JP2010253471A - 連続式混合装置を用いた化学組成物の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】連続式混合装置を用いた化学組成物の製造装置を提供する。
【解決手段】連続式混合装置を用いて、フラットパネルディスプレイまたは半導体用化学組成物を連続的に製造する化学組成物の製造装置が開示される。前記化学組成物の製造装置は、化学組成物の各原料成分をそれぞれ別々に収容する２以上の原料タンクと、前記原料タンクに連結されて、原料成分を移送するポンプと、前記原料タンクから移送された２以上の原料成分が連続的に流入され、流れ中において混合され、前記多数の原料成分が均一に混合された化学組成物が流出される連続式混合装置と、前記連続式混合装置から流出される化学組成物の成分を分析する組成検出器と、前記連続式混合装置において製造される化学組成物を製品容器に充填するための充填器と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は連続式混合装置を用いた化学組成物の製造装置に係り、さらに詳しくは、連続式混合装置を用いて、例えば、フラットパネルディスプレイまたは半導体用化学組成物を連続的に製造する装置に関する。

液晶表示装置（ＬＣＤ）などのフラットパネルディスプレイ（Flat Panel Display：ＦＰＤ）、半導体などの製造に際しては、現像液、エッチング液、洗浄液など、液体状態の化合物として２以上混合されている多数の化学組成物が用いられる。通常、前記化学組成物は、混合タンクを用いたバッチ式方法により製造されている。

図１は、通常のバッチ式化学組成物の製造装置を説明するための図である。図１に示すように、通常のバッチ式製造装置は、２以上の原料タンク１０ａ、１０ｂ、ポンプ１２、混合タンク２０、攪拌器２２及び充填器３０を備えている。ここで、前記２以上の原料タンク１０ａ、１０ｂは、化学組成物を構成する各原料成分をそれぞれ別々に収容し、これらを供給する役割を果たし、前記混合タンク２０は、前記原料タンク１０ａ、１０ｂから供給された原料成分を混合して貯蔵する役割を果たす。前記攪拌器２２は、前記混合タンク２０内に取り付けられて、混合タンク２０内の原料成分を均一に混合する役割を果たし、前記充填器３０は、混合タンク２０において混合された化学組成物をドラムなどの別途の製品容器に充填するために用いられる。また、前記ポンプ１２は、原料タンク１０ａ、１０ｂ、混合タンク２０などから原料成分または化学組成物を移送するために用いられる。必要に応じて、前記バッチ式製造装置は、前記原料タンク１０ａ、１０ｂから供給される各原料成分及び混合タンク２０から供給される化学組成物から、微粒子などの不純物を除去するためのフィルター１４などをさらに備えていてもよい。

しかしながら、前記バッチ式製造装置においては、混合タンク２０などの各種の付帯施設が必要となるため、敷地、建物、設備などを設けるための設備投資費が高く付き、生産量の増大にも限界がある。さらに、例えば、３種類の化合物（原料成分）を含む化学組成物を製造する場合、第１化合物の投入、第２化合物の投入、第３化合物の投入、前記第１から第３化合物の混合、１次品質検査、フィルター安定化工程、ろ過、２次品質検査、包装などの多段階の工程を長時間かけて行うことを余儀なくされる。なお、従来のバッチ式製造装置においては、用いられる原料化合物の種類と個数が変更される場合、これにより、設備の構造を変更しなければならないなど、生産柔軟性が低く、経済的損失が発生するという欠点がある。

そこで、本発明の目的は、混合タンクを使用することなく、原料化合物の投入と同時に化学組成物製品を連続式に得られる、連続式混合装置を用いた化学組成物の製造装置を提供することである。

本発明の他の目的は、原料成分の混合比をリアルタイムにて測定し、これにより、原料成分の混合比をリアルタイムにて調節することのできる、連続式混合装置を用いた化学組成物の製造装置を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、施設、敷地、設備などの投資費を削減することのできる、連続式混合装置を用いた化学組成物の製造装置を提供することである。

前記目的を達成するために、本発明は、化学組成物の各原料成分をそれぞれ別々に収容する２以上の原料タンクと、前記原料タンクに連結されて、原料成分を移送するポンプと、前記原料タンクから移送された２以上の原料成分が連続的に流入され、流れ中において混合され、前記多数の原料成分が均一に混合された化学組成物が流出される連続式混合装置と、前記連続式混合装置から流出される化学組成物の成分を分析する組成検出器と、前記連続式混合装置において製造される化学組成物を製品容器に充填するための充填器と、を備える化学組成物の製造装置を提供する。

