CN113613803B - 用于供应清洗液体的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

描述了用于供应包括超纯水和氨气的清洗液体的系统和方法。该系统包括与接触器流体连通的超纯水源和气体混合物源。气体混合物包括氨气和载气。该系统包括控制单元，该控制单元被配置为调节超纯水源的流率，使得接触器的操作压力保持低于压力阈值。该系统包括压缩机，该压缩机被配置成将残余的转移气体从接触器中去除。接触器产生清洗液体，所述清洗液体具有超纯水以及溶解在其中的一浓度的氨气。该系统包括在接触器和出口之间流体连通的泵。泵被配置为在出口处输送具有低于压力阈值的气体分压的清洗液体。

Description

用于供应清洗液体的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年4月8日提交的美国临时申请号62/831,138的权益，所述美国临时申请以其整体通过引用并入本文。
技术领域
本申请案总体上涉及在半导体设备的制造期间在湿式清洁操作中采用的系统及方法。具体地，本申请涉及用于产生和输送具有期望的NH3浓度的去离子水的系统和方法，该去离子水用于半导体制造工艺。
背景技术
晶片、光刻掩模、平板和太阳能电池板的处理涉及使用不同化学品的湿法处理。在处理的晶片或面板可以干燥之前，必须清洗掉这些化学物质。去离子水(“DI-水”)和超纯水(本文可互换使用)通常用于半导体器件制造工艺中以用于进行清洗或湿法清洁操作。
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会导致晶片表面上的电荷累积。这在利用旋转晶片工具的制造工艺中尤其是个问题，因为由晶片与用于清洁操作的DI-水之间的接触产生的电渗透效应可能导致电荷累积和最终的静电放电事件。这些放电事件会损坏或甚至破坏晶片上的结构，或者导致污染物或不期望的颗粒附着到晶片上。因此，为了避免在清洗过程期间产生静电荷，期望使用具有比超纯水高的电导率的清洗液体。
现有系统通常使用导电清洁液体来减少在湿法清洗操作期间在晶片上的电荷累积。例如，可以将诸如二氧化碳(“CO2”)的气体溶解在DI-水中以产生充碳酸气的去离子(“DI-CO2”)水。然而，DI-CO2水的酸性会不期望地蚀刻掉酸敏材料，诸如铜、钴和其他通常用于晶片制造的后段工艺(“BEOL”)阶段的金属。
另一种方法使用氨(“NH3”)代替CO2。例如，NH3在DI-水中的稀溶液通常用于具有暴露的金属层的晶片或面板。通过将NH3溶解在DI-水中，可产生蚀刻速率显著低于DI-CO2的碱性溶液以用于湿法清洁操作。
然而，处理机器(例如，单晶片旋转工具)通常在单独的室中清洗每个晶片，并且尽管每个机器连接到用于在制造期间使用的资源的公共源，制造设施可以独立地操作几个处理机器，所述资源诸如用于晶片清洗的DI水供应。此外，每个室中的工艺很少同步，导致对清洗液体的需求随机变化。
供应新鲜制备的导电清洗液体，其中溶解的精确量的NH3可能带来技术挑战，仅考虑到维修非同步处理工具所需的随机变化的流率，该技术挑战是复杂的。例如，NH3可以作为浓溶液或气体供应。由于NH3在DI-水中的高溶解度，NH3以其气相的使用导致NH3全部吸收到DI-水中。然而，NH3气体与DI-水的反应性很高，以致当NH3的流率足够低时，DI-水有很高的风险将流回到NH3气体供应管和NH3阀中。这会导致严重的控制问题，因为阀的流动特性在气体填充阀和填充有水的相同阀之间大不相同。因此，在这种条件下，很难保持NH3气体稳定流入DI-水中，特别是当在制备工艺的正常过程中中断气体流时。甚至可能更难以生产出少量但精确量的氨气溶解在DI-水中的清洗液体。
美国专利申请no.15/808,471公开了一种用于产生和输送导电清洁液体的设备，该导电清洁液体包括其中溶解有期望浓度的NH3的DI-水，以防止在用于如湿法清洁操作的半导体制造工艺诸时在晶片表面上累积电荷。为了解决由NH3吸收到DI-水中造成的上述挑战，可使用如氮气的载气来促进溶解过程。所得到的清洗液体由于载气而具有等于或大于大气压的分压。
