JP2011062694A - 半導体プロセスツール用の圧力下流体を混合する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オゾン化水を１つより多くのプロセスツールに供給するための装置および方法を提供する。
【解決手段】オゾン化水発生器１０００は、脱イオン水２０供給のための脱イオン水を受容し、酸素ガス３０をオゾン水発生器に供給しオゾン化脱イオン水ＤＩＯ３を製造する。そして１つ以上の半導体プロセスツール４０に、オゾン化脱イオン水ＤＩＯ３を供給する。使用済みまたは過剰の脱イオン水またはオゾン化脱イオン水ＤＩＯ３は、排液ライン５０を介して廃棄される。
【選択図】図１

Description

（関連出願の引用）
本願は、米国特許出願番号１０／１３３，２３７（２００２年４月２６日出願）に対して優先権を主張する。

（技術分野）
本発明は、一般に、半導体デバイスの製造に関し、そしてより具体的には、半導体加工ツールに供給されるオゾン化脱イオン水の制御に関する。

（発明の背景）
半導体製造におけるオゾン化脱イオン水の使用は、比較的単純な、安全な加工工程（例えば、ウエハ表面クリーニング、パシベーション、ネイティブ酸素除去、およびフォトレジストの除去）を提供し得る。

オゾン化脱イオン水発生器は、一般に、ガスから脱イオン水へのオゾンの拡散を可能にする接触器の使用を介して、オゾン化水を生成した。膜接触器は、オゾン透過性膜を使用して、液体とガスとの間の物理的分離を提供し、同時に、充填カラム接触器が、より高いオゾン濃度を可能にするための圧力下で、液体およびガスとの密接な混合を提供する。

半導体製造設備は、しばしば、オゾン化水を必要とする複数のツールを有する。異なるツールは、異なるオゾン濃度および流量を必要とし得る。複数のオゾン化水発生器の購入、操作およびメンテナンスは、製造コストおよびラインの停止を増加させ得る。

さほど高価でなく、より信頼性があり、より融通が利き、より迅速に応答するオゾン化水供給源を有することが、有利である。

（発明の要旨）
本発明は、改善されたオゾン化水供給システムにおいて使用するための、オゾン化水制御ユニットに関する。この制御ユニットは、プロセスツールへの引き続く送達のために、オゾン化水発生器から受容されたオゾン化水の流量および／または濃度を改変し得る。１つ以上の制御ユニットが、単一の発生器と共に使用されて、別々のオゾン化水の必要性に合わせて、１つより多いツールに供給し得る。

種々の実施形態において、オゾン化水供給システムは、このシステムが１つのみのオゾン化水発生器を備える場合でさえも、異なるオゾン濃度のオゾン化水を異なるプロセスツールに同時に供給し得る。１つ程度に少ないオゾン化水発生器と共に、１つ以上の制御ユニットの使用は、２つ以上のプロセスツールに供給されるオゾン化水の独立した制御を可能にする。

各制御ユニットは、その排出流量および／またはオゾン化水の濃度を制御する。従って、供給されるオゾン化水のパラメータは、各プロセスツールについて調整され得る。１つの実施形態において、このシステムは、例えば、クリーニングプロセスのために、低いオゾン濃度のオゾン化脱イオン水を供給し得、そして同時に、例えば、ストリッピングプロセスのために、より高いオゾン濃度のオゾン化脱イオン水を供給し得る。

従って、第１の局面において、本発明は、オゾン化水を、１つより多いプロセスツールに供給する方法を特徴とする。オゾン化水発生器から受容された第１の濃度のオゾン化水、および供給源から受容された水が混合されて、第２の濃度のオゾン化水を生成する。第２の濃度のオゾン化水は、第１のプロセスツールに供給され、そしてオゾン化水発生器からのオゾン化水は、第２のプロセスツールに供給される。

第２の局面において、本発明は、１つより多いプロセスツールにオゾン化水を供給する、別の方法を特徴とする。この方法は、オゾン化水制御ユニットを提供する工程を包含する。このオゾン化水制御ユニットは、第１の濃度のオゾン化水をオゾン化水発生器から受容するためのオゾン化水投入ライン、および水を供給源から受容するための水投入ラインを備える。このユニットはまた、オゾン化水投入ラインおよび水投入ラインと流体連絡する、オゾン化水排出ラインを備える。弁は、オゾン化水投入ラインにおけるオゾン化水の流量と協働して、水投入ラインにおける水の流量を制御して、排出ラインにおいて第２の濃度のオゾン化水を生成する。

この方法は、排出ラインからの第２の濃度のオゾン化水を、第１のプロセスツールへと供給する工程、およびオゾン化水発生器からのオゾン化水を、第２のプロセスツールへと供給する工程をさらに包含する。

第３の局面において、本発明は、オゾン化水制御ユニットを特徴とする。この制御ユニットは、オゾン化水をオゾン化水発生器から受容するための、オゾン化水投入ライン、供給源から水を受容するための水投入ライン、ならびにオゾン化水投入ラインおよび水投入ラインと流体連絡するオゾン化水排出ラインを備える。このユニットはまた、オゾン化水投入ラインにおけるオゾン化水の流量と協働して、水投入ラインにおける水の流量を制御して、排出ラインにおいて第２の濃度のオゾン化水を生成するための、弁を備える。

本発明は、好ましい例示的な実施形態に従って、そのさらなる利点とともに、添付の図面と組み合わせて考慮されて、以下の詳細な説明において、さらに具体的に記載される。

図面において、類似の参照記号は、一般に、異なる図にわたって同じ部分をいう。また、図面は、必ずしも同一縮尺ではなく、本発明の原理を説明する際に、強調が一般になされる。

