PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69829543T2 30.03.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0000922905
Titel Verfahren zur Erzeugung von Wasserdampf
Anmelder Fujikin Inc., Osaka, JP;
Hitachi, Ltd., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Minami, Yukio, Osaka, JP;
Kawada, Koji, Osaka, JP;
Tanabe, Yoshikazu, Oume-shi, Tokyo, JP;
Ikeda, Nobukazu, Osaka, JP;
Morimoto, Akihiro, Osaka, JP
Vertreter Schaumburg, Thoenes, Thurn, Landskron, 81679 München
DE-Aktenzeichen 69829543
Vertragsstaaten CH, DE, FR, GB, IT, LI, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 08.12.1998
EP-Aktenzeichen 983100603
EP-Offenlegungsdatum 16.06.1999
EP date of grant 30.03.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.03.2006
IPC-Hauptklasse F22B 1/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse C01B 5/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   H01L 21/316(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Wasserdampf zur Verwendung in der Halbleiterfertigungsindustrie mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Solch ein Verfahren ist aus der WO-A-97/28085 bekannt.

Bei der Herstellung von Halbleiterelementen wurde das herkömmliche Sauerstoff-Trockenoxidationsverfahren zur Siliziumoxidfilmbeschichtung mittels thermischer Oxidation größtenteils durch das Feuchtigkeitsoxidationsverfahren (auch als Sauerstoff-Nassoxidationsverfahren bekannt) ersetzt. Durch das Feuchtigkeitsoxidationsverfahren gebildete Siliziumoxidfilme sind im Allgemeinen in Bezug auf Eigenschaften wie beispielsweise Isolationsfestigkeit und Maskierungswirkung qualitativ hochwertiger als Siliziumoxidfilme, die man durch das Sauerstoff-Trockenoxidationsverfahren erhält.

Bei der Oxidfilmbeschichtung mittels des vorstehend genannten Feuchtigkeitsoxidationsverfahrens wird ein Gasgemisch aus Sauerstoff und Wasserdampf verwendet, bei dem der Feuchtigkeitsgehalt typischerweise 20 bis 30% beträgt.

Wasserdampf wird mit einer Rate von typischerweise 200 bis 2000 cm3/min mit dem Sauerstoff vermischt. Somit wird eine relativ große Menge an Wasserdampf von einem Feuchtigkeitserzeugungsreaktor zu der Halbleiterfertigungsanlage geleitet.

6 zeigt eine in der WO 97/28085 offenbarte Feuchtigkeitserzeugungsvorrichtung zur Verwendung bei dem Feuchtigkeitsoxidationsverfahren, die einen Teil des Stands der Technik bildet. In der 6 bezeichnen MFC1 bis MFC5 Massensteuerungen, V1 bis V5 Ventile; T1 to T6 Thermoelemente zum Messen der Temperatur CV1 bis CV5 Rückschlagventile, F1 bis F3 Filter; H&thgr; und H1 Gasvorheizspulen; Mx1 einen O2-H2-Mischer, Mx2 einen O2-Feuchtigkeits-Mischer; 1 einen Feuchtigkeitserzeugungsreaktor und SM Bearbeitungseinrichtungen wie eine Halbleiterfertigungsanlage.

Der Reaktor 1 ist detaillierter in 7 gezeigt, aus der ersichtlich ist, dass der Reaktor Reaktorstrukturelemente 2 und 3 umfasst, die mit einer Gaszufuhrverbindung 4 bzw. einer Feuchtigkeitsgasentnahmeverbindung 5 versehen sind. Die Gaszufuhrverbindung definiert einen Gaszufuhrdurchgang 4a, und der Reaktor 1 enthält einen Reflektor 9, der dem Gaszufuhrdurchgang 4a gegenüberliegt. In dem Reaktor ist ein weiterer Reflektor 12 vorgesehen, der einem Feuchtigkeitsauslassdurchgang 5a gegenüberliegt, der durch die Entnahmeverbindung 5 definiert ist. Ein Filter 10 ist im Allgemeinen in der Mitte des Reaktors 1 vorgesehen, und die Innenwand des Reaktorstrukturelements 3 ist mit einer platinbeschichteten Katalysatorschicht 13 versehen.

Die platinbeschichtete Katalysatorschicht 13 hat einen zweischichtigen Aufbau aus einer Sperrbeschichtung 13a mit einer auf dieser gebildeten Platinbeschichtung 13b. Die Sperrbeschichtung 13a ist aus einem Nitrid wie TiN gebildet, auf welcher die Platinbeschichtung 13b durch Aufdampfen oder Ionenbeschichtung fixiert wird.

