专利名称：处理气流的方法
处理气流的方法
技术领域：
本发明涉及处理从室中排出的气流的方法，和用于处理从室中排出 的气流的装置。
在处理室内形成半导体或平板显示装置过程中可能会向室内提供
各种不同气体。化学气相沉积法(CVD)被用于向位于沉积室内的基材或 晶片表面沉积薄膜或层。这种工艺是通过在能促使基材表面发生化学反 应的条件下向所述室内、向所述基材表面提供一或多种活性气体(通常 采用载体气体)来进行的。例如，为在基材上形成氧化硅层可以向沉积 室中提供TEOS和氧气与臭氧之一，为形成氮化硅层可以提供硅烷和氨。 多晶硅是通过加热使硅烷或氯硅烷分解而沉积在基材上的。
为了执行对沉积层的某些区域的选择性蚀刻，例如在形成半导体器 件的电极和源、漏极区过程中，也向蚀刻室提供气体。蚀刻气体能包括 全氟化的(PFC)气体如CF4、 C2F6、 C3F8和C4Fs，而其它蚀刻剂包括氢氟 烃气体，如CHFs、 C2HF^nCH2F2,氟、NFg和SF6。这类气体通常用于 在形成于多晶硅层上并通过光刻胶层暴露的氮化物或氧化物层的某区 域上形成开口。通常还随着所述蚀刻气体向所述室内输入氩气，以向在 所述蚀刻室内进行的处理提供促进气体。
在这种蚀刻过程中，提供给蚀刻室的气体一般会有剩余，包含在通 过真空泵与蚀刻过程的副产物如siF4和COF2,以及惰性气体如Ar—起 从蚀刻室中抽出的废气中。在所述废气中往往会以约40-50slm的流速加 入额外的氮气作为所述真空泵的吹扫气体。
上述全氟化的气体是温室气体，考虑到这点，在废气被排入大气之
易从废气;例2通过传统的洗涤除去的物、种和/或可以无害地排入1气 中的物种。然而，由于添加到废气中的吹扫气体的流速相对于来自处理 室的废气的流速(一般为0.5-5slm左右)来说较高，吹扫气体的添加可能 会显著降低消减设备的破坏效率或增加消减设备的能量需求。
在第 一方面，本发明提供一种控制用于处理气流的消减系统的效率 的方法，所述消减系统包括真空泵和，位于其下游的，用于从气流中除 去全氟化物种的等离子体消减设备，该方法包括将一部分气流转向远离消减设备的步骤和将所述转向部分作为真空泵的吹扫气体返回所述气 流的步骤。
通过将一部分气流转向远离所述等离子体消减设备，进入所述等离 子体消减设备的气流的流速可得到显著降低，由此提高该设备的破坏效 率。未转向部分气流内的全氟化物种的浓度将随时间逐渐升高，这可以 提高所述等离子体消减设备的破坏效率。此外，通过将转向部分作为真 空泵的吹扫气体返回所述气流，可以显著降低进入真空泵的新鲜吹扫气 体的流速。由于这是一个闭环系统，因为气流转向部分^皮留在消减系统 之内，所以气流中的所有全氟化物种都将最终通过所述等离子体消减设 备得到处理。
气流转向部分优选地在其返回所述泵之前穿过热交换器和压缩机 的至少一个。
气流转向部分优选地被加入到提供给所述泵的惰性气体流中。或 者，这部分气流也可在真空泵的上流、下游或阶段之间独立于所述惰性 气体被加入到所述气流中。
在所述部分气流乂人气流中转向之前优选地/人所述气流中除去至少 一种物种。此物种优选地是气流中包含的化学反应性或腐蚀性物种，且 可以通过任何适合的方法除去。在优选实施方案中，气流穿过用于与所 述物种反应的一或多种材料的加热床。此物种可以是发生在真空泵从中 抽取气流的室中的某个过程的副产物。例如，当所述过程为在硅或介电
层上进行的蚀刻过程时，所述物种可能包含SiF4和COF2之一。
所述等离子体消减设备可以为微波等离子体消减设备或直流等离
