TW201534757A - 含有重原子之化合物的電漿減量 - Google Patents

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Abstract

本發明描述一種電漿減量製程以用於減少來自處理腔室之含有化合物的流出物。電漿減量製程取用來自處理腔室(例如，沈積腔室)的氣態前級管道流出物，並使該流出物在位於前級管線路徑上的電漿腔室內進行反應。該電漿使流出物中的化合物解離，而將該流出物轉化成較良性的化合物。減量劑可幫助減少該等化合物。該減量製程可為揮發減量製程或凝結減量製程。代表性的揮發減量劑包括，例如，CH4、H2O、H2、NF3、SF6、F2、HCl、HF、Cl2及HBr。代表性的凝結減量劑包括，例如，H2、H2O、O2、N2、O3、CO、CO2、NH3、N2O、CH4及上述之組合物。

Description

含有重原子之化合物的電漿減量
本發明實施例大體上關於用於半導體處理設備的減量方法。更明確言之，本發明實施例是有關用來減少存在於半導體處理設備流出物中之化合物的技術。
半導體製造製程期間所產生的流出物含有許多化合物，基於法規要求及環境與安全上的考量，這些化合物必需經過減量或處理後方能丟棄。這些化合物主要是全氟碳化合物(PFC)，例如蝕刻製程中所使用的全氟碳化合物。過去使用遠端電漿源(RPS)或線上電漿源(IPS)來減少全氟碳化合物及全球暖化氣體。然而目前用來減少半導體製程中所用其他氣體(例如，半導體製程中所產生含重原子之氣體及微粒物質)的減量技術設計並不適當。此種氣體及微粒物質對於人類健康及環境皆有害，亦會損害半導體處理設備(例如，處理幫浦)。
因此，所述技術領域中需要一種改進的減量方法。
本文中揭示的實施例包括一種減少來自處理腔室之 流出物的方法。該方法包括使來自處理腔室的流出物流入電漿源中。該方法亦包括使減量劑流入該電漿源中。該方法進一步包括在該電漿源中形成有電漿的情況下，使該流出物中的物質與該減量劑進行反應以使該流出物中的物質轉化成不同物質。
文中揭示的實施例亦包括一種用於減少來自處理腔室之流出物的系統。該系統包括磁性增強電漿源，該磁性增強電漿源連接至處理腔室的前級管道(foreline)。該處理腔室為沈積腔室。該系統亦包括試劑源，該試劑源配置在該電漿源的上游且與該電漿源連接。該試劑源是配置用來輸送減量劑至該電漿源。
D1‧‧‧距離
D2‧‧‧距離
D3‧‧‧距離
D4‧‧‧距離
D5‧‧‧距離
100‧‧‧處理系統
101‧‧‧處理腔室
102‧‧‧前級管線
103‧‧‧控制閥/雙向控制閥
104‧‧‧電漿源
105‧‧‧試劑源
106‧‧‧試劑輸送系統
107‧‧‧流量控制裝置
108‧‧‧前級管線氣體注入套組
109‧‧‧前級管線氣體源
110‧‧‧壓力調節器
111‧‧‧減量系統
112‧‧‧控制閥
114‧‧‧流量控制裝置
116‧‧‧壓力計
118‧‧‧控制器
120‧‧‧真空源
200‧‧‧主體
203‧‧‧第一板
204‧‧‧外壁
205‧‧‧第一板
206‧‧‧內壁
207‧‧‧外邊緣
208‧‧‧冷卻通道
209‧‧‧內邊緣
210‧‧‧磁體
211‧‧‧外邊緣
212‧‧‧第一末端
213‧‧‧內邊緣
214‧‧‧第二末端
216‧‧‧第一末端
217‧‧‧冷卻劑入口
218‧‧‧第二末端
219‧‧‧冷卻劑出口
220‧‧‧冷卻套
230‧‧‧第一絕緣環
232‧‧‧第二絕緣環
240‧‧‧磁體
242‧‧‧第一表面
244‧‧‧第二表面
246‧‧‧溝槽
250‧‧‧金屬擋板
252‧‧‧第二金屬擋板
254a‧‧‧金屬板
254b‧‧‧金屬板
254c‧‧‧金屬板
254d‧‧‧金屬板
254e‧‧‧金屬板
256‧‧‧末端/內邊緣
258‧‧‧外邊緣
259‧‧‧第三金屬擋板
260‧‧‧絕緣墊圈
262‧‧‧階梯
264‧‧‧暗空間
270‧‧‧第一末端
272‧‧‧第二末端
274‧‧‧內部部分
276‧‧‧縫隙
280‧‧‧開口
282‧‧‧開口
284‧‧‧電漿區
300‧‧‧揮發方法
302‧‧‧方塊
304‧‧‧方塊
306‧‧‧方塊
400‧‧‧凝結方法
402‧‧‧方塊
404‧‧‧方塊
406‧‧‧方塊
408‧‧‧選用方塊
為求詳細瞭解本發明的上述特徵，可引用數個實施例更具體地說明以上簡要闡述的本發明，且附圖中圖示部分的實施例。然而應注意的是，該等附圖僅示出本發明的代表性實施例，故該等附圖不應視為本發明範圍的限制，就本發明而言，尚容許做出其他等效實施例。
第1圖為根據某些實施例圖示基板處理系統的概要圖。
第2A圖為根據一實施例所示之電漿源的透視剖面圖。
第2B圖為根據一實施例所示之電漿源的底視剖面圖。
第2C圖為根據一實施例所示之金屬擋板的放大圖。
