TW202339052A - 基板處理系統用緊湊型原位氣體分離器 - Google Patents

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阿列克謝 Ｖ 亞特克
安德魯 博思
艾瑞卡 莎古拉 斯特蘭德貝里 波爾
棋榮 鄭
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美商蘭姆研究公司
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Abstract

氣體分離器包含第一蒸餾腔室及蒸發腔室。第一液體閥包含與第一蒸餾腔室流體連通的入口、及與蒸發腔室流體連通的出口。冷卻器係配置成將第一蒸餾腔室冷卻至第一溫度、且將蒸發腔室冷卻至不同於第一溫度的第二溫度。氣體分離器以第一模式運作，在第一模式期間，氣體混合物係由第一蒸餾腔室接收、氣體混合物係分離成第一冷凝液體及第一分離氣體混合物、且分離的氣體係由第一蒸餾腔室輸出。在第二模式期間，第一液體閥將第一冷凝液體轉移至蒸發腔室，而第一蒸餾腔室並未接收氣體混合物且並未供給第一分離氣體。

Description

基板處理系統用緊湊型原位氣體分離器
本揭示內容係關於基板處理系統，且尤其關於基板處理系統用處理氣體的氣體分離器。
本文所提供之先前技術說明係為了大體上呈現本揭示內容的脈絡。本先前技術章節中所描述之本案列名發明人之成果、以及申請時不適格作為先前技術之說明書的實施態樣皆以不明示性或暗示性地承認為相對本揭示內容的先前技術。
基板處理系統可用於執行基板(例如半導體晶圓)的沉積、蝕刻及/或其他處理。基板可設置在處理腔室中之基座上。在沉積期間，將含有一或更多前驅物之沉積氣體混合物供給至處理腔室。在蝕刻期間，將蝕刻氣體混合物供給至處理腔室。在一些應用中，可在處理腔室中使電漿激發以促進化學反應。
在基板處理期間用作前驅物之若干氣體(例如乙炔(C 2H 2))在其純形式中處於不穩定的狀態。因此，這類氣體可在加壓汽缸中利用液體溶劑供給。舉例而言，可在加壓汽缸中供給乙炔與液態丙酮的混合物。隨著加壓汽缸消耗，而供給濃度遞增的丙酮。然而，對前驅物氣體來說，重要的是在輸送至處理腔室期間具有恆定的特性，以在處理多個基板期間維持基板均勻性。
在製程使用之前，可執行氣體分離以分離混合物。舉例而言，氣體分離可用於分離乙炔及丙酮。有若干方法執行氣體分離/純化。在第一方法中，氣體起泡系統在預定溫度下運作，以建立針對丙酮濃度的受控濕度環境。此方法相對緊湊且提供需要相對不頻繁維護(~每6-8個月)的封閉系統解決方案。此方法的缺點包括將相對大量的液體容納在系統內並在系統中四處移動的需求。該系統需要仔細考慮進氣濃度且對入口壓力變化係敏感的。就高產量製程而言，最低的輸出濃度通常不夠低。
在另一方法中，進氣流分成兩個階段冷卻至液態蒸餾溫度，且接著氣體通過曲折的冷卻媒介以分離出冷凝物。此方法需要更多製造室中的佔地面積且通常安裝在不是位於工具附近之附屬製造室的一排氣體櫃中。此系統對進氣品質係敏感的，具有更短得多的維修間隔(1-3個月)且需要手動處理分離的流體。由於此系統在更冷的溫度下運作，其能夠具有高位準的氣體純度。
用於基板處理系統的氣體分離器包含第一蒸餾腔室及蒸發腔室。第一液體閥包含與第一蒸餾腔室流體連通的入口、及與蒸發腔室流體連通的出口。冷卻器係配置成將第一蒸餾腔室冷卻至第一溫度、且將蒸發腔室冷卻至不同於第一溫度的第二溫度。在第一模式期間，第一蒸餾腔室係配置成在第一蒸餾腔室的入口處接收包含N個氣體之氣體混合物(其中N為大於1的整數)；藉由冷凝N個氣體其中至少一者而將氣體混合物分離成第一冷凝液體及第一分離氣體混合物；將第一冷凝液體儲存在第一蒸餾腔室中且在第一蒸餾腔室之第一出口處供給第一分離氣體混合物。在第二模式期間，第一液體閥將第一冷凝液體從第一蒸餾腔室的第二出口轉移至蒸發腔室，而第一蒸餾腔室並未經由第一蒸餾腔室的入口接收氣體混合物且並未經由第一蒸餾腔室的第一出口供給第一分離氣體混合物。
在一些實施例中，將第一分離氣體混合物供給至處理腔室。第二蒸餾腔室係配置成經由第一蒸餾腔室的第一入口從第一蒸餾腔室接收第一分離氣體混合物。第二液體閥包含與第二蒸餾腔室流體連通的入口。
在一些實施例中，在第二蒸餾腔室之第一模式期間，第二蒸餾腔室係配置成在第二蒸餾腔室的第一入口處接收第一分離氣體混合物，藉由冷凝N個氣體其中另一者而將第一分離氣體混合物分離成第二冷凝液體及第二分離氣體混合物，將第二冷凝液體儲存在第二蒸餾腔室中，且在第二蒸餾腔室的第一出口處供給第二分離氣體混合物。在第二蒸餾腔室之第二模式期間，第二液體閥將第二冷凝液體從第二蒸餾腔室的第二出口供給至蒸發腔室，而第二蒸餾腔室並未經由第二蒸餾腔室的第一入口接收第一分離氣體混合物且並未經由第二蒸餾腔室的第一出口供給第二分離氣體混合物。
