CN110869528B - 泵送线布置中的改进或与其相关的改进 - Google Patents

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Abstract

在半导体制造领域中,存在确保不同的不相容过程流不以由此存在发生不同过程流之间的灾难性反应的高风险的方式而彼此混合的需要。一种泵送线布置(10)包括腔室连接线(12),所述腔室连接线(12)流体地可连接到形成半导体制造工具(15)的一部分的过程腔室(14)。所述泵送线布置(10)还包括阀模块(16),所述阀模块(16)流体地连接到所述腔室连接线(12)。所述阀模块(16)将所述腔室连接线(12)分成相应的第一和第二泵送线(18、20)。所述第一泵送线(18)旨在载送第一过程流,并且所述第二泵送线(20)旨在载送与所述第一过程流不相容的第二过程流。所述第一泵送线(18)或所述第二泵送线(20)中的至少一个包括流体地连接在其内的预减少模块(26、28),所述预减少模块(26、28)被配置成从旨在由其它泵送线(18、20)载送的过程流中去除一个或多个不相容的组分。

Description

泵送线布置中的改进或与其相关的改进
本发明涉及一种用于在半导体制造组件或真空泵送系统中使用的泵送线布置。
用于在制造半导体(例如硅片、平板显示器、太阳能面板和发光二极管(LED))的组件中使用的真空泵送系统内广泛出现泵送线布置。组件包括一个或多个制造工具,并且每个制造工具可以具有其中发生处理的一个或多个腔室。腔室中的处理可能需要多于一个处理步骤,并且每个步骤可能需要不同的处理气体。一个或多个真空泵送系统维持腔室中的所需要处理压力并且从腔室抽空过程气体(process gas)。在其中其旨在在不同的、本质上专用的泵送线中载送不同的、不相容的过程气流的泵送线布置中,期望确保不同的不相容过程流不以由此存在发生不同过程流之间的灾难性反应的高风险的方式而彼此混合。
根据本发明的第一方面,提供了一种用于在半导体制造组件中使用的泵送线布置,其包括:
腔室连接线,其流体地可连接到形成半导体制造工具的一部分的过程腔室,在该过程腔室内执行至少两个过程步骤;以及
阀模块,其流体地连接到该腔室连接线,该阀模块将该腔室连接线分成相应的第一和第二泵送线,该第一泵送线旨在载送第一过程步骤排气流,并且该第二泵送线旨在载送与该第一过程步骤排气流不相容的第二过程步骤排气流,
该第一泵送线或该第二泵送线中的至少一个包括流体地连接在其内的预减少(pre-abatement)模块,该预减少模块被配置成从旨在由其它泵送线载送的过程步骤排气流中去除一个或多个不相容的过程步骤排气组分。
如下文关于各图更详细地描述的,在给定泵送线内预减少模块的包括(其被配置成从在使用中将由其它泵送线载送的过程流(即其他过程流)中去除一个或多个不相容组分)允许该泵送线布置根据需要来中和(例如在机械或控制系统故障的情况下)可能错误地在该给定泵送线中流动的其他过程流中的任一个。换言之,该预减少模块去除可能以其他方式与该给定泵送线的预期过程流不期望地反应的其他过程流的一个或多个组分,使得所中和的其他过程流与该预期过程流的任何随后下游混合将不会导致所述过程流之间的灾难性反应。
同时,此类预减少模块对通过该给定泵送线的预期过程流具有最小影响,使得可以通过针对该预期过程流的给定性质优化的专用减少模块来执行对该预期过程流的减少。
因此,该预减少模块不需要外部干涉,只要在正常操作条件下,其对预期过程流具有最小影响,而在不利的操作条件下(即其他过程流错误地流过该预减少模块),其用来从其他过程流中去除该反应性组分或每个反应性组分。
优选地,该预减少模块或每个预减少模块流体地连接在紧接在该阀模块下游的对应泵送线内。此类布置有助于将任何未中和的其他过程流与该预期过程流(例如可能在该给定泵送线中徘徊的预期过程流的一部分)混合的可能性最小化。
