CN109155233A - 利用氧等离子体清洁循环的等离子体减量固体回避法 - Google Patents
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Abstract
于此披露的实施方式包括等离子体减量工艺，其从处理腔室取出流出物并藉由将水蒸气反应物注入到前级管线或等离子体源中而将流出物与放置在前级管线中的等离子体源内的水蒸气反应物反应。存在于流出物中的材料以及水蒸气反应物藉由等离子体源而激发，将材料转化成藉由典型的水洗涤减量技术而易于洗涤的气体物种(诸如HF)。相对于水蒸气注入，将含氧气体周期性地注入到前级管线或等离子体源中，以减少或避免固体颗粒的产生。减量工艺具有带有最小化固体颗粒产生的良好的破坏移除效率(DRE)。
Description
技术领域
本公开内容的实施方式大体涉及半导体处理设备的减量(abatement)。更具体地，本公开内容的实施方式涉及用于减量存在于半导体制造工艺的流出物中的全氟化碳(PFC)气体的技术。
背景技术
在半导体制造工艺期间所产生的流出物包括由于监管要求和环境及安全性考量而在丢弃之前必须减量或处理的许多化合物。这些化合物中有PFC和含卤素化合物，其使用于例如蚀刻或清洁工艺中。
PFC(诸如CF4、C2F6、NF3和SF6)通常使用于半导体和平板显示器制造产业中，例如，在介电层蚀刻和腔室清洁中。在制造或清洁工艺之后，从处理工具泵送的流出物气流中通常存在残留的PFC含量。PFC难以从流出物流中移除，且它们释放到环境中是非期望的，因为已知它们具有较高的温室活性。远程等离子体源(RPS)或在线等离子体源(in-line plasmasource,IPS)已用于减量PFC和其他全球变暖气体。
用于减量PFC的当前减量技术的设计利用单独的水蒸气或附加的氢气任一者作为反应物。水蒸气为PFC气体提供了极好的破坏能力，但在某些应用中，在等离子体源、等离子体源下游的排气管线和泵中产生固体颗粒。因此，需要改进的减量工艺。
发明内容
在一个实施方式中，一种方法包括以下步骤：将流出物从处理腔室流入到减量系统中，流出物包括卤素，且减量系统包括前级管线(foreline)和等离子体源。方法进一步包括以下步骤：将减量反应物注入到减量系统中，及使用等离子体源形成等离子体。流出物和减量反应物被激发以形成减量材料。方法进一步包括以下步骤：相对于减量反应物的注入而周期性地将含氧气体注入到减量系统中。
在另一个实施方式中，一种方法包括以下步骤：将流出物从处理腔室流入到前级管线中，且流出物包括卤素。方法进一步包括以下步骤：将减量反应物注入到前级管线中，及使用等离子体源形成等离子体。流出物和减量反应物被激发以形成减量材料。方法进一步包括以下步骤：相对于减量反应物的注入而周期性地将含氧气体注入到减量系统中。
在另一个实施方式中，一种方法包括以下步骤：将流出物从处理腔室流入到等离子体源中，且流出物包括卤素。方法进一步包括以下步骤：将减量反应物注入到等离子体源中，及使用等离子体源形成等离子体。流出物和减量反应物被激发以形成减量材料。方法进一步包括以下步骤：相对于减量反应物的注入而周期性地将含氧气体注入到减量系统中。
附图说明
使得可详细地理解本公开内容的上述特征的方式，可藉由参考实施方式而获得对简要概述于上的本公开内容的更具体的描述，其中一些实施方式显示在附图中。然而，应当注意附图仅显示了这份公开内容的典型实施方式，且因此不被认为是限制其范围，因为本公开内容可承认其他等效的实施方式。
图1A是根据于此所述的一个实施方式的处理系统的示意图。
图1B是根据于此所述的另一个实施方式的处理系统的示意图。
图1C是根据于此描述的另一个实施方式的处理系统的示意图。
图1D是根据于此描述的另一个实施方式的处理系统的示意图。
图1E是根据于此描述的另一个实施方式的处理系统的示意图。
图1F是根据于此描述的另一个实施方式的处理系统的示意图。
图2是图解根据于此所述的一个实施方式的用于减量来自处理腔室的流出物的一种方法的流程图。
为促进理解，在可能的情况下，已使用相同的参考数字来标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在于此所述的其他实施方式中使用。
具体实施方式