子体炬(dctorch)。通过降低穿过该设备的气流的流速，所述消减设备为
保持可接受的全氟化气体破坏效率所需的功率可得到显著降低。
所述全氟化物种可以是通式为CxFyHz的任何气体，其中x》1， y》
l和zX),例如CF4、 C2F6、 C3F8、 C4F8、 CHF3、 02!^5和01^2, NF3
或SF6。
在第二方面，本发明提供处理从室中排出的气流的方法，该方法包 括向气流中加入真空泵吹扫气体的步骤，其中所述真空泵用于从室中抽 出所述气流；使用笫一消减设备从气流中除去第一物种的步骤；将气流 分为第一和第二部分的步骤；使用第二等离子体消减设备从第一部分气 流中除去第二物种的步骤，和将第二部分气流返回真空泵的步骤。可以将从所述等离子体消减设备排出的气流输送到第三消减设备 以从气流中除去第三物种。此第三物种可以是来自从气流中去除第二物 种时的副产物。所述第三消减设备优选地包括湿式洗涤器。
在第三方面，本发明提供处理气流的装置，该装置包括真空泵和， 位于真空泵下游用于从气流中去除全氟化物种的等离子体消减设备，用 于将一部分气流转向远离消减设备的机构，和用于将所述转向部分作为
真空泵的吹扫气体返回所述气流的机构。
在第四方面，本发明提供处理气流的装置，该装置包括真空泵，用 于从气流中去除第 一物种的第 一 消减设备，位于第 一 消减设备下游用于 从气流中去除第二全氟化物种的第二等离子体消减设备，用于将一部分 气流转向远离所述等离子体消减设备的机构，和用于将所述转向部分作 为真空泵的吹扫气体返回所述气流的机构。
上面针对本发明第 一方面所述的特征同样适用于第二至第四方面， 反之亦然。
下面将参照附图，仅作为举例，描述本发明的优选特征，其中
图1显示了用于处理从等离子体蚀刻反应器的室中排出的气流的装
置的第一实施方案；
图2显示了用于处理从多个室中排出的气流的装置的第二实施方
案；和
图3显示了用于处理从多个室中排出的气流的装置的第三实施方案。
首先参照图1，等离子体蚀刻反应器的室IO具有至少一个用于从图 中在14处一般表示的气体源接收过程气体的入口 12。可以为每一种气 体提供控制阀或质量流量控制器15,所述质量流量控制器15受系统控 制器控制以确保所需量的气体被提供给所述室10。在此实施例中，所述 过程气体包括作为在室10中进行的过程的反应物的蚀刻剂和氧，还包 括氩气。适合的蚀刻剂的例子包括通式为CJyHz的全氟化化合物，其中 x> 1、 y> 1和z>0,例如CF4、 C2F6、 C3F8、 C4F8、 CHF3、 C2HF5和CH2F2, NF3和SF6。氩气为室10中进行的过程提供促进气体(facilitating gas)。 还可以向室10中提供相对较少量的氦以冷却所述过程室内的基材的背 面。
所述等离子体蚀刻反应器可以是任何产生用于蚀刻位于其中的基材表面至要求几何形状的等离子体的适合反应器。例子包括电感耦合等离子体蚀刻反应器、电子回旋共振(ECR)等离 子体蚀刻反应器或其它高密度等离子体反应器。在此实施例中，所述等 离子体蚀刻反应器是其中进行半导体制造过程的反应器，因此基材表面 可能包括多晶硅或介电膜。或者，在所述等离子体蚀刻反应器内也可以 进行平板显示器的制造。通过由18—般表示的包括一或多个真空泵的真空泵系从室10的出 口 16抽出气流。所述真空泵系可以是涡轮分子泵和/或具有交叉式旋翼 的干式泵形式的。涡轮分子泵可以在室10内产生至少10-3毫巴的真空。 来自室10的所述气流的流速一般在0.5-5slm左右。