前體輸送系統的制作方法

專利名稱：前體輸送系統的制作方法
技術領域：
002本申請一般地涉及半導體處理裝置，且具體涉及用于輸送反應 物氣體到處理腔室的設備。
背景技術：
003化學氣相淀積(CVD)是半導體產業中用于在諸如硅晶片的襯 底上形成材料薄膜的已知工藝。在CVD中，不同反應物的反應物氣體
(在此也被稱為"前體氣體")被輸送給反應腔室中的一個或多個襯 底。在很多情況下，反應腔室僅包括被支撐在襯底支架(諸如基座) 上的單個襯底，其中襯底和襯底支架被維持在期望的工藝溫度。反應 物氣體彼此反應以形成襯底上的薄膜，其中生長率由溫度或反應物氣 體的量來控制。
004在一些應用中，將反應物氣體以氣體形式存儲在反應物源器具 中。在這些應用中，反應物蒸汽在環境壓力(即正常壓力)和環境溫 度下經常為氣態。這些氣體的示例包括氮氣、氧氣、氫氣和氨氣。然 而，在一些情況下，使用在環境壓力和環境溫度下為液體或固體(例 如氯化鉿)的源化學物質("前體")的蒸汽。這些源化學物質可能 必須被加熱以產生足夠數量的蒸汽以用于反應過程。對于一些固體物 質(在此被稱為"固體源前體")，室溫下的蒸汽壓力低至它們必須 被加熱以產生足夠數量的反應物蒸汽且/或必須被維持在非常低的壓力 下。 一旦汽化，重要的是要使氣相反應物在整個處理系統中保持在汽 化溫度或高于汽化溫度，從而防止閥門、過濾器、管道和與輸送氣相 反應物到反應腔室相關聯的其他部件中的非期望的冷凝。來自這些自然固體或液體物質的氣相反應物對于各種其他工業中的化學反應是有 用的。
005原子層淀積(ALD)是用于在襯底上形成薄膜的另一種己知工 藝。在很多應用中，ALD如上所述使用固體和/或液體源化學物質。ALD 是一種氣相淀積類型，其中通過在循環中執行的自飽和反應來建立薄 膜。薄膜的厚度通過所執行的循環次數來確定。在ALD工藝中，交替 并重復地向襯底或晶片施加氣態前體以在晶片上形成材料的薄膜。在 自限制工藝中一種反應物被吸附到晶片上。不同的、隨后脈沖輸送的 反應物與所吸附的材料反應以形成期望材料的單一分子層。通過適當 選擇的試劑在反應過程中可能出現分解，諸如在配位體交換或吸雜反 應中。在典型的ALD反應中，每個循環形成不超過一個分子單層。通 過重復的生長周期來產生更厚的膜，直到達到目標厚度。
006典型的固體或液體源前體輸送系統包括固體或液體源前體器具 和加熱裝置(例如，輻射熱燈、電阻加熱器等)。該器具包括固體(例 如以粉末形式)或液體源前體。該加熱裝置加熱器具以增大器具中的 前體氣體的蒸汽壓力。該器具具有用于惰性運載氣體(例如N2)流過
器具的入口和出口 。運載氣體攜帶前體蒸汽一起經過器具出口并最終 到達襯底反應腔室。該器具通常包括用于將器具的內含物流動地隔離 于器具外部的隔離閥門。通常，在器具入口的上游提供一個隔離閥門， 并在器具出口的下游提供另一個隔離閥門。前體源器具一般具有從入 口延伸到出口的管道、管道上的隔離閥門以及閥門上的配件，這些配 件被配置為連接到其余襯底處理設備的氣流管線上。經常期望提供許 多附加加熱器，用于加熱在前體源器具與反應腔室之間的不同閥門和 氣流管線，以防止前體氣體冷凝或淀積在這些部件上。因此，在源器 具與反應腔室之間的氣體傳送部件有時被稱為"熱區"，在該熱區中溫 度被維持在前體的汽化/冷凝溫度之上。
007已知提供蛇形或曲折的流動路徑以便于運載氣體的流動，同時 其被暴露于固體或液體前體源。例如，美國專利4,883,362、 7,122,085 和7,156,380均公開了這種蛇形路徑
發明內容
008在一個方面， 一種化學反應物源器具，包括器具本體、在所述 器具本體內的通道和直接附連到所述器具本體的表面的閥門。所述器
具本體限定一內部腔室，該內部腔室適于容納固體或液體化學反應物， 且所述通道從所述器具本體的外部延伸到所述腔室。所述閥門被配置 為調節穿過所述通道的流動。
009在另一個方面， 一種用于襯底蒸汽處理的氣相反應器的氣體輸 送系統，其包括用于處理襯底的氣相反應腔室、適于容納固體或液體 化學反應物的器具、連接到所述器具的大致平坦表面的入口閥門、連 接到所述器具的所述大致平坦表面的出口閥門、從所述入口閥門穿過 所述器具達到所述出口閥門的氣流路徑以及多個氣體面板閥門。所述 氣流路徑被配置為傳送氣體從而接觸被容納在所述器具內的固體或氣 體化學反應物。所述氣體面板閥門包括在所述出口閥門下游并流動地 插入在所述出口閥門與所述反應腔室之間的至少一個閥門。每個所述 氣體面板閥門沿著大致平行于所述器具的所述平坦表面的平面放置， 所述平面與所述器具的所述平坦表面之間的距離不超過大約10.0 cm。
010在另一個方面， 一種化學反應物源器具包括容器、閥門和過濾 器。所述容器限定適于容納固體或液體化學反應物的內部腔室。所述 容器的壁具有從所述容器外部延伸到所述腔室的通道。所述閥門附連 到所述壁，并且適于調節通過所述通道進入和來自所述腔室的氣流。 所述過濾器在所述壁中，并且適于阻止微粒物質流過所述通道。
011在又一個方面， 一種用于襯底蒸汽處理的氣相反應器的氣體輸 送系統包括用于處理襯底的氣相反應腔室、適于容納固體或液體化學 反應物的器具、連接到所述器具的出口閥門、用于從所述出口閥門輸 送反應物氣流到所述反應腔室的氣體輸送系統、在所述反應腔室的下 游的蒸汽排出部件、連接到所述器具的通風閥門以及一個或多個管道， 所述管道用于從所述通風闊門輸送氣流到所述排出部件而不使其流過 所述氣體輸送系統或所述反應腔室。
012在又一個方面，提供一種用于將化學反應物源器具連接到用于 襯底蒸汽處理的氣相反應器的氣體接口組件的設備。所述設備包括器 具、氣相反應器的氣體接口組件以及用于將所述器具連接到所述氣體 接口組件的連接組件。所述器具具有適于容納固體或液體化學反應物的腔室。所述器具包括與所述腔室流體連通的入口和出口。所述氣體 接口組件具有適于連接到器具腔室的所述出口的氣體入口 。所述連接 組件包括軌道部件和抬升組件。所述軌道部件包括一個或多個細長軌 道，所述細長軌道適于可移動地接合所述器具的一個或多個軌道接合 構件。所述抬升組件被配置為在降低位置與升高位置之間垂直移動所 述軌道部件。當所述器具的一個或多個軌道接合構件與所述軌道部件 的所述一個或多個軌道接合，且當所述抬升組件將所述軌道部件移動 到其升高位置時，所述器具的出口將被定位到與所述氣體接口組件的 所述氣體入口基本直接流體連通。
013為了概括本發明及相對現有技術實現的優點，上面己經描述了 本發明的某些目標和優點。當然，應該理解根據本發明的任何特定實 施例可以不必實現所有這些目標或優點。因此，例如，本領域技術人 員將認識到，可以以實現或優化本文教導的一個優點或一組優點而不 必實現本文可能教導或建議的其他目標或優點的方式來體現或實現本 發明。
014所有這些實施例希望處于本文公開的發明范圍內。通過以下優 選實施例的詳細描述并參考附圖，本發明的這些及其他實施例對本領 域技術人員來說將變得顯而易見，本發明并不局限于所公開的任何特 定的(多個)優選實施例。


015通過參考以下描述、隨附的權利要求和附圖，本發明的這些和 其他方面對于技術人員來說將是顯而易見的，這些內容希望舉例說明
而非限制本發明，其中
016圖l是傳統前體源組件和反應腔室組件的示意性圖示說明。017圖2是傳統固體前體源器具的透視圖。
018圖3是在用于原子層淀積的反應物氣體脈沖中理想的和稍不理 想的源化學濃度的圖示。
