CN121112004A - 一种阀门及半导体器件的加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种阀门，以及一种半导体器件的加工设备。所述阀门包括：本体，其内部设有阀腔，其中，所述阀腔的第一端设有腐蚀气体入口，而其第二端设有腐蚀气体出口；阀板，其朝向所述腐蚀气体入口的一侧设有密封圈，用于在压紧所述腐蚀气体入口时关闭所述阀门，并在脱离所述腐蚀气体入口时开启所述阀门；以及喷气口，在所述阀板脱离所述腐蚀气体入口时，向所述密封圈所在区域喷射保护气体。

Description

一种阀门及半导体器件的加工设备

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种阀门，以及一种半导体器件的加工设备。

背景技术

超低介电常数薄膜是先进集成电路制造领域的核心绝缘材料，广泛应用于芯片层间绝缘结构的制备，其成膜过程通常依赖等离子体增强化学气相沉积工艺实现精准控制。在超低介电常数薄膜的生产流程中，清洁管路承担反应腔体清洁及杂质清除的关键功能，而清洁管路中的阀门则是实现工艺气体通断控制、保障介质稳定输送的核心硬件组件。为确保腔体清洁效果，行业内普遍采用远程等离子体源生成等离子体对腔体进行清洁处理；在此过程中，远程等离子体源会同步产生高化学活性的氟离子与氧离子，并伴随局部高温环境，上述因素共同构成清洁管路阀门的严苛工况，对阀门关键部件的性能提出极高要求。

在现有清洁管路阀门的结构设计中，胶圈为保障阀门密封性能的核心密封元件，其密封可靠性直接决定管路内工艺气体是否泄漏、整体工艺是否稳定。然而，当前阀门所采用的胶圈材料，普遍无法耐受远程等离子体源产生的高化学活性氟离子与氧离子的化学腐蚀作用，同时难以承受清洁过程中形成的局部高温环境，导致胶圈使用寿命大幅缩短。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本领域亟需一种阀门技术，用于提升薄膜沉积工艺中胶圈的使用寿命，以降低胶圈选型的难度并提升薄膜沉积工艺生产的连续性及稳定性。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之前序。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一种阀门，以及一种半导体器件的加工设备，用于提升薄膜沉积工艺中胶圈的使用寿命，以降低胶圈选型的难度并提升薄膜沉积工艺生产的连续性及稳定性。

具体来说，根据本发明第一方面提供的阀门包括：本体，其内部设有阀腔，其中，所述阀腔的第一端设有腐蚀气体入口，而其第二端设有腐蚀气体出口；阀板，其朝向所述腐蚀气体入口的一侧设有密封圈，用于在压紧所述腐蚀气体入口时关闭所述阀门，并在脱离所述腐蚀气体入口时开启所述阀门；以及喷气口，在所述阀板脱离所述腐蚀气体入口时，向所述密封圈所在区域喷射保护气体。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述阀板涉及压紧所述腐蚀气体入口的闭阀工位和脱离所述腐蚀气体入口的开阀工位，所述喷气口设于所述本体，并位于所述腐蚀气体入口与所述开阀工位之间，用于在所述阀板位于所述开阀工位时，向所述腐蚀气体入口与所述开阀工位之间喷射所述保护气体。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述腐蚀气体入口的第一轴线方向垂直于所述腐蚀气体出口的第二轴线方向，所述腐蚀气体沿所述第一轴线方向进入所述阀腔，并沿所述第二轴线方向排出所述阀腔，所述阀板沿所述第一轴线方向位移，以在所述闭阀工位和所述开阀工位之间切换，所述喷气口向垂直所述第一轴线方向的第三方向喷射所述保护气体，以抑制所述腐蚀气体沿所述第一轴线方向的扩散。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述阀门包括多个所述喷气口，各所述喷气口围绕所述第一轴线方向地分布于所述本体，并向多个垂直所述第一轴线方向的第三方向喷射所述保护气体。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述喷气口设于所述阀板，并朝向所述腐蚀气体入口，用于随所述阀板脱离所述腐蚀气体入口，而向所述腐蚀气体入口喷射所述保护气体，以抑制所述腐蚀气体沿所述腐蚀气体入口的第一轴线方向的扩散。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述阀门包括多个所述喷气口，各所述喷气口均被所述密封圈包围，并均向所述腐蚀气体入口的第一轴线偏斜，以使其喷射的保护气体在所述密封圈朝向所述腐蚀气体入口的一侧，构成一锥形的保护区域。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述的阀门还包括：进气管，集成于所述阀板的驱动机构，其中，所述进气管的第一端连通所述喷气口，而其第二端经由所述驱动机构延伸出所述阀腔，以连接一保护气源。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述的阀门还包括：驱动机构，连接所述阀板，以驱动其压紧所述腐蚀气体入口，或脱离所述腐蚀气体入口。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述腐蚀气体包括带有氟离子和/或氧离子的等离子体，所述保护气体包括氩气，其中，所述腐蚀气体与所述保护气体的流量比不小于20：1。