図１は、オゾン化水発生器と半導体製造において利用される他の構成要素との間の関係の実施形態のブロック図である。 図２は、オゾン化水発生器の実施形態のブロック図である。 図３は、オゾン発生器モジュールの実施形態のブロック図である。 図４は、膜接触器を備える接触器モジュールの実施形態のブロック図である。 図５は、充填カラム接触器を備える接触器モジュールの実施形態のブロック図である。 図６は、１つより多くの接触器を備える接触器モジュールの実施形態のブロック図である。 図７は、接触器モジュールの一部分の実施形態のブロック図である。 図８は、接触器モジュールの一部分の実施形態のブロック図である。 図９は、充填カラム接触器の実施形態の断面である。 図１０は、オゾン分解モジュールの実施形態のブロック図である。 図１１は、接触器からのオゾン化脱イオン水排出時間に対するオゾン濃度のグラフである。 図１２は、接触器の実施形態のブロック図である。 図１３ａは、先行技術の湿式浴である。 図１３ｂは、図１２の接触器を備える湿式浴システムの実施形態である。 図１４は、オゾン化水制御ユニットの実施形態のブロック図である。 図１５は、複数のオゾン化水制御ユニット、オゾン化水発生器、純水供給源および３つのプロセスツールの実施形態のブロック図である。 図１６は、オゾン化水発生器、ならびにオゾン化水を２つのプロセスツールへと送達する制御ユニットの実施形態のブロック図である。 図１７は、オゾン化水制御ユニットの実施形態の詳細なブロック図である。

非常に単純化された形態で、図１は、半導体製造において利用される他の構成要素との物理的関係で、オゾン化水発生器１０００の実施形態を示す。オゾン化水発生器１０００は、脱イオン水（「ＤＩ水」）供給２０のためのＤＩ水を受容し、酸素ガス供給３０から酸素（「Ｏ２」）を受容し、そして１つ以上の半導体プロセスツール４０に、オゾン化脱イオン水（「ＤＩＯ３」）を供給する。使用済みまたは過剰のＤＩ水またはＤＩＯ３は、排液ライン５０を介して廃棄される。１つの局面において、本発明は、改善された制御、より低いコスト、および改善された信頼性を有する、オゾン化水発生器を提供する。

より詳細な実施形態において、図２のブロック図は、オゾン化水発生器１０００の代表的なモジュールおよびキャビネット１０２０に収容される関連する構成要素を示す。明瞭さのために、オゾン化水発生器１０００の電気制御構成要素および空気圧制御構成要素は、図示されない。

オゾン（「Ｏ３」）発生器モジュール８００は、Ｏ２ライン８１３によって送達される酸素から、Ｏ３を発生させる。二酸化炭素（「ＣＯ２」）ラインは、モジュール８００によって使用されるＣＯ２を供給する。冷却水は、冷却水投入ライン８１２によってＯ３発生器モジュール８００に供給され、そして冷却水排出ライン８１１を介して除去される。Ｏ３発生器は、Ｏ３を、代表的にはＣＯ２およびＯ２と混合して発生させる。いくらかのＯ２は、残る。なぜなら、Ｏ３への転換は１００％未満の効率であるのに対し、ＣＯ２は、必要に応じて、ユーザの必要に依存して添加されるからである。この乾燥ガス混合物は、乾燥ガスライン８１５を介して、接触器モジュール１００に送達される。

接触器モジュール１００は、ＤＩ水ライン１１２を介して供給されるＤＩ水および乾燥ガスライン８１５を介して受容されるＯ３から、ＤＩＯ３を生成させる。ＤＩＯ３は、一般に、ＤＩ水ならびにＤＩ水に溶解したＯ３、Ｏ２、およびＣＯ２を含有する。ＤＩＯ３は、ＤＩＯ３ライン１１５を介して、半導体ツール４０の方へと向けられる。

図４、５、および６を参照して以下に議論されるように、接触器モジュール１００の種々の実施形態において、接触器モジュール１００は、種々の型の１つ以上の制限器１１０、１２０を備える。Ｏ３／ＣＯ２ガス混合物の使用は、ＤＩＯ３発生プロセスにおいては任意であり、部分的に、オゾン化ＤＩ水におけるＯ３の濃度を安定化させるように働く。

圧力解放排液ライン１１３は、過剰の水圧（以下に詳細に記載される）に応答して接触器モジュール１００によって放出される水を運ぶ。圧力解放排液ライン１１３からの水は、ドリップパン１０４０内に溜められる。トリップパン１０４０はまた、接触モジュールからの水漏出物を捕捉するように配置される。液体は、キャビネット排液１０４５を介して、ドリップパン１０４０から除去され得る。

水放出ライン１１４は、過剰のＤＩ水またはＤＩＯ３を、オゾン化水発生器１０００の外側の廃液へと運ぶ。半導体ツール４０からの使用済みのＤＩＯ３水は、ＤＯＩ３リターンライン４１、フローメーター１１および流量制御弁１２を通って、オゾン化水発生器１０００に戻され得る。このことは、オゾン化水発生器１０００が、半導体ツール４０によるＤＩＯ３の使用の、完全なモニタリングおよび制御を提供することを可能にする。

接触器モジュール１００は、ＤＩＯ３の生成の排出生成物としてＯ２、Ｈ２Ｏ、Ｏ３、およびＣＯ２を含有する、湿潤ガスを代表的に生成する。この湿潤ガスは、湿潤ガスライン９１１に沿って、オゾン分解モジュール９００へと向けられる。分解モジュール９００は、ガス排気ライン９１２に沿った湿潤ガスの排気の前に、湿潤ガスからオゾンを実質的に除去する。このプロセスは、環境および半導体加工作業者を、潜在的に有害な存在のオゾンから保護する。さらなる安全性の予防措置として、キャビネット１０２０は、ガス漏出検出器１０３０（すなわち、キャビネット「におい探知器」）を備え、キャビネット１０２０内でのオゾンガスの漏出をモニタリングする。

以下の説明における簡単さのために、ガスラインおよび液体ラインに関連する制御要素およびモニタリング要素は、図３〜１０において、共通の数字識別子を与えられる。これらの制御要素およびモニタリング要素としては、以下が挙げられる：体積流量計１１；体積流量制御弁１２；オン／オフ弁１３；圧力調節器１４；フィルタ１５（粒子または濃縮物のため）；逆止め弁１６；圧力解放弁１７；サンプル弁１８；流量制限器１９；オゾン濃度モニタ２０；濃縮モニタ２１；および温度ゲージ２２。これらの要素は、例示的であり、そして包括的ではない。制御要素およびモニタリング要素は、主として例示の目的で、図中に示される。このような要素の数、型および配置は、異なる実施形態の必要性に対して変化され得る。

ガスラインおよび液体ラインは、適切に選択された材料から構築されることが、さらに理解されるべきである。乾燥ガスラインおよびＤＩ水ラインは、ステンレス鋼から構成され得る。オゾンを含有する液体または湿潤ガスを運ぶラインは、代表的に、フルオロポリマーから構成される。

