TWI702631B - 控制由經組態以將電力供應至一氣體處理系統中之一電漿炬之一電力供應器輸出之電力之方法及由一處理器執行之電腦程式 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種控制由經組態以將電力供應至一氣體處理系統中之一電漿炬之一電力供應器輸出之電力之方法，連同一控制器及該氣體處理系統，該電漿炬經組態以處理從至少兩個加工腔室接收之廢氣。該方法包括：接收至少一個輸入信號，該至少一個輸入信號包括當前將一廢氣流供應至該電漿炬之加工腔室之一數目之一指示；及回應於該至少一個輸入信號，藉由輸出一控制信號以控制該電漿源氣體之一流率而控制由該電力供應器輸出之該電力。

Description

控制由經組態以將電力供應至一氣體處理系統中之一電漿炬之一電力供應器輸出之電力之方法及由一處理器執行之電腦程式

本發明之領域係關於控制由經組態以將電能供應至一電漿炬以用於處理來自多個製程腔室之一氣體流之一電力供應器輸出之電力。本發明亦係關於一種用於處理氣體流之裝置且係關於一種用於調節該氣體流之流量之流量調節器件。

電漿可經產生以處理來自用於(例如)半導體或平板顯示器製造產業中之一製造製程之一廢氣流。在此製造期間，殘餘氟化或全氟化化合物(PFC)及其他化合物存在於從製程工具泵抽之廢氣流中。此等化合物難以從廢氣流移除且其釋放至環境中係非所要的，此係因為眾所周知其具有相對高的溫室活性且在某些情況中可為有毒的。

可以各種方式形成用於消除器件之電漿。微波電漿消除器件可連接至數個製程腔室之排氣裝置。每一器件需要其特有的微波產生器，此可給一系統增加相當大的成本。電漿炬消除器件在可擴縮性方面及在處置粉末(存在於流出流中或由消除反應產生)中比微波電漿消除器件有利。

電漿炬需要一高電場施加在一陽極與陰極之間，一源氣體在該陽極與陰極之間流動以便起始一崩潰放電。若提供陽極與陰極之間之足夠電流，則維持源氣體之離子化且在陽極出口處形成一電漿捲流(或光焰)。廢氣流與電漿捲流混合且分解非所要化合物。電漿炬可消耗相當大的電力且高電場或高電流可損壞陰極及陽極兩者。控制供應至電漿炬之電力並不係直接的，此係因為穿過電漿之電流之增大引起電壓下降。

WO2013/024248揭示一種供在用於處理一化學氣相沈積製程之輸出之一消除器件中使用之電漿炬。其認識到，習用地，控制供應至此一電漿炬之電力已難以管理且因而電漿炬已通常以一恆定電力操作。其亦認識到，在其中一製程在不同時間輸出不同氣體之某些情境中，接著此等氣體可能需要不同量之電力供應至炬以用於有效處理。此係歸因於如下事實：某些化合物比需要一更高電力使其分解之其他化合物更穩定。其藉由變化供應至電漿光焰之源氣體及電流之量而解決此問題，此繼而變化電漿炬之操作電力，從而允許炬用於不同氣體之處理。

JP-A-2006303605揭示一種取決於電漿捲流附近之組件之一溫度而控制在炬之一起動階段期間及接著在操作期間供應至一電漿炬之一電流之方法。

將電力供應至電漿炬可歸因於其高電力消耗且歸因於電力消耗之變化(歸因於陽極腐蝕及粉末沈積)而為有問題的。相應地，期望提供用於控制供應至一電漿炬之電力且用於加工一廢氣流之一經改良技術。

根據一第一態樣，提供有一種控制由經組態以將電力供應至一氣體處理系統中之一電漿炬之一電力供應器輸出之電力之方法，該電 漿炬經組態以處理從至少兩個加工腔室接收之廢氣，該方法包括：接收至少一個輸入信號，該至少一個輸入信號包括當前將一廢氣流供應至該電漿炬之加工腔室之一數目之一指示；及回應於該至少一個輸入信號，藉由輸出一控制信號以控制供應至該電漿炬之一電漿源氣體之一流率而控制由該電力供應器輸出之該電力。

本發明認識到可能存在其中可期望變化由一電源供應至一電漿炬之電力之情況。就此而言，一電漿炬必須在特定電力極限之間操作；過低之一電力輸入將引起捲流之淬滅，而過高之一電力輸入可引起對電漿炬之電極之損壞且可能超過電力供應器之容量。出於此原因，以足以產生一捲流且不損壞炬之一恆定電力操作許多電漿炬。

一特定問題在存在由一單個電漿炬處理之多個加工腔室之情況下出現。與其中每腔室一個炬之系統相比，此一配置具有減少之硬體及服務要求之優點，然而，此一炬之電力要求為高且因此，以足以處理所有加工腔室之一恆定電力操作該炬在電力上係昂貴的。將期望能夠判定一較低電力何時可為可接受的且在此一情境被偵測時能夠自動控制由電力供應器輸出之電力。

例如，在多個加工腔室將廢氣供應至一電漿炬之情況下，可能存在某些情況，其中多個加工腔室並非皆當前作用，或許僅可能為多個加工腔室中之一或多者之一子集係當前作用，且因而電漿炬正處理之流出物之量可顯著變化。接收指示當前將一廢氣流供應至電漿炬之加工腔室之數目之輸入信號可用來判定何時可能減少供應至炬之電力。可以許多方式(諸如藉由變化由電力供應器輸出之電流及/或電壓之一位準)變化輸出至電力供應器之電力，然而，藉由控制電漿源氣體之流率而控制電力可為有利的，此係因為此控制電極之間之電阻且係控制電力輸出之一有效方式。

