TW202122623A - 溫度控制系統、化學品輸送系統、及將一化學品輸送至一反應室之方法 - Google Patents

溫度控制系統、化學品輸送系統、及將一化學品輸送至一反應室之方法 Download PDF

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Abstract

一種用於(例如包含在一反應器系統中之)一化學品輸送系統之一溫度控制系統可包含一溫度控制外殼，其耦接至化學品輸送系統及/或圍封化學品輸送系統之至少一組件的至少一部分。一種化學品輸送系統可包含一過濾器、一累積器、及/或一化學品施加管線，其等以任何合適的配置及/或配置流體耦接至彼此。用於此一化學品輸送系統之一溫度控制系統可包含一過濾器溫度控制外殼，其耦接至過濾器及/或圍封過濾器的至少一部分；一累積器溫度控制外殼，其耦接至累積器及/或圍封累積器的至少一部分；及/或一施加管線溫度控制外殼，其耦接化學品施加管線至及/或圍封化學品施加管線的至少一部分。

Description

溫度控制系統、化學品輸送系統、及將一化學品輸送至一反應室之方法
本揭露大致上係關於氣相反應器及系統。更具體地，本揭露係關於溫控化學品輸送系統、包括溫控化學品輸送系統之反應器系統及其等之使用方法。
可將諸如用於化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)、電漿增強化學氣相沉積(plasma-enhanced CVD，PECVD)、原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)、及類似者的氣相反應器用於各種應用，包括基材表面上沉積及蝕刻之材料。例如，氣相反應器可用以沉積及/或蝕刻基材上的層，以形成半導體裝置、平板顯示裝置、光伏打裝置(photovoltaic devices)、微機電系統(microelectromechanical systems，MEMS)、及類似者。
典型的氣相反應器系統包括反應器，其包括反應室、流體耦接至反應室之一或多個前驅物氣體源、流體耦接至反應室之一或多個載體及/或吹掃氣體源、及/或真空源。
可以想要的是使各種反應器在升高溫度下運行，以在反應室內(且具體在基材表面上或基材表面附近)得到想要的反應。例如，氣相反應器常可在200 ºC或更高的溫度下操作。此外，前驅物或反應物氣體可在升高溫度下輸送至反應室，尤其是在前驅物或反應物氣體源自於固體源或液體源時。具體地，當前驅物或反應物衍生自液體源或固體源時，非想要的冷凝可發生在介於源與反應室之間的輸送路徑中。在一些情況下，可加熱輸送路徑以減緩冷凝。然而，若將前驅物或反應物加熱至過高的溫度，則會發生前驅物或反應物的分解。因此，想要的是改善的溫控化學品輸送系統(諸如，反應器系統中所包含者)。
本揭露之各種實施例係關於一化學品輸送系統之溫度控制系統、溫控化學品輸送系統、包括溫度控制系統及溫控化學品輸送系統之反應器系統、及其等之使用方法。在各種實施例中，用於一化學品輸送系統之一溫度控制系統可包含各種加熱外殼，其等配置以耦接至並包覆化學品輸送系統或化學品輸送系統的一部分。因此，通過一化學品輸送系統輸送至一反應室之一前驅物或反應物氣體(或蒸氣或任何其他類型的氣體)在整個化學品輸送系統各處於不同點處可維持一目標溫度(或在一溫度範圍內)。目標溫度可介於各別化合物之一昇華或蒸發溫度(使化合物保持氣相)與一分解溫度之間，化合物在分解溫度下可能會分解或以其他方式降解。此外，目標溫度可以是防止前驅物或反應物氣體在通過化學品輸送系統的一點處冷凝或沉積的一溫度。
在各種實施例中，用於(例如包含在一反應器系統中)一化學品輸送系統之一溫度控制系統可包含一溫度控制外殼，其耦接至化學品輸送系統及/或圍封(enclosing)化學品輸送系統之至少一組件的至少一部分。在各種實施例中，一化學品輸送系統可包含一化學品輸送管線、一過濾器、一累積器、及/或一化學品施加管線。一化學品輸送系統之組件可以任何合適的配置或順序而流體耦接至彼此。例如，對此一化學品輸送系統而言，一溫度控制系統可包含一輸送管線溫度控制外殼，其耦接至化學品輸送管線/或圍封化學品輸送管線的至少一部分；一過濾器溫度控制外殼，其耦接至過濾器及/或圍封過濾器的至少一部分；一累積器溫度控制外殼，其耦接至累積器及/或圍封累積器的至少一部分；及/或一施加管線溫度控制外殼，其耦接至化學品施加管線/或圍封化學品施加管線的至少一部分。溫度控制系統的一溫度控制外殼可包含任何合適的材料，其配置以散布及/或分配熱能(例如，一傳導材料，諸如一金屬，包含鋁、鋼、及/或類似者)。
在各種實施例中，化學品輸送系統之一組件可設置在一各別溫度控制外殼的一空腔內。在各種實施例中，一溫度控制外殼的二或更多件部可耦接在一起，以形成溫度控制外殼及其中的空腔，空腔配置以收納化學品輸送系統組件。在各種實施例中，用於一化學品輸送系統之一溫度控制系統中的各溫度控制外殼可包含一溫度調整裝置(例如，一加熱器及/或冷卻器)，其配置以調整各別溫度控制外殼的溫度。各溫度調整裝置可包含在一或多個各別的溫度控制外殼內、及/或耦接至一或多個各別的溫度控制外殼。各溫度調整裝置可與一控制器電性通訊，控制器配置以調整溫度調整裝置的溫度，且從而調整各別溫度控制外殼及化學品輸送組件的溫度。