这种气体分压对于某些应用是一个问题。由于供给喷嘴造成的压力下降，在将清洗液体施加到晶片表面的时刻可能产生气泡。这些气泡会附着在晶片表面上，并对其上形成的结构造成损坏。另一问题可能由清洗液体中的溶解氧引起，所述溶解氧可能腐蚀形成在晶片上的金属结构。
发明内容
根据上述内容，持续需要用于产生和输送清洗液体的系统和方法，该清洗液体包括具有在其中溶解的期望浓度的NH3的DI-水、具有低于大气压的气体分压。此外，需要用于从清洗液体减少和/或去除溶解氧的系统和方法。本文所述的技术允许通过控制载气流来精确控制气体分压。此外，本文所描述的构思提供了一种减少清洗液体中的氧含量同时减轻任何氨汽提的氧减少系统。
在一个方面，该技术的特征在于一种用于供应包括超纯水和氨气的清洗液体的系统。该系统包括与接触器流体连通的超纯水源。超纯水源被配置为将超纯水供应到接触器。该系统还包括与接触器流体连通的气体混合物源。气体混合物源被配置成将氨气和载气供应至接触器。该系统还包括与接触器流体连通的控制单元。控制单元被配置成调节超纯水的流率，使得接触器的操作压力保持低于压力阈值。该系统还包括与接触器流体连通的压缩机。压缩机被配置成将残余的转移气体从接触器中去除。接触器被配置为产生清洗液体，清洗液体具有超纯水以及溶解在其中的一浓度的氨气。该系统还包括在接触器和出口之间流体连通的泵。泵被配置为在出口处输送具有低于压力阈值的气体分压的清洗液体。
本技术还可以包括以下特征中的任何一个。在一些实施例中，控制单元被配置成调节接触器入口处超纯水的流率，以便控制接触器的操作压力。
在一些实施例中，通过调节载气的流率来控制接触器的液位。
在一些实施例中，通过调节残余转移气体的流率来控制接触器的液位。
在一些实施例中，接触器的操作压力范围为约0.4至约0.95巴绝对压力。例如，在一些实施例中，接触器的操作压力为约0.6巴绝对压力。
在一些实施例中，压力阈值为约大气压。
在一些实施例中，将清洗液体输送到晶片。例如，在一些实施例中，该系统还包括与出口流体连通的喷嘴。喷嘴可被配置成将清洗液体输送到晶片。
在一些实施例中，所述系统还包括与所述出口流体连通的膜接触器。例如，在一些实施例中，膜接触器可被配置成从清洗液体中汽提氧气。
在一些实施例中，所述系统还包括与所述接触器流体连通的压力传感器。例如，在一些实施例中，压力传感器可被配置成监测接触器的操作压力。
在一些实施例中，气体混合物源包括氨气源和载气源。例如，在一些实施例中，氨气源被配置成将氨气供应至接触器。在一些实施例中，所述载气源被配置成向所述接触器供应所述载气。
在一些实施例中，超纯水、氨气和载气在进入接触器之前混合。
在一些实施例中，接触器是填充柱或填充塔型接触器。
在另一方面，该技术的特征在于一种用于供应清洗液体的方法，该清洗液体包括其中溶解有期望浓度的氨气的超纯水、具有低于大气压的气体分压。该方法包括将超纯水和气体混合物供应至接触器。气体混合物包括氨气和载气。该方法还包括使用与接触器流体连通的压力传感器来监测接触器的操作压力。该方法还包括在接触器内产生清洗液体。清洗液体包括超纯水和溶解在其中的一浓度的氨气。此外，该方法包括使用与压力传感器流体连通的控制单元调节超纯水的流率，使得接触器的操作压力保持低于大气压。该方法还包括使用与接触器流体连通的压缩机将残余的转移气体从接触器去除。该方法还包括使用在接触器和出口之间流体连通的泵在出口处输送清洗液体。该清洗液体具有低于大气压的气体分压。
在另一方面，该技术的特征在于一种用于供应清洗液体的系统。该系统包括与膜接触器流体连通的清洗液体源。所述清洗液体源被配置为供应具有第一氧浓度的清洗液体。该系统还包括与膜接触器流体连通的氮气源。氮气源配置成将氮气供应至膜接触器。该系统还包括与膜接触器流体连通的喷嘴。喷嘴被配置为调节氮气的流率。此外，该系统包括膜接触器，该膜接触器被配置成从清洗液体产生汽提的清洗液体。所述汽提的清洗液体具有小于所述第一氧浓度的第二氧浓度。
本技术还可以包括以下特征中的任何一个。在一些实施例中，所述系统还包括在膜接触器和出口之间流体连通的泵。泵可以被配置为在出口处输送汽提的清洗液体。在一些实施例中，泵是真空泵。例如，在一些实施例中，泵是化学惰性隔膜泵或水环泵中的一种。
附图说明
通过参考结合附图进行的以下描述，可以更好地理解本文描述的系统和方法的优点以及进一步的优点。附图不一定是按比例的，相反，重点通常放在仅通过示例的方式示出所描述的实施例的原理上。
