專利名稱：控制臭氧化水流量及濃度的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及半導體器件的制造，更特別涉及對供應(yīng)至半導體加工設(shè)備的臭氧化水的控制。
背景技術(shù)：
在半導體制造中使用臭氧化去離子水能提供比較簡單安全的加工步驟，例如晶片表面清潔，鈍化，天然氧化物清除，和清除光刻膠。
臭氧化去離子水發(fā)生器通常使用接觸器使臭氧從氣體擴散進入去離子水中從而制造臭氧化水。薄膜式接觸器使用臭氧可滲透膜在液體和氣體之間提供物理分離，而填充柱接觸器使液體和氣體均質(zhì)混合，在壓力下產(chǎn)生更高的臭氧濃度。
半導體制造廠家通常具有多個需要臭氧化水的加工設(shè)備。不同加工設(shè)備要求不同的臭氧濃度和流量。購買，運行和保養(yǎng)多個臭氧化水發(fā)生器會提高制造成本和導致生產(chǎn)線停工。
最好能擁有不太昂貴，更可靠，適應(yīng)性更強和響應(yīng)更快的臭氧化水源。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及用于改進臭氧化水供應(yīng)系統(tǒng)的臭氧化水控制單元。該控制單元能調(diào)整來自于臭氧化水發(fā)生器并隨后被輸送至加工設(shè)備的臭氧化水流量和/或濃度?？梢允褂靡粋€或多個控制單元和單個發(fā)生器供應(yīng)超過一個具有獨立臭氧化水需求的加工設(shè)備。
在各實施方案中，即使該臭氧化水供應(yīng)系統(tǒng)中僅包括一個臭氧化水發(fā)生器，該系統(tǒng)也能同時向不同加工設(shè)備供應(yīng)不同臭氧濃度的臭氧化水。使用一個或多個控制單元和少到僅僅一個臭氧化水發(fā)生器就能獨立控制向兩個或多個加工設(shè)備供應(yīng)臭氧化水。
每個控制單元控制其輸出臭氧化水的流量和/或濃度。因此，可以調(diào)整所供應(yīng)臭氧化水的參數(shù)適應(yīng)每個加工設(shè)備。在一個實施例中，該系統(tǒng)能供應(yīng)低臭氧濃度的臭氧化去離子水，例如用于清洗過程，同時供應(yīng)更高臭氧濃度的臭氧化去離子水，例如用于去膠過程。
因此，本發(fā)明一方面提供了一種向超過一個加工設(shè)備供應(yīng)臭氧化水的方法。將來自于臭氧化水發(fā)生器的第一濃度臭氧化水和來自于水源的水混合，產(chǎn)生第二濃度的臭氧化水。向第一加工設(shè)備供應(yīng)第二濃度的臭氧化水，并向第二加工設(shè)備供應(yīng)來自于臭氧化水發(fā)生器的臭氧化水。
本發(fā)明第二方面提供了另一種為超過一個加工設(shè)備供應(yīng)臭氧化水的方法。該方法包括提供一個臭氧化水控制單元。該臭氧化水控制單元包括一個臭氧化水輸入管線，用于接受來自于臭氧化水發(fā)生器的第一濃度臭氧化水，還包括一個進水管線，用于接受來自于水源的水。該單元還包括一個臭氧化水輸出管線，與臭氧化水輸入管線和進水管線處于流體連通狀態(tài)。有一個閥控制進水管線中的水流量，與控制氧化水輸入管線中的臭氧化水的流量共同起作用，在輸出管線中產(chǎn)生第二濃度的臭氧化水。
該方法中進一步包括向第一加工設(shè)備供應(yīng)來自于輸出管線的第二濃度臭氧化水，和向第二加工設(shè)備供應(yīng)來自于臭氧化水發(fā)生器的臭氧化水。
本發(fā)明第三方面提供了一種臭氧化水控制單元。該控制單元包括一個臭氧化水輸入管線，用于接受來自于臭氧化水發(fā)生器的臭氧化水，包括一個進水管線，用于接受來自于水源的水，還包括一個臭氧化水輸出管線，與該臭氧化水輸入管線和進水管線處于流體連通狀態(tài)。該單元還包括一個閥，用于控制進水管線中的水流量，與控制氧化水輸入管線中的臭氧化水的流量共同起作用，在輸出管線中產(chǎn)生第二濃度的臭氧化水。
附圖簡要說明通過以下具體說明以及


，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例以及其他優(yōu)點進行具體說明。
在附圖中，使用相同的附圖標記表示不同視圖中相同的部分。而且附圖不一定是成比例的，重點在于說明本發(fā)明的原理。
圖1是表示臭氧化水發(fā)生器和半導體制造中所用其他部分之間一種關(guān)系實例的方框圖。
圖2是一種臭氧化水發(fā)生器實施例的方框圖。
圖3是一種臭氧發(fā)生器模塊實施例的方框圖。
圖4是包括一薄膜式接觸器的一種接觸器模塊實施例的方框圖。
圖5是包括一個填充柱接觸器的一種接觸器模塊實施例的方框圖。
圖6是包括超過一個接觸器的一種接觸器模塊實施例的方框圖。
圖7是一種接觸器模塊實施例一部分的方框圖。
圖8是一種接觸器模塊實施例一部分的方框圖。
圖9是一種填充柱接觸器實施例的截面圖。
圖10是一種破壞臭氧模塊實施例的方框圖。
圖11是臭氧濃度對臭氧化去離子水從接觸器中被輸出時間的關(guān)系圖。
圖12是一種接觸器實施例的方框圖。
圖13a是一種現(xiàn)有技術(shù)的液槽。
圖13b所示是包括附圖12接觸器的一種液槽系統(tǒng)的實施例。
圖14是一種臭氧化水控制單元實施例的方框圖。
