CN105026612B - 用于前级管线等离子体减量***的气体套管 - Google Patents
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Abstract
本文提供用于保护基板处理***的前级管线的内壁的方法和设备。在一些实施方式中，用于在基板处理***的前级管线中处理废气的设备包括气体套管发生器，所述气体套管发生器包括：主体，所述主体具有设置成穿过所述主体的中心开口；气室，所述气室设置在所述主体内并且围绕所述中心开口；入口，所述入口耦接至所述气室；和环状体，所述环状体在第一端耦接至所述气室并且在与所述第一端相对的第二端处形成环形出口，其中所述环形出口与所述中心开口同心并且通向所述中心开口。所述气体套管发生器可以设置在前级管线等离子体减量***的上游，以提供气体套管至基板处理***的前级管线。
Description
技术领域
本发明的实施方式大体涉及基板处理装备，且更具体地，涉及供基板处理装备使用的减量***。
背景技术
一些基板处理腔室废气处理***在将处理腔室废气输送至主减量***之前，在所述处理腔室的废气前级管线(foreline)中预处理处理腔室废气，这些主减量***移除和/或破坏废气流中的所需材料。此类废气处理***在本文中被称为前级管线减量***。一些前级管线减量***使用提供至在介电管周围设置的射频线圈的射频(RF)能量，来促进点燃流过所述介电管的废气，进而形成等离子体，其中介电管***成与前级管线串联。然而，本发明人已经注意到，持续的废气流在前级管线内产生不希望的固体材料(例如，硅)积聚。这些沉积物的积聚不良地导致了处理***的停机时间，用于进行维护保养以移除沉积物。
因此，本发明人提供了一种改良的前级管线减量***的实施方式，所述改良的前级管线减量***能够提供在使用期间减少的材料沉积物。
发明内容
本文提供用于保护基板处理***的前级管线的内壁的方法和设备。在一些实施方式中，用于在基板处理***的前级管线中处理废气的设备包括气体套管发生器，所述气体套管发生器包括：主体，所述主体具有设置成穿过所述主体的中心开口；气室，所述气室设置在所述主体内并且围绕所述中心开口；入口，所述入口耦接至所述气室；和环状体，所述环状体在第一端耦接至所述气室并且在与所述第一端相对的第二端处形成环形出口，其中所述环形出口与所述中心开口同心并且通向所述中心开口。所述气体套管发生器可以设置在前级管线等离子体减量***的上游，以提供气体套管至基板处理***的前级管线。
在一些实施方式中，基板处理***包括：处理腔室；前级管线，所述前级管线耦接至所述处理腔室以允许废气从所述处理腔室流出；前级管线等离子体减量***，所述前级管线等离子体减量***耦接至所述前级管线以减少流过所述前级管线的废气；气源，所述气源用于提供水蒸汽或惰性气体中的至少一个；和气体套管发生器，所述气体套管发生器设置在所述前级管线等离子体减量***的上游的前级管线中，并耦接至所述气源以在所述废气与所述前级管线的内壁之间产生水蒸汽或惰性气体的至少一个的套管。
本发明的其它和进一步的实施方式描述如下。
附图说明
可以通过参照在附图中描绘的本发明的说明性实施方式来理解于上文简要概述和下文更详细地讨论的本发明的实施方式。然而，应注意，附图仅图示本发明的典型实施方式，且因此不应被视为对本发明范围的限制，因为本发明可允许其它等效的实施方式。
图1描绘根据本发明的一些实施方式的具有前级管线减量***的处理***的示意图。
图2是根据本发明的一些实施方式的前级管线减量***的气体套管发生器的等角视图。
图3是根据本发明的一些实施方式的图2的气体套管发生器的剖视图。
为了便于理解，在可能的情况下已使用相同的参考数字来标示各图所共有的相同元件。各图未按比例绘制且为清楚起见可予以简化。预期一个实施方式的元件和特征结构可有利地并入其它实施方式中，而无需进一步叙述。
