KR20130111977A

KR20130111977A - 탈이온수의 탄산화를 위한 장치, 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20130111977A
Application number: KR1020127034178A
Authority: KR
Inventors: 요하네스 자이베르트; 울리히 브람메르; 크리스티아네 고트샬크; 요아힘 로어
Original assignee: 엠케이에스 인스트루먼츠, 인코포레이티드
Priority date: 2010-06-02
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2013-10-11
Also published as: US8448925B2; EP2577717A1; SG185799A1; US20130313728A1; CN102986008B; US20110134716A1; EP2577717A4; US8727323B2; JP2013528949A; CN102986008A; KR101664217B1; WO2011153056A1

Abstract

반도체 장치를 습식 세척하는데 사용되는 장치, 시스템 및 방법이 제공된다. 특히, 반도체 장치의 습식 세척에 사용하기 위한 원하는 농도의 CO2로 탈이온수를 전달할 수 있는 시스템 및 원하는 농도의 CO2로 탈이온수를 생성하는 방법이 제공된다.

Description

탈이온수의 탄산화를 위한 장치, 시스템 및 방법{DEVICES, SYSTEMS, AND METHODS FOR CARBONATION OF DEIONIZED WATER}

일반적으로, 본 발명은 반도체 장치의 습식 세척(wet cleaning)에 쓰이는 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 반도체 장치의 습식 세척에 사용하기 위한, 원하는 CO2 농도를 갖는 탈이온수를 전달할 수 있는 시스템 및 원하는 CO2 농도를 갖는 탈이온수를 생성하는 방법에 관한 것이다.

집적회로와 같은 마이크로 전자칩은 비교적 큰 반도체 물질의 웨이퍼로부터 만들어진다. 이러한 공정은 통상 하기를 포함하는 다증의 연속적인 단계들과 관련된다: 포토리소그래피로 식각 마스크(etch mask)의 생성; 마스크로 정의된 물질 층의 에칭(etching); 습식 및 건식 화학 기술의 일부 조합을 통한 포토리소그래피 마스크(photolithographic mask)의 제거; 및 물질 층의 증착. 포토리소그래피 마스크는 포토레지스트라고 불리는 중합 물질로부터 형성된다. 포토레지스트 마스크가 제거된 후, 습식 세척 또는 세정(rinsing)이라 일컫는 최종 세척 단계가 통상 수행된다.

탈이온(DI) 수는 이러한 반도체 장치의 세정에서의 용도로 알려져 있다. 이것은 장치의 임의의 금속 부식 및 오염을 방지하는 것으로 알려져 있다. 상기 습식 세척을 보다 효과적으로 수행하기 위해, 이산화탄소(CO2) 및 질소(N2)와 같은 기체가 종종 DI 수와 혼합되어 왔다. 탄산화된 탈이온(DI-CO2)수로 세정하는 것은 전기적으로 비활성인 공정으로서 이는 장치의 온전함(integrity)을 유지하면서 무-손상(damage free) 세척을 허용한다.

탄산화된 탈이온(DI-CO2)수는 이산화탄소(CO2) 및 물(H2O) 또는 탈이온(DI)수를 접촉기에 주입함으로써 만들어질 수 있다. 접촉기는 이산화탄소(CO2) 및 물(H2O)을 하나의 상으로부터 다른 상으로의 분산없이, 서로 직접 접촉하도록 한다. 다양한 유형의 접촉기가 존재한다. 예를 들면, 막 접촉기(membrane contactor)는 "무-기포(bubble free)"의 탄산화된 탈이온(DI-CO2)수를 허용하나, 그 안에 위치한 막을 통한 CO2의 확산율로 인해 낮은 CO2 질량 전달 효율(mass transfer efficiency)을 야기한다. 게다가, 막 접촉기의 막은 제한된 수명을 지니며 정기적인 보수가 필요하다. 또 다른 접촉기의 예는 충전탑(packed column) 형태의 접촉기이다. 충전탑은 통상 고 질량 전달 효율을 지니지만, 몇몇 단점을 나타낸다. 예를 들면, 고 질량 전달 효율은 H2O가 충전탑 타워패킹(tower packing)의 고 표면적을 세정하는 동안에 충전탑이 대부분 CO2로 채워져 있을 것이 요구된다. H2O의 체적(bulk)이 높은 확산 저항을 제공하기 때문에, CO2 기체가 연속 H20 상(continuous H2O phase)으로 흐르는 것은 얇은 수막이 타워패킹을 세정하는 것에 비하여 비효율적이다. 따라서 H2O 속으로의 CO2의 확산율은 제한된다. 게다가, H2O의 수준이 너무 높아질 경우, CO2 기체 대부분이 H2O 속으로 흘러 덜 효율적인 작동을 야기하기 때문에, 연속 H20 상은 충전탑 내의 H2O의 수준을 제어하기 위한 무관하고 값비싼 측정 장비가 요구될 수 있다. 또한, 연속 H20 상은 H2O 배출구 안에 CO2 및 CO2 배출구 안에 H2O를 피하기 위해 H2O의 수준을 조절하는 것이 요구된다. 나아가 충전탑의 단점은 다음과 같다 : 1) 충전탑에서 통상 사용되는 비활성 기체의 배출구에서 CO2가 소실되고, 2) 비활성 기체의 주입은 CO2의 농도를 낮출 수 있으며, 그 결과 총 질량 전달 효율이 낮아질 수 있다.

이들 기체의 비율을 제어하는 것은 상당히 복잡한 설비 및 고비용을 필요로 하는데, 이것은 현재 통용되는 방법의 주요 단점이다. 통상적으로, 사용되지 않는 기체들 특히 이산화탄소에 있어서 독성 및 폐기 문제를 일으킬 수 있는 과량의 기체가 사용된다. 결과적으로, 이러한 공정들은 비용이 많이 들며 번거롭다.

일 측면에서, 본 발명은 탈이온수의 탄산화를 위한 시스템을 특징으로 한다. 상기 시스템은 탄산화된 탈이온수를 생성하기 위하여 탈이온수 공급원, 이산화탄소 기체의 공급원 및 적어도 하나의 접촉기 주입구를 거쳐 탈이온수 공급원과 이산화탄소 기체 공급원과 유체 연통(fluid communication)하는 접촉기를 포함한다. 상기 시스템은 또한 탈이온수의 유량 및 탈이온수의 온도를 측정하기 위해 접촉기의 적어도 하나의 주입구 또는 적어도 하나의 배출구와 유체 연통하는 적어도 하나의 센서를 포함한다. 상기 시스템은 또한 탄산화된 탈이온수의 특정 전도도가 접촉기 내에 발생하도록 이산화탄소 기체 공급원이 접촉기에 제공하는 이산화탄소 기체의 양을 결정하기 위한, 적어도 하나의 센서 및 이산화탄소 기체 공급원과 유체 연통하는 제어기를 포함하고, 상기 결정은 측정된 유량 및 온도에 기초한다.

일부 구현예에서, 상기 시스템은 접촉기로 들어오는 이산화탄소 기체의 양 및 유량을 제어하기 위해, 이산화탄소 기체 공급원 및 접촉기와 유체 연통하는 하나 이상의 유량 제한기 및 하나 이상의 밸브를 포함한다. 일부 구현예에서, 이산화탄소 기체 공급원으로부터 접촉기로 흘러들어오는 이산화탄소 기체의 평균량이 이산화탄소 기체 공급원에 의해 공급되는 이산화탄소 기체의 결정된 양과 실질적으로 동일하도록, 상기 제어기는 적어도 하나의 밸브를 열림과 닫힘 위치 사이에서 변화시킨다.

일부 구현예에서, 상기 시스템은 적어도 네 개의 유량 제한기를 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 시스템은 일정량의 이산화탄소 기체를 배기(purging)하기 위한 접촉기의 배출구를 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 제어기는 탄산화된 탈이온수의 특정 전도도가 접촉기 내에 발생하도록, 배기되는 이산화탄소 기체의 양을 결정한다.