因此，在電漿炬正處理一個以上加工腔室之情況下，若提供指 示當前將廢氣供應至電漿炬之加工腔室之數目之一信號，則此為有利的，此係因為此可用於控制由電漿炬輸出之電力。處理來自許多腔室之流出物之一電漿炬將必要地消耗相對大量之電力且能夠間或減少電力消耗可為非常有利的。

在某些實施例中，包括加工腔室之該數目之該指示之該至少一個輸入信號包括從該等加工腔室中之每一者接收之一信號。

當前供應流出物之加工腔室之數目之指示可以許多方式進行判定且可從自加工腔室中之每一者接收之一信號判定。該信號可為：指示供應來自對應製程腔室之流出物之一泵當前是否操作之一信號；及/或指示與加工腔室相關聯之一旁路閥當前是處於將廢氣從腔室供應至電漿炬之一位置還是處於繞過電漿炬並排出氣體之一位置的一信號；及/或在一加工腔室中發生之一當前製程之一指示，其可指示一加工腔室當前是否產生一流出物。

在某些實施例中，該等加工腔室中之每一者包括一旁路閥，該旁路閥經組態以在一第一狀態中將該流出物從該對應加工腔室供應至該電漿炬且在一第二狀態中不將該流出物供應至該電漿炬，該方法包括輸出至少一個控制信號以控制該等旁路閥中之至少一者之又一步驟。

除控制由電力供應器輸出之電力外，在某些實施例中，該方法亦可進一步控制與每一加工腔室相關聯之旁路閥之狀態，使得一偵測到多個加工腔室中之一者當前不產生任何廢氣，接著可旋即排出由該腔室輸出之任何氣體。此不僅允許減少由電漿炬輸出之電力，而且其亦減少由其他加工腔室輸出之流出物之稀釋，此係有利的，此係因為稀釋降低氣體處理之效力。

在某些實施例中，回應於判定在操作與非操作狀態之間切換之該多個泵中之至少一者，控制該對應至少一個旁路閥以在該第一狀態 與該第二狀態之間切換，使得當該泵不操作時，該對應旁路閥不將流出物供應至該電漿炬。

此外，在將流出物從製程腔室供應至電漿炬之泵中之一者已由於加工腔室處於一閒置狀態而變得非操作之情況下，接著切換至一排出位置之旁路閥避免或至少減少在腔室內發生之壓力上升，該壓力上升可導致氣體從加工腔室逆流朝向加工腔室輸入端。

在其他實施例中，回應於判定在一閒置狀態與一操作狀態之間切換之該加工腔室中之至少一者而輸出用以控制旁路閥之信號。

在某些實施例中，該方法包括如下又一步驟：取決於當前將流出物供應至該電漿炬之加工腔室之該數目而輸出又一控制信號以用於控制用於處理該廢氣串流之試劑之一流率。

在某些情況中，除電漿外試劑亦可用來處理廢氣流。例如，化學品(諸如氧氣及水蒸氣)可經添加以使化學品氧化且若可依據當前供應流出物之製程腔室之數目變化所添加之量以便匹配所需理想配比，則其為有利的。此可減少NO_x排放及操作成本且對所排出之有害化學品之量及電漿炬之組件及炬之下游處之區段之壽命兩者具有一有益影響。

在某些實施例中，該電漿炬包括至少兩個陽極，該電漿源氣體在該電漿炬中之至少兩個點處以至少兩個電漿源氣體流供應至該電漿炬，控制該電漿源氣體流之該流率之該步驟包括獨立控制該至少兩個電漿源氣體流中之每一者之一流率。

電漿炬可包括一個以上陽極，其中源氣流在該等陽極之每一者上方引入至電漿炬。每一氣流之改變具有一不同影響，其中發生離子化之氣流影響供應之電力且捲流周圍之氣流幫助使電漿炬捲流穩定從而保護組件。由於兩個氣流不同地影響操作，故取決於輸入信號之該兩個氣流之獨立控制可為有利的。就此而言，經離子化且供應捲流之 源氣流係經控制以控制被炬消耗之電力之源氣流。

在某些實施例中，可期望接收並監測其他輸入信號，該等輸入信號包含輸出至電漿炬之電流、輸出至電漿炬之電壓及供應至電漿炬之電漿源氣體之流率中之至少一者。此等量中之每一者提供由電力器件輸出之當前電力之一指示且可在特定環境中改變，且因此可期望監測此等量。

在某些實施例中，該電力供應器經組態以將一實質上恆定預定DC電流供應至該電漿炬。

具有供應有一DC實質上恆定電流之一電漿炬可為有利的。一DC電力供應器具有如下優點：不具有與一AC電力供應器相同之負載匹配要求，從而使其較簡單且往往較便宜實施。在使用一DC電力供應器之情況下，接著一恆定電流可供應至電極以維持電漿捲流。在此一情況中，變化供應至電漿炬之源氣體之流率將變化電阻且在電流維持恆定之情況下，供應之電力亦將以一可預測方式變化。可在需要之情況下藉由控制供應至電漿炬之恆定電流之預定值而獲得供應之電力之進一步控制。可在電漿炬之性質已隨時間流逝改變使得僅藉由變化源氣體流量而將電力保持在所需極限內不可行之情況下需要此控制且需要一不同電流。

在某些實施例中，該至少一個輸入信號包括指示由該電力供應器輸出之該電力之一信號，該方法包括如下又一步驟：監測該電力輸出之改變且在該等改變耗費由該電力供應器輸出之在預定極限外之一電力之情況下，輸出一控制信號以將由該電力供應器輸出之該電力調整至該等預定極限內。