図３は、オゾン発生器モジュール８００の実施形態のブロック図を、さらに詳細に示す。オゾン発生器８１０は、Ｏ２ライン８１３からオン／オフ弁１３および圧力調節器１４を通して酸素を受容し、そしてＯ２をＯ３に転換する。ＣＯ２もまた、ＣＯ２ガスライン８１４、圧力調節器１４、体積流量制御弁１２および流量制限器１９を介して、オゾン発生器８１０に送達され得る。さらに、ＣＯ２は、ガスが体積流量制御弁１２および逆止め弁１６を介してオゾン発生器８１０を出た後に、このガスに添加され得る。逆止め弁１６は、ガスのＣＯ２送達ライン内への逆流をブロックする。

１つの実施形態において、オゾン発生器８１０は、誘電障壁放電を利用して、乾燥オゾンを生成する。オゾン濃度は、この放電を通る体積流量、ならびに放電の電力、圧力および温度に依存する。

オゾン発生器８１０に入る前のＣＯ２のＯ２への添加は、Ｏ３発生プロセスのためのドーパントを提供する。これは、オゾン発生器８１０の性能の、電源電極の酸化に起因する長期間の劣化に対して保護する。代替のドーパント（例えば、Ｎ２またはＣＯ）が使用され得る。さらなるＣＯ２が、オゾン発生器８１０から出る乾燥ガスに添加され得る。ＣＯ２は、Ｏ３濃度を安定化させるというさらなる利点を有する。

ＣＯ２の使用は、他の利点を有する。Ｎ２の使用は、放電の間の酸化窒素の形成の危険を生じる。このことは、電気研磨されたステンレス鋼管の存在下においてさえも、クロム汚染をもたらし得る。

多量のＣＯ２が、ＤＩＯ３中のオゾンの安定化のために必要とされる。オゾンの崩壊を支配する半減期は、ＤＩ水の質の関数である。好ましくは、この質は、約１５分の半減期を与えるべきである。Ｎ２もまた、ＣＯ２の存在とともに、オゾンの安定性に影響を与え得る。高純度のＣＯ２およびＯ２が好ましいが、代替として、Ｎ２不純物をドーパントとして利用して、純度の低いＯ２（固有のＮ２汚染物を有する）が使用され得る。代表的に、約５０〜１００ｐｐｍのＮ２または約１００〜５００ｐｐｍのＣＯ２が、安定化のために必要とされる。しかし、ＣＯ２は、代表的に、短期間の安定性の増強のために必要とされる。従って、ＣＯ２は、代表的に、オゾン発生器８１０に入る前と後との両方に、ガスに添加される。

得られる乾燥ガスは、サンプル弁１８を介してサンプリングされ、Ｏ３、Ｏ２およびＣＯ２の濃度を決定し得る。次いで、乾燥ガスは、フィルタ１５、体積流量制御弁１２、逆止め弁１６、フィルタ１５、およびオン／オフ弁１３を介して、乾燥ガスライン８１５に通る。

オゾン発生器モジュール８００はまた、冷却水投入ライン８１２および冷却水排出ライン８１１を介して、冷却水を提供される。この冷却水は、オン／オフ弁１３、フィルタ１５、体積流量制御弁１２および体積流量計１１を介して、オゾン発生器８１０に送達される。オゾン発生器を出た後に、この冷却水は、オン／オフ弁１３を通過する。

図４〜８は、接触器モジュール１００の種々の実施形態を示す。接触器モジュール１００は、代表的に、１つ以上の種々の型の接触器を備える。例えば、異なる型の向流接触器が、有利に使用され得る。向流接触器において、ガスおよび水は、この接触器を通って逆方向に移動する。

向流型の接触器は、さらなる改変物を有する。膜接触器は、疎水性膜を利用して、接触器内でガスと液体とを分離する。代表的に、乾燥ガスは、膜接触器の頂部に入り、そして底部から出、一方で、ＤＩ水は底部から入り、そしてＤＩＯ３が頂部から出る。充填接触器は、対照的に、ガスと液体との間の直接接触を利用し、充填材料を使用して、接触器を通る移行を減速させる。代表的に、ＤＩ水が頂部で入り、一方で乾燥ガスが底部で入る。充填材料は、ガスと液体との間の接触の持続時間を増加させる。充填材料は、例えば、フルオロポリマー、石英、またはサファイアを含み得る。

ガスおよび液体は、膜接触器において膜によって分離されるので、ガスと液体との間に圧力差が存在し得る。さらに、入口のＤＩ水の体積流量は、出口のＤＩＯ３体積流量に結び付けられる。逆に、液体圧力およびガス圧力は、充填カラム接触器においては等しく、そして入口および出口の体積流量は、切り離されている。従って、短い時間については、入口および出口の体積流量は異なり得る。これらの差に部分的に起因して、膜接触器は、比較的低い最大体積流量であるが良好な制御性を有し、一方で、充填カラム接触器は、代表的に、より大きい最大体積流量であるがより乏しい制御性を有する。

液体とガスとの相互作用の間、ガス中のオゾンが液体に溶解する。一般に、液体中のオゾン濃度は、平衡状態において、ガス中のオゾンの分圧に比例する。充填接触器の場合には、例えば、接触器は、代表的に、圧力下で作動されて、より高いオゾン濃度のＤＩＯ３排出の可能性を提供する。液体とガスとの接触時間もまた、接触器を出る液体中のオゾン濃度に影響を与える。１ヤードの高さの充填接触器については、液体が接触器を通過する代表的な持続時間は、約５〜１０秒間である。

図４に示されるように、接触器モジュールは、膜接触器１１０を備える。接触器１１０の下部は、ＤＩ水ライン１１２から、体積流量制御弁１２を介して、ＤＩ水を受容する。入口の水圧が過剰である場合には、圧力解放弁１７がＤＩ水の一部を圧力解放排液ライン１１３に放出し得る。接触器１１０内での処理の後に、ＤＩＯ３は、体積流量計１１を通って接触器１１０の上部を離れ、そしてオン／オフ弁１３を通ってＤＩＯ３ライン１１５へと向けられる。

接触器１１０を出る過剰または不必要なＤＩＯ３は、オゾンモニタ２０、オン／オフ弁１３、体積流量計１１、および体積流量制御弁１２を介して、水放出ライン１１４へと向けられ得る。

