JP2015514005A - 多成分溶液からプロセスガスを送達する方法 - Google Patents

多成分溶液からプロセスガスを送達する方法 Download PDF

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Abstract

方法および化学送達システムを提供する。本方法は、多成分液体源の蒸気相を提供するステップを含む。本方法は、あらかじめ充填されたキャリヤーガスと蒸気相とを接触させるステップであって、あらかじめ充填されたキャリヤーガスは、キャリヤーガスと多成分液体源の少なくとも１つの成分とを含むステップと、液体源の少なくとも１つの成分を含むガスストリームをクリティカルなプロセスまたはアプリケーションに送達するステップであって、キャリヤーガス中の成分の量は、多成分液体源の成分比を比較的一定に維持するのに十分なものであるステップをさらに含む。化学送達システムは、蒸気相を有する多成分液体源を含む。本システムは、蒸気相と流体接触状態にあるあらかじめ充填されたキャリヤーガス源であって、キャリヤーガスと液体源の少なくとも１つの成分を含むあらかじめ充填されたキャリヤーガスと、液体源の少なくとも１つの成分を含むガスストリームを送達するための装置であって、あらかじめ充填されたキャリヤーガス中の成分の量は、多成分液体源の成分比を比較的一定に維持するのに十分なものある装置、をさらに含む。

Description

高純度プロセスガス、とくに、マイクロエレクトロニクスおよび他のクリティカルプロセスアプリケーションで液体源から得られる低揮発性プロセスガスの蒸気相送達のための方法およびデバイス。
マイクロエレクトロニクスの製造および処理では、種々のプロセスガスが使用されうる。それに加えて、高純度ガスが要求される他の環境では、たとえば、限定されるものではないが、マイクロエレクトロニクスアプリケーション、ウエハクリーニング、ウエハボンディング、フォトリソグラフィーマスククリーニング、原子層堆積、化学気相堆積、フラットパネルディスプレイ、細菌、ウイルス、および他の生物学的因子で汚染された表面の消毒、工業部品のクリーニング、医薬品の製造、ナノ材料、パワー発生・制御デバイス、燃料電池、パワー伝達デバイスの製造、ならびにプロセス制御および純度がクリティカル要件である他のアプリケーションをはじめとするクリティカルプロセスでは、さまざまな化学物質が使用されうる。それらのプロセスでは、厳密に制御された温度、圧力、および流量の条件下で非常に特異的な量の特定のプロセスガスを送達することが必要である。
マイクロエレクトロニクスアプリケーションおよび他のクリティカルプロセスで使用されるプロセスガスは、多数存在する。マイクロエレクトロニクスアプリケーションおよび他のクリティカルプロセスでプロセスガスを使用する利点の１つは、液体系手法とは対照的に、ガスが表面上の高アスペクト比のフィーチャーに到達可能なことである。たとえば、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｏａｄｍａｐ ｆｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ（ＩＴＲＳ）によれば、現在の半導体プロセスは、２０〜２２ｎｍ程度の小さいハーフピッチに適合可能でなければならない。半導体の次世代技術ノードは、１４〜１６ｎｍのハーフピッチを有することが予想され、ＩＴＲＳは、近い将来、＜１０ｎｍのハーフピッチを要求する。これらの寸法では、液体系化学処理は、深い孔またはチャネルの底および高アスペクト比のフィーチャーのコーナーへの到達がプロセス液体の表面張力により妨げられるので、実現可能でない。したがって、いくつかの場合、液体系プロセスの特定の制約を克服するために、プロセスガスが使用されてきた。なぜなら、ガスは、前述の表面張力の制約を受けないからである。
オゾンは、典型的には、半導体の表面のクリーニング（たとえば、フォトレジストストリッピング）用としておよび酸化剤（たとえば、酸化物または水酸化物の層を形成するもの）として使用されるガスである。液体系プロセスの特定の制約を克服するために、プラズマ系プロセスもまた利用されてきた。しかしながら、オゾン系およびプラズマ系のプロセスは、とくに、運転コスト、不十分なプロセス制御、望ましくない副反応、および非効率的なクリーニングを含めて、それ自体一連の制約を呈する。より最近では、特定の用途でオゾンの代わりとして過酸化水素が探究されてきた。しかしながら、いくつかの理由で、過酸化水素は、有用性が限られていた。高濃度の過酸化水素溶液は、深刻な安全上および取扱い上の問題を呈し、既存の技術では、気相で高濃度の過酸化水素を得ることができなかった。類似の問題により、ヒドラジンなどの他の潜在的に有益なプロセスガスを使用できる可能性は、限られていた。
そのほかの理由もあって、プロセス化学物質の気相送達は、液相送達よりも好ましい。プロセス化学物質に対して低マスフローを必要とするアプリケーションでは、プロセス化学物質の液体送達は、正確性や清浄性が十分でない。送達の容易性、確度、および純度の観点から、ガス送達が望ましいであろう。水や過酸化水素などの低蒸気液体は、一般的には、気相では利用できないので、気相は、対応する液体からｉｎ ｓｉｔｕで形成しなければならない。一手法は、使用場所またはその近傍でプロセス化学成分を直接気化させることである。液体の気化は、重質汚染物質を残存させることによりプロセス化学物質を精製するプロセスを提供する。液相から気相に変化させた時、体積は、約１０００倍に増加する。ガスフローデバイスは、液体送達デバイスよりも良好に精密制御に適合化される。そのほかに、マイクロエレクトロニクスアプリケーションおよび他のクリティカルプロセスは、典型的には、液体送達よりもガス送達をかなり容易にする広範にわたるガス取扱いシステムを有する。しかしながら、安全性、取扱い性、安定性、および／または純度の理由で、多くのプロセスガスは、それらの純液相から直接気化させるのは容易でない。
低揮発性化合物の気相送達は、とりわけ特異な一連の問題を呈する。一手法は、プロセス化学物質が水や有機溶媒（たとえばイソプロパノール）などのより揮発性の高い溶媒と混合された多成分液体源を提供することである。これは、過酸化水素またはヒドラジンの水性溶液にとくに好適である。なぜなら、高濃度の過酸化水素またはヒドラジンは、爆発の危険性を呈するからである。しかしながら、多成分溶液が送達される液体源（たとえば、過酸化水素および水）である場合、多成分溶液に対してラウールの法則が関連してくる。ラウールの法則によれば、理想化二成分溶液では、溶液の蒸気圧は、各成分の純溶液の蒸気圧の加重和に等しい。ただし、加重は、各成分のモル分率である。すなわち、
Ｐｔｏｔ＝Ｐａｘａ＋Ｐｂｘｂ
