TWI673385B - 使用上游電漿源來進行的後腔室減污 - Google Patents

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Abstract

本揭露書的實施例關於用以清潔排氣件之遠端電漿源。在一個實施例中，一種設備包含基板處理腔室；泵，經定位以抽空基板處理腔室；及減污系統。減污系統包括電漿氣體傳送系統，定位於基板處理腔室和泵之間，氣體傳送系統具有第一端及第二端，第一端耦接至基板處理腔室，第二端耦接至泵；反應器本體，經由一傳送構件而連接至氣體傳送系統；清潔氣體源，連接至反應器本體；及功率源，經定位以在反應器本體內離子化來自清潔氣體源之清潔氣體。清潔氣體的自由基和物種與來自基板處理腔室之後製程氣體反應，以在進入泵之前將後製程氣體轉化成對環境和製程設備友善的成分。

Description

使用上游電漿源來進行的後腔室減污
本揭露書的實施例大體關於使用電漿源之減污系統，以減少在用於腔室之排氣系統內側的沉積物種，並最小化對製程參數(如，腔室壓力)之衝擊。
半導體製造製程使用各種化學物質，許多的化學物質具有極低的人體耐受水平。於處理(如物理氣相沉積、擴散、蝕刻製程、磊晶沉積等)期間，所使用的一些工具(如，化學氣相沉積腔室、介電或導體電漿蝕刻腔室、擴散等)和製程可能產生非所欲的次產物，包含(例如)全氟化合物(perfluorcompounds,PFCs)或可分解以形成PFCs的次產物。PFCs被確認為對全球暖化做出了有力的貢獻。
這些非所欲的次產物藉由排氣泵從半導體製造工具排出至減污系統。減污系統將這些由基板的處理所產生之非所欲的次產物轉化成對環境較少傷害的變體，以被排出至大氣。然而，對許多製程而言，排氣管線和泵可能被曝露至高含量的沉積物種。在排氣泵內側之這些沉積物種和他們的凝結在泵部件(諸如泵葉片)上建立了薄層的介電膜，導致泵送效率的損失且最終導致了泵的故障。
因此，在本技術中有對於在排氣泵內有效地減少沉積物種之凝結並改善泵送效率之改良的減污系統之需求。
本揭露書之實施例關於使用遠端電漿源之後腔室減污系統，以減少在排氣系統內之沉積物種，並最小化對於製程參數(諸如腔室壓力)的衝擊。對於後腔室減污系統之開始時間係彈性的，可與製程一起進行(不論是全部的時間或部分的時間)，或可經設計以避免某些敏感的製程步驟並可在清潔或晶圓傳送階段的期間開始。在一個實施例中，一種設備包含基板處理腔室，於基板處理腔室中設置具有基板支撐件；泵，經定位以抽空基板處理腔室；減污系統。減污系統包含電漿氣體傳送系統，定位於基板處理腔室和泵之間，氣體傳送系統具有第一端及第二端，第一端耦接至基板處理腔室，第二端耦接至泵；反應器本體，經由傳送構件而連接至氣體傳送系統，於反應器本體中界定電漿激發區域；清潔氣體源，連接至反應器本體；及功率源，經定位以在電漿激發區域內離子化來自清潔氣體源之清潔氣體。
在另一實施例中，設備包括基板處理腔室，於基板處理腔室中設置具有基板支撐件；泵，經定位以抽空基板處理腔室；及減污系統。減污系統包含電漿氣體傳送系統，定位於基板處理腔室和泵之間，氣體傳送系統具有第一端及第二端，第一端耦接至基板處理腔室，第二端耦 接至泵；反應器本體，經由傳送構件而連接至電漿氣體傳送系統，於反應器本體中界定電漿激發區域，其中傳送構件藉由加熱元件而加熱；複數個磁鐵，大約繞反應器本體而設置，以方位角地提供磁場於反應器本體之電漿激發區域內；清潔氣體源，連接至反應器本體；及功率源，經定位以在電漿激發區域內離子化來自清潔氣體源之清潔氣體。
在又一實施例中，設備包括基板處理腔室，於基板處理腔室中設置具有基板支撐件；真空泵，設置於基板處理腔室之下游以抽空基板處理腔室；及減污系統，定位於基板處理腔室和真空泵之間的流動路徑中。減污系統包含反應器本體，於反應器本體中界定電漿激發區域；減污氣體傳送系統，藉由氣體管線而連接至反應器本體之第一端；電漿氣體傳送系統，藉由傳送構件而連接至反應器本體之第二端，其中電漿氣體傳送系統之第一端係連接至基板處理腔室，且電漿氣體傳送系統之第二端係連接至泵；及離子過濾器，設置於反應器本體和電漿氣體傳送系統之間，以允許僅減污試劑之自由基及/或能量激發的中性物種藉由傳送構件而進入電漿氣體傳送系統。
100‧‧‧減污系統
101‧‧‧反應器本體
102‧‧‧遠端電漿源
104‧‧‧基板處理腔室
105‧‧‧管線
106‧‧‧減污系統傳送系統
110‧‧‧氣體傳送系統
111‧‧‧氣體入口
112‧‧‧功率源
114‧‧‧功率傳送系統
116‧‧‧排氣導管
118‧‧‧泵
120‧‧‧設備排氣件
122‧‧‧減污劑源
124‧‧‧氣體管線
126‧‧‧傳送構件
150‧‧‧第一壓力調節裝置
152‧‧‧第二壓力調節裝置
200‧‧‧減污系統
202‧‧‧遠端電漿源
204‧‧‧減污氣體傳送系統
206‧‧‧反應器本體
208‧‧‧射頻源/RF源
210‧‧‧功率傳送系統
212‧‧‧電漿氣體傳送系統
216‧‧‧氣體管線
218‧‧‧傳送構件
220‧‧‧線圈或天線
222‧‧‧第一壓力調節裝置
224‧‧‧第一壓力調節裝置
226‧‧‧第二壓力調節裝置
230‧‧‧離子過濾器
300‧‧‧減污系統
302‧‧‧遠端電漿源
304‧‧‧減污氣體傳送系統
305‧‧‧中空陰極
306‧‧‧反應器本體
308‧‧‧功率源
310‧‧‧功率傳送系統
312‧‧‧電漿氣體傳送系統
316‧‧‧氣體管線
318‧‧‧傳送構件
322‧‧‧壓力調節裝置