第3圖為流程圖，該流程圖示出用於減少處理腔室所排出之流出物的方法實施例。
第4圖為流程圖，該流程圖示出用於減少處理腔室所排出之流出物的方法實施例。
為幫助理解，盡可能地使用相同元件符號來代表該等圖式中共同的相同元件。此外，一實施例中的元件可經有利地調適而用於文中所述的其他實施例中。
文中所揭示的實施例包括電漿減量製程，該電漿減量製程是用來處理存在於處理腔室所排出之流出物中的物質。電漿減量製程取用來自處理腔室(例如，沈積腔室、蝕刻腔室或其他真空處理腔室)的前級管道流出物(foreline effluent)，並使該流出物在位於前級管線路徑上的電漿腔室內進行反應。該電漿使提供能量給該流出物中的物質，而使該物質更有效地轉化成較良性的形態。在某些實施例中，減量劑可幫助減少該等化合物。該電漿可使該流出物中的物質至少部分解離，以提高使該流出物中之物質轉化成較良性形態的效率。減量劑可幫助減少該流出物中的該等物質。該減量製程可為揮發減量製程或凝結減量製程。
揮發減量製程將諸如SiFx等(SiFx可形成SiO2)物質轉化成氣態物種，該等氣態物種將不會在減量製程下游的真空幫浦中形成固體。可用於揮發減量製程中的減量劑在本文中稱為揮發減量劑。代表性的揮發減量劑包括，例如，CH4、H2O、H2、NF3、SF6、F2、HCl、HF、Cl2及HBr。代表性的 揮發減量劑亦包括由CHxFy及O2及/或H2O所形成之組合物及由CFx及O2及/或H2O所形成之組合物。凝結減量製程將流出物中的物質轉化成固體並攔捕該等已轉成的固體，以使該等固體不會到達真空幫浦。可用於凝結減量製程中的減量劑在本文中稱為凝結減量劑。代表性的凝結減量劑包括，例如，H2、H2O、O2、N2、O3、CO、CO2、NH3、N2O、CH4及上述之組合物。
第1圖根據文中所揭示的實施例圖示處理系統100的概要圖。如第1圖所示，前級管線102連接處理腔室101與減量系統111。處理腔室101可以是例如用來進行沈積製程、蝕刻製程、退火或清洗製程等製程的處理腔室。用來進行沈積製程的代表性腔室包括沈積腔室，舉例言之，例如，電漿增強化學氣相沈積(PECVD)腔室、化學氣相沈積(CVD)腔室或物理氣象沈積(PVD)腔室。在某些實施例中，沈積製程可為沈積介電質的製程，可沈積的介電質例如二氧化矽(SiO2)、氮化矽(SiNx)、氮氧化矽(SiON)、結晶矽、非晶矽(a-Si)、經摻雜的非晶矽、氟化玻璃(FSG)、摻磷玻璃(PSG)、摻硼磷的玻璃(BPSG)、摻碳玻璃級其他低介電常數(low-k)的介電質，例如聚醯亞胺及有機矽氧烷。在其他實施例中，該沈積製程可為沈積金屬、金屬氧化物或金屬氮化物的製程，舉例言之，可沈積的金屬、金屬氧化物或金屬氮化物可例如鈦、二氧化鈦、鎢、氮化鎢、鉭、氮化鉭、碳化鉭、鋁、氧化鋁、氮化鋁、釕或鈷。此外，可沈積金屬合金，例如鋰磷氮氧化物、鋰-鈷合金及諸多其他合金。
前級管線102作為用來引導流出物離開該處理腔室101而前往減量系統111的導管。該流出物可能含有不希望排放至大氣中的物質或可能會損害下游設備(例如，真空幫浦)的物質。例如，該流出物可能含有來自於介電質沈積製程或來自金屬沈積製程的化合物。
存在於流出物中並可使用本發明揭示方法進行減量的物質實例包括具有重原子作為中心原子的化合物，或是該重原子並非中心原子而是作為兩個最靠中心之原子其中之一(即，二矽烷(H3Si-SiH3)中之Si)的化合物。當用於本文中時，「重原子」包括比硼重的原子，舉例而言，例如Al、Si、W及Ti。在某些實施例中，該流出物可含有具有至少與鋁等重之重原子的化合物。在其他實施例中，該流出物可含有具有至少與碳等重之重原子的化合物。在其他實施例中，該流出物可含有具有至少與矽等重之重原子的化合物。在某些實施例中，該流出物可含有金屬化合物。在某些實施例中，該流出物可能不具有作為中心原子的重原子。在某些實施例中，該流出物可能不含或實質不含氟碳化合物，例如氫氟碳化合物(HFC)及氯氟碳化合物(CFC)。
存在於該流出物中並可使用文中所述方法進行減量的含矽物質實例包括，例如，氧化矽(SiO)、二氧化矽(SiO2)、矽烷(SiH4)、二矽烷、四氯化矽(SiCl4)、氮化矽(SiNx)、二氯矽烷(SiH2Cl2)、六氯二矽烷(SiCl6)、雙(叔丁胺基)矽烷、三甲矽烷基胺(trisilylamine)、二甲矽烷基甲烷、三甲矽烷基甲烷、四甲矽烷基甲烷及正矽酸四乙酯(TEOS)(Si(OEt)4)。含矽物質 的其他實例包括：二矽氧烷化合物，例如二矽氧烷(SiH3OSiH3)；三矽氧烷(SiH3OSiH2OSiH3)；四矽氧烷(SiH3OSiH2OSiH2OSiH3)；及環三矽氧烷(-SiH2OSiH2OSiH2O-)。存在於該流出物中並可使用文中所述方法進行減量的含鎢物質實例包括，例如，W(CO)6、WF6、WCl6或WBr6。存在於該流出物中並可使用文中所述方法進行減量的含鈦物質實例包括，例如，TiCl4及TiBr4。存在於該流出物中並可使用文中所述方法進行減量的含鋁物質實例包括，例如，三甲基鋁或三乙基鋁。存在於該流出物中並可使用文中所述方法進行減量的其他物質實例包括銻化氫(SbH3)、鍺烷(GH4)、碲化氫及含碳化合物，例如，CH4及更高級的烷烴。
