CN110023660B - 低颗粒保护的挡板阀 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例整体涉及一种挡板阀。所述挡板阀可以与处理腔室(诸如，半导体基板处理腔室)一起使用。在一个实施例中，一种挡板阀包括：壳体，所述壳体具有在所述壳体的第一端处的第一开口和在所述壳体的第二端处的第二开口；第一挡板，所述第一挡板可枢转地设置在所述壳体中；以及第二挡板，所述第二挡板可枢转地设置在所述壳体中。所述第一挡板和所述第二挡板可移动以选择性地打开和关闭所述第一开口和所述第二开口中的至少一个。

Description

低颗粒保护的挡板阀
技术领域
本公开的实施例整体涉及一种挡板阀和一种使用挡板阀的处理腔室。
背景技术
在半导体基板处理中，远程等离子体源(RPS)用于向处理腔室提供电离气体，例如用于清洁或其它工艺。RPS典型地通过导管(诸如，静态馈通管)连接到处理腔室。常规连接在RPS与处理腔室之间产生共用静态容积。由于RPS与处理腔室之间的共用容积，在处理过的基板上可能因来自先前清洁操作的颗粒源而发生颗粒污染。
在减轻颗粒污染方面的尝试包括使用隔离机构。然而，常规隔离机构经常因常规隔离机构常见的机械致动和密封问题而遭受颗粒污染问题。另外，常规隔离机构将因自由基化气体的复合所带来的高热负荷而不能承受自由基化气体的流通。高热负荷造成密封件很早地失效，从而带来附加的颗粒污染源。
因此，需要一种新的隔离机构。
发明内容
本公开的实施例整体涉及一种挡板阀。
在一个实施例中，一种挡板阀包括：壳体，所述壳体具有在其第一端处的第一开口和在其第二端处的第二开口；第一挡板，所述第一挡板可枢转地设置在所述壳体中；以及第二挡板，所述第二挡板可枢转地设置在所述壳体中，所述第一挡板和所述第二挡板可移动以选择性地打开和关闭所述第一开口和所述第二开口中的至少一个，所述第一挡板和所述第二挡板在打开位置时重叠。
在一个实施例中，一种挡板阀包括：壳体，所述壳体具有在其第一端处的第一开口和在其第二端处的第二开口；第一挡板，所述第一挡板可枢转地设置在所述壳体中，所述第一挡板具有耦接到其的密封件，所述密封件接触所述壳体的内表面，并且在所述第一挡板在关闭位置时密封所述第一开口；以及第二挡板，所述第二挡板可枢转地设置在所述壳体中，所述第二挡板在打开位置时定位在所述第一挡板上方，并且在所述关闭位置时定位在所述第二开口上方。
在另一个实施例中，一种打开挡板阀的方法包括：将第一挡板定位在打开位置，所述第一挡板上具有第一密封件；将第二挡板定位在所述打开位置，所述第一第二挡板在所述打开位置时与所述第一挡板重叠，其中所述第二挡板包括第二密封件，所述第二密封件被定位成在所述打开位置时与所述第一挡板接触，并且在所述第一挡板的所述第一密封件的径向外侧；当所述第一挡板和所述第二挡板在所述打开位置时，使离子化或自由基化气体流过所述挡板阀；在使所述离子化或自由基化气体流过所述挡板阀之后关闭所述第二挡板；以及在关闭所述第二挡板之后关闭所述第一挡板。
附图说明
为了能够详细地理解本公开的上述特征所用方式，可以参考实施例进行上面简要地概述的本公开的更具体的描述，其中一些在附图中示出。然而，应当注意，附图仅示出了示例性实施例，并且因此不应当被视为对范围的限制，因为本公开可以允许其它等效实施例。
图1是根据本公开的一个实施例的处理腔室的示意图。
图2A-2D是根据本公开的实施例的挡板阀的示意图。
图3A-3B是根据本公开的实施例的密封件的局部示意性剖视图。
图4是根据本公开的另一个实施例的挡板阀的示意图。
为了便于理解，已经尽可能地使用相同的附图标记指定各图共有的相同元件。可以设想，一个实施例的要素和特征可以有益地并入其它实施例，而不进一步叙述。
具体实施方式
本公开的实施例整体涉及一种挡板阀。挡板阀可以与处理腔室(诸如，半导体基板处理腔室)一起使用。然而，也可以设想其它用途。