图1是根据本文所描述的技术的实施例的示例性系统的框图，该系统用于供应清洗液体，所述清洗液体包括具有溶解于其中的期望浓度的NH3的DI-水、具有低于大气压的气体分压。
图2是根据在本文描述的技术的实施例，示出由从分配喷嘴分配到晶片上的清洗液体引起的气泡产生的图。
图3是根据本文所描述技术的实施例的用于理解和减轻清洗液体中的气泡产生的示例性系统的框图。
图4是示出使用被测设备的三种不同设计的结果的曲线图，所述被测设备的三种不同设计使用根据本文所描述的技术的实施例的系统来表征。
图5示出了根据本文所描述的技术的实施例的形成为螺旋形状的示例性管。
图6是根据本文所描述技术的实施例的示出在使用和不使用氧去除单元的情况下，用于产生和输送导电清洁液体的装置出口处的氧浓度的比较的曲线图，该导电清洁液体包括DI-水，所述DI-水具有溶解在其中的期望浓度的NH3。
图7是根据本文所描述的技术的实施例的示出N2气体流量对出口中氧浓度的影响的曲线图。
图8是根据本文所描述技术的实施例的用于供应清洗液体的示例性系统的框图，该清洗液体包括具有溶解在其中的期望浓度的NH3且氧含量降低的DI-水。
图9是根据本文所描述技术的实施例的用于供应清洗液体的方法900的流程图，该清洗液体包括具有溶解在其中的期望浓度的NH3的DI-水。
具体实施方式
在一些方面，本文所描述的系统和方法可包括用于产生和输送清洗液体的一种或多种机理或方法，该清洗液体包括具有溶解在其中的期望浓度的NH3的DI-水、具有低于大气压的气体分压。本文所描述的系统和方法可包括用于从清洗液体减少和/或去除溶解氧的一种或多种机理或方法。本文所描述的系统和方法可包括用于通过控制载气流来精确控制气体分压的一种或多种机理或方法。本文所描述的系统和方法可包括用于氧还原系统的一种或多种机理或方法，所述氧还原系统降低清洗液体中的氧含量，同时减轻任何氨汽提。
图1是用于供应清洗液体的示例性系统100的框图，该清洗液体包括其中溶解有期望浓度的NH3的DI-水、具有低于大气压的气体分压。系统100包括至少一个超纯水源102、至少一个载气源104和至少一个氨气源106。任选地，在一些实施例中，载气源104和氨气源106包括气体混合物源。载气104和氨气106可以在超纯水102进入接触器110之前被添加到超纯水中，但是本领域技术人员将理解，载气104和/或氨气106可以在系统100内的任何地方被添加到超纯水中。在一些实施例中，接触器110是填充柱或填充塔型接触器。任选地，可使用任何种类、数量或类型的接触器110。
接触器110在低于大气压的压力下操作。接触器110内的操作压力由至少一个压力传感器120监测。压力传感器120与调节诸如超纯水102的流率的操作变量的控制单元(未图示)连接。这样，压力传感器120可配置在入口处，以便保持操作压力，但本领域技术人员将认识到，压力传感器120可配置在接触器110的其他位置处。系统100包括至少一个压缩机140，其可被配置成在排气142处从接触器110中去除残余的转移气体。在一个实施例中，系统100包括液位传感器125，其可配置成监测接触器110内的液位。
系统100包括至少一个泵150。在一个实施例中，泵150可以被配置为以所需的压力将清洗液体160输送到晶片或面板处理机器。在一些实施例中，泵150可包括离心泵。例如，泵150可以是选择性地可操作的并且被配置成如果泵150未充分地填充有载气、氨气、残余气体、超纯水和/或清洗液体中的至少一者则不操作。例如，在系统100的启动期间，泵150可不填充液体。因此，接触器110可以在启动过程期间暂时被加压，以便允许一些水从接触器110流出进入泵150。当接触器110具有所需的液位并且实现最小的液体流量时，启动阶段结束。
接触器110内部的压力可通过调节进入接触器的水流来控制。在一些实施例中，接触器110内的受控压力在约0.4巴至约0.95巴绝对压力的范围内，但本领域技术人员将理解，接触器110可在任何种类压力下操作。在一些实施例中，接触器110内部的受控压力为0.6巴绝对压力。在一些实施例中，载气104是氮气(“N2”)气体。任选地，可以使用任何种类的替代气体。
