CN101229476A - 含氯气体的废气处理 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种衬底处理装置，该衬底处理装置包括工艺腔室和废气处理装置，该废气处理装置包括氢化反应器、洗涤器、燃烧室和操作工艺腔室和废气处理装置的控制器。在所述氢化反应器中，含氢气体用于处理腔室废气以形成包含氯化氢气体的氢化废气。洗涤器喷水经过所述氢化气体以溶解所述氯化氢气体。在燃烧步骤期间将含氧气体添加至所处理的废气以进一步去除所述废气。
Description
技术领域
本发明的实施方式涉及在制造工艺期间产生的废气处理。
背景技术
含氯气体使用于衬底制造工艺中，或形成作为衬底制造工艺的副产品。例如，当在诸如半导体晶圆或显示器的衬底上刻蚀或沉积材料时，可以使用包含含氯气体的不同组分的工艺气体。例如，含氯气体诸如Cl2和BCl3常用于刻蚀铝。作为另一示例，在诸如氧化硅的氧化物材料的刻蚀中含氯气体添加入氟化气体。作为另一示例，诸如铝氯化物的含氯气体用于铝的外延沉积。在这些制造工艺中，从工艺腔室释放的废气常包含高含量的含氯气体，这些气体必须在其释放至环境中之前从废气去除。
出现的另一问题是当废气还包含诸如碳氢化合物的其他气体时，也必须从废气去除。例如，下一代刻蚀工艺常使用包含含氯气体和碳氢化合物的工艺气体来刻蚀衬底上二氧化硅材料中的具有较小尺寸的特征。作为另一示例，在刻蚀工艺中，含氯气体和碳氢化合物，诸如Cl2、BCl3、CH4、HCl、C2H2和C2H6用作前驱物气体。碳氢化合物气体可通过在氧气环境中将前驱气体从约600℃到约1100℃来燃烧碳氢化合物前驱物而去除。然而，由于所述高温导致有毒副产物诸如二氧芑的形成，因此所述高温是不预期的。
已研发了数种方法来降低废气中的含氯气体和其他气体浓度。在一个实施例中，可使废气通过洗涤器，该洗涤器喷水经过废气来溶解含氯气体以形成水溶氯酸。所述酸是更容易去除的液体，由此，处理过的废气具有减小含量的氯和含氯化合物。然而，洗涤系统的问题在于它们不能充分去除所有的含氯气体。
作为另一示例，在等离子体中处理废气来减少废气的有害成分，例如，如在授予给Bhatnagar等人的题为“Treatment of Hazardous Gases in Effluent”美国专利No.6,673,323中所描述的，在此引入其全部内容作为参考。然而，包含碳氢化合物和含氯气体的废气的加热或等离子体处理可导致气体反应而形成有害的二氧芑物质。二氧芑是卤化的有机化合物的族，最常见的由多氯二苯并呋喃(PCDF)和多氯二苯并二氧芑(PCDD)组成。PCDF和PCDD的基本结构包括由任一单个(呋喃)或两个氧桥(二氧芑)连接的两个苯环。氯原子在该分子上的任意8个不同位置处连接于该基本结构上，从1到8标号的二氧芑对人有严重的副作用。在每万亿分之几的低浓度下，诸如由多氯二苯并呋喃(PCDF)和多氯二苯并二氧芑(PCDD)的二氧芑已表现出由于它们的亲脂性而在人和和野生动植物中的生物体内积累。
因此，期望处理来自衬低处理腔室的废气以减少既含氯气体又减少碳氢化合物气体。更期望在将废气释放至环境中之前减少或完全消除废气处理中的二氧芑的形成。
发明内容
本发明提供一种处理衬底和处理包含碳氢化合物和含氯气体的废气的方法。该方法包括以下步骤：将衬底暴露于包含碳氢化合物气体和含氯气体的工艺气体中，从工艺区排出腔室废气，腔室废气包括未处理的包含碳氢化合物气体和含氯气体的工艺气体，将该腔室废气暴露于含氢气体以形成包含氯化氢气体的氢化废气，用水洗涤氢化废气以使氯化氢气体溶解在水中来形成洗涤过的废气，该废气基本上不含氯化氢气体，以及通过加热洗涤过的废气同时添加含氧气体来燃烧所洗涤过的废气以形成处理过的废气。
一种能处理衬底并处理包括碳氢化合物气体和含氯气体的衬底处理装置包括：工艺腔室罩、废气处理装置和操作处理腔室和废气处理装置的控制器。工艺腔室罩包括包围衬底支架的罩，气体分配器，以向罩内导入诸如碳氢化合物气体和含氯气体的工艺气体，等离子体发生器，以形成工艺气体的等离子体，和排气口，以从罩去除包含未处理的工艺气体的腔室废气。该废气处理装置包括含罩的氢化反应器，入口，以接收来自工艺腔室的排气口的腔室废气，以及添加气体口，以向氢化反应器中导入含氢气体来形成包含氯化氢气体的氢化废气，洗涤器，其包括罩，接收氢化废气的入口，和喷水器以喷水经过氢化废气使氯化氢气体溶解在水中而形成洗涤过的废气，以及燃烧室，其包括罩、接收洗涤过废气的入口，向燃烧室导入含氧气体的添加气体口，以及加热该燃烧室的加热器。控制器操作工艺腔室和废气处理装置以处理衬底和处理腔室废气。
附图说明
本发明的特征、技术方案和优点将参照描述本发明的示例性特征的以下描述、所附的权利要求书变得更好理解。然而，应当理解一般而言每个特征可以使用在本发明中，不仅仅在特定的附图的上下文中，以及本发明包括这些特征的任意组合，其中：
