TWI391612B - 氣體燃燒裝置 - Google Patents

Description

氣體燃燒裝置

本發明係關於燃燒複數個排放氣體之裝置及方法。

半導體器件製造中之一主要步驟係藉由蒸氣前軀體之化學反應而在一半導體基板上形成一薄膜。一種用於在一基板上沈積一薄膜之習知技術係化學氣相沈積(CVD)。於此技術中，將處理氣體供應至一裝納該基板之處理室中並反應以在該基板表面上形成一薄膜。舉例而言，通常將矽烷用作矽源，而將氨氣用作一氮源。

CVD沈積並不限於該基板之表面，且此可導致(舉例而言)氣體噴嘴之堵塞及室窗之模糊。此外，可有微粒形成，該等微粒可落在基板上並造成沈積薄膜中之瑕疵，或干擾該沈積系統之化學作業。作為該作業之一結果，需定期清潔該處理室之內表面以從該室內移除多餘之沈積材料。清潔該室之一方法係提供一種清潔氣體(例如分子氟(F2))以與多餘之沈積材料反應。

在該處理室內實施該沈積或清潔處理後，通常在自該處理室排放之氣體內含有提供至該處理室之殘留氣體量。諸如矽烷、氨氣及清潔氣體(例如氟)等處理氣體若排放至大氣中則極為危險，因此鑒於該原因，在將排放氣體排至大氣之前，通常提供一消除器件以處理該排放氣體，從而將較為危險之排放氣體成分轉化成可易於自該排放氣體中移除之物質(例如，藉由習用之洗滌)，及/或可安全地排放至大氣中之種類。

於EP－A－0 819 887中描述一種習知之消除器件。該消除器件包括一燃燒室，該燃燒室具有一用於接收該欲處理之排放氣體之排氣燃燒噴嘴。在該排氣噴嘴外設置一環形燃燒噴嘴，且將一燃料與空氣之氣體混合物提供至該環形燃燒噴嘴以在該燃燒室內形成一還原火焰用於燃燒自該處理室接收之排放氣體，以破壞該排放氣體之有害成分。

於此一裝置中，預先設定提供至該燃燒室之燃料之量，以使其足以破壞包含於該排放氣體內處理氣體及清潔氣體兩者。由於對確保含氟清潔氣體(例如F₂ 、NF₃ 及SF₆ )之高破壞移除效率(DRE)之要求，通常藉由對移除將進入該燃燒室內之最大流速之清潔氣體之生熱要求來確定燃料總量。CVD製程以由工具類型決定之頻率在沈積步驟與清潔步驟之間交替。典型地，其中使用EP－A－0 819 887中所描述之器件之處理應用具有一沈積步驟後跟一清潔步驟。作為一結果，該消除器件係以實際上較破壞與正被處理之基板上之沈積相關聯之處理氣體所需為高之燃料使用率運作約50%之時間。

使用一還原火焰所遇到之另一問題係當(例如)自一平板顯示器件處理室接收一高流速(舉例而言約60slpm)之含氨排放氣體時，達不成一高DRE。

本發明之至少該較佳實施例之一目的係謀求解決該等及其他問題。

於一第一態樣中，本發明提供一種使用複數個用於將排放氣體傳送進一燃燒室內之排氣燃燒噴嘴燃燒排氣之方法，該方法包括如下步驟：將相應之排氣傳送至每一噴嘴，且對於每一噴嘴，選擇性地提供一用於在該室內形成一燃燒火焰之燃料及氧化劑，並隨傳送至該噴嘴之排放氣體之化學性質之變化調節燃料與氧化劑之供應。

此使得能夠根據所接收排放氣體之性質來選擇性地修改每一燃燒火焰之性質。此可提高該排放氣體之破壞率效率，並最佳化燃料之消耗。舉例而言，可調節提供至一噴嘴之燃料與氧化劑之量以便當將一含(例如)矽烷之第一排放氣體輸送至該噴嘴時，形成一氧化燃燒焰，且當將一不同於該第一排放氣體含(例如)諸如F₂ 、NF₃ 或SF₆ 其中一者之清潔氣體之第二排放氣體輸送至該噴嘴時形成一還原燃燒火焰。

