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(dǎo)體器件的制造，更特別涉及對供應(yīng)至半導(dǎo)體加工設(shè)備 的臭氧化水的控制。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)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，比 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(kuò)散進(jìn)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(dǎo)體制造廠家通常具有多個(gè)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(yùn)行和保養(yǎng)多個(gè)臭氧化水發(fā)生器會(huì)提高制造 成本和導(dǎo)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(qiáng)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(jìn)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€(gè)或多個(gè)控制單元和單個(gè)發(fā)生器供應(yīng)超過一個(gè)具有獨(dú)立臭氧 化水需求的加工設(shè)備。
在各實(shí)施例中，即使該臭氧化水供應(yīng)系統(tǒng)中僅包括一個(gè)臭氧化水發(fā)生器， 該系統(tǒng)也能同時(shí)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(gè)或多個(gè)控制單元和少到僅僅一個(gè)臭氧化水發(fā)生器就能獨(dú)立控制向兩個(gè)或多個(gè)加工
設(shè)備供應(yīng)臭氧化水。
每個(gè)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(gè)加工設(shè)備。在一個(gè)實(shí)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(shí)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(gè)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(gè)加工設(shè)備供應(yīng)臭氧化水的方法。 該方法包括提供一個(gè)臭氧化水控制單元。該臭氧化水控制單元包括一個(gè)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(gè)進(jìn)水管線，用于接受來自于水源的水。該單元還包括一個(gè)臭氧化水輸出管線， 與臭氧化水輸入管線和進(jìn)水管線處于流體連通狀態(tài)。有一個(gè)閥控制進(jìn)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(jìn)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(gè)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(gè)進(jìn)水管 線，用于接受來自于水源的水，還包括一個(gè)臭氧化水輸出管線，與該臭氧化水 輸入管線和進(jìn)水管線處于流體連通狀態(tài)。該單元還包括一個(gè)閥，用于控制進(jìn)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(shí)施例以及其他優(yōu)點(diǎn)進(jìn) 行具體說明。
在附圖中，使用相同的附圖標(biāo)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(diǎn)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(dǎo)體制造中所用其他部分之間一種關(guān)系實(shí) 例的方框圖。
圖2是一種臭氧化水發(fā)生器實(shí)施例的方框圖。 圖3是一種臭氧發(fā)生器模塊實(shí)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(shí)施例的方框圖。 圖5是包括一個(gè)填充柱接觸器的一種接觸器模塊實(shí)施例的方框圖。 圖6是包括超過一個(gè)接觸器的一種接觸器模塊實(shí)施例的方框圖。 圖7是一種接觸器模塊實(shí)施例一部分的方框圖。 圖8是一種接觸器模塊實(shí)施例一部分的方框圖。 圖9是一種填充柱接觸器實(shí)施例的截面圖。 圖IO是一種破壞臭氧模塊實(shí)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(shí)間的關(guān)系圖。 圖12是一種接觸器實(shí)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(shí)施例。 圖14是一種臭氧化水控制單元實(shí)施例的方框圖。
圖15是包括多個(gè)臭氧化水控制單元， 一個(gè)臭氧化水發(fā)生器， 一個(gè)純水水源 和三個(gè)加工設(shè)備的實(shí)施例方框圖。
圖16是包括一個(gè)臭氧化水發(fā)生器和一個(gè)將臭氧化水輸送至兩個(gè)加工設(shè)備的 控制單元的實(shí)施例方框圖。
圖n是一種臭氧化水控制單元實(shí)施例的具體方框圖。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)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(dǎo)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("02")，并向一個(gè)或多個(gè) 半導(dǎo)體加工設(shè)備40供應(yīng)臭氧化去離子水("DI03")。用過的或過量的DI水或 DIO;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(jìn)控制，成本 更低，和可靠性提高的臭氧化水發(fā)生器。
在一個(gè)更具體的實(shí)施例中，附圖2的方框圖表示了代表性的臭氧化水發(fā)生