在一些實施例中，第一蒸餾腔室包含本體，其定義曲折路徑、空腔及通道。曲折路徑包含用以接收氣體混合物而與第一蒸餾腔室之入口流體連通的入口及用以將第一冷凝液體及第一分離氣體混合物供給至空腔的出口。通道將空腔流體連接至第一蒸餾腔室的第一出口。
在一些實施例中，第一蒸餾腔室之本體係由經過加工的一材料之實心塊體製成。該材料包含不銹鋼。冷卻器包括第一冷卻構件，其包含配置成接收流體的通道；及第一帕爾帖(Peltier)裝置，其包含與第一冷卻構件熱連通的第一側部。熱傳構件係與第一帕爾帖裝置的第二側部及蒸發腔室熱連通。第二帕爾帖裝置包含與熱傳構件熱連通的第一側部、及與第一蒸餾腔室熱連通的第二側部。氣體混合物包含乙炔及丙酮。
氣體輸送系統包含氣體箱，其容納氣體分離器。減排系統係與氣體箱流體連通且配置成在氣體分離器操作期間排空氣體箱。
系統包含N個氣體分離器(其中N為大於1之整數)及M個處理腔室(其中M為大於0之整數)。複數個閥係配置成將N個氣體分離器中任何一者連接至M個處理腔室中任何一或更多者。
用於基板處理系統之氣體分離器包含蒸餾腔室，其配置成在第一模式及第二模式下運作；及蒸發腔室。第一液體閥包含與蒸餾腔室流體連通的入口及與蒸發腔室流體連通的出口。第一冷卻器係設置為與蒸餾腔室及蒸發腔室的第一側表面熱連通。第一冷卻器包括第一冷卻構件，其包含配置成接收流體的通道；第一帕爾帖裝置，其包含與第一冷卻構件熱連通的第一側部；熱傳構件，其與第一帕爾帖裝置的第二側部及蒸發腔室熱連通；及第二帕爾帖裝置，其包含與第一冷卻構件熱連通的第一側部及與蒸餾腔室熱連通的第二側部。
在一些實施例中，第二冷卻器包括第二冷卻構件，其包含配置成接收流體的通道；第三帕爾帖裝置，其包含與第二冷卻構件熱連通的第一側部；熱傳構件，其與第三帕爾帖裝置的第二側部及蒸發腔室熱連通；及第四帕爾帖裝置，其包含與熱傳構件熱連通的第一側部及與蒸餾腔室熱連通的第二側部。
在一些實施例中，第二冷卻器係設置為與蒸餾腔室的第二側表面及蒸發腔室的第二側表面熱連通。氣體分離器在包含供給模式及液體移動模式的批次模式下運作。
在一些實施例中，在第一模式期間，蒸餾腔室係配置成在蒸餾腔室的入口處接收包含N個氣體之氣體混合物(其中N為大於1的整數)，藉由冷凝N個氣體其中至少一者而將氣體混合物分離成冷凝液體及第一分離氣體混合物，將冷凝液體儲存在蒸餾腔室中，且將第一分離氣體混合物供給至蒸餾腔室的第一出口。在第二模式期間，第一液體閥將儲存在蒸餾腔室中之冷凝液體從蒸餾腔室的第二出口供給至蒸發腔室，而蒸餾腔室並未經由入口接收氣體混合物且並未經由第一出口供給第一分離氣體混合物。
在一些實施例中，蒸餾腔室包含主體，其定義曲折路徑、空腔及通道。曲折路徑包含與蒸餾腔室之入口流體連通且用以接收氣體混合物的入口、及用以將冷凝液體及第一分離氣體混合物供給至空腔的出口。通道將空腔連接至蒸餾腔室的第一出口。
在一些實施例中，曲折路徑具有螺旋的形狀。蒸餾腔室之本體係由經過加工的一材料之實心塊體製成。該材料包含不銹鋼。氣體混合物包含乙炔及丙酮。
氣體輸送系統包含氣體箱，其容納氣體分離器。減排系統係與氣體箱流體連通且配置成在氣體分離器操作期間排空氣體箱。
系統包含N個氣體分離器(其中N為大於1的整數)及M個處理腔室(其中M為大於0的整數)。複數個閥係配置成將N個氣體分離器中任何一者連接至M個處理腔室中任何一或更多者。
本揭示內容的進一步應用領域將從實施方式、申請專利範圍及圖式中變得顯而易見。實施方式及具體範例僅欲用於說明之目的，且不欲限制本揭示內容的範圍。
根據本揭示內容的氣體分離器分離氣體混合物中之二或更多不同的氣體。舉例而言，含有乙炔及丙酮的濕式氣體混合物主要可分離/純化成乙炔氣體及液態丙酮。
氣體分離器包括蒸餾腔室，該蒸餾腔室包含將氣體(例如乙炔)及冷凝流體(例如丙酮)輸出的曲折路徑。在一些範例中，曲折路徑具有螺旋的形狀，然而可使用其他形狀。從曲折路徑之出口流出的冷凝流體係聚集在蒸餾腔室的空腔中。分離的氣體從空腔流向蒸餾腔室的第一出口，且接著流至處理腔室。冷凝流體係經由蒸餾腔室中空腔的第二出口供給至蒸發腔室，進行蒸發並輸出至減排系統。
多區域冷卻器將蒸餾腔室冷卻至第一溫度T1，且將蒸發腔室冷卻至高於第一溫度T1的第二溫度T2。蒸餾腔室之第一溫度T1係選擇為在待從氣體混合物分離之氣體(例如，丙酮)的氣液相變溫度以下(在供給的氣體壓力下)，且高於待供給至處理腔室之氣體(例如，乙炔)的氣液相變溫度。蒸發腔室的第二溫度T2係選擇為高於冷凝液體的蒸發溫度。