本発明による化学組成物の製造装置においては、連続式混合装置が多数の混合タンクの役割を果たして設備のサイズが小さなことから、設備投資費が画期的に削減されるだけではなく、人力によっても設備が移動可能であり、別途の建物の新築なしに、既存の小型建物内にも装置の設置が可能になるというメリットがある。また、本発明による製造装置を使用する場合、化学組成物のリアルタイム生産及び品質検査が可能になることから、生産時間及び品質検査のリードタイムを無くすことができ、ネットワーク機能を通じて設備の遠隔制御が容易になるというメリットがある。さらに、本発明による化学組成物の製造装置は、連続式装置であることから、生産量の増加が容易である。本発明による化学組成物の製造装置は、化学組成物の混合度をリアルタイムにて測定することができ、別途の貯蔵タンクを備える必要がないというメリットがある。

通常のバッチ式化学組成物の製造装置を説明するための図。 本発明の一実施形態による連続式混合装置を用いた化学組成物の製造装置を説明するための図。 本発明の一実施形態による化学組成物の製造装置を用いて製造された化学組成物の成分分析結果を示すグラフ。

以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態を詳述する。

図２は、本発明の一実施形態による連続式混合装置を用いた化学組成物の製造装置を説明するための図である。図２に示すように、本発明による化学組成物の製造装置は、２以上の原料タンク５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、ポンプ５２、連続式混合装置７０、組成検出器８０及び充填器９０を備える。前記２以上の原料タンク５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄは、製造される化学組成物の各原料成分（液体化合物）をそれぞれ別々に収容し、これらを供給する役割を果たす。前記原料タンク５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄは、化学組成物に含まれる原料成分の数に応じて設置され、例えば、化学組成物の原料成分が４種であれば、前記原料タンク５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄも４台が設置される。前記ポンプ５２は前記原料タンク５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄに連結されて、原料タンク５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄの原料成分を移送する役割を果たす。前記ポンプ５２として、流体状態の原料成分の脈動を防止しつつ、原料成分を設定された値に基づいて一定量にて供給する、無脈動定流量ポンプを使用することが好ましい。

前記連続式混合装置７０は、原料タンク５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄから移送された多数の原料成分が連続的に流入され、流れ中において混合され、前記多数の原料成分が均一に混合された化学組成物が流出される装置である。すなわち、前記連続式混合装置７０の一方の端には多数の原料成分が連続的に流入され、前記原料成分が連続式混合装置７０の内部を流れながら均一に混合され、原料成分が均一に混合された化学組成物が前記連続式混合装置７０の他方の端を介して流出される。前記連続式混合装置７０としては、通常のインラインミキサーを使用することができる。インラインミキサーは、多数の乱流形成部材７２が、配管７４内に左右方向（流体の直線の流れを妨害する方向）に設けられて、配管７４の内部を流れる流体が前記乱流形成部材７２とぶつかって、流体の流れ方向が切り換わるようにすることにより、層流の流体が乱流の流体に切り換わりながら、流体が均一に混合される装置である。前記乱流形成部材７２は静的管路内攪拌器の役割を果たすものであり、ミキシングエレメントとも呼ばれる。図２に示すように、前記乱流形成部材７２としては、流体が流れる配管の長軸に対して、原料成分の斜めの流れを誘導できるように、斜めの傾斜面を有するヘリカルタイプのミキシングエレメントが使用可能である。前記乱流形成部材７２は、ステンレス鋼などの腐食性及び耐久性に優れた材質から形成されることが好ましい。

前記原料タンク５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄから移送された多数の原料成分は、マニホルド６０を介して、前記連続式混合装置７０に供給されることが好ましい。前記マニホルド６０は、原料タンク５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄから移送される液状の多数の原料成分を統合する集合部の役割を果たすものであり、一方の端には前記原料タンク５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄにそれぞれ連結される分岐管が形成されており、他方の端は前記連続式混合装置７０の流体流入口に連結されている。前記マニホルド６０は、流体の流れを妨げることなく、流体の圧力損失を極力抑えるような構造を有することが好ましい。なお、前記原料タンク５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄに貯蔵された原料成分が一定に流入されるように、原料成分の流入量を調節する定流量ポンプ５２が前記マニホルド６０の分岐管方向に設けられていてもよい。