Wasserstoff und Sauerstoff werden durch den Gaszufuhrdurchgang 4a in den Reaktor 1 geleitet und durch ein Gasdiffusionsmittel 8 diffundiert, das den Reflektor 9, den Filter 10 und den weiteren Reflektor 12 umfasst. Das Gasgemisch kommt mit der platinbeschichteten Katalysatorschicht 13 in Kontakt, was die Erzeugung von freien Wasserstoff- und Sauerstoffradikalen bewirkt oder ermöglicht. Die freien Wasserstoff- und Sauerstoffradikale reagieren sehr schnell bei einer unterhalb des Zündpunkts liegenden Temperatur miteinander, um Wassermoleküle ohne Verbrennung zu erzeugen.

Die Rate, mit der der Wasserstoff bzw. der Sauerstoff in den Reaktor 1 strömen, wird beispielsweise auf etwa 1000 bzw. 600 cm3/min festgelegt, so dass das Gemisch typischerweise etwa 20 Gewichtsprozent mehr Sauerstoff enthält. Der Gaszufuhrdruck von Sauerstoff und Wasserstoff ist auf 1,0 bis 3,0 kg/cm2 festgelegt, um etwa 1000 cm3/min an Feuchtigkeit zu erzeugen. Der Reaktor 1 hat typischerweise einen Außendurchmesser von etwa 114 mm, eine Wanddicke von etwa 31 mm und ein von etwa 86 cm3.

Die platinbeschichtete Katalysatorschicht hat eine Oberfläche von etwa 99 cm2. Obwohl der Reaktor wie dargestellt sehr klein ist, kann er mindestens 1000 cm3/min an Feuchtigkeit erzeugen.

Stromabwärts des Ausgangs des Reaktors 1 ist ein O2-Feuchtigkeits-Mischer Mx2 vorgesehen, bei dem die Feuchtigkeit in jedem beliebigen Verhältnis mit Sauerstoff vermischt und somit verdünnt werden kann.

6 zeigt einen Betrieb, bei dem ein Gasgemisch mit 20% mehr Sauerstoff in den Reaktor 1 geleitet wird. Der Reaktor 1 kann auch alternativ mit einem Gasgemisch betrieben werden, das mehr Wasserstoff enthält. In diesem Fall wäre an Stelle des O2-Feuchtigkeits-Mischers Mx2 ein H2-Feuchtigkeits-Mischer Mx1 vorgesehen.

Die Gasvorheizspulen H0 und H1 sind jeweils so angeordnet, dass sie das Gasgemisch bzw. den Sauerstoff auf eine Temperatur von nicht mehr als 200°C erwärmen. Der Reaktor 1 kann zudem mit einer Heizvorrichtung und wahlweise mit einer Kühlvorrichtung ausgestattet sein, so dass, falls die Reaktionswärme die Temperatur in dem Reaktor auf über 500°C ansteigen lässt, die Kühlvorrichtung aktiviert wird, um die Temperatur unter 500°C zu senken. Zusätzlich wird das Gasgemisch in dem Mischer Mx2 konstant bei einer Temperatur von etwa 120°C gehalten, um zu verhindern, dass Wasser an der Rohrwand kondensiert. Wenn nötig, wird dazu eine Heizvorrichtung bereitgestellt.

Bei Inbetriebnahme des Feuchtigkeitserzeugungsreaktors 1 werden die Massenflusssteuerungen MFC1 bis MFC5 und die Temperatursteuerungen so eingestellt, dass sie vorbestimmte Gasmassenflussraten liefern, werden die Ventile V2 und V5 geöffnet und die Ventile V1, V3 und V4 geschlossen, um das System mit Stickstoff zu reinigen.

Dann werden die Ventile V2 und V5 geschlossen. Zeitgleich oder kurze Zeit später werden die Ventile V3 und V4 geöffnet, um dem System Sauerstoff zuzuführen. Zur gleichen Zeit oder kurz danach wird das Ventil V1 geöffnet, um dem System Wasserstoff zuzuführen.

Die Sauerstoff- und Wasserstoffmoleküle werden bei Kontakt mit der platinbeschichteten Katalysatorschicht radikalisiert, und die entstandenen freien Radikale reagieren miteinander, um etwa 1000 cm3/min an Feuchtigkeitsgas zu erzeugen, das der Halbleiterfertigungsanlage SM zugeführt wird.

Die Massenflusssteuerungen MFC1 bis MFC5 sind so aufgebaut, dass die Gasströmungsraten ihre vorgegebenen Strömungsraten so bald wie möglich erreichen. Das heißt, die Sauerstoff- und die Wasserstoff-Strömungsrate erreichen ihren vorgegebenen Pegel etwa innerhalb einer Sekunde.

