JP2014151258A - オゾン水分解方法及び洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オゾン水廃水処理の合理化を図り、設置場所、装置導入コスト、ランニングコスト、及びメンテナンス性に優れた分解方法及びオゾン水を分解する排水系を装備する洗浄装置を提供することを目的とする。
【解決手段】廃水中に含まれるオゾンの分解方法であって、前記廃水を透光性の排水管に通し、該排水管の外側にリボン状のＵＶランプをらせん状に巻き付け、該ＵＶランプから紫外線を照射することで前記廃水中に含まれるオゾンを分解するオゾン水分解方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、洗浄用に使用された廃水中に含まれるオゾンの分解方法及び洗浄装置に関する。

近年、半導体ウェーハの洗浄工程には機能水の導入が検討されており、例えば、オゾン水洗浄の導入が進められている。オゾン水には強い酸化力があるため、半導体ウェーハ表面に付着した有機物の除去や、半導体ウェーハ表面の酸化に使用されている。

オゾン水は純水と同様に使用することができるが、その強い酸化性を有する特性上、人体及び環境に対して有害であるため、取扱い時には排気や廃水処理が必要となっている。一般的なオゾン水の廃水処理としては、例えばウェーハの洗浄装置から排水されたオゾン水を含む廃水を、ユーティリティ設備として別に設置されたオゾン水分解処理装置において、エアーレーションや活性炭処理、さらには、還元剤や紫外線照射による処理（特許文献１、２）を施して分解処理する方法がある。しかし、これらの分解処理方法は、洗浄装置とは別に分解装置を設置する必要があるため合理的ではなく、設置場所、装置導入コスト、ランニングコスト、メンテナンス性等の負荷が問題となっている。

特開２００２−１３１８号公報 特開２００２−１８４３２号公報

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、オゾン水廃水処理の合理化を図り、設置場所、装置導入コスト、ランニングコスト、及びメンテナンス性に優れた分解方法及びオゾン水を分解する排水系を装備する洗浄装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、
廃水中に含まれるオゾンの分解方法であって、
前記廃水を透光性の排水管に通し、該排水管の外側にリボン状のＵＶランプをらせん状に巻き付け、該ＵＶランプから紫外線を照射することで前記廃水中に含まれるオゾンを分解するオゾン水分解方法を提供する。

このような分解方法であれば、洗浄装置とは別に分解装置を設置する必要がないため装置導入コスト及びランニングコストに優れており、オゾン水廃水処理の合理化を図ることができる。

このとき、前記排水管の材質を透光率９０％以上のものとすることが好ましい。

このような排水管とすれば、効率良くオゾンを分解することができる。

また、前記ＵＶランプをＬＥＤ製ＵＶランプとすることが好ましい。

このようなＵＶランプとすれば、ランニングコストをより抑えることができる。

さらに、前記紫外線の波長が２００ｎｍ以上のものを用いることが好ましい。

このようにすれば、さらに効率良くオゾンを分解することができる。

さらに、本発明は、
オゾン水の供給系と、前記オゾン水を用いて被洗浄物を洗浄する洗浄系と、前記オゾン水の洗浄後の廃水を排出する排水系とを装備する洗浄装置であって、
前記排水系が、前記廃水を通す透光性の排水管と、該排水管の外側にらせん状に巻き付けられたリボン状のＵＶランプとを備えたものである洗浄装置を提供する。

このような洗浄装置は排水系を別の装置とする必要がないため、設置場所、装置導入コスト、ランニングコスト、及びメンテナンス性に優れており、オゾン水廃水処理において合理的な洗浄装置となる。

