回收和再利用工艺气体的方法和设备技术

本发明专利技术涉及处理排气流的方法和系统，所述排气流包含可再循环组分与其它组分和杂质的混合物，所述方法和系统产生含全部可再循环组分的高纯度产品。还产生一股或多股不含可再循环组分的废弃物流。本发明专利技术尤其涉及制造半导体器件中使用的有价值可再循环组分的回收。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及处理排气流的方法和系统，所述排气流包含可再循环组分 与其它组分和杂质的混合物，所述方法和系统产生含全部可再循环组分的 高纯度产品。还产生一股或多股不含可再循环组分的废弃物流。本专利技术尤 其涉及制造半导体器件中使用的有价值可再循环组分的回收。
技术介绍
大部分制造方法使用气体，产生含可再循环组分的排气流。大部分这 些组分价格昂贵，因此，如果再循环将大大降低生产成本。另外，排出气 通常包含有毒、有反应性或难以处理的组分。在生产工艺中需使用昂贵且 危险的气体的半导体器件制造中尤其如此。例如，许多半导体制造工艺使用或产生极有可能导致全球变暖的气体，例如SF6、 C^F6和CF4,这些气体如果再循环将不会引起环境问题，而且降 低了除去或处置它们所涉及的总成本。排气流中其它可能的可再循环组分 包括Xe(氙)、Kr(氪)、CF4(四氟化碳)、(3^6(六氟乙烷)、SF6 (六氟化硫)、 NH3 (氨)，以及不能与纯水或各种含水溶液如KOH (氢氧化钾)、NaOH (氢 氧化钠)或&02(过氧化氢)发生明显反应或分解的组分。同样，如果这些组 分再循环，则可以大大节省总成本。目前，来自半导体蚀刻或沉积工艺的工艺气体不进行再循环。这些工 艺气体通常在加工室中使用后废弃。如上所述，这些气体可能较贵，可包 括危险的性质。另外，在生产步骤中常常使用大量过量的工艺气体，因此 在生产步骤中高比例的工艺气体并未消耗。这导致更高的成本和更大的危 险性。对未使用的工艺气体进行再循环可以明显降低工艺的成本
技术实现思路
本专利技术提供从制造工艺的排气流中回收可再循环组分的.方法和系统。 具体地说，本专利技术提供了使来自制造工艺如半导体制造工艺的气体组分再 循环从而克服废弃物排放可能带来的危害并节省成本的方法和系统。附图简要说明附图说明图1是根据本专利技术的一个实施方式的系统的加工室部分的示意图。 图2是根据本专利技术的一个实施方式的系统的洗涤器部分的示意图。 图3是根据本专利技术的一个实施方式的系统的干燥器部分的示意图。 图4是根据本专利技术的一个实施方式的系统的蒸馏部分的示意图。专利技术详述本专利技术涉及处理排气流的方法和系统，所述排气流包含可再循环组分 与其它组分和杂质的混合物，所述方法和系统产生含全部可再循环组分的 高纯度产品。还产生一股或多股不含可再循环组分的废弃物流。本专利技术尤 其涉及制造半导体器件中使用的可再循环组分的回收。通过本专利技术方法和系统回收的可再循环组分可以是以下所列中的一种或多种Xe 、 Kr、 CF4、 C2F6、 SF6、 NH3，以及不能与纯水或各种含水溶液如KOH、 NaOH或H202 发生明显反应或分解的组分。本专利技术的方法和系统可用于回收或产生任何高纯度组分，具体的做法 是根据要分离和回收的组分的不同物理性质(例如沸点)施加合适的温度和 压力。下文描述了本专利技术的通用方法和系统，之后提供了更具体的实施例。对含可再循环组分和其它组分或杂质的排气流进行处理，产生适合再 利用的高纯度可再循环组分流和各种不含可再循环组分的废弃物流，所述 废弃物流可以进一步处理而无需顾虑可再循环组分的释放。例如，使用可 再循环组分和其它进气(例如氧气)在等离子体室中进行硅蚀刻工艺可能产 生排气流。本专利技术将可再循环组分与其它组分和杂质分离，产生可再利用 的高纯度可再循环组分。本专利技术还除去废弃物流中所有可再循环组分，这 样就不会释放任何可再循环组分。本专利技术的方法包括以下步骤。含可再循环组分的排气流从加工过程中排出，用水洗涤。这样除去了含硅杂质和水反应性杂质，得到第一洗涤流。 然后该第一洗涤流进一步用含水溶液(例如KOH溶液)在活性炭催化剂床 中洗涤。该第二洗涤步骤除去硫杂质和所有痕量的酸杂质，得到第二洗涤 流。第二洗涤流可以加压，通过热交换器和凝结过滤器，通过冷凝除去大 量水，制得干燥的压縮流。