TWI730759B - 利用水蒸氣和氧試劑之電漿減量技術 - Google Patents

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Abstract

本揭示內容的實施例與用於將存在於半導體製造製程之流出物中的F-氣體減量之系統及技術有關。在一個實施例中，提供了用於電漿減量系統之水及氧輸送系統。水及氧輸送系統可包含殼體，所述殼體可包括底板及複數個側壁，所述底板及複數個側壁可界定封圍區域。水及氧輸送系統可進一步包含圓柱狀水槽，圓柱狀水槽安置於底板上，其中圓柱狀水槽的縱軸平行於由底板界定之平面，且水槽的長度可為圓柱狀水槽之直徑的1.5倍或更大。水及氧輸送系統可進一步包含流量控制系統，流量控制系統可安置於殼體內之圓柱狀水槽的上方。

Description

利用水蒸氣和氧試劑之電漿減量技術
一般而言，本揭示內容的實施例與用於半導體處理設備之減量有關。更具體而言，本揭示內容的實施例與用於將存在於半導體製造製程的流出物中之氟化溫室氣體(F-氣體) (如，氫氟碳化物(hydrofluorocarbons；HFCs)、全氟碳化物(perfluorocarbons；PFCs)及六氟化硫(SF6 ))減量的系統及技術有關。
半導體製造製程期間所產生的流出物包括了許多化合物，由於監管要求以及環境和安全考量，這些化合物在棄置之前會被減量或處理。這些化合物中有F-氣體及含鹵素化合物，這些化合物可用於，例如，蝕刻或清潔製程。
F-氣體，如CF4 、C2 F6 、NF3 及SF6 ，通常用於半導體和平面顯示器製造工業中，例如，於介電層蝕刻和腔室清潔中。在製造或清潔製程之後，從製程工具抽取出的流出物氣體流中通常有F-氣體的殘留含量。難以從流出物流去除F-氣體，且因為已知F-氣體具有相對高的溫室活性，不期望將F-氣體釋放到環境中。遠端電漿源(remote plasma source；RPS)或串聯電漿源(in-line plasma source；IPS)已被用於F-氣體及其他全球暖化氣體之減量。
目前用於減量F-氣體的減量技術之設計僅利用水蒸氣。水蒸氣提供了優異的破壞F-氣體之能力，但在某些應用中，在電漿源和電漿源下游的排放管線及泵中會產生固態顆粒。因此，需要改良的減量製程。
本揭示內容的實施例一般與用於半導體處理設備之減量有關。更具體而言，本揭示內容的實施例與用於將存在於半導體製造製程的流出物中的F-氣體減量之系統及技術有關。在一個實施例中，提供了用於電漿減量系統之水及氧輸送系統。水及氧輸送系統可包含殼體，殼體可包括底板及複數個側壁，所述底板及複數個側壁界定封圍區域。水及氧輸送系統可進一步包括圓柱狀水槽，水槽可安置在底板上，其中圓柱狀水槽的縱軸平行於由底板界定之平面，且水槽的長度可為圓柱狀水槽之直徑的1.5倍或更大。水及氧輸送系統可進一步包含流量控制系統，流量控制系統可安置於殼體內之圓柱狀水槽的上方。
在另一個實施例中，提供了減量系統。減量系統可包含水及氧輸送系統及電漿源，電漿源可透過導管與水及氧輸送系統耦接。水及氧輸送系統可包含殼體，殼體可包括底板及複數個側壁，所述底板及複數個側壁可界定封圍區域。水及氧輸送系統可進一步包含圓柱狀水槽，圓柱狀水槽可安置於底板上，其中圓柱狀水槽的縱軸平行於由底板界定之平面，且水槽的長度可為圓柱狀水槽之直徑的1.5倍或更大。水及氧輸送系統可進一步包括流量控制系統，流量控制系統可安置於殼體內之圓柱狀水槽的上方。
在又一實施例中，提供了真空處理系統。真空處理系統可包含處理腔室、真空源、前級管線(foreline)及減量系統，前級管線可將處理腔室與真空源耦接，且減量系統可與處理腔室與真空源之間的前級管線耦接。減量系統可包含水及氧輸送系統及電漿源，電漿源可透過導管與水及氧輸送系統耦接。水及氧輸送系統可包含殼體，殼體可包括底板及複數個側壁，所述底板及複數個側壁可界定封圍區域。水及氧輸送系統可進一步包含圓柱狀水槽，圓柱狀水槽可安置於底板上，其中圓柱狀水槽的縱軸平行於由底板界定之平面，且水槽的長度可為圓柱狀水槽之直徑的1.5倍或更大。水及氧輸送系統可進一步包含流量控制系統，流量控制系統可安置於殼體內之圓柱狀水槽的上方。
以下揭示內容描述了用於對半導體製造製程的流出物中存在之氟化溫室氣體(F-氣體)進行減量之系統和技術。在以下敘述和第1至4圖中闡述了相當的細節，以提供對本揭示內容的各種實施例的徹底理解。以下揭示內容未闡述常與減量系統及流動控制硬體有關之已知結構及系統的其他細節，以避免不必要地模糊各種實施例的描述。
圖式中所示的許多細節、尺寸、角度及其他特徵僅是對特定實施例的圖解。因此，其他實施例可具有其他細節、部件、尺寸、角度和特徵而不悖離本揭示內容的精神或範疇。此外，可在沒有以下描述之數個細節的情況下實現本揭示內容之進一步實施例。
