CN107935267B - 用于浸没式光刻具有调节出水总有机碳的超纯水制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于浸没式光刻具有调节出水总有机碳的超纯水制备装置。本发明包括电子级厂务水水箱、总控纯水泵、流量控制计、总有机碳去除模块、脱气模块、其他杂质处理模块、检测模块隔膜阀、杂质检测模块、排水隔膜阀、用水隔膜阀、回水流量计和第一止回阀。本发明通过在总有机碳去除模块中臭氧发生器产生高纯度臭氧，在不对超纯水进行外加污染的情况下，利用臭氧极强的氧化性将总有机碳去除。采用两级回水，净水效率高。使用寿命长，成本低。本装置制备的超纯水水质的稳定，且装置占地面积小。采用本装置能够有效降低超纯水中各种有机碳含量，并且在不引入新杂质的基础上，到达浸没式光刻用超纯水总有机碳的要求。

Description

用于浸没式光刻具有调节出水总有机碳的超纯水制备装置

技术领域

本发明属于超纯水制备技术领域，涉及一种用于浸没式光刻具有调节出水总有机碳的超纯水制备装置。

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有机微粒产生，应该对该超纯水做去有机碳处理。此外，在IC光刻工序的清洗用水中假如含有不纯物质或微粒，将导致栅氧化膜厚度不均，产品图形发生缺陷，耐压机能变坏，因此我们应尽可能降低超纯水中的总有机碳含量。

大型半导体厂中，一般采用串联数个大量紫外灯的方法，来脱除水中的有机碳以及通过串联脱气膜去除可挥发有机碳。该方法中，一般采用臭氧辅助的方式去除水中的有机碳，能够获得较低的有机碳含量，通常可达到1ppb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，比如上海微电子公司要求该纯化设备外形尺寸不能超过700mm×700mm×2500mm，显然采用庞大的去总有机碳模组对超纯水进行去有机碳处理是不现实的。

发明内容

本发明的目的就是提供一种用于浸没式光刻具有调节出水总有机碳的超纯水制备装置。

本发明包括电子级厂务水水箱、总控纯水泵、流量控制计、总有机碳去除模块、脱气模块、其他杂质处理模块、检测模块隔膜阀、杂质检测模块、排水隔膜阀、用水隔膜阀、回水流量计和第一止回阀；所述的电子级厂务水水箱上设置有电子级厂务水入水口，电子级厂务水水箱出水口接纯水泵的入水口，纯水泵的出水口接流量控制计的入水口，流量控制计的出水口接总有机碳去除模块的入水口，总有机碳去除模块的出水口接脱气模块的入水口，脱气模块的出水口接其他杂质处理模块的入水口；其他杂质处理模块的出水口分为两路：一路通过检测模块隔膜阀接杂质检测模块的入水口，杂质检测模块的出水口接排水隔膜阀的出水口后作为排水口；另一路与排水隔膜阀的入水口、用水隔膜阀的入水口连接后接回水流量计的入水口，回水流量计的出水口通过第一止回阀接在流量控制计的出水口于总有机碳去除模块的入水口之间；用水隔膜阀的出水口作为用水口。总控纯水泵用于控制进水压力和流速；回水流量计用于控制回水，第一止回阀防止回水倒流。总有机碳去除模块采用紫外灯氧化的降低超纯水中各种有机碳的含量。脱气模块用于除去经总有机碳模块处理后流体中残存的臭氧和总有机碳氧化反应形成的二氧化碳。其他杂质去除模块用于除去超纯水中的其他杂质，包括难溶性有机碳、各种离子。杂质检测模块，对水质进行实时的检测，通过检测模块隔膜阀、用水隔膜阀对整个装置中的回水流量、臭氧的产生率进行控制。

