TW201801813A - 用於排放沉積移除的溫度控制遠端電漿清洗 - Google Patents

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Abstract

本揭示案的實施例一般係關於用於清洗排放系統的方法及設備，例如與用於形成磊晶矽的處理腔室一起使用的排放系統。排放系統包含用於供應離子化氣體穿過排放系統的遠端電漿來源，及置於遠端電漿來源下游的一或更多個溫度感測器。

Description

用於排放沉積移除的溫度控制遠端電漿清洗
本揭示案的態樣一般係關於用於清洗排放系統的方法及設備，例如用於形成磊晶矽的處理腔室的排放系統。
磊晶矽使用含矽前驅物氣體在處理腔室中沉積。在處理腔室中預先決定的一數量的沉積週期之後，使用含氯氣體清洗處理腔室。來自含氯氣體的氯自由基與矽反應以形成氯矽烷，氯矽烷自處理腔室排放。氯矽烷為沉積於排放系統的內表面上的可燃材料，且須週期性地移除。移除氯矽烷的清洗時間可在自半天長至一個月的範圍中，依據所需移除程度而定。此外，氯矽烷可在排放系統拆卸後於大氣環境中與氧反應，因而形成氯代矽氧烷(chlorosiloxane)，具有接觸可爆炸性。氯代矽氧烷的形成進一步延長用於清洗及維持所需時間，導因於操作人員採取的額外預防措施。
因此，需要用於清洗排放系統的改良的方法及設備。
在一個態樣中，處理系統包括：一處理腔室；及一排放系統，該排放系統耦合至該處理系統。該排放系統包括：一遠端電漿來源，該遠端電漿來源用於供應一離子化清洗氣體至該處理腔室下游的該排放系統；及一或更多個感測器，該一或更多個感測器用於量測該排放系統的一或更多個位置處的該排放系統之溫度。
在另一態樣中，處理系統包括：一處理腔室；及一排放系統，該排放系統耦合至該處理系統。該排放系統包括：一遠端電漿來源，該遠端電漿來源用於供應一離子化清洗氣體至該處理腔室下游的該排放系統；一或更多個感測器，該一或更多個感測器位於該遠端電漿來源的下游，用於量測該排放系統的一或更多個位置處的該排放系統之溫度；及一端點偵測系統，該端點偵測系統位於該一或更多個感測器的下游；及一真空幫浦，該真空幫浦位於該端點偵測系統的下游。
在另一實施例中，用於清洗一排放系統的製程包括以下步驟：將一或更多個離子化氣體導入一處理腔室下游的排放系統；監視該排放系統內的溫度；及基於所監視的該溫度，調整該一或更多個離子化氣體的流動率。
本揭示案的態樣一般相關於用於清洗排放系統的方法及設備，例如與用於形成磊晶矽的處理腔室一起使用的排放系統。排放系統包含用於供應離子化氣體穿過排放系統的遠端電漿來源，及置於遠端電漿來源下游的一或更多個溫度感測器。注意設想於此描述的方法及設備的使用以用於其他製程，例如蝕刻、或磊晶矽之外的材料沉積。
第1圖為根據本揭示案的一個態樣之處理系統100的示意圖示。處理系統100包含耦合至排放系統102的處理腔室101(例如磊晶沉積反應器)。排放系統102在排放系統102的下游端耦合至真空幫浦103，以便於排放液流動至位於排放系統102下游的洗滌器122。排放系統102可包含經由伸縮軟管105耦合至排放系統102的末端偵測系統104。排放系統102及伸縮軟管105可設置於真空幫浦103的上游以便於清洗操作之端點的決定。