在本发明的优选实施例中,该第一泵送线包括流体地连接在其内的第一预减少模块,该第一预减少模块被配置成从该第二过程流中去除一个或多个不相容的过程步骤排气组分,并且其中该第二泵送线包括流体地连接在其内的第二预减少模块,该第二预减少模块被配置成从该第一过程流中去除一个或多个不相容的过程步骤排气组分。
在第一和第二泵送线中的每一个中第一和第二预减少模块的包括提供了保护,以防该第一和第二过程流以反应性方式错误地混合。
可选地,该第一泵送线定义了旨在载送沉积过程流的沉积泵送线,该第二泵送线定义了旨在载送清洁过程流的清洁泵送线,该第一预减少模块被配置成从该清洁过程流中去除一个或多个不相容的过程步骤排气组分,并且该第二预减少模块被配置成从该沉积过程流中去除一个或多个不相容的过程步骤排气组分。
此类布置特别地适合于在惯常利用沉积和清洁过程的半导体制造组件中使用。
在真空泵送系统中,该第一泵送线可以包括流体地连接在其内的第一主减少模块,该第一主减少模块被配置成使该第一过程流减少,并且该第二泵送线可以包括流体地连接在其内的第二主减少模块,该第二主减少模块被配置成使该第二过程流减少,并且该主减少模块中的每一个可以定位在对应预减少模块的下游。
在每个泵送线中提供相应的主减少模块允许根据要由给定泵送线载送的预期过程流的性质来优化给定泵送线内所需要的减少,并且因此有助于改进相关联的半导体制造过程的总体效率。
优选地,该第一预减少模块包括除氟剂。包括此类去除剂有助于确保在常见的清洁流体(例如氟气)被错误地引入到该第一泵送线的情况下从该第一泵送线去除该常见的清洁流体。
可选地,该除氟剂是或者包括:
碳酸钙;和/或硅。
碳酸钙和硅中的每一个有利地与氟反应(特别地在加热时,例如在300℃或300℃左右)以产生相对情性的副产物,并且因此可以由此用来从该第一泵送线中去除氟。此外,碳酸钙和硅都不与常见的沉积气体(诸如硅烷、氨气或氢气)反应,并且因此在该预期过程流(即沉积过程流)通过该第一泵送线时保持本质上钝态(passive)。
在本发明的另一优选实施例中,该第二预减少模块包括氟化剂。
此类试剂相对于可能构成该第二泵送线中的预期过程流的至少一部分的常见清洁流体(即氟气)是情性的。同时,此类试剂对于可能是该第一过程流的组分的一个或多个常见沉积气体(例如硅烷)是反应性的,并且因此此类氟化剂可以用来在该第一过程流被错误地引入到该第二泵送线的情况下从该第二泵送线去除此类不相容的组分。
该氟化剂可以是或者包括:
过渡金属氟化物;和/或
四氟钴酸钾。
优选地,该过渡金属氟化物是或者包括:
氟化钴(III);和/或
氟化铁。
前述内容中的每一个有利地与沉积流体(例如硅烷)反应以产生相对情性的副产物,并且因此可以由此用来从该第二泵送线中去除此类沉积流体。
在包括此类泵送线布置的真空泵送系统的示例中,该真空泵送系统可以包括第一主减少模块和第二主减少模块,并且该第一泵送线与被配置成使该第一过程流减少的该第一主减少模块流体地连接,并且该第二泵送线与被配置成使该第二过程流减少的该第二主减少模块流体地连接,该主减少模块中的每一个定位在对应上游预减少模块的下游。
该腔室连接线可以流体地可连接到形成一个或多个半导体制造工具的一部分的相应过程腔室;并且第一共同泵送线可以与该第一主减少模块和该泵送线布置的第一泵送线流体连接;并且第二共同泵送线可以与该第二主减少模块和该泵送线布置的第二泵送线流体连接。
该第一共同泵送线可以与第一真空泵送布置流体连接,并且该第二共同泵送线可以与第二真空泵送布置流体连接。
根据本发明的更多方面,提供一种半导体制造工具,其包括至少一个处理腔室,该处理腔室具有根据任何前述权利要求的与其流体地连接的泵送线布置。
本发明的该半导体制造工具共享该泵送线布置的对应特征的优点。
现在接着是参考以下各图以非限制性示例的方式对本发明的一些实施例进行简要描述,其中:
图1示出了半导体制造组件中的根据本发明的第一实施例的泵送线布置的示意图;以及
