CN109550333A - 用于晶片处理总成的过滤器元件、包含其的晶片处理总成及清洁来自所述总成的排气的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请案涉及用于晶片处理总成的过滤元件、包含所述过滤元件的晶片处理总成以及清洁来自所述总成的排气的方法。本发明提供用于晶片处理系统的气态流体(例如空气)过滤的过滤器元件。所述过滤器元件具有不大于7的褶裥比，其中所述褶裥比是褶状部分数目/所述过滤器的平均直径。通过具有不大于7且在一些实施中还大于5的褶裥比，所述过滤器经优化以用于晶片处理系统及方法。此褶裥比优化褶状部分之间的间距，因此平衡过滤介质面积与有效面积，如可能由于污染物桥接引起的损失。

Description

用于晶片处理总成的过滤器元件、包含其的晶片处理总成及 清洁来自所述总成的排气的方法
技术领域
本发明针对用于晶片处理系统的过滤元件。
背景技术
过滤器元件长期用于从流体物料流去除颗粒材料，所述流体物料流包括如空气的气态流体物料流。取决于特定实施和所需的过滤器元件的性能，过滤器元件的设计、配置和/或构造将不同。
发明内容
本文中所描述的技术涉及用于晶片处理系统的气态流体(例如空气)过滤的过滤器元件。所述过滤器元件具有不大于7的褶裥比，其中所述褶裥比是褶状部分数目/过滤器的平均直径。
本文中所描述的一个特定实施是气态流体过滤器元件，其具有从第一端延伸到与第一端相对的第二端的过滤介质的延伸部分，所述过滤介质形成环绕过滤器元件周向性地延伸的多个褶状部分，所述多个褶状部分界定内径和外径，其中所述过滤器元件具有不大于7，在其它实施中不大于6.5的褶裥比。在一些实施中，褶裥比至少为5。
本文中所描述的另一特定实施是其中具有过滤器元件的晶片处理总成，所述过滤器元件用于过滤来自泵上游处理腔室的气态排气。过滤器元件包含从第一端延伸到与第一端相对的第二端的过滤介质的延伸部分，所述过滤介质形成环绕过滤器元件周向性地延伸的多个褶状部分，所述多个褶状部分界定内径和外径，其中所述过滤器元件具有不大于7的褶裥比。
本文中所描述的又一特定实施是清洁晶片处理总成中排气的方法。所述方法包括使来自晶片处理总成的处理腔室的气氛穿过具有不大于7的褶裥比的过滤器元件以形成过滤排气，以及泵送过滤排气。
此等和各种其它实施、特征和优势将从阅读以下详细描述显而易见。
提供此发明内容来以简化形式引入下文在具体实施方式中进一步描述的概念选择。本发明内容并非意图鉴别所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也并非意图用于限制所要求保护的主题的范围。
附图说明
图1是通用晶片处理总成的示意性横截面侧视图。
图2是过滤器元件的示意性横断面俯视图。
图3是过滤器元件配置的侧透视图。
具体实施方式
本说明书涉及用于晶片处理总成和/或系统的流体过滤器，确切地说气体(例如空气)过滤器。晶片处理系统可以是例如化学气相沉积(chemical vapor deposition；CVD)系统、金属有机化学气相沉积(metal organic CVD；MOCVD)系统、离子束沉积系统、离子束溅镀系统、化学蚀刻系统、离子研磨系统、物理气相沉积(physical vapor deposition；PVD)系统、类金刚石碳(diamond-like carbon；DLC)沉积系统、或其它处理系统。
