專利名稱：控制臭氧化水流量及濃度的設備和方法
技術領域：
本發明一般涉及半導體器件的制造，更特別涉及對供應至半導體加工設備 的臭氧化水的控制。
背景技術：
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，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混合，在壓力下產生更高的臭氧濃 度。
半導體制造廠家通常具有多個需要臭氧化水的加工設備。不同加工設備要 求不同的臭氧濃度和流量。購買，運行和保養多個臭氧化水發生器會提高制造 成本和導致生產線停工。
最好能擁有不太昂貴，更可靠，適應性更強和響應更快的臭氧化水源。
發明概述
本發明涉及用于改進臭氧化水供應系統的臭氧化水控制單元。該控制單元 能調整來自于臭氧化水發生器并隨后被輸送至加工設備的臭氧化水流量和/或 濃度。可以使用一個或多個控制單元和單個發生器供應超過一個具有獨立臭氧 化水需求的加工設備。
在各實施例中，即使該臭氧化水供應系統中僅包括一個臭氧化水發生器， 該系統也能同時向不同加工設備供應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生器就能獨立控制向兩個或多個加工
設備供應臭氧化水。
每個控制單元控制其輸出臭氧化水的流量和/或濃度。因此，可以調整所供
應臭氧化水的參數適應每個加工設備。在一個實施例中，該系統能供應低臭氧 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，本發明一方面提供了一種向超過一個加工設備供應臭氧化水的方法。 將來自于臭氧化水發生器的第一濃度臭氧化水和來自于水源的水混合，產生第 二濃度的臭氧化水。向第一加工設備供應第二濃度的臭氧化水，并向第二加工 設備供應來自于臭氧化水發生器的臭氧化水。
本發明第二方面提供了另一種為超過一個加工設備供應臭氧化水的方法。 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。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備供應來自于輸出管線的第二濃度臭氧 化水，和向第二加工設備供應來自于臭氧化水發生器的臭氧化水。
本發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。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
，對本發明的優選實施例以及其他優點進 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，重點在于說明本發明的原理。圖1是表示臭氧化水發生器和半導體制造中所用其他部分之間一種關系實 例的方框圖。
圖2是一種臭氧化水發生器實施例的方框圖。 圖3是一種臭氧發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IO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系圖。 圖12是一種接觸器實施例的方框圖。 圖13a是一種現有技術的液槽。
圖13b所示是包括附圖12接觸器的一種液槽系統的實施例。 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， 一個臭氧化水發生器， 一個純水水源 和三個加工設備的實施例方框圖。
圖16是包括一個臭氧化水發生器和一個將臭氧化水輸送至兩個加工設備的 控制單元的實施例方框圖。
圖n是一種臭氧化水控制單元實施例的具體方框圖。
本發明優選實施方式
附圖1以高度簡化的形式表示了一種臭氧化水發生器1000與半導體制造中 所用其他部分的物理關系。臭氧化水發生器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")，并向一個或多個 半導體加工設備40供應臭氧化去離子水("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生
和腔室1020中的相關部分。為了簡明起見，沒有表示出臭氧化水發生器1000的電控及空氣壓力控制部件。
臭氧("03")發生器模塊800用02管線813輸送的氧氣制造03。 二氧化碳 ("C02")管線供應模塊800所用的C02。通過冷卻水輸入管線812將向03發 生器模塊800供應冷卻水，并通過冷卻水輸出管線811排出冷卻水。03發生器
產生的03通常與<:02和02混合在一起。由于轉化至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向半導體加工設備40輸送DI03。 一 -
參考附圖4， 5，和6，在各種接觸器模塊100的實施例中，包括一個或多 個各種類型的接觸器110， 120。可選在DI03發生過程中使用03/(:02氣體混合 物，部分起到穩定臭氧化DI水中03濃度的作用。
減壓排放管線113響應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輸送至臭氧化水發生器1000外部的排放 口。來自于半導體加工設備40的用過的DI03可以通過DI03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生器1000。這樣，臭氧化水發生 器1000就能完全監控和控制半導體加工設備40所使用的DI03。
接觸器模塊100通常產生含有02， H20， 03的濕氣體，以及制造0103的廢 棄產物(: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。 這個過程能保護環境和半導體操作工人，防止潛在的臭氧損害。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中對有關氣體和液體管線的控制和監控單元 給予了同樣的附圖標記。這些控制和監控單元包括體積流量計ll;體積流量
控制閥12;開關閥13;壓力調節器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;臭氧濃度監控器20;冷凝監控 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控單元。可以根據不同實施例的要求改變這些單元的 數量，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生器模塊800實施例的方框圖。臭氧發 生器810通過開關閥13和壓力調節器14接受來自于02管線813的氧氣，并將 02轉化成03。還可以通過C02氣體管線814，壓力調節器14，體積流量控制 閥12和流量限流器19將(302輸送至臭氧發生器810。而且，可以在氣體離開 臭氧發生器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切斷氣體回流進入(:02輸送管線。
