劉思廷、鄭瑞翔、謝文安、張顓麟、吳星蒼、李壽南 / 工研院材化所
隨著製程技術演進，半導體產業逐步擴大採用N2O作為薄膜製程氣體，然而殘餘之N2O在多數廠務端仍面臨去除效率不佳之挑戰。另半導體製程尾氣常伴隨多種共存氣體與副產物，使尾氣處理難以兼顧高去除效能與低能耗，因此目前多採高溫處理系統。為達成高效與低能耗之目標，本文以實務導入為導向，提出「分流＋分段模組」之創新架構，用於N2O製程尾氣處理；除可將N2O有效轉化為N2與O2，亦可同步去除其他尾氣成分（如NF3、HF），提供一套系統性、廠務端之整體解決方案。實驗室驗證結果顯示： SiH4可氧化生成SiO2與H2O，其破壞去除效率(DRE)≧99.5%；粉塵去除效率(PRE)為99.8%；且N2O觸媒DRE達99.9%，說明此架構具應用於多數半導體製造環境之潛力。
【內文精選】
2. 薄膜製程N2O尾氣處理技術
(1) 技術架構 本團隊提出系統性解決方案之架構如圖一所示：將薄膜沉積與腔體清潔之尾氣分流處理，待處理尾氣主要包含SiH4、N2O、NF3、SiF4與HF。當尾氣進入系統，會依製程狀態切換不同流道，使薄膜沉積尾氣與腔體清潔尾氣分開處理，以避免腔體清潔後，殘留之腐蝕性氣體（HF、SiF4）對N2O觸媒造成毒化而導致失效。 在薄膜沉積流道中，尾氣成分以SiH4與N2O為主，技術路徑為：先於500℃條件下，將SiH4氧化生成SiO2粉塵，再以耐高溫濾管進行粉塵過濾去除，以避免粉塵流入觸媒造成阻塞，最後剩餘之N2O通過500℃的觸媒床分解為N2與O2，達成低溫高效之去除目的。在腔體清潔流道中，尾氣主要包含NF3、 SiF4與HF，考量現行技術對此類尾氣之去除效率已可達95%，本系統以反應溫度較低（約850℃）之電熱法為代表進行示意，並於後段以水洗去除SiF4、HF，完成降溫後排出。綜合上述，透過「分流＋分段處理」的系統設計，可同時滿足薄膜沉積與腔體清潔尾氣之處理需求，並降低觸媒毒化風險。
圖一、N2O製程尾氣處理技術架構圖
(2) 技術現況 依上述技術架構，各模組之建置及測試成果如下，包含薄膜沉積/腔體清潔尾氣分流模組、SiH4氧化模組、高溫粉塵過濾模組與觸媒模組，接下來將個別進行說明： ①SiH4氧化模組：SiH4氧化模組擬透過電熱進行，由於現行電熱氧化反應腔體 已廣泛使用於尾氣處理設備中，故此模組是以藉由現行既有之電熱腔體進行測試，結果如圖二所示。模擬實場單腔體之風量，以60 LPM (L/min)為中心進行測試，在風量些微幅度變化範圍內，以500℃條件，通入約1~2%之SiH4進行氧化反應，同時以傅立葉紅外光譜儀(FTIR)進行反應前後的SiH4濃度量測，進行破壞去除效率(DRE)之計算，在風量52.5~72.5 LPM之間，SiH4的DRE皆可達99.5%以上，說明此模組可有效去除SiH4，讓尾氣更乾淨，以利後續觸媒反應 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖二、SiH4氧化模組及測試結果
★本文節錄自《工業材料雜誌》473期，更多資料請見下方附檔。