JP2019155221A - 循環式ガス溶解液供給装置および循環式ガス溶解液供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ガス溶解液の濃度の安定化を実現することのできる循環式ガス溶解液供給装置を提供する。【解決手段】 循環式ガス溶解液供給装置１は、ガス溶解液の原料となるガスを供給するガス供給部２と、ガス溶解液の原料となる液体を供給する液体供給部３と、液体供給部３から供給された液体にガス供給部２から供給されたガスを溶解させてガス溶解液を生成するガス溶解部４と、ガス溶解部４で生成されたガス溶解液が溜められるガス溶解液槽５と、ガス溶解液槽５からユースポイントＵにガス溶解液を供給するための供給配管１３と、ユースポイントＵに供給したガス溶解液を循環させてガス溶解液槽５に戻すための戻り配管１４と、ガス溶解液槽５に戻されるガス溶解液に補充されるガスを供給する補充ガス供給部１８と、ガス溶解液槽５に戻されるガス溶解液に補充ガス供給部１８から供給されたガスを溶解させる補充ガス溶解部１９を備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、循環式ガス溶解液供給装置および循環式ガス溶解液供給方法に関し、特に、ガス溶解液の濃度を安定させる技術に関する。

近年、半導体デバイス工場や液晶などの電子部品製造工場における製品の洗浄は、製造プロセスの複雑化、回路パターンの微細化に伴ってますます高度化している。機能水と呼ばれる超純水に高純度のガスまたは高純度ガスと薬品とを溶解した特殊な液体（以後「洗浄液」ともいう）の使用によってシリコンウエハに付着した微粒子、金属、有機物などを除去している。

一方、洗浄処理方式としては、複数のシリコンウエハを同時に浸漬及び洗浄操作を繰り返すバッチ処理方式から、多品種少量生産の製品に対応して１枚のウエハごとに薬品洗浄及び超純水洗浄を行う枚葉処理方式が多く採用されるようになっている。枚葉処理方式は、バッチ処理方式と比べて、ウエハ１枚当たりの洗浄工程時間（以後「タクトタイム」ともいう）が長く、洗浄液の使用量が多くなるために、タクトタイムの短縮及び洗浄液使用量の低減が求められている。現状、短時間での効果的な洗浄及び洗浄液使用量を低減するためには、複数の機能水並びに薬品を単独または同時に使用して、短時間で洗浄工程を切り替える高度な洗浄プロセスが行われている。

機能水として、超純水にオゾンガスを溶解したオゾン水が用いられている。オゾン水は、一般的にオゾン水製造装置で製造される。洗浄プロセスの高度化及び複雑化に伴い、短時間での洗浄装置へのオゾン水の供給及び停止が要求される。しかしながら、オゾン水製造装置は一旦オゾン水の製造を停止した場合には、再度、要求オゾン濃度及び要求流量のオゾン水の供給が可能となるまでに一定の時間（以後「立ち上がり時間」ともいう）を要する。したがって、洗浄装置へのオゾン水の供給要求に応じるため、オゾン水をオゾン製造装置にて常時製造し、洗浄装置に連続的に供給している。このため、過剰のオゾン水が供給されることになり、シリコンウエハの洗浄に使用されない未使用のオゾン水は排水として洗浄装置から排出されている。オゾン水製造のために原料水として使用する超純水の使用量が大量であるため、超純水の使用量を削減し、オゾン水供給装置内の循環経路中のオゾン水濃度を設定した濃度に保持するために循環式オゾン水製造装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−１１７６２８号公報

しかしながら、従来の循環式オゾン水供給装置においては、ユースポイントで使用されなかったオゾン水は、オゾン水戻り配管を通って循環槽に戻されることになるが、オゾンは自己分解するため、循環中にオゾン濃度が低下してしまうという事態が生じ得る。そのため、循環式オゾン水供給装置においてオゾン濃度の更なる安定化が望まれていた。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、ガス溶解液の濃度の安定化を実現することのできる循環式ガス溶解液供給装置を提供することを目的とする。