圖15是包括多個臭氧化水控制單元，一個臭氧化水發(fā)生器，一個純水水源和三個加工設(shè)備的實施例方框圖。
圖16是包括一個臭氧化水發(fā)生器和一個將臭氧化水輸送至兩個加工設(shè)備的控制單元的實施例方框圖。
圖17是一種臭氧化水控制單元實施例的具體方框圖。
本發(fā)明優(yōu)選實施方式附圖1以高度簡化的形式表示了一種臭氧化水發(fā)生器1000與半導體制造中所用其他部分的物理關(guān)系。臭氧化水發(fā)生器1000接受來自于去離子水源20的去離子水(“DI水”)，接受來自于氧氣源30的氧氣(“O2”)，并向一個或多個半導體加工設(shè)備40供應(yīng)臭氧化去離子水(“DIO3”)。用過的或過量的DI水或DIO3可以通過排水管線50被排走。本發(fā)明一方面提供了一種改進控制，成本更低，和可靠性提高的臭氧化水發(fā)生器。
在一個更具體的實施例中，附圖2的方框圖表示了代表性的臭氧化水發(fā)生器1000模塊和腔室1020中的相關(guān)部分。為了簡明起見，沒有表示出臭氧化水發(fā)生器1000的電控及空氣壓力控制部件。
臭氧(“O3”)發(fā)生器模塊800用O2管線813輸送的氧氣制造O3。二氧化碳(“CO2”)管線供應(yīng)模塊800所用的CO2。通過冷卻水輸入管線812將向O3發(fā)生器模塊800供應(yīng)冷卻水，并通過冷卻水輸出管線811排出冷卻水。O3發(fā)生器產(chǎn)生的O3通常與CO2和O2混合在一起。由于轉(zhuǎn)化至O3的效率小于100％，因此有一些O2殘留，可選按照用戶要求添加CO2。通過干氣體管線815向接觸器模塊100輸送干氣體混合物。
接觸器模塊100用DI水管線112供應(yīng)的DI水和來自于干燥管線815的O3制造DIO3。DIO3中通常含有DI水和O3，O2，以及溶解在DI水中的CO2。通過DIO3管線115向半導體加工設(shè)備40輸送DIO3。
參考附圖4，5，和6，在各種接觸器模塊100的實施例中，包括一個或多個各種類型的接觸器110，120?？蛇x在DIO3發(fā)生過程中使用O3/CO2氣體混合物，部分起到穩(wěn)定臭氧化DI水中O3濃度的作用。
減壓排放管線113響應(yīng)過高水壓輸送由接觸器模塊100排出的水(在下文詳述)。從減壓排放管線113出來的水被存放在收集盤1040中。收集盤1040還能捕捉接觸模塊的漏水處。可以通過箱形排水溝1045排出收集盤1040中的液體。
淺水管線114將過量DI水或DIO3輸送至臭氧化水發(fā)生器1000外部的排放口。來自于半導體加工設(shè)備40的用過的DIO3可以通過DIO3回流管線41，流量計11和流量控制閥12被回流至臭氧化水發(fā)生器1000。這樣，臭氧化水發(fā)生器1000就能完全監(jiān)控和控制半導體加工設(shè)備40所使用的DIO3。
接觸器模塊100通常產(chǎn)生含有O2，H2O，O3的濕氣體，以及制造DIO3的廢棄產(chǎn)物CO2。沿著濕氣體管線911將濕氣體輸送至臭氧破壞模塊900。破壞模塊900能在沿著氣體排放管線912排出濕氣體之前，從濕氣體中基本清除臭氧。這個過程能保護環(huán)境和半導體操作工人，防止?jié)撛诘某粞鯎p害。作為附加安全防護，腔室1020裝配有一個氣體泄漏檢測器1030，即腔室“檢漏計”，監(jiān)控腔室1020中的臭氧氣體泄漏。
為了簡化以下說明，附圖3-10中對有關(guān)氣體和液體管線的控制和監(jiān)控單元給予了同樣的附圖標記。這些控制和監(jiān)控單元包括體積流量計11；體積流量控制閥12；開關(guān)閥13；壓力調(diào)節(jié)器14；過濾器15(用于顆?；蚶淠?；止回閥16；卸壓閥17；取樣閥18；流量限流器19；臭氧濃度監(jiān)控器20；冷凝監(jiān)控器21；和溫度計22。這些單元都是說明性的而并非全部。主要為了進行說明而在附圖中示出控制和監(jiān)控單元。可以根據(jù)不同實施例的要求改變這些單元的數(shù)量，種類和位置。
進一步要了解的是，氣體和液體管線是用合適材料制造的。干氣體管線和DI水管線包括不銹鋼。輸送含臭氧的液體或濕氣體的管線通常包括含氟聚合物。
附圖3所示是更具體的一種臭氧發(fā)生器模塊800實施例的方框圖。臭氧發(fā)生器810通過開關(guān)閥13和壓力調(diào)節(jié)器14接受來自于O2管線813的氧氣，并將O2轉(zhuǎn)化成O3。還可以通過CO2氣體管線814，壓力調(diào)節(jié)器14，體積流量控制閥12和流量限流器19將CO2輸送至臭氧發(fā)生器810。而且，可以在氣體離開臭氧發(fā)生器810之后通過體積流量控制閥12和止回閥16向氣體中加入CO2。止回閥16切斷氣體回流進入CO2輸送管線。
在一個實施例中，臭氧發(fā)生器810使用介電擋板放電產(chǎn)生干燥臭氧。臭氧濃度取決于通過放電管的氣體體積流量以及放電功率，壓力和溫度。
