用于處理氣流的設備的制作方法
【專利摘要】在用于處理氣流(12)的設備(10)中，等離子生成器(14)包括用于使源氣體通電以通過高電壓的應用來生成等離子焰(16)的電極(22)。入口(24)允許氣流(12)進入設備(10)中且將其引導到所生成的等離子(16)中。刮擦器(26)適于從退出電極(22)的第一位置往復移動到第二位置，以用于刮擦電極(22)的表面(28)以除去累積在表面(28)上的固體沉積物。
【專利說明】用于處理氣流的設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于處理氣流的設備。本發明在從用于半導體或平板顯示工業中的處理室中排出的氣流的處理中得到了具體應用。
【背景技術】
[0002]半導體裝置制造中的主要步驟為通過蒸氣前體的化學反應在半導體基底上形成薄膜。用于在基底上沉積薄膜的一種已知的技術為化學氣相沉積(CVD)，其通常由等離子增強。在該技術中，過程氣體供應到容納基底的處理室中，且反應以在基底的表面上形成薄膜。供應到處理室以形成薄膜的氣體的例子包括但不限于:用于形成氮化硅膜的硅烷和氨；用于形成SiON膜的硅烷、氨和一氧化二氮；用于形成二氧化硅膜的氧與臭氧中的一者和TEOS ；以及用于形成氧化鋁膜的Al (CH3) 3和水蒸氣。
[0003]使用等離子消減裝置可以以高的效率和相對低的成本來處理從處理室中排出的氣體。在等離子消減過程中，使氣流流入熱大氣壓力等離子排放(其主要為熱源)中。等離子引起氣流分解成反應組分，該反應組分可與氧或氫組合以產生相對穩定的副產物。
[0004]在產生固體副產物(例如，硅烷或TEOS氧化期間的二氧化硅)的氣體的等離子消減期間，已經遇到了位于等離子焰流下游的反應室中的堵塞問題。該室通常由例如大小可為直徑大約30mm到50mm且長度90mm至150mm的管道組成。反應室的目的在于包含有限體積的熱氣體，以允許發生消減反應。然而，該室在消減硅烷、TEOS或有機硅烷時例如會被粘附到其壁上的二氧化硅顆粒堵塞。
[0005]避免顆粒粘附到室的壁上的一種方式在于在它們的表面上形成水堰。然而，在電極(陽極)與反應室之間仍然存在等離子反應器"干燥"區域，且電極自身需要額外的清潔。
【發明內容】
[0006]本發明提供用于處理氣流的設備，包括用于將源氣體傳送到設備中的第一入口，用于使源氣體通電以生成等離子的至少一個電極，用于將氣流引導到所生成的等離子中的第二入口，以及適于從退出電極的第一位置移動到第二位置的刮擦器，以用于刮擦電極表面以除去累積在該表面上的固體沉積物。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]為了可更好地理解本發明，本發明的一些實施例(其僅以例子的方式給出)，現將參考附圖來描述，在附圖中:
圖1示意性地示出了用于處理氣流的設備，具有處在第一位置中的刮擦器；
圖2示意性地示出了具有在第二位置中的刮擦器的設備；
圖3以截面示出了改變的刮擦器；
圖4以透視圖示出了圖3的刮擦器； 圖5示意性地示出了用于處理氣流的改變的設備，具有處在第一位置中的刮擦器；
圖6示意性地示出了本發明的另一個實施例；
圖7示出了另一個刮擦器的兩個透視圖；以及 圖8更詳細地示出了處理設備的等離子生成器。
【具體實施方式】
[0008]參照圖1和圖2，示出了用于處理氣流12的設備10。該設備包括用于生成等離子焰16的等離子生成器14。圖1和圖2中示意性地示出了該等離子生成器。相對于下文的圖7提供了等離子生成器的更詳細的描述。等離子生成器包括用于使源氣體通電以通過高電壓的應用來生成等離子的電極22。入口 24允許氣流進入設備中且將其引導到所生成的等離子中。刮擦器26適于從退出電極的如圖1中所示的第一位置往復移動到如圖2中所示的第二位置，以用于刮擦電極的表面28以除去累積在該表面上的固體沉積物。作為備選或此外，在下文描述的本發明的其它實施例中，刮擦器布置成刮擦等離子生成器的其它干燥表面或等離子生成器下游的處理設備的表面。
