专利名称：用于回收来自处理系统的热的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明的实施例一般的涉及半导体、平面面板、光电或其它硅与薄膜处理腔室和设备，特别的涉及用于回收来自上述处理系统的热的方法和设备。
背景技术：
在半导体、平面面板、光电和其它硅或薄膜处理系统中，用于处理系统前，许多制程需预热液态或气态试剂。试剂在紧接着使用之前，常以加热器加热，例如使用点加热器或类似的加热设备。处理后，来自处理系统的流出物(如使用过的或是“脏的”水或化学品、 气态排放物等)一般导向废物处理系统来处理和/或处置流出物。通常，在使用较冷的介质处置或稀释流出物之前，流出物需先被冷却或是将热散至周围空气，而接着还需移除所述流出物。
因为预热试剂需要大量能量，这会增加制造成本，所以本发明涉及用于回收来自处置流出物(disposed effluent)的热的方法和设备，以助于减少制造成本。
发明内容
在此公开了用于回收来自处置流出物的热的方法和设备。在一些实施例中，设备包括基板处理系统，其包含配置成用于液态制程的处理腔室；具有第一与第二侧的第一热交换器，并且所述第一热交换器配置成用以在第一与第二侧之间传输热，其中第一侧配置成使液态试剂流经其中并流至处理腔室中，并且其中第二侧配置成使来自处理腔室的流出物流经其中；以及加热器，其设置成与第一热交换器的第一侧顺序连接(in line with), 以在液态试剂进入处理腔室之前，加热该液态试剂。
在一些实施例中，基板处理系统可以包括废热源，其用于提供内储存有废热的第一废流体；第一处理腔室，其具有试剂源，所述试剂源与所述第一处理腔室耦接并配置成将试剂提供到第一处理腔室的内部容积；以及热泵，其耦接在废热源和送入试剂管线之间，所述送入试剂管线使试剂流入处理腔室的内部容积中，热泵配置成将来自废热源的热传输到送入试剂管线中的试剂。在一些实施例中，热泵可以包括压缩机和第一热交换器，其中压缩机耦接成与废热源和热交换器的第一侧顺序连接，并在第一废流体流过热交换器的第一侧之前，加压第一废流体，并且其中第一热交换器的第二侧配置成使试剂流经其中。
在一些实施例中，系统还包括加热器，其设置成与第一热交换器的第二侧顺序连接，以在试剂进入第一处理腔室之前，加热该试剂。在一些实施例中，废热源可以包括下列一个或多个来自配置用于液态或气态制程的处理腔室的流出物、压缩空气系统、空气分离压缩机、来自减弱装置的气态排放物或液态冷却剂、来自电子和/或机械设备的热空气或液态冷却剂等。
在一些实施例中，第一处理腔室系配置成用于液态制程，其中废热源包括配置成用于气态制程的第二处理腔室，并且第二处理腔室提供第一废热当作出自第二处理腔室的气态排放物。
在一些实施例中，系统还包括具有第一与第二侧的第二热交换器，所述第二热交换器配置成用以在第一与第二侧之间传热，其中第二热交换器的第一侧配置成使试剂流经其中并流至第一处理腔室中，并且其中第二热交换器的第二侧配置成使从第一处理腔室排出的第二废流体流经其中。
在本发明的一个方面中，公开了用于回收来自处置流出物的热的方法。在一些实施例中，处理基板的方法包括提供配置成用于液态制程并耦接热交换器的处理腔室，热交换器具有用于使液态试剂流入处理系统的第一侧和用于使来自处理腔室的流出物(直接或从中间贮存部分抽吸)流动的第二侧；通过把热从流经热交换器第二侧的流出物传输到流经热交换器第一侧的试剂，来预热该液态试剂；以及利用设置在热交换器与处理腔室之间的加热器，以将经预热的液态试剂加热到期望温度。
在一些实施例中，处理基板的方法包括使液态试剂流过热交换器的第一侧，以预热液态试剂；利用加热器，以将经预热的液态试剂加热到期望温度；使经加热的液态试剂流至配置成用于液态制程的处理腔室；以及使来自腔室的制程流出物(直接或从中间贮存部分抽吸)流经热交换器的第二侧，以预热流经热交换器第一侧的液态试剂。
在一些实施例中，处理基板的方法可以包括使试剂流经耦接至废热源的热泵，以通过将来自废热源的热传输到试剂而加热试剂；以及使经加热的试剂流至处理腔室，以处理基板。在一些实施例中，处理基板的方法可以包括使试剂流经第一热交换器的第一侧，以通过传输来自加压废热流体且流经热交换器第二侧的热而加热试剂；以及使经加热的试剂流至处理腔室，以处理基板。在一些实施例中，废热源或废热流体可以包括下列一个或多个来自配置成用于气态制程的处理腔室的液态废流体、排出物或液态冷却剂；压缩空气系统；空气分离压缩机；来自减弱装置的气态排放物或液态冷却剂；来自电子和/或机械设备的热空气或液态冷却剂等。
其它和进一步的实施例将在下面详细描述。
为让本发明的上述特征更明显易懂，可参考实施例对上面简要阐述的本发明进行更加具体的描述，部分实施例在附图中示出。应当注意，虽然附图仅示出了本发明的典型实施例，但是不能因此将附图视为对本发明范围的限制，本发明还可以有其他等效实施例。
图1示出了根据本发明的一些实施例的处理系统。
图2示出了根据本发明的一些实施例的半导体处理系统。
图3-3A示出了根据本发明的一些实施例的半导体处理系统。
图4示出了根据本发明的一些实施例的处理系统。
图5示出了根据本发明的一些实施例的处理系统。
图5A示出了根据本发明的一些实施例的热回收设备。
图6示出了根据本发明的一些实施例的用于回收来自处置流出物的热的方法的流程图。
图7示出了根据本发明的一些实施例的用于回收来自处置流出物的热的方法的流程图。
图8示出了根据本发明的一些实施例的用于回收来自处置流出物的热的方法的流程图。
为便于理解，在可能的情况下，相同的附图标记表示各图中共用的相同的组件。上述附图并未按比例绘制，并且可以经简化以便于说明。
具体实施例方式在此公开了用于回收和利用来自处理系统中的处置流出物(disposed effluent) 的热的方法和设备。本发明的方法和设备通过在相同和/或其它处理系统中使用之前，利用来自处理系统的废热(如来自处理腔室的处置流出物和由处理系统的其他部件产生的废热)来预热流体，以有利的促进减少基板处理系统(如半导体、平面面板、光电或其它硅和薄膜处理系统)中的能量消耗。减少处置流出物的热更有益于处置流出物的后续处理， 例如利用减弱(abatement)或其它处置手段。
