CN113913784B - 气体幕帘元件、传送气体的导管系统与传送气体的方法 - Google Patents

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Abstract

一种气体幕帘元件、传送气体的导管系统与传送气体的方法，气体幕帘元件包含一导管衬套和一导管接头。导管衬套包含通过导管衬套的一螺旋形通风口。导管接头围绕导管衬套的一部分，导管接头包含与导管衬套的螺旋形通风口呈流体连通的多个气体进入端口。用于从气体容纳腔室，其用于处理形成半导体元件的基材，传送气体的导管系统，包含具有螺旋形通风口的衬套。导管系统利用气体的幕帘以防止或减少材料至(从气体容纳腔室传送气体的)导管的内部表面上的沉积。

Description

气体幕帘元件、传送气体的导管系统与传送气体的方法
技术领域
本揭露是关于一种半导体制造设备与制造半导体的方法，尤其是关于气体幕帘元件、传送气体的导管系统与传送气体的方法。
背景技术
半导体元件产制为一种用于创造日常电性及电子元件中存在的集成电路的制程。产制制程为光微影及化学处理步骤的多个步骤序列，在处理步骤期间在由半导体材料组成的晶圆上逐渐制造电子电路。
各种处理步骤分为数个类别，包含沉积、去除、图案化及电性性质的改变(即，掺杂)。化学气相沉积(Chemical vapor deposition；CVD)为广泛地用于进行沉积处理步骤的数个制程中的一个制程。通常，化学气相沉积制程涉及将晶圆或基材暴露至通常以气体形式的的一种或更多种挥发性前驱物中，此前驱物在晶圆表面上反应及/或分解以产生沉积层。通常化学气相沉积制程用于半导体产制中以形成多晶硅、二氧化硅及氮化硅的层。
发明内容
气体幕帘元件包含导管衬套与导管接头。导管衬套位于气体导管中，并包含通过导管衬套的螺旋形通风口。导管接头包含多个气体进入端口，导管接头围绕导管衬套的一部分。气体进入端口与导管衬套的螺旋形通风口呈流体连通。
传送气体的方法包含：使来自处理半导体工作件的气体容纳腔室的废气流动通过废气导管。使冲排气体或气幕流动至废气导管接头的多个气体进入端口的其中一个气体进入端口中，气体进入端口与导管衬套的螺旋形通风口呈流体连通。使冲排气体流动通过位于废气导管中的废气导管衬套中的螺旋形通风口。流动通过螺旋形通风口的冲排气体创造毗邻废气导管衬套的内部表面的冲排气体的幕帘。
用于传送一气体的导管系统包含导管、包含螺旋形通风口的导管衬套、围绕导管衬套的一部分及围绕导管的一部分的导管接头与密封件。导管接头包含与螺旋形通风口呈流体连通的气体进入端口并将冲排气体输送至导管的内部。在导管与导管接头间提供密封件以防止气体泄漏。
附图说明
当与随附图示一起阅读时，可由后文实施方式最佳地理解本揭露内容的态样。注意到根据此产业中的标准实务，各种特征并未按比例绘制。实际上，为论述的清楚性，可任意增加或减少各种特征的尺寸。
图1为与本揭露内容的实施例一起使用，用于使用气体电浆处理基材的腔室的示意性截面视图；
图2为根据本揭露内容的实施例，用于从半导体处理腔室去除排气的工具废气导管系统的示意图；
图3A为根据本文中所描述的一个实施例，用于传送气体的导管系统的分解视图；
图3B为根据图3A中所例示的本文中所描述的一个实施例，用于传送气体的导管系统的组装视图；
图4为根据本揭露内容的实施例，导管系统的导管衬套的侧面立体视图；
图5为根据本揭露内容的实施例，导管系统的导管衬套的侧面立体视图；
图6为根据本揭露内容的实施例，用于传送气体的导管系统的侧面截面视图；
图7为根据本揭露内容的实施例，用于传送气体的方法的流程图。
【符号说明】
D1:直径
D2:外径
D3:外径
D4:内径
D5:直径
D6:内径
W1:宽度
W2:宽度
100:系统
102:晶圆
104:电浆
106:喷头
108:加热器
110:出口位置
112:制程气体
114:清洁气体
116:泵
118:洗涤器
130:腔室
200:腔室
204:废气导管
206:压力计
208:耦合件
208a:耦合件
298:气体幕帘元件
300:导管衬套
302:间隙
302a:位置
302b:位置
302c:位置
302d:位置
304:端部
305:凸缘
306:进入端口
308:导管指状件
310:导管接头
312:接嘴
313:密封件
314:中心环
316:夹具
318:端部表面
320:上部构件
322:下部构件
324a:夹持凸缘
324b:夹持凸缘
326:螺栓
328:夹持螺母
330:主体
334:前端部
336:后端部
338:内部表面
340:幕帘气体环
342:凸缘
344:凸缘
350:斜表面
402:外部表面
404:内部表面
500:主体
502:孔
504:上游端部表面
506:凸缘
508:密封座
510:内部表面
630:斜表面
632:斜表面
650:宽度
700:方法
720:步骤
730:步骤
740:步骤
750:步骤
具体实施方式
