JP2008541488A - 二酸化炭素供給システム - Google Patents

Abstract

高純度の二酸化炭素流体を送達するためのシステムおよび装置が提供される。システムは少なくとも２つの別個の半導体アプリケーション６、１４を含み、前記アプリケーションの１つは冷却を必要とする。二酸化炭素の流れの第１の部分が供給ライン１から引き出されて第１の半導体アプリケーション６へ方向付けられる。第２の部分は供給ライン１から引き出されて減圧装置１２を横断し、第２の半導体アプリケーション１４へ経路付けられ、それによって第２の半導体アプリケーションに入る第２の気体の温度および圧力が低減される。

Description

本発明は、冷却を必要とする半導体アプリケーションにおいて二酸化炭素流体を使用するシステムおよび装置に関するものである。

半導体デバイスの製造は多くの別個のステップを必要とし、これらステップでは、複数のアプリケーション（または装置）が、集積回路を構築するためのプロセス（工程）を実施する。これらのプロセスのいくつかは、薄膜蒸着、リソグラフィ・パターンの現像、プラズマ・エッチング、金属蒸着、イオン注入、熱酸化／熱アニーリング、化学的機械研磨／平坦化などを含む。

これらの別個の処理ステップのいくつかの合間に、半導体デバイスは、汚染物質および残留物を除去するように清浄化されることができる。最も通常の半導体清浄化アプリケーションは、有機、無機および水性の液体の化学溶液を用いたプロセスを実施する。残念ながらこれらの化学物質は、一部の汚染物質および残留物を半導体デバイスから適切に除去しない。さらに、いくつかの液体化学溶液は、半導体デバイスに有害な物理特性を有していることがある。表面張力などの液体化学溶液の特性がナノ・フィーチャのデバイスに毛管作用を生じさせる可能性があり、これは画像劣化を招き得る。さらに、通常の清浄化アプリケーションは多くの場合、ウェハを乾燥させて残留水分を除去するために追加の処理ステップを必要とする。

通常の清浄化アプリケーション・プロセスの有害な影響を克服するために、化学添加剤と共に、または化学添加剤なしに超臨界二酸化炭素を用いる半導体清浄化アプリケーションが開発されている。本明細書で使用する「超臨界」という用語は、臨界温度および臨界圧力（例えば二酸化炭素の場合、それぞれ３１℃および７．３６ＭＰａ（１０６７ｐｓｉａ））を超える流体を指すものとして当業者には理解されよう。これらの新しい半導体清浄化アプリケーションを支援するものとして、高圧の二酸化炭素を半導体製造設備全体を通して分配する超臨界二酸化炭素供給および再循環システムも開発されている。

プラズマ・エッチング、熱酸化／熱アニーリング、液体／蒸気廃棄物の排出分離などといった他の半導体アプリケーションは多くの場合、低いプロセス温度を維持するために冷却ユーティリティを必要とする。現在、これらの半導体アプリケーションには、局所的に利用可能な冷却ユーティリティを用いて冷却が提供されている。一般的な冷却ユーティリティは水ベースの冷却システムを含み、これは、以下の表に示した温度で、半導体アプリケーションに冷却液を供給し、戻る冷却液を受け取る。

水ベースの冷却システムの使用に関する重大な不都合は、大気圧における純水の凝固点である０℃（３２°Ｆ）未満のプロセス温度に達することが難しいことである。水ベースの冷却システムに関連する他の不都合には、汚染の問題および水処理設備に伴う高コストが含まれる。０℃（３２°Ｆ）未満の冷却液温度は、プロセス温度の冷却速度を高めることにより、いくつかの半導体アプリケーションに関連するサイクル時間を短縮することができる。蒸気／液体廃棄物の排出分離システムなどの他の半導体アプリケーションは、０℃（３２°Ｆ）未満の温度でより効率的に動作する。

半導体アプリケーションに冷却ユーティリティを提供する他の手段は、機械的な蒸気圧縮システムの使用を含む。これらのシステムは、圧縮機、蒸発器、凝縮器および冷媒貯蔵容器を含む。Ｓｏｎｎｅｋａｌｂらに対する米国特許第６０８５５４４号明細書は二酸化炭素ベースの機械的な冷却システムについて説明しており、このシステムにおいて、二酸化炭素は臨界密度の５０パーセント〜１００パーセントの密度に維持される。そのような蒸気圧縮冷却システムは、設置や、半導体アプリケーションに対して適合させるのに費用がかかる傾向がある。さらに、これらのシステムはプロセス条件の変更に応答するのにかなりの時間を要するため、制限を受ける。

