CN107078079A - 抗腐蚀减量系统 - Google Patents

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Abstract

本文披露的实施方式包括等离子体源以及用于减少半导体处理中产生的化合物的减量系统。在一个实施方式中，披露一种等离子体源。等离子体源包括具有入口和出口的主体，并且所述入口和所述出口流体耦接于所述主体内。所述主体进一步包括内表面，并且所述内表面以氧化钇或类金刚石碳涂覆。等离子体源进一步包括分流器和等离子体产生器，所述分流器设置于主体中的一位置，使得在入口与出口之间形成两个流动路径，等离子体产生器设置于一位置，从而可操作性地于分流器与主体的内表面之间的主体内形成等离子体。

Description

抗腐蚀减量系统
技术领域
本公开内容的实施方式大体涉及半导体处理装备。更具体地，本公开内容的实施方式涉及等离子体源和用于减少半导体处理中产生的化合物的减量系统(abatementsystem)。
背景技术
半导体处理设施所用的处理气体包括许多因法规要求及环境与安全考量而在弃置前必须减少或处理的化合物。一般来说，减量系统可耦接至处理腔室以减少离开处理腔室的化合物。减量系统通常包括至少一个等离子体源。含卤素等离子体和气体频繁地用于蚀刻或清洁处理中，且处理腔室和减量系统的部件容易受到含卤素等离子体和气体的腐蚀。此腐蚀减少处理腔室部件和减量系统的使用期限，此外，引入不需要的缺陷和污染至处理环境中。
因此，改良的等离子体源及用于减少半导体处理中产生的化合物的减量系统是所属技术领域中所需的。
发明内容
本发明披露的实施方式包括等离子体源和用于减少半导体处理中产生的化合物的减量系统。在一个实施方式中，披露了一种等离子体源。所述等离子体源包括具有入口和出口的主体，且所述入口与所述出口流体耦接于主体内。所述主体进一步包括内表面，且所述内表面以氧化钇或类金刚石碳涂覆。等离子体源进一步包括分流器和等离子体产生器，分流器设置于主体内的一位置，使得于入口与出口之间形成两个流动路径，等离子体产生器设置于一位置，从而可操作性地于分流器与主体的内表面之间的主体内形成等离子体。
在另一个实施方式中，减量系统包括前级管道(foreline)，且前级管道的内表面以氧化钇或类金刚石碳涂覆。减量系统进一步包括与前级管道耦接的等离子体源，并且等离子体源包括主体，所述主体具有流体耦接至出口的入口。所述主体进一步包括内表面，并且所述内表面以氧化钇或类金刚石碳涂覆。等离子体源进一步包括分流器，分流器设置于主体内的一位置，使得于入口与出口之间形成两个流动路径。
在另一个实施方式中，等离子体源包括具有入口和出口的主体、环绕主体的RF线圈和沟道(channel)，所述沟道形成于主体中并且将入口与出口流体耦接。沟道的内表面以氧化钇、类金刚石碳或氧化铝硅镁钇(aluminum oxide silicon magnesium yttrium)涂覆。
附图说明
可以通过参照实施方式(一些实施方式描绘于附图中)来详细理解本公开内容的上述特征以及以上简要概述的有关本公开内容更具体的描述。然而，值得注意的是，附图只图示了本公开内容的典型实施方式，由于本公开内容可允许其他等效的实施方式，因此附图并不被视为对本发明范围的限制。
图1是具有等离子体源的真空处理系统的示意性侧视图。
图2是图1的等离子体源的截面图。
图3是等离子体源的截面透视图。
图4A-4D示意性地图示等离子体源。
为便于理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记代表各图中相同的元件。可以预期，一个实施方式中的元件和特征可有利地并入其它实施方式中而无需进一步详述。
具体实施方式
本发明披露的实施方式包括等离子体源和用于减少半导体处理中产生的化合物的减量系统。于半导体处理中产生的化合物可能是腐蚀性的且可能损坏减量系统的部件，诸如等离子体源。为了延长减量系统的使用期限，减量系统的部件的内表面(诸如等离子体源的内表面)，可由抗腐蚀的氧化钇或类金刚石碳涂覆。等离子体源可具有球形主体以增加涂覆工艺的效率和扩散。
图1是具有用于减量系统104中的等离子体源102的真空处理系统100的示意性侧视图。减量系统104至少包括所述等离子体源102。真空处理系统100包括真空处理腔室106，真空处理腔室106一般被配置成执行至少一个集成电路制造工艺，诸如沉积工艺、蚀刻工艺、等离子体处理工艺、预清洁工艺、离子注入工艺，或其他集成电路制造工艺。于真空处理腔室106中执行的工艺可由等离子体协助。例如，于真空处理腔室106中执行的工艺可以是等离子体蚀刻工艺。
