(57)【要約】湿式洗浄半導体デバイスにおいて採用される、デバイス、システム、および方法が提供される。特に、所望の濃度のＣＯ２を伴う脱イオン水を送達することができるシステムおよび半導体デバイスの湿式洗浄において使用するための所望の濃度のＣＯ２を伴う脱イオン水を生成する方法が提供される。一実施形態において、方法は、二酸化炭素ガス源から接触器に流動する二酸化炭素ガスの平均量が、二酸化炭素ガス源によって供給される決定された二酸化炭素ガスの量に実質的に等しくなるように、開放と閉鎖位置との間で１つ以上の弁を変動させることをさらに含む。
2013528949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱イオン水の炭酸化のためのシステムであって、
脱イオン水源と、
二酸化炭素ガス源と、
接触器の少なくとも１つの入口を介して前記脱イオン水源および前記二酸化炭素ガス源と流体連通している接触器であって、前記接触器は、炭酸化された脱イオン水を生成する、接触器と、
前記脱イオン水の流速および前記脱イオン水の温度を測定するために、前記接触器の少なくとも１つの入口または少なくとも１つの出口と流体連通している少なくとも１つのセンサと、
前記少なくとも１つのセンサおよび前記二酸化炭素ガス源と通信するコントローラであって、前記コントローラは、前記炭酸化された脱イオン水の特定の伝導率が前記接触器内に生成されるように、前記二酸化炭素ガス源が前記接触器に供給する二酸化炭素ガスの量を決定し、前記決定は、測定された流速および温度に基づいている、コントローラと
を備えている、システム。
【請求項２】
前記二酸化炭素ガス源および前記接触器と流体連通している１つ以上の弁をさらに備え、前記１つ以上の弁は、前記接触器に流入する二酸化炭素ガスの量および流速を制御する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記コントローラは、前記二酸化炭素ガス源から前記接触器に流動する二酸化炭素ガスの平均量が、前記二酸化炭素ガス源によって供給される二酸化炭素ガスの決定された量に実質的に等しくなるように、開放と閉鎖位置との間で前記１つ以上の弁を変動させる、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記二酸化炭素ガス源および前記１つ以上の弁と流体連通している１つ以上の流量制限器をさらに備えている、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記二酸化炭素ガス源および前記１つ以上の弁と流体連通している１つ以上の流量オリフィスをさらに備えている、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記１つ以上の弁および前記接触器と流体連通している１つ以上の流量制限器をさらに備えている、請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
前記１つ以上の弁および前記接触器と流体連通している１つ以上の流量オリフィスをさらに備えている、請求項３に記載のシステム。
【請求項８】
少なくとも４つの流量制限器をさらに備えている、請求項２に記載のシステム。
【請求項９】
二酸化炭素ガスの量をパージするための前記接触器の出口をさらに備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コントローラは、前記炭酸化された脱イオン水の特定の伝導率が前記接触器内に生成されるように、パージすべき二酸化炭素ガスの量を決定する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記接触器の出口および排出管と流体連通している少なくとも１つの流量制限器をさらに備え、前記少なくとも１つの流量制限器は、前記接触器からパージされる二酸化炭素ガスの量および流速を制御する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記接触器の出口および排出管と流体連通している少なくとも１つの流量オリフィスをさらに備え、前記少なくとも１つの流量オリフィスは、前記接触器からパージされる二酸化炭素ガスの量および流速を制御する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記コントローラは、前記少なくとも１つの入口における二酸化炭素ガスの圧力を設定する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記脱イオン水源によって提供される脱イオン水および前記二酸化炭素源によって提供される二酸化炭素は、前記接触器への流入に先立って混合される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記脱イオン水源および前記炭酸化された脱イオン水の出口と流体連通しているバイパスユニットをさらに備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記脱イオン水の流速を測定するために、前記接触器の少なくとも１つの入口と流体連通している第１のセンサと、
前記脱イオン水の温度を測定するために、前記接触器の少なくとも１つの出口と流体連通している第２のセンサと
をさらに備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記脱イオン水の温度を測定するために、前記接触器の少なくとも１つの入口と流体連通している第１のセンサと、
前記脱イオン水の流速を測定するために、前記接触器の少なくとも１つの出口と流体連通している第２のセンサと
をさらに備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
脱イオン水の炭酸化の方法であって、
脱イオン水を接触器に供給することと、
二酸化炭素ガスを前記接触器に供給することと、
少なくとも１つのセンサによって、前記脱イオン水の流速および前記脱イオン水の温度を測定することであって、前記少なくとも１つのセンサは、前記接触器の入口または前記接触器の出口に位置付けられている、ことと、
炭酸化された脱イオン水の特定の伝導率が前記少なくとも１つのセンサおよび二酸化炭素ガスの供給と連通している前記接触器によって生成されるように、前記接触器に供給するための二酸化炭素ガスの量を決定することであって、前記決定は、測定された流速および温度に基づいている、ことと、
二酸化炭素ガスの供給および前記接触器と流体連通している１つ以上の流量制限器および１つ以上の弁を介して二酸化炭素の決定された量を前記接触器に供給することと、
前記接触器から前記特定の伝導率の炭酸化された脱イオン水を流動させることと
を含む、方法。
【請求項１９】
