CN114286906A - 隔离阀 - Google Patents

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Abstract

描述了隔离阀，以及包含隔离阀的腔室系统和使用隔离阀的方法。在一些实施例中，隔离阀可包括阀体和挡板组件。阀体可限定第一流体容积、第二流体容积和安置表面。挡板组件可包括设置在阀体内部的挡板，所述挡板具有与安置表面互补的挡板表面。挡板可在阀体内枢转至第一位置，使得挡板表面可远离安置表面，以允许在第一流体容积与第二流体容积之间的流体流动。挡板可在阀体内枢转至第二位置，使得挡板表面可靠近安置表面以形成非接触式密封，以限制在第一流体容积与第二流体容积之间的流体流动。

Description

隔离阀
本申请要求2019年7月31日提交的美国临时专利申请第62/881,181号的优先权的权益，其全部内容出于所有目的通过引用以其全文结合于此。
技术领域
本技术涉及半导体工艺和配备。更具体地，本技术涉及用于半导体处理的隔离阀以及利用隔离阀的方法和系统。
背景技术
通过在基板表面上产生复杂图案化的材料层的工艺使得集成电路成为可能。随着下一代器件中器件尺寸的不断缩小，处理条件的一致性在重要性上的持续提高，腔室设计和系统设置可能对所生产器件的质量起到重要的作用。因此，存在对可用于生产高质量器件和结构的系统和方法的需求。
发明内容
根据一个方面，一种隔离阀可包括阀体和挡板组件。阀体可限定第一流体容积、第二流体容积和安置表面。挡板组件可包括设置在阀体内部的挡板，所述挡板具有与安置表面互补的挡板表面。挡板可在阀体内可枢转至第一位置，使得挡板表面可远离安置表面，以允许在第一流体容积与第二流体容积之间的流体流动。挡板可在阀体内进一步可枢转至第二位置，使得挡板表面可靠近安置表面以形成非接触式密封，以限制在第一流体容积与第二流体容积之间的流体流动。
在一些实施例中，当挡板可处于第二位置时，可在安置表面与互补的挡板表面之间形成范围在2mm与0.1mm之间的间隙，以形成非接触式密封。在一些实施例中，当挡板可处于第二位置时，由挡板表面和安置表面限定的流动路径的长度与在挡板表面和安置表面之间的距离的比例的范围可在约1000：1与约10：1之间。在一些实施例中，挡板表面和安置表面可以是平面的。
在一些实施例中，挡板组件可进一步包括挡板轴，所述挡板轴配置成使挡板在第一位置与第二位置之间枢转。阀体可包括第一侧壁，所述第一侧壁可限定用于与挡板轴的第一端部耦接的第一孔洞。阀体可进一步包括与第一侧壁相对的第二侧壁。第二侧壁可限定用于与挡板轴的第二端部耦接的第二孔洞。在一些实施例中，挡板组件可进一步包括驱动机构，所述驱动机构可操作以驱动挡板轴。驱动机构可设置在阀体外部并且安装到第一侧壁的外部。在一些实施例中，挡板和挡板轴可形成为单一主体。
在一些实施例中，挡板组件可进一步包括挡板轴以用于使挡板在第一位置与第二位置之间枢转。挡板轴可包括中空核心，所述中空核心配置成使冷却流体通过以冷却挡板轴和挡板。在一些实施例中，阀体可包括多个壁。冷却回路可设置在多个壁中的至少一个壁中。冷却回路可配置成使冷却流体通过以冷却阀体。
在一些实施例中，阀体可进一步限定用于提供到第一流体容积的流体进出口的第一端口和用于提供到第二流体容积的流体进出口的第二端口。第一端口和第二端口可限定公共的流动横截面积，且第一端口和第二端口可具有不同的形状。在一些实施例中，第一端口可以是圆形的，而第二端口可以是矩形的。在一些实施例中，第二端口可包括与挡板的枢转轴线平行的第一尺寸和与挡板的枢转轴线垂直的第二尺寸。第一尺寸与第二尺寸的比例的范围可在约10：1与约1：1之间。
在一些实施例中，阀体或挡板中的至少一者可包括铝、氧化铝或氮化铝中的至少一者。
根据另一方面，一种腔室系统可包括第一腔室单元、第二腔室单元和隔离阀。隔离阀可耦接到第一腔室单元和第二腔室单元，并且可配置成控制在第一腔室单元与第二腔室单元之间的流体流动。隔离阀可包括阀体和挡板。阀体可限定第一端口和第二端口，第一端口提供到第一腔室单元的流体进出口，第二端口提供到第二腔室单元的流体进出口。挡板可设置在阀体内部并可具有挡板表面。挡板可在阀体内可枢转至第一位置，使得挡板表面可远离由阀体限定的安置表面，以允许在第一腔室单元与第二腔室单元之间的流体流动。挡板可在阀体内进一步可枢转至第二位置，使得挡板表面可靠近安置表面，以限制在第一腔室单元与第二腔室单元之间的流体流动。当挡板可处于第二位置时，安置表面和挡板表面可形成非接触式密封，以限制在第一腔室单元与第二腔室单元之间的流体流动。
在一些实施例中，当挡板可处于第二位置时，由挡板表面和安置表面限定的流动路径的长度与在挡板表面和安置表面之间的距离的比例的范围可在约1000：1与约10：1之间。
在一些实施例中，第一腔室单元可包括远程等离子体单元，并且第二腔室单元可包括半导体处理腔室，所述半导体处理腔室配置成与第二腔室单元产生局部等离子体以用于半导体处理。
在一些实施例中，隔离阀可为第一隔离阀。腔室系统可进一步包括第三腔室单元和第二隔离阀，所述第二隔离阀耦接到第一腔室单元和第三腔室单元，并配置成控制在第一腔室单元与第三腔室单元之间的流体流动。
根据进一步方面，一种方法可包括：关闭与第一腔室单元和第二腔室单元耦接的隔离阀。隔离阀可操作以控制在第一腔室单元与第二腔室单元之间的流体流动。隔离阀可包括阀体和挡板。阀体可限定与第一腔室单元流体耦接的第一流体容积，以及与第二腔室单元流体耦接的第二流体容积。挡板可设置在阀体内部且可具有挡板表面。挡板可在阀体内可枢转至第一位置，使得挡板表面可远离阀体限定的安置表面，以允许在第一腔室单元与第二腔室单元之间的流体流动。挡板可在阀体内进一步可枢转至第二位置，使得挡板表面可靠近安置表面，以限制在第一腔室单元与第二腔室单元之间的流体流动。当挡板可处于第二位置时，安置表面和挡板表面可形成非接触式密封，以限制在第一腔室单元与第二腔室单元之间的流体流动。方法可进一步包括使屏蔽气体流入第一流体容积中。
在一些实施例中，屏蔽气体可以以范围在约200sccm与约5sccm之间的流率流动。在一些实施例中，方法可进一步包括：动态地控制屏蔽气体的流率，使得在第一流体容积中的压力可大于在第二流体容积中的压力。
本技术可提供优于常规系统和技术的许多益处。例如，本技术可实现非接触式密封，所述非接触式密封可在高度腐蚀性的环境中可靠地操作，以防止由于从一个腔室单元跨过隔离阀到另一个腔室单元的流体流动而导致的污染。本技术还可提供一种简化的设计，其避免了否则在支撑弹性体接触密封件时可需要的冷却和保护性屏蔽。可结合下面的描述和附图来更详细地描述这些和其他实施例以及它们的许多优点和特征。
附图说明
通过参考说明书的其余部分和附图，可实现对所公开技术的本质和优点的进一步理解。
图1示出了根据本技术的一些实施例的示例性处理系统的示意性俯视平面图。
图2示出了根据本技术的一些实施例的腔室系统的示意性局部等距视图。
图3示出了根据本技术的一些实施例的示例性腔室系统的示意性局部横截面图。
图4示出了根据本技术的一些实施例的隔离阀的示意性前等距视图。
图5示出了图4的隔离阀的示意性横截面等距视图。
图6示出了图4的隔离阀的示意性仰视平面图。
图7示出了图4的隔离阀的示意性后等距视图。
图8示出了图4的隔离阀的一部分的示意性透视侧视图。
图9示出了图4的隔离阀的示意性横截面前视图。
图10示出了根据本技术的实施例的操作隔离阀以促进半导体处理的方法中的示例性操作。
包括一些附图作为示意图。应当理解，附图仅用于说明目的，并且除非特别说明，否则不应视为按比例绘制。另外，作为示意图，提供了附图以帮助理解，并且与实际表示相比，附图可能不包括所有方面或信息，并且出于说明目的，可能包括夸大的材料。
