CN112514041A - 分离气体流使用点消除装置 - Google Patents
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Abstract
本文提供了从对应的多个处理腔室消除多个气体流的使用点(POU)消除装置的实施例。在一些实施例中，紧凑POU消除装置包括多个入口，该多个入口分别联接至多个处理腔室，其中该处理腔室气体流中的每一个与其它气体流隔离。在一些实施例中，该紧凑POU消除装置可包括多个氧化装置和对应的多个湿式洗涤塔，该多个湿式洗涤塔各自直接地联接至所述多个入口的对应的入口，以从对应的处理腔室接收气体流。
Description
技术领域
本公开的实施例总体涉及与薄膜制造工艺结合使用的消除装置。
背景技术
近年来，半导体处理设备的制造商和操作者已开发出利用“洁净”气体的处理腔室清洁方法。三氟化氮(NF3)已成为通常所用选项的此类洁净气体中的一种。当采用远程等离子清洁(RPC)装置时，NF3有效地转化(以大约98.2％的比率)以产生氟气(F2)。
在氮化硅CVD工艺(其在组合设备工具cluster tool上进行操作)的情况下，硅烷(SiH4)和氨气(NH3)在沉积步骤期间同时流动以在晶片上形成氮化硅(Si3N4)层。
通常，在每次工艺运行之后，对处理腔室进行清洁，其中氟气通过NF3的等离子反应而注入至处理腔室中。清洁处理腔室(其用于氮化硅工艺)的结果是，可能形成其它副产物气体，包括氟化氢(HF)和四氟化硅(SiF4)。
在上述两种情况下(处理腔室的清洁步骤和沉积步骤)，不同量的所用气体和所得“副产物”气体从处理腔室散发。这些气体经由连接至每个处理腔室的专用真空泵从相应处理腔室排出。
当正在进行清洁步骤的一个或多个处理腔室的气体，和正在进行沉积步骤的其它处理腔室的气体在真空泵下游的排出管线或消除装置中进行掺合时，会产生已知为铵化合物的额外副产物，包括氟化铵(NH4F)和六氟硅酸铵((NH4)2SiF6)。这些化合物的形成量可以很大，从而导致排出管线或消除装置的清洁的维护要求很高，最终导致组合设备工具的制备时间损失和生产线的潜在收益的显著损失。
现有的POU消除装置利用共用氧化腔室和下游的湿式洗涤部分(如果配备的话)，其中从每个处理腔室的真空泵所排出的所有排出流结合在一起。当来自正在进行沉积步骤的处理腔室的气体，和来自正在进行清洁步骤的气体掺合时，这些装置可允许这些铵化合物的产生。这些铵化合物的产生可发生于氧化腔室或湿式洗涤部分，或这两者中。
发明人相信，为最有效地避免这些铵化合物的产生，理想情况下，多个处理腔室(例如，配置为组合设备工具的一部分)的流出物需要通过使用点的彻底分离，它们经由适当氧化装置和洗涤装置来充分地消除，以减小和/或清除这些铵化合物的产生。这个问题的一种解决方案将为对于每个处理腔室维持专用POU消除系统；然而，这从资金成本角度和空间占用角度将为不现实的。因此，此类解决方案将呈现为经济上不可行的，最具体地由于，在现代半导体制造设施中对每个处理腔室采用单独POU消除装置所需的空间的成本。
上述实例为可得益于下述公开内容的许多应用的一者。然而，本公开不限于该具体应用。
因此，发明人已提供了改善的消除装置。
发明内容
本文提供了POU消除装置的实施例。在一些实施例中，紧凑POU消除装置包括分别联接至多个处理腔室的多个入口，其中处理腔室气体流中的每一个均与其它腔室气体流相隔离。在一些实施例中，紧凑POU消除装置可包括多个氧化装置和对应多个隔离的湿式洗涤塔，该多个隔离湿式洗涤塔各自直接地联接至多个入口中的相应一个，以从对应的处理腔室接收气体流。
在一些实施例中，使用点(POU)消除装置包括：外壳和一个或多个完全分离的破坏或移除装置；该外壳具有多个独立流动路径，每个独立流动路径由外壳内的对应入口、流动路径和出口来限定，并且被配置成有利于使分离的气体流流动通过相应的独立流动路径；该一个或多个完全分离的破坏或移除装置设置于外壳内的每个流动路径内；其中多个独立流动路径被配置成维持流动通过POU消除装置的相应的气体流的完全分离。