图1是根据本公开的一个实施例的处理腔室100的示意图。处理腔室100包括腔室主体101，腔室主体具有设置在其上的腔室盖102。RPS 103经由导管104耦接到腔室主体101的内部容积。隔离机构(诸如，挡板阀105)将腔室主体101的内部容积与RPS 103隔离。应当理解，处理腔室100仅是处理腔室的一个示例的说明，并且可以设想使用其它腔室。示例性处理腔室100可从加利福尼亚州圣克拉拉应用材料公司(Applied Materials,Inc.,ofSanta Clara,California)获得。
处理腔室100可以用于在其中容纳基板(诸如，半导体基板)。所容纳在其中的一个或多个基板可以经受一个或多个工艺，诸如蚀刻、注入、沉积等。RPS 103可以用于促进基板处理，或可以用于清洁腔室主体101和腔室盖102的内表面。气源106选择性地将所期望的气体引入RPS 103以产生引入气体的自由基和/或离子。
图2A-2D是根据本公开的实施例的挡板阀205的示意图。挡板阀205可以用于代替图1中所示的挡板阀105。挡板阀205被示为耦接到安装支架298，安装支架298又耦接到腔室盖102(在图1中示出)。支架298促进将挡板阀205从腔室盖移除，以促进经由紧固件299进行清洁、维护和/或更换。或者，可以设想，挡板阀205可以直接地连接到腔室盖102。一个或多个密封件281促进在挡板阀205、支架298和/或腔室盖101中的一个或多个之间进行密封。
图2A是挡板阀205的示意性剖视图。挡板阀205包括壳体206。壳体206是立方形的，并且限定其中容纳一个或多个挡板(示为两个)207a、207b的罩壳。壳体206包括用于接收自由基化和/或离子化工艺气体的第一开口208a。与第一开口208a相对地定位的第二开口208b促进将自由基化和/或离子化工艺气体从壳体206排出。在一个示例中，第二开口208b与安装支架298或腔室盖102相邻地定位。开口208a、208b可以相对于彼此轴向对准。挡板207a、207b是通过致动器212(示为一个)围绕相应轴线209a、209b可枢转的，以允许自由基化和/或离子化工艺气体流过挡板阀205的壳体206。挡板207a能够从阻碍或阻挡自由基化或离子化气体流过开口208a的位置枢转。类似地，挡板207b能够从阻碍或阻挡自由基化或离子化气体流过开口208b的位置枢转。
壳体206包括一个或多个冷却通道210，以任选地使冷却流体从中流过。冷却流体在处理期间对挡板阀205进行冷却，由此通过减轻密封件劣化来维持挡板阀205的密封完整性。另外，壳体206包括可移除门(示为已移除的)，以促进维护挡板阀205。壳体206包括表面211，表面具有用于接收密封件(未示出)(诸如，O形环)的沟槽250。可移除门可以被定位成与表面211和密封件接触以与其形成气密密封，由此限定壳体206的容积。多个开口287形成在表面211中，以用于接收紧固件，紧固件被配置为将可移除门耦接到壳体206。
图2B示出了挡板阀205的示意性俯视剖视图。在图2B中，挡板阀205示为处在打开位置，这允许气体从中流过。在打开位置，挡板207a、207b枢转到脱离开口208a、208b的位置。例如，挡板207a、207b被定位到壳体206的内部容积的一侧。挡板207a、207b以重叠的取向定位，这最小化壳体的内部容积，同时还促进保护挡板207a、207b的密封表面。
挡板207a包括第一密封表面，第一密封表面具有耦接到其的一个或多个密封件213a。在一个示例中，一个或多个密封件213a是嵌入密封件沟槽214中的O形环。在关闭位置，一个或多个密封件213a包围开口208a，以防止自由基化/离子化气体从中流过。与密封件213a的大小相比，开口208a的减小的大小不仅促进密封，而且还促进通过减轻密封件213a与离子化/自由基化气体之间的接触来保护密封件213a。由于密封件213a具有比开口208a更大的直径，因此密封件213a与开口208a间隔开，并且因此与从中流过的气体隔开。
