KR102558885B1 - 암모니아 가스가 용해되어 있는 탈이온수를 포함하는 전도성 액체를 생성하기 위한 시스템들 및 방법 - Google Patents

암모니아 가스가 용해되어 있는 탈이온수를 포함하는 전도성 액체를 생성하기 위한 시스템들 및 방법 Download PDF

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Abstract

탈이온수에 암모니아 가스를 용해하기 위한 시스템들 및 방법들이 설명된다. 시스템은 탈이온수 소스 및 가스 혼합 디바이스를 포함하며, 가스 혼합 디바이스는, 암모니아 가스를 수신하기 위한 제1 입구, 이송 가스를 수신하기 위한 제2 입구, 및 암모니아 가스 및 이송 가스를 포함하는 가스 혼합물을 출력하기 위한 혼합 가스 출구를 포함한다. 시스템은, 탈이온수 및 가스 혼합물을 수신하고 암모니아 가스가 용해되어 있는 탈이온수를 생성하는 접촉기를 포함한다. 시스템은, 탈이온수의 유량을 측정하기 위해 접촉기의 적어도 하나의 입구와 유체 연통하는 센서, 및 센서와 통신하는 제어기를 포함한다. 제어기는 센서에 의해 측정된 탈이온수의 유량 및 미리 결정된 전도도 설정 포인트에 기초하여 암모니아 가스의 유량을 설정한다.

Description

암모니아 가스가 용해되어 있는 탈이온수를 포함하는 전도성 액체를 생성하기 위한 시스템들 및 방법{SYSTEMS AND METHOD FOR GENERATING A CONDUCTIVE LIQUID COMPRISING DEIONIZED WATER WITH AMMONIA GAS DISSOLVED THEREIN}
[0001] 본 출원은 2016년 11월 11일자로 출원된 미국 가출원 제62/420,953호를 우선권으로 주장하며, 이 가출원은 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
[0002] 본 출원은 일반적으로 반도체 디바이스들의 제조 동안 습식 세정 작업들에 사용되는 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 특히, 본 출원은 반도체 제조 공정들에 사용하기 위한 원하는 농도의 NH3을 갖는 탈이온수를 생성 및 전달하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
[0003] 탈이온수("DI-워터") 및 초순수(이들은 본원에서 상호교환가능하게 사용됨)는 일반적으로 린싱(rinsing) 또는 습식 세정 작업들을 위해 반도체 디바이스 제조 공정들에서 사용된다. 그러나, 반도체 제조 공정들에서 DI-워터와 같은 실질적으로 비전도성인 액체의 사용은 웨이퍼의 표면 상의 전하 축적에 기여할 수 있다. 이것은 회전하는 웨이퍼 도구들을 이용하는 제조 공정들에서 특히 문제가 되는데, 이는 세정 작업들에 사용되는 DI 워터와 웨이퍼 사이의 접촉에 의해 생성되는 전기 삼투 효과들이 전하 축적 및 궁극적인 정전기 방전 사건들을 유발할 수 있기 때문이다. 이러한 방전 사건들은 웨이퍼 상의 구조물들을 손상시키거나 심지어는 파괴할 수 있거나, 오염물들 또는 바람직하지 않은 입자들이 웨이퍼에 부착되게 할 수 있다.
[0004] 기존의 시스템들은 전도성 세정액의 사용을 통해 습식 세정 작업들 동안 웨이퍼 상의 전하 축적을 감소시키려고 시도하였다. 예를 들어, 이산화탄소(CO2)와 같은 가스는 DI-워터에 용해되어 탄산 탈이온수("DI-CO2 워터")를 생성할 수 있다.
[0005] 전도성 DI-CO2 워터를 이용한 린싱은 웨이퍼 표면 상에 전하 축적을 피할 수 있고, 디바이스 무결성을 유지하면서 실질적으로 손상 없는 세정을 가능하게 한다. CO2는 증발의 결과로서 고체 잔류물을 실질적으로 남기지 않는 추가적인 이점을 가지며, 이는 반도체 공정에서 중요하다. 그러나, DI-CO2 워터는 웨이퍼 제조의 백 엔드 오브 라인(back end of line)("BEOL") 스테이지에서 일반적으로 사용되는 구리 및 코발트와 같은 산 민감성 물질들을 바람직하지 않게 에칭하여 제거할 수 있을 만큼 충분히 산성이다.
[0006] 다른 접근법은 CO2 대신 암모니아("NH3")를 사용한다. NH3을 DI-워터에 용해함으로써, DI-CO2보다 실질적으로 낮은 에칭 속도들을 갖는 알칼리성 용액이 습식 세정 작업들에 사용하기 위해 제조될 수 있다.
[0007] NH3은 농축 용액 또는 가스로서 공급될 수 있다. DI-워터에서의 NH3의 높은 용해도 때문에, NH3의 가스 상태에서의 사용은 DI-워터 내로의 NH3의 완전 흡수를 초래한다. 그러나, NH3 가스는 DI-워터와의 반응성이 매우 커서, NH3의 유량이 충분히 낮을 때 DI-워터가 NH3 가스 공급 라인으로 그리고 NH3 밸브들로 역으로 유입될 위험이 높다. 이것은 심각한 제어 문제들을 유발할 수 있는데, 이는 밸브의 유동 특성들이, 가스로 채워진 밸브(gas-filled valve)와 물로 채워진 동일 밸브 사이에서 매우 상이하기 때문이다. 따라서, 이러한 조건들 하에서는, 특히 제조 공정의 정상적인 과정에서 때때로 가스 유동이 중단되어야 할 때, DI-워터 내로의 NH3 가스의 안정된 유동을 유지하기가 어렵다.
[0008] 일부 시스템들은, 실질적으로 일정한 유량으로 공급되는 가스를 다양한 유량들(예를 들어, 1 L/min 내지 10 L/min)을 갖는 DI-워터에 용해하기 위해 중공-섬유 멤브레인 시스템(hollow-fiber membrane system)을 대신 사용함으로써 NH3 가스의 유량을 정밀하게 제어하는 것과 관련된 문제들을 피하려고 시도했다. 이들 시스템들은 소정 조건들 하에서 안정된 전도도를 갖는 액체를 전달할 수 있지만, 액체의 90 % 이상의 포화도를 유지함으로써 그렇게 하며, 이는 과도한 NH3 및 다른 가스들이 멤브레인 시스템에 공급될 것을 요구한다. 이것은 경제적 단점일 뿐만 아니라, 시스템을 떠나는 용해되지 않은 배기 가스(off gas)의 처리에 추가적인 노력을 필요로 하며, NH3에 의한 주위 공기의 오염의 위험을 증가시킨다.
[0009] 예를 들어, NH3은 독성 가스이며, 따라서 주위 공기의 오염을 피하기 위해서는 특별한 주의가 요구된다. 일반적인 환경 및 건강 임계 한도들 훨씬 아래의 NH3 농도들조차도 소정의 반도체 제조 및 공정 단계들을 방해할 수 있기 때문에, 반도체 제조를 위한 요건들은 일반적으로 주변 공기로의 NH3 방출에 관해 더 제한적이다.
[0010] 또 다른 접근법은 NH3 가스를 사용하는 것을 완전히 피하고, 대신에 DI-워터에 농축된 NH3 용액을 희석(dilute)하는 것이다. 그러나, 이 접근법은 1000 배 이상일 수 있는 매우 높은 희석 속도를 필요로 한다. 또한, 그러한 소량의 액체를 다른 액체에 정확하게 혼합하는 것은 제한된 혼합 시간의 제공으로 인해 어렵다. 종종, 제한된 혼합 시간은 시스템으로의 출구에서의 액체 내의 NH3의 농도의 변동들을 유발한다. 이것은 NH3 용액과 DI-워터 사이의 일정한 유량을 유지함으로써 극복될 수 있다. 그러나, 일정한 유량을 유지하는 것은 특정 작업을 위해 더 적은 액체가 필요할 때 방출되는 많은 양의 액체로 인해 바람직하지 않다. 일정한 유량을 이용하는 것은 많은 양의 낭비되는 액체 방출을 유발하고, 따라서 운영 비용을 상당히 증가시킨다.
[0011] 또한, 농축된 수성 NH3 용액(aqueous NH3 solution)은 접촉 시에 주변 공기로부터 CO2를 흡수한다. CO2는 또한 수성 NH3 용액을 저장하는 데 사용되는 용기 또는 탱크의 벽들을 통해 침투할 수 있다. 이것은 특히 공급된 NH3 용액의 일부를 재활용하는 시스템들에서 시간이 지남에 따라 액체의 탄산염 함량을 증가시킬 수 있다. 탄산염 함량은 공정 제어를 방해할 수 있는데, 이는 NH3 용액의 pH와 전도도 사이의 관계가 탄산염 함량에 기초하여 변하기 때문이다. 따라서, 수성 NH3의 용해에 기초한 시스템들은 추가적인 공정 단계들 및 컴포넌트들, 예를 들어 공급된 액체로부터 탄산염 및 다른 불순물들을 제거하기 위한 이온 교환기들을 필요로 한다.
[0012] 일반적으로 단일 웨이퍼 응용들에서 요구되는 동적으로 변하는 DI-워터 유량들에서 DI-워터 내의 NH3 농도의 제어 또는 이와 관련하여 전도도의 제어는 어렵다. 일반적으로, 상이한 전도도 설정 포인트들이 또한 요구되고, 안정화에 긴 시간이 걸릴 수 있으며, 이는 처리량 저하 및 소유 비용의 증가를 유발할 수 있다. 또한, NH3 농도와 전도도 사이의 이차 컴포넌트로 인해, DI-워터 유동보다 NH3 유동에 대해 훨씬 더 넓은 범위가 요구된다.
[0013] 시간 경과에 따른 모든 차이들을 제거하기 위한 피드백 제어를 사용하여 일정한 유동을 위한 정밀한 정상 상태 농도가 이론적으로 달성될 수 있다. 그러나, 실제 시스템들은 이상적인 방식으로 거동하는 제로 볼륨을 갖도록 구축될 수 없으므로, 동적으로 변하는 세정액 유동들에 대해서는 정확한 농도 제어가 훨씬 더 복잡하다. 실제 시스템은 유동 변화들 동안 버퍼 볼륨으로 작용하는 소정 볼륨을 갖는다. 따라서, 농도 변화들이 종종 지연되며, 이는 변하는 유량들에서 주입량 부족(under dosage) 또는 농도 초과를 유발하고, 이는 전도도에 영향을 준다. 이러한 거동은 바람직하지 않으며, 모든 조건들에서 공정 안정성을 유지하기 위해 그리고 각각의 공정 챔버가 동일한 조건들 하에서 작동하게 하기 위해 전도성의 작은 변화들로 제한되어야 한다.
[0014] 따라서, 습식 세정 작업들과 같은 반도체 제조 공정들에 사용될 때 웨이퍼 표면 상의 전하 축적을 방지하기 위해 원하는 농도의 NH3이 용해되어 있는 DI-워터를 포함하는 전도성 세정액을 생성 및 전달하기 위한 시스템들 및 방법들이 필요하다. 본원에서 설명되는 기술은 습식 세정 및 다른 반도체 제조 작업들 동안 동적으로 변하는 유량 및 원하는 전도도 요구들에 대해서도 결과적인 액체의 NH3 농도에 대한 정밀한 제어를 가능하게 한다. 또한, 본원에서 설명되는 개념들은 진보된 트랜지스터 구조물들의 처리를 위한 최신의 반도체 제조 공정들과 양립할 수 있는 에칭 속도들을 갖는 알칼리성 용액을 유발하는 NH3 농도를 갖는 전도성 용액을 제공한다.