可經修改而受益於本發明的減量系統111為ZFP2TM減量系統(可購自位在美國加州聖克拉拉的應用材料公司)或其他合適的系統。如圖所示，減量系統111包括電漿源104、試劑輸送系統106、前級管線氣體注入套組108、控制器118及真空源120。前級管線102將離開處理腔室101的流出物供應至電漿源104。電漿源104可為連接至前級管線102且適用於在前級管線102中生成電漿的任意電漿源。例如，電漿源104可為遠端電漿源、線上(in-line)電漿源或其他適合的電漿源以用於在前級管線102內或靠近前級管線102附近生成電漿以引導反應性物種進入該前級管線102中。電漿源104可例如為感應耦合電漿源、電容耦合電漿源、直流電漿源或微波電漿源。電漿源104可進一步為上述任一種類型的磁性增 強電漿源。在一實施例中，電漿源104是如參照第2A圖至第2C圖所描述般的電漿源。
試劑輸送系統106亦可與前級管線102連接。試劑輸送系統106將一種或更多種試劑(例如減量劑，例如，揮發減量劑或凝結減量劑)輸送至位在電漿源104上游處的前級管線102。在替代實施例中，試劑輸送系統106可直接連接至電漿源104以用於直接將試劑輸送至電漿源104。試劑輸送系統106可包括試劑源105(或複數個試劑源(圖中未示出))，試劑源105藉由一個或更多個閥而連接至前級管線102(或電漿源104)。例如，在某些實施例中，閥系統(valve scheme)可包括：雙向控制閥103以作為開/關切換器而用於控制來自試劑源105的一個或更多個試劑流入前級管線102中；及流量控制裝置107，該流量控制裝置107控制該一個或更多個試劑流入該前級管線102中的流動速率。流量控制裝置107可配置在前級管線102與控制閥103之間。控制閥103可為任何合適的控制閥，例如電磁閥、氣動閥或諸如此類者。流量控制裝置107可為任何合適的主動或被動式流量控制裝置，例如，固定式孔口、質量流量控制器、針閥或諸如此類者。
可利用試劑輸送系統106進行輸送的代表性揮發減量劑包括，例如，H2O。當欲減量的流出物含有例如CF4及/或其他物質時，可使用H2O。另一種代表性的揮發試劑包括氨(NH3)。在其他實施例中，揮發減量劑可為H2。例如當欲減量的流出物含有H2O2及/或其他物質時，可使用H2。在其他實施例中，揮發減量劑可為以下其中之至少一者或更多者： BCl3、CCl4、SiCl4、NF3、SF4、SF6、SF8、其他還原性或經鹵化的蝕刻化合物或上述化合物之組合物。例如，當欲減量的流出物含有SiHx、SiO、Al、CO及/或其他物質，可使用還原性或經鹵化的蝕刻化合物。在又一些其他實施例中，該揮發減量劑可為由CHxFy及O2及/或H2O所形成之組合物。例如，當欲減少的流出物含有氯、TiCl4及/或其他物質時，可使用由CHxFy及O2及/或H2O所形成之組合物。在其他實施例中，該揮發減量劑可為由CFx及O2及/或H2O所形成之組合物；由CxClyFz及O2及/或H2O所形成之組合物；或由其他氟氯烷與O2及/或H2O所形成之組合物。例如，當欲減量的流出物含有SiO、SiHx、NHy、NOx及/或其他物質時，可使用由CFx及O2及/或H2O所形成之組合物；由CxClyFz及O2及/或H2O所形成之組合物；或由其他氟氯烷與O2及/或H2O所形成之組合物。在其他實施例中，揮發減量劑可為鹵素，例如，NF3、F2、Cl2、Br2、I2或上述之組合物。例如當欲減量的流出物含有TiCl4、三甲基胺、三乙基鋁及/或其他物質時，可使用鹵素。在其他實施例中，揮發減量劑可為鹵化氫，例如，HCl、HF、HBr、HI或上述之組合物。例如，當欲減量的流出物含有SiO、SiNx、SiHy、SiO2及/或其他物質時，可使用鹵化氫。在其他實施例中，揮發減量劑可為甲烷或更高級的烷烴(alkane)。例如，當欲減量的流出物含有氯及/或其他物質時，可使用甲烷或更高級的烷烴。在又一些其他實施例中，揮發減量劑可為由任意數目的任何以上列出之揮發減量劑所形成的組合物。在某些實施例中，流出物的化合物可能消耗 該等揮發減量劑，因此可能不能將該等揮發減量劑視為催化劑(catalytic)。