上記式中、Ｐｔｏｔは、二成分溶液の全蒸気圧であり、Ｐａは、成分Ａの純溶液の蒸気圧であり、ｘａは、二成分溶液中の成分Ａのモル分率であり、Ｐｂは、成分Ｂの純溶液の蒸気圧であり、かつｘｂは、二成分溶液中の成分Ｂのモル分率である。したがって、各成分の相対モル分率は、液相中と液体の上の蒸気相中とでは異なる。特定的には、より揮発性の高い成分（すなわち、より高い蒸気圧を有する成分）は、気相中では液相中よりも高い相対モル分率を有する。それに加えて、バブラーなどの典型的なガス送達デバイスの気相は、キャリヤーガスにより連続的に運び去られるので、二成分液体溶液の組成、ひいては液体の上のガスヘッドスペースの組成は、動的である。より揮発性の高い成分を連続的に補充しなければ、より揮発性の低い成分のモル分率は、液体中では経時的に増加するであろう。
したがって、ラウールの法則によれば、多成分液体溶液のヘッドスペースを真空吸引した場合または伝統的なバブラーもしくは気化器を用いて溶液を気相送達した場合、液体溶液のより揮発性の高い成分は、より揮発性の低い成分と比較して、溶液から優先的に除去されるであろう。これにより、気相送達可能なより揮発性の低い成分の濃度が制限される。たとえば、３０％過酸化水素／水の溶液中にキャリヤーガスをバブリングした場合、わずか約２９５ｐｐｍの過酸化水素が送達されるにすぎず、残りはすべて水蒸気（約２０，０００ｐｐｍ）およびキャリヤーガスであろう。種々の過酸化水素溶液の蒸気圧および蒸気組成の研究については、ｈｔｔｐ：／／ｈｄｌ．ｈａｎｄｌｅ．ｎｅｔ／２０２７／ｍｄｐ．３９０１５００３７０８７８４で利用可能なＨｙｄｒｏｇｅｎ Ｐｅｒｏｘｉｄｅ，Ｗａｌｔｅｒ Ｃ．Ｓｃｈｕｍｂ，Ｃｈａｒｌｅｓ Ｎ．Ｓａｔｔｅｒｆｉｅｌｄ ａｎｄ Ｒａｌｐｈ Ｌ．Ｗｅｎｔｗｏｒｔｈ，Ｒｅｉｎｈｏｌｄ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，１９５５，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋを参照されたい。
多成分液体溶液をプロセスガス源として使用した場合に生じる示差的送達速度は、繰返し可能なプロセス制御の妨げとなる。連続的に変化する混合物に関しては、プロセスレシピを書くことができない。液体源の連続的に変化する成分比の測定制御は、容易には行えず、行えたとしても、プロセスへの組込みにコストがかかりかつ困難を伴う。それに加えて、特定の溶液は、液体源の相対成分比が変化した場合、危険な状態になる。たとえば、水中の過酸化水素は、約７５％超の濃度で爆発性になるので、水性過酸化水素溶液に乾燥ガスをバブリングすることによりまたはそのような溶液の上のヘッドスペースを減圧することにより過酸化水素を送達すると、安全な溶液（たとえば、３０％Ｈ２Ｏ２／Ｈ２Ｏ）を用いても、７５％超の過酸化水素の危険物質に変換される可能性がある。したがって、現在利用可能な送達デバイスおよび送達方法は、多くのマイクロエレクトロニクスアプリケーションおよび他のクリティカルプロセスで制御された量のプロセスガスを一貫して、正確に、かつ安全に送達するには不十分である。
さまざまなアプリケーションおよびプロセスでは、液体溶液としてより典型的に利用可能な化学物質、たとえば、有機および無機の溶媒、無機および有機の酸および塩基、ならびに酸化剤および還元剤に基づく気相プロセスを使用することが有利であろう。そのような化学物質の例としては、過酸化水素、ヒドラジン、またはイソプロパノールが挙げられるが、これらに限定されるものではない。しかしながら、それらの化学物質の気相使用は、とくに、ラウールの法則により、さらには安全性、取扱い性、および純度の問題により、制約を受けてきた。したがって、これらの制約を克服する技術、特定的には、多成分液体源から得られるガス状プロセス化学物質の使用を可能にする技術が必要とされる。
ラウールの法則によれば、液体溶液の蒸気相がキャリヤーガスにより連続的に運び去られる場合、より揮発性の高い成分は、より揮発性の低い成分よりも急速に蒸発し、液体溶液中の成分の動的濃度をもたらすであろう。より揮発性の高い成分の蒸発が続けば、溶液は、より揮発性の低い成分がより濃縮された状態になり、いくつかの場合（たとえば、水性過酸化水素溶液）、これにより、安定な溶液を利用しても、高濃度の危険物質に変換されるおそれがある。これらの制約を克服するために、あらかじめ充填されたキャリヤーガスが多成分液体源の蒸気相と流体接触状態にある方法、システム、およびデバイスを提供する。あらかじめ充填されたキャリヤーガスは、液体源の高揮発性成分を一定量含む。本明細書に提供される方法、システム、およびデバイスを用いれば、液体源の高揮発性成分の濃度は、時間が経過しても実質的に維持される。
本明細書に提供される方法、システム、およびデバイスは、マイクロエレクトロニクスアプリケーションおよび他のクリティカルプロセスにとくに有用である。本方法、システム、およびデバイスは、任意選択で実質的にガス不透過性の膜を利用して、あらかじめ充填されたキャリヤーガス中で多成分液体溶液（たとえば、水性過酸化水素または水性ヒドラジン）から蒸気への低揮発性化合物（たとえば、過酸化水素またはヒドラジン）の安全かつ制御された変換および／または精製を可能にする。特定の実施形態では、低揮発性化合物は、過酸化水素またはヒドラジンである。一般的には、本方法は、（ａ）任意選択で膜により液体源から分離された蒸気相を有する多成分液体源を提供するステップと、（ｂ）あらかじめ充填されたキャリヤーガスと蒸気相とを接触させるステップであって、あらかじめ充填されたキャリヤーガスは、キャリヤーガスと液体源の少なくとも１つの成分とを含むステップ、（ｃ）低揮発性化合物を含むガスストリームをクリティカルなプロセスまたはアプリケーションに送達するステップと、を含む。
本明細書に記載の方法を用いて低揮発性化合物をガスとして送達するためのシステムおよびデバイスもまた、提供される。一般的には、本システムおよびデバイスは、（ａ）任意選択で膜により液体源から分離された蒸気相を有する多成分液体源と、（ｂ）蒸気相と流体接触状態にあるあらかじめ充填されたキャリヤーガス源であって、キャリヤーガスと液体源の少なくとも１つの成分とを含むあらかじめ充填されたキャリヤーガス源、（ｃ）液体源の少なくとも１つの成分を含むガスストリームを送達するための装置と、を含む。好ましい実施形態では、プロセスガス含有ガスストリームを送達するための装置は、マイクロエレクトロニクスアプリケーションまたは他のクリティカルプロセスシステムに直接的または間接的に接続された、蒸気相を含有するヘッドスペースの出口であり、ヘッドスペースから使用されるアプリケーションまたはプロセスへのプロセスガス含有ガスストリームの流動を可能にする。本明細書に記載のシステムおよびデバイスを用いてプロセスガス含有ガスストリームを送達するための方法もまた、提供される。
本明細書に提供される方法、システム、およびデバイスの操作条件、すなわち、あらかじめ充填されたキャリヤーガスの温度および圧力、キャリヤーガスの流量、液体源の濃度、ならびに液体源の温度および圧力を調整することにより、低揮発性化合物（たとえば、過酸化水素またはヒドラジン）をプロセスガスとして正確かつ安全に送達することが可能である。
