【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于预处理排出蚀刻室的含稀有气体流，随后从预处理的、含稀有气体流中回收稀有气体的新型方法。更具体地，本专利技术涉及在作为半导体制造工艺的一部分而执行的蚀刻工艺期间生成的具有特定气态杂质的氮基的废气流中的稀有气体诸如氙气或氪气的预处理和回收。
技术介绍
1、氙是一种惰性气体元素，由于其闭壳电子结构而稳定。氙的有利物理特性包括其电离势、原子质量和电子结构，这使其适用于越来越多的应用。核心应用和新兴应用对氙气的需求不断增长。特别重要的是氙气在半导体蚀刻剂工艺中的使用。氙气已经越来越多地用于干法蚀刻工艺中，特别是用于制造用于存储器芯片诸如3d nand、dram和逻辑芯片的半导体器件。将氙气添加到在半导体制造期间用于蚀刻氧化硅的碳氟化合物(例如，c4f6)等离子体中改善了蚀刻轮廓的各向异性。氙气还改善了蚀刻选择性，使得氧化硅的蚀刻速率远高于用于图案化氧化硅膜的光致抗蚀剂。
2、氙气是成本相对较高的材料。氙气是大气中的痕量组分(87ppb)，由此通过空气分离获得1l氙气需要1100万l空气。另外，由于氙气的供应由空气分离装置(asu)控制，因此其定价变化很大。
3、鉴于成本高且供应稀缺，蚀刻剂工艺寻求再利用氙气。然而，虽然将氙气重新用于这种蚀刻剂工艺被认为是理想的，但是由于各种原因，现有工艺不能有效地实现氙气的回收和再利用。例如，含氙气的废气流是含有许多难以处理的污染物的复杂的废气流出物混合物。此外，含氙气的废气中氙气的浓度通常相对较低，大约小于0.5体积％，从而使其回收在技术上具有挑战性并且可能是资
4、作为一种高价值产品，并且由于预期的氙气短缺，从充满污染物的气体流中回收氙气以作为半导体工艺中的蚀刻剂的一部分再利用的需求尚未得到满足，并且不断增长。
技术实现思路
1、在本专利技术的第一方面，一种用于在从含稀有气体的、氮基的废气流中回收稀有气体之前预处理排出蚀刻室的所述含稀有气体的、氮基的废气流的方法，所述方法包括以下步骤：从所述蚀刻室接收所述含稀有气体的、氮基的废气流，所述含稀有气体的、氮基的废气流具有包含(a)所述稀有气体、(b)气态杂质和(c)氮气(n2)的气体物质的组成，所述稀有气体的量大于0摩尔％且至多约0.5摩尔％，所述气态杂质包含(i)由通式cxhyfz表示的氢氟烃，其中x、y和z中的每一者为1至5范围内的整数，条件是当x＝1时，y+z＝4，并且当x＝2至5时，y+z–2x＝-2、0或2；(ii)由通式cxfy表示的全氟化碳，其中x能够具有2至5的任何整数值，其中y–2x＝-2、0或2；(iii)一氧化碳(co)；(iv)氟化氢(hf)；(v)氟化硅(sif4)；和(vi)四氟化碳(cf4)，其中所述cxhyfz、cxfy、co、sif4和cf4的所述气态杂质中的每一者的量大于0摩尔％且至多约1摩尔％，并且hf的量大于0摩尔％且至多约2摩尔％；通过将所述含稀有气体的、氮基的废气流引入预处理系统中来预处理所述含稀有气体的、氮基的废气流，所述预处理系统包括燃烧器、洗涤器和吸附器以(x)将大部分的所述co、所述cxhyfz和所述cxfy燃烧成包含二氧化碳(co2)和水蒸气(h2o)的燃烧产物，以产生稀释的、含稀有气体的、氮基的废气流；(y)去除所述洗涤器中基本上所有的所述hf和所述sif4；以及(z)将基本上所有的所述co2和所述h2o吸附到吸附剂上，以产生预处理的、稀释的、含稀有气体的、氮基的废气流；以及从所述预处理系统的所述吸附器的出口抽出所述预处理的、稀释的、含稀有气体的、氮基的废气流，所述预处理的、稀释的、含稀有气体的、氮基的废气流具有包含所述稀有气体、所述气态杂质和所述n2的组成，所述稀有气体的量大于0摩尔％且小于约0.05摩尔％，并且在所述预处理步骤之后剩余的所述气态杂质包含量大于0.01摩尔％且至多约2摩尔％的氧气(o2)、量大于0摩尔％且至多约0.01摩尔％的cf4、量的范围为0.00001摩尔％且至多约0.0005摩尔％的co2。
2、在本专利技术的第二方面，一种用于从排出蚀刻室的氮基的废气流中预处理和回收氙气的方法，所述方法包括以下步骤：从所述蚀刻室接收含氙气的、氮基的废气流，所述含氙气的、氮基的废气流具有包含所述氙气、气态杂质和氮气的气体物质的组成，所述氙气的量大于0摩尔％且至多约0.5摩尔％，并且所述气态杂质包含氢氟烃、全氟化碳、一氧化碳(co)、氟化氢、氟化硅和四氟化碳；其中所述氢氟烃、全氟化碳、一氧化碳、氟化硅和四氟化碳的所述气态杂质中的每一者的量大于0摩尔％且至多约1摩尔％，并且进一步其中所述氟化氢的量大于0摩尔％且至多约2摩尔％；通过将所述含氙气的、氮基的废气流引入预处理系统中来预处理所述含氙气的、氮基的废气流，所述预处理系统包括燃烧器、洗涤器和吸附器以(x)将大部分的所述氢氟烃和所述全氟化碳以及所述一氧化碳燃烧成包含二氧化碳和水蒸气的燃烧产物，以产生稀释的、含氙气的、氮基的废气流，(y)去除所述洗涤器中基本上所有的所述氟化氢和所述氟化硅，并且(z)将基本上所有的所述二氧化碳和所述水蒸气吸附到所述吸附器的吸附剂上，以产生预处理的、稀释的、含氙气的、氮基的废气流；从所述吸附器的出口抽出所述预处理的、稀释的、含氙气的、氮基的废气流，所述预处理的、稀释的、含氙气的、氮基的废气流具有包含所述氙气、所述气态杂质和所述氮气的组成，其中所述氙气的量大于0摩尔％且小于约0.05摩尔％，并且在所述预处理之后剩余的所述气态杂质包含量大于0.01摩尔％且至多约2摩尔％的氧气、量大于0摩尔％且至多约0.01摩尔％的四氟化碳、量在0.00001摩尔％至多约0.0005摩尔％范围内的二氧化碳；将所述预处理的、稀释的、含氙气的、氮基的废气流冷却至第一非低温温度；随后将所述预处理的、稀释的、含氙气的、氮基的废气流引入其中含有吸附剂床的变温吸附器(tsa)中，其中所述吸附剂床含有agx吸附剂；以及将所述氙气优先于在所述预处理步骤之后剩余的所述预处理的、稀释的、含氙气的、氮基的废气流中的所述气态杂质吸附到所述agx吸附剂上。
