稀有气体回收系统的制作方法

本发明涉及一种稀有气体回收系统。

背景技术：

1、在已知蚀刻工艺中使用氩气和氙气。然而，氩气是相对常见的空气气体，氙气相对稀有。

2、已知用于从干式蚀刻工艺回收诸如氙气的稀有气体的系统。此类系统从单个蚀刻室回收气体并使所述气体返回到闭环系统中的相同气体室。

技术实现思路

1、利用氪气的蚀刻工艺正在开发中。此类工艺的可行性可能取决于回收氪气的能力。

2、发明人已经认识到，可以使用真空和减排系统来使用共用泵以及任选地减排系统同时泵送来自多个气体室的气体。

3、发明人已经认识到，可以使用真空(以及任选地减排)系统来从多个气体室回收氪气，从而提高效率和成本效益，所述真空(以及任选地减排)系统使用共用泵同时泵送来自多个气体室的气体。

4、本发明人已经认识到，其中氪气被泵送到收集器皿并以一压力存储、直到足以运行通过最终净化过程的开环系统可以提高效率和成本效益。

5、本发明人已经认识到，对于闭环系统，在每一阶段可能需要冗余。开环系统可以减少这种需求。

6、在第一方面中，提供一种系统，其包括：泵送系统，所述泵送系统被配置成泵送来自多个化学蚀刻处理室中的每一者的相应排气(排出气体，exhaust gas)并组合所述排气以提供经组合的排气；以及稀有气体回收系统，所述稀有气体回收系统被配置成处理所述经组合的排气以从中去除一种或多种稀有气体(诸如氩气、氙气或氪气或其任何组合、混合物或掺混物)。

7、在另一个方面中，提供一种系统，其包括稀有气体供应装置、多个处理室、泵送系统和稀有气体回收系统。每一处理室被配置成与其他处理室一起操作(例如，同期、并发异步或同时)以从稀有气体供应装置接收一种或多种稀有气体的相应供应，使用一种或多种稀有气体的所述相应供应实施蚀刻工艺，并输出相应排气。所述泵送系统被配置成泵送来自多个处理室的相应排气，组合所述排气以提供经组合的排气，并且将所述经组合的排气泵送到稀有气体回收系统。稀有气体回收系统被配置成处理所接收的经组合的排气以从中去除一种或多种稀有气体。

8、有利地，在处理室中使用氪气或氙气往往在高纵横比蚀刻工艺中实现比借助诸如氩气的较低质量轰击气体往往可能实现的精度和均匀性更高水平的精度和均匀性。

9、诸如氪气和氙气的稀有气体自然存在于空气中，但是浓度低。从空气中分离出稀有气体的能量可能与其在待从其中分离的气体中的浓度近似成反比。由于所述气体在空气中的低浓度，从空气中分离出氪气(或氙气)所需的能量相对高。由于氪气(或氙气)在工艺排气中(与在空气中相比)浓度往往高得多，因此用于分离其的能量往往低得多。因此，从经组合的排气回收氪气或氙气往往实现减少的能量消耗。从经组合的排气回收氪气或氙气往往以合理能源成本确保氪气或氙气供应。回收过程往往不依赖于具有类似高能量回收成本或供应风险的另一气体。在任一方面中，所述泵送系统可以包括被配置成泵送来自多个处理室的相应排气的共用泵。

10、在任一方面中，所述泵送系统可以包括多个泵(例如涡轮泵)，所述多个泵中的每一泵被配置成泵送来自所述多个处理室中的相应一者的排气。

11、在任一方面中，所述稀有气体回收系统可以包括被配置成净化经组合的排气的净化模块。所述净化模块可以被配置成使用吸收器从经组合的排气中去除气体。

12、在任一方面中，所述稀有气体回收系统可以包括被配置成对经组合的排气实施精制过程的精制模块(polishing module)。

13、在任一方面中，所述稀有气体回收系统可以包括被配置成使稀有气体与经组合排气的其他组份分离的分离模块。所述分离模块可以被配置成至少使用气相色谱来使稀有气体与经组合排气中的多种其他气体分离。

14、在任一方面中，稀有气体回收系统可以进一步包括：压缩模块，所述压缩模块被配置成压缩由分离模块输出的所分离的一种或多种稀有气体；以及存储模块，所述存储模块被配置成存储所述经压缩的所分离的一种或多种稀有气体。所述存储模块可以被配置成响应于其内含物达到阈值水平而输出其内含物。

15、在任一方面中，稀有气体回收系统可以进一步包括分配模块，所述分配模块被配置成将由分离模块输出的所分离的一种或多种稀有气体分配到多个处理室。稀有气体回收系统可以进一步包括多个掺混器箱。每一掺混器箱可以被配置成：从分配模块接收一种或多种稀有气体的相应第一供应；从另一个供应装置接收一种或多种稀有气体的相应第二供应；混合一种或多种稀有气体的所接收的第一和第二供应；并且将混合物供应到相应处理室。

