CN116798910A - 控制半导体处理系统排放装置中的堆积的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种半导体处理系统包括室装置、连接到室装置的排放装置、支撑在排放装置内的堆积传感器以及处理器。处理器设置成与堆积传感器通信，并响应记录在非暂时性机器可读介质上的指令，以接收来自堆积传感器的堆积信号，该堆积信号指示设置在排放装置内的堆积量，接收预定堆积量值，并将该堆积量与预定堆积量值进行比较。这些指令还使处理器在接收到的堆积量大于预定堆积量值时执行堆积对策。还描述了控制半导体处理系统的排放装置和半导体处理系统的前级管道组件内的堆积的方法。

Description

控制半导体处理系统排放装置中的堆积的系统和方法
技术领域
本发明总体涉及制造半导体器件，更具体地说，涉及在制造半导体器件期间控制半导体处理系统的排放装置中的堆积。
背景技术
半导体器件比如集成电路、电力电子器件、显示器和太阳能器件通常通过在衬底上沉积材料层来制造。材料层沉积通常包括在反应室中支撑衬底，将反应室内的环境调节至适于在衬底上沉积材料层的环境，以及向反应室提供一种或多种前体。反应室使一种或多种前体流过衬底，使得期望的材料层沉积到衬底上，通常根据材料层沉积期间反应室内的环境条件，并且残余前体和/或反应产物此后(和/或同时)从反应室排出到排放装置。
在一些材料层沉积技术中，一部分残余前体和/或反应物可能在反应室和/或排放装置中堆积。如果没有对策，这种残余前体和/或反应产物堆积会在材料层沉积过程中改变反应室内的环境条件。例如，残余前体和/或反应产物在反应室的内表面上的堆积可以改变反应室内部内的热量，例如通过改变形成反应室的壁的透射率(或热导率)。残余前体和/或反应产物的堆积可改变反应室内部内的流动条件，例如通过减少反应室和/或排放装置内的流动面积。并且残余前体和/或反应产物的堆积可能会改变反应室和/或排放装置内的各种设备的操作，例如通过污染布置在反应室和/或排放装置内的传感器和/或流量控制设备，例如通过减少用于将反应室排出的残余前体和/或反应产物输送到外部环境的排放装置内的流量控制设备中的阀构件的行程。
存在各种对策来限制残余前体和/或反应产物对材料层沉积的影响。例如，可以定期向反应室和/或排放装置提供蚀刻剂，以去除残余前体和/或反应产物的堆积。反应室和/或排放装置可以定期拆卸，并且从拆卸的反应室和/或排放装置部件的内表面去除残余前体和/或反应产物的堆积。尽管通常对于其预期目的来说是令人满意的，但是蚀刻的功效在相对较冷的区域可能是有限的，并且伴随拆卸的停工期通常限制反应室的可用性(和产量)。
这种系统和方法对于它们的预期目的来说通常是令人满意的。然而，在本领域中仍需要改进的排放装置、半导体处理系统以及控制半导体处理系统的排放装置中的堆积的方法。本公开提供了对这种需求的解决方案。
发明内容
一种半导体处理系统包括室装置、连接到室装置的排放装置、支撑在排放装置内的堆积传感器以及处理器。处理器设置成与堆积传感器通信，并响应记录在非暂时性机器可读介质上的指令，以接收来自堆积传感器的堆积信号，该堆积信号指示设置在排放装置内的堆积量，接收预定堆积量值，并将该堆积量与预定堆积量值进行比较。这些指令还使得处理器在接收到的堆积量大于预定堆积量值时执行堆积对策。除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代，可以包括进一步示例。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，半导体处理系统的其他示例可以包括，堆积传感器包括石英晶体微量天平(QCM)结构。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，半导体处理系统的其他示例可以包括，排放装置包括连接到室装置的前级管道组件，并且QCM结构支撑在前级管道组件内。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，半导体处理系统的其他示例可以包括，在QCM结构上设置堆积量。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，半导体处理系统的其他示例可以包括，排放装置包括连接到室装置的排放导管，其中堆积传感器支撑在排放导管内。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，半导体处理系统的其他示例可以包括将排放导管连接到室装置的隔离阀，该隔离阀将堆积传感器与室装置分开。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，半导体处理系统的其他示例可以包括沿着排放导管布置的压力控制阀，该压力控制阀位于堆积传感器和室装置之间。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，半导体处理系统的其他示例可以包括，排放导管具有蚀刻剂端口。压力控制阀可以在堆积传感器和蚀刻剂端口之间。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，半导体处理系统的其他示例可以包括连接到蚀刻剂端口的蚀刻剂导管和连接到蚀刻剂导管并绕过室装置的蚀刻剂源，提供给排放导管的蚀刻剂绕过室装置。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，半导体处理系统的其他示例可以包括连接到排放导管的维护阀，并且堆积传感器支撑在维护阀和室装置之间的排放导管内。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，半导体处理系统的其他示例可以包括，蚀刻剂源包括氯气(Cl2)。