326‧‧‧壓力調節裝置
328‧‧‧壓力調節裝置
330‧‧‧離子過濾器
400‧‧‧反應器本體
402‧‧‧突出物
404‧‧‧內部周緣
406‧‧‧中央電極
408‧‧‧功率源
410‧‧‧氣體分配板
412‧‧‧孔
414‧‧‧隔離環
416‧‧‧氣體管線
418‧‧‧傳送構件
500‧‧‧反應器本體
502‧‧‧突出物
504‧‧‧內部周緣
506‧‧‧中央電極
508‧‧‧功率源
510‧‧‧氣體分配板
512‧‧‧第一隔離環
514‧‧‧第二隔離環
516‧‧‧氣體管線
518‧‧‧傳送構件
B‧‧‧縱軸
C‧‧‧中央軸
D‧‧‧中央軸
α‧‧‧角度
β‧‧‧角度
θ‧‧‧角度
為使本揭露書之上述所載之特徵可被詳細理解之方式，可藉由參照實施例(一些實施例係描繪於附隨的圖式中)而獲得本揭露書之較特定的說明(如前面所簡單地摘要者)。然而，應理解附隨的圖式僅描繪此揭露書之通常實 施例，且不因此被視為限制本揭露書之範圍，因為本揭露書可採用其他等效的實施例。
第1圖為依據本揭露書的實施例之具有遠端電漿源的減污系統之概要、概念圖。
第2圖為依據本揭露書的實施例之具有遠端電漿源的減污系統之概要、概念圖。
第3圖為依據本揭露書的實施例之具有遠端電漿源的減污系統之概要、概念圖。
第4A圖描繪依據本揭露書的實施例之可用於取代第1-3圖的反應器本體之反應器本體的概要頂視圖。
第4B圖描繪依據本揭露書的實施例之具有氣體分配板設置於第4A圖之反應器本體上的概要剖視圖。
第5A圖描繪依據本揭露書的實施例之可用於取代第1-3圖的反應器本體之反應器本體的概要頂視圖。
第5B圖描繪依據本揭露書的實施例之具有氣體分配板設置於第5A圖之反應器本體上的概要剖視圖。
為幫助理解，已盡可能使用相同的元件符號以指定共用於圖式的相同元件。應理解於一個實施中所揭露之元件可有利地使用於其他實施例中而無需特定的引用。
第1圖為依據本揭露書的實施例之具有遠端電漿源102的減污系統100之概要、概念圖。減污系統100係大體設置於基板處理腔室104和泵118之間。減污系統100包含用於清潔泵118之遠端電漿源102及在基板處理 腔室104和泵118之間的流動路徑。特別地，遠端電漿源102從減污試劑產生自由基及/或能量激發的中性物種，以執行減污製程於離開基板處理腔室104之氣體及/或其他材料，使得此氣體及/或其他材料可被轉化成對環境及/或製程設備較友善的成分。
基板處理腔室104大體經配置以執行至少一個積體電路製造製程(諸如沉積製程、蝕刻製程、電漿處理製程、預清潔製程、離子佈植製程或其他積體電路製造製程)。在基板處理腔室104中所執行的製程可能為熱輔助的或電漿輔助的。在一個例子中，於基板處理腔室104中執行的製程為電漿沉積製程，用以沉積矽基材料於基板上，基板係定位於基板支撐件上，基板支撐件係設置於基板處理腔室104內。
大體而言，減污系統100包含反應器本體101，反應器本體101如遠端電漿源般作用；減污氣體傳送系統106、電漿氣體傳送系統110、功率源112及功率傳送系統114。基板處理腔室104具有藉由管線105而耦接至電漿氣體傳送系統110之腔室排氣件，於電漿氣體傳送系統110中，從反應器本體101所產生之自由基及/或能量激發的中性物種係與從基板處理腔室104排出的後製程氣體反應。電漿氣體傳送系統110之排氣件係藉由排氣導管116而耦接至泵118及設備排氣件120。泵118可為真空泵，用以抽空基板處理腔室104，而設備排氣件120大體包含洗淨器或 其他排氣清潔設備，用以製備基板處理腔室104的排出物以進入大氣。
在不同實施例中，反應器本體101係設置於泵118之外部。反應器本體101可被設置於電漿氣體傳送系統110的上游。反應器本體101係在結構上與電漿氣體傳送系統110分離。因此，反應器本體101係與管線105、排出管線116及泵118係實質上隔離的。在一個實施例中，電漿氣體傳送系統110係設置於在基板處理腔室104和泵118之間的流動路徑中。電漿氣體傳送系統110具有第一端及第二端，第一端耦接至基板處理腔室，第二端耦接至泵，使得從基板處理腔室104出來的後製程氣體將首先遭遇電漿氣體傳送系統110，然後是泵118。在一些實施例中，電漿氣體傳送系統110係設置鄰近於泵118，以最小化反應物種的損失。
減污氣體傳送系統106係連接至減污劑源122。減污氣體傳送系統106係適以藉由管線124而從減污劑源122傳送一或多個減污試劑至反應器本體101中，減污試劑係通常為清潔或非沉積氣體。減污試劑可在反應器本體101中藉由曝露至激發能量(諸如RF、DC、微波、UV、強烈的熱量或電子同步加速器輻射)而激活。遠端電漿源102可為感應耦合電漿(inductively coupled plasma,ICP)腔室、電容耦合電漿(capacitively coupled plasma,CCP)腔室、微波感應(μW)電漿腔室、電子迴旋共振(electron cyclotron resonance,ECR)腔室、 高密度電漿(high density plasma,HDP)腔室、紫外線(UV)腔室、熱線之絲化學氣相沉積(the filament of a hot wire chemical vapor deposition,HW-CVD)腔室，或其他可由減污試劑產生自由基及/或能量激發的中性物種之腔室。在一些實施例中，反應器本體101可包含上面所述之任何兩或更多個腔室。
