CN101314867B - 狭口阀 - Google Patents
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Abstract
在此提供一种用于工艺腔室具有改进的密封性能的阀组件的实施方式。在一些实施方式中，用于工艺腔室的阀组件包括：外壳，具有设置在其壁中的开口并且通过该开口可传送衬底；门，在基本平行于外壳的壁的平面中可移动地耦接到外壳，用于选择性地密封开口；可压缩密封构件，至少部分设置在门的上表面上和外壳的相应表面之间，用于当门位于关闭位置时在基本垂直于壁的方向上通过可压缩密封构件的压缩而在二者之间形成密封；以及机械装置，用于限制可压缩密封构件对在外壳的工艺腔室侧的环境的暴露。
Description
技术领域
本发明主要涉及用于处理衬底的工艺腔室，更尤其涉及用于保护狭口阀密封构件不由于工艺腔室中的条件而退化。
背景技术
用于在衬底上的制造集成电路(IC)的处理系统主要包括用于执行在衬底的各种工艺以形成构成IC的各种特征和结构的工艺腔室。
工艺腔室主要包括狭口阀，用于在处理期间选择性地密封腔室，同时促进衬底进出工艺腔室。狭口阀主要包括具有通常称之为狭口阀开口的狭长开口的外壳，用于提供到腔室的物理入口。例如，狭口阀开口可用于在工艺腔室和耦接到工艺腔室的传送腔室之间传送衬底。狭口阀进一步包括门和当门处于关闭位置时提供密封的可压缩密封构件。可压缩密封构件一般保持在工艺腔室中的气密密封(以防止泄露到或泄露出腔室，以有利于保持腔室内部的非大气压条件等等)。
然而，典型地采用以在这些工艺腔室中制造IC的许多工艺(诸如化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、蚀刻工艺等等)通常导致工艺腔室中的挥发性和腐蚀性气体。这些腐蚀气体可侵蚀狭口阀的可压缩密封构件。所述侵蚀可导致密封构件的退化，从而导致颗粒形成(其可污染衬底)和/或密封构件的失效(其可导致工艺气体的泄露或工艺腔室内的工艺条件的稳定性)。可选地，可频繁地替换密封构件(和/或狭口阀及其组件)以防止随时间的以上所提及的退化，从而造成增加的停工期和维护成本和较低的工艺产量。
因此，需要一种狭口阀，其能减少可压缩密封构件暴露于工艺腔室中存在的气体的时间。
发明内容
在此提供一种用于工艺腔室具有改进的密封性能的阀组件的实施方式。在一些实施方式中，用于工艺腔室的阀组件包括：外壳，具有设置在其壁中的开口并且通过该开口可传送衬底；门，在基本平行于外壳的壁的平面中可移动地耦接到外壳，用于选择性地密封开口；可压缩密封构件，至少部分设置在门的上表面上和外壳的相应表面之间，用于当门位于关闭位置时在基本垂直于壁的方向上通过可压缩密封构件的压缩而在二者之间形成密封；以及机械装置，用于限制可压缩密封构件对在外壳的工艺腔室侧的环境的暴露。
在一些实施方式中，衬底处理系统包括具有在其侧壁中形成的开口的工艺腔室；以及阀组件，接近所述开口设置用于选择性密封所述开口，该阀组件包含：外壳，具有设置在其壁中的开口并且通过该开口传送衬底；门，在基本平行于外壳的壁的平面中可移动地耦接到外壳，用于选择性地密封开口；可压缩密封构件，至少部分设置在门的上表面上和外壳的相应表面之间当门位于关闭位置时在基本垂直于所述壁的方向上通过可压缩密封构件的压缩而在门的上表面和外壳的相应表面之间形成密封；以及机械装置，用于限制到外壳的工艺腔室侧上的环境的可压缩密封构件的暴露。
在本发明的另一方案中，提供一种制造阀组件的方法。在一些实施方式中，制造阀组件的方法包括提供具有外壳、门和可压缩密封构件的阀组件，该外壳具有在其壁中形成的开口，该门在基本平行于所述壁的方向上可移动耦接到所述外壳，当门位于关闭位置时所述可压缩密封构件在所述门和所述外壳之间形成密封；以及提供到所述阀组件的歧管，所述歧管具有入口和多个气孔，配置该气孔以当所述门位于关闭位置时流动性耦接到所述歧管和所述可压缩密封构件附近的区域，从而传输到所述歧管的压缩气体至少部分形成气幕，当所述门位于关闭位置时该气幕撞击到所述可压缩密封构件上或者流到所述可压缩密封构件附近。