在一些实施例中，紧凑POU消除装置可包括多个主要同向流(即，在相同方向上流动)湿式洗涤塔和对应的多个下游隔离的湿式洗涤塔，该多个主要同向流湿式洗涤塔直接地连接至多个氧化装置，该多个下游隔离的湿式洗涤塔各自直接地联接至多个入口中的相应一个，以从对应的处理腔室接收气体流。
在一些实施例中，紧凑POU消除装置可包括多个主要逆向流(即，在相反方向上流动)湿式洗涤塔和对应的多个下游隔离的湿式洗涤塔，该多个主要逆向流湿式洗涤塔直接地连接至多个氧化装置，该多个下游隔离的湿式洗涤塔各自直接地联接至多个入口中的相应一个，以从对应的处理腔室接收气体流。
上述实施例的任一者可包括主要流动路径中的多个主要入口并且可包括旁通或转向阀，以将气体流转向至冗余流动路径的对应的辅助入口。
在一些实施例中，从对应的多个处理腔室消除多个气体流的方法包括：使多个独立气体流，从多个处理腔室流动至使用点(POU)消除装置的外壳的多个独立流动路径中；通过使多个独立气体流中的每一个，流动通过设置于每个流动路径内的相应的破坏或移除装置，同时维持多个独立气体流中的每一个完全地分离，从而至少部分地消除每个独立气体流内的化合物；并从POU消除装置的外壳排出经消除的独立气体流中的每一个。
本文所公开的某些特征和实施例的前述发明内容非旨在为限制性的。本公开的其它和另外实施例在下文进行描述。
附图说明
本公开的实施例(上文简要地概述并且下文更详细地讨论)可通过参考附图所示的本公开的例示性实施例来理解。然而，附图仅示出了本公开的典型实施例并且因此不应视为限制其范围，本公开可承认其它等同有效的实施例。
图1至图6根据本公开的至少一些实施例为使用点消除装置的实施例的示意性侧视图。
为有利于理解，等同附图标号已用于在可能情况下命名这些图共用的等同元件。附图未按比例绘制并且可出于清晰目的而简化。一个实施例的元件和特征可有益地并入其它实施例中而无需进一步表述。
具体实施方式
本文提供了使用点(point of use，POU)消除装置的实施例。所公开的POU消除装置的实施例有利地维持从不同处理腔室(诸如半导体处理腔室)的流出物的流彻底分离，直至流出物的流充分地消除，从而减小和/或清除不希望的副产物的产生。通过减少清洁POU消除装置和排出管道之间(由于不希望的副产物)的平均时间，可以显著地增加制备运行时间。
图1至图6是根据本公开的至少一些实施例的使用点消除装置的示意性侧视图。尽管图1至图6示出了四个入口(入口101a至101d)，但是入口的数量可根据特定应用的需求或经济可行性进行增加或减少。使用点(POU)消除装置通常包括外壳，该外壳具有多个独立流动路径。每个独立流动路径由外壳内的对应入口、流动路径和出口来限定。每个独立流动路径被配置成有利于使分离的气体流，流动通过相应的独立流动路径。一个或多个完全分离的破坏或移除装置被设置于外壳内的每个流动路径内。多个独立流动路径被配置成，维持流动通过POU消除装置的相应气体流的完全分离。
示例性POU消除装置示于图1中，该POU消除装置包括具有入口(所示的四个入口101a至101d)的两个或更多个独立流动路径，而该多个独立流动路径维持气体流彼此的彻底分离。多个入口101a至101d中的每一个和相应的气体流包括一个或多个消除装置，诸如氧化装置和湿式洗涤装置，同时维持气体流与其它处理腔室102a至102d和入口101a至101d的彻底分离。例如，经由专用真空泵103a至103d(这些泵分别连接至处理腔室102a至102d中相应的一个)而从相应处理腔室102a至102d所排出的气体，独立地提供至POU气体消除装置的相应入口101a至101d。该系统可用于从处理腔室102a至102d所排出气体的有效消除，诸如但不限于PECVD(等离子体增强化学气相沉积)，其中由于工艺化学物和用于处理腔室清洁的化学物的混合，有可能产生不希望的副产物(诸如铵化合物)，并且，在以洁净气体化学物来清洁处理腔室102a至102d的作用期间，也会产生副产物。更具体地但非排除性地，该系统将在半导体处理设备中为最有效的，该半导体处理设备采用可能在任何给定时间处理不同气体化学物的多个处理腔室102a至102d(通常以周知为“组合设备工具”的设置来组合在一起)。在许多情况下，这些不同化学物可在混合时反应并且可产生不希望的副产物。因此，有利的是在排出管道系统中混合气体流之前单独地处理它们。
