去除金屬副產(chǎn)物的方法及其真空系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及去除金屬副產(chǎn)物的方法及其真空系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]為了制造半導(dǎo)體和顯示器，多種原料引入至減壓處理室。如在灰化、沉積、蝕刻、光亥|J、清洗和氯化處理等多種處理在減壓處理室中實施。從處理室排出的氣體中含有各種揮發(fā)性有機化合物、酸、惡臭氣體、可燃性物體和環(huán)境規(guī)定限制的物質(zhì)。常規(guī)的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)包括用于使處理室真空化的真空泵，并安裝在真空泵下游來凈化排出氣體并將凈化的氣體排出到大氣中的洗滌器。
[0003]然而，在抽吸過程中，未反應(yīng)原料和處理副產(chǎn)物可能進入并以固體狀沉積在真空泵。該固體副產(chǎn)物會減少真空泵的工作壽命?？紤]到此狀況，等離子體反應(yīng)器或阱安裝在真空泵的下游來分解污染物以防止進入真空泵。
[0004]在真空泵上游安裝的等離子體反應(yīng)器可以用較少的能源有效分解污染物和副產(chǎn)物。特別是，等離子體反應(yīng)器可以控制副產(chǎn)物的顆粒大小，可提高進入真空泵的固態(tài)副產(chǎn)物的流動性，來減少真空泵內(nèi)部的副產(chǎn)物堆積量，有助于延長真空泵的壽命。
[0005]然而，當在處理室中沉積作為原料的金屬前驅(qū)體處理室中形成金屬層的時候，金屬前驅(qū)體可能無法涂覆于晶片上而可能保持未反應(yīng)。在處理室空間清除未反應(yīng)原料的過程中未反應(yīng)的前驅(qū)體與金屬副產(chǎn)物會一起進入真空排氣系統(tǒng)中。進入真空排氣系統(tǒng)的未反應(yīng)的前驅(qū)體和金屬副產(chǎn)物會涂覆在真空排氣系統(tǒng)的內(nèi)部部件上(例如，真空排氣管、真空閥和真空泵)形成金屬膜。該金屬膜很穩(wěn)固地附著在這些部件的表面，因此很難去除，導(dǎo)致真空閥故障和真空泵運轉(zhuǎn)故障，該真空泵中轉(zhuǎn)子-轉(zhuǎn)子空隙和轉(zhuǎn)子-外殼空隙具有數(shù)10微米的間隔。并且，當運行等離子體反應(yīng)器以分解殘留金屬前驅(qū)體的時候，金屬副產(chǎn)物會涂覆在等離子體反應(yīng)器的兩極之間，導(dǎo)致電極之間短路。結(jié)果，不能再維持等離子體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明一方面，提供一種去除金屬副產(chǎn)物的方法，其包括:在處理室中沉積金屬前驅(qū)體形成金屬層，對包含從所述處理室移送的殘留金屬前驅(qū)體的排出氣體進行等離子體處理，使用氧化性氣體對由所述等離子體處理產(chǎn)生的金屬副產(chǎn)物進行處理來生成金屬氧化物，以及通過抽吸排出該金屬氧化物。
[0007]根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供一種去除金屬副產(chǎn)物的真空系統(tǒng)，其包括:接收和沉積作為原料的金屬前驅(qū)體的處理室；用于所述處理室真空化并抽吸排出氣體的真空泵，所述排出氣體含有所述處理室中未反應(yīng)的殘留金屬前驅(qū)體；位于所述處理室和所述真空泵之間以分解所述殘留金屬前驅(qū)體的等離子體反應(yīng)器；和用于將氧化性氣體供給至所述等離子體反應(yīng)器以產(chǎn)生金屬氧化物的供給單元。
【附圖說明】
[0008]圖1是說明根據(jù)本發(fā)明一實施方式的去除金屬副產(chǎn)物的方法的流程圖。
[0009]圖2是說明根據(jù)本發(fā)明一實施方式的真空系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的框圖。