接触器110内部压力的下限由泵150的操作决定，所述泵将液体加压到供应压力。低压导致泵150内部的气穴现象。期望避免这种气穴现象，因为它会导致液体中的颗粒。在半导体工艺中不希望有颗粒，因为它们可能污染和损坏在制造期间形成在晶片上的结构。在一些实施例中，泵150是基于磁悬浮原理操作的无轴承泵。这种类型的泵具有非常低的压力，在该压力下确实开始出现气穴现象。这种泵对于这种应用可能是有利的。在一个示例中，泵150是Levitronix BPS2000泵系统。
在一些实施例中，泵150可将热量引入流出液体中。这可能对系统100在低液体流率下的操作具有较大的影响，其中泵150下游的温度可能显著较高。液体温度的变化可引起液体中的电导率的变化。
在一些实施例中，由于泵150的泵送作用引起的温度升高用作控制器的反馈，该控制器相应地调节NH3供给速率以便实现恒定的电导率。在一些实施例中，使用热交换器来控制流出液体的温度，其中冷却流是温度控制的。在一些实施例中，使用珀耳帖元件控制流出液体的温度。
在接触器110内部以非常低的压力操作可能具有缺点。例如，需要更高的泵能量，从而导致更高的成本和在低流率下的温度升高。
接触器110内部压力的上限由载气104施加的分压给出，当液体在单晶片处理工具中分配到晶片上时，该分压可以引起气泡产生。导致气泡产生的一个关键因素是液体中溶解气体的分压。当气体分压高于静态液体压力时，液体中的气泡成核会发生。气泡成核可以在作为气泡核的颗粒处发生。超纯水中的颗粒浓度低，因此这种机理可能受到抑制。
可能导致气泡产生的另一机理是液流的波动，例如，呈湍流。这可以产生短时间段的非常低的液体压力的局部条件，其足够低以引起自发的气泡成核。
此外，喷嘴的形状可能导致气泡的产生。平滑的喷嘴不会在载气分压小于或等于环境压力的清洗液体中产生气泡。然而，使用尖锐的喷嘴可能导致在溶解的载气的较低分压下产生气泡。
接触器110需要低于由液体中的载气施加的期望分压的压力，以便能够从液体中去除载气。此外，本文所描述的技术可以通过供应具有低气体分压的液体来避免在液体分配器处产生气泡。如下所述，图2是示出由从分配喷嘴分配到晶片上的清洗液体引起的气泡产生的图200。约0.95巴绝对压力的压力可在基本上最佳的条件下避免分配喷嘴处的气泡。在一个实施例中，接触器110内部的压力为0.6巴，即使在不利的条件下也允许稳定的操作。通过为分配器选择避免液体流动速度的急剧梯度的几何形状，可以进一步降低气泡的产生。下文结合图3描述用于理解和减轻清洗液体中的气泡产生的装置。
通过系统100的载气(例如，N2)的流动可具有某些限制。例如，高流率的载气104增加了汽提到排气142中的NH3的量，这是不希望的。此外，高流率的载气104需要压缩机140使用具有更大隔膜的泵，这增加了不希望的成本。此外，接触器110内部的气体由于其工作原理而或多或少地被水蒸气饱和。这种气体的压力增加使得水蒸气的压力增加到饱和压力之上，这导致水的冷凝。
某些类型的压缩机需要油来润滑，这导致流出气体中的油污染。这种油污染是不希望的。因此，在一些实施例中，无油隔膜泵用于压缩机140以压缩排气。隔膜泵是可用于腐蚀性气体并耐受潮湿气体的耐用设备。
排气流在压缩机140的出口处包含不希望的水滴。在一些实施例中，排气142用干燥气体来稀释。干燥气体可以在喷嘴130和压缩机140之间或压缩机140的下游添加。可以选择添加的干燥气体的量以实现压缩排气中的相对湿度低于100％。
在其他实施例中，通过热交换器或通过被加热管道系统将排气加热至使得在所达到的温度下相对湿度低于100％的量。
载气104用于将NH3 106转移到接触器110中。通常，时间延迟作为对应气体管道系统的长度的函数而出现。大的时间延迟是不希望的，因为在动态改变液体流率的情况下，它影响液体中溶解的NH3浓度的稳定性。当液体流率动态变化时，需要快速系统反应以避免在所得的清洗液体中NH3浓度过冲或下冲。压力增加驱使DI-水进入气体管线。这是不希望的，因为NH3气体与DI-水的反应性如此高以致当NH3的流率足够低时DI-水将有很高的风险流回到NH3气体供应管线和NH3阀中。因此，需要一些反应时间来检测这种情况并关闭对应的阀。
在一些实施例中，载气流率设定在1slm和20slm之间。在一些实施例中，在接触器110中，在0.6巴绝对压力下，载气的流率为2slm。