本公开的实施例的一个优点(如图1所示)是通过维持单独的气体流与独立处理腔室102a至102d的彻底分离，减少和/或清除不希望的副产物的产生。这通过并入POU消除装置所涵盖的多个隔离气体流来实现，该POU消除装置具有共用的壳体或外壳104，其中每个隔离的气体流具有专用氧化器105a至105d(例如，热解氧化物或燃烧器)以用于多个入口101a至101d的相应的一个。
氧化器105a至105d直接地连接至对应的专用且独立的湿式洗涤塔106a至106d。湿式洗涤塔106a至106d直接地连接至共用的湿式洗涤溶液再循环贮槽或贮存器(共用的再循环贮槽或共用贮存器107)。共用的贮存器107包括分隔壁108a至108c，分隔壁108a至108c从共用的贮存器107的顶部延伸至洗涤溶液流体液面109下方的点，以维持单独的气体流之间的完全分离。湿式洗涤溶液可能为任何工艺兼容中和剂，诸如水等。
多个湿式洗涤塔106a至106d包括多个主要湿式洗涤部分110a至110d；主要湿式洗涤部分110a至110d为填充床逆向流型(packed bed counter-current flow type)，由共用的再循环泵111来支持，该再循环泵111将再循环洗涤溶液经由多个喷雾喷嘴112a至112d递送至多个主要湿式洗涤部分110a至110d的相应的一个，以用于排出气体流的主要湿式洗涤器的目的。
在某些应用中，可能有利的是维持再循环溶液的分离。如图2所示，作为如图1所示的共用的贮存器107和共用再循环泵111的替代方案，引入分隔壁208a至208c，分隔壁208a至208c延伸至贮存器的底部以维持气体和再循环溶液的分离。这种配置形成了独立的再循环贮槽或贮存器207a至207d，并且利用了专用的再循环泵211a至211d。
返回至图1，湿式洗涤塔106a至106d还可包括直接地连接至主要湿式洗涤部分110a至110d、且处于主要湿式洗涤部分段110a至110d的下游的多个辅助湿式洗涤部分113a至113d。辅助湿式洗涤部分113a至113d由新鲜水源114(或其它合适的中和剂的源)的流来支持，新鲜水源114可用于洗涤来自流出物的流的酸性物，并且可用作补给水(或其它合适中和剂溶液)以补充从共用的贮存器107或单独的贮存器207a至207d流出的洗涤溶液(因为其不断地排出以维持洗涤溶液的pH水平)。新鲜水源114可经由多个流量控制阀115a至115d和HMI(人/机界面)控制件(例如，控制器)的输入进行控制，以当多个湿式洗涤塔106a至106d不需要pH控制时减小流量。流量控制阀115a至115d可包括限制流量计量装置以优化每个隔离独立流动路径中的新鲜水流。
多个氧化器105a至105d可直接地连接至多个湿式洗涤塔106a至106d，如上文所述，湿式洗涤塔106a至106d用于产生多个隔离气体流，以用于工艺气体和远程等离子清洁(RPC)清洁气体的流出物的有效消除。单独、专用和彻底分离的气体流消除装置容纳于共用的壳体(例如，外壳104)中并且共享共用的控制件和HMI，并且如上文所述，共享共用的贮存器107或单独的贮存器207a至207d(其用于湿式洗涤溶液的再循环)。
来自每个湿式洗涤塔106a至106d的经消除的气体流，在外壳104的出口处具有其自身单独的连接部117a至117d，连接部117a至117d通过单独的管道119a至119d连接至设施排出管道118。
