CN112023736A - 气体溶解液供给装置及气体溶解液供给方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种气体溶解液供给装置及气体溶解液供给方法，其中，气体溶解液供给装置在气体溶解部使从气体供给部供给的气体溶解于从液体供给部供给的液体，从而生成气体溶解液，将在气体溶解部生成的气体溶解液储存于气体溶解液箱，从气体溶解液箱向使用点供给气体溶解液，对向使用点供给的气体溶解液中的返回气体溶解部的气体溶解液的流量进行测定，根据测定的结果，对从液体供给部向气体溶解部供给的液体的流量进行调整。

Description

气体溶解液供给装置及气体溶解液供给方法
本申请要求2019年6月4日提交的日本专利申请JP 2019-104150的优先权，并将其全部内容通过引用并入本申请。
技术领域
本发明涉及一种气体溶解液供给装置及气体溶解液供给方法，特别涉及一种节约作为气体溶解液的原料的液体，并使生成的气体溶解液的浓度恒定的技术。
背景技术
近年，半导体设备工厂、液晶等电子部件制造工厂内的制品的清洗随着制造工艺的复杂化、电路图案的微小化而越来越高度化。例如，通过使用被称作“功能水”的特殊的液体(以下也称作“清洗液”)来去除附着于硅晶片的微粒子、金属、有机物等，该液体是在超纯水中溶解了高纯度的气体或高纯度气体与药剂的液体。
另一方面，作为清洗处理方式，从对多个硅晶片同时进行反复浸泡及清洗操作的批量处理方式，变成了大多采用单片处理方式，该单片处理方式是与多品种少量生产的制品相对应地对每一片晶片进行药剂清洗及超纯水清洗。单片处理方式与批量处理方式相比，每一片晶片的清洗工序时间(以下称作“间歇时间”)长，清洗液的使用量多，因此，需要缩短间歇时间及减少清洗液使用量。目前，为了在短时间内有效地清洗及减少清洗液使用量，进行了单独或同时使用多个功能水和药剂，并在短时间内切换清洗工序的高度清洗工艺。
作为功能水，使用了在超纯水中溶解了臭氧气体的臭氧水。臭氧水一般由臭氧水制造装置制造。随着清洗工艺的高度化及复杂化，需要在短时间内向清洗装置供给及停止供给臭氧水。但是，臭氧水制造装置在暂时停止制造臭氧水的情况下，到再次能够供给所需臭氧浓度及所需流量的臭氧水为止需要一定的时间(以下也称作“启动时间”)。因此，为了应对向清洗装置供给臭氧水的需求，始终在臭氧制造装置制造臭氧水，并连续地向清洗装置供给臭氧水。因此，供给了过量的臭氧水，没有被硅晶片的清洗使用的未使用的臭氧水作为排水从清洗装置排出。由于作为用于臭氧水制造的原料水而使用的超纯水的使用量大，因此，在以往提出了削减超纯水的使用量，并将臭氧水供给装置内的循环路径中的臭氧水浓度保持在设定的浓度的臭氧水制造装置。
在以往的臭氧水供给装置中，没有在使用点被使用的臭氧水通过臭氧水回流配管回到循环槽。但是，由于臭氧会自分解，因此会发生循环中的臭氧浓度降低的状况。因此，希望开发一种在臭氧水供给装置中，能够削减超纯水的使用量，并且能够使臭氧浓度稳定化的技术。
发明内容
本发明是鉴于上述技术问题而完成的，目的在于提供一种能够节约作为气体溶解液的原料的液体，并且能够使生成的气体溶解液的浓度稳定化的气体溶解液供给装置。