特定の実施形態では、あらかじめ充填されたキャリヤーガスは、本明細書に提供される方法、システム、およびデバイスで直接的に取得、貯蔵、および使用することが可能である。特定の他の実施形態では、あらかじめ充填されたキャリヤーガスは、キャリヤーガスと液体源の少なくとも１つの成分とから、たとえば、そのような成分をキャリヤーガスに添加するためのデバイスにより、使用場所で発生させることが可能である。例示的なあらかじめ充填されたキャリヤーガスは、キャリヤーガスと、水、アルコール、ケトン、エーテル、有機酸、無機酸、有機溶媒、または無機溶媒と、を含む。好ましいあらかじめ充填されたキャリヤーガスは、窒素キャリヤーガスと、加湿器デバイス、たとえば、膜コンタクター、またはＳａｎ Ｄｉｅｇｏ，ＣＡにあるＲＡＳＩＲＣ，Ｉｎｃ．から入手可能なＲａｉｎＭａｋｅｒ（商標）加湿デバイスと、を接触させることにより発生可能な加湿窒素である。
あらかじめ充填されたキャリヤーガス中の高揮発性成分の量は、典型的には、液体源の適正比を維持するのに十分なものである。近似として、以下の式は、ラウールの法則に従う理想溶液に対してあらかじめ充填された成分の分圧を示す。
Ｐ（ｐｒｅｌｏａｄａ）＝Ｐ’ａ−（ｘａ／ｘｂ）Ｐ’ｂ
Ｐ（ｐｒｅｌｏａｄａ）＝Ｐａｘａ−ｘａＰｂ
Ｐ（ｐｒｅｌｏａｄａ）＝ｘａ（Ｐａ−Ｐｂ）
式中、Ｐ（ｐｒｅｌｏａｄａ）は、あらかじめ充填されたキャリヤー中のあらかじめ充填された成分（Ａ）の分圧であり、Ｐ’ａは、蒸気相中の高揮発性成分Ａの分圧であり、Ｐ’ｂは、蒸気相中のより揮発性の低い成分Ｂの分圧であり、Ｐａは、成分Ａの純溶液の蒸気圧であり、Ｐｂは、成分Ｂの純溶液の蒸気圧であり、かつｘａおよびｘｂは、液体源中の成分ＡおよびＢの相対モル分率である。典型的には、ラウールの法則は理想化近似であり、かつほとんどの溶液は非理想状態であるので、あらかじめ充填された成分の量は、実験的に決定する必要があろう。しかしながら、この式で提供された近似は、典型的には、有用な出発点を提供する。
特定の実施形態では、とくに液体源を区画内に封入した場合、液体源の蒸気相は、「ヘッドスペース」として記載されうる。特定の実施形態では、ヘッドスペースは、液体源に隣接して位置する空間であってもよく、実質的にガス不透過性の膜により液体源から分離されていてもよい。液体源と、実質的にガス不透過性の膜により分離されたヘッドスペースと、を有する実施形態では、ヘッドスペースは、液体源の任意の側の上方、下方、もしくは表面上に位置していてもよく、またはヘッドスペースは、液体源を取り囲んでいても、それに取り囲まれていてもよい。たとえば、ヘッドスペースは、液体源を貫通する実質的にガス不透過性のチューブ（たとえば、膜ルーメン）の内側の空間であってもよく、または液体源は、チューブの外側を取り囲むヘッドスペースを有する実質的にガス不透過性のチューブ（たとえば、膜ルーメン）の内側に位置していてもよい。
例示的な多成分溶液は、有機または無機の溶媒を含有する溶液、無機酸、無機塩基、または酸化剤もしくは還元剤の水またはアルコール含有溶液、水性Ｈ２Ｏ２溶液、水−イソプロパノール溶液などの水−アルコール溶液、Ｈ２Ｏ２／Ｈ２Ｏ／イソプロパノール溶液、および水性ヒドラジン溶液である。以上で考察したように、この溶液の組成は、動的でありうる。また、ラウールの法則によれば、より揮発性の高い成分を補充しない場合、低揮発性化合物の濃度は、経時的に増加しうる。好ましい実施形態では、液体源は、水性Ｈ２Ｏ２溶液、とくに３０％Ｈ２Ｏ２水性溶液を含む。他の好ましい実施形態では、液体源は、水性ヒドラジン溶液、とくに６４％ヒドラジン水性溶液を含む。水性溶液は、本明細書に開示された方法、システム、およびデバイスで通常使用される液体源であるが、適用可能な多成分液体溶液の選択は、そのように限定されるものではない。適切な多成分液体溶液の選択は、特定のアプリケーションまたはプロセスの要件により決定されるであろう。
特定の実施形態では、本明細書に提供される方法、システム、およびデバイスは、さまざまな膜を利用しうる。膜は、好ましくは、低揮発性化合物（たとえば、過酸化水素またはヒドラジン）に対して透過性であり、特定的には、実質的にガス不透過性の膜、たとえば、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）膜などの過フッ素化イオン交換膜である。この方式では、低揮発性化合物は、膜を通過して膜の反対側のガスストリーム内に導入されるので、種々のマイクロエレクトロニクスアプリケーションおよび他のクリティカルプロセスで使用可能な低揮発性化合物を含むガスストリームが提供される。好ましい実施形態では、膜は、低揮発性化合物（たとえば、過酸化水素またはヒドラジン）に対して高い透過性を有する実質的にガス不透過性の膜であり、比較的より揮発性の高い溶媒（たとえば、水）に対してもまた、それほどでもないが透過性である。したがって、水は、膜を通って液体源からキャリヤーガスに移動しうる。一方、付随的に、あらかじめ充填されたキャリヤーガスの水は、膜を通って液体源に移動しうる。膜は、液体源とあらかじめ充填されたキャリヤーガスとの間の濃度勾配を分離する透過性障壁としても作用しうる。特定の実施形態では、そのような選択透過性膜は、得られるガスストリーム中の低揮発性化合物の濃度を増幅しうる。すなわち、低揮発性化合物（たとえば、過酸化水素またはヒドラジン）の濃度は、膜の不在下で液体源の蒸気相から直接得られる濃度を上回る。
本明細書に提供される方法、システム、およびデバイスは、たとえば、ガスストリームから成分を選択的または非選択的に除去するデバイスを用いて、プロセスガス含有ガスストリームから１つ以上の成分を除去して精製されたプロセスガス含有ガスストリームを生成することをさらに含みうる。好ましいデバイスは、プロセスガス含有ガスストリーム中の反応性プロセスガスの量が比較的影響を受けないようにしながら、プロセスガス含有ガスストリームから非反応性プロセスガスを実質的に除去するデバイスであろう。たとえば、本発明の一態様によれば、デバイスは、ヘッドスペースの下流に位置する除湿器をさらに含みうる。そのようなデバイスに除湿器を追加することにより、プロセスガス含有ストリームから水を除去することが可能である。たとえば、あらかじめ加湿されたキャリヤーガスと水性過酸化水素溶液の蒸気相とを接触させて、過酸化水素と水とを含有するキャリヤーガスを提供する場合、ヘッドスペースの下流の除湿器により、その過酸化水素含有ガスストリームの水をそれから除去して、実質的に無水の過酸化水素含有ガスストリームを提供しうる。プロセスガス含有ガスストリームから水または他の成分を除去するためのとくに好ましいデバイスは、膜コンタクターである。しかしながら、アプリケーションまたはプロセスの要件を満たす所望の特徴を有する場合、モレキュラーシーブ、活性炭、および他の吸着剤が同様に適用可能でありうる。ガス除去デバイスの好ましい特徴は、比較的影響を受けずに残留成分をプロセスガス含有ガスストリーム中に残留させながら、比較的選択的な方式で特定の成分を除去する能力である。
本明細書に提供されるデバイスは、そこで使用されるガスおよび液体のフローを収容および制御するための種々のコンポーネントをさらに含みうる。たとえば、デバイスは、マスフローコントローラー、バルブ、チェックバルブ、圧力ゲージ、レギュレーター、ロータメーター、およびポンプをさらに含みうる。本明細書に提供されるデバイスは、種々のヒーター、熱電対、ならびに本方法のデバイスおよびステップの種々のコンポーネントの温度を制御する温度コントローラーをさらに含みうる。
