技术领域
本发明的实施例一般地涉及电子装置的制造，更具体地，涉及减弱来自电子装置制造系统的排放物的系统和方法。
背景技术：
远程等离子体源(RPS)或内联等离子体源(IPS)已用于全氟碳化物(PFC)及全球温室气体(GWG)的减弱。例如，可在衬底处理系统的真空系统的前级管路中在高真空泵(例如涡轮泵)与预抽泵(例如干真空泵)之间安装RPS或IPS。然而，目前没有用来控制前级管路(以及因而RPS或IPS)的操作压力以最佳化PFC和/或GWG的减弱的方法及设备。因此，本申请发明人提供用于对处理系统中的排放气体进行处理的改进方法和设备。
技术实现要素：
本文提供用于在衬底处理系统的前级管路中对排放气体进行处理的方法与设备。在一些实施例中，可提供方法及设备以控制前级管路压力而控制与改进减弱破坏效率。在一些实施例中，可提供方法及设备以供应间歇式或连续式清洁气流以移除有害的沉积物，该有害的沉积物可累积在联接至前级管路的等离子体减弱装置的表面上。在一些实施例中，清洁气流可与处理同步，以使清洁最优化和衬底产能最大化。
在一些实施例中，提供按照工具处理配方顺序而选择性地启动压力控制或清洁的方法，以增强系统的效率、产量、及正常工作时间。在一些实施例中，还提供符合成本效益地提供对反应物输送速率进行精确且可重复控制的方法。可提供反应物注入与前级管路气体控制的结合，以将等离子体实时地控制在最佳操作范围内(用于PFC或全球温室气体减弱)。
在一些实施例中，用于清洁衬底处理系统的前级管路的设备可包括：等离子体源，联接至处理腔室的处理前级管路；反应物源，联接至等离子体源的上游的处理前级管路；以及前级管路气体注入套组，联接至处理前级管路以可控制地将气体输送至处理前级管路，其中，前级管路注入套组包括：压力调节器，用以设定前级管路气体输送压力设定点；压力计，用以监测前级管路气体输送压力；以及固定孔，用以在压力调节器的压力设定点下提供已知的气流。在一些实施例中，前级管路气体注入套组还可包括开闭(on/off)控制阀，用以选择性地打开或关闭至处理前级管路的前级管路气体的流动。在一些实施例中，前级管路气体注入套组还可包括压力传感器，用以提供与前级管路气体的压力相对应的信号；以及控制器，联接至来自压力传感器的信号以提供反馈回路来控制前级管路气体的压力。
在一些实施例中，用于在衬底处理系统的前级管路中对排放气体进行处理的设备包括：等离子体源，联接至处理腔室的前级管路；反应物源，联接至等离子体源的上游的前级管路；和前级管路气体注入套组，联接至前级管路以可控制地将气体输送至前级管路，其中，前级管路注入套组包括：压力调节器，用以设定前级管路气体输送压力设定点；和第一压力计，经联接以监测前级管路的上游的气体的输送压力。
在一些实施例中，用于在衬底处理系统的前级管路中对排放气体进行处理的方法包括以下步骤：使排放气体和反应物气体流动至衬底处理系统的前级管路中；由排放气体与反应物气体形成等离子体，以将排放气体转化为可减弱的副产物气体；以及将非反应性气体注入至前级管路中，以在前级管路中维持期望压力，以最优化排放气体的转化。下文描述本发明的其他和进一步的实施例。
下文描述本发明的其他和进一步的实施例。
附图说明
通过参照附图中示出的本发明的示例性实施例，可以理解上文简要总结并在下文中更详细描述的本发明的实施例。但是应注意的是，附图仅说明了本发明的典型实施例，因而不应视为对本发明范围的限制，因为本发明可以允许有其它等效实施方式。
图1示出根据本发明一些实施例的衬底处理系统。
图2示出根据本发明一些实施例的衬底处理系统。
图3示出根据本发明一些实施例的衬底处理系统。
图4示出根据本发明一些实施例的用于对排放气体进行处理的方法的流程图。