019圖4是傳統前體源器具和氣體面板的示意性圖示說明。020圖5是帶有表面安裝的閥門和氣體面板的前體源器具的示意性 圖示說明。021圖6是帶有表面安裝的閥門和與器具緊密熱接觸的氣體面板的 前體源器具的示意性圖示說明。
022圖7是前體源器具、用于與該器具流體連通的氣體接口組件以 及使該器具與該氣體接口組件連接和斷開的快速連接組件的優選實施 例的透視圖。
023圖8是圖7的器具的分解透視圖。024圖9是圖7的器具的后透視截面視圖。025圖10是圖7的器具的后截面視圖。026圖11是器具本體的可替換實施例的頂透視圖。027圖12是包括托盤組的蛇形插入物的實施例的分解透視圖。028圖13是圖12的蛇形插入物的上堆疊托盤的透視圖。029圖14是圖13的上堆疊托盤的頂視圖。030圖15是圖12的蛇形插入物的下堆疊托盤的透視圖。031圖16是圖15的下堆疊托盤的頂視圖。032圖17是安裝在前體源器具的蓋上的過濾器的截面視圖。033圖18是可以用于圖17的過濾器的過濾材料的實施例。034圖19是用于使運載氣體和反應物氣體流過前體源器具和氣相 反應腔室的氣體運輸系統的示意性圖示說明。
035圖20和圖21是顯示為連接的圖7的器具和氣體接口組件的前 透視圖。
036圖22是圖7的前體源器具和氣體接口組件的頂前透視圖，且 其帶有快速連接組件的可替代實施例。
037圖23是顯示為連接的圖22的器具和氣體接口組件的頂前透視 圖。
038圖24是顯示為分離的圖22的器具和氣體接口組件的底前透視 圖。
039圖25是圖19的氣體輸送系統的示意性圖示說明，其中通風閥
門和專用通風管線被添加到前體源器具。040圖26是帶有通風閥門的前體源器具的透視圖。041圖27是圖26的器具的透視圖，該器具連接到圖22-24的氣體
接口組件。
ii042圖28是圖26的器具的截面視圖，添加了用于器具的專用加熱 器件。
具體實施例方式
043申請專利證書的本申請公開了改進的前體源器具、用于裝載并 連接該該器具到反應器的設備和方法以及使用帶有蒸汽處理反應器的 器具的接口。所公開的實施例提供到反應物蒸汽的良好通路(access), 降低了反應器的氣體輸送系統的污染，并且提供了前體源器具的改進 適用性(例如，替換或再充裝)。
044以下關于優選實施例和方法的詳細描述給出了某些特定實施例 的細節以幫助理解權利要求。然而，可以用如權利要求所定義和覆蓋 的多種不同的實施方式和方法來實踐本發明。 氣體輸送系統概述
045圖1示意性圖示說明用于將在固體或液體前體源器具10處產 生的氣相反應物注入到氣相反應腔室12內的傳統前體輸送系統6。技 術人員將理解本發明的前體輸送系統可以包含圖1的氣體輸送系統6 的很多方面。因此，現在描述傳統輸送系統6以便更好地理解本發明。
046通過參考圖l，固體或液體源器具IO容納固體或液體源前體(未 顯示)。固體源前體是在標準條件(即室溫和大氣壓)下為固體的源 化學物質。類似地，液體源前體是在標準條件下為液體的源化學物質。 前體在源器具10內汽化，該源器具10可以被維持在汽化溫度或高于 汽化溫度。然后將汽化的反應物注入到反應腔室12內。反應物源器具 10和反應腔室12可以分別位于反應物源殼體16和反應腔室器具18 內，優選分別將其抽空和/或進行熱控制。如本領域所知，這可以通過 向這些部件提供分離的冷卻和加熱器件、絕緣體和/或隔離閥門和相關 聯的配管來實現。
047圖示說明的氣體輸送系統6特別適用于輸送要在氣相反應腔室 中使用的氣相反應物。這些氣相反應物可以用于淀積(例如，CVD) 或原子層淀積(ALD)。
048從圖1可以看出，反應物源器具IO和反應腔室12適于通過第 一管道20彼此選擇性地流體連通，從而將氣相反應物從反應物源器具10注入到反應腔室12 (諸如ALD反應腔室)。第一管道20包括一個 或多個隔離閥門22a、 22b，其可以用于在對反應物源器具IO和反應腔 室器具18 二者或之一進行抽空和/或維護的過程中分離反應物源器具 10和反應腔室12的氣體空間。
049優選使用不活潑氣體或惰性氣體作為汽化前體的運載氣體。惰 性氣體(例如氮或氬)可以通過第二管道24注入到前體源器具10中。 反應物源器具10包括用于連接到第二管道24的至少一個入口和用于 從器具IO抽出氣體的至少一個出口。器具10的出口連接到第一管道 20。器具10可以在比反應腔室12的壓力更高的壓力下進行操作。因 此，第二管道24包括至少一個隔離閥門26，該隔離閥門26可以用于 在維護或更換器具的過程中流動隔離器具10的內部。控制閥門27優 選位于反應物源殼體16外部的第二管道24中。
050在另一變體中(其可以應用于本發明的實施例中)，可以通過 向反應物源器具IO施加真空而并不使用運載氣體來將前體蒸汽抽到反 應腔室12中。這有時被稱為"蒸汽抽吸"。
051在又一個變體中(其也可以應用于本發明的實施例中)，可以 通過如以文氏管效應(Venturi effect)在器具外部產生較低壓力的外部 氣流來將前體蒸汽抽出器具10。例如，可以通過使運載氣體沿著在器 具10下游的路徑朝向反應腔室12流動來抽取前體蒸汽。在一些條件 下，這可以在器具IO與運載氣體的流動路徑之間產生壓力差。這一壓 力差促使前體蒸汽朝向反應腔室12流動。
052當使用固體源前體時，為了去除分散的固體粒子，氣體輸送系 統6包括凈化器28，通過該凈化器28引入汽化的反應物。凈化器28 可以包括一個或多個非常不同的凈化器件，諸如機械過濾器、陶瓷分 子篩和能夠從反應物氣流中分離分散的固體或微粒或最小分子尺寸的 分子的靜電過濾器。在器具10中提供附加凈化器也是已知的。特別地， 美國公布的專利申請US2005/0000428A1公開了包括封閉在鋼容器內 的玻璃坩堝的器具，該坩堝容納反應物源并具有帶過濾器的蓋。該蓋 與附連到鋼容器的器具蓋分離。
053通過繼續參考圖1，反應物源器具10位于反應物源殼體16內。 殼體16的內部空間30可以被保持在減少的壓力下(例如lmTorr至10Torr，且經常為大約500mTorr)以促'進輻射加熱殼體16內的部件并 且使這些部件彼此熱隔離以有助于一致的溫度場。在其他變體中，殼 體未被抽空并且包括對流增強器件(例如，風扇、交叉流動等)。圖 示說明的殼體16包括一個或多個加熱器件32，諸如輻射加熱器。同時， 可以提供反射器薄片34，其可以被配置為圍繞殼體16內的部件以將由 加熱器件32產生的輻射熱量反射到位于殼體16內的部件。可以在殼 體16的內壁40上以及在殼體的頂板7和底板9上提供反射器薄片34。 在圖示說明的設備中，第一管道20的實質長度被包含在反應物源殼體 16內。因此第一管道20將固有地接收一些熱量以防止反應物蒸汽的冷 凝。
054反應物源殼體16可以包括形成于該殼體的外壁38與內壁40 之間的冷卻套管36。該冷卻套管36可以容納水或其它冷卻液。該套管 36允許殼體16的外表面38保持在環境溫度或接近環境溫度。
