本发明涉及一种半导体制造中残气颗粒物收集方法，属于半导体制作工艺中颗粒物去除。
背景技术：
1、在半导体薄膜沉积和光刻工艺中会不可避免的形成许多微纳米级的颗粒物，这些颗粒物的出现不仅降低了晶圆的良品率，还会对真空室和排气系统形成污染。因此，去除颗粒污染物是半导体制造工艺中的关键一环。颗粒物一方面来源于工厂加工生产环境，另一方面来源于流片工艺中复杂气相反应生成的各种尺度的固体颗粒，其中在流片过程中产生的颗粒物是最主要来源。据统计，对于1mm设计线宽的4m dram生产中，其污染颗粒物50％是由于工厂加工生产环境产生的，其余50％的颗粒物是由于工艺设备所产生的。到了0.5mm线宽的16m dram生产中，由工艺设备产生的颗粒物增加到60％；在0.35mm线宽的64m dram生产中，由工艺设备产生的颗粒物便增加到75％；而在0.25mm线宽的256m dram生产中，由工艺设备产生的颗粒物将高达90％，成为最主要的污染源。
2、目前半导体制造领域的真空系统如图1所示，真空泵通过前级真空管道与真空腔室相连接，并维持腔室内的真空环境；真空泵排气通过排气管道与尾气处理设备相连接。由于颗粒物主要形成于真空室中，而真空室与排气系统相连接，因此，颗粒物必然随着气相反应后的残气进入排气系统，并对排气系统形成污染。一方面颗粒物在通过排气管道时会吸附于管道壁上，且很难脱落，形成永久性污染。另一方面颗粒物会经排气系统进入到环境中，并对环境造成污染。由于真空系统是全天候持续工作的，以维持真空室里的真空度，因此颗粒物会在排气管道内不断的积累，如果停机维护，将会影响半导体制造工艺的连续运行，增加系统成本。因此，去除排气系统中的颗粒物和将颗粒物的收集是目前半导体制造领域的一个关键技术问题。
3、传统解决方案之一是在维持真空系统的干泵前增加过滤装置，比如筛网，通过控制筛网的孔径来过滤颗粒，如图2所示。此方法的缺点是，筛网会影响真空泵的抽速，且筛网有堵塞的风险，故采用的较少。
4、公开号cn117357991a的专利公开了一种半导体生产废气处理工艺，该工艺包括：预处理，将对象引入前置机构中参与前置除尘处理；混气处理，将所述前置机构输出的对象引入混气机构中参与缓流降速处理；净化处理，将混气机构输出的对象引入到净化机构中参与等离子体燃烧净化处理；冷却处理，将净化处理输出的对象引入到冷却机构中进行冷却处理；排放处理，将冷却机构输出的对象经外排机构外排。该方案不仅结构复杂，而且需要燃烧处理，存在一定安全隐患。
5、也有方案提出，在前级真空管道以及排气管道增加保温功能，维持管道的高温，从而达到抑制颗粒产生的目的，此方法采用较为常见，如图3所示。此方式的缺点是，在腔室中生成的颗粒还是会在后续的真空系统中累积，从而增加真空系统的负担，不能根本解决问题。
技术实现思路
1、本发明的目的是为了解决半导体制造领域如何收集排气系统中的颗粒物这一关键技术问题，提出了一种半导体制造中残气颗粒物收集方法，这种方法具有操作方便、全天候、收集效率高以及低成本的优势。
2、本发明的技术方案为：
3、一种利用等离子体收集半导体工艺中颗粒物的方法，其步骤包括：
4、1)在半导体制造工艺中的真空室与真空泵之间建立一水平排气通道，所述水平排气通道上依次设置冷凝模块和t型管道；所述t型管道的水平段内设有等离子体发生模块和导流模块，所述t型管道的竖直段的下端出口设置一集尘模块；所述t型管道的水平段入口与所述冷凝模块连接；
5、2)所述冷凝模块对从所述真空室中排出的残气进行降温，促进所述废气中的物质凝结为颗粒后输入所述t型管道的水平段内；
6、3)所述等离子体发生模块放电产生等离子体，在所述t型管道的水平段内形成一等离子体区域，用于对流经的废气中的颗粒进行充电形成带电颗粒；
7、4)所述导流模块产生用于排斥所述带电颗粒的电场，将所述带电颗粒导向所述t型管道的竖直段落入所述集尘模块内，将滤除颗粒物后的残气经所述t型管道的水平段的出口输出；
8、5)所述t型管道的水平段出口经排气管与所述真空泵连接，用于将经所述水平段的出口输出的气体经所述真空泵排出。