前記二酸化炭素ガス源から前記接触器に流動する二酸化炭素ガスの平均量が、前記二酸化炭素ガス源によって供給される決定された二酸化炭素ガスの量に実質的に等しくなるように、開放と閉鎖位置との間で前記１つ以上の弁を変動させることをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記接触器の出口を通して二酸化炭素ガスの量をパージすることをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記炭酸化された脱イオン水の特定の伝導率が前記接触器内に生成されるように、パージすべき前記二酸化炭素ガスの量を決定することをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記接触器の出口および排出管と流体連通している少なくとも１つの流量制限器をさらに備え、前記少なくとも１つの流量制限器は、前記接触器からパージされる二酸化炭素ガスの量および流速を制御する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記接触器の出口および排出管と流体連通している少なくとも１つの流量オリフィスをさらに備え、前記少なくとも１つの流量オリフィスは、前記接触器からパージされる二酸化炭素ガスの量および流速を制御する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの入口における二酸化炭素ガスの圧力を設定することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
前記接触器への流入に先立って、前記脱イオン水源によって提供される脱イオン水および前記二酸化炭素源によって提供される二酸化炭素を混合することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
第１のセンサによって、前記接触器の入口において前記脱イオン水の流速を測定することと、
第２のセンサによって、前記接触器の出口において前記脱イオン水の温度を測定することと
をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２７】
第１のセンサによって、前記接触器の入口において前記脱イオン水の温度を測定することと、
第２のセンサによって、前記接触器の出口において前記脱イオン水の流速を測定することと
をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
一般に、本発明は、湿式洗浄半導体デバイスにおいて採用されるデバイス、システム、および方法に関する。特に、本発明は、所望の濃度のＣＯ２を伴う脱イオン水を送達することができるシステム、および、半導体デバイスの湿式洗浄において使用するための所望の濃度のＣＯ２を伴う脱イオン水を生成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路等のマイクロ電子機器チップは、半導体材料の比較的大型のウエハから作製される。本プロセスは、典型的には、フォトリソグラフィカル的エッチングマスクの生成、マスクによって画定される、材料層のエッチング、湿式および乾式化学技法のある組み合わせを通したフォトリソグラフィックマスクの除去、および材料層の蒸着を含む、複数の連続ステップを伴う。フォトリソグラフィックマスクは、フォトレジストと呼ばれる、ポリマー材料から形成される。フォトレジストマスクを除去後、水洗または湿式洗浄と呼ばれる、最終洗浄ステップが、典型的には、行なわれる。
【０００３】
脱イオン（ＤＩ）水は、本半導体デバイスの水洗において、その使用が知られている。デバイスのいかなる金属腐食および汚染も防止することが知られている。湿式洗浄をより効果的にするために、二酸化炭素（ＣＯ２）および窒素（Ｎ２）等のガスが、多くの場合、ＤＩ水と混合される。炭酸化された脱イオン（ＤＩ−ＣＯ２）水による水洗は、損傷のない洗浄を可能にする一方、デバイスの完全性を維持する、電気的に不活性プロセスである。
【０００４】
炭酸化された脱イオン（ＤＩ−ＣＯ２）水は、二酸化炭素（ＣＯ２）および水（Ｈ２Ｏ）または脱イオン（ＤＩ）水を接触器に挿入することによって生成することができる。接触器は、一方の相を他方に分散させることなく、二酸化炭素（ＣＯ２）および水（Ｈ２Ｏ）を直接相互に接触させる。種々のタイプの接触器が存在する。例えば、膜接触器は、「無泡」炭酸化された脱イオン（ＤＩ−ＣＯ２）水を可能にするが、その中に位置する膜を通してのＣＯ２の拡散率のため、低ＣＯ２質量移動効率をもたらす。加えて、膜接触器の膜は、限定された寿命を有し、定期的保守を要求する。接触器の別の実施例は、充填カラムタイプ接触器である。充填カラムは、典型的には、高質量移動効率を有するが、しかしながら、充填カラムは、いくつかの不利点を呈する。例えば、高質量移動効率は、充填カラムが、ＣＯ２によって大部分満たされる一方、Ｈ２Ｏが、充填カラムの塔状充填物の高表面積にわたって水洗することを要求する。連続Ｈ２Ｏ相を通ってＣＯ２ガスが流動することは、Ｈ２Ｏのバルクが、塔状充填物を水洗する薄水膜と比較して、高拡散抵抗を提供するため、非効率的である。したがって、Ｈ２Ｏ内へのＣＯ２の拡散率が制限される。さらに、連続Ｈ２Ｏ相は、Ｈ２Ｏレベルが、高くなり過ぎる場合、ＣＯ２ガスが、大部分Ｈ２Ｏを通して流動し、低効率動作をもたらすため、充填カラム内のＨ２Ｏのレベルを制御するために、外部からの高価な測定デバイスを要求し得る。また、連続Ｈ２Ｏ相は、Ｈ２Ｏ出口におけるＣＯ２およびＣＯ２出口におけるＨ２Ｏを回避するために、Ｈ２Ｏのレベルの制御を要求し得る。充填カラムのさらなる不利点として、１）ＣＯ２は、典型的には、充填カラム内で使用される不活性ガスの出口において損失され、２）不活性ガスの注入は、ＣＯ２濃度を低下させ、したがって、全体的質量移動効率を低下させ得る。
【０００５】
これらのガスの割合を制御することは、非常に複雑な器具および高コストを要求し、これは、現在の方法の有意な不利点である。典型的には、過剰なガスが使用され、未使用ガス、特に、二酸化炭素に関して、毒性および廃棄問題につながり得る。その結果、これらのプロセスは、高価かつ煩雑である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一側面では、本発明は、脱イオン水の炭酸化のためのシステムを特徴とする。システムは、脱イオン水源と、二酸化炭素ガス源と、接触器の少なくとも１つの入口を介して、脱イオン水源および二酸化炭素ガス源と流体連通し、炭酸化された脱イオン水を生成する、接触器とを含む。システムはまた、脱イオン水の流速および脱イオン水の温度を測定するために、接触器の少なくとも１つの入口または少なくとも１つの出口と流体連通している少なくとも１つのセンサを含む。システムはまた、炭酸化された脱イオン水の特定の伝導率が、接触器内に生成されるように二酸化炭素ガス源が、接触器に供給する、二酸化炭素ガスの量を決定するために、少なくとも１つのセンサおよび二酸化炭素ガス源と通信する、コントローラを含み、決定は、測定された流速および温度に基づく。
