CN115668436A - 远程等离子体清洁(rpc)定向流设备 - Google Patents

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CN115668436A CN202180036241.XA CN202180036241A CN115668436A CN 115668436 A CN115668436 A CN 115668436A CN 202180036241 A CN202180036241 A CN 202180036241A CN 115668436 A CN115668436 A CN 115668436A
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Abstract

多种实施方案包含使用具有定向流设备的远程等离子体清洁系统的装置、系统和方法，以同时清洁用于半导体及相关领域的处理工具中的多个处理站。在一示例中，公开了一种用于在多站式处理室中执行远程等离子体清洁(RPC)的装置，其包含耦合在RPC反应器和处理室之间的RPC定向流设备。RPC定向流设备包含多个倾斜式气体导流区域，以将RPC反应器产生的至少自由基物质引导至多个处理站中的单独处理站。引入清洁气体导流枢纽将接收自由基物质并将该至少自由基物质大致均匀地分配至倾斜式气体导流区域中的每一者。还公开了其他的装置、系统和方法。

Description

远程等离子体清洁(RPC)定向流设备
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2020年5月20日申请的名称为“REMOTE-PLASMA CLEAN(RPC)DIRECTIONAL-FLOW DEVICE”的美国临时专利申请序列号63/027,939的优先权，其全部公开内容都通过引用合并于此。
技术领域
本公开的主题总体上涉及用于半导体和相关领域的清洁处理室的领域。本公开的主题尤其涉及使用具有定向流设备的远程等离子体清洁系统。
背景技术
众所周知，在形成集成电路和相关设备的工艺中通过包含等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和原子层沉积(ALD)的多种方法而使用各种沉积工艺来沉积膜。然而，沉积工艺的结果是多种材料(例如薄膜沉积)不仅沉积在经历工艺的衬底上，而且还沉积在发生沉积的处理室的内表面上。因此，来自所沉积材料的膜便形成在处理室的内表面上。膜随着时间的推移继续积聚。此外，膜会溶解、分离或以其他方式散布在处理室而造成污染。因此，需通过本领域已知的多种工艺来定期从处理室中移除积聚的膜，以避免这种污染。
例如图1A显示了用于清洁单一处理室101的内部部分的现有技术的等离子体直接清洁系统100。图1A显示了连接到气体分配喷头103的进气口117。在气体分配喷头103下方为衬底基座105，其设计用于支撑进行膜沉积工艺的衬底(举例来说，包含例如硅之类的元素半导体的晶片、包含化合物半导体的晶片、或本领域已知的其他衬底类型)。衬底基座105被气动式且机械式地耦合到闸阀107，闸阀107可以向排气口119开放以通过泵(未示出)排放工艺气体。单一处理室101的各个内表面涂有膜111A。
在直接清洁处理期间，清洁气体(例如六氟乙烷(C2F6，也称为六氟化碳)或八氟丙烷(C3F8，也称为全氟丙烷)的含氟化合物)通常与作为等离子体蚀刻材料的氧气(O2)混合而注入进气口117。射频(RF)产生器109用于在单一处理室101内产生等离子体113。氟原子很容易从等离子体113内的含氟化合物解离。如本领域中已知的，氟原子具有高负电性并且与多种类型的材料具有高反应性，通常形成从处理室101泵出的挥发性副产物，其可通过泵通过排气口119排出。
图1B显示了使用根据图1A的等离子体直接清洁系统100对单一处理室101的内部部分进行高压清洁的结果130。虽然许多的膜已经变成薄化的或非连续的膜111B，但大部分的膜111A仍然存在，因此，结果130表明处理室101未完全清洁。
图1C显示使用根据图1A的等离子体直接清洁系统100对单一处理室101的内部部分进行低压清洁的结果150。虽然已经移除高压清洁所遗留下的大部分薄膜111A，薄化的或非连续的膜111B仍然残留。因此处理室101仍未完全清洁。
此外，等离子体直接清洗系统100具有额外的缺点，即等离子体产生的离子会持续轰击处理室101的内表面，并且可能因离子导致相关的硬件损坏。此外，如图所示，等离子体直接清洗系统100可能无法完全清洁单一处理室101内的周围区域、或难以接近的区域(例如升降销(未示出)之类的机械手部件周围)或气体分配喷头103内的区域。此外，等离子体直接清洁系统100在半导体制造环境中变得越来越普遍的多室或多站式处理工具中可能更难以成功及有效地实施。
提供该部分中所述的信息以给本领域技术人员提供以下公开的主题的背景，因此该部分中的信息不应被认为是被承认的现有技术。
发明内容