在各種實施例中，一種化學品輸送系統(例如，諸如包含在一反應器系統中之一化學品輸送系統)包含如本文所述之溫度控制系統。包含包括如本文所述之一溫度控制系統之一化學品輸送系統之一反應器系統可進一步包含包括一或多個反應室、一或多個氣體歧管、一或多個前驅物源、一或多個真空源、一或多個機械傳送臂、及/或類似者。
在各種實施例中，一種輸送一化學品至一反應室之方法可包含加熱或冷卻耦接至一化學品輸送系統之一各別組件之一溫度控制系統的至少一溫度控制外殼；使化學品流過化學品輸送系統；及/或將化學品施加至反應室中。加熱或冷卻至少一溫度控制外殼可在使化學品流過化學品輸送系統之前、期間、及/或之後發生。加熱或冷卻至少一控制外殼可經由包含在一各別溫度控制外殼中及/或耦接至溫度控制外殼之一溫度調整裝置(例如，一加熱器及/或冷卻器)而發生。在各種實施例中，溫度調整裝置可與一控制器電性通訊，控制器配置以控制加熱及/或冷卻溫度控制裝置、各別溫度控制外殼、一熱電耦、及/或化學品輸送系統之各別組件。
下文所提供之例示性實施例的描述僅係例示性，且僅係意欲用於說明之目的。下列描述並非意欲限制本揭露或申請專利範圍之範疇。此外，詳述具有所述特徵之多個實施例不意欲排除具有額外特徵之其他實施例、或納入所述特徵之不同組合的其他實施例。
本揭露大致上係關於溫控化學品輸送系統(諸如反應器系統中所包含者)。反應器系統可用以在氣相反應器中處理基材(諸如半導體晶圓)。舉實例而言，本文所述之系統可用以在基材表面上形成或生長磊晶層(例如，雙組分及/或摻雜半導體層)。
如本文所使用，「基材(substrate)」係指具有材料可沉積於其上之表面的任何材料。基材可包括諸如矽(例如，單晶矽)的塊材(bulk material)或可包括上覆(overlying)於塊材的一或多個層。進一步地，基材可包括各種形貌，諸如形成在基材之一層的至少一部分之內或之上的溝槽、通孔、線、及類似者。
第1A圖繪示根據各種實施例之反應器系統10及其中之組件的方塊圖。在各種實施例中，反應器系統10可包含氣體源1、化學品輸送系統2、溫度控制系統4、反應室6、及/或控制器8。反應器系統10的組件可在適當情況下(例如，實體地、流體地、電性地、熱地、操作上地、及/或類似者地)耦接至彼此。例如，氣體源1、化學品輸送系統2、及/或反應室6可實體地及/或流體地耦接至彼此。作為另一實例，化學品輸送系統2及溫度控制系統4可實體地及/或熱地耦接至彼此。作為又另一實例，控制器8可電性地、實體地、及/或操作上地耦接至反應器系統10之其他組件的任一者或任一組合。
如更詳細於下文提出的，化學品輸送系統的不同區段或組件可以是溫控的(亦即，加熱或冷卻)，以維持想要的溫度。此允許化學品(例如，前驅物或反應物氣體)輸送通過化學品輸送系統及輸送至反應室，同時避免不利地影響化學品(例如，由於通過其中的溫度過低而導致化學品在化學品輸送系統中冷凝或沉積、或者由於溫度過高而導致化學品降解或分解)。響應於溫度控制系統在整個化學品輸送系統各處維持想要的溫度(亦即，更精確地維持溫度)的能力，在輸送期間遭遇問題之在冷凝或昇華溫度與分解溫度之間，可能具有相對小的溫度範圍之化學品可通過溫控化學品輸送系統而輸送至反應室。額外或替代地，化學品(諸如前驅物及反應物)可越過較長距離在源與反應室之間輸送。
根據各種實施例，第1B圖及第1C圖繪示例示性反應器系統50。反應器系統50(第1A圖之反應器系統10的一實例)可用於各種應用，諸如，例如化學氣相沉積、電漿增強化學氣相沉積、原子層沉積、清潔製程、蝕刻製程及/或類似者。雖然例示性實施例在下文係連同磊晶反應器系統描述，除非另外陳述，實施例及本發明並未因此受限。
在各種實施例中，反應器系統50可包含氣體源12(氣體源1的一實例)、化學品輸送系統100(第1A圖之化學品輸送系統2的一實例)及/或反應室32(第1A圖之反應室6的一實例)。在各種實施例中，反應器系統可包含多個反應室32(諸如第1B圖之反應器系統50中所圖示的兩個反應室32)及/或氣體源12，及/或多個氣體源可包含在氣體源12中。反應器系統50的組件可耦接至結構框架40，其包含基底44及耦接至基底之橫樑42。結構框架40可以想要的配置或配置支撐反應器系統50的組件。
在反應器系統50之操作期間，基材(諸如半導體晶圓，未繪示)係從例如基材處置系統(未繪示)轉移至反應室32。一旦基材轉移至反應室32，一或多個氣體(諸如前驅物、摻雜物、載體氣體、及/或吹掃氣體)即經由化學品輸送系統100引入至反應室32中。任何未反應的氣體及/或反應副產物可退出反應室32，並流過排氣源。
在各種實施例中，氣體源12可包含一或多個氣體或變為氣態的材料(例如，來自固體源輸送系統)，其等用在沉積、蝕刻、清潔、吹掃、或處理製程中。因此，氣體源12中之氣體或變為氣態的材料可以是前驅物或反應物、吹掃氣體及/或類似者。例示性氣體源包括三氟化氮(nitrogen trifluoride，NF3 )、氨(ammonia，NH3 )、水蒸氣(water vapor，H2 O)、過氧化氫(hydrogen peroxide，H2 O2 )、單甲基肼(mono methyl hydrazine，MMH)、偏二甲肼(unsymmetrical dimethyl hydrazine，UDMH)、氧氣(O2 )/氫氣(H2 )、氮氣(N2 )/氫氣、及硫化氫(H2 S)。
