TW202220081A - 氣體幕簾元件、傳送氣體的導管系統與傳送氣體的方法 - Google Patents

氣體幕簾元件、傳送氣體的導管系統與傳送氣體的方法 Download PDF

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Abstract

用於從氣體容納腔室，其用於處理形成半導體元件之基材，傳送氣體之導管系統，包含具有螺旋形通風口之襯套。導管系統利用氣體的幕簾以防止或減少材料至(從氣體容納腔室傳送氣體之)導管的內部表面上的沉積。

Description

氣體傳送系統
無
半導體元件產製為一種用於創造日常電性及電子元件中存在之積體電路的製程。產製製程為光微影及化學處理步驟的多個步驟序列，在處理步驟期間在由半導體材料組成的晶圓上逐漸製造電子電路。
各種處理步驟分為數個類別，包含沉積、去除、圖案化及電性性質的改變(即，摻雜)。化學氣相沉積(Chemical vapor deposition；CVD)為廣泛地用於進行沉積處理步驟之數個製程中之一個製程。通常，化學氣相沉積製程涉及將晶圓或基材暴露至通常以氣體形式的之一種或更多種揮發性前驅物中，此前驅物在晶圓表面上反應及/或分解以產生沉積層。通常化學氣相沉積製程用於半導體產製中以形成多晶矽、二氧化矽及氮化矽的層。
無
後文揭露內容提供用於實行所提供的標的的不同特徵的許多不同的實施例或範例。後文描述組件及佈置之特定範例以簡化本揭露內容。當然，這些僅為範例且未意圖具限制性。舉例而言，在後文的描述中，在第二特徵之上或上之第一特徵的形成可包含以直接接觸方式形成第一特徵及第二特徵的實施例，且亦可包含在第一特徵與第二特徵間形成額外特徵，使得第一特徵及第二特徵可不直接接觸之實施例。此外，在各種範例中，本揭露內容可能重複元件符號及/或字母。此重複係出於簡單及清楚的目的，且重複本身並不規範所論述的各種實施例及/或配置間之關係。
進一步地，為便於描述，本文中可使用諸如「在...之下」、「在...下方」、「較低」、「在...上方」、「較高」、及類似者的空間相對術語，以描述圖示中所例示之一個元件或特徵與另一元件(等)或特徵(等)的關係。除圖示中所描繪之定向之外，空間相對術語亦意圖涵蓋元件在使用或操作中之不同定向。設備能以其他方式定向(旋轉90度或以其他定向)，且本文中使用之空間相對描述語可同樣以相應的方式解釋。
本文中所描述之一個實施例為氣體幕簾元件，有益於防止或減少導管的內部表面上之材料的沉積，此導管用於從(用於在其中處理半導體元件之基材之)氣體容納腔室傳送廢氣。防止或減少材料在這些導管的內部表面上的沉積延長清潔間之時間，此舉具有增加在需要清潔之前可處理之基材數量的作用。此舉導致腔室之流通量增加。本揭露內容的其他實施例包含導管系統，此導管系統用於從(在其中處理半導體元件之基材之)氣體容納腔室傳送氣體，例如，廢氣。其他實施例包含用於從(在其中處理半導體元件之基材之)氣體容納腔室傳送氣體，例如，廢氣，之方法。
許多半導體產製製程涉及利用泵從腔室抽拉蒸汽或材料。以特定的速率或流動速率將蒸汽或材料抽拉至洗滌器或其他位置。泵以不同的速率從腔室之內之各種位置抽拉蒸汽或材料，速率取決於出口點或位置的定位及各種定位相對於出口點的關係。
利用泵從腔室抽拉材料之半導體製程的其中一個範例為化學氣相沉積(CVD)。在化學氣相沉積腔室中，將半導體元件或晶圓暴露於蒸汽形式之前驅物。前驅物與半導體元件的表面反應並沉積，並將材料層形成為薄膜。泵將蒸汽或氣體從腔室中抽拉出。蒸汽將包含被進料至腔室中、尚未與半導體基材或元件的表面反應之前驅物氣體及在腔室中進行之製程的副產物。這些氣體中的一些，例如，未反應的氣體、副產物或由前驅物氣體與副產物氣體間之相互作用所得的產物，可能沉積在用於將氣體從腔室傳送離開之導管的表面上。隨著時間的流逝，隨著沉積的材料在導管內聚積，沉積的材料減少氣體可在導管中流動通過之開放空間(例如，減少導管之內之空隙空間的直徑)。與在未存有沉積物的情況下通過導管抽吸相同體積的氣體相比較，導管的此種堵塞或阻塞將給泵帶來更多的負擔，以從腔室抽吸相同體積的氣體。此外，此種導管內之材料的聚積會影響腔室內之壓力，這繼而將會影響在腔室內所進行之製程結果。
本揭露內容描述用於減少在從(諸如化學氣相沉積室之)氣體處理腔室運送氣體之導管的內部上沉積物的形成之元件及方法。元件包含在導管之內形成氣體幕簾之襯套。氣體幕簾將導管壁與可能沉積在導管壁上之材料隔離，並從而阻礙材料在含有襯套之導管的內部表面上的沉積。結果為，減少或防止材料在導管的內部表面上的沉積，並從在腔室中進行之製程獲得更均勻的結果。