在一個例子中，反應器本體101為ICP腔室或CCP腔室。在另一例子中，反應器本體101為包含ICP配置和CCP配置的混合腔室。於此例中，反應器本體101可經配置以在ICP模式和CCP模式之間切換。舉例來說，反應器本體101可為感應耦合電漿反應器，於感應耦合電漿反應器中設置具有電容耦合電極。取決於在反應器本體101內之待處理的後製程氣體及/或壓力，電漿可首先藉由電容耦合電極點燃並接著藉由感應耦合電漿反應器而維持。若在反應器本體101內的壓力係高於約2Torr，電容耦合電極可能是有利的，而若在反應器本體101內的壓力係低於約2Torr，則感應耦合電極可能是有利的。
減污試劑可包含任何清潔氣體，諸如(例如)CH4,H2O,H2,NF3,SF6,F2,HCl,HF,Cl2,HBr,O2,N2,O3,CO,CO2,NH3,N2O，及上述氣體之結合。亦可使用任何其他合適的含氟氣體或含鹵素氣體。減污試劑亦可包含ChxFy(其中x=1到3且y=4-x)及O2及/或H2O的結合，及CFx(其中x為0和2之間的數字)及O2及/ 或H2O的結合。應理解不同的減污試劑可被使用於具有不同成分的排出物。
減污試劑使用來自功率源112的功率而被能量化/激發至在反應器本體101內之電漿中。在一些實施例中，功率源112可為射頻(RF)功率源及/或直流(DC)功率源，功率源112經配置以提供連續的RF功率、連續的DC功率、具有RF脈衝頻率(如，0.25-10kHz)的RF功率，或具有DC脈衝頻率(如，5-100kHz)的DC功率。減污試劑可通過平衡電漿放電或非平衡電漿放電的施加而在反應器本體101內被點燃。在一個實施例中，減污試劑通過非平衡電漿放電而被點燃。非平衡電漿可藉由在反應器本體101內以低氣體壓力(如，低於100Torr，例如約20Torr或更低)將減污試劑曝露至高頻輸出(如，13.56MHz)功率而形成。功率源112可經配置以依據所使用的減污試劑而傳送可調整的功率量至反應器本體101的電極。功率可藉由功率傳送系統114而調整。舉例來說，若功率源112為RF功率源時，功率傳送系統114可為用以調整RF功率之匹配網路。
反應器本體101係通過傳送構件126而連接至電漿氣體傳送系統110。傳送構件126可具有所需用以將來自反應器本體101之自由基及/或能量激發的中性物種傳送至電漿氣體傳送系統110的最小長度。在一些例子中，傳送構件126可使用任何合適的加熱源(諸如燈或電阻加熱元件)而被加熱，以減少在表面上或接近表面的已激發物種 的再結合。傳送構件126可相對於管線105的縱軸「B」而以角度「α」維持，以最小化反應物種的損失。在大部分的例子中，角度「α」係約60°至約110°，舉例來說約90°。
各種離子過濾器(諸如以(例如)約200V(RF或DC)的偏壓操作之靜電過濾器)、線或篩網過濾器、磁過濾器，或任何離子抑制元件(上述過濾器之任一者可具有介電塗層)可被設置於反應器本體101和電漿氣體傳送系統110之間。在一個實施例中，離子過濾器係設置於傳送構件126內。離子過濾器經配置使得僅減污試劑的自由基及/或能量激發的中性物種被引入電漿氣體傳送系統110中。在離子過濾器不被使用於傳送構件126內之一些例子中，傳送構件126可以約10°至約70°(例如約20°至約45°)的角度「α」設置，以促進離子與電子或其他帶電粒子的撞擊，或離子與電子或其他帶電粒子的反應。離子過濾器及/或具角度之傳送構件126的使用確保大部分的離子或所有的離子在進入電漿氣體傳送系統110之前就被排除。減污試劑的自由基及/或能量激發的中性物種係預期與離開基板處理腔室104之後製程氣體及/或其他材料反應，並將離開基板處理腔室104之後製程氣體及/或其他材料轉化成對環境及/或製程設備較友善的成分。
電漿氣體傳送系統110係在電漿氣體傳送系統110之一端連接至管線105，並在電漿氣體傳送系統110之相對端連接至排出導管116。電漿氣體傳送系統110可以 不同功率水平之電力或連續電漿而加熱，以強化反應。電漿氣體傳送系統110可具有與傳送構件126流體連通的一或多個氣體入口111，以將來自反應器本體101之自由基及/或能量激發的中性物種分配至電漿氣體傳送系統110中。若採用多個氣體入口，氣體入口可彼此共平面的配置，以均勻地分配自由基及/或能量激發的中性物種。替代地，電漿氣體傳送系統110可經配置使得多個氣體入口繞通過電漿氣體傳送系統110之管線105之周緣而均勻地間隔。以此方式，後製程氣體可與自由基及/或能量激發的中性物種均勻地且有效地反應。
在各種實施例中，第一壓力調節裝置150可被設置於減污氣體傳送系統106和反應器本體101間的任何地方，及/或在反應器本體101和電漿氣體傳送系統110間的任何地方。第一壓力調節裝置經配置使得在減污氣體傳送系統106中的壓力被調節成相較於遠端電漿源102中之壓力係相對地較高的，且在反應器本體101內側的壓力被調節成相較於在管線105中之壓力係相對地較高的。因此，減污試劑之自由基及/或能量激發的中性物種在壓力差下被導向，以向下游流動至電漿氣體傳送系統110。在一些實施例中，第二壓力調節裝置152可被設置於基板處理腔室104和電漿氣體傳送系統110之間的任何地方，使得在管線105中的壓力被調節成相較於電漿氣體傳送系統110中的壓力係相對地較高的。第一和第二壓力調節裝置可藉由壓力調節器(圖未示)而控制，使得後製程氣體、已轉化 的成分及/或任何非所欲的氣體或材料被避免侵入基板處理腔室104，而是反而被引導以流至排氣導管116。第一和第二壓力調節裝置可為任何結構的或操作的特徵，該特徵經配置以預防電漿、自由基及/或能量激發的中性物種，或已處理的氣體的明顯回流從電漿氣體傳送系統110回至反應器本體101及/或基板處理腔室104。