可利用試劑輸送系統106來輸送的代表性凝結減量劑包括，例如，H2O。例如當欲減量的流出物含有SiHx、SiFx、CxFy及/或其他物質時，可使用H2O。在其他實施例中，凝結減量劑可為H2。例如，當欲減量的流出物含有NHxFy、NHx、Fy、F2(例如當用來製造銨鹽時)及/或其他物質時，可使用H2。在其他實施例中，凝結減量劑可為O2、N2、O3、CO、CO2、NH3、N2O、其他氧化劑(oxidizer)及上述之組合物。例如，當欲減量的流出物含有比碳更重的物質時，可使用氧化劑。在其他實施例中，凝結減量劑可為烷烴，例如，甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、異丁烷、其他烷烴或上述烷烴之組合物。當欲減量的流出物含有氯、鋁、氟及/或其他物質時，可使用烷烴。在又一些其他實施例中，凝結減量劑可為任意數目的任何以上列出之凝結減量劑所形成的組合物。在某些實施例中，流出物的化合物可能消耗該等凝結減量劑，因此可能不能將該等凝結減量劑視為催化劑。
前級管線氣體注入套組108亦可連接至位在電漿源104上游或下游處的前級管線102(第1圖中示出的是下游)。前級管線氣體注入套組108可控制地供應前級管線氣體(例如，氮氣(N2)、氬氣(Ar)或清潔的乾空氣)進入前級管線102中以控制前級管線102中的壓力。前級管線氣體注入套組108可包括前級管線氣體源109，前級管線氣體源109之後接著壓力調節器110，進一步接著控制閥112，及再接著流量控制裝 置114。壓力調節器110設定該氣體輸送壓力設定點。控制閥112可開啟及關閉該氣流。控制閥112可為任何合適的控制閥，例如以上針對控制閥103所討論的控制閥。流量控制裝置114提供該氣體調節器110之設定點所指定的氣體流量。流量控制裝置114可為任何合適的流量控制裝置，例如以上針對流量控制裝置107所討論的流量控制裝置。
在某些實施例中，前級管線氣體注入套組108可進一步包括壓力計116。壓力計116可配置在壓力調節器110與流量控制裝置114之間。壓力計116可用來測量在該流量控制裝置114上游處之套組108中的壓力。控制裝置(例如以下所討論的控制器118)可利用在壓力計116處所測得的壓力藉由控制該壓力調節器110來設定該流量控制裝置114上游處的壓力。
在某些實施例中，可利用控制器118來控制該控制閥112以僅在當來自試劑輸送系統106的試劑流動時才開啟氣體，以使氣體的使用減至最少。例如，如圖中介於該試劑輸送系統106之控制閥103與該套組108之控制閥112之間的虛線所示，控制閥112可回應該控制閥103是處於開啟或關閉狀態而開啟(或關閉)。
前級管線102可連接至真空源120或其他合適的幫浦設備。真空源120將來自處理腔室101的流出物泵送至適當的下游流出物處理設備，例如泵送至洗滌器、焚化爐或諸如此類者。在某些實施例中，真空源120可為預抽幫浦(backing pump)，例如，乾式機械幫浦或諸如此類者。真空源120可具 有可變的泵輸出量(pumping capacity)，可將該泵輸出量設定至期望水平以用來例如控制前級管線102中的壓力或對該前級管線102中的壓力提供附加的控制。
控制器118可連接至基板處理系統100的各種構件以控制該系統100的運作。例如，根據文中所揭示的教示內容，該控制器可監控及/或控制前級管線氣體注入套組108、試劑輸送系統106及/或電漿源104。
第1圖的實施例為概要繪製，且為了簡潔而省略了某些構件。例如，該處理腔室101與前級管線102之間可配置高速真空幫浦，例如渦輪分子幫浦或諸如此類者，以用於移除該處理腔室101中的流出物氣體。此外可提供其他變化類型的構件以用於供應前級管線氣體、試劑及/或電漿。
在文中所揭示之方法的實施例中，含有不受歡迎之物質的流出物離開了處理腔室101而進入電漿源104中。減量劑(例如，揮發減量劑或凝結減量劑)進入電漿源104。在該電漿源104中，該減量劑生成電漿，從而活化該減量劑，並在某些實施例中亦活化該流出物。在某些實施例中，該流出物中所夾帶之減量劑及/或物質之中的至少一些減量劑及/或物質至少部分解離。可依據流出物中所夾帶的物質成分來決定減量劑的一致性(identity)、減量劑的流動速率、前級管線氣體注入參數及電漿生成條件，及利用控制器118來控制減量劑的一致性(identity)、減量劑的流動速率、前級管線氣體注入參數及電漿生成條件。在電漿源104是感應耦合電漿源的實施例中，解離作用可能需要數千瓦(kW)的功率。
該減量劑可包括，例如，CH4、H2O、H2、NF3、SF6、F2、HCl、HF、Cl2、HBr、O2、N2、O3、CO、CO2、NH3、N2O、CH4及上述之組合物。該減量劑亦可包括由CHxFy及O2及/或H2O所形成之組合物及由CFx及O2及/或H2O所形成之組合物。不同的減量劑可用於處理具有不同成分的流出物。
