JP2002316027A - ガス溶解水製造装置、およびその方法、超音波洗浄装置、およびその方法 - Google Patents

ガス溶解水製造装置、およびその方法、超音波洗浄装置、およびその方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】溶解した溶解ガス3の濃度が飽和濃度以下のガ
ス溶解水31を短時間で効率よく製造することのできる
ガス溶解水製造装置を提供する。 【解決手段】 溶解ガス3を被処理水4に溶解させて、
ガス溶解水5とするよう構成されたガス溶解水製造装置
1において、溶解ガスを、被処理水に溶解させる溶解部
11と、溶解ガスを、溶解部に導く溶解ガス供給流路1
2と、被処理水を、溶解部に導く第1の被処理水供給流
路13と、ガス溶解水を、溶解部から導くガス溶解水吐
出流路14と、被処理水を、溶解部を通さずに導く第2
の被処理水供給流路15とを備え、第2の被処理水供給
流路がガス溶解水吐出流路に合流し、第2の被処理水供
給流路によって導かれた被処理水が、ガス溶解水中の溶
解ガス濃度を所定の濃度に希釈するよう構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガス溶解水製造装
置とその方法に関し、特に、精密機械、電子工業、医薬
・食品工業に用いられるガス溶解水を製造するガス溶解
水製造装置とその方法に関するものである。
【0002】図10に示すように、従来のガス溶解水製
造装置201は、溶解ガス103を処理タンク111に
内蔵された中空糸膜102の外側に通し、中空糸膜10
2を介して、中空糸膜102の内側に通した被処理水1
04に溶解させて、ガス溶解水105としていた。
【0003】被処理水104は、ポンプ117により、
所定の流量qが、フィルタ118、流量計119を通過
し、中空糸膜102の内側に送られていた。流量計11
9からの流量信号120(図中破線にて表示)が制御器
121に送られ、制御器121から流量制御信号122
(図中破線にて表示)がポンプ117を駆動する、回転
数制御機構(不図示)を備えるモータ(不図示)に送ら
れ(図ではポンプ117に送られるように表示)、モー
タの回転数が制御されることにより、ポンプ117の流
量qが所定の流量となるよう制御されていた。
【0004】溶解ガス103は、流量計116を通過
し、流量計116によって流量が制御され、ほぼ大気圧
で中空糸膜102の外側に送られ、中空糸膜102を介
して被処理水104に溶解し、残ったガスは排ガス分解
塔130にて触媒(不図示)により分解され、排ガス1
06として放出されていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】以上のような従来のガ
ス溶解水製造装置によれば、製造されたガス溶解水中の
溶解ガス濃度は、溶解ガスの供給圧力(通常はガス溶解
水を用いた洗浄が行われる洗浄圧力である大気圧)にお
ける溶解ガスの飽和濃度となる。しかし、精密機器、電
子工業、医薬・食品工業では、被洗浄部品を故障あるい
は劣化させないためにマイルドな洗浄が要求されること
がある。このためには洗浄圧力において溶解ガスのガス
溶解水中の濃度が飽和濃度以下のガス溶解水を製造する
ことが望まれる。特に、デバイスウェハの洗浄において
は、配線の微細化により、飽和濃度未満で、所望の濃度
に制御された窒素水、オゾン水、酸素水などの機能水に
よる洗浄の需要が増している。
【0006】このようなガス溶解水を製造するために
は、例えば以下の手順で行うことができる。すなわち、
溶解ガスを中空糸膜の外側に供給した後、溶解ガスの供
給を一端停止し、被処理水のみの供給を続け、溶解ガス
を被処理水に溶解させる。すると中空糸膜の外側の圧力
が減少し、この圧力で飽和濃度になるように溶解ガスが
被処理水中に溶解する。濃度が所望の値となったとき、
このときの圧力を維持するように、溶解ガスを中空糸膜
の外側に供給する。このようにすると、ガス溶解水中の
溶解ガスの濃度を、溶解ガスの供給圧力が大気圧の場合
の飽和濃度より小さくすることができる。しかし、中空
糸膜の外側の圧力が、大気圧より低い前述の圧力になる
までには時間がかかる。また、大気圧より低い圧力では
目的とする溶解ガス以外のガスが混入する恐れがある。
【0007】そこで本発明は、溶解した溶解ガスの濃度
が大気圧における飽和濃度以下のガス溶解水を、短時間
で効率よく製造することのできるガス溶解水製造装置お
よびその方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に係る発明によるガス溶解水製造装置1
は、例えば図1に示すように、溶解ガス3を被処理水4
に溶解させて、ガス溶解水5とするよう構成されたガス
溶解水製造装置1において;溶解ガス3を、被処理水4
に溶解させる溶解部11と;溶解ガス3を、溶解部11
に導く溶解ガス供給流路12と;被処理水4を、溶解部
11に導く第1の被処理水供給流路13と;ガス溶解水