本揭露內容的實施例的描述是參考化學氣相沉積(CVD)室。 然而，本揭露內容的實施例並不限於以化學氣相沉積室實踐。可在其他腔室中實踐根據本揭露內容的實施例，經由導管將製程氣體從腔室排氣，其中製程氣體易於沉積在導管的內部表面上或以其他與導管的內部表面相互作用的方式，導致材料在導管內部表面上聚積。可將這些替代製程腔室用於在基材表面上形成膜或從基材表面去除部分的膜。
第1圖為例示化學氣相沉積製程系統100的非限制性範例的截面簡圖。系統100利用電漿104及射頻頻率以將材料沉積至基材，例如，晶圓102(或半導體元件)上。系統100包含電漿104、噴頭106、腔室130、加熱器108、副產物出口位置110(也可以是端口)、製程氣體112、清潔氣體114、泵116及洗滌器118。在化學氣相沉積製程系統100中處理晶圓102。通過數個處理步驟，利用晶圓102以產製半導體元件。晶圓102具有由諸如矽之半導體材料構成之基材或主體。晶圓102可被劃分或佈置成一系列裸晶。晶圓102包含較大尺寸的晶圓，諸如直徑大小為440毫米之晶圓。亦可在該化學氣相沉積製程系統中處理較小尺寸的晶圓，例如，直徑大小為200毫米之晶圓。
電漿104為氣體，氣體包含相當大百分比的經電離化之原子或分子。通常藉由在存在製程氣體112之情況下在電極間施加電場，以創造電漿104。在此範例中，電極為噴頭106及加熱器108。製程氣體112填充噴頭106與加熱器108間之空隙或空間。在一個範例中，電場為基於射頻或交流電頻率之電場。在另一範例中，電場為直流電場。在根據本揭露內容之其他實施例中，並不利用電漿104，例如，化學氣相沉積室為大氣壓力化學氣相沉積或金屬有機化學氣相沉積。使用電漿加強化學氣相沉積(plasma-enhanced chemical vapor deposition；PECVD)所沉積之膜包含氮化矽(Si xN y)、二氧化矽(SiO 2)、氧氮化矽(SiO xN y)、碳化矽(SiC)及非晶矽(α-Si)。將矽源氣體矽烷(SiH 4)與氧源氣體結合以形成二氧化矽或與氮氣源結合以產生氮化矽。在一些實施例中，將原矽酸四乙酯(tetraethylorthosilicate；TEOS)材料用於藉由電漿加強化學氣相沉積製程形成氧化物層(plasma-enhanced tetraethylorthosilicate； PETEOS)。藉由電漿激發，從原矽酸四乙酯/氧氣獲得高沉積速率。
藉由外部泵(未圖示)或類似機制提供製程氣體112。製程氣體112經由噴頭106流動至電極間之空間中，噴頭106包含用於充分地分散製程氣體112的一系列出口端口。製程氣體112可包含合適的前驅物氣體，諸如二氯矽烷或矽烷及處於合適壓力之氧氣前驅物。製程氣體112在腔室130周圍流動，並最終作為副產物在副產物出口位置110處離開。泵116以所選的去除速率從腔室抽拉或抽空未反應的製程氣體及副產物。接著將未反應的製程氣體及副產物轉移至洗滌器118以供清潔。可重複使用或丟棄清潔氣體。在第1圖中所例示之實施例中，出口位置110位於偏離中心處。然而，根據本揭露內容的其他實施例，出口位置110並不位於偏離中心處。
在其他實施例中，在腔室的一側處引入製程氣體，並在腔室的相對側處設置排氣端口。製程氣體從在製程腔室一側處之製程氣體入口流動通過過製程腔室，至在製程腔室相對側上之排氣端口。
電漿104在晶圓102的表面之上或上沉積所選的材料。根據電漿104的性質及電場，所選的材料形成膜。膜包含從電漿104所衍生之沉積材料。在一個範例中，沉積的材料為電漿沉積的氮化矽。電漿104的性質至少部分地取決於所選的沉積速率。
在晶圓102上形成膜之後，使用清潔氣體114從製程氣體112去除任何分子或原子，並從腔室130去除任何其他殘留材料。清潔氣體114流動通過噴頭106、通過腔室130、並在出口位置110處離開。
將化學氣相沉積室設計為處理大小愈來愈大之單一晶圓，這些單一晶圓可與其他製造製程步驟整合在一起。隨著基材大小增加，化學氣相沉積室的操作應在基材上提供均勻的沉積膜，換言之，厚度變化較小的膜。因而，為了減少不合規格的操作及返工率，控制化學氣相沉積腔室內之條件以很重要。
第2圖為腔室200，諸如前文所述之化學氣相沉積室的示意簡圖，經由與腔室200及流體移動元件，諸如泵116，呈流體連通之廢氣導管204去除廢氣。根據本揭露內容的一些實施例，廢氣導管204包含藉由複數個間隔分開之耦合件208隔開並藉由耦合件208結合接在一起之複數個區段。耦合件208a將廢氣導管204的區段連接至腔室200的出口耦合件。壓力計206與廢氣導管204的內部呈流體連通。壓力計206檢測廢氣導管204內之壓力。監視廢氣導管204內之壓力允許操作員避免廢氣導管204內之壓力聚積，這會對腔室200之內所進行之製程產生不利的影響。來自壓力計206之讀數或訊號被傳送至控制器(未圖示)，控制器處理訊號並決定訊號是否表示廢氣導管204內之壓力超過預定值。預定值是基於在廢氣導管204的內部的橫截面減少至閾值水平以下時所觀察之壓力。此壓力的減少是由已被來自廢氣之組分的沉積至廢氣導管204的內部上或廢氣的組分與廢氣導管204的內部表面的反應，而造成。一旦壓力上之增加達到預定值，從壓力計206接收壓力讀數之控制系統就可發出表示必須清潔廢氣導管204的內部之訊號。