在以下描述中，参看附图，附图形成描述的一部分，且其中借助于说明具体实施来展示。所述描述提供额外的具体实施。应理解，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，涵盖并且可以作出其它实施。因此，以下详细描述不应在限制性意义上理解。虽然本发明不限于此，但将通过论述下文提供的实例来获得对本发明的各个方面的理解。
如本文中所使用，除非内容另外明确规定，否则单数形式“一”和“所述”涵盖具有多个指代物的实施例。除非内容另外明确规定，否则如本说明书和所附权利要求书中所使用，术语“或”通常在其意义上用来包括“和/或”。
空间相关术语，包括但不限于“下部”、“上部”、“底下”、“下方”、“上方”、“顶部”等(如果在本文中使用)用于使描述易于描绘元件之间的空间关系。此类空间相关术语涵盖除了图式和本文中所描绘的特定取向之外的装置的不同取向。举例来说，如果图式中描绘的结构颠倒或翻转，那么先前描述为位于其它元件下方或底下的部分随后将位于那些其它元件的上方(above/over)。
在一些实例中，图示中的参考数字可具有由大写字母组成的相关子标签以表示多个相似组件中的一个。当在未指定子标签的情况下参考一参考数字时，所述参考数字指代所有此类相似组件。
图1以极其基础的方式说明晶片处理系统100，如CVD系统。特定系统100对于本发明的过滤器并非至关重要的，而是提供为其中可以合并本发明的过滤器的通用晶片处理系统。特定系统100仅展示某些零件，且一般不展示特殊设计；应了解实际的CVD系统或其它晶片处理系统具有显著更多的特征存在。
晶片处理系统100具有至少由第一部分104和第二部分106形成的腔室102，在所述腔室102中安置晶片(未说明)以供处理。在特定实施中，腔室102具有圆柱体积，所述圆柱体积由与环形第二部分106配对的圆柱形第一部分104形成，其中密封件(未图示)位于其间。腔室102中的处理可以是例如用于在晶片上沉积金属氧化物膜。展示封盖108在第二部分106上方。呈现中心毂110穿过封盖108延伸到第二部分106。
衬底支撑112存在于腔室102内以用于在处理期间在其上或其中安置晶片。尽管未展示，但系统100将包括进入腔室102的入口以用于将晶片移入及移出腔室102。
取决于特定处理系统，系统100还可以包括用于在腔室102上抽取真空的抽气源114，和用于向腔室102提供(例如反应性)气体的气体进料口116、118。系统100还可以包括排气口120以维持腔室102中的所需气氛品质和/或另外维持腔室102内的循环。腔室102中的气态气氛(例如空气)经由排气口120离开腔室102且在一些实施中排放到外部大气。然而，为抑制处理材料流出且污染外部大气，至少一个过滤器元件125与腔室102和排气口120流体连通且位于两者之间。过滤器元件125经配置以在排气流排放之前至少从其去除颗粒(固体)污染物。在此特定图示中，过滤器元件125位于流体地连接到腔室102的分离腔室122中，但在其它实施中过滤器元件125可实体地安置于腔室102中。在已通过过滤器元件125清洁排气流之后，可以排放排气流。
在一些实施中，抽气源114和排气口120组合，使得从腔室102去除以获得真空的气氛排放到大气。
对于任一情况，过滤器元件125均安置于腔室102内部与用于从腔室去除空气的泵(例如真空泵)之间(泵未在图1中展示)。在泵上游具有过滤器元件125除了在排放之前去除污染物之外还保护泵免于污染物污染且提高泵的工作寿命。