5を、溶解部11から導くガス溶解水吐出流路14と;
被処理水4を、溶解部11を通さずに導く第2の被処理
水供給流路15とを備え;第2の被処理水供給流路15
がガス溶解水吐出流路14に合流し、第2の被処理水供
給流路15によって導かれた被処理水4が、ガス溶解水
5中の溶解ガス濃度を所定の濃度に希釈するよう構成さ
れる。
【0009】このように構成すると、溶解ガス供給流路
12と、第1の被処理水供給流路13と、第2の被処理
水供給流路15と、ガス溶解水吐出流路14とを備え、
第2の被処理水供給流路15がガス溶解水吐出流路14
に合流し、第2の被処理水供給流路15によって導かれ
た被処理水4が、ガス溶解水5中の溶解ガス濃度を所定
の濃度に希釈するよう構成されるので、溶解ガス濃度が
飽和濃度以下のガス溶解水31を短時間で効率よく製造
することができる。
【0010】請求項2に係る発明によるガス溶解水製造
装置1は、請求項1に記載のガス溶解水製造装置におい
て、例えば図1に示すように、第2の被処理水供給流路
15は、前記第1の被処理水供給流路13から分岐し、
溶解部11をバイパスするバイパス流路15を形成す
る。
【0011】このように構成すると、第2の被処理水供
給流路15は、第1の被処理水供給流路13から分岐
し、溶解部11をバイパスするバイパス流路15を形成
するので、流路構成を単純なものとすることができる。
【0012】請求項3に係る発明によるガス溶解水製造
装置は、請求項1または請求項2に記載のガス溶解水製
造装置において、例えば図1、図2に示すように、溶解
部11は、中空糸膜2からなり、該中空糸膜2の一方の
側に溶解ガス3を通し、中空糸膜2の他方の側に被処理
水4を通すことによってガス溶解水5を生成する。
【0013】溶解部11は、中空糸膜2からなり、該中
空糸膜2の一方の側に溶解ガス3を通し、中空糸膜2の
他方の側に被処理水4を通すことによってガス溶解水5
を生成するので、微細気泡および不純物の残存しないガ
ス溶解水を短時間で効率よく生成させることができる。
なお、中空糸膜の一方の側とは、内側または外側をい
い、他方の側とは一方の側の反対側であって、外側また
は内側をいう。
【0014】請求項4に係る発明によるガス溶解水製造
装置1は、請求項1乃至請求項3にいずれか1項に記載
のガス溶解水製造装置において、例えば図1に示すよう
に、第1の被処理水供給流路13の分岐部13Aの下流
側、またはガス溶解水吐出流路14の、第2の被処理水
供給流路15が合流する合流部14Aの上流側に設置さ
れ、溶解部11を流れる被処理水4の流量Q1を調節す
る第1の流量調節手段23と、バイパス流路15に設置
され、溶解部11をバイパスする被処理水4の流量Q2
を調節する第2の流量調節手段24のうちいずれか一方
と;ガス溶解水吐出流路14の前記合流部14Aの下流
側に設けられ、ガス溶解水31の溶解ガス濃度を測定す
る溶解ガス濃度測定手段26と;溶解ガス濃度測定手段
26によって測定された溶解ガス濃度に基づき、前記測
定された溶解ガス濃度が所定の濃度になるように、第1
の流量調節手段23または第2の流量調節手段24のう
ち設置されたいずれか一方を制御する第2の制御手段2
8とを備える。
【0015】このように構成すると、第1の流量調節手
段23と、第2の流量調節手段24のうちいずれか一方
と、溶解ガス濃度測定手段26と、第2の制御手段28
とを備え、溶解ガス濃度測定手段28によって測定され
た溶解ガス濃度に基づき、第2の制御手段28によっ
て、測定された溶解ガス濃度が所定の濃度になるように
第1の流量調節手段23または第2の流量調節手段24
のうちいずれか一方を制御するので、溶解ガス濃度が飽
和濃度以下のガス溶解水31を短時間で効率よく製造す
ることができる。ガス溶解水製造装置1は、第1の流量
調節手段23と、第2の流量調節手段24との両方2
3、24を備え、測定された溶解ガス濃度が所定の濃度
になるようにこの両方23、24を制御するようにして
もよく、このようにすると同様の効果が得られる。
【0016】上記目的を達成するために、請求項5に係
る発明によるガス溶解水製造方法は、例えば図1に示す
ように、溶解ガス3を被処理水4に溶解させる溶解部1
1に、溶解ガス3を通す第1の工程と;溶解部11に、
被処理水4を通す第2の工程と;溶解部11で被処理水
4に溶解ガス3を溶解させ、ガス溶解水5とする第3の
工程と;ガス溶解水5に、溶解部11を通らない被処理
水4を混合させ、混合後のガス溶解水31中の溶解ガス
3の濃度が所定の濃度なるように制御する第4の工程と
を備える。
【0017】請求項6に係る発明によるガス溶解水製造
方法は、請求項5に記載のガス溶解水製造方法におい
て、例えば図1に示すように、前記第4の工程で行われ
る制御が、溶解部11を通る被処理水4の流量Q1と、
溶解部11を通らない被処理水4の流量Q2の割合を制
御するものである。
【0018】上記目的を達成するために、請求項7に係
る発明による超音波洗浄装置101は、例えば図6、図
7に示すように、請求項1乃至請求項4のいずれか1項