第2A圖為根據一實施例所示之電漿源104的透視剖面圖。如第2A圖所示，主體200可包括外壁204、內壁206、第一板203及第二板205。第一板203及第二板205可具有環狀造形，且該外壁204及內壁206可為圓筒狀。內壁206可為中空的電極，該電極可連接至射頻(RF)源(圖中未示出)。外壁204可接地。第一板203及第二板205可與該內壁206呈同心配置。第一板203可具有外邊緣207及內邊緣209，及第二板205可具有外邊緣211及內邊緣213。外壁204可具有第一末端212及第二末端214，及內壁206可具有第一末端216及第二末端218。第一絕緣環230可配置成鄰近該內壁206的第一末端216，及第二絕緣環232可配置成鄰近該內壁206的第二末端218。絕緣環230及絕緣環232可由絕緣陶瓷材料所製成。第一板203的外邊緣207可鄰近該外壁204的第一末端212，及第二板205的外邊緣211可鄰近該外壁204的第二末端214。在一實施例中，外壁204的末端212及末端214分別與外邊緣207及外邊緣211接觸。第一板203的內邊緣209可鄰近第一絕緣環230，及第二板205的內邊緣213可鄰近第二絕緣環232。在介於外壁204與內壁206之間及介於第一板203與第二板205之間界定為電漿區284，且在電漿區 284中可形成電容耦合電漿。
為了在操作期間使內壁206維持涼爽，可使冷卻套220連接至內壁206。內壁206可具有第一表面242及位於第一表面之反面處的第二表面244，且該第一表面242面向外壁204。在一實施例中，表面242及表面244兩者皆為線性(linear)表面，且冷卻套220連接至該第二表面244。在一實施例中，如第2B圖所示，第一表面242為曲面，且第二表面為線性表面。冷卻套220內部可形成有冷卻通道208，且冷卻套208連接至冷卻劑入口217及冷卻劑出口219以供冷卻劑(例如水)流入及流出冷卻套220。複數個第一磁體210可配置在第一板203上。在一實施例中，該複數個第一磁體210可為由磁體組成陣列的磁控管且具有環形造形。複數個第二磁體240可配置在第二板205上，且該複數個第二磁體240可為由磁體組成陣列的磁控管，且該複數個第二磁體與該複數個第一磁體210具有相同造形。在一實施例中，該複數個第二磁體240為磁控管且具有環形造形。在一實施例中，該等磁體210及該等磁體240為形成在靠近末端270及末端272附近處的線性陣列。該等磁體210與該等磁體240在面向電漿區域284處可具有相反極性。該等磁體210及該等磁體240可為稀土磁體，例如，釹(neodymium)陶瓷磁體。在第一板203上或在第一板203及第二板205上可形成一個或更多個氣體注入口以用於注入該減量劑及/或淨化氣體。淨化氣體可使擋板250及擋板252(圖示在第2B圖中)上的沈積物還原。
第2B圖為根據一實施例所示之電漿源104的底視剖 面圖。如第2B圖所示，在內壁206的第一表面242上配置有複數個溝槽246。該等溝槽246可為連續溝槽。雖然第2B圖中所示的第一表面242為曲面狀，但該等溝槽246可形成在線性狀的第一表面242上，如第2A圖中所示者。在操作期間，利用射頻(RF)電源供電給內壁206，且外壁204接地，依據所施加的功率類型(RF或直流(DC))或介於兩者間的某些頻率而定，會在電漿區284中形成振盪或恆定的電場「E」。亦可利用內壁及外壁來使用雙極直流(DC)功率及雙極脈衝DC功率以形成兩個相反的電磁極(electrical pole)。該等磁體210及磁體240建立出大型均勻磁場「B」，磁場「B」與電場「E」呈實質垂直。在此種配置中，所產生的力會造成該通常遵循電場「E」的電流彎向第二末端272(脫出紙面)，且此力會藉著使電漿電子損失作用限制在接地壁面處，從而顯著提高電漿密度。在施加RF功率的情況下，此種配置會造成引導環形振盪電流大量地遠離該接地壁面。在施加DC功率的情況下，此種配置會造成引導恆定的環形電流大量地遠離該接地壁面。此種來自施加電場的電流發散效應被稱為「霍爾效應(Hall effect)」。該流出物從位在第一末端270處的開口280流入電漿區284並流向位在第二末端272處的開口282，該電漿區284中所形成的電漿會使該流出物中至少一部分的副產物解離。亦可注入減量劑與該等已解離的化合物進行反應並形成危害較小的化合物。在一實施例中，該流出物含有矽烷，且該減量劑可為水或氧，水或氧可將流出物中的矽烷轉化成玻璃。
第一金屬擋板250可配置在電漿區284內部且鄰近該第一板203，第二金屬擋板252可配置在電漿區284內部且鄰近該第二板205，及第三金屬擋板259可配置在該電漿區內且鄰近外壁204。由於擋板上可能沉積材料，因此擋板250、擋板252、擋板259可拆卸、更換及/或重複使用。第一金屬擋板250及第二金屬擋板252可具有類似的結構。在一實施例中，第一金屬擋板250及第二金屬擋板252兩者皆具有環形造形。第一金屬擋板250及第二金屬擋板252各自包含由金屬板254a~金屬板254e所形成的堆疊，且該等金屬板254a~金屬板254e彼此絕緣。各個金屬板254a~金屬板254e中可形成一個或更多個縫隙276(圖示於第2A圖中)以容許金屬板254a~金屬板254e膨脹而不會造成變形。