[0010]圖3是說明根據(jù)本發(fā)明一實施方式的真空系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0011]圖4是說明根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的真空系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0012]圖5顯示在用熱阱代替等離子體反應(yīng)器來捕獲殘留金屬前驅(qū)體后的熱阱板的照片。
[0013]圖6是在用熱阱捕獲殘留金屬前驅(qū)體后的真空泵的分解照片。
[0014]圖7顯示:(a)室溫反應(yīng)阱的照片，和(b)是在等離子體反應(yīng)器內(nèi)注入氧氣將殘留有機金屬前驅(qū)體轉(zhuǎn)化為金屬氧化物后用室溫反應(yīng)阱將其捕獲后的阱板照片。
[0015]圖8顯示在殘留金屬前驅(qū)體轉(zhuǎn)化為金屬氧化物后用室溫反應(yīng)阱捕獲后的真空泵的分解照片。
[0016]圖9顯示證明容易去除真空排氣系統(tǒng)內(nèi)涂覆的金屬氧化物粉末的照片。
[0017]100:真空系統(tǒng)200:處理系統(tǒng)
[0018]300:真空排出系統(tǒng)310等離子體反應(yīng)器
[0019]320:氧化性氣體供應(yīng)單元330真空泵
[0020]350:阱400:排出系統(tǒng)
[0021]410:洗滌器
【具體實施方式】
[0022]以下參照附圖來詳細描述本發(fā)明各實施方式。
[0023]圖1是說明根據(jù)本發(fā)明一實施方式的去除金屬副產(chǎn)物的方法的流程圖。參照圖1，在步驟SI中，在處理室內(nèi)沉積金屬前驅(qū)體形成金屬層。金屬前驅(qū)體可通過各種方法沉積，例如，物理氣相沉積(PVD)，化學(xué)氣相沉積(CVD)，和原子層沉積(ALD)。若有需要，所述金屬前驅(qū)體可在惰性載氣(例如，氮氣或氬氣)存在下被氣化。另外，所述惰性載氣可在ALD過程中的清除階段中使用。
[0024]用于沉積過程的金屬前驅(qū)體是配體配位于金屬的化合物。所述金屬選自由Al、Cu、N1、W、Zr、T1、S1、Hf、La、Ta、Mg和它們的組合組成的組，但不限于此。所述金屬前驅(qū)體并沒有特別限制，金屬前驅(qū)體選自由金屬的氯化物、氫氧化物、羥基氧化物、醇鹽、酰胺、硝酸鹽、碳酸鹽、醋酸鹽、草酸鹽和檸檬酸鹽組成的組中，金屬前驅(qū)體可單獨使用或組合使用。
[0025]例如，當金屬為Zr時，金屬前驅(qū)體可以為Zr (i_OPr)4、Zr (TMHD) (1-OPr) 3、Zr (TMHD)2(1-0Pr)2、Zr (TMHD)4、Zr (DMAE)4或四(乙基甲基氨基)鋯(TEMA-Zr)，(其中，TMHD, DMAE, DEPD和DMTO分別代表四甲基庚二酸鹽，二甲氨基乙醇鹽，二乙基戊二醇，和二甲基戊二醇)。當金屬為Hf時，金屬前驅(qū)體可以為Hf ([N (CH3) (C2H5)] 3 [OC (CH3)3D或四(乙基甲基氨基)鉿(TEMA-Hf)。當金屬為Al時，金屬前驅(qū)體可以為三異丁基鋁(TIBA)、二甲基氫化鋁(DMAH)或二甲基乙基氨鋁烷(alane) (DMEAA)。
[0026]在步驟S2中，含有從處理室移送的殘留金屬前驅(qū)體的排出氣體通過等離子體處理被分解。所述排出氣體包含處理副產(chǎn)物和未反應(yīng)前驅(qū)體。所述未反應(yīng)前驅(qū)體和處理副產(chǎn)物通過等離子體處理被分解。通過等離子體的高能量所述金屬前驅(qū)體被分解或激活。結(jié)果，產(chǎn)生金屬副產(chǎn)物。等離子體可在使用DC，AC，RF或微波作為能源來源的等離子體反應(yīng)器從產(chǎn)生。當考慮到等離子體反應(yīng)器的安裝和維持成本時，優(yōu)選通過使用AC電源形成的介質(zhì)阻擋放電的等離子體為。所述處理副產(chǎn)物可通過減壓(真空)等離子體而不是加熱進行預(yù)處理。所述等離子體處理在節(jié)能方面優(yōu)異。所述處理副產(chǎn)物可用熱阱來進行預(yù)處理。然而，在此情況中，所述熱阱應(yīng)該始終運行以保持恒定溫度。相反，當?shù)入x子體裝置用于預(yù)處理處理副產(chǎn)物時，等離子體的開關(guān)可與工具的處理步驟關(guān)聯(lián)，因此可只在必要步驟中工運行。等離子體在最大化能源利用上是優(yōu)異的，因為等離子體對更廣泛的空間和壓力范圍內(nèi)的自由原子具有高能量傳遞特性。