具体实施方式
本文提供用于基板处理***的前级管线中的废气减量的方法和设备的实施方式。与传统使用的废气处理***相比，所述设备的实施方式可以有利地提供设备内表面上的材料积聚的减少、减速或者消除。在一些实施方式中，所提供的具创新性的设备是模块化的，以有利地改装至现有的***中。
图1描绘了根据本发明的一些实施方式，具有用于处理前级管线110中的废气的前级管线减量***101的处理***100的示意图。所述处理***100包括前级管线等离子体减量***(foreline plasma abatement system,FPAS)145，FPAS 145耦接至处理腔室105的前级管线110(例如，导管)。气体套管发生器140耦接至FPAS 145上游的前级管线110，以在流入前级管线110的腔室流出物或废气与至少紧邻FPAS 145的前级管线110的壁之间提供气体护套或套管，如下文更加详细地论述的。气源115耦接至气体套管发生器140，以提供套管气体至气体套管发生器140。
处理腔室105可以是适用于在基板上执行处理的任何处理腔室。在一些实施方式中，处理腔室105可为处理工具(例如群集工具、串联(in line)处理工具或类似者)的一部分。此类工具的非限制性实例包括基板处理***，诸如那些在半导体、显示器、太阳能或者发光二极管(LED)制造工艺中使用的基板处理***。维持于前级管线110中的真空压力将从在处理腔室105中执行的处理产生的废气抽吸通过前级管线110。所述废气可以是任何气体，例如需要从处理腔室105移除的残余处理气体或副产物气体。在一些实施方式中，所述废气包括全氟化碳(perfluorocarbons,PFCs)和全球变暖气体(global warming gases,GWGs)。在一些实施方式中，所述废气包括可以在前级管线110的表面上积聚的材料，诸如可以聚集在前级管线110的表面上的颗粒或气体。在一些实施方式中，此类材料例如可包括硅。例如，四氟化硅(SiF4)是通过用氟蚀刻硅而产生的，并且在等离子体减量期间被分解。然而，SiF4气体的分解会留下硅原子，这些硅原子可以沉积在前级管线等离子体减量***的冷壁上。
前级管线110可以耦接至真空泵150或者其它合适的泵送设备，以将废气从所述处理腔室105泵送到适当的下游废气处理装备(诸如，减量装备或类似者)。在一些实施方式中，真空泵150可以是粗抽泵或前级泵，诸如干式机械泵或类似泵。在一些实施方式中，真空泵150可以具有可变的泵容量，所述泵容量可以被设置到所需水平，例如以控制或者提供对前级管线110中压力的额外控制。在一些实施方式中，前级管线110以较高的压力载运处理气体，所述压力高达约1托，诸如约50毫托至约1托，但是其它压力亦可使用，如具体应用所要求的。
FPAS 145被设置成在处理腔室105与真空泵150之间与前级管线110串联，并且促进对来自处理腔室105的废气的处理或减量。例如，FPAS 145包括电源146(诸如，射频电源)，电源146耦接至前级管线110或者耦接至设置成与前级管线110串联的导管147，以提供电力而促进对这些废气的等离子体处理。电源146提供所需频率和功率的射频能量，所述能量足以在FPAS 145内形成等离子体，以使得可以用等离子体处理流过前级管线110的废气(例如，至少部分地被分解为一个或更多个离子、自由基、元素、较小的分子或类似物)。在一些说明性实施方式中，电源146可以是能够提供一定频率范围内的射频能量的变频电源。在一些说明性实施方式中，电源146可以在约1.9MHz至约3.2MHz的频率下提供约2kW至约3kW的射频能量。