于此所披露的实施方式包括等离子体减量工艺，其从处理腔室(诸如沉积腔室、蚀刻腔室或其它真空处理腔室)取出流出物，并藉由将水蒸气反应物注入到前级管线或等离子体源中而将流出物与位于前级管线中的等离子体源内的水蒸气反应物反应。存在于流出物中的材料以及水蒸气反应物藉由等离子体源而激发，将材料转化成藉由典型的水洗涤减量技术而易于洗涤的气体物种(诸如HF)。当水蒸气注入被暂时地停止时，含氧气体被周期性地注入到前级管线或等离子体源中。藉由移除由水蒸气所提供的氢自由基流出物，使用氧气使得存在较高浓度的氟自由基，以减少或避免产生固体颗粒。减量工艺具有带有最小化固体颗粒产生的良好的破坏移除效率(destruction removal efficiency,DRE)。
图1A是根据于此所述的一个实施方式的处理系统101的示意图。如图1A中所示，处理系统101包括处理腔室100和减量系统102。处理腔室100通常经配置以执行至少一个集成电路制造工艺，诸如沉积工艺、清洁工艺、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。在处理腔室100中执行的工艺可为等离子体辅助的。例如，在处理腔室100中执行的工艺可为用于蚀刻硅基材料的等离子体蚀刻工艺。在一个实施方式中，处理腔室100是用于沉积硅基材料的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)腔室。
处理腔室100具有耦接到减量系统102的前级管线106的腔室排气口104。可在腔室排气口104附近放置节流阀(未示出)，以控制在处理腔室100内侧的压力。第一注入口108和第二注入口107可形成在前级管线106中。减量系统102进一步包括耦接到前级管线106的第二端140的真空泵112。等离子体源110在前级管线106中耦接在注入口108和真空泵112之间的位置处。等离子体源110可为RPS及IPS或任何合适的等离子体源。排气管线114耦接到泵112且可连接到设施排气装置(facility exhaust)(未示出)。
形成在前级管线106中的第一注入口108用于将减量反应物引入到前级管线106中。第一注入口108可经由导管150而连接到减量反应物输送系统118。减量反应物输送系统118含有减量反应物，且一个或更多个阀116可放置在减量反应物输送系统118和第一注入口108之间的导管150中，以控制减量反应物的流动。例如，在减量反应物输送系统118和第一注入口108之间的阀116可包括隔离阀和针阀。阀116可连接到控制器122，且控制器122可连接到系统控制器120。在一个实施方式中，减量反应物输送系统118是低压锅炉，且液体减量剂(诸如液态水)设置在低压锅炉中。或者，减量反应物输送系统118可为能够将液态水转化成水蒸气的闪蒸器(flash evaporator)。蒸气形式的减量反应物(诸如水蒸气)经由第一注入口108而注入到前级管线106中。位准感测器(未示出)可位于减量反应物输送系统118中，以提供信号给控制器122，控制器122选择性地打开填充阀(未示出)，以维持在减量反应物输送系统118内侧的水位。
流入到前级管线106中的减量反应物的流速可取决于在处理腔室100中所形成的PFC或含卤素化合物的量。减量反应物的流速可藉由操作一个或更多个阀116而控制。一个或更多个阀116可为用于控制减量反应物的流动的任何合适的阀。在一个实施方式中，一个或更多个阀116包括用于微调减量反应物的流动的控制的针阀。关于在处理腔室100中所形成的PFC或含卤素化合物的量的信息可藉由系统控制器120而获得，系统控制器120又传送信号给控制器122，以控制一个或更多个阀116。
减量反应物(诸如水蒸气)被注入到前级管线中，且接着流入到等离子体源110中。等离子体从等离子体源110内的减量反应物而产生，从而激发减量反应物，且在一些实施方式中，亦激发流出物。在一些实施方式中，夹带在流出物中的材料和/或减量反应物的至少一些被至少部分地解离。减量反应物的特性、减量反应物的流速、前级气体注入参数及等离子体产生条件可基于夹带在流出物中的材料的组成而确定，且可藉由控制器122而控制。在一些应用(诸如蚀刻硅基材料)中，离开处理腔室100的流出物可包括硅，且固体颗粒(诸如氧化硅)可形成于等离子体源110和等离子体源110下游的排气管线114及泵112中。
