CN1898411A - 用于半导体反应器的排气调节系统 - Google Patents

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Abstract

本发明总地来说涉及排气系统，具体涉及包括过压和/或回流保护的排气调节系统(110，110’，110”)和用于半导体蚀刻和沉积工艺中的组合的弯管/消声器(126，126’)。其优点包括自动化的连续工作，真空泵未按计划关断的充分零损耗的晶片，减少的颗粒物缺陷和提高的产量。

Description

用于半导体反应器的排气调节系统
技术领域
本发明涉及排气系统，具体涉及包括过压和/或回流保护的排气调节系统以及用于半导体蚀刻和沉积工艺的组合的弯管(trap)/消声器。
背景技术
许多半导体设备制造工艺容易中断、不稳定且具有过程控制的损耗，这是由于在通过其把加工废物排放到大气的排气系统中具有固体和液体沉积物。大多数这样的工艺操作在低于大气压的压力下，以提高沉积或蚀刻的薄膜的均匀性，并在加工室中能重复运行，因而这样的排气系统包括真空泵。
对整个排气系统依照90摄氏度到140摄氏度的次序进行加热，可以解决多数的真空排气系统阻塞问题。然而，不足在于，这种解决办法从资金和运行费用两个方面说都是非常昂贵的。
问题中其次复杂的部分是在加工废物从制造设备排放到环境中之前，必须要经过空气污染控制设备的处理。这导致那些遇到过这种问题的人，试图通过在排气系统的阻塞发生点处放置使用点(POU)消除装置来解决这个问题。对那些湿度敏感性反应物的处理过程，例如导体沉积和蚀刻，这种方案不仅会使整个过程效率低下，而且会没有必要地大大增加解决问题所需要的资源和资源的开支。
常规技术已经能够减少这种真空排气系统阻塞。但是这些技术仍然只解决了一部分问题，因此导致中断、不稳定及过程控制损耗的沉积物，在实际考虑到应用时并没有完全消除。
发明内容
本发明的实施例克服了关于处理导体沉积和蚀刻工艺中真空排气系统阻塞的常规技术中存在的一些或全部缺陷。其优点包括自动化的连续操作，真空泵未按计划关断的充分零损耗的晶片，降低的颗粒物缺陷和提高的产量。
在一个实施例中，提供了用于半导体加工室的排气系统。该排气系统通常包括分流阀、压力传感嚣、排气运行管路、排气旁通管路及过滤器。分流阀位于真空泵的下游，该真空泵位于半导体加工室的下游。压力传感器位于分流阀的上游，用于对泵背压进行监控。排气运行管路位于分流阀的下游，来自半导体加工室的排气通过排气运行管路进给到设备排气管路。排气旁通管路位于分流阀的下游，并与排气运行管路以并行结构排列。过滤器位于排气运行管路，以在排气的至少一部分颗粒物和/或可凝蒸汽通过该过滤器时俘获该至少一部分颗粒物和/或可凝蒸汽。有利地，如果压力传感器测量到的背压增加了预定压力差ΔP时，分流阀被激励，以引导所述排气通过排气旁通管路，从而允许所述半导体加工室的实际上连续操作。
在另一个实施例中，提供了引导来自半导体加工室的排气的方法。该方法包括：通过泵下游的分流阀流动所述排气，所述泵给半导体加工室提供低于大气压的压力。排气通过位于阀下游的过滤器，以移除排气中至少一部分的颗粒和/或可凝蒸汽。通过过滤器的排气进给到位于过滤器下游的设备排气管路。泵与阀中间的背压被监控。如果所述背压增加了预定压力差ΔP时，操作所述阀，以将所述排气分流到排气旁通管路，从而允许所述半导体加工室的实际上连续操作。
在另一个实施例中，提供了用于半导体加工室的排气系统。该排气系统通常包括排气管路、弯管和喷射器。排气管路位于真空泵的下游，该真空泵位于半导体加工室的下游。弯管位于排气管路中，并且通常包括填充有过滤材料的腔，其中，弯管用作排气噪声的消声器，并在该真空以及真空泵和弯管之间不再提供任何其它的消声器。喷射器位于弯管的下游，进给到设备排气。喷射器被配置为防止反应蒸汽的回流和由回流引起的沉积。
为了概述本发明，此处对本发明的一些方面、优点以及新颖的特性进行了说明。当然，可以理解所有的这些有点没有必要在本发明的任何一个特定实施例中达到。因此，本发明可以如此处教导或建议的一样，以达到或优化一个或一组优点的方式体现或实现本发明，而如此处教导或建议的一样，不需要达到其它的优点。
此处所公开的所有的实施例都在本发明的范围内。本发明的这些或其它实施例，从参照附图对具体实施例详细描述中，对本领域的技术人员变得容易明显，本发明不限于所公开的具体实施例。
附图说明
在对本发明的总体特点、部分特征和优点概述的基础上，对本领域的技术人员来说，从参照下列附图的详细描述中，较佳实施例及修改将变得明显，在这些附图中：
图1是描述半导体制造系统中排气管路的背压不期望地增加的实验数据的曲线图；
图2是具有本发明一个实施例中特征和优点的，与位于半导体反应器下游的真空泵相连的排气调节系统的简化示意图；
图3是具有本发明一个实施例中特征和优点的，用于半导体反应器的自动排气调节系统的简化侧视图；
图4是图3所示具有本发明一个实施例中特征和优点的排气调节系统的简化前视图；
图5是图3所示具有本发明一个实施例中特征和优点的排气调节系统的简化俯视图；
图6是描述采用本发明实施例的排气调节系统的改进的半导体制造系统性能的实验数据曲线图；
图7是图2-5中所示具有本发明一个实施例中特征和优点的排气调节系统中的喷射设备的简化截面图；
图8是描述流经图7中所示喷射器设备的环形区域的惰性气体的雷诺数随着其流速变化的曲线；
图9是图2-5中所示具有本发明一个实施例中特征和优点的排气调节系统中的组合的弯管和消声器的简化俯视图；
图10是图9中所示的沿线10-10的简化截面图；
图11是图9所示具有本发明一个实施例中特征和优点的组合的弯管和消声器的排气出口管的简化前视图；
图12是图2-5中所示具有本发明另一个实施例中特征和优点的排气调节系统的组合的弯管和消声器的简化俯视图；
图13是图12中所示的沿线13-13的简化截面图；
图14是具有本发明另一个实施例中特征和优点的，与位于半导体反应器下游的真空泵相连的且包括第二排气旁通管路的自动排气调节系统的简化示意图；
图15是具有本发明另一个实施例中特征和优点的，包括第二排气旁通管路的用于半导体反应器的排气调节系统的简化前视图；
图16是具有本发明又一个实施例中特征和优点的，用于半导体反应器的双单元自动排气调节系统的简化透视图。
具体实施方式
此处描述的本发明较佳实施例总地来说涉及排气系统，具体地说，涉及包括回流保护的排气调节系统和用于半导体蚀刻和沉积工艺的组合的弯管/消声器。
关于实施例的不同的详细描述，只是举例说明，并不用来限制本发明。而且，本领域的技术人员对本发明所做的各种应用和修改均包含在此处所描述的概念范围之内。
真空排气阻塞问题
在制造半导体设备中，导体以及绝缘体沉积在硅基底上，并从硅基底蚀刻。在这些沉积和蚀刻工艺步骤中，沉积物形成在其中执行该工艺的腔室的壁上。这些沉积物由反应物杂质、反应产物和副产物的许多源以及水气吸附或回流引起。颗粒物可以存在于反应室的各个角落，包括正在处理的晶片上。沉积物在腔室清理操作之间聚集，其中清理操作按照预定进行，从而把每个晶片通路(pass)上增加到晶片的颗粒控制在规定范围内。
不利地，沉积物并不限于加工室，也出现在真空排气系统中。然而，加工室下游的沉积物典型地在与加工室中的时间线不同的时间线继续产生。沉积物包括：蚀刻工艺的固体反应产物，例如AlCl3，以及由水气泄漏或从下游到真空排气系统的“回流”产生的反应产物。后者的示例包括过量BCl3反应物和水气产生的B2O3以及聚乙烯蚀刻产物SiHBr3反应物和水气产生的SiO2。
