JP2001009443A - 純水加熱装置および加熱方法並びに温純水補給方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 機械的攪拌なしに短時間に昇温して加熱タン
ク内の温純水の温度分布を均一化すると共に安全性を確
保しながら低コストで加熱可能な純水加熱装置と加熱方
法を提供する。 【解決手段】 純水を加熱する純水加熱装置であって、
少なくとも上部に原料純水給水管３０を備え、満杯水位
近傍にヒータ出力を制御する温度センサ５を備え、少な
くとも満杯水位と減水水位を検知する液面センサ２０を
設け、底部に出水管８を有する加熱タンク２、並びに出
水管の先端に送水バルブ１２と排水バルブ１１を並列に
設けた配管とから成る純水加熱装置およびこの装置を使
用する純水加熱方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体基板
洗浄用薬液を調合する際の温純水の製造技術に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来から例えば半導体基板等の洗浄用薬
液を調合する際の温純水の製造には、純水加熱タンク
（ホットウオータータンク）が使用されている。温純水
に必要な温度は、製造される洗浄用薬液の温度が所望の
温度となるように、温純水と原料薬液の混合比および原
料薬液の温度で決められ、その温度になるように加熱タ
ンクの温度調節計を設定し、ヒータで加熱して温純水を
作っているが、満杯水全量を短時間で所定の温度に均一
化するのは容易ではない。

【０００３】一方、洗浄用温純水に対する要望として
は、温純水中に不純物が少ないこと、ある程度の温度精
度を有すること、短時間の加熱で温水にすること等であ
る。これらの要望を満たすため、純水加熱タンクは、純
水中への不純物、異物、イオン等の溶出を避けるため石
英ガラスを用いている。そして、加熱源には、突沸等の
衝撃による石英製タンクの破損を防止するため、低パワ
ー密度のシート状ヒータを加熱タンクの外表面に貼り付
けて急激なヒートショックを与えないようにして加熱し
ている。

【０００４】本来、加熱タンク内の液温を精度良く制御
するためには、タンク内の液温分布を攪拌等の手段によ
り均一化することが望ましいが、機械的な攪拌では攪拌
機からの異物の発生を避けることができない。このよう
な観点から、自然対流によるタンク内の攪拌が望まし
い。そして、自然対流を起こすにはタンクの底に集中的
にヒータを配置することが望ましいが、前述のようにヒ
ータのパワー密度が低い場合には、タンクの底部のみで
は所望のヒータ容量を得られず、所望の温度に到達する
時間が長くなる欠点が生じる。

【０００５】また、自然対流だけでは加熱タンク内の水
面近傍と底面近傍では例えば１５℃程度の温度差を生ず
る場合もあり、水面近傍が所望の温度になってもタンク
内の平均水温が低下してしまうという問題もある。この
場合、タンク底面近傍に温度センサを設け、底面近傍の
温度を所望の温度まで加熱すると水面近傍が沸騰してタ
ンクが破損する恐れや蒸気を強制的に排気する必要があ
る等の問題を生じる。

【０００６】さらに、温純水を使用する側の、例えば洗
浄装置の薬液槽では、洗浄を続けていると薬液の洗浄能
力が劣化したり、蒸発するので、新たに原料薬液を少量
づつ補給しなければならないが、薬液槽の薬液温度が常
温以上の場合には、加熱タンクから温純水も補給するこ
とになる。しかし、この温純水の補給量が少量の場合
や、ある時間を置いて補給する場合には、加熱タンクと
薬液槽間の補給配管内の冷めた純水が薬液槽に補給され
ることになり、薬液槽の温度を低下させたり、洗浄能力
を低減させてしまう恐れがある等の問題が発生する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、こ
のような問題点に鑑みてなされたもので、機械的攪拌な
しに短時間に昇温して加熱タンク内の温純水の温度分布
を均一化することができると共に安全性を確保しながら
で加熱することができる純水加熱装置と加熱方法を提供
することを主たる目的とする。加えて、純水加熱装置で
製造した温純水を冷ますことなく純水受給装置に補給す
る方法を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の請求項１に記載した発明は、純水を加熱す
る純水加熱装置であって、少なくとも上部に原料純水給
水管を備え、満杯水位近傍にヒータ出力を制御するため
の温度センサを備え、少なくとも満杯水位と減水水位を
検知する液面センサを設け、底部に出水管を有する加熱
タンク、並びに出水管に送水バルブと排水バルブを並列
に設けた配管とから成ることを特徴とする純水加熱装置
である。

