專利名稱：直接液體噴射裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明大體上涉及半導體處理裝置中的前體噴射，特別涉及一種 液體前體或前體液體溶液噴射器，其用在例如對容納在相應處理室內(nèi)
的硅晶片進行原子層沉積(ALD)。
背景技術：
原子層沉積(ALD)處理是把基體反復、交替地暴露于一種或多 種單獨的氣相化學前體/反應物。當前在用或剛剛開始使用的許多前體 只以液態(tài)或固態(tài)存在。許多這些前體共有的一個物理特性是低蒸汽壓 力，因此依賴材料的室溫平衡氣相無法滿足供應濃度大到足以處理器 件晶片的氣體。必須施加外部能量來使得材料相變成氣(蒸汽)相， 以提供處理所需的足夠濃度。這可通過在液態(tài)下加熱和使用起泡方法 來實現(xiàn)。但是，系統(tǒng)溫度能升高到多少是有限制的，因為化學物質(zhì)傳 送系統(tǒng)中(一般)還有其它成分，包括化學物質(zhì)本身，其具有不得超 過的溫度極限。因此，為了從這些低蒸汽壓力材料生成濃度足夠的氣 體，使用有時稱為直接液體噴射的另一種蒸發(fā)液體的方法。市場上有 許多這類系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)中的大多數(shù)適用于化學氣相沉積(CVD) 所需的連續(xù)、持續(xù)操作。少數(shù)系統(tǒng)設計成可在ALD中使用短脈沖(劑 量)，但它們的集成仍受限。由于ALD的小劑量要求，以及系統(tǒng)的劑 量輸出需要模擬沒有延遲的實時控制信號，需要滿足下列特征來實現(xiàn)最佳性能
-在計量閥(相變閥)處對液體前體的有限制加熱，以防止化學 物質(zhì)的分解，該化學物質(zhì)由于該過程的小劑量特性將以極慢速率消耗，
-計量閥內(nèi)的有限容積，座對座方式，以防止閥泵送液體，
-蒸發(fā)之前與液體在計量閥之后的有限表面接觸(最大程度減少 液體在閥之后的表面輸送)，
-裝置的大傳導性，以使得在計量(相變)閥處由處理室泵造成 的壓力盡可能最低，
—液體向蒸發(fā)器輸送時方向不變動，這使得液體離開載氣氣流并 附著在管道邊界表面上。
如前所述，現(xiàn)有許多提供用于對可結合到ALD系統(tǒng)中的液體前 體進行蒸發(fā)的系統(tǒng)，但所有這些系統(tǒng)的設計各不相同，沒有共同的基 礎，都是些獨立部件。這對集成到系統(tǒng)中來說是個挑戰(zhàn)，該系統(tǒng)要求 在上游和下游設置閥、岐管、進行監(jiān)控等，同時對整個部件組件保持 加熱，以防止蒸汽在處理室之前冷凝在管道表面上。
由于前體的特異性，許多前體的價格十分昂貴，因此極其需要盡 可能減少浪費。盡管一般使用運行/排放策略來通過以下方式傳送劑量
a) 提供通向前級管道的第一路徑，以確立/穩(wěn)定所需濃度和流量；
b) 在給定時間內(nèi)提供通向處理室的第二路徑，以傳送劑量，然
后
c) 導引回到第一路徑，返回前級管道，
但仍需要最大程度減小前級管道的浪費和中止劑量之間的任何可 能的消耗。
因此，需要有一種具有上述特征的前體噴射器。此外，需要一種 能限制表面接觸、輸送時間、剩余液體儲存、加熱前體并能提供通向 處理室的高傳導性路徑的噴射器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種用于混合、蒸發(fā)前體成分并把該前體成分高傳
7導性地與遠程處理環(huán)境連通的0012698.7
裝置。特別是，本發(fā)明特別適用于與例
如硅晶片處理操作有關的原子層沉積(ALD )或化學氣相沉積(CVD ) 工藝。
提供托盤底座或其它合適的支撐結構，其上固定用于根據(jù)相應壓 力引入前體液體的供應計。壓電控制閥與該供應計連通，用于控制流 入混合岐管的該前體液體的流量。蒸發(fā)器部件岐管與載氣供應合作， 并提供用于同時傳送入該混合岐管的載氣。
另外的特征包括蒸發(fā)部件，該蒸發(fā)部件具有至少一個加熱元件， 該加熱元件與該混合岐管連通并與該蒸發(fā)器主體中的混合材料合作， 使得該液體前體相變成蒸汽輸出。沿位于蒸發(fā)主體下游的至少 一對高 傳導性運行/排放閥傳送蒸汽輸出，該高傳導性運行/排放閥一般構建 在蒸發(fā)器部件岐管結構內(nèi)，從而計量供給到遠程處理室。