在一些範例中，多區域冷卻器包含呈熱接觸的冷卻構件、第一帕爾帖裝置、熱傳構件及第二帕爾帖裝置。冷卻構件可為矩形板(或具有不同形狀之另一結構)的形式，其包含用於接收流體(例如製程冷卻水(process chilled water，PCW)的通道。第一及第二帕爾帖裝置係配置成將熱量轉移至冷卻構件，以將蒸餾腔室冷卻至第一溫度T1。大部分丙酮(及到那時為止具有相變的其他任何者)係冷凝成液體。第二帕爾帖裝置係配置成將蒸發腔室冷卻至足以蒸發冷凝液體的第二溫度T2。
氣體分離器使用批次操作。換言之，在將分離的氣體供給至處理腔室時，將氣體混合物供給至蒸餾腔室且將冷凝液體儲存在蒸餾腔室的空腔中。接著，停止氣體混合物的供給，並將儲存的冷凝液體移動至蒸發腔室，進行蒸發並輸送至減排系統。
氣體分離器可使用以菊鍊連接的附加階段進行配置，以在附加階段中允許額外氣體從氣體混合物分離。此外，氣體分離器可與其他氣體分離器並聯配置，以承受更高的氣體流量及/或冗餘。
氣體分離器中的液體移動係在一個方向上，其與其他氣體分離器方法相比需要較少的閥及互鎖。沒有內部移動部件而提高可靠度。佔用面積及封裝可針對特定的間距要求加以調整，其允許處理腔室附近或工具上的可變動性及配置。在一些範例中，氣體分離器係設置在排氣至減排系統的既有氣體箱中。
現在參考圖1，基板處理系統110包含將氣體混合物供給至氣體分離器124的氣體源120。雖然氣體源120及氣體分離器124將在分離/純化乙炔/丙酮之混合物的脈絡中於以下描述，但是可以理解其他氣體混合物或溼式氣體可使用類似的方式進行分離。基板處理系統110包含處理腔室128及減排系統132。
在使用期間，氣體源120將氣體混合物(例如，乙炔及丙酮的氣體混合物)供給至氣體分離器124。氣體分離器124藉由冷凝第一氣體將大部分第一氣體(例如，丙酮)從氣體混合物分離、將剩餘的氣體混合物(例如，主要為乙炔)供給至處理腔室128、蒸發冷凝的第一氣體(例如，丙酮)並將蒸發的第一氣體輸出至減排系統132。
現在參考圖2，氣體分離器200包含蒸餾腔室210及蒸發腔室214。多區域冷卻器224係與蒸餾腔室210及蒸發腔室214之一或更多外表面接觸。在一些範例中，將兩個多區域冷卻器用於冷卻蒸餾腔室210及蒸發腔室214的相對側表面。
多區域冷卻器224在232將蒸餾腔室210冷卻至第一溫度T1，且在236將蒸發腔室214冷卻至第二溫度T2。在一些範例中，第一溫度T1低於第二溫度T2。在一些範例中，第一溫度T1係在從-5°C至-60°C的第一溫度範圍內(例如，-50°C)，且第二溫度T2係在從0°C至-5°C的第二溫度範圍內(例如，-5°C)，然而可使用其他溫度。
在批次操作的第一階段期間，氣體源將氣體混合物供給至在溫度T1下操作的蒸發腔室210。氣體混合物之一部分(例如，丙酮)冷凝並暫時儲存在蒸餾腔室210中，而氣體混合物之剩餘部分保持氣態(例如，主要為乙炔)並輸送至處理腔室。在批次操作的第二階段期間，冷凝流體係經由液體閥240供給至蒸發腔室214，進行蒸發並送至減排系統132。
現在參考圖3，氣體分離器300包含第一蒸餾腔室310、第二蒸餾腔室314及蒸發腔室318。多區域冷卻器324係與第一蒸餾腔室310、第二蒸餾腔室314及蒸發腔室318的外表面接觸。多區域冷卻器324在332將第一蒸餾腔室310冷卻至第一溫度T1，在336將第二蒸餾腔室314冷卻至第二溫度T2，且在338將蒸發腔室318冷卻至第三溫度T3。在一些範例中，第一溫度T1低於第二溫度T2且第二溫度T2低於第三溫度T3。
在使用期間，氣體源將氣體混合物供給至在溫度T1下操作的第一蒸餾腔室310。氣體混合物之一或更多氣體在第一蒸餾腔室310中冷凝，且將氣體混合物的第一剩餘部分(仍為氣態)輸送至第二蒸餾腔室314。第一剩餘氣體混合物之一或更多氣體在第二蒸餾腔室314中冷凝，且氣體混合物之第二剩餘部分(呈氣態)係輸送至處理腔室128。最終，第一蒸餾腔室310及第二蒸餾腔室314中的冷凝流體係經由液體閥344及346供給至蒸發腔室350。雖然顯示單一蒸發腔室350，但是不同的蒸發腔室350可分別用於第一蒸餾腔室310及第二蒸餾腔室314之各者。將冷凝液體蒸發並送至減排系統。
現在參考圖4，氣體分離器400包含蒸餾腔室410及蒸發腔室414。一或更多多階段式冷卻器416係設置成與蒸餾腔室410及蒸發腔室414的側表面接觸。多階段式冷卻器416顯示為包括充氣部420，該充氣部420包含一或更多入口422、一或更多出口424及一或更多流體通道426，其用於接收例如製程冷卻水(PCW)的液體或例如冷卻的熱傳氣體的流體。
第一帕爾帖裝置430係設置在充氣部420與熱傳構件434之間。熱傳構件434可為板或具有不同形狀之另一結構的形式。第一帕爾帖裝置430的熱側部係設置為與充氣部420熱接觸且第一帕爾帖裝置430的冷側部係設置為與熱傳構件434熱接觸。第二帕爾帖裝置438係設置在熱傳構件434與蒸餾腔室410的表面之間。第二帕爾帖裝置438之熱側部係設置為與熱傳構件434熱接觸且第二帕爾帖裝置438之冷側部係設置為與蒸餾腔室410的表面熱接觸。熱傳構件434亦與蒸發腔室414的表面接觸。
