扩散接合的半导体生产中有用的流体流设备制造技术

本发明专利技术是有关于一种钢及钢合金的扩散接合方法，用以制造一种流体输送系统，而其是用于半导体处理以及要求高纯度的流体处理的其它应用中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是有关于一种生产在半导体处理设备中特别有用的流体输送系 统的方法，其中该流体输送系统常暴露在腐蚀性环境中。该流体输送系统 的 一 识别特征在于至少 一 部分的流体输送系统组件是经扩散接合 (diffusion vonded )。该方法可用来生产一种也可用于其它产业的流体输 送系统，其中所使用的起始材料是经选择以利特定的终端用途。该流体输 送系统可包含整合式流体部件，例如为过滤器、压力传感器、流体热传感 器(fluidic thermal sensors)、层流组件、压力调节器、控制阀、流量限制 器、以及止回阀(check valves)，其可以不同程度整合至该流体输送系统网 络架构的结构中。
技术介绍
此部分描述与所揭示的本专利技术实施例有关的背景标的物。并无意，无 论是明示或暗示，使在此所述的背景技艺合法构成先前技艺。在通常依赖流体处理的化学处理中，并且尤其是当欲处理的流体有毒、 有害并且可能与建构材料或环境空气产生反应时，改善的系统泄漏可靠度 以及该流体处理设备的审慎整合至构成该流体处理系统的网络架构中是最 重要的。此外，用于该流体处理中的所有部件设备皆完善整合至该总流体 流量网络架构中是很重要的，以确保系统泄漏可靠度，提供一小尺寸，并 允许具弹性的控制。在例如半导体处理的应用中，例如，该等流体部件设 备也必须展现出确保该流体输送系统工艺的洁净度的特定能力，以使所制 造的固态组件不会受到污染，并不会影响其效能及可靠度。如在相关的2004年5月18日核准予Crockett等人，并且专利名称为 「拥有动态金属座及圆推状圆盘弹簧的膜片阀(Diaphragm Valve With Dynamic Metal Seat And Coned Disk Springs) J的美国专利第6,736,370 号中所述，为确保该流体输送设备不会产生微粒，流体流动通道的内部表 面平滑并且没有可磨损并做为微粒来源的尖角是很重要的。此外，形成该 等流体流动通道的材料不会被通过该等流体流动通道的流体所腐蚀，并且 该等通道中没有可容许腐蚀且在该流体流动系统关闭进行维修时做为有害 材料的来源的死角也是很重要的。在半导体处理设备中，该流体流动系统不会发生泄漏是关键性的；此 外，流体输送系统通常使用例如氢气和氦气的气体。氢气是最轻的元素， 并且在自然界中是以无色、无味、高度可燃气体的H2分子型态存在。从一 配管系统的小孔所泄漏的氢气可点燃，并以近乎不可见的蓝色火焰燃烧， 这对于在附近行走的人而言是非常危险的。氦气也是一种重量轻的小原子， 其因为其小原子尺寸、扩散性及高流动性，故常用于泄漏测试。虽然氦气 的泄漏不如氢气的泄漏般危险，但该流体流动系统必须适于容纳氦气而无 实质泄漏。 一般的半导体产业的氦气泄漏标准是在一大气压的压差下为低 至约1x1(T9 cc/sec的氦气。可符合此氦气泄漏要求的流体流动系统是防止 让环境暴露在通常极具毒性及腐蚀性的工艺流体中的能力的象征。因为所输送的众多流体的毒性，非常高的系统泄露可靠度及长的使用寿命(避免关 机及替换部件的需要)是极重要的。小型的设计以及合理的成本也是重要的。在相关的Crockett等人于2003年7月12日提出申请的专利名称为「拥 有动态金属座阀及其它组件的微机械整合流体输送系统(Micromachined Integrated Fluid Delivery System With Dynamic Metal Seat Valve And Other Components)」的美国专利申请案第10/617,950号中，提供关于 拥有高水平的组件整合度的整合流体系统的一般概念，其不但容许改善的 功能性，也在制造上有可观的成本撙节。如在，950专利申请案中所述，由 于减少制造成本，加上模块化程度的适切平衡，可能通过置换整合模块而 非关闭该系统以进行个别组件装置(其在本设计中是该整合模块的一部分) 的长时间维护及修复操作来减少流体流动系统的维修费用。