CN111194474A - 双端口远程等离子清洁隔离阀 - Google Patents

Abstract

本公开总体涉及一种用于处理系统中的隔离装置。所述隔离装置具有主体，所述主体具有：入口开口，所述入口开口设置在第一端部处，所述入口开口耦接到处理系统部件，诸如远程等离子体源；以及出口开口，例如两个出口开口，所述出口开口设置在第二端部处，所述出口开口耦接到处理系统部件，诸如工艺腔室。设置在所述主体内的翻板可从关闭位置致动到打开位置或可从打开位置致动到关闭位置，以选择性地允许或阻止流体从耦接到所述隔离装置的所述处理系统部件传递到另一个处理系统部件。

Description

双端口远程等离子清洁隔离阀

背景技术

技术领域

本公开的实施方式总体涉及一种用于处理系统中的隔离装置。

相关技术描述

在微电子器件(诸如半导体器件)的制造中，使用远程等离子体源向工艺腔室提供气体自由基、气体离子或这两者，在工艺腔室中，工艺在衬底上实施。远程等离子体源一般通过穿过工艺腔室的主体设置的端口来连接到工艺腔室。为了将远程等离子体源与工艺腔室隔离，在远程等离子体源与工艺腔室之间设置隔离装置，诸如阀。在利用远程等离子体源向工艺腔室的处理容积中供应气体自由基、气体离子或这两者的操作期间，隔离装置移动到打开位置，以允许在工艺腔室的处理容积与远程等离子体源之间的流体连通。在完成处理操作之后，隔离装置移动到关闭位置，由此将远程等离子体源与工艺腔室的处理容积隔离。

其中在远程等离子体源与端口之间的流线中利用简单的阀的常规的远程等离子体源隔离装置通常因密封机构暴露于来自远程等离子体源或源自暴露于在工艺腔室的处理容积中的工艺化学物质的气体自由基、气体离子或这两者而使其密封机构退化。因此，需要频繁维护以修理或更换密封机构来维持功能性。这些维护操作通常涉及工艺腔室长时间停机，从而造成工艺腔室的利用降低。

因此，需要的是一种改进的远程等离子体源隔离装置及其操作方法。

发明内容

本公开总体涉及一种用于处理系统中的隔离装置。

在一个实施方式中，提供了一种隔离装置。所述隔离装置具有主体，所述主体具有在第一端部处的入口开口和在第二端部处的一个或多个出口开口。隔离容积限定在所述主体中。第一翻板和第二翻板设置在所述隔离容积中。所述第一翻板和所述第二翻板被枢转地致动以选择性地允许进入和阻挡进入所述入口开口或所述一个或多个出口开口中的至少一个。

在另一个实施方式中，提供了一种用于处理衬底的系统。所述系统包括：远程等离子体源；一个或多个工艺腔室，所述一个或多个工艺腔室流体地耦接到所述远程等离子体源；以及隔离装置，所述隔离装置设置在所述远程等离子体源与所述一个或多个工艺腔室之间。所述隔离装置包括主体，所述主体具有入口开口和至少两个出口开口。隔离容积限定在所述主体中，第一翻板和第二翻板设置在所述隔离容积中。所述第一翻板和所述第二翻板被枢转地致动以选择性地允许进入和阻挡进入所述入口开口或所述出口开口中的至少一个。

在又一个实施方式中，提供了一种用于处理衬底的方法。所述方法包括用隔离装置来阻挡远程等离子体源与工艺腔室之间的流体连通。所述阻挡包括以下操作：将所述隔离装置的第一翻板移动到第一位置，以阻挡进入设置在所述隔离装置的第一端部中的第一端口；以及将所述隔离装置的第二翻板移动到第二位置，以阻挡进入设置在所述隔离装置的第二端部中的至少两个第二端口。

附图说明

为了能够详细地理解本公开的上述特征的方式，可以参考实施方式来提供以上简要地概述的本公开的更特定的描述，实施方式中的一些在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出了示例性实施方式，并且因此不应视为对范围的限制，因为本公开可以允许其他等效实现方式。