[0015] 본 기술은 일 양상에서 암모니아 가스를 탈이온수에 용해하기 위한 시스템을 특징으로 한다. 시스템은 탈이온수 소스를 포함한다. 시스템은 암모니아 가스를 공급하기 위한 제1 가스 소스와 유체 연통하는 제1 입구, 이송 가스를 공급하기 위한 제2 가스 소스와 유체 연통하는 제2 입구 및 암모니아 가스 및 이송 가스를 포함하는 가스 혼합물을 출력하기 위한 혼합 가스 출구를 포함하는 가스 혼합 디바이스를 더 포함한다. 시스템은 접촉기(contactor)의 적어도 하나의 입구를 통해 탈이온수 소스 및 혼합 가스 출구와 유체 연통하는 접촉기를 더 포함한다. 접촉기는 암모니아 가스가 용해되어 있는 탈이온수를 생성한다. 시스템은 탈이온수의 유량을 측정하기 위해 접촉기의 적어도 하나의 입구와 유체 연통하는 센서를 더 포함한다. 시스템은 센서와 통신하는 제어기를 더 포함한다. 제어기는 센서에 의해 측정된 탈이온수의 유량 및 미리 결정된 전도도 설정 포인트에 기초하여 제1 가스 소스로부터 공급된 암모니아 가스의 유량을 설정하도록 구성된다.
[0016] 본 기술은 다음의 특징들 중 임의의 것을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 혼합 가스 출구는 접촉기의 적어도 하나의 입구의 상류에서 탈이온수 소스와 유체 연통한다.
[0017] 일부 실시예들에서, 정적 혼합 디바이스가 접촉기의 적어도 하나의 입구의 상류에 위치된다. 정적 혼합 디바이스는 가스 혼합 디바이스로부터 출력된 가스 혼합물을 탈이온수 소스로부터 출력된 탈이온수와 혼합하기 위한 것이다.
[0018] 일부 실시예들에서, 접촉기는 팩킹된 컬럼 또는 충전된 타워 타입의 접촉기이다. 일부 실시예들에서, 접촉기의 적어도 하나의 출구는 접촉기로부터의 배기 가스를 배출하기 위한 가스 출구 및 암모니아 가스가 용해되어 있는 탈이온수를 출력하기 위한 액체 출구를 포함한다.
[0019] 일부 실시예들에서, 시스템은 접촉기의 상부 및 하부와 유체 연통하는 유체 레벨 센서를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 시스템은 접촉기와 유체 연통하는 압력 센서를 더 포함한다.
[0020] 일부 실시예들에서, 시스템은, 탈이온수의 온도를 측정하기 위해 접촉기의 적어도 하나의 입구 및 암모니아 가스가 용해되어 있는 탈이온수의 온도를 측정하기 위해 접촉기의 적어도 하나의 출구 중 하나와 유체 연통하는 온도 센서를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 제어기는 온도 센서와 통신하고, 제어기는 추가로, 온도 센서에 의해 측정된 온도에 기초하여, 제1 가스 소스로부터 공급되는 암모니아 가스의 유량을 설정하도록 구성된다.
[0021] 일부 실시예들에서, 제어기는 추가로, 센서에 의해 측정된 탈이온수의 유량에 기초하여 제2 가스 소스로부터 출력되는 이송 가스의 압력을 조정하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 가스 혼합 디바이스는 가스 혼합 디바이스의 제1 입구와 유체 연통하는 적어도 하나의 유동 제어 디바이스를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 가스 혼합 디바이스는 제2 입구와 연통하는 가스 주입기를 더 포함하고, 가스 주입기는 이송 가스의 유동을 가스 혼합 디바이스의 적어도 하나의 유동 제어 디바이스의 출구의 개구로 지향시키도록 가스 혼합 디바이스 내에 위치된다.
[0022] 일부 실시예들에서, 시스템은 접촉기의 적어도 하나의 액체 출구와 유체 연통하는 펌프를 더 포함한다.
[0023] 일부 실시예들에서, 혼합 가스 출구는 탈이온수 소스와 유체 연통한다. 일부 실시예들에서, 접촉기의 적어도 하나의 입구는 탈이온수 소스와 유체 연통하는 액체 입구 및 혼합 가스 출구와 유체 연통하는 가스 입구를 포함한다. 일부 실시예들에서, 가스 입구는 접촉기 내의 액체의 실질적으로 평균 레벨에 위치되는 접촉기 내에 출구 구멍을 포함한다.
[0024] 다른 양상에서, 본 기술은 암모니아 가스를 탈이온수에 용해하기 위한 방법을 특징으로 한다. 방법은 가스 혼합 디바이스의 제1 입구에 암모니아 가스를 공급하는 단계; 가스 혼합 디바이스의 제2 입구에 이송 가스를 공급하는 단계; 및 가스 혼합 디바이스로부터의 암모니아 가스 및 이송 가스를 포함하는 가스 혼합물, 및 탈이온수를 접촉기에 공급하는 단계를 포함한다. 방법은 탈이온수의 유량을 측정하는 단계 및 탈이온수의 유량 및 미리 결정된 전도도 설정 포인트에 기초하여 암모니아 가스의 유량을 설정하는 단계를 더 포함한다. 방법은 암모니아 가스가 용해되어 있는 탈이온수를 접촉기로부터 유동시키는 단계를 더 포함한다.
[0025] 본 기술은 다음 특징들 중 임의의 것을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방법은 가스 혼합 디바이스로부터 출력된 가스 혼합물과 탈이온수를 접촉기의 상류에서 혼합하는 단계를 더 포함한다.
[0026] 일부 실시예들에서, 접촉기는 팩킹된 컬럼 또는 팩킹된 타워 타입의 접촉기이다. 일부 실시예들에서, 방법은 접촉기의 가스 출구로부터 배기 가스를 배출하는 단계; 및 암모니아 가스가 용해되어 있는 탈이온수를 접촉기의 액체 출구로부터 유동시키는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 방법은 접촉기 내의 유체의 유체 레벨을 감지하는 단계를 더 포함한다.
[0027] 일부 실시예들에서, 방법은 접촉기 내의 유체의 유체 압력을 감지하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 방법은 탈이온수 및 암모니아 가스가 용해되어 있는 탈이온수 중 적어도 하나의 온도를 감지하는 단계를 더 포함한다.
[0028] 일부 실시예들에서, 방법은 온도에 추가로 기초하여 공급할 암모니아 가스의 유량을 설정하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 방법은 탈이온수의 유량에 기초하여 이송 가스의 압력을 조정하는 단계를 더 포함한다.
[0029] 일부 실시예들에서, 방법은 적어도 하나의 유동 제어 디바이스를 이용하여, 가스 혼합 디바이스에 공급되는 암모니아 가스의 유량을 제어하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 방법은 이송 가스를 공급하는 단계가 가스 혼합 디바이스 내의 이송 가스의 유동을 가스 혼합 디바이스의 적어도 하나의 유동 제어 디바이스의 출구의 개구로 지향시키는 단계를 더 포함하는 것을 더 포함한다.
[0030] 방법의 일부 실시예들에서, 유동시키는 단계는 암모니아 가스가 용해되어 있는 탈이온수를 접촉기의 액체 출구를 통해 접촉기로부터 펌핑하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 방법은 가스 혼합물을 접촉기에 공급하는 단계가 가스 혼합물을 접촉기의 가스 입구에 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 더 포함하며, 가스 입구는 접촉기의 액체의 실질적으로 평균 레벨에 위치되는 접촉기 내의 출구 구멍을 포함한다.
[0031] 본원에서 설명되는 시스템들 및 방법들의 이점들은 추가의 이점들과 함께, 첨부 도면들과 관련하여 이루어지는 다음의 설명을 참조함으로써 더 잘 이해될 수 있다. 도면들은 반드시 실척대로 그려진 것은 아니며, 대신에 단지 예로서 설명되는 실시예들의 원리들을 예시할 때 일반적으로 강조가 이루어진다.
[0032] 도 1은 본원에서 설명되는 기술의 실시예들에 따른, NH3 가스가 용해되어 있는 DI-워터를 포함하는 전도성 액체를 생성 및 전달하기 위한 시스템의 제1 실시예의 블록도이다.
[0033] 도 2는 본원에서 설명되는 기술의 실시예들에 따른, NH3 가스가 용해되어 있는 DI-워터를 포함하는 전도성 액체를 생성 및 전달하기 위한 예시적인 시스템의 상세한 블록도이다.
[0034] 도 3은 본원에서 설명되는 기술의 실시예들에 따른, NH3 가스가 용해되어 있는 DI-워터를 포함하는 전도성 액체를 생성 및 전달하기 위한 시스템의 제2 실시예의 블록도이다.
[0035] 도 4는 본원에서 설명되는 기술의 실시예들에 따른, NH3 가스가 용해되어 있는 DI-워터를 포함하는 전도성 액체를 생성 및 전달하기 위한 예시적인 시스템의 상세한 블록도이다.
[0036] 도 5는 본원에서 설명되는 기술의 실시예들에 따른 예시적인 가스 혼합 디바이스의 블록도이다.
[0037] 도 6은 본원에서 설명되는 기술의 실시예들에 따른 예시적인 가스 혼합 디바이스의 블록도이다.
[0038] 도 7은 본원에서 설명되는 기술의 실시예들에 따른, DI-워터에 NH3 가스를 용해하기 위한 방법(700)의 흐름도이다.
[0039] 도 8은 본원에서 설명되는 기술의 실시예들에 따른, NH3 가스가 용해되어 있는 DI-워터를 포함하는 전도성 액체를 생성 및 전달하기 위한 예시적인 시스템의 성능의 그래프이다.
[0040] 도 9는 본원에서 설명되는 기술의 실시예들에 따른, NH3 가스가 용해되어 있는 DI-워터를 포함하는 전도성 액체를 생성 및 전달하기 위한 예시적인 시스템의 성능의 그래프이다.
[0041] DI-워터에 용해된 NH3 가스를 포함하는 전도성 액체는 린싱 또는 습식 세정 작업들을 위한 반도체 디바이스 제조 공정들에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 전도성 액체는 단일 웨이퍼 회전 도구들과 같은 도구들을 사용하는 제조 공정들에서 일반적으로 사용된다. 회전 도구들은 일반적으로 챔버에서 단일 웨이퍼를 하나씩 처리한다. 일부 더 높은 처리량의 회전 도구들은 처리량을 증가시키기 위해 둘 이상의 챔버(예를 들어, 20 개의 챔버들)를 포함할 수 있다. 그러나, 개별 챔버들에서 수행되는 작업들은 일반적으로 동기화되지 않으므로, 전도성 린싱 약품(rinsing agent)에 대한 임의로 변하는 요구를 초래한다. 따라서, NH3 가스가 용해되어 있는 DI-워터의 소스는 린싱 약품의 원하는 전도성을 유지하기 위해 동적으로 변하는 유량들에서 안정된 NH3 농도를 유지할 수 있어야 한다.
[0042] 도 1은 원하는 농도의 NH3 가스가 용해되어 있는 DI-워터를 포함하는 전도성 액체를 생성 및 전달하기 위한 시스템(100)의 블록도이다. 시스템(100)은 가스 혼합 디바이스(110), 접촉기(115), 센서(120a) 및 센서(120b)(집합적으로 센서들(120)이라고 함)를 포함한다. 시스템(100)은 또한 전력의 소스(도시되지 않음)를 포함하고, 제어 모듈(125)을 포함할 수 있다.
[0043] 가스 혼합 디바이스(110)는 하나 이상의 가스 입구들을 포함할 수 있으며, 하나 이상의 가스 소스들에 연결될 수 있다. 도 1에 도시된 예에서, 가스 혼합 디바이스(110)의 제1 입구는 NH3 가스의 소스와 유체 연통하고, 가스 혼합 디바이스(110)의 제2 입구는 이송 가스를 공급하기 위한 소스와 유체 연통한다. 일부 실시예들에서, 이송 가스 소스는 질소(N2) 가스를 제공한다. 일부 실시예들에서, 이송 가스 소스는 불활성 가스(noble gas)(예를 들어, 아르곤, 헬륨)를 제공한다.
