CN219260185U - 定向气体扩散器及设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种定向气体扩散器及设备。所述定向气体扩散器，其特征在于所述定向气体扩散器包括：细长壳体，所述壳体包括：入口端；封闭端；长度，其在所述入口端与所述封闭端之间；开口，其在所述壳体的正面上沿着所述长度延伸；及通道，其在所述入口与所述封闭端之间延伸。所述通道是沿着所述长度由以下各项界定：所述开口，其沿着所述正面延伸；细长背面；及细长侧面，其中所述通道具有长度、宽度、深度及沿着所述通道长度的不同横截面面积。

Description

定向气体扩散器及设备
技术领域
本说明涉及气体扩散器装置，具体来说定向气体扩散器装置及其壳体组件，包含所述气体扩散器装置的系统，使用所述气体扩散器装置的方法，及制造气体扩散器装置的方法。
背景技术
各种工业工艺及制造系统涉及将气体分配到用于在制造期间处理、存储、运输或处置一或多个半导体晶片的腔室的封围内部空间中的工艺步骤及设备。实例系统包含用于处理半导体及微电子装置的系统，所述系统供应在清洁、蚀刻或材料沉积步骤(例如，化学气相沉积、原子气相沉积等)的过程中使用的气体。供应到这些系统的气体包含反应性气体、腐蚀性气体，例如溴化氢(HBr)及其它含卤化物的气体，以及惰性气体。
其它系统包含用于容纳、处置、转移或移动多个半导体晶片的设备，实例是被称为晶片转移腔室、晶片载体(“FOUP”)等装置。这些设备零件包含封围内部空间，所述内部空间经调适以在处理晶片时容纳多个半导体晶片。装置的封围空间容纳晶片，且可容纳被抽空(即，在减压下)的气氛或容纳不同于空气的气体，例如惰性气体。
作为一个实例，晶片转移站是含有在使用期间被抽空的封围内部的腔室的装置，同时多个过程中半导体晶片保持在内部处。在打开真空腔室以取出晶片之前，气体可返回到封围内部以使内部压力与外部(环境)压力平衡。气体可为惰性气体，且通常通过被称为扩散器的装置引入到封围内部中。扩散器以稳定且扩散方式将气体引入到转移站的内部中，以避免破坏可存在于内部处的任何污染物颗粒，所述污染物颗粒如果被破坏可沉降在晶片的表面处。
包含经调适以容纳多个半导体晶片的封围空间的另一装置是晶片载体，有时被称为“FOUP”，其可代表“前开式晶片传送盒(Front Opening Unified Pod”或“Front OpeningUniversal Pod”)。FOUP在封围内部处容纳多个半导体晶片，以运输晶片。在使用期间，虽然在腔室内部处容纳晶片，但内部填充有惰性气体气氛，如与空气气氛相对。惰性气体通常通过扩散器添加到封围腔室内部。扩散器将惰性气体作为稳定且扩散流引入到晶片载体的内部中，以避免破坏可存在于内部处的污染物颗粒，所述污染物颗粒如果被破坏可能沉降在晶片的表面处。
实用新型内容
描述用于定向气体扩散器的扩散器壳体，所述扩散器壳体用于将气态原料分配到半导体处置或处理装置的腔室的封围内部中，或其它反应腔室、真空腔室等。还描述扩散器组合件，其包含壳体及扩散器的其它组件(例如扩散膜)，制作壳体及扩散器组合件的方法，包含扩散器组合件的处理系统，以及使用壳体及扩散器组合件的方法。
根据实例扩散器壳体，壳体包括细长体，所述细长体包含在一端处的入口，封闭的第二端及沿着入口端与封闭端之间的长度在主体的表面上方延伸的扩散器出口(例如，“开口”)。在壳体的内部处的通道沿着入口端与封闭端之间的长度延伸，并连接到入口及扩散器出口。通道沿着扩散器壳体的长度可具有不同尺寸，以改进通过扩散器出口的流动的均匀性。例如，当在沿着纵向轴的方向上观看时，在沿着长度的不同位置处，通道可具有不同的横截面面积、深度或两者。通道的横截面面积或深度可在靠近于封闭端的位置处减小，以沿着长度改进气体通过扩散器出口的流动的均匀性。
如所描述的扩散器主体可通过任何有用的方法制备，其中某些有用的或目前优选方法包含增材制造技术，其包含通常被称为“3D打印”技术的方法。方法通常涉及一系列单层形成步骤，所述步骤依序形成源自原料层的多层固化原料组合物，以形成扩散器壳体。一般类型的增材制造技术的一些特定实例包含：通常被称为“粉末床”增材制造方法的技术，其包含各种“粘结剂喷射打印”技术。其它实例包含立体光刻技术(SLS)及“原料分配方法”(FDM)。还有其它实例被称为“激光金属沉积”、“直接金属沉积”，以及“直接能量沉积”。如所描述的扩散器主体可通过这些增材制造方法中的任一个以及目前可能已知或将来开发的其它方法制备。
在一个方面中，本实用新型涉及定向气体扩散器，其包含细长壳体。壳体包含：入口端、封闭端、入口端与封闭端之间的长度，在壳体的正面上沿着长度延伸的开口，在入口端与封闭端之间延伸的通道。通道是由以下各项沿着长度界定：沿着正面延伸的开口、细长背面及细长侧面。所述通道具有长度、宽度、深度及沿着所述通道长度的不同横截面面积。
在另一方面中，本实用新型涉及定向气体扩散器，其包含细长壳体，所述细长壳体包含：包括入口的入口端，封闭端，入口端与封闭端之间的长度，在壳体的正面上沿着长度延伸的开口，在入口与封闭端之间延伸的内部通道，所述通道由以下各项沿着长度界定：正面上的开口；细长无孔背面；及细长无孔侧面。
