TW202315961A - 用於輸送前驅物至處理腔室的系統及方法 - Google Patents
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Abstract
本揭示案係提供具有蒸發器及儲存器(reservoir)的前驅物輸送系統。該儲存器包括與該蒸發器流體連通的一上游端。儲存器閥與該儲存器的一下游端流體連通，且最終閥設置於該儲存器閥的下游。緩衝區界定於該儲存器閥及該最終閥之間。第一氣體入口耦合至該緩衝區。第一氣體入口耦合至一緩衝閥
Description
本揭示案的實施例一般相關於輸送用於處理基板的處理氣體的方法。
薄膜技術已朝著更薄的沉積層、在面積越來越大的基板上更好的均勻性來發展，例如用於平板技術的基板尺寸。薄膜技術也朝著更大的產量和更高的生產力來發展。各種處理用於在基板上沉積薄膜，包括濺射或物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、和原子層沉積(ALD)方法。
藉由ALD形成和生成薄膜包括藉由在基板的沉積表面處的化學吸附形成反應性前驅物分子的飽和單層。在ALD中，反應性氣體前驅物被交替地脈衝或注射進入處理腔室。反應性前驅物的每一脈衝或注射都由惰性氣體沖洗來分開。在處理的每一完整循環中，前驅物注射在基板表面上發生反應以形成新的原子層。將前驅物輸送到處理腔室使用流量定時控制。為了保持良好的流動定時控制，從蒸發器持續釋放前驅物以保持穩定狀態條件。當根據處理配方不需要流入腔室時，排放來自蒸發器的前驅物蒸氣的持續流動。儘管將前驅物蒸氣轉移或排放到腔室前級管線導致良好的處理均勻性，使用的前驅物蒸氣量很高。此外，將前驅物從蒸發器脈衝或從蒸發器持續釋放前驅物蒸氣會導致沿著管道到處理腔室的壓力下降。壓力下降存在凝結的風險。
因此，本領域需要一種前驅物蒸氣輸送系統，以在處理期間減低前驅物蒸氣的使用，管理凝結的風險，同時保持對處理腔室的流量控制。
在一些實施例中，提供具有蒸發器及儲存器(reservoir)的前驅物輸送系統。該儲存器包括與該蒸發器流體連通的一上游端。儲存器閥與該儲存器的一下游端流體連通，且最終閥設置於該儲存器閥的下游。緩衝區界定於該儲存器閥及該最終閥之間。第一氣體入口耦合至該緩衝區。第一氣體入口耦合至一緩衝閥。
在一些實施例中，提供供應前驅物至一處理腔室的一處理容積的方法。該方法包括以下步驟：供應一前驅物至一儲存器，直到該儲存器達到一第一壓力。從該儲存器經由處於一開啟狀態中的一儲存器閥來供應該前驅物至一緩衝區。緩衝區界定於該儲存器閥及一最終閥之間。從該緩衝區經由處於一開啟狀態中的該最終閥來供應該前驅物至該處理容積。將該儲存器閥及該最終閥之每一者切換至一關閉狀態。經由處於一開啟狀態中的一緩衝閥來供應一緩衝氣體至該緩衝區。將該緩衝氣體經由處於一開啟狀態中的一轉移閥來轉移至一前級管線。將該轉移閥切換至一關閉狀態且將該儲存器閥切換至一關閉狀態。
在一些實施例中，提供用於處理基板的具有處理容積的處理腔室的基板處理系統。處理腔室具有一氣體入口及一氣體分配組件，該氣體分配組件流體耦合至該氣體入口。該氣體分配組件包括：一蒸發器；一儲存器，該儲存器具有與該蒸發器流體連通的一上游端；及一儲存器閥，該儲存器閥與該儲存器的一下游端流體連通。最終閥設置於該儲存器閥的下游。緩衝區界定於該儲存器閥及該最終閥之間，且緩衝氣體入口耦合至該緩衝區。該緩衝氣體入口耦合至一緩衝閥。
