CN105874563A - 半导体制造中的氮氧化物的消减 - Google Patents

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Abstract

本文揭示的实施方式涉及用于减少处理期间，比如半导体制造处理期间，产生的氮氧化物(NOx)的方法和设备。处理系统可包括消减控制器和流出物消减系统，其中消减控制器控制流出物消减系统以减少NOx产生，同时确保来自处理系统的流出物气体的消减。流出物消减系统可包括燃烧型流出物消减系统和/或等离子体型流出物消减系统。消减控制器可选择流出物消减系统的操作模式以减少NOx产生。

Description

半导体制造中的氮氧化物的消减
技术领域
本公开案的实施方式大体涉及半导体处理设备。更特别地，本公开案的实施方式涉及减少半导体制造期间产生的氮氧化物(NOx)的技术。
背景技术
NOx排放对半导体处理工业日益重要，特别是当制造者着手处理450毫米(mm)晶片时。晶片尺寸加大将造成处理所需处理气体的流量增加，进而增加处理产生的NOx排放。半导体处理设施对总NOx排放有法规限度，增加NOx排放可能导致设施达到或超过它们的法规限度。
半导体处理设施所用处理气体包括许多化合物，由于法规要求与环境考虑，在排出前必需消减或处理这些化合物。这些化合物包括全氟化合物(PFC)。目前PFC及其他工艺化学品的消减技术涉及燃烧所述PFC及其他工艺化学品。然而燃烧这些材料会因工艺化学品燃烧及燃烧所用空气中存在的氮与氧的反应而导致产生NOx。故以上提到的处理气体流量的增加将造成半导体处理设施产生更多NOx。
因此，相较于目前的消减技术，需要减少由消减来自半导体处理设施的PFC及其他工艺化学品而导致的NOx排放的技术。
发明内容
提供减少由处理系统产生的氮氧化物(NOx)的方法，所述处理系统包括流出物消减系统。所述方法大致包括取得处理系统的至少一个操作参数，及至少依据取得的一个操作参数，选择流出物消减系统的操作模式。
在另一实施方式中，提供减少由处理系统产生的氮氧化物(NOx)的方法，所述处理系统包括燃烧型流出物消减系统。所述方法大致包括确定是否通过燃烧流出物、使流出物暴露于等离子体、进行以上二者、或皆不进行以上二者来消减流出物；依据所述确定操作燃烧型流出物消减系统；及依据所述确定操作等离子体型流出物消减系统。
在又一实施方式中，提供用于减少由处理系统产生的氮氧化物(NOx)的系统，所述处理系统包括流出物消减系统。氮氧化物减少系统大致包括控制器，所述控制器被配置为取得处理系统的至少一个操作参数，及至少依据取得的一个操作参数从至少三个操作模式的群组选择流出物消减系统的操作模式。
在另一实施方式中，提供用于减少由处理系统产生的氮氧化物(NOx)的系统。氮氧化物减少系统大致包括可操作以确定是否通过燃烧流出物、使流出物暴露于等离子体、进行以上二者、或皆不进行以上二者来消减流出物的控制器；及可操作以依据所述确定而控制燃烧型流出物消减系统和等离子体型流出物消减系统的操作的控制器。
附图说明
为使本发明的上述特征能被详细了解，可通过参考实施方式获得以上简要概述的本发明的更特定描述，一些实施方式被图示在附图中。然而应注意附图仅示出本发明的典型实施方式，故不应被视为对本发明范围的限制，因为本发明可允许其他等同有效的实施方式。
图1是根据本公开案一实施方式的示例性处理系统的示意图。
图2A及图2B是根据本公开案实施方式的示例性处理系统的示意图。
图3是根据本公开案一实施方式的示例性处理系统的示意图。
图4示出根据本公开案的某些方面的可由处理系统执行的示例性操作。
图5示出根据本公开案的某些方面的可由处理系统执行的示例性操作。
具体实施方式
提供用于减少来自处理系统的NOx产生的控制系统和方法。控制系统减少处理系统的流出物消减系统产生NOx。例如，本文描述的控制系统控制燃烧型流出物消减系统，以最少化流出物消减系统中的NOx产生，同时确保充分消减流出物中的化学品。控制系统亦可控制等离子体型流出物消减系统，以最少化流出物消减系统中的NOx产生，同时确保充分消减流出物中的化学品。