在又另一方面中，本实用新型涉及通过增材制造制作如所描述的定向气体扩散器的方法。所述方法包含：在表面上形成第一原料层，所述原料层包括无机颗粒；由第一原料层形成固化原料；在第一原料层上方形成第二原料层，第二原料层包括无机颗粒；及由第二原料层形成第二固化原料；其中所述固化原料层是定向气体扩散器的部分
附图说明
图1展示如所描述的扩散器壳体及扩散器组合件的实例。
图2A及2B展示如所描述的腔室及扩散器组合件的实例。
图3A(侧透视图)、3B(俯视图)及3C(侧剖视图)展示如所描述的扩散器壳体的实例。
图4为如所描述的扩散器壳体的侧剖视图。
图5A及5B展示通过如所描述的扩散器装置的气体的流动的比较。
所有数字均为示意性，且不一定是按比例缩放。
具体实施方式
本实用新型涉及定向气体扩散器的扩散器壳体(或简称“壳体”)，所述扩散器壳体可用于将气态原料(例如，“试剂气体”)分配到半导体处理腔室，或其它类型的真空腔室、反应腔室等的封围内部中。本实用新型还涉及：扩散器组合件，其包含壳体及扩散器的其它组件(例如扩散膜)，制作壳体及扩散器组合件的方法，包含扩散器组合件的处理系统，及各种使用壳体及扩散器组合件的方法。
如所描述的扩散器组合件是有时被称为“定向扩散器”的类型，其与其它一般类型的扩散器不同，例如“莲蓬式”扩散器、“管状”扩散器、“圆盘”扩散器及“板式”扩散器。方向扩散器具有包含介于细长扩散器壳体的两端之间的细长扩散器主体的形式，其中一端是流体入口端且第二端是封闭端。方向扩散器包含仅在扩散器主体的一侧上的扩散器开口，所述扩散器开口沿着入口端与封闭端之间的细长扩散器壳体的长度延伸；及覆盖开口的扩散膜。扩散膜是多孔的，且对气体的流动具有半阻力，允许气体在中等压力下作为仅从壳体的一侧引导的分散或“扩散”流而流过膜。气体在入口端处流入扩散器壳体中，沿着壳体的长度流动，且然后沿相对于通过壳体的流动的侧向方向通过膜离开壳体，且仅侧向地(例如，垂直于气体流入壳体中及壳体内的方向)从壳体的部分(例如，从一侧)离开。在壳体的其余部分(不包含开口及扩散膜的侧面)，壳体包含无孔表面，所述无孔表面封围从入口沿着壳体的长度延伸到封闭端并接触扩散膜的内部通道。
气态流体可流入入口中并流入内部通道的入口端中。流体然后沿着内部通道的长度流动，内部通道也沿着扩散膜的长度保持在壳体的一侧上的纵向开口中。当流体在内部通道内沿着壳体的长度流动时，流体的部分还在膜的整个长度上方侧向(相对于沿着通道的流动方向)通过扩散膜。扩散膜用作沿着扩散器的长度延伸的扩散器出口，并允许沿着扩散器主体的长度流动的气体在内部通道内侧向(垂直于内部通道的纵向方向)流动，并在扩散器壳体的一个(且仅一个)侧上退出壳体，其中气态流体自壳体流动主要在垂直于流体通过壳体的内部通道的流动的方向上，其中流体在入口处进入通道。
扩散器经描述为“定向”，因为侧向流动是相对于扩散器的圆周定向发生。当沿长度的方向观察时，扩散器具有圆周。沿圆周的所有方向(即，在圆周的所有360度)不会出现侧向流动。相反，气体流过的壳体中的开口在圆周的部分(有时被称为壳体的“侧面”)上方。借以发生侧向流动的壳体的部分可小于整个圆周的一半，例如，流动可在小于180度的圆周上(例如，在从10到170度、或从20到150度、或从40到120度的范围内)发生。
在小于整个圆周的范围内从扩散器定向流动的益处是控制直接气流进入腔室中的方向及布置的能力。出于避免气体直接流入可能存在颗粒污染物的腔室的区域中的目的，流动可为定向的。气体朝向已沉降在腔室的区域处的颗粒的直接流动可破坏并将颗粒分散在腔室内，这是优选避免的。更一般来说，流动可经定向以提供气体与腔室内的晶片或工件的均匀或彻底接触。
方向扩散器在入口端与封闭端之间具有长度尺寸，横向于长度的宽度，以及横向于长度及宽度的深度。定向扩散器是细长的，具有大于宽度且大于深度的长度。实例定向扩散器的长度可为在壳体的外部表面处测量的深度或宽度或两者的量级的至少2、4、5、10、12、15、20或30倍的长度。
参考图1，说明实例定向扩散器100。定向扩散器100包含壳体112，其具有长度(L)、宽度(w)及深度(d)。壳体112包含在入口端106处的入口102，第二端(“封闭端”)104，其中长度L在入口端106与封闭端104之间延伸。在壳体112的正面108(顶部侧，如所说明)上，开口118在入口端106与封闭端104之间沿着长度L及宽度w延伸。如所说明，说明两个单独的纵向开口118，但两个开口118可交替地形成为沿着长度L不中断的单个开口。多孔扩散膜120保持在两个开口118中的每一个内。
更详细地，入口102通向内部通道(未展示)，所述内部通道由位于一侧上的多孔扩散膜120且由三个其它侧面上的三个细长无孔侧壁(包含左侧壁114(不可见)及右侧壁116以及底侧壁或后侧壁122(不可见))界定。每一侧壁114、116及122是无孔的，即，气体流不可渗透的；每一侧壁114、116及122包含无孔内表面，所述无孔内表面界定沿着壳体100的长度L延伸的内部通道。