本揭示案的實施例提供了前驅物輸送系統，具有從蒸發器到處理腔室的穩定前驅物輸送。該輸送系統增強了產量，改善了處理效率，減低了前驅物的浪費，並減低了沿著前驅物輸送線的凝結。相關於原子層沉積腔室來描述本揭示案的一個或更多個實施例。然而，前驅物輸送系統可用於其他類型的處理腔室，例如電漿蝕刻腔室、化學氣相沉積腔室、注入腔室、或其他腔室。特定而言，本文所述的前驅物輸送系統提供了精確的流量定時控制，並減低了導致沿著輸送線的壓力下降的凝結，使得流量可以幾乎沒有或無流率穩定時間的方式快速脈衝，從而導致非常穩定的前驅物輸送以促進處理均勻性和減低缺陷。前驅物輸送系統不依賴於將前驅物傾倒進入前級管線，如在其他氣體輸送系統中所設想的，從而導致較少的前驅物浪費。
圖1描繪了前驅物輸送系統100的示意圖。系統100包括蒸發器102。液體前驅物經由液體流量控制器(LFC) 120供應到蒸發器102。在一些實施例中，其他流體被供應到蒸發器102，例如經由氣體源121的載送氣體。儲存器104與蒸發器102流體連通，使得儲存器104耦合到蒸發器102的下游端。在一些實施例中，再填充閥122設置於儲存器104的上游端處。替代地，直接從蒸發器102供應前驅物到儲存器104，而沒有再填充閥122。其他輸送系統不使用儲存器來輸送前驅物。已發現：不使用儲存器的系統依賴於直接來自蒸發器的脈衝前驅物，然而，沒有儲存器的蒸發器的響應時間無法快到能跟上用於某些處理的脈衝前驅物，這導致不精確的流量定時控制。也發現：可藉由在處理腔室和前級管線之間快速切換前驅物流量來將前驅物脈衝發出。轉移前驅物浪費前驅物。添加儲存器解決了某些挑戰，然而，在操作期間，儲存器增加壓力，且當在低壓下向較低壓力的下游氣體線開放時，前驅物的溫度會下降並有在線內發生凝結的風險。不受理論束縛，據信佈置流量控制閥和定時順序開啟和關閉閥會減低沿著氣體線的壓力差和溫度下降，從而減低凝結的風險。
儲存器閥126設置於儲存器104的下游。在一些實施例中，第一壓力計152設置於儲存器104的下游端和儲存器閥126的上游處。在一些實施例中，第二壓力計154設置於儲存器閥126的下游。旁路線(具有設置於旁路線上的旁通閥124)將再填充閥122的上游的氣體線和儲存器閥126的下游流體耦合，例如第二壓力計154的下游(未展示)或第二壓力計154的上游。旁路線使前驅物能夠繞過儲存器104被傳送到處理腔室106。緩衝區130界定於儲存器閥126和最終閥128之間。在一些實施例中，第二壓力計154耦合到緩衝區130。第一氣體入口140耦合到緩衝區130和緩衝閥132。第一氣體入口140能夠輸送緩衝氣體，例如氮氣、氬氣、或其他非反應性氣體。
在一些實施例中，緩衝閥132是耦合到排氣口的三向閥。替代地，前級管線138耦合到排放閥136且經配置以當真空閥處於開啟位置中時將前驅物從緩衝區130排放到前級管線138。最終閥128耦合到排放閥136下游的氣體線101且流體耦合到處理腔室106。
也考量沿著氣體線的具有閥的額外的氣體入口，例如具有閥146的氣體線144，和具有閥148的氣體線142。每一氣體線142、144能夠輸送處理氣體，例如一氧化二氮(N
2O)、氧(O
2)、氬、或其他處理氣體，包括非反應性氣體。在一些實施例中，過濾器129耦合至最終閥128的下游的氣體線101。替代地，過濾器129設置於蒸發器102和儲存器104之間。在一些實施例中，最終閥128是三向閥，可操作以將前驅物轉移到前級管線150。在一些實施例中，使用前級管線150來代替前級管線138以排放前驅物。在一些實施例中，最終閥128是雙向閥且不耦合到前級管線150。氣體線101在入口109處耦合到處理腔室106。前驅物分佈於設置於處理腔室106的處理容積114內的基板支撐件108上的基板112上。在一些實施例中，使用氣體輸送組件110來分配前驅物。