[0044] 가스 혼합 디바이스(110)는 가스 혼합 디바이스(110)에 유입되고 가스 혼합 디바이스(110)에서 배출되는 각각의 가스의 유량 및 양을 모니터링 및/또는 제어하기 위한 복수의 가변 밸브들, 온/오프 밸브들, 필터들 및 질량 유동 제어기(mass flow controller)들을 포함할 수 있다. 가스들은 출구를 통해 배출되기 전에 가스 혼합 디바이스(110) 내에서 혼합될 수 있다. 가스 혼합 디바이스(110)를 나가는 가스 혼합물은 접촉기(115)에 전달될 수 있다.
[0045] 접촉기(115)에서 NH3 가스를 DI-워터와 혼합하기 전에 NH3 가스를 이송 가스와 혼합하기 위한 가스 혼합 디바이스(110)의 사용은 소정의 이점들을 제공한다. 예를 들어, N2와 같이 물에서의 낮은 용해도를 갖는 이송 가스와 NH3 가스를 혼합하는 것은 DI-워터가 NH3 공급기 안으로 역류되는 것을 방지할 수 있는데, 이는 이송 가스가 DI-워터를 NH3 공급 라인 및 제어 밸브로부터 분리하도록 작용하기 때문이다. 또한, N2는 NH3 가스와 혼합될 때 가연성 혼합물을 생성하지 않으므로 안전 문제들을 방지한다. 가스 혼합 디바이스(110)의 동작 및 그가 이 기술에 대해 제공하는 추가적인 이점들이 아래에서 도 5 및 도 6을 참조하여 더 상세히 논의된다.
[0046] 접촉기(115)는 일반적으로 가스 혼합 디바이스(110)로부터 가스 혼합물을 수신하기 위한 적어도 하나의 입구, DI-워터 소스로부터 DI-워터를 수신하기 위한 적어도 하나의 입구, 과도한 가스(예를 들어, 배기 가스)를 방출 또는 배출하기 위한 적어도 하나의 출구, 및 린싱 약품 또는 전도성 액체 출력(예를 들어, NH3 가스가 용해되어 있는 DI-워터)을 전달하기 위한 적어도 하나의 출구를 포함한다. 가스 혼합물은 접촉기(115) 내로 주입되거나 청소될(purged) 수 있다. 접촉기(115)는 필요한 경우에 가압되거나 진공배기될(evacuated) 수 있다. 접촉기(115)는 일반적으로 기포가 없는 린싱 액체의 생성을 가능하게 한다.
[0047] 시스템(100)은 접촉기(115)로부터 출력된 전도성 액체뿐만 아니라 시스템(100)에 대한 다양한 입력들의 복수의 파라미터들을 모니터링하기 위한 센서(120)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서(120a)는 DI-워터 소스로부터의 DI-워터의 유량을 측정하기 위한 유량계를 포함하고, 센서(120b)는 접촉기(115)로부터 출력된 액체의 온도를 측정하기 위한 온도 센서를 포함한다. 일부 예들에서, 센서(120b)는 접촉기(115)로부터 출력된 액체의 전도도를 측정하기 위한 전도도 센서를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 시스템(100)은 시스템(100) 내의 다양한 스테이지들에서 가스들 및 액체들의 복수의 파라미터들을 측정하기 위한 하나 이상의 다른 센서들을 포함할 수 있다. 이러한 파라미터들은 유량, 전도도, 온도 및 압력을 포함할 수 있다.
[0048] 제어 모듈(125)은 센서들(120) 및 가스 혼합 디바이스(110)와 유체 및/또는 전기 연통할 수 있다. 제어 모듈(125)은 프로세서, 메모리 자원들, 키패드 및 디스플레이를 포함할 수 있다. 프로세서는 예를 들어 컴퓨터의 마이크로프로세서일 수 있다. 제어 모듈(125)은 시스템(100) 내의 각각의 밸브, 질량 유동 제어기 및 센서의 자동 제어 및/또는 모니터링을 가능하게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템(100) 내의 각각의 밸브, 질량 유동 제어기 및 센서는 수동으로 제어될 수 있다.
[0049] 일 실시예에서, 제어 모듈(125)은 사용자에 의해 선택된 전도도(카파(Kappa)) 설정 포인트에 기초하여 가스 혼합 디바이스(110)에, 이어서 접촉기(115)에 제공할 NH3 가스의 필요한 주입량을 결정할 수 있다. 예를 들어, NH3은 물(H2O)에 용해될 때 해리되어, 다음 반응에 따라 암모늄 입자와 수산화물 입자의 형성을 유발한다:
[0050] 해리는 수온의 함수인 기본 해리 상수 Kb에 의해 좌우된다. Kb의 온도 의존성이 특성화되었고, 제어 모듈(125)에 저장될 수 있는 미리 결정된 양이다. 제어 모듈(125)에 의해 수행되는 계산들의 목적들을 위해, NH4 + 및 OH-의 농도는 동일하게 근사화될 수 있다. 다음 공식은 측정된 수온(예를 들어, 센서(120b)에 의해 측정된 온도)에서의 해리 상수 Kb에 기초하여 NH3의 필요한 농도인 "cNH3"을 제공한다.
[0051] NH3 가스의 필요한 유동은 센서(120a)에 의해 측정된 DI-워터 유량 및 농도 cNH3으로부터 계산될 수 있다:
[0052] NH4 + 농도 및 OH- 농도는 온도 의존 고유 등가 전도도들 에 기초하여 카파와 동일한 전도도를 초래한다. 특정 등가 전도도들의 온도 의존성들이 특성화되었고, 제어 모듈(125)에 저장될 수 있는 미리 결정된 양들이다. 따라서, 제어기는 접촉기(115)로부터 출력된 액체의 측정된 온도 T로부터 를 계산할 수 있다. 제어기는 다음 공식으로부터 주어진 전도도 설정 포인트(카파)로부터 cNH4 +를 계산한다:
[0053] 따라서, 제어 모듈(125)은 피드 포워드 제어 루프에서 필요한 NH3 가스 유동을 계산하여, 시스템(100)이 DI-워터 유량들의 변화들에 신속하게 반응하여 필요한 전도도를 갖는 린싱 액체를 제공하는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 제어 모듈(125)은 시스템(100)의 하나 이상의 밸브들을 제어하여 가스들 및/또는 DI-워터의 유량을 조정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 계산은 센서(120b)에 의해 측정된 액체의 결과적인 전도도에 기초하여 매우 느리게 변경되는 교정 인자를 포함한다.
[0054] 일부 실시예들에서, 제어 모듈(125)은 DI-워터 공급기로부터의 DI-워터의 측정된 온도에 기초하여 공급할 NH3 가스의 필요한 유량 또는 주입량을 계산한다. 일부 실시예들에서, 제어 모듈(125)은 접촉기(115)로부터 출력된 전도성 유체의 측정된 유량에 기초하여 공급할 NH3 가스의 필요한 유량 또는 주입량을 계산한다. 일부 실시예들에서, 공급할 NH3 가스의 필요한 유량 또는 주입량의 계산은 실제 온도 측정치의 획득을 요구하지 않고 시스템 내의 액체의 온도 범위에 관한 미리 결정된 가정들에 기초할 수 있다. 예를 들어, 온도 값은 반도체 제조 설비들에서 관찰되는 일반적인 환경 조건들에 기초할 수 있다.
[0055] 도 2는 NH3 가스가 용해되어 있는 DI-워터를 포함하는 전도성 액체를 생성 및 전달하기 위한 예시적인 시스템(200)의 상세도를 도시한다.
[0056] 시스템(200)은 이송 가스를 NH3 가스와 혼합하기 위한 가스 박스 또는 가스 혼합 디바이스(C1)를 포함한다. 가스 혼합 디바이스(C1)는 NH3 가스를 DI-워터에 용해하기 위해 사용되는 접촉기(B1)와 유체 연통한다. 가스 혼합 디바이스(C1)는 NH3 가스를 수신하기 위한 제1 입구 및 이송 가스를 수신하기 위한 제2 입구를 포함한다.
[0057] 제1 가스 소스로부터의 NH3 가스는, NH3 공급 라인들 안으로 유동하는 이송 가스에 의해 야기되는 오염의 방지를 도울 수 있는 체크 밸브(V21), 공급기에서의 가스 누설의 경우에 NH3 유동을 제한할 수 있는 유동 제한기(V27) 및 시스템(200)의 셧다운 시에 NH3 입구를 격리하는 데 사용될 수 있는 공압 2 방향 밸브(V25)를 통해 가스 혼합 디바이스(C1)의 제1 입구에 공급된다.
[0058] 제2 가스 소스로부터의 이송 가스는, 이송 가스 공급기 안으로의 NH3 가스의 교차 오염의 방지를 도울 수 있는 체크 밸브(V29) 및 이송 가스 압력을 제어하는 데 사용되는 압력 조절기(PRC5)(밸브(V5)를 포함함)를 통해 가스 혼합 디바이스(C1))의 제2 입구에 공급된다. 압력 완화 밸브(V10)가 압력 조절기(PRC5)와 가스 혼합 디바이스(C1)의 제2 입구 사이에 위치되며, 치명적인 시스템 장애 전에 공급 라인 내의 압력 축적을 완화하기 위한 안전 디바이스로서 사용될 수 있다.
[0059] NH3 가스 및 이송 가스를 포함하는 가스 혼합물은, 셧다운 시에 그리고 경고 조건들 동안 접촉기(B1)로부터 가스 혼합 디바이스(C1)를 격리할 수 있는 공압 2 방향 밸브(V2) 및 예상치 않은 압력 상승의 경우에 가스 혼합 디바이스(C1)로의 액체 역류를 제한할 수 있는 유동 제한기(V24)를 통해 가스 혼합 디바이스(C1)의 출구로부터 접촉기(B1)의 입구로 공급된다. 용량성 액체 센서(M5)가 가스 혼합 디바이스(C1)의 출구 근처에 위치되고, 액체의 역류를 검출하기 위한 안전 센서로서 작용한다. 일부 실시예들에서, 용량성 액체 센서(M5)는 시스템(200)의 안전 수단의 일부로서 유동 제한기(V24)와 함께 사용된다. 수동 2 방향 밸브(V91)는 시스템 유지 보수 동안 혼합 가스 공급 라인의 청소를 가능하게 한다.
[0060] 도 2의 도면에서, 유동 제한기(V24)를 통해 가스 혼합물을 수신하기 위한 접촉기(B1)의 입구는 접촉기(B1)의 하부에 위치된 것으로 도시되어 있다. 이 도면은 가스와 액체 사이의 가장 높은 가능한 질량 이송 속도를 달성하기 위해 가스가 가능 낮은 가능한 포지션에서 접촉 디바이스로 들어가는 접촉기(B1)와 같은 가스-액체 접촉 디바이스의 일반적인 동작 모드를 나타낸다. 다소 반직관적으로, 접촉기(B1) 내의 이 포인트로부터 가스 혼합물을 공급하는 것은 출구 액체의 전도도의 큰 변동들을 야기할 수 있으며, 이는 바람직하지 않다.
[0061] 일부 실시예들에서, 출력 액체 전도도의 더 양호한 안정성은 접촉기(B1) 내의 접촉기 입구의 개구를 접촉기 내의 액체의 실질적으로 평균 레벨 또는 높이에 있도록 위치시킴으로써 달성될 수 있다. 이러한 개념은 도 2에서 접촉기 입구로부터 접촉기(B1)의 중심을 향해 연장되는 점선으로 표시된다. 따라서, 접촉기(B1)의 가스 입구가 접촉기(B1)의 하부 또는 그 근처에서 가스 혼합물을 공급하도록 물리적으로 위치되는 경우에도, 접촉기(B1) 내부의 입구 튜브의 출구 구멍은 출력 액체의 전도도의 더 양호한 안정성을 유발하는 높이에 위치될 수 있다.
