CN1626957A - 空气洁净系统及其洁净方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种空气洁净系统及其洁净方法，用于处理气流中的污染物。所述空气洁净系统包括：包括一壳体，具有多个喷嘴、一酸性水供应装置、以及一碱性水供应装置，其中壳体用于导引气流，酸性水供应装置供应酸性水给第一喷嘴以喷洒酸雾，而碱性水供应装置则供应碱性水给第二喷嘴以喷洒碱雾，并且酸雾与碱雾的作用是在于中和存在于气流中的酸性与碱性气体。本发明可以降低成本。
Description
技术领域
本发明是有关于一种用于制造用洁净室的空气洁净系统，特别是有关于一种利用酸雾与碱雾的空气洁净系统及其洁净方法。
背景技术
一般而言，集成电路的制造是包括以下步骤：使用氧化法或不同的化学气相沉积的过程以将薄介电层或导电层沉积于晶圆上；借由微影方法以将电路图案形成于光致抗蚀剂材料层上；放置一对应电路图案的光致抗蚀剂掩膜层于晶圆上；蚀刻出电路图案于晶圆的导电层上；以及去除晶圆上的光致抗蚀剂掩膜层。于每一步骤中，特别是光致抗蚀剂去除步骤，使得包含有机、金属以及其它电路污染源产生机率大增。
在半导体制造工业中，随着晶圆上集成电路元件尺寸的减少，半导体晶圆的尘粒污染物的减少越来越重要。随着元件尺寸的减小，一具有特定尺寸的污染物相对于过去较大元件而言，将占有晶圆上的电路元素较大比率的可使用空间， 因而尘粒存在于集成电路中将会影响最终电子产品元件中的功能完整性。为了达到极干净的晶圆表面，尘粒必须由环境中移除，因此，在半导体制造中，尘粒移除的方法是极为重要。
由于在集成电路制造的过程中，晶圆上尘粒数量的最小化是为重要，所以对于集成电路制造过程所处的环境中借由空气传播的尘粒必须采取严格的控管，否则尘粒将会从集成电路制造设备的外部来源进入制造环境中。现今，以微型环境为基础的集成电路制造设备装设皆以控制在甚小于1.0um的空气尘粒环境之下，除此之外，现代化的半导体是于复杂环境中，即洁净室内来制造。洁净室是独立于外部环境且严格控管污染物，这些污染物包含空气中的尘粒、金属物、有机分子及静电(ESDs)吸附，以及环境因素如温度、相对湿度、氧气浓度以及振动。因此，伴随着精密的过滤系统以及设备，一个合理且需严格实行尘粒控管的过程，需被施加于生产设备上，让干净空气的要求与最佳化集成电路制造能维持精密的平衡。
现代化用于集成电路的洁净室，包括：一大型制造空间具有一维修服务的走道沿着洁净室的四周延伸，且一主要制造用沟道则延伸遍布于洁净室的中央，而用于安置半导体设备工具的生产间隔则各自位于主要制造用沟道的一边。外部空气于进入洁净室之前需通过位于洁净室天花板的空气洁净系统，其中此空气洁净系统更包括尘粒过滤器，通常是高效能尘粒空气(HEPA)过滤器，借由天花板的开口，空气由空气进化系统中下沉进入一连续层流路径，流经洁净室及地板开口，最后进入一空气循环系统。空气循环系统是每六秒换气一次，即使在扰动中如人员的移动，仍可达到极干净的情况，另外，一废气系统是用于移除于制造过程中所产生的热与化学物质。
U.S Patent 6,059,866揭露出一种空气洗涤器可用以减少空气中的灰尘与有害物质以及减低使用水(纯水)的需求量，并且能提供高饱和效率的湿度控制，再者，U.S Patent 6,387,165揭露出一种空气分子污染物移除装置，用于移除空气中的化学污染物如微粒状污染物或来自于外部空气的空气分子污染物。