另外的特征包括提供至少一個與蒸發(fā)器部件岐管連通以用于傳送 蒸汽的底座岐管?？稍O置多個底座岐管與蒸發(fā)器部件岐管連通，至少 一個底座岐管還用作進一步混合蒸汽的稀釋氣體進入管線。
設置第二加熱元件與載氣供應在傳送給混合岐管之前連通。所述 加熱元件都還可包括與腔相關聯(lián)的電線圏電阻加熱器，載氣和預蒸發(fā) 前體/氣體混合物中的至少一個通過該腔。
還可設置蒸發(fā)器岐管與起泡器岐管合作，以用于較低蒸氣壓的前 體。至少一對、 一般是多對成組形成的運行/排放閥安裝在所述部件岐 管(或可選的起泡器岐管)上與蒸發(fā)主體下游部位連通。
與混合岐管有關的另外特征包括它有特定形狀和尺寸，并且還 包括環(huán)形通路，該環(huán)形通路將液體前體與和跨接岐管關聯(lián)的同樣圓形 的匹配結構連通，形成在環(huán)形通路與圓形匹配結構之間的合作間隙的 環(huán)形形狀允許載氣進入并把液體巻入混合材料中，該混合材料包括位 于下方的加熱玻璃料，載氣不接觸與所述蒸發(fā)部件相關的壁。跨接岐 管同樣可包括長度方向上的路徑，其延伸至與載氣進口連通的所述環(huán) 形通路。
本發(fā)明另 一 公開的變例可包括用于混合和蒸發(fā)至少 一 種特定液體
8前體(或一對不同前體)的雙液體噴射供應計、壓電閥和起泡器岐管。 按照該變例，安裝雙出口、三底座岐管，其具有用于生成的兩種蒸汽 的分立出口，具有共同的前級管道連接。


下面結合附圖詳細說明本發(fā)明，附圖中相似部件用相似標號表示，
附圖中
圖1為根據(jù)本發(fā)明第一變例的單直接液體噴射(DLI)裝置的立體 圖，例如可結合在與硅晶片生產(chǎn)相關的原子層沉積(ALD)過程中；
圖2為圖1的DLI裝置的橫截面圖，示出的特征例如有用于提供 載氣進口的岐管結構、與壓電閥控制的液體蒸發(fā)器連通的載氣/液體界 面、加熱元件和由一對運行/排放閥控制的高傳導性路徑蒸汽出口；
圖3為圖2所示壓電控制蒸發(fā)器部件的截面立體圖3A為圖3所示蒸發(fā)器部件的剖視截面立體圖3B示出裝配在裝載板上的壓電混合閥；
圖3C為與包圍液體進口的載氣環(huán)形區(qū)有關的裝載岐管部件的另 一截面立體圖3D為圖3C的剖視截面圖3E為圖1所示跨接岐管的截面立體圖，它在圖3C進口部件下
面與其連通；
圖3F為圖3E所示跨接岐管的剖視立體圖4為圖1所示蒸發(fā)器部件底座岐管的立體圖4B為圖4所示岐管的剖視截面立體圖5為起泡器部件岐管一種形式的立體圖5A為圖5所示起泡器部件岐管的剖視截面立體圖6為圖1所示蒸發(fā)器部件岐管的立體圖6B為圖6所示蒸發(fā)器岐管的剖視截面立體圖7為加熱腔子組件的裝配圖，該加熱腔子組件用于幫助載氣/
低蒸汽壓力液體前體混合物相變成高傳導性出口蒸汽；
9圖7A為圖7加熱器子組件的分解圖8為單直接液體噴射(DLI)裝置的另一變例的立體圖，示出 所安裝的與相應一對底座岐管共同連通的單起泡器部件岐管；
圖9為根據(jù)本發(fā)明另一變例的雙直接液體噴射(DLI)裝置的立 體圖10為圖9所示裝置的旋轉立體圖ll為例如圖9所示根據(jù)本發(fā)明另一子變例的雙出口岐管模塊的 的立體圖，示出通向相應前級管道的中央共同路徑以及用于相應第一 和第二種液體噴射前體的第一和第二稀釋進口 ；
圖IIA為圖11所示岐管模塊的橫截面剖視圖12為根據(jù)本發(fā)明又一變例的雙出口 、三底座岐管DLI的立體
圖13為圖12的橫截面圖，示出設置于圖12三岐管結構頂上的起 泡器岐管。
具體實施例方式
參考圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明第一變例的單直接液體噴射(DLI) 裝置10的立體圖。如前所述，本發(fā)明的DLI裝置一般合并在與硅晶 片生產(chǎn)相關的原子層沉積(ALD)過程中，該過程例如可在半導體處 理室(未示出)中進行。如下文詳述，DLI蒸發(fā)器組件還可在其它應 用中采用，不限于化學氣相沉積(CVD)、高品質(zhì)膜的形成和其它關 鍵半導體及其它相關的工業(yè)應用。