第2C圖為根據一實施例所示之金屬擋板250的放大圖。為求清晰，故省略掉電漿源104的某些構件，例如，該一個或更多個氣體注入口。每個板254a~板254e可為環形且具有內邊緣256及外邊緣258。可利用陽極化處理法(anodization)來塗覆該等金屬板254a~金屬板254e以改變擋板表面發射率，藉以提高化學抗性、增進輻射熱傳作用及降低應力。在一實施例中，金屬板254a~金屬板254e塗有黑色氧化鋁。金屬板254a的內部部分274可由陶瓷材料製成以防止電弧放電(arcing)且具尺寸安定性。利用絕緣墊圈260使該等板254a~板254e的末端256彼此隔開，而使該等板254a~板254e彼此絕緣。墊圈260亦將該等板254a~板254e與第一板203隔開。由金屬板254a~金屬板254e所形成的堆疊 可利用一個或更多個陶瓷桿或間隔物(圖中未示出)來加以固定。該一個或更多個陶瓷桿可貫穿由該等金屬板254a~金屬板254e及該等墊圈所形成的堆疊，且每個桿的一端連接至內壁206，同時每個桿的另一端則連接至第一板203/第二板205。
在一實施例中，介在板254a之內邊緣256與外邊緣258之間的距離「D1」小於介在板254b之內邊緣256與外邊緣258之間的距離「D2」，介在板254b之內邊緣256與外邊緣258之間的距離「D2」小於介在板254c之內邊緣256與外邊緣258之間的距離「D3」，介在板254c之內邊緣256與外邊緣258之間的距離「D3」小於介在板254d之內邊緣256與外邊緣258之間的距離「D4」，介在板254d之內邊緣256與外邊緣258之間的距離「D4」小於介在板254e之內邊緣256與外邊緣258之間的距離「D5」。換言之，內邊緣256與外邊緣258之間的距離與板的位置有關，即是，該板配置在距離該電漿區284越遠處，則內邊緣256與外邊緣258之間的距離越大。在此種配置中，由於有六個縫隙：介在內壁206與板254a的外邊緣258之間、介在板254a的外邊緣258與板254b的外邊緣258之間、介在板254b的外邊緣258與板254c的外邊緣258之間、介在板254c的外邊緣258與板254d的外邊緣258之間、介在板254d的外邊緣258與板254e的外邊緣258之間，及介在板254e的外邊緣258與外壁204之間，因此介在內壁206與外壁204之間的電壓要除以六。每個縫隙具有一個小電位，因此跨越該縫隙的電場小，這樣的區域無法點燃電漿(light up)並取得所施加的功率，故而迫使 該功率轉而進入電漿區284中，而在電漿區284中建立電漿。若無使用以上所述的擋板250及擋板252，在內壁206之第一末端216與外壁204之第一末端212之間及在內壁206的第二末端218與外壁204的第二末端214之間會有局部電漿放電情形，且電漿可能無法充滿電漿區284。
金屬板254a~金屬板254e之間的空間為暗空間，沈積在該等板上的材料可能會將該等板橋接在一起，導致該等板彼此之間發生短路。為了避免發生這種情形，在一實施例中，每個金屬板254a~金屬板254e包括階梯262，因此金屬板254a~金屬板254e各自的外邊緣258進一步遠離相鄰的板。階梯262導致該外邊緣258與內邊緣256不是呈直線。各個階梯262遮擋住由相鄰金屬板之間所形成的暗空間264，因此在暗空間264中可能不會沈積材料。
由於金屬可抵擋半導體製程中所使用的大多數化學物質，因此外壁204、內壁206及擋板250、擋板252、擋板259可皆由金屬製成。可依據位在電漿源104上游處之真空處理腔室中所使用的化學物質來決定所使用的金屬種類。在一實施例中使用氯系化學物質，及金屬可為不鏽鋼板，例如316不鏽鋼板。位在氯系化學物質中的絕緣環230及絕緣環232可由石英製成。在另一實施例中使用氟系化學物質及該金屬可為鋁，且絕緣環230及絕緣環232可由氧化鋁製成。內壁206可由經陽極化處理的鋁或經噴塗的鋁所製成。
第3圖為流程圖，該流程圖示出用於減少處理腔室所排出之流出物的揮發方法實施例300。該方法300始於方塊 302，使來自處理腔室(例如，處理腔室101)的流出物流入電漿源(例如，電漿源104)中。在方塊304中，使揮發減量劑流入該電漿源。於方塊306中，在該電漿源內使該揮發減量劑形成電漿，從而活化該減量劑，並在某些實施例中，亦活化該流出物。在某些實施例中，該流出物中所夾帶之減量劑及/或物質之中的至少一些減量劑及/或物質至少部分解離。在該電漿源中所形成的電漿存在下，該流出物中的物質會轉化成不同物質。隨後該流出物中的物質可離開該電漿源並流入真空源(例如，真空源120)中及/或接受進一步處理。
