CN109069990B - 用于排放沉积移除的温度控制远端等离子清洗 - Google Patents
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Abstract
本公开案的实施例一般是关于用于清洗排放系统，例如与用于形成外延硅的处理腔室一起使用的排放系统的方法及设备。排放系统包含用于供应离子化气体穿过排放系统的远端等离子来源，及置于远端等离子来源下游的一或更多个温度感测器。
Description
技术领域
本公开案的各方面一般是关于用于清洗排放系统的方法及设备，例如用于形成外延硅的处理腔室的排放系统。
背景技术
外延硅使用含硅前驱物气体在处理腔室中沉积。在处理腔室中预先决定数量的沉积周期之后，使用含氯气体清洗处理腔室。来自含氯气体的氯自由基与硅反应以形成氯硅烷，氯硅烷自处理腔室排放。氯硅烷为沉积于排放系统的内表面上的可燃材料，且须周期性地移除。依据所需移除程度，移除氯硅烷的清洗时间可在自半天长至一个月的范围中。此外，氯硅烷可在排放系统拆卸后于大气环境中与氧反应，因而形成氯代硅氧烷(chlorosiloxane)，氯代硅氧烷具有接触可爆炸性。由于操作人员采取的额外预防措施，氯代硅氧烷的形成进一步延长用于清洗及维持所需时间。
因此，需要用于清洗排放系统的改良的方法及设备。
发明内容
在一个方面中，处理系统包括：处理腔室；及排放系统，该排放系统耦合至该处理腔室。该排放系统包括：远端等离子来源，该远端等离子来源用于供应离子化清洗气体至该处理腔室下游的该排放系统；及一或更多个感测器，该一或更多个感测器用于量测该排放系统的一或更多个位置处的该排放系统的温度。
在另一方面中，处理系统包括：处理腔室；及排放系统，该排放系统耦合至该处理腔室。该排放系统包括：远端等离子来源，该远端等离子来源用于供应离子化清洗气体至该处理腔室下游的该排放系统；一或更多个感测器，该一或更多个感测器位于该远端等离子来源的下游，用于量测该排放系统的一或更多个位置处的该排放系统的温度；及终点侦测系统，该终点侦测系统位于该一或更多个感测器的下游；及真空泵，该真空泵位于该终点侦测系统的下游。
在另一实施例中，用于清洗排放系统的工艺包括以下步骤：将一或更多个离子化气体导入处理腔室下游的排放系统；监视该排放系统内的温度；及基于所监视的该温度，调整该一或更多个离子化气体的流动率。
附图说明
于是可以详细理解本公开案上述特征中的方式，可藉由参考各方面而具有本公开案的更特定描述(简短总结如上)，其中一些图示于所附图式中。然而，注意所附图式仅图示示范方面，因此不考虑限制其范围，因为本公开案可允许其他等效方面。
图1为根据本公开案的一个方面的处理系统100的示意图示。
图2为图示清洗周期期间的排放系统的温度回应的图形。
图3图示根据于此描述的方面在清洗之后排放系统的分区的内视图。
为了便于理解，尽可能使用相同元件符号，以标示图式中共用的相同元件。设想一个方面的元件及特征可有利地并入其他方面，而无须进一步叙述。
具体实施方式
本公开案的各方面一般相关于用于清洗排放系统，例如与用于形成外延硅的处理腔室一起使用的排放系统的方法及设备。排放系统包含用于供应离子化气体穿过排放系统的远端等离子来源，及置于远端等离子来源下游的一或更多个温度感测器。注意设想于此描述的方法及设备的使用以用于其他工艺，例如蚀刻、或外延硅之外的材料沉积。
图1为根据本公开案的一个方面的处理系统100的示意图示。处理系统100包含耦合至排放系统102的处理腔室101(例如外延沉积反应器)。排放系统102在排放系统102的下游端耦合至真空泵103，以便于排放物流动至位于排放系统102下游的洗涤器122。排放系统102可包含经由伸缩软管105耦合至排放系统102的终点侦测系统104。排放系统102及伸缩软管105可设置于真空泵103的上游以便于清洗操作的终点的确定。
