TW201833978A - 用於前級固體形成量化的石英晶體微量天平的利用 - Google Patents

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Abstract

本揭示案的實施例一般相關於用於半導體處理設施的消除。更特定地，本揭示案的實施例相關於用於前級固體形成量化的技術。在一個實施例中，系統包含位於處理腔室及設施排放之間的一個或更多個石英晶體微量天平(QCM)感應器。該一個或更多個QCM感應器提供系統中產生的固體量的即時量測，而不必關閉位於處理腔室及設施排放之間的幫浦。此外，可使用QCM感應器提供的資訊以控制使用以消除離開處理腔室的流出物中的化合物的試劑之流動，以便減低固體形成。

Description

用於前級固體形成量化的石英晶體微量天平的利用
本揭示案的實施例一般相關於用於半導體處理設施的消除(abatement)。更特定地，本揭示案的實施例相關於用於前級固體形成量化的技術。
半導體製造處理期間所產生的流出物包含丟棄前消除或處置的許多化合物(導因於法規要求及環境與安全考量)。該等化合物為PFC及含鹵素化合物，例如使用於蝕刻或清理處理。
PFC(例如CF4 、C2 F6 、NF3 、及SF6 )常使用於半導體及平板顯示器製造工業中，例如，用於介電層蝕刻及腔室清理中。伴隨著製造或清理處理，自處理腔室所抽吸的流出物氣體流中典型地存有剩餘PFC含量。PFC難以自流出物流移除，且不希望PFC釋放進入環境，因為PFC公知為具有相對高的溫室活動。已使用遠端電漿來源(RPS)或線內電漿來源(IPS)以消除PFC及其他全球暖化氣體。
用於消除PFC的現今消除技術的設計使用試劑與PFC反應。然而，固體顆粒可在RPS、排放線、及RPS下游的幫浦中產生，導因於處理腔室中的電漿消除或處理化學物質。若忽視，該等固體可造成幫浦失效及前級阻塞。在一些情況中，該等固體為高度反應性而可出現安全考量。傳統上，該等固體形成之偵測係藉由阻斷真空且暫停幫浦來進行以實體上檢查前級或任何安裝的收集器。此偵測處理包含一計畫維持，在該計畫維持期間，處理腔室為非操作性且僅可每幾週提供固體的種類及數量上的回饋。此外，若該等固體為反應性的，在事先不知道前級中聚積的固體數量下開啟前級可為危險的。
因此，需要改良的設備。
本揭示案的實施例一般相關於用於半導體處理設施的消除。在一個實施例中，前級組件包含：一電漿來源；一第一管道，該第一管道耦合至該電漿來源，其中該第一管道為該電漿來源的上游；一第二管道，該第二管道位於該電漿來源的下游；及一石英晶體微量天平感應器，該石英晶體微量天平感應器設置於該第二管道中。
在另一實施例中，真空處理系統包含：一真空處理腔室，該真空處理腔室具有一排放埠；一真空幫浦；及一前級組件，該前級組件耦合至該真空處理腔室及該真空幫浦，其中該前級組件包含：一第一管道，該第一管道耦合至該真空處理腔室的該排放埠；一電漿來源，該電漿來源耦合至該第一管道；一第二管道，該第二管道耦合至該真空幫浦，其中該第二管道位於該電漿來源的下游；及一第一石英晶體微量天平感應器，該第一石英晶體微量天平感應器設置於該第二管道中。
在另一實施例中，方法包含以下步驟：自一處理腔室流動一流出物進入一電漿來源；流動一個或更多個消除劑進入一前級組件；使用一第一石英晶體微量天平感應器來監視該電漿來源下游累積的一固體量；及基於該第一石英晶體微量天平感應器所提供的資訊，調整該一個或更多個消除劑的流動率。
本揭示案的實施例一般相關於用於半導體處理設施的消除。更特定地，本揭示案的實施例相關於用於前級固體形成量化的技術。在一個實施例中，系統包含位於處理腔室及設施排放之間的一個或更多個石英晶體微量天平(QCM)感應器。該一個或更多個QCM感應器提供系統中產生的固體量的即時量測，而不必關閉位於處理腔室及設施排放之間的幫浦。此外，可使用QCM感應器提供的資訊以控制使用以消除離開處理腔室的流出物中的化合物的試劑之流動，以便減低固體形成。
