KR101406411B1 - 탈이온수의 탄화 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

반도체 소자를 습식 세척하도록 채용되는 장치, 시스템 및 방법들이 제공된다. 특히, 반도체 소자의 습식 세척에 사용하기 위한 원하는 농도의 이산화탄소로 탈이온수를 이송할 수 있는 시스템 및 원하는 농도의 이산화탄소로 탈이온수를 생성하는 방법이 제공된다.
반도체 소자, 습식 세척, 이산화탄소, 탈이온수,

Description

탈이온수의 탄화 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR CARBONATION OF DEIONIZED WATER}
일반적으로, 본 발명은 반도체 소자를 습식 세척하는데 사용되는 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 탈이온수를 원하는 CO2 농도로 이송할 수 있는 시스템 및 반도체 소자를 습식 세척하도록 사용하기 위한 소정의 CO2 농도를 갖는 탈이온수를 생성하는 방법에 관한 것이다.
집적 회로와 같은 마이크로 전자칩들은 반도체 물질로 된 비교적 큰 웨이퍼로 제조된다. 이러한 공정은 통상 다음과 같은 여러 개의 연속 단계: 식각 마스크를 사진 식각 공정으로 생성하는 단계; 상기 마스크에 의해 규정되는 바와 같이 물질 층을 에칭하는 단계; 습식 및 건식 화학 기법의 몇몇 조합을 통해 상기 사진 식각 마스크를 제거하는 단계; 및 물질 층들을 증착하는 단계를 포함한다. 상기 사진 식각 마스크는 포토레지스트와 같은 중합 물질로 형성된다. 상기 포토레지스트 마스크가 제거된 후, 헹굼 또는 습식 세척으로 불리는 최종 세척 단계가 통상적으로 수행된다.
탈이온(DI) 수는 반도체 소자의 헹굼에 사용되는 것으로 알려져 있다. 이는 상기 소자들의 모든 부식 및 오염을 방지하는 것으로 알려져 있다. 습식 세척을 보다 효과적으로 수행하기 위해, 이산화탄소(CO2) 및 질소(N2)와 같은 가스는 탈이온수와 혼합되는 경우가 자주 있었다. 탄산 탈이온(DI-CO2) 수로 헹구는 공정은 전기적으로 비활성인 공정으로서 이는 소자 안정성을 유지하면서 손상 없는 세척을 가능하게 한다.
이들 가스들의 비율을 제어하는 것은 현재 방법의 주요 단점들인 복잡한 설비 및 고비용을 필요로 한다. 통상적으로, 사용되지 않은 가스 특히 이산화탄소에 대한 독성 및 폐기 문제를 유발할 수 있는 과량의 가스가 사용된다. 그 결과, 이러한 공정들은 비용이 많이 들며 번거롭다.
일 관점에 있어서, 본 발명은 탈이온수의 탄화 시스템을 특징으로 한다. 상기 시스템은 탈이온수 공급원, 이산화탄소 가스 공급원, 접촉기, 적어도 하나의 센서, 및 피드-포워드 루프를 포함한다. 상기 접촉기는 상기 탈이온수 공급원 및 상기 가스 공급원과 유체 연통할 수 있다. 상기 접촉기는 탄산 탈이온수를 생성할 수 있으며, 상기 탄산 탈이온수를 배출하기 위한 출구를 가질 수 있다. 상기 적어도 하나의 센서는 상기 탄산 탈이온수의 변수(parameter)들을 측정하도록 출구와 유체 연통할 수 있다. 상기 피드-포워드 루프는 상기 접촉기 내에서 생성되는 상기 탄산 탈이온수의 전도성을 조절하도록 상기 센서와 유체 연통할 수 있다.
다른 관점에 있어서, 본 발명은 탄산 탈이온수를 생성하는 방법을 특징으로 한다. 상기 방법은 탈이온수 및 이산화탄소 가스를 접촉기에 공급하는 단계를 포함한다. 상기 접촉기 내에서 생성되며 접촉기 출구를 통해 배출되는 상기 탄산 탈이온수의 변수들은 적어도 하나의 센서로 감지될 수 있다. 상기 탄산 탈이온수의 전도성은 상기 감지된 변수들을 토대로 제어될 수 있다. 상기 탄산 탈이온수의 전도성은 피드-포워드 루프로 조절될 수 있다. 특정 전도성의 상기 탄산 탈이온수는 상기 접촉기로부터 흘러나올 수 있다.
다양한 예에 있어서, 전술한 관점 또는 본 명세서에 개시되는 방법 또는 시스템 또는 모듈이든 이하의 특징들 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 시스템은 상기 가스 공급원 및 상기 접촉기와 유체 연통하는 적어도 하나의 질량유량 제어기(MFC)를 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 질량유량 제어기는 상기 접촉기로 들어가는 이산화탄소 가스의 양 및 유량을 제어하도록 사용될 수 있다.