遠端電漿來源(RPS)106耦合至排放系統102以離子化清洗、沖洗、載送、或其他處理氣體及提供離子化氣體至排放系統102。例如，第一氣體供應來源107可耦合至RPS 106以提供惰性或非反應性氣體(例如，氬)經由RPS 106至排放系統102。此外，第二氣體供應來源108可耦合至RPS 106以提供清洗氣體(例如，NF3 )經由RPS 106至排放系統102。其他設想的清洗氣體包含NF2 H、CHF3 、CF4 ，諸如此類。注意亦可設想其他清洗氣體及其他非反應性氣體。離子化氣體便於累積的沉積自排放系統102的內部移除，因而減少或消除對排放系統102針對清洗的拆卸之需求。
排放系統102包含第一隔絕閥109，防止排放氣體回流進入處理腔室101。處理腔室101可藉由壁120與真空幫浦103分隔。RPS 106經由氣體通路110耦合至第一隔絕閥109下游的排放系統102。氣體通路110包含設置於氣體通路110中的第二隔絕閥111以控制流經氣體通路110的氣體，因而控制自RPS 106流動至排放系統102的氣體。可藉由控制器(未圖示)來控制隔絕閥109及111。
排放系統102亦包含用於感測溫度的一或更多個感測器112a至112g(圖示七個)。第一溫度感測器112a設置於隔絕閥109及111的下游及壓力控制閥113的上游。剩下的感測器112b至112g置於壓力控制閥113的下游及伸縮軟管105的上游。感測器112a至112g便於監視排放系統102不同位置處的排放溫度。在一個態樣中，感測器112a至112g置於排放系統102中易受增加的排放液材料沉積影響的位置。例如，閥、管彎處、T形接頭等易受增加的材料沉積影響。在一個實例中，感測器112a至112g可為熱耦合。在一個實例中，溫度感測器112e及112f位於地板121下方。
溫度感測器112a至112g便於監視排放系統102內的清洗操作。來自清洗氣體的氟化物自由基與氯矽烷沉積之反應為放熱的。因此，一般可經由溫度量測限定反應程度。例如，可藉由追蹤排放系統102內的溫度來監視清洗操作的端點偵測。在感測器112a至112g處的升高溫度指示清洗氣體與沉積材料的反應，同時大致等於或接近大氣溫度的溫度(或離開RPS 106的清洗氣體之溫度)指示實質完成的清洗操作，導因於完成沉積材料的反應/移除。
此外或選擇地，可使用感測器112a至112g以便於監視及控制清洗操作。例如，感測器112a至112g可監視溫度以便防止排放系統內的逃逸的放熱反應。隨著在特定感測器112a至112g處的量測溫度達到預先決定的限制，可傳遞一訊號至控制器。依序地，控制器可調整離開RPS 106的清洗氣體之流動率(及/或停止流動率)。清洗氣體量的減少限制了排放系統102內的反應程度，因而維持溫度於所需位準。
設想每一感測器112a至112g可經程式化至相同或不同溫度限制。例如，壓力控制閥113可為溫度敏感的，因而可限制相鄰於壓力控制閥113的感測器112a及112b至相對較低的溫度，例如約攝氏70度至約攝氏80度。可放置感測器112c至112g相鄰於如T形接頭或管彎處(對溫度較不敏感)的部件。在該實例中，用於感測器112c至112g的回饋訊號可設定於相對較高的溫度，例如約攝氏110度至約攝氏130度。
亦設想控制器可基於多於一個溫度感測器112a至112g的讀數來回應。例如，若溫度感測器112a至112g之其中僅一者記錄高溫，控制器可經配置而不回應，直至一或更多個額外溫度感測器112a至112g紀錄高溫。
在另一實例中，每一感測器112a至112g可包含兩級限制。例如，當達到第一限制，可傳遞訊號以減少清洗氣體的流動。當達到第二、較高的限制，清洗氣體的流動可完全暫停以抑制排放系統102中的任何反應。設想感測器112a至112g可耦合至任何合適的繼電器或通訊鏈結以便於傳輸資料或控制氣體流動。在一個實例中，可使用速動開關(snap switch)及/或互鎖開關(interlock switch)以控制排放系統102內的氣體流動。可放置速動開關及/或互鎖開關相鄰於或耦合至個別的感測器112a至112g。
