NO872020L - Vakuumstyring av damptransport. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører fremstillingen av halvledere og nærmere bestemt styringen av strømningstakten for reagensdamp gjennom en åpning inn i et vakuumsystem som anvendes ved fremstillingen av halvlederanordninger.

Det er velkjent innenfor teknikken å utføre visse halvleder og produksJ onsoperasJ oner under tilstander med høyt eller moderat vakuum. En av de konvensjonelle prosessorer for utførelser av slike operasjoner er å innføre en reagensdamp i vakuumsystemet hvor dampen reagerer med halvlederanordningene som gjennomgår behandling eller separering. Det er uhyre viktig, under mange av disse operasjoner, at takten av reagensdampstrøm inn i vakuumsystemet, og følgelig reaksjons-takten for reagensdampen med halvlederoverflaten kan styres meget nøyaktig.

Et antall metoder for innføring av reagenser inn i vakuum-ovner og andre vakuumhalvlederfremstillingssystemer er kjent. De fleste av systemene er meget vanskelig å operere under forhold som vil sikre at aerosol i reagensen dannes, og å sikre at massestrømningstakt er nøyaktig og gjentagbar. Et trekk ved denne oppfinnelse beror i tilveiebringelsen av et kritisk åpningssystem for innføring av damp i slike vakuumsystemer nøyaktig uten noen risiko for aerosoldannelse.

Systemerr er velkjente for å tilveiebringe reagenser i reservoarer eller boblere og for å opprettholde temperaturen i reservoaret eller bobleren etter ønske for å oppnå det ønskede damptrykk. Et slikt system selges av J. C. Schumacher Company, identifisert som STC eller kildetempera-turstyreenhet (Source Temperature Controller). Nevnte STC er, kort beskrevet, en omslutning for reservoaret og oppvarm-ningsmiddel og styremiddel for meget nøyaktig å opprettholde temperaturen i reservoaret.

Systemer er velkjente for å tilveiebrine en nøyaktig styrt massestrøm av inert gass, f.eks. nitrogen. Et slikt system av J. C. Schumacher Company som MFC eller Massestrømnings-styreenhet (Mass Flow Controller). Nevnte MFC omfatter innløps og utløpsventiler og en åpningsstyreanordning og strømningsmåler.

Den foreliggende oppfinnelse omfatter et system, middel og fremgangsmåte for å styre takten av dampstrømning inn i vakuumsystemet fra et reagensreservoar til å gi et ledningsmiddel fra reagensreservoaret til innløpet på en åpning, og å forbinde utløpet av åpningen med vakuumsystemet. Et trykkdifferensial opprettholdes over åpningen som er en funksjon av temperaturen for reagensdampen i særdeleshet, inn i systemet generelt. Strømningstakten er så en funksjon av trykkdifferénsialet over åpningen, størrelsen av åpningen og reagensdampens temperatur.

Et meget fordelaktig trekk ved dette system er at så lenge som trykket på innløpet av åpningen er minst to ganger så stort som trykket på utløpet av åpningen, idet utløpet av åpningen er på et høyt eller moderat vakuum, i området av ca. 0,001-100 Torr, er strømningstakten uavhengig av trykkdifferensialet. Under slike omstendigheter ved konstant temperatur, er strømningstakten en funksjon kun av åpningens størrelse. Et antall problemer er blitt møtt under anvendelse av kritiske åpninger. Blant slike problemer er endringen av åpningens størrelse. Den effektive størrelse av åpningen endrer seg over en tidsperiode og over en opera-sj onsperiode, antagelig p.g.a. kondenseringen av reagensdampen på komponenter i åpningen, kjemisk reaksjon mellom reagensdampen og åpningens materialer, og kanskje abrasjon som skyldes at damppartiklene slår mot åpningens overflate. Uansett vil den effektive størrelse av åpningen endre seg over en tids- og driftsperiode. Dette vil nødvendiggjøre den omhyggelige kalibrering og omkalibrering av åpningen og Justering av strømningsparametre for å sikre at en forutbestemt og ønsket takt av massestrømning oppnås gjennom åpningen.

En viktig side ved denne oppfinnelse er at den tilveiebringer en kritisk åpning og et middel og et system for å kalibrere åpningen til å muliggjøre en forutbestemt massestrømningstakt gjennom åpningen gjennom kjente betingelser.

Reservoarer i form av boblere og i andre former er velkjente innenfor industrien. En av indusristandardene er quartz-bobleren som selges av J. C. Schumacher Company. Slike boblere kan anvendes i forbindelse med det kritiske åpningssystem ifølge denne oppfinnelse. Imidlertid er et forbedret reservoar og et forbedret tetningsarrangement viktige sider ved denne oppfinnelse.

Brytforseglinger på quartz-eller glassbeholdere er kjent, og en enestående brytforseglingsløsning er involvert i bobler-konstruks j onen fra J. C. Schumacher Company. Slike brytforseglinger er imidlertid begrenset til temmelig små diametre. Et viktig trekk ved denne oppfinnelse er en brytforsegling av større diameter som unngår innføringen av små partikler i reagenskaret.

Fremgangsmåter og apparater for generering av damper ved ønsket trykk er også kjent. Imidlertid er slike systemer begrenset generelt til en enkelt damp og er ikke tilfreds-stillende for å tilveiebringe en blandet damp ved en konstant sammensetning og trykk. En annen viktig side av denne oppfinnelsen ligger i et nytt og forbedret blandet damp-generatorsystem, anordning og fremgangsmåte.

Et vakuumstyresystem for damptransport til styring av strømningstakten av kjemisk reagens inn i et vauuksystem fra et reservoar med kjemisk reagens er beskrevet, hvilket omfatter en kritisk åpning som har et innløp og et utløp, dampinnløpsmiddel for å lede damp av reagensen fra reservoaret til åpningens innløp, damputløpsmiddel for å forbinde åpningens utløp med vakuumsystemet inn i hvilket reagensdampen skal på styrbar måte tillates å strømme.

