CN110291611B - 利用水蒸气和氧试剂的等离子体减量技术 - Google Patents

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Abstract

本公开内容的实施例涉及用于将存在于半导体制造工艺的流出物中的F‑气体减量的系统及技术。在一个实施例中，提供了一种用于等离子体减量系统的水及氧输送系统。水及氧输送系统包含壳体，所述壳体包括底板及多个侧壁，所述底板及多个侧壁界定封围区域。水及氧输送系统进一步包含圆柱状水箱，圆柱状水箱安置于底板上，其中圆柱状水箱的纵轴平行于由底板界定的平面，且水箱的长度是圆柱状水箱的直径的1.5倍或更大。水及氧输送系统进一步包含流量控制系统，流量控制系统安置于壳体内的圆柱状水箱的上方。

Description

利用水蒸气和氧试剂的等离子体减量技术
技术领域
本公开内容的实施例大体涉及用于半导体处理设备的减量。更具体而言，本公开内容的实施例涉及用于将存在于半导体制造工艺的流出物中的氟化温室气体(F-气体)(例如，氢氟碳化物(hydrofluorocarbons；HFCs)、全氟碳化物(perfluorocarbons；PFCs)及六氟化硫(SF6))减量的系统及技术。
背景技术
在半导体制造工艺期间所产生的流出物包括了许多化合物，基于监管要求以及环境和安全考虑，这些化合物在处置之前会被减量或处理。这些化合物中有F-气体及含卤素化合物，这些化合物用在，例如，蚀刻或清洁工艺中。
F-气体，例如CF4、C2F6、NF3及SF6，通常用于半导体和平板显示器制造工业中，例如，用在介电层蚀刻和腔室清洁中。在制造或清洁工艺之后，从工艺工具泵出的流出物气体流中通常有F-气体的残留含量。F-气体难以从流出物流去除，且因为已知F-气体具有相对高的温室活性(greenhouse activity)，所以F-气体释放到环境中是不期望的。远程等离子体源(remote plasma source；RPS)或连续式等离子体源(in-line plasma source；IPS)已被用于F-气体及其他全球变暖气体的减量。
目前用于减量F-气体的减量技术的设计仅利用水蒸气。水蒸气提供了出色的破坏F-气体的能力，但在某些应用中，在等离子体源、等离子体源下游的排放管线及泵中会产生固态颗粒。因此，需要改良的减量工艺。
发明内容
本公开内容的实施例大体涉及用于半导体处理设备的减量。更具体而言，本公开内容的实施例涉及用于将存在于半导体制造工艺的流出物中的F-气体减量的系统及技术。在一个实施例中，提供了一种用于等离子体减量系统的水及氧输送系统。水及氧输送系统包含壳体，壳体包括底板及多个侧壁，所述底板及多个侧壁界定封围区域。水及氧输送系统进一步包括圆柱状水箱，圆柱状水箱安置于底板上，其中圆柱状水箱的纵轴平行于由底板界定的平面，且水箱的长度是圆柱状水箱的直径的1.5倍或更大。水及氧输送系统进一步包含流量控制系统，流量控制系统安置于壳体内的圆柱状水箱的上方。
在另一个实施例中，提供了一种减量系统。减量系统包含水及氧输送系统及等离子体源，等离子体源通过导管与水及氧输送系统耦接。水及氧输送系统包含壳体，壳体包括底板及多个侧壁，所述底板及多个侧壁界定封围区域。水及氧输送系统进一步包含圆柱状水箱，圆柱状水箱安置于底板上，其中圆柱状水箱的纵轴平行于由底板界定的平面，且水箱的长度是圆柱状水箱的直径的1.5倍或更大。水及氧输送系统进一步包括流量控制系统，流量控制系统安置于壳体内的圆柱状水箱的上方。
在又一实施例中，提供了一种真空处理系统。真空处理系统包含处理腔室、真空源、前级管道(foreline)及减量系统，前级管道将处理腔室与真空源耦接，且减量系统与处理腔室与真空源之间的前级管道耦接。减量系统包含水及氧输送系统及等离子体源，等离子体源通过导管与水及氧输送系统耦接。水及氧输送系统包含壳体，壳体包括底板及多个侧壁，所述底板及多个侧壁界定封围区域。水及氧输送系统进一步包含圆柱状水箱，圆柱状水箱安置于底板上，其中圆柱状水箱的纵轴平行于由底板界定的平面，且水箱的长度是圆柱状水箱的直径的1.5倍或更大。水及氧输送系统进一步包含流量控制系统，流量控制系统安置于壳体内的圆柱状水箱的上方。
附图说明
为了能够详细理解本公开内容的上述特征所用方式，上文所简要概括的本公开内容的更具体地描述可参考实施例进行，其中某些实施例在附图中示出。然而，应注意的是，附图仅示出本公开内容的具有代表性的实施例，并且因此附图不应被视为限制本公开内容的范围，因为本公开内容可允许其他等效的实施例。
图1是根据本公开内容的一个或多个实施例的处理系统的示意图；
图2是根据本公开内容的一个或多个实施例的水及氧输送设备的局部透视图；
图3是用于将离开处理腔室的流出物减量的方法的一个实施例的流程图；以及
图4是根据本公开内容的一个或多个实施例的另一个处理系统的示意图。
