CN101244863A - 在线制备二氧化碳离子水的方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在线制备二氧化碳离子水的方法及其装置，二氧化碳气体经由压力调节阀后与去离子水在三通管内混合，并沿切向进入混合筒内，混合物在混合筒的混合腔内形成螺旋涡流，混合物中的气泡在离心力的作用下被打散，将二氧化碳气体溶解到去离子水中形成离子水，离子水通过出液管流出，电导率探头检测离子水中的电导率，并将该数据输入到控制器内与设定的电导率比较，控制器根据两电导率的差异输出调整信号，调整压力调节阀的开度，调节二氧化碳气体的压力，控制离子水中的离子浓度。本发明结构简单，在混合筒内的涡流作用，二氧化碳气体得到充分溶解，能大幅度提高控制所制离子水内二氧化碳浓度。
Description
技术领域
本发明涉及一种在线制备二氧化碳离子水的方法及其装置，属于半导体芯片制造领域。
背景技术
在芯片制造过程中，为防止静电对被加工的芯片产生破坏，需要对去离子水进行离子化处理，以消除静电。在常温下，二氧化碳气体可部分溶解于去离子水中产生氢离子和碳酸根离子形成离子水。由于该离子水干燥后，其中的离子变为二氧化碳气体后挥发掉，在被处理的芯片上不会残留任何杂质，因此二氧化碳离子水被广泛应用于芯片制造的各个工艺步骤中。由于芯片制造对离子水的纯度要求十分严格，因此在离子水制备过程中不得使用机械搅拌来促使二氧化碳气体在水中的溶解。目前制备二氧化碳离子水的方法，如图1所示，二氧化碳气体通过进气管1由经电磁阀2后与进液管3内的去离子水在三通管4内进行混合，再经过一段较长的混合管道5使二氧化碳气体溶解在去离子水中形成离子水，然后通过电导率探头7检测离子水中的电导率，即检测离子水中的离子浓度，并将该电导率反馈到一个控制器6内，控制器6根据检测信号调整电磁阀2的通断频率以调整二氧化碳气体的进气流量，从而达到控制制成离子水的离子浓度，上述离子水的制备方法主要存在以下缺点：
1、二氧化碳气体不能充分溶解。二氧化碳气体和去离子水是在三通管中混流后再经一个较长的混合管道混合，由于没有机械搅拌，大部分二氧化碳气体在离子水中以较大的气泡形式存在，这些气泡减小了气液的接触面积，使得二氧化碳气体难以充分溶解到离子水中。再则，由于这些气泡在电导率探头之后依然存在，还有继续溶解的过程，造成得制备的离子水的电导率与控制器显示读数不一致。而且这些气泡还会在随后的过滤器中滞留，影响过滤器的流量。
2、制得离子水的离子浓度波动较大。该种制备方法因气液混合点与检测点之间存在较长的混合管道，造成检测信号的滞后，从而影响控制器的控制能力，使得离子水的离子浓度波动较大。再则，该制备方法通过电磁阀的通断频率来控制二氧化碳气体的进气流量，由于电磁阀的间断性通断使得二氧化碳气体流量波动很大，故造成离子水的离子浓度波动较大。
3、二氧化碳气体消耗量大。由于部分二氧化碳气体没有完全溶解到水中，而是滞留在过滤器中，从而造成二氧化碳气体的浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单，能促进二氧化碳气体在去离子水中的溶解，并能提高所制备离子水的离子浓度稳定性的在线制备二氧化碳离子水的方法及其装置。
本发明为达到上述目的的技术方案是：一种在线制备二氧化碳离子水的方法，其特征在于：二氧化碳气体经由压力调节阀后与去离子水在三通管内混合，并沿切向进入混合筒内，混合物在混合筒的混合腔内形成螺旋涡流，混合物中的气泡在离心力的作用下被打散，将二氧化碳气体溶解到去离子水中形成离子水，离子水通过出液管流出，电导率探头检测离子水中的电导率，并将该数据输入到控制器内与设定的电导率比较，控制器根据两电导率的差异输出调整信号，调整压力调节阀的开度，调节二氧化碳气体的压力，控制离子水中的离子浓度。
本发明在线制备二氧化碳离子水的装置包括进气管、进液管、三通管、电导率探头和控制器，其特征在于：所述的进气管上安装有压力调节阀，进气管以及进液管分别与三通管的两个进口连接相通，三通管的出口与密闭的混合筒的切向进口连接相通，出液管的一侧延伸进混合筒内，且出液管的进口与混合腔相通，电导率探头设在出液管上，电导率探头与控制器的信号输入端连接，控制器的控制端与压力调节阀的阀门连接。
本发明采用上述技术方案后的优点在于：
1、二氧化碳气体溶解充分。本发明采用专用的混合筒对二氧化碳气体和去离子水进行混合，而二氧化碳气体与去离子水的混合物是沿切线方向进入混合筒，由于受到筒壁的限制，混合物在混合腔内形成螺旋涡流，混合物中的气泡在离心力的作用下被打散，大大增加了气液接触面积，从而使得二氧化碳气体得以充分溶解到去离子水中，加快二氧化碳气本身在离子水中的溶解速度。
2、提高了控制离子浓度的精度。本发明通过压力调节阀对二氧化碳气体的压力进行调节，来实现二氧化碳气体的流量的控制，由于气体的流量正比于气体压力的平方，因此调节气体压力比调节流量有更高的灵敏度，故提高控制离子浓度的精度。本发明采用压力调节阀可实现连续调节，使得对二氧化碳进气量的调整更为平稳，对产生的离子水的离子浓度控制更为精确。
