[发明专利]半导体处理设备中的稀有气体的收集及再循环

说明书

本发明公开一种例如用于半导体处理设备的处理腔室，其与回收单元连接。所述回收单元包含用于缓冲气体的第一存储槽及用于稀有气体的第二存储槽。两个存储槽与所述回收单元中的柱体连接。所述回收单元及处理腔室可作为闭合系统操作。所述稀有气体可按可变流速输送，而所述回收单元中的分离按恒定流量条件操作。

相关申请案的交叉引用

本申请案要求2019年3月13日申请且被指定为第62/817,702号美国申请案的临时专利申请案的优先权，所述案的公开内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本公开涉及半导体处理设备。

背景技术

对贵重的稀有气体的需求不断增加。氙气是大气的痕量组分(87ppb)且其是复杂空气分离过程的副产物，这使氙气成为半导体处理应用或其它应用的昂贵材料。例如，氙气在例如麻醉、离子推进发动机、照明中的高强度放电、半导体制造中的等离子体蚀刻、放电中的等离子体介质或激光产生等离子体的应用中发现用途增加。增加的应用数目通常受有限的氙气供应限制。以最高回收效率收集且再循环贵重的稀有气体(如氙气)将是有帮助的。

稀有气体回收单元的回收效率影响收集稀有气体的量。典型性能在90％到99.9％的范围中。当缓冲气体被排出或以其它方式移除时一般损失0.1％到10％的残余稀有气体(例如Xe)。取决于气体分离技术及实施方案，回收效率的改进可能不可行或可能是昂贵的。

残余稀有气体的损失对(例如)半导体处理工具中的长期拥有成本的影响可为明显的。当稀有气体流处于每分钟数公升的高流速且处理腔室几乎一天24小时操作时(此在半导体制造中是常见的)对拥有成本的负面影响可尤其严重。

因此，需要收集且再循环稀有气体的新颖系统及方法。

发明内容

在第一实施例中提供一种系统。所述系统包括：处理腔室，其使用氙气及/或氪气；及回收单元，其与所述处理腔室流体连通。所述回收单元包含：混合槽，其经由气体排放管线与所述处理腔室流体连通；第一柱体，其与所述混合槽流体连通；第二柱体，其与所述混合槽流体连通；第一存储槽，其与所述第一柱体及所述处理腔室流体连通；第二存储槽，其与所述第二柱体及所述处理腔室流体连通；第一气体供应管线，其将所述第一存储槽连接到所述处理腔室；第二气体供应管线，其将所述第二存储槽连接到所述处理腔室；第一回送管线，其将所述第一气体供应管线连接到所述气体排放管线；及第二回送管线，其将所述第二气体供应管线连接到所述排放管线。

所述气体排放管线可包含真空泵。

所述系统可进一步包含压缩泵，所述压缩泵与所述混合槽、所述第一柱体及所述第二柱体流体连通。

所述回收单元可使用变压吸附、真空变压吸附或变温吸附中的至少一者。

所述回收单元可使用低温蒸馏。

所述回收单元可使用薄膜分离。

所述回收单元可为具有所述处理腔室的闭合回路系统。

所述系统可进一步包含多个处理腔室，其与所述气体排放管线、所述第一气体供应管线及所述第二气体供应管线流体连通。所述处理腔室中的每一者可按不同气体供应流速操作。

在第二实施例中提供一种方法。所述方法包括使用处理气体在处理腔室中处理半导体晶片。所述处理气体包含稀有气体及缓冲气体。经由气体排放管线将所述处理气体从所述处理腔室泵抽到混合槽。将所述处理气体从所述混合槽泵抽到第一柱体及第二柱体。在所述第一柱体及所述第二柱体中分离所述处理气体。将所述缓冲气体从所述第一柱体输送到第一存储槽。将所述稀有气体从所述第二柱体输送到第二存储槽。将所述缓冲气体从所述第一存储槽输送到所述处理腔室且将所述稀有气体从所述第二存储槽输送到所述处理腔室。