I en foretrukket utførelsesform er midler tilveiebragt for selektivt å bevirke enten reagensdamp eller en fast gass av høy renhet på en nøyaktig kjent strømningstakt til å passere gjennom åpningen for derved periodisk å kalibrere åpningen under anvendelse av den faste gassen som det kalibrerende medium.

I en annen foretrukket utførelsesform kan åpningen styres med hensyn til åpningens størrelse og omfatter middel for å justere åpningens størrelse til å tillate en forutbestemt strømningstakt av den kalibrerende gass til å strømme derigjennom.

Systemet omfatter også fortrinnsvis middel for å utlede et innløpstrykksignal som er en funksjon av trykket på innløpet og et utløpstrykksignal som er en funksjon av trykket på utløpet og middel for å justere damptrykket for reagensdampen i dampinnløpsmidlet til å opprettholde et forutbestemt forhold mellom innløpstrykk og utløpstrykk.

Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for å styre takten av reagensdamptransport fra et reagensreservoar til et vakuumsystem, omfatter under drift å føre driften fra reservoaret fra vakuumsystemet under en åpning som har et innløp og et utløp og under en ikke-driftsperiode å føre en fast gass-strøm av høy renhet og kjent massestrømningstakt gjennom åpningen, idet åpningen kalibreres under slik ikke-drifts periode med hensyn til massestrømningskapasitet under anvendelse av den faste gass-strøm av høy renhet som refer-ansemassestrømningen.

Fremgangsmåten omfatter fortrinnsvis trinnene med å utlede et innløpssignal som er en funksjon av damptrykket på åpningens utløp og å styre damptrykket fra reservoaret til å oppnå et forutbestemt forhold mellom innløpsdamptrykk og utløpsdamp-trykk.

I systemer hvor åpningen kan justeres, omfatter fremgangsmåten trinnet med å justere åpningens størrelse under kalibrering til å tillate en forutbestemt massestrøm av kalibrerende fast gass av høy renhet gjennom åpningen.

Fig. 1 er et skjematisk riss av den kritiske åpning og

kalibreringssystemet ifølge denne oppfinnelse.

Fig. 2 er et sideriss, delvis bortkuttet, av et multi-reservoar. Fig. 3 er et delvis toppriss av multireservoaranordningen i fig. 2, med delvis bortkutting, som viser en halvdel av toppen, innbefattende toppen av de tre reservoarene. Fig. 4 er et sideriss delvis i bortkuttet og tverrsnitt som viser den forbedrete brytforsegl ing ifølge oppfinnelsen og et forbindelsesorgan for denne. Fig. 5 er et toppriss av forbindelsesorganet vist i fig. 4. Fig. 6 er et sideriss i delvis tverrsnitt av bunnen av

brytforseglingen under bryting.

Fig. 7 er et skjematisk skjema over den forbedrete fler-damps, enkelt-kildegeneratoren ifølge denne oppfinnelse.

Idet der først vises til fig. 1, vil systemet og fremgangsmåten for operasjon av systemet bli beskrevet.

Systemet involverer, i den foretrukne utførelsesform, en omslutning 10 som er i alt vesentlig gasstett og opprett holdes derfor under en inert atmosfære, eksempelvis under et gassteppe av nitrogen. Dette er ikke vesentlig for eller kritisk hva angår driften ifølge oppfinnelsen, men er et viktig sikkerhetstrekk som typisk ville bli innbefattet innenfor omfanget av oppfinnelsen. En nitrogenkilde er tilveiebragt og strømning styres gjennom ventilen til et innløp 12 til omslutningen.

En annen omslutning 20 i eller hosliggende omslutningen 10, omfatter reservoarer for reagensen som skal fordampes og anvendes i halvlederfremstillingssystemet til hvilket dampene passer fra vakuumstyresystemet for damptransport i henhold til foreliggende oppfinnelse. En ventilering 13 tillater nikrogen å "unnslippe. Innsiden av omslutningen 10 kan opprettholdes på en ønsket temperatur ved hjelp av en oppvarmer 14 og styreenhet 15 i omslutning 16 innenfor omslutning 10. Damptrykket av reagensen i systemet ifølge denne oppfinnelse kan styres på en hvilken som helst måte, men det er hensiktsmessig å styre den ved å styre reagensens temperatur- ved hjelp av en oppvarmer 22 og en styreenhet 24.

Ledningene, åpningene, og andre strømningsstyrende og strømningshåndterende anordninger i systemet opprettholdes på en temperatur over reagensreservoarets temperatur. Eksempelvis kan reagensreservoaret typisk opprettholdes på en temperatur av rundt 90°C. I slike tilfeller ville systemet bli opprettholdt på en temperatur av eksempelvis av 95°C til å unngå kondensering i systemet.

Reagensstrømmen er fra ledningen 24, 26 og 28, og omslutningen 20 gjennom konvensjonelle forbindelsesorganer, eller det forbedrete forbindelsesorgan ifølge oppfinnelsen som skal beskrives senere, identifisert ved 34, 36 og 38 og så gjennom styrte ventiler 40, 42 og 44 som respektivt styres av styreenheter 46, 48 og 50. Strømningen skjer så til de respektive åpningsmekanismer vist med 52, 54 og 56. I den foretrukne utførelsesform er disse åpninger variabler og kan styres ved hjelp av respektive styreenheter 58, 60 og 62. Gjennom den styrte eller faste åpning 52, 54 og 56 blir så strømmen av gassen blandet ved en T-blander 64 som er koplet til innløpet 66 på brukernes vakuumovn eller annet vakuumsystem. Strømning er vist med pilene ved innløpet og utløpet av ledningene i figuren.