该干燥的压縮流进一步干燥，例如用压力变动吸附(PSA)方法进行干燥，除去痕量的水，得到超干流。超干流冷却，部分冷凝制得富含可再循环组分的液体回流流和可再循环组分减少的顶部蒸气 流。液体回流流进行蒸馏以除去所有杂质，从而制得可再利用的基本上纯的可再循环组分流。顶部蒸气流例如可在第二压力变动吸附(PSA)过程中进 一步处理，以回收痕量的可再循环组分，产生无可再循环组分的适合排出 或进一步处理的排出流，而无需顾虑有可再循环组分的释放。上述方法提供以再利用所需的纯度水平基本回收全部可再循环组分从 而避免可再循环组分被释放到排出气或废弃物中的方法。下面将结合附图 更详细地描述各方法步骤。图1是依据本专利技术的系统的加工室部分100的示意图，包括加工室110 和与该加工室110连通的大部分硅蚀刻应用中所需的真空泵120。在运行过 程中，真空泵120需要吹扫气流过，以避免杂质发生累积进而堵塞。通常， 使用氮气作为吹扫气，氮气的流量为等于或大于88升/分钟。但是，这样流 量的氮气会明显增加系统的负担。因为吹扫气仅仅要求干燥和相对惰性， 因此在本专利技术的一个实施方式中，至少一些可再循环组分用作吹扫气。可 再循环组分可从再循环气体源130提供给真空泵120。任选地，来自氮气源 140的氮气可与可再循环组分混合，提供给真空泵120。可再循环组分作为 吹扫气的该项应用可以降低氮气对系统施加的负担。再循环气体源可由依 据本专利技术系统的另一部分提供，例如包括干燥器部分或蒸馏部分，这些部 分将在下文中更详细地描述。图1中还显示了向加工室110提供工艺气体 的工艺气体源150。虽然仅仅显示了一个气体源，但是对本领域技术人员显 而易见的是，按照工艺需要可以提供任何数目的气体源。图2是根据本专利技术的系统的洗涤器部分200的示意图，包括初步洗涤 器210和碱洗涤器220。来自真空泵120(图l)的含可再循环组分的工艺气体进入初步洗涤器210，通过用来自软化水源230的软化水逆流洗涤来除去 含硅杂质和其它水反应性杂质。在处理后，将含硅和水反应性杂质的水输 送到废弃或消除设备。经过处理的气体随后被输送到碱洗涤器220中，通 过在亲水活性炭床上用来自碱溶液源240的含水溶液如氢氧化钾逆流洗涤 除去硫化合物如S02F2和酸性气体杂质。同样，软化水可以由软化水源230 提供。该类方法的描述见美国专利4465655，其通过参考结合于此。虽然含 硅化合物也可以通过碱洗涤器220除去，但是除去的硅可能产生含二氧化 硅的凝胶，这些凝胶逐渐累积，可能堵塞碱洗涤器220的部件。但是，依 据本专利技术，通过在初步洗涤器210中除去含硅化合物然后再在碱洗涤器220 中进行处理，可以避免含二氧化硅的凝胶的形成，提高系统的可靠性。在 处理后，将含硫化合物和酸性气体杂质的水输送到废弃或消除设备。经过 处理的气体离开碱洗涤器220，进入系统的干燥器部分，该部分将在下文中 更详细地描述。图3是根据本专利技术的系统的干燥器部分300的示意图，包括干燥器310、 压縮器320、具有排水阀340的冷凝器和凝结过滤器330。可包括低压新鲜 气体源350，以补充供应晶片加工阶段中消耗的可再循环组分。来自碱洗涤 器220(图2)的经过处理的气体经压缩器320与冷凝器和凝结过滤器330处 理后，通过收集和冷凝除去大部分水。所收集的水含大量可再循环组分， 其形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种回收工艺气体的方法，其包括：　　在第一洗涤器中用水洗涤含工艺气体的排气流，得到第一洗涤流；　　在第二洗涤器的催化剂床中用含水溶液洗涤第一洗涤流，得到第二洗涤流；　　压缩该第二洗涤流；　　在热交换器处理中干燥所述第二洗涤流；　　过滤所述第二洗涤流，得到干燥的压缩流；　　进一步干燥所述干燥的压缩流，得到超干流；　　冷却所述超干流，得到富含工艺气体的液体回流流和工艺气体减少的蒸气流；　　蒸馏所述液体回流流，回收基本上纯的工艺气体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：WH惠特洛克，
申请(专利权)人：琳德股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]