Der in 6 dargestellte Reaktor kann mindestens 1000 cm3/min an hochreinem Wasser erzeugen. Die zu erzeugende und zuzuführende Menge an Feuchtigkeit kann durch Regeln der Sauerstoff- und Wasserstoffzufuhr relativ leicht und mit hoher Genauigkeit gesteuert werden.

Dieser Feuchtigkeitserzeuger hat jedoch auch eine Reihe von Nachteilen. Insbesondere ermöglicht der Reaktor keine Steuerung der Feuchtigkeitsströmungsrate, wenn nur geringe Mengen Feuchtigkeit erzeugt werden.

In letzter Zeit ist das feuchtigkeitsarme Oxidationsverfahren bei der Siliziumoxidfilmbeschichtung immer stärker zur Anwendung gekommen. Für diese feuchtigkeitsarme Oxidation ist die Verwendung eines Gasgemischs aus Sauerstoff und Wasserdampf erforderlich, bei dem der Feuchtigkeitsgehalt 1000 ppm-2 Gewichtsprozent beträgt. Der in 6 dargestellte Feuchtigkeitserzeuger ermöglicht es nicht, dass die Erzeugung und die Zufuhr von Feuchtigkeit bei solch einer geringen Rate wie beispielsweise 1–50 cm3/min gesteuert werden.

8 zeigt Testvorrichtungen, die dazu dienen, die Reaktionseigenschaften der Feuchtigkeitserzeugungsvorrichtung der 6 zu testen. Es wurden Versuche mittels dieser Testvorrichtungen durchgeführt, und die Reaktionseigenschaften der Vorrichtung wurden bestimmt, während die Feuchtigkeitserzeugung sehr gering gehalten wurde.

In 8 bezeichnet MFC1 bis MFC3 Massenflusssteuerungen; V1 bis V6 Ventile; SV ein Saugregulierungsventil; E ein Quadrupol-Massenspektrometer (Q-Massenspektrometer); P eine Vakuumpumpe (Rotationspumpe); D eine Turbomolekularpumpe; und R einen Behälter zum Sammeln von Feuchtigkeit, in dem die Feuchtigkeit bei Raumtemperatur kondensiert und gesammelt wird. Die Massenflusssteuerungen MFC1 bis MFC3 sind so genannte „Schnellstart"-Massenflusssteuerungen und sind so konzipiert, dass die Wasserstoff- und die Sauerstoff-Strömungsrate O2 schnell ihre vorbestimmte Strömungsrate erreichen.

Um die Reaktionseigenschaften bei der Inbetriebnahme des Feuchtigkeitserzeugungsreaktors 1 zu bestimmen, wurden die Strömungsraten für Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff mittels der Massenflusssteuerungen MFC1 bis MFC3 zunächst in den vier Testversuchen auf die Raten festgelegt, die nachstehend in Tabelle 1 dargestellt sind. Bei jedem Test wurde die Gaskonzentration in der erzeugten Feuchtigkeit und die erzeugte Wassermenge mittels des Q-Massenspektrometers E bestimmt. Die Ventile V1 bis V3 wurden wie folgt betätigt: Bei Inbetriebnahme des Feuchtigkeiterzeugers wurde das Ventil V3 geschlossen und das Ventil V2 geöffnet. Zwei Sekunden später wurde V1 geöffnet, um eine Minute lang Feuchtigkeit zu erzeugen. Als die Feuchtigkeitserzeugung beendet werden sollte, wurde das Ventil V1 geschlossen, und zwei Sekunden danach wurde das Ventil V2 geschlossen und das Ventil V3 geöffnet, um dem Reaktor 1 Stickstoff zuzuführen. Ein Teil des aus dem Reaktor 1 strömenden Gases wurde in das Q-Massenspektrometer E geleitet, und die Konzentration von Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff in der erzeugten Feuchtigkeit sowie die erzeugte Wassermenge wurden in Messabständen von etwa einer Sekunde bestimmt.

Tabelle 1

Das verwendete Q-Massenspektrometer war das Model MSQ-150A Quadrupole Mass Analyzer, hergestellt von ULVAC Corporation, Japan. Der Zufuhrdruck wurde auf 2 kgf/cm2 für Wasserstoff, 2 kgf/cm2 für Sauerstoff und 7 kgf/cm2 für Stickstoff festgelegt (jeweils Überdrücke).