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，半导体处理系统的其他示例可以包括连接到室装置的排放导管，堆积传感器支撑在排放导管内；连接到排放导管的蚀刻剂导管；以及连接到蚀刻剂导管的蚀刻剂源，蚀刻剂导管绕过室装置。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，半导体处理系统的其他示例可以包括连接到蚀刻剂导管的还原剂导管、沿着还原剂导管布置的还原剂供应阀以及沿着蚀刻剂导管布置的蚀刻剂供应阀。还原剂导管可以连接到蚀刻剂供应阀和排放导管之间的蚀刻剂导管，以将还原剂引入到由蚀刻剂导管内的蚀刻剂源提供的蚀刻剂中。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，半导体处理系统的其他示例可以包括，蚀刻剂供应阀和还原剂供应阀可操作地与处理器相关，以使用通过用蚀刻剂导管内的还原剂还原蚀刻剂而产生的热量来加热排放导管。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，半导体处理系统的其他示例可以包括，蚀刻剂源包括氯气(Cl2)，还原剂源包括氢气(H2)。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，半导体处理系统的其他示例可以包括前体输送装置。前体输送装置可以包括连接到室装置并通过其到达排放装置的含硅前体源、通过蚀刻剂导管连接到排放装置的蚀刻剂源，蚀刻剂导管绕过室装置，使得提供给排放装置的蚀刻剂不穿过室装置，以及还原剂源，其连接到蚀刻剂导管，使得提供给排放装置的还原剂不穿过室装置。
除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代，半导体处理系统的其他示例可以包括，由处理器执行的对策包括将排放装置与室装置流体分离，将排放装置流体联接到蚀刻剂源，将排放装置流体联接到还原剂源，以及使用由还原剂源提供的还原剂和由蚀刻剂源提供的蚀刻剂加热排放装置。
除了上述的一个或多个特征之外，或者作为替代，半导体处理系统的其他示例可以包括，室装置包括被支撑以在室主体内旋转的基座，室主体配置为使材料层前体流过安置在基座上的衬底。
提供了一种堆积控制方法。该方法包括：在如上所述的半导体处理系统中，在处理器处接收来自堆积传感器的指示设置在排放装置内的堆积量的堆积信号；在处理器处接收预定堆积量值；用处理器将接收到的堆积量与预定堆积量值进行比较；并且当接收到的堆积量大于预定堆积量值时，用处理器执行堆积对策。对策包括以下中的至少一项：(a)向可操作地与处理器相关的用户接口提供用户输出，(b)将排放装置与室装置流体分离，(c)向排放装置提供蚀刻剂，以及(d)向排放装置提供还原剂以加热排放装置。
提供了一种用于半导体处理系统的前级管道组件。前级管道组件包括：排放导管；沿着排放导管布置的隔离阀和维护阀，其配置为将半导体处理系统流体联接到排放泵；以及隔离阀和维护阀之间的压力控制阀，其配置为控制半导体处理系统的室装置内的压力。堆积传感器布置在压力控制阀和维护阀之间的排放导管内，以提供指示排放导管内的堆积量的堆积信号；并且蚀刻剂端口沿着排放导管限定在隔离阀和压力控制阀之间，以使用利用堆积信号的蚀刻剂从排放导管内去除堆积。
提供本发明内容是为了以简化的形式介绍一些概念。这些概念在以下公开内容的示例的详细描述中被进一步详细描述。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。
附图说明
下面参照某些实施例的附图描述这里公开的本发明的这些及其他特征、方面和优点，这些实施例旨在说明而不是限制本发明。
图1是根据本公开的包括具有堆积传感器的排放装置的半导体处理系统的示意图，示出了设置在排放装置内的堆积；
图2是根据示例的图1的半导体处理系统的示意图，示出了连接到室装置的前体输送装置和设置成与堆积传感器通信的控制器；
图3是根据示例的图1的半导体处理系统的示意图，示出了材料层沉积到支撑在室装置内的衬底上；
图4是根据示例的图1的半导体处理系统的示意图，示出了压力控制阀和隔离阀，其将堆积传感器流体联接到室装置；
图5是根据本发明构造的另一半导体处理系统的示意图，示出了直接连接到排放装置的蚀刻剂源，以向排放装置提供蚀刻剂，而不使蚀刻剂流过室装置；
图6和7是根据本公开的另一示例的图5的半导体处理系统的示意图，示出了当堆积传感器指示设置在排放装置内的堆积超过预定堆积厚度时，蚀刻剂通过蚀刻剂导管被直接提供给排放装置；
图8是根据本公开构造的另一半导体处理系统的示意图，示出了通过公共蚀刻剂导管直接连接到排放装置的蚀刻剂源和还原剂源；
图9-11是图8的半导体处理系统的示意图，示出了当堆积传感器指示设置在排放装置内的堆积超过预定堆积厚度时，由蚀刻剂导管向排放装置提供蚀刻剂和还原剂；以及
图12是控制半导体处理系统的排放装置内的堆积的方法的过程流程图，示出了根据该方法的说明性和非限制性示例的该方法的操作。
应当理解，附图中的元件是为了简单和清楚而示出的，并不一定是按比例绘制的。例如，图中一些元件的相对尺寸可能相对于其他元件被夸大，以帮助提高对本公开的所示实施例的理解。
具体实施方式
现在将参考附图，其中相同的附图标记表示本主题公开的相似的结构特征或方面。出于解释和说明而非限制的目的，图1中示出了根据本发明的半导体处理系统的示例的局部视图，该半导体处理系统具有带有堆积传感器的排放装置，并且通常由附图标记100表示。在图2-12中提供了根据本公开的半导体处理系统和控制半导体处理系统的排放装置中的堆积的方法的其他示例或其方面，如将描述。本公开的系统和方法可以用于控制用于将材料层沉积到衬底上的半导体处理系统的堆积排放装置，例如使用化学气相沉积(CVD)技术沉积的外延材料层，尽管本公开通常不限于任何特定的沉积技术或用于材料层沉积的半导体处理系统。
