反應物輸送系統(tǒng)防凍熱交換器的制作方法

本公開內(nèi)容的實施方式一般涉及基板處理設備，尤其是，涉及與基板處理設備一起使用的等離子體去除(abatement)系統(tǒng)。

背景技術：

遠程等離子體源(RPS)或直列式等離子體源(IPS)已使用于全氟碳化物(PFC’s)及全球暖化氣體(GWG’s)的去除。例如，可在諸如渦輪泵之類的高真空泵與諸如干真空泵之類的后備泵之間的基板處理系統(tǒng)的真空系統(tǒng)的前級(foreline)中安裝RPS或IPS。在一些等離子體去除系統(tǒng)中，反應物輸送系統(tǒng)(RDS)，例如水輸送系統(tǒng)(WDS)，輸送水蒸氣至前級如同用于PFC去除處理的反應物氣體。

發(fā)明人觀察到：在WDS中的水汽化造成冷卻，且隨著蒸氣流動率增加，WDS中液體水的表面可凍結并阻斷水蒸氣的流動。此外，發(fā)明人觀察到：WDS的按比例增加以支援多個處理腔室包含增加水槽大小，增加水槽大小可使得凍結問題變得更嚴重。特定而言，由于傳輸熱至更大的槽的內(nèi)部分更加困難，槽中水的表面更易于凍結。

因此，發(fā)明人提供改良的反應物輸送系統(tǒng)的實施方式，包含熱交換器以防止反應物的表面凍結，且允許更高的反應物蒸氣汽化流動率。

技術實現(xiàn)要素：

于此提供在前級去除系統(tǒng)中提供反應物氣體的裝置及方法。在一些實施方式中，反應物輸送系統(tǒng)包含：水槽，該水槽具有內(nèi)容積，該內(nèi)容積在設置于該水槽中時容納反應物液體；及熱交換器，該熱交換器具有中央開口，該中央開口設置于該內(nèi)容積中，并且經(jīng)構造以在反應物液體設置于該水槽內(nèi)時避免該反應物液體的頂表面凍結。

在一些實施方式中，使用于反應物輸送系統(tǒng)中的熱交換器可包含：連續(xù)線圈板材料，該材料具有內(nèi)端及外端，其中該連續(xù)線圈板形成多個等距間隔的同心層而準許這些同心層之間反應物液體的流動，且其中對該連續(xù)線圈板穿孔以允許水流經(jīng)這些同心層。

在一些實施方式中，方法可包含以下步驟：于反應物輸送系統(tǒng)的水槽的內(nèi)容積內(nèi)提供熱交換器，于該水槽的該內(nèi)容積內(nèi)提供反應物液體至一水平面，該水平面使得熱交換器部分浸沒于反應物液體內(nèi)且部分由反應物液體的頂表面突出，汽化反應物液體以形成供應至前級去除系統(tǒng)的反應物氣體，其中汽化反應物液體使得反應物液體的頂表面冷卻，并且使用熱交換器加熱反應物液體的頂表面，其中該熱交換器由該熱交換器的下部傳導熱至該熱交換器的上部，且其中該熱交換器的該下部由較該反應物液體頂表面具有更高溫度的反應物液體加熱且設置于該反應物液體中。

在一些實施方式中，基板處理系統(tǒng)可包含：處理腔室；前級，該前級耦接至該處理腔室以允許來自該處理腔室的排出物的流動；前級等離子體去除系統(tǒng)，該前級等離子體去除去除系統(tǒng)耦接至該前級以去除流經(jīng)該前級的排出物，其中該前級等離子體去除系統(tǒng)包含：水槽，該水槽具有內(nèi)容積，該內(nèi)容積在設置于該水槽中時容納反應物液體；管，沿著該水槽的中央通道(access)設置該管；熱交換器，該熱交換器具有中央開口，該中央開口繞著該管設置于該內(nèi)容積中且經(jīng)構造以在反應物液體設置于該水槽內(nèi)時避免該反應物液體的頂表面凍結。