为便于理解，尽可能已使用相同的元件符号来指示图中共有的相同元件。可预期的是，一个实施例的元件和特征可以有益地并入其它实施例中，而无需进一步详述。
具体实施方式
以下公开内容描述了用于使存在于半导体制造工艺的流出物中的氟化温室气体(F-气体)减量的系统和技术。一定的细节在以下描述和图1至图4中阐述，以提供对本公开内容的各种实施例的彻底理解。以下公开内容未阐述常与减量系统及流动控制硬件有关的已知结构及系统的其他细节，以避免不必要地模糊各种实施例的描述。
附图中所示的许多细节、尺寸、角度及其他特征仅是对特定实施例的说明。因此，其他实施例能具有其他细节、部件、尺寸、角度和特征而不背离本公开内容的精神或范围。此外，能在没有以下描述的几个细节的情况下实施本公开内容的进一步实施例。
以下将描述关于泵前减量工艺的在此描述的实施例，可使用零占用空间(zero-footprint)减量系统执行泵前减量工艺，零占用空间减量系统可如购自加州盛大克劳拉市的美商应用材料股份有限公司的零占用空间减量系统。能够执行泵前减量工艺的其他工具也可适于从本文所描述的实施例受益。此外，可利用能实现本文所描述的泵前减量工艺的任何系统。本文所描述的设备描述为解说性质，且不应被解释或解读为本文所描述的实施例的范围的限制。
本文所公开的实施例包括等离子体减量工艺及系统，所述等离子体减量工艺及系统从处理腔室(例如沉积腔室、蚀刻腔室或其他真空处理腔室)带出流出物，并通过将水蒸气试剂和/或含氧气体注入前级管道或等离子体源，使流出物与水蒸气试剂和/或含氧气体在等离子体源内反应，其中等离子体源置于前级管道中。水蒸气试剂和/或含氧气体以及存在于流出物中的材料被等离子体源激发，将所述材料转化为气体物种(例如HF)，所述气体物种通过典型的水洗涤减量技术轻易地洗去。在某些实施例中，将水蒸气试剂及含氧气体同时注入前级管道或等离子体源。在某些实施例中，在暂时停止水蒸气注入的同时，将含氧气体周期性地注入前级管道或等离子体源。通过去除水蒸气所提供的氢自由基流出物，氧的使用能让更高浓度的氟自由基存在，以减少或避免固态颗粒的产生。因此，减量系统及工艺提供了良好的破坏去除率(destruction removal efficiency；DRE)并使固态颗粒的产生最小化。
本文所描述的实施例进一步提供用来同时或依序地输送水蒸气及氧的模块。可通过质量流量控制器(mass flow controller；“MFC”)，或通过使用一个或多个针阀用于流量控制的可替代技术，来提供氧及水蒸气。该模块包括水箱，以使水蒸气能沸腾来供给水蒸气MFC或流量控制阀。水箱设计成低轮廓(low profile)结构，以使组合式水及氧输送系统的空间最优化。此低轮廓结构利用了水平水箱，水平水箱最大化沸腾表面积。在某些实施例中，低轮廓结构进一步包括低轮廓水平树浮式设计(low profile level tree floatdesign)，以容许液位测量，但具有低的总垂直高度要求。
本文所描述的实施例进一步提供用于在减量系统内输送水蒸气和氧的方法。在某些实施例中，通过建立只有选定的水蒸气的流量(例如，X sccm)和只有选定的氧的流量(例如，Y sccm)并接着应用“平衡(balanced)”流量方法在其间变化水蒸气和氧，来确定水蒸气和氧比例。举例而言，在“25％水蒸气”时的“贫水(lean water)”结构会等于0.25x X+0.75xY的混合物，“贫氧(lean oxygen)”设定会是0.75x X+0.25x Y，而“平衡混合物(balancedmixture)”会是0.5x X+0.5x Y。
图1描绘依据本文所公开的实施例的处理系统100的示意图。如图1所示，处理系统100包括处理腔室110，处理腔室110与减量系统120耦接。处理腔室110具有腔室排放口104，腔室排放口104耦接至减量系统120的前级管道102。可将节流阀(未绘示)置于腔室排放口104附近，用于控制处理腔室110内部的压力。可在前级管道102中形成至少第一注入口106及第二注入口108。减量系统120进一步包括真空源190，真空源190耦接至前级管道102的第二端。等离子体源130在第一注入口106与真空源190之间的位置处耦接入前级管道102。