在附图中，相似的部件和/或特征可具有相同的附图标记。此外，相同类型的各种部件可通过在附图标记后面加上在相似部件之间进行区分的字母来进行区分。如果在说明书中仅使用第一附图标记，则此描述适用于具有相同第一附图标记的类似部件中的任一者，而与字母无关。
具体实施方式
在半导体处理期间，流入一个处理单元或处理区域中的处理气体(诸如沉积气体)可进入另一处理单元或区域中。例如，流入腔室系统的处理区域的沉积气体可进入腔室系统的远程等离子体单元，从而在远程等离子体单元内部形成涂层。因此，远程等离子体源(诸如远程等离子体单元)可为工艺污染的源头，因为在一个工艺期间形成的涂层可随后在后续工艺期间释放回到处理区域中。此外，在维护或更换之前，远程等离子体单元的功能寿命也可能缩短。
隔离阀可实施在处理区域和远程等离子体单元之间。然而，常规隔离阀可能具有非常短的使用寿命，因为常规隔离阀所利用的弹性体密封件可能会由于暴露于腐蚀性化学物质以及从远程等离子体单元流出的等离子体流出物的热复合加热而受到损坏。尽管可实施冷却回路和/或保护屏蔽来保护弹性体密封件，但这可能增加制造复杂性并增加成本。
本技术通过提供隔离阀来克服这些问题，隔离阀可操作以关闭，以保护远程等离子体源在半导体处理期间免受污染。当关闭时，隔离阀可通过形成非常低的流体传导率的间隙来形成非接触式密封件。屏蔽气体可流入隔离阀中。当与由隔离阀所形成的低电导率的间隙耦接时，屏蔽气体可阻止处理气体通过间隙流入远程等离子体源中。
尽管本公开例行地将处理腔室或区域以及远程等离子体源或单元识别为可通过本文中所述的隔离阀而彼此隔离的腔室单元，但是隔离阀可用于隔离腔室系统的任何两个腔室单元。此外，尽管描述了示例性半导体处理腔室和单元以帮助理解本技术，但是不应将本技术视为仅限于隔离半导体处理腔室和/或单元。应理解，本技术可用于在任何类型的腔室、容器或单元之间提供隔离。
图1示出了根据本技术的一些实施例的沉积、蚀刻、烘烤和固化腔室的基板处理工具或处理系统100的一个实施例的俯视平面图。在附图中，一组前开式标准舱102供应各种尺寸的基板，这些基板在被输送到基板处理区域108中的一个基板处理区域108之前，通过机械臂104a和104b接收在工厂接口103内并放置到装载锁定或低压保持区域106中，基板处理区域108位于腔室系统或四重区段109a-c中，腔室系统或四重区段109a-c可以各自是具有与多个处理区域108流体耦接的传输区域的基板处理系统。尽管示出了四重系统，但是应当理解，结合了独立腔室、双腔室和其他多腔室系统的平台同样被本技术涵盖。容纳在传送腔室112中的第二机械臂110可用于将基板晶片从保持区域106传送到四重区段109并返回，并且第二机械臂110可容纳在传送腔室中，四重区段或处理系统中的每一者可与传送腔室连接。每个基板处理区域108可装配成执行许多基板处理操作，包括任何数量的沉积工艺(包括循环层沉积、原子层沉积、化学气相沉积、物理气相沉积)以及蚀刻、预清洗、退火、等离子体处理、脱气、定向和其他基板工艺。
每个四重区段109可包括可从第二机械臂110接收基板并将基板传送到第二机械臂110的传送区域。腔室系统的传送区域可与具有第二机械臂110的传送腔室对齐。在一些实施例中，传送区域可为机器人横向可访问的。在随后的操作中，传送区段的部件可将基板垂直地平移到上方的处理区域108中。类似地，传送区域也可以可操作以在每个传送区域内的位置之间旋转基板。基板处理区域108可包括用于在基板或晶片上沉积、退火、固化和/或蚀刻材料膜的任何数量的系统部件。在一个配置中，可使用两组处理区域(诸如四重区段109a和109b中的处理区域)来在基板上沉积材料，且可使用第三组处理腔室(诸如四重区段109c中的处理腔室或区域)来固化、退火或处置沉积的膜。在另一配置中，所有三组腔室(诸如所示的所有十二个腔室)可配置成沉积和/或固化基板上的膜。
如图所示，第二机械臂110可包括两个臂以用于同时传送和/或取回多个基板。例如，每个四重区段109可包括沿着传送区域的壳体的表面的两个进出口107，两个进出口107可与第二机械臂横向对准。可沿着与传送腔室112相邻的表面限定进出口。在一些实施例中，诸如如图所示，第一进出口可与四重区段的多个基板支撑件的第一基板支撑件对准。另外，第二进出口可与四重区段的多个基板支撑件的第二基板支撑件对准。在一些实施例中，第一基板支撑件可与第二基板支撑件相邻，且两个基板支撑件可限定第一排基板支撑件。如所示配置示出的，第二排基板支撑件可定位在第一排基板支撑件的后面、从传送腔室112横向向外。第二机械臂110的两个臂可间隔开以允许两个臂同时进入四重区段或腔室系统，以将一个或两个基板传送或取出到传输区域内的基板支撑件。
所述传送区域中的任何一个或多个传送区域可与从不同实施例中示出的制造系统分离的另外的腔室合并。应当理解，处理系统100构想了用于材料膜的沉积、蚀刻、退火和固化腔室的其他配置。另外，任何数量的其他处理系统可以与本技术一起使用，处理系统可结合用于执行任何特定操作(诸如基板移动)的传送系统。在一些实施例中，可提供到多个处理腔室区域的进出口，同时在各个区段(诸如所述的保持和传送区域)中保持真空环境的处理系统，所述处理系统可允许在多个腔室中执行操作，同时在分立工艺之间维持特定的真空环境。
图2示出了根据本技术的一些实施例的腔室系统200的示意性局部等距视图。附图可示出通过腔室系统的两个处理区域以及传送区域的一部分的局部横截面。例如，腔室系统200可为先前描述的处理系统100的四重区段，并且可包括任何先前描述的部件或系统的任何部件。
腔室系统200可包括腔室主体201，腔室主体201限定了包括基板支撑件203的传送区域202，基板支撑件203可延伸到腔室主体201中并且可垂直平移。第一盖板207可安置在腔室主体201上方，并且可限定孔洞209，孔洞209为待形成有附加腔室系统部件的处理区域204提供进出口。围绕每个孔洞或至少部分地在每个孔洞内安置的是盖堆叠205，且腔室系统200可包括多个盖堆叠205，多个盖堆叠205包括与多个孔洞中的孔洞209的数量相同数量的盖堆叠。每个盖堆叠205可安置在第一盖板207上，并且可安置在通过凹陷壁架穿过第一盖板207的第二表面而产生的搁架上。盖堆叠205可至少部分地限定腔室系统200的处理区域204。
如图所示，处理区域204可从传送区域202垂直偏移，但是可与传送区域流体耦接。另外，处理区域可与其他处理区域分开。尽管处理区域可从下方通过传送区域与其他处理区域流体耦接，但是处理区域可从上方与每个其他处理区域流体隔离。在一些实施例中，每个盖堆叠205也可与基板支撑件对准。例如，如图所示，盖堆叠205a可在基板支撑件203a之上对准，而盖堆叠205b可在基板支撑件203b之上对准。当升高到操作位置(诸如第二位置)时，可在单独的处理区域内输送基板以进行单独处理。当处于这个位置时，每个处理区域204可由位于第二位置的相关联的基板支撑件至少部分地从下方限定。
图2还示出了其中第二盖板210可被包括用于腔室系统的实施例。第二盖板210可与每个盖堆叠耦接，在一些实施例中，盖堆叠可定位在第一盖板207与第二盖板210之间。第二盖板210可有助于访问盖堆叠205的部件。第二盖板210可限定穿过第二盖板的多个孔洞212。多个孔洞的每个孔洞可限定成提供到特定的盖堆叠205或处理区域204的流体进出口。在一些实施例中，远程等离子体单元215可以可选地被包括在腔室系统200中，并且可被支撑在第二盖板210上。在一些实施例中，远程等离子体单元215可与穿过第二盖板210的多个孔洞中的每个孔洞212流体耦接。可沿着每个流体管线包括隔离阀220，以对每个单独的处理区域204提供流体控制。例如，如图所示，孔洞212a可提供到盖堆叠205a的流体进出口。在一些实施例中，孔洞212a还可与盖堆叠部件中的任一者以及基板支撑件203a轴向对准，这可使与单独的处理区域相关联的部件中的每一者(诸如沿着穿过基板支撑件的中心轴线)或与特定处理区域204相关联的部件中的任一者产生轴向对准。类似地，在一些实施例中，孔洞212b可提供到盖堆叠205b的流体进出口，并且可被对准，包括与盖堆叠的部件以及基板支撑件203b轴向对准。