3、结构紧凑。本发明采用的混合筒结构简单，相对于混合管道，流体通过时间短，有效地缩短了控制点与检测点之间的延时，能将检测信号及时反馈到控制器内，并及时发出控制信号调整二氧化碳的进气量，从而提高了控制离子浓度的精度。
附图说明
下面结合附图对本发明的实施例做进一步的详细描述。
图1是原制备二氧化碳去离子水的示意图。
图2是本发明制备二氧化碳去离子水的示意图。
图3是本发明混合筒的结构示意图。
图4是图3的侧视结构示意图。
图5是图4的A-A剖视结构示意图。
图6是图4的A-A剖视的另一种结构示意图。
其中：1-进气管，2-电磁阀，3-进液管，4-三通管，5-混合管道，6-控制器，7-电导率探头，8-压力调节阀，9-混合筒，9-1-切向进口，9-2-混合腔，10-出液管。
具体实施方式
本发明的在线制备二氧化碳离子水的方法，见图2所示，将二氧化碳气体由经压力调节阀后与去离子水首先在三通管内混合，然后混合物以大于15ml/s的速度沿切向进入混合筒，混合物在混合筒的混合腔内形成螺旋涡流，混合物中的气泡在离心力的作用下被打散，将二氧化碳气体溶解到去离子水中形成离子水，离子水通过出液管送出至指定点，电导率探头检测离子水中的电导率，并将该数据输入到控制器内与设定的电导率对比，控制器根据两电导率的差异输出调整信号，调整压力调节阀的开度，调节二氧化碳气体的流入压力，控制离子水的离子浓度。
见图2所示，本发明的在线制备二氧化碳离子水的装置，包括进气管1、进液管3、三通管4、压力调节阀8、电导率探头7以及混合筒9和控制器6，进气管1的进口与二氧化碳气源相通，进气管1上安装有压力调节阀8，通过压力调节阀8控制二氧化碳气体流入混合筒的压力，以达到控制二氧化碳气体的流量，压力进气管1的出口与三通管4的一个进口连接相通，进液管3的进口与去离子水源相通，进液管3出口与三通管4的另一进口连接相通，三通管4的出口与密闭的混合筒9的切向进口9-1连接相通，见图3～6所示，本发明出液管10的一侧延伸进混合筒9内并与混合腔9-2相通，该出液管10可如图5所示为直柱形，或如图6所示，混合筒9内的出液管10为锥柱形，且出液管10的小锥位于出液管10的进口处，通过变径混合腔，使混合物随着涡流尽量沿筒壁运动，在充分溶解二氧化碳气体时，能进一步减小混合筒的长度。本发明的电导率探头7设置在出液管10上，电导率探头7与控制器6的信号输入端连接，控制器6的控制端与压力调节阀8的阀门连接，调节二氧化碳气体的进气压力，控制离子水内二氧化碳离子的浓度，本发明的控制器6采用PID控制器或其它现有的控制器。
Claims (4)
1、一种在线制备二氧化碳离子水的方法，其特征在于：二氧化碳气体经由压力调节阀后与去离子水在三通管内混合，并沿切向进入混合筒内，混合物在混合筒的混合腔内形成螺旋涡流，混合物中的气泡在离心力的作用下被打散，将二氧化碳气体溶解到去离子水中形成离子水，离子水通过出液管流出，电导率探头检测离子水中的电导率，并将该数据输入到控制器内与设定的电导率比较，控制器根据两电导率的差异输出调整信号，调整压力调节阀的开度，调节二氧化碳气体的压力，控制离子水中的离子浓度。
2、根据权利要求1所述的在线制备二氧化碳离子水的方法，其特征在于：所述混合物以大于15ml/s的速度切向进入混合筒。
3、一种在线制备二氧化碳离子水的装置，包括进气管(1)、进液管(3)、三通管(4)、电导率探头(7)和控制器(6)，其特征在于：所述的进气管(1)上安装有压力调节阀(8)，进气管(1)以及进液管(3)分别与三通管(4)的两个进口连接相通，三通管(4)出口与密闭的混合筒(9)的切向进口(9-1)连接相通，出液管(10)的一侧延伸进混合筒(9)内，且出液管(10)的进口与混合腔(9-2)相通，电导率探头(7)设置在出液管(10)上，电导率探头(7)与控制器(6)的信号输入端连接，控制器(6)的控制端与压力调节阀(8)的阀门连接。
4、根据权利要求3所述的在线制备二氧化碳离子水的装置，其特征在于：所述位于混合筒(9)内的出液管(10)为锥柱体，且混合筒(9)上的切向进口(9-1)位于出液管(10)的小锥一侧。
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Assignee: Changzhou Ruize Microelectronics Technology Co., Ltd. Assignor: Changzhou Ruike Micro-Electronics Technology Co., Ltd. Contract record no.: 2010320000548 Denomination of invention: Method and device for on-line producing carbonic anhydride ion water Granted publication date: 20091202 License type: Exclusive License Open date: 20080820 Record date: 20100507 |
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