TW539822B - Source chemical container assembly - Google Patents

Description

539822 五、發明說明（1) 發明領域 本發明是有關於一種化學原料容器組件，用來貯存 化學原料，而化學原料會傳送到反應腔體中，以進行氣相 沈積或是在反應腔體内的相關製程。 技術背景說明 在化學氣相沈積（chemical vapor deposition， C V D )及相關氣相沈積技術中’比如是原子層沈積（a f 0 m i c layer deposition，ALD)，會經常使用液體或固體化學原 料。多數的化學物質會和水氣或氧產生劇烈的化學反應。 為了保持這些化學原料的純度及揮發性，因此這些化學原 料所儲存的容器之真空度要到達一個超高真空的狀態 (ultra high vacuum，UHV)。所以必須要製造出一種能夠 承受超高真空狀態的金屬容器（metal container)，而此 種金屬容器必須是不能容許破裂的。 然而，金屬容器包含一可密封開口（sealable 〇 P e n i n g )，可以藉由此可密封開口將化學原料放入到金屬 容器内或者將使用完畢的化學原料從金屬容器内排除。為 了達到上述目的，金屬容器具有一可拆卸密封裝置 (removable closure)。而一種高分子〇 型環（polymer 〇-ring)由於它不能承受超高真空狀態的情境，因此並不胃 適用來密封金屬容器之可拆卸密封裝置。另外一個問題是 由於高分子〇型環會與貯存在金屬容器中的化學原料接 觸’而造成高分子0型環被腐餘。再者，因為某些化學原 料在金屬容器中具有較低的蒸汽壓力，因此為了要提高金

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如此在南溫的情 屬容器中的$汽壓力，必須要提高溫度 況下會造成咼分子0型環的損壞。 因為上述這些因素，一金屬密封物（^tal seai) 較確實的密封金屬容器與蓋子（lid)及其他管路 (connections)。在這種密封的條件^，可以在兩凸緣 (flange)間配置一金屬密封墊片（metal sealing

gasket)，其中凸緣是由一種硬質金屬所製作而成，比如 是不銹鋼，而金屬密封墊片是由延展性佳的金屬所製成 的。因此，在兩凸緣受到壓力的情況下，位在兩凸緣中間 的金屬墊片會受到兩凸緣的擠壓，如此可以提高凸緣間的 密封程度。然而，對金屬密封物來說，最常使用的兩種金 屬是铭和銅，而這兩種金屬會被很多化學原料所腐蝕，於 是可以使用一種較具抗化學腐蝕能力的金屬來作為金屬密 封物’比如是鎳。而鎳的缺點是較链和銅硬，且延展性較 鋁和銅差，因此藉由鎳製成的金屬密封墊片需要較高的壓 縮力量（compressive force)來維持超高真空的狀態。 晴參照第1圖之金屬容器10 (metal container)，藉 由多個螺帽1 2 ( n u t s )及多個螺栓1 4 ( b ο 11 s )可以施予壓 力到凸緣1 6、1 8 ( f 1 a n g e )上，其中螺帽1 2及螺栓1 4係均 勻地壞形排列分佈在凸緣1 6、1 8的周圍，而螺栓1 4可以插

入到凸緣1 6、1 8的孔洞中。當使用者要打開或關閉金屬容 器1 0時，需分別將螺栓1 4 與螺帽1 2鬆開或鎖緊。因此當 在氮氣清除手套箱（nitrogen purged glove box)中置換 或倒掉金屬容器1 0中的化學原料以避免化學原料暴露到周