图3示出了根据本技术的一些实施例的腔室系统200的一个实施例的示意性横截面正视图。图3可示出上面图2所示的横截面图，并且可进一步示出系统的部件。附图可包括先前示出和描述的系统中的任一者的部件，并且还可示出先前描述的系统中的任一者的进一步方面。应当理解，附图还可示出示例性部件，如通过上述任意四重区段109中的任意两个相邻处理区域108所看到的那样。正视图可示出一个或多个处理区域204与传送区域202的配置或流体耦接。例如，连续传送区域202可由腔室主体201限定。壳体可限定开放的内部空间，其中可设置数个基板支撑件203。例如，如图1所示，示例性处理系统可包括四个或更多个，包括围绕传送区域分布在腔室主体内的多个基板支撑件203。基板支撑件可为如图所示的基座，尽管也可使用许多其他配置。在一些实施例中，基座可在传送区域202与在传送区域上方的处理区域204之间可垂直平移。基板支撑件可沿着腔室系统内的第一位置与第二位置之间的路径，沿着基板支撑件的中心轴线可垂直平移。因此，在一些实施例中，每个基板支撑件203可与由一个或多个腔室部件限定的上方处理区域204轴向对准。
开放的传送区域可提供传送设备335(诸如转盘)在各种基板支撑件之间接合和(诸如旋转地)移动基板的能力。传送设备335可绕中心轴线旋转。这可允许将基板定位在处理系统内的处理区域204中的任一者内进行处理。传送设备335可包括一个或多个终端受动器，所述一个或多个终端受动器可从上方、下方接合基板，或者可接合基板的外边缘以用于绕基板支撑件移动。传送设备可从传送腔室机器人(诸如先前描述的机器人110)接收基板。传送设备可接着旋转基板以替换基板支撑件，以促进附加基板的输送。
一旦定位并等待处理，传送设备可将终端受动器或臂定位在基板支撑件之间，这可允许基板支撑件被抬升通过传送设备335，并将基板输送到处理区域204中，处理区域204可垂直偏离传送区域202。例如，且如图所示，基板支撑件203a可将基板输送到处理区域204a中，而基板支撑件203b可将基板输送到处理区域204b中。这可能发生在其他两个基板支撑件和处理区域、以及包括附加处理区域的实施例中的附加基板支撑件和处理区域。在这种配置中，当操作地接合以用于处理基板(诸如处于第二位置)时，基板支撑件可至少部分地从下方限定处理区域204，且处理区域可与相关联的基板支撑件轴向对准。可通过盖堆叠205的部件从上方限定处理区域，盖堆叠205可各自包括所示部件中的一个或多个。在一些实施例中，每个处理区域可具有单独的盖堆叠部件，尽管在一些实施例中，部件可容纳多个处理区域204。基于这种配置，在一些实施例中，每个处理区域204可与传送区域流体耦接，同时在腔室系统或四重区段内从上方与其它处理区域彼此流体隔离。
盖堆叠205可包括许多部件，所述许多部件可促进前驱物流过腔室系统，并且可至少部分地容纳在第一盖板207与第二盖板210之间。衬套305可直接安置于由第一盖板207中每个凹陷壁架形成的搁架上。例如，衬套305可限定唇缘或凸缘，所述唇缘或凸缘可允许衬套305从第一盖板207的搁架延伸。在一些实施例中，衬套305可在第一盖板207的第一表面的下方垂直延伸，且可至少部分地延伸到开放传送区域202中。衬套305可由与腔室主体材料相似或不同的材料制成，并且可为或包括限制在衬套305的表面上沉积或保留材料的材料。衬套305可限定用于基板支撑件203的进出口直径，并且可由上述用于在基板支撑件203与衬套305(当包括时)之间的间隙的任何间隙量来表征。
可将泵送衬套310安置在衬套305上，泵送衬套310可至少部分地在凹部内或沿着在第一盖板207的第二表面中限定的凹陷壁架延伸。在一些实施例中，泵送衬套310可安置在由凹陷壁架形成的搁架上的衬套305上。泵送衬套310可为环形部件，并且可取决于容积几何形状径向地或横向地至少部分地限定处理区域204。泵送衬套可在衬套内限定排气气室，所述排气气室可在泵送衬套的内环形表面上限定多个孔洞，以提供到排气气室的进出口。排气气室可至少部分地在第一盖板207的高度上方垂直地延伸，这可有助于将排放的材料输送通过穿过如先前所述的第一盖板和腔室主体所形成的排气通道。泵送衬套的一部分可至少部分地跨过第一盖板207的第二表面延伸，以完成在泵送衬套的排气气室与穿过腔室主体和第一盖板所形成的通道之间的排气通道。
面板315可安置于泵送衬套310上，并且可限定穿过面板315的多个孔洞，以用于将前驱物输送到处理区域204中。面板315可从上方至少部分地限定相关联的处理区域204，其可在升高的位置中至少部分地与泵送衬套和基板支撑件配合，以大体上限定处理区域。面板315可用作用于在处理区域204内产生局部等离子体的系统的电极，并且因此，在一些实施例中，面板315可与电源耦接或可接地。在一些实施例中，基板支撑件203可用作用于在面板与基板支撑件之间产生电容耦接等离子体的配对电极。
阻挡板320可安置于面板315上，阻挡板320可进一步分配处理流体或前驱物，以向基板产生更均匀的流量分布。阻挡板320还可限定穿过板的许多孔洞。在一些实施例中，阻挡板320的特征在于直径小于所示面板的直径，这可在从阻挡板320径向向外的面板的表面上提供环形进出口。在一些实施例中，面板加热器325可安置在环形进出口上，并且可在处理或其他操作期间接触面板315以加热部件。在一些实施例中，阻挡板320和面板加热器325可一起表征为具有的外径向直径等于或基本等于面板315的外径向直径。类似地，在一些实施例中，面板加热器325可表征为具有的外径向直径等于或基本等于面板315的外径向直径。面板加热器325可围绕阻挡板320延伸，并且可或可不与阻挡板320的外部径向边缘上的阻挡板320直接接触。
气体箱330可定位在阻挡板320上方，并且盖堆叠205中的每个盖堆叠205的气体箱330可至少部分地支撑第二盖板210。气体箱330可限定中心孔洞，所述中心孔洞与穿过第二盖板210限定的多个孔洞中的相关联孔洞212对准。在一些实施例中，第二盖板210可支撑远程等离子体单元215，远程等离子体单元215可包括到孔洞212中的每个孔洞212并进入每个处理区域204中的管道。适配器可通过孔洞212定位，以将远程等离子体单元管道耦接至气体箱330。另外，在一些实施例中，隔离阀220可定位在管道内，以计量流向每个单独的处理区域204的流量。
在一些实施例中，O形环或垫圈可安置在盖堆叠205的每个部件之间，这可促进腔室系统200内的真空处理。在第一盖板207与第二盖板210之间的特定部件耦接可以多种方式发生，这可有助于访问系统部件。例如，可在第一盖板207与第二盖板210之间并入第一组耦接器，这可有助于移除两个盖板和每个盖堆叠205，这可提供到腔室系统的传送区域内的基板支撑件或传送设备的进出口。这些耦接器可包括在两个盖板之间延伸的任意数量的物理耦接器和可移除耦接器，这可允许它们作为整体与腔室主体207分离。例如，含有腔室系统200的主框架上的驱动电机可与第二盖板210可移除地耦接，第二盖板210可将部件提升离开腔室主体201。
当第一盖板207与第二盖板210之间的耦接脱开时，第二盖板210可被移除，而第一盖板207可留在腔室主体201上，这可有助于访问盖堆叠205的一个或多个部件。盖堆叠205内的断裂可能发生在前述的任何两个部件之间，所述部件中的一些可与第一盖板207耦接，并且所述部件中的一些可与第二盖板210耦接。例如，在一些实施例中，气体箱330中的每个气体箱330可与第二盖板210耦接。因此，当从腔室系统升起第二盖板时，可将气体箱移除，从而提供到阻挡板和面板的进出口。继续这个示例，阻挡板320和面板315可与或可不与第一盖板207耦接。例如，尽管可包括机械耦接，但是部件可解耦并且浮置在第一盖板207上(诸如通过维持部件的适当对准的定位特征)。应当理解，示例旨在是非限制性的，并且示出了当第二盖板210与第一盖板207分离时，在盖堆叠的任何两个部件之间的任何数量的断裂配置。因此，取决于在第一盖板与第二盖板之间的耦接，整个盖堆叠和两个盖板都可被移除，从而提供到传送区域的进出口，或者第二盖板可被移除，从而提供到盖堆叠部件的进出口。