挡板207b在其相应第一密封表面上包括一个或多个密封件213b。一个或多个密封件213b也可以嵌入相应密封沟槽214中。密封件213b可以是O形环或类似的密封件，在挡板207a、207b的打开位置，该密封件包围一个或多个密封件213a。当挡板在打开位置时，密封件213b的较大半径或长度/宽度围绕一个或多个密封件213a形成保护密封，如图所示。因此，当离子化或自由基化气体流过挡板阀205时，一个或多个密封件213b防止离子化或自由基化气体使一个或多个密封件213a劣化。在这样的设置中，至少一个密封件(例如，密封件213a)保持其功能性，尽管离子化/自由基化气体因与工艺气体的最小程度的接触而流过挡板阀205，由此维持挡板阀205的隔离能力。
为了进一步促进保护一个或多个密封件213a，挡板207b包括凹陷表面215，凹陷表面中容纳或接纳了挡板207a。在打开位置，凹陷表面与挡板207a相邻。在一个示例中，凹陷表面215具有约等于或略大于挡板207a的长度。例如，凹陷表面215可以具有比挡板207a的长度大约3％至约15％的长度。在这样的示例中，挡板207b的长度大于挡板207a的长度。凹陷表面包括与其相邻的延伸部216，以形成迷宫形状来减少与挡板207a的密封表面相邻的气流。
每个挡板207a、207b包括形成在其中的相应冷却通道217a、217b。冷却通道217a、217b允许冷却流体从中流过。当离子化/自由基化气体流过挡板阀205时，冷却剂可以流过挡板207a、207b。冷却剂将挡板207a、207b的温度维持在保持一个或多个密封件213a、213b的完整性的范围内。
图2C示出了在关闭位置的挡板阀205。在关闭位置，挡板207a、207b防止自由基化/离子化气体从RPS流到处理腔室。在关闭位置，挡板207a、207b与相应开口208a、208b相邻地定位，以防止流体流过相应开口208a、208b。由于在打开位置的挡板207a、207b的重叠位置，挡板207a、207b在移动到关闭位置时被相继地致动。例如，首先挡板207b移动到关闭位置，这让出挡板207a致动到关闭位置的行进路径。在挡板207a在关闭位置的情况下，一个或多个密封件213a接触壳体206的与开口208a相邻的内表面。一个或多个密封件213a包围开口208a以防止气体从中流过。虽然密封件213b不接触壳体206的内表面，但是如图所示，可以设想，在挡板207b上与密封件213b相对的一侧上可以定位附加的密封件(未示出)。在关闭位置，附加的密封件可以围绕开口208b形成密封，以进一步改进挡板阀205的密封能力。然而，可以设想这些附加的密封件可以暴露于离子化/自由基化气体，并且因此可以受益于频繁更换以维持密封能力。
图2D示出了挡板阀205的示意性剖视侧视图。在图2D中，可移除壁220示为与挡板阀205的壳体206接触。与可移除壁220相对地，相应致动组件221a、221b耦接到壳体206的外表面，以促进挡板207a、207b的致动。每个致动组件221a、221b由一个或多个紧固件222(诸如螺栓)固定到壳体。紧固件222穿过相应基部223a、223b和水套224a、224b设置并固定到壳体206。基部223a与水套224a轴向对准，而基部223b与水套224b轴向对准。轴225a轴向穿过基部223a和水套224a设置，而第二轴225b轴向穿过基部223b和水套224b设置。挡板207a、207b耦接到相应轴225a、225b的第一端，而轴225a、225b的第二端耦接到一个或多个致动器212(示为两个)，以促进轴225a、225b和耦接到轴225a、225b的挡板207a、207b的旋转致动。每个致动组件221a、221b可以包括位置传感器，例如与相应致动器212集成的，用于确定相应挡板207a、207b的位置来减轻它们之间的干扰并促进确定挡板207a、207b的打开/关闭状态。在另一个示例中，光学传感器可以用于通过识别轴225a、225b上的标记来确定轴225a、225b的位置以及因此确定挡板207a、207b的位置。在这样的示例中，光学传感器296可以识别一个或多个标记297以促进轴225a或225b的旋转位置。
