(57)【要約】  種々の二酸化炭素流量を必要とするアプリケーションに高圧二酸化炭素を供給する新規な方法及びシステムが提供される。この方法は、高圧二酸化炭素供給流をバッファーボリューム（８０）に供給すること、及びアプリケーションツール（１００）に送られる二酸化炭素量を決めることを包含する。バッファーボリューム（８０）内の圧力は、アプリケーションツール（１００）が必要とする圧力を超える圧力に維持される。更に、バッファーボリューム（８０）内の温度を調節して、二酸化炭素の密度を変更し、それに基づいてバッファーボリューム（８０）のサイズを修正する。その後、二酸化炭素は、アプリケーションツール（１００）が必要とする種々の流量で、バッファーボリューム（８０）から送り出される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多様な二酸化炭素の流動条件が必要なアプリケーションツールに、高圧の二酸化炭素を供給する方法であって、
バッファーボリュームに、高圧の二酸化炭素供給流を供給すること、
バッファーボリュームの圧力を、アプリケーションツールが必要とする圧力を超えた最小圧力と、最小圧力でバッファーボリュームに収納された二酸化炭素の平均密度が、最大圧力でバッファーボリュームに収納された二酸化炭素の平均密度と異なるような最大圧力の間に維持すること、
バッファーボリュームの平均温度を調節して、アプリケーションツールに関係する流動条件が満たされるように、最小圧力でバッファーボリュームに収納された二酸化炭素の平均密度と、最大圧力でバッファーボリュームに収納された二酸化炭素の平均密度の間の差異を修正すること、及び
アプリケーションツールが必要とするような多様な流量で、バッファーボリュームから高圧の二酸化炭素供給流を送り出すことを含む方法。
【請求項２】
バッファーボリュームの温度調節に基づいて、所定量の二酸化炭素をアプリケーションツールに送り出すために必要な状態にバッファーボリュームを調整することを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
アプリケーションツールに対する必要な流動条件が不連続である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
アプリケーションツールが半導体アプリケーションツールである請求項１に記載の方法。
【請求項５】
アプリケーションツールに対する送り出しに必要な二酸化炭素が前以て決められている請求項１に記載の方法。
【請求項６】
バッファーボリュームが少なくとも１つの圧力容器である請求項１に記載の方法。
【請求項７】
加熱又は冷却装置によって、バッファーボリュームに収納された二酸化炭素を加熱又は冷却することを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
多様な二酸化炭素の流動条件を必要とするアプリケーションに高圧二酸化炭素を供給するシステムであって、
高圧二酸化炭素供給流を受け入れるバッファーボリュームであって、バッファーボリューム内の圧力は、アプリケーションツールが必要とする圧力を超えた最小圧力と、最小圧力における二酸化炭素の密度が、最大圧力における二酸化炭素の密度と異なるような最大圧力との間に維持され、かつバッファーボリューム内の温度が調節されるバッファーボリューム、
高圧二酸化炭素供給流を送り出す、バッファーボリュームの上流に配置された二酸化炭素精製装置、及び
アプリケーションツールが必要とするような多様な流量でバッファーボリュームから二酸化炭素を受け入れる、バッファーボリュームの下流に配置されたアプリケーションツールを含むシステム。
【請求項９】
二酸化炭素精製装置の下流に配置された、高圧二酸化炭素供給流を加熱又は冷却する装置を更に含む請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
バルク貯蔵タンクから供給された二酸化炭素を提供するための、精製装置の上流に配置された二酸化炭素加圧装置を更に含む請求項８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多様な二酸化炭素流動条件を必要とするアプリケーション（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）に、高圧二酸化炭素を供給する方法に関する。具体的には、本発明は、平均的な要求より著しく高い瞬間的要求をもつ、半導体アプリケーションツールに二酸化炭素を供給することに関係する。
【背景技術】
【０００２】