9 zeigt die Ergebnisse der vier Tests. Wie in 9 dargestellt, war die Spitzenrate der Feuchtigkeitserzeugung (P) in allen Fällen gleich. Für den Feuchtigkeitserzeuger der 6 entsprach somit die Menge an Feuchtigkeit, die erzeugt wurde, als die Feuchtigkeitserzeugung gering war, ungeachtet der Sauerstoff- und der Wasserstoff-Strömungsrate beinahe der Menge im Anfangsstadium. Mit anderen Worten wurde deutlich gemacht, dass es unter Verwendung einer solchen Vorrichtung nicht möglich ist, die Konzentration an Wasserdampf in dem Ausgangsgas, das heißt die Strömungsrate von Feuchtigkeit zu steuern.

Ein möglicher Grund dafür, dass die Spitzenrate in allen vier Fällen in der Feuchtigkeitserzeugungsreaktionskurve bei demselben Wasserdampfpegel liegt, könnte sein, dass Wasserstoff in der Rohrleitung, der Massenflusssteuerung MFC1, dem Ventil V1 und in anderen Teilen des Wasserstoffgas-Zufuhrsystems eingeschlossen bleibt, wenn ein Zyklus beendet ist. Wenn das Ventil V1 in dem nächsten Zyklus geöffnet wird, strömt dieser restliche Wasserstoff in den Reaktor 1, wo er in Wasser umgewandelt wird, was einen Spitzenwert in der Feuchtigkeitserzeugungsreaktionskurve erzeugt.

In 9 hat die Konzentrationskurve von Wasserstoff ihren Spitzenwert bei H2'. Dies kann darauf zurückzuführen sein, dass sich ein Teil des in das Q-Massenspektrometer E geleiteten Wasserdampfs in H2+-Ionen in dem Gasionisator innerhalb des Spektrometers E auflöst und diese Ionen offensichtlich zu einer höheren Wasserstoffkonzentration führen.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einige oder alle Probleme zu lösen, die mit dem Feuchtigkeitserzeuger nach dem Stand der Technik verbunden sind.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen von Feuchtigkeit anzugeben, das eine hochpräzise Steuerung der Feuchtigkeitszufuhr zu der Halbleiterfertigungsstraße bei beispielsweise sehr geringen Massenflussraten ermöglicht.

Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zum Erzeugen von Wasserdampf angegeben, wie es in Anspruch 1 beansprucht ist.

Der Fluss des anderen Gases kann so gesteuert werden, dass seine Massenflussrate mit einer im Wesentlichen konstanten Rate auf den jeweiligen vorgegebenen Pegel ansteigt. Die Zeit, bis diese vorgegebene Strömungsrate erreicht wird, kann mehr als 1 Sekunde, typischerweise 1–10 Sekunden (beispielsweise 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder 9 Sekunden) dauern. Die „Anlaufzeit" für den Strom des anderen Gases beträgt 5–6 Sekunden.

Alternativ kann dieses andere Gas nach Beginn des Flusses des anderen Gases für mehr als 1 Sekunde, typischerweise 1–10 Sekunden, abgezweigt gehalten werden. In einigen Ausführungsbeispielen kann das andere Gas 5–6 Sekunden abgezweigt gehalten werden. Danach wird das andere Gas dem Reaktor zugeführt.

Alternativ kann der Wasserdampf nach Beginn der Wasserdampferzeugung mehr als 1 Sekunde lang, typischerweise 1–10 Sekunden, ausgeschieden werden. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Wasserdampf 5–6 Sekunden lang ausgeschieden werden. Danach kann der Wasserdampf kontinuierlich Wasserdampf verwendenden Einrichtungen wie beispielsweise einer Haltleiterfertigungsanlage zugeführt werden.

Es folgt nun eine rein beispielhafte Beschreibung der Ausführungsbeispiele zum Ausführen der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen.

In den Zeichnungen ist:

1 ist ein Systemplan eines Feuchtigkeitserzeugers zum Ausführen der vorliegenden Erfindung.

2 ist ein schematisches Diagramm, das die Testvorrichtungen zum Testen der Reaktionseigenschaften des Feuchtigkeitserzeugers der 1 zeigt.

3 zeigt Feuchtigkeitserzeugung-Reaktionskurven, die die Ergebnisse der Tests zu den Reaktionseigenschaften sind, die mit den Vorrichtungen der 2 durchgeführt wurden.

4 ist ein Systemplan eines Feuchtigkeitserzeugers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel zum Ausführen der Erfindung.

5 ist ein Systemplan eines Feuchtigkeitserzeugers gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel zum Ausführen der Erfindung.

6 ist ein Systemplan einer Feuchtigkeitserzeugungsvorrichtung nach dem Stand der Technik.

7 ist eine Schnittansicht eines Reaktors zum katalytischen Erzeugen von Feuchtigkeit nach dem Stand der Technik.

8 ist ein schematisches Diagramm, das die Testvorrichtungen zum Testen der Reaktionseigenschaften der Vorrichtung der 6 zeigt.

