JP2009219995A - ガス溶解水供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】高濃度のガス溶解水を効率よく製造し、ユースポイントに循環供給することができるガス溶解水供給システムを提供する。
【解決手段】貯留槽１に、ガス（酸素）を溶解させた水で被洗浄物を洗浄した後の排水（洗浄排水）が配管１５を経由して貯留され、また、補給水配管１ａを経由して補給水が供給される。貯留槽１の水は圧送ポンプ２及び水温を一定に保つための熱交換器３を経由して、純化装置４に送られる。純化装置４で異物が除去された水は、流量計５を経て、脱気装置６へ送られる。その後、ガス溶解装置７でガスが溶解され、薬品が添加され、ユースポイントに供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス溶解水供給システムに係り、特に、半導体用のシリコンウェハ、フラットパネルディスプレイ用のガラス基板等の洗浄水供給システム等に好適なガス溶解水供給システムに関する。

半導体用シリコン基板、液晶用ガラス基板、フォトマスク用石英基板などの電子材料の表面から、微粒子、有機物、金属などを除去するために、いわゆるＲＣＡ洗浄法と呼ばれる過酸化水素をベースとする濃厚薬液による高温でのウェット洗浄が行われていた。ＲＣＡ洗浄法は、電子材料の表面の金属などを除去するために有効な方法であるが、高濃度の酸、アルカリや過酸化水素を多量に使用するために、廃液中にこれらの薬液が排出され、廃液処理において中和や沈殿処理などに多大な負担がかかるとともに、多量の汚泥が発生する。

そこで、特定のガスを超純水に溶解し、必要に応じて微量の薬品を添加して調製した機能性洗浄水が高濃度薬液に代わって使用されるようになってきている。機能性洗浄水に用いられる特定のガスとしては、水素ガス、酸素ガス、オゾンガス、希ガス、炭酸ガスなどがある。特に、アンモニアを極微量添加した水素ガス溶解水、酸素ガス溶解水、アルゴンなどの希ガス溶解水、炭酸ガス溶解水は、超音波を併用した洗浄工程で使用すると、極めて高い微粒子除去効果を発揮する。

ガス溶解水は、ガス溶解水製造装置で製造されたのち、いったん貯留タンクに貯留され、配管を通してユースポイントに送られる。ユースポイントで使用されなかった余剰のガス溶解水は、循環配管により返送される（例えば特許文献１）。
特開２０００−２７１５４９

本発明は、高濃度のガス溶解水を効率よく製造し、ユースポイントに循環供給することができるガス溶解水供給システムを提供することを目的とする。

請求項１のガス溶解水供給システムは、原水にガスを溶解させるガス溶解装置と、該ガス溶解装置からのガス溶解水をユースポイントに供給する供給手段とを有するガス溶解水供給システムにおいて、該ユースポイントで使用された排水の少なくとも一部を前記原水に利用するために返送する排水返送手段を備えたことを特徴とするものである。

請求項２のガス溶解水供給システムは、請求項１において、前記ユースポイントから未使用のガス溶解水の少なくとも一部を前記原水に利用するために返送する未使用ガス溶解水返送手段を備えたことを特徴とするものである。

請求項３のガス溶解水供給システムは、請求項１又は２において、前記ガス溶解装置に供給する原水を貯留するための水槽が設けられており、前記返送手段からの水を該水槽に導入することを特徴とするものである。

請求項４のガス溶解水供給システムは、請求項３において、該水槽からの水を前記ガス溶解装置に供給するためのポンプを備えたことを特徴とするものである。

請求項５のガス溶解水供給システムは、請求項４において、該ポンプからの水を純化装置で純化してから前記ガス溶解装置に供給することを特徴とするものである。

請求項６のガス溶解水供給システムは、請求項１ないし５のいずれか１項において、前記ガス溶解装置に導入する水を脱気するための脱気装置を備えたことを特徴とするものである。

請求項７のガス溶解水供給システムは、請求項６において、該脱気装置は膜脱気装置であることを特徴とするものである。

請求項８のガス溶解水供給システムは、請求項１ないし７のいずれか１項において、前記ガス溶解装置は膜によって気相室と水室とが隔てられたガス溶解膜モジュールであり、該ガス溶解膜モジュールの気相室に溜まる凝縮水を排出するために、そのときの通水量で溶解するガス量より多い量のガスを該ガス溶解膜モジュールに供給し、供給したガスのうち溶解しなかった余剰分を該ガス溶解膜モジュール外に排出しながら、ガスを溶解させることを特徴とするものである。