如下面要讨论的一样，事实表明泵下游的常规真空排气管路处的阻塞引起颗粒“簇射”，从而导致金属和聚乙烯蚀刻工具加工室的产量降低。这种颗粒簇射包括大量的物质，可以突然打断腔室清理操作之间的在加工室壁上沉积物的任意产生。簇射出现在预定腔室清理操作之间的间隔的稍后阶段中，由于泵下游的真空排气管路的沉积物而致使真空泵的背压较高时。而且，真空排气阻塞可以解释这一事实，即基于每个晶片通路增加的每平方米的颗粒，导体蚀刻过程是引起产量下降的主要因素，正如下文所描述的那样。
如图1所示，经过实验发现有突然开始的明显背压(真空泵中)。应该注意到，在一个24小时的周期中，压力降可以从没有明显问题增加到出现过压警告条件(例如大约3psi或更大)。如果未检测到，可能在一个处理周期中毫无预期地导致产量未按计划的下降。不利地，晶片会受到不利的影响和损害。
与颗粒相关的产量下降的机理
除了产生无休止的难解决的维护问题，常规导体蚀刻工艺也是导致产量下降的主要因素。这个结论是基于每个晶片通路的由导体蚀刻增加的大量颗粒以及工艺中的大量导体蚀刻通路而来的。
铝、钨和聚乙烯蚀刻被认为在导致产量下降因素列表的首位中。应该注意到，金属和聚乙烯蚀刻是引起产量下降的前五种因素中的两种。这种影响也用数量表明金属和聚乙烯蚀刻可以分别提供微处理器加工的总体颗粒/区域预算的最少17.67％以及动态随机存储器加工的13.25％。
事实表明，加工室中的颗粒“簇射”降低了导体蚀刻工艺的产量。可以预料，由位于机械泵下游的真空排气管路(也称为1.5英尺真空排气管路)随时间的阻塞导致的背压聚集，引起了导体蚀刻工具加工室的颗粒的“簇射”，从而导致产量降低。
空中的颗粒物质可以在导体蚀刻加工室中，在汽相中通过下列化学反应式由固体AlCl3、B或者WOxFy的均匀核化产生。
铝的蚀刻：
聚乙烯蚀刻：
钨的蚀刻：
在上述反应式中用(↓)表示的固体蚀刻反应产物首先形成临界核，然后在穿过真空排气系统时在“沉淀”为颗粒状之前进入生长相。朝向核的倾向导致长平均自由行程，而朝向增长的倾向导致少量核。
在任何情况下，位于机械真空泵上游的阻塞处的压力较低，分子很少产生碰撞，凝聚块的增长机会很小，沉积物也是最小。
尽管机械泵上游沉积物的程度已很小，它们随时间聚集，需要定期的进行腔室湿清理操作。这个过程是预先设定的，以把每个处理通路晶片上的颗粒增加控制在限制范围内。
另外，上游壁上的沉积物并不是静态的和钝化的。由于湍流对流使颗粒不再自由运动，而是加入那些已经靠均匀核化进入运动的颗粒。从晶片附近移除这些颗粒物质需要高泵速。
机械泵的下游压力比较高，与壁和其它颗粒的碰撞经常发生。结果使凝结块很多而且沉淀剧烈且快速。
这里，AlCl3、B和WOxFy的固体蚀刻工艺反应产物颗粒凝结在排气系统低温壁上。当来自设备洗涤排气或POU洗涤器的空气进入或“回流”到真空排气系统中时，湿气敏感性气相蚀刻反应物BCl3和反应产物SiHBr3还形成固体B2O3或SiO2内壁沉积物。
由于真空泵由于这些下游沉积物产生较高的背压，其效率和泵速会有损失。这限制了其从正处理的晶片附近移除运动中的颗粒物质的能力。
在另一方面，本发明实施例要消除下游沉积物，提高泵速和效率，从而降低每个晶片上增加的颗粒。有利地，本发明的实施例监视和控制机械真空泵背压和固体沉积物的聚集，从而提供实时的金属蚀刻工艺控制。在常规系统中，典型地只有最后指示(颗粒数目)监控。本发明的实施例要充分地消除或减轻不希望的真空排气阻塞，并显著地减少每个晶片通路上增加的颗粒，从而提高产量。
系统概况
本发明的实施例提供了一种排气调节系统，从而给集成电路制造提供了大量的有益效果。该系统总地来说包括防回流气体喷射设备，其与组合的弯管和消声器串联，并与背压激励的旁通排气管路并行连接。
应该尤其注意真空泵背压，因为它可以控制在其上制造集成电路的硅晶片所在处理区域移除潜在事故的效率。保持低背压可以降低缺陷，并提高优质集成电路芯片(或“模具”)的产量。这可以通过在系统安装一个压力传感器来实现，以监控背压，并且一旦出现了压力的预定增加，指示分流阀从消声器/弯管/气体喷射器通路转换到旁路，同时，发起警示等提醒技术人员需要维修和/或更换组合的消声器/弯管中的过滤器部件。有利地，这会提供一个实时的过程控制，从而大幅度增加优质集成电路的产量，当然也有其它益处，这在下面会提到。
自动连续操作
在一些实施例中，用组合的弯管/消声器代替了常规真空泵上的消声器，常规的消声器如果不被代替就会用作无效率的弯管，需要定期关断泵和处理工艺进行清理。消声器以及弯管/消声器都可以凝结和聚集直接来自反应室的排气中包含的固体生成物。
气体喷射器可以防止水气回流和阻塞的合成物与加工废气中的水气敏感性物质起反应。
本发明实施例中，组合的弯管/消声器代替常规的泵消声器，从而使清理很容易进行。可以连续检测泵的背压，如果压力聚集，过程废气可以从被输送到组合的弯管/消声器转变到输送到旁路，从而可以进行对制造来说完全透明的脱机维护。从而实现了本发明的一个目标，也就是零处理停工。
真空泵毫无预期关断的零晶片损耗
在当今的半导体工业中，加工完成的单个8”晶片一般需要价值10,000美元到100,000美元的集成电路，这取决与具体的设计和功能。一般来说，由于过压事件，每个导体蚀刻工具每隔两年都会经历一次毫无预期的关断，或每年经历0.5次这样事件，这带来了价值5,000美元到50,000美元的损失。一般的集成电路制造厂有大约20个导体蚀刻工具设备。因此，防止因过压引起的毫无预期的加工中断会给集成电路制造厂每年节约100,000美元到1,000,000美元。
本发明的实施例提供了平台背压监控器，可以使废气自动从弯管转到旁路，从而防止泵过压关断。
减少颗粒缺陷
如上面所讨论的，颗粒物质可以在导体蚀刻加工室中由在汽相中的固体AlCl3或WCl6均匀核化产生。尽管高温壁和局部低压力，在加工室和排气系统的内壁上，最少的沉积物通过同种化合物的均匀核化随时间聚集。这需要定期的腔室湿清理操作，这个过程是预先设定的，以把晶片上的颗粒增加控制在规定范围内。
然而内壁上的沉积物并不是静态的和钝化的。由于湍流对流使颗粒不再自由运动，而是加入那些已经靠均匀核化进入运动的颗粒。从晶片附近移除这些颗粒物质需要高泵速。
真空泵的下游，排气壁沉积物通过各种机理从上游产生。这里，静态压力只是稍微低于大气压，而且壁一般也不会加热到太高的温度。沉积物聚集很剧烈也很快速。
固体蚀刻工艺反应产物AlCl3和WCl6凝聚在低温的排气系统壁上。当来自设备洗涤排气的空气进入或“回流”到真空排气系统中时，湿气敏感性气相蚀刻反应物BCl3和反应产物SiHBr3还形成固体B2O3或SiO2壁沉积物。
由于下游沉积使真空泵经历更高的背压，其效率和泵速都会有损失，这限制了其从正处理的晶片附近移除运动中的颗粒物质的能力。正如本发明实施例的排气调节系统提供的那样，对下游沉积物进行消除将因此提高泵的效率，从而降低增加到每个晶片的颗粒。
提高产量
前面提到的加工8”晶片一般价值10,000美元，但在有些情况下其价值也达到100,000美元。每个晶片大约有1350个模板。因而每个模板价值7.5美元，但有时也达到75美元。
在本发明的实施例中，装配有排气调节系统的金属蚀刻工具的产量可以比平均值增加2.5到3个模板。对于使用本发明实施例的排气调节系统的公司来说，如果一个模板平均价值10.25美元，则该公司每年加工60,000个晶片，其产量每年会增加150万美元。
排气调节系统