に記載のガス溶解水製造装置1と;ガス溶解水製造装置
1によって製造されたガス溶解水31で被洗浄物W1を
洗浄する際に該ガス溶解水31に超音波エネルギを与え
る超音波発信装置157とを備える。
【0019】このように構成すると、請求項1乃至請求
項4のいずれか1項に記載のガス溶解水製造装置1と、
超音波発信装置157とを備え、請求項1乃至請求項4
のいずれか1項に記載のガス溶解水製造装置1によって
製造されたガス溶解水31で被洗浄物W1を洗浄する際
に該ガス溶解水31に超音波エネルギを与えるので、洗
浄に適した飽和濃度に制御されたガス溶解水31を洗浄
液として用いて洗浄できることに加えて、超音波エネル
ギの付与されたガス溶解水31を洗浄液として用いて洗
浄でき、被洗浄物W1をより清浄に洗浄することができ
る。
【0020】上記目的を達成するために、請求項8に係
る発明による超音波洗浄方法は、請求項5または請求項
6に記載のガス溶解水製造方法によってガス溶解水を製
造する製造工程と;前記製造工程によって製造されたガ
ス溶解水に超音波エネルギを与えるエネルギ付与工程
と;前記エネルギ付与工程によって超音波エネルギを与
えられたガス溶解水を洗浄水として用いて被洗浄物を洗
浄する洗浄工程とを備える。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。なお、各図において互い
に同一あるいは相当する部材には同一符号または類似符
号を付し、重複した説明は省略する。
【0022】図1を参照して、本発明によるガス溶解水
製造装置1の構成を説明する。ガス溶解水製造装置は、
中空糸膜2(図2参照)を内蔵する溶解部としての処理
タンク11と、溶解ガス源7から溶解ガス3を供給する
溶解ガス供給流路としての溶解ガス供給配管12と、被
処理水源8から被処理水4を供給する第1の被処理水供
給流路としての被処理水供給配管13と、ガス溶解水5
を導くガス溶解水吐出流路としてのガス溶解水吐出配管
14と、被処理水供給配管13から分岐し、処理タンク
11すなわち中空糸膜2をバイパスし、ガス溶解水吐出
配管14に合流する、バイパス流路としての被処理水バ
イパス配管15と、ガス溶解水吐出配管14から分岐し
たガス溶解水ドレン配管25とを含んで構成される。
【0023】図2に示すように、処理タンク11には、
側周下部に第1の入口ノズル41、側周下部に第1の出
口ノズル42、上部に第2の入口ノズル43、下部に第
2の出口ノズル44が取り付けられ、肉厚の薄い中空円
筒形状の中空糸膜2が複数本、鉛直方向上下に配置さ
れ、内蔵されている。
【0024】溶解ガス供給配管12は、処理タンク11
の第1の入口ノズル41に接続され、中空糸膜2の外側
に連通する。被処理水供給配管13は、処理タンク11
の第2の入口ノズル43に接続され、中空糸膜2の内側
に連通する。ガス溶解水吐出配管14は、処理タンク1
1の第2の出口ノズル44に接続され、中空糸膜2の外
側に連通する。処理タンク11の第1の出口ノズル42
には後述の排ガス配管45が接続される。
【0025】図1を参照して説明を続ける。被処理水バ
イパス配管15は、被処理水供給配管13の分岐部13
Aから分岐し、ガス溶解水吐出配管14の合流部14A
に合流する。よって、被処理水供給配管13に供給され
る被処理水4の流量をQとし、被処理水供給配管13か
ら中空糸膜2の内側に供給される被処理水4の流量をQ
1とし、被処理水供給配管13から分岐し、被処理水バ
イパス配管15を流れる流量をQ2とすれば、 Q=Q
1+Q2(Q1、またはQ2が0の場合も含む) の関
係になる。この場合、中空糸膜2の内側からガス溶解水
吐出配管14に流れるガス溶解水5の流量はQ1であ
り、流量Q2の被処理水4と合流後、濃度が希釈されガ
ス溶解水吐出配管14から吐き出されるガス溶解水31
の流量はQである。
【0026】なお、処理タンク11を出てガス溶解水吐
出配管14を流れ、合流部14Aに達する前のガス溶解
水は、符号5で示し、一方、処理タンク11を通らない
被処理水4と合流部14Aで合流して希釈された後のガ
ス溶解水を符号31で示す。但し、処理タンク11を通
らない被処理水4の流量がゼロで、希釈が行われない場
合も、合流部14A下流側のガス溶解水吐出配管14を
流れるガス溶解水の符号は31である。
【0027】溶解ガス供給配管12には、溶解ガス流量
調節器16が取り付けられ、中空糸膜2の外側に供給さ
れる溶解ガス3の流量が所定の値になるように調節す
る。被処理水供給配管13には、不図示のモータにより
駆動されるポンプ17が取り付けられ、供給された被処
理水4を処理タンク11に圧送する。被処理水供給配管
13のポンプ17の下流側にはフィルタ18が取り付け
られ被処理水4内の異物を除去する。被処理水供給配管
13のポンプ17の下流側には、流量測定手段としての
流量計19が取り付けられ、流量計19から流量信号2
0(図中破線にて表示)が第1の制御手段としての第1
の制御器21に送られ、第1の制御器21から第1の流
