给去离子水充碳酸气的设备、系统和方法
【专利说明】给去罔子水充碳酸气的设备、系统和方法
[0001]本申请是2009年4月17日提交的申请号为200780038781.1、发明名称为“给去离子水充碳酸气的设备、系统和方法”的发明专利申请的分案。原母案是基于国际申请第PCT/US2007/081633号提交的中国申请。
技术领域
[0002]本发明总体上涉及在半导体器件的湿法清洁中所用的设备、系统和方法。具体地，本发明涉及输送含所需浓度CO2的去离子水的系统，以及产生含所需浓度CO2的去离子水的方法，所述系统和方法用于半导体器件的湿法清洁。
【背景技术】
[0003]诸如集成电路这样的微电子芯片是由较大的半导体材料晶片制得的。此过程通常涉及多个连续步骤，包括:通过光刻法产生蚀刻掩模；在掩模的限定下蚀刻材料层；通过湿法化学技术和干法化学技术的某种组合清除光刻掩模；以及沉积材料层。光刻掩模是由称作光致抗蚀剂的聚合物材料形成的。清除光致抗蚀掩模后，通常还要进行最后的清洁步骤，称作漂洗或湿法清洁。
[0004]在这样漂洗半导体器件的过程中使用去离子(DI)水是公知的。要防止器件发生任何金属腐蚀和污染也是公知的。为了使湿法清洁更加有效，常常将诸如二氧化碳(CO2)和氮气(N2)这样的气体与去离子水混合起来。用充碳酸气的去离子(D1-CO2)水漂洗是电惰性过程，可进行无损伤清洁，同时保持器件的完整性。
[0005]控制这些气体的比例需要相当复杂的仪器，且成本高，这些是现有方法的显著缺陷。一般采用过量气体，但由于存在多余气体，特别是二氧化碳，这种做法会产生毒性和处理方面的问题。因此，这些工艺既费钱又麻烦。
【发明内容】
[0006]一方面，本发明涉及给去离子水充碳酸气的系统。该系统包含去离子水源、二氧化碳气源、接触室、至少一个传感器和前馈回路。接触室可与水源和气源流体连通。接触室可产生充碳酸气的去离子(D1-CO2)水，可具有输出充碳酸气的去离子水的出口。所述至少一个传感器可与所述出口流体连通，用于测量充碳酸气的去离子水的参数。前馈回路可与传感器连接，用于调节接触室中产生的充碳酸气的去离子水的电导率。
[0007]另一方面，本发明涉及充碳酸气的去离子水的产生方法。该方法包括向接触室提供去离子水和二氧化碳。在接触室中产生并经由接触室出口排出的充碳酸气的去离子水的参数可通过至少一个传感器感测。充碳酸气的去离子水的电导率可根据感测到的参数进行控制。充碳酸气的去离子水的电导率可通过前馈回路调节。具有指定电导率的充碳酸气的去离子水可自接触室流出。
[0008]在各种实例中，上述任何方面或本说明书所述任何方法或系统或组件，可包含一个或多个以下特征。在一些实施方式中，该系统可包括至少一个质流控制器(MFC)，其与气源和接触室流体连通。所述至少一个质流控制器可用于控制二氧化碳气体进入接触室的量和流速。
[0009]在一些实施方式中，所述系统可包含与至少一个传感器和至少一个质流控制器连接的前馈回路。前馈回路可用于调节二氧化碳气体的量，使充碳酸气的去离子水获得指定的电导率。
[0010]在某些实施方式中，所述系统可包含至少四个质流控制器。在各种实施方式中，该系统可包含至少三个传感器。在一些实施方式中，该系统可包含处理器，用于接收来自至少一个传感器的参数。所述参数可包括充碳酸气的去离子水的流速、温度和电导率。在某些实施方式中，该系统可包含与去离子水源、接触室和至少一个传感器流体连通的旁路单元。
[0011]在各种实施方式中，所述方法可包括通过至少一个质流控制器控制二氧化碳气体进入接触室的流速和量。在一些实施方式中，该方法可包括通过前馈回路控制充碳酸气的去离子水的电导率。前馈回路可与所述至少一个传感器和所述至少一个质流控制器连接。
[0012]在各种实施方式中，所述方法可包括调节至少四个质流控制器。在一些实施方式中，该方法可包括用至少三个传感器进行感测。在某些实施方式中，该方法可包括用旁路单元调节充碳酸气的去离子水的电导率。
[0013]在一些实施方式中，所述方法可包括根据处理器接收到的参数调节充碳酸气的去离子水的电导率。在某些实施方式中，该方法可包括混合二氧化碳气体和去离子水，然后将该去离子水供给接触室。