图2示出了另一个半导体制造组件中的多个泵送线布置的示意图。
参考图1,示出了半导体制造组件100,其包括包含过程腔室14的半导体制造工具15,在该过程腔室14中执行至少两个过程步骤。真空泵送系统102维持每个过程步骤的所需要的处理压力并且排放每个过程步骤的过程步骤排气气流。
真空泵送系统包括根据本发明的第一实施例的泵送线布置10。泵送线布置包括腔室连接线12,所述腔室连接线12在使用中流体地连接到过程腔室14。
在所示出的实施例中,腔室连接线12包括流体地连接在其内的升压泵17,但是情况不需要一定如此。升压泵增加了沿着腔室连接线的气流,特别是如果真空泵送系统离一个或多个腔室某个距离来定位的话。
在此示例中,执行需要两个过程步骤排气气流的两个过程步骤,并且泵送线布置10还包括阀模块16,所述阀模块16流体地连接到腔室连接线12并且其将腔室连接线12分成相应的第一和第二泵送线18、20。阀模块根据需要将过程步骤排气气流传送到第一和第二泵送线中的所选的一个。就此而言,第一泵送线18旨在载送第一过程步骤排气流,而第二泵送线旨在载送第二过程步骤排气气流。如果在其他示例中,执行需要多于两个过程步骤排气气流的多于两个过程步骤,则泵送线布置将至少包括相等数目的泵送线,并且阀模块将被布置成将气体传送到所选泵送线。可能另外地存在用于快速抽空腔室的抽空(pumpdown)泵送线。
通常,在过程腔室14中的制造期间,第一过程流和第二过程流一个接一个地按顺序出现。就以下来说第一和第二过程流彼此不相容:第一和第二过程流每个具有将与其它过程流的一个或多个此类不相容过程步骤排气气体组分进行可能灾难性反应的一个或多个不相容过程步骤排气气体组分。
在所图示的示例中,第一泵送线18定义了旨在载送沉积过程流的沉积泵送线22,并且第二泵送线20定义了旨在载送清洁过程流的清洁泵送线24。在所示出的实施例中,沉积过程流仅由硅烷(SiH4)构成,但是还可能是或者包括氨气(NH3)、氢气(H2)或类似还原物种。清洁过程流仅由氟(F2)构成,但是其他氧化物种(特别是其他卤素)也是可能的。
另外,第一泵送线18(即在此示例中的沉积泵送线22)包括与第一泵送线18流体地互连的第一预减少模块26。如果无意地将第二过程流传送通过第一泵送线,则第一预减少模块26被配置成从第二过程流中去除不相容组分,但是在正常操作中,其允许第一过程流基本上不改变地通过。在此示例中,第二过程流是清洁过程流,并且因此第一预减少模块可以被配置成从清洁过程流中去除氟。在本发明的其他实施例(未示出)中,第一预减少模块26可以被配置成去除第二过程流的不同组分以及上文提及的氟、或者去除该不同组分而不是该氟。
第二泵送线20(即在此示例中的清洁泵送线24)包括与其流体地互连的第二预减少模块28。如果无意地将第一过程流传送通过第二泵送线,则第二预减少模块28被配置成从第一过程流中去除不相容组分,但是在正常操作中,其允许第二过程流基本上不改变地通过。在此示例中,第一过程流是沉积过程流,并且因此第二预减少模块被配置成从沉积过程流中去除硅烷。在本发明的其他实施例(未示出)中,第二预减少模块28可以被配置成去除第一过程流的不同组分以及上述硅烷、或者去除该不同组分而不是上述硅烷。
因此,第一和第二预减少模块是被动减少模块,这是因为它们仅在无意地沿着不正确泵送线传送过程步骤排气流的情况下执行减少。它们在正常操作期间并不与过程气流显著地相互作用或更改该过程气流,这是因为在正常操作期间,气流的混合没有发生,并且因此通过主减少模块执行减少(在下文中描述)。进一步地,预减少模块在正常操作期间基本上不劣化,并且在一些示例中可由正确过程流来补充。如果存在系统的一个或多个部分(诸如在升压泵17 或阀16中)的故障,则操作不可正常发生。
第一和第二预减少模块26、28中的每一个被紧接在阀模块16下游定位,即在位于相应的预减少模块26、28与阀模块16之间的泵送线18、20的部分中不存在其他部件。