參照第3A圖，例示根據本揭露內容的實施例之廢氣導管204及氣體幕簾元件298的一部分的分解視圖。根據例示的實施例，氣體幕簾元件298包含導管襯套300、導管接頭310、密封件313及中心環314。當組裝時，如第3B圖中所例示，藉由夾具316將廢氣導管204的端部304連接至導管接頭310的端部表面(第5圖中之318)。密封件313及中心環314被夾在廢氣導管204的端部304與導管接頭310的端部表面318間，以在它們間提供氣密密封。在所例示的實施例中，夾具316包含上部構件320及下部構件322。上部構件320包含夾持凸緣324a，下部構件322包含對應的夾持凸緣324b。夾持凸緣324a及夾持凸緣324b與夾持螺栓326及夾持螺母328配合以將廢氣導管204牢固地附接至導管接頭310。在夾持螺栓326上拴緊夾持螺母328致使夾持凸緣324a及324b朝彼此牽引。
參照第3A圖及第6圖，在所例示的實施例中，廢氣導管204包含導管主體330及在導管主體330的端部304處之凸緣305。在第3A圖中，導管主體330與凸緣305相對之端部304與第2圖中之泵116連通。廢氣導管204包含內徑(第6圖中之D1)及外徑(第6圖中之D2)。在實施例中，廢氣導管204的內徑D1為自22毫米至200毫米之範圍。然而，本揭露內容並不限於具有自22毫米至200毫米之範圍內部直徑D1之廢氣導管204。舉例而言，根據本揭露內容的實施例包含具有小於22毫米之內部直徑D1之廢氣導管204或具有大於200毫米之內部直徑D1之廢氣導管204。在實施例中，廢氣導管204具有比內部直徑D1大約5至10毫米之的外徑D2。然而，本揭露內容並不限於具有比內部直徑D1大自5毫米至10毫米之外徑D2之廢氣導管204。舉例而言，根據本揭露內容的實施例包含具有比內部直徑D1大不超過5毫米之外徑D2之廢氣導管204，或具有比內部直徑D1大不少於10毫米之外徑D2之廢氣導管204。凸緣305具有大於廢氣導管204的主體330的外徑D2之外徑D3(在圖6中)。舉例而言，凸緣305的外徑D3比內部直徑D1大約10至20百分比。在其他實施例中，外徑D3比內部直徑D1大不超過約百分之10，並在其他實施例中，外徑D3比內部直徑D1大百分之20。舉例而言，在實施例中，取決於內部直徑D1的大小，外徑D3在約25毫米至250毫米間之範圍。在第3A圖中所例示的實施例中，廢氣導管204具有圓形橫截面。然而，根據本揭露內容的實施例並不限於具有圓形橫截面之廢氣導管。舉例而言，廢氣導管204可具有非圓形之橫截面，舉例而言，橢圓形或多邊形的橫截面。
繼續參照第3A圖及第6圖，在所例示的實施例中，導管襯套300為圓形管，導管襯套300包含具有外部表面402及內部表面404之環形壁。在其他實施例中，導管襯套300為非圓形之管，舉例而言，橫截面橢圓形或多邊形之管。導管襯套300包含前端部334及後端部336(如第4圖所示)。相對於廢氣流動通過廢氣導管204之方向，前端部334在後端部336的上游。導管襯套300的外部表面402的外部直徑D5小於廢氣導管204的內部表面的內部直徑D1，且導管襯套300的內部表面404的內徑D4小於外部表面402的外部直徑D5。由於廢氣導管204的內部表面338處之直徑及導管襯套300的外部表面402處之直徑存在這些差異，在導管襯套300的外部表面402與廢氣導管204的內部表面338間界定具有寬度650之幕簾氣體環340。
在實施例中，直徑D5為直徑D1的自約百分之85至百分之95之範圍；然而，本揭露內容並不限於直徑D5為直徑D1的約百分之85至百分之95。舉例而言，在其他實施例中，直徑D5小於直徑D1的百分之85。在其他實施例中，直徑D5大於直徑D1的百分之95並小於直徑D1的百分之99。舉例而言，在一個實施例中，當廢氣導管204內部直徑D1為約38毫米時，外部直徑D5為在33毫米至35毫米的範圍內。在其他實施例中，內部直徑D1小於38毫米，而在其他實施例中，內部直徑D1大於38毫米。在這些實施例中，直徑D5分別小於直徑D1的約3至5毫米或大於直徑D1的3至5毫米。在一個實施例中，包含導管襯套300之環形壁的厚度為自約0.5毫米至約1.0毫米之範圍。然而，本揭露內容並不限於具有約0.5毫米至約1.0毫米厚之環形壁之導管襯套。舉例而言，在一些實施例中，環形壁的厚度大於1.0毫米，且在其他實施例中，環形壁的厚度小於0.5毫米。導管襯套300的環形壁的內部表面404界定通道332，從腔室200的廢氣通過通道332沿著導管襯套300的長度通過導管襯套300。直徑D5與直徑D1間之差異選擇是部分基於所期望的保持在廢氣導管204的內部表面與導管襯套300的外部表面間之幕簾氣體環340之內之幕簾氣體的壓力。