本発明による化学組成物の製造装置に用いられる組成検出器８０は、前記連続式混合装置７０から流出される化学組成物の成分を分析するためのものである。前記組成検出器８０としては、近赤外（ＮＩＲ）分光器を使用することが好ましい。ＮＩＲ分光器は、流体（化学組成物）に吸収される近赤外線光の波長と吸収強度に応じて、流体の成分を分析する装置であり、組成が経時的に変化する化学工程などの複雑な工程に際して、リアルタイムにて成分組成の物理的化学的分析を行うことができる。ＮＩＲ分光器は、短時間にサンプルが分析可能であり、単一のスペクトルから多数の化学成分を同時に分析することができるなど、容易で且つ簡単に組成データを得られることから、リアルタイム分析器として用いて好適であるだけではなく、分析結果の繰り返し再現性に優れている。流体状に流れる化学組成物をＮＩＲ分光器により分析するためには、通常のフローセル、プローブなどの検出手段が用いられ、かかる検出手段及びＮＩＲ分光器は、大韓民国特許公開２００２−５８９９５号、大韓民国特許公開２００２−５８９９６号などに詳細に説明されており、前記特許公開文献の内容は参照としてこの明細書に取り込まれている。前記組成検出器８０の分析結果に基づいて、化学組成物の成分を変更したり調節する必要がある場合には、それに応じて前記ポンプ５２を制御して、各原料成分の移送量を調節することができ、このような原料供給量の調節は、組成検出器８０に入力されたプログラムに基づいて、自動制御により行うことができる。

本発明による化学組成物の製造装置に用いられる充填器９０は、前記連続式混合装置７０において製造される化学組成物をドラムなどの別途の製品容器に充填するためのものであり、前記充填器９０としては、通常の弁などが使用可能である。本発明による化学組成物の製造装置は、必要に応じて、フィルター５４、気泡除去装置、質量流量計、オンライン粒子計数器、バッファタンクなどをさらに備えてもよい。前記フィルター５４は、各原料成分または化学組成物から微粒子などの不純物を除去するための通常の手段であり、各原料タンク５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ及び連続式混合装置７０の後段に取り付け可能である。前記気泡除去装置は、定流量ポンプ５２などを介して供給される原料成分に存在しうる気泡などの気体を除去する装置であり、前記質量流量計は、流体の温度と密度による別途の補正なしに流体の流量を測定する装置である。前記オンライン粒子計数器は、半導体レーザーを用いた流体中の側方散乱方式により、流体（化学組成物）中の微粒子の数をリアルタイムにて測定して、化学組成物の品質を管理するための装置である。また、前記バッファタンクは、前記２以上の原料タンク５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄから供給される各原料成分（液体化合物）の供給量と製造される化学組成物の吐出量とのバランスを取るために、製造される化学組成物を一時的に収容するように、前記連続式混合装置７０と充填器９０との間に介装することができ、前記バッファタンク内の化学組成物は、ろ過ラインの安定化のために循環可能である。前記フィルター５４、気泡除去装置、質量流量計、オンライン粒子計数器、バッファタンク、連続式混合装置７０などは定量の原料成分を混合し、高品質の化学組成物を得るためのものであり、前記組成検出器８０は、化学組成物のリアルタイム組成比変化または傾向を観察して、化学組成物の組成が管理線を逸脱すると、これにより、組成物の生産条件を変更したり、生産を中止するための制御装置である。本発明による化学組成物の製造装置に使用可能な原料成分（化合物）は、液体状態の化合物（原料成分）をいずれも含み、例えば、大韓民国特許公開２００２−５８９９５号、大韓民国特許公開２００２−５８９９６号などに開示された現像液、エッチング液などを製造することができる。