图2说明用于从气态流体流去除污染物的实例过滤器元件200。过滤器元件200具有形成为多个褶状部分202的过滤介质，各褶状部分202具有尖端204和基底206。各褶状部分202通常从过滤器元件200的一端延伸到另一端，使得褶状部分202延伸过滤器元件200的整个长度。过滤器元件200具有如图2所示的环形横截面，其具有由褶状部分202的基底206界定的内径DI和由褶状部分202的尖端204界定的外径DO。过滤器元件200可以是柱体、渐尖柱体(截头锥)、锥体或具有不规则形状，所述不规则形状具有环形横截面。具有环形横截面的过滤器元件常常称为“管状”过滤器元件。
过滤器元件200具有褶裥比，其为过滤器元件200给定体积提供最大有用截面积。褶裥比定义为褶状部分数目/过滤器的平均直径；即褶状部分数目除以(DI+DO)/2。作为实例，具有102个褶状部分(褶状部分高度为2.8125英寸)的DI为9.0英寸、DO为14.625英寸的过滤器元件的褶裥比为8.63，而具有64个褶状部分的相同尺寸的过滤器的褶裥比为5.42。作为另一实例，具有70个褶状部分(褶状部分高度为1.875英寸)的DI为6.0英寸、DO为9.75英寸的过滤器元件的褶裥比为8.89，而具有48个褶状部分的相同尺寸的过滤器的褶裥比为6.10。另一实例具有褶裥比为8.83的过滤器元件，其褶裥比降低到5.42的比值。
过滤介质可以是例如纸张、其它纤维素材料、合成材料或其任何组合。过滤介质可以是穿孔垫或由聚合或纤维素纤维形成的纤维垫或网。过滤介质可以按任何数目的方式处理以提高其去除微小颗粒的效率；例如可使用经静电处理的介质，也可使用纤维素或合成介质或其组合，其具有尺寸为微米或亚微米(纤维直径)级的一或多个细粒纤维层，或所属领域的技术人员已知的其它类型的介质。
气态气氛(例如空气)流过过滤介质且过滤器元件200在此实施中径向向内穿过褶状介质，鉴别为空气流动路径210。过大从而无法穿过过滤介质的颗粒由介质捕获在褶状部分202的表面上。过滤空气从过滤器元件200的内部容积离开。
褶型过滤器元件，如过滤器元件200可用于过滤来自晶片处理系统(例如MOCVD)的排气流的微粒污染物。过滤器元件200可以根据待从所过滤的流体(例如气体)物料流去除的污染物类型设计。晶片处理系统(例如MOCVD)的排气流中的实例微粒污染物是晶片处理的副产物GaN粉尘。可以通过过滤器元件200从气态流体物料流去除的其它污染物包括粉尘、污垢、花粉、金属晶片和/或刨屑等。某些颗粒可能由于颗粒的物理颗粒和分子结构对晶片处理系统的运行造成双重伤害。
图3说明过滤器元件构造300的实例取向，在特定实施中，三个单独的过滤器元件300A、300B、300C端对端安置。过滤器元件构造300具有第一端302和第二端304；在此特定实施中，第一端302是“敞口”端且第二端304是封闭端。尽管第一端302称为“敞口”端，但末端302的完整表面可能并不敞开，而是仅留足够量以允许空气流穿过末端302。举例来说，敞口端302可具有中心孔口。形成多个褶状部分308的过滤介质306从第一端302延伸到第二端304。过滤器元件构造300具有由单独的过滤器元件300界定的内部容积：第一端302和第二端304。
当安置于晶片处理总成(例如图1的总成100)中时，过滤器构造300可沿水平定向安置，如图3所示和图1示意性地展示。气态流体(例如空气)流通过穿过介质进入内部容积来进入内部容积，且经由敞口端302离开内部容积。展示为空气流动路径310的入射空气和出射空气展示于图3中；流动路径310径向向内穿过过滤介质306进入过滤器的内部容积且经由敞口端302流出。