图1是废气处理装置的实施方式的方框示意图；
图2是衬垫处理腔室的实施方式的示意图；
图3是根据本发明的计算机程序的特定实施方式的分级控制结构的示意方框图。
具体实施方式
衬底的处理中或者衬垫处理腔室的清洗中产生的废气，在废气处理装置300中进行处理。废气处理装置的示例性实施方式的简化图，如图1所示，包括氢化反应器310、洗涤器320和燃烧室330。氢化反应器310包括具有氢化区的罩311和入口314，该入口接收来自处理腔室110的排气口170的腔室废气。入口314通过真空前管(foreline)326连接至工艺腔室110的排气口170。注意，氢化反应器310可放置在工艺腔室泵(未示出)的上游或下游，该泵连接至工艺腔室110。虽然描述废气处理装置300的特定的实施方式来说明废气处理工艺，应当理解如本领域普通技术人员明显可见废气处理装置300可具有其他形式和结构。
氢化反应器310的罩311由不渗透性材料，诸如陶瓷或金属材料组成。在一个类型中，罩311是由诸如Al2O3的陶瓷材料组成的圆柱体。该圆柱体具有足够的强度而耐受上达740托的真空类型的工作压力。圆柱体可具有至少约10mm的直径，更优选地，至少约200mm。有利地，圆柱体可以朝废气经过反应器310的流动方向线性取向以减少废气的可能回流，废气回流可能通过经过反应器310的废气路径的阻挡物产生。因此，圆柱体具有与废气的流动路径的方向平行的纵中心轴。反应器310的长度足够长以允许废气保持停留在圆柱体中一时间周期，该时间周期足以使基本上所有的未反应前驱物和废气中的副产品转化为可溶解的氢化物。反应器310的精确长度取决于包括排气管(未示出)的直径，废气的组分和峰值流速，以及施加给废气等离子体的功率级别的因素组合。对于在约100sccm的总流速的包括Cl2的废气，充分的停留时间是至少约0.1秒钟，以及更优选地约2秒钟。提供所述停留时间的反应器310的适宜长度包括具有200mm横截面直径的圆柱形管304，以及从约10cm到约50cm的长度。在一个类型中，旁通阀305可以提供在或临近反应器以控制流入或旁通氢化反应器的废气的流动。旁通阀305可以任选地由控制器200控制。
氢化反应器310进一步包括添加气体口315，以将包含含氢气体的添加气体导入氢化反应器310。添加气体源322经由导管313连接至反应器310。可选地，可以利用控制阀317控制气体的流动。控制阀的操作可以受控制器200的控制或其可以用手操作。
在废气激活之前或之后，添加气体源322向废气提供含氢气体，以增强未处理前驱物和副产品转化为可溶解的氢化物。在一个实施例中，含氢气体在没有氧气存在的情形下导入反应器，以形成包含氯化氢气体的氢化废气。氯化氢气体通过设置在废气处理装置300下游的湿洗涤器320而去除。即时向废气添加小量的添加气体可显著提高去除效率。
在一个类型中，添加气体包括含H2的含氢添加气体。在反应器310中，废气和添加气体如上所述进行反应。分解的有害气体，诸如Cl2在等离子体中氢化并转化为反应物，诸如HCl，其对于安全排放是可处理的。例如，HCl可以进行洗涤并然后安全排放。应当理解具有不同流速和在不同功率激活的其他含氢添加气体，同样可用于有效地将未处理的前驱物和副产物转化为可溶解的氢化物。
已发现通过恰当选择废气中反应气体与有害气体的体积流速比率，可大幅且不可预见地提高有害气体的减少效率。例如，已发现当使用包含含氢气体的添加气体时，添加气体中的氢原子与废气100中的氯原子的体积流速比率应当至少约1∶1。
包括罩325的洗涤器320设置在废气处理装置300中。洗涤器包括连接至前管336的入口327，该前管使氢化废气流经入口327并进入罩325中。洗涤器327进一步包括喷水器321以将喷水经过氢化废气来将氯化氢气体溶解在水中而形成洗涤过的废气。在一个类型中，旁通阀324可在或临近洗涤器中设置以控制流入或旁通洗涤器320的废气流动。旁通阀可任选地受控制器的控制。
燃烧室330包括具有氧化处理区340的罩338。燃烧室330进一步包括连接至前管347的入口344，该前管使洗涤过的废气通过入口344并进入罩388的氧化处理区340。燃烧室300还包括添加气体口353以向罩338中导入包含含氧气体。来自添加气体源360的包含氧或氧化添加剂的添加气体通过添加气体口364进入燃烧室330。添加气体源360经由前管370连接至燃烧室330以及气体的流动可使用控制阀372控制。如将描述的，控制阀372的操作可以受控制器200的控制，或可利用手操作。