本発明の循環式ガス溶解液供給装置は、ガス溶解液の原料となるガスを供給するガス供給部と、前記ガス溶解液の原料となる液体を供給する液体供給部と、前記液体供給部から供給された液体に前記ガス供給部から供給されたガスを溶解させてガス溶解液を生成するガス溶解部と、前記ガス溶解部で生成されたガス溶解液が溜められるガス溶解液槽と、前記ガス溶解液槽から前記ユースポイントにガス溶解液を供給するための供給配管と、前記ユースポイントに供給したガス溶解液を循環させて前記ガス溶解液槽に戻すための戻り配管と、前記ガス溶解液槽に戻されるガス溶解液に補充されるガスを供給する補充ガス供給部と、前記戻り配管に設けられ、前記ガス溶解液槽に戻されるガス溶解液に前記補充ガス供給部から供給されたガスを溶解させる補充ガス溶解部と、を備えている。

この構成によれば、ユースポイントに供給したガス溶解液を循環させてガス溶解液槽に戻すための戻り配管に設けられた補充ガス溶解部によって、ガス溶解液槽に戻されるガス溶解液に補充ガス供給部から供給されたガスを溶解させることができる。したがって、ガス溶解液槽に戻されるガス溶解液の濃度が循環中に低下した場合であっても、補充ガス供給部から供給されるガスを溶解させることにより、ガス溶解液の濃度を回復させることができる。これにより、ガス溶解液の濃度の安定化を実現することができる。

また、本発明の循環式ガス溶解液供給装置は、前記供給配管に設けられ、前記ユースポイントに供給されるガス溶解液の流量を測定する第１流量測定部と、前記戻り配管に設けられ、前記ガス溶解液槽に戻されるガス溶解液の流量を測定する第２流量測定部と、前記第１流量測定部と前記第２流量測定部の測定結果に応じて、前記液体供給部から前記ガス溶解部に供給する液体の流量を調整する液体流量調整部と、前記液体供給部から前記ガス溶解部に供給する液体の流量に応じて、前記ガス供給部から前記ガス溶解部に供給するガスの流量を調整するガス流量調整部と、を備えてもよい。

この構成によれば、ユースポイントに供給されるガス溶解液の流量とガス溶解液槽に戻されるガス溶解液の流量に応じて、ガス溶解部に供給する液体の流量とガスの流量が調整される。これにより、ユースポイントでのガス溶解液の使用量に応じて、ガス溶解部への液体とガスの供給量が適切に調整される。

また、本発明の循環式ガス溶解液供給装置は、前記ガス溶解液槽内の圧力を一定に保つ第１圧力調整部と、前記戻り配管内の圧力を一定に保つ第２圧力調整部と、を備えてもよい。

この構成によれば、ガス溶解液槽内と戻り配管内の圧力が一定に保たれるので、ガス溶解液槽に供給されるガス溶解液の流量が一定となる。これにより、ガス溶解液が一定流量でガス溶解液槽に供給される。

また、本発明の循環式ガス溶解液供給装置では、前記ガス溶解液の原料となるガスは、オゾンガスであり、前記ガス溶解液の原料となる液体は、純水であり、前記ガス溶解液は、オゾン水であってもよい。

この構成によれば、オゾン水（ユースポイントで使用されなかったオゾン水）のオゾン濃度が、オゾンの自己分解によって循環中に低下してしまった場合であっても、酸素ガスを主成分としたガスを純水に溶解させてオゾン水を生成し、安定したオゾン濃度でユースポイントにオゾン水を供給することができる。

本発明の循環式ガス溶解液供給方法は、液体供給部から供給された液体にガス供給部から供給されたガス溶解部でガスを溶解させてガス溶解液を生成し、前記ガス溶解部で生成されたガス溶解液をガス溶解液槽に溜め、前記ガス溶解液槽からユースポイントにガス溶解液を供給し、前記ユースポイントに供給したガス溶解液を循環させて前記ガス溶解液槽に戻し、前記ガス溶解液槽に戻されるガス溶解液に補充ガス供給部から供給されたガスを溶解させる。