【０００７】
いくつかの実施形態では、システムは、１つ以上の流量制限器および接触器に流入する二酸化炭素ガスの量および流速を制御するために、二酸化炭素ガス源および接触器と流体連通している１つ以上の弁を含む。いくつかの実施形態では、コントローラは、二酸化炭素ガス源から接触器に流動する二酸化炭素ガスの平均量が、実質的に、二酸化炭素ガス源によって供給される、決定された二酸化炭素ガスの量に等しくなるように、開放と閉鎖位置との間で少なくとも１つの弁を変動させる。
【０００８】
いくつかの実施形態では、システムは、少なくとも４つの流量制限器を含む。いくつかの実施形態では、システムは、二酸化炭素ガスの量をパージするための接触器の出口を含む。いくつかの実施形態では、コントローラは、炭酸化された脱イオン水の特定の伝導率が、接触器内に生成されるように、パージするための二酸化炭素ガスの量を決定する。
【０００９】
いくつかの実施形態では、システムは、接触器からパージされる二酸化炭素ガスの量および流速を制御するために、接触器の出口および排出管と流体連通している少なくとも１つの流量制限器を含む。いくつかの実施形態では、システムは、接触器からパージされる二酸化炭素ガスの量および流速を制御するために、接触器の出口および排出管と流体連通している少なくとも１つの流量オリフィスを含む。
【００１０】
いくつかの実施形態では、コントローラは、少なくとも１つの入口における、二酸化炭素ガスの圧力を設定する。いくつかの実施形態では、脱イオン水源によって提供される脱イオン水および二酸化炭素源によって提供される二酸化炭素は、接触器への流入に先立って、混合される。
【００１１】
いくつかの実施形態では、システムは、脱イオン水の流速を測定するために、接触器の少なくとも１つの入口と流体連通している第１のセンサと、脱イオン水の温度を測定するために、接触器の少なくとも１つの出口と流体連通している第２のセンサとを含む。
【００１２】
いくつかの実施形態では、システムは、脱イオン水の温度を測定するために、接触器の少なくとも１つの入口と流体連通している第１のセンサと、脱イオン水の流速を測定するために、接触器の少なくとも１つの出口と流体連通している第２のセンサとを含む。
【００１３】
別の側面では、本発明は、脱イオン水の炭酸化の方法を伴う。方法は、脱イオン水を接触器に供給することと、二酸化炭素ガスを接触器に供給することと、少なくとも１つのセンサによって、脱イオン水の流速および脱イオン水の温度を測定することであって、少なくとも１つのセンサは、接触器の入口または接触器の出口に位置付けられる、こととを伴う。方法はまた、炭酸化された脱イオン水の特定の伝導率が、少なくとも１つのセンサおよび二酸化炭素ガスの供給と連通している、接触器によって生成されるように、接触器に供給するための二酸化炭素ガスの量を決定することであって、決定は、測定された流速および温度に基づく、こととを伴う。方法はまた、二酸化炭素ガスの供給および接触器と流体連通している１つ以上の流量制限器および１つ以上の弁を介して、二酸化炭素の決定された量を接触器に供給することと、接触器から、特定の伝導率の炭酸化された脱イオン水を流動させることとを伴う。
【００１４】
いくつかの実施形態では、方法は、二酸化炭素ガス源から接触器に流動する二酸化炭素ガスの平均量が、実質的に、二酸化炭素ガス源によって供給される、決定された二酸化炭素ガスの量に等しくなるように、開放と閉鎖位置との間で少なくとも１つの弁を変動させることを伴う。いくつかの実施形態では、方法は、接触器の出口を通して、二酸化炭素ガスの量をパージすることを伴う。いくつかの実施形態では、方法は、炭酸化された脱イオン水の特定の伝導率が、接触器内に生成されるように、パージするための二酸化炭素ガスの量を決定することを伴う。
【００１５】
いくつかの実施形態では、方法は、接触器からパージされる二酸化炭素ガスの量および流速を制御するために、接触器の出口および排出管と流体連通している少なくとも１つの流量制限器を伴う。いくつかの実施形態では、方法は、接触器からパージされる二酸化炭素ガスの量および流速を制御するために、接触器の出口および排出管と流体連通している少なくとも１つの流量オリフィスを伴う。いくつかの実施形態では、方法は、少なくとも１つの入口において、二酸化炭素ガスの圧力を設定することを伴う。いくつかの実施形態では、方法は、接触器への流入に先立って、脱イオン水源によって提供される脱イオン水および二酸化炭素源によって提供される二酸化炭素を混合することを伴う。
【００１６】
いくつかの実施形態では、方法は、第１のセンサによって、接触器の入口において、脱イオン水の流速を測定することと、第２のセンサによって、接触器の出口において、脱イオン水の温度を測定することとを伴う。
【００１７】
いくつかの実施形態では、方法は、第１のセンサによって、接触器の入口において、脱イオン水の温度を測定することと、第２のセンサによって、接触器の出口において、脱イオン水の流速を測定することとを伴う。
【００１８】
本発明のシステムおよび方法は、いくつかの利点を提供する。本発明の利点の１つは、システムおよび方法によって提供される伝導率が、伝導率設定点の変化に応じて、非常に迅速に変化することができることである。加えて、本発明のシステムは、不活性ガスを要求しない、したがって、出口は、典型的には、伝導率設定点の低下の場合、過剰ＣＯ２をパージするために、または接触器内でＣＯ２ガス中のＨ２Ｏから濃縮した不活性ガスをパージするために使用される。
【００１９】
本発明の実施形態の別の利点は、流量制限器が、ＣＯ２流およびＤＩ水流を制御することである。これは、いくつかの理由から有利である。第１に、流量制限器は、質量流量コントローラ（ＭＦＣ）よりサイズが小さく、システムをよりコンパクトにする。第２に、流量制限器は、典型的には、ＭＦＣより安価である。第３に、流量制限器は、炭酸化された脱イオン水と適合性がある材料において利用可能である。したがって、流量制限器が、ＭＦＣの場合のように、ＣＯ２との偶発的接触によって損傷を受けないという利点を提供する。第４に、ＭＦＣ内への逆流を回避するために講じられる安全措置は、流量制限器の場合、逆流の可能性がないため、流量制限器では、不必要である。その結果、これらの安全措置は、排除または削減することができ、それによって、コストを低下させる、および／または効率を向上させる。
【００２０】
前述の本発明利点とともに、さらなる利点が、付随の図面と関連して検討される以下の説明を参照することによって、より理解され得る。図面は、必ずしも、正確な縮尺ではなく、代わりに、概して、本発明の原理を例証する際、強調される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、ＤＩ−ＣＯ２水を生成するためのシステムの第１の実施形態のブロック図である。