氣體混合物係經由入口440供給至蒸餾腔室410且分離的氣體係經由出口442輸出。冷凝液體係經由出口446及液體閥448從蒸餾腔室410供給至蒸發腔室414中的空腔460。蒸發腔室414的第二出口450係連接至減排系統132。
在圖5中，蒸餾腔室500包含與入口512流體連通之內部的曲折路徑510。來自氣體源的氣體混合物行進通過受控制在第一溫度T1的曲折路徑510。曲折路徑510之長度及截面積係選擇為提供充足的流體之流率及滯留時間，以允許流體(例如，丙酮)之一部分的冷凝。曲折路徑510的出口係流體連接至聚集冷凝流體的空腔520。氣體流向從空腔520之頂部延伸至蒸餾腔室之出口的出口通道530，該蒸餾腔室之出口係流體連接至處理腔室。在一些範例中，曲折路徑510具有在空腔520中產生渦流或圓形旋轉之大致螺旋的形狀。空腔520之下部540包含經由液體閥連接至蒸發腔室的出口544。
在一些範例中，蒸餾腔室500及蒸發腔室之本體係由經加工的例如不銹鋼(stainless steel，SST)的材料之實心塊體製成。曲折路徑510係由從側部以一定角度在塊體上鑽孔而形成。鑽孔之各者與來自另一端面之另一鑽孔相交。接著，將側部的開口堵住，以形成包含入口及出口的封閉曲折路徑。在一些範例中，蒸餾及蒸發腔室的小尺寸實現使用316 SST作為主體材料(因為在較短的距離上，不銹鋼相對低的熱傳導較不為設計因子)。此材料之使用實現完整的溼式氣體路徑之建構，同時滿足高純度氣體管線要求及方法。為了在不具有雜質或汙染風險的情況下之更直接裝配集成及更低成本，此方法亦允許對於標準端面金屬密封墊片及表面安裝密封的元件的直接可焊接性。
現在參考圖6A，顯示包含氣體分離器610的氣體輸送系統600。氣體分離器610包含蒸餾腔室614及蒸發腔室616。液體閥VL3係連接在蒸餾腔室614的第一出口與蒸發腔室616的入口之間。
驅淨氣體源620係經由止回閥622、調節器624及入口閥VL1連接至蒸餾腔室614的入口。氣體源634係經由止回閥636及入口閥VL2連接至蒸餾腔室614的入口。在一些範例中，氣體源包含乙炔及丙酮的混合物，然而可使用其他氣體混合物。壓力開關648係連接至蒸餾腔室614的入口。在一些範例中，壓力開關648在測量壓力大於例如1500托(T)的預定壓力時關閉，然而可使用其他壓力值。旁通閥VL6係連接至蒸餾腔室614的入口及第二出口。濃度計652係連接至蒸餾腔室614的出口。
出口閥VL4將蒸餾腔室614的第二出口連接至處理腔室640。分流閥VL5將蒸餾腔室614的第二出口連接至限制孔660及流體連接至減排系統的分流真空閥666。壓力開關664可連接至限制孔660的出口及分流真空閥666的入口。在一些範例中，壓力開關664在測量壓力大於例如75托(T)的預定壓力時關閉，然而可使用其他壓力值。
現在參考圖6B，顯示用於氣體分離器的控制系統670。控制系統670包含基於配方而控制系統閥674及一或更多處理腔室680的控制器672。控制器從濃度計678、一或更多壓力開關676及濃度計678接收反饋。控制器672基於一或更多溫度感測器684控制冷卻器682及泵686，以控制蒸餾腔室及蒸發腔室的溫度。控制器672控制在關閉、氣體供給及液體移動模式之間的氣體分離器模式。在一些範例中，控制器672控制用於N個處理腔室的M個氣體分離器，其中M大於1且N大於0，如以下將進一步描述。
現在參考圖6C，顯示用於操作氣體分離器的方法685。在686，該方法判定是否需要製程氣體供給(例如，乙炔)。在688，該方法針對氣體供給模式配置閥。在690，該方法判定是否不再需要氣體供給或結束批次週期。若690為否，該方法返回到690。若690為是，該方法在692以液體移動模式配置閥。在694，該方法判定是否可結束第二模式(例如，在足以將冷凝液體(例如，丙酮)移動至蒸發腔室的一段期間之後)。若690為是，該方法返回到686。
現在參考圖6D，顯示用於操作N個氣體分離器的另一方法700。取代在氣體分離器將液體移動至蒸發腔室時等待，N個氣體分離器其中另一者係流體連接至處理腔室以減少處理腔室的停機時間。在710，該方法判定是否需要氣體供給。若710為是，該方法在720繼續進行，且選擇N個氣體分離器其中一者以供給製程氣體。
在724，連接N個氣體分離器其中選定者的閥係以第一模式配置且供給製程氣體(並儲存冷凝液體)。在728，該方法判定是否仍需要製程氣體的供給。若728為否，則在730停止氣體供給。在一些範例中， N個氣體分離器其中選定者的閥係以第二模式配置成在731將液體移動至蒸發腔室。
