CN220851772U - 一种带旁路混合的小型臭氧水输送系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带旁路混合的小型臭氧水输送系统，包括臭氧发生器、小型中空纤维膜接触器以及分流单元，所述臭氧发生器的出口与小型中空纤维膜接触器的气体进口连接，所述分流单元的入口与去离子水水源连接，分流单元的一路出口与小型中空纤维膜接触器的进水口连接，另一路出口与小型中空纤维膜接触器出水口进行合并后连接晶圆清洗设备。本实用新型在保证臭氧水流量和浓度的同时，能大大降低设备成本。

Description

一种带旁路混合的小型臭氧水输送系统

技术领域

本实用新型涉及半导体芯片晶圆清洗技术领域，具体涉及一种带旁路混合的小型臭氧水输送系统。

背景技术

臭氧水，又称为臭氧化去离子水，或者简称DIO3，是一种用于晶圆清洗工艺中使用到的液体。DIO3主要是将臭氧溶于去离子水中，形成臭氧浓度为10～100ppm的溶液。臭氧水浓度半衰期较短(10～20分钟)，浓度调整有较长的响应延时(10分钟左右)，因此实际清洗晶圆所用的臭氧水都是当场制备当场输送当场使用，在这个过程中需要用到的系统被称之为臭氧水输送系统。

现有的臭氧水输送系统包含有一个或多个臭氧溶解模块(接触器)，去离子水和含有臭氧的混合气体在溶解模块内混合，形成所需浓度的臭氧水。在晶圆清洗应用中，常见的溶解模块有中空纤维膜接触器、接触塔等。相对接触塔而言，中空纤维膜接触器具有体积小(满足同样流量和浓度需求，使用中空纤维膜接触器的体积大约为接触塔的50％)，溶解效率高、臭氧水无气泡、自带去除气体内颗粒污染物功能等优点，因此使用中空纤维膜接触器产生的臭氧水品质更好、更稳定、更方便控制。但是，臭氧输送系统中使用的中空纤维膜接触器需要使用全氟材质，成本较高，对非大流量系统而言，其成本约占到整台设备成本的15％-20％。

因此，如何采用小型的中空纤维膜接触器，既能有效降低成本，又能保证臭氧水的浓度和流量符合清洗要求，成为本领域的一个难点。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种带旁路混合的小型臭氧水输送系统。

为了实现本实用新型之目的，本申请提供以下技术方案。

在第一方面中，本申请提供一种带旁路混合的小型臭氧水输送系统，所述系统包括臭氧发生器、小型中空纤维膜接触器以及分流单元，所述臭氧发生器的出口与小型中空纤维膜接触器的气体进口连接，所述分流单元的入口与去离子水水源连接，分流单元的一路出口与小型中空纤维膜接触器的进水口连接，另一路出口与小型中空纤维膜接触器出水口进行合并后连接晶圆清洗设备。

在第一方面的一种实施方式中，所述小型中空纤维膜接触器的直径＜70mm，总长度＜500mm。

在第一方面的一种实施方式中，所述分流单元的两路出口处设有流量控制阀。

在第一方面的一种实施方式中，所述分流单元与去离子水水源的连接管路上设有第一传感器单元、调压阀和水泵，如果厂务供应水压力足够大，则不需要使用水泵，使用调压阀调整压力到合适压力即可。

在第一方面的一种实施方式中，所述小型臭氧水输送系统出口前设有第二传感器单元。

在第一方面的一种实施方式中，所述第二传感器单元包括浓度传感器，所述输送系统包括控制单元，所述控制单元与所述浓度传感器连接并接收所述浓度传感器的信号，所述控制单元与所述臭氧发生器连接并用于控制臭氧发生器的功率。

在第一方面的一种实施方式中，所述输送系统包括尾气处理单元，所述接触器设有尾气排放口，所述尾气排放口与尾气处理单元连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本装置可以稳定输送流量为5LPM～100LPM、压力为1bar～5bar、浓度范围5～60ppm的臭氧化去离子水，且针对不同浓度和流量要求的DIO3，选用合适规格的小型化中空纤维膜接触器，减少设备体积和成本。

附图说明

图1为现有的臭氧水输送系统的示意图；

图2为本实用新型中臭氧水输送系统的示意图。

在附图中，100为晶圆清洗设备，200为臭氧水输送系统，210为臭氧发生器，220为小型中空纤维膜接触器，221为浓度传感器，222为电磁阀，230为分流单元，231为第一传感器单元，232为水泵，233为第三传感器单元，240为尾气处理单元，250为中大型中空纤维膜接触器。

