TW201316844A - 處理一氣流之裝置 - Google Patents

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Abstract

在用於處理一氣流12之一種裝置10中，一電漿產生器14包括一電極22，其用於對一源氣體供電，以藉由施加一高電壓產生一電漿閃焰。一入口24允許該氣流進入該裝置中且將該氣流引導至所產生之電漿中。安裝一擦拭器26以使得其在允許自該電極撤出之一第一位置與允許擦拭該電極之一表面28之一第二位置之間往復移動，以移除累積於該表面上之固態沈積物。

Description

處理一氣流之裝置
本發明係關於一種用於處理一氣流之裝置。本發明尤其適用於處理自用於半導體工業或平板顯示器工業中之一處理室排出之一氣流。
製作半導體裝置之一主要步驟係藉由蒸氣前驅物之化學反應而在一半導體基板上形成一薄膜。在一基板上沈積一薄膜之一已知技術係化學氣相沈積(CVD)，其通常為電漿強化化學氣相沈積(PECVD)。在此技術中，將製程氣體供應至容納該基板之一處理室且使該等製程氣體反應，以在該基板之表面上形成一薄膜。供應至該處理室以形成一薄膜之氣體之實例包含但不限於：用於形成一個氮化矽膜之矽烷及氨；用於形成一SiON膜之矽烷、氨及一氧化二氮；用於形成氧化矽膜之TEOS及氧氣及臭氧之一者；及用於形成氧化鋁膜之AL(CH3)3及水蒸氣。
使用一電漿減量裝置處理自一處理室排出之氣體效率高且成本較低。在電漿減量程序中，使氣流流動至一熱大氣壓電漿放電(主要為一熱源)中。該電漿使該氣流分解為反應性物種，該等反應性物種通常與氧氣或氫氣組合以產生較穩定之副產物。
在產生固態副產物之氣體之電漿減量期間(例如，在矽烷或TEOS氧化期間，副產物為矽烷)，位於該電漿閃焰之下游之該反應室中會發生堵塞問題。該室通常包括直徑尺 寸為約30 mm至約50 mm且長度尺寸為90 mm至150 mm之一管。使用該等反應室之目的在於容納可允許發生減量反應之有限體積之熱氣體。然而，例如，當減量矽烷、TEOS或有機矽烷時，隨著矽烷顆粒黏附至該室之壁上，該室可能發生堵塞。
避免顆粒黏附至該室之該等壁之一方式是在該等壁之表面形成一水堰。然而，在該電極(陽極)與該反應室之間，具有該電漿反應器之「乾燥」(dry)區域，且該電極自身需要額外之清潔。
本發明提供一種用於處理一氣流之裝置，其包括一第一入口，其用於將一源氣體運送至該裝置中；至少一個電極，其用於對該源氣體供電，以產生一電漿；一第二入口，其用於將該氣流引導至所產生之電漿中；及一擦拭器，其經安裝以在可允許自該電極撤出之一第一位置與允許擦拭該電極之一表面之一第二位置之間移動，以移除累積於該表面上之固態沈積物。
為了可更好地理解本發明，現將參考附圖描述僅以舉例方式給出之本發明之一些實施例。
參考圖1及圖2，圖中繪示用於處理一氣流12之一裝置10。該裝置包括用於產生一電漿閃焰16之一電漿產生器14。圖1及圖2中示意性地繪示該電漿產生器。下文將關於圖7給出對該電漿產生器之一更詳盡描述。該電漿產生器 包括一電極22，其用於藉由施加一高電壓以對該源氣體供電以產生該電漿。一入口24允許該氣流進入該裝置中且引導該氣流進入所產生之電漿中。一擦拭器26經安裝以在可允許自圖1中所示之該電極撤出之一第一位置與圖2中所示允許擦拭該電極之一表面28之一第二位置之間往復移動，以移除累積於該表面上之固態沈積物。在下文描述之本發明之其他實施例中，該擦拭器經配置以替代性地或額外擦拭該電漿產生器之其他乾燥表面或位於該電漿產生器之下游之該處理裝置之表面。