操作的特徵可包含維持減污氣體傳送系統106和反應器本體101之間壓力差(該壓力差維持通過傳送構件126之電漿或(多個)氣體之單向流動)，及/或減污氣體傳送系統106和基板處理腔室104之間的壓力差。結構的特徵可包含(例如)流量限制器，諸如流孔板，流孔板具有選過的流孔之尺寸和剖面幾何形狀，以去活化回流之電漿或(多個)氣體。亦可使用可越過壓力調節裝置而控制流體壓力流及/或維持固定壓降之任何其他部件。
第2圖為依據本揭露書的實施例之具有遠端電漿源202的減污系統200之概要、概念圖。減污系統200在概念上類似於減污系統100，除了遠端電漿源202為感應耦合電漿(ICP)源。減污系統200可被設置於基板處理腔室104和泵118之間。減污系統200大體包含減污氣體傳送系統204、反應器本體206、射頻(RF)源208、功率傳送系統210及電漿氣體傳送系統212。類似地，減污氣體傳送系統204係連接至減污劑源122。基板處理腔室104具有腔室排氣件，腔室排氣件藉由管線105而耦接至下游的電漿氣體傳送系統212，於電漿氣體傳送系統212處，從反應器本 體206產生之自由基及/或能量激發的中性物種係與從基板處理腔室104排出的後製程氣體反應。電漿氣體傳送系統212的排氣件係藉由排氣導管116而耦接至泵118及設備排氣件120。
減污氣體傳送系統204係適以藉由氣體管線216而從減污劑源122傳送一或多個減污試劑至反應器本體206中，減污試劑係通常為清潔或非沉積氣體。壓力調節裝置222可被設置於氣體管線216和反應器本體206之間，以在減污氣體傳送系統204和反應器本體206之間產生壓力差，如將於下討論者。反應器本體206可具有界定電漿激發區域於其中之圓柱形狀或任何形狀。反應器本體206可由介電塗層(如，石英、陶瓷材料(如氧化鋁))所製成，或具有介電塗層設置在反應器本體206之內側表面上。反應器本體206可被抽空使得電漿激發區域在製程期間係以真空壓力維持。
RF源208和功率傳送系統210可被連接至線圈或天線220，或設置在反應器本體206內之電極。線圈或天線220可相對於反應器本體206而經調整形狀和位置，以將耦合來自RF源208的RF能量感應耦合至反應器本體206內，並因此在電漿激發區域中產生及維持電漿。亦可使用其他激發能量(諸如具有微波頻率的能量)以在反應器本體206中激發減污氣體。線圈或天線220可被設置於反應器本體206內，於反應器本體206上，或鄰近於反應器本體206。舉例來說，線圈或天線220可繞反應器本體206的頂 端部分及/或另一端或鄰近反應器本體206的頂端部分及/或另一端而設置，以在反應器本體206內產生電漿。線圈或天線220可被設置於反應器本體206之壁中的介電板或視窗(例如，由石英製成)的一側上。來自線圈或天線220的電磁能係經過介電板或視窗而耦合入電漿中。
在一些實施例中，線圈或天線220可為具有螺旋或渦旋圖案的平面天線，以在反應器本體206內強化電漿密度和均勻度。平面天線可被設置在鄰近反應器本體206之任何位置處。舉例來說，平面天線可被設置於反應器本體206的兩側或頂端或底端上，以將功率感應耦合至電漿中。在一些實施例中，線圈或天線220的一端可被電性接地，而線圈或天線220的另一端係連接至RF源208。在一些實施例中，耦接至反應器本體206之壓力調節裝置可被電性接地。
在一些實施例中，線圈或天線220可與RF源208電性隔離，使得線圈或天線220的電位浮動。在此例中，可進一步設置隔離變壓器(圖未示)。隔離變壓器可使得隔離變壓器之主要線圈跨接RF源208之輸出，且隔離變壓器之次要線圈跨接線圈或天線220。主要和次要線圈可為繞圓柱芯(圖未示)而纏繞之電線導體。在任何例子中，RF源208提供RF能量至線圈或天線220，且在反應器本體206內的減污試劑被離子化，以變成由線圈或天線220所感應耦合之RF能量所供能的電漿。
RF源208可以約10kHz和約60MHz之間的頻率，在約0和約10kW間操作。RF源208可為低頻率功率源、特高頻(VHF)功率源或兩者之結合。低頻率功率源可以約20MHz或低於20MHz的頻率而傳送可調整的RF功率，而VHF功率源可以約30MHz或高於30MHz的頻率而傳送可調整的VHF功率。由於VHF可在低自偏壓下維持高密度電漿，VHF在某些製程中可能係有利的。功率傳送系統210可包含電纜和匹配網路，或共振介面電路，用以調整藉由RF源208所傳送的RF功率。若使用低頻率功率源，功率傳送系統210可為低頻率匹配網路。若使用高頻率功率源，功率傳送系統210可為高頻率匹配網路。RF源208可以連續波模式操作(一直開啟)，或可以脈衝模式操作，於脈衝模式中源功率係以100Hz至100kHz的頻率開啟及關閉。
