去除金屬副產物的方法及其真空系統的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及去除金屬副產物的方法及其真空系統。
【背景技術】
[0002]為了制造半導體和顯示器，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性有機化合物、酸、惡臭氣體、可燃性物體和環境規定限制的物質。常規的半導體制造系統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，未反應原料和處理副產物可能進入并以固體狀沉積在真空泵。該固體副產物會減少真空泵的工作壽命。考慮到此狀況，等離子體反應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器可以用較少的能源有效分解污染物和副產物。特別是，等離子體反應器可以控制副產物的顆粒大小，可提高進入真空泵的固態副產物的流動性，來減少真空泵內部的副產物堆積量，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體處理室中形成金屬層的時候，金屬前驅體可能無法涂覆于晶片上而可能保持未反應。在處理室空間清除未反應原料的過程中未反應的前驅體與金屬副產物會一起進入真空排氣系統中。進入真空排氣系統的未反應的前驅體和金屬副產物會涂覆在真空排氣系統的內部部件上(例如，真空排氣管、真空閥和真空泵)形成金屬膜。該金屬膜很穩固地附著在這些部件的表面，因此很難去除，導致真空閥故障和真空泵運轉故障，該真空泵中轉子-轉子空隙和轉子-外殼空隙具有數10微米的間隔。并且，當運行等離子體反應器以分解殘留金屬前驅體的時候，金屬副產物會涂覆在等離子體反應器的兩極之間，導致電極之間短路。結果，不能再維持等離子體。
【發明內容】
[0006]根據本發明一方面，提供一種去除金屬副產物的方法，其包括:在處理室中沉積金屬前驅體形成金屬層，對包含從所述處理室移送的殘留金屬前驅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生的金屬副產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]根據本發明另一方面，提供一種去除金屬副產物的真空系統，其包括:接收和沉積作為原料的金屬前驅體的處理室；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的殘留金屬前驅體；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體的等離子體反應器；和用于將氧化性氣體供給至所述等離子體反應器以產生金屬氧化物的供給單元。
【附圖說明】
[0008]圖1是說明根據本發明一實施方式的去除金屬副產物的方法的流程圖。
[0009]圖2是說明根據本發明一實施方式的真空系統的整體結構的框圖。
[0010]圖3是說明根據本發明一實施方式的真空系統的結構的框圖。
[0011]圖4是說明根據本發明另一實施方式的真空系統的結構的框圖。
[0012]圖5顯示在用熱阱代替等離子體反應器來捕獲殘留金屬前驅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體后的真空泵的分解照片。
[0014]圖7顯示:(a)室溫反應阱的照片，和(b)是在等離子體反應器內注入氧氣將殘留有機金屬前驅體轉化為金屬氧化物后用室溫反應阱將其捕獲后的阱板照片。
[0015]圖8顯示在殘留金屬前驅體轉化為金屬氧化物后用室溫反應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內涂覆的金屬氧化物粉末的照片。
[0017]100:真空系統200:處理系統
[0018]300:真空排出系統310等離子體反應器
[0019]320:氧化性氣體供應單元330真空泵
[0020]350:阱400:排出系統
[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明各實施方式。
[0023]圖1是說明根據本發明一實施方式的去除金屬副產物的方法的流程圖。參照圖1，在步驟SI中，在處理室內沉積金屬前驅體形成金屬層。金屬前驅體可通過各種方法沉積，例如，物理氣相沉積(PVD)，化學氣相沉積(CVD)，和原子層沉積(ALD)。若有需要，所述金屬前驅體可在惰性載氣(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。所述金屬前驅體并沒有特別限制，金屬前驅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，金屬前驅體可單獨使用或組合使用。
[0025]例如，當金屬為Zr時，金屬前驅體可以為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物和未反應前驅體。所述未反應前驅體和處理副產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體被分解或激活。結果，產生金屬副產物。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器從產生。當考慮到等離子體反應器的安裝和維持成本時，優選通過使用AC電源形成的介質阻擋放電的等離子體為。所述處理副產物可通過減壓(真空)等離子體而不是加熱進行預處理。所述等離子體處理在節能方面優異。所述處理副產物可用熱阱來進行預處理。然而，在此情況中，所述熱阱應該始終運行以保持恒定溫度。相反，當等離子體裝置用于預處理處理副產物時，等離子體的開關可與工具的處理步驟關聯，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異的，因為等離子體對更廣泛的空間和壓力范圍內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生的金屬副產物被氧化性氣體處理而轉化為金屬氧化物。
[0028]不同于其他處理副產物，金屬活性物質可以涂覆在管道、真空閥、真空泵等的表面上形成硬金屬膜。在等離子體反應器內壁上形成金屬膜會導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來生產金屬氧化物時，雖然金屬氧化物涂覆在真空排氣系統上，它們也易于從真空排氣系統表面脫離，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置在真空泵下游的排氣管釋放出。
[0030]優選地，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]根據本發明方法的使用可防止真空排出系統被金屬活性物質(其來源于沉積后的未反應的有機金屬前驅體)污染。這可以延長真空排氣系統的壽命。
[0033]圖2是說明根據本發明一實施方式的真空系統的總體結構的框圖。參照圖2，所述真空系統100整體上包括處理系統200，真空排氣系統300和排氣系統400。
[0034]所述處理系統200包括減壓處理室，所述減壓處理室中執行制造半導體、顯示面板，太陽能電池等等的制造所需的多種處理，并且包括金屬前驅體在內的原料從相應的原料供應單元接收。所述排氣系統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300位于處理系統200和排氣系統400之間以將處理系統200真空化處理室。包括未反應的前驅體和源于處理室的處理副產物的排出氣體經過真空排氣系統300被移送到排氣系統400。
[0036]圖3是說明根據本發明一實施方式的真空系統的結構的框圖。
[0037]所述真空排氣系統300包括等離子體反應器310、氧化性氣體供給單元320和真空泵 330。
[0038]所述等離子體反應器310安裝在真空泵330的上游來產生低壓等離子體。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前驅體和處理副產物。
[0039]對于產生低壓等離子體的等離子體反應器310的結構沒有特別限制。等離子體反應器310的結構可根據等離子體如何產生而變化。等離子體反應器310可通過多種方法產生等離子體。例如，等離子體反應器310可通過在盤繞電極兩端施加無線電頻率(RF)來被驅動，或對介電材料和環狀電極結構施加具有交流(