導管襯套300的前端部334包含凸緣342，凸緣342具有實質上等於廢氣導管204(及導管接頭310的內部直徑D1，如後文參考第5圖所更詳細地描述)之外徑。在一個實施例中，將凸緣342壓合至廢氣導管204中，而使得導管襯套300的前端部334以氣密方式密封至廢氣導管204(或導管接頭310)的內部表面338。此氣密密封並不限於藉由凸緣342的外周與廢氣導管204(或導管接頭310)的內部表面338間之壓合所提供。舉例而言，在凸緣342與廢氣導管204的內部表面338間之界面處的聚合物密封化合物可提供或補充氣密密封。或者，可將凸緣342焊接至廢氣導管204的內部表面338以提供氣密密封。
前端部334與後端部336間之導管襯套300包含一個或更多個導管指狀件308，導管指狀件308從導管襯套300的外部表面402徑向向外延伸。在第4圖中所例示的實施例中，可看見兩個導管指狀件308，且它們各自具有矩形或多邊形形狀。在其他實施例中，導管指狀件308具有與第4圖中所例示之不同的形狀，舉例而言，橢圓形或部分地圓形形狀。導管指狀件308從導管襯套300的外部表面402徑向向外延伸一距離，此距離致使導管指狀件308的最外端部各自延伸超過廢氣導管204的內部表面338。如後文更詳細的描述，導管指狀件308延伸超過廢氣導管204的內部表面338之量並非大到因而使導管指狀件308妨礙夾具316與廢氣導管204的凸緣305及導管接頭310的凸緣344配合，以限制導管襯套300沿著廢氣導管204的長度方向移動的能力。
前端部334與後端部336間之導管襯套300包含螺旋間隙302或通風口，螺旋間隙302或通風口通過導管襯套300並從毗鄰的前端部334朝向後端部336行進。在所例示的實施例中，圖示一個螺旋間隙。然而，在其他實施例中，運用了不止一個螺旋間隙。在實施例中，螺旋間隙302具有約等於(即，約百分之100的)幕簾氣體環340的寬度，之寬度。舉例而言，當幕簾氣體環340為3至5毫米寬時，螺旋間隙302具有為自約3毫米至約5毫米之寬度。然而，與幕簾氣體環340一樣，本揭露內容並不限於具有自約3毫米至5毫米範圍之寬度之螺旋間隙302。舉例而言，根據其他實施例，導管襯套300包含具有小於3毫米之寬度之螺旋間隙302。根據其他實施例，螺旋間隙302具有大於5毫米之寬度。螺旋間隙302具有節距，即，在約10至15毫米的範圍的距離內之毗鄰的螺旋間隙。然而，本揭露內容並不限於具有在約10毫米至15毫米的範圍內之節距之螺旋間隙302。舉例而言，在其他實施例中，節距小於約10毫米。在其他實施例中，螺旋間隙302的節距大於15毫米。選擇螺旋的適當的間隙302的寬度、螺旋間隙302的螺距和幕簾氣體環340的寬度涉及的因素包含在幕簾氣體環340中提供足夠的壓力，使得幕簾氣體從幕簾氣體環340通過螺旋間隙302流動至導管襯套300的內部中，並以層狀狀態沿著廢氣導管204的內部表面404流動。
舉例而言，在另一實施例中，隨著螺旋間隙302更加遠離導管襯套300的前端部334移，螺旋間隙302的寬度增加。換言之，相較於前端部334，更靠近尾端部336(例如，在位置302d、302c、302b、及302a處)之螺旋間隙302具有大於在前端部334的螺旋間隙302的寬度W1之寬度W2。當幕簾氣體環340中之壓力，當幕簾氣體環340中的壓力，隨著幕簾氣體在幕簾氣體環340之中從導管襯套300的前端部334流動至導管襯套300的後端部336而降低時，後端部336附近之螺旋間隙的較大寬度有助於保持幕簾氣體通過螺旋間隙302的流量。在另一實施例中，螺旋間隙302的節距隨著螺旋間隙302更靠近後端部336而降低。當幕簾氣體環340中之壓力，隨著幕簾氣體在幕簾氣體環340之中從導管襯套300的前端部334流動至導管襯套300的後端部336而降低時，此增加的節距有助於保持幕簾氣體通過螺旋間隙302的流量。在另一實施例中，將擋板或限流器(未圖示)置於幕簾氣體環340內。當幕簾氣體在從導管襯套300的前端部334朝向導管襯套300的後端部336之方向343，通過幕簾氣體環340流入時，此擋板或限流器有助於保持幕簾氣體環340中之幕簾氣體的壓力。