%21pi^Ptd 第6頁 539822 五、發明說明（3) 圍空氣中時，這是相當費時且缺 因此為了避免上述和其他的文率的事 一是提出一種化學原料容器組件點，本發明的目的之 狀態，而此化學原料可以用來作 ^可以承受超高真空的 而金屬容器的設計要簡單及方便$ 2相沈積製程的原$ 行置換或倒掉化學原料的動作。’、乍，且要能夠可靠地進 發明概要 位達到上述及其他目的，本 一種容器密封裝置，其具有至少一 '的較佳實施例提供 構件，壓力構件具有多個連接構 *形狀的凸緣及一壓力 擠壓構件係可以將二凸緣互相壓合^ f個擠壓構件。藉由 根據本發明之一實施例中提 起。 置，密封裝置是位在金屬容器之底的可拆卸之密封裝 器的上面空間連接用以流出氣相化風爲因此I以使金屬容 以流入惰性氣體之管路。將可拆卸 ^料之官路及連接用 容器之底部可以避免在空間配置上的J J裝置放置在金屬 另外根據另一實施例來說，外部犬。 ;腔=真^體具有一内部容器，可以充7有化一學原 枓壯透過開口此内部容器可以從外部容器内移出，亦可 j裝入到外部容器中。一化學原料容器組件包含一内部容 器’係揭露於申請曰在2 0〇0年5月15曰的完成申請案 CPinish Application) FI 20001166號中，其係對應於公 開曰在2001年11月22日的美國專利公開第2001/0042523 號。另外，充填化學原料於金屬容器中的方法包括，將壓

pi i'.ptd 第7頁 539822 五、發明說明（4) 力構件鬆開、從凸緣上移開壓力構件、打開密封裝置並將 已使用過的金屬密封墊片拆下、拆卸已經使用過的内部容 器而將尚未使用過的内部容器裝上、將新的金屬密封墊片 置放到壓力構件中以使密封裝置呈現密封的狀態。此種操 作方法可以簡單地在手套箱内運作。 金屬密封結構包含有壓力構件，而壓力構件具有擠 壓構件用以將凸緣壓合在一起。上述金屬密封結構之專利 案可以參考在1996年3月19曰公告的美國專利案第 5, 499, 849號和在1998年1月13日公告的美國專利案第 5, 707, 089號，而其所揭露的全部内容在此處當成參考文 件。此種機構可以從Switzerland Evac International， I n c.購得，這種機構係可以用來壓合管路的凸緣，並且在 凸緣之間還配置有一金屬密封墊片。在此處所提出的較佳 實施例，由Fend等人所描述類似一種密封裝置，用來連接 二管路的密封裝置可以用來密封貯存有化學原料之金屬容 器，而化學原料可以用在氣相沉積系統中。 銅與鋁由於它們有較佳得延展性，它們可以具有良 好的密封特性，因此銅和鋁是最被常用來當作金屬密封墊 片的材料。而就本發明之化學原料容器組件而言，可以 依照化學原料儲藏的情況來使用合適的金屬密封墊片，較 常用是鎳墊片、鎳合金墊片、鍍鎳墊片、鍍貴金屬的墊片 (例如是鍍金）或退火轉換金屬墊片（例如是鈦）。經過退火 步驟的塾片之材料會在金屬内形成差排（dislocations)， 因此經過退火步驟的金屬會比在低溫機械加工處理過的金

9621p1f.ptd 第8頁 539822 五、發明說明（5) - 屬柔軟。不過，相較於由銅及鋁所製成的墊片，藉由上述 . 金屬所製成的墊片需要施以較大的壓力，來維持密封結構 的密封程度，因此需要使用較堅固的壓力構件。 圖號標示說明 · 1 0 :金屬容器 1 2 :螺帽 ‘ 14 :螺栓 1 6 :凸緣 1 8 :凸緣 2 0 :化學原料容器 2 2 :外部容器 丨p 24 :内部容器 2 5 :化學原料組件 3 0 :外部容器之上部 32 :側壁 3 4 :上壁 3 6 :凸緣 4 0 :外部容器之底部 42 :側壁 44 :底壁 46 :凸緣 48 :凹部 > 5 0 :金屬密封墊片 5 2 :擠壓構件