燃烧室330由不可渗透气体的材料，诸如陶瓷或金属材料组成。例如，罩338可以是由诸如Al2O3的陶瓷材料组成的圆柱体。该圆柱体具有足够的强度而耐受上达740托的真空类型的工作压力。圆柱体可具有至少约10mm的直径，更优选地，至少约200mm。有利地，圆柱体可以朝废气经过洗涤器320的流动方向线性取向以减少可能的废气回流，废气回流可能通过经过洗涤器320的废气路径的阻挡物而发生。圆柱体具有与废气的流动路径的方向平行的纵中心轴。燃烧室330的长度足够长以允许废气保持停留在圆柱体中一时间周期，该时间周期足以基本上使没有通过洗涤器320去除的所有有害物质氧化。燃烧室330的精确长度取决于包括洗涤器出口和前管347的直径，废气的组分和峰值流速，以及施加给消除等离子体的功率级别的因素组合。对于在约100sccm的总流速的包括Cl2的废气，充分的停留时间是至少约0.1秒钟，以及更优选地约2秒钟。提供所述停留时间的燃烧室330的适宜长度包括具有100mm到月800nn横截面直径的圆柱形管，以及从约10cm到约20cm的长度。
在一个类型中，旁通阀342可以在或临近反应器设置以控制流入或旁通燃烧室330的废气的流动。旁通阀342可以任选地由控制器控制。
燃烧室330进一步包括加热器363以加热燃烧室330内的反应气体。加热器363包括加热元件和控制电路。加热器363能将燃烧室330加热至至少约500℃的温度。可以加热燃烧室330的加热器的实施例包括可从Columbus，Ohio(俄亥俄州的哥伦布)的BH Thermal Corporation购买的加热器。该加热器能提供月5到月10KW的加热功率。添加气体源360提供氧气或氧化添加剂，当通过加热器加热或激活时，其与可能保留在废气中的有害化合物反应。燃烧室330使用氧气或氧气添加剂以有效氧化未处理的化合物，而不用关心二氧芑形成。
废气处理装置300可包括红外传感器370以根据对应于碳-氢、碳-卤或碳-氧键的红外信号的检测而产生指示含碳气体存在于废气中的信号。该信号随后发送至控制器200，其激活氢化反应器310。红外传感器370，例如，在授予给Nowak等人的题为“Method and Apparatus for Optical Detection of EffluentComposition”的美国专利No.6,336,346中有描述，在此引入其全部内容作为参考。红外传感器370可放置在工艺腔室110的排气口和氢化反应器310的气体入口314之间的气体管道326中。另一红外传感器370可放置在洗涤器320和燃烧室330之间的前管347中。
传感器370检测废气中由反应物发射的光并将其转换为电压信号。由于不同的气体在等离子体中激发时将发射不同波长的光，因此由废气发射的光指示废气中的气体类型和浓度，以及检测到的波长的幅值提供废气流中特定气体的数量或浓度的指示。传感器370可以是任意数量的光检测器，诸如光晶体管或光二极管。虽然期望为了简化数据解释，但不需要传感器370线性响应。传感器370还可包括不同透镜或滤光片，如对于本领域的普通技术人员将显而易见。例如，适宜的滤光片是在涉及的红外波长处居中的带通滤色片。适宜和红外传感器370是型号TPS434 NDIR气体分析传感器，其可从位于Fremont，California(加利福尼亚州的弗里蒙特)的Perkin Elmer市售购买的，结合红外滤色片，诸如对于从7.1到16.7微米，或3.0到3.6微米波长的带通滤色片，可从位于Westford，MA的Barr Associates Inc.市售购买。
控制器200可用于操作包含工艺腔室110和废气处理装置300，如图2和图3所示。控制器200包含电子硬件，其包括适于操作工艺腔室110和装置300的集成电路。控制器200适于接收数据输入、运行算法、产生数据输出信号、检测来自感应器370和其他腔室组件的数据信号，并且监控衬底处理装置100内的工艺条件。控制器200包含废气处理控制指令集，其包含用于接收基于对废气中含碳气体存在状态的检测而来自红外感应器370的信号的程序代码。控制器200接收来自红外感应器370的信号并调整与信号相关的加氢反应器310、洗涤器320或燃烧室330的任意之一的运行。废气处理控制还具有在废气处理装置300不安全条件发生或被测量时关闭废气处理装置300的安全代码。
控制器200还包含含有控制气体阀以分布特定气体的特定体积流率的程序代码的气流指令集。在一个方案中，控制器200包含控制气体阀以设置引入到加氢反应器310的添加气体口315中的含氢气体体积流率的程序代码，使得加氢反应器310中氢与氯原子的比率至少为约1∶1。在另一方案中，控制器200包含控制气体阀以设置引入到加氢反应器310的添加气体口315中的含氢气体的体积流率的程序代码，使得加氢区域316中的氢与氯原子比率为大约1.5∶1到约3∶1。