【図２】図２は、ＤＩ−ＣＯ２水を生成するためのシステムの第２の実施形態のブロック図である。
【図３】図３は、ＤＩ−ＣＯ２水を生成するためのシステムの第３の実施形態のブロック図である。
【図４】図４は、ＤＩ−ＣＯ２水を生成するためのシステムのある実施形態の詳細ブロック図である。
【図５】図５は、ＤＩ−ＣＯ２水を生成するためのシステムの別の実施形態の詳細ブロック図である。
【図６】図６は、ＤＩ−ＣＯ２水を生成するためのシステムのさらに別の実施形態の詳細ブロック図である。
【図７】図７は、接触器のある実施形態の断面である。
【図８】図８は、温度および圧力の異なる値における、ＤＩ水中のＣＯ２ガスの溶解度を示す、グラフである。
【図９】図９は、ＤＩ水の１リットルあたりのＣＯ２ガスの用量対ＤＩ−ＣＯ２水の伝導率のグラフである。
【図１０】図１０は、ＤＩ−ＣＯ２水の伝導率対温度のグラフである。
【図１１】図１１は、ＤＩ−ＣＯ２水を生成するためのシステムのある実施形態の詳細ブロック図である。
【図１２】図１２は、ＤＩ−ＣＯ２水を生成する方法のある実施形態の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、半導体デバイスの湿式洗浄のためのＤＩ−ＣＯ２水を生成する、デバイス、システム、および方法を提供する。一般に、デバイス、システム、および方法は、半導体デバイスの湿式洗浄を提供する一方、帯電によって生成される損傷を防止または低減させる。一側面では、本発明は、ＤＩ−ＣＯ２水中の所望の濃度の二酸化炭素にわたる高レベルの制御と一貫性とを伴うデバイスを提供する。別の側面では、デバイス、システム、および方法は、広範な異なるＣＯ２濃度を含有するＤＩ−ＣＯ２水を生成するために使用することができる。例えば、デバイス、システム、および方法は、低ＣＯ２濃度ＤＩ−ＣＯ２水（０．１５４ｍｇ／ＬＣＯ２）ならびに高ＣＯ２濃度ＤＩ−ＣＯ２水（１５４０ｍｇ／Ｌ）を生成することができる。一般に、本発明のデバイス、システム、および方法は、ＤＩ−ＣＯ２生成のために、過剰なＣＯ２ガス、窒素ガス、または任意の他のガスを接触器に添加する必要性を排除し、それによって、デバイス、システム、および方法のコスト、サイズ、ならびに複雑性を低減させる。デバイス、システム、および方法において利用される、二酸化炭素ガスの全部ではないが、大部分は、ＤＩ水中に溶解される。その結果、廃棄および毒性問題は、典型的には、過剰なＣＯ２ガスを使用する、従来のシステムより低減される。
【００２３】
ある実施形態では、本発明は、ＤＩ−ＣＯ２水の伝導率が、効率的に制御され、製造の間、迅速に改変することができる、ＤＩ−ＣＯ２水を生成するデバイス、システム、および方法を提供する。別の側面では、本発明のデバイス、システム、および方法は、水の逆流が監視される必要がない、流量制限器を使用し、したがって、付加的安全モニタの必要性を排除する。流量制限器および弁もまた、ＤＩ−ＣＯ２と適合的であって、システム内の腐食の危険性を最小限にする。その結果、システムの全体的コスト、サイズ、および要求される保守が、低減される。
【００２４】
図１は、超高純度ＤＩ水を炭酸化する（すなわち、ＣＯ２をＤＩ水に添加する）ために使用される、システムのある実施形態を示す。システム１０１は、典型的には、電源１０５と、ガスモジュール１１０と、接触器１１５と、センサモジュール１２０とを含む。システム１０１はまた、制御モジュール１２５を含むことができる。
【００２５】
ガスモジュール１１０は、ＣＯ２および窒素等の１つ以上のガス源に接続することができる。ガスモジュール１１０は、複数の可変弁、オン／オフ弁、フィルタ、および質量流量コントローラを含み、ガスモジュール１１０を出入りする各ガスの流速ならびに量を監視および／または制御することができる。ガスは、ガスモジュール１１０から別個に流出することができる、または流出前に予混合することができる。ガスモジュール１１０から流出すると、ガスは、接触器１１５に送達されることができる。
【００２６】
接触器１１５は、典型的には、ガスのための少なくとも１つの入口と、ＤＩ水のための少なくとも１つの入口と、過剰なガスを放出するための少なくとも１つの出口と、ＤＩ−ＣＯ２水を放出するための少なくとも１つの出口とを含む。ガスは、接触器１１５内に注入またはパージすることができる。接触器１１５は、所望に応じて、加圧または真空にすることができる。接触器１１５は、典型的には、無泡ＤＩ−ＣＯ２水の生成を可能にする。
【００２７】
ＤＩ−ＣＯ２水は、接触器１１５から放出され、センサモジュール１２０を通過することができる。センサモジュール１２０は、複数のセンサを含み、ＤＩ−ＣＯ２水の複数のパラメータを監視および／または制御することができる。そのようなパラメータは、ＤＩ−ＣＯ２水の流速、伝導率、温度、および圧力を含むことができる。ＤＩ−ＣＯ２水は、要求に応じて、使用されるセンサモジュール１２０から排出することができるか、または必要に応じて、システム内に戻るように向けなおすことができる。
【００２８】
システム１０１は、センサモジュール１２０およびガスモジュール１１０と流体連通している、制御モジュール１２５を含むことができる。制御モジュール１２５は、プロセッサと、キーパッドと、ディスプレイとを含むことができる。プロセッサは、例えば、コンピュータのマイクロプロセッサであることができる。制御モジュール１２５は、システム１０１内の各弁、質量流量コントローラ、およびセンサの自動制御および／または監視を可能にすることができる。システム１０１内の各弁、質量流量コントローラ、およびセンサはまた、手動で制御することができる。
【００２９】
一実施形態では、制御モジュール１２５は、ユーザによって制御される伝導率（Ｌ）設定点に基づいて、接触器１１５に提供するためのＣＯ２の量を決定することができる。例えば、ＣＯ２が、Ｈ２Ｏ中に溶解されると、以下の反応に従って、炭酸（Ｈ２ＣＯ３）を形成する。
ＣＯ２（ａｑ）＋Ｈ２Ｏ＜−＞Ｈ２ＣＯ３    式１
式中、ＣＯ２（ａｑ）は、溶解したＣＯ２を指す。室温では、約０．３％のＣＯ２（ａｑ）が、Ｈ２ＣＯ３に転換する。種（Ｈ２ＣＯ３＊）は、以下のように定義することができる。
［Ｈ２ＣＯ３＊］＝［ＣＯ２（ａｑ）］＋［Ｈ２ＣＯ３］  式２
ＣＯ２（ａｑ）の濃度は、Ｈ２ＣＯ３＊の濃度に比例する。いくつかの実施形態では、ＣＯ２（ａｑ）は、１％の精度限界内において、Ｈ２ＣＯ３＊に比例する。
【００３０】
伝導率（Ｌ）の関数として、ＣＯ２（ａｑ）を求めるために、Ｈ２ＣＯ３の解離定数（Ｋ１）およびＣＯ２（ａｑ）の伝導率（Ｌ）に対する式を使用することができる。式２における関係を使用して、Ｈ２ＣＯ３の解離定数（Ｋ１）は、以下のように定義することができる。
