专利名称：用于去离子水的碳酸化的装置、系统及方法
技术领域：
本发明涉及能输送具有期望浓度C02的去离子水的系统，以及生成用于湿法清洁半导体器件的具有期望浓度C02的去离子水的方法。发明背景
诸如集成电路之类的微电子芯片由相对较大的半导体材料晶片制成。该过程通常涉及多个连续步骤，包括以下步骤光刻地生成蚀刻掩模；如掩模所限定地蚀刻材料层；通过湿法和干法化学技术的某些组合去除光刻掩模；以及沉积材料层。光刻掩模由被称为光刻胶的聚合材料形成。在光刻胶掩模已被去除之后，通常执行被称为漂洗或湿法清洁的最终清洁步骤。
去离子(DI)水因其在半导体器件的这种漂洗中的用途而被知晓。已知其用于防止器件的任何金属腐蚀和污染。为了使湿法清洁更加有效，通常已将诸如二氧化碳(C02)和氮气(N2)之类的气体与DI水混合。利用碳酸化的去离子(DI-C02)水的漂洗是电惰性过程， 该过程允许无损伤清洁同时保维持器件完整性。
可通过将二氧化碳(C02)和水(H20)或去离子(DI)水放入接触器中来产生碳酸化的去离子(DI-C02)水。接触器允许二氧化碳(C02)和水(H20)彼此直接接触而不将一个相分散到另一个相中。存在多种类型的接触器。例如，膜接触器允许“无气泡”碳酸化的去离子(DI-C02)水，但是由于C02穿过位于其中的膜的扩散速率而导致低C02质量传递效率。 另外，膜接触器的膜寿命有限且需要定期维护。接触器的另一示例是填充柱型接触器。填充柱通常具有高质量传递效率，但是填充柱存在若干缺点。例如，高质量传递效率要求填充柱主要是用C02来填充的，同时H20漂洗填充柱的填塔料的大表面积。使C02气体流动通过连续的H20相是低效的，因为与薄水膜漂洗填塔料相比较，体积大的H20提供了高扩散阻力。因此，C02向H20中的扩散速率受到限制。另外，连续的H20相会要求额外且昂贵的测量装置来控制填充柱中的H20水平，因为如果H20水平变得太高，那么C02气体主要流动通过H20而导致较为低效的操作。同样，连续的H20相会要求控制H20水平以避免H20出口中的C02以及C02出口中的H20。填充柱的进一步缺点如下1)在通常用于填充柱的惰性气体的出口处损失C02，2)惰性气体的注入会降低C02浓度，因此降低总的质量传递效率。
控制这些气体的比例需要相当复杂的仪器以及高成本，这都是当前方法的显著缺点。通常使用过量的气体，相对于未使用的气体特别是二氧化碳，这会导致毒性和处理问题。因此，这些过程是昂贵并且麻烦的。发明内容
在一个方面，本发明的特征是用于去离子水的碳酸化的系统。该系统包括去离子水源、二氧化碳气体源以及接触器，该接触器经由该接触器的至少一个入口与去离子水源及二氧化碳气体源流体连通以产生碳酸化的去离子水。该系统还包括至少一个传感器，该至少一个传感器与接触器的至少一个入口或至少一个出口流体连通，用于测量去离子水的流速以及去离子水的温度。该系统还包括与所述至少一个传感器以及二氧化碳气体源通信的控制器，用于确定二氧化碳气体源提供给接触器的二氧化碳气体的量，使得在接触器中产生特定电导率的碳酸化的去离子水，其中所述确定基于所测得的流速和温度。
在一些实施例中，该系统包括与二氧化碳气体源及接触器流体连通的一个或多个流量限制器及一个或多个阀，用于控制进入接触器的二氧化碳气体的量和流速。在一些实施例中，控制器使至少一个阀在开通和关闭位置之间变化，使得从二氧化碳气体源流动到接触器的二氧化碳气体的平均量基本上等于所确定的由二氧化碳气体源提供的二氧化碳气体的量。
在一些实施例中，该系统包括至少四个流量限制器。在一些实施例中，该系统包括用于排出一定量的二氧化碳气体的接触器的出口。在一些实施例中，控制器确定要排出的二氧化碳气体的量，使得在接触器中产生特定电导率的碳酸化的去离子水。
在一些实施例中，该系统包括与接触器的出口流体连通的至少一个流量限制器， 以及用于控制从接触器排出的二氧化碳气体的量和流速的排放管。在一些实施例中，该系统包括与接触器的出口流体连通的至少一个流量孔道，以及用于控制从接触器排出的二氧化碳气体的量和流速的排放管。
在一些实施例中，控制器设置在所述至少一个入口处的二氧化碳气体的压力。在一些实施例中，由去离子水源提供的去离子水以及由二氧化碳源提供的二氧化碳在进入接触器之前被混合。
在一些实施例中，该系统包括与接触器的至少一个入口流体连通的用于测量去离子水的流速的第一传感器以及与接触器的至少一个出口流体连通的用于测量去离子水的温度的第二传感器。
在一些实施例中，该系统包括与接触器的至少一个入口流体连通的用于测量去离子水的温度的第一传感器以及与接触器的至少一个出口流体连通的用于测量去离子水的流速的第二传感器。