結合圖1參見圖2的橫截面剖視圖，裝置10構建在托盤底座12 上，該托盤底座12具有大致平面形的構形并能支撐用來蒸發(fā)和高傳導 性傳送液態(tài)前體的各部件。這些部件在這里概括性地提到，主要是針 對它們彼此之間的結構關系，下面將結合隨后的附圖對它們進行詳細 說明。
如上所述，提供了一對底座岐管14和16 (—般為機加工鋁)，它 們支撐在陶瓷絕緣層18上，然后用螺栓或其它方式固定在底座12上(見圖2剖視圖中緊固件20、 21、 22和24)。蒸發(fā)器部件岐管26與多 個高傳導性閥連通，例如如圖所示的成對運行閥34、 32和排放閥28、 30。載氣進口 36與蒸發(fā)器部件岐管26的遠端相關聯(lián)，并與岐管26 中的朝向頂部的出口 37相通，這在下文詳細說明。蒸發(fā)器主體下游設 有至少一個高傳導性運行/排放閥30、 34，以用于把載氣/加熱的前體 混合物定量供給到處理室中。優(yōu)選是，蒸發(fā)器主體與處理室之間的管 道具有最短的長度和最小的角偏轉。盡管附圖所示該管道垂直于蒸發(fā) 器主體的底座延伸，但應理解管道也可呈各種角度延伸，包括向下并 大致與蒸發(fā)器主體的軸線平行地延伸，優(yōu)選是與蒸發(fā)器主體軸線同心 地延伸。
該裝置的其它部件還包括也稱為加熱腔的一對加熱環(huán)陣列組件 38和40，它們用來在對液體/氣體混合物的蒸發(fā)步驟中預熱從進口 36 (在38處)引入的氣體以及氣體/液體界面(40處)。跨接岐管42上支 撐有壓電混合閥組件44，該壓電混合閥組件用來控制通過液體供應控 制裝置46 (例如液體質(zhì)量流量計)經(jīng)相關裝載岐管48引入的液流。
液體供應進口 50與所選擇的液體前體合作，前體液體質(zhì)量流量計 46支撐在大致U形的支架(見圖1中52)上，該支架安裝在托盤底 座12上(見另外的安裝件54和56，它們與支架52的角形底部接合， 并與支撐著部件46的上部水平邊緣表面相對)。液體質(zhì)量流量計46 還用來監(jiān)控與液體前體相關的上游液體流量，并與壓電混合閥組件44 的調(diào)節(jié)方面協(xié)同地在跨接岐管42內(nèi)混合(經(jīng)進口 36引入的)載氣， 然后混合的載氣從跨接岐管42提供到蒸發(fā)器加熱的玻璃料，該玻璃料 未示出，但應理解其位于與跨接岐管出口直接連通的第二加熱腔40中。
結合圖3-3F再次參見圖2的DLI裝置的橫截面圖，提供了可連 接的接頭58,用于連通通過出口管線60(見圖1)從供應控制裝置46 引入的液體前體，該可連接的接頭58 —般是帶有螺紋的可轉動的鎖定 螺栓。L形流體傳送管線61把該液體前體引到與壓電控制閥44相關 聯(lián)的岐管部件48。特別是，從圖3C和3D可看得最清楚，岐管部件48有環(huán)形或圓形通路，該通路使傳送的液體前體(從圖3C剖視圖中 可看得最清楚)與跨接岐管42的同樣是圓形的相配結構(見圖3A剖 視圖中的相配結構)連通。如圖3A剖視圖所示，該環(huán)形區(qū)是指與混 合岐管相關聯(lián)的鄰接環(huán)形段62以及與跨接岐管相關聯(lián)的鄰接環(huán)形段 64，該環(huán)形區(qū)完全由跨接裝配在裝載板上而形成。液體流出圓錐形出 口的頂端，與同心載氣流混合，并沿著內(nèi)部同心路徑輸送到下方被加 熱的玻璃料。如圖3C和3D所示，設有0形環(huán)凹槽63。液體氣體混 合物流出圓錐形頂端65 (見圖3D剖視圖)，流入水平環(huán)形區(qū)(見圖 3E中65，)，被載氣巻入中央通道中，該中央通道參見DLI引入岐管 與跨接岐管之間部位。
裝載岐管48為全金屬座-密封設計，裝載板(液體在該板中從流 量控制器傳送到閥組區(qū)域)頂部的O形環(huán)凹槽設計用于安放全金屬密 封。閥底部為具有極高品質(zhì)表面光潔度的基本平的表面。它用螺栓單 獨地連接到裝載板頂部上，形成裝載閥組件。按照一種所需設計的該 裝載板還有兩個通向裝載板頂部的小孔，從而裝載板的該上表面實質(zhì) 上為閥座，該上表面為與該閥的平底相配的光潔度極高的光滑表面。 液體在這兩個相配表面之間區(qū)域流過。未通電時，壓電閥處于收縮狀 態(tài)(見圖2剖視圖)，液體可從中央孔流出，流到形成在裝載板底部與 跨接岐管頂部之間的環(huán)形區(qū)中的圓錐形頂端，在此由載氣攜帶向下輸 送入蒸發(fā)器玻璃料中。該閥通電時，晶體的長度變化(生長)，從而造 成閥底部偏轉，這樣就封鎖了兩個小孔之間的路徑，從而提供了調(diào)節(jié) 液體流量的方法。