图4示出了根据本技术的一些实施例的隔离阀400的示意性前等距视图。图5示出了图4的隔离阀400的示意性横截面等距视图。隔离阀400可被结合到腔室系统中，以流体连接两个腔室单元并在两个腔室单元之间提供流体控制。在一些实施例中，类似于隔离阀220，隔离阀400可结合到类似于腔室系统200的腔室系统中，以流体连接远程等离子体单元(诸如远程等离子体单元215)和处理腔室或处理腔室的处理区域(诸如处理区域204)。尽管以两个腔室单元作为示例进行了说明，但是隔离阀400可配置成通过使用适当的耦接器(诸如歧管和/或管道)流体连接并为两个以上的腔室单元提供流体控制。例如，在一些实施例中，隔离阀400可配置成将隔离阀400上游的一个以上腔室单元与隔离阀400下游的腔室单元流体耦接。在一些实施例中，隔离阀400可配置成将隔离阀400上游的腔室单元与隔离阀400下游的一个以上腔室单元流体耦接。在一些实施例中，隔离阀400可配置成将隔离阀400上游的多个腔室单元与隔离阀400下游的多个流体单元流体耦接。可利用适当的歧管和/或管道将隔离阀400上游或下游的一个或多个腔室单元与隔离阀400的入口或出口耦接。
隔离阀400可包括阀体402和挡板组件404。阀体402可包括第一或顶壁406、第二或底壁408、许多第三或侧壁410a、410b、410c、410d，它们共同限定阀体402的内部容积411(图5所示)。阀体402可在顶壁406中限定端口(诸如入口端口405)，并且可在底壁408中限定另一个端口(诸如出口端口407(图4和图5中未示出，示出在图6中))，以用于提供到阀体402的内部容积411的流体进出口。尽管本文中使用位置或方向术语(诸如顶部、底部、侧面)进行描述，但是这些术语无意于在组装和/或操作期间限制隔离阀400的取向或配置。隔离阀400可配置在任何取向上以用于结合到腔室系统中和/或用于与腔室系统的其他部件耦接。
在一些实施例中，入口端口405可与远程等离子体单元(诸如远程等离子体单元215)耦接，且出口端口407可与处理腔室或处理区域(诸如处理区域204)耦接，如上所述。因此，如将在下面更详细地讨论的，隔离阀400可配置成允许流体(诸如由包括NF3的清洁气体形成的等离子体流出物)从远程等离子体单元流到处理区域。隔离阀400还可配置成防止流体从处理区域(诸如可包括或可不包括等离子体的处理气体)流向远程等离子体单元，以防止远程等离子体单元被处理气体污染。
在一些实施例中，顶壁406、底壁408和侧壁410a、410b、410d可形成为一个单一主体。侧壁中的一个侧壁(例如，侧壁410c)可形成为单独的件，并且用作挡板组件404的安装平台。接着，可将其上安装有挡板组件404的侧壁410c与顶壁406、底壁408和侧壁410a、410b、410d的单一主体组装在一起，以形成隔离阀400。
具体地，参考图5，挡板组件404可包括挡板412、挡板轴414和驱动机构416。在一些实施例中，挡板412和挡板轴414可形成为一个单个的单一主体。在一些实施例中，挡板412和挡板轴414可形成为单独的件，并且随后彼此耦接。为了将挡板组件404安装在侧壁410c上，挡板轴414的一端或第一端可穿过在侧壁410c中形成的孔洞定位，以与驱动机构416耦接，驱动机构416也可安装在侧壁410c上，如将在下面更详细地讨论。
一个或多个轴承支撑件420a可围绕挡板轴414定位在侧壁410c的孔洞内部，以支撑挡板轴414并减小旋转摩擦。在一些实施例中，可使用单个轴承支撑件420a。在一些实施例中，可使用一个以上的轴承支撑件420a来改善在挡板轴414与侧壁410c的孔洞之间的轴向对准。轴承支撑件420a可定位成靠近侧壁410c的外部，使得可限制或避免隔离阀400的内部容积411内部对流体流(诸如腐蚀性气体流)的任何暴露。两个密封构件421a、423a(诸如弹性体密封件)可定位在侧壁410c的孔洞内部的挡板轴414周围。定位成较靠近侧壁410c的内部并因此更靠近内部容积411的密封构件421a可由耐加工材料(诸如全氟弹性体(FFKM))制成或包括所述耐加工材料，以承受或抵抗可能由于暴露于例如氟自由基或其他腐蚀性气体和/或暴露于高温而引起的腐蚀。定位成较远离内部容积411的密封构件423a可由与密封构件421a的材料相比化学抗性较小、但可提供优异的密封性质的材料制成或包括所述材料。在一些实施例中，密封构件423a可由含氟弹性体(FKM)、
Figure BDA0003519403540000141
等制成或包括这些材料。在一些实施例中，密封构件421a、423a可由通用材料制成或包括所述通用材料。
一旦挡板组件404可被安装在侧壁410c上，挡板412和挡板轴414可定位在隔离阀400的内部容积411内部或在隔离阀400的内部容积411内侧滑动。挡板轴414的另一端或第二端可穿过形成在侧壁410a中的孔洞定位并且由侧壁410a支撑。密封套筒424可定位在挡板轴414周围并且在侧壁410a的孔洞内部。挡板轴414可配置成相对于密封套筒424旋转，而密封套筒424可相对于侧壁410a静止。侧壁410a的内表面可围绕侧壁410a的孔洞限定凹陷壁架，所述凹陷壁架配置成容纳密封套筒424的凸缘425，使得当密封套筒424可被装配在侧壁410a的孔洞的内部时，密封套筒424及其凸缘425可与侧壁410c的内表面齐平。密封套筒424的凸缘425可包括用于在其中容纳密封构件426(诸如弹性体密封件)的沟槽，以在密封套筒424与侧壁410a的凹陷壁架之间形成静态密封。
密封套筒424可配置成容纳一个或多个轴承支撑件420b，以支撑挡板轴414。轴承支撑件420b可定位成靠近侧壁410c的外部，使得可限制或避免隔离阀400的内部容积411内部对流体流(诸如腐蚀性气体流)的任何暴露。螺母427和轴承垫圈428可与挡板轴414的端部耦接，以限制在轴承支撑件420b与挡板轴414之间的相对轴向运动。密封构件421b、423b(诸如弹性体密封件)可定位在挡板轴414与密封套筒424之间。类似于密封构件421a，定位成较接近侧壁410a的内部并因此较接近内部容积411的密封构件421b可由耐加工材料(诸如全氟弹性体(FFKM))制成或包括所述耐加工材料，以承受或抵抗可能由于暴露于例如氟自由基或其他腐蚀性气体和/或暴露于高温而引起的腐蚀。与密封构件423a相似，定位成较远离内部容积411的密封构件423b可由与密封构件421b的材料相比化学抗性较小、但可提供优异的密封性质的材料制成或包括所述材料。在一些实施例中，密封构件423b可由诸如含氟弹性体(FKM)、
Figure BDA0003519403540000151
等制成或包括这些材料。在一些实施例中，密封构件421b、423b可由通用材料制成或包括所述通用材料。
在一些实施例中，可在侧壁410c与顶壁406、底壁408和侧壁410b、410d的界面或接触表面之间提供附加密封(诸如弹性体密封环)，且可使用固定件以进一步将侧壁410c固定到其他壁。为了拆卸或移除挡板组件404，可移除紧固件，可从侧壁410a的外部推动挡板轴414，并且可将挡板412和挡板组件404滑出阀体402并从阀体402移除。
因为挡板组件404可安装在侧壁410a上并由侧壁410a支撑，并且可滑入阀体402中以进行组装，或者滑出阀体402以进行拆卸，所以在隔离阀400内部可能不需要额外连接。因此，当组装时，挡板组件404的可能暴露于流体流(诸如包含F自由基的腐蚀性清洁气体流)的部件可能会受到限制。在一些实施例中，仅挡板412和挡板轴414可暴露于流体流，而没有其他部件可暴露于流体流。通过用适当的材料建构挡板412和挡板轴414，可使由于暴露于流体流而引起的劣化最小化，并且可改善挡板组件404和隔离阀400的使用寿命。