一实施方式的气体溶解液供给装置具备：气体供给部，该气体供给部供给作为气体溶解液的原料的气体；液体供给部，该液体供给部供给作为所述气体溶解液的原料的液体；气体溶解部，该气体溶解部使从所述气体供给部供给的气体溶解于从所述液体供给部供给的液体，从而生成气体溶解液；气体溶解液箱，该气体溶解液箱储存在所述气体溶解部生成的气体溶解液；供给配管，该供给配管用于从所述气体溶解液箱向使用点供给气体溶解液；回流配管，该回流配管用于使向所述使用点供给的气体溶解液返回所述气体溶解部；流量测定部，该流量测定部设置于所述回流配管，且对返回所述气体溶解部的气体溶解液的流量进行测定；压力调整部，该压力调整部设置于所述回流配管，且使所述供给配管内的压力恒定；以及流量调整部，该流量调整部根据所述流量测定部的测定结果，对从所述液体供给部向所述气体溶解部供给的液体的流量进行调整。
其他方式的气体溶解液供给方法包含：在气体溶解部使从气体供给部供给的气体溶解于从液体供给部供给的液体，从而生成气体溶解液；将在所述气体溶解部生成的气体溶解液储存于气体溶解液箱；从所述气体溶解液箱向使用点供给气体溶解液；对向所述使用点供给的气体溶解液中的返回所述气体溶解部的气体溶解液的流量进行测定；使供给配管内的压力恒定，该供给配管设置于所述回流配管，且用于向使用点供给气体溶解液；以及根据所述测定的结果，对从所述液体供给部向所述气体溶解部供给的液体的流量进行调整。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式中的气体溶解液供给装置的结构的说明图。
图2是表示本发明的实施方式中的气体溶解液供给装置的其他例的结构的说明图。
图3是表示本发明的实施方式中的气体溶解液供给装置的另一例的结构的说明图。
符号说明
1 臭氧水供给装置
2 原料气体供给部
3 放电部(气体供给部)
4 纯水供给部(液体供给部)
5 气体溶解部
6 气液分离箱(气体溶解液箱)
7 纯水流量计
8 纯水流量调整部
9 水位计
10 臭氧气体分解器
11 第一压力调整部
12 泵
13 供给配管
14 回流配管
15 第一流量计(流量测定部)
16 第二流量计(第二流量测定部)
17 压力传感器
18 第二压力调整部
19 温度计(温度测定部)
20 浓度计
21 零点计测配管
22 排水配管
23 第一阀
24 第二阀
25 第三阀
26 第三压力调整部
具体实施方式
以下，对实施方式的气体溶解液供给装置进行说明。此外，以下说明的实施方式表示实施本技术的情况的一例，本技术并不限定于以下说明的具体的结构。在实施本技术时，可以根据实施方式适当地采用具体的结构。
一实施方式的气体溶解液供给装置具备：气体供给部，该气体供给部供给作为气体溶解液的原料的气体；液体供给部，该液体供给部供给作为所述气体溶解液的原料的液体；气体溶解部，该气体溶解部使从所述气体供给部供给的气体溶解到从所述液体供给部供给的液体，从而生成气体溶解液；气体溶解液箱，该气体溶解液箱存储在所述气体溶解部生成的气体溶解液；供给配管，该供给配管用于从所述气体溶解液箱向使用点供给气体溶解液；回流配管，该回流配管用于使向所述使用点供给的气体溶解液返回所述气体溶解部；流量测定部，该流量测定部设置于所述回流配管，且对返回所述气体溶解部的气体溶解液的流量进行测定；压力调整部，该压力调整部设置于所述回流配管，且使所述供给配管内的压力恒定；以及流量调整部，该流量调整部根据所述流量测定部的测定结果，对从所述液体供给部向所述气体溶解部供给的液体的流量进行调整。
根据该结构，通过在气体溶解部使气体(从气体供给部供给的气体)溶解到液体(从液体供给部供给的液体)，生成气体溶解液并储存于气体溶解液箱。测定从气体溶解液箱向使用点供给的气体溶解液中的从回流配管返回气体溶解部的气体溶解液的流量，通过设置于回流配管的压力调整部，能够使向使用点的供给配管内的压力恒定。另外，根据测定结果对从液体供给部向气体溶解部供给的液体的流量进行调整。由此，能够节约向气体溶解部供给的液体。