일부 구현예에서, 상기 시스템은 접촉기로부터 배기되는 이산화탄소 기체의 양과 유량을 제어하기 위해, 접촉기 배출구 및 배수부(drain)와 유체 연통하는 적어도 하나의 유량 제한기를 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 시스템은 접촉기로부터 배기되는 이산화탄소 기체의 양과 유량을 제어하기 위해, 접촉기의 배출구 및 배수부와 유체 연통하는 적어도 하나의 유체 오리피스(flow orifice)를 포함한다.

일부 구현예에서, 상기 제어기는 적어도 하나의 주입구에서 이산화탄소 기체의 압력을 설정한다. 일부 구현예에서, 탈이온수 공급원에 의해 제공되는 탈이온수 및 이산화탄소 공급원에 의해 제공되는 이산화탄소는 접촉기에 들어가기 전에 혼합된다.

일부 구현예에서, 상기 시스템은 탈이온수의 유량 측정을 위한 적어도 하나의 접촉기 주입구와 유체 연통하는 제 1 센서 및 탈이온수의 온도 측정을 위한 적어도 하나의 접촉기 배출구와 유체 연통하는 제 2 센서를 포함한다.

일부 구현예에서, 상기 시스템은 탈이온수의 온도 측정을 위한 적어도 하나의 접촉기 주입구와 유체 연통하는 제 1 센서 및 탈이온수의 유량 측정을 위한 적어도 하나의 접촉기 배출구와 유체 연통하는 제 2 센서를 포함한다.

또 다른 측면에서, 본 발명은 탈이온수의 탄산화 방법과 관련이 있다. 상기 방법은 탈이온수를 접촉기에 공급하는 것, 이산화탄소 기체를 접촉기에 공급하는 것, 및 적어도 하나의 센서로 탈이온수의 유량과 탈이온수의 온도를 측정하는 것과 관련이 있는데, 상기 적어도 하나의 센서는 접촉기의 주입구 또는 접촉기의 배출구에 위치한다. 또한 상기 방법은 탄산화된 탈이온수의 특정 전도도가 적어도 하나의 센서 및 이산화탄소 기체의 공급과 유체 연통하는 접촉기에 의해 발생되도록 접촉기로 공급되는 이산화탄소 기체의 양을 결정하는 것과 관련이 있고, 상기 결정은 측정된 유량 및 온도에 기초한다. 상기 방법은 또한 이산화탄소 기체의 공급 및 접촉기와 유체 연통하는 하나 이상의 유량 제한기 및 하나 이상의 밸브를 거쳐 이산화탄소의 결정된 양을 접촉기에 공급하는 것 및 접촉기로부터 특정 전도도의 탄산화된 탈이온수가 흐르는 것과 관련이 있다.

일부 구현예에서, 상기 방법은 열림과 닫힘 위치 사이에서 적어도 하나의 밸브를 변화시키는 것과 관련이 있는데, 이는 이산화탄소 기체 공급원으로부터 접촉기로 흘러들어오는 이산화탄소 기체의 평균량을 이산화탄소 기체 공급원에 의해 공급되는 이산화탄소의 결정된 양과 실질적으로 동일하게 한다. 일부 구현예에서, 상기 방법은 접촉기의 배출구를 통해 일정량의 이산화탄소 기체를 배기하는 것과 관련이 있다. 일부 구현예에서, 상기 방법은 탄산화된 탈이온수의 특정 전도도가 접촉기 내에 발생하도록, 배기되는 이산화탄소 기체의 양을 결정하는 것과 관련이 있다.

일부 구현예에서, 상기 방법은 접촉기의 배출구와 유체 연통하는 적어도 하나의 유량 제한기 및 접촉기로부터 배기되는 이산화탄소 기체의 양과 유량를 제어하기 위한 배수부와 관련이 있다. 일부 구현예에서, 상기 방법은 접촉기의 배출구와 유체 연통하는 적어도 하나의 유체 오리피스 및 접촉기로부터 배기되는 이산화탄소 기체의 양과 유량를 제어하기 위한 배수부와 관련이 있다. 일부 구현예에서, 상기 방법은 적어도 하나의 주입구에서 이산화탄소 기체의 압력을 설정하는 것과 관련이 있다. 일부 구현예에서, 상기 방법은 탈이온수 공급원으로부터 제공되는 탈이온수와 이산화탄소 공급원으로부터 제공되는 이산화탄소가 접촉기로 들어가기 전에 혼합되는 것과 관련이 있다.

일부 구현예에서, 상기 방법은 제 1 센서로 접촉기의 주입구에서 탈이온수의 유량 측정 및 제 2 센서로 접촉기의 배출구에서 탈이온수의 온도를 측정하는 것과 관련이 있다.

일부 구현예에서, 상기 방법은 제 1 센서로 접촉기의 주입구에서 탈이온수의 온도 측정 및 제 2 센서로 접촉기의 배출구에서 탈이온수의 유량 측정하는 것과 관련이 있다.

본 발명의 시스템 및 방법은 수많은 이점을 제공한다. 본 발명의 한가지 이점은 상기 시스템 및 방법에 의해 제공되는 전도도가 전도도 설정값의 변화에 대응하여 매우 빠르게 변화할 수 있다는 것이다. 게다가, 본 발명의 시스템은 불활성 기체를 요구하지 않으므로, 배출구는 통상 전도도 설정값을 낮추는 경우에 있어서 잉여의 CO2를 배기하거나 또는 접촉기 내 CO2 기체 안의 H2O로부터 풍부해진 불활성 기체를 배기하는데 사용된다.

본 발명 구현예의 또 다른 이점은 유량 제한기가 CO2 유량 및 DI 수 유량을 제어하는 것이다. 이는 몇가지 이유로 유리하다. 첫째로, 유량 제한기가 질량 유량 제어기(MFC)보다 크기가 더 작아 보다 컴팩트한 시스템을 가능하게 한다. 둘째로, 유량 제한기는 통상 MFC보다 덜 비싸다. 셋째로, 유량 제한기는 탄산화된 탈이온수와 호환되는 물질에 이용가능하다. 따라서, MFC의 경우처럼 유량 제한기는 CO2와의 의도치 않은 접촉에 의해 손상되지 않는 이점을 제공한다. 넷째로, 역류가 유량 제한기에서 발생하기 어렵기 때문에, MFC로의 역류를 방지하기 위해 취해지는 안전 조치가 유량 제한기에서는 불필요하다. 결과적으로, 이러한 안전 조치를 제거하거나 줄일 수 있으며, 그로 인해 비용을 감소하고/하거나 효율을 증대할 수 있다.

도 1은 DI-CO2 수를 생성하기 위한 시스템의 제 1 구현예의 블록 다이어그램(block diagram)이다.
도 2는 DI-CO2 수를 생성하기 위한 시스템의 제 2 구현예의 블록 다이어그램이다.
도 3은 DI-CO2 수를 생성하기 위한 시스템의 제 3 구현예의 블록 다이어 그램이다.
도 4는 DI-CO2 수를 생성하기 위한 시스템의 일 구현예의 상세 블록 다이어그램이다.
도 5는 DI-CO2 수를 생성하기 위한 시스템의 또 다른 구현예의 상세 블록 다이어그램이다.
도 6은 DI-CO2 수를 생성하기 위한 시스템의 또 다른 구현예의 상세 블록 다이어그램이다.
도 7은 접촉기의 구현예의 단면도이다.
도 8은 상이한 온도 및 압력값에서 DI 수 내의 CO2 기체의 용해도를 나타낸 그래프이다.
도 9은 DI 수의 리터당 CO2 기체의 투여량(dosage) 대 DI-CO2 수의 전도도의 그래프이다.
도 10은 DI-CO2 수의 전도도 대 온도의 그래프이다.
도 11은 DI-CO2 수를 생성하기 위한 시스템의 일 구현예의 상세 블록 다이어그램이다.
도 12는 DI-CO2 수를 생성하기 위한 방법의 일 구현예의 흐름도이다.

