CN107004563A - 使用水蒸气连同氢气或含氢气体的等离子体减量 - Google Patents

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Abstract

本文描述一种用于减量来自处理腔室的含有PFC气体的流出物的等离子体减量工艺。等离子体减量工艺从处理腔室(诸如蚀刻腔室)提取气态前级管道流出物，且与设置在前级管道路径中的等离子体腔室内的流出物反应。所述等离子体分解PFC气体且使它们与试剂反应，将流出物转变成非全球变暖化合物，且所述化合物可通过传统设施水洗涤技术来轻易移除。本公开内容阐明了用来控制试剂氢对氧的比例的方法，以使得除了PFC破坏之外，经减量的化合物具有改变的组成，而能延长下游支撑设备的维护间隔。

Description

使用水蒸气连同氢气或含氢气体的等离子体减量
技术领域
本公开内容的实施方式大体涉及用于半导体处理设备的减量。更具体地说，本公开内容的实施方式涉及用以减量存在于流出物中的化合物的技术。
背景技术
半导体制造工艺期间产生的流出物包括许多化合物，这些化合物由于管理要求以及环境与安全考量必须在废弃之前被减量或被处理。这些化合物中有例如在蚀刻工艺中所使用的全氟化碳(PFCs)。
PFCs(诸如CF4、C2F6、NF3和SF6)一般被用在半导体与平板显示器制造工业中，例如在介电层蚀刻与腔室清洁中。在制造或清洁工艺之后，在从工艺工具被泵送的流出物气流中典型地存在有残余的PFC含量。PFCs难以从流出物移除，并且它们释放到环境中是不期望发生的，这是因为已知它们具有相当高的温室活动力(greenhouse activity)。远程等离子体源(RPS)或在线(in-line)等离子体源(IPS)已经用于PFCs与全球变暖气体的减量。
现今用于减量PFCs的减量技术的设计利用水蒸气，作为氢源与氧源而为试剂或仅氧。这些对PFC气体提供良好的破坏能力，但已经被证实可进行进一步的改善而亦具有维持清洁与下游真空设备的可靠度以延长维护之间间隔的额外优点。
发明内容
在此披露的实施方式包括减量来自处理腔室的流出物的方法与系统。这些实施方式包括方法以具体地控制氢对氧的比例的试剂组成，以维持有效的PFC减量效能且亦改善支撑设备维护间隔。
在一个实施方式中，一种处理流出物的方法可包括以下步骤：使流出物从处理腔室流动到等离子体源内，其中所述流出物包括PFC气体；输送减量试剂到所述等离子体源，所述减量试剂包括氢对氧的比例为至少2.5:1；及在等离子体的存在下活化所述流出物与所述减量试剂，以将所述PFC气体转变成经减量的材料。
在另一实施方式中，一种用以减量流出物气体的方法可包括以下步骤：使减量试剂流动到等离子体腔室内；使流出物气体流动到所述等离子体腔室内，所述流出物气体包括PFC气体，以使待被减量的所述气体与所述等离子体反应，其中氢对卤素的比例为约1:1，且氧对PFC气体的比例为约2:1；及在所述等离子体腔室中从所述减量试剂产生等离子体。
在另一实施方式中，一种处理流出物的方法可包括以下步骤：使包括PFC气体的流出物从处理腔室流动到等离子体源内；输送减量试剂到所述等离子体源，所述减量试剂包括H2与H2O，所述H2与H2O以氢对氧的比例为至少3:1被输送，其中H2是通过H2O电解来形成的；及从所述流出物和所述减量试剂形成感应式耦合等离子体，以产生经减量的材料。其中所述经减量的材料在运作温度与压力下是气态的。
附图说明
可通过参考实施方式来详细理解本公开内容的上述特征及以上简要概述的有关本公开内容更加具体的描述，其中这些实施方式的一些实施方式在附图中示出。但是应注意的是，附图仅示出本公开内容的典型实施方式，并且因此附图不应被视为会对本公开内容的范围构成限制，这是因为本文可允许其他等效的实施方式。
图1示出根据一些实施方式的基板处理系统的示意图。
图2是示出用以减量离开处理腔室的流出物的方法的流程图。
为了便于了解，尽可能地使用相同的元件符号来表示各图共有的相同元件。此外，一个实施方式的元件可有利地适用于其他在此所述的实施方式。