[0027]在步驟3，在等離子體處理過程中產(chǎn)生的金屬副產(chǎn)物被氧化性氣體處理而轉(zhuǎn)化為金屬氧化物。
[0028]不同于其他處理副產(chǎn)物，金屬活性物質(zhì)可以涂覆在管道、真空閥、真空泵等的表面上形成硬金屬膜。在等離子體反應(yīng)器內(nèi)壁上形成金屬膜會導(dǎo)致電極之間的電短路。當用含有氧原子的氧化性氣體處理金屬活性物質(zhì)來生產(chǎn)金屬氧化物時，雖然金屬氧化物涂覆在真空排氣系統(tǒng)上，它們也易于從真空排氣系統(tǒng)表面脫離，因此的容易去除。適合的氧化性氣體例子包括空氣、氧、水蒸氣、臭氧、氮氧化物(例如，一氧化氮)、過氧化氫和醇類(例如，異丙醇)。所述氧化性氣體可單獨使用或組合使用。
[0029]在步驟4中，通過抽吸排出上述金屬氧化物。不同于金屬，由于金屬氧化物非常易于流動，所以通過用真空泵抽吸，上述含有金屬氧化的排出氣體可通過設(shè)置在真空泵下游的排氣管釋放出。
[0030]優(yōu)選地，在將排出氣體以位于真空泵下游的洗滌器凈化后再通過排氣管完成排出氣體的最終釋放。
[0031]所述方法還可以包括使用阱去除金屬氧化物，從而將金屬氧化物進入真空泵最小化并將金屬氧化物到外部環(huán)境的排出。例如，所述方法還可進一步包括在步驟S3和S4之間或在抽吸步驟S4后的利用阱來捕獲金屬氧化物。
[0032]根據(jù)本發(fā)明方法的使用可防止真空排出系統(tǒng)被金屬活性物質(zhì)(其來源于沉積后的未反應(yīng)的有機金屬前驅(qū)體)污染。這可以延長真空排氣系統(tǒng)的壽命。
[0033]圖2是說明根據(jù)本發(fā)明一實施方式的真空系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)的框圖。參照圖2，所述真空系統(tǒng)100整體上包括處理系統(tǒng)200，真空排氣系統(tǒng)300和排氣系統(tǒng)400。
[0034]所述處理系統(tǒng)200包括減壓處理室，所述減壓處理室中執(zhí)行制造半導(dǎo)體、顯示面板，太陽能電池等等的制造所需的多種處理，并且包括金屬前驅(qū)體在內(nèi)的原料從相應(yīng)的原料供應(yīng)單元接收。所述排氣系統(tǒng)400包括用于凈化排出氣體的洗滌器和排氣管。
[0035]所述真空排氣系統(tǒng)300位于處理系統(tǒng)200和排氣系統(tǒng)400之間以將處理系統(tǒng)200真空化處理室。包括未反應(yīng)的前驅(qū)體和源于處理室的處理副產(chǎn)物的排出氣體經(jīng)過真空排氣系統(tǒng)300被移送到排氣系統(tǒng)400。
[0036]圖3是說明根據(jù)本發(fā)明一實施方式的真空系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0037]所述真空排氣系統(tǒng)300包括等離子體反應(yīng)器310、氧化性氣體供給單元320和真空泵 330。
[0038]所述等離子體反應(yīng)器310安裝在真空泵330的上游來產(chǎn)生低壓等離子體。等離子體的能量用于分解從處理室(未圖示)中釋放的排出氣體中含有的未反應(yīng)前驅(qū)體和處理副產(chǎn)物。
[0039]對于產(chǎn)生低壓等離子體的等離子體反應(yīng)器310的結(jié)構(gòu)沒有特別限制。等離子體反應(yīng)器310的結(jié)構(gòu)可根據(jù)等離子體如何產(chǎn)生而變化。等離子體反應(yīng)器310可通過多種方法產(chǎn)生等離子體。例如，等離子體反應(yīng)器310可通過在盤繞電極兩端施加無線電頻率(RF)來被驅(qū)動，或?qū)殡姴牧虾铜h(huán)狀電極結(jié)構(gòu)施加具有交流(