몇몇 실시예에 있어서, 상기 시스템은 상기 적어도 하나의 센서 및 상기 적어도 하나의 질량유량 제어기와 유체 연통하는 피드백 루프를 포함할 수 있다. 상기 피드백 루프는 이산화탄소 가스의 양을 조절하도록 사용되어 특정 전도성의 상기 탄산 탈이온수를 얻을 수 있다.
특정 실시예에 있어서, 상기 시스템은 적어도 네 개의 질량유량 제어기를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 있어서, 상기 시스템은 적어도 세 개의 센서를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 시스템은 상기 적어도 하나의 센서로부터 변수들을 수신하기 위한 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 변수들은 상기 탄산 탈이온수의 유량, 온도 및 전도성을 포함할 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 상기 시스템은 상기 탈이온수 공급원, 상기 접촉기 및 상기 적어도 하나의 센서와 유체 연통하는 바이패스 유닛을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 있어서, 상기 방법은 상기 접촉기로 들어가는 이산화탄소 가스의 유량 및 양을 적어도 하나의 질량유량 제어기로 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 방법은 상기 탄산 탈이온수의 전도성을 피드백 루프로 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 피드백 루프는 상기 적어도 하나의 센서 및 상기 적어도 하나의 질량유량 제어기와 유체 연통할 수 있다.
다양한 실시예에 있어서, 상기 방법은 적어도 네 개의 질량유량 제어기를 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 방법은 적어도 세 개의 센서로 감지하는 단계를 포함할 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 상기 방법은 상기 탄산 탈이온수의 전도성을 바이패스 유닛으로 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에 있어서, 상기 방법은 상기 탄산 탈이온수의 전도성을 프로세서에 의해 수신되는 상기 변수들을 토대로 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 상기 방법은 상기 탈이온수를 상기 접촉기로 공급하기 전에 이산화탄소 가스를 상기 탈이온수와 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 있어서, 상기 접촉기를 빠져나오는 상기 탄산 탈이온수의 전도성은 대략 0 내지 52μS/cm의 범위일 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 접촉기를 빠져나오는 상기 탄산 탈이온수의 전도성은 대략 2 내지 50μS/cm의 범위일 수 있다.
몇몇 실시예에 있어서, 하나의 특정 전도성에서 다른 전도성으로 변화시키는 응답 시간은 대략 10분 미만일 수 있다. 다양한 실시예에 있어서, 하나의 특정 전도성에서 다른 전도성으로 변화시키는 응답 시간은 대략 5분 미만일 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 상기 응답 시간은 대략 1분 미만일 수 있다. 다양한 실시예에 있어서, 상기 응답 시간은 대략 10초 미만일 수 있다.
본 발명의 하나의 이점은 "무-거품" 탄산 탈이온수를 생성하는 데 있다. 상기 접촉기는 이산화탄소 가스를 탈이온수와 완전히 혼합하기 위한 고 표면적을 제공하여 여분의 이산화탄소가 용해되지 않고 남아있지 않도록 할 수 있다. 이는 탄산 탈이온수 내에서의 거품 생성을 방지한다. "무-거품" 탈이온수는 통상 거품에 의해 야기되는 높거나 낮은 산도의 포켓(pockets)을 제거하므로 반도체 소자의 습식 세척 적용에 사용하는 이점을 갖는다. 상기 생성된 "무-거품" 탄산 탈이온수는 세척되는 소자의 손상을 최소화한다.
상기 탄산 탈이온수의 전도성은 상기 탈이온수 내의 용해된 이산화탄소 가스의 농도에 비례한다. 본 발명의 이점은 탄산 탈이온수를 매우 정밀한 이산화탄소 농도 제어로 제공한다는 데 있다. 이는 통상적으로 상기 시스템 내의 피드-포워드 루프 메커니즘으로 인해 얻어진다. 상기 피드-포워드 루프 메커니즘은 상기 탄산 탈이온수의 전도성, 온도 및 유량과 같은 변수들을 상기 접촉기로 들어가는 이산화탄소 가스의 양으로 조정할 수 있다. 상기 질량유량 제어기 및 상기 피드백 루프 메커니즘은 상기 접촉기를 빠져나가는 상기 탄산 탈이온수의 전도성에 대한 추가의 제어를 제공할 수 있다. 상기 피드백 또는 피드-포워드 루프 메커니즘 또한 상기 탈이온수 내의 이산화탄소 농도가 변화될 것을 필요로 하는 경우 현저하게 감소한 응답 시간을 초래한다. 특정 실시예에 있어서, 상기 응답 시간은 1분 미만까지 감소할 수 있다. 상기 응답 시간은 통상적으로 상기 탄산 탈이온수의 전도성을 하나의 값에서 다른 값, 예를 들면, 2μS/cm 내지 50μS/cm 사이를 스윙하는 시간으로서 측정된다.
본 발명의 다른 이점은 질소 가스의 필요성을 제거함으로써 상기 시스템의 비용, 크기 및 복잡성을 감소시키고 탄산 탈이온수를 얻기 위한 더욱 단순한 대안을 제공하는 데 있다. 본 발명의 추가의 이점은 상기 접촉기로 들어가는 거의 모든 이산화탄소가 소비되어 사용되지 않은 여분의 가스의 폐기 또는 독성과 관련된 문제를 해결하는 데 있다.