055為了防止或減小在ALD工藝的交替脈沖之間來自反應物源器 具10的氣流，有可能在第一管道20中形成不活潑氣體壁壘。這有時 也被稱為第一管道20的一部分中的"惰性氣體閥"或"擴散壁壘"， 其通過形成氣相壁壘來防止反應物從反應物源器具10流到反應腔室 12，該氣相壁壘是通過使氣體沿與第一管道20中的正常反應物流相反 的方向流動而形成的。可以通過將不活潑氣體經由第三管道50注入到 第一管道20內來形成氣體壁壘，該第三管道在連接點52處連接到管 道20。第三管道50可以連接到供應第二管道24的惰性氣體源54。在 注入來自反應物源器具10的氣相脈沖之間的時間段內，優選通過第三 管道50將不活潑氣體注入到第一管道20內。可以經由第四管道58提 取這一氣體，該第四管道在位于第一連接點52的上游(即更靠近反應 物源器具10)的第二連接點60處連接到第一管道20。以這種方式， 在第一連接點52與第二連接點60之間的第一管道20中(在反應物脈 沖之間)形成與正常反應物氣流方向相反的惰性氣流。第四管道58可 以與排氣源64 (諸如真空泵)連通。也可以提供限流器61以及閥門 56、 63和70。美國專利申請公布US2005/0000428A1中圖示說明和描 述了氣體輸送系統6的更多細節。
056現有的固體或液體前體源輸送系統(諸如圖1所示的系統6)
14具有很多缺點和限制。 一個缺點是有時必須提供大量附加加熱器來加
熱在前體源器具(諸如器具10)與反應腔室(諸如反應腔室12)之間 的氣體管線和閥門。特別地，通常期望將所有這些介入的氣體傳送部 件(例如，閥門22a、 22b、 70、凈化器28、管道20)保持在高于前體 的冷凝溫度的溫度，以防止前體蒸汽淀積在這些部件上。典型地，這 些介入部件由線形加熱器、盒式加熱器、熱燈等分別加熱。 一些系統 (例如，美國專利申請公布US2005/0000428A1)利用這些額外的加熱 器將介入部件偏置到比源器具的溫度更高的溫度。這種溫度偏置有助 于防止變冷過程中前體在介入部件里冷凝。由于源器具一般具有比插 入的氣體傳送部件更高的熱質量，所以這些部件存在比源器具更快冷 卻到冷凝溫度的風險。這可能導致不期望的情況，即源器具仍然產生 可能流到更涼的介入部件處并淀積于其上的前體蒸汽。溫度偏置可以 克服這一問題。然而，對額外加熱器的需求增大了設備的總尺寸和運 行成本。
057此外，傳統固體源輸送系統通常采用在源器具出口與襯底反應 腔室之間的過濾器(諸如圖1中的凈化器28)，以便防止固體前體粒 子(例如運載氣流中帶走的粉末)進入反應腔室。這些過濾器也增大 設備的總尺寸并且可能需要附加加熱器以防止在其中的冷凝。同時， 這些過濾器一般在源器具出口的下游，這帶來以下風險前體粒子可 能淀積在器具出口的下游處的氣體傳送部件上，諸如氣體管道內或器 具出口閥門自身內。這些粒子可能損壞諸如閥門等部件，這可能損害 它們完全密封的能力。
058傳統固體或液體源輸送系統的另一個缺點是經常難以對前體源 器具重新裝料或替換該前體源器具。圖2顯示包括容器本體33和蓋35 的典型前體源器具31。蓋35包括從該處向上延伸的入口管43a、 43b 和出口管45a、 45b。隔離閥門37插入在入口管43a、 43b之間，且隔 離閥門39插入在出口管45a、 45b之間。另一個隔離閥門41插入在連 接管43a和管45a的氣體管線之間。入口管43a、 43b和出口管45a、 45b提供通過容器本體33的惰性運載氣體流動。管43a、 45a—般包括 配件47，這些配件被配置為連接到反應物氣體輸送系統的其他氣流管 線。當固體或液體源前體被耗盡且需要更換時，通常用滿載源化學物質的新源器具來更換整個源器具31。更換源器具31需要關閉隔離閥門 37和39，將配件47與其余襯底處理設備斷開，在物理上去除器具31， 在適當位置放置新器具31，并將新器具31的配件47連接到其余襯底 處理設備上。通常，這一過程還涉及拆卸各種熱電偶、管線加熱器、 夾具等。這些過程可能有點費力。
059傳統固體或液體源輸送系統的另一個缺點是氣體輸送系統可能 產生停滯流動的區域(也被稱為"盲管段(dead legs)")。當來自前體 源器具的氣體流動路徑更長且更復雜時容易出現盲管段。用于源器具
的傳統入口隔離閥門和出口隔離閥門(如上所述)可能產生盲管段。 通常，盲管段增大在輸送系統的氣體傳送部件上出現不想要的前體淀 積的風險。當前體在低于升華/融化溫度的溫度下凝固時，這種不想要 的前體淀積可能由于與盲體積相關聯的冷點而發生。當前體在高溫下 下分解時，這種不想要的前體淀積也可能由于與盲體積相關聯的熱點 而發生。正因為如此， 一般期望降低和最小化反應物氣流的停滯。一 般也期望減少溫度受控的表面面積，以便減少產生熱點和冷點的可能 性。
060最小化盲管段的數量和體積的另一個原因是為了減少插入在前 體源器具與襯底反應腔室之間的氣體輸送系統的總體積。隨著氣體輸
送系統的總體積增大，與ALD處理相關聯的最少脈沖時間和最少清除 時間經常也增加。最少脈沖時間是使被處理的襯底表面飽和的注入反 應物所必需的脈沖時間。最少清除時間是在反應物脈沖之間將過量反 應物清除出襯底反應腔室和氣體輸送系統所必需的時間。當減少最少 脈沖時間和最少清除時間時，襯底產量(可以處理襯底的速度)增加。 因此，期望降低盲管段的數量和體積以便增加產量。061減少氣體輸送系統的總體積的另一個好處是改進反應物氣體脈 沖的"脈沖形狀"。對于反應物氣體脈沖，該脈沖形狀指的是反應物/ 載體混合物中反應物的化學濃度的曲線的形狀。圖3示出理想反應物 濃度曲線80以及稍不理想的曲線82的示例。兩條曲線均包括由反應 物濃度基本為零的時間段86分隔的反應物氣體脈沖84。理想曲線80 類似于直線波，諸如方波。優選基本上為直線的波形，因為對于每個 反應物氣體脈沖非常需要在最短的時間內將反應物種類輸送到襯底表面上的所有可用反應位置(飽和)，以便使襯底產量最優化。如曲線
80中所示，直線脈沖形狀使產量最優化，因為每個脈沖的持續時間具 有高的反應物濃度，這反過來減少輸送足夠反應物種類到襯底表面所 必需的脈沖持續時間。同時，直線脈沖形狀的減小的分散降低了不同 前體的連續脈沖之間的"脈沖重疊"量，這降低不想要的CVD生長模 式的可能性。相反，非理想曲線82的每個脈沖84的脈沖濃度要花費 更長的時間來達到其最大水平，這增加了使襯底表面完全飽和所必需 的脈沖持續時間。因此，曲線80的頻率小于曲線82的頻率。隨著氣 體輸送系統的總體積增加，脈沖形狀惡化。因此，期望通過最小化盲 管段來改善脈沖形狀(即，使其更像方波)。
062傳統固體源輸送系統的另一個缺點是在處理之前在前體源器具 通風中具有污染的風險。通常向前體源器具提供器具中氣體的初壓力。 例如，充滿前體粉末的源器具經常和處于稍微高于環境壓力(例如， 高出5 psi)的壓力的氦氣或其他惰性氣體一起運載。氦氣通常用于使 利用氦泄漏探測器的"外限(out-bound)"氦泄漏測試能夠正好在運
載之前確保器具的完整性。該氦氣經常被留下或者被N2或其他惰性氣
體替代，從而如果存在小泄漏，則該氣體從器具內向外泄漏，防止對 于器具內前體的大氣污染。在該器具被用于襯底處理之前通常去除內 部氣體的初壓力。典型地，器具的內部氣體經過器具的出口隔離閥門、 經過反應物氣體輸送系統并最終經過反應器的排氣裝置/濾清器被排 出。在一些系統中，器具的內部氣體經過襯底反應腔室排出。其他系 統采用與反應腔室平行(即從正好在反應腔室上游的一點延伸到正好 在反應腔室下游的一點)的氣體管線，從而器具的內部氣體可以被引 導到排氣裝置/濾清器而不流經反應腔室。在任何情況下，當前的器具 設計在器具釋放初壓力時均存在粒子生成的風險。這可能導致前體粉 末被通風流動(即排出器具的內部加壓氣體)帶走，其可能污染并有 可能損壞包括器具出口本身的氣體輸送系統的下游部件。即使在正常 處理過程中，前體材料(例如粉末)也可能被流過前體源器具的運載 氣體帶走，這存在前體在氣體輸送系統內的不想要的淀積的風險。063當前公開的前體輸送系統的實施例通過采用改進的前體源器具 和用于使該器具與輸送系統的剩余部分快速連接或斷開的設備來基本上克服這些問題。現在描述這些方面。