所示出的阀模块16包括三通阀,但是在其他实施例中可以包括不同的阀布置,诸如一对简单阀和双向管道分支。
阀模块16还可以可选地包括故障安全布置(例如机械互锁或电子握手)以帮助防止将第二过程流错误地引入到第一泵送线18中、和/或将第一过程流错误地引入到第二泵送线20中。
第一泵送线18被布置成与位于第一预减少模块26下游的第一主减少模块30流体连通。此外,第一主减少模块30可以被布置成经由例如第一主泵32与第一泵送线18进行此类流体连通,所述第一主泵32推进第一过程流通过第一泵送线18。
第一主减少模块30被最优地配置成使第一泵送线18内的预期过程流(即处于沉积过程流形式的第一过程流)减少。因此,在所示出的实施例中,第一主减少模块30被配置成使来自沉积过程流的硅烷减少。因而,第一主减少模块30可以采取基于等离子体的设备、基于火焰的设备或氧化器中的任一个的形式。诸如湿式洗涤器(scrubber)的另外的主减少模块(未示出)可以被布置在第一主减少模块30下游,以便使来自第一主减少模块30的排气流的任何剩余不相容组分减少。
同时,第二泵送线20被布置成例如经由第二主泵34与再次定位在对应第二预减少模块28下游的第二主减少模块36流体连通。
第二主减少模块36被最优地配置成使第二泵送线20内的预期过程流(即处于清洁过程流形式的第二过程流)减少。因而,在所示出的实施例中,第二主减少模块36被配置成使来自清洁过程流的氟减少,并且因此可以采取湿式洗涤器的形式。
此外,第一泵送线18被布置成与第一共同泵送线38流体连通,所述第一共同泵送线38在使用中流体地连接到其他类似泵送线布置(未示出)的一个或多个第一泵送线18,该类似泵送线布置中的每一个继而流体地连接到另外的对应过程腔室。
类似地,第二泵送线20被布置成与第二共同泵送线40流体连通,该第二共同泵送线40在使用中流体地连接到其他类似泵送线布置的一个或多个第二泵送线20(未示出),该类似泵送线布置中的每一个继而流体地连接到前述另外的对应过程腔室。
图2中示出了经修改的半导体制造组件104。在图2中,已针对类似部件采用类似参考数字。
该组件包括经修改的制造工具15a,其包括多个过程腔室14、14'、14''。经修改的真空泵送系统106包括多个泵送线布置11、11'、11",以用于连接到相应的过程腔室。所示出的泵送线布置类似于在图1 中示出且在上文描述的那个。
在图2的示例中,第一和第二共同泵送线38、40连接到多个泵送线布置。一个或多个制造工具15a包括用于由还在图1中示出的多个真空泵送布置32、34抽空的多个过程腔室。该多个共同泵送线38、40与相应的相关联真空泵送布置流体连接。如所示出的,第一共同泵送线38与真空泵送布置32流体连接,并且第二共同泵送线40与真空泵送布置34流体连接。泵送线布置11、11'、11"的第一泵送线18与第一共同泵送线38流体连接,并且泵送线布置11、11'、11"的第二泵送线24与第二共同泵送线40流体连接。
因此,在正常操作中,来自腔室11、11'、11"的第一过程气流由第一泵送线18、第一共同泵送线38和第一真空泵送布置32传送以由第一主减少模块30来减少,并且来自腔室11、11'、11"的第二过程气流由第二泵送线24、第二共同泵送线40和第二真空泵送布置34传送以由第二主减少模块36来减少。因此,存在针对每个腔室11、11'、11"的泵送线布置,以及与针对每个过程气流所需要的一样多的泵送线(以及共同泵送线)。
在每个腔室中,过程步骤顺序地发生(第一步骤之后是第二步骤),并且因此不相容气体没有混合或者如果它们混合,则浓度如此低以致未引起问题。当存在多个腔室时,可以在腔室14、14'、14"中的一个中执行使用第一过程气流的第一过程步骤,而在另一腔室中执行使用第二过程气流的第二过程步骤。因此,虽然针对每个腔室的第一过程步骤与第二过程步骤是时间分辨的(time resolved),但是整体上跨多个腔室的第一和第二步骤可不是时间分辨的。例如,如果在故障期间无意地沿着布置11'的第一泵送线18从腔室14'抽空第二过程气流,则其将(在缺乏预减少模块26的情况下)与沿着布置11的第一泵送线18从腔室14抽空的第一过程气流潜在地灾难性混合。在这些情景中,两个不相容气流的浓度使得放大了灾难性事件。然而,在本布置中,预减少模块从第二过程气流中去除与第一过程气流的组分不相容的那些组分以避免此类混合。