本文公开的一个实施方式依据处理系统的至少一个操作参数，从操作模式的群组选择流出物消减系统的操作模式。例如，在一方面中，流出物消减系统以第一最小容量模式操作。气体开始流入处理系统时，流出物消减系统即响应气体流入处理系统，而以第二最大容量模式操作。第二模式例如能操作流出物消减系统以达到特定温度。
与第一实施方式非绝对相关的另一实施方式确定是否通过燃烧流出物、使流出物暴露于等离子体、燃烧流出物并使流出物暴露于等离子体、或既不燃烧流出物也不使流出物暴露于等离子体来消减处理系统的流出物，及依据所述确定而操作燃烧型流出物消减系统和等离子体型流出物消减系统。
本文所用“消减”意指减少但不一定消除。即如在本文使用的，通过降低流出物中的某些组分的浓度而消减流出物。同样地，“流出物消减系统”降低流出物中的某些组分的浓度。
本文所用“氮氧化物”是氮的氧化物的通用术语。本文所用的该术语特别包括一氧化氮NO和二氧化氮NO2。
在半导体处理中，处理气体通常与处理腔室内的基板反应而形成副产物气体。副产物气体和未反应的处理气体一起组成移出处理腔室(例如泵抽)的流出物气体。虽然本公开案的实施方式参照示例性半导体处理系统来描述，然而本公开案不限于此，并且可应用到任何产生需消减的流出物气体的处理或制造系统。
图1是根据本公开案的实施方式的处理系统100的示意图。处理系统100通常包括一或更多处理气体源120、一或更多阀118、处理腔室104、工艺控制器106、真空泵110、消减控制器112、流出物处置或消减子系统114、选择性洗涤器124、一或更多选择性排放气体传感器122和排气装置116。在本公开案的一些实施方式中，工艺控制器106和消减控制器112可以是同一控制器。
参照图1，处理气体从处理气体源120(例如储槽或管线)经由入口102供应到处理腔室104。处理气体的供应由工艺控制器106控制及监测，工艺控制器106可控制例如一或更多阀118。工艺控制器106例如可包含计算机。工艺控制器106控制及监测处理腔室104中的操作。例如，工艺控制器106可控制加热元件(未图示)，以控制处理腔室104内的温度，及可控制机器人(未图示)，以控制处理腔室104内的材料移动。流出物气体经由一或更多出口108离开处理腔室104。流出物气体由真空泵110泵送出处理腔室104。真空泵110可例如由工艺控制器106控制，以使处理腔室104内的压力维持在预定范围。
仍参照图1，消减控制器112从工艺控制器106获得工艺参数(例如入口气体组分、气体流率、泵送速率、处理温度等)。消减控制器112可包含计算机。消减控制器112控制流出物消减系统114的操作。流出物消减系统114可通常包含燃烧型流出物消减系统，比如可购自Edwards VacuumTM的AtlasTPUTM流出物消减系统。消减控制器112可例如控制流出物消减系统114使用高或低燃烧气体流率操作。经消减的流出物气体可接着流至选择性洗涤器124来例如去除颗粒，或若操作及法规要求容许，则直接流至排气装置116。消减控制器112可从包括高容量模式、低容量模式和闲置模式的群组选择流出物消减系统114的操作模式。高容量模式涉及高流量的燃烧气体(例如丙烷、天然气等)和空气流入燃烧型流出物消减系统，且可于处理系统进行主动处理时选择。通过选择高容量模式，消减控制器112能确保产生的流出物气体的充分消减。低容量模式涉及较低流量的燃烧气体和空气流入燃烧型流出物消减系统，且可于未进行主动处理、但主动处理最近刚结束或预期很快开始时(例如完成基板处理及新基板正放于处理腔室中时)选择。通过选择低容量模式，消减控制器112能确保残留流出物气体的充分消减，同时减少流出物消减系统中的NOx产生。闲置模式涉及最低流量的燃烧气体和空气流入燃烧型流出物消减系统，且可能一点都没有流入(即流出物处置系统关闭)。闲置模式可于未进行主动处理或处理腔室104中执行的工艺使用处理气体并产生不需燃烧型消减的流出物气体时选择。通过选择闲置模式，消减控制器112能达成最大化减少流出物消减系统中的NOx产生。当如本文描述而配置时，消减控制器112可称作氮氧化物减少系统。