在一些实施例中，挡板412和挡板轴414，以及密封套筒424和阀体402可由通常用于制造半导体处理腔室的相同或相似的材料制成。挡板412、挡板轴414、密封套筒424和/或阀体402可由金属(诸如具有或不具有表面涂层或处置(诸如阳极氧化)的铝)、氧化铝或氮化铝制成。可基于通过隔离阀400的内部容积411的流体流和其他各种考虑来选择用于制造挡板412、挡板轴414和/或阀体402的其他合适的材料。
在一些实施例中，隔离阀400可包括可选的冷却回路，以冷却挡板组件404和/或阀体402。例如，在一些实施例中，通过隔离阀400的内部容积411的流体流可包括等离子体流出物，其可重新结合并释放热量，从而导致挡板412、挡板轴414、阀体402和/或隔离阀400的其他部件加热。在一些实施例中，侧壁410中的一个或多个侧壁410可包括两个端口429a、429b以用于冷却流体(诸如水、空气等)流过设置在阀体402内部的冷却回路以冷却阀体402。例如，冷却回路可设置在包围隔离阀400的出口端口407(图6所示)的底壁408中。
在一些实施例中，挡板轴414可包括中空核心418以用于冷却流体(诸如水、空气等)流过以冷却挡板轴414。挡板412还可由通过挡板轴414经由热传导供应的冷却流体来冷却。在一些实施例中，也可为挡板412提供单独的冷却回路。如上所述，因为没有弹性体密封件可能暴露于流体流，所以加热可能不再是问题。此外，取决于隔离阀400可与供应等离子体流出物的腔室单元耦接的方式，可限制在隔离阀400中可能发生的自由基的重组。例如，隔离阀400可结合在以上参照图2描述的腔室系统200中，以在远程等离子体单元215与处理区域204之间提供流体控制。因此，隔离阀400可设置在远离远程等离子体单元215的延长距离处，所述延长距离通过连接远程等离子体单元215和隔离阀400的管道来提供。因此，与当远程等离子体单元215可直接耦接到隔离阀400的入口端口405时相比，在隔离阀400中产生的复合热量可大大减少，且可省略用于挡板轴414、挡板412和/或阀体402的冷却。当可省略冷却时，挡板轴414可由实心核心制成，并且侧壁410a可形成有凹部而不是如图4所示的孔洞或通孔，以用于容纳挡板轴414的端部。
图6示出了图4的隔离阀400的示意性仰视平面图。除了图4和图5中所示的各种部件之外，图6示出了用于连接到冷却流体管道的各种耦接器，包括用于连接至用于供应冷却流体以冷却阀体402的管道的耦接器430a、430b，以及用于连接至用于供应冷却流体以冷却挡板轴414和挡板412的管道的耦接器432a、432b。在一些实施例中，用于连接至用于供应冷却流体至挡板轴414的管道的耦接器432a、432b可包括旋转耦接器。例如，耦接器432a、432b中的每一者可包括旋转馈通，诸如带螺纹的旋转馈通434a、434b。通过利用旋转馈通434a、434b，当挡板轴414可旋转以打开或关闭挡板412时，管道可不旋转或扭曲，并且可避免否则可能由挡板轴414的旋转而引起的应力或疲劳。在一些实施例中，耦接器432a、432b中的每一者可进一步包括适配器433a、433b，以用于将旋转馈通434a、434b和耦接器432a、432b的其他部件与挡板轴414耦接。适配器433a、433b可由聚合物材料制成以保护挡板轴414免受电腐蚀。用于适配器433a、433b的一些合适的聚合物材料可包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰胺、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚乳酸(聚丙交酯)、聚苯并咪唑(PBI)、聚碳酸酯(PC)、聚醚砜(PES)、聚甲醛(POM)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚乙烯(PE)、聚苯醚(PPO)、聚苯硫醚(PPS)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)等。
图7示出了图4的隔离阀400的示意性后等距视图。如图所示，驱动机构416可包括气动致动器440。气动致动器440可包括枢轴端，所述枢轴端可连接至侧壁410c的延伸部分并由此被支撑。气动致动器440可包括壳体442、在壳体内部的活塞、以及与活塞耦接并且延伸到壳体442外部以使挡板轴414旋转的活塞杆444。可经由定位在活塞任一侧上的两个阀先导接头445a、445b通过对活塞的一侧加压并排空活塞的另一侧或反之亦然来驱动活塞以在壳体442内部线性地移动。
活塞杆444可与曲柄臂446连接或耦接，曲柄臂446从定位在挡板轴414的端部周围的套筒448延伸。套筒448可与挡板轴414固定地耦接，使得气动致动器440的活塞的线性运动可转化为曲柄臂446、套筒448和挡板轴414的旋转，以使挡板412在允许流体流过隔离阀400的第一或打开位置与限制流体流过隔离阀400的第二或关闭位置之间枢转。气动致动器440可进一步包括位置传感器450a、450b(诸如霍尔效应传感器)以用于感测壳体442内部的活塞的位置，以用于确定隔离阀400内部的挡板412的位置。虽然气动致动器440作为示例被描述，但是也可采用其他驱动机构，诸如具有滑动密封件的波纹管、齿条和小齿轮式驱动器及任何其他合适的驱动机构。
在一些实施例中，驱动机构416可进一步包括安装在侧壁410c上的套环422。套环422可包括围绕套筒448定位的环形凸缘454。套环422可进一步包括可限定两个硬止动件458a、458b的环形扇区456，两个硬止动件458a、458b可限定曲柄臂446的旋转范围。在一些实施例中，套环422可配置成使得当曲柄臂446可定位成邻近于或停止在硬止动件中的一者(诸如硬止动件458a)处时，挡板412可处于打开位置，并且当曲柄臂446可定位成邻近于或停止在硬止动件中的另一者(诸如硬止动件458b)处时，挡板412可处于关闭位置。
在所示的实施例中，整个驱动机构416可定位在阀体402的外部。驱动机构416可因此容易被移除和/或更换以进行维护或修理，而不必将隔离阀400与腔室系统断开，隔离阀400可被并入所述腔室系统中。可在不破坏腔室系统的真空的情况下维护或修理驱动机构416。此外，因为挡板412可由气动致动器440致动并且挡板412的位置可由气动致动器440的位置传感器450确定，所以不需要内部阀操纵，从而简化了挡板412的设计和操作。在一些实施例中，也可简化隔离阀400到腔室系统中的集成，因为可能不需要集成单独的挡板控制，并且可能仅需要在腔室系统的气体面板和阀先导接头445a、445b之间进行耦接。尽管示出并描述了气动致动器作为示例，但是在一些实施例中，驱动机构416可包括耦接至挡板412以控制挡板412的运动和/或位置的伺服电机。如将在下文详细讨论的，当挡板412可处于闭合位置时，可在挡板412与靠近或邻近挡板412的(多个)表面之间产生和/或维持低电导的间隙。伺服电机可以以高精确度来控制和/或维持间隙的尺寸。
图8示出了图4的隔离阀400的一部分的示意性透视侧视图。为了说明的目的和帮助理解，图8示出了挡板412的打开位置(在图8中示出为垂直位置)和关闭位置(在图8中示出为水平位置)两者，尽管应当理解，隔离阀400可仅包括一个挡板412。如图所示，阀体402可限定第一流体容积460和第二流体容积462。阀体402可进一步限定第三或摆动容积464，挡板412可在第三或摆动容积464内摆动或枢转。第一流体容积460和摆动容积464可重叠。