9621 pif.ptd 第9頁 539822 五、發明說明（6) 54 連 接 構 件 56 槌 紐 58 壓 力 螺 栓 60 氣 體 m 入 構 件 61 輸 入 閥 62 m 入 導 管 70 氣 體 排 出 構 件 71 排 出 閥 72 排 出 導 管 74 導 管 76 導 管 78 閥 門 80 内 部 容 器 81 蓋 子 82 多 孔 蓋 子 54 突 出 部 份 56 推 進 環 58 開 孔 59 扣 鎖 球 P ·· 幫浦 本發明 詳 細 說 明 請參照第1圖，其中第1圖繪示習知化學原料組件1 0 · 之立體示意圖。一金屬密封物（未繪示）位於二凸緣16, 18 之間，藉由多個螺栓1 4個別地穿過多個螺帽1 2，如此可以

9621 p 1 1、· ptd 第10頁 539822 五、發明說明（7) 在整個密封表面上施加甚大的壓力。 請參照第2圖及第3圖，其中第2圖及第3圖進一步繪示 習知化學原料容器與氣相沉積設備連接的平面示意圖。一 化學原料容器20 (source chemical container)係包含一 外部容器22 (outer container)和一内部容器24 ( inner container)，而第3圖還繪示内容器24的剖視示意圖，而 化學原料可以置換到内容器2 4中，或從内容器2 4中倒出。 而此種設計系統係揭露在申請日期為2 0 0 0年5月1 5日的完 成申請案第F I 2 0 0 0 1 1 6 6號中，係對應於2 0 0 1年1 1月2 2曰 所公開的美國專利公開第2 0 0 1 / 0 0 42 5 2 3號，在之後的文章 中係稱此文件為K e s a 1 a文件，而上述文件所揭露的技術内 容係包含為本發明的參考文件。 請參照第4圖’其繪不出一化學原料組件2 5 ( s 〇 u r c e chemical assembly)之一較佳實施例及外部容器之上部3〇 (upper part)，而外部容器之上部30係具有旋轉對稱之一 側壁32 (sidewall)及一上壁34 (top wall)，側壁32在較 低位置之壁上提供一凸緣36(flange)。而在第4圖中並沒 有全部分別指出每一個組件的名稱，熟悉該項技藝者應知 化學原料容器組件還可以具有加熱器，其係敘述在之前所 提到的文件（Kesala)中，藉由加熱器可以使固體或液體的 先驅物（P r e c u r s 〇 r )加熱成為汽態。 外部容器之底部4 0 ( b 〇 11 〇 m p a r t )係包含旋轉對稱之一側 壁42 (sidewall)及一底壁44 (bottom wall)。側壁42 在 較高位置之壁上提供一凸緣46 ( f 1 ange)。對外部容器來

9621pi Γ.ptd 第11頁 539822 發明說明（8) 兒底W40係用來作為是一種密封裝置，如下 斤it 再者底壁44具有一凹部48(recess)，而凹部48的 功用在下段文章中會有詳細的描述。 、 金屬⑨封墊片50 (metal sealing gasket)係位於 ^緣36與凸緣4 6之間，其放大示意圖係如第4圖的左側部、 份所示。金屬密封墊片5〇所構成的金屬比如是鎳、鎳合 金、鏟、錄金屬、鑛貴金屬的金屬（其中貴金屬比如是金或 ，）或退火轉換金屬（annealed transiti〇n metai)(比如 是欽），其，會較銅或鋁的抗化學物質腐蝕能力佳。 依严、第4圖及第5圖所示，擠壓構件52 (thrust piece)係分佈於凸緣3 6, 46之周圍，並且藉由擠壓構件 可以將凸緣3 6, 4 6相壓合在一起，而擠壓構件52係可以與 一連接f件5 4 ( 1 i n p丨e c e )相接合。每一擠壓構件5 2係 具有一樞紐56 (two hinge)，藉由樞紐56係可將擠壓構株 52環狀排列地與連接構件54接合在一起。而在1 9 9 8年1月 13日公告的美國專利案5, 7〇7, 〇89號中揭露的技術，其係 合併到本案作為參考文件，其係揭露藉由把柄（lug)和孔 洞的配合可以將連接構件環狀排列地與擠壓構件連接，而 把柄係為在其中之一的構件上，孔洞則位在另一構件上。 在5, 7 0 7, 0 8 9號的專利案中還揭露連接構件係位在擠壓構 件之一側’而連接構件可以藉由樞紐或把 固定在一起。另外，還可以藉由壓力螺目 bolt)、連接孔洞（b〇re h〇le)及内螺孔（internaiiy threaded bore)來連接擠壓構件52與連接構件54，以取代