在進入臭氧發(fā)生器810之前向O2中加入CO2，能為O3發(fā)生過程提供一種摻雜劑。能防止因為電極的氧化而導致臭氧發(fā)生器810的性能長期使用后惡化。可以使用其他摻雜劑，例如N2或CO?？梢韵螂x開臭氧發(fā)生器810的干氣體中添加額外的CO2。CO2還能產(chǎn)生穩(wěn)定O3濃度的優(yōu)點。
使用CO2還能產(chǎn)生其他優(yōu)點。使用N2有可能在放電時形成氮的氧化物。這樣甚至在使用電化學拋光的不銹鋼管時也會產(chǎn)生鉻污染。
要穩(wěn)定DIO3中的臭氧需要大量CO2。臭氧的半衰期是DI水質(zhì)量的函數(shù)。優(yōu)選這種質(zhì)量能提供大約15分鐘的半衰期。與CO2同存的N2也會影響臭氧的穩(wěn)定性。雖然優(yōu)選高純度的CO2和O2，但是也可以使用含有N2雜質(zhì)的低純度O2，其優(yōu)點是，N2雜質(zhì)可以作為摻雜劑。穩(wěn)定作用通常要求大約50到100ppm的N2或大約100到500ppm的CO2。但是通常需要CO2來加強短期穩(wěn)定性。因此，通常在氣體進入臭氧發(fā)生器810之前和之后加入CO2。
可以通過取樣閥18對制得的干氣體進行取樣，確定O3，O2和CO2的濃度。然后使干氣體經(jīng)由過濾器15，體積流量控制閥12，止回閥16，過濾器15，和開關(guān)閥13通過干氣體管線815。
還通過冷卻水輸入管線812和冷卻水排出管線811，向臭氧發(fā)生器模塊800提供冷卻水。冷卻水通過開關(guān)閥13，過濾器15，體積流量控制閥12和體積流量計11被輸送至臭氧發(fā)生器810。離開臭氧發(fā)生器之后，冷卻水通過開關(guān)閥13。
附圖4到8所示是各種接觸器模塊100的實施例。接觸器模塊100中通常包括一個或多個各種類型的接觸器。例如，優(yōu)選使用不同種類的逆流接觸器。在逆流接觸器中，氣體和水以相反方向流過接觸器。
逆流型接觸器具有其他變體。薄膜式接觸器使用疏水膜分離接觸器中的氣體和液體。通常，干氣體進入薄膜式接觸器的頂部并離開其底部，而DI水在底部進入，DIO3在頂部離開。相反，填充柱接觸器通過氣體和液體的直接接觸，使用一種填料使其緩慢通過接觸器。通常，DI水在頂部進入，而干氣體在底部進入。填料能增加氣體和液體之間的接觸時間。填料包括例如含氟聚合物，石英，或藍寶石。
因薄膜式接觸器中的氣體和液體被膜分隔，因此氣體和液體之間存在壓差。而且，使入口處的DI水體積流量與出口處的DIO3體積流量之間匹配。相反，填充柱接觸器中的液體和氣體壓力是相同的，入口處和出口處的體積流量沒有關(guān)系。因此，在短時間內(nèi)，入口和出口處的體積流量可以是不同的。這些區(qū)別部分導致薄膜式接觸器具有較低的最大體積流量，但是具有很好的可控制性，而填充柱接觸器通常具有較大的最大體積流量，但是其可控制性較差。
通過液體和氣體的相互作用，氣體中的臭氧溶解在液體中。通常，平衡時液體中的臭氧濃度與氣體中的臭氧分壓成比例。例如在填充柱接觸器中，接觸器通常在壓力下工作，為較高臭氧濃度的DIO3輸出提供勢能。液體和氣體之間的接觸時間還會影響離開接觸器的液體中臭氧濃度。在3英高的填充柱接觸器中，液體通過接觸器需要的時間通常是大約5到10秒。
如附圖4中所示，接觸器模塊中包括一個薄膜式接觸器110。接觸器110的較低部分通過體積流量控制閥12接受來自于DI水管線112的DI水。當入口處水壓過高時，可以通過一個卸壓閥17將一部分DI水排放至卸壓排放管線113。在接觸器110中經(jīng)過處理之后，DIO3通過一個體積流量計11離開接觸器110的上部，并通過一個開關(guān)閥13被輸送至DIO3管線115。
離開接觸器110的過量或不需要的DIO3可以通過臭氧監(jiān)控器20，開關(guān)閥13，體積流量計11，和體積流量控制閥12被輸送至淺水管線114。
接觸器110的上部通過開關(guān)閥13接受來自于干氣體管線815的含臭氧干氣體。濕氣體離開接觸器110的下部，并通過體積流量計11被輸送至濕氣體管線911。然后，臭氧破壞模塊900從濕氣體中除去臭氧。
附圖10更詳細地顯示一種臭氧破壞模塊900的具體實施方案。臭氧破壞器910通過體積流量控制閥12，開關(guān)閥13，過濾器15和冷凝監(jiān)控器21接受來自于濕氣體管線的濕氣體?？梢酝ㄟ^取樣閥18對濕氣體進行取樣。
臭氧破壞器910通過使用一種催化劑降低濕氣體中的臭氧濃度。從臭氧破壞器910中排出的氣體通過溫度計22和體積流量監(jiān)控器11被輸送至廢氣管線912。通常，只要溫度計22監(jiān)控到的溫度保持在一個最小限度之上，就可以認為臭氧破壞效率是足夠的。
附圖5所示是接觸器模塊1001的另一個具體實施方案。在這個實施方案中，接觸器模塊100包括一個填充柱型接觸器120。接觸器120的上部通過體積流量控制閥12接受來自于DI水管線112的DI水。在接觸器120中經(jīng)過處理之后，DIO3通過體積流量計11離開接觸器120的下部，并通過開關(guān)閥13被輸送至DIO3管線115。
可以通過臭氧監(jiān)控器20，開關(guān)閥13，體積流量計11，和體積流量控制閥12將離開接觸器120的過量的或不需要的DIO3輸送至淺水管線114。當接觸器120中的水壓過高時，可以用卸壓閥17將接觸器120下部中的一部分水排放至卸壓排水管線113。