图1示出了根据本发明的一些实施例的示意性处理系统。处理系统1可以操作需要加热的输入(气体或液体)的制程。在图1的示例中，输入2(如冷的超纯水(UPW))供给处理腔室3。处理系统还包括多个废热源4、5、6。废热源可以是处理设备、减弱设备、空气调节设备等，其将详述于下。在一些实施例中，废热源(如废热源4)可以是来自处理腔室3本身的处置流出物(如连接处理腔室3与废热源4的虚线所示)。处理系统1包括一个或多个热泵7，用以传输废热源5、6的热，进而在流出物系统10中进行处置前，加热处理腔室3的输入。如果兼容，则可聚集废热源5、6，并使用相同的热泵(如图所示)。或者，不兼容的废热可使用独立热泵系统(未示出)。可选的，预热器(如热交换器8)可用于在流出物系统11中进行处置前，将来自排放物/流出物且不与热泵7兼容的热传输到处理腔室 3的输入2。在一些实施例中，流出物系统10、11是相同的流出物系统。可选的，可以设置加热器9以在必要时进一步将输入2加热到期望制程温度。该系统的很多变化形式将在下面描述。
图2示出了根据本发明的一些实施例的基板处理系统100。半导体处理系统 100包括处理腔室102，所述处理腔室102配置为执行湿式制程(如湿台制程(wet bench process)).处理腔室102可以是为液态制程所配置的任何适合的处理腔室，所述液态制程具有需加热的送入液态试剂和可回收热的处置流出物。适合的处理腔室可以包括任何单一基板或批量清洁系统，例如用于湿式化学蚀刻或清洁(如预热或剥除后湿式清洁)的腔室等。示例性处理腔室包括可从Santa Clara，California的Applied Materials, Inc.购得的 OASIS STRIP 或 OASIS CLEAN 腔室。
如图1所示，处理腔室102可以包括用于支撑基板114的基板支撑件112。基板 114可以是待处理的任何适合材料，例如结晶硅(如Si<100>或Si<lll>)、氧化硅、应变硅、 硅锗、掺杂或未掺杂多晶硅、掺杂或未掺杂硅晶圆、图案化或未图案化晶圆、绝缘层上覆硅 (silicon on insulator ;S0I)、碳掺杂氧化硅、氮化硅、掺杂硅、锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石、 显示器基板(如液晶显示器(LCD)、等离子显示器、电致发光(EL)灯显示器等)、太阳能电池阵列基板、发光二极管(LED)基板等。基板114可以具有各种尺寸，例如直径200毫米 (mm)或300mm的晶圆、和矩形或方形面板。基板114的正面可以是亲水性、疏水性或其组合。正面可以经图案化，或具有置于其上的一个或多个图案化层(例如光掩模)。
基板114可以放置在形成于基板支撑件112表面上的凹部116中。凹部116可以
6例如用来使基板114浸没于试剂浴中。试剂由设置在支撑件112上方的喷嘴118供应。凹部116不限于形成在基板支撑件表面中的凹陷。因此，凹部116例如可以由基板周围用来支撑基板114的边环或托架(未示出)形成，其中基板114形成凹部的基底。基板支撑件还可以包括设置在基板114的背侧的下方约3毫米(mm)处的板(未示出)。板包括换能器 (transducer)(未示出)，所述换能器能够发射兆频超声波频率范围或约800到约2000kHz 的声音。
流体进料口(未示出)可以设置在基板支撑件112中并穿过板来供应流体，进而在处理过程中供应液体以填充板与基板114背侧之间的约3mm的间隙(未示出)。液体可以当作用于将兆频超声波能量传输到基板114的载体，例如做为清洁制程期间的提供搅动的手段或做为加热晶圆的方式。基板支撑件112还可以包括升降/旋转构件(未示出)，其例如可以用来可控制地将试剂均勻地散布在整个基板114的正面。处理腔室102的顶部可以包括过滤器(未示出)，用以清洁流入处理腔室中并到达基板114前侧上的空气。
喷嘴118可以在处理腔室102的壁面处耦接到送入流体管线(incoming fluid line) 104。喷嘴可以放置成将气流、蒸气或液体引导至基板114的正面。在一些实施例中， 喷嘴118可以分配试剂来填充凹部116，从而使基板114的正面浸没于试剂中。在一些实施例中，喷嘴可以分配且均勻散布试剂在整个基板114的正面。例如，通过以足够让试剂覆盖基板114正面的流速从喷嘴分配试剂，同时维持足以让试剂覆盖基板114正面的转速，可以用试剂覆盖正面。
试剂源108经由送入流体管线104耦接至处理腔室102，以例如通过喷嘴118将液态试剂提供给处理腔室102。加热器120可以沿着流体管线104设置，用于在液态试剂在处理腔室102中使用前，加热流经流体管线104的液态试剂。加热器120可以设置在沿着流体管线104的任何适当点上，例如尽量靠近处理腔室102以使热损失最小化。加热器 120例如可以是使用点加热器(point of use heater)或其它用于将试剂加热到期望温度的适合加热设备。例如，在一些实施例中，通过试剂源108供应的液态试剂可以在约15°C至约180°C。在一些实施例中，加热器120可以将液态试剂加热到约35°C至约180°C。
热交换器103设置成与加热器120上游的送入流体管线104顺序连接(in-line with)，以将来自于试剂源108的液态试剂在流过加热器120之前进行预热。热交换器103 一般包括第一侧和第二侧，其稳健地热耦接，用于在二者之间传热。热交换器103的第一侧顺序连接耦接至送入流体管线104，以使试剂源108所供应的液态试剂流经其中。热交换器 103的第二侧顺序连接耦接至处理腔室102的流出物管线106，以使来自处理腔室102的流出物流经其中。