電漿炬之所需電力亦受可被損壞、侵蝕及/或經受粉末沈積之該電漿炬之陽極處之隨時間流逝之改變影響。此導致在一恆定電流電力供應器中產生一特定電流所需之電壓位準之改變，或針對一恆定電壓 電力供應器藉由恆定電壓產生之電流之改變。監測電力位準之改變允許電力控制系統知曉被電力供應器消耗之電力正超出預定極限外之情況，且在此一情況中，可在某些情況中藉由調整電漿源氣體之流率而調整電力輸出以將消耗之電力移動回至所要位準內。

在某些實施例中，在輸出控制信號以調整由電力供應器輸出之電力之前，該方法包括如下又一步驟：判定藉由調整電漿源氣體之流率而調整該電力是否將使流率處於預定流率極限外且若如此，則輸出一控制信號以調整由該電力供應器輸出之該電流或電壓之一位準以使該電力輸出處於該等預定電力極限內。

由電漿炬供應之電力可藉由調整電漿源氣體之流率而僅被變化一特定量，此係因為存在極限，當超過該等極限時此流率不應被變化，此係因為此可導致操作問題(諸如電漿光焰被淬滅)。因此，在一特定點處，為將電力保持在預定極限內，可期望及/或需要藉由變化輸出之電流及/或電壓而更改由電力供應器輸出之電力以將電力維持在預定電力極限內。在電力供應器係一恆定電流電力供應器之情況下，接著恆定電流變化至一不同實質上恆定值，而在電力供應器係一恆定電壓電力供應器之情況下，改變電壓之恆定值。

在某些實施例中，該方法包括如下又一步驟：回應於判定由該電力供應器輸出之該電流或該電壓中之一者已達到至少一個預定值而輸出一陽極檢測信號。

在由於源氣體之流量之改變不再充分，故已藉由改變電力供應器之恆定電流位準或恆定電壓位準而補償電力位準之改變之情況下，接著此係陽極腐蝕或陽極上之粉末沈積正引起電漿炬之運行之顯著改變之一指示，且檢測陽極可為好做法，此係因為陽極可能需要清潔或替換。就此而言，期望電漿炬之一操作者知曉其電力消耗且期望此電力消耗不隨時間流逝過度變化。

本發明之一第二態樣提供一種電腦程式，該電腦程式在由一處理器執行時可操作以控制該處理器執行根據本發明之一第一態樣之一方法中之步驟。

本發明之一第三態樣提供一種用於控制由經組態以將電力供應至一消除系統中之一電漿炬之一電力供應器輸出之一電力之控制器，該控制器包括：一輸入端，其經組態以接收至少一個輸入信號，該至少一個輸入信號包括當前將流出物供應至該電漿炬之加工腔室之一數目之一指示；邏輯，其經組態以取決於該至少一個輸入信號而產生至少一個控制信號，該至少一個控制信號藉由控制供應至該電漿炬之一電漿源氣體之一流率而控制由該電力供應器輸出之該電力；及一輸出端，其用於輸出該產生之控制信號。

在某些實施例中，電力供應器經組態以供應一預定實質上恆定DC電流。

雖然電力供應器可為一AC或一DC電力供應器，但若使用一DC電力供應器則可為有利的。DC電力供應器通常較簡單且較便宜且並不需要匹配負載以避免電力信號之反射。

在某些實施例中，控制器內之邏輯包括可程式化控制邏輯，該可程式化控制邏輯包括根據本發明之一第二態樣之一電腦程式。或者，可在硬體中實施控制器內之邏輯。

本發明之一第四態樣提供一種用於處理來自多個加工腔室之一氣體流之裝置，該裝置包括：一電漿炬，其用於在由電能供能時從一源氣體產生一電漿捲流；一電力供應器，其用於將該電能供應至該電漿炬；一流率調節器，其用於調節至該電漿炬之該電漿源氣體之一流率；及根據本發明之一第三態樣之一控制器，其用於控制藉由該電力供應器輸出之該電力。

在某些實施例中，該流率調節器包括：一輸入通道及一輸出通 道，該輸入通道與一輸入歧管流體連通且該輸出通道與一輸出歧管流體連通；複數個流動通道，其從該輸入歧管延伸至該輸出歧管；一可移動阻塞部件，其可操作以在該輸入歧管或該輸出歧管中之一者內移動以回應於從該控制器接收之一控制信號而阻塞該複數個流動通道中之一或多者，該阻塞部件之移動可操作以變化可用於該電漿源氣體從該輸入通道流動至該輸出通道之通道之一數目，且藉此變化供應至該電漿炬之該源氣體之該流率。

控制電漿氣體之流率之一簡單、有效、低成本且仍精確方式係使用具有一輸入歧管與一輸出歧管之間之複數個流動通道之一器件，使得此等通道之阻塞或敞開將影響可用於流體流動之有效剖面面積及因此流體流率。此外，以此方式控制流率係固有可重複的，從而隨時間流逝改良精確性。

雖然歧管之間之通道可具有許多形式，但在某些實施例中其係平行通道且在某些情況中其可具有相同剖面面積，而在其他情況中其可具有不同剖面面積。就此而言，一通道之剖面面積將影響流動穿過該通道之氣體量，且因此使通道具有不同剖面允許流率隨著取決於哪些通道被阻塞之精確度之不同位準而變化。然而，使通道具有相同剖面面積提供以一成比例方式控制流體流量之一簡單且有效方式。在所需電力之變化可歸因於在線或離線之一或多個加工腔室而成比例變化之情況下，此可為有利的。