配合間隙的環(huán)形形狀使得載氣可流入并把液體巻入下方被加熱的 玻璃料，而不接觸周圍的壁。跨接岐管42同樣具有長度方向上的路徑 66，該路徑66延伸到圓形的相配/混合部位62和64，該路徑66經(jīng)線 圏加熱腔38與載氣進口 36相通，該線圏加熱腔38用來在選定載氣與 液體前體混合并在傳送到第二加熱器40之前的部位把該選定載氣的 進口溫度升高到合適溫度。第二加熱器40進一步供應幫助從跨接岐管 蒸汽出口流出的 一般是較低壓力的液體/載氣混合物相變所需的熱能。
12粗過濾基體在蒸發(fā)器主體40內(nèi)提供了用于允許加熱元件與蒸發(fā) 器主體內(nèi)前體之間傳熱所需的表面積。過濾基體的材料一般選擇成在 蒸發(fā)器主體內(nèi)的條件下不與前體起化學反應?；w材料舉例說包括熔 融石英、氧化鋁(包括市場上稱為Duocell⑧的已知產(chǎn)品，這是一種泡 沫鋁型材料)、石墨和金屬薄片。應理解的是，在某些情況下希望在引 入處理室之前把前體化學轉變成活躍的、不穩(wěn)定的物種，并且可選擇 地在過濾基體內(nèi)設置催化劑以誘發(fā)所需的前體化學轉變。在一種應用 中，可使用粗玻璃料(如后參照圖7所述)來提供在第二加熱室40 內(nèi)蒸發(fā)所需的附加表面積，但應足夠粗，以使得相變所需的大部分驅(qū) 動能量是由于相關閥出口處發(fā)生的壓力變動造成的。也可在上游加熱 腔38中設置細過濾基體，以改善在流入跨接岐管前對載氣的加熱。
除了線圏噴嘴加熱元件38/40以外，可在起泡器、蒸發(fā)器和底座 岐管內(nèi)設置用來接收筒式加熱器之類的結構，以保持整個組件所需的 溫度，特別是防止冷凝所需的溫度。在這些部件內(nèi)的鉆孔中使用筒式 加熱器進一步使加熱更容易實現(xiàn)，這在使用分立部件時是很難實現(xiàn)的。
進一步參考圖7和7A,它們?yōu)檫x定加熱腔子組件的組裝圖和分解 圖。例如前面就38而提及的，提供了三維形狀的加熱腔模塊，其頂面 內(nèi)具有凹入的圓形結構，見環(huán)形凹座68，該凹座內(nèi)支撐有基本上延伸 的中央柱70。電阻線圏加熱器(或噴嘴加熱器)設置作為大致圓柱形 套筒72，其匹配地套在與該外腔模塊相關聯(lián)的柱70的環(huán)形外表面上。 容納在加熱腔內(nèi)的高導電性線圏元件由規(guī)則的電引線74供電，電引線 74與埋置在該線圏組件(即大致在圖7A中75所示)內(nèi)的電阻絲相配， 該高導電性線圏元件與可插入的內(nèi)套筒72的表面連成一體(見部位 76)，從而把電生成的熱源(未示出，但在一種變例中可由高導電電阻 電纜提供)傳送給載氣通過的中央通道78。
進一步參見圖7A分解圖，可設置0形密封圏80以完成該組件并 經(jīng)由跨接岐管通路66流通加熱的氣體。玻璃料元件82向下滑入柱70 中，從而可根據(jù)上游/下游部位而定來安裝細玻璃料或粗玻璃料。第二 加熱器組件40的結構和工作方式基本上與此相同，以幫助低壓載氣/
13前體液體相變成出口蒸汽。離開第二加熱器的蒸汽(見圖2中84)經(jīng) 高傳導性路徑流通到相應的運行閥32、 34和排方文閥28、 30，再流通 到任一底座岐管14/16，然后流通到晶片處理室(未示出)或經(jīng)圖10 所示裝置136流通到前級管道。
現(xiàn)在參見圖4和4B，將進一步說明圖1所示底座模塊岐管14和 16的特征。特別是，例如標注為16并示出在圖4中的第一岐管16可 包括進口管道(前面提及但未示出)，它可用于例如稀釋且可選擇加熱 的氬氣之類。兩個底座岐管是必要的，因為一個提供通向處理室的路 徑，另一個提供通向前級管道的路徑。所示模塊支撐用于兩種物種的 兩個蒸發(fā)器部件岐管，還應理解，按照圖l所示的變例，不使用的進 口可用帽封閉，或者模塊可按需縮短以應用于單DLI流道的變例。
在典型應用中，以并排的方式使用一對這類模塊14和16,并且 它們使用一共同出口，以供兩種不同物種流到處理室。在這一應用中， 一個模塊(例如14或16)經(jīng)由兩個平行閥(多個閥在圖4和4A中用 出口88、 90、 92和94表示，它們從縱向和長度方向上延伸的通路96 (圖4A)連通)來引導每種氣體。從模塊16每側分別延伸有一條通道 98，通道98不連通，它們限定了用于加熱的可選筒式加熱器(未示出) 的安裝部位，還應理解的是，通道98可根據(jù)所使用的加熱的進口氣體 或蒸發(fā)的前體的組合來選擇性用帽封閉。