接触器１１０の上部は、オゾン含有乾燥ガスを、オン／オフ弁１３を介して乾燥ガスライン８１５から受容する。湿潤ガスは、接触器１１０の下部から出、そして体積流量計１１を介して湿潤ガスライン９１１へと向けられる。引き続いて、オゾン分解モジュール９００は、この湿潤ガスからオゾンを除去する。

図１０は、オゾン分解モジュール９００の実施形態を、より詳細に示す。オゾン分解器９１０は、湿潤ガスを、体積流量制御弁１２、オン／オフ弁１３、フィルタ１５および濃縮物モニタ２１を介して湿潤ガスラインから受容する。湿潤ガスは、サンプル弁１８を介してサンプリングされ得る。

オゾン分解器９１０は、触媒の使用によって、湿潤ガス中のオゾン濃度を低下させる。オゾン分解器９１０からの排気ガスは、温度ゲージ２２および体積流量モニタ１１を介して、排気ガスライン９１２へと向けられる。一般に、オゾン分解の効率は、温度ゲージ２２を介してモニタリングされる温度が最小レベルより高く維持される限り、十分であるとみなされる。

図５は、接触器モジュール１００１の別の詳細な実施形態を示す。この実施形態において、接触器モジュール１００は、充填カラム型の接触器１２０を備える。接触器１２０の上部は、ＤＩ水ライン１１２から、体積流量制御弁１２を介してＤＩ水を受容する。制限器１２０内での処理後、ＤＩＯ３は、接触器１２０の下部を離れ、体積流量計１１を通り、そしてオン／オフ弁１３を介してＤＩＯ３ライン１１５へと向けられる。

接触器１２０を出る過剰または不必要なＤＩＯ３は、オゾンモニタ２０、オン／オフ弁１３、体積流量計１１、および体積流量制御弁１２を介して、水放出ライン１１４へと向けられ得る。接触器１２０内の水圧が過剰である場合、圧力解放弁１７は、接触器１２０の下部に存在する水の一部を、圧力解放排液ライン１１３に放出し得る。

接触器１１０の下部は、オン／オフ弁１３を介して、乾燥ガスライン８１５からオゾン含有乾燥ガスを受容する。湿潤ガスは、接触器１２０の上部から出、そして体積流量計１１を介して湿潤ガスライン９１１へと向けられる。引き続いて、オゾン分解モジュール９００は、湿潤ガスからオゾンを除去する。

図５に示される実施形態は、接触器１２０と流体連絡する液体レベルセンサ１５０を通しての、接触器１２０における液体レベルのモニタリングをさらに提供する。液体レベルは、容量ゲージ１５２を介して測定される。さらに、液体レベルが、光バリア１５３を介して感知される場合に最低の許容レベルより低く低下すると、オン／オフ弁１３が閉じて、液体のさらなる除去を防止する。このレベルが、別の光バリア１５１によって感知される場合に最高の許容レベルより高く上昇すると、別のオン／オフ弁（図示せず）が閉じて、接触器１２０へのＤＩ水のさらなる流入を防止する。いずれの場合においても、問題の状態の注意として、警報が与えられる。

図６は、並行して作動する２つの接触器１２０を使用する接触器モジュール１００の実施形態を示す。明瞭さのために、図５の構成要素に匹敵する図６の実施形態の構成要素は、図示されない。２つ以上の接触器１２０を並行して使用することには、いくつかの利点があり、この利点としては、ＤＩＯ３のより大きい可能な流量、および接触器１２０の１つが故障する場合のＤＩＯ３の連続的な生成が挙げられる。２つの比較的小さい接触器１２０のさらなる製造および作動は、単一の比較的大きい接触器１２０よりコストが低くあり得る。別の実施形態において、２つ以上の接触器１２０は、直列で作動して、ＤＩＯ３におけるより高い可能なオゾン濃度を提供する。

図７は、図５の実施形態に部分的に関連した接触器モジュール１００のさらなる実施形態の一部分を示す。明確さのために、図５中の構成要素に相当する図７の実施形態の構成要素は示さない。この実施形態は、充填カラム接触器１２０について示されるが、種々の接触器型がこの実施形態において利用される原理に関連して用いられ得る。

ＤＩ水ライン１１２から受容されたＤＩ水の一部分は、ＤＩ水バイパスライン６１０によって分流される。あるいは、第二のＤＩ水ライン（示さず）は、ＤＩ水バイパスライン６１０に供給し得る。

体積流量計および体積流量制御弁を通過した後、ＤＩ水バイパスライン６１０中のＤＩ水は、接触器１２０を出るＤＩＯ３と混合される。この混合物から誘導されたＤＩＯ３は、ＤＩＯ３供給ライン１１５を介して半導体ツールへと向けられる。バイパスライン６１０中のＤＩ水の流量を調節することにより、ＤＩＯ３ライン中のオゾン濃度およびＤＩＯ３の流量が変化され得る。

多数の利点が、バイパスライン６１０の使用から生じる。代表的に、先行技術のオゾン化水発生器は、濃度における変化についての要求を実行する場合、ＤＩＯ３におけるオゾン濃度の過渡性を生成する。オゾン濃度を変化させるために接触器に入るＤＩ水または乾燥ガスの流量を変化させることは、接触器内の条件を新たな定常状態へと転移する期間をもたらす。この効果を、図１１に示すグラフによって図示する。

例えば、接触器を出るＤＩＯ３の流量を低下させることにより、ＤＩＯ３中のオゾン濃度を上昇させ得る。流量を低下させることを用いて、水が接触器１１０、１２０内に留まるタイムスパンを増大させ得る。このことは、水とガス内のオゾンとの間の相互作用のより大きな持続時間を可能にする。しかし、接触器を出るＤＩＯ３が、接触器内で完全な増大したタイムスパンを費やしていない時間遅延が存在する。それゆえ、排出するＤＩＯ３中のオゾンは、徐々に増加して、新たな所望のレベルになる。さらに、濃度におけるリンギング（ｒｉｎｇｉｎｇ）または変動は、図１１に定量的に図示されるように、徐々に上昇するオゾン濃度にスーパーインポーズされ得る。