使用上述系统和技术，由分配的清洗液体160中的载气施加的分压可以低于环境压力。在一些实施例中，系统100可供应用于典型单晶片工具或清洗例如平板的表面的其他工具的清洗液体160的需求。清洗液体160的流率可在0.5升每分钟至100升每分钟之间的范围内。在某些实施例中，至少第二DI-水流混合到穿过接触器110的流，以便达到高达140升/分钟的较高的液体出口流量。
参考图2，图200示出了由从分配喷嘴220分配到晶片240上的清洗液体210引起的气泡产生230。如上文所提及的，单个晶片工具可以使用几个室。单个分配喷嘴220可以用于向每个室的晶片240供应液体。在一些实施例中，每个室中的分配流量可以独立于使用清洗液体210的室的实际数量。这通常可以通过分配喷嘴220或上游阀中的压降来实现，该压降大于液体分配管道系统中的流动液体的压降。
图3是用于理解和减轻清洗液体中的气泡产生的系统300的框图。使用臭氧化水输送系统305产生其中溶解有氧的液体，并在液体输出处作为DIO3供应所述液体。在一些实施例中，臭氧化水输送系统305是来自MKS Instruments,Inc的在不产生臭氧的情况下操作的LIQUOZON设备，尽管可以使用替代的臭氧化水输送系统。
液体流过多孔膜设备310，然后被供应给被测设备320。膜设备310内部的气体被封闭在阀330和332之间。气体压力随时间与流过膜设备310的液体的气体分压相等。压力计340用于直接测量液体的分压。
通过由压力计342、PID控制器350和流量调节阀360组成的控制回路，使被测设备320下游的压力保持恒定。液体中的气泡含量用两个设备370和372测量。在所示的实施例中，两个设备370和372包括光学测量设备，但是可以使用任何种类的设备。
图4是示出使用被测设备320的三种不同设计的结果的曲线图，所述被测设备使用系统300来表征：来自GemüGroup的平滑隔膜阀(membrane valve)，(2)来自FuturestarCorporation的具有尖锐边缘的阀，和(3)具有大约0.25英寸(6.35mm)的外径和大约0.15英寸(3.95mm)的内径的弯管。
为了表征，阀330和332被调节成在限定的压降下具有相同的流率。选择管道系统的长度以在该压降下具有几乎相同的流率。参考图4中的结果，过饱和定义为测量压力的差，即压力计342测量的压力减去压力计340测量的压力。正过饱和意味着气体分压高于液体压力。负过饱和意味着液体压力高于气体分压。
用设备370光学测量从被测设备320流出的液体的气泡含量。如图所示，GemüGroup的弯管和平滑隔膜阀产生最少的气泡量。在一些实施例中，使用隔膜值(membrane value)来设定压降。任选地，使用形成为螺旋形状的管来设定压降。图5示出了形成为螺旋形状的示例性管500。通过选择正确的匝数和正确的螺旋直径可以实现压降。
随着制造工艺已经发展以及特征几何形状的不断增加和复杂性以及尺寸的减小，对具有暴露的金属层的晶片的清洗已经成为一种要求更高且精确得多的工艺。硅晶片的清洗通常与使表面氧化结合，因为这使得表面对污染不太敏感。晶片另一侧上的金属的清洗必须避免表面的氧化，因为这会导致清洗液体中的金属的腐蚀和蚀刻，这是不希望的。
本文所描述的技术降低了清洗液体的氧含量。分析了清洗液体的氧污染源。在清洗过程期间引起的两个氧污染源是清洗液体本身和清洗液体在晶片上的流动的影响。
清洗液体中的主要氧气源是构成清洗液体的液体化学品中的氧气。液体化学品通常储存在塑料容器中以避免金属污染。塑料容器允许氧气在储存时渗透到液体中。这样，液体化学品可以随着时间的推移而变得被大气氧饱和。在本文所描述的系统中避免了清洗液体中的这种氧气源，因为在清洗液体的产生中不使用液体化学品。例如，本文所描述的系统使用清洁气体和超纯水。气体在不被大气氧渗透的金属容器和管道中被处理。
通常，超纯水(“UPW”)是在半导体制造设施中可获得的具有最低氧浓度的液体。UPW通常在使用前不久制备，并且在UPW被分配到半导体制造设施中的各种处理工具之前去除氧气。
考虑到这些因素和条件，氧污染的剩余源是氧气渗透到用于处理和分配清洗液体的管道和管子中。因此，已经表征了氧污染源的这些源。