附图说明
为了能详细理解本发明的以上概述特征，将参照部分在附图中示出的实施方式对以上的简要概述和以下的其它描述进行本发明的更详细描述。然而，应该注意到附图仅示出了本发明的典型实施方式，因此不能理解为对本发明范围的限定，因为本发明可承认其它等效的实施方式。
图1示出了根据本发明的一些实施方式的衬底处理系统的简要视图；
图2A示出了根据本发明的一些实施方式的阀组件的透视图；
图2B示出了根据本发明的一些实施方式的阀组件的前视图；
图2C示出了根据本发明的一些实施方式的阀组件的侧视图；
图3示出了根据本发明的一些实施方式的阀组件的侧视图；
图4示出了根据本发明的一些实施方式的阀组件的侧视图；
图5示出了根据本发明的一些实施方式的阀组件的截面前视图。
在此尽可能使用相同的附图标记表示附图中共有的相同元件。为了示意性目的，简化在附图中使用的图像，并且没有必要按比例描述。
具体实施方式
本发明提供一种适合在工艺腔室中使用的狭口阀，诸如在半导体处理装置中，其中该狭口阀可暴露于由于例如腐蚀性气体导致的损坏环境中。狭口阀一般包含具有外壳、门、可压缩密封构件和用于保护可压缩密封构件的阀组件。外壳包括设置在其壁中的开口，以有助于穿过外壳传送衬底，例如从一个腔室到另一个腔室。外壳进一步包括设置在开口上方并基本垂直于壁形成的密封表面。门在基本平行于外壳的壁的平面中可移动耦接到外壳，并用于选择性密封开口。可压缩密封构件设置在门的上表面上，用于啮合外壳的密封表面并当门位于关闭位置时在其中形成密封。
机械装置限制可压缩密封构件到外壳的工艺腔室侧的环境的暴露。在一些实施方式中，外壳可包括歧管，该歧管在接近具有从歧管延伸到外壳的外表面的多个气孔的密封表面的外壳中形成。当门位于关闭位置时，多个气孔有助于压缩气体撞击到可压缩密封构件上，从而形成限制其它工艺气体接触可压缩密封构件的气幕。可选地或者结合，外壳可包括物理阻挡层。当门位于关闭位置时，物理阻挡层可充分接近可压缩密封构件设置以限定在二者之间的小间隙。物理阻挡层保护可压缩密封构件不直接暴露于可能存在于工艺腔室中的工艺气体。
虽然在此描述了在半导体处理装置中使用，但是在此公开的狭口阀组件可用于需要的任何腔室中，以防止腔室内的腐蚀性环境侵蚀狭口阀组件的密封。例如，图1是示出根据本发明的一些实施方式的示例性衬底处理系统100的简要视图。在一些实施方式中，衬底处理系统100可为真空处理系统，诸如半导体处理装置。衬底处理系统100可包括具有设置在其中的衬底支架118的工艺腔室104。为了简洁，省略典型地存在于多个工艺腔室的额外的组件(诸如工艺气体入口、排气管、控制器、RF发生器或其它等离子体源等等)。
随着衬底移动经过所需制造顺序，衬底典型地传送进出工艺腔室104。例如，传送腔室102可耦接到工艺腔室104以有助于放置衬底到衬底支架118上或者有助于从衬底支架118移除衬底。开口106设置在传送腔室102和工艺腔室104的各个邻近的壁中以有助于衬底传送进出工艺腔室104。阀组件108邻近开口106设置以有助于选择性密封开口106。
阀组件108包括可移动以选择性密封腔室104的门110。门110在一般平行于开口106的平面的方向上可移动。致动器112，诸如气动致动器、液压致动器、发动机等等经由一个或多个柱112耦接到门110。从而致动器112的操作控制选择的开口和门110的关闭。
图2A、图2B、图2C分别示出了根据本发明的一些实施方式的阀组件108的透视图、前视图和侧视图。阀组件108一般包括具有开口、门、可压缩密封构件的外壳和以保护可压缩密封构件的机械装置。例如，如图2A所示，阀组件108可包括具有设置在其壁203中的开口204的外壳202。开口204设计尺寸以有助于穿过其中传送衬底。外壳202可由诸如铝的任何适宜的材料制造，并且可包括一个或多个在其上形成的密封表面以有助于由以下所述的可压缩密封构件形成密封。在图2A-C中所述的实施方式中，外壳202可具有设置在开口204上方的上密封表面207A和设置在开口204下面的下密封表面207B。上密封表面207A和下密封表面207B可基本垂直于壁203形成。
