TWI619141B - 用於前級管線電漿減量系統之氣體套管 - Google Patents

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Abstract

本文提供用於保護基板處理系統的前級管線之內壁的方法和裝置。在一些實施例中，用於在基板處理系統的前級管線中處理廢氣之裝置包括：氣體套管發生器，該氣體套管發生器包括主體，該主體具有設置成穿過該主體的中心開口；氣室，該氣室設置在該主體內並且圍繞該中心開口；入口，該入口耦接至該氣室；以及環孔，該環孔在第一端耦接至該氣室並且在與該第一端相對的第二端處形成環形出口，其中該環形出口與該中心開口同心並且通向該中心開口。該氣體套管發生器可以設置在前級管線電漿減量系統的上游，以提供氣體套管至基板處理系統的前級管線。

Description

用於前級管線電漿減量系統之氣體套管
本發明的實施例大體係關於基板處理設備，以及更特定言之，係關於供基板處理設備使用的減量系統。
一些基板製程腔室廢氣處理系統在將製程腔室廢氣輸送至主減量系統之前在該製程腔室的廢氣前級管線中預處理製程腔室廢氣，該等主減量系統移除及/或除滅廢氣流中的所需材料。此類廢氣處理系統在本文中被稱為前級管線減量系統。一些前級管線減量系統使用提供至在介電管周圍設置的射頻線圈之射頻(radio frequency；RF)能量來促進點燃流過該介電管之廢氣，進而形成電漿，其中介電管插入成與前級管線串聯。然而，本發明人已經注意到持續的廢氣流動會在前級管線內產生不希望的固體材料(例如，矽)積聚。該等沈積物之積聚不良地導致了製程系統的停機時間，以用於維護保養，從而移除沈積物。
因此，本發明人已經提供了一種改良的前級管線減量系統的實施例，該改良的前級管線減量系統可以提供在使 用期間減少的材料沈積物。
本文提供用於保護基板處理系統的前級管線之內壁的方法和裝置。在一些實施例中，用於在基板處理系統的前級管線中處理廢氣之裝置包括：一氣體套管發生器，該氣體套管發生器包括主體，該主體具有設置成穿過該主體的中心開口；氣室，該氣室設置在該主體內並且圍繞該中心開口；入口，該入口耦接至該氣室；以及環孔，該環孔在第一端耦接至該氣室並且在與該第一端相對的第二端處形成環形出口，其中該環形出口與該中心開口同心並且通向該中心開口。該氣體套管發生器可以設置在前級管線電漿減量系統的上游，以提供氣體套管至基板處理系統的前級管線。
在一些實施例中，基板處理系統包括：製程腔室；前級管線，該前級管線耦接至該製程腔室以允許廢氣從該製程腔室流出；前級管線電漿減量系統，該前級管線電漿減量系統耦接至該前級管線以減少流過該前級管線之廢氣；氣源，該氣源用於提供水蒸汽或惰性氣體中的至少一個；以及氣體套管發生器，該氣體套管發生器設置在該前級管線電漿減量系統的上游之前級管線中，以及耦接至該氣源以在該廢氣與該前級管線的內壁之間產生水蒸汽或惰性氣體之至少一個的套管。
本發明的其他和進一步實施例描述如下。
100‧‧‧處理系統
101‧‧‧前級管線減量系統
105‧‧‧製程腔室
110‧‧‧前級管線
115‧‧‧氣源
120‧‧‧導管
125‧‧‧控制閥
130‧‧‧導管
135‧‧‧測試埠
136‧‧‧控制閥
140‧‧‧氣體套管發生器
145‧‧‧前級管線電漿減量系統
146‧‧‧電源
147‧‧‧導管
150‧‧‧真空泵
202‧‧‧主體
204‧‧‧中心開口
205‧‧‧上半部分
206‧‧‧環槽
208‧‧‧入口
210‧‧‧下半部分
215‧‧‧孔
220‧‧‧通孔
302‧‧‧連接凸緣
304‧‧‧連接凸緣