此外，根据本发明第二方面提供的半导体器件的加工设备包括：工艺腔室，用于容纳待加工的半导体器件；RPS模块，经由管路连接所述工艺腔室，用于向所述工艺腔室提供远程等离子体，以对所述半导体器件进行加工工艺，和/或对所述工艺腔室进行清洁工艺；以及如本发明第一方面中任一项所述的阀门，设于所述工艺腔室与所述RPS模块之间的管路。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1A示出了根据本发明的一些实施例提供的阀门开启状态的结构示意图。

图1B示出了根据本发明的一些实施例提供的阀门关闭状态的结构示意图。

图2A示出了根据本发明的一些实施例提供的阀门的侧视图。

图2B示出了根据本发明的一些实施例提供的阀门的剖视图。

图3示出了根据本发明的一些实施例提供的保护气引入阀门的结构示意图。

附图标记：

10 本体

11 入口

12 出口

20 阀板

21 密封圈

30 驱动机构

31 进气管

40 喷气口

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。

能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。

如上所述，超低介电常数薄膜是先进集成电路制造领域的核心绝缘材料，广泛应用于芯片层间绝缘结构的制备，其成膜过程通常依赖等离子体增强化学气相沉积工艺实现精准控制。在超低介电常数薄膜的生产流程中，清洁管路承担反应腔体清洁及杂质清除的关键功能，而清洁管路中的阀门则是实现工艺气体通断控制、保障介质稳定输送的核心硬件组件。为确保腔体清洁效果，行业内普遍采用远程等离子体源生成等离子体对腔体进行清洁处理；在此过程中，远程等离子体源会同步产生高化学活性的氟离子与氧离子，并伴随局部高温环境，上述因素共同构成清洁管路阀门的严苛工况，对阀门关键部件的性能提出极高要求。

在现有清洁管路阀门的结构设计中，胶圈为保障阀门密封性能的核心密封元件，其密封可靠性直接决定管路内工艺气体是否泄漏、整体工艺是否稳定。然而，当前阀门所采用的胶圈材料，普遍无法耐受远程等离子体源产生的高化学活性氟离子与氧离子的化学腐蚀作用，同时难以承受清洁过程中形成的局部高温环境，导致胶圈使用寿命大幅缩短。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一种阀门，以及一种半导体器件的加工设备，用于提升薄膜沉积工艺中胶圈的使用寿命，以降低胶圈选型的难度并提升薄膜沉积工艺生产的连续性及稳定性。

在一些非限制性的实施例中，本发明的第一方面提供的上述阀门，可以配置于本发明的第二方面提供的半导体器件的加工设备中。

具体来说，该半导体器件的加工设备包括工艺腔室、RPS模块，以及阀门。该工艺腔室用于容纳待加工的半导体器件。该RPS模块经由管路连接所述工艺腔室，用于向所述工艺腔室提供远程等离子体，以对所述半导体器件进行加工工艺，和/或对所述工艺腔室进行清洁工艺。该阀门设于所述工艺腔室与所述RPS模块之间的管路。