当挡板412可枢转至打开位置时，流体可从入口端口405流入第一流体容积460、第二流体容积462中，并通过出口端口407离开隔离阀400。例如，等离子体流出物(诸如通过远程等离子体单元由清洁气体形成的等离子体流出物)可经由入口端口405从远程等离子体单元流入第一流体容积460和第二流体容积462中，并接着可经由出口端口407流入处理区域中，以用于清洁处理区域中和处理区域下游的各种部件。尽管当挡板412可处于打开位置时以从入口端口405到出口端口407的流体流动作为示例描述，但是在一些实施例中，取决于操作，流体可通过第二流体容积462和第一流体容积460从出口端口407流到入口端口405。
当挡板412可枢转到关闭位置时，从入口端口405到出口端口407的流体流动可能受到限制，反之亦然。例如，在半导体处理期间，处理气体可在处理区域中流动以用于处理容纳在其中的半导体基板。挡板412可枢转至关闭位置以限制可能流入并污染远程等离子体单元的处理气体。如将在下面更详细地讨论的，可流动屏蔽气体以进一步限制和防止可通过隔离阀400流入远程等离子体单元中的任何处理气体。
进一步参考图8，入口端口405和出口端口407可具有不同的形状，并且第一流体容积460和第二流体容积462可包括不同的横截面。入口端口405可为圆形的(例如，如图4和图5所示)，且第一流体容积460的靠近入口端口405的至少一部分可具有与入口端口405相对应的圆形横截面。出口端口407可为矩形的(例如，如图6所示)，且整个第二流体容积462可具有与出口端口407相对应的矩形横截面。尽管出口端口407的形状可不同于入口端口405，但出口端口407可限定与入口端口405相同或相似的流动横截面积，以促进流体流过隔离阀400。
如图8所示，出口端口407和/或第二流体容积462可包括第一尺寸或宽度，所述第一尺寸或宽度可小于入口端口405的直径。参照图9，其示出了隔离阀400的示意性横截面正视图，其中挡板412处于关闭位置，出口端口407和/或第二流体容积462可包括第二尺寸或长度，所述第二尺寸或长度可大于入口端口405的直径。长度可平行于挡板412的枢转轴线，并且宽度可垂直于挡板412的枢转轴线。出口端口407和/或第二流体容积462的长度与宽度的长宽比的范围可在约10：1与约1：1之间、在约8：1与约1：1之间、在约6：1与约1：1之间、在约5：1与约1：1之间、在约4：1与约1：1之间、在约3：1与约1：1之间或在约2：1与约1：1之间。尽管以矩形出口端口407和/或第二流体容积462的矩形横截面作为示例进行了描述，但是出口端口407和/或第二流体容积462的横截面可包括不同的形状，诸如椭圆形或其他圆角矩形或细长形。在一些实施例中，出口端口407和/或第二流体容积462可不具有细长形状，且在一些实施例中，出口端口407和/或第二流体容积462的第一尺寸或宽度可等于或大于出口端口407和/或第二流体容积462的第二尺寸或长度。
通过具有与挡板412的枢转轴线平行的更大的第一或长度尺寸，与挡板412的枢转轴线垂直的减小的第二或宽度尺寸可用于维持与入口端口405相同或相似的流动横截面积。因此，可减小覆盖第二流体容积462所需的挡板412的径向跨度或长度。挡板412的减小的长度进而可导致挡板412的减小的枢转或摆动半径以及阀体402内部用于容纳挡板412的减小的摆动容积464。因此，可实现隔离阀400的总体上更紧凑或减小的封装尺寸。在一些实施例中，沿流动路径或在入口端口405与出口端口407之间的距离而测量的隔离阀400的外部尺寸可以是小于或约150mm、小于或约140mm、小于或约130mm、小于或约120mm、小于或约110mm、小于或约100mm或更小。
继续参考图8和图9，当挡板412可处于关闭位置时，挡板表面470或挡板412的面对出口端口407的表面可被定位成非常靠近由阀体402的围绕第二流体容积462的底壁408所限定的安置表面472。在一些实施例中，挡板表面470可不接触安置表面472，并且可在挡板表面470与安置表面472之间维持小的间隙474。在一些实施例中，间隙474可在挡板412的自由端与限定摆动容积464的一部分的侧壁410d之间延伸或存在。间隙474也可在挡板412的侧表面与侧壁410a、410c之间延伸或存在，如图9所示。
尽管示出了平坦或平面的挡板表面470和平坦或平面的安置表面472，但是在一些实施例中，挡板表面470和安置表面472可不是平坦或平面的。在一些实施例中，安置表面472可具有凸形轮廓，且挡板表面470可具有互补的凹形轮廓，或反之亦然。安置表面472和挡板表面470可具有任何其他轮廓，尽管如下讨论，挡板表面470和安置表面472的互补表面轮廓可帮助实现通过间隙474的较低的流体传导率。
在一些实施例中，挡板412和阀体402可配置成使得，当挡板412可处于关闭位置时，间隙474可足够小，且在第一流体容积460与第二流体容积462之间通过间隙474的流动路径可足够长，使得可实现在第一流体容积460与第二流体容积462之间过间隙474的低流体传导率。在一些实施例中，间隙474(诸如在挡板表面470与安置表面472之间的距离)的范围可在约2mm与约0.1mm之间、在约1.5mm与约0.5mm之间或在约1.2mm与约0.8mm之间。在一些实施例中，间隙474可以是小于或约2mm、小于或约1.9mm、小于或约1.8mm、小于或约1.7mm、小于或约1.6mm、小于或约1.5mm、小于或约1.4mm、小于或约1.3mm、小于或约1.2mm、小于或约1.1mm、小于或约1.0mm、小于或约0.9mm、小于或约0.8mm、小于或约0.7mm，小于或约0.6mm、小于或约0.5mm、小于或约0.4mm、小于或约0.3mm、小于或约0.2mm、小于或约0.1mm。
为了实现相对低的流体传导率，第二流体容积462和挡板412可配置成使得当挡板412可关闭时，在第二流体容积462的周边与挡板表面470的周边之间的距离可以是大于或约5mm、大于或约10mm、大于或约15mm、大于或约20mm、大于或约25mm、大于或约30mm或更大，但是在一些实施例中，可以是小于或约50mm，以维持相对小的封装尺寸。还可通过挡板412的适当厚度来实现增加的流动路径。如上所述，间隙474也可在挡板412的侧表面与阀体402的侧壁410a、410c之间延伸或存在，如图9所示。在各种实施例中，在面对出口端口407的挡板表面470与面对入口端口405的挡板表面476之间测量的挡板412的厚度的范围可在约5mm与约50mm之间、在约10mm与约40mm之间、或在约20mm与约30mm之间。
取决于挡板412和阀体402的配置，在一些实施例中，在第一流体容积460与第二流体容积462之间经由间隙474的流动路径的范围可在约100mm与约10mm之间、在约90mm与约20mm之间、在约80mm与约30mm之间、或在约70mm与约40mm之间。在一些实施例中，流动路径可以是大于或约10mm、大于或约20mm、大于或约30mm、大于或约40mm、大于或约50mm、大于或约60mm、大于或约70mm、大于或约80mm、大于或约90mm、大于或约100mm或更大。在一些实施例中，流动路径与间隙474的比例的范围可在约1000：1与约10：1之间、在约500：1与约20：1之间、在约200：1与约20：1之间、在约100：1与约30：1之间、在约80：1与约30：1之间、或在约60：1与约40：1之间。在一些实施例中，流动路径与间隙474的比例可以是大于或约10：1、大于或约20：1、大于或约30：1、大于或约40：1、大于或约50：1、大于或约60：1、大于或约80：1、大于或约100：1、大于或约200：1、大于或约500：1、大于或约1000：1或更大。在一些实施例中，小于或约1mm的间隙474和大于或约40：1的流体路径与间隙的比例可在保持较低的制造成本的同时实现所期望的低水平的流体传导率。