與源器具近熱接觸的氣體面板
064圖4-6圖示說明三種不同的氣體面板布置。氣體面板通常包括 在前體源器具的下游的一個或多個閥門，并且也可以包括在器具上游 的一個或多個閥門。圖4圖示說明傳統的布置，其中源化學物質被容 納在源器具10內。氣體面板90包括能夠可操作地輸送來自運載氣體 源(未顯示)的運載氣體經過器具10并進入反應腔室(未顯示)內的 多個閥門。入口閥門91通過管道系統93連接到器具10的上游，而出 口閥門92通過管道系統94連接到器具10的下游。在這一傳統布置中， 入口閥門91、出口閥門92以及氣體面板90的閥門和管道系統一般不 與器具10進行緊密的熱接觸。
065圖5圖示說明相對于圖4的布置有一定程度改進的布置。在圖 5的布置中，前體源器具100具有表面安裝的入口閥門108和表面安裝 的出口閥門110。閥門108和110通過管道系統95和96與傳統氣體面 板90分隔開。在這一布置中，閥門108和110與器具IOO密切熱接觸， 但是氣體面板90的閥門和管道系統則不這樣。
066圖6圖示說明相對于圖5的布置有所改進的布置。在圖6的布 置中，源器具100具有大致平坦的上表面以及表面安裝的入口閥門108 和表面安裝的出口閥門110。同時，布置氣體面板97，從而氣體面板 的閥門和管道系統沿著大致平行于器具100的大致平坦表面的平面定 位。為了增加器具100與氣體面板閥門和管道系統之間的熱接觸，氣 體面板閥門和管道系統的平面與器具100的大致平坦表面之間的距離 優選不超過大約10.0cm，更優選地不超過大約7.5 cm，且更加優選地 不超過大約5.3 cm。
帶有表面安裝的閥門和蛇形路徑的源器具
067圖7顯示改進的固體或液體前體源器具IOO和快速連接組件102 的優選實施例。源器具100包括容器本體104和蓋106。蓋106包括表 面安裝的隔離閥門108和110，這在下面更詳細地描述。
068圖8-10更詳細地顯示圖7的源器具100。圖8是源器具100的 分解視圖，而圖9和圖10是源器具100的后截面視圖。圖示說明的器 具100包括容器本體104、在本體104內的蛇形路徑插入物112和蓋部件106。通過緊固元件124 (諸如螺釘或螺帽與螺栓的組合)將圖示說 明的組件緊固在一起。緊固元件124適于延伸進入本體104的凸緣126 中的對準孔內。技術人員將認識到該組件可以通過各種替代性方法緊 固在一起。
069蛇形路徑插入物112優選限定曲折的或蛇形路徑111，當運載 氣體流過器具100時它必須經過該蛇形路徑111。蛇形路徑112優選容 納前體源，諸如粉末或液體。促使運載氣體流過長的蛇形路徑111同 時暴露于前體源，這導致運載氣體攜帶更多的反應物蒸汽。蛇形路徑 111明顯比傳統前體源器具內的運載氣流路徑更長。由于運載氣體需要 沿更長的路徑流動并暴露于前體源，其在更長的時間內暴露于前體源 并因此更有可能被前體飽和。蛇形路徑111還降低了在處理過程中加 熱器具100的重要性，因為運載氣體在更長的駐留時間內被暴露于更 多的反應物化學物質，實際效果是降低升華/汽化所需要的溫度。閥門 108和110 (在下面描述)和閥門210 (下面通過參考圖25-28進行描 述)經受較不惡劣的環境，由此增加它們的可靠性。降低的溫度需求 也增加了設計中的部件選項。性能也得到改善，因為更容易輸送足量 的反應物蒸汽到反應腔室。同時，在ALD處理過程中，每個反應物脈 沖的濃度變得更少地隨時間變化。換句話說，隨著運載氣體接近由反 應物蒸汽完全飽和，反應物脈沖形狀變得更接近直線波形。
070優選提供彈簧114以朝向頂蓋106偏壓蛇形插入物112，從而 防止反應物氣體經過插入物112與蓋106之間的接口逸出。換句話說， 彈簧114傾向于降低氣體繞過一些或全部蛇形路徑的風險。適當的彈 簧114包括扁平線壓緊彈簧，諸如由Lake Zurich, IL的Smalley Steel Ring公司出售的Spirawave⑧波形彈簧。
071在可替代實施例中，蛇形路徑111被直接機械加工到容器本體 104或器具蓋106內。例如，圖11顯示具有直接機械加工于其中的整 體成形的蛇形路徑111的容器本體104。
072在另一個可替代實施例中，如圖12-16所示，蛇形插入物112 包括多個堆疊的托盤，其共同限定出蛇形氣體流動路徑。例如，圖12 示出多個堆疊托盤230、 240，這些堆疊托盤被配置為可移除地插入到 容器本體104內(圖7-10)并且共同限定出包括器具100的至少一部分曲折路徑的螺旋氣流路徑。在圖12-16中，放大了托盤230、 240的 高度以便于圖示說明。應該理解托盤可以在垂直方向制作得更薄，從 而器具100具有顯著大于其總體高度的直徑。
073在圖示說明的實施例中，四個托盤堆疊在一起三個上托盤230 和一個下托盤240。托盤的數量可以基于諸如升華速率、載體流動等參 數發生變化。
074參考圖13和圖14，每個上托盤230包括防止氣體從其中流過 并在托盤230的整個高度延伸的實心分配器231和允許氣體從其中流 過的局部分配器232。優選地，該局部分配器包括網篩233，該網篩233 被配置為保留大的前體微粒同時允許自由氣體從其中流過。在圖示說 明的實施例中，網篩233延伸跨過局部分配器232的頂部，同時固體 面板完全占據局部分配器232的高度。環狀輪圈234也在上托盤230 的高度上延伸。實心分配器231和局部分配器232共同限定出用于保 持固體源材料(未顯示)的主隔室235和在托盤230的下表面處開口 的外通道隔室236。圖示說明的上托盤230具有中心核237，該中心核 包括中心通道238以容納輸送運載氣體到底托盤240的氣體入口管。 圖示說明的上托盤230還具有在其上表面上的多個釘(peg) 239以及 在其下表面上的相應多個孔(未顯示)，所述孔用于接收另一個更下 面的托盤的釘。對照操作可以更好地理解，如下所述，希望中心核237 的下表面上的孔相對于上表面上的釘239旋轉偏移，從而使多個托盤 適當地彼此對準以限定盤旋的流動路徑。在某些優選實施例中，主隔 室中流動所暴露的角落(comer)被圓形化以最小化由尖角角落引起的 流動停滯。
075參考圖15和圖16，最下托盤(lowesttray) 240包括防止氣體 從中流過并在托盤240的整個高度延伸的實心分配器241和允許氣體 從其上流過的局部分配器242。優選地，局部分配器242僅提供面對疊 覆的上托盤230中間的中心通道238的開口，這將通過參考圖12的描 述得以更好地理解。環狀輪圈244也在下托盤240的高度上延伸。輪 圈244、實心分配器241和局部分配器242共同限定出用丁保持固體源 材料(未顯示)的主隔室245和外通道隔室246。在優選實施例中，固 體源材料僅最大程度充滿主隔室245，且甚至充滿通道隔室246。在可
20替代的實施例中，固體源材料充滿主隔室的高度的三分之一至三分之
二之間。圖示說明的下托盤240也具有中心核247、在其上表面上的多 個釘249以及在其下表面上的相應多個孔(未顯示)，所述孔用于接 收從容器本體104的底板向上突出的釘(圖7-10)，其中通道隔室246 突出到中心核247內。
