步的設備實施例中，閥箱出口部所在的閥箱體側可用以匹配半導體處理腔室上的匹配特徵部。
在部分進一步的設備實施例中，在實質上垂直於第二側的方向上由第一閥介面的外邊界的投影所界定的第一參考容積和在實質上垂直於第三側的方向上由第二閥介面的外邊界的投影所界定的第二參考容積之間有重疊區。
在部分進一步的設備實施例中，閥箱體可進一步包含一個以上的加熱器介面，各用以容受加熱裝置。在部分進一步的設備實施例中，一個以上的加熱器介面可為閥箱體內的容座。
在部分進一步的設備實施例中，當第一閥的閥機構和第二閥的閥機構各別處於開啟狀態時，閥箱體內的第一流徑可包括流量限制，其大於經由第一閥的最大第一流量限制或者是經由第二閥的最大第二流量限制。
在部分進一步的設備實施例中，當第一閥的閥機構和第二閥的閥機構各別處於開啟狀態時，閥箱體內的第二流徑可包括流量限制，其大於經由第一閥的最大第一流量限制或者是經由第二閥的最大第二流量限制。
在部分進一步的設備實施例中，此設備可包括溫度感測器，用以偵測閥箱體溫度。
本發明所述標的的一個以上的實施例的細節伴隨著圖式被列舉於以下說明中。其它的特徵、態樣和優點藉由以下說明、圖式、和申請專利範圍將更為清楚。
本發明揭露的技術和設備可由數種方式實現，包括但不限定於以下描述的數種實施方式。應當了解的是本發明所屬領域中具有通常知識者可利用本發明描述的技術和設備來產生其它與本發明揭露的訊息相一致的實施方式，且如此變化的實施方式也應被視為在本發明揭露的範圍中。
圖1A展示了支持兩個前驅物的例示使用點(POU)閥箱100的的斜角視圖。閥箱100包括閥箱體102，例如不銹鋼等材料的塊體，且包括用以傳輸氣體或流體到不同目的地的內部通道，所述目的地包括吹淨/載送氣體源、前驅物轉儲分流、和出口部。如圖所示，閥箱出口部106可連接至半導體處理腔室(例如經由噴淋頭或氣體分布閥箱)。圖中亦展示對第一前驅物的第一處理氣體供應源入口部118、對第二前驅物的第二處理氣體供應源入口部122、和吹淨氣體入口部104。由圖可見和第二處理氣體供應源入口部122相聯的轉儲分流出口部136。閥箱100的頂表面上可見有兩個C形密封表面。在此特定設計中，使用高流量C形密封來密封閥介面。然而，只要能與設計需求配合，亦可使用其它密封技術，包括但不限於1.125”標準C形密封、W形密封、彈性密封等等。圖中所示的配置是用於允許一個二埠和一個三埠閥被安裝在閥箱的頂表面。三埠閥可被安裝在第二閥介面 116 (下文會描述到第一閥介面但此視圖中無法看到)，其可包括第一埠110、第二埠112、和第三埠 114。二埠閥可被安裝在吹淨閥介面128，其可包括第一埠130和第二埠132。
圖1B展示了有閥連接的圖1A的POU閥箱100。可使用COTS閥或客製化的二埠或三埠隔膜或類似的閥。閥箱裝置146可用連接方式形成，例如第一閥148連接第一閥介面(此視圖無法看見)、第二閥160連接到第二閥介面、吹淨閥172連接到吹淨閥介面128、且轉儲分流閥174連接到轉儲分流介面(此視圖無法看見)。
圖1C展示了圖1A的POU閥箱100範例的內流徑容積。如圖所示，閥箱經歷的內流徑全都有肘部在其中。儘管在此等閥箱中對每個內流徑來說不需要有肘部，在閥箱內部使用至少一部分肘部使得閥可由非常緊密的組裝方式來安裝。這樣會有特別的好處，因為POU閥箱可能安裝在非常靠近半導體處理工具的噴淋頭處且在此處的空間限制可能嚴重的限制此等閥箱的尺寸。儘管閥的流徑容積沒有展示，橢圓形陰影區域指出閥148、160、172、及174可與閥箱內的流徑容積相連接的區域。此特定實施例中的流徑有約0.3”的標準直徑。使用肘部也允許了減少內容積，於是也減少吹淨容積。這樣減少了操作成本，因為在每個吹淨循環中有較少的處理氣體被吹淨。
圖1C可見吹淨氣體入口部104、閥箱出口部106、第一處理氣體供應源入口部118、和第二處理氣體供應源入口部122。圖1C亦可見表示由閥箱100支持的不同閥介面的陰影區域(陰影區域用來表示包含在各個閥介面中的埠群；閥介面，例如密封、安裝特徵部等等，可實際上比所示的陰影區域大或有不同形狀)。由圖可見第一閥介面108，和轉儲分流閥介面138 (它們在先前圖式中被閥箱體102檔住)。第一閥介面108 類似於第二閥介面116，可包括第一埠110、第二埠112、和第三埠 114；且轉儲分流閥介面138類似於吹淨閥介面128，可包括第一埠130和第二埠132。以下說明圖1C中可見的不同埠之間的不同的互連關係。