Kalibrering tilveiebringes fra en nitrogenkilde gjennom en mas ses trømningsstyreenhet 70 av den type som er omtalt tidlere som i øyeblikket solgt av J. C. Schumacher Company eller en hvilken som helst annen ønsket massestrømningsstyre-enhet. En strøm av nitrogen med kjent massestrømningstakt kan innføres i dampledningssystemet gjennom ventiler 72, 74 og 76, individuelt, hvilke ventiler i sin tur styres av ventilstyreenheter 78, 80 og 82. Ved dette middel kan nitrogen med en kjent massestrømningstakt innføres i en hvilken som helst av ledningene og bevirkes til å strømme gjennom en hvilken som helst av åpninene, hvorved tilveiebringes en kjent massestrømningstaktstrøm av nitrogen som anvendes ~til å kalibrere åpningen. Mikroprosessorer og mikroprosess-styresystemer for industrielle styreformål er ganske omfattende kjent og generelt anvendt. Der er ingen spesiell nyhet i slike systemer med hensyn til denne oppfinnelse. Faktisk kan et hvilket som helst styresystem som kan gi de ønskete funksjoner anvendes og en hvilken som helst med vanlige dyktighet innenfor teknikken ville være i stand til å konstruere eller tilveiebringe slike styreenheter. Styreenheten for det totale system ifølge denne oppfinnelse er betegnet som VVTC eller vakuumstyreenhet for damptransport (Vacuum Vapor Transport Controller) og er angitt generelt med 100. Styring av innstrømningen av nitrogen til omslutningen 10 opprettholdes gjennom en styreenhet 102 og en styreledning 104. Dette er en meget enkel styrefunksjon, ganske enkelt ved å slå ventilen på og av til å opprettholde et nitrogen-dekke i omslutningen. Et lignende system som kan anvendes for å opprettholde et nitrogenteppe i nevnte STC. Temperatur i omslutningen 10 opprettholdes på det ønskede nivå under anvendelse av oppvarmeren 14 og styreenheten 15 gjennom styreledning 106. Likeledes blir temperatur i kildetemperaturstyresystemet opprettholdt gjennom en oppvarmer 22 ved styreenhet 24 og en styreledning 108. Styreledningene 110, 112 og 114 styrer ventilene 40, 42 og 44, og følgelig strømningen inn i åpningene. Styreledningene 116 og 118 og 120 styrer respektive ventilene 72, 74 og 76 for å tillate kalibrering av strømmen av nitrogen når ønskelig. Styreledninger 122, 124 og 126 styrer størrelsen av de respektive åpninger 52, 54 og 56. En ledning 128 fra en transduser 130 og en trykkavføler 132 angir vakuumtrykket i hvilket dampene må transporteres. På lignende måte sender styreledningene 134, 136 og 138 fra transduserne 140, 142 og 144 trykkavlesninger fra trykkavfølere 146, 148 og 150 til nevnte VVTC.

Under operasjon, før oppstarting, tillates nitrogen å strømme inn i de respektive ledninger og gjennom de respektive åpninger nned en kjent massestrømningstakt, som bestemt av massestrømningstyreenheten 70. Under slik strømning kan den effektive åpningsstørrelse beregnes og bestemmes fra en kalibreringskurve enten gitt av åpningens produsent eller utviklet ved hjelp av standard kalibreringsteknikk. Såsnart den effektive åpningsstørrelse er kjent, blir så åpningen enten justert eller den effektive åpningsstørrelse anvendt for å bestemme massestrømningstakten for reagensen, under forløpet. Denne prosedyre gjentas for hver av åpningene etter hvilken forløpet er begynt. Styring for denne kalibrering gis selvfølgelig av ventilene 72, 74 og 76. Såsnart kalibreringen er fullført, stenges disse ventiler og ventilene 40, 42 og 44 åpnes for å tillate strøm av reagenser fra ledningene 24, 26 og 28 gjennom systemet og gjennom åpningene. Utmatningene fra åpningene koples til T-blanderen 64 og de blandete damper strømmer så inni vakuumovnen, eller rettere vakuumanordningen. Det vil forstås at en eller flere av de kritiske åpningssammenstillinger kan anvendes. Tre er vist p.g.a. at dette er et hensiktsmessig utformet system og fordi to eller tre reagenser vanligvis anvendes ved fremstillingen av halvledere.

Den kritiske massestrømningsligning for en idiell åpning er:

hvor: Cv = åpning

MW = gassmolekylvekt

T = °K

R = konstant, 62,364

Pl = oppstrøms (reservoar) trykk, torr

D = åpning 0, cm.

Dette gjelder så lenge som P^> 0,535 ?2»nedstrømstrykket. Generelt vil P2være 1-5 torr.

Tabell I gir et typisk eksempel av åpningsstørrelseområder for eksempelvis reagenser.

Styreventi len som velges er MKS Inc. , modell 248A Control Valve modifisert for 125° operasjon, hunn VCR fittings og Kalvez ventilseter. Strømningsområdet velges som følger.

Vurder TEOS med en M lik 2,34 g/min. Den ønskede gass-strømningstakt i liter/min ved angitte betingelser er 90° C, 70 torr:

De ekvivalente verdier for TMP og TEB er henholdsvis 4,20 og 0,403 l/min. Under 100 torr øker trykkfallet over ventilen vesentlig og ledingen avtar p.g.a. den begrensede strømnings-vei gjennom åpningens ventillegeme. Dette kan kompenseres ved å spesifisere en ventil med et meget høyere område, men med ofring hva angår oppløsningsevne. MKS anbefaler en ventil med 0-50 standard liter pr. minutt område for minimum trykkfall.