在另一實施例中，導管襯套300具有沿著其長度在下游方向上增加之外部直徑D5。若廢氣導管204的內部直徑D1保持恆定，則導管襯套300的此增加的外部直徑D5具有降低幕簾氣體環340的寬度之作用。或者，廢氣導管204的內部直徑D1沿著其長度在下游方向上降低。若導管襯套300的外部直徑D5保持恆定，則廢氣導管204的此降低的內部直徑D1具有降低幕簾氣體環340的寬度之作用。對於這兩個實施例，降低幕簾氣體環340的寬度有助於在幕簾氣體通過幕簾氣體環340朝向下游行進時保持幕簾氣體的壓力。
在一些實施例中，導管襯套300由不會與廢氣的組分或幕簾氣體的組分反應之硬質材料所形成。舉例而言，根據一個實施例，導管襯套300由不銹鋼所形成。根據本揭露內容的實施例並不限於由不銹鋼所形成之導管襯套300。舉例而言，導管襯套300可由不銹鋼以外之金屬形成，或可由惰性塑膠材料所形成。或者，導管襯套300可由塗覆有或鋪有惰性材料之塑膠材料所形成。
參照第5圖，根據本揭露內容的導管接頭310的實施例包含主體500。主體500為環形，並包含橫向通過主體500之孔502。主體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包含凸緣344，且上游端部表面504亦包含凸緣506。凸緣344及506具有實質上等於廢氣導管204的凸緣305的外徑D3之外徑。舉例而言，凸緣344及506具有為在約25毫米至250毫米範圍間之外徑。根據本揭露內容的實施例並不限於具有25毫米至250毫米範圍間之外徑之凸緣344及506，舉例而言，在其他實施例中，凸緣344及506具有小於25毫米之外徑或大於250毫米之外徑。
凸緣344及506包含小於凸緣344及506的外徑之內徑。孔502包含小於凸緣344及506的內徑之內徑D6。凸緣344及506的內徑與孔502的內徑D6間之此種差異在上游端部表面504處創造密封座508。導管接頭310包含在其下游及端部表面318處之類似密封座，儘管在第5圖中並未見到此密封座。凸緣344與凸緣506間之導管接頭310的主體500包含一個或更多個氣體進入端口306，氣體進入端口306從導管接頭310的主體500的外部表面延伸通過主體500，並延伸至導管接頭310的內部表面510。在所例示的實施例中，氣體進入端口306為具有內徑在約5毫米至15毫米範圍間之圓形孔。然而，根據本揭露內容的實施例並不限於具有內徑在約5毫米至15毫米範圍間之氣體進入端口306。舉例而言，在一些實施例中，進入端口306具有小於5毫米之內徑。在其他實施例中，進入端口306具有大於15毫米之內徑。此外，雖然所例示的氣體進入端口306的實施例為圓形形狀，但本揭露內容並不限於具有圓形橫截面之氣體進入端口306。舉例而言，在其他實施例中，進入端口306具有非圓形的橫截面，舉例而言，橢圓形或多邊形。在第5圖中所例示之實施例中，每個進入端口306包含螺紋氣體接嘴312，氣體接嘴312若非以螺紋連接至氣體進入端口306中，則藉由不同的方式，諸如將氣體接嘴312焊接或硬焊(brazing)，以固定至導管接頭310的主體500。氣體接嘴312的螺紋端部的螺紋可為直螺紋(NPS)或可為錐形(NPT)。可利用適當的密封材料，諸如密封化合物或聚合物膠帶以在氣體接嘴312與導管接頭310的主體500間提供氣密密封。在第5圖中所例示之實施例中，例示三個螺紋接嘴312及三個氣體進入端口306。根據本揭露內容之實施例並不限於三個螺紋接嘴312或三個氣體進入端口306。舉例而言，在其他實施例中，提供多於三個或少於三個螺紋接嘴312或氣體進入端口306。在第5圖的實施例中，將螺紋接嘴312圖示成等距地圍繞主體500的外周。然而，在其他實施例中，螺紋接嘴312並非等距地圍繞主體500的外周。螺紋接嘴312配置以接收內螺紋接嘴耦合件，用於將幕簾氣體的供應固定至對應的螺紋接嘴312。
參照第3B圖，夾具316至於圍繞廢氣導管204的凸緣305和導管接頭310的凸緣344處。在第3B圖及第6圖的實施例中，將導管襯套300的凸緣342密封至導管接頭310的內部表面510(如第5圖所示)。將密封件313，諸如彈性體密封件，支撐在中心環314上，中心環314置於夾具316之中、位於導管接頭310的凸緣344與廢氣導管204的凸緣305間。密封件313接觸凸緣344的後端部及凸緣305的前端部，並且，當被壓縮時，在這些表面間創造氣密密封。密封件313具有實質上等於夾具316的內徑之外徑。在一些實施例中，密封件313為可壓縮，因此當未被壓縮時，其外徑可略大於夾具316的內徑。密封件313被中心環314。中心環314具有大約等於密封件313的內徑之外徑。中心環314的內徑等於或略大於導管襯套300的外部直徑D5。選擇合適的中心環314的內徑大小，使得導管襯套300能在中心環314之內滑動，即，中心環314在導管襯套300之上滑動並滑動至導管襯套300上。中心環314的外周包含弓形表面，密封件313的內周置於弓形表面上。
