CN107879517B - 一种用于浸没式光刻的超纯水脱气装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于浸没式光刻的超纯水脱气装置。本发明包括有第一真空泵、第一真空压力变送器、第一气液分离罐、以及第一脱气膜的前级脱气系统；有氢气接入源、第四电磁阀、气体压力控制器、第三电磁阀、第一电磁阀以及催化除氧器的催化除氧系统；有第二脱气膜、第二真空压力变送器、第二真空泵第二气液分离罐、氮气接入源、第三电磁阀、气体流量控制器的后级脱气系统。本发明能够有效脱除超纯水中的溶解气体，并将超纯水中的溶氧值控制在非常低的水平，同时保证超纯水水质不受影响。且具有操作简单、建造以运行成本低、占地空间小等优点。
Description
技术领域
本发明属于超纯水脱气装置技术领域，涉及一种用于浸没式光刻的超纯水脱气装置。
背景技术
在193nm ArF浸没式光刻系统中，一般采用在投影系统最后一个物镜到硅片的间隙中填充一层超纯水作为浸没液体，以此提高光刻分辨率。由于这层超纯水作为光路的一部分，并且直接和硅片接触，因此对该超纯水的水质提出了很高的要求。为了防止超纯水中有气泡产生，应该对该超纯水做脱气处理。此外，为了防止硅片表面被超纯水中的溶氧所氧化，应尽可能降低超纯水中的溶氧含量。
大型半导体厂中，一般采用数量庞大的脱气膜通过串联和并联的方法，来脱除水中的氧气以及其他的一些溶解气体。该方法中，一般采用真空辅助吹扫氮气的方式去除水中的溶解气体，能够获得较低的溶氧含量，通常可达到10ppb以下。但其不足在于设备占地面积较大，对管路密封要求严格，建造成本高昂等。
用作浸没液的超纯水往往使用精制的纯化设备通过对半导体厂务超纯水进行进一步纯化得到，为了保证水质的稳定性，纯化设备一般比较靠近光刻机。受厂务空间限制，整个纯化设备占地面积也非常有限，显然采用数量庞大的脱气模组对超纯水进行脱气处理是不现实的。
发明内容
本发明的目的就是提供一种用于浸没式光刻的超纯水脱气装置。
本发明包括有第一真空泵、第一真空压力变送器、第一气液分离罐、以及第一脱气膜的前级脱气系统；有氢气接入源、第四电磁阀、气体压力控制器、第三电磁阀、第一电磁阀以及催化除氧器的催化除氧系统；有第二脱气膜、第二真空压力变送器、第二真空泵第二气液分离罐、氮气接入源、第三电磁阀、气体流量控制器的后级脱气系统。其特征在于：所述的前级脱气系统中第一脱气膜下端入水口作为第一超纯水入口，第一脱气膜上端出水口为第一超纯水出口与催化除氧系统中催化除氧器的第二超纯水入口连接；催化除氧器的出水口接后级脱气系统中第二脱气膜的入水口，第二脱气膜的出水口作为第二超纯水出口输出经脱气后的超纯水。
所述的第一脱气膜气相侧的上下两个出气口连成一路后通过第一气液分离罐与第二真空泵连接，第一真空泵与第一气液分离罐出气口之间设置有第一真空压力变送器。第二脱气膜气相侧的上出气口通过第二气液分离罐与第一真空泵连接，第二脱气膜气相侧的上出气口与第二气液分离罐的入气口之间设置有第二真空压力变送器。第二脱气膜气相侧的下气体通道接气体流量控制器的出气口，氮气接入源通过第二电磁阀接气体流量控制器的入气口。
所述的氢气接入源通过第四电磁阀接气体压力控制器的入气口，气体压力控制器的出气口与下入气口连成一路通道后接第三电磁阀的入气口，第三电磁阀的出气口与上入气口连成一路通道后通过第一电磁阀接第一气液分离罐。
作为优选，所述的催化除氧器包括聚丙烯中空纤维膜、载钯离子树脂、精制离子树脂、微孔网筛以及外壳。外壳上下两侧顶端设置有上入气口和下入气口，外壳上表面设置有第二超纯水入口。上入气口和下入气口一端伸出外壳侧面，另一端分别与聚丙烯中空纤维膜的两端连接。在聚丙烯中空纤维膜四周从下到上依次填充微孔网筛、精制离子树脂和载钯离子树脂(这三层的厚度是否有要求)。