图2-5描述了用于半导体反应器的排气或排水调节或处理系统110的几个实施例的不同视图。图2还描述了位于系统110下游的机械真空泵112，机械真空泵112和下游半导体反应器或制造设备114流体连通。
半导体反应器114包括半导体加工室116，在此完成晶片的加载和处理，以方便集成电路芯片或模具的制造。具体地说，半导体反应器114包括等离子导体或金属蚀刻工具设备，以对半导体加工室116中的半导体晶片进行处理。
机械真空泵112连接到上游加工工具“涡轮泵”。泵112用于把半导体加工室废气或废水抽取到设备排气管道，并在半导体加工室116中产生真空、部分真空或低于大气压的压力。
排气调节系统110一般包括进口管道、导管或管路120、换向或旁通阀122、排气运行管路、导管或管路140、组合的消声器和特定弯管126、充气二极管或输送喷射设备8以及旁通排气管道、导管或管路130。系统110还可以包括适当的框架132等，以保护和/或支撑不同系统部件。提供有压力计量器、传感器或变换器136，用来测量和监控泵112下游(或在泵出口处或附近)的背压。
如下所述，喷射设备8和旁通排气管道可以向出口、设备或主排气管路进给。如果需要，可以采用一个或多个止回阀134或类似的设备。
进口排气管道120与真空泵112的出口连接，位于真空泵112下游。入口管道120还与位于其下游的分流阀122的入口连接。
排气运行管路124位于分流阀122下游，包括第一排气运行管路138和第二排气运行管路140。第一排气运行管路138与分流阀122的一个出口连接，并且和组合的弯管和消声器126的入口连接。
第二排气运行管路140位于组合的弯管和消声器126的下游。第二排气运行管路140与组合的弯管和消声器126的出口连接，并且和喷射设备8的入口连接。
排气旁通管路130位于分流阀122下游，与排气运行管路124和组合的弯管和消声器126并联分布。如下所述，排气旁通管路130与分流阀122的一个出口连接，并进给到出口、设备或主排气管路。
如下所述，分流阀或旁通阀122用来基于背压监控转换排气运行管路124和排气旁通管路120之间的流路，有利地促进了半导体反应器114的操作，而不会出现处理停工。分流阀包括双向阀或类似的设备，可以手动控制或电控制。如果需要，也可以有效地采用两个或多个单向阀来转换排气流路。
在一个实施例中，分流阀122包括一个或多个机械阀，以控制排气运行管路124和排气旁通管路120之间的流路。这些机械阀不需要电控制，从而比较简单、紧凑和节约成本。
在另一个实施例中，分流阀122包括充气或气动阀，以控制排气运行管路124和排气旁通管路120之间的流路。该充气分流阀一般在背压测量的基础上用电控制，以实现远程监控和自动控制。
在一个实施例中，气动分流阀122使用大约80psig压力的压缩空气来开启。在修改实施例中，如果需要，也可以有效利用其它适当的气体压力。
组合的固体弯管和消声器126位于排气运行管路124上，或第一排气运行管路138和第二排气运行管路140之间。组合的弯管和消声器126位于第一排气运行管路138下游，与喷射设备8串行分布。如下所述，组合的弯管和消声器126包括一个或多个过滤器，该过滤器用来阻挡排气颗粒和/或可凝蒸汽，并在背压增加了预定值或背压达到一个预定阈值时，可以被维修或替换。可选地，可以在排气旁通管路130处提供第二组合的弯管和消声器。
如下面要详细描述的那样，组合的固体弯管和消声器126根据本发明的几个实施例特别设计，以完成双重功能，从过程废气中移除颗粒和/或可凝蒸汽以及消除与泵相关的噪音或声音。有利地，在真空泵112中可以不需要设置消声器，因为否则泵消声器会被颗粒阻塞，从而可能中断维护操作。而且，不利地，常规的泵消声器不易接近和难于达到和保持。
气体喷射设备8位于组合的弯管和消声器126下游，并与其串行设置。如下文所述，气体喷射设备8进给到出口、设备或主排气管路。
如下面要详细描述的那样，喷射设备8在防止水气(H2O)和氧气(O2)从洗涤排气向泵“回流”时，可以允许排气向下游流动。水气和O2的回流使得排气管道阻塞，这会不希望地阻止向下游的流动，并增大真空泵出口处的背压。喷射设备8利用惰性气体(在一个实施例中为氮气N2)的层流覆盖，以基本上减少O2和H2O的不希望的回流。可选地，在排气旁通管道130处可设置第二喷射设备。
在一个实施例中，喷射设备8和排气旁通管路130被固定或连接到(排气调节系统110的)排气管道的出口、导管、传输管或管路30，出口、导管、传输管或管路30与来自设备或主洗涤排气传输系统的设备“降落(drop)”或下行扩展传输管连接。在另一个实施例中，出口排气管道30可以包括与喷射设备8和排气旁通管路130固定或连接的“降落”设备自身。在又一个实施例中，喷射设备8和排气旁通管路130被直接固定或连接到设备洗涤排气。可选地，喷射设备8和排气旁通管路130可以连接到或进给到其它设备，例如排气塔、洗涤器或其它气体处理装置。
空气阀142或类似设备用来控制“降落”传输管的下游速度到预定值，在一个实施例中为大约每秒15英尺(FPS)。设备洗涤器上的风扇(一般可以提供大约每分钟50,000到100,000立方英尺(CFM)的流速)以大约每秒15英寸的速率推动室内空气通过洗涤排气系统。这些空气通过像空气阀142这样的入口点进入洗涤排气系统，在设置为15FPS时消耗177CFM风扇容量。其它的入口点包括湿气台、气态圆筒存储箱和应用点空气污染控制洗涤器。在一个实施例中，在洗涤排气中应用了终端(EOP)技术，以提供所需的空气污染控制和消除。
在一个实施例中，机械真空泵112上的压力计量器被用来测量和监控临近泵出口的压力或背压，并确定何时维修或替换组合的弯管和消声器126的过滤介质。此实施例和应用机械(非充气)分流阀的实施例的结合提供了增加的简易性。在该实施例中，简单的排气调节系统110可以在没有电力的情况下工作，在一个实施例中，其重量大约为125磅，密集框(或实际上整体)大约宽20英尺，深或长为30英尺，高为50英尺，并采用流速大约为1CFM的氮气(压力大约为10psig)作为喷射设备8的阻挡气体。
在另一个实施例中，压力检测和传感设备136包括压力传感器或变换器。在一个实施例中，压力传感器或变换器136位于或设置在位于真空泵112和分流阀122之间中间位置的入口管道120处。
在一个实施例中，压力传感器或变换器136包括不锈钢单元，其范围为0到5psi，其输出为4到20毫安，其线性度良好并且具有数字显示。例如Ashcroft A2SBM0242D25#G。
在本发明的几个实施例中，排气调节系统110包括电子组件或系统，电子组件或系统给不同电气控制系统元件供电，以操作和控制它们。在一个实施例中，电子组件或系统提供合适的电力，以激励或操作和控制气动分流阀122、包括显示器的压力传感器或变换器136，以发出警示，例如光、蜂鸣、警报，以在背压增加了预定压力差或增量(ΔP)时对技术人员进行提醒。在一个实施例中，提供了两个即插即用110伏的交流电和5安培的电力连接。
在一个实施例中，支持自动化和电气的排气调节系统110(如图3-5所示)的重量大约为225磅，密集框(或实际上整体)大约宽20英尺，深或长为30英尺，高为50英尺，并采用流速大约为1CFM的氮气(压力大约为10psig)作为喷射设备8的阻挡气体，采用大约80psig压力的压缩空气，以操作气动分流阀122，并采用110伏交流电和5安培电力连接。