請求項９のガス溶解水供給システムは、請求項１ないし８のいずれか１項において、前記ガスは少なくとも酸素を含むことを特徴とするものである。

請求項１０のガス溶解水供給システムは、請求項１ないし８のいずれか１項において、前記ガスは、窒素、アルゴン、オゾン、二酸化炭素、水素、クリーンエア及び希ガスの少なくとも１種を含むことを特徴とするものである。

請求項１１のガス溶解水供給システムは、請求項１ないし１０のいずれか１項において、循環する水及び補給する水の少なくとも一方に、薬品を添加する手段を備えたことを特徴とするものである。

請求項１２のガス溶解水供給システムは、請求項１１において、薬品が添加された水中の薬品の濃度を一定に保つように、該水中の薬品濃度又はそれに準じるものを計測する計測部と、薬品注入部とを設けたことを特徴とするものである。

ユースポイントで未使用のガス溶解水を循環して再利用することは、上記の通り公知であるが、本発明では、ユースポイントで使用されたガス溶解水の少なくとも一部を循環して再利用することにより、高濃度のガス溶解水を効率よく製造してユースポイントに供給することができる。また、ユースポイント未使用水の循環再利用を併せて行うことにより、高濃度のガス溶解水を極めて効率よく供給することができる。

なお、ユースポイントで使用された水には微粒子などの異物が含まれているので、純化装置で純化してからガス溶解装置に供給することにより、清浄なガス溶解水をユースポイントに供給することができる。

系全体の循環用のポンプからの吐出水をこの純化装置に通水し、次いでガス溶解装置に通水することにより、純化装置通水用のポンプと、系全体の循環用のポンプとを兼用させ、設備の簡素化を図ることができる。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。

図１，２は、それぞれ本発明の実施の形態に係るガス（この実施の形態では酸素）溶解水供給装置の一態様の説明図である。まず図１について説明する。

貯留槽１に、ガス（酸素）を溶解させた水で被洗浄物を洗浄した後の排水（洗浄排水）が配管１５を経由して返送され、また、補給水配管１ａを経由して補給水が供給される。補給水としては洗浄に供することが可能な程度の清浄度を有する純水又は超純水もしくは別装置で製造されたガス（酸素）溶解水が望ましい。

貯留槽１の清浄度を保つために、パージガス配管１ｂからパージガスを供給し、圧力調整機構１ｃにて大気圧よりも若干例えば１０〜５０ｍｍＡｑ程度、好ましくは３０ｍｍＡｑ程度高い圧力となるように貯留槽１内を圧力調整し、外気が混入しないようにしてもよい。なお、洗浄物の要求清浄度が高くない場合は、必ずしもパージガスは必要としない。また、安全性を考慮した上で、パージガスとして、溶解させるガスと同一のガス（酸素）を用いれば、貯留槽１における該ガスの水からの気散が抑制できるので好ましい。

貯留槽１は後述の洗浄処理槽１４と兼ねることもできる。この場合、洗浄処理槽に補給水配管１ａが接続される。

貯留槽１内の水は、圧送ポンプ２及び水温を一定に保つための熱交換器３を経由して、純化装置４に送られる。この純化装置４では、水中に存在する、洗浄に実質的に影響を与える異物を一部の水とともに除去する。

なお、熱交換器３は、主に循環中に昇温する分を冷却するのに用いられるが、熱交換器を設置せず、昇温した水を洗浄に用いても良い。また、逆に加温してもよい。熱交換器３の設置場所は、純化装置４よりも上流側が望ましい。

純化装置４としては、例えば、ＵＦ膜、ＭＦ膜などが用いられ、異物はブライン水と共に系外へ排出される。

補給水の補給場所は貯留槽１から、純化装置４の２次側の間でいずれでも良い。純化装置４の処理水量を少なくして異物を効率的に除去する観点からすると、純化装置４の２次側が好適であるが、装置運転上、複雑な制御を伴うので、補給水の制御が容易な貯留槽１に補給するのが好ましい。例えば、貯留槽１内の水位を一定に保つように補給水量を調整すれば、実質的に系外へ排出される水量とつりあわせることができ、制御も容易となる。

純化装置４で異物が除去された水は、流量計５を経て、脱気装置６へ送られる。この脱気装置６としては、脱気膜６ａを備えた脱気膜装置が好適である。脱気膜６ａで気相室と水室とが隔てられている。この気相室内を真空ポンプ６ｂにて吸引することで、水中の溶存ガスが脱気される。気相室の凝縮水の排出をスムーズにするために、気相室の下端から吸引することが望ましい。真空ポンプ６ｂに制限はなく、水封式やスクロール式などが用いられるが、真空の発生にオイルを用いるものはオイルが逆拡散して脱気膜を汚染することがあるので、オイルレスのものが望ましい。