305‧‧‧氣室
315‧‧‧O形環
317‧‧‧溝槽
320‧‧‧螺釘
325‧‧‧環孔
330‧‧‧環形出口
335‧‧‧螺釘
340‧‧‧凸緣
350‧‧‧主要廢氣流
可以經由參照在附圖中描繪的本發明的說明性實施 例來理解於上文簡要概述及下文更詳細地描述的本發明的實施例。然而，應注意，附圖僅圖示本發明的典型實施例，且因此不應被視為本發明範圍的限制，因為本發明可允許其他等效的實施例。
第1圖描繪根據本發明的一些實施例具有前級管線減量系統之處理系統的示意圖。
第2圖是根據本發明的一些實施例的前級管線減量系統的氣體套管發生器之等角視圖。
第3圖是根據本發明的一些實施例之第2圖的氣體套管發生器的剖視圖。
為了促進理解，在可能的情況下已使用相同元件符號指定為諸圖所共有的相同元件。諸圖未按比例繪製且為清楚起見可予以簡化。預期一個實施例之元件及特徵結構可有利地併入其他實施例中而無需進一步敍述。
本文提供用於基板處理系統的前級管線中之廢氣減量的方法和裝置的實施例。與習用之廢氣處理系統相比，該裝置的實施例可以有利地提供裝置內表面上之材料積聚的減少、減速或者消除。在一些實施例中，所提供的該發明性裝置係按標準尺寸設計的，以有利地改裝至現有的系統中。
第1圖描繪根據本發明的一些實施例，具有用於處理前級管線110中的廢氣的前級管線減量系統101之處理系統100的示意圖。該處理系統100包括前級管線電漿減量系統(foreline plasma abatement system；FPAS)145，該FPAS 145 耦接至製程腔室105的前級管線110(例如，導管)。氣體套管發生器140耦接至FPAS 145上游的前級管線110，以在流入前級管線110之腔室流出物或廢氣與至少緊鄰該FPAS 145之前級管線110的壁之間提供氣體鞘套或套管，如下文將更詳細論述的。氣源115耦接至該氣體套管發生器140，以提供套管氣體至該氣體套管發生器140。
該製程腔室105可以是適用於在基板上執行製程之任何製程腔室。在一些實施例中，該製程腔室105可為處理工具(例如群集工具、在線處理工具等等)之部份。此類工具的非限制性實例包括基板處理系統，諸如彼等在半導體、顯示器、太陽能或者發光二極體(light emitting diode；LED)製造製程中使用的基板處理系統。維持於前級管線110中的真空壓力經由該前級管線110從在製程腔室105中執行的製程吸取廢氣生成物。該廢氣可以是任何氣體，例如需要從製程腔室105移除之殘餘製程氣體或副產物氣體。在一些實施例中，該廢氣包括全氟化碳(perfluorocarbons；PFC's)與全球變暖氣體(global warming gases；GWG's)。在一些實施例中，該廢氣包括可以在前級管線110的表面上積聚之材料，諸如可以聚集在前級管線110之表面上的顆粒或氣體。在一些實施例中，此類材料可包括例如矽。例如，四氟化矽(SiF4)係籍由用氟蝕刻矽而產生的，並且在電漿減量期間被分解。然而，該SiF4氣體之分解會留下矽原子，該等矽原子可以沈積在前級管線電漿減量系統的冷壁上。
該前級管線110可以耦接至真空泵150或者其他合 適的泵送裝置，以將廢氣從該製程腔室105泵送到適當的下游廢氣處理設備(諸如，減量設備等等)。在一些實施例中，該真空泵150可以是粗抽泵或預抽泵，諸如乾式機械泵等等。在一些實施例中，該真空泵150可以具有可變的泵容量，該泵容量可以設置到所需位準，例如以控制或者提供對前級管線110中壓力的增加控制。在一些實施例中，該前級管線110以略高之壓力載運製程氣體，該壓力高達約1托，諸如約50毫托至約1托，但是其他壓力亦可使用，如特定應用所要求的。