在废气处理工艺中，废气从工艺腔室110的排出口170传输到废气处理装置300的加氢反应器310中。特别地，在此所述的方法可应用到包括等离子体和热基技术的所有消除装置。在该反应器310中，包含含氢气体的添加气体穿过添加气体口315添加到废气。含氢气体与未反应的含氯废气反应以形成可溶的氢化物物质，诸如氯化氢气体。在废气中应该存在有少许或者没有氧气，负责氧气将与含氢气体反应形成水。当含氯气体与含氢气体反应时，最小化加氢反应器310下游的二氧芑(dioxin)。因此，必须添加足够量的含氢气体以与所有的残留含氯气体充分反应。即，添加足够量的含氢气体，其中氢化区域316中的氢与氯原子比率足够高以将所有的不饱和烃气体充分转化为饱和烃气体。适当的含氢气体是H2。加氢区域316中适当的氢与氯原子比率为至少约1.2∶1，并且甚至约1.5∶1到约3∶1。
加氢反应器310还用于将不饱和或复杂烃气体转化为充分饱和的烃气体，其更易于在传统的下游燃烧室330中除去(如下所述)。例如，在加氢反应器310中，不饱和烃气体诸如乙烯(C2H4)和丙烯(C3H6)可转化为饱和烃气体诸如CH4、C2H6和C3H8。添加足够量的含氢气体，其中在加氢区域316中氢与氯原子的比率足够高以将所有的不饱和烃气体充分转化为饱和烃气体。
之后，氢化的废气，现在含有可溶的氢化物物质，诸如氯化氢气体，传输穿过洗涤器320，其通过洗涤过的废气喷水而去除可溶氯化氢气体。水将氯化氢气体溶解到水中，从而从废气中充分去除氯化氢气体。
如果洗涤过的废气不含含氯物质，但是仍然含有其他危险或可燃气体，则可在燃烧室330中进一步处理该废气。例如，残留的烃副产物可通过加热洗涤过的废气同时添加含氧气体到燃烧区域340中在燃烧区域340中燃烧，以形成处理过的废气。适当的含氧气体包括氧和氧化添加剂诸如H2O。在燃烧室330中，含氧气体有效地氧化未反应的气体混合物而不形成二氧芑。在另一实施例中，包含饱和烃气体的废气可通过在氧化环境中的燃烧室330中的燃烧而充分氧化以形成CO2和H2O。可通过加热燃烧区域340到至少约500℃的温度而处理在燃烧室330中的气体。
在以上所提供的新溶液有效去除未反应的反应物和由氯基半导体制造工艺所产生的副产物，同时防止或显著减少有毒二氧芑的形成。通过将腔室废气处理工艺分离为与来自腔室的含氯物质反应和与其他含烃物质反应，形成有毒二氧芑的烃和氯的反应显著减少。
在图2中示出了能处理衬底1 14并产生待在废气处理装置中处理的包含烃气体和含氯气体废气的衬底处理装置100的实施方式。衬底处理装置100包含用于处理衬底114的工艺腔室。该工艺腔室110可以为，例如可从California的Santa Clara的应用材料公司购得的去耦等离子体源(DPSII)型腔室。在授权给Davis等人的美国专利申请No.2006/0028646 A1中描述了DPS II腔室的修整版本，在此结合其全部内容作为参考。腔室通常用作CENTURA处理系统的处理模块，也可从California的Santa Clara的应用材料公司购得。
典型的工艺腔室110包含含有围护壁130的外壳，其中围护壁130包括侧壁132、底壁136和顶部134。顶部134可包含基本弓状，或者在其他方案中，圆顶状、基本平坦或多半径状。壁130通常由金属诸如铝或陶瓷材料制造。顶部134和/或侧壁132还可具有辐射线渗透窗126，其允许辐射线穿过用于监控腔室110中执行的工艺，通过，例如采集来自衬底114的反射率的聚束光学系统135。从聚束光学系统135所采集的信号随后传送到分光计137用于信号分析。
腔室110进一步包含衬底支架120用于支撑腔室中的衬底114。衬底支架120通常包含静电夹盘，其包含至少部分覆盖电极125的电介质，并且其可包括衬底容纳表面124。容纳表面124可具有孔或凹槽(未示出)以通过穿过衬底支架120的导管149提供来自氦气体源148的热传递气体诸如氦，以控制衬底114的温度。电极125能充电，以产生静电电荷，用于静电性地将衬底114固定到静电夹盘。电极125还能用作工艺电极125。电极125可以为单一导体或多个导体，并可由金属诸如钨、钽或钼制成。衬底支架或阴极120通过第二匹配网络144耦合到偏置功率源142。偏置功率源142通常能在大约13.56MHz的频率处产生高达10kW的功率。偏置功率可以为连续或者脉冲功率。在其他实施方式中，偏置功率源142可为DC或脉冲DC源。
在工艺腔室110内围绕的气体分配器138用于将工艺气体引入到外壳116中以处理放置在衬底支架120上的衬底114。工艺气体通过包括含有各种气体源的工艺气体供应152的气体交付系统150提供。每个气体源具有含气流阀诸如质量流量控制器的导管，以传输设定流速的气体穿过其中。导管供应气体到混合歧管154，在其中混合气体以形成所需的工艺气体混合物。混合歧管154供应在腔室106中具有气体出口164的气体分配器138。气体出口164可穿过靠近衬底支架130外围的腔室侧壁132或可穿过顶部134，在衬底114上方终止。