9 zeigt Feuchtigkeitserzeugung-Reaktionskurven, die die Ergebnisse der Tests sind, die mit den Testvorrichtungen der 8 durchgeführt wurden.

Beispiel 1

In 1 bezeichnen MFC1 bis MFC5 Flusssteuerungen wie Massensteuerungen, V1 bis V10 Ventile; T1 bis T6 Thermoelemente zum Messen der Temperatur; CV1 bis CV5 Rückschlagventile; F1 bis F3 Filter; H1 und H2 Gasvorheizspulen; Mx1 einen O2-H2O-Mischer, Mx2 einen O2-H2O-Mischer; 1 einen Feuchtigkeitserzeugungsreaktor und SM eine Halbleiterfertigungseinrichtung wie beispielsweise eine Oxidationskammer, der erzeugte Feuchtigkeit zugeführt wird. Der Feuchtigkeitserzeuger ähnelt dem der 6, außer, dass er mit Ventilen V6 bis V10 versehen ist und eine sich allmählichen öffnende oder langsam startende Massenflusssteuerung MFC1 als Massenflusssteuerung verwendet.

Die Massenflusssteuerung MFC1 an der Wasserstoffgas-Zufuhrleitung ist also so aufgebaut, dass, nachdem die Zufuhr von Wasserstoffgas zu der primären oder stromaufwärts gelegenen Seite mit einem Druck von 1,0 bis 3,0 kgf/cm2 begonnen wurde, die Strömungsrate von Wasserstoff auf der sekundären oder stromabwärts gelegenen Seite allmählich erhöht wird und einen bestimmten vorgegebenen Pegel in etwa ein bis zehn Sekunden erreicht. Die Massenflusssteuerung MFC1 ist vorzugsweise eine variable Flusssteuerung, so dass die Länge der „Anlaufzeit", bei der die Strömungsrate von Gas von 200 auf einen vorgebenen Pegel erhöht wird, eingestellt werden kann. Zudem ist ein Ventil V8 auf der Einlassseite der an der Wasserstoffzufuhrleitung gelegenen Massenflusssteuerung MFC1 vorgesehen. Durch direktes Verbinden dieses Ventil V8 mit der Massenflusssteuerung MFC1 wird der Totraum zwischen diesen minimiert.

Zur Inbetriebnahme des Feuchtigkeitserzeugungsreaktors 1 werden die Massenflusssteuerungen MFC1 bis MFC5 und die Temperatursteuerungen zunächst auf vorbestimmte Werte festgelegt. Dann werden die Ventile V2, V5, V6 und V7 geöffnet und die Ventile V1, V3, V4, V8, V9 und V10 geschlossen, um das System mit Stickstoff zu reinigen.

Danach werden die Ventile V2 und V5 geschlossen, und gleichzeitig oder kurze Zeit danach werden die Ventile V3, V4, V9 und V10 geöffnet, um dem System Sauerstoff zuzuführen.

Mit Begin der Sauerstoffzufuhr oder kurze Zeit darauf (typischerweise ein bis drei Sekunden später) werden die Ventile V1 und V8 geöffnet, um dem System Wasserstoff zuzuführen.

Wenn die Ventile V1 und V8 geöffnet sind, beginnt der Wasserstoff in den Feuchtigkeitserzeugungsreaktor 1 zu strömen. Wie jedoch vorstehend erwähnt, ist die Massenflusssteuerung MFC1 eine langsam startende Massenflusssteuerung, und die Strömungsrate, mit der der Wasserstoff durch das Ventil V1 strömt, um sich mit dem Sauerstoff zu vermischen, wird nicht so plötzlich wie bei dem System nach dem Stand der Technik, sondern allmählich in Abhängigkeit der Anstiegscharakteristik der Flussrate der Massenflusssteuerung MFC1 erhöht. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Anstiegsrate der Wasserstoffströmungsrate durch die Massenflusssteuerung MFC1 so festgelegt, dass die Strömungsrate – etwa 1–50 cm3/min in etwa 1–10 Sekunden, vorzugsweise in 5–6 Sekunden erreicht wird. Jeglicher Restwasserstoff, der sich noch in Innenräumen der Massenflusssteuerung MFC1, der Rohrleitung Pn und/oder dem Ventil V1 befindet, wird daher nicht auf einmal in den Reaktor gedrängt.