根据已知的工艺发生到塑料管道和管子内的氧气渗透。在一个实施例中，可以使用由全氟烷氧基(“PFA”)制成的管子。由于在半导体制造工艺中使用的侵蚀性和高反应性液体，由于其高惰性，选择该材料。PFA与大多数化学品相容并且可在较高温度下使用。由这种材料形成的管子和配件是容易获得的。然而，PFA具有对气体的渗透系数相对高的缺点。任选地，管子可以由提供高惰性和可用性的任何种类的材料制造。
半导体制造设施中的UPW分配管道系统通常由聚偏二氟乙烯(“PVDF”)制成。PVDF具有比PFA低得多的氧气渗透系数。因此，UPW本身在整个分配管道系统中保持其低氧含量，除了用于连接到半导体制造工具的最后管线。这种连接件通常由PFA制成，因为PFA具有更大的柔性。它具有比PVDF形成的主分配管道系统高的管表面与液体流量比率。
在工具维护或停机的情况下，这些管线也可具有滞流。该分析的结果是小直径PFA管对氧污染的总贡献具有可测量的影响。因此，本文所描述的技术使用氮气吹扫的双重安全壳用于NH3溶解设备的PFA入口和出口管道系统。这种构造在避免氧气渗透到清洗液体中方面是有效的，并且仅需要适度的努力来实施和实现。
氧含量的进一步降低可通过将氧去除与NH3溶解系统100结合来实现。
图6是示出在使用和不使用氧去除单元的情况下，用于产生和输送导电清洗液体的装置(诸如美国专利申请号15/808,471中描述的装置)的出口处的氧浓度的比较的曲线图，该导电清洗液体包括其中溶解有期望浓度NH3的DI-水。
在一些实施例中，氧去除单元是市售可得的3MTMLiqui-CelTMEXF-4×28系列类型的膜接触器，但可以使用任何种类和数量的氧去除单元。它可以在环境气体压力下用28slm的N2气流操作。N2质量可以基本上为5.6级。
这种模块的氧去除能力足够高以对一些工艺有效。然而，如果也用较低的N2气流操作氧去除能力，则可提高氧去除能力。图7是示出N2气流对出口中氧浓度的影响的曲线图。不必在真空压力下操作膜接触器。这将增加真空泵的额外的不期望的成本。
选择膜接触器使得其具有低的液体流动压降并与NH3溶液化学相容。液体流的低压降是重要的，因为它避免了由于泵的泵送作用而导致的能量输入到液体中。需要高能量来泵送导致液体的温度变化，这是不希望的。
图8是用于供应清洗液体860的示例性系统800的框图，该清洗液体包括其中溶解有期望浓度的NH3且氧含量降低的DI-水。与系统100类似，系统800包括超纯水源802、载气源804、氨气源806、接触器810、压力传感器820、液位传感器825和排气842。系统800包括与NH3溶解系统结合的膜接触器870，所述系统是如上面关于图1描述的系统100。系统800还包括氮气源880和泵850。
为了避免来自膜接触器870的潮湿废气，膜接触器870可以在高于环境压力的压力下操作。来自氮气源880的N2流率可通过两个固定喷嘴890和892来调节。喷嘴890和892的内径选择成使得接触器810中的N2压力高于环境压力并低于接触器810中的液体压力。N2气体在喷嘴890处的膨胀将N2中的相对湿度降低到饱和点以下，并避免在膜接触器870的气体出口处产生液态水。
在一些情况下，可优选的是使清洗液体860中的气体分压低于环境压力。因此，膜接触器870可以在低于环境压力的N2压力下操作，并且真空泵850可以用于膜接触器870的气体出口。真空泵850可以是化学惰性隔膜泵或水环泵。
如上文所讨论的，NH3的溶解度与其他溶解气体的溶解度相比是高的。因此，膜接触器870中NH3的汽提效果惊人地低。可调节N2流率以给出低于1％的NH3损失，同时保持足够高的氧去除速率。
图9是根据本文所描述的技术的实施例的用于供应清洗液体的方法900的流程图，所述清洗液体包括其中溶解有期望浓度的氨气的超纯水、具有低于大气压的气体分压。超纯水和气体混合物可被供应(902)到接触器。在一些实施例中，接触器是填充柱或填充塔型接触器。
如上文关于图1所描述的，气体混合物包括氨气和载气。例如，使用系统100，超纯水源102可以将超纯水供应至接触器110，载气源104可以将载气供应至接触器110，并且氨气源106可以将氨气供应至接触器110。在一些实施例中，超纯水、氨气和载气在进入接触器之前混合。
可以使用与接触器流体连通的压力传感器来监测(904)接触器的操作压力。例如，使用系统100，可使用压力传感器120监测接触器110的操作压力。