第一閥介面108的第三埠114可藉由第一流徑120來流體連接第二閥介面116的第一埠110 (第一流徑120在以下不同視角的圖式中可看得更清楚)。第二流徑124可將第二閥介面116的第三埠114和閥箱出口部106流體連接。第三流徑126可將吹淨閥介面128的第一埠130和吹淨氣體入口部104流體連接，且第四流徑134可將吹淨閥介面128的第二埠132和第一閥介面108的第一埠110流體連接。最後，第五流徑140可將第二閥介面116的第二埠112流體連接到第二處理氣體供應源入口部122，且經由支脈連接到轉儲分流閥介面138的第一埠130；且第六流徑142可將轉儲分流閥介面138的第二埠132流體連接到轉儲分流出口部136。
圖1D描繪無轉儲分流特徵部和具有閥箱外吹淨閥的POU閥箱的可供選擇的內流徑配置。因此在所描述的變化型中，第三流徑126將吹淨氣體入口部104直接流體連接到第一閥介面108的第一埠110。在此實施方式中，吹淨氣流的控制可由閥箱外的閥提供。另外，第五流徑140並不包括通向轉儲分流閥介面的支脈。此可供選擇的配置僅提供來說明可能有許多可供選擇的與本發明揭露相應的閥介面和流徑的置換，且其應視為在本發明揭露的範圍中。
圖1E展示圖1A到圖1C的閥箱100的閥箱100背後的視角圖(應當了解的是，「背後」一詞只是用來指閥箱100在先前圖式中無法看見的表面)，由圖可知閥/閥介面可以交替、交錯的方式配置在閥箱的兩個不同面上。例如，第二閥介面116和吹淨閥介面128在閥箱的頂面，且第一閥介面108和轉儲分流閥介面138在閥箱100的背面。且由圖1E可知，閥介面沿閥箱100的長軸彼此重疊，其使閥箱100得以支持比一般要小的組裝尺寸。由於此可供選擇的閥配置，在部分情況下可能需要使用肘部來「轉向」兩個相鄰POU閥之間的角。肘部可為直的，例如從第一閥介面108到第一處理氣體供應源入口部118的右肘部，或是有些角度，例如結合吹淨閥介面128和第一閥介面108的右肘部或第一閥介面108和第二閥介面116之間的彎肘部。除了減少閥箱和POU閥的外空間包體，所描繪的配置可減少閥箱內部的流徑容積。這樣減少了在每個吹淨循環中需要被吹淨(和被浪費掉)的前驅物氣體的量，因此增加了製程耗材效率。這樣設置的另一個好處是晶圓生產率增加，因為吹淨所需的時間隨著減少的吹淨容積而減短。此外，由於減少的內容積，在給定的吹淨循環時間內前驅物氣體可以較高的效率被移除，使得閥箱保持得更乾淨，即在閥箱中殘留的前驅物混合和反應的機會被減少。
圖1F展示如圖1B所示的同一閥箱裝置146，但是從圖1E所用的視角。同樣的，圖1G展示圖1C的閥箱100的內流徑容積，但是從圖1E和1F所用的視角。圖1H到1L描繪在閥操作的不同階段中圖1G所示的流徑容積。
在圖1H到1L中，除了展示閥箱流徑，也展示部分閥的流徑容積。圖中閥流徑容積並非代表實際流徑的形狀或尺寸(例如，三埠閥可有一環狀流徑，該環狀流徑即使當閥關閉時仍流體連接三埠閥的第一埠和第三埠且繞過三埠閥的第二埠；當三埠閥開啟時，隔膜閥可開啟並將三埠閥的第二埠與環狀流徑流體連接)，只是做為圖式輔助。對二埠POU閥，當閥關閉時通過閥的流會完全停止。在先前圖式中展示的吹淨閥和轉儲分流閥皆是二埠POU閥。在先前圖式中展示的第一閥和第二閥皆是三埠閥，其中氣體可一直在兩個外埠間流動，且只有當三埠閥開啟時才會流入中心埠。在圖1H到圖1L中，終止在有X記號的閥介面埠的流徑容積表示其為關閉的。
圖1H描繪在吹淨階段的閥箱100。圖1H的吹淨氣體流流經吹淨閥、第一閥、和第二閥，且經由閥箱出口部106被排出，例如被排入半導體處理腔室入口部，如白色箭頭所示的流徑。如圖所示，吹淨氣體的流徑中並無「盲管（dead leg）」，所以滯留在吹淨氣體的流徑中來自第一前驅物入口部或第二前驅物入口部的任何氣體可藉由吹淨氣體的引入而從閥箱100中被吹淨。盲管通常是指一種氣體或液體流系統的實質容積，其能使在盲管「上游」的氣體或流體從系統中被排出，但盲管中的氣體或流體仍滯留在系統中，例如大量的停滯。
當吹淨循環產生時，經由轉儲分流閥174導引入轉儲分流可使第二前驅物(黑色箭頭所示)保持在流動狀態。這使得第二前驅物的流動得以持續，即使當第二前驅物並未被送入腔室中時，這使利用流速控制器或其它控制機構的第二前驅物輸送的準確度和控制度得以增加，這些控制機構在連續流動模式下運作的較好但在高頻率循環模式中運作的較不好(例如控制器對於轉變的流動行為有高敏感度)，這是因為無力量度所需的時間尺度、可靠度，或是兩者。