參見圖5和5A，示出了起泡器部件岐管100，其與先前用26 (圖 6和6A)表示的蒸發(fā)器部件岐管合作，特別參見圖8所示的另一種單 DLI裝置。圖5和6中的起泡器100和蒸發(fā)器部件26岐管都使用兩對 閥，見起泡器部件岐管100的接收孔部位102、 104和蒸發(fā)器部件岐管 26的接收孔部位106、 108，以便把氣體引導到下面的底座岐管(14 和16)以及引導到處理室(未示出)或前級管道通路(例如經(jīng)進口 86)。 起泡器岐管100的縱向通道在110處示出，其具有送料通道112和114 (圖5A)，以將各對閥進口 102和104與出口部位(該圖未示出)連通。 還示出通向模塊的起泡器進口 116。
這兩種模塊的蒸汽經(jīng)四個大通道提供到這些閥，這四個大通道分別位于四個較小螺栓孔陣列的中心。如圖所示，閥的出口朝向一對螺 栓孔偏心設置。這些出口然后與下方底座岐管連通。由于獲得向下通 向底座岐管的路徑的復雜性，所以一組閥在一個方向上定向，而另一 組閥必須在另一方向上定向。還應注意，兩運行閥都使用具有兩安裝
定向的閥，前級管道對的情況也是如此。用于蒸發(fā)器部件岐管26的內(nèi) 部通道在118處示出，其具有送料通道120和122 (圖6A)，以將各 對閥進口 106和108與相應的出口連通，該相應的出口與前述加熱器/ 蒸發(fā)級40連通。124為從蒸發(fā)器到該部件的進口，還應理解，蒸汽通 過與這些閥連通的同樣的偏心孔離開。
應理解，蒸發(fā)器/起泡器岐管部件(26和100)可互換使用，這取 決于所使用的前體的需要以及所使用的前體的數(shù)量。與底座岐管14 和16—樣，蒸發(fā)器/起泡器岐管26和100用合適的鋁、鋼或機加工原 料制成，其中鉆有通道，通道中然后焊接塞子而形成氣密的內(nèi)部通道。
使用成對的高傳導性閥，以創(chuàng)造朝向蒸發(fā)點返回的盡可能最大流 導的路徑，蒸發(fā)點或者是蒸發(fā)玻璃料區(qū)域，或者在起泡器的情況下為 起泡器罐頂部空間。這些在圖8例子中示為閥對126、 128和閥對130、 132,其中閥對126、 128與起泡器岐管100的部位102 (從模塊的交 叉內(nèi)部向上到閥進口的通道)和104 (從該閥穿過模塊離開下方底座 岐管的通道)相聯(lián)，而閥對130、 132與蒸發(fā)器岐管26的部位106(從 模塊的交叉內(nèi)部向上到閥進口的通道)和108 (從該閥穿過模塊離開 下方底座岐管的通道)相聯(lián)。還應注意，如果在底座岐管14和16上 在不同方向應用起泡器岐管，那么兩岐管26與IOO之間的通道不同。 示出在圖8變例中的相應高傳導性閥的大孔徑是重要的，因為這些閥 傾向于是氣體路徑流導的限制因素，并且因為普通閥座工作時只有極 小的行程。盡管未示出，但還應理解，加熱器電纜可與蒸發(fā)器岐管26 或起泡器岐管100連接，以幫助加熱與蒸發(fā)和隨后ALD程序有關的 載氣和/或液體前體的之一或二者。
圖8為單直接液體噴射(DLI)裝置另一變例的立體圖，示出與 蒸發(fā)器岐管模塊26合作的單起泡器模塊100，它們共同與相應的一對
15底座岐管14和16連通。圖8重復示出許多與起初針對圖1變例描述 相同的部件。例如，底座岐管16有稀釋氣體(例如氬氣)進口 86, 對應底座岐管14上有另一進口 134，該另一進口 134用于連接相應的 前級管道(未示出)，該前級管道例如可延伸到處理室。
現(xiàn)在參考圖9和10,示出了根據(jù)本發(fā)明另一變例的雙直接液體噴 射(DLI)裝置136的第一和第二旋轉立體圖。相同的部件在圖9變 例中的標號以重復的方式表示(例如流體進口和調(diào)節(jié)岐管用46和46' 表示，以表示在所示變例中采用了兩個)，該變例與前述圖1的單DLI 變例的工作原理相同，只是與前體的DLI噴射有關的部件加以修正， 以《更于兩種DLI液體的蒸發(fā)。還應注意，圖9的雙DLI變例與圖8 單DLI裝置子變例的不同之處在于起泡器岐管100由復制的蒸發(fā)器 岐管26替代。