本発明のそのほかの目的および利点は、部分的には以下の説明に示され、部分的にはその説明から明らかになるであろう。または、本発明を実施することによりわかるであろう。本発明の目的および利点は、実施形態および特許請求の範囲でとくに指摘された要素および組合せにより理解および達成されるであろう。
以上の一般的な説明および以下の詳細な説明はいずれも、例示的かつ解説的なものにすぎず、本発明を限定するものでないことを理解すべきである。
本明細書に組み込まれてその一部を構成する添付の図面は、本発明のいくつかの実施形態を例示したものであり、記載内容と合わせて本発明の原理を説明する役割を果たす。
図１は、本発明の特定の実施形態を例示するプロセスフロー図である。 図２Ａは、本発明の特定の実施形態に有用な膜アセンブリーの一部を例示する図である。 図２Ｂは、過酸化水素送達アセンブリー（ＨＰＤＡ）などの本発明の特定の実施形態に有用な膜コンタクターアセンブリーを例示する図である。 図３は、本発明の特定の実施形態に係る送達システムのＰ＆ＩＤである。 図４Ａは、ＨＰＤＡなどの本発明の特定の実施形態に有用な膜コンタクターアセンブリーの正面図である。 図４Ｂは、ＨＰＤＡなどの本発明の特定の実施形態に有用な膜コンタクターアセンブリーの断面図である。 図４Ｃは、ＨＰＤＡなどの本発明の特定の実施形態に有用な膜コンタクターアセンブリーの正面斜視図である。 図５は、本発明の特定の実施形態に係る送達システムのＰ＆ＩＤである。 図６は、本発明の特定の実施形態に係る送達システムのＰ＆ＩＤである。 図７は、特定の実施形態に従って約４０℃の３０％Ｈ２Ｏ２水性溶液に対して経時的Ｈ２Ｏ２濃度を示すチャートである。 図８は、異なる流量で３０％Ｈ２Ｏ２水性溶液に対して経時的Ｈ２Ｏ２濃度を示すチャートである。 図９は、異なる流量で５０％Ｈ２Ｏ２溶液に対して経時的Ｈ２Ｏ２濃度を示すチャートである。 図１０は、ガスストリーム中のＨ２Ｏ濃度の変化、すなわち、ガスストリームがＨＰＤＡを通過する前および通過した後に測定されたＨ２Ｏ濃度の差に対して、加湿器の下流かつＨＰＤＡの上流で測定された相対湿度をプロットして示されたチャートである。
本明細書で用いられる「プロセスガス」という用語は、広義の用語であり、当業者にはその通常の慣用的な意味が与えられるべきであり（かつ特別な意味やカスタマイズされた意味に限定すべきではなく）、限定されるものではないが、アプリケーションまたはプロセス、たとえば、マイクロエレクトロニクスの製造または処理および他のクリティカルプロセスにおけるステップで使用されるガスを意味する。例示的プロセスガスは、無機酸、有機酸、無機塩基、有機塩基、ならびに無機および有機の溶媒である。好ましいプロセスガスは、過酸化水素である。
本明細書で用いられる「反応性プロセスガス」という用語は、広義の用語であり、当業者にはその通常の慣用的な意味が与えられるべきであり（かつ特別な意味やカスタマイズされた意味に限定すべきではなく）、限定されるものではないが、たとえば、表面、液体プロセス化学物質、または他のプロセスガスとの反応により、ガスが利用される特定のアプリケーションまたはプロセスで化学反応するプロセスガスを意味する。
本明細書で用いられる「非反応性プロセスガス」という用語は、広義の用語であり、当業者にはその通常の慣用的な意味が与えられるべきであり（かつ特別な意味やカスタマイズされた意味に限定すべきではなく）、限定されるものではないが、ガスが利用される特定のアプリケーションまたはプロセスで化学反応しないプロセスガスを意味する。ただし、「非反応性プロセスガス」の性質により、特定のアプリケーションまたはプロセスで有用性が提供される。
本明細書で用いられる「キャリヤーガス」という用語は、広義の用語であり、当業者にはその通常の慣用的な意味が与えられるべきであり（かつ特別な意味やカスタマイズされた意味に限定すべきではなく）、限定されるものではないが、典型的には配管トレインであるプロセストレインを介して他のガスを搬送するために使用されるガスを意味する。例示的なキャリヤーガスは、窒素、アルゴン、水素、酸素、ＣＯ２、清浄乾燥空気、ヘリウム、または室温および大気圧で安定な他のガスである。
「あらかじめ充填されたキャリヤーガス」という用語は、液体源の１つ以上の成分を一定量含有するキャリヤーガスを意味する。
本明細書で用いられる「不活性ガス」という用語は、広義の用語であり、当業者にはその通常の慣用的な意味が与えられるべきであり（かつ特別な意味やカスタマイズされた意味に限定すべきではなく）、限定されるものではないが、本明細書に記載の膜を透過できないガスを包含する。
本明細書で用いられ「液体源」という用語は、広義の用語であり、当業者にはその通常の慣用的な意味が与えられるべきであり（かつ特別な意味やカスタマイズされた意味に限定すべきではなく）、限定されるものではないが、アプリケーションまたはプロセスで使用されるガス源、特定的にはプロセスガス源を提供する液体溶液を意味する。
本明細書で用いられる「ヘッドスペース」という用語は、広義の用語であり、当業者にはその通常の慣用的な意味が与えられるべきであり（かつ特別な意味やカスタマイズされた意味に限定すべきではなく）、限定されるものではないが、ヘッドスペース内に含有されるガスの少なくとも一部を提供する液体源と流体接触状態にあるガスの容積を意味する。ヘッドスペースを液体源から分離する透過性または選択透過性の障壁が存在していてもよい。
本明細書で用いられる「実質的にガス不透過性の膜」という用語は、広義の用語であり、当業者にはその通常の慣用的な意味が与えられるべきであり（かつ特別な意味やカスタマイズされた意味に限定すべきではなく）、限定されるものではないが、気相中または液相中に存在しうる他の成分、たとえば、水または過酸化水素に対しては比較的透過性であるが、水素、窒素、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素、硫化水素、炭化水素（たとえば、エチレン）、揮発性の酸および塩基、難分解性化合物、および揮発性有機化合物（ただし、これらに限定されるものではない）などの他のガスに対しては比較的不浸透性である膜を意味する。
本明細書で用いられる「イオン交換膜」という用語は、広義の用語であり、当業者にはその通常の慣用的な意味が与えられるべきであり（かつ特別な意味やカスタマイズされた意味に限定すべきではなく）、限定されるものではないが、イオンに結合可能なまたは膜と外部物質との間でイオン交換可能な化学基を含む膜を意味する。そのような化学基としては、スルホン酸、カルボン酸、リン酸、ホスフィン酸、スルファミド、スルホニルイミド、ヒ素基、セレン基、フェノール基、およびそれらの塩が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
キャリヤーガスを用いて低揮発性プロセスガスを送達することが可能な本明細書に提供される方法、システム、およびデバイスの実施形態は、図１〜１０を参照することにより示される。