在一个实施例中，排气调节系统110与控制器或控制系统或类似设备之间采用例如一个或多个RS 232端口的合适连接端口进行交互，以允许远程监视和控制。控制器有利于自动系统控制和系统部件(例如转换阀122、压力传感器136和警报器)的操作，该控制器可以包括计算机、微处理器和其它所需要的适当的硬件及软件。
在一个实施例中，排气运行管路124和/或入口管道120的至少一部分是绝缘的和/或加热的，以提供温度控制。导体蚀刻工艺典型地运行在几百摄氏度下。当该工艺中的气体从机械真空泵脱离出时，其温度大约为80摄氏度。在这个温度下，机械泵和分流阀之间不会产生沉积物。在一个实施例中，系统在从机械泵到分流阀之间是绝缘的，从而可以保持在80摄氏度，再使分流阀和消声器/弯管之间的覆盖物加热到120摄氏度，可以防止进入消声器/弯管之前的固体凝结。这样可以有利地不用对这些导管的清理，除非一年或几年之后。不利处在于，常规系统没有绝缘和对覆盖物加热，从而使得导管和阀门，除了机械泵的可能的第一脚或下游，不得不在每隔几个月更换过滤器物质时进行一次清理。
在一个实施例中，入口排气管道120带有绝缘，从而可以使温度保持在80摄氏度。如果需要，可以使用与自动电气控制系统交互的温度传感器或类似设备。
在一个实施例中，在排气运行管路138中有加热覆盖物等，以使分流阀122和组合的弯管和消声器126之间保持120摄氏度的温度控制。如果需要，可以采用与自动电气控制系统交互的适当的加热器或加热系统和温度传感器等。
本发明实施例中，排气调节系统110的元件包括不同的适当材料，例如金属、合金、陶瓷、塑料。在一个实施例中，较佳材料为不锈钢。
特别参考图4和图5，在一个实施例中，高度H41大约为50.7英尺，高度H42大约为12.75英尺，宽度W51大约为20英尺，深度或长度D51大约为30英尺，深度或长度D52大约为15.53英尺。如果需要，在修改实施例中也可以有效利用其它合适的尺寸。
图6是描述采用一个实施例的排气调节系统110的改进的半导体、导体蚀刻工具性能的实验数据曲线图。排气调节系统110安装在大约点144处的导体蚀刻工具上，并示出了晶片颗粒或增加的颗粒的显著下降。
管道喷射设备
舒梅切尔(Schemacher)的美国专利6,432,372 B2，其全部合并在此并作为参考，公开了环形的管道喷射设备，用于防止活性气体的回流和回流引起的沉积物，包括排气调节系统110的喷射设备8的几个实施例。采用单个环状管道喷射器，包含来自半导体设备制造过程的不完全的反应水气敏感性气体和水气敏感性气体的反应附产物，被注入到设备或排气线/管道出口等，且由“阻挡”气体进行分离，由此可以防止排气管路正常工作时进给管道的阻塞。在这些应用中，下游动量通过其它流入设备排气管道的其它气体(大部分是空气)，传送给了活性气体和“扩散阻挡”惰性气体，即注入气体。
阻挡气体有两个功能。该气体的第一个功能是对向下游经过的活性气体进行扩散阻挡，以使活性气体之间的反应只在扩散阻挡被克服的一个时间增量并且反应物从喷射点下游经过了一定增量的距离后发生。该功能可以防止在喷射点处发生阻塞。阻挡气体的第二个功能是防止喷射点流动外围的湍流，从而使活性组分的入口不进入喷射点上游流动的流体的“边界层”。该第二个功能可以防止在喷射点上游处发生阻塞。在阻挡气体从上游顺着下游方向穿过和离开喷射点时，通过强制阻挡气体以层流的形式流动，从而实现这两个功能。
特别参照图7，设备8一般包括一对同轴管19和20，同轴管19和20伸入到排气管路或降落30内。内部的同轴管19设置在外部同轴管20之内。因此，在内部的同轴管19和外部同轴管20之间形成环状15。同轴管10和20分别有直角弯曲12和22，各自对应分别在管道30的中心轴平行的方向的管截面14和24。
内部管19在插孔42处连接到减小装配件(reduction fitting)40。外部管20与轴套26相连，轴套26与减小装配件40相连。轴套26和内部管19之间形成环形空间27。入口28连接到轴套26。减小装配件40有一端口44与压力计量器(未示出)相连。排气入口管道50连接到减小装配件40。
在一个实施例中，第二反应气体是来自设备洗涤器上的风扇或设备室的室内空气。该活性气体的活性成分一般包括水蒸汽、氧气及其混合物等。在修改实施例中，第二反应气体可以是包括湿气或水分的，与第一活性气体成分起反应的任何气体(例如半导体蚀刻工艺排放气体)。
在一个实施例中，水蒸汽一般以浓度大约为10％到100％湿度的形式存在于第二活性气体中，包括所有的值和之间的子域。在另一个实施例中，水蒸汽一般以浓度大约为30％到50％湿度的形式存在于第二活性气体中，包括所有的值和之间的子域。在另一实施例中，水蒸汽一般以浓度大约为1％到10％湿度的形式存在于第二活性气体中，包括所有的值和之间的子域。
在一个实施例中，无活性气体或惰性阻挡气体包括氮气。在另一个实施例中，无活性气体或惰性阻挡气体包括氩气。在修改实施例中，无活性气体可以为气态混合物，它与第一活性气体(工艺排放气体)或第二活性气体中的活性成分或组分并不起反应。
特别参考图7，管19中的第一活性气体、环形空间15中的无活性气体以及在输送管30中的第二活性气体的温度能在一个很宽的范围内变化。在一个实施例中，温度在约10℃(摄氏度或百分度)到100℃的范围内变化，并包括这之间的所有值和子域。在另一个实施例中，温度在约20℃到30℃的范围内变化，并包括这之间的所有的值和子域。在又一个实施例中，温度在小于约10℃到大于100℃的范围内变化，并包括这之间的所有值和子域。
依然特别参考图7，在管19中的第一活性气体、环形空间15中的无活性气体以及在输送管30中的第二活性气体的压力能在一个很宽的范围内变化。在一个实施例中，压力在约负10英寸水压到大气压的范围内变化，包括这之间的所有值和子域。在另一个实施例中，压力在约负2英寸水压到大气压的范围内变化，包括这之间的所有值和子域。在又一个实施例中，压力在小于约负10英寸水压到高于大气压的范围内变化，包括这之间的所有值或者子域。
在较佳实施例中，流过环形空间15的无活性阻挡气体是分层的或者实际上是分层的。在一个实施例中，流过环形空间15的无活性气体的雷诺数通常大约是3000或者更小，包括这之间的所有值和子域。在另外一个实施例中，流过环形空间15的无活性气体的雷诺数在约500到3000的范围内变化，包括这之间的所有值和子域。在又一个实施例中，流过环形空间15的无活性气体的雷诺数在约750到2500的范围内变化，包括这之间的所有值和子域。在再一个实施例中，流过环形空间15的无活性气体的雷诺数在约1000到2000的范围内变化，包括这之间的所有值和子域。
流过环形空间15的无活性阻挡或者保护气体的雷诺数(Re)由如下公式求得：
Re = ρV ( D i - D o ) μ
式中，ρ是无活性气体的密度，V是其速度，Di是外管20的内径，Do是内管10的外径，μ是无活性气体的密度。速度V可以由下式求得：
V = Q A
式中，Q是无活性气体的流速，A是环形空间15的截面积。
因此，对于在一定的温度和压力条件下的给定无活性气体，以及内管19和外管20的固定几何尺寸，可以通过选择流速来保持雷诺数，从而气流是分层的或者实际上是分层的。可替代地，或者另外，流速和内管19和外管20的固定几何尺寸的一个或者两个可以改变，以提供无活性惰性阻挡或保护气体(在一个实施例中是氮气)的分层或者实际上分层的流动。