氧化器105a至105d(其当前形式为热解类型)可由其它此类氧化装置来替代，诸如RF或微波电源的动态氧化腔室或等离子反应腔室。在热解类型的情况下，氧化器105a至105d燃料源可为氢气、甲烷或其它气态化石燃料。除了氧化方法的替代外，多个单独且隔离的气体流可并入上游同向流型或逆向流型湿式洗涤部分(分别如图3和图4所示)，以提供多个隔离气体流，用于湿式/燃烧/湿式POU消除装置，该POU消除装置维持多个气体流与多个处理腔室102a至102d的彻底分离。
为简化图3，仅示出了多个可能的入口和独立气体路径的一者。从相应的处理腔室102a经由专用真空泵103a(相应地连接至处理腔室102a)所排出的气体，提供至POU气体消除装置的独立入口101a。对于入口101，这些气体首先引导通过同向流型湿式洗涤塔306a，同向流型湿式洗涤塔306a具有由再循环溶液喷雾喷嘴312a所进给的填充床洗涤器310a。洗涤塔306a的出口直接地连接至氧化器105a，氧化器105a直接地连接至对应的专用下游湿式洗涤塔106a。在一些实施例中，填充床洗涤器310a可能具有多个填充部分和和多个再循环喷雾喷嘴312a。
为简化图4，仅示出了多个可能的入口和独立气体路径的一者。从相应处理腔室102a经由专用真空泵103a(相应地连接至处理腔室102a)所排出的气体，提供至POU气体消除装置的独立入口101a。对于入口101，气体首先引导通过逆向流型湿式洗涤塔406a，逆向流型湿式洗涤塔406a具有由再循环溶液喷雾喷嘴312a所进给的填充床洗涤器310a。洗涤塔306a的出口直接地连接至氧化器105a，氧化器105a直接地连接至对应的专用下游湿式洗涤塔106a。
在一些实施例中，独立流动路径中的一个或多个可包括配置为主要流动路径和冗余流动路径的一对流动路径。例如，图5示出了图1的所公开实施例，其中，增加了将随后的入口501b和501d用作主要入口(例如，入口101a和101c)的冗余备用件的能力。这通过旁通或转向阀516a和516b来实现，旁通或转向阀516a和516b被配置成选择性地绕过主要流动路径，并且将气体流转向至冗余流动路径。出于图5的简化目的，示出了仅两个处理腔室102a和102c、气体流以及两个POU消除装置入口101a和101c。如对于先前附图所述及，图5还可扩展超过所示的两个入口101a和101c。
在使用中，例如，如果主要流动路径中的破坏或移除装置的一个或多个发生故障、失灵或以其它方式在规范之外进行操作，那么流动通过POU消除装置的多个独立气体流中的第一气体流，通过转向阀(例如，转向阀516a)可从主要流动路径转向至冗余流动路径。如上文所示，冗余流动路径设置于外壳内并且包括一个或多个破坏或移除装置，以至少部分地消除流动通过冗余流动路径的独立气体流内的化合物。
图6所示的实施例包括内部排出歧管620，内部排出歧管602，用于通过共用管道619将所有湿式洗涤器出口617a至617d连接至共用出口621(在外壳104的出口处)，共用管道619将POU消除排出部连接至设施排出管道118的单个连接部。内部排出歧管620可并入至如图1至图5所示的所有实施例。
如上文所描述的POU消除装置有效地维持气体与处理腔室102a至102d的完全分离，直至当气体已通过氧化装置(例如，氧化器105a至105d)和湿式洗涤装置(例如，湿式洗涤塔106a至106d)来有效地消除。尽管上述描述示出了被配置成产生并处理四个分离气体流的POU消除装置，但是可产生并处理更小或更大数量的分离气体流。
如本文所描述的POU消除装置实施例的实例在下文提供。
一种紧凑POU消除装置，具有针对多个处理腔室102a至102d的多个入口101a至101d，其中处理腔室气体流的每一个与其它气体流隔离。处理腔室102a至102d可以为半导体处理腔室，这些半导体处理腔室被配置成在半导体晶片等上执行工艺(诸如沉积工艺)。