전술한 본 발명의 이점들 및 추가적인 이점들은 첨부 도면과 함께, 하기 설명을 참조함으로써 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 상기 도면은 반드시 축적을 맞추거나 강조되어야만 할 필요는 없고 본 발명의 원리를 설명하기 위한 것이다.

본 발명은 반도체 장치의 습식 세척을 위한 DI-CO2 수를 만들기 위한 장치, 시스템 및 방법을 제공한다. 일반적으로, 상기 장치, 시스템 및 방법은 정전하(electrostatic charge)에 의해 발생할 수 있는 손상을 방지하거나 또는 줄이면서 반도체 장치의 습식 세척을 제공한다. 일 측면에서, 본 발명은 DI-CO2 수 내의 이산화탄소의 원하는 농도에 대한 높은 수준의 제어 및 일관성을 갖는 장치를 제공한다. 또 다른 측면에서, 상기 장치, 시스템 및 방법은 넓은 범위의 상이한 CO2 농도를 함유하는 DI-CO2 수를 생성함에 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 장치, 시스템 및 방법은 높은 CO2 농도 DI-CO2 수(1540 mg/L)뿐만 아니라 낮은 CO2 농도 DI-CO2 수(0.154 mg/L CO2)도 생성할 수 있다. 일반적으로, 본 발명의 상기 장치, 시스템 및 방법은 과량의 CO2 기체, 질소 기체 또는 기타 기체를 DI-CO2 생성을 위한 접촉기에 추가할 필요성을 제거함으로써, 상기 장치, 시스템 및 방법의 비용, 크기 및 복잡성을 감소시킨다. 상기 장치, 시스템 및 방법에 사용되는, 전체가 아니라면 대부분의 이산화탄소 기체는 DI 수에 용해된다. 결과적으로, 통상 과량의 CO2 기체를 사용하는 종래의 시스템에 있어서의 폐기 및 독성 문제는 감소한다.

특정 구현예에서, 본 발명은 DI-CO2 수의 전도도가 제조 동안 효율적으로 제어될 수 있고 빠르게 변경될 수 있는, DI-CO2 수를 만드는 장치, 시스템 및 방법을 제공한다. 또 다른 측면에서, 본 발명의 장치, 시스템 및 방법은 물의 역류를 모니터할 필요가 없는 유량 제한기를 사용하여, 추가적인 안전 감시에 대한 필요성을 제거한다. 또한 유량 제한기와 밸브는 시스템 내의 부식 위험을 최소화하기 위해 DI-CO2와 호환된다. 그 결과, 상기 시스템의 총 비용, 크기 및 요구되는 유지비는 감소된다.

도 1은 초순수(ultra-pure) DI 수를 탄산화하는데 (즉, CO2를 DI 수에 추가하는데) 사용되는 시스템의 구현예를 나타낸다. 시스템 101은 통상적으로 전기적 전원 공급의 공급원 105, 기체 모듈 110, 접촉기 115 및 센서 모듈 120을 포함한다. 시스템 101은 또한 제어 모듈 125를 포함할 수 있다.

상기 기체 모듈 110은 CO2 및 질소와 같은 기체의 하나 이상의 공급원에 연결될 수 있다. 기체 모듈 110은 상기 기체 모듈 110로 들어가고 나오는 각 기체의 유량 및 양을 모니터 및/또는 제어하기 위해, 복수의 가변 밸브, 온/오프 밸브, 필터 및 질량 유량 제어기를 포함할 수 있다. 기체는 기체 모듈 110을 별도로 빠져나갈 수 있거나 또는 나가기 전에 사전 혼합될 수 있다. 기체 모듈 110을 빠져나가자마자, 기체는 접촉기 115에 전달될 수 있다.

접촉기 115는 통상적으로, 기체를 위한 적어도 하나의 주입구, DI 수를 위한 적어도 하나의 주입구, 잉여 기체를 배출하기 위한 적어도 하나의 배출구 및 DI-CO2 수를 방출하기 위한 적어도 하나의 배출구를 포함한다. 기체는 접촉기 115로 주입 또는 추기(purge into)될 수 있다. 접촉기 115는 원한다면 가압 또는 배기(evacuate)될 수 있다. 접촉기 115는 통상적으로 무-기포 DI-CO2 수의 생성을 가능하게 한다.

DI-CO2 수는 접촉기 115로부터 방출될 수 있고, 센서 모듈 120을 통과할 수 있다. DI-CO2 수의 복수의 파라미터를 모니터 및/또는 제어하기 위해, 센서 모듈 120은 복수의 센서를 포함할 수 있다. 이러한 파라미터에는 DI-CO2 수의 유량, 전도도, 온도 및 압력이 포함될 수 있다. DI-CO2 수는 요구에 따라 사용되기 위해 센서 모듈 120으로부터 배수될 수 있고 또는 필요에 따라 상기 시스템 내로 다시 복귀될 수도 있다.

시스템 101은 센서 모듈 120 및 기체 모듈 110과 유체 연통하는 제어 모듈 125을 포함할 수 있다. 제어 모듈 125는 프로세서, 키패드 및 디스플레이를 포함할 수 있다. 상기 프로세서는 예들 들면, 컴퓨터의 마이크로 프로세서일 수 있다. 제어 모듈 125은 시스템 101 내의 각각의 밸브, 질량 유량 제어기 및 센서의 자동 제어 및/또는 모니터링을 가능하게 할 수 있다. 시스템 101 내의 각각의 밸브, 질량 유량 제어기 및 센서는 또한 수동으로 제어될 수 있다.

일 구현예에서, 제어 모듈 125는 사용자에 의해 제어된 전도도(L) 설정값에 기초하여 접촉기 115에 제공되는 CO2의 양을 결정할 수 있다. 예를 들면, CO2가 H2O에 용해될 때, 그것은 하기 반응에 따라 탄산(H2CO3)을 생성한다:

CO2(aq) + H2O <-> H2CO3 EQN. 1

여기서 CO2(aq)는 용해된 CO2를 의미한다. 실온에서, CO2(aq)의 약 0.3%가 H2CO3로 전환된다. 종(H2CO3^*)은 하기와 같이 정의될 수 있다:

[H2CO3^*] = [CO2(aq)] + [H2CO3] EQN. 2

CO2(aq)의 농도는 H2CO3^*의 농도와 비례한다. 일부 구현예에서, CO2(aq)는 1%의 정확도 한계 내에서 H2CO3^*와 비례한다.

CO2(aq)를 전도도(L)의 함수로서 얻기 위해서는, H2CO3의 해리 상수(K1)에 대한 등식 및 CO2(aq)의 전도도(L)가 사용될 수 있다. EQN. 2의 관계를 이용하여, H2CO3의 해리 상수(K1)는 하기와 같이 정의될 수 있다:

K1 = [H+] [HCO3-] / [CO2(aq)] EQN. 3

여기서 H+는 수소 이온이고 HCO3-는 중탄산 이온이다.

CO2(aq)의 전도도(L)는 하기에 따라 [H+] 및 [HCO3-]의 농도에 비례한다:

L = A*[H+] + B*[HCO3-] EQN. 4

여기서, A는 수소 이온(H+)의 특정 몰 전도도이고, B는 중탄산 이온의 특정 몰 전도도이다.

통상적으로 CO2는 탈이온수(DI)에 용해된다. 이러한 구현예에 있어서, H+와 HCO3-의 농도는 동일하다. 이러한 구현예에 있어서, EQN. 3 및 EQN. 5는 하기와 같이 줄여진다:

[CO2(aq)] = [HCO3-]² / K1 EQN. 5

L = (A + B)*[HCO3-] EQN. 6

EQN. 1에서 상기 기재한 반응에 EQN. 6를 치환하면, 다음과 같은 전도도 (L)의 함수로서 용해된 CO2(aq)를 얻을 수 있다:

[CO2(aq)] = L² / (K1*(A+B)²) EQN. 7

일부 구현예에서, EQN. 7은 원하는 전도도를 얻기 위해 H2O에 용해되는 CO2의 양을 결정하는 제어 모듈에 의해 사용된다.