若728為是，該方法判定是否結束批次週期的第一模式。若734為否，該方法返回到728。若734為是，該方法在736繼續進行，且N個氣體分離器其中選定者的閥係以第二模式配置成在731將液體移動至蒸發腔室。在738，N個氣體分離器其中另一者係選擇作為N個氣體分離器其中選定者，以將氣體供給至處理腔室，且該方法返回至724。此方法減少停機時間。在一些範例中，步驟736及738之順序係反向進行或同時完成。
如可理解，圖6D所示的方法可改變為同時從N個氣體分離器之二或更多者供給氣體，且接著轉換至N個氣體分離器之二或更多不同者。
現在參考圖7-10，顯示氣體輸送系統600的諸多例示組態。在圖7中，氣體輸送系統600係顯示為處於PM供給組態。將閥VL1、VL3、VL5及VL6關閉。將閥VL2及VL4開啟。氣體混合物經由止回閥636及入口閥VL2從氣體源634流向蒸餾腔室614的入口。將氣體與冷凝液體分離。分離的氣體經由出口閥VL4從蒸餾腔室614的第二出口流至處理腔室640。
在圖8中，氣體輸送系統600係顯示為處於液體移動模式，在此期間冷凝液體從蒸餾腔室614的第一出口移動至蒸發腔室616。將閥VL1、VL2、VL4、VL5及VL6關閉，且將閥VL3開啟。冷凝液體從蒸餾腔室614流進蒸發腔室616中，冷凝液體在蒸發腔室616蒸發並經由限制孔660及分流真空閥666輸出至減排系統。
在圖9中，氣體輸送系統600係顯示為處於流量分流組態。將閥VL3、VL4及VL6關閉。閥VL1及VL2為任意(開啟或關閉)。將分流閥VL5開啟。來自氣體源634的驅淨氣體或流體其中任何一者可經由限制孔660及分流真空閥666供給並分流至減排系統。此組態可用於在氣體輸送系統600安裝之後或在其他條件期間疏通氣體管線。
在圖10中，氣體輸送系統600係顯示為處於驅淨組態。將閥VL2及VL4關閉。將閥VL1、VL3及VL5開啟。閥VL6可處於任一狀態。驅淨氣體經由入口閥VL1、蒸餾腔室614、液體閥VL3、蒸發腔室616、及分流閥VL5流至減排系統。
現在參考圖11，氣體輸送系統800可包含連接至N個處理腔室824-1、…及824-N(統稱為處理腔室824)的M個氣體分離器820-1、820-2、…、820-M(統稱為氣體分離器820)，其中M及N為大於0的整數。在一些範例中，M＞N。在其他範例中，M＜N或M=N。在圖11所示之範例中，M=3且N=2。入口閥830-1、830-2、…、830-M(統稱為閥830)允許控制流體供給到M個氣體分離器820之零或更多者。出口閥834-1、834-2、…、834-M(統稱為閥834)及閥836-1、…、及836-N(統稱為閥836)允許控制氣體分離器820對處理腔室824的輸出。
在使用期間，可配置閥830、834及836，使得氣體分離器820之零、一或更多者供給處理腔室824之一或更多者。此外，可設置製程時序，使得氣體分離器820其中M-1者(例如，當M=3時為2者)分別供給處理腔室824(例如，N=2)，同時將來自其他氣體分離器820的冷凝液體移動至蒸發腔室，以減少停機時間。再者，若需要更高的氣體流率，氣體分離器820之二或更多者的輸出可供給至同一處理腔室。
前述說明在本質上僅為說明性的，且絕非意圖限制本揭示內容、其應用、或用途。本揭示內容的廣泛教示得以多種形式實施。因此，雖然本揭示內容包括特定範例，但是本揭示內容之真實範圍不應如此受限，因為研讀圖式、說明書、及下列申請專利範圍時，其他修飾將變得顯而易見。應理解，方法內的一或更多步驟得以不同順序(或同時)執行而不改變本揭示內容的原理。此外，雖然實施例之各者在以上描述為具有某些特徵，但是描述關於本揭示內容之任何實施例之該等特徵中任何一或更多者可在其他實施例之任何者的特徵中實施、及/或與其他實施例之任何者的特徵組合，即使該組合並未明確地描述亦然。換言之，所描述的實施例並非為相互排斥的，且一或更多實施例與彼此的置換仍在本揭露內容的範圍內。
元件之間(例如，模組、電路元件、半導體層等之間)的空間性及功能性關係使用諸多術語來描述，包含「連接」、「接合」、「耦合」、「相鄰」、「旁邊」、「之上」、「上方」、「下方」、及「設置」。當在以上揭示內容中描述第一與第二元件之間的關係時，除非明確描述為「直接」，否則該關係可為第一與第二元件之間不存在其他中間元件的直接關係，但是亦可為第一與第二元件之間存在(不論空間上或功能上)一或更多中間元件的間接關係。如本文所使用，詞語A、B、及C其中至少一者應解讀為意指使用非排他性邏輯OR的邏輯(A OR B OR C)，且不應解讀為意指「A之至少一者、B之至少一者、及C之至少一者」。