Ｐａｇａｎｅｓｓｉに対する米国特許第５６６００４７号明細書は、一次液体冷媒を用いて二次液体冷媒を冷却し、次いで二次液体冷媒を用いて半導体アプリケーション内の設備の一部を冷却することを開示している。一次冷媒の液体は、熱交換器を含む圧力容器へ送られる。冷媒は第１の熱交換器へ噴霧され、そこで蒸発して二次液体冷媒を冷却する。一次冷媒の蒸発によって生じた一次冷媒の蒸気は第２の熱交換器へ送られて二次液体冷媒を予冷するために使用され、その後、二次液体冷媒は第１の熱交換器へ供給される。次いで二次液体冷媒は半導体アプリケーションへ送られて、設備を冷却するために設備の一部を通して循環される。記載したシステムに関連する不都合は、一次液体冷媒を低温で熱交換器へ送出しなければならないことである。それゆえ一次冷媒の供給源は、流体への熱の侵入を最小限にするために、半導体製造設備内の半導体アプリケーションの近くに配置されなければならない。しかし、半導体アプリケーションの近くに流体貯蔵システムを設置するためには、半導体製造設備内の空間利用に関連するコストがきわめて高くなる可能性がある。あるいは一次冷媒の液体を半導体製造設備の外部の供給源から送ることもできる。しかし、冷媒の供給源と熱交換器との間の距離との関係で、一次冷媒の供給源から熱交換器までの移送配管を効果的に絶縁することに伴うコストが著しく増加する。

カツミらに対する特開２００２−２０４９４２号公報は、冷却システムの圧縮機に注入される液体の流れから汚染物質を取り出すプロセスについて説明している。圧縮機の吐出圧力は、二酸化炭素の臨界圧力に一致するか、超えている。次いで、混合物は低圧になるように流量調節され、冷却を生じさせて２相混合物を生成する。この２相混合物は相分離装置で分離され、その結果生じた二酸化炭素蒸気／汚染物質の流れが圧縮機へ再循環され、一方、汚染物質を含まない液体の流れが収集される。記載されたシステムに伴う不都合は、相分離装置を出た二酸化炭素が汚染物質を含み、したがって他のアプリケーションに使用することができないことである。

関連技術は、清浄化媒体として低温の二酸化炭素を使用する半導体清浄化プロセスについても説明している。例えばＡｈｍａｄｉらに対する米国特許出願公開第２００３／０１１９４２４号明細書はスノー清浄化プロセス（ｓｎｏｗ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）について説明しており、このプロセスでは、高圧の二酸化炭素が注入ノズルを通して低圧になるように流量調節され、低圧の固体／蒸気混合物を発生させている。２相混合物は、固体の二酸化炭素粒子が半導体デバイスの表面に当たるように半導体または他のデバイスへ向けられる。固体の二酸化炭素粒子からの運動量移動は、表面の汚染物質が半導体または他のデバイスから分離されるのを促す。さらに、半導体または他のデバイスを加熱して、デバイスの表面に接触している固体の二酸化炭素粒子の蒸発を促す。半導体または他のデバイスの表面が暖かいこと、および蒸発した気体が冷たいことによる熱泳動が、デバイス表面からの残りの汚染物質の分離を促す。

Ｃｏｓｔａｎｔｉｎｉらに対する米国特許第６６１２３１７号明細書、およびＤｅＳｉｍｏｎｅらに対する米国特許出願公開第２００３／００５１７４１号明細書は、二酸化炭素ベースの半導体ウェハ清浄化アプリケーションについて説明している。半導体ウェハ清浄化アプリケーションを出た液体の二酸化炭素は、より低圧の廃棄物収集容器へ方向付けられる。その結果生じる圧力低下によってより低温の流れが生成され、その流れがより低圧の廃棄物収集容器内に集められる。

二酸化炭素ベースの半導体清浄化アプリケーションに伴う不都合は、それらが一定且つ制御された態様で冷却を生じさせないことである。これらの清浄化アプリケーションは、個々のデバイスが別々に処理されるバッチ方式で動作する。

そのプロセスは、半導体デバイスを圧力チャンバに挿入することによって始まる。チャンバはまず二酸化炭素により加圧される。高圧の二酸化炭素に追加の溶媒および化学物質を注入して、二酸化炭素ベースの清浄化溶液を生成する。その二酸化炭素ベースの清浄化溶液は圧力チャンバを通して循環され、半導体デバイスからの汚染の除去を促す。再循環後、二酸化炭素が圧力チャンバを通して供給されてもよく、また清浄化溶液をパージするために直接排出されてもよい。所望のレベルの汚染除去を実施するために、必要に応じて追加の化学物質の注入、再循環およびパージが繰り返される。清浄化プロセスが終了すると、清浄化アプリケーションからすべての二酸化炭素を排出することによって圧力チャンバが大気圧まで減圧され、半導体デバイスが取り出される。

清浄化プロセスのパージ・ステップ中、清浄化溶液が清浄化アプリケーションから排出されるので清浄化溶液の圧力は著しく低減される。高い圧力差に伴うジュール・トムソン効果によって、より低圧低温の排出流が生じる。通常、パージ・ステップが終了するまでの間、清浄化アプリケーションの排出弁の両端での圧力差が維持される。減圧ステップでもより低圧低温の排出流が生じるが、清浄化アプリケーションの内圧が減少すると圧力差が低減され、排出流の温度が上昇する。清浄化アプリケーションが大気圧に達すると、排出流が止まり、清浄化された半導体デバイスが清浄化アプリケーションから取り出される。

記載された清浄化アプリケーションによって生成される低温の排出流は極めて断続的であり、清浄化アプリケーション・プロセスのパラメータに応じて変動する。それゆえ半導体清浄化アプリケーションからの排出は、連続的な定常状態の冷却源を提供することができない。さらに、この関連技術は、清浄化アプリケーションによって生成された低温の排出流を、別の半導体アプリケーションへ送出するための冷媒として使用することを認識していない。