본 발명의 다른 장점은 공지된 시스템에 있어서 0.8기압 초과 0.3기압 미만으로의 상기 탈이온수 압력강하의 감소를 유도한다는 데 있다. 상기 압력강하는 통상 상기 탈이온수가 제거될 필요가 있는 경우 새로운 사이클의 시작점에서, 또는 하나 또는 그 이상의 밸브 또는 조절기가 누출 또는 다른 기능이상을 일으키는 경우 전도성의 급작스럽고 예기치 못한 변화 중에 발생한다. 본 발명은 더 높은 신뢰성을 더 빠른 응답 시간 및 저비용으로 제공하도록 한다.
본 발명의 다른 관점 및 장점들은 이하의 도면, 상세한 설명 및 도면으로부터 더욱 명료해질 것이며, 이들 모두는 본 발명의 원리를 예시적으로 설명한다.
본 발명의 전술한 이점들 및 추가의 장점은 첨부 도면들을 참조로 하는 이하의 설명을 통해 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 상기 도면들이 반드시 본 발명의 원리를 설명하기 위해 축척을 맞추거나 강조되어야만 할 필요는 없다.
도 1은 탄산 탈이온수를 생성하기 위한 시스템의 제 1 실시예의 블록 다이어그램이다.
도 2는 탄산 탈이온수를 생성하기 위한 시스템의 제 2 실시예의 블록 다이어그램이다.
도 3은 탄산 탈이온수를 생성하기 위한 시스템의 제 3 실시예의 블록 다이어그램이다.
도 4는 탄산 탈이온수를 생성하기 위한 시스템의 일 실시예의 상세 블록 다이어그램이다.
도 5는 탄산 탈이온수를 생성하기 위한 시스템의 다른 실시예의 상세 블록 다이어그램이다.
도 6은 탄산 탈이온수를 생성하기 위한 시스템의 또 다른 실시예의 상세 블록 다이어그램이다.
도 7은 접촉기의 실시예의 단면도이다.
도 8은 각기 다른 값의 온도 및 압력에서 탈이온수 내의 CO2의 용해도를 도시하는 그래프이다.
도 9는 탈이온수의 리터당 CO2 가스 투여량 대 탄산 탈이온수의 전도성에 대 한 그래프이다.
도 10은 탄산 탈이온수의 온도 대 전도성에 대한 그래프이다.
본 발명은 반도체 소자의 습식 세척을 위한 탄산 탈이온수를 제조하는 장치, 시스템 및 방법을 제공한다. 일반적으로, 상기 장치, 시스템 및 방법은 정전기 전하에 의해 생성되는 손상을 방지 또는 감소시키면서 반도체 소자의 습식 세척을 제공한다. 일 관점에 있어서, 본 발명은 상기 탄산 탈이온수 내의 이산화탄소의 원하는 농도에 대한 높은 수준의 제어 및 일체성을 갖는 장치를 제공한다. 다른 관점에 있어서, 상기 장치, 시스템 및 방법은 넓은 범위의 각기 다른 이산화탄소 농도를 포함하는 탄산 탈이온수를 생성하도록 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 장치, 시스템 및 방법은 저 CO2 농도 탄산 탈이온수(0.154mg/L CO2) 및 고 CO2 농도 탄산 탈이온수(1540mg/L)를 생성할 수 있다. 일반적으로, 본 발명의 상기 장치, 시스템 및 방법은 과잉의 이산화탄소 가스, 질소 가스 또는 기타 가스를 탄산 탈이온수 생성용 접촉기에 추가할 필요성을 제거함으로써 상기 장치, 시스템 및 방법의 비용, 크기 및 복잡성을 감소시킨다. 상기 장치, 시스템 및 방법에 사용되는 대부분의, 전체는 아닌, 이산화 탄소 가스는 탈이온수 내에 용해된다. 그 결과, 잉여 이산화탄소 가스를 통상적으로 사용하는 통상의 시스템에 있어서의 폐기 및 독성 문제는 감소한다.
도 1은 초순수 탈이온수를 탄화시키도록 (즉, 이산화탄소를 탈이온수에 추가 하도록) 사용되는 시스템의 실시예를 도시한다. 상기 시스템(101)은 전원(105), 가스 모듈(110), 접촉기(115) 및 센서 모듈(120)을 통상적으로 포함한다. 시스템(101)은 또한 제어 모듈(125)을 포함한다.
상기 가스 모듈(110)은 이산화탄소 및 질소와 같은 가스들의 하나 또는 그 이상의 공급원에 연결될 수 있다. 가스 모듈(110)은 복수의 가변 밸브, 필터 및 질량유량 제어기를 포함하여 상기 가스 모듈(110)로 들어가거나 그로부터 나오는 각각의 가스의 유량 및 양을 모니터 및/또는 제어할 수 있다. 상기 가스들은 상기 가스 모듈(110)을 별도로 빠져나갈 수도 있고 배출 전에 사전 혼합될 수도 있다. 상기 가스 모듈(110)을 빠져나갈 때, 상기 가스들은 접촉기(115)까지 이송될 수 있다.