在一些實施例中，控制器為系統的一部分，該系統可為上述範例的一部分。如此系統可包括半導體處理設備，包含一或更多處理工具、一或更多腔室、一或更多處理用平台、及/或特定處理部件(晶圓基座、氣體流系統等)。這些系統可與電子元件整合，以便在半導體晶圓或基板的處理之前、期間、及之後控制其操作。該等電子元件可稱為「控制器」，其可控制系統或系統的諸多元件或子部件。可將取決於處理要求及/或系統類型之控制器程式化以控制本文所揭示的製程之任何者，包含處理氣體的輸送、溫度設定(例如，加熱及/或冷卻)、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻(RF)產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流率設定、流體輸送設定、位置及操作設定、晶圓轉移進出工具及其他轉移工具及/或連接至特定系統或與特定系統接合的裝載鎖。
廣泛而言，可將控制器定義為具有諸多積體電路、邏輯、記憶體及/或軟體的電子元件，其接收指令、發出指令、控制操作、啟用清潔操作、啟用終點測量等。積體電路可包含儲存程式指令之韌體形式的晶片、數位信號處理器(digital signal processor，DSP)、定義為專用積體電路(application specific integrated circuit，ASIC)的晶片、及/或一或更多微處理器、或執行程式指令(例如，軟體)的微控制器。程式指令可為以諸多個別設定(或程式檔案)之形式通訊至控制器的指令，其定義用於在半導體晶圓上或針對半導體晶圓或對系統執行特定製程的操作參數。在一些實施例中，操作參數可為由製程工程師所定義之配方的一部分，以在一或更多層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或晶圓之晶粒的製造期間完成一或更多處理步驟。
在一些實施例中，控制器可為電腦的一部分或耦合至電腦，該電腦係與系統整合、耦合至系統、以其他方式網路連結至系統、或其組合。舉例而言，控制器可在「雲端」中或晶圓廠主機系統的全部或一部分中，其可允許遠端存取晶圓處理。電腦可實現對系統的遠端存取，以監測製造操作的當前進度、檢驗過去製造操作的歷史、檢驗來自複數個製造操作的趨勢或效能度量、改變當前處理的參數、將處理步驟設定為依循當前處理、或開始新製程。在一些範例中，遠端電腦(例如，伺服器)可經由網路向系統提供製程配方，該網路可包含區域網路或網際網路。遠端電腦可包含實現參數及/或設定之輸入或程式化的使用者介面，該等參數及/或設定接著從遠端電腦通訊至系統。在一些範例中，控制器接收資料形式的指令，其指明將在一或更多操作期間執行之處理步驟之各者的參數。應理解，參數可專用於待執行的製程之類型及控制器配置成與之介接或控制的工具的類型。因此如上所述，控制器可為分散式，例如藉由包含以網路連結在一起且朝共同目的(例如本文所述之製程及控制)操作的一或更多分立的控制器。針對如此目的的分散式控制器之範例將為腔室上的一或更多積體電路，其與位於遠端(例如在平台層級或作為遠端電腦的一部分)的一或更多積體電路通信，該積體電路結合而控制腔室上的製程。
在無限制的情況下，例示系統可包含電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉沖洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、清洗腔室或模組、斜角蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)腔室或模組、化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)腔室或模組、原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)腔室或模組、原子層蝕刻(atomic layer etch ，ALE)腔室或模組、離子植入腔室或模組、軌道腔室或模組、及可關聯於或用於半導體晶圓之製造及/或製作中的任何其他半導體處理系統。
如上所述，取決於待由工具執行的一或更多製程步驟，控制器可與下列其中一或更多者通訊：其他工具電路或模組、其他工具部件、叢集工具、其他工具介面、鄰近工具、相鄰工具、位於工廠各處的工具、主電腦、另一控制器、或用於材料運輸之工具，該等工具將晶圓容器運送往來半導體製造工廠中之工具位置及/或裝載埠。
