用于蒸气输送的系统和方法
【专利说明】用于蒸气输送的系统和方法 相关申请的交叉引用
[0001] 本申请要求于2014年8月1日提交的美国临时申请No. 62/032234的权益。上述 申请的全部公开通过引用并入本文。
技术领域
[0002] 本发明涉及衬底处理系统，并且更具体地涉及在衬底处理系统中用于蒸气输送的 系统和方法。
【背景技术】
[0003] 这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。在此【背景技术】部分中 描述的程度上的当前指定的发明人的工作，以及在提交申请时可能无法以其他方式有资格 作为现有技术的说明书的各方面，既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。
[0004] 衬底处理系统可被用于在衬底上执行膜的沉积和/或蚀刻。衬底处理系统通常包 括具有衬底支撑件的处理室，衬底支撑件诸如底座、静电卡盘、板、等等。衬底（例如半导体 晶片）可以被布置在衬底支撑件上。在化学气相沉积（CVD)或原子层沉积（ALD)工艺中， 包括一种或多种前体的气体混合物可被引入到处理室以在衬底上沉积膜。在某些衬底处理 系统中，射频（RF)等离子体可被用于激活化学反应。
[0005] -些气体前体是通过使液体汽化产生的。对于ALD沉积，诸如氧化硅沉积，通常使 用该方法。然而，这种方法通常具有由于液体的不充分汽化而导致的高的缺陷数以及因为 脉冲的液体流往往难以控制而造成的较高的运行成本。
【发明内容】
[0006] -种用于衬底处理系统的蒸气输送系统，其包括：安瓿，其用以储存液体前体；加 热器，其用以选择性地加热所述安瓿到预定的温度，以至少部分地汽化所述液体前体。加热 的喷射歧管包括入口和出口。第一阀具有与推气源流体连通的入口和与所述安瓿流体连通 的出口。第二阀具有接收来自所述安瓿的汽化的前体的入口和与所述加热的喷射歧管的所 述入口流体连通的出口。阀歧管包括：第一节点，其与所述加热的喷射歧管的出口流体连 通；第三阀，其具有与所述第一节点流体连通的入口和与真空流体连通的出口；第四阀，其 具有与所述第一节点流体连通的入口和与第二节点流体连通的出口；第五阀，其具有与所 述第二节点流体连通的出口；以及第六阀，其具有与所述第二节点流体连通的出口。气体分 配装置与所述第二节点流体连通。
[0007] 在其他特征中，所述气体分配装置包括喷头。第七阀具有与所述第二阀的所述出 口流体连通的入口。限流孔与所述第二阀的所述出口流体连通。第八阀具有与所述限流孔 流体连通的入口和与所述加热的喷射歧管流体连通的出口。
[0008] 在其他特征中，第九阀具有与第一气体歧管流体连通的入口和与所述第五阀的入 口流体连通的出口。第十阀具有与所述第一气体歧管流体连通的入口和将来自所述第一气 体歧管的气体供给至所述气体分配装置的背面的出口。
[0009] 在其他特征中，第十阀具有与第二气体歧管和所述第六阀的入口流体连通的入 口，以及与真空源流体连通的出口。
[0010] 在其他特征中，在投配阶段期间，控制器被配置为使用所述第一阀供给推气体至 所述安瓿；使用所述第二阀、所述第七阀、所述限流孔和所述第八阀将来自所述安瓿的所述 汽化的前体供给至所述加热的喷射歧管；使用所述第四阀将来自所述加热的喷射歧管的所 述汽化的前体供给至所述气体分配装置；以及使用所述第十阀将所述第二气体歧管转向。 [0011] 在其他特征中，在所述投配阶段之后，按顺序操作投配吹扫阶段、投配吹扫后阶 段、射频（RF)阶段和RF后阶段所述控制器。
