用於襯底處理系統的矽或碳化矽氣體噴射器的製作方法

2023-06-21 03:45:11 1

本發明涉及襯底處理系統，更具體地涉及用於在襯底處理系統中向爐供應處理氣體的氣體噴射器。

背景技術：

這裡提供的背景描述是為了一般地呈現本公開的上下文的目的。目前所指名的發明人的工作，在該背景技術部分中描述的程度以及本說明書的可能在申請時不被另外認為是現有技術的部分，既不明確地也不隱含地被承認為針對本公開的現有技術。

可以在一個或多個製造階段期間使用爐中的襯底例如半導體晶片的批處理。可以在爐中執行熱化學氣相沉積(cvd)或另一工藝。將襯底加熱到預定溫度範圍，並且使用氣體噴射器將前體氣體引入爐中。

氣體噴射器通常由石英或碳化矽製成。在一些情況下，在沉積膜的熱膨脹係數(cte)和用於製造氣體噴射器的材料的cte之間可能沒有足夠的匹配。結果，在操作期間可能發生在氣體噴射器的內表面上形成的膜的分層(delamination)。分層在爐中產生顆粒。顆粒可能落在襯底上並增加缺陷。為了防止這些缺陷，執行更頻繁的預防性維護，這增加了成本。

技術實現要素：

一種氣體噴射器包括由從矽和碳化矽構成的組中選擇的材料製成的管狀杆節段。管狀杆節段包括限定流體通道的主體和直接在其一端上加工的螺紋。轉向節包括螺紋。管狀杆節段的螺紋連接到轉向節的螺紋。氣體供應管連接到轉向節。

在其它特徵中，所述管狀杆節段包括直接在其相對端上加工的螺紋。附加的管狀杆節段連接到管狀杆節段的相對端上的螺紋。轉向節包括限定用於接收管狀杆節段的腔的主體。所述轉向節的螺紋位於所述腔的一端。

在其它特徵中，轉向節包括從所述轉向節的一端朝向所述轉向節的相對端延伸的第一槽和第二槽。管狀杆節段完全由所述材料製成。

氣體噴射器包括第一管狀杆節段，所述第一管狀杆節段包括：限定流體通道的主體；直接加工在所述第一管狀杆節段的一端上的陽螺紋；以及直接加工在所述第一管狀杆節段的相對端上的陰螺紋。第二管狀杆節段包括：限定流體通道的主體；直接加工在所述第二管狀杆節段的一端上的陽螺紋；以及直接加工在所述第二管狀杆節段的相對端上的陰螺紋。第一管狀杆節段和第二管狀杆節段由從矽和碳化矽構成的組中選擇的材料製成。第二管狀杆節段的一端螺紋連接到第一管狀杆節段的一端。第一管狀杆節段和第二管狀杆節段的流體通道流體連通。

在其它特徵中，第三管狀杆節段包括：限定流體通道的主體；直接加工在所述第三管狀杆節段的一端上的陽螺紋；以及直接加工在所述第三管狀杆節段的相對端上的陰螺紋。第三管狀杆節段的一端可螺紋連接到第二管狀杆節段的相對端。第三管狀杆節段由從矽和碳化矽構成的組中選擇的材料製成。第三管狀杆節段和第二管狀杆節段的流體通道流體連通。

在其它特徵中，轉向節通過螺紋連接到第一管狀杆節段和第二管狀杆節段中的一個。氣體供應管連接到轉向節。氣體供應管包括與第一管狀杆節段和第二管狀杆節段中的一個的流體通道流體連通的流體通道。轉向節包括限定用於接收第一管狀杆節段和第二管狀杆節段中的一個的外徑的腔的主體。

在其它特徵中，轉向節包括從轉向節的一端朝向轉向節的相對端延伸的第一和第二槽。第一管狀杆節段和第二管狀杆節段完全由所述材料製成。

一種氣體噴射器包括：n個管狀杆節段，其完全由選自矽和碳化矽的材料製成。n是大於1的整數。n個管狀杆節段中的每一個包括限定流體通道的主體和直接在其相對端上加工的螺紋。n個管狀杆節段通過螺紋連接在一起。轉向節連接到n個管狀杆節段。氣體供應管連接到轉向節。