流体の瞬間的送り出しに対するニーズが、長期間にわたって知られている。流体に対する瞬間的要求を必要とする関連した用途において、高圧ガス源が利用されていた。例えば、Ｋｎｉｇｈｔらの米国特許第４，９７７，９２１号は、高圧空気又は窒素を貯蔵するように改良したチューブトレーラーを使用して、ガスをきわめて瞬間的に流動させ、大規模なラインを洗浄することを論じている。Ｂｅａｒｄの米国特許第５，４１７，６１５号は、遊園地の乗り物を推進するために用いる、高圧空気を貯蔵する加圧ガス源の利用に関係する。
【０００３】
Ｂｉｓｈｏｐの米国特許第６，７２５，６７１号は、天然ガス貯蔵システムのキャパシティに与える温度及び圧力の影響を開示している。温度及び圧力、並びに貯蔵容器の壁厚は、天然ガスを貯蔵するコストを最小にするように選択される。
【０００４】
半導体産業界には、高度な要求の流体を、洗浄ツールなどのアプリケーションに提供するニーズがあった。この関連で、Ｂａｔｏｎの米国特許第６，０８５，７６２号及びＤａｖｅｎｈａｌｌらの米国特許第６，４０３，５４４号Ｂ１は、半導体ウエハ処理アプリケーションに超臨界流体を供給するためにバッファーボリューム（ｂｕｆｆｅｒ  ｖｏｌｕｍｅ）又はバラストタンクを使用することを開示している。この方法は、アプリケーションに超臨界流体の圧力パルスを送ることを含んでいる。
【０００５】
Ｃｏｓｔａｎｔｉｎｉらの米国特許第６，６１２，３１７号Ｂ２は、半導体ウエハ処理アプリケーションに超臨界流体を供給するためにバッファーボリューム又はバラストタンクを使用することを開示している。バッファーボリューム中の流体の圧力を変更することが、アプリケーションツールに送られる流体を制御する手段として開示されており、かつバッファーボリュームの流体をウエハ処理室に急速放出することが示されている。本明細書及び特許請求の範囲の全体で用いられるように、用語「バッファーボリューム」は、半導体アプリケーションに流体を送り出すために利用されるバラストタンクなどの加圧容器を言うことが理解されるであろう。
【０００６】
関連技術システムに関係する欠点の一つは、半導体アプリケーションツールに送り出すために役立つ二酸化炭素量の制御で重要な因子として、バッファーボリュームの温度を選択することを認識していないことである。別の欠点は、関連技術が、バッファー容器中の圧力の開放を制御する手段を提供しないことである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらの欠点を克服するために、本発明の目的の一つは、高度な瞬間的要求の時間内に、アプリケーションに送り出すために役立つ二酸化炭素量を制御する手段を提供することである。
【０００８】
本発明の別な目的は、バッファーボリュームの物理的寸法を変更することなく、バッファーボリュームのキャパシティを調節することである。
【０００９】
本発明の更なる目的は、ひとたび、半導体アプリケーションツールに送り出される二酸化炭素の最大量が確認された後は、二酸化炭素の温度を操作することによりバッファーボリュームの寸法を合わせることである。
【００１０】
本発明の別な目的は、半導体洗浄ツールに高流量を送り出すために必要とされる高価な、かつ過大なポンプを交換することである。
【００１１】
本発明の更なる目的は、必要な二酸化炭素の流量を瞬間的に送り出すこと、そのために、必要な流量を供給するためにポンプを利用する時に必要とされる遅れを排除することである。
【００１２】
本発明のその他の目的及び利点は、明細書、図面、及び添付の特許請求の範囲を参照する時に、当業者に明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的は、本発明の方法により達成される。
【００１４】
本発明の一つの観点に従えば、多様な二酸化炭素流動条件を必要とするアプリケーションツールに、高圧二酸化炭素を供給する方法が提供される。本方法は、バッファーボリュームに、高圧の二酸化炭素供給流を供給すること、バッファーボリュームの圧力を、アプリケーションツールが必要とする圧力を超えた最小圧力と、最小圧力でバッファーボリュームに収納された二酸化炭素の平均密度が、最大圧力でバッファーボリュームに収納された二酸化炭素の平均密度と異なるような最大圧力との間に維持することを包含する。
【００１５】
バッファーボリュームの平均温度を調節して、アプリケーションツールに関係する流動条件が満たされるように、最小圧力でバッファーボリュームに収納された二酸化炭素の平均密度と、最大圧力でバッファーボリュームに収納された二酸化炭素の平均密度との間の差異を修正する。高圧の二酸化炭素供給流は、アプリケーションツールが必要とするような多様な流量で、バッファーボリュームから送り出される。