接觸器110的下部通過開關(guān)閥13接受來自于干氣體管線815的含臭氧干氣體。濕氣體離開接觸器120的上部，并通過體積流量計11被輸送至濕氣體管線911。然后，臭氧破壞模塊900從濕氣體中除去臭氧。
附圖5中所示的實施例進一步提供了用一個液面感應(yīng)器150監(jiān)控接觸器120中液面的方法，該感應(yīng)器與接觸器120處于流體連通狀態(tài)。通過電容計152測量液面。而且，如果液面降至最低允許水平之下，例如通過遮光板153感應(yīng)到該情況，則應(yīng)關(guān)閉開關(guān)閥13，防止液體的進一步流失。如果液面升高至最高允許水平之上，例如通過另一個遮光板151感應(yīng)到該情況，則應(yīng)關(guān)閉另一個開關(guān)閥(未示出)，防止更多DI水進入接觸器120。在這兩種情況下，會給出警告提醒注意問題。
附圖6所示是一種接觸器模塊100的實施例，其中包括兩個平行工作的接觸器120。為了簡明起見，未示出附圖6實施例中與附圖5相似的部分。平行使用兩個或多個接觸器120具有若干優(yōu)點，包括更大的DIO3可能流量，以及在一個接觸器120發(fā)生故障時仍能連續(xù)生產(chǎn)DIO3。而且，使用兩個較小接觸器120的制造和運行成本低于使用單個較大接觸器120的成本。在另一個實施例中，兩個或多個接觸器120串聯(lián)工作，使DIO3中的臭氧濃度更高。
附圖7所示是接觸器模塊100另一個實施方案的一部分，其中部分與附圖5的實施方案相關(guān)。為了簡明起見，未示出附圖7實施方案中與附圖5相似的部分。所示實施方案中包括一個填充柱接觸器120，但是可以使用符合該實施方案原理的各種接觸器。
一部分來自于DI水管線112的DI水被DI水旁路管線610分流。或者，有一個第二DI水管線(未示出)作為DI水旁路管線610。
通過體積流量計和體積流量控制閥之后，DI水旁路管線610中的DI水與離開接觸器120的DIO3混合。從該混合物形成的DIO3通過DIO3供應(yīng)管線115被輸送至半導體加工設(shè)備。通過調(diào)節(jié)旁路管線610中DI水的流量，能改變DIO3管線中的DIO3臭氧濃度和流量。
使用旁路管線610能產(chǎn)生若干優(yōu)點。通常，現(xiàn)有技術(shù)的臭氧化發(fā)生器在遭遇濃度變化的要求時，會在DIO3中產(chǎn)生臭氧濃度瞬變現(xiàn)象。改變進入接觸器的DI水或干氣體的流量來改變臭氧濃度時，接觸器內(nèi)條件轉(zhuǎn)變成新穩(wěn)態(tài)需要一段時間。這種效應(yīng)如附圖11所示。
例如，通過降低離開接觸器的DIO3流量，可以提高DIO3中的臭氧濃度?？梢酝ㄟ^降低流量來增加水在接觸器110，120中所儀停留的時間。這樣能使水與氣體中的臭氧發(fā)生更長時間的相互作用。但是DIO3離開接觸器時發(fā)生的延時，并沒有完全用完在接觸器中增加的時間。因此，離開的DIO3中的臭氧會逐漸增大至新的要求的水平。而且，如附圖11中所定性表現(xiàn)出濃度的盤旋上升或高低變化會被疊加在逐漸增加的臭氧濃度上。
這些效應(yīng)在半導體加工過程中是不利的。DIO3的使用者通常希望能對濃度水平進行立刻，穩(wěn)定的調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)旁路管線610中的DI水流量，能比較迅速和穩(wěn)定地改變被輸送至DIO3管線115中的DIO3臭氧濃度。超過半導體加工設(shè)備40要求的過量DIO3可以被輸送至淺水管線114。
使用上述方法，能在接觸器110，120中產(chǎn)生流量恒定的水流，使離開接觸器110，120的DIO3保持穩(wěn)定的臭氧濃度。然后可以將這種供應(yīng)非常穩(wěn)定的DIO3與各種流量的DI水混合，使被輸送至DIO3管線114的DIO3濃度變化符合要求。在一個相關(guān)實施例中，能隨時在接觸器110，120中保持恒定低流量的水流，甚至當半導體加工設(shè)備的DIO3需求是零時也是如此。流量恒定時，幾乎立刻就能獲得DIO3。而且，由于接觸器中的流量較低，所以在不需要DIO3時，幾乎不需要排出DIO3。這時，可以減少流過旁路管線610的DI水，或者關(guān)閉旁路進一步節(jié)約用水。
在上述方法的一個實施方案中，接觸器120工作時的恒定流量是5升/分，出口處DIO3的臭氧濃度是80ppm。將來自于旁路管線610的15升/分流量DI水與該接觸器120的出水混合，在DIO3管線114中產(chǎn)生20升/分流量的20ppm的DIO3。半導體加工設(shè)備40可以使用全部20升/分20ppm濃度的DIO3，或者將其中的一部分排放掉。
使用上述方法還會產(chǎn)生其他優(yōu)點。例如，保持接觸器110，120中或旁路管線610中的水流能減少細菌的生長。例如，可以保持旁路管線610中的DI水流，在旁路管線610和其他DI水輸送管線中提供連續(xù)水流，保護這些管線防止細菌生長。另外，流過接觸器110，120液體流量的變化會產(chǎn)生壓力尖峰，導致接觸器110，120出現(xiàn)故障。使用上述方法能降低或消除這些流量變化，從而提高接觸器110，120的可靠性。