在接触器内可产生(906)清洗液体。如上文关于图1所描述的，清洗液体包括超纯水以及溶解在其中的一浓度的氨气。例如，使用系统100，可在接触器110内产生清洗液体160。
可以使用与压力传感器流体连通的控制单元来调节(908)超纯水的流率。如上文关于图1所描述的，超纯水的流率可以调节，使得接触器的操作压力保持低于大气压。例如，使用系统100，可以使用与压力传感器120流体连通的控制单元来调节由超纯水源102供应的超纯水的流率。在一些实施例中，控制单元被配置成调节接触器110的入口处的超纯水的流率。在一些实施例中，接触器110的操作压力通过调节载气的流率来控制。在其他实施例中，接触器110的操作压力通过调节残余转移气体的流率来控制。
在一些实施例中，接触器110的操作压力是约0.4至约0.95巴绝对压力的范围的压力。例如，在一些实施例中，接触器的操作压力是约0.6巴绝对压力的压力。
可以使用与接触器流体连通的压缩机将残余的转移气体从接触器中去除(910)。例如，使用系统100，可以使用压缩机140将残余的转移气体从接触器110中去除。
然后，可以使用在接触器和出口之间流体连通的泵在出口处输送(912)清洗液体。如上文所讨论的，清洗液体具有低于大气压的气体分压。例如，使用系统100，可以使用泵150在出口处输送清洗液体160。
在一些实施例中，清洗液体160被输送到晶片。例如，在一些实施例中，与出口流体连通的分配喷嘴220被配置成将清洗液体210输送到晶片240。
在一些实施例中，使用系统800，与出口流体连通的膜接触器870被配置成从清洗液体860中汽提氧气。例如，在一些实施例中，用于供应汽提的清洗液体860的系统800可以包括与膜接触器870流体连通的清洗液体源。清洗液体源可被配置为供应具有第一氧浓度的清洗液体。在一些实施例中，系统800可以包括与膜接触器870流体连通的氮气源880。例如，在一些实施例中，氮气源880可以被配置成向膜接触器870供应氮气。在一些实施例中，系统800可以包括与膜接触器870流体连通的喷嘴890。例如，喷嘴890可被配置成调节氮气的流率。在一些实施例中，系统800可包括两个喷嘴890和892，它们都可被配置成调节氮气的流率。在一些实施例中，膜接触器870可以被配置成从供应的清洗液体产生汽提的清洗液体860。如上文关于图8所讨论的，经汽提的清洗液体860具有小于第一氧浓度的第二氧浓度。
如上文详细描述的，诸如美国专利申请号15/808,471中描述的装置的装置可以供应非常稀的氨溶液以用于制造清洗工艺。该溶液可通过将氨气直接溶解在水中来制备。氨气用氮气稀释，以避免装置内部的氨喷泉效应。当水和氨气接触时，水吸收氨，并且产生真空，产生氨喷泉效应。额外的溶解氮气和氧气痕量是不可忽略的，并且会影响制造工艺。例如，溶解的氮气可在晶片表面处产生微泡，这可在晶片上的结构处产生缺陷，并且液体中的氧气痕量可腐蚀金属。上文详细描述的系统和方法通过精确控制清洗液体的气体分压和在施加到晶片上之前从清洗液体中汽提氧含量来解决这些问题。
本领域的普通技术人员将想到本文所描述内容的变型、修改和其他实施方式，而不脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不应仅限于前面的说明性描述。

Claims (20)

1.一种用于供应包括超纯水和氨气的清洗液体的系统，所述系统包括：
超纯水源，其与接触器流体连通，其中所述超纯水源被配置为将超纯水供应至所述接触器；
与所述接触器流体连通的气体混合物源，其中所述气体混合物源被配置成将所述氨气和载气供应至所述接触器；
与所述接触器流体连通的控制单元，其中所述控制单元被配置成调节所述超纯水的流率，使得所述接触器的操作压力保持低于压力阈值；
与所述接触器流体连通的压缩机，其中所述压缩机被配置成将残余转移气体从所述接触器去除；
所述接触器被配置为产生清洗液体，其中所述清洗液体包括所述超纯水和溶解在其中的一浓度的氨气；以及