該FPAS 145設置成與該前級管線110串聯在該製程腔室105與該真空泵150之間，並且促進對來自該製程腔室105之廢氣的處理或減量。例如，該FPAS 145包括電源146(諸如，射頻電源)，該電源146耦接至該前級管線110，或者耦接至設置成與該前級管線110串聯之導管147，以提供功率而促進該等廢氣的電漿處理。該電源146提供所需頻率及功率之射頻能量，該能量足以在該FPAS 145中形成電漿，以使得可以用電漿處理流過該前級管線110之廢氣(例如，至少部分地分解為一或多個離子、自由基、元素、較小的分子等等)。在一些說明性實施例中，該電源146可以是可變頻電源，該電源能夠提供一定頻率範圍內之射頻能量。在一些說明性實施例中，該電源146可以提供具有約1.9MHz至約3.2MHz之頻率的約2kW至約3kW的射頻能量。
該氣源115藉由導管130而耦接至該氣體套管發生器140，以用於將氣體引入該前級管線110作為套管。可以提 供控制閥136(或者第一控制閥)以選擇性地將該氣源115耦接至該氣體套管發生器140。該導管130具有基於該氣體套管發生器140的幾何形狀而選擇之直徑，以最小化對提供至該氣體套管發生器140之流的任何限制(例如，以便可以在該前級管線110的內周表面附近產生實質上均勻的氣體套管)。在一些實施例中，該導管130具有與該前級管線110的主要流動路徑相匹配之直徑。例如，若該前級管線110的直徑為約4吋，則該導管130的直徑可以為約0.5吋。視情況，可以緊鄰該控制閥136提供測試埠135，例如以決定跨該控制閥之壓降，從而計算由該氣源115提供至該氣體套管發生器140之氣體的流率。
在一些實施例中，該氣源115提供水蒸汽。在一些實施例中，該氣源提供惰性氣體，諸如氮氣或者稀有氣體(例如，氬氣等等)。在氣源提供水蒸汽之實施例中，可以控制系統內之條件以防止或者最小化該系統的導管內水蒸汽的冷凝。例如，該氣源115以特定溫度和壓力產生水蒸汽，該溫度及壓力受控以使得在該前級管線減量系統101內水蒸汽不會冷凝成液態。在一些實施例中，可以在接近該前級管線減量系統101的周圍溫度之溫度下提供水蒸汽。在一些實施例中，可用約0.2slm至約2slm之流率將該水蒸汽提供至該氣體套管發生器140。
視情況，在一些實施例中，該氣源115另外(例如)藉由導管120而耦接至該氣體套管發生器140上游之前級管線110。自該氣體套管發生器140上游之氣源115提供氣體有 利地促進了該氣體在廢氣流中的混合，而不是使該氣體多數保持作為套管。此類混合可以增強對廢氣中所需成分之破壞，例如當該氣體是反應物(諸如，水蒸汽等等)時。或者，此類混合可以有利地稀釋廢氣，例如當該氣體是惰性的(諸如，氮氣、稀有氣體等等)時。可以提供控制閥125(或者第二控制閥)以選擇性地將該氣源115耦接至該前級管線110。視情況，可以緊鄰該控制閥125提供測試埠(類似於針對控制閥136所示之測試埠135)，例如以決定跨該控制閥之壓降，從而計算由該氣源115提供至該氣體套管發生器140上游之該前級管線110的氣體的流率。
在氣源提供水蒸汽以形成氣體套管之實施例中，該水蒸汽有利地幫助解構全氟化碳。例如，水蒸汽充當針對四氟化矽(SiF4)氣體或四氟化碳(CF4)氣體之反應物，以使得在系統下游存在優選複合。在此類實例中，碳可以與氧結合以形成二氧化碳，而氟可以與氫結合以形成HF。HF可以被輕易地濕式洗滌，以確保從該廢氣流中移除氟離子。