在刻蚀过程中，将只有一部分反应物净皮消冲毛，因此乂人室10的出口 16排出的气流将包含反应物、提供给室的任何未反应的惰性气体和来自 所述刻蚀过程的副产物的混合物。例如，气流可能包含CxFyHz、 02、 Ar、 He、 SiF4和COF2的混合物。刻蚀过程可以包括若干不同的工艺步骤， 因此从室10排出的气流的组成和/或气流的组分的相对比例可能会随着 时间变化。如图所示，从惰性吹扫气体的源20向真空泵系提供了惰性吹扫气 体流，如氦或，如在此实施例中的氮气，例如用于提高泵18的动态轴 密封的寿命和效率，和/或用于稀释气流以降低由于泵送侵蚀性的未消耗 气体分子所造成的腐蚀和破坏。吹扫气体通常以与来自室10的气体的 流速相比较高的流速，例如40-50slm左右，添加到气流中。通入所述真 空泵系的吹扫气体的流速可以使用位于泵18与吹扫气体源20之间的控 制阀21控制。由此从所述真空泵系排出的气流现在除从室10排出的气体之外还 包含氮气。为了从气流中除去某些组分，将气流随后输送穿过第一消减 设备22。所述第一消减设备22可以采取任何所需的形式，如焚化或热 分解单元，以从气流中除去要求的组分。然而，由于在热分解单元之内 燃烧所述气流需要提供燃料气体、所述气流的进一步稀释和水分向所述 气流中的添加(不去除的话其将增加气流的腐蚀性)，所以在所示实施例 中第 一 消减设备22是以气体反应器柱或其它干消减设备的形式提供的， 以从所述气流中去除SiF4、 C0F2和更活性的CxFyHz组分。在美国专利 US5,213,767中记述了适合的气体反应器柱的例子，该专利的内容通过引用并入本说明书。 一般说来，气体反应器柱包含为从气流中去除特定 组分所选择的材料的若干个加热的床。在此实施例中，气体反应器柱包 含至少两个加热的阶段，其可以方便地提供在,皮电加热炉包围的可拆卸
筒内。第一阶段包含加热的硅颗粒，用于预热气流和将较活性的CxFyHz 组分转化成F2和C,其中所述C或者以烟灰的形式从所述柱中掉下或者 被气流中存在的02转化成CO和C02。第二阶段包含加热的氧化钩，优 选地为石灰形式的，用于将SiF4转化成CaF2和Si02,以及将F2转化成 CaF2。气流中较不反应性的气体，即此实施例中的惰性气体He和Ar、
N2吹扫气体、较稳定的CxF2x+2组分，如CF4和C2H6、 CO和/或C02无
变化地穿过气体反应器柱。
虽然可以仅提供单个气体反应器柱，但也可以并行提供两个或更多 个相似的气体反应器柱。例如在提供了两个气体反应器柱时，可以在真 空泵18与气体反应器柱之间设置一或多个阀使得可以在将气流导向一 个气体反应器柱的同时另 一 个气体反应器柱离线，例如以便更换一或多 个所述筒或以便使用例如氮气进行吹扫。这使得可以对气流进行连续处 理。这种情况下，还可以在所述气体反应器柱下游提供一或多个阀的排 列以连接所述气体反应器柱的输出到共用气体导管。
如上所述，从第一消减设备22排出的气流中一般包含，在此实施 例中，He、 Ar、 N2、 一或多种全氟化物种如CF4和C2F6,以及(302和 CO之一或全部两种。为从气流中去除剩余的全氟化物种，在第一消减 设备22下游提供了等离子体消减设备24形式的第二消减设备。等离子 体消减设备24优选地为微波等离子体消减设备，不过也可使用其它形 式的等离子体消减设备，如直流等离子体炬。