在另一个方面，本发明涉及用于去离子水的碳酸化的方法。该方法涉及将去离子水提供给接触器，将二氧化碳气体提供给接触器，以及利用至少一个传感器测量去离子水的流速和去离子水的温度，其中所述至少一个传感器被放置在接触器的入口或接触器的出口处。该方法还涉及确定要提供给接触器的二氧化碳气体的量，使得由与所述至少一个传感器及二氧化碳气体供应源连通的接触器产生特定电导率的碳酸化的去离子水，其中所述确定基于所测得的流速和温度。该方法还涉及经由与二氧化碳气体供应源及接触器流体连通的一个或多个流量限制器及一个或多个阀将所确定量的二氧化碳提供给接触器，以及从接触器流动具有特定电导率的碳酸化的去离子水。
在一些实施例中，该方法涉及使至少一个阀在开通和关闭位置之间变化，使得从二氧化碳气体源流动到接触器的二氧化碳气体的平均量基本上等于所确定的由二氧化碳气体源提供的二氧化碳气体的量。在一些实施例中，该方法涉及通过接触器的出口排出一定量的二氧化碳气体。在一些实施例中，该方法涉及确定要排出的二氧化碳气体的量，使得在接触器中产生特定电导率的碳酸化的去离子水。
在一些实施例中，该方法涉及与接触器的出口流体连通的至少一个流量限制器，以及用于控制从接触器排出的二氧化碳气体的量和流速的排放管。在一些实施例中，该方法涉及与接触器的出口流体连通的至少一个流量孔道，以及用于控制从接触器排出的二氧化碳气体的量和流速的排放管。在一些实施例中，该方法涉及设置在所述至少一个入口处的二氧化碳气体的压力。在一些实施例中，该方法涉及在由去离子水源提供的去离子水以及由二氧化碳源提供的二氧化碳进入接触器之前混合所述去离子水和所述二氧化碳。
在一些实施例中，该方法涉及利用第一传感器测量在接触器的入口处的去离子水的流速，以及利用第二传感器测量在接触器的出口处的去离子水的温度。
在一些实施例中，该方法涉及利用第一传感器测量在接触器的入口处的去离子水的温度，以及利用第二传感器测量在接触器的出口处的去离子水的流速。
本发明的系统和方法提供了若干优点。本发明的一个优点是由所述系统和方法所提供的电导率可响应于电导率设定值的变化而非常快速地变化。另外，本发明的系统不需要惰性气体，因此出口通常用于在电导率设定值降低的情况下排出过量的C02，或者用于排出自接触器中的C02气体中的H20富集的惰性气体。
本发明的实施例的另一优点是流量控制器控制C02流量和DI水流量。出于若干原因，这是有利的。第一，流量限制器的尺寸比质量流量控制器(MFC)小，从而允许系统更加紧凑。第二，流量限制器通常比MFC更便宜。第三，流量限制器在与碳酸化的去离子水相兼容的材料中是可用的。因此，提供了流量限制器不被与C02的非预期接触损伤的优点，如利用MFC的情况一样。第四，利用流量限制器没必要采取安全措施来避免对MFC的回流，因为利用流量限制器不太可能发生回流。因此，可消除或简化这些安全措施，从而降低成本和 /或提闻效率。
通过参考以下结合附图的描述可更好地理解以上描述的本发明的优点连同其他优点。附图不一定是按比例绘制的，相反重点一般在于解说本发明的原理。
图I是用于产生DI-C02水的系统的第一实施例的框图。
图2是用于产生DI-C02水的系统的第二实施例的框图。
图3是用于产生DI-C02水的系统的第三实施例的框图。
图4是用于产生DI-C02水的系统的实施例的详细框图。
图5是用于产生DI-C02水的系统的另一实施例的详细框图。
图6是用于产生DI-C02水的系统的又一实施例的详细框图。
图7是接触器的实施例的截面图。
图8是示出在不同的温度值和压力值下C02气体在DI水中的溶解度的示图。
图9是每升DI水中C02气体的剂量相对DI-C02水的电导率的关系的示图。
图IO是DI-C02水的电导率相对温度的关系的示图。
图11是用于产生DI-C02水的系统的实施例的详细框图。
图12是用于产生DI-C02水的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
本发明提供制造用于湿法清洁半导体器件的DI-C02水的装置、系统及方法。一般地，这些装置、系统及方法提供对半导体器件的湿法清洁，同时防止或减少由静电电荷产生的损伤。在一个方面，本发明提供一种具有对DI-C02水中的二氧化碳的期望浓度的高级控制和一致性的装置。在另一个方面，这些装置、系统及方法可用于产生含有大范围的不同 C02浓度的DI-C02水。例如，这些装置、系统及方法可产生低C02浓度DI-C02水(O. 154mg/ L C02)以及高C02浓度DI-C02水(1540mg/L)。一般地，本发明的装置、系统及方法消除了向接触器添加过量的C02气体、氮气或任何其它气体以产生DI-C02的需要，从而减少了这些装置、系统及方法的成本、尺寸和复杂性。在这些装置、系统及方法中使用的大多数(如果不是全部的话)二氧化碳气体溶解入DI水中。因此，相对于通常使用过量C02气体的常规系统，减少了处理和毒性问题。
在某些实施例中，本发明提供制造DI-C02水的装置、系统及方法，其中在制造期间可有效地控制且快速地改变DI-C02水的电导率。在另一个方面，本发明的装置、系统及方法使用流量限制器，该流量限制器无需监控水的回流，因而消除了额外的安全监视器的需要。流量限制器和阀还与DI-C02相兼容，从而使系统中的腐蚀风险最小化。因此，减少了系统的总成本、尺寸和所需的维护。