来自处理腔室102的流出物中所储存的热通过热交换器103传输到提供给处理腔室102的液态试剂。例如，在一些实施例中，在处理之后从处理腔室102排放的流出物可以处于约30°C至约180°C之间的温度。因此流出物中所储存的热可用来对提供给处理腔室 102的液态试剂进行预热，从而减少加热器120加热液态试剂所需的功率。在一些实施例中，利用从流出物管线106传输的热来预热液态试剂，可以减少加热器120的能量消耗至少约 20%。
热交换器103可以是用于在两个液体之间交换热的任何适合的热交换器，并且根据实际可用空间而可以具有任何适当尺寸。在一些实施例中，热交换器103可以是非加压系统，其中流出物可以在重力的作用下流过热交换器的第二侧。在一些实施例中，热交换器 103可以是加压系统，其中流出物例如可以收集在槽或中间贮存部分105中，并可以被抽吸通过热交换器的第二侧。
尽管图示为独立部件，但是在一些实施例中，热交换器103可以与加热器120整合成提供上述两种功能的单一装置。在一些实施例中，热交换器103可以与处理腔室102整合，从而在通过热交换器输送到处理腔室之前，液态试剂只需加热至较低温度，所述热交换器可以将液态试剂温度提升至期望处理温度、或可以具有构造为连接加热器的出口。
流出物管线106可以耦接至处理腔室102的基底。处理腔室102的基底不需如图 1所示呈水平，且通常可以倾斜以使得处置流出物朝向单一位置流动，例如设置在基底中并与流出物管线106相连的排放设备。处理腔室102的流出物例如流过流出物管线106而至用于处理和/或处置流出物的流出物系统110。流出物系统110例如可以包括减弱系统或用于处置流出物的其他适合系统。
送入流体管线104可以包含有助于在流出物管线106与流体管线中的液态试剂之间稳健地进行传热的任何适当材料。流出物管线106可以包含有助于在流出物与流体管线 104之间稳健地进行传热的任何适当材料。在一些实施例中，材料可以具有高热导率(如大于或等于约300W/mK)。在一些实施例中，热导率可以较低(例如在由于材料兼容性而需使用聚合物的情况下)。在一些实施例中，材料可以包括铜、钢、不锈钢、镀锌钢、钛、钨、高镍含量的合金、碳、聚合物、硅、覆硅金属、铝、碳、石英、陶瓷与玻璃、以及陶瓷和/或玻璃涂覆材料中的至少一种。在一些实施例中，还可以根据与试剂的化学兼容性来选择送入流体管线104的材料。在一些实施例中，还可以根据与处置流出物的化学兼容性来选择流出物管线106的材料。
如上所述，流出物管线106的一部分(即热交换器103的第二侧)热耦接至送入流体管线104的一部分(即热交换器103的第一侧)。或者，流出物管线106可以盘绕在流体管线104周围、或以任何适当配置热耦接至送入流体管线104，以使得在流出物管线106 中流动的流出物与在送入流体管线104中流动并流向处理腔室102的液态试剂之间的传热最大化(例如，流出物管线106和送入流体管线104的配置实质构成热交换器)。可选的或附加的，流出物管线106的一部分可以热耦接至试剂源108，以助于将热传输到流体管线 104中的试剂。
处理系统100还包括耦接至处理腔室102的控制器122，用以控制其运作和/或控制处理系统100的一个或多个其它部件。控制器122 —般包含中央处理单元(CPU)、内存和支持电路(未示出)。控制器122直接或利用与每个腔室部件相关的单独控制器(未示出)来控制处理腔室102和各种腔室部件。在一些实施例中，可以使用其它控制组件，例如不含CPU的工业控制器。
操作时，首先，液态试剂可以从试剂源108流入送入流体管线104，并且通过加热器120被加热到期望温度。试剂接着流入处理腔室102中并通过喷嘴118到达基板114。 试剂与来自基板114或设置于基板114上的材料反应和/或变成污染物，从而形成流出物。 流出物通过流出物管线106在腔室102的基底处排出。流出物管线106通过热交换器103 将来自流出物的热传输到流体管线104中的液态试剂。由于从流出物回收的热而升温的液态试剂在进入处理腔室102之前，只需从加热器120获得较少能量。因此，从流出物回收的热可以减少处理系统100( —些实施例包括加热器120)的能量消耗。
或者，外部废热源可代替上述来自处置流出物的内部循环废热来提供废热。采用外部废热源的示例性处理系统将在下面说明并在图3中示出。
图3示出了根据本发明的一些实施例的基板处理系统。半导体处理系统包括半导体处理系统300和废热重获(recapture)系统301，所述废热重获系统301构造为预热用于系统300的试剂。半导体处理系统300实质类似于处理系统100。但是，不像流出物管线 106供给系统100废热，将中间贮存部分105耦接到流出物系统110的流出物管线107不提供废热给系统300中的送入流体管线104。
废热重获系统301包括热泵124，该热泵IM通过废热导管125耦接至废热源123 并耦接到系统300的送入流体管线104(或其它期望被加热的流体管线)。废热重获系统 301利用来自废热源123的废热来预热流过送入流体管线104的试剂。
废热源123可以是来自液态或气态制程或其它晶圆厂(fab)设备的任何适合废热源，例如出自加热浴的液态化学品、来自配置用于气态制程的处理腔室的液态冷却剂或气态排放物、处理泵堆栈、其它腔室设备(如等离子源、加热器、热水排放装置等)、压缩空气系统、空气分离压缩机、空气压缩机、来自减弱装置的气态排放物或液态冷却剂、来自电子和/或机械设备的热空气或液态冷却剂等。热泵1 设置成与废热导管125顺序连接。废热导管125还将废热源123耦接到排放系统129。排放系统1 例如可以是减弱系统或其它适合的废物处理系统。废热导管125通常可以用于将从废热源123排放的气态流出物输送到排放系统129。
在一些实施例中，热泵IM包括压缩机1 和热泵热交换器128。尽管图示为独立部件，但是在一些实施例中，热泵IM还包括(如可以整合)加热器120或具有不同的加热器。热泵的操作可以类似于液体到水的地热热泵(liquid to water geothermic heat pump)。或者，如果需要加热器，则热泵IM可选择性的耦接至加热器(例如加热器120)。