圖1I展示閥箱100實例的內流徑容積和伴隨有第二前驅物轉儲分流的第一前驅物輸送循環相關聯的流徑。如圖所示，吹淨閥172已被關閉(藉由在吹淨閥介面128的第一埠130和第二埠132上有X記號加以表示)，且藉由此封閉使第三流徑126容積和第四流徑134容積已被互相密封分隔。此外，第一閥已被開啟，使得來自第一處理氣體供應源入口部118的第一處理氣體自由流入第一閥介面108的第三埠114，經由第一流徑120，流出第二閥介面116的第一埠110，流入第二閥介面116的第三埠114，且流出閥箱出口部106 (如圖中白色箭頭所示)。和圖1H一樣，轉儲分流閥174為開啟，使得第二前驅物流入轉儲分流(黑色箭頭所示)。應當了解的是，在此流動階段，第四流徑134做為盲管，第一處理氣體可流入其中，且可在將第二處理氣體導入閥箱100前由吹淨操作依需要來吹淨第四流徑134 (如參照圖1H所敘述的)。
圖1J展示閥箱100的內流徑容積和第二前驅物輸送循環相關聯的流徑(如黑色箭頭所示)。在圖1J中，除了第二閥所有閥已被關閉，使得第二前驅物被輸送到腔室同時避免吹淨氣體或第一處理氣體的輸送。在此流動階段，可以了解到盲管可由以下部位形成，例如通向轉儲分流閥介面138的第一埠130的第五流徑140的支脈、以及第一流徑120和第四流徑134 (並且在吹淨閥、轉儲分流閥、第一閥、和部分第二閥中)。第二處理氣體可流入這些盲管，且可在將其它處理氣體通入閥箱100前依需要由吹淨操作來吹淨這些流徑 (如參照圖1H所敘述的)。
圖1K展示閥箱100的內流徑容積和與第一前驅物輸送循環相關聯的流徑(如白色箭頭所示)。在圖1K中，除了第一閥的所有閥已被關閉。第一閥使得第一處理氣體經由第一流徑120被輸送到腔室中。在此流動階段中，轉儲分流閥已被關閉，防止第二處理氣體的流通。
如上所述，應當了解的是在前驅物輸送時部分前驅物氣流可能會進入閥箱的盲管；這些氣流並未以箭頭標示在以上圖式中。由於這些盲管都在吹淨氣體流徑中，進入盲管的任何此等前驅物氣流都會在吹淨循環開始且推動吹淨氣體通過盲管時被沖出。
圖1L描繪閥箱100底側的斜角視圖。圖1L中可見三個加熱器介面168，其可包含，例如，用以接受插裝式加熱器元件的孔和用以接受將加熱器元件保持在容座中的固定件的鄰近固定螺孔。圖1L中可見熱電偶介面170，用以安裝熱電偶來偵測閥箱100的溫度。或者，可使用其它溫度感測技術，例如熱敏電阻器。
圖1M從圖1E所用的視角來描繪閥箱100的簡單視圖(許多特徵部被略去)。但仍展示了第一閥介面108和第二閥介面116。亦展示了由閥介面區域沿大體上垂直於各別閥介面區域方向上的投影來界定的參考容積。如圖所示，由於沿閥箱一軸上的閥介面的重疊，由第一閥介面108的投影界定的第一參考容積162，和由第二閥介面116的投影界定的第二參考容積164，相交於投影參考容積的容積重疊區166。
圖2A展示支持六個前驅物和一個出口部的POU閥箱裝置246的實例的斜角視圖。如圖所示，此種實施方式比以上敘述的實例要有數目更為多的閥。這種實施方式亦可不包括轉儲分流。圖中展示有吹淨氣體入口部204 (儘管沒有固接上)，且描繪有吹淨閥272、第一閥248、第二閥260、第三閥284、第四閥286、第五閥288、和第六閥290。
圖2B展示未接上閥的圖2A的閥箱200的實施例。圖2C展示未接上閥的圖2A的閥箱200的實例的隱藏線視圖。如圖所示，此實施方式中的閥以其埠排列成一線來配置；另一配置是部分埠互相垂直，如圖1A中的吹淨閥介面128和第二閥介面116也可被使用，若組裝限制所需。
圖2B和2C可見有第一埠230和第二埠232的吹淨閥介面228，以及第一閥介面208、第二閥介面216、第三閥介面276、第四閥介面278、第五閥介面280、和第六閥介面282，其各自有第一埠210、第二埠212、和第三埠214。
圖2C可見分類的流徑。例如，第一流徑220可將第一閥介面208的第三埠214和第二閥介面216的第一埠210流體連接。第二流徑224可將第六閥介面282的第二埠212和閥箱出口部206流體連接。第三流徑226可將吹淨閥介面228的第一埠230和吹淨氣體入口部204流體連接。第四流徑234可將第一閥介面208的第一埠210和吹淨閥介面228的第二埠232流體連接。額外的流徑可流體交連相鄰閥的第一埠210和第三埠214，如圖2C所示。