3 zeigt die Feuchtigkeitserzeugung-Reaktionseigenschaftskurven, die mit dem Feuchtigkeitserzeugungsreaktor 1 bei der in 2 dargestellten Testanordnung erzielt wurden, bei der eine langsam startende Massensteuerung als Massenflusssteuerung MFC1 verwendet wurde. Bei diesem Test wurden die Ventile wie folgt betätigt: Bei der Inbetriebnahme wurden die Ventile V2 und V7 geschlossen, während die Ventile V3 und V9 geöffnet wurden. Zwei Sekunden später wurden die Ventile V1 und V8 geöffnet. Zum Schluss wurden die Ventile V1 und V8 geschlossen, und zweiten Sekunden später wurden die Ventile V3 und V9 geschlossen und die Ventile V2 und V7 geöffnet.

Die anderen Bedingungen einschließlich der zugeführten Wasserstoffmenge entsprachen denen der Tests zu den Reaktionseigenschaften gemäß 9, und zusätzlich wurde die Anstiegsrate der Strömungsrate durch die Massenflusssteuerung MFC1 so festgelegt, dass sich die Wasserstoffströmungsrate erhöhte und die vorbestimmten Pegel von 5, 10, 20 und 50 cm3/min (ausgehend von 0 cm3/min) in etwa 5 Sekunden erreichte.

Es ist nachgewiesen, dass bei Betrieb die anfängliche Wasserdampferzeugung bei den jeweils vorgegebenen Pegeln – 5, 10, 20 oder 50 cm3/min – reguliert wird, wie aus 3 ersichtlich ist. Somit kann die Feuchtigkeitserzeugung, das heißt die Massenflussrate der Feuchtigkeitszufuhr beispielsweise zu einer Halbleiterfertigungsstraße präzise gesteuert werden.

Das Verfahren nach Beispiel 1 verhindert, dass kein Wasserstoff, der in Innenräumen der Flusssteuerung und/oder der Wasserstoffrohrleitung eingeschlossen ist, plötzlich in den Reaktor strömt, was geschieht, wenn frischer Wasserstoff der Einlassseite der Flusssteuerung zugeführt wird. Somit braucht man sich keine Gedanken darüber machen, dass die Feuchtigkeitserzeugung außer Kontrolle gerät, wenn die erzeugte Menge sehr gering ist. Daher kann die Erzeugung von Feuchtigkeit bei sehr geringen Massenflussraten mit hoher Genauigkeit gesteuert werden.

Beispiel 2

Das vorstehende Beispiel 1 betrifft eine „sauerstoffreiche" Feuchtigkeitserzeugung, bei der eine relativ große Menge an Sauerstoff und eine relative geringe Menge an Wasserstoff dem Reaktor 1 zugeführt werden und ein Sauerstoff-Wasserdampf-Gemisch aus dem Feuchtigkeitsauslass 5 strömt. Wie bei dem sauerstoffreichen Betrieb ist auch eine „wasserstoffreiche" Feuchtigkeitserzeugung (bei der eine relative große Menge and Wasserstoff und eine relativ geringe Menge an Sauerstoff dem Reaktor 1 zugeführt werden) gemäß Beispiel 2 auch dann äußerst präzise, wenn die Feuchtigkeitserzeugung mit 5–50 cm3/min gering ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Sauerstoffzufuhr mittels einer langsam startenden oder sich allmählich öffnenden Flusssteuerung derart reguliert wird, dass die Sauerstoffströmungsrate einen bestimmten Strömungspegel ausgehend von Null innerhalb einer gewissen Zeit – typischerweise 1–10 Sekunden – erreicht.

In den Beispielen 1 und 2 kann die langsam startende Massenflusssteuerung jede wahlweise einstellbare Steuerung sein, wie sie dem Fachmann bekannt ist und zur Verfügung steht. Die Flusssteuerung kann jegliche Art von Flusssteuerung sein, einschließlich beispielsweise einer Druckflusssteuerung.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel können Wasserstoff und Sauerstoff dem Reaktor 1 mit einem stöchiometrischen Verhältnis von 2:1 zugeführt werden, so dass das durch den Auslass ausgeschiedene Gas ausschließlich und fast ausschließlich aus Wasserdampf (Dampf) besteht.

Beispiel 3

4 zeigt den Aufbau der Feuchtigkeitserzeugungsvorrichtung aus Beispiel 3. Ein Abzweigrohr S ist auf der Feuchtigkeitsauslassseite der Feuchtigkeitserzeugungsvorrichtung vorgesehen, und ein Auslassventil 13 ist in dem Abzweigrohr S vorgesehen. Umschaltventile V11 und V12 und ein Reinigungsrohr PN sind unmittelbar an der stromaufwärts gelegenen Seite der Halbleiterfertigungsstraße SM vorgesehen. Ansonsten entsprechen die Anordnungen der 4 den in 1 gezeigten.