图1是利用远程等离子体源的处理设备的示意性布置。

图2是示例性双腔室处理系统的横截面示意图。

图3A是根据某些实施方式的隔离装置的等距视图。

图3B是图3A的隔离装置的等距横截面。

图4A是根据某些实施方式的隔离装置的密封区域的示意性平面图。

图4B是根据某些实施方式的隔离装置部件的横截面。

图5是根据某些实施方式的隔离装置的等距横截面。

为了便于理解，已经尽可能地使用相同的附图标记标示各图共有的相同元件。设想的是，一个实施方式的要素和特征可以有益地并入其他实施方式，而不进一步叙述。

具体实施方式

本文所描述的实施方式涉及一种用于将处理系统内的腔室与流线隔离的隔离装置。所述隔离装置包括主体，所述主体具有：入口开口，所述入口开口设置在第一端部处，所述入口开口耦接到处理系统部件，诸如远程等离子体源；以及出口开口，例如两个出口开口，所述出口开口设置在第二端部处，所述出口开口耦接到处理系统部件，诸如工艺腔室。设置在所述主体内的翻板可从关闭位置致动到打开位置或可从打开位置致动到关闭位置，以选择性地允许或阻止流体从耦接到所述隔离装置的所述处理系统部件传递到另一个处理系统部件。

图1是利用远程等离子体源的示例性处理设备的示意性布置。在图1中，处理设备100具有远程等离子体源102，所述远程等离子体源102由导管108a、108b耦接到工艺腔室106。隔离装置104(诸如阀)设置在远程等离子体源102与工艺腔室106之间。隔离装置104通过导管108a、108b与远程等离子体源102和工艺腔室106流体连通。在处理操作期间，可以中断将流体传递通过隔离装置104，以将工艺腔室106与远程等离子体源102隔离。通过打开隔离装置104以允许流体从中传递通过，由远程等离子体源102产生的气体自由基、气体离子或这两者可流过导管108a、108b和隔离装置104并流入工艺腔室106。仅出于说明目的而公开示例性处理设备100。其他配置或类型的工艺腔室可以与本文所描述的实施方式一起使用。

图2是示例性双腔室衬底处理系统200。处理系统200具有远程等离子体源202、隔离装置204、由凸缘206耦接到隔离装置204的腔室盖207、以及工艺腔室208a、208b。远程等离子体源202耦接到隔离装置204，所述隔离装置204进一步耦接到腔室盖207。气体导管210a、210b设置在腔室盖207内并使得在隔离装置204与工艺腔室208a、208b之间能够流体连通。隔离装置204包括翻板212和214。在图2中，以横截面示出在关闭位置的隔离装置204。隔离装置204将在下文详细地讨论。

图3A和图3B是根据某些实施方式的隔离装置300的横截面透视图。图3A和图3B中的隔离装置300是翻板型阀。隔离装置300具有主体302，所述主体302具有第一端部330和与第一端部330相对的第二端部332。入口端口304穿过主体302设置在第一端部330处。出口端口308a、308b穿过主体设置在第二端部332处。出口端口308a、308b与入口端口304相对地设置。入口端口304耦接到远程等离子体源，诸如图2中所示的远程等离子体源202。出口端口308a、308b彼此平行地且相邻地延伸穿过主体302和基部凸缘306。基部凸缘306耦接到隔离装置300的第二端部332。在一个实施方式中，基部凸缘306将隔离装置300耦接到共用腔室盖，诸如图2中所示的腔室盖207。应理解，基部凸缘306是示例性附接方法。由此，可以实践将隔离装置300附接到共用腔室盖的其他方法，这样，隔离装置300可以从腔室盖移除。隔离装置300可以从腔室盖移除，以便于维护或用另一个隔离装置来替换隔离装置300。

