[发明专利]臭氧水输送系统及其使用方法

说明书

本申请公开了一种臭氧水输送系统，所述臭氧水输送系统包含：至少一个接触装置，所述至少一个接触装置与被配置成提供超纯水的至少一个超纯水源连通；至少一个超纯水导管，所述至少一个超纯水导管耦接到所述超纯水源；至少一种溶液，所述至少一种溶液通过所述超纯水导管与所述接触装置和所述超纯水源连通；一个或多个气体源，所述一个或多个气体源含有至少一种气体、与所述超纯水源、所述超纯水导管和溶液导管中的至少一个连通；至少一个混合气体导管，所述至少一个混合气体导管与所述气体源和所述接触装置连通并且被配置成向所述接触装置提供至少一种混合气体；以及至少一个臭氧水输出导管，所述至少一个臭氧水输出管可以与所述接触装置连通。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月29日提交的题为“臭氧水输送系统及其使用方法(Ozonated Water Delivery System and Method of Use)”的美国临时专利申请第62/724,368号的优先权，所述美国临时专利申请的全部内容通过引用的方式并入本文。

背景技术

目前，臭氧用于包含半导体制造、太阳能电池板加工、卫生应用、食品加工、平板加工等在内的许多应用中。在一些应用中，臭氧可以溶解在去离子水中。然而，臭氧与去离子超纯水高度反应，由此导致臭氧在超纯水中在几秒内衰减。如半导体制造应用、太阳能电池板和平板制造等一些应用要求溶解在超纯水中的高臭氧浓度。但是，臭氧衰减速率随着去离子超纯水中溶解的臭氧的浓度的增加而增加。某些应用例如单半导体晶圆加工需要以随机变化的液体流速溶解的臭氧，这可能导致供应管道内的停留时间不同，其中低液体流速下更高的臭氧衰减量作为臭氧衰减的另外变化。此外，臭氧衰减可以由通常在工业用超纯水中以痕量发现的氢氧根离子和过氧化物的存在触发。因此，由于供应到不同位置的超纯水内的这些杂质的浓度的变化，臭氧衰减可以在制造位置和/或位点之间有所不同。

响应于此，已经采用了许多技术来控制臭氧在臭氧水中的衰减速率。例如，图1示出了半导体制造应用中目前使用的臭氧水输送系统的实例。如所示出的，臭氧水输送系统1包含通过超纯水源导管7(在下文中为UPW源导管7)与超纯水源5(在下文中为UPW源5)流体连通的接触装置3。气体源和/或臭氧发生器9(在下文中为气体源9)通过气体入口导管11与接触装置3连通。气体混合物通常包含二氧化碳(CO₂)、臭氧(O₃)和氧气(O₂)。使用一个或多个阀装置13和/或指示器来将水与气体混合物安全地分离并防止水、气体或两者回流到气体源9中。在使用期间，使用逆流使来自气体源9的气体混合物与来自UPW源5的超纯水在接触装置3内接触，由此导致来自气体源9的一部分臭氧溶解在超纯水中。气体混合物内的一些二氧化碳(CO₂)转化成碳酸，这降低了氢氧根离子的浓度。碳酸根离子清除羟基，这有效地降低了超纯水中的溶解臭氧的衰减速率。此后，从接触装置3中释放或去除溶解臭氧，以通过溶解臭氧导管19形成溶解臭氧输出17。此外，如二氧化碳(CO₂)、氧气(O₂)和臭氧(O₃)等废气21可以通过废气导管23从接触装置3释放。虽然图1中的系统已被证明是有用的，但已经鉴定出许多缺点。例如，图1所示出的臭氧水输送系统允许臭氧浓度介于约25ppm与50ppm之间。然而，已经证明难以使用图1所示出的臭氧水输送系统1获得大于约50ppm的臭氧浓度。进一步地，传质效率的提高将需要接触装置3的填充柱更高(higher或taller)，由此需要更大的工作区。此外，膜组件通常用于将如二氧化碳等气体溶解到超纯水中或从超纯水中去除残余氧气。不幸的是，大多数商业上可获得的膜组件包含如聚丙烯和/或聚乙烯等塑料或对如过氧化物和臭氧等氧化剂高度敏感的类似材料。进一步地，二氧化碳和臭氧有不同的溶解度。因此，接触装置内的二氧化碳浓度在某些流动布置中差异很大。例如，在填充柱接触装置内的逆流布置中，可能导致二氧化碳靠近接触装置3内的气体混合物导管11的入口溶解，而臭氧靠近UPW导管5的入口溶解，由此降低了形成臭氧水的效率。图2以图形方式示出了使用逆流架构的填充柱接触装置3中的二氧化碳的浓度轮廓。图2中的横坐标表示形成接触装置3的填充柱的侧向部分(在下文中为柱部分)。部分1表示柱的靠近UPW源导管7的入口和废气导管23的出口的顶部。部分20表示柱的靠近气体入口导管11和溶解臭氧导管19的底部。