为了便于理解，已尽可能使用相同的附图标记来表示各图中相同的组件。附图没有按比例绘制并为清楚起见而简化。可预期一个实施例中的组件和结构可有益地结合在其它实施例中，而无需多加说明。
具体实施方式
本文提供用于在衬底处理系统的前级管路中对排放气体进行处理的方法和设备。本发明实施例可有利地提供改进的全氟碳化物(PFC)及全球温室气体(GWG)的减弱效率。本发明的实施例通过例如与一个或多个反应物气体反应以控制前级管路中的压力以使PFC和/或GWG的分解最佳化来改进减弱效率。例如，可实时控制压力以将压力维持在期望的操作范围内，或者可以响应于注入到前级管路中的一个或多个反应物气体来控制压力。
例如，在一些实施例中，包括反应物(例如水)的等离子体可形成在处理前级管路中或输送至处理前级管路，并同时控制处理前级管路中的压力以最佳化地形成和/或维持等离子体。在一些实施例中，提供按照工具处理配方(recipe)的顺序来选择性地启动压力控制的方法，以提高系统的效率。在一些实施例中，还提供符合成本效益地提供对反应物输送速率进行精确且可重复控制的方法。可提供反应物注入控制以及前级管路压力控制的结合，以实时地将等离子体控制在最佳的操作范围内(用于PFC或GWG减弱)。
本发明的实施例使内联(inline)等离子体减弱系统(例如，如图1所示意性示出)可维持最佳的减弱效率，同时使对前级管路压力控制气体(例如，N2或下文讨论的其它气体)、等离子体反应物(例如，水或下文讨论的其他反应物)、和电力的使用减到最小。这种最优化可以通过实时传感器反馈(示例包括压力、流动、及温度)、与配方中的每个步骤相对应的预先确定的操作条件、或来自处理工具和气体控制信号的输入来选择性地控制。受控的后等离子体(post-plasma)前级管路气体注入能实现局部管路的压力控制，以最佳化减弱性能。可替换地，前级管路气体可被添加预等离子体(pre-plasma)(例如，RPS或IPS的上游)。然而，预等离子体前级管路气体添加将需要相当多的等离子体能量以使前级管路气体和正被减弱的气体(例如PFC及GWG)分解，且可能导致压力回头干扰(crosstalk)处理腔室。
后等离子体前级管路气体注入的其它优点包括后减弱排放物的温度的下降。由于排放管路中的压力和气流可随着配方中的每个步骤改变，所以本发明可调整以适应配方中的每个步骤或针对各个操作条件的变化进行调整以维持最佳的减弱效率，同时使步骤的设备和能量的使用减到最少。该控制可通过将参数设置成与处理配方时间同步、通过实时传感器反馈、或通过监视工具或气体面板控制信号来达成。如果减弱工具处于停机、空转、预防性维修、或旁通模式，可使用处理腔室与减弱装置之间的智能接口使能量和设备使用减到最少。例如，智能接口可以将等离子体功率的供应输出调整成适当的功率水平，以维持目标性能。等离子体功率供应和反应器管(或其它部件)的寿命取决于操作能量水平。在高于反应器内减弱或清洁气体所需的等离子体能量水平下操作而浪费功率不仅浪费能量，也缩短必要维修之间的间隔时间。再者，减弱RPS或内联减弱装置智能接口可计算并报告：正常运行时间、系统警告或错误、操作效率、操作小时数、及使用的设备，并可实时地或累积地向本地或向中央监视和报告系统报告碳足迹性能。本发明的进一步实施例包括反应物输送系统，该反应物输送系统经设计并与前级管路气体注入控制整合，以将注入到排放预等离子体的反应物维持在期望量，以维持PFC或GWG的最佳减弱效率并使反应物消耗减到最少。