第1A圖為真空處理系統170的示意側視圖。真空處理系統170包含至少真空處理腔室190、真空幫浦194、及耦合至真空處理腔室190及真空幫浦194的前級組件193。真空處理腔室190一般經配置以執行至少一個積體電路製造處理，例如沉積處理、蝕刻處理、電漿處置處理、預先清理處理、離子植入處理、或其他積體電路製造處理。在真空處理腔室190中執行的處理可為電漿輔助的。例如，在真空處理腔室190中執行的處理可為用於沉積矽基材料的電漿沉積處理。前級組件193至少包含耦合至真空處理腔室190的腔室排放埠191的第一管道192A、耦合至第一管道192A的電漿來源100、耦合至真空幫浦194的第二管道192B、及設置於第二管道192B中的QCM感應器102。第一管道192A及第二管道192B可稱為前級。第二管道192B位於電漿來源100的下游，且QCM感應器102位於電漿來源100下游的一位置。
一個或更多個消除劑來源114耦合至前級組件193。在一些實施例中，一個或更多個消除劑來源114耦合至第一管道192A。在一些實施例中，一個或更多個消除劑來源114耦合至電漿來源100。消除劑來源114提供一個或更多個消除劑進入第一管道192A或電漿來源100，可通電以與離開真空處理腔室190的材料反應或輔助將該等材料轉換成更環保及/或處理設施友善的成分。在一些實施例中，一個或更多個消除劑包含水蒸氣、含氧氣體(例如氧氣)、及其組合。可選地，沖洗氣體來源115可耦合至電漿來源100以減低電漿來源100內部部件上的沉積。
前級組件193可進一步包含排放冷卻設備117。排放冷卻設備117可耦合至電漿來源100下游的電漿來源100以減低離開電漿來源100的排放溫度。
QCM感應器102可設置於位於電漿來源100下游的第二管道192B中。QCM感應器102可與電漿來源100相隔一距離，使得來自熱及電漿效應的雜訊最小化。真空處理系統170可進一步包含耦合至真空幫浦194的管道106至設施排放196。設施排放196一般包含洗滌器或其他排放清理設備以用於準備真空處理腔室190的流出物進入大氣。在一些實施例中，第二QCM感應器104設置於位於真空幫浦194下游的管道106中。QCM感應器102、104提供真空處理系統170中產生及電漿來源100下游累積的固體量的即時量測，而不必關閉真空幫浦194。此外，可使用QCM感應器102、104提供的真空處理系統170中形成及電漿來源100下游累積的固體數量以控制消除劑之流動，以便減低固體形成及清除真空處理系統170中的固體。
第1B圖為根據於此描述之一個實施例的真空處理系統170的部分示意圖，包含QCM感應器102、104。如第1B圖中所展示，第二管道192B包含壁108及在壁108中形成的輪緣109。QCM感應器102耦合至輪緣109。QCM感應器102包含感應器元件112及主體110以封閉區域122。感應器元件112為具有金屬塗佈的石英晶體。電子感應器部件位於區域122中。為了防止第二管道192B中的腐蝕性化合物進入QCM感應器102的區域122，自沖洗氣體來源116經由在主體110中形成的沖洗氣體注射埠120流動沖洗氣體進入區域122。沖洗氣體可為任何合適的沖洗氣體，例如氮氣。在操作期間，感應器元件112被電流以非常高的頻率激發，且該頻率隨著固體沉積於感應器元件112的表面上而改變。可藉由量測頻率中的改變來量測沉積於表面上的固體量。感應器元件112的金屬塗佈可促進沉積於感應器元件112上的固體之附著性。在一個實施例中，金屬塗佈為鋁。在另一實施例中，金屬塗佈為金。具有金屬塗佈的感應器元件112自離開電漿來源100的化合物的流動路徑凹陷，以便減低金屬遷移返回真空處理腔室190的風險。
在一些實施例中，除了QCM感應器102外，使用第二QCM感應器104。如第1B圖中所展示，管道106包含壁140及在壁140中形成的輪緣142。第二QCM感應器104耦合至輪緣142。第二QCM感應器104包含感應器元件132及主體130以封閉區域134。感應器元件132為具有金屬塗佈的石英晶體。電子感應器部件位於區域134中。為了防止管道106中的腐蝕性化合物進入第二QCM感應器104的區域134，自沖洗氣體來源116經由在主體130中形成的沖洗氣體注射埠136流動沖洗氣體進入區域134。在一些實施例中，沖洗氣體在分開的沖洗氣體來源中產生。沖洗氣體可為任何合適的沖洗氣體，例如氮氣。第二QCM感應器104可在與QCM感應器102相同的原則下操作。第二QCM感應器104的感應器元件132的金屬塗佈可與QCM感應器102的感應器元件112的金屬塗佈相同。具有金屬塗佈的感應器元件132自離開電漿來源100的化合物的流動路徑凹陷，以便減低金屬遷移返回真空處理腔室190的風險。