在一個實施例中，臭氧發生器810使用介電擋板放電產生干燥臭氧。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。
在進入臭氧發生器810之前向02中加入C02，能為03發生過程提供一種 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。可以向離開臭氧發生器810的干氣體中 添加額外的C02。 (:02還能產生穩定03濃度的優點。
使用C02還能產生其他優點。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生鉻污染。
要穩定DI03中的臭氧需要大量C02。臭氧的半衰期是DI水質量的函數。 優選這種質量能提供大約15分鐘的半衰期。與C02同存的N2也會影響臭氧的 穩定性。雖然優選高純度的<:02和02，但是也可以使用含有N2雜質的低純度 02，其優點是，N2雜質可以作為摻雜劑。穩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來加強短期穩定性。 因此，通常在氣體進入臭氧發生器810之前和之后加入C02。
可以通過取樣閥18對制得的干氣體進行取樣，確定03， 02和(302的濃度。 然后使干氣體經由過濾器15，體積流量控制閥12，止回閥16，過濾器15，和 開關閥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，向臭氧發生器模塊800 提供冷卻水。冷卻水通過開關閥13，過濾器15，體積流量控制閥12和體積流 量計11被輸送至臭氧發生器810。離開臭氧發生器之后，冷卻水通過開關闊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，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 沒有關系。因此，在短時間內，入口和出口處的體積流量可以是不同的。這些 區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DI03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中經過處理之后，DI03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可以通過臭氧監控器20，開關閥 13，體積流量計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，開關閥13，過濾器15和冷凝監控器21接受 來自于濕氣體管線的濕氣體。可以通過取樣閥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和體積流量監控器11被輸送至廢氣管線 912。通常，只要溫度計22監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IOO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中經過處 理之后，DI03通過體積流量計11離開接觸器120的下部，并通過開關閥13被 輸送至DK)3管線115。
可以通過臭氧監控器20，開關閥13，體積流量計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器150監控接觸器 120中液面的方法，該感應器與接觸器120處于流體連通狀態。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 到該情況，則應關閉開關闊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感應到該情況，則應關閉另一個開 關閥(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具有若干優點，包括更大的DI03可能流量，以及 在一個接觸器120發生故障時仍能連續生產DI03。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另一個實施方案的一部分，其中部分與附圖
5的實施方案相關。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。
—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DICV混合。從該混合物形成的DI03通過DI03供應管線115 被輸送至半導體加工設備。通過調節旁路管線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能產生若干優點。通常，現有技術的臭氧化發生器在遭 遇濃度變化的要求時，會在DI03中產生臭氧濃度瞬變現象。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，接觸器內條件轉變成新穩態需要 一段時間。這種效應如附圖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中所儀停留的時間。這樣能使 水與氣體中的臭氧發生更長時間的相互作用。但是DI03離開接觸器時發生的 延時，并沒有完全用完在接觸器中增加的時間。因此，離開的DI03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。
這些效應在半導體加工過程中是不利的。DI03的使用者通常希望能對濃度 水平進行立刻，穩定的調節。通過調節旁路管線610中的DI水流量，能比較 迅速和穩定地改變被輸送至DI03管線115中的0103臭氧濃度。超過半導體加 工設備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中產生流量恒定的水流，使離開接 觸器IIO， 120的0103保持穩定的臭氧濃度。然后可以將這種供應非常穩定的 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。在一個相關實施例中，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備的DI03需求是零時也是如此。流量恒定時， 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，幾乎不需要排出DI03。這時，可以減少流過旁路管線610的DI水，或者關閉旁路進一步節約用水。
