用于产生包括其中溶解有氨气的去离子水的导电液体的系统和方法技术方案

描述了用于将氨气溶解在去离子水中的系统和方法。该系统包括去离子水源和气体混合设备，该气体混合设备包括用于接收氨气的第一入口、用于接收输送气体的第二入口以及用于输出包括氨气和输送气体的气体混合物的混合气体出口。该系统包括接触器，该接触器接收去离子水和气体混合物并产生其中溶解有氨气的去离子水。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传感器，以及与传感器通信的控制器。控制器基于由传感器测量的去离子水的流速和预定的电导率设定点来设定氨气的流速。

Systems and methods for producing conductive liquids including deionized water in which ammonia is dissolved

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于产生包括其中溶解有氨气的去离子水的导电液体的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求2016年11月11日提交的美国临时申请No.62/420,953的权益，该临时申请通过引用以其整体并入本文。
本申请一般地涉及在半导体器件的制造期间的湿法清洁操作中采用的系统和方法。特别地，本申请涉及用于产生和输送具有期望的浓度的NH3以供在半导体制造工艺中使用的去离子水的系统和方法。
技术介绍
去离子水（“DI水”）和超纯水（在本文中可互换地使用）通常在半导体器件制造工艺中使用，用于冲洗或湿法清洁操作。然而，在半导体制造工艺中使用诸如DI水的基本上不导电的液体可能促使电荷在晶片的表面上的累积。这在利用旋转晶片工具的制造工艺中尤其是问题，因为由晶片和用于清洁操作的DI水之间的接触产生的电渗作用可能导致电荷累积和最终的静电放电事件。这些放电事件可能损伤或甚至破坏晶片上的结构，或导致污染物或不期望的颗粒附着到晶片上。现有系统已经寻求通过使用导电清洁液体在湿法清洁操作期间减少晶片上的电荷累积。例如，可以将诸如二氧化碳（CO2）的气体溶解在DI水中以产生碳酸去离子（“DI-CO2”）水。用导电DI-CO2水冲洗可以避免晶片表面上的电荷累积，并且在保持器件完整性的同时允许基本上无损伤的清洁。CO2具有由于蒸发而基本上不留下固体残余物的进一步的优势，这在半导体加工中是重要的。然而，DI-CO2水的酸性足以使其可以不期望地蚀刻掉酸敏感材料，诸如铜和钴，所述材料通常用于晶片制造的后端制程（backendofline）（“BEOL”）阶段中。另一种方法使用氨（“NH3”）代替CO2。通过将NH3溶解在DI水中，可以产生具有显著低于DI-CO2的蚀刻速率的碱性溶液，以供在湿法清洁操作中使用。NH3可以作为浓缩溶液或作为气体来提供。由于NH3在DI水中的高溶解度，在其气相中使用NH3导致NH3完全吸收到DI水中。然而，NH3气体与DI水的如此易反应的，使得当NH3的流速足够低时，存在去离子水将流回到NH3气体供应管线和流回到NH3阀中的高风险。这可能导致严重的控制问题，因为充气阀和填充有水的相同阀之间的阀的流动特性是很大不同的。因此，在这样的条件下，特别是当在制造过程的正常过程中必须不时中断气体流量时，保持NH3气体稳定流入到DI水中，这是困难的。一些系统已经寻求代之以通过使用中空纤维膜系统来将以基本恒定的流速供应的气体溶解到具有不同流速（例如，在1L/分钟和10L/分钟之间）的DI水中，来避免与精确控制NH3气体的流速相关联的挑战。虽然这些系统可以在某些条件下输送具有稳定导电性的液体，但是它们通过保持90％或更高的液体的饱和度来这样做，这需要将过量的NH3和其他气体供应到膜系统。