專利名稱：用于基板處理室的多端口抽氣系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于基板處理室的多端口抽氣系統。
背景技術：
現代半導體器件制造中的主要步驟之一是在基板或晶片上形成諸如氧化 硅層的層。如眾所周知的，可以通過化學氣相沉積(CVD)來沉積這種層。在 常規熱CVD處理中，將反應氣體供應到基板表面，在此處發生形成所需薄膜 的熱致化學反應。在常規等離子體CVD處理中，使用用于分解和/或活化反應 氣體中的反應種類的例如射頻(RF)能量或微波能量來形成受控等離子體， 以便產生所需薄膜。
在這種CVD處理期間，還發生在諸如處理室側壁的區域上的多余沉積。 如工業中已知的，通常使用原位室清潔操作去除累積在室壁內部上的多余沉積 材料。普通室清潔技術包括使用諸如氟的蝕刻氣體以從室壁和其它區域去除沉 積材料。在某些處理中，將蝕刻氣體引入到所述室中并形成等離子體，以便反 應氣體與沉積材料反應并將其從室壁去除。對于每個晶片或每n個晶片，通常
在沉積步驟之間執行這種清潔程序。
某些半導體制造商使用遠程等離子體清潔處理作為原位等離子體清潔的 替代，可以使用在其中通過諸如微波等離子體系統、環形等離子體發生器或相 似裝置的高密度等離子體源遠離基板處理室來產生蝕刻等離子體的遠程等離子體清潔程序。隨后將來自蝕刻等離子體的離解種類傳送到基板處理室，在此 處它們可以與累積的不期望沉積反應并將其蝕刻掉。有時候，制造商使用遠程 等離子體清潔程序是由于它們提供比原位等離子體清潔"軟"的蝕刻，即由于 等離子體不與室部件接觸，因此對于室組件的離子轟擊和/或物理損傷較小。
在一種已知類型的遠程等離子體清潔程序中，將三氟化氮(NF3)引入到 遠程等離子體系統(RPS)中，在此處由微波功率活化三氟化氮。RPS將NF3 離解成反應氟基(例如，游離F原子和離子)，將反應氟基傳送到基板處理室 中，以便其與已經累積在沉積室中的室側壁和其它暴露表面上的殘余沉積材料 (例如，氧化硅)反應。通常將RPS系統安裝在沉積室的外表面上(例如， 該室的頂部)，其使活化清潔氣體流入到該室中。
活化清潔氣體可以包括活化源NF3氣體，可選地，可以向其添加諸如氦或 氬(Ar)的載氣。通常由RPS的結構限制活化清潔氣體從RPS流入到沉積室 中的速率。例如，將由MKS Instruments Inc.(儀器有限公司)制造的ASTRONe RPS設定在4,0 SLM流量，而將ASTRONex RPS系統設定在6.0 SLM流量。 為了保持清潔氣體流在室內循環，保持前級管路的開放，以便將沉積室連接到 排氣(例如，干式)泵。由干式泵抽取的真空使清潔氣體通過前級管路從該室 排出。
在由Applied Materials (應用材料)公司制造的300 mm Ultima HDP-CVD
室中，將前級管路的通過其排出清潔氣體的部分耦合到在該室與低真空泵之間 運行的單一端口。該端口是固定尺寸的，并且具有有限的流量，不能在沒有室 壓增加的情況下，容納清潔氣體超過某個點的增加輸入流。因此，當與300 mm Ultima室一起使用上述ASTRON RPS設備時，活化清潔氣體的流速通常是在 2到4.5每分鐘標準公升(SLM)之間的范圍內。在這種流速下，可以容易地 將室壓保持在用于有效清潔的理想范圍內。當更高流量RPS設備可以產生在 10到15SLM的范圍內的活化清潔氣體流時，單端口前級管路(foreline)不能 以足夠快的速率去除氣體，同時室壓升高到理想范圍之上，導致活化清潔氣體 的清潔效率的降低。例如，當清潔氣體壓力上升到大約9Torr之上時，與較低 室壓相比，使用更多的氣體并且實際上清潔速率降低。清潔氣體的輸入流速方 面的這種限制導致更長的室清潔時間并降低其生產量或生產力。發明概述