[0012] -种用于操作用于衬底处理系统的蒸气输送系统的方法，其包括：在安瓿中储存 液体前体；加热所述安瓿到足以至少部分地汽化所述液体前体的预定温度；在多个处理阶 段操作；在所述多个处理阶段中的至少一个阶段期间，进行下列操作中的至少一个：选择 性地将推气体供给至所述安瓿以将来自所述安瓿的推气体和汽化的前体供给至加热的喷 射歧管，围绕所述安瓿将所述推气体设旁路以将推气体在没有汽化的前体的情况下供给至 所述加热的喷射歧管，以及将所述推气体转向至真空以不将推气体或汽化的前体供给至所 述加热的喷射歧管；在所述多个处理阶段中的至少一个阶段期间选择地使用连接到处理室 的气体分配装置的阀歧管来接收来自所述加热的喷射歧管的气体；在所述多个处理阶段中 的至少一个阶段期间选择性地使用所述阀歧管将来自所述加热的喷射歧管的所述气体转 向至真空；在所述多个处理阶段中的至少一个阶段期间选择性地将来自所述加热的喷射歧 管的所述气体供给至所述气体分配装置；在所述多个处理阶段中的至少一个阶段期间使用 所述阀歧管选择性地将来自第一气体歧管的气体供给至所述气体分配装置；以及在所述多 个处理阶段中的至少一个阶段期间使用所述阀歧管选择地将来自所述第二气体歧管的气 体供给至所述气体分配装置。
[0013] 在其他特征中，该气体分配装置包括喷头。在投配阶段期间，供给推气体至所述安 瓿；将来自所述安瓿的所述汽化的前体供给至所述加热喷射歧管；将来自所述加热的喷射 歧管的所述汽化的前体供给至所述气体分配装置；以及将所述第二气体歧管转向。
[0014] 在其他特征中，在所述投配阶段之后，按顺序操作投配吹扫阶段、投配吹扫后阶 段、射频（RF)阶段和RF后阶段。
[0015] 从详细描述、权利要求和附图中本公开内容的适用性的进一步范围将变得显而易 见。详细描述和具体实施例仅旨在说明的目的，并非意在限制本公开的范围。
【附图说明】
[0016] 从详细描述和附图中本发明将被更透彻地理解，其中：
[0017] 图1是根据本发明的衬底处理系统的功能框图；
[0018] 图2是用于根据本发明的衬底处理系统的蒸气输送系统的例子的功能框图；
[0019] 图3是描绘蒸气输送系统中的阀的导通和关闭时序的例子的时序图；
[0020] 图3A-3E描绘了在图3的各个阶段在蒸气输送系统中的阀的操作；
[0021] 图4是描绘蒸气输送系统中的阀的导通和关闭时序的另一例子的时序图；
[0022] 图5是描绘蒸气输送系统中的阀的导通和关闭时序的另一例子的时序图；
[0023] 图5A-5E描绘了在图5的各个阶段在蒸气输送系统中的阀的操作；
[0024] 图6是描绘蒸气输送系统中的阀导通和关闭时序的另一例子的时序图；
[0025] 图6A-6E描绘了在图6的各个阶段在蒸气输送系统中的阀的操作；
[0026] 图7是描绘蒸气输送系统中的阀的导通和关闭时序的另一例子的时序图；
[0027] 图7A-7E描绘了在图7的各个阶段在蒸气输送系统中的阀的操作；
[0028] 图8是描绘蒸气输送系统中的阀的导通和关闭时序的另一例子的时序图；
[0029] 图8A-8E描绘了在图8的各个阶段在蒸气输送系统中的阀的操作；
[0030] 图9是描绘蒸气输送系统中的阀的导通和关闭时序的另一例子的时序图；
[0031] 图9A-9E描绘了在图9的各个阶段在蒸气输送系统中的阀的操作；
[0032] 图10是描绘蒸气输送系统中的阀的导通和关闭时序的另一例子的时序图；
[0033] 图10A-10E描绘了在图10的各个阶段在蒸气输送系统中的阀的操作；
[0034] 图11是描绘蒸气输送系统中的阀的导通和关闭时序的另一例子的时序图；
[0035] 图11A-11E描绘了在图11的各个阶段在蒸气输送系统中的阀的操作；
[0036] 图12是根据本发明的控制器的功能框图；和