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中產生20升/分流量的20ppm 的0103。半導體加工設備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。
使用上述方法還會產生其他優點。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生壓力尖峰， 導致接觸器110， 120出現故障。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。為了簡明起見，沒有示出附圖S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DI03可以被循環管 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DI03泵入接觸器120。儲水槽部分起到緩沖作用，即儲 存分流的DI03，能更好地控制分流DI03的循環。
分流的DI03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。或者，接觸器120中可以包括一 個獨立接頭，使分流DI03再次進入接觸器120。
使分流DI03循環通過接觸器，能獲得臭氧濃度提高的DI03。它有現有技 術臭氧化水發生器所不具備的優點。例如，與使用可比接觸器的現有技術發生
器相比，能產生更高臭氧濃度的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，能產生上述優點。
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。可以用各種方法制造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 穩定性。因此，不同于現有技術的填充柱接觸器，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是容器內徑，P是內壓力，0^x是最大允許拉伸壁應力， Oy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。在優選更保守的設計時，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 是這會增加成本和接觸器500的重量。
或者可以憑經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定性。與現有填充柱接觸器相比，接觸器500具有若千優點。現有接觸器的不銹
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
有接觸器通常會在制造聚四氟乙烯內襯時碰到麻煩。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制得。這使填充柱接 觸器500比現有填充柱接觸器更可靠，其成本比現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:i過程提供臭氧化液體。接觸器600可以獨立于臭氧化水發生器1000使用。-
接觸器600包括一個管狀部分，其中包括一個由適應于半導體加工過程的 金屬所制成的外殼610。優含氟聚合物，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。使 用第一裝配件連接液體供應管線，例如DI水供應管線或硫酸供應管線。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。使用第二裝配件連 接臭氧化液體供應管線。第三裝配件640連接外殼610的側面并處于氣體連通 狀態，優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 Flaretek⑥接頭。
管狀部分中進一步包括一個或多個內部混合單元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的液體產生湍流并發生混合。 這種混合有助于使臭氧以較高的質量傳遞效率進入液體。
各種引發湍流形狀都適用于單元650。優選彎曲形狀，沿著外殼610長度 方向上的彎曲程度大于外殼620的內寬。外殼610的內寬大約是5到30毫米， 對典型的半導體加工應用則優選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，例如從左轉向右轉螺旋狀，沿著 外殼610從單元650到單元650。在另一個實施 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臭氧化液體。附圖13a 所示是現有技術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i320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。
與現有技術對比的一種濕法加工工作臺系統如附圖13b中所示。接觸器600 接受來自于氣體供應管線615的臭氧和來自于液體供應管線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，大于現有技術方 法的濃度。而且，能更有效地使用臭氧氣體。可以很容易地將現有技術的濕法 加工工作臺系統改造成附圖13b中所示的類型，主要使用現有管道。
與使用臭氧化水發生器供應濕法加工工作臺的需要相比，按照附圖13b實 施例的原理供應臭氧化DI水具有若干優點。13b的實施例更節約成本并可靠得 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 為關閉半導體制造流水線而造成的高成本。維修次數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/或流量發生變化的臭氧化水輸送至一個或多個加工設 備。
單元1400中包括DI03流量控制閥1410和/或DI水流量控制閥1420。可 以使用閥1410， 1420,通過控制來自發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備控制臭氧化水的濃度和/或流量，
而臭氧化水發生器處于穩態運行。如下所述，使用一個或多個單元1400能使
單個發生器為兩個或多個加工設備供應不同濃度的臭氧化水。
說明書中用"加工設備"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備。