参考图1，示出了半导体处理系统100。半导体处理系统100包括前体输送装置102、室装置104、排放装置106和控制器108。前体输送装置102连接到室装置104，并配置为向室装置104提供材料层前体10。室装置104配置为使材料层前体10流过衬底，以将材料层沉积到衬底上，例如将材料层12(图3中所示)沉积到包括半导体晶片的衬底14(图3中所示)上，并将残余前体和/或反应产物16排放到排放装置106。排放装置106又流体联接到半导体处理系统100外部的外部环境18，流体联接到室装置104，并配置为将残余前体和/或反应产物16传送到外部环境18。
如本文所用，术语“衬底”可以指可以使用的或者可以在其上形成器件、电路或膜的任何一种或多种底层材料。“衬底”可以是连续的或非连续的；刚性的或柔性的；实心的或多孔的。衬底可以是任何形式，例如粉末、板或工件。板状衬底可以包括各种形状和尺寸的晶片。作为非限制性示例，衬底可以由诸如硅、硅锗、氧化硅、砷化镓、氮化镓和碳化硅的材料制成。连续衬底可以延伸到发生沉积过程的处理室的边界之外，并且可以移动通过处理室，使得该过程继续，直到到达衬底的末端。连续衬底可以由连续衬底进给系统提供，该系统允许以任何合适的形式制造和输出连续衬底。
如已经解释，在一些半导体处理系统中，残余前体和/或反应产物可能在半导体处理系统的排放装置内形成堆积，潜在地降低这种半导体处理系统的可靠性和/或影响使用这种半导体处理系统沉积在衬底上的材料层质量。例如，排放装置内的残余前体和/或反应产物堆积会限制通过排放装置的流动，影响室装置内的环境，并给沉积到室装置中的衬底上的材料层带来变化。排放装置的残余前体和/或反应产物堆积会改变排放装置中的流量控制装置的操作，还会影响室装置内的环境，并给沉积到室装置中的衬底上的材料层带来变化。为了限制(或防止)排放装置106内的残余前体和/或反应产物堆积(例如堆积20)的发展，半导体处理系统100包括堆积传感器110。
堆积传感器110支撑在排放装置106内，并且配置成提供堆积信号22，其包括指示设置在排放装置106内的残余前体和/或反应产物量的信息。可以预期，例如经由有线或无线链路112，堆积传感器110设置成与控制器108通信，并且堆积传感器110经由有线或无线链路112向控制器108提供堆积信号22。控制器108又配置成当堆积信号指示堆积20超过预定量比如预定厚度时执行一个或多个对策。例如，当堆积信号22指示堆积20超过预定堆积量值时，控制器108可以向用户接口116(图2中所示)提供用户输出32(图2中所示)。在某些示例中，当堆积信号22指示堆积20超过预定堆积量值时，控制器108可以使蚀刻剂例如蚀刻剂24(图5中所示)被提供给排放装置106以去除堆积20。根据某些示例，控制器108可通过与还原剂34对蚀刻剂24的还原相关的能量来加热排放装置(图8中所示),并且此后当堆积信号22指示堆积20超过预定堆积量值时，通过氧化还原产物36(图8中所示)而被去除。鉴于本公开，本领域技术人员将理解，这些对策是说明性的，并且可以使用堆积信号22采取其他对策，并且这些对策仍在本公开的范围内。
参照图2，示出了根据本公开的示例的前体输送装置102。如图2所示，前体输送装置102包括第一前体源118、第二前体源120和吹扫/载气源122。前体输送装置102还包括第一前体供应阀124、第二前体供应阀126和吹扫/载体供应阀128。尽管在图2中示出了特定布置，但应当理解和明白，前体输送装置102可以包括所示的其他元件和/或省略元件，并且仍在本公开的范围内。
第一前体源118包括含硅前体26，并连接到第一前体供应阀124。第一前体供应阀124又连接到室装置104，将第一前体源118流体联接到室装置104，并配置为向室装置104提供含硅前体26流。在某些示例中，含硅前体26可以包括硅烷(SiH4)。根据某些示例，含硅前体26可以包括二氯硅烷(H2SiCl2)或三氯硅烷(HCl3Si)。还可以设想，根据某些示例，第一前体源118可以通过通风导管和第一前体通风阀连接到排放装置106，含硅前体26通过第一前体通风阀和通风导管流向排放装置106并绕过室装置104。
第二前体源120包括含掺杂剂前体28，并连接到第二前体供应阀126。第二前体供应阀126又连接到室装置104，将第二前体源120流体联接到室装置104，并配置为向室装置104提供含掺杂剂前体28流。在某些示例中，含掺杂剂前体28可以包括锗，例如作为非限制性示例的锗烷(GeH4)。根据某些示例，含掺杂剂前体28可以包括n型掺杂剂或p型掺杂剂。合适的n型和P型掺杂剂的示例包括含有砷(As)、硼(B)和磷(P)的掺杂剂。可以预期，第二前体源120可以通过通风导管和第二前体通风阀连接到排放装置106，含掺杂剂前体28通过第二前体通风阀和通风导管流向排放装置106并绕过室装置104。
吹扫/载气源122包括吹扫/载气30，并连接到吹扫/载气供应阀128。吹扫/载气供应阀128又连接到室装置104，将吹扫/载气供应阀128流体联接到室装置104，并配置为向室装置104提供吹扫/载气30流。在某些示例中，吹扫/载气30可包括惰性气体(或由或基本由其构成)，例如氮气(N2)或氩气(Ar)。根据某些示例，吹扫/载气30可包括氢气(H2)。可以设想，吹扫/载气源122可以通过通风导管和吹扫/载气通风阀连接到排放装置106，吹扫/载气30通过吹扫/载气通风阀和通风导管流向排放装置106并绕过室装置104。