【００１６】
本発明の別の観点に従えば、多様な二酸化炭素の流動条件を必要とするアプリケーションに高圧二酸化炭素を供給するシステムが提供される。本システムは、高圧二酸化炭素供給流を受け入れるバッファーボリュームを包含し、その際、バッファーボリューム内の圧力は、アプリケーションツールが必要とする圧力を超えた最小圧力と、最小圧力における二酸化炭素の密度が、最大圧力における二酸化炭素の密度と異なるような最大圧力との間に維持され、かつバッファーボリューム内の温度が調節される。
【００１７】
二酸化炭素精製装置が、高圧二酸化炭素供給流を送り出す、バッファーボリュームの上流に配置され、かつアプリケーションツールが、アプリケーションツールが必要とするような多様な流量でバッファーボリュームから二酸化炭素を受け入れる、バッファーボリュームの下流に配置されている。
【００１８】
本発明は、図面を参照することによって、より良く理解される。図面中、同じ数字は、全体を通して同一機能を示す。
【００１９】
図１は、多様な流動条件を必要とする半導体アプリケーションツールに二酸化炭素を送り出すための全体システムの略図を表す。
【００２０】
図２は、本発明に従って、二酸化炭素を送り出すための代表的５分操作サイクルを説明する。
【００２１】
図３は、単一コア熱交換器をもつ全体システムの略図を説明する。
【００２２】
図４は、加圧手段の上流にある装置が改良された別の実施形態に従った、全体システムの略図を説明する。
【００２３】
図５は、加圧手段の上流に配置された単一コア熱交換器をもつ別の実施形態に従った、全体システムの略図を説明する。
【００２４】
図６は、再循環が再設計された別の実施形態に従った、全体システムの略図を説明する。
【００２５】
集積回路デバイスの製造は、ウエハ基板上に種々の機能を形成するために必要な、多くの複雑なステップを必要としている。ステップの幾つかは、高圧二酸化炭素による基板の洗浄を包含している。本明細書で用いる場合、用語「高圧二酸化炭素」は、二酸化炭素の臨界圧力である１，０６０ｐｓｉｇを超える圧力の二酸化炭素を言う。二酸化炭素に関係する温度がその臨界温度８８°Ｆ未満であり、かつ高圧である場合、流体は液体相であることが判るであろう。一方で、二酸化炭素に関係する温度が８８°Ｆを超えるならば、流体は超臨界相になるであろう。それ故、１，０６０ｐｓｉｇを超える圧力では、二酸化炭素は単に一相であり、二酸化炭素は液体であるか又は超臨界である（即ち、非不連続相転移）。
【００２６】
本発明の半導体洗浄方法は、高圧二酸化炭素に対して極めて高い瞬間的要求を示すが、所定の操作サイクルでは高圧二酸化炭素に対してかなり低い平均的要求しか示さない半導体洗浄アプリケーションに、高圧二酸化炭素を供給する効果的手段を提供する。典型的には、ウエハ洗浄アプリケーションは、サイクル当たり１個のウエハを処理し、このサイクルで二酸化炭素の要求は、極めて高い量から実質的にゼロに変動する。
【実施例１】
【００２７】
図１で説明するように、供給システムは、半導体アプリケーションツール１００に送り出す二酸化炭素を保持するための二酸化炭素バルクタンク１０を包含する。バルクタンク１０から出た二酸化炭素は、熱交換器２９、３０を通り、二酸化炭素精製装置４０に移動する。これは、特別な実施形態を参考にして、以下で詳細に説明する。高圧二酸化炭素流７５が発生させられ、バッファーボリュームタンク／容器８０に送り出される。これは、高圧二酸化炭素に対するツールの瞬間的要求を満たすために用いられる。
【００２８】
説明すれば、アプリケーションツール１００は、或る設定圧力水準（Ｐ）で二酸化炭素の最大瞬間的流量（Ｓｍａｘ）を必要とする。バッファーボリューム８０中の圧力（Ｐｂｖ）は、常に、少なくとも設定圧力と同等でなければならない（即ち、Ｐｂｖ≧Ｐ）。しかし、バッファーボリューム８０からアプリケーションツール１００に導くラインでおきる若干の圧力低下を補償するために、バッファーボリューム８０中の圧力（Ｐｂｖ）は、アプリケーションツール１００が必要とする圧力を超える最小必要圧力（Ｐｍｉｎ）より下に落ちることはあり得ない（即ち、Ｐｂｖ≧Ｐｍｉｎ≧Ｐ）。
【００２９】