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("03")發(fā)生器模塊800用02管線813輸送的氧氣制造03。 二氧化碳 ("C02")管線供應(yīng)模塊800所用的C02。通過冷卻水輸入管線812將向03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。03發(fā)生器
產(chǎn)生的03通常與<:02和02混合在一起。由于轉(zhuǎn)化至03的效率小于ioo%，因
此有一些02殘留，可選按照用戶要求添加C02。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03 制造DI03。 0103中通常含有DI水和03， 02，以及溶解在DI水中的C02。通 過DI03管線115向半導(dǎo)體加工設(shè)備40輸送DI03。 一 -
參考附圖4， 5，和6，在各種接觸器模塊100的實(shí)施例中，包括一個(gè)或多 個(gè)各種類型的接觸器110， 120?？蛇x在DI03發(fā)生過程中使用03/(:02氣體混合 物，部分起到穩(wěn)定臭氧化DI水中03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0103輸送至臭氧化水發(fā)生器1000外部的排放 口。來自于半導(dǎo)體加工設(shè)備40的用過的DI03可以通過DI03回流管線41，流 量計(jì)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(dǎo)體加工設(shè)備40所使用的DI03。
接觸器模塊100通常產(chǎn)生含有02， H20， 03的濕氣體，以及制造0103的廢 棄產(chǎn)物(:02。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(gè)過程能保護(hù)環(huán)境和半導(dǎo)體操作工人，防止?jié)撛诘某粞鯎p害。作為附加安全 防護(hù)，腔室1020裝配有一個(gè)氣體泄漏檢測器1030，即腔室"檢漏計(jì)"，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(biāo)記。這些控制和監(jiān)控單元包括體積流量計(jì)ll;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(用于顆粒或冷凝物)；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(jì)22。這些單元都是說明性的而并非全部。主要為了進(jìn)行說明而在附圖中示出控制和監(jiān)控單元?？梢愿鶕?jù)不同實(shí)施例的要求改變這些單元的 數(shù)量，種類和位置。
進(jìn)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(shí)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02管線813的氧氣，并將 02轉(zhuǎn)化成03。還可以通過C02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(302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C02。 止回閥16切斷氣體回流進(jìn)入(:02輸送管線。
在一個(gè)實(shí)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(jìn)入臭氧發(fā)生器810之前向02中加入C02，能為03發(fā)生過程提供一種 摻雜劑。能防止因?yàn)殡姌O的氧化而導(dǎo)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C02。 (:02還能產(chǎn)生穩(wěn)定03濃度的優(yōu)點(diǎn)。
使用C02還能產(chǎn)生其他優(yōu)點(diǎn)。使用N2有可能在放電時(shí)形成氮的氧化物。 這樣甚至在使用電化學(xué)拋光的不銹鋼管時(shí)也會(huì)產(chǎn)生鉻污染。
要穩(wěn)定DI03中的臭氧需要大量C02。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C02同存的N2也會(huì)影響臭氧的 穩(wěn)定性。雖然優(yōu)選高純度的<:02和02，但是也可以使用含有N2雜質(zhì)的低純度 02，其優(yōu)點(diǎn)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100 ppm 的&或大約100到500 ppm的C02。但是通常需要(302來加強(qiáng)短期穩(wěn)定性。 因此，通常在氣體進(jìn)入臭氧發(fā)生器810之前和之后加入C02。
可以通過取樣閥18對制得的干氣體進(jìn)行取樣，確定03， 02和(302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(jì)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)闊13。附圖4到8所示是各種接觸器模塊100的實(shí)施例。接觸器模塊100中通常 包括一個(gè)或多個(gè)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(jìn)入薄膜式接觸器的頂部并離開其底部，而DI水在 底部進(jìn)入，DI03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(jìn)入，而干氣體在底部 進(jìn)入。填料能增加氣體和液體之間的接觸時(shí)間。填料包括例如含氟聚合物，石 英，或藍(lán)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DI03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(shí)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(dǎo)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(shí) 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DI03輸出提供勢能。液體和氣體之 間的接觸時(shí)間還會(huì)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(shí)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(gè)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(dāng)入 口處水壓過高時(shí)，可以通過一個(gè)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，DI03通過一個(gè)體積流量計(jì)11離開接觸器 110的上部，并通過一個(gè)開關(guān)閥13被輸送至DI03管線115。