图3A和图3B中所示的隔离装置的主体302一般是长方体的并至少部分地在其中限定隔离容积380。翻板312、314铰接地设置在隔离容积380中。在图3A和图3B中，示出两个翻板312、314，但是可以使用其他布置，诸如三个翻板。主体302和翻板312、314由含金属的材料(诸如铝或其合金)形成。维护门(未示出)在表面322处耦接到主体302。在图3A中，维护门被移除并且翻板312、314被定位成使得隔离装置300在打开位置以允许来自远程等离子体源的气体自由基、气体离子或这两者通过隔离容积380传递到下游工艺腔室(诸如图2中所示的工艺腔室208a和208b)中。在图3B中，翻板312、314被定位成使得隔离装置300在关闭位置。在关闭位置，远程等离子体源以及因此气体自由基、气体离子或这两者与下游工艺腔室隔离。

密封件412、414a和414b设置在翻板312、314中的密封槽内。外密封件412设置在形成在翻板312的密封件保持面326中的密封槽内。内密封件414a、414b设置在形成在翻板314的密封件保持面328中的密封槽内。当隔离装置300在关闭位置时，内密封件414a、414b抵靠主体302的内表面336密封并包围出口端口308a、308b。当隔离装置300在打开位置时，翻板312的具有外密封件412设置在其中的密封件保持面326与翻板314的密封件保持面328配合，以保护设置在翻板314中的内密封件414a、414b免于暴露于气体自由基、气体离子或这两者。在关闭位置，翻板312的密封件保持面326面向隔离容积380。为了使翻板312、314在打开位置与关闭位置之间移动，翻板312、314轴向地连接到致动器316。致动器316分别使翻板312、314围绕轴线318a、318b单独地枢转。轴线318a、318b由将翻板312、314耦接到致动器316的旋转轴317限定。

一个或多个冷却通道320设置在主体302内。冷却通道320允许温度控制流体在主体302内循环以控制隔离装置300的温度。冷却通道320可以耦接到热交换器系统(未示出)，以便维持温度控制流体的所期望的温度。槽324设置在主体302的面向维护门的表面322内。O形环(未示出)设置在槽324中以在主体与维护门之间形成气密密封。维护门和主体302在其中限定隔离容积380。如图3B所示，当隔离装置300在关闭位置时，隔离容积380将远程等离子体源与下游工艺腔室分开。

泄压系统350任选地耦接到主体302，并且与隔离容积380流体连通。在从下游工艺腔室或远程等离子体源泄漏到隔离装置300中的情况下，泄压系统350可用于平衡跨翻板312、314的压力。如果当隔离装置300处在关闭配置时，跨翻板312、314的压力差变得太大并且隔离容积380中的压力高于入口端口304或出口端口308a、308b中的压力，则隔离装置300可能变得“气阻(vapor locked)”，使得致动器316不能提供足够的扭矩来克服由压力差引起的作用在翻板312、314上的力。

泄压系统350包括端口352，所述端口352设置在隔离容积380与泄压装置354之间并与所述隔离容积和所述泄压装置流体连通。泄放装置354放出来自隔离容积380的压力，以使得翻板312、314能够移动到打开位置。在某些实施方式中，泄压装置354可以是隔膜阀或破裂盘，其在破裂时打开在较高压力隔离容积380与较低压力区域(未示出)之间的泄放通道。泄放装置354可以被设定成在设定压力下自动地打开，或者可以在必需时手动地打开。

为了在打开位置与关闭位置之间致动隔离装置300，致动器316向耦接到翻板312、314的轴317提供旋转运动。在关闭位置，翻板312、314被致动远离彼此并到达彼此大体上平行的位置。在关闭位置，翻板314围绕出口端口308a、308b接触主体302的内表面并由此密封出口端口308a、308b以使其与隔离容积380隔开。同时，翻板312致动以覆盖入口端口304但不接触主体302的内表面。为了将隔离装置300改变到打开位置，翻板314首先围绕旋转轴线318b摆动到图3A中所示的打开位置中。然后，翻板312围绕旋转轴线318a朝向翻板314摆动，使得当隔离装置300在关闭位置时，翻板312的面向隔离容积380的密封件保持面现在面向翻板314的面向主体302的底表面的密封件保持面，出口端口308a、308b延伸穿过所述底表面。即，当隔离装置300在打开位置时，翻板312、314的密封件保持面面向彼此并接触。为了关闭隔离装置300，翻板312远离翻板314朝向入口端口304摆动进入关闭位置，由此为翻板314提供了畅通的行进路径。然后，翻板314朝向出口端口308a、308b摆动，直到翻板314接触主体302的底表面为止。上述翻板移动操作按顺序的次序描述。然而，应理解到，翻板312、314的移动可以作为几乎同时的运动发生。