バッファーボリューム８０に送り出される高圧二酸化炭素供給流７５（Ｆｉ）の平均流量（Ｆａｖｇ）は、アプリケーションツール１００に送り出される高圧二酸化炭素供給流８５（Ｓｉ）の平均流量（Ｓａｖｇ）以上でなければならない。したがって、ＦｉがＳｉより大きい時、バッファーボリューム８０内の圧力が上昇する。これに反して、ＳｉがＦｉより大きい時、バッファーボリューム８０内の圧力が下降する。したがって、処理サイクルの過程を通じて、アプリケーションツール１００への流量が、高圧二酸化炭素供給流７５の流量を超える時には、アプリケーションツール１００が必要とする追加の二酸化炭素は、バッファーボリューム８０に貯蔵された二酸化炭素から送り出されなければならない。
【００３０】
本発明に従って、出願人らは、バッファーボリューム８０の大きさを適切に調節することにより、それを交換することなく又はその物理的特性を改良することなく、操作サイクルを通じて、二酸化炭素の必要量をアプリケーションツールに送り出すことができることを発見した。バッファーボリューム８０の大きさを適切に調節するために、バッファーボリューム及びアプリケーションツール１００への二酸化炭素の流量を時間について積分して、バッファーボリュームの二酸化炭素の正味変化量を測定することができる。アプリケーションが二酸化炭素を必要とした時、バッファーボリュームは、最大圧力から最小圧力への圧力変化を受けることにより、二酸化炭素の正味変化量を供給する。最大及び最小圧力下のバッファーボリューム内の温度が、バッファーボリューム内の二酸化炭素の密度を決めるであろう。このように、二酸化炭素の正味変化量を補充するために必要なバッファーボリュームの大きさが決められる。ひとたび、バッファーボリュームが制御されると、ボリュームの温度を変更することにより、その物理的特性を変化させることなく、バッファーボリュームからアプリケーションツールに供給される二酸化炭素の量を変化させることができる。
【００３１】
図２を参照すると、アプリケーションツール１００が、５分サイクルをもつものとして示される。このツールは、サイクルの第一番目の分では１４ポンド／分の高圧二酸化炭素を、サイクルの第三番目の分では１１ポンド／分の高圧二酸化炭素を必要とし、５分サイクルの別の時間では二酸化炭素を必要としない。アプリケーションツール１００の平均二酸化炭素要求量、Ｓａｖｇは、５ポンド／分である。高圧二酸化炭素供給流の流量７５、Ｆｉは、サイクルを通して５ポンド／分で一定である。バッファーボリューム８０が補わなければならない最大の二酸化炭素不足は、サイクルの第三番目の分の終わりにおきる。不足量は、サイクル全体について、ＦｉとＳｉの間の差異を積分することにより、又はこれに代わって、グラフ上の可視表現を記録することにより計算できる。
【００３２】
図２に示すように、第三番目の分において、高圧二酸化炭素供給流７５を通してバッファーボリュームに入るより、余分な１０ポンドの二酸化炭素が、高圧二酸化炭素供給流８５でアプリケーションに送られた。したがって、バッファーボリューム８０は、１０ポンドの二酸化炭素バッファーキャパシティをもたなければならない。
【００３３】
任意のアプリケーションツール１００が必要とするバッファーキャパシティは、図２に示すように、同様な手法で計算できる。ひとたび、バッファーボリューム８０に対する必要なバッファーキャパシティが判ると、バッファーボリューム８０は、大きさを合わせて作ることができる。必要なバッファーキャパシティに加えて、バッファーボリューム８０の最大及び最小圧力負荷における二酸化炭素の密度を調べる必要がある。図２に表したサイクルに戻って、バッファーボリューム８０の最大圧力負荷は、０秒及び３００秒で発生する。バッファーボリューム８０の最小圧力負荷は、１８０秒で発生する。最小負荷におけるバッファーボリューム８０内の圧力はＰｍｉｎである。バッファーボリューム８０内の温度が判っている場合、二酸化炭素の密度が決められる。
【００３４】
好ましくは、バッファーボリュームは、特別な操作サイクル時には、等温条件に維持される。それ故、最大及び最小負荷圧力におけるバッファーボリュームの温度は、ほぼ同じである。前述のように、最小圧力負荷（Ｐｍｉｎ）は、アプリケーションツール１００が必要とするラインの圧力（Ｐ）を超えなければならない。好ましい実施形態において、最大負荷圧力は、バッファーボリューム８０の最大許容操作圧力の９０％以下になるように選択される。これらの条件下でバッファーボリュームを操作することは、安全問題を考慮しているので、システムに組み込まれた安全救済装置が活性化される必要がなく、予見不可能な緊急場面を救済する。
【００３５】
最大負荷圧力を選択することにより、この特別な圧力における二酸化炭素密度、及び最小負荷圧力における二酸化炭素密度を測定することができる。これは、バッファーボリュームのキャパシティを、最大及び最小負荷圧力における密度差で割ることにより、バッファーボリュームの計算をすることができる。ひとたび、バッファーボリュームが構成されると、瞬間的に送り出し可能な二酸化炭素量は、バッファーボリュームの温度を変更することにより調節できる。