考慮到上述方面，發明人己經認識到對于當提高輸入流速時能夠將沉積室 中的清潔氣體壓力維持在最佳水平的新型前級管路設計的需求。本發明的實施 例包括在前級管路中使用用于從室中去除失效清潔氣體的多個端口 (例如，兩 個或多個端口)的改進前級管路設計。
根據本發明的一個實施例，提供了一種用于凈化來自基板處理室的流體的多 端口排氣前級管路，其中所述前級管路包括獨立耦合到所述室的第一、第二和 第三端口。將所述第一、第二和第三端口流體耦合到一起并且合并到操作耦合 到出口真空的單端口。在一個特定實施例中，所述三個端口相交于具有耦合到 所述出口真空的第四端口的十字頭。
根據另一個實施例，提供了一種基板處理室，其包括具有在室內的基板處 理區域的基板處理室；具有定位在所述基板處理室內的基板接收表面的基板支 架，用于在所述室的所述基板處理區域中基板處理期間固定基板；以及排氣系 統，該排氣系統包括渦輪分子泵、可以關閉以便將所述渦輪分子泵與所述室流 體隔離的閘門閥和流體耦合到排氣前級管路的第一和第二排氣通道。所述第一 排氣通道包括耦合到定位在所述基板處理系統上的端口的第一管道，用于將通 過所述渦輪分子泵從所述基板處理室抽出的氣體排放到所述排氣前級管路中。 所述第二排氣通道至少包括耦合到定位在所述基板處理系統上的第二和第三 界面端口的第二和第三管道，用于當關閉閘門閥以便將所述渦輪分子泵與所述 室流體隔離時，將來自所述基板處理室的氣體排放到所述排氣前級管路中。在 所述基板處理系統的某些實施例中，所述第二排氣通道包括耦合到布置在所述 基板處理系統上的第四界面端口的第四管道，用于當關閉閘門閥以便將所述渦 輪分子泵與所述室流體隔離時，將來自所述基板處理室的氣體排放到所述排氣 前級管路中。同樣，在某些實施例中，將所述第二、第三和第四界面端口基本 定位在相同水平平面中并接近卯度地彼此分隔，且定位在所述基板支架的下 面。所述基板處理系統可以包括在所述第一、第二、第三和第四管道的下游操 作耦合到所述排氣前級管路的低真空泵，以及操作耦合到在所述第二、第三和 第四管道與所述低真空泵之間的所述第二氣體通道中的第二節流閥。
在一個實施例中，提供了一種清潔基板處理室的方法。所述方法將活化清 潔氣體混合物引入到所述室中；至少使所述清潔氣體的一部分與所述室中的殘在一起并操作耦合到真空泵的多個排氣端口從所述反 應室中去除所述清潔混合物。所述清潔氣體混合物是從在所述室外部在遠程等 離子體系統中形成的等離子體產生的含氟化合物。在一個特定實施例中，所述 清潔氣體混合物包括三氟化氮，并且所述活化清潔氣體包括氟離子和氟游離 基。
在另一個實施例中，提供了一種操作基板處理系統的方法，該的基板處理 系統具有基板處理室和包括渦輪分子泵、可以關閉以便將所述渦輪分子泵與所 述基板處理室流體隔離的閘門閥和流體耦合到排氣前級管路的第一和第二排 氣通道的排氣系統。所述方法包括(i)將基板傳遞到所述室中，在將所述基 板放置在所述室內的同時通過將一種或幾種處理氣體引入到所述室中在所述 基板上執行基板處理操作，使用所述渦輪分子泵通過在所述渦輪分子泵下游的 第一端口處流體耦合到所述室的第一排氣通道將來自所述室的所述一種或幾 種處理氣體排放到所述排氣前級管路中，其中在所述基板處理操作期間多余殘
余材料累積在所述基板處理室的內部表面上；和(ii)將所述基板傳遞出所述 室，關閉所述閘門閥以便將所述渦輪分子泵與所述室流體隔離，通過將活化清 潔氣體混合物引入到所述室中執行室清潔操作，至少使所述清潔混合物的一部 分與所述殘余材料反應，通過至少具有在所述渦輪分子泵上游流體耦合到所述 室的第二和第三端口的第二排氣通道從所述室中去除所述清潔氣體混合物。在 一個實施例中，所述第二排氣通道還包括在所述渦輪分子泵上游流體耦合到所 述室的第四端口。