このうち、前記排水管の材質が透光率９０％以上のものであることが好ましい。

このような排水管であれば、効率良くオゾンを分解することができる装置となる。

また、前記ＵＶランプがＬＥＤ製ＵＶランプであることが好ましい。

このようなＵＶランプであれば、ランニングコストをより抑えることができる装置となる。

さらに、前記ＵＶランプの照射する紫外線の波長が２００ｎｍ以上であることが好ましい。

このようなＵＶランプであれば、さらに効率良くオゾンを分解することができる装置となる。

本発明のオゾン水分解方法であれば、洗浄装置とは別に特別な分解装置を設置する必要がないため装置導入コスト及びランニングコストに優れており、オゾン水廃水処理の合理化を図ることができる。また、リボン状のＵＶランプを巻き付けるので、複雑に施工された排水管に対しても、簡単に施工してオゾン水分解処理をすることができる。さらに、本発明の洗浄装置であれば、排水系を別の装置とする必要がないため、設置場所、装置導入コスト、ランニングコスト、及びメンテナンス性に優れており、オゾン水廃水処理において合理的な洗浄装置とすることができる。

本発明の洗浄装置の一例を示す概略図である。 本発明の洗浄装置の別の一例を示す概略図である。 比較例１で用いたオゾン水分解装置を示す概略図である。 比較例２で用いたオゾン水分解装置を示す概略図である。 比較例３で用いたオゾン水分解装置を示す概略図である。 本発明で用いるリボン状のＵＶランプの一例を示す概略図である。

本発明者らは、鋭意検討したところ、透光性の排水管にリボン状のＵＶランプをらせん状に巻き付けた排水系を用いた方法及びこのような排水系を備えた洗浄装置であれば、洗浄装置と別に分解装置を設置する必要がなく、コスト・メンテナンス性に優れることを見出し、本発明を完成させた。

即ち、本発明は、
廃水中に含まれるオゾンの分解方法であって、
前記廃水を透光性の排水管に通し、該排水管の外側にリボン状のＵＶランプをらせん状に巻き付け、該ＵＶランプから紫外線を照射することで前記廃水中に含まれるオゾンを分解するオゾン水分解方法である。

また、本発明の洗浄装置は、オゾン水の供給系と、前記オゾン水を用いて被洗浄物を洗浄する洗浄系と、前記オゾン水の洗浄後の廃水を排出する排水系とを装備する洗浄装置であって、前記排水系が、前記廃水を通す透光性の排水管と、該排水管の外側にらせん状に巻き付けられたリボン状のＵＶランプとを備えたものである洗浄装置である。以下、本発明の洗浄装置について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１は、本発明の洗浄装置の一例を示す概略図であり、複数枚のウェーハ４をオゾン水で満たされた洗浄槽を用いて洗浄する洗浄装置１０である。
供給管を用いてオゾン水を供給する供給系７から供給されたオゾン水１は、洗浄槽からなる洗浄系６にてウェーハ４を洗浄するために用いられ、洗浄後のオゾン水１の廃液は、洗浄槽からのオーバーフローにより透光性の排水管２とらせん状に巻き付けられたリボン状のＵＶランプ３とを備える排水系５へと排水され、廃液中のオゾンが排水系５を通過する際にＵＶランプ３の照射する紫外線により分解される。

透光性の排水管２の材質としては、透光率が９０％以上のものが好ましく、透光性とオゾンへの耐性の観点から、ポリテトラフルオロエチレン製のものがより好ましく、中でもＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）製のものが特に好ましい。このように透光性の高い排水管とすることでより多くの紫外線を透過させることができ、廃液中のオゾンをより効率良く分解することができる。

また、透光性の排水管２の長さとしては、特に限定されず、洗浄系にもともと設置されていた排水管の長さでよいが、必要であれば排水管の長さを延長して、紫外線照射される長さが長くなるようにしてもよい。