在另一實例中，控制器可經配置以在感測器112a至112g之其中一者或更多者中的溫度上升率超過限制時反應。控制器可根據一設定區間對來自感測器112a至112g的溫度讀數取樣、比較感測器112a至112g的連續讀數以決定溫度改變、及比較溫度改變與一限制，該限制對所有感測器112a至112g而言可為相同的，或對任何或所有感測器112a至112g而言可為不同的。若任何或所有溫度改變超過個別限制，控制器可隨之調整清洗氣體的流動。
可在預先決定的區間之後在排放系統中執行清洗操作，例如在處理腔室101中處理特定數量的基板。在清洗製程中，關閉隔絕閥109以防止清洗氣體回流進入處理腔室。可監視處理腔室101內的壓力以確保隔絕閥未逸漏，因而不會不利地允許清洗氣體進入處理腔室。隨後，開啟第二隔絕閥111以允許被RPS 106離子化的氣體前進經過排放系統102，此外，將壓力控制閥113設定至產生適於碰撞電漿的壓力的一位置，例如，約0.5 torr至約1.5 torr。接著，允許氬以約500每分鐘標準立方公分(sccm)至約3000 sccm的範圍內的流動率流經RPS 106。接著，在RPS 106中點燃電漿且允許電漿穩定例如持續約5秒至約10秒。
一旦電漿穩定，以100 sccm至約500 sccm的範圍內的流動率提供清洗氣體(例如NF3 )至RPS 106，且允許清洗氣體流經排放系統102以移除排放系統102內所累積的材料。耦合至一或更多個感測器112a至112g的控制系統監視排放部件溫度。若排放部件達到預先決定的臨界值，減少或暫停清洗氣體的流動以允許排放系統102冷卻。一旦溫度冷卻至預先決定的設定點，恢復或升高清洗氣體流動。可重複該製程直至充分地清洗排放系統102。持續監視溫度便於識別清洗端點。隨著部件的溫度達到大氣溫度，指示清洗端點。或者，可使用端點偵測系統104(例如，可為非分散紅外線感測器)來決定清洗處理端點偵測。
在清洗操作期間，可使用載送氣體對清洗氣體的可變流動比例來控制排放系統內的溫度。例如，當啟動清洗操作時，可使用約2:1至約4:1的流動比例在RPS 106中離子化氬及NF3 。在特定態樣中，提供約1每分鐘標準公升(slm)的氬至RPS 106，同時提供250 sccm的NF3 至RPS。隨著持續的清洗操作，可增加NF3 的流動率直至溫度允許下達到氬對NF3 1:1的比例。只要處理參數安全允許，流動比例中的改變允許促進清洗處理。
在另一實施例中，可根據所需佔空比(duty cycle)發出NF3 氣體流動的脈衝。設想發出NF3 氣體的脈衝可減緩排放系統102內的溫度增加率。作為另一選擇，並非在達到溫度臨界值時減少或暫停清洗氣體之流動，而是設想可撲滅RPS 106中的電漿。在該態樣中，可允許清洗氣體的流動以持續流動，因為清洗氣體在未被RPS 106離子化時反應性較低。或者，當電漿被撲滅時亦可暫停NF3 氣體的流動。
第2圖為圖示清洗週期期間的排放系統之溫度回應之圖形。圖示在每一感測器112b至112g(例如，壓力控制閥113下游的感測器)處所量測的溫度。溫度中的相對尖波指示溫度中的增加(導因於離子化清洗氣體與沉積材料反應時的放熱反應)，且在清洗氣體的流動回應於達到臨界值溫度而減少或暫停時指示溫度中的減少。一旦溫度減少至預先決定設定點，恢復清洗氣體的流動，如後續溫度中的增加所指示。如第2圖中所展示，在感測器112c處在約500秒時達到約攝氏100度的臨界值溫度，觸發清洗氣體流動率中的減少。當感測器112c處的溫度達到攝氏30度時，恢復清洗氣體的流動率。後續地，在感測器112d處在約1100秒時達到約攝氏120度的臨界值溫度，觸發清洗氣體流動中的減少。在約1900秒、2500秒、3200秒、4000秒、5000秒、及6000秒處圖示相似的尖峰事件。