この方法によっても、上記の装置と同様に、ユースポイントに供給したガス溶解液を循環させてガス溶解液槽に戻すための戻り配管に設けられた補充ガス溶解部によって、ガス溶解液槽に戻されるガス溶解液に補充ガス供給部から供給されたガスを溶解させることができる。したがって、ガス溶解液槽に戻されるガス溶解液の濃度が循環中に低下した場合であっても、補充ガス供給部から供給されるガスを溶解させることにより、ガス溶解液の濃度を回復させることができる。これにより、ガス溶解液の濃度の安定化を実現することができる。

本発明によれば、ガス溶解液の濃度の安定化を実現することができる。

本発明の実施の形態における循環式ガス溶解液供給装置の説明図である。

以下、本発明の実施の形態の循環式ガス溶解液供給装置について、図面を用いて説明する。本実施の形態では、純水にオゾンガスを溶解させてオゾン水を生成する循環式オゾン水供給装置等の場合を例示する。

本発明の実施の形態の循環式オゾン水供給装置の構成を、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の循環式オゾン水供給装置を示す説明図である。図１に示すように、循環式オゾン水供給装置１は、オゾンガスの原料ガスを供給する原料ガス供給部２と、オゾン水の原料となるオゾンガスを原料ガスから生成する放電部６と、オゾン水の原料となる純水を供給する純水供給部３と、純水供給部３から供給された純水に原料ガス供給部２から供給されたガスを溶解させてオゾン水を生成するガス溶解部４と、ガス溶解部４で生成されたオゾン水が溜められる気液分離槽５を備えている。

放電部６は、放電により原料ガスからオゾンガスを発生させる機能を備えている。原料ガスとしては、酸素ガスを主成分としたガスが用いられ、例えば、酸素ガスと窒素ガスの混合ガス、酸素ガスと炭酸ガスの混合ガス、酸素ガスと窒素ガスと炭酸ガスの混合ガス、酸素ガス、空気などが用いられる。また、原料ガス供給部２は、原料ガス供給部２から放電部６に供給する原料ガスの流量を調整することにより、ガス溶解部４に供給するオゾンガスの流量を調整する機能を備えている。

純水供給部３は、純水供給部３からガス溶解部４に供給する純水の流量を測定する純水流量計７と、純水供給部３からガス溶解部４に供給する純水の流量を調整する純水流量調整部８を備えている。

ガス溶解部４としては、例えば、エジェクタやアスピレータを使用することができる。エジェクタやアスピレータは、ベンチュリー効果を利用してオゾンガスを純水に溶解させることができる。エジェクタやアスピレータを使用した場合、中空糸膜を用いたオゾン溶解槽に比べて、定期交換が不要になり、溶解率も向上する。

気液分離槽５は、ガス溶解部４で溶解できなかったオゾンガスとオゾン水とを分離するためのタンクであり、オゾン水やオゾンガスに接する部分が、オゾン水やオゾンガスに耐性を有する材料（例えば、フッ素樹脂など）で構成されている。そして、気液分離槽５は、気液分離槽５に溜められたオゾン水の水位を測定する水位計９と、気液分離槽５に溜められたオゾンガス（未溶解のオゾンガス）を酸素ガスに分解するオゾンガス分解器１０と、気液分離槽５内の圧力を一定に保つ第１圧力調整部１１を備えている。

また、循環式オゾン水供給装置１は、気液分離槽５に溜められたオゾン水をユースポイントＵ（半導体製造装置など）に循環させるための循環ポンプ１２と、気液分離槽５からユースポイントＵにオゾン水を供給するための供給配管１３と、ユースポイントＵに供給したオゾン水を循環させて気液分離槽５に戻すための戻り配管１４を備えている。

循環ポンプ１２は、例えば、遠心ポンプ、べローズポンプ、ダイヤフラムポンプなどである。この循環ポンプ１２も、オゾン水やオゾンガスに接する部分が、オゾン水やオゾンガスに耐性を有する材料（例えば、フッ素樹脂など）で構成されている。