이산화탄소의 유량(FCO2)은 하기와 같이 결정될 수 있다:

FCO2 = FH2O*[CO2(aq)] EQN. 8

여기서 FH2O는 물(H2O)의 유량이다.

일부 구현예에서, CO2의 전부가 H2O에 용해된다. 그러한 구현예에 있어서, 특정 탄소 투여량은 다음과 같이 온도의 함수로 결정된다:

[CO2(aq)] = L² / f(T) EQN. 9

통상적으로, 전도도(L)는 사용자에 의해 설정된다. 다양한 구현예에서, 이산화탄소의 유량(FCO2)은 이산화탄소 질량 유량 제어기(CO2-MFC)를 설정하기 위한 제어 모듈 125에 의해 사용된다. 일부 구현예에서, FCO2는 CO2가 통과하는, 밸브 및 이에 대응하는 유량 제한기의 설정을 위한 제어 모듈 125에 의해 사용된다. 다른 구현예에서, FCO2는 CO2가 통과하는 밸브 및 이에 대응하는 유체 오리피스(flow orifice)의 설정을 위한 제어 모듈 125에 의해 사용된다.

해리 상수(K1) 및 특정 전도도(L)는 물(H2O)의 온도에 의존할 수 있다. 앞서 EQN. 7에 나타낸 인자, (K1*(A+B)²)는 다음과 같이 물(H2O)의 온도 함수로서 표현될 수 있다:

(K1*(A+B)²) = f(T) EQN. 10

다양한 구현예에서, 상기 인자, (K1*(A+B)²)의 온도 의존성은, 2 이상의 온도에서 제어되는 DI 수를 사용하여 다음과 같이 결정된다: 각각의 온도에 있어서: 1) DI 수에 CO2 용해, 2) DI-CO2의 전도도(L) 측정, 3) DI-CO2의 샘플 채취, 4) 실온까지 샘플을 가열 또는 냉각, 5) 수산화나트륨 용액으로 샘플을 적정함으로써 샘플 내의 CO2(aq) 농도의 측정, 및 6) 3 - 5 단계에 있어서, 공기 중의 이산화탄소로부터 샘플의 분리 및 샘플로부터 날아간 이산화탄소로부터 공기의 분리.

기타 구현예에서, 상기 인자, (K1*(A+B)²)의 온도 의존성은, 2 이상의 온도에서 제어되는 DI 수를 사용하여 다음과 같이 결정된다: 각각의 온도에 있어서: 1) DI 수에 CO2 용해, 2) 생성된 DI-CO2의 전도도(L) 및 온도(T) 측정, 3) 접촉기로 들어오는 DI 수 유량 및 CO2 기체 유량의 측정, 및 4) CO2 기체 유량/DI 수 유량에 의한 CO2(aq) 농도의 결정. 일부 구현예에서, (K1*(A+B)²)의 온도 의존성은 제어 모듈에 저장되고, 접촉기로 들어오는 CO2 유량 결정에 사용된다.

도 2는 시스템 101의 또 다른 구현예를 나타낸다. 시스템 101은 접촉기 115에 더하여 바이패스 유닛 130을 포함할 수 있다. 바이패스 유닛 130은 유닛을 통과하는 DI 수의 파라미터를 모니터 및/또는 제어할 수 있는 복수의 밸브 및 센서를 포함할 수 있다. 밸브 및 센서는 수동으로 작동될 수도 있고 또는 제어 모듈 125에 의해 제어될 수도 있다. 바이패스 유닛 130의 한가지 이점은, 고 체적의 DI 수가 접촉기 115를 우회하고 접촉기 115로부터 방출되는 DI-CO2 수와 혼합하도록 하는 점이다. 바이패스 유닛 130의 또 다른 이점은, DI-CO2 수의 고 전도도-저 유동에서 저 전도도-고 유동으로 및 그 역으로 가는데 요구되는 응답 시간을 단축할 수 있다는 점이다.

도 3은 시스템 101의 또 다른 구현예를 나타낸다. 기체 모듈을 빠져나가는 기체는 접촉기 115로 직접 들어갈 수 있고, 또는 접촉기 115로 들어가기 전에 DI 수와 혼합될 수도 있다. 이 구현예의 이점은, DI-CO2 수의 고 전도도-저 유동으로부터 저 전도도-고 유동으로 및 그 역으로 가는데 요구되는 응답 시간을 단축할 수 있다는 점이다.

도 4는 초순수 DI 수를 탄산화하는데(즉, CO2를 DI 수에 첨가하는데) 사용되는 장치의 바람직한 구현예를 나타낸다. 상기 장치는 접촉기 B1과 유체 연통하는 기체 모듈 C1을 포함한다. 기체 모듈 C1은 두 개의 기체 주입구, 가변 밸브 V51-V54, V58 및 V59, 및 네 개의 질량 유량 제어기 MFC 51-MFC54를 포함한다. 기체 모듈 C1은 또한 MFC52-MFC54가 V57을 통해 상호 연결되는 피드백 루프/메커니즘(feedback loop/machanism)을 포함한다. 일부 구현예에서, 가변 밸브 V51-54, V58 및 V59는 온/오프 밸브이다.

피드백 루프/메커니즘은 기체 모듈 C1을 빠져나가는 기체의 파라미터의 수정을 가능하게 할 수 있다. 예를 들면, 도 4에 나타낸 구현예에 있어서, 하나 이상의 MFC는 그의 초기 유량 눈금으로부터 약간 떨어지거나(degrade) 또는 편향될(deviate) 수 있다. 이러한 편향을 수정하기 위해, MFC 제어 메커니즘을 경시적으로 업데이트하도록, 피드백 루프는 기체 모듈 C1 내에 포함될 수 있다.

MFC는 수동으로 또는 자동으로 조절될 수 있다. MFC는, B1으로 들어가는 이산화탄소의 전부가 아니면 대부분이 DI 수 내에 용해되어 그에 따라 생성된 DI-CO2 수가 "무-기포"가 될 수 있는 정도까지 기체 유량을 제어한다. 이는 불량한 세척 특성을 일으킬 수 있는 불균일한 농도를 방지한다. 도 4는 네 개의 MFC를 갖는 기체 모듈을 도시하지만, 어떠한 수의 MFC 유닛이라도 이용될 수 있다. 특정 구현예에 있어서, 기체 모듈 C1 내의 기체 유동을 제어하기 위해, 기타 유량 제어기 또는 농도 측정 장치가 MFC를 대신하여 또는 그에 추가하여 사용될 수 있다.

도 4에 나타낸 바와 같이, DI 수는 V3를 거쳐 접촉기 B1으로 들어갈 수 있으며, 기체 모듈 C1으로부터 나오는 기체는 V1 및 V2를 거쳐 들어갈 수 있다. 광 배리어 혹은 등가의 레벨 센서 L3-L5는 기체가 DI 수 라인으로 들어가는 것을 방지하기 위해 사용될 수 있다. 접촉기 B1에서, 이산화탄소는 원하는 양의 CO2 농도가 달성될 때까지 DI 수와 혼합된다. DI-CO2 수는 광 배리어 L3, 센서 FR21 및 밸브 V81를 거쳐 배출구(DI-CO2 out)을 통해 B1으로부터 제거된다. 센서 Q1은 DI-CO2 배출구와 평행하게 연결된다. 즉, 접촉기로부터 나오는 DI-CO2 수의 일부는 센서 Q1 및 밸브 V89, V62, V80를 포함하는 배수 라인을 통해 이동할 수 있다. 센서 모듈은 센서 FR21 및 Q1을 포함한다. 센서 FR21는 유량을 모니터/제어하며, 센서 Q1은 DI-CO2 수의 온도 및 전도도를 모니터/제어한다. 밸브 V4, V61 및 레벨 센서 L5와 함께, 센서 Q1, 밸브 V89, V62 및 V80는 접촉기 B1의 배기/환기(venting)를 가능하게 하는 제어 루프를 형성한다. Q1 및 FR21은 또한, 질량 유량 제어기 MFC51-MFC54와 직접 또는 피드-포워드 루프/메커니즘(feed-forward loop/mechanism)을 형성하는 제어 모듈을 통해 연통할 수 있다.