離開接觸器110的過量或不需要的DI03可以通過臭氧監(jiān)控器20，開關(guān)閥 13，體積流量計(jì)ll，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(jì)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(xì)地顯示一種臭氧破壞模塊900的具體實(shí)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(jìn)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(jì)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(jì)22監(jiān)控到的溫度保持在一個(gè)最小限度之上，就可以認(rèn) 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(gè)具體實(shí)施方案。在這個(gè)實(shí)施方案 中，接觸器模塊IOO包括一個(gè)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，DI03通過體積流量計(jì)11離開接觸器120的下部，并通過開關(guān)閥13被 輸送至DK)3管線115。
可以通過臭氧監(jiān)控器20，開關(guān)閥13，體積流量計(jì)ll，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DI03輸送至淺水管線114。當(dāng)接觸 器120中的水壓過高時(shí)，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。濕氣體離幵接觸器120的上部，并通過體積流量計(jì)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(shí)施例進(jìn)一步提供了用一個(gè)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(jì)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)闊13，防止液體的進(jìn)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(gè)遮光板151感應(yīng)到該情況，則應(yīng)關(guān)閉另一個(gè)開 關(guān)閥(未示出)，防止更多DI水進(jìn)入接觸器120。在這兩種情況下，會(huì)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(shí)施例，其中包括兩個(gè)平行工作的接 觸器120。為了簡明起見，未示出附圖6實(shí)施例中與附圖5相似的部分。平行 使用兩個(gè)或多個(gè)接觸器120具有若干優(yōu)點(diǎn)，包括更大的DI03可能流量，以及 在一個(gè)接觸器120發(fā)生故障時(shí)仍能連續(xù)生產(chǎn)DI03。而且，使用兩個(gè)較小接觸器 120的制造和運(yùn)行成本低于使用單個(gè)較大接觸器120的成本。在另一個(gè)實(shí)施例 中，兩個(gè)或多個(gè)接觸器120串聯(lián)工作，使DIO;中的臭氧濃度更高。
10附圖7所示是接觸器模塊100另一個(gè)實(shí)施方案的一部分，其中部分與附圖
5的實(shí)施方案相關(guān)。為了簡明起見，未示出附圖7實(shí)施方案中與附圖5相似的 部分。所示實(shí)施方案中包括一個(gè)填充柱接觸器120，但是可以使用符合該實(shí)施 方案原理的各種接觸器。
—部分來自于DI水管線112的DI水被DI水旁路管線610分流?；蛘撸?有一個(gè)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(jì)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DICV混合。從該混合物形成的DI03通過DI03供應(yīng)管線115 被輸送至半導(dǎo)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DI03 管線中的0103臭氧濃度和流量。- --
使用旁路管線610能產(chǎn)生若干優(yōu)點(diǎn)。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(shí)，會(huì)在DI03中產(chǎn)生臭氧濃度瞬變現(xiàn)象。改變進(jìn)入接觸器 的DI水或干氣體的流量來改變臭氧濃度時(shí)，接觸器內(nèi)條件轉(zhuǎn)變成新穩(wěn)態(tài)需要 一段時(shí)間。這種效應(yīng)如附圖ll所示。
例如，通過降低離開接觸器的DI03流量，可以提高0103中的臭氧濃度。 可以通過降低流量來增加水在接觸器110， 120中所儀停留的時(shí)間。這樣能使 水與氣體中的臭氧發(fā)生更長時(shí)間的相互作用。但是DI03離開接觸器時(shí)發(fā)生的 延時(shí)，并沒有完全用完在接觸器中增加的時(shí)間。因此，離開的DI03中的臭氧 會(huì)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(huì)被疊加在逐漸增加的臭氧濃度上。