如上述，持續清洗氣體流動的週期直至充分地清洗排放系統。尖峰震幅中的持續減少指示排放系統內沉積材料中的減少，例如，反應物(例如，氯矽烷)中的減少。如所圖示，在約7000秒處，所有感測器之排放系統內的溫度達到大氣溫度，指示處理端點。
在如上述清洗排放系統102後，可沖洗排放系統102以移除任何清洗氣體或來自排放系統102的反應副產物。在一個實例中，可使用來自清洗處理的載送氣體(例如，氬)來沖淨排放系統102。在另一態樣中，可使用氮來回填及沖淨排放系統102，同時隔絕閥109及111位於關閉位置中。可回填及沖淨排放系統102多次，例如約5至10次。
第3圖根據於此描述的態樣圖示清洗之後排放系統的分區之內視圖。特定地，第3圖圖示壓力控制閥113的內視圖。如所圖示，於此描述之態樣充分地清洗壓力控制閥113，沒有展示出沉積。進行清洗而無對壓力控制閥113的熱損壞。
於此描述的態樣之益處包含更安全及更快的排放系統清洗。於此描述的態樣可將清洗時間至上至一個月減少至與100分鐘一樣少或更少。此外，可延長時間上及成本上預防維持之間的持續時間。此外，於此描述的態樣減少或消除拆卸排放系統之需求，否則會曝露氯矽烷至大氣的氧而形成氯代矽氧烷。即便需要拆卸，根據本揭示案的態樣，在清洗之後曝露的部件具有遠遠較少呈現於上的氯矽烷。
在一個實例中，根據於此描述的態樣清洗排放系統。拆卸後，在大氣環境中以1.5百萬分之一(ppm)之濃度(低於5 ppm的臨界值)來量測鹽酸(隨著氯矽烷與大氣的氧反應而排氣)。相對比下，拆卸以清洗的傳統排放系統在曝露於大氣環境時可能超過5 ppm的HCl濃度。
前述係實施例的態樣，可修改本揭示案其他及進一步的態樣而不遠離其基本範圍，且該範圍由隨後的申請專利範圍所決定。
100‧‧‧處理系統
101‧‧‧處理腔室
102‧‧‧排放系統
103‧‧‧真空幫浦
104‧‧‧端點偵測系統
105‧‧‧伸縮軟管
106‧‧‧遠端電漿來源(RPS)
107‧‧‧第一氣體供應來源
108‧‧‧第二氣體供應來源
109‧‧‧隔絕閥
110‧‧‧氣體通路
111‧‧‧隔絕閥
112a-112g‧‧‧感測器
113‧‧‧壓力控制閥
120‧‧‧壁
121‧‧‧地板
122‧‧‧洗滌器
於是可以詳細理解本揭示案上述特徵中的方式，可藉由參考態樣而具有本揭示案的更特定描述(簡短總結如上)，其中一些圖示於所附圖式中。然而，注意所附圖式僅圖示示範態樣，因此不考慮限制其範圍，因為本揭示案可允許其他等效態樣。
第1圖為根據本揭示案的一個態樣之處理系統100的示意圖示。
第2圖為圖示清洗週期期間的排放系統之溫度回應之圖形。
第3圖圖示根據於此描述的態樣在清洗之後排放系統的分區之內視圖。
為了便於理解，儘可能使用相同元件符號，以標示圖式中常見的相同元件。設想一個態樣的元件及特徵可有利地併入其他態樣，而無須進一步敘述。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100‧‧‧處理系統
101‧‧‧處理腔室
102‧‧‧排放系統
103‧‧‧真空幫浦
104‧‧‧端點偵測系統
105‧‧‧伸縮軟管
106‧‧‧遠端電漿來源(RPS)
107‧‧‧第一氣體供應來源
108‧‧‧第二氣體供應來源
109‧‧‧隔絕閥
110‧‧‧氣體通路