气源115通过导管130耦接至气体套管发生器140，以便将气体引入前级管线110作为套管。可以提供控制阀136(或者第一控制阀)，以选择性地将气源115耦接至气体套管发生器140。导管130具有基于气体套管发生器140的几何形状而选择的直径，以最小化对提供至气体套管发生器140的流的任何限制(例如，以便可以在前级管线110的内周表面附近产生实质上均匀的气体套管)。在一些实施方式中，导管130具有与前级管线110的主要流动路径相匹配的直径。例如，若前级管线110的直径为约4英寸，则导管130的直径可以为约0.5英寸。视情况，可以紧邻控制阀136提供测试口135，例如以确定跨越所述控制阀的压降，从而计算由气源115提供至气体套管发生器140的气体的流动速率。
在一些实施方式中，气源115提供水蒸汽。在一些实施方式中，所述气源提供惰性气体，诸如氮气或者稀有气体(例如，氩气和类似气体)。在气源提供水蒸汽的实施方式中，可以控制***内的条件以防止或者最小化所述***的导管内水蒸汽的冷凝。例如，气源115以特定温度和压力产生水蒸汽，所述温度和压力受控以使得在前级管线减量***101内，水蒸汽不会冷凝成液态。在一些实施方式中，可以在接近前级管线减量***101的周围温度的温度下提供水蒸汽。在一些实施方式中，可用约0.2slm至约2slm的流动速率将水蒸汽提供至气体套管发生器140。
视情况，在一些实施方式中，气源115另外(例如)通过导管120耦接至气体套管发生器140上游的前级管线110。从气体套管发生器140上游的气源115提供气体有利地促进了气体在废气流中的混合，而不是使气体多数保持作为套管。此类混合可以增强对废气中所需成分的破坏，例如当气体是反应物(诸如，水蒸汽或类似物)时。或者，此类混合可以有利地稀释废气，例如当气体是惰性的(诸如，氮气、稀有气体或类似物)时。可以提供控制阀125(或者第二控制阀)，以选择性地将气源115耦接至前级管线110。视情况，可以紧邻控制阀125提供测试口(类似于针对控制阀136所示的测试口135)，例如以确定跨越所述控制阀的压降，从而计算由气源115提供至气体套管发生器140上游的前级管线110的气体的流动速率。
在气源提供水蒸汽以形成气体套管的实施方式中，水蒸汽有利地帮助解构全氟化碳。例如，水蒸汽充当针对四氟化硅(SiF4)气体或四氟化碳(CF4)气体的反应物，以使得在***下游存在优选复合。在此类实例中，碳可以与氧结合以形成二氧化碳，而氟可以与氢结合以形成HF。HF可以被容易地湿式洗涤，以确保从废气流中移除氟离子。
如以上论述的，气体套管发生器140耦接至FPAS 145上游的前级管线110，以在流入前级管线110的腔室流出物或废气与至少紧邻FPAS 145的前级管线110的壁之间提供气体护套。气体套管发生器140被设置成足够靠近FPAS 145，以促进维持在导管(例如，FPAS145内的前级管线110或导管147)内所产生的气体套管，从而提供对FPAS 145内的表面上的材料沉积的阻挡层。
图2描绘根据本发明的一些实施方式的气体套管发生器140的等角视图。气体套管发生器140大体而言包括主体202，主体202具有对应于前级管线110的直径的中心开口204。所述主体包括内部容积(在下文参照图3描述)，所述内部容积耦接至入口208以经由导管130接收来自气源115的气体，并耦接至环槽206以经由中心开口204将气体输送至前级管线110(或者FPAS 145)。在一些实施方式中，气体套管发生器140可以有利地被调整尺寸，以促进简化与现有FPAS 145串联的气体套管发生器140的安装。例如，在一些实施方式中，气体套管发生器140是相对较薄的，以允许将气体套管发生器140***前级管线110与FPAS 145的现有连接凸缘之间(例如，在导管中具有足够的间隙时，可以安装气体套管发生器140，而无需切割前级管线110导管和重新焊接连接)。在一些实施方式中，气体套管发生器140的厚度是约33mm。