當將夾持螺母328拴緊在螺栓326上以使夾持凸緣324a、324b及螺栓326更靠近在一起時，夾具316以橫向及徑向方向二者在凸緣305及344上施加壓縮力。夾具316的內部表面包含與導管接頭310的斜表面350及廢氣導管204的凸緣305的斜表面632配合之斜表面630，使得當將夾具316的兩半部牽引在一起時，斜表面630向斜表面350及斜表面632施加側向力，而將廢氣導管204及導管接頭310更靠近地牽引在一起，且從而壓縮密封件313。當如第6圖中所例示組裝時，以氣密方式密封將廢氣導管204至導管接頭310。雖然未被圖示，將導管接頭310以氣密方式連接至氣體導管，氣體導管將廢氣從腔室200輸送至導管接頭310。
在操作中，藉由導管接頭310接收來自腔室200之廢氣。廢氣在方向332上通過導管接頭310流動並流動至廢氣導管204中，且在導管襯套300之中流動。在導管襯套300的前端部334處，凸緣342防止廢氣進入幕簾氣體環340。將幕簾氣體或沖排氣體(purge gas)(即不與廢氣中所含有之氣體發生反應之惰性氣體，以形成沉積至廢氣導管204的表面及/或導管襯套300的表面上之材料)引入至氣體進入端口306中。幕簾氣體流至幕簾氣體環340中並沿著導管襯套300的長度方向在幕簾氣體環340中流動。幕簾氣體環340中的一部分幕簾氣體通過螺旋間隙302，並在導管襯套300的內部表面404毗鄰處形成氣體幕簾。幕簾氣體環340中之幕簾氣體的壓力大於流動通過導管襯套300之氣體的壓力。此壓力差防止或最小化通過螺旋間隙302至幕簾氣體環340中之廢氣量，並促進幕簾氣體通過螺旋間隙302至導管襯套300的內部中的流動，在此處幕簾氣體在毗鄰導管襯套300的內部表面404處形成幕簾氣體的層流。層流為一種流體(氣體或液體)流的類型，與湍流相對比，在湍流中流體經歷不規則的波動及混合，層流為流體順暢地或以規則的路徑行進。在層流(有時亦稱作流線流)中，在流體中每個點處之速度、壓力及其他流動性質保持恆定。在水平表面之上之層流可被認為是由彼此平行之薄層或紋層(laminae)所組成。與水平表面接觸之流體為固定，但所有其他層在彼此之上滑動。關於間隙302的寬度、間隙302間之節距及間隙間之節距的規律性作為(可被改變之)參數以控制幕簾氣體環340中之壓力並促進毗鄰導管襯套300的內部表面之幕簾氣體的層流等之細節，已如前文所述並在此處不再重複。流體的流動特徵在於雷諾數，雷諾數為流動的流體的密度、流體的流動速度、特徵線性尺寸及流體的動態黏度的函數。對於在直徑為D的管道中之流動，實驗觀察顯示，對於完全發展流(fully developed flow)，當雷諾數(在此情況下，可稱作Re D)小於2300時發生層流(laminar flow)，而當雷諾數大於2900時發生湍流(turbulent flow)。在此範圍的下限，將形成連續的湍流，但僅在離管道入口非常遠距離之處。兩者間之流動將開始從層流過渡至湍流，接著以不規則的間隔返回至層流，稱作間歇流。此舉乃由於在管道橫截面的不同區域中之流體的不同速度及條件，這取決於其他因素，諸如管道粗糙度和流動均勻性。湍流趨於在管道的快速移動中心占主導地位，而較慢移動的層流在壁附近占主導地位。隨著雷諾數增加，連續的湍流移動更靠近入口且兩者間之間歇性增加，直到在雷諾數大於2900處流動變成完全地湍流。根據本揭露內容的一些實施例，廢氣導管204內、幕簾氣體環340內及/或導管襯套300內之流體流的特徵在於為2300或更低的雷諾數，表示為層流狀態。在其他實施例中，廢氣導管204內、幕簾氣體環340內及/或導管襯套300內之流體流的雷諾數小於2200或小於2000。
在第6圖的實施例中，例示一個導管接頭310，其中導管接頭310將幕簾氣體引入至廢氣導管204中，且亦例示一段長度的導管襯套300。在此實施例中，在廢氣導管204及導管襯套300的一個位置處引入幕簾氣體。因而，幕簾氣體環340的長度大致上等於配備在廢氣導管204之中之導管襯套300的長度。根據本揭露內容的實施例並不限於僅在一個位置處將幕簾氣體引入至廢氣導管204中。舉例而言，在其他實施例中，可利用多個導管接頭310以連接廢氣導管204的多個區段，區段將各包含它們自己的個別導管襯套300，並相應地包含它們自己的幕簾氣體環340。在這些實施例中，幕簾氣體環340的下游端部包含在導管襯套300的後端部336處之額外的凸緣。舉例而言，參照第2圖，每個耦合件208可包含導管接頭310，導管接頭310連接廢氣導管204的較短區段，較短區段各包含它們自己的個別導管襯套300及幕簾氣體環340。在這些實施例中，被引入至廢氣導管204的對應區段中之幕簾氣體會在對應的幕簾氣體環340中流動，直到到達在導管襯套300的後端部336處之凸緣，每個廢氣導管204具有各自的導管襯套300。在此實施例中，廢氣導管204/導管襯套300的毗鄰區段的幕簾氣體環340相對於幕簾氣體彼此分離，如此一來，防止上游幕簾氣體環340中之幕簾氣體直接流動至廢氣導管204緊接幕簾氣體環340下游的部分中。採用此佈置，與較長長度的幕簾氣體環相比較，幕簾氣體環340的較短長度造成幕簾氣體環340中之較小壓力降。因而，根據本揭露內容的實施例，管理幕簾氣體環340中之壓力降的替代方式為，提供彼此隔離且長度較短之幕簾氣體環。