图8中所示的是所估计的雷诺数作为流过环形空间15的氮气(无活性气体)的每分钟立方英尺(CFM)的流速的函数。从图中可以看出，雷诺数随着流速的增加而增加。线90是外径0.5英寸的内管19，和外径0.75英寸的外管20，并且壁厚为0.065英寸时的结果。线92是外径1.0英寸的内管19，和外径1.25英寸的外管20，并且壁厚为0.065英寸时的结果。氮气的密度和粘度分别可以估计为0.07807lb/ft3和178.1微泊。
无活性阻挡气体提供了多个所期望的功能。无活性气体的一个功能是对向下游行进的活性气体提供扩散阻挡，因此活性气体之间的反应只是发生在扩散阻挡被克服时的一个微分增量时间，并且反应物从喷射点行进了向下的微分增量的距离之后。阻挡气体的另外一个功能是防止喷射点气流外围的湍流，从而堵住了活性成分进入喷射点流体上游的“边界层”。这两个功能都在阻挡气体在下游方向从上游到达、穿过并离开喷射点时，由限制阻挡气体以层流状态流动来实现。有利地，实际上消除或者减少了形成排气管路阻塞的沉积物的不希望的水气回流。
在本发明的实施例中，内管19和外管20的直径在特殊的应用场合下可以具有一个较宽的范围。在一个实施例中，这些直径在约0.5到1.5英寸的范围内变化，包含这之间的所有值以及子域。在另一个实施例中，这些直径在约0.25到2英寸的范围内变化，包含这之间的所有值以及子域。在又一个实施例中，这些直径在约0.1到10英寸的范围内变化，包含这之间的所有值以及子域。在修正的实施例中，按照需要或者希望，可以使用更大或者更小的直径。
在一个实施例中，流过环形空间15的无活性气体的速度Vn在约20英尺/秒到40英尺/秒的范围内变化，包含这之间的所有值以及子域。在另一个实施例中，流过环形空间15的无活性气体的速度Vn在约10英尺/秒到60英尺/秒的范围内变化，包含这之间的所有值以及其间的子域。在又一个实例中，流过环形空间15的无活性气体的速度Vn在约5英尺/秒到100英尺/秒的范围内变化，包含这之间的所有值以及子域。在修正的实施例中，按照需要或者希望，可以使用更高或更低的速度Vn。
在一个实施例中，流过环形空间15的无活性气体的速度Vn与通过管19的第一活性气体的速度V1的比值(即Vn/V1)在约1∶2到2∶1的范围内变化，包含这之间的所有值以及子域。在另一个实施例中，流过环形空间15的无活性气体的速度Vn与通过管19的第一活性气体的速度V1的比值(即Vn/V1)在约1∶3到3∶1的范围内变化，包含这之间的所有值以及子域。在又一个实施例中，流过环形空间15的无活性气体的速度Vn与通过管19的第一活性气体的速度V1的比值(即Vn/V1)在约1∶5到5∶1的范围内变化，包含这之间的所有值以及子域。在修正的实施例中，按照需要或者希望，可以使用其它适当的速度比率。
在一个实施例中，流过环形空间15的无活性气体的速度Vn与通过管20的第二活性气体的速度V2的比值(即Vn/V2)在约1∶2到2∶1的范围内变化，包含这之间的所有值以及子域。在另一个实施例中，流过环形空间15的无活性气体的速度Vn与通过管20的第二活性气体的速度V2的比值(即Vn/V2)在约1∶3到3∶1的范围内变化，包含这之间的所有值以及子域。在又一个实施例中，流过环形空间15的无活性气体的速度Vn与通过管20的第二活性气体的速度V2的比值(即Vn/V2)在约1∶5到5∶1的范围内变化，包含这之间的所有值以及子域。在修正的实施例中，按照需要或者希望，可以使用其它适当的速度比率。
特别参考图7，在工作过程中，包含排出物质的第一活性气体(例如来自半导体反应器系统或制造工艺的真空泵排气)通过入口管50进入并通过减小装配件40，通过内管19进入输送管或者降落30。无活性或者扩散阻挡气体(例如氮气、氩气等)通过入口28进入并通过环形空间27，通过环形空间15进入到输送管30。在一个实施例中，无活性气体从一个设备源、密封槽或者气缸推进到入口28。无活性气体的流速被控制和/或选择，以使其流过环形空间15并进入导管30时气体是实际分层的。
仍然特别参考图7，第二活性气体(例如从设备洗涤器的风扇或设备室出来的室内空气)流过导管30。在一个实施例中，可以产生大约2到5英寸的负水压的抽气机被用来影响通过导管30的气体的流动。第一活性气体从内管19中传输到导管30，并且无活性气体从环形空间15传输到导管30，这两种气体以与第二活性气体大体相同的方向流动。
继续参照图7，当无活性气体和第一活性气体被推入到导管30，无活性气体围绕将其与第二活性气体隔离的第一活性气体生成一个层流保护层52。这个总的层流保护层防止在第一和第二活性气体之间的对流混合以及扩散。第一和第二活性气体行进在上游以克服扩散阻挡52之前不会发生混合。这样，在同轴管19和20的末端16和25之间、第一和第二反应气开始接触的末端16和25的下游的点处分别产生反应隔离带。
继续特别参照图7，第一和第二活性气体相互接触的下游点是第一和第二活性气体相互反应的反应区的开始。反应隔离带以及导管19和环形空间15内的上游位置，是其中应当避免的第一和第二活性气体之间的反应的有害区域。反应隔离带下游的反应区是其中可以允许第一和第二活性气体进行反应的无害区域。因此，从第二活性气体出来的水汽可以防止通过装置8回流进入工艺排气，连接到排气管路的并且可能连接到真空泵112的管道50，因此可以预防在排气管路和可能是泵112中，由湿气和排出气体之间的反应形成固体颗粒沉淀。
第一和第二活性气体流中活性成分的对流混合，即分别氟气和水汽，在管19的末端16中由无活性气体层52防止。由于完全层状气体层52的存在，第一和第二活性气体的混合被扩散阻挡52延迟了。回流到管19形成的漩涡被减小了或者完全消除了，直到下游的输出导管或者降落30的导管19(也就是在反应带)的末端16的一定距离，扩散的混合不会发生。因此，反应成分，在本例中是湿气，不会进入管19，也不会到达排气管路并可能是泵112，从而便于防止或者充分减少有害的回流导致的阻塞，以及期望能够对半导体制造工艺提供较好的过程控制和性能。
可能导致排气管路中不希望有的阻塞的化学反应过程的一个例子是，当排气中的三氯化硼与回流的湿气反应，以形成硼酸或者氧化硼，由下式：
                    
                    
本发明实施例中的气体喷射装置8防止了不希望有的湿气回流，以及由此带来的真空排气的阻塞。
本发明实施例中喷射装置的元件可以包括各种合适的材料，比如金属、合金、塑料等。在一个实施例中，较佳的材料是不锈钢，例如3161型不锈钢。按照需要或者希望，可以提供或应用合适的表面处理。
一些实施例利用了本发明实施例中的气体喷射装置8提供了改良的洗涤废气流类型。喷射装置8将过程流体注入到洗涤排气的主流的核心，通过存在于流体周边的边缘层的旁路。从这个喷射点，流体在锥形下游中开始分叉，一直到达到边界层。在这个分叉中，过程流体与洗涤排气中的湿气反应，以在流体中形成水反应化合物中的亚微细粒的氧化物粒子，这样就形成了表现为锥形的烟雾。主核中的流体速度很快，当它向设备水洗涤器下游流动，使这些颗粒可以漂浮，以使其从排出设备的气流中移除。只有少量的颗粒物被留在边界层中，这在洗涤排气管壁上形成了一个均匀地分布在其周围的金属氧化物薄层。因此，向洗涤排气导入湿气反应过程流体时产生的氧化物的大部分，到达了设备洗涤器，并在那儿被捕获。
然而当喷射装置8不用的时候，另一方面，湿气敏感过程流体直接被导入到流体外围的慢速移动的边界层上，在这里反应并且在洗涤排气管道的底部凝结。当一些湿气敏感材料由洗涤使用点在进入洗涤排气前被移除，这些装置不是100％有效，或者所有时间进行有效地工作(不是旁路)。