根据本公开内容，过滤器元件200、300具有不超过7的褶裥比。如上文参考图2所解释，褶裥比是褶状部分数目/过滤器的平均直径，或褶状部分数目除以(DI+DO)/2。参考图2上文还提供褶状过滤器配置和其褶裥比的若干实例。在一些实施中，褶裥比不大于6.9或6.8或6.75或6.7或6.6或6.5或6.4或6.3或6.25或6.2或6.1或甚至不大于6。在其它实施中，褶裥比不大于5.9或5.8或5.75或5.7或5.6或5.5或5.4或5.3或5.2或5.25或5.1或甚至不大于5。一般来说，褶裥比至少为2，且在一些实施中至少为2.5，在其它实施中至少为3，在其它实施中至少为3.5，且在其它实施中至少为4或至少为5。在一些实施中，褶裥比在5与6.5之间，在其它实施中在5与6之间。
过滤器元件中的褶状部分相比于无褶过滤器增加过滤面积，且褶状部分进而提高过滤能力且因此增加寿命。然而，过多的褶状部分实际会降低过滤器寿命，尽管增加过滤介质面积。过少的褶状部分(极端情况下接近简单柱体)将具有极小的面积和寿命。褶裥比界定将过滤器寿命最大化的这一甜点。
褶裥比定量给定体积的最佳(或接近于最佳)的有用过滤器截面积。褶裥比可以通过调节褶状部分数目、内径(DI)和外径(DO)中的任一个或全部来调节。为降低褶裥比，可以减少褶状部分数目，可以增加内径(DI)，且/或可以增加外径(DO)。因为系统中的过滤器元件(例如系统100中的过滤器元件125)具有一定外观尺寸(例如体积、长度、宽度等)，所以可以容易地调节褶状部分数目以影响褶裥比。某一过滤器所需的褶裥比可基于所过滤的材料类型、所过滤的气态流体和在某一程度上所使用的过滤介质类型而不同。
取决于特定应用，过滤器的平均直径(即(DI+DO)/2)至少为6英寸，在一些实施中至少为7英寸。平均直径的其它合适实例是8英寸、9英寸、10英寸、11英寸、12英寸。过滤器元件的平均直径接近表示过滤器的2维过滤面积，其不同于褶状部分高度，所述褶状部分高度不占过滤器的尺寸(内径(DI)和外径(DO))。平均直径与褶状部分高度之间的这一细微差异是褶裥比的关键之一-褶裥比为并入过滤器面积和褶状部分间距的唯一地表征过滤器的优值。
内径与外径的差异可以为至少1英寸，在一些实施中至少2英寸且在其它实施中至少3英寸。过短的褶状部分无法提供足够的过滤介质表面积，从而降低过滤器元件的效果。
内径与外径的差异为不大于6英寸到9英寸，在一些实施中不大于约4英寸。过高的褶状部分可能倾向于凹陷或折叠，从而降低过滤器元件的效果。另外，较大的褶状部分高度提高外径DO，这直接影响过滤器元件的外观尺寸，所述外观尺寸涉及系统中可用于接纳过滤器元件的体积、过滤器元件的封装和存储等。
在一些实施中，可渗透支撑(例如筛网)可以存在于褶状部分的外表面和/或内表面上(尤其对于较大褶状部分)以支撑褶状部分且/或保护介质。
褶状部分数目将很大程度上取决于过滤器的周长(或过滤器的外径DO)，但通常将为至少30个褶状部分或至少40个褶状部分或至少50个褶状部分，及/或不超过约90个褶状部分或不超过80个褶状部分。其它实例包括35-75个褶状部分、40-80个褶状部分、40-60个褶状部分、45-65个褶状部分。
褶状部分数目，尤其下限取决于穿过过滤器元件的气态流体流和可允许的压降。过滤器元件必须具有足够的面积以使所需气体在最大压降下历经一定时间段从其穿过，所述最大压降为应用特定的且通过分析排气流和捕捉的颗粒量确定。具有更多的褶状部分及因此更大的介质面积延长过滤器更换之间的时间，然而，如果超过褶裥比，那么额外的面积实际可能缩短过滤器元件寿命。
通过在维持相同平均直径的同时减少褶状部分数目，总介质面积减小。然而，尽管总介质面积减小，但有效介质面积提高。