圖1中描繪的前驅物輸送系統100可用於根據例如參考圖2描述的方法200的方法來將前驅物輸送到處理腔室106。參考圖3A至3D來描繪方法200的某些操作。在操作202中，將前驅物供應到儲存器104，直到儲存器104達到第一壓力。在一些實施例中，由設置在儲存器104的下游端的第一壓力計152來測量第一壓力。在一些實施例中，由第二壓力計154測量的緩衝壓力略低於由第一壓力計152測量的儲存器壓力。在一些實施例中，當第二壓力與儲存器的第一壓力實質相同或相較第一壓力低約10% (例如低1%至約10%)時，將前驅物供應到緩衝區。經由設置於儲存器104上游端處的再填充閥122從蒸發器102供應前驅物。在一些實施例中，從蒸發器102直接供應前驅物到儲存器104，無論沒有再填充閥122，或有再填充閥122處於恆定開啟狀態。在一些實施例中，將前驅物供應到儲存器包括將液體流量控制器(LFC)放置於開啟狀態，LFC設置於儲存器的上游，例如蒸發器102的上游。
在操作204中，經由處於開啟狀態中的儲存器閥126從儲存器104供應前驅物到緩衝區，如圖3A中所展示。緩衝區界定於儲存器閥和最終閥之間。緩衝閥132和轉移閥136之每一者保持於關閉狀態中。在一些實施例中，最終閥128處於關閉狀態中。在操作206中，經由處於開啟狀態中的最終閥從緩衝區供應前驅物到處理容積，如圖3A中所展示。在一些實施例中，最終閥128從關閉狀態切換到開啟狀態與將儲存器閥126從關閉狀態切換到開啟狀態實質同時，使得操作204和206實質彼此同時發生。不受理論的束縛，據信緩衝氣體被放電至低壓且吸引前驅物以減低的壓力下降流動。操作204和206發生約100毫秒至約2秒，例如約300毫秒至5毫秒，取決於處理配方。緩衝氣體為任何非反應性氣體，例如含氮氣體，例如氮氣(N
2)。在一些實施例中，緩衝氣體包括氬氣。
在操作208中，儲存器閥126和最終閥128之每一者被切換到關閉狀態，如圖3B中所展示。儲存器閥126和最終閥128實質同時關閉以便停止前驅物流動。在操作210中，經由處於開啟狀態中的緩衝閥132供應緩衝氣體到緩衝區，也在圖3B中展示。在操作212中，經由處於開啟狀態中的轉移閥136將緩衝氣體轉移到前級管線，如圖3B中所展示。在一些實施例中，操作208、210、和212彼此實質同時發生。緩衝區中的殘留前驅物被轉移到排放口。在一些實施例中，在操作208中儲存器閥126和最終閥128處於關閉狀態中約0.5秒至約3秒，例如約1秒至約2秒。在一些實施例中，在操作210和212中供應緩衝氣體經由緩衝閥132到緩衝區並經由轉移閥136轉移約50毫秒至約550毫秒，例如約100毫秒至約500毫秒。操作210和212彼此完全同時發生，或彼此至少部分同時發生。在一些實施例中，在緩衝區實質沒有前驅物時開始操作214。在一些實施例中，當儲存器閥關閉時，儲存器壓力增加。在一些實施例中，使用設置在儲存器104上游的再填充閥122來控制儲存器內的壓力。例如，當儲存器的壓力超過預定壓力時，再填充閥122切換到關閉狀態。在一些實施例中，當儲存器的壓力下降到預定壓力以下時，再填充閥122被切換到開啟狀態。在一些實施例中，再填充閥122和LFC 120被切換到開啟狀態，使得前驅物將儲存器再填充，例如在操作212期間。再填充閥122用於控制儲存器壓力。不受理論束縛，據信對於具有快速氣體交換的處理，LFC可具有較長的相對響應時間，這會導致儲存器中的循環到循環的壓力變化。使用再填充閥122減低了儲存器中的壓力變化，而是壓力變化保持在蒸發器102內。替代地，不使用再填充閥122，且LFC 129始終處於開啟狀態中，且蒸發器102持續將儲存器104充電。在一些實施例中，再填充閥122在所有操作202至212期間處於開啟狀態中。在一些實施例中，在操作208、210、和212期間保持緩衝區壓力。