量制御信号22(図中破線にて表示)が、回転数制御機
構(不図示)を備えるモータ(不図示)に送られ(図で
はポンプ17に送られるように表示)、モータの回転数
が、ポンプ17の吐出流量すなわちガス溶解水製造装置
1への被処理水4の供給量Qが所定の流量となるよう制
御される。なお、ポンプ17、フィルタ18、流量計1
9は、分岐部13Aの上流側に取り付けられている。
【0028】被処理水供給配管13の分岐部13Aの下
流側には第1の流量調節手段としての第1の被処理水流
量調節器23が取り付けられ、さらに被処理水バイパス
配管15には、第2の流量調節手段としての第2の被処
理水流量調節器24が取り付けられている。第1の被処
理水流量調節器23は、中空糸膜2の上流と下流のいず
れに取り付けてもよいが、図に示すように下流に取り付
けた方が、中空糸膜2へ供給する水圧を高くでき、すな
わち被処理水4の水圧>溶解ガス3のガス圧の関係を保
ちつつ、より高い圧力で溶解ガス3を供給することがで
きるので望ましい。
【0029】ガス溶解水吐出配管14には、ガス溶解水
31中に溶解した溶解ガス3の濃度を測定する、溶解ガ
ス濃度測定手段としてのガス溶解水濃度計26が接続さ
れ、ガス溶解水濃度計26から濃度信号27が、第2の
制御手段としての第2の制御器28に送られる。ガス溶
解水濃度計26は希釈後のガス溶解水31の濃度を測定
する。第2の制御器28からは、第2の流量制御信号2
9が第1の被処理水流量調節器23および第2の被処理
水流量調節器24に送られる。第2の流量制御信号29
を受けて、第1の被処理水流量調節器23および第2の
被処理水流量調節器24は、ガス溶解水濃度計26によ
り検出される濃度が所定の濃度となるよう、第1の被処
理水流量調節器23を流れる被処理水4の流量Q1と、
第2の被処理水流量調節器24を流れる被処理水4の流
量Q2との割合を変化させる。
【0030】中空糸膜2の外側から出た排ガス6は、排
ガス配管45を経由して排出され、有害ガスを含んでい
る場合は、図に示すように触媒(不図示)等が充填され
た排ガス分解塔30で有毒ガスが分解されて大気に放出
される。
【0031】次に、ガス溶解水製造装置1の作用を説明
する。溶解ガス供給配管12に溶解ガス3が供給され、
供給された溶解ガス3は溶解ガス流量調節器16によっ
て流量が調節され、所定流量が処理タンク11に内蔵さ
れた中空糸膜2の外側に供給される。被処理水供給配管
13に被処理水4が供給され、供給された被処理水4は
ポンプ17により昇圧され、フィルタ18を通って異物
を含んでいる場合には異物が除去され、さらに流量計1
9を通る。流量計19によってガス溶解水製造装置1に
供給された被処理水4の流量Qが計測され、流量計19
から流量信号20が第1の制御器21に送られる(フィ
ードバックされる)。第1の制御器21は、測定された
流量と制御目標値である流量との差を求め、求められた
差に基づく第1の流量制御信号が、ポンプ17を駆動す
る不図示のモータに送られ、モータがポンプ17を制御
された回転数で駆動する。
【0032】計測された流量が、制御目標の流量より小
さければ、モータの回転数は増加し、計測された流量
が、制御目標の流量より大きければ、モータの回転数は
減少する制御であってかつPDI制御が行われ、回転数
は無段階に制御される。
【0033】流量計19を通過した被処理水4は、一部
(流量Q1)が処理タンク11の中空糸膜2の内側を経
て第1の被処理水流量調節器23に流れ、残り(流量Q
2)が被処理水供給配管13から分岐する被処理水バイ
パス配管15に流れ第2の被処理水流量調節器24を経
て中空糸膜2をバイパスする。中空糸膜2の内側を流れ
ている間に中空糸膜2を介して溶解した溶解ガス3を含
みガス溶解水5となった被処理水4は、中空糸膜2の内
側を出てガス溶解水吐出配管14を流れ、中空糸膜2を
バイパスした被処理水4と合流部14Aで合流し、ガス
溶解水5中の溶解ガス濃度が希釈され、さらにガス溶解
水吐出配管14を流れ不図示の洗浄装置に供給される。
【0034】ガス溶解水吐出配管14に接続されたガス
溶解水濃度計26が、希釈後の溶解ガス濃度を計測し、
ガス溶解水濃度計26から濃度信号27が第2の制御器
28に送られる。第2の制御器28は、測定された濃度
と制御目標値である濃度との差を求め、求められた差に
基づく第2の流量制御信号29を、内蔵する不図示の演
算回路によって計算し、第1の被処理水流量調節器23
および第1の被処理水流量調節器23に第2の流量制御
信号29を送り、以下のように制御する。
【0035】すなわち、計測された濃度が制御目標の濃
度より小さければ、中空糸膜2の内側を通過する流量Q
1(第1の被処理水流量調節器23を通過する流量)が
増加し、中空糸膜2をバイパスする流量Q2(第2の被
処理水流量調節器24を通過する流量)が減少する。計
測された濃度が制御目標の濃度より大きければ、中空糸
膜2の内側を通過する流量Q1が減少し、中空糸膜2を
バイパスする流量Q2が増加する。このように制御し、