額外參照第2圖，化學品輸送系統100可配置以將氣體(例如前驅物或反應物氣體)、吹掃氣體、或來自氣體源12之任何其他合適的氣體輸送至反應室32。化學品輸送系統100可包含質量流量控制器(例如質量流量控制器105)及/或質量流量計；過濾器(例如過濾器120)，其流體耦接至質量流量控制器105，並位於控制器下游；累積器(例如累積器130)，其流體耦接至過濾器120，並位於過濾器下游；及/或化學品施加管線(例如化學品施加管線140)，其流體耦接至累積器130，並位於累積器下游。
質量流量控制器105可流體耦接至氣體源12，並可配置以控制輸送至反應室32之氣體的流量率。例示性流量率的範圍可從例如約2公升/分至約5.0公升/分及/或約0.5公升/分至約2.0公升/分。質量流量控制器105可加熱(例如，藉由在其中及/或在其上包含加熱器)。
在各種實施例中，化學品輸送系統100可包含過濾器(例如過濾器120)，其流體耦接至質量流量控制器105。化學品輸送管線110(流體通道)可將質量流量控制器105流體耦接至過濾器120，或者過濾器120可直接耦接至質量流量控制器105。過濾器120可過濾出或移除從氣體源12流過化學品輸送系統100之氣體中的任何微粒或污染物。
在各種實施例中，化學品輸送系統100可包含累積器(例如累積器130)，其流體耦接至過濾器120。累積器130可位於過濾器120下游。在各種實施例中，累積器130可以是任何合適的形狀(諸如T形(如第2圖所描繪者)、具有任何合適的截面形狀之線形及/或類似者)。累積器130可包含入口閥，其在開啟時允許來自氣體源12的氣體進入累積器130中，而在閉合時防止來自氣體源12的氣體進入累積器130。累積器130可包含出口閥，其可閉合以防止氣體退出累積器130(例如進入化學品施加管線140)，或者開啟以允許氣體退出累積器130。在化學品輸送系統100及/或反應器系統50的操作過程中，可允許氣體藉由開啟累積器入口閥及閉合累積器出口閥，而進入累積器130中，並在其中累積，直到達到累積器130中之氣體的想要的壓力位準。作為響應，累積器入口閥可閉合。可接著釋放在累積器130中處於想要的壓力下的氣體，使此氣體流過化學品施加管線140，以輸送並施加至反應室32中。在至少一實施例中，化學品輸送系統100可位在長距離遠離反應室之處。因此，將化學品輸送系統100連接至反應室的輸送管線可充當用於氣體的大型累積器。來自於此的優點可包括較小的壓降，允許更一致的脈衝劑量。
在各種實施例中，化學品輸送系統100可包含壓力轉換器(例如壓力轉換器160)，其耦接至累積器130。壓力轉換器160可例如藉由壓力管線150來流體耦接至累積器130，並配置以測量累積器130中的壓力。例如，化學品輸送系統可允許氣體在累積器130中累積至多達累積器130內之想要的壓力臨限。響應於在累積器130中達到想要的壓力(如壓力轉換器160所偵測者)，累積器入口閥可閉合，因此額外的氣體不會進入累積器130，及/或累積器出口閥可開啟以允許氣體退出累積器130。
在各種實施例中，化學品輸送系統100可包含一個化學品施加管線140(或如第2圖所繪示之多個化學品施加管線140)。化學品施加管線140(流體通道)可流體耦接至累積器130，以從累積器130將氣體輸送至反應室32。響應於累積器出口閥開啟允許氣體從累積器130流動，氣體可流過化學品施加管線140。化學品施加管線140可流體耦接至氣體分配系統，氣體分配系統可配置以混合來自各種氣體源的氣體及/或將氣體分散至反應室32中。例示性氣體分配系統係描述於2012年4月10日核發予Schmidt等人之發明名稱為「Gas Mixer and Manifold Assembly for ALD Reactor」之美國專利第8,152,922號中，特此將其內容以引用方式併入本文達內容不與本揭露衝突的程度。舉實例而言，分配系統可包括噴淋頭氣體分配系統。
在各種實施例中，化學品輸送系統可包含按任何合適的流體順序之組件(諸如本文所討論者)的任何組合。此外，化學品輸送系統可包含比化學品輸送系統100中所包含的那些組件更少的組件或額外的組件(例如，額外的過濾器、累積器、更多或更少的流體通道等)。
如本文所討論，通過化學品輸送系統100輸送至反應室32的氣體可以是溫度敏感的、及/或具有其他溫度要求，以使化學品維持氣態狀態(例如，在高於蒸發或昇華溫度的溫度下)，同時避免化學品的降解或分解(例如，在低於分解溫度的溫度下)。因此，額外參照第3圖、第4A圖、及第4B圖，反應器系統50及/或化學品輸送系統100可包含溫度控制系統(例如溫度控制系統200)，以調節化學品輸送系統100之組件的一或多者各處的溫度。溫度控制系統可包含一或多個溫度控制外殼，以耦接至化學品輸送系統之一或多個組件，並圍封一或多個組件。
在各種實施例中，溫度控制系統200(第1A圖的溫度控制系統4之一實例)可包含至少一溫度控制外殼，以圍封化學品輸送系統100之至少一組件。在各種實施例中，溫度控制系統200可包含輸送管線溫度控制外殼210，其配置以耦接至化學品輸送管線110，並圍封化學品輸送管線110；過濾器溫度控制外殼220，其配置以耦接過濾器120，至並圍封過濾器120；累積器溫度控制外殼，其配置以耦接至累積器130，並圍封累積器130；施加管線溫度控制外殼240，其配置以耦接至化學品施加管線140，並圍封化學品施加管線140；及/或壓力管線溫度控制外殼250，其配置以耦接至壓力管線150，並圍封壓力管線150。