通过相对小的间隙474和/或在第一流体容积460与第二流体容积462之间通过间隙474的相对长的流动路径，通过间隙474的流体传导率可以是低的。在一些实施例中，通过间隙474的流体传导率的范围可在每秒约0.5升与每秒约0.01升之间、在每秒约0.4升与每秒约0.02升之间、在每秒约0.3升与每秒约0.03升之间、在每秒约0.2升与每秒约0.04升之间、或在每秒约0.1升至每秒约0.05升之间。在一些实施例中，通过间隙474的流体传导率可以是小于或约每秒0.5升、小于或约每秒0.4升、小于或约每秒0.3升、小于或约每秒0.2升、小于或约每秒0.1升、小于或约每秒0.09升、小于或约每秒0.08升、小于或约每秒0.07升、小于或约每秒0.06升、小于或约每秒0.05升、小于或约每秒0.04升、小于或约每秒0.03升、小于或约每秒0.02升、小于或约每秒0.01升或更小。
为了防止任何流体经由间隙474从第二流体容积462流到第一流体容积460，屏蔽气体可流入第一流体容积460中。在一些实施例中，屏蔽气体可经由屏蔽气体入口468(诸如图9所示)流入第一流体容积460中。在一些实施例中，屏蔽气体入口468可设置在不同的位置，以使屏蔽气体首先流入摆动容积464中，并接着流入第一流体容积460中。屏蔽气体入口468可设置在侧壁410a、410b、410c、410d或顶壁406中的任一者中。在一些实施例中，可不提供单独的屏蔽气体入口，且屏蔽气体可通过入口端口405流入第一流体容积460中。
因为通过间隙474的低流体传导率，尽管沿间隙474中的流动路径(诸如在第二流体容积462附近的区域中)可能存在一些处理气体，但是处理气体可能会集中在第二流体容积462，且很少或基本上没有处理气体可通过间隙474扩散到第一流体容积460中和/或随后扩散到远程等离子体单元中以引起对远程等离子体单元的污染。类似地，屏蔽气体可集中在第一流体容积460中，且很少或基本上没有屏蔽气体可通过间隙474扩散到第二流体容积462中和/或随后扩散到处理区域中。为了限制可能流入第二流体容积462中的任何屏蔽气体对在处理区域中进行的处理的影响，屏蔽气体可为惰性气体，诸如氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气、氮气或可以与处理气体不发生反应的任何其他合适的气体。在一些实施例中，净化气体可在半导体处理期间流入第二流体容积462中。可将相同的气体用作屏蔽气体并供应到第一流体容积460中。
在一些实施例中，在入口端口405处的可作为处理气体与屏蔽气体的比例来测量的处理气体的浓度可以是小于或约1：106、小于或约1：107、小于或约1：108、小于或约1：109、小于或约1：1010、小于或约1：1011、小于或约1：1012、小于或约1：1013、小于或约1：1014或更小。在一些实施例中，通过利用本文描述的隔离阀400，即使在当处理区域中的压力可以相对高(诸如大于或约1托、大于或约5托、大于或约10托、大于或约15托或更大)的情况下，也可仅利用屏蔽气体的相对小的流率来实现期望的处理气体浓度并基本上防止处理气体流入远程等离子体单元中。在一些实施例中，取决于处理区域中的压力和/或其他各种考虑，屏蔽气体的流率的范围可在约200sccm与约5sccm之间、在约150sccm与约10sccm之间、在约100sccm与约15sccm之间、在约80sccm与约20sccm之间、或在约60sccm与约40sccm之间。在一些实施例中，屏蔽气体可以以小于或约200sccm、小于或约150sccm、小于或约100sccm、小于或约80sccm、小于或约60sccm、小于或约50sccm、小于或约40sccm、小于或约30sccm、小于或约20sccm、小于或约10sccm或更小的流率流动。
在一些实施例中，可利用一个或多个压力换能器来监视第一流体容积460和/或第二流体容积462中的压力。在一些实施例中，一个或多个压力换能器可并入阀体402，诸如被安装在限定第一流体容积460和/或第二流体容积462的壁406、408、410中的一者上。可基于在第一流体容积460中的压力和/或第二流体容积462中的压力来实施闭环控制系统，以动态地控制屏蔽气体的流率，使得第一流体容积460中的压力可维持为不小于或者大于第二流体容积462中的压力，以限制或防止任何处理气体进入第一流体容积460中。例如，在各种实施例中，可动态控制屏蔽气体的流率，以维持第一流体容积460中的压力比第二流体容积462大在约1％与约20％之间，以限制或防止处理气体流入第一流体容积460中。例如，第一流体容积460中的压力可维持为比第二流体容积462中的压力大至少约1％、至少约2％、至少约3％、至少约4％、至少约5％、至少约6％、至少约7％、至少约8％、至少约9％、至少约10％、至少约12％、至少约14％、至少约16％、至少约18％、至少约20％或更大。
通过利用本文中所述的隔离阀并利用屏蔽气体来产生相对小的间隙和相对长的流动路径，可能不需要机械接触来实现隔离，并且可实现用于隔离两个腔室单元(诸如远程等离子体单元和处理区域)的非接触或无接触密封。因为可能不需要接触，所以可能不需要弹性体密封件，且相关联的密封件磨损或退化可能不再是问题。隔离阀可在高腐蚀性环境中可靠地运行。此外，还可避免支撑弹性体密封件固有的许多复杂性，诸如冷却和保护性屏蔽，这可简化设计并降低成本。应当注意，本文使用的术语“非接触”或“无接触”不排除由于制造公差或由于各种其他考虑而使挡板表面470和安置表面472可能彼此接触的实施例。相反地，本文中使用的术语“无接触”或“非接触”仅旨在与传统的隔离阀区进行区分，在传统的隔离阀中，经由机械接触来实现密封，诸如可在弹性体密封件与安置表面之间形成的接触。
因为在处理期间可通过隔离阀将远程等离子体单元和处理区域隔离，所以可防止处理气体从处理区域向远程等离子体单元的流动及其污染。即使远程等离子体单元由于各种其他原因而被污染，也可通过隔离阀防止这种污染进入处理区域，从而提高处理质量和生产产量。
图10示出了操作本文中所述的隔离阀400以促进各种半导体处理操作的方法1000中的示例性操作。如上所述，隔离阀400可结合到腔室系统(诸如腔室系统200)中，并且与腔室系统的两个腔室单元(诸如隔离阀上游的远程等离子体单元和隔离阀400下游的处理区域)耦接。隔离阀400可被操作以使用可由远程等离子体单元从清洁气体产生的等离子体流出物来促进对处理区域的清洁。隔离阀400可被进一步操作以防止远程等离子体单元被在半导体处理期间可在处理区域中流动的处理气体污染。
方法1000可通过在操作1005处打开隔离阀400(例如，将隔离阀400的挡板412枢转到打开位置)开始，以允许流体从远程等离子体单元流到处理区域。在操作1010处，清洁流体可经由隔离阀400从远程等离子体单元流到处理区域。清洁流体可包括由远程等离子体单元从清洁气体或可包括NF3或其他清洁气体的气体混合物所形成的等离子体流出物。等离子体流出物因此可包括氟自由基或其他高度腐蚀性的清洁自由基，以清洁处理区域中和处理区域下游的各种腔室部件。一旦完成清洁操作后，可在操作1015处抽空腔室系统，以移除所有残留的清洁等离子体流出物。在操作1020处，可通过将挡板412枢转到关闭位置来关闭隔离阀400。在操作1025处，屏蔽气体可流入在挡板412的上游的隔离阀400中。屏蔽气体可以以上述的任何流率流动。在操作1030处，可将处理气体流入处理区域中以执行一个或多个半导体处理操作，诸如沉积、蚀刻等，这可涉及在处理区域中的原位等离子体形成。如上所讨论的，由挡板412和安置表面472限定的长流动路径和小流动横截面积可用作非接触的导电限制密封件。因此，当屏蔽气体可流动时，可防止从处理区域到远程等离子体单元的流体流动，或反之亦然，并且可防止来自远程等离子体单元或处理区域中的一者的流体流对远程等离子体单元或处理区域中的另一者的污染。在一些实施例中，可基于挡板412上游的压力(例如，远程等离子体单元的压力)和/或挡板412下游的压力(例如，处理区域的压力)来动态地控制和/或调节屏蔽气体的流率，使得挡板412上游的压力可维持为不小于或者大于挡板412下游的压力，以限制或防止任何处理气体进入远程等离子体单元中。