每个基部223a、223b包括形成在其中的端口251。每个端口251从中心开口226径向延伸，以促进与其进行真空连接。每个基部223a、223b包括形成在中心开口226的内表面上的一个或多个密封件228，以用于围绕相应轴225a、225b密封来将流体从进水口230引导到出水口231。相应水套224a、224b耦接到每个基部223a、223b。每个水套224a、224b包括壳体227a、227b，中心开口226延伸穿过壳体227a、227b。一个或多个轴承229(两个以堆叠的取向示出)定位在与基部223a、223b相邻的每个壳体227a、227b内。轴225a、225b轴向穿过轴承229设置，以促进轴225a、225b的旋转。轴承229促进轴位置以及因此的挡板位置的对准或调整。另外，轴承229是低摩擦轴承，并且因此减小轴225a、225b的旋转阻力。
每个壳体227a、227b包括进水口230和出水口231。每个水套224a、224b的进水口230和出水口231耦接到相应冷却通道217a、217b。冷却通道217a、217b包括与进水口230和出水口231相邻的开口285，以用于从其中接收水或向其中输送水。多于一个开口285或细长开口285可以用于在轴225a、225b的不同旋转配置下将流体引导到冷却通道217a、217b中。与开口225相邻地定位的密封件228在开口285与相应进水口230或出水口231之间引导水(或其它冷却流体)。
在操作期间，冷却剂(诸如，水)被提供到进水口230并沿着沿着相应轴225a、225b轴向延伸的第一流体通道232行进。第一流体通道232流体地耦接到相应冷却通道217a、217b，或是相应冷却通道217a、217b的集成部分。冷却流体行进通过冷却通道217a、217b并经由第二冷却通道233传输到出水口231。第二冷却通道233轴向形成在相应轴225a、225b中。第二冷却通道233流体耦接到相应冷却通道217a、217b或与其一体形成。冷却流体降低挡板207a、207的温度，由此减轻对密封件213a、213b的热引起的损坏。应当注意，虽然冷却通道217a示为具有沿着挡板207a的周边的矩形形状，但是对于冷却通道217a、217b中的每个，可以考虑其它冷却通道配置。
图2A-2D示出了挡板阀205的一个实施例。然而，也可以设想其它实施例。例如，可以设想，挡板207a、207b中的一个或两个可以包括用于向处理腔室100提供工艺或净化气体的气体馈通件。在这样的示例中，挡板207a、207b可以在关闭位置，但是允许将流体耦接到气体馈通件的气体引入处理腔室100。另外，挡板207a可以包括一个或多个特征，以促进挡板207a与壳体206的内表面之间的对准，由此最小化磨蚀和颗粒产生。例如，挡板207a可以包括一个或多个物理特征，诸如导向、对准标记等，以促进对准。
图3A-3B是根据本公开的实施例的密封件213a的局部示意性剖视图。虽然仅示出了密封件213a，但是应当理解，密封件213b可以具有类似的配置。图3A示出了定位在密封沟槽214中的密封件213a。任选的备用密封件342(诸如T形密封件)可以与密封件213相邻地定位。应当注意，T形密封件可以定位在密封件213a的任一侧或两侧上。
