給去離子水充碳酸氣的設(shè)備、系統(tǒng)和方法
【專利說明】給去罔子水充碳酸氣的設(shè)備、系統(tǒng)和方法
[0001]本申請是2009年4月17日提交的申請?zhí)枮?00780038781.1、發(fā)明名稱為“給去離子水充碳酸氣的設(shè)備、系統(tǒng)和方法”的發(fā)明專利申請的分案。原母案是基于國際申請第PCT/US2007/081633號提交的中國申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明總體上涉及在半導體器件的濕法清潔中所用的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。具體地，本發(fā)明涉及輸送含所需濃度CO2的去離子水的系統(tǒng)，以及產(chǎn)生含所需濃度CO2的去離子水的方法，所述系統(tǒng)和方法用于半導體器件的濕法清潔。
【背景技術(shù)】
[0003]諸如集成電路這樣的微電子芯片是由較大的半導體材料晶片制得的。此過程通常涉及多個連續(xù)步驟，包括:通過光刻法產(chǎn)生蝕刻掩模；在掩模的限定下蝕刻材料層；通過濕法化學技術(shù)和干法化學技術(shù)的某種組合清除光刻掩模；以及沉積材料層。光刻掩模是由稱作光致抗蝕劑的聚合物材料形成的。清除光致抗蝕掩模后，通常還要進行最后的清潔步驟，稱作漂洗或濕法清潔。
[0004]在這樣漂洗半導體器件的過程中使用去離子(DI)水是公知的。要防止器件發(fā)生任何金屬腐蝕和污染也是公知的。為了使?jié)穹ㄇ鍧嵏佑行?，常常將諸如二氧化碳(CO2)和氮氣(N2)這樣的氣體與去離子水混合起來。用充碳酸氣的去離子(D1-CO2)水漂洗是電惰性過程，可進行無損傷清潔，同時保持器件的完整性。
[0005]控制這些氣體的比例需要相當復雜的儀器，且成本高，這些是現(xiàn)有方法的顯著缺陷。一般采用過量氣體，但由于存在多余氣體，特別是二氧化碳，這種做法會產(chǎn)生毒性和處理方面的問題。因此，這些工藝既費錢又麻煩。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]一方面，本發(fā)明涉及給去離子水充碳酸氣的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含去離子水源、二氧化碳氣源、接觸室、至少一個傳感器和前饋回路。接觸室可與水源和氣源流體連通。接觸室可產(chǎn)生充碳酸氣的去離子(D1-CO2)水，可具有輸出充碳酸氣的去離子水的出口。所述至少一個傳感器可與所述出口流體連通，用于測量充碳酸氣的去離子水的參數(shù)。前饋回路可與傳感器連接，用于調(diào)節(jié)接觸室中產(chǎn)生的充碳酸氣的去離子水的電導率。
[0007]另一方面，本發(fā)明涉及充碳酸氣的去離子水的產(chǎn)生方法。該方法包括向接觸室提供去離子水和二氧化碳。在接觸室中產(chǎn)生并經(jīng)由接觸室出口排出的充碳酸氣的去離子水的參數(shù)可通過至少一個傳感器感測。充碳酸氣的去離子水的電導率可根據(jù)感測到的參數(shù)進行控制。充碳酸氣的去離子水的電導率可通過前饋回路調(diào)節(jié)。具有指定電導率的充碳酸氣的去離子水可自接觸室流出。
[0008]在各種實例中，上述任何方面或本說明書所述任何方法或系統(tǒng)或組件，可包含一個或多個以下特征。在一些實施方式中，該系統(tǒng)可包括至少一個質(zhì)流控制器(MFC)，其與氣源和接觸室流體連通。所述至少一個質(zhì)流控制器可用于控制二氧化碳氣體進入接觸室的量和流速。
[0009]在一些實施方式中，所述系統(tǒng)可包含與至少一個傳感器和至少一個質(zhì)流控制器連接的前饋回路。前饋回路可用于調(diào)節(jié)二氧化碳氣體的量，使充碳酸氣的去離子水獲得指定的電導率。
[0010]在某些實施方式中，所述系統(tǒng)可包含至少四個質(zhì)流控制器。在各種實施方式中，該系統(tǒng)可包含至少三個傳感器。在一些實施方式中，該系統(tǒng)可包含處理器，用于接收來自至少一個傳感器的參數(shù)。所述參數(shù)可包括充碳酸氣的去離子水的流速、溫度和電導率。在某些實施方式中，該系統(tǒng)可包含與去離子水源、接觸室和至少一個傳感器流體連通的旁路單元。
[0011]在各種實施方式中，所述方法可包括通過至少一個質(zhì)流控制器控制二氧化碳氣體進入接觸室的流速和量。在一些實施方式中，該方法可包括通過前饋回路控制充碳酸氣的去離子水的電導率。前饋回路可與所述至少一個傳感器和所述至少一個質(zhì)流控制器連接。
[0012]在各種實施方式中，所述方法可包括調(diào)節(jié)至少四個質(zhì)流控制器。在一些實施方式中，該方法可包括用至少三個傳感器進行感測。在某些實施方式中，該方法可包括用旁路單元調(diào)節(jié)充碳酸氣的去離子水的電導率。