In 4 wird der Halbleiterfertigungsstraße SM durch das Reinigungsrohr Pn zunächst Stickstoff zugeführt, um die Vorrichtung zu reinigen. Bevor der Halbleiterfertigungsstraße SM Feuchtigkeit zugeführt wird, werden dem Feuchtigkeitserzeugungsreaktor bestimmten Mengen Sauerstoff und Wasserstoff zugeführt. Das Auslassventil V13 wird in eine geöffnete Stellung gebracht, so dass die anfänglich erzeugte Feuchtigkeit aus der Vorrichtung in die Umgebung abgeschieden wird. Wenn sich die Feuchtigkeitserzeugungsrate stabilisiert hat, werden das Auslassventil V13 und das Umschaltventil V11 geschlossen und das Umschaltventil V12 geöffnet, um nachträglich erzeugte Feuchtigkeit mit einer vorbestimmten Rate der Halbleiterfertigungsstraße SM zuzuführen. Die Menge an Feuchtigkeit, die durch das Auslassventil ausgeschieden wird, entspricht in etwa dem Feuchtigkeitsvolumen, das bei dem in 9 dargestellten Spitzenwert der Feuchtigkeitserzeugung erzeugt wird.

Gemäß Beispiel 3 steigt der Sauerstoff- und Wasserstoffverbrauch an, da vor Beginn der Feuchtigkeitszufuhr zu der Halbleiterfertigungsstraße SM überschüssige Feuchtigkeit an die Atmosphäre abgegeben wird. Der Feuchtigkeitsfluss zu der Halbleiterfertigungsstraße SM kann jedoch mit sehr hoher Genauigkeit gesteuert werden.

Gemäß dem Verfahren in Beispiel 3 wird die anfänglich in dem Reaktor 1 erzeugte Feuchtigkeit, die mit einer Rate erzeugt wird, die die gewünschte Rate übersteigt, durch das Auslassventil nach außen abgegeben. Die Feuchtigkeitszufuhr zu der Straße SM beginnt in dem Moment, in dem sich die Feuchtigkeitserzeugung stabilisiert hat. Somit kann selbst eine geringe Feuchtigkeitserzeugung mit hoher Genauigkeit gesteuert werden.

Beispiel 4

5 zeigt den Aufbau der Feuchtigkeitserzeugungsvorrichtung nach Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung, bei der ein Abzweigrohr S auf der Auslassseite der Massenflusssteuerung MFC1 mit der Straße verbunden ist, um Wasserstoff zuzuführen, und eine Auslassventil V14 an dem Abzweigrohr S vorgesehen ist.

Vor Beginn der Feuchtigkeitserzeugung wird Wasserstoff, der in Innenräumen des Ventils V8, der Massenflusssteuerung MFC1 und/oder des Ventils V1 eingeschlossen ist, durch das Auslassventil V14 ausgeschieden. Wenn der Wasserstofffluss in den Reaktor auf den gewünschten Pegel eingestellt wurde, wird das Auslassventil V14 geschlossen, um den Wasserstoff in den Reaktor 1 zu leiten.

Gemäß Beispiel 4 wird das Auslassventil 14 vorher offen gelassen. Somit wird jeder zu hohe Partialdruck des in der Massenflusssteuerung MFC1 und der Rohrleitung eingeschlossenem Wasserstoffs fast vollständig abgelassen. Wenn dann anschließend dem Feuchtigkeitserzeugungsreaktor 1 Wasserstoff zugeführt wird, strömt dieser nicht plötzlich in den Reaktor 1, wie es bei der Feuchtigkeitserzeugungsvorrichtung nach dem Stand der Technik in 6 der Fall ist.

Wenn sich der Wasserstofffluss bei einem bestimmten Flusspegel, der durch die Massenflusssteuerung MFC1 vorgegeben ist, stabilisiert hat, wird Wasserstoff durch das Ventil V1 in den Reaktor 1 geleitet.

Der Feuchtigkeitsfluss aus dem Reaktor 1 kann daher selbst bei geringem Fluss mit hoher Genauigkeit gesteuert werden. Die Vorrichtung in Beispiel 4 ist so aufgebaut, dass ein Abzweigrohr, das das Entweichen des Wasserstoffs ermöglicht, auf der Auslassseite der Flusssteuerung vorgesehen ist, die den Wasserstofffluss steuert. Ein Auslassventil wird offen gelassen, bevor Wasserstoff dem Feuchtigkeitserzeugungsreaktor auf der Einlassseite zugeführt wird, so dass im Inneren eingeschlossener überschüssiger Wasserstoff durch das Auslassventil ausgeschieden wird. Somit wird verhindert, dass kein Restwasserstoff plötzlich in den Reaktor 1 strömt. Gemäß dieser Anordnung wird es im Anfangsstadium keinen unbeabsichtigten Spitzenwert bei der Feuchtigkeitskonzentration geben, und selbst wenn eine geringe Menge an Feuchtigkeit unter sauerstoffreichen Bedingungen erzeugt wird, kann die Zufuhr zu der Halbleiterfertigungsstraße mit hoher Genauigkeit gesteuert werden.