脱気装置６からの脱気水はガス溶解装置７へ送水される。ガス溶解装置７としては、膜７ａによって気相室と水室とを隔てたガス溶解膜モジュールが好適である。気相室に酸素供給源８から調整弁８ａ、流量計８ｂを介して酸素ガスが導入される。酸素ガスは、膜７ａを透過して水室内の水に溶解する。余剰の酸素ガスは、ガス排出弁９ａを有した排ガスライン９から系外に排出される。

ガス溶解膜モジュールの気相室に溜まる凝縮水を排出するために、その水量で溶解するガス量より多い量のガスを溶解膜モジュールに供給し、膜モジュールの下端を大気開放として、供給したガスのうち溶解しなかった余剰分を排出しながら、ガスを溶解させる場合、ガス排出弁９ａを開けて、一部のガスを排出ライン９から排出しながらガス溶解運転を行うのが好ましい。この場合のガスの供給量は、この水量、水温での飽和ガスの量を１とした場合、１．１〜１．５倍程度が望ましく１．２〜１．４倍程度が経済的な観点と排出性から好ましい。溶存ガス濃度の調整は供給ガスの濃度を変えることで行う事が望ましい。

なお、ガス排出弁９ａを閉じたまま溶解させるようにしてもよく、この場合、流量計５で計測された水量と要求濃度とに応じた量の酸素ガスが酸素供給源８から供給される。酸素ガス流量はガス流量計８ｂで計測され、流量計８ｂの指示値が所望の値になるように調整弁８ａでそのガス流量が調整される。流量計と調整弁が一体となっているマスフローコントローラーを用いても良い。また、酸素ガス量の調整は、溶存ガス濃度計１２の指示値と連動させて、所望の指示値となるように調整してもよい。

酸素供給源８としてはＰＳＡ、液化酸素、水電解で得られる酸素などが用いられるが、連続運転に適しているＰＳＡが好適である。

ガス溶解装置７からのガス溶解水は、その後、ｐＨ計１１でｐＨが所定の範囲にあることが確認され、さらに、溶存ガス濃度計１２にて溶存酸素濃度が所望の濃度にあることが確認された後、供給配管１３を経て、洗浄処理槽１４に供給される。

なお、洗浄効果を上げるためにガス溶解水に薬品を添加手段１０によって添加することもできる。薬品としてはアンモニア、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、コリン等のアルカリ、ＨＦ、ＨＣｌ、Ｈ_２ＳＯ_４等の酸、キレート剤、界面活性剤、もしくはこれらを組み合わせたものなどが用いられる。薬品の添加濃度は、それぞれの薬品用の濃度計、ｐＨ計、ＯＲＰ計、導電率計などによって測定され、所望の濃度になるようにその供給量が調整される。その調整方法は、ポンプで注入している場合、そのパルス数やストローク長で調整でき、ガスで圧入している場合、そのガス圧力を調整することで注入量が調整できる。どちらの方法でも注入量を弁の開度で調整することもできる。注入場所はこの限りではないが、注入の制御性をよく（応答を早く）するため濃度計測器（図１ではｐＨ計）の直前もしくはそれより少し上流側が望ましい。薬品は補給水に添加されてもよい。

洗浄処理槽１４からの洗浄排水は、返送配管１５によって貯留槽１へ返送される。

図１では、ガス溶解装置７からのガス溶解水の全量を供給配管１３によって洗浄処理槽１４へ供給しているが、図２では、この供給配管１３の末端を貯留槽１に接続し、供給配管１３の途中から分岐供給配管１５を分岐させ、この分岐供給配管１５から各洗浄処理槽１４へガス溶解水を供給している。

各洗浄処理槽１４からの洗浄排水は、配管１６を経由して貯留槽１へ返送される。洗浄に用いなかった余剰の酸素ガス溶解水も貯留槽１へ返送され、この未使用水も、ガス溶解水の原水として再利用される。

なお、ガス溶解装置で溶解させるガスは、窒素、アルゴン、オゾン、二酸化炭素、水素、クリーンエア及び希ガス等の少なくとも１種であってもよい。また、これらの少なくとも１種と酸素とを溶解させてもよい。

以下、実施例及び比較例について説明する。

実施例１
図１に示すガス溶解水供給システムにおいて、下記条件にて運転を行った。
純化装置 栗田工業(株)ＵＦ膜モジュール ＫＵ−１５１０ＨＵＴ
貯留槽へのパージガス 窒素
貯留槽圧力 ＋３０ｍｍＡｑ
送水量 ２００Ｌ／ｍｉｎ
補給水量 ２０Ｌ／ｍｉｎ
送水圧力 ０．２ＭＰａ
目標溶存酸素濃度 ３６ｍｇ／Ｌ（２５℃）
注入薬品及び濃度（ｐＨ） アンモニア ｐＨ１０