在多种实施方案中，本公开的主题描述了一种引导自由基物质的装置。所述装置包含：远程等离子体清洁(RPC)定向流设备，其被配置成耦合在RPC反应器和多站式处理室之间。所述RPC定向流设备包含多个倾斜式气体导流区域。所述多个倾斜式气体导流区域中的相应的倾斜式气体导流区域被配置成将由所述RPC反应器产生的至少所述自由基物质引导至所述多站式处理室中的多个处理站的单独处理站。所述倾斜式气体导流区域的数量至少等于所述多个处理站的数量。引入清洁气体导流枢纽(incoming cleaning-gasdiversion hub)被布置成从所述RPC反应器接收至少所述自由基物质并将至少所述自由基物质大致均匀地分配至所述多个倾斜式气体导流区域中的每一者。
在多种实施方案中，本公开的主题描述了一种用于分配引入气体流的定向流设备。所述定向流设备包含多个倾斜式气体导流区域。所述多个倾斜式气体导流区域中的相应的倾斜式气体导流区域被布置成将所述引入气体流引导至多站式处理室中的多个处理站中的单独处理站。所述多个倾斜式气体导流区域的数量至少等于所述多个处理站的数量。引入气体导流枢纽被布置成接收所述引入气体流并使其基本均匀地分流，并且将所述引入气体流分配到至少所述多个倾斜式气体导流区域中的每一者。
在多种实施方案中，本公开的主题描述了一种远程等离子体清洁(RPC)定向流设备。所述RPC定向流设备包含多个倾斜式气体导流区域。所述多个倾斜式气体导流区域中的相应的倾斜式气体导流区域被配置成将由RPC反应器产生的至少自由基物质引导至多站式处理室中的多个处理站的单独处理站。多肋部壁将所述倾斜式气体导流区域中的每一者隔开。所述多肋部壁具有位于将所述倾斜式气体导流区域隔开的每个多肋部壁之间的通道。引入清洁气体导流枢纽被布置成从所述RPC反应器接收至少所述自由基物质并将至少所述自由基物质大致均匀地分配至所述多个倾斜式气体导流区域中的每一者。
附图说明
图1A显示了用于清洁单一处理室的内部部分的现有技术的等离子体直接清洁系统；
图1B显示了使用根据图1A的等离子体直接清洁系统对单一处理室的内部进行高压清洁的结果；
图1C显示了使用根据图1A的等离子体直接清洁系统对单一处理室的内部进行低压清洁的结果；
图2A显示了用于清洁单一处理室的内部部分的现有技术的远程等离子体清洁(RPC)系统；
图2B显示了使用根据图2A的RPC系统在单一处理室的内部部分的结果；
图3显示了现有技术的多站式衬底处理工具；
图4A显示了基于计算流体动力学(CFD)的模拟，其显示了当应用于图3的多站式衬底处理工具的一站时，现有技术的RPC入口流的向量场；
图4B显示了基于CFD的模拟，其显示了当应用于图3的多站式衬底处理工具的一站时，现有技术的RPC入口流的流动流；
图5显示了根据所公开的主题的一实施方案中使用RPC定向流设备的多站式衬底处理工具的一站的横截面图；
图6A至6C显示了根据所公开的主题的RPC定向流设备的各个示例性实施方案；
图7A和7B显示了根据所公开的主题的多壁式RPC定向流设备的各个示例性实施方案；
图8A和8B显示了图7A和7B的多壁式RPC定向流设备的实际尺寸；
图9A显示了基于CFD的模拟，其显示了当应用于多站式衬底处理工具的一站时使用根据所公开的主题的RPC定向流设备的RPC入口流的向量场；以及
图9B显示了基于CFD的模拟，其显示了当应用于多站式衬底处理工具的一站时使用根据所公开的主题的RPC定向流设备的RPC入口流的流动流。
具体实施方式
下面的说明包含体现本公开的主题的各个方面的说明性示例、设备和装置。在下面的说明中，为了解释的目的，阐述了多个特定细节以提供对于本发明主题的各种实施方案的理解。然而本领域技术人员应当明白，本公开的主题的各种实施方案可在不具有这些特定细节的情况下实施。此外，不详细显示众所周知的结构、材料和技术以免不必要地使各种所示的实施方案难以理解。
下文讨论的各个示例性实施方案集中于通过将清洁气体流(或者更广泛的引入气体流)引导至多站式处理工具内的每个基座及喷头站以提供对处理室的更有效清洁。所公开的主题的实施方案还降低或最小化各个类型的清洁化合物(例如氧气(O2))的复合，其中复合是比例如三氟化氮(NF3)更具侵蚀性。各个实施方案也可用于减少或最小化主轴和转位器组件的加热。
虽然过去曾考虑过用于处理室内部的某些类型的远程等离子体清洁(RPC)系统，但在某些情况下使用这些RPC系统的可行性是有限的。例如，下述的多处理室或多站式系统就不能有效地使用现有技术的标准RPC系统。尽管如此，本领域技术人员在简单回顾同时期的RPC清洁系统后将认识到所公开的主题的各个实施方案的显著重要性。
例如图2A显示了用于清洁单一处理室101的内部部分的现有技术的远程等离子体清洁(RPC)系统200。RPC系统200还显示包含RPC反应器205，在其内等离子体201和源气体203可以组合。源气体(例如清洁气体)可以包含例如三氟化氮(NF3)、四氟化碳(CF4，也称为四氟甲烷)、六氟化碳(C2F6，也称为六氟乙烷)、八氟丙烷(C3F8，也称为全氟丙烷)和其他含氟化合物，以及氩气(Ar)和/或氧气(O2)。
如本领域中已知的，一种或多种自由基物质可以在RPC反应器205中产生并且被配置成经由从RPC反应器205耦合到单一处理室101的气体入口207而进入单一处理室101。任意种类的等离子体源均可用于RPC反应器205以产生自由基物质。这包含但不限于电容耦合等离子体、微波等离子体、DC等离子体以及激光产生的等离子体。电容耦合等离子体的一个示例可以是射频(RF)产生的等离子体。高频等离子体可配置为在13.56MHz或更高频率下运行。这种RPC反应器205的一个示例可以包括