一般来说，当定位用于半导体处置或处理装置的封围腔室(“腔室”或“封围腔室”)内部，定向扩散器从腔室的侧壁、顶部或底部延伸，其中扩散器的长度从侧壁、顶部或底部延伸到腔室的内部空间中。任选地，可将定向扩散器安装在腔室内在旋转支架上，所述旋转支架允许扩散器绕沿着扩散器的长度延伸的轴旋转。
参考图2A，说明腔室220的侧视图，腔室包含定向扩散器200，如本文中所描述。定向扩散器200安装在腔室202的封围内部空间220内，且用于分配气体从气源(未展示)到腔室202的内部220(其含有晶片218)中的均匀流动。
腔室202包含底部206、顶部204及(左)侧壁208及(右)侧壁210，其界定封围腔室内部220。定向扩散器200包含壳体230、入口端222、封闭端224，及介于两端之间的长度。在壳体230的正面226(如所说明，面向左侧)上，开口232沿着入口端222与封闭端224之间的长度L及宽度w并从壳体230的圆周的部分定向地(参见图2B)延伸。多孔扩散膜(未展示)保持在开口内。
气态流体在入口端222处进入扩散器200并沿着扩散器200的长度在图2A的箭头的方向上流动。当流体沿着长度通过时，流体的部分侧向(参见图2A处的箭头)通过沿着正面226延伸的多孔扩散膜。流体通过多孔扩散膜并进入封围腔室202的内部220。
图2B展示扩散器200及腔室202的顶部剖视图。在图2B处所展示的细节包含：腔室202的前侧壁212及后侧壁214；侧壁242及244，及扩散器壳体230的后壁246；及位于扩散器壳体230的内部处的内部通道240。内部通道240由位于前面226处的多孔扩散膜(未展示)且由三个其它侧面上的三个细长无孔侧壁(包含左侧壁242及右侧壁244，以及后侧壁246)界定。每一侧壁242、244及246是无孔的，即，气体流不可渗透的；每一侧壁242、244及246包含无孔内表面，所述无孔内表面界定沿着壳体230的长度L延伸的内部通道240。
腔室202可为用于制造、存储、运输，或处置多个半导体晶片的装置或设备的组件。实例类型的含有腔室202的装置(例如，如在图2A及2B处所说明)包含通常被称为晶片载体(“FOUP”)及晶片转移站的装置及设备。其它实例包含沉积腔室(例如，化学气相沉积腔室、原子层沉积腔室等)，以及蚀刻腔室，以及其它腔室。可分配用于这些过程中的任一个的实例气体包含惰性气体、反应性或腐蚀性气体(例如，卤素或含卤素气体，例如溴化氢)，以及其它气体。
参考图2A，扩散器200可用于将气体(例如惰性气体)从外部来源递送到腔室202的内部220。根据实例扩散器壳体及扩散器组合件，扩散器壳体包含如所描述的通道，所述通道由无孔侧壁(术语“侧壁”是指侧壁及后壁)界定在壳体的内部内，所述通道被设计成具有将控制气态流体通过扩散膜的流动以产生有用的、所要的或改进的流动性质的大小及形状特征，包含具有沿着扩散器长度通过扩散膜的所要流动均匀性(基于流动压力、流速或两者)。
定向扩散器的目的是以气体的均匀流动的方式将气态流体分配到腔室中。为此，如所描述的扩散器组合件可被设计成包含内部通道，所述内部通道包含以提供对气体通过扩散器的流量的额外控制的方式(例如通过在沿着所述扩散膜的长度的不同位置处改进通过所述扩散膜的流动的均匀性)沿着通道的长度变化的形状或尺寸。例如，参见图5A。
作为提供对通过扩散器的流量的所要控制以实现沿着扩散器的长度的流动的均匀性的改进的一种模式，内部通道可沿着长度展现出不同的横截面大小(面积，具有宽度分量及深度分量，两者均横向于扩散器壳体的长度，如在图1处所示)或尺寸(例如，深度或宽度)。在使用期间，在使气体流体在压力下进入内部通道并从扩散器组合件的入口端流动到封闭端，流体的压力将沿着扩散器的长度而变化。通道内的气体的压力通常会在通道的位置处下降，所述位置距气体的加压源更远，即，距入口端更远且更靠近于封闭端。
为沿着内部通道的长度调整(例如，减少或防止)气压的减小，当气体从入口端流到通道的封闭端时，可沿着长度调整通道的大小，即，横截面面积、深度、宽度或此等组合。为了改进气体通过扩散膜的流动的均匀性，意味着提供在沿着扩散膜的长度的不同位置处测量的气体通过扩散膜的更均匀流动(基于流速或气压)，内部通道可具有沿着通道的长度减小的横截面面积、深度或两者，其中通道在更接近于入口端的位置处具有较大横截面面积、深度或两者，在更接近于封闭端的位置处具有减小的横截面面积、深度或两者。
在图3A、3B及3C处展示扩散器(300)的实例，所述扩散器包含内部通道，所述内部通道具有沿着内部通道的长度变化的深度及横截面面积。图3A展示侧透视图，图3B为俯视图，且图3C是定向扩散器300的侧剖视图。参考图3A，说明实例定向扩散器300。定向扩散器300包含壳体312，其具有长度(L)、宽度(w)及深度(d)。壳体312包含在入口端306处的入口302，第二端(“封闭端”)304，其中长度L在入口端306与封闭端304之间延伸。在壳体312的正面308上，开口318在入口端306与封闭端304之间沿着长度L及宽度w延伸。多孔扩散膜(未展示)可作为扩散器组合件的部分保持在开口318内。