在前面的描述中，出于解释的目的，已经阐述了许多细节以便提供对本技术的各种实施例的理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，可在没有这些细节中的一些或具有额外细节的情况下实践某些实施例。
已经公开了几个实施例，本领域技术人员将认识到，在不背离实施例的精神的情况下，可使用各种修改、替代配置和等效物。另外，为了避免不必要地混淆本技术，没有描述许多公知的工艺和元件。因此，以上描述不应被视为限制本技术的范围。另外，方法或工艺可被描述为顺序的或分步骤的，但是应当理解，操作可同时执行，或者以与所列顺序不同的顺序执行。
在提供值的范围的情况下，应理解的是，除非上下文另外明确指出，否则所述范围的上限与下限之间的每个中间值，直到下限单位的最小部分都被公开。在宣称范围中的任何宣称值或未宣称中间值与此宣称范围中的任何其他宣称或中间值之间的任何较窄的范围被涵盖。那些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围中，并且较小范围中包括上下限的任一者、两者都不或两者的每个范围也涵盖在本技术内，除了所宣称范围中特别排除的限值。在宣称范围包括上下限中的一者或两者的情况中，还包括排除那些所包括限值中的任一者或两者的范围。
如本文中和附随的权利要求中所使用的，单数形式“一(a)”、“一(an)”和“所述(the)”包括复数引用，除非上下文另外明确指出。因此，例如，对“一前驱物”的引用包括多个这样的前驱物，而对“所述层”的引用包括对一个或多个层和本领域技术人员已知的其等效元件的引用等等。
而且，当在本说明书和以下的权利要求中使用时，词语“包含(comprise(s))”、“包含(comprising)”、“含有(contain(s))”、“含有(containing)”、“包括(include(s))”、“包括(including)”旨在指定所宣称的特征、整数、部件或操作的存在，但是它们并不排除一个或多个其他特征、整数、部件、操作、动作或群组的存在或增加。

Claims (15)

1.一种隔离阀，包含：
阀体，所述阀体限定第一流体容积、第二流体容积和安置表面；
挡板组件，所述挡板组件具有设置在所述阀体内部的挡板，所述挡板具有与所述安置表面互补的挡板表面，其中所述挡板在所述阀体内可枢转至第一位置，使得所述挡板表面远离所述安置表面，以允许在所述第一流体容积与所述第二流体容积之间的流体流动，其中所述挡板在所述阀体内进一步可枢转至第二位置，使得所述挡板表面靠近所述安置表面以形成非接触式密封，以限制在所述第一流体容积与所述第二流体容积之间的流体流动。
2.如权利要求1所述的隔离阀，其中当所述挡板处于所述第二位置时，在所述安置表面与互补的所述挡板表面之间形成范围在2mm与0.1mm之间的间隙，以形成所述非接触式密封。
3.如权利要求1所述的隔离阀，其中当所述挡板处于所述第二位置时，由所述挡板表面和所述安置表面限定的流动路径的长度与在所述挡板表面和所述安置表面之间的距离的比例的范围在约1000：1与约10：1之间。
4.如权利要求1所述的隔离阀，其中所述挡板组件进一步包含挡板轴，所述挡板轴配置成使所述挡板在所述第一位置与所述第二位置之间枢转，其中所述阀体包含第一侧壁，所述第一侧壁限定用于与所述挡板轴的第一端部耦接的第一孔洞，其中所述阀体进一步包含与所述第一侧壁相对的第二侧壁，其中所述第二侧壁限定用于与所述挡板轴的第二端部耦接的第二孔洞。
5.如权利要求4所述的隔离阀，其中所述挡板组件进一步包含驱动机构，所述驱动机构可操作以驱动所述挡板轴，并且其中所述驱动机构设置在所述阀体外部并且安装到所述第一侧壁的外部。
6.如权利要求1所述的隔离阀，其中所述挡板组件进一步包含挡板轴以用于使所述挡板在所述第一位置与所述第二位置之间枢转，并且其中所述挡板轴包含中空核心，所述中空核心配置成使冷却流体通过以冷却所述挡板轴和所述挡板。
7.如权利要求1所述的隔离阀，其中所述阀体包含多个壁，并且其中冷却回路设置在所述多个壁中的至少一个壁中并且配置成使冷却流体通过以冷却所述阀体。
8.如权利要求1所述的隔离阀，其中所述阀体进一步限定用于提供到所述第一流体容积的流体进出口的第一端口和用于提供到所述第二流体容积的流体进出口的第二端口，其中所述第一端口和所述第二端口限定公共的流动横截面积，并且其中所述第一端口和所述第二端口具有不同的形状。
9.如权利要求8所述的隔离阀，其中所述第一端口是圆形的，并且其中所述第二端口是矩形的。
10.如权利要求8所述的隔离阀，其中所述第二端口包括与所述挡板的枢转轴线平行的第一尺寸和与所述挡板的所述枢转轴线垂直的第二尺寸，并且其中所述第一尺寸与所述第二尺寸的比例的范围在约10：1与约1：1之间。
11.一种腔室系统，包含：
第一腔室单元；
第二腔室单元；以及
隔离阀，所述隔离阀耦接到所述第一腔室单元和所述第二腔室单元，并且配置成控制在所述第一腔室单元与所述第二腔室单元之间的流体流动，其中所述隔离阀包含：
阀体，所述阀体限定第一端口和第二端口，所述第一端口提供到所述第一腔室单元的流体进出口，所述第二端口提供到所述第二腔室单元的流体进出口；以及
挡板，所述挡板设置在所述阀体内部、具有挡板表面，其中所述挡板在所述阀体内可枢转至第一位置，使得所述挡板表面远离由所述阀体限定的安置表面，以允许在所述第一腔室单元与所述第二腔室单元之间的流体流动，其中所述挡板在所述阀体内进一步可枢转至第二位置，使得所述挡板表面靠近所述安置表面，以限制在所述第一腔室单元与所述第二腔室单元之间的流体流动，其中当所述挡板处于所述第二位置时，所述安置表面和所述挡板表面形成非接触式密封，以限制在所述第一腔室单元与所述第二腔室单元之间的流体流动。
12.如权利要求11所述的腔室系统，其中当所述挡板处于所述第二位置时，由所述挡板表面和所述安置表面限定的流动路径的长度与在所述挡板表面和所述安置表面之间的距离的比例的范围在约1000：1与约10：1之间。
13.如权利要求11所述的腔室系统，其中所述隔离阀为第一隔离阀，所述腔室系统进一步包含第三腔室单元和第二隔离阀，所述第二隔离阀耦接到所述第一腔室单元和所述第三腔室单元，并配置成控制在所述第一腔室单元与所述第三腔室单元之间的流体流动。
14.一种方法，包含：
关闭与第一腔室单元和第二腔室单元耦接的隔离阀，其中所述隔离阀可操作以控制在所述第一腔室单元与所述第二腔室单元之间的流体流动，其中所述隔离阀包含：
阀体，所述阀体限定与所述第一腔室单元流体耦接的第一流体容积，以及与所述第二腔室单元流体耦接的第二流体容积；以及
挡板，所述挡板设置在所述阀体内部、具有挡板表面，其中所述挡板在所述阀体内可枢转至第一位置，使得所述挡板表面远离所述阀体限定的安置表面，以允许在所述第一腔室单元与所述第二腔室单元之间的流体流动，其中所述挡板在所述阀体内进一步可枢转至第二位置，使得所述挡板表面靠近所述安置表面，以限制在所述第一腔室单元与所述第二腔室单元之间的流体流动，其中当所述挡板处于所述第二位置时，所述安置表面和所述挡板表面形成非接触式密封，以限制在所述第一腔室单元与所述第二腔室单元之间的流体流动；以及
使屏蔽气体流入所述第一流体容积中。
15.如权利要求14所述的方法，进一步包含：动态地控制所述屏蔽气体的流率，使得在所述第一流体容积中的压力大于在所述第二流体容积中的压力。
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