图I示出用于使超纯净DI水碳酸化(即向DI水中添加C02)的系统的实施例。系统101通常包括电功率供应源105、气体模块110、接触器115以及传感器模块120。系统 101还可包括控制模块125。
气体模块110可连接到诸如C02和氮气之类的气体的一个或多个源。气体模块 110可包括多个调节阀、开/关阀、过滤器以及质量流量控制器，用于监控和/或控制进出气体模块110的每种气体的流速和量。气体可分别地离开气体模块110或者可在离开之前被预先混合。离开气体模块110之后，气体可被传递到接触器115。
接触器115通常包括用于气体的至少一个入口、用于DI水的至少一个入口、用于释放过量气体的至少一个出口以及用于释放DI-C02水的至少一个出口。气体可被注入、或排入接触器115。如果需要，可将接触器115加压或抽空。接触器115通常允许产生无气泡的 DI-C02 水。
DI-C02水可从接触器115释放并通过传感器模块120。传感器模块120可包括多个传感器来监控和/或控制DI-C02水的多个参数。此类参数可包括DI-C02水的流速、电导率、温度和压力。DI-C02水可从传感器模块120中排出以便根据需要来使用，或者如果有必要可被重新引导回系统中。
系统101可包括与传感器模块120和气体模块110流体连通的控制模块125。控制模块125可包括处理器、键区以及显示器。例如，处理器可以是计算机的微处理器。控制模块125可允许自动控制和/或监控系统101中的每个阀、质量流量控制器和传感器。系统101中的每个阀、质量流量控制器和传感器还可被手动控制。
在一个实施例中，控制模块125可基于由用户控制的电导率(L)设定值来确定要提供给接触器115的C02的量。例如，当C02溶解于H20中时，它根据以下反应形成碳酸 (H2C03)
C02 (aq) +H20<->H2C03 方程式 I
其中C02 (aq)指代已溶解的C02。在室温下，大约O. 3%的C02 (aq)转变为H2C03。 可如下定义物质(H2C03*)
[H2C03*] = [C02 (aq) ] + [H2C03] 方程式 2
C02 (aq)的浓度与H2C03*的浓度成比例。在一些实施例中，C02 (aq)在1%的精度限制内与H2C03*成比例。
为了获得作为电导率(L)的函数的C02(aq),可使用H2C03的离解常数(Kl)和 C02(aq)的电导率(L)的方程式。通过使用方程式2中的关系，可如下定义H2C03的离解常数(Kl)
Kl= [H+] [HC03-] / [C02 (aq)] 方程式 3
其中H+是氢离子且HC03-是碳酸氢根离子。
C02 (aq)的电导率(L)根据下式与[H+]及[HC03-]的浓度成比例
L=A* [Η+] +B* [HC03-] 方程式 4
其中A是氢离子[H+}的特定摩尔浓度电导率，且B是碳酸氢根离子的特定摩尔浓度电导率。
通常，C02溶解于去离子水(DI)中。在这些实施例中，H+和HC03-的浓度相同。 在这些实施例中，方程式3和方程式5简化如下
[C02 (aq) ] = [HC03-] 2/Κ1 方程式 5
L= (Α+Β) * [HC03-] 方程式 6
将方程式6代入以上在方程式I中描述的反应，结果获得如下作为电导率(L)的函数的已溶解的C02(aq)
[C02 (aq) ] =L2/ (ΚΙ* (Α+Β)2) 方程式 7
在一些实施例中，方程式7由控制模块用于确定为获得期望电导率而要溶解在 Η20中的C02的量。
可如下确定二氧化碳的流速(FC02):
FC02=FH20* [C02 (aq)] 方程式 8
其中 20是水(H20)的流速。
在一些实施例中，所有的C02都溶解在H20中。在此类实施例中，如下确定作为温度的函数的特定碳剂量
[C02 (aq) ] =L2/f (T) 方程式 9
通常，电导率(L)由用户设定。在多个实施例中，二氧化碳的流速(FC02)由控制模块125用于设定二氧化碳质量流量控制器(C02-MFC)。在一些实施例中，FC02由控制模块125用于设定C02流经的阀以及相应的流量限制器。在其它实施例中，FC02由控制模块 125用于设定C02流经的阀以及相应的流量孔道。
离解常数(Kl)和特定电导率(L)可取决于水(H20)的温度。以上在方程式7中示出的因子(K1*(A+B)2)可如下表示为水(H20)的温度的函数
(K1*(A+B)2)=f (T) 方程式 10
在多个实施例中，通过使用控制在两个或更多个温度下的DI水来如下确定因子 (ΚΙ* (A+B)2)的温度相关性对于每个温度I)将C02溶解于DI水中，2)测量DI-C02的电导率(L)，3)获得DI-C02的样本，4)将该样本加热或冷却至室温，5)通过用氢氧化钠溶液滴定该样本来测量该样本中的C02(aq)浓度，以及6)对于步骤3_5，将该样本与空气中的二氧化碳隔离并且将空气与从该样本逃逸的二氧化碳隔离。