具体实施方式

除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中列举的所有的从最低值到最高值之间的数值，是指当最低值和最高值之间相差两个单位以上时，最低值与最高值之间以一个单位为增量得到的所有数值。

以下将描述本实用新型的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以对本实用新型的实施方式进行修改和替换，所得实施方式也在本实用新型的保护范围之内。

现有的臭氧水输送系统如图1所示，一般采用中大型中空纤维膜接触器250，经过臭氧发生器210处理的混合气体(包含O₃、O₂、CO₂)以及全部的去离子水均进入该中大型中空纤维膜接触器250中进行混合，得到合适浓度的臭氧水。在现有技术中，中大型中空纤维膜接触器250的体积要与晶圆清洗设备100的最大需求量相匹配，比如晶圆清洗设备100最大臭氧水需求流量是100LPM，那么中大型中空纤维膜接触器250就至少需要让100LPM的去离子水通过，否则就没法满足后续的清洗需求。这就导致现有的中空纤维膜接触器的体积较大，而臭氧输送系统中使用的中空纤维膜接触器需要使用全氟材质，体积越大就意味着设备的成本越大。在现有技术中，中空纤维膜接触器成本约占到整套系统成本的20％以上。本申请之目的在于提供一种成本更低的小型臭氧水输送系统。

在一种具体实施方式中，本申请提供一种带旁路混合的小型臭氧水输送系统，所述系统包括臭氧发生器、小型中空纤维膜接触器以及分流单元，所述臭氧发生器的出口与小型中空纤维膜接触器的气体进口连接，所述分流单元的入口与去离子水水源连接，分流单元的一路出口与小型中空纤维膜接触器的进水口连接，另一路出口与小型中空纤维膜接触器出水口进行合并后连接晶圆清洗设备。在本申请中，通过分流单元将去离子水分成两部分，一部分进入小型中空纤维膜接触器内与混合气体形成高浓度臭氧水，另一部分则直接与高浓度臭氧水进行混合形成目标浓度的臭氧水。因此，在本申请中，中空纤维膜接触器只需要让一部分(即参与气体溶解的部分)去离子水进入内部即可，大大降低了中空纤维膜接触器的体积需求，从而降低设备成本。

在一种具体实施方式中，所述小型中空纤维膜接触器的直径＜70mm，总长度＜500mm。根据晶圆清洗设备的臭氧水浓度需求和流量需求，可选用不同尺寸的中空纤维接触器尺寸。

在一种具体实施方式中，所述分流单元的两路出口处设有流量控制阀。设置流量阀是为了使两路去离子水保持稳定，便于后续臭氧水浓度的稳定。

在一种具体实施方式中，所述分流单元与去离子水水源的连接管路上设有第一传感器单元和水泵。第一传感器单元包括但并不限于流量计、温度计、压力计等，便于监控去离子水的流量，使其与晶圆清洗设备的目标流量保持一致。

在一种具体实施方式中，所述小型臭氧水输送系统出口前设有第二传感器单元。

在一种具体实施方式中，所述第二传感器单元包括浓度传感器，所述输送系统包括控制单元，所述控制单元与所述浓度传感器连接并接收所述浓度传感器的信号，所述控制单元与所述臭氧发生器连接并用于控制臭氧发生器的功率。由于两路去离子水的流量保持恒定，因此，当浓度传感器检测到臭氧水的浓度过低，则控制单元控制臭氧发生器加大功率，使得混合气体中臭氧浓度提升，从而使得有更多臭氧溶于去离子水，进而提升臭氧水的浓度。同理，当浓度传感器检测到臭氧水的浓度过高，则控制单元控制臭氧发生器减小功率，使得混合气体中臭氧浓度降低，从而降低可溶于去离子水的臭氧量，进而降低臭氧水的浓度。

在一种具体实施方式中，所述输送系统包括尾气处理单元，所述接触器设有尾气排放口，所述尾气排放口与尾气处理单元连接。

实施例

下面将对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种带旁路混合的小型臭氧水输送系统，其结构如图2所示，主要包含臭氧发生器210、小型中空纤维膜接触器220、分流单元230、尾气处理单元240四部分。