所述的总有机碳去除模块包括第一紫外线灯、第一纯水泵、第一回水流量计、第二紫外灯、第二纯水泵、第二回水流量计、臭氧发生器、臭氧隔膜阀和第二止回阀。第一紫外线灯的入水口作为总有机碳去除模块的入水口接流量控制计的出水口，第一紫外线灯的出水口接第二紫外灯的入水口，第二紫外灯的出水口作为总有机碳去除模块的出水口。采用将第一紫外灯，第一回水流量计与第一纯水泵组成的循环一与第二紫外灯，第二回水流量计与第二纯水泵组成的循环二相串联的两级回水模式。第一紫外灯串接第一回水流量计与第一纯水泵，第一回水流量计通过第二止回阀与第一紫外线灯的入水口连接，第一纯水泵与第一紫外线灯的出水口连接。第二紫外灯串接第二回水流量计与第二纯水泵，第二回水流量计通过第二止回阀与第一紫外线灯的入水口连接，第二纯水泵与第二紫外灯的出水口连接。臭氧发生器出气口通过臭氧隔膜阀接第一紫外线灯的入水口；臭氧隔膜阀出气口与第一紫外线灯的入水口之间设置有压力变送器。

所述的脱气模块包括氮气接入源、多个电磁电磁阀、气体压力控制器以及脱气膜。

所述的其他杂质去除模块包括去离子混床、去硅单床和终端过滤。

所述的杂质检测模块包括总有机碳表、臭氧表、电阻率表。

本发明在总有机碳去除模块中臭氧发生器产生高纯度臭氧，在不对超纯水进行外加污染的情况下，利用臭氧极强的氧化性将总有机碳去除。采用两级回水，净水效率高。设置杂质检测模块使最后的总有机碳含量不至于太高污染浸没台，也不会由于过度过滤对后级过滤器的消耗，此行为可大大提高脱气模块和其他杂质去除模块的寿命，节省成本。设置臭氧隔膜阀，便于在系统不工作或脱气膜不正常工作时手动关闭臭氧发生器，不对造成系统污染。通过调节回水流量控制计，稳定用水点的压力和流量值。采用本装置能够有效降低超纯水中各种有机碳含量，并且在不引入新杂质的基础上，到达浸没式光刻用超纯水总有机碳的要求。制备的超纯水水质的稳定，且装置占地面积小。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1中总有机碳去除模块的结构示意图；

具体实施方式

如图1所示,用于浸没式光刻具有调节出水总有机碳的超纯水制备装置，包括电子级厂务水水箱1、总控纯水泵2、流量控制计3、总有机碳去除模块4、脱气模块5、其他杂质处理模块6、检测模块隔膜阀7、杂质检测模块8、排水隔膜阀9、用水隔膜阀10、回水流量计11和第一止回阀12；电子级厂务水水箱1上设置有电子级厂务水入水口，电子级厂务水水箱1出水口接纯水泵2的入水口，纯水泵2的出水口接流量控制计3的入水口，流量控制计3的出水口接总有机碳去除模块4的入水口，总有机碳去除模块4的出水口接脱气模块5的入水口，脱气模块5的出水口接其他杂质处理模块6的入水口；其他杂质处理模块6的出水口分为两路：一路通过检测模块隔膜阀7接杂质检测模块8的入水口，杂质检测模块8的出水口接排水隔膜阀9的出水口后作为排水口；另一路与排水隔膜阀9的入水口、用水隔膜阀10的入水口连接后接回水流量计11的入水口，回水流量计11的出水口通过第一止回阀12接在流量控制计3的出水口于总有机碳去除模块4的入水口之间；用水隔膜阀10的出水口作为用水口。

如图2所示，总有机碳去除模块4包括第一紫外线灯41、第一纯水泵42、第一回水流量计43、第二紫外灯44、第二纯水泵45、第二回水流量计46、臭氧发生器49、臭氧隔膜阀48和第二止回阀410，其作用在于通过强化紫外灯氧化性的方式降低超纯水中各种有机碳的含量。第一紫外线灯41的入水口作为总有机碳去除模块4的入水口接流量控制计3的出水口，第一紫外线灯41的出水口接第二紫外灯44的入水口，第二紫外灯44的出水口作为总有机碳去除模块4的出水口。采用将第一紫外灯41，第一回水流量计43与第一纯水泵42组成的循环一与第二紫外灯44，第二回水流量计46与第二纯水泵45组成的循环二相串联的两级回水模式。第一紫外灯41串接第一回水流量计43与第一纯水泵42，第一回水流量计43通过第二止回阀410与第一紫外线灯41的入水口连接，第一纯水泵42与第一紫外线灯41的出水口连接。第二紫外灯44串接第二回水流量计46与第二纯水泵45，第二回水流量计46通过第二止回阀410与第一紫外线灯41的入水口连接，第二纯水泵45与第二紫外灯44的出水口连接。