076如圖12的分解視圖所示被組裝的托盤230、 240的組。每個上 托盤230和下托盤240的主隔室235、 245加載有前體源化學物質，優 選呈現為粉末形式。下托盤240和多個上托盤彼此堆疊在一起并加載 到外部容器本體104內。托盤230、 240通過釘239、 249和相應的孔 對準，從而氣體流動進入每個托盤，優選至少流過圍繞主隔室且角度 在200。-355。范圍內的彎折，然后向上進入疊覆的上托盤230的管道隔 室236。容器蓋106 (圖7和圖8)然后關閉并密封整個容器本體104， 并且從蓋開始延伸的中心管215向下延伸經過上托盤230的中心管道 238從而開口到下托盤240的管道隔室246內。圖12顯示中心管215 但是未顯示蓋106。中心管215被配置為將傳送的運載氣體輸送到器具 IOO的入口內。在某些優選實施例中，經常將彈簧或其他偏壓裝置(未 顯示)放置在240下面以一起偏壓所有的托盤，防止從中心核到不同 層級的泄漏。
077在操作中，惰性氣體優選被輸送到托盤230、 240的組，并水 平地經歷長的盤旋流動路徑，優選在垂直地退出每個托盤之前經過每 個托盤230、 240中主隔室的大約200°-350。弧形段。在圖示說明的實 施例中，提供惰性運載氣體經過中心入口 215，該中心入口 215向下延 伸經過上托盤230的對準中心管道238，從而開口到下托盤240的管道 隔室246內。惰性氣體盤旋巻起主隔室245中的前體源化學物質，直 到遇到疊覆的上托盤230的下表面內的開口。這一開口允許運載氣體 及其攜帶的汽化前體通過并進入疊覆的上托盤230的管道隔室236內， 氣體從該管道隔室236起經過網篩233 (圖13)并進入主隔室235。氣 體盤旋巻起在這一主隔室235中的固體前體，優選在遇到疊覆的上托 盤230等的下表面上的開口之前經過大約200、35(T的弧形段，等等。 在最上面的上托盤230處，允許氣體離開器具100，優選經過器具蓋 106處的表面安裝的出口閥門110 (下面描述)。當然，應該理解根據需要可以反轉流動路徑。換句話說，惰性運載氣體可以從頂部托盤開 始經向下流過托盤組。
078再次參考圖8-10，在圖示說明的實施例中，器具蓋106包括入 口闊門108和出口閥門110。入口閥門108具有經由管道121接收運載 氣體的入口端。管道121具有配件122，該配件122適于連接到氣體接 口組件180 (下面描述)的氣體管線133的配件131 (圖7)。入口閥 門108還具有出口端，該出口端優選與插入物112的蛇形路徑111的 第一部分117 (諸如末端部分)流體連通。出口閥門110具有入口端和 出口端，該入口端優選與蛇形路徑lll的第二部分119(諸如末端部分) 流體連通，該出口端與蓋106的適當氣體出口 (諸如孔口 128)流體連 通。在使用中，運載氣體流進管道121并流經入口閥門108、蛇形路徑 lll和出口閥門llO，并最終從孔口128退出。因此，這一實施例可以 實現的結果包括將隔離閥門安裝到蓋106的表面上，并促使運載氣體 在暴露于前體源的情況下沿曲折的或蛇形路徑流動。技術人員將認識 到可以不同地配置器具100。
079如上面所解釋，傳統的固體或液體前體源器具包括從器具本體 或蓋延伸的分離的管，其中閥門被內嵌地連接于這些管。例如，圖2 的傳統器具31包括從蓋35向上延伸的分離的管43b和45b，其中閩門 37和39附連到這些管上。器具37的閥門37和39并不直接附連到或 者接觸蓋35。結果，來自器具31的反應物氣體流出出口管45b并且接 著進入出口閥門39，這可能包括帶有滯流或盲區氣體體積的流動路徑。 另外，傳統器具31的隔離閥門37、 39和41顯著地與器具蓋35和本 體33熱隔離。不管存在或不存在盲體積或"盲管段"，管道系統和閥 門均難以有效地以三維幾何形狀來加熱。這些閥門具有比蓋35和本體 33更小的熱質量，因此傾向于更快地加熱或冷卻。這就是為什么在傳 統系統中經常特別使用額外加熱器(諸如線形加熱器、盒式加熱器、 直接加熱燈等)在系統冷卻的過程中向閥門和相關管道系統提供熱量， 以防止這些部件比器具31更快地冷卻(這會產生不希望的情況，即反 應物蒸汽流進這些部件并淀積于其上)。傳統閥門和管道系統的另一 個問題是它們會比器具31更快地加熱。對于一些前體，這會產生一種 情況，即閥門和管道系統變得比前體的分解溫度更熱，致使前體分解并淀積于其上。
080相反，源器具100的隔離閥門108和110 (圖7-10)優選直接 安裝到器具100的蓋106的表面。這種表面安裝技術可能被稱為集成 或一體氣體系統。與傳統前體源器具(例如圖2)相比，表面安裝的閥 門108和110可以通過消除閥門與器具100間的管道系統來減少氣體 輸送系統中的盲管段(停滯的反應物氣流)，這簡化并縮短了反應物 氣體的運行路徑。由于存在減小溫度梯度的壓縮幾何形狀和改良熱接 觸，閥門和管道系統更能經受加熱的檢驗。圖示說明的表面安裝的閥 門108和110分別具有閥門節流塊118和120，這些閥門節流塊優選包 括閥座和可調節流動限制器(例如隔膜)，以便選擇性控制氣體流動 經過閥座。這些閥門108和110通過限制經過閥座的所有氣流來隔離 器具100。節流塊118、 120可以與器具蓋106整體成形或者分別成形 并安裝于其上。在任何一種情況下，節流塊118、 120優選具有與器具 蓋106相對高程度的熱接觸。這導致閥門108和110的溫度在器具100 的溫度變化過程中保持接近蓋106和容器本體104的溫度。這一表面 安裝的閥配置可以減少防止汽化的前體氣體冷凝所需的加熱器的總數 量。當器具100的溫度高于前體源化學物質的汽化溫度時，汽化的前 體可以自由地流到閥門108和110。由于閥門108、 IIO在溫度爬升過 程中緊密地追隨器具100的溫度，所以閥門的溫度也有可能高于汽化 溫度，由此降低對防止前體在閥門中冷凝的額外加熱器的需求。縮短 的氣流路徑也更好地適用于受控加熱。表面安裝的閥門108和110也 具有更小的封裝空間需求。
081閥門108和IIO中的每一個優選包括閥門節流塊，該閥門節流 塊包括可以受到閥門限制或由閥門打開的氣體流動通道。例如，通過 參考圖9和圖10，閥門108的節流塊118優選包括內部氣流通道，該 氣流通道從管道121延伸穿過節流塊118的一側123到達區域113。區 域113優選包括用于限制氣體流動的內部設備(未顯示)，諸如閥座 和可移動限流器或隔膜。在一個實施例中，可以通過以手動或自動的 方式旋轉旋鈕(例如，閥門108的更大的圓柱形上部181)來移動可移 動的內部限流器或隔膜。另一個內部氣流通道優選從區域113延伸穿 過塊118的相對側125到達入口通道，該入口通道從蓋106延伸進入器具100。例如，該入口通道可以延伸進入由蛇形插入物112限定的曲 折路徑lll。閥門110和通風閥門210 (下面通過參考圖25-28進行描 述)可以類似于閥門108進行配置。在一個實施例中，閥門108和110 是氣動閥門。特別優選使閥門節流塊118和120與器具蓋106整體形 成。這消除了對二者之間的分離密封件的需求。
082在另一個實施例中，閥門108、 110和210 (圖25-28)被形成 為不帶節流塊(諸如節流塊118、 120)并且優選與器具100的一部分
(諸如器具蓋106)整體成形。 過濾器
083優選地，前體源器具包括用于過濾流過器具的氣體以防止微粒 物質(例如源化學物質的粉末)逸出器具的過濾設備。該過濾設備可 以被裝備在器具的蓋中，優選處于表面安裝的閥門108、 110和/或210