沟槽214包括底部335和相对侧336a、336b。相对侧336a、336b从底部335朝向彼此渐缩。相对侧336a、336b的向内渐缩促进将密封件213a保持在沟槽214中。密封件213a包括基部337和从中延伸的标志338。基部337定位在沟槽214中，使得基部337的下表面与沟槽214的底部335接触。标记338是悬臂结构，其从基部337与底部335相反地延伸。在挡板207a、207b(在图2A中示出)关闭时，标记338接触壳体206(在图2A中所示)以形成密封。致动器212(图2D中示出)可以被配置为在标志338与壳体206之间施加所期望的量的接触力。在未压缩状态下，标记338延伸超出限定沟槽214的上边界的平面339。在基部337的上表面与标志338的下表面之间限定空间340，以适应在压缩时标志的偏转，如图3B所示。
在操作中，可以对挡板阀205的内部施加真空以降低其内部压力。减小的压力允许在密封件213a与壳体206之间使用较低的接触压力，同时仍然保持足够密封。降低的接触压力延长密封件213a的使用寿命，并且另外地还减少不想要的颗粒产生。减少的颗粒产生导致改进的基板处理，并且增加挡板阀205的预防性维护会话之间的时间跨度。另外，可以设想，密封件213a具有相对低的刚度，以进一步促进减少颗粒产生以及补偿密封件未对准。
在一个示例中，通过端口251施加真空。当挡板阀205关闭时，通过端口251施加的真空可以用于排空壳体206的内部容积。为了促进排空，当挡板207a和/或207b在关闭位置时，形成在相应轴225a、225b中的端口(未示出)可以在端口251与壳体206的内部容积之间提供流体连通。通过端口251从内部容积排空工艺气体通过减少挡板阀205的密封件与在关闭状态下否则将会被捕获的工艺气体之间的接触来促进密封完整性。附加地或替代地，可以在壳体206中形成一个或多个端口，以用于从其内部容积排空气体。
图4是根据本公开的另一个实施例的挡板阀405的示意图。挡板阀405类似于上面所示的挡板阀205。然而，挡板阀405利用不同的壳体406和挡板407a、407b。如图4所示，挡板407a、407b各自具有周边，该周边包括相应圆形部段445a、445b和三个相应线性部段446a、446b。壳体406包括对应形状，例如，第一圆形部段447和矩形部段448。壳体406与挡板407a、407b之间的相应结构减小挡板阀405的其中可捕集材料的死空间，并且由此减少在处理期间的处理腔室污染。应当注意，可以设想其它形状和配置。在一个示例中，每个圆形部段445a、445b和447延伸约180度。
挡板阀405还包括与相应挡板407a、407b相邻的凸缘耦接件490a，490b，以促进耦接到气体导管、RPS、处理腔室等。每个凸缘耦接件490a、490b包括从中穿过而形成的开口491，以促进气体流过挡板阀405。开口491同轴定位以促进从中通过的气体传导。轴445a、445b从壳体406延伸，类似于轴225a、225b(在图2D中示出)，以促进挡板407a、407b的致动和冷却。每个轴425a、425b可以延伸穿过壳体406的相对侧，以促进包括附加的轴承，诸如图2D中所示的轴承229，以减小挡板407a、407b的旋转阻力。
每个挡板407a、407b包括支撑部分492和密封部分493。支撑部分492包括弧形表面，该弧形表面具有与密封部分493的部段匹配的轮廓。密封部分493经由耦接件494耦接到支撑部分492，这样的密封部分493的延伸部插入支撑部分492中的凹槽或开口中。还设想其它耦接机构。在这样的示例中，密封部分493包括围绕密封部分493的周边设置的接合区域480。接合区域480接触壳体406的内表面以与其形成密封。接合区域480的直径大于密封部分493密封的开口的直径。
单独的支撑部分492和密封部分493的分开使用促进在维护期间易于更换密封部分493。类似于上面关于挡板207a、207a所述的，可以设想，当挡板407a、407b在打开位置时，一个密封部分493可以保护另一个密封部分493或以其它方式限制流体与另一个密封部分493的接触。因此，促成密封完整性的延长。或者，挡板407a、407b包括密封布置，如上面关于挡板207a、207b类似地描述的。附加地或替代地，壳体406的内表面和/或挡板407a、407b的表面可涂覆有保护膜(诸如陶瓷)，以促进保护挡板阀405免受在操作期间使用的腐蚀性气体的影响。