根据本公开案的某些方面，若消减控制器112无法取得操作参数，则消减控制器112可选择高容量模式用于流出物消减系统114。此方面是“故障保护(fail-safe)”特征，因为通过选择高容量模式，当无法取得操作参数时，比如消减控制器112与工艺控制器106之间通信失败的情况下，消减控制器112确保符合流出物消减法规要求。
根据本公开案的某些方面，消减控制器112可从包括以下至少之一的群组选择流出物消减系统114的操作模式：高燃烧气体流率模式、低燃烧气体流率模式、高燃烧温度模式、低燃烧温度模式、高燃烧空气流率模式以及低燃烧空气流率模式。
在高燃烧气体流率模式下，消减控制器112控制流出物消减系统114使用高流量的燃烧气体。此模式例如可在流出物包含需通过还原反应消减的化学品且高燃烧气体流率促进该还原反应时选择。
在低燃烧气体流率模式下，消减控制器112控制流出物消减系统114使用低流量的燃烧气体。此模式例如可在流出物包含需通过氧化消减的化学品时选择。
在高燃烧温度模式下，消减控制器112控制流出物消减系统114使用将产生高燃烧温度的一定量与比例的燃烧气体和空气。此模式例如可在流出物包含耐低温燃烧的化学品时选择。
在低燃烧温度模式下，消减控制器112控制流出物消减系统114使用产生低燃烧温度的一定量与比例的燃烧气体和空气。此模式例如可在流出物不包含耐低温燃烧的化学品时选择。相较于其他模式，低燃烧温度模式可减少流出物消减系统114中的NOx产生。
在高燃烧空气流率模式下，消减控制器112控制流出物消减系统114使用高流量的燃烧空气。此模式例如可在流出物包含需通过氧化消减的化学品时选择。
在低燃烧空气流率模式下，消减控制器112控制流出物消减系统114使用低流量的燃烧空气。此模式例如可在流出物包含需通过还原反应消减的化学品时选择。
若两种模式不互斥(例如消减控制器112不可同时选择高燃烧气体流率模式和低燃烧气体流率模式)，则消减控制器112可同时选择两种或更多种模式。
根据本公开案的某些方面，消减控制器112可控制还原试剂(例如氢或氨)供应到流出物消减系统。还原试剂可与流出物气体中的NOx还原反应，进一步降低流出物气体中的NOx浓度。
根据本公开案的某些方面，消减控制器112可取得流出物处置系统的排气装置116中的NOx的示数(indication)，及进一步依据取得的示数而选择流出物消减系统114的操作模式。所述示数例如可从排气装置116中的传感器122获得，传感器测定排放气体中的NOx浓度。例如，若示数指示排气装置116中具有高NOx浓度，则消减控制器112可控制流出物消减系统114以低温操作。
根据本公开案的某些方面，消减控制器112可在不改变流出物处置系统的操作模式的情况下，调整流入流出物处置系统的燃烧气体流率或燃烧空气流率，以为了减少流出物处置系统中的NOx产生。消减控制器112可依据从工艺控制器106获取的工艺参数或依据流出物处置系统的排气装置116中的NOx的示数，调整流入流出物处置系统的燃烧气体流率、燃烧空气流率或以上两种流率。
图2A是根据本公开案实施方式的处理系统200A的示意图。图2A所示处理系统200A类似于图1所示处理系统100且具有许多类似部件。处理系统200A通常包括一或更多处理气体源220、一或更多阀218、处理腔室204、工艺控制器206、真空泵210、消减控制器212、在真空泵210下游的燃烧型流出物处置或消减子系统214、在真空泵210上游的等离子体型流出物处置或消减子系统226(比如可从Applied MaterialsTM购得的ZFP2TM流出物消减系统)、选择性洗涤器224、一或更多选择性排放气体传感器222和排气装置216。在本公开案的一些实施方式中，工艺控制器206和消减控制器212可以是同一控制器。图2B示出根据本公开案实施方式的处理系统200B的示意图。处理系统200B和处理系统200A一样，除了工艺控制器206亦做为图2B中的消减控制器，而非如处理系统200A中那样有单独的消减控制器。