(圖25-28)的下面。優選地，該過濾設備包括用于器具的每個入口和 出口的分離的過濾器。
084圖17是過濾設備130的一個實施例的截面視圖，該過濾設備 130可以安裝在反應物源器具的本體或蓋(例如圖8的蓋106)中。圖 示說明的設備130是由凸緣132、過濾介質134和緊固元件136形成的 過濾器。在這一實施例中，確定過濾器130的尺寸和形狀以緊密適配 到器具的蓋(例如，圖8的蓋106)的凹槽138內。凸緣132的周界可 以是圓形、矩形或其它形狀，且該形狀優選緊密地符合凹槽138的周 界。過濾材料134被配置為限制大于某一尺寸的氣攜粒子(gas-entrained particle)通過開口的通道，該開口由凸緣132的環形內壁140限定。 材料134優選阻擋由壁140限定的整個開口。材料134可以包括各種 不同材料中的任一種，且在一個實施例中是高流動燒結的鎳纖維介質。 在其它實施例中，過濾介質由其它金屬(例如不銹鋼)、陶瓷(例如 氧化鋁)、石英或一般包括在氣體或液體過濾器中的其它材料制成。 材料134優選焊接或粘附到環形壁140上。在一個實施例中。過濾器 130包括表面安裝的夾心過濾器，諸如由CA的Santa Clara的TEM Products出售的那些過濾器。
085在圖示說明的實施例中，緊固元件136包括朝向蓋106的壁146 偏壓凸緣132的彈簧扣環。環136優選緊密適配在凹槽138的周界中的環形槽142內。扣環136可以包括例如扁平線壓緊彈簧，諸如由IL 的Lake Zurich的Smalley Steel Ring公司出售的Spirawave⑧波形彈簧。 可以提供額外的不同類型緊固元件以將過濾器130緊固到蓋106上。 優選地，緊固元件136防止運載氣體和反應物蒸汽流過凸緣132與蓋 106之間的接口，從而所有氣體必須流過過濾材料134。可以提供副凹 槽147以限定在過濾器130的出口側上的高壓間148，這可以改善被過 濾氣流的質量。圖示說明的過濾器130是易于更換的，即簡單地通過 從環形槽142上去除扣環136、從凹槽138上去除過濾器130、插入新 過濾器130以及將扣環136重新插入到環形槽142內來實現更換。
086過濾器凹槽138優選位于前體源器具的隔離閥門中的一個附近。 在圖17的實施例中，凹槽138在源器具100的出口隔離閥門110 (圖 1)的閥門節流塊120的正下方。技術人員將理解可以提供與器具的每 個隔離閥門相關聯的單獨過濾器130，這些隔離閥門包括入口閥門108 和通風閥門210 (圖25-28)。通道145從高壓間148延伸到閥門節流 塊120的通道144。在圖示說明的實施例中，節流塊120獨立于器具蓋 106而形成，且優選在其間具有密封件。在另一個實施例中，塊120 與蓋106整體形成，且以相同的鉆孔操作形成通道144和145。
087圖18是根據一個實施例的過濾材料134的表面部分的放大截 面視圖。在這一實施例中，過濾材料134包括大粒子過濾層150和小 粒子過濾層152。大粒子過濾層150優選過濾相對較大的粒子，而小粒 子過濾層152優選過濾相對較小的粒子。大粒子過濾層150包括多個 孔眼151。在一個實施例中，大粒子過濾層150是大約20-60%的孔眼， 且更優選地為30-50%的孔眼。在一個實施例中，大粒子過濾層150是 大約42%的孔眼。大粒子過濾層150可以包括例如不銹鋼材料。大粒 子過濾層150優選包括大多數的過濾材料134。由于存在孔眼151，過 濾材料134產生相對低的壓降。可以通過一個或多個支撐管154來用 于增強大粒子過濾層150的結構剛性。小粒子過濾層152可以具有 0.05-0.2微米的孔尺寸，且更優選地為大約0.10微米。小粒子過濾層 152可以具有大約5-20微米的厚度，且更優選地為大約IO微米。小粒 子過濾層152可以包括例如氧化鋯的涂層。大粒子過濾層150的每一 側均可以涂覆有小粒子過濾層152。適當的過濾材料是一種類似于由Pall公司出售的AccuSep過濾器的過濾材料。 氣體接口組件
088圖19是可以用于使運載氣體和反應物氣體流動經過前體源器 具100和氣相反應腔室162的氣體輸送系統160的示意性圖示說明。 如此處所述，輸送系統160包括器具100、運載氣體源164、下游凈化 器或過濾器166和若干附加閥門。如上所述，隔離閥門108、 IIO優選 被表面安裝在器具100上。運載氣體源164可操作地輸送惰性運載氣 體到連接點168。閥門170被安放在連接點168與器具入口閥門108 之間。閥門172被被安放在連接點168與連接點174之間。閥門176 被安放在連接點174與器具出口閥門110之間。凈化器166和附加閥 門178被安放在連接點174與反應腔室162之間。如圖示說明，器具 IOO可以具有適當的控制和報警界面、顯示器、面板等。
089當希望運載氣體流過器具100并流到反應腔室162時，閥門170、 108、 110、 176和178被打開，且閥門172被關閉。相反地，當期望運 載氣體在其去反應腔室162的路上繞開器具100時，閥門172和178 被打開，且優選所有的閥門170、 108、 110和176被關閉。閥門178 可以用于將反應腔室162與氣體輸送系統160隔離開，例如用于維護 和維修。
0卯通過再次參考圖7，前體氣體輸送系統(諸如圖19所示的系統) 可以被嵌入氣體接口組件180內，該氣體接口組件180有助于控制運 載氣體和反應物蒸汽經過器具100和相關聯的氣相反應腔室的流動。 圖示說明的氣體接口組件180包括多個閥門182 (其可以執行與圖19 的閥門170、 172、 176和178基本相同的功能)、下游凈化器或過濾 器184和加熱器板186。閥門182可以包括在原理和操作上類似于閥門 節流塊118和120的閥門節流塊188。
091通過參考圖7和圖19，氣體管線133從閥門182中接收來自運 載氣體源164的運載氣體的一個閥門延伸出。例如，氣體管線133延 伸開始處的閥門182可以基本上執行圖19的閥門170的功能。圖7并 未示出從運載氣體源延伸到這一 閥門內的氣體管線，但應該理解要提 供這種氣體管線。氣體管線133包括當器具與氣體接口組件180連接 時連接到器具100的運載氣體入口配件122上的配件131。氣體接口組件180的出口 135輸送氣體到反應腔室162。應該理解源器具的運載氣 體入口可以被配置為類似于出口孔口 128。
092通過繼續參考圖7，加熱器板186加熱閥門182和器具100， 優選達到高于前體的汽化溫度的溫度。優選實施例的各種閥門、閥門 節流塊和氣體管道之間的高水平熱接觸，以及加熱器板186到這些部 件的接近性降低了防止在器具100下游的氣體傳送部件中的前體冷凝 所需的總熱量。加熱器板186可以由各種不同類型的加熱器加熱，諸 如盒式加熱器或線形加熱器。加熱器板可以由各種材料形成，諸如鋁、 不銹鋼、鈦或各種鎳合金。熱箔型(Thermofoil-type)加熱器也可以用 于加熱加熱器板186和閥門節流塊188。使用熱箔型加熱器可以允許可 變的功率密度或多于一個的溫度控制區域。將可變的功率密度或多個 溫度控制區域與加熱器板186結合可以使得引發沿氣體流動路徑的溫 度梯度成為可能。這可以隨著反應物蒸汽向下游移動而使其逐漸加熱， 從而避免冷凝。合適的熱箔加熱器由MN的Minneapolis的Minco公司 出售。也可以提供額外的加熱器(包括線形加熱器、盒式加熱器、輻 射熱燈和熱箔型加熱器)來加熱器具蓋106和容器本體104。