圖2D展示圖2A的閥箱200實例的內流徑容積。圖2E展示圖2A的 POU閥箱實例的內流徑容積，其具有連接到前驅物入口部和出口部的延伸容積，以使圖更容易觀看。
圖2F展示有額外的流徑容積的圖2E的內流徑容積，和圖1H中的相似，其表示連接到閥箱的閥內部的流動且展示了吹淨循環。如圖所示，在吹淨循環中，第一閥248、第二閥260、第三閥284、第四閥286、第五閥288、和第六閥290都是處於「關閉」狀態，且吹淨閥272處於開啟狀態，這使得吹淨氣體(白色箭頭)從吹淨氣體入口部204，流經第四流徑234、第一流徑220等等，直到其抵達閥箱出口部206。應當了解的是，如同圖1H所示的閥流徑容積，圖2F到2L所示的閥流徑容積為假設容積且此等容積真實的形狀和尺寸可與圖示的不同。
圖2G展示圖2E的內流徑容積且說明了第一處理氣體的輸送循環。如圖所示，在第一處理氣體輸送循環中，吹淨閥272、第二閥260、第三閥284、第四閥286、第五閥288、和第六閥290皆處於「關閉」狀態，且第一閥248處於開啟狀態，這使得第一處理氣體(白色箭頭)從第一處理氣體供應源入口部218流經所提供的流徑直到其抵達閥箱出口部206。
圖2H展示圖2E的內流徑容積且說明了第二處理氣體的輸送循環。如圖所示，在第二處理氣體輸送循環中，吹淨閥272、第一閥248、第三閥284、第四閥286、第五閥288、和第六閥290皆處於「關閉」狀態，且第二閥260處於開啟狀態，這使得第二處理氣體(白色箭頭)從第二處理氣體供應源入口部222流經所提供的流徑直到其抵達閥箱出口部206。
圖2I展示圖2E的內流徑容積且說明了第三處理氣體的輸送循環。如圖所示，在第三處理氣體輸送循環中，吹淨閥272、第一閥248、第二閥260、第四閥286、第五閥288、和第六閥290皆處於「關閉」狀態，且第三閥284處於開啟狀態，這使得第三處理氣體(白色箭頭)從第三處理氣體供應源入口部292流經所提供的流徑直到其抵達閥箱出口部206。
圖2J展示圖2E的內流徑容積且說明了第四處理氣體的輸送循環。如圖所示，在第四處理氣體輸送循環中，吹淨閥272、第一閥248、第二閥260、第三閥284、第五閥288、和第六閥290皆處於「關閉」狀態，且第四閥286處於開啟狀態，這使得第四處理氣體(白色箭頭)從第四處理氣體供應源入口部294流經所提供的流徑直到其抵達閥箱出口部206。
圖2K展示圖2E的內流徑容積且說明了第五處理氣體的輸送循環。如圖所示，在第五處理氣體輸送循環中，吹淨閥272、第一閥248、第二閥260、第三閥284、第四閥286、和第六閥290皆處於「關閉」狀態，且第五閥288處於開啟狀態，這使得第五處理氣體(白色箭頭)從第五處理氣體供應源入口部296流經所提供的流徑直到其抵達閥箱出口部206。
圖2L展示圖2E的內流徑容積且說明了第六處理氣體的輸送循環。如圖所示，在第六處理氣體輸送循環中，吹淨閥272、第一閥248、第二閥260、第三閥284、第四閥286、和第五閥288皆處於「關閉」狀態，且第六閥290處於開啟狀態，這使得第六處理氣體(白色箭頭)從第六處理氣體供應源入口部298流經所提供的流徑直到其抵達閥箱出口部206。儘管上述圖式以單一氣體輸送的閥箱操作內容加以描述，應當了解的是，若從製程化學立場允許的話，可同時輸送多個處理氣體，以增加處理時間和減少吹淨時間。
本發明所述的POU閥箱可在兩種模式的任一中使用。在第一種，或隔離流動模式，各前驅物氣體可由閥箱導入腔室接著在由閥箱導入下一個前驅物前刻意進行吹淨(脈衝-吹淨-脈衝-吹淨行為)。這樣可以防止前驅物在閥箱中有任何混合且能夠在需要純前驅物氣體於腔室中時不用任何添加的稀釋劑而執行程序(由於缺少ALD步驟的飽和或者是晶圓厚度不一致的原因)。在第二種，或連續模式，載送氣體(例如，其可為用以吹淨閥箱的氣體)可由吹淨入口部連續的提供，同時前驅物氣體順序式地倒入流經閥箱的氣體。這種模式在添加的稀釋劑可被容忍時和/或在閥箱有兩個出口部各導向在腔室中雙充氣氣體分布閥箱/或噴淋頭上分隔的區域時作用。
本發明所述的POU閥箱也可逆向使用，例如使得多個出口部作為單一處理氣體入口部，例如藉由使用閥箱出口部作為處理氣體入口部，和藉由使用處理氣體入口部作為閥箱出口部。