以下將描述關於抽取前減量製程之本文所描述的實施例，可使用零足跡(zero-footprint)減量系統執行抽取前減量製程，零足跡減量系統可如購自加州盛大克勞拉市之美商應用材料股份有限公司的零足跡減量系統。能夠執行抽取前減量製程之其他工具也可適於從本文所描述之實施例受益。此外，可利用能實現本文所描述之抽取前減量製程的任何系統。本文所描述之設備描述為解說性質，且不應被解釋或解讀為本文所描述之實施例的範疇之限制。
本文所揭示之實施例包括電漿減量製程及系統，所述電漿減量製程及系統可自處理腔室(如沉積腔室、蝕刻腔室或其他真空處理腔室)帶出流出物，並藉由將水蒸氣試劑及/或含氧氣體注入前級管線或電漿源，使流出物與水蒸氣試劑及/或含氧氣體在電漿源內反應，其中電漿源置於前級管線中。存在於流出物中的材料還有水蒸氣試劑及/或含氧氣體可被電漿源賦予能量，將所述材料轉化為氣體物種(如HF)，所述氣體物種可由典型的水洗滌減量技術輕易地洗去。在某些實施例中，可將水蒸氣試劑及含氧氣體同步地注入前級管線或電漿源。在某些實施例中，可在暫時停止水蒸氣注入的同時，將含氧氣體週期性地注入前級管線或電漿源。藉由去除水蒸氣所產生之氫自由基流出物，氧的使用能讓更高濃度的氟自由基存在，以減少或避免固態顆粒的產生。因此，減量系統及製程提供了良好的破壞去除效率(destruction removal efficiency；DRE)並使固態顆粒的產生最小化。
本文所描述之實施例進一步提供用來同步地或依序地輸送水蒸氣及氧之模組。可由質量流量控制器(mass flow controller；「MFC」)，或由使用一或多個針閥進行流量控制的替代技術，來提供氧及水蒸氣。模組可包括水槽，以使水蒸氣能沸騰來供給水蒸氣MFC或流量控制閥。水槽可設計成低輪廓(low profile)配置，以使組合式水及氧輸送系統之空間可最佳化。此低輪廓配置利用了水平水槽，水平水槽可最大化沸騰表面積。在某些實施例中，低輪廓配置可進一步包括低輪廓水平樹浮式設計(low profile level tree float design)，以容許水位測量，但具有低的總垂直高度要求。
本文所描述之實施例進一步提供用以在減量系統內輸送水蒸氣和氧之方法。在某些實施例中，可藉由建立所選之水蒸氣的單獨流速(如，X sccm)和所選之氧的單獨流速(如，Y sccm)，並接著應用「平衡(balanced)」流量方法在其間變化水蒸氣和氧，來決定水蒸氣和氧比例。舉例而言，在「25%的水蒸氣」下之「貧水(lean water)」配置可等於0.25 x X + 0.75 x Y的混合物，而「貧氧(lean oxygen)」設定可為0.75 x X + 0.25 x Y，且「平衡的混合物(balanced mixture)」可為0.5 x X + 0.5 x Y。
第1圖描繪根據本文所揭示之實施例的處理系統100之示意圖。如第1圖所示，處理系統100可包括處理腔室110，處理腔室110可與減量系統120耦接。處理腔室110可具有腔室排放埠104，腔室排放埠104可耦接至減量系統120之前級管線102。可將節流閥(未繪示)置於腔室排放埠104附近，以控制處理腔室110內部的壓力。可在前級管線102中形成至少一第一注入埠106及第二注入埠108。減量系統120可進一步包括真空源190，真空源190可耦接至前級管線102的第二端。電漿源130可在前級管線102中耦接於第一注入埠106與真空源190之間的位置處。
處理腔室110可為，例如，用以執行沉積製程、蝕刻製程、退火製程或清潔製程及其他製程之處理腔室。用以執行沉積製程的代表性腔室包括沉積腔室，諸如，舉例而言，電漿增強化學氣相沉積(PECVD)腔室、化學氣相沉積(CVD)腔室，或物理氣相沉積(PVD)腔室。在某些實施例中，沉積製程可以是沉積諸如二氧化矽(SiO2 )、氮化矽(SiNx )、氮氧化矽(SiON)、結晶矽、a-Si、摻雜的a-Si、氟化玻璃(FSG)、磷摻雜的玻璃(PSG)、硼磷摻雜的玻璃(BPSG)、碳摻雜的玻璃及其他低k介電質(諸如聚醯亞胺與有機矽氧烷)等介電質的沉積製程。在其他實施例中，沉積製程可以是沉積金屬、金屬氧化物或金屬氮化物(諸如，舉例而言，鈦、二氧化鈦、鎢、氮化鎢、鉭、氮化鉭、碳化鉭、鋁、氧化鋁、氮化鋁、釕或鈷)的沉積製程。此外，可沉積金屬合金，如，氮氧鋰磷、鋰鈷與許多其他金屬合金。處理腔室110中所進行的沉積製程可受電漿輔助。舉例而言，處理腔室110中所進行的製程可為用於蝕刻矽系材料之電漿蝕刻製程。在一個實施例中，處理腔室110可為用於沉積矽系材料之電漿增強化學氣相沉積(PECVD)腔室。
前級管線102作為引導流出物離開處理腔室110到減量系統120的導管。流出物可能含有不期望釋出到大氣中或可能破壞下游設備(如真空泵)的材料。舉例而言，流出物可能含有來自介電質沉積製程或來自金屬沉積製程的化合物。