在一些实施例中，压缩机1 可以设置成与废热源123和热泵热交换器1 之间的废热导管125顺序连接。压缩机1 可以是用于压缩气态流出物的任何适合装置。增加气态流出物的压力可提高废热导管125中的流出物温度，而有助于改善热泵热交换器1 中的传热。
热泵热交换器1 可以是用于交换废流出物与送入流体之间的热的任何适合热交换器，并且可以根据实际可用空间具有任何适当尺寸。热泵热交换器1 设置成与加热器120 (若有)上游的送入流体管线104顺序连接，以在来自试剂源108的试剂进入处理腔室102(或使用加热试剂的其他位置)之前，预热该试剂。热泵热交换器1 一般包括第一侧和第二侧，其稳健地热耦接，用于在二者之间传热。热泵热交换器1 的第一侧耦接成与送入流体管线104顺序连接，以使得试剂源108供应的试剂流经其中。热泵热交换器1 的第二侧耦接成与废热导管125顺序连接，以使得废热源123的流出物流经其中。
操作时，流经该送入流体管线104的试剂可以在热泵热交换器128内通过流经废热导管125的废流出物的热的传热而被加热。废流出物在流经热泵热交换器1 之前被压缩机1 压缩，可以增进通过废流出物的温度提高而产生的传热。
来自废热源123的废流出物中所储存的热通过热泵热交换器1 被传输到供给处理腔室102的试剂。例如，在一些实施例中，从废热源123排放的气态流出物可以处于约30°C至约90°C的温度。因此气态流出物中所储存的热可以用来预热供给处理腔室102的试剂，从而减少或免除加热器120将液态试剂加热到期望温度所需的功率。在一些实施例中， 利用从废热导管125传输的热来预热试剂，可减少加热器120的能量消耗。在一些实施例中，从废热导管125传输的热可完全免除使用加热器120来进一步加热。
至少在热泵热交换器128内，送入流体管线104和废热导管125可以包含任何制程兼容的适当材料，所述材料有助于在废热导管125与流体管线的流体之间稳健地传热。 在一些实施例中，材料具高热导率(如大于或等于约300W/mK)。在一些实施例中，热导率可以较低，例如由于材料兼容性而需使用聚合物的情况。在一些实施例中，材料可以包括铜、 钢、不锈钢、镀锌钢、钛、钨、高镍含量的合金、碳、聚合物(如聚甲基戊烯(PMP，例如TPX )、 聚苯硫醚(PPS)、聚四氟乙烯(PTFE)和其它氟化或交联氟化聚合物等非限定示例)、硅、覆硅金属、铝、碳(包括结晶、无定形和玻璃状石墨)、石英、陶瓷、玻璃、复合物、以及陶瓷和/ 或玻璃涂覆材料中的至少一种。在一些实施例中，还可以根据与各自流贯流体的化学兼容性来选择送入流体管线104和/或废热导管125的材料。
如上所述，废热导管125的一部分(如热泵热交换器128的第二侧)热耦接至送入流体管线104的一部分(如热泵热交换器128的第一侧)。废热导管125可以盘绕于流体管线104的周围、或以任何适当配置热耦接至送入流体管线104，以加强或最大化在废热导管125中流动的流出物与在送入流体管线104中流动而流至处理腔室102的试剂之间的传热。可选的或附加的，废热导管125的一部分可以热耦接至试剂源108，以助于把热传输到流体管线104中的试剂。
在一些实施例中，如图3A所示，热泵IM可以采用热泵124的内部导管内含传热流体的封闭回路系统。内部导管的一部分形成具有废热导管125的第一热泵热交换器128A 的一部分。内部导管的另一部分形成具有送入流体管线104的第二热泵热交换器128B的一部分。操作时，热泵1 通过第一热泵热交换器128A将来自废热源的热传输到热传流体，以蒸发热传流体。蒸发的热传流体接着经压缩机126压缩并被抽吸至第二热泵热交换器U8B，以将来自热传流体的热传输到在送入流体管线104中流动的流体。图3A中的热泵配置可用于在此所述的任何热泵实施例。
回到处理腔室102，流出物管线107可以耦接至处理腔室102的基底。处理腔室 102的基底不需如图1所示呈水平，且通常可以是倾斜的，以使得处置流出物朝单一位置流动，例如设置在基底中并与流出物管线107相连的排放设备。处理腔室102的流出物例如流过流出物管线107而至用于处理和/或处置流出物的流出物系统110。在一些实施例中， 处置流出物例如可以收集在槽或中间贮存部分105(其设置在流出物管线107中)。在一些实施例中，处置流出物可以从中间贮存部分105抽吸并且通过热交换器(热泵热交换器 128或不同的热交换器)，以进一步预热送入流体管线104中的试剂，这将参照图4在下面说明。
处理系统300还包括耦接至处理腔室102的控制器122，用以控制其运作和/或控制处理系统300和/或废热重获系统301的一个或多个其它部件。控制器122 —般包含中央处理单元(CPU)、内存和支持电路(未示出)。控制器122直接或利用与每个腔室部件相关的单独控制器(未示出)来控制处理腔室102和各种腔室部件。在一些实施例中，可以使用其它控制组件，例如不含CPU的工业控制器。
操作时，试剂可以从试剂源108流入送入流体管线104并经热泵124加热达到期望温度。从废热源123排放的流出物经压缩机1 加压，因此提高流出物温度。加压的流出物流过热泵热交换器128的第二侧并把热传输到送入流体管线104中的试剂。预热的试剂接着可以流入处理腔室102并通过喷嘴118到达基板114。试剂与来自基板114或设置于基板114上的材料反应和/或变成污染物，从而形成流出物。流出物通过流出物管线106 在腔室102的基底处排出到流出物系统110。可选的，如果试剂需要额外加热，则可以在进入处理腔室102前，使用加热器120来进一步预热试剂。
图3中所示的处理系统还有替代实施例。例如，系统300是示例性的，并可以配置用于液态制程以外的制程，例如气态制程(其中试剂可以是气态试剂)。另外，废热重获系统301的配置是示例性的，并可以配置成其它适合布置。例如，废热重获系统301不需配置来处置气态流出物。例如，废热重获系统301可以是用于移除热的封闭回路系统，例如冷冻单元(refrigeration unit)或其它采用热泵的封闭回路系统。例如，封闭回路系统的热处置侧可以耦接至送入流体管线104。
另外，上述系统100、300的实施例可以结合成一个处理系统。示例性系统组合将在下面说明，并在图4-5中示出。