图4A是隔离装置300的密封区域的平面图，其指示了当翻板312、314如图3A所示在打开位置时翻板312、314的密封件412、414a、414b的相对位置。

如图4A所示，外密封件412(即，具有大周长的密封件)设置在位于翻板312的面326中的密封槽中。在关闭位置，外密封件412包围两个内密封件414a、414b，这两个内密封件414a、414b设置在形成在翻板314的面328中的槽中。内密封件414a、414b各自具有大致相同的周长，所述周长小于外密封件412的周长。内密封件414a、414b可以被称为主密封件。当翻板312、314在打开位置时，分别具有密封槽形成在其中的翻板312和314的面326、328面向彼此并且嵌套在一起。当隔离装置300在打开位置时，外密封件412抵靠翻板314密封并环绕内部主密封件414a、414b，从而围绕内密封件414a、414b形成保护性密封件。外密封件412阻止内密封件414a、414b暴露于从远程等离子体源202流过隔离装置300的气体离子、气体自由基或这两者，这种暴露可使密封件414a、414b退化。因此，大大地延长了用于内密封件414a、414b的更换的维护间隔。

图4B是在打开位置的翻板312、314的横截面。图4B示出了外密封件412，所述外密封件412设置在形成在翻板312中的槽内并设置在设置在形成在翻板314中的槽内的密封件414a、414b外。当隔离装置300在关闭位置时，内密封件414a、414b邻近且围绕出口端口308a、308b接触主体302并形成环绕出口端口308a、308b的密封，所述密封由图4A中的虚线指示。密封件414a、414b大于出口端口308a、308b以接触主体302的内表面336，如图3B所示，并且包围出口端口308a、308b以将出口端口308a、308b与图3A和图3B中所示的隔离容积380隔离。图4B还示出了设置在翻板312、314内的冷却通道416。冷却通道416耦接到流体源(未示出)以在工艺腔室、远程等离子体源或这两者的操作期间使流体循环通过翻板312、314，由此在处理操作期间维持翻板312、314的所期望的温度。图5中示出了并就此而描述了冷却通道416耦接到流体源以用于使得流体向隔离装置300的内部和外部传递。

应理解，可以使用其他密封装置。在图4A至图4B中，一个密封件用于外密封件412，但是可以使用更多或更少数量的密封件(例如，可以使用两个密封件以包围内密封件414a、414b)。类似地，更多或更少数量的密封件(诸如一个密封件)可以用于密封件414a、414b(例如，密封件414a、414b可以用环绕出口端口308a、308b的单个密封件来代替)。图4A至图4B中示出了位于槽内的O形环。在某些实施方式中，可以移除槽并将密封环直接地粘附到翻板312、314的面。O形环可以包括聚合物材料或石油基材料。O形环的材料一般相对于与工艺腔室相关联的工艺进行选择，以最小化O形环的退化。其他密封机构可以与此一起使用。例如，也可以使用其他密封件横截面，诸如卵形、V形等。尽管未示出，但是设想的是，第二密封件可以设置在形成在翻板312的与外密封件412的保持表面相对的表面中的第二密封槽中。在这个配置中，第二密封件可以被配置为包围入口端口304抵靠主体302的内表面密封，以进一步将下游工艺腔室与远程等离子体源隔离。

如上文所讨论，在关闭位置，翻板314接触主体302的内表面336，而翻板312不接触主体302的内表面。即，在翻板312与主体302之间存在小间隙。在一个实施方式中，在关于图3A讨论的第一端部330处，翻板314在翻板314与主体302的内表面之间维持小间隙，诸如在10mm至20mm的范围内。在一个实施方式中，翻板312、314与主体302电隔离。在所述实施方式中，翻板312、314不形成电路的一部分，并且因此在上面的静电场被最小化或阻止，并且颗粒在翻板表面上的沉积被最小化。