处理腔室110可以是，例如，用于执行沉积工艺、蚀刻工艺、退火工艺或清洁工艺及其他工艺的处理腔室。用于执行沉积工艺的代表性腔室包括沉积腔室，例如，举例而言，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。在某些实施例中，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、掺杂的a-Si、氟化玻璃(FSG)、磷掺杂的玻璃(PSG)、硼磷掺杂的玻璃(BPSG)、碳掺杂的玻璃及其他低k电介质(例如聚酰亚胺与有机硅氧烷)之类电解质的沉积工艺。在其他实施例中，沉积工艺可以是沉积金属、金属氧化物或金属氮化物(例如，举例而言，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，例如，氮氧锂磷、锂钴与许多其他金属合金。处理腔室110中所进行的沉积工艺可受等离子体辅助。举例而言，处理腔室110中所进行的工艺可以是用于蚀刻硅基材料的等离子体蚀刻工艺。在一个实施例中，处理腔室110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。
前级管道102作为把离开处理腔室110的流出物引导到减量系统120的导管。流出物可能含有不期望释放到大气中或可能损害下游设备(例如真空泵)的材料。举例而言，流出物可能含有来自电介质沉积工艺或来自金属沉积工艺的化合物。
可能存在于流出物中的含硅材料的实例包括，例如四氯化硅(SiCl4)和/或四氟化硅(SiF4)。
如图所示，减量系统120包括等离子体源130、试剂输送系统140、前级管道气体注入配件170、控制器180及真空源190。前级管道102把离开处理腔室110的流出物提供给等离子体源130。等离子体源130可以是耦接至前级管道102的任何等离子体源，所述等离子体源适于在其中产生等离子体。举例而言，等离子体源130可以是远程等离子体源、连续式等离子体源或其他合适的等离子体源，用于在前级管道102内或在前级管道102附近产生等离子体，以将反应性物种导入前级管道102内。等离子体源130可以是，例如，电感式耦合等离子体源、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130可进一步是上述任何类型的磁增强等离子体源。
试剂输送系统140也可通过第一导管122与第一注入口106耦接。试剂输送系统140将一种或多种试剂，例如减量试剂，输送至等离子体源130上游的前级管道102。在可替代的实施例中，试剂输送系统140可直接耦接至等离子体源130，用于将试剂直接输送至等离子体源130内。试剂输送系统140包括第一试剂源150，第一试剂源150通过第一导管122耦接至前级管道102(或等离子体源130)。在某些实施例中，第一试剂源150是低压锅炉(low-pressure boiler)，且液态减量剂(例如液态水)设置于低压锅炉中。或者，第一试剂源150可以是能够将液态水转化为水蒸气的闪蒸器(flash evaporator)。第一试剂源150包括加热器151，用于将水加热，以形成减量试剂，例如水蒸气或蒸汽。通过第一注入端口106将蒸气形式的减量试剂(例如水蒸气)注入前级管道102内。液位传感器(level sensor)可位于减量试剂输送系统中，用于提供信号至控制器180，控制器180选择性地打开填充阀(fillvalve)(未绘示)，以维持第一试剂源150内部的液位。
第一试剂源通过第三导管158与水源156耦接，用于将水供应至第一试剂源150。可沿着第三导管158安置一个或多个阀159，用于控制从水源156至第一试剂源150的水流。
可在第一试剂源150与第一注入口106之间，沿着第一导管122安置一个或多个阀。举例而言，在某些实施例中，阀架构(valve scheme)可包括双向控制阀152及流量控制装置154，双向控制阀152作为通/断开关(on/off switch)起作用，用于控制从第一试剂源150进入前级管道102的一种或多种试剂的流动，且流量控制装置154控制第一试剂源150进入前级管道102的流量。可将流量控制装置154设置在前级管道102与双向控制阀152之间。双向控制阀152可以是任何合适的控制阀，例如电磁阀、气动阀、针阀或类似的阀。流量控制装置154可以是任何合适的有源或无源流量控制装置，例如固定流量计(fixed orifice)、质量流量控制器、针阀或类似物。在某些实施例中，沿着第一导管安置加热器153，用于将从第一试剂源150供应的试剂维持在蒸气形式。在某些实施例中，沿着第一导管122将加热器153安置于双向控制阀152与第一试剂源150之间。
可通过第一试剂源150输送的代表性挥发性减量试剂包括例如H2O。当对含有例如CF4和/或其他材料的流出物进行减量时，可使用H2O。在某些实施例中，挥发性减量试剂可被流出物的化合物消耗，因此，可能不被认为是催化性的。
试剂输送系统140进一步包括第二试剂源160，第二试剂源160通过第二导管124耦接至前级管道102(或等离子体源130)，而第二导管124与第一导管122耦接。沿着第二导管124将一个或多个阀安置于第二试剂源160与第一导管122之间，用于控制第二试剂的流动。举例而言，在某些实施例中，阀架构可包括双向控制阀162及流量控制装置164，双向控制阀162作为通/断开关起作用，用于控制从第二试剂源160进入前级管道102的一种或多种试剂的流动，流量控制装置164控制第二试剂源160进入前级管道102的流量。可将流量控制装置164设置在前级管道102与双向控制阀162之间。双向控制阀162可以是任何合适的控制阀，例如电磁阀、气动阀、针阀或类似的阀。流量控制装置164可以是任何合适的有源或无源流量控制装置，例如固定流量计、质量流量控制器、针阀或类似物。