图1所示为一现有空气洁净系统10，其用于将外部空气38先通过洁净系统10之后，再导入至一半导体制造用洁净室(图中未显示)。空气洁净系统10是包括具有一通风口14的一狭长型壳体12，且一鼓风机18负责将外部空气38抽入通风口14内，再经过位于狭长型壳体12内的一前过滤器16，其中，前过滤器16可移除空气38中大于特定尺寸的尘粒；接着流经一逆流式冷却线圈20，用于将空气温度冷却至低于或等于露点的温度，于此温度下，如图2所示，空气中的湿气可结合成为水滴44，另外，于壳体12中，每一个多喷嘴导管22皆配备有多个雾状喷嘴24，而每一喷嘴24可产生包含细微雾状的额外水滴44所形成的水雾25；水滴44先将空气微粒42包围束缚后，再将微粒42带向一高密度排除器26，其是由高密度纸张或不织布所组成。一顺流式冷却线圈28则提供于高密度排除器26另一侧。如图2所示，有许多微粒42被水滴群所束缚，积聚在高密度排除器26；大多数受水滴束缚的微粒42最终将受重力影响而下降或是被收集于壳体12底部的收集盘46，而大多数微粒42已被清除的空气，接着流经一低密度排除器30，其是由低密度织品帘幕所组成，然后再经过一加热线圈32以加热至室温温度。在透过壳体12的输出端48输出之前，空气会通过一化学过滤器34，其是用于去除空气中的化学残余物，然后在通过一高效能尘粒空气过滤器36，其中高效能尘粒空气过滤器36是高效能的过滤器，可将通过空气中大约99.98％空气微粒由空气中移除。最后，洁净空气40将从壳体12的输出端48输出后，透过适当的空气散布系统(图中未显示)进入生产设备的洁净室(图中未显示)。
在图1中，现有空气洁净系统10采用大量的水来捕捉以及移除外部空气的空气分子污染物(AMCs)，于传统式空气洁净系统10中所用水的酸碱值与导电性必须被控制在特定值，如6.2及10us/cm。当喷洒用水的酸碱性及导电性改变时，此时分子移除效率会下降，因此，传统式空气洁净系统很难针对空气分子污染物提升移除效能，所以需要一额外的化学过滤器34来移除空气中的化学残留物；此外，能不需受到任何pH(酸碱值)限制之下且可提升酸性与碱性分子去除率的全新巨幅改善效能的空气洁净系统是迫切需要的。
发明内容
本发明的一目的是提供一种空气洁净系统，在无需任何精确酸碱值控制下，移除流经气体中酸性及碱性的空气分子污染物。
本发明的另一目的是提供一种空气洁净系统，其是适于洁净外部空气及将外部空气引入用于制造集成电路的洁净室内。
本发明的再一目的是提供一种空气洁净系统，具有较佳效能且能减少所需的水量。
本发明提供一种空气洁净系统，用于处理气流中的污染物，此空气洁净系统包括一壳体，具有多个喷嘴、一酸性水供应装置、以及一碱性水供应装置，其中壳体用于导引气流，酸性水供应装置则供应酸性水给第一喷嘴以喷洒酸雾；碱性水供应装置则供应碱性水给第二喷嘴以喷洒碱雾。酸雾与碱雾的作用在于中和存在于气流中的酸性与碱性气体。
本发明所述的空气清净系统更包括一多孔层设置于壳体中且位于第一喷嘴与第二喷嘴之间，其中多孔层包覆整个壳体的截面，且第一喷嘴与第二喷嘴是朝向多孔层喷洒以移除腐蚀性气体及微粒。
本发明所述的空气清净系统，壳体具有一排水盆用于收集于壳体中所产生的水，而且酸性水供应装置与碱性水供应装置分别独立连接于壳体的排水盆，并将水循环利用。酸性水供应装置是一阳离子交换树脂水塔，以减少循环水中的阳离子，于形成酸性水后透过一第一泵加压至第一喷嘴，而碱性水供应装置是一阴离子交换树脂水塔，以减少循环水中的阴离子，于形成碱性水后透过一第二泵加压至第二喷嘴。
再者，由酸性水供应装置所供应的酸性水，其酸碱值低于7.0至4.5之间；由碱性水供应装置供应的碱性水，其酸碱值高于7.0至9.5之间。
本发明同时提供另一种空气洁净系统，适用于半导体设备所排放的腐蚀性的气体。此空气洁净系统包含一壳体，具有多个过滤模组、一冷凝器、一酸性水供应装置以及一碱性水供应装置，其中每一个过滤模组包括一多孔层、多个第一喷嘴与第二喷嘴。而第一喷嘴连接至酸性水供应装置并且将酸雾喷向多孔层；第二喷嘴以相对于该等第一喷嘴的方式设置于该壳体中，并且连接至碱性水供应装置并将碱雾喷向多孔层，酸雾与碱雾的作用在于中和存在于气流中的酸性与碱性气体；冷凝器设置于相对于过滤模组顺流而下的壳体中，用于将气流凝结成水。