POU閥箱可由不鏽鋼或其他金屬製成，例如VIM VAR、AOD/VAR、或赫史特合金材料。在部分實施方式中，POU閥可由鋁製成，其在接觸到氟系前驅物或清洗劑後會鈍化成氟化鋁。在部分其它實施方式中，閥箱可由陶瓷製成，例如氧化鋁。在部分實施方式中，閥箱，或至少內流徑，可塗覆有如氟化釔(YF3 )等塗層。
基於閥箱體所用的材料，可採用不同的密封方式來密封POU閥至閥箱。可使用不同的表面安裝密封技術，例如金屬C或W形密封，來密封POU閥和閥箱間的介面。不過，在鋁閥箱中，可用彈性密封來代替。
在部分實施方式中，閥箱可包括加熱器嵌入件的容座。此等加熱器嵌入件可置於靠近前驅物入口部以維持前驅物在提高的溫度並且防止閥箱內凝結。閥箱亦可包括熱電偶容座以偵測閥箱溫度。圖1L描繪圖1A所示閥箱上加熱器嵌入件孔的位置和熱電偶安裝位置。
在部分實施方式中，閥箱可包括流量限制器，其為內建在閥箱中或者是可拆式地插入閥箱。此等流量限制器可用以提供小於POU閥流量限制的流量限制。藉此，流量限制器可作為閥箱組件中最受限制的瓶頸。這樣有益於避免在POU閥為最受限制的瓶頸時可能看到的流量限制變異性。這在當多個POU閥箱與共有前驅物源一起使用的實施方式中特別有用，且其在適配各POU閥箱流出的氣流是必需的。
在部分實施方式中，前驅物氣體可有閥調節，使得前驅物氣體可轉向到泵而不是經過閥箱。此等實施方式可涉及外接到POU閥箱的管路系統。
本發明的另一態樣是用以利用本發明所述POU閥箱的設備。較佳的設備可包含一個以上如上所述的POU閥箱、和具有依照特定半導體製程的氣流要求來控制這些閥箱的POU閥以運行操作的指令的系統控制器。系統控制器一般包括一個以上的記憶體裝置和一個以上用以執行指令使得設備可依照本發明(例如開啟/關閉閥箱中不同的POU閥、偵測閥箱中溫度狀態、和控制任何插入閥箱的加熱器元件)來控制POU閥箱的處理器。含有依照本發明控制製程操作的指令的機器可讀媒體可與系統控制器相連接。
以上所述的設備/製程可與微影圖案化工具或製程一起使用，例如，用於製造或生產半導體裝置、顯視器、LED、光電板等等。基本上，但並非必需，此等工具/製程可在共有的製造設備中一起使用或進行。薄膜微影圖案化通常包含部分或全部以下步驟，各個步驟由數種可能的工具實現：(1)使用旋塗式或噴塗式工具將光阻施加在工作件(即基板)上；(2)使用熱板或火爐或UV硬化工具硬化光阻；(3)以晶圓步進器等工具將光阻曝露至可見光或UV或X射線光；(4)使用溼檯等工具顯影光阻以便選擇性地移除光阻因而將其圖案化；(5)藉由使用乾式或電漿輔助蝕刻工具來轉印光阻圖案至下層的薄膜或工作件；且(6)使用RF或微波電漿光阻剝離劑等工具來移除光阻。
應當了解的是，除非在任一特定所述的實施例中的特徵部被明確標示為互不相容或附近的內容暗示它們為互相排斥且不適合以互補和/或支持性的方式組合，本發明揭露的全體推想和預期這些互補的實施例的特定特徵部可選擇性地組合以提供一種以上廣泛的，但稍有不同的，技術方案。因此可進一步理解為以上說明僅作為一種例示說明，且在本發明的範疇中可進行細節上的修改。
100‧‧‧使用點閥箱
102‧‧‧閥箱體
104‧‧‧吹淨氣體入口部
106‧‧‧閥箱出口部
108‧‧‧第一閥介面
110‧‧‧第一埠
112‧‧‧第二埠
114‧‧‧第三埠
116‧‧‧第二閥介面
118‧‧‧第一處理氣體供應源入口部
120‧‧‧第一流徑
122‧‧‧第二處理氣體供應源入口部
124‧‧‧第二流徑
126‧‧‧第三流徑
128‧‧‧吹淨閥介面
130‧‧‧第一埠
132‧‧‧第二埠
134‧‧‧第四流徑
136‧‧‧轉儲分流出口部
138‧‧‧轉儲分流閥介面
140‧‧‧第五流徑
142‧‧‧第六流徑
146‧‧‧閥箱裝置
148‧‧‧第一閥
160‧‧‧第二閥
162‧‧‧第一參考容積
164‧‧‧第二參考容積
166‧‧‧重疊區
170‧‧‧熱電偶介面
172‧‧‧吹淨閥
174‧‧‧轉儲分流閥
204‧‧‧吹淨氣體入口部
206‧‧‧閥箱出口部
208‧‧‧第一閥介面
210‧‧‧第一埠
212‧‧‧第二埠
214‧‧‧第三埠
216‧‧‧第二閥介面
218‧‧‧第一處理氣體供應源入口部
220‧‧‧第一流徑
222‧‧‧第二處理氣體供應源入口部
224‧‧‧第二流徑
226‧‧‧第三流徑
228‧‧‧吹淨閥介面
230‧‧‧第一埠
232‧‧‧第二埠
234‧‧‧第四流徑