具体实施方式
在此披露的实施方式包括等离子体减量工艺，所述等离子体减量工艺用于存在于离开处理腔室的流出物中的材料。等离子体减量工艺从处理腔室(诸如沉积腔室、蚀刻腔室或其他真空处理腔室)提取前级管道(foreline)流出物，并且使流出物与减量试剂在设置在前级管道路径中的等离子体腔室中反应。等离子体赋予存在于流出物中的材料以及减量试剂能量，而更有效地将材料转变成更有利的形式。在一些实施方式中，等离子体可至少部分地分解存在于流出物中的材料与减量试剂，这增加了将流出物内的材料转变成更有利形式的效率。减量试剂(诸如水蒸气)可有助于存在于流出物内的材料的减量。
于在此所述的实施方式中，过量的氢可被添加到减量试剂中的水蒸气，产生氢对氧比例为至少2.5:1。氢添加到水蒸气维持了水蒸气添加的固有安全性，同时控制在与流出物全氟化碳(PFC)气体反应之后可取得的反应性氧。于在此所述的方法与系统中，可利用通过去离子水的电解产生的氢。参照以下附图更清楚地描述在此披露的实施方式。
图1图示根据在此所披露的实施方式的处理系统100的示意图。如图1所示，前级管道102将处理腔室101与减量系统111耦接。处理腔室101例如可以是用以执行沉积工艺、蚀刻工艺、退火或清洁工艺的处理腔室，及诸如此类者。用以执行沉积工艺的代表性腔室包括沉积腔室，诸如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)腔室、化学气相沉积(CVD)腔室、或物理气相沉积(PVD)腔室。在一些实施方式中，沉积工艺可以是沉积诸如二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiNx)、氮氧化硅(SiON)、结晶硅、a-Si、掺杂a-Si、氟化玻璃(FSG)、磷掺杂玻璃(PSG)、硼磷掺杂玻璃(BPSG)、碳掺杂玻璃与其他低k电介质(诸如聚酰亚胺与有机硅氧烷)的电介质的沉积工艺。在其他实施方式中，沉积工艺可以是沉积金属、金属氧化物或金属氮化物(诸如钛、二氧化钛、钨、氮化钨、钽、氮化钽、碳化钽、铝、氧化铝、氮化铝、钌或钴)的沉积工艺。此外，可沉积金属合金，诸如氮氧锂磷、锂钴与其他者。
前级管道102作为使流出物离开处理腔室101到减量系统111的导管。流出物可含有不期望释放到大气中或会破坏下游设备(诸如真空泵)的材料。例如，流出物可含有来自电介质沉积工艺或来自金属沉积工艺的化合物。
可存在于流出物中的含硅材料的实例包括例如二氧化硅(SiO2)、硅烷(SiH4)、二硅烷、四氯化硅(SiCl4)、氮化硅(SiNx)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、六氯二硅烷(Si2Cl6)、双(叔丁基氨基)硅烷、三硅基胺、二硅基甲烷、三硅基甲烷、四硅基甲烷和四乙氧基硅烷(tetraethylorthosilicate,TEOS)(Si(OEt)4)。含硅材料的其他实例包括二硅氧烷，诸如二硅氧烷(SiH3OSiH3)、三硅氧烷(SiH3OSiH2OSiH3)、四硅氧烷(SiH3OSiH2OSiH2OSiH3)和环三硅氧烷(SiH2OSiH2OSiH2O-)。可存在于流出物中的其他材料的实例包括锑化氢(SbH3)、锗烷(GH4)、碲化氢和含碳化合物(诸如CH4和更高级烷烃)。
可被修改以受益于实施方式的减量系统111是可从美国加州Santa Clara(圣克拉拉)市应用材料公司购得的ZFP2TM减量系统及其他适当的系统。如图所示，减量系统111包括等离子体源104、试剂输送系统106、前级管道气体注射配件(foreline gas injectionkit)108、控制器118和真空源120。前级管道102提供离开处理腔室101到等离子体源104的流出物。等离子体源104可以是耦接到前级管道102而适于在等离子体源104内产生等离子体的任何等离子体源。例如，等离子体源104可以是远程等离子体源、在线等离子体源、或用以在前级管道102内或靠近前级管道102处产生等离子体以将反应性物种引进到前级管道102内的其他适当的等离子体源。等离子体源104例如可以是感应式耦合等离子体源、电容式耦合等离子体源、直流等离子体源或微波等离子体源。等离子体源104可进一步是任何前述类型的磁性增强等离子体源。