在使用甲烷的代表性揮發減量製程中，來自試劑輸送系統106的甲烷流入該電漿源104中。含有欲減量之物質(例如，含Si、含鎢及含Ti之化合物)的流出物亦流入電漿源104中。在電漿源104內生成電漿，且從而將該等含Si、含W及含Ti的化合物轉化成經甲基化的化合物(methylated compound)。該等經甲基化的化合物是揮發性的，且相較於未經減量的流出物而言，該等經甲基化的化合物對於人體健康及下游的流出物處理構件較無害。例如，含有SiO2的流出物暴露於電漿中會造成四個CH3基團加成至SiO2上，而生成四甲基矽烷(TMS)，四甲基矽烷可抽出至大氣壓以做進一步處理。同樣地，存在於該流出物中的六氟化鎢可被甲基化而形成經甲基化的鎢物種，舉例而言，例如六甲基鎢。對鎢進行甲基化可防止WF6及其副產物累積在幫浦及真空管線中。同樣地，該流出物中的鈦化合物可被甲基化而形成例如三氯化甲基鈦，三氯化甲基鈦為揮發性且將不會損害真空幫浦。
在使用SF6的代表性揮發減量製程中，來自試劑輸送系統106的SF6流入該電漿源104中。含有欲減量之物質(例如矽烷(SiH4))的流出物亦流入電漿源104中。在電漿源104內生成電漿，且從而將該矽烷轉化成SiF4，SiF4遠比自燃性的矽烷更為無害，從而大幅提高流出物的操作安全性並減少相關花費。
第4圖為流程圖，該流程圖示出用於減少處理腔室所排出之流出物的凝結方法實施例400。該方法400始於方塊402，使來自處理腔室(例如，處理腔室101)的流出物流入電漿源(例如，電漿源104)中。在方塊404中，使凝結減量劑流入該電漿源。於方塊406，在該電漿源內使該凝結減量劑形成電漿，從而活化該減量劑，並在某些實施例中，亦活化該流出物。在某些實施例中，該流出物中所夾帶之減量劑及/或物質中的至少一些減量劑及/或物質至少部分解離。在該電漿源中所形成的電漿存在下，該流出物中的物質會轉化成不同物質。隨後該流出物中的物質可離開該電漿源並流入真空源(例如，真空源120)中及/或接受進一步處理。在選用方塊406中，可去除該電漿源中的微粒物質或沈積材料。
在使用氧的代表性凝結減量製程中，來自試劑輸送系統106的氧流入該電漿源104中。含有欲減量之物質(例如矽烷(SiH4))的流出物亦流入電漿源104中。在電漿源104內生成電漿，且從而將該矽烷轉化成SiO2玻璃。可在電漿源中攔捕(trapped)或收集SiO2玻璃，且SiO2玻璃遠比自燃性的矽烷更為無害，因而大幅提高流出物的操作安全性並減少相關 花費。
在其他實施例中，可接連地使用凝結減量劑及揮發減量劑。例如，腔室可能產生含有SiHx及O2的流出物。在凝結減量製程中，當利用電漿進行活化之後，SiHx及O2傾向形成玻璃狀的SiO2物質。在該處理腔室中進行的後續製程可使用例如NF3，NF3會分解成NFx及原子氟(F2)。在處理腔室中可能會消耗掉該些F2中的其中一部分F2，但一些F2可能尚未使用就被排掉。在揮發減量製程中，減量系統111可使用該些未使用的F2來去除已凝結的玻璃狀SiO2物質。可使用額外添加的揮發減量劑或僅使用來自該流出物的F2來進行該揮發減量製程。因此，在兩段式(two-part)處理製程中，前級管線減量製程能有效利用所有的流出物，並且當利用該系統幫浦將該流出物從真空帶入大氣壓下時，能使該流出物更加安全。在其他實施例中，可先使用揮發減量劑，並可之後再使用凝結減量劑。
以上所述實施例具有諸多優點。例如，文中所揭示的技術可將揮發性、毒性及/或爆炸性的流出物轉化成更加溫和無害的化學物質而可更安全地進行操作。就工作人員可能急性暴露在流出物中的觀點而言及基於可將自燃性或有毒物質轉化成對環境較為友善且較安定的物質而言，電漿減量製程有利於人體健康。電漿減量製程亦能藉由去除該流出物流體中的微粒及/或其他腐蝕性物質來保護半導體處理設備(例如，真空幫浦)不會過度磨損及提前故障。再者，在真空前級管線上進行減量技術能為工作人員及設備增加額外的安全 性。若在減量製程期間發生設備滲漏情形，較之於外界環境而言，該流出物相對低的壓力可防止流出物溢漏出該減量設備。此外，在文中所揭示的減量劑之中有許多價廉且具有諸多用途的減量劑。例如，甲烷價格不貴並可將有機金屬化合物甲基化，從而使廣泛種類的有機金屬化合物揮發。SF6同樣用途廣泛且價格低廉。上述優點僅為舉例說明且不做限制之用。所有實施例未必都要具備全部優點。
儘管以上內容已針對所揭示的裝置、方法及系統進行說明，然而在不偏離本發明基本範圍下，當可做出所揭示之裝置、方法及系統的其他及進一步實施例，且本發明範圍是由後附請求項所界定。