16、在另一个方面中，提供一种方法，其包括：从稀有气体供应装置同时向多个处理室中的每一处理室提供一种或多种稀有气体的相应供应；通过每一处理室使用一种或多种稀有气体的所述相应供应同时实施蚀刻工艺；通过每一处理室同时输出相应排气；通过泵送系统泵送来自多个处理室的相应排气；通过泵送系统组合所述排气以提供经组合的排气；通过泵送系统将所述经组合的排气泵送到稀有气体回收系统；以及通过稀有气体回收系统处理所接收的经组合的排气以从中去除一种或多种稀有气体。

17、所述处理可以包括通过分离模块使这一种或多种稀有气体与所述经组合的排气的其他组份分离。

18、所述方法可以进一步包括：通过压缩模块压缩所分离的一种或多种稀有气体；通过存储模块存储所述经压缩的所分离的一种或多种稀有气体；以及响应于存储模块的内含物达到阈值水平而从存储模块提取存储模块的内含物。

19、所述方法可以进一步包括通过分配模块将所分离的一种或多种稀有气体分配到所述多个处理室。

20、所述经组合的排气可以与吹扫气体(purge gas)组合、混合或掺混。

21、泵送系统可以被配置成接收吹扫气体并使所述排气与所述吹扫气体组合。所述系统可以进一步包括被配置成从所述经组合的排气中分离出所述吹扫气体的真空变压吸附模块。所述吹扫气体可以是氮气。所述真空变压吸附模块可以被配置成将所述所分离的吹扫气体提供到所述泵送系统。

22、所述稀有气体回收系统可以包括气相色谱分离模块，所述气相色谱分离模块被配置成使用气相色谱过程使一种或多种稀有气体与所述经组合的排气的其他组份分离。所述气相色谱分离模块可以被配置成接收载气以供用于传送所述经组合的排气通过所述气相色谱分离模块。所述稀有气体回收系统可以包括分离模块以从所述载气中分离出所述一种或多种稀有气体。所述气相色谱分离模块可以被配置成接收载气以供用于传送所述经组合的排气通过所述气相色谱分离模块。所述稀有气体回收系统可以包括另一个分离模块以从所述载气中分离出所述经组合的排气的所述其他组份。所述载气可以由气相色谱分离模块再循环/重新使用。

23、所使用的载气优选地与所回收的气体(即，氪气或氙气)具有不同性质，使得分离阶段可以对其进行区分。优选地，载气是惰性的，或者至少并不与工艺中的任何其他气体发生反应。所要求保护的系统的目的是回收诸如氪气或氙气的高分子量稀有气体。因此，载气应该优选地是轻质惰性气体。优选地，载气是氦气。

24、然而，蚀刻工艺可以包括氦气并且可能能够容许氦气与氪气或氙气一起引入，但是这可能引入可变性和对不受控制的流的依赖性的风险。这可能向蚀刻工艺引入不可接受的变化。优选地，提供对其中引入氪气或氙气的高纵横比蚀刻工艺的精确工艺控制。这往往提高工艺一致性一晶片与晶片之间以及跨越晶片的均匀性两者。

25、氦气不是空气气体。氦气的来源往往很昂贵并且消耗显著能源。此外，供应氦气以供在半导体行业中使用可能不可靠。通过再循环/重新使用氦气载气，可以减少总能量消耗。此外，可以提高氦气供应的可靠性，这往往提高一致性并减少蚀刻工艺中的可变性。

26、所述稀有气体回收系统可以包括被配置成从所述经组合的排气中去除酸性气体的酸性气体去除模块。

27、所述稀有气体回收系统包括被配置成对所述经组合的排气实施洗涤过程的湿式洗涤器。所述稀有气体回收系统可以包括被配置成对从所述湿式洗涤器输出的气体流实施干燥过程的干燥器。

28、所述泵送系统可以包括：多个泵，所述多个泵中的每一泵被配置成泵送来自所述多个处理室中的相应一者的排气；以及多个全氟化合物(pfc)去除或转化模块，所述全氟化合物(pfc)去除或转化模块被配置成从由所述多个泵输出的气体流中去除pfc或将所述pfc转化成其他化合物，每一个或所述多个pfc去除或转化模块耦接到所述多个泵中的相应一者。所述pfc去除或转化模块中的一者或多者可以包括燃烧器、等离子体反应器、组合等离子体催化(cpc)模块和/或减排装置。

29、优选地，所述pfc去除或转化模块包括等离子体反应器或使用等离子体的模块。

30、等离子体将pfc转化成可以溶解在合适配料的(经处理的)水中的气体。然后，可以例如通过湿式洗涤器从所述系统中连续去除等离子体副产物，并且可以将其例如排放到通常在制作工厂(fab)的蚀刻区中的设施酸排放和排尽系统中。有利地，湿式洗涤器往往不大，并且往往不对酸排放和排尽装置增加额外负荷。