피드-포워드 메커니즘은 센서 Q1과 센서 FR21에서 취해진 측정값 및 원하는 CO2 설정값을 토대로 기체의 파라미터가 (예를 들면, 하나 이상의 MFC에서의 유량을 변화시킴으로써) 조절되도록 한다. 센서 Q1은 통상, 그를 통해 흐르는 물과 직접 접촉을 유지할 수 있는 금속 전극을 포함한다. 센서 모듈 내에 모이는 정보는 제어 모듈로 중계되어 기체 모듈 C1으로부터 방출되는 기체의 양을 조절한다. 제어 모듈은 또한 상기 접촉기 B1의 배기를 가능하게 할 수 있다. 특정 구현예에 서, 상기 제어 모듈은 기체 모듈 C1에 설정된 파라미터의 초기 눈금 값으로부터의 편향을 조절/수정하기 위해, 피드백 메커니즘(feedback mechanism)을 추가로 제어한다.

피드-포워드 메커니즘은 온도, 유량 및 전도도와 같은 파라미터를 모니터링함으로써 DI-CO2 수 내의 CO2 농도를 제어할 수 있다. 예를 들면, 상기 장치의 운전자는 CO2의 유출 농도를 위한 원하는 CO2 설정값 또는 DI 수의 전도도를 컴퓨터/마이크로프로세서에 입력/선택하기 위해, 제어 모듈을 사용할 수 있다. DI 수 내의 더 높은 CO2의 농도는 접촉기 B1으로 더 큰 CO2 유량의 사용을 필요로 하며, 더욱 산성인 용액(예를 들면, 4.5 이하의 pH)을 초래하며; DI 수 내의 더 낮은 CO2의 농도는 더 낮은 CO2 유량(더 적은 CO2 기체)을 사용하며 덜 산성인 용액(예를 들면, 4.6 이상의 pH)을 초래한다. 접촉기 B1으로부터의 산출량(output)을 제어하기 위해, 시스템은 기체 모듈 C1으로부터의 투입 CO2 농도(예를 들면, 유량)를 결정하기 위해, 유출 유동(outflow)의 온도, 유량 및 전도도 값을 측정하고 제어 모듈로 전자적으로 전송하는 피드-포워드 메커니즘을 이용할 수 있다.

기체 모듈 C1을 제어하는 것에 더하여, 피드-포워드 메커니즘은 또한 시스템을 배기 또는 환기하는 것과 관련될 수 있다. 예를 들면, 개시 도중 또는 CO2 설정값이 급격하게 변화하여 C1으로부터 훨씬 낮은 CO2의 투입을 초래하는 경우, 잉여 기체(예를 들면, 개시점에서의 산소/공기 및 설정값 변화 시점에서의 잉여 CO2)를 환기시키기 위해, 배기 벤트(purge vent)가 개방될 수 있다. 일부 구현예에서, 배기 벤트는, DI-CO2 수의 전도도 설정값이 높은 설정값(예를 들면, 대략 10μS/cm 초과)으로부터 낮은 설정값(예를 들면, 높은 설정값의 대략 95% 미만)으로 변화할 때 잉여 기체를 환기하기 위해 개방된다. DI-CO2 수의 전도도 설정값이 매우 높을 때에는(예를 들면, 40μS/cm 초과), 용해된 비-CO2 기체의 일부는 접촉기의 DI 수 주입구로부터 접촉기의 기체상 속으로 들어온다. 비-CO2 기체가 기체 상으로 들어오는 것을 방지하기 위해서, 일부 구현예에서, 배기 벤트는 DI-CO2 수의 전도도 설정값이 매우 높을 때 잉여 CO2 기체를 환기하기 위해 개방된다. 접촉기 B1의 배기는 제어 시스템을 통해 자동으로 제어될 수 있다. 다양한 구현예에서, 접촉기 B1의 배기는 배기 벤트를 개방하는 운전자에 의해 수동으로 제어될 수 있다.

도 5는 DI-CO2 수를 생성하는데 사용되는 장치의 또 다른 바람직한 구현예를 나타낸다. 이 구현예에서, 기체 모듈 C1은 네 개의 가변 밸브 V51-V54, 네 개의 MFC MFC51-MFC54 및 두 개의 기체 필터 필터 50 및 51과 유체 연통하는 하나의 기체 주입구를 포함한다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 두 개의 별도의 루프는 두 개의 MFC를 각각 포함하고 그에 따라 두 개의 별도의 기체 배출구를 포함하도록 형성될 수 있다. 두 개의 별도의 배출구 각각은 접촉기로 들어가기 전에 기체를 DI 수로 전달할 수 있다. 각각의 전달 경로는 V1a, V1b, V2a, V2b, V5a 및 V5b와 같은 복수의 밸브를 포함할 수 있다. 각각의 전달 경로는 또한 M5a, M5b 및 PR4와 같은 복수의 센서를 포함할 수 있다. 센서는 시스템을 통과하는 기체의 유량 또는 압력과 같은 파라미터를 모니터 및/또는 제어하기 위해 사용될 수 있다. 특정 구현예에서, 하나의 배출구는 기체가 접촉기로 들어가기 전에 DI 수를 향하도록 할 수 있으며, 다른 배출구는 기체를 접촉기로 향하게 할 수 있다. 접촉기로 들어가기 전에 CO2 기체와 DI 수를 혼합하는 것의 이점은, DI-CO2 수의 하나의 전도도를 다른 전도도로 변화시키는 응답 시간이 더 짧다는 것이다. 또 다른 이점은 DI-CO2 수 내의 CO2 농도 및 접촉기를 빠져나가는 DI-CO2 수의 전도도의 정확함이다. 기체 모듈 C1 내의 두 개의 별도의 루프는 기체 모듈 C1으로 들어가고 나오는 기체의 파라미터에 대한 추가 제어를 가능하게 하기 위해, 추가의 피드백 메커니즘을 제공한다.

도 6은 초순수 DI 수를 탄산화하는데(즉, CO2를 DI 수에 첨가하는데) 사용되는 장치의 또 다른 바람직한 구현예를 나타낸다. 이 구현예에서, 기체 모듈 C1은 질소 및 CO2와 같은 두 가지 별도의 기체에 사용될 수 있는 두 개의 기체 주입구를 포함한다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 가변 밸브 V52-V54 및 MFC MFC52-MFC54는 상호 연결되어 루프를 형성한다. 별도의 기체는 가변 밸브 V51 및 MFC 51를 통해 시스템으로 들어갈 수 있다. 두 기체는, 기체 모듈로부터 나오기 전에 원하는 비율로 혼합될 수 있다. 접촉기 B1은 V4 및 V61를 통해 기체를 방출할 수 있는 배출구를 가진다. 방출된 기체는 원한다면 기체 모듈로 들어가 재활용될 수도 있고, 또는 대기중으로 방출될 수도 있다.

도 11은 초순수 DI 수를 탄산화하는데(즉, CO2를 DI 수에 첨가하는데) 사용되는 장치의 또 다른 바람직한 구현예를 나타낸다. 이 구현예에서, 가변 밸브 V1a, V1b, V2a, V2b, V51, V52, V53 및 V54와 유량 제한기 V51a, V52a, V53a 및 V54a는 접촉기 B1의 주입구에 제공되는 CO2의 양을 제어하는데 사용된다. 일부 구현예에서, 주입구에 제공되는 CO2의 양은, 탈이온수의 측정된 유량 및 온도에 기초하여 제어기에 의해 결정된다. 다양한 구현예에서, 주입구에 제공되는 CO2의 양은, 상기 기재된 바대로 EQN.1부터 EQN.10과 연관되어 결정된다.