在某些實施例中，該流率調節器包括用以控制該阻塞部件之該移動及藉此阻塞之通道之該數目之一步進馬達。

可藉由一步進馬達控制以一線性方式移動以阻塞通道之一阻塞部件，從而允許回應於控制信號之流量調節之一簡單控制。

在某些實施例中，一試劑可輸入至電漿炬且一流率調節器亦可用來取決於當前將流出物供應至電漿炬之加工腔室之數目而調節輸入 至電漿炬之試劑量。就此而言，若通道之數目等於腔室之數目或腔室之數目之一倍數，則其可為有利的，且因此在每一新腔室在線時，一新通道或多個新通道敞開且在一腔室離線時，一對應通道或多個通道閉合。以此方式，可以與操作之腔室之數目成比例之一方式變化供應至炬之試劑量。一類似系統可搭配電漿氣體源流使用。

在某些實施例中，該電漿炬包括用於從對應複數個加工腔室接收廢氣流之複數個輸入端。

在某些實施例中，該電漿炬包括用於從四個加工腔室接收廢氣流之四個輸入端。

在某些實施例中，該電漿炬包括一圓柱形陽極，及至少部分定位於該圓柱形陽極內之一陰極，該電力供應器將一電信號供應至該圓柱形陽極。

在某些實施例中，該電漿炬包括具有複數個電漿源氣體輸入端之複數個陽極，供應至每一電漿源氣體輸入端之電漿源氣體受一流率調節器控制。

本發明之一第五態樣提供一種用於調節一流體之一流量之流率調節器，該流率調節器包括：一輸入通道及一輸出通道，該輸入通道與一輸入歧管流體連通且該輸出通道與一輸出歧管流體連通；複數個流動通道，其從該輸入歧管延伸至該輸出歧管；一可移動阻塞部件，其可操作以在該輸入歧管或該輸出歧管中之一者內移動以回應於一控制信號而阻塞該複數個流動通道中之一或多者，該阻塞部件之移動可操作以變化可用於該流體從該輸入通道流動至該輸出通道之通道之一數目，且藉此變化從該流率調節器供應之該流體之該流率。

在某些實施例中，該流率調節器之該複數個通道係實質上平行通道。

在某些實施例中，該複數個通道具有實質上一相同剖面面積， 而在其他實施例中，其具有不同剖面面積。

在某些實施例中，該阻塞部件可操作以在該輸入歧管或該輸出歧管中之一者中以一線性方式移動。

在某些實施例中，流率調節器進一步包括一步進馬達，該步進馬達可操作以控制該阻塞部件之該移動及藉此阻塞之通道之該數目。

在隨附獨立及附屬技術方案中陳述其他特定及較佳態樣。附屬技術方案之特徵可視情況與獨立技術方案之特徵組合，且以除技術方案中明確陳述之組合外之組合進行組合。

在一裝置特徵描述為可操作以提供一功能之情況下，將瞭解，此包含提供彼功能或者經調適或經組態以提供彼功能之一裝置特徵。

10:電漿炬

12:排氣裝置

15:陰極

20:試劑

25:製程氣體

27:製程氣體進口

30:混合區域

32:反應管

40:製程腔室/加工腔室/腔室

42:製程腔室/加工腔室/腔室

50:旁路閥

52:旁路閥

60:試劑輸入端/輸入端

62:試劑流量調節器/流量調節器

70:源氣體/惰性源氣體

72:源氣體流量調節器/流量調節器

80:控制器/控制邏輯

90:電力供應單元/DC電力供應器

100:阻塞部件

102:流量調節器

110:輸入管

112:輸入歧管

115:流管/平行流管/平行管/平行通道

120:輸出管

現在，將參考隨附圖式進一步描述本發明之實施例，其中：圖1展示根據一實施例之用於氣體之處理中之一電漿炬；圖2示意性地展示根據一實施例之包括圖1之電漿炬及一控制器之一消除系統；圖3A及圖3B展示將電力供應至電漿炬之電力供應單元之電壓及電流如何隨源氣體流率改變；圖4示意性地展示根據一實施例之一控制系統之輸入及輸出信號；圖5展示根據一實施例之具有兩個源氣體輸入端之一雙陽極電漿炬；圖6展示根據一實施例之自多個製程腔室至一電漿之多個輸入端；圖7展示用於一四腔室蝕刻之電力調變及流率之改變如何影響輸入至電漿炬之電力供應單元之電力；圖8係展示用於依據製程在線信號輸入而變地自動控制供應至一 電漿炬之電力之一方法中之步驟之一流程圖；圖9展示根據一實施例之用於調節一源氣體或試劑之一成比例流管流量調節器；且圖10展示圖解說明經執行以在存在歸因於陽極腐蝕之電壓變化之情況下達成一固定調節電力之步驟之一流程圖。

圖1展示根據一實施例之用於氣體處理系統中之一電漿炬10。電漿炬10具有一陰極及一陽極，一DC電力供應器90將一實質上恆定電流供應至該陰極及該陽極。一惰性源氣體70在陰極與陽極之間流動且此等電極之間之電場引起穿過惰性氣體之一放電，從而使氣體離子化且形成一電漿捲流。該電漿捲流之核心溫度可在4,000℃至6,000℃之間。當一製程氣體25在(例如)一半導體蝕刻製程中從一加工腔室輸出時，一試劑20輸入至電漿捲流。氣體及電漿行進通過一混合區域30，其中試劑20、製程氣體25及電漿捲流混合。電漿捲流之高溫及試劑之存在引起製程氣體內之化學品反應或分解以形成其他較不有害或較少污染之化學品。以此方式，從一製程腔室輸出之一流出製程氣體可經處理以移除溫室氣體及有毒氣體。

為使製程氣體經有效處理且減少對陽極之損壞，試劑量應經控制以對應於與待處理之製程氣體量反應所需之量。類似地，惰性氣流應經控制以控制由恆定電流DC電力供應器供應之電力且減少製程氣體之過度稀釋。