可能存在於流出物中之含矽材料的實例可包括，例如，四氯化矽(SiCl4 )及/或四氟化矽(SiF4 )。
如圖所示，減量系統120可包括電漿源130、試劑輸送系統140、前級管線氣體注入套件170、控制器180及真空源190。前級管線102使流出物能離開處理腔室110進入電漿源130。電漿源130可為耦接至前級管線102的任何電漿源，所述電漿源適於在其中產生電漿。舉例而言，電漿源130可為遠端電漿源、串聯電漿源(in-line plasma source)或其他合適的電漿源，用以在前級管線102內或在前級管線102附近產生電漿，以將反應性物種導入前級管線102內。電漿源130可為，例如，電感式耦合電漿源、電容式耦合電漿源、直流電漿源或微波電漿源。電漿源130可進一步為上述任何類型之磁力增進電漿源。
試劑輸送系統140也可透過第一導管122與第一注入埠106耦接。試劑輸送系統140可將一或多種試劑，如減量試劑，輸送至位在電漿源130上游的前級管線102。在替代性實施例中，試劑輸送系統140可直接耦接至電漿源130，以將試劑直接輸送至電漿源130內。試劑輸送系統140可包括第一試劑源150，第一試劑源150可透過第一導管122耦接至前級管線102 (或電漿源130)。在某些實施例中，第一試劑源150可為低壓鍋爐，且液態減量劑(如液態水)可設置於低壓鍋爐中。或者，第一試劑源150可以是能夠將液態水轉化為水蒸氣之急速蒸發器(flash evaporator)。第一試劑源150可包括加熱器151，用以將水加熱，以形成減量試劑，諸如水蒸氣或蒸汽。可藉由第一注入埠106將蒸氣型態的減量試劑(如水蒸氣)注入前級管線102內。水位感測器(level sensor)可位於減量試劑輸送系統中，用以提供訊號至控制器180，控制器180可選擇性地打開填充閥(fill valve) (未繪示)，以維持第一試劑源150內部的水位。
第一試劑源可透過第三導管158與水源156耦接，以將水供應至第一試劑源150。可沿著第三導管158安置一或多個閥159，以控制從水源156至第一試劑源150的水流。
可在第一試劑源150與第一注入埠106之間，沿著第一導管122安置一或多個閥。舉例而言，在某些實施例中，閥架構(valve scheme)可包括雙向控制閥152及流量控制裝置154，雙向控制閥152可作為通/斷開關(on/off switch)，用以控制從第一試劑源150進入前級管線102之一或多種試劑的流動，且流量控制裝置154可控制第一試劑源150進入前級管線102的流速。可將流量控制裝置154設置在前級管線102與雙向控制閥152之間。雙向控制閥152可為任何合適的控制閥，如電磁閥、氣動閥、針閥等等。流量控制裝置154可為任何合適的主動或被動流量控制裝置，如固定孔口(fixed orifice)、質量流量控制器、針閥等等。在某些實施例中，可沿著第一導管安置加熱器153，用以將從第一試劑源150供應之試劑維持在蒸氣型態。在某些實施例中，可沿著第一導管122將加熱器153安置在雙向控制閥152與第一試劑源150之間。
可由第一試劑源150輸送之代表性揮發減量試劑可包括，例如，H2 O。當減量含有例如，CF4 及/或其他材料的流出物時，可使用H2 O。在某些實施例中，揮發性減量試劑可被流出物的化合物消耗，且因此可能不被認為是催化性的。
試劑輸送系統140可進一步包括第二試劑源160，第二試劑源160可透過第二導管124 耦接至前級管線102 (或電漿源130)，而第二導管124與第一導管122耦接。可沿著第二導管124將一或多個閥安置在第二試劑源160與第一導管122之間，用以控制第二試劑的流動。舉例而言，在某些實施例中，閥架構可包括雙向控制閥162及流量控制裝置164，雙向控制閥162可作為通/斷開關(on/off switch)，用以控制從第二試劑源160進入前級管線102之一或多種試劑的流動，流量控制裝置164可控制第二試劑源160進入前級管線102的流速。可將流量控制裝置164設置在前級管線102與雙向控制閥162之間。雙向控制閥162可為任何合適的控制閥，如電磁閥、氣動閥、針閥(needle valve)等等。流量控制裝置164可為任何合適的主動或被動流量控制裝置，如固定孔口(fixed orifice)、質量流量控制器、針閥等等。
可藉由第二試劑源160輸送含氧氣體，例如，O2 。當對含有例如，CF4 及/或其他材料之流出物進行減量時，可使用O2 。在一或多個實施例中，可聯合O2 使用含氫氣體。