所述的氮气流量为1-10L/min，真空度为50-70mbar。
本发明能够有效脱除超纯水中的溶解气体，并将超纯水中的溶氧值控制在非常低的水平，同时保证超纯水水质不受影响。且具有操作简单、建造以运行成本低、占地空间小等优点。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为图1中催化除氧器结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种用于浸没式光刻的超纯水脱气装置，包括有第一真空泵1、第一真空压力变送器2、第一气液分离罐17、以及第一脱气膜4的前级脱气系统；有氢气接入源16、第四电磁阀15、气体压力控制器14、第三电磁阀13、第一电磁阀3以及催化除氧器5的催化除氧系统；有第二脱气膜6、第二真空压力变送器7、第二真空泵8、第二气液分离罐9、氮气接入源10、第三电磁阀11、气体流量控制器12的后级脱气系统。
前级脱气系统中第一脱气膜4下端入水口作为第一超纯水入口，第一脱气膜上端出水口为第一超纯水出口与催化除氧系统中催化除氧器5的第二超纯水入口58连接；催化除氧器5的出水口接后级脱气系统中第二脱气膜6的入水口，第二脱气膜6的出水口作为第二超纯水出口输出经脱气后的超纯水。
第一脱气膜4气相侧的上下两个出气口连成一路后通过第一气液分离罐17与第二真空泵8连接，第一真空泵1与第一气液分离罐17出气口之间设置有第一真空压力变送器2。第二脱气膜6气相侧的上出气口通过第二气液分离罐9与第一真空泵1连接，第二脱气膜6气相侧的上出气口与第二气液分离罐9的入气口之间设置有第二真空压力变送器7。第二脱气膜6气相侧的下气体通道接气体流量控制器12的出气口，氮气接入源10通过第二电磁阀11接气体流量控制器12的入气口。
如图2所示，催化除氧器5包括聚丙烯中空纤维膜51、载钯离子树脂52、精制离子树脂53、微孔网筛54以及外壳59。外壳59上下两侧顶端设置有上气体进气通道55和下气体进气通道56，外壳59上表面设置有第二超纯水入口58。上气体进气通道55和下气体进气通道56一端伸出外壳59侧面，另一端分别与聚丙烯中空纤维膜51的两端连接。在聚丙烯中空纤维膜51四周从下到上依次填充微孔网筛54、精制离子树脂53和载钯离子树脂52。
催化除氧器中填充的载钯离子树脂、精制离子树脂通常根据使用流量来确定，如使用的水流量在5L/min以下，则载钯离子树脂应填充5-7L,精制离子树脂2-3L即可，微孔网筛主要是防止大直径悬浮颗粒进入到超纯水体中，对尺寸不做要求。
氢气接入源16通过第四电磁阀15接气体压力控制器14的入气口，气体压力控制器14的出气口与下气体进气通道56连成一路通道后接第三电磁阀13的入气口，第三电磁阀13的出气口与上气体进气通道55连成一路通道后通过第一电磁阀3接第一气液分离罐17。
工作过程如下：
前级脱气系统中，脱气膜采用了气相侧抽真空的工作模式。超纯水系统(UPW)生产的超纯水从第一脱气膜下端入口进入脱气膜液侧，经过第一脱气膜的脱气处理后，通过第一脱气膜上端出口离开第一脱气膜，实现初步脱气。具体而言，通过第一真空泵对第一脱气膜气相侧抽真空，超纯水中溶解气体，如氮气、氧气、二氧化碳等在压力梯度差作用下，向真空侧扩散，从而实现脱气的功能。此外，在脱气过程中，有大量的水蒸气也会进入到真空侧中，通过增加一个气液分离罐，可以将水蒸气冷凝，并截留在气液分离罐中，防止水蒸气进入真空泵，对真空泵造成损坏。
催化除氧器是通过传统的脱气膜装置改装而来，其中载钯离子树脂的作用在于催化超纯水中氧气和氢气在常温下发生氧化还原反应；精制离子树脂的作用在于防止载钯离子树脂中的钯离子扩散到超纯水中，对超纯水电阻率造成影响；微孔网筛的作用在于将离子树脂隔离在催化除氧器中，防止其进入超纯水管路中。