可從多製程腔室接收製程氣體25，該製程氣體在電漿炬10處被接收。就此而言，從一製程腔室輸出之流出或製程氣體將需要被處理且向每一製程腔室提供其特有的電漿炬具有顯著硬體、服務及控制額外負擔。向一單一炬提供足夠電力以處理來自多個腔室之流出物可為減少此等額外負擔之一有效方式。然而，除非可有效控制由電力供應 單元輸出之電力，否則此一解決方案可具有顯著電力消耗額外負擔。

圖2展示一實施例，其中多個腔室40、42各自將廢氣經由旁路閥50及52供應至電漿炬10。透過輸入端60輸入一試劑且藉由流量調節器62控制供應之試劑量。

在存在供應電漿炬10之多個腔室之情況下，接著在任何一個時間處供應至電漿炬之流出物量之變化可為相當大的，特別地在個別腔室之製程循環並非同步使得在任何一個時間處一或多個腔室可處於一閒置狀態且當前不供應流出物之情況下。因此，供應至電漿炬之電力之小心控制可被要求保持其高效能且減少不必要電力消耗。

在此實施例中，藉由一流量調節器72控制供應至電漿炬10之源氣體70之量。控制邏輯80控制流量調節器72以供應一預定流率。隨操作之加工腔室之數目改變此預定流率。在此實施例中，電力供應單元90經組態以將一實質上恆定DC電流供應至電漿炬10。控制源氣體之流率控制電極之間之電阻及消耗之電力量。因此，藉由控制源氣體70之流率，控制器80控制由電漿炬消耗之電力。類似地，對於一恆定電壓電力供應器而言，流率之控制將改變電阻及因此藉由恆定電壓產生之電流，且以此方式源氣體流率之控制將控制由電力供應單元輸出之電力。

控制邏輯80從加工腔室40及42接收信號且從此等信號判定該等加工腔室當前是否操作及/或其當前處於製程循環之哪個部分。該控制邏輯使用此等信號來判定所需電力且經由流率調節器控制源氣體之流量。控制邏輯80亦經組態以取決於加工腔室之操作狀態而控制旁路閥50及52，使得在加工腔室不產生需要處理之廢氣之情況下，可排出可輸出之任何其他氣體。此避免此等氣體稀釋需要處理之廢氣。

如所述，控制邏輯80能夠從自製程腔室接收之信號判定哪些製程腔室當前閒置且哪些不閒置且回應於此，控制器將控制信號發送至 旁路閥50及52，使得當一製程腔室並非當前操作時，旁路閥經設定以在製程腔室與電漿炬之排氣裝置12之間形成一流動路徑，使得來自一非操作製程腔室之任何氣體被排出且不傳遞至電漿炬。此係可接受的，此係因為不存在當前發生之製程且因此不存在需要處理之氣體。電漿炬之一個特徵係其有效性隨待處理之氣體之稀釋改變且因此，將不需要處理之氣體注入至電漿捲流中引起待處理之氣體之稀釋且炬之效率下降。因此，提供允許來自製程腔室之氣體在該等製程腔室不操作時繞過炬之旁路閥可顯著增大一多腔室消除系統之效率。此外，旁路閥可緩解一製程腔室中積聚之任何壓力且減小氣體從該製程腔室逆流朝向氣體輸入端之可能性。基於從加工腔室接收之信號提供此等旁路閥之自動控制提供一有效且高效系統。

在此實施例中，取決於多少製程腔室40、42當前作用而藉由流量調節器72控制源氣體70之流量。就此而言，雖然為了方便表示已展示僅兩個製程腔室，但應理解，可能存在明顯更多製程腔室，其各自將流出物供應至一單一電漿炬。因此，控制邏輯80將從自個別製程腔室接收之信號及/或從來自旁路閥50、52之信號判定哪些腔室正將廢氣供應至電漿炬且將相應地調整源氣體之流量。就此而言，製程腔室可發送其在處理循環中之當前點之指示，或製程腔室可發送來自將氣體泵抽至腔室中之泵之指示或可從旁路閥接收的指示旁路閥之狀態之信號。就此而言，可藉由與製程腔室相關聯之控制邏輯控制旁路閥，在該情況中旁路閥之狀態(其係廢氣是否正被發送至電漿炬之一指示)可用作至控制器之一輸入。或者，在某些實施例中，藉由控制電力供應器之控制器控制旁路閥本身，該控制器正從腔室接收指示一加工腔室之處理狀態之其他信號。在任何情況中，指示哪個腔室當前將廢氣供應至電漿炬的所接收之信號可由控制器使用以判定流至電漿炬中之源氣體之所需流率及以此方式供應至炬之電力。控制電力之此能力減 小電力消耗且改良系統之效率。

圖3A示意性地展示電壓如何隨具有不同輸出電流之源氣體之流量改變。因此，隨著源氣體之流量增大，維持一電流所需之電壓亦將最初增大，在一特定點處保持穩定。圖3B展示電壓如何隨針對源氣體之不同流率之電流改變之一類似圖表。如可見，隨著源氣體流率增大，需要一較高電壓以產生相同電流，而對於源氣體之相同流量而言，當電流增大時，電壓下降。電壓隨增大電流下降之此態樣使至電漿炬之電力供應難以僅藉由電壓及電流而控制，此係為何控制源氣體流量之改變可為控制之一有效方式。

圖4示意性地更詳細地展示圖2之控制器80。控制器80接收許多輸入信號且輸出許多控制信號。在此實施例中，控制器接收指示傳輸至電漿炬之惰性源氣體之流率之輸入信號且其亦從將廢氣供應至電漿炬之多製程腔室接收輸入信號。輸入信號指示製程腔室泵是否接通及/或製程當前是否閒置。控制器亦從電力供應單元接收一電壓及電流信號，該信號指示正由此單元輸出之當前電壓及電流。控制器將加工此等輸入信號且將依據此等輸入信號產生輸出控制信號以控制旁路閥，使得來自不同製程腔室之流出物在對應製程腔室閒置時及/或在其泵不操作時並不傳輸至電漿炬。控制器亦將取決於當前操作之腔室之數目而控制供應至電漿炬之源氣體之流率。在某些實施例中，控制器亦可取決於當前操作之腔室之數目而控制供應至電漿炬之試劑氣體之流率。