Hver kanal i vakuumdamptransportsystemet er programmert til å levere en fast massestrømning ved en gitt temperatur, trykk og åpningsventilåpning (dvs. via en tilført spenning til åpningsventilens styreenhet). Et eksempel er TEOS ved 90°C, 70 torr og en massestrømning lik 2,34 g/min. I realiteten vil åpningen sakte innsnevnres ettersom avleiringer dannes på veggene. Når åpningen varieres for å opprettholde trykket, vil den faktiske massestrømning sakte drive p.g.a. denne virkning.

For å tilveiebringe periodisk massestrømningskalibreringer, blir en massestrømningshjelpestyreenhet 70 tilveiebragt, hvilken aldri utsettes for de korrosive gasser og derfor er en stabil referanse. Dens operasjon er som følger.

Som fig. 1 viser, blir under kalibrering ventilene 40, 42 og 44 styrt til den normale lukkede posisjon. Ng dirigeres så gjennom MFC 70 til de individuelle styreventiler via 72, 74 og 76. Sålenge som innmatningen til nevnte MFC 70 er større enn atmosfærisk trykk, kan styreventilen på nevnte MFC 70 programmeres til å etablere de foreskrevne trykk bg masse-strømninger for hver kanal. Hvis eksempelvis tabell I anvendes anvendes som et startpunkt, kan spenninger til styreåpningen på nevnte MFC 70 etableres, som genererer trykk av 70, 30 og 300 torr i hver kanal når et ekvivalent sett av spenninger tilføres åpningsstyreenhetene i selve kanalen.

Et eksempel hva angår TEOS er som følger. Ved fabrikken blir et kalibreringsforhold etablert mellom spenningen VI og spenningsstyreåpningen 52 til å etablere en kjent masse-strømning av Ng på 70 torr og 90 °C og spenningen tilført styreåpningen hos nevnte MFC. Ng vil bli regulert på 34,475 x 10J Pa (5 psi) på oppstrømssiden av nevnte MFC. Man kan anta at en spenning av 10 volt likestrøm tilføres styreåpningen av nevnte MFC gir en strømning av 250 skcm ved atmosfærisk trykk og romtemperatur inn i vakuumet som regjeres av den tilførte spenning fra styreenheten 58. Under operasjon blir et kalibreringsforløp automatisk foretatt før hver kjøring. Hovedsaklig forutbestemte spenninger, basert på kalibreringskurver, tilføres kritisk åpning 52 og nevnte MFC og massestrømningen avføles av nevnte MFC. Hvis der er en varians i massestrømningen og trykket, justeres spenningen for å kompensere. Denne prosedyre foretas på hver kanal og systemet er så klart for en kjøring.

Konvensjonelt blir tre separate reservoarer anvendt for reagensene. Der er en betydelig fordel ved Imidlertid å anvende en flerreservoars anordning. Kostnadene med forsendelse og risikoen med å forsende flere beholdere reduseres ved anvendelsen av en enkel anordning som inneholder flere reservoarer, slik som det som er vist i fig. 2, som viser en ny og meget fordelaktig utførelsesform av en side ved oppfinnelsen.

Med henvisning til fig. 2 danner en ytre beholder 200 et første kar. En åpning 202, som er identisk med åpninger 212 og 222, hvorav sistnevnte ville bli beskrevet i fullstendig detalj i det etterfølgende, er tilveiebragt for å fjerne damper fra reservoaret under bruk. Et fyllerør 204 som, under operasjon, ganske enkelt er et langt åpen rør gjennom hvilket reagens innføres i reservoaret er tilveiebragt, hvoretter fyllrøret avstenges, typisk ved varmeforsegling.

En termisk brønn 206 er tilveiebragt i hvilken en avfølings-sonde kan plasseres og en annen brønn 208 er tilveiebragt inn i hvilken en optisk nivåmålingsanordning kan-innføres. Disse er ganske enkelt rør, lukket ved bunnen, og derfor tetter til å hindre inkludering av reagensen, hvilke anvendes til å måle reagensens temperatur og nivå. Slike brønner er kjent innenfor den tidligere teknikk og er i og for seg ikke nye, bortsett fra i kombinasjon med de andre trekk ved denne spesielle utførelsesform av oppfinnelsen.

Et annet kar 210 er dannet Innenfor og forbundet med topp-veggen av karet 200 og er forsynt med en dampfjerningsledning 212, som er den samme som ledningen 202 og 222. Et fyllrør 214 som tidligere beskrevet med hensyn til fyllrør 204 er også tilveiebragt for dette kar.

På lignende måte er et kar 220, med en dampfjerning 222 og et fyllrør 224 tilveiebragt. Man vil se at kombinasjonen omfatter et enhetlig kar som har et ytre reservoar med to reservoarer opphengt fra karets toppvegg i det ytre reservoaret, hvorved dannes tre separate og tydelige reservoarer, på hver av disse har et fyllrør og hver av hvilke er forsynt med en dampfjerningsledning.

Den nedre enden av dampfjerningsrøret er avsmalnet ut til en fin kant. Avsmalningen kan være mot den ytre kanten, den indre kanten eller kan være generelt sentrert med hensyn til tykkelsen av veggen av dampfjerningsrøret 222 forutsatt kun at en knivekant, i ringformet utformning, dannes til hvilken en lukkeskive 226 smeltes. Denn kombinasjon danner en meget enestående og fordelaktig brytforsegling. Fremfor alt er brytforsegling 226 på enden av røret 222 forholdsvis tykk og kan være så tykk som eller tykkere enn veggene av røret og kan derfor motstå praktisk talt hvilket som helst forventet Innvendig trykk. I særdeleshet kan den motstå kreftene av hydraulisk trykk som tilføres under bevegelse av karet og den relative bevegelse deri av væsken som befinner seg i kravet. Dette har vært et alvorlig problem tidligere og den .foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en enestående, uventet, og meget fordelaktig løsning på dette problem.