可通过第二试剂源160输送含氧气体，例如O2。当对含有例如CF4和/或其他材料的流出物进行减量时，可使用O2。在一个或多个实施例中，可联合O2使用含氢气体。
前级管道气体注入配件170也可耦接至等离子体源130的上游或下游的前级管道102(图1中描绘的下游)。前级管道气体注入配件170可以可控制地提供前级管道气体(例如氮(N2)、氩(Ar)或清洁干燥空气)进入前级管道102，以控制前级管道102内的压力。前级管道气体注入配件170可包括前级管道气体源172及其后的压力调节器174，进一步接着是控制阀176，并且甚至还进一步接着是流量控制装置178。压力调节器174设定气体输送压力设定点(set point)。控制阀176开启和关闭气流。控制阀176可以是任何合适的控制阀，例如以上对双向控制阀152所讨论的那样。流量控制装置178提供通过压力调节器174的设定点指定的气体流量。流量控制装置178可以是任何合适的流量控制装置，例如以上对流量控制装置154和164所讨论的那样。
在某些实施例中，前级管道气体注入配件170可进一步包括压力计(pressuregauge)179。可将压力计179设置在压力调节器174与流量控制装置178之间。压力计179可用来测量流量控制装置178的上游的前级管道气体注入配件170中的压力。在压力计179处所测得的压力可被控制装置(如下文所讨论的控制器180)所利用，以通过控制压力调节器174来设定流量控制装置178的上游的压力。
在某些实施例中，控制阀176可由控制器180来控制，以仅当来自第一试剂源150和/或第二试剂源160的试剂流动时才开启气流，以使气体的使用最小化。举例而言，如由第一试剂源150的双向控制阀152与前级管道气体注入配件170的控制阀176之间的虚线所示，控制阀176可响应于双向控制阀152的开启(或关闭)来开启(或关闭)。
前级管道102可耦接至真空源190或其他合适的泵送设备。真空源190与排放管线192耦接，排放管线192可连接至设施排放件(未绘示)。真空源190把来自处理腔室110的流出物泵送至适当的下游流出物处理设备，例如洗涤器(scrubber)、焚化炉(incinerator)等。在某些实施例中，真空源190可以是支持泵(backing pump)，例如干式机械泵(drymechanical pump)或类似的泵。真空源190可具有可变的泵送容量，泵送容量可以设定在所选的水平，例如用以控制前级管道102中的压力或对前级管道102中的压力提供额外控制。
控制器180可耦接至处理系统100的各种部件，以控制这些部件的运行。举例而言，依据本文所公开的教导，控制器可监控和/或控制前级管道气体注入配件170、试剂输送系统140和/或等离子体源130。
为简明起见，概要地阐述图1的实施例，并省略某些部件。举例而言，可将高速真空泵(例如涡轮分子泵或类似泵)设置于处理腔室110与前级管道102之间，用于从处理腔室110去除流出物气体。此外，可提供部件的其他变体，以供应前级管道气体、试剂和/或等离子体。
图2是根据本公开内容的一个或多个实施例的水及氧输送设备200的局部透视图。水及氧输送设备200是水/氧输送系统，该水/氧输送系统可用于图1所描述的减量系统120中。可使用水及氧输送设备200取代图1所描绘的试剂输送系统140。水及氧输送设备200包括壳体210，用于封围水及氧输送设备200的部件。壳体210包括底板212、相对的顶板(未绘示)及多个侧壁214a、214b，所述底板212、相对的顶板及多个侧壁214a、214b界定封围区域216。多个侧壁214a、214b界定以相对于底板212成直角地安置。底板212界定了水平平面。壳体210也包括内壁218，内壁218自底板212向顶板延伸并平行于侧壁214a。侧壁214a界定垂直平面，所述垂直平面垂直于由底板212所界定的水平平面。
水及氧输送设备200包括水箱220，水箱220安置于壳体210或其他封围物的下部。在一个实施例中，水箱220安置于底板212上由侧壁214a、侧壁214b及内壁218所界定的区域中。热源(未绘示)通常与水箱220耦接，用于加热水箱中的水来产生蒸汽。在一个实施例中，水箱220具有圆柱状本体260。圆柱状本体260具有圆柱状侧壁262、第一壁264及相对的第二壁266，这些壁界定水箱220的封围部分。圆柱状本体260的纵轴268平行于由底板212界定的平面。圆柱状侧壁262平行于纵轴268。在一个实施例中，第一壁264及第二壁266是圆形壁(circular wall)。在某些实施例中，第一壁264及第二壁266垂直于由底板212界定的平面。