例如，图4示出了根据本发明的一些实施例的半导体处理系统。例如，半导体处理系统400可以包括处理系统100和处理系统450。半导体处理系统400可以是生产线的示例性部分，该生产线还可以包含多个互连处理系统，而不限于所述的两个系统。如图4所示，第二处理系统450可以在送入流体管线104处耦接至处理系统100，以在试剂进入处理腔室102之前协助试剂的预热。类似上述概念，处理系统400可以有助于回收来自两个处理系统100、450的废热。
处理系统100基本如上所述。如图4所示，处理系统100包括热交换器103，所述热交换器103设置成与加热器120上游的送入流体管线104顺序连接，以在来自试剂源108 的试剂流过加热器120之前，预热该试剂。
半导体处理系统450示出了二级系统的一个具体示例，其用做上述废热重获系统 301的一部分。半导体处理系统450包括处理腔室452，所述处理腔室452可以配置用于气态制程。处理腔室452可以包括上述示例的气态处理腔室。另外，处理腔室452可以包括采用气态制程的任何适合系统，例如压缩空气系统、减弱系统、空气分离压缩机等。
处理系统450包括热泵454，所述热泵妨4设置成与加热器120(若有)上游的送入流体管线104顺序连接，以在来自试剂源108的试剂流入处理腔室102之前，预热该试剂。热泵妨4 一般包括压缩机456和热泵热交换器458。压缩机456可以设置成与处理腔室452的排放管线160顺序连接。压缩机456可以是用于加压气态流出物的任何适合压缩机，例如上述的压缩机126。
热交换器458例如设置在压缩机456的下游，从而从腔室452排放的气态流出物将在进入热交换器458之前，进入压缩机456。热交换器458可以基本类似于热泵热交换器128，除了须注意热交换器458包含系统100的部件(送入流体管线104的一部分)和系统450的部件(排放管线160的一部分)之外。热泵热交换器458包括第一侧和第二侧， 其稳健地热耦接，用于在二者之间传热。热泵热交换器458的第一侧耦接成与送入流体管线104顺序连接，以使得试剂源108供应的试剂流经其中。热泵热交换器458的第二侧耦接成与处理腔室452的流出物管线460顺序连接，以使得处理腔室452的加压气态流出物流经其中。
来自处理腔室452的气态流出物或液态冷却剂中所储存的热通过热泵妨4传输到供给处理腔室102的试剂。例如，在一些实施例中，处理之后从处理腔室452排放的气态流出物或液态冷却剂可以处于约30°C至约300°C之间的温度。排放的气态流出物或液态冷却剂经过压缩机456加压后可提高温度。因此加压的气态流出物中所储存的热可以用来预热供给处理腔室102的试剂，从而减少加热器120加热液态试剂所需的功率。在一些实施例中，利用从气态流出物管线460传输的热来预热液态试剂，可减少加热器120的能量消耗。 当与通过热交换器103回收的热结合时，从气态流出物管线460和流出物管线106传输的结合热可进一步减少加热器120的能量消耗，并且可以不需使用加热器120。
流出物管线460可以耦接至处理腔室102的基底。从处理腔室452排放的流出物例如流经流出物管线160而到达用于处理和/或处置流出物的流出物系统462。流出物系统462例如可以包括减弱系统或用于处置流出物的其他适合系统。
流出物管线460可以包含有助于在气态流出物与流体管线104之间稳健地进行传热的任何适当材料。在一些实施例中，材料可以具有高热导率(如大于或等于约300W/ mK)。在其它实施例中，热导率可以较低，例如由于材料兼容性而需使用聚合物的情况。在一些实施例中，材料包括与排放管线106—起使用的材料。在一些实施例中，还根据与气态制程(例如蚀刻制程或可以产生腐蚀性流出物的其他制程)的化学兼容性来选择流出物管线460的材料。
如上所述，流出物管线460的一部分(如热交换器458的第二侧)热耦接至送入流体管线104的一部分(如热泵热交换器458的第一侧)。例如，流出物管线460可盘绕于流体管线104的周围、或以任何适当配置热耦接至送入流体管线104，以使得在流出物管线 460中流动的流出物与在送入流体管线104中流动并流至处理腔室102的试剂之间的传热最大化。可选的或附加的，流出物管线460的一部分可以热耦接至试剂源108，以助于把热传输到流体管线104中的试剂。
处理系统450还包括耦接至处理腔室452的控制器464，用以控制其运作和/或控制处理系统450的一个或多个其它部件。控制器464基本等同于控制器122，并且直接或利用与每个腔室部件相关的单独控制器(未示出)来控制处理腔室102和各种腔室部件。另外，处理系统400还可以包括中央控制器(未示出)，以直接或利用与每个系统相关的单独控制器(如控制器122、464)来控制每个处理系统(如处理系统100、450)的部件。
操作时，试剂可以从试剂源108流入该送入流体管线104。在一些实施例中，试剂可以首先经加热器120加热达到期望温度。试剂接着流入处理腔室102中并通过喷嘴118 到达基板114。试剂与来自基板114或设置于基板114上的材料反应和/或变成污染物，从而形成流出物(如第一流出物)。流出物通过流出物管线106在腔室102的基底处排出。 流出物管线106通过热交换器103将来自流出物的热传输到流体管线104中的试剂。同样地，第二流出物通过流出物管线460排出腔室452并按路径到达热泵454。第二流出物经压缩机456加压，流出物管线460通过热泵热交换器458将来自加压的第二流出物的热传输到流体管线104中的液态试剂。由于从第一与第二流出物回收的热而升温的试剂在进入处理腔室102之前，只需要从加热器120获得较少能量。因此，从流出物回收的热可以减少处理系统400的能量消耗。
处理系统400还有替代实施例。例如，处理系统100可选择性的不包括热交换器 103，并且可以只由处理系统450的热泵妨4来预热。在另一替代实施例中，如果废热回收系统(如热交换器103和热泵454)足以将送入流体预热到操作温度，则可选择性的不包括加热器120。在一些实施例中，热交换器103可以位于热泵454的下游。