后文揭露内容提供用于实行所提供的标的的不同特征的许多不同的实施例或范例。后文描述组件及布置的特定范例以简化本揭露内容。当然，这些仅为范例且未意图具限制性。举例而言，在后文的描述中，在第二特征之上或上的第一特征的形成可包含以直接接触方式形成第一特征及第二特征的实施例，且亦可包含在第一特征与第二特征间形成额外特征，使得第一特征及第二特征可不直接接触的实施例。此外，在各种范例中，本揭露内容可能重复元件符号及/或字母。此重复是出于简单及清楚的目的，且重复本身并不规范所论述的各种实施例及/或配置间的关系。
进一步地，为便于描述，本文中可使用诸如“在...之下”、“在...下方”、“较低”、“在...上方”、“较高”、及类似者的空间相对术语，以描述图示中所例示的一个元件或特征与另一元件(等)或特征(等)的关系。除图示中所描绘的定向之外，空间相对术语亦意图涵盖元件在使用或操作中的不同定向。设备能以其他方式定向(旋转90度或以其他定向)，且本文中使用的空间相对描述语可同样以相应的方式解释。
本文中所描述的一个实施例为气体幕帘元件，有益于防止或减少导管的内部表面上的材料的沉积，此导管用于从(用于在其中处理半导体元件的基材的)气体容纳腔室传送废气。防止或减少材料在这些导管的内部表面上的沉积延长清洁间的时间，此举具有增加在需要清洁之前可处理的基材数量的作用。此举导致腔室的流通量增加。本揭露内容的其他实施例包含导管系统，此导管系统用于从(在其中处理半导体元件的基材的)气体容纳腔室传送气体，例如，废气。其他实施例包含用于从(在其中处理半导体元件的基材的)气体容纳腔室传送气体，例如，废气，的方法。
许多半导体产制制程涉及利用泵从腔室抽拉蒸汽或材料。以特定的速率或流动速率将蒸汽或材料抽拉至洗涤器或其他位置。泵以不同的速率从腔室之内的各种位置抽拉蒸汽或材料，速率取决于出口点或位置的定位及各种定位相对于出口点的关系。
利用泵从腔室抽拉材料的半导体制程的其中一个范例为化学气相沉积(CVD)。在化学气相沉积腔室中，将半导体元件或晶圆暴露于蒸汽形式的前驱物。前驱物与半导体元件的表面反应并沉积，并将材料层形成为薄膜。泵将蒸汽或气体从腔室中抽拉出。蒸汽将包含被进料至腔室中、尚未与半导体基材或元件的表面反应的前驱物气体及在腔室中进行的制程的副产物。这些气体中的一些，例如，未反应的气体、副产物或由前驱物气体与副产物气体间的相互作用所得的产物，可能沉积在用于将气体从腔室传送离开的导管的表面上。随着时间的流逝，随着沉积的材料在导管内聚积，沉积的材料减少气体可在导管中流动通过的开放空间(例如，减少导管之内的空隙空间的直径)。与在未存有沉积物的情况下通过导管抽吸相同体积的气体相比较，导管的此种堵塞或阻塞将给泵带来更多的负担，以从腔室抽吸相同体积的气体。此外，此种导管内的材料的聚积会影响腔室内的压力，这继而将会影响在腔室内所进行的制程结果。
本揭露内容描述用于减少在从(诸如化学气相沉积室的)气体处理腔室运送气体的导管的内部上沉积物的形成的元件及方法。元件包含在导管之内形成气体幕帘的衬套。气体幕帘将导管壁与可能沉积在导管壁上的材料隔离，并从而阻碍材料在含有衬套的导管的内部表面上的沉积。结果为，减少或防止材料在导管的内部表面上的沉积，并从在腔室中进行的制程获得更均匀的结果。
本揭露内容的实施例的描述是参考化学气相沉积(CVD)室。然而，本揭露内容的实施例并不限于以化学气相沉积室实践。可在其他腔室中实践根据本揭露内容的实施例，经由导管将制程气体从腔室排气，其中制程气体易于沉积在导管的内部表面上或以其他与导管的内部表面相互作用的方式，导致材料在导管内部表面上聚积。可将这些替代制程腔室用于在基材表面上形成膜或从基材表面去除部分的膜。
图1为例示化学气相沉积制程系统100的非限制性范例的截面简图。系统100利用电浆104及射频频率以将材料沉积至基材，例如，晶圆102(或半导体元件)上。系统100包含电浆104、喷头106、腔室130、加热器108、副产物出口位置110(也可以是端口)、制程气体112、清洁气体114、泵116及洗涤器118。在化学气相沉积制程系统100中处理晶圆102。通过数个处理步骤，利用晶圆102以产制半导体元件。晶圆102具有由诸如硅的半导体材料构成的基材或主体。晶圆102可被划分或布置成一系列裸晶。晶圆102包含较大尺寸的晶圆，诸如直径大小为440毫米的晶圆。亦可在该化学气相沉积制程系统中处理较小尺寸的晶圆，例如，直径大小为200毫米的晶圆。
电浆104为气体，气体包含相当大百分比的经电离化的原子或分子。通常通过在存在制程气体112的情况下在电极间施加电场，以创造电浆104。在此范例中，电极为喷头106及加热器108。制程气体112填充喷头106与加热器108间的空隙或空间。在一个范例中，电场为基于射频或交流电频率的电场。在另一范例中，电场为直流电场。在根据本揭露内容的其他实施例中，并不利用电浆104，例如，化学气相沉积室为大气压力化学气相沉积或金属有机化学气相沉积。使用电浆加强化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapordeposition；PECVD)所沉积的膜包含氮化硅(SixNy)、二氧化硅(SiO2)、氧氮化硅(SiOxNy)、碳化硅(SiC)及非晶硅(α-Si)。将硅源气体硅烷(SiH4)与氧源气体结合以形成二氧化硅或与氮气源结合以产生氮化硅。在一些实施例中，将原硅酸四乙酯(tetraethylorthosilicate；TEOS)材料用于通过电浆加强化学气相沉积制程形成氧化物层(plasma-enhancedtetraethylorthosilicate；PETEOS)。通过电浆激发，从原硅酸四乙酯/氧气获得高沉积速率。