246‧‧‧閥箱裝置
248‧‧‧第一閥
260‧‧‧第二閥
272‧‧‧吹淨閥
276‧‧‧第三閥介面
278‧‧‧第四閥介面
280‧‧‧第五閥介面
282‧‧‧第六閥介面
284‧‧‧第三閥
286‧‧‧第四閥
288‧‧‧第五閥
290‧‧‧第六閥
292‧‧‧第三處理氣體供應源入口部
294‧‧‧第四處理氣體供應源入口部
296‧‧‧第五處理氣體供應源入口部
298‧‧‧第六處理氣體供應源入口部
圖1A展示了支持兩個前驅物、一吹淨/載送氣體源、一前驅物轉儲分流和一出口部的使用點(POU)閥箱實例的斜角視圖。
圖1B展示有商業上現成的(COTS)閥連接的圖1A的POU閥箱的實例。
圖1C展示圖1A的POU閥箱實例的內流徑容積。
圖1D展示圖1A的POU閥箱實例的變化的內流徑容積。
圖1E展示圖1A的POU閥箱實例的不同斜角視圖。
圖1F展示有COTS閥連接的圖1A的POU閥箱實例。
圖1G展示圖1A的POU閥箱實例的內流徑容積。
圖1H展示圖1A的POU閥箱實例的內流徑容積和與伴隨有前驅物轉儲分流的吹淨循環相關的流徑。
圖1I展示圖1A的POU閥箱實例的內流徑容積和與伴隨有第二前驅物轉儲分流的第一前驅物輸送循環相關的流徑。
圖1J展示圖1A的POU閥箱實例的內流徑容積和與第二前驅物輸送循環相關的流徑。
圖1K展示圖1A的POU閥箱實例的內流徑容積和與第一前驅物輸送循環相關的流徑。
圖1L展示圖1A的POU閥箱實例的第三視圖。
圖1M展示有與兩個所繪閥介面相關的投影容積的圖1A的POU閥箱實例的視圖。
圖2A展示有POU閥連接的支持六個前驅物和一出口部的使用點閥箱(POU閥箱)實例的斜角視圖。
圖2B展示沒有COTS閥連接的圖2A的POU閥箱的實例。
圖2C展示沒有COTS閥連接的圖2A的POU閥箱實例的隱藏線視圖。
圖2D展示圖2A的POU閥箱實例的內流徑容積。
圖2E展示圖2D的POU閥箱實例的內流徑容積，其具有連接到前驅物入口部和出口部的延伸容積使圖更容易觀看。
圖2F展示圖2E的內流徑容積，其有代表連接到閥箱的閥的內部流動和展示吹淨循環的額外的流徑容積。
圖2G表示圖2E的內流徑容積，其有代表連接到閥箱的閥的內部流動和展示第一前驅物輸送循環的額外的流徑容積。
圖2H表示圖2E的內流徑容積，其有代表連接到閥箱的閥的內部氣流和展示第二前驅物輸送循環的額外的流徑容積。
圖2I表示圖2E的內流徑容積，其有代表連接到閥箱的閥的內部氣流和展示第三前驅物輸送循環的額外的流徑容積。
圖2J表示圖2E的內流徑容積，其有代表連接到閥箱的閥的內部氣流和展示第四前驅物輸送循環的額外的流徑容積。
圖2K表示圖2E的內流徑容積，其有代表連接到閥箱的閥的內部氣流和展示第五前驅物輸送循環的額外的流徑容積。
圖2L表示圖2E的內流徑容積，其有代表連接到閥箱的閥的內部氣流和展示第六前驅物輸送循環的額外的流徑容積。
圖1A到圖2L為按比例繪製(儘管POU閥的流動容積和延伸容積可能不代表實際流動容積的尺寸或形狀)。
104‧‧‧吹淨氣體入口部
106‧‧‧閥箱出口部
108‧‧‧第一閥介面
110‧‧‧第一埠
112‧‧‧第二埠
114‧‧‧第三埠
116‧‧‧第二閥介面
118‧‧‧第一處理氣體供應源入口部
120‧‧‧第一流徑
122‧‧‧第二處理氣體供應源入口部
124‧‧‧第二流徑
126‧‧‧第三流徑
128‧‧‧吹淨閥介面
130‧‧‧第一埠
132‧‧‧第二埠
134‧‧‧第四流徑
136‧‧‧轉儲分流出口部
138‧‧‧轉儲分流閥介面
140‧‧‧第五流徑
142‧‧‧第六流徑

Claims (14)

  1. 一種用於半導體處理工具中的閥箱，包括：   一閥箱體；   一吹淨氣體入口部；   一閥箱出口部，位於該閥箱體的第一側；   一第一閥介面，位於該閥箱體不同於該第一側的第二側；   一第二閥介面，位於該閥箱體不同於該第一側和該第二側的第三側；   一轉儲分流出口部；及   一轉儲分流閥介面，其中：      該第一閥介面和該第二閥介面各包括一第一埠、一第二埠和一第三埠，     該第一閥介面的第二埠用以連接一第一處理氣體供應源，     該第一閥介面的第三埠，經由在該閥箱體內部且無盲管的一第一流徑，與該第二閥介面的第一埠流體連接，     該第二閥介面的第二埠與用以連接到一第二處理氣體供應源的一介面流體連接，     該第二閥介面的第三埠，經由在該閥箱體內部且無盲管的一第二流徑，與該閥箱出口部流體連接，    該轉儲分流閥介面包括一第一埠和一第二埠，    該轉儲分流閥介面的第一埠，經由在該閥箱體內部的一第三流徑，和該第二閥介面的第二埠流體連接，及    該轉儲分流閥介面的第二埠，經由在該閥箱體內部的一第四流徑，和該轉儲分流出口部流體連接。