处理系统400还有其它替代实施例。例如，两个处理腔室102、452都可以是湿台、 或都可以配置用于气态制程。
图5示出了根据本发明的一些实施例的半导体处理系统。例如，半导体处理系统 500可以类似于处理系统100和处理系统450，除了来自两个处理系统的废热都通过共用的热交换设备502之外。类似于处理系统400，半导体处理系统500可以是生产线的示例性部分，该生产线还可以包含多个互连处理系统，而不限于所述的两个系统。如图5所示，热交换设备502可以在送入流体管线104处耦接处理系统100、450，以在试剂进入处理腔室 102之前，协助预热该试剂。类似上述概念，处理系统400可以有助于回收来自两个处理系统100、450的废热。
热交换设备502在图5A中详细示出。热交换设备502包括在单一封闭区内的热交换器103和上述系统400的热泵454的基本所有部件。具体来说，热交换设备502包括包含送入流体管线104的一部分的第一侧和包含多个热交换导管(如图5所示的第一热交换导管558和第二热交换导管50 的第二侧。多个热交换导管可以视为分别的热交换器， 其各自具有一致侧供液态试剂流经其中，或视为单一热交换器，其一侧具有多个导管供废热流体流经其中。压缩机设置于至少一个热交换导管中(压缩机556显示为耦接成与第一热交换导管558顺序连接)。如同上述热泵和热交换器，热交换设备502的第一侧稳健地热耦接至所有配置在第二侧上的热交换导管，以助于尽可能把热从第二侧(废流出物)有效地传输到第一侧(试剂)。
操作时，处理系统500基本类似于上述处理系统400的运作。但是如上所述，来自每个系统100、450的流出物的废热沿着送入流体管线104的共用部分而热耦接至来自试剂源108的送入试剂，其中送入流体管线104的共用部分形成热交换设备502的第一侧。因此，通过使流出物流过各个热交换导管503、558，可以将来自两个系统100、450的废热都传输到送入试剂。或者，根据每个处理系统的工作周期(duty cycle)，可以通过交替使用每个热交换导管503、558来将废热热传输至送入试剂。可以依每个处理系统100、450的工作周期所指定的任何适合方案，来将废热传输到送入试剂。例如，如果处理系统450的工作周期为系统100的两倍，则使用热交换导管558预热来自试剂源108的送入试剂的次数约为热交换导管503的两倍。另外，上述系统500的任何操作方案都可以与系统400 —起使用。
处理系统500还有替代实施例。例如，处理腔室102、452可以是湿台。在一些实施例中，在供给每个湿台的化学品为化学性兼容的情况下，排放管线106、460可以馈入共用管线(未示出)。共用管线例如可以用作共用热交换器的第二侧，其取代热交换导管503、 558的分别的第二侧。另外，共用管线可以馈入共用排放系统，其取代分别的排放系统110、 462。还可有其它替代实施例。例如，两个处理腔室102、452可配置用于气态制程。在一些实施例中，在供给每个腔室的气态试剂为化学性兼容的情况下，系统500可以配置成上述类似配置。此外，在所述任一实施例中，如果来自不同来源的废热流出物是兼容的，则可以在其进入共用热泵前，先聚集在一起。
大致是在进入处理腔室前预热试剂的背景下描述了上述处理系统的实施例。但是，其它设备也可受益于本发明。例如，离子交换器(如用于产生超纯水(如液态试剂))可受益于本发明。例如，在使再生水流过离子交换器之前，上述设备可以利用来自处置流出物的热来预热再生水。例如，通过移除交换器中收集的离子物种，再生水可以用于清洁或再生离子交换器。在一些实施例中，上述设备可以用来重获废热以驱动卤化聚合物(如并入卤素原子以附接其主链的聚合物)次大气压酸蒸馏/纯化系统和/或树脂基(resin based) 浓缩器，以回收废酸(如氢氟酸(HF)、氢氯酸(HCl)、硝酸(HN03)或其它废化学品)、并将其送回用于制程中当作试剂或清洁液。
处理基板的方法将在下面描述。本发明的方法可用于上述的本发明处理系统，但是其它处理系统也可受益于本发明的方法。
图6是根据本发明的一些实施例的用于回收来自处置流出物的热的方法600的流程图。将参考图2、4和5所示的系统100在下面描述方法600。方法600 —般开始于步骤 602，通过提供耦接至热交换器的处理腔室，例如上述处理腔室102和热交换器103。如上所述，热交换器103具有用于使液态试剂流到处理腔室102的第一侧(如与送入流体管线 104顺序连接)和用于使流出物从处理腔室102流出的第二侧(如与流出物管线106顺序连接)。流出物管线106可以采用任何适当配置来热耦接至流体管线104，以在流出物系统 110中处置之前，使从流出物回收的热最大化。在一些实施例中，流出物可以流入中间贮存部分105，然后从中间贮存部分105流向热交换器103的第二侧。
在步骤604中，通过热交换器103来预热液态试剂。例如，通过扩散进入流出物管线106的材料，可以回收来自流出物的热。该材料可包括如上述的具有高热导率的任何材料。从流出物管线106，热可以扩散进入流体管线104并最终流至沿着流体管线104的热耦接至流出物管线106的一部分流动的或静置的试剂。
液态试剂例如可以包括水、超纯水、去离子水等，其例如可以用于在湿式化学蚀刻或湿式化学清洁制程期间润洗基板114。另外，液态试剂可以包括在处理腔室102中使用之前需加热的任何适合化学品和/或化学溶液。例如，适合的化学品和/或化学溶液可以包括用于湿式剥除或湿蚀刻制程的化学品，例如氢氯酸(HCl)、氢氟酸(HF)、氢氧化铵(NH4OH)、 过氧化氢(H2O2)、磷酸(H3PO4)或硫酸Ol2SO4)等。
虽然上述示例涉及湿蚀刻、湿式剥除和湿式化学清洁制程，但是其可应用到采用所述液态试剂的任何其他硅处理。
在传热之前液态试剂的温度可以约为室温、或在约15°C至约180°C之间。从流出物回收的热可以将液态试剂预热到约30°C至约180°C之间的温度。