【０００９】このような装置とすれば、安価に構成でき
ると共に、機械的な攪拌無しに所望の温度まで温度分布
を与えることなく均一に加熱昇温することができ、不純
物や異物の混入が殆どなく、温度にバラツキのない高品
質な温純水を製造することができる。

【００１０】そしてこの場合、請求項２に記載したよう
に、前記原料純水給水管は、先端が満杯水位の液面に達
するノズルであり、該ノズル先端において純水を水平に
噴射するものとすることができる。

【００１１】このように原料純水給水管先端のノズルか
ら原料純水が水平に噴射されるようにすれば、タンク内
上部の水面または浅い水中に水膜状となって散水され、
水面近傍の高温水と接触するので、タンク内水温を均一
化するのに好ましく、また給水した分の昇温速度が速く
なると共に、水面近傍の高温水の過熱（オーバーヒー
ト）を防止することができる。

【００１２】本発明の請求項３に記載した発明は、請求
項１または請求項２に記載した純水加熱装置を使用して
純水を加熱する方法において、加熱タンクの所定の満杯
水位まで原料純水を給水して加熱し、温度センサが所定
温度に到達したら、排水バルブを開いて所定の減水水位
まで排水した後、上部の給水管から満杯水位まで原料純
水を給水して加熱することによって、満杯水全量を所定
温度に加熱することを特徴とする純水加熱方法である。

【００１３】このような方法で加熱タンク内の原料純水
を加熱し、満杯水位近傍の純水が所定温度に達したなら
ば、タンク底部の低温水を所定量排水し、タンク上部の
給水管より満杯水位まで原料純水を給水することにより
上部の高温水と混合させ、温度の均一化を促進させるこ
とによって、極めて容易に満杯水全量を所定温度に加熱
することができるので、温度分布がなく、不純物や異物
のない温純水を安全性を確保しつつ製造することがで
き、生産性の向上とコストダウンを図ることもできる。
また、ここで生じる低温排水は、温度以外の品質につい
ては何等問題はないので再利用に供することもできる。

【００１４】次に、本発明の請求項４に記載した発明
は、純水を加熱する純水加熱装置であって、加熱タンク
の少なくとも満杯水位近傍と加熱タンク底部近傍に温度
センサを設け、各温度センサの温度データを基に、加熱
タンクの側面に設けた側面ヒータと底面に設けた底面ヒ
ータの出力を各々独立に制御する制御手段と、液面を検
知する液面センサと、底部に出水管とを有する加熱タン
ク並びに出水管に送水バルブと排水バルブを並列に設け
た配管とから成ることを特徴とする純水加熱装置であ
る。

【００１５】このような装置とすれば、安価に構成でき
ると共に、機械的な攪拌を行うことなく、自然対流のみ
で所望の温度まで短時間に加熱昇温することができ、不
純物の混入が殆どない満水状態で温度分布が均一な温純
水を製造することができる。

【００１６】そして、本発明の請求項５に記載した発明
は、請求項４に記載した純水加熱装置を使用して純水を
加熱する方法において、加熱タンクの所定の満杯水位ま
で原料純水を給水し、側面ヒータと底面ヒータを使用し
て加熱し、満杯水位近傍の温度センサが所定温度に到達
したら、側面ヒータを切り、底面ヒータのみで自然対流
を生じさせて加熱し、次いで加熱タンク底部近傍の温度
センサが所定温度に到達したら、底面ヒータの出力を低
減して所定温度で保温することを特徴とする純水加熱方
法である。

【００１７】このような方法で原料純水を加熱すれば、
機械的攪拌なしに、前半はタンク側面と底面からの伝熱
により水面近傍を短時間に所定温度に到達させることが
できる。後半は底面ヒータのみとすることにより自然対
流を生じ易くし、タンク内の攪拌を促進することにより
温度分布を均一化する。均一化した結果、水面近傍の液
温が所定の温度以下になった場合、再度両方のヒータに
通電する。これを繰り返すことにより短時間で、温度精
度の高い、不純物や異物のない高品質温純水を製造する
ことができ、生産性の向上とコストの改善を図ることが
できる。