反應器本體206係通過傳送構件218而連接至電漿氣體傳送系統212。如上面關於第1圖所討論之離子過濾器230可被設置於反應器本體206和電漿氣體傳送系統212之間(例如在傳送構件218中)，使得僅減污試劑之自由基及/或能量激發的中性物種被引入下游的電漿氣體傳送系統212。類似地，傳送構件218可具有所需用以將來自反應器本體206之自由基及/或能量激發的中性物種傳送至下游電漿氣體傳送系統212的最小長度。傳送構件218的中央軸「C」係製成短的，以最小化反應物種的損失。在一些例子中，傳送構件218可使用任何合適的加熱源(諸如燈或電 阻加熱元件)而被加熱，以減少在表面上或接近表面的反應物種的再結合。傳送構件218可相對於管線105的縱軸「B」而以角度「β」維持。在大部分的例子中，角度「β」係約60°至約110°，舉例來說約90°。在離子過濾器不被使用於傳送構件218內之一些例子中，傳送構件218可以約10°至約70°(例如約20°至約45°)的角度「β」設置，以促進離子與電子或其他帶電粒子的撞擊，或離子與電子或其他帶電粒子的反應。離子過濾器及/或具角度之傳送構件218的使用確保大部分的離子或所有的離子在進入下游電漿氣體傳送系統212之前就被排除。在任何例子中，減污試劑的自由基及/或能量激發的中性物種係預期與離開基板處理腔室104之後製程氣體及/或其他材料反應，並將離開基板處理腔室104之後製程氣體及/或其他材料轉化成對環境及/或製程設備較友善的成分。
在各種實施例中，第一壓力調節裝置222、224可被設置於減污氣體傳送系統204和反應器本體206間，及/或在反應器本體206和電漿氣體傳送系統212間。第一壓力調節裝置222、224經配置使得在減污氣體傳送系統204中的壓力相較於反應器本體206內側之壓力係相對地較高的，且在反應器本體206內側的壓力相較於在管線105中之壓力係相對地較高的。因此，減污試劑之自由基及/或能量激發的中性物種在壓力差下被導向，以向下游流動至電漿氣體傳送系統212。第二壓力調節裝置226可被選擇性地設置於基板處理腔室104和電漿氣體傳送系統212之間，使得 後製程氣體、已轉化的成分及/或任何非所欲的氣體或材料被引導以流至排氣導管116。第一和第二壓力調節裝置可為如上面關於第1圖所討論之那些結構的或操作的特徵，該特徵經配置以預防電漿、自由基及/或能量激發的中性物種，或已處理的氣體的明顯回流從電漿氣體傳送系統212回至反應器本體206及/或基板處理腔室104。
在操作中，減污試劑(為清潔和非沉積氣體)通過氣體管線216而被引入至反應器本體206。鄰近反應器本體206而設置的線圈或天線220係藉由RF源208而提供功率，以將能量感應耦合至反應器本體206中，並由在反應器本體206內的減污試劑產生高密度電漿。所產生的電漿藉由離子過濾器230而過濾，使得大部分或所有的離子在進入下游電漿氣體傳送系統212之前就被排除。減污試劑的自由基及/或能量激發的中性物種接著與離開基板處理腔室104之後製程氣體及/或其他材料反應，以在進入泵118前將後製程氣體及/或其他材料轉化成對環境及/或製程設備較友善的成分。因此，在泵118內的沉積物種的凝結被避免或最小化。
第3圖為依據本揭露書的實施例之具有遠端電漿源302的減污系統300之概要、概念圖。減污系統300在概念上類似於減污系統100，除了遠端電漿源302為電容耦合電漿(CCP)源。減污系統300可被設置於基板處理腔室104和泵118之間。減污系統300大體包含減污氣體傳送系統304、反應器本體306、功率源308、功率傳送系統310 及電漿氣體傳送系統312。減污氣體傳送系統304係連接至減污劑源122。基板處理腔室104具有腔室排氣件，腔室排氣件藉由管線105而耦接至下游的電漿氣體傳送系統312，於電漿氣體傳送系統312處，從反應器本體306產生之自由基及/或能量激發的中性物種係與從基板處理腔室104排出的後製程氣體反應。電漿氣體傳送系統312的排氣件係藉由排氣導管116而耦接至泵118及設備排氣件120。
減污氣體傳送系統304係適以藉由氣體管線316而從減污劑源122傳送一或多個減污試劑至反應器本體306中，減污試劑係通常為清潔或非沉積氣體。壓力調節裝置322係設置於氣體管線316和反應器本體306之間，以在減污氣體傳送系統304和反應器本體306之間產生壓力差。壓力調節裝置322經配置使得減污試劑之自由基及/或能量激發的中性物種在壓力差下被導向，以向下游流動至電漿氣體傳送系統312。在一些實施例中，壓力調節裝置322可作為電極(如，陽極)使用。舉例來說，壓力調節裝置322可被接地或與RF源308電性隔離，使得壓力調節裝置322的電位浮動。
額外的壓力調節裝置326可被設置於反應器本體306和電漿氣體傳送系統312間。壓力調節裝置322、326經配置使得在反應器本體306內側的壓力相較於在管線105中之壓力係相對地較高的。因此，減污試劑之自由基及/或能量激發的中性物種在壓力差下被導向，以向下游流動至電漿氣體傳送系統312。選擇性地，壓力調節裝置 328可被設置於基板處理腔室104和電漿氣體傳送系統312之間，使得後製程氣體、已轉化的成分及/或任何非所欲的氣體或材料被引導以流至排氣導管116。於此所述之壓力調節裝置可為如上面關於第1圖所討論之那些結構的或操作的特徵，該特徵經配置以預防電漿、自由基及/或能量激發的中性物種，或已處理的氣體的明顯回流從電漿氣體傳送系統312回至反應器本體306及/或基板處理腔室104。
反應器本體306可具有界定電漿激發區域於其中之圓柱形狀或任何形狀。反應器本體306可被抽空使得電漿激發區域在製程期間係以真空壓力維持。反應器本體306可由金屬材料(諸如鋁或不銹鋼)、經塗佈的金屬(諸如陽極化鋁或以鎳塗佈的鋁)所製成。替代地，反應器本體306可由絕緣材料(諸如石英或陶瓷)所製成。