ガス溶解水31中の溶解ガス3の濃度が所定の値となる
ようにする。ガス溶解水31中の溶解ガス3の濃度が所
定の値となるよう制御することは、ガス溶解水5、31
の圧力も所定の圧力に制御することになる。なお、ガス
溶解水製造装置1を全て自動的に運転することが望まし
い。
【0036】ガス溶解水31を製造しないときに、ガス
溶解水濃度計26を使用し、被処理水4を例えば図中B
の位置で、飽和ガス溶解水5を例えば図中Aの位置で、
常時交互に測定し、更新していくことによって、被処理
水源8から供給される被処理水4の溶解ガス濃度が変化
した場合、また水温が変化し、飽和ガス溶解水5の溶解
ガス濃度が変化した場合も、所定の溶解ガス濃度のガス
溶解水31を短時間で供給できる。
【0037】例えば、被処理水源8からの被処理水4中
の、NやOなどの溶解させたいガスの溶解ガス濃度
が上昇した場合は、Q1の流量を少なくして、バイパス
用のQ2の流量を多くするよう制御する。また、飽和ガ
ス溶解水5の濃度が高くなった場合は、Q1を減らし、
Q2を増やす。さらに飽和ガス溶解水5の水温が上昇し
た場合は、実質的に中空糸膜2(図2参照)で溶存でき
るガス飽和濃度が減るため、Q1を増やし、バイパス用
のQ2を減らすように制御する。これらの被処理水4、
飽和ガス溶解水5、希釈後のガス溶解水31の濃度を測
定する溶解ガス濃度計26は、それぞれの箇所に計3個
取り付けてもよいし、1つの溶解ガス濃度計26で、随
時測定する個所を切り替えるようにしてもよい。前述に
おいて、溶解ガス濃度計26が、ガス溶解水31の濃度
および/または温度を測定するようにしてもよい。
【0038】本実施の形態のガス溶解水製造装置1で
は、被処理水4として脱ガス処理がなされた超純水が使
用されることが望ましい。被処理水供給配管13の入口
部で、溶解している窒素の濃度が3ppm未満、同酸素
の濃度が100ppb未満、同水素の濃度が1ppb未
満に抑えられている。被処理水4の供給量Qは20〜3
0L/min、供給温度が20〜23℃、供給圧力が
0.20〜0.30MPa(2.0〜3.0kgf/c
)(ゲージ圧)である。
【0039】溶解ガス3として、純度ほぼ100%の窒
素ガス(ケース1)、水素ガス(ケース2)が使用され
た。供給する溶解ガスの純度を99%以上とするとよ
い。溶解ガス3として、他にアルゴンガス、酸素ガス、
炭酸ガスが用いられる。溶解ガス3の供給圧力は0.0
0MPa(0.00kgf/cm)(ゲージ圧)で大
気圧に等しい。被処理水4の供給圧力は溶解ガス圧力よ
り0.20〜0.30MPa(2.0〜3.0kgf/
cm)だけ高い。被処理水4の供給圧力を、溶解ガス
圧力より0.01MPa(0.1kgf/cm)以上
高くすることにより、微細気泡の含まれず、濃度が均一
であり、不純物の混入していない溶解水を供給すること
ができる。溶解ガス3の供給圧力は、典型的には、供給
方法が簡単なため大気圧以上であることが望ましい。
【0040】本ガス溶解水製造装置1では、接液部は全
て非金属材料を使用し、金属イオンの被処理水4への溶
出を防いでいる。ポンプ17は、無段階可変速制御さ
れ、またノンパーティクルタイプであり、動圧軸受を用
い回転体の機械的接触が一切なく、ポンプ内部からの微
粒子の発生を抑制したものであり、接液部は材質に高純
度セラミックスおよび四弗素化樹脂を用い金属イオンの
被処理水4への溶出を防いだものを用いている。フィル
タ18は、濾過度0.05μmの膜フィルタを用いてい
る。中空糸膜として、テフロン(登録商標)製の中空糸
膜、ポリ四弗化エチレン系の多孔質疎水膜(孔径分布
0.01〜1μm)等を用いるとよい。 配管材料は、
気密性が高く、外部からのガスの透過がしにくいPVD
F(ポリビニリデンフロライド、フッ素樹脂)製のもの
とするとよい。
【0041】本実施の形態のガス溶解水製造装置1によ
れば、溶解ガス3として窒素ガスを使用した場合(ケー
ス1)には、窒素ガス濃度が5〜20ppmのガス溶解
水31(水温20℃の場合)を短時間で効率よく製造す
ることができる。また、溶解ガス3として水素ガスを使
用した場合に(ケース2)は、水素ガス濃度が100〜
1000ppbのガス溶解水31(水温20℃の場合)
を短時間で効率よく製造することができる。
【0042】窒素ガスを使用した場合(ケース1)の、
水温20℃において6ppmの濃度のガス溶解水31を
製造する場合(図3)、水温20℃において10ppm
の濃度のガス溶解水31を製造する場合(図4)、水温
20℃において13ppmの濃度のガス溶解水31を製
造する場合(図5)の、濃度の時間的変化を計測した実
験結果を図3〜5に示す。図3〜5において、横軸が時
間(単位は分)、縦軸が溶解した窒素ガス濃度(単位は
ppm)を表す。また、各図において被処理水の供給量
は20L/minであり、測定は4回繰り返して行わ
れ、データ〜が記載されている。それぞれの場合、
約1分〜1.5分で目標とする濃度のガス溶解水31を
製造することができることが分かる。
【0043】なお、溶解ガスの純度が100%ではない