這些效應(yīng)在半導(dǎo)體加工過程中是不利的。DI03的使用者通常希望能對濃度 水平進(jìn)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DI03管線115中的0103臭氧濃度。超過半導(dǎo)體加 工設(shè)備40要求的過量DI03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IIO， 120的0103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 1)103與各種流量的DI水混合，使被輸送至DI03管線114的DI03濃度變化符 合要求。在一個(gè)相關(guān)實(shí)施例中，能隨時(shí)在接觸器110， 120中保持恒定低流量 的水流，甚至當(dāng)半導(dǎo)體加工設(shè)備的DI03需求是零時(shí)也是如此。流量恒定時(shí)， 幾乎立刻就能獲得0103。而且，由于接觸器中的流量較低，所以在不需要DI03 時(shí)，幾乎不需要排出DI03。這時(shí)，可以減少流過旁路管線610的DI水，或者關(guān)閉旁路進(jìn)一步節(jié)約用水。
在上述方法的一個(gè)實(shí)施方案中，接觸器120工作時(shí)的恒定流量是5升/分， 出口處DI03的臭氧濃度是80 ppm。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DI03管線114中產(chǎn)生20升/分流量的20ppm 的0103。半導(dǎo)體加工設(shè)備40可以使用全部20升/分20ppm濃度的DI03，或者 將其中的一部分排放掉。
使用上述方法還會(huì)產(chǎn)生其他優(yōu)點(diǎn)。例如，保持接觸器110， 120中或旁路 管線610中的水流能減少細(xì)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(hù)這些管線 防止細(xì)菌生長。另外，流過接觸器110， 120液體流量的變化會(huì)產(chǎn)生壓力尖峰， 導(dǎo)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(gè)接觸器模塊100實(shí)施例的一部分，部分與附圖5的實(shí) 施例相關(guān)。為了簡明起見，沒有示出附圖S實(shí)施例中與附圖5相似的部分。所 示實(shí)施例中是一個(gè)填充柱接觸器120，但是可以用于符合該實(shí)施例原理的各種 接觸器。
離開接觸器120并通過一個(gè)體積流量計(jì)之后， 一部分DI03可以被循環(huán)管 線180分流，再次進(jìn)入接觸器120，可選通過儲(chǔ)水槽710。雖然沒有示出，但 是可以使用一個(gè)水泵將DI03泵入接觸器120。儲(chǔ)水槽部分起到緩沖作用，即儲(chǔ) 存分流的DI03，能更好地控制分流DI03的循環(huán)。
分流的DI03可以通過一個(gè)液體管線接頭再次進(jìn)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。或者，接觸器120中可以包括一 個(gè)獨(dú)立接頭，使分流DI03再次進(jìn)入接觸器120。
使分流DI03循環(huán)通過接觸器，能獲得臭氧濃度提高的DI03。它有現(xiàn)有技 術(shù)臭氧化水發(fā)生器所不具備的優(yōu)點(diǎn)。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DIO"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DI03。
參考附圖9的截面視圖，說明了一種改進(jìn)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(diǎn)。
接觸器500包括一個(gè)液體和氣體相互作用的容器，該容器能在接觸器500 工作時(shí)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(jìn)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，例如全氟垸氧化物，可以采用注塑 方法。對其他材料，例如四氟乙烯，可以采用機(jī)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(jī)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o
對于圓筒形容器，可以用下式計(jì)算足夠的壁厚
t=r(P/omax);
0誰Kl/s) 0 y;
其中t是理想壁厚，r是容器內(nèi)徑，P是內(nèi)壓力，0^x是最大允許拉伸壁應(yīng)力， Oy是用于制造容器特定材料的屈服強(qiáng)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(huì)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?xí)r，即大約7.5個(gè)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(qiáng)度，則計(jì)算求得的壁厚是0.3英寸。安全因子較小時(shí)，例如大約為1時(shí)， 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(jì)時(shí)，例如安全因子為4， 則給出理想厚度是0.6英寸。可以使用較大的厚度，例如1.2英寸或更厚，但 是這會(huì)增加成本和接觸器500的重量。
或者可以憑經(jīng)驗(yàn)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(jìn)行試驗(yàn)，確定故障發(fā)生時(shí)的壓力。在一些實(shí)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(gè)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具有若千優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)有接觸器的不銹
鋼外殼會(huì)使接觸器變得相當(dāng)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(huì)在制造聚四氟乙烯內(nèi)襯時(shí)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(jìn)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(shí)施例，特別用于為半導(dǎo)體濕法工作臺(tái) 加:i過程提供臭氧化液體。接觸器600可以獨(dú)立于臭氧化水發(fā)生器1000使用。-