在一個特定實施例中，本發明使用在常規半導體沉積室的節流體上可用的 三個真空界面端口 。將在渦輪分子泵上游的所述三個端口流體耦合到一起并流 體耦合到所述排氣前級管路，以便允許提高抽氣能力而不需要現有室的重要和 昂貴的再設計。本發明的實施例還允許將現有室從單端口前級管路設計改迸成 兩個或三個端口的前級管路設計，以便提高所述現有室的抽氣能力。
在下面的描述中將部分地闡述附加實施例和特征，基于對說明書的分析其 余部分對于本領域的技術人員將是顯而易見的，或者可以通過本發明的實踐而 獲得。可以通過說明書中描述的手段、組合及方法實現和獲得本發明的特征和 優點。附圖簡要描述
參考說明書的其余部分和附圖可以實現對本發明的本質及優點的進一步 理解，在幾個附圖中使用相似參考數字表示相似組分。在某些示例中，與參考 數字關聯并跟隨連字符的下標表示多個相似部件的其中一個。當參考沒有說明 存在下標的參考數字時，意指全部這種多個相tl部件。


圖1示出在室清潔操作期間將沉積室流體耦合到出口泵的常規單端口前 級管路；
圖2示出根據本發明的一個實施例的前級管路的簡化示意圖3示出根據本發明的另一個實施例的前級管路的簡化示意圖；以及
圖4示出安裝了根據本發明的一個實施例的前級管路的HDP-CVD室的簡
化透視圖。
具體實施例方式
圖1是高密度等離子體化學氣相沉積(HDP-CVD)系統10的簡化橫截面 圖，在其中可以使用根據本發明的技術，以便在室清潔操作期間提高系統10 的抽氣能力。除了其它元件之外，CVD系統10包括室體12、基板支架14 (例 如，靜電卡盤)、氣體噴嘴16、 18、室圓蓋20、遠程等離子體清潔系統22 和真空系統24。室體12、圓蓋20和基板支架14組合確定處理區域i5，在諸 如化學氣相沉積操作的基板處理操作期間基板2被放置在其中。為了方便，已 經從圖1中忽略了系統10的與本發明沒有直接關系的許多部件，并且在這里 不進行討論。例如，系統10包括向氣體噴嘴16、 18輸送處理氣體的氣體分布 系統，以及耦合到所述室的用于提供能量以在所述室內由引入到所述室的所述 處理氣體形成等離子體的源和偏置等離子體系統。
真空系統24包括形成室12的下部并將所述室連接到所述真空系統的體構 件26,和包含三葉片節流閥30并附著到閘門閥32及渦輪分子泵34的節流體 28，在基板處理操作期間閘門閥32及渦輪分子泵34允許精確且穩定地控制低 到大約1 mTorr的室壓。閘門閥32可以將渦輪分子泵34與節流體28及處理 區域15隔離。
真空系統24還包括附加隔離閥40和42、終點探測器44、附加節流閥46 和低真空泵48。在基板處理操作期間，在開啟閘門閥32和隔離閥42的同時關閉隔離閥40。通過端口 52和氣體管道50a將氣體排放到前級管路50中。 在基板處理操作期間由節流閥30控制壓力。在室清潔操作期間，在開啟閥門 40的同時關閉閘門閥32和隔離閥42。通過端口 54和氣體管道50b將清潔氣 體排放到前級管路50中。在室清潔操作期間的壓力由節流閥46控制。氣體管 道50a和50b是氣體前級管路50的一部分。
在諸如由應用材料(Applied Materials)公司制造的某些Ultima HDP-CVD 室的某些CVD室10中，室體12、體構件26及節流體28被焊接在一起，以 便形成整體機架。在所述機架上的端口 54是固定尺寸的，并且可以通過適當 零件將其耦合到所述前級管路。所述機架還包括圖1中未示出的兩個附加端口 (在圖2中作為端口56、 58示出)。將這些附加端口56、 58定位在室10上大 約與端口 54相同的高度(因而基本在相同水平面)，但是相對端口 54左側和 右側成90度地放置，并且由此分別朝向和遠離附圖頁面。端口 54、 56、 58 的每一個位于閘門閥32和渦輪分子泵34的上游(相對在基板處理和室清潔操 作期間氣體流入和流出所述室)。