这不仅是经济上的缺点，而且还需要离开系统的未溶解的废气的处理中的附加的努力，并增加以NH3污染环境空气中的风险。例如，NH3是有毒气体，并且因此需要特别小心以避免污染环境空气。对于将NH3释放到环境空气中，对半导体制造的要求通常更具限制性，因为即使NH3浓度远低于典型的环境和健康阈值限制也可能干扰某些半导体制造和处理步骤。另一种方法是完全避免使用NH3气体，并且代之以将浓缩NH3溶液稀释到DI水中。然而，这种方法需要非常高的稀释率，稀释率可以是1000倍或更高。此外，由于提供的混合时间有限，将这样的少量的液体精确地混合到另一种液体中是具有挑战性的。通常，有限的混合时间导致系统的出口处的液体中的NH3的浓度中的波动。这可以通过在NH3溶液和DI水之间保持恒定的流速来克服。然而，保持恒定的流速不是优选的，因为在针对特定操作需要较少液体时排放大量的液体。利用恒定的流速导致大量的废液排放，并且因此显著地增加了操作成本。另外，浓缩的NH3水溶液在接触时从环境空气中吸收CO2。CO2也可以渗透穿过用于储存NH3水溶液的容器或罐的壁。这可能导致液体的碳酸盐含量随时间增加，尤其是在回收利用所供应的NH3溶液的一部分的系统中。碳酸盐含量可能干扰过程控制，因为pH和NH3溶液的电导率之间的关系基于碳酸盐含量而变化。因此，基于NH3水溶液的溶解的系统需要附加的处理步骤和部件，诸如离子交换剂，以从供应的液体中去除碳酸盐和其他杂质。在单晶片应用通常所需的动态变化的DI水流速下，控制DI水中NH3的浓度或相关地控制电导率是困难的。通常，还要求不同的电导率设定点，并且可能花费长时间来稳定，导致产量降低，并且因此导致更高的拥有的成本。此外，由于NH3浓度和电导率之间的二次分量，对于NH3流量需要比对于DI水流量宽得多的范围。理论上可以使用反馈控制来消除随时间的所有差异来实现恒定流量的精确稳态浓度。然而，对于动态变化的清洁液体的流量，精确控制浓度是复杂得多的，因为实际系统无法以零体积构建，零体积将以理想的方式表现。真实系统具有一定的体积，在流量变化期间充当缓冲体积。因此，浓度变化经常被延迟，这导致在变化的流速下剂量不足或浓度过冲，这影响电导率。这样的行为是不希望的，并且需要被限制在电导率中的小变化，以便在所有条件下保持工艺稳定性，并且为了每个处理室在相同条件下操作。
技术实现思路
因此，存在对用于产生和输送包括其中溶解有期望的浓度的NH3的DI水的导电清洁液体以防止当用于半导体制造工艺（诸如湿法清洁操作）时在晶片表面上累积电荷的系统和方法的需求。本文中描述的技术允许对所得到的液体的NH3浓度的精确控制，即使在湿法清洁和其他半导体制造操作期间动态变化流速和期望的电导率要求的情况下也是如此。此外，本文中描述的概念提供了具有NH3浓度的导电溶液，其导致具有与用于处理高级晶体管结构的新兴半导体制造工艺兼容的蚀刻速率的碱性溶液。在一个方面中，该技术的特征在于一种用于将氨气溶解在去离子水中的系统。所述系统包括去离子水源。系统进一步包括气体混合设备，所述气体混合设备包括：第一入口，其与第一气体源流体连通，用于供应氨气；第二入口，其与第二气体源流体连通，用于供应输送气体；以及混合气体出口，用于输出包括氨气和输送气体的气体混合物。系统进一步包括：接触器，其经由接触器的至少一个入口与去离子水源和混合气体出口流体连通。接触器产生其中溶解有氨气的去离子水。系统进一步包括：传感器，其与接触器的至少一个入口流体连通，用于测量去离子水的流速。系统进一步包括：控制器，其与传感器通信。控制器被配置成基于由传感器测量的去离子水的流速以及预定的电导率设定点来设定从第一气体源供应的氨气的流速。该技术可以进一步包括以下特征中的任何特征。在一些实施例中，混合气体出口与接触器的至少一个入口的上游的去离子水源流体连通。在一些实施例中，静态混合设备位于接触器的至少一个入口的上游。静态混合设备用于将从气体混合设备输出的气体混合物与从去离子水源输出的去离子水混合。