在某些實施例中，控制器亦將控制由電力供應單元供應之電壓及/或電流。在其中源氣體之流量之控制不足以將電力控制於所需極限內之某些情況中，控制器將藉由改變電壓或電流輸出中之至少一者而控制由電力供應單元輸出之電力。就此而言，在如此實施例中展示之一恆定電流電力供應器之情況中，電流將經變化以將電力維持在所 需極限內。

圖5展示一電漿炬之一替代實施例，其中存在兩個陽極及兩個源氣流或惰性氣流：流1及流2(在此情況中係氮氣)。提供一個二階陽極可產生導致較高破壞效率之一較長電漿反應區域且可產生較佳混合。兩個氮流之控制可改良效能且因此在某些實施例中，控制器80將提供獨立控制至兩個源氣體進口之每一者。第一氮流將判定輸入至電漿光焰之電力，此係因為放電發生在此處，而第二氮流將幫助控制捲流之穩定性且減少波動。該等流亦將對稀釋具有一影響且因此取決於當前操作之製程腔室之數目之對此等兩個流之小心控制可改良效率，從而增加化學品之分解且減少使用之電力。

圖6示意性地展示根據一實施例之一電漿炬之外部。該圖展示電漿炬之陰極15及處於相等間隔之圓周位置之多個製程氣體進口27，該等製程氣體進口將廢氣從四個不同製程腔室提供至包括電漿捲流之一反應管32。在電漿炬之外部上之一類似點處可能額外存在至少一個試劑輸入端(未展示)。將從此圖之頂部輸入源氣流。

圖7展示指示用於一四腔室蝕刻製程之電力調變之一表格且圖解說明電漿炬所需之電力如何隨當前在線之製程腔室之一數目改變。在此實施例中，能夠遞送四個腔室之消除所需之所需量之電力之一單一炬與一反應/進口區段及一水洗滌器組合使用。在此實施例中，四個進口被注入至電漿捲流之側上且透過一孔口或一錐體輸送至捲流之熱部分中。四個進口可隨後輸送至可為乾燥或濕潤之一反應管。例如，在一濕式洗滌器中處置最終殘餘消除副產物。四個進口受如先前提及之旁路閥控制且輸送來自連接至一製程腔室之每一泵之流出物。連同泵之操作狀態(接通/關斷)之一信號提供針對每一進口腔室之一製程腔室。

一電力供應單元(PSU)介接至呈控制器80之形式之可程式化邏輯 控制且可接收一命令信號(接通/關斷)以及針對所需量之炬電流之一信號。PSU亦可提供與流動穿過炬陽極之惰性氣體近似成比例變化之炬電壓之一讀出。

可程式化邏輯控制器PLC亦可藉助於一成比例控制閥或在某些實施例中之一成比例流管(如稍後參考圖9所論述)來控制如較早提及之旁路閥連同炬源氣流。用於一商定之蝕刻配方之PLC可對應於標記為製程接通之腔室之數目設定由PSU輸出之電力(亦即，來自該PSU之電流及穿過炬惰性氣流之電壓)之一值。來自標記為製程關斷之腔室之泵之惰性氣體在不折衷安全性或消除效率之情況下發送至旁路閥，此係因為在此流出物中不存在待處理之廢氣。

在圖7中展示對應於四個製程腔室之消除之電力之表格。在此實施例中，四個製程腔室具有類似製程配方及相同泵沖洗流。在四個製程腔室在線時之用以消除之總流量係個別腔室之泵流量的四倍且假設與稀釋成比例之一電力效率η(通常係每10_slm 1kW)，在此情況中所需之電力係P₄=η×F。P_r係在並非所有四個腔室皆供應流出物之情況中所需之電力。定義供應至電漿之電力P_r=A_x×P₄，可運用對應於在x個「製程接通信號」存在時在線之3個、2個及1個旁路閥之比例調整因數A₃、A₂及A₁來減小電力P₄。此被展示在圖7中之表格中。如可瞭解，所需之P必須大於P_min，其中P_min係在至炬之電流供應穩定之情況下之最小電力。就此而言，必須存在一最小電力以產生未淬滅之一捲流。如可見，隨著在線之腔室之數目增大，接著供應至炬之電力亦增大。電力不應減小至最小電力以下且因此在此實施例(其中一個或兩個製程腔室在線)中，使用相同量之電力。然而，應瞭解，三個製程腔室在任何一個時間處不操作係非常罕見的，且因此其中一個製程腔室獨立操作之情境不太可能。應注意在此實施例中，製程腔室皆主控相同製程且具有相同容量且因此，所需之電力隨當前操作之腔室之數 目成比例變化。在某些情況中，製程循環之不同部分可輸出不同氣體及/或不同量之氣體。此外，製程腔室可具有不同容量，且可主控不同製程。在此一情況中，一控制器可結合製程及容量之一知識使用來自每一製程腔室之信號來判定所需之電力且按需要變化源氣流。應注意，在多個製程腔室主控不同製程之情況下，此等製程應為輸出需要如在製程需要不同溫度之情況下所明確之一類似溫度以用於處理之廢氣之製程，接著一單個電漿炬之使用將不再有效或高效。

圖8展示圖解說明經執行以提供依據從個別腔室輸入之製程在線信號而變之自動電力控制之步驟之一流程圖。當電漿炬被開啟時，所需之電力設定為所有四個腔室之總電力P₄且接著判定多少製程腔室係當前接通的。此在流程圖中圖解說明為x。若x=4，則所需之電力保持在P₄處，而若x小於4，則所需之電力減小但僅直至最小所需電力為止。若不存在當前操作之腔室，則電漿炬被關閉。