該電漿產生器包括一第二入口(圖中未繪示)，其用於將一源氣體運送至該裝置中，其待供電以產生該電漿閃焰。該裝置較佳包括一試劑入口(圖中未繪示)，其用於將一試劑運送至該裝置中，以改良對該氣流之處理。
該裝置包括位於該電極22下游之一反應器室30，在該反應器室30中處理該氣流。由於當處理某些製程氣體時會產生固態沈積物，例如減量矽烷、TEOS或有機矽烷時會產生氧化矽顆粒，且該等沈積物可黏附至該室之壁，因而在該等壁上建立一水堰。水32通過一水入口34進入該反應室中且在該室之該等壁上建立一水層36，因此阻止顆粒黏附且在顆粒已經黏附之情形下移除該等顆粒。雖然在該反應室中處理大多數氣體，一些處理係在該反應器室之上游發生，因此導致該電極22之該表面28上產生沈積物。
一般在超過1000℃之一溫度下，在該裝置中產生電漿。如下文將參考圖7更詳細描述，該電極包括一噴嘴或開 口，可通過該噴嘴或開口將該電漿運送至該反應器室。可藉由該電漿之高溫移除該噴嘴之區域中之沈積物。然而，該電極或電漿產生器之一相對冷之區域圍繞該噴嘴且一般並不直接曝露至該熱電漿，尤其在該電極經獨立冷卻之情形下。因此，沈積物可累積於該電漿產生器之該較冷區域上，此阻止該裝置適當地發揮功能。對該等較冷之區域進行水沖洗勢必會對該等區域造成損壞且因此，該擦拭器26經配置以將沈積物自該電漿產生器之該較冷之乾燥區域擦拭除去。
一致動器38致動該擦拭器在該第一位置與該第二位置之間進行往復移動。在此實例中，該致動器係由一增壓流體致動。該流體係液體時，可為一液壓致動器，或者當該流體係氣體時，其將為一氣動致動器。出於便利，下文將稱之為一液壓致動器，但將理解，根據需要由該致動器產生之力，一液壓致動器可與一氣動致動器互換。
該液壓致動器包括一液壓缸40，其收納連接至該擦拭器之一活塞42。然而，亦可使用其他配置，諸如一電動馬達。一控制器44(例如，可為一可程式化邏輯控制器(PLC))經組態用於根據該電極之該表面上之固態沈積物之累積而選擇性地致動該致動器。例如，該控制器可根據在處理一特定製程氣體期間確認有沈積物累積於該電極上之速度而以每30秒鐘或每5分鐘之預定時間間隔進行擦拭。或者，可提供一探針(圖中未繪示)且將該探針連接至該控制器，其用於感測沈積物之累積且當該探針感測到累積物已超過 一選定量時該控制器致動該致動器。
在一修改例中，該擦拭器經組態使得當該擦拭器係位於該第二位置時，例如藉由在該擦拭器中提供一孔(該閃焰可延伸穿過該孔)或者提供一大體上C形擦拭器以使得該閃焰可延伸穿過由該C形狀提供之空間而使得該電漿閃焰不會中斷。此等擦拭器組態縮短該擦拭器之材料直接曝露至該該電漿之高溫之時段。當在該第二位置時，該擦拭器之材料並不直接曝露至該電漿且僅在該第一位置與該第二位置之間過渡期間曝露至該電漿。此外，若該擦拭器意外地變得固定於該第二位置，則該電漿將仍可被運送至該反應室中且對該擦拭器造成之損壞可減少。
或者或較佳此外，該擦拭器經組態使得當位於該第二位置時，該擦拭器並不實質上阻止該製程氣體流入該裝置中。關於此，該擦拭器較佳提供有可資以當該擦拭器位於該第二位置時將該製程氣體運送通過或圍繞該擦拭器之構件。
圖3及圖4繪示擦拭器之一實例，其經組態以允許當該擦拭器位於該第二位置時允許電漿流及製程氣體流繼續流動。在詳細論述圖3及圖4之前，應注意，在圖1及圖2中，繪示該製程氣體12在大體上平行於該擦拭器之往復移動方向之一方向進入該裝置中。然而，在一較佳且更典型之配置中，用於該製程氣體之該入口經配置以將製程氣體12在大體上垂直於圖4中所示之該往復移動方向之一方向中運送至該裝置中。