前級管線氣體注入套件170也可耦接至電漿源130之上游或下游的前級管線102 (第1圖中描繪的是下游)。前級管線氣體注入套件170可以可控制的方式提供前級管線氣體(如氮(N2 )、氬(Ar)或清潔乾燥空氣)進入前級管線102，以控制前級管線102內的壓力。前級管線氣體注入套件170可包括前級管線氣體源172及其後的壓力調節器174，進一步接著是控制閥176，甚至還進一步接著流量控制裝置178。壓力調節器174可設定氣體輸送壓力設定點(set point)。控制閥176可開啟和關閉氣流。控制閥176可為任何合適的控制閥，如就雙向控制閥152於上文之討論。流量控制裝置178可提供由壓力調節器174的設定點所指定的氣體流量。流量控制裝置178 可為任何合適的流量控制裝置，如就流量控制裝置154及164於上文之討論。
在某些實施例中，前級管線氣體注入套件170可進一步包括壓力計(pressure gauge) 179。可將壓力計179設置在壓力調節器174與流量控制裝置178之間。壓力計179可用來測量流量控制裝置178的上游之前級管線氣體注入套件170中之壓力。在壓力計179處所測得之壓力可被控制裝置(如下文所討論的控制器180)所利用，以藉由控制壓力調節器174來設定流量控制裝置178之上游的壓力。
在某些實施例中，控制閥176可由控制器180來控制，以僅當來自第一試劑源150及/或第二試劑源160的試劑流動時才開啟氣流，以使氣體的用量最小化。舉例而言，如由第一試劑源150的雙向控制閥152與前級管線氣體注入套件170的控制閥176之間的虛線所示，可回應雙向控制閥152的開啟(或關閉)來開啟(或關閉)控制閥176。
前級管線102可耦接至真空源190或其他合適的泵送設備。真空源190可與排放管線192耦接，排放管線192可連接至設施排放件(未繪示)。真空源190可將流出物從處理腔室110泵送至適當的下游流出物處理設備，如至洗滌器(scrubber)、焚化爐(incinerator)等。在某些實施例中，真空源190可以是支援泵(backing pump)，如乾式機械泵(dry mechanical pump)等。真空源190可具有可變的泵送容量，並且可以設定在所選的水平，例如，以控制前級管線102中的壓力或對前級管線102中的壓力提供額外控制。
控制器180可耦接至處理系統100的各種部件，以控制彼等部件的操作。舉例而言，控制器可根據本文所揭露的教示，監測及/或控制前級管線氣體注入套件170、試劑輸送系統140及/或電漿源130。
為簡明起見，概要地表示第1圖的實施例，並省略某些部件。舉例而言，可將高速真空泵(如渦輪分子泵等)設置於處理腔室110與前級管線102之間，用以從處理腔室110移除流出物氣體。此外，可提供部件的其他變體，以供應前級管線氣體、試劑及/或電漿。
第2圖為根據本揭示內容的一或多個實施例之水及氧輸送設備200的局部透視圖。水及氧輸送設備200為水/氧輸送系統，其可用於第1圖所描述之減量系統120中。可使用水及氧輸送設備200取代第1圖所描繪之試劑輸送系統140。水及氧輸送設備200可包括殼體210，用以封圍水及氧輸送設備200的部件。殼體210可包括底板212、相對的天花板(未繪示)及複數個側壁214a、214b，以界定封圍區域216。複數個側壁214a、214b以相對於底板212正交地安置。底板212界定了水平平面。殼體210也可包括內壁218，內壁218自底板212向天花板延伸並平行於側壁214a。側壁214a界定垂直平面，所述垂直平面正交於底板212所界定之水平平面。
水及氧輸送設備200可包括水槽220，水槽220可安置在殼體210或其他外殼的下部。在一個實施例中，水槽220安置在底板212上由側壁214a、側壁214b及內壁218所界定的區域中。熱源(未繪示)通常與水槽220耦接，以加熱槽中的水來產生蒸汽。在一個實施例中，水槽220具有圓柱狀本體260。圓柱狀本體260具有圓柱狀側壁262、第一壁264及相對的第二壁266，而界定水槽220的封閉部分。圓柱狀本體260的縱軸268平行於底板212界定之平面。圓柱狀側壁262平行於縱軸268。在一個實施例中，第一壁264及第二壁266為圓型壁(circular wall)。在某些實施例中，第一壁264及第二壁266垂直於底板212界定之平面。
水槽220具有之長度「L」(如，圓柱狀側壁262之長度)大於直徑「D」(如，第一壁264或第二壁266之直徑)。在一個實施例中，水槽220的長度「L」是水槽220的直徑「D」之1.5倍或更大。在另一個實施例中，水槽220的長度「L」是水槽220的直徑「D」之2倍或更大。在又一實施例中，水槽220的長度「L」是水槽220的直徑「D」之2.5倍或更大。在又一實施例中，水槽220的長度「L」是水槽220的直徑「D」之3倍或更大。發明人已發現，水平地安置水槽220 (如，使縱軸268平行於底板212所界定之平面)可增加水槽220中之水的表面積，這導致比垂直安置的槽(如，使縱軸 268垂直於底板212所界定之平面)更為增加的蒸汽產生。儘管水槽220被描述為圓柱狀，但應理解，水槽220可包含其他形狀。
