含有重原子的化合物的等離子體減量的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述一種等離子體減量工藝以用于減少來自處理腔室的含有化合物的流出物。等離子體減量工藝取用來自處理腔室(例如，沉積腔室)的氣態(tài)前級管道流出物，并使該流出物在位于前級管線路徑上的等離子體腔室內(nèi)進行反應(yīng)。該等離子體使流出物中的化合物解離，而將該流出物轉(zhuǎn)化成較良性的化合物。減量劑可幫助減少所述化合物。該減量工藝可為揮發(fā)減量工藝或凝結(jié)減量工藝。代表性的揮發(fā)減量劑包括，例如，CH4、H2O、H2、NF3、SF6、F2、HCl、HF、Cl2及HBr。代表性的凝結(jié)減量劑包括，例如，H2、H2O、O2、N2、O3、CO、CO2、NH3、N2O、CH4及上述的組合物。
【專利說明】含有重原子的化合物的等離子體減量
[0001 ]
[0002]領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明實施方式一般涉及用于半導(dǎo)體處理設(shè)備的減量方法。更明確言之，本發(fā)明實施方式是涉及用來減少存在于半導(dǎo)體處理設(shè)備流出物中的化合物的技術(shù)。
[0004]相關(guān)技術(shù)的描述
[0005]半導(dǎo)體制造工藝期間所產(chǎn)生的流出物含有許多化合物，基于法規(guī)要求及環(huán)境與安全上的考慮，這些化合物必需經(jīng)過減量或處理后方能丟棄。這些化合物主要是全氟碳化合物(PFC)，例如蝕刻工藝中所使用的全氟碳化合物。過去使用遠程等離子體源(RPS)或在線等離子體源(IPS)來減少全氟碳化合物及全球暖化氣體。然而目前用來減少半導(dǎo)體工藝中所用其他氣體(例如，半導(dǎo)體工藝中所產(chǎn)生含重原子的氣體及微粒物質(zhì))的減量技術(shù)設(shè)計并不適當(dāng)。此種氣體及微粒物質(zhì)對于人類健康及環(huán)境皆有害，也會損害半導(dǎo)體處理設(shè)備(例如，處理栗)。
[0006]因此，所述技術(shù)領(lǐng)域中需要一種改進的減量方法。
[0007]挺述
[0008]本文中公開的實施方式包括一種減少來自處理腔室的流出物的方法。該方法包括使來自處理腔室的流出物流入等離子體源中。該方法還包括使減量劑流入該等離子體源中。該方法進一步包括在該等離子體源中形成有等離子體的情況下，使該流出物中的物質(zhì)與該減量劑進行反應(yīng)以使該流出物中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化成不同物質(zhì)。
[0009]文中公開的實施方式還包括一種用于減少來自處理腔室的流出物的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括磁性增強等離子體源，該磁性增強等離子體源連接至處理腔室的前級管道(foreline)。該處理腔室為沉積腔室。該系統(tǒng)還包括試劑源，該試劑源設(shè)置在該等離子體源的上游且與該等離子體源連接。該試劑源是配置用來輸送減量劑至該等離子體源。
[0010]附圖簡要說明
[0011]為求詳細了解本發(fā)明的上述特征，可引用數(shù)個實施方式更具體地說明以上簡要闡述的本發(fā)明，且附圖中圖示部分的實施方式。然而應(yīng)注意的是，所述附圖僅示出本發(fā)明的代表性實施方式，故所述附圖不應(yīng)視為本發(fā)明范圍的限制，就本發(fā)明而言，尚容許做出其他同等有效的實施方式。
[0012]圖1為根據(jù)某些實施方式圖標(biāo)基板處理系統(tǒng)的示意圖。
[0013]圖2A為根據(jù)一個實施方式所示的等離子體源的透視截面圖。
[0014]圖2B為根據(jù)一個實施方式所示的等離子體源的底視截面圖。
[0015]圖2C為根據(jù)一個實施方式所示的金屬擋板的放大圖。
[0016]圖3為流程圖，該流程圖示出用于減少處理腔室所排出的流出物的方法實施方式。
[0017]圖4為流程圖，該流程圖示出用于減少處理腔室所排出的流出物的方法實施方式。
[0018]為幫助理解，盡可能地使用相同元件符號來代表所述附圖中共同的相同元件。此夕卜，一個實施方式中的元件可經(jīng)有利地調(diào)適而用于文中所述的其他實施方式中。
[0019]具體描述
[0020]文中所揭示的實施方式包括等離子體減量工藝，該等離子體減量工藝是用來處理存在于處理腔室所排出的流出物中的物質(zhì)。等離子體減量工藝取用來自處理腔室(例如，沉積腔室、蝕刻腔室或其他真空處理腔室)的前級管道流出物(foreline effIuent)，并使該流出物在位于前級管線路徑上的等離子體腔室內(nèi)進行反應(yīng)。該等離子體使提供能量給該流出物中的物質(zhì)，而使該物質(zhì)更有效地轉(zhuǎn)化成較良性的形態(tài)。在某些實施方式中，該等離子體可使該流出物中的物質(zhì)至少部分解離，以提高使該流出物中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化成較良性形態(tài)的效率。減量劑可幫助減少該流出物中的所述物質(zhì)。該減量工藝可為揮發(fā)減量工藝或凝結(jié)減量工藝。