[0037] 图13是示出用于操作图12的控制器的方法的例子的流程图。
[0038] 在附图中，附图标记可以被重新使用以标识相似和/或相同的元件。
【具体实施方式】
[0039] 不同的气体前体用于膜（诸如氧化硅）的原子层沉积。在一些系统中，气体前体 可以作为经汽化的液体被输送。由于液体前体没有充分汽化而在衬底处理系统的冷的位 置处凝结并分解，因此使用这种方法的传统的系统典型地具有高的缺陷数。由于气体前体 的以获得稳定的膜性能的连续液体流的性质，在非投配阶段期间60%以上的气体前体被浪 费，这导致了高的操作成本。
[0040] 即使在使用蒸气牵引系统或跨过蒸气牵引的流（或扫气）系统的情况下，由于流 率对系统的流导的依赖性以及缺乏校正流导的变化的方法，因此不能保证在给定系统或系 统群体上的流的可制造性和可重复性。由于在温度被感测的位置处相对于在实际液-汽界 面的温度的温度变化，出现了其他的问题。
[0041] 此外，使用蒸气牵引系统或跨过蒸气牵引的流系统通常不会有以多种模式运行的 能力，多种模式包括具有完全装入前体的连接到气体分配装置（例如喷头）的管线的模式 以能够实现具有低成本的快速循环。
[0042] 根据本发明的衬底处理系统的蒸气输送系统使用利用惰性载气加热的蒸气牵引 的方法输送气体前体。贮存液体前体的安瓿被加热以保持预定的蒸气压。载体气体流经安 瓿以保持稳定的前体流。沿着输送管线的足够的梯度加热和精确的温度控制防止冷凝和分 解。
[0043] 根据本公开的蒸气输送系统还提供了不同的投配顺序以减少前体消耗。在液体输 送时，由于液体流控制（LFC)快速反复的缺点的性质，连续流被用于实现稳定的膜性能。在 蒸气输送时，保持连续的载气，仅在投配阶段引入前体蒸气。在一些例子中，与连续流的方 法相比，前体消耗可以减少50 %以上。
[0044] 相比于液体喷射输送的方法，本文所述的蒸气载气的方法提供稳定的前体流，其 汽化充分、冷凝和低分解风险低，从而降低缺陷。代替使用直接液体喷射到加热的喷射歧管 ΟΠΜ)中然后在MM或气体分配装置（例如喷头）中汽化，将蒸气直接通过惰性载气输送至 腦。
[0045] 根据本公开的蒸气输送系统还提供阀和投配流定时以在投配阶段保持稳定的流 和在其他阶段保存前体。例如，在一些实施方式中，仅在投配阶段引入前体流，并在其他阶 段切断前体流。在一些实现方式中，用于载气的转向阀被引入以保持用于稳定的前体蒸气 输送的稳定的载气流。在一些实现方式中，到气体分配装置的管线被完全装满，由于阀的布 局和在相对紧靠气体分配装置布置的阀歧管，因而这可以被实现。本文所述的蒸气输送系 统使得在前体和吹扫或前体和RF阶段之间能进行最快的循环，同时保持低成本。
[0046] 从安瓿至处理室的流率是流导的函数。为了保持恒定的流导，执行各种功能。驱 动压力通过在安瓿中保持恒定的温度来控制，从而提供恒定的蒸气压力。安瓿下游的流导 可调整为恒定流导。
[0047] 在一些例子中，安瓿不仅在加热器护套中而且在液体中都进行温度测量。可以使 用连续再填充系统。在一些例子中，连续再填充系统包括超声波传感器。温度监测可以通过 温度传感器来进行，温度传感器例如热电偶。例如，第一温度传感器可以位于目标液位（例 如全安瓿的约50% )，第二温度传感器可以位于安瓿的接近再填充出口的底部。
[0048] 由于蒸气压力取决于在液体和蒸气之间的界面处的温度，因此蒸气输送系统根据 来自位于液位的温度传感器的温度读数来控制。当液体进行再填充时，被加热的液体的温 度下降。因此，在再填充期间和/或在再填充后的预定期间，蒸气输送系统可根据在再填充 期间由第二温度传感器产生的温度或第一和第二温度传感器的功能来控制。替代地，具有 两个或更多个独立的温度传感器的两个或更多个加热区可