[0009]等離子生成器包括用于將源氣體傳送到設備中來通電以形成所述等離子焰的第二入口(未示出)。設備優選為包括用于將試劑傳送到設備中以用于改善氣流的處理的試劑入口(未示出)。
[0010]設備包括電極22下游的反應器室30，在該反應器室30中處理氣流。由于在處理某些過程氣體時可生成固體沉積物，例如，在消減硅烷、TEOS或有機硅烷時的二氧化硅顆粒，且該沉積物可粘附到室的壁上，故在該壁上形成了水堰。水32通過水入口 34進入反應室，且在室的壁上形成水層36，防止顆粒粘附，且在已經粘附了顆粒的情況下除去顆粒。雖然大多數氣體在反應室中處理，但在反應器室的上游也發生一些處理，導致在電極22的表面28上的沉積。
[0011]設備中生成的等離子通常在大于1000°C的溫度下。如將參考圖7更詳細地描述的那樣，電極包括噴嘴或開口，通過該噴嘴或開口朝反應器室傳送等離子。噴嘴區中的沉積將通過等離子的高溫來去除。然而，電極或等離子生成器的相對較冷的區環繞噴嘴且通常未直接暴露于熱的等離子，尤其是在電極單獨冷卻的情況下。因此，沉積物可累積在等離子生成器的較冷區上，這抑制了設備的正常運行。較冷區不會受到水沖洗而未引起破壞，且因此，刮擦器26布置成從等離子生成器的較冷的干燥區中刮擦沉積物。
[0012]致動器38致動刮擦器在第一位置與第二位置之間的往復移動。在該例子中，致動器由流體在壓力下致動。該流體可為液體，在為液體的情況下，其將為液壓致動器，或可為氣體，在為氣體的情況下，其將為氣動致動器。為了方便，下文參考液壓致動器，但將認識到的是，該液壓致動器與氣動致動器為可互換的，例如，取決于需要由致動器生成的力。
[0013]液壓致動器包括接納連接到刮擦器上的活塞42的液壓缸40。然而，可使用其它布置，如，電動機。例如可為可編程邏輯控制器(PLC)的控制器44構造成取決于電極表面上的固體沉積物的累積選擇地觸動致動器。例如，取決于已經確定的在具體過程氣體的處理期間沉積物多快地累積在電極上，控制器可以以預定間隔(即，每三十秒或每五分鐘)引起刮擦。作為備選，可提供連接到控制器上的探針(未示出)，以用于感測沉積物的累積，且當感測到累積大于所選擇的量時，控制器觸動致動器。[0014]在變型中，刮擦器構造成當刮擦器處于第二位置時等離子焰不被中斷，例如，通過在刮擦器中提供孔，焰可延伸通過該孔，或通過提供大體上C形的刮擦器，以便焰可延伸通過由C形狀提供的空間。這些刮擦器構造縮短了刮擦器的材料直接暴露于等離子的高溫的時間周期。當在第二位置中時，刮擦器的材料未直接暴露于等離子且僅在第一位置與第二位置之間的過渡期間暴露。此外，如果刮擦器意外地變成固定在第二位置中，則等離子仍將被傳送到反應室中且刮擦器將發生減小的破壞。
[0015]作為備選或優選地額外地，刮擦器構造成以便當在第二位置中時，其不顯著地抑制過程氣體流入設備中。在這方面，刮擦器優選為設有器件，通過該器件，當刮擦器處于第二位置中時，過程氣體可被傳送通過刮擦器或圍繞刮擦器。
[0016]圖3和圖4示出了構造成在刮擦器處于第二位置時允許等離子和過程氣體繼續流動的刮擦器的例子。在詳細地論述圖3和圖4之前，應注意的是，在圖1和圖2中，過程氣體12示為沿大體上平行于刮擦器的往復移動方向的方向進入設備。然而，在優選的且更典型的布置中，過程氣體的入口布置成沿大體上垂直于如圖4中所示的往復移動方向的方向將過程氣體12傳送到設備中。
[0017]現在更詳細地參考圖3和圖4，刮擦器50具有通孔46，該通孔46在刮擦器的第二位置中與電極22對準，以允許等離子焰16延伸穿過該孔。圖3中示出了在第二位置中的刮擦器且通孔46由虛線示出。刮擦器的該構造允許即使當刮擦器處于第二位置中至少部分地覆蓋電極時也繼續生成等離子。對技術人員來說將變得明顯的是，刮擦器的其它構造(如，之前提到的C形刮擦器)也允許繼續生成等離子。