在某些實施例中，水槽220可為低壓鍋爐，用以產生水蒸氣。液態減量劑(如液態水)通常設置於低壓鍋爐中。或者，水槽220可以是能夠將液態水轉化為水蒸氣之急速蒸發器(flash evaporator)。
在某些實施例中，水及氧輸送設備200 可進一步包括真空壓力計230，真空壓力計230可安置在水槽220中，用以測量水槽220內的壓力。水及氧輸送設備200可進一步包括液位感測器235，液位感測器235可安置於水槽220中，用以測量水槽220中的液位。
水及氧輸送設備200可進一步包括流量控制系統240，用以控制水蒸氣的流及含氧氣體的流。可將流量控制系統240安置在殼體210內之水平水槽220的上方。在某些實施例中，流量控制系統240可包括第一質量流量控制器242，用以控制來自水槽220之水蒸氣的流動。流量控制系統240可進一步包括第二質量流量控制器，用以控制含氧氣體的流動。流量控制系統240可進一步包括水蒸氣MFC控制器246，水蒸氣MFC控制器246可安置在第一質量流量控制器242與第二質量流量控制器244之間。水及氧輸送設備200可包括其他部件(如，閥、MFC等等)，用以控制水蒸氣和氧的產生及流動，為了簡潔起見沒有描述這些部件。所述設備可進一步包括電子控制器250，電子控制器250可控制並監測從該水槽220產生之水蒸氣、真空壓力計230、液位感測器235及流量控制系統240。
電子控制器250可為，例如，電腦、可程式化的邏輯控制器或嵌入式控制器。電子控制器250通常可包括中央處理單元(CPU) (未繪示)、記憶體(未繪示)及用於輸入及輸出(I/O)的支援電路(support circuit) (未繪示)。CPU可為任何形式的電腦處理器之一，CPU可用於工業設定中來控制各種系統功能、基板移動、腔室製程，並控制支援硬體(如，感測器、馬達、加熱器等等)，並監測在系統中進行的製程。記憶體可連接至CPU，且可為本端或遠端之易於取得的非揮發性記憶體，如隨機存取記憶體(RAM)、快閃記憶體、唯讀記憶體(ROM)、軟碟、硬碟或任何其他形式的數位儲存器中之一或多種。軟體指令和數據可經編碼並儲存在記憶體內，以指示CPU。支援電路也可連接至CPU，以用常規手段支援處理器。支援電路可包括快取、電源供應器、時脈電路、輸入/輸出電路、子系統等等。可被電子控制器250讀取的程式(或電腦指令)決定了哪些任務可由水及氧輸送設備200中的部件執行。程式可以是電子控制器250可讀的軟體，所述軟體可包括編碼，以進行與將氧及水蒸氣輸送至減量系統相關的任務。
第3圖為用於將離開處理腔室之流出物減量之方法300的一個實施例的流程圖。方法300始於操作310，將來自處理腔室(如處理腔室110)之流出物流入電漿源(如電漿源130)，其中流出物包含一或多種F-氣體。於操作320，所述方法可進一步包括：將至少一種減量試劑輸送至電漿源，減量試劑可包含水蒸氣及含氧氣體中之至少一者。於操作330，所述方法可進一步包括：在電漿存在的情況下，活化流出物和減量試劑，以將流出物中的一或多種F-氣體和減量試劑轉化為經減量之材料。在某些實施例中，至少某些減量試劑及/或流出物中夾帶的材料至少部分地分解(disassociated)。流出物中之標的材料在電漿存在的情況下被轉化為經減量的材料，所述電漿包括在電漿源中形成的減量試劑。流出物中的材料可接著離開電漿源並流入真空源(如真空源190)，及/或被進一步處理。
在本文所揭示之方法的一個示範實施例中，含有非期望材料的流出物離開處理腔室110進入電漿源130。流出物可包括一或多種F-氣體，其可為含碳氣體、含氮氣體或含硫氣體。在一個實施例中，一或多種F-氣體是選自包含以下氣體或由以下氣體組成之群組中的氣體：CF4 、CH3 F、CH2 F2 、CH4 、C2 F6 、C3 F8 、C4 F10 、CHF3 、SF6 及NF3 。流出物中可存在有上述F-氣體的組合。在某些實施例中，可藉由建立所選之水蒸氣的單獨流速(如，X sccm)和所選之氧的單獨流速(如，Y sccm)，並接著應用「平衡(balanced)」流量方法在其間變化水蒸氣和氧，來決定水蒸氣和氧比例。舉例而言，在「25%的水蒸氣」下之「貧水(lean water)」配置可等於0.25 x X + 0.75 x Y的混合物，而「貧氧(lean oxygen)」設定可為0.75 x X + 0.25 x Y，且「平衡的混合物(balanced mixture)」可為0.5 x X + 0.5 x Y。在一個實施例中，減量試劑，諸如進入電漿源130之水蒸氣和氧氣，可具有至少2.5:1之水蒸氣對氧流量比例。可在電漿源130內從減量試劑產生電漿，因此賦予減量試劑能量，且在某些實施例中，也賦予流出物能量。在某些實施例中，至少某些減量試劑及/或流出物中所夾帶的材料可至少部分地分解。減量試劑的身分(identity)、減量試劑的流速、前級管線氣體注入參數及電漿產生條件可根據流出物中夾帶的材料之成分來決定，並可由控制器180來控制。在電漿源130為電感式耦合電漿源的實施例中，分解可涉及數千瓦的功率。