Figure BDA0003950281440000051
系列(由Lam
Figure BDA0003950281440000052
(4650Cushing Parkway,Fremont,California 94538,USA)制造)的多种产品。本领域已知的RPC反应器205的另一个示例是
Figure BDA0003950281440000053
ex反应性气体产生器(由MKS Instruments,Inc.(2Tech Drive,Andover,Massachusetts01810,USA)制造)，其可以在440kHz下操作。此外，微波等离子体产生器可以用来当作RPC反应器205，例如
Figure BDA0003950281440000061
(也由MKSInstruments Inc.制造)。微波等离子体可以被配置成在2.45GHz的频率下运行。如下文更详细地解释的，不论选择的反应器类型为何，均可以使用所公开的主题的各个实施方案。各种类型的RPC反应器205可以作为子单元而机械耦合地提供到用于并行处理一或多个衬底的更大装置上。
图2B显示了使用根据图2A的RPC系统200的单一处理室的内部部分的结果230。结果表明气体分配喷头103和基座105中的每一者都没有或总体上没有任何沉积的材料(例如膜)。因此，RPC处理提供了对单一处理室101的内部部分的基本完全清洁。然而，如下文更详细讨论的，生产这些现有技术设备中的每一者仅用于单一处理室。目前并无有效的方法能将自由基物质同时输送到多个处理站。
例如，图3显示了现有技术的多站式衬底处理工具300。然而，虽然多站式衬底处理工具300是已知的，但是相似或相同类型的衬底处理工具也可以用于所公开的主题的各个实施方案。
多站式衬底处理工具300包含处理室303中的多个处理站301A、301B、301C、301D。虽然显示了四个站，但本领域技术人员应认识到结合适当的变化可以使用更多或更少的站。如本领域技术人员所公知的，通过将每个站保持在例如低压环境中，可以减少或避免由在膜沉积工艺之间的真空破坏所引起的缺陷。
如图3进一步所示的，多站式衬底处理工具300包含衬底入站装载锁305和衬底出站装载锁307，两者中的一或两者可包含远程等离子体源(未显示，但对本领域技术人员是可理解的)。通常在大气压力下，机械手317被配置成将衬底从例如通过衬底载具319(例如前开式晶片传送盒(FOUP)或其他类型的标准机械接口(SMIF))装载的卡匣移动通过大气端口315而进入衬底入站装载锁305。机械手317选择衬底并将衬底放置在衬底入站装载锁305中的基座309上。大气端口315关闭，装载锁则被泵抽到低于大气压(例如几托或更少)。
在衬底入站装载锁305包含远程等离子体源的情况下，衬底可以在被引入处理室303之前在装载锁中暴露于远程等离子体处理。此外，还可以在衬底入站装载锁305中加热衬底，以例如移除水分和吸附的气体。接下来，打开通往处理室303的室传送端口311，另一个机械手(未示出)便将衬底放入处理室303中而置于处理站301A的基座313上。虽然图3中描绘的实施方案包含装载锁，但是应当理解，在一些实施方案中，可以提供让晶片衬底进入处理室303的直接入口。
如上所述，图3所示的处理室303提供四个处理站，301A、301B、301C、301D。工艺气体可由单一工艺气体入口321提供。此外，每个处理站可具有加热基座(例如处理站301A的基座313)以及多个气体管线入口(未示出)。多站式衬底处理工具300还可以包含衬底处理系统，以用于在处理室303内(例如从一个处理站到另一个处理站)传送衬底。这种类型的衬底处理系统和相关的机械手机构在本领域中是已知的。然而，如上所述，目前没有将自由基物质同时输送到多个处理站中的有效方法。
图4A显示了基于计算流体动力学(CFD)的模拟400，其显示了当应用于图3的多站式衬底处理工具的一站时，现有技术的RPC入口流的向量场。熟悉CFD分析的本领域技术人员已知，仅显示单一处理站的结果是因为在这种情况下，其余处理站(未显示)将基本相同，因为结果将沿两个轴镜像(例如在处理站301A的后边缘和左边缘上)。
本领域技术人员将立即理解到向量表示引入的RPC气体的极不均匀的速度场(filed)。例如，向量表示处理室303的处理站301A内的气体的相对速度。在单一工艺气体入口321处，向量相对较大，其表示引入气体(包含在例如图2A的RPC反应器205中产生的自由基物质)的高速。随着含有自由基物质的引入气体从工艺气体入口321往设施排气口401移动的更远，向量场内的向量就小得多，因此指示引入气体的较低速度。由于气体速度的降低，也伴随着用于清洁的自由基物质的效率降低。
图4B显示了基于CFD的模拟430，其显示了当应用于图3的多站式衬底处理工具的一站时，现有技术的RPC入口流的流动流。本领域技术人员应认识到该流动流很像图4A的向量场，其指示随着气体持续远离工艺气体入口321，引入气体速度便降低且流动流减少。
所描述的示例仅作为示例而提供给本领域技术人员以下公开的主题的背景且不应被视为公认的现有技术。