【００３６】
例えば、アプリケーションツール１００が２，８５０ｐｓｉｇの圧力で瞬間的な１．３５ポンドを必要とするような場合、システム演算器は、５分の処理サイクルが望ましいことを示唆する。１．３５ポンドの二酸化炭素要求が、瞬間的であるから、抜き取り（ｄｒａｗ）時、高圧二酸化炭素流７５はバッファーボリューム８０に連続的に送り出される。しかし、送り出される量は、アプリケーションツールにより取り込まれる量に比較すれば微小である。図２に示し、解説したものと同様な分析が、異なる温度点で実施された。バッファーボリュームからアプリケーションツールに導くラインに、５０ｐｓｉの圧力降下が存在すると仮定するならば、最小負荷圧力は２，９００ｐｓｉｇとなる。バッファーボリュームに対する最大負荷圧力は、１１０°Ｆの温度で３，１００ｐｓｉｇとなるよう選択される。３，１００ｐｓｉｇ、１１０°Ｆにおける二酸化炭素の密度は、５２．２３８ポンド／ｆｔ３となる。２，９００ｐｓｉｇ、１１０°Ｆにおける二酸化炭素の密度は、５１．４１８ポンド／ｆｔ３となる。このように、必要とされるバッファーボリュームキャパシティの１．３５を密度差（即ち、５２．２３８−５１．４１８）ポンド／ｆｔ３で割ることにより、バッファーボリュームが１．６５ｆｔ３となる。この温度の変更は、アプリケーションツールに送り出される二酸化炭素の量を変える。
【００３７】
以下の表に説明するように、バッファーボリューム８０に関係する温度が、１１０°Ｆ以外の温度に変更され、上に説明した方法で計算された。
【表１】
2008505297.tif 000003
【００３８】
表に示したように、バッファーボリューム温度が上昇するに従い、二酸化炭素の密度が低下し、バッファーボリューム８０に収納される二酸化炭素の総量がより少なくなる。バッファーボリューム温度が上昇することに伴う、最大及び最小負荷圧力間の密度差が与えられる。バッファーボリュームの温度が上昇するに従い、バッファーボリューム８０の必要とされるサイズが減少する。同様に、温度が上昇するに従い、所定のバッファーボリュームについて、アプリケーションツールに送り出すために利用される二酸化炭素の量は増加するが、一方で、最大圧力でバッファーボリュームに収納される二酸化炭素量はより少なくなる。これは予期しなかったことであり、何故ならば、通常は、そこに収納される二酸化炭素の量を増加させるために、所定の圧力でバッファーボリューム温度を低下させている。それは、貯蔵でき、かつアプリケーションツール１００に送り出すことができる二酸化炭素の容量が増加するので、本発明にとって有用である。
【００３９】
バッファーボリューム温度の上昇は、大量の二酸化炭素を瞬間的に送り出すためのバッファーボリュームの能力を増大することになる。したがって、バッファーボリューム温度は、個々の基準で選択され、かつより低温を暗示するその他の因子に対して均衡を図らなければならない。これらの因子は、下記の項目を包含する：（ａ）バッファーボリューム温度が上昇すると、壁材料の強度が弱くなるので、バッファーボリューム／容器は、より厚い壁を必要とする；（ｂ）追加の加熱が環境に散逸し、かつバッファーボリューム温度を維持するためのコストが、温度と共に増大する；（ｃ）バッファーボリューム８０内の二酸化炭素の温度を所望の温度に上昇させるためには、より多くのエネルギーが必要になるかもしれない。
【００４０】
バッファーボリューム温度の選択には、アプリケーション１００で所望される二酸化炭素の温度も考慮されなければならない。好ましい実施形態では、バッファーボリューム温度は、周囲より幾分高い、約１１０から１２０°Ｆに維持されなければならない。
【００４１】
図１に戻って、一つの実施形態に従った二酸化炭素供給システム全体を、詳細に説明する。このシステムのための二酸化炭素（ＣＯ２）源は、ＣＯ２バルクタンク１０である。このタンクは、２００Ｌジュワーから３００トンのＣＯ２を保持するタンクのサイズ範囲である。典型的には、バルクタンクのキャパシティは、６トンから１００トンの範囲である。例えば、ＣＯ２バルクタンク１０は、ＣＯ２供給システムの操作を中断させることなく、ＣＯ２デリバリトレーラーから補給することができる。
【００４２】