参照图2A，处理气体从处理气体源220经由入口202供应到处理腔室204。处理气体的供应由工艺控制器206控制及监测，工艺控制器206可控制例如一或更多阀218。工艺控制器206例如可包含计算机。工艺控制器206控制及监测处理腔室204中的操作。流出物气体经由一或更多出口208离开处理腔室204。
仍参照图2A，流出物气体接着流至等离子体型流出物消减系统226。等离子体型流出物消减系统226可通过使流出物气体暴露于等离子体而消减流出物气体。等离子体型流出物消减系统226可利用各种技术产生等离子体以消减流出物气体，所述各种技术包括基于射频(RF)、直流(DC)或微波(MW)的功率放电技术。等离子体型流出物消减系统226可以“一直开启”模式操作、以消减控制器212选择的操作模式操作、或于消减控制器212指示系统关闭时终止操作。消减控制器212依据从工艺控制器206获得的工艺参数和/或处理系统的排气装置216中的NOx的示数而选择等离子体型流出物消减系统的操作模式。
参照图2A，流出物气体接着由真空泵210泵送出等离子体型流出物消减系统226。真空泵210可由工艺控制器206控制。类似于以上参照图1的描述，消减控制器212(可为计算机、专用处理器等)从工艺控制器206获得工艺参数(例如入口气体组分、流率、泵送速率、处理温度等)。此外，消减控制器可从一或更多选择性传感器222获得排气装置216中的NOx的示数。消减控制器212控制燃烧型流出物消减系统214和等离子体型流出物消减系统的操作。燃烧型流出物消减系统214可通过使流出物气体与燃烧气体(例如天然气、丙烷等)和空气的混合物燃烧来消减流出物气体。消减控制器212可通过从类似于以上参照图1描述的操作模式的数个操作模式中进行选择来控制燃烧型流出物消减系统214，所述操作模式包括燃烧型流出物消减系统停止燃烧操作的模式。当如本文描述而配置时，消减控制器212可称作氮氧化物减少系统。
参照图2B，流出物气体接着由真空泵210泵送出等离子体型流出物消减系统226。真空泵210可由工艺控制器206控制。类似于以上参照图1的描述，工艺控制器206(可为计算机、专用处理器等)做为消减控制器。此外，工艺控制器可从一或更多选择性传感器222获得排气装置216中的NOx的示数。工艺控制器206控制燃烧型流出物消减系统214和等离子体型流出物消减系统的操作。燃烧型流出物消减系统214可通过使流出物气体与燃烧气体(例如天然气、丙烷等)和空气的混合物燃烧来消减流出物气体。工艺控制器206可通过从类似于以上参照图1描述的操作模式的数个操作模式中进行选择来控制燃烧型流出物消减系统214，所述操作模式包括燃烧型流出物消减系统停止燃烧操作的模式。
再次参照图2A，经消减的流出物气体可接着流至例如洗涤器224，或若操作及法规要求容许，则流至排气装置216。
图3是处理系统300的示意图。图3所示处理系统300类似于图2所示处理系统200，除了移除图2所示的燃烧型流出物消减系统。处理系统300通常包括一或更多处理气体源320、一或更多阀318、处理腔室304、工艺控制器306、等离子体型流出物处置或消减子系统226(比如可从Applied MaterialsTM购得的ZFP2TM消减系统)、真空泵310、消减控制器312、选择性洗涤器324、一或更多选择性排放气体传感器322以及排气装置316。在本公开案的一些实施方式中，工艺控制器306和消减控制器312可以是同一控制器。
参照图3，处理气体从处理气体源320(例如储槽或管线)经由入口302供应到处理腔室304。处理气体的供应由工艺控制器306控制及监测，工艺控制器306可控制例如一或更多阀318。工艺控制器306可例如包含计算机。工艺控制器306控制及监测处理腔室304中的操作。流出物气体经由一或更多出口308离开处理腔室304。
仍参照图3，流出物气体接着流至等离子体型流出物消减系统226。等离子体型流出物消减系统226可通过使流出物气体暴露于等离子体而消减流出物气体。等离子体型流出物消减系统226可利用各种技术产生等离子体以消减流出物气体，所述各种技术包括基于射频(RF)、直流(DC)或微波(MW)的功率放电技术。等离子体型流出物消减系统226可以“一直开启”模式操作、以消减控制器312选择的操作模式操作、或于消减控制器312指示系统关闭时停止操作。消减控制器312依据从工艺控制器306获得的工艺参数和/或流出物消减系统的排气装置316中的NOx的示数而选择等离子体型流出物消减系统的操作模式。当如本文描述而配置时，消减控制器312可称作氮氧化物减少系统。