110:基板處理系統 120:氣體源 124:氣體分離器 128:處理腔室 132:減排系統 200:氣體分離器 210:蒸餾腔室 214:蒸發腔室 224:多區域冷卻器 240:液體閥 300:氣體分離器 310:第一蒸餾腔室 314:第二蒸餾腔室 318:蒸發腔室 324:多區域冷卻器 344:液態閥 346:液態閥 350:蒸發腔室 400:氣體分離器 410:蒸餾腔室 414:蒸發腔室 416:多階段式冷卻器 420:充氣部 422:入口 424:出口 426:流體通道 430:第一帕爾帖裝置 434:熱傳構件 438:第二帕爾帖裝置 440:入口 442:出口 446:出口 448:液態閥 450:第二出口 460:空腔 500:蒸餾腔室 510:曲折路徑 512:入口 520:空腔 530:出口通道 540:下部 544:出口 600:氣體輸送系統 610:氣體分離器 614:蒸餾腔室 616:蒸發腔室 620:驅淨氣體源 622:止回閥 624:調節器 634:氣體源 636:止回閥 640:處理腔室 648:壓力開關 652:濃度計 660:限制孔 664:壓力開關 666:分流真空閥 670:控制系統 672:控制器 674:系統閥 676:壓力開關 678:濃度計 680:處理腔室 682:冷卻器 684:溫度感測器 685:方法 686:泵 700:方法 736:步驟 738:步驟 800:氣體輸送系統 820:氣體分離器 820-1:氣體分離器 820-2:氣體分離器 820-M:氣體分離器 824:處理腔室 824-1:處理腔室 824-N:處理腔室 830:閥 830-1:入口閥 830-2:入口閥 830-M:入口閥 834:閥 834-1:出口閥 834-2:出口閥 834-M:出口閥 836:閥 836-1:閥 836-N:閥 VL1:入口閥 VL2:入口閥 VL3:液體閥 VL4:出口閥 VL5:分流閥 VL6:旁通閥 T1:第一溫度 T2:第二溫度 T3:第三溫度
從實施方式及隨附圖式，本揭示內容將變得更受到完整理解，其中：
圖1為根據本揭示內容之氣體分離器範例的功能方塊圖；
圖2為根據本揭示內容之單階段式氣體分離器範例之更詳細的功能方塊圖；
圖3為根據本揭示內容之雙階段式氣體分離器範例之更詳細的功能方塊圖；及
圖4為根據本揭示內容之氣體分離器範例的側視圖，該氣體分離器包含蒸餾腔室及蒸發腔室。
圖5為根據本揭示內容之立體線圖，其顯示蒸餾腔室範例；
圖6A為根據本揭示內容之氣體輸送系統範例的功能方塊圖，該氣體輸送系統包含氣體分離器；
圖6B為根據本揭示內容之用於氣體分離器之控制系統範例的功能方塊圖；
圖6C為根據本揭示內容之用於操作氣體分離器之方法範例的流程圖；
圖6D為根據本揭示內容之用於操作具有一或更多冗餘氣體分離器的氣體分離器之另一方法範例的流程圖；
圖7-10為圖6A之氣體輸送系統之例示組態的功能方塊圖；及
圖11為選擇性地連接至零、一或多個處理腔室之多個氣體分離器範例的功能方塊圖。
在圖式中，可重複使用參考編號來指示相似及/或相同的元件。
200:氣體分離器
210:蒸餾腔室
214:蒸發腔室
224:多區域冷卻器
240:液體閥
T1:第一溫度
T2:第二溫度

Claims (23)

  1. 一種用於基板處理系統的氣體分離器，包括： 第一蒸餾腔室； 蒸發腔室； 第一液體閥，其包含與該第一蒸餾腔室流體連通的入口及與該蒸發腔室流體連通的出口；及 冷卻器，其配置成將該第一蒸餾腔室冷卻至第一溫度、及將該蒸發腔室冷卻至不同於該第一溫度的第二溫度， 其中在第一模式期間，該第一蒸餾腔室係配置成在該第一蒸餾腔室的入口處接收包含N個氣體之氣體混合物，其中N為大於1的整數；藉由冷凝該N個氣體其中至少一者而將該氣體混合物分離成第一冷凝液體及第一分離氣體混合物；將該第一冷凝液體儲存在該第一蒸餾腔室中；及在該第一蒸餾腔室的第一出口處供給該第一分離氣體混合物，且 其中在第二模式期間，該第一液體閥將該第一冷凝液體從該第一蒸餾腔室的第二出口轉移至該蒸發腔室，而該第一蒸餾腔室並未經由該第一蒸餾腔室的該入口接收該氣體混合物、且並未經由該第一蒸餾腔室的該第一出口供給該第一分離氣體混合物。
  2. 如請求項1之用於基板處理系統的氣體分離器，其中該第一分離氣體混合物係供給至處理腔室。
  3. 如請求項1之用於基板處理系統的氣體分離器，更包含： 第二蒸餾腔室，其配置成經由該第二蒸餾腔室的第一入口從該第一蒸餾腔室接收該第一分離氣體混合物；及 第二液體閥，其包含與該第二蒸餾腔室流體連通的入口。
  4. 如請求項3之用於基板處理系統的氣體分離器，其中： 在該第二蒸餾腔室的第一模式期間，該第二蒸餾腔室係配置成： 在該第二蒸餾腔室的該第一入口處接收該第一分離氣體混合物， 藉由冷凝該N個氣體其中另一者而將該第一分離氣體混合物分離成第二冷凝液體及第二分離氣體混合物， 將該第二冷凝液體儲存在該第二蒸餾腔室中，及 在該第二蒸餾腔室的第一出口處供給該第二分離氣體混合物，且 在該第二蒸餾腔室的該第二模式期間，該第二液體閥將該第二冷凝液體從該第二蒸餾腔室的第二出口供給至該蒸發腔室，而該第二蒸餾腔室並未經由該第二蒸餾腔室的該第一入口接收該第一分離氣體混合物、且並未經由該第二蒸餾腔室的該第一出口供給該第二分離氣體混合物。