ＣＯ２バルクタンク１０は、通常、２５０から３５０ｐｓｉｇの圧力及び−９から１０°Ｆの温度に維持された蒸気ヘッドスペースと共に液体ＣＯ２を包含する。飽和した液体二酸化炭素は、バルクタンク１０の下部から抜き取られて、ＣＯ２ブースターポンプ１５に送られる。ポンプは、ＣＯ２の圧力を約５０から１２０ｐｓｉだけ上昇させ、温度は高まる傾向である。ブースターポンプ１５内に存在する過冷却された液体は、一部が、加圧手段２０に運ばれる。加圧手段は、ダイアフラムポンプ、金属ダイアフラムポンプ、ピストンポンプ、又はその他のポンプ手段から選ばれたポンプであってもよい。
【００４３】
ＣＯ２加圧手段２０では、ＣＯ２は、バッファーボリューム８０内の最大負荷圧力＋ライン圧力が、ＣＯ２加圧手段２０とバッファーボリューム８０の間に降下するような高さの圧力に加圧される。通常、ＣＯ２は、ＣＯ２を横切って約２０°Ｆだけ温度上昇した、約１０から３０°Ｆの範囲の温度になる。
【００４４】
ブースターポンプ１５を出て、かつＣＯ２加圧手段２０の最大キャパシティを超えている、過冷却ＣＯ２の一部は、バックプレッシャー調節器１６を通って循環され、ＣＯ２バルクタンク１０に戻される。この過冷却液体であるＣＯ２の小量部分は、バックプレッシャー調節器１６を通過する時に、瞬間的に蒸発する。規定時間を超えて、この蒸気は、ＣＯ２バルクタンク１０内の圧力を上昇させるであろう。この現象を防ぐために、冷凍システム１２は、冷却コイル１１を通してＣＯ２バルクタンク１０に冷媒を運び、バックプレッシャー調節器１６にわたって瞬間的蒸発から生成するＣＯ２蒸気を凝縮させる。また、この冷却は、周囲からＣＯ２バルクタンク１０に入る熱リークが原因となって生成するＣＯ２蒸気を凝縮させる。
【００４５】
加圧手段２０から流出する加圧ＣＯ２は、熱交換器２９及び３０を通って運ばれ、そこでＣＯ２精製装置４０から戻ってきたＣＯ２の一部又は全体と間接的熱交換を行う。熱交換器２９及び３０は、ＣＯ２加圧手段２０から流出するＣＯ２の温度より高い温度で起きる、ＣＯ２精製装置４０の熱回収を可能にする。ＣＯ２は、ヒーター３５を通って流動し、このヒーターはＣＯ２の温度をＣＯ２精製装置４０が必要とする温度に上昇させる。熱交換器２９及び３０における熱回収が総体として効率的でないので、ヒーター３５は不可欠である。
【００４６】
ＣＯ２精製装置４０は、加圧手段２０から流出するＣＯ２の温度より高い温度で操作できる任意の精製装置から選択できる。好ましくは、この装置は、１００°Ｆと１，０００°Ｆの間の温度で作用し、最も好ましくは、２００°Ｆと７００°Ｆの間の温度で作用する。代表的精製装置は吸着、吸収、化学反応、接触酸化、及びろ過を包含する。
【００４７】
高められた温度での濾過は、ＣＯ２精製装置が有する機能の一部になることができる。電子産業で通常用いられる焼結金属フィルターなどのフィルターが知られており、液相アプリケーションより気相アプリケーションにおいてよりよく機能する。これは、気相中で粒子の拡散率及びブラウン運動が高まっていることに大いに原因している。超臨界条件（即ち、１，０６０ｐｓｉｇ超の圧力、かつ８８°Ｆ超の温度）におけるフィルターの特性は、十分に研究されていない。しかし、超臨界流体の温度が高くなるに従い、その拡散率も含めて、気体の特性に類似してくることが知られている。
【００４８】
ＣＯ２精製装置４０が、バッファーボリューム８０より高い温度で操作される時、ＣＯ２は一層気体状になる。それ故、濾過がより有効であろう。フィルターがＣＯ２精製装置４０の一部として包含されるならば、それは、吸着及び接触酸化などの精製に関する任意の粒子発生手段の下流に配置されなければならない。
【００４９】
ＣＯ２精製装置４０から除かれたＣＯ２は、熱交換器３０を通して再び送られ、そこでＣＯ２は、ＣＯ２加圧手段２０から熱交換器に向かったＣＯ２と間接的に熱交換する。バッファーボリューム８０で必要とされるＣＯ２は、高圧二酸化炭素供給流加熱又は冷却手段７４に流入する。バッファーボリューム８０内で検知される圧力に基づいて、バルブ６０において、所定の水準を超えるＣＯ２が、バルクタンク１０に再循環される。バッファーボリューム８０で必要でないＣＯ２が、熱交換器２９を通して送られ、そこで追加の熱が回収される。熱交換器２９を出たＣＯ２は、バルブ６０を通って再循環流５９として流動する。このバルブは、ＣＯ２の圧力を開放して、ＣＯ２バルクタンク１０の圧力に近づける。ＣＯ２の一部はバルブ６０を横切って瞬時に蒸発するが、この蒸気は、冷凍システム１２により冷却コイル１１に供給される冷媒によって、ＣＯ２バルクタンク１０内で再凝縮される。
【００５０】