在操作214中，轉移閥136被切換到關閉狀態，如圖3C中所展示。在一些實施例中，一旦殘餘前驅物從緩衝區排出，轉移閥136被切換到關閉狀態。在一些實施例中，緩衝閥132保持於開啟狀態中以對緩衝區130加壓。在一些實施例中，操作214發生約0.5秒至約2.5秒，例如約0.9秒至約1.9秒，例如約1.2秒至1.7秒，取決於處理配方。
在操作216中，緩衝閥132被切換到關閉狀態，如圖3D中所展示。在一些實施例中，當緩衝區達到預定壓力，例如最大設計壓力時，緩衝閥132被切換到關閉狀態。由於在儲存器出口處的瞬時壓力下降最小化，因此減低了凝結。在一些實施例中，經由流體耦合至最終閥的出口的下游入口來供應一個或更多個額外的氣體。
循環地重複操作202到216。在一些實施例中，從操作202到215的循環時間為約1.5秒到約5秒，例如約2秒到約3秒。
例子
圖4描繪了根據本揭示案的實施例用於輸送前驅物的方法(例如方法200)的各個階段中沿著前驅物輸送系統的壓力的圖表。曲線PG1表示在第一壓力計152處的儲存器104隨時間的壓力。曲線PG2表示緩衝區130在第二壓力計154處隨時間的壓力。曲線402表示儲存器閥126的狀態，包括隨著時間儲存器閥處於關閉位置中的關閉狀態412和隨著時間儲存器閥處於開啟位置中時的開啟狀態422。曲線404表示緩衝閥132的狀態，包括關閉狀態414和開啟狀態424。曲線406表示最終閥128的狀態，包括關閉狀態416和開啟狀態426。曲線408表示轉移閥136的狀態，包括關閉狀態418和開啟狀態428。
時間t
0、t
1、t
2、t
3和t
4對應於方法200中描述的處理操作。具體而言，在t
0之前，儲存器、緩衝、和最終閥之每一者處於關閉位置中，例如在操作202中。在t
0處，儲存器壓力(PG1)達到約30 torr的設計壓力。基於儲存器的尺寸和前驅物類型也可考量其他設計壓力，例如約20 torr至約50 torr的壓力。在一些實施例中，在t
0處，儲存器壓力和緩衝區壓力實質相等，例如彼此差10%內。如操作204和206中所述，放置儲存器閥和最終閥之每一者於開啟狀態，而緩衝閥和轉移閥之每一者保持在關閉狀態中。如在t
0和t
1之間可看出，儲存器壓力及緩衝區壓力減低。在t
1處，如操作208、210和212中所述，儲存器閥和最終閥每一者皆切換到關閉狀態，而緩衝閥和轉移閥每一者皆切換到開啟狀態。這導致儲存器壓力PG1升高，而在t
1和t
2之間實質保持緩衝區壓力PG2。在t
2處，如操作214中所述，轉移閥切換到關閉狀態。在t
2和t
3之間儲存器壓力持續增加且緩衝區壓力增加。在t
3處，如操作216中所述，緩衝閥切換到關閉狀態。在t
4處，當緩衝區PG2的壓力實質等於或略低於儲存器壓力PG1時，從t
0開始重複操作。從t
0和t
4可看出，儲存器出口壓力PG1和緩衝區壓力PG2始終保持在彼此的20%內，例如彼此的10%內，例如5%內。