在一些实施方式中，气体套管发生器140的主体202包括第一半部205和第二半部210。所述主体的两件式构造促进简化套管几何形状的重建、重加工和清洁(若需要)。第一半部205和第二半部210可以用任何合适的方式耦接在一起，诸如经由设置在沿着第一半部和第二半部的周边设置的孔215中的多个螺钉，从而提供单一的组件，以简化气体套管发生器140的搬运、安装和移除。提供多个通孔220以使用现有的凸缘连接器(例如提供较长的螺钉以适应气体套管发生器140的厚度)将气体套管发生器140耦接至FPAS 145和前级管线110。在一些实施方式中，提供三个孔215和三个通孔220，但是亦可以使用其它数量的紧固件。
图3是根据本发明的一些实施方式，沿图2的用于处理所述前级管线110(或者FPAS145的导管147)中的主要废气流350的气体套管发生器140的线3-3截取的剖视图300。第一半部205和第二半部210共同封装气室305。可以通过第一半部205或第二半部210之一或两者中的凹槽来界定气室305。在一些实施方式中，第一半部205包括凹槽，当第一半部205抵靠第二半部210放置时，所述凹槽形成气室305。入口208将导管130流体地耦接至气室305。在一些实施方式中，入口208设置在第一半部205中。气室305实质上围绕中心开口204，并且流体地耦接至环状体325(例如，环槽206)，环状体325经由凸缘340形成。凸缘340平行于中心开口204延伸，并且至少部分地与第二半部210重叠以在凸缘340与第二半部210的面向中心开口的壁之间界定环状体325。环状体325的第一端耦接至气室305，而所述环状体的第二端耦接至环形出口330。环状体325实质上小于气室305，以使得所提供的流动限制促进穿过环形出口330到中心开口204的更均匀的气体输送。环状体325由此经由环形出口330而围绕主要废气流350分配气体。
在需要密封的位置中，诸如在第一半部205与第二半部210之间的任何连接点处，或者在第一半部205或第二半部210的任意一者与前级管线110或导管147的连接凸缘(例如，连接凸缘302、304)之间，可以提供密封以最小化或者防止废气从前级管线110的任何泄漏，或者来自气源115的气体的任何泄漏。例如，O形环315被放置在沟槽317中，以防止气体从第一半部205与第二半部210的接合处泄漏出去。类似地，O形环可以被放置在连接凸缘302、304中的各个沟槽中，以防止气体或废气从第一半部205和第二半部210与连接凸缘302、304之间的各个接合处泄漏出去。O形环沟槽可替代地完全地形成于一个表面中，或者部分地形成于两个相对表面内，或者在与如图3所示的表面相对的表面中。
在一些实施方式中，孔215可以穿入一个半部(诸如所示实施方式中的第一半部205)以接收螺钉335，从而便于以足够的力将第一半部205和第二半部210耦接在一起，进而在第一半部205与第二半部210的配合表面之间形成密封(例如，通过压紧O形环315)。可以提供多个紧固件，诸如螺钉320，以将气体套管发生器140耦接至前级管线110和FPAS 145。
在操作中，来自处理腔室(未示出)的废气/流出物可以被泵送穿过前级管线110，并穿过气体套管发生器140和FPAS 145，以用于处理废气。气源115可以将气体提供至气体套管发生器140，以形成设置在废气/流出物与FPAS 145内的前级管线110和/或导管147的内壁之间的气体套管。射频能量可以由电源146提供至FPAS 145的射频线圈(未图示)，以在FPAS 145内感应性地形成等离子体，以用于处理废气。在一些实施方式中，气体套管发生器140提供水蒸汽套管，以在处理气体与前级管线的内壁之间提供阻挡层。在一些实施方式中，气体套管发生器140提供氮气或稀有气体套管。通过气体套管发生器140提供的阻挡层有利地减少或者防止来自废气/流出物的材料沉积在FPAS145的前级管线110或导管147的壁上。与不具有沉积阻挡层的传统设备相比，该用于有利地处理废气的设备的配置可提供更长的使用寿命。