远端等离子来源(RPS)106耦合至排放系统102以离子化清洗、冲洗、载送、或其他处理气体及提供离子化气体至排放系统102。例如，第一气体供应来源107可耦合至RPS 106以提供惰性或非反应性气体(例如，氩)经由RPS 106至排放系统102。此外，第二气体供应来源108可耦合至RPS 106以提供清洗气体(例如，NF3)经由RPS 106至排放系统102。其他设想的清洗气体包含NF2H、CHF3、CF4，诸如此类。注意亦可设想其他清洗气体及其他非反应性气体。离子化气体便于累积的沉积自排放系统102的内部移除，因而减少或消除对排放系统102针对清洗的拆卸需求。
排放系统102包含第一隔绝阀109，防止排放气体回流进入处理腔室101。处理腔室101可藉由壁120与真空泵103分隔。RPS 106经由气体通路110耦合至第一隔绝阀109下游的排放系统102。气体通路110包含设置于气体通路110中的第二隔绝阀111以控制流经气体通路110的气体，因而控制自RPS 106流动至排放系统102的气体。可藉由控制器(未图示)来控制隔绝阀109及111。
排放系统102亦包含用于感测温度的一或更多个感测器112a至112g(图示七个)。第一温度感测器112a设置于隔绝阀109及111的下游及压力控制阀113的上游。剩下的感测器112b至112g置于压力控制阀113的下游及伸缩软管105的上游。感测器112a至112g便于监视排放系统102不同位置处的排放温度。在一个方面中，感测器112a至112g置于排放系统102中易受增加的排放物材料沉积影响的位置。例如，阀、管弯处、T形接头等易受增加的材料沉积影响。在一个实例中，感测器112a至112g可为热电耦。在一个实例中，温度感测器112e及112f位于地板121下方。
温度感测器112a至112g便于监视排放系统102内的清洗操作。来自清洗气体的氟化物自由基与氯硅烷沉积物的反应为放热的。因此，一般可经由温度量测量化反应程度。例如，可藉由追踪排放系统102内的温度来监视清洗操作的终点侦测。在感测器112a至112g处的升高温度指示清洗气体与沉积材料的反应，同时由于沉积材料的反应完成/移除而大致等于或接近大气温度的温度(或离开RPS 106的清洗气体的温度)指示实质完成的清洗操作。
此外或选择地，可使用感测器112a至112g以便于监视及控制清洗操作。例如，感测器112a至112g可监视温度以便防止排放系统内的失控的放热反应。随着在特定感测器112a至112g处的量测温度接近预先决定的限制，可传递一讯号至控制器。相应地，控制器可调整离开RPS 106的清洗气体的流动率(及/或停止流动率)。清洗气体量的减少限制了排放系统102内的反应程度，因而维持温度于所需水平。
设想每一感测器112a至112g可经程式化至相同或不同温度限制。例如，压力控制阀113可为温度敏感的，因而可限制相邻于压力控制阀113的感测器112a及112b至相对较低的温度，例如约摄氏70度至约摄氏80度。可放置感测器112c至112g相邻于如T形接头或管弯处(对温度较不敏感)的部件。在该实例中，用于感测器112c至112g的回馈讯号可设定于相对较高的温度，例如约摄氏110度至约摄氏130度。
亦设想控制器可基于多于一个温度感测器112a至112g的读数来回应。例如，若温度感测器112a至112g的其中仅一者记录高温，控制器可经配置而不回应，直至一或更多个额外温度感测器112a至112g纪录高温。
在另一实例中，每一感测器112a至112g可包含两级限制。例如，当达到第一限制，可传递讯号以减少清洗气体的流动。当达到第二、较高的限制，清洗气体的流动可完全暂停以终止排放系统102中的任何反应。设想感测器112a至112g可耦合至任何合适的继电器或通讯链结以便于传输资料或控制气体流动。在一个实例中，可使用速动开关(snap switch)及/或互锁开关(interlock switch)以控制排放系统102内的气体流动。可放置速动开关及/或互锁开关相邻于或耦合至个别的感测器112a至112g。
在另一实例中，控制器可经配置以在感测器112a至112g的其中一者或更多者中的温度上升率超过限制时反应。控制器可根据一设定区间对来自感测器112a至112g的温度读数取样、比较感测器112a至112g的连续读数以确定温度改变、及比较温度改变与一限制，该限制对所有感测器112a至112g而言可为相同的，或对任何或所有感测器112a至112g而言可为不同的。若任何或所有温度改变超过个别限制，控制器可随之调整清洗气体的流动。
