控制液体中溶解气体浓度的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及建立和保持溶解在一液体中的气体的精确浓度的一种方法和系统。本发明专利技术特别涉及这样一种建立和保持溶解在一液体中的气体的精确浓度的方法和系统，它使用其所含所需气体的浓度足以与待溶解在该液体中的气体的所需浓度取得平衡的一气体混合物、即一“匹配气体混合物”制备一包括所需浓度的气体的液体混合物。这样，本发明专利技术方法和系统所生成的包括精确浓度的溶解气体的液体混合物可用于技术要求严格的应用场合，此外，本发明专利技术和系统可把如此生成的液体混合物输送到使用场所，但溶解气体几乎没有损失。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
控制液体中溶解气体浓度的方法和系统专利
本专利技术涉及建立和保持溶解在一液体中的气体的精确浓度的方法和系统。本专利技术特别涉及如下建立和保持溶解在一液体中的气体的精确浓度的方法和系统：间接或直接接触一气体混合物，该气体混合物中所需气体的浓度足以与待溶解在该液体中的气体的所需浓度平衡，即该气体混合物为“匹配气体混合物”。专利技术背景半导体装置的制作涉及若干步骤，通过这些步骤一般在一半导体晶片的基片上形成一个层或多个层。例如，在硅晶片的情况下，一般氧化一晶片，在该晶片表面上形成一层二氧化硅。然后用蚀刻除去该二氧化硅层的全部或选定部分，露出底下的硅晶片。蚀刻后，可通过薄膜沉积或生长过程在经蚀刻的硅晶片上形成若干层。这些层然后经蚀刻或处理，在该硅晶片的表面上生成各功能部件。用来沉积和/或蚀刻这些层的过程以及在各步骤之间用来清洗晶片的过程极依赖于化学反应物。在许多情况下，这些化学反应物包括溶解在一液体中的一种或多种气体。由于蚀刻率、蚀刻质量、蚀刻均匀性等过程参数至少部分地依赖于溶解在该液体中的气体的-->浓度，因此要求把溶解在液体中的气体的浓度严格控制在预定范围内。不幸的是，把溶解在一液体中的气体的浓度控制在这类混合物用于半导体制作的许多过程所要求的范围内是很困难的。因此，浓度会发生变动，从而影响处理质量。例如，在某些半导体制作过程中，要求可控地蚀刻铜，以在半导体晶片上生成功能部件。但是，某些铜蚀刻过程要求精确蚀刻5nm的铜，其误差不超过5％。至少在这种情况下，气体浓度的变动是无法接受的。此外，尽管公知有若干控制溶解在一液体中的气体的浓度的方法，但这些现有方法都有缺陷，从而在某些场合无法合格应用。例如，在液体中沸腾要溶解的气体被用作一种把气体溶入各种不同液体中的方法。但是，在这一方法中，溶解气体的数量或气体在使用场所剩留在溶液中的数量不精确。气体要溶入其中的液体的压力使得使用该方法控制溶解气体的浓度显得很复杂。此外，某些方法使用冷却来提高可溶入一液体中的气体的数量。尽管这些方法声称可提高溶解气体的数量，但这些方法并不致力于在开始时或在使用场所精确控制溶解气体的浓度。因此，溶入液体的气体数量即使由于冷却液体有所提高，也可能在使用场所以气泡冒出该液体混合物。因此，需要一种建立和保持溶解在一液体中的气体的精确数量的有效方法，不仅尽可能减少必须使用的气体的数量，而且提供液体混合物，该液体混合物中的溶解气体的浓度精确到足以用于技术-->要求严格的应用场合。专利技术概述按照本专利技术，本领域普通技术人员从本说明可显然看出的上述目的和其他目的利用本专利技术一种建立和保持溶解在一液体中的气体的精确浓度的方法和系统实现。确切说，本专利技术方法和系统使用一制备好的“匹配气体混合物”即一气体混合物，其待溶解的气体的浓度与一包括该气体所需浓度的液体混合物平衡。通过在使用场所之前和/或在使用场所用该匹配气体混合物直接或间接接触该液体，随着该液体与该气体取得平衡，精确数量的气体溶解在该液体中。