如以上論述的，該氣體套管發生器140耦接至該FPAS 145上游之前級管線110，以在流入該前級管線110之腔室流出物或廢氣與至少緊鄰該FPAS 145之前級管線110的壁之間提供氣體鞘套。該氣體套管發生器140設置成足夠靠近該FPAS 145，以促進維持在導管(例如，該FPAS 145內的前級管線110或導管147)內所產生之氣體套管，從而提供對FPAS 145內之表面上的材料沈積之阻障層。
第2圖描繪根據本發明的一些實施例的氣體套管發 生器140的等角視圖。該氣體套管發生器140大體而言包括主體202，該主體202具有對應於該前級管線110的直徑之中心開口204。該主體包括內部體積(在下文參照第3圖描述)，該內部體積耦接至入口208以經由導管130接收來自該氣源115之氣體，以及耦接至環槽206以經由該中心開口204傳遞該氣體至該前級管線110(或者FPAS 145)。在一些實施例中，該氣體套管發生器140可以有利地定尺寸，以促進簡化與現有FPAS 145串聯之氣體套管發生器140的安裝。例如，在一些實施例中，該氣體套管發生器140是相對較薄的，以允許將氣體套管發生器140插入前級管線110與FPAS 145的現有連接凸緣之間(例如，在導管中具有足夠的間隙時，可以安裝該氣體套管發生器140，而無需先切割該前級管線110導管，以及然後重新焊接連接)。在一些實施例中，該氣體套管發生器140的厚度是約33mm。
在一些實施例中，該氣體套管發生器140的主體202包括上半部分205與下半部分210。該主體的兩段式構造促進簡化套管幾何形狀的重建、重加工，以及清洗(若需要)。該上半部分205及該下半部分210可以用任何合適的方式耦接在一起，諸如經由設置在沿該上半部分與該下半部分的邊緣設置之孔215中的複數個螺釘，從而提供單一的組件，以簡化該氣體套管發生器140的搬運、安裝及移除。提供複數個通孔220以使用現有的凸緣連接器(例如提供較長的螺釘以適應該氣體套管發生器140的厚度)將該氣體套管發生器140耦接至該FPAS 145及該前級管線110。在一些實施例中， 提供三個孔215及三個通孔220，但是亦可以使用其他數量之緊固件。
第3圖是根據本發明的一些實施例，沿線3-3截取的第2圖的用於處理該前級管線110(或者該FPAS 145之導管147)中的主要廢氣流350之氣體套管發生器140之剖視圖300。該上半部分205及該下半部分210共同封裝氣室305。可以藉由該上半部分205或該下半部分210之一者或兩者中的凹槽來界定該氣室305。在一些實施例中，該上半部分205包括凹槽，當該上半部分205放置成與該下半部分210相抵時，該凹槽形成該氣室305。該入口208將該導管130流體地耦接至該氣室305。在一些實施例中，該入口208提供在該上半部分205中。該氣室305實質上圍繞該中心開口204，並且流體地耦接至環孔325(例如，該環槽206)，該環孔325係經由凸緣340形成。該凸緣340平行於該中心開口204延伸，並且至少部分地重疊下半部分210以在該凸緣340及該下半部分210的面向中心開口之壁之間界定該環孔325。該環孔325的第一端耦接至該氣室305，而該環孔的第二端耦接至環形出口330。該環孔325實質上小於該氣室305，以使得所提供的流動限制促進穿過該環形出口330到該中心開口204之更均勻的氣體輸送。該環孔325由此經由該環形出口330而圍繞該主要廢氣流350分配氣體。