臭氧发生器49采用并联进入紫外灯去总有机碳模块4工作模式。臭氧发生器49出气口通过臭氧隔膜阀48接第一紫外线灯41的入水口；臭氧隔膜阀48出气口与第一紫外线灯41的入水口之间设置有压力变送器47。采用该模式，能有效对超纯水中总有机碳含量进行控制。

脱气模块5包括氮气接入源、多个电磁电磁阀、气体压力控制器以及脱气膜，其作用在于除去紫外灯去总有机碳模块中残存的臭氧和由于总有机碳氧化反应形成的二氧化碳。

其他杂质去除模块6包括去离子混床、去硅单床和终端过滤，其作用在于除去超纯水中的其他杂质，如难溶性有机碳、各种离子等。

杂质检测模块8包括总有机碳表、臭氧表、电阻率表等仪表所构成的，其作用在于对水质进行实时的检测，用于对整个装置中的回水流量、臭氧的产生率进行控制。

总控纯水泵2用于控制进水压力和流速；检测模块隔膜阀7、杂质检测模块8、用水隔膜阀10用于控制装置中流体的流动；回水流量计11用于控制回水，止回阀12防止回水倒流。

工作过程：在整个超纯水制备过程中，半导体厂务超纯水从电子级厂务水箱入水，依次通过总控纯水泵、流量控制计后，进入总有机碳去除模块，先通过总有机碳去除模块中臭氧发生器、臭氧隔膜阀、第二止回阀从总有机碳去除模块入水口注入臭氧，此时真空压力变送器监控系统真空度；接着半导体厂务超纯水通过第一紫外灯和第二紫外灯，并且分别通第一纯水泵、第一回水流量计和第二纯水泵、第二回水流量计完成两级回水，对总有机碳超纯水中的总有机碳进一步的控制。总有机碳去除模块中第二止回阀用于防止第一纯水泵和第二纯水泵未开始工作时，超纯水反向流入第一回水流量计和第二回水流量计，使其由于不正常工作而损坏。

后经通过总有机碳去除模块处理的半导体厂务超纯水进入脱气模块。真空泵对脱气膜气相侧抽真空，超纯水中溶解气体，如臭氧、二氧化碳杂质气体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。由于臭氧对于其他杂质去除模块中的离子混床，终端过滤等具有生物膜的过滤元件有极大的破坏性，经过其他杂质去除模块时流体中不含有臭氧，起到保护其他杂质去除模块的作用。同时除去由于前级碳元素氧化而产生的二氧化碳，确保杂质检测模块中总有机碳检测仪的测量准确性。

后经脱气处理的流体进入其他杂质处理模块，去除大量的离子和一些大颗粒杂质，并且在此处分流至杂质检测模块隔膜阀和杂质检测模块；通过对杂质检测模块中总有机碳含量的大小的观测，来改变第一纯水泵和第二纯水泵的数值来提高或减小回水流量。其中如若总有机碳含量大于先去设定阈值，通过比较误差大小，分别改变两级回水大小：如果误差值大于一定值，则改变第一纯水泵的运行功率，增大第一级回水；如若误差值小于一定值，则提高第二纯水泵运行功率，提高第二级回水。其中，改变第一级回水为粗调，改变第二级回水为精调，在提高去除总有机碳的效率的同时，将其控制在一个稳定的程度上。同时，如若臭氧含量过高，可以通过控制臭氧发生器使其停止工作或者调小其臭氧产生量来减少臭氧的输入。

通过杂质检测模块得到超纯水的水质，最后通过排水隔膜阀和用水隔膜阀，将经上述模块处理的超纯水使用或排出，排水点电磁阀和用水点电磁阀在同一时间只能打开一个，在该装置处于供水状态时，应该打开用水点电磁阀，除此状态外，应该打开排水点电磁阀，而关闭水点电磁阀，保证用水流量的要求。再将一定含量超纯水通过回水流量计和止回阀来回水，提高总体水质。通过调节回水流量控制计，根据用水需求动态提供相应的流量，保证对后级的供应。