除了处理排放物之外，用于前级管路减弱的等离子体源可利用含氢或含氧的反应物(例如水蒸气)，以在前级管路中使PFC及GWG减弱。图1为根据本发明一些实施例显示典型等离子体前级管路减弱系统的管线和仪器图。等离子体前级管路减弱系统可联接至产生或排出需要减弱的PFC或GWG的较大处理系统，或可以是该较大处理系统的一部分。这些系统的非限制性示例包括例如使用在半导体、显示器、太阳能、或发光二极管(LED)制造处理中的衬底处理系统。
例如，图1示出根据本发明一些实施例的衬底处理系统100的示意图。如图1所示，排放导管或前级管路102(例如，联接至处理腔室或工具以从腔室或工具(如在101所示)输送排放物)可具有与前级管路102内联联接的等离子体源104(例如远程等离子体源(RPS))。等离子体源104可实施为自由基注入器(radicalinjector)(例如RPS)或处理流通装置(例如IPS，其中等离子体在处理排放物流过的导管中产生)。等离子体源104可以是联接至前级管路102并适于在其中产生出等离子体的任意等离子体源(例如用于在前级管路内产生等离子体、或在前级管路附近产生被引入至前级管路中的等离子体(例如电容耦合、感应耦合、远程或驻波等离子体)的远程等离子体源、内联等离子体源、或其它适合的等离子体源)。图1-3的示例是示意性表示，且一些部件已经为了简化而省略。例如，高速真空泵(例如涡轮泵等)可设置在腔室101与前级管路102之间，以从腔室101移除排放气体。
反应物输送系统106可联接至前级管路102以输送反应物(例如水蒸气)至等离子体源104上游的前级管路102。反应物输送系统106可包括反应物源105(或多个反应物源(未图示))，反应物源105经由一个或多个阀联接至前级管路102。例如，在一些实施例中，阀系统(valvescheme)可包括控制阀103及流动控制装置107，控制阀103作为从反应物源105释放出反应物的开闭开关，流动控制装置107用于控制进入前级管路102的反应物的流率。例如，如图1所示，流动控制装置107可设置在前级管路102与控制阀103之间。控制阀103可为任何适合的控制阀，例如电磁阀等。流动控制装置107可为任何适合的主动或被动流动控制装置，例如，诸如固定孔、质量流控制器、针阀等。在一些实施例中，反应物输送系统106可提供水蒸气。在一些实施例中，反应物输送系统106可提供氧(O2)。然而，使用O2作为引入到前级管路102中的反应物可能导致形成剧毒的OF2。就此而言，可主要在允许局部调节和/或在适当的位置具有适当安全调节的区域中使用O2作为反应物。
可替代地或结合地，可经由联接至腔室101的来源(例如从气体面板等)提供反应物或附加反应物至前级管路102。例如，在一些实施例中，联接至处理腔室101的气体面板和控制系统111可用来将清洁气流供应至等离子体源104上游的处理前级管路102。清洁气体有利于移除可能聚积在等离子体源104的表面(例如等离子体源104的反应器管的管腔(lumen))上的有害沉积物。
清洁气流可以是间歇式或连续式。清洁气流可与处理同步以使清洁最优化并使衬底产量最大化。可通过现有处理气体面板和控制系统最经济地提供清洁气体，该气体面板和控制系统可供应任何清洁气体(例如NF3、O2、Ar、COF2、H2O、F2等)穿过腔室(如图示)或选择性地穿过腔室旁通管路(如虚线113所示)，腔室旁通管路在等离子体源104之前或上游提供清洁气体。除了提供最佳的物种至等离子体源104以进行清洁之外，可以使用间歇式或连续式添加清洁气体以促进控制管路压力，以对等离子体减弱反应器管的沉积物提供最佳的清洁。尽管仅示出在图1中，气体面板和控制系统111及使用方法可结合于本文所述的任何实施例。