Ｋ１＝［Ｈ＋］［ＨＣＯ３−］／［ＣＯ２（ａｑ）］  式３
式中、Ｈ＋は、水素イオンであって、ＨＣＯ３−は、重炭酸イオンである。
【００３１】
ＣＯ２（ａｑ）の伝導率（Ｌ）は、以下に従って、［Ｈ＋］および［ＨＣＯ３−］の濃度に比例する。
Ｌ＝Ａ＊［Ｈ＋］＋Ｂ＊［ＨＣＯ３−］    式４
式中、Ａは、水素イオン［Ｈ＋］に対する比モル伝導率であって、Ｂは、重炭酸イオンの特定のモル伝導率である。
【００３２】
典型的には、ＣＯ２は、脱イオン水（ＤＩ）中に溶解される。これらの実施形態では、Ｈ＋およびＨＣＯ３−の濃度は、等しい。これらの実施形態では、式３および式５は、以下のように変換される。
［ＣＯ２（ａｑ）］＝［ＨＣＯ３−］２／Ｋ１    式５
Ｌ＝（Ａ＋Ｂ）＊［ＨＣＯ３−］      式６
式６を式１における前述の反応に代入すると、以下のように、伝導率（Ｌ）の関数として、溶解したＣＯ２（ａｑ）が求められる。
［ＣＯ２（ａｑ）］＝Ｌ２／（Ｋ１＊（Ａ＋Ｂ）２）  式７
いくつかの実施形態では、式７は、制御モジュールによって使用され、所望の伝導率を得るために、Ｈ２Ｏ中に溶解するためのＣＯ２の量を決定する。
【００３３】
二酸化炭素の流速（ＦＣＯ２）は、以下のように、決定することができる。
【００３４】
ＦＣＯ２＝ＦＨ２Ｏ＊［ＣＯ２（ａｑ）］      式８
式中、ＦＨ２Ｏは、水（Ｈ２Ｏ）の流速である。
【００３５】
いくつかの実施形態では、ＣＯ２はすべて、Ｈ２Ｏ中に溶解される。そのような実施形態では、比炭素用量が、以下のように、温度の関数として、決定される。
［ＣＯ２（ａｑ）］＝Ｌ２／ｆ（Ｔ）      式９
典型的には、伝導率（Ｌ）は、ユーザによって設定される。種々の実施形態では、二酸化炭素（ＦＣＯ２）の流速は、二酸化炭素質量流量コントローラ（ＣＯ２−ＭＦＣ）を設定するために、制御モジュール１２５によって使用される。いくつかの実施形態では、ＦＣＯ２は、ＣＯ２がそれを通して流動する、弁および対応する流量制限器を設定するために、制御モジュール１２５によって使用される。他の実施形態では、ＦＣＯ２は、ＣＯ２がそれを通して流動する、弁および対応する流量オリフィスを設定するために、制御モジュール１２５によって使用される。
【００３６】
解離定数（Ｋ１）および特定の伝導率（Ｌ）は、水（Ｈ２Ｏ）の温度に依存することができる。式７における前述の因数（Ｋ１＊（Ａ＋Ｂ）２）は、以下のように、水（Ｈ２Ｏ）の温度の関数として、表すことができる。
【００３７】
（Ｋ１＊（Ａ＋Ｂ）２）＝ｆ（Ｔ）        式１０
種々の実施形態では、因数（Ｋ１＊（Ａ＋Ｂ）２）の温度依存度は、２つ以上の温度に制御されたＤＩ水を使用して、以下のように決定される。温度毎に、１）ＣＯ２をＤＩ水中に溶解する、２）ＤＩ−ＣＯ２の伝導率（Ｌ）を測定する、３）ＤＩ−ＣＯ２の試料を採取する、４）試料を室温に加熱または冷却する、５）水酸化ナトリウムの溶液によって、試料を滴定することによって、試料中のＣＯ２（ａｑ）濃度を測定する、および６）ステップ３−５に対して、空気中の二酸化炭素から試料を単離し、試料から漏出する二酸化炭素から空気を単離する。
【００３８】
他の実施形態では、因数（Ｋ１＊（Ａ＋Ｂ）２）の温度依存度は、２つ以上の温度に制御されたＤＩ水を使用して、以下のように決定される。温度毎に、１）ＣＯ２をＤＩ水中に溶解する、２）結果として生じたＤＩ−ＣＯ２の伝導率（Ｌ）および温度（Ｔ）を測定する、３）接触器内へのＤＩ水流速およびＣＯ２ガス流速を測定する、および、４）ＣＯ２ガス流速／ＤＩ水流速によって、ＣＯ２（ａｑ）濃度を決定する。いくつかの実施形態では、（Ｋ１＊（Ａ＋Ｂ）２）の温度依存度は、制御モジュール内に記憶され、接触器内へのＣＯ２流の決定のために使用される。
【００３９】
図２は、システム１０１の別の実施形態を示す。システム１０１は、接触器１１５に加え、バイパスユニット１３０を含むことができる。バイパスユニット１３０は、複数の弁およびセンサを含み、ユニットを通過するＤＩ水のパラメータを監視および／または制御することができる。弁およびセンサは、手動で操作または制御モジュール１２５によって制御することができる。バイパスユニット１３０の利点の１つは、高容量のＤＩ水が、接触器１１５をバイパスし、接触器１１５から放出されるＤＩ−ＣＯ２水と混合可能であることである。バイパスユニット１３０の別の利点は、ＤＩ−ＣＯ２水の高伝導率低流量から低伝導率高流量に、およびその逆に移行するために要求される、応答時間を短縮することができることである。
【００４０】
図３は、システム１０１の別の実施形態を示す。ガスモジュールから流出するガスは、直接、接触器１１５に流入することができるか、または接触器１１５への流入に先立って、ＤＩ水と混合することができる。本実施形態の利点は、ＤＩ−ＣＯ２水の高伝導率低流量から低伝導率−高流量に、およびその逆に移行するために要求される、応答時間を短縮することができることである。
【００４１】
図４は、超高純度ＤＩ水を炭酸化する（すなわち、ＣＯ２をＤＩ水に添加する）ために使用される、デバイスの例示的実施形態を示す。デバイスは、接触器Ｂ１と流体連通している、ガスモジュールＣ１を含む。ガスモジュールＣ１は、ガスのための２つの入口と、可変弁Ｖ５１−Ｖ５４、Ｖ５８、およびＶ５９と、４つの質量流量コントローラＭＦＣ５１−ＭＦＣ５４とを含む。ガスモジュールＣ１はまた、フィードバックループ／機構を含み、ＭＦＣ５２−ＭＦＣ５４は、Ｖ５７を介して、互に接続される。いくつかの実施形態では、可変弁Ｖ５１−５４、Ｖ５８、およびＶ５９は、オン／オフ弁である。
【００４２】
フィードバックループ／機構は、ガスモジュールＣ１を流出するガスのパラメータの補正を可能にすることができる。例えば、図４に示される実施形態では、ＭＦＣのうちの１つ以上は、その初期流速較正から若干低下または逸脱し得る。これらの偏差を補正するために、フィードバックループは、ＭＦＣの制御機構を経時的に更新するように、ガスモジュールＣ１内に含むことができる。
【００４３】
ＭＦＣは、手動または自動的に、調節することができる。ＭＦＣは、Ｂ１に流入する二酸化炭素の全部ではないにしても、大部分が、ＤＩ水中に溶解する程度に、ガス流を制御し、したがって、結果として生じたＤＩ−ＣＯ２水は、「無泡」である。これは、不良洗浄特性につながり得る不均等な濃度を防止する。図４は、４つのＭＦＣを伴う、ガスモジュールを例証するが、任意の数のＭＦＣユニットを利用することができる。ある実施形態では、他の流量コントローラまたは濃度測定デバイスを、ガスモジュールＣ１内のガス流を制御するために、ＭＦＣの代わりに、またはそれに加え、使用され得る。
【００４４】