以下描述本公開內(nèi)容的其它的及進一步的實施方式。

附圖說明

以上簡要概述的及下文更詳細地討論的本公開內(nèi)容的實施方式，可以通過參照描繪于附圖中的本公開內(nèi)容的說明性實施方式來理解。然而，應當注意，附圖僅繪示本公開內(nèi)容的典型的實施方式，因而不應視為對本公開內(nèi)容的范圍的限制，因為本公開內(nèi)容可允許其它等同有效的實施方式。

圖1根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方式描繪處理系統(tǒng)，包含等離子體前級去除系統(tǒng)。

圖2根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方式描繪反應物輸送系統(tǒng)的側截面圖。

圖3根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方式描繪使用于圖2的反應物輸送系統(tǒng)中的熱交換器的等距圖。

圖4根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方式描繪使用于圖2的反應物輸送系統(tǒng)中的熱交換器的俯視示意圖。

圖5根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方式描繪使用于圖2的反應物輸送系統(tǒng)中的熱交換器的俯視示意圖。

圖6根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方式描繪使用于圖2的反應物輸送系統(tǒng)中的熱交換器的俯視示意圖。

為了便于理解，盡可能使用相同參考數(shù)字符號，以標示附圖中共通的相同元件。附圖并未按比例繪制且可為了清晰而簡化?？紤]到，一個實施方式中的元件及特征在沒有特定描述下可有益地并入其它實施方式。

具體實施方式

本公開內(nèi)容的實施方式可在直列式等離子體去除系統(tǒng)中有利地提供對于全氟碳化物(PFC’s)及全球暖化氣體(GWG’s)的提高的去除效率。本公開內(nèi)容的實施方式可通過例如提供改良的包含熱交換器的反應物輸送系統(tǒng)，用以防止反應物表面凍結且允許前級中更高的反應物蒸氣汽化流動率，來提高去除效率。在一些實施方式中，反應物為水且反應物蒸氣為水蒸氣。通過防止水的表面凍結且允許前級中更高的水蒸氣汽化流動率，改善由水蒸氣的反應所造成的PFC和/或GWG的故障。

后等離子體前級氣體注入的額外優(yōu)點包含后去除排放溫度的降低。如同排放線中的壓力及氣體流動可隨著配方中各步驟而改變，本公開內(nèi)容的實施方式可調(diào)整配方中各改變或針對各操作條件而調(diào)整，以維持最佳去除效率同時對步驟的功用及能量使用最小化。這些調(diào)整/控制可以是通過設定與工藝配方時間同步的參數(shù)、通過即時傳感器回饋、或通過監(jiān)視工具或氣體面板控制信號。若去除工具處于關閉、閑置、預防性維護、或旁路(bypass)模式，可通過處理腔室及去除設備之間的智能界面的使用來最小化能量及功用。例如，智能界面可調(diào)整等離子體功率供應輸出至合適的功率水平以維持目標性能。等離子體功率供應及反應器管(或其它部件)的使用期限依操作能量水平而定。通過操作高于保證反應器內(nèi)去除或清潔氣體的等離子體能量水平來浪費功率，不僅浪費能量，還縮短維持周期之間的持續(xù)時間。進一步地，去除RPS或直列式去除設備智能界面可計數(shù)并報告：可用時間、系統(tǒng)警告或錯誤、操作效率、操作時數(shù)、及使用的功用，并且可報告本地的即時或累積的碳足跡性能或至中央監(jiān)視及報告系統(tǒng)。本公開內(nèi)容的進一步的實施方式包含設計并與前級氣體注入控制整合的反應物輸送系統(tǒng)，以維持注入至排放前等離子體的反應物的特定量，從而維持PFC或GWG的最佳去除效率及最小化反應物損耗。

用于前級去除的等離子體源可使用除了工藝排放物外含氫或氧的反應物，例如水蒸氣，以實現(xiàn)前級中PFC及GWG的去除。圖1為配管及儀器構造圖，示出根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方式的典型等離子體前級去除系統(tǒng)。等離子體前級去除系統(tǒng)可耦接至或可為更大處理系統(tǒng)的部分，這個更大處理系統(tǒng)產(chǎn)生或發(fā)射涉及去除的PFC或GWG。這些系統(tǒng)的非限制性實施例包含基板處理系統(tǒng)，例如使用于半導體、顯示器、太陽能、或發(fā)光二極體(LED)制造工藝中的系統(tǒng)。