現更詳細地參考圖3及圖4，該擦拭器50具有一穿孔46，在該擦拭器之該第二位置，該穿孔46與該電極22對準，以允許該電漿閃焰16延伸穿過該孔。圖3中繪示該擦拭器係位於該第二位置且用斷續線繪示該穿孔46。該擦拭器之此組態允許即使該擦拭器位於該第二位置而至少部分覆蓋該電極時，仍可繼續產生電漿。熟悉此項技術者應理解，該擦拭器之其他組態(諸如上文所述之C形擦拭器)亦可允許繼續產生電漿。
該擦拭器亦經塑形使得當位於該第二位置時，該製程氣體流被允許如箭頭12所示穿過該孔。該擦拭器具有相對於該氣流之一流動方向形成角度之一表面48(圖3中用斷續線繪示)，以引導該氣流穿過該孔46。因此，即使當該擦拭器位於該第二位置時，該氣流之流動仍不會被實質上限制且因此該減量裝置之上游之背壓不會增加。此組態尤其適用於該擦拭器意外地固定在該第二位置之情形。此外，當該擦拭器位於該第二位置時，可繼續對該氣流進行電漿處理。
在圖4中，用斷續線繪示活塞42之位置。該活塞42與一錐形化閉合孔58接合且較佳具有用於收納一夾持螺釘以將該活塞固定在合適之位置之另一孔60。可見該擦拭器50經配置以在由雙頭箭頭繪示之方向上進行往復移動。在此情形下，該氣流12在大體上垂直於該往復移動方向之一方向上流入該裝置中。在該擦拭器自該第一位置移動至該第二位置期間，該表面52係大體上平行於該電極22之該表面 28。較佳的是，在該移動之至少一部分期間，該表面52係與表面28接觸。在該移動之最後部分期間，相反之表面53較佳與該堰64之上表面接觸。一引導邊緣54(其可如圖所示彎曲)將固態沈積物自該電極表面擦拭除去。該引導邊緣可錐形化成一尖點或線條，以元許該擦拭器更容易切入牢固地黏附至該電漿產生器之該等沈積物。
圖5繪示一經修正之處理裝置。在此裝置中，繪示一堰導件62，其係用於在該反應器室之該等壁上建立該堰且使該反應室與該電漿產生器分離，以防止水濺灑於該電極上。該堰導件62係本申請案之一獨立專利申請案之標的物，該獨立專利申請案與本申請案具有相同之優先權日期。
該堰導件之上表面64係乾燥且不與水齊平。此外，該上表面64不與該電漿閃焰16直接接觸。因此，沈積物容易累積於該表面上且因此此裝置中之該擦拭器26經配置以在該第一位置與該第二位置之間往復移動期間擦拭該上表面64。也就是說，該擦拭器之一第一或上引導邊緣66將沈積物自該電極擦拭除去且該擦拭器之一第二或下引導邊緣68將沈積物自該堰導件62之該上表面64擦拭除去。
圖6中示意性地繪示本發明之另一實施例。一區域70係位於該電漿產生器14與該反應室30之間且固態沈積物易於累積於該區域之一至少一個表面上。該擦拭器72經安裝以在允許自該至少一個表面撤離之一第一位置與允許擦拭該表面之一第二位置之間往復移動(由雙頭箭頭繪示)，以移 除所累積之固態沈積物。在所示之實例中，此圖中具有可允許固態沈積物累積於其上之四個表面74、76、78、80。該表面74可為該電漿產生器之一電極之一表面且該表面78可為一堰導件之一表面。表面76、80可形成該處理裝置之一殼體之一部分。該等表面一般並不直接曝露至電漿閃焰且相對冷卻。此外，用一液體清洗可造成損壞或缺乏實際可行性。圖中所示之該擦拭器經組態以擦拭複數個表面且較佳所有該等表面，以將沈積物自該區域70移除。例如，該擦拭器之表面82經塑形以擦拭表面74且表面84經塑形以擦拭表面76及等等。雖然圖中繪示擦拭器72係大體上直線線，與該區域70之不同表面互補之其他形狀較佳。