方法300可始於操作310，將流出物從處理腔室流入電漿源，其中流出物包含一或多種F-氣體。將含有被選擇進行減量之材料(如F-氣體化合物)的流出物流入電漿源130。在一個實例中，排放氣體可源自處理腔室110，並因執行諸如蝕刻、沉積、清潔等多個製程中的任何製程而產生。舉例而言，可藉由試劑輸送系統140或水及氧輸送設備200，將試劑氣體注入前級管線102。
於操作320處，可將減量試劑輸送至電漿源。在使用水蒸氣(如，H2 O)及O2 的一個範例減量製程中，可將來自試劑輸送系統140的水蒸氣及O2 流入電漿源130。在一個實施例中，可同時輸送O2 與水蒸氣(H2 O)。減量試劑可具有至少2.5:1之水蒸氣對氧流量比例，例如至少3:1之水蒸氣對氧流量比例。在一個實施例中，水蒸氣對氧流量比例為自約3:1至約10:1。減量試劑可進一步包括氣體的組合，以實現所選的水蒸氣對氧流量比例。
第4圖為根據本揭示內容的一或多個實施例之另一個處理系統400的示意圖。除了以減量系統420取代處理系統100的減量系統120以外，處理系統400類似於處理系統100。減量系統420可包括試劑輸送系統440，試劑輸送系統440可包括流量控制裝置464a至464d (統稱為464)，用以控制進入腔室前級管線之含氧試劑的流動。流量控制裝置464可為任何合適的主動或被動流量控制裝置，如固定孔口、質量流量控制器、針閥等等。可藉由含氧試劑源470輸送含氧試劑，例如，O2 。當減量流出物含有例如，CF4 及/或其他材料時，可使用O2 。
如第4圖所示，處理系統400可包括一或多個處理腔室410，所述處理腔室410可與減量系統420耦接。(多個)處理腔室410具有腔室排放埠104，腔室排放埠104可耦接至減量系統120的前級管線102。可將節流閥(未繪示)置於腔室排放埠104附近，用以控制(多個)處理腔室410內的壓力。可在前級管線102中形成第一注入埠106及第二注入埠108。減量系統420可進一步包括真空源190，真空源190可耦接至前級管線102的第二端。電漿源130可在前級管線102中耦接於第一注入埠106與真空源190之間的位置處。
試劑輸送系統440可將一或多種含氧試劑輸送至電漿源130上游之前級管線102。在替代性實施例中，試劑輸送系統440可直接耦接至電漿源130，以將含氧試劑直接輸送進入電漿源130。試劑輸送系統440可與含氧試劑源470耦接，所述含氧試劑源470與流量控制裝置464a至464d耦接。各個流量控制裝置464a至464d可透過第一導管422a至422d (統稱為422)耦接前級管線或電漿源，如前級管線102 (或電漿源130)。試劑輸送系統440也可透過第一導管422d與第一注入埠106耦接。應理解的是，各個第一導管422a至422d可各自耦接至個別處理系統，以將氧輸送至個別處理腔室之前級管線。舉例而言，試劑輸送系統440可包括四個獨立的流量控制裝置464a至464d (統稱為464)，所述流量控制裝置能各自將氧輸送至個別的處理腔室。
含氧試劑源470可透過第三導管458與流量控制裝置464a至464d耦接。可沿著第三導管458安置一或多個閥459及/或壓力調節器460，用以控制從含氧試劑源470至試劑輸送系統440之氧的流動。壓力調節器460可用來測量並控制流量控制裝置464上游的壓力。各個壓力調節器可與壓力計(未繪示)耦接，以測量壓力，所測量的壓力可由控制裝置(如下文所討論的控制器180)運用，以藉由控制壓力調節器460來設定流量控制裝置464上游的壓力。
可沿著各個第一導管422a至422d，在流量控制裝置464a至464d與第一注入埠(例如，第一注入埠106)之間安置一或多個閥。舉例而言，在某些實施例中，閥架構可包括雙向控制閥452a至452d (統稱為452)及/或壓力調節器454a至454d (統稱為454)，雙向控制閥452可作為通/斷開關，用以控制從含氧試劑源470進入前級管線102的流動。可將流量控制裝置464設置在雙向控制閥452和前級管線102的上游。雙向控制閥452可為任何合適的控制閥，如電磁閥、氣動閥、針閥等等。流量控制裝置454可為任何合適的主動或被動流量控制裝置，如固定孔口、質量流量控制器、針閥等等。