9、进一步的，所述等离子体发生模块与所述导流模块为同一金属栅网；所述金属栅网与位于所述t型管道外部的电源电连接，为所述金属栅网提供负压。
10、进一步的，所述金属栅网以45°角斜置在所述t型管道内；所述金属栅网的网孔半径为3mm，网线粗细为1mm。
11、进一步的，所述金属栅网为椭圆形金属栅网，其长轴为170mm、短轴为120mm；所述t型管道的内径为160mm、外径为165mm、水平段长300mm、竖直段长150mm；所述椭圆形金属栅网的下端探入所述竖直段的入口内。
12、进一步的，所述椭圆形金属栅网的边缘与所述t型管道的内壁距离为20mm。
13、进一步的，所述电源为频率13.56mhz、功率1-200w之间的射频电源，或所述电源为交流电源。
14、进一步的，所述冷凝模块包括一导气管，所述导气管为双层套筒，所述双层套筒的夹层作为水冷通道。
15、一种利用等离子体收集半导体工艺中颗粒物的装置，其特征在于，包括冷凝模块、等离子体发生模块、导流模块、收集模块和t型管道；所述冷凝模块、t型管道依次设置在半导体制造工艺中的真空室与真空泵之间作为水平排气通道，所述t型管道的水平段内设有所述等离子体发生模块、导流模块，所述t型管道的竖直段的下端出口与集尘模块连接；所述t型管道的水平段入口与所述冷凝模块连接，所述t型管道的水平段出口经排气管与所述真空泵连接；
16、所述冷凝模块，用于对从所述真空室中排出的残气进行降温，促进所述废气中的物质凝结为颗粒后输入所述t型管道的水平段内；
17、所述等离子体发生模块，用于放电产生等离子体，在所述t型管道的水平段内形成一等离子体区域，对流经的废气中的颗粒进行充电形成带电颗粒；
18、所述导流模块，用于产生排斥所述带电颗粒的电场，将所述带电颗粒导向所述t型管道的竖直段落入所述集尘模块内，将滤除颗粒物后的残气经所述t型管道的水平段的出口输出。
19、本发明包括冷凝模块、等离子体发生模块、导流模块和收集模块，其中冷凝模块、等离子体发生模块和导流模块集成一体设置于半导体制造排气系统的管道上，而收集模块接于等离子体发生模块与导流模块下方。
20、冷凝模块包含一节导气管和一节水冷管，安装于真空室排气口之后，水冷管包裹在导气管上，下方管口通入冷水，上方管口流出。残气中的化学成分在降温后加速凝结生长为颗粒。在本发明中增添冷凝模块，能够提高颗粒的收集效率，减少残气中的污染物成分。
21、等离子体发生模块主要用于产生均匀的等离子体，目的是为了获得空间较为均匀的电子离子分布。当残气中的颗粒物流过等离子体时，等离子体中的电子和离子会与颗粒物碰撞并吸附于颗粒物表面，实现对颗粒物的充电。当电子充电电流与离子充电电流达到平衡时，颗粒物获得的电荷量达到饱和。由于电子质量远小于离子质量，电子的热速度远大于离子的热速度，因此，通常颗粒物最终呈负电性。通过调节放电参数来改变电子密度等参量，最终可以控制颗粒物的带电量。总之，等离子体模块目的是产生均匀的等离子体，并对流经的颗粒物充电。
22、导流模块指带有负偏压的栅网结构，其特征是椭圆状，斜置于t型管道中，目的是利用栅网自身的负偏压来排斥负电性的颗粒物，将排气管道内的颗粒物导向t型管道下方出口。导流模块与等离子体发生模块共用金属栅网结构。当颗粒物流经等离子体模块充电后，同时受负偏压栅网结构表面的电场的排斥作用，带负电的颗粒物将沿着栅网结构表面运动。半导体制造真空室中产生的残气颗粒物进入排气管道后在管道内呈均匀的密度分布。当颗粒物到达导流模块后，将沿着斜置的栅网结构向t型管道下方出口运动，因此管道水平出口不再有颗粒物。颗粒物流过导流模块后，进入收集模块。
23、收集模块主要功能是通过在导流模块下方设置一个金属圆筒收集槽对来自导流模块的颗粒物进行收集。根据实际需要，可以设置不同形状与尺寸的凹槽结构。排气管道内的颗粒受重力作用以及带负偏压的金属栅网的排斥作用，从栅网表面向t型管道下方运动，在通过导流模块后自然落入下方收集模块的凹槽内，实现颗粒物的收集。排气管道内的颗粒物依次经过这4个模块后最终被收集在收集模块。由于等离子体模块和导流模块自身带负偏压，对带负电的颗粒物形成排斥作用，因此颗粒物不会对这两个模块形成污染，也就是这两个模块不需要清洗。收集模块可根据实际情况，定期取下进行清洗即可。