3、在第三方面，一种用于从排出蚀刻室的氮基的废气流中预处理和回收稀有气体以及从排出所述蚀刻室的所述氮基的废气流中回收所述稀有气体的方法，所述方法包括以下步骤：从蚀刻室接收含稀有气体的、氮基的废气流，所述含稀有气体的、氮基的废气流具有包含所述稀有气体、气态杂质和氮气的气体物质的组成，所述稀有气体的量大于0摩尔％且至多约0.5摩尔％，所述气态杂质包含(i)由通式cxhyfz表示的氢氟烃，其中x、y和z中的每一者能够具有1至5范围内的任何整数，条件是当x＝1时，y+z＝4，并且当x＝2至5时，y+z–2x＝-2、0或2，(ii)由通式cxfy表示的全氟化碳，其中x能够具有2至5的任何整数值，其中y–2x＝-2、0或2，(iii)一氧化碳(co)，(iv)氟化氢(hf)，(v)氟化硅(sif4)和(vi)四氟化碳(cf4)，其中所述c本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于在从含稀有气体的、氮基的废气流中回收所述稀有气体之前预处理排出蚀刻室的所述含稀有气体的、氮基的废气流的方法，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述预处理的特征在于不存在等离子体分解步骤、催化分解步骤和催化等离子体分解步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述预处理步骤包括将所述含稀有气体的、氮基的废气流引入所述燃烧器的入口中，随后引入所述洗涤器的入口中，并且随后引入所述吸附器的入口中的过程顺序，其中所述洗涤器的特征在于湿式洗涤器。
4.根据权利要求1所述的方法，其中从所述蚀刻室接收所述含稀有气体的、氮基的废气流的步骤还包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述燃烧步骤还包括将富氧空气或过量氧气以有效量引入所述燃烧器中，以将排出所述预处理系统的所述稀有气体稀释所述稀有气体进入所述预处理系统的量的约两倍至三倍。
6.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括在排出所述洗涤器之后将所述稀释的、含稀有气体的、氮基的废气流加压至适合进料至所述吸附器中的压力。
7.根据权利要求1
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述预处理的、稀释的、含稀有气体的、氮基的废气流在约200K至约300K的范围内的第一非低温温度处进入稀有气体回收单元中，并且进一步其中所述稀有气体包含氙气。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述气态杂质中的每一者以大于约99％的去除效率(RE)被去除。
10.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括将所述预处理的、稀释的、含稀有气体的、氮基的废气流引导至稀有气体回收单元中。
11.一种用于从排出蚀刻室的氮基的废气流中预处理和回收氙气的方法，所述方法包括以下步骤：
12.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括在进行所述预处理步骤之前将所述预处理的、稀释的、含氙气的、氮基的废气流引导至保护床中以去除杂质。
13.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括：
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述产物流的组成包含量大于约10摩尔％的氙气、量为至多0.5摩尔％的二氧化碳、量小于约2摩尔％的氧气以及量小于约1摩尔％的四氟化碳。
15.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括：
16.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括以循环方式重复步骤(i)、(ii)和(iii)。
17.根据权利要求11所述的方法，其中所述气态杂质中的每一者在所述预处理系统中以大于99％的去除效率(RE)被去除。
18.一种用于从排出蚀刻室的氮基的废气流中预处理和回收稀有气体以及从排出所述蚀刻室的所述氮基的废气流中回收所述稀有气体的方法，所述方法包括以下步骤：
19.根据权利要求18所述的方法，其中(i)当所述稀有气体包含氙气时，所述回收气体单元是变温吸附器(TSA)，并且(ii)当所述稀有气体包含氪气时，所述回收气体单元是低温蒸馏塔。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述稀有气体是氙气，并且所述方法还包括将所述氙气优先于在所述预处理步骤之后剩余的所述预处理的、稀释的、含氙气的、氮基的废气流中的所述气态杂质吸附到所述AgX吸附剂上。