因此，只须调节匹配气体混合物的组成，即可在种种可能浓度的范围内极精确地控制、调节溶解在一液体中的气体的数量。这样，本专利技术提供一种生成包括精确数量的气体的液体混合物、将之用于技术要求严格的应用场合的极有效方法和系统。由于本专利技术系统能建立和保持溶解在一液体中的气体的精确浓度，因此所得混合物可特别用来制备在半导体制作中处理、即清洗、氧化、显影、蚀刻基片的液体混合物。在一个方面中，本专利技术提供一种系统，该系统用一液体接触一基片，该液体包括预定浓度的溶解在该液体中的气体。该系统包括一室，该室中可放置至少一个基片，以用含有溶解气体的液体进行处理。提供一包括该液体的液体供应。一液体供应管线与该室连通，把该包括液体的供应输入该室中。还提供一包括一匹配气体混合物的匹配气体供应。至少一个气体供应管线与该室连通，从而最好与-->液体供应同时把包括该匹配气体混合物的该匹配气体供应输入该室中。该至少一个匹配气体供应管线也可与该液体供应管线进行质量传递接触，从而预定浓度的气体可在液体供应输入该室前在液体供应中预先溶解。在另一方面中，本专利技术提供一种用一包括溶解气体的液体混合物处理一基片的方法。一般来说，该方法使得一匹配气体混合物直接或间接接触一液体，使得该液体与该匹配气体混合物取得平衡，从而生成包括该液体和一定浓度的溶解气体的液体混合物。然后使所得包括该液体和溶解气体的液体混合物接触一基片，从而处理该基片表面的至少一部分。可用各种方式使该匹配气体混合物直接或间接接触该液体，可单独或组合使用这些方式。例如，可在匹配气体混合物在场的情况下雾化该液体，可通过与匹配气体混合物碰撞来雾化液体，液体可在流到使用场所前与匹配气体混合物预先接触，液体可在匹配气体混合物在场的情况下由其自身雾化，液体可与匹配气体混合物预先接触后流入也包括匹配气体混合物的预定容积中，也可组合这些方式等等。在本说明书中，“水溶液”指含有用作溶剂的水的任何流体混合物，包括非纯水。本说明书所使用的“超高纯去离子水”指比方说在手册“Balazs Analytical Laboratory＇s Pure Water Specifications andGuidelines For Facility and Fabrication Engineers,”Balazs AnalyticalLaboratory,Sunnyvale,CA,1993中定义的“超高纯去离子水”。在-->本说明书中，“雾化”指一种或多种液体的一个流或多个流碎成许多液滴。可用任何合适方法进行雾化，包括用雾化喷嘴喷射、用机械振荡粉碎液体、用另一流体流碰撞一液体等。附图的简要说明从以下结合附图对本专利技术各实施例的说明中可清楚看出本专利技术的上述和其他优点以及实现这些优点的方式并更好理解本专利技术，附图中：图1简示出本专利技术用包括溶解气体的液体混合物处理多个基片的代表性系统，其中，把液体输入有匹配气体混合物在场的使用场所而形成该液体混合物；图2简示出本专利技术用包括溶解气体的液体混合物处理多个基片的第二代表性系统，其中，一液体与一匹配气体混合物预先接触生成一液体混合物后把该液体混合物输入有匹配气体混合物在场的使用场所；图3简示出本专利技术用包括溶解气体的液体混合物处理多个基片的第三代表性系统，其中，在使用场所用一匹配气体混合物雾化该液体而生成液体混合物；图4简示出本专利技术用包括溶解气体的液体混合物处理多个基片的第四代表性系统，其中，在有匹配气体混合物在场的使用场所用一匹配气体混合物雾化该液体而生成液体混合物；图5简示出本专利技术用包括溶解气体的液体混合物处理多个基片-->的第五代表性系统，其中，一液体与一匹配气体混合物预先接触，然后在有匹配气体混合物在场的使用场所用匹配气体混合物雾化液体混合物，从而生成该液体混合物