31、因此，pfc和自燃气体往往在进入真空泵模块之前被破坏。这有利地往往意指，例如出于易燃性保护目的，在泵中可以使用较少氮气吹扫。通过减少所使用的额外氮气吹扫气体的量，往往避免去除氮气吹扫气体，这将给系统增加额外复杂性并增加其占用空间和拥有成本。

32、有利地，湿式洗涤器(其可以是配料湿式洗涤器)可以通过酸排放装置去除前级管线等离子体副产物。稀有气体可以行进通过到气相色谱分离模块，并且然后可以精制氪气或氙气。这往往实现最小化变压吸收(psa)单元，所述变压吸收(psa)单元可以在使气体通过气相色谱柱之前有效地使稀有气体和/或其他污染物与氪气或氙气分离。psa往往在略高于大气压力的压力(大约5psi)下实现净化，这往往意味着较低的操作能量或成本要求。

33、有利地，使用等离子体反应器和湿式洗涤器来去除pfc和自燃气体往往减少系统的整体占用空间。例如，处理室中的蚀刻工艺可以在使用pfc的同时使用氪气。即使在所述工艺中有时只有氪气流动，其中系统从多个异步室回收氪气，所述系统也允许氪气和pfc一起流动。等离子体可以用于使pfc反应成可以溶解在湿式洗涤器中的水中的产物，使得可以从系统去除pfc。替代方法将是使用吸收器，所述吸收器可以位于真空前级管线中或大气管线中。如果吸收器位于真空前级管线中，则其可能必须非常大以确保其并不引起将防止在处理室中实现处理压力的不可接受的限制。因此，占用空间将增加。另一方面，位于泵之后的吸收器将需要针对用于保护泵免受pfc的腐蚀的额外稀释气体定尺寸。因此，大气吸收器将需要被定尺寸成容纳所述流并经常更换，从而产生空间和零件成本。

34、所述稀有气体回收系统可以包括吸气剂模块，所述吸气剂模块包括吸气剂。所述吸气剂可以是钛。

35、泵送系统可以被配置成接收吹扫气体并使所述排气与所述吹扫气体组合；并且所述稀有气体回收系统可以包括：酸性气体去除模块，所述酸性气体去除模块耦接到所述泵送系统并且被配置成从从所述泵送系统接收的所述经组合的排气中去除酸性气体；真空变压吸附模块，所述真空变压吸附模块被配置成接收来自所述酸性气体去除模块的气体流并从所接收的气体流中分离出所述吹扫气体；以及气相色谱分离模块，所述气相色谱分离模块被配置成接收来自所述真空变压吸附模块的气体流，使用气相色谱过程使一种或多种稀有气体与从所述真空变压吸附模块接收的所述气体流的其他组份分离，并且输出所分离的一种或多种稀有气体。

36、所述泵送系统可以包括：多个泵，所述多个泵中的每一泵被配置成泵送来自所述多个处理室中的相应一者的排气；以及多个全氟化合物(pfc)去除或转化模块，所述全氟化合物(pfc)去除或转化模块被配置成从由所述多个泵输出的气体流中去除pfc或将所述pfc转化成其他化合物，所述多个pfc去除或转化模块中的每一者耦接到所述多个泵中的相应一者；并且所述稀有气体回收系统可以包括：被配置成对所述经组合的排气实施洗涤过程的湿式洗涤器；以及任选地，被配置成对从所述湿式洗涤器输出的气体流实施干燥过程的干燥器。所述稀有气体回收系统可以进一步包括：气相色谱分离模块，所述气相色谱分离模块被配置成接收来自湿式洗涤器或干燥器的气体流，使用气相色谱过程来使一种或多种稀有气体与从湿式洗涤器或干燥器接收的气体流的其他组份分离，并且输出所分离的一种或多种稀有气体。所述多个pfc去除或转化模块中的每一者可以包括等离子体，例如等离子体反应器。

37、所述泵送系统可以被配置成接收吹扫气体和另一种吹扫气体，并使所述排气与所述吹扫气体和所述另一种吹扫气体组合；并且所述稀有气体回收系统可以包括：真空变压吸附模块，所述真空变压吸附模块被配置成接收来自所述泵送系统的气体流并从所接收的气体流中分离出所述吹扫气体；包括吸气剂的吸气剂模块，所述吸气剂模块被配置成接收来自所述真空变压吸附模块的气体流，并且从从所述真空变压吸附模块接收的所述气体流中去除气体；以及分离模块，所述分离模块被配置成接收来自所述吸气剂模块的气体流并使所述所接收的气体流中的所述一种或多种稀有气体与所述所接收的气体流中的所述另一种吹扫气体分离，并且输出所述所分离的一种或多种稀有气体。