为了减少或避免固体颗粒的产生，相对于减量反应物的注入，含氧气体经由第二注入口107而周期性地注入到前级管线106中。换言之，经由第二注入口107将含氧气体周期性地注入到前级管线106中，同时暂时停止减量反应物的注入。含氧气体输送系统121经由导管152而连接到第二注入口107。含氧气体输送系统121可为用于产生含氧气体(诸如氧气)的任何合适的系统。一个或更多个阀119可放置在含氧气体输送系统121和第二注入口107之间的导管152中，以控制含氧气体的流动。例如，在含氧气体输送系统121和第二注入口107之间的阀119可包括隔离阀和针阀。阀119可连接到控制器109，且控制器109可连接到系统控制器120。
图1B是根据于此所述的一个实施方式的处理系统101的示意图。如图1B中所示，减量反应物输送系统118和含氧气体输送系统121分别经由导管154、156而连接到等离子体源110。等离子体源110可包括第一注入口124，且减量反应物输送系统118经由导管154而连接到第一注入口124，用于将减量反应物注入到等离子体源110中。等离子体源110可包括第二注入口126，且含氧气体输送系统121经由导管156而连接到第二注入口126，用于将含氧气体注入到等离子体源110中。一个或更多个阀116可放置在减量反应物输送系统118和第一注入口124之间的导管154中，以控制减量反应物的流动。一个或更多个阀119可放置在含氧气体输送系统121和第二注入口126之间的导管156中，以控制含氧气体的流动。处理腔室100和减量系统102的剩余部分可与图1A中所示的处理系统相同。
图1C是根据于此所述的一个实施方式的处理系统101的示意图。如图1C中所示，减量反应物输送系统118和含氧气体输送系统121连接到前级管线106中的注入口108。第一导管132可连接到注入口108。第二导管128可连接到第一导管132和一个或更多个阀119。第三导管130可连接到第一导管132和一个或更多个阀116。一个或更多个阀116可放置在减量反应物输送系统118和注入口108之间，以控制减量反应物的流动。一个或更多个阀119可放置在含氧气体输送系统121和注入口108之间，以控制含氧气体的流动。在操作期间，阀116是打开的，用于经由注入口108而将减量反应物注入到前级管线106中，或阀119是打开的，用于经由注入口108而将含氧气体注入到前级管线106中。处理腔室100和减量系统102的剩余部分可与图1A中所示的处理系统相同。
图1D是根据于此所述的一个实施方式的处理系统101的示意图。如图1D中所示，减量反应物输送系统118和含氧气体输送系统121连接到等离子体源110中的注入口124。导管136可连接到注入口124。导管128可连接到导管136和一个或更多个阀119。导管130可连接到导管136和一个或更多个阀116。一个或更多个阀116可放置在减量反应物输送系统118和注入口124之间，以控制减量反应物的流动。一个或更多个阀119可放置在含氧气体输送系统121和注入口124之间，以控制含氧气体的流动。在操作期间，阀116是打开的，用于经由注入口124而将减量反应物注入到等离子体源110中，或阀119是打开的，用于经由注入口124而将含氧气体注入到等离子体源110中。处理腔室100和减量系统102的剩余部分可与图1A中所示的处理系统相同。
图1E是根据于此所述的另一个实施方式的处理系统101的示意图。如图1E中所示，含氧气体输送系统121不连接到前级管线106，而是将含氧气体输送系统121经由导管158而连接到减量反应物输送系统118。减量反应物输送系统118经由导管150而连接到注入口108，且一个或更多个阀116可放置在减量反应物输送系统118和注入口108之间的导管150中，以控制减量反应物或含氧气体的流动。导管158连接到位于减量反应物输送系统118的盖162上的注入口160。一个或更多个阀119可放置在含氧气体输送系统121和减量反应物输送系统118之间的导管158中，以控制进入到减量反应物输送系统118中的含氧气体的流动。在操作期间，阀116是打开的，用于经由注入口108而将减量反应物或含氧气体注入到前级管线106中。阀119是打开的，用于将含氧气体注入到减量反应物输送系统118的蒸气头空间164中。含氧气体被加入到减量反应物输送系统118的蒸气头空间160中，这进而增加减量反应物输送系统118中的压力。增加的压力抑制在减量反应物输送系统118中的减量反应物的沸腾。因此，含氧气体是经由导管150而流入到前级管线106中，且没有减量反应物流入到前级管线106中。阀116总是打开的，以允许减量反应物或含氧气体任一者流入到前级管线106中。阀119是打开的，以允许含氧气体流入到减量反应物输送系统118和前级管线106中。处理腔室100和减量系统102的剩余部分可与图1A中所示的处理系统相同。