【００１８】加えて、本発明の請求項６に記載した発明
は、請求項１または請求項４に記載した純水加熱装置か
ら純水受給装置へ温純水を補給する方法であって、純水
受給装置側からの給水指令信号を受信後、排水バルブを
開いて、配管内に滞留している低温水を排水し、排水し
終えたら排水バルブを閉じ、送水バルブを開けて所定量
の温純水を純水受給装置へ補給することを特徴とする温
純水補給方法である。

【００１９】このような方法で補給すれば、配管内に滞
留していた低温水を例えば洗浄用薬液槽のような純水受
給装置に補給する恐れはなくなり、正確に所望温度に制
御された純水を送り込むことができ、純水受給装置側で
支障を来すことは無くなる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付した図面に基づいて具体的に説明するが、本発明
はこれらに限定されるものではない。ここで、図１は本
発明の純水加熱装置の構成例を示す概要図であり、図２
は本発明の純水加熱装置の別の実施形態を示す概要図で
ある。また、図３は本発明の温純水補給配管を示す概要
図であり、図４は原料純水給水管としてのノズルの一例
を示す概略図である。

【００２１】本発明者等は、加熱タンク内原料純水を不
純物や異物を混入することなく短時間に所定の温度にま
で加熱、昇温するのに適した加熱装置と加熱方法につい
て、種々調査、検討を重ねた結果、タンク外表面をヒー
タで加熱する方式では、水面近傍がタンク底面近傍より
も早く所定温度に到達して不均一な温度分布となること
を解消するため、水面近傍高温水域をタンク底から低温
水を排水することによってタンク底部に移し、その後原
料純水をタンク上部から給水して所定温度まで加熱す
る、あるいは、前半はタンクの側面ヒータと底面ヒータ
を用いて水面近傍が所定温度になるまで急速に加熱し、
後半は底面ヒータのみで自然対流によりタンク底部の水
温が所定温度になるまで加熱すれば、満水全量を所定温
度にほぼ均一に加熱できることを知見し、諸条件を精査
して本発明を完成させたものである。

【００２２】すなわち、図１に示すように、本発明の純
水加熱装置１は、例えば、上部に原料純水給水バルブ１
３と原料純水給水管３０と排気管１５を備え、満杯水位
１７近傍にヒータ９の出力を制御するための温度センサ
５を備え、少なくとも満杯水位１７と減水水位１８を検
知する液面センサ２０ａ、２０ｂを設け、底部に出水管
８を有する加熱タンク２、並びに出水管８に送水バルブ
１２と排水バルブ１１を並列に設けた配管１４とから構
成されている。そして加熱タンク２を断熱ケース１９内
に設置して保温している。また、液面センサ２０ａによ
り満杯水位１７はヒータ９のタンク側面上端より少し上
に設定され、ヒータを保護している。

【００２３】温度制御系は、温度センサ５の信号を温度
調節計６で処理し、電力制御器７で電力を制御し、ヒー
タ９に入力している。液面センサ２０は、満杯水位１７
を突破した場合の満水異常検知用であり、液面センサ２
０ｃはタンクの空検知を行うものであるが、設置は任意
である。

【００２４】本形態で使用される原料純水給水管は、そ
の先端が満杯水位１７の液面に達するノズルであり、該
ノズル先端において純水を水平に噴射するようになって
いる。このようなノズルとして、例えば、図４に示すよ
うに、原料純水給水管３０は、先端を外側にＲをつけて
拡径した円筒３１と該拡径部に嵌合する台形円板３２か
ら成り、該嵌合面間に隙間をもたせてノズル３６を形成
し、台形円板３２を保持するシャフト３３とダブルナッ
ト３４で隙間調節自在とし、円筒３１の上部に原料純水
給水口３５設けたものとなっている。

【００２５】本発明の純水加熱装置１を使用して原料純
水を加熱して温純水を製造するには、先ず加熱タンク２
の所定の満杯水位１７まで原料純水を給水してヒータ９
で加熱し、温度センサ５が所定温度に到達したら、排水
バルブ１１を開いて減水水位１８まで排水した後、上部
の給水管３０からノズルを使用して満杯水位１７まで原
料純水を給水して加熱することによって、満杯水全量を
所定温度に加熱することができる。この際、原料純水の
給水に当たって図４に示したような先端がノズル状の給
水管を使用すれば、原料純水は高温の液面近傍でほぼ水
平に噴射され、水膜状になって温水面上または浅い水中
に拡散するので、タンク内の水温の均一化に資すると共
に、温水からの伝熱で急速に加熱され、加熱時間を短縮
することができる。