入口302通向内部通道310，所述内部通道由位于一侧上的开口318且由三个其它侧面上的三个细长(在长度方向上)无孔侧壁(包含左侧壁314及右侧壁316以及底侧或后侧322)界定。侧壁并非离散的，而是融合在一起为单一曲面。侧壁314、316及322中的每一个是无孔的，即，气体流不可渗透的；每一侧壁314、316及322包含无孔内表面324，所述无孔内表面界定沿着壳体300的长度L延伸的内部通道。
如由图3C最佳说明，内部通道314具有沿着通道310的长度(L)变化的横截面面积及深度(d)。具体地关于深度，在入口端306附近，无孔下表面或背面324(其界定内部通道310的部分)符合入口302的通道302a。表面324界定开口318与侧壁314、316及322的表面324之间的通道310的深度(d)。深度(d)在通道310的远端334与通道310的近端332之间在通道324的大约中点330处最大。
在图4处展示扩散器(400)的另一实例，所述扩散器包含内部通道，所述内部通道具有各自沿着内部通道的长度变化的横截面面积及深度。图4展示定向扩散器400的侧剖视图，其包含扩散器壳体412，其具有长度(L)、宽度(w)及深度(d)。壳体412包含在入口端406处的入口402，第二端(“封闭端”)404，其中长度L在入口端406与封闭端404之间延伸。在壳体412的正面408上，开口418在入口端406与封闭端404之间沿着长度L及宽度w延伸。多孔扩散膜(未展示)可作为扩散器组合件的部分保持在每一细长开口418内。
入口402通向内部通道414，所述内部通道由位于一侧上的开口418且由其余侧面上的细长(在长度方向上)无孔侧壁界定。如所展示，内部通道414的深度(d)沿着在入口端406与封闭端404之间的通道414的长度(L)变化；在壳体412的远端部分处的内部通道414的深度的稳定及逐渐减少可被称为“渐缩”深度或深度的“渐缩”或“逐渐”减少。具体来说，在入口端406附近，表面324在开口418与背面424之间界定通道414的深度(d)。深度(d)在d-max处最大，并在朝向封闭端404的方向上沿着长度L逐渐减小。
根据本说明的特定实例扩散器，扩散器可被设计成具有内部通道，所述内部通道控制流体通过扩散器壳体的长度并在沿着壳体的长度的不同位置处通过扩散膜的流动，以在沿着扩散器的长度的位置处产生通过膜的流动的经改进均匀度或均匀性。通常，在包含沿着扩散器的长度的横截面及尺寸均匀的内部通道的定向扩散器中，气体通过扩散膜(在沿着扩散器的长度的位置处)的流动由于流体在入口端处具有更大流量(或压力)且在出口端处具有较低流量(或压力)而不均匀。
图5A及5B以图形方式说明气态流体流过如所描述的扩散器500及600的膜510及610的气体流速(速度)。参考图5A，扩散器500(其包含膜510)具有内部通道(未展示)，所述内部通道沿着扩散器500的长度(从入口端512到封闭端514)的横截面面积及尺寸是均匀的。气态流体流入入口端512中并沿着扩散器500的长度朝向封闭端514通过。沿着此路径，流体在内部通道内的压力逐渐降低，致使流过膜510的水平逐渐减少。
图5A及5B描绘流体通过扩散膜510及膜610的较高及较低的流速描绘为一系列灰色阴影。不同的相对流速以灰度展示。图5A及5B的流量在扩散器膜510的外围边缘(518、618)处最低。在位置524及624处以及相同灰度阴影的区域处出现稍微较高的相对流速。在位置522及622处以及相同灰度阴影的区域处出现稍微较高的相对流速。最高相对流速是最暗区域，位置520及620以及相同灰度阴影的区域。
图5A展示通过扩散膜510的流体流量在入口端512附近的区域502处最大，沿着扩散器500的长度朝向封闭端514逐渐减小，并在封闭端514附近具有最低流速。缺乏通过膜510的流速的均匀性可不与距入口的距离精确地相关，但在一般意义上内部通道内的流体压力及流体通过膜510的速率在入口端512附近最大且在扩散器500的封闭端514附近最低。
相比之下，图5B展示沿着扩散器的长度流体通过如所描述的扩散器的扩散膜的流速的可变性的减小。参考图5B，扩散器600(其包含膜610)具有内部通道(未展示)，所述内部通道沿着扩散器的长度具有逐渐减少的深度及横截面面积，其中更大深度及横截面面积在入口端610附近，且更低(例如，最小)深度及横截面面积在封闭端614附近。气态流体流入入口端612中并沿着扩散器600的长度朝向封闭端614通过。沿着此路径，扩散器600的内部通道的横截面面积及深度逐渐减少。