；图6为本专利技术用包括溶解气体的液体混合物处理多个基片的第六代表性系统的详细过程图，其中，通过一液体与一匹配气体混合物预先接触生成该液体混合物；图7为图5所示系统一优选实施例的详细过程图；图8为一可在图1-7和10-13所示任一系统中用作雾化喷嘴的喷柱的侧视图；图9为沿图8中A-A线剖取的放大剖面图；图10简示出本专利技术用包括溶解气体的液体混合物处理单个基片的第七代表性系统，其中，一液体与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用包括溶解气体的液体混合物处理基片的方法，包括下列步骤：（ａ）在一匹配气体混合物在场的情况下把一液体雾化以形成一包括该液体和一定浓度的溶解气体的雾化液体混合物；以及（ｂ）使得该雾化液体混合物接触该基片。

【技术特征摘要】
US 1998-10-30 09/183,7181、一种用包括溶解气体的液体混合物处理基片的方法，包括下列步骤：(a)在一匹配气体混合物在场的情况下把一液体雾化以形成一包括该液体和一定浓度的溶解气体的雾化液体混合物；以及(b)使得该雾化液体混合物接触该基片。2、按权利要求1所述的方法，其特征在于，该基片包括一半导体晶片。3、按权利要求1所述的方法，其特征在于，该雾化步骤包括：使得一包括该液体的第一流体流碰撞至少一个第二流体流。4、按权利要求3所述的方法，其特征在于，该第二流体流包括该匹配气体混合物。5、按权利要求3所述的方法，其特征在于，该第二流体流包括该液体。6、按权利要求3所述的方法，其特征在于，第一和第二流各包括一定数量的该匹配气体混合物。7、按权利要求1所述的方法，其特征在于，使得雾化液体混合物接触基片的该步骤使得基片表面的至少一部分受到蚀刻。8、按权利要求7所述的方法，其特征在于，该雾化液体混合物包括水、氧气和水成氢氟酸，其含量可以0.1nm/min-100nm/min的速率有效蚀刻该基片。9、按权利要求7所述的方法，其特征在于，该表面包括铜。10、按权利要求1所述的方法，其特征在于，在雾化步骤前，进一步包括下列步骤：用匹配气体混合物接触该液体，使得预定浓度的匹配气体混合物溶解在该液体中。11、按权利要求3所述的方法，其特征在于，进一步包括下列步骤：在一室中放置该基片；在匹配气体混合物在场的情况下雾化液体的步骤包括：使得该室包括一定数量的匹配气体混合物。12、按权利要求11所述的方法，其特征在于，在雾化步骤前，进一步包括下列步骤：用匹配气体混合物接触该液体，使得预定浓度的匹配气体混合物溶解在该液体中。13、按权利要求1所述的方法，其特征在于，该匹配气体混合物包括待溶解在该液体中的气体和一惰性气体。14、按权利要求13所述的方法，其特征在于，待溶解的气体包括氧气，该惰性气体包括氮气。15、按权利要求1所述的方法，其特征在于，在雾化步骤前，进一步包括下列步骤：把一辅助液体混合物混合入该液体中。16、按权利要求15所述的方法，其特征在于，该辅助液体混合物包括水成氢氟酸。17、一种用一包括一溶解气体的液体混合物处理一基片的方法，包括下列步骤：(a)提供待溶解在该液体中的气体的一匹配气体混合物；(b)使该匹配气体混合物接触该液体以生成该液体混合物，以使该液体混合物中溶解气体的浓度与匹配气体混合物平衡；以及(c)使该液体混合物接触该基片。18、按权利要求17所述的方法，其特征在于，步骤(c)进一步包括下列步骤：雾化该液体混合物，使得该雾化液体混合物接触该基片。19、按权利要求18所述的方法，其特征在于，雾化液体混合物的该步骤包括：在匹配气...

【专利技术属性】
技术研发人员：库尔特K克里斯坦森，
申请(专利权)人：FSI国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]