用于前級去除的等離子體源可使用除了處理排放外含氫或氧的反應物，例如水蒸氣，以實現(xiàn)前級中PFC及GWG的去除。圖1為根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實施方式的處理系統(tǒng)100，包含用于處理排放氣體的典型等離子體前級去除系統(tǒng)120。處理系統(tǒng)100一般包括處理腔室102、耦接至處理腔室102的前級108、耦接至前級108的反應物輸送系統(tǒng)112、及耦接至前級108的用于處理排放氣體的裝置104(例如，等離子體去除源)。

處理腔室102可為任何適于在基板上執(zhí)行處理的處理腔室。在一些實施方式中，處理腔室102可為處理工具的部分，例如群集工具、直列式處理工具或類似者。處理腔室102可產(chǎn)生或發(fā)射涉及去除的PFC或GWG。這些處理腔室102的非限制性實施例包含基板處理系統(tǒng)，例如使用于半導體、顯示器、太陽能、或發(fā)光二極體(LED)制造工藝的系統(tǒng)。

前級108耦接至處理腔室102的排放口114且便于由處理腔室102移除排放氣體。排放氣體可為任何氣體，例如，可由處理腔室102移除的諸如工藝氣體或副產(chǎn)物氣體。前級108可耦接至真空泵106或其它合適的抽取裝置以由處理腔室102抽取排放氣體至合適的下游排放處理設備(諸如，去除設備或類似者)。在一些實施方式中，真空泵106可為粗加工泵或后備泵，例如，干機械泵或類似者。在一些實施方式中，真空泵106可具有可變的抽取容量，可設定于特定水平，例如，用以控制或提供前級108中額外的壓力控制。

前級108與用于處理排放氣體的設備104以直列式設置，且促進來自處理腔室102的排放氣體的處理或去除。電源110，例如RF功率源耦接至用于處理排放氣體的裝置104，以提供功率至用于處理排放氣體的裝置104，從而便于排放氣體的等離子體處理。電源110以足以在用于處理排放氣體的裝置104內(nèi)形成等離子體的頻率及功率來提供RF能量，使得流經(jīng)用于處理排放氣體的裝置104的排放氣體可與等離子體一起處理(例如，至少部分分解為一個或更多個離子、自由基、元素、更小的分子、或類似者)。在一些說明性實施方式中，電源110可為可變頻率的電源，能夠提供一頻率范圍的RF能量。在一些說明性實施方式中，功率源110可以以約1.9至約3.2MHz的頻率提供約2至約3kW的RF能量。

反應物輸送系統(tǒng)112可耦接至前級108以輸送反應物，例如水蒸氣至前級108等離子體去除源上游(即，用于處理排放氣體的裝置104)。圖2描繪反應物輸送系統(tǒng)112的局部的側視圖。反應物輸送系統(tǒng)112包含水槽204，水槽204具有用于儲存反應物液體的內(nèi)容積212。雖然稱為水槽，可使用水槽204以容納任何適用于前級去除系統(tǒng)120中的反應物，例如水、液態(tài)氧、或類似者。在一些實施方式中，水槽204可具有約0.1英寸至約1.0英寸的壁厚度，并且可由鋁、不銹鋼、或復合材料制成。在一些實施方式中，水槽204可具有約0.125英寸至約0.25英寸的壁厚度。在一些實施方式中，水槽204直徑上可為約4英寸至直徑上約10英寸。在一些實施方式中，水槽204直徑上可為約8英寸。

在一些實施方式中，可于水槽204內(nèi)沿著軸設置管206，例如中央軸240。在一些實施方式中，可沿著偏移軸設置管206。管206為位準樹(level tree)組件提供欲插入的電性/磁性簧片開關/傳感器，使得液體水平面可被探測到。并非所有描述于此的實施方式包含該管。在一些實施方式中，管206可具有約0.25英寸至約1.0英寸的直徑，且由不銹鋼或其它合適的材料形成。在一些實施方式中，管206可具有約0.5英寸的直徑。在一些實施方式中，管206為全封閉(blind)管，被密封且管內(nèi)部不暴露于任何蒸氣下。管206可于水槽204內(nèi)經(jīng)由上安裝支架222受支撐。形成水槽204的蓋子的上方安裝支架222可在期望的位置上與下安裝支架224一起支撐反應物輸送系統(tǒng)112。