リボン状のＵＶランプ３としては、形状をらせん状にして排水管２に巻き付けることができるものであり、ランニングコストの観点からＬＥＤ製のものであることが好ましい。このようなリボン状のＵＶランプとしては、図６に示すような、シリコン材等からなるリボン状基盤にＬＥＤ製のＵＶランプ（ＵＶ−ＬＥＤ）を配置したものを例示できる。ＵＶ−ＬＥＤとしては、例えば、ＲＯＩＴＨＮＥＲ ＬＡＳＥＲＴＥＣＨＮＩＫ社製のＵＶＭＡＸ ＤＥＥＰ ＵＶ−ＬＥＤ ＡＲＲＡＹＳやＯＰＴＯ ＳＣＩＥＮＣＥ社製のＵＶＴＯＰシリーズ等を使用することができる。

また、リボン状のＵＶランプ３の形成するらせん状形状は、らせん同士の間に隙間が空いてもよいが、排水管２に隙間無く巻き付けるものであることが好ましい。

さらに、このようなＵＶランプ３の照射する紫外線としては、オゾンの分解効率の観点から２００ｎｍ以上の波長のものが好ましく、２５４ｎｍの波長のものが最も好ましい。このような波長の紫外線であれば、オゾン水が紫外線を吸収することにより起こる自己分解を効果的に誘発させることができ、効率的に分解をすることができる。

上記では洗浄槽を用いる洗浄系で説明をしたが、本発明の洗浄装置の洗浄系は特に限定されず、例えば、図２に示すような枚葉スピン洗浄を行う洗浄系６’とすることもできる。このような洗浄系の場合、ノズルからなる供給系７’から供給されるオゾン水１’として、フッ化水素水、過酸化水素水、オゾン水等、及びこれらの溶液の混合液を用いることがあり、廃液中にオゾン以外の物質が含まれることがあるが、透光性の排水管２’にリボン状のＵＶランプ３’をらせん状に巻き付けた本発明の洗浄装置１０’の排水系２’であれば、オゾン以外の物質が廃液中に含まれていてもオゾンを分解することができる。

このように本発明の洗浄装置は、供給系及び洗浄系と、排水系とを別々の装置として設置する必要が無い。また、本発明の洗浄装置の排水系は、上記のように取り付けることのできる洗浄系設備に制限がなく、複雑に施工された排水管等においても容易に取り付けることができ、オゾン水の分解処理を行うことができる。このような特性から、本発明の洗浄装置は、設置場所、装置導入コスト、ランニングコスト、及びメンテナンス性に優れる。

以下に、図２に示す洗浄装置１０’を用いた本発明のオゾン水分解方法の一連のフローの一例を示す。
１．供給系７’のノズルよりオゾン水１’を洗浄系６’にあるウェーハ４’上に供給する。
２．洗浄系６’にてオゾン水１’を用いてウェーハ４’をスピン洗浄する。
３．洗浄系６’で出たオゾン水１’の廃液を排水系５’に送る。
４．排水系５’において、オゾン水１’の廃液を、外側にリボン状のＵＶランプ３’をらせん状に巻き付けられた透光性の排水管２’に通す。
５．ＵＶランプ３’から紫外線を照射する。
６．ＵＶランプ３’より照射された紫外線によりオゾン水１’の廃液中のオゾンを分解する。
７．オゾンが分解された廃液を排出する。

上記に例示されるオゾン水分解方法であれば、洗浄装置とは別に分解装置を設置する必要がなく、装置導入コスト及びランニングコストに優れ、オゾン水廃水処理の合理化を図ることができる。

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより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。

［実施例１］
図１に示すような供給系、洗浄系、排水系を装備する洗浄装置を用い、オゾン水による洗浄及び廃水中のオゾン水分解を行った。即ち、供給系７から供給されたオゾン水１により満たされた洗浄槽に半導体ウェーハ４を浸漬して洗浄を行う洗浄系６を用い、洗浄系６から出たオゾン水１の廃水を洗浄槽オーバーフロー槽により排水管２へ排水した。このとき、排水管２としてＰＦＡ製の透光性のものを使用した。この排水管２は工場の排水処理設備へ接続されるため、洗浄装置内を引き回して施工されている。このＰＦＡ製排水管２にＬＥＤ製ＵＶランプ３を巻きつけるように取り付けを行い、配管内を通るオゾン水１の廃水に紫外線を照射することによって、廃水中のオゾンを分解した。
排水系５に入る直前の廃水のオゾン濃度は、１０．５ｐｐｍであり、ＵＶランプ３による照射領域を出た直後の廃水のオゾン濃度は、０．１ｐｐｍであった。

