相關(guān)申請案的交叉參考

特此根據(jù)35u.s.c.§119要求2014年10月3日提交的第62/059,536號美國臨時專利申請案的優(yōu)先權(quán)益。第62/059,536號美國臨時專利申請案的揭示內(nèi)容特此出于全部目的而以引用方式全部并入本文中。

本發(fā)明涉及用于存儲及分配氣體的壓力調(diào)節(jié)氣體供應(yīng)器皿、包括所述器皿的處理系統(tǒng)，以及制造及使用所述器皿的方法。

背景技術(shù)：

在用于存儲及分配高價值氣體的氣體供應(yīng)封裝的領(lǐng)域中，已發(fā)展出超越常規(guī)高壓氣缸的范圍的多種設(shè)計。

授予lupingwang等人的第6,101,816號、第6,089,027號及第6,343,476號美國專利中所描述且購自entegris公司(美國馬薩諸塞州比勒利卡)的vac商標(biāo)的氣體供應(yīng)器皿是一個實例，其中一或多個氣體壓力調(diào)節(jié)器可安置在氣體供應(yīng)器皿的內(nèi)部容積中，以在低壓(例如次大氣壓)下分配氣體，以用于例如離子植入的應(yīng)用，其中需要低壓氣源以將摻雜劑源氣體供應(yīng)到在對應(yīng)低壓下操作的離子植入設(shè)備。

一般來說，此類類型的壓力調(diào)節(jié)氣體供應(yīng)器皿已商業(yè)化為相對小尺寸的氣體供應(yīng)封裝，例如經(jīng)配置以供應(yīng)在大約500托(0.67巴)的壓力下的氣體的2.2l氣體存儲容積封裝。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及壓力調(diào)節(jié)氣體供應(yīng)器皿、包括此類器皿的系統(tǒng)，以及制造及使用此類器皿的方法。

在一個方面中，本發(fā)明涉及一種氣體存儲及分配器皿，其包括限定氣體存儲內(nèi)部容積的器皿容器，及固定到所述器皿容器的閥頭調(diào)節(jié)器組合件，所述閥頭調(diào)節(jié)器組合件包括安置在所述器皿容器的所述內(nèi)部容積中的單一氣體壓力調(diào)節(jié)器，及包含氣動流量控制閥的閥頭，其中所述單一調(diào)節(jié)器經(jīng)配置為具有至少0.5mpa的設(shè)定點壓力，且其中所述器皿容器的所述內(nèi)部容積為至少5l。

在另一方面中，本發(fā)明涉及一種如上文所描述的氣體存儲及分配器皿，其結(jié)合氣柜，所述氣體存儲及分配器皿安置在所述氣柜中。

在另外方面中，本發(fā)明涉及一種如上文所描述的氣體存儲及分配器皿，其結(jié)合以下各者：(i)氣箱，所述氣體存儲及分配器皿安置在所述氣箱中；及(ii)處理工具，其經(jīng)配置以在相對于所述氣箱的高電壓下操作，其中所述處理工具經(jīng)布置以從安置在所述氣箱中的所述氣體存儲及分配器皿接收氣體。

本發(fā)明的另外方面涉及一種增強氣體利用處理設(shè)施的操作的方法，其包括供應(yīng)封裝在氣體存儲及分配器皿中的氣體以用于所述氣體利用處理設(shè)施中。

本發(fā)明的其它方面、特征及實施例將根據(jù)以下描述及隨附權(quán)利要求書而更完全地顯而易見。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的壓力調(diào)節(jié)氣體供應(yīng)器皿的示意圖。

圖2是圖1的壓力調(diào)節(jié)氣體供應(yīng)器皿的閥頭調(diào)節(jié)器組合件的正視圖。

圖3是圖2的閥頭調(diào)節(jié)器組合件的調(diào)節(jié)器的剖視圖。

圖4是采用如圖1所展示的壓力調(diào)節(jié)氣體供應(yīng)器皿的n型晶片生產(chǎn)系統(tǒng)的示意圖。

圖5是處理系統(tǒng)的示意圖，所述處理系統(tǒng)包含含有本發(fā)明的壓力調(diào)節(jié)氣體供應(yīng)器皿以用于將氣體遞送到三個處理腔室的氣柜。