在其它实施例中，通过使用控制在两个或更多个温度下的DI水来如下确定因子 (ΚΙ* (A+B)2)的温度相关性对于每个温度I)将C02溶解于DI水中，2)测量所得DI-C02 的电导率(L)和温度(T)，3)测量进入接触器的DI水流速以及C02气体流速，以及4)通过 C02气体流速/DI水流速确定C02(aq)浓度。在一些实施例中，(K1*(A+B)2)的温度相关性被存储在控制模块中并且用于确定进入接触器的C02流。
图2示出系统101的另一实施例。除接触器115以外，系统101可包括旁通单元 130。旁通单元130可包括多个阀和传感器，用于监控和/或控制通过该单元的DI水的参数。阀和传感器可手动操作或者由控制模块125控制。旁通单元130的一个优点是它允许大量DI水进入旁通接触器115并与正从接触器115释放的DI-C02水混合。旁通单元130 的另一个优点是它能缩短从DI-C02水的高电导率-低流量到低电导率-高流量所需的响应时间，反之亦然。
图3示出系统101的另一实施例。离开气体模块的气体可直接进入接触器115或者可在进入接触器115之前与DI水混合。该实施例的一个优点是它能减少从DI-C02水的高电导率-低流量到低电导率-高流量所需的响应时间，反之亦然。
图4示出用于使超纯净DI水碳酸化(即向DI水中添加C02)的装置的示例性实施例。该装置包括与接触器BI流体连通的气体模块Cl。气体模块Cl包括用于气体的两个入口，调节阀V51-V54、V58和V59，以及四个质量流量控制器MFC51-MFC54。气体模块Cl 还包括反馈回路/机制，其中MFC52-MFC54经由V57相互连接。在一些实施例中，调节阀 V51-V54、V58 和 V59 是开 / 关阀。
反馈回路/机制可允许校正离开气体模块Cl的气体的参数。例如，在图4所示的实施例中，一个或多个MFC可能稍微劣化或者偏离它们初始的流速校准。为校正这些偏差， 反馈回路可被包括在气体模块Cl内，以随着时间更新MFC的控制机制。
MFC可被手动调节或者被自动调节。MFC控制气体流量达到一程度，使得进入BI的大多数(如果不是全部的话)二氧化碳溶解于DI水中，因此所得DI-C02水是“无气泡”的。 这防止可导致不良清洁性质的不均匀浓度。尽管图4示出气体模块具有四个MFC，但是可使用任何数量的MFC单元。在某些实施例中，其它流量控制器或浓度计量装置可用于代替 MFC或作为其附加以控制气体模块Cl中的气体流量。
如图4所示，DI水可经由V3进入接触器BI，并且来自气体模块Cl的气体可经由 Vl和V2进入。挡光板或相当的水平传感器L3-L5可用于防止气体进入DI水管道。在接触器BI中，二氧化碳与DI水混合直至达到C02浓度的期望量。DI-C02水经由挡光板L3、传感器FR21和阀V81通过出口 DI-C02出口从BI中去除。传感器Ql与DI-C02出口并联连接。 即，来自接触器的DI-C02水的一部分可穿过排出管道，该排出管道包括传感器Ql和阀V89、 V62、V80。传感器模块包括传感器FR21和Ql。传感器FR21监控/控制流速，且传感器Ql 监控/控制DI-C02水的温度和电导率。传感器Ql、阀V89、V62和V80与阀V4、V61以及水平传感器L5 —起形成控制回路，该控制回路允许对接触器BI排放/排气。Ql和FR21还可直接地或经由形成前反馈回路/机制的控制模块与质量流量控制器MFC51-MFC54连通。
前反馈机制允许基于在传感器Ql和传感器FR21处进行的测量以及期望C02设定值来调整气体的参数(例如，通过改变一个或多个MFC上的流速)。传感器Ql通常包含金属电极，该金属电极可与流经该金属电极的水保持直接接触。在传感器模块中收集的信息被中继到控制模块以调整从气体模块Cl释放的气体的量。控制模块还可允许对接触器BI进行排放。在某些实施例中，控制模块还控制反馈机制以调整/校正与在气体模块Cl中设定的参数的初始校准值的偏差。
前反馈机制可通过监控诸如温度、流速及电导率之类的参数来控制DI-C02水中的C02浓度。例如，该装置的操作者可使用控制模块在计算机/微处理器中输入/选择用于C02流出浓度或DI水的电导率的期望C02设定值。DI水中更高浓度的C02需要利用进入接触器BI的更大C02流速并导致更加酸性的溶液(例如pH为4. 5或更低)；DI水中更低浓度的C02使用更低的C02流速(更少的C02气体)并导致更少酸性的溶液(例如pH为4. 6 或更高)。为控制接触器BI的输出，系统可利用前反馈机制，其中流出物的温度、流速和电导率值被测量并被电子地发送到控制模块用于确定来自气体模块Cl的输入C02浓度(例如流速)。