因此，有利地，气体喷射装置8改善了洗涤排气中湿气所形成的氧化物到设备洗涤器的传输，并且像所希望的那样减少了排出管道系统中氧化物的沉淀。
组合的弯管和消声器
图9和图10显示了组合的弯管和消声器126的一个实施例的不同视图。组合的弯管和消声器126是根据发明的实施例特别设计的，以执行双重功能，即从工艺排气中移除颗粒和/或可凝蒸汽和消除与泵相关的噪音或声音。需要注意的是，当放置在从其中移除了标准消声器的机械真空泵排气上时，目前商业化上可行的弯管实际上充当了基本放大器，而不是消声器。
组合的弯管和消声器126总体上包括总圆柱形主外壳部分146、容纳过滤系统150的总圆柱形内腔148、用于密封地固定可移动或者可提起顶盖或者组合件154的箝位机构或者系统152、排气入口156和在一端有排气口160的导管158(也示于图11)。在一个实施例中，外壳146的外径约为8英寸，壁厚约为0.083英寸。
入口156连接到第一排气运行管路138，并允许工艺排气或者流体流到弯管/消声器的内腔148中。入口156处提供一个或者更多的法兰162等，以便于连接到第一排气运行管路138。在一个实施例中，入口156外径为2英寸，壁厚约为0.065英寸。
出口或出路158连接到第二排气运行管路140，并允许工艺排气或者流体从弯管/消声器的内腔148流到喷射装置8。出口158处提供一个或者更多的法兰164等，以便于连接到第二排气运行管道140。在一个实施例中，出口158的外径为2英寸，壁厚约为0.065英寸。
在图示的实施例中，腔148包括上部的第一腔166，以容纳过滤系统150的总体环形第一过滤器或者过滤元件168。在一个实施例中，过滤器168包括丝网或者线网。在一个实施例中，丝网包括外径约为7.5英寸、高约为8英寸的不锈钢。
过滤器168包括总体中心通路170。在一个实施例中，过滤器168由外部的环绕丝网(带有金属丝网筛)172和内部丝网阻挡(多孔管)174组成。
在图示的实施例中，腔148包括容纳过滤系统150的总体环形第二过滤器或过滤元件178的更低的第二腔176。在一个实施例中，过滤器178包括丝网或者线网。在一个实施例中，丝网由外径约6英寸的不锈钢组成。
过滤器178包括总体中心通路180。在一个实施例中，过滤器178由外部环绕的丝网组成(带有金属丝网筛)。
第二过滤器178的使用有利于消除真空泵排气噪音或声音。另外的可能有益于消除不希望有的噪音或声音的因素包括，在弯管/消声器126的内腔148内元件的结构和排列。有利地，增强的声音或噪声的吸收和消除是由组合的弯管和消声器实现的，以提供一个充分安静的排气调节系统。
在一个实施例中，第一过滤器168和第二过滤器178包括离散的或者独立的相互之间可以流体连通的单元。在另一个实施例中，第一过滤器168和第二过滤器178包括整体单元。
管158具有延伸到了第一过滤器168的通路170的上游部分或者末端。管158延伸通过第二过滤器178的通路180，并且超过了下游管的末端160。特别参考图11，直径D111约为2英寸，高H111约为7.5英寸，曲率半径R111约为0.75英寸。
夹具系统152被用作接合顶盖或者板154，以密封排气或排水通过其流动的内腔148。在一个实施例中，夹具系统152包括多个夹持或锁紧元件182。夹持元件182可以与顶盖154的环形法兰等和法兰等接合，以使用密封元件等提供合适的密封。
在一个实施例中，夹具系统密封元件包括O形圈。在另一个实施例中，夹具系统密封元件包括KF类型的密封元件或者适用于高温的装配。例如，按照需要或者希望，“热气扫除”(HGS)可以用来从工艺工具中扫除颗粒以提高产量。
夹具系统152可操作，以临时移除或者提升密封板154，并且获得进入到组合的弯管和消声器126的内部的通路。按照需要或者希望，这允许清洁、洗涤、维修或者更换一个或者两个过滤器168、178。在本发明的实施例中，泵背压被用来确定何时转换旁路模式和利用过滤器168和178。
在图示的实施例中，组合的弯管和消声器126包括栓184、螺杆186、板188、垫圈190和内腔148内的碟形螺母190，以便于将过滤器168和178固定住。栓184位于管158的顶端。
杆186延伸通过空间170，与栓184和板188接合。在一个实施例中，杆186包括1/4-20的螺杆。
板188位于第一过滤器168的顶端。在一个实施例中，板188的外径约5英寸，厚度约0.065英寸。
垫圈190位于板188上，杆186穿过垫圈190。在一个实施例中，垫圈190包括1/4英寸锁紧垫圈。
碟型螺母192位于垫圈190上并与杆186螺纹接合。当需要时，螺母192可以移除，以获得到达过滤器168、178的通路，以进行维修和/或更换。在一个实施例中，螺母192包括1/4-20的碟形螺母。
工艺排气或排水通过入口156流入组合的弯管和消声器126，然后流过过滤器178和168。排气然后流过多孔管174，进入到通路170和管158，并且通过出口160离开组合的弯管和消声器126。过滤器178和168挡住排气颗粒或者/和可凝蒸汽，并且当背压增加了一个预设值或者达到一个预设阈值时被维修或者替换。组合的弯管和消声器126和/或者过滤系统150的特殊的结构和/或排列也可以消除泵排气噪声或声音。
在一些实施例中，在真空泵112上、在真空泵112中、以及真空泵112与分流阀122之间没有提供消声器。本发明实施例中的组合的弯管和消声器126代替了常规泵消声器。有利地，这便于实现组合的弯管和消声器126，易于维护而且更经济。
组合的弯管和消声器126可以安装在排气调节系统110的任何合适方位。就是说，在安装时，盖154不是必须在顶上。
在一些实施例中，组合的弯管和消声器126可以按照期望配置为占据一个过滤器材料的体积，这将允许在预设时间周期内操作。在一个实施例中，这个时间周期最小为4个月。在其它的实施例中，按照需要或者期望，组合的弯管和消声器126可以被配置成允许其它的合适的时间周期的操作。
组合的弯管和消声器可以由任何一个合适的制作单位生产。例如，一个合适的单位包括加利福尼亚Yreka的Nor-Cal产品有限公司。
本发明实施例中组合的弯管和消声器的成分可以包括各种合适的材料，比如金属、合金、陶瓷、塑料等。在一个实施例中，较佳材料是不锈钢，例如3161或者304不锈钢。按照需要或者希望，可以提供或应用合适的表面处理。
特别参考图10，在一个实施例中，高度H101约是13.1英寸，高度H102约是11.5英寸，高度H103约是3.6英寸，高度H105约是1.5英寸，长度或宽度L101约是5.7英寸。在修正的实施例中，按照需要或者期望，可以有效使用其它合适的尺寸。
图12和13显示了修正的实施例中组合的弯管和消声器126’的不同视图。从图中可以看出，除了一些新的特性，组合的弯管和消声器126’是大体上相似于组合的弯管和消声器126(图9和图10)。
组合的弯管和消声器126’包括密封地固定着可移除或可提起的顶盖154的不同夹持和锁紧机构或者系统152’。夹具机构152’具有夹具和O形圈，以接合盖154和主体146的各个法兰，从而密封内腔148。杆或者闭锁机构194在需要时可以被操作，以夹持和放开盖154。
在第一和第二过滤器元件168和178之间可以用也可以不用一个更低的环形板188’(图13)。在一个实施例中，板188’被用来支持第一过滤器元件168，但是第二过滤器元件178没有提供在更低的内腔部分176。在更低的内腔部分176中没有过滤器材料的这个实施例有噪声，并且在消除噪音或声音方面无效。