通过外部泵(未图示)或类似机制提供制程气体112。制程气体112经由喷头106流动至电极间的空间中，喷头106包含用于充分地分散制程气体112的一系列出口端口。制程气体112可包含合适的前驱物气体，诸如二氯硅烷或硅烷及处于合适压力的氧气前驱物。制程气体112在腔室130周围流动，并最终作为副产物在副产物出口位置110处离开。泵116以所选的去除速率从腔室抽拉或抽空未反应的制程气体及副产物。接着将未反应的制程气体及副产物转移至洗涤器118以供清洁。可重复使用或丢弃清洁气体。在图1中所例示的实施例中，出口位置110位于偏离中心处。然而，根据本揭露内容的其他实施例，出口位置110并不位于偏离中心处。
在其他实施例中，在腔室的一侧处引入制程气体，并在腔室的相对侧处设置排气端口。制程气体从在制程腔室一侧处的制程气体入口流动通过制程腔室，至在制程腔室相对侧上的排气端口。
电浆104在晶圆102的表面之上或上沉积所选的材料。根据电浆104的性质及电场，所选的材料形成膜。膜包含从电浆104所衍生的沉积材料。在一个范例中，沉积的材料为电浆沉积的氮化硅。电浆104的性质至少部分地取决于所选的沉积速率。
在晶圆102上形成膜之后，使用清洁气体114从制程气体112去除任何分子或原子，并从腔室130去除任何其他残留材料。清洁气体114流动通过喷头106、通过腔室130、并在出口位置110处离开。
将化学气相沉积室设计为处理大小愈来愈大的单一晶圆，这些单一晶圆可与其他制造制程步骤整合在一起。随着基材大小增加，化学气相沉积室的操作应在基材上提供均匀的沉积膜，换言之，厚度变化较小的膜。因而，为了减少不合规格的操作及返工率，控制化学气相沉积腔室内的条件也很重要。
图2为腔室200，诸如前文所述的化学气相沉积室的示意简图，经由与腔室200及流体移动元件，诸如泵116，呈流体连通的废气导管204去除废气。根据本揭露内容的一些实施例，废气导管204包含通过多个间隔分开的耦合件208隔开并通过耦合件208结合接在一起的多个区段。耦合件208a将废气导管204的区段连接至腔室200的出口耦合件。压力计206与废气导管204的内部呈流体连通。压力计206检测废气导管204内的压力。监视废气导管204内的压力允许操作员避免废气导管204内的压力聚积，这会对腔室200之内所进行的制程产生不利的影响。来自压力计206的读数或信号被传送至控制器(未图示)，控制器处理信号并决定信号是否表示废气导管204内的压力超过预定值。预定值是基于在废气导管204的内部的横截面减少至阈值水平以下时所观察的压力。此压力的减少是由已被来自废气的组分的沉积至废气导管204的内部上或废气的组分与废气导管204的内部表面的反应，而造成。一旦压力上的增加达到预定值，从压力计206接收压力读数的控制系统就可发出表示必须清洁废气导管204的内部的信号。
参照图3A，例示根据本揭露内容的实施例的废气导管204及气体幕帘元件298的一部分的分解视图。根据例示的实施例，气体幕帘元件298包含导管衬套300、导管接头310、密封件313及中心环314。当组装时，如图3B中所例示，通过夹具316将废气导管204的端部304连接至导管接头310的端部表面(图5中的318)。密封件313及中心环314被夹在废气导管204的端部304与导管接头310的端部表面318间，以在它们间提供气密密封。在所例示的实施例中，夹具316包含上部构件320及下部构件322。上部构件320包含夹持凸缘324a，下部构件322包含对应的夹持凸缘324b。夹持凸缘324a及夹持凸缘324b与夹持螺栓326及夹持螺母328配合以将废气导管204牢固地附接至导管接头310。在夹持螺栓326上拴紧夹持螺母328致使夹持凸缘324a及324b朝彼此牵引。