其中，当使向气体溶解部供给的液体的流量(从液体供给部供给的液体的流量与从回流配管返回气体溶解部的气体溶解液的流量合在一起的总流量)恒定时，通过使向气体溶解部供给的气体的流量恒定，能够使气液的接触时间恒定，并能够使气体的溶解效率恒定，因此，通过从液体供给部供给的液体的流量，能够仅控制产生臭氧气体浓度，从而容易地使生成的气体溶解液的浓度恒定。
另外，在一实施方式的气体溶解液供给装置中，也可以是，在所述供给配管设置有泵，该泵用于从所述气体溶解液箱向所述使用点送出气体溶解液，所述泵由空气驱动式的泵构成。
根据该结构，作为用于从气体溶解液箱向使用点送出气体溶解液的泵，由于使用了空气驱动式的泵，因此抑制了泵的温度上升，其结果是，能够抑制气体溶解液的温度上升。由此，抑制了从回流配管返回气体溶解部的气体溶解液的温度上升，因此，能够抑制在气体溶解部的气体的溶解度下降(因温度上升导致气体难以溶解)。作为空气驱动式的泵，例如，能够使用波纹管泵、隔膜泵等。
另外，在一实施方式的气体溶解液供给装置中，也可以是，在所述供给配管设置有第二流量测定部，该第二流量测定部对向所述使用点供给的气体溶解液的流量进行测定，所述流量调整部根据所述流量测定部的测定结果和所述第二流量测定部的测定结果，对从所述液体供给部向所述气体溶解部供给的液体的流量进行调整。
根据该结构，不仅测定从回流配管返回气体溶解部的气体溶解液的流量，还测定从气体溶解液箱向使用点供给的气体溶解液，根据这些测定结果，对从液体供给部向气体溶解部供给的液体的流量进行调整。由此，能够节约向气体溶解部供给的液体。
另外，在一实施方式的气体溶解液供给装置中，也可以是，在所述回流配管设置有温度测定部，该温度测定部对返回所述气体溶解部的气体溶解液的温度进测定。
根据该结构，能够测定从回流配管返回气体溶解部的气体溶解液的温度，因此，把握了从回流配管返回气体溶解部的气体溶解液的温度，从而容易对从回流配管返回气体溶解部的气体溶解液的温度进行控制。由此，能够抑制从回流配管返回气体溶解部的气体溶解液的温度上升，能够抑制在气体溶解部的气体的溶解度下降(因温度上升导致气体难以溶解)。
另外，在一实施方式的气体溶解液供给装置中，也可以是，作为所述气体溶解液的原料的气体是臭氧气体，作为所述气体溶解液的原料的液体是纯水，所述气体溶解液是臭氧水。
根据该结构，能够节约向气体溶解部供给的纯水。进而，能够使生成的臭氧水的浓度(臭氧浓度)恒定。
一实施方式的气体溶解液供给方法包含：在气体溶解部使从气体供给部供给的气体溶解于从液体供给部供给的液体，从而生成气体溶解液；将在所述气体溶解部生成的气体溶解液储存于气体溶解液箱；从所述气体溶解液箱向使用点供给气体溶解液；对向所述使用点供给的气体溶解液中的返回所述气体溶解部的气体溶解液的流量进行测定；以及根据所述测定的结果对从所述液体供给部向所述气体溶解部供给的液体的流量进行调整。
根据该方法，与上述装置相同，能够节约向气体溶解部供给的液体。进而，能够使生成的气体溶解液的浓度恒定。
参照附图，对本实施方式的臭氧水供给装置的结构进行说明。图1是表示本实施方式的臭氧水供给装置的说明图。如图1所示，臭氧水供给装置1具备：原料气体供给部2，该原料气体供给部2供给臭氧气体的原料气体；放电部3，该放电部3从原料气体生成作为臭氧水的原料的臭氧气体；纯水供给部4，该纯水供给部4供给作为臭氧水的原料的纯水；气体溶解部5，该气体溶解部5使从原料气体供给部2供给的气体溶解于从纯水供给部4供给的纯水，从而生成臭氧水；以及气液分离箱6，该气液分离箱6储存在气体溶解部5中生成的臭氧水。