図１は、本発明に係る方法、システム、およびデバイスの特定の実施形態を例示するプロセスフロー図を示している。図１に示されるように、成分Ａがあらかじめ充填されたキャリヤーガスをデバイスまたはシステムに導入することが可能である。加湿器、化学気化器、または他の同様なデバイスを利用して、キャリヤーガスに成分Ａ（たとえば水蒸気）をあらかじめ充填することが可能である。次いで、Ａがあらかじめ充填されたキャリヤーガスを、成分Ａと成分Ｂ（たとえばＨ２Ｏ２）とを含有する膜コンタクターに貫流させることが可能である。膜コンタクターから排出されたキャリヤーガスは、成分Ａと成分Ｂとを含有することが可能であり、これは、プロセスガスとして提供することが可能である。任意選択で、膜コンタクターから排出された成分Ａと成分Ｂとを含有するキャリヤーガスを、成分Ａの少なくとも一部を除去するように構成された分離器（たとえば乾燥器）に供給することが可能である。次いで、成分Ｂと低減された量のＡとを含有するキャリヤーガスをプロセスガスとして提供することが可能である。
図２Ａおよび２Ｂは、膜コンタクターアセンブリー２００（たとえば、過酸化水素送達アセンブリー）および本明細書に提供されるように使用可能な膜コンタクターアセンブリーの一部を形成する膜アセンブリー２１０の一実施形態の異なる図を示している。図２Ａは、複数の膜２２０、たとえば、５Ｒ ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）膜を含む膜アセンブリー２１０を示しており、これは、ルーメンとして構成することが可能である。図２Ａに示されるように、ルーメン内に構成された膜２２０は、コレクタープレート２３０内の複数の孔を介してコレクタープレート２３０に挿入される。膜アセンブリー２１０はまた、コレクタープレート２３０に挿入される複数のポリテトラフルオロエチレネン（ＰＴＦＥ）ロッド２４０を含む。図２Ｂに示されるように、膜コンタクターアセンブリー２００の一部として、膜アセンブリー２１０は、コレクタープレート２３０間にまたがる膜ルーメン２２０を含む。膜コンタクターアセンブリー２００はさらに、膜アセンブリー２１０の各端にエンドキャップ２５０を含む。エンドキャップ２５０はさらに、たとえば、膜コンタクターアセンブリーの充填、排出、清浄化、または再充填を行うために、膜コンタクターアセンブリー２００の内部に到達できるようにチューブを装備可能なブランチ２６０を含む。
図３を参照することにより、本明細書に提供される方法、システム、およびデバイスの一態様に係る一実施形態を以下に説明する。図３に示されるように、送達デバイス３００は、加湿器３１０、膜コンタクター３２０、および乾燥器３３０を含むことが可能である。キャリヤーガス３０１（たとえば窒素）は、膜コンタクター３２０内のヘッドスペースを貫流することが可能である。窒素キャリヤーガス３０１の流量を制御するために（典型的には１ｓｌｍに設定可能）、マスフローコントローラー（ＭＦＣ）３４１を使用することが可能である。マスフローコントローラー（ＭＦＣ）３４２は、希釈ガス３０２（たとえば窒素）の流量を制御することが可能である。望ましくない場合、バルブ３４３により希釈ラインを切り離すことが可能である。ＭＦＣ３４１およびＭＦＣ３４２の両方の下流にチェックバルブ３４４、３４５を配置して、たとえば、プロセスガス（たとえば、Ｈ２ＯおよびＨ２Ｏ２）への暴露から、それらを保護することが可能である。ＭＦＣ３４１とチェックバルブ３４４との間に圧力ゲージ３４６を配置して、マニホールドの圧力が最高圧力（たとえば、特定の型のアナライザー３６０では５ｐｓｉｇ）を超えないことを保証することが可能である。
前進圧力レギュレーター３４７を用いてキャリヤーガスの圧力を維持することが可能であり、典型的には、１５ｐｓｉｇに設定される。キャリヤーガスは、加湿器３１０を貫流して、水蒸気または多成分溶液の他のより揮発性の高い成分（すなわち、図１を参照することにより以上に説明された成分Ａ）があらかじめ充填された状態になることが可能である。熱電対３５０により、加湿器３１０に入る前のキャリヤーガスの温度を測定することが可能である。熱電対３５１により加湿器３１０内の液体の温度を測定することが可能である。加湿器３１０から出た後、キャリヤーガスは、膜コンタクターアセンブリー３２０に入ることが可能であり、ここで、低揮発性成分（図１を参照することにより以上に説明された成分Ｂ）たとえば過酸化水素を多成分溶液からキャリヤーガスに添加することが可能である。熱電対３５２により膜コンタクターアセンブリー３２０内の多成分溶液の温度を測定することが可能である。任意選択で、ガスストリームからＨ２Ｏまたは他のより揮発性の高い成分を除去するために、キャリヤーガスは、膜コンタクターアセンブリー３２０から出た後、乾燥器３３０を貫流することが可能である。存在する場合、乾燥器３３０は、より揮発性の高い成分（すなわち成分Ａ）の相対濃度を低下させることにより低揮発性成分（すなわち成分Ｂ）の相対濃度を上昇させるように構成することが可能である。熱電対３５３により、任意選択でアナライザー３６０に入る前のキャリヤーガスの温度を測定することが可能である。分析した後、残留ガスを湿度トランスミッター３５４に送って、それをベントする前の相対湿度（ＲＨ）および温度を測定することが可能である。
図３に示されるように、送達デバイス３００の特定のセクションにヒーターテープ３７０を配置することが可能である。Ｗａｔｌｏｗコントローラーを用いて、２つの個別のゾーン、すなわち、膜アセンブリーおよび残りのチューブで、送達デバイス３００を制御することが可能である。ヒュームフードの内側に全デバイスを設置することが可能である。
図４Ａ、４Ｂ、および４Ｃは、特定の実施形態に係る膜コンタクターアセンブリー４００を示している。膜コンタクターアセンブリー４００は、シェルハウジング４２０内の膜アセンブリー４１０と、シェルハウジング４２０に結合するように構成されたエンドキャップ４３０と、を含む。膜アセンブリー４１０は、複数の膜ルーメン４４０を含む。膜ルーメンは、過フッ素化スルホン酸膜、たとえば、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）膜から構築することが可能である。
膜コンタクターアセンブリー４００は、過酸化水素送達アセンブリー（ＨＰＤＡ）として動作するように構成することが可能である。ＨＰＤＡは、膜、たとえば、実質的にガス不透過性の膜により過酸化水素含有溶液から分離されたヘッドスペースを有する過酸化水素含有溶液の容器を提供することが可能である。
図５は、多成分液体溶液（たとえば、水性過酸化水素溶液）の低揮発性成分（たとえば、過酸化水素）を送達するための送達システム５００のＰ＆ＩＤを示している。過酸化水素送達システム（ＨＰＤＳ）として構成した場合、送達システム５００は、ＨＰＤＡ５０８（たとえば膜）と流体連通状態で加湿器５０２を含むことが可能である。そのような構成では、送達システム５００は、ガスチューブ５０１を介して加湿器５０２内にキャリヤーガス５５０を収容するように構成することが可能である。キャリヤーガス５５０は、加湿器５０２内の複数の膜５４１に流入することが可能である。