24、本发明所述方法收集半导体制造工艺残气中颗粒物效率理论上可达100％，不仅能够实现绿色环保，无颗粒物排放，而且还极大程度上保护了真空系统的后级真空泵。利用本发明所述方法设计的装置可以长期运行，且设备成本非常低廉。
25、本发明方法主要包括如下步骤：
26、a.设置1节导气管，所述导气管利用法兰接入半导体制造工艺排气系统管道中，外部紧贴缠绕1节螺旋状水冷管，在水冷管中通入冷水，用于对从真空室中排出的残气进行降温。所述导气管和水冷管材质为金属，便于热传导。
27、b.设置1节t型管道，所述t型管道的水平段接于导气管与真空泵之间的水平管道上，其中所述t型管道利用的水平段一端通过法兰与所述导气管相连、另一端通过排气管与真空泵连接，在所述t型管道的竖直段下方设置一收集槽，将所述收集槽利用法兰与所述t型管道的竖直段下方出口连接，所述t型管道的材质为玻璃，所述收集槽为金属。
28、c.所述t型管道内包含等离子体发生模块和导流模块。在所述t型管道中心位置处斜置1面椭圆形金属栅网，所述金属栅网边缘与所述t型管道保留一定的间距。所述金属栅网与所述t型管道外部电源连接。通过先给所述金属栅网一定的电压用于使附近的气体放电产生等离子体，此时所述金属栅网会自动形成负偏压，该负偏压可以产生电场排斥带负电颗粒，形成导流作用，因此本发明中所述金属栅网既作为等离子体发生模块，又作为导流模块。
29、d.所述t型管道下方为收集模块，用法兰与t型管道相连接，用于收集被所述金属栅网导流后的颗粒物。
30、e.打开电源系统，使从半导体制造真空室出来的残气经导气管流入所述t型管道时，t型管道内的等离子体发生模块对气体放电，产生均匀的等离子体。通过控制电源功率等来得到满足所需要的等离子体。所述金属栅网与外部电源连接，具有负偏压。
31、f.当残气中的颗粒物随残气流经所述t型管道中形成的等离子体区域时，等离子体对颗粒物进行快速充电，颗粒呈电负性。当电负性颗粒物随气流继续向右运动并接近所述带负电性椭圆形金属网栅附近时，带负电的颗粒物受所述椭圆形金属网栅表面电场排斥，并沿所述椭圆形金属网栅表面向下并向所述t型管道下方出口运动。当颗粒物流动到所述梯形管道的竖直段下方出口时，进入收集槽中，完成残气中颗粒物的收集过程。
32、g.在一定的工作时间后，将所述收集槽从排气管道上取下，清洗收集槽内的颗粒物，再次安装回原位即可继续进行残气中颗粒物回收过程。
33、步骤a所述导气管可更换为双层套筒，将冷水通入夹层中直接接触导气管，提高冷却效果。
34、步骤a及b所述管道尺寸可根据工厂实际排气管道尺寸进行设置。
35、步骤c设置所述椭圆形金属栅网外接电源，目的是在所述椭圆形金属栅网附近利用气体放电产生均匀的等离子体，电源可使用射频电源，频率为13.56mhz，功率在1-200w之间，或普通交流电源，频率为几十至几十千hz，不论使用何种电源，都必须有一定的负偏压。所述椭圆形金属栅网斜置于所述t型管道的水平段中，对流经所述t形管道的水平段的气体进行过滤，将气体中的颗粒物导向所述t型管道的竖直段下方出口。
36、步骤d所述收集槽尺寸可根据颗粒回收频率自行设置，尺寸越大，所能容纳的颗粒物数量就越多，收集装置的连续工作时间更长，如有需要，可在收集槽内增加防回流装置，避免落入收集槽中的颗粒物受气流影响飞出收集槽。
37、步骤e所述的等离子体产生后，会在该区域内形成一个包含自由电子、离子以及各种其他活性物质的准电中性环境。当颗粒物随气流靠近所述椭圆形金属栅网时，周围的自由电子、粒子会与颗粒物碰撞，黏附在颗粒物上使得颗粒物带电，由于自由电子的运动速度远远大于离子的运动速度，颗粒物带电量达到平衡后一般呈现出负电性。