場合、ガス溶解水中の溶解ガスの濃度は、供給されたガ
ス中の溶解ガスの分圧における飽和濃度になる。当然の
こととして、溶解ガス供給配管に供給されるガスは混合
ガスであってもよい。
【0044】被処理水供給配管13の第1の被処理水流
量調節器23は、第2の制御器28からの第2の流量制
御信号29によって流量を制御する制御弁とすることが
できる。被処理水バイパス配管15の第2の被処理水流
量調節器24も、第2の制御器28からの第2の流量制
御信号29によって流量を制御する制御弁とすることが
できる。二つの制御弁を別々の配管に設置する代わり
に、被処理水流量調節手段としての3方制御弁を、被処
理水供給配管13の分岐部13Aに取り付けてもよい。
この場合、3方制御弁は、第1の流量調節手段であると
ともに、第2の流量調節手段でもある。また、分岐部1
3Aは被処理水供給配管13でもあり、被処理水バイパ
ス配管15でもあるとする。
【0045】なお、本発明のガス溶解水製造装置1で
は、被処理水供給管13への流量を全て被処理水バイパ
ス配管15に流すことにより、同じ装置で、脱気水供給
装置としても用いることができる。また、被処理水供給
管13への流量を全て処理タンク11の中空糸膜2の内
側に流すことにより、飽和ガス溶解水31を製造でき
る。また、本実施の形態では、ガス溶解水31を作るた
めの被処理水供給配管13と被処理水バイパス配管15
は、共通の被処理水源8から分岐させる構造としたが、
処理タンク11のバイパスを設けた図1に示す実施の形
態に限られず、飽和ガス溶解水を作るため処理タンク1
1へ接続される被処理水配管と、希釈用の被処理水配管
を別々の被処理水源から供給してもよい。
【0046】次に、本発明で得られた飽和濃度以下の濃
度に制御されたガス溶解水の使用例としてウェハ超音波
洗浄装置101、102について説明する。特に、本発
明で得られたガス溶解水は、デバイスウェハの洗浄に適
する。
【0047】図6に、超音波洗浄装置としてのウェハ超
音波洗浄装置101の矢視図を示す。図中、ウェハ超音
波洗浄装置101は、4つのチャック爪141を有する
回転チャック140と、回転チャック140が取り付け
られた軸142とを備える。回転チャック140は、半
導体ウェハW1の外周WAをチャック爪141で挟持
し、軸142を中心に矢印X方向に回転する構造となっ
ている。ウェハ超音波洗浄装置101は、さらに洗浄液
噴射用ノズル150を備え、洗浄液噴射用ノズル150
から、半導体ウェハW1の被洗浄面WB(または以下、
上面WBともいう)に洗浄液151を噴射できる構造と
なっている。
【0048】ウェハ超音波洗浄装置101において、例
えばポリッシング終了後の半導体ウェハW1の被洗浄面
WAを上に配置し、回転チャック140のチャック爪1
41で扶持して装着する。回転チャック140を矢印X
方向に回転させながら、洗浄液噴射用ノズル150から
半導体ウェハW1の上面WAに洗浄液151を噴射し
て、半導体ウェハW1の上面WAに保持されている砥粒
や削り屑を洗い流す。ここでは、メガソニック洗浄に適
用させた例を示す。
【0049】図7は、図6のウェハ超音波洗浄装置10
1に使用されるメガソニック洗浄ノズル155の詳細構
造を示す断面図である。図7において、メガソニック洗
浄ノズル155は、ノズル本体156の後端部156C
に、超音波発信装置としての超音波振動子157を設け
た構造である。超音波振動子157を起動し、ノズル本
体156に形成された注入口156Aに、図1で示され
た濃度調節された、ガス溶解水供給ライン15(図1参
照)からのガス溶解水31(図1参照)を注入すること
により、ガス溶解水31に超音波振動エネルギーが付与
され、ノズル本体156に形成された噴射口156Bか
ら、超音波振動エネルギーの付与された洗浄液151
(図6参照)が半導体ウェハW1の上面WAに噴射され
る。なお、ここでガス溶解水31が、洗浄液151とし
て噴射される。
【0050】これにより、半導体ウェハW1の上面WA
のダストは噴射された洗浄液151(図7参照)を介し
て超音波エネルギーが間接的に付与される。その結果、
半導体ウェハW1上のダストが加振され半導体ウェハW
1の上面WAから剥離し、噴射された洗浄液151によ
り洗い流される。
【0051】この場合に、洗浄液としてN等のガス溶
解水を適用することがあるが、溶存ガス濃度が高いと、
洗浄液中に気泡が発生しやすくなる。生成した気泡が合
体し大きな気泡ができたり、発生した気泡が被洗浄面W
Aに付着すると、半導体ウェハW1の気泡が付着した部
分の洗浄が、気泡の付着していない他の部分の洗浄と比
べて均一に行えない。
【0052】この場合に、本発明のように、前述のメガ
ジェット洗浄の際に飽和濃度以下の濃度に制御されたガ
ス溶解水を用いると、洗浄液中に気泡が発生しにくくな
り、また発生したとしても大径の気泡は発生しにくいた
め、微細化されたパターンを有するデバイスウェハ上の
細かい凹凸も均一にソフトに洗浄することができる。そ