通常將這些附加端口用于將諸如壓力計的裝置或氦氣凈化耦合到室10。 然而，在本發明的一個實施例中，使用適當零件將這些附加端口 56、 58直接 耦合到所述前級管路，以便在室清潔操作期間提供到所述前級管路的除了通過 端口 54的路徑之外的氣體流動路徑，并由此在室清潔操作期間提高室10的抽 氣能力。
圖2示出根據本發明的一個實施例的前級管路60的簡化示意圖。可以取 代圖1中的前級管路部分50b的前級管路60包括分別耦合到諸如室10的基板 處理室上的三個端口54、 56、 58的氣體管道區段62、 64、 66。區段62、 64、 66在十字頭68處交叉并流體耦合到一起，可以將十字頭68用于將在圖2中 所示的所述前級管路的部分耦合到所述前級管路的其余部分和耦合到低真空 泵48。在十字頭68與端口 54、 56、 58的每一個之間分別設置單獨的隔離閥 70、 71和72。在另一個實施例中，如圖3所示，取代為耦合到端口54、 56、 58的所述前級管路的每個區段使用單獨隔離閥70-72，在十字頭68與低真空 泵48之間設置單一隔離陶74。另外，在圖2和圖3所示的每個實施例中，可 以在十字頭68與低真空泵48之間將終點探測器44和節流閥46操作耦合到所 述前級管路。在某些Ultima HDP-CVD室中，中心端口 (端口 54)具有直徑比側面端 口 (端口 56、 58)大的開口。因此，當結合這種室使用圖2和圖3所示的本 發明實施例時，在連接到所述室的點處，用于將區段64和66連接到所述室的 不同連接器將具有比中心連接器62的直徑更小的直徑。在一個實施例中，十 字頭68使用相同尺寸的連接器連接到所述三個前級管路區段62、 64和66的 每一個，所述連接器的直徑也與用于連接到端口 54的連接器相同。因此，在 該實施例中，為了確保沿所述前級管路的每個部分及整體長度的適當配合及氣 體緊密密封，可以將不同適配器用于改變區段64、 66的直徑。本領域技術人 員將認識到，本發明不限于用于產生圖2和3所示的構造或本發明的其它構造 的任何特定零件。另外，本領域技術人員將認識到，這種零件取決于設計選擇 并且可以包括多個區段、導管、閥門、連接器、夾具、o型環和產生特定室所 需配置所必須的其它零件。
圖4是安裝了根據本發明的一個實施例的前級管路60的半導體制造系統 100的簡化透視圖。例如，系統100可以是300 mm Ultima HDP-CVD沉積室 或另一種類型的室。系統100可以被用于在基板晶片上沉積和/或蝕刻電介質 薄膜(諸如氧化硅、氮氧化硅、氮化硅等等)。
如圖4所示，將前級管路60耦合到在靠近所述室底部接近節流閥高度的 并彼此成90。角取向的三個輸出端口。使用KF50大小的連接器將所述室的第 一界面端口 54耦合到所述前級管路的第一區段。使用KF25大小的連接器分 別將相對第一端口 54成90。角的第二和第三室界面端口 56、 58耦合到所述前 級管路的第二和第三區段。在該實施例中，所述三個前級管路端口交叉于十字 頭68，十字頭68具有耦合到截流閥74的第四端口，在基板處理操作期間截 流閥74可以將所述前級管路的區段62、 64和66與流過閥門42及所述前級管 路的下區段的氣體隔離。在圖4中還示出了波紋管102,其允許在一定程度上 調節所述前級管路的不同區段相對彼此的位置，能夠實現所述前級管路的便于 安裝和更好配合。
圖4所示系統的實施例包括導管區段104，在某些實施例中用諸如圖1所 示的探測器44的終點探測器(EPD)取代導管區段104。這種EPD探測在何 時所述室中清潔氣體的壓力足夠低以指示清潔循環或處理的終點。也將節流閥 46放置在區段104下游的所述前級管路中，但是可以容易地將其放置在區段104的上游，或沿在連接器68與所述低真空泵之間的所述前級管路的其它位 置。