[0013]在一些實施方式中，所述方法可包括根據(jù)處理器接收到的參數(shù)調(diào)節(jié)充碳酸氣的去離子水的電導率。在某些實施方式中，該方法可包括混合二氧化碳氣體和去離子水，然后將該去離子水供給接觸室。
[0014]在各種實施方式中，從接觸室排出的充碳酸氣的去離子水的電導率可在約0-52微西門子/厘米的范圍內(nèi)。在一些實施方式中，從接觸室排出的充碳酸氣的去離子水的電導率可在約2-50微西門子/厘米的范圍內(nèi)。
[0015]在一些實施方式中，電導率從一個指定值變換到另一個指定值的響應時間可短于約10分鐘。在各種實施方式中，電導率從一個指定值變換到另一個指定值的響應時間可短于約5分鐘。在某些實施方式中，該響應時間可短于約I分鐘。在各種實施方式中，該響應時間可短于約10秒鐘。
[0016]本發(fā)明的一個優(yōu)點是產(chǎn)生“無泡” D1-CO2水。接觸室可提供高表面積，供CO2氣體與去離子水充分混合，因而沒有未溶解的過量二氧化碳。這避免了在D1-ανΚ中形成氣泡。在半導體器件的濕法清潔應用中采用“無泡”去離子水是有利的，因為這樣就不會形成具有或高或低的酸性的區(qū)域，這種區(qū)域通常由氣泡引起。所產(chǎn)生的“無泡”D1-CO2水對接受清潔的器件的損傷最小。
[0017]D1-CO2水的電導率與溶解在去離子水中的CO2氣體的濃度成正比。本發(fā)明的優(yōu)點是，它能高度精確地控制D1-CO2水中0)2的濃度。之所以能做到這一點，主要是因為該系統(tǒng)中存在前饋回路機制。前饋回路機制可對諸如離開接觸室的D1-CO2水的電導率、溫度和流速這樣的參數(shù)與進入接觸室的二氧化碳氣體的量作出協(xié)調(diào)。質(zhì)流控制器和反饋回路機制可進一步控制離開接觸室的D1-CO2水的電導率。當去離子水中二氧化碳的濃度需要改變時，反饋和前饋回路機制還可顯著縮短響應時間。在某些實施方式中，該響應時間可縮短到〈I分鐘。響應時間通常是D1-CO2水的電導率從一個值跳到另一個值(例如從2微西門子/厘米跳到50微西門子/厘米)再跳回來的時間。
[0018]本發(fā)明的另一個優(yōu)點是不需要氮氣，對所用系統(tǒng)而言，減小了其尺寸，降低了其成本和復雜性，從而為獲得D1-CO2水提供了簡單得多的替代方案。本發(fā)明的又一個優(yōu)點是進入接觸室的二氧化碳幾乎全部得到消耗，因而不存在與多余氣體的處理或毒性相關(guān)的問題。
[0019]本發(fā)明的又一個優(yōu)點是去離子水的壓降從已知系統(tǒng)中的>0.8巴減小到〈0.3巴。無論是在新循環(huán)回路的起始階段需要對去離子水噴氣的時候，還是在一個或多個閥門或調(diào)節(jié)器發(fā)生泄漏或出現(xiàn)其他故障而導致電導率突然發(fā)生意外改變的時候，通常都會出現(xiàn)壓降。本發(fā)明以較低成本提供了更快的響應時間，從而獲得了更高的可靠性。
[0020]借助以下附圖、詳細描述和權(quán)利要求書，本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點將變得顯而易見，但它們都只是通過示例方式說明本發(fā)明的原理。
【附圖說明】
[0021]參考下面結(jié)合附圖所作的描述，可以更好地理解本發(fā)明的上述優(yōu)點以及其他優(yōu)點。附圖不一定是按比例繪制的，其重點一般是在于說明本發(fā)明的原理。
[0022]圖1是產(chǎn)生D1-CO2水的系統(tǒng)的第一實施方式的框圖。
[0023]圖2是產(chǎn)生D1-CO2水的系統(tǒng)的第二實施方式的框圖。
[0024]圖3是產(chǎn)生D1-CO2水的系統(tǒng)的第三實施方式的框圖。
[0025]圖4是產(chǎn)生D1-CO2水的系統(tǒng)的一個實施方式的詳細框圖。
[0026]圖5是產(chǎn)生D1-CO2水的系統(tǒng)的另一個實施方式的詳細框圖。
[0027]圖6是產(chǎn)生D1-CO2水的系統(tǒng)的又一個實施方式的詳細框圖。
[0028]圖7是接觸室的一個實施方式的截面圖。
[0029]圖8是去離子水中0)2氣體在不同溫度和壓力值下的溶解度圖線。
[0030]圖9是每升去離子水中CO2氣體的量與D1-CO 2水的電導率之間的關(guān)系圖。
[0031]圖10是D1-CO2水的溫度與電導率之間的關(guān)系圖。
【具體實施方式】
[0032]本發(fā)明提供了在半導體器件的濕法清潔中所用D1-CO2水的制備設(shè)備、系統(tǒng)和方法。一般地，所述設(shè)備、系統(tǒng)和方法可用于對半導體器件進行濕法清潔，同時避免或減少了靜電荷引起的損傷。一方面，本發(fā)明提供了一種設(shè)備，它對二氧化碳在D1-CO2水中的所需濃度具有高度控制力和持久性。另一方面，所述設(shè)備、系統(tǒng)和方法可用來產(chǎn)生含有大范圍的不同CO2濃度的D1-CO2水。例如，所述設(shè)備、系