圖7中繪示另一擦拭器90。圖中以圖7之兩個透視圖繪示該擦拭器90且雙頭箭頭繪示當該擦拭器係併入一處理裝置時之往復移動之方向。該擦拭器包括一上區段92及一下區段94。該上區段具有一右手棘爪組態且該下區段具有一左手棘爪組態。該等棘爪合力提供一穿孔96，當該擦拭器位於該第二位置時，該穿孔96使該電漿閃焰通過。該上棘爪提供允許一氣體(例如，待處理之一氣流)通過至該穿孔96中之一開口98。該下棘爪提供允許另一氣體(例如，用於沖洗該裝置之一沖洗氣體)穿行至該穿孔96中之一開口100。該上棘爪具有大體上在前進方向延伸之一第一部分102及橫向於前進方向延伸之一第二部分104，例如該第二部分104形成用於擦拭一電極表面之一引導邊緣106。該下棘爪具有大體上在前進方向延伸之一第一部分108及橫向 於該前進方向延伸之一第二部分110，例如，該第二部分110具有用於擦拭一堰導件表面之一引導邊緣112。
在一實例中，該電漿產生器14可由圖8中之該DC電漿火炬形成。該火炬包括一陰極配置1及一陽極配置2。該陰極配置包括一實質上圓柱形本體1a及一按鈕類型陰極1b。冷卻(例如，經水冷卻)之陰極本體1a係由一導電金屬製成，該導電金屬比該按鈕陰極1b之熱離子材料具有一較高導熱率及功函數，例如，通常使用一銅陰極本體及一鉿按鈕陰極。該陽極配置包括一中空本體2a，其通常由銅製成，該中空本體2a進一步包括一陽極喉部2b及朝向該喉部聚攏且終止於該喉部2b之一內截頭錐形表面部分2c。當組裝時，該陰極配置1係至少部分位於該銅陽極2內且與該銅陽極2同心。該陽極2與該陰極1之間必須存在一間隙，使得該陽極2之外表面與該陰極總成1之內表面之間形成一導管3，可通過該導管3運送源氣體，以產生一電漿。該陰極1終止於該錐形部分2c內，因而在該錐形部分2c內形成一電漿產生區域4。圖7中所示之該電漿產生器之該電極之經擦拭表面為表面28。
本文所述之擦拭器之優點在於在存在鹵素(例如，氟)之情形下具有抗腐蝕性且具有良好之機械強度。此外，該等擦拭器較佳具有高導熱率，以使在短時段地與該電漿閃焰相互作用期間之局部加熱最小化(且因此，破壞性最小)。鎳201合金之特性使得其適於作為製作該等擦拭器之一材料，鎳201合金之導熱率為79.3 W/mC，此為不銹鋼合金之 導熱率之若干倍。在該裝置中可能存在腐蝕性氣體之情形下，鎳201具有抗腐蝕性且具有良好之機械強度。
1‧‧‧陰極配置
1a‧‧‧圓柱形本體
1b‧‧‧按鈕類型陰極
2‧‧‧陽極配置
2a‧‧‧中空本體
2b‧‧‧陽極喉部
2c‧‧‧錐形部分
3‧‧‧導管
4‧‧‧電漿產生區域
10‧‧‧處理裝置
12‧‧‧氣流
14‧‧‧電漿產生器
16‧‧‧電漿閃焰
22‧‧‧電極
24‧‧‧入口
26‧‧‧擦拭器
28‧‧‧電極22之表面
30‧‧‧反應器室
32‧‧‧水
34‧‧‧水入口
36‧‧‧水層
38‧‧‧致動器
40‧‧‧液壓缸
42‧‧‧活塞
44‧‧‧控制器
46‧‧‧穿孔
48‧‧‧表面
50‧‧‧擦拭器
52‧‧‧表面
53‧‧‧表面
54‧‧‧引導邊緣
58‧‧‧錐形化閉合孔
60‧‧‧孔
64‧‧‧上表面
66‧‧‧引導邊緣
68‧‧‧引導邊緣
70‧‧‧區域
72‧‧‧擦拭器
74‧‧‧表面
76‧‧‧表面
78‧‧‧表面
80‧‧‧表面
82‧‧‧表面
84‧‧‧表面
90‧‧‧擦拭器
92‧‧‧上區段
94‧‧‧下區段