水箱220具有的长度“L”(例如，圆柱状侧壁262的长度)大于直径“D”(例如，第一壁264或第二壁266的直径)。在一个实施例中，水箱220的长度“L”是水箱220的直径“D”的1.5倍或更大。在另一个实施例中，水箱220的长度“L”是水箱220的直径“D”的2倍或更大。在又一实施例中，水箱220的长度“L”是水箱220的直径“D”的2.5倍或更大。在又一实施例中，水箱220的长度“L”是水箱220的直径“D”的3倍或更大。发明人已发现，水平地安置水箱220(例如，使纵轴268平行于由底板212所界定的平面)增加水箱220中水的表面积，这导致相对于垂直安置的水箱(例如，使纵轴268垂直于由底板212所界定的平面)更为增加的蒸汽产生。尽管水箱220被描述为圆柱状，但应理解，水箱220可包含其他形状。
在某些实施例中，水箱220是低压锅炉，用于产生水蒸气。液态减量剂(例如液态水)通常设置于低压锅炉中。或者，水箱220可以是能够将液态水转化为水蒸气的闪蒸器。
在某些实施例中，水及氧输送设备200进一步包括真空压力计230，真空压力计230安置于水箱220中，用于测量水箱220内的压力。水及氧输送设备200可进一步包括液位传感器235，液位传感器235安置于水箱220中，用于测量水箱220中的液位。
水及氧输送设备200进一步包括流量控制系统240，用于控制水蒸气的流量及含氧气体的流量。将流量控制系统240安置于壳体210内的水平水箱220的上方。在某些实施例中，流量控制系统240包括第一质量流量控制器242，用于控制来自水箱220的水蒸气的流动。流量控制系统240进一步包括第二质量流量控制器，用于控制含氧气体的流动。流量控制系统240可进一步包括水蒸气MFC控制器246，水蒸气MFC控制器246安置于第一质量流量控制器242与第二质量流量控制器244之间。水及氧输送设备200可包括其他部件(例如，阀、MFC等)，用于控制水蒸气和氧的产生及流动，为了简洁起见没有描述这些部件。所述设备进一步包括电子控制器250，电子控制器250可控制并监控从该水箱220产生的水蒸气、真空压力计230、液位传感器235及流量控制系统240。
电子控制器250能够是例如计算机、可编程逻辑控制器或嵌入式控制器。电子控制器250通常包括中央处理单元(CPU)(未绘示)、存储器(未绘示)及用于输入及输出(I/O)的支持电路(support circuit)(未绘示)。CPU可以是任何形式的计算机处理器之一，这些计算机处理器用于工业设定中来控制各种系统功能、基板移动、腔室工艺，并且控制支持硬件(例如，传感器、马达、加热器等)，并且监控在系统中进行的工艺。存储器连接至CPU，且可以是本地或远程的易于取得的非易失性存储器，例如随机存取存储器(RAM)、闪存、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘或任何其他形式的数字储存装置中的一种或多种。软件指令和数据可经编码并储存在存储器内，以给CPU发指令。支持电路还连接至CPU，用于以常规方式支持处理器。支持电路可包括高速缓存器、电源、时钟电路、输入/输出电路、子系统和类似装置。电子控制器250可读取的程序(或计算机指令)决定了哪些任务可由水及氧输送设备200中的部件执行。程序可以是电子控制器250可读的软件，所述软件包括代码，以执行与将氧及水蒸气输送至减量系统相关的任务。
图3是用于将离开处理腔室的流出物减量的方法300的一个实施例的流程图。方法300始于操作310，在操作310，将来自处理腔室(例如处理腔室110)的流出物流入等离子体源(例如等离子体源130)，其中流出物包含一种或多种F-气体。在操作320，所述方法进一步包括：将至少一种减量试剂输送至等离子体源，减量试剂包含水蒸气及含氧气体至少之一。在操作330，所述方法进一步包括：在等离子体存在的情况下，活化流出物和减量试剂，以将流出物中的一种或多种F-气体和减量试剂转化为经减量的材料。在某些实施例中，至少某些在流出物中携带的材料和/或减量试剂至少部分地被分离(disassociated)。在等离子体存在的情况下，流出物中的靶材料被转化为经减量的材料，所述等离子体包括等离子体源中形成的减量试剂。流出物中的材料可接着离开等离子体源并流入真空源(例如真空源190)，和/或被进一步处理。