それに加えて、加湿器５０２は、水チューブ５３１を介して水源５３０（たとえばＤＩ水）を加湿器５０２内の水／蒸気チャンバー５４０に収容するように構成することが可能である。加湿器５０２は、膜５４１を貫流するキャリヤーガス５５０の湿分含有率を増加させるように構成することが可能である。加湿器５０２を出るあらかじめ充填／加湿されたキャリヤーガスの湿分濃度は、ヒーター５０４および露点プローブ５０３により制御することが可能である。あらかじめ充填／加湿されたキャリヤーガスの湿分濃度は、ヒーター５０４の温度設定値を増加または減少させることにより、設定値に合うように増加または減少させることが可能である。
あらかじめ充填／加湿されたキャリヤーガスは、加湿器５０２から出てガスチューブ５０５内に入ることが可能である。キャリヤーガスの温度は、ヒーター５０６を用いてガスチューブ５０５を加熱することにより、露点超に維持することが可能であり、また、温度は、熱電対５０７を用いて測定および制御することが可能である。あらかじめ充填／加湿されたキャリヤーガスからの水蒸気の凝縮を制限するために、ヒーター５０６の温度設定値をヒーター５０４の温度設定値よりも大きくすることが可能である。
次いで、あらかじめ充填／加湿されたキャリヤーガスは、ＨＰＤＡでありうる膜コンタクターアセンブリー５０８に流入することが可能である。膜コンタクターアセンブリー５０８は、複数の膜ルーメン５４３と、膜コンタクターアセンブリー５０８のシェル内に含有された多成分溶液５４２（たとえば、水性過酸化水素溶液）と、を含むことが可能である。あらかじめ充填／加湿されたキャリヤーガスは、膜ルーメン５４３に流入することが可能であり、そこで、膜ルーメン５４３を介して多成分溶液５４２が揮発される。あらかじめ充填／加湿されたキャリヤーガスに入る多成分溶液からの蒸気の濃度は、熱調整を介して制御することが可能である。多成分溶液の温度は、ヒーター５０９を用いて制御することが可能であり、また、多成分溶液の温度は、熱電対５１０を用いて測定することが可能である。蒸気相中の多成分溶液の成分の濃度は、ヒーター５０９の設定値を増加または減少させることにより、設定値に合うように増加または減少させることが可能である。
ガスチューブ５１１を介して膜コンタクターアセンブリー５０８を出るキャリヤーガスは、蒸気相中に多成分溶液の両方の成分を含有する。そのキャリヤーガスの温度は、ヒーター５１２および熱電対５１４を用いて制御することが可能である。ガスチューブ５１１の周りにヒーター５１２を巻き付けることが可能である。そのキャリヤーガス（所望の低揮発性成分を含有する）は、出口５１５を貫通してプロセスに送達することが可能である。
加湿器５０２内の水レベルは、自動充填を介して維持することが可能である。加湿器５０２内の水が蒸気に変換されてキャリヤーガス５５０内に入ると、水レベルは低下しうる。水レベルレグ５３３上に位置する充填センサー５３４により感知される設定レベル未満にレベルが低下した場合、バルブ５３２を開放して加湿器５０２に水を流入することが可能である。加湿器５０２内の水レベルは、充填センサー５３４により感知される設定レベルまで上昇させることが可能である。水レベルが充填センサー５３４の設定レベルに達した時、バルブ５３２を閉じることが可能である。
膜コンタクターアセンブリー５０８内に含有される多成分溶液５４２は、充填チューブ５１５を介して充填および補充することが可能であり、これにより、膜コンタクターアセンブリー５０８さらにはリザーバー５１６に充填される。これは、加湿器５０２と同様に自動で達成することが可能である。リザーバー５１６は、より長い時間にわたり膜コンタクター５０８内の多成分溶液５４２のレベルを維持する目的に役立ちうる。
送達システム５００（たとえばＨＰＤＳ）は、４つの温度制御ゾーン、すなわち、第１のゾーン５２１、第２のゾーン５２２、第３のゾーン５２３、および第４のゾーン５２４に分離することが可能である。キャリヤーガスは、送達システム５００および第１のゾーン５２１を出発してから第２のゾーン５２２、第３のゾーン５３３に流入して第４のゾーン５３４で終了する対応する温度ゾーンを貫流することが可能であり、その後、排出される。キャリヤーガスからの蒸気の凝縮の可能性を制限するために、第１のゾーン５２１は、最低温度を有することが可能であり、第２のゾーン５２２は、第１のゾーン５２１よりも大きい設定値を有することが可能であり、第３のゾーン５２３は、第２のゾーン５２２よりも大きい設定値を有することが可能であり、かつ第４のゾーン５２４は、最高温度設定値を有することが可能である。
図６は、本明細書に提供される方法、システム、およびデバイスに従って多成分溶液の低揮発性成分（たとえば過酸化水素）の蒸気を送達するために使用可能な送達・監視システム６００のＰ＆ＩＤを示している。送達・監視システム６００は、以上に記載の送達システム５００（たとえばＨＰＤＳ）を接続するように構成することが可能である。
送達システム６００は、マスフローコントローラー（ＭＦＣ）６２０を介してキャリヤーガス６１０（たとえば窒素ガス）を収容するように構成することが可能である。ＭＦＣ６２０は、送達システム５００内へのキャリヤーガス６１０の流量を制御するために使用することが可能である。
ＭＦＣ６３０は、送達システム５００をバイパスするように構成することが可能なキャリヤー希釈ガス６４０の流量を制御するように構成することが可能である。望ましい場合、バルブ６３１を用いて希釈ラインを切り離すことが可能である。ＭＦＣ６２０およびＭＦＣ６３０の下流に一対のチェックバルブ６３２、６３３を配置して、たとえば、プロセスガス（たとえば、Ｈ２ＯまたはＨ２Ｏ２）への暴露の可能性から、それらを保護することが可能である。圧力ゲージ６３４は、ＭＦＣ６２０との間に配置することが可能である。
キャリヤーガス６１０圧力の圧力は、前進圧力レギュレーター６３５を用いて維持することが可能である。熱電対６３６により、送達システム５００に入る前のキャリヤーガス６１０の温度を測定することが可能である。送達システム５００内では、以上に記載したように、多成分溶液の蒸気相をキャリヤーガス６１０に導入することが可能である。熱電対６３７により、アナライザー６６０を通り過ぎる前のキャリヤーガス６１０の温度を測定することが可能である。圧力トランスミッター６３８により、アナライザー６６０を通り過ぎる前のキャリヤーガス６１０の圧力を測定することが可能である。熱電対６３９により、キャリヤー希釈ガス６４０の温度を測定することが可能である。圧力ゲージ６４１により、ＭＦＣ６３０を通り抜ける前のキャリヤー希釈ガス６４０の圧力を測定することが可能である。バルブ６１１により、キャリヤーガス６１０の供給を切り離すことが可能である。
マニホールド６００は、給水６７０（たとえば脱イオン水）を送達システム５００内に収容するように構成することが可能である。給水６７０圧力の圧力は、前進圧力レギュレーター６７１を用いて維持することが可能である。圧力ゲージ６７２により、送達システム５００に入る前の給水６７０の圧力を測定することが可能である。バルブ６７３により、送達システム５００から給水６７０を切り離すことが可能であり、また、バルブ６７４により、前進圧力レギュレーター６７１から給水６７０を切り離すことが可能である。