除了控制气体模块Cl以外，前反馈机制还可涉及对系统进行排放或排气。例如， 在启动期间或当C02设定值急剧变化而导致来自Cl的C02的低得多的输入，可打开排放口以排出过量气体(例如，启动时的氧气/空气以及设定值变化时的过量C02)。在一些实施例中，当DI-C02水的电导率设定值从高设定值(例如，高于约10 μ S/cm)变化到低设定值(例如，低于高设定值的约95%)时打开排放口以排出过量气体。当DI-C02水的电导率设定值非常高(例如，大于40μ S/cm)时，已溶解的非C02气体的一部分从接触器的DI水入口剥离进入接触器的气相。为避免剥离非C02气体进入气相，在一些实施例中，当DI-C02水的电导率设定值非常高时打开排放口以排出过量C02气体。可通过控制系统自动控制对接触器 BI的排放。在多个实施例中，可通过操作者打开排放口来手动控制对接触器BI的排放。
图5示出用于产生DI-C02水的装置的另一示例性实施例。在该实施例中，气体模块Cl包括与四个调节阀V51-V54流体连通的一个气体入口、四个MFC——MFC51-MFC54、以及两个气体过滤器——过滤器50和51。如图5所示，可形成各自包含两个MFC的两个单独回路并导致两个单独的气体出口。两个单独出口中的每一个可在气体进入接触器之前将气体输送到DI水。每个输送路径可包括多个阀，诸如Vla、Vlb、V2a、V2b、V5a以及V5b。每个输送路径还可包括多个传感器，诸如M5a、M5b以及PR4。传感器可用于监控和/或控制通过系统的气体的参数，诸如流速或压力。在某些实施例中，一个出口可在气体进入接触器前引导气体进入DI水，且另一出口可引导气体进入接触器中。在进入接触器前将C02气体和 DI水混合的一个优点在于从DI-C02水的一个电导率变化到另一个的响应时间更短。另一个优点是DI-C02水中的C02的浓度以及离开接触器的DI-C02水的电导率的精确性。气体模块Cl中的两个单独回路提供额外的反馈机制，以允许对进出气体模块Cl的气体的参数进行更多的控制。
图6示出用于使超纯净DI水碳酸化(即向DI水中添加C02)的装置的另一示例性实施例。在该实施例中，气体模块Cl包括两个气体入口，这两个气体入口可用于两种单独气体，诸如氮气和C02。如图6所示，调节阀V52-V54和MFC MFC52-MFC54相互连接以形成回路。单独气体可经由调节阀V51和MFC51进入系统。这两种气体可在离开气体模块之前以期望比例混合。接触器BI具有出口，该出口可经由V4和V61释放气体。如果需要可将所释放的气体回收回气体模块中或者将其释放到大气中。
图11示出用于使超纯净DI水碳酸化(即向DI水中添加C02)的装置的另一示例性实施例。在该实施例中，调节阀Vla、Vlb、V2a、V2b、V51、V52、V53和V54以及流量限制器 V51a、V52a、V53a和V54a被用于控制提供到接触器BI的入口的C02的量。在一些实施例中，提供到该入口的C02的量由控制器基于所测得的去离子水的流速和温度来确定。在多个实施例中，结合方程式I至方程式10如上所述地确定被提供到该入口的C02的量。
如图11所示，DI水可经由VlO进入接触器BI，且C02可经由Vla、V2a、Vlb和V2b 进入接触器BI。水平传感器L4可用于防止气体进入DI水管道。在接触器BI中，C02溶解于DI水中直至达到C02浓度的期望量。DI-C02水经由水平传感器L3、传感器TRl和Ql以及阀V20、V21和V22通过出口 DI-C02出口以及通过处理工具从BI中去除。传感器TRl和 Ql分别监控接触器BI的DI-C02出口处的温度和电导率。在一些实施例中，在DI-C02出口处测得的温度和电导率被提供给控制模块，该控制模块调整C02流经的阀，进而调整流进接触器BI中的C02的量。
传感器FR21和Ql可置于接触器BI的DI水入口处，并且还与流量限制器V51a、 V52a、V53a和V54a直接地或经由控制模块间接地连通，从而形成前反馈回路/机制。传感器FR21监控DI水的流速，且传感器Ql监控DI水的温度和电导率。在多个实施例中，传感器FR21被置于接触器BI的DI水入口处，且传感器Ql被置于接触器BI的DI-C02出口处。 在多个实施例中，传感器FR21被置于接触器BI的DI-C02出口处，且传感器Ql被置于接触器BI的DI水入口处,它们可位于系统内的任何位置。
阀V4a和V4b、流量限制器V61a、V61b和V80与水平传感器L5 —起形成控制回路， 该控制回路允许对接触器BI排放和/或排出期望量的C02气体。在一些实施例中，所排放和/或排出的C02气体经由排放管离开系统。
在一些实施例中，基于由压力传感器PR4在接触器BI的C02入口处测得的压力， 控制模块将调节阀Via、Vlb、V2a、V2b、V51、V52、V53和V54打开和关闭(例如，脉冲调制) 以达到进入接触器BI的期望平均C02流量。在一些实施例中，期望平均C02流量基本上等于由控制器(例如，控制模块125，如以上在图I中示出的)确定的二氧化碳的量。在一些实施例中，以一频率打开和关闭调节阀，该频率是对系统的输入。在一些实施例中，选择频率使得出口处的电导率不发生波动。