圖6是處理系統(tǒng)的示意圖，所述處理系統(tǒng)包含含有本發(fā)明的壓力調(diào)節(jié)氣體供應(yīng)器皿以用于將氣體遞送到處理腔室的氣柜，及單獨氣體供應(yīng)源。

圖7是平板顯示器制造系統(tǒng)的示意圖，所述平板顯示器制造系統(tǒng)包含含有本發(fā)明的壓力調(diào)節(jié)氣體供應(yīng)器皿的氣箱，其經(jīng)布置以將氣體遞送到離子植入工具。

具體實施方式

本發(fā)明涉及壓力調(diào)節(jié)氣體供應(yīng)器皿、包括所述器皿的系統(tǒng)，及關(guān)聯(lián)方法。

已商業(yè)化的壓力調(diào)節(jié)氣體供應(yīng)器皿通常具有小容積特性，例如器皿容器中的氣體供應(yīng)容積為2.2l。此類小容積壓力調(diào)節(jié)器皿已商業(yè)化為具有閥頭，閥頭包含位于器皿中的壓力調(diào)節(jié)器下游的手動操作式流量控制閥。此閥頭構(gòu)造反映手動操作式流量控制閥對安全性要求的感知需要，使得處置器皿的個人可驗證及確保手動閥的氣密式閉合。同時，相對于器皿中存儲的可在最糟情況釋放(wcr)事件下釋放到器皿周圍環(huán)境的超大氣壓氣體的總?cè)莘e，壓力調(diào)節(jié)氣體供應(yīng)器皿的小容積特性被認(rèn)為處理安全性考慮。因此，典型布置涉及包含閥頭組合件的小容積器皿，閥頭組合件包含具有內(nèi)部調(diào)節(jié)器的手動流量控制閥，手動流量控制閥經(jīng)配置以在調(diào)節(jié)器暴露于其出口處的次大氣壓條件時敞開。

本發(fā)明反映以下發(fā)現(xiàn)：可提供具有高度安全且高效的特性的較大容積壓力調(diào)節(jié)器皿，所述器皿利用在內(nèi)部安置在器皿中的單一壓力調(diào)節(jié)器，其中設(shè)定點壓力為至少0.5mpa，例如在從0.5mpa到1.5mpa的范圍中，此時此類內(nèi)部安置的壓力調(diào)節(jié)器是包含氣動流量控制閥的閥頭組合件的部分。此類器皿中用于含有氣體的容積可為至少5l，例如大約從40l到220l，以提供高效率氣體供應(yīng)封裝。器皿的內(nèi)部容積中所含有的氣體可出于高于單一調(diào)節(jié)器的設(shè)定點的超大氣壓，且在各個實施例中，此類壓力可在從4mpa到14mpa的范圍中，且更優(yōu)選地為從7mpa到10mpa。在特定實施例中，所含有的氣體的壓力可為大約9.5mpa(1380psia)。

本發(fā)明的壓力調(diào)節(jié)器皿中存儲及分配的氣體可為任何合適類型，且可例如包括用于制造半導(dǎo)體產(chǎn)品、平板顯示器及太陽能面板的氣體。此類氣體可包含單組分氣體以及多組分氣體混合物。

本發(fā)明的壓力調(diào)節(jié)氣體供應(yīng)封裝中可含有的說明性氣體包含但不限于胂、膦、三氟化氮、三氟化硼、三氯化硼、二硼烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、二硅烷、硅烷、鍺烷、有機金屬氣態(tài)試劑、硒化氫、碲化氫、銻化氫、氯硅烷、鍺烷、二硅烷、三硅烷、甲烷、硫化氫、氫、氟化氫、四氟化二硼、氯化氫、氯、氟化烴、鹵化硅烷(例如sif4)與鹵化二硅烷(例如si2f6)、gef4、pf3、pf5、asf3、asf5、he、n2、o2、f2、xe、ar、kr、co、co2、cf4、chf3、ch2f2、ch3f、nf3、cof2等等，以及上述各者中的兩者或更多者的混合物，及其同位素富集變體。