催化除氧器开始运行时，先开启第四电磁阀、第一电磁阀并关闭第三电磁阀，此时，氢气在第一真空泵作用下，进入催化除氧器中的聚丙烯中空纤维膜中，并将该聚丙烯中空纤维膜内腔中的其他气体全部排出。之后，关闭第一电磁阀，并打开第三电磁阀，保持第四电磁阀处于开启状态，此时，催化除氧器上下气体通道均和氢气源相连通。进入聚丙烯中空纤维膜内腔的氢气，通过纤维膜壁，扩散进入液体侧超纯水中。超纯水中溶解氧气和扩散进入超纯水的氢气在载钯离子树脂的催化作用下，发生氧化还原反应，从而实现去除溶解氧的目的。
后级脱气系统中的第二脱气膜采用真空辅助吹扫氮气的工作模式，该模式下能够有效去除超纯水中除氮气以外的其他气体，在保证除掉剩余氢气的同时，超纯水中的氧气含量不增加。具体而言，将脱气膜、气相侧下端通道和氮气源相连接，将脱气膜、气相侧上端通道和真空源相连接，在真空作用下，脱气膜、气相侧的氮气能得到快速更新，使得气体侧中除氮气以外的气体分压都趋近于零，从而实现对超纯水中除氮气以外的其他气体的脱除。在这过程中，氮气流量一般控制在1-10L/min，真空度一般控制在50-70mbar。和前级脱气系统一样，该系统也用到了气液分离罐，用于冷凝和截留来自脱气膜中的水蒸气。此外，该系统中，第二真空泵的排气应用管道引到通风良好的室外，防止氢气聚集，带来安全问题。氮气不需要完全脱除，通常低于10ppm就符合要求。第二支脱气膜通过控制气相侧真空度来控制超纯水中氮气含量。第二支脱气膜气相侧真空度控制在50-70mbar，根据脱气膜的脱气原理，可以知道出水中氮气含量仅为常压下的二十分之一到十分之一之间，也就是0.74ppm-1.48ppm左右。
Claims (1)
1.一种用于浸没式光刻的超纯水脱气装置，包括有第一真空泵、第一真空压力变送器、第一气液分离罐、以及第一脱气膜的前级脱气系统；有氢气接入源、第四电磁阀、气体压力控制器、第三电磁阀、第一电磁阀以及催化除氧器的催化除氧系统；有第二脱气膜、第二真空压力变送器、第二真空泵、第二气液分离罐、氮气接入源、第三电磁阀、气体流量控制器的后级脱气系统；其特征在于：所述的前级脱气系统中第一脱气膜下端入水口作为第一超纯水入口，第一脱气膜上端出水口为第一超纯水出口与催化除氧系统中催化除氧器的第二超纯水入口连接；催化除氧器的出水口接后级脱气系统中第二脱气膜的入水口，第二脱气膜的出水口作为第二超纯水出口输出经脱气后的超纯水；
所述的第一脱气膜气相侧的上下两个出气口连成一路后通过第一气液分离罐与第一真空泵连接，第一真空泵与第一气液分离罐出气口之间设置有第一真空压力变送器；第二脱气膜气相侧的上出气口通过第二气液分离罐与第二真空泵连接，第二脱气膜气相侧的上出气口与第二气液分离罐的入气口之间设置有第二真空压力变送器；第二脱气膜气相侧的下气体通道接气体流量控制器的出气口，氮气接入源通过第二电磁阀接气体流量控制器的入气口；
所述的催化除氧器包括聚丙烯中空纤维膜、载钯离子树脂、精制离子树脂、微孔网筛以及外壳；外壳上下两侧顶端设置有催化除氧器上入气口和催化除氧器下入气口，外壳上表面设置有第二超纯水入口；催化除氧器上入气口和下入气口一端伸出外壳侧面，另一端分别与聚丙烯中空纤维膜的两端连接；在聚丙烯中空纤维膜四周从下到上依次填充微孔网筛、精制离子树脂和载钯离子树脂；所述的氮气流量为1-10L/min，第二脱气膜气相侧真空度为50-70mbar；
所述的氢气接入源通过第四电磁阀接气体压力控制器的入气口，气体压力控制器的出气口与催化除氧器下入气口连成一路通道后接第三电磁阀的入气口，第三电磁阀的出气口与催化除氧器上入气口连成一路通道后通过第一电磁阀接第一气液分离罐。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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