アプリケーション１００の平均的要求、Ｓａｖｇを超える流量であって、ＣＯ２加圧手段２０及びＣＯ２精製装置４０を通る平均的流量をもつことが望ましい場合があるので、バルクタンク１０へのＣＯ２の再循環は任意選択である。例えば、平均流量を維持する理由で、アプリケーション１００が二酸化炭素の抜き取りを中断する場合は、二酸化炭素供給システムの操作を継続して、ＣＯ２加圧手段２０からＣＯ２精製装置４０へのエネルギー／熱の回収を維持することが望ましい。
【００５１】
この実施形態において、ＣＯ２精製装置４０からの熱回収は、単一の熱交換器よりはむしろ２つの熱交換器２９及び３０を用いて実施される。さもなければ、精製装置４０からのＣＯ２の全てが、加圧手段２０からのＣＯ２とエネルギー／熱を交換するならば、そのＣＯ２は、バッファーボリューム８０内の所望される温度未満の温度にまで冷却されるであろう。２つの熱交換器２９及び３０の使用は、ＣＯ２が熱交換器３０を出る時に、バッファーボリューム８０内の所望される温度に近い温度で、ＣＯ２が高圧二酸化炭素供給流加熱又は冷却手段７４に送られるようにする。したがって、再循環流５９は熱交換器２９内で更に冷却され、その後でこの流をバルクタンク１０に戻す。
【００５２】
高圧二酸化炭素供給流加熱又は冷却手段７４を通して送られたＣＯ２の温度は、流入ＣＯ２の温度に応じて、バッファーボリューム８０内の所望される温度に調節される。加熱又は冷却手段７４として利用できる代表的装置は、空気冷却コイル、水冷却式又は冷媒冷却式の熱交換器、及びヒーターを包含する。高圧二酸化炭素供給流７５は、高圧二酸化炭素供給流加熱又は冷却手段７４を出て、バッファーボリューム８０に送られる。
【００５３】
バッファーボリューム８０内のＣＯ２は、バッファーボリューム温度調節手段８１により加熱又は冷却することができる。高圧二酸化炭素供給流加熱又は冷却手段７４が、高圧二酸化炭素供給流７５の温度を調節して、バッファーボリューム８０内で所望される温度に一致させるので、バッファーボリューム温度調節手段８１に要求される仕事は最小となる。通常は、バッファーボリューム８０と周囲の温度間の熱損失又は熱取得を補うように設計されている。バッファーボリューム温度調節手段８１に用いることができる装置は、ヒートトレース、内部ヒーター、外部バンド又はケーブルヒーター、外部冷却コイル及び内部冷却コイルを包含する。通常、バッファーボリューム８０は絶縁されていて、外界環境との熱交換量を減少させる。これに代わって、バッファーボリューム／タンク内温度を上部より底部においてより低温になるようにバッファーボリュームを操作することは有利であろう。バッファーボリュームの上部に含有される流体の温度は、バッファーボリュームの下部（図示しない）から流体を回収し、温度調節手段を利用して流体を加熱し、かつこの流をバッファーボリューム８０の上部に戻すことにより制御できる。
【００５４】
アプリケーションツール１００がＣＯ２を必要とする時、流体がバッファーボリューム８０を出て、高圧二酸化炭素供給流８５になる。次に、高圧二酸化炭素供給流８５は、加熱又は冷却手段８６を用いて加熱又は冷却され、アプリケーションツール１００で必要とされる温度を生み出すことができる。それが、フィルター８８を通り、バルブ９０を横切って送られる。フィルター８８の利用は、バッファーボリューム８０が電気研磨内部表面をもたない場合でも、粒子フリーのＣＯ２の供給を促進する。バルブ９０は、高圧二酸化炭素供給流８５の流量を制御し、バルブ９０の下流の圧力が、アプリケーションツール１００で所望される圧力になることを保証する。次に、ＣＯ２は、その途上のフィルター９２を通ってアプリケーションツール１００に送られて、ここで半導体ウエハ処理に使用される。
【実施例２】
【００５５】
次に、図３に示す実施形態を参照すると、熱交換器を１個の熱交換器コア３１に組み込むことが可能である。この配置は、ＣＯ２供給流が必要とする空間を減少させることができ、また２個の熱交換器をもつものに比較してコストを低減できる。この仕事に適する熱交換器の一つのタイプは、Ｍｅｇｇｉｔｔ社（英国）のＨｅａｔｒｉｃ部門が供給するＰｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｈｅａｔ  Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ（ＰＣＨＥ、プリント回路熱交換器）などのマイクロチャネル熱交換器であろう。
【実施例３】
【００５６】
図４は、供給システムの別の実施形態を示す。図１に示したＣＯ２ブースターポンプ１５及びバックプレッシャー調節器１６を、冷却システム１３及びサブクーラー熱交換器１４で置き換えた。この変更されたシステムは、ＣＯ２加圧手段２０に過冷却液体の代替供給を行う。ＣＯ２バルクポンプ１０から送られたＣＯ２は、サブクーラー熱交換器１４で２０°Ｆ以上だけ過冷却された後、ＣＯ２加圧手段２０に送られる。