マニホールド６００は、送達システム５００内の多成分溶液の濃度を測定するように構成された濃度アナライザー６９０をさらに含むことが可能である。
本発明の特定の実施形態に係る以下の方法では、以上に記載のマニホールド６００を利用した。以下の方法では、約４０℃の温度で約３０％〜約５０％（ｗ／ｗ）の濃度を有する水性過酸化水素溶液を使用した。膜コンタクターアセンブリー４００のようなＨＰＤＡを利用したＨＰＤＳとして、送達システム５００を構成した。ＨＰＤＡのハウジングおよびエンドキャップは、ＰＴＦＥであった。
本発明の特定の実施形態に係る一方法では、３０％Ｈ２Ｏ２水性溶液を用いて約４０℃の温度で操作しながら、ＨＰＤＳ５００をモニターした。比較のために、あらかじめ加湿された窒素キャリヤーガスを一定時間にわたり用いておよび乾燥窒素キャリヤーガスを一定時間にわたり用いて、ＨＰＤＳを操作した。ラウールの法則によれば、Ｈ２Ｏ２蒸気の濃度は、設定値であった４９０ｐｐｍであると予想された。この手順から収集されたデータは、図７に示される。図７に示されるように、あらかじめ加湿された窒素キャリヤーガスをＨＰＤＳ５００と共に使用した場合、Ｈ２Ｏ２濃度は、約３時間後にほぼ設定値に達するまで増加した。そのＨ２Ｏ２濃度は、少なくとも１１時間維持された。その時、手順を終了した。Ｈ２Ｏ２濃度が安定でないことを示す徴候も、より長い時間にわたり維持できないことを示す徴候も、存在しなかった。これとは対照的に、乾燥窒素キャリヤーガスをＨＰＤＳ５００と共に使用した場合、Ｈ２Ｏ２濃度は、増加して約１時間以内に設定値を超え、その後、１４時間の試験継続時間全体にわたり連続的に増加した。
本発明の特定の実施形態に係る他の方法では、３０％Ｈ２Ｏ２水性溶液およびあらかじめ加湿された窒素キャリヤーガスを用いて異なる濃度設定値および異なる流量で操作しながら、ＨＰＤＳ５００をモニターした。３３０ｐｐｍおよび１６００ｐｐｍの濃度設定値ならびに０．５ｓｌｍおよび１０ｓｌｍの両方の設定値の流量で、ＨＰＤＳをモニターした。この手順の間に収集されたデータは、図８に示される。図８に示されるように、４つのすべてのシナリオで、Ｈ２Ｏ２蒸気濃度は、初期開始後、実質的に維持された。約４．５時間後、手順を終了した。Ｈ２Ｏ２濃度が安定でないことを示す徴候も、より長い時間にわたり維持できないことを示す徴候も、存在しなかった。
本発明の特定の実施形態に係る他の方法では、あらかじめ加湿された窒素キャリヤーガスを１０ｓｌｍの流量でＨＰＤＳに貫流しながら、５０％Ｈ２Ｏ２水性溶液を含有するＨＰＤＳ５００をモニターした。３つの異なるＨ２Ｏ２蒸気濃度設定値、すなわち、８５７ｐｐｍ、１９００ｐｐｍ、および３０００ｐｐｍで、ＨＰＤＳをモニターした。この手順の間に収集されたデータは、図９に示される。図９に示されるように、より高い濃度および高流量でさえも、ＨＰＤＳは、Ｈ２Ｏ２濃度を各設定値に維持することが可能であった。
以上で考察したように、あらかじめ充填されたキャリヤーガス中に存在すべき高揮発性成分（たとえば水）の量は、ラウールの法則に基づいてＰ（ｐｒｅｌｏａｄａ）＝ｘａ（Ｐａ−Ｐｂ）として近似されうる。しかしながら、この近似は、理想化ラウールの法則に基づき、しかも、ほとんどの溶液は、非理想状態である。実際の多成分溶液の非理想挙動に対する補正係数を適用することが可能である。特定の実施形態では、特定のプロセスに必要とされるあらかじめ充填されたキャリヤーガス中の高揮発性成分の量をあらかじめ決定することにより、加湿器および膜コンタクターアセンブリーに対する近似設定値を計算することが有利であろう。
たとえば、ＨＰＤＡを通り抜けた後のあらかじめ充填／加湿されたキャリヤーガスの水の濃度変化と、あらかじめ充填／加湿されたキャリヤーガスの相対湿度と、の比較は、データを参照することにより図１０に示される。図３の送達システムに相対湿度プローブを追加することにより、データを取得した。コンポーネント３３０を除去して、キャリヤーガスを加湿器３１０に直接移送した。相対湿度プローブは、加湿器３１０のすぐ下流に追加した。次いで、ＨＰＤＡとして構成された膜コンタクターアセンブリー３２０の後、Ｈ２Ｏ２および水の量を測定した。ＨＰＤＡ３２０の前および後の水およびＨ２Ｏ２の差を用いて、加湿器３１０およびＨＰＤＡ３２０に対する温度設定値を調整した。図５の類似の項目を参照して、露点プローブ５０３および熱電対５１０を介してヒーター５０４および５０９の温度設定値を調整することにより、加湿器およびＨＰＤＡの温度設定値の変化を達成することが可能である。実験で収集されたデータを用いることにより、特定のデバイスの校正のために、必要とされる厳密な温度設定値および前負荷露点を収集および記憶することが可能である。
図１０は、ＨＰＤＡに入るあらかじめ充填／加湿されたキャリヤーガスの相対湿度に対してＨＰＤＡ膜を通る水蒸気のフラックスをプロットしたものである。あらかじめ充填／加湿されたキャリヤーガスの水濃度を０％ＲＨから１１０％ＲＨまで増加させると、ＨＰＤＡ膜を通る水のフラックスは減少する。この例では、０％ＲＨ〜約７５％ＲＨで、水はＨＰＤＡから除去された。すなわち、そのフラックスはプラスであった。この例では、約７５％ＲＨを超えると、あらかじめ充填／加湿されたキャリヤーガスからＨＰＤＡに水が添加され、膜から過酸化水素水性溶液中に入り、それにより、溶液の濃度が希釈される。
このようにして、本発明の特定の実施形態に係る方法、システム、およびデバイスを、あらかじめ決定された設定値に合うように自動調整することが可能である。前負荷化学物質および多成分液体源の温度設定値が初期に不適正である場合、あらかじめ充填されたキャリヤーガスの高揮発性成分を吸収して多成分溶液を希釈することにより、または高揮発性成分をキャリヤーガスに添加して多成分溶液を濃縮することにより、多成分液体源の濃度は、温度依存的濃度設定値に自動調整されるであろう。
本明細書を考慮に入れて本明細書に開示された本発明を実施すれば、本発明の他の実施形態が当業者に明らかになるであろう。本明細書および実施例は、単に例示的なものとみなされ、本発明の真の範囲および精神は、以下の特許請求の範囲により規定されるものとする。

Claims (33)

  1. （ａ）多成分液体源の蒸気相を提供するステップと、
    （ｂ）あらかじめ充填されたキャリヤーガスと前記蒸気相とを接触させるステップであって、前記あらかじめ充填されたキャリヤーガスは、キャリヤーガスと前記多成分液体源の少なくとも１つの成分とを含むステップと、
    （ｃ）前記液体源の少なくとも１つの成分を含むガスストリームをクリティカルなプロセスまたはアプリケーションに送達するステップであって、前記キャリヤーガス中の前記成分の量は、前記多成分液体源の成分比を比較的一定に維持するのに十分なものであるステップ、
    を含むことを特徴とする方法。
  2. 請求項１に記載の方法において、前記あらかじめ充填されたキャリヤーガスが、水蒸気を含む不活性ガスであり、かつ前記多成分液体源が水を含むことを特徴とする方法。
  3. 請求項１に記載の方法において、前記多成分液体源が、水と、無機酸、有機酸、無機塩基、有機塩基、有機アミン、酸化剤、還元剤、過酸化水素、ヒドラジン、およびイソプロパノールからなる群から選択される他の成分と、を含むことを特徴とする方法。