放电部3具备通过放电而从原料气体产生臭氧气体的功能。作为原料气体，使用以氧气为主成分的气体，例如，可以使用氧气与氮气的混合气体、氧气与碳酸气体的混合气体、氧气、氮气和碳酸气体的混合气体、氧气、空气等。另外，原料气体供给部2具备通过对从原料气体供给部2向放电部3供给的原料气体的流量进行调整，从而调整向气体溶解部5供给的臭氧气体的流量的功能。
纯水供给部4具备纯水流量计7和纯水流量调整部8，该纯水流量计7对从纯水供给部4向气体溶解部5供给的纯水的流量进行测定，该纯水流量调整部8对从纯水供给部4向气体溶解部5供给的纯水的流量进行调整。
作为气体溶解部5，例如，能够使用喷射器、吸气器。喷射器、吸气器能够利用文丘里效应(Venturi Effect)使臭氧气体溶解于纯水。在使用喷射器、吸气器的情况下，与使用了中空纤维膜的臭氧溶解罐相比，不需要进行定期更换，溶解率也提高。
气液分离箱6是用于使在气体溶解部5中未能溶解的臭氧气体与臭氧水分离的箱，气液分离箱6的与臭氧水、臭氧气体接触的部分由耐臭氧水、臭氧气体的材料(例如，氟树脂等)构成。并且，气液分离箱6具备水位计9和臭氧气体分解器10，该水位计9对储存于气液分离箱6的臭氧水的水位进行测定，该臭氧气体分解器10将储存于气液分离箱6的臭氧气体(未溶解的臭氧气体)分解为氧气。另外，在臭氧水供给装置1设置有第一压力调整部11，该第一压力调整部11将气液分离箱6内的压力保持为恒定。
另外，臭氧水供给装置1具备：泵12，该泵12用于将储存于气液分离箱6的臭氧水向使用点(半导体制造装置等)送出；供给配管13，该供给配管13用于从气液分离箱6向使用点供给臭氧水；以及回流配管14，该回流配管14用于使向使用点供给的臭氧水循环而返回气体溶解部5。
泵12例如由空气驱动式的泵构成。泵12的与臭氧水、臭氧气体接触的部分由耐臭氧水、臭氧气体的材料(例如，氟树脂等)构成。作为空气驱动式的泵，例如能够使用波纹管泵、隔膜泵等。
在回流配管14设置有第一流量计15，该第一流量计15对返回气体溶解部5的臭氧水的流量进行测定。另外，在供给配管13设置有第二流量计16，该第二流量计16对向使用点供给的臭氧水的流量进行测定。另外，在供给配管13设置有压力传感器17，该压力传感器17对向使用点供给的臭氧水的压力进行测定，在回流配管14设置有第二压力调整部18，该第二压力调整部18将供给配管13与回流配管14内的压力保持为恒定。
第二压力调整部18具备对开度进行调整控制，以使得由压力传感器17测定的臭氧水的压力为恒定的功能。另外，如图2所示，也可以在供给配管13设置第三压力调整部26来调整压力。
纯水流量调整部8根据第一流量计15和第二流量计16的测定结果，对从纯水供给部4向气体溶解部5供给的纯水的流量进行调整。此外，第二流量计16并不是必须的。在没有设置第二流量计16的情况下，纯水流量调整部8根据在使用点的未使用时的第一流量计15的测定结果，对从纯水供给部4向气体溶解部5供给的纯水的流量进行调整。
原料气体供给部2根据向气体溶解部5供给的液体的流量(从纯水供给部4向气体溶解部5供给的纯水的流量与从回流配管14向气体溶解部5供给的臭氧水的流量合在一起的总流量)对臭氧气体的原料气体的流量进行调整，从而对从放电部3向气体溶解部5供给的臭氧气体的流量进行调整。