同样如图2所示，控制器108可以包括存储器114、用户接口116、设备接口130和处理器132。设备接口130将控制器108连接到有线或无线链路112，并提供堆积传感器110和处理器132之间的通信。处理器132又可操作地连接到用户接口116，并布置成与存储器114通信。存储器114包括其上记录有多个程序模块134的非暂时性机器可读介质，当被处理器132读取时，程序模块134使处理器132执行某些操作。如将要描述，这些操作中有堆积控制方法400(图12所示)的操作。尽管控制器108的特定架构在图2中示出并在本文中描述，但应当理解和明白，在本公开的示例中，控制器108可以具有其他架构，例如分布式计算架构，并且仍在本公开的范围内。
参考图3，示出了根据示例的室装置104。在所示的示例中，室装置104包括注入凸缘136、室主体138和排出凸缘140。室装置104还包括上部灯阵列142、下部灯阵列144和分隔器146。室装置104还包括基座148、基座支撑件150、轴152和驱动模块154。尽管在此示出和描述为单衬底横流室布置，但应当理解和明白，在其他示例中的室装置104比如小型批量和批量装置仍在本公开的范围内。
室主体138由透射材料156形成，具有注入端158和纵向相对的排出端160，并配置为在材料层12沉积到衬底14上的过程中使材料层前体10流过衬底14。在某些示例中，透射材料156可以是陶瓷材料，例如石英。根据某些示例，室主体138可以具有多个外部肋，这些外部肋围绕室主体138横向延伸，并且在室主体138的注入端158和排出端160之间彼此纵向隔开。还可以设想，室主体138可以没有外部肋。
注入凸缘136连接到室主体138的注入端158，将前体输送装置102流体联接到室主体138的内部162，并配置为通过闸阀166为衬底操纵机器人164提供到室主体138的内部162的入口。排放凸缘140连接到室主体138的排放端160，将室主体138的内部162流体联接到排放装置106，并配置为将由室主体104发出的残余前体和/或反应产物16传送到排放装置106。在某些示例中，排放凸缘140可以如2020年4月7日授权给Sreeram等人的美国专利第10612136号中所示和所述，其内容通过引用整体结合于此。
上部灯阵列142支撑在室主体138上方(相对于重力)，包括多个线性灯，并且通过形成室主体138的上壁的透射材料156辐射耦合到室主体138的内部162。下部灯阵列144类似于上部灯阵列142，另外支撑在室主体138下方，并且通过形成室主体138的下壁的透射材料156辐射耦合到室主体138的内部162。可以设想，上部灯阵列142和下部灯阵列144配置成使用由包括在上部灯阵列142和下部灯阵列144中的多个线性灯发射的电磁辐射(例如红外波段的电磁辐射)来辐射加热衬底14。在某些示例中，上部灯阵列142可以在室主体138的注入端158和排出端160之间纵向延伸。根据某些示例，下部灯阵列144可以在室主体138下方横向延伸。还可以设想，包括在下部灯阵列144中的线性灯可以相对于包括在上部灯阵列142中的线性灯成角度，例如正交。
分隔器146位于室主体138的内部162内，将室主体138的内部162分成上室168和下室170，并具有贯穿其中的孔172。孔172将室主体138的上室168流体联接到下室170，并围绕旋转轴线174延伸。在某些示例中，分隔器146可以由不透明材料176形成，该不透明材料对于由上部灯阵列142和下部灯阵列144发射的电磁辐射是不透明的。合适的不透明材料的示例包括碳化硅涂覆的石墨。
基座148布置在孔172内，被支撑以绕旋转轴线174旋转，并且相对于基座支撑件150旋转固定。基座支撑件150沿着旋转轴线174布置，将基座148联接到轴152，并且相对于轴152旋转固定。轴152沿着旋转轴线174延伸并穿过室主体138的下壁，并将驱动模块154联接至基座148。驱动模块154可操作地与轴152相关，并且穿过基座支撑件150和基座148，并且配置为围绕旋转轴线174旋转R基座148。在某些示例中，基座148可以由不透明材料176形成。根据某些示例，基座支撑件150和轴152中的任一个或两个可以由形成室主体138的透射材料156形成。
参考图4，示出了根据示例的排放装置106。在所示的示例中，排放装置106包括排放导管178、隔离阀180和压力控制阀182。排放装置106还包括维护阀184、排放泵186和堆积传感器110。在某些示例中，排放导管178、压力控制阀182和堆积传感器110可以布置为前级管道组件188，这允许将排放装置106的元件与室装置104封装在一起，并限制半导体处理系统100的占地面积。尽管示出和描述为具有某些元件，但应当理解和明白，排放装置106在其他示例中可以具有不同的装置，并且仍在本发明的范围内。
排放导管178将排放泵186流体联接到室装置104，并配置为将由室主体104发出的残余前体和/或反应产物16传送至排放泵186。排放泵186又将排放导管178流体联接到半导体处理系统100之外的外部环境18，并配置为将由室装置104释放的残余前体和反应产物16传送到外部环境18。在某些示例中，排放泵186可以包括真空泵。
隔离阀180将排放导管178连接到室装置104，并配置为在排放导管178和室装置106之间提供选择性流体连通。在这方面，可以设想，隔离阀180具有支撑在其中的阀构件，其具有打开位置和关闭位置，在打开位置，隔离阀180将排放导管178流体联接到室装置104，在关闭位置，隔离阀180将排放导管178与室装置104流体分离。在某些示例中，隔离阀180可包括手动致动器，用于隔离阀180内的阀构件在打开位置和关闭位置之间的手动移动。根据某些示例，隔离阀180可包括电致动器，例如螺线管，用于隔离阀180内的阀构件在打开位置和关闭位置之间的移动。在这样的示例中，隔离阀180可以可操作地与控制器108相关，用于打开和关闭隔离阀180。鉴于本公开，本领域技术人员还将理解，隔离阀180的关闭有助于维修排放导管178和/或压力控制阀182。