093在一些實施例中，可以提供專用加熱器以加熱器具100。在一 個具體實施例中，如圖18所示(在下面更詳細地描述)，在器具的容 器本體104的下表面之下提供專用加熱器件220。
094如上所述，也可以通過"蒸汽抽吸"和外部氣體流動方法來將 前體蒸汽從器具100中抽出。在蒸汽抽吸方法中，對器具100施加真 空以抽出蒸汽。例如，可以在反應腔室162的下游施加真空，其中閥 門110、 176和178打開且閥門108、 170和172關閉。可以通過例如 使用真空泵來施加真空。在外部氣體流動方法中，可以通過使運載氣 體從源164流到反應腔室162來將前體蒸汽抽出器具100，其中閥門 110、 172、 176和178打開且閥門108和170關閉。在某些條件下，這 可以在器具100與運載氣體的流動路徑之間產生壓力差，該壓力差導 致前體蒸汽流向反應腔室。 快速連接組件
095通過繼續參考圖7，快速連接組件102優選便于更快捷且更簡 單地使前體源器具100加載、對準和連接到氣體接口組件180。快速連
27接組件102在人體工程學上是友好的且有助于器具100的更換、再充 裝和適用性。在謹記這些目標的情況下，可以提供各種不同類型的快 速連接組件，且技術人員將理解圖示說明的組件102僅是一個實施例。 快速連接組件102可以被包含在真空外殼內，且源器具100和支撐控 制硬件被封裝在該外殼內。
096通過參考圖7、 20和21，圖示說明的快速連接組件102包括基 底190、從基底190的邊緣向上延伸的軸架192、軌道部件194和抬升 組件196。基底190可以優選固定到氣體輸送系統6 (圖1)的下內表 面，諸如在反應物源殼體16的底板9上。優選地，軸架192在基底190 上面的位置處連接到并支持氣體接口組件180。軌道部件194包括平臺 198和在平臺198的相對側上的兩個滾輪軌道200。具有對準滾輪204 的一對滾輪組件202優選固定到器具100的相對側上。在這一實施例 中，滾輪204被確定尺寸并配置為在軌道部件194的軌道200內滾動， 從而器具100可以容易且快速地在平臺198上定位。
097當滾輪組件202與軌道200接合從而將器具100加載到平臺198 上時，出口閥門IIO的出口優選垂直對準氣體接口組件180的閥門182 中的一個閥門的入口。抬升組件196被配置為在降低位置(圖7所示) 與升高位置(圖20-21所示)之間垂直移動平臺198。當器具100被加 載到平臺198上且平臺被移動到其升高位置時，出口閥門110的出口 優選直接地或間接地與閥門182之一的入口連通。可能需要最小程度 的手動調節來適當密封出口閥門110的出口與閥門182的入口之間的 接口。在圖示說明的實施例中，出口閥門110的出口是閥門節流塊120 中的孔口 128。以這種方式，快速連接組件102使得前體源器具100 能夠與氣體接口組件180快速連接。
098如圖20所示，圖示說明的抬升組件196包括可以人工開動剪 刀腿197以垂直移動平臺198的抬升把手195。例如，把手195和腿 197可以以類似于一些現有自動起重器的方式進行操作。在一個實施例 中，當把手195旋轉近似180°時，抬升組件196將平臺198抬升到其 升高位置。然而，應該認識到可以替代性地提供其他類型的抬升裝置。
099快速連接組件102使得易于用新的器具調換耗盡的器具100。 另外，由于組件102簡化了器具的移除和安裝，也更易于執行器具IOO的常規維護。優選地，器具100的重量被設置成可以容易地由單個技
師來操控。
100圖22-24顯示快速連接組件102的可替代實施例。圖示說明的 組件102包括平臺198和軸架192。平臺198包括軌道200，該軌道適 于接收附連到器具100的相對側上的舌片206。提供一個或多個抬升裝 置208來升高平臺198。在圖示說明的實施例中，抬升裝置208包括在 平臺198下面的螺栓。可以旋轉這些螺栓以促使平臺198升高到與器 具100相關聯的連接位置。可以提供導向設備(未顯示)來維持平臺 198的垂直對準。 通風閥門
101如上所述，前體源器具通常具有器具中的惰性氣體(例如氦) 的初壓力。在將這一初壓力降低到典型工藝壓力的排放過程中，固體 前體粒子變成煙霧狀散開并且被惰性氣體流出物帶走。這可能污染氣 體輸送系統，因為這一氣體通常經過器具的出口隔離閥門、反應物氣 體輸送系統并最終經過反應器的排氣裝置/濾清器排出。稍后，在襯底 處理過程中，由前體輸送路徑和通風路徑共用的氣體面板的被污染部 分可能導致在襯底上進行ALD的過程中出現處理缺陷。
102在優選實施例中，通過在前體源器具上提供附加通風閥門和在 氣體輸送系統中提供專用通風管線以便在處理之前釋放器具內的氣體 的初壓力，從而基本上克服這一問題。圖25-28圖示說明本發明這一方 面的實施例。圖25是圖19的氣體輸送系統160的示意性圖示說明， 其中器具通風閥門210被添加到前體源器具100，且專用通風管線211 被連接到通風閥門210。圖示說明的通風管線211直接延伸到排氣裝置 /濾清器。排出的氣體可以在不污染氣體輸送系統的情況下被充分釋放， 該氣體輸送系統形成輸送前體到反應腔室162的路徑，諸如部件110、 176、 166、 178或其間的氣體管線。
103表面安裝的限流器可以添加到器具通風閥門210上以降低通風 流速，由此降低可能攪動前體源(例如粉末)的湍流。適當的表面安 裝的限流器由CT的Farmington的Mott公司出售，其也被稱為GSMR 限流器。
104圖26顯示包括通風閥門210的前體源器具100的示例。在這一實施例中，通風閥門210位于入口隔離閥門108與出口隔離閥門110 中間。然而，技術人員將認識到其他布置是可能的。優選地，通風閥 門210包括閥門節流塊212，其可以基本類似于閥門節流塊118和120。 圖27示出圖26的器具100，如上所述其連接到圖22-24的氣體接口組 件。
105圖28是圖26的器具100的實施例的截面視圖。如上面所指出， 器具IOO包括容器本體104、蛇形插入物112、彈簧114和器具蓋106。 器具蓋106包括表面安裝的隔離閥門108和110，以及優選表面安裝的 隔離閥門210。優選地，閥門108、210和IIO分別包括閥門節流塊118、 212和120。圖28還示出閥門節流塊的內部氣體通道214。如上面所指 出，閥門節流塊120包括供應前體蒸汽和運載氣體到氣體接口組件180 的氣體出口 128。
106過濾器優選與閥門108、 210和110中的每一個相關聯。在圖 示說明的實施例中，器具蓋106包括與每個閥門相關聯的過濾器130
(例如，如圖17所示及如上所述)。應該認識到可以使用各種不同類 型的過濾器。這些過濾器防止前體粒子逸出器具100。
107盡管已經在某些實施例和示例的背景下公開了本發明，本領域 技術人員將理解本發明超出特別公開的實施例并延伸到其他可替代實 施例和/或用途以及明顯的修改及其等價物。因此，本發明不希望受到 此處特別公開的優選實施例的限制。
權利要求
1. 一種化學反應物源器具，包括器具本體，其限定內部腔室，該內部腔室適于容納固體或液體化學反應物；通道，其在所述器具本體內，所述通道從所述器具本體的外部延伸到所述腔室；和閥門，其直接附連到所述器具本體的表面并被配置為調節經過所述通道的流動。