参照图3A及图6，在所例示的实施例中，废气导管204包含导管主体330及在导管主体330的端部304处的凸缘305。在图3A中，导管主体330与凸缘305相对的端部304与图2中的泵116连通。废气导管204包含内径(图6中的D1)及外径(图6中的D2)。在实施例中，废气导管204的内径D1为自22毫米至200毫米的范围。然而，本揭露内容并不限于具有自22毫米至200毫米的范围内部直径D1的废气导管204。举例而言，根据本揭露内容的实施例包含具有小于22毫米的内部直径D1的废气导管204或具有大于200毫米的内部直径D1的废气导管204。在实施例中，废气导管204具有比内部直径D1大约5至10毫米的外径D2。然而，本揭露内容并不限于具有比内部直径D1大自5毫米至10毫米的外径D2的废气导管204。举例而言，根据本揭露内容的实施例包含具有比内部直径D1大不超过5毫米的外径D2的废气导管204，或具有比内部直径D1大不少于10毫米的外径D2的废气导管204。凸缘305具有大于废气导管204的主体330的外径D2的外径D3(在图6中)。举例而言，凸缘305的外径D3比内部直径D1大约10至20百分比。在其他实施例中，外径D3比内部直径D1大不超过约百分之10，并在其他实施例中，外径D3比内部直径D1大百分之20。举例而言，在实施例中，取决于内部直径D1的大小，外径D3在约25毫米至250毫米间的范围。在图3A中所例示的实施例中，废气导管204具有圆形横截面。然而，根据本揭露内容的实施例并不限于具有圆形横截面的废气导管。举例而言，废气导管204可具有非圆形的横截面，举例而言，椭圆形或多边形的横截面。
继续参照图3A及图6，在所例示的实施例中，导管衬套300为圆形管，导管衬套300包含具有外部表面402及内部表面404的环形壁。在其他实施例中，导管衬套300为非圆形的管，举例而言，横截面椭圆形或多边形的管。导管衬套300包含前端部334及后端部336(如图4所示)。相对于废气流动通过废气导管204的方向，前端部334在后端部336的上游。导管衬套300的外部表面402的外部直径D5小于废气导管204的内部表面的内部直径D1，且导管衬套300的内部表面404的内径D4小于外部表面402的外部直径D5。由于废气导管204的内部表面338处的直径及导管衬套300的外部表面402处的直径存在这些差异，在导管衬套300的外部表面402与废气导管204的内部表面338间界定具有宽度650的幕帘气体环340。
在实施例中，直径D5为直径D1的自约百分之85至百分之95的范围；然而，本揭露内容并不限于直径D5为直径D1的约百分之85至百分之95。举例而言，在其他实施例中，直径D5小于直径D1的百分之85。在其他实施例中，直径D5大于直径D1的百分之95并小于直径D1的百分之99。举例而言，在一个实施例中，当废气导管204内部直径D1为约38毫米时，外部直径D5为在33毫米至35毫米的范围内。在其他实施例中，内部直径D1小于38毫米，而在其他实施例中，内部直径D1大于38毫米。在这些实施例中，直径D5分别小于直径D1的约3至5毫米或大于直径D1的3至5毫米。在一个实施例中，包含导管衬套300的环形壁的厚度为自约0.5毫米至约1.0毫米的范围。然而，本揭露内容并不限于具有约0.5毫米至约1.0毫米厚的环形壁的导管衬套。举例而言，在一些实施例中，环形壁的厚度大于1.0毫米，且在其他实施例中，环形壁的厚度小于0.5毫米。导管衬套300的环形壁的内部表面404界定通道332，从腔室200的废气通过通道332沿着导管衬套300的长度通过导管衬套300。直径D5与直径D1间的差异选择是部分基于所期望的保持在废气导管204的内部表面与导管衬套300的外部表面间的幕帘气体环340之内的幕帘气体的压力。
导管衬套300的前端部334包含凸缘342，凸缘342具有实质上等于废气导管204(及导管接头310的内部直径D1，如后文参考图5所更详细地描述)的外径。在一个实施例中，将凸缘342压合至废气导管204中，而使得导管衬套300的前端部334以气密方式密封至废气导管204(或导管接头310)的内部表面338。此气密密封并不限于通过凸缘342的外周与废气导管204(或导管接头310)的内部表面338间的压合所提供。举例而言，在凸缘342与废气导管204的内部表面338间的界面处的聚合物密封化合物可提供或补充气密密封。或者，可将凸缘342焊接至废气导管204的内部表面338以提供气密密封。
前端部334与后端部336间的导管衬套300包含一个或更多个导管指状件308，导管指状件308从导管衬套300的外部表面402径向向外延伸。在图4中所例示的实施例中，可看见两个导管指状件308，且它们各自具有矩形或多边形形状。在其他实施例中，导管指状件308具有与图4中所例示的不同的形状，举例而言，椭圆形或部分地圆形形状。导管指状件308从导管衬套300的外部表面402径向向外延伸一距离，此距离致使导管指状件308的最外端部各自延伸超过废气导管204的内部表面338。如后文更详细的描述，导管指状件308延伸超过废气导管204的内部表面338的量并非大到因而使导管指状件308妨碍夹具316与废气导管204的凸缘305及导管接头310的凸缘344配合，以限制导管衬套300沿着废气导管204的长度方向移动的能力。