前级管路气体注入套组108可联接至等离子体源104的上游或下游的前级管路102(在图1中示出为下游)，以可控制地依根据需要将前级管路气体(例如氮(N2)、氩(Ar)、或清洁干燥空气(CDA))提供至前级管路102中，以控制前级管路102内的压力。在一些实施例中，所添加的前级管路气体还可控制装置下游的排放气体温度。降低前级管路的温度可显著地降低前级管路及其它后减弱弹性体或金属密封件、以及处理泵部件的损坏。
在一些实施例中，如图1所示，前级管路气体注入套组108可包括前级管路气体源109，接着是用于设定气体输送压力设定点的压力调节器110，随后接着是用于打开和关闭流动的控制阀112，以及最后是流动控制装置114，以使得可在压力调节器110的特定设定点下提供已知的气流。控制阀112可为任何适当的控制阀，例如上述讨论的控制阀103。流动控制装置114可为任何适当的流动控制装置，例如上述讨论的流动控制装置107。在一些实施例中，流动控制装置114是固定孔。在一些实施例中，前级管路气体注入套组108可进一步包括压力计116，压力计116例如设置在压力调节器110与流动控制装置114之间。例如，压力计116可用来测量套组108中在流动控制装置114上游的压力。例如，在压力计116处所测量的压力可由控制装置(例如下文所述的控制器118)利用，以通过控制压力调节器110来设定流动控制装置114上游的压力。
在一些实施例中，可仅在来自反应物输送系统的反应物流动时通过系统(例如，控制器118)对控制阀112进行控制以将气体打开，以使得气体的使用量减到最少。例如，如反应物输送系统106的控制阀103与套组108的控制阀112之间的虚线所示，控制阀112可响应于控制阀103被打开(或关闭)而打开(或关闭)。在一些实施例中，反应物可以仅在等离子体减弱单元被打开并受到指令以对处理进行减弱时流动。除了上述实施例的方法之外，可使用替代的控制方法，例如代替固定尺寸孔的质量流控制器或流动控制针阀。在一些实施例中，可采用延时或预先启动的管路压力或反应物附加控制，以使所得性能和等离子体稳定性最佳化。
前级管路102可联接至真空泵或其它适合的泵送设备(如在120所示)，以从处理工具将排放物泵送至适当的下游排放处理设备(例如减弱设备等)。在一些实施例中，真空泵120可以是预抽泵，例如干燥机械泵等。例如，真空泵120可具有可变的泵容量并可设定在期望的水平，例如以在前级管路102中控制压力或提供附加压力控制。
控制器118可联接至前级管路减弱系统以控制该前级管路减弱系统的操作。可提供控制器118并将控制器118联接至衬底处理系统100的各种部件以控制该各种部件的操作。例如，根据本发明，控制器可监视和/或控制前级管路气体注入套组108、反应物输送系统106、和/或等离子体源104。在一些实施例中，控制器可以是联接至前级管路102的处理腔室101的控制器(未图示)的一部分、或可以联接至该处理腔室101的控制器，以与处理腔室中运行的处理和配方一起来控制前级管路减弱系统。
控制器118可包括中央处理器(CPU)、存储器及支持电路。控制器118可直接控制衬底处理系统100，或经由与特定处理腔室和/或支持系统部件相关联的计算机(或控制器)来控制衬底处理系统100。控制器118可以是任何一种形式的可用于工业设备中以控制各种腔室和子处理器的通用计算机。控制器118的存储器或计算机可读介质可以是可易于获得的存储器中的一者或多者，例如本地或远程的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘、光学储存介质(例如光盘或数字影音磁盘)、快闪驱动器或任何其它形式的数字储存器。支持电路联接至CPU以按照已知的方式来支持处理器。这些电路包括缓存、电源、时钟电路、输入/输出电路及子系统等。本文所述的发明方法可以作为软件例程储存在存储器中，其中软件例程可经执行或调用而以上述方式控制衬底处理系统100的操作。软件例程还可通过相较由控制器118的CPU所控制的硬盘在远程设置的第二CPU(未图示)来储存和/或执行。