供給配管１３には、ユースポイントＵに供給されるオゾン水の流量を測定する第１流量計１５が設けられ、戻り配管１４には、気液分離槽５に戻されるオゾン水の流量を測定する第２流量計１６が設けられている。また、供給配管１３には、ユースポイントＵに供給されるオゾン水の圧力を測定する圧力センサ２４が設けられており、戻り配管１４には、戻り配管１４内の圧力を一定に保つ第２圧力調整部１７が設けられている。

第２圧力調整部１７は、圧力センサ２４で測定したオゾン水の圧力が一定になるように、循環ポンプ１２を制御する機能を備えている。なお、循環ポンプ１２と圧力センサ２４によって、ユースポイントＵに供給されるオゾン水の圧力が一定になるように調整することができれば、第２圧力調整部１７は必ずしも必要でなく、省略することも可能である。

純水流量調整部８は、第１流量計１５と第２流量計１６の測定結果に応じて、純水供給部３からガス溶解部４に供給する純水の流量を調整する。また、原料ガス供給部２は、純水供給部３からガス溶解部４に供給する純水の流量に応じて、オゾンガスの原料ガスの流量を調整することにより、放電部６からガス溶解部４に供給するオゾンガスの流量を調整する。

さらに、循環式オゾン水供給装置１は、気液分離槽５に戻されるオゾン水に補充されるオゾンガスを供給する補充ガス供給部１８と、気液分離槽５に戻されるオゾン水に補充ガス供給部１８から供給されたオゾンガスを溶解させる補充ガス溶解部１９を備えている。補充ガス溶解部１９は、戻り配管１４に設けられている。

補充ガス供給部１８は、原料ガス供給部２および放電部６と同様の構成を採用することができ、補充ガス溶解部１９に供給するオゾンガス（補充されるオゾンガス）の流量を調整することができる。補充されるオゾンガスの原料としては、酸素ガスを主成分としたガスが用いられ、例えば、酸素ガスと窒素ガスの混合ガス、酸素ガスと炭酸ガスの混合ガス、酸素ガスと窒素ガスと炭酸ガスの混合ガス、酸素ガス、空気などが用いられる。

補充ガス溶解部１９としては、ガス溶解部４と同様、例えば、エジェクタやアスピレータを使用することができる。エジェクタやアスピレータは、ベンチュリー効果を利用してオゾンガスを純水に溶解させることができる。エジェクタやアスピレータを使用した場合、中空糸膜を用いたオゾン溶解槽に比べて、定期交換が不要になり、溶解率も向上する。

また、供給配管１３からは、循環させているオゾン水をドレンから排水するための排水配管２０が、分岐して設けられている。排水配管２０には、オゾン水の濃度を計測するための濃度計２１と、濃度計２１のゼロ点を計測するためのゼロ点計測配管２２が設けられている。排水配管２０からは、ドレンからオゾン水を排水しない場合に、オゾン水を気液分離槽５に戻すための第２戻り配管２３が分岐して設けられている。第２戻り配管２３は、戻り配管１４に接続されている。

このような本実施の形態の循環式オゾン水供給装置１によれば、ユースポイントＵに供給したオゾン水を循環させて気液分離槽５に戻すための戻り配管１４に設けられた補充ガス溶解部１９によって、気液分離槽５に戻されるオゾン水に補充ガス供給部１８から供給されたガスを溶解させることができる。したがって、気液分離槽５に戻されるオゾン水の濃度が循環中に低下した場合であっても、補充ガス供給部１８から供給されるガスを溶解させることにより、オゾン水の濃度を回復させることができる。これにより、オゾン水の濃度の安定化を実現することができる。

本実施の形態では、ユースポイントＵに供給されるオゾン水の流量と気液分離槽５に戻されるオゾン水の流量に応じて、ガス溶解部４に供給する純水の流量とガスの流量が調整される。これにより、ユースポイントＵでのオゾン水の使用量に応じて、ガス溶解部４への純水とガスの供給量が適切に調整される。

また、本実施の形態では、気液分離槽５内と戻り配管１４内の圧力が一定に保たれるので、気液分離槽５に供給されるオゾン水の流量が一定となる。これにより、オゾン水が一定流量で気液分離槽５に供給される。