维护阀184将排放导管178连接到排放泵186，并且配置为在排放导管178和排放泵186之间提供选择性流体连通。在这方面，可以设想，维护阀184具有打开位置和关闭位置，在打开位置，维护阀184将排放导管178流体联接到排放泵186，在关闭位置，维护阀184将排放导管178与排放泵186分开。在某些示例中，维护阀184可以包括手动致动器，用于在打开位置和关闭位置之间手动移动可在维护阀184内移动的阀构件。根据某些示例，维护阀184可以包括电致动器，例如螺线管，用于阀构件在打开位置和关闭位置之间的移动。在这样的示例中，维护阀184可以可操作地与控制器108相关，用于打开和关闭维护阀184。鉴于本公开，本领域技术人员还将理解，维护阀184的关闭也有利于排放导管178和/或压力控制阀182的维修。
压力控制阀182沿着隔离阀180和维护阀184之间的排放导管178布置，相对于室装置104和排放泵186之间的总体流动方向在隔离阀180的流体下游，并且配置为控制室装置104内的压力。在某些示例中，压力控制阀182可以包括支撑在其中的节流构件，用于调节室装置104和排放泵186之间的有效流动面积。根据某些示例，压力控制阀182可以包括电致动器，例如螺线管或伺服致动器，并且可以可操作地与控制器108相关。室装置104内的压力控制可以例如通过存储器中保存的节流构件位置表和从室装置104内获取的压力测量值的协作来实现。鉴于本公开，本领域技术人员将理解，压力控制阀操作的其他模式是可能的，并且仍在本公开的范围内。
堆积传感器110支撑在排放装置106内，以向控制器108提供堆积信号22。更具体地，堆积传感器110支撑在隔离阀180和维护阀184之间的排放导管178内，以向控制器108提供堆积信号22。具体而言，堆积传感器110支撑在压力控制阀182和维护阀184之间的排放导管178内，以向控制器108提供堆积信号22。可以设想，堆积信号22包括指示设置在排放装置106内的堆积量的信息。在某些示例中，堆积信号22可指示直接设置在堆积传感器110上的堆积量。根据某些示例，堆积信号22可指示设置在排放装置106内的另一位置处的堆积量，例如在压力控制阀182内。例如，这可以通过将电压偏移应用于对应于堆积传感器110的位置和压力控制阀182之间的温度或流量差的堆积传感器110的输出来实现。
在某些示例中，堆积传感器110可以包括石英晶体微量天平(QCM)结构190。QCM结构190可支撑在排放导管178内，例如在支架构件上的内表面上或居中定位在排放导管178的流动区域内，使得QCM结构190暴露于排放导管178内的其他结构所经历的相同的排气流条件。还可以设想，QCM结构190可以通过端口和/或分接头构件与排放导管178连通，有助于QCM结构190的维护。有利地，QCM结构190的使用提供了检测在QCM结构190的位置和/或直接地，至少部分地在QCM结构190本身上的相对少量堆积的积聚的能力。检测相对少量堆积的能力又允许堆积传感器110定位在堆积积聚相对较慢的位置，例如在端口或接头处连接到排放导管178的死胡同导管(或分接头)内，并且检测到的积聚与排放装置106内经历更快速的堆积积聚的位置处的积聚相关。鉴于本公开，本领域技术人员将理解，这可以延长堆积传感器110的预期使用寿命。合适的QCM结构的示例包括750-7000-GXX传感器，可从瑞士BadRagaz的INFICON公司获得。
参考图5，示出了半导体处理系统200。半导体处理系统200类似于半导体处理系统100(如图1所示),并且还包括蚀刻剂源202、蚀刻剂供应阀204和蚀刻剂供应导管206。蚀刻剂源202包括蚀刻剂24，连接到蚀刻剂供应阀204，并配置为向排放装置106提供蚀刻剂24流。在某些示例中，蚀刻剂24可以包括卤化物，例如氯。根据某些示例，蚀刻剂24可以包括氯气(Cl2)(例如由或基本由其构成)。鉴于本公开，本领域技术人员将理解，蚀刻剂24可以包括另一种蚀刻剂(或多种蚀刻剂),并且仍在本公开的范围内。
蚀刻剂供应阀204连接到蚀刻剂源202，并配置为在蚀刻剂源202和排放装置106之间提供选择性流体连通。在这方面，完成了蚀刻剂供应阀204包括被支撑用于在关闭位置和打开位置之间在蚀刻剂供应阀204内移动的阀构件，在关闭位置，蚀刻剂供应阀204将蚀刻剂源202与排放装置106流体分离，在打开位置，蚀刻剂供应阀204将蚀刻剂源202流体联接到排放装置106。
在某些示例中，蚀刻剂供应阀204可以具有手动致动器，以在打开位置和关闭位置之间移动蚀刻剂供应阀204内的阀构件。根据某些示例，蚀刻剂供应阀204可以具有电动或气动致动器，以在打开位置和关闭位置之间移动蚀刻剂供应阀204内的阀构件。在这样的示例中，蚀刻剂供应阀204可以可操作地与控制器108相关，这允许控制器108根据由堆积传感器110通过堆积信号22指示的堆积量选择性地向排放装置106提供蚀刻剂。
可以设想，蚀刻剂供应阀204通过蚀刻剂供应导管206流体联接到排放装置106，当蚀刻剂供应阀204内的阀构件处于打开位置时，蚀刻剂供应导管206使蚀刻剂24流向排放装置106。可以设想，蚀刻剂供应导管206绕过室装置106，由蚀刻剂源202提供的蚀刻剂24由此到达排出装置106，而不穿过室装置106。鉴于本公开，本领域技术人员将理解，在穿过室装置104内将蚀刻剂24流动到排放装置106限制蚀刻剂24可能对室装置106内的部件产生的影响，当从排放装置106内去除堆积材料时，通过避免室装置104内不必要的蚀刻，提高了室部件寿命。
在某些示例中，蚀刻剂供应导管206可以连接到蚀刻剂端口208，其沿着排放导管178布置并且位于隔离阀180和压力控制阀182之间。鉴于本公开，本领域技术人员将理解，如此定位，蚀刻剂24可以在压力控制阀182上游的位置处被引入到排放导管178中。这有助于原位去除堆积，即无需拆卸排放装置106，因为蚀刻剂可因此在经由洗涤器或其他消除装置传送到外部环境18之前，由排放泵186抽吸穿过压力控制阀182且之后穿过堆积传感器110。鉴于本公开，本领域技术人员还将理解，蚀刻剂端口208可位于沿着排放导管178的其他位置，例如在堆积传感器110和压力控制阀182之间或者在堆积传感器110和维护阀184之间，并且仍在本公开的范围内。