38、步骤f所述产生的等离子体使得所述椭圆形金属栅网表面产生一个非电中性区域，区域内具有一个很强的电场，能够对所述负电性的颗粒物产生排斥力。颗粒物受到排斥的作用后沿所示椭圆形金属栅网倾斜方向运动，无法通过金属栅网，转而沿着t型管道下方出口运动。
39、步骤f所述产生的等离子体中包含有电子、正离子、负离子以及各种活性基团等。当颗粒物进入到等离子体后，由于电子质量远小于其它粒子质量，电子运动速度远大于其它粒子的速度，因此，电子先到达并吸附于颗粒物表面。当电子充电电流和其它粒子的充电电流达到平衡时，颗粒物带电量基本达到稳态，并呈电负性。
40、步骤f是利用所述椭圆形金属栅网表面电场将带负电颗粒物引导到所述t型管道下方的收集槽内完成收集。
41、本发明的优点如下：
42、本发明通过在半导体工艺真空室与后级真空泵之间的水平排气管道上串联设置1个t型管道，在t字型管道的中心处设置1椭圆形金属丝网，斜置于t字型管道之中，利用放电产生等离子体，当颗粒物随残气流经等离子体区域时，等离子体中的电子对颗粒物充电，使颗粒物带负电性；带负电性的颗粒流经带电椭圆形金属丝线(网)时，受其表面电场排斥作用并被引导沿椭圆形金属丝线(网)表面向下方管道运动，最终进入设置在其下面的一个收集槽内，实现颗粒物的收集。本发明方法操作简单、方便，收集半导体制造残气中颗粒物的效率理论上可达100％，实测为98％，不仅绿色环保，无颗粒物排放，还能有效保护排气管路和后级真空泵等设备。利用本方法设计成的残气颗粒物收集装置，成本低，可工厂化连续运行，解决了目前半导体制造中残气颗粒物污染问题。
1.一种利用等离子体收集半导体工艺中颗粒物的方法，其步骤包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等离子体发生模块与所述导流模块为同一金属栅网；所述金属栅网与位于所述t型管道外部的电源电连接，为所述金属栅网提供负压。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述金属栅网以45°角斜置在所述t型管道内；
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述金属栅网为椭圆形金属栅网，其长轴为170mm、短轴为120mm；所述t型管道的内径为160mm、外径为165mm、水平段长300mm、竖直段长150mm；所述椭圆形金属栅网的下端探入所述竖直段的入口内。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述椭圆形金属栅网的边缘与所述t型管道的内壁距离为20mm。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电源为频率13.56mhz、功率1-200w之间的射频电源，或所述电源为交流电源。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷凝模块包括一导气管，所述导气管为双层套筒，所述双层套筒的夹层作为水冷通道。
8.一种利用等离子体收集半导体工艺中颗粒物的装置，其特征在于，包括冷凝模块、等离子体发生模块、导流模块、收集模块和t型管道；所述冷凝模块、t型管道依次设置在半导体制造工艺中的真空室与真空泵之间作为水平排气通道，所述t型管道的水平段内设有所述等离子体发生模块、导流模块，所述t型管道的竖直段的下端出口与集尘模块连接；所述t型管道的水平段入口与所述冷凝模块连接，所述t型管道的水平段出口经排气管与所述真空泵连接；
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述等离子体发生模块与所述导流模块为同一金属栅网；所述金属栅网与位于所述t型管道外部的电源电连接，为所述金属栅网提供负压。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述金属栅网以45°角斜置在所述t型管道内；所述金属栅网的网孔半径为3mm，网线粗细为1mm。