関連技術の不都合を克服するために、本発明の目的は、二酸化炭素の流れの第１の部分が半導体アプリケーションへ送られ、前記二酸化炭素の流れの第２の部分が、冷却を必要とする半導体アプリケーションへ送られるシステムを提供することである。

本発明の他の目的は、前記第２の部分を、制御された連続的な態様で、冷却を必要とする半導体アプリケーションに送ることである。

本発明の他の目的は、清浄化アプリケーションおよび冷却アプリケーションの両方に単一の二酸化炭素処理システムを用いることによって、半導体アプリケーション用の冷却生成システムに関する設備投資を軽減することである。

本発明の他の目的および利点は、本明細書、本明細書に添付の図面、および特許請求の範囲を検討することによって、当業者には明らかになるであろう。

前述の目的は、本発明のシステムおよび装置によって満たされる。

本発明の第１の観点によれば、二酸化炭素流体を少なくとも２つの別個の半導体アプリケーションに供給するためのシステムであって、前記アプリケーションの１つが冷却を必要とするシステムが提供される。このシステムは、（ａ）二酸化炭素成分を含む流体を前処理して、前処理された二酸化炭素の流れを形成する前処理手段を利用するステップ、（ｂ）前処理された二酸化炭素の流れの第１の部分を、第１の管路を介して第１の半導体アプリケーションへ方向付けるステップであって、第１の部分は、この第１の半導体アプリケーションで第１の流出液の流れに変えられるステップ、（ｃ）前処理された二酸化炭素の流れの第２の部分を、第２の管路を介して減圧装置を横断するように方向付け、より低圧低温の第２の流れを形成するステップ、および（ｄ）減圧装置を出たより低圧低温の第２の流れを第２の半導体アプリケーションへ経路付けするステップであって、低圧低温の流れは、第２の半導体アプリケーション内の冷却ユーティリティとして用いられ、次いで第２の流出液の流れに変えられるステップを含む。

本発明の他の観点によれば、二酸化炭素流体を少なくとも２つの別個の半導体アプリケーションに供給するための装置であって、前記アプリケーションの１つが冷却を必要とする装置が提供される。このシステムは、（ａ）二酸化炭素成分を含む流体を前処理して、前処理された二酸化炭素の流れを形成する前処理手段を利用するステップ、（ｂ）前処理された二酸化炭素の流れの第１の部分を、第１の管路を介して第１の半導体アプリケーションへ方向付けるステップであって、第１の部分は、この第１の半導体アプリケーションで第１の流出液の流れに変えられるステップ、（ｃ）前処理された二酸化炭素の流れの第２の部分を、第２の管路を介して減圧装置を横断するように方向付け、より低圧低温の第２の流れを形成するステップ、および（ｄ）減圧装置を出たより低圧低温の第２の流れを第２の半導体アプリケーションへ経路付けするステップであって、低圧低温の流れは、第２の半導体アプリケーション内の冷却ユーティリティとして用いられ、次いで第２の流出液の流れに変えられるステップを含む。

本発明は、図面を参照することによって、より適切に理解されるであろう。図面では全体を通して、類似の番号は同じ構成を示している。

集積回路の製造は、半導体アプリケーションの冷却または冷凍が必要な多くの別個の処理ステップを必要とする。本発明は、ある処理ステップにおいて二酸化炭素の流れを利用するとともに、同じ初期の流れの一部を、異なる処理ステップが実施される第２の半導体アプリケーションへ分流させる効率的且つ効果的な方法を提供する。冷媒は分流させた流れから生成されて、冷却ユーティリティの流れを第２の半導体アプリケーションへ提供するために使用される。

図１を参照して、本発明の実施例の１つについて述べる。二酸化炭素成分を含む商業グレードの流体が、流体を前処理して超高純度の形にすることが可能な前処理手段２に供給される。本明細書で使用するとき、「超高純度」という用語は、半導体の製造に適した少なくとも９９．９９９９５パーセント以上の純度を指す。前処理された二酸化炭素流体は、管路１を介して高圧で半導体アプリケーション６、１０、１４および１９へ運ばれる。前処理手段２から取り出された蒸気に伴う圧力は通常、約４．１４〜２７．５８ＭＰａ（６００〜４０００ｐｓｉｇ）、好ましくは約５．５２ＭＰａ〜２４．１３ＭＰａ（８００ｐｓｉｇ〜３５００ｐｓｉｇ）、最も好ましくは約６．８９ＭＰａ〜２２．０６ＭＰａ（１０００ｐｓｉｇ〜３２００ｐｓｉｇ）の範囲である。流れの温度は、約１０℃〜３２℃（５０°Ｆ〜９０°Ｆ）の範囲である。

管路１の中の前処理された二酸化炭素の流れは、いくつかの流れ部分に分けることが可能であり、その場合、第１の部分は、管路３上に配設された第１の予熱器４を通るように方向付けられる。予熱器は、約１６℃〜１４９℃（６０°Ｆ〜３００°Ｆ）、好ましくは約２１℃〜９３℃（７０°Ｆ〜２００°Ｆ）、最も好ましくは約２７℃〜６６℃（８０°Ｆ〜１５０°Ｆ）の範囲まで温度を高める。前処理された高温の二酸化炭素の流れは、管路５を介して第１の半導体アプリケーション６へさらに運ばれ、そこで特定のプロセスが行われ、第１の流出液が生成される。第１の半導体アプリケーション６は、好ましくは、バッチ方式の清浄化アプリケーションである。