도 11에서 나타낸 바와 같이, DI 수는 V10을 거쳐 접촉기 B1으로 들어갈 수 있으며, CO2는 V1a, V2a, V1b 및 V2b를 거쳐 접촉기 B1으로 들어갈 수 있다. 레벨 센서 L4는 기체가 DI 수 라인으로 들어가는 것을 방지하는 데 사용될 수 있다. 접촉기 B1에서, CO2는 원하는 CO2의 농도량에 도달할 때까지 DI 수에 용해된다. DI-CO2 수는 배출구, DI-CO2 out, 및 레벨 센서 L3, 센서 TR1 및 Q1 및 밸브 V20, V21 및 V22를 거치는 프로세스 툴을 통해 B1으로부터 제거된다. 센서 TR1 및 Q1은 접촉기 B1의 DI-CO2 배출구에서 각각 온도 및 전도도를 모니터한다. 일부 구현예에서, DI-CO2 배출구에서 측정된 온도와 전도도가 CO2가 통과하는 밸브를 조절하는 제어 모듈로 제공되어, 접촉기 B1으로 흘러들어오는 CO2의 양을 조절한다.

센서 FR21 및 Q1은 접촉기 B1의 DI 수 주입구에 위치할 수 있으며, 또한 제어 모듈을 거쳐 유량 제한기 V51a, V52a, V53a 및 V54a와 직접적으로 또는 간접적으로 유체 연통하여 피드-포워드 루프/메커니즘을 형성할 수 있다. 센서 FR21는 DI 수의 유량을 모니터하며, 센서 Q1은 DI 수의 온도와 전도도를 모니터한다. 다양한 구현예에서, 센서 FR21는 접촉기 B1의 DI 수 주입구에 위치하며, 센서 Q1은 접촉기 B1의 DI-CO2 배출구에 위치한다. 다양한 구현예에서, 센서 FR21는 접촉기 B1의 DI-CO2 배출구에 위치하며, 센서 Q1은 시스템 내의 임의의 위치에 위치하는 접촉기 B1의 DI 수 주입구에 위치한다.

밸브 V4a 및 V4b와 유량 제한기 V61a, V61b 및 V80는, 레벨 센서 L5와 함께 CO2 기체의 원하는 양을 접촉기 B1으로부터 배기 및/또는 환기하는 것을 가능하게 하는, 제어 루프를 형성한다. 일부 구현예에서, 배기 및/또는 환기된 CO2 기체는 배수부를 거쳐 시스템에서 배출된다.

일부 구현예에서, 제어 모듈은 압력 센서 PR4에 의해 접촉기 B1의 CO2 주입구에서 측정된 압력에 기초하여, 접촉기 B1으로 들어오는 원하는 평균 CO2 유량을 얻기 위해, 가변 밸브 V1a, V1b, V2a, V2b, V51, V52, V53 및 V54를 온 및 오프(예를 들면, 펄스 변조(pulse modulation))로 바꾼다. 일부 구현예에서, 원하는 평균 CO2 유량은 제어기(예를 들면, 앞서 도 1에 나타낸 제어 모듈 125)에 의해 결정된 이산화탄소의 양과 실질적으로 동일하다. 일부 구현예에서, 가변 밸브는 시스템에 입력인 빈도(frequency)에 따라 온 및 오프로 바뀐다. 일부 구현예에서, 배출구에서 전도도의 변동이 발생하지 않도록 빈도가 선택된다.

일부 구현예에서, 제어 모듈은 접촉기 B1의 주입구에서 CO2의 원하는 압력을 설정하기 위한 압력 제어기를 포함한다.

일부 구현예에서, 제어 모듈은 접촉기 B1로 들어오는 원하는 CO2 유량을 얻어 켜기(turn on) 위해, 접촉기 B1의 주입구에서 측정된 압력 및 밸브에 상응하는 유량 제한기(V51a, V52a, V53a 및 V54a)에서의 압력 강하에 기초하여, 가변 밸브 V1a, V1b, V2a, V2b, V51, V52, V53 및 V54의 서브세트를 선택한다.

일부 구현예에서, 펄스 변조, 압력 제어 및 온 상태를 위한 밸브의 서브세트의 선택의 조합은, 접촉기 B1의 주입구에 존재하는 CO2의 유량을 제어하는데 사용된다.

일부 구현예에서, 탈이온수 공급원으로부터 제공되는 탈이온수 및 이산화탄소 공급원으로부터 제공되는 이산화탄소 기체는 접촉기로 들어가기 전에 혼합된다.

접촉기 B1은 도 6에 나타낸 바와 같은 바이패스 유닛 B3를 가질 수 있다. 바이패스 유닛 B3는 유량, 압력 및 액체 수준과 같은 파라미터를 제어 및/또는 모니터할 수 있는 센서 LAH, L1 및 LAL를 포함할 수 있다. 센서는 자동 제어를 가능하게 하거나 또는 수동으로 제어되도록 제어 모듈과 유체 연통할 수 있다. 바이패스 유닛의 이점은 고 체적의 DI 수가 요구되는 경우이다. 바이패스 유닛의 또 다른 이점은 DI 수 내에 저 농도의 CO2가 요구되는 경우이다. 바이패스 유닛의 또 다른 이점은 DI-CO2 수의 전도도가 저 체적-고 전도도에서 고 체적-저 전도도로 및 그 역으로 변화될 수 있는 속도이다.

바이패스 유닛 B3와 별개로, 고 체적 DI 수는 또한 도 6에 나타낸 바와 같이 밸브 V31 및 센서 FR31를 통과하는 별도의 라인으로 향할 수 있다. 이러한 DI 수는 원한다면 시스템을 나가기 전에 전도도를 변경하기 위해, 접촉기를 빠져나가는 DI-CO2 수와 혼합될 수 있다.

대략 20 - 80 L/min의 범위 내의 고 체적 DI 수는 바이패스 유닛 또는 별도의 라인 또는 둘의 조합을 통해 흐를 수 있다. 일부 구현예에서, 고 체적 DI 수의 범위는 대략 32 - 50 L/min일 수 있다. 다양한 구현예에서, 대략 40 - 45 L/min의 DI 수가 시스템을 통해 흐를 수 있다.

기체 모듈은 통상 스테인리스 스틸과 같은 금속으로 제조된다. 밸브, MFC 및 센서는 당업계의 기술자에게 공지되어 있으며, 시중에서 입수가능한 임의의 밸브, MFC 및 센서, 조절기 또는 모니터가 사용될 수 있다. 기체 및 액체는 통상 부식 저항 금속 또는 금속 합금으로 제조되는 파이프 또는 튜빙(tubing)을 통과한다. PTFE, PVDF, PFA, PVC, PP, PE, ECTFE, C-PVC 등으로 제조되는 중합성 튜빙 또는 파이프가 또한 가능한 경우 어디에든 사용될 수 있다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 접촉기는 통상 고압을 견딜 수 있는 용기(vessel) 또는 챔버(chamber)이다. 이는 유리 또는 석영 또는 금속 또는 스테인리스 스틸, 황동(brass)과 같은 금속 합금, 또는 PTFE, PVDF, PFA, PVC, PP, PE, ECTFE, C-PVC 등과 같은 중합체로 제조될 수 있다. 일부 구현예에서, 접촉기는 상기 열거된 물질의 하나 이상의 조합으로부터 제조된다.

바람직한 접촉기는 기둥(column)과 같은 형상을 갖고, 높은 체적당 표면적을 갖는 "타워 패킹"으로 충전된다. 상기 언급한 중합체로 제조된 섬유(fiber)는 타워 패킹용으로 사용될 수 있다. 고 표면적은 이산화탄소와 DI 수의 혼합 속도를 향상시킨다.