[0021]揮發(fā)減量工藝將諸如SiFx等(SiFx可形成S12)物質(zhì)轉(zhuǎn)化成氣態(tài)物種，所述氣態(tài)物種將不會在減量工藝下游的真空栗中形成固體?？捎糜趽]發(fā)減量工藝中的減量劑在本文中稱為揮發(fā)減量劑。代表性的揮發(fā)減量劑包括，例如，014、1120、!12、即3、3?6、？2、!1(:1、冊、(:12及HBr。代表性的揮發(fā)減量劑還包括由CHxFy及O2及/或H2O所形成的組合物及由CFx及O2及/或H2O所形成的組合物。凝結(jié)減量工藝將流出物中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化成固體并攔捕已轉(zhuǎn)成的固體，以使所述固體不會到達真空栗?？捎糜谀Y(jié)減量工藝中的減量劑在本文中稱為凝結(jié)減量劑。代表性的凝結(jié)減量劑包括，例如，H2、H2O、O2、N2、O3、CO、CO2、NH3、N2O、CH4及上述的組合物。
[0022]圖1根據(jù)文中所公開的實施方式圖標(biāo)處理系統(tǒng)100的示意圖。如圖1所示，前級管線102連接處理腔室101與減量系統(tǒng)111。處理腔室101可以是例如用來進行沉積工藝、蝕刻工藝、退火或清潔工藝等工藝的處理腔室。用來進行沉積工藝的代表性腔室包括沉積腔室，舉例言之，例如，等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)腔室、化學(xué)氣相沉積(CVD)腔室或物理氣相沉積(PVD)腔室。在某些實施方式中，沉積工藝可為沉積電介質(zhì)的工藝，可沉積的電介質(zhì)例如二氧化硅(S12)、氮化硅(SiNx)、氮氧化硅(S1N)、結(jié)晶硅、非晶硅(a-Si)、經(jīng)摻雜的非晶硅、氟化玻璃(FSG)、摻磷玻璃(PSG)、摻硼磷的玻璃(BPSG)、摻碳玻璃及其他低介電常數(shù)(low-k)的電介質(zhì)，例如聚酰亞胺及有機硅氧烷。在其他實施方式中，該沉積工藝可為沉積金屬、金屬氧化物或金屬氮化物的工藝，舉例言之，可沉積的金屬、金屬氧化物或金屬氮化物可例如鈦、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。此外，可沉積金屬合金，例如鋰磷氮氧化物、鋰-鈷合金及諸多其他合金。
[0023]前級管線102作為用來引導(dǎo)流出物離開該處理腔室101而前往減量系統(tǒng)111的導(dǎo)管。該流出物可能含有不希望排放至大氣中的物質(zhì)或可能會損害下游設(shè)備(例如，真空栗)的物質(zhì)。例如，該流出物可能含有來自于電介質(zhì)沉積工藝或來自金屬沉積工藝的化合物。
[0024]存在于流出物中并可使用本發(fā)明公開方法進行減量的物質(zhì)實例包括具有重原子作為中心原子的化合物，或是該重原子并非中心原子而是作為兩個最靠中心的原子其中之一(即，二硅烷(H3S1-SiH3)中的Si)的化合物。當(dāng)用于本文中時，“重原子”包括比硼重的原子，舉例而言，例如Al、S1、W及Ti。在某些實施方式中，該流出物可含有具有至少與鋁等重的重原子的化合物。在其他實施方式中，該流出物可含有具有至少與碳等重的重原子的化合物。在其他實施方式中，該流出物可含有具有至少與硅等重的重原子的化合物。在某些實施方式中，該流出物可含有金屬化合物。在某些實施方式中，該流出物可能不具有作為中心原子的重原子。在某些實施方式中，該流出物可能不含或?qū)嵸|(zhì)不含氟碳化合物，例如氫氟碳化合物(HFC)及氯氟碳化合物(CFC)。
[0025]存在于該流出物中并可使用文中所述方法進行減量的含硅物質(zhì)實例包括，例如，氧化硅(S1)、二氧化硅(S12)、硅烷(SiH4)、二硅烷、四氯化硅(SiCl4)、氮化硅(SiNx)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、六氯二硅烷(SiCl6)、雙(叔丁胺基)硅烷、三甲硅烷基胺(trisilylamine)、二甲硅烷基甲烷、三甲硅烷基甲烷、四甲硅烷基甲烷及正硅酸四乙酯(TEOS) (Si(OEt)4)1^硅物質(zhì)的其他實例包括:二硅氧烷化合物，例如二硅氧烷(S i H 3 O S i H 3);三硅氧烷(SiH3OSiH2OSiH3);四硅氧烷(SiH3OSiH2OSiH2OSiH3);及環(huán)三硅氧烷(-SiH2OSiH2OSiH2O-)。存在于該流出物中并可使用文中所述方法進行減量的含鎢物質(zhì)實例包括，例如，W(C0)6、WF6、WCl6或WBr6。存在于該流出物中并可使用文中所述方法進行減量的含鈦物質(zhì)實例包括，例如，TiCl4及TiBr4。存在于該流出物中并可使用文中所述方法進行減量的含鋁物質(zhì)實例包括，例如，三甲基鋁或三乙基鋁。存在于該流出物中并可使用文中所述方法進行減量的其他物質(zhì)實例包括銻化氫(SbH3)、鍺烷(GH4)、碲化氫及含碳化合物，例如，CH4及更高級的烷烴。