前端部334与后端部336间的导管衬套300包含螺旋间隙302或通风口，螺旋间隙302或通风口通过导管衬套300并从毗邻的前端部334朝向后端部336行进。在所例示的实施例中，图示一个螺旋间隙。然而，在其他实施例中，运用了不止一个螺旋间隙。在实施例中，螺旋间隙302具有约等于(即，约百分的100的)幕帘气体环340的宽度，的宽度。举例而言，当幕帘气体环340为3至5毫米宽时，螺旋间隙302具有为自约3毫米至约5毫米的宽度。然而，与幕帘气体环340一样，本揭露内容并不限于具有自约3毫米至5毫米范围的宽度的螺旋间隙302。举例而言，根据其他实施例，导管衬套300包含具有小于3毫米的宽度的螺旋间隙302。根据其他实施例，螺旋间隙302具有大于5毫米的宽度。螺旋间隙302具有节距，即，在约10至15毫米的范围的距离内的毗邻的螺旋间隙。然而，本揭露内容并不限于具有在约10毫米至15毫米的范围内的节距的螺旋间隙302。举例而言，在其他实施例中，节距小于约10毫米。在其他实施例中，螺旋间隙302的节距大于15毫米。选择螺旋的适当的间隙302的宽度、螺旋间隙302的螺距和幕帘气体环340的宽度涉及的因素包含在幕帘气体环340中提供足够的压力，使得幕帘气体从幕帘气体环340通过螺旋间隙302流动至导管衬套300的内部中，并以层状状态沿着废气导管204的内部表面404流动。
举例而言，在另一实施例中，随着螺旋间隙302更加远离导管衬套300的前端部334移，螺旋间隙302的宽度增加。换言之，相较于前端部334，更靠近尾端部336(例如，在位置302d、302c、302b、及302a处)的螺旋间隙302具有大于在前端部334的螺旋间隙302的宽度W1的宽度W2。当幕帘气体环340中的压力，当幕帘气体环340中的压力，随着幕帘气体在幕帘气体环340之中从导管衬套300的前端部334流动至导管衬套300的后端部336而降低时，后端部336附近的螺旋间隙的较大宽度有助于保持幕帘气体通过螺旋间隙302的流量。在另一实施例中，螺旋间隙302的节距随着螺旋间隙302更靠近后端部336而降低。当幕帘气体环340中的压力，随着幕帘气体在幕帘气体环340之中从导管衬套300的前端部334流动至导管衬套300的后端部336而降低时，此增加的节距有助于保持幕帘气体通过螺旋间隙302的流量。在另一实施例中，将挡板或限流器(未图示)置于幕帘气体环340内。当幕帘气体在从导管衬套300的前端部334朝向导管衬套300的后端部336的方向343，通过幕帘气体环340流入时，此挡板或限流器有助于保持幕帘气体环340中的幕帘气体的压力。
在另一实施例中，导管衬套300具有沿着其长度在下游方向上增加的外部直径D5。若废气导管204的内部直径D1保持恒定，则导管衬套300的此增加的外部直径D5具有降低幕帘气体环340的宽度的作用。或者，废气导管204的内部直径D1沿着其长度在下游方向上降低。若导管衬套300的外部直径D5保持恒定，则废气导管204的此降低的内部直径D1具有降低幕帘气体环340的宽度的作用。对于这两个实施例，降低幕帘气体环340的宽度有助于在幕帘气体通过幕帘气体环340朝向下游行进时保持幕帘气体的压力。
在一些实施例中，导管衬套300由不会与废气的组分或幕帘气体的组分反应的硬质材料所形成。举例而言，根据一个实施例，导管衬套300由不锈钢所形成。根据本揭露内容的实施例并不限于由不锈钢所形成的导管衬套300。举例而言，导管衬套300可由不锈钢以外的金属形成，或可由惰性塑胶材料所形成。或者，导管衬套300可由涂覆有或铺有惰性材料的塑胶材料所形成。
参照图5，根据本揭露内容的导管接头310的实施例包含主体500。主体500为环形，并包含横向通过主体500的孔502。主体500包含下游端部表面318及上游端部表面504。下游端部表面318包含凸缘344，且上游端部表面504亦包含凸缘506。凸缘344及506具有实质上等于废气导管204的凸缘305的外径D3的外径。举例而言，凸缘344及506具有为在约25毫米至250毫米范围间的外径。根据本揭露内容的实施例并不限于具有25毫米至250毫米范围间的外径的凸缘344及506，举例而言，在其他实施例中，凸缘344及506具有小于25毫米的外径或大于250毫米的外径。
凸缘344及506包含小于凸缘344及506的外径的内径。孔502包含小于凸缘344及506的内径的内径D6。凸缘344及506的内径与孔502的内径D6间的此种差异在上游端部表面504处创造密封座508。导管接头310包含在其下游及端部表面318处的类似密封座，尽管在图5中并未见到此密封座。凸缘344与凸缘506间的导管接头310的主体500包含一个或更多个气体进入端口306，气体进入端口306从导管接头310的主体500的外部表面延伸通过主体500，并延伸至导管接头310的内部表面510。在所例示的实施例中，气体进入端口306为具有内径在约5毫米至15毫米范围间的圆形孔。然而，根据本揭露内容的实施例并不限于具有内径在约5毫米至15毫米范围间的气体进入端口306。举例而言，在一些实施例中，进入端口306具有小于5毫米的内径。在其他实施例中，进入端口306具有大于15毫米的内径。此外，虽然所例示的气体进入端口306的实施例为圆形形状，但本揭露内容并不限于具有圆形横截面的气体进入端口306。