功率源308和功率傳送系統310可被連接至反應器本體306的電極。設置在反應器本體306內的任何部件(諸如壓力調節裝置322及/或電漿氣體傳送系統312)可被接地並作為陽極用。在一些實施例中，功率源308和功率傳送系統310可被連接至設置於反應器本體306內之電極(亦即，陰極)。在一些實施例中，反應器本體306可被接地且功率源308和功率傳送系統310係連接至設置於反應器本體306內之電極(亦即，陰極)。在一些實施例中，反應器本體306可包括第一和第二腔室本體件，介電隔離器設置於第一和第二腔室本體件之間。在此例中，第一腔室 本體件可藉由功率源308而提供功率，而第二腔室本體件可被連接至地面。
在一些實施例中，反應器本體306可具有中空陰極305。中空陰極305可藉由隔離器而與陽極隔離。中空陰極305可藉由功率源308而提供功率。在一些實施例中，氣體分配板可進一步設置於氣體管線316和反應器本體306間，以允許減污試劑均勻地分配至反應器本體306內。氣體分配板可被設置於反應器本體306的頂端或反應器本體306內。在一些實施例中，氣體分配板可藉由功率源308而提供功率。在一些實施例中，氣體分配板可被接地。在一些實施例中，氣體分配板可與反應器本體306電性隔離。反應器本體306和氣體分配板的各種配置係進一步於下面關於第4A、4B及5A、5B圖而討論。
功率源308可為射頻(RF)功率源及/或直流(DC)功率源，功率源308經配置以提供連續的RF功率、連續的DC功率、具有RF脈衝頻率(如，0.25-10kHz)的RF功率，或具有DC脈衝頻率(如，5-100kHz)的DC功率。若使用RF功率，功率源308可為低頻率功率源、特高頻(VHF)功率源或兩者之結合。低頻率功率源可以約20MHz或低於20MHz的頻率而傳送可調整的RF功率，而VHF功率源可以約30MHz或高於30MHz的頻率而傳送可調整的VHF功率。功率源308可經配置以依據所使用的減污試劑而傳送可調節的功率量至反應器本體306。功率 傳送系統310可包含電纜和匹配網路，或共振介面電路，用以調整藉由功率源308所傳送的功率。
反應器本體306係通過傳送構件318而連接至電漿氣體傳送系統312。如上面關於第1圖所討論之離子過濾器330可被設置於反應器本體306和電漿氣體傳送系統312之間(例如在傳送構件318中)。以此方式，僅減污試劑之自由基及/或能量激發的中性物種被引入下游的電漿氣體傳送系統312。傳送構件318可具有所需用以將來自反應器本體306之自由基及/或能量激發的中性物種傳送至下游電漿氣體傳送系統312的最小長度。類似地，如上面關於傳送構件218所討論的，傳送構件318係製成短的，且可被加熱以最小化反應物種的損失。傳送構件318的中央軸「D」可相對於管線105的縱軸「B」而以角度「θ」維持。在大部分的例子中，角度「θ」係約60°至約110°，舉例來說約90°。在離子過濾器不被使用於傳送構件318內之例子中，傳送構件318可以約10°至約70°(例如約20°至約45°)的角度「θ」設置，以促進離子與電子或其他帶電粒子的撞擊，或離子與電子或其他帶電粒子的反應。離子過濾器及/或具角度之傳送構件318的使用確保大部分的離子或所有的離子在進入下游電漿氣體傳送系統312之前就被排除。在任何例子中，減污試劑的自由基及/或能量激發的中性物種係預期與離開基板處理腔室104之後製程氣體及/或其他材料反應，並將離開基板處理腔室104之後製程氣體及/或其他材料轉化成對環境及/或製程設備較友善的成分。
在操作中，減污試劑(為清潔和非沉積氣體)通過氣體管線316而被引入至反應器本體306。反應器本體306的陰極係藉由功率源308而提供功率，以在陰極和陽極間產生電漿(從減污試劑)，陽極可能為壓力調節裝置322、反應器本體306之一部分或電漿氣體傳送系統312。所產生的電漿藉由離子過濾器330而過濾，使得大部分或所有的離子在進入下游電漿氣體傳送系統312之前就被排除。減污試劑的自由基及/或能量激發的中性物種接著與離開基板處理腔室104之後製程氣體及/或其他材料反應，以在進入泵118前將後製程氣體及/或其他材料轉化成對環境及/或製程設備較友善的成分。因此，在泵118內的沉積物種的凝結被避免或最小化。
第4A圖描繪依據本揭露書的實施例之可用於取代第1-3圖的反應器本體之反應器本體400的概要頂視圖。反應器本體400可具有界定電漿激發區域於其中的圓柱形狀。反應器本體400可由金屬材料(例如鋁或不鏽鋼)所製成。替代地，反應器本體400可由經塗佈的金屬(例如陽極化鋁或以鎳塗佈的鋁)所製成。替代地，反應器本體400可由耐火金屬所製成。替代地，反應器本體400可由絕緣材料(諸如石英或陶瓷)所製成，或可由適合執行電漿製程之任何其他材料所製成。
反應器本體400可具有複數個突出物402從反應器本體400的內側表面向內延伸至設置於反應器本體400內的中央電極406。突出物402係導電的且可強化氣體 離子化和增加電漿密度。突出物402可由金屬圓柱(亦即，反應器本體400)加工出來。突出物402之每一者可作為電極使用。突出物402可繞反應器本體400的內部周緣404而均勻地間隔。任何兩個或更多個緊密間隔的凸出物(特別是兩個鄰近的凸出物)在它們的表面之間形成有效的中空陰極區域。形成在那個區域中的電漿藉由在兩個電極表面處之鞘層而特徵化。從電極表面發出的電子(因離子轟擊)越過鞘層而被加速至電漿內並藉由在兩個電極表面處之鞘層而被驅逐，並因此無法從放電區域逃離。這些受困的電子導致高水平的氣體的離子化，並因此在兩個電極之間具有非常密集的電漿。特別地，所形成的電漿具有低阻抗(在電極上具有低電壓)，允許在相對適度之功率水平的高效電流。