继续参照图3，流出物气体接着由真空泵310泵送出等离子体型流出物消减系统226。真空泵310可由工艺控制器106控制。经消减的流出物气体可接着流至例如洗涤器324，或若操作及法规要求容许，则直接流至排气装置316。
图4示出根据本公开案的某些方面的减少由处理系统100或300产生的NOx的示例性操作400，操作400例如可通过消减控制器112、312执行。如图所示，在402处，消减控制器112、312获得处理系统的至少一个操作参数。所述至少一个操作参数可包括处理气体组分、处理气体流率、真空泵泵送速率等。操作继续进行于404处，消减控制器112、312至少依据获得的至少一个操作参数，从至少三个操作模式的群组选择流出物消减系统的操作模式。所述三个操作模式可例如包括若流入处理腔室104的处理气体流率高时选择的高容量模式、若流入处理腔室104的处理气体流率低时选择的低容量模式和若处理腔室104闲置时选择的闲置模式。在406处，消减控制器112、312以选定的操作模式操作燃烧型流出物消减系统114或等离子体型流出物消减系统226。操作继续进行于408处，消减控制器112、312监测处理系统，以确定是否指示流出物消减系统114或226的不同操作模式。例如，若处理腔室104、304完成处理基板及停止处理气体的流动，则在408处，消减控制器112、312检测到此情况并确定流出物消减系统114或226应转换成低容量模式。在410处，消减控制器112、312将流出物消减系统114或226转换成所指示的操作模式。
图5图示根据本公开案的某些方面的减少由包括燃烧型流出物消减系统214的处理系统200产生的NOx的示例性操作500，操作500例如可通过消减控制器212执行。在502处，消减控制器212确定是否通过燃烧流出物、使流出物暴露于等离子体、燃烧流出物并使流出物暴露于等离子体、或既不燃烧流出物也不使流出物暴露于等离子体来消减流出物。例如，在502处，消减控制器212可确定流出物不需通过燃烧来消减，但是需通过暴露于等离子体而消减。在504处，消减控制器212控制燃烧型流出物消减系统214依所述确定而操作。例如，若消减控制器确定流出物不需通过燃烧来消减，则在504处，消减控制器212可以闲置模式操作燃烧型流出物消减系统214。操作继续进行于506处，其中消减控制器212控制等离子体型流出物消减系统226以依所述确定而操作。例如，若消减控制器确定高流量流出物需通过暴露于等离子体来消减，则消减控制器212可以高容量模式操作等离子体型流出物消减系统226。
消减控制器112、212、312可在储存于计算机的硬盘驱动器上的计算机程序的控制下操作。例如，计算机程序可指定流出物消减系统114和226的操作时序、气体混合物、操作温度和RF功率大小。使用者与消减控制器间的界面可由触摸屏(未图示)制成。
各种操作模式可利用计算机程序产品实现，计算机程序产品例如在消减控制器112、212、312上运行。计算机程序代码可以任何常规计算机可读编程语言编写，例如68000汇编语言、C、C++或Pascal。适合的程序代码可利用常规文字编辑器输入到单一文件或多个文件中，并储存或收录于计算机可用媒介，比如计算机的存储器系统。若输入的代码文字为高阶语言，则可编译代码，接着使所得编译器代码链接至预编译程序库的目标代码。为执行链接的编译目标代码，系统使用者调用目标代码，使计算机系统将代码载入存储器中，CPU从存储器读取及执行代码，以执行程序中识别的任务。
除非另外指明，否则说明书和要求保护的范围中使用的所有表示成分的量、性质、反应条件等的数值都应理解为近似值。这些近似值以本发明力求获得的预期性质和测量误差为基础，并应至少根据所表示的有效数字的位数及应用一般舍入技术进行解释。另外，能进一步最佳化本文表示的包括温度、压力、间距、摩尔比、流率及类似物的量中的任何量，以达成处理系统和流出物消减系统中预期的NOx产生的减少。