废工艺气体和副产物可穿过包括一个或多个排气口170的排气系统168从腔室110排出。排气口170接收废工艺气体和包含未反应工艺气体的腔室废气，传输废气和腔室废气到排气导管172，其中存在节流阀174以控制腔室110中的气体压力。排气导管172供应一个或多个排气泵176，用于从腔室110去除腔室废气。真空泵176可具有节流阀174以控制来自腔室110的气体排放速度。
通过等离子体产生器180激励工艺气体以处理衬底114。等离子体产生器180将能量耦合到腔室110的工艺区域184(如图所示)或腔室110上游的远程区域中(未示出)的工艺气体。“激励工艺气体”，其指活化或激励工艺气体以形成一种或多种解离的气体物质、未解离的气体物质、离子气体物质和惰性气体物质。在一个方案中，等离子体产生器180包含天线186，其包含具有围绕腔室106中心对称的圆的至少一个感应线圈。通常，天线186包含具有绕与穿过工艺腔室110延伸的纵向垂直轴一致的中心轴旋转约1到约20周的螺线管。当天线186设置在腔室110的顶部134附近时，顶部134的临近部分可由电介质材料制成，诸如二氧化硅，其对RF或电磁场透明。天线186通过天线电流供应190供应能量并且所供应的能量由RF匹配网络192调谐。在通常约50KHz到约60MHz的频率下，以及更通常约13.56MHz下，天线电流供应190提供例如RF功率到天线186，并且在约100到约5000瓦特的功率级别下也提供RF功率到天线186。
当在腔室110中使用天线186时，壁130包括由感应场渗透材料诸如氧化铝或二氧化硅制成的顶部134，以允许来自天线186的感应能量渗透穿过壁130或顶部134。还可使用的适当半导体材料为掺杂的硅。对于掺杂的硅半导体顶部，顶部的温度优选地控制在材料提供半导体性能的范围内，例如从约100K到约600K。可使用多个辐射加热器诸如钨卤灯和与顶部134接触的热传递板控制顶部的温度。热传递板可由铝或铜制成，具有通道(用于热传递流体流过其中)。热传递流体源供应热传递流体到通道以随需要加热或冷却热传递板，从而将腔室110维持在恒定温度。热传递板可在距离天线186上方至少天线186总体高度的一半处支撑，以减少天线186和等离子体之间的诱导耦合，其否则将由非常接近于传导板而产生。
在一个方案中，等离子体产生器180还包括能电容性耦合的一对电极128，以提供等离子体起始能量到工艺气体或以告知(impart)动能以激发气体物质。通常，一个电极128位于衬底114下面的支架120中而其它电极位于壁中，例如在腔室110的侧壁130或顶部134中。例如，电极128可为由半导体材料制成的顶部134，其充分导电以偏置或接地从而在腔室中形成电场，同时仍然提供低阻抗到通过顶部134上方的天线186传输的RF感应场。适当的半导体材料包含掺杂的硅以具有例如在室温下小于约500Ω-cm的电阻系数。一般地，电极128可通过提供RF偏置电压到电极128的偏置电压供应142而彼此相对电偏置，从而将电极128彼此电容性耦合。所施加的RF电压提供RF匹配网络144调谐。RF偏置电压可具有约50kHz到约60MHz的频率，或者在一个方案中，约13.56MHz。RF偏置电流的功率级别通常为约50到约3000瓦特。
腔室110可通过包含计算机204的控制器200操作，该计算机204经由硬件接口208传送指令以操作腔室组件，包括衬底支架120、气流控制阀、气体分配器138、等离子体产生器180、排气口170和节流阀174。通过腔室110中的不同检测器所测量的工艺条件和参数可作为反馈信号通过控制器件诸如气流控制阀、压力监控器171、节流阀174和其他该类器件传送，并作为电信号传输到控制器200。
控制器200包含包括电路的电子硬件，该电路包含适于运行腔室110和其外围组件的集成电路。一般地，控制器200适于接收数据输入、运行算法、产生有用的输出信号、检测来自检测器和其他腔室组件的数据信号，并适于监控或控制腔室110中的工艺条件。例如，控制器200可包含计算机204，该计算机204包含(i)中央处理器(CPU)，诸如例如来自INTEL公司的传统的微处理器，其耦合到包括诸如CD或软盘驱动器的可移动的存储介质和诸如硬盘驱动器、ROM和RAM的不可移动存储介质的存储器210；(ii)专用集成电路(ASIC)，其设计并程序化用于特定任务，诸如数据和来自腔室110的其他信息的恢复或特定腔室组件的运行；以及(iii)接口板，其用于特定信号处理任务中，包含，例如，模拟和数字输入和输出板、通信接口板和发动机控制器板。在操作者和控制器200之间的使用者界面可为，例如经由显示器和数据输入器件220，诸如键盘或光笔。为了选择特定屏幕或功能，操作者使用数据输入器件输入选择并可在显示器上观察到选择。