动力供应的O2和CO2经控制混合后，进入臭氧发生器220，产生O3/O2/CO2混合气体进入小型中空纤维膜接触器220，在动力供应的O2/CO2管路以及O3/O2/CO2混合气体管路上可以进一步增加气体阀门、传感器及控制元件包括但并不限于：流量计、温度计、浓度计、压力计、质量流量控制器等(图上未显示)，对气体流量及开关进行控制。

动力供应的去离子水经过输送管路进入分流单元230，然后将去离子水分成管径较小的两路，一路去离子水经管路进入小型中空纤维膜接触器220。在小型中空纤维膜接触器220内部，该路去离子水与O3/O2/CO2混合气体充分混合后，产生高浓度的臭氧水。高浓度臭氧水在臭氧水输送管路中与经由分流单元230分出的另一路去离子水稀释后，得到所需浓度和流量的臭氧水，并向晶圆清洗设备100供应。

在动力去离子水供应入口到分流单元230间，可以增加水泵232、阀门(未显示)及第一传感器单元231，第一传感器单元231包括但并不限于：流量计、温度计、浓度计、压力计等，对进口去离子水加以控制，以满足晶圆清洗设备100对臭氧水的流量和压力需求，以及小型中空纤维膜接触器220内部的压力控制需求。分流单元230的两路出口设有流量控制阀(图上未显示)，该流量控制阀可以是手动，也可以是自动调节的阀门，根据臭氧水所需浓度和流量的不同，固定进入小型中空纤维膜接触器220的去离子水和旁通去离子水的比例，并调整其在稳定值。在去离子水旁通管路中，有阀门(未显示)及第三传感器单元233，第三传感器单元233包括但并不限于：调压阀、流量计、压力计等，对旁通去离子水的压力流量进行控制，实现对高浓度臭氧水的稀释。由于在分流单元230中，对两路去离子水的流量比例进行了设定，所以只需要实时调整高浓度臭氧水的浓度，即可稳定输出到晶圆清洗设备100的臭氧水的浓度。输出臭氧水的浓度通过接在臭氧水主管路或排放管路上的浓度传感器221监控，并反馈给系统中央处理器，通过调整臭氧发生器210的功率和其他参数进行控制。在排放管路上设置电磁阀222进行空排等操作。

经小型中空纤维膜接触器220排出的O3/O2/CO2尾气则通过尾气处理单元240进行处理，处理方式包括但不限于加热、催化等处理方式，满足排放标准后，通过厂务中央排放系统排除。

利用上述结构，我们通过实验验证可以稳定输送流量为5LPM～100LPM、压力为1bar～5bar、浓度范围5～60ppm的臭氧化去离子水臭氧水，针对不同浓度和流量要求的臭氧水，选用合适规格的小型中空纤维膜接触器，减少设备体积，可节约20％左右的设备成本。

上述对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本申请。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本申请不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本申请披露的内容，在不脱离本申请范围和精神的情况下做出的改进和修改都在本申请的范围之内。

Claims (7)

1.一种带旁路混合的小型臭氧水输送系统，其特征在于，所述系统包括臭氧发生器、小型中空纤维膜接触器以及分流单元，所述臭氧发生器的出口与小型中空纤维膜接触器的气体进口连接，所述分流单元的入口与去离子水水源连接，分流单元的一路出口与小型中空纤维膜接触器的进水口连接，另一路出口与小型中空纤维膜接触器出水口进行合并后连接晶圆清洗设备。

2.如权利要求1所述的带旁路混合的小型臭氧水输送系统，其特征在于，所述小型中空纤维膜接触器的直径＜70mm，总长度＜500mm。

3.如权利要求1所述的带旁路混合的小型臭氧水输送系统，其特征在于，所述分流单元的两路出口处设有流量控制阀。

4.如权利要求1所述的带旁路混合的小型臭氧水输送系统，其特征在于，所述分流单元与去离子水水源的连接管路上设有第一传感器单元、调压阀和水泵。

5.如权利要求1所述的带旁路混合的小型臭氧水输送系统，其特征在于，所述输送系统出口前设有第二传感器单元。

6.如权利要求5所述的带旁路混合的小型臭氧水输送系统，其特征在于，所述第二传感器单元包括浓度传感器，所述输送系统包括控制单元，所述控制单元与所述浓度传感器连接并接收所述浓度传感器的信号，所述控制单元与所述臭氧发生器连接并用于控制臭氧发生器的功率。

7.如权利要求1所述的带旁路混合的小型臭氧水输送系统，其特征在于，所述输送系统包括尾气处理单元，所述接触器设有尾气排放口，所述尾气排放口与尾气处理单元连接。