因此根據傳送至每一噴嘴之排放氣體之性質對處理氣體及清潔氣體兩者皆達成高DRE率，同時允許個別地最佳化彼噴嘴處之燃料消耗。此使得能夠最大程度地降低燃料消耗，藉此降低運作成本，並使得能夠提供一單個燃燒室用於處理自(例如)複數個以不同沈積及清潔週期運作之處理室排放之複數個不同排放氣體。

可根據一處理室內執行之沈積及清潔週期循環定時調節至一噴嘴之燃料與氧化劑之供應。另一選擇係，對於每一噴嘴，均可接收表示傳送至彼噴嘴之排放氣體之化學性質變化之資料，從而因應所接收之資料調節提供至彼噴嘴之燃料與氧化劑之量。於該較佳實施例中，每一排放氣體均自一處理工具之一處理室排放，而該資料係由該處理工具提供。另一選擇係，一氣體感測器可位於一用於將該排放氣體傳送至該噴嘴之管道系統中，而該感測器經組態以提供該資料。

於一第二態樣中，本發明提供用於燃燒排放氣體之裝置，該裝置包括：一燃燒室；複數個排放氣體燃燒噴嘴，每一噴嘴均用於將一相應之排放氣體傳送進該室內，每一噴嘴均具有與其相關聯之相應構件，以接收用於在該室內形成一燃燒火焰之一燃料及一氧化劑；及控制構件，其針對每一排放氣體接收表示該排放氣體之化學性質變化之資料，並因應該資料調節燃燒彼排放氣體之燃料與氧化劑之供應。

於一第三態樣中，本發明提供燃燒裝置，其包括：一燃燒室；複數個燃燒噴嘴，每一均用於接收一在該燃燒室內燃燒之相應排放氣體及將該排放氣體輸送進該燃燒室內；一增壓室，其具有一用於接收一包括一用於在該燃燒室內形成燃燒火焰之燃料及氧化劑之燃燒氣體之入口，及複數個各自圍繞用於提供該燃燒氣體至該燃燒室的一相應噴嘴延伸之出口；其中每一燃燒噴嘴均具有與其相關聯的用於接收燃料及氧化劑之相應構件，以選擇性地調節自該減壓室經由該相應出口提供至該燃燒室之燃料與氧化劑之相對量，該裝置包括根據與其相關聯之該噴嘴內所包含排放氣體之化學性質來選擇性地改變提供至該等構件之每一個之燃料與氧化劑之相對量的構件。

上述關於本發明方法態樣之特徵同樣適用於本發明之裝置態樣，反之亦然。

上文已參考隨附圖式描述了本發明之較佳特徵，其中：

首先參考圖1，提供裝置10以用於處理自複數個用於處理(舉例而言)半導體裝置、平板顯示器件或太陽板器件之處理室12a至12d排出之氣體。圖1顯示用於處理自四個處理室12a至12d排出之氣體之裝置10，當然該裝置適於處理任何數量之排放氣體，例如6種或多於6種。每一室均接收不同之處理氣體(未顯示)供在該室內實施該處理之用。處理氣體之實例包括矽烷及氨氣。排放氣體藉由一相應之唧送系統自每一處理室之出口抽取。在於該室內處理期間，僅消耗該處理氣體之一部分，且因此該排放氣體將含有提供至該室之處理氣體之混合物及來自在該室內處理之副產品。