本发明所述的空气洁净系统，壳体具有一排水盆用于收集于壳体中所产生的水，而且酸性水供应装置与碱性水供应装置分别独立连接于壳体的排水盆，并将水循环利用。酸性水供应装置是阳离子交换树脂一水塔，以减少循环水中的阳离子，于形成酸性水后透过一第一泵加压至第一喷嘴，而碱性水供应装置是一阴离子交换树脂水塔，以减少循环水中的阴离子，于形成碱性水后透过一第二泵加压至第二喷嘴。
再者，由酸性水供应装置所供应的酸性水，其酸碱值低于7.0至4.5之间；由碱性水供应装置供应的碱性水，其酸碱值高于7.0至9.5之间。
本发明另提供一种空气洁净系统，用于洁净具有空气分子污染物的空气，所述空气洁净系统包括：多个第一喷嘴，用于喷洒雾状的酸性水滴以捕捉空气分子污染物及中和碱性空气分子污染物；多个第二喷嘴，用于喷洒雾状的碱性水滴以捕捉空气分子污染物及中和酸性空气分子污染物；以及一水滴捕捉器，用于捕捉带有空气分子污染物的水滴，其中该水滴捕捉器具有一第一侧及一第二侧，且该第一喷嘴面向该水滴捕捉器的该第一侧，而该第二喷嘴面向该水滴捕捉器的该第二侧。
本发明还提供一种洁净具有空气分子污染物的空气的方法，所述洁净具有空气分子污染物的空气的方法包括以下步骤：喷洒一酸性雾状水滴，用以捕捉空气分子污染物；利用该酸性雾状水滴，中和碱性空气分子污染物；喷洒一碱性雾状水滴，用以捕捉空气分子污染物；利用该碱性雾状水滴，中和酸性空气分子污染物；以及捕捉带有空气分子污染物的水滴。
本发明在不需进行绝对精确的酸碱值控制时，空气洁净系统的化学移除率提升，因而可以降低成本。
附图说明
图1是表示一现有空气洁净系统用于半导体工厂洁净室的纵剖面图；
图2是表示透过图1的系统将流经系统的空气微粒移除的示意图；
图3是表示不同的循环水酸碱值与氨和二氧化硫的移除率相对关系图；
图4是表示本发明空气洁净系统的纵剖面图；
图5是表示空气流经图4中应用酸雾与碱雾的系统，以移除空气中所存在的酸性与碱性空气分子污染物的示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述及其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一具体的较佳实施例，并配合所附图式做详细说明。
本发明特别是有助于在空气进入用于制造半导体集成电路的洁净室前，将空气中的酸性与碱性空气分子污染物移除。然而，本发明一般而言亦可针对各种工业与机械方面的应用，用以移除于气体或空气之中的酸性与碱性空气污染物。
如图3所示，当循环水的酸碱值低于7.0时，氨的移除率就会提升，但是二氧化硫的移除率会如同二氧化碳(CO2)、氮氧化合物(NxOy)、氢氯酸(Hcl)或其它酸性分子往下降；相反地，当循环水的酸碱值高于7.0时，二氧化硫的移除率上升，但是氨的移除率会如同其它碱性分子往下降。因此，本发明的空气洁净系统提供两种不同酸碱值的水，分别用以去除包含于空气中的酸性与碱性空气污染物来增加移除率。
如图4所示，于本实施例中，空气洁净系统50包括：一狭长型壳体52，具有一进风口54以及一出风口80，其中一前过滤器56是位于壳体52中并邻接于进风口54，且一鼓风机58是设置于前过滤器56之后，另外，一逆流式冷却线圈60与一顺流式冷却线圈72是位于壳体52中且设置于鼓风机58之后。
于本发明中，至少一过滤模组设置于壳体52中并且位于逆流式冷却线圈60与顺流式冷却线圈72之间。过滤模组是包括：一第一喷嘴导管66以及一第二喷嘴导管61，并以位于逆流式冷却线圈60下游方式设置于壳体52中，且分别具有多个第一洒水头67以及多个第二洒水头62；一水滴捕捉器71设置于第一喷嘴导管66与第二喷嘴导管61之间，且水滴捕捉器71是由纺织材料如网状布料或不织布所制成的一种低密度消除器。