在所示出的实施例中,第一预减少模块26包括处于碳酸钙 (CaCO3)形式的除氟剂(未示出)。
在使用中,将碳酸钙加热至例如约300℃。此后,在正常操作期间,常规沉积气体(诸如硅烷、氨气或氢气)通过碳酸钙而未进行反应,并且因此可以在其下游由第一主减少模块30(例如,DC等离子体设备)来最优地减少。
相比之下,在例如其中清洁过程流体(即氟气)被错误地引导至第一泵送线18中的故障操作期间,碳酸钙通过下面的反应来与氟进行反应:
CaCO3 + F2 = CaF2 + CO2 + O2
在所得到的副产物之中,氟化钙(CaF2)和二氧化碳(CO2)都不与可能在第一过程流中的常规沉积气体(例如硅烷、氨气及氢气)中的任一个进行反应。此外,倘若第一过程流中的氢气浓度是相对低的,则此类氢气将不与所得到的氧气(O2)副产物进行反应,并且倘若第一过程流中的硅烷浓度低于其自燃极限,则此类硅烷也不将与氧气副产物进行反应。
因此,碳酸钙用来中和第二过程流,使得所得到的副产物在第一泵送线18中在其下游遇到常规沉积气体的情况下极大地更不可能与该常规沉积气体进行反应。
在本发明的另一实施例(未示出)中,除氟剂可以是硅(Si),其在使用中再次被加热至约300℃。
类似地,在正常操作期间,常规沉积气体通过硅而没有进行反应,并且因此可在其下游由第一主减少模块30被最优地减少。
再次地,在故障操作期间,硅类似地通过以下反应来与氟进行反应:
Si + 2F2 = SiF4
所得到的副产物四氟化硅(SiF4)不与可能在第一过程流中的常规沉积气体中的任一个进行反应,并且有利地没有产生氧气,这意味着较高浓度的氢气和/或硅烷可以被包括在第一过程流中而没有发生不想要的反应的风险。
因此,硅类似地用来中和第二过程流,使得此后其在第一泵送线18中遇到常规沉积气体的情况下极大地更不可能与该常规沉积气体进行反应。
此外,在所示出的实施例中,第二预减少模块28包括处于氟化钴(III)(8CoF3)形式的氟化剂(未示出)。
在使用中,在正常操作期间,常规清洁气体(诸如氟)通过氟化钴(III)而没有进行反应,并且因此可以在其下游由第二主减少模块36(即湿式洗涤器)被最优地减少。
相比之下,在其中沉积气体(例如硅烷)被错误地引导至第二泵送线20中的故障操作期间,硅烷(SiH4)容易根据以下反应而被氟化:
3SiH4 + 8CoF3 = 3SiF4 + 12HF + 8Co。
没有任何所得到的副产物与第二过程流中的任何清洁气体(即氟)进行反应,并且因此氟化钴(III)用来中和第二过程流,使得所得到的副产物相对于此后在第二泵送线20中可能遇到的任何此类常规清洁气体是情性的。
可以通过随后将金属钴(Co)副产物暴露到如预期的那样在第二泵送线20中流动的氟而将其再氧化到氟化钴(III)。
氟化钴(III)的适合载体(其对氟不起反应)是氟化钙(CaF2)。可以例如通过在高温下使氟化氢(HF)在氮气(N2)中的稀释流在颗粒状石灰上方通过而根据以下反应来方便地制成颗粒状氟化钙:
CaO + 2HF = CaF2 + H2O。
此后,通过以下反应来描述到氟化钴(III)的方便途径:
2CoCl2 + 3F2 = 2CoF3 + 2Cl2
因此,可以通过利用例如氯化钴(II)(CoCl2)在乙醇(C2H5OH)中的溶液而喷涂或滚动来涂覆该载体。就此而言,氯化钴(II)容易地以544 g.l-1的浓度在乙醇中可溶解。
乙醇溶液的使用将允许氯化钴(II)在其转换到氟化钙之前被吸收到石灰上。