由于在从第一消减设备22排出的气流中与全氟化物种相比存在较 大比例的吹扫气体，为降低等离子体消减设备24的能量需求，气体流 过等离子体消减设备24的速度与气流从第 一消减设备22中排出的速度 相比被降低。在所示实施例中，在第一消减设备22与等离子体消减设 备24之间有支管26,用于从第一消减设备22接收气流和将所述气流分 成第一和第二部分。第一部分气流被传输到等离子体消减设备24,其间 穿过可变控制阀28或其它用于控制气体流入等离子体消减设备24的流 速的设备。笫二部分气流被转向远离等离子体消减设备24,并被气体导 管30输送回真空泵系以构成提供给所述真空泵系的吹扫气体的至少一部分。在此实施例中，气流转向部分被添加到由吹扫气体源20提供的
新鲜吹扫气体流中。或者，气流转向部分也可在泵18的上游、下游或 阶段之间被单独地提供给所述真空泵系。如图所示，可以在气体导管30 中提供热交换器32和压缩机34以在气流转向部分返回真空泵系之前分 别对其进4于冷却和压缩。
通过将一部分气流转向远离等离子体消减设备24,进入等离子体消 减设备24的气体的流速可得到显著降低，由此提高等离子体消减设备 24的破坏效率。随着时间的过去，第一部分气流中的全氟化物种的浓度 将升高，这可以提高等离子体消减设备24的破坏效率。
此外，通过将转向部分作为真空泵18的吹扫气体返回所述气流， 进入真空泵18的新鲜吹扫气体的流速可得到显著降低，例如使用控制 阀21。例如，通过将大约75%的气流转向远离等离子体消减设备24, 提供给真空泵18的新鲜吹扫气体量可降低75%。
回到图1,等离子体消减设备24将第一部分气流中的全氟化物种转 化成可以通过位于等离子体消减设备24下游的湿式洗涤器36或其它类 似消减i殳备除去的物种如C02和HF。
在图2和3所示的第二和第三实施方案中，等离子体消减设备24 被用于处理从多个室IO(为清楚起见在图2中仅显示了 2个)中排出的气 流。在图2所示的第二实施方案中，从各个室IO排出的气流在于各自 的支管26处被分成第 一和第二部分之前穿过各自的真空泵系18和第一 消减设备22。如同第一实施方案，每个第二部分都被转向远离等离子体 消减设备24并通过各自的导管30返回各自的真空泵系。未转向的第一 部分气流在歧管40处被汇合，并被输送到等离子体消减设备24以从中 除去全氟化物种。在图3所示的第三实施方案中，从室10的真空泵系 排出的气流在位于第一消减设备22上游的歧管50处被汇合。汇合的气 流在于支管26处被分成第一和第二部分之前被在第一消减设备22中处 理。如同笫一实施方案，第一部分的汇合气流被输送到等离子体消减设 备24以从中除去全氟化物种。第二部分汇合气流在于支管52处被分成 两个相似的子流之前被导管30输送穿过热交换器32和压缩机34,其中 所述两个子流中的每一个如同第一实施方案中一样被输送回各自的真 空泵系。
权利要求
1.控制用于处理气流的消减系统的效率的方法，所述消减系统包括真空泵和，位于其下游的，用于从所述气流中除去全氟化物种的等离子体消减设备，该方法包括将一部分所述气流转向远离所述消减设备的步骤和将所述转向部分作为所述真空泵的吹扫气体返回所述气流的步骤。
2. 权利要求1的方法，其中所述转向部分气流在其返回所述泵之 前穿过热交换器。
3. 权利要求1或2的方法，其中所述转向部分气流在其返回所述 泵之前一皮压缩。
4. 前述权利要求任一的方法，其中所述转向部分气流被加入到提 供给所述泵的惰性气体流中。
5. 前述权利要求之一的方法，其中在所述部分气流从所述气流中 转向之前从所述气流中除去至少 一 种物种。
6. 权利要求5的方法，其中所述气流穿过用于与所述物种反应的 一或多种材料的加热的床。
7. 权利要求5或6的方法，其中所述物种包含SiF4。