図４に示されるように、ＤＩ水は、Ｖ３を介して、接触器Ｂ１に流入することができ、ガスモジュールＣ１からのガスは、Ｖ１およびＶ２を介して、流入することができる。光障壁または同等のレベルセンサＬ３−Ｌ５を使用して、ガスが、ＤＩ水ラインに流入するのを防止することができる。接触器Ｂ１では、二酸化炭素は、所望の量のＣＯ２濃度が達成されるまで、ＤＩ水と混合される。ＤＩ−ＣＯ２水は、Ｂ１から、出口ＤＩ−ＣＯ２出力を通して、光障壁Ｌ３、センサＦＲ２１、および弁Ｖ８１を介して、除去される。センサＱ１は、ＤＩ−ＣＯ２出口と並列に接続される。すなわち、接触器からのＤＩ−ＣＯ２水の一部は、センサＱ１および弁Ｖ８９、Ｖ６２、Ｖ８０を含む、排出ラインを通して、進行することができる。センサモジュールは、センサＦＲ２１およびＱ１を含む。センサＦＲ２１は、流速を監視／制御し、センサＱ１は、ＤＩ−ＣＯ２水の温度および伝導率を監視／制御する。センサＱ１、弁Ｖ８９、Ｖ６２、およびＶ８０は、弁Ｖ４、Ｖ６１およびレベルセンサＬ５と一緒に、接触器Ｂ１のパージ／通気を可能にする、制御ループを形成する。Ｑ１およびＦＲ２１はまた、直接または制御モジュールを介して、質量流量コントローラＭＦＣ５１−ＭＦＣ５４と通信し、フィードフォワードループ／機構を形成することができる。
【００４５】
フィードフォワード機構は、センサＱ１およびセンサＦＲ２１および所望のＣＯ２設定点において行なわれた測定に基づいて、ガスのパラメータが調節されることを可能にする（例えば、ＭＦＣのうちの１つ以上の流速を変化させることによって）。センサＱ１は、典型的には、それを通って流動する水と直接接触を維持することができる、金属電極を含む。センサモジュール内で集められた情報は、制御モジュールに中継され、ガスモジュールＣ１から放出されるガスの量を調節する。制御モジュールはまた、接触器Ｂ１のパージを可能にすることができる。ある実施形態では、制御モジュールはさらに、フィードバック機構を制御し、ガスモジュールＣ１内で設定されたパラメータの初期較正力の偏差を調節／補正する。
【００４６】
フィードフォワード機構は、温度、流速、および伝導率等のパラメータを監視することによって、ＤＩ−ＣＯ２水中のＣＯ２濃度を制御することができる。例えば、デバイスのオペレータは、制御モジュールを使用して、コンピュータ／マイクロプロセッサにおいて、ＤＩ水のＣＯ２の流出濃度または伝導率に対する所望のＣＯ２設定点を入力／選択することができる。ＤＩ水中のＣＯ２の濃度が高いほど、接触器Ｂ１内へのより大きいＣＯ２流速の利用を必要とし、より酸性の溶液（例えば、ｐＨ４．５以下）をもたらし、ＤＩ水中のＣＯ２の濃度が低いほど、より小さいＣＯ２流速（より少ないＣＯ２ガス）を使用し、低酸性溶液（例えば、ｐＨ４．６以上）をもたらす。接触器Ｂ１からの出力を制御するために、システムは、流出の温度、流速、および伝導率値が、測定され、ガスモジュールＣ１からの入力ＣＯ２濃度（例えば、流速）の決定のために、制御モジュールに電子的に送信される、フィードフォワード機構を利用することができる。
【００４７】
ガスモジュールＣ１の制御に加え、フィードフォワード機構はまた、システムのパージまたは通気を伴うことができる。例えば、起動中、またはＣＯ２設定点が、大幅に変化され、Ｃ１からのＣＯ２の遥かに低い入力をもたらす場合、パージ通気口を開放し、過剰なガス（例えば、起動時の酸素／空気および設定点変化時の過剰なＣＯ２）を通気させることができる。いくつかの実施形態では、パージ通気口は、ＤＩ−ＣＯ２水の伝導率設定点が、高設定点（例えば、約１０μＳ／ｃｍを上回る）から低設定点（例えば、高設定点の約９５％を下回る）に変化する場合、過剰なガスを通気させるために開放される。ＤＩ−ＣＯ２水の伝導率設定点が、非常に高い（例えば、４０μＳ／ｃｍを超える）場合、溶解した非ＣＯ２ガスの一部は、接触器のＤＩ水入口から、接触器のガス相内に揮散する。非ＣＯ２ガスのガス相内への揮散を回避するために、いくつかの実施形態では、パージ通気口は、ＤＩ−ＣＯ２水の伝導率設定点が、非常に高い場合、過剰なＣＯ２ガスを通気させるために開放される。接触器Ｂ１のパージは、自動的に、制御システムを通して、制御することができる。種々の実施形態では、接触器Ｂ１のパージは、オペレータが、パージ通気口を開放することによって、手動で制御することができる。
【００４８】
図５は、ＤＩ−ＣＯ２水を生成するために使用される、デバイスの別の例示的実施形態を示す。本実施形態では、ガスモジュールＣ１は、４つの可変弁Ｖ５１−Ｖ５４と流体連通している１つのガス入口と、４つのＭＦＣであるＭＦＣ５１−ＭＦＣ５４と、２つのガスフィルタフィルタ５０および５１とを含む。図５に示されるように、２つずつのＭＦＣを含み、２つの別個のガス出口をもたらす、２つの別個のループを形成することができる。２つの別個の出口のそれぞれは、接触器への流入に先立って、ガスをＤＩ水に送達することができる。各送達経路は、Ｖ１ａ、Ｖ１ｂ、Ｖ２ａ、Ｖ２ｂ、Ｖ５ａ、およびＶ５ｂ等、複数の弁を含むことができる。各送達経路はまた、Ｍ５ａ、Ｍ５ｂ、およびＰＲ４等の複数のセンサを含むことができる。センサは、システムを通過するガスの流速または圧力等、パラメータを監視および／または制御するために使用することができる。ある実施形態では、一方の出口は、接触器に流入する前に、ガスをＤＩ−水中に向けることができ、他方の出口は、ガスを接触器内に向けることができる。接触器への流入に先立って、ＣＯ２ガスおよびＤＩ水を混合する利点は、あるＤＩ−ＣＯ２水の伝導率から別のものに変化させる応答時間が短いことである。別の利点は、接触器から流出するＤＩ−ＣＯ２水中のＣＯ２の濃度およびＤＩ−ＣＯ２水の伝導率の精度である。ガスモジュールＣ１内の２つの別個のループは、さらなるフィードバック機構を提供し、ガスモジュールＣ１に流入し、そこから流出するガスのパラメータのさらなる制御を可能にする。
【００４９】
図６は、超高純度ＤＩ水を炭酸化する（すなわち、ＣＯ２をＤＩ水に添加する）ために使用される、デバイスの別の例示的実施形態を示す。本実施形態では、ガスモジュールＣ１は、窒素およびＣＯ２等の２つの別個のガスのために使用することができる、２つのガス入口を含む。図６に示されるように、可変弁Ｖ５２−Ｖ５４およびＭＦＣであるＭＦＣ５２−ＭＦＣ５４は、互に接続され、ループを形成する。別個のガスは、可変弁Ｖ５１およびＭＦＣ５１を介して、システムに流入することができる。２つのガスは、ガスモジュールからの流出に先立って、所望の割合に混合することができる。接触器Ｂ１は、Ｖ４およびＶ６１を介して、ガスを放出することができる、出口を有する。放出されるガスは、所望に応じて、ガスモジュール内に戻され、リサイクルされる、または大気中に放出することができる。
【００５０】
図１１は、超高純度ＤＩ水を炭酸化する（すなわち、ＣＯ２をＤＩ水に添加する）ために使用される、デバイスの別の例示的実施形態を示す。本実施形態では、可変弁Ｖ１ａ、Ｖ１ｂ、Ｖ２ａ、Ｖ２ｂ、Ｖ５１、Ｖ５２、Ｖ５３、およびＶ５４と、流量制限器Ｖ５１ａ、Ｖ５２ａ、Ｖ５３ａ、およびＶ５４ａは、接触器Ｂ１の入口に提供される、ＣＯ２の量を制御するために使用される。いくつかの実施形態では、入口に提供される、ＣＯ２の量は、コントローラによって、脱イオン水の測定された流速および温度に基づいて、決定される。種々の実施形態では、入口に提供されるＣＯ２の量は、式１から式１０に関連し上で述べたように、決定される。