在步骤606中，利用例如加热器120，将液态试剂预热到期望温度。例如，加热器 120可以将试剂加热到高达约180°C、或在约35°C至约180°C之间。一旦将液态试剂加热到期望温度，通过使加热的液态试剂流入处理腔室102，如此方法600即大致结束。
或者，图7是根据本发明的一些实施例的用于回收来自处置流出物的热的方法 700的流程图。将参考图2来说明方法700，但是方法700也可以与图4_5中所示的系统 400和500 —起使用。在步骤702中，使液态试剂流过热交换器103的第一侧(如与送入流体管线104顺序连接)，以预热液态试剂。在步骤704中，通过加热器120，将已预热的液态
14试剂加热到期望温度。在步骤706中，使已加热的液态试剂流入处理腔室102，其中已加热的液态试剂可以用于液态制程，例如对基板114的湿式化学蚀刻。已加热的液态试剂变成污染物和/或与基板114反应以形成流出物。流出物保留了来自加热的液态试剂中的至少部分热。在步骤708中，使流出物从处理腔室102流过热交换器103的第二侧(如与流出物管线106顺序连接)，以预热流过热交换器103的第一侧(如步骤710中所示)的液态试剂。在一些实施例中，制程流出物可以流入中间贮存部分105，然后从中间贮存部分105流向热交换器103的第二侧。
图8示出了根据本发明的一些实施例的用于回收来自处置流出物的热的方法800 的流程图。方法800可以与图3-5中的任一个一起使用，并且大致上参考图4-5进行说明。 方法800 —般始于步骤802，其提供废热源，例如上述具有热泵454的处理腔室452。如上所述，热泵妨4可以包括压缩机456和热泵热交换器458。压缩机456用来加压从处理腔室 452排放的流出物或在热泵454的内部导管中流动的传热流体。对于排放的流出物或传热流体进行加压，将依据理想气体定律行为而提高流出物或传热流体的温度。热泵热交换器 458具有用于使液态试剂流至第二处理腔室(如处理腔室10 的第一侧(如与送入流体管线104顺序连接)和用于使加压的流出物从处理腔室452流出的第二侧(如与流出物管线 460顺序连接)。流出物管线460可以采用任何适当配置来热耦接至流体管线104，以在流出物系统462中处置之前，使从流出物回收的热最大化。或者，热泵妨4可装配有内部传热回路，所述内部传热回路用于在热泵的第一部分(用于将热从废热源传输到传热流体)与热泵的第二部分(用于将热从传热流体传输到流体管线中的试剂)之间循环传热流体。
在步骤804中，使第一流出物排出废热源(如处理腔室45幻。第一流出物可以是气态形式的，并且例如是半导体制程(例如蚀刻制程、沉积制程或产生可回收废热的流出物的任何适当制程)的制程气体或气态副产物。可选的或附加的，可以获取来自处理系统的其它来源的废热，例如来自压缩气体系统、空气分离压缩机、泵、电子和/或机械设备、减弱装置等。或者，废热可以通过液态冷却剂获取。
可选的，在步骤806中，可以加压第一流出物。例如，压缩机456可以压缩第一流出物，由此提高第一流出物的温度。通过加压提高温度可以有助于改善第一流出物与待加热试剂之间的传热。或者，第一流出物可按路径通过热泵，以将热传输到传热流体，其接着经过加压并被抽吸通过热泵而到达用于加热流体管线中的试剂的部分。
在步骤808中，通过将来自第一流出物的废热传输到试剂，可以预热试剂。例如， 试剂可以静置于或流动通过送入流体管线104的耦接至处理腔室(如处理腔室10 的部分(如热泵热交换器458的第一侧或耦接至热泵454的一部分)。通过传输来自第一流出物的流动通过或静置于排放管线460的一部分(如热泵热交换器458的第二侧或耦接至热泵454的一部分)的废热，可预热试剂。
试剂例如包括水、超纯水、去离子水等，其例如可以用于在湿式化学蚀刻或湿式化学清洁制程期间润洗基板114。另外，液态试剂可以包括在处理腔室102中使用之前需加热的任何适合化学品和/或化学溶液。例如，适合的化学品和/或化学溶液可以包括用于湿式剥除或湿蚀刻制程或湿式清洁制程的酸、碱和/或溶剂，例如氢氯酸(HCl)、氢氟酸(HF)、 氢氧化铵(NH4OH)、过氧化氢(H2O2)、磷酸(H3PO4)或硫酸(H2SO4)等。虽然上述示例涉及湿蚀刻、湿式剥除和湿式化学清洁制程，但是本发明可应用到采用所述液态或气态试剂的其他基板处理。
在一些实施例中，举例来说，传热前试剂的温度可以约为室温、或在约15°C至约 30°C之间。从流出物回收的废热可将试剂预热到约30°C至约180°C的温度。
在一些实施例中，如步骤814所示，接着使已加热的试剂流入处理腔室以供使用。 一旦将加热的试剂提供至处理腔室102或一些其它目标，方法800大致结束。但是，方法 800还有附加实施例。例如，如果来自加压的第一流出物的废热不足以将试剂预热到处理温度，则可以使用加热器120来进一步将试剂预热到期望处理温度。
另外，废热可回收自其它来源，并可以与从第一流出物回收的废热结合来预热试剂。例如，在处理腔室102处理之后，试剂转化成第二流出物，所述第二流出物从处理腔室 102排放。例如，第二流出物可以包括试剂和副产物材料，例如来自待处理基板的材料。部分由加热试剂组成的第二流出物具有可回收的废热。
在一些实施例中，如以虚线在步骤810中所示，可以使第二流出物排出处理腔室 102。第二流出物可以具有可回收的废热来预热在处理腔室102中待使用的试剂。
就此而言，在步骤812中，通过将来自第二流出物的废热传输到试剂，可以进一步预热用于处理腔室102的试剂。在一些实施例中，通过将来自第二流出物的废热传输通过热泵，以预热试剂。在一些实施例中，通过将来自第二流出物的废热传输通过热交换器，以预热试剂。在一些实施例中，试剂可静置于或流动通过送入流体管线104的耦接至处理腔室(如处理腔室10 的部分(如热交换器103的第一侧)。通过传输来自第二流出物的流动通过或静置于排放管线160的一部分(如热交换器103的第二侧)的废热，可以预热试剂。
热交换器103可搭配、轮流或替代热泵458来预热试剂。如上所述，热交换器103 可以位于热泵458的下游(未示出)、上游(图4)或与热泵458重叠(类似图5)。