接觸器600包括一個(gè)管狀部分，其中包括一個(gè)由適應(yīng)于半導(dǎo)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(shí)使用了與 半導(dǎo)體加工過程相容的部件，例如從Entegris， Inc.(Chaska， Minnesota)獲得的 Flaretek⑥接頭。
管狀部分中進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)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(jìn)入外 殼610的氣體和通過第一裝配件620進(jìn)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(jìn)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(dǎo)體加工應(yīng)用則優(yōu)選15毫米。
在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)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(gè)實(shí)施 中，對稱性以單元650組形 式變化。在另一個(gè)實(shí)施例中，單元650對稱性隨機(jī)變化。接觸器600特別適用于向半導(dǎo)體濕法加工工作臺(tái)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(tái)1370。去離子水或硫酸等液體通 過液體輸送管線i320被輸送至濕法加工工作臺(tái)1370。臭氧通過臭氧輸送管線 1310被獨(dú)立地輸送至濕法加工工作臺(tái)1370。臭氧氣泡1340被注射進(jìn)在濕法加 工工作臺(tái)1370中的液體1330中。當(dāng)臭氧氣泡1340從液體1330中浮起時(shí)，一 部分臭氧擴(kuò)散進(jìn)入液體，形成用于加工濕法工作臺(tái)中半導(dǎo)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(tái)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(tái)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(tái) 670之前對液體和臭氧氣體進(jìn)行湍流混合具有若干優(yōu)點(diǎn)。濕法加工工作臺(tái)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?？梢院苋菀椎貙F(xiàn)有技術(shù)的濕法 加工工作臺(tái)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(tái)的需要相比，按照附圖13b實(shí) 施例的原理供應(yīng)臭氧化DI水具有若干優(yōu)點(diǎn)。13b的實(shí)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(shí)間，從而降低因 為關(guān)閉半導(dǎo)體制造流水線而造成的高成本。維修次數(shù)的減少進(jìn)一步提高了制造 加工的安全性。
在下文中，將半導(dǎo)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(shí)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(gè)或多個(gè)加工設(shè) 備。
單元1400中包括DI03流量控制閥1410和/或DI水流量控制閥1420?？?以使用閥1410， 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，來控制離幵單元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(dǎo)體加工過程中的高純水。
控制單元1400能為一個(gè)或多個(gè)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(yùn)行。如下所述，使用一個(gè)或多個(gè)單元1400能使
單個(gè)發(fā)生器為兩個(gè)或多個(gè)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(gè)裝置中的獨(dú)立液槽可以作為獨(dú)立的加工設(shè)備。
附圖15所示是包括多個(gè)控制單元1400， 一個(gè)臭氧化水發(fā)生器1000， 一個(gè) 純水源20和三個(gè)加工設(shè)備40A， 40B， 40C的實(shí)施例方框圖?？刂茊卧?400 與臭氧化水發(fā)生器1000共同起作用，獨(dú)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(shí)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(shí)施例的方框圖，能向兩個(gè)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。控制單元1400 控制被輸送至第二個(gè)加工設(shè)備40E的臭氧化水濃度。
在其他實(shí)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(gè)或多個(gè) 控制單元接受臭氧化水的加工設(shè)備。 一些實(shí)施例中包括兩個(gè)或多個(gè)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(gè)實(shí)施方案的具體方框圖?？刂茊卧?1400A包括氣動(dòng)控制閥V1， V2;氣動(dòng)開關(guān)閥V4， V5;手動(dòng)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， FR2。氣動(dòng)閥VI， 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(jì)算機(jī)控制遠(yuǎn)程設(shè)定?？刂茊卧?1400A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(dòng)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(dòng)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， FR2 之后，將兩種液體混合，然后通過氣動(dòng)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(jìn)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(dòng)閥V2，比較從流量傳感器FR1， FR2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(dá)到了選定的稀 釋比。