在一个方案中，控制器200包含计算机204可读的计算机程序216并可存储在存储器210中。计算机程序216一般包含含有运行腔室110及其组件的程序代码的工艺控制软件、监控在腔室110中执行的工艺的工艺监控软件、安全系统软件和其他控制软件。计算机程序可以传统的程序语言写入，诸如例如，汇编语言、C++、Pascal、或Fortran。使用传统的文字编辑器将适当的程序代码输入到单一文件或多个文件中并存储或嵌入到存储器210的计算机可用介质中。如果所输入的代码文字是高级语言，则编译代码并且所产生的编译代码随后与预编译的库存程序的目标代码链接。为了执行该链接、编译目标代码，使用者调用目标代码，导致CPU读取并执行代码以执行在程序中识别的任务。
在图3中示出了根据本发明的计算机程序216的特定实施方式的分等级控制结构的示意性方块图。使用数据输入器件220，例如，响应由工艺选择器224在显示器上产生的菜单或屏幕，使用者输入工艺集和腔室数字到计算机程序216中。计算机程序216包括控制衬底位置、气流、气压、温度、RF功率级别和特定工艺的其它参数的指令集，以及监控腔室工艺的指令集。工艺集是需要实施特定工艺的工艺参数的预定组。工艺参数是工艺条件，包括气体组成、气体流速、温度、压力和气体激发器设置诸如RF或微波功率级别。当在平台上存在一组互相连接的腔室时，腔室号码反应特定腔室的识别。
工艺定序器228包含接收来自计算机程序216或工艺选择器224的腔室号码和工艺参数集的指令集，以控制其运行。工艺定序器228通过将特定工艺参数传送到控制腔室110中多个任务的腔室管理器230而发起工艺集的执行。腔室管理者230可包括指令集，诸如例如，衬底位置指令集234、气流控制指令集238、气压控制指令集242、温度控制指令集245、等离子体产生器控制指令集248和排气控制指令集252。
衬底位置指令集234包含用于控制腔室组件的代码，该腔室组件用于将衬底支架120上负载到衬底114上，以及可选地，用于提升衬底114到腔室110中的所需高度。
气流控制指令集238包含用于控制组成工艺气体的不同成分气体的流速的代码。例如，气流控制指令集238可调节气流控制阀的开口尺寸以获得从气体出口164到腔室110中的所需气流速度。
气压控制指令集242包含用于控制腔室110中的压力的程序代码，例如，通过调节节流阀174的打开/关闭位置。
温度控制指令集245可包含，例如，用于在蚀刻期间控制衬底114温度的代码和/或用于控制腔室110的壁130的温度的代码，诸如顶部134的温度。
等离子体产生器控制指令集248包含用于设置，例如施加到电极128或天线186的RF功率级别以及用于设置施加以激励等离子体中的工艺气体的功率的代码。
排气控制指令集252包含用于控制节流阀174的开口的代码，用于从腔室110穿过排气口170排放废气。
虽然描述为用于执行一组任务的分离指令集，但是应该理解这些指令集的每一个都可以彼此集成，或者任务的一组程序代码与任务的其它程序代码集成以执行所学组的任务。因此，在此所述的控制器200和计算机程序216不应该咸限于在此所述的功能性程序的特定方案；执行等效集功能的任何其它程序集或合并的程序代码也在本发明的范围内。同样，虽然控制器210关于腔室110的一个方案示出，但是其可用于与在此所述的执行本发明一致的任何腔室。
在此所述的装置100可用于处理衬底114上的材料，例如，用于从衬底114蚀刻材料，去除在腔室110中的表面上污染物沉积或沉积的残留物，诸如在腔室110的壁130的表面上和腔室110中组件的表面上，以及执行衬底114的后处理加工等等。例如，在一个方案中，装置100可用于蚀刻包含一个或多个层材料的衬底114。这些层通常彼此叠加并可包含：电介质层，包含例如二氧化硅、未掺杂的硅酸盐玻璃、磷硅酸玻璃(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)、碳掺杂的硅酸盐玻璃(CSG)、氮化硅或TEOS沉积的玻璃；半导体层，包含例如含硅层诸如多晶硅或硅化合物；以及导电层诸如含金属层包含，例如，铝、铜、或金属硅化物诸如硅化钨和硅化钴。用于蚀刻衬底105上的层的适当蚀刻剂气体包括例如HCl、BCl3、CHCl3、CnHn、CnHn+2、CnH2n+2(其中“n”是从1到4的任意整数)、ClxBry、ClxFy(其中“x”和“y”是从0到3整数的任意组合)、XeCl2、BiClxFy、NCl3、NClxFy、NClxBry、NO2ClxFy、NOClxFy(其中“x”和“y”是从0到3整数的任意组合)、CnHyClx、CnHyClxFz、CnHyClxBrzFv(其中“x”、“y”、“z”和“v”是从0到3整数的任意组合以及“n”是从1到4的任意整数)、CCl3OCCl3、AlCl3、HBr、Br2、Cl2、CCl4、SiCl4、SF6、F、NF3、HF、CF3、CF4、CH3F、CHF3、C2H2F2、C2H4F6、C2F6、C3F8、C4F8、C2HF5、C4F10、CF2Cl2、CFCl3、O2、N2、He及其混合物。选择蚀刻剂气体以提供高蚀刻速度和特定层或正在蚀刻材料的高蚀刻选择性。当顺序蚀刻多个层时，可将蚀刻剂气体组分顺序引入到腔室110中以蚀刻每个特定层。另外，虽然在前后文中示出废气处理装置300的结构，但是应该理解废气处理装置300可以与其他衬底加工工艺和腔室一起使用。