접촉기(115)는 통상적으로 상기 가스용의 적어도 하나의 입구, 탈이온수용의 적어도 하나의 입구, 잉여 가스를 배출하기 위한 적어도 하나의 출구, 및 탄산 탈이온수를 배출하기 위한 적어도 하나의 출구를 포함한다. 상기 가스들은 상기 접촉기(115) 내로 주입 또는 제거될 수 있다. 상기 접촉기(115)는 필요에 따라 가압 또는 배기될 수 있다. 상기 접촉기(115)는 통상적으로 무-거품 탄산 탈이온수의 생성을 가능하게 한다.
상기 탄산 탈이온수는 접촉기(115)로부터 배출되고 센서 모듈(120)을 통과할 수 있다. 센서 모듈(120)은 복수의 센서를 포함하여 탄산 탈이온수의 복수의 변수를 모니터 및/또는 제어할 수 있다. 이러한 변수들은 탄산 탈이온수의 유량, 전도성, 온도 및 압력을 포함할 수 있다. 탄산 탈이온수는 상기 센서 모듈(120)로부터 배수되어 원하는 대로 사용될 수 있으며 필요에 따라 상기 시스템 내로 다시 복귀될 수 있다.
시스템(101)은 센서 모듈(120) 및 가스 모듈(110)과 유체 연통하는 제어 모듈(125)을 포함할 수 있다. 제어 모듈(125)은 프로세서, 키패드 및 디스플레이를 포함할 수 있다. 상기 프로세서는 예를 들면 컴퓨터의 마이크로프로세서일 수 있다. 제어 모듈은 상기 시스템(101) 내의 각각의 밸브, 질량유량 제어기 및 센서의 자동 제어 및/또는 모니터링을 허용할 수 있다. 상기 시스템 내의 각각의 밸브, 질량유량 제어기 및 센서 또한 수동으로 제어될 수 있다.
도 2는 시스템(101)의 다른 실시예를 도시한다. 상기 시스템(101)은 접촉기(115)에 더하여 바이패스 유닛(130)을 포함할 수 있다. 바이패스 유닛(130)은 복수의 밸브 및 센서를 포함하여 상기 유닛을 통과하는 탈이온수의 변수들을 모니터 및/또는 제어할 수 있다. 상기 밸브들 및 센서들은 수동으로 작동될 수도 있고 상기 제어 모듈(125)에 의해 제어될 수도 있다. 바이패스 유닛(130)의 하나의 이점은 고 체적의 탈이온수가 접촉기(115)를 우회하도록 하며 상기 접촉기(115)로부터 배출되는 탄산 탈이온수와 혼합하는 데 있다. 바이패스 유닛(130)의 다른 이점은 탄산 탈이온수의 고 전도성 저 유동에서 저 전도성 고 유동으로 및 반대로 가도록 하는데 필요한 응답 시간을 짧게 하는 데 있다.
도 3은 시스템(101)의 다른 실시예를 도시한다. 상기 가스 모듈을 빠져나가는 가스들은 직접 상기 접촉기(115)로 들어갈 수도 있고 상기 접촉기(115)로 들어가기 전에 탈이온수와 혼합될 수도 있다. 본 실시예의 이점은 상기 탄산 탈이온수 의 고 전도성 저 유동으로부터 저 전도성 고 유동으로 및 그 반대로 가는데 필요한 응답 시간을 줄일 수 있다는 것이다.
도 4는 초순수 탈이온수를 탄화시키도록(즉, 이산화탄소를 탈이온수에 첨가하도록) 사용되는 장치의 바람직한 실시예를 도시한다. 상기 장치는 접촉기(B1)와 유체 연통하는 가스 모듈(C1)을 포함한다. 상기 가스 모듈(C1)은 두 개의 가스 입구, 가변 밸브(V51 ~ V54, V58 및 V59), 및 네 개의 질량유량 제어기(MFC51 ~ MFC54)를 포함한다. 가스 모듈(C1)은 또한 MFC52 ~ MFC54가 V57을 통해 상호 연결되는 피드백 루프/메커니즘을 포함한다.
피드백 루프/메커니즘은 가스 모듈(C1)을 빠져나가는 가스들의 변수들의 보정을 허용할 수 있다. 예를 들면, 도 4에 도시된 실시예에 있어서, 하나 또는 그 이상의 질량유량 제어기는 그들의 초기 유량 기준 눈금으로부터 약간 떨어지거나 편향될 수 있다. 이러한 편향을 바로잡기 위해, 피드백 루프는 상기 가스 모듈(C1) 내에 포함되어 질량유량 제어기 오버타임의 제어 메커니즘을 항상 갱신하도록 할 수 있다.