一种紧凑POU消除装置，具有允许多个隔离气体流的多个入口101a至101d，其包括多个氧化器105a至105d，氧化器105a至105d直接地连接至多个湿式洗涤塔106a至106d，其将多个主要湿式洗涤部分110a至110d和多个辅助湿式洗涤部分113a至113d结合至多个隔离气体流中。
一种紧凑POU消除装置，其中，消除装置的多个入口101a至101d中的每一个和多个隔离气体流的结合了多个氧化器105a至105d，氧化器105a至105d与专用湿式洗涤塔106a至106d进行结合以针对多个腔室102a至102d中的每一个，产生隔离且专用的气体流，这些隔离且专用的气体流排出至多个入口101a至101d中。
一种紧凑POU消除装置，其中，多个气体流彼此彻底地分离，直至它们已通过多个氧化器105a至105d和多个主要湿式洗涤部分110a至110d以及多个辅助湿式洗涤部分113a至113d进行处理。
一种紧凑POU消除装置中，其中，多个单独气体流容纳于共用的外壳104中，其中，可存在支持多个单独且专用的气体流的多个入口101a至101d。
一种紧凑POU消除装置，其中，多个入口101a至101d和隔离的气体流共享共用的再循环贮槽111。
一种紧凑POU消除装置，其中，多个入口101a至101d和多个隔离的气体流共享共用的贮存器107。
一种紧凑POU消除装置，其中，多个入口101a至101d和多个隔离且单独的气体流共享共用的控制面板/HMI。
一种紧凑POU消除装置，其中，多个入口101a至101d从多个处理腔室102a至102d接收气体流，其中多个湿式洗涤塔106a至106d在共用的贮存器107的顶部处直接地连接至共用的贮存器107。
一种紧凑POU消除装置，其中，多个入口101a至101d和单独的气体流共享共用的贮存器107，并且共用的贮存器107在每个单独且隔离气体流塔入口101a至101d之间包括分隔壁108a至108c，并且分隔壁108a至108c在湿式洗涤溶液流体液面109下方延伸至湿式洗涤塔106a至106d的预期静态压力之下的点，以实现多个隔离且单独的气体流的完全隔离。分隔壁108a至108c终止于共用的贮存器107的基部上方，以允许湿式洗涤流体溶液在整个共用的贮存器107的流动(从多个单独且隔离的气体流的多个主要湿式洗涤部分110a至110d和多个辅助湿式洗涤部分113a至113d中的每一个)，并且允许湿式洗涤溶液经由重力排出或泵送排出的中央排出。
一种紧凑POU消除装置，其中，存在多个单独且隔离气体流，多个湿式洗涤塔106a至106d包括多个辅助湿式洗涤部分段113a至113d，利用新鲜水源114来支持多个辅助湿式洗涤部分113a至113d，并且在多个辅助湿式洗涤部分113a至113d中的每一个上，新鲜水源114经由共用的HMI控制件的输入，以多个流量控制阀115a至115d进行独立地控制，以在多个单独气体流的每一个的酸消除的减小需求期间，降低新鲜水的消耗。流量控制阀115a至115d可包括限制流量计量装置，以优化每个隔离独立流动路径中的新鲜水流。
尽管前述内容涉及本公开的实施例，但是可在不违背其基本范围的前提下，构想出本公开的其它和另外实施例。
Claims (15)
1.一种使用点(POU)消除装置，包括：
外壳，具有多个独立流动路径，每个独立流动路径由所述外壳内的对应入口、流动路径和出口来限定，并且被配置成有利于使分离的气体流流动通过相应的独立流动路径；和
一个或多个完全分离的破坏或移除装置，所述一个或多个完全分离的破坏或移除装置设置于所述外壳内的每个流动路径内，其中所述多个独立流动路径被配置成，维持流动通过所述POU消除装置的相应气体流的完全分离。
2.根据权利要求1所述的POU消除装置，还包括：
共用的再循环贮槽和共用的再循环泵，和多个分割壁，所述共用的再循环贮槽和再循环泵用于支持用于所述多个独立流动路径中的每一个的多个湿式洗涤部分，所述多个分隔壁延伸至所述共用的再循环贮槽中，到达所述共用的再循环贮槽的液面下方的点，且不接触所述共用的再循环贮槽的底部，以维持共用的再循环贮槽的所述液面上方的所述气体流的完全分离；或