真空处理腔室106具有腔室排气口108，腔室排气口108经由前级管道110耦接至减量系统104的等离子体源102。等离子体源102的排气通过排气导管112耦接至泵和排气设施(facility exhaust)，由图1中的单个附图标记114示意性地表示。泵一般用于抽空真空处理腔室106，而排气设施一般包括洗涤器(scrubber)或用于准备真空处理腔室106的流出物(effluent)进入大气的其他排气清洁设备。
等离子体源102用于对离开真空处理腔室106的气体和/或其他材料执行减量处理，使得这些气体和/或其他材料可被转换成对环境和/或处理装备更友好的成分。等离子体源102可产生用于减量处理中的电容耦合等离子体或电感耦合等离子体。等离子体源102的细节进一步描述于下。
在某些实施方式中，注入口116形成于前级管道110和/或等离子体源102中。注入口116被配置成连接至减量试剂源(abating reagent source)(未示出)以向等离子体源102中提供减量试剂，所述减量试剂可经激发(energized)而与待离开真空处理腔室106的材料反应或协助将待离开真空处理腔室106的材料转化成对环境和/或处理装备更友好的成分。
图2是等离子体源102的截面图。等离子体源102中产生的等离子体部分地或完全地激发和/或解离来自真空处理腔室106的流出物中的化合物，将流出物中的化合物转化成更为良性的形式。在一个实施方式中，等离子体源102可作为远程等离子体源，所述远程等离子体源设置于真空处理腔室106的上游以将等离子体的产物(诸如分子或原子物种)传送至真空处理腔室106中。
等离子体源102可包括具有第一端204和第二端206的主体202。入口210可于第一端204形成，并且入口210可被配置成耦接至前级管道110。出口212可于第二端206形成，并且出口212可被配置成耦接至排气导管112。入口210与出口212于主体202内流体耦接，且可对齐于轴208上。主体202可以是球形(或具有球形内表面)以改善等离子体源102的球形主体202的涂层内表面214的效率。然而，中空主体202可具有除了球形之外的形状。主体202可由易受诸如原子或分子卤素化合物的材料腐蚀的石英或氧化铝制成，这些材料可离开真空处理腔室106并进入等离子体源102。为了防止等离子体源102的主体202受到腐蚀材料的影响并且为了增加等离子体源102的使用期限，主体202的内表面214可由抗腐蚀材料的涂层材料涂覆。涂层材料可以是氧化钇、类金刚石碳或其他适合的材料。适合用作涂层材料的其他材料包括当暴露于卤素时抵抗腐蚀的材料。类金刚石碳是一种显示某些金刚石典型性质的非晶碳材料。类金刚石碳包括大量SP3杂化的碳原子。可通过任何适当的方法将涂层材料涂覆于内表面214、216上，所述方法诸如化学气相沉积(CVD)或电弧喷涂(arc spraying)。在其中等离子体源102的主体202是球形的实施方式中，改善了涂覆工艺(诸如CVD工艺)的效率和扩散。前级管道110的内表面亦可以涂层材料(诸如氧化钇和类金刚石碳)涂覆以防止前级管道110受到离开真空处理腔室106的腐蚀性材料的影响。
开口218可穿过主体202形成。开口218可以是圆柱的且可具有纵轴220。纵轴220可实质垂直于轴208。分流器290可穿过开口218设置且延伸进入主体202的内部容积。或者，分流器290可设置于主体202的内部容积而无需开口218的协助。气体混合物，诸如离开真空处理腔室106的流出物中的腐蚀材料或等离子体源102是远程等离子体源的实施例中(如用于产生远程等离子体的前驱物和/或载气)，可通过第一端204处的入口210进入等离子体源102。(面向主体202的内表面214并且暴露于气体混合物的)分流器290的表面216可如主体202的内表面214作相同涂覆。气体混合物可被等离子体区域222中形成的等离子体解离和被减量试剂处理，并作为危害较小的材料通过第二端206处的出口212离开。气体混合物可通过延伸穿过开口218的分流器290分为主体202内的两个流动路径，并且当通过出口212离开主体202时结合为单一流。如果气体混合物是离开真空处理腔室106的流出物中的腐蚀材料，则一个或多个减量试剂可从图1中所示的注入口116被引入等离子体源102。流出物中的腐蚀材料可包括含有诸如含氟材料或含氯材料之类的材料的卤素。