在一些实施例中，控制模块包括压力控制器以设定接触器BI的入口处的C02的期望压力。
在一些实施例中，基于在接触器BI的入口处所测得的压力以及在与阀相对应的流量限制器(V51a、V52a、V53a和V54a)上的压力降低，控制模块选择打开调节阀Via、Vlb、 V2a、V2b、V51、V52、V53和V54的子集以达到进入接触器BI的期望C02流量。
在一些实施例中，脉冲调制、压力控制和选择阀的子集处于打开状态的组合被用于控制在接触器BI的入口处出现的C02的流量。
在一些实施例中，由去离子水源提供的去离子水以及由二氧化碳源提供的二氧化碳气体在进入接触器之前被混合。
接触器BI可具有旁通单元B3，如图6所示。旁通单元B3可包括可控制和/或监控诸如流速、压力和液位之类的参数的传感器LAH、L1和LAL。传感器可与控制模块通信以允许自动控制或可被手动控制。旁通单元的一个优点在于当需要大量DI水时。旁通单元的另一个优点在于当期望DI水中的C02浓度低时。旁通单元的又一优点在于DI-C02水的电导率可从少量-高电导率变化到大量-低电导率的速度，反之亦然。
除旁通单元B3以外，大量DI水还可被引导经由单独管道通过阀V31和传感器 FR31，如图6所示。根据需要该DI水可在离开系统之前与离开接触器的DI-C02水混合以改变电导率。
在约20-80升/分钟(L/min)范围内的大量DI水可流经旁通单元或单独管道或这两者的组合。在一些实施例中，大量DI水的范围可为约32 - 50L/min。在多个实施例中， 约40 - 45L/min的DI水可流经系统。
气体模块通常由诸如不锈钢之类的金属制成。阀、MFC和传感器对本领域技术人员而言是已知的，并且可使用任何可购得的阀、MFC和传感器、调节器或监视器。气体和液体通常通过由耐蚀金属或金属合金制成的管或管道。只要有可能，还可使用由PTFE、PVDF、 PFA、PVC、PP、PE、ECTFE, C-PVC等制成的聚合管或管道。
如图7所示，接触器通常是可耐高压的容器或腔室。它可由玻璃或石英或金属或金属合金(诸如不锈钢)、黄铜或聚合物(诸如PTFE、PVDF、PFA、PVC、PP、PE、ECTFE、C-PVC等) 制成。在一些实施例中，接触器由以上所列材料中的一种或多种的组合制成。
优选接触器被成形为如同柱状，并且用每体积大表面积的“填塔料”来填充。由上述聚合物制成的纤维可用于填塔料。大表面积提高了二氧化碳和DI水的混合速率。
控制模块125可包括所存储的将来自气体模块110的输入C02流速与特定温度、 DI-C02水流量输出以及电导率相关联的数据，如图8-10所示。图8示出对于不同的温度和压力C02在DI水中的溶解度，且图9示出2 - 60 μ S/cm的指定电导率范围导致非常宽泛的气体剂量范围。图10示出不同温度下的碳酸化的水的电导率之间的相关性。在某些实施例中，控制模块125可根据存储在其中的数据以及根据电子地发送或输入到控制模块125 中的温度、电导率、流速及设定值数值来验证期望的输入C02流速。在其它实施例中，控制模块125可结合电子地发送或输入的数值根据存储在其中的数据来计算/外推输入C02流速。在某些实施例中，控制模块发送电子信号以自动调整气体模块110。在多个实施例中， 由控制模块125计算的数值可用于手动调整进入和/或离开系统101的气体和DI水的参数。
在图4所示的实施例中，在到排放管的旁通管道中进行Ql的电导率测量。一般地，在到排放管的旁通管道中进行测量是归因于来自形成电导率传感器Ql的电极的金属污染。在其它实施例中，有可能在DI-C02出口处直接进行管内无污染测量。这可利用特殊电极或无接触方法来完成。
在某些实施例中，DI水入口处的额外压力调节器可导致浓度的额外稳定性，并且因而增加在所连接的工具处使用的优点。因此在某些DI-C02水产生方法中使C02气体注入在两个或更多个管道中的分离可以是有利的。例如，用于稀释C02的少量限定气体优选为低电导率以避免由气体入口处的气泡所引起的电导率波动。在多个实施例中，还可在水入口处进行DI水流量测量。
在一个实施例中，利用质量流量控制器实现气体控制。由于如图9所示的电导率与浓度之间的平方关系，具有这种特性的控制元件将是优选的。在另一实施例中，可采用具有经切换的流量限制器和受控制的压力的机制或者具有PWM (脉冲宽度调制)控制的阀的配置。对于非常低电导率的范围，一个选择是注入已被控制富含C02的水。图12是用于产生DI-C02水的方法的实施例的流程图。用于产生DI-C02水的方法包括将来自DI-C02源的去离子水提供给接触器(例如，接触器115，如以上在图I中所描述的)(步骤1210)。用于产生DI-C02水的方法还包括将来自C02源(例如，气体模块110，以上在图I中所示)的 C02提供给接触器(步骤1215)。在多个实施例中，C02经由接触器的第一入口进入接触器， 并且DI-C02经由接触器的第二入口进入接触器。在其它实施例中，C02和DI-C02经由接触器的一个入口进入接触器。