衬底114通过诸如晶圆叶片的衬底传送机构179放置到工艺腔室110的工艺区域184中的衬底支架120上。为了蚀刻工艺腔室110中的衬底114上的一个或多个层，将包含含有烃气体和含氯气体的蚀刻剂气体的工艺气体从气体供应152引入到工艺区域184中。在一个方案中，烃气体包含一种或多种CnHn、CnHn+2、CnH2n+2的，其中n是1到4的任意整数。在一个方案中，含氯气体包含一种或多种Cl2、CCl4、SiCl4、HCl、BCl3、CHCl3、ClxBry、ClxFy、XeCl2、BiClxFy、NCl3、NClxFy、NClxBry、NO2ClxFy、NOClxFy、CnHyClx、CnHyClxFz、CnHyClxBrzFy、CCl3OCCl3、AlCl3、CF2Cl2和CFCl3，其中x、y、z和v是从0到3的任意整数以及n是从1到4的任意整数。
工艺气体从具有通向气体分配器138的入口的气体显示屏185供应到工艺区域184。气体分配器138的孔释放各种气体以形成气态混合物。气态混合物通过包含自由基物质诸如原子氯和其他蚀刻剂物质，以及聚合以增强各向异性蚀刻工艺的烃或含硼物质的等离子体产生器180激发为腔室110中的等离子体。可通过诱导性和/或电容性耦合能量到腔室110的工艺区域184中，或通过施加微波到其上或到远程腔室(未示出)的远程区域中的蚀刻剂气体，即在远离工艺区域184的位置，而激励气体。“激励工艺气体”是指活化或激励工艺气体，使得一种或多种解离物质、未解离物质、离子物质和惰性物质激励为高能量状态，其中它们在化学性质上非常活性。在一个方案中，等离子体产生器180施加来自偏置源功率142的功率分别到感应线圈元件188和阴极128。使用节流阀174和真空泵176控制腔室110内部内的压力。通常，腔室壁130耦合到电性接地146。壁130的温度使用穿过壁的含液体导管控制。
在蚀刻工艺期间，通过稳定衬底支架120的温度控制衬底114的温度。来自气体源148的氦气可经由气体导管149提供到在衬底114下面的衬底支架表面124中形成的沟道。氦气用于促进支架120和衬底114之间的热传递。在处理期间，衬底支架120可通过衬底支架120内的电阻加热器加热到稳态温度，并且随后氦气可用于促进衬底114的均匀加热。使用该热控制，衬底114维持在从约20℃到约350℃的温度下。
激励的蚀刻剂气体蚀刻衬底114上的一个或多个层以形成通过排气系统168从腔室110排出的挥发性气态物质。在处理之后，包含含有烃物质和含氯气体的未反应工艺气体从工艺区域184穿过排气口170排出。现在废气可在废气处理装置300中处理以去除残留的危险气体和由蚀刻工艺导致的副产物。
本领域的普通技术人员将能理解其他工艺腔室可用于实施本发明，包括具有远程等离子体源的腔室、电子回旋加速器谐振(ECR)等离子体腔室等。
尽管本发明已经关于其特定优选方案详细示出，但是也可能是其他方案。例如，喷水以从废气去除HCl的洗涤器320可与执行相同功能的树脂床洗涤器互换。同样，本发明的装置100可用于其他腔室和/或与其他腔室一起使用，并用于其他工艺，诸如，例如，物理气相沉积和化学气相沉积。因此，附加的权利要求书不应限于在此包含的优选方案的描述。
Claims (16)
1.一种处理衬底和处理包含碳氢化合物气体和含氯气体的废气的方法，该方法包括：
(a)将衬底暴露于包含碳氢化合物气体和含氯气体的工艺气体中；
(b)从工艺区排出腔室废气，所述腔室废气包括未处理的包含碳氢化合物气体和含氯气体的工艺气体；
(c)将所述腔室废气暴露于含氢气体以形成包含氯化氢气体的氢化废气；
(d)用水洗涤所述氢化废气以使氯化氢气体溶解在水中来形成洗涤过的废气，该废气基本上不含氯化氢气体；以及