En annen viktig side ved dette spesielle trekk ved oppfinnelsen beror i det å bryte brytforseglingen. Selv om brytforsegling kan brytes på en hvilken som helst av mange måter, er en spesiell fordelaktig anordning i system for å bryte forseglingen vist i fig. 4 og i fig. 5. Som vist i fig. 4 er der et spor 228 dannet i ytterveggen av dampfjerningsrør 222. Som vist i fig. 4 har det sporet 228 opptatt i seg en holdering 230 som kan være av et hvilket som helst polymert eller endog metallmateriale. Polymer, slik som polytetra-fluoretylen, solgt under varemerket TEFLON, eller en hvilken som helst annen ønsket polymer foretrekkes. Holderingen eller skiven 230 hviler i sporet 228. Holdeskiven 230 fastholder på dampfjerningsrøret 222 en mutter eller fastholder 240 som er gjenget på sin innvendig overflate. Det er klart at deler kan omsnues og gjengingen være på utsiden, men den er hensiktsmessig vist her på innsiden.

Mutteren passer på et forbindelsesorgan 250 som innbefatter en nedrør 252 som forløper til nær enden av dampf jernings-røret 222, som vist i fig. 4 og 6. En ytre del av forbindelsesorganet 250 er gjenget og kan på gjengemessig måte danne inngrep med gjengene på mutteren 230. En sekskantet eller annen gripeoverflate 256 kan tilveiebringes og en øvre gjenget, overflate 258 kan også hensiktsmessig tilveiebringes for å forbinde forbindelsesorganet med en hvilken som helst type av rør eller ledningssystem som ønskes. Ettersom dette er et konvensjonelt VCR-forbindelsesorgan fra og med og dette punkt, er beskrivelsen utelatt for korthets- og klarhets-skyld. I korte trekk dannes imidlertid en ringformet ribbe 260 på legemets ende og en skive 270 av et eller annet deformerbart materiale, som eksempelvis kan være metall eller polymer, plasseres på denne og en passende fitting, som ville være i alt vesentlig identisk, hvis ønskelig, med hensyn til den gjengete enden 258, tilveiebringes for inngrep med den andre siden toppsiden som vist i fig. 4 på skiven 270. De to delene passer sammen og tvinges sammen ved hjelp av en mutter som på gjengemessig måte danner inngrep med delen 258. Som angitt er dette et konvensjonelt forbindelsesorgan og der er ingen nyhet i og for seg i sammenstillingen som er vist ved toppen av fig. 4. ""-

En viktig side av oppfinnelsen omfatter imidlertid sammenstillingen av midler for å forlenge utad hele dampfjærings-røret 222, middel festet, eksempelvis med skiven 230, over enden av dampfjerningen 222, dvs. mutteren 240, og middel for å feste legemet 250 til en mutter 230 og for å fjerne legemet, og i særdeleshet dets nedadforløpende parti 252. 0-tetningsringerr 280 og 282, dannet i spor i den ytre veggen av nedrøret 252 er tilveiebragt for å gi et tettende forhold mellom dampfjerningsrørets indre og det ytre av nedrøret 252. Under bruk slippes mutteren 240 over enden av dampfjernings-røret og holderingen 230, som typisk i det minst er noe ettergivende, slippes over enden av røret 222 og danner inngrep i sporet 228. Legemet 250 plasseres så i stilling med nedrøret 25 0 forløpende ned i dampf jerningsrøret, idet tetninger dannes av 0-ringene 280 og 282. Mutteren 240 skrus på legemet 250, i området angitt med 254, hvor de to har tilpassede gjengete overflater, hvorved legemet 250 tvinges ned. Som vist i fig. 4 går spissen av nedrøret 252 kun såvidt klar av brytf or segl ingen 226. Ved å skru legemet ytterligere ned, vil brytforseglingen tvinge skiven 226 nedad som vist i fig. 6, hvorved den smeltede del rundt enden av røret 222 brytes og skyvebrytforseglingen 226 beveges nedad som vist med pilen i fig. 6, Idet forseglingen er blitt tidligere dannet, unngår denne prosedyre noen innføring av urenheter i systemet. En av de store fordeler ved denne spesielle brytfor segl ing er at den kan lages i en praktisk talt hvilken som helst ønsket størrelse. Alt som er nød-vendig er å tilveiebringe en adekvat tykkelse i brytfor-seglingsskiven 226. Ettersom denne er ganske enkelt en flat skive oppnås dette enkelt med en hvilken som helst tykkelse.

Det vil forstås at forbindelsesorganene 34, 36 og 38 kan være av den type som er beskrevet med hensyn til fig. 4 og 5 og at ledningene 24, 26 og 28 kan være dampfjerningsrørene 202, 212 og 222 som vist i fig. 2.

I en alternativ utførelsesform, i hvilken kun en ordning anvendes, eksempelvis gjennom ledningen 24 er vist i fig. 4.

I denne spesielt fordelaktige utførelsesform inneholder reservoaret 302 en blanding av reagensene som skal anvendes i de ønskede proporsjoner. Proporsjonene vil være en funksjon av damptrykket av væskene, og beregnes lett under anvendelse av roualfs lov.

Vanskeligheten med å anvende en blandet reagenskilde tidligere har vært at sammensetningen av dampene endrer seg over en tid. Denne ulempe er over, i henhold til den foreliggende oppfinnelse, ved å pumpe væske ut av reservoaret som væske og, deretter, å fordampe den i en stabil-tilstands fordamp-ende reaktor.