圖11和11A為按照例如圖9所示本發(fā)明另一子變例的雙出口岐 管模塊138的變例的立體圖和剖視圖(其取代了一對底座模塊14和 16)。修正的底座模塊設計包括標準底座岐管(中央)模塊140,它與 布置在其相對兩側的一對橫向突出模塊142和144連通。中央模塊140 有共同前級管道路徑146 (應理解該出口同樣也可位于另一相對端， 需要時供應吹掃氣體)。第二岐管模塊142和144分別有稀釋氣體進口 148和150，它們的相對出口端(152和154)分別把最終的第一和第 二蒸發(fā)的前體物種連通入處理室(在處理室例如進行ADL、 CVD或 所需處理操作)。156和158 (見圖11)為通向模塊140和142的#1物 種的進口 ，而160和162為通向模塊140和144的#2物種的進口 。
圖12為按照本發(fā)明另一變例的雙出口 、三底座岐管DLI164的立 體圖。在該變例中，該雙DLI裝置中的底座岐管修正成包括圖11和 IIA的子變例，以允許蒸發(fā)器和蒸汽模塊組件交錯安裝。如前面結合 圖11A所述，這使得所產(chǎn)生的兩種蒸汽有分立出口 ，它們具有共同的 前級管道連接。在這一應用中，使用排放-運行-排放型氣體傳送， 而不用擔心兩種前體是否在共同前級管道(仍在146)中混合。另外 的應用設想的是在每一 DLI供應中使用相同前體，這視所需前體數(shù)量和與生成所需數(shù)量蒸汽時的單傳送管線有關的限制而定。在這類應用 中，所生成的蒸汽的增加常常隨之造成壓力增加，達到可發(fā)生冷凝的 壓力，因此具有能夠提供兩個交替蒸汽發(fā)生器的能力是有利的，如果
它們不互相沖突的話。最后參照圖13，為圖12的另一橫截面圖，示 出設置于圖12的三底座歧管結構頂部上的蒸發(fā)器岐管26和26，，如 圖所示，蒸發(fā)器岐管26和26，交錯地支撐在托盤底座12上。
關于本發(fā)明的設計要注意的其它方面包括蒸發(fā)器本身包含在兩個 加熱腔、跨接岐管和裝載閥組件的部件內(nèi)。這些部件可以并確實與用
來引導蒸汽流的模塊式表面安裝閥共享相同的安裝孔型式。蒸發(fā)器能 直接裝配在閥所在的相同工業(yè)標準岐管上，并且事實上與由許多第三
方提供、都是設計用于工業(yè)標準幾何平臺上的手動閥、氣動閥、過濾 器、調(diào)節(jié)器和其它部件共享相同安裝界面。其優(yōu)點是該蒸發(fā)器可集 成入這些其它部件中。并且還保持了設計緊湊的優(yōu)點，這在模塊化表 面安裝方法的形成上是一個因素。還預見的是，在不偏離本發(fā)明范圍 的情況下，其它工業(yè)標準基體可代替該部件和底座岐管，這個因素使 得本發(fā)明的設計大大優(yōu)于現(xiàn)有技術中的其它公知設計。
關于液體控制器，本發(fā)明設想了使用數(shù)字式液體質(zhì)量流量控制器， 其中控制閥結合在裝載閥組件(圖3C中48)中，以控制液體前體的 液體流量。該質(zhì)量流量控制器(即46)為數(shù)字式構造，從而如果給予 設定點時，它在存儲器中存儲控制閥施加的電壓信號，并且在進一步 給予所存儲的設定點時，它將直接跳到該存儲的閥電壓并使用PID算 法開始連續(xù)控制。該方案使得可以極快地跳到該設定點，并且在發(fā)出 該設定點的半秒時間內(nèi)導致穩(wěn)定的流動。這是一個獨特優(yōu)點，因為在 ALD中用戶可使其處于零設定點，直到剛剛在需要傳送所需前體化學 物質(zhì)之前為止，從而排放的浪費最小?？刂蒲b置(例如控制閥)的使 用除了只用模擬方式或只用數(shù)字方式之外還可包括同時使用模擬和數(shù) 字傳感和控制電子器件。其它的考慮因素包括省略液體流量控制裝置 而只使用閥，不管是氣動閥、電磁閥還是壓電閥，液體處于已知壓力， 進一步使用閥打開時間是控制引入蒸發(fā)器的液體數(shù)量的唯一變量。
17因此，本發(fā)明可用來向半導體處理室輸送和輸出前體。該噴射器
裝置(岐管46和壓電控制閥44)可限制表面接觸、輸送時間、殘余 液體存儲、加熱前體，并提供了通向半導體處理室的高傳導性路徑。