试剂输送系统106亦可与前级管道102耦接。试剂输送系统106输送一个或更多个试剂(诸如减量试剂)到等离子体源104的上游的前级管道102。在一替代实施方式中，试剂输送系统106可直接地耦接到等离子体源104，以直接地输送试剂到等离子体源104内。试剂输送系统106可包括经由一个或更多个阀耦接到前级管道102(或等离子体源104)的试剂源105(或多个试剂源(未示出))。例如，在一些实施方式中，阀机构(valve scheme)可包括双向控制阀103和流量控制装置107，其中双向控制阀103作为一开启/关闭开关而控制从试剂源105到前级管道102内的一个或更多个试剂的流动，流量控制装置107控制流动到前级管道102内的一个或更多个试剂的流速。流量控制装置107可设置在前级管道102与控制阀103之间。控制阀103可以是任何适当的控制阀，诸如电磁阀、气动阀或诸如此类者。流量控制装置107可以是任何适当的主动或被动流量控制装置，诸如固定节流孔(fixed orifice)、质量流量控制器、针阀或诸如此类者。
可被试剂输送系统106输送的代表性挥发减量试剂包括例如H2O。可在减量含有例如CF4和/或其他材料的流出物时使用H2O。在一或更多个实施方式中，含氢气体可连同H2O使用。代表性含氢气体包括氨(NH3)和H2。在一些实施方式中，挥发减量试剂可被流出物的化合物所消耗，并且因此可不被视为会起催化作用的。
前级管道气体注射配件108亦可在等离子体源104的上游或下游处(图1绘示下游处)耦接到前级管道102。前级管道气体注射配件108能可控制地提供前级管道气体(诸如氮(N2)、氩(Ar)或清洁干燥空气)到前级管道102内以控制前级管道102内的压力。前级管道气体注射配件108可包括前级管道气体源109，之后连接着压力调节器110，更之后连接着控制阀112，并且甚至更之后连接着流量控制装置114。压力调节器110设定气体输送压力设定点。控制阀112开启与关闭气流。控制阀112可以是任何适当的控制阀，诸如上述用于控制阀103的控制阀。流量控制装置114提供由压力调节器110的设定点所指定的气体的流量。流量控制装置114可以是任何适当的流量控制装置，诸如上述用于流量控制装置107的流量控制装置。
在一些实施方式中，前级管道气体注射配件108可进一步包括压力计116。压力计116可设置在压力调节器110与流量控制装置114之间。压力计116可用以测量流量控制装置114的上游处的配件108中的压力。在压力计116处经测量的压力可被控制装置(诸如控制器118)利用，以下会讨论，以通过控制压力调节器110来设定流量控制装置114的上游处的压力。
在一些实施方式中，控制阀112可被控制器118控制以仅在来自试剂输送系统106的试剂流动时开启气体，以使气体的使用被最小化。例如，如试剂输送系统106的控制阀103与配件108的控制阀112之间的虚线所绘示的，控制阀112可响应于被开启(或关闭)的控制阀103而开启(或关闭)。
前级管道102可耦接到真空源120或其他适当的泵送设备。真空源120将流出物从处理腔室101泵送到适当的下游流出物处置设备，诸如泵送到洗涤器、焚化炉或诸如此类者。在一些实施方式中，真空源120可以是前级泵(backing pump)，诸如干式机械泵或诸如此类者。真空源120可具有可变的泵送能力而可被设定在期望水平，以例如控制前级管道102中的压力或提供对前级管道102中的压力的额外控制。
控制器118可耦接到基板处理系统100的各种部件以控制这些部件的运作。例如，控制器可根据在此披露的教导监视和/或控制前级管道气体注射配件108、试剂输送系统106和/或等离子体源104。