次に、図２に基づき、本発明による化学組成物の製造装置の動作を説明する。先ず、混合しようとする２以上の化合物（原料成分）がそれぞれ収容されている原料タンク５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄに定量ポンプ５２を設け、連続式混合装置７０、組成検出器８０及び充填器９０を連結する。次に、組成検出器８０の制御ウィンドウから混合しようとする原料の成分比を入力して、ポンプ５２を制御することにより、原料タンク５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄの原料成分が連続式混合装置７０に一定の速度にて流入され、連続式混合装置７０において混合されるようにすることにより、化学組成物が製造される。このとき、連続式混合装置７０において製造される化学組成物の組成が所望の成分比と異なる場合、組成検出器８０はその成分検出結果を分析して、ポンプ５２の回転数（ＲＰＭ）を制御することにより（ＳＴＥＰ制御及びフィードバック制御）、所望の成分比の化学組成物を得ることができる。このとき、前記原料タンク５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄから移送された原料成分はマニホルド６０において混合された後、連続式混合装置７０に流入されて均一に混合される。このとき、必要に応じて、前記原料成分及び化学組成物から、気泡、微粒子などを除去することができ、このようにして製造された化学組成物は、充填器９０を介して、ドラムなどの包装容器に包装される。以上のあらゆる動作は組成検出器８０の分析結果を基に自動的に制御されてもよく、必要に応じて、マニュアルにて制御されてもよい。

以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳述する。下記の実施例は本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明が下記の実施例により限定されることはない。

［実施例］インラインミキサーを用いた化学組成物の製造
図２に示す装置を用いて、４個の原料成分（化合物）として、ブチルジグリコール（ＢＤＧ）、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）及びジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）を混合し、製造された化学組成物をＮＩＲ分光器により分析し、その成分分析結果（濃度：重量％）を下記表１及び図３に示す。

前記表１から、本発明による化学組成物の製造装置を使用する場合、４種の原料成分（ＢＤＧ、ＮＭＰ、ＭＥＡ及びＤＭＳＯ）の最大偏差はそれぞれ０．２０、０．２８、０．１６及び０．３０であり、各成分の偏差％はそれぞれ０．０３８％、０．０６４％、０．０３７％、０．０５７％であり、成分組成が極めて同様であり、且つ、安定的であることが分かる。なお、化学組成物の製造装置を起動してから、１分、６分、１１分、１６分、２１分、２６分及び３０分のタイミングにおいて得た組成物をＧＣ（ｇａｓｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）により成分分析し、その結果を下記表２に示す。

前記表２のＧＣ分析結果の場合にも、ＢＤＧ、ＮＭＰ、ＭＥＡ及びＤＭＳＯの最大偏差はそれぞれ０．１５、０．３７、０．１４、０．１２であり、偏差％は０．０５、０．１１７、０．０４８、０．０３８であって、ＮＩＲ分析結果と極めて同様であることが分かる。このため、前記表１及び２から、本発明による化学組成物の製造装置を使用する場合、均一な組成を有する化学組成物を安定的に製造可能であることが分かる。本発明による化学組成物の製造装置は、フラットパネルディスプレイまたは半導体製造用化学組成物だけではなく、パーチクル、組成及び純度管理が要されるあらゆる化学組成物の連続的製造に使用可能である。

Claims (7)

1. 化学組成物の各原料成分をそれぞれ別々に収容する２以上の原料タンクと、
   前記原料タンクに連結されて、原料成分を移送するポンプと、
   前記原料タンクから移送された２以上の原料成分が連続的に流入され、流れ中において混合され、前記多数の原料成分が均一に混合された化学組成物が流出される連続式混合装置と、
   前記連続式混合装置から流出される化学組成物の成分を分析する組成検出器と、
   前記連続式混合装置において製造される化学組成物を製品容器に充填するための充填器と、
   を備える化学組成物の製造装置。
2. 前記ポンプは、流体状態の原料成分の脈動を防止しつつ、原料成分を設定された値に基づいて一定量にて供給する無脈動定流量ポンプである、請求項１に記載の化学組成物の製造装置。
3. 前記連続式混合装置は、インラインミキサーである、請求項１又は２に記載の化学組成物の製造装置。
4. 前記インラインミキサーは、多数の乱流形成部材が配管内に左右方向に設けられて、配管内部を流れる流体が前記乱流形成部材とぶつかって、流体の流れ方向が切り換わるようにすることにより、流体を均一に混合するものである、請求項３に記載の化学組成物の製造装置。
5. 一方の端には前記原料タンクにそれぞれ連結される分岐管が形成されており、他方の端は前記連続式混合装置の流体流入口に連結されているマニホルドをさらに備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の化学組成物の製造装置。
6. 前記組成検出器は、近赤外（ＮＩＲ）分光器である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の化学組成物の製造装置。
7. 前記組成検出器の分析結果に基づいて、前記ポンプが自動制御される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の化学組成物の製造装置。