第１の流出液の流れは通常、二酸化炭素成分および汚染成分を含む。汚染成分は、半導体デバイスの清浄化を助ける目的で注入された添加剤であって、第１の前処理された二酸化炭素の流れに注入された添加剤からなる場合がある。第１の流出液の流れにおける他の汚染成分は、半導体デバイスの清浄化時に含まれる汚染物質の分離および同伴から生じたものである場合がある。

１つまたは複数の排出弁２３が開くと、第１の流出液が半導体アプリケーションを出て、管路２５を介して廃棄物分離アプリケーション２７へ運ばれ、そこで二酸化炭素を多く含む蒸気（二酸化炭素エンリッチ蒸気）の流れ、および汚染物質を多く含む液体／固体（汚染物質エンリッチ液体および／または固体）の流れが生成される。廃棄物分離アプリケーションの使用は、清浄化アプリケーションの流出液中に同伴された汚染物質の大部分を除去および収集して廃棄するのに望ましい。また、廃棄物分離アプリケーションを出た二酸化炭素を多く含む流れにおいて、これら汚染物質の濃度は低減される。流出液の流れが廃棄物分離アプリケーションに入ると、その圧力が低減され、気相、および液相／固相からなる多相の混合体を形成する。廃棄物分離アプリケーション２７の動作圧力が、特定の相（すなわち固体、液体および気体）への分離の程度を決定する。通常、廃棄物分離アプリケーション２７は、約０ＭＰａ〜６．８９ＭＰａ（０ｐｓｉｇ〜１０００ｐｓｉｇ）、好ましくは約０．６９ＭＰａ〜５．５２ＭＰａ（約１００ｐｓｉｇ〜８００ｐｓｉｇ）、最も好ましくは約１．７２ＭＰａ〜４．８３ＭＰａ（２５０ｐｓｉｇ〜７００ｐｓｉｇ）の範囲の圧力で動作する。通常の廃棄物分離システムの動作温度は、約−１３７℃〜３８℃（−２１５°Ｆ〜１００°Ｆ）、好ましくは約−４８〜２１℃（−５５°Ｆ〜７０°Ｆ）、最も好ましくは−２３℃〜１３℃（−１０°Ｆ〜５５°Ｆ）の範囲である。二酸化炭素を多く含む蒸気の流れは、管路３１を介して廃棄物分離アプリケーション２７から除去され、管路４０を介して再循環されて前処理手段２へ戻る。汚染物質を多く含む液体／固体の流れもまた管路２９を介して廃棄物分離アプリケーション２７から除去されて、廃棄するように方向付けられる。

前処理された二酸化炭素の流れの第２の部分を管路１から分離し、分配マニホールド・システムを介して、管路１１上に配設された減圧装置１２へ方向付けることができる。前処理された二酸化炭素の第２の部分が減圧装置１２を横断して流量調節されると、ジュール・トンプソン効果によって、より低圧低温の流れが得られる。より低圧低温の第２の流れは、管路１３を介して半導体アプリケーション１４へ運ばれる。半導体アプリケーション１４は、プラズマ・エッチング、熱アニーリング／熱酸化などの冷却を必要とする半導体アプリケーションまたは廃棄物分離アプリケーションの群から選択されることが好ましい。その結果生じる流れに伴う特定の圧力および温度は、特定の半導体アプリケーションに所望される冷却温度によって決まる。通常、第２の半導体アプリケーション１４へ供給される流れに伴う圧力は、約０ＭＰａ〜６．８９ＭＰａ（０ｐｓｉｇ〜１０００ｐｓｉｇ）、好ましくは約０ＭＰａ〜５．５２ＭＰａ（０ｐｓｉｇ〜８００ｐｓｉｇ）、最も好ましくは約０ＭＰａ〜４．４８ＭＰａ（０ｐｓｉｇ〜６５０ｐｓｉｇの範囲である。結果として生じる流れの温度は通常、約−７９℃〜２１℃（−１１０°Ｆ〜７０°Ｆ）、好ましくは−７９℃〜１６℃（−１１０°Ｆ〜６０°Ｆ）、最も好ましくは−７９℃〜１０℃（−１１０°Ｆ〜５０°Ｆ）の範囲である。第２のアプリケーションにおいてプロセスが実施されて、より低圧低温の流れから冷却の一部が取り出され、第２の流出液が生成される。流れの流量および圧力は、アプリケーション１４に対して必要な冷却量を送るように操作される。第２の半導体アプリケーション１４を出た流出液は、管路３３を介して減圧装置３５へ運ばれ、そこでより低圧の流れを発生させるように流量調節される。その結果生じるより低圧の流れは、管路３７を介して管路４０へ運ばれて、他の半導体アプリケーションからの流出液と混合され、前処理手段２へ再循環される。