如图2C所示，阀组件108进一步包括门206。在基本平行于外壳202的壁203的平面中，门206可移动耦接到接近开口204的外壳202并用于(通过可压缩密封构件)选择性密封开口204。在本发明的一些实施方式中，开关门206只通过线性移动完成。门206可由与适宜于外壳202的以上所述的相同材料制造。
门206一般具有与在外壳中设置的密封表面(诸如在外壳202中密封表面207A、207B)相接的相应的表面。在图2A-C中所描述的实施方式中，以及由在图2C中特别示出的，门206可包括配置与上密封表面207A相接的第一表面209A和配置与下密封表面207B相接的第二表面209B。在一些实施方式中，为了有助于牢固密封，在外壳202上的上密封表面207A和下密封表面207B及在门206上的第一表面209A和第二表面209B可基本垂直于门206的移动方向设置，和/或上密封表面207A和下密封表面207B及第一表面209A和第二表面209B和基本彼此平行设置。
可压缩密封构件可设置在门206和外壳202之间(例如，在上密封表面207A和下密封表面207B与第一表面209A和第二表面209B之间)以有助于当门206位于关闭位置时在二者之间形成密封。在图2A-C中所描述及在图2C中具体示出的实施方式中，上密封208A(诸如O-环，垫圈等等)可设置在门206的第一表面209A上以及下密封208B可设置在门206的第二表面209B上，用于当门206位于关闭位置时啮合外壳202的密封表面207A、207B。可选地，一个或多个密封208A、208B可设置在外壳202的各个密封表面207A、207B上。一般认为单独的密封元件可沿着所需表面设置(例如，门206的第一和第二表面209A、209B或者外壳202的密封表面207A、207B)以提供在此所述的密封性能。
可压缩密封构件(例如，密封208A、208B)可由在使用(例如，在工艺压力下可压缩和能形成所需密封)期间功能上适宜于提供所需密封属性的任何工艺兼容的材料(例如，与工艺温度、压力、工艺气体等等兼容)制造。例如，可压缩密封构件可由弹性材料诸如全氟弹性材料形成，或者更具体地由Chemraz
E-38、513、和520材料，Kalrez
KLR 9100和Sahara 8575、8475、8375和8385材料等形成。
阀组件108进一步包括一个或多个机械装置以保护可压缩密封构件。通过限定可压缩密封构件暴露于工艺腔室内的工艺环境，该工艺环境可包含腐蚀性气体和/或来自等离子体的反应性物质，机械装置可保护可压缩密封构件。
在一些实施方式中，可提供惰性气体的气幕或薄层(blanket)以防止或限制工艺腔室内的任何腐蚀性元素接触可压缩密封构件。例如，在图2A-C的实施方式中，外壳202可进一步包括设置在其中并具有沿着外壳分布的多个气孔210的歧管211。歧管211可邻近一个或多个密封表面207A、208A设置。可设置气孔210以导引惰性气流以撞击可压缩密封构件，或者使惰性气体流到接近可压缩密封构件处以在可压缩密封构件和工艺腔室内的任何腐蚀性气体之间形成气幕。
可根据需要选择歧管211的尺寸、数量和配置以控制气幕的流速和分布。在一些实施方式中，歧管211的直径可为约6.35mm+/-约0.08mm。可根据需要选择气孔210的尺寸、间隔、几何形状、数量以控制气幕的流速和分布。在本发明的一些实施方式中，气孔的直径可为约0.30mm+/-约0.01mm。另外，可根据需要选择任何一个或多个气孔210的方向以控制气幕的流动方向。例如，设置在开口204每一侧附近的孔210的部分可在水平或垂直方向上的一个或多个角度以朝邻近阀组件108的侧部的可压缩密封构件定向气幕部分。