제어 모듈 125는 도 8 - 10에 나타낸 바와 같이 특정 온도, DI-CO2 수 산출량 및 전도도에 대한 기체 모듈 110으로부터의 투입 CO2 유량과 관련된 저장된 데이터를 포함할 수 있다. 도 8은 상이한 온도 및 압력에 대한 DI 수 내의 CO2의 용해도를 나타내며, 도 9는 매우 넓은 기체 투여 범위를 유도하는 2 - 60μS/cm의 특정 전도도 범위를 나타낸다. 도 10은 상이한 온도에서 탄산수의 전도도 사이의 상관관계를 나타낸다. 특정 구현예에서, 제어 모듈 125는 그 안에 저장된 데이터로부터 및 제어 모듈 125에 전자적으로 전송 또는 입력된 온도, 전도도, 유량 및 설정 포인트 값으로부터, 원하는 투입 CO2 유량을 확인할 수 있다. 다른 구현예에서, 제어 모듈 125는 전자적으로 전송 또는 입력된 값을 조합하여 그 안에 저장된 데이터로부터 입력 CO2 유량을 계산/추정할 수 있다. 특정 구현예에서, 제어 모듈은 기체 모듈 110을 자동으로 조절하기 위해 전자 신호를 전송한다. 다양한 구현예에서, 제어 모듈 125에 의해 계산된 값은, 시스템 101으로 들어가고/가거나 나가는 기체 및 DI 수의 파라미터를 수동으로 조절하도록 사용될 수 있다.

도 4에 나타낸 구현예에서, Q1에서의 전도도 측정값은 배수부에의 바이패스 라인 내에서 취해진다. 일반적으로, 상기 측정값은 전도도 센서 Q1을 형성하는 전극으로부터의 금속 오염으로 인해, 배수부에의 바이패스 라인 내에서 취해진다. 다른 구현예에서, DI-CO2 배출구에서 직접 인라인(in-line)으로 무-오염 측정이 가능하다. 이는 특수 전극 또는 무-접촉 방법으로 수행된다.

특정 구현예에서, DI 수 주입구에서의 추가의 압력 조절기는 농도에 있어서 추가 안정성을 유도할 수 있고, 따라서 연결된 툴(tool)에서의 용법에 있어 이점을 증대시킬 수 있다. 이에 따라, 둘 이상의 라인 내에서의 CO2 기체 주입의 분리는, 특정 DI-CO2 수 생성 방법에 있어서 유리할 수 있다. 예를 들면, 저 전도도에서 기체 주입구에서의 기포에 의해 야기되는 전도도 변동을 피하기 위해, CO2를 희석하는데 사용되는 적은 양의 정의된(defined) 기체가 바람직하다. 다양한 구현예에서, DI 수 유량 측정은 또한 물 주입구에서 행해질 수 있다.

일 구현예에서, 기체 제어는 질량 유량 제어기로 달성된다. 도 9에 나타낸 바와 같이 전도도와 농도의 제곱 관계로 인해, 그러한 특징을 지닌 제어 요소가 바람직할 것이다. 또 다른 구현예에서, 스위치된(switched) 유량 제한기 및 제어된 압력을 가진 메카니즘 또는 PWM(펄스 폭 변조) 제어된 밸브를 갖는 배치가 이용될 수 있다. 매우 낮은 전도도 범위에 있어서, 하나의 선택사양은 미리 제어되고, CO2가 풍부한 물을 주입하는 것이다. 도 12는 DI-CO2 수를 생성하는 방법의 일 구현예의 흐름도이다. DI-CO2 수를 생성하는 방법은 DI-CO2 공급원으로부터 접촉기(예를 들면, 앞서 도.1에서 앞서 기재한 접촉기 115)에 탈이온수를 공급하는 것을 포함한다(단계 1210). DI-CO2 수를 생성하는 방법은 또한 CO2 공급원(예를 들면, 도.1에서 앞서 나타낸 기체 모듈 110)으로부터 접촉기에 CO2를 공급하는 것을 포함한다(단계 1215). 다양한 구현예에서, CO2는 접촉기의 제 1 주입구를 거쳐 접촉기로 들어가며, DI-CO2는 접촉기의 제 2 주입구를 거쳐 접촉기로 들어간다. 다른 구현예에서, CO2 및 DI-CO2는 접촉기의 한 주입구를 거쳐 접촉기로 들어간다.

상기 방법은 또한 DI 수의 유량 및 온도를 측정하는 것을 포함한다(단계 1220). 다음으로, 상기 방법은 DI-CO2 수의 특정 전도도가 접촉기에 의해 발생하도록 접촉기로 공급되는 CO2의 양을 결정하는 것을 포함한다(단계 1225). 일부 구현예에서, 접촉기로 공급되는 CO2의 양은 DI 수의 측정된 유량 및 온도에 기초하여 결정된다. 일부 구현예에서, 접촉기로 공급되는 CO2의 양은 앞서 기재된 바와 같이 EQN.1-10에 따라 결정된다. 일반적으로, 접촉기로 공급되는 CO2의 양은 DI-CO2의 원하는 전도도에 기초하여 결정된다. 일부 구현예에서, 원하는 전도도는 사용자에 의해 설정되며 접촉기로 공급되는 CO2의 양은 제어기(예를 들면, 제어기 125)에 의해 제어된다. 일부 구현예에서, 접촉기로 공급되는 CO2의 양은 접촉기의 주입구에서 원하는 CO2의 압력에 기초한다. 특정 구현예에서, 접촉기는 유량 및 온도를 측정하는 하나 이상의 센서와 유체 연통한다.

도 12에 도시된 방법은 또한 CO2의 공급 및 접촉기와 유체 연통하는 하나 이상의 밸브(예를 들면, 상기 도 11에 기재된 바와 같은 가변 밸브 V1a, V1b, V2a, V2b, V51, V52, V53 및 V54)를 거쳐, 접촉기에 결정된 CO2의 양을 공급하는 것을 포함한다(단계 1230). 일부 구현예에서, 하나 이상의 밸브의 유량은 하나 이상의 유량 제한기(예를 들면, 상기 도 11에 기재된 바와 같은 유량 제한기 V51a, V52a, V53a 및 V54a) 및/또는 하나 이상의 유체 오리피스에 의해 변경된다. 일부 구현예에서, 결정된 CO2의 양을 공급하는 것은, CO2의 평균량이 CO2 공급원으로부터 접촉기로 흐를 수 있도록, 열림 및 닫힘 위치 사이에서 하나 이상의 밸브를 변화시키는 것과 관련된다. 일부 구현예에서, CO2의 평균량이, 상기 단계 1225에서 결정된 CO2의 양과 실질적으로 동일하다.

본 발명에 의해 생성되는 DI-CO2 수는 전기적으로 불활성인 대기에서 반도체 장치를 세척하는 무-손상 공정을 제공한다. 용해된 CO2는 DI 수의 저항력(resistivity)을 표면 충전을 방지하는 수준까지 감소시킨다. 이는 또한 DI 수를 산성화시키고 제타 전위를 증가시킨다. DI-CO2 수는 부서지기 쉬운 반도체 장치의 온전함을 보호하도록 한다. 예를 들면, DI-CO2 수는 실리콘 웨이퍼의 표면으로부터의 오염물질을 용해, 산화, 식각 및 스크럽하는데 사용될 수 있다. DI-CO2 수는 또한 습식 세척 단계 동안에 금속의 부식을 방지한다. DI-CO2 수는 또한 시중에서 구입가능한 습식 세척 장치 또는 구성요소로서 또는 별도의 전달 시스템으로서의 툴로 사용될 수도 있다. 본 명세서에 기재된 것의 변형, 변경 및 다른 시행예는 본 발명의 사상 및 범주를 벗어남이 없이 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게는 명료할 것이다. 따라서, 본 발명은 이상의 예시적 설명에 제한되지 않는다.