[0062] 접촉기(B1)는 그 내부에서 발생하는 반응들로부터 배기 가스를 배출하거나 배기하기 위한 출구를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 가스 혼합물로부터의 NH3이 접촉기(B1) 내의 DI-워터에 용해됨에 따라, 이송 가스는 접촉기(B1)의 출구로부터 배출될 수 있다. 일부 실시예들에서, 용해되지 않은 NH3 가스의 사소한(minute) 부분이 접촉기(B1)로부터 배출된다. 일부 실시예들에서, 접촉기(B1)의 가스 출구는, 접촉기(B1) 밖으로의 가스 유동을 효과적으로 "억압(throttle)"하는 데 사용될 수 있는 유동 제한기(V28), 셧다운 시에 가스 출구를 격리할 수 있는 공압 2 방향 밸브(V4) 및 배기로부터의 오염물들이 그의 가스 출구를 통해 접촉기(B1)에 들어가는 것을 방지하는 데 사용되는 가스 필터(Filter5)를 통해 배기 포트(도 2의 "배기 가스 출구")와 유체 연통한다. 또한, 수동 2 방향 밸브(V92)가 시스템(200)의 유지 보수를 위한 청소 밸브로서 사용될 수 있다.
[0063] 도 2에 도시된 바와 같이, DI-워터는, 셧다운 시에 DI-워터 입구 라인을 격리할 수 있는 공압 2 방향 밸브(V3), 및 접촉기(B1)의 액체 입구로의 DI-워터의 유량을 제어하는 데 사용될 수 있는 공압 2 방향 밸브(V6)를 통해 DI-워터 소스로부터 접촉기(B1)에 공급될 수 있다. 또한, 포지셔너(POSV6)는 밸브(V6)의 포지션을 제어하는 데 사용될 수 있는 공압 포지셔닝 디바이스이다. P2는 제한된 압력을 갖는 DI-워터 공급기를 갖는 위치들에서의 시스템(200)의 동작을 가능하게 하기에 충분한 수압을 제공하기 위한 선택적인 부스터 펌프이다. 일부 실시예들에서, 용량성 가스 센서(L4)는 DI-워터 공급 라인과 유체 연통하며, 공급 라인 내부에 액체가 존재하는지 여부를 결정하는 데 사용될 수 있다.
[0064] 시스템(200)은 DI-워터 소스로부터 공급된 DI-워터를 위한 우회 유동 경로를 더 포함한다. 우회 경로는 접촉기(B1)로부터 출력된 액체를 희석하는 데 사용될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 포지셔너(POSV31)는 공압 포지셔닝 디바이스이며, 공압 2 방향 밸브(V31)의 연속적인 밸브 포지션 조정들을 사용하여 우회 유동을 제어하는 데 사용될 수 있다. 유량계(FR31)는 DI-워터의 우회 유동을 측정할 수 있으므로, 접촉기(B1)로부터의 NH3이 용해되어 있는 DI-워터와 암모니아가 용해되지 않은 비혼합 DI-워터의 혼합 비율을 제어하기 위해 우회 경로 내의 밸브들의 필요한 포지션들을 결정하는 데 사용될 수 있다. 압력 센서(PR3)로부터의 입구 DI-워터 압력의 측정들은 또한, 밸브들(V6 및 V31)의 원하는 밸브 포지션들을 계산하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 분리기(S3)가 DI-워터 공급 라인과 압력 센서(PR3) 사이에 위치된다. 분리기(S3)와 같은 분리기들은, 시스템(200) 내의 액체가 압력 센서들의 스테인리스 스틸 하우징들 또는 본체들과 접촉하는 것의 결과로서 오염되는 것을 방지하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템(200)은 시스템(200) 내의 액체와 직접 접촉할 수 있는 물질들로 구성되는 하나 이상의 압력 센서들을 포함한다.
[0065] 접촉기(B1)의 액체 출구에서 충분한 압력을 유지하고, 출력 액체 내의 NH3의 일정하고 안정된 농도를 용이하게 하기 위해, 접촉기(B1) 내부의 압력이 측정되고 제어된다. 압력 제어는 DI-워터 소스로부터 접촉기(B1) 또는 우회 경로로의 DI-워터 유동에 작용한다. DI-워터 소스에 의해 공급된 DI-워터의 압력은 압력 센서(PR3)에 의해 측정되고, 접촉기(B1) 내부의 압력은 압력 센서(PR4)에 의해 측정된다. 일부 실시예들에서, 분리기(S4)는 혼합 가스 공급 라인과 압력 센서(PR4) 사이에 위치된다. 이러한 압력 측정들은 밸브(V6)의 개방 포지션을 계산하는 데 사용될 수 있다. 제어기(예컨대, 도 1의 제어 모듈(125))는 포지셔닝 디바이스(POSV6)를 통해 밸브(V6)의 개방 포지션을 제어하는 데 사용될 수 있다.
[0066] 본원에서 설명되는 압력 제어 원리들은 출구 액체 압력으로부터 입구 DI-워터 압력을 분리하고, 유리하게 접촉기(B1)의 내부의 안정된 압력을 유지한다. 이것은, 접촉기(B1)의 압력 변동들이 DI-워터에 즉시 용해되지 않는 가스 공급 라인 내의 NH3 가스의 축적을 유발하여 전도성 출력 액체의 농도 저하를 유발할 수 있기 때문에 중요하다. 따라서, 접촉기(B1) 내부에 안정된 압력을 유지하는 것이 중요하다.
[0067] 일부 실시예들에서, 접촉기(B1)는 액체가 접촉기의 상부로부터 하부로 유동함에 따라 실질적인 가스-액체 접촉 표면을 제공하기 위해 타워 팩킹으로 채워지는 팩킹된 컬럼 또는 팩킹된 타워 타입 접촉기이다.
[0068] 특정 액체 레벨이 접촉기(B1) 내에서 유지될 수 있다. 예를 들어, 접촉기(B1)에 대한 평행 라인은 레벨 게이지로 작용하며, 액체 레벨은 용량계(L1)를 이용하여 측정된다. 일부 실시예들에서, 액체 레벨은 접촉기(B1)의 더 낮은 부분에 실질적으로 유지되고, 접촉기(B1)는 주로 가스로 채워진다.
[0069] 용량성 액체 센서(LAH)는 접촉기(B1) 내부의 액체 레벨을 측정하고, 접촉기(B1)의 가스 출구로의 액체 유동을 피하는 것을 돕기 위한 안전 피처(safety feature)로서 액체 레벨이 너무 높게 상승하면 경보를 제공한다. 용량성 가스 센서(LAL)는 또한, 접촉기(B1) 내부의 액체 레벨을 측정하고, 접촉기(B1)의 액체 출구로 가스가 유동하는 것을 방지하는 것을 돕기 위한 안전 피처로서 액체 레벨이 너무 낮아지면 경보를 제공한다.
[0070] 사용자가 선택한 전도도 설정 포인트에 따른 전도도를 갖는 전도성 출력 액체(예를 들어, NH3이 용해되어 있는 DI-워터)는 반도체 제조 작업들(예를 들어, 린싱 작업들, 습식 세정 작업들)에서 사용하기 위해 접촉기(B1)의 적어도 하나의 액체 출구로부터 출력될 수 있다. 접촉기(B1)의 적어도 하나의 액체 출구는, 전도성 출력 액체를 필터링할 수 있는 필터(Filter 81) 및 시스템(200)의 셧다운 시에 접촉기(B1)의 액체 출구를 격리할 수 있는 공압 2 방향 밸브(V8)를 통해 시스템(200)의 하나 이상의 액체 출구들과 유체 연통할 수 있다. 공압 2 방향 밸브(V12)는 시스템(200)의 유지 보수를 위한 필터 드레인 밸브로서 사용될 수 있고, 유동 제한기(V41)는 필터(Filter 81)로부터 청소된 액체의 유동을 제한하는 데 사용될 수 있다. 또한, 공압 2 방향 밸브(V13)는 필터(Filter 81)의 탈기(de-aeration)를 위해 사용될 수 있다.
[0071] 일부 실시예들에서, 공압 2 방향 밸브(V11)는 중앙 드레인 밸브로서 사용될 수 있고, 공압 2 방향 밸브(V15)는 다양한 유지 보수 목적들을 위한 추가 드레인으로서 사용될 수 있다.
[0072] 접촉기(B1)로부터 출력된 전도성 액체의 유량은 유량계(FR21)를 이용하여 측정될 수 있다. 일부 실시예들에서, FR21은 초음파 유동 측정 디바이스이다. 일부 실시예들에서, 시스템(200)은 DI-워터 소스로부터의 DI-워터의 유량을 측정하기 위한 유동 센서를 포함한다. 접촉기(B1)로부터 출력된 전도성 액체의 온도는 센서(Q1)를 사용하여 혼합 디바이스의 출구에서 측정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서(Q1)는 결합된 전도도 및 온도 센서이며, 또한 액체의 전도도를 측정한다. 일부 실시예들에서, 별도의 센서가 접촉기(B1)로부터 출력된 액체의 전도도를 측정하는 데 사용된다. 위에서 논의된 바와 같이, DI-워터 유량 및 전도성 액체 온도 측정들은, 필요한 NH3 가스 유량, 즉, 액체 유량 변화 시에 매우 빠른 전도도 변화들을 달성하기 위해 적용되는 피드 포워드 제어를 계산하는 데 사용될 수 있다.
[0073] 유동 제한기(V43)는 센서(Q1)를 통해 또는 센서(Q1)에 의해 액체의 유동을 제한하는 데 사용될 수 있고, 공압 2 방향 밸브(V14)는 셧다운 동안 센서(Q1)를 격리하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템(200)은 물 누설을 검출하기 위해 드롭 팬(drop pan) 내에 또는 상에 위치되는 액체 센서인 용량 액체 센서(M12)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 시스템(200)은 드롭 팬 내로 누설된 액체를 제거하기 위한 드레인을 포함한다. 일부 실시예들에서, 시스템(200)은 시스템(200)의 컴포넌트들을 수용하는 캐비닛의 차동 압력을 측정하기 위한 압력 센서(PR18)를 포함하고, PR(18)은 시스템(200)으로부터의 배기 유동의 부재와 같은 장애 모드들을 나타내는 경보를 발생시킨다. 일부 실시예들에서, 깨끗한 건조 공기(CDA; clean dry air)가 공압식으로-제어되는 밸브(pneumatically-controlled valve)들의 작동을 위해 시스템(200)에 공급된다. 일부 실시예들에서, 시스템(200)은 시스템(200)의 컴포넌트들에서 누설을 검출하는 데 사용될 수 있는 스니퍼 포트(sniffer port)를 포함한다.
[0074] 전술한 예시적인 시스템(200)에서, 가스 혼합물은 접촉기의 하부 또는 그 부근에 위치된 입구로 공급된다. 또한, 가스 혼합물은 접촉기의 하부 또는 그 부근에 위치될 수도 있는 입구 튜브의 출구 구멍을 통해 접촉기 내의 액체에 들어가거나, 대안적으로, 출력 액체의 전도도의 더 양호한 안정성을 위해 접촉기 내의 액체의 실질적으로 평균 레벨 또는 높이에 위치될 수 있다.
[0075] DI-워터에 대한 가스 혼합물의 주입 포인트(dosage point)는 DI-워터 유동 변화들에 응답하여 액체의 NH3 농도의 안정성 및 관련 전도도에 영향을 미치는 것으로 결정되었다. 접촉기 내의 가스 및 액체의 정체된 "데드(dead)" 볼륨들의 존재는 NH3 유량의 변화들에 대한 시스템의 반응을 지연시킬 수 있는 버퍼로서 작용한다. 따라서, 일부 실시예들에서, 가스 혼합물을 접촉기의 상부 부분에 또는 접촉기의 액체 입구의 상류의 DI-워터 공급 라인에 직접 제공하는 것이 유리할 수 있다.
[0076] 도 3은 원하는 농도의 NH3 가스가 용해되어 있는 DI-워터를 생성 및 전달하기 위한 시스템(300)의 블록도이다. 시스템(300)은 시스템(100)과 실질적으로 유사하며, 가스 혼합 디바이스(110), 접촉기(115), 센서(120a) 및 센서(120b)(집합적으로 센서들(120)이라고 함)를 포함한다. 시스템(300)은 또한 전력 소스(도시되지 않음)를 포함하고, 제어 모듈(125)을 포함할 수 있다.