これらの効果は、半導体加工において一般に望ましくない。ＤＩＯ３のユーザはしばしば、濃度レベルにおける即座の安定な調節を行うことを望む。バイパスライン６１０中のＤＩ水の流量を調節することにより、ＤＩＯ３ライン１１５へと送達されたＤＩＯ３中のオゾン濃度における比較的迅速かつ安定な変化が達成され得る。半導体ツール４０によって必要とされるＤＩＯ３を超えた過剰なＤＩＯ３は、水放出ライン１１４へと向けられ得る。

上記のアプローチを用いて、接触器１１０、１２０中の一定の流量の水が、接触器１１０、１２０を出るＤＩＯ３における安定なオゾン濃度を維持するために維持され得る。次いで、このＤＩＯ３の非常に安定な供給は、ＤＩＯ３ライン１１４へと送達されたＤＩＯ３中の濃度における所望の変化を達成するために、可変の流量のＤＩ水と混合され得る。関連の実施形態では、半導体ツールからのＤＩＯ３要求がゼロである場合でさえ、一定の低い流量の水が接触器１１０、１２０中で常に維持される。一定の流れを用いて、ＤＩＯ３は、ほぼ即座に利用可能である。さらに、接触器中での比較的低い流量を用いて、比較的少ない容積の流れのＤＩＯ３は、ＤＩＯ３が必要とされない場合、放出されることが必要とされる。これらのときには、バイパスライン６１０を通って流れるＤＩ水は、水をさらに保存するために低減または停止され得る。

上記の方法の一例として、接触器１２０は、８０ｐｐｍの排出ＤＩＯ３オゾン濃度で、５ｌ／分（１分間あたりのリットル）という一定の流量で作動され得る。バイパスライン６１０からの１５ｌ／分流量のＤＩ水を、この接触器１２０排出と混合することにより、２０ｐｐｍのＤＩＯ３を、ＤＩＯ３ライン１１４において２０ｌ／分の流量にて生じる。２０ｐｐｍ濃度における完全な２０ｌ／分のＤＩＯ３は、半導体ツール４０によって利用され得るか、または一部分が放出され得る。

さらなる利点は、上記の方法の使用を通して生じ得る。一例として、接触器１１０、１２０中またはバイパスライン６１０中の水流を維持することは、細菌増殖を減少させ得る。例えば、ＤＩ水流は、バイパスライン６１０および他のＤＩ水を運ぶライン中に連続流れを提供して、これらのラインを細菌増殖から保護するために、バイパスライン６１０中で維持され得る。別の例として、接触器１１０、１２０を通しての液体の流量の変化は、圧力スパイクを引き起こして、接触器１１０、１２０の故障をもたらし得る。従って、これらの流量変化を低減または除去する上記の方法の使用は、接触器１１０、１２０の信頼性を高め得る。

図８は、図５の実施形態に部分的に関連する接触器モジュール１００のさらなる実施形態の一部分を示す。明確さのために、図５における構成要素に相当する図８の実施形態の構成要素は示さない。この実施形態を、充填カラム接触器１２０について示すが、種々の接触器型が、この実施形態において利用される原理に関連して用いられ得る。

接触器１２０を出て体積流量計を通った後、ＤＩＯ３の一部は、再循環ライン１８０を介して分流されて、必要に応じてレザバ７１０を介して接触器１２０に入り得る。示さないが、ＤＩＯ３を接触器１２０に向けて推進するために、水ポンプを備え得る。このレザバは、分流されたＤＩＯ３の緩衝、すなわち、貯蔵を部分的に提供して、分流されたＤＩＯ３の再循環にかかる、より大きな制御を可能にする。

この分流されたＤＩＯ３は、ＤＩ水ライン１１２から受容されたＤＩ水について用いられる液体ラインコネクタを介して接触器１２０に再度入り得る。あるいは、この接触器１２０は、接触器１２０に再度入るための分流されたＤＩＯ３についての別個のコネクタを備え得る。

接触器を通して分流されたＤＩＯ３の再循環を用いて、上昇したオゾン濃度のＤＩＯ３が得られ得る。これは、先行技術のオゾン化水発生器を超える利点を提供する。例えば、相当する接触器を組み込んだ先行技術の発生器と比較してより高いオゾン濃度ＤＩＯ３が生成され得る。さらに、所望のオゾン濃度レベルのＤＩＯ３を生成するために、より小さな、より安価な接触器が用いられ得る。

図９の断面図を参照すると、改善された充填カラム接触器５００がここで記載される。接触器５００は、接触器モジュール１００（例えば、上記の接触器モジュール）の種々の実施形態において有利に用いられ得る。

接触器５００は、液体およびガスの相互作用容器を備え、この中では、接触器５００の作動の間、上昇した圧力が維持される。この容器は、第一の端部部品５１０および第二の端部部品５２０を備える。図９に示すように、この容器は中心部品５３０をさらに備える。第一の端部部品５１０は、中心部品５３０の第一の端部へと接続され、一方、第二の端部部品５２０は、中心部品５３０の第二の端部へと接続されて、実質的に液密かつ気密の、液体−ガス相互作用容器を提供する。この容器内には、充填拘束５６０および充填材料（示さず）が存在する。

部品５１０、５２０、５３０は好ましくは、フルオロポリマーを含むポリマーから形成される。このフルオロポリマーは、ペルテトラフルオロエチレン、ペルフルオロアルコキシ、ポリビニルジフルオリド、およびフルオロエチレンプロピレンを含む群より選択される。一般に、オゾン抵抗性を有する物質は、部品５１０、５２０、５３０を形成する際に使用するために考慮され得る。部品５１０、５２０、５３０は、種々の手段によって製造され得る。例えば、いくつかのフルオロポリマー（例えば、ペルフルオロアルコキシ）は、射出成形に適している。他のもの（例えば、ペルテトラフルオロエチレン）は、機械加工され得る。

部品５１０、５２０、５３０の充分な壁厚は、接触器の加圧作動の間に自立した機械的安定性を提供するために選択される。それゆえ、先行技術の充填カラム接触器とは異なり、接触器５００は、ステンレス鋼ハウジングを必要としない。