一般可设置入口用于耦接歧管211到气体供应(未示出)。例如，图5描述了根据本发明的一些实施方式示出歧管211的外壳202的示意性截面前视图。在图5中描述的实施方式中，歧管211从设置在外壳202的底部分中的入口506穿过外壳202到接近上密封表面207A(在图2A-C中示出)的位置经过。入口506可具有用于从气源(未示出)连接到气体管道的适宜的零件。
在图5中示出的入口506的位置仅是示意性的，可设计入口的其它位置，或入口和/或歧管211的数量。入口506的尺寸，和歧管211的尺寸可为任何适宜的尺寸以提供阀组件108内的所需气流。在一些实施方式中，入口506的直径可为约6.35mm+/-约0.08mm。尽管在图2A-C和图5中示出为外壳202的上部分，但是歧管211(或者其它类似歧管)可设置在外壳的其它部分中(诸如侧部、外壳的下部分、每侧等)，或者可选地或结合地，可设置在门206内的一个或多个位置中。
歧管211可以任何适宜的方式形成，诸如通过穿过外壳202机械加工多个孔及选择性密封部分孔以限定歧管211的所需路径。在一个示意性实施例中，多个孔550、560、570、580可加工到外壳202中。孔550、560、570、580交叉以形成穿过外壳202的流体通道。孔550、560、570、580的选择性部分可密封(如由562、572、582阴影示出的)以限定歧管211。一般认为可利用用于形成歧管的其它方法，诸如通过经过歧管至少部分到外壳202外，或者在外壳的组件上(诸如垂直分裂外壳的两半)限定歧管的多片外壳的一个或多片等中形成部分歧管。
在此参考图2A-C，在操作中，当门206位于关闭位置(例如，在处理期间)时可从气源(未示出)提供惰性气体到歧管211。该惰性气体可经由多个气孔210排出歧管211以形成接近可压缩密封构件208的气幕。压缩气体可为任何工艺相容的惰性气体诸如氮气、惰性气体或对密封的材料惰性并且不对工艺腔室内发生的工艺不利的其它气体。
在一些实施方式中，气幕可在工艺气体的供应之前或者在开始工艺腔室内的处理之前形成以避免可压缩密封构件起始暴露于腔室内的任何腐蚀性气氛。在一些实施方式中，压缩气体可在预定的流速供应以形成所需的气幕并限制可压缩密封构件暴露于腔室内的任何腐蚀性气氛。在一些实施方式中，在工艺完成之后，在净化工艺腔室之后和或在打开门206之后，可在预定时间内持续提供气幕，以进一步限制可压缩密封构件暴露于腔室内的任何腐蚀性气氛。可基于工艺气体的浓度所需的时间计算预定的时间，以达到实际上不退化可压缩密封构件208的预定限度。
可选地或结合地，可提供物理阻挡层或阻障物以防止或限制工艺腔室内的任何腐蚀性元素接触可压缩密封构件。例如，在图2A-C描述的实施方式中，外壳202可进一步包括当门206位于关闭位置时设置在可压缩密封构件(密封208A-B)和开口204(或者工艺腔室的内部)之间的物理阻挡层212。物理阻挡层212可充分接近可压缩密封构件设置以在二者之间形成小间隙216(如图2C所示)。物理阻挡层212可为隆起部(或者相应的凹槽)、壁架、唇缘、凸缘、凸起部(boss)、壁、表面或者当门206位于关闭位置时提供在可压缩密封构件和开口204(或工艺腔室的内部)之间的阻塞的其它构件或元素的至少其中之一。
在图2A-C中所描述的实施方式中，壁214设置在外壳202的开口204的上部分中以保护密封208A-B。以其它方式描述，密封表面208A可在开口204的上部分中形成的凹槽或壁架中形成。物理阻挡层212可由任何适宜的方法形成。在一些实施方式中，可通过在开口204的上部分中机械加工凹槽，将材料的层粘附到开口204的上表面等或其结合而形成物理阻挡层212。当将材料的层粘附到开口204的上表面(诸如粘结、铜焊、焊接等)时，至少部分歧管211可设置在材料的层和开口204的上表面之间。
在操作中，当门206位于关闭位置时，壁214(或其它物理阻挡层212)限制工艺腔室中的腐蚀性气体轻易地接触可压缩密封构件(例如，密封208A)。物理阻挡层212充分接近可压缩密封构件设置以限定在二者之间的小间隙216，该小间隙216限制腐蚀性气体流动到达可压缩密封构件。在图2A-C中描述的实施方式中，密封208B设置在开口206的下部分中的壁架下面并且类似地保护密封208B。