Med særlig henvisning til fig. 7, inneholder reservoaret 202 den blandete reagens som fjernes gjennom en ledning 304. Ledningen 304, og de andre ledningene, bortsett fra 24, kan være meget små, praktisk talt kapi1lærledninger. Ledningen 24 er, som beskrevet i fig. 1, en større ledning for å føre gasser på et meget lavt trykk. Pumpen 306 forbindes ved hjelp av en styreenhet 308 og en ledning 310 til nevntte VVTC som vist i fig. 1 for å styre pumpetakten og å bringe den på og av. Pumpen tvinger den blandete flytende reagens gjennom ledningen 312 og gjennom en strømningsmåler 314, hvis utmatning sendes gjennom en transitt 316 og ledning 318 til nevnte VVTC vist i fig. 1. Strømningsmåleren kan være av en hvilken som helst ønsket type som er ikke-forurensende og ikke-reaktiv med reagensene. En type av strømningsmåler som er kjent innenfor industrien måler transitt-tiden for et enkelt inkrement av væske fra strømningsmålerens inngang til utgangen. En varmepuls injiseres i den strømmende reagens nær strømningsmålerens Inngang og denne varmepuls avføles nær strømningsmålerens utgang, idet banen er kjent og"tiden bestemmes, hvorved strømningstakten lett utledes. En hvilken som helst annen type av strømningsmåler som lages kan imidlertid anvendes.

Ledningen 32 0 fører så den blandete flytende reagens, som fortsatt er på konstant sammensetning, til fordampningskammeret 330. Fordamperen 330 oppvarmes ved hjelp av et hvilket som helst middel, slik som spole 332 som er vist ganske enkelt som en oppvarmer, idet oppvarmeren styres av en styreenhet 334 gjennom en ledningen 336 fra nevnte VVTC. Styring av temperaturen i reservoaret 330 styrer damptrykket som tilføres gjennom ledningen 24. Igjen bemerkes det at i denne utførelsesform vil kun en av ledningene bli anvendt. Det er klart at man ikke ville anvende fleråpningssystemer ved anvendelse av denne oppfinnelse.

Såsnart som systemet som beskrevet med hensyn til fig. 7 er i drift, vil stabiltilstandsbetingelsen oppnås i fordampningskammeret 330. Ettersom sammensetningen av væsken som pumpes inn i kammeret forblir konstant, vil den damp som frembringes og ved fjerning fra fordampningskammeret, såsnart fordampningskammeret er i stabil-tilstandsbetingelser, også være på konstant sammensetning, idet sammensetningen av dampen er nøyaktig lik sammensetningen av reagensen i reservoaret 302.

Det vil umiddelbart være innlysende såsnart denne oppfinnelse er forstått, at der vil være store betydelige økonomiske, tekniske og praktiske fordeler å anvende et blandet reagens-system, såsnart problemet med å få reagensen inn i vakuumsystemet ved konstant sammensetning er blitt løst. Denne oppfinnelse åpner så opp for muligheter til vesentlige økonomiske og praktiske fremskritt innenfor industrien. Oppfinnelsen beror i det totale system og i kombinasjonen av elementer, idet elementene eller komponentene i seg selv er kjent. Det skal vises til standardtekster, avtaler og tekniske publikasjoner hva angår spesifikasjoner med hensyn til komponenter. Særlig i henvisning til anordninger, systemer og komponenter som kan anvendes her rettes mot

KIRKOTHMER, "ENCYCLOPEDIA OF CHEMICAL TECHNOLOGY"; HANDBOOK

OF THIN FILM TECHNOLOGY, McGraw-Hill; ENCYCLOPEDIA OF SEMICONDUCTOR TECHNOLOGY, Wiley Interscience; HANDBOOK OF

CHEMICAL ENGINEERING; HANDBOOK OF COMPUTER SCIENCE AND

ENGINEERING, Van Nostrand; HANDBOOK OF TRANSISTORS, SEMI-CONDUCTORS, INSTRUMENTS AND MICROELECTRONICS, Prentlce Hall.

Ved hjelp av de midler som er beskrevet kan variablene som styrer strømningstakten, trykket, temperaturen og åpnins-størrelsen reguleres.

Som tidligere beskrevet, er det kjent at åpningen 40 endrer sin effektive diameter, antagelig som et resultat av kondensering eller avsetning i åpningen eller reaksjon av forskjellige reagenser med åpningen. Det er viktig at åpningens størrelse opprettholdes på en jevn størrelse, eller alternativt, hvis det ikke er mulig å opprettholde åpningen på en forutbestemt størrelse, er det viktig at temperaturen av dampen styres slik at netto-massestrømning gjennom åpningen kan styres. Således er det mulig å styre netto massestrømning gjennom åpningen 40 enten ved å styre åpningens størrelse eller dampens temperatur.

For å unngå"de ekstremt kompliserte, uvisse og hasardiøse løsninger for kalibrering som er blitt anvendt tidligere, blir den følgende fremgangsmåte og operasjonssekvens utført under anvende av systemet ifølge oppfinnelsen.

Under operasjon er styreenheten 38 og åpningen lukket og der er ikke noen strøm fra det faste gass-systemet. Strøm av damper fra reagensen er som angitt gjennom ledning 28 og 30 til åpningens 40 innløp, gjennom åpningen 40 og inn i vakuumsystemet. Det er ønskelig under operasjon å sikre at trykket i innløpssystemet er minst to ganger utløpstrykket. I dette henseende kan trykket å utløpssiden av åpningen måles, som tidligere beskrevet, og damptrykket opprettholdes på i det minste to ganger utløpets trykk.