水槽204可包含液體反應物水平感應系統(tǒng)以確定液體反應物的水平面。在實施方式中，液體反應物水平感應系統(tǒng)可包含設置于水槽204中的一個或更多個磁性浮標230。在包含管206的實施方式中，如圖2中所示，圍繞管206設置一個或更多個磁性浮標230。一個或更多個磁性浮標230的每一個磁性浮標230可在一對磁性浮標停止點232之間移動。各磁性浮標230的位置提供水槽204內(nèi)液體反應物水平面的標示。磁性浮標230會安放于底部停止點上，直到液體反應物造成磁性浮標230浮動。當磁性浮標230達到頂部停止點時磁性浮標230會停止。設置于管206內(nèi)的傳感器252將監(jiān)視各磁性浮標的位置。在一些實施方式中，基于一個或更多個磁性浮標230的位置，反應物液體，例如，水持續(xù)流動一特定時間周期(例如，12秒)進入水槽204。在一些實施方式中，可在水槽204內(nèi)設置三個磁性浮標，如圖2中所示。

在不包含管206的實施方式中，可在水槽204中設置一個或更多個磁性浮標230，且一個或更多個磁性浮標230可經(jīng)構造以在水槽204內(nèi)浮動于不同水平面?？裳刂?04的內(nèi)或外表面設置傳感器252，以監(jiān)視各磁性浮標的位置。在其它實施方式中，可使用其它種類的液體反應物感應系統(tǒng)。

反應物輸送系統(tǒng)112可包含用于提供反應物液體208至水槽204的內(nèi)容積212的反應物入口216。反應物入口216在一些實施方式中可為電磁線圈或孔。在一些實施方式中，可經(jīng)由水槽204的底部部分242設置反應物入口216。在一些實施方式中，下安裝支架224可形成水槽204的底部部分242，且可經(jīng)由下安裝支架224設置反應物入口216。水槽204可進一部包含設置接近水槽204底部部分242的保養(yǎng)(maintenance)排泄管218?？墒褂帽ｐB(yǎng)排水管218以從水槽204排泄反應物液體208。在一些實施方式中，水槽204包含經(jīng)由水槽的頂部部分244設置的保養(yǎng)通口220。在一些實施方式中，上安裝支架222可形成水槽204的頂部部分244，且可經(jīng)由上安裝支架222設置保養(yǎng)通口220。

反應物輸送系統(tǒng)112也可包含設置接近于水槽204上端的多個擋板214?？墒褂脫醢?14以分隔液體反應物(例如，水)蒸氣滴與干蒸汽。擋板214形成液體分隔器以防止液體水濺入蒸氣輸送線。在一些實施方式中，反應物輸送系統(tǒng)112可包含加熱器覆蓋226以幫助水槽204的內(nèi)容積212內(nèi)的溫度控制。

在一些實施方式中，經(jīng)由連接至水槽的上安裝支架222的管248來發(fā)射反應物/水蒸氣。反應物/水蒸氣通過擋板214，擋板214中具有孔。進入內(nèi)容積212的擋板214上的頭頂部空間的反應物/水蒸氣被發(fā)射離開管248。在其它實施方式中，管206可包含盲孔以允許汽化的反應物蒸氣流動進入及往上經(jīng)過管206的中央部分且被提供至前級去除系統(tǒng)120。

在反應物輸送系統(tǒng)112中，反應物液體208，例如，水經(jīng)由反應物入口216被導入水槽204的內(nèi)容積212。反應物液體208(例如，水)被汽化以產(chǎn)生水蒸氣246，如同前級去除系統(tǒng)120中的反應物氣體那樣使用水蒸氣246。在一些反應物輸送系統(tǒng)中，發(fā)明人觀察到：在WDS中水的汽化造成冷卻，且隨著蒸氣流動率增加，在反應物輸送系統(tǒng)112中的液體水的液體表面210可凍結并阻斷水蒸氣的流動。因此，于此提供的發(fā)明性的反應物輸送系統(tǒng)112包含設置于水槽204內(nèi)的熱交換器202。在一些實施方式中，熱交換器202可為穿孔的擋板熱交換器，該熱交換器設置于反應物液體表面210處以確保由反應物液體208至易受到汽化冷卻的反應物液體的液體表面210的有效的熱傳輸。更特定而言，熱交換器202可為金屬片導流板，該金屬片導流板部分浸沒于反應物液體208中且部分由液體表面210突出，用以解決液體水平面改變及水沸騰影響。