【００２６】次に、別の実施形態を説明する。図２に示
した本発明の純水加熱装置１ａは、加熱タンク２の上部
に排気管１５と、少なくとも満杯水位１７近傍と加熱タ
ンク２の底部近傍に温度センサ５、５ａを設け、各温度
センサの温度データを基に、加熱タンク２の側面に設け
た側面ヒータ３と底面に設けた底面ヒータ４の出力を各
々独立に制御する制御手段と、液面を検知する液面セン
サ２０ａと、底部に出水管８を有する加熱タンク２、並
びに出水管８に送水バルブ１２と排水バルブ１１を並列
に設けた配管１４とから構成されている。そして加熱タ
ンク２を断熱ケース１９内に設置して保温している。ま
た、液面センサ２０ａにより満杯水位１７は側面ヒータ
３のタンク側面上端より少し上に設定され、ヒータを保
護している。そして原料純水の給水は、加熱タンク２の
上部と底部の配管に原料純水給水バルブ１３を設けてい
るが、別々に使用しても、共用してもよい。

【００２７】温度制御系は、温度センサ５、５ａの信号
を温度調節計６、６ａで処理し、電力制御器７、７ａで
電力を制御し、各電力を側面ヒータ３、底面ヒータ４に
入力している。液面センサ２０は、満杯水位１７を突破
した場合の満水異常検知用であり、液面センサ２０ｃは
タンクの空検知を行うものであるが、設置は任意であ
る。

【００２８】以上説明した純水加熱装置１ａを使用して
原料純水を加熱する方法は、先ず、加熱タンク２の所定
の満杯水位１７まで原料純水を給水し、側面ヒータ３と
底面ヒータ４を使用して加熱し、満杯水位１７近傍の温
度センサ５が所定温度に到達したら、側面ヒータ３を切
り、底面ヒータ４のみで自然対流を生じさせて加熱し、
次いで加熱タンク２の底部近傍の温度センサ５ａが所定
温度に到達したら、底面ヒータ４の出力を低減して所定
温度で保温するようにするものであり、こうすることに
よって、満杯水全量を所定温度に均一に加熱することが
できる。

【００２９】さらに、図３に示したような配管系統を使
用すれば、上記純水加熱装置１、１ａから純水受給装置
１６、例えば洗浄用の薬液槽に温純水を冷ますことなく
補給することができる。すなわち、純水受給装置１６側
からの給水指令信号を受信後、排水バルブ１１を開い
て、配管１４内に滞留している低温水を排水し、排水し
終えたら排水バルブ１１を閉じ、送水バルブ１２を開け
て所定量の温純水を純水受給装置１６へ温純水を補給す
るものである。このようにすれば、補給すべき温純水が
例え少量であっても、あるいは補給時期が間欠的であっ
ても、純水受給装置側が要望している、温度精度が高
く、不純物や異物のない高品質の温純水を確実に補給す
ることができる。

【００３０】尚、本発明は、上記実施形態に限定される
ものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の
特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一
な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかな
るものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

【００３１】例えば、本発明の純水加熱装置および加熱
方法並びに温純水補給方法は、前述の半導体プロセス等
における洗浄用薬液の調整のみに適用されるものではな
い。温純水を使用するプロセス、洗浄、エッチング、あ
るいは薬液、薬剤濃度調整用に使用するプロセス、溶媒
として使用する化学反応プロセス等、その名称等にかか
わらず、温度調整した純水が必要とされる場合には、い
ずれにおいても本発明が適用できることは言うまでもな
い。