Dessuten av hver kjøring, og før begynnelsen av nok en kjøring, er det ønskelig å omkalibrere eller kontrollere åpningens kalibrering. Ved tidligere praksis ble dette ikke gjort med hver kjøring p.g.a. at det var så tidskrevene og ofte så risikofylt at den ikke stimulerte til denne prosedyre.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse blir en kilde med fast gass, typisk nitrogen, med en kjent massestrømningstakt innført i ledningen 30, under hvilken tidsperiode dampen avbrytes fra reservoaret 22. Ettersom massestrømningstakten av nitrogenet inn i ledningen 30 er kjent og trykket i ledningen 30 er kjent, kan åpningen, hvis den er justerbar, justeres til å tillate den samme massestrømning som flyter gjennom åpningen 36. Hvis trykket i ledningen 30 er konstant, vil selvfølgelig så den samme massestrøm flyte gjennom åpningen 4 0 som flyter gjennom åpningen 36. Åpningen 40 justeres slik at den nøyaktige opprettholder trykket i ledningen 30.

Alternativt, hvis det ikke er mulig å justere størrelsen av åpningen 44, kan et sett av kalibreringskurver forberedes som korreleres Trykket i ledningen 30 eller trykkdifferensialet over åpningen 40 med massestrømningstakten. Med et gitt trykkforhold over åpningen, er det massestrømningen for åpningen 40 så kjent. Under anvendelse av den kalibrerende gass-strøm, typisk nitrogen, kan man velge den passende kalibreringskurven. En kalibreringskurve kan dannes for åpninger -ved meget nære inkrementer, hvorved det således gjøres mulig å tilveiebringe en kalibreringskurve for et rimelig forventet trykkdifferensial.

Idet der nå vises til utførelsesformen i fig. 2, er der vist et system som beskrevet, men som anvender et multi-reservoar. I fig. 2 omslutter en omslutning 110, generelt beskrevet hva angår fig. 1, et reservoar 120. I denne utførelsesform har reservoaret 3 kammere, et ytre kammer angitt med 120, et indre kammer angitt med 120a og et annet indre kammer angitt med 120b, idet en temperatur for samtlige av kammerne opprettholdes ved hjelp av oppvarmer 124 og styreenhet 126. Som tidligere beskevet mates utløpet fra de forskjellige reservoarkomponenter inn i en ledning, henholdsvis merket 130, 230 og 330. En kilde med kalibrerende gass på en kjent og styrt eller styrbar massestrømningstakt er angitt generelt med 139, idet detaljene ved gasskilden er utelatt for enkelhets skyld. Et lignende system er angitt med 239 og 339 for innføring, henholdsvis, ved en kalibrerende gass-strøm, inn I ledning 130, 230 og 330. Et styreenhetsystem 150, som innbefatter åpningen, åpningsstyreanordningen, mikroproses-soren og avfølerne, er vist i systemet koplet inn i hvilket 130 mater. Likeledes mater ledningen 230 inn i styresystem 25 0 og ledning 330 mater inn i styresystemet 350. Det vil forstås at detaljene som er vist 1 fig. 1 er utelatt i fig. 2 for enkelhets skyld.

Systemet i fig. 2 er særlig verdifult hvor flere reagenser anvendes. Eksempelvis er en av de viktige teknikker som anvendes ved fremstillingen av halvledere nå i dannelsen av BPSG (borfosfosilikat glass). Ved dannelsen av dette glass-belegg på hålvlederanordninger, idet den bor-innholdende bestanddel befinner seg i ét reservoar, den fosfor-innehold-ende bestanddel befinner seg i et annet reservoar og den silikat-Innholdende bestanddel befinner seg i nok et annet reservoar, idet de tre bestanddelene innføres i vakuumet samtidig vakuumet for samtidig deri å reagere til å danne borfosf orsilikat-glasset. Eksempelvis kan reservoarene inneholde henholdsvis bortr ibromid, fosf ortribromid og tetraetyl (orto) silikat.

Det vil også forstås at separate reservoar og separat oppvarmede reservoarer kan anvendes i et kombinasjonssystem av den type som er vist i fig. 2, idet den eneste forskjell er at hvert reservoar er adskilt fra det andre.

Idet der vises særlig til reservoaret 120, vil der imidlertid forstås at dette reservoar typisk dannes av quårtz med et stort reservoar dannet og 1 eller 2 eller 3 eller kanskje endog flere reservoar dannet innenfor karet av quartz opphengt fra toppen eller taket i det omsluttende kar. Disse anordninger kan dannes separat og så sammensmeltet ved konvensjonell og normal quartz-teknologi. Oppfinnelsen tilsikter således også et multi-reservoar av quartz omfattende et ytre reservoar som omgir minst et ytterligere indre reservoar, med åpninger som kommuniserer fra utsiden til hvert av de respektive reservoarer.

Denne oppfinnelse finner anvendelse ved fremstillingen av halvledere og ved tilveiebringelse av reagenser i vakuumovn og andre vakuumsystemer.

Claims (20)

1. Vakuum-styresystem for damptransport til styring av strøm-ningstakten for kjemisk reagens inn i et vakuumsystem fra et reservoar for den kjemiske reagens, karakterisert ved kombinasjonen: a) en åpning som har et innløp og et utløp, b) damputinnløpsmiddel for å lede damp av reagensen fra reservoaret til åpningens innløp, c) damputløpsmlddel for å forbinde åpningens utløp med vakuumsystemet inn i hvilket reagensdampen på styrbar måte tillates å strømme, og d) middel for selektivt å bevirke enten reagensdamp eller en fast gass av høy renhet med en nøyaktig kjent strømnings-takt til å passere gjennom åpningen for derved vekselvis å kalibrere åpningen under anvendelse av den faste gassen som det kalibrerende medium.

2. System som angitt i krav 1, kar. akter! s-e r t ved at åpningen er styrbar med hensyn ti! åpningens størrelse og omfatter middel for å justrere åpningens størrelse for å tillate en forutbesemt strømningstakt av den kalibrerende gass å strømme derigjennom.