在各種實施例中，用於化學品輸送系統之各組件的溫度控制外殼可包含一或多個部件，其等耦接在一起以耦接至並圍封化學品輸送系統的各別組件。例如，用於化學品輸送系統之各組件的溫度控制外殼可以是殼式加熱器或殼式溫度控制裝置。接續此實例，在各種實施例中，過濾器溫度控制外殼220可包含第一過濾器外殼件220A及第二過濾器外殼件220B，累積器溫度控制外殼可包含第一累積器外殼件及第二累積器外殼件，及/或施加管線溫度控制外殼240可包含第一施加管線外殼件240A及第二施加管線外殼件240B。類似地，在各種實施例中，輸送管線溫度控制外殼210可包含第一輸送管線外殼件210A及第二輸送管線外殼件210B，及/或壓力管線溫度控制外殼250可包含第一壓力管線外殼件250A及第二壓力管線外殼件250B。
在所繪示之實例中呈T形之累積器130可具有一個溫度控制外殼或者可具有耦接至其之多個溫度控制外殼。例如，如第3圖所繪示，用於累積器130之累積器溫度控制外殼可包含一個T形溫度控制外殼，或者可包含垂直累積器溫度控制外殼230(具有第一垂直累積器外殼件230A及第二垂直累積器外殼件230B)及水平累積器溫度控制外殼235(具有第一水平累積器外殼半側235A及第二水平累積器外殼半側235B)。
在各種實施例中，用於化學品輸送系統之任何組件的溫度控制外殼可包含任何數目的外殼以耦接至並圍封各別組件或其一部分。
在各種實施例中，用於化學品輸送系統之任何組件的溫度控制外殼可包含組件空腔，其具有與各別的化學品輸送系統組件之形狀互補的形狀。因此，各別的化學品輸送系統組件可設置在組件空腔中。例如，輸送管線溫度控制外殼210可包含輸送管線外殼空腔212，過濾器溫度控制外殼220可包含過濾器外殼空腔222，累積器溫度控制外殼可包含累積器外殼空腔(例如，垂直累積器外殼空腔232及/或水平累積器外殼空腔237)，施加管線溫度控制外殼240可包含施加管線外殼空腔242，及/或壓力管線溫度控制外殼250可包含壓力管線外殼空腔252。
如本文所討論，用於化學品輸送系統100之各組件的溫度控制外殼可包含多個(二或更多個)件部，其等耦接在一起以形成各溫度控制外殼(例如，兩件部用於各化學品輸送系統組件之溫度控制外殼)。因此，在用於化學品輸送系統100之各組件的溫度控制外殼在其中包含兩件部的各種實施例中，兩件部之各者可包含組件半側空腔，其中組件溫度控制外殼之兩件部的各者之組件半側空腔共同形成可在其中設置化學品輸送系統100之組件的外殼空腔。兩件部之各者中所包含的半側空腔不一定組成所得之組件空腔的半側，但組成所得之組件空腔的至少一部分。例如，輸送管線溫度控制外殼210之兩件部210A及210B的各者可包含與化學品輸送管線110互補的輸送管線半側空腔，其中輸送管線溫度控制外殼210之兩件部210A及210B的各者之輸送管線半側空腔共同形成輸送管線外殼空腔212。作為另一實例，過濾器溫度控制外殼220之兩件部220A及220B的各者可包含與過濾器120互補的過濾器半側空腔，其中過濾器溫度控制外殼220之兩件部220A及220B的各者之過濾器半側空腔共同形成過濾器外殼空腔222。作為另一實例，累積器溫度控制外殼之兩件部的各者可包含與累積器130互補的累積器半側空腔，其中累積器溫度控制外殼之兩件部的各者之過濾器半側空腔共同形成累積器外殼空腔(例如，垂直累積器外殼空腔232及/或水平累積器外殼空腔237)。作為另一實例，施加管線溫度控制外殼240之兩件部240A及240B的各者可包含與化學品施加管線140互補的施加管線半側空腔，其中施加管線溫度控制外殼240之兩件部240A及240B的各者之施加管線半側空腔共同形成施加管線外殼空腔242。作為又另一實例，壓力管線溫度控制外殼250之兩件部250A及250B的各者可包含與壓力管線150互補的壓力管線半側空腔，其中壓力管線溫度控制外殼250之兩件部250A及250B的各者之壓力管線半側空腔共同形成壓力管線外殼空腔252。在各種實施例中，各化學品輸送系統組件外殼可包含多於兩件部，其等耦接在一起以圍封各別組件的至少一部分。
在各種實施例中，用於化學品輸送系統100之各別組件的溫度控制外殼可與化學品輸送系統100之各別組件的至少一部分直接接觸。在各種實施例中，用於化學品輸送系統100之各別組件的溫度控制外殼可最小化與化學品輸送系統100之各別組件的直接接觸，使得化學品輸送系統100之各別組件浮動於溫度控制外殼空腔中。換言之，用於化學品輸送系統100之各別組件的溫度控制外殼空腔的大多數邊緣可近接，但未直接接觸設置於其中的化學品輸送系統100之組件(其中，在此上下文中，「大多數(majority)」意指大於空腔表面積的50%、大於空腔表面積的70%、大於空腔表面積的90%、大於空腔表面積的95%、或大於空腔表面積的98%)。溫度控制外殼與設置在溫度控制外殼空腔中之各別的化學品輸送系統100之組件之間的最小直接接觸，可避免導致與溫度控制外殼直接接觸之化學品輸送系統100之組件的部分、以及與溫度控制外殼隔開的部分之間的顯著溫度差。例如，與溫度控制外殼直接接觸之化學品輸送系統100之組件的一部分可導致直接接觸點處之熱點或冷點(取決於溫度控制外殼是否正加熱、或冷卻化學品輸送系統100之組件)。
欲達成用於化學品輸送系統100之各別組件的溫度控制外殼空腔之邊緣與此類組件之間的最小直接接觸，溫度控制系統200之各溫度控制外殼可包含突出至溫度控制外殼之空腔中的固定器。固定器可以是至溫度控制外殼空腔中之突出部，其配置以直接接觸設置於其中之化學品輸送系統100的組件之截面的至少一部分(或截面的外表面)。固定器的表面積可以是最小，以最小化溫度控制外殼與設置於其中之化學品輸送系統100的組件之間的直接接觸量。