在本文所公开的方法的一个代表性的实施例中，从处理腔室110离开的含有非期望材料的流出物进入等离子体源130。流出物能够包括一种或多种F-气体，F-气体能够是含碳气体、含氮气体或含硫气体。在一个实施例中，所述一种或多种F-气体是选自包含以下气体或由以下气体组成的群组中的气体：CF4、CH3F、CH2F2、CH4、C2F6、C3F8、C4F10、CHF3、SF6及NF3。流出物中可存在有上述F-气体的组合。在某些实施例中，通过建立只有选定的水蒸气的流量(例如，X sccm)和只有选定的氧的流量(例如，Y sccm)，并接着应用“平衡”流量方法在其间变化水蒸气和氧，来确定水蒸气和氧比例。举例而言，在“25％水蒸气”时的“贫水”结构会等于0.25x X+0.75x Y的混合物，“贫氧”设定会是0.75x X+0.25x Y，而“平衡混合物(balanced mixture)”会是0.5x X+0.5x Y。在一个实施例中，具有至少2.5:1水蒸气与氧气流量比例的减量试剂(例如水蒸气和氧气)进入等离子体源130。在等离子体源130内从减量试剂产生等离子体，因此激发减量试剂，且在某些实施例中，也激发流出物。在某些实施例中，至少某些在流出物中携带的材料和/或减量试剂至少部分地被分离。减量试剂的特性(identity)、减量试剂的流量、前级管道气体注入参数及等离子体产生条件可基于流出物中携带的材料的成分来确定，并可由控制器180来控制。在等离子体源130是电感式耦合等离子体源的实施例中，分离可涉及数千瓦的功率。
方法300始于操作310，在操作310，将流出物从处理腔室流入等离子体源，其中流出物包含一种或多种F-气体。将含有被选择进行减量的材料(例如F-气体化合物)的流出物流入等离子体源130。在一个实例中，排放气体可能源自处理腔室110，并因执行例如蚀刻、沉积、清洁或类似工艺这样的多个工艺中的任何工艺而产生。举例而言，通过试剂输送系统140或水及氧输送设备200，可将试剂气体注入前级管道102。
在操作320处，能够将减量试剂输送至等离子体源。在使用水蒸气(例如，H2O)及O2的一个代表性的减量工艺中，将来自试剂输送系统140的水蒸气及O2流入等离子体源130。在一个实施例中，同时输送O2与水蒸气(H2O)。减量试剂具有至少2.5:1的水蒸气与氧流量比例，例如至少3:1的水蒸气与氧流量比例。在一个实施例中，水蒸气与氧流量比例是从约3:1至约10:1。减量试剂能够进一步包括气体的组合，以实现选定的水蒸气与氧流量比例。
图4是根据本公开内容的一个或多个实施例的另一个处理系统400的示意图。除了以减量系统420取代处理系统100的减量系统120以外，处理系统400类似于处理系统100。减量系统420包括试剂输送系统440，试剂输送系统440包括流量控制装置464a至464d(统称为464)，用于控制进入腔室前级管道的含氧试剂的流动。流量控制装置464可以是任何合适的有源或无源流量控制装置，例如固定流量计、质量流量控制器、针阀或类似装置。可由含氧试剂源470输送含氧试剂，例如，O2。当减量流出物含有例如CF4和/或其他材料时，可使用O2。
如图4所示，处理系统400包括一个或多个处理腔室410，所述处理腔室410与减量系统420耦接。所述一个或多个处理腔室410具有腔室排放口104，腔室排放口104耦接至减量系统420的前级管道102。可将节流阀(未绘示)置于腔室排放口104附近，用于控制所述一个或多个处理腔室410内的压力。可在前级管道102中形成第一注入口106及第二注入口108。减量系统420进一步包括真空源190，真空源190耦接至前级管道102的第二端。等离子体源130在第一注入口106与真空源190之间的位置处耦接入前级管道102。
试剂输送系统440将一种或多种含氧试剂输送至等离子体源130上游的前级管道102。在可替代的实施例中，试剂输送系统440可直接耦接至等离子体源130，用于将含氧试剂直接输送至等离子体源130内。试剂输送系统440与含氧试剂源470耦接，所述含氧试剂源470与流量控制装置464a至464d耦接。各个流量控制装置464a至464d通过第一导管422a至422d(统称为422)耦接前级管道或等离子体源，例如前级管道102(或等离子体源130)。试剂输送系统440也可通过第一导管422d与第一注入口106耦接。应理解的是，各个第一导管422a至422d可各自耦接至单独的处理系统，用于将氧输送至单独的处理腔室的前级管道。举例而言，试剂输送系统440包括四个单独的流量控制装置464a至464d(统称为464)，每个所述流量控制装置能够将氧输送至单独的处理腔室。
含氧试剂源470通过第三导管458与流量控制装置464a至464d耦接。可沿着第三导管458安置一个或多个阀459和/或压力调节器460，用于控制从含氧试剂源470至试剂输送系统440的氧的流动。压力调节器460可用来测量并控制流量控制装置464下游的压力。各个压力调节器可与压力计(未绘示)耦接，以测量压力，所测量的压力可由控制装置(如下文所讨论的控制器180)利用，以通过控制压力调节器460来设定流量控制装置464上游的压力。