控制單元1400A還能通過流量傳感器FR1， FR2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(jìn)行比較?？梢酝ㄟ^閉環(huán)過程調(diào)節(jié)靠近出口 處的氣動(dòng)閥V1，直到獲得選定的輸出流量。
調(diào)節(jié)手動(dòng)閥V3能獲得要求的流向排放口的流量，通過流量指示器Fl進(jìn)行 測量。流向排放口的液流通過一個(gè)氣動(dòng)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(shí)進(jìn)行緊急制動(dòng)。
在一個(gè)實(shí)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(jìn)行混合，防止臭氧發(fā)生脫氣作用。在一個(gè)實(shí)施^"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(diǎn)能提供不少優(yōu)點(diǎn)，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(kuò)大過程流體的流量和濃度范圍。
在說明性實(shí)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(shí)，能獲得輸出臭氧化水中的0%臭氧濃度。
以上參考優(yōu)選實(shí)施方案對本發(fā)明進(jìn)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(xì)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(gè)或多個(gè)出口 ；每個(gè)出口都能供應(yīng)具有不同濃度的臭氧化水。
權(quán)利要求
1.一種混合半導(dǎo)體加工設(shè)備所用加壓流體以避免溶解在所述流體中的氣體脫氣的方法，包括接受具有第一流量和第一濃度的包含溶解氣體的第一流體，所述第一流體將提供給第一半導(dǎo)體加工設(shè)備；接受具有第二流量和第二濃度的第二流體；混合第一流體和第二流體形成具有第三流量和第三濃度的包含溶解氣體的第三流體，所述第三流體將提供給第二半導(dǎo)體加工設(shè)備。
2. 如權(quán)利要求l所述方法，其特征在于所述第一流體是臭氧化水，所述第二流體是水。
3. 如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述混合包括調(diào)節(jié)所接受的第一流體或第二流體的流速和體積中的至少一個(gè)。
4. 如權(quán)利要求3所述方法，所述方法包括調(diào)節(jié)所接受的第一流體或第二流體的流速和體積中的至少一個(gè)，以獨(dú)立控制與提供給所述第一和第二加工設(shè)備的流體相關(guān)的參數(shù)。
5. 如權(quán)利要求1所述方法，所述方法包括調(diào)節(jié)所述第三流體的流速或體積中的至少一個(gè)。
6. 如權(quán)利要求1所述方法，所述方法包括混合所述第一和第二流體以形成具有第四流量和第四濃度的第四流體，所述第四流體將提供給第三加工設(shè)備。
7. 如權(quán)利要求l所述方法，所述方法包括設(shè)定所述第一或第三流體的流量或濃度。
8. 如權(quán)利要求7所述方法，其特征在于所述流量或濃度通過控制單元的控制面板部分進(jìn)行設(shè)定或者通過計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定。
9. 如權(quán)利要求8所述方法，所述方法包括接受第一流體的第一濃度值，所述第一流體來自產(chǎn)生第一流體的發(fā)生器。
10. 如權(quán)利要求2所述方法，其特征在于所述混合在壓力下進(jìn)行以避免臭氧脫氣。
11. 如權(quán)利要求1所述方法，所述方法包括通過閉路過程調(diào)節(jié)至少一個(gè)閥以控制所述第三流體的第三濃度或第三流量。
12. 如權(quán)利要求1所述方法，所述方法包括監(jiān)控壓力傳感器，以在超過安全壓力水平時(shí)允許緊急關(guān)機(jī)。
13. 如權(quán)利要求1所述方法，所述方法包括僅將所述第二流體輸送到所述第一或第二加工工具。
14. 一種混合半導(dǎo)體加工設(shè)備所用加壓流體以避免溶解在所述流體中的氣體脫氣的設(shè)備，所述設(shè)備包括第一流體輸入口，以接受具有第一流量和第一濃度的包含溶解氣體的第一流體，所述第一流體將提供給第一半導(dǎo)體加工設(shè)備；第二流體輸入口，以接受具有第二流量和第二濃度的第二流體；以及至少一個(gè)閥，以控制所述第一流體或第二流體的流量或濃度中的至少一個(gè)，形成具有第三流量和第三濃度的包含溶解氣體的第三流體，所述第三流體將提供給第二半導(dǎo)體加工設(shè)備。
15. 如權(quán)利要求14所述設(shè)備，所述設(shè)備包括第二閥，以控制所述第一流體或第二流體的流量或濃度中的至少一個(gè)以形成具有第四流量和第四濃度的第四流體，所述第四流體將提供給第三加工設(shè)備。
16. 如權(quán)利要求14所述設(shè)備，所述設(shè)備包括控制單元的控制面板部分以設(shè)定至少一個(gè)所述流體的流量或濃度。
17. 如權(quán)利要求14所述設(shè)備，所述設(shè)備包括控制單元以控制所述第一或第三流體的濃度或流量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于向超過一個(gè)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(shí)向第一加工設(shè)備供應(yīng)第二濃度臭氧化水。
文檔編號B01F1/00GK101676220SQ20091020498
公開日2010年3月24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C·戈茨查克, J·西維特, J·費(fèi)特考 申請人:Mks儀器股份有限公司