Claims

탈이온수 공급원;
이산화탄소 기체 공급원;
접촉기의 적어도 하나의 주입구를 거쳐 탈이온수 공급원 및 이산화탄소 기체 공급원과 유체 연통(fluid communication)하며, 탄산화된 탈이온수를 생성하는 접촉기;
탈이온수의 유량 및 탈이온수의 온도를 측정하기 위한, 접촉기의 적어도 하나의 주입구 또는 적어도 하나의 배출구와 유체 연통하는 적어도 하나의 센서; 및
탄산화된 탈이온수의 특정 전도도가 접촉기 내에 발생하도록, 이산화탄소 기체 공급원이 접촉기에 공급하는 이산화탄소 기체의 양을 결정하기 위하여, 적어도 하나의 센서 및 이산화탄소 기체 공급원과 유체 연통하며, 여기서 상기 결정은 측정된 유량 및 온도에 기초하는 제어기를 포함하는 탈이온수의 탄산화를 위한 시스템.
제 1 항에 있어서,
접촉기로 들어가는 이산화탄소 기체의 양 및 유량을 제어하기 위한, 이산화탄소 기체 공급원 및 접촉기와 유체 연통하는 하나 이상의 밸브를 더 포함하는 시스템.
제 2 항에 있어서,
이산화탄소 기체 공급원으로부터 접촉기로 흘러들어오는 이산화탄소 기체의 평균량이 이산화탄소 기체 공급원에 의해 공급되는 이산화탄소 기체의 결정된 양과 실질적으로 동일하도록, 제어기가 하나 이상의 밸브를 열림과 닫힘 위치 사이에서 변화시키는 시스템.
제 3 항에 있어서,
이산화탄소 기체 공급원 및 하나 이상의 밸브와 유체 연통하는 하나 이상의 유량 제한기를 더 포함하는 시스템.
제 3 항에 있어서,
이산화탄소 기체 공급원 및 하나 이상의 밸브와 유체 연통하는 하나 이상의 유체 오리피스를 더 포함하는 시스템.
제 3 항에 있어서,
하나 이상의 밸브 및 접촉기와 유체 연통하는 하나 이상의 유량 제한기를 더 포함하는 시스템.
제 3 항에 있어서,
하나 이상의 밸브 및 접촉기와 유체 연통하는 하나 이상의 유체 오리피스를 더 포함하는 시스템.
제 2 항에 있어서,
적어도 네 개의 유량 제한기를 더 포함하는 시스템.
제 1 항에 있어서,
일정량의 이산화탄소 기체를 배기(purging)하기 위한, 접촉기의 배출구를 더 포함하는 시스템.
제 9 항에 있어서,
탄산화된 탈이온수의 특정 전도도가 접촉기 내에 발생하도록, 제어기가 배기하는 이산화탄소 기체의 양을 결정하는 시스템.
제 10 항에 있어서,
접촉기로부터 배기되는 이산화탄소 기체의 양과 유량을 제어하기 위한, 접촉기의 배출구 및 배수부와 유체 연통하는 적어도 하나의 유량 제한기를 더 포함하는 시스템.
제 10 항에 있어서,
접촉기로부터 배기되는 이산화탄소 기체의 양과 유량을 제어하기 위한, 접촉기의 배출구 및 배수부와 유체 연통하는 적어도 하나의 유체 오리피스를 더 포함하는 시스템.
제 1 항에 있어서,
제어기가 적어도 하나의 주입구에서 이산화탄소 기체의 압력을 설정하는 시스템.
제 1 항에 있어서,
탈이온수 공급원에 의해 제공되는 탈이온수와 이산화탄소 공급원에 의해 제공되는 이산화탄소가 접촉기로 들어가기 전에 혼합되는 시스템.
제 1 항에 있어서,
탈이온수 공급원 및 탄산화된 탈이온수의 배출구와 유체 연통하는 바이패스 유닛(by-pass unit)을 더 포함하는 시스템.
제 1 항에 있어서,
탈이온수의 유량을 측정하기 위한, 접촉기의 적어도 하나의 주입구와 유체 연통하는 제 1 센서; 및
탈이온수의 온도를 측정하기 위한, 접촉기의 적어도 하나의 배출구와 유체 연통하는 제 2 센서를 더 포함하는 시스템.
제 1 항에 있어서,
탈이온수의 온도를 측정하기 위한, 접촉기의 적어도 하나의 주입구와 유체 연통하는 제 1 센서; 및
탈이온수의 유량을 측정하기 위한, 접촉기의 적어도 하나의 배출구와 유체 연통하는 제 2 센서를 더 포함하는 시스템.
탈이온수를 접촉기에 공급하고;
이산화탄소 기체를 접촉기에 공급하고;
적어도 하나의 센서로 탈이온수의 유량 및 탈이온수의 온도를 측정하며, 여기서 적어도 하나의 센서는 접촉기의 주입구 또는 접촉기의 배출구에 위치하고;
탄산화된 탈이온수의 특정 전도도가 적어도 하나의 센서 및 이산화탄소 기체의 공급과 유체 연통하는 접촉기에 의해 발생하도록, 접촉기에 공급되는 이산화탄소 기체의 양을 결정하며, 여기서 상기 결정은 측정된 유량 및 온도에 기초하고;
이산화탄소 기체의 공급 및 접촉기와 유체 연통하는 하나 이상의 유량 제한기 및 하나 이상의 밸브를 거쳐 이산화탄소의 결정된 양을 접촉기에 공급하고; 그리고
접촉기로부터 특정 전도도의 탄산화된 탈이온수가 흘러나오게 하는 것을 포함하는 탈이온수의 탄산화 방법.
제 18 항에 있어서,
이산화탄소 기체 공급원으로부터 접촉기로 흘러들어오는 이산화탄소 기체의 평균량이 이산화탄소 기체 공급원에 의해 공급되는 이산화탄소 기체의 결정된 양과 실질적으로 동일하도록, 하나 이상의 밸브가 열림과 닫힘 위치 사이에서 변화하는 것을 더 포함하는 방법.
제 18 항에 있어서,
접촉기의 배출구를 통해 일정량의 이산화탄소 기체를 배기하는 것을 더 포함하는 방법.
제 20 항에 있어서,
탄산화된 탈이온수의 특정 전도도가 접촉기 내에서 발생하도록, 배기하는 이산화탄소 기체의 양을 결정하는 것을 더 포함하는 방법.
제 20 항에 있어서,
접촉기로부터 배기되는 이산화탄소 기체의 양과 유량을 제어하기 위해, 접촉기의 배출구 및 배수부와 유체 연통하는 적어도 하나의 유량 제한기를 더 포함하는 방법.
제 20 항에 있어서,
접촉기로부터 배기되는 이산화탄소 기체의 양과 유량을 제어하기 위해, 접촉기의 배출구 및 배수부와 유체 연통하는 적어도 하나의 유체 오리피스를 더 포함하는 방법.
제 18 항에 있어서,
적어도 하나의 주입구에서 이산화탄소 기체의 압력을 설정하는 것을 더 포함하는 방법.
제 18 항에 있어서,
탈이온수 공급원에 의해 제공되는 탈이온수 및 이산화탄소 공급원에 의해 제공되는 이산화탄소를 접촉기로 들어가기 전에 혼합하는 것을 더 포함하는 방법.
제 18 항에 있어서,
접촉기의 주입구에서 탈이온수의 유량을 제 1 센서로 측정하고;
접촉기의 배출구에서 탈이온수의 온도를 제 2 센서로 측정하는 것을 더 포함하는 방법.
제 18 항에 있어서,
접촉기의 주입구에서 탈이온수의 온도를 제 1 센서로 측정하고;
접촉기의 배출구에서 탈이온수의 유량을 제 2 센서로 측정하는 것을 더 포함하는 방법.