另外的特征包括該裝置選擇性地提供了在蒸發(fā)器內(nèi)的區(qū)域，該 區(qū)域提供了增大的表面積，以使液體更大地消散以利蒸發(fā)。如上所述， 該裝置還可包括用于預熱進入蒸發(fā)區(qū)之前的載氣的區(qū)域(線圏加熱器 組件38)。該總體裝置設計的變例使得它能集成到現(xiàn)有的標準模塊化 氣體部件中，從而成為標準平臺上的另一部件，并作為用于相同標準 化部件的現(xiàn)有加熱方法的補充。從各個變化實施例還可看出本發(fā)明的 可升級性，這些實施例可使用前體液體、起泡器和/或蒸發(fā)器岐管的不 同組合以及涉及底座岐管的不同結構。本發(fā)明還旨在最大程度地減少 前體的浪費，為此使用閉環(huán)控制方式的快速控制部件以最大程度地減 小運行/排放要求，和/或完全采用前述的閉環(huán)控制并用較簡單的計量 (相變)閥在成本較低的開環(huán)模式下工作。
還應明白，在這里任意數(shù)量的安裝都是有效的。與安裝結構和構 建材料的選擇相關的因素部分地包括前體的蒸汽壓力、前體的腐蝕性
和前體流量o
與本發(fā)明裝置相關的一些另外的特性包括
a )把液體從計量閥輸送到被設計成最大程度減小表面輸送機理的 蒸發(fā)器，改善對控制信號變動的響應；
b) 載氣提供了用于把液體輸送到蒸發(fā)器中的環(huán)形護套；
c) 載氣可作為該裝置的組成部分被加熱；
d) 支持浪費最小的短劑量脈沖的閉環(huán)控制的設計；
e) 使得高溫下存儲在計量閥附近的滯留化學物質(zhì)最少的設計；
f) 小型、緊湊的設計適合安裝在狹窄區(qū)域。
以上說明了本發(fā)明，但本領域技術人員將明了不偏離權利要求范 圍的其它和附加優(yōu)選實施例。
18
權利要求
1、一種直接液體噴射器裝置，包括載氣進口；用于把液體前體傳送入載氣/液體界面單元的空間中的流體計量閥；接收該液體前體和載氣的混合物的蒸發(fā)器主體；與所述蒸發(fā)器主體熱接觸的加熱元件；在所述蒸發(fā)器主體內(nèi)的基體材料；位于所述蒸發(fā)主體下游、用于沿管道將該混合物計量傳送到遠程處理室的至少一個高傳導性運行/排放閥。
2、 按權利要求l所述的裝置，其特征在于，該空間位于所述蒸發(fā) 器主體上方。
3、 按權利要求l所述的裝置，其特征在于，環(huán)形間隙允許載氣進 入并把液體從該空間巻入所述蒸發(fā)器主體中。
4、 按權利要求l所述的裝置，進一步包括載氣加熱器。
5、 按權利要求l所述的裝置，其特征在于，所述管道豎直地位于 所述蒸發(fā)器主體下方。
6、 按權利要求l所述的裝置，其特征在于，所述管道是線性的。
7、 按權利要求l所述的裝置，其特征在于，所述至少一個高傳導 性運行/排i文閥還包括至少 一對閥。
8、 按權利要求l所述的裝置，其特征在于，載氣向下流動通過所 述空間流入所述蒸發(fā)器主體。
9、 按權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述管道垂直于所述 蒸發(fā)器主體的中心軸線延伸。
10、 按權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述管道平行于所 述蒸發(fā)器主體的中心軸線延伸。
11、 一種用于混合、蒸發(fā)前體成分并將該前體成分與遠程處理環(huán) 境以高傳導性方式連通的裝置，包括用于根據(jù)相應流量引入前體液體的供應計；控制閥，其與所述供應計連通以用于控制流入混合岐管的所述前體液體的流量；蒸發(fā)器岐管，其與載氣供應合作并提供載氣以用于同時傳送入所 述混合岐管中；蒸發(fā)部件，其包括至少一個加熱元件，該加熱元件與所述混合岐 管連通并與所述蒸發(fā)器主體內(nèi)的混合材料合作，以使所述液體前體相 變成蒸汽輸出；以及沿位于所述蒸發(fā)主體下游的至少一個高傳導性運行/排放閥傳送 所述蒸汽輸出，以便計量供應到遠程處理室。
12、 按權利要求11所述的裝置，進一步包括至少一個與所述起泡 器岐管連通用于傳送所述蒸汽的底座岐管。
13、 按權利要求12所述的裝置，進一步包括多個與所述起泡器岐 管連通的底座岐管，至少一個底座岐管進一步包括用于進一步混合所 述蒸汽的稀釋氣體進口管線。
14、 按權利要求11所述的裝置，進一步包括在傳送到所述混合岐 管前與所述載氣供應連通的第二加熱元件。