在其它特徵中，轉向節包括連接到n個管狀杆節段中的一個上的螺紋的螺紋。轉向節包括限定用於接收n個管狀杆節段中的一個的腔的主體。轉向節的螺紋位於腔的一端。

在其它特徵中，轉向節包括從轉向節的一端朝向轉向節的相對端延伸的第一和第二槽。

根據詳細描述、權利要求和附圖，本公開的其它適用領域將變得顯而易見。詳細描述和具體示例僅意圖用於說明的目的，並不旨在限制本公開的範圍。

具體而言，本發明的一些方面可以描述如下:

1.一種氣體噴射器，包括：

由從矽和碳化矽構成的組中選擇的材料製成的管狀杆節段，其中所述管狀杆節段包括限定流體通道的主體和直接在其一端上加工的螺紋；

包括螺紋的轉向節，其中所述管狀杆節段的螺紋被連接到所述轉向節的螺紋；和

連接到所述轉向節的氣體供應管。

2.根據條款1所述的氣體噴射器，其中所述管狀杆節段包括直接在其相對端上加工的螺紋。

3.根據條款2所述的氣體噴射器，還包括連接到所述管狀杆節段的相對端上的螺紋的附加的管狀杆節段。

4.根據條款1所述的氣體噴射器，其中所述轉向節包括限定用於接收所述管狀杆節段的腔的主體，其中所述轉向節的螺紋位於所述腔的一端。

5.根據條款1所述的氣體噴射器，其中所述轉向節包括從所述轉向節的一端朝向所述轉向節的相對端延伸的第一槽和第二槽。

6.根據條款1所述的氣體噴射器，其中所述管狀杆節段完全由所述材料製成。

7.一種氣體噴射器，包括：

第一管狀杆節段，其包括：限定流體通道的主體；直接加工在所述第一管狀杆節段的一端上的陽螺紋；以及直接加工在所述第一管狀杆節段的相對端上的陰螺紋；和

第二管狀杆節段，其包括：限定流體通道的主體；直接加工在所述第二管狀杆節段的一端上的陽螺紋；以及直接加工在所述第二管狀杆節段的相對端上的陰螺紋，

其中所述第一管狀杆節段和所述第二管狀杆節段由從矽和碳化矽構成的組中選擇的材料製成，

其中所述第二管狀杆節段的一端螺紋連接到所述第一管狀杆節段的一端，其中所述第一管狀杆節段和所述第二管狀杆節段的流體通道流體連通。

8.根據條款7所述的氣體噴射器，還包括：

第三管狀杆節段，其包括：限定流體通道的主體；直接加工在所述第三管狀杆節段的一端上的陽螺紋；以及直接加工在所述第三管狀杆節段的相對端上的陰螺紋，

其中所述第三管狀杆節段的一端螺紋連接到所述第二管狀杆節段的相對端，

其中所述第三管狀杆節段由從矽和碳化矽構成的組中選擇的材料製成，

其中所述第三管狀杆節段和所述第二管狀杆節段的流體通道流體連通。

9.根據條款7所述的氣體噴射器，還包括可螺紋附接到所述第一管狀杆節段和所述第二管狀杆節段中的一個上的轉向節。

10.根據條款9所述的氣體噴射器，還包括連接到所述轉向節的氣體供應管，其中所述氣體供應管包括與所述第一管狀杆節段和所述第二管狀杆節段中的一個的流體通道流體連通的流體通道。