第2圖為根據於此描述之一個實施例的流程圖，圖示用於消除來自處理腔室的流出物的方法200。方法200藉由自處理腔室(例如，第1A圖中所展示的真空處理腔室190)流動流出物進入電漿來源(例如，第1A圖中所展示的電漿來源100)而始於區塊202。流出物可包含PFC或含鹵素化合物，例如SiF4 。在區塊204，藉由流動一個或更多個消除劑進入前級組件(例如，第1A圖中所展示的第一管道192A或前級組件193的電漿來源100)來繼續該方法。消除劑可為水蒸氣或水蒸氣及氧氣。在區塊206，在電漿來源執行消除處理時產生固體，且使用一個或更多個QCM感應器(例如，第1A圖中所展示的QCM感應器102、104)來監視電漿來源下游累積的固體量。在一個實施例中，使用一個QCM感應器以監視電漿來源下游累積的固體量，且該QCM感應器為第1A圖中所展示的QCM感應器102。在另一實施例中，使用兩個QCM感應器以監視電漿來源下游累積的固體量，且該兩個QCM感應器為第1A圖中所展示的QCM感應器102、104。QCM感應器提供真空處理系統中產生及電漿來源下游累積的固體量的即時量測，而不必關閉真空幫浦194。此外，操作員可使用一個或更多個QCM感應器提供的資訊以決定前級是否可安全開啟以執行對真空處理系統部件的維護。
接著，在區塊208，基於一個或更多個QCM感應器提供的電漿來源下游累積的固體量，調整一個或更多個消除劑的流動率。例如，在一個或更多個QCM感應器偵測到小的固體量時，水蒸氣的流動率遠大於氧氣的流動率。在一些實施例中，僅流動水蒸氣進入前級組件(第一管道192A或電漿來源100)。在使用水蒸氣為消除劑時，PFC的解構及移除效率(DRE)是高的，但形成固體。在一個或更多個QCM感應器偵測到電漿來源下游的前級組件中累積更多固體時，減低水蒸氣的流動率，同時增加氧氣的流動率。在流動氧氣進入前級組件(第一管道192A或電漿來源100)時，清除固體，但PFC的DRE是低的。此外，流動進入電漿來源的氧氣量的增加可腐蝕電漿來源的核心。在一個實施例中，調整水蒸氣及氧氣的流動率，使得水蒸氣流動率對氧氣流動率的比例為三。
換句話說，在一個或更多個QCM感應器偵測到電漿來源下游累積固體量增加時，氧氣流動率增加，且在一個或更多個QCM感應器偵測到電漿來源下游累積固體量減少時，氧氣流動率減少。然而，水蒸氣流動率對氧氣流動率的比例應為三或更低以防止DRE落到不可接受的層級。可調整水蒸氣流動率一併調整氧氣流動率。在一個實施例中，氧氣流動率增加且水蒸氣流動率成比例地減少。在另一實施例中，氧氣流動率增加減少且水蒸氣流動率成比例地增加。在一些實施例中，水蒸氣流動率保持恆定，同時基於電漿來源下游累積的固體量來調整氧氣流動率。
藉由在電漿來源下游的真空處理系統使用一個或更多個QCM感應器，可達成系統中產生固體量的即時量測。系統中產生固體量的即時量測幫助決定是否得以安全開啟前級。此外，可使用固體量的即時量測以控制一個或更多個消除劑的流動率以消除離開處理腔室的流出物中的化合物，以便減低固體形成。
前述係所揭露裝置、方法及系統的實施例，可修改所揭露裝置、方法及系統的其他及進一步的實施例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‧‧‧電漿來源
102‧‧‧QCM感應器
104‧‧‧QCM感應器
106‧‧‧管道
108‧‧‧壁
109‧‧‧輪緣
110‧‧‧主體
112‧‧‧感應器元件
114‧‧‧消除劑來源
115‧‧‧沖洗氣體來源
116‧‧‧沖洗氣體來源
117‧‧‧排放冷卻設備
120‧‧‧沖洗氣體注射埠
122‧‧‧區域
130‧‧‧主體
132‧‧‧感應器元件
134‧‧‧區域
136‧‧‧沖洗氣體注射埠
140‧‧‧壁
142‧‧‧輪緣
170‧‧‧真空處理系統
190‧‧‧真空處理腔室
191‧‧‧腔室排放埠
192A‧‧‧第一管道
192B‧‧‧第二管道
193‧‧‧前級組件
194‧‧‧真空幫浦
196‧‧‧設施排放
200‧‧‧方法
202‧‧‧區塊
204‧‧‧區塊
206‧‧‧區塊
208‧‧‧區塊
於是可以詳細理解本揭示案上述特徵中的方式，可藉由參考實施例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本揭示案典型的實施例，因此不考慮限制其範圍，因為本揭示案可允許其他等效實施例。
第1A圖為根據於此描述之一個實施例的真空處理系統的示意圖。