举例而言，在其他实施例中，进入端口306具有非圆形的横截面，举例而言，椭圆形或多边形。在图5中所例示的实施例中，每个进入端口306包含螺纹气体接嘴312，气体接嘴312若非以螺纹连接至气体进入端口306中，则通过不同的方式，诸如将气体接嘴312焊接或硬焊(brazing)，以固定至导管接头310的主体500。气体接嘴312的螺纹端部的螺纹可为直螺纹(National Pipe Straight，NPS)或可为锥形(National Pipe Thread，NPT)。可利用适当的密封材料，诸如密封化合物或聚合物胶带以在气体接嘴312与导管接头310的主体500间提供气密密封。在图5中所例示的实施例中，例示三个螺纹接嘴312及三个气体进入端口306。根据本揭露内容的实施例并不限于三个螺纹接嘴312或三个气体进入端口306。举例而言，在其他实施例中，提供多于三个或少于三个螺纹接嘴312或气体进入端口306。在图5的实施例中，将螺纹接嘴312图示成等距地围绕主体500的外周。然而，在其他实施例中，螺纹接嘴312并非等距地围绕主体500的外周。螺纹接嘴312配置以接收内螺纹接嘴耦合件，用于将幕帘气体的供应固定至对应的螺纹接嘴312。
参照图3B，夹具316至于围绕废气导管204的凸缘305和导管接头310的凸缘344处。在图3B及图6的实施例中，将导管衬套300的凸缘342密封至导管接头310的内部表面510(如图5所示)。将密封件313，诸如弹性体密封件，支撑在中心环314上，中心环314置于夹具316之中、位于导管接头310的凸缘344与废气导管204的凸缘305间。密封件313接触凸缘344的后端部及凸缘305的前端部，并且，当被压缩时，在这些表面间创造气密密封。密封件313具有实质上等于夹具316的内径的外径。在一些实施例中，密封件313为可压缩，因此当未被压缩时，其外径可略大于夹具316的内径。密封件313被中心环314。中心环314具有大约等于密封件313的内径的外径。中心环314的内径等于或略大于导管衬套300的外部直径D5。选择合适的中心环314的内径大小，使得导管衬套300能在中心环314之内滑动，即，中心环314在导管衬套300之上滑动并滑动至导管衬套300上。中心环314的外周包含弓形表面，密封件313的内周置于弓形表面上。
当将夹持螺母328拴紧在螺栓326上以使夹持凸缘324a、324b及螺栓326更靠近在一起时，夹具316以横向及径向方向二者在凸缘305及344上施加压缩力。夹具316的内部表面包含与导管接头310的斜表面350及废气导管204的凸缘305的斜表面632配合的斜表面630，使得当将夹具316的两半部牵引在一起时，斜表面630向斜表面350及斜表面632施加侧向力，而将废气导管204及导管接头310更靠近地牵引在一起，且从而压缩密封件313。当如图6中所例示组装时，以气密方式密封将废气导管204至导管接头310。虽然未被图示，将导管接头310以气密方式连接至气体导管，气体导管将废气从腔室200输送至导管接头310。
在操作中，通过导管接头310接收来自腔室200的废气。废气在方向332上通过导管接头310流动并流动至废气导管204中，且在导管衬套300之中流动。在导管衬套300的前端部334处，凸缘342防止废气进入幕帘气体环340。将幕帘气体或冲排气体(purge gas)(即不与废气中所含有的气体发生反应的惰性气体，以形成沉积至废气导管204的表面及/或导管衬套300的表面上的材料)引入至气体进入端口306中。幕帘气体流至幕帘气体环340中并沿着导管衬套300的长度方向在幕帘气体环340中流动。幕帘气体环340中的一部分幕帘气体通过螺旋间隙302，并在导管衬套300的内部表面404毗邻处形成气体幕帘。幕帘气体环340中的幕帘气体的压力大于流动通过导管衬套300的气体的压力。此压力差防止或最小化通过螺旋间隙302至幕帘气体环340中的废气量，并促进幕帘气体通过螺旋间隙302至导管衬套300的内部中的流动，在此处幕帘气体在毗邻导管衬套300的内部表面404处形成幕帘气体的层流。层流为一种流体(气体或液体)流的类型，与湍流相对比，在湍流中流体经历不规则的波动及混合，层流为流体顺畅地或以规则的路径行进。在层流(有时亦称作流线流)中，在流体中每个点处的速度、压力及其他流动性质保持恒定。在水平表面之上的层流可被认为是由彼此平行的薄层或纹层(laminae)所组成。与水平表面接触的流体为固定，但所有其他层在彼此之上滑动。关于间隙302的宽度、间隙302间的节距及间隙间的节距的规律性作为(可被改变的)参数以控制幕帘气体环340中的压力并促进毗邻导管衬套300的内部表面的幕帘气体的层流等的细节，已如前文所述并在此处不再重复。流体的流动特征在于雷诺数，雷诺数为流动的流体的密度、流体的流动速度、特征线性尺寸及流体的动态粘度的函数。对于在直径为D的管道中的流动，实验观察显示，对于完全发展流(fully developedflow)，当雷诺数(在此情况下，可称作ReD)小于2300时发生层流(laminar flow)，而当雷诺数大于2900时发生湍流(turbulent flow)。