他の実施例によれば、図１にさらに示すように、１つまたは複数の追加のバッチ式清浄化アプリケーションを並列に配設することができる。前処理された二酸化炭素の流れの一部を、同時にバッチ式清浄化アプリケーション６および第２のバッチ式清浄化アプリケーション１０へ方向付けることが可能である。二酸化炭素の流れは、管路７上に配設された予熱器８を通り、その後、管路９を介して第２のバッチ式清浄化アプリケーションへ運ばれる。第２のバッチ式清浄化アプリケーション１０へ送られた二酸化炭素の流れは、通常、第１のバッチ式清浄化アプリケーション６へ送られた流れと同じまたは類似の状態になるであろう。その後、流出液の流れが排出弁２４を通り、管路２６を介して、廃棄物分離アプリケーション２７と同じまたは類似の形であり且つ同じまたは類似の条件下で動作される廃棄物分離アプリケーション２８へ経路指定される。管路３２を介して廃棄物分離アプリケーション２８から除去された二酸化炭素を多く含む蒸気の流れは、管路３１を介して廃棄物分離アプリケーション２７から除去された二酸化炭素を多く含む蒸気の流れと混合され、管路４０を介して再循環され、前処理手段２へ戻されることができる。

同様に、図１に示すように、１つまたは複数の追加の冷却消費半導体アプリケーションを半導体アプリケーション１４と並列に配設することができる。例えば、冷却消費半導体アプリケーション１９が半導体アプリケーション１４と並列に配設される。この実施例では、管路１内の前処理された二酸化炭素流体の一部が、管路１６上に配設された減圧装置１７を通って半導体アプリケーション１９へ経路指定される。前処理された二酸化炭素は減圧装置１７を横断して流量調節され、より低圧低温の流れが生成される。その流れは、管路１８を介して冷却消費半導体アプリケーション１９へ運ばれ、冷却消費半導体アプリケーション１４に関して既に論じたように、さらに流出液の流れを生成するように処理される。半導体アプリケーション１９から除去された流出液の流れは、管路３４を介して減圧装置３６へ運ばれ、そこでより低圧の流れを発生させるように流量調節される。その結果生じるより低圧の流れは、管路３８を介して管路４０へ運ばれ、そこで他の半導体アプリケーションからの流出液の流れと混合され、前処理手段２へ再循環される。管路１を利用して、前処理された二酸化炭素流体を、二酸化炭素を完全に放出するスノー清浄化アプリケーションなどの多くの他のアプリケーション２２へ送出できることも、当業者には認識されるであろう。

図２は、様々な半導体アプリケーションを出た流出液の流れを、放出するように経路指定し、廃棄することが可能な別の実施例を示している。前処理された二酸化炭素の流れの第１の部分は清浄化アプリケーション６へ運ばれ、前述のように第１の流出液に変えられる。前記第１の流出液の流れは清浄化アプリケーション６を出て、排出弁２３を通り、管路２５を介して放出するように経路指定される。前処理された二酸化炭素の流れの第２の部分は、半導体アプリケーション１４へ運ばれ、前述のように第２の流出液に変えられる。前記第２の流出液の流れは半導体アプリケーション１４を出て、管路３３を介し、減圧装置３５を通って運ばれる。その結果生じるより低圧の流れは、管路３７を介して放出するように経路指定される。

図２にさらに示すように、任意選択で、清浄化アプリケーションの流出液の流れを廃棄物分離アプリケーションへ運び、次いで放出するように経路指定してもよい。前処理された二酸化炭素の流れの第３の部分は清浄化アプリケーション１０へ運ばれ、前述のように第３の流出液の流れに変えられる。前記第３の流出液の流れは清浄化アプリケーション１０を出て、排出弁２４を通り、管路２６を介して廃棄物分離アプリケーションへ運ばれる。第２の流出液中に含まれる汚染物質の大部分が廃棄物分離アプリケーション２８で除去されて、放出するように経路指定される二酸化炭素を多く含む蒸気の流れ３２と、廃棄するように方向付けられる汚染物質を多く含む液体／固体の流れ３０とが生成される。このように、半導体アプリケーションから放出された流出液から汚染物質を除去するために、廃棄物分離システムを選択的に実装することが可能であることが、当業者には認識されるであろう。

図３は、冷却消費半導体アプリケーション１４、１９を出た汚染されていない流出液を再循環させて前処理手段へ戻すことができる他の実施例を示している。しかし、バッチ式清浄化アプリケーション６、１０で処理された流出液は前述のように二酸化炭素の一部および汚染物質の一部を含む。したがってバッチ式清浄化アプリケーションからの汚染された流れは、放出するように経路指定することができる。

図４は、必要な場合には前処理手段２の一部を迂回することができる実施例を示している。通常、前処理手段２は、浄化ユニット４３および加圧ユニット４５に分離されていてもよい。半導体アプリケーション１４、１９を出た汚染されていない流出液は、加圧ユニット４５へ直接経路指定されることができる。本質的に純粋な二酸化炭素である流出液は、浄化ユニット４３から出た浄化された二酸化炭素の流れ４４と混合される。混合された流れは加圧ユニット４５へ運ばれ、そこで加圧されて、管路１を介して半導体アプリケーションへ再分配される。バッチ式清浄化アプリケーション６、１０を出た、バッチ式清浄化の純度の要求を満たしていない汚染された流出液は、管路３１、３２を介して放出するように、また管路２９、３０を介して廃棄するように経路指定されることができる。