图5B展示与流体通过扩散器500(其沿着扩散器500的长度不具有可变的深度或横截面面积)的扩散膜510的流量相比，流体通过扩散膜610的流量沿着扩散器600的长度更均匀。与在封闭端614附近的区域604处通过膜610的流体的流速相比，在入口端612附近的区域602处通过膜610的流体的流速的相对均匀时，可观察到通过膜610的流速的均匀性的改进。与流体在区域604处通过膜610的流速相比，气体通过膜610的流速可不与距入口端612的距离精确地相关，但在一般意义上气态流体通过膜610的流速在区域602处没有显著不同。气态流体的流速的一定量的可变性仍保持沿着扩散器600及膜610的长度，但可变性相对于图5A的扩散器减少，且在入口端612附近不包含显著或迥异最大流量或在封闭端614附近不包含显著或迥异最小水平的压力或流量。
扩散器组合件包含如所描述的扩散器壳体，且可包含附接到在壳体的一侧上沿着壳体的长度延伸的开口或多个开口并容纳在其内的一或多个扩散器膜。在使用中，用于气体从内部通道传递到定向扩散器的外部，气体必须通过扩散膜。扩散膜与面向壳体的内部通道的一个表面一起定位，且面向在壳体外部的空间的第二表面，所述空间在使用中是腔室的封围内部空间。
各种不同类型的扩散膜是已知的，包含各种多孔或开孔的允许气态流体流过结构的片状结构(“膜”)。膜扩散器有效地从气体源分配均匀的试剂气体流，通过壳体的内部通道，通过扩散膜，并进入腔室的内部空间中，其中扩散器组合件延伸到腔室的内部空间中。扩散膜经设计成致使试剂气体均匀地流入反应腔室中，以扩散形式将气体均匀地分布在腔室内，防止流动破坏及移动内部空间中可存在的任何颗粒污染物。
由烧结多孔体形成的扩散器膜实例在美国专利公开号第2013/0305673号中描述，所述美国专利公开案的全部内容以引用的方式并入本文中。
根据扩散器组合件的优选实例，如所描述的定向扩散器包括扁平或略弯曲的片状扩散膜，所述扩散膜能够通过扩散器组合件产生水流，所述水流以大体上层流的形式离开扩散膜，所述层流沿着扩散膜的长度相对均匀，且作为膜或帘从扩散膜落下。
本说明书的扩散器组合件可通过以下操作使用水来测试此类型的所要层流性质：允许水(例如，去离子水)流过扩散器组合件，进入入口中，流过内部通道，且然后流过位于组合件的一个表面处的扩散膜。在扩散器组合件水平定向的情况下，在长度及宽度在共用水平面中的情况下，且在扩散膜朝下且深度竖直定向的情况下，致使在低至中等压力下的水流入入口中并允许通过扩散膜。期望地，当在环境压力及温度下进行测试时，水将相对均匀地流过扩散隔膜，优选地以薄膜或“帘”的形式，其由沿着扩散隔膜的长度流动的水形成。从膜流出的水优选地只要维持流动仍保持膜或帘的形式。
本文中所描述的扩散器壳体，具有所描述的细长形式、输入端、封闭端及内部通道，不在用于制备壳体的任何特定方法的方面受限制。如所描述的壳体可通过将有效地形成如所描述的扩散器壳体的任何当前或未来制造方法制备。
某些特定方法可有用于形成所描述扩散器壳体的不同实例。例如，包含沿着通道的长度具有可变横截面面积或深度，或两者的内部通道的扩散器壳体可难以在商业规模上以成本有效的方式通过仅使用机械加工、模制或CNC(计算机数控)设备及技术来形成。
根据实例方法及实例扩散器壳体，已发现有效地制备扩散器壳体或扩散器壳体的组件的技术包含增材制造技术，包含通常被称为“3D打印”技术的方法。
许多不同的增材制造技术的版本是已知的。增材制造方法通常涉及一系列单层形成步骤，所述步骤依序形成源自原料组合物的逐层固化原料组合物。一般类型的增材制造技术的一些特定实例包含：通常被称为“粉末床”增材制造方法的技术，其包含各种“粘结剂喷射打印”技术。其它实例包含立体光刻技术(SLS)及“原料分配方法”(FDM)。被称为“激光金属沉积”或“直接金属沉积”或“直接能量沉积”的其它实例涉及使用激光及原料组合物(作为粉末或焊丝)在表面上连续形成“焊池”，其不断固化，以连续形成多层的多层主体。
如所描述的扩散器主体可通过这些增材制造方法中的任一个以及其它方法来制备，这些方法中的任一个可为当前已知的或在未来开发的。
使用一系列增材制造步骤，形成结构的单层的每一步骤，多个固化原料层依序形成为本文中被称为多层复合材料(或“复合材料”)的结构。如本文中所使用，术语“复合材料”(或“多层复合材料”)是指通过增材制造通过依序形成一系列多个固化原料单层及单独形成的固化原料层形成的结构。复合材料呈扩散器壳体的形式，或本说明的扩散器壳体的组件，其包含：包括入口的入口端；封闭端；在入口端与封闭端之间的长度；在正面上的开口；及在入口与封闭端之间延伸的内部通道，其中通道由以下各项沿着长度界定：正面上的开口，细长无孔背面，及细长无孔侧面。壳体具有被称为长度、宽度及深度的尺寸，如本文中所描述。在某些实施例中，通道的横截面面积、深度或两者沿着通道的长度变化。
根据实例扩散器主体，通过增材制造技术制备，两端之间且从正面到背面的整个壳体可专门地作为由增材制造方法的多个层形成步骤形成的多个层的结构形成并保持在一起，且无需使用例如真空钎焊步骤的接合步骤来将两个单独产生的零件接合在一起。通过增材制造方法无需接合(通过真空钎焊等等)形成为多层复合材料的扩散器壳体在本文中可被称为“连续”扩散器壳体。
术语“连续”在此上下文中意味着完整的壳体由多个顺序形成的层形成为单件式复合材料结构。术语“连续”不是指通过单独地形成两个单独零件且然后将两个单独形成零件接合在一起(例如通过真空钎焊技术或通过不同类型的接合技术)制备的结构。连续的扩散器壳体将不包含由接合步骤产生的接缝或边界，特别是由具有与扩散器壳体的材料不同的组合物的接合或填料材料制成的接缝或边界。