在此范围的下限，将形成连续的湍流，但仅在离管道入口非常远距离之处。两者间的流动将开始从层流过渡至湍流，接着以不规则的间隔返回至层流，称作间歇流。此举乃由于在管道横截面的不同区域中的流体的不同速度及条件，这取决于其他因素，诸如管道粗糙度和流动均匀性。湍流趋于在管道的快速移动中心占主导地位，而较慢移动的层流在壁附近占主导地位。随着雷诺数增加，连续的湍流移动更靠近入口且两者间的间歇性增加，直到在雷诺数大于2900处流动变成完全地湍流。根据本揭露内容的一些实施例，废气导管204内、幕帘气体环340内及/或导管衬套300内的流体流的特征在于为2300或更低的雷诺数，表示为层流状态。在其他实施例中，废气导管204内、幕帘气体环340内及/或导管衬套300内的流体流的雷诺数小于2200或小于2000。
在图6的实施例中，例示一个导管接头310，其中导管接头310将幕帘气体引入至废气导管204中，且亦例示一段长度的导管衬套300。在此实施例中，在废气导管204及导管衬套300的一个位置处引入幕帘气体。因而，幕帘气体环340的长度大致上等于配备在废气导管204之中的导管衬套300的长度。根据本揭露内容的实施例并不限于仅在一个位置处将幕帘气体引入至废气导管204中。举例而言，在其他实施例中，可利用多个导管接头310以连接废气导管204的多个区段，区段将各包含它们自己的个别导管衬套300，并相应地包含它们自己的幕帘气体环340。在这些实施例中，幕帘气体环340的下游端部包含在导管衬套300的后端部336处的额外的凸缘。举例而言，参照图2，每个耦合件208可包含导管接头310，导管接头310连接废气导管204的较短区段，较短区段各包含它们自己的个别导管衬套300及幕帘气体环340。在这些实施例中，被引入至废气导管204的对应区段中的幕帘气体会在对应的幕帘气体环340中流动，直到到达在导管衬套300的后端部336处的凸缘，每个废气导管204具有各自的导管衬套300。在此实施例中，废气导管204/导管衬套300的毗邻区段的幕帘气体环340相对于幕帘气体彼此分离，如此一来，防止上游幕帘气体环340中的幕帘气体直接流动至废气导管204紧接幕帘气体环340下游的部分中。采用此布置，与较长长度的幕帘气体环相比较，幕帘气体环340的较短长度造成幕帘气体环340中的较小压力降。因而，根据本揭露内容的实施例，管理幕帘气体环340中的压力降的替代方式为，提供彼此隔离且长度较短的幕帘气体环。
根据本揭露内容的实施例，参照图7，用于传送，举例而言，来自用于处理半导体工作件的腔室的气体的方法700包含使来自气体容纳处理腔室的废气流动通过废气导管的步骤720。方法700包含在步骤730，使冲排气体流动至废气导管接头的多个气体进入端口的其中之一，废气导管接头与废气导管呈流体连通。方法700的步骤740包含使冲排气体流动通过废气导管内的废气导管衬套中的螺旋形通风口。在步骤750处，冲排气体在废气导管衬套内形成冲排气体的幕帘。
在本揭露内容的一些实施例中，提供包含螺旋形通风口的导管衬套的气体幕帘元件。导管衬套位于气体导管中，将气体导管设计成从半导体工作件处理腔室传送废气。气体幕帘元件还包含导管接头，导管接头包含多个气体进入端口，导管接头围绕导管衬套的一部分。气体进入端口与导管衬套的螺旋形通风口呈流体连通。
在一些实施例中，螺旋形通风口具有第一宽度，沿着导管接头附近的导管衬套的长度所量测，且螺旋形通风口具有第二宽度，在距导管头量测第一宽度的位置更远的位置处，沿着导管衬套的长度所量测，其中第二宽度大于第一宽度。
在一些实施例中，导管衬套的端部包含凸缘。
在本揭露内容的另一些实施例中，描述用于传送气体的方法，包含使来自用于处理半导体工件的气体容纳腔室的废气流动通过废气导管。方法包含：使冲排气体或气幕流动至废气导管接头的多个气体进入端口的其中一个气体进入端口中，气体进入端口与导管衬套的螺旋形通风口呈流体连通。根据此实施例，使冲排气体流动通过位于废气导管中的废气导管衬套中的螺旋形通风口。流动通过螺旋形通风口的冲排气体创造毗邻废气导管衬套的内部表面的冲排气体的幕帘。此气体幕帘将废气导管的内部表面与废气的组分隔离，否则此组分会沉积至废气导管的内部表面上，从而防止沉积的材料在废气导管的内部表面上的积聚。
在一些实施方式中，废气导管衬套具有外径，且废气导管具有内径，废气导管衬套的外径小于废气导管的内径。
在一些实施方式中，冲排气体流动至废气导管接头中的气体进入端口中包含：使冲排气体流动至废气导管接头中的三个或更多个冲排气体进入端口中。
在一些实施方式中，废气导管衬套中的螺旋形通风口具有第一宽度，第一宽度沿着废气导管衬套的长度所量测，且废气导管衬套中的螺旋形通风口具有第二宽度，第二宽度在量测第一宽度的位置的下游的位置处，沿着废气导管衬套的长度所量测，其中第二宽度大于第一宽度。