104‧‧‧電漿源
200‧‧‧主體
203‧‧‧第一板
204‧‧‧外壁
205‧‧‧第一板
206‧‧‧內壁
207‧‧‧外邊緣
208‧‧‧冷卻通道
209‧‧‧內邊緣
210‧‧‧磁體
211‧‧‧外邊緣
212‧‧‧第一末端
213‧‧‧內邊緣
214‧‧‧第二末端
216‧‧‧第一末端
217‧‧‧冷卻劑入口
218‧‧‧第二末端
219‧‧‧冷卻劑出口
220‧‧‧冷卻套
230‧‧‧第一絕緣環
232‧‧‧第二絕緣環
240‧‧‧磁體
242‧‧‧第一表面
244‧‧‧第二表面
270‧‧‧第一末端
272‧‧‧第二末端
280‧‧‧開口
282‧‧‧開口
284‧‧‧電漿區

Claims (20)

  1. 一種減少來自一處理腔室之流出物的方法，該方法包括以下步驟：使來自一處理腔室的一流出物流入一電漿源中，其中該流出物包括至少一欲減量的物質；使一減量劑流入該電漿源中；及在該電漿源中形成有一電漿的情況下，使該流出物中的該物質與該減量劑進行反應以使該流出物中的該物質轉化成一不同物質。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該流出物中該欲減量的物質包括一重原子，該重原子至少與鋁原子等重。
  3. 如請求項2所述之方法，進一步包括以下步驟：在該處理腔室中進行一沈積製程或一蝕刻製程。
  4. 如請求項3所述之方法，其中該減量劑包括一揮發減量劑。
  5. 如請求項4所述之方法，其中該流出物中該欲減量的物質包括以下至少一者：鋁、矽、鎢或鈦。
  6. 如請求項4所述之方法，其中該揮發減量劑包括以下至少一者：H2、H2O、氨或甲烷。
  7. 如請求項6所述之方法，其中該流出物實質上不含氟碳化合物。
  8. 如請求項4所述之方法，其中該揮發減量劑包括以下至少一者：BCl3、CCl4、SiCl4、NF3、SF4、SF6或SF8。
  9. 如請求項4所述之方法，其中該揮發減量劑包括由以下化合物所組成的一組合物：一個或更多個第一化合物，其中該一個或更多個第一化合物之其中至少一者是選自於以下群組中：CHxFy、CxClyFz及CFx；及一個或更多個第二化合物，其中該一個或更多個第二化合物之其中至少一者是選自於以下群組中：O2及H2O。
  10. 如請求項4所述之方法，其中該揮發減量劑包括以下至少一者：F2、Cl2、Br2或I2。
  11. 如請求項4所述之方法，其中該揮發減量劑包括以下至少一者：HCl、HF、HBr或HI。
  12. 如請求項4所述之方法，其中該流出物中該欲減量的物質包括矽，及其中該揮發減量劑包括SF6。
  13. 如請求項4所述之方法，其中該揮發減量劑包括一級數比甲烷高的烷化合物。
  14. 如請求項3所述之方法，其中該減量劑包括一凝結減量劑。
  15. 如請求項14所述之方法，其中該凝結減量劑包括以下至少一者：O2、N2、O3、CO、CO2、NH3或N2O。
  16. 如請求項14所述之方法，其中該凝結減量劑包括以下至少一者：H2、H2O或一烷化合物。
  17. 如請求項16所述之方法，其中該流出物實質上不含氟碳化合物。
  18. 如請求項14所述之方法，其中該流出物中該欲減量的物質包括矽或矽烷，及其中該凝結減量劑包括O2。
  19. 一種減少來自一處理腔室之流出物的方法，該方法包括以下步驟：使來自一處理腔室的一流出物流入一電漿源中，其中該流出物包括至少一欲減量的物質；使一減量劑流入該電漿源中；在該電漿源中形成有一電漿的情況下，使該流出物中的 該物質與該減量劑進行反應以使該流出物中的該物質轉化成一不同物質，其中該電漿源是一磁性增強電容耦合電漿源。
  20. 一種用於減少來自一處理腔室之流出物的設備，該設備包括：一電漿源，該電漿源連接至一沈積腔室的一前級管道，該電漿源包括：一第一板，該第一板具有一外邊緣及一內邊緣；一第二板，該第二板與該第一板呈平行，其中該第二板具有一外邊緣及一內邊緣；一外壁，該外壁配置在該第一板的該外邊緣與該第二板的該外邊緣之間；一電極，該電極配置在該第一板的該內邊緣與該第二板的該內邊緣之間；複數個第一磁體，該複數個第一磁體配置在該第一板上；及複數個第二磁體，該複數個第二磁體配置在該第二板上；及一試劑源，該試劑源配置在該電漿源的上游，其中該試劑源與該電漿源連接，及其中該試劑源配置用來輸送一減量劑至該電漿源，該減量劑選自於以下群組中：BCl3、CCl4、SiCl4、NF3、SF4、SF6、SF8、一還原化性合物、一經鹵化的蝕刻化合物、CH4、H2、F2、HCl、HF、Cl2、HBr、O2、N2、O3、CO、CO2、NH3、N2O、CH4及上述化合物之組合物。
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