该方法还包括测量DI水的流速和温度(步骤1220)。接下来，该方法包括确定要提供给接触器的C02的量，使得由接触器产生特定电导率的DI-C02水(步骤1225)。在一些实施例中，基于所测得的DI水的流速和温度来确定提供给接触器的C02的量。在一些实施例中，根据如上所述的方程式1-10来确定提供给接触器的C02的量。一般地，基于期望的 DI-C02电导率来确定提供给接触器的C02的量。在一些实施例中，期望电导率由用户设定并且提供给接触器的C02的量由控制器(例如控制器125)来控制。在一些实施例中，提供给接触器的C02的量基于接触器入口处的期望的C02压力。在某些实施例中，接触器与测量流速和温度的一个或多个传感器连通。
图12所示方法还包括经由与C02的供应和接触器连通的一个或多个阀(例如，调节阀Via、Vlb、V2a、V2b、V51、V52、V53和V54，如以上在图11中所描述的)将所确定量的 C02提供给接触器(步骤1230)。在一些实施例中，利用一个或多个流量限制器(例如，流量限制器V51a、V52a、V53a和V54a，如以上在图11中所描述的)和/或一个或多个流量孔道来更改所述一个或多个阀的流速。在一些实施例中，提供所确定量的C02涉及使一个或多个阀在开通和关闭位置之间变化，使得平均量的C02从C02源流动到接触器。在一些实施例中，平均量的C02基本上等于以上在步骤1225中确定的C02的量。
由本发明所产生的DI-C02水提供了用于在电惰性气氛中清洁半导体器件的无损伤过程。所溶解的C02将DI水的电阻率降低到防止表面带电的水平。它还使DI水酸化并且增加动电位(zeta potential)。DI-C02水允许保护易碎半导体器件的完整性。例如， DI-C02水可用于从硅晶片的表面溶解、氧化、蚀刻以及洗涤污染物。DI-C02水还防止湿法清洁步骤期间的金属腐蚀。DI-C02水还可在可购得的湿法清洁装置或工具中用作组件或用作单独输送系统。对本领域的技术人员而言可进行对本文中所描述内容的变化、修改和其他实现，而不背离本发明的精神和范围。因此，本发明不是仅仅限于以上所示描述。
权利要求
1.一种用于使去离子水碳酸化的系统，包括 去离子水源； 二氧化碳气体源； 接触器，所述接触器经由所述接触器的至少一个入口与所述去离子水源和所述二氧化碳气体源流体连通，所述接触器产生碳酸化的去离子水； 至少一个传感器，所述至少一个传感器与所述接触器的所述至少一个入口或至少一个出口流体连通，用于测量所述去离子水的流速以及所述去离子水的温度；以及 控制器，所述控制器与所述至少一个传感器以及所述二氧化碳气体源通信，用于确定所述二氧化碳气体源提供给所述接触器的二氧化碳气体的量，使得在所述接触器中产生特定电导率的碳酸化的去离子水，其中所述确定基于所测得的流速和温度。
2.如权利要求I所述的系统，其特征在于，还包括与所述二氧化碳气体源及所述接触器流体连通的一个或多个阀，用于控制进入所述接触器的二氧化碳气体的量和流速。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制器使所述一个或多个阀在开通和关闭位置之间变化，使得从所述二氧化碳气体源流动到所述接触器的二氧化碳气体的平均量基本上等于所确定的由所述二氧化碳气体源提供的二氧化碳气体的量。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括与所述二氧化碳气体源和所述一个或多个阀流体连通的一个或多个流量限制器。
5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括与所述二氧化碳气体源和所述一个或多个阀流体连通的一个或多个流量孔道。
6.如权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括与所述一个或多个阀及所述接触器流体连通的一个或多个流量限制器。
7.如权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括与所述一个或多个阀及所述接触器流体连通的一个或多个流量孔道。
8.如权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括至少四个流量限制器。
9.如权利要求I所述的系统，其特征在于，还包括用于排出一定量的二氧化碳气体的所述接触器的出口。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述控制器确定要排出的二氧化碳气体的量，使得在所述接触器中产生特定电导率的碳酸化的去离子水。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，还包括与所述接触器的出口流体连通的至少一个流量限制器，以及用于控制从所述接触器排出的二氧化碳气体的量和流速的排放管。