円筒状の容器と仮定して、充分な壁厚は、以下の方程式の使用により計算され得る：
ｔ＝ｒ（Ｐ／σ_ｍａｘ）；
σ_ｍａｘ＝（１／ｓ）σ_ｙ；
ここで、ｔは、必要とされる壁厚であり、ｒは、容器の内部半径であり、Ｐは内圧であり、σ_ｍａｘは、最大の許容され得る張力壁応力であり、σ_ｙは、容器部品を形成するために用いられた特定の材料についての降伏強度であり、そしてｓは、安全係数である。特定の容器材料について、より大きな安全係数（すなわち、特定の最大許容可能張力壁応力）を用いることにより、所定の作動圧力Ｐについて、より大きな厚さｔがもたらされる。

例えば、０．７５ＭＰａ（百万パスカル）（すなわち、約７．５気圧）の作動圧力、３インチの内部半径、２の安全係数、および１５ＭＰａの降伏強度のペルフルオロアルコキシを含む容器部品５１０、５２０、５３０について計算される必要な壁厚は、０．３インチである。より小さな安全係数（例えば、約１）の使用は、約０．１５インチの厚さの使用を可能にする。より保存的設計が所望される場合、例えば、４の安全係数は、０．６”の必要な厚さを与える。より厚い厚さ（例えば、１．２インチ以上）が用いられ得るが、このことは、接触器５００のコストおよび重量を増し得る。

あるいは、容器部品の厚さは、種々の厚さの容器を製造し、そしてこれらのサンプルを種々の試験圧力に供して、故障圧力を決定することにより、経験的に導かれ得る。いくつかの実施形態では、厚さは、容器の異なる部位で変化する。例えば、より厚い端部部品５１０、５２０は、接触器５００へのガスラインまたは液体ラインの取り付けのより高い安定性を提供するために用いられ得る。

部品５１０、５２０、５３０の間の接続における圧力密着性および安定性は、例えば、ガスケット５４０およびクランプ５５０（クランプは、図９の断面において容器の一方の側にのみ示される）の使用を介して補助され得る。

接触器５００は、先行技術の充填カラム接触器を超えるいくつかの利点を有する。先行技術の接触器のステンレス鋼ハウジングは、比較的、非常に重くかつ高価な接触器をもたらす。一般に、頂部鋼フランジおよび底部鋼フランジを必要とする。このような先行技術の接触器は代表的に、ポリテトラフルオロエチレンライナーを製造する困難性を組み込む。対照的に、接触器５００は、部品をほとんど必要とせず、この部品は全て、比較的安価な射出成形技術によって製造され得る。このことは、先行技術の充填カラム接触器よりも信頼性の高い充填カラム接触器５００を、先行技術の充填カラム接触器よりも約８０％低いコストで提供し得る。さらに、射出成形を介して、液体ラインコネクタまたはガスラインコネクタ５１１、５１２、５１３、５１４が、接触器部品およびコストをさらに減らし、そして信頼性を高めるために、第一の端部部品５１０または第二の端部部品５２０の一体部品として形成され得る。

図１２は、半導体湿式ベンチ加工用にオゾン化液体を提供する際の特定の用途の接触器６００の実施形態を示す。この接触器６００は、オゾン化水発生器１０００とは独立して用いられ得る。

この接触器６００は、管状部品を備え、この管状部品は、半導体加工と適合性である材料から作製されたハウジング６１０を含む。フッ化水素酸の存在との適合性を提供するには、フルオロポリマー（例えば、ペルフルオロアルコキシ（ＰＦＡ））が好ましい。ハウジング６１０の第一の端部は、第一の継手６２０と流体連絡して接続される。この第一の継手は、液体供給ライン（例えば、ＤＩ水供給ラインまたは硫酸供給ライン）への接続のために用いられる。ハウジング６１０の第二の端部は、第二の継手６３０と流体連絡して接続される。この第二の継手は、オゾン化液体供給ラインへの接続のために用いられる。第三の継手６４０は、ハウジング６１０の一方の側に、好ましくは第二の継手６３０よりも第一の継手６２０のより近くで、ガス連絡して接続される。この第三の継手６４０は、ガス供給ラインへの接続のために用いられ、このガスは、オゾンを含む。これらの継手６２０、６３０、６４０は、半導体加工適合性構成要素（例えば、Ｅｎｔｅｇｒｉｓ，Ｉｎｃ．（Ｃｈａｓｋａ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）から入手可能なＦｌａｒｅｔｅｋ（登録商標）ポート接続）を使用して作製される。

この管状部品は、１つ以上の内部混合要素６５０をさらに備え、これらのうちのいくつかは、この管状部品の切り取り断面において、図１２に見られる。要素６５０は、第三の継手６４０を介してハウジング６１０に入るガスおよび第一の継手６２０を介してハウジング６１０に入る液体の乱流および混合を引き起こす。この混合は、液体への比較的高い効率の質量移動のオゾン拡散を提供するのを助ける。

種々の乱流を誘導する形状は、要素６５０に適切である。ハウジング６１０の内部幅よりも大きなハウジング６１０の長さに沿う程度の、曲線の形状が好ましい。ハウジング６１０の内部幅は、代表的半導体加工適用について、約５ミリメートル〜３０ミリメートルであり、好ましくは１５ミリメートルである。

１つの実施形態では、要素６５０の各々は、実質的に平坦でかつ互いに対してねじれた、上流端部および下流端部を有する。ねじれの対称性は、例えば、ハウジング６１０に沿って要素６５０から要素６５０へと、左ねじから右ねじへと交互になり得る。別の実施形態では、この対称性は、要素６５０の群において交互になる。別の実施形態では、要素６５０の対称性は、ランダムに交互になる。

この接触器６００は、半導体加工湿式ベンチへとオゾン化液体を供給する際に特定の有用性を有する。図１３ａは、代表的な先行技術の湿式ベンチ１３７０を示す。液体（例えば、脱イオン水または硫酸）は、液体送達ライン１３２０に沿って湿式ベンチ１３７０へと送達される。オゾンは、オゾン送達ライン１３１０を介して湿式ベンチ１３７０へと別々に送達される。オゾン気泡１３４０は、湿式ベンチ１３７０において液体１３３０へと注入される。オゾン気泡１３４０が液体１３３０を通って上昇するにつれて、オゾンの一部分は、この液体中に拡散し、湿式ベンチ中に存在する半導体ウェハ（示さず）の処理用のオゾン化液体を提供する。