상기 질량유량 제어기들은 수동으로 또는 자동으로 조절될 수 있다. 상기 질량유량 제어기들은 B1으로 들어가는 이산화탄소가 모두 탈이온수 내에 용해되지 않고 그에 따라 탄산 탈이온수가 "무-거품"이 되는 정도까지 가스 흐름을 제어한다. 이는 불량한 세척 특성을 유발할 수 있는 불균일한 농도를 방지한다. 도 4가 네 개의 질량유량 제어기를 갖는 가스 모듈을 도시하지만, 어떤 숫자의 질량유량 제어기도 사용될 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 기타 유동 제어기 또는 농도 측 정 장치들은 질량유량 제어기들 대신 또는 그에 추가하여 사용되어 가스 모듈(C1) 내의 가스 유동을 제어할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 탈이온수는 V3를 통해 접촉기(B1)로 들어갈 수 있으며, 가스 모듈(C1)로부터 나오는 가스들은 V1 및 V2를 통해 들어갈 수 있다. 광 배리어(L3 ~ L5)는 가스들이 상기 탈이온수 라인으로 들어가는 것을 방지하도록 사용될 수 있다. 상기 접촉기(B1)에 있어서, 이산화탄소는 원하는 양의 CO2 농도가 달성될 때까지 탈이온수와 혼합된다. 탄산 탈이온수는 광 배리어(L3), 센서(FR21) 및 밸브(V81)를 거쳐 출구(DI-CO2 OUT)를 통해 B1으로부터 제거된다. 센서(Q1)는 상기 DI-CO2 출구와 평행하게 연결된다. 즉, 상기 접촉기로부터 나오는 탄산 탈이온수의 일부는 센서(Q1) 및 밸브(V89, V62, V80)를 포함하는 배수 라인을 통해 이동할 수 있다. 상기 센서 모듈은 센서들(FR21, Q1)을 포함한다. 센서(FR21)는 유량을 모니터/제어하며, 센서(Q1)는 탄산 탈이온수의 온도 및 전도성을 모니터/제어한다. 상기 센서(Q1), 밸브(V89, V62, V80) 및 밸브(V4, V61), 및 광 배리어(L5)는 상기 접촉기(B1)의 제거/환기를 허용하는 제어 루프를 형성한다. Q1 및 FR21은 질량유량 제어기(MFC51 ~ MFC54)와 직접 또는 피드-포워드 루프 메커니즘을 형성하는 제어 모듈을 통해 유체 연통할 수 있다.
피드-포워드 메커니즘은 가스들의 변수들이 센서(Q1) 및 센서(FR21)에서 얻어진 측정값 및 원하는 CO2 설정 포인트를 토대로 조절(예를 들면, 하나 또는 그 이상의 질량유량 제어기의 유량을 변화시킴으로써)되도록 한다. 센서(Q1)는 통상 그 를 통해 흐르는 물과 직접 접촉을 유지할 수 있는 금속 전극을 포함한다. 상기 센서 모듈 내에 모이는 정보는 제어 모듈로 중계되어 상기 가스 모듈(C1)로부터 나오는 가스들의 양을 조절한다. 상기 제어 모듈은 또한 상기 접촉기(B1)의 정화(purging)를 허용할 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 상기 제어 모듈은 피드백 메커니즘을 추가로 제어하여 가스 모듈(C1)에 설정된 변수들의 초기 눈금 값들로부터의 편향을 조절/교정한다.
피드-포워드 메커니즘은 온도, 유량 및 전도성과 같은 변수들을 모니터링함으로써 탄산 탈이온수의 CO2 농도를 제어할 수 있다. 예를 들면, 상기 장치의 운전자는 제어 모듈을 사용하여 CO2의 유출 농도 또는 탈이온수의 전도성에 대한 원하는 CO2 설정 포인트를 컴퓨터/마이크로프로세서에 입력/선택할 수 있다. 탈이온수 내의 더 높은 농도의 CO2는 상기 접촉기(B1) 내에 더 큰 CO2 유량의 사용을 필요로 하며 더욱 산성인 용액(예를 들면, pH 4.5 이하)을 초래하며; 탈이온수 내의 더 낮은 농도의 CO2는 상기 접촉기(B1) 내에 더 낮은 CO2 유량(저 CO2 가스)을 사용하며 덜 산성인 용액(예를 들면, pH 4.6 이상)을 초래한다. 상기 접촉기(B1)로부터의 출력을 제어하기 위해, 상기 시스템은 유출 유동의 온도, 유량 및 전도성 값들이 측정되고 상기 제어 모듈로 전자적으로 전송되어 상기 가스 모듈(C1)로부터의 입력 CO2 농도(예를 들면, 유량)를 결정하도록 하는 피드-포워드 메커니즘을 활용할 수 있다.