可在预先决定的区间，例如在处理腔室101中处理特定数量的基板之后，在排放系统中执行清洗操作。在清洗工艺中，关闭隔绝阀109以防止清洗气体回流进入处理腔室。可监视处理腔室101内的压力以确保隔绝阀未逸漏，因而不会不利地允许清洗气体进入处理腔室。随后，开启第二隔绝阀111以允许被RPS 106离子化的气体前进经过排放系统102，此外，将压力控制阀113设定至产生适于碰撞等离子的压力的一位置，例如，约0.5torr至约1.5torr。接着，允许氩以约500每分钟标准立方厘米(sccm)至约3000sccm的范围内的流动率流经RPS 106。接着，在RPS 106中点燃等离子且允许等离子稳定例如持续约5秒至约10秒。
一旦等离子稳定，以100sccm至约500sccm的范围内的流动率提供清洗气体(例如NF3)至RPS 106，且允许清洗气体流经排放系统102以移除排放系统102内所累积的材料。耦合至一或更多个感测器112a至112g的控制系统监视排放部件温度。若排放部件达到预先决定的临界值，减少或暂停清洗气体的流动以允许排放系统102冷却。一旦温度冷却至预先决定的设定点，恢复或升高清洗气体流动。可重复该工艺直至充分地清洗排放系统102。持续监视温度便于识别清洗终点。随着部件的温度接近大气温度，指示清洗终点。或者，可使用终点侦测系统104(例如，可为非分散红外线感测器)来决定清洗处理终点侦测。
在清洗操作期间，可使用载送气体对清洗气体的可变流动比例来控制排放系统内的温度。例如，当启动清洗操作时，可使用约2:1至约4:1的流动比例在RPS 106中离子化氩及NF3。在特定方面中，提供约1每分钟标准公升(slm)的氩至RPS 106，同时提供250sccm的NF3至RPS。随着持续的清洗操作，可增加NF3的流动率直至温度允许下达到氩对NF3 1:1的比例。只要处理参数安全允许，流动比例中的改变允许促进清洗处理。
在另一实施例中，可根据所需占空比(duty cycle)发出NF3气体流动的脉冲。设想发出NF3气体的脉冲可减缓排放系统102内的温度增加率。作为另一选择，并非在达到温度临界值时减少或暂停清洗气体的流动，而是设想可扑灭RPS 106中的等离子。在该方面中，可允许清洗气体的流动以持续流动，因为清洗气体在未被RPS 106离子化时反应性较低。或者，当等离子被扑灭时亦可暂停NF3气体的流动。
图2为图示清洗周期期间的排放系统的温度回应的图形。图示在每一感测器112b至112g(例如，压力控制阀113下游的感测器)处所量测的温度。温度中的相对尖波指示由于离子化清洗气体与沉积材料反应时的放热反应导致的温度增加、以及由于回应于达到临界值温度而减少或暂停清洗气体的流动导致的温度减少。一旦温度减少至预先决定设定点，恢复清洗气体的流动，如后续温度中的增加所指示。如图2中所展示，在感测器112c处在约500秒时达到约摄氏100度的临界值温度，触发清洗气体流动率中的减少。当感测器112c处的温度接近摄氏30度时，恢复清洗气体的流动率。后续地，在感测器112d处在约1100秒时达到约摄氏120度的临界值温度，触发清洗气体流动中的减少。在约1900秒、2500秒、3200秒、4000秒、5000秒、及6000秒处图示相似的尖峰事件。
如上述，持续清洗气体流动的循环直至充分地清洗排放系统。尖峰幅度中的持续减少指示排放系统内沉积材料中的减少，例如，反应物(例如，氯硅烷)中的减少。如所图示，在约7000秒处，所有感测器的排放系统内的温度接近大气温度，指示处理终点。
在如上述清洗排放系统102后，可冲洗排放系统102以移除任何清洗气体或来自排放系统102的反应副产物。在一个实例中，可使用来自清洗处理的载送气体(例如，氩)来冲净排放系统102。在另一方面中，可使用氮来回填及冲净排放系统102，同时隔绝阀109及111位于关闭位置中。可回填及冲净排放系统102多次，例如约5至10次。
图3根据于此描述的各方面图示清洗之后排放系统的分区的内视图。特定地，图3图示压力控制阀113的内视图。如所图示，于此描述的各方面充分地清洗压力控制阀113，没有展示出沉积。进行清洗而无对压力控制阀113的热损坏。