[0077] 그러나, 도 3에 도시된 바와 같이, 가스 혼합 디바이스(110)로부터의 가스 혼합물은 접촉기(115)의 별도의 입구에 직접 공급되는 대신에 접촉기(115)의 액체 입구의 상류의 DI-워터 공급 라인에 공급된다. 또한, 가스 혼합물이 연결된 곳의 하류의 DI-워터 공급 라인의 더 큰 직경 섹션은 그 안에 설치된 혼합 요소들을 가질 수 있다. 따라서, 가스 혼합물을 DI-워터 공급 라인에 직접 주입함으로써, 대부분의 NH3 가스가 접촉기(115)에 들어가기 전에 DI-워터에 용해될 수 있다.
[0078] 이어서, DI-워터 및 용해된 NH3을 포함하는 전도성 액체는 잔류하는 용해되지 않은 가스와 함께 접촉기(115)의 상부로 공급된다. 접촉기(115)는 실질적인 가스-액체 접촉 표면을 제공하기 위해 타워 팩킹으로 채워지는 팩킹된 컬럼 또는 팩킹된 타워 타입 접촉기일 수 있다. 접촉기(115) 내에서, 잔류하는 용해되지 않은 NH3 가스는 액체에 용해된다. 동시에, 액체는 그 자체와 혼합되어 액체 내의 NH3의 더 균일한 분포를 유발한다. 또한, 액체 및 이송 가스는 분리되고, 전도성 액체만이 접촉기(115)의 하부에서 액체 출구로부터 유동하는 한편, 이송 가스는 접촉기(115)의 상부에서 배기 가스 출구로부터 배출된다.
[0079] 도 4는 NH3 가스가 용해되어 있는 DI-워터를 포함하는 전도성 액체를 생성 및 전달하기 위한 예시적인 시스템(400)의 상세도를 도시한다.
[0080] 시스템(400)은 이송 가스를 NH3 가스와 혼합하기 위한 가스 박스 또는 가스 혼합 디바이스(C1)를 포함한다. 가스 혼합 디바이스(C1)는 NH3 가스를 DI-워터에 용해하기 위해 사용되는 접촉기(B1)와 유체 연통한다. 가스 혼합 디바이스(C1)는 NH3 가스를 수신하기 위한 제1 입구와, 이송 가스를 수신하기 위한 제2 입구를 포함한다.
[0081] 제1 가스 소스로부터의 NH3 가스는, 필요에 따라 가스 유동의 수동 제어를 가능하게 하는 수동 2 방향 밸브(V95), 공급기에서의 가스 누설의 경우에 NH3 유동을 제한할 수 있는 유동 제한기(V27), NH3 공급 라인들로 유동하는 이송 가스에 의해 유발되는 오염을 피하는 것을 도울 수 있는 체크 밸브(V21) 및 시스템(400)의 셧다운 시에 NH3 입구를 격리하는 데 사용될 수 있는 공압 2 방향 밸브(V25)를 통해 가스 혼합 디바이스(C1)의 제1 입구에 공급된다. 압력 센서(PR9)는 제어 및 진단 목적들을 위해 NH3 가스의 압력을 측정하는데 사용될 수 있다. 수동 2 방향 밸브(V93)는 설치 후 NH3 가스 공급 라인의 기밀성을 체크하는 것을 가능하게 한다.
[0082] 제2 가스 소스로부터의 이송 가스는, 셧다운 시에 이송 가스 공급 라인을 격리할 수 있는 공압 2 방향 밸브(V26), 이송 가스 공급기 안으로의 NH3 가스의 교차 오염을 방지하는 것을 도울 수 있는 체크 밸브(V29), 이송 가스 압력을 제어하는 데 사용되는 압력 조절기(PRC5)(밸브(V5)를 포함함) 및 이송 가스 유동을 제한하는 유동 제한기(V36)를 통해 가스 혼합 디바이스(C1)의 제2 입구로 공급된다. 예를 들어, 이송 가스의 유동은 유동 제한기(V36)에 걸친 계산된 압력 차이를 유지함으로써 제어될 수 있다. 이것은 가스의 유동이 가스 입구 압력에 관한 진단 정보를 동시에 얻는 동안 제어될 수 있다는 이점을 갖는다. 일부 실시예들에서, 압력 센서(PRC5)는 또한 시스템(400)의 시동 동안 기준 압력 센서로서 사용될 수 있다.
[0083] 시스템(400)은 안전상의 이유들로 그리고 시스템이 유지 보수 작업들을 위해 NH3 가스를 청소할 수 있게 하기 위해 밸브들(V32, V30 및 VN2C1) 및 유량계(FRN2C1)를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 유량계(FRN2C1) 및 밸브(VN2C1)는 NH3 누설의 경우에 NH3 및 공기의 가연성 혼합물이 가스 혼합 디바이스 내부에서 형성되는 것을 방지하기 위해 사용된다. 예를 들어, 이들은 NH3 가스 누설이 공기와의 가연성 혼합물을 유발할 수 있는 불충분한 가스 교환의 영역들에서 N2와 같은 이송 가스를 제공하는 데 사용될 수 있다.
[0084] NH3 가스 및 이송 가스를 포함하는 가스 혼합물은, 셧다운 시에 그리고 경보 조건들 동안 DI-워터 공급 라인으로부터 가스 혼합 디바이스(C1)를 격리할 수 있는 공압 2 방향 밸브(V2) 및 예상치 않은 압력 상승의 경우에 가스 혼합 디바이스(C1)로의 액체 역류를 제한할 수 있는 유동 제한기(V24)를 통해 가스 혼합 디바이스(C1)의 출구로부터 접촉기(B1) 상류의 DI-워터 공급 라인으로 공급된다. 용량성 액체 센서(M5)는 가스 혼합 디바이스(C1)의 출구 근처에 위치되고, 액체의 역류를 검출하기 위한 안전 센서로서 작용한다. 일부 실시예들에서, 용량성 액체 센서(M5)는 시스템(200)의 안전 수단의 일부로서 유동 제한기(V24)와 함께 사용된다. 수동 2 방향 밸브(V91)는 시스템 유지 보수 중에 혼합 가스 공급 라인의 청소를 가능하게 한다.
[0085] 도 4에 도시된 바와 같이, DI-워터는, 셧다운 시에 DI-워터 입구 라인을 격리할 수 있는 공압 2 방향 밸브(V3) 및 접촉기(B1)의 액체 입구로의 DI-워터의 유량을 제어하는 데 사용될 수 있는 공압 2 방향 밸브(V6)를 통해 DI-워터 소스로부터 접촉기(B1)로 공급될 수 있다. 또한, 포지셔너(POSV6)는 밸브(V6)의 위치를 제어하는 데 사용될 수 있는 공압 포지셔닝 디바이스이다. P2는 제한된 압력을 갖는 DI-워터 공급기를 갖는 위치들에서의 시스템(400)의 작동을 가능하게 하기에 충분한 압력을 제공하기 위한 선택적인 부스터 펌프이다.
[0086] 필터들(Filter 83 및 Filter 82)은 접촉기에 공급되기 전에 DI-워터를 필터링하여 펌프(P1)의 펌핑 작용으로부터 또는 공급 라인 내의 임의의 밸브의 작용으로부터 도입되었을 수 있는 임의의 입자들을 제거할 수 있다. 공압 2 방향 밸브(V17)는 시스템(400)의 유지 보수를 위한 필터 드레인 밸브로서 사용될 수 있고, 유동 제한기(V44)는 필터(Filter 82)로부터 청소된 액체의 유동을 제한하는 데 사용될 수 있다. 또한, 공압 2 방향 밸브(V18)는 필터(Filter 82)의 탈기를 위해 사용될 수 있다. 유사하게, 공압 2 방향 밸브(V16)는 시스템(400)의 유지 보수를 위한 필터 드레인 밸브로서 사용될 수 있고, 유동 제한기(V45)는 필터(Filter 83)로부터 청소된 액체의 유동을 제한하는 데 사용될 수 있다. 공압 2 방향 밸브(V19)는 필터(Filter 83)의 탈기를 위해 사용될 수 있다.
[0087] 압력 센서(PR3)로부터의 입구 DI-워터 압력의 측정들은 또한, 밸브(V6)에 대한 원하는 밸브 포지션들을 계산하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 분리기(S3)는 DI-워터 공급 라인과 압력 센서(PR3) 사이에 위치된다.
[0088] 일부 실시예들에서, 용량성 가스 센서(L4)는 DI-워터 공급 라인의 외면에 부착되고, 공급 라인 내부에 액체가 존재하는지 여부를 결정하는 데 사용될 수 있다. DI-워터 공급기의 유량은 유량계(FR21)를 이용하여 측정될 수 있다. 일부 실시예들에서, FR21은 초음파 유동 측정 디바이스이다. 일부 실시예들에서, 시스템(400)은 접촉기의 액체 출구로부터의 전도성 액체의 유량을 측정하기 위한 유동 센서를 포함한다.
[0089] 접촉기(B1)는 그 안에서 발생하는 반응들로부터 배기 가스를 배출하기 위한 출구를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 가스 혼합물로부터의 NH3이 접촉기(B1) 내의 DI-워터에 용해될 때, 이송 가스는 접촉기(B1)의 출구로부터 배출될 수 있다. 일부 실시예들에서, 용해되지 않은 NH3 가스의 사소한 부분이 접촉기(B1)로부터 배출된다. 일부 실시예들에서, 접촉기(B1)의 가스 출구는, 접촉기 밖으로의 가스 유동을 효과적으로 "억압"하는 데 사용될 수 있는 유동 제한기(V28), 셧다운 시에 가스 출구를 격리할 수 있는 공압 2 방향 밸브(V4) 및 배기로부터의 오염물들이 그의 가스 출구를 통해 접촉기(B1)에 들어가는 것을 방지하는 데 사용되는 가스 필터(Filter 5)를 통해 배기 포트(도 4의 "배기 가스 출구")와 유체 연통한다. 또한, 수동 2 방향 밸브(V92)는 시스템(400)의 유지 보수를 위한 청소 밸브로서 사용될 수 있다.
[0090] 일부 실시예들에서, 접촉기(B1)는 액체가 접촉기의 상부로부터 하부로 유동함에 따라 실질적인 가스-액체 접촉 표면을 제공하기 위해 타워 팩킹으로 채워지는 팩킹된 컬럼 또는 팩킹된 타워 타입 접촉기이다.
[0091] 소정 액체 레벨이 접촉기(B1) 내에서 유지될 수 있다. 예를 들어, 접촉기(B1)에 대한 평행 라인은 레벨 게이지로 작용하며, 액체 레벨은 용량계(L1)를 이용하여 측정된다. 일부 실시예들에서, 접촉기(B1)는 주로 가스로 채워지고, 액체 레벨은 접촉기(B1)의 더 낮은 부분에서 실질적으로 유지된다.
[0092] 용량성 액체 센서(LAH)는 접촉기(B1) 내부의 액체 레벨을 측정하고, 접촉기(B1)의 가스 출구로의 액체 유동을 피하는 것을 돕기 위한 안전 피처로서 액체 레벨이 너무 높게 상승하면 경보를 제공한다. 용량성 가스 센서(LAL)는 또한, 접촉기(B1) 내부의 액체 레벨을 측정하고, 접촉기(B1)의 액체 출구로 가스가 유동하는 것을 방지하는 것을 돕기 위한 안전 피처로서 액체 레벨이 너무 낮아지면 경보를 제공한다.
[0093] 제어 모듈은 밸브(V6)를 통한 물 유동 및 PRC5에서의 이송 가스 압력을 조정함으로써 압력 센서들(PR4 및 PR10)에서 측정된 접촉기 내의 액체 레벨 및 압력을 제어한다. 특히, 압력 센서(PR10)는 접촉기 내부의 과압을 검출하기 위한 안전 목적으로 사용된다. 일부 실시예들에서, 분리기(S4)는 혼합 가스 공급 라인과 압력 센서(PR4) 사이에 위치되고, 분리기(S10)는 혼합 가스 공급 라인과 압력 센서(PR10) 사이에 위치된다.