圖9展示根據本發明之一實施例之一流量調節器102。此流量調節器具有一簡單而有效設計之優點，該設計允許以一成比例方式作出電漿流量之改變，該成比例方式在流出物量以與在如下情況下發生之方式類似之一方式改變之情況下係適當的：其取決於接通或關斷之處理類似量之化學品之腔室之數目。此外，藉由以一線性運動移動一阻塞部件100而改變流量，此允許藉由一步進馬達之簡單控制。流量調節器102具有一輸入管110，其用於將一氣體流經由一輸入歧管112、平行流管115及一輸出歧管122供應至一輸出管120。在此實施例中，平行流管115具有相同直徑且因此，阻塞每一平行流管以相同方式變化流率。藉由一步進馬達(未展示)控制阻塞部件100敞開或閉合平行管115且藉此增大或減小對氣流可用之流動區域。以此方式，可以一簡單且可容易控制之方式變化流量，其中每一管之閉合依一成比例量減小流量。

在此實施例中，流量調節器102用來控制至電漿炬之惰性氣流。一類似流量調節器可用來控制至電漿炬之試劑流。就此而言，所需之試劑量亦將隨當前作用之製程腔室之數目變化且將在每一腔室中所執行之製程相同或類似之情況下具有一類似成比例要求。因此，此一成比例流量調節器亦可有效地控制此流量。在製程腔室具有發生在其內之不同製程或具有不同容量之情況中，接著可能需要具有一類似設計但具有更多平行通道115(或許具有不同直徑)之一流量調節器，在並非需要(比如說)四分之一、一半或四分之三的試劑或源氣體量之情況下，可能需要不同百分比且因此，可能需要或許具有不同大小之其他管以提供所提供之數量之不同變化。

圖10展示圖解說明經執行以控制由電力供應單元供應至電漿炬之電力以補償歸因於陽極腐蝕及/或粉末沈積之所需電力之改變之一方法中之步驟之一流程圖。此方法可經執行以結合對一多腔室系統之控制補償歸因於陽極腐蝕或粉末沈積之陽極之改變，且該方法可在其中一單個腔室將流出物供應至一電漿炬之情況中獨立使用。

如在此流程圖中可見，在炬電力管理系統設定為接通之情況下，接著恆定電流電力供應器之電流設定為取決於所需電力且取決於一中間電壓之一值。此中間電壓設定在最小與最大可允許電壓之間。連續監測正由電力供應器輸出之電流及電壓且判定是否存在產生此設定電流所需之電壓中之變化。若電壓下降至一最小值以下，則至炬之氮流經增加以將電壓維持在最小值以上。若電壓超出一最大值，則至炬之氮流經減少以將電壓維持在正確值處。然而，存在可用來提供一有效電漿炬之氮流之最小值及最大值且若達到最小流量，則為將電力維持在所需位準處，減少由電力單元輸出之電流，從而避免由電力供應單元消耗之電力過度上升。以此方式，電壓及電力位準保持在所需極限內，從而避免隨著陽極腐蝕發生，正由電漿炬輸出之電力隨時間 流逝逐漸改變。在陽極處之粉末沈積發生之情況下，接著電壓將下降且此可由源氣體之流量之一增加補償。此可為有利的，此係因為氣體流率之此增大可幫助清除來自陽極之粉末。

在一特定點處，陽極腐蝕或粉末沈積可能變得如此明顯以至於以此方式之進一步補償可能不可行。因此，若結合一警報系統使用此系統，則為方便的，在該警報系統中當判定由一恆定電流電力供應器輸出之電流或由一恆定電壓電力供應器輸出之電壓已增大或減小超過一特定位準時，由控制邏輯產生警報「陽極檢測」信號，在其中可能很快折衷電漿炬或電力單元之高效操作之一點處選擇此位準。此等警報信號指示陽極應被檢測且在某些情況中可能很快需要替換或清潔。

在圖10中所圖解說明之恆定電流系統中，在用以將電力維持於其所需極限內所需之電流之改變採取超過臨限最小值或最大值時產生陽極警報信號。

綜上所述，所提出之系統提供一種藉助於控制供應至一電漿炬之源氣流而根據其需求定製一電漿炬消除器件之電力消耗之一方式。此可使用用於一電漿炬之一可調諧電力供應器且藉助用於一多腔室系統之旁路閥之智能控制而達成。根據模擬，可藉由考量一多製程系統中之個別蝕刻腔室之組合工作週期而達成高達50%之電力減少。

除控制取決於試劑流而供應至電漿炬之電力外，可添加一額外電力控制選項，其將以隨時間流逝保持實質上相同電力消耗之此一方式調整可歸因於陽極腐蝕及/或粉末沈積而改變之炬電壓及/或電流。此避免或至少減少器件之電力消耗隨時間流逝之改變且可在第一例項中藉由調整炬電漿源氣流而實現。當此達到其連鎖值時，可藉由變化供應之恆定電壓或電流而改變炬電力。實驗室測試已展示在20%之炬電流變化內，依相同電力返回相同DRE(破壞或移除效率)。

除上文外，依據製程在線信號之數目而變的對試劑流(諸如 CDA、氧氣及水蒸氣)之控制可經執行以便匹配所需之精確理想配比。此可減少NO_x排放、減少操作之成本且對DRE及組件之壽命具有一有益影響。

此外，包括一成比例流管而非一成比例控制閥之一流量調節器(諸如圖9中所展示)可用來控制源氣體或試劑氣體之流率。此器件可提供一便宜且簡單流量系統以用於電力及試劑控制中。