请参考图1A~图1B，图1A示出了根据本发明的一些实施例提供的阀门开启状态的结构示意图。图1B示出了根据本发明的一些实施例提供的阀门关闭状态的结构示意图。

如图1A~图1B所示，该阀门可以包括本体10、阀板20及喷气口40。本体10的内部设有阀腔。在此，阀腔的第一端设有腐蚀气体入口11，而其第二端设有腐蚀气体出口12。该阀板20朝向腐蚀气体入口11的一侧设有密封圈21，用于在压紧腐蚀气体入口11时关闭阀门，并在脱离腐蚀气体入口11时开启阀门。该喷气口40在阀板20脱离腐蚀气体入口11时，向密封圈21所在区域喷射保护气体。

在此，本申请通过在阀门本体10上增设外接惰性气体进气结构，在清洁过程与阀门开启动作同步进行时，向阀门内部通入惰性气体例如氩气以形成保护性气帘。由此，该保护性气帘可在胶圈前方构建物理防护屏障，直接阻挡远程等离子体源产生的氟离子、氧离子等腐蚀性物质对胶圈的直接冲击，避免胶圈受到化学腐蚀。同时，惰性气体与远程等离子体源气体形成的混合气体可有效降低阀门内部温度，减轻高温环境对胶圈的热损伤。

在一些实施例中，阀板20涉及压紧腐蚀气体入口11的闭阀工位和脱离腐蚀气体入口11的开阀工位，喷气口40设于本体10，并位于腐蚀气体入口11与开阀工位之间，用于在阀板20位于开阀工位时，向腐蚀气体入口11与开阀工位之间喷射保护气体。

进一步地，腐蚀气体入口11的第一轴线方向垂直于腐蚀气体出口12的第二轴线方向，腐蚀气体沿第一轴线方向进入阀腔，并沿第二轴线方向排出阀腔，阀板20沿第一轴线方向位移，以在闭阀工位和开阀工位之间切换，喷气口40向垂直第一轴线方向的第三方向喷射保护气体，以抑制腐蚀气体沿第一轴线方向的扩散。

进一步地，阀门包括多个喷气口40，各喷气口40围绕第一轴线方向地分布于本体10，并向多个垂直第一轴线方向的第三方向喷射保护气体。

请参考图2A~图2B及图3，图2A示出了根据本发明的一些实施例提供的阀门的侧视图。图2B示出了根据本发明的一些实施例提供的阀门的剖视图。图3示出了根据本发明的一些实施例提供的保护气引入阀门的结构示意图。

如图2A~图2B及图3所示，喷气口40设于阀板20，并朝向腐蚀气体入口11，用于随阀板20脱离腐蚀气体入口11，而向腐蚀气体入口11喷射保护气体，以抑制腐蚀气体沿腐蚀气体入口11的第一轴线方向的扩散。在此，喷气口40脱离阀板20即可喷气，能够有效阻止腐蚀气体在阀门开启的瞬间接触密封圈21。以提升其防腐蚀性。

进一步地，阀门包括多个喷气口40，各喷气口40均被密封圈21包围，并均向腐蚀气体入口11的第一轴线偏斜，以使其喷射的保护气体在密封圈21朝向腐蚀气体入口11的一侧，构成一锥形的保护区域。在此，相比于向腐蚀气体入口11喷射保护气体形成的垂直的气帘，该锥形保护区域对腐蚀气体有更强的导流效果，能更好地将腐蚀气体导流到阀腔的侧壁，以避免其接触密封圈21。

进一步地，阀门还包括进气管31。该进气管31集成于阀板20的驱动机构30。进气管31的第一端连通喷气口40，而其第二端经由驱动机构30延伸出阀腔，以连接一保护气源。