在拥有一整合式控制系统的流体流动装置及通道的整合式网络架构方 面，对于较高整合度、操作简易度有恒常的需要。除了效能及处理优势之 外，该整合式流体流动系统的成本必须有竟争性。这表示各流体处理装置、 内连接网络架构及整合式控制系统的制造方法在工具制造上必须可轻易调 整以因应大量生产、可变的生产要求及符合成本效益的 NRE(Non-recurring Engineering;非重复性工程)费用，本专利技术在所有这些 领域中提供实质上的优势。有许多关于常用于半导体产业以传送流体往返半导体处理室和与该处 理室并用的设备的这一类的气棒(gas sticks)的美国专利。这些气棒通常是 利用加工抗腐蚀材料块制出。关于气棒的美国专利的某些范例包含1994 年4月19曰核准的专利名称为r液态流量控制器(Liquid Flow Controller) J 的美国专利第5,303,731号，其描述拥有机器加工在其内的导管的流体流 量控制器的主体单元；1997年2月25日核准的专利名称为r整合式气体 分配盘(Integrated Gas Panel)」的美国专利第5,605,179号，其描述数 个个别的气体工艺模块，其是利用数个位于其间的衬垫连结在一起；其中 该等模块是经连结在一起而使每一个模块各自的端口彼此流体连通，以形成一连通管或端口； 1998年3月24日核准的专利名称为r拥有垂直净化 器的质流控制器(Mass Flow Controller with Vertical Purifier) J的美国专 利第5,730,181号，其描述含有净化器金属单元、质流计量单元、以及阀 门单元的净化器，其中该等单元之间的密封是利用一z形密封件，并且每 一个单元皆拥有经机器加工的流体流动导管在其中。1998年11月17曰 核准的专利名称为r整合式气体分配盘的建构单元(Building Blocks for Integrated Gas Panel)」的美国专利第5,836,355号，其描述含有数个不 同单元的气体分配盘，其中气体管线由堆栈的单元取代的，而堆栈单元拥 有一 系列以不同方向定位的导管，其是经设计以与其它单元并用以形成一 流体通道；1999年11月30日核准的专利名称为r气体分配盘(Gas Panel)」的美国专利第5,992,463号，其描述一单件式歧管主体，其拥有 至少 一个在气流的一般方向上延伸的横向侧壁。该橫向侧壁包含至少 一个 主动组件地址(即 一 主动组件将附接在此地址)，该地址拥有 一 主动组件位 于其上(一系列的开口及导管是经机器加工至该歧管内)。这些气棒通常包含利用机器加工抗腐蚀材料块制出的组件和歧管。此 类气棒的制造成本可观，并且该等机器加工的歧管常是流体流经该机器加 工工艺所造成的粗糙表面或转角附近时产生微粒的来源。轴向负载(axially loaded)的扩散接合技术是经发展以用于制造例如 热交换器；例如扇叶的气体涡轮引擎气翼，和压缩机叶片；以及，用于气 态或液态样本分析的分离管柱装置。用于轴向负载扩散接合的技术与所制 造的装置紧密关联。该等扩散接合条件取决于欲扩散接合的材料、所制造 的装置的形状的复杂度、以及该扩散接合装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种扩散接合不锈钢或不锈钢合金平板（ｓｈｅｅｔ）以形成能够在一半导体制造设备中运作的一流体流动处理结构的方法，该方法包含：　　　　选择数个平板，以具有针对欲在该流体流动处理结构中流动的流体提供机械强度、化学兼容性、抗蚀性和高抗漏能力（ｌｅａｋ　ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）的一适当平衡的一化学组成及结构；　　　　对至少二平板进行图案蚀刻或图案机器加工（ｐａｔｔｅｒｎ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ），以在该至少二平板的表面中产生一凹部（ｄｅｐｒｅｓｓｉｏｎ）、或一通孔、或其组合；　　　　在经过图案蚀刻或图案机器加工的至少一区域中进行电抛光（ｅｌｅｃｔｒｏｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）或磨料流动机器加工（ａｂｒａｓｉｖｅ　