根據本揭露內容的實施例，參照第7圖，用於傳送，舉例而言，來自用於處理半導體工作件之腔室之氣體之方法700包含使來自氣體容納處理腔室之廢氣流動通過廢氣導管的步驟720。方法700包含在步驟730，使沖排氣體流動至廢氣導管接頭的複數個氣體進入端口的其中之一，廢氣導管接頭與廢氣導管呈流體連通。方法700的步驟740包含使沖排氣體流動通過廢氣導管內之廢氣導管襯套中之螺旋形通風口。在步驟750處，沖排氣體在廢氣導管襯套內形成沖排氣體的幕簾。
在本揭露內容的一些實施例中，提供包含螺旋形通風口之導管襯套之氣體幕簾元件。導管襯套位於氣體導管中，將氣體導管設計成從半導體工作件處理腔室傳送廢氣。氣體幕簾元件更包含導管接頭，導管接頭包含複數個氣體進入端口，導管接頭圍繞導管襯套的一部分。氣體進入端口與導管襯套的螺旋形通風口呈流體連通。
在本揭露內容的另一些實施例中，描述用於傳送氣體之方法，包含使來自用於處理半導體工件之氣體容納腔室之廢氣流動通過廢氣導管。方法包含：使沖排氣體或氣幕流動至廢氣導管接頭的複數個氣體進入端口的其中一個氣體進入端口中，氣體進入端口與導管襯套的螺旋形通風口呈流體連通。根據此實施例，使沖排氣體流動通過位於廢氣導管中之廢氣導管襯套中之螺旋形通風口。流動通過螺旋形通風口之沖排氣體創造毗鄰廢氣導管襯套的內部表面之沖排氣體的幕簾。此氣體幕簾將廢氣導管的內部表面與廢氣的組分隔離，否則此組分會沉積至廢氣導管的內部表面上，從而防止沉積的材料在廢氣導管的內部表面上的積聚。
在另一些實施例中，描述用於傳送氣體之導管系統。導管系統包含導管、包含螺旋形通風口之導管襯套及圍繞導管襯套的一部分及圍繞導管的一部分之導管接頭。導管接頭包含與螺旋形通風口呈流體連通之氣體進入端口並將沖排氣體輸送至導管的內部。在導管與導管接頭間提供密封件以防止氣體洩漏。在一些實施例中，螺旋形通風口沿著導管襯套的長度的寬度為可變的。
上述概述數種實施例的特徵，因而熟習此項技藝者可更瞭解本揭露內容的態樣。熟習此項技藝者應當理解，熟習此項技藝者可輕易地使用本揭露內容作為設計或修改其他製程及結構之基礎，以實現本文中所介紹之實施例的相同目的及/或達成相同優點。熟習此項技藝者亦應當認知，此等效構造不脫離本揭露內容的精神及範圍，且在不脫離本揭露內容之精神及範圍之情況下，熟習此項技藝者可在本文中進行各種改變、替換、及變更。
D1:直徑 D2:外徑 D3:外徑 D4:內徑 D5:直徑 D6:內徑 W1:寬度 W2:寬度 100:系統 102:晶圓 104:電漿 106:噴頭 108:加熱器 110:出口位置 112:製程氣體 114:清潔氣體 116:泵 118:洗滌器 130:腔室 200:腔室 204:廢氣導管 206:壓力計 208:耦合件 208a:耦合件 298:氣體幕簾元件 300:導管襯套 302:間隙 302a:位置 302b:位置 302c:位置 302d:位置 304:端部 305:凸緣 306:進入端口 308:導管指狀件 310:導管接頭 312:接嘴 313:密封件 314:中心環 316:夾具 318:端部表面 320:上部構件 322:下部構件 324a:夾持凸緣 324b:夾持凸緣 326:螺栓 328:夾持螺母 330:主體 334:前端部 336:後端部 338:內部表面 340:幕簾氣體環 342:凸緣 344:凸緣 350:斜表面 402:外部表面 404:內部表面 500:主體 502:孔 504:上游端部表面 506:凸緣 508:密封座 510:內部表面 630:斜表面 632:斜表面 650:寬度 700:方法 720:步驟 730:步驟 740:步驟 750:步驟
當與隨附圖示一起閱讀時，可由後文實施方式最佳地理解本揭露內容的態樣。注意到根據此產業中之標準實務，各種特徵並未按比例繪製。實際上，為論述的清楚性，可任意增加或減少各種特徵的尺寸。 第1圖為與本揭露內容的實施例一起使用，用於使用氣體電漿處理基材之腔室的示意性截面視圖。 第2圖為根據本揭露內容的實施例，用於從半導體處理腔室去除排氣之工具廢氣導管系統的示意圖。 第3A圖為根據本文中所描述之一個實施例，用於傳送氣體之導管系統的分解視圖。 第3B圖為根據第3A圖中所例示之本文中所描述之一個實施例，用於傳送氣體之導管系統的組裝視圖。 第4圖為根據本揭露內容的實施例，導管系統的導管襯套的側面立體視圖。 第5圖為根據本揭露內容的實施例，導管系統的導管襯套的側面立體視圖。 第6圖為根據本揭露內容的實施例，用於傳送氣體的導管系統的側面截面視圖。 第7圖為根據本揭露內容的實施例，用於傳送氣體之方法的流程圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