附圖8所示是另一個接觸器模塊100實施例的一部分，部分與附圖5的實施例相關(guān)。為了簡明起見，沒有示出附圖8實施例中與附圖5相似的部分。所示實施例中是一個填充柱接觸器120，但是可以用于符合該實施例原理的各種接觸器。
離開接觸器120并通過一個體積流量計之后，一部分DIO3可以被循環(huán)管線180分流，再次進入接觸器120，可選通過儲水槽710。雖然沒有示出，但是可以使用一個水泵將DIO3泵入接觸器120。儲水槽部分起到緩沖作用，即儲存分流的DIO3，能更好地控制分流DIO3的循環(huán)。
分流的DIO3可以通過一個液體管線接頭再次進入接觸器120，該液體管線接頭用于接受來自于DI水管線112的DI水?；蛘?，接觸器120中可以包括一個獨立接頭，使分流DIO3再次進入接觸器120。
使分流DIO3循環(huán)通過接觸器，能獲得臭氧濃度提高的DIO3。它有現(xiàn)有技術(shù)臭氧化水發(fā)生器所不具備的優(yōu)點。例如，與使用可比接觸器的現(xiàn)有技術(shù)發(fā)生器相比，能產(chǎn)生更高臭氧濃度的DIO3。而且，可以使用更小更便宜的接觸器制造要求臭氧濃度水平的DIO3。
參考附圖9的截面視圖，說明了一種改進的填充柱接觸器500。將接觸器500用于各種接觸器模塊100中，能產(chǎn)生上述優(yōu)點。
接觸器500包括一個液體和氣體相互作用的容器，該容器能在接觸器500工作時保持升高的壓力。該容器包括第一端部分510和第二端部分520。如附圖9中所示，該容器中進一步包括中間部分530。第一端部分510與中間部分530的第一端相連，第二端部分520與中間部分530的第二端相連，形成基本不滲漏液體和氣體的液體氣體相互作用容器。在該容器中包括填料擋板560和填料(未示出)。
510，520，530部分優(yōu)選是由包括含氟聚合物的聚合物制成的。含氟聚合物選自四氟乙烯，全氟烷氧化物，聚二氟乙烯，和氟代乙烯丙烯。通常，可以用具有耐臭氧性的材料制造510，520，530部分?？梢杂酶鞣N方法制造510，520，530部分。例如，對一些含氟聚合物，例如全氟烷氧化物，可以采用注塑方法。對其他材料，例如四氟乙烯，可以采用機械加工方法。
510，520，530部分的足夠壁厚為接觸器的加壓操作提供自身支撐的機械穩(wěn)定性。因此，不同于現(xiàn)有技術(shù)的填充柱接觸器，接觸器500不需要不銹鋼外殼。
對于圓筒形容器，可以用下式計算足夠的壁厚t＝r(P/σmax)；σmax＝(1/s)σy；其中t是理想壁厚，r是容器內(nèi)徑，P是內(nèi)壓力，σmax是最大允許拉伸壁應(yīng)力，σy是用于制造容器特定材料的屈服強度，s是安全因子。對特定容器材料使用較大的安全因子，即特定的最大允許拉伸壁應(yīng)力，會對給定的工作壓力P給出更大的厚度。
例如，工作壓力是0.75兆帕時，即大約7.5個大氣壓，內(nèi)徑是3英寸，安全因子是2，由全氟烷氧化物制成的容器部分510，520，530具有15兆帕的屈服強度，則計算求得的壁厚是0.3英寸。安全因子較小時，例如大約為1時，則可以使用大約0.15英寸的壁厚。在優(yōu)選更保守的設(shè)計時，例如安全因子為4，則給出理想厚度是0.6英寸?？梢允褂幂^大的厚度，例如1.2英寸或更厚，但是這會增加成本和接觸器500的重量。
或者可以憑經(jīng)驗決定容器部分的厚度，制造各種厚度的容器，對這些樣品在各種測試壓力下進行試驗，確定故障發(fā)生時的壓力。在一些實施例中，容器不同部位的厚度各不相同。例如，可以使用較厚的末端部分510，520，為氣體或液體管線連接至接觸器500提供更大的穩(wěn)定性。
通過使用墊圈540和夾鉗550(只在附圖9截面圖中容器的一個側(cè)面上表示出夾鉗)有助于部分510，520，530之間連接的氣密性和穩(wěn)定性。
與現(xiàn)有填充柱接觸器相比，接觸器500具有若干優(yōu)點。現(xiàn)有接觸器的不銹鋼外殼會使接觸器變得相當重和很昂貴，通常需要頂部和底部鋼法蘭。這些現(xiàn)有接觸器通常會在制造聚四氟乙烯內(nèi)襯時碰到麻煩。相比之下，接觸器500需要的部件很少，這些部件都可以通過不太昂貴的注塑技術(shù)制得。這使填充柱接觸器500比現(xiàn)有填充柱接觸器更可靠，其成本比現(xiàn)有填充柱接觸器降低大約80％。而且，通過注塑，液體或氣體管線接頭511，512，513，514可以成為第一端部分510或第二端部分520中的一部分，從而進一步減少接頭數(shù)量和成本，并提高可靠性。
附圖12所示是一種接觸器600的實施例，特別用于為半導體濕法工作臺加工過程提供臭氧化液體。接觸器600可以獨立于臭氧化水發(fā)生器1000使用。