密封件412、414a、414b将因重复地暴露于工艺气体以及远程等离子体源的输出而随时间的推移退化。为了维持本文实施方式的密封能力，可以在维护机会期间清洁密封件或用相同的密封件替换所述密封件。关闭工艺腔室，以执行所要求的维护。本文所描述的实施方式通过允许通过可移除的维护门快速地清洁或更换所接取的密封件而有利地最小化了维护停机时间。此外，远程等离子体源不要求从隔离装置300移除以接取阀进行维护，从而进一步减少维护时间。

图5是隔离装置300的示意性局部剖切图。在图5中，示出了可移除的门502耦接到主体302。翻板312、314被示出为在关闭位置。图5示出了耦接到相应致动组件504a、504b的翻板312、314。致动组件504a、504b使翻板312、314在打开位置和关闭位置之间枢转地摆动。以横截面示出了自动化组件504a和与所述自动化组件504a连接的翻板312。

致动组件504a、504b包括轴506a、506b，所述轴506a、506b延伸到主体302中并在一个端部处耦接到翻板312、314。致动器316在其与翻板312、314相对的端部处耦接到轴506a、506b并被配置为可控制地旋转轴506a、506b，并且由此使翻板312、314摆动通过以相应轴506a、506b为中心的圆弧。致动器316可以是气动的、电动的或能够旋转轴506a、506b的任何配置。轴承(未示出)耦接到外壳508a、508b内的轴506a、506b，以使得轴506a、506b能够在其中旋转。

轴506a、506b延伸穿过外壳508a、508b。外壳508a、508b包括耦接到入口导管516的冷却剂入口512和耦接到冷却出口514的出口导管518。外壳508a、508b用作围绕轴506a、506b的冷却护套。冷却剂入口512和冷却出口514通过旋转接头或其他合适的机构与设置在翻板312、314内的冷却通道416流体连通。冷却剂流体循环通过翻板312、314中的冷却通道416，以便将翻板312、314维持在例如维持翻板312、314和设置在其中的密封件的材料性质的范围内的温度下，以减少密封件退化。在图5的实施方式中，以围绕翻板312的矩形周边示出冷却通道416。设想了其他几何形状，诸如圆形、格形或网格状的。可以利用能够使流体在翻板内流动的任何几何形状。

外壳508a、508b由紧固件522(诸如螺栓)在主体302处耦接在底板520a、520b处。应理解，可以采用用于将外壳508a、508b耦接到底板520a、520b的任何机构，例如闩锁、粘结、钎焊或者夹紧。密封件524邻近端口526设置。端口526耦接到真空泵或其他源(诸如文丘里管)，以便在其中形成真空密封。为了阻止工艺流体从主体302泄漏到外壳508a、508b中并为了阻止冷却剂从外壳508a、508b泄漏到主体302中，可以设想其他密封方法。

本文所描述的实施方式有利地将远程等离子体源和与所述远程等离子体源耦接的工艺腔室隔离。本文所描述的实施方式允许使用单个隔离装置来隔离两个腔室，从而减小处理系统的大小。此外，隔离装置和与其耦接的远程等离子体源的狭窄大小允许在不移除隔离装置和远程等离子体源的情况下移除工艺腔室盖以进行维护。因此，减少了维护窗口并增加了腔室产量。应理解到，本文所描述的实施方式不限于示例性工艺系统。其中腔室要求彼此隔离的任何系统都可以从本文所描述的实施方式受益。

尽管前述内容针对的是本公开的实施方式，但是在不脱离本公开的基本范围的情况下，可以设想本公开的其他和进一步实施方式，并且本公开的范围由所附权利要求书确定。

Claims (15)