虽然前述内容针对本发明的实施方式，但在不脱离本发明基本范围的情况下，当可设计出本发明的其他和进一步的实施方式，并且本发明的范围由后面的权利要求书确定。

Claims (15)

1.一种用于减少由处理系统产生的氮氧化物(NOx)的方法，所述处理系统包括流出物消减系统，所述方法包含以下步骤：
获得所述处理系统的至少一个操作参数；及
至少依据所获得的至少一个操作参数，从至少三个操作模式的群组选择所述流出物消减系统的操作模式。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个操作参数包含供应到所述处理系统的至少一种气体的流率和组分。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个操作参数包含处理腔室的温度。
4.如权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤：
获得所述流出物消减系统的排气装置中的NOx的示数；及
进一步依据所获得的示数选择所述流出物消减系统的所述操作模式。
5.一种用于减少由处理系统产生的氮氧化物(NOx)的方法，所述处理系统包括燃烧型流出物消减系统，所述方法包含以下步骤：
确定是否通过燃烧流出物、使所述流出物暴露于等离子体、燃烧所述流出物并使所述流出物暴露于等离子体、或既不燃烧所述流出物也不使所述流出物暴露于等离子体来消减所述流出物；
依据所述确定而操作所述燃烧型流出物消减系统；及
依据所述确定而操作等离子体型流出物消减系统。
6.一种氮氧化物减少系统，用于减少由处理系统产生的氮氧化物(NOx)，所述处理系统包括流出物消减系统，所述氮氧化物减少系统包含控制器，所述控制器被配置为：
获得所述处理系统的至少一个操作参数；及
至少依据所获得的至少一个操作参数，从至少三个操作模式的群组选择所述流出物消减系统的操作模式。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述至少一个操作参数包含供应到所述处理系统的至少一种气体的流率和组分。
8.如权利要求6所述的系统，其中所述至少一个操作参数包含处理腔室的温度。
9.如权利要求6所述的系统，其中所述至少三个操作模式的群组包括高容量模式、低容量模式和闲置模式。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述控制器进一步被配置为当无法获得操作参数时，选择所述高容量模式。
11.如权利要求6所述的系统，其中所述至少三个操作模式的群组包括以下至少之一：高燃烧气体流率模式、高燃烧温度模式、低燃烧气体流率模式、低燃烧温度模式、高燃烧空气流率模式及低燃烧空气流率模式。
12.如权利要求6所述的系统，其中所述控制器进一步被配置为：
获得所述流出物消减系统的排气装置中的NOx的示数；及
进一步依据所获得的示数而选择所述流出物消减系统的所述操作模式。
13.一种氮氧化物减少系统，用于减少由处理系统产生的氮氧化物(NOx)，所述氮氧化物减少系统包含：
能操作以确定是否通过燃烧流出物、使所述流出物暴露于等离子体、燃烧所述流出物并使所述流出物暴露于等离子体、或既不燃烧所述流出物也不使所述流出物暴露于等离子体来消减所述流出物的控制器；及
能操作以依据所述确定而控制燃烧型流出物消减系统和等离子体型流出物消减系统的操作的控制器。
14.如权利要求13所述的系统，其中能操作以作出所述确定的控制器能进一步操作以：
获得所述处理系统的至少一个操作参数；及
至少依据所述至少一个操作参数而作出所述确定。
15.如权利要求13所述的系统，其中能操作以作出所述确定的控制器能进一步操作以：
获得所述处理系统的排气装置中的NOx的示数；及
至少依据所获得的示数而作出所述确定。
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