图1中的构造是示例性的，可以提供部件的其他变化形式来供应前级管路气体、反应物、和/或等离子体。此外，其它部件可被包括在衬底处理系统100中以提供增强的功能性、效率、使用便利性等。例如，在一些实施例中，以及如图2所示，真空阀122和开口(port)124(例如N2封锁开口(blankedport))可联接至前级管路102以供初期设定、测试等而暂时连接真空计。在一些实施例中，真空阀122和开口124可在等离子体源104与前级管路气体注入套组108之间联接至前级管路102。
在一些实施例中，如图3所示，压力计126(例如真空压力传感器等)可提供在前级管路102中以提供压力信号，压力信号例如可以由反馈回路中的控制器118使用以控制压力控制阀110的调节压力或流动控制装置114的流率(例如在使用质量流控制器的实施例中)，以实现压力源104的操作压力(例如前级管路102中的压力)的动态控制。在一些实施例中，例如当真空泵120具有可变的泵容量时，控制器可响应于压力计126所测量的前级管路压力而调整真空泵120的泵容量。
图4示出用于对处理系统的前级管路中的排放气体进行处理的方法400的流程图。例如，方法400可利用于本文所述的衬底处理系统100的任何实施例。排放气体可包括来自在腔室101中实行的处理的各种排放气体产物，例如未反应的处理气体、由一个或多个处理气体的相互作用和/或处理气体与衬底的相互作用所产生的副产物气体等。可受益于本文公开的方法的排放气体包括但不限于PFC和GWG。方法400开始于步骤402，使排放气体和反应物气体流入到衬底处理系统(例如衬底处理系统100)的前级管路(例如前级管路102)中。例如，排放气体可起源于处理腔室101并通过实行诸如蚀刻、沉积、清洁等的任何数量的处理所产生。反应物气体可通过(例如)反应物输送系统106注入到前级管路102中。
在404，可由排放气体和反应物气体形成等离子体，以将排放气体转化为可减弱的副产物气体。例如，对于例如经由等离子体分解的CF4及NF3，减弱处理可通过下列的简单化学式来例示：
CF4+2H2O＝CO2+4HF
CF4+H2O＝COF2+2HF
4NF3+6H2O＝2N2+12HF+3O2
PFC或其它全球温室气体(上述实施例中的CF4及NF3)经反应，以将全球温室气体分解并将氟转化为HF，HF容易通过传统湿式净化(scrubbing)技术来净化。
远程等离子体源或内联等离子体源将能量输送至等离子体的能力取决于远程等离子体源的电源电路与操作处理条件的匹配。因此，如果真空前级管路中的压力太低(这是由于在真空系统的设计中结合的低处理流动或大安全系数)，则不可能将全部的功率输送至等离子体，且因此将非期望地降低对PFC及GWG的破坏效率。
因此，以及在406处，非反应性气体可以注入前级管路102中以在前级管路中维持期望的压力，而使排放气体的转化最佳化。例如，非反应性气体可通过前级管路气体注入套组108注入。在一些实施例中，例如图1所例示，可注入第一量的非反应性气体，以响应于流入到前级管路102中的第二量反应物气体。例如，响应于反应物输送系统106的控制阀103的开启或关闭，控制器可控制套组108的控制阀112的开启或关闭。可替换地，非反应性气体的注入可响应于前级管路102的压力水平。例如，通过压力计126指示的前级管路102的压力水平可由控制器118监测。控制器可以响应于所监测的压力水平来调整前级管路102中的非反应性气体的流率。例如，控制器118可调整压力调节器110或流动控制装置114中的一者或多者，以在前级管路102中维持期望的压力水平。