图3是等离子体源102的截面透视图。如图3所示，主体202可以是球形并且可包括开口218。分流器290可设置于开口218中。分流器290可部分或完全跨越主体202延伸。分流器290可以是圆柱形或具有其他几何形状。在一个实施方式中，分流器290包括等离子体产生器302。在图3的实施方式中，等离子体产生器302是电极。电极可以是中空圆柱电极，其可耦接至RF源(未示出)以激发等离子体产生器302。主体202可接地，而RF电源施于等离子体产生器302。等离子体产生器302设置于一位置，从而可操作性地于分流器290与主体202的内表面214之间的主体202内形成等离子体，自设置于主体202中的处理气体形成等离子体，因而使等离子体源102成为电容耦合等离子体源。或者，一个或多个等离子体产生器(如图4A-4D所示的线圈402)可环绕主体202，如此，RF电源将一个或多个等离子体产生器电感耦合至设置于主体202中的处理气体以形成等离子体，因而使等离子体源102成为电感耦合等离子体源。
为了在操作期间保持等离子体产生器302冷却，冷却套304可耦接至等离子体产生器302。等离子体产生器302可具有相对于内表面216的外表面306。冷却套304可耦接至外表面306。冷却套304可具有形成于其中的冷却沟道308，并且冷却沟道308耦接至冷却剂入口310和冷却剂出口312以用于冷却剂(诸如水)流动进出冷却套304。
图4A-4D示意性地图示等离子体源102的各种实施例。图4A示出根据一个实施例的等离子体源102的侧视图。等离子体源102包括具有入口405和出口407的主体403。主体403可以是圆柱形或具有其他几何形状，并且由如同图2所示的主体202的相同材料制成。等离子体源102可具有一个或多个等离子体产生器302，等离子体产生器302设置于主体403外一位置而可操作性地于主体403内形成等离子体。在一个实施方式中，一个或多个等离子体产生器302为RF线圈402的形式，RF线圈402环绕等离子体源102的主体403。RF线圈402可经激发而将电源电感耦合于主体403内流动的气体，使得图4A-4D所示的等离子体源102成为电感耦合等离子体源。因为等离子体产生器302设置于主体403外，所以图4A-4D所示的等离子体源102没有包括图2所示的开口218。在一个实施方式中，存在于真空处理腔室106的腐蚀材料经由入口405流入主体403并且经由出口407从主体403流出。腐蚀材料可腐蚀主体403。为了防止等离子体源102的主体403受到腐蚀材料的影响并且为了增加等离子体源102的使用期限，主体403的内表面可由抗腐蚀材料的涂层材料涂覆。涂层材料可以是氧化钇、类金刚石碳或其他适合的材料。可通过任何适当的方法将涂层材料涂覆于主体403的内表面上，所述方法诸如化学气相沉积(CVD)或电弧喷涂。
或者，存在于真空处理腔室106的腐蚀材料经由入口405流入主体403内形成的沟道，沟道的内表面可由抗腐蚀材料的涂层材料涂覆。沟道内表面上的涂层材料可以是氧化钇、类金刚石碳、AsMY(氧化铝硅镁钇)、阳极处理的材料、陶瓷衬垫、石英管、聚对二甲苯或其他适合的材料。在某些实施方式中，主体403是一单块材料并且界定于入口405与出口407之间的沟道形成于单块主体403中。在其他实施方式中，主体403是中空的并且主体403的中空内部形成界定于入口405与出口407之间的沟道。一个或多个冷却沟道形成于沟道与中空主体403的壁之间的空间中。图4B-4D图示等离子体源102的主体403内的沟道的各种实施例。
图4B是等离子体源102的截面图。等离子体源102包括RF线圈402形式的等离子体产生器302、主体403和形成于主体403内的沟道410。主体403可如图4B所示是中空的，或如图4C和图4D所示是单块材料。沟道410可从入口405延伸至出口407并且可具有入口405与出口407之间的迂曲(tortuous)部分411，如图4B所示。迂曲部分411可包括纵向部分420和弯曲部分422。纵向部分420可实质垂直于延伸通过入口405和出口407的中央轴450。沟道410的内表面可由抗腐蚀性材料的涂层材料涂覆。沟道内表面上的涂层材料可以是氧化钇、类金刚石碳、AsMY、阳极处理的材料、陶瓷衬垫、石英管、聚对二甲苯或其他适合的材料。