Claims (4)

1.用于浸没式光刻具有调节出水总有机碳的超纯水制备方法，基于如下装置实现，该装置包括电子级厂务水水箱、总控纯水泵、流量控制计、总有机碳去除模块、脱气模块、其他杂质处理模块、检测模块隔膜阀、杂质检测模块、排水隔膜阀、用水隔膜阀、回水流量计和第一止回阀；其特征在于：所述的电子级厂务水水箱上设置有电子级厂务水入水口，电子级厂务水水箱出水口接纯水泵的入水口，纯水泵的出水口接流量控制计的入水口，流量控制计的出水口接总有机碳去除模块的入水口，总有机碳去除模块的出水口接脱气模块的入水口，脱气模块的出水口接其他杂质处理模块的入水口；其他杂质处理模块的出水口分为两路：一路通过检测模块隔膜阀接杂质检测模块的入水口，杂质检测模块的出水口接排水隔膜阀的出水口后作为排水口；另一路与排水隔膜阀的入水口、用水隔膜阀的入水口连接后接回水流量计的入水口，回水流量计的出水口通过第一止回阀接在流量控制计的出水口于总有机碳去除模块的入水口之间；用水隔膜阀的出水口作为用水口；总控纯水泵用于控制进水压力和流速；回水流量计用于控制回水，第一止回阀防止回水倒流；总有机碳去除模块采用紫外灯氧化的降低超纯水中各种有机碳的含量；脱气模块用于除去经总有机碳模块处理后流体中残存的臭氧和总有机碳氧化反应形成的二氧化碳；其他杂质去除模块用于除去超纯水中的其他杂质，包括难溶性有机碳、各种离子；杂质检测模块，对水质进行实时的检测，通过检测模块隔膜阀、用水隔膜阀对整个装置中的回水流量、臭氧的产生率进行控制；所述的总有机碳去除模块包括第一紫外线灯、第一纯水泵、第一回水流量计、第二紫外灯、第二纯水泵、第二回水流量计、臭氧发生器、臭氧隔膜阀和第二止回阀；第一紫外线灯的入水口作为总有机碳去除模块的入水口接流量控制计的出水口，第一紫外线灯的出水口接第二紫外灯的入水口，第二紫外灯的出水口作为总有机碳去除模块的出水口；采用将第一紫外灯，第一回水流量计与第一纯水泵组成的循环一与第二紫外灯，第二回水流量计与第二纯水泵组成的循环二相串联的两级回水模式；第一紫外灯串接第一回水流量计与第一纯水泵，第一回水流量计通过第二止回阀与第一紫外线灯的入水口连接，第一纯水泵与第一紫外线灯的出水口连接；第二紫外灯串接第二回水流量计与第二纯水泵，第二回水流量计通过第二止回阀与第一紫外线灯的入水口连接，第二纯水泵与第二紫外灯的出水口连接；臭氧发生器出气口通过臭氧隔膜阀接第一紫外线灯的入水口；臭氧隔膜阀出气口与第一紫外线灯的入水口之间设置有压力变送器；

其中如若所述杂质检测模块检测到的总有机碳含量大于设定阈值，通过比较误差大小，分别改变两级回水大小：如果误差值大于一定值，则改变第一纯水泵的运行功率，增大第一级回水；如若误差值小于一定值，则提高第二纯水泵运行功率，提高第二级回水。

2.如权利要求1所述的用于浸没式光刻具有调节出水总有机碳的超纯水制备方法，其特征在于：所述的脱气模块包括氮气接入源、多个电磁阀、气体压力控制器以及脱气膜。

3.如权利要求1所述的用于浸没式光刻具有调节出水总有机碳的超纯水制备方法，其特征在于：所述的其他杂质去除模块包括去离子混床、去硅单床和终端过滤。

4.如权利要求1所述的用于浸没式光刻具有调节出水总有机碳的超纯水制备方法，其特征在于：所述的杂质检测模块包括总有机碳表、臭氧表、电阻率表。