12.如权利要求10所述的系统，其特征在于，还包括与所述接触器的出口流体连通的至少一个流量孔道，以及用于控制从所述接触器排出的二氧化碳气体的量和流速的排放管。
13.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述控制器设定在所述至少一个入口处的二氧化碳气体的压力。
14.如权利要求I所述的系统，其特征在于，由所述去离子水源提供的去离子水以及由所述二氧化碳源提供的二氧化碳在进入所述接触器之前混合。
15.如权利要求I所述的系统，其特征在于，还包括与所述去离子水源和所述碳酸化的去离子水的出口流体连通的旁通单元。
16.如权利要求I所述的系统，其特征在于，还包括 第一传感器，所述第一传感器与所述接触器的至少一个入口流体连通，用于测量所述去离子水的流速；以及 第二传感器，所述第二传感器与所述接触器的至少一个出口流体连通，用于测量所述去离子水的温度。
17.如权利要求I所述的系统，其特征在于，还包括 第一传感器，所述第一传感器与所述接触器的至少一个入口流体连通，用于测量所述去离子水的温度；以及 第二传感器，所述第二传感器与所述接触器的至少一个出口流体连通，用于测量所述去离子水的流速。
18.一种用于使去离子水碳酸化的方法，包括 向接触器提供去离子水； 向接触器提供二氧化碳气体； 利用至少一个传感器测量所述去离子水的流速和所述去离子水的温度，其中所述至少一个传感器被放置在所述接触器的入口或所述接触器的出口处； 确定要提供给所述接触器的二氧化碳气体的量，使得由与所述至少一个传感器及所述二氧化碳气体的供应连通的所述接触器产生特定电导率的碳酸化的去离子水，其中所述确定基于所测得的流速和温度； 经由与所述二氧化碳气体的供应及所述接触器流体连通的一个或多个流量限制器及一个或多个阀将所确定量的二氧化碳提供给所述接触器；以及使具有特定电导率的碳酸化的去离子水从所述接触器中流出。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括使所述一个或多个阀在开通和关闭位置之间变化，使得从所述二氧化碳气体源流动到所述接触器的二氧化碳气体的平均量基本上等于所确定的由所述二氧化碳气体源提供的二氧化碳气体的量。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括通过所述接触器的出口排出一定量的二氧化碳气体。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括确定要排出的二氧化碳气体的量，使得在所述接触器中产生特定电导率的碳酸化的去离子水。
22.如权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括与所述接触器的出口流体连通的至少一个流量限制器，以及用于控制从所述接触器排出的二氧化碳气体的量和流速的排放管。
23.如权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括与所述接触器的出口流体连通的至少一个流量孔道，以及用于控制从所述接触器排出的二氧化碳气体的量和流速的排放管。
24.如权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括设定在所述至少一个入口处的二氧化碳气体的压力。
25.如权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括在由所述去离子水源提供的去离子水以及由所述二氧化碳源提供的二氧化碳进入所述接触器之前混合所述去离子水和所述二氧化碳。
26.如权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括 利用第一传感器测量所述接触器的入口处的去离子水的流速；以及 利用第二传感器测量所述接触器的出口处的去离子水的温度。
27.如权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括 利用第一传感器测量所述接触器的入口处的去离子水的温度；以及 利用第二传感器测量所述接触器的出口处的去离子水的流速。
全文摘要
本发明提供用于湿法清洁半导体器件的装置、系统和方法。具体地，提供能输送具有期望浓度CO2的去离子水的系统，以及生成用于湿法清洁半导体器件的具有期望浓度CO2的去离子水的方法。
文档编号H01L21/302GK102986008SQ201180034072
公开日2013年3月20日 申请日期2011年5月26日 优先权日2010年6月2日
发明者J·赛韦特, U·布拉默, C·戈茨查克, J·洛尔 申请人:Mks仪器股份有限公司