21.一种用于在从含稀有气体的、氮基的废气流中回收所述稀有气体之前预处理排出蚀刻室的所述含稀有气体的、氮基的废气流的预处理系统，所述预处理系统包括：
22.根据权利要求21所述的预处理系统，其中所述预处理系统的特征在于不存在等离子体分解单元、催化分解单元和催化等离子体分解单元。
23.根据权利要求21所述的系统，其中所述预处理系统包括位于所述洗涤器的上游的所述燃烧器和位于所述吸附器的上游的所述洗涤器，并且进一步其中所述洗涤器的特征在于湿式洗涤器。
24.一种用于从排出蚀刻室的含氙气的、氮基的废气流中预处理和回收氙气的系统，所述系统包括：
25.根据权利要求24所述的系统，其中所述TSA具有可操作地连接到压缩和气缸填充系统的出口。
26.根据权利要求24所述的系统，所述系统被配置为回收所述氙气的产物流，所述产物流的浓度比排出所述蚀刻室的所述含氙气的、氮基的废气流的浓度大至少20倍。
27.根据权利要求24所述的系统，所述系统还包括位于所述吸附器与所述TSA之间的保护床。
28.根据权...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于在从含稀有气体的、氮基的废气流中回收所述稀有气体之前预处理排出蚀刻室的所述含稀有气体的、氮基的废气流的方法，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述预处理的特征在于不存在等离子体分解步骤、催化分解步骤和催化等离子体分解步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述预处理步骤包括将所述含稀有气体的、氮基的废气流引入所述燃烧器的入口中，随后引入所述洗涤器的入口中，并且随后引入所述吸附器的入口中的过程顺序，其中所述洗涤器的特征在于湿式洗涤器。
4.根据权利要求1所述的方法，其中从所述蚀刻室接收所述含稀有气体的、氮基的废气流的步骤还包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述燃烧步骤还包括将富氧空气或过量氧气以有效量引入所述燃烧器中，以将排出所述预处理系统的所述稀有气体稀释所述稀有气体进入所述预处理系统的量的约两倍至三倍。
6.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括在排出所述洗涤器之后将所述稀释的、含稀有气体的、氮基的废气流加压至适合进料至所述吸附器中的压力。
7.根据权利要求1所述的方法，其中从所述蚀刻室接收的所述含稀有气体的、氮基的废气流中的所述cxhyfz、cxfy、co、hf、sif4和cf4中的每一者的量具有至少0.0001摩尔％的下限。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述预处理的、稀释的、含稀有气体的、氮基的废气流在约200k至约300k的范围内的第一非低温温度处进入稀有气体回收单元中，并且进一步其中所述稀有气体包含氙气。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述气态杂质中的每一者以大于约99％的去除效率(re)被去除。
10.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括将所述预处理的、稀释的、含稀有气体的、氮基的废气流引导至稀有气体回收单元中。
11.一种用于从排出蚀刻室的氮基的废气流中预处理和回收氙气的方法，所述方法包括以下步骤：
12.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括在进行所述预处理步骤之前将所述预处理的、稀释的、含氙气的、氮基的废气流引导至保护床中以去除杂质。
13.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括：
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述产物流的组成包含量大于约10摩尔％的氙气、量为至多0.5摩尔％的二氧化碳、量小于约2摩尔％的氧气以及量小于约1摩尔％的四氟化碳。
15.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括：
16.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括以循环方式重复步骤(i)、(ii)和(iii)。
17.根据权利要求11所述的方法，其中所述气态杂质中的每一者在所述预处理系统中以大于99％的去除效率(re)被去除。
18.一种用于从排出蚀刻室的氮基的废气流中预处理和回收稀有气体以及从排出所述蚀刻室的所述氮基的废气流中回收所述稀有气体的方法，所述方法包括以下步骤：
19.根据权利要求18所述的方法，其中(i)当所述稀有气体包含氙气时，所述回收气体单元是变温吸附器(tsa)，并且(ii)当所述稀有气体包含氪气时，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·B·卢娜，A·M·阿塞力利耶，C·马，A·K·辛哈，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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