【００５１】
図１１に示されるように、ＤＩ水は、Ｖ１０を介して、接触器Ｂ１に流入することができ、ＣＯ２は、Ｖ１ａ、Ｖ２ａ、Ｖ１ｂ、およびＶ２ｂを介して、接触器Ｂ１に流入することができる。レベルセンサＬ４は、ガスが、ＤＩ水ラインに流入するのを防止するために使用することができる。接触器Ｂ１では、ＣＯ２は、所望のＣＯ２濃度の量が達成されるまで、ＤＩ水中に溶解される。ＤＩ−ＣＯ２水は、Ｂ１から、出口であるＤＩ−ＣＯ２出力を通してと、レベルセンサＬ３、センサＴＲ１、ならびにＱ１および弁Ｖ２０、Ｖ２１、およびＶ２２を介したプロセスツールを通して、除去される。センサＴＲ１およびＱ１は、それぞれ、接触器Ｂ１のＤＩ−ＣＯ２出口において、温度および伝導率を監視する。いくつかの実施形態では、ＤＩ−ＣＯ２出口において測定された温度および伝導率は、ＣＯ２がそれを通して流動する弁を調節し、したがって、接触器Ｂ１内に流動するＣＯ２の量を調節する、制御モジュールに提供される。
【００５２】
センサＦＲ２１およびＱ１は、接触器Ｂ１のＤＩ水入口に設置され、また、直接または間接的に制御モジュールを介して、流量制限器Ｖ５１ａ、Ｖ５２ａ、Ｖ５３ａ、およびＶ５４ａと通信し、フィードフォワードループ／機構を形成することができる。センサＦＲ２１は、ＤＩ水の流速を監視し、センサＱ１は、ＤＩ水の温度および伝導率を監視する。種々の実施形態では、センサＦＲ２１は、接触器Ｂ１のＤＩ水入口に設置され、センサＱ１は、接触器Ｂ１のＤＩ−ＣＯ２出口に設置される。種々の実施形態では、センサＦＲ２１は、接触器Ｂ１のＤＩ−ＣＯ２出口に設置され、センサＱ１は、接触器Ｂ１のＤＩ水入口に設置され、システム内の任意の位置に位置する。
【００５３】
弁Ｖ４ａおよびＶ４ｂ、流量制限器Ｖ６１ａ、Ｖ６１ｂ、およびＶ８０は、レベルセンサＬ５と一緒に、制御ループを形成し、所望のＣＯ２ガスの量の接触器Ｂ１からのパージおよび／または通気を可能にする。いくつかの実施形態では、パージおよび／または通気されたＣＯ２ガスは、排出管を介して、システムから流出する。
【００５４】
いくつかの実施形態では、制御モジュールは、可変弁Ｖ１ａ、Ｖ１ｂ、Ｖ２ａ、Ｖ２ｂ、Ｖ５１、Ｖ５２、Ｖ５３、およびＶ５４をオンおよびオフにし（例えば、パルス変調）、圧力センサＰＲ４によって、接触器Ｂ１のＣＯ２入口において測定された圧力に基づいて、接触器Ｂ１内への所望の平均ＣＯ２流を達成する。いくつかの実施形態では、所望の平均ＣＯ２流は、実質的に、コントローラ（例えば、図１において上で示されたような制御モジュール１２５）によって決定された二酸化炭素の量に等しい。いくつかの実施形態では、可変弁は、システムへの入力である、周波数を用いてオンおよびオフにされる。いくつかの実施形態では、周波数は、出口において、伝導率の変動が生じないように選択される。
【００５５】
いくつかの実施形態では、制御モジュールは、圧力コントローラを含み、接触器Ｂ１の入口におけるＣＯ２の所望の圧力を設定する。
【００５６】
いくつかの実施形態では、制御モジュールは、接触器Ｂ１の入口において測定された圧力および弁に対応する流量制限器（Ｖ５１ａ、Ｖ５２ａ、Ｖ５３ａ、およびＶ５４ａ）にわたる圧力降下に基づいて、オンにする可変弁Ｖ１ａ、Ｖ１ｂ、Ｖ２ａ、Ｖ２ｂ、Ｖ５１、Ｖ５２、Ｖ５３、およびＶ５４のサブセットを選択し、接触器Ｂ１内への所望のＣＯ２流を達成する。
【００５７】
いくつかの実施形態では、パルス変調、圧力制御、およびオン状態のための弁のサブセットの選択の組み合わせを使用して、接触器Ｂ１の入口に存在する、ＣＯ２の流量を制御する。
【００５８】
いくつかの実施形態では、脱イオン水源によって提供される脱イオン水および二酸化炭素源によって提供される二酸化炭素ガスは、接触器への流入に先立って、混合される。
【００５９】
接触器Ｂ１は、図６に示されるように、バイパスユニットＢ３を有することができる。バイパスユニットＢ３は、流速、圧力、および液体レベル等のパラメータを制御および／または監視することができる、センサＬＡＨ、Ｌ１、およびＬＡＬを含むことができる。センサは、制御モジュールと通信し、自動制御を可能にすることができる、または手動で制御することができる。バイパスユニットの利点は、高容量のＤＩ水が要求される場合である。バイパスユニットの別の利点は、ＤＩ水中に低濃度のＣＯ２が所望される場合である。バイパスユニットのさらに別の利点は、ＤＩ−ＣＯ２水の伝導率が、低容量高伝導率から高容量低伝導率に、およびその逆に変化することができる、速度である。
【００６０】
バイパスユニットＢ３に加えて、高容量のＤＩ水はまた、図６に示されるように、弁Ｖ３１およびセンサＦＲ３１を通過する別個のラインを介して、向けることができる。本ＤＩ水は、所望に応じて、接触器から流出するＤＩ−ＣＯ２水と混合され、システムからの流出に先立って、伝導率を改変することができる。
【００６１】
約２０−８０Ｌ／分の範囲内の高容量のＤＩ水は、バイパスユニット、または別個のライン、または２つの組み合わせを通して、流動することができる。いくつかの実施形態では、高容量のＤＩ水の範囲は、約３２−５０Ｌ／分であることができる。種々の実施形態では、約４０−４５Ｌ／分のＤＩ水が、システムを通して、流動することができる。
【００６２】
ガスモジュールは、典型的には、ステンレス鋼等の金属から作製される。弁、ＭＦＣ、およびセンサは、当業者に周知であって、任意の市販の弁、ＭＦＣおよびセンサ、調整器、またはモニタを使用することができる。ガスおよび液体は、典型的には、耐腐食性金属または金属合金から作製される、パイプあるいは管を通過する。ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＰＦＡ、ＰＶＣ、ＰＰ、ＰＥ、ＥＣＴＦＥ、Ｃ−ＰＶＣ等から作製される、ポリマー管またはパイプもまた、可能な場合、使用することができる。
【００６３】
図７に示されるように、接触器は、典型的には、高圧力に耐えることができる、容器またはチャンバである。ガラス、または石英、または金属あるいはステンレス鋼等の金属合金、真鍮、またはＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＰＦＡ、ＰＶＣ、ＰＰ、ＰＥ、ＥＣＴＦＥ、Ｃ−ＰＶＣ等のポリマーから作製することができる。いくつかの実施形態では、接触器は、前述の材料のうちの１つ以上の組み合わせから作製される。
【００６４】
好ましい接触器は、カラム状に成形され、体積あたり高表面積を伴う、「塔状充填物」で満たされる。前述のポリマーから作製される繊維を、塔状充填物の為に使用することができる。高表面積は、二酸化炭素およびＤＩ水の混合速度を向上させる。