于此描述的各方面的益处包含更安全及更快的排放系统清洗。于此描述的各方面可将清洗时间从高至一个月减少至与100分钟一样少或更少。此外，可延长频繁及昂贵的预防性维护之间的持续时间。此外，于此描述的各方面减少或消除拆卸排放系统的需求，否则会暴露氯硅烷至大气的氧而形成氯代硅氧烷。即便需要拆卸，根据本公开案的各方面，在清洗之后暴露的部件具有远远较少呈现于上的氯硅烷。
在一个实例中，根据于此描述的各方面清洗排放系统。拆卸后，在大气环境中量测到百万分之1.5(ppm)的浓度(低于5ppm的临界值)的盐酸(随着氯硅烷与大气的氧反应而排出盐酸)。相对比下，拆卸以进行清洗的传统排放系统在暴露于大气环境时可能超过5ppm的HCl浓度。
前述是实施例的各方面，可修改本公开案其他及进一步的方面而不远离其基本范围，且该范围由随后的权利要求所决定。
Claims (9)
1.一种处理系统，包括：
处理腔室；
排放系统，所述排放系统耦合至所述处理腔室；
远端等离子来源，所述远端等离子来源用于供应离子化清洗气体至所述处理腔室下游的所述排放系统；
一或更多个感测器，所述一或更多个感测器用于量测所述排放系统的一或更多个位置处的所述排放系统的温度；
控制器，所述控制器接收来自所述一或更多个感测器的温度数据，当所述控制器确定所述排放系统中的温度高于预先决定的限制时，所述控制器减少离开所述远端等离子来源的所述离子化清洗气体的流动率；
第一隔绝阀，所述第一隔绝阀位于所述一或更多个感测器的上游及所述处理腔室的下游；
第二隔绝阀，所述第二隔绝阀位于所述一或更多个感测器的上游及所述远端等离子来源的下游；和
压力控制阀，所述压力控制阀位于所述第一隔绝阀及所述第二隔绝阀的下游，其中所述压力控制阀位于所述一或更多个感测器的其中至少一个感测器的下游及所述一或更多个感测器的其中至少另一感测器的上游，
其中所述一或更多个感测器位于所述远端等离子来源的下游。
2.如权利要求1所述的处理系统，进一步包括：
终点侦测系统，所述终点侦测系统位于所述一或更多个感测器的下游；和
真空泵，所述真空泵位于所述终点侦测系统的下游。
3.如权利要求1所述的处理系统，其中所述一或更多个感测器的子集合耦合至排放线中的T形接头。
4.一种处理系统，包括：
处理腔室；
排放系统，所述排放系统耦合至所述处理腔室；
远端等离子来源，所述远端等离子来源用于供应离子化清洗气体至所述处理腔室下游的所述排放系统；
一或更多个感测器，所述一或更多个感测器位于所述远端等离子来源的下游，用于量测所述排放系统的一或更多个位置处的所述排放系统的温度；
控制器，所述控制器接收来自所述一或更多个感测器的温度数据，当所述控制器确定所述排放系统中的温度高于预先决定的限制时，所述控制器减少离开所述远端等离子来源的所述离子化清洗气体的流动率；
终点侦测系统，所述终点侦测系统位于所述一或更多个感测器的下游；
真空泵，所述真空泵位于所述终点侦测系统的下游；
第一隔绝阀，所述第一隔绝阀位于所述一或更多个感测器的上游及所述处理腔室的下游；
第二隔绝阀，所述第二隔绝阀位于所述一或更多个感测器的上游及所述远端等离子来源的下游；和
压力控制阀，所述压力控制阀位于所述第一隔绝阀及所述第二隔绝阀的下游，
其中所述压力控制阀位于所述一或更多个感测器的其中至少一个感测器的下游及所述一或更多个感测器的其中至少另一感测器的上游。
5.如权利要求4所述的处理系统，其中所述一或更多个感测器的子集合耦合至排放线中的T形接头。
6.一种使用如权利要求1所述的处理系统来清洗排放系统的工艺，包括以下步骤：
将一或更多个离子化气体导入处理腔室下游的所述排放系统；
监视所述排放系统内的温度；及
当所监视的所述温度高于预先决定的限制时，减少所述一或更多个离子化气体的流动率。
7.如权利要求6所述的工艺，其中所述一或更多个离子化气体由远端等离子来源所产生，其中所述一或更多个离子化气体以脉冲流动导入所述排放系统。
8.如权利要求6所述的工艺，其中每一感测器经程式化以不同的温度限制传递讯号至所述控制器。
9.如权利要求6所述的工艺，其中每一感测器经程式化以多个温度限制侦测和传递讯号至所述控制器。
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