於該實施例中，在每一層內均執行沈積處理以在位於該等處理室之基板表面上沈積一個或多個材料層。提供至每一處理室之處理氣體之性質可相同或不同。為自該等處理室中移除多餘之沈積材料，週期性地向該等處理室提供諸如F₂ 、NF₃ 及SF₆ 等清潔氣體。處理氣體/清潔氣體供應循環之持續時間對於該等處理室之每一個既可相同亦可不同。同樣，由於將僅消耗該等清潔氣體之一部分，因而在該清潔週期期間自該處理室排出之氣體將含有提供至該室之清潔氣體之混合物及來自該室清潔之副產品。某些處理可使用一遠程電漿系統在該等清潔氣體進入該處理室之前將其分解成氟。

該等排放氣體均藉由相應之唧送系統14a至14d自該等處理室之出口抽取。如於圖1中所示，每一唧送系統均可包括一次級幫浦16，其通常係渦輪分子幫浦之形式，用於自該處理室抽取排放氣體。渦輪分子幫浦16可在該處理室內產生至少10^{－ 3} mbar之真空。該氣體通常以約1 mbar之壓力自渦輪分子幫浦16中排出。鑒於此，該唧送系統亦可包括一一級或預抽幫浦18，以用於接收自該渦輪分子幫浦16排出之氣體並將該氣體之壓力升高至約大氣壓力。同樣，依據每一處理室內所實施處理之性質及處理期間該處理室內所需之真空位準，唧送系統14a至14d可相同或因處理室而異。

自該唧送系統14a至14d排出之氣體分別被傳送至消除裝置10之相應入口20。如於圖2及圖3中所示，每一入口20均包括一連接至該消除裝置10燃燒室24之排放氣體燃燒噴嘴22。每一燃燒噴嘴22均具有一用於接納該排放氣體之凸緣入口26及該排放氣體自其進入該燃燒室24之出口28。

每一燃燒噴嘴22均包括一用於自其一源32(顯示於圖6中)接納一氧化劑(例如氧)之氧化劑入口30。一界定於噴嘴22之外表面與一第一套管36之內表面之間圍繞噴嘴22延伸之環形間隙34允許將氧化劑自入口30輸送至複數個圍繞噴嘴22之氧化劑出口38。

每一燃燒噴嘴22均進一步包括一用於自其一源42(亦顯示於圖6中)接收一燃料(較佳為甲烷)之燃料入口40。一界定於第一套管36之外表面與第二套管46之內表面之間圍繞該第一套管36延伸之環形間隙44允許將燃料自入口40輸送至複數個圍繞噴嘴22之燃料出口48。

如於圖2及圖4中所示，每一燃燒噴嘴22均安裝於一第一環形增壓室50內，環形增壓室50具有一用於接納燃料與氧化劑之第一氣體混合物(例如甲烷與氧氣之混合物)之入口52，以用於在燃燒室24內形成燃燒火焰。如於圖2中所示，燃燒噴嘴22安裝於該第一增壓室50內，以使燃燒噴嘴22之氧化劑及燃料出口38、48均位於該第一增壓室50內，以使自出口38、48排出之氧化劑與燃料在第一增壓室50內與該第一氣體混合物局部混合。由該第一氣體混合物與供應至燃燒噴嘴22之燃料及氧化劑形成之最終燃料與氧化劑之局部混合物經由相應出口54自第一增壓室50進入燃燒室24內，每一出口54均大致與燃燒噴嘴22同軸並環繞燃燒噴嘴22。

亦如於圖2中所示，第一增壓室50位於一第二環形增壓室56上方，第二環形增壓室56具有一用於接納燃料與氧化劑之第二氣體混合物(例如，甲烷與氧氣之另一混合物)之入口58，以用於在燃燒室24內形成引燃火焰。如於圖5中所示，第二增壓室56包括：複數個第一孔60，該排放氣體經由該等第一孔自燃燒噴嘴22進入燃燒室24；複數個各自環繞相應之第一孔60之第二孔62，燃料與氧化劑之局部化混合物即經由第二孔62自第一增壓室50進入燃燒室24；及複數個環繞第二孔62之第三孔64，且該第二氣體混合物經由第三孔64進入燃燒室24以形成用於點燃燃料與氧化劑之局部化混合物之引燃火焰以在燃燒室24內形成燃燒火焰。