参照图6和7，示出了排放装置106内的堆积控制。如图6所示，当堆积信号22中指示的设置在排放装置106内的堆积量低于预定堆积量值时，不采取行动。在这方面，隔离阀180和维护阀184保持打开，压力控制阀182节流通过排放导管178的流动，以保持室装置106内的预定材料层沉积压力，并且蚀刻剂供应阀204保持关闭，使得没有蚀刻剂从蚀刻剂源202流到排放装置106。鉴于本公开，本领域技术人员将理解，室装置106可以用于将材料层沉积到衬底上，例如将材料层12(图3中所示)沉积到衬底14(图2中所示)上，而不中断。可以设想，排放装置106将残余前体和/或反应产物16传送到外部环境18，同时堆积信号22指示与流经排放装置106的残余前体和/或反应产物16相关的积聚堆积保持低于预定堆积量值。
如图7所示，当由堆积传感器110提供的堆积信号22超过预定堆积量值时，控制器108可执行对策。例如，控制器108可通过用户接口116(如图2所示)向用户提供用户输出，例如用户输出32(如图2所示)，用户此后通过打开蚀刻剂供应阀204并使蚀刻剂24流向排放装置106来从排放导管178内去除堆积的材料。鉴于本公开，本领域技术人员将理解，提供用户输出允许用户在堆积达到材料层沉积在室装置106内的尺寸之前解决排放装置106内的堆积形成。鉴于本公开，本领域技术人员还将理解，提供用户输出还允许用户限制对半导体处理系统200的操作的影响，例如通过在将蚀刻剂24提供给排放装置106之前完成材料层在衬底上的沉积，然后在室装置106内进行处理。
在某些示例中，由控制器108执行的对策可以包括在向排放装置106提供蚀刻剂24之前关闭隔离阀180。在将蚀刻剂24提供给排放装置106之前关闭隔离阀180将排放装置106的室装置106流体隔离，从而防止蚀刻剂24影响室装置106内的处理条件，否则会因蚀刻剂从排放导管178回流到室装置106中而发生这种情况。鉴于本公开，本领域技术人员将理解，限制(或防止)室装置106内的处理条件的改变减少半导体处理系统200与从排放装置106内去除堆积相关的停机时间，提高了半导体处理系统200的可用性。
根据某些示例，由堆积传感器110提供的堆积信号22可用于从排放装置106去除堆积期间的终点检测。在这方面，可以设想，在将蚀刻剂24提供到排放导管106期间，当堆积信号22指示排放装置106内的堆积量下降到预定堆积量值以下时，控制器108关闭蚀刻剂供应阀204。有利地，采用用于终点检测的堆积传感器110允许来自排放装置106内的堆积被原位去除，而不需要拆卸排放装置106来对内表面进行视觉检查。鉴于本公开，本领域技术人员将理解，这限制(或完全消除)潜在的危险，否则这些危险可能与在清洁之后将维护者暴露于位于排放装置106内的残余堆积相关，例如盐酸(其在暴露于环境压力下时可从内表面吸附)和砷，作为非限制性示例。
参考图8，示出了半导体处理系统300。半导体处理系统300类似于半导体处理系统100(在图1中示出),并且另外还配置成在内部加热排放装置106，以便于从排放装置106内去除堆积。在这方面，半导体处理系统300包括蚀刻剂源302和还原剂源304。半导体处理系统300还包括蚀刻剂供应阀306、蚀刻剂供应导管308和还原剂三通管310。半导体处理系统300还包括还原剂供应阀312、还原剂供应导管314和还原氧化(氧化还原)产物/蚀刻剂导管316。鉴于本公开，本领域技术人员将理解，半导体处理系统300可以包括附加特征和/或在其他示例中省略示出的特征，并且仍在本公开的范围内。
蚀刻剂源302包括蚀刻剂24，并连接到蚀刻剂供应阀306。蚀刻剂供应阀306又连接到蚀刻剂供应导管308，并穿过其通过还原剂三通管310和氧化还原产物/蚀刻剂导管316到达排放装置106，并配置为提供蚀刻剂24，用于在还原剂三通管310处与还原剂34混合。在某些示例中，蚀刻剂供应阀306可以包括手动致动器。根据某些示例，蚀刻剂供应阀306可包括电致动器，例如螺线管或通过并入质量流量控制器(MFC)装置中。可以设想，蚀刻剂供应阀306可操作地与控制器108相关，例如通过有线或无线链路112，用于与还原剂供应阀312和/或隔离阀180协作。
还原剂源304包括还原剂34，并连接到还原剂供应阀312。还原剂供应阀312又连接到还原剂供应导管314，并且穿过其通过还原剂三通管310和氧化还原产物/蚀刻剂导管316到达排放装置106，并且配置为向还原剂三通管310提供还原剂34。可以设想，还原剂34在还原剂三通管310处与蚀刻剂24混合，并且混合的还原剂34和蚀刻剂24在氧化还原产物/蚀刻剂导管316内经历还原氧化(氧化还原)反应，以形成还原产物36。还可以设想，氧化还原反应是放热的，并且还原产物由此利用氧化还原反应产生的热量H(如图11所示)加热排放装置106。在某些示例中，选择还原剂34的持续时间和/或质量流量，使得排放装置106的加热升高排放装置106内的堆积的温度，在此处堆积可被蚀刻剂24快速蚀刻。根据某些示例，还原剂供应阀312可包括手动致动器或电动致动器，例如螺线管或MFC装置，并且还原剂供应阀312可操作地与控制器108相关。合适的还原剂的示例包括氢气(H2),尽管也可以采用其他还原剂，并且仍在本发明的范围内。
参照图9-12，示出了当堆积信号22指示排放装置内的堆积小于预定堆积量值时以及当堆积信号22指示排放装置106内的堆积大于预定堆积量值时的半导体处理系统300。如图9所示，当由堆积传感器110提供的堆积信号22指示排放装置106内的堆积低于预定堆积量值时，材料层沉积可继续而不中断。在这方面，可以设想，蚀刻剂供应阀306保持在关闭位置322，还原剂供应阀312保持在关闭位置324，并且隔离阀180和维护阀184将排放泵106流体联接到室装置104。鉴于本公开，本领域技术人员将理解，将排放泵186流体联接到室装置104允许压力控制阀182在室装置104内保持预定材料层沉积压力。