在将较小的介质表面积用于相同量的流体(例如气体)物料流时，微粒污染物具有将其捕获的较小面积，且因此导致更多的污染物堆积在介质上。意外地发现具有不大于7的褶裥比与具有相同平均直径及更多的褶状部分数目(即较高的褶裥比)的过滤器相比，降低过滤器中的压降(ΔP)的提高速率(例如过滤器元件‘堵塞’且变得阻塞的速度变慢)，而非提高压降。具有低压降或较慢的压降提高速率延长过滤器的效率及生产率。
过滤器中的压降(ΔP)可用于测量过滤器性能且触发所保护装备(例如MOCVD或其它晶片处理系统)的维护周期。随着过滤器元件捕获污染物，流过过滤器元件且因此流过整个系统的流量随着过滤器中压降的提高而逐渐减少。随着压降提高，泵必须以更大功率运行以移动相同体积的空气。对于典型的过滤器元件配置而言，降低过滤水准(例如，例如通过改变介质或其处理来增加通过过滤器的颗粒的尺寸和/或数目)可将低ΔP维持较长时间，从而提供较长的过滤器寿命和维护周期，但继而将由于穿过过滤器到泵的颗粒的尺寸和/或量而显著降低真空泵寿命。较高的过滤水准可轻易实现从而为泵提供较佳的保护，但需要更加频繁的过滤器更换和额外的系统维护。因此，在不牺牲过滤水准的情况下降低ΔP为理想的。意外地发现具有不大于7的褶裥比在不需要降低过滤水准的情况下降低过滤器中压降(ΔP)的提高。
实际上，通过允许使用可从气态流体物料流去除较小尺寸的颗粒的较细介质和/或通过延长过滤器元件的寿命，意外地发现具有不大于7的褶裥比不仅降低过滤器中压降(ΔP)的提高速率而且增加可用的过滤水准。申请人认为这是“褶裥比”作用的直接效果；使用最佳褶裥比，过滤器元件由于褶状部分之间的最佳间距具有可用的更有效介质。在过滤过程期间，利用过滤介质的所有可用面积，使得压降的上升速度慢于相邻褶状部分之间的间距较小时的上升速度。这由于有效过滤面积增加允许更多过滤，如较小颗粒的去除和/或较长的过滤寿命。
由于对于不大于7的褶裥比压降增加较慢且有效介质面积增加，可使用较细的过滤介质；比值高于7的过滤器元件将负载过快且过快到达ΔP。在具有褶裥比不大于7的过滤器元件中使用相同过滤介质使过滤器元件更慢地负载同时为下游元件提供更佳的保护。
尽管不受此理论束缚，但申请人认为过滤器中压降(ΔP)的降低和过滤的增加中的一种或两种，颗粒尺寸减小或过滤器寿命延长均归因于褶状部分之间的优化间距。在一些实施中，这可归因于相邻褶状部分之间接纳并固持微粒污染物的额外体积。另外，褶状部分之间的较大间距减少相邻褶状部分之间污染物桥接的发生。抑制污染物桥接增加可用的过滤介质面积(有效介质面积)且延长过滤器寿命，提供较慢的压降提高。
申请人发现对于晶片沉积系统(例如CVD、MOCVD)，对于当前使用的工具、系统和方法，具有不大于7的褶裥比的过滤器元件为最佳的。然而，基于所过滤流体、自其去除的污染物、流体流动速率等，每个应用都存在最佳的褶裥比。申请人发现过滤器可以经专门设计以满足应用所决定的比值。
如上文所解释，具有不大于7(在一些实施中不大于6.5、或不大于6.2、或不大于6等)的褶裥比产生提高长滤波器寿命和高过滤水准的独特能力。增加的过滤水准导致泵寿命延长和泵维护成本降低。优化还允许与使用高过滤水准(例如传递较小尺寸的颗粒和较少颗粒)一致的延长的维护周期(例如过滤器寿命和相关的零件、腔室清洁等)。高过滤和长维护周期的这一独特组合降低晶片处理系统的总拥有成本，因为维护周期是总拥有成本的重要部分。不仅维护活动自身具有成本(例如新过滤器元件、可能必须置换的其它密封件或装备(例如泵)的成本、维修技术员的成本、由于正停产维护的系统所引起的生产力损失)，而且每次维护反应器或其它晶片处理系统，系统在维护之后直到若干次运行才返回到全部生产能力。前几次运行的所有或一部分是废品材料，增加了材料损失、时间、生产力等。