图1的实施方式示意地示出且为了简化起见，一些部件已经被省略。例如，高速真空泵(诸如涡轮分子泵或诸如此类者)可设置在处理腔室101与前级管道102之间，用以从处理腔室101移除流出物气体。此外，可提供这些部件的其他变种以供应前级管道气体、试剂和/或等离子体。
于在此披露的方法的示例性实施方式中，从处理腔室101离开的含有非期望材料的流出物进入等离子体源104。流出物可包括PFC气体，所述PFC气体可以是含碳气体、含氮气体或含硫气体。在一个实施方式中，PFC是选自包括以下气体或由以下气体构成的组的气体：CF4、CH3F、CH2F2、CF4、C2F6、C3F8、C4F10、CHF3、SF6和NF3。上述PFC气体的组合可存在于流出物中。氢对氧的比例为至少2.5:1的减量试剂(诸如水蒸气和含氢气体)进入等离子体源104。从等离子体源104内的减量试剂产生等离子体，由此赋予减量试剂能量，并且在一些实施方式中，亦赋予流出物能量。在一些实施方式中，减量试剂和/或被夹带(entrained)在流出物中的材料的至少一些至少部分地被分解。减量试剂的识别、减量试剂的流速、前级管道气体注射参数和等离子体产生条件可基于被夹带在流出物中的材料的组成来确定，且可由控制器118所控制。在等离子体源104是感应式耦合等离子体源的实施方式中，分解需要数千瓦的功率。
图2是示出用以减量离开处理腔室的流出物中的靶材材料的挥发方法200的一个实施方式的流程图。方法200开始于在步骤202处，使流出物从处理腔室(诸如处理腔室101)流动到等离子体源(诸如等离子体源104)内，其中流出物包括PFC；在步骤204处，输送减量试剂到等离子体源，减量试剂包括氢对氧的比例为至少2.5:1；及在步骤306处，在等离子体的存在下活化流出物和减量试剂，以将流出物中的PFC和减量试剂转变成经减量的材料。在一些实施方式中，减量试剂和/或被夹带在流出物中的材料的至少一些至少部分地被分解。流出物中的靶材材料在等离子体(包括形成在等离子体源中的减量试剂)的存在下被转变成经减量的材料。流出物中的材料可接着离开等离子体源并流动进入真空源(诸如真空源120)和/或进一步地被处理。
方法200是开始于步骤202，使流出物从处理腔室流动到等离子体源内，其中流出物包括PFC。含有期望减量的材料(诸如PFC化合物)的流出物流动到等离子体源104内。在一个实例中，废气可源自于处理腔室101处且由执行任何数量的工艺(诸如蚀刻、沉积、清洁或诸如此类者)而产生。试剂气体可例如通过试剂输送系统106被注射到前级管道102内。
在步骤204处，减量试剂可被输送到等离子体源。在使用H2O的代表性的减量工艺中，来自试剂输送系统106的H2O流动到等离子体源104内。H2O可连同含氢试剂一起被输送。含氢试剂可包括H2、氨(NH3)、甲烷(CH4)或其组合。在一个实施方式中，H2与H2O同时被输送。减量试剂具有氢对氧的比例为至少2.5:1，诸如氢对氧的比例至少为3:1。在一个实施方式中，氢对氧的比例从约3:1至约10:1。在另一实施方式中，减量试剂包括H2、H2O、氨或甲烷的至少一者。减量试剂可进一步包括多种气体的组合，以达到期望的氢对氧比例。
在步骤206处，可使用等离子体来活化流出物和减量试剂，以将PFC气体转变成经减量的材料。在等离子体源104内产生等离子体，并且由此将PFC化合物转变成卤化氢化合物和氧化物化合物。卤化氢化合物和氧化物化合物是可挥发的并且相较于未经减量的流出物，是对人类健康和下游流出物处置部件更有利的。可使用本领域中已知的等离子体产生方法来产生等离子体，诸如微波等离子体、感应式耦合等离子体或电容式耦合等离子体。在一实施方式中，等离子体是感应式耦合等离子体。最终经减量的材料在运作温度和压力下将是气态的。