氟化氢(HF)将不会如下面的反应那样与处于气相的氯化钴(II)进行明显反应:
CoCl2 + 2HF = CoF2 + 2HCl。
然而,实际上,前述反应是否继续进行是无关紧要的,因为可以通过用氟加热来将氯化钴(II)和氟化钴(II)两者转换到氟化钴(III)。
在本发明的其他实施例(未示出)中,氟化剂可以是另一过渡金属氟化物,诸如氟化铁或四氟钴酸钾。

Claims (13)

1.一种用于在半导体制造组件中使用的泵送线布置,其包括:
腔室连接线,其流体地可连接到形成半导体制造工具的一部分的过程腔室,在所述过程腔室内执行至少两个过程步骤;以及
阀模块,其流体地连接到所述腔室连接线,所述阀模块将所述腔室连接线分成相应的第一和第二泵送线,所述第一泵送线旨在载送第一过程步骤排气流,并且所述第二泵送线旨在载送与所述第一过程步骤排气流不相容的第二过程步骤排气流,
所述第一泵送线或所述第二泵送线中的至少一个包括流体地连接在其内的预减少模块,所述预减少模块被配置成从旨在由其它泵送线载送的过程步骤排气流中去除一个或多个不相容的过程步骤排气组分,
进一步包括第一主减少模块和第二主减少模块,并且所述第一泵送线与被配置成使所述第一过程流减少的所述第一主减少模块流体地连接,并且所述第二泵送线与被配置成使所述第二过程流减少的所述第二主减少模块流体地连接。
2.根据权利要求1所述的泵送线布置,其中所述预减少模块或每个预减少模块流体地连接在紧接在所述阀模块下游的对应泵送线内。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的泵送线布置,其中所述第一泵送线包括流体地连接在其内的第一预减少模块,所述第一预减少模块被配置成从所述第二过程流中去除一个或多个不相容的过程步骤排气组分,并且其中所述第二泵送线包括流体地连接在其内的第二预减少模块,所述第二预减少模块被配置成从所述第一过程流中去除一个或多个不相容的过程步骤排气组分。
4.根据权利要求3所述的泵送线布置,其中所述第一泵送线定义了旨在载送沉积过程流的沉积泵送线,所述第二泵送线定义了旨在载送清洁过程流的清洁泵送线,并且其中所述第一预减少模块被配置成从所述清洁过程流中去除一个或多个不相容的过程步骤排气组分,并且所述第二预减少模块被配置成从所述沉积过程流中去除一个或多个不相容的过程步骤排气组分。
5.根据权利要求3所述的泵送线布置,其中所述第一预减少模块包括除氟剂。
6.根据权利要求5所述的泵送线布置,其中所述除氟剂是或者包括:
碳酸钙;和/或
硅。
7.根据权利要求3所述的泵送线布置,其中所述第二预减少模块包括氟化剂。
8.根据权利要求7所述的泵送线布置,其中所述氟化剂是或者包括:
过渡金属氟化物;和/或
四氟钴酸钾。
9.根据权利要求8所述的泵送线布置,其中所述过渡金属氟化物是或者包括:
氟化钴(III);和/或
氟化铁(氟化铁(III))。
10.一种包括根据前述权利要求中任一项所述的泵送线布置的真空泵送系统,其中所述主减少模块中的每一个定位在对应上游预减少模块的下游。
11.根据权利要求10所述的真空泵送系统,包括:
根据权利要求1至9中任一项所述的多个泵送线布置,其中所述腔室连接线流体地可连接到形成一个或多个半导体制造工具的一部分的相应过程腔室;
第一共同泵送线,其与所述第一主减少模块和所述泵送线布置的第一泵送线流体连接;以及
第二共同泵送线,其与所述第二主减少模块和所述泵送线布置的第二泵送线流体连接。
12.根据权利要求11所述的真空泵送系统,其中所述第一共同泵送线与第一真空泵送布置流体连接,并且所述第二共同泵送线与第二真空泵送布置流体连接。
13.一种包括半导体制造工具的半导体制造组件,所述半导体制造工具包括至少一个处理腔室,所述处理腔室具有根据前述权利要求中的任一个的与其流体地连接的泵送线布置。
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