第1B圖為根據於此描述之一個實施例的真空處理系統的部分示意圖，包含兩個石英晶體微量天平感應器。
第2圖為根據於此描述之一個實施例的流程圖，圖示用於消除來自處理腔室的流出物的方法。
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。此外，一個實施例的元件可優勢地經適用以使用於其他於此描述的實施例。
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Claims (20)

  1. 一種前級組件，包括： 一電漿來源；一第一管道，該第一管道耦合至該電漿來源，其中該第一管道為該電漿來源的上游；一第二管道，該第二管道位於該電漿來源的下游；及一石英晶體微量天平感應器，該石英晶體微量天平感應器設置於該第二管道中。
  2. 如請求項1所述之前級組件，進一步包括一排放冷卻設備，該排放冷卻設備耦合至該電漿來源，其中該第二管道耦合至該排放冷卻設備。
  3. 如請求項1所述之前級組件，其中該第二管道包含一壁及在該壁中形成的一輪緣，其中該石英晶體微量天平感應器耦合至該輪緣。
  4. 如請求項1所述之前級組件，其中該石英晶體微量天平感應器包含一主體及在該主體中形成的一沖洗氣體注射埠。
  5. 一種真空處理系統，包括： 一真空處理腔室，該真空處理腔室具有一排放埠；一真空幫浦；及一前級組件，該前級組件耦合至該真空處理腔室及該真空幫浦，其中該前級組件包括：一第一管道，該第一管道耦合至該真空處理腔室的該排放埠；一電漿來源，該電漿來源耦合至該第一管道；一第二管道，該第二管道耦合至該真空幫浦，其中該第二管道位於該電漿來源的下游；及一第一石英晶體微量天平感應器，該第一石英晶體微量天平感應器設置於該第二管道中。
  6. 如請求項5所述之真空處理系統，其中該前級組件進一步包括一排放冷卻設備，該排放冷卻設備耦合至該電漿來源，其中該第二管道耦合至該排放冷卻設備。
  7. 如請求項5所述之真空處理系統，其中該第二管道包含一壁及在該壁中形成的一輪緣，其中該第一石英晶體微量天平感應器耦合至該第二管道的該輪緣。
  8. 如請求項5所述之真空處理系統，其中該第一石英晶體微量天平感應器包含一主體及在該主體中形成的一沖洗氣體注射埠。
  9. 如請求項5所述之真空處理系統，進一步包括一第三管道，該第三管道耦合至該真空幫浦。
  10. 如請求項9所述之真空處理系統，進一步包括設置於該第三管道中的一第二石英晶體微量天平感應器。
  11. 如請求項10所述之真空處理系統，其中該第三管道包含一壁及在該壁中形成的一輪緣，其中該第二石英晶體微量天平感應器耦合至該第三管道的該輪緣。
  12. 如請求項10所述之真空處理系統，其中該第二石英晶體微量天平感應器包含一主體及在該主體中形成的一沖洗氣體注射埠。
  13. 如請求項5所述之真空處理系統，進一步包括耦合至該前級組件的一個或更多個消除劑(abatement reagent)來源。
  14. 如請求項13所述之真空處理系統，其中該一個或更多個消除劑來源耦合至該第一管道。
  15. 如請求項13所述之真空處理系統，其中該一個或更多個消除劑來源耦合至該電漿來源。
  16. 一種方法，包括以下步驟： 自一處理腔室流動一流出物進入一電漿來源；流動一個或更多個消除劑進入一前級組件；使用一第一石英晶體微量天平感應器來監視該電漿來源下游累積的一固體量；及基於該石英晶體微量天平感應器所提供的資訊，調整該一個或更多個消除劑的流動率。
  17. 如請求項16所述之方法，其中該一個或更多個消除劑包括水蒸氣及氧氣。
  18. 如請求項17所述之方法，其中調整該一個或更多個消除劑的流動率之步驟包括以下步驟：在該電漿來源下游累積的該固體量增加時增加該氧氣的該流動率，且在該電漿來源下游累積的該固體量減少時減少該氧氣的該流動率。
  19. 如請求項18所述之方法，其中調整該一個或更多個消除劑的流動率之步驟進一步包括以下步驟：在該電漿來源下游累積的該固體量減少時增加該水蒸氣的該流動率，且在該電漿來源下游累積的該固體量增加時減少該水蒸氣的該流動率。
  20. 如請求項18所述之方法，其中調整該一個或更多個消除劑的流動率之步驟進一步包括以下步驟：將該水蒸氣的該流動率維持恆定。
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