先行技術の方法とは対照的に、湿式ベンチシステムが図１３ｂに示される。この接触器６００は、ガス供給ライン６１５からオゾンを、そして液体供給ライン６１２から液体を受容し、そして湿式ベンチ６７０への送達のために、オゾン化液体６８０をオゾン化液体送達ライン６６０へと送達する。オゾン気泡６９０はオゾン化液体６８０中に存在するが、湿式ベンチ６７０への送達の前の液体およびオゾンガスの乱流混合は、いくつかの利点を有する。湿式ベンチ６７０中でのオゾン化液体６８０は、先行技術の方法においてよりも均質であって、所望の場合にはより高いオゾン濃度を有する。さらに、より効率的な用途は、オゾンガスの作製である。先行技術の型の既存の湿式ベンチシステムは、既存の鉛管類を大部分用いて、図１３ｂに示される型に容易に変換され得る。

図１３ｂの実施形態によって図示される原理によるオゾン化ＤＩ水の提供は、湿式ベンチ６７０への供給用のオゾン化水発生器の使用を超えるいくつかの利点を有する。１３ｂの実施形態は、はるかに安価であり、かつはるかに信頼性が高い。さらに、非常に信頼性の高いオゾン化ＤＩ水供給源に起因した低下した中断時間は、半導体製造プロセスラインの停止に代表的に関連した非常に高いコストを低下させる。低減した修復がさらに、製造作動の安全性に加えられる。

以下では、（半導体加工において代表的に用いられるような）非常に純粋な水は、ＤＩ水、水、純水および超純水（ＵＰＷ）と様々に言及される。

図１４〜図１６は、オゾン化水の流れおよび濃度を制御するための装置および方法の実施形態を図示する。図１４は、オゾン化水の流れおよび濃度の制御ユニット１４００の実施形態のブロック図である。このユニット１４００は、オゾン化水発生器からオゾン化水を、そしてＤＩ水供給源からＤＩ水を受容する。受容された液体の混合後、ユニット１４００は、改変されたオゾン濃度および／または流量のオゾン化水を１つ以上のプロセスツールへと送達する。

ユニット１４００は、ＤＩＯ３流れ制御弁１４１０および／またはＤＩ水流制御弁１４２０を備え得る。弁１４１０、１４２０は、発生器からのオゾン化水と、ＤＩ水供給源からの水との混合容積比を制御することにより、ユニット１４００を出るオゾン化水中のオゾン濃度を制御するために用いられ得る。弁１４１０、１４２０はまた、排出オゾン化水の流量を制御するために用いられ得る。ＤＩ水への言及は、本明細書中で、半導体加工において通常用いられるような高度に純水な水を包含すると理解される。

制御ユニット１４００は、オゾン化水発生器が定常状態で作動しながらの、１つ以上のプロセスツールについてのオゾン化水の濃度および／または流量の制御を可能にする。以下に記載のように、１つ以上のユニット１４００の使用は、各々が異なる濃度のオゾン化水を含む２以上のプロセスツールに単一の発生器が供給することを可能にする。

「プロセスツール」は、本明細書中で用いられる場合、オゾン化水を利用する、任意の装置片または装置片の部品をいう。例えば、単一の装置片における別個の浴は、別個のプロセスツールであり得る。

図１５は、複数の制御ユニット１４００、オゾン化水発生器１０００、純水供給源２０および３つのプロセスツール４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃの実施形態のブロック図である。制御ユニット１４００は、プロセスツール４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃへと送達されるオゾン化水のパラメータを別々に制御するために、オゾン化水発生器１０００と協働して作動する。他の実施形態は、より多いかまたはより少ないプロセスツール、および／またはさらなる発生器１０００を備える。

図１６は、オゾン化水を２つのプロセスツール４０Ｄ、４０Ｅへと送達する、発生器１０００および制御ユニット１４００の実施形態のブロック図である。この発生器１０００は、オゾン化水をプロセスツールのうちの１つ４０Ｄに直接送達し、従って、ツール４０Ｄへと送達されるオゾン化水の濃度を直接制御する。この制御ユニット１４００は、第二のツール４０Ｅへと送達されるオゾン化水の濃度を制御する。

他の実施形態は、プロセスツールの数を変化させ、そして１つ以上の制御ユニット１４００を介してオゾン化水を受容するプロセスツールの数を変化させる。いくつかの実施形態は、例えば、より多量のオゾン化水を提供するために、２以上の発生器１０００を備える。

図１７は、１つの詳細な実行を図示する、制御ユニット１４００Ａの別の実施形態の詳細なブロック図である。この制御ユニット１４００Ａは、以下を備える：空気圧制御弁Ｖ１、Ｖ２；空気圧遮断弁Ｖ４、Ｖ５；手動調節弁Ｖ３；流れ指示計Ｆ１；圧力センサＰＲ１、ＰＲ２；およびフローセンサＦＲ１、ＦＲ２。空気圧弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５は、例えば、圧縮乾燥空気を用いて作動される。

制御ユニット１４００Ａは、以下の通りに作動する。所望のツールプロセス流量およびオゾン濃度は、制御ユニット１４００Ａの制御パネル部品を介して設定されるか、またはコンピュータ制御を介して遠隔設定される。制御ユニット１４００Ａは、オゾン発生器から、流入オゾン化水の濃度の値を受容し得る。

流入オゾン化水は、空気圧遮断弁Ｖ５を通って通過し、そしてその圧力および流量が、圧力センサＰＲ１およびフローセンサＦＲ１によってそれぞれ測定されている。同様に、流入する純水は、空気圧遮断弁Ｖ２を通って通過し、そしてその圧力および流量が、圧力センサＰＲ２およびフローセンサＦＲ２によってそれぞれ測定されている。これらの２つの流体は、フローセンサＦＲ１、ＦＲ２を通過した後に混合され、次いで空気圧弁Ｖ１を通って通過して、制御ユニット１４００Ａを出る。

制御ユニット１４００Ａは、選択されたオゾン濃度を、流入するオゾン化水の濃度と比較し、そしてそれに応じて必要な希釈比を選択する。純水ライン中の空気圧弁Ｖ２が調節され、そしてフローセンサＦＲ１、ＦＲ２によって得られる、結果の流量が比較される。調節は、流量が選択された希釈比を提供するまで、閉ループプロセスを介して続けられる。