在回流配管14设置有温度计19，该温度计19对返回气体溶解部5的臭氧水的温度进行测定。此外，该温度计19并不是必须的。另外，在回流配管14设置有浓度计20和零点计测配管21，该浓度计20用于对向气体溶解部5供给的臭氧水的浓度进行计测，该零点计测配管21用于对浓度计20的零点进行计测。
在供给配管13分支设置有排水配管22，该排水配管22用于将向使用点供给的臭氧水的一部分从排水排出。另外，在将纯水供给部4与气体溶解部5连接的配管的纯水供给部4的下游侧设置有第一阀23，在将纯水供给部4与气体溶解部5连接的配管的气体溶解部5的上游侧设置有第二阀24。并且，在回流配管14的第二压力调整部18的下游侧设置有第三阀25。
根据像这样的本实施方式的气体溶解液供给装置，通过在气体溶解部5使臭氧气体溶解于纯水，生成臭氧水并将臭氧水储存于气液分离箱6。对从气液分离箱6向使用点供给的臭氧水中的从回流配管14返回气体溶解部5的臭氧水的流量进测定，根据测定结果对从液体供给部向气体溶解部5供给的纯水的流量进行调整。由此，能够节约向气体溶解部5供给的纯水。
在本实施方式中，不仅测定从回流配管14返回气体溶解部5的臭氧水的流量，还测定从气液分离箱6向使用点供给的臭氧水，根据这些测定结果，对从液体供给部向气体溶解部5供给的纯水的流量进行调整。由此，能够节约向气体溶解部5供给的纯水。
例如，在使用点的臭氧水的使用量为零的情况下，由第一流量计15测定的流量为最大值，且由第二流量计16测定的流量为零。在得到这样的测定结果的情况下，通过关闭第二阀24，能够节约向气体溶解部5供给的纯水。
另外，在使用点的臭氧水的使用量发生变化的情况下，根据第一流量计15和第二流量计16的测定结果，打开第二阀24，由纯水流量调整部8调整向气体溶解部5供给的纯水的流量。由此，能够节约向气体溶解部5供给的纯水。
此时，若使向气体溶解部5供给的液体的流量(从液体供给部供给的纯水的流量与从回流配管14返回气体溶解部5的臭氧水的流量合在一起的总流量)恒定时，通过使向气体溶解部5供给的臭氧气体的流量恒定，从而能够使气液的接触时间恒定，能够使臭氧气体的溶解效率恒定。即，能够容易地使生成的臭氧水的浓度恒定。
另外，在本实施方式中，作为用于从气液分离箱6向使用点送出臭氧水的泵12，使用了空气驱动式的泵，因此，抑制了泵12的温度上升，其结果是，能够抑制臭氧水的温度上升。由此，抑制了从回流配管14返回气体溶解部5的臭氧水的温度上升，因此能够抑制在气体溶解部5的臭氧气体的溶解度下降(因温度上升导致的臭氧气体难以溶解)。
进而，在本实施方式中，能够对从回流配管14返回气体溶解部5的臭氧水的温度进行测定，因此，把握了从回流配管14返回气体溶解部5的臭氧水的温度，从而容易进行控制。由此，能够抑制从回流配管14返回气体溶解部5的臭氧水的温度上升，能够抑制在气体溶解部5的臭氧气体的溶解度下降(因温度上升导致的臭氧气体难以溶解)。
进而，在本实施方式中，设置有能够将气液分离箱6的压力调整为0～100KPa的第一压力调整部11，因此，能够通过提高气液分离箱6内的压力来使溶解度上升，从而减少供给臭氧气体量。但是，当压力过度上升时，会妨碍空气驱动式泵12的动作，而使未使用臭氧水不能从使用点返回，因此，气液分离箱6的压力的范围优选0～100KPa。
以上，通过示例对本发明的实施方式进行了说明，本发明的范围并不限定于这些实施方式，能够根据目的进行变更、变形。