图4C是等离子体源102的截面图。等离子体源102包括RF线圈402形式的等离子体产生器302、主体403和形成于主体403内的沟道412。沟道412可从入口405延伸至出口407。在一个实施方式中，沟道412包括多个平行通道414以及连接邻近通道414的至少两个子沟道416。通道414可相对于RF线圈402成一角度，并且倾斜角度可介于0度至180度之间，诸如约90度。通道414可实质平行于中央轴450，如图4C所示，或实质垂直于中央轴450。沟道412的内表面可由抗腐蚀性材料的涂层材料涂覆。沟道内表面上的涂层材料可以是氧化钇、类金刚石碳、AsMY、阳极处理的材料、陶瓷衬垫、石英管、聚对二甲苯或其他适合的材料。
图4D是等离子体源102的截面图。等离子体源102包括RF线圈402形式的等离子体产生器302、主体403和形成于主体403内的沟道418。沟道418可从入口405延伸至出口407并且可具有入口405与出口407之间的迂曲部分419，如图4D所示。迂曲部分419可包括纵向部分424和弯曲部分426。纵向部分424可实质平行于中央轴450。沟道418的内表面可由抗腐蚀性材料的涂层材料涂覆。沟道内表面上的涂层材料可以是氧化钇、类金刚石碳、AsMY、阳极处理的材料、陶瓷衬垫、石英管、聚对二甲苯或其他适合的材料。
减量系统可包括前级管道和等离子体源，并且前级管道和等离子体源的内表面可由涂层材料(诸如氧化钇或类金刚石碳)涂覆，以防止前级管道和等离子体源受到可进入前级管道和等离子体源的腐蚀性材料的影响。或者，沟道可形成于具有球形中空或单块主体的等离子体源中，且沟道的内表面可由抗腐蚀性材料的涂层材料涂覆。沟道内表面上的涂层材料可以是氧化钇、类金刚石碳、AsMY、阳极处理的材料、陶瓷衬垫、石英管、聚对二甲苯或其他适合的材料。具有涂覆的内表面，增加了减量系统的使用期限。
虽然前面所述是针对本公开内容的实施方式，但在不背离本公开内容的基本范围的情况下，可设计本公开内容的其他和进一步的实施方式，并且本公开内容的范围由以下权利要求确定。

Claims (15)

1.一种等离子体源，包括：
主体，所述主体包括入口和出口，其中所述入口与所述出口流体耦接于所述主体内，并且其中所述主体进一步包括内表面，并且所述内表面以氧化钇或类金刚石碳涂覆；
分流器，所述分流器设置于所述主体内的一位置，使得在所述入口与所述出口之间形成两个流动路径；和
等离子体产生器，所述等离子体产生器设置于一位置，从而可操作性地于所述分流器与所述主体的所述内表面之间的所述主体内形成等离子体。
2.如权利要求1所述的等离子体源，其中所述主体是球形并且由石英或氧化铝制成。
3.如权利要求1所述的等离子体源，其中所述等离子体产生器进一步包括：冷却套。
4.一种减量系统，包括：
前级管道，其中所述前级管道的内表面以氧化钇或类金刚石碳涂覆；和
等离子体源，所述等离子体源耦接至所述前级管道，其中所述等离子体源包括：
主体，所述主体包括流体耦接至出口的入口，其中所述主体进一步包括内表面，并且所述内表面以氧化钇或类金刚石碳涂覆；和
分流器，所述分流器设置于所述主体内的一位置，使得在所述入口与所述出口之间形成两个流动路径。
5.如权利要求4所述的减量系统，其中所述等离子体源的所述主体由石英或氧化铝制成。
6.如权利要求4所述的减量系统，进一步包括：
等离子体产生器，所述等离子体产生器设置于一位置，从而可操作性地于所述主体内形成等离子体；和
冷却套，所述冷却套被配置成调节所述等离子体产生器的温度。
7.如权利要求4所述的减量系统，进一步包括形成于所述前级管道中的注入口。
8.如权利要求4所述的减量系统，其中所述前级管道附接至真空处理腔室。
9.如权利要求4所述的减量系统，其中所述主体包括实质球形的内表面。
10.一种等离子体源，包括：
主体，所述主体包括入口和出口；
RF线圈，所述RF线圈环绕所述主体；和
沟道，所述沟道形成于所述主体内并且将所述入口与所述出口流体耦接，其中所述沟道的内表面以氧化钇、类金刚石碳或氧化铝硅镁钇涂覆。
11.如权利要求10所述的等离子体源，其中所述主体是球形并且由石英或氧化铝制成。
12.如权利要求10所述的等离子体源，其中所述主体是中空的。
13.如权利要求10所述的等离子体源，其中所述主体是单块的材料。
14.如权利要求10所述的等离子体源，其中所述沟道包括迂曲部分。
15.如权利要求10所述的等离子体源，其中所述沟道包括多个平行通道和连接邻近通道的至少两个子沟道。
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