在另一個實施例中，處理系統400可進一步包括水蒸氣輸送系統480，水蒸氣輸送系統480與減量系統420耦接。在一個實施例中，水蒸氣輸送系統480可透過導管482與減量系統420耦接。如第4圖所示，在一個實施例中，水蒸氣輸送系統480可與前級管線102耦接。水蒸氣輸送系統480可透過注入埠484與前級管線102耦接。在操作中，水蒸氣輸送系統480可輸送水蒸氣進入前級管線102，水蒸氣可與從試劑輸送系統440輸送之含氧氣體結合，而形成減量試劑。接著可在電漿存在的情況下活化流出物及減量試劑，以將流出物中的一或多種F-氣體和減量試劑轉化為經減量的材料。因此，可使用第4圖的處理系統400來創造與第1圖的處理條件類似的處理條件。然而，試劑輸送系統440可與現存的水輸送系統(如水蒸氣輸送系統480)結合作為改型，以使用現存的水輸送系統進行水蒸氣輸送並將水和氧二者從個別模組添加到入口。
為簡明起見，概要地表示第4圖的實施例，並省略某些部件。舉例而言，可將高速真空泵(如渦輪分子泵等)設置於處理腔室110與前級管線102之間，用以從處理腔室110移除流出物氣體。此外，可提供部件的其他變體，以供應前級管線氣體、試劑及/或電漿。
前面描述的實施例具有許多優點。舉例而言，本文所揭示之技術可將揮發性、毒性及/或爆炸性流出物轉化為更為良性的化學物質，所述化學物質可被安全地處理。就工作人員急性暴露於流出物和將發火性(pyrophoric)或有毒材料轉化成更為環境友善而穩定的材料而言，電漿減量製程對人類健康是有益的。藉由避免產生粒子及/或來自流出物流的其他腐蝕性材料，電漿減量製程也保護了半導體處理設備(諸如，舉例而言，真空泵)，使半導體處理設備不會過度損耗和過早失效。並且，在真空前級管線上施行減量技術對工作人員及設備增加了額外的安全性。若減量製程期間發生設備洩漏，則流出物相對於外部環境的低壓力可防止流出物從減量設備逸散。此外，本文所揭示的許多減量試劑是低成本且萬用的(versatile)。舉例而言，用於F-氣體之減量的水蒸氣(如，H2 O)及O2 二者均是萬用的且低成本。上述優點是闡述性質而非限制。並非所有實施例都需要具有所述的全部優點。
綜上所述，本文所描述之某些實施例的某些益處包括組合式水及氧輸送系統，所述水及氧輸送系統可同步或依序提供電漿減量系統中的水蒸氣和氧。在某些實施例中，組合式水及氧輸送系統提供了降低半導體處理中所用之氣態化學物質的高全球暖化潛力之成本效益方式(所述氣態化學物質包括F-氣體(如PFCs及SF6 ))。在某些實施例中，組合式水及氧輸送系統能最佳化氟化溫室氣體減量，同時產出最少的固態和非期望的氣態副產物，彼等副產物是僅使用水蒸氣或僅使用氧氣時會產生的。此外，在本文所描述的某些實施例中，組合式水及氧輸送系統提供了抽取前電漿減量方案，所述方案可藉由處理實際製程氣體容積而使用較少的能量(所述實際製程氣體容積是比通常由抽取後減量系統處理之容積更小的容積)。進一步，本文所描述之組合式水及氧輸送系統可安裝在當前可用之半導體處理腔室的泵足跡(pump footprint)內。
當介紹本揭示內容的元件或範例態樣或其(多個)實施例時，冠詞「一(a、an)」、「所述(the)」及「該(said)」欲表示存在一或多個所述元件。
術語「包含」、「包括」及「具有」欲為包容性的，且意味著除了列出的元件之外可能還有其他元件。
儘管上文涉及本揭示內容的實施例，可在不悖離本揭示內容的基本範疇的情況下衍生本揭示內容的其他和進一步實施例，且本揭示內容的範疇由隨附申請專利範圍決定。
100:處理系統 102:前級管線 104:腔室排放埠 106、108:注入埠 110:處理腔室 120:減量系統 122、124:導管 130:電漿源 140:試劑輸送系統 150:第一試劑源 151:加熱器 152:雙向控制閥 153:加熱器 154:流量控制裝置 156:水源 158:第三導管 159:閥 160:第二試劑源 162:雙向控制閥 164:流量控制裝置 170:氣體注入套件 172:氣體源 174:壓力調節器 176:控制閥 178:流量控制裝置 179:壓力計 180:控制器 190:真空源 192:排放管線 200:水及氧輸送設備 210:殼體 212:底板 214a、214b:側壁 216:封圍區域 218:內壁 220:水槽 230:真空壓力計 235:液位感測器 240:流量控制系統 242、244:質量流量控制器 246:水蒸氣MFC控制器 250:電子控制器 260:圓柱狀本體 264、266:壁 268:縱軸 300:方法 310~330:操作 400:處理系統 410:處理腔室 420:減量系統 440:試劑輸送系統 422a~422d:第一導管 452a~452d:雙向控制閥 454a~454d:壓力調節器 458:第三導管 459:閥 460:壓力調節器 464a~464d:流量控制裝置 470:含氧試劑源 480:水蒸氣輸送系統 482:導管 484:注入埠
可藉由參考實施例來詳細暸解本文的上述特徵，本文的上述特徵簡短地在前面概述過，其中該些實施例的某些實施例在附圖中示出。然而，應注意的是，附圖僅示出此揭示內容的典型實施例，並且因此附圖不應被視為對此揭示內容的範疇之限制，因為本揭示內容可允許其他等效實施例。