[0026]可經(jīng)修改而受益于本發(fā)明的減量系統(tǒng)111為ZFP2?減量系統(tǒng)(可購自位在美國加州圣克拉拉市的應(yīng)用材料公司)或其他合適的系統(tǒng)。如圖所示，減量系統(tǒng)111包括等離子體源104、試劑輸送系統(tǒng)106、前級管線氣體注入配件108、控制器118及真空源120。前級管線102將離開處理腔室101的流出物供應(yīng)至等離子體源104。等離子體源104可為連接至前級管線102且適用于在前級管線102中生成等離子體的任意等離子體源。例如，等離子體源104可為遠程等離子體源、在線(in-line)等離子體源或其他適合的等離子體源以用于在前級管線102內(nèi)或靠近前級管線102附近生成等離子體以引導(dǎo)反應(yīng)性物種進入該前級管線102中。等離子體源104可例如為感應(yīng)耦合等離子體源、電容耦合等離子體源、直流等離子體源或微波等離子體源。等離子體源104可進一步為上述任一種類型的磁性增強等離子體源。在一個實施方式中，等離子體源104是如參照圖2A至圖2C所描述般的等離子體源。
[0027]試劑輸送系統(tǒng)106也可與前級管線102連接。試劑輸送系統(tǒng)106將一種或更多種試劑(例如減量劑，例如，揮發(fā)減量劑或凝結(jié)減量劑)輸送至位在等離子體源104上游處的前級管線102。在替代實施方式中，試劑輸送系統(tǒng)106可直接連接至等離子體源104以用于直接將試劑輸送至等離子體源104。試劑輸送系統(tǒng)106可包括試劑源105(或多個試劑源(圖中未示出))，試劑源105經(jīng)由一個或更多個閥而連接至前級管線102(或等離子體源104)。例如，在某些實施方式中，閥系統(tǒng)(valve scheme)可包括:雙向控制閥103以作為開/關(guān)切換器而用于控制來自試劑源105的一個或更多個試劑流入前級管線102中；及流量控制裝置107，該流量控制裝置107控制該一個或更多個試劑流入該前級管線102中的流動速率。流量控制裝置107可設(shè)置在前級管線102與控制閥103之間?？刂崎y103可為任何合適的控制閥，例如電磁閥、氣動閥或諸如此類者。流量控制裝置107可為任何合適的主動或被動式流量控制裝置，例如，固定式孔口、質(zhì)量流量控制器、針閥或諸如此類者。
[0028]可利用試劑輸送系統(tǒng)106進行輸送的代表性揮發(fā)減量劑包括，例如，H20。當(dāng)欲減量的流出物含有例如CF4及/或其他物質(zhì)時，可使用H20。另一種代表性的揮發(fā)試劑包括氨(NH3)0在其他實施方式中，揮發(fā)減量劑可為出。例如當(dāng)欲減量的流出物含有H2O2及/或其他物質(zhì)時，可使用出。在其他實施方式中，揮發(fā)減量劑可為以下其中的至少一者或更多者:BCl3、CCl4、SiCl4、NF3、SF4、SF6、SF8、其他還原性或經(jīng)鹵化的蝕刻化合物或上述化合物的組合物。例如，當(dāng)欲減量的流出物含有31瓜、510)1、0)及/或其他物質(zhì)，可使用還原性或經(jīng)鹵化的蝕刻化合物。在又一些其他實施方式中，該揮發(fā)減量劑可為由CHxFy及O2及/或H2O所形成的組合物。例如，當(dāng)欲減少的流出物含有氯、TiCl4及/或其他物質(zhì)時，可使用由CHxFy及O2及/或H2O所形成的組合物。在其他實施方式中，該揮發(fā)減量劑可為由CFx及O2及/或H2O所形成的組合物；由CxClyFz及O2及/或H2O所形成的組合物;或由其他氟氯烷與O2及/或H2O所形成的組合物。例如，當(dāng)欲減量的流出物含有Si0、SiHx、NHy、N0x及/或其他物質(zhì)時，可使用由CFx及O2及/或H2O所形成的組合物；由CxClyFz及O2及/或H2O所形成的組合物;或由其他氟氯烷與
O2及/或H2O所形成的組合物。在其他實施方式中，揮發(fā)減量劑可為齒素，例如，NF3、F2、C12、Br2、I2或上述的組合物。例如當(dāng)欲減量的流出物含有TiCl4、三甲基胺、三乙基鋁及/或其他物質(zhì)時，可使用鹵素。在其他實施方式中，揮發(fā)減量劑可為鹵化氫，例如，HCl、HF、HBr、HI或上述的組合物。例如，當(dāng)欲減量的流出物含有Si0、SiNx、SiHy、Si02及/或其他物質(zhì)時，可使用鹵化氫。在其他實施方式中，揮發(fā)減量劑可為甲烷或更高級的烷烴(alkane)。例如，當(dāng)欲減量的流出物含有氯及/或其他物質(zhì)時，可使用甲烷或更高級的烷烴。在又一些其他實施方式中，揮發(fā)減量劑可為由任意數(shù)目的任何以上列出的揮發(fā)減量劑所形成的組合物。在某些實施方式中，流出物的化合物可能消耗所述揮發(fā)減量劑，因此可能不能將所述揮發(fā)減量劑視為催化劑(catalytic)。
[0029]可利用試劑輸送系統(tǒng)106來輸送的代表性凝結(jié)減量劑包括，例如，H20。例如當(dāng)欲減量的流出物含有SiHx、SiFx、CxFy及/或其他物質(zhì)時，可使用H20。在其他實施方式中，凝結(jié)減量劑可為出。例如，當(dāng)欲減量的流出物含有NHxFy、NHx、Fy、F2(例如當(dāng)用來制造銨鹽時)及/或其他物質(zhì)時，可使用H2。在其他實施方式中，凝結(jié)減量劑可為O2、N2、O3、CO、CO2、NH3、N2O、其他氧化劑(oxidizer)及上述的組合物。例如，當(dāng)欲減量的流出物含有比碳更重的物質(zhì)時，可使用氧化劑。在其他實施方式中，凝結(jié)減量劑可為烷烴，例如，甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、異丁烷、其他烷烴或上述烷烴的組合物。當(dāng)欲減量的流出物含有氯、鋁、氟及/或其他物質(zhì)時，可使用烷烴。在又一些其他實施方式中，凝結(jié)減量劑可為任意數(shù)目的任何以上列出的凝結(jié)減量劑所形成的組合物。在某些實施方式中，流出物的化合物可能消耗所述凝結(jié)減量劑，因此可能不能將所述凝結(jié)減量劑視為催化劑。