가스 모듈(C1)을 제어하는 것에 더하여, 상기 피드-포워드 메커니즘은 또한 상기 시스템을 정화 또는 환기하는 것에 관련될 수 있다. 예를 들면, 개시 도중 또는 CO2 설정 포인트가 급격하게 변화하여 C1으로부터 너 낮은 입력의 CO2를 초래하는 경우, 정화 벤트(purge vent)가 개방되어 잉여 가스(예를 들면, 개시점에서의 산소/공기 및 설정 포인트 변화 시점에서의 잉여 이산화탄소)를 환기시킬 수 있다. 상기 접촉기(B1)의 정화는 상기 제어 시스템을 통해 자동으로 제어될 수 있다. 다양한 실시예에 있어서, 상기 접촉기(B1)의 정화는 정화 벤트를 개방하는 운전자에 의해 수동으로 제어될 수 있다.
도 5는 탄산 탈이온수를 생성하도록 사용되는 장치의 다른 바람직한 실시예를 도시한다. 본 실시예에 있어서, 가스 모듈(C1)은 네 개의 가변 밸브(V51 ~ V54), 네 개의 질량유량 제어기(MFC51 ~ MFC54) 및 두 개의 가스 필터(Filter 50 및 51)와 유체 연통하는 하나의 가스 입구를 포함한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 두 개의 별도의 루프는 두 개의 질량유량 제어기를 각각 포함하고 그에 따라 두 개의 별도의 가스 출구를 포함하도록 형성될 수 있다. 두 개의 별도의 출구 각각은 상기 접촉기로 들어가기 전에 가스를 탈이온수로 이동시킬 수 있다. 각각의 이동 경로는 복수의 밸브(V1a, V1b, V2a, V2b, V5a 및 V5b)를 포함할 수 있다. 각각의 이동 경로는 또한 복수의 센서(M5a, M5b 및 PR4)를 포함할 수 있다. 상기 센서들은 상기 시스템을 통과하는 가스들의 유량 또는 압력과 같은 변수들을 모니터 및/또는 제어하도록 사용될 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 하나의 출구는 상기 가 스를 그가 접촉기로 들어가기 전에 탈이온수를 향하도록 할 수 있으며, 다른 출구는 상기 가스를 접촉기로 향하게 할 수 있다. 상기 접촉기로 들어가기 전에 이산화탄소 가스와 탈이온수를 혼합하는 것의 이점은 탄산 탈이온수의 하나의 전도성을 다른 전도성으로 변화시키는 응답 시간이 짧다는 것이다. 다른 이점은 상기 접촉기를 빠져나가는 상기 탄산 탈이온수의 이산화탄소 농도 및 상기 탄산 탈이온수의 전도성의 정확성이다. 상기 가스 모듈(C1) 내의 두 개의 별도의 루프는 추가의 피드백 메커니즘을 제공하여 상기 가스 모듈(C1)로 들어가고 그로부터 나오는 가스의 변수들에 대한 추가 제어를 허용한다.
도 6은 초순수 탈이온수를 탄화시키도록(즉, 이산화탄소를 탈이온수에 추가하도록) 사용되는 장치의 다른 바람직한 실시예이다. 본 실시예에 있어서, 가스 모듈(C1)은 질소 및 이산화탄소와 같은 두 가지 별도의 가스에 사용될 수 있는 두 개의 가스 입구를 포함한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 가변 밸브(V52 ~ V54) 및 질량유량 제어기(MFC52 ~ MFC54)는 상호 연결되어 루프를 형성한다. 별도의 가스는 가변 밸브(V51) 및 질량유량 제어기(MFC51)를 통해 상기 시스템으로 들어갈 수 있다. 두 가지 가스는 상기 가스 모듈로부터 나오기 전에 원하는 비율로 혼합될 수 있다. 접촉기(B1)는 밸브(V4, V61)를 통해 상기 가스들을 배출할 수 있는 출구를 갖는다. 상기 배출된 가스들은 필요에 따라 상기 가스 모듈로 순환될 수도 있고 대기중으로 배출될 수도 있다.
접촉기(B1)는 도 6에 도시된 바와 같은 바이패스 유닛(B3)을 가질 수 있다. 바이패스 유닛(B3)은 유량, 압력 및 액체 레벨과 같은 변수들을 제어 및/또는 모니 터할 수 있는 센서(LAH, L1, LAL)를 포함할 수 있다. 상기 센서들은 상기 제어 모듈과 유체 연통하여 자동 제어를 허용할 수도 있고 수동으로 제어될 수도 있다. 바이패스 유닛의 이점은 고 체적의 탈이온수가 요구되는 경우이다. 바이패스 유닛의 다른 이점은 탈이온수 내에 저 농도의 이산화탄소가 필요한 경우이다. 바이패스 유닛의 또 다른 이점은 탄산 탈이온수의 전도성이 저 체적 고전도성에서 고 체적 저 전도성으로 및 그 반대로 변화될 수 있는 속도이다.
바이패스 유닛(B3)과 별개로, 고 체적 탈이온수 또한 도 6에 도시된 바와 같이 밸브(V31) 및 센서(FR31)를 통과하는 별도의 라인으로 향할 수 있다. 이러한 탈이온수는 상기 접촉기를 빠져나가는 탄산 탈이온수와 혼합되어 필요에 따라 상기 시스템을 나가기 전에 전도성을 변경할 수 있다.