圖7顯示一用於控制至該等燃燒噴嘴22之每一個之燃料與氧化劑供應之控制系統。該控制系統包括一用於接收信號72資料之控制器70，信號72資料表示(舉例而言)在一清潔循環開始之初當將清潔氣體提供至該等處理室時供應至每一燃燒噴嘴22之排放氣體之化學性質變化。如於圖7中所示，可直接自一相應處理工具74a至74d接收信號72之每一個，每一處理工具均控制氣體至相應處理室12a至12d之氣體供應。另一選擇係，可自控制器70與處理工具74a至74d之控制器構成其一部分之區域網路之主機電腦接收信號72，該主機電腦經組態以自該等處理工具之控制器接收關於供應至該等處理室氣體之化學性質之資訊，並因應該資訊將信號72輸出至控制器70。作為另一替代方案，可自複數個各自位於一相應處理室之出口與一相應燃燒噴嘴22之間的氣體感測器接收信號72。

因應包含於所接收信號72內之資料，控制器70可選擇性地控制供應至每一燃燒噴嘴22之燃料與氧化劑之相對量。參考圖6及圖7，該控制系統包括：一第一複數個可變流量控制器件76，其各自位於氧化劑源32與一相應氧化劑入口30之間；及一第二複數個可變流量控制器件80，其各自位於燃料源42與一相應燃料入口40之間。舉例而言，器件76、80可係蝶形閥或其他控制閥，該等閥門具有一依據自控制器70接收之信號78、82變化(較佳按比例)之傳導性。另一選擇係，可使用固定孔流量控制器件控制燃料及/或氧化劑進入噴嘴22之流量。因此，為改變供應至噴嘴22中一選擇噴嘴之氧化劑量，控制器70選擇性地將信號78輸出至適當器件76，此致使器件76改變供應至所選噴嘴之氧化劑流量，且為改變供應至所選噴嘴22之燃料量，控制器70選擇性地將一信號82輸出至適當器件80，此致使器件80改變供應至所選噴嘴22之燃料流量。

藉由改變供應至每一噴嘴22之燃料與氧化劑之相對量，控制器70可相依於排放氣體之化學性質選擇性地修改在燃燒室24內所產生之每一燃燒火焰。舉例而言，可調節供應至噴嘴22之燃料與氧化劑之相對量以當排放氣體含有矽烷時形成一氧化燃燒火焰，或當排放氣體含有F₂ 、NF₃ 或SF₆ 等清潔氣體時形成一還原燃燒火焰。

增加燃料與氧化劑中僅一個之相對量可改變燃燒火焰之性質。舉例而言，控制器70可經組態以預先設定欲供應至每一噴嘴之燃料與氧化劑之最小量，而根據需要在每一噴嘴22處選擇性地增加燃料與氧化劑中一被選者之相對量(藉由根據需要運作器件76、80中之所選器件)以改變該等燃燒火焰之性質。

返回圖1，因燃燒室24內排放氣體燃燒而產生之副產品可被傳送至一濕式洗滌器、固體反應媒體或其他次級消除器件90，如於圖1中所示。在穿過消除器件90之後，可將該放出氣體流安全地排放至大氣。

概言之，描述一種用於燃燒自複數個處理室輸出之排放氣體之裝置。該裝置包括複數個連接至一燃燒室之排放氣體燃燒噴嘴。每一噴嘴均接收一相應之排放氣體，並包括用於接收燃料及氧化劑以在該室內形成一燃燒火焰之構件。一控制器接收表示供應至每一噴嘴之排放氣體之化學性質之資料，並因應所接收之資料調節供應至每一噴嘴之燃料與氧化劑之相對量。此使得能夠根據欲藉由彼火焰破壞之排放氣體之性質來選擇性地修改每一燃燒火焰之性質，藉此增強對該排放氣體之破壞率效率，並最佳化燃料之消耗。