阀组件108的外壳202可进一步包括一个或多个开口(未示出)以有助于门206的致动，例如，通过以上关于图1所描述的柱114和致动器112。一般认为可利用不需要外壳202中的开口的外壳202的其它配置。
如上所述，可单独地设置气幕和物理阻挡层机械装置。例如，图3示出了根据本发明的一些实施方式仅具有物理阻挡层312的阀组件308。除了以下所述的部分，阀组件308类似于阀组件108。阀组件308包括外壳302，其示意性具有设置在外壳302的开口304的上部分中的壁314。壁314或者其它物理阻挡层312(类似于以上所述的物理阻挡层212和壁214)限定在物理阻挡层312和可压缩密封构件(密封208A)之间的小间隙316。壁314或其它物理阻挡层312可形成并可起以上关于图2A-C所述的作用。
在一些实施方式中，如图4中所述，阀组件408根据本发明的一些实施方式可设置仅具有气幕。除了以下所述的部分，阀组件408类似于阀组件108。阀组件408包括示意性具有歧管411和设置在外壳402的开口404的上部分中的多个气孔410的外壳402。歧管411和多个气孔410可形成并可起以上关于图2A-C的歧管211和多个气孔210所述的作用。
因此，在此提供了具有改善的密封寿命和性能的狭口阀组件的实施方式。阀组件有利地限制门的密封构件暴露于在其中安装阀的工艺腔室中的任何腐蚀性气氛。另外，在此描述了结合阀组件的处理系统。此外，歧管组件可翻新改进至现有处理系统中。
例如，一个或多个歧管可形成在外壳中，和/或可选地，形成在阀组件的门中。多个气孔可形成以将歧管流动性耦合到阀组件的所需区域以有助于产生并保持以上所述的气幕。歧管可包含入口并至少部分设置在有助于流动性耦接到气孔的区域中。在一些实施方式中，可通过钻孔多个孔形成歧管。
虽然前述涉及本发明的一些实施方式，但是在不脱离本发明的基本范围下，本发明还承认本发明的其它和进一步的实施方式，并且本发明的实施方式由以下的权利要求书确定。
Claims (22)
1.一种工艺腔室的阀组件，包括：
外壳，其具有设置在其壁中的开口以及通过该开口可传送衬底；
门，在基本平行于所述外壳的所述壁的平面中可移动耦接到所述外壳，用于选择性地密封所述开口；
可压缩密封构件，至少部分设置在所述门的上表面和所述外壳的相应表面之间，用于当所述门位于关闭位置时在基本垂直于所述壁的方向上通过所述可压缩密封构件的压缩而在二者之间形成密封；以及
机械装置，用于限制所述可压缩密封构件对在所述外壳的工艺腔室侧的环境的暴露。
2.根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述外壳进一步包含：
密封表面，设置在所述开口上方并基本垂直于所述壁。
3.根据权利要求2所述的阀组件，其特征在于，所述可压缩密封构件设置在所述门的上表面上，用于当所述门位于关闭位置时啮合所述外壳的所述密封表面。
4.根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述机械装置包含当所述门位于关闭位置时设置在所述可压缩密封构件和所述开口之间的物理阻挡层。
5.根据权利要求4所述的阀组件，其特征在于，所述物理阻挡层包含隆起部、凹槽、壁架、壁、或者当所述门位于关闭位置时提供在所述可压缩密封构件和所述开口之间的阻塞的构件的至少其中之一。
6.根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述机械装置包含：
歧管，在接近所述密封表面的外壳中形成；以及
多个气孔，在所述外壳中形成并从所述歧管延伸到所述外壳的外表面用于当所述门位于关闭位置时允许传输到所述歧管的压缩气体撞击所述可压缩密封构件。
7.根据权利要求6所述的阀组件，其特征在于，所述机械装置进一步包含当所述门位于关闭位置时设置在所述可压缩密封构件和所述开口之间的物理阻挡层。