[0030]前級管線氣體注入配件108也可連接至位在等離子體源104上游或下游處的前級管線102(圖1中示出的是下游)。前級管線氣體注入配件108可控制地供應(yīng)前級管線氣體(例如，氮氣(N2)、氬氣(Ar)或清潔的干空氣)進入前級管線102中以控制前級管線102中的壓力。前級管線氣體注入配件108可包括前級管線氣體源109，前級管線氣體源109之后接著壓力調(diào)節(jié)器110，進一步接著控制閥112，及再接著流量控制裝置114。壓力調(diào)節(jié)器110設(shè)定該氣體輸送壓力設(shè)定點?？刂崎y112可開啟及關(guān)閉該氣流?？刂崎y112可為任何合適的控制閥，例如以上針對控制閥103所討論的控制閥。流量控制裝置114提供該氣體調(diào)節(jié)器110的設(shè)定點所指定的氣體流量。流量控制裝置114可為任何合適的流量控制裝置，例如以上針對流量控制裝置107所討論的流量控制裝置。
[0031]在某些實施方式中，前級管線氣體注入配件108可進一步包括壓力計116。壓力計116可設(shè)置在壓力調(diào)節(jié)器110與流量控制裝置114之間。壓力計116可用來測量在該流量控制裝置114上游處的配件108中的壓力?？刂蒲b置(例如以下所討論的控制器118)可利用在壓力計116處所測得的壓力通過控制該壓力調(diào)節(jié)器110來設(shè)定該流量控制裝置114上游處的壓力。
[0032]在某些實施方式中，可利用控制器118來控制該控制閥112以僅在當(dāng)來自試劑輸送系統(tǒng)106的試劑流動時才開啟氣體，以使氣體的使用減至最少。例如，如圖中介于該試劑輸送系統(tǒng)106的控制閥103與該配件108的控制閥112之間的虛線所示，控制閥112可響應(yīng)該控制閥103是處于開啟或關(guān)閉狀態(tài)而開啟(或關(guān)閉)。
[0033]前級管線102可連接至真空源120或其他合適的栗送設(shè)備。真空源120將來自處理腔室101的流出物栗送至適當(dāng)?shù)南掠瘟鞒鑫锾幚碓O(shè)備，例如栗送至洗滌器、焚化爐或諸如此類者。在某些實施方式中，真空源120可為預(yù)抽栗(backing pump)，例如，干式機械栗或諸如此類者。真空源120可具有可變的栗輸出量(pumping capacity)，可將該栗輸出量設(shè)定至期望水平以用來例如控制前級管線102中的壓力或?qū)υ撉凹壒芫€102中的壓力提供附加的控制。
[0034]控制器118可連接至基板處理系統(tǒng)100的各種構(gòu)件以控制該系統(tǒng)100的運作。例如，根據(jù)文中所公開的教示內(nèi)容，該控制器可監(jiān)控及/或控制前級管線氣體注入配件108、試劑輸送系統(tǒng)106及/或等離子體源104。
[0035]圖1的實施方式為示意繪制，且為了簡潔而省略了某些構(gòu)件。例如，該處理腔室101與前級管線102之間可設(shè)置高速真空栗，例如渦輪分子栗或諸如此類者，以用于移除該處理腔室101中的流出物氣體。此外可提供其他變化類型的構(gòu)件以用于供應(yīng)前級管線氣體、試劑及/或等離子體。
[0036]在文中所公開的方法的實施方式中，含有不受歡迎的物質(zhì)的流出物離開了處理腔室101而進入等離子體源104中。減量劑(例如，揮發(fā)減量劑或凝結(jié)減量劑)進入等離子體源104。在該等離子體源104中，該減量劑生成等離子體，從而活化該減量劑，并在某些實施方式中還活化該流出物。在某些實施方式中，該流出物中所夾帶的減量劑及/或物質(zhì)之中的至少一些減量劑及/或物質(zhì)至少部分解離?？梢罁?jù)流出物中所夾帶的物質(zhì)成分來決定減量劑的一致性(identity)、減量劑的流動速率、前級管線氣體注入?yún)?shù)及等離子體生成條件，及利用控制器118來控制減量劑的一致性(identity)、減量劑的流動速率、前級管線氣體注入?yún)?shù)及等離子體生成條件。在等離子體源104是感應(yīng)耦合等離子體源的實施方式中，解離作用可能需要數(shù)千瓦(kW)的功率。
[0037]該減量劑可包括，例如，014、1120、!12、陬3、3卩6、卩2、抝1、冊、(:12、冊匕02、吣、03、0)、0)2、NH3、N20、CH4及上述的組合物。該減量劑也可包括由CHxFy及O2及/或H2O所形成的組合物及由CFx及O2及/或H2O所形成的組合物。不同的減量劑可用于處理具有不同成分的流出物。