539822 五 發明說明（9) 才區紐5 6的功能，其中連接：^丨 w ,、，f _ A #破， # ^ Ϊ 可以貫穿擠壓構件52的一側， 而内螺孔可以貫穿其中之一的逵揾燋Α ς 1θ 〇 w 件52。力μ、十，μ眘#办丨由 妾構件54或疋另一擠壓構 件52在上述的貫施例中，僅繪示出二壓力螺栓58。 处人Λ壓Λ件5ΙΛ接^件54、樞紐56及壓力螺栓58的 、、口 ΰ係疋義為一壓力構件（tensi〇n chain)。在操 可以將壓力螺栓5 8放鬆以拆卸壓力構件；而亦可以將壓力 螺栓5 8分別再拴回到連接孔洞中，以結合並鎖緊壓力構 件。如第4圖所示，擠壓構件52包含一傾斜内表面，藉由 傾斜内表面可以壓緊凸緣3 6, 4 6之傾斜外表面，以鎖緊9壓 力構件。在第4圖顯示出凸緣36, 46是錐形狀（coni cal')的 構造，其係類似公告於1 9 9 6年3月1 9日的美國專利案第 5，4 9 9，8 4 9號中所揭露出的凸緣，此案的揭露内容係合併 到本案作為參考文件。另外’本發明的凸緣3 6、4 6亦可以 是類似如在美國專利案第5, 7 0 7, 0 89號專利案中所揭露的 凸緣，其係為平面的樣式。 如第4圖所示，金屬容器提供一氣體輸入構件60 (gas infeed)及一氣體排出構件70(gas outlet)，其中氣體輸 入構件6 0 可以輸入比如是氮氣和氬氣等惰性氣體到金屬 容器内，而氣體排出構件7 0可以排出混雜化學原料的惰性 氣體。氣體輸入構件60 可以和一輸入導管62 (inlet conduit)相連接，而輸入導管62可以連接到惰性氣體的供 應源。一輸入閥61(inlet valve)係配置在輸入導管62的 f 延線上。氣體排出構件7 0會與一排出導管7 2 ( ou 11 e t conduit)連接，而排出導管72可以與進行化學氣相沈積、

9621pi 1' .ptd 第13頁 539822 五、發明說明（ίο) 原子層:尤積或其他』目關製程的反應腔體連接 在排出導管72的延線上。另外， 运可以為了進灯洗净的步驟，而配置導管74、 76(conduit)和一閥門78(valve)。 並 化學原料可：貯存在—内部容㈣ container)中，而内部容器8

且内部容器80可以藉由一客:、獒供盍子81 (lid)，I cover)與金屬容器内之翁，*盍子82 (porous lid 置在内部容器8 0上，嗒麸工間相連通，而蓋子8 1可以配 80可以是由玻璃製造$ = ’曰、可以是反過來配置。内部容器 之底部40的底壁44上之 料的任何其他適合材料由能夠接觸液體或固體化學原 ---—-^ ^ . 斤製造。如上所述，位在外部容器 凹部4 8可以容納内部容器8 0 (inner container)的麻却 /从谷碉π邯谷态δυ 容器80的周圍。從第5圖:、息並且凹部48可以環繞於内部 器之上部30在垂直方向\ 、的局部放大圖來看，外部容 部容器之上部30包含多^ f有一類似錐形狀的側壁32，外 此可以方便將内部容器8n ^部凹槽84(inner groove)，藉 換。如果想了解更多^ M ^外部容器3 0、4 0上移除或置 例，請參考美國專利Ϊ部容器8〇和其他可能的實施 露内容係合併到本案^ ，第2 0 0 1 / 0 0 4 2 523號，此案的揭 另外在操作方面/、、、考文件。 料排出後，化學原料細生ζ 化學原料組件2 5内之化學原 可以將輸入閥6 1 ”、排+ 5可以再填充化學原料。此時， 料組件25放置到一手=f 71及閥門78關閉，而將化學原 相（glove box)中，而貯存有固態