第1圖為根據本揭示內容的一或多個實施例之處理系統的示意圖；
第2圖為根據本揭示內容的一或多個實施例之水及氧輸送設備的局部透視圖；
第3圖為用於將退出處理腔室之流出物減量之方法的一個實施例的流程圖；以及
第4圖為根據本揭示內容的一或多個實施例之另一個處理系統的示意圖。
為促進了解，盡可能使用相同的元件符號來表示該等圖式共有的相同元件。可預期一個實施例的元件和特徵可以有利地併入其它實施例中，而無需進一步記載。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100:處理系統
102:前級管線
104:腔室排放埠
106:第一注入埠
108:第二注入埠
110:處理腔室
120:減量系統
122:第一導管
124:第二導管
130:電漿源
140:試劑輸送系統
150:第一試劑源
151:加熱器
152:雙向控制閥
153:加熱器
154:流量控制裝置
156:水源
158:第三導管
159:閥
160:第二試劑源
162:雙向控制閥
164:流量控制裝置
170:氣體注入套件
172:氣體源
174:壓力調節器
176:控制閥
178:流量控制裝置
179:壓力計
180:控制器
190:真空源
192:排放管線

Claims (20)

  1. 一種用於將退出一處理腔室之一流出物減量之方法，包含以下步驟：將來自該處理腔室之該流出物流入一電漿源，其中該流出物包含一氟化溫室氣體；輸送一減量試劑進入該電漿源，該減量試劑包含水蒸氣及氧；以及使用一電漿活化該流出物和該減量試劑，以將該氟化溫室氣體轉化為一經減量材料，其中該減量試劑中之水蒸氣(“X”)和氧(“Y”)的比例介於0.75X：0.25Y與0.5X：0.5Y之間。
  2. 如請求項1所述之方法，其中輸送該減量試劑包含以下步驟：透過一第一導管從一第一試劑源將水蒸氣輸送進入一前級管線，該第一導管流體耦接該前級管線；以及透過一第二導管從一第二試劑源將氧輸送進入該前級管線，該第二導管流體耦接該第一導管，該流出物從該處理腔室經由該前級管線流入該電漿源。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該氟化溫室氣體包含一含硫氣體。
  4. 如請求項3所述之方法，其中該含硫氣體為SF6。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該電漿為一電感式耦合電漿。
  6. 如請求項1所述之方法，其中在形成該電漿之前，使該減量試劑和該流出物結合。
  7. 如請求項1所述之方法，其中將該水蒸氣和氧同步輸送至該電漿源。
  8. 如請求項1所述之方法，其中該處理腔室為一電漿增強化學氣相沉積(PECVD)腔室、一化學氣相沉積(CVD)腔室，或一物理氣相沉積(PVD)腔室。
  9. 一種用於將退出一處理腔室之一流出物減量之方法，包含以下步驟：將包含一氟化溫室氣體之該流出物從該處理腔室流入一電漿源；輸送一減量試劑至該電漿源，該減量試劑包含水蒸氣及氧，其中水蒸氣(“X”)和氧(“Y”)的比例介於0.75X：0.25Y與0.5X：0.5Y之間；以及從該流出物及該減量試劑形成一電感式耦合電漿，產生一經減量材料。
  10. 如請求項9所述之方法，其中該氟化溫室氣體包含一含硫氣體。
  11. 如請求項10所述之方法，其中該含硫氣體為SF6。
  12. 如請求項9所述之方法，其中在形成該電感式耦合電漿之前，使該減量試劑和該流出物結合。
  13. 如請求項9所述之方法，其中該處理腔室為一電漿增強化學氣相沉積(PECVD)腔室、一化學氣相沉積(CVD)腔室，或一物理氣相沉積(PVD)腔室。
  14. 如請求項9所述之方法，其中將該水蒸氣和氧同步輸送至該電漿源。
  15. 一種用於將退出一處理腔室之一流出物減量之方法，包含以下步驟：透過一前級管線將來自該處理腔室之該流出物流入一電漿源，其中該流出物包含一氟化溫室氣體；透過該前級管線從一第一試劑源將水蒸氣輸送進入該電漿源，透過該前級管線從一第二試劑源將氧輸送進入該電漿源，其中該第一試劑源和該第二試劑源安置在一殼體中；以及使用一電漿活化該流出物、該水蒸氣及該氧，以將該氟化溫室氣體轉化為一經減量材料。
  16. 如請求項15所述之方法，其中水蒸氣(“X”)和氧(“Y”)的比例介於0.75X：0.25Y與0.5X：0.5Y之間。
  17. 如請求項15所述之方法，其中該氟化溫室 氣體包含一含硫氣體。
  18. 如請求項17所述之方法，其中該含硫氣體為SF6。
  19. 如請求項15所述之方法，其中該電漿為一電感式耦合電漿。
  20. 如請求項15所述之方法，其中在形成該電漿之前，使該水蒸氣、該氧和該流出物結合。
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