因此，在一個實施例中，本發(fā)明涉及一種氣體存儲及分配器皿，其包括限定氣體存儲內(nèi)部容積的器皿容器，及固定到器皿容器的閥頭調(diào)節(jié)器組合件，閥頭調(diào)節(jié)器組合件包括安置在器皿容器的內(nèi)部容積中的單一氣體壓力調(diào)節(jié)器，及包含氣動流量控制閥的閥頭，其中單一調(diào)節(jié)器經(jīng)配置為具有至少0.5mpa的設(shè)定點壓力，且其中器皿容器的內(nèi)部容積為至少5l。

在特定實施例中，此類器皿中的單一調(diào)節(jié)器的設(shè)定點壓力可在從0.5mpa到1.5mpa的范圍中。在各個實施例中，器皿容器的內(nèi)部容積可在從40l到220l的范圍中。在其它實施例中，器皿容器的內(nèi)部容積可在從5l到15l的范圍中，或在從15l到50l的范圍中，或在從50l到200l的范圍中，或在5l到220l或更多的寬范圍內(nèi)的其它特定范圍或子范圍中。

氣體存儲及分配器皿的閥頭可包括2端口閥頭，2端口閥頭包含輸出端口及填充端口，如下文中更完全地所描述。

氣體存儲及分配器皿可在器皿容器的內(nèi)部容積中含有氣體，且此類氣體可為單組分氣體或多組分氣體，且可例如包括選自由以下各者組成的群組的氣體：胂、膦、三氟化氮、三氟化硼、三氯化硼、二硼烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、二硅烷、硅烷、鍺烷、有機金屬氣態(tài)試劑、硒化氫、碲化氫、銻化氫、氯硅烷、鍺烷、二硅烷、三硅烷、甲烷、硫化氫、氫、氟化氫、四氟化二硼、氯化氫、氯、氟化烴、鹵化硅烷、sif4、鹵化二硅烷、si2f6、gef4、pf3、pf5、asf3、asf5、he、n2、o2、f2、xe、ar、kr、co、co2、cf4、chf3、ch2f2、ch3f、nf3、cof2、上述各者中的兩者或更多者的混合物，及上述各者的同位素富集變體。

在特定實施例中，氣體存儲及分配器皿可結(jié)合氣柜而部署，氣體存儲及分配器皿安置在氣柜中。

在其它實施例中，氣體存儲及分配器皿可結(jié)合以下各者而部署：(i)氣箱，氣體存儲及分配器皿安置在氣箱中；及(ii)處理工具，其經(jīng)配置以在相對于氣箱的高電壓下操作，其中處理工具經(jīng)布置以從安置在氣箱中的氣體存儲及分配器皿接收氣體。

在特定實施例中，氣體存儲及分配器皿可操作地耦合到用于從氣體存儲及分配器皿接收氣體的浮區(qū)結(jié)晶設(shè)備。

在其它實施例中，氣體存儲及分配器皿可操作地耦合到用于向其遞送氣體的離子源。

在一個說明性實施方案中，本發(fā)明預(yù)期一種平板顯示器制造處理系統(tǒng)，其包括本發(fā)明的氣體存儲及分配器皿，氣體存儲及分配器皿經(jīng)操作地布置以供應(yīng)氣體來制造平板顯示器產(chǎn)品。

在另外方面中，本發(fā)明預(yù)期一種增強氣體利用處理設(shè)施的操作的方法，其包括供應(yīng)封裝在根據(jù)本發(fā)明的氣體存儲及分配器皿中的氣體以用于氣體利用處理設(shè)施中。處理設(shè)施可包括離子植入處理設(shè)施，例如其中離子植入處理設(shè)施利用從氣體存儲及分配器皿供應(yīng)的摻雜劑氣體。在其它實施例中，處理設(shè)施可包括硅晶片生產(chǎn)設(shè)施。在又其它實施例中，處理設(shè)施可包括半導(dǎo)體制造處理設(shè)施，例如其中半導(dǎo)體制造處理設(shè)施包括利用從所述氣體存儲及分配器皿供應(yīng)的蝕刻劑氣體的蝕刻處理工具。