［実施例２］
図２に示すような供給系、洗浄系、排水系を装備する洗浄装置を用い、オゾン水（オゾンと薬剤を含む水溶液）による洗浄及び廃水中のオゾン水分解を行った。即ち、供給系７’から供給された洗浄水で半導体ウェーハ４’を枚葉スピン洗浄方法により洗浄する洗浄系６’を用いた。この洗浄方法では、１枚の半導体ウェーハ４’をスピンチャンバーで高速で回転させながら、半導体ウェーハ４’表面に洗浄液を供給した。このとき、洗浄液としては、フッ化水素水、過酸化水素水、オゾン水の混合液を用いた。ウェーハ４’の洗浄後、このオゾン水１’及びオゾン水以外の物質が含まれる廃液を、実施例１と同様に排水系５’に通し、紫外線を照射して、廃液中のオゾンの分解を行った。
排水系５’に入る直前の廃水のオゾン濃度は、４．９ｐｐｍであり、ＵＶランプ３’による照射領域を出た直後の廃水のオゾン濃度は、０．１ｐｐｍであった。

［比較例１］
実施例１で用いた供給系及び洗浄系に、さらに図３に示すような構成のオゾン水分解装置１０５を別途設置・接続した。即ち、洗浄槽に半導体ウェーハ４を浸漬して洗浄を行い、洗浄後の廃液中のオゾンを活性炭処理により分解した。このオゾン水分解装置１０５では、排水管１０２を通ってきたオゾン水１０１の廃水を活性炭１０３と接触させ、廃水中のオゾンと活性炭１０３中の炭素とを反応させてＣＯ_２とし、分解除去した。尚、活性炭１０３とオゾン水１０１と効率良く接触させる為、カスケード方式のオゾン水分解槽を使用した。即ち、オゾン水１０１の廃水がカスケードに設けられた１番目の処理槽下部の通液口から２槽目の槽へ流れ、さらに、３番目の槽へは上部からオーバーフローして流れるように、最長の経路を流れるように設計した分解槽を用いた。ここで、オゾン水１０１を分解する活性炭１０３は、１槽目と２槽目の通液口のある下部に保持され、オゾン水１０１の廃水と接触する構造になっていた。
このオゾン水分解装置１０５に入る直前の廃水のオゾン濃度は、５．２ｐｐｍであり、このオゾン水分解装置１０５を出た直後の廃水のオゾン濃度は、０．１ｐｐｍであった。

［比較例２］
実施例１で用いた供給系及び洗浄系に、さらに図４に示すような構成のオゾン水分解装置２０５を別途設置・接続した。即ち、洗浄槽に半導体ウェーハ４を浸漬して洗浄を行い、洗浄後の廃液中のオゾンをエアレーションにより分解・除去した。このオゾン水分解装置２０５では、排水管２０２を通ってきたオゾン水２０１の廃水をオゾン水分解槽に導入し、その槽内でエアレーションすることにより廃水中のオゾンガスを気中に離脱させることで分解・除去した。気中に離脱したオゾンガスは、排ガス装置によって除外した。オゾン水分解槽では、オゾン水２０１の廃水をエアレーター２０３によってバブリングさせ、廃水中に含まれるオゾンを気中に離脱させオゾンガスとし、除去した。エアレーションによって気中に離脱したオゾンガスは、排ガススクラバーで除外した。尚、このようなオゾン水分解装置において、高濃度のオゾン水や多量のオゾン水を分解する場合には、活性炭による廃水処理法と併用する場合もある。
このオゾン水分解装置２０５に入る直前の廃水のオゾン濃度は、５．１ｐｐｍであり、このオゾン水分解装置２０５を出た直後の廃水のオゾン濃度は、０．５ｐｐｍであった。