作为概要，所公开的主题的各个实施方案将来自RPC气体入口的RPC气体引导通过定向流设备到达每个处理站内的气体分配喷头和衬底基座区域之间。尽管以下实施方案描述了与四个处理站一起使用的定向流设备，但是定向流设备的各个实施方案所使用的处理站的实际数量可以根据给定处理工具的需要而增加或减少。例如，在阅读和理解所公开的主题之后，本领域技术人员应认识到本文所述的定向流设备可以使用少至两个处理站到六个或更多个处理站且对于定向流设备的形状进行相当小的变动。
例如现在参考图5，显示根据所公开的主题的实施方案中使用RPC定向流设备511的多站式衬底处理工具500的一站501的横截面图。图5显示了包含处理室503，其可以包含例如四个处理站。每个处理站包含气体分配喷头505以及被配置成支撑进行处理的衬底(图5中未示出)的衬底基座507。虽然RPC定向流设备511显示为将清洁气体引导到气体分配喷头505和衬底基座507之间的区域，但本领域技术人员在阅读和理解本公开的主题之后将认识到清洁气体也可以被引导到多站式衬底处理工具500内的一或多个额外区域。例如，在清洁循环期间的不同时间段中，RPC定向流设备511可以定位成将清洁气体输送至气体分配喷头505上方、气体分配喷头505和衬底基座507之间(如图所示)和/或衬底基座507下方。
在RPC反应器(未示出但可以与图2A的RPC反应器205相同或相似)中的各种类型的清洁气体(例如上述的含氟化合物)可以产生一或多种自由基物质。清洁气体和自由基物质通过从RPC反应器耦合到多站式衬底处理工具500的工艺气体入口509而进入多站式衬底处理工具500的处理室503。接着，在RPC定向流设备511的任一侧将清洁气体和自由基物质分成大致均匀的流513。(本领域技术人员应认识到，清洁气体流也在给定的横截面图的前面和后面的平面中大致相等分流，参考下述例如图6A至6C将变得更加明显)。
图6A至6C显示了根据所公开的主题的RPC定向流设备的多个示例性实施方案。例如图6A的RPC定向流设备600的实施方案显示为包含引入清洁气体导流枢纽601(或一般称为引入气体导流枢纽)，其被大致均匀的倾斜区域603包围。本领域技术人员应认识到，引入的清洁气体在撞击引入清洁气体导流枢纽601之后将以大致均匀的方式在所有方向上分流。
图6B显示为包含具有引入清洁气体导流枢纽631的RPC定向流设备630的一实施方案。然而在该示例中，与图6A的RPC定向流设备600相对的是，引入清洁气体导流枢纽631由四个不同的倾斜式气体导流区域633(四个倾斜式气体导流区域)包围。每个倾斜式气体导流区域633通过凸起壁635而与其他的倾斜式气体导流区域633分开。凸起壁635有助于更充分地分隔并引导引入清洁气体和伴随的自由基物质进入倾斜式气体导流区域633。因此，本领域技术人员应认识到，引入清洁气体在撞击引入清洁气体导流枢纽631之后将大致均匀地分流到四个不同的倾斜式气体导流区域633的方向。
图6C显示为包含具有引入清洁气体导流枢纽651的RPC定向流设备650的一实施方案。多个倾斜式气体导流区域653中的每一者通过凸起壁655而与其他倾斜式气体导流区域653分开。凸起壁655有助于更充分地分隔并引导引入清洁气体和伴随的自由基物质进入倾斜式气体导流区域653。因此，本领域技术人员应认识到，引入清洁气体在撞击引入清洁气体导流枢纽651之后将大致均匀地分流到四个不同的倾斜式气体导流区域653的方向。
相对于图6B的RPC定向流设备630，图6C的RPC定向流设备650还包含倾斜式气体导流区域653的更小(例如更窄)的最终出口斜坡。可以设计或优化最终出口斜坡，以将清洁气体和伴随的自由基输送或集中到特定区域，例如在图5的气体分配喷头505和衬底基座507之间。
本领域技术人员应认识到，图6B或6C的RPC定向流设备630、650中的任一个可分别具有少于四个或多于四个不同的倾斜式气体导流区域633、653以及伴随的凸起壁635、655之一。
图6A至图6C的RPC定向流设备600、630、650中的任一个可由多种材料形成，包含例如超高纯度材料(例如各种形式的铝、铝合金)、陶瓷材料(例如铝氧化物、Al2O3和铝氮化物、AlN)、以及其他金属(例如各种等级的不锈钢)和非金属材料。根据特定用途，也可以分别使用其他材料或与上述材料组合使用。例如在一特定示例性实施方案中，RPC定向流设备600、630、650可以由本领域已知的多种高效能合金(也称为超级合金)形成。这些高效能合金包含例如
Figure BDA0003950281440000101
(可从不同的来源获得，包含从Inco Alloys International,Inc.(Huntington,West Virginia,USA)获得)或
Figure BDA0003950281440000102
(可从不同的来源获得，包含从Haynes Stellite Company(Kokomo,Indiana,USA)以及Union Carbide Corporation(NewYork,New York,USA)获得)。这种材料可以被电抛光到例如表面粗糙度值Ra小于约0.5μm或小于约0.1μm，或者甚至更小，具体取决于给定的工艺。在其他实施方案中，RPC定向流设备600、630、650可以是例如喷砂、喷珠或以其他方式精加工以具有更充分地分散这些清洁气体及伴随的自由基的表面纹理。此外，本领域技术人员在阅读和理解本公开的主题后，将认识到所采用的清洁气体类型也可能影响形成RPC定向流设备600、630、650的材料类型和表面粗糙度或纹理。如上所述，也可以考虑与这些高性能合金(例如铝、不锈钢或其他类型的材料，具体取决于特定应用)结合来使用多种其他材料。这些材料中的任何一种都可以进一步被电镀、涂覆或以其他方式添加另一种类型的涂层(例如阳极氧化)。