各溫度控制外殼可包含突出至各別的溫度控制外殼空腔中之一或多個固定器，其配置以再次在最小直接接觸的情況下將設置於其中之化學品輸送系統100的組件固持在適當位置。例如，輸送管線溫度控制外殼210可包含至少一輸送管線固定器214，過濾器溫度控制外殼220可包含至少一過濾器固定器224，累積器溫度控制外殼可包含至少一累積器固定器239，施加管線溫度控制外殼240可包含至少一施加管線固定器244，及/或壓力管線溫度控制外殼250可包含至少一壓力管線固定器254。在各種實施例中，除了包含在各別的溫度控制外殼中之(多個)固定器以外，溫度控制外殼無其他部分可直接接觸設置於其中之化學品輸送系統100的各別組件。
在各種實施例中，溫度控制系統200之各溫度控制外殼可包含一或多個溫度調整元件(例如，一或多個加熱器以增加、及/或一或多個冷卻器以減小溫度控制外殼、及設置於其中之化學品輸送系統100之組件的溫度)。例如，輸送管線溫度控制外殼210可包含輸送管線外殼溫度調整元件216，過濾器溫度控制外殼220可包含過濾器外殼溫度調整元件226，累積器溫度控制外殼可包含累積器外殼溫度調整元件236，施加管線溫度控制外殼240可包含施加管線外殼溫度調整元件246，及/或壓力管線溫度控制外殼250可包含壓力管線外殼溫度調整元件256。溫度調整元件可藉由耦接器203耦接至電源或其他源以促成加熱或冷卻。
溫度控制系統200之各溫度控制外殼中的溫度調整元件可以任何合適的方式耦接至各別的溫度控制外殼及/或併入各別的溫度控制外殼中。例如，溫度調整元件可埋置於各別的溫度控制外殼中，使得溫度調整元件的至少一部分由溫度控制外殼的材料環繞。作為另一實例，溫度調整元件可耦接至溫度控制外殼的外表面。
在溫度控制系統200之各溫度控制外殼中的一或多個溫度調整元件包含加熱器之各種實施例中，加熱器可以是任何合適的加熱器(諸如匣式加熱器)。在溫度控制系統200之各溫度控制外殼中的一或多個溫度調整元件包含冷卻元件之各種實施例中，冷卻元件可以是任何合適的裝置(諸如冷卻旋管)。
在各種實施例中，溫度控制系統200之各溫度控制外殼可包含促成熱能轉移的材料(例如導體)。例如，溫度控制系統200的溫度控制外殼可包含金屬材料(例如，包含鋁、鋁合金、鋼、鎳合金、及/或類似者)、具高導熱率的陶瓷及/或任何其他合適的材料。
在各種實施例中，溫度控制系統200之溫度控制外殼的一或多者可以絕緣體材料包裹，使得溫度控制外殼之一或多者的至少一部分由絕緣體覆蓋。例如，絕緣體可包含橡膠、聚合材料(例如聚醚醚酮(polyether ether ketone))及/或任何其他合適的材料。
在各種實施例中，溫度控制系統200的溫度控制外殼可各自包含至各溫度控制外殼之主體中的孔洞，熱電耦211可在其中耦接。熱電耦211可插入孔洞中，並可配置以測量各別的溫度控制外殼之溫度。熱電耦211可經由緊密配合、車螺紋及/或類似者來耦接至個別的溫度控制外殼。在各種實施例中，熱電耦211的尖端可經彈簧加載具有偏向，使得響應於插入至溫度控制外殼的孔洞中，熱電耦211的尖端可加載至各別的溫度控制外殼之材料中以用於與其充分接觸(得出更準確的溫度讀數)。熱電耦211可包括任何合適的熱電耦。適於用作熱電耦211之例示性的熱電耦可購自OMEGA Engineering。
各溫度控制外殼可包含多個熱電耦211，使得若一個熱電耦211失效或故障，另一者可充當備援並提供想要的溫度測量。
在各種實施例中，反應器系統50中的控制器(第1A圖之控制器8的一實例)可與反應器系統50之一或多個其他組件電性通訊。例如，控制器可與熱電耦211及/或溫度調整裝置電性通訊。在各種實施例中，一個控制器可與所有的熱電耦211及溫度控制系統200中所包含的溫度調整裝置電性通訊。在各種實施例中，控制器可電性耦接至一或多個熱電耦211及溫度調整裝置，且第二控制器可電性耦接至其他熱電耦211及溫度調整裝置。
控制器可配置以執行如本文所述之各種功能及/或步驟。控制器可包括一或多個處理器、微處理器、記憶體元件及/或開關元件，以執行各種功能。舉實例而言，控制器可用以控制流過化學品輸送系統100之氣體流量(經由質量流量控制器105，控制器可與質量流量控制器電性通訊)、溫度控制外殼之一或多者的加熱或冷卻(例如藉由加熱或冷卻溫度調整裝置，例如藉由增加或減小至各別的溫度調整裝置之電流)、各種閥的開啟及閉合(例如累積器入口及出口閥)及/或類似者。在各種實施例中，控制器可包含比例–積分–微分(proportional–integral–derivative，PID)控制器，其允許溫度控制系統200之溫度控制外殼及/或其部分的加熱及/或冷卻之閉迴路控制。
在操作過程中，額外參照第5圖之用於通過化學品輸送系統將化學品輸送至反應室之方法500，溫度控制系統200中之溫度控制外殼的一或多者可加熱或冷卻(步驟504)至想要的溫度(例如，想要的溫度範圍內的溫度)。在各種實施例中，反應器系統50的控制器可導致溫度調整裝置加熱或冷卻溫度控制系統200中之一或多個溫度控制外殼，以達成想要的溫度。例如，控制器可傳送更多電流至加熱器，以加熱各別的溫度控制外殼、可減小至加熱器的電流，以減小加熱器發出的熱、可增加至冷卻旋管的電流以，冷卻各別的溫度控制外殼、減小至冷卻旋管的電流，以導致各別的溫度控制外殼之較少的冷卻或類似者。