此外，一酸性水供应装置68连接于第一喷嘴导管66，并透过一第一泵69加压输送酸性水至第一洒水头67以喷洒酸雾；一碱性水供应装置63连接于第二喷嘴导管61，并透过一第二泵64加压输送碱性水至第二洒水头62以喷洒碱雾。第一喷嘴导管66的第一洒水头67与第二喷嘴导管61的第二洒水头62皆设置朝向水滴捕捉器71。而酸雾70与碱雾65的作用在于中和存在于气流88中的碱性与酸性气体。另外，顺流式冷却线圈72是位于第二喷嘴导管61之后，且一化学过滤器76及一高效能尘粒空气过滤器78则设置于壳体52中且位于一加热线圈74之后。
如图3与图4所示，本发明空气洁净系统50的运作方式是为将外部空气88加压透过壳体52上的通风口54进入系统50内，并且将洁净后的空气90透过壳体52上的出风口80排放(洁净空气88的过程后述)，而洁净后空气90通常被引入至如半导体制造工厂洁净室(图上未显示)内。因此，在初始的状况下，鼓风机58将外部空气88透过通风口54压入壳体52中，之后空气88会先流经前过滤器56，接着通过逆流式冷却线圈60，其中，前过滤器56与现有功用相同，用以移除空气88中大于特定尺寸的尘粒；接着当空气流经逆流式冷却线圈60时，空气温度将会被冷却至低于或等于露点的温度(摄氏9度)，同时每一个第一喷嘴导管66的第一洒水头67会产生一分布式酸雾70，其中包含由酸性喷雾水滴85所形成的细雾，如图4所示，洒向水滴捕捉器71；同样地，每一个第二喷嘴导管61的第二洒水头62会产生一分布式碱雾65，其中是包含由碱性喷雾水滴所形成的细雾，洒向水滴捕捉器71。酸性喷雾水滴85能中和如氨的碱性空气分子污染物84；而碱性喷雾水滴87能中和如二氧化硫(SO2)、氢氯酸(HCl)、氢氟酸(HF)、二氧化氮(NO2)或其它酸性分子的酸性空气分子污染物86。再者，因为第一洒水头67与第二洒水头62是直接面向水滴捕捉器71，酸性喷雾水滴85和碱性喷雾水滴87即可捕捉与去除在流动空气88中的空气微粒83。当酸性喷雾水滴85和碱性喷雾水滴87堆积于水滴捕捉器71中且彼此互相结合逐渐增大尺寸时，含有酸性空气分子污染物86、碱性空气分子污染物84以及微粒83的水滴将坠落且被收集至壳体52底部的排水盆82上。酸性水供应装置68与碱性水供应装置63分别独立连接于壳体52的排水盆82，并将水循环利用。酸性水供应装置68是一阳离子交换树脂水塔，以减少循环水中的阳离子且将所形成的酸性水储存于一酸性水储存水槽691，然后透过一第一泵69加压至第一喷嘴67；而碱性水供应装置63同样是一阴离子交换树脂水塔，以减少循环水中的阴离子且将所形成的碱性水储存于一碱性水储存水槽641，于形成碱性水后透过一第二泵64加压至第二喷嘴62。
为改进酸性空气分子污染物86与碱性空气分子污染物84的移除率，酸性水供应装置68所供应的酸性水的酸碱值应控制在低于7.0至4.5之间，而碱性水供应装置63所供应的碱性水的酸碱值应控制在高于7.0至9.5之间，另外，酸性水供应装置68亦可为一树脂材料的水塔或添加气体如二氧化碳(CO2)于循环水中以降低酸碱值。
在经过至少一个过滤模组之后，空气88在进入壳体52的进风口54所存在的大部分或全部的酸性与碱性空气分子污染物与空气微粒，可被去除干净；而当空气流经冷却线圈72时，进一步将水凝结，接着再经过加热线圈以提升空气温度到达室温。在输出空气通过出风口80之前，空气88先通过化学过滤器76，进一步清除残留在空气88中的有机物或是化学残余物。最后，空气88再经过高效能尘粒空气过滤器78，以移除残留的微粒以及透过出风口80提供符合洁净室标准的洁净后空气90。
本发明的空气洁净系统应用阴离子交换水塔以产生碱性水以及应用阳离子交换水塔以产生酸性水，并用以中和外部空气的酸性空气分子污染物与碱性空气分子污染物。当不需进行绝对精确的酸碱值控制时，空气洁净系统的化学移除率自然就能提升，因而可以降低成本。
以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。