の他の洗浄においても、特に微細化されたパターン面を
有するデバイスウェハの洗浄には、飯和濃度以下のガス
溶解水を用いるとよい。
【0053】図8に、他の実施の形態の超音波洗浄装置
としてのウェハ超音波洗浄装置102を示す。ウェハ超
音波洗浄装置102は、ガス溶解水製造装置1と、洗浄
槽163と、ガス溶解水製造装置1と洗浄槽163とを
繋ぐ洗浄液供給ライン160と、洗浄槽163の外側に
設けられたドレン槽170とを備える。
【0054】洗浄槽163には、本ガス溶解水製造装置
1で製造された飽和濃度以下に制御されたガス溶解水3
1(例えば、窒素水)が、ガス溶解水供給ライン160
を通じて洗浄槽163に取り付けられた洗浄液供給ノズ
ル162より供給される。
【0055】洗浄液供給ノズル162(図9参照)は、
洗浄槽163の内部底面164に沿って配置されている
円柱形状のノズルである。該洗浄液供給ノズル162に
は、長手方向に沿って複数の吐出口165(図9参照)
が開口しており、該吐出口165からガス溶解水31が
洗浄液31として洗浄槽163内に供給される。洗浄槽
163の下面169には、超音波発信装置としての超音
波振動子166が配設されており、超音波振動子166
は、洗浄槽163内の洗浄液31に超音波振動エネルギ
を付与する。
【0056】被洗浄物たるデバイスウェハW2(例えば
シリコンウェハ)は、通常25枚が鉛直方向上下に立っ
た姿勢で洗浄槽163内に配置される。その後、洗浄槽
163は洗浄液31で満たされ、洗浄槽163からオー
バーフローした洗浄液31は洗浄槽163の外側に設け
られたドレン槽170にて回収される。ドレン槽170に回
収された洗浄液31は、ドレン槽に繋がれたドレンライ
ン167から排出される。本実施の形態のウェハ超音波
洗浄装置102は、前述のウェハ超音波洗浄装置101
と同様の効果に加えて、大量のデバイスウェハW2を早
く、洗浄することができ、スループットがより向上する
という効果を有する。
【0057】
【発明の効果】以上のように本発明のガス溶解水製造装
置によれば、溶解ガス供給流路と、第1の被処理水供給
流路と、第2の被処理水供給流路と、ガス溶解水吐出流
路とを備え、第2の被処理水供給流路がガス溶解水吐出
流路に合流し、第2の被処理水供給流路によって導かれ
た被処理水が、ガス溶解水中の溶解ガス濃度を所定の濃
度に希釈するよう構成されるので、溶解ガス濃度が飽和
濃度以下のガス溶解水を短時間で効率よく製造するガス
溶解水製造装置を提供することができる。
【0058】以上のように本発明の超音波洗浄装置によ
れば、本発明のガス溶解水製造装置と、超音波発信装置
とを備え、本発明のガス溶解水製造装置によって製造さ
れたガス溶解水で被洗浄物を洗浄する際に該ガス溶解水
に超音波エネルギを与えるので、洗浄に適した飽和濃度
に制御されたガス溶解水を洗浄液として用いて洗浄で
き、さらに超音波エネルギの付与されたガス溶解水を洗
浄液として用いて洗浄でき、よって被洗浄物をより清浄
に洗浄することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係るガス溶解水製造装置
の構成を示すフロー図である。
【図2】処理タンクの構造を示す模式的断面図である。
【図3】溶解ガスが窒素ガスの場合、本ガス溶解水製造
装置で、窒素ガス濃度が6ppbのガス溶解水を製造す
るときの、窒素ガス濃度の時間的変化を示す実験データ
である。
【図4】溶解ガスが窒素ガスの場合、本ガス溶解水製造
装置で、窒素ガス濃度が10ppbのガス溶解水を製造
するときの、窒素ガス濃度の時間的変化を示す実験デー
タである。
【図5】溶解ガスが窒素ガスの場合、本ガス溶解水製造
装置で、窒素ガス濃度が13ppbのガス溶解水を製造
するときの、窒素ガス濃度の時間的変化を示す実験デー
タである。
【図6】図1のガス溶解水製造装置によって製造された
ガス溶解水を利用して洗浄するウェハ超音波洗浄装置の
矢視図である。
【図7】図6のウェハ洗浄装置に用いられれるメガソニ
ック洗浄ノズルの断面図である。
【図8】他の実施の形態のウェハ超音波洗浄装置の構成
を示すブロック図である。
【図9】図8の超音波洗浄装置に用いられる洗浄液供給
ノズルの矢視図である。
【図10】従来のガス溶解水製造装置の構成を示すフロ
ー図である。
【符号の説明】