96‧‧‧穿孔
98‧‧‧開口
100‧‧‧開口
102‧‧‧第一部分
104‧‧‧第二部分
106‧‧‧引導邊緣
108‧‧‧第一部分
110‧‧‧第二部分
112‧‧‧引導邊緣
圖1示意性地繪示用於處理一氣流之裝置在該裝置之一擦拭器位於一第一位置時之情形；圖2示意性地繪示該裝置在該擦拭器位於一第二位置時之情形；圖3繪示一經修改之擦拭器之一截面圖；圖4繪示圖3之該擦拭器之一透視圖；圖5示意性地繪示用於處理一氣流之一經修正裝置在該裝置之一擦拭器係位於一第一位置時之情形；圖6示意性地繪示本發明之另一實施例；圖7繪示另一擦拭器之兩個透視圖；及圖8更詳細地繪示該處理裝置之一電漿產生器。
10‧‧‧處理裝置
12‧‧‧氣流
14‧‧‧電漿產生器
16‧‧‧電漿閃焰
22‧‧‧電極
24‧‧‧入口
26‧‧‧擦拭器
28‧‧‧電極22之表面
30‧‧‧反應器室
32‧‧‧水
34‧‧‧水入口
36‧‧‧水層
38‧‧‧致動器
40‧‧‧液壓缸
42‧‧‧活塞
44‧‧‧控制器

Claims (15)

  1. 一種用於處理一氣流之裝置，其包括一電漿產生器，該電漿產生器用於產生一電漿以處理位在該電漿產生器之下游之一反應室中之該氣流，其中該電漿產生器與該反應室之間之一區域包括至少一個易於累積固態沈積物之表面且其中一擦拭器經安裝自允許自該至少一個表面撤出之一第一位置移動至允許擦拭該至少一個表面之一第二位置，以移除所累積之固態沈積物。
  2. 如請求項1之裝置，其中該擦拭器經組態以擦拭該區域之複數個表面，以移除所累積之固態沈積物。
  3. 如請求項1之裝置，其中該電漿產生器包括至少一個用於對該源氣體供電以產生一電漿之電極，且該擦拭器經組態以擦拭該電極之一表面，以移除累積於該表面上之固態沈積物。
  4. 如請求項1之裝置，其包括用於致動該擦拭器之該移動之一致動器。
  5. 如請求項4之裝置，其包括一控制器，其經組態以根據該電極之該表面上之固態沈積物之累積而選擇性地致動該致動器。
  6. 如請求項5之裝置，其中該控制器經組態以在該裝置之使用期間以預定之時間間隔致動該致動器。
  7. 如請求項1之裝置，其中該擦找器具有一穿孔，在該擦拭器之該第二位置，該穿孔係與該電極對準，以允許該電漿閃焰延伸穿過該孔。
  8. 如請求項7之裝置，其中該擦拭器經塑形使得當在該第二位置時，該氣流被允許穿過該孔。
  9. 如請求項8之裝置，其中該擦拭器具有相對於該氣流之一流動方向形成角度之一表面，以引導該氣流通過該孔。
  10. 如請求項1之裝置，其包括用於在該反應器室之一內表面上建立一液體堰之構件，其中該構件包括用於引導液體流過該內表面上之一導流器，該導流器具有用於使該液體堰與該電極分離之一環形表面，且其中該擦拭器自該第一位置移動至該第二位置之移動經配置以擦拭該環形表面。
  11. 如請求項10之裝置，其中當該擦拭器位於該第二位置時，穿過該環形表面之開口係與該擦拭器之該穿孔大體上對準。
  12. 如請求項1之裝置，其中該擦拭器係由包括鎳之一材料製成。
  13. 如請求項1之裝置，其中該電漿產生器包括一第二入口，其用於將一源氣體運送至該裝置中，其待供電以產生該電漿閃焰。
  14. 如請求項1之裝置，其包括一試劑入口，其用於將一試劑運送至該裝置中以增進對該氣流之處理。
  15. 一種經組態用於如請求項1之裝置之擦拭器。
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