[0038]圖2A為根據(jù)一個實施方式所示的等離子體源104的透視截面圖。如圖2A所示，主體200可包括外壁204、內(nèi)壁206、第一板203及第二板205。第一板203及第二板205可具有環(huán)狀造形，且該外壁204及內(nèi)壁206可為圓筒狀。內(nèi)壁206可為中空的電極，該電極可連接至射頻(RF)源(圖中未示出)。外壁204可接地。第一板203及第二板205可與該內(nèi)壁206呈同心配置。第一板203可具有外邊緣207及內(nèi)邊緣209，及第二板205可具有外邊緣211及內(nèi)邊緣213。外壁204可具有第一末端212及第二末端214，及內(nèi)壁206可具有第一末端216及第二末端218。第一絕緣環(huán)230可設(shè)置成鄰近該內(nèi)壁206的第一末端216，及第二絕緣環(huán)232可設(shè)置成鄰近該內(nèi)壁206的第二末端218。絕緣環(huán)230及絕緣環(huán)232可由絕緣陶瓷材料所制成。第一板203的外邊緣207可鄰近該外壁204的第一末端212，及第二板205的外邊緣211可鄰近該外壁204的第二末端214。在一個實施方式中，外壁204的末端212及末端214分別與外邊緣207及外邊緣211接觸。第一板203的內(nèi)邊緣209可鄰近第一絕緣環(huán)230，及第二板205的內(nèi)邊緣213可鄰近第二絕緣環(huán)232。在介于外壁204與內(nèi)壁206之間及介于第一板203與第二板205之間界定為等離子體區(qū)284，且在等離子體區(qū)284中可形成電容耦合等離子體。
[0039]為了在操作期間使內(nèi)壁206維持涼爽，可使冷卻套220連接至內(nèi)壁206。內(nèi)壁206可具有第一表面242及位于第一表面的反面處的第二表面244，且該第一表面242面向外壁204。在一個實施方式中，表面242及表面244兩者皆為線性(linear)表面，且冷卻套220連接至該第二表面244。在一個實施方式中，如圖2B所示，第一表面242為曲面，且第二表面244為線性表面。冷卻套220內(nèi)部可形成有冷卻通道208，且冷卻套208連接至冷卻劑入口 217及冷卻劑出口 219以供冷卻劑(例如水)流入及流出冷卻套220。多個第一磁體210可設(shè)置在第一板203上。在一個實施方式中，所述多個第一磁體210可為由磁體組成陣列的磁控管且具有環(huán)形造形。多個第二磁體240可設(shè)置在第二板205上，且該多個第二磁體240可為由磁體組成陣列的磁控管，且該多個第二磁體與該多個第一磁體210具有相同造形。在一個實施方式中，該多個第二磁體240為磁控管且具有環(huán)形造形。在一個實施方式中，所述磁體210及所述磁體240為形成在靠近末端270及末端272附近處的線性陣列。所述磁體210與所述磁體240在面向等離子體區(qū)域284處可具有相反極性。所述磁體210及所述磁體240可為稀土磁體，例如，釹(neodymium)陶瓷磁體。在第一板203上或在第一板203及第二板205上可形成一個或更多個氣體注入口以用于注入該減量劑及/或凈化氣體。凈化氣體可使擋板250及擋板252(圖示在圖2B中)上的沉積物還原。
[0040]圖2B為根據(jù)一個實施方式所示的等離子體源104的底視截面圖。如圖2B所示，在內(nèi)壁206的第一表面242上設(shè)置有多個溝槽246。所述溝槽246可為連續(xù)溝槽。雖然圖2B中所示的第一表面242為曲面狀，但所述溝槽246可形成在線性狀的第一表面242上，如圖2A中所示者。在操作期間，利用射頻(RF)電源供電給內(nèi)壁206，且外壁204接地，依據(jù)所施加的功率類型(RF或直流(DC))或介于兩者間的某些頻率而定，會在等離子體區(qū)284中形成振蕩或恒定的電場“E”。也可利用內(nèi)壁及外壁來使用雙極直流(DC)功率及雙極脈沖DC功率以形成兩個相反的電磁極(electrical pole)。所述磁體210及磁體240建立出大型均勾磁場“B”，磁場“B”與電場“E”呈實質(zhì)垂直。在此種配置中，所產(chǎn)生的力會造成該通常遵循電場“E”的電流彎向第二末端272(脫出紙面)，且此力會通過使等離子體電子損失作用限制在接地壁面處，從而顯著提高等離子體密度。在施加RF功率的情況下，此種配置會造成引導(dǎo)環(huán)形振蕩電流大量地遠離該接地壁面。在施加DC功率的情況下，此種配置會造成引導(dǎo)恒定的環(huán)形電流大量地遠離該接地壁面。此種來自施加電場的電流發(fā)散效應(yīng)被稱為“霍爾效應(yīng)(Hall effect)”。該流出物從位在第一末端270處的開口 280流向位在第二末端272處的開口 282，該等離子體區(qū)284中所形成的等離子體會使該流出物中至少一部分的副產(chǎn)物解離。也可注入減量劑與已解離的化合物進行反應(yīng)并形成危害較小的化合物。在一個實施方式中，該流出物含有硅烷，且該減量劑可為水或氧，水或氧可將流出物中的硅烷轉(zhuǎn)化成玻璃。
[0041 ] 第一金屬擋板250可設(shè)置在等離子體區(qū)284內(nèi)部且鄰近該第一板203，第二金屬擋板252可設(shè)置在等離子體區(qū)284內(nèi)部且鄰近該第二板205，及第三金屬擋板259可設(shè)置在該等離子體區(qū)內(nèi)且鄰近外壁204。由于擋板上可能沉積材料，因此擋板250、擋板252、擋板259可拆卸、更換及/或重復(fù)使用。第一金屬擋板250及第二金屬擋板252可具有類似的結(jié)構(gòu)。在一個實施方式中，第一金屬擋板250及第二金屬擋板252兩者皆具有環(huán)形造形。第一金屬擋板250及第二金屬擋板252各自包含由金屬板254a?金屬板254e所形成的疊層，且所述金屬板254a?金屬板254e彼此絕緣。各個金屬板254a?金屬板254e中可形成一個或更多個縫隙276(圖示于圖2A中)以容許金屬板254a?金屬板254e膨脹而不會造成變形。