図５は、任意選択で、バッチ式清浄化アプリケーション６、１０を出た汚染された流出液を、前処理手段２内の浄化ユニット４３へ方向付けることが望ましい場合に使用することができる装置構成を示している。浄化ユニットは、流出液に含まれる汚染物質を除去し、浄化された二酸化炭素の流れ４４を生成する。浄化された二酸化炭素の流れは、本質的に純粋な二酸化炭素の流出液の流れ４０と混合され、加圧手段４５へ運ばれる。混合された二酸化炭素の流れは加圧され、管路１を介して半導体アプリケーションへ再分配される。

図６を参照すると、本発明の他の実施例が示してあり、並列に配設された２つのバッチ式清浄化アプリケーション６、１０について説明している。バッチ式清浄化アプリケーションは前述したものと同じ態様で動作させ、また互いに独立に動作させることが可能である。この点において、この説明が単一または複数のバッチ式清浄化アプリケーションおよび二酸化炭素供給システムにも同様にあてはまることが、当業者には認識されよう。

前処理された二酸化炭素流体の第１の部分は、前処理手段２から管路１を介してバッチ式清浄化アプリケーション６へ運ばれる。バッチ式清浄化アプリケーションは、既に論じたように第１の前処理された二酸化炭素の流れを第１の流出液の流れに変える。流出液は、排出弁２３を通してバッチ式清浄化アプリケーションから除去され、管路２５を介して廃棄物分離アプリケーション２７へ運ばれる。

前処理された二酸化炭素流体の第２の部分は、管路１１を通り、減圧装置１２を横断するように経路指定される。前処理された二酸化炭素の流れの圧力が低減されると、気相および液相または固相からからなる、より低圧低温の多相の混合体が形成される。通常、より低圧低温の二酸化炭素の流れに伴う圧力は、約０ＭＰａ〜６．８９ＭＰａ（０ｐｓｉｇ〜１０００ｐｓｉｇ）、好ましくは約０ＭＰａ〜５．５２ＭＰａ（０ｐｓｉｇ〜８００ｐｓｉｇ）、最も好ましくは約０ＭＰａ〜４．４８ＭＰａ（０ｐｓｉｇ〜６５０ｐｓｉｇ）の範囲である。前記流れの温度は通常、約−７９℃〜２１℃（−１１０°Ｆ〜７０°Ｆ）、好ましくは−７９℃〜１６℃（−１１０°Ｆ〜６０°Ｆ）、最も好ましくは−７９℃〜１０℃（−１１０°Ｆ〜５０°Ｆ）の範囲である。より低圧低温の二酸化炭素の流れは、管路１３を介して廃棄物分離アプリケーション２７へ運ばれる。あるいは、既に図１に示したように、減圧装置１２を出た流れを、冷却を必要とする任意の半導体アプリケーション（すなわち、プラズマ・エッチング、熱酸化／熱アニーリング）へ経路指定することができる。

廃棄物分離アプリケーションに入ると、清浄化アプリケーション６からの第１の流出液の流れ２５は相分離装置２０８へ運ばれ、そこで二酸化炭素を多く含む蒸気の流れ２０２が、汚染物質を多く含む液体の流れ２９から分離される。汚染物質を多く含む液体の流れ２９は、廃棄するように、または任意選択で追加の廃棄物処理手段へと経路指定される。二酸化炭素を多く含む蒸気の流れ２０２は通常、約０．６９ＭＰａ〜６．８９ＭＰａ（１００ｐｓｉｇ〜１０００ｐｓｉｇ）、好ましくは１．３８ＭＰａ〜５．５２ＭＰａ（２００ｐｓｉｇ〜８００ｐｓｉｇの圧力で存在している。二酸化炭素を多く含む蒸気の流れ２０２の第１の部分は、管路２０４を介して熱交換装置２００へ経路指定され、その中でより低圧低温の多相の二酸化炭素の流れ１３に対して凝結される。より低圧低温の二酸化炭素の流れ１３は通常、−７３℃〜０℃（−１００°Ｆ〜３２°Ｆ）の温度で存在している。凝結した液体の二酸化炭素を多く含む流れは相分離装置２０８へ戻され、還流を形成してその内部での分離を助ける。二酸化炭素を多く含む蒸気の流れの第２の部分は、管路３１を介して除去され、減圧装置４７を横断するように方向付けられ、より低圧の流れ４９を形成する。

より低圧の流れ４９は、他の半導体アプリケーションからの流出液と混合され、管路４０を介して前処理手段２へ再循環される。より低圧低温の二酸化炭素の流れ１３は、熱交換器２００において、凝結する二酸化炭素を多く含む蒸気の流れ２０４に対して蒸発または昇華する。蒸発した二酸化炭素の流れは、管路３３を介して熱交換装置２００を出て、減圧装置３５へ運ばれ、より低圧の流れ３７を形成する。より低圧の流れ３７は、他の半導体アプリケーションからの流出液と混合され、管路４０を介して再循環され、前処理手段２へ戻る。