也可以考虑使用其他材料来形成RPC定向流设备。例如可以考虑至少在某种程度上能抵抗来自使用的清洁气体的蚀刻的材料。在某些应用中，这种材料应该能够承受温度从约250℃至约550℃在约6℃/每分钟至约10℃/每分钟的温度渐变速率(ramp rate)下而不显著变形。在各种应用中，温度的渐变速率可能不是一个考虑因素。在特定的示例性实施方案中，用于形成RPC定向流设备的材料在最小5年的时间可能具有低于约100μm(约0.004英寸)的目标面平坦度蠕变。在诸多应用中，蠕变或整体平坦度可能不是一个考虑因素。在这些应用中，蠕变或平坦度的变化并不会影响清洁气体流动。
图7A和7B显示了根据本公开的主题的多壁式RPC定向流设备的各个示例性实施方案。例如，图7A显示包含具有引入清洁气体导流枢纽701的多壁式RPC定向流设备700的实施方案。在该示例中，引入清洁气体导流枢纽701由四个不同的倾斜式气体导流区域703包围。倾斜式气体导流区域703中的每一者通过多肋部壁705而与倾斜式气体导流区域703的其他区域分隔开。多肋部壁705有助于更充分地分隔并引导引入清洁气体和伴随的自由基物质进入倾斜式气体导流区域703。因此，本领域技术人员应认识到，引入清洁气体在撞击引入清洁气体导流枢纽701之后将大致均匀地分流到四个不同的倾斜式气体导流区域703的方向并进入多肋部壁705部分之间的四个不同区域(例如气体可以流入的总共八个不同区域或通道；八个倾斜式气体导流区域)。
现在参考图7B，显示了包含具有引入清洁气体导流枢纽731的多壁式RPC定向流设备730的实施方案。在该示例中，引入清洁气体导流枢纽731被四个不同的倾斜式气体导流区域733包围。每个倾斜式气体导流区域733通过多肋部壁735而与其他的倾斜式气体导流区域733隔开。多肋部壁735有助于更充分地分隔并引导引入清洁气体和伴随的自由基物质进入倾斜式气体导流区域733。因此，本领域技术人员应认识到，引入清洁气体在撞击引入清洁气体导流枢纽731之后将大致均匀地分流到四个不同的倾斜式气体导流区域733的方向并进入多肋部壁735部分之间的四个不同区域(例如气体可以流入的总共八个不同区域或通道；八个倾斜式气体导流区域)。
在各个实施方案中，具有四个额外通道(例如多肋部壁705、735部分之间的四个不同区域)的各个定向流设备使得定向流设备能在处理室中直接清洁形成口袋的凸起肋部或基座周围的其他区域，例如图5所示。
与图7A的多壁式RPC定向流设备700相比，图7B的多壁式RPC定向流设备730还包含更小(例如更窄)的出口斜坡区域737。出口斜坡区域737可以经设计或优化以将清洁气体和伴随的自由基输送或集中到特定区域，例如到图5的气体分配喷头505和衬底基座507之间。
多壁式RPC定向流设备700、730中的每一者可以使用相同或相似的材料或材料的组合来构成，如上述关于图6A至6C所讨论的。此外，由于与图6B和6C的凸起壁635、655相比，图7A和7B的多肋部壁705、735的面积增加，因此多肋部壁705和735可以充当散热器并且可以提供更有效的冷却(两者都具有热传导性和热对流性)。由多肋部壁705、735提供的这种冷却功能在某些应用中是有利的。在其他应用中，多肋部壁705、735可以被加热(例如通过本领域已知的技术从底侧加热)以减少或防止清洁气体物质的复合效应。
图8A和8B显示了图7A和7B的多壁式RPC定向流设备的示例性实际尺寸。这些实际尺寸仅提供作为示例，以帮助本领域技术人员更好地理解本公开的主题。然而，在阅读和理解本公开的主题后，本领域技术人员应认识到，实际尺寸可基于各个处理站的尺寸(例如站设计为容纳300mm或450mm的圆形衬底、方形或矩形平面显示器、处理站内遇到的流速和压力、处理站内部件之间的实际间隔、处理站总数以及许多其他因素)而显著改变。因此，此处提供的实际尺寸仅是示例性的。
例如，图8A显示了可以与图7A和7B的多壁式RPC定向流设备相同或相似的多壁式RPC定向流设备的平面图800。在该示例中，图8A显示了包含被四个不同的倾斜式气体导流区域803包围的引入清洁气体导流枢纽801。每个倾斜式气体导流区域803通过多肋部壁805而与其他的倾斜式气体导流区域803隔开。虽然引入清洁气体导流枢纽801被显示为大致圆顶形(例如凸出的几何形状)且没有特定尺寸，但是本领域技术人员应认识到可以使用除了圆顶形并隐含引入清洁气体导流枢纽801(或任何其他引入清洁气体导流枢纽601、631、651、701、731)的半径的其他形状。例如，引入清洁气体导流枢纽的形状和尺寸(例如内径)可以由给定应用、气体类型以及气体的物理特性(例如气体粘附性、气体流速等)来确定。这些形状和尺寸设计可以通过多种技术来确定，例如通过经验技术或通过CFD分析或这两种技术的组合。本领域技术人员应认识到如何基于阅读和理解本公开的主题来确定形状和尺寸。