1 ガス溶解水製造装置 2 中空糸膜 3 溶解ガス 4 被処理水 5、31 ガス溶解水 6 排ガス 7 溶解ガス源 8 被処理水源 11 処理タンク 12 溶解ガス供給配管 13 被処理水供給配管 13A 分岐部 14 ガス溶解水吐出配管 14A 合流部 15 被処理水バイパス配管 16 溶解ガス流量調節器 17 ポンプ 18 フィルタ 19 流量計 20 流量信号 21 第1の制御器 22 第1の流量制御信号 23 第1の被処理水流量調節器 24 第2の被処理水流量調節器 25 ガス溶解水ドレン配管 26 ガス溶解水濃度計 27 濃度信号 28 第2の制御器 29 第2の流量制御信号 30 排ガス分解塔 101、102 ウエハ超音波洗浄装置 157 超音波振動子 Q、Q1、Q2 流量 W1 半導体ウェハ W2 デバイスウェハ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 稔 東京都大田区羽田旭町11−1 株式会社荏 原製作所内 (72)発明者 斉藤 孝行 神奈川県藤沢市本藤沢4−2−1 株式会 社荏原総合研究所内 (72)発明者 佐々木 賢一 神奈川県藤沢市本藤沢4−2−1 株式会 社荏原総合研究所内 (72)発明者 村川 圭一 東京都大田区羽田旭町11−1 株式会社荏 原製作所内 (72)発明者 島村 和秀 東京都大田区羽田旭町11−1 株式会社荏 原製作所内 Fターム(参考) 4G035 AA01 4G037 BA03 BC05 BD04 EA01

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶解ガスを被処理水に溶解させて、ガス
    溶解水とするよう構成されたガス溶解水製造装置におい
    て;前記溶解ガスを、前記被処理水に溶解させる溶解部
    と;前記溶解ガスを、前記溶解部に導く溶解ガス供給流
    路と;前記被処理水を、前記溶解部に導く第1の被処理
    水供給流路と;前記ガス溶解水を、前記溶解部から導く
    ガス溶解水吐出流路と;前記被処理水を、前記溶解部を
    通さずに導く第2の被処理水供給流路とを備え;第2の
    被処理水供給流路が前記ガス溶解水吐出流路に合流し、
    前記第2の被処理水供給流路によって導かれた前記被処
    理水が、前記ガス溶解水中の溶解ガス濃度を所定の濃度
    に希釈するよう構成される;ガス溶解水製造装置。
  2. 【請求項2】 前記第2の被処理水供給流路は、前記第
    1の被処理水供給流路から分岐し、前記溶解部をバイパ
    スするバイパス流路を形成する;請求項1に記載のガス
    溶解水製造装置。
  3. 【請求項3】 前記溶解部は、中空糸膜からなり、該中
    空糸膜の一方の側に前記溶解ガスを通し、前記中空糸膜
    の他方の側に前記被処理水を通すことによってガス溶解
    水を生成する;請求項1または請求項2に記載のガス溶
    解水製造装置。
  4. 【請求項4】 前記第1の被処理水供給流路の前記分岐
    部の下流側、または前記ガス溶解水吐出流路の、第2の
    被処理水供給流路が合流する合流部の上流側に設置さ
    れ、前記溶解部を流れる被処理水の流量を調節する第1
    の流量調節手段と、 前記バイパス流路に設置され、前記溶解部をバイパスす
    る被処理水の流量を調節する第2の流量調節手段のうち
    いずれか一方と;前記ガス溶解水吐出流路の前記合流部
    の下流側に設けられ、前記ガス溶解水の溶解ガス濃度を
    測定する溶解ガス濃度測定手段と;前記溶解ガス濃度測
    定手段によって測定された溶解ガス濃度に基づき、前記
    測定された溶解ガス濃度が所定の濃度になるように、前
    記第1の流量調節手段または前記第2の流量調節手段の
    うち設置されたいずれか一方を制御する第2の制御手段
    とを備える;請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記
    載のガス溶解水製造装置。
  5. 【請求項5】 溶解ガスを被処理水に溶解させる溶解部
    に、溶解ガスを通す第1の工程と;前記溶解部に前記被
    処理水を通す第2の工程と;前記溶解部で前記被処理水
    に前記溶解ガスを溶解させ、ガス溶解水とする第3の工
    程と;前記ガス溶解水に、前記溶解部を通らない前記被
    処理水を混合させ、混合後の前記ガス溶解水中の溶解ガ
    スの濃度が所定の濃度なるように制御する第4の工程と
    を備える;ガス溶解水製造方法。
  6. 【請求項6】 前記第4の工程で行われる制御が、前記
    溶解部を通る被処理水の流量と、前記溶解部を通らない
    被処理水の流量の割合を制御するものである;請求項5
    に記載のガス溶解水製造方法。
  7. 【請求項7】 請求項1乃至請求項4のいずれか1項に
    記載のガス溶解水製造装置と;前記ガス溶解水製造装置
    によって製造されたガス溶解水で被洗浄物を洗浄する際
    に該ガス溶解水に超音波エネルギを与える超音波発信装
    置とを備えた;超音波洗浄装置。
  8. 【請求項8】 請求項5または請求項6に記載のガス溶
    解水製造方法によってガス溶解水を製造する製造工程
    と;前記製造工程によって製造されたガス溶解水に超音
    波エネルギを与えるエネルギ付与工程と;前記エネルギ
    付与工程によって超音波エネルギを与えられたガス溶解
    水を洗浄水として用いて被洗浄物を洗浄する洗浄工程と
    を備えた;超音波洗浄方法。
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