15、 按權利要求14所述的裝置，其特征在于，所述加熱元件都進 一步包括與腔相關聯(lián)的電線圏電阻加熱器，所述載氣和所述預蒸發(fā)前 體/氣體混合物中的至少一個通過所述腔。
16、 按權利要求11所述的裝置，進一步包括與所述蒸發(fā)器岐管合 作以用于較低蒸汽壓力前體的起泡器岐管。
17、 按權利要求11所述的裝置，進一步包括至少一對安裝在所述 蒸發(fā)器岐管上與所述蒸發(fā)主體下游的所述部位連通的運行/排放閥。
18、 按權利要求11所述的裝置，其特征在于，所迷混合岐管具有 特定形狀和尺寸，并且所述裝置進一步包括環(huán)形通路，該環(huán)形通路將 所述液體前體與和跨接岐管關聯(lián)的同樣是圓形的匹配結構連通，在環(huán) 形通路與圓形的匹配結構之間形成的合作間隙的環(huán)形形狀允許載氣進 入并把液體巻入所述混合材料中，該混合材料包括位于下方的被加熱的玻璃料，載氣不接觸與所述蒸發(fā)部件關聯(lián)的周圍壁。
19、 按權利要求18所述的裝置，進一步包括所述跨接岐管，該跨 接岐管同樣包括長度方向的路徑66,該路徑延伸到與載氣進口連通的 所述環(huán)形通路。
20、 按權利要求11所述的裝置，進一步包括雙液體噴射供應計、 控制閥和蒸發(fā)器岐管，以用于混合和蒸發(fā)至少 一種特定的液體前體。
21、 按權利要求20所述的裝置，進一步包括雙出口 、三底座岐管， 該雙出口、三底座岐管具有用于所生成的兩種蒸汽的分立出口 ，并具 有共同的前級管道連接。
22、 按權利要求l所述的裝置，其特征在于，所述蒸發(fā)器主體進 一步包括至少一個布置成與跨接岐管和裝載岐管/控制閥連通的加熱 腔，每一所述腔和岐管的尺寸適合安裝在工業(yè)標準模塊化表面安裝基 體部件上。
23、 按權利要求11所述的裝置，進一步包括所述控制閥利用壓 電晶體的機械變形來使得所述閥座移動。
24、 按權利要求11所述的裝置，其特征在于，所述控制閥利用電 磁力來使得所述閥座移動。
25、 按權利要求11所述的裝置，其特征在于，所述控制閥利用氣 動致動來使得所述閥座移動。
26、 按權利要求ll所述的裝置，其特征在于，所述供應計進一步 包括模擬式電子傳感和控制設計。
27、 按權利要求11所述的裝置，其特征在于，所述供應計進一步 包括數(shù)字式電子傳感和控制設計。
28、 一種用于混合、蒸發(fā)前體成分并把該前體成分與遠程處理環(huán) 境以高傳導性方式連通的裝置，包括與所述供應計連通以用于控制流入混合岐管的所述前體液體流量 的控制閥；蒸發(fā)器岐管，其與載氣供應合作并提供載氣以便同時傳送到所述 混合岐管中；蒸發(fā)部件，其包括至少一個加熱元件，該加熱元件與所述混合岐 管連通并與所述蒸發(fā)器主體內(nèi)的混合材料合作，以使所述液體前體相變成蒸汽輸出；以及沿位于所述蒸發(fā)主體下游的至少一個高傳導性運行/排放閥傳送 所述蒸汽輸出，以便計量供應到遠程處理室中。
29、 按權利要求28所述的裝置，進一步包括所述控制閥利用壓 電晶體的機械變形來使得所述閥座移動。
30、 按權利要求28所述的裝置，其特征在于，所述控制閥利用電 磁力來使得所述閥座移動。
31、 按權利要求28所述的裝置，其特征在于，所述控制閥利用氣 動致動來使得所述閥座移動。
32、 按權利要求28所述的裝置，其特征在于，所述控制閥進一步 包括模擬電路和數(shù)字電路的組合。
全文摘要
一種用于混合、蒸發(fā)前體成分并把該前體成分高傳導性地與遠程處理環(huán)境連通的裝置。供應計根據(jù)壓電控制閥來引入前體液體，壓電控制閥與供應計連通以控制流入混合岐管的前體液體。與載氣供應合作的蒸發(fā)器岐管提供載氣以便同時傳送入混合岐管中。蒸發(fā)部件具有至少一個加熱元件，該加熱元件與所述混合岐管連通并與所述蒸發(fā)器主體內(nèi)的混合材料(玻璃料)合作，該蒸發(fā)部件促使所述液體前體相變成蒸汽輸出。該蒸汽輸出沿位于所述蒸發(fā)主體下游的至少一個高傳導性運行/排放閥傳送，該高傳導性運行/排放閥一般結合在蒸發(fā)器岐管結構中，從而把蒸汽計量供應到遠程處理室。
文檔編號B01F5/04GK101511460SQ200780012698
公開日2009年8月19日 申請日期2007年2月20日 優(yōu)先權日2006年2月17日
發(fā)明者J·B·德杜特尼 申請人:阿維扎技術公司