[发明专利]用于去离子水的碳酸化的装置、系统及方法

说明书

技术领域

一般地，本发明涉及在湿法清洁半导体器件中采用的装置、系统及方法。具体地，本发明涉及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。

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（CO2）和氮气（N2）之类的气体与DI水混合。利用碳酸化的去离子（DI-CO2）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（CO2）和水（H2O）或去离子（DI）水放入接触器中来产生碳酸化的去离子（DI-CO2）水。接触器允许二氧化碳（CO2）和水（H2O）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-CO2）水，但是由于CO2穿过位于其中的膜的扩散速率而导致低CO2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CO2来填充的，同时H2O漂洗填充柱的填塔料的大表面积。使CO2气体流动通过连续的H2O相是低效的，因为与薄水膜漂洗填塔料相比较，体积大的H2O提供了高扩散阻力。因此，CO2向H2O中的扩散速率受到限制。另外，连续的H2O相会要求额外且昂贵的测量装置来控制填充柱中的H2O水平，因为如果H2O水平变得太高，那么CO2气体主要流动通过H2O而导致较为低效的操作。同样，连续的H2O相会要求控制H2O水平以避免H2O出口中的CO2以及CO2出口中的H2O。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CO2，2）惰性气体的注入会降低CO2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。