대략 20 ~ 80 L/min의 범위 내의 고 체적 탈이온수는 바이패스 유닛 또는 별도의 라인 또는 둘의 조합을 통해 흐를 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 고 체적 탈이온수의 범위는 대략 32 ~ 50 L/min일 수 있다. 다양한 실시예에 있어서, 대략 40 ~ 45 L/min의 탈이온수가 상기 시스템을 통해 흐를 수 있다.
가스 모듈은 통상 스테인리스 스틸과 같은 금속으로 제조된다. 상기 밸브, 질량유량 제어기 및 센서들은 본 기술분야에 통상의 지식을 가진 자에게 공지되어 있으며, 상업적으로 이용가능한 모든 밸브, 질량유량 제어기 및 센서, 조절기 또는 모니터들이 사용될 수 있다. 상기 가스들 및 액체들은 통상 부식-저항 금속 또는 금속 합금으로 제조되는 파이프 또는 튜브를 통과한다. PTFE, PVDF, PFA, PVC, PP, PE, ECTFE, C-PVC 등으로 제조되는 중합체 튜브 또는 파이프는 어느 곳에서나 사용될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 접촉기는 통상 고압을 견딜 수 있는 용기 또는 챔버이다. 이는 유리, 석영, 금속, 스테인리스 스틸 또는 황동과 같은 금속 합금, 또는 PTFE, PVDF, PFA, PVC, PP, PE, ECTFE, C-PVC 등과 같은 중합체로 이루어질 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 접촉기는 전술한 것들 중 하나 또는 그 이상의 물질의 조합으로 제조된다.
바람직한 접촉기는 기둥 모양으로 형성되며 체적당 높은 표면적을 갖는 "타워 패킹(tower packing)"으로 충전된다. 전술한 중합체들로 이루어지는 파이버들은 타워 패킹용으로 사용될 수 있다. 고 표면적은 이산화탄소와 탈이온수의 혼합률을 증대시킨다.
상기 제어 모듈(125)은 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같은 특정 온도, 탄산 탈이온수 유동 및 전도성에 대한 상기 가스 모듈(110)로부터의 입력 CO2 유량과 관련되는 저장된 데이터를 포함할 수 있다. 도 8은 각기 다른 온도 및 압력에 대한 탈이온수 내의 이산화탄소의 용해도를 도시하며, 도 9는 매우 넓은 가스 투여 범위를 유도하는 2 ~ 60μS/cm의 특정 전도성 범위를 도시한다. 도 10은 각기 다른 온도에서 탄산수의 전도성 사이의 관계를 도시한다. 특정 실시예에 있어서, 상기 제어 모듈(125)은 그 안에 저장된 데이터로부터 및 상기 제어 모듈(125)로 전자적으로 전송 또는 입력된 온도, 전도성, 유량, 및 설정 포인트 값들로부터 원하는 입력 CO2 유량을 확인할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 제어 모듈(125)은 상기 전자적으로 전송 또는 입력된 값들과 조합하여 상기 저장된 데이터로부터의 입력 CO2 유량을 계산/추정할 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 상기 제어 모듈은 전자 신호를 전송하여 가스 모듈(110)을 자동으로 조절한다. 다양한 실시예에 있어서, 상기 제어 모듈(125)에 의해 계산되는 값들은 상기 시스템(101)으로 들어가고 및/또는 나가는 가스들 및 탈이온수의 변수들을 수동으로 조절하도록 사용될 수 있다.
도 4에 도시된 실시예에 있어서, Q1에서의 전도성 측정값은 배수부로 가는 바이패스 라인 내에서 취해진다. 일반적으로, 상기 측정값은 전도성 센서(Q1)를 형성하는 전극으로부터의 금속 오염으로 인해 상기 배수부로 가는 바이패스 라인 내에서 취해진다. 다른 실시예에 있어서, 탄산 탈이온수 출구에서의 직접 무-오염 측정을 가능하게 한다. 이는 특수 전극 또는 무-접촉 방식으로 수행된다.
특정 실시예에 있어서, 탈이온수 입구에서의 추가의 압력 조절기는 농도에 있어서의 추가 안정성을 유도하며 그에 따라 연결된 공구에서의 용도에 대한 이점을 증가시킬 수 있다. 둘 또는 그 이상의 라인 내에서의 이산화탄소 가스 주입의 분리는 특정 탄산 탈이온수 생성 방법에 있어서 유리할 수 있다. 예를 들면, 이산화탄소를 희석하도록 사용되는 적은 양의 정제된 가스는 가스 입구에서의 거품에 의해 유발되는 전도성 변동을 피하기 위해 저 전도성인 것이 바람직하다. 다양한 실시예에 있어서, 탈이온수 유동 측정은 물 입구에서 수행될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 가스 제어는 질량유량 제어기로 달성된다. 도 9에 도 시된 바와 같이 전도성과 농도의 제곱 관계로 인해, 이러한 특징을 갖는 제어 요소가 바람직할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 스위치식 흐름 제한기 및 제어식 압력의 메커니즘 또는 펄스 폭 변조(PWM) 제어식 밸브의 구조가 채용될 수 있다. 매우 낮은 전도성 범위에 있어서, 하나의 선택사양은 미리 제어된 농축 CO2를 갖는 물을 분사하는 것이다.