多个独立再循环贮槽和多个再循环泵，以支持所述多个独立流动路径中的每一个的一个或多个湿式洗涤部分。
3.根据权利要求1所述的POU消除装置，其中所述一个或多个完全分离的破坏或移除装置中的每一个经由共用的控制器进行控制。
4.根据权利要求1所述的POU消除装置，其中所述多个独立流动路径被布置成多对主要流动路径和冗余流动路径，并且还包括：
分别用于所述多个独立流动路径中的每一对路径的旁通/转向阀和相关联的管件，用于选择性地将主要流动路径旁通至对应的冗余流动路径。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的POU消除装置，其中所述一个或多个完全分离的破坏或移除装置包括氧化装置和湿式洗涤塔。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的POU消除装置，其中所述一个或多个完全分离的破裂或移除装置包括：
多个氧化装置，所述多个氧化装置直接地连接至所述多个独立流动路径中的每一个的多个湿式洗涤部分。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的POU消除装置，其中所述一个或多个完全分离的破裂或移除装置包括：
湿式洗涤塔，用于所述多个独立流动路径中的每一个。
8.根据权利要求7所述的POU消除装置，还包括：
多个独立控制阀，用于所述湿式洗涤塔中的每一个。
9.根据权利要求7所述的POU消除装置，其中所述湿式洗涤塔中的每一个包括再循环洗涤部分和下游新鲜溶液洗涤部分。
10.根据权利要求9所述的POU消除装置，还包括：
多个独立控制阀，用于每个独立流动路径的每个独立的新鲜洗涤器，每个独立控制的阀包括单独的流动限制阀，并经由共用的控制器进行控制。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的POU消除装置，其中所述一个或多个完全分离的破裂或移除装置包括：
主要湿式洗涤部分、氧化装置和辅助湿式洗涤部分。
12.根据权利要求11所述的POU消除装置，其中：
所述主要湿式洗涤部分被配置成，以同向流配置进行操作，并且其中所述辅助湿式洗涤部分被配置成，以逆向流配置进行操作；或
所述主要湿式洗涤部分和所述辅助湿式洗涤部分各自配置成以逆向流配置进行操作。
13.根据权利要求11所述的POU消除装置，还包括：
再循环贮槽，所述再循环贮槽联接至所述主要湿式洗涤部分。
14.根据权利要求11所述的POU消除装置，其中所述辅助湿式洗涤部分包括：
双重辅助湿式洗涤部分，所述双重辅助湿式洗涤部分具有联接至再循环贮槽的第一部分，和联接至新鲜溶液源的下游第二部分。
15.一种从对应的多个处理腔室消除多个气体流的方法，包括：
使多个独立气体流从多个处理腔室流动至使用点(POU)消除装置的外壳的多个独立流动路径；
使所述多个独立气体流中的每一个，流动通过设置于每个流动路径内的相应破坏或移除装置，同时维持所述多个独立气体流中的每一个完全地分离，从而至少部分地消除每个独立气体流内的化合物；和
从POU消除装置的所述外壳排出经消除的独立气体流中的每一个；
其中可选地，至少部分地消除每个独立气体流内的化合物包括，使每个独立气体流，流动通过分别设置于每个独立流动路径中的氧化装置或湿式洗涤塔中的至少一个；和
还可选地包括，使所述独立气体流的第一气体流，从所述独立流动路径的第一独立流动路径的主要流动路径，转向至所述第一独立流动路径的冗余流动路径，其中所述冗余流动路径设置于所述外壳内，并且包括一个或多个破坏或移除装置，以至少部分地消除流动通过所述冗余流动路径的所述独立气体流内的化合物。
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