接觸器600包括一個管狀部分，其中包括一個由適應(yīng)于半導體加工過程的金屬所制成的外殼610。優(yōu)含氟聚合物，例如全氟烷氧化物(PFA)，與存在的氫氟酸相容。外殼610的第一端與第一裝配件620相連，處于流體連通狀態(tài)。使用第一裝配件連接液體供應(yīng)管線，例如DI水供應(yīng)管線或硫酸供應(yīng)管線。外殼610的第二端與第二裝配件630連接并處于流體連通狀態(tài)。使用第二裝配件連接臭氧化液體供應(yīng)管線。第三裝配件640連接外殼610的側(cè)面并處于氣體連通狀態(tài)，優(yōu)選更靠近第一裝配件620而不是第二裝配件630。用第三裝配件640連接氣體供應(yīng)管線，氣體中含有臭氧。制造裝配件620，630，640時使用了與半導體加工過程相容的部件，例如從Entegris，Inc.(Chaska，Minnesota)獲得的Flaretek接頭。
管狀部分中進一步包括一個或多個內(nèi)部混合單元650，其中的一些能在附圖12的管狀部分剖視截面圖中看到。單元650使通過第三裝配件640進入外殼610的氣體和通過第一裝配件620進入外殼610的液體產(chǎn)生湍流并發(fā)生混合。這種混合有助于使臭氧以較高的質(zhì)量傳遞效率進入液體。
各種引發(fā)湍流形狀都適用于單元650。優(yōu)選彎曲形狀，沿著外殼610長度方向上的彎曲程度大于外殼620的內(nèi)寬。外殼610的內(nèi)寬大約是5到30毫米，對典型的半導體加工應(yīng)用則優(yōu)選15毫米。
在一個實施例中，每個單元650都具有上游端和下游端，兩端基本是平整的，彼此扭曲。扭曲的對稱性可以是變化的，例如從左轉(zhuǎn)向右轉(zhuǎn)螺旋狀，沿著外殼610從單元650到單元650。在另一個實施例中，對稱性以單元650組形式變化。在另一個實施例中，單元650對稱性隨機變化。
接觸器600特別適用于向半導體濕法加工工作臺供應(yīng)臭氧化液體。附圖13a所示是現(xiàn)有技術(shù)中一種典型的濕法加工工作臺1370。去離子水或硫酸等液體通過液體輸送管線1320被輸送至濕法加工工作臺1370。臭氧通過臭氧輸送管線1310被獨立地輸送至濕法加工工作臺1370。臭氧氣泡1340被注射進在濕法加工工作臺1370中的液體1330中。當臭氧氣泡1340從液體1330中浮起時，一部分臭氧擴散進入液體，形成用于加工濕法工作臺中半導體晶片(未示出)的臭氧化液體。
與現(xiàn)有技術(shù)對比的一種濕法加工工作臺系統(tǒng)如附圖13b中所示。接觸器600接受來自于氣體供應(yīng)管線615的臭氧和來自于液體供應(yīng)管線612的液體，并將臭氧化液體680通過臭氧化液體輸送管線660輸送至濕法加工工作臺670。雖然臭氧氣泡690存在于臭氧化液體680中，但是在將其輸送至濕法加工工作臺670之前對液體和臭氧氣體進行湍流混合具有若干優(yōu)點。濕法加工工作臺670中臭氧化液體680的臭氧濃度更均勻，而且如果有要求的話，大于現(xiàn)有技術(shù)方法的濃度。而且，能更有效地使用臭氧氣體。可以很容易地將現(xiàn)有技術(shù)的濕法加工工作臺系統(tǒng)改造成附圖13b中所示的類型，主要使用現(xiàn)有管道。
與使用臭氧化水發(fā)生器供應(yīng)濕法加工工作臺的需要相比，按照附圖13b實施例的原理供應(yīng)臭氧化DI水具有若干優(yōu)點。13b的實施例更節(jié)約成本并可靠得多。而且，由于使用高度可靠的臭氧化DI水源能縮短停工時間，從而降低因為關(guān)閉半導體制造流水線而造成的高成本。維修次數(shù)的減少進一步提高了制造加工的安全性。
在下文中，將半導體加工過程中常用的高純水分別稱為DI水，水，純水和超純水(UPW)。
附圖14-16所示是控制臭氧化水流量及濃度的設(shè)備和方法。附圖14是一種臭氧化水流量和濃度控制單元1400實施例的方框圖。單元1400接受來自于臭氧化水發(fā)生器的臭氧化水和來自于DI水源的DI水。將這些液體混合之后，單元1400將臭氧濃度和/或流量發(fā)生變化的臭氧化水輸送至一個或多個加工設(shè)備。
單元1400中包括DIO3流量控制閥1410和/或DI水流量控制閥1420?？梢允褂瞄y1410，1420，通過控制來自發(fā)生器的臭氧化水與來自DI水源的水的混合體積比，來控制離開單元1400的臭氧化水中的臭氧濃度。還可以使用閥1410，1420控制輸出臭氧化水的流量。應(yīng)該將這里所說的DI水理解成包括常用于半導體加工過程中的高純水。
控制單元1400能為一個或多個加工設(shè)備控制臭氧化水的濃度和/或流量，而臭氧化水發(fā)生器處于穩(wěn)態(tài)運行。如下所述，使用一個或多個單元1400能使單個發(fā)生器為兩個或多個加工設(shè)備供應(yīng)不同濃度的臭氧化水。
說明書中用“加工設(shè)備”表示任何使用臭氧化水的裝置，或裝置的一部分。例如，單個裝置中的獨立液槽可以作為獨立的加工設(shè)備。
附圖15所示是包括多個控制單元1400，一個臭氧化水發(fā)生器1000，一個純水源20和三個加工設(shè)備40A，40B，40C的實施例方框圖。控制單元1400與臭氧化水發(fā)生器1000共同起作用，獨立控制輸送至加工設(shè)備40A，40B，40C的臭氧化水的參數(shù)。其他實施例包括更多或更少的加工設(shè)備，和/或附加發(fā)生器1000。