[0042]圖2C為根據(jù)一個實施方式所示的金屬擋板250的放大圖。為求清晰，故省略掉等離子體源104的某些構(gòu)件，例如，該一個或更多個氣體注入口。每個板254a?板254e可為環(huán)形且具有內(nèi)邊緣256及外邊緣258。可利用陽極化處理法(anodizat1n)來涂覆所述金屬板254a?金屬板254e以改變擋板表面發(fā)射率，以提高化學(xué)抗性、增進輻射熱傳作用及降低應(yīng)力。在一個實施方式中，金屬板254a?金屬板254e涂有黑色氧化鋁。金屬板254a的內(nèi)部部分274可由陶瓷材料制成以防止電弧放電(arcing)且具尺寸安定性。利用絕緣墊圈260使所述板254a?板254e的末端256彼此隔開，而使所述板254a?板254e彼此絕緣。墊圈260還將所述板254e與第一板203隔開。由金屬板254a?金屬板254e所形成的疊層可利用一個或更多個陶瓷桿或間隔物(圖中未示出)來加以固定。該一個或更多個陶瓷桿可貫穿由所述金屬板254a?金屬板254e及所述墊圈所形成的疊層，且每個桿的一端連接至內(nèi)壁206，同時每個桿的另一端則連接至第一板203/第二板205。
[0043]在一個實施方式中，介在板254a的內(nèi)邊緣256與外邊緣258之間的距離“D1”小于介在板254b的內(nèi)邊緣256與外邊緣258之間的距離“D2”，介在板254b的內(nèi)邊緣256與外邊緣258之間的距離“D2”小于介在板254c的內(nèi)邊緣256與外邊緣258之間的距離“D3”，介在板254c的內(nèi)邊緣256與外邊緣258之間的距離“D3”小于介在板254d的內(nèi)邊緣256與外邊緣258之間的距離“D4”，介在板254d的內(nèi)邊緣256與外邊緣258之間的距離“D4”小于介在板254e的內(nèi)邊緣256與外邊緣258之間的距離“D5”。換言之，內(nèi)邊緣256與外邊緣258之間的距離與板的位置有關(guān)，即是，該板配置在距離該等離子體區(qū)284越遠處，則內(nèi)邊緣256與外邊緣258之間的距離越大。在此種配置中，由于有六個縫隙:介在內(nèi)壁206與板254a的外邊緣258之間、介在板254a的外邊緣258與板254b的外邊緣258之間、介在板254b的外邊緣258與板254c的外邊緣258之間、介在板254c的外邊緣258與板254d的外邊緣258之間、介在板254d的外邊緣258與板254e的外邊緣258之間，及介在板254e的外邊緣258與外壁204之間，因此介在內(nèi)壁206與外壁204之間的電壓要除以六。每個縫隙具有一個小電位，因此跨越該縫隙的電場小，這樣的區(qū)域無法點燃等離子體(light up)并取得所施加的功率，故而迫使該功率轉(zhuǎn)而進入等離子體區(qū)284中，而在等離子體區(qū)284中建立等離子體。若無使用以上所述的擋板250及擋板252，在內(nèi)壁206的第一末端216與外壁204的第一末端212之間及在內(nèi)壁206的第二末端218與外壁204的第二末端214之間會有局部等離子體放電情形，且等離子體可能無法充滿等離子體區(qū)284。
[0044]金屬板254a?金屬板254e之間的空間為暗空間，沉積在所述板上的材料可能會將所述板橋接在一起，導(dǎo)致所述板彼此之間發(fā)生短路。為了避免發(fā)生這種情形，在一個實施方式中，每個金屬板254a?金屬板254e包括階梯262，因此金屬板254a?金屬板254e各自的外邊緣258進一步遠離相鄰的板。階梯262導(dǎo)致該外邊緣258與內(nèi)邊緣256不是呈直線。各個階梯262遮擋住由相鄰金屬板之間所形成的暗空間264，因此在暗空間264中可能不會沉積材料。
[0045]由于金屬可抵擋半導(dǎo)體工藝中所使用的大多數(shù)化學(xué)物質(zhì)，因此外壁204、內(nèi)壁206及擋板250、擋板252、擋板259可皆由金屬制成。可依據(jù)位在等離子體源104上游處的真空處理腔室中所使用的化學(xué)物質(zhì)來決定所使用的金屬種類。在一個實施方式中使用氯系化學(xué)物質(zhì)，及金屬可為不銹鋼板，例如316不銹鋼板。位在氯系化學(xué)物質(zhì)中的絕緣環(huán)230及絕緣環(huán)232可由石英制成。在另一實施方式中使用氟系化學(xué)物質(zhì)及該金屬可為鋁，且絕緣環(huán)230及絕緣環(huán)232可由氧化鋁制成。內(nèi)壁206可由經(jīng)陽極化處理的鋁或經(jīng)噴涂的鋁所制成。
[0046]圖3為流程圖，該流程圖示出用于減少處理腔室所排出的流出物的揮發(fā)方法實施方式300。該方法300始于方塊302，使來自處理腔室(例如，處理腔室101)的流出物流入等離子體源(例如，等離子體源104)中。在方塊304中，使揮發(fā)減量劑流入該等離子體源。于方塊306中，在該等離子體源內(nèi)使該揮發(fā)減量劑形成等離子體，從而活化該減量劑，并在某些實施方式中，還活化該流出物。在某些實施方式中，該流出物中所夾帶的減量劑及/或物質(zhì)之中的至少一些減量劑及/或物質(zhì)至少部分解離。在該等離子體源中所形成的等離子體存在下，該流出物中的物質(zhì)會轉(zhuǎn)化成不同物質(zhì)。隨后該流出物中的物質(zhì)可離開該等離子體源并流入真空源(例如，真空源120)中及/或接受進一步處理。