Beispiele 5 und 6

In Beispiel 4 wird die „sauerstoffreiche" Feuchtigkeitserzeugung beschrieben. Um für eine „wasserstoffreiche" Feuchtigkeitserzeugung (Beispiel 5) oder die Erzeugung von Wasserdampf zu sorgen, der weder wasserstoffreich noch sauerstoffreich ist, kann das Verfahren aus Beispiel 4 natürlich auch modifiziert werden, indem Wasserstoff und Sauerstoff dem Reaktor 1 mit einem Verhältnis von etwa 2:1 (Beispiel 6) zugeführt werden.

Wenn Feuchtigkeit unter wasserstoffreichen Bedingungen erzeugt wird, ist ein Abzweigrohr S auf der stromabwärts gelegenen Seite der Sauerstoffflusssteuerung MFC3 vorgesehen. Ein zu hoher Druck des zwischen der Flusssteuerung MFC3 und dem Ventil V3 eingeschlossenen Sauerstoffs wird im Voraus durch das Abzweigrohr S und das Auslassventil abgelassen. Ein plötzlicher Strom von Sauerstoff in den Reaktor 1 zu Beginn der Sauerstoffzufuhrreaktor wird somit verhindert. Wenn sich der Sauerstofffluss auf einem gewissen vorbestimmten Pegel stabilisiert hat, wird Sauerstoff in den Reaktor 1 geleitet.

Es ist nachgewiesen, dass gemäß Beispiel 5 der Feuchtigkeitsfluss bei der wasserstoffreichen Feuchtigkeitserzeugung selbst bei sehr geringer Feuchtigkeitszufuhr mit sehr hoher Genauigkeit gesteuert werden kann.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Erzeugen von Wasserdampf zur Verwendung in einem Halbleiterfertigungsverfahren, wobei das Verfahren das Zuführen von Sauerstoffgas und Wasserstoffgas in einen Reaktor (1), der eine Katalysatorschicht enthält, die aus den Gasen Wasserstoff- und Sauerstoffradikale erzeugen kann, die sehr schnell miteinander zu Wasser reagieren, und danach das Fördern von Wasser in Gasform aus dem Reaktor (1) umfasst, wobei jedes der Gase mit einer vorgegebenen Strömungsrate dem Reaktor (1) zugeführt wird;

    dadurch gekennzeichnet, dass bei Beginn:

    die Zufuhr von Wasserstoffgas oder Sauerstoffgas mit der jeweils vorgegebenen Strömungsrate begonnen wird und danach die Zufuhr des anderen Gases begonnen wird und dessen Strömungsrate derart progressiv erhöht wird, dass die Strömungsrate des anderen Gases ihre jeweils vorgegebene Strömungsrate erreicht, nachdem eine Restmenge des anderen Gases zu dem Reaktor geleitet worden ist, oder

    die Zufuhr des einen Gases mit seiner jeweils vorgegebenen Strömungsrate begonnen wird und danach die Zufuhr des anderen Gases begonnen wird, wobei das andere Gas von dem Reaktor abgezweigt gehalten wird, bis eine Restmenge des anderen Gases gespült worden ist, oder

    Wasserdampf, der aus dem Reaktor gefördert wird, solange ausgeschieden wird, bis Wasser aus dem Reaktor mit der vorgegebenen Rate gefördert wird,

    wodurch eine hochpräzise Steuerung der Feuchtigkeitszufuhr zu einer Halbleiterfertigungsstraße möglich ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Strömungsrate des anderen Gases progressiv erhöht wird, um seine vorgegebene Strömungsrate 1 bis 10 Sekunden nach Beginn der Zufuhr des anderen Gases zu erreichen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass das eine Gas Sauerstoff und das andere Gas Wasserstoff ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass das eine Gas Wasserstoff und das andere Gas Sauerstoff ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet dass die Strömungsraten des Sauerstoffs und Wasserstoffs derart sind, dass der durch den Reaktor erzeugte Wasserdampf sauerstoffreich ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass die Strömungsraten des Sauerstoffs und Wasserstoffs derart sind, dass der durch den Reaktor erzeugte Wasserdampf wasserstoffreich ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet dass die Strömungsraten des Wasserstoffs und Sauerstoffs derart vorgegeben sind, dass das stöchiometrische Verhältnis zwischen Wasserstoff und Sauerstoff in dem Reaktor etwa 2:1 ist.
Es folgen 9 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com