功率源408(諸如第1-3圖中所提及的那些功率源)可具有連接至突出物402的一端，以提供功率給突出物，突出物402係形成於反應器本體400內；及連接至中央電極406的另一端。在一些實施例中，反應器本體400可被連接至地面。功率源408可為射頻(RF)功率源及/或直流(DC)功率源，功率源408經配置以提供連續的RF功率、連續的DC功率、具有RF脈衝頻率(如，0.25-10kHz)的RF功率，或具有DC脈衝頻率(如，5-100kHz)的DC功率。
在一個實施例中，反應器本體400可為使用外部施加磁場之離子強化反應器。磁場可經由鄰近反應器本 體400而設置之一陣列的永久磁鐵(如稀土磁鐵)，或亥姆霍茲線圈(Helmholtz coil)而施加。磁場被施加以限制帶電粒子並將帶電粒子保持於反應容積內側，藉此強化反應器本體內側的電漿密度。磁鐵的配置可繞反應器本體400而等間隔。磁場可相對於設置在反應器本體內的參考部件(諸如中央電極406)而垂直地或水平地施加。在一個例子中，考量到垂直均勻度的變化係較可容忍的，磁鐵經配置使得磁場係垂直地施加。在任何例子中，維持磁鐵的方位角均勻配置可能是有利的。
第4B圖描繪依據本揭露書的實施例之具有氣體分配板410設置於反應器本體400上的概要剖視圖。氣體分配板410係大體設置於反應器本體400和氣體管線416(諸如上面關於第1-3圖所述之氣體管線124、216、316)之間。氣體分配板410可如圖所示地為堆疊在反應器本體400之頂部上之盤形部件，或可經調整尺寸以適配於反應器本體400內。氣體分配板410可具有穿過氣體分配板410而形成的複數個孔412，用以更均勻地將減污試劑傳送至反應器本體400內。反應器本體400係通過傳送構件418(諸如上面關於第1-3圖所述之傳送構件126、218、318)而連接至電漿氣體傳送系統(圖未示，諸如上面關於第1-3圖所述之電漿氣體傳送系統110、212、312)。氣體分配板410可藉由功率源408而提供功率。若傳送構件係由導電材料所製成，隔離環414可被設置於反應器本體400和傳送構件之間。隔離環414可由陶瓷所製成，並可具有 高的崩潰電壓以避免火花。在此例中，功率源408可被連接至反應器本體400的突出物，且傳送構件係連接至地面。
第5A圖描繪依據本揭露書的實施例之可用於取代第1-3圖的反應器本體之反應器本體500的概要頂視圖。反應器本體500可具有界定電漿激發區域於其中的圓柱形狀。反應器本體500可由金屬材料(例如鋁或不鏽鋼)所製成。替代地，反應器本體500可由經塗佈的金屬(例如陽極化鋁或以鎳塗佈的鋁)所製成。替代地，反應器本體500可由耐火金屬所製成。替代地，反應器本體500可由絕緣材料(諸如石英或陶瓷)所製成，或可由適合執行電漿製程之任何其他材料所製成。
類似地，反應器本體500可具有複數個突出物502從反應器本體500的內側表面向內延伸至設置於反應器本體500內的中央電極506。突出物502可由金屬圓柱(亦即，反應器本體500)加工出來。突出物502之每一者可導電並可作為電極使用。突出物502可強化氣體離子化和增加電漿密度，如上面關於突出物402所討論者。突出物502可繞反應器本體500的內部周緣504而均勻地間隔
功率源508(諸如第1-3圖中所提及的那些功率源)可被連接至中央電極506及/或突出物502。在一些實施例中，反應器本體500可被連接至地面。功率源508可為射頻(RF)功率源及/或直流(DC)功率源，功率源508經配置以提供連續的RF功率、連續的DC功率、具有RF脈衝頻率 (如，0.25-10kHz)的RF功率，或具有DC脈衝頻率(如，5-100kHz)的DC功率。
第5B圖描繪依據本揭露書的實施例之具有氣體分配板510設置於反應器本體500上的概要剖視圖。氣體分配板510係大體設置於反應器本體500和氣體管線516(諸如上面關於第1-3圖所述之氣體管線124、216、316)之間。氣體分配板510可如圖所示地為堆疊在反應器本體500之頂部上之盤形部件，或可經調整尺寸以適配於反應器本體500內。氣體分配板510可具有穿過氣體分配板510而形成的複數個孔，用以更均勻地將減污試劑傳送至反應器本體500內。反應器本體500係通過傳送構件518(諸如上面關於第1-3圖所述之傳送構件126、218、318)而連接至電漿氣體傳送系統(圖未示，諸如上面關於第1-3圖所述之電漿氣體傳送系統110、212、312)。在一個實施例中，氣體分配板510可藉由連接至功率源508。在一個實施例中，氣體分配板510和傳送構件皆可接地。在此例中，反應器本體500可分別藉由第一隔離環512和第二隔離環514而與氣體分配板510和傳送構件電性隔離。第一和第二隔離環512、514可由陶瓷所製成，並可具有高的崩潰電壓以避免火花。
綜上所述，本揭露書的實施例提供貢獻於清潔連接於基板處理腔室(具有基板支撐件設置於基板處理腔室中)和泵之間的排氣管線的遠端電漿源。本揭露書的優點在於遠端電漿源提供僅清潔氣體或減污氣體的自由基及/ 或能量激發的中性物種進入下游的電漿氣體傳送系統，電漿氣體傳送系統位於基板處理腔室和泵之間的流動路徑中。這些清潔氣體的自由基及/或能量激發的中性物種與離開基板處理腔室之後製程氣體及/或其他材料反應，以在進入泵之前將離開基板處理腔室之後製程氣體及/或其他材料轉化成對環境及/或製程設備友善的成分。反應的中性物種亦與在管線壁上的那些凝結膜反應，且那些壽命較長的中性物種可進一步行進至下游並清潔在泵的移動組件和內部表面上所沉積者。因此，在管線和泵內之沉積物種的凝結可被避免或最小化。因此，泵效率被改善。此外，上游電漿源係靠近減污地點而實施，而非如在傳統系統中所實施般將電漿源淹沒在排氣件中。以此方式，反應物種(中子)和一些帶電反應劑被注入排氣環境，並接著與排出氣體反應，反應物種(中子)和一些帶電反應劑亦清潔包含泵葉片之表面。特定而言，上游電漿反應器經歷小的沉積物種並因此上游電漿反應器的電性性質可維持，藉此維持長期的電漿衝擊製程。更有甚者，磁場可被施加以限制帶電粒子，並將帶電粒子維持於反應容積內側，以強化在反應器內側電漿密度。