[0047]在使用甲烷的代表性揮發(fā)減量工藝中，來自試劑輸送系統(tǒng)106的甲烷流入該等離子體源104中。含有欲減量的物質(zhì)(例如，含S 1、含鎢及含T i的化合物)的流出物也流入等離子體源104中。在等離子體源104內(nèi)生成等離子體，且從而將含S1、含W及含Ti的化合物轉(zhuǎn)化成經(jīng)甲基化的化合物(methylated compound)。所述經(jīng)甲基化的化合物是揮發(fā)性的，且相較于未經(jīng)減量的流出物而言，所述經(jīng)甲基化的化合物對于人體健康及下游的流出物處理構(gòu)件較無害。例如，含有S12的流出物暴露于等離子體中會造成四個CH3基團加成至S12上，而生成四甲基硅烷(TMS)，四甲基硅烷可抽出至大氣壓以做進一步處理。同樣地，存在于該流出物中的六氟化鎢可被甲基化而形成經(jīng)甲基化的鎢物種，舉例而言，例如六甲基鎢。對鎢進行甲基化可防止WF6及其副產(chǎn)物累積在栗及真空管線中。同樣地，該流出物中的鈦化合物可被甲基化而形成例如三氯化甲基鈦，三氯化甲基鈦為揮發(fā)性且將不會損害真空栗。
[0048]在使用SF6的代表性揮發(fā)減量工藝中，來自試劑輸送系統(tǒng)106的SF6流入該等離子體源104中。含有欲減量的物質(zhì)(例如硅烷(SiH4))的流出物也流入等離子體源104中。在等離子體源104內(nèi)生成等離子體，且從而將該硅烷轉(zhuǎn)化成SiF4, SiF4遠比自燃性的硅烷更為無害，從而大幅提高流出物的操作安全性并減少相關(guān)花費。
[0049]圖4為流程圖，該流程圖示出用于減少處理腔室所排出的流出物的凝結(jié)方法實施方式400。該方法400始于方塊402，使來自處理腔室(例如，處理腔室101)的流出物流入等離子體源(例如，等離子體源104)中。在方塊404中，使凝結(jié)減量劑流入該等離子體源。于方塊406，在該等離子體源內(nèi)使該凝結(jié)減量劑形成等離子體，從而活化該減量劑，并在某些實施方式中，也活化該流出物。在某些實施方式中，該流出物中所夾帶的減量劑及/或物質(zhì)中的至少一些減量劑及/或物質(zhì)至少部分解離。在該等離子體源中所形成的等離子體存在下，該流出物中的物質(zhì)會轉(zhuǎn)化成不同物質(zhì)。隨后該流出物中的物質(zhì)可離開該等離子體源并流入真空源(例如，真空源120)中及/或接受進一步處理。在選用方塊406中，可去除該等離子體源中的微粒物質(zhì)或沉積材料。
[0050]在使用氧的代表性凝結(jié)減量工藝中，來自試劑輸送系統(tǒng)106的氧流入該等離子體源104中。含有欲減量的物質(zhì)(例如硅烷(SiH4))的流出物也流入等離子體源104中。在等離子體源104內(nèi)生成等離子體，且從而將該硅烷轉(zhuǎn)化成S12玻璃?？稍诘入x子體源中攔捕(trapped)或收集S12玻璃，且S12玻璃遠比自燃性的硅烷更為無害，因而大幅提高流出物的操作安全性并減少相關(guān)花費。
[0051]在其他實施方式中，可接連地使用凝結(jié)減量劑及揮發(fā)減量劑。例如，腔室可能產(chǎn)生含有SiHx及O2的流出物。在凝結(jié)減量工藝中，當(dāng)利用等離子體進行活化之后，SiHx及O2傾向形成玻璃狀的S12物質(zhì)。在該處理腔室中進行的后續(xù)工藝可使用例如NF3，NF3會分解成NFx及原子氟(F2)。在處理腔室中可能會消耗掉該些F2*的其中一部分F2,但一些F2可能尚未使用就被排掉。在揮發(fā)減量工藝中，減量系統(tǒng)111可使用未使用的？2來去除已凝結(jié)的玻璃狀S12物質(zhì)?？墒褂妙~外添加的揮發(fā)減量劑或僅使用來自該流出物的^來進行該揮發(fā)減量工藝。因此，在兩段式(two-part)處理工藝中，前級管線減量工藝能有效利用所有的流出物，并且當(dāng)利用該系統(tǒng)栗將該流出物從真空帶入大氣壓下時，能使該流出物更加安全。在其他實施方式中，可先使用揮發(fā)減量劑，并可之后再使用凝結(jié)減量劑。
[0052]以上所述實施方式具有諸多優(yōu)點。例如，文中所公開的的技術(shù)可將揮發(fā)性、毒性及/或爆炸性的流出物轉(zhuǎn)化成更加溫和無害的化學(xué)物質(zhì)而可更安全地進行操作。就工作人員可能急性暴露在流出物中的觀點而言及基于可將自燃性或有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)化成對環(huán)境較為友善且較安定的物質(zhì)而言，等離子體減量工藝有利于人體健康。等離子體減量工藝還能通過去除該流出物流體中的微粒及/或其他腐蝕性物質(zhì)來保護半導(dǎo)體處理設(shè)備(例如，真空栗)不會過度磨損及提前故障。再者，在真空前級管在線進行減量技術(shù)能為工作人員及設(shè)備增加額外的安全性。若在減量工藝期間發(fā)生設(shè)備滲漏情形，較之于外界環(huán)境而言，該流出物相對低的壓力可防止流出物溢漏出該減量設(shè)備。此外，在文中所公開的減量劑之中有許多價廉且具有諸多用途的減量劑。例如，甲烷價格不貴并可將有機金屬化合物甲基化，從而使廣泛種類的有機金屬化合物揮發(fā)。SF6同樣用途廣泛且價格低廉。上述優(yōu)點僅為舉例說明且不做限制之用。所有實施方式未必都要具備全部優(yōu)點。
[0053]盡管以上內(nèi)容已涉及所公開的裝置、方法及系統(tǒng)進行說明，然而在不偏離本發(fā)明基本范圍下，當(dāng)可做出所公開的裝置、方法及系統(tǒng)的其他及進一步實施方式，且本發(fā)明范圍是由隨附權(quán)利要求書所界定。