【００３２】また、本発明における出水管に設ける配管
は、その送水バルブや排水バルブが加熱タンク近傍に設
置されていなくとも、純水受給装置に至る配管のどこか
で設けられていればよく、これと同じ機能を果たすよう
に設置したものであればどのようなものであっても良
い。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、原料純水
を機械的攪拌を使用しないで短時間に安全性を確保しな
がらその満杯水量を所定温度にまで均一に加熱すること
ができ、不純物や異物を殆ど含まない温度精度の高い温
純水を製造することができるので、温純水の生産性の向
上とコストダウンを図ることができると共に、温純水を
使用する側の品質改善や生産性の向上とコストの改善を
図ることができる。また、得られた温純水を冷ますこと
なく純水受給装置に補給することができるので温純水を
使用する側の工程改善をもすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の純水加熱装置の構成例を示す概要図で
ある。

【図２】本発明の別の純水加熱装置の構成例を示す概要
図である。

【図３】本発明の温純水を補給する方法を説明する配管
の構成例を示す概要図である。

【図４】本発明の原料純水給水管としてのノズルの構成
例を示す概要図である。

【符号の説明】

１、１ａ…純水加熱装置、 ２…加熱タンク、 ３…側
面ヒータ、４…底面ヒータ、 ５、５ａ…温度センサ、
６、６ａ…温度調節計、７、７ａ…電力制御器、 ８
…出水管、 ９…ヒータ、１１…排水バルブ、 １２…
送水バルブ、 １３…原料純水給水バルブ、１４…配
管、 １５…排気管、 １６…純水受給装置（薬液
槽）、１７…満杯水位、 １８…減水水位、１９…断熱
ケース、２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ…液面センサ、
３０…原料純水給水管、 ３１…円筒、 ３２…台形円
板、３３…シャフト、 ３４…ダブルナット、 ３５…
給水口、 ３６…ノズル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島田 邦宏 東京都府中市府中町２−１−14 株式会社 プレテック本社内 Ｆターム(参考） 4D034 AA11 CA01 CA21

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 純水を加熱する純水加熱装置であって、
   少なくとも上部に原料純水給水管を備え、満杯水位近傍
   にヒータ出力を制御するための温度センサを備え、少な
   くとも満杯水位と減水水位を検知する液面センサを設
   け、底部に出水管を有する加熱タンク、並びに前記出水
   管に送水バルブと排水バルブを並列に設けた配管とから
   成ることを特徴とする純水加熱装置。
2. 【請求項２】 前記原料純水給水管は、先端が満杯水位
   の液面に達するノズルであり、該ノズル先端において純
   水を水平に噴射するものであることを特徴とする請求項
   １に記載した純水加熱装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載した純水
   加熱装置を使用して純水を加熱する方法において、加熱
   タンクの所定の満杯水位まで原料純水を給水して加熱
   し、温度センサが所定温度に到達したら、排水バルブを
   開いて所定の減水水位まで排水した後、上部の給水管か
   ら満杯水位まで原料純水を給水して加熱することによっ
   て、満杯水全量を所定温度に加熱することを特徴とする
   純水加熱方法。
4. 【請求項４】 純水を加熱する純水加熱装置であって、
   加熱タンクの少なくとも満杯水位近傍と加熱タンク底部
   近傍に温度センサを設け、各温度センサの温度データを
   基に、加熱タンクの側面に設けた側面ヒータと底面に設
   けた底面ヒータの出力を各々独立に制御する制御手段
   と、液面を検知する液面センサと、底部に出水管とを有
   する加熱タンク、並びに前記出水管に送水バルブと排水
   バルブを並列に設けた配管とから成ることを特徴とする
   純水加熱装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載した純水加熱装置を使用
   して純水を加熱する方法において、加熱タンクの所定の
   満杯水位まで原料純水を給水し、側面ヒータと底面ヒー
   タを使用して加熱し、満杯水位近傍の温度センサが所定
   温度に到達したら、側面ヒータを切り、底面ヒータのみ
   で自然対流を生じさせて加熱し、次いで加熱タンク底部
   近傍の温度センサが所定温度に到達したら、底面ヒータ
   の出力を低減して所定温度で保温することを特徴とする
   純水加熱方法。
6. 【請求項６】 請求項１または請求項４に記載した純水
   加熱装置から純水受給装置へ温純水を補給する方法であ
   って、純水受給装置側からの給水指令信号を受信後、排
   水バルブを開いて、配管内に滞留している低温水を排水
   し、排水し終えたら排水バルブを閉じ、送水バルブを開
   けて所定量の温純水を純水受給装置へ補給することを特
   徴とする温純水補給方法。