1.一种隔离装置，包括：

主体，所述主体具有在第一端部处的入口开口和在第二端部处的一个或多个出口开口；

隔离容积，所述隔离容积限定在所述主体中；

第一翻板，所述第一翻板设置在所述隔离容积内；以及

第二翻板，所述第二翻板设置在所述隔离容积内，其中所述第一翻板和所述第二翻板被枢转地致动以选择性地允许进入和阻挡进入所述入口开口或所述一个或多个出口开口中的至少一个。

2.如权利要求1所述的隔离装置，进一步包括：第一密封件，所述第一密封件设置在所述第一翻板中；以及至少一个第二密封件，所述至少一个第二密封件设置在所述第二翻板内，其中所述第一密封件包围所述至少一个第二密封件，并且当所述第二翻板被定位成阻挡进入所述出口开口时，所述至少一个第二密封件包围所述一个或多个出口开口中的至少一个。

3.如权利要求1所述的隔离装置，其中当所述第一翻板和所述第二翻板被定位成允许进入所述入口开口和所述出口开口时，所述第一翻板和所述第二翻板被定位成面对面。

4.如权利要求1所述的隔离装置，其中所述主体、所述第一翻板和所述第二翻板包括形成在其中的冷却通道，并且其中所述第一翻板和第二翻板耦接到旋转轴。

5.如权利要求1所述的隔离装置，进一步包括泄压系统，所述泄压系统耦接到所述隔离容积。

6.如权利要求1所述的隔离装置，其中所述主体、所述第一翻板和所述第二翻板包括含金属的材料。

7.一种用于处理衬底的系统，包括：

远程等离子体源；

一个或多个工艺腔室，所述一个或多个工艺腔室流体地耦接到所述远程等离子体源；以及

隔离装置，所述隔离装置设置在所述远程等离子体源与所述一个或多个工艺腔室之间，所述隔离装置包括：

主体，所述主体具有入口开口和至少一个出口开口；

隔离容积，所述隔离容积限定在所述主体中；

第一翻板，所述第一翻板设置在所述隔离容积内；以及

第二翻板，所述第二翻板设置在所述隔离容积内。

8.如权利要求7所述的系统，其中所述隔离装置进一步包括：第一密封件，所述第一密封件设置在所述第一翻板中；以及至少一个第二密封件，所述至少一个第二密封件设置在所述第二翻板内，其中所述第一密封件包围所述至少一个第二密封件，并且当所述第二翻板被定位成阻止进入所述至少一个出口开口时，所述至少一个第二密封件包围所述至少一个出口开口。

9.如权利要求8所述的系统，其中所述至少一个第二密封件包括两个密封件，每个密封件被配置为包围所述至少一个出口开口中的一个。

10.如权利要求7所述的系统，其中当所述第一翻板和所述第二翻板被定位成允许进入所述入口开口和所述至少一个出口开口时，所述第一翻板和所述第二翻板被定位成面对面。

11.如权利要求7所述的系统，其中所述一个或多个工艺腔室是多工艺腔室，并且所述至少一个出口开口中的每个对应于所述多工艺腔室中的相应工艺腔室。

12.如权利要求7所述的系统，其中所述第一翻板和所述第二翻板耦接到旋转轴，并且其中所述主体、所述第一翻板和所述第二翻板包括含金属的材料。

13.如权利要求7所述的系统，其中在所述隔离装置中进一步包括泄压系统，所述泄压系统耦接到所述隔离容积。

14.如权利要求7所述的系统，其中所述至少一个出口开口包括两个出口开口，并且所述一个或多个工艺腔室包括两个工艺腔室，并且其中所述入口开口与所述远程等离子体源流体连通并且所述两个出口开口各自与所述两个工艺腔室中的一个流体连通。

15.一种用于处理衬底的方法，包括：

用隔离装置来阻挡远程等离子体源与工艺腔室之间的流体连通，所述阻挡包括：

将所述隔离装置的第一翻板移动到第一位置，以阻挡进入设置在所述隔离装置的第一端部中的第一端口；以及

将所述隔离装置的第二翻板移动到第二位置，以阻挡进入设置在所述隔离装置的第二端部中的至少两个第二端口。

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