加熱或冷卻溫度控制系統200之溫度控制外殼可響應於控制器偵測到各別的溫度控制外殼之溫度不在想要的溫度範圍內。例如，耦接至各別的溫度控制外殼之熱電耦211可測量溫度控制外殼的溫度，並將溫度資訊傳輸至控制器。控制器可比較所接收的溫度資訊與針對溫度控制系統200及/或化學品輸送系統100之溫度控制外殼或區域之想要的溫度及/或溫度範圍。響應於所測量的溫度不同於想要的溫度、及/或在想要的溫度範圍之外，控制器可導致溫度控制系統200之各別的溫度控制外殼或區域之加熱或冷卻，直到達成想要的溫度。
氣體可從氣體源12流過化學品輸送系統100(步驟502)至反應室32。加熱或冷卻溫度控制系統200之一或多個溫度控制外殼或區域可在使氣體流過化學品輸送系統100之前、之期間、及/或之後發生。也就是說，溫度控制系統200及化學品輸送系統100以及其組件或部分，可在氣體開始流過化學品輸送系統100之前、以及在氣體流過化學品輸送系統100的同時加熱至(例如在溫度範圍內之)某一溫度。此可避免流動的化學品在氣體流動的整個持續期間，於化學品輸送系統100內冷凝或沉積。
流過化學品輸送系統100之化學品可施加至反應室32中(步驟506)，以例如用於沉積在基材上、清潔反應室、蝕刻、或任何其他想要的效應。
本文所述之系統及方法允許在整個化學品輸送期間精確地維持想要的溫度或溫度範圍。因此，可在氣相反應器及使用此類反應器執行的方法(例如原子層沈積(ALD)、化學氣相沈積(CVD)等)中使用更多溫度敏感化學品。想要的溫度或溫度範圍可維持在正負5 °C內、正負3 °C內、或正負1.5 °C內。對其他應用而言，維持在正負10 °C或在正負15 °C的範圍內可以是可接受的。例如，如藉由實驗所判定的，反應器系統(諸如本文所討論者)包括化學品輸送系統，化學品輸送系統包含化學品輸送管線、過濾器、累積器、兩化學品施加管線、壓力管線、及壓力轉換器；及溫度控制系統，溫度控制系統包括輸送管線溫度控制外殼、過濾器溫度控制外殼、累積器溫度控制外殼、施加管線溫度控制外殼、及壓力管線溫度控制外殼，各自耦接至化學品輸送系統的各別組件並圍封化學品輸送系統的各別組件，其中各溫度控制外殼包含鋁，維持150 °C的正負1.5 °C內的目標溫度。具有相同化學品輸送系統及溫度控制系統之相同的反應器系統維持220 °C的正負3 °C內的目標溫度。
雖然本文提出本揭露之例示性實施例，應理解本揭露並不因此受限。例如，雖然連同各種特定配置來描述反應器系統，本揭露不一定受限於這些實例。在不偏離本揭露之精神及範疇的情況下，可對本文提出的系統及方法作出各種修改、變化、及增強。
本揭露之主題包括本文中所揭示之各種系統、組件、及配置、以及其他特徵、功能、動作、及/或性質的所有新式及非顯而易見的組合及子組合以及其等之任何及所有等同物。
1:氣體源 2:化學品輸送系統 4:溫度控制系統 6:反應室 8:控制器 10:反應器系統 12:氣體源 32:反應室 40:結構框架 42:橫樑 44:基底 50:反應器系統 100:化學品輸送系統 105:質量流量控制器 110:化學品輸送管線 120:過濾器 130:累積器 140:化學品施加管線 150:壓力管線 160:壓力轉換器 200:溫度控制系統 203:耦接器 210:輸送管線溫度控制外殼 210A:第一輸送管線外殼件 210B:第二輸送管線外殼件 211:熱電耦 212:輸送管線外殼空腔 214:輸送管線固定器 216:輸送管線外殼溫度調整元件 220:過濾器溫度控制外殼 220A:第一過濾器外殼件 220B:第二過濾器外殼件 222:過濾器外殼空腔 224:過濾器固定器 226:過濾器外殼溫度調整元件 230:垂直累積器溫度控制外殼 230A:第一垂直累積器外殼件 230B:第二垂直累積器外殼件 232:垂直累積器外殼空腔 235:水平累積器溫度控制外殼 235A:第一水平累積器外殼半側 235B:第二水平累積器外殼半側 236:累積器外殼溫度調整元件 237:水平累積器外殼空腔 239:累積器固定器 240:管線溫度控制外殼 240A:第一施加管線外殼件 240B:第二施加管線外殼件 242:施加管線外殼空腔 244:施加管線固定器 246:管線外殼溫度調整元件 250:壓力管線溫度控制外殼 250A:第一壓力管線外殼件 250B:第二壓力管線外殼件 252:壓力管線外殼空腔 254:壓力管線固定器 256:壓力管線外殼溫度調整元件 500:方法 502:步驟 504:步驟 506:步驟
當結合下列說明圖式考慮時，可藉由參照實施方式及申請專利範圍而得到對本揭露之例示性實施例的更完整了解。各圖式中具有相似元件編號的元件係意欲相同。 第1A圖繪示根據本揭露之各種實施例之反應器系統及其中之組件的方塊圖。 第1B圖繪示根據本揭露之各種實施例之包含化學品輸送系統之反應器系統的立體圖。 第1C圖繪示根據本揭露之各種實施例之不具有反應室之第1B圖之反應器系統的立體圖。 第2圖繪示根據本揭露之各種實施例之化學品輸送系統。 第3圖繪示根據本揭露之至少一例示性實施例之包括溫度控制系統之化學品輸送系統。 第4A圖繪示根據本揭露之各種實施例之第3圖之沿著線S-T的化學品輸送系統及溫度控制系統的剖面圖。 第4B圖繪示根據本揭露之各種實施例之第3圖之沿著線X-Y的化學品輸送系統及溫度控制系統的剖面圖。 第5圖繪示根據本揭露之各種實施例之用於通過化學品輸送系統將化學品輸送至反應室之方法。
將理解，圖式中之元件係為了簡單及清楚起見而繪示，且未必按比例繪製。例如，可相對於其他元件誇大圖式中之一些元件的尺寸，以幫助提升對本揭露之已說明實施例的瞭解。此外，根據本揭露之各種實施例，所說明之方法的步驟可以任何合適的順序及/或組合執行。