在增強氣體利用處理設(shè)施的操作的方法的特定方面中，其中氣體被供應(yīng)為封裝在根據(jù)本發(fā)明的氣體存儲及分配器皿中，供應(yīng)氣體可為任何合適類型。在一個實施例中，氣體可包括例如膦與氬的混合物中的膦。在另一說明性實施例中，氣體可包括例如氟與氬的混合物中的氟以用于蝕刻應(yīng)用。

將認(rèn)識到，本發(fā)明的氣體存儲及分配器皿可以多種方式而配置，且可有用地用于封裝用于各種類型的氣體利用應(yīng)用的多種對應(yīng)氣體。

現(xiàn)在參考附圖，圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的壓力調(diào)節(jié)氣體供應(yīng)器皿100的示意圖。壓力調(diào)節(jié)氣體供應(yīng)器皿100包括器皿容器102，器皿容器102具有平整底部分104，從而使器皿能夠垂直地支撐在底板或其它平整表面上。器皿容器102呈細(xì)長圓柱形式，具有上漸縮頸部106，閥頭組合件108安置在上漸縮頸部106中，閥頭組合件108包含具有填充端口118及出口124的閥體，及氣動閥126。

圖2是圖1的壓力調(diào)節(jié)氣體供應(yīng)器皿的閥頭調(diào)節(jié)器組合件108的正視圖。如所展示，閥頭調(diào)節(jié)器組合件108包含閥頭主體130，閥頭主體130包括上述填充端口118及出口124，其中氣動閥126與閥頭主體耦合且經(jīng)布置以使閥頭主體中的閥元件響應(yīng)于氣動閥的對應(yīng)氣動致動而在完全敞開位置與完全閉合位置之間平移。閥體130包含螺紋圓柱部分132，螺紋圓柱部分132帶螺紋以用于與器皿頸部的對應(yīng)螺紋內(nèi)部配合表面可配合地嚙合，閥頭調(diào)節(jié)器組合件安置在螺紋內(nèi)部配合表面中(參見圖1)。

閥頭調(diào)節(jié)器組合件包含與填充端口118連通的填充通道134。填充端口118通常由其上的所說明的閉合元件閉合，且可選擇性地與壓力調(diào)節(jié)器皿中將存儲且隨后從壓力調(diào)節(jié)器皿分配的氣源耦合。閥頭主體130在螺紋圓柱部分132的下端處耦合到壓力調(diào)節(jié)器組合件150的排放管136。壓力調(diào)節(jié)器組合件150包括壓力調(diào)節(jié)器138、在下游端處氣密式接合到壓力調(diào)節(jié)器138的排放管136，及在上游端處氣密式接合到壓力調(diào)節(jié)器138的入口管140。入口管140的下端在所展示的定向上接合到延伸管142，延伸管142的下端具有凸緣，粒子過濾器144固定到所述凸緣。粒子過濾器144用于在其分配操作期間從器皿所排放的氣體移除微粒，閥頭調(diào)節(jié)器組合件安置在所述器皿中。

閥頭調(diào)節(jié)器組合件因此提供氣體流動路徑以從安裝有閥頭調(diào)節(jié)器組合件的關(guān)聯(lián)器皿排放氣體。當(dāng)氣體在非分配條件下存儲于器皿中時，器皿容器中的氣體的壓力高于調(diào)節(jié)器138的設(shè)定點，且氣動閥126閉合，且調(diào)節(jié)器的壓力感測組合件使調(diào)節(jié)器入口中的閥維持在閉合條件，使得沒有氣體流過所述閥。當(dāng)氣動閥126敞開且調(diào)節(jié)器中的壓力感測組合件暴露于低于調(diào)節(jié)器的設(shè)定點壓力的下游壓力時，壓力感測組合件將在調(diào)節(jié)器中平移以敞開調(diào)節(jié)器入口中的閥。氣體接著流過粒子過濾器144、延伸管142、調(diào)節(jié)器138、排放管136及閥頭主體130中的氣流通道而到達(dá)出口124，以從器皿排放。