  4. 請求項１に記載の方法において、前記あらかじめ充填されたキャリヤーガスが、キャリヤーガスと、水、アルコール、ケトン、エーテル、有機酸、無機酸、有機溶媒、および無機溶媒からなる群から選択される成分と、を含むことを特徴とする方法。
  5. 請求項１に記載の方法において、ガスストリームから液体源の少なくとも１つの成分を除去するための方法をさらに含み、前記方法が前記蒸気相の下流に位置することを特徴とする方法。
  6. 請求項５に記載の方法において、前記ガスストリームから除去される前記成分が水であり、かつ前記成分を除去する方法が膜コンタクター乾燥器を使用することを特徴とする方法。
  7. 請求項１に記載の方法において、前記多成分液体源が二成分混合物であることを特徴とする方法。
  8. 請求項７に記載の方法において、前記二成分が水および過酸化水素であることを特徴とする方法。
  9. 請求項７に記載の方法において、前記二成分が水およびヒドラジンであることを特徴とする方法。
  10. 請求項１に記載の方法において、前記液体源の成分の少なくとも１つが反応性プロセスガスであることを特徴とする方法。
  11. 請求項１に記載の方法において、前記キャリヤーガスが、窒素、アルゴン、水素、酸素、ＣＯ２、清浄乾燥空気、ヘリウム、または室温および大気圧で安定な他のガスを含むことを特徴とする方法。
  12. 請求項１に記載の方法において、前記蒸気相および前記液体源が実質的にガス不透過性の膜により分離されることを特徴とする方法。
  13. 請求項１２に記載の方法において、前記実質的にガス不透過性の膜がフッ素化イオン交換膜を含むことを特徴とする方法。
  14. 請求項１に記載の方法において、次のパラメーター、すなわち、（ａ）前記液体源の温度、（ｂ）前記液体源の圧力、（ｃ）前記液体源の濃度、（ｄ）前記キャリヤーガスの温度、（ｅ）前記キャリヤーガスの圧力または真空、（ｆ）前記膜の表面積、および（ｇ）前記キャリヤーガスの流量の少なくとも１つを変化させることにより、前記蒸気相の少なくとも１つの成分の濃度を変化させるステップをさらに含むことを特徴とする方法。
  15. 請求項１に記載の方法において、前記液体源の濃度が、前記あらかじめ充填されたキャリヤーガスの濃度に基づいて調整されることを特徴とする方法。
  16. 請求項１５に記載の方法において、前記調整が、（ａ）前記液体源中への前記あらかじめ充填されたキャリヤーガスの成分の正味の吸収または（ｂ）前記あらかじめ充填されたキャリヤーガス中への前記液体源の成分の正味の除去のいずれかを含むことを特徴とする方法。
  17. （ａ）蒸気相を有する多成分液体源と、
    （ｂ）前記蒸気相と流体接触状態にあるあらかじめ充填されたキャリヤーガス源であって、キャリヤーガスと前記液体源の少なくとも１つの成分とを含むあらかじめ充填されたキャリヤーガス源と、
    （ｃ）前記液体源の少なくとも１つの成分を含むガスストリームを送達するための装置であって、前記あらかじめ充填されたキャリヤーガス中の前記成分の量は、前記多成分液体源の成分比を比較的一定に維持するのに十分なものである装置、
    を含むことを特徴とする化学送達システム。
  18. 請求項１７に記載の化学送達システムにおいて、前記液体源から前記蒸気相を分離する実質的にガス不透過性の膜をさらに含むことを特徴とする化学送達システム。
  19. 請求項１８に記載の化学送達システムにおいて、前記実質的にガス不透過性の膜がフッ素化イオン交換膜を含むことを特徴とする化学送達システム。
  20. 請求項１６に記載の化学送達システムにおいて、前記あらかじめ充填されたキャリヤーガス源が、前記液体源の少なくとも１つの成分をキャリヤーガスに導入するデバイスであることを特徴とする化学送達システム。
  21. 請求項２０に記載の化学送達システムにおいて、前記あらかじめ充填されたキャリヤーガスが水を含み、かつ前記水を前記キャリヤーガスに導入する前記デバイスが膜コンタクター加湿器であることを特徴とする化学送達システム。
  22. 請求項１７に記載の化学送達システムにおいて、前記あらかじめ充填されたキャリヤーガスが、キャリヤーガスと、水、アルコール、ケトン、エーテル、有機酸、無機酸、有機溶媒、および無機溶媒からなる群から選択される少なくとも１つの成分と、を含むことを特徴とする化学送達システム。
  23. 請求項１７に記載の化学送達システムにおいて、ガスストリームから液体源の少なくとも１つ成分を除去するためのデバイスをさらに含み、前記デバイスが前記蒸気相の下流に位置することを特徴とする化学送達システム。
  24. 請求項２３に記載の化学送達システムにおいて、前記ガスストリームから除去される前記成分が水であり、かつ前記成分を除去する前記デバイスが膜コンタクター乾燥器であることを特徴とする化学送達システム。
  25. 請求項１７に記載の化学送達システムにおいて、前記あらかじめ充填されたキャリヤーガスが、水蒸気を含む不活性ガスであり、かつ前記多成分液体溶液が水を含むことを特徴とする化学送達システム。
  26. 請求項１７に記載の化学送達システムにおいて、前記多成分液体溶液が、水と、有機酸、有機塩基、無機酸、無機塩基、酸化剤、還元剤、過酸化水素、ヒドラジン、およびイソプロパノールからなる群から選択される他の成分と、を含むことを特徴とする化学送達システム。
  27. 請求項１７に記載の化学送達システムにおいて、前記あらかじめ充填されたキャリヤーガス中の前記成分の量が、前記多成分液体源の成分比を比較的一定に維持するのに十分なものであることを特徴とする化学送達システム。
  28. 請求項１７に記載の化学送達システムにおいて、前記多成分液体源が二成分混合物であることを特徴とする化学送達システム。
  29. 請求項２８に記載の化学送達システムにおいて、前記二成分が水および過酸化水素であることを特徴とする化学送達システム。
  30. 請求項２８に記載の化学送達システムにおいて、前記二成分が水およびヒドラジンであることを特徴とする化学送達システム。
  31. 請求項１７に記載の化学送達システムにおいて、前記液体源の成分の少なくともの１つが反応性プロセスガスであることを特徴とする化学送達システム。
  32. 請求項１７に記載の化学送達システムにおいて、前記キャリヤーガスが、窒素、アルゴン、水素、酸素、ＣＯ２、清浄乾燥空気、ヘリウム、または室温および大気圧で安定な他のガスを含むことを特徴とする化学送達システム。
  33. 請求項１７に記載の化学送達システムにおいて、次のパラメーター、すなわち、（ａ）前記液体源の温度、（ｂ）前記液体源の圧力、（ｃ）前記液体源の濃度、（ｄ）前記キャリヤーガスの温度、（ｅ）前記キャリヤーガスの圧力または真空、（ｆ）前記膜の表面積、および（ｇ）前記キャリヤーガスの流量の少なくとも１つを変化させることにより、前記蒸気相の少なくとも１つの成分の濃度を変化させることが可能であることを特徴とする化学送達システム。
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