12:氣體源
32:反應室
40:結構框架
42:橫樑
44:基底
50:反應器系統
100:化學品輸送系統
110:化學品輸送管線
120:過濾器
130:累積器
160:壓力轉換器
210A:第一輸送管線外殼件
220A:第一過濾器外殼件
230A:第一垂直累積器外殼件
235:水平累積器溫度控制外殼
240:管線溫度控制外殼
250:壓力管線溫度控制外殼

Claims (22)

  1. 一種用於一化學品輸送系統之溫度控制系統，包括： 一過濾器溫度控制外殼，配置以圍封該化學品輸送系統之一過濾器； 一累積器溫度控制外殼，配置以圍封該化學品輸送系統之一累積器，其中該累積器與該過濾器流體連通； 一施加管線溫度控制外殼，配置以圍封該化學品輸送系統之一化學品施加管線，其中該化學品施加管線與該累積器流體連通。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之溫度控制系統，其中該過濾器溫度控制外殼、該累積器溫度控制外殼、及該施加管線溫度控制外殼之各者包括耦接在一起的兩件部， 其中該過濾器溫度控制外殼之該兩件部的各者包括與該過濾器互補的一過濾器半側空腔，其中該過濾器溫度控制外殼之該兩件部的各者之該過濾器半側空腔共同形成一過濾器外殼空腔，使得該過濾器可設置於其中， 其中該累積器溫度控制外殼之該兩件部的各者包括與該累積器互補的一累積器半側空腔，其中該累積器溫度控制外殼之該兩件部的各者之該累積器半側空腔共同形成一累積器外殼空腔，使得該累積器可設置於其中，且 其中該施加管線溫度控制外殼之該兩件部的各者包括與該化學品施加管線互補的一化學品施加管線半側空腔，其中該施加管線溫度控制外殼之該兩件部的各者之該化學品施加管線半側空腔共同形成一化學品施加管線外殼空腔，使得該化學品施加管線可設置於其中。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之溫度控制系統，其中該過濾器溫度控制外殼、該累積器溫度控制外殼、及該施加管線溫度控制外殼之各者包括一孔洞，該孔洞包括設置於其中之一熱電耦。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之溫度控制系統，其中符合下列之至少一者： 該過濾器溫度控制外殼包括一過濾器固定器，設置在該過濾器外殼空腔的一部分內，配置以直接接觸該過濾器， 該累積器溫度控制外殼包括一累積器固定器，設置在該累積器外殼空腔的一部分內，配置以直接接觸該累積器，且 該施加管線溫度控制外殼包括一化學品施加管線固定器，設置在該化學品施加管線外殼空腔的一部分內，配置以直接接觸該化學品施加管線。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之溫度控制系統，其中除了該過濾器固定器以外，該過濾器溫度控制外殼無其他部分直接接觸該過濾器，其中除了該累積器固定器以外，該累積器溫度控制外殼無其他部分直接接觸該累積器，且其中除了該化學品施加管線固定器以外，該施加管線溫度控制外殼無其他部分直接接觸該化學品施加管線。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之溫度控制系統，其中該累積器溫度控制外殼包括一水平溫度控制外殼及一垂直溫度控制外殼，該水平溫度控制外殼及該垂直溫度控制外殼共同配置以圍封一T形累積器。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之溫度控制系統，其中該過濾器溫度控制外殼、該累積器溫度控制外殼、及該施加管線溫度控制外殼之各者包括一金屬及一陶瓷材料之至少一者，且該金屬包括鋁、鋼、及鎳之至少一者。
  8. 如申請專利範圍第2項所述之溫度控制系統，其中該過濾器溫度控制外殼、該累積器溫度控制外殼、及該施加管線溫度控制外殼之各者係配置以維持在一想要的溫度之攝氏5度內的一溫度。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之溫度控制系統，更包括一壓力管線溫度控制外殼，配置以圍封一壓力管線，其中該壓力管線與該累積器流體連通。
  10. 一種化學品輸送系統，包括： 一過濾器； 一過濾器溫度控制外殼，耦接至該過濾器，並圍封該過濾器； 一累積器，與該過濾器流體連通，並位於該過濾器下游； 一累積器溫度控制外殼，耦接至該過濾器，並圍封該過濾器； 一化學品施加管線，與該累積器流體連通，並位於該累積器下游；及 一施加管線溫度控制外殼，耦接至該化學品施加管線，並圍封該化學品施加管線，其中該化學品施加管線與該累積器流體連通並位於該累積器下游。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之化學品輸送系統，其中該過濾器溫度控制外殼、該累積器溫度控制外殼、及該施加管線溫度控制外殼之各者包括耦接在一起的兩件部， 其中該過濾器溫度控制外殼之該兩件部的各者包括與該過濾器互補的一過濾器半側空腔，其中該過濾器溫度控制外殼之該兩件部的各者之該過濾器半側空腔共同形成一過濾器外殼空腔，其中該過濾器設置於該過濾器外殼空腔中， 其中該累積器溫度控制外殼之該兩件部的各者包括與該累積器互補的一累積器半側空腔，其中該累積器溫度控制外殼之該兩件部的各者之該累積器半側空腔共同形成一累積器外殼空腔，其中該累積器設置於該累積器外殼空腔中，且 其中該施加管線溫度控制外殼之該兩件部的各者包括與該化學品施加管線互補的一化學品施加管線半側空腔，其中該施加管線溫度控制外殼之該兩件部的各者之該化學品施加管線半側空腔共同形成一化學品施加管線外殼空腔，其中該化學品施加管線設置於該化學品施加管線空腔中。