圖3是圖2的閥頭調(diào)節(jié)器組合件150的調(diào)節(jié)器的剖視圖，其展示調(diào)節(jié)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。如所繪示，壓力感測組合件154耦合到可膨脹/可收縮波紋管160，可膨脹/可收縮波紋管160響應(yīng)于出口壓力條件而膨脹或收縮，從而使提升閥元件152平移，使得氣體的壓力在閥敞開時的分配期間維持在設(shè)定點壓力值，且使得提升閥元件152經(jīng)裝設(shè)為在下游壓力高于調(diào)節(jié)器的設(shè)定點時防止氣體流過調(diào)節(jié)器。

因此，當(dāng)排放管136中的下游壓力低于調(diào)節(jié)器的設(shè)定點時，氣體從器皿容器中的氣體容積流過入口管140且流過調(diào)節(jié)器而到達(dá)排放管136。

圖4是采用如圖1所展示的壓力調(diào)節(jié)氣體供應(yīng)器皿的n型晶片生產(chǎn)系統(tǒng)的示意圖。

晶片生產(chǎn)系統(tǒng)包含浮區(qū)結(jié)晶設(shè)備200，浮區(qū)結(jié)晶設(shè)備200包含限定內(nèi)部容積204的腔室202，上夾盤212及下夾盤210安置在內(nèi)部容積204中。在對應(yīng)浮區(qū)結(jié)晶過程中，多晶硅棒216碰觸安置在下夾盤210上的種晶214。射頻線圈220在箭頭a所指示的方向上平移，使得接近于線圈的棒熔化，其中隨著線圈平移到上夾盤212的高度且接著反向倒退到下夾盤210，“熔化前部”從種晶移動到棒端并返回。此操作的結(jié)果是生產(chǎn)單晶棒。

如所繪示，圖1所展示的類型的器皿經(jīng)布置以使氣體流入浮區(qū)結(jié)晶腔室202的上端處的入口，向下流入浮區(qū)結(jié)晶腔室202中，其中對應(yīng)零件及組件以對應(yīng)數(shù)字標(biāo)識。對于用于生產(chǎn)對應(yīng)n型硅晶片的單晶n型材料的生產(chǎn)，由壓力調(diào)節(jié)器皿遞送的氣體含有n型摻雜劑源材料，例如氬的惰性氣體中的膦(ph3)。膦/氬氣體混合物中的膦濃度可為大約500ppm的ph3。

對應(yīng)氣體混合物遞送壓力可為大約0.69mpa(100psi)，其中壓力是由器皿容器102中的單一調(diào)節(jié)器的設(shè)定點壓力在此類壓力值下確定。

圖5是包含氣柜302的處理系統(tǒng)300的示意圖，氣柜302在氣柜的內(nèi)部容積304中含有根據(jù)本發(fā)明的一對壓力調(diào)節(jié)氣體供應(yīng)器皿306及308，以用于將氣體遞送到三個處理腔室326、332及338。

如所展示，器皿306及308經(jīng)布置用于與歧管管線310的分配連通，歧管管線310又與分配管線312連通。器皿306及308可經(jīng)布置以按照需要而同時或相繼操作。分配管線312將所分配的氣體輸送到外部壓力調(diào)節(jié)器314以調(diào)制壓力且在進料管線316中流到歧管管線320。所分配的氣體從歧管管線320在相應(yīng)分支進料管線322、328及334中分別流到處理腔室326、332及338，分支進料管線322、328及334分別含有質(zhì)量流量控制器324、330及336。

由器皿306及308供應(yīng)的氣體可包括氣體混合物，例如結(jié)合圖4所描述的氣體混合物，或適于處理腔室326、332及338以及其中進行的處理操作的單組分或其它多組分氣體。進料管線316中的氣體的壓力可為大約0.7mpa到0.8mpa，其中在內(nèi)部安置在氣柜302中的壓力調(diào)節(jié)器皿306及308中的調(diào)節(jié)器的設(shè)定點壓力一致。