본 발명에 의해 생성되는 탄산 탈이온수는 전기적으로 불활성인 대기에서 반도체 소자를 세척하는 무-손상 공정을 제공한다. 용해된 이산화탄소는 탈이온수의 저항률을 표면 충전을 방지하는 수준까지 감소시킨다. 이는 또한 탈이온수를 산성화시키고 제타 전위를 증가시킨다. 탄산 탈이온수는 부서지기 쉬운 반도체 소자의 완전성을 보호하도록 한다. 예를 들면, 탄산 탈이온수는 실리콘 웨이퍼의 표면으로부터의 오염물질을 용해, 산화, 식각 및 세탁하도록 사용될 수 있다. 탄산 탈이온수는 또한 습식 세척 단계 중에 금속의 부식을 방지한다. 상기 탄산 탈이온수는 또한 상업적으로 사용가능한 습식 세척 장치 또는 공구에서 구성요소로서 사용될 수도 있고 별도의 이송 시스템으로서 사용될 수도 있다.
본 명세서에 개시되는 변형예, 변경예 및 다른 구현예들은 본 발명의 사상 및 범주를 이탈하지 않고도 본 기술분야에 통상의 지식을 가진자에게는 명료할 것이다. 따라서, 본 발명은 이상의 예시적 설명에 대해 제한되지 않는다.

Claims (19)

  1. a) 탈이온수 공급원;
    b) 이산화탄소 가스 공급원;
    c) 상기 탈이온수 공급원 및 상기 가스 공급원과 유체 연통하며, 탄산 탈이온수를 생성하며, 상기 탄산 탈이온수를 배출하기 위한 출구를 갖는 접촉기;
    d) 상기 탄산 탈이온수의 변수들을 측정하도록 출구와 유체 연통하는 적어도 하나의 센서; 및
    e) 상기 접촉기 내에서 생성되는 상기 탄산 탈이온수의 전도성을 조절하도록 상기 센서와 유체 연통하는 피드-포워드 루프를 포함하는 탈이온수 탄화 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 접촉기로 들어가는 이산화탄소 가스의 양 및 유량을 제어하도록 상기 가스 공급원 및 상기 접촉기와 유체 연통하는 적어도 하나의 질량유량 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    이산화탄소 가스의 양을 조절하도록 사용되어 특정 전도성의 상기 탄산 탈이온수를 얻도록 상기 적어도 하나의 센서 및 상기 적어도 하나의 질량유량 제어기와 유체 연통하는 피드백 루프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    적어도 네 개의 질량유량 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    적어도 세 개의 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센서로부터 변수들을 수신하기 위한 프로세서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 변수들은 상기 탄산 탈이온수의 유량, 온도 및 전도성을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 탈이온수 공급원, 상기 접촉기 및 상기 적어도 하나의 센서와 유체 연통하는 바이패스 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. a) 탈이온수를 접촉기에 공급하는 단계;
    b) 이산화탄소 가스를 상기 접촉기에 공급하는 단계;
    c) 상기 접촉기 내에서 생성되며 접촉기 출구를 통해 배출되는 탄산 탈이온수의 변수들을 적어도 하나의 센서로 감지하는 단계;
    d) 상기 감지된 변수들을 토대로 상기 탄산 탈이온수의 전도성을 제어하는 단계;
    e) 상기 탄산 탈이온수의 전도성을 피드-포워드 루프로 조절하는 단계; 및
    f) 특정 전도성의 상기 탄산 탈이온수를 상기 접촉기로부터 흘러나오도록 하는 단계를 포함하는 탄산 탈이온수 생성 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 접촉기로 들어가는 이산화탄소 가스의 유량 및 양을 적어도 하나의 질량유량 제어기로 제어하는 단계를 더 포함하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센서 및 상기 적어도 하나의 질량유량 제어기와 유체 연통하는 피드백 루프로 상기 탄산 탈이온수의 전도성을 제어하는 단계를 더 포함하는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    적어도 네 개의 질량유량 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    적어도 세 개의 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 탄산 탈이온수의 전도성을 바이패스 유닛으로 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    프로세서에 의해 수신되는 상기 변수들을 토대로 상기 탄산 탈이온수의 전도성을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 탈이온수를 상기 접촉기로 공급하기 전에 이산화탄소 가스를 상기 탈이온수와 혼합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 9 항에 있어서,
    상기 접촉기를 빠져나오는 상기 탄산 탈이온수의 전도성은 2 내지 50μS/cm의 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 9 항에 있어서,
    하나의 특정 전도성에서 다른 전도성으로 변화시키는 응답 시간은 5분 미만인 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 응답 시간은 1분 미만인 것을 특징으로 하는 방법.
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