示例性的实际尺寸包含约241mm(大约9.5英寸)的整体第一宽度d1、从多壁式RPC定向流设备的中心线到侧面凹痕的约112.8mm(大约4.44英寸)的距离d2、约241mm(大约9.5英寸)的整体第二宽度d3、从多壁式RPC定向流设备的另一中心线到多肋部壁805的上部的约35.6mm(大约1.4英寸)的距离d4、以及从多壁式RPC定向流设备的另一中心线到倾斜式气体导流区域803的最外部分的约135.9mm(大约5.35英寸)的距离d5。从多壁式RPC定向流设备的中心线到多肋部壁805的肋部之间的第一角度α1为约45°。图8A还显示出了下面图8B所描述的A-A线剖面图。
现在参考图8B，显示了图8A的多壁式RPC定向流设备的正视图830。图8B显示了图8A在A-A处的横截面图。示例性实际尺寸包含约80.0mm(约3.15英寸)的总体高度d9，以及从多壁式RPC定向流设备的中心线到出口斜坡区域(例如图7B的出口斜坡737)的顶部的约96.5mm(约3.8英寸)的距离。从出口斜坡区域的顶部到多壁式RPC定向流设备的最底部的示例性距离d6被显示为约9.91mm(约0.39英寸)，从多壁式RPC定向流设备的最底部到多肋部壁805的顶部的高度d7为约63.5mm(约2.5英寸)。出口斜坡区域的示例性角度α2为约16.7°。
上述任何RPC定向流设备(例如图6A至6C以及图7A和7B中所示的那些)可以是经内部冷却的(例如通过水冷却或由另一种例如氦气之类的流体来冷却)，以维持RPC定向流设备的大致期望温度。虽然未显示，但可以在设备的内表面上添加散热片以充当散热器，这些散热片由流动的液体或其他流过的流体对流冷却。在其他实施方案中，散热片可以以螺旋路径形成在RPC定向流设备的内表面上以增强因流动的液体对来自设备的对流冷却。在其他的实施方案中，可以在RPC定向流设备的内表面上形成类似类型的内部散热片，以通过流过的气体进行对流冷却。这种气体可以选择具有高比热容的气体，例如氦气(He)。
在特定的示例性实施方案中，RPC清洁气体可以在约3Torr的压强下以例如约12标准升/每分钟(slpm)的流速流动。在其他实施方案中，RPC清洁气体可以例如在约3托的压强下以约27.5slpm的流速流动。在还有的其他实施方案中，清洁气体可以以小于约12slpm或高于约27.5slpm的流速流动。在各个实施方案中，清洁气体可以注入处于低于约3托或高于约3托的压强下的处理室中。
同时参考图5，图9A显示了基于CFD的模拟900，其显示当应用至多站式衬底处理工具的一站时，根据本公开的主题使用RPC定向流设备的RPC入口流的向量场。如上面参考图4A和4B所讨论的，并且如熟悉CFD分析的本领域技术人员所公知的，仅显示了单一处理站的结果，因为剩余的处理站(未示出)在这种情况下结果将大致相同，因为结果将沿两个轴(例如在处理站的后边缘和左边缘上)镜像。
本领域技术人员将即时认识到图9A的向量是表示引入的RPC气体的大致均匀的速度场。例如向量表示处理室503的工艺气体入口509内的气体的相对速度。在气体和自由基物质进入工艺气体入口509并被引导到气体分配喷头505和衬底基座507之间的空间(见图5)而朝向装置排气口901之后，向量是相对均匀的，特别是当与图4A和4B的CFD模拟400、430相比时。由于该大致均匀性，如由气体和自由基物质的速度所指示的，用于清洁的自由基物质也有相当高的效率。
继续参考图5，图9B显示了基于CFD的模拟930，其显示了当应用至多站式衬底处理工具的一站时，使用根据本公开的主题的RPC定向流设备的RPC入口流的流动流。本领域技术人员应认识到，流动流非常类似于图9A的向量场，其指示沿着在气体分配喷头505和衬底基座507之间的整个空间(见图5)并朝向装置排气口901的引入气体的大致均匀的速度。
在图9A和9B的示例中，基于CFD的模拟900、930是在考虑清洁气体的进入流速为在约3托的压强下以约27.5slpm(或每站约6.875slpm，即27.5slpm/4)的情况下运行。气体分配喷头的最底部和衬底基座的最上部之间的空间为约24.6mm。还使用各种其他参数执行了大量的其他CFD模拟。
在整个本说明书中，多个实例可将所述的部件、操作、或结构实现为单一实例。虽然一或多个方法的各个操作被例示及说明为单独的操作，但所述各个操作中的一或多者可同时进行，因此操作不必以所示的顺序进行。在示例性配置中被显示为单独的部件的结构及功能可以以组合结构或部件实现。类似地，被显示为单一部件(例如RPC定向流设备的各个实施方案)的结构和功能可以作为单独的部件实现。这些和其他变化、修改、添加和改善都落在本文所述的主题的范围内。
此外，如本文所使用的术语“或”可解释为包含或排他的意义。此外，本领域技术人员在阅读和理解所提供的公开内容后将了解其他实施方案。此外，在阅读和理解本公开内容之后，本领域技术人员将更容易理解到本文提供的技术和示例的各个组合都可以应用至各种组合。
虽然分别讨论了各种实施方案，但这些单独的实施方案不旨在被视为是独立的技术或设计。如上所述，各种部分中的每一者可以相互关联的且可分离使用或与本文中所讨论的RPC定向流设备的其他实施方案组合使用。例如，虽然已说明方法、操作和工艺的各种实施方案，但这些方法、操作和工艺可单独使用或以各种组合的方式使用。