圖6是處理系統(tǒng)400的示意圖，處理系統(tǒng)400包含含有根據(jù)本發(fā)明的壓力調(diào)節(jié)氣體供應(yīng)器皿406及408以用于將氣體遞送到處理腔室418的氣柜404，及單獨氣體供應(yīng)源420。如所展示的壓力調(diào)節(jié)氣體供應(yīng)器皿406及408將氣體供應(yīng)到歧管410，以在遞送管線412中流到腔室418，遞送管線412含有外部壓力調(diào)節(jié)器414及質(zhì)量流量控制器416。器皿406及408可含有膦且其中具有調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器具有大約0.7mpa的設(shè)定點壓力。單獨氣體供應(yīng)源420可含有氬或其它合適惰性氣體，所述氣體在含有質(zhì)量流量控制器422的進料管線424中流到處理腔室418?？煽刂旗⒓皻鍤獾南鄳?yīng)流率，以在處理腔室418中提供所需濃度的膦，例如處理腔室中的氬氣為從40ppm到150ppm的范圍中的濃度。

圖7是平板顯示器制造系統(tǒng)500的示意圖，平板顯示器制造系統(tǒng)500包含限定圍封容積506的氣箱502，根據(jù)本發(fā)明的壓力調(diào)節(jié)氣體供應(yīng)器皿508及510安置在圍封容積506中，所述器皿經(jīng)布置以將氣體遞送到離子植入工具504。

如所繪示，氣箱502以實現(xiàn)相繼操作的布置含有器皿502及510，使得隨著一個器皿耗盡，另一器皿可投入運轉(zhuǎn)以將氣體分配到離子植入工具504。因此，器皿508耦合到氣體分配管線512，氣體分配管線512含有流量控制閥514、外部調(diào)節(jié)器516及手動閥518，且器皿510經(jīng)布置以將氣體分配到含有流量控制閥522的分支管線520，其中分支管線522在其終端處耦合且耦合到氣體分配管線512。

在氣箱502外部、以虛線圓“b”示意地標(biāo)示的氣體分配管線512具有約10英尺的長度，且排放氣體使其流過介電隔板530而到達(dá)離子植入工具504，離子植入工具504的外殼處于相對于接地的高電壓且因此處于高于氣箱502的電壓。在離子植入工具外殼中，由氣箱502供應(yīng)的氣體在管線532中流過兩側(cè)為流量控制閥534及538的外部調(diào)節(jié)器536，且流過質(zhì)量流量控制器544及流量控制閥546而到達(dá)工具的離子源550。管線532還與含有流量控制閥542的旁通環(huán)路540連通，以實現(xiàn)所引入的氣體圍繞質(zhì)量流量控制器544及流量控制閥546的選擇性旁通。

由處理系統(tǒng)500中的壓力調(diào)節(jié)氣體供應(yīng)器皿508及510供應(yīng)的氣體可包括同位素富集三氟化硼或其它合適氣體，所述氣體是在大約0.8mpa的壓力下從相應(yīng)氣體供應(yīng)器皿供應(yīng)，與相應(yīng)氣體供應(yīng)器皿中的每一者中的單一調(diào)節(jié)器的設(shè)定點壓力一致。

將認(rèn)識到，利用本發(fā)明的壓力調(diào)節(jié)器皿的上述處理安裝僅為說明性特性，且此類壓力調(diào)節(jié)器皿可用于各種類型的處理安裝及應(yīng)用，來以安全、高效且可靠的方式提供氣體。

雖然本文中已參考特定方面、特征及說明性實施例而闡述本發(fā)明，但將了解，本發(fā)明的效用并不受到如此限制，而是擴展到且涵蓋本發(fā)明領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將基于本文中的描述所推薦的眾多其它變化、修改及替代實施例。對應(yīng)地，如權(quán)利要求書中所要求的揭示內(nèi)容旨在廣泛地解釋及解譯為包含屬于本發(fā)明的精神及范圍內(nèi)的所有此類變化、修改及替代實施例。