可沿着各个第一导管422a至422d，在流量控制装置464a至464d与第一注入口(例如，第一注入口106)之间安置一个或多个阀。举例而言，在某些实施例中，阀架构可包括双向控制阀452a至452d(统称452)和/或压力调节器454a至454d(统称为454)，双向控制阀452作为通/断开关起作用，用于控制从含氧试剂源470进入前级管道102的流动。可将流量控制装置464设置在双向控制阀452和前级管道102的上游。双向控制阀452可以是任何合适的控制阀，例如电磁阀、气动阀、针阀或类似的阀。流量控制装置454可以是任何合适的有源或无源流量控制装置，例如固定流量计、质量流量控制器、针阀或类似装置。
在另一个实施例中，处理系统400进一步包括水蒸气输送系统480，水蒸气输送系统480与减量系统420耦接。在一个实施例中，水蒸气输送系统480通过导管482与减量系统420耦接。如图4所示，在一个实施例中，水蒸气输送系统480可与前级管道102耦接。水蒸气输送系统480可通过注入口484与前级管道102耦接。在运行中，水蒸气输送系统480输送水蒸气进入前级管道102，水蒸气与从试剂输送系统440输送的含氧气体结合，以形成减量试剂。接着在等离子体存在的情况下活化流出物及减量试剂，以将流出物中的一种或多种F-气体和减量试剂转化为经减量的材料。因此，可使用图4的处理系统400来创造与图1的处理条件类似的处理条件。然而，试剂输送系统440可与已经现存的水输送系统(例如水蒸气输送系统480)结合作为改型，以使用现存的水输送系统进行水蒸气输送并将水和氧二者从单独的模块添加到入口。
为简明起见，概要地阐述图4的实施例，并省略某些部件。举例而言，可将高速真空泵(例如涡轮分子泵或类似泵)设置于处理腔室110与前级管道102之间，用于从处理腔室110去除流出物气体。此外，可提供部件的其他变体，以供应前级管道气体、试剂和/或等离子体。
前面描述的实施例具有许多优点。举例而言，本文所公开的技术能够将挥发性、毒性和/或爆炸性流出物转化为更为良性的化学物质，所述化学物质能被更安全地处理。就工作人员严重暴露于流出物和通过将自燃(pyrophoric)或有毒材料转化成更为环境友好且稳定的材料方面而言，等离子体减量工艺对人类健康是有益的。通过避免产生微粒和/或来自流出物流的其他腐蚀性材料，等离子体减量工艺也保护了半导体处理设备(例如，举例而言，真空泵)，使半导体处理设备不会过度损耗和过早失效。此外，针对真空前级管道施行减量技术对工作人员及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，则流出物相对于外部环境的低压力防止流出物从减量设备逸散。此外，本文所公开的许多减量试剂是低成本且多功能的(versatile)。举例而言，用于F-气体减量的水蒸气(例如，H2O)及O2二者均是多功能的且低成本。上述优点是用作说明的而非限制。并非所有实施例都需要具有所述的全部优点。
总之，本文所描述的某些实施例的某些益处包括组合式水及氧输送系统，所述水及氧输送系统同时或依序提供等离子体减量系统中的水蒸气和氧。在某些实施例中，组合式水及氧输送系统提供了降低半导体处理中所用的气态化学物质的高全球变暖可能性的成本效益方式(所述气态化学物质包括F-气体(例如PFC及SF6))。在某些实施例中，组合式水及氧输送系统能最优化氟化温室气体减量，同时产出最少的固态和非期望的气态副产物，这些副产物可能在仅使用水蒸气或仅使用氧气时产生。此外，在本文所描述的某些实施例中，组合式水及氧输送系统提供了泵前等离子体减量解决方案，所述解决方案通过处理实际工艺气体容积而使用更少的能量(所述实际工艺气体容积是比通常由泵后减量系统处理的容积更小的容积)。进一步，本文所描述的组合式水及氧输送系统，所述组合式水及氧输送系统能够安装在当前可用的半导体处理腔室的泵占用空间(pump footprint)内。
当介绍本公开内容的元件或代表性的方面或其一个或多个实施例时，冠词“一(a、an)”、“该(the)”及“所述(said)”欲表示存在一个或多个所述元件。
术语“包含”、“包括”及“具有”欲为包容性的，且意味着除了列出的元件之外可能还有其他元件。
尽管上文涉及本公开内容的实施例，可在不背离本公开内容的基本范围的情况下设计本公开内容的其他和进一步实施例，且本公开内容的范围通过随附权利要求确定。

Claims (20)

1.一种方法包含：
将来自处理腔室的流出物通过前级管道流入设置在所述前级管道中的等离子体源，其中所述流出物包含氟化温室气体；
将包含水蒸气和氧的减量试剂通过所述前级管道输送至所述等离子体源，其中输送所述减量试剂的步骤包括：
经由与所述前级管道流体耦接的第一导管将来自第一试剂源的所述水蒸气输送到所述前级管道中；以及