[0094] 사용자에 의해 선택된 전도도 설정 포인트에 따른 전도도를 갖는 전도성 출력 액체(예를 들어, NH3이 용해되어 있는 DI-워터)는 반도체 제조 작업들(예를 들어, 린싱 작업들, 습식 세정 작업들)에서 사용하기 위해 접촉기(B1)의 적어도 하나의 액체 출구로부터 출력될 수 있다. 접촉기(B1)의 적어도 하나의 액체 출구는, 전도성 출력 액체를 필터링할 수 있는 필터(Filter 81) 및 공압 2 방향 밸브(V8)의 연속 밸브 포지션 조정들을 사용하여 시스템으로부터의 액체의 유동을 제어하는 데 사용될 수 있는 공압 포지셔닝 디바이스인 포지셔녀(POSV8)를 통해 시스템(400)의 하나 이상의 액체 출구들과 유체 연통할 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템(400)은 시스템으로부터 출력된 전도성 액체의 압력을 향상시키는 펌프(P1)를 포함한다.
[0095] 공압 2 방향 밸브(V12)는 시스템(400)의 유지 보수를 위한 필터 드레인 밸브로서 사용될 수 있고, 유동 제한기들(V41 및 V42)은 필터(Filter 81)로부터 청소된 액체의 유동을 제한하는데 사용될 수 있다. 또한, 공압 2 방향 밸브들(V13 및 V20)은 필터(Filter 81)의 탈기를 위해 사용될 수 있다. 공압 2 방향 밸브(V15)는 다양한 유지 보수 목적들을 위한 추가 드레인으로 사용될 수 있다. 압력 센서(PR8)는 전도성 액체의 압력을 측정하는 데 사용될 수 있다. 제어기는, 동적으로 변하는 액체 유량들에서 시스템(400)의 출구에서 일정한 압력을 제공하기 위해, 압력 센서(PR8)에서 측정된 압력을 사용하여 펌프(P1)의 펌핑 능력을 얼마만큼 조정할지를 결정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 분리기(S8)는 전도성 액체 공급 라인과 압력 센서(PR8) 사이에 위치된다.
[0096] 일부 실시예들에서, 공압 2 방향 밸브(V11)는 중앙 드레인 밸브로서 사용될 수 있고, 공압 2 방향 밸브(V15)는 다양한 유지 보수 목적들을 위한 추가 드레인으로 사용될 수 있다.
[0097] 접촉기(B1)로부터 출력된 전도성 액체의 온도는 센서(Q1)를 사용하여 혼합 디바이스의 출구에서 측정될 수 있고, 전도성 액체의 전도도는 센서(TR1)를 사용하여 측정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서(Q1)는 결합된 전도도 및 온도 센서이다. 유량 제한기(V43)는 센서(Q1) 및 센서(TR1)를 통해 또는 센서(Q1) 및 센서(TR1)에 의해 액체 유동을 제한하는 데 사용될 수 있으며, 공압 2 방향 밸브(V14)는 셧다운 동안 센서(Q1)와 센서(TR1)를 격리하는 데 사용될 수 있다.
[0098] 위에서 논의된 바와 같이, DI-워터 유량 및 전도성 액체 온도 측정들은, 필요한 NH3 가스 유량, 즉, 액체 유량 변화 시에 매우 빠른 전도도 변화들을 달성하기 위해 적용되는 피드 포워드 제어를 계산하기 위해 전도도 설정 포인트와 관련하여 사용된다. 일부 실시예들에서, NH3 가스 유량 계산들은 접촉기(B1)로부터 출력된 전도성 액체의 유량의 측정들에 기초한다. 일부 실시예들에서, NH3 가스 유량 계산들은 DI-워터 소스로부터 공급된 DI-워터의 온도 측정들에 기초한다. 일부 실시예들에서, 정적 온도 값이 NH3 가스 유량 계산들에 사용된다.
[0099] 일부 실시예들에서, 시스템(400)은 물 누설을 검출하기 위해 드롭 팬 내에 또는 상에 위치되는 액체 센서인 용량 액체 센서(M12)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 시스템(400)은 드롭 팬 내로 누설된 액체를 제거하기 위한 드레인을 포함한다. 일부 실시예들에서, 시스템(400)은 시스템(400)의 컴포넌트들을 수용하는 캐비닛의 차동 압력을 측정하기 위한 압력 센서(PR18)를 포함하고, PR18은 시스템(400)으로부터의 배기 유동의 부재와 같은 장애 모드들을 나타내는 경보를 발생시킨다. 일부 실시예들에서, 시스템(400)은 NH3 가스 누설을 검출하기 위해 캐비닛의 NH3 레벨을 모니터링하기 위한 안전 모니터로서 센서(Q2)를 사용한다. 일부 실시예들에서, 깨끗한 건조 공기(CDA)가 공압식으로-제어되는 밸브들의 작동을 위해 시스템(400)에 공급된다. 일부 실시예들에서, 시스템(400)은 시스템(400)의 컴포넌트들에서 누설을 검출하는 데 사용될 수 있는 스니퍼 포트를 포함한다.
[0100] 도 5는 본원에서 설명되는 기술의 실시예들에 따른 예시적인 가스 혼합 디바이스(500)의 블록도이다. 가스 혼합 디바이스(500)는 제1 입구(520)에서 공급된 NH3 가스와 입구(525)에서 공급된 이송 가스(예를 들어, N2 가스)를 혼합하여 결과적인 가스 혼합물을 혼합 가스 출구(535)를 통해 출력하는 데 사용된다.
[0101] 이송 가스의 유량은 질량 유동 제어기 또는 압력 제어기를 그 뒤에 위치된 유동 제한기와 함께 사용하여 제어될 수 있다. NH3 가스의 유량은 하나 이상의 질량 유동 제어기들을 사용하여 제어될 수 있다. 도 5의 예는 NH3 가스의 유동을 제어하기 위한 단일 질량 유동 제어기의 컴포넌트들을 도시한다. 질량 유동 제어기는 입구(520)와 유체 연통하는 질량 유량계(MFM; mass flow meter)(505) 및 혼합 가스 출구(535)와 추가로 유체 연통하는 비례 밸브(510)를 포함한다. 질량 유동 제어기는 MFM(505) 및 비례 밸브(510)와 전기 통신하는 제어기(515)를 더 포함한다. 제어기(515)는 다른 제어기 또는 프로세서(예를 들어, 도 2 및 도 3의 제어 모듈(125))로부터 설정 포인트(540)를 수신하고, 이를 MFM(505)으로부터의 측정된 유량과 비교하고, 그에 따라 비례 밸브(510)를 조정하여 설정 포인트(540)에 의해 지정된 유량을 달성한다.
[0102] 거친(turbulent) 가스 유동들 및 압력 변동들은 가스 혼합 디바이스에서의 NH3 가스와 이송 가스의 불균일한 혼합을 초래할 수 있다. 이러한 불규칙성의 영향들은 NH3 가스 공급 라인의 길이가 증가함에 따라 더 현저해질 수 있다. NH3 질량 유동 제어기의 출구 스터브조차도 가스 혼합물 내의 불균일한 NH3 주입량에 기여하는데, 이는 그러한 소량의 NH3 가스가 출력 액체의 전도도에 영향을 주는 데 필요하기 때문이다. 예를 들어, 일반적인 질량 유동 제어기에서, 비례 밸브는 가스 파이프 또는 튜브에 연결하기 위한 출구 포트를 갖는 금속 본체 내부에 위치한다. 비례 밸브로부터 출구의 연결 피팅에 이르는 일반적으로 짧은 내부 유동 채널은 시스템의 약간의 압력 변화들에서도 가스 혼합물 내의 주입량 변동들을 유발하기에 충분한 혼합되지 않은 NH3을 여전히 포함할 수 있다. 이러한 주입량 변동들은 시스템의 출구에서 액체의 전도도의 변동들을 유발하므로 반도체 제조에서 바람직하지 않다. 따라서, 공지된 구성들을 사용하여 시스템의 출구에서 액체의 전도도의 필요한 안정성을 달성하는 것이 가능하지 않았다.
[0103] 그러나, 표준 질량 유동 제어기의 사용은 맞춤 설계를 통한 비용 이점들 때문에 바람직하다. 본 기술은 전술한 문제들을 극복하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 이송 가스는 중앙 주입 튜브 또는 파이프(예를 들어, 주입 파이프(530))를 통해 NH3 가스의 유동을 제어하는데 사용되는 질량 유동 제어기의 비례 밸브 출구의 개구로 직접 공급된다. 주입 튜브는 이송 가스의 NH3과의 혼합 포인트가, 연결 피팅의 원단(far end)으로부터 실질적으로 질량 유동 제어기 비례 밸브의 내부 출구 또는 내부 출구 근처로 이동되도록 위치된 개구를 갖는 t-피팅 내에 장착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이송 가스 주입 튜브의 개구는 질량 유동 제어기 비례 밸브의 내부 출구로부터 약 5 내지 10 mm이다. 이 수단은 시스템 내의 순수한(예를 들어, 혼합되지 않은) NH3 가스 볼륨을 감소시킬 수 있고, 따라서 접촉기의 내부 압력의 변동들이 시스템의 출구에서의 액체의 전도성의 안정성에 미치는 영향을 감소시키거나 제거할 수 있다. 동시에, 표준 질량 유동 제어기들이 시스템에서 여전히 사용되어 경제적 이점을 제공할 수 있다.
[0104] 시스템에서의 NH3 가스의 필요한 유량은 비교적 작다. 예를 들어, 5 μS/cm 내지 40 μS/cm의 전도도 설정 포인트와 함께 주어진 온도에서 0.5 L/min 내지 32 L/min의 액체 유동 범위를 갖는 일반적인 시스템에서, NH3 가스 유동은 0.48 sccm 내지 1197 sccm일 수 있다. 소정의 경우들에서, 더 높은 유동 및 전도도 범위들은 유량, 예를 들어, 48 L/min의 액체 유량 및 최대 200 μS/cm의 전도도 설정 포인트와 함께 사용되며, 이는 약 41.1 slm의 NH3 가스 유동을 요구한다. 그럼에도 불구하고, 필요한 가스 유동 범위는 일부 예시적인 응용들에서 적어도 3 개의 크기에 걸칠 수 있으며, 이는 일반적으로 1 내지 1.5 크기의 유동 범위를 커버할 수 있는 단일 질량 유동 제어기에 의해 커버될 수 없다.
[0105] 일부 실시예들에서, 가스 혼합 디바이스는 넓은 범위의 필요한 NH3 가스 유동을 커버하기 위해 복수의 질량 유동 제어기들을 포함한다. 도 6은 본원에서 설명되는 기술의 실시예들에 따른 예시적인 가스 혼합 디바이스(600)의 블록도이다. 가스 혼합 디바이스(600)는 제1 입구(620)에서 공급된 NH3 가스를 입구(625)에서 공급된 이송 가스(예컨대, N2 가스)와 혼합하여 결과적인 가스 혼합물을 혼합 가스 출구(635)를 통해 출력하는 데 사용된다. 가스 혼합 디바이스(600)는 3 개의 질량 유동 제어기(mass flow controller)들(MFC1-MFC3), 및 MFC1-MFC3에 각각 NH3 가스를 공급하기 위한 입구 밸브들(V601-V603)을 포함한다. 필터(640)는 접촉기에 제공되기 전에 혼합 가스를 필터링하는 데 사용될 수 있다. 압력 완화 밸브(V604)는 치명적인 시스템 장애 전에 공급 라인 내의 압력 축적을 완화하는 안전 디바이스로서 사용될 수 있다.