在一些实施例中，接触器是填充柱或填充塔型接触器。在一些实施例中，接触器的至少一个出口包括：气体出口，用于从接触器排出废气；以及液体出口，用于输出其中溶解有氨气的去离子水。在一些实施例中，该系统进一步包括与接触器的顶部和底部流体连通的液位传感器。在一些实施例中，该系统进一步包括与接触器流体连通的压力传感器。在一些实施例中，该系统进一步包括与以下各项之一流体连通的温度传感器：接触器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将氨气溶解在DI水中的系统，所述系统包括：去离子水源；气体混合设备，其包括：第一入口，其与第一气体源流体连通，用于供应氨气；第二入口，其与第二气体源流体连通，用于供应输送气体；以及混合气体出口，用于输出包括氨气和输送气体的气体混合物；接触器，其经由接触器的至少一个入口与去离子水源和混合气体出口流体连通，接触器产生其中溶解有氨气的去离子水；传感器，其与接触器的至少一个入口流体连通，用于测量去离子水的流速；以及控制器，其与传感器通信，控制器被配置成基于以下各项来设定从第一气体源供应的氨气的流速：i）由传感器测量的去离子水的流速，以及ii）预定的电导率设定点。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.11 US 62/4209531.一种用于将氨气溶解在DI水中的系统，所述系统包括：去离子水源；气体混合设备，其包括：第一入口，其与第一气体源流体连通，用于供应氨气；第二入口，其与第二气体源流体连通，用于供应输送气体；以及混合气体出口，用于输出包括氨气和输送气体的气体混合物；接触器，其经由接触器的至少一个入口与去离子水源和混合气体出口流体连通，接触器产生其中溶解有氨气的去离子水；传感器，其与接触器的至少一个入口流体连通，用于测量去离子水的流速；以及控制器，其与传感器通信，控制器被配置成基于以下各项来设定从第一气体源供应的氨气的流速：i）由传感器测量的去离子水的流速，以及ii）预定的电导率设定点。2.如权利要求1所述的系统，其中混合气体出口与接触器的至少一个入口的上游的去离子水源流体连通。3.如权利要求2所述的系统，进一步包括位于接触器的至少一个入口的上游的静态混合设备，静态混合设备用于将从气体混合设备输出的气体混合物与从去离子水源输出的去离子水混合。4.如权利要求1所述的系统，其中接触器是填充柱或填充塔型接触器。5.如权利要求1所述的系统，其中接触器的至少一个出口包括：气体出口，用于从接触器排出废气；以及液体出口，用于输出其中溶解有氨气的去离子水。6.如权利要求1所述的系统，进一步包括与接触器的顶部和底部流体连通的液位传感器。7.如权利要求1所述的系统，进一步包括与接触器流体连通的压力传感器。8.如权利要求1所述的系统，进一步包括与以下各项之一流体连通的温度传感器：接触器的至少一个入口，用于测量去离子水的温度；以及接触器的至少一个出口，用于测量其中溶解有氨气的去离子水的温度。9.如权利要求8所述的系统，其中控制器与温度传感器通信，控制器进一步被配置成基于由温度传感器测量的温度来设定从第一气体源供应的氨气的流速。10.如权利要求1所述的系统，其中控制器被进一步配置成基于由传感器测量的去离子水的流速来调节从第二气体源输出的输送气体的压力。11.如权利要求1所述的系统，其中气体混合设备进一步包括与气体混合设备的第一入口流体连通的至少一个流量控制设备。12.如权利要求11所述的系统，其中气体混合设备进一步包括与第二入口连通的气体注射器，气体注射器位于气体混合设备内，以将输送气体的流量引导到气体混合设备的至少一个流量控制设备的出口的开...

【专利技术属性】
技术研发人员：UA布拉默，J塞维尔特，C勒蒂克，
申请(专利权)人：MKS仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US