因此，本领域普通技术人员在阅读和理解本文中所提供的内容时将明白，可进行许多修改及变化。除了本文中列举的之外，本领域技术人员根据前面的说明应当能明白在本公开的范围内的功能等效的方法和设备。某些实施方案中的部分及特征可被包含于其他实施方案中的部分及特征中或被其他实施方案中的部分及特征所取代。此类修改及变化旨在落在所附权利要求的范围内。因此，本公开仅会受到随附的权利要求以及此类权利要求所应享有的等同方案的全范围所限制。还应理解，本文中所使用的术语仅用于说明特定实施方案的目的且不应是限制性的。
提供本公开的摘要以使读者能快速了解本公开的技术内容的本质。提交摘要应理解，其不是用于解释或限制权利要求。此外，在前文具体实施方式中可见各种特征被组合在单一实施方案中以用于精简本公开内容。本公开的方法不应被解读为限制权利要求。因此，下面的权利要求被并入具体实施方式中，其中每一权利要求独自地作为单独的实施方案。
下述有编号的实施例包含本公开的主题的实施方案
实施例1：在一实施方案中，本公开的主题包含一种引导自由基物质的装置。所述装置包含：远程等离子体清洁(RPC)定向流设备，其被配置成耦合在RPC反应器和多站式处理室之间。所述RPC定向流设备包含多个倾斜式气体导流区域。所述多个倾斜式气体导流区域中的相应的倾斜式气体导流区域被配置成将由所述RPC反应器产生的至少所述自由基物质引导至所述多站式处理室中的多个处理站的单独处理站。所述倾斜式气体导流区域的数量至少等于所述多个处理站的数量。引入清洁气体导流枢纽被布置成从所述RPC反应器接收至少所述自由基物质并将至少所述自由基物质大致均匀地分配至所述多个倾斜式气体导流区域中的每一者。
实施例2：根据实施例1所述的装置，其中所述RPC定向流设备包含四个倾斜式气体导流区域。
实施例3：根据实施例1所述的装置，其中所述RPC定向流设备包含八个倾斜式气体导流区域。
实施例4：根据前述实施例中任一项所述的装置，其还包含形成在所述RPC定向流设备的外周边附近的出口斜坡区域，所述出口斜坡区域比其中形成有所述出口斜坡区域的所述倾斜式气体导流区域窄。
实施例5：根据前述实施例中任一项所述的装置，其还包含：多肋部壁，其将所述倾斜式气体导流区域中的每一者隔开。所述装置还包括通道，其位于将所述倾斜式气体导流区域隔开的每个多肋部壁之间，以引导由所述RPC反应器所产生的至少所述自由基物质。
实施例6：根据前述实施例中任一项所述的装置，其中所述引入清洁气体导流枢纽基本上为圆顶形。
实施例7：根据前述实施例中任一项所述的装置，其中所述RPC定向流设备被定位成将至少所述自由基物质引导至所述多站式处理室中的多个气体分配喷头中的每一者的上方。
实施例8：根据前述实施例中任一项所述的装置，其中所述RPC定向流设备被定位成将至少所述自由基物质引导至所述多站式处理室中的多个气体分配喷头中的每一者和相应的多个衬底基座中的每一者之间。
实施例9：根据前述实施例中任一项所述的装置，其中所述RPC定向流设备被定位成将至少所述自由基物质引导至所述多站式处理室中的多个衬底基座的每一者的下方。
实施例10：在一实施方案中，公开了一种用于分配引入气体流的定向流设备。所述定向流设备包含多个倾斜式气体导流区域。所述多个倾斜式气体导流区域中的相应的倾斜式气体导流区域被布置成将所述引入气体流引导至多站式处理室中的多个处理站中的单独处理站。所述多个倾斜式气体导流区域的数量至少等于所述多个处理站的数量。引入气体导流枢纽被布置成接收所述引入气体流并使其基本均匀地分流，并且将所述引入气体流分配到至少所述多个倾斜式气体导流区域中的每一者。
实施例11：根据实施例10所述的装置，其中所述定向流设备包含四个倾斜式气体导流区域。
实施例12：根据实施例10所述的装置，其中所述RPC定向流设备包含八个倾斜式气体导流区域。
实施例13：根据实施例10至实施例12中任一项所述的装置，其中所述引入气体导流枢纽基本是圆顶形的。
实施例14：在一实施方案中，公开了一种远程等离子体清洁(RPC)定向流设备。所述RPC定向流设备包含多个倾斜式气体导流区域。所述多个倾斜式气体导流区域中的相应的倾斜式气体导流区域被配置成将由RPC反应器产生的至少自由基物质引导至多站式处理室中的多个处理站的单独处理站。多肋部壁将所述倾斜式气体导流区域中的每一者隔开。所述多肋部壁具有位于将所述倾斜式气体导流区域隔开的每个多肋部壁之间的通道。引入清洁气体导流枢纽被布置成从所述RPC反应器接收至少所述自由基物质并将至少所述自由基物质大致均匀地分配至所述多个倾斜式气体导流区域中的每一者。
实施例15：根据实施例14所述的RPC定向流设备，其中所述多个倾斜式气体导流区域的数量至少等于所述多个处理站的数量。
实施例16：根据实施例14或实施例15所述的RPC定向流设备，其中所述通道的数量至少等于所述多个处理站的数量。
实施例17：根据实施例14至实施例16中任一项所述的RPC定向流设备，其中所述引入清洁气体导流枢纽基本上为圆顶形。
实施例18：根据实施例14至实施例17中任一项所述的RPC定向流设备，其中所述RPC定向流设备被定位于所述多站式处理室中，以将所述至少自由基物质引导至所述多站式处理室中的多个气体分配喷头的每一者的上方。
实施例19：根据实施例14至实施例18中任一项所述的RPC定向流设备，其中所述RPC定向流设备被定位于所述多站式处理室中，以将至少所述自由基物质引导至所述多站式处理室中的多个气体分配喷头中的每一者和相应的多个衬底基座中的每一者之间。