  2. 如申請專利範圍第1項之用於半導體處理工具中的閥箱，其中該吹淨氣體入口部，經由在該閥箱體內部且無盲管的一第五流徑，與該第一閥介面的第一埠流體連接。
  3. 如申請專利範圍第1項至第2項中任一項之用於半導體處理工具中的閥箱，其中在實質上垂直於該第二側的方向上由該第一閥介面的外邊界的投影所界定的第一參考容積和在實質上垂直於該第三側的方向上由該第二閥介面的外邊界的投影所界定的第二參考容積之間有重疊區。
  4. 一種用於半導體處理工具中的閥箱，包括：   一閥箱體；   一吹淨氣體入口部；   一閥箱出口部，位於該閥箱體的第一側；   一第一閥介面，位於該閥箱體不同於該第一側的第二側；   一第二閥介面，位於該閥箱體不同於該第一側和該第二側的第三側；   一轉儲分流出口部，其中：      該第一閥介面和該第二閥介面各包括一第一埠、一第二埠和一第三埠，     該第一閥介面的第二埠用以連接一第一處理氣體供應源，     該第一閥介面的第三埠，經由在該閥箱體內部且無盲管的一第一流徑，與該第二閥介面的第一埠流體連接，     該第二閥介面的第二埠與用以連接到一第二處理氣體供應源的一介面流體連接，   該第二閥介面的第三埠，經由在該閥箱體內部且無盲管的一第二流徑，與該閥箱出口部流體連接，及          該吹淨氣體入口部，經由在該閥箱體內部且無盲管的一第三流徑，與該第一閥介面的第一埠流體連接。
  5. 如申請專利範圍第4項之用於半導體處理工具中的閥箱，其中在實質上垂直於該第二側的方向上由該第一閥介面的外邊界的投影所界定的第一參考容積和在實質上垂直於該第三側的方向上由該第二閥介面的外邊界的投影所界定的第二參考容積之間有重疊區。
  6. 一種輸送氣體的設備，用於輸送吹淨氣體、第一處理氣體、和第二處理氣體至半導體處理工具，該設備包括： 　　一閥箱，其中該閥箱包括： 　　　　一閥箱體； 　　　　一吹淨氣體入口部； 　　　　一閥箱出口部，位於該閥箱體的第一側； 　　　　一第一閥介面，位於該閥箱體不同於該第一側的第二側； 　　　　一第二閥介面，位於該閥箱體不同於該第一側和該第二側的第三側，及 　　　　一吹淨閥介面，其中： 　　　　　　該第一閥介面和該第二閥介面各包括一第一埠、一第二埠和一第三埠， 　　　　　　該第一閥介面的第二埠用以連接到一第一處理氣體供應源， 　　　　　　該第一閥介面的第三埠，經由在該閥箱體內部且無盲管的一第一流徑，與該第二閥介面的第一埠流體連接， 　　　　　　該第二閥介面的第二埠用以連接到一第二處理氣體供應源， 　　　　　　該第二閥介面的第三埠，經由在該閥箱體內部且無盲管的一第二流徑，與該閥箱出口部流體連接， 　　　　　　該吹淨閥介面包括一第一埠和一第二埠， 　　　　　　該吹淨氣體入口部，經由在該閥箱體內部的一第三流徑，與該吹淨閥介面的第一埠流體連接，以及 　　　　　　該吹淨閥介面的第二埠，經由在該閥箱體內部且無盲管的一第四流徑，與該第一閥介面的第一埠流體連接； 　　一第一閥，以及 　　一第二閥，其中該第一閥和該第二閥各包括：一閥體；包含一第一閥埠、一第二閥埠和一第三閥埠的一閥箱介面區；以及可在開啟狀態和關閉狀態間移動的一閥機構，且其中： 　　　　當該閥機構在該開啟狀態和該關閉狀態兩者時該第一閥埠流體連接到該第三閥埠，及 　　　　該第二閥埠在該閥機構於該開啟狀態時流體連接到該第一閥埠和該第三閥埠，並且在該閥機構於該關閉狀態時不流體連接到該第一閥埠和該第三閥埠，其中： 　　　　　　該第一閥的第一閥埠流體連接到該第一閥介面的第一埠， 　　　　　　該第一閥的第二閥埠流體連接到該第一閥介面的第二埠， 　　　　　　該第一閥的第三閥埠流體連接到該第一閥介面的第三埠， 　　　　　　該第二閥的第一閥埠流體連接到該第二閥介面的第一埠， 　　　　　　該第二閥的第二閥埠流體連接到該第二閥介面的第二埠，及 　　　　　　該第二閥的第三閥埠流體連接到該第二閥介面的第三埠。