[0014]在各种实施方式中，从接触室排出的充碳酸气的去离子水的电导率可在约0-52微西门子/厘米的范围内。在一些实施方式中，从接触室排出的充碳酸气的去离子水的电导率可在约2-50微西门子/厘米的范围内。
[0015]在一些实施方式中，电导率从一个指定值变换到另一个指定值的响应时间可短于约10分钟。在各种实施方式中，电导率从一个指定值变换到另一个指定值的响应时间可短于约5分钟。在某些实施方式中，该响应时间可短于约I分钟。在各种实施方式中，该响应时间可短于约10秒钟。
[0016]本发明的一个优点是产生“无泡” D1-CO2水。接触室可提供高表面积，供CO2气体与去离子水充分混合，因而没有未溶解的过量二氧化碳。这避免了在D1-ανΚ中形成气泡。在半导体器件的湿法清洁应用中采用“无泡”去离子水是有利的，因为这样就不会形成具有或高或低的酸性的区域，这种区域通常由气泡引起。所产生的“无泡”D1-CO2水对接受清洁的器件的损伤最小。
[0017]D1-CO2水的电导率与溶解在去离子水中的CO2气体的浓度成正比。本发明的优点是，它能高度精确地控制D1-CO2水中0)2的浓度。之所以能做到这一点，主要是因为该系统中存在前馈回路机制。前馈回路机制可对诸如离开接触室的D1-CO2水的电导率、温度和流速这样的参数与进入接触室的二氧化碳气体的量作出协调。质流控制器和反馈回路机制可进一步控制离开接触室的D1-CO2水的电导率。当去离子水中二氧化碳的浓度需要改变时，反馈和前馈回路机制还可显著缩短响应时间。在某些实施方式中，该响应时间可缩短到〈I分钟。响应时间通常是D1-CO2水的电导率从一个值跳到另一个值(例如从2微西门子/厘米跳到50微西门子/厘米)再跳回来的时间。
[0018]本发明的另一个优点是不需要氮气，对所用系统而言，减小了其尺寸，降低了其成本和复杂性，从而为获得D1-CO2水提供了简单得多的替代方案。本发明的又一个优点是进入接触室的二氧化碳几乎全部得到消耗，因而不存在与多余气体的处理或毒性相关的问题。
[0019]本发明的又一个优点是去离子水的压降从已知系统中的>0.8巴减小到〈0.3巴。无论是在新循环回路的起始阶段需要对去离子水喷气的时候，还是在一个或多个阀门或调节器发生泄漏或出现其他故障而导致电导率突然发生意外改变的时候，通常都会出现压降。本发明以较低成本提供了更快的响应时间，从而获得了更高的可靠性。
[0020]借助以下附图、详细描述和权利要求书，本发明的其他方面和优点将变得显而易见，但它们都只是通过示例方式说明本发明的原理。
【附图说明】
[0021]参考下面结合附图所作的描述，可以更好地理解本发明的上述优点以及其他优点。附图不一定是按比例绘制的，其重点一般是在于说明本发明的原理。
[0022]图1是产生D1-CO2水的系统的第一实施方式的框图。
[0023]图2是产生D1-CO2水的系统的第二实施方式的框图。
[0024]图3是产生D1-CO2水的系统的第三实施方式的框图。
[0025]图4是产生D1-CO2水的系统的一个实施方式的详细框图。
[0026]图5是产生D1-CO2水的系统的另一个实施方式的详细框图。
[0027]图6是产生D1-CO2水的系统的又一个实施方式的详细框图。
[0028]图7是接触室的一个实施方式的截面图。
[0029]图8是去离子水中0)2气体在不同温度和压力值下的溶解度图线。
[0030]图9是每升去离子水中CO2气体的量与D1-CO 2水的电导率之间的关系图。
[0031]图10是D1-CO2水的温度与电导率之间的关系图。
【具体实施方式】
[0032]本发明提供了在半导体器件的湿法清洁中所用D1-CO2水的制备设备、系统和方法。一般地，所述设备、系统和方法可用于对半导体器件进行湿法清洁，同时避免或减少了静电荷引起的损伤。一方面，本发明提供了一种设备，它对二氧化碳在D1-CO2水中的所需浓度具有高度控制力和持久性。另一方面，所述设备、系统和方法可用来产生含有大范围的不同CO2浓度的D1-CO2水。例如，所述设备、系