此DC弧炬系統在當前由一固定單個電力DC弧炬系統主導之半蝕刻市場中特別有效。半蝕刻市場需要高電力來分解穩定溫室氣體，諸如CF₄及SF₆。此等化合物之穩定性意指用於其消除之電力要求極高且因此，可取決於要求而變化電力之一系統可為非常有利的。綜上所述，提供具有一消除系統之一可調諧電力炬，該消除系統特別可適用於半導體蝕刻及FPD蝕刻系統兩者且提供取決於製程信號之成比例流管氣體控制及旁路閥控制。

雖然實施例展示供應一實質上恆定可控制電流之一DC電力供應器，但將瞭解，可使用一AC電力供應器。此外，AC電力供應器可為一恆定電壓電力供應器且在此情況中源氣體流率之改變將改變由此一電力供應器產生之電流且因此改變由該電力供應器輸出之電力。

雖然本文中已參考隨附圖式詳細揭示本發明之說明性實施例，但應理解，本發明並不限於精確實施例且可在不背離如隨附申請專利範圍及其等效內容所定義之本發明之範疇之情況下由熟習此項技術者在其中實現各種改變及修改。

10:電漿炬

12:排氣裝置

40:製程腔室/加工腔室/腔室

42:製程腔室/加工腔室/腔室

50:旁路閥

52:旁路閥

60:試劑輸入端/輸入端

62:試劑流量調節器/流量調節器

70:源氣體/惰性源氣體

72:源氣體流量調節器/流量調節器

80:控制器/控制邏輯

90:電力供應單元/DC電力供應器

Claims (10)

1. 一種控制由經組態以將電力供應至一氣體處理系統中之一電漿炬之一電力供應器輸出之電力之方法，該電漿炬經組態以處理從至少兩個加工腔室接收之廢氣，該方法包括如下步驟：接收至少一個輸入信號，該至少一個輸入信號包括當前將一廢氣流供應至該電漿炬之加工腔室之一數目之一指示；回應於該至少一個輸入信號，藉由輸出一控制信號以控制供應至該電漿炬之一電漿源氣體之一流率而控制由該電力供應器輸出之該電力；接收包括輸出至該電漿炬之一電流、輸出至該電漿炬之一電壓及供應至該電漿炬之一電漿源氣體之一流率中之至少一者之至少一個其他輸入信號；其中該至少一個輸入信號進一步包括指示由該電力供應器輸出之該電力之一信號，該方法包括如下又一步驟：監測該電力輸出之改變且在該等改變耗費由該電力供應器輸出之在預定極限外之一電力之情況下，輸出一控制信號以將由該電力供應器輸出之該電力調整至該等預定極限內；在輸出該控制信號之前，判定藉由調整該電漿源氣體之一流率而調整該電力是否將使該流率處於預定流率極限外且若並非如此：則輸出該控制信號以調整該電漿源氣體之該流率；且若如此則輸出一控制信號以調整由該電力供應器輸出之該電流及該電壓中之一者之一位準，從而使該電力輸出處於該等預定電力極限內；及回應於判定由該電力供應器輸出之該電流或電壓已超出至少 一個預定值而輸出一陽極檢測信號。
2. 如請求項1之方法，其中包括加工腔室之該數目之該指示之該至少一個輸入信號包括從該等加工腔室中之每一者接收之一信號。
3. 如請求項2之方法，其中該信號包括如下內容之至少一者：對應之該加工腔室中之一當前製程之一指示；將流出物從對應之該製程腔室供應至該電漿炬之一泵之一操作之一指示；及一旁路閥之一狀態，該旁路閥經組態以在一第一狀態中將該流出物從對應之該加工腔室供應至該電漿炬且在一第二狀態中不將該流出物供應至該電漿炬。
4. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該等加工腔室中之每一者包括一旁路閥，該旁路閥經組態以在一第一狀態中將該流出物從對應之該加工腔室供應至該電漿炬且在一第二狀態中不將該流出物供應至該電漿炬，該方法包括輸出至少一個控制信號以控制該等旁路閥中之至少一者之又一步驟。
5. 如請求項4之方法，其中該至少一個輸入信號包括將流出物從對應之該製程腔室供應至該電漿炬之一泵之一操作之一指示，該方法包括回應於判定在操作與非操作狀態之間切換之該等泵中之至少一者，控制對應之該至少一個旁路閥以在該第一狀態與該第二狀態之間切換，使得當該泵不操作時，對應之該旁路閥不將流出物供應至該電漿炬。
6. 如請求項4之方法，其中該至少一個輸入信號包括對應之該加工腔室中之一當前製程之一指示，該方法包括回應於判定在一閒置狀態與一操作狀態之間切換之該等加工腔室中之至少一者，輸出至少一個控制信號以控制該等旁路閥中之一對應至少一者在該第一狀態與該第二狀態之間切換，使得當該加工腔室閒置 時，對應之該旁路閥不將流出物供應至該電漿炬。
7. 如請求項1至3中任一項之方法，其進一步包括如下一步驟：取決於當前將流出物供應至該電漿炬之製程腔室之該數目而輸出又一控制信號以用於控制用於處理該廢氣流之試劑之一流率。
8. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該電漿炬包括至少兩個陽極，該電漿源氣體在該電漿炬中之至少兩個點處以至少兩個電漿源氣體流供應至該電漿炬，控制該電漿源氣體流之該流率之該步驟包括獨立控制該至少兩個電漿源氣體流中之每一者之一流率。
9. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該電力供應單元包括經組態以將一實質上恆定電流供應至該電漿炬之一DC電力供應器。
10. 一種電腦程式，其在由一處理器執行時可操作以控制該處理器執行如請求項1至9中任一項之一方法中之步驟。

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