制御ユニット１４００Ａはまた、フローセンサＦＲ１、ＦＲ２によって測定される総流量を決定し得、そしてこの計を、排出オゾン化水について選択された流量に対して比較し得る。排出ポート付近の空気圧弁Ｖ１は、選択された排出流量が達成されるまで、閉ループを介して調節され得る。

手動弁Ｖ３は、例えば、調節によって、流れ指示計Ｆ１を介して測定したときに廃液への所望のレベルの流れを得るのを可能にする。廃液への流れは、空気圧遮断弁Ｖ４のうちの１つを通って通過する。圧力センサＰＲ１、ＰＲ２のモニタリングは、例えば、安全な圧力レベルを超過した場合の緊急停止を許容し得る。

１つの実施形態では、発生器１０００は、オゾンで飽和されたオゾン化水を送達し、そして制御ユニットは、オゾンの脱気を回避するために圧力下で混合を行う。１つの実施形態では、流入する飽和オゾン化水は、均一な寸法の直線投入ラインを通って通過する。

本発明の特徴は、多数の利点（例えば、プロセス流体の迅速な起動および終了を可能にする濃度および流量の迅速な設定（停止モード／実行モードにおいて最適化されたプロセスサイクルを可能にする）、ならびにプロセス流体の拡大した流れおよび濃度の性能範囲）を提供し得る
例示的な実施形態では、制御ユニット１４００は、約０〜３５リットル／分の範囲の流量を有するオゾン化水および約０〜４２リットル／分の範囲の流量を有するＤＩ水を受容する。好ましい廃液流れは、約０〜２リットル／分の範囲である。排出オゾン化水中のオゾン濃度は、投入オゾン化水濃度の０％〜１００％の範囲であり得る。排出オゾン化水中の０％オゾン濃度が、ＤＩ水のみを制御ユニットの排出へ送達することによって入手され得ることが本明細書中で理解される。

本発明は、特定の好ましい実施形態を参照して特に示され、そして記載されてきたが、形態および詳細における種々の変更が、添付の特許請求の範囲により規定される本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、そこで行われ得ることが当業者によって理解されるべきである。例えば、制御ユニットは、オゾン化水および／またはＤＩ水以外の２つの流体の流れおよび／または濃度のパラメータを制御するために用いられ得る。例えば、制御ユニットは、２より多くの流体の混合を制御し得る。例えば、制御ユニットは、２以上の排出部を備え得る；各排出部は、異なる濃度を有するオゾン化水を供給し得る。

Claims (17)

1. 半導体プロセスツール（４０Ａ−４０Ｅ）用の圧力下流体を混合する方法であって、流体中に溶解したガスの脱気を回避する前記方法であっって、
   第１の流量及び第１の濃度を有する溶解したガスを含む第１の流体を受け取って、該第１の流体を第１の半導体プロセスツール（４０Ａ）へ供給する前記第１の流体を受容する工程と、
   第２の流量及び第２の濃度を有する第２の流体を受容する工程と、
   前記第１及び第２の流体を混合して、第３の流量及び第３の濃度を有する溶解したガスを含む第３の流体を製造し、該第３の流体を第２の半導体プロセスツール（４０Ｂ）へ供給する前記混合する工程と、
   を具備する方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記第１の流体がオゾン化水であり、前記第２の流体は水である、方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、前記混合する工程において、前記受け取られた第１の流体又は前記受け取られた第２の流体の流量又は容積の少なくとも一つを調節する、方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、前記受け取られた第１の流体又は前記受け取られた第２の流体の流量又は容積の少なくとも一つを調節する工程を更に備え、これにより前記第１及び第２のプロセスツールへ供給される流体と関連したパラメータを独立に制御する、方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、前記第３の流体の流量又は容積の少なくとも一つを調節する工程を更に備える、方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、前記第１及び第２の流体を混合して、第４の流量及び第４の濃度を有する第４の流体を製造し、該第４の流体は第３のプロセスツールへ供給される、方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、前記第１又は第３の流体の流量又は濃度を設定する工程を更に含む、方法。
8. 請求項７に記載の方法であって、前記流量又は濃度は、制御ユニットの制御パネルを介して設定されるか、またはコンピュータ制御を介して遠隔設定される、方法。
9. 請求項８に記載の方法であって、前記第１の流体を発生する発生器から、第１の濃度の値を有する該第１の流体を受容する、方法。
10. 請求項２に記載の方法であって、前記混合は圧力下で生じ、これによりオゾンの脱気を回避する、方法
11. 請求項１に記載の方法であって、閉ループプロセスを介して少なくとも一つの弁を調節することにより、第３の流体の第３の濃度又は第３の流量を制御する、方法。
12. 請求項１に記載の方法であって、圧力センサを監視して、もし安全な圧力レベルを超過した場合の緊急停止を許容し得る前記監視工程を更に有する、方法
13. 請求項１に記載の方法であって、前記第１又は第２のプロセスツールに対して前記第２の流体のみを送達する、方法。
14. 半導体プロセスツール（４０Ａ−４０Ｅ）用の圧力下流体を混合する装置（１４００Ａ）であって、流体中に溶解したガスの脱気を回避する前記装置であっって、該装置（１４００Ａ）は、
    第１の濃度及び第１の流量を有する溶解したガスを含む第１の流体を受容する第１の流体入力ポートであって、該第１の流体は第１の半導体プロセスツール（４０Ａ）へ供給される第１の流体投入ポートと、
    第２の流量及び第２の濃度を有する第２の流体を受容する第２の流体投入ポートと、
    第１の流体又は第２の流体の流量又は濃度の少なくとも一つを制御する少なくとも一つの弁（１４１０−１４２０）であって、第３の流量及び第３の濃度を有する溶解したガスを含む第３の流体を製造して、第２の半導体プロセスツール（４０Ｂ）へ供給する前記少なくとも一つの弁（１４１０−１４２０）とを、
    具備する装置。
15. 請求項１４に記載の装置であって、前記第１の流体又は第２の流体の流量又は濃度の少なくとも一つを制御する第２の弁を備え、第３のプロセスツールへ供給される第４の流量及び第４の濃度を有する第４の流体を製造する、装置。
16. 請求項１４に記載の装置であって、前記複数の流体の少なくとも一つの流量又は濃度を設定するための制御ユニットの制御パネル部分を備える、装置。
17. 請求項１４に記載の装置であって、前記第１又は第３の流体の濃度又は流量を制御するための制御ユニットを備える、装置。

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