図７を参照すると、本発明の他の実施例が示してあり、並列に配設された、冷却を必要とする２つの半導体アプリケーション１４、１９について説明している。冷却を必要とする半導体アプリケーション１４、１９を、バッチ式清浄化アプリケーションなどの二酸化炭素流体を必要とする他の半導体アプリケーションに対して並列に配設できることが、当業者には明らかであろう。冷却回路の一実施例が示されており、ここで二酸化炭素の流れは、二次冷媒流体を冷却するための一次冷媒流体として使用される。二酸化炭素流体は、前処理手段２から半導体アプリケーションへ供給され、そしてその二酸化炭素の流れを、管路１１６を介し熱交換装置１０２を通って循環されるより低圧の二酸化炭素の流れに対して初期冷却するために、管路１００を介して熱交換装置１０２を通るように経路指定される。

半導体ツールによって必要とされるときには、蒸気／液体または蒸気／固体の混合体とすることができるより低圧低温の流れを生成するために、初期冷却された二酸化炭素の流れは、管路１０４を介して減圧装置１０６を通るように経路指定される。流れはさらに管路１０８を介して第２の熱交換装置１１０へ運ばれ、そこで噴霧されることなどによって、二酸化炭素であり、且つ管路３１４を介して第２の熱交換装置１１０を通過することが好ましい二次冷媒の流れに対して接触する。管路１０８を介して送出されたより低圧低温の二酸化炭素の流れは、熱交換器１１０で蒸発または昇華して二酸化炭素蒸気の流れを形成し、その冷却を二次冷媒の流れに移動させる。二酸化炭素蒸気の流れは、管路１１２を介して熱交換器１１０を出て、前述のように、流入する二酸化炭素の流れを冷却するための熱交換装置１０２を通過する。熱交換装置１０２を出た二酸化炭素蒸気の流れは、管路１１８を介して減圧装置３５へ運ばれる。より低圧の流れは、他の半導体アプリケーションからの流出液と混合され、管路４０を介して前処理手段へ再循環される。

既に論じたように、二次冷媒の流れは熱交換器１１０で冷却される。次いで、冷却された二次冷媒の流れは、管路３１６を介して冷却を必要とする第２の半導体アプリケーション内部の追加のアプリケーション設備３００へ運ばれる。二次冷媒は、追加のアプリケーション設備３００によって例示された半導体アプリケーション内部のプロセス温度を下げ、内部の設備を冷却するために用いられる。使用された二次冷媒は、管路３０２を介して追加のアプリケーション設備３００から排除され、熱交換器１１０へ再循環され、そこで再度冷却されて追加のアプリケーション設備へ戻される。

一例として、第２の熱交換器１１０に入る低圧低温の流れの冷却能力を計算した。減圧装置１０６を横断する４５．４ｋｇ（１００ポンド）／時の二酸化炭素を、約２４．１３ＭＰａ（３５００ｐｓｉａ）の初期圧力から約０．５５ＭＰａ（８０ｐｓｉａ）の圧力まで膨張させることによって、約２．４ｋＷの冷却を生み出すことができることが算出された。熱交換器１１０において、−５５℃（すなわち２１８°Ｋ）の温度でより低圧の流れを蒸発させることによって、冷却を冷却媒体へ移動させる。二酸化炭素の流れを熱交換器１１０へ方向付ける前に、それを初期冷却するための熱交換器１０２を導入することによって、生み出される冷却量を４０％増大させ、４５．４ｋｇ（１００ポンド）／時の二酸化炭素について３．３ｋＷに高めることができる。

本発明をその特定の実施例について詳しく記述してきたが、添付した特許請求の範囲から逸脱することなく、様々な変更および修正を行うこと、および同等物を使用することが可能であることが、当業者には明らかになるであろう。

並列に配設された少なくとも２つの半導体アプリケーションに対する、二酸化炭素成分を含む流体の送達システムの概略図である。 内部で生成された流出液を処分して廃棄物にする半導体アプリケーションの断面図である。 冷却消費半導体アプリケーションを出た流出液に対する別の再循環システムの概略図である。 流出液を前処理手段内の加圧手段へ直接再循環させる、冷却消費半導体アプリケーションを出た流出液に対する別の再循環システムの実施例の概略図である。 半導体清浄化アプリケーションを出た流出液に対する別の再循環システムであって、この流出液を前処理手段内の浄化手段へ直接再循環させ、冷却消費半導体アプリケーションを出た流出液を前処理手段内の加圧手段に直接再循環させる再循環システムの実施例の概略図である。 第１の半導体アプリケーションを出た流出液を、分離器および熱交換装置へ経路指定するさらに別の実施例の概略図である。 二酸化炭素の流れを用いて半導体アプリケーションに供給される流体の二次冷媒を冷却する、例示的な冷却回路の概略図である。

Claims (12)