来自第二流出物的废热不需再循环来加热进入相同处理腔室(如处理腔室102) (第二流出物由此产生)的试剂。例如，来自第二流出物的废热可以用来预热用于不同处理腔室(类似图4-5)的试剂。
因此，在此公开了用于回收来自处置流出物的热的方法和设备。本发明的方法和设备通过利用来自处置流出物的热来预热进入处理系统的试剂，有利的帮助减少半导体或其它处理系统的能量消耗。处置流出物中的热的减少还更有利于处置流出物的后续处理， 例如减弱。
虽然本发明的实施例如前所述，但是在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以获得其它和进一步的实施例。
权利要求
1.一种基板处理系统，其包括处理腔室，其配置成用于液态制程；第一热交换器，其具有第一侧和第二侧，所述第一热交换器配置成在所述第一侧与所述第二侧之间传输热，其中，所述第一侧配置成使液态试剂流经其中并流至所述处理腔室中，并且其中，所述第二侧配置成使来自所述处理腔室的流出物流经其中；以及加热器，其设置成与所述第一热交换器的所述第一侧顺序连接，以在所述液态试剂进入所述处理腔室之前，加热所述液态试剂。
2.根据权利要求1所述的系统，其还包括中间贮存部分，其设置在所述处理腔室与所述第一热交换器之间，用以收集来自所述处理腔室的所述流出物并抽吸所述流出物使所述流出物通过所述第一热交换器。
3.根据权利要求1所述的系统，其还包括第一废热源，其用于提供内储存有废热的第一废流体；以及热泵，其耦接在所述第一废热源和送入流体管线之间，所述送入流体管线使所述液态试剂流入所述处理腔室中，所述热泵配置成将来自所述第一废热源的热传输到所述送入流体管线中的所述液态试剂。
4.根据权利要求3所述的系统，其还包括第二废热源，其用以将内储存有废热的第二废流体提供给所述热泵，以将内储存的废热传输到所述送入流体管线中的所述液态试剂。
5.根据权利要求1所述的系统，其还包括第一废热源，其用以提供内储存有废热的第一废流体；以及热泵，其具有压缩机和第二热交换器，其中，所述压缩机耦接成与所述第一废热源和所述第二热交换器的第一侧顺序连接，并且其中，所述第二热交换器的第二侧配置成使所述液态试剂流经其中并流到所述处理腔室中。
6.一种基板处理系统，其包括废热源，其用于提供内储存有废热的第一废流体；第一处理腔室，其具有试剂源，所述试剂源与所述第一处理腔室耦接并配置成将试剂提供到所述第一处理腔室的内部容积；以及热泵，其耦接在所述废热源和送入试剂管线之间，所述送入试剂管线使所述试剂流入所述处理腔室的所述内部容积中，所述热泵配置成将来自所述废热源的热传输到所述送入试剂管线中的所述试剂。
7.根据权利要求6所述的系统，还包括加热器，其设置成与所述热泵顺序连接，以在所述试剂进入所述第一处理腔室之前，进一步加热所述试剂。
8.根据权利要求3或6所述的系统，其中，所述废热源包括下列一项或多项配置成用于液态或气态制程的处理腔室、压缩空气系统、空气分离压缩机、空气压缩机、来自减弱装置的液态冷却剂或气态排放物、或来自电子设备或机械设备的液态冷却剂或热空气。
9.根据权利要求6所述的系统，其中，所述第一处理腔室配置成用于液态制程，并且其中，所述废热源包括配置成用于气态制程的第二处理腔室，并且所述第二处理腔室提供所述第一废流体当作来自所述第二处理腔室的气态排放物。
10.根据权利要求6所述的系统，还包括具有第一侧和第二侧的热交换器，所述热交换器配置成在所述第一侧与所述第二侧之间传输热，其中，所述热交换器的所述第一侧配置成使所述试剂流经其中并流到所述第一处理腔室中，并且其中，所述热交换器的所述第二侧配置成使从所述第一处理腔室排出的第二废流体流经其中。
11.根据权利要求10所述的系统，还包括加热器，其设置成与所述热泵和所述热交换器的所述第一侧顺序连接，以在所述试剂进入所述第一处理腔室之前，加热所述试剂。
12.一种处理基板的方法，其包括如下步骤使液态试剂流经热交换器的第一侧，以预热所述液态试剂； 利用加热器，以将经预热的所述液态试剂加热到期望温度； 使经加热的所述液态试剂流到配置成用于液态制程的处理腔室；以及使来自所述处理腔室的制程流出物流经所述热交换器的第二侧，以预热流经所述热交换器的所述第一侧的所述液态试剂。
13.一种处理基板的方法，其包括如下步骤使试剂流经耦接至废热源的热泵，以通过将来自所述废热源的热传输到所述试剂而加热所述试剂；以及使经加热的所述试剂流至处理腔室，以处理所述基板。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述废热源包括下列一项或多项从同一或第二处理腔室排放的液态或气态流出物、压缩空气系统、空气分离压缩机、空气压缩机、来自减弱装置的液态冷却剂或气态排放物、或来自电子设备或机械设备的液态冷却剂或热空气。
15.根据权利要求13所述的方法，还包括通过下列一个或两者将经加热的所述试剂加热到期望温度利用设置在所述热泵与所述处理腔室之间的加热器；或使所述试剂流过热交换器的第一侧，所述热交换器设置成与所述热泵顺序连接，以及使从所述第一处理腔室排放的流出物流经所述热交换器的第二侧，以加热流经所述热交换器的所述第一侧的所述试剂。
全文摘要
在此公开了用于回收来自处置流出物的热的方法和设备。在一些实施例中，设备可以包括配置成用于气态或液态制程的第一处理腔室；配置成用于液态制程的第二处理腔室；以及具有压缩机和第一热交换器的热泵，其中压缩机配置成使用从第一处理腔室排出的第一流出物，并且其中具有第一与第二侧的第一热交换器配置成在第一与第二侧之间传输热，其中第一侧配置成使液态试剂流经其中并流至第二处理腔室中，并且第二侧配置成使来自第一处理腔室的第一加压流出物流经其中。在一些实施例中，加热器可以设置在热泵与第二处理腔室之间，以在液态试剂进入第二处理腔室之前，进一步加热该液态试剂。
文档编号H01L21/02GK102187429SQ200980141383
公开日2011年9月14日 申请日期2009年10月15日 优先权日2008年10月16日
发明者安德烈亚斯·纽伯, 丹尼尔·O·克拉克 申请人:应用材料公司