经由与所述第一导管流体耦接的第二导管将来自第二试剂源的所述氧输送到所述前级管道中，其中所述减量试剂中的所述水蒸气和所述氧以相对于彼此的预定比例而被输送；以及
利用由所述等离子体源形成的等离子体活化所述流出物和所述减量试剂，以将所述氟化温室气体转化为经减量的材料，
其中所述等离子体源经构造以在所述前级管道中产生等离子体。
2.如权利要求1所述的方法，其中水蒸气和氧的所述比例是0.75:0.25至0.5:0.5。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述氟化温室气体包含含硫气体。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述含硫气体是SF6。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述等离子体是电感式耦合等离子体。
6.如权利要求1所述的方法，其中在形成所述等离子体之前，所述减量试剂和所述流出物结合。
7.如权利要求1所述的方法，其中将所述水蒸气和所述氧同时输送至所述等离子体源。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述处理腔室是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。
9.一种计算机可读介质，在所述计算机可读介质上存储有多个指令，当通过处理器实施所述多个指令时，所述多个指令使所述处理器控制减量系统执行以下操作：
将来自处理腔室的流出物通过前级管道流入设置在所述前级管道中的等离子体源，其中所述流出物包含氟化温室气体；
将包含水蒸气和氧的减量试剂通过所述前级管道输送至所述等离子体源，其中输送所述减量试剂的操作包括：
经由与所述前级管道流体耦接的第一导管将来自第一试剂源的所述水蒸气输送到所述前级管道中；以及
经由与所述第一导管流体耦接的第二导管将来自第二试剂源的所述氧输送到所述前级管道中，其中所述减量试剂中的所述水蒸气和所述氧以相对于彼此的预定比例而被输送；以及
利用由所述等离子体源形成的等离子体活化所述流出物和所述减量试剂，以将所述氟化温室气体转化为经减量的材料，
其中所述等离子体源经构造以在所述前级管道中产生等离子体。
10.如权利要求9所述的计算机可读介质，其中水蒸气和氧的所述比例是0.75:0.25至0.5:0.5。
11.如权利要求9所述的计算机可读介质，其中所述氟化温室气体包含含硫气体。
12.如权利要求11所述的计算机可读介质，其中所述含硫气体是SF6。
13.如权利要求9所述的计算机可读介质，其中所述等离子体是电感式耦合等离子体。
14.如权利要求9所述的计算机可读介质，其中在形成所述等离子体之前，所述减量试剂和所述流出物结合。
15.如权利要求9所述的计算机可读介质，其中将所述水蒸气和所述氧同时输送至所述等离子体源。
16.一种减量系统，包含：
水及氧输送系统，包含：
壳体，具有底板及多个侧壁，所述底板及多个侧壁界定封围区域；
圆柱状水箱，安置于所述底板上，其中所述圆柱状水箱的纵轴平行于由所述底板界定的平面且所述水箱的长度是所述圆柱状水箱的直径的1.5倍或更大；以及
流量控制系统，安置于所述壳体内的所述圆柱状水箱的上方；
等离子体源，所述等离子体源设置在前级管道中并与所述水及氧输送系统耦接；以及
控制器，所述控制器经构造以执行以下操作：
将来自处理腔室的流出物通过所述前级管道流入所述等离子体源，其中所述流出物包含氟化温室气体；
将来自所述水及氧输送系统的包含水蒸气和氧的减量试剂通过所述前级管道输送至所述等离子体源，其中输送所述减量试剂的操作包括：
经由与所述前级管道流体耦接的第一导管将来自第一试剂源的所述水蒸气输送到所述前级管道中；以及
经由与所述第一导管流体耦接的第二导管将来自第二试剂源的所述氧输送到所述前级管道中，其中所述减量试剂中的所述水蒸气和所述氧以相对于彼此的预定比例而被输送；以及
利用由所述等离子体源形成的等离子体活化所述流出物和所述减量试剂，以将所述氟化温室气体转化为经减量的材料，
其中所述等离子体源经构造以在所述前级管道中产生等离子体。
17.如权利要求16所述的减量系统，其中所述流量控制系统包含：
氧质量流量控制器；以及
水蒸气质量流量控制器。
18.如权利要求16所述的减量系统，其中所述水箱是低压锅炉，用于产生水蒸气。
19.如权利要求16所述的减量系统，其中所述圆柱状水箱包括：
圆柱状侧壁；
第一圆形壁；以及
相对的第二圆形壁，其中所述圆柱状侧壁、所述第一圆形壁及所述第二圆形壁界定封围区域。
20.如权利要求19所述的减量系统，进一步包含液位传感器，所述液位传感器安置于所述水箱中，所述液位传感器用于测量所述水箱中的液位。
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