11.根據條款10所述的氣體噴射器，其中所述轉向節包括主體，所述主體限定用於接收所述第一管狀杆節段和所述第二管狀杆節段中的一個的外徑的腔。

12.根據條款11所述的氣體噴射器，其中所述轉向節包括從所述轉向節的一端朝向所述轉向節的相對端延伸的第一槽和第二槽。

13.根據條款7所述的氣體噴射器，其中所述第一管狀杆節段和所述第二管狀杆節段完全由所述材料製成。

14.一種氣體噴射器，包括：

n個管狀杆節段，其完全由從矽和碳化矽構成的組中選擇的材料製成，

其中n是大於1的整數，

其中所述n個管狀杆節段中的每一個包括限定流體通道的主體和直接在

其相對端上加工的螺紋，

其中所述n個管狀杆節段通過所述螺紋連接在一起；

連接到所述n個管狀杆節段的轉向節；和

連接到所述轉向節的氣體供應管。

15.根據條款14所述的氣體噴射器，其中所述轉向節包括連接到所述n個管狀杆節段中的一個上的螺紋的螺紋。

16.根據條款15所述的氣體噴射器，其中所述轉向節包括限定用於接收所述n個管狀杆節段中的一個的腔的主體，其中所述轉向節的螺紋位於所述腔的一端。

17.根據條款14所述的氣體噴射器，其中所述轉向節包括從所述轉向節的一端朝向所述轉向節的相對端延伸的第一和第二槽。

附圖說明

從詳細描述和附圖將更充分地理解本公開，其中：

圖1是包括根據本公開的氣體噴射器的爐的示例的側截面圖；

圖2是根據本公開的氣體噴射器的示例的側視圖；

圖3和圖4是在氣體噴射器的管狀杆節段的端部上加工的陽螺紋和陰螺紋的示例的側橫截面圖；

圖5和圖6是根據本公開的氣體噴射器的示例的透視圖；

圖7a和7b是根據本公開的連接器和轉向節的示例的側截面圖和端部截面圖；

圖8是根據本公開的用於製造氣體噴射器的螺紋管狀杆節段的方法的流程圖；和

圖9是根據本公開的用於組裝氣體噴射器的方法的流程圖。

在附圖中，附圖標記可以重新使用以標識類似和/或相同的元件。

具體實施方式

本公開涉及包括多個管狀杆節段的氣體噴射器。每個管狀杆節段具有圓柱形主體和內部流體通道，以允許處理氣體的輸送。在一些示例中，管狀杆節段可以完全由矽(si)或碳化矽(sic)製成，但是也可以使用其它材料。

兩個或更多個管狀杆節段使用機械螺紋連接在一起以提供可變長度。機械螺紋被直接加工到管狀杆節段的端部中。螺紋消除了對諸如粘合劑接合之類的其它類型的附接的需要。一旦螺紋連接在一起，管狀杆節段形成單一的、整體的氣體噴射器管，其將處理氣體輸送到爐或其它襯底處理室。

現在參考圖1，示出了布置在爐10中的氣體噴射器的示例。雖然示出了特定類型的爐，但本文所述的氣體噴射器也可以與其他類型的爐或其他襯底處理設備一起使用。爐10被示出為包括絕熱外殼12。加熱線圈14布置在絕熱外殼12的內部。可以通過電源(未示出)向加熱線圈14供應電力。

內部容器16可以布置在絕熱外殼12和加熱線圈14的內部。可以使用襯套18，襯套18裝配在內部容器16內。襯底支撐件20位於基座22上。在處理期間，基座22和襯底支撐件20通常由襯套18圍繞。襯底支撐件20可包括豎直布置的狹槽，用於在熱處理期間保持多個襯底。襯底可以是半導體晶片。

氣體噴射器24包括螺紋連接在一起的供應管25、轉向節26和多個管狀杆節段27-1、27-2、…和27-n(統稱為管狀杆節段27)(其中n是大於1的整數)。在一些示例中，供應管25由不鏽鋼製成，但也可以使用其他材料。氣體噴射器24可以布置在襯底支撐件20和襯套18之間。氣體噴射器24包括在其上端上的出口，用於在襯套18內噴射處理氣體。

真空泵(未示出)可以用於通過內部容器16的底部排出處理氣體。絕熱外殼12、內部容器16和襯套18可以豎直地升高，以允許晶片被傳送到襯底支撐件20和從襯底支撐件20傳走，但在一些配置中，這些元件保持靜止，而升降機(未示出)使基座22和襯底支撐件20升起和下降進出爐10。

現在參考圖2，更詳細地示出了氣體噴射器24。管狀杆節段27包括直接在其端部上加工的陽螺紋40和陰螺紋42。例如，管狀杆節段27-1包括與位於相鄰管狀杆節段27-2上的陽螺紋40配合的陰螺紋42。其它管狀杆節段以類似的方式連接以提供可變長度。轉向節26包括在其上端的陰螺紋42，其與管狀杆節段27-1上的陽螺紋40配合。供應管25可以被接合到、螺紋連接到或以其他方式附接到轉向節26的下端。

現在參考圖3，更詳細地示出了管狀杆節段27的示例。管狀杆節段27包括主體39。陽螺紋40被加工在其外表面上。管狀杆節段27具有限定流體通道54的外徑44和內徑46。管狀杆節段27還包括到流體通道54的第一開口48，其可以用作流體入口或出口。陽螺紋40的徑向外徑可以相對於外徑44向內間隔開，使得陽螺紋40被接收在相應的陰螺紋42的內部。