3. System som angitt i krav 2, karakterisert ved dessuten å omfatte middel for å utlede et innløps-trykksignal som er en funksjon av trykket på innløpet og et utløpstrykksignal som er en funksjon av trykket på utløpet og middel for å justere damptrykket av reagensdampen i damp-innløpsmidlet til å opprettholde et forutbestemt forhold mellom innløpstrykk og utløpstrykk.

4. System som angitt i krav 1, karakterisert ved dessuten å omfatte middel for å utlede et innløps-trykksignal som er en funksjon av trykket på innløpet og et utløpstrykksignal som er en funksjon av trykket på utløpet og middel for å justere damptrykket av reagensdampen i damp-innløpsmidlet til å opprettholde et forutbestemt forhold mellom innløpstrykk og utløpstrykk.

5. Fremgangsmåte for å styre takten av reagensdamptransport fra et reservoar av reagens til et vakuumsystem, karakterisert ved trinnene: a) under operasjon å føre dampen fra reservoaret til vakuumsystemet gjennom en åpning som har et innløp og et utløp, b) under en periode av ikke-operasjon, å føre en fast gass-strøm av høy renhet og kjent massestrømningtakt gjennom åpningen, og c) å kalibrere åpningen med hensyn til massestrømnings-kapasitet under anvendelse av den faste gass-strømmen av høy renhet som referansemassestrømmen.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, karakterisert ved dessuten å omfatte trinnene å utlede et innløpssignal som er en funksjon av trykket av dampen på åpningens innløp og å ulede et utløpssignal som er en funksjon av damptrykket å åpningens utløp og å styre damptrykket fra reservoaret til å oppnå et forutbestemt forhold mellom innløpsdamptrykk og utløpsdamptrykk.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 6, karakterisert ved at åpningen er justerbar og dessuten omfatter trinnet å justere åpningens størrelse under kalibrering for å tillate en forutbestemt massestrømning av kalibrerende fast gass av høy renhet gjennom åpningen.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, karakterisert ved at åpningen er justerbar og dessuten omfatter trinnet å justere åpningens størrelse under kalibrering for å tillate en forutbestemt massestrøm av kalibrerende faste gass av høy renhet gjennom åpningen.

9. Fremgangsmåte for å innføre reagens inn i et kjemisk reak-sjons vakuumkammer, karakterisert ved trinnene: a) å styre temperaturen av reagens for derved å generere reagensdårnp på et forutbestemt trykk, b) å la reagensdamp strømme gjennom en kritisk åpning inn i vakuumreaksj onskammeret, og c) å styre strømningstakten Inn i reaksjonskammeret ved å styre reagensens damptrykk.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 9, karakterisert ved dessuten å styre strømningstakten for reagensen inn I det kjemiske reaksjonskammeret ved å styre størrelsen av den kritiske åpningen.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 10, karakterisert ved at reagensdampen opprettholdes på fra 0,1 til 100 torr.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 10, karakterisert ved at reagensdampen opprettholdes på fra 0,1 til 10 torr.

13. System for å innføre reagens i et vakuumreaksj onskammer, karakterisert ved : a) middel for å generere en damp av reagensen som skal innføres, b) en åpning, c) ledningsmiddel for å la reagensdamp strømme gjennom åpningen til reaksjonskammeret, d) middel for å opprettholde trykket på innløpssiden av åpningen på et trykk av fra ca. 0,1 til ca. 100 torr, Idet minste to ganger trykket i reaksjonskammeret, for derved å operere åpningen som en kritisk åpning, hvor strømnings-takten gjennom åpningen er uavhengig av trykket på enten innløpet eller utløpet av åpningen-og derfor uavhengig av trykkendringer i reaksjonskammeret.

14. System som angitt i krav 13, karakterisert ved dessuten å omfatte kalibreringsmiddel som omfatter en kilde av ~inert fast gass og middel for å regulere masse-strømmen av gass gjennom åpningen.

15. System som angitt i krav 13, karakterisert ved at midlet for å generere reagensdamp omfatter et f ordampningskammer, en oppvarmer for fordampningskammeret, middel for å pumpe reagens av konstant sammensetning inn I reaksj onskammeret og middel for å føre damp fra kammeret til åpningen.

16. System som angitt i krav 13, karakterisert ved at midlet for å generere en reagensdamp omfatter et kar av quartz eller borsilikatglass som definerer et ytre reservoar og to indre reservoarer i det ytre reservoaret, hvor hvert reservoar har en fylleåpning og en dampfjernings-åpning.

17. System som angitt i krav 16, karakterisert ved at dampfjerningsåpningen er lukket under forsendelse ved hjelp av en brytforsegling som omfatter en tynn kant ved enden av dampfjerningsåpningen og en skive smeltet til nevnte kant.

18. Brytforsegling, karakterisert ved et rør av glass eller quartz som er formet på en ende derav med en tynn kant og en skive smeltet til den tynne kanten.

19. Brytforsegling som angitt i krav 18, karakterisert ved at nevnte ende er tynn ringformet, at skiven er av glass eller quartz og lukker røret, at et indre rør er anbragt i røret av glass eller quartz, og at middel er tilveiebragt for å tvinge det indre røret mot skiven, idet skiven, røret av glass eller quartz og det indre røret er av slik konstruksjon og sammensetning at de vil tillate skiven å bli brutt av den tynne ringformete kanten ved tilførsel av kraft på denne fra det indre røret.

20. Dampgenereringsmiddel, karakterisert ved et f ordampningskammer, middel for å oppvarme fordampningskammeret, middel for å bevirke reagens av konstant sammensetning til å strømme inn i fordampningskammeret og middel for å fjerne damp av den samme sammensetning som inngangs-reagensen fra fordampningskammeret.