[发明专利]用于化学气相沉积或原子层沉积的化学物输送装置

说明书

发明背景

发明领域

本发明的多个实施方式涉及一种用于输送化学前驱物的装置和方法。更具体地，本发明涉及一种配置有包括旁通管路和旁通阀的阀歧管的安瓿。

相关技术描述

化学气相沉积(CVD)和原子层沉积(ALD)是通过靠近衬底表面的气相化学物的反应在衬底上形成材料的公知技术。一般地，CVD和ALD技术包含气态反应物向衬底表面的输送，在所述衬底表面上化学反应在适宜于反应的热动力学的温度和压力条件下发生。可利用CVD工艺或ALD工艺形成的各个层的类型和组分受向衬底表面输送化学反应物或前驱物的能力的限制。通过在载气中输送液体前驱物，各种液体前驱物已经被成功地用于CVD和ALD应用过程中。

在一些情况下载气流经加热的容器或安瓿，该容器或安瓿含有在易导致蒸发前驱物的条件下的易挥发液体前驱物。在其他情况中，载气流经加热的容器，该容器含有在易导致固体前驱物升华的条件下的固体前驱物。可以通过升华过程产生的一些气体包括二氟化氙、羰基镍、六羰基钨和五二甲基氨基钽(PDMAT)等。在任一情况中，载气与蒸发的前驱物结合，并都从容器经由专用导管或气体管路被抽吸到反应腔室中。因为适于CVD和ALD应用的化学前驱物通常是高毒性的，同时因为加热的容器和靠近该容器的化学输送部件一般处于升高的温度下，因此含前驱物的安瓿通常位于诸如气体箱或气体面板的保护罩内。

除了包含一个或多个含前驱物的安瓿外，适于CVD或ALD应用的典型气体面板还包含各种阀、调节器和流量控制器。由于安全原因，为防止人员可能暴露于有毒前驱物和位于其中的加热部件中，气体面板一般还安装有排气通风设备，并可被锁定和发出报警信号。由于含前驱物的安瓿的移除和安装需要维护人员进入气体箱，因此很重要的是，使来自耗尽安瓿在其进行拆卸时的泄漏以及使来自全部装满的安瓿在其进行安装时的泄漏的可能性降低到最小。

典型的安瓿更换操作过程包括许多步骤，其包括隔离、初始泵净化、移除/更换、泄漏检查、最终泵-净化，以及连接。

在隔离步骤，通常经由位于安瓿的输入管道(inlet plumbing)和输出管道上的手动截止阀，使有害前驱物安瓿与处理系统流体隔离。这通常需要维护人员进入气体箱，靠近在升高的温度和存在含有高毒性化学物的未净化的气体管路的状态下的气体面板部件。

然后对已经暴露于有毒试剂的任何气体管路或阀实施初始泵净化，所述气体管路或阀还将暴露于安瓿更换(change-out)期间的大气中。根据所使用的具体前驱物，泵净化可以包括利用粗真空、中度真空或高真空源一次或多次对适当导管、阀和其他配件抽吸。在多次抽吸(pump-down)之间，管路和阀可以利用诸如惰性气体的气体净化。在一些情况中，可以实施导管和阀的液体净化以更有效地除去其中存在的不期望且有毒残留物，尤其是固体残余物或具有甚低汽压的残余物。当用于净化的气体或液体能够主动地流经导管或阀时，通过泵/净化将不期望化学残留物从导管或阀去除将更有效。但这在“盲管段(dead leg)”所存在之处是不可能的，所述盲管段即不构成定向循环系统的管道或导管的区段。代替地，通过交替抽吸盲管段至真空和利用净化流体回填，将不期望气体从盲管段除去，在本领域中公知这比净化流体主动流经导管或配件的效率要低。这对于相对长和/或者包含弯头(elbow)或其他非线性配件的盲管段来说效率尤其更低。

在通过必需数量的泵净化循环在所需导管上完成泵净化步骤之后，可以执行对安瓿的移除/更换。在该步骤，将安瓿从气体箱移除并安装全部充满的替代安瓿。安瓿通常通过快速分离型配件或诸如VCR配件的可再密封的真空密封配件的方式与气体箱分离。在一些情况中，由于安瓿的更换而导致暴露于大气中的流体输送系统在移除/更换步骤期间通过惰性气体被略微加压。这种略微加压使诸如氧气和/或湿气的不期望污染物进入到流体输送系统的可能性降低到最小。然后，通过气体箱中的适当配件将更换安瓿连接到流体输送系统。

因为CVD和ALD前驱物通常是高反应性的，并且在一些情况中为腐蚀性的，本领域中公知安瓿截止阀可能不是一直完全密封的——尤其在耗尽的安瓿从气体箱移除之后。这是由于在安瓿的使用寿命期间截止阀密封表面长期暴露于流经其间的前驱物化学品中。安瓿截止阀的任何泄漏都是一个严重问题，有以下两个原因：污染物进入安瓿的可能；更重要地，危害的前驱物化学品从安瓿泄漏并使人员暴露于有毒化学物质的可能。