附圖16是發(fā)生器1000和控制單元1400實施例的方框圖，能向兩個加工設(shè)備40D，40E輸送臭氧化水。發(fā)生器1000將臭氧化水直接輸送至加工設(shè)備40D，從而直接控制被輸送至加工設(shè)備40D的臭氧化水濃度?？刂茊卧?400控制被輸送至第二個加工設(shè)備40E的臭氧化水濃度。
在其他實施例中，包括不同數(shù)量的加工設(shè)備，不同數(shù)量的通過一個或多個控制單元接受臭氧化水的加工設(shè)備。一些實施例中包括兩個或多個發(fā)生器1000，例如，提供更大量的臭氧化水。
附圖17所示是控制單元1400A另一個實施方案的具體方框圖?？刂茊卧?400A包括氣動控制閥V1，V2；氣動開關(guān)閥V4，V5；手動調(diào)節(jié)閥V3；流量指示器F1；壓力傳感器PR1，PR2；和流量傳感器FR1，F(xiàn)R2。氣動閥V1，V2，V4，V5利用壓縮干燥空氣工作。
控制單元1400A的工作如下所述。通過控制單元1400A的控制面板設(shè)定要求的加工過程的流量和臭氧濃度，或者通過計算機控制遠程設(shè)定?？刂茊卧?400A接受來自于臭氧發(fā)生器的指定輸入濃度的臭氧化水。
輸入的臭氧化水通過氣動開關(guān)閥V5，用壓力傳感器PR1和流量傳感器FR1分別測量其壓力和流量。類似地，輸入的純水通過氣動關(guān)閉閥V2，用壓力傳感器PR2和流量傳感器FR2分別測量其壓力和流量。通過流量傳感器FR1，F(xiàn)R2之后，將兩種液體混合，然后通過氣動閥V1離開控制單元1400A。
控制單元1400A對選定臭氧濃度和輸入臭氧化水的濃度進行比較，從而作出響應(yīng)選擇要求的稀釋比。調(diào)節(jié)純水管線中的氣動閥V2，比較從流量傳感器FR1，F(xiàn)R2獲得的流量比。通過閉環(huán)過程繼續(xù)調(diào)節(jié)，直到流量達到了選定的稀釋比。
控制單元1400A還能通過流量傳感器FR1，F(xiàn)R2的測量確定總流量，并對總流量和輸出臭氧化水的選定流量進行比較?？梢酝ㄟ^閉環(huán)過程調(diào)節(jié)靠近出口處的氣動閥V1，直到獲得選定的輸出流量。
調(diào)節(jié)手動閥V3能獲得要求的流向排放口的流量，通過流量指示器F1進行測量。流向排放口的液流通過一個氣動關(guān)閉閥V4。監(jiān)控壓力傳感器PR1，PR2能在超過安全壓力水平時進行緊急制動。
在一個實施方案中，發(fā)生器1000輸送飽和有臭氧的臭氧化水，控制單元在壓力下進行混合，防止臭氧發(fā)生脫氣作用。在一個實施方案中，輸入的飽和臭氧化水通過均勻尺寸的直線輸入管線。
本發(fā)明的特點能提供不少優(yōu)點，例如，快速調(diào)整濃度和流量，使過程流體的迅速增加和迅速減少成為可能(能以關(guān)閉/開啟模式獲得優(yōu)化的過程周期)，和擴大過程流體的流量和濃度范圍。
在說明性實施方案中，控制單元1400所接受的臭氧化水流量在大約0到35升/分范圍內(nèi)，DI水的流量在大約0到42升/分的范圍內(nèi)。優(yōu)選的排放流量在大約0到2升/分范圍內(nèi)。輸出臭氧化水中的臭氧濃度可以在輸入臭氧化水濃度的0％到100％范圍內(nèi)變化。這里要注意的是，只將DI水輸送至控制單元的出口處時，能獲得輸出臭氧化水中的0％臭氧濃度。
以上參考優(yōu)選實施方案對本發(fā)明進行了說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員能在不超出權(quán)利要求所限定的本發(fā)明原理和范圍內(nèi)在形式和細節(jié)上作出各種變化。例如，可以使用控制單元來控制兩種流體的流量和/或濃度參數(shù)，而不是臭氧化水和/或DI水。例如，可以使用控制單元控制超過兩種流體的混合。例如，控制單元中可以包括兩個或多個出口；每個出口都能供應(yīng)具有不同濃度的臭氧化水。
權(quán)利要求
1.一種向超過一個加工設(shè)備供應(yīng)臭氧化水的方法，包括接受來自于臭氧化水發(fā)生器的具有第一濃度的臭氧化水；接受來自于水源的水；將至少一種所接受的臭氧化水與從水源所接受的水混合成具有第二濃度的臭氧化水；和向第一加工設(shè)備供應(yīng)具有第二濃度的臭氧化水，同時向第二加工設(shè)備供應(yīng)來自于臭氧化水發(fā)生器的臭氧化水。
2.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于向第二加工設(shè)備供應(yīng)來自于臭氧化水發(fā)生器的臭氧化水包括將至少一種來自于臭氧化水發(fā)生器的臭氧化水與來自于水源的水混合成具有第三濃度的臭氧化水，并向第二加工設(shè)備供應(yīng)具有第三濃度的臭氧化水。
3.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于混合包括選擇所接受了的臭氧化水流量與從水源所接受水的流量的比值，產(chǎn)生具有第二濃度的臭氧化水。