綜上，提供了具有從蒸發器到處理腔室的穩定前驅物輸送的前驅物輸送系統，該輸送系統增強了產量，改善了處理效率，減低了前驅物的浪費，並減低了沿著前驅物輸送線的凝結。本文所述的前驅物輸送系統提供了精確的流量定時控制，並減低了由沿著輸送線的壓力下降引起的凝結，使得流量可以幾乎沒有或無流率穩定時間的方式快速脈衝，從而導致非常穩定的前驅物輸送以促進處理均勻性和減低缺陷。前驅物輸送系統不依賴於將前驅物傾倒進入前級管線，如在其他氣體輸送系統中所設想的，從而導致較少的前驅物浪費。特定而言，藉由將儲存器和緩衝區壓力各自保持在預定壓力範圍內，更重要的是，保持在相對於彼此的預定壓力範圍內，使用儲存器和沿著氣體線設置的複數個閥能夠增強處理控制。因此，當儲存器壓力高時，閥在開啟和關閉狀態之間切換。使用緩衝氣體來加壓氣體線的某些區域(例如，緩衝區)，例如在開啟儲存器到氣體線之前，這減低了在不同處理階段從儲存器到氣體線的壓力下降。每一閥從開啟狀態到關閉狀態的切換是基於處理配方來定時的，或基於緩衝區內的壓力計讀數來自動切換。前驅物流量定時控制得到了極大的增強，且跨氣體線的壓力差也得到了增強，從而減低了與壓力下降相關聯的凝結。
雖然前述內容針對本揭示案的實施例，可設計本揭示案的其他和進一步的實施例而不背離其範圍，且其範圍由以下請求項來決定。
100:前驅物輸送系統
101:氣體線
102:蒸發器
104:儲存器
106:處理腔室
108:基板支撐件
109:入口
110:氣體輸送組件
112:基板
114:處理容積
120:LFC
121:氣體源
122:再填充閥
124:旁路閥
126:儲存器閥
128:最終閥
129:過濾器
130:緩衝區
132:緩衝閥
136:排放閥
138:前級管線
140:第一氣體入口
142:氣體線
144:氣體線
146:閥
148:閥
150:前級管線
152:第一壓力計
154:第二壓力計
200:方法
202~216:操作
402~408:曲線
412~418:關閉狀態
422~428:開啟狀態
為了能夠詳細理解本揭示案的上述特徵的方式，可藉由參考實施例來獲得上文簡要概括的本揭示案的更具體的描述，其中一些圖示於附圖中。然而，注意附圖僅圖示了示例性實施例，因此不應被視為限制其範圍，且可允許其他等效的實施例。
圖1描繪了根據本揭示案的實施例的前驅物輸送系統的示意圖；
圖2描繪了根據本揭示案的實施例的用於輸送前驅物的方法的流程圖；
圖3A至3D描繪了根據本揭示案的實施例的在用於分配氣體的方法的各個階段的前驅物輸送系統的示意圖；及
圖4描繪了在根據本揭示案的實施例的在用於輸送前驅物的方法的各個階段的沿著前驅物輸送系統的壓力的圖表。
為了便於理解，盡可能地使用相同的參考數字來表示圖式共有的相同元件。預期一個實施例的元件和特徵可有益地併入其他實施例而無需進一步敘述。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
100:前驅物輸送系統
101:氣體線
102:蒸發器
104:儲存器
106:處理腔室
108:基板支撐件
109:入口
110:氣體輸送組件
112:基板
114:處理容積
120:LFC
121:氣體源
122:再填充閥
124:旁路閥
126:儲存器閥
128:最終閥
129:過濾器
130:緩衝區
132:緩衝閥
136:排放閥
138:前級管線
140:第一氣體入口
142:氣體線
144:氣體線
146:閥
148:閥
150:前級管線
152:第一壓力計
154:第二壓力計
Claims (20)