上述实施方式具有许多优点。例如，在此披露的技术可将可挥发的、有毒的和/或可爆炸的流出物转变成能更安全地被处置的更有利得多的化学物。就工作者剧烈暴露于流出物而言且通过将自燃(pyrophoric)或有毒的材料转变成更符合环保与稳定的材料，等离子体减量工艺对于人类健康是有益的。通过从流出物流移除颗粒和/或其他腐蚀性材料，等离子体减量工艺亦保护半导体处理设备(诸如真空泵)免于过度耗损和过早失效。再者，在真空前级管道上执行的减量技术对工作者与设备增加了额外的安全性。若在减量工艺期间发生设备泄漏，流出物相对于外界环境的低压避免了流出物从减量设备漏出。此外，在此披露的减量试剂中的许多减量试剂是低成本和多功能的。例如，如在PFC气体的减量中所使用的H2O和H2皆为多功能的且低成本的。前述优点是说明性的并非限制性的。不需要对于所有实施方式呈现全部的优点。
尽管上述说明是针对所披露的装置、方法和系统的实施方式，可在不背离所披露的装置、方法和系统的基本范围的情况下，设计出所披露的装置、方法和系统的其他和进一步的实施方式，并且所披露的装置、方法和系统的范围是由随附的权利要求书来确定的。

Claims (15)

1.一种处理流出物的方法，包括以下步骤：
使流出物从处理腔室流动到等离子体源内，其中所述流出物包括PFC气体；
输送减量试剂的组合到所述等离子体源，所述减量试剂包括氢对氧的比例为至少2.5:1；和
在等离子体的存在下活化所述流出物和所述减量试剂，以将所述PFC气体转变成经减量的材料。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述PFC气体是含碳气体、含氮气体或含硫气体。
3.如权利要求1所述的方法，其中氢对氧的比例是从约3:1至约10:1。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述减量试剂包括H2，并且H2是从H2O电解系统被输送的。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述PFC气体是选自包括以下气体或由以下气体构成的组的气体：CF4、C2F6、C3F8、C4F10、CHF3、SF6、NF3、CH3F和CH2F2。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述减量试剂与所述流出物在形成等离子体之前结合。
7.一种用以减量流出物气体的方法，所述方法包括以下步骤：
使减量试剂流动到等离子体腔室内；
使流出物气体流动到所述等离子体腔室内，所述流出物气体包括PFC气体，以使待被减量的所述气体与所述等离子体反应，其中氢对卤素的比例为约1:1，且氧对碳或硫的比例为约2:1；和
在所述等离子体腔室中从所述减量试剂产生等离子体。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述等离子体是感应式耦合等离子体。
9.如权利要求7所述的方法，其中氢对氧的比例是从约3:1至约10:1。
10.如权利要求7所述的方法，其中所述减量试剂包括H2，并且H2是从H2O电解系统被输送的。
11.如权利要求7所述的方法，其中所述减量试剂与所述流出物在形成等离子体之前结合。
12.如权利要求7所述的方法，其中所述PFC气体是选自包括以下气体或由以下气体构成的组的气体：CF4、C2F6、C3F8、C4F10、CHF3、SF6、NF3、CH3F和CH2F2。
13.一种处理流出物的方法，包括以下步骤：
使包括PFC气体的流出物从处理腔室流动到等离子体源内；
输送减量试剂到所述等离子体源，所述减量试剂包括H2和H2O，H2和H2O是以氢对氧的比例为至少3:1被输送的，其中H2是通过H2O电解来形成的；和
从所述流出物和所述减量试剂形成感应式耦合等离子体，以产生经减量的材料。
14.如权利要求13所述的方法，其中氢对氧的比例是从约3:1至约10:1。
15.如权利要求13所述的方法，其中所述PFC气体是选自包括以下气体或由以下气体构成的组的气体：CF4、C2F6、C3F8、C4F10、CHF3、SF6、NF3、CH3F和CH2F2。
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