如图10所示，当由堆积传感器110提供的堆积信号22指示排放装置106内的堆积大于预定堆积量值时，室装置104内的材料层沉积可被中断，例如在室装置104内支撑的衬底上的材料层沉积完成时，或者当通过半导体处理系统300的衬底调度以其他方式允许时。通过关闭隔离阀180，打开蚀刻剂供应阀306，并进一步打开还原剂供应阀312来完成堆积去除。鉴于本公开，本领域技术人员将理解，隔离阀180的关闭将室装置104与排放装置106流体分离。鉴于本公开，本领域技术人员还将理解，打开蚀刻剂供应阀306使得蚀刻剂源302将蚀刻剂24流向蚀刻剂供应导管308，并且打开还原剂供应阀312使得还原剂源304将还原剂34流向还原剂供应导管314。可用于设想，蚀刻剂24和还原剂34在还原剂三通管310处相互混合，其中发生还原氧化(氧化还原)反应以产生氧化还原产物36，氧化还原产物/蚀刻剂导管316将氧化还原产物36提供给排放装置106。
在某些示例中，蚀刻剂24可以包括氯气(Cl2)(例如由或基本由其构成)。根据某些示例，还原剂34可包括氢气(H2)(例如由或基本由其构成)。还可以设想，根据某些示例，蚀刻剂24可以包括氯气(Cl2),还原剂可以包括氢气(H2),在这些示例中的还原产物36是盐酸(HCl)。鉴于本公开，本领域技术人员将理解，采用氯气(Cl2)和氢气(H2)限制由于氧化还原反应产生的热量而需要产生盐酸(HCl)的时间间隔的持续时间，从而允许相对快速地完成加热。鉴于本公开，本领域技术人员还将理解，可以使用其他蚀刻剂和/或还原剂，并且仍在本公开的范围内。
如图11所示，此后关闭还原剂供给阀312。还原剂供应阀312的关闭停止还原剂36流向还原剂三通管310，使得氧化还原产物/蚀刻剂导管316此后仅向排放装置106提供蚀刻剂24。有利地，由于氧化还原产物36对排放装置106的加热(如图10所示)，蚀刻剂24从排放装置106内去除堆积材料的速率可能相对较高。此外，在氧化还原产物36本身是蚀刻剂(例如盐酸)的示例中，氧化还原产物36可以使排放装置106内的堆积材料的暴露表面变粗糙，进一步增加蚀刻剂24从排放装置106内去除堆积材料的速率。在某些示例中，由堆积传感器110提供的堆积信号22可提供终点检测，控制器108通过将由堆积信号22指示的堆积材料量与预定堆积材料值进行比较来确定何时停止向排放装置106提供蚀刻剂24。
参照图12，示出了控制半导体处理系统的排放装置(例如半导体处理系统100(图1所示)的排放装置106(图1所示))内的堆积的方法400。方法400包括接收堆积信号，例如堆积信号22(在图1中示出)和预定堆积值，如框410和框420所示。方法400还包括将接收的堆积量与接收的堆积值进行比较，如框430所示。当接收的堆积量小于预定堆积值时，堆积监测继续，如框440和箭头442所示。当接收的堆积值大于预定堆积值时，执行堆积对策，如箭头444和框450所示。
在某些示例中，对策包括向用户接口提供用户输出，如框452所示。根据某些示例，对策可以包括将排放装置与室装置(例如室装置104(图1中所示))流体分离，如框454所示。在进一步示例中，对策可以包括向室装置提供蚀刻剂，例如蚀刻剂24(如图5所示)，如框456所示。还可以设想，根据某些示例，对策可以包括向室装置提供蚀刻剂和还原剂，例如还原剂34(如图8所示)，以加热室装置，如框458所示。如箭头460所示，一旦堆积信号指示蚀刻剂已经从排放装置内去除足够的堆积，使得堆积信号中指示的堆积量小于预定堆积值，就可以停止向排放装置提供蚀刻剂。
显而易见的是，在不脱离本发明的更广泛的精神和范围的情况下，可以对其进行各种修改和改变。因此，说明书和附图被认为是说明性的，而不是限制性的。实际上，应当理解，本公开的系统和方法每个都具有多个创新方面，其中没有一个单独负责或要求本文公开的期望属性。上述各种特征和过程可以彼此独立地使用，或者可以各种方式组合。所有可能的组合和子组合都旨在落入本公开的范围内。
本说明书中在独立实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中单独或以任何合适的子组合来实现。此外，尽管特征可能在上面被描述为在某些组合中起作用，并且甚至最初被如此要求保护，但是来自所要求保护的组合的一个或多个特征在一些情况下可以从该组合中被删除，并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变体。没有一个特征或一组特征对于每个实施例是必要的或不可或缺的。
应当理解，这里使用的条件语言，例如“可以”、“可能”、“会”、“例如”等，除非特别声明，或者在使用的上下文中理解，通常意在传达某些实施例包括而其他实施例不包括某些特征、元件和/或步骤。因此，这种条件语言通常不旨在暗示一个或多个实施例以任何方式需要特征、元素和/或步骤，或者一个或多个实施例必须包括用于在有或没有作者输入或提示的情况下决定这些特征、元素和/或步骤是否被包括在任何特定实施例中或将在任何特定实施例中执行的逻辑。术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义的，并且以开放的方式包含性地使用，并且不排除附加的元件、特征、动作、操作等。此外，术语“或”以其包含的意义(而非其排他的意义)使用，因此当用于例如连接一系列元素时，术语“或”表示列表中的一个、一些或所有元素。此外，除非另有说明，本申请和所附权利要求中使用的冠词“一”、“一个”和“该”应被解释为表示“一个或多个”或“至少一个”。类似地，虽然在附图中以特定的顺序描述了操作，但应该认识到，这些操作不需要以所示的特定顺序或次序来执行，或者不需要执行所有示出的操作来实现期望的结果。此外，本文可以描述一个或多个示例方法或过程。然而，其他操作可以并入示例方法和过程中。例如，可以在任何具体提供的操作之前、之后、同时或之间执行一个或多个附加操作。此外，在其他实施例中，操作可被重新排列或重新排序。此外，上述实施例中的各种系统部件的分离不应被理解为在所有实施例中都需要这样的分离，并且应理解，所描述的程序部件和系统通常可以一起集成在单个软件产品中或者打包到多个软件产品中。此外，其他实施例也在以下权利要求的范围内。在一些情况下，权利要求中所述的动作可以不同的顺序执行，并且仍可以获得期望的结果。