酸素供給源はＰＳＡとした。酸素ガス純度は９０％程度であった。純化装置４からの水を脱気膜モジュールで脱気後、溶解膜モジュールで酸素ガスを溶解させた。なお、ガス排出弁９ａを開放することにより溶解膜モジュールの下端を大気開放とした。酸素供給量は必要量の約１．２倍である６．０５Ｌ（標準状態）／ｍｉｎとした。

溶存酸素濃度を３６ｍｇ／Ｌに維持したまま、連続運転が可能であった。

比較例１
実施例１において、洗浄処理槽１４からの洗浄排水を廃棄し、貯留槽１へ返送しなかったこと以外は同様にして運転を行った。

その結果、補給水量は２００Ｌ／ｍｉｎ必要であった。

実施例２
図２に示すガス溶解水供給システムにおいて、ガス溶解装置７からの送水量を実施例１と同じく２００Ｌ／ｍｉｎとし、そのうちの３０Ｌ／ｍｉｎを未使用のまま貯留槽１に返送し、残部の１７０Ｌ／ｍｉｎを洗浄処理槽１４へ供給し、洗浄排水の全量を貯留槽１に返送するようにした。その他の条件は実施例１と同様にして運転を行った。

その結果、補給水量は２０Ｌ／ｍｉｎ、酸素供給量は６．０５Ｌ／ｍｉｎであった。

比較例２
実施例２において、各洗浄処理槽１４からの洗浄排水を廃棄し、貯留槽１へ返送しなかったこと以外は同様にして運転を行った。

その結果、補給水量は１７０Ｌ／ｍｉｎ必要であった。

以上の実施例及び比較例の通り、本発明例によると、補給水量を減少させ、効率よくガス溶解水をユースポイントに供給することができる。

実施の形態に係るガス溶解水供給システムのフロー図である。 別の実施の形態に係るガス溶解水供給システムのフロー図である。

符号の説明

１ 貯留槽
２ ポンプ
３ 熱交換器
７ ガス溶解装置
１４ 洗浄処理槽

Claims (12)

1. 原水にガスを溶解させるガス溶解装置と、該ガス溶解装置からのガス溶解水をユースポイントに供給する供給手段とを有するガス溶解水供給システムにおいて、
   該ユースポイントで使用された排水の少なくとも一部を前記原水に利用するために返送する排水返送手段を備えたことを特徴とするガス溶解水供給システム。
2. 請求項１において、前記ユースポイントから未使用のガス溶解水の少なくとも一部を前記原水に利用するために返送する未使用ガス溶解水返送手段を備えたことを特徴とするガス溶解水供給システム。
3. 請求項１又は２において、前記ガス溶解装置に供給する原水を貯留するための水槽が設けられており、前記返送手段からの水を該水槽に導入することを特徴とするガス溶解水供給システム。
4. 請求項３において、該水槽からの水を前記ガス溶解装置に供給するためのポンプを備えたことを特徴とするガス溶解水供給システム。
5. 請求項４において、該ポンプからの水を純化装置で純化してから前記ガス溶解装置に供給することを特徴とするガス溶解水供給システム。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項において、前記ガス溶解装置に導入する水を脱気するための脱気装置を備えたことを特徴とするガス溶解水供給システム。
7. 請求項６において、該脱気装置は膜脱気装置であることを特徴とするガス溶解水供給システム。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項において、前記ガス溶解装置は膜によって気相室と水室とが隔てられたガス溶解膜モジュールであり、
   該ガス溶解膜モジュールの気相室に溜まる凝縮水を排出するために、そのときの通水量で溶解するガス量より多い量のガスを該ガス溶解膜モジュールに供給し、供給したガスのうち溶解しなかった余剰分を該ガス溶解膜モジュール外に排出しながら、ガスを溶解させることを特徴とするガス溶解水供給システム。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項において、前記ガスは少なくとも酸素を含むことを特徴とするガス溶解水供給システム。
10. 請求項１ないし８のいずれか１項において、前記ガスは、窒素、アルゴン、オゾン、二酸化炭素、水素、クリーンエア及び希ガスの少なくとも１種を含むことを特徴とするガス溶解水供給システム。
11. 請求項１ないし１０のいずれか１項において、循環する水及び補給する水の少なくとも一方に、薬品を添加する手段を備えたことを特徴とするガス溶解水供給システム。
12. 請求項１１において、薬品が添加された水中の薬品の濃度を一定に保つように、該水中の薬品濃度又はそれに準じるものを計測する計測部と、薬品注入部とを設けたことを特徴とするガス溶解水供給システム。

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