[0018]刮擦器還定形成使得當在第二位置中時，允許過程氣流如由箭頭12所示穿過孔。刮擦器具有相對于氣流的流動方向成角的表面48(在圖3中由虛線示出)，以用于引導氣流通過孔46。因此，即使當刮擦器處于第二位置中，氣流的流動也不會顯著地受限制，且因此消減設備上游的背壓不被增大。該構造在刮擦器意外地固定在第二位置中的情況下尤其有用。此外，當刮擦器處于第二位置時，發生氣流的連續的等離子處理。
[0019]圖4中以虛線示出了活塞42的位置。活塞42與錐形的閉孔58接合，且優選為具有用于接納夾緊螺釘的另一個孔60，以用于將活塞固定在適合的位置中。將看到的是，刮擦器50布置成沿由雙頭箭頭所示的方向往復移動。在該情況下，氣流12沿大體上垂直于往復移動方向的方向流入設備中。在刮擦器從第一位置移動到第二位置期間，表面52大體上平行于電極22的表面28。作為優選,表面52在至少一部分移動期間與表面28接觸。相反的表面53優選為在最后一部分移動期間與堰64的上表面接觸。如所示的可彎曲的前緣54從電極表面上刮擦固體沉積物。前緣可逐漸縮小到尖點或線，以允許刮擦器更容易切入牢固地粘附到等離子生成器上的沉積物中。
[0020]圖5中示出了變型的處理設備。在該設備中，示出的堰導引件62用于在反應器室的壁上形成堰且分離反應室與等離子生成器，以防止水飛濺在電極上。堰引導件為與本申請具有相同優先日期的本 申請人:的不同專利申請的主題。
[0021]堰引導件的上表面64為干燥的且未以水沖洗。此外，其不與等離子焰16直接接觸。因此，該表面易受沉積物的累積影響，且因此該設備中的刮擦器26布置成在第一位置與第二位置之間的往復移動期間刮擦上表面64。即是說，刮擦器的第一或上部前緣66從電極中刮擦沉積物，而刮擦器的第二或下部前緣68從堰引導件62的上表面64中刮擦沉積物。
[0022]圖6中示意性地示出了本發明的另一個實施例。區70位于等離子生成器14與反應器30之間，且其至少一個表面易受固體沉積物的累積影響。刮擦器72適于從退出所述至少一個表面的第一位置往復移動(如雙頭箭頭所示)到第二位置，以用于刮擦該表面以除去累積的固體沉積物。在該附圖中示出的例子中，存在四個表面74，76，78, 80，固體沉積物可累積在該四個表面上。表面74可為等離子生成器的電極的表面，而表面78可為堰引導件的表面。表面76，80可形成處理設備的殼體的一部分。所述表面通常未直接暴露于等離子焰且為相對冷。此外，以液體洗滌可引起破壞或可為不切實際的。如所示的刮擦器構造成刮擦多個表面且優選為刮擦所有表面，以從區70中除去沉積物。例如，刮擦器的表面82定形成刮擦表面74，而表面84定形成刮擦表面76等。雖然如所示的刮擦器72大體上為直線形的，但可優選其它形狀來與區70的不同表面互補。
[0023]圖7中示出了另一個刮擦器90。刮擦器90在圖7中由兩個透視圖示出，且雙頭箭頭示出了當刮擦器并入處理設備時的往復移動方向。刮擦器包括上部區段92和下部區段94。上部區段具有右旋的爪形構造，而下部區段具有左旋的爪形構造。當刮擦器處于第二位置時，爪一起提供了用于等離子焰的通孔96。上部爪提供了開口 98，其允許氣體穿入通孔96中，例如，用于處理的氣流。下部爪提供了開口 100，其允許另一氣體穿入通孔96中，例如，用于凈化設備的凈化氣體。上部爪具有大體上沿行進方向延伸的第一部分102和橫向于行進方向延伸的第二部分104，其后者形成前緣106，例如，以用于刮擦電極表面。下部爪具有大體上沿行進方向延伸的第一部分108和橫向于行進方向延伸的第二部分110,其后者形成前緣112，例如，以用于刮擦堰引導件表面。
[0024]在一個例子中，等離子生成器14可由圖8中示出的DC等離子炬形成。該炬包括陰極布置I和陽極布置2。陰極布置包括大致圓柱形的本體Ia和按鈕型陰極lb。冷卻的(例如，水冷的)陰極本體Ia由具有比按鈕陰極Ib的熱離子材料的導熱率和功函數更高的導熱率和功函數的導電金屬形成，例如，常見的是使用銅陰極體和鉿按鈕陰極。陽極布置包括通常由銅形成的中空本體2a，其還包括陽極喉部2b和朝喉部2b會聚且終止于喉部2b處的內部截頭圓錐形表面部分2c。在組裝時，陰極布置I至少部分地位于銅陽極2內且與銅陽極2同心。間隙必須存在于陽極2與陰極I之間，使得導管3形成于陽極2的外表面與陰極組件I的內表面之間。陰極I在圓錐形部分2c內終止，在所述圓錐形部分2c內形成等離子生成區4。圖7中示出的等離子生成器的電極的刮擦表面為表面28。