在一些实施例中，方法400可包括将清洁气体流入到前级管路102中，以移除在排放气体转化期间所沉积的材料。例如，材料可能累积在前级管路102的一个或多个表面上或等离子体设备104的表面上。清洁气体的流动可能发生在例如衬底处理系统100中的实行的期望数量的处理运行之间。例如，期望数量的处理运行可包括介于每个被处理的衬底之间、介于期望数量的被处理衬底之间等的处理运行。此外，可通过任何数量的来源提供清洁气体，例如经由气体面板等从反应物输送系统106、或从处理腔室101来提供清洁气体。
在一些实施例中，在操作中，为了将等离子体减弱最佳化，可单独地和彼此结合地来控制前级管路压力、以及使用等离子体减弱的水与目标物种的化学剂量比。本发明实施例允许对这些参数微调和设定固定的设定点。在一些实施例中，可微调电路以经由预先确定的配方来控制水的比例和局部压力。在一些实施例中，来自处理控制器的信号可用来设定条件，或者从腔室或处理控制器到气体盒的信号可用来控制这些设定点。在一些实施例中，除了前级管路压力、以及使用等离子体减弱的水与目标物种的化学剂量比之外，还可对这些处理配方的不同步骤/部分来微调等离子体功率和RF匹配特性。除了通过反馈传感器实时控制、或通过前级管路压力的配方控制以及水的化学剂量比控制之外，在一些实施例中，还可以改变电源的功率输出，以针对需要更高功率来达成期望破坏去除效率的处理步骤向等离子体增加更多的功率，并针对不需要如此多功率以达成期望DRE(破坏去除效率)的步骤降低功率消耗。
例如，根据本发明实施例的处理的测试结果显示添加前级管路气体注入套组至系统可有利地使远程等离子体源中的压力受到控制，以使输送至等离子体的功率最佳化。本发明一些实施例可使用压力调节器将氮输送压力设定至已知的设定点，随后通过控制阀来打开和关闭流动，以及最终设定适当尺寸的孔口，使得在压力调节器的特定设定点下提供已知的气流。氮的开闭(On/Off)控制阀可受到系统的控制以仅在水蒸气流动时才打开气体，使得氮的使用量减到最少。在一些实施例中，水蒸气可仅在远程等离子体减弱单元打开并受到指令以对处理进行减弱时流动。除了上述实施例的方法之外，可使用替代的氮控制方法，例如代替固定尺寸的孔的质量流控制器或流动控制针阀。在一些情况中，为了最佳化操作条件，可使用延迟或预先控制信号来起始或停止反应物或前级管路压力流动控制。
高减弱效率还取决于水流率的精确设定。水输送系统包括在真空条件下操作的水槽，使得水在从周围温度至约35℃的低温下沸腾。水蒸气流率的控制可通过流动控制装置107的调整来确定。为了实现该阀的精确控制和设定的可重复性，结合微米针阀(micrometerneedlevalve)，使得可对特定配方、工具组件和/或操作条件输入(dialin)并准确指定设定点。一旦界定了应用设定点，未来为此应用所制造的单元可由工厂预先设定至期望设定。
尽管上述以排放生产线减弱系统为背景，但是本发明实施例也可应用至减弱、生产线清洁、和腔室清洁等离子体应用。
因此，本文已提供在衬底处理系统的前级管路中对排放气体进行处理的方法与设备。本发明实施例可有利地提供改进的全氟碳化物(PFC)及全球温室气体(GWG)的减弱效率。本发明实施例可通过控制前级管路的压力以(通过与一个或多个反应物气体反应)使PFC和/或GWG的分解最优化来改进减弱效率。例如，可实时控制压力以将压力维持在期望操作范围内，或可响应于注入至前级管路中的一个或多个反应物气体来调整压力。
虽然前述针对本发明实施例，可在不背离本发明基本范围的情况下得出其它及进一步的实施例。