［比較例３］
実施例１で用いた供給系及び洗浄系に、さらに図５に示すような構成のオゾン水分解装置３０５を別途設置・接続した。即ち、洗浄槽に半導体ウェーハ４を浸漬して洗浄を行い、その廃液の紫外線照射によるオゾンの分解除去を行った。この方法では、排水管３０２を通ってきたオゾン水３０１の廃水に直管型ＵＶランプ３０３から紫外線を照射し、オゾンを分解した。このオゾン水分解装置３０５では、オゾン水分解ユニットとして、オゾン水３０１の廃水の入口と出口が設けられ、更に中心部にＵＶランプ３０３を設置する貫通口を設けた石英製ボトルを使用した。この石英製ボトル内をオゾン水３０１の廃水が流れると同時にＵＶランプ３０３による照射が行われ、廃液中のオゾンを分解した。
このオゾン水分解装置３０５に入る直前の廃水のオゾン濃度は、５．０ｐｐｍであり、このオゾン水分解装置３０５を出た直後の廃水のオゾン濃度は、０．１ｐｐｍであった。

実施例１及び２においては、排水系を別途設置・接続することなく廃水中のオゾンを分解することができた。しかし、比較例１〜３においては、洗浄系の装置に排水系を別途設置・接続することでオゾン水を分解した。また、実施例１では、排水系に入る直前のオゾン濃度が比較例１〜３のオゾン水分解装置に入る直前の濃度に比べて２倍以上高いのにも関わらず、排水系を出た直後では同等かそれよりも低い濃度までオゾンを分解することができた。

上記の結果から、本発明のオゾン水分解方法を用いた方法系及び洗浄装置であれば、従来のオゾン水分解方法と同等、あるいはそれ以上のオゾン水分解能を有しながら、設置場所、装置導入コスト、ランニングコスト、及びメンテナンス性に優れた分解方法及びオゾン水を分解することができる洗浄装置となることが明らかになった。

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。

１、１’…オゾン水、 ２、２’…排水管、 ３、３’…ＵＶランプ、
４、４’…ウェーハ、 ５、５’…排水系、 ６、６’…洗浄系、
７、７’…供給系、 １０、１０’…洗浄装置。

Claims (8)

1. 廃水中に含まれるオゾンの分解方法であって、
   前記廃水を透光性の排水管に通し、該排水管の外側にリボン状のＵＶランプをらせん状に巻き付け、該ＵＶランプから紫外線を照射することで前記廃水中に含まれるオゾンを分解することを特徴とするオゾン水分解方法。
2. 前記排水管の材質を透光率９０％以上のものとすることを特徴とする請求項１に記載のオゾン水分解方法。
3. 前記ＵＶランプをＬＥＤ製ＵＶランプとすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のオゾン水分解方法。
4. 前記紫外線の波長が２００ｎｍ以上のものを用いることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のオゾン水分解方法。
5. オゾン水の供給系と、前記オゾン水を用いて被洗浄物を洗浄する洗浄系と、前記オゾン水の洗浄後の廃水を排出する排水系とを装備する洗浄装置であって、
   前記排水系が、前記廃水を通す透光性の排水管と、該排水管の外側にらせん状に巻き付けられたリボン状のＵＶランプとを備えたものであることを特徴とする洗浄装置。
6. 前記排水管の材質が透光率９０％以上のものであることを特徴とする請求項５に記載の洗浄装置。
7. 前記ＵＶランプがＬＥＤ製ＵＶランプであることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の洗浄装置。
8. 前記ＵＶランプの照射する紫外線の波長が２００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか一項に記載の洗浄装置。

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