204:廢氣導管
298:氣體幕簾元件
300:導管襯套
302a:位置
302b:位置
302c:位置
304:端部
305:凸緣
306:進入端口
308:導管指狀件
310:導管接頭
313:密封件
314:中心環
330:導管主體
402:外部表面
404:內部表面
506:凸緣
508:密封座
510:內部表面

Claims (20)

  1. 一種氣體幕簾元件，包含: 一導管襯套，該導管襯套包含通過該導管襯套之一螺旋形通風口；及 一導管接頭，圍繞該導管襯套的一部分，該導管接頭包含與該導管襯套的該螺旋形通風口呈流體連通之複數個氣體進入端口。
  2. 如請求項1所述之氣體幕簾元件，其中該導管襯套包含從該導管襯套的一外部表面延伸之一導管指狀件。
  3. 如請求項1所述之氣體幕簾元件，其中該導管襯套具有小於該導管接頭的一內徑之一外徑。
  4. 如請求項1所述之氣體幕簾元件，其中該複數個氣體進入端口為三個或更多。
  5. 如請求項1所述之氣體幕簾元件，其中該螺旋形通風口具有一第一寬度，沿著該導管接頭附近之該導管襯套的一長度所量測，且該螺旋形通風口具有一第二寬度，在距該導管接頭量測該第一寬度之一位置更遠的一位置處，沿著該導管襯套的一長度所量測，其中該第二寬度大於該第一寬度。
  6. 如請求項1所述之氣體幕簾元件，更包含與該導管接頭接觸之一密封件。
  7. 如請求項1所述之氣體幕簾元件，其中該導管襯套具有一外徑，且該導管接頭具有一內徑，該導管襯套的該外徑小於該導管接頭的該內徑。
  8. 如請求項1所述之氣體幕簾元件，其中該導管襯套的一端部包含一凸緣。
  9. 一種傳送氣體之方法，包含： 使來自用於處理一基材之一氣體容納腔室之一廢氣流動通過一廢氣導管； 使一沖排氣體流動至一廢氣導管接頭的複數個氣體進入端口的其中一個氣體進入端口中； 使該沖排氣體流動通過該廢氣導管中之一廢氣導管襯套中之一螺旋形通風口；及 沿著該廢氣導管襯套的一內部表面創造一沖排氣體的幕簾。
  10. 如請求項9所述之方法，其中該廢氣導管襯套具有一外徑，且該廢氣導管具有一內徑，該廢氣導管襯套的該外徑小於該廢氣導管的該內徑。
  11. 如請求項10所述之方法，其中該廢氣導管襯套的該外徑為該廢氣導管的該內徑的百分之85至百分之95。
  12. 如請求項9所述之方法，其中使該沖排氣體流動至該廢氣導管接頭中之複數個氣體進入端口中包含：使該沖排氣體流動至該廢氣導管接頭中之三個或更多個沖排氣體進入端口中。
  13. 如請求項9所述之方法，其中該廢氣導管襯套中之該螺旋形通風口具有一第一寬度，該第一寬度沿著該廢氣導管襯套的一長度所量測，且該廢氣導管襯套中之該螺旋形通風口具有一第二寬度，該第二寬度在量測該第一寬度之一位置的下游之一位置處，沿著該廢氣導管襯套的一長度所量測，其中該第二寬度大於該第一寬度。
  14. 一種用於傳送一氣體之導管系統，包含： 一導管，與用於一半導體基材之一處理腔室流體連通； 一導管襯套，在該導管之中，該導管襯套包含一螺旋形通風口，該螺旋形通風口沿著該導管襯套的一長度的一寬度為可變的； 一導管接頭，圍繞該導管襯套的一部分並圍繞該導管的一部分，該導管接頭包含複數個氣體進入端口，該些氣體進入端口與該導管的一內部呈流體連通；及 一密封件，位於該導管與該導管接頭間。
  15. 如請求項14所述之導管系統，其中該導管接頭的一內部表面包含一斜表面。
  16. 如請求項14所述之導管系統，更包含從該導管襯套的一外部延伸之一導管指狀件，該導管指狀件接觸該導管。
  17. 如請求項14所述之導管系統，其中該導管襯套具有一外徑，且該導管具有一內徑，該導管襯套的該外徑小於該導管的該內徑。
  18. 如請求項15所述之導管系統，其中沿著該導管襯套的一長度，毗鄰螺旋形通風口間之一節距為可變的。
  19. 如請求項14所述之導管系統，其中該些氣體進入端口為三個或更多。
  20. 如請求項14所述之導管系統，其中該螺旋形通風口具有一第一寬度，沿著該導管接頭附近之該導管襯套的一長度所量測，且該螺旋形通風口具有一第二寬度，在距該導管接頭量測該第一寬度之一位置更遠的一位置處，沿著該導管襯套的一長度所量測，其中該第二寬度大於該第一寬度。
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