[0025]本文描述的刮擦器在存在鹵素(如，氟)的情況下有利地抗腐蝕，且具有較好的機械強度。此外，刮擦器優選為具有高的導熱率，以在與等離子焰的相互作用期間在較短的周期內使局部加熱(以及因此破壞)最小化。例如，鎳201合金的特點為由其制成刮擦器的適合材料，該刮擦器具有79.3ff/mC的導熱率，其比不銹鋼合金高若干倍。鎳201還抗可能存在于設備中的腐蝕性氣體，且具有好的機械強度。
【權利要求】
1.一種用于處理氣流的設備，包括用于生成等離子的等離子生成器，以用于處理所述等離子生成器下游的反應室中的氣流，其中在所述等離子生成器與所述反應器之間的區包括易受固體沉積物的累積影響的至少一個表面，且其中刮擦器適于從退出所述至少一個表面的第一位置移動到第二位置，以用于刮擦所述至少一個表面以除去累積的固體沉積物。
2.根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所述刮擦器構造成刮擦所述區的多個表面以用于除去固體累積的固體沉積物。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的設備，其特征在于，所述等離子生成器包括至少一個電極，以用于使所述源氣體通電以生成等離子，且所述刮擦器構造成刮擦所述電極的表面以除去累積在所述表面上的固體沉積物。
4.根據前述權利要求中的任一項所述的設備，其特征在于，包括用于致動所述刮擦器的所述移動的致動器。
5.根據權利要求4所述的設備，其特征在于，包括控制器，所述控制器構造成取決于所述電極的表面上的固體沉積物的累積來選擇地觸動所述致動器。
6.根據權利要求5所述的設備，其特征在于，所述控制器構造成在所述設備的使用期間以預定的間隔觸動所述致動器。
7.根據前述權利要求中的任一項所述的設備，其特征在于，所述刮擦器具有通孔，所述通孔在所述刮擦器的第二位置中與所述電極對準以允許所述等離子焰延伸穿過所述孔。
8.根據權利要求7所述的設備，其特征在于，所述刮擦器定形成使得當在所述第二位置中時允許所述氣流穿過所述孔。
9.根據權利要求8所述的設備，其特征在于，所述刮擦器具有相對于所述氣流的流動方向成角的表面，以用于引導所述氣流通過所述孔。
10.根據前述權利要求的任一項所述的設備，其特征在于，包括用于在所述反應器室的內表面上建立液體堰的器件，其中所述器件包括用于在所述內表面上引導液體的流動引導器，所述流動引導器具有用于將所述液體堰從所述電極分離的環形表面，且其中所述刮擦器從所述第一位置到所述第二位置的移動布置成刮擦所述環形表面。
11.根據權利要求10所述的設備，其特征在于，當所述刮擦器處于所述第二位置時，穿過所述環形表面的所述開口與所述刮擦器的通孔大體上對準。
12.根據前述權利要求中的任一項所述的設備，其特征在于，所述刮擦器由包括鎳的材料制成。
13.根據前述權利要求中的任一項所述的設備，其特征在于，所述等離子生成器包括第二入口，以用于將源氣體傳送到所述設備中來通電以形成所述等離子焰。
14.根據前述權利要求中的任一項所述的設備，其特征在于，包括用于將試劑傳送到所述設備中的試劑入口，以用于改善所述氣流的處理。
15.一種構造成用于根據前述權利要求中的任一項所述的設備的刮擦器。
【文檔編號】H05H1/34GK103764261SQ201280040000
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年7月11日 優先權日:2011年8月17日
【發明者】C.J.P.克萊門茨, S.A.沃羅寧, J.L.比德, D.麥克格拉思 申請人:愛德華茲有限公司