2. 如權利要求1所述的器具，其中所述閥門被連接到所述器具本 體的所述表面且所述闊門與所述器具本體的所述表面之間沒有任何管 道。
3. 如權利要求l所述的器具，其中所述閥門至少部分地與所述器 具本體整體成形。
4. 如權利要求1所述的器具，其中所述閥門包括-閥門節流塊，其安裝到所述器具本體或與所述器具本體整體成形，所述節流塊限定閥座并包括限定所述通道的內部氣流管道，所述氣流 管道與所述閥座流體連通；和可移動的限流器，其適于阻擋氣流穿過所述閥座。
5. 如權利要求1所述的器具，其中所述器具本體包括 容器本體；和器具蓋，其適于接合所述本體以限定二者之間的所述腔室，所述 通道在所述蓋之內，所述閥門直接附連到所述蓋。
6. 如權利要求1所述的器具，其中所述器具本體包括入口和出口， 所述腔室包括曲折路徑，所述曲折路徑被配置為包含所述化學反應物， 所述曲折路徑從所述入口延伸到所述出口 。
7. 如權利要求6所述的器具，其進一步包括在所述腔室內的蛇形 插入物，所述蛇形插入物限定所述曲折路徑。
8. 如權利要求6所述的器具，其進一步包括在所述腔室內的托盤 的組，所述托盤共同限定包括所述曲折路徑的至少一部分的螺旋氣流 路徑。
9. 如權利要求6所述的器具，其中所述曲折路徑被機械加工成所 述容器本體或所述器具蓋。
10. —種用于襯底蒸汽處理的氣相反應器的氣體輸送系統，包括 氣相反應腔室，其用于處理襯底；器具，其適于容納固體或液體化學反應物；入口閥門，其連接到所述器具的大致平坦表面；出口閥門，其連接到所述器具的所述大致平坦表面；氣流路徑，其從所述入口閥門穿過所述器具達到所述出口閥門，所述氣流路徑被配置為傳送氣體從而接觸容納在所述器具內的固體或氣體化學反應物；和多個氣體面板閥門，其包括在所述出口閥門下游并流動地插入在所述出口閥門與所述反應腔室之間的至少一個閥門；其中每個所述氣體面板閥門沿著大致平行于所述器具的所述平坦表面的平面放置，所述平面與所述器具的所述平坦表面之間的距離不超過大約10.0 cm。
11. 如權利要求10所述的氣體輸送系統，其進一步包括 通風閥門，其連接到所述器具的所述平坦表面并沿著所述平面定位，所述通風閥門與所述氣流路徑流體連通；和 蒸汽排出部件，其在所述反應腔室的下游；一個或多個管道，用于從所述通風閥門輸送氣流到所述排出部件， 而不使其流過所述氣體面板閥門或所述反應腔室。
12. —種化學反應物源器具，包括容器，其限定適于容納固體或液體化學反應物的內部腔室，所述 容器的壁具有從所述容器外部延伸到所述腔室的通道；閥門，其附連到所述壁，所述閥門適于調節通過所述通道進入和 來自所述腔室的氣流；和過濾器，其在所述壁中，所述過濾器適于阻止微粒物質流過所述通道o
13. 如權利要求12所述的器具，其中所述閥門至少部分地與所述 壁整體成形。
14. 如權利要求12所述的器具，其中所述容器包括容器本體和適 于接合所述容器本體的蓋，從而在所述蓋與所述本體之間限定所述腔 室，所述壁包括所述蓋的一部分。
15. 如權利要求14所述的器具，其中所述蓋的內表面包括接收所 述過濾器的凹槽，所述通道的一端終結于所述凹槽中，且另一端和所 述閥門流體連通，所述過濾器包括凸緣，其具有限定所述凸緣內的開口的內環壁，所述凸緣被定位 在所述凹槽內；禾口過濾材料，其基本充滿所述凸緣的所述開口；其中所述腔室內的氣體在不流過所述過濾材料和所述凸緣中的所 述開口的情況下不能流過所述通道。
16. —種用于襯底蒸汽處理的氣相反應器的氣體輸送系統，包括 氣相反應腔室，其用于處理襯底；器具，其適于容納固體或液體化學反應物； 出口閥門，其連接到所述器具；氣體輸送系統，其用于從所述出口闊門輸送反應物氣流到所述反 應腔室；蒸汽排出部件，其在所述反應腔室的下游；通風閥門，其連接到所述器具；和一個或多個管道，用于從所述通風閩門輸送氣流到所述排出部件， 而不使其流過所述氣體輸送系統或所述反應腔室。
17. 如權利要求16所述的氣體輸送系統，其中所述通風閥門直接 連接到所述器具的壁上。
18. 如權利要求16所述的氣體輸送系統，其中所述器具的所述壁 具有從所述器具的外部延伸到所述器具的內部腔室的通道，所述內部 腔室被配置為容納所述固體或液體化學反應物，所述通風閥門被配置 為調節穿過所述通道的氣流，所述系統進一步包括在所述壁中的過濾 器，所述過濾器適于阻止微粒物質流過所述通道。
19. 一種用于將化學反應物源器具連接到用于襯底蒸汽處理的氣 相反應器的氣體接口組件上的設備，包括器具，其具有適于容納固體或液體化學反應物的腔室，所述器具 包括與所述腔室流體連通的入口和出口 ；氣相反應器的氣體接口組件，所述氣體接口組件具有適于連接到 器具腔室的所述出口的氣體入口；禾口連接組件，用于將所述器具連接到所述氣體接口組件，該連接組 件包括軌道部件，其包括一個或多個細長軌道，所述細長軌道適于 可移動地接合所述器具的一個或多個軌道接合構件；和抬升組件，其被配置為在降低位置與升高位置之間垂直移動 所述軌道部件；其中當所述器具的一個或多個軌道接合構件與所述軌道部件的所 述一個或多個軌道接合，且當所述抬升組件將所述軌道部件移動到其 升高位置時，所述器具的出口將定位成與所述氣體接口組件的所述氣 體入口基本直接流體連通。
20. 如權利要求19所述的設備，其中所述一個或多個軌道接合構件包括對準的滾輪，且所述一個或多個軌道被配置為接收所述滾輪。
21. 如權利要求19所述的設備，其中所述一個或多個軌道接合構 件包括舌片，且所述一個或多個軌道被配置為可滑動地接收所述舌片。
22. 如權利要求19所述的設備，其中所述氣體接口組件包括加熱 器板，所述加熱器板適于加熱所述器具以及所述器具和所述氣體接口 組件的多個閥門。
23. 如權利要求19所述的設備，其進一步包括 入口閥門，其適于調節穿過所述器具的入口的氣流；和 出口閥門，其適于調節穿過所述器具的出口的氣流； 其中所述閥門直接附連到所述器具的表面。
24. 如權利要求23所述的設備，其中所述閥門至少部分地與所述 器具整體成形。
25. 如權利要求23所述的設備，其中所述器具包括容器本體和適 于接合所述容器本體以限定二者之間的所述腔室的蓋，所述器具入口 和器具出口被限定在所述蓋之內，所述閥門附連到所述蓋。
全文摘要
一種前體源器具(100)包括器具本體(104)、在器具本體(104)內的通道(145)以及附連到本體(104)的表面的閥門(108，110，210)。內部腔室(111)適于容納化學反應物，而且通道(145)從本體(104)外部延伸到腔室(111)。閥門(108，110，210)調節穿過通道(145)的流動。器具(100)具有入口閥門和出口閥門(108，110)，且可選擇地具有用于排出內部氣體的通風閥門(210)。外部氣體面板(97)可以包括流動地插入在出口閥門(110)與襯底反應腔室(162)之間的至少一個閥門(182)。每個氣體面板閥門(182)可以沿一平面放置，該平面基本平行于器具(100)的平坦表面并且距離該平坦表面不超過大約10.0cm。器具蓋(106)或壁中的過濾器(130)過濾通過器具的閥門(108，110，210)的氣流。快速連接組件(102)允許將器具(100)快速且容易地連接到氣體面板(97)。
文檔編號C23C16/448GK101522943SQ200780037724
公開日2009年9月2日 申請日期2007年10月10日 優先權日2006年10月10日
發明者C·L·懷特, E·舍羅, K·方朱爾利亞, M·E·維吉斯 申請人:Asm美國公司