【主權(quán)項】
1.一種減少來自處理腔室的流出物的方法，所述方法包括以下步驟: 使來自處理腔室的流出物流入等離子體源中，其中所述流出物包括至少一個欲減量的物質(zhì)； 使減量劑流入所述等離子體源中；及 在所述等離子體源中形成有等離子體的情況下，使所述流出物中的所述物質(zhì)與所述減量劑進行反應(yīng)以使所述流出物中的所述物質(zhì)轉(zhuǎn)化成不同物質(zhì)。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述流出物中所述欲減量的物質(zhì)包括重原子，所述重原子至少與鋁原子等重。3.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括以下步驟:在所述處理腔室中進行沉積工藝或蝕刻工藝。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述減量劑包括揮發(fā)減量劑，并且其中所述揮發(fā)減量劑包括以下至少一者:H2、H20、氨或甲烷。5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述減量劑包括揮發(fā)減量劑，所述揮發(fā)減量劑包括以下至少一者:BCl3、CCl4、SiCl4、NF3、SF4、SF6 或 SFs。6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述減量劑包括揮發(fā)減量劑，所述揮發(fā)減量劑包括由以下化合物所組成的組合物: 一個或更多個第一化合物，其中所述一個或更多個第一化合物的其中至少一者是選自于以下群組中=CHxFy、CxClyFz及CFx;及 一個或更多個第二化合物，其中所述一個或更多個第二化合物的其中至少一者是選自于以下群組中:O2及H2O。7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述減量劑包括揮發(fā)減量劑，所述揮發(fā)減量劑包括以下至少一者:卩2、(:12、80、12、11(:1、冊、冊1或!11。8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述減量劑包括揮發(fā)減量劑，所述揮發(fā)減量劑包括級數(shù)比甲烷高的烷烴。9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述減量劑包括凝結(jié)減量劑，所述凝結(jié)減量劑包括以下至少一者:02、吣、03、0)、0)2、順3或吣0。10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述減量劑包括凝結(jié)減量劑，所述凝結(jié)減量劑包括以下至少一者:H2、H20或烷烴。11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述流出物中所述欲減量的物質(zhì)包括硅或硅烷，及其中所述減量劑包括〇2。12.—種減少來自處理腔室的流出物的方法，所述方法包括以下步驟: 使來自處理腔室的流出物流入等離子體源中，其中所述流出物包括至少一個欲減量的物質(zhì)； 使減量劑流入所述等離子體源中； 在所述等離子體源中形成有等離子體的情況下，使所述流出物中的所述物質(zhì)與所述減量劑進行反應(yīng)以使所述流出物中的所述物質(zhì)轉(zhuǎn)化成不同物質(zhì)，其中所述等離子體源是磁性增強電容耦合等離子體源。13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述流出物中所述欲減量的物質(zhì)包括重原子，所述重原子至少與鋁原子等重。14.如權(quán)利要求12所述的方法，進一步包括以下步驟:在所述處理腔室中進行沉積工藝或蝕刻工藝。15.—種用于減少來自處理腔室的流出物的設(shè)備，所述設(shè)備包括: 等離子體源，所述等離子體源連接至沉積腔室的前級管道，所述等離子體源包括: 第一板，所述第一板具有外邊緣及內(nèi)邊緣； 第二板，所述第二板與所述第一板呈平行，其中所述第二板具有外邊緣及內(nèi)邊緣； 外壁，所述外壁設(shè)置在所述第一板的所述外邊緣與所述第二板的所述外邊緣之間； 電極，所述電極設(shè)置在所述第一板的所述內(nèi)邊緣與所述第二板的所述內(nèi)邊緣之間； 多個第一磁體，所述多個第一磁體設(shè)置在所述第一板上;及 多個第二磁體，所述多個第二磁體設(shè)置在所述第二板上;及 試劑源，所述試劑源設(shè)置在所述等離子體源的上游，其中所述試劑源與所述等離子體源連接，及其中所述試劑源配置用來輸送減量劑至所述等離子體源，所述減量劑選自于以下群組中:BCl3、CCl4、SiCl4、NF3、SF4、SF6、SF8、還原性化合物、經(jīng)鹵化的蝕刻化合物、CUF2、HCl、HF、Cl2、HBr、02、N2、03、C0、C02、NH3、N20、CH4 及上述化合物的組合物。
【文檔編號】H05H1/46GK106030755SQ201580003949
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年2月19日
【發(fā)明人】邁克爾·S·考克斯, 莫尼克·麥金托什, 科林·約翰·迪金森, 保羅·E·費舍爾, 田中豊, 原錚
【申請人】應(yīng)用材料公司