  5. 如請求項1之用於基板處理系統的氣體分離器，其中該第一蒸餾腔室包含： 本體，其定義曲折路徑、空腔及通道， 其中該曲折路徑包含與該第一蒸餾腔室之該入口流體連通並用以接收該氣體混合物的入口、及用以將該第一冷凝液體及該第一分離氣體混合物供給至該空腔之該曲折路徑的出口，且 其中該通道將該空腔流體連接至該第一蒸餾腔室的該第一出口。
  6. 如請求項5之用於基板處理系統的氣體分離器，其中該第一蒸餾腔室之該本體係由經過加工的一材料之實心塊體製成。
  7. 如請求項6之用於基板處理系統的氣體分離器，其中該材料包含不銹鋼。
  8. 如請求項1之用於基板處理系統的氣體分離器，該冷卻器包括： 第一冷卻構件，其包含配置成接收流體的通道； 第一帕爾帖裝置，其包含與該第一冷卻構件熱連通的第一側部； 熱傳構件，其與該第一帕爾帖裝置的第二側部及該蒸發腔室熱連通；及 第二帕爾帖裝置，其包含與該熱傳構件熱連通的第一側部、及與該第一蒸餾腔室熱連通的第二側部。
  9. 如請求項1之用於基板處理系統的氣體分離器，其中該氣體混合物包含乙炔及丙酮。
  10. 一種氣體輸送系統包含： 氣體箱，其容納請求項1的該氣體分離器；及 減排系統，其與該氣體箱流體連通且配置成在該氣體分離器操作期間排空該氣體箱。
  11. 一種系統包含： N個請求項1的該氣體分離器，其中N為大於1的整數； M個處理腔室，其中M為大於0的整數；及 複數個閥，其配置成將該N個氣體分離器其中一者連接至該M個處理腔室其中一或更多者。
  12. 一種用於基板處理系統的氣體分離器，包含： 蒸餾腔室，其配置成在第一模式及第二模式下運作； 蒸發腔室； 第一液體閥，其包含與該蒸餾腔室流體連通的入口、及與該蒸發腔室流體連通的出口；及 第一冷卻器，其設置為與該蒸餾腔室及該蒸發腔室的第一側表面熱連通，且包括： 第一冷卻構件，其包含配置成接收流體的通道； 第一帕爾帖裝置，其包含與該第一冷卻構件熱連通的第一側部； 熱傳構件，其與該第一帕爾帖裝置的第二側部及該蒸發腔室熱連通； 第二帕爾帖裝置，其包含與該第一冷卻構件熱連通的第一側部、及與該蒸餾腔室熱連通的第二側部。
  13. 如請求項12之用於基板處理系統的氣體分離器，更包含第二冷卻器，其包括： 第二冷卻構件； 第三帕爾帖裝置，其包含與該第二冷卻構件熱連通的第一側部； 熱傳構件，其與該第三帕爾帖裝置之第二側部及該蒸發腔室熱連通；及 第四帕爾帖裝置，其包含與該熱傳構件熱連通的第一側部、及與該蒸餾腔室熱連通的第二側部。
  14. 如請求項13之用於基板處理系統的氣體分離器，其中該第二冷卻器係設置為與該蒸餾腔室的第二側表面及該蒸發腔室的第二側表面熱連通。
  15. 如請求項12之用於基板處理系統的氣體分離器，其中該氣體分離器在包含供給模式及液體移動模式的批次模式下運作。
  16. 如請求項12之用於基板處理系統的氣體分離器，其中： 在該第一模式期間，該蒸餾腔室係配置成： 在該蒸餾腔室的入口處接收包含N個氣體之氣體混合物，其中N為大於1的整數， 藉由冷凝該N個氣體其中至少一者而將該氣體混合物分離成冷凝液體及第一分離氣體混合物， 將該冷凝液體儲存在該蒸餾腔室中，並 將該第一分離氣體混合物供給至該蒸餾腔室的第一出口，且 在該第二模式期間，該第一液體閥將儲存在該蒸餾腔室中的該冷凝液體從該蒸餾腔室的第二出口供給至該蒸發腔室，而該蒸餾腔室並未經由該入口接收該氣體混合物、且並未經由該第一出口供給該第一分離氣體混合物。
  17. 如請求項16之用於基板處理系統的氣體分離器，其中該蒸餾腔室包括： 本體，其定義曲折路徑、空腔及通道， 其中該曲折路徑包含與該蒸餾腔室之該入口流體連通且用以接收該氣體混合物的入口、及用以將該冷凝液體及該第一分離氣體混合物供給至該空腔之該曲折路徑的出口，且 其中該通道將該空腔連接至該蒸餾腔室的該第一出口。
  18. 如請求項17之用於基板處理系統的氣體分離器，其中該曲折路徑具有螺旋的形狀。
  19. 如請求項17之用於基板處理系統的氣體分離器，其中該蒸餾腔室之該本體係由經過加工的一材料之實心塊體製成。
  20. 如請求項19之用於基板處理系統的氣體分離器，其中該材料包含不銹鋼。
  21. 如請求項16之用於基板處理系統的氣體分離器，其中該氣體混合物包含乙炔及丙酮。
  22. 一種氣體輸送系統包含： 氣體箱，其容納請求項12的該氣體分離器；及 減排系統，其與該氣體箱流體連通且配置成在該氣體分離器操作期間排空該氣體箱。
  23. 一種系統包含： N個請求項12之該氣體分離器，其中N為大於1的整數； M個處理腔室，其中M為大於0的整數；及 複數個閥，其配置成將該N個氣體分離器中任何一者連接至該M個處理腔室中任何一或更多者。
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