图1F是根据于此所述的另一个实施方式的处理系统101的示意图。如图1F中所示，含氧气体输送系统121不连接到前级管线106，而是将含氧气体输送系统121经由导管158而连接到减量反应物输送系统118。减量反应物输送系统118经由导管154而连接到注入口124，且一个或更多个阀116可放置在减量反应物输送系统118和注入口124之间的导管154中，以控制减量反应物或含氧气体的流动。导管158连接到位于减量反应物输送系统118的盖162上的注入口160。一个或更多个阀119可放置在含氧气体输送系统121和减量反应物输送系统118之间的导管158中，以控制进入到减量输送系统118中的含氧气体的流动。在操作期间，阀116是打开的，用于经由注入口124而将减量反应物或含氧气体注入到等离子体源110中。阀119是打开的，用于将含氧气体注入到减量反应物输送系统118的蒸气头空间160中。含氧气体被添加到减量反应物输送系统118的蒸气头空间164中，这进而增加了减量反应物输送系统118内侧的压力。增加的压力抑制减量反应物输送系统118中减量反应物的沸腾。因此，含氧气体经由导管150而流入到等离子体源110中，且没有减量反应物流入到等离子体源110中。阀116总是打开的，以允许减量反应物或含氧气体流入到等离子体源110中。阀119是打开的，以允许含氧气体流入到减量反应物输送系统118和等离子体源110中。处理腔室100和减量系统102的剩余部分可与图1A中所示的处理系统相同。
图2是图解用于从处理腔室离开的流出物减量PFC或含卤素化合物的方法200的一个实施方式的流程图。方法200藉由将来自处理腔室(诸如处理腔室100)的流出物流入到等离子体源(诸如等离子体源110)中而开始于方块202处，且流出物包括PFC或含卤素化合物，诸如SiF4。在方块204处，方法藉由经由注入口(诸如注入口108或124)将减量反应物注入到前级管线(诸如前级管线106)或等离子体源(诸如等离子体源110)中而继续。减量反应物可为水蒸气且可在减量反应物输送系统(诸如减量反应物输送系统118)中产生。在方块206处，方法藉由使用等离子体源而形成等离子体而继续，且流出物和减量反应物经反应并激发，以将流出物中的PFCs或含卤素化合物转化为减量材料。在一些实施方式中，夹带在流出物中的材料和/或减量反应物的至少一些被至少部分地解离。在包括在等离子体源中所形成的减量反应物的等离子体的存在下，将流出物中的目标材料转化为减量材料。流出物中的材料可接着离开等离子体源并流入到泵(诸如泵112)中和/或被进一步处理。
在方块204和206处所述的方法可在当基板在处理腔室中被处理或处理腔室被清洁时进行。例如，在方块204和206处所述的方法可在当在处理腔室中的基板上进行蚀刻处理时进行。当处理腔室闲置时，诸如不在设置在处理腔室中的基板上进行处理，或在将基板传送进出于处理腔室时，可停止方块204和206处所述的方法。因此，在方块208处，停止将减量反应物注入到前级管线或等离子体源中。
固体颗粒可在等离子体源中形成，这是由于反应和激发减量反应物和流出物的结果。接下来，在方块210处，含氧气体经由注入口(诸如注入口107、108、124或126的一个或更多个)而注入到前级管线或等离子体源中。含氧气体(诸如氧气或臭氧)可在含氧气体输送系统(诸如含氧气体输送系统121)中产生。接下来，在方块212处，在等离子体源中形成等离子体，且含氧气体在等离子体源中被激发。被激发的含氧气体减少或避免在等离子体源和等离子体源下游的设备中产生固体颗粒。
在方块210和212处所述的方法可在当处理腔室闲置时或当在处理腔室内处理基板时执行。在一个例子中，在减量反应物停止注入到前级管线或等离子体源之后，将含氧气体注入到前级管线或等离子体源中。将减量反应物注入到前级管线或等离子体源中，以将PFC或含卤素化合物转化为减量材料。将含氧气体注入到前级管线或等离子体源中，以减少或避免产生藉由使减量反应物和PFC或含卤素化合物反应和激发所形成的固体颗粒。在一个例子中，减量反应物和含氧气体不同时注入到前级管线或等离子体源中。减量反应物和含氧气体在不同时间被注入前级管线或等离子体源中，以便更有效地执行不同的任务。