附圖15所示是包括多個控制單元1400， 一個臭氧化水發生器1000， 一個 純水源20和三個加工設備40A， 40B， 40C的實施例方框圖。控制單元1400 與臭氧化水發生器1000共同起作用，獨立控制輸送至加工設備40A， 40B， 40C 的臭氧化水的參數。其他實施例包括更多或更少的加工設備，和/或附加發生器 1000。
附圖16是發生器1000和控制單元1400實施例的方框圖，能向兩個加工 設備40D, 40E輸送臭氧化水。發生器1000將臭氧化水直接輸送至加工設備 40D，從而直接控制被輸送至加工設備40D的臭氧化水濃度。控制單元1400 控制被輸送至第二個加工設備40E的臭氧化水濃度。
在其他實施例中，包括不同數量的加工設備，不同數量的通過一個或多個 控制單元接受臭氧化水的加工設備。 一些實施例中包括兩個或多個發生器 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。控制單元 1400A包括氣動控制閥V1， V2;氣動開關閥V4， V5;手動調節閥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定。控制單元 1400A接受來自于臭氧發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 出響應選擇要求的稀釋比。調節純水管線中的氣動閥V2，比較從流量傳感器FR1， FR2獲得的流量比。通過閉環過程繼續調節，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， 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行比較。可以通過閉環過程調節靠近出口 處的氣動閥V1，直到獲得選定的輸出流量。
調節手動閥V3能獲得要求的流向排放口的流量，通過流量指示器Fl進行 測量。流向排放口的液流通過一個氣動關閉閥V4。監控壓力傳感器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，防止臭氧發生脫氣作用。在一個實施^"案中，輸入的飽和 臭氧化水通過均勻尺寸的直線輸入管線。
本發明的特點能提供不少優點，例如，快速調整濃度和流量，使過程流體 的迅速增加和迅速減少成為可能(能以關閉/開啟模式獲得優化的過程周期)，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，DI水的流量在大約0到42升/分的范圍內。優選的排放流量 在大約0到2升/分范圍內。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。
以上參考優選實施方案對本發明進行了說明，本領域技術人員能在不超出 權利要求所限定的本發明原理和范圍內在形式和細節上作出各種變化。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，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 ；每個出口都能供應具有不同濃度的臭氧化水。
權利要求
1.一種混合半導體加工設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體加工設備；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體加工設備。
2. 如權利要求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. 如權利要求1所述方法，其特征在于所述混合包括調節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。
4. 如權利要求3所述方法，所述方法包括調節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，以獨立控制與提供給所述第一和第二加工設備的流體相關的參數。
5. 如權利要求1所述方法，所述方法包括調節所述第三流體的流速或體積中的至少一個。
6. 如權利要求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備。
7. 如權利要求l所述方法，所述方法包括設定所述第一或第三流體的流量或濃度。
8. 如權利要求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行設定或者通過計算機控制進行遠程設定。
9. 如權利要求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生第一流體的發生器。
10. 如權利要求2所述方法，其特征在于所述混合在壓力下進行以避免臭氧脫氣。
11. 如權利要求1所述方法，所述方法包括通過閉路過程調節至少一個閥以控制所述第三流體的第三濃度或第三流量。
12. 如權利要求1所述方法，所述方法包括監控壓力傳感器，以在超過安全壓力水平時允許緊急關機。
13. 如權利要求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. 一種混合半導體加工設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備，所述設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體加工設備；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，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體加工設備。
15. 如權利要求14所述設備，所述設備包括第二閥，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備。
16. 如權利要求14所述設備，所述設備包括控制單元的控制面板部分以設定至少一個所述流體的流量或濃度。
17. 如權利要求14所述設備，所述設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
本發明公開了一種用于向超過一個加工設備供應臭氧化水的設備和方法。將來自于臭氧化水發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。向第一加工設備供應第二濃度臭氧化水。向第二加工設備供應來自于臭氧化水發生器的臭氧化水，同時向第一加工設備供應第二濃度臭氧化水。
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 優先權日2002年4月26日
發明者C·戈茨查克, J·西維特, J·費特考 申請人:Mks儀器股份有限公司