因此，权利要求不旨在限于本文描述的实施例，而是符合与本公开、原理和本文公开的新颖特征一致的最宽范围。

Claims (20)

1.一种半导体处理系统，包括：
室装置；
连接到室装置的排放装置；
支撑在排放装置内的堆积传感器；以及
处理器，其设置成与堆积传感器通信，并且响应记录在非暂时性机器可读介质上的指令以：
从堆积传感器接收堆积信号，所述堆积信号指示设置在排放装置内的堆积量；
接收预定堆积量值；
将堆积量与预定堆积量值进行比较；以及
当堆积量大于预定堆积量值时，执行堆积对策。
2.根据权利要求1所述的半导体处理系统，其中，所述堆积传感器包括石英晶体微量天平(QCM)结构。
3.根据权利要求2所述的半导体处理系统，其中，所述排放装置包括连接到所述室装置的前级管道组件，并且其中，所述QCM结构支撑在前级管道组件内。
4.根据权利要求2所述的半导体处理系统，其中，所述堆积量至少部分设置在所述QCM结构上。
5.根据权利要求1所述的半导体处理系统，其中，所述排放装置包括连接到所述室装置的排放导管，其中，所述堆积传感器支撑在所述排放导管内。
6.根据权利要求5所述的半导体处理系统，还包括将所述排放导管连接到所述室装置的隔离阀，其中隔离阀将所述堆积传感器与室装置分开。
7.根据权利要求5所述的半导体处理系统，还包括沿着所述排放导管布置的压力控制阀，其中压力控制阀位于所述堆积传感器和室装置之间。
8.根据权利要求7所述的半导体处理系统，其中，所述排放导管具有蚀刻剂端口，其中，所述压力控制阀位于所述堆积传感器和蚀刻剂端口之间。
9.根据权利要求8所述的半导体处理系统，进一步包括：
蚀刻剂导管，其连接到所述蚀刻剂端口；以及
蚀刻剂源，其连接到蚀刻剂导管并绕过所述室装置，提供给所述排放导管的蚀刻剂绕过室装置。
10.根据权利要求9所述的半导体处理系统，其中，所述蚀刻剂源包括氯气(Cl2)。
11.根据权利要求5所述的半导体处理系统，还包括连接到所述排放导管的维护阀，其中，所述堆积传感器支撑在所述维护阀和室装置之间的排放导管内。
12.根据权利要求1所述的半导体处理系统，进一步包括：
连接到所述室装置的排放导管，其中，所述堆积传感器支撑在排放导管内；
连接到排放导管的蚀刻剂导管；以及
连接到蚀刻剂导管的蚀刻剂源，蚀刻剂导管绕过室装置。
13.根据权利要求12所述的半导体处理系统，进一步包括：
连接到所述蚀刻剂导管的还原剂导管；
沿着还原剂导管布置的还原剂供应阀；
沿着蚀刻剂导管布置的蚀刻剂供应阀；并且
其中，还原剂导管连接到蚀刻剂供应阀和所述排放导管之间的蚀刻剂导管，以将还原剂引入到由蚀刻剂导管内的蚀刻剂源提供的蚀刻剂中。
14.根据权利要求13所述的半导体处理系统，其中，所述蚀刻剂供应阀和还原剂供应阀可操作地与所述处理器相关，以使用通过用所述蚀刻剂导管内的还原剂还原所述蚀刻剂而产生的热量来加热所述排放导管。
15.根据权利要求13所述的半导体处理系统，其中，所述蚀刻剂源包括氯气(Cl2)，其中，所述还原剂包括氢气(H2)。
16.根据权利要求1所述的半导体处理系统，还包括前体输送装置，所述前体输送装置包括：
含硅前体源，其连接到所述室装置并通过室装置到达所述排放装置；
蚀刻剂源，其通过蚀刻剂导管连接到排放装置，蚀刻剂导管绕过室装置，使得提供给排放装置的蚀刻剂不会穿过室装置；以及
还原剂源，其连接到蚀刻剂导管，使得提供给排放装置的还原剂不会穿过室装置。
17.根据权利要求1所述的半导体处理系统，其中，由所述处理器执行的对策包括：
将所述排放装置与室装置流体分离；
将排放装置流体联接到蚀刻剂源；
将排放装置流体联接到还原剂源；以及
使用由还原剂源提供的还原剂和由蚀刻剂源提供的蚀刻剂加热排放装置。
18.根据权利要求1所述的半导体处理系统，其中，所述室装置包括被支撑以在室主体内旋转的基座，室主体配置成使材料层前体流过安置在基座上的衬底。
19.一种堆积控制方法，包括：
在包括以下的半导体处理系统中：室装置、连接到室装置的排放装置、支撑在排放装置内的堆积传感器以及设置成与堆积传感器和包括非暂时性机器可读介质的存储器通信的处理器，
在处理器处接收来自堆积传感器的指示设置在排放装置内的堆积量的堆积信号；
在处理器处接收预定堆积量值；
用处理器将堆积量与预定堆积量值进行比较；
当堆积量大于预定堆积量值时，用处理器执行堆积对策；并且
其中，所述对策包括以下中的至少一项：(a)向可操作地与处理器相关的用户接口提供用户输出，(b)将排放装置与室装置流体分离，(c)向排放装置提供蚀刻剂，以及(d)向排放装置提供还原剂以加热排放装置。
20.一种用于半导体处理系统的前级管道组件，包括：
排放导管；
沿着排放导管布置的隔离阀和维护阀，其配置为将半导体处理系统流体联接到排放泵；
隔离阀和维护阀之间的压力控制阀，其配置为控制半导体处理系统的室装置内的压力；
堆积传感器布置在压力控制阀和维护阀之间的排放导管内，以提供指示排放导管内的堆积量的堆积信号；并且
其中，排放导管具有蚀刻剂端口，蚀刻剂端口沿着排放导管限定在隔离阀和压力控制阀之间，以使用利用堆积信号的蚀刻剂从排放导管内去除堆积量。
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