尽管上述内容针对本发明的实施方式，但是可以在不脱离本发明的基本范围的情况下，设计本发明的其它和进一步的实施方式。
Claims (14)
1.一种用于在基板处理***的前级管线中处理废气的设备，所述设备包括：
气体套管发生器，所述气体套管发生器包括主体，所述主体具有设置成穿过所述主体的中心开口；
气室，所述气室设置在所述主体内并且围绕所述中心开口；
入口，所述入口耦接至所述气室；和
环状体，所述环状体在第一端耦接至所述气室并且在与所述第一端相对的第二端处形成环形出口，其中所述环形出口与所述中心开口同心并且通向所述中心开口。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述气体套管发生器被设置成与前级管线等离子体减量***上游的前级管线串联。
3.如权利要求1所述的设备，进一步包括气源，所述气源耦接至所述气体套管发生器的所述入口。
4.如权利要求3所述的设备，其中所述气源提供水蒸汽或惰性气体。
5.如权利要求1至4中任一项所述的设备，其中所述气体套管发生器的所述主体进一步包括第一半部和第二半部，其中所述气室设置在所述第一半部与所述第二半部之间。
6.如权利要求5所述的设备，其中所述入口设置在所述第一半部中。
7.如权利要求5所述的设备，其中所述第一半部进一步包括凸缘，所述凸缘设置为邻近于所述中心开口并且沿着所述中心开口从所述第一半部轴向地延伸出并至少部分地与所述第二半部重叠，且其中所述环状体界定于所述凸缘与所述第二半部之间。
8.如权利要求5所述的设备，其中所述主体进一步包括：第一多个孔和第二多个通孔，所述第一多个孔用来将所述第一半部和所述第二半部耦接在一起，所述第二多个通孔设置成完全穿过所述主体。
9.一种基板处理***，所述基板处理***包括：
处理腔室；
前级管线，所述前级管线耦接至所述处理腔室以允许废气从所述处理腔室流出；
前级管线等离子体减量***，所述前级管线等离子体减量***耦接至所述前级管线以减少流过所述前级管线的废气；
气源；和
气体套管发生器，所述气体套管发生器设置在所述前级管线等离子体减量***上游的所述前级管线中，并且所述气体套管发生器耦接至所述气源以在所述废气与所述前级管线的内壁之间产生由所述气源提供的气体的套管，其中所述气体套管发生器包括：
主体，所述主体具有设置成穿过所述主体的中心开口；
气室，所述气室设置在所述主体内并且围绕所述中心开口；
入口，所述入口耦接至所述气室；和
环状体，所述环状体在第一端耦接至所述气室并且在与所述第一端相对的第二端处形成环形出口，其中所述环形出口与所述中心开口同心并且通向所述中心开口。
10.如权利要求9所述的基板处理***，其中所述气源在所述气体套管发生器的上游位置处额外地耦接至所述前级管线。
11.如权利要求9所述的基板处理***，其中所述气源提供水蒸汽或惰性气体。
12.如权利要求9所述的基板处理***，其中所述气体套管发生器的所述主体进一步包括第一半部和第二半部，其中所述气室设置在所述第一半部与所述第二半部之间。
13.如权利要求12所述的基板处理***，其中所述主体的所述第一半部进一步包括凸缘，所述凸缘设置为邻近于所述中心开口并且沿着所述中心开口从所述第一半部轴向地延伸出并至少部分地与所述主体的所述第二半部重叠，且其中所述环状体界定于所述凸缘与所述第二半部之间。
14.如权利要求12所述的基板处理***，其中所述主体进一步包括：第一多个孔和第二多个通孔，所述第一多个孔用来将所述第一半部和所述第二半部耦接在一起，所述第二多个通孔设置成完全穿过所述主体。
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