[0106] 도 6은 3 개의 질량 유동 제어기들을 도시하지만, 본 기술의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 더 적은 또는 더 많은 질량 유동 제어기들이 사용될 수 있음을 이 분야의 통상의 기술자는 이해할 것이다.
[0107] 질량 유동 제어기들(MFC1-MFC3) 각각은 실질적으로 각각의 질량 유동 제어기의 비례 밸브(도시되지 않음)의 내부 출구 또는 그 근처에 이송 가스의 유동을 주입하기 위한 도 5의 주입 파이프(530)와 유사한 중앙 주입 튜브를 구비한다. 따라서, 이송 가스의 전체 유동은 NH3을 이송 가스 내로 공급하는 데 사용되는 모든 질량 유동 제어기들에 가해질 수 있다. 동작 중에, 이송 가스의 유동은 이송 가스의 물에 대한 용해도를 고려하기 위해, 측정된 액체 유량에 응답하여 변경된다. 일부 실시예들에서, 이송 가스는 NH3과 DI-워터 사이의 버퍼로서 작용하도록 NH3 가스의 유동에 응답하여 제어된다. 이송 가스의 유량은 접촉기 내부의 액체 레벨을 유지하는 데에도 사용된다.
[0108] 일부 실시예들에서, 가스 혼합 디바이스는 NH3 가스 유동을 제어하기 위해 하나 이상의 질량 유동 제어기들 대신에 하나 이상의 고속 스위칭 밸브를 포함한다. 고속 스위칭 밸브들은 밀리초 범위 이하의 스위칭 시간을 가질 수 있기 때문에 NH3 가스의 거의 연속적인 유동이 시스템에 공급될 수 있다. 스위칭 밸브들은 스위칭 밸브들의 하류에 큰 NH3 가스 볼륨이 존재하지 않도록 배열된다. 일부 실시예들에서, 이것은 이송 가스를 밸브 폐쇄기들에 직접 공급하기 위한 주입 튜브로 달성된다.
[0109] 도 7은 본원에서 설명되는 기술의 실시예들에 따른, DI-워터에 NH3 가스를 용해하기 위한 방법(700)의 흐름도이다. NH3 가스는 가스 혼합 디바이스의 제1 입구에 공급될 수 있다(705). 전술한 바와 같이, 가스 혼합 디바이스는 NH3 가스를 가스 혼합 디바이스에 공급하기 위해 제1 가스 소스와 유체 연통하는 제1 입구를 가질 수 있다. 이송 가스는 가스 혼합 디바이스의 제2 입구에 공급될 수 있다(710). 예를 들어, 가스 혼합 디바이스는 가스 혼합 디바이스에 이송 가스를 공급하기 위해 제2 가스 소스와 유체 연통하는 제2 입구를 가질 수 있다.
[0110] NH3 가스 및 이송 가스는 가스 혼합물을 생성하기 위해 가스 혼합 디바이스 내에서 혼합될 수 있다. 가스 혼합 디바이스로부터의 NH3 가스 및 이송 가스를 포함하는 가스 혼합물, 및 DI-워터가 접촉기에 공급될 수 있다(715). 일부 실시예들에서, 가스 혼합 디바이스는 접촉기의 가스 입구와 유체 연통하는 혼합 가스 출구를 포함하고, DI-워터는 접촉기의 액체 입구와 유체 연통한다.
[0111] 일부 실시예들에서, 가스 혼합물은 접촉기 상류의 DI-워터 공급 라인에 제공된다. 예를 들어, 가스 혼합 디바이스의 혼합 가스 출구는, 실질적으로 접촉기의 상부 또는 근처의 입구의 상류 위치에서 DI-워터 공급 라인과 유체 연통할 수 있다. 이러한 구성은 NH3 가스의 실질적인 부분이 잔류 NH3 가스가 용해될 수 있는 접촉기에 들어가기 전에 DI-워터에 용해될 수 있기 때문에 유리하다. 이 효과를 더욱 향상시키기 위해, 정적 혼합기는, 가스 혼합물이 DI-워터 공급 라인에 제공되는 위치의 하류이지만 접촉기 입구의 상류에서 DI-워터 공급기와 일렬로 위치될 수 있다.
[0112] DI-워터의 유량이 측정될 수 있고(720), DI-워터의 측정된 유량 및 미리 결정된 전도도 설정 포인트에 기초하여 NH3 가스의 유량이 설정될 수 있다(725). 예를 들어, 전술한 바와 같이, 시스템의 제어 모듈은, 시스템으로부터 출력되는 결과적인 전도성 액체의 원하는 전도도를 나타내기 위해 사용자에 의해 제공되는 전도도 설정 포인트(예를 들어, 카파) 및 DI-워터 유량의 측정치를 사용하는 계산들에 기초하여 가스 혼합 디바이스에 제공할 NH3 가스의 필요한 주입량을 설정할 수 있다. NH3 가스의 필요한 유량은 원하는 DI-워터 유량 및/또는 결과적인 전도성 액체의 전도도에 비례할 수 있다. 일부 실시예들에서, NH3 유량 계산들은 DI-워터 유량 대신에 전도성 액체 출력의 유량 측정에 기초한다.
[0113] 위에서 상세히 설명된 바와 같이, 필요한 유량 또는 공급할 NH3 가스의 주입량의 계산은, 실제 온도 측정치의 획득을 요구함이 없이 시스템 내의 액체의 온도 범위에 대한 미리 결정된 가정들에 기초할 수 있다. 이것은 온도 측정들을 행하는 데 필요한 추가적인 컴포넌트들을 유지할 필요가 없으므로 더 낮은 전위(up front) 장비 복잡성 및 비용뿐만 아니라 더 낮은 소유 비용과 같은 소정의 이점들을 제공할 수 있다. 또한, 통합할 능동 컴포넌트들이 적어짐에 따라 시스템 소프트웨어의 개발 시간이 감소될 수 있으며, 어떠한 공정 사이클도 온도 측정치를 얻는 데 전용화되지 않고, 계산들에 사용되는 온도 값이 정적일 수 있으므로 공정 시간이 감소될 수 있다.
[0114] 일부 실시예들에서, 접촉기에 들어가는 DI-워터(또는 DI-워터 및 가스 혼합물)의 온도를 감지 또는 측정하기 위해 접촉기의 입구 또는 그 근처에 온도 센서가 위치된다. 일부 실시예들에서, 접촉기로부터 출력되는 전도성 액체(예를 들어, NH3 가스가 용해되어 있는 DI-워터)의 온도를 감지 또는 측정하기 위해 접촉기의 출구 또는 그 근처에 온도 센서가 위치된다. 제어 모듈은 하나 이상의 온도 센서들과 통신할 수 있고, 액체의 온도를 나타내는 센서 출력 신호들을 주기적으로 또는 지속적으로 수신할 수 있다.
[0115] 온도 측정들은 결과적인 전도성 액체의 전도도의 더 높은 정확도를 필요로 하는 응용들에 사용될 수 있다. 예를 들어, 필요한 NH3 가스 유량의 계산들을 위해 가정되거나 정적인 액체 온도 값을 사용하는 대신, 제어 모듈은 DI-워터 유량의 측정치 및 사용자에 의해 제공되는 전도도 설정 포인트에 더하여 액체의 실제 온도의 측정치를 사용하여 그의 계산들을 수행할 수 있다.
[0116] NH3 가스가 용해되어 있는 DI-워터는 접촉기로부터 유동할 수 있다(730). 일부 실시예들에서, NH3 가스가 용해되어 있는 DI-워터는 습식 세정 작업에 사용하기 위해 접촉기의 액체 출구로부터 유동하여 시스템을 빠져나간다. 일부 실시예들에서, 시스템은 시스템에 의해 공급되는 전도성 액체의 압력을 향상시키기 위해 접촉기 출구의 하류에 펌프를 포함한다.
[0117] 도 8은 NH3 가스가 용해되어 있는 DI-워터를 포함하는 전도성 액체를 생성 및 전달하기 위한 예시적인 시스템의 성능 그래프이다. 예시적인 시스템은 그러한 시스템의 일반적인 구성인 타워 팩킹 컬럼의 하부에 가스 입구를 갖도록 설계된다. 도 8은 10 μS/cm의 전도도 설정 포인트를 이용하는 시스템 동작의 50 분의 코스 동안 측정된 L/min 단위의 시스템에서의 액체의 유량을 나타내는 곡선(810)과 중첩된 μS/cm 단위의 접촉기로부터 출력된 액체의 전도도에 대응하는 곡선(820)을 포함한다.
[0118] 시스템의 동작 중에, 액체 유량은 출력 액체의 전도도가 측정되는 동안 주기적으로 증가되거나 감소된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 출력 액체의 전도도는 일반적으로 액체 유량의 변화에 따른 더 큰 순간 편차들과 함께 설정 포인트로부터 5 μS/cm 미만으로 변동하며, 편차(830)는 설정 포인트로부터의 대략 10 μS/cm의 가장 큰 관찰된 편차이다.
[0119] 도 9는 NH3 가스가 용해되어 있는 DI-워터를 포함하는 전도성 액체를 생성 및 전달하기 위한 예시적인 시스템의 성능 그래프이다. 도 9의 그래프에 대응하는 시스템은 혼합 가스 출구를 접촉기 입구 상류의 DI-워터 공급 라인으로 공급하는 것과 같이 본원에서 설명되는 최적화들(예컨대, 도 4 및 도 5)을 포함한다.
[0120] 도 9는 10 μS/cm의 전도도 설정 포인트를 이용하는 시스템 동작의 120 분의 코스 동안 측정된 L/min 단위의 시스템에서의 액체의 유량을 나타내는 곡선(910)과 중첩된 μS/cm 단위의 접촉기로부터 출력된 액체의 전도도에 대응하는 곡선(920)을 포함한다.
[0121] 시스템의 동작 중에, 액체 유량은 출력 액체의 전도도가 측정되는 동안 주기적으로 증가되거나 감소된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 출력 액체의 전도도는 일반적으로 액체 유량의 변화에 따른 단지 1 μS/cm 이하의 작은 짧은 순간 편차들과 함께 설정 포인트로부터 1 μS/cm 미만으로 변동한다.
[0122] 따라서, 설명된 바와 같이, 본 기술은 기존 시스템들보다 실질적으로 더 높은 액체 유동 범위에 걸쳐 출력 액체 전도도의 정밀한 제어를 유지할 수 있다. 적용된 제어 시스템은 어떠한 초과도 없이 시스템에 필요한 NH3 가스만을 공급하여 기존 시스템들에 비해 경제적 이점을 제공한다. 또한, 가스와 DI-워터 간의 직접적인 접촉으로 인해 물에서의 NH3 흡수는 거의 100 %이다. 예를 들어, 40 μS/cm의 공급된 액체에 대한 일반적인 전도도 설정 포인트에서, 암모늄이 배기 가스에서 검출되지 않으므로 기존 시스템들보다 주변의 NH3 오염 위험이 훨씬 낮다.
[0123] 또한, NH3의 용액들은 실리콘에 대한 에칭 거동을 나타낼 수 있다. 진보된 트랜지스터 구조들(예를 들어, finFET들)의 처리와 같은 소정 반도체 공정들에 대해, 정의된 그러나 단지 매우 작은 에칭 능력만이 요구된다. 정의된 희석된(dilute) NH3 용액들은 소정 NH3 농도들에서 필요한 에칭 능력을 가질 수 있지만, 요구되는 것 이상으로 에칭하지 않도록 적용되는 NH3 농도를 엄격히 제어하는 것이 중요하다. 따라서, 본원에서 설명되는 기술은 진보된 트랜지스터 구조들의 처리를 위한 반도체 공정들에 대한 해결책을 제공한다.