8. 处理从室中排出的气流的方法，该方法包括向所述气流中加入 真空泵吹扫气体的步骤，其中所述真空泵用于从所述室中抽吸所述气 流；使用第一消减设备从所迷气流中除去第一物种的步骤；将所述气流 分为第 一和第二部分的步骤；使用第二等离子体消减设备从第 一部分气 流中除去第二物种的步骤，和将第二部分气流返回所述泵的步骤。
9. 权利要求8的方法，其中所述第二部分气流被加入所述吹扫气 体中。
10. 权利要求8或9的方法，其中所述第一物种包括来自在所述室 中进行的蚀刻过程的副产物。 '
11. 权利要求10的方法，其中所述副产物为SiF4。
12. 权利要求8-11中任意一项的方法，其中所述第二物种为全氟化物种。
13. 权利要求8-12中任意一项的方法，其中从等离子体消减设备中 排出的所述气流被输送到第三消减设备以从该气流中除去笫三物种。
14. 权利要求13的方法，其中所述第三物种是来自从所述气流中去除所述第二物种的副产物。
15. 权利要求13或14的方法，其中所述第三消减设备包括湿式洗涤器。
16. 处理气流的装置，该装置包括真空泵、位于所述真空泵下游用 于从所述气流中去除全氟化物种的等离子体消减设备、用于将一部分所 述气流转向远离所述消减设备的机构，和用于将所述转向部分作为所述 真空泵的吹扫气体返回所述气流的机构。
17. 权利要求16的装置，包括用于在所述转向部分的所述气流返 回所述泵之前对其进行冷却的热交换器。
18. 权利要求16或17的装置，包括用于在所迷转向部分的所述气 流返回所述泵之前对其进行压缩的压缩冲几。
19. 权利要求16-18中任意一项的装置，包括用于在所述部分的所 述气流从所述气流中转向之前从所述气流中除去至少 一 种物种的消减 设备。
20. 权利要求19的装置，其中所述额外的消减设备包括一或多种 材沣牛的加热的床。
21. 权利要求16-20中任意一项的装置，包括位于所述等离子体消 减设备下游用于从所述气流中去除物种的消减设备。
22. 权利要求16-20中任意一项的装置，包括位于所述等离子体消 减设备下游用于从所述气流中去除来自从所述气流中去除全氟化物种 产生的副产物的湿式洗涤器。
23. 处理气流的装置，该装置包括真空泵、用于从所述气流中去除 第 一 物种的第 一 消减设备、位于第 一 消减设备下游用于从所述气流中去 除第二全氟化物种的第二等离子体消减设备、用于将一部分所述气流转 向远离所述等离子体消减设备的机构、和用于将所述转向部分作为所述 真空泵的吹扫气体返回所述气流的机构。
24. 权利要求23的装置，包括用于在所述转向部分气流返回所述 泵之前对其进行冷却的热交换器。
25. 权利要求23或24的装置，包括用于在所述转向部分气流返回 所述泵之前对其进行压缩的压缩机。
26. 权利要求23-25中任意一项的装置，包括位于所述等离子体消 减设备下游用于从所述气流中去除第三物种的第三消减设备。
27.权利要求26的装置，其中所述第三消减设备包括湿式洗涤器。
全文摘要
记述了控制用于处理气流的消减系统的效率的方法，其中一部分气流被转向远离用于从气流中除去全氟化物种的等离子体消减设备，并在所述消减设备上流作为真空泵的吹扫气体被返回所述气流。这既可以降低消减设备的能量需求又可以降低被添加到所述气流中弥补吹扫气体的惰性气体量。
文档编号B01D53/68GK101410167SQ200780011123
公开日2009年4月15日 申请日期2007年1月12日 优先权日2006年2月8日
发明者A·J·西利, J·R·史密斯 申请人:爱德华兹有限公司