9621 pif.ptd 539822 五、發明說明（11) 或液態化學原料之另一新的内部容器8 0亦可以置放到手套 箱中，其中手套箱中係填充滿惰性氣體，並且是密封狀態 的及洗滌過的。而藉由鬆開壓力螺栓5 8使得壓力構件會從 外部容器3 0、4 0的凸緣3 6，4 6處鬆開，如此外部容器之底 部4 0會與外部容器之上部3 0分離，此時已將化學原料耗盡 之舊的内部容器8 0可以置換成新的内部容器8 0。而可以置 換一新的金屬密封墊片到凸緣3 6，46之間，並且再將外部 容器的上部3 0裝配到外部容器的底部4 0上，如此壓力構件 可以再鎖緊，壓力螺栓58又重新鎖上，而化學原料組件2 5 可以預備下一次製程操作上使用。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非 用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之 精神和範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之 保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

%21 pi 1’ · ptd 第15頁 539822 圖式簡單說明 第1圖繪示習知化學原料容器組件之立體示意圖。 第2圖繪示化學原料容器組件之正視示意圖，而第2 圖所繪的化學原料容器組件係類似於第1 圖所繪的化學原 料容器組件，而化學原料容器組件包括傳統的密封裝置及 一内部容器（未繪示），可以快速地充填及排出化學原料。 第3圖繪示第2圖中化學原料容器組件之部分橫切面 的不意圖。 第4圖繪示依照本發明一較佳實施例之化學原料容器 組件之剖面示意圖。 第5圖繪示第4圖中剖面線5 - 5之剖面示意圖，其係為 壓力構件的上視圖，而内部容器係為在外部容器之内。

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Claims (1)

1. 539822 六、申請專利範圍 1. 一種化學原料容器組件，適用於將化學原料傳送 到一反應腔體中以進行化學氣相沉積製程，其至少包括： 一金屬容器，具有複數個腔壁，以定義出一真空腔 體，而該金屬容器包括一第一部分及一第二部分； ’ 該第一部分係定義出一開口 ，該開口係位於該金屬 容器的該些腔壁上，透過該開口可以將新的原料傳輸到該 金屬容器中，亦可以將用過的原料從該金屬容器中移除； 該第一部分及該第二部分均具有一凸緣，而一金屬 密封墊片係位於該些凸緣之間，當該些凸緣互相對壓到該 金屬密封墊片上時，可以形成一金屬密封結構，該些凸緣 之至少一個係具有一錐形表面；以及 丨· 一壓力構件，係具有複數個連接構件，而該些連接 構件係具有複數個擠壓構件，當該些擠壓構件卡合並施壓 於於該些凸緣上時，則該壓力構件係為密封的狀態。 2 .如申請專利範圍第1項所述之化學原料容器組件， 其中該金屬密封結構及該壓力構件係位在該金屬容器的周 圍。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之化學原料容器組件， 其中該金屬容器係具有一上壁、一底壁及一側壁，該側壁 係以一旋轉對稱軸為中心呈現出大致旋轉對稱的樣式，一 截面係垂直於該旋轉對稱軸，而該截面係將該側壁分成該 第一部份及該第二部份，藉由該金屬密封結構係可以使該 第一零件部份及該第二零件部份互相密封再一起。 4.如申請專利範圍第1項所述之化學原料容器組件，