附图中符号的简单说明如下：
10：现有空气洁净系统
12：壳体
14：通风口
16：前过滤器
18：鼓风机
20：逆流式冷却线圈
22：多喷嘴导管
24：雾状喷嘴
25：水雾
26：高密度排除器
28：顺流式冷却线圈
30：低密度排除器
32：加热线圈
34：化学过滤器
36：高效能尘粒空气过滤器
38：外部空气
40：洁净空气
42：微粒
44：水滴
46：收集盘
48：输出端
50：空气洁净系统
52：壳体
54：进风口
56：前过滤器
58：鼓风机
60：逆流式冷却线圈
61：第二喷嘴导管
62：第二洒水头
63：碱性水供应装置
64：第二泵
65：碱雾
66：第一喷嘴导管
67：第一洒水头
68：酸性水供应装置
69：第一泵
641：碱性水储存水槽
691：酸性水储存水槽
70：酸雾
71：水滴捕捉器
72：顺流式冷却线圈
74：加热线圈
76：化学过滤器
78：高效能尘粒空气过滤器
80：出风口
83：微粒
86：酸性空气分子污染物
87：碱性喷雾水滴
88：空气
90：空气(洁净后)
Claims (9)
1、一种空气洁净系统，其特征在于所述空气洁净系统包括：
一壳体，用于容纳一空气流；
一酸性水供应装置，用于供应酸性水；
一碱性水供应装置，用于供应碱性水；
多个第一喷嘴，设置于该壳体中并连接于该酸性水供应装置，用于喷洒酸雾；以及
多个第二喷嘴，以相对于该第一喷嘴的方式设置于该壳体中并连接于该碱性水供应装置，用于喷洒碱雾。
2、根据权利要求1所述的空气洁净系统，其特征在于更包括：
一多孔层，设置于该壳体中且位于该第一喷嘴与该第二喷嘴之间。
3、根据权利要求2所述的空气洁净系统，其特征在于：
该第一喷嘴与该第二喷嘴朝向该多孔层喷洒。
4、根据权利要求2所述的空气洁净系统，其特征在于：
该多孔层包覆该壳体的横截面。
5、根据权利要求1所述的空气洁净系统，其特征在于：
该壳体包括一排水盆，用于收集该壳体内的水。
6、根据权利要求1所述的空气洁净系统，其特征在于更包括：
一第一泵，连接该酸性水供应装置及该第一喷嘴，并将该酸性水由该酸性水供应装置加压至该第一喷嘴；以及
一第二泵，连接该碱性水供应装置及该第二喷嘴，并将该碱性水由该碱性水供应装置加压至该第二喷嘴。
7、一种空气洁净系统，其特征在于所述空气洁净系统包括：
一壳体，用于容纳一空气流；
一酸性水供应装置，用于供应酸性水；
一碱性水供应装置，用于供应碱性水；
多个过滤模组，设置于该壳体中且每一过滤模组包括：
一多孔层；
多个第一喷嘴，连接于该酸性水供应装置，用于朝向该多孔层喷洒酸雾；
多个第二喷嘴，以相对于该第一喷嘴的方式设置于该壳体中并连接于该碱性水供应装置，用于朝向该多孔层喷洒碱雾；以及
一冷凝器，以位于该过滤模组下游侧之后的方式设置于该壳体中，用于将经过该过滤模组的空气凝结成液态。
8、一种空气洁净系统，用于洁净具有空气分子污染物的空气，其特征在于所述空气洁净系统包括：
多个第一喷嘴，用于喷洒雾状的酸性水滴以捕捉空气分子污染物及中和碱性空气分子污染物；
多个第二喷嘴，用于喷洒雾状的碱性水滴以捕捉空气分子污染物及中和酸性空气分子污染物；以及
一水滴捕捉器，用于捕捉带有空气分子污染物的水滴，其中该水滴捕捉器具有一第一侧及一第二侧，且该第一喷嘴面向该水滴捕捉器的该第一侧，而该第二喷嘴面向该水滴捕捉器的该第二侧。
9、一种洁净具有空气分子污染物的空气的方法，其特征在于所述洁净具有空气分子污染物的空气的方法包括以下步骤：
喷洒一酸性雾状水滴，用以捕捉空气分子污染物；
利用该酸性雾状水滴，中和碱性空气分子污染物；
喷洒一碱性雾状水滴，用以捕捉空气分子污染物；
利用该碱性雾状水滴，中和酸性空气分子污染物；以及
捕捉带有空气分子污染物的水滴。
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