增材制造技术的一个特定实例是通常被称为“选择性激光熔化”的技术。选择性激光熔化(SLM)，也被称为直接金属激光熔化(DMLM)或激光粉末床融合(LPBF)，是使用高功率密度激光器来熔化原料材料的固体颗粒的三维打印方法，所述方法允许颗粒的熔化(液体)材料流动以形成一层熔化材料，且然后允许层冷却并固化以形成固化原料。根据某些特定实例方法，原料的颗粒可完全熔化以形成液体(即，液化)，且允许液体材料流动以形成大体上连续的、大体上无孔的(例如，小于80％、85％、90％或95％孔隙率)薄膜，所述薄膜然后冷却并硬化为多层复合材料的固化原料层。
增材制造技术可用于形成由广泛材料范围制成的扩散器壳体，包含金属材料(包含合金)、金属基复合材料、陶瓷材料、聚合物及其组合。
通过包含选择性激光熔化技术的增材制造技术，可用于形成扩散器壳体的可能金属、合金及金属基复合材料的范围可有利地包含通过例如机械加工技术的先前技术不容易形成为有用的扩散器壳体的材料。通过增材制造技术可用的材料范围包含金属及可通过激光能量熔化的金属合金，例如铝合金，铁基合金(不锈钢合金)钛合金、镍及镍基合金，以及各种金属基复合材料，其中一些不容易通过机械加工进行处理。实例材料可展现如此高的硬度，以至于材料可难以通过机械加工技术处理以形成扩散器壳体的精确结构，包含精确的尺寸及不同的尺寸(例如，不同的深度)。使用增材制造技术，这些材料可经处理以形成包含内部通道的扩散器壳体，所述内部通道沿着通道的长度具有可变尺寸(例如，可变横截面面积、可变深度或两者)，甚至由原本难以通过使用标准机械加工技术类似地形成的材料形成。
用于制备扩散器壳体的材料可为可用于制备扩散器壳体的任何材料，例如无机材料，包含各种金属(包含合金)、金属基复合材料、陶瓷材料，及聚合物。
有用的聚合物的实例可包含聚乙烯、聚苯乙烯及含氟聚合物，其包含氢氟聚合物及全氟聚合物，例如聚四氟乙烯(PTFE)及全氟烷基聚合物(PFA)。
术语“金属”在本文中以与金属、化学及增材制造领域内的术语“金属”的含义一致的方式使用，且指代任何金属或准金属化学元素或这些元素中的两个或多于两个的合金。
术语“金属基复合材料”(“MMC”)是指已制备以包含至少两个组成部分或两相的复合材料，一相是金属或金属合金，且另一相是通过金属基体分配的不同的金属或其它非金属材料，例如纤维、颗粒或晶须。非金属材料可为碳基、无机、陶瓷等。一些实例金属基复合材料由以下各项的组合制成：含氧化铝颗粒的铝合金；含碳铝合金；含硅铝合金；含碳化硅(SiC)的铝合金；含TiB2的钛合金；含硅钛合金；含碳化硅(SiC)的钛合金。
根据本说明的方法可能有用的金属及金属合金包含过去已用于制备扩散器结构的金属及金属合金，及另外尚未用于制备扩散器结构的其它材料。有用或优选材料包含例如铁合金等金属(例如，不锈钢及其它类型钢)、钛及钛合金、镍及镍合金(例如，哈氏合金C22，哈氏合金C276)、铝及铝合金、钼及钼合金，以及各种金属基复合材料。
通过增材制造方法，完整(或大体上完整)功能扩散器壳体可使用单个制造工艺(单个增材制造“步骤”)制备，这在每单位减少的时间量(高制造吞吐量)中提供高制造效率。可通过单个系列的增材制造步骤来制备完成有大体上所有所需结构(例如，入口端、封闭端、正面、侧壁及内部通道)的扩散器壳体。例如，可被称为用以形成扩散器结构的“单步法”的增材制造工艺可形成扩散器壳体(例如，入口端、封闭端、正面、侧壁及内部通道)的许多、大多数或所有必需的结构作为如所描述的单个多层复合材料。单步法增材制造工艺避免单独地通过单独步骤形成多个单独零件的需要，后续接着将多个单独形成的零件接合在一起以形成功能扩散器结构的额外步骤。
更进一步，增材制造技术可用于形成扩散器壳体，所述扩散器壳体具有高精度尺寸，或各种尺寸或形状，包含难以通过常规技术形成的形状或不同尺寸，包含沿着内部通道的长度的内部通道的不同尺寸(横截面面积、深度、宽度，或这些的组合)。
每一层所复合材料可根据需要由所要材料形成，且具有所要厚度，以产生呈具有如所描述的设计的多层复合材料形式的扩散器壳体。通过例示性增材制造方法，每一层由通常呈粉末形式的一组颗粒(被称为“原料”)制备。原料含有由一种或各种不同无机材料制成的小颗粒，所述小颗粒可通过高能激光熔化以液化并流动，从而形成熔化材料层，然后冷却固化以形成多层复合材料的层。
根据本描述有用的颗粒可为任何颗粒，所述颗粒可经处理以形成如所描述的有用多层复合材料。有用颗粒的实例包含能够通过激光能量完全熔化、部分熔化(例如，烧结)或液化的无机颗粒，以形成如所描述的一层扩散器壳体。此类颗粒的实例包含由金属(包含合金)、陶瓷或金属基复合材料制成的无机颗粒。通常，一些有用的实例包含金属及金属合金，例如不锈钢，镍基合金、铝及铝合金以及钛及钛合金，以及金属基复合材料。
原料的有用颗粒可为任何大小(例如，平均颗粒大小)或有效的大小范围，包含微米级的小颗粒或相对较小颗粒(例如，具有小于500微米、小于100微米、小于50微米、10微米或小于5微米的平均大小)。