【００５７】
冷凍システム１３は、冷媒をコンデンサー熱交換器６５に供給するために使用される。冷却コイル１１の使用によりバルクタンクに導かれる蒸気を再凝縮する代わりに、バルブ６０を横切って圧力降下から生じるＣＯ２蒸気が、コンデンサー熱交換器６５で再凝縮された後、ＣＯ２バルクタンク１０に戻される。
【００５８】
代わって、図示はしないが、ＣＯ２ブースターポンプ１５、バックプレッシャー調節器１６を包含する供給装置が、コンデンサー熱交換器６５及び冷凍システム１３と連結するように配置することができる。更に、このシステムは、冷凍システム１３及びサブクーラー熱交換器１４及び／又はコンデンサー熱交換器６５と共に、冷凍システム１２及び冷却コイル１１の両者を収納することができる。
【実施例４】
【００５９】
次に図５を参照すると、代替の熱交換器配置システムを採用した実施形態が示される。図４に示した熱交換器２９及び３０、サブクーラー熱交換器１４及びコンデンサー熱交換器６５は、熱交換器２１などの、１個の熱交換器コアに置換できる。熱交換器２１は、高圧及び低圧の側板を包含するであろう。熱交換器２１を採用する利点は、空間を減少させ、システムに対するコストを潜在的に低減させることであろう。この仕事に適する熱交換器の一つのタイプは、Ｍｅｇｇｉｔｔ社（英国）のＨｅａｔｒｉｃ部門が供給するＰｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｈｅａｔ  Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ（ＰＣＨＥ、プリント回路熱交換器）などのマイクロチャネル熱交換器であろう。
【実施例５】
【００６０】
図６は代替の実施形態を説明するものであり、そこでは、再循環流５９が高圧二酸化炭素供給流加熱又は冷却手段８６及びフィルター８８の後で受け入れられる。当業者は、再循環流５９が本システムの別の点に取り入れ可能であることを認識するであろう。別の位置は、バルブ９０の下流、しかも高圧二酸化炭素供給流加熱又は冷却手段８６の上流、高圧二酸化炭素供給流加熱又は冷却手段７４とバッファーボリューム８０の間、及びＣＯ２加圧手段と熱交換器３３の間を含む。
【００６１】
また、ＣＯ２加圧手段２０などのポンプを使用することに加えて、コンプレッサーを採用することができる。ＣＯ２加圧手段２０としてコンプレッサーを採用する場合、バルクタンク１０からのＣＯ２は、ベーパライザー（ｖａｐｏｒｉｚｅｒ）を通して運ばれた後に、ＣＯ２加圧手段２０に送られる必要があるであろう。それ故に、ＣＯ２ブースターポンプ１５、及びバックプレッシャー調節器１６は、このような集成装置では利用されないであろう。
【００６２】
高圧二酸化炭素供給流加熱又は冷却手段７４、及び高圧二酸化炭素供給流加熱又は冷却手段８６は、フィルター８８、８９及び９２のように、任意選択である。
【００６３】
供給システムの精製部分は、同様に任意選択である。ある場合には、ＣＯ２バルクタンク１０からのＣＯ２は、アプリケーションツール１００で使用するために十分に純粋である。このような場合、熱交換器２９及び３０、ヒーター３５及びＣＯ２精製装置４０が除かれる。ＣＯ２は、ＣＯ２加圧手段２０から高圧二酸化炭素供給流加熱又は冷却手段７４に直接送られる。
【００６４】
本発明は、特定の実施形態を参照して詳細に説明したが、添付した「特許請求の範囲」の範囲から逸脱することなく、種々の変更及び改質を行うことができ、かつ同等物を使用できることは、当業者には明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】半導体アプリケーションツールに二酸化炭素を送り出すための全体システムを示した説明図である。（実施例１）
【図２】二酸化炭素を送り出すための代表的５分操作サイクルを示した説明図である。
【図３】単一コア熱交換器をもつ全体システムを示した説明図である。（実施例２）
【図４】改良された別の実施形態に従った、全体システムを示した説明図である。（実施例３）
【図５】単一コア熱交換器をもつ別の実施形態に従った、全体システムを示した説明図である。（実施例４）
【図６】再循環が再設計された別の実施形態に従った、全体システムを示した説明図である。（実施例５）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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