(e)通过加热所述洗涤过的废气同时添加含氧气体来燃烧所洗涤过的废气以形成处理过的废气。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(b)中，所述碳氢化合物气体包括一种或多种CnHn、CnHn+2、CnH2n+2，其中n是1到4的任意整数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(b)中，所述含氯气体包括一种或多种Cl2、CCl4、SiCl4、HCl、BCl3、CHCl3、ClxBry、ClxFy、XeCl2、BiClxFy、NCl3、NClxFy、NClxBry、NO2ClxFy、 NOClxFy、 CnHyClx、CnHyClxFz、CnHyClxBrzFy、CCl3OCCl3、AlCl3、CF2Cl2和CFCl3，其中x、y、z是0到3的任意整数以及n是1到4的任意整数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(c)中，含氢气体包括以下特征的至少其中之一：
(i)以氢原子与氯原子的比率至少约1∶1的足够数量添加含氢气体；
(ii)以氢原子与氯原子的比率从约1.2∶1到约3∶1的足够数量添加含氢气体。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含氢气体包括H2。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，以足够的数量添加所述含氢气体，以致氢原子与氯原子的比率足够高以基本上使所有的未饱和碳氢化合物气体转化为饱和的碳氢化合物气体。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，(d)步骤包括喷水通过所述洗涤的废气。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，(e)步骤包括以下至少其中之一：
(i)添加包括氧气或H2O的含氧气体；
(ii)将所述燃烧区加热至至少约500℃的温度。
9.一种能处理衬底和处理包括碳氢化合物气体和含氯气体的废气的衬底处理装置，所述装置包括：
(a)工艺腔室罩，其包括
(i)包围衬底支架的罩；
(ii)以向罩内导入工艺气体的气体分配器，该工艺气体诸如碳氢化合物气体和含氯气体；
(iii)形成工艺气体的等离子体的等离子体发生器，以及
(iv)从罩去除包含未处理的工艺气体的腔室废气的排气口；
(b)废气处理装置，其包括：
(i)氢化反应器，其包括罩，入口，以接收来自工艺腔室的排气口的腔室废气，以及添加气体口，以向氢化反应器中导入含氢气体来形成包含氯化氢气体的氢化废气；
(ii)洗涤器，其包括罩，接收氢化废气的入口，和喷水器以喷水经过氢化废气使氯化氢气体溶解在水中而形成洗涤过的废气；以及
(iii)燃烧室，其包括罩、接收洗涤过废气的入口，向燃烧室导入含氧气体的添加气体口，以及加热该燃烧室的加热器；
(c)控制器，操作所述工艺腔室和废气处理装置以处理衬底和处理腔室废气。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述控制器包括程序代码以控制气阀设置导入所述氢化反应器的添加气体口的含氢气体的体积流速使得所述氢化反应器中的氢原子与氯原子的比率至少约1∶1。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述控制器包括程序代码以控制气阀设置导入所述氢化反应器的添加气体口的含氢气体的体积流速使得所述氢化反应器中的氢原子与氯原子的比率是从约1.2∶1到约3∶1。
12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述加热器能将所述燃烧室加热至至少约500℃的温度。
13.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述加热器能提供从约5KW到约10KW的加热功率。
14.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，进一步包括红外传感器以根据红外信号的检测而产生信号，所述红外传感器包括以下至少其中之一：
(i)能检测废气中由反应物发射的光并将其转换为电压信号，其中所述光表示所述废气中气体的类型和浓度；
(ii)能根据红外信号的检测产生指示所述废气中碳氢化合物气体的存在的信号；以及
(iii)能检测对应于碳的红外信号。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述控制器接收来自所述红外传感器的信号并调整所述信号相关的氢化反应器、洗涤器或燃烧室任意其中之一的操作。
16.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述等离子体发生器包括以下至少其中之一：
(a)天线；或者
(b)电容耦合的一对电极以向工艺气体提供能量而形成等离子体。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080730 |