8.根据权利要求7所述的阀组件，其特征在于，所述物理阻挡层包含隆起部、壁架或凹槽的至少其中之一。
9.一种衬底处理系统，包含：
工艺腔室，具有在其侧壁中形成的开口；以及
阀组件，接近所述开口设置用于选择性密封所述开口，所述阀组件包含：
外壳，具有设置在其壁中的开口并且通过该开口传送衬底；
门，在基本平行于所述外壳的所述壁的平面中可移动地耦接到所述外壳，用于选择性地密封所述开口；
可压缩密封构件，至少部分设置在所述门的上表面和所述外壳的相应表面之间，当所述门位于关闭位置时在基本垂直于所述壁的方向上通过所述可压缩密封构件的压缩而在所述门的上表面和所述外壳的相应表面之间形成密封；以及
机械装置，用于限制可压缩密封构件对所述外壳的工艺腔室侧上的环境的暴露。
10.根据权利要求9所述的衬底处理系统，其特征在于，所述外壳进一步包含：
密封表面，设置在所述开口上方并基本垂直于所述壁。
11.根据权利要求10所述的衬底处理系统，其特征在于，所述可压缩密封构件设置在所述门的上表面上，用于当所述门位于关闭位置时啮合所述外壳的所述密封表面。
12.根据权利要求9所述的衬底处理系统，其特征在于，所述机械装置包含当所述门位于关闭位置时设置在所述可压缩密封构件和所述开口之间的物理阻挡层。
13.根据权利要求12所述的衬底处理系统，其特征在于，所述物理阻挡层包含隆起部、凹槽、壁架、壁、或者当所述门位于关闭位置时提供在所述可压缩密封构件和所述开口之间的阻塞的构件的至少其中之一。
14.根据权利要求9所述的衬底处理系统，其特征在于，所述机械装置包含：
歧管，在接近所述密封表面的外壳中形成；以及
多个气孔，在所述外壳中形成并从所述歧管延伸到所述外壳的外表面用于当所述门位于关闭位置时允许传输到所述歧管的压缩气体撞击所述可压缩密封构件。
15.根据权利要求14所述的衬底处理系统，其特征在于，所述机械装置包含当所述门位于关闭位置时设置在所述可压缩密封构件和所述开口之间的物理阻挡层。
16.根据权利要求15所述的衬底处理系统，其特征在于，所述物理阻挡层包含隆起部、凹槽、壁架、壁或者当所述门位于关闭位置时提供在所述可压缩密封构件和所述开口之间的阻塞的构件的至少其中之一。
17.一种制造阀组件的方法，包含：
提供具有外壳、门和可压缩密封构件的阀组件，所述外壳具有在其壁中形成的开口，所述门在基本平行于所述壁的方向上可移动耦接到所述外壳，当所述门位于关闭位置时所述可压缩密封构件在所述门和所述外壳之间形成密封；以及
提供到所述阀组件的歧管，所述歧管具有入口和多个气孔，配置该气孔以当所述门位于关闭位置时流动性耦接到所述歧管和接近所述可压缩密封构件的区域，从而传输到所述歧管的压缩气体至少部分形成气幕，当所述门位于关闭位置时该气幕撞击到所述可压缩密封构件上或者流到所述可压缩密封构件附近。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，提供歧管包含：
在所述门中形成歧管。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，提供歧管包含：
在所述外壳中形成歧管。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，在所述外壳中形成歧管进一步包含：
形成贯穿所述外壳的多个孔；以及
选择性密封所述孔的部分以限定所述歧管的预期路径。
21.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，提供歧管包含：
耦接歧管到所述门或所述外壳的至少其中之一。
22.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，进一步包含：
当所述门位于关闭位置时，在所述开口中邻近所述可压缩密封构件的位置形成隆起部，以限定在二者之间的小间隙。
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