特别参考图13，在一个实施例中，高度H101约是13.1英寸，高度H131约是12.8英寸，高度H132约是3.0英寸，高度H133约是3.0英寸，高度H134约是2.0英寸，高度H135约是1.5英寸，高度H136约是3.6英寸，高度H137约是1.5英寸，长度和宽度L131约是5.7英寸。在修正的实施例中，按照需要或者期望，其它合适的尺寸可以有效利用。
系统操作
当工艺排气通过排气运行管路140，流经组合的弯管和消声器126和气体喷射器8并进入到排出管30。压力表、传感器或变送器136监视在真空泵出口处或者附近的背压。如果背压(由压力表、传感器或变送器136测量)增加了预定压力差(ΔP)或者超过压力阈值，分流阀122被激励或者操作，以引导排气流经排气旁通管路130。有利地，这样允许半导体加工室116充分地连续操作，而不会出现不希望的中断。
在一个实施例中，预定压力差(ΔP)在约0.1psi到0.5psi之间的范围内。在另一个实施例中，预定压力差(ΔP)在约0.2psi到0.4psi之间的范围内。在又一个实施例中，预定压力差(ΔP)大约为0.3psi。在修正的实例中，按照需要或期望，可以有效利用其它的合适的压力差。
在一个实施例中，预定压力差(ΔP)是基于约为3psi的额定背压。也就是，如果背压增加到(3+ΔP)psi，流体转到旁路模式。在另一个实施例中，预定压力差(ΔP)是基于在约3psi到8psi之间范围内的额定背压。
当排气被分流到旁路排气旁通管路130，操作员或者技术人员能够注意到组合的弯管和消声器126，一旦组合的弯管和消声器126被注意，分流阀122被激励，以重新引导排气流经排气运行管路。
在一个实施例中，一个或者两个过滤器元件168和178被洗涤、清理和/或维修然后再使用。在另一个实施例中，一个或者两个过滤器元件168、178被新的过滤材料或者介质所替换。在又一个实施例中，组合的弯管和消声器126被新的组合的弯管和消声器所替换。有利地，这使洗涤、清理、维修和/或替换更快而且简单了。
在一些实施例中，组合的弯管和消声器126可以被所需地配置占据一个过滤器材料的体积，这将允许在预设时间周期内操作。在一个实施例中，这个时间周期至少是4个月。在其它实施例中，按照需要或者期望，组合的弯管和消声器126可以被配置成允许其它的合适的时间周期的操作。
在一个实施例中，附加的或者第二排气运行管路具有第二组合的弯管和消声器和第二喷射装置，如下文结合图14和15所述的。在这种情况下，如果背压(由压力表、传感器和变送器136测量)增加了预定压力差(ΔP)或者超过了压力阈值，分流阀122可以被激励或者操作，以引导排气流经这个第二排气运行管道。然后操作者或者技术人员有更多的时间注意第一组合的弯管和消声器126。当背压又增加了预设压力差(ΔP)或者超过了压力阈值，分流阀122再被激励，以重新引导排气流经第一组合的弯管和消声器126。在排气调节系统操作中，两个弯管之间的转换是重复的。按照需要或期望的，也可以使用排气旁通管路130。
排气调节系统电子封装的实施例提供了很多有益的特征和优点。这包括(a)允许操作者在任意时间转到旁路，(b)在背压增加了ΔP时激励分流阀，以引导排气流向第二过滤单元(第二组合的弯管和消声器)或者旁路，(c)在接收到来自“热气扫除”(HGS)装置的信号后，转换流向旁路，和(d)通过RS232端口等进行远程监视和控制。
这里描述或者图示的这种方法并不限定于所描述的动作顺序，并且也不必须限定于所提出的所有动作。其它的操作顺序，或者少于所有的动作，或者同时发生的动作，可以用作为本发明实践的实施例。
一些其它的实施例
图14和15显示了带有框架132’的排气或排水调节或处理系统110’的另一个实施例。排气调节系统110’包括附加排气运行管路140’、第二组合的弯管和消声器126’和第二气体喷射装置8’，附加排气运行管路140’包括第一排气运行管路138’和第二排气运行管路140’。如前面所达，排气运行管路140’的选择部分可以被绝缘和/或加热。
分流阀122’可以包括三路阀门等，允许基于由压力表、传感器或变送器136的背压测量在运行管路138、138’和旁通管路130之间转换排气流动通路。在一个实施例中，分流阀122’包括气动或者气动激励阀。
在一个实施例中，支持自动化和电子化的排气调节系统110’的重量约为300磅，密集框(或者实际上整体)尺寸约为32英寸(宽)×30英寸(深或长)×50英寸(高)，使用流速约为1CFM的氮气(约10psig压力)作为喷射装置8和8’的阻挡气体，利用压力约为80psig的压缩气体以启动气动激励分流阀122’，并使用110伏、5安培的交流电力连接。
特别参考图15，在一个实施例中，高H151约为48英寸，高H152约为45.33英寸，高H153约为10.00英寸，高H154约为2.0英寸，宽W151约为32.00英寸。在修正的实施例中，按照需要或者期望，可以有效利用其它合适的尺寸。
图16显示了排气或排水调节或处理系统110”的另一个实施例。支持自动化和电气化的排气调节系统110”包括容纳在紧凑的单独框架132”中的两个排气调节系统110。这两个系统110能相互独立操作。
在一个实施例中，支持自动化和电气化的排气调节系统110”的重量为400磅，密集框(或实际上为整体)尺寸约为28英寸(宽)×30英寸(深或长)×55英寸(高)，使用流速约为2CFM的氮气(约10psig)作为两个喷射装置8的阻挡气体，利用压力约为80psig的压缩气体以启动两个气动激励分流阀122，并使用110伏、5安培的交流电力连接。
一些特征和益处
排气调节系统的一些实施例提供了以下的有利特征：
1.简单的设计，具有不平的不锈钢结构和没有可移动的部分。
2.使用层流N2覆盖层和固体过滤器，以减小管壁沉淀和O2和H2O回流。
3.洗涤排气中暴露在腐蚀环境中使用聚四氟乙烯涂层。
4.机械泵和洗涤排气之间的连接很容易。两个简单连接。
5.过滤器代替干泵消声器，更加安静。
6.工具包括用于气动阀激励的压缩大气(80psig)添加到单元的N2(10psig)。两个即插即用110伏、5安培电力连接。
7.并行的运行/旁路设计，不需要停止工艺即可更换过滤元件。可以用背压传感器启动转换。
8.在高产量(6000晶片/月)的制造厂，当保持背压聚集小于0.1psi时可以得到30,000(200mm)晶片过滤器寿命。
9.低成本计划、高能效比、ESH更新程序的优秀的选择。减小了环境占地面积。
10.“洗涤排气”中管道终端技术提供了需要的空气污染控制和消除。
排气调节系统的一些实施例提供了以下的优点和益处：
一些实施例的一个重要的特性是在导体刻蚀工艺整体“所有者成本”过程的缩减，包括：
1.维护费用低，占地面积小，可靠性高。
2.无需水或油以及最小的电力使用。减少了温室气体排放。
3.在分析产量扩张变化时，比较所有的POU选择，从项目开始即肯定现金流转。
4.当在成本减少或者能效升级项目中替换POU洗涤器时，6到18个月的ROI。
5.一些公共用途向在从CapEx的5％到50％变化的范例应用提供能效动机。
一些实施例其它重要优点是改进的过程控制，包括：
1.实时地精确监控泵背压。
2.在扩展时间周期保持泵速。
3.过滤器的低成本提供了一个在背压一增加时尽快替换它的动机。POU过滤器的高成本在另一方面提供了一个导致高的、不受控的背压的过滤器更换的障碍。
一些实施例的其它的重要益处是通过使用导体刻蚀过程减少产品的次品率。