- 一種前驅物輸送系統，包括： 一蒸發器； 一儲存器(reservoir)，該儲存器包括與該蒸發器流體連通的一上游端； 一儲存器閥，該儲存器閥與該儲存器的一下游端流體連通； 一最終閥，該最終閥設置於該儲存器閥的下游； 一緩衝區，該緩衝區界定於該儲存器閥及該最終閥之間；及 一第一氣體入口，該第一氣體入口耦合至該緩衝區，其中該第一氣體入口耦合至一緩衝閥。
- 如請求項1所述之系統，進一步包括耦合至該蒸發器的該上游端的一液體流量控制器(LFC)。
- 如請求項1所述之系統，進一步包括接近該儲存器的該下游端的一第一壓力計。
- 如請求項3所述之系統，進一步包括耦合至該緩衝區的一第二壓力計。
- 如請求項1所述之系統，進一步包括耦合至該緩衝區的一排放閥。
- 如請求項1所述之系統，其中該緩衝閥為一三向閥，可操作該緩衝閥以轉移至一前級管線。
- 如請求項1所述之系統，其中該最終閥為一三向閥，可操作該最終閥以轉移至一前級管線。
- 如請求項1所述之系統，其中該最終閥連通耦合至一處理腔室。
- 如請求項1所述之系統，進一步包括一旁路線，該旁路線將該蒸發器與該緩衝區流體耦合，其中該旁路線包括一旁路閥。
- 一種供應前驅物至一處理腔室的一處理容積的方法，該方法包括以下步驟： 供應一前驅物至一儲存器(reservoir)，直到該儲存器達到一第一壓力； 從該儲存器經由處於一開啟狀態中的一儲存器閥來供應該前驅物至一緩衝區，其中該緩衝區界定於該儲存器閥及一最終閥之間； 從該緩衝區經由處於一開啟狀態中的該最終閥來供應該前驅物至該處理容積； 將該儲存器閥及該最終閥之每一者切換至一關閉狀態； 經由處於一開啟狀態中的一緩衝閥來供應一緩衝氣體至該緩衝區； 將該緩衝氣體經由處於一開啟狀態中的一轉移閥來轉移至一前級管線； 將該轉移閥切換至一關閉狀態；及 將該儲存器閥切換至一關閉狀態。
- 如請求項10所述之方法，其中供應該前驅物至該儲存器包括以下步驟：經由設置於該儲存器的一上游端處的一再填充閥來供應氣體。
- 如請求項11所述之方法，其中供應該前驅物至該儲存器進一步包括以下步驟：放置一液體流量控制器(LFC)於一開啟狀態，該LFC設置於該儲存器的上游。
- 如請求項12所述之方法，其中該LFC設置於一蒸發器的上游，該蒸發器設置於該儲存器的上游。
- 如請求項10所述之方法，其中該儲存器閥及該下游閥同時處於一開啟狀態。
- 如請求項10所述之方法，其中該緩衝區包括一第二壓力，其中在該第二壓力與該儲存器的該第一壓力實質相同或相較該第一壓力低10%時將該前驅物供應至該緩衝區。
- 如請求項10所述之方法，其中該緩衝氣體為一含氮氣體。
- 如請求項10所述之方法，其中將該轉移閥切換至一關閉狀態增加了該緩衝區的一壓力。
- 如請求項10所述之方法，進一步包括以下步驟：引導一個或更多個額外的氣體穿過一下游入口，該下游入口流體耦合至該最終閥的一出口。
- 一種基板處理系統，包括： 一處理腔室，該處理腔室包括用於處理一基板的一處理容積，該處理腔室具有一氣體入口；及 一氣體分配組件，該氣體分配組件流體耦合至該氣體入口，該氣體分配組件包括： 一蒸發器； 一儲存器(reservoir)，該儲存器包括與該蒸發器流體連通的一上游端； 一儲存器閥，該儲存器閥與該儲存器的一下游端流體連通； 一最終閥，該最終閥設置於該儲存器閥的下游； 一緩衝區，該緩衝區界定於該儲存器閥及該最終閥之間；及 一緩衝氣體入口，該緩衝氣體入口耦合至該緩衝區，其中該緩衝氣體入口耦合至一緩衝閥。
- 如請求項19所述之基板處理系統，進一步包括流體耦合至該氣體入口的一下游氣體入口，該下游氣體入口經配置以輸送額外的處理氣體至該處理容積。
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