在需要密封的位置中，諸如在該上半部分205與該下半部分210之間的任何連接點處，或者在該上半部分205或該下半部分210的任意一者與該前級管線110或該導管147 的連接凸緣(例如，連接凸緣302、304)之間，可以提供密封以最小化或者防止廢氣自該前級管線110的任何滲漏，或者來自該氣源115之氣體的任何滲漏。例如，O形環315被放置在溝槽317中，以防止氣體從該上半部分205與該下半部分210的接合處漏泄。類似地，O形環可以被放置在連接凸緣302、304中的各個溝槽中，以防止氣體或廢氣從該上半部分205及該下半部分210與連接凸緣302、304之間的各個接頭處洩漏。或者O形環溝槽可以完全地形成於一個表面中，或者部分地形成於兩個相對表面中，或者在與如第3圖所示的表面相對之表面中。
在一些實施例中，該孔215可以穿過一個半部(諸如所示實施例中的該上半部分205)以容納螺釘335，從而促進以足夠的力將該上半部分205與該下半部分210耦接在一起，進而在該上半部分205與該下半部分210的配合表面之間形成密封(例如，藉由壓緊該O形環315)。可以提供複數個緊固件，諸如螺釘320，以將該氣體套管發生器140耦接至該前級管線110及該FPAS 145。
在操作中，來自製程腔室(未示出)的廢氣/流出物可以被泵送穿過該前級管線110，及穿過該氣體套管發生器140與FPAS 145，以用於處理該廢氣。該氣源115可以提供氣體至該氣體套管發生器140，以形成設置在該廢氣/流出物及該FPAS 145內之該前級管線110及/或導管147的內壁之間的氣體套管。射頻能量可以由電源146提供至該FPAS 145的射頻線圈(未圖示)，以在該FPAS 145內感應性地形成電 漿以用於處理該廢氣。在一些實施例中，該氣體套管發生器140提供水蒸汽套管，以在該製程氣體與該前級管線的內壁之間提供阻障層。在一些實施例中，該氣體套管發生器140提供氮氣或稀有氣體套管。籍由該氣體套管發生器140提供之阻障層有利地減少或者防止在該FPAS 145的該前級管線110或導管147的壁上沈積來自該廢氣/流出物之材料。與不具有沈積阻障層之傳統裝置相比，該用於有利地處理廢氣之裝置的配置可提供更長的使用壽命。
儘管上述內容針對本發明的實施例，但是可以在不脫離本發明的基本範圍的情況下設計本發明的其他和進一步的實施例。
110‧‧‧前級管線
140‧‧‧氣體套管發生器
204‧‧‧中心開口
205‧‧‧上半部分
208‧‧‧入口
210‧‧‧下半部分
215‧‧‧孔
220‧‧‧通孔
302‧‧‧連接凸緣
304‧‧‧連接凸緣
305‧‧‧氣室
315‧‧‧O形環
317‧‧‧溝槽
320‧‧‧螺釘
325‧‧‧環孔
330‧‧‧環形出口
335‧‧‧螺釘
340‧‧‧凸緣
350‧‧‧主要廢氣流

Claims (19)

  1. 一種用於在一基板處理系統的一前級管線中處理一廢氣之裝置，該裝置包括：一氣體套管發生器，該氣體套管發生器包括一主體，該主體具有設置成穿過該主體的一中心開口；一氣室，該氣室設置在該主體內並且圍繞該中心開口；一入口，該入口耦接至該氣室；以及一環孔，該環孔在一第一端耦接至該氣室並且在與該第一端相對的一第二端處形成一環形出口，其中該環形出口與該中心開口同心並且通向該中心開口。
  2. 如請求項1所述之裝置，其中該氣體套管發生器設置成與一前級管線電漿減量系統上游的一前級管線串聯。
  3. 如請求項1所述之裝置，該裝置進一步包括：一氣源，該氣源耦接至該氣體套管發生器的該入口。
  4. 如請求項3所述之裝置，其中該氣源提供水蒸汽。
  5. 如請求項3所述之裝置，其中該氣源提供一惰性氣體。
  6. 如請求項1到5中任意一項所述之裝置，其中該氣體套管發生器的該主體進一步地包括一上半部分及一下半部分，其中該氣室設置在該上半部分及該下半部分之間。
  7. 如請求項6所述之裝置，其中該入口設置在該上半部分中。