1. 二酸化炭素流体を少なくとも２つの別個の半導体アプリケーションに供給するためのシステムであって、前記アプリケーションの１つが冷却を必要としているシステムにおいて、
   （ａ）二酸化炭素成分を含む流体を前処理して、前処理済み二酸化炭素の流れを形成する前処理手段を利用する段階と、
   （ｂ）前記前処理済み二酸化炭素の流れの第１の部分を、第１の管路を介して第１の半導体アプリケーションへ方向付ける段階であって、前記第１の部分は前記第１の半導体アプリケーションにおいて流出液の流れに変換される段階と、
   （ｃ）前記前処理済み二酸化炭素の流れの第２の部分を、第２の管路を介して減圧装置を横断するように方向付ける段階であって、それによってより低圧低温の第２の流れを形成する段階と、
   （ｄ）前記減圧装置を出た前記第２の流れを、第２の半導体アプリケーションへ経路付けする段階であって、前記第２の流れは冷却ユーティリティとして前記第２の半導体アプリケーションに提供されて、第２の流出液の流れに変換される段階と
   を含むシステム。
2. 前記前処理済み二酸化炭素の流れの前記第１の部分を、前記第１の管路上の、前記第１の半導体アプリケーションの上流にある熱交換装置へ経路付ける段階をさらに含む請求項１に記載の二酸化炭素流体を供給するためのシステム。
3. 前記第１の流出液の流れを廃棄物分離装置へ運ぶ段階であって、それによって二酸化炭素を多く含む流れが、汚染物質を多く含む流れから分離される段階をさらに含む請求項１に記載の二酸化炭素流体を供給するためのシステム。
4. 生成された前記第２の流出液の流れが、廃棄物分離装置を出た二酸化炭素を多く含む流れと混合され、その結果生じた流れを前記前処理手段へ経路付けることを特徴とする請求項３に記載の二酸化炭素流体を供給するためのシステム。
5. 前記前処理済み二酸化炭素の流れの第２の部分を、第２の管路を介して減圧装置を横断し、前記第２の半導体アプリケーション内に配設された相分離器の上流に配設された熱交換装置へ方向付ける段階をさらに含む請求項１に記載の二酸化炭素流体を供給するためのシステム。
6. 前記前処理済み二酸化炭素の流れを前記熱交換装置において少なくとも部分的に気化させて、少なくとも部分的に気化した前処理済み二酸化炭素の流れを形成する段階と、廃棄物分離装置を出た二酸化炭素を多く含む流れの一部を前記熱交換装置へ経路付けする段階であって、前記二酸化炭素を多く含む流れが前記熱交換装置において少なくとも部分的に凝縮されて、部分的に凝縮した二酸化炭素を多く含む流れを形成する段階とをさらに含む請求項５に記載の二酸化炭素流体を供給するためのシステム。
7. 前記部分的に凝縮した二酸化炭素を多く含む流れを、前記廃棄物分離装置へ戻し、それによって還流が前記相分離器に供給されて、その内部における分離をさらに助ける段階をさらに含む請求項６に記載の二酸化炭素流体を供給するためのシステム。
8. 前記部分的に気化した前処理済み二酸化炭素の流れを、前記熱交換装置から除去し、前記部分的に気化した前処理済み二酸化炭素の流れを、減圧装置を横断するように経路付ける段階と、その結果生じる低圧で少なくとも部分的に気化した前処理済み二酸化炭素の流れを、前記前処理手段へ運ぶ段階とをさらに含む請求項６に記載の二酸化炭素流体を供給するためのシステム。
9. 冷媒二酸化炭素流体の流れを半導体アプリケーションに供給するためのシステムであって、
   （ａ）前記二酸化炭素の流れを冷却するために、前処理済み二酸化炭素の流れを第１の熱交換装置を通るように供給および経路付ける段階と、
   （ｂ）より低温低圧の流れを生成するために、前記冷却された二酸化炭素の流れを、減圧装置を横断するように経路付ける段階と、
   （ｃ）前記より低温低圧の流れを第２の熱交換器内に噴霧する段階であって、第２の冷媒の流れが該熱交換器を通して運ばれる段階と、
   （ｄ）前記第２の冷媒の流れを冷却し、冷却した該第２の冷媒の流れを、冷却を必要とする半導体アプリケーションへ運ぶ段階と
   を含むシステム。
10. ステップ（ｃ）において第２の熱交換器を出た前記より低温低圧の流れが前記第１の熱交換器へ経路付けられており、それによって前記第１の熱交換機へ供給される前記前処理済み二酸化炭素の流れを連続的に冷却することをさらに含む請求項５に記載の二酸化炭素流体の流れを供給するためのシステム。
11. ステップ（ｃ）の前記より低温低圧の流れが、気体／液体または気体／固体の混合体である請求項５に記載の二酸化炭素流体の流れを供給するためのシステム。
12. 二酸化炭素流体を２つの別個の半導体アプリケーションに供給するための装置であって、前記アプリケーションの１つが冷却を必要とする装置において、
    （ａ）二酸化炭素成分を含む流体を前処理して、処理済みの二酸化炭素の流れを形成するための前処理手段と、
    （ｂ）前記処理済みの二酸化炭素の流れの第１の部分が、第１の管路を介して経路付けられ、そして第１の流出液の流れに変換される第１の半導体アプリケーションと、
    （ｃ）前記処理済みの二酸化炭素の流れの第２の部分を受け取って流量調節し、それによってより低圧低温の第２の流れを形成することが可能な減圧装置と、
    （ｄ）第２の半導体アプリケーションであって、前記より低圧低温の第２の流れが前記第２の半導体アプリケーションに冷却ユーティリティを提供するように第２の管路を介して経路付けられ、前記より低圧低温の第２の流れが第２の流出液の流れに変換される第２の半導体アプリケーションと
    を含む装置。

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