111‧‧‧隔絕閥
112a-112g‧‧‧感測器
113‧‧‧壓力控制閥
120‧‧‧壁
121‧‧‧地板
122‧‧‧洗滌器

Claims (20)

  1. 一種處理系統，包括： 一處理腔室；及一排放系統，該排放系統耦合至該處理系統，該排放系統包括：一遠端電漿來源，該遠端電漿來源用於供應一離子化清洗氣體至該處理腔室下游的該排放系統；及一或更多個感測器，該一或更多個感測器用於量測該排放系統的一或更多個位置處的該排放系統之溫度。
  2. 如請求項1所述之處理系統，進一步包括：一第一隔絕閥，該第一隔絕閥位於該一或更多個感測器的上游及該處理腔室的下游。
  3. 如請求項2所述之處理系統，進一步包括：一第二隔絕閥，該第二隔絕閥位於該一或更多個感測器的上游及該遠端電漿來源的下游。
  4. 如請求項3所述之處理系統，進一步包括：一壓力控制閥，該壓力控制閥位於該第一隔絕閥及該第二隔絕閥的下游。
  5. 如請求項4所述之處理系統，其中該壓力控制閥位於該一或更多個感測器之其中至少一個感測器的下游及該一或更多個感測器之其中至少另一感測器的上游。
  6. 如請求項1所述之處理系統，其中該一或更多個感測器位於該遠端電漿來源的下游。
  7. 如請求項1所述之處理系統，進一步包括：一端點偵測系統，該端點偵測系統位於該一或更多個感測器的下游。
  8. 如請求項7所述之處理系統，進一步包括：一真空幫浦，該真空幫浦位於該端點偵測系統的下游。
  9. 如請求項1所述之處理系統，其中該一或更多個感測器為複數個感測器。
  10. 如請求項1所述之處理系統，其中該一或更多個感測器的一子集合耦合至排放線中的的T形接頭。
  11. 一種處理系統，包括： 一處理腔室；及一排放系統，該排放系統耦合至該處理系統，該排放系統包括：一遠端電漿來源，該遠端電漿來源用於供應一離子化清洗氣體至該處理腔室下游的該排放系統；一或更多個感測器，該一或更多個感測器位於該遠端電漿來源的下游，用於量測該排放系統的一或更多個位置處的該排放系統之溫度；及一端點偵測系統，該端點偵測系統位於該一或更多個感測器的下游；及一真空幫浦，該真空幫浦位於該端點偵測系統的下游。
  12. 如請求項11所述之處理系統，進一步包括：一第一隔絕閥，該第一隔絕閥位於該一或更多個感測器的上游及該處理腔室的下游。
  13. 如請求項12所述之處理系統，進一步包括：一第二隔絕閥，該第二隔絕閥位於該一或更多個感測器的上游及該遠端電漿來源的下游。
  14. 如請求項13所述之處理系統，進一步包括：一壓力控制閥，該壓力控制閥位於該第一隔絕閥及該第二隔絕閥的下游。
  15. 如請求項14所述之處理系統，其中該壓力控制閥位於該一或更多個感測器之其中至少一個感測器的下游及該一或更多個感測器之其中至少另一感測器的上游。
  16. 如請求項11所述之處理系統，其中該一或更多個感測器為複數個感測器。
  17. 如請求項11所述之處理系統，其中該一或更多個感測器的一子集合耦合至排放線中的的T形接頭。
  18. 一種用於清洗一排放系統的處理方法，包括以下步驟： 將一或更多個離子化氣體導入一處理腔室下游的該排放系統； 監視該排放系統內的溫度；及基於所監視的該溫度，調整該一或更多個離子化氣體的流動率。
  19. 如請求項18所述之方法，其中該一或更多個離子化氣體由一遠端電漿來源所產生。
  20. 如請求項18所述之方法，其中該一或更多個離子化氣體以一脈衝流動導入該排放系統。
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