  8. 如請求項6所述之裝置，其中該上半部分進一步包括一凸緣，該凸緣設置為鄰近於該中心開口並且沿著該中心開口從該上半部分軸向地延伸出，以及至少部分地與該下半部分重疊，以及其中該環孔界定於該凸緣及該下半部分之間。
  9. 如請求項6所述之裝置，其中該主體進一步地包括：一第一複數個孔以將該上半部分與該下半部分耦接在一起，以及一第二複數個通孔，該第二複數個通孔設置成完全穿過該主體。
  10. 一種用於在一基板處理系統的一前級管線中處理一廢氣之裝置，該裝置包括：一氣體套管發生器，該氣體套管發生器包括一主體，該主體具有設置成穿過該主體的一中心開口，其中該氣體套管發生器的該主體進一步地包括一上半部分及一下半部分，以及其中該上半部分進一步包括一凸緣，該凸緣設置為鄰近於該中心開口並且沿著該中心開口從該上半部分軸向地延伸出，以及至少部分地與該下半部分重疊；一氣室，該氣室設置在該主體內並且圍繞該中心開口，其中該氣室設置在該主體的該上半部分與該下半部分之間； 一入口，該入口穿過該主體的該上半部分而耦接至該氣室；以及一環孔，該環孔在一第一端耦接至該氣室並且在與該第一端相對的一第二端處形成一環形出口，其中該環形出口與該中心開口同心並且通向該中心開口，以及其中該環孔界定於該主體的該上半部分的該凸緣與該主體的該下半部分的一面向中心開口的壁之間。
  11. 如請求項10所述之裝置，其中該主體進一步地包括：一第一複數個孔以將該上半部分與該下半部分耦接在一起，以及一第二複數個通孔，該第二複數個通孔設置成完全穿過該主體。
  12. 一種基板處理系統，該基板處理系統包括：一製程腔室；一前級管線，該前級管線耦接至該製程腔室以允許廢氣從該製程腔室流出；一前級管線電漿減量系統，該前級管線電漿減量系統耦接至該前級管線以減少流過該前級管線之廢氣；一氣源；以及一氣體套管發生器，該氣體套管發生器設置在該前級管線電漿減量系統的上游之該前級管線中，以及耦接至該氣源以在該廢氣與該前級管線的內壁之間產生由該氣源提供的一氣體之一套管，其中該氣體套管發生器包括： 一主體，該主體具有設置成穿過該主體的一中心開口；一氣室，該氣室設置在該主體內並且圍繞該中心開口；一入口，該入口耦接至該氣室；以及一環孔，該環孔在一第一端耦接至該氣室並且在與該第一端相對的一第二端處形成一環形出口，其中該環形出口與該中心開口同心並且通向該中心開口。
  13. 如請求項12所述之基板處理系統，其中該氣源係另外在該氣體套管發生器的上游的一位置處耦接至該前級管線。
  14. 如請求項12所述之基板處理系統，其中該氣源提供水蒸汽。
  15. 如請求項12所述之基板處理系統，其中該氣源提供一惰性氣體。
  16. 如請求項12所述之基板處理系統，其中：該氣體套管發生器的該主體進一步地包括一上半部分及一下半部分，其中該氣室設置在該上半部分及該下半部分之間。
  17. 如請求項16所述之基板處理系統，其中該主體的該上半部分進一步包括一凸緣，該凸緣設置為鄰近於該中心開口並 且沿著該中心開口從該上半部分軸向地延伸出，以及至少部分地與該主體的該下半部分重疊，以及其中該環孔界定於該凸緣及該下半部分之間。
  18. 如請求項16所述之基板處理系統，其中該主體進一步地包括：一第一複數個孔以將該上半部分與該下半部分耦接在一起，以及一第二複數個通孔，該第二複數個通孔設置成完全穿過該主體。
  19. 如請求項18所述之基板處理系統，其中該氣體套管發生器經由該第二複數個通孔而耦接到該前級管線。
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