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之化學品輸送系統，其中該過濾器溫度控制外殼、該累積器溫度控制外殼、及該施加管線溫度控制外殼之各者包括一孔洞，該孔洞包括設置於其中之一熱電耦。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之化學品輸送系統，其中符合下列之至少一者： 該過濾器溫度控制外殼包括一過濾器固定器，設置在直接接觸該過濾器的該過濾器外殼空腔的一部分內，其中該過濾器固定器係該過濾器溫度控制外殼唯一直接接觸該過濾器的部分， 該累積器溫度控制外殼包括一累積器固定器，設置在直接接觸該累積器的該累積器外殼空腔的一部分內，其中該累積器固定器係該累積器溫度控制外殼唯一直接接觸該累積器的部分，且 該施加管線溫度控制外殼包括一化學品施加管線固定器，設置在直接接觸該化學品施加管線的該化學品施加管線外殼空腔的一部分內，其中該化學品施加管線固定器係該施加管線溫度控制外殼唯一直接接觸該化學品施加管線的部分。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之化學品輸送系統，其中該過濾器溫度控制外殼、該累積器溫度控制外殼、及該施加管線溫度控制外殼之各者包括一金屬及一陶瓷材料之至少一者，該金屬包括鋁、鋼、及鎳之至少一者。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之化學品輸送系統，其中該過濾器溫度控制外殼、該累積器溫度控制外殼、及該施加管線溫度控制外殼之各者係配置以維持在一想要的溫度之攝氏5度內的一溫度。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之化學品輸送系統，更包括一壓力管線以及一壓力管線溫度控制外殼，該壓力管線流體耦接至一壓力轉換器及該累積器，並介於該壓力轉換器與該累積器之間，該壓力管線溫度控制外殼耦接至該壓力管線，並圍封該壓力管線。
  17. 如申請專利範圍第11項所述之化學品輸送系統，其中該過濾器溫度控制外殼、該累積器溫度控制外殼、及該施加管線溫度控制外殼之至少一者包括一溫度調整裝置，配置以調整該過濾器溫度控制外殼、該累積器溫度控制外殼、及該施加管線溫度控制外殼之至少一者的溫度，其中該化學品輸送系統更包括一控制器，該控制器與該溫度控制裝置電性通訊，其中該控制器配置以調整該溫度調整裝置的溫度。
  18. 一種將一化學品輸送至一反應室之方法，包括： 使該化學品流過一化學品輸送系統之一過濾器、該化學品輸送系統之一累積器、及該化學品輸送系統之一化學品施加管線，其中該累積器流體耦接至該過濾器並位於該過濾器下游，且該化學品施加管線流體耦接至該累積器並位於該累積器下游； 在使該化學品流動之前及期間之至少一者，將耦接至該過濾器並圍封該過濾器之一過濾器溫度控制外殼加熱或冷卻至介於該化學品之一昇華溫度與一降解溫度之間的一第一溫度； 在使該化學品流動之前及期間之至少一者，將耦接至該累積器並圍封該累積器之一累積器溫度控制外殼加熱或冷卻至介於該化學品之該昇華溫度與該降解溫度之間的一第二溫度；以及 在使該化學品流動之前及期間之至少一者，將耦接至該化學品施加管線並圍封該化學品施加管線之一施加管線溫度控制外殼加熱或冷卻至介於該化學品之該昇華溫度與該降解溫度之間的一第三溫度。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之方法，其中使該化學品流動係藉由該化學品輸送系統之一質量流量控制器或一質量流量計來實現。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之方法，其中該第一溫度、該第二溫度、及該第三溫度係在彼此的攝氏5度內。
  21. 如申請專利範圍第18項所述之方法，其中加熱或冷卻該過濾器溫度控制外殼、該加熱或冷卻該累積器溫度控制外殼、及該加熱或冷卻該施加管線溫度控制外殼係藉由使該過濾器溫度控制外殼、該累積器溫度控制外殼、及該施加管線溫度控制外殼之各者包括一溫度調整裝置來實現。
  22. 如申請專利範圍第21項之方法，更包括： 測量該過濾器溫度控制外殼、該累積器溫度控制外殼、及該施加管線溫度控制外殼之至少一者的一溫度； 藉由電性耦接至該溫度調整裝置的一控制器來比較下列之至少一者：該過濾器溫度控制外殼之該測量溫度與該第一溫度、該累積器溫度控制外殼之該測量溫度與該第二溫度、或該施加管線溫度控制外殼之該測量溫度與該第三溫度；以及 進行下列之至少一者：響應於該過濾器溫度控制外殼之該測量溫度不同於該第一溫度，而藉由該控制器來調整該過濾器溫度控制外殼之該溫度調整裝置的一溫度；響應於該累積器溫度控制外殼之該測量溫度不同於該第二溫度，而藉由該控制器來調整該累積器溫度控制外殼之該溫度調整裝置的一溫度；及響應於該施加管線溫度控制外殼之該測量溫度不同於該第三溫度而藉由該控制器來調整該施加管線溫度控制外殼之該溫度調整裝置的一溫度。
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