調變每一燃燒噴嘴處火焰狀態之能力亦確保使充足之燃料在氟及含氟氣體之處理中既可用作熱源亦可用作化學試劑。此在最大化藉由該處理設備所達成之處理效率且同時減少燃料用量中必不可少。

雖然在上述較佳實施例中，使用一單個燃燒噴嘴將排放氣體自一處理室傳送至燃燒室，但可將該排放氣體分成兩個或更多個流，該等流之每一個均被傳送至一相應燃燒噴嘴。已發現此進一步增加破壞排放氣體之效率。

10．．．裝置

12a．．．處理室

12b．．．處理室

12c．．．處理室

12d．．．處理室

14a．．．唧送系統

14b．．．唧送系統

14c．．．唧送系統

14d．．．唧送系統

16．．．渦輪分子幫浦

18．．．預抽幫浦

20．．．入口

22．．．噴嘴

24．．．燃燒室

26．．．凸緣入口

28．．．出口

30．．．氧化劑入口

32．．．源

34．．．環形間隙

36．．．第一套管 38．．．出口

40．．．入口

42．．．源

44．．．環形間隙

46．．．第二套管

48．．．出口

50．．．增壓室

52．．．入口

54．．．出口

56．．．第二環形增壓室

58．．．入口

60．．．第一孔

62．．．第二孔

64．．．第三孔

70．．．控制器

72．．．信號

74a．．．處理工具

74b．．．處理工具

74c．．．處理工具

74d．．．處理工具

76．．．第一複數個可變流量控制裝置

78．．．信號

80．．．第二複數個可變流量控制器件

82．．．信號

90．．．次級消除裝置

圖1顯示複數個連接至一燃燒裝置之處理器；圖2顯示複數個連接至該燃燒裝置一燃燒室之排氣燃燒噴嘴之剖視圖；圖3顯示一燃燒噴嘴之透視圖；圖4顯示位於一用於接納一第一氣體混合物以在該燃燒室內形成燃燒火焰之第一增壓室之複數個燃燒噴嘴之透視圖；圖5顯示一用於接納一一第二氣體混合物以在該燃燒室內形成引燃火焰之一第二增壓室之背後透視圖；圖6顯示一用於將一燃料及一氧化劑提供至連接至該燃燒室之每一燃燒噴嘴之佈置；及圖7顯示一用於控制提供至每一燃燒噴嘴之燃料及氧化劑之相對量之控制系統。

22．．．噴嘴

26．．．凸緣入口

28．．．出口

30．．．氧化劑入口

34．．．環形間隙

36．．．第一套管

40．．．入口

44．．．環形間隙

46．．．第二套管

50．．．增壓室

52．．．入口

54．．．出口

56．．．第二環形增壓室

58．．．入口

62．．．第二孔

64．．．第三孔

Claims (22)