在一些实施例中，该阀门还包括驱动机构30（例如：气缸）。该驱动机构30连接阀板20，以驱动其压紧腐蚀气体入口11，或脱离腐蚀气体入口11。

在一些实施例中，腐蚀气体可以包括带有氟离子和/或氧离子的等离子体，保护气体包括氩气。腐蚀气体与保护气体的流量比不小于20：1，以达到较强的保护效果。

综上，本发明提供的一种阀门及半导体器件的加工设备，可以提升薄膜沉积工艺中胶圈的使用寿命，以降低胶圈选型的难度并提升薄膜沉积工艺生产的连续性及稳定性。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (10)

1.一种阀门，其特征在于，包括：

本体，其内部设有阀腔，其中，所述阀腔的第一端设有腐蚀气体入口，而其第二端设有腐蚀气体出口；

阀板，其朝向所述腐蚀气体入口的一侧设有密封圈，用于在压紧所述腐蚀气体入口时关闭所述阀门，并在脱离所述腐蚀气体入口时开启所述阀门；以及

喷气口，在所述阀板脱离所述腐蚀气体入口时，向所述密封圈所在区域喷射保护气体。

2.如权利要求1所述的阀门，其特征在于，所述阀板涉及压紧所述腐蚀气体入口的闭阀工位和脱离所述腐蚀气体入口的开阀工位，

所述喷气口设于所述本体，并位于所述腐蚀气体入口与所述开阀工位之间，用于在所述阀板位于所述开阀工位时，向所述腐蚀气体入口与所述开阀工位之间喷射所述保护气体。

3.如权利要求2所述的阀门，其特征在于，所述腐蚀气体入口的第一轴线方向垂直于所述腐蚀气体出口的第二轴线方向，所述腐蚀气体沿所述第一轴线方向进入所述阀腔，并沿所述第二轴线方向排出所述阀腔，所述阀板沿所述第一轴线方向位移，以在所述闭阀工位和所述开阀工位之间切换，

所述喷气口向垂直所述第一轴线方向的第三方向喷射所述保护气体，以抑制所述腐蚀气体沿所述第一轴线方向的扩散。

4.如权利要求3所述的阀门，其特征在于，所述阀门包括多个所述喷气口，各所述喷气口围绕所述第一轴线方向地分布于所述本体，并向多个垂直所述第一轴线方向的第三方向喷射所述保护气体。

5.如权利要求1所述的阀门，其特征在于，所述喷气口设于所述阀板，并朝向所述腐蚀气体入口，用于随所述阀板脱离所述腐蚀气体入口，而向所述腐蚀气体入口喷射所述保护气体，以抑制所述腐蚀气体沿所述腐蚀气体入口的第一轴线方向的扩散。

6.如权利要求5所述的阀门，其特征在于，所述阀门包括多个所述喷气口，各所述喷气口均被所述密封圈包围，并均向所述腐蚀气体入口的第一轴线偏斜，以使其喷射的保护气体在所述密封圈朝向所述腐蚀气体入口的一侧，构成一锥形的保护区域。

7.如权利要求5所述的阀门，其特征在于，还包括：

进气管，集成于所述阀板的驱动机构，其中，所述进气管的第一端连通所述喷气口，而其第二端经由所述驱动机构延伸出所述阀腔，以连接一保户气源。

8.如权利要求1所述的阀门，其特征在于，还包括：

驱动机构，连接所述阀板，以驱动其压紧所述腐蚀气体入口，或脱离所述腐蚀气体入口。

9.如权利要求1所述的阀门，其特征在于，所述腐蚀气体包括带有氟离子和/或氧离子的等离子体，所述保护气体包括氩气，其中，所述腐蚀气体与所述保护气体的流量比不小于20：1。

10.一种半导体器件的加工设备，其特征在于，包括：

工艺腔室，用于容纳待加工的半导体器件；

RPS模块，经由管路连接所述工艺腔室，用于向所述工艺腔室提供远程等离子体，以对所述半导体器件进行加工工艺，和/或对所述工艺腔室进行清洁工艺；以及

如权利要求1~9中任一项所述的阀门，设于所述工艺腔室与所述RPS模块之间的管路。