例如，在以上的说明中，以使臭氧气体溶解于纯水来生成臭氧水的循环式臭氧水供给装置1为示例进行了说明，但是本发明的范围并不限于此。即，作为原料的气体不限于臭氧气体，另外，作为原料的液体也不限于纯水。例如，可以使二氧化碳溶解于纯水来制造碳酸水，也可以使氮气溶解于纯水来制造氮水。另外，也可以使氢气溶解于纯水来制造氢水。另外，本发明也能够应用于用于制造功能水的气体溶解。
另外，在以上的说明中，对将回流配管14分支设置于向使用点供给前(使用点的上游侧)的例进行了说明，但是如图3所示，回流配管14也可以设置为经过使用点(在使用点的下游侧)。
如上所述，本发明的气体溶解液供给装置具有节约作为气体溶解液的原料的液体且能够使生成的气体溶解液的浓度稳定化的效果，例如，作为使臭氧气体溶解于纯水来生成臭氧水的臭氧水供给装置等是有用的。

Claims (7)

1.一种气体溶解液供给装置，其特征在于，具备：
气体供给部，该气体供给部供给作为气体溶解液的原料的气体；
液体供给部，该液体供给部供给作为所述气体溶解液的原料的液体；
气体溶解部，该气体溶解部使从所述气体供给部供给的气体溶解于从所述液体供给部供给的液体，从而生成气体溶解液；
气体溶解液箱，该气体溶解液箱储存在所述气体溶解部生成的气体溶解液；
供给配管，该供给配管用于从所述气体溶解液箱向使用点供给气体溶解液；
回流配管，该回流配管用于使向所述使用点供给的气体溶解液返回所述气体溶解部；
流量测定部，该流量测定部设置于所述回流配管，且对返回所述气体溶解部的气体溶解液的流量进行测定；
压力调整部，该压力调整部设置于所述回流配管，且使所述供给配管内的压力恒定；以及
流量调整部，该流量调整部根据所述流量测定部的测定结果，对从所述液体供给部向所述气体溶解部供给的液体的流量进行调整。
2.根据权利要求1所述的气体溶解液供给装置，其特征在于，
在所述供给配管设置有泵，该泵用于从所述气体溶解液箱向所述使用点送出气体溶解液，
所述泵由空气驱动式的泵构成。
3.根据权利要求1所述的气体溶解液供给装置，其特征在于，
在所述供给配管设置有第二流量测定部，该第二流量测定部对向所述使用点供给的气体溶解液的流量进行测定，
所述流量调整部根据所述流量测定部的测定结果和所述第二流量测定部的测定结果，对从所述液体供给部向所述气体溶解部供给的液体的流量进行调整。
4.根据权利要求1所述的气体溶解液供给装置，其特征在于，
在所述回流配管设置有温度测定部，该温度测定部对返回所述气体溶解部的气体溶解液的温度进测定。
5.根据权利要求1所述的气体溶解液供给装置，其特征在于，
设置有第一压力调整部，该第一压力调整部能够将气液分离箱的压力调整为0～100KPa。
6.根据权利要求1所述的气体溶解液供给装置，其特征在于，
作为所述气体溶解液的原料的气体是臭氧气体，
作为所述气体溶解液的原料的液体是纯水，
所述气体溶解液是臭氧水。
7.一种气体溶解液供给方法，其特征在于，包含：
在气体溶解部使从气体供给部供给的气体溶解于从液体供给部供给的液体，从而生成气体溶解液；
将在所述气体溶解部生成的气体溶解液储存于气体溶解液箱；
从所述气体溶解液箱向使用点供给气体溶解液；
对向所述使用点供给的气体溶解液中的返回所述气体溶解部的气体溶解液的流量进行测定；
使供给配管内的压力恒定，该供给配管设置于所述回流配管，且用于向使用点供给气体溶解液；以及
根据所述测定的结果，对从所述液体供给部向所述气体溶解部供给的液体的流量进行调整。
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