現在參考圖4，更詳細地示出了管狀杆節段27的示例。管狀杆節段27包括在其內表面上加工的陰螺紋42。管狀杆節段27還包括到流體通道54的第二開口72，其可以用作流體入口或出口。

現在參考圖5至7b，示出了與轉向節26有關的附加細節。在圖5，轉向節26包括限定用於接收管狀杆節段27-1的腔80的主體73。轉向節26包括形成在其相對側上的槽82和84，所述槽82和84從轉向節26的上部延伸到與轉向節26的底部間隔開的點。供應管25容納在轉向節26的底部。如圖6所示，管狀杆節段27-1插入腔80中，陽螺紋40由轉向節26的陰螺紋42接納。槽82和84為管狀杆節段27-1提供物理支撐，以增加結構強度和柔性來減少否則可能在溫度變化期間發生的損壞。

如圖7a和7b所示，流體通道90被限定通過供應管25的中央。轉向節26中的流體通道92將流體通道90流體地連接到管狀杆節段27-1的流體通道54。轉向節的內徑94提供足夠的間隙以接收管狀構件27-1的外徑。

現在參考圖8，示出了用於製造氣體噴射器的方法154的示例。在152，生長矽錠。在154，進行矽錠的芯鑽以生成實心管狀杆節段。在158處，在實心管狀杆節段上執行線電極放電製造(edm)以獲得期望的長度並平滑管狀杆節段的端面，但也可以使用其它方法。在162，edm也用於在管狀杆節段中產生流體通道，但也可以使用其它方法。

在164，在管狀杆節段的端部上執行計算機數字控制(cnc)加工以生產陽螺紋和陰螺紋，但也可以使用其它方法。在一些示例中，可以使用金剛石尖鑽。在cnc加工期間可以使用諸如水或油基潤滑劑之類的潤滑。調節速度和進給設置，以相對於執行cnc加工所需的時間優化管狀杆節段可能發生的損壞。在其他示例中，使用如在共同轉讓的「ductilemodemachiningmethodsforhardandbrittlecomponentsofplasmaprocessingapparatus」的美國專利8893702中所述的延性模式加工在管狀杆節段上加工螺紋，該專利在11月25日授權並在此通過引用將其全部併入。

在166，清潔管狀杆節段。在168，在管狀杆節段上執行表面化學處理。在170，在表面化學處理之後再次清潔管狀杆節段。在174，執行附加的清潔步驟作為最終清潔操作。僅作為示例，可以使用氟化氫(hf)。

現在參考圖9，示出了用於組裝氣體噴射器的方法200的示例。在204，提供n個管狀杆節段、轉向節和供應管，其中n是大於或等於1的整數。在212，n個杆螺紋連接在一起(當n大於1時)，然後被螺紋連接到轉向節中。氣體供應管連接到轉向節。在一些示例中，氣體供應管使用粘合劑連接，但也可以使用其他連接方法。在214，氣體噴射器可以在使用之前密封並烘乾。僅作為示例，膜可以沉積在氣體噴射器的內部上以密封氣體噴射器。在216，氣體噴射器安裝在爐中並在過程中使用。在一些示例中，氣體噴射器在諸如沉積摻雜或未摻雜的多晶矽之類的熱化學氣相沉積(cvd)工藝期間使用，但也可以執行其他工藝。

前面的描述本質上僅僅是說明性的，並且絕不旨在限制本公開、其應用或用途。本公開的廣泛教導可以以各種形式實現。因此，儘管本公開包括特定示例，但是本公開的真實範圍不應當如此限制，因為在研究附圖，說明書和所附權利要求時，其他修改將變得顯而易見。應當理解，在不改變本公開的原理的情況下，方法中的一個或多個步驟可以以不同的順序(或同時地)執行。此外，雖然每個實施例在上面被描述為具有某些特徵，但是關於本公開的任何實施例描述的那些特徵中的任何一個或多個可以在任何其它實施例的特徵中實現和/或與其組合，即使該組合沒有明確描述。換句話說，所描述的實施例不是相互排斥的，並且一個或多個實施例彼此的排列保持在本公開的範圍內。