通过延长过滤器元件寿命，所进行维护周期的次数和频率降低。另外，过滤器元件寿命较长，导致正使用和历经相同时段安置的过滤器元件和与过滤器元件更换相关的零件减少。相比于较低的过滤水准，真空泵寿命还得以保护和延长，进一步改善拥有成本。
以下比较在1号过滤器(DI为6.0英寸、DO为9.75英寸，具有70个褶状部分，因此褶裥比为8.89的过滤器元件)与2号过滤器(具有48个褶状部分且因此褶裥比为6.10的相同尺寸的过滤器)之间进行。
1号和2号过滤器元件中的每一个安装于MOCVD晶片处理系统中。测量和记录在一个处理运行之后过滤器中的压降。完成“X”次运行数目，且测量和记录在“X”次处理运行之后过滤器中的压降。在这些“X”次运行之后，在不更换过滤器元件下清洁反应器。完成“Y”次额外运行，且测量和记录在“Y”次处理运行之后过滤器中的压降。
一般来说，基于在各种条件下使用不同尺寸的过滤器元件进行的运行，发现褶裥比大于7(例如8.89)的过滤器具有少于125次运行的典型寿命且提供25微米的过滤水准，而大小和形状相同但具有较少褶状部分以提供不大于7(例如6.10)的褶裥比的过滤器具有大于240次运行的寿命且提供5微米的过滤水准。
总之，本发明提供一种用于从气态流体(例如空气)去除微粒污染物的过滤器元件，其具有不大于7及在一些实施中大于2、3或4的褶裥比。
以上说明书和实例提供对本发明的示例性实施的结构、特征和用途的完整描述。因为本发明的许多实施可以在不脱离本发明的精神和范围下进行，所以本发明存在于下文中随附的权利要求书中。此外，不同实施的结构特征可以在不脱离所述权利要求书下组合于又一实施中。

Claims (14)

1.一种用于晶片处理系统的气态流体过滤器元件，所述过滤器元件包含从第一端延伸到与所述第一端相对的第二端的过滤介质的延伸部分，所述过滤介质形成环绕所述过滤器元件周向性地延伸的多个褶状部分，所述多个褶状部分界定内径和外径，其中所述过滤器元件具有不大于7的褶裥比。
2.根据权利要求1所述的过滤器元件，其具有穿过所述过滤介质的径向向内气态流体流。
3.根据权利要求1所述的过滤器元件，其中所述褶裥比不大于6.5。
4.根据权利要求1所述的过滤器元件，其中所述褶裥比不大于6。
5.根据权利要求1所述的过滤器元件，其中所述褶裥比至少为5。
6.根据权利要求1所述的过滤器元件，其中所述褶裥比为5到6。
7.一种其中具有过滤器元件的晶片处理总成，所述过滤器元件用于过滤来自泵上游处理腔室的气态排气，所述过滤器元件包含从第一端延伸到与所述第一端相对的第二端的过滤介质的延伸部分，所述过滤介质形成环绕所述过滤器元件周向性地延伸的多个褶状部分，所述多个褶状部分界定内径和外径，其中所述过滤器元件具有不大于7的褶裥比。
8.根据权利要求7所述的晶片处理总成，其中所述过滤器元件以与穿过所述过滤器元件的径向向内气态流动路径水平的位置取向。
9.根据权利要求7所述的晶片处理总成，其中所述褶裥比不大于6.5。
10.根据权利要求7所述的晶片处理总成，其中所述褶裥比不大于6。
11.根据权利要求7所述的晶片处理总成，其中所述褶裥比至少为5。
12.根据权利要求7所述的晶片处理总成，其中所述总成是MOCVD总成。
13.一种清洁晶片处理总成中排气的方法，其包含：
使气氛从所述晶片处理总成的处理腔室穿过具有不大于7的褶裥比的过滤器元件以形成过滤排气，以及
泵送所述过滤排气。
14.根据权利要求13所述的方法，其进一步包含将所述过滤排气从所述晶片处理总成泵出。
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