ｆｌｏｗ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）；　　　　细磨或研磨该些平板的至少二接合表面，以提供３５Ｒａ微英寸或更低的一表面粗糙度；以产生一期望流体流动处理结构的一方式而将该些平板相对于彼此对齐；以及　　　　利用一单轴压力施加技术或一ＨＩＰ压力施加技术使得该些平板在一足够的温度下经受一足够的压力达一段足够的时间，以在该些接合表面间的一界面接合线上产生含有低于１０％的空隙密度（ｖｏｉｄ　ｄｅｎｓｉｔｙ）的一扩散接合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-5-31 11/756,2481.一种扩散接合不锈钢或不锈钢合金平板(sheet)以形成能够在一半导体制造设备中运作的一流体流动处理结构的方法，该方法包含选择数个平板，以具有针对欲在该流体流动处理结构中流动的流体提供机械强度、化学兼容性、抗蚀性和高抗漏能力(leak integrity)的一适当平衡的一化学组成及结构；对至少二平板进行图案蚀刻或图案机器加工(pattern machining)，以在该至少二平板的表面中产生一凹部(depression)、或一通孔、或其组合；在经过图案蚀刻或图案机器加工的至少一区域中进行电抛光(electropolishing)或磨料流动机器加工(abrasive flow machining)；细磨或研磨该些平板的至少二接合表面，以提供35Ra微英寸或更低的一表面粗糙度；以产生一期望流体流动处理结构的一方式而将该些平板相对于彼此对齐；以及利用一单轴压力施加技术或一HIP压力施加技术使得该些平板在一足够的温度下经受一足够的压力达一段足够的时间，以在该些接合表面间的一界面接合线上产生含有低于10％的空隙密度(void density)的一扩散接合。2. 如权利要求1所述的方法，其中该图案蚀刻的步骤是采用一技术进行，该技术是选自由化学蚀刻、电化学蚀刻、沉模放电机器加工(die sinkelectro-duscharge machining )、超音;皮4觉云力研磨沣+纟吉合电4匕学才几器力口工、等离子蚀刻、脉沖电化学机器加工、及其组合所组成的群族。3. 如权利要求1所述的方法，其中该些接合表面的该粗糙度范围在约0.5 Ra微英寸至约35 Ra微英寸之间。4. 如权利要求1或3所述的方法，其中该些接合表面已经清洁至一表面清洁度，而使该些接合表面上存在有每平方英寸低于0.33微克的总离子污染。5. 如权利要求4所述的方法，其中该图案蚀刻的步骤是在该些平板的至少其中之一者内执行至介于约0.0005英寸至约0.10英寸的一深度。6. 如权利要求5所述的方法，其中该深度是介于约0.01英寸至约0.06英寸。7. 如权利要求1所述的方法，其中该些凹部或该些通孔是经产生至超过约0.06英寸的一深度，并且其中该些凹部或该些通孔是通过机器加工产生的。8. 如权利要求1所述的方法，其中经对齐的该些平板在该扩散接合的步骤之前是经过点焊(Tac welded)。9. 如权利要求7所述的方法，其中该对齐的步骤是使用对位孔和对位销，并且其中该些对位销在执行该点焊的步骤的时是在其适当位置上(inpl3ce)。10. 如权利要求1所述的方法，其中该扩散接合的步骤是在介于900。C和约1050 °C之间的 一温度以及介于约1 ，000 psi和约7,000 psi之间的一压力下执行一段介于约1小时至约8小时的时间。11. 如权利要求10所述的方法，其中该扩散接合的步骤是在介于900'C和约1000。C之间的一温度以及介于约1,000 psi和约5,000 psi之间的一压力下执行一段介于约2小时至约6小时的时间。12. 如权利要求1所述的方法，其中该些平板的至少其中之一者是经 超音波处理，且该超音波处理是作用在制造该流体流动处理结构期间而在一平板表面上即将需要有一埋头孔(counter bore)的位置处，并且其中该...

【专利技术属性】
技术研发人员：M克罗克特，JW莱恩，V柯什霍夫，ME约瑟夫森，HP高，M贝斯万，
申请(专利权)人：应用材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]