[0124] NH3 용액들의 에칭 능력은 용액의 산소 함량에 의해 추가로 변경된다. 소정 반도체 응용들은 NH3 용액에서 낮은 산소 함량을 필요로 한다. 이것은 오랜 저장 시간으로 인하여 일반적으로 산소 포화되는 농축된 NH3의 희석에 의해 달성하기가 어렵다. 이러한 조건들에서 NH3은 일반적으로 또한 용액으로부터 제거되기 때문에 그러한 용액의 가스제거(degassing)는 어렵다. 따라서, 본원에서 설명되는 기술들에 따른 NH3 가스 및 DI-워터로부터의 희석된 NH3 용액의 생성은 이러한 문제를 극복하는데, 이는 DI-워터가 종래의 기술들로 가스제거될 수 있고 순수한 NH3 가스만이 중요하지 않은 산소 트레이스들을 포함하기 때문이다.
[0125] 코발트는 finFET들과 같은 새로운 반도체 디바이스들의 제조에서 텅스텐과 같은 물질들을 대체하고 있다. 수용액 중 코발트에 대한 풀베이 다이어그램(Pourbaix diagram)에 따르면, pH가 9 미만인 코발트는 부식성 이온(Co2+)을 형성할 가능성이 있다. 일반적인 pH 값이 6 미만인 경우, DI-워터는 열역학적으로 코발트를 부식시킬 수 있다. 따라서, 일반적으로 제조 마지막 단계에서 행해지는 DI-워터를 이용한 린싱은 금속을 공격하여, 표면의 균열들에서 시작하여 상당한 물질 손실을 유발한다. NH4OH의 동종요법 첨가(homeopathic addition)는 억제자로서 작용하고, DI-워터의 pH를 시프트시킴으로써 그러한 부식을 간단히 중지시키는 것으로 밝혀졌다. 반대로, 보다 높은 농도의 NH4OH는 [Co(NH3)4]2+ 착물들로 Co(OH)2를 용해하는 것으로 밝혀졌으며, 이는 갈바니 부식의 위험을 증가시킨다.
[0126] 따라서, 엄격한 영역(tight region)에서 액체 용액의 pH를 제어하는 것이 중요하다. 액체의 pH와 그의 전도도 사이에는 상관관계가 있으므로, 신뢰할 수 있는 제어 방법이 NH3 용액의 전도도를 제어한다. 따라서, 본원에서 설명되는 기술은 또한 진보된 트랜지스터 구조들의 처리를 위한 반도체 공정들에 사용되는 용액들에서의 pH 제어를 위한 해결책을 제공한다.
[0127] 본원에서 설명되는 것에 대한 변형들, 변경들 및 다른 구현들은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 이 분야의 통상의 기술자들에게 떠오를 것이다. 따라서, 본 발명은 단지 전술한 예시적인 설명들로 한정되지 않는다.

Claims (30)

  1. DI-워터(DI-water)에 암모니아 가스를 용해하기 위한 시스템으로서,
    탈이온수 소스;
    가스 혼합 디바이스 ― 상기 가스 혼합 디바이스는,
    암모니아 가스를 공급하기 위해 제1 가스 소스와 유체 연통하는 제1 입구;
    이송 가스를 공급하기 위해 제2 가스 소스와 유체 연통하는 제2 입구; 및
    상기 암모니아 가스와 상기 이송 가스를 포함하는 가스 혼합물을 출력하기 위한 혼합 가스 출구를 포함함 ―;
    접촉기(contactor) ― 상기 접촉기는 상기 접촉기의 적어도 하나의 입구를 통해 상기 탈이온수 소스 및 상기 혼합 가스 출구와 유체 연통하며, 상기 접촉기는 암모니아 가스가 용해되어 있는 탈이온수를 생성함 ―;
    상기 탈이온수의 유량을 측정하기 위해, 상기 접촉기의 상기 적어도 하나의 입구와 유체 연통하는 센서; 및
    상기 센서와 통신하는 제어기
    를 포함하고,
    상기 제어기는, 상기 센서에 의해 측정된 탈이온수의 유량에 기초하여 상기 제2 가스 소스로부터 출력되는 상기 이송 가스의 압력을 조정하도록 구성되는,
    DI-워터에 암모니아 가스를 용해하기 위한 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 혼합 가스 출구는, 상기 접촉기의 상기 적어도 하나의 입구의 상류에서 상기 탈이온수 소스와 유체 연통하는, DI-워터에 암모니아 가스를 용해하기 위한 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 접촉기의 상기 적어도 하나의 입구의 상류에 위치된 정적 혼합 디바이스를 더 포함하고,
    상기 정적 혼합 디바이스는, 상기 가스 혼합 디바이스로부터 출력된 상기 가스 혼합물을 상기 탈이온수 소스로부터 출력된 탈이온수와 혼합하기 위한 것인, DI-워터에 암모니아 가스를 용해하기 위한 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 접촉기는 팩킹된 컬럼(packed column) 또는 팩킹된 타워 타입 접촉기(packed tower type contactor)인, DI-워터에 암모니아 가스를 용해하기 위한 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 접촉기의 적어도 하나의 출구는,
    상기 접촉기로부터 배기 가스(off gas)를 배출하기 위한 가스 출구; 및
    상기 암모니아 가스가 용해되어 있는 탈이온수를 출력하기 위한 액체 출구
    를 포함하는, DI-워터에 암모니아 가스를 용해하기 위한 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 접촉기의 상부 및 하부와 유체 연통하는 유체 레벨 센서를 더 포함하는, DI-워터에 암모니아 가스를 용해하기 위한 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 접촉기와 유체 연통하는 압력 센서를 더 포함하는, DI-워터에 암모니아 가스를 용해하기 위한 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    온도 센서를 더 포함하며,
    상기 온도 센서는,
    상기 탈이온수의 온도를 측정하기 위해 상기 접촉기의 상기 적어도 하나의 입구; 및
    상기 암모니아 가스가 용해되어 있는 탈이온수의 온도를 측정하기 위해 상기 접촉기의 적어도 하나의 출구
    중 하나와 유체 연통하는, DI-워터에 암모니아 가스를 용해하기 위한 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 센서 및 상기 온도 센서와 통신하는 제어기를 더 포함하며,
    상기 제어기는 상기 온도 센서에 의해 측정된 온도, 상기 센서에 의해 측정된 상기 탈이온수의 유량, 또는 미리 결정된 전도도 설정 포인트 중 적어도 하나에 기초하여 상기 제1 가스 소스로부터 공급되는 상기 암모니아 가스의 유량을 설정하도록 구성되는, DI-워터에 암모니아 가스를 용해하기 위한 시스템.
  10. 삭제
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 가스 혼합 디바이스는, 상기 가스 혼합 디바이스의 상기 제1 입구와 유체 연통하는 적어도 하나의 유동 제어 디바이스를 더 포함하는, DI-워터에 암모니아 가스를 용해하기 위한 시스템.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 가스 혼합 디바이스는 상기 제2 입구와 연통하는 가스 주입기를 더 포함하며,
    상기 가스 주입기는 상기 가스 혼합 디바이스 내에 위치되어, 상기 이송 가스의 유동을 상기 가스 혼합 디바이스의 상기 적어도 하나의 유동 제어 디바이스의 출구의 개구로 지향시키는, DI-워터에 암모니아 가스를 용해하기 위한 시스템.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 접촉기의 상기 적어도 하나의 액체 출구와 유체 연통하는 펌프를 더 포함하는, DI-워터에 암모니아 가스를 용해하기 위한 시스템.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 혼합 가스 출구는 상기 탈이온수 소스와 유체 연통하는, DI-워터에 암모니아 가스를 용해하기 위한 시스템.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 접촉기의 상기 적어도 하나의 입구는,
    상기 탈이온수 소스와 유체 연통하는 액체 입구; 및
    상기 혼합 가스 출구와 유체 연통하는 가스 입구
    를 포함하는, DI-워터에 암모니아 가스를 용해하기 위한 시스템.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 가스 입구는, 실질적으로 상기 접촉기 내의 액체의 평균 레벨에 위치되는 상기 접촉기 내의 출구 구멍(orifice)을 포함하는, DI-워터에 암모니아 가스를 용해하기 위한 시스템.
  17. 암모니아 가스를 탈이온수에 용해하기 위한 방법으로서,
    암모니아 가스를 가스 혼합 디바이스의 제1 입구에 공급하는 단계;
    이송 가스를 상기 가스 혼합 디바이스의 제2 입구에 공급하는 단계;
    상기 가스 혼합 디바이스로부터의 상기 암모니아 가스 및 상기 이송 가스를 포함하는 가스 혼합물, 및 탈이온수를 접촉기에 공급하는 단계;
    상기 탈이온수의 유량을 측정하는 단계;
    암모니아 가스가 용해되어 있는 상기 탈이온수를 상기 접촉기로부터 유동시키는 단계; 및
    상기 탈이온수의 유량에 기초하여 상기 이송 가스의 압력을 조정하는 단계
    를 포함하는, 암모니아 가스를 탈이온수에 용해하기 위한 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 가스 혼합 디바이스로부터 출력된 상기 가스 혼합물을 상기 접촉기의 상류에서 상기 탈이온수와 혼합하는 단계를 더 포함하는, 암모니아 가스를 탈이온수에 용해하기 위한 방법.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 접촉기는 팩킹된 컬럼 또는 팩킹된 타워 타입 접촉기인, 암모니아 가스를 탈이온수에 용해하기 위한 방법.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 접촉기의 가스 출구로부터 배기 가스를 배출하는 단계; 및
    상기 암모니아 가스가 용해되어 있는 탈이온수를 상기 접촉기의 액체 출구로부터 유동시키는 단계
    를 더 포함하는, 암모니아 가스를 탈이온수에 용해하기 위한 방법.
  21. 제17 항에 있어서,
    상기 접촉기 내의 유체의 유체 레벨을 감지하는 단계를 더 포함하는, 암모니아 가스를 탈이온수에 용해하기 위한 방법.
  22. 제17 항에 있어서,
    상기 접촉기 내의 유체의 유체 압력을 감지하는 단계를 더 포함하는, 암모니아 가스를 탈이온수에 용해하기 위한 방법.
  23. 제17 항에 있어서,
    (i) 상기 탈이온수 및 (ii) 상기 암모니아 가스가 용해되어 있는 탈이온수 중 적어도 하나의 온도를 감지하는 단계를 더 포함하는, 암모니아 가스를 탈이온수에 용해하기 위한 방법.
  24. 제23 항에 있어서,
    상기 온도, 상기 탈이온수의 유동, 또는 미리 결정된 전도도 설정 포인트 중 적어도 하나에 기초하여 공급할 상기 암모니아 가스의 유량을 설정하는 단계를 더 포함하는, 암모니아 가스를 탈이온수에 용해하기 위한 방법.
  25. 삭제
  26. 제17 항에 있어서,
    적어도 하나의 유동 제어 디바이스를 이용하여, 상기 가스 혼합 디바이스에 공급되는 상기 암모니아 가스의 유량을 제어하는 단계를 더 포함하는, 암모니아 가스를 탈이온수에 용해하기 위한 방법.
  27. 제26 항에 있어서,
    상기 이송 가스를 공급하는 단계는, 상기 가스 혼합 디바이스 내의 상기 이송 가스의 유동을 상기 가스 혼합 디바이스의 상기 적어도 하나의 유동 제어 디바이스의 출구의 개구로 지향시키는 단계를 더 포함하는, 암모니아 가스를 탈이온수에 용해하기 위한 방법.
  28. 제17 항에 있어서,
    상기 유동시키는 단계는, 상기 암모니아 가스가 용해되어 있는 탈이온수를 상기 접촉기의 액체 출구를 통해 상기 접촉기로부터 펌핑하는 단계를 더 포함하는, 암모니아 가스를 탈이온수에 용해하기 위한 방법.
  29. 제17 항에 있어서,
    상기 가스 혼합물을 상기 접촉기에 공급하는 단계는, 상기 가스 혼합물을 상기 접촉기의 가스 입구에 공급하는 단계를 더 포함하고,
    상기 가스 입구는, 실질적으로 상기 접촉기 내의 액체의 평균 레벨에 위치되는 상기 접촉기 내의 출구 구멍을 포함하는, 암모니아 가스를 탈이온수에 용해하기 위한 방법.
  30. 삭제
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