泵，所述泵在所述接触器与出口之间流体连通，其中所述泵被配置成在所述出口处输送包括低于所述压力阈值的气体分压的所述清洗液体。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制单元被配置成调节所述接触器的入口处的所述超纯水的所述流率。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述接触器的液位通过调节所述载气的流率来控制。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述接触器的液位通过调节所述残余转移气体的流率来控制。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述接触器的所述操作压力包括在0.4巴绝对压力至0.95巴绝对压力范围内的压力。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述接触器的所述操作压力包括0.6巴绝对压力的压力。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述压力阈值为大气压。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述清洗液体被输送到晶片。
9.根据权利要求1所述的系统，还包括与所述出口流体连通的喷嘴，其中所述喷嘴被配置为将所述清洗液体输送到晶片。
10.根据权利要求1所述的系统，还包括与所述出口流体连通的膜接触器，其中所述膜接触器被配置成从所述清洗液体中汽提氧气。
11.根据权利要求1所述的系统，还包括与所述接触器流体连通的压力传感器，其中所述压力传感器被配置成监测所述接触器的操作压力。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述气体混合物源包括氨气源和载气源，其中所述氨气源被配置成将所述氨气供应至所述接触器，并且所述载气源被配置成将所述载气供应至所述接触器。
13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述超纯水、所述氨气和所述载气在进入所述接触器之前混合。
14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述接触器是填充柱或填充塔型接触器。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的系统，所述系统还包括：
膜接触器，所述膜接触器被配置成接收包括第一氧浓度的所述清洗液体；
与所述膜接触器流体连通的氮气源，其中所述氮气源经配置以将氮气供应到所述膜接触器；
与所述膜接触器流体连通的喷嘴，其中所述喷嘴被配置成调节所述氮气的流率；以及
所述膜接触器被配置为从所述清洗液体生成汽提的清洗液体，其中所汽提的清洗液体包括第二氧浓度，所述第二氧浓度小于所述第一氧浓度。
16.根据权利要求15所述的系统，还包括在所述膜接触器和出口之间流体连通的泵，其中所述泵被配置为在所述出口处输送所述所汽提的清洗液体。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述泵是真空泵。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述真空泵是化学惰性隔膜泵或水环泵中的一种。
19.一种用于供应清洗液体的方法，所述清洗液体包括具有溶解在其中的期望浓度的氨气的超纯水、具有低于大气压的气体分压，所述方法包括：
将超纯水和气体混合物供应至接触器，其中所述气体混合物包括所述氨气和载气；
使用与所述接触器流体连通的压力传感器监测所述接触器的操作压力；
在所述接触器内产生清洗液体，其中所述清洗液体包括所述超纯水和溶解于其中的一浓度的所述氨气；
使用与所述压力传感器流体连通的控制单元调节所述超纯水的流率，使得所述接触器的所述操作压力保持低于大气压；
使用与所述接触器流体连通的压缩机将残余转移气体从所述接触器去除；以及
使用在所述接触器与出口之间流体连通的泵在所述出口处输送所述清洗液体，其中所述清洗液体包括低于所述大气压的气体分压。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述接触器是填充柱或填充塔型接触器。
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