雖然前面部分係關於本揭露書的實施例，本揭露書的其他和進一步的實施例可經設計而不背離本揭露書的基本範圍，且本揭露書的範圍係由以下的申請專利範圍所決定。

Claims (20)

  1. 一種設備，包括：一基板處理腔室，具有設置在該基板處理腔室中的一基板支撐件；一泵，經定位以抽空該基板處理腔室；及一減污系統，包括：一電漿氣體傳送系統，定位於該基板處理腔室和該泵之間，該氣體傳送系統具有一第一端及一第二端，該第一端耦接至該基板處理腔室，該第二端耦接至該泵；一遠端電漿源，經由一傳送構件而連接至該電漿氣體傳送系統，該遠端電漿源中界定一電漿激發區域；一清潔氣體源，連接至該遠端電漿源；及一功率源，耦接該遠端電漿源。
  2. 如請求項1所述之設備，其中該遠端電漿源為一感應耦合電漿(inductively coupled plasma,ICP)腔室、一電容耦合電漿(capacitively coupled plasma,CCP)腔室、一微波感應(MW)電漿腔室、一電子迴旋共振(electron cyclotron resonance,ECR)腔室、一高密度電漿(high density plasma,HDP)腔室、一紫外線(UV)腔室、一熱線之絲化學氣相 沉積(the filament of a hot wire chemical vapor deposition,HW-CVD)腔室，或上述腔室的任何組合。
  3. 如請求項1所述之設備，其中該遠端電漿源為包含一感應耦合電漿(ICP)配置和一電容耦合電漿(CCP)配置的一混合腔室。
  4. 如請求項1所述之設備，其中該功率源可操作以在一製程期間提供一連續的RF功率、一連續的DC功率、具有一RF脈衝頻率的一RF功率，或具有一DC脈衝頻率的一DC功率。
  5. 如請求項1所述之設備，其中該電漿氣體傳送系統包括一管線，該管線連接至該基板處理腔室，且該傳送構件係相對於該管線的一縱軸以在約60°和約110°之間的一角度定位。
  6. 如請求項1所述之設備，其中該電漿氣體傳送系統包括一管線，該管線連接至該基板處理腔室，且該傳送構件係相對於該管線的一縱軸以在約20°和約45°之間的一角度定位。
  7. 如請求項1所述之設備，更包括：一離子過濾器，設置於該傳送構件中。
  8. 如請求項5所述之設備，更包括：一第一壓力調節裝置，設置於該清潔氣體源和該遠端 電漿源之間，其中該第一壓力調節裝置可操作而在一製程期間將在該清潔氣體源內側的壓力設定在高於該遠端電漿源內側之壓力的水準。
  9. 如請求項8所述之設備，更包括：一第二壓力調節裝置，設置在該基板處理腔室和該電漿氣體傳送系統之間，其中該第二壓力調節裝置可操作而在該製程期間將在該管線內側的壓力設定在高於該電漿氣體傳送系統內側之壓力，且其中該管線設置在該基板處理腔室與該電漿氣體傳送系統之間。
  10. 如請求項1所述之設備，其中該遠端電漿源具有複數個導電突出物，該複數個導電突出物從該遠端電漿源之一內側表面向內地延伸。
  11. 如請求項10所述之設備，其中該等導電突出物係繞該遠端電漿源的一內部周緣而均勻地間隔。
  12. 如請求項1所述之設備，更包括：一氣體分配板，設置於該遠端電漿源和該清潔氣體源之間，其中該氣體分配板包括複數個孔，該複數個孔穿過該氣體分配板而形成。
  13. 一種減污系統，組裝成設置在基板處理腔室的下游，該減污系統包括：一傳送系統，具有一第一端與一第二端，該第一端透過一管線連接該基板處理腔室，該第二端透過一排氣導 管連接一泵；以及一遠端電漿源，耦接該傳送系統，該遠端電漿源是一感應耦合電漿(ICP)反應器，在該感應耦合電漿反應器中定位有一電容耦合電極。
  14. 如請求項13所述之減污系統，其中該遠端電漿源可操作而在一感應耦合電漿(ICP)模式與一電容耦合電漿(CCP)模式之間切換。
  15. 如請求項13所述之減污系統，更包括：一離子過濾器，設置於該遠端電漿源與該傳送系統之間。
  16. 如請求項13所述之減污系統，其中該遠端電漿源更包括一板，該板具有穿過該板形成的複數個孔。
  17. 一種減污系統，組裝成設置在基板處理腔室的下游，該減污系統包括：一傳送系統，具有一第一端與一第二端，該第一端透過一管線連接該基板處理腔室，該第二端透過一排氣導管連接一泵；以及一遠端電漿源，耦接該傳送系統，該遠端電漿源是一感應耦合電漿(ICP)腔室。
  18. 如請求項17所述之減污系統，更包括：一離子過濾器，設置於該遠端電漿源與該傳送系統之間。
  19. 如請求項17所述之減污系統，更包括：一板，該板配置在該遠端電漿源與一氣體管線之間，該氣體管線連接該遠端電漿源，其中該板包括穿過該板形成的複數個孔。
  20. 如請求項17所述之減污系統，其中該感應耦合電漿腔室包括定位在該感應耦合電漿腔室中的一電容耦合電極。
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