在一个例子中，在第一时间周期期间将减量反应物注入到前级管线或等离子体源中，且在第二时间周期期间将含氧气体注入到前级管线或等离子体源中。第一时间周期可为第一和第二时间周期的总和的10至90％，第二时间周期可为第一和第二时间周期的总和的10至90％。第一和第二时间周期不重叠。在一个例子中，在第一时间周期期间不注入含氧气体，而在第二时间周期期间不注入减量反应物。或者，可在一个周期或两个周期之间的过渡期间注入含氧气体和减量反应物两者。在又一个实施方式中，减量反应物可在两个时间周期期间注入，而含氧气体仅在第二时间周期期间注入。在一些实施方式中，第二时间周期可能发生于在处理腔室内处理基板时，而在其它实施方式中，第二时间周期发生于处理腔室闲置时间期间。在一个实施方式中，第一时间周期是第一和第二时间周期的总和的75％，且第二时间周期是第一和第二时间周期的总和的25％。第一时间周期和第二时间周期中的时间量可由系统控制器120来控制。
尽管前述内容涉及所披露的装置、方法和系统的实施方式，但是可在不背离其基本范围的情况下，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，且其范围由以下权利要求书来确定。
Claims (15)
1.一种方法，包括以下步骤：
将流出物从处理腔室流入到减量系统中，其中所述流出物包括卤素，且其中所述减量系统包括前级管线和等离子体源；
将减量反应物注入到所述减量系统中；
使用所述等离子体源形成等离子体，其中所述流出物和所述减量反应物被激发以形成减量材料；和
相对于所述减量反应物的注入而周期性地将含氧气体注入到所述减量系统中。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：当将所述含氧气体注入到所述减量系统中时，停止将所述减量反应物注入到所述减量系统中。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述减量反应物包括水蒸气。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述含氧气体包括氧气或臭氧。
5.如权利要求1所述的方法，其中在第一时间周期期间将所述减量反应物注入到所述减量系统中，且在第二时间周期期间将所述含氧气体注入到所述减量系统中。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述第一时间周期是所述第一和第二时间周期的总和的约10至90％，且所述第二时间周期是所述第一和第二时间周期的总和的约10至90％。
7.如权利要求5所述的方法，其中将所述含氧气体注入到所述减量系统中之前，将所述含氧气体注入到减量反应物输送系统中。
8.一种方法，包括以下步骤：
将流出物从处理腔室流入到前级管线中，其中所述流出物包括卤素；
将减量反应物注入到所述前级管线中；
使用等离子体源形成等离子体，所述等离子体源连接在所述前级管线中，其中所述流出物和所述减量反应物被激发以形成减量材料；和
相对于所述减量反应物的注入而周期性地将含氧气体注入到所述前级管线中。
9.如权利要求8所述的方法，进一步包括以下步骤：当将所述含氧气体注入到所述前级管线中时，停止将所述减量反应物注入到所述前级管线中。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述减量反应物包括水蒸气。
11.如权利要求8所述的方法，其中所述含氧气体包括氧气或臭氧。
12.如权利要求8所述的方法，其中在第一时间周期期间将所述减量反应物注入到所述前级管线中，且在第二时间周期期间将所述含氧气体注入到所述前级管线中。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述第一时间周期和所述第二时间周期不重叠。
14.一种方法，包括以下步骤：
将流出物从处理腔室流入到等离子体源中，其中所述流出物包括卤素；
将减量反应物注入到所述等离子体源中；
使用所述等离子体源形成等离子体，其中所述流出物和所述减量反应物被激发以形成减量材料；
相对于所述减量反应物的注入而周期性地将含氧气体注入到所述等离子体源中。
15.如权利要求14所述的方法，进一步包括以下步骤：当将所述含氧气体注入到所述等离子体源中时，停止将所述减量反应物注入到所述等离子体源中。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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