从前面的描述，本发明公开了一种新型的半导体工艺排气处理方法。虽然本发明的叙述中的一些元件、技术和特征具有一定的特殊性，显然可以在设计中做很多的修正，前面所述的构架和方法并不违背本发明的精神和范围。
虽然对本发明的很多较佳实施例和修订进行了详细描述，对本领域的技术人员来说，其他修改和方法的使用和应用是明显的。由此，可以理解各种的应用、修改和替换都在本发明精神或权利要求的范围之内。
本领域技术人员对本发明所做的各种修改和应用，不违背本发明的精神或范围。可以理解，本发明并不限于此处为了举例而列出的实施例，只限于附属权利要求的公平含义，包括对每个权利部分等同的全部范围。

Claims (48)

1、一种用于半导体加工室的排气系统，包括：
位于真空泵下游的分流阀，该真空泵位于所述半导体加工室的下游；
位于所述分流阀上游的压力传感器，用于监控泵背压；
位于所述分流阀下游的排气运行管路，来自所述半导体加工室的排气通过所述排气运行管路进给到设备排气管路；
位于所述分流阀下游并与所述排气运行管路以并行结构排列的排气旁通管路；
位于所述排气运行管路处的过滤器，以在所述排气的至少一部分颗粒物和/或可凝蒸汽通过该过滤器时俘获该至少一部分颗粒物和/或可凝蒸汽；
由此，如果压力传感器测量到的背压增加了预定压力差ΔP时，分流阀被激励，以引导所述排气通过所述排气旁通管路，从而允许所述半导体加工室的实际上连续操作。
2、如权利要求1所述的系统，其中所述系统进一步包括喷射设备，该喷射设备供给到所述设备排气管路并实际上防止回流引起的沉积。
3、如权利要求2所述的系统，其中所述喷射设备包括内通道和外通道，所述排气通过所述内通道流动，阻挡气体以层流状态通过所述外通道流动。
4、如权利要求1所述的系统，其中所述排气运行管路被绝缘和/或加热，以提供温度控制。
5、如权利要求1所述的系统，其中所述系统进一步包括具有第二过滤器的第二排气运行管路。
6、如权利要求1所述的系统，其中所述过滤器用作组合的颗粒弯管和消声器。
7、如权利要求1所述的系统，其中所述过滤器可在不中断所述半导体加工室操作的情况下被更换。
8、如权利要求1所述的系统，其中所述过滤器包括包含第一过滤元件的第一内腔。
9、如权利要求8所述的系统，其中所述过滤器包括包含第二过滤元件的第二内腔，并且允许过滤器用作声音消声器。
10、如权利要求8所述的系统，其中所述过滤元件包括丝网。
11、如权利要求10所述的系统，其中所述丝网包括不锈钢。
12、如权利要求1所述的系统，其中所述系统进一步包括用来监视和自动控制系统操作的控制器。
13、如权利要求1所述的系统，其中该系统进一步包括警报器，该警报器在压力传感器测量到的背压增加了所述预定压力差ΔP时被激励。
14、如权利要求1所述的系统，其中所述预定压力差ΔP在从大约0.1psi到大约0.5psi的范围内。
15、如权利要求14所述的系统，其中所述预定压力差ΔP在从大约0.2psi到大约0.4psi的范围内。
16、如权利要求15所述的系统，其中所述预定压力差ΔP大约为0.3psi。
17、如权利要求1所述的系统，其中所述分流阀包括气动激励阀。
18、一种引导来自半导体加工室的排气的方法，包括：
通过泵下游的分流阀流动所述排气，所述泵给半导体加工室提供低于大气压的压力；
通过所述阀下游的过滤器流动所述排气，以移除所述排气中的至少一部分颗粒物和/或可凝蒸汽；
把经过所述过滤器的排气进给到位于该过滤器下游的设备排气管路；
监控所述泵和所述阀中间位置的背压；和
如果所述背压增加了预定压力差ΔP时，操作所述阀，以将所述排气分流到排气旁通管路，从而允许所述半导体加工室的实际上连续操作。
19、如权利要求18所述的方法，其中该方法进一步包括通过在所述过滤器中提供第二过滤元件，在所述排气离开泵后消减来自该排气的噪音。
20、如权利要求18所述的方法，其中该方法进一步包括操作所述阀，以分流所述排气流经第二过滤器。
21、如权利要求20所述的方法，其中该方法进一步包括在排气流经第二过滤器时更换所述过滤器的过滤元件。
22、如权利要求21所述的方法，其中该方法进一步包括如果所述背压增加了预定压力差ΔP时，操作所述阀，以重新引导所述排气流经具有更换后的过滤元件的过滤器。
23、如权利要求20所述的方法，其中该方法进一步包括在所述排气流经第二过滤器时清理所述过滤器。
24、如权利要求23所述的方法，其中该方法进一步包括如果所述背压增加了预定压力差ΔP时，操作所述阀，以重新引导所述排气流经所述清理过的过滤器。
25、如权利要求18所述的方法，其中在背压增加了预定压力差ΔP时，启动报警器。
26、如权利要求18所述的方法，其中该方法进一步包括使所述排气流经位于过滤器下游的实际上防止反应蒸汽回流的喷射设备。
27、如权利要求26所述的方法，其中该方法进一步包括使惰性气体以大约为3000或更少的雷诺数流经所述的喷射设备。
28、如权利要求18所述的方法，其中该方法进一步包括在所述排气流经所述排气旁通管路时更换所述过滤器。
29、如权利要求18所述的方法，其中该方法进一步包括在所述排气流经所述排气旁通管路时更换所述过滤器的至少一个过滤元件。
30、如权利要求29所述的方法，其中该方法进一步包括在所述排气流经所述排气旁通管路时更换所述过滤器的两个过滤元件。
31、如权利要求18所述的方法，其中该方法进一步包括在所述排气流经所述排气旁通管路时清理所述过滤器的至少一个过滤元件。
32、如权利要求18所述的方法，其中该方法进一步包括操作所述阀，以在所述过滤器被更换和/或维修后，重新引导所述排气返回流经所述过滤器。
33、如权利要求18所述的方法，其中该方法进一步包括自动控制所述阀的操作。
34、如权利要求18所述的方法，其中该方法进一步提供系统操作的远程监视和控制。
35、一种用于半导体加工室的排气系统，包括：
位于真空泵下游的排气管路，该真空泵位于所述半导体加工室的下游；
位于所述排气管路中的弯管，包含填充有过滤材料的腔，其中该弯管用作排气噪音的消声器，且在所述真空泵中以及在该真空泵和弯管之间不再提供任何其它的消声器；和
位于所述弯管下游的喷射器，该喷射器进给到设备排气，并配置为防止反应蒸汽的回流和由回流引起的沉积。
36、如权利要求35所述的系统，其中所述喷射器包括内通道和外通道，所述排气通过所述内通道流动，惰性阻挡气体通过所述外通道流动。
37、如权利要求36所述的系统，其中所述阻挡气体以层流状态流动。
38、如权利要求37所述的系统，其中所述阻挡气体包括氮气或氩气。
39、如权利要求35所述的系统，其中过滤器材料是可更换的。
40、如权利要求35所述的系统，其中所述过滤器材料是可长期使用和重复使用的。
41、如权利要求35所述的系统，其中所述过滤器材料的至少一部分用作排气噪音的消声器。
42、如权利要求35所述的系统，其中所述过滤器材料包括第一过滤器部分和第二过滤器部分。
43、如权利要求42所述的系统，其中所述第一过滤器部分和第二过滤器部分包括离散单元。
44、如权利要求42所述的系统，其中所述第一过滤器部分和第二过滤器部分包括整体单元。
45、如权利要求35所述的系统，其中所述弯管的所述腔被配置为容纳允许所述弯管操作预定时间周期的过滤材料。
46、如权利要求45所述的系统，其中所述时间周期至少为4个月。
47、如权利要求35所述的系统，其中所述过滤材料包括丝网。
48、如权利要求47所述的系统，其中所述丝网包括不锈钢。
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