4.如權(quán)利要求3所述方法，其特征在于混合并進一步包括調(diào)節(jié)至少一種所接受了的臭氧化水的流量和所接受了的水的流量，達到選定的比值。
5.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于進一步包括選擇具有第二濃度的臭氧化水流量，并控制所接受臭氧化水的流量和從水源所接受的水流量，使產(chǎn)生的具有第二濃度的臭氧化水具有選定流量。
6.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于混合包括基本上不將所接受的臭氧化水與從水源所接受的水混合，使產(chǎn)生的第二臭氧濃度基本上等于0％。
7.一種向超過一個加工設(shè)備供應(yīng)臭氧化水的方法，包括提供一種臭氧化水控制單元，它包括臭氧化水輸入口，用于接受來自于臭氧化水發(fā)生器的具有第一濃度的臭氧化水；進水口，用于接受來自于水源的水；臭氧化水輸出口，與臭氧化水輸入口和進水口處于流體連通狀態(tài)；和閥，用于控制進水口中的水流量，與臭氧化水輸入口中的臭氧化水流量共同起作用，在輸出口中產(chǎn)生具有第二濃度的臭氧化水，和向第一加工設(shè)備供應(yīng)來自于輸出口的具有第二濃度的臭氧化水，同時向第二加工設(shè)備供應(yīng)來自于臭氧化水發(fā)生器的臭氧化水。
8.如權(quán)利要求7所述方法，其特征在于向第二加工設(shè)備供應(yīng)來自于臭氧化水發(fā)生器的臭氧化水包括提供一個第二臭氧化水控制單元，其中包括臭氧化水輸入口，用于接受來自于臭氧化水發(fā)生器的具有第一濃度的臭氧化水；進水口，用于接受來自于水源的水；臭氧化水輸出管線，與臭氧化水輸入口和進水口處于流體連通狀態(tài)；和閥，用于控制進水口中的水流量，與臭氧化水輸入口中的臭氧化水流量一起發(fā)生作用，在輸出口產(chǎn)生具有第三濃度的臭氧化水，和向第二加工設(shè)備供應(yīng)來自于輸出口的具有第三濃度的臭氧化水。
9.一種臭氧化水控制單元，包括臭氧化水輸入口，用于接受來自于臭氧化水發(fā)生器的具有第一濃度的臭氧化水；進水口，用于接受來自于水源的水；臭氧化水輸出口，與臭氧化水輸入口和進水口處于流體連通狀態(tài)；和閥，用于控制進水口中的水流量，與臭氧化水輸入口中的臭氧化水流量一起發(fā)生作用，在輸出口中產(chǎn)生具有第二濃度的臭氧化水。
10.如權(quán)利要求9所述臭氧化水控制單元，進一步包括一個流量傳感器，用于測量進水口中的水流量，其特征在于根據(jù)測得流量的響應(yīng)來調(diào)節(jié)閥門，獲得選定流量，產(chǎn)生具有第二濃度的臭氧化水。
11.如權(quán)利要求10所述臭氧化水控制單元，進一步包括一個流量傳感器，用于測量臭氧化水輸入口中所接受臭氧化水的流量，還包括一個閥，用于控制臭氧化水輸入口中所接受臭氧化水的流量，其特征在于根據(jù)所測得接受臭氧化水的流量的響應(yīng)來調(diào)節(jié)控制接受臭氧化水流量的閥門，使所接受臭氧化水的流量與來自于水源的水流量的比值是選定值。
12.如權(quán)利要求10所述臭氧化水控制單元，進一步包括一個第二臭氧化水輸出口，與臭氧化水輸入口和進水口處于流體連通狀態(tài)，第二臭氧化水輸出口供應(yīng)具有第三濃度的臭氧化水。
13.如權(quán)利要求10所述臭氧化水控制單元，其特征在于該第二濃度在第一濃度的0％到100％范圍內(nèi)。
14.一種臭氧化水供應(yīng)系統(tǒng)，包括臭氧化水發(fā)生器；第一臭氧化水控制單元，與該臭氧化水發(fā)生器處于流體連通狀態(tài)，該控制單元包括臭氧化水輸入口，用于接受來自于臭氧化水發(fā)生器的具有第一濃度的臭氧化水；進水口，用于接受來自于水源的水；臭氧化水輸出口，與該臭氧化水輸入口和進水口處于流體連通狀態(tài)；和閥，用于控制進水口中的水流量，與臭氧化水輸入口中的臭氧化水流量一起發(fā)生作用，在輸出口中產(chǎn)生具有第二濃度的臭氧化水，和第二臭氧化水控制單元，與該臭氧化水發(fā)生器處于流體連通狀態(tài)，用于向第二加工設(shè)備供應(yīng)具有第三濃度的臭氧化水，同時向第一加工設(shè)備供應(yīng)具有第二濃度的臭氧化水。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于向超過一個加工設(shè)備供應(yīng)臭氧化水的設(shè)備和方法。將來自于臭氧化水發(fā)生器的第一濃度臭氧化水與來自于水源的水混合成第二濃度臭氧化水。向第一加工設(shè)備供應(yīng)第二濃度臭氧化水。向第二加工設(shè)備供應(yīng)來自于臭氧化水發(fā)生器的臭氧化水，同時向第一加工設(shè)備供應(yīng)第二濃度臭氧化水。
文檔編號B01F1/00GK1653400SQ03811404
公開日2005年8月10日 申請日期2003年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月26日
發(fā)明者J·費特考, J·西維特, C·戈茨查克 申請人:應(yīng)用科技股份有限公司