实施例20：根据实施例14至实施例18中任一项所述的RPC定向流设备，其中所述RPC定向流设备被定位于所述多站式处理室中，以将至少所述自由基物质引导至所述多站式处理室中的多个衬底基座的每一者的下方。

Claims (20)

1.一种引导自由基物质的装置，所述装置包含：
远程等离子体清洁(RPC)定向流设备，其被配置成耦合在RPC反应器和多站式处理室之间，所述RPC定向流设备包含：
多个倾斜式气体导流区域，所述多个倾斜式气体导流区域中的相应的倾斜式气体导流区域被配置成将由所述RPC反应器产生的至少所述自由基物质引导至所述多站式处理室中的多个处理站的单独处理站，所述多个倾斜式气体导流区域的数量至少等于所述多个处理站的数量；以及
引入清洁气体导流枢纽，其用于从所述RPC反应器接收至少所述自由基物质并将至少所述自由基物质大致均匀地分配至所述多个倾斜式气体导流区域中的每一者。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述RPC定向流设备包含四个倾斜式气体导流区域。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述RPC定向流设备包含八个倾斜式气体导流区域。
4.根据权利要求1所述的装置，其还包含形成在所述RPC定向流设备的外周边附近的出口斜坡区域，所述出口斜坡区域比其中形成有所述出口斜坡区域的所述倾斜式气体导流区域窄。
5.根据权利要求1所述的装置，其还包含：
多肋部壁，其将所述倾斜式气体导流区域中的每一者隔开；以及
通道，其位于将所述倾斜式气体导流区域隔开的每个多肋部壁之间，以引导由所述RPC反应器所产生的至少所述自由基物质。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述引入清洁气体导流枢纽基本上为圆顶形。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述RPC定向流设备被定位成将至少所述自由基物质引导至所述多站式处理室中的多个气体分配喷头中的每一者的上方。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述RPC定向流设备被定位成将至少所述自由基物质引导至所述多站式处理室中的多个气体分配喷头中的每一者和相应的多个衬底基座中的每一者之间。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述RPC定向流设备被定位成将至少所述自由基物质引导至所述多站式处理室中的多个衬底基座的每一者的下方。
10.一种用于分配引入气体流的定向流设备，所述定向流设备包含：
多个倾斜式气体导流区域，所述多个倾斜式气体导流区域中的相应的倾斜式气体导流区域被配置成将所述引入气体流引导至多站式处理室中的多个处理站中的单独处理站，所述多个倾斜式气体导流区域的数量至少等于所述多个处理站的数量；以及
引入气体导流枢纽，其用于接收所述引入气体流并使其基本均匀地分流，并且将所述引入气体流分配到至少所述多个倾斜式气体导流区域中的每一者。
11.根据权利要求10所述的定向流设备，其中所述定向流设备包含四个倾斜式气体导流区域。
12.根据权利要求10所述的定向流设备，其中所述定向流设备包含八个倾斜式气体导流区域。
13.根据权利要求10所述的定向流设备，其中所述引入气体导流枢纽基本是圆顶形的。
14.一种远程等离子体清洁(RPC)定向流设备，其包含：
多个倾斜式气体导流区域，所述多个倾斜式气体导流区域中的相应的倾斜式气体导流区域被配置成将由RPC反应器产生的至少自由基物质引导至多站式处理室中的多个处理站的单独处理站；
多肋部壁，其将所述倾斜式气体导流区域中的每一者隔开，所述多肋部壁具有位于将所述倾斜式气体导流区域隔开的每个多肋部壁之间的通道；以及
引入清洁气体导流枢纽，其用于从所述RPC反应器接收至少所述自由基物质并将至少所述自由基物质大致均匀地分配至所述多个倾斜式气体导流区域中的每一者。
15.根据权利要求14所述的RPC定向流设备，其中所述多个倾斜式气体导流区域的数量至少等于所述多个处理站的数量。
16.根据权利要求14所述的RPC定向流设备，其中所述通道的数量至少等于所述多个处理站的数量。
17.根据权利要求14所述的RPC定向流设备，其中所述引入清洁气体导流枢纽基本上为圆顶形。
18.根据权利要求14所述的RPC定向流设备，其中所述RPC定向流设备被定位于所述多站式处理室中，以将所述至少自由基物质引导至所述多站式处理室中的多个气体分配喷头的每一者的上方。
19.根据权利要求14所述的RPC定向流设备，其中所述RPC定向流设备被定位于所述多站式处理室中，以将至少所述自由基物质引导至所述多站式处理室中的多个气体分配喷头中的每一者和相应的多个衬底基座中的每一者之间。
20.根据权利要求14所述的RPC定向流设备，其中所述RPC定向流设备被定位于所述多站式处理室中，以将至少所述自由基物质引导至所述多站式处理室中的多个衬底基座的每一者的下方。
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