颗粒可经选择以实现如所描述的处理的有效性，能够包含在原料中，形成为原料层，并完全熔化或部分熔化(例如，烧结)以形成含有熔化颗粒的层，所述层可冷却以形成固化原料作为多层复合材料的层。颗粒的大小、形状及化学成分可为对这些目的有效的任何大小、形状及化学成分。
颗粒可为呈可用于本说明的增材制造工艺中的原料组合物的形式。根据实例，在增材制造工艺中有用的原料可含有颗粒，所述颗粒能够被加热到部分熔化或完全熔化，然后冷却以形成多层复合材料的层。原料材料不需要含有任何其它材料，但如果需要，可任选地含有大量其它材料。
基于原料组合物的总重量，用于选择性激光熔化或选择性激光烧结技术的实例原料组合物可含有至少80、90或95、98或99重量％的无机物颗粒。如果需要，可存在少量的其它成分，例如助流剂、表面活性剂、润滑剂、整平剂等等中的一或多个。
多层复合材料的每一层可经形成以具有任何有用的厚度。在通过熔化原料层的颗粒以形成熔化原料层，且然后冷却以形成复合材料的固化原料层而形成层之后，测量复合材料的层的多层复合材料的层的厚度。复合材料的固化层的实例厚度可在30微米到100、200或更多微米的范围内，例如，从30到50、60、70、80微米高达90、100、150、200、300、400或500微米。在实例复合结构中，复合材料的所有层可具有相同厚度或大体上相同厚度。在其它实例复合结构中，各层可并非全部具有相同厚度，但复合材料的不同层可各自具有不同厚度。
如所描述的扩散器壳体可通过增材制造方法来制备，所述增材制造方法使用一系列单层形成步骤形成致密金属或金属基复合材料多层复合结构。作为一个实例，被称为激光增材制造技术(LAMT)的技术可用于以逐层“增材制造”方式形成多层复合材料。激光增材制造技术使用高功率激光能量来选择性地致使原料层的金属或金属基复合材料颗粒被加热、熔化(至少部分)、流动，并形成大体上固化原料层。通过被称为选择性激光熔化(SLM)的一个特定实例，将原料层熔化以形成大体上连续的、无孔熔化层，其固化为大体上连续的、无孔固化原料层。通过不同的特定实例(被称为选择性激光烧结(SLS))，将原料层烧结(部分熔化)以形成部分熔化原料颗粒层，所述层冷却以形成固化原料层，所述固化原料层可在熔化颗粒之间含有一定程度的空间，作为孔隙空间。
更具体来说，多层复合材料可通过产生较大三维结构(复合材料)的许多薄横截面(本文中，“层”的“凝固原料”)的顺序步骤来构建。一层原料经形成，并包含许多金属或金属基复合材料颗粒。激光能量选择性地施加到一层原料的部分上方的原料层。接收激光能量的原料层的部分是将形成为扩散器壳体的部分。
激光能量至少部分熔化原料的部分处暴露于激光能量的颗粒。颗粒的熔化材料液化并流动以接触其它熔化颗粒，且熔化颗粒冷却以固化为一层固化原料。
在形成固化原料的初始层之后，额外薄层原料沉积在完整层的含有固化原料的顶面上方。重复所述工艺以形成多层固化原料，每一层形成在前一层的顶部上并附接到前一层的顶面。依序沉积多个层，在每一完整层上方一个层，形成多层复合材料，所述多层复合材料由多个层的连续形成固化原料的复合材料。多个层可具有相同的组合物及厚度，或可具有不同的组合物及不同的层厚度。
粘结剂喷射增材制造方法涉及用于形成固化原料层的聚合物，形成含有聚合物的“生坯”，及后处理步骤，例如脱脂以移除聚合物及热处理(例如烧结)。许多基于激光的增材制造方法，例如本文中一般且具体描述的那些方法避免在形成固化原料层期间需要聚合物。这些基于激光的方法也不需要脱脂步骤或烧结步骤来形成最终的多层复合材料。
第一方面是针对定向气体扩散器，其包括：细长壳体，所述壳体包括：入口端、封闭端、入口端与封闭端之间的长度，开口，其在壳体的正面上沿着长度延伸；及通道，其在入口端与封闭端之间延伸，所述通道由以下各项沿着所述长度界定：沿着正面延伸的开口、细长背面及细长侧面，其中通道具有长度、宽度及沿着通道长度的不同横截面面积。
在根据第一方面所述的第二方面中，所述长度大于所述宽度，且所述宽度大于所述通道的最大深度。
在根据任何上述方面所述的第三方面中，随着所述通道朝向所述封闭端延伸，所述深度沿着所述长度的部分减小。
在根据任何上述方面所述的第四方面中，所述细长背面是无孔的，且所述两个细长侧面是无孔的。
在根据任何前述方面所述的第五方面中，所述壳体进一步包括多层复合材料，所述多层复合材料从所述细长背面延伸到所述正面。
在根据任何上述方面所述的第六方面中，所述多层复合材料包括：金属或金属合金、金属复合基体、陶瓷或聚合物。
在根据任何上述方面所述的第七方面中，所述多层复合材料不含有接缝。
在根据任何前述方面所述的第八方面中，所述扩散器进一步包括固定到所述开口的扩散膜。
在根据第八方面所述的第九方面中，相对于具有均匀横截面面积的通道的其他可比扩散器，沿着长度的不同横截面面积产生流体沿着扩散膜的长度通过扩散膜的更均匀流速。