如先前所述，如上所述的多端口前級管路在室清潔操作期間能夠提供增加 的抽氣能力，在室清潔期間允許提高活化清潔氣體的流動。例如，當使用如參
考圖4描述的在所述渦輪分子泵上游的三端口前級管路改進300 mm Ultima HDP-CVD室時，對于高流速RPS，所述系統具有足夠的抽氣能力，能夠在將 室壓保持在低于9 Torr的同時以在10-15 SLM之間的速率將活化清潔氣體引入 到所述室中，尤其是能夠在所述活化清潔氣體的15SLM流速下將室壓保持在 6 Torr。發明人還已經發現，在室清潔操作期間所述多端口前級管路提供改進 的清潔均勻性。相信所述改進均勻性至少部分是由于從在所述室體內部周界的 180度之上彼此分隔的多個端口抽取清潔氣體。
參考已經描述的幾個實施例，本領域技術人員將認識到，在不偏離本發明 的精神的條件下可以使用不同修改、替代構建和等同物。例如，圖2-4的每一 個公開了為用于排放清潔氣體的所述前級管路添加兩個附加端口 ，本發明的某 些實施例可以僅使用所述兩個附加端口中的一個，保留第三個端口用于諸如所 述壓力計或氦氣供應的連接的其它目的。作為另一個示例，雖然主要參考 HDP-CVD室描述了本發明，也可以將其與其它類型的沉積室以及蝕刻室和其 它室一起使用。另外，為了避免不必要地模糊本發明，沒有描述大量的眾所周 知的處理和元件。因此，不能認為上述描述限制了本發明的范圍。
如說明書及權利要求中所用的，單數形式"一"、"一個"和"這個"包括 復數指示物，除非文中明確地表示其它意思。因此，例如，提及"一個處理" 包括多個這種處理而提及"這個電極"包括一個或幾個電極及其本領域技術人 員所熟知的等同物，等等。
同樣，說明書及權利要求中所用的詞語"包含"、"包括"意在詳細說明所 述特征、整數、部件或步驟的存在，但是它們不能排除一個或幾個其它特征、 整數、部件、步驟、動作或組的存在或附加。
權利要求
1. 一種基板處理系統，其包括具有在室內的基板處理區域的基板處理室；具有定位在所述基板處理室內的基板接收表面的基板支架，用于在所述室的所述基板處理區域中的基板處理期間固定基板；以及排氣系統，該排氣系統包括渦輪分子泵、可以關閉以便將所述渦輪分子泵與所述室流體隔離的閘門閥、以及流體耦合到排氣前級管路的第一排氣通道和第二排氣通道；其中所述第一排氣通道包括耦合到定位在所述基板處理系統上的端口的第一管道，用于將通過所述渦輪分子泵從所述基板處理室抽出的氣體排放到所述排氣前級管路中；以及其中所述第二排氣通道至少包括耦合到定位在所述基板處理系統上的第二和第三界面端口的第二和第三管道，用于當關閉所述閘門閥以便將所述渦輪分子泵與所述室流體隔離時將來自所述基板處理室的氣體排放到所述排氣前級管路中。
2. 如權利要求1所述的基板處理系統，其中所述第二排氣通道包括耦合 到定位在所述基板處理系統上的第四界面端口的第四管道，用于當關閉所述閘 門閥以便將所述渦輪分子泵與所述室流體隔離時將來自所述基板處理室的氣 體排放到所述排氣前級管路中。
3. 如權利要求2所述的基板處理系統，其中將所述第二、第三和第四界 面端口基本定位在相同水平平面中并且接近90度地彼此分隔。
4. 如權利要求3所述的基板處理系統，其中在單十字頭處將所述第二、 第三和第四管道流體耦合到一起。
5. 如權利要求3所述的基板處理系統，其中所述排氣系統還包括操作耦 合到在所述第一、第二、第三和第四管道下游的所述排氣前級管路的低真空泵。
6. 如權利要求3所述的基板處理系統，其還包括操作耦合到在所述第二、 第三和第四管道與所述低真空泵之間的所述第二氣體通道中的第二節流閥。
7. 如權利要求3所述的基板處理系統，其中將所述第一、第二、第三和 第四界面端口定位在所述基板支架的下面。