【００６５】
制御モジュール１２５は、図８−１０に示されるように、ガスモジュール１１０からの入力ＣＯ２流速を、特定の温度、ＤＩ−ＣＯ２水流出力、および伝導率に関連付ける、記憶されたデータを含むことができる。図８は、異なる温度および圧力に対するＤＩ水中のＣＯ２の溶解度を示し、図９は、２−６０μＳ／ｃｍの規定伝導率範囲が、非常に広範なガス用量範囲につながることを示す。図１０は、異なる温度における炭酸化された水の伝導率間の相関を示す。ある実施形態では、制御モジュール１２５は、その中に記憶されたデータと、制御モジュール１２５に電子的に送信または入力された温度、伝導率、流速、および設定点値から、所望の入力ＣＯ２流速を検証することができる。他の実施形態では、制御モジュール１２５は、電子的に送信または入力された値と組み合わせて、その中に記憶されたデータから、入力ＣＯ２流速を計算／補間することができる。ある実施形態では、制御モジュールは、電子信号を送信し、自動的に、ガスモジュール１１０を調節する。種々の実施形態では、制御モジュール１２５によって計算された値を使用して、システム１０１に流入および／またはそこから流出する、ガスおよびＤＩ水のパラメータを手動で調節することができる。
【００６６】
図４に示される実施形態では、Ｑ１における伝導率測定は、排出管へのバイパスラインにおいて行なわれる。一般に、測定は、伝導率センサＱ１を形成する電極からの金属汚染のため、排出管へのバイパスラインにおいて行なわれる。他の実施形態では、ＤＩ−ＣＯ２出口において、直接、インラインで無汚染測定を行なうことが可能である。これは、特殊電極または無接触方法によって、行なうことができる。
【００６７】
ある実施形態では、ＤＩ水入口におけるさらなる圧力調整器は、濃度のさらなる安定性につながり、したがって、接続されたツールにおける使用のための利点を増加させることができる。故に、２つ以上のラインにおけるＣＯ２ガス注入の分離は、あるＤＩ−ＣＯ２水生成方法において有利であり得る。例えば、ＣＯ２を希釈するために使用される、少量の所定のガスは、ガス入口における気泡によって生じる伝導率変動を回避するために、低伝導率において好ましい。種々の実施形態では、ＤＩ水流測定もまた、水入口で行なうことができる。
【００６８】
一実施形態では、ガス制御は、質量流量コントローラによって達成される。図９に示されるように、伝導率と濃度との間の明りょうな関係のため、そのような特色を伴う制御要素が、好ましいであろう。別の実施形態では、切替型流量制限器および制御圧力を伴う機構、またはＰＷＭ（パルス幅変調）制御弁を伴う構成を採用することができる。超低伝導率における範囲の場合、選択肢の１つとして、ＣＯ２を豊富に含むように既に制御された水を注入することが挙げられる。図１２は、ＤＩ−ＣＯ２水を生成する方法のある実施形態の流れ図である。ＤＩ−ＣＯ２水を生成する方法は、ＤＩ−ＣＯ２源からの脱イオン水を接触器（例えば、図１において前述のような接触器１１５）に供給するステップを含む（ステップ１２１０）。ＤＩ−ＣＯ２水を生成する方法はまた、ＣＯ２源（例えば、図１において上に示されるガスモジュール１１０）からのＣＯ２を接触器に供給するステップを含む（ステップ１２１５）。種々の実施形態では、ＣＯ２は、接触器の第１の入口を介して、接触器に流入し、ＤＩ−ＣＯ２は、接触器の第２の入口を介して、接触器に流入する。他の実施形態では、ＣＯ２およびＤＩ−ＣＯ２は、接触器の１つの入口を介して、接触器に流入する。
【００６９】
方法はまた、ＤＩ水の流速および温度を測定するステップを含む（ステップ１２２０）。次に、方法は、ＤＩ−ＣＯ２水の特定の伝導率が、接触器によって生成されるように、接触器に供給するためのＣＯ２の量を決定するステップを含む（ステップ１２２５）。いくつかの実施形態では、接触器に供給するためのＣＯ２の量は、ＤＩ水の測定された流速および温度に基づいて、決定される。いくつかの実施形態では、接触器に供給するためのＣＯ２の量は、前述のように、式１−１０に従って、決定される。一般に、接触器に供給するためのＣＯ２の量は、ＤＩ−ＣＯ２の所望の伝導率に基づいて、決定される。いくつかの実施形態では、所望の伝導率は、ユーザによって設定され、接触器に供給するためのＣＯ２の量は、コントローラ（例えば、コントローラ１２５）によって制御される。いくつかの実施形態では、接触器に供給するためのＣＯ２の量は、接触器の入口における、ＣＯ２の所望の圧力に基づく。ある実施形態では、接触器は、流速および温度を測定する、１つ以上のセンサと通信する。
【００７０】
図１２に例証される方法はまた、ＣＯ２の供給および接触器と通信する、１つ以上の弁（例えば、図１１において前述のような可変弁Ｖ１ａ、Ｖ１ｂ、Ｖ２ａ、Ｖ２ｂ、Ｖ５１、Ｖ５２、Ｖ５３、およびＶ５４）を介して、決定されたＣＯ２の量を接触器に供給するステップを含む（ステップ１２３０）。いくつかの実施形態では、１つ以上の弁の流速は、１つ以上の流量制限器（例えば、図１１において前述のような流量制限器Ｖ５１ａ、Ｖ５２ａ、Ｖ５３ａ、およびＶ５４ａ）および／または１つ以上の流量オリフィスによって、修正される。いくつかの実施形態では、決定されたＣＯ２の量を供給するステップは、ＣＯ２の平均量が、ＣＯ２源から接触器に流動するように、開放と閉鎖位置との間で１つ以上の弁を変動させるステップを伴う。いくつかの実施形態では、ＣＯ２の平均量は、実質的に、ステップ１２２５において上で決定されたＣＯ２の量に等しい。
【００７１】
本発明によって生成されるＤＩ−ＣＯ２水は、電気的に不活性雰囲気において、半導体デバイスを洗浄するための無損傷プロセスを提供する。溶解したＣＯ２は、ＤＩ水の抵抗率を表面帯電を防止するレベルまで低減させる。また、ＤＩ水を酸性化し、ゼータ電位を増加させる。ＤＩ−ＣＯ２水は、脆弱な半導体デバイスの完全性を保護可能である。例えば、ＤＩ−ＣＯ２水は、シリコンウエハの表面から、汚染物を溶解、酸化、エッチング、および洗うために使用されることができる。ＤＩ−ＣＯ２水はまた、湿式洗浄ステップの間の金属の腐食を防止する。ＤＩ−ＣＯ２水はまた、構成要素として、または別個の送達システムとして、市販の湿式洗浄デバイスあるいはツールにおいて、使用することができる。本明細書に説明される内容の変形、修正、および他の実装が、本発明の精神および範囲から逸脱せずに、当業者によって行われるであろう。したがって、本発明は、先行する例証的説明のみに限定されない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図７】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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