在根据第八或第九方面所述的第十方面中，扩散器能够通过扩散膜产生水的层流，由此在所述扩散器水平放置且所述扩散器膜面朝下的情况下，通过所述扩散器的水能够产生连续薄水膜，所述薄水膜由沿着所述扩散器膜的长度的流动水形成。
第十一方面是针对定向气体扩散器，其包括：细长壳体，所述壳体包括：包括入口的入口端，封闭端，在入口端与封闭端之间的长度，在壳体的正面上沿着长度延伸的开口，及在入口与封闭端之间延伸的内部通道，所述通道由以下各项沿着长度界定：正面上的开口；细长无孔背面；及细长无孔侧面。
在根据第十一方面所述的第十二方面中，述长度大于所述宽度，且所述宽度大于所述通道的最大深度。
在根据第十一或第十二方面所述的第十三方面中，随着所述通道朝向所述封闭端延伸，所述深度沿着所述长度的部分减小。
在根据第十一到第十三方面中任一项所述的第十四方面中，所述细长背面是无孔的，且所述两个细长侧面是无孔的。
在根据第十一到第十四方面中任一项所述的第十五方面中，所述壳体进一步包括多层复合材料，所述多层复合材料从所述细长背面延伸到所述正面。
在根据第十五方面所述的第十六方面中，所述多层复合材料包括：金属或金属合金、金属复合基体、陶瓷或聚合物。
在根据第十一到第十六方面中任一项所述的第十七方面中，所述多层复合材料不含有接缝。
第十八方面是针对设备，其包括腔室，所述腔室包含内部，所述内部经调适以容纳一或多个半导体晶片，所述腔室在内部处包括连接到惰性气体源的根据前述方面中任一项的定向气体扩散器。
根据第十八方面所述的第十九方面选自晶片载体及晶片转移站。
第二十方面是针对在根据第十九方面所述的晶片转移站的腔室中均衡压力的方法，所述方法包括：在腔室容纳多个半导体晶片的情况下，在腔室封闭并容纳低于大气压的内部的情况下，通过扩散器分配惰性气体以增加内部内的压力。
第二十一方面针对在根据第十九方面所述的晶片载体的腔室中置换气态气氛的方法，所述方法包括：在腔室在气态气氛中容纳多个半导体晶片的情况下，通过扩散器分配惰性气体以将惰性气体添加到内部。
在根据第二十一方面所述的第二十二方面中，腔室中的气态气氛是空气，且惰性气体置换空气。
第二十三方面是针对通过增材制造制作第一到第十七方面中任一项的定向气体扩散器的壳体的方法，所述方法包括：形成第一层固化原料，在第一层固化原料的表面上形成第二层固化原料，其中固化原料层是壳体的一部分。
根据第二十三方面所述的第二十四方面进一步包括：在表面上形成第一原料层，所述原料层包括无机颗粒；由第一原料层形成固化原料；在第一原料层上方形成第二原料层，第二原料层包括无机颗粒；及由第二原料层形成第二固化原料；其中所述固化原料层是定向气体扩散器的壳体的部分。
根据第二十三方面所述的第二十五方面，其进一步包括通过使用激光熔化无机颗粒来固化原料。
在根据第二十三到第二十五方面中任一项所述的第二十六方面中，固化原料层包括选自以下各项的颗粒：金属或金属合金颗粒、金属复合材料基体颗粒、陶瓷颗粒及聚合物颗粒。

Claims (10)

1.一种定向气体扩散器，其特征在于所述定向气体扩散器包括：
细长壳体，所述壳体包括：
入口端，
封闭端，
长度，其在所述入口端与所述封闭端之间，
开口，其在所述壳体的正面上沿着所述长度延伸，及
通道，其在所述入口与所述封闭端之间延伸，所述通道是沿着所述长度由以下各项界定：
所述开口，其沿着所述正面延伸，
细长背面，及
细长侧面，其中所述通道具有长度、宽度、深度及沿着所述通道长度的不同横截面面积。
2.根据权利要求1所述的扩散器，其特征在于所述长度大于所述宽度，且所述宽度大于所述通道的最大深度。
3.根据权利要求1所述的扩散器，其特征在于随着所述通道朝向所述封闭端延伸，所述深度沿着所述长度的部分减小。
4.根据权利要求1所述的扩散器，其特征在于所述细长背面是无孔的，且所述两个细长侧面是无孔的。
5.根据权利要求1所述的扩散器，其特征在于所述壳体进一步包括多层复合材料，所述多层复合材料从所述细长背面延伸到所述正面。
6.一种定向气体扩散器，其特征在于所述定向气体扩散器包括：
细长壳体，所述壳体包括：
入口端，其包括入口，
封闭端，
长度，其在所述入口端与所述封闭端之间，
开口，其在所述壳体的正面上沿着所述长度延伸，及
内部通道，其在所述入口与所述封闭端之间延伸，所述通道是沿着所述长度由以下各项界定：
所述开口，其在所述正面上，
细长无孔背面，及
细长无孔侧面。
7.根据权利要求6所述的扩散器，其特征在于所述长度大于所述通道的宽度，且所述宽度大于所述通道的最大深度。
8.根据权利要求6所述的扩散器，其特征在于随着所述通道朝向所述封闭端延伸，所述通道的深度沿着所述长度的部分减小。
9.根据权利要求6所述的扩散器，其特征在于所述壳体进一步包括多层复合材料，所述多层复合材料从所述细长无孔背面延伸到所述正面。
10.一种用于制造、存储、运输，或处置多个半导体晶片的设备，其特征在于所述设备包括腔室，所述腔室包含内部，所述内部经调适以容纳一或多个半导体晶片，所述腔室在所述内部处包括连接到惰性气体源的根据权利要求1或6的所述定向气体扩散器。
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