1. 一種使用複數個排氣燃燒噴嘴將排放氣體傳送至一燃燒室內之燃燒排氣之方法，該方法包括如下步驟：將一相應排氣傳送至每一噴嘴，且對於每一噴嘴，選擇性地供應一燃料及一氧化劑以用於在該燃燒室內形成一燃燒火焰，並隨傳送至該噴嘴之該排放氣體之化學性質變化調節燃料與氧化劑之供應量，其中對於每一噴嘴，調節燃料與氧化劑之該供應以當將一第一排放氣體輸送至該噴嘴時形成一氧化燃燒火焰，且當將一不同於該第一排放氣體之第二排放氣體輸送至該噴嘴時形成一還原燃燒火焰。
2. 如請求項1之方法，其中該第一排放氣體包括氨氣。
3. 如請求項1之方法，其中該第二排放氣體包括一含有鹵素之氣體。
4. 如請求項3之方法，其中該第二排放氣體包括F₂ 、NF₃ 及SF₆ 中至少一者。
5. 如請求項1之方法，其中對於每一噴嘴，因應供應至該噴嘴之該排放氣體之化學性質變化而改變該氧化劑之供應。
6. 如請求項1之方法，其中對於每一噴嘴，因應供應至該噴嘴之該排放氣體之化學性質變化而改變該燃料之供應。
7. 如請求項1之方法，其中對於每一噴嘴，因應接收表示供應至該噴嘴之該排放氣體之化學性質變化之資料而調 節燃料與氧化劑之該供應。
8. 如請求項7之方法，其中每一排放氣體均自一處理工具中排出，該表示該排放氣體之該化學性質變化之資料係由該處理工具提供。
9. 如請求項1之方法，其中該燃料包括一碳氫化合物，較佳為甲烷。
10. 如請求項1之方法，其中該氧化劑包括氧。
11. 如請求項1之方法，其中該燃料及該氧化劑各自自複數個圍繞該燃燒噴嘴延伸之孔注射至該燃燒室內。
12. 如請求項1之方法，其中對於每一噴嘴，將所供應之燃料及氧化劑添加至供應至該室之燃料與氧化劑之一混合物中以用於在該室內形成該燃燒火焰，藉此選擇性地改變在該室內形成之每一燃燒火焰之性質。
13. 一種用於燃燒排放氣體之裝置，該裝置包括：一燃燒室；複數個排放氣體燃燒噴嘴，每一噴嘴均用於將一相應排放氣體傳送進該燃燒室內，每一噴嘴均具有相應與其相關聯之構件，以用於接收一燃料及一氧化劑以用於在該燃燒室內形成一燃燒火焰；用於將一燃燒氣體供應至該室以用於在該室內形成該等燃燒火焰之構件；其中該燃燒氣體供應構件包括一增壓室，該增壓室具有一用於接收該燃燒氣體之入口，及複數個讓該燃燒氣體自其被排入該燃燒室內以在該燃燒室內形成燃燒火焰之出口；及控制構件，其用於針對每一排放氣體接收表示該排放氣體之化學性質變化之資料，並因應於該資料調節 燃燒該排放氣體之燃料與氧化劑之供應量；其中該等燃燒噴嘴各自在該增壓室內大體與一來自其之相應出口同軸延伸；且其中每一用於接收一燃料及一氧化劑之該等構件均經組態以將該燃料及氧化劑注射入該增壓室內以改變在該室內由該燃燒氣體形成之該燃燒火焰之性質。
14. 如請求項13之裝置，其中每一噴嘴均包括一在其附近延伸以用於接收該氧化劑之第一套管，及一大體與該第一套管同心以用於接收該燃料之第二套管。
15. 如請求項14之裝置，其中該第二套管圍繞該第一套管延伸。
16. 如請求項14之裝置，其中每一套管均包括複數個圍繞該噴嘴以用於輸出該燃料與該氧化劑之一相應者之孔。
17. 如請求項13之裝置，其中該燃燒氣體包括該燃料與該氧化劑之一混合物。
18. 如請求項13之裝置，其中該控制構件包括：用於改變該氧化劑至一相應噴嘴之供應之複數個第一可變流量控制器件，及一用於因應該所接收資料選擇性地控制每一第一可變流量控制器件之控制器。
19. 如請求項18之裝置，其中該控制構件包括用於改變該燃料至一相應噴嘴之供應之複數個第二可變流量控制器件，該控制器經組態以因應該所接收資料選擇性地控制每一第二可變流量控制器件。
20. 如請求項13之裝置，其中該燃料包括一碳氫化合物，較佳為甲烷。
21. 如請求項13之裝置，其中該氧化劑包括氧。
22. 如請求項13之裝置，其包括至少4個噴嘴，每一噴嘴均用於接收一相應之排放氣體。