8. —種清潔基板處理室的方法，其包括-將活化清潔氣體混合物引入到所述室中，其中所述清潔氣體混合物包含暴露于所述室外部的等離子體的含氟化合物；至少使所述清潔氣體的一部分與所述室中的殘余材料反應； 通過流體耦合在一起并操作耦合到真空泵的多個排氣端口從所述反應室中去除所述清潔混合物。
9. 如權利要求8所述的方法，其中通過將所述活化氟暴露于遠程等離子 體系統中的遠程等離子體活化所述活化氟。
10. 如權利要求8所述的方法，其中所述清潔氣體混合物包含NF3，而所述活化清潔氣體包含氟離子和氟游離基。
11. 如權利要求9所述的方法，其中以在10-15 SLM之間的流速將所述活 化清潔氣體混合物引入到所述室中，同時將室壓保持在低于9 Torr。
12. —種操作基板處理系統的方法，所述基板處理系統具有基板處理室和 包括渦輪分子泵、可以關閉以便將所述渦輪分子泵與所述基板處理室流體隔離 的閘門閥、以及流體耦合到排氣前級管路的第一和第二排氣通道的排氣系統， 所述方法包括將基板傳遞到所述室中，在將所述基板放置在所述室內的同時通過將一種 或幾種處理氣體引入到所述室中在所述基板上執行基板處理操作，使用所述渦 輪分子泵通過在所述渦輪分子泵下游的第一端口處流體耦合到所述室的第一 排氣通道將來自所述室的所述一種或幾種處理氣體排放到所述排氣前級管路 中，其中在所述基板處理操作期間多余殘余材料累積在所述基板處理室的內部 表面上；以及將所述基板傳遞出所述室，關閉所述閘門閥以便將所述渦輪分子泵與所述 室流體隔離，通過將活化清潔氣體混合物引入到所述室中來執行室清潔操作， 至少使所述清潔混合物的一部分與所述殘余材料反應，以及通過至少具有在所 述渦輪分子泵上游流體耦合到所述室的第二和第三端口的第二排氣通道從所 述室中去除所述清潔氣體混合物。
13. 如權利要求12所述的方法，其中所述第二排氣通道包括在所述渦輪 分子泵上游流體耦合到所述室的第四端口。
14. 如權利要求13所述的方法，其中去除所述活化清潔氣體混合物的所述步驟包括在操作耦合到所述室的遠程等離子體系統中產生的氟離子和氟游 離基。
15. 如權利要求14所述的方法，其中從NF3產生所述氟離子和氟游離基。
16. —種用于凈化來自基板處理室中的流體的排氣前級管路，其中所述前 級管路包括獨立耦合到所述室的第一、第二和第三端口。
17. 如權利要求16所述的排氣前級管路，其中所述第一、第二和第三端 口合并到耦合到出口真空的單端口中。
18. 如權利要求16所述的排氣前級管路，其中所述第一、第二和第三端 口在十字頭交叉，其中所述十字頭具有耦合到出口真空的第四端口。
19. 如權利要求16所述的排氣前級管路，其中所述室包括用于耦合到所 述前級管路的至少三個獨立界面端口 。
20. 如權利要求19所述的排氣前級管路，其中每個界面端口的方向與在 所述室上的其它端口成90度角定向。
全文摘要
本發明描述了一種用于凈化來自半導體制造室中的流體的排氣前級管路。所述前級管路可以包括獨立耦合到所述室的第一、第二和第三端口。還描述了一種半導體制造系統，其包括具有第一、第二和第三界面端口的基板室。所述系統還可以包括具有第一、第二和第三端口的多端口前級管路，其中將所述第一前級管路端口耦合到所述第一界面端口，所述第二前級管路端口耦合到所述第二界面端口，所述第三前級管路端口耦合到所述第三界面端口。所述系統還可以包括耦合到所述多端口前級管路的排氣真空。
文檔編號H01L21/00GK101429651SQ20081017548
公開日2009年5月13日 申請日期2008年11月10日 優先權日2007年11月8日
發明者穆罕默德·M·拉希德, 詹姆斯·桑托薩, 迪米特里·盧伯米爾斯基 申請人:應用材料股份有限公司