  7. 如申請專利範圍第6項之輸送氣體的設備，其中該閥箱更包括：         一轉儲分流出口部；以及         一轉儲分流閥介面，其中：     該轉儲分流閥介面包括一第一埠和一第二埠，     該轉儲分流閥介面的第一埠，經由在該閥箱體內部的一第五流徑，和該第二閥介面的第二埠流體連接，及     該轉儲分流閥介面的第二埠，經由在該閥箱體內部的一第六流徑，和該轉儲分流出口部流體連接。
  8. 如申請專利範圍第6項至第7項中任一項之輸送氣體的設備，其中在實質上垂直於該第二側的方向上由該第一閥介面的外邊界的投影所界定的第一參考容積和在實質上垂直於該第三側的方向上由該第二閥介面的外邊界的投影所界定的第二參考容積之間有重疊區。
  9. 如申請專利範圍第6項至第7項中任一項之輸送氣體的設備，其中當該第一閥的閥機構和該第二閥的閥機構各別處於該開啟狀態時，該閥箱體內的該第一流徑包括流量限制，該流量限制大於經由該第一閥的最大第一流量限制或者是經由該第二閥的最大第二流量限制。
  10. 如申請專利範圍第6項至第7項中任一項之輸送氣體的設備，其中當該第一閥的閥機構和該第二閥的閥機構各別處於該開啟狀態時，該閥箱體內的該第二流徑包括流量限制，該流量限制大於經由該第一閥的最大第一流量限制或者是經由該第二閥的最大第二流量限制。
  11. 一種輸送氣體的設備，用於輸送吹淨氣體、第一處理氣體、和第二處理氣體至半導體處理工具，該設備包括： 　　一閥箱，其中該閥箱包括： 　　　　一閥箱體； 　　　　一吹淨氣體入口部； 　　　　一閥箱出口部，位於該閥箱體的第一側； 　　　　一第一閥介面，位於該閥箱體不同於該第一側的第二側；及 　　　　一第二閥介面，位於該閥箱體不同於該第一側和該第二側的第三側，其中： 　　　　　　該第一閥介面和該第二閥介面各包括一第一埠、一第二埠和一第三埠， 　　　　　　該第一閥介面的第二埠用以連接到一第一處理氣體供應源， 　　　　　　該第一閥介面的第三埠，經由在該閥箱體內部且無盲管的一第一流徑，與該第二閥介面的第一埠流體連接， 　　　　　　該第二閥介面的第二埠用以連接到一第二處理氣體供應源，及 　　　　　　該第二閥介面的第三埠，經由在該閥箱體內部且無盲管的一第二流徑，與該閥箱出口部流體連接； 　　一第一閥； 　　一轉儲分流出口部； 　　一轉儲分流閥介面；及 　　一第二閥，其中該第一閥和該第二閥各包括：一閥體；包含一第一閥埠、一第二閥埠和一第三閥埠的一閥箱介面區；以及可在開啟狀態和關閉狀態間移動的一閥機構，且其中： 　　　　當該閥機構在該開啟狀態和該關閉狀態兩者時該第一閥埠流體連接到該第三閥埠，及 　　　　該第二閥埠在該閥機構於該開啟狀態時流體連接到該第一閥埠和該第三閥埠，並且在該閥機構於該關閉狀態時不流體連接到該第一閥埠和該第三閥埠，其中： 　　　　　　該第一閥的第一閥埠流體連接到該第一閥介面的第一埠， 　　　　　　該第一閥的第二閥埠流體連接到該第一閥介面的第二埠， 　　　　　　該第一閥的第三閥埠流體連接到該第一閥介面的第三埠， 　　　　　　該第二閥的第一閥埠流體連接到該第二閥介面的第一埠， 　　　　　　該第二閥的第二閥埠流體連接到該第二閥介面的第二埠， 　　　　　　該第二閥的第三閥埠流體連接到該第二閥介面的第三埠， 　　　　　　該轉儲分流閥介面包括一第一埠和一第二埠， 該轉儲分流閥介面的第一埠，經由在該閥箱體內部的一第三流徑，和該第二閥介面的第二埠流體連接，及 該轉儲分流閥介面的第二埠，經由在該閥箱體內部的一第四流徑，和該轉儲分流出口部流體連接。
  12. 如申請專利範圍第11項之輸送氣體的設備，其中在實質上垂直於該第二側的方向上由該第一閥介面的外邊界的投影所界定的第一參考容積和在實質上垂直於該第三側的方向上由該第二閥介面的外邊界的投影所界定的第二參考容積之間有重疊區。
  13. 如申請專利範圍第11項之輸送氣體的設備，其中當該第一閥的閥機構和該第二閥的閥機構各別處於該開啟狀態時，該閥箱體內的該第一流徑包括流量限制，該流量限制大於經由該第一閥的最大第一流量限制或者是經由該第二閥的最大第二流量限制。
  14. 如申請專利範圍第11項之輸送氣體的設備，其中當該第一閥的閥機構和該第二閥的閥機構各別處於該開啟狀態時，該閥箱體內的該第二流徑包括流量限制，該流量限制大於經由該第一閥的最大第一流量限制或者是經由該第二閥的最大第二流量限制。
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