本公开的益处包括改进RPS和处理腔室之间的隔离。另外，本文公开的挡板阀上的热负荷减少，从而改进密封件的使用寿命和完整性。
尽管前述内容针对的是本公开的各实施例，但是在不背离本公开的基本范围的情况下，可以设想本公开的其它和进一步实施例，并且本公开的范围是由所附权利要求书确定。

Claims (14)

1.一种挡板阀，包括：
壳体，所述壳体具有在所述壳体的第一端处的第一开口和在所述壳体的第二端处的第二开口；
第一挡板，所述第一挡板可枢转地设置在所述壳体中；
第二挡板，所述第二挡板可枢转地设置在所述壳体中，所述第一挡板和所述第二挡板可移动以选择性地打开和关闭所述第一开口和所述第二开口中的至少一个，所述第一挡板和所述第二挡板在打开位置时重叠；以及
在所述第一挡板上的第一密封件和在所述第二挡板上的第二密封件，其中当所述第一挡板和所述第二挡板在打开位置时，所述第一密封件与所述第二密封件重叠。
2.如权利要求1所述的挡板阀，其中当所述第一挡板和所述第二挡板在打开位置时，所述第一挡板和所述第二挡板面对面地定位。
3.如权利要求1所述的挡板阀，其中通过使流体流过形成在所述第一挡板和所述第二挡板中的相应冷却通道来独立地冷却所述第一挡板和所述第二挡板。
4.如权利要求3所述的挡板阀，其中所述第一挡板和所述第二挡板独立于所述壳体进行冷却，所述壳体具有形成在所述壳体中的一个或多个冷却通道。
5.如权利要求1所述的挡板阀，其中所述第一挡板和所述第二挡板中的每个设置在旋转轴上，所述旋转轴具有设置在其周围的密封件，所述密封件将所述壳体的内部容积与所述壳体外部的环境隔离。
6.如权利要求5所述的挡板阀，进一步包括一个或多个传感器，所述传感器用于确定所述旋转轴的位置。
7.如权利要求6所述的挡板阀，其中所述传感器是光学传感器。
8.如权利要求5所述的挡板阀，其中所述旋转轴的轴线是能够通过低摩擦轴承调整的。
9.如权利要求1所述的挡板阀，其中所述第一挡板或所述第二挡板的一个或多个表面上具有涂层以减少腐蚀。
10.如权利要求1所述的挡板阀，其中所述壳体的所述第一开口和所述壳体的所述第二开口同轴地设置。
11.如权利要求1所述的挡板阀，其中所述壳体包括一个或多个气体净化端口，以将气体从所述壳体排空。
12.如权利要求1所述的挡板阀，其中所述第一挡板包括气体馈通件，以用于将工艺气体或净化气体供应到处理腔室。
13.一种挡板阀，包括：
壳体，所述壳体具有在所述壳体的第一端处的第一开口和在所述壳体的第二端处的第二开口；
第一挡板，所述第一挡板可枢转地设置在所述壳体中，所述第一挡板具有耦接到所述第一挡板的密封件，所述密封件接触所述壳体的内表面，并且在所述第一挡板在关闭位置时密封所述第一开口；以及
第二挡板，所述第二挡板可枢转地设置在所述壳体中，所述第二挡板在打开位置时定位在所述第一挡板上方，并且在所述关闭位置时定位在所述第二开口上方。
14.一种打开挡板阀的方法，包括：
将第一挡板定位在打开位置，所述第一挡板上具有第一密封件；
将第二挡板定位在所述打开位置，所述第二挡板在所述打开位置时与所述第一挡板重叠，其中所述第二挡板包括第二密封件，所述第二密封件被定位成在所述打开位置时与所述第一挡板接触，并且在所述第一挡板的所述第一密封件的径向外侧；
当所述第一挡板和所述第二挡板在所述打开位置时，使离子化或自由基化气体流过所述挡板阀；
在使所述离子化或自由基化气体流过所述挡板阀之后关闭所述第二挡板；以及
在关闭所述第二挡板之后关闭所述第一挡板。
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