在另一些实施例中，描述用于传送气体的导管系统。导管系统包含导管、包含螺旋形通风口的导管衬套及围绕导管衬套的一部分及围绕导管的一部分的导管接头。导管接头包含与螺旋形通风口呈流体连通的气体进入端口并将冲排气体输送至导管的内部。在导管与导管接头间提供密封件以防止气体泄漏。在一些实施例中，螺旋形通风口沿着导管衬套的长度的宽度为可变的。
在一些实施例中，导管接头的内部表面包含斜表面。
在一些实施例中，导管系统还包含从导管衬套的外部延伸的导管指状件，导管指状件接触导管。
上述概述数种实施例的特征，因而熟悉此项技艺者可更了解本揭露内容的态样。熟悉此项技艺者应当理解，熟悉此项技艺者可轻易地使用本揭露内容作为设计或修改其他制程及结构的基础，以实现本文中所介绍的实施例的相同目的及/或达成相同优点。熟悉此项技艺者亦应当认知，此等效构造不脱离本揭露内容的精神及范围，且在不脱离本揭露内容的精神及范围的情况下，熟悉此项技艺者可在本文中进行各种改变、替换、及变更。

Claims (17)

1.一种气体幕帘元件，其特征在于，包含：
一导管衬套，该导管衬套包含通过该导管衬套的一螺旋形通风口，该螺旋形通风口具有一第一宽度，沿着该导管接头附近的该导管衬套的一长度所量测，且该螺旋形通风口具有一第二宽度，在距该导管接头量测该第一宽度的一位置更远的一位置处，沿着该导管衬套的一长度所量测，其中该第二宽度大于该第一宽度；及
一导管接头，围绕该导管衬套的一部分，该导管接头包含与该导管衬套的该螺旋形通风口呈流体连通的多个气体进入端口。
2.根据权利要求1所述的气体幕帘元件，其特征在于，该导管衬套包含从该导管衬套的一外部表面延伸的一导管指状件。
3.根据权利要求1所述的气体幕帘元件，其特征在于，该导管衬套具有小于该导管接头的一内径的一外径。
4.根据权利要求1所述的气体幕帘元件，其特征在于，该多个气体进入端口为三个或更多。
5.根据权利要求1所述的气体幕帘元件，其特征在于，还包含与该导管接头接触的一密封件。
6.根据权利要求1所述的气体幕帘元件，其特征在于，该导管衬套具有一外径，且该导管接头具有一内径，该导管衬套的该外径小于该导管接头的该内径。
7.根据权利要求1所述的气体幕帘元件，其特征在于，该导管衬套的一端部包含一凸缘。
8.一种传送气体的方法，其特征在于，包含：
使来自用于处理一基材的一气体容纳腔室的一废气流动通过一废气导管；
使一冲排气体流动至一废气导管接头的多个气体进入端口的其中一个气体进入端口中；
使该冲排气体流动通过该废气导管中的一废气导管衬套中的一螺旋形通风口，该废气导管衬套中的该螺旋形通风口具有一第一宽度，该第一宽度沿着该废气导管衬套的一长度所量测，且该废气导管衬套中的该螺旋形通风口具有一第二宽度，该第二宽度在量测该第一宽度的一位置的下游的一位置处，沿着该废气导管衬套的一长度所量测，其中该第二宽度大于该第一宽度；及
沿着该废气导管衬套的一内部表面创造一冲排气体的幕帘。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该废气导管衬套具有一外径，且该废气导管具有一内径，该废气导管衬套的该外径小于该废气导管的该内径。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该废气导管衬套的该外径为该废气导管的该内径的百分之85至百分之95。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，使该冲排气体流动至该废气导管接头中的多个气体进入端口中包含：使该冲排气体流动至该废气导管接头中的三个或更多个冲排气体进入端口中。
12.一种用于传送一气体的导管系统，其特征在于，包含：
一导管，与用于一半导体基材的一处理腔室流体连通；
一导管衬套，在该导管之中，该导管衬套包含一螺旋形通风口，该螺旋形通风口沿着该导管衬套的一长度的一宽度为可变的；
一导管接头，围绕该导管衬套的一部分并围绕该导管的一部分，该导管接头包含多个气体进入端口，所述多个气体进入端口与该导管的一内部呈流体连通，该导管接头的一内部表面包含一斜表面；及
一密封件，位于该导管与该导管接头间。
13.根据权利要求12所述的导管系统，其特征在于，还包含从该导管衬套的一外部延伸的一导管指状件，该导管指状件接触该导管。
14.根据权利要求12所述的导管系统，其特征在于，该导管衬套具有一外径，且该导管具有一内径，该导管衬套的该外径小于该导管的该内径。
15.根据权利要求12所述的导管系统，其特征在于，沿着该导管衬套的一长度，毗邻该螺旋形通风口间的一节距为可变的。
16.根据权利要求12所述的导管系统，其特征在于，所述多个气体进入端口为三个或更多。
17.根据权利要求12所述的导管系统，其特征在于，该螺旋形通风口具有一第一宽度，沿着该导管接头附近的该导管衬套的一长度所量测，且该螺旋形通风口具有一第二宽度，在距该导管接头量测该第一宽度的一位置更远的一位置处，沿着该导管衬套的一长度所量测，其中该第二宽度大于该第一宽度。
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