   9621 piΓ.ptd 第17頁 539822 將 以 可 D 開 該 過 透 器 容。 部内 内器 一容 之屬 料金 原該 學到 化裝 存安 宁 § ® 貝 — 懷可容 專括部 青 ；:包内 」、、還該 六 第 圍 範 利 專 請 中 如 5 凹 1 有 具 份 部一 第 該 中 其 ,容 件屬 組金 器該 容載 料承 原以 學可 化係 之口 述凹 所該 項， C D β— 立口 底 1 之 器 件 組 器 容 料 原 學 化 之 述 所 項 11 第 圍 範 利 專 請 中 如 6 體之 氣器 一容 且屬 並金 ，該 端近 底接 之在 器成 容形 屬均 金， 該件 近構 接出 在排 成體 形氣 是一 口及 開件 該構 中入 其輸 端 上 件 組 器 容 料 原 學 化 之 述 所 項 11 第 圍 範 利 專 請 中 如 鎳之 鍍中 、群 金族 合.的 鎳成 、組 錄所 由 於金 自換 選轉 係火 質退 材及 之 片金 塾的 封屬 密金 屬貴 金鑛 該、 中屬 其金 質 材 種一 於 用 適 法 方 的 中 器 容 屬 金 於 料 原 學 化 填 充 種一 8 相： 氣含 為包 作係 以法 可方 料的 原中 學器 化容 而屬 ，金 器於 容料 屬原 金學 一化 之填 下充 態該 狀， 空用 真之 度積 高沉 到 器 容 屬 金 該 置 放 内 箱 套 手 内 箱 ·， 手内 該箱 到套 料手 原該 學到 匕豐 的氣 換性 置惰 要一 置入 放通 個 數 複 從 件 構 力 Μ 該 將 且 並 件 構 力 Μ一 鬆 放 由 藉 之金 器 一 容成 屬構 金係 該片 開墊 打封 以密 開金 移一 上及 壁緣 腔凸 之些 器該 容中 屬其 金， 該置 及裝 上封 緣密 凸一 間 之 置 裝 封 密 該 於 介 係 構 結 封 密 屬 金 該 而 構 結 封 密 屬 料 原 學 化 的 過 用 使 除 移 中 器 容 金 該 從

   9621 pif.ptd 第18頁 539822 六、申請專利範圍 放置該要置換的化學原料到該金屬容器内；以及 藉由鎖緊該壓力構件，使該密封裝置呈現關閉的狀 態。 9 .如申請專利範圍第8項所述之充填化學原料於金屬 容器中的方法，其中從該金屬容器中移除使用過的化學原 料之步驟包含從該金屬容器内移除一内部容器的步驟。 I 0 .如申請專利範圍第9項所述之充填化學原料於金屬 容器中的方法，其中在進行放置要置換的化學原料到該手 套箱内的步驟時，係將貯存有要置換的化學原料之該内部 容器放置於該手套箱内。 II .如申請專利範圍第1 0項所述之充填化學原料於金 屬容器中的方法，其中在進行放置該要置換的化學原料到 該金屬容器内的步驟時，係將貯存有要置換的化學原料之 該内部容器放置於該金屬容器内。 1 2.如申請專利範圍第8項所述之充填化學原料於金屬 容器中的方法，還包含取出位於該金屬容器之該些凸緣之 間已使用過的一金屬密封墊片，並且在密封該密封裝置 前，還要置入新的該金屬密封墊片。 1 3. —種容器組件，適用於承載液體或固體化學原 料，以進行氣相製程，係包含： 一外部容器，係具有一上部及一底部，該上部及該底 部分別具有複數個凸緣，而藉由一金屬密封墊片配置在該 些凸緣之間，可以密封該些凸緣，其中該些凸緣之至少一 個具有一傾斜外表面；

   9621pif.ptd 第19頁 539822 六、申請專利範圍 一内部容器，係配置於該外部容器内，該内部容器係 可以裝載固體或液體之化學原料；以及 一壓力構件，係藉由複數個擠壓構件施壓到具有該傾 斜外表面之該些凸緣上之後，可以將該些擠壓構件之橫向 壓合力量轉換成長度方向之密封力量。 1 4.如申請專利範圍第1 3項所述之容器組件，還包括 一熱源，該熱源係使固體或液體化學原料氣化。 1 5 .如申請專利範圍第1 3項所述之容器組件，其中該 金屬密封墊片之性質係較鋁或銅硬，並且延展性係較鋁或 銅差。

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