通過如此地設置熱交換器202，防止了反應物液體208的表面凍結并達到了更高的水蒸氣汽化流動率。更特定地，發(fā)明人觀察到：存在有對著液體表面210的陡峭溫度梯度(gradient)。例如，表面處可發(fā)生水結冰于攝氏0度，而同時水的表面下方僅3.5mm處水的溫度可為約攝氏35度。通過針對跨此區(qū)域至周圍流體的熱傳輸安置、穿過液體表面210安置熱交換器202，這分散了高溫梯度的小區(qū)域。因此，通過從表面下方較暖的液體傳輸熱至液體表面，由具有高熱傳導性質的材料制成的熱交換器202平衡液體表面210處的溫度以抑制歸因于汽化冷卻的水凍結。在一些實施方式中，使用于熱交換器的材料的熱導率大于10k。在一些實施方式中，使用于熱交換器的材料的熱導率高達400W/mK。

熱交換器202可具有中央開口234使得熱交換器202可圍繞管206設置，且可選地圍繞磁性浮標230設置。熱交換器202可經(jīng)由一個或更多個支撐棒228保持于水槽204內(nèi)。在一些實施方式中，可使用三個支撐棒228以在水槽204內(nèi)支撐熱交換器202。支撐棒228可栓釘焊接(tack welded)或其它扣緊至水槽204的內(nèi)壁。還可使用支撐棒228以保持熱交換器202的形狀，如下方將進一步詳細描述。在正常反應物液體水平面處在水槽204內(nèi)安裝熱交換器202，使得熱交換器202部分設置浸沒于反應物液體中。在一些實施方式中，可由一個或更多個突出件250(例如，環(huán)、凸耳、銷、栓釘?shù)?支撐熱交換器202，該一個或更多個突出件250由水槽204的內(nèi)壁徑向朝內(nèi)延伸。在可選擇的實施方式中，熱交換器202是由易浮材料組成，該易浮材料以具有高熱傳導性的材料涂覆，而允許熱交換器202浮動，使得熱交換器202部分浸沒于反應物液體中且部分由反應物液體表面突出。

圖3至圖6中進一步示出熱交換器202。具體而言，圖3監(jiān)測熱交換器202的等距圖。如圖3中所示，可形成熱交換器202為具有內(nèi)端304及外端306的連續(xù)線圈/螺旋金屬片。在一些實施方式中，熱交換器202可具有約25mm至約100mm的高度。線圈的內(nèi)直徑可以2英寸直徑起始用以形成中央開口234。熱交換器202可包含多個等距間隔的同心線圈層302以準許這些層之間反應物液體的流動。在一些實施方式中，各層可相互間隔約0.25英寸?？伤ㄡ敽附又伟?28以緊固線圈，從而確保熱交換器202的內(nèi)至外直徑的同心度。在一些實施方式中，熱交換器可由不銹鋼形成(例如，304不銹鋼、16量具不銹鋼)。在一些實施方式中，各線圈層302可為0.25英寸厚。在一些實施方式中，可對不銹鋼穿孔以允許水于線圈層302之間流動，而不造成溝流(channeling)或任何其它液壓影響。

如圖4至圖6中所示，可使用熱交換器202的其它構造。特定而言，圖4中的熱交換器400描繪多個徑向延伸翼片402。圖5中的熱交換器500描繪可由一個或更多個支撐棒504固定在一起的多個同心圓柱體502。圖6中的熱交換器600描繪徑向及同心構造兩者，以形成蜂巢類型結構。可使用其他類型結構，例如矩形折疊片。

雖然前述為本公開內(nèi)容的實施方式，但在不脫離本公開內(nèi)容的基本范圍的條件下，可設計本公開內(nèi)容的其它的及進一步的實施方式。