また、本実施の形態では、オゾン水（ユースポイントで使用されなかったオゾン水）のオゾン濃度が、オゾンの自己分解によって循環中に低下してしまった場合であっても、酸素ガスを主成分としたガスを純水に溶解させてオゾン水を生成し、安定したオゾン濃度でユースポイントにオゾン水を供給することができる。

以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。

例えば、以上の説明では、純水にオゾンガスを溶解させてオゾン水を生成する循環式オゾン水供給装置１を例示して説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。すなわち、原料となるガスはオゾンガスに限られず、また、原料となる液体も純水に限られない。例えば、純水に二酸化炭素を溶解させて炭酸水を製造してもよく、純水に窒素を溶解させて窒素水を製造してもよい。また、純水に水素を溶解させて水素水を製造してもよい。その他、本発明は、機能水を製造するためのガス溶解に適用することができる。

以上のように、本発明にかかる循環式ガス溶解液供給装置は、ガス溶解液の濃度の安定化を実現することができるという効果を有し、例えば、純水にオゾンガスを溶解させてオゾン水を生成する循環オゾン水供給装置等として用いられ、有用である。

１ 循環式オゾン水供給装置
２ 原料ガス供給部（ガス流量調整部）
３ 純水供給部
４ ガス溶解部
５ 気液分離槽
６ 放電部（ガス供給部）
７ 純水流量計
８ 純水流量調整部
９ 水位計
１０ オゾンガス分解器
１１ 第１圧力調整部
１２ 循環ポンプ
１３ 供給配管
１４ 戻り配管
１５ 第１流量計
１６ 第２流量計
１７ 第２圧力調整部
１８ 補充ガス供給部
１９ 補充ガス溶解部
２０ 排水配管
２１ 濃度計
２２ ゼロ点計測配管
２３ 第２戻り配管
２４ 圧力センサ
Ｕ ユースポイント

Claims (5)

1. ガス溶解液の原料となるガスを供給するガス供給部と、
   前記ガス溶解液の原料となる液体を供給する液体供給部と、
   前記液体供給部から供給された液体に前記ガス供給部から供給されたガスを溶解させてガス溶解液を生成するガス溶解部と、
   前記ガス溶解部で生成されたガス溶解液が溜められるガス溶解液槽と、
   前記ガス溶解液槽から前記ユースポイントにガス溶解液を供給するための供給配管と、
   前記ユースポイントに供給したガス溶解液を循環させて前記ガス溶解液槽に戻すための戻り配管と、
   前記ガス溶解液槽に戻されるガス溶解液に補充されるガスを供給する補充ガス供給部と、
   前記戻り配管に設けられ、前記ガス溶解液槽に戻されるガス溶解液に前記補充ガス供給部から供給されたガスを溶解させる補充ガス溶解部と、
   を備えることを特徴とする循環式ガス溶解液供給装置。
2. 前記供給配管に設けられ、前記ユースポイントに供給されるガス溶解液の流量を測定する第１流量測定部と、
   前記戻り配管に設けられ、前記ガス溶解液槽に戻されるガス溶解液の流量を測定する第２流量測定部と、
   前記第１流量測定部と前記第２流量測定部の測定結果に応じて、前記液体供給部から前記ガス溶解部に供給する液体の流量を調整する液体流量調整部と、
   前記液体供給部から前記ガス溶解部に供給する液体の流量に応じて、前記ガス供給部から前記ガス溶解部に供給するガスの流量を調整するガス流量調整部と、
   を備える、請求項１に記載の循環式ガス溶解液供給装置。
3. 前記ガス溶解液槽内の圧力を一定に保つ第１圧力調整部と、
   前記戻り配管内の圧力を一定に保つ第２圧力調整部と、
   を備える、請求項１または請求項２に記載の循環式ガス溶解液供給装置。
4. 前記ガス溶解液の原料となるガスは、オゾンガスであり、
   前記ガス溶解液の原料となる液体は、純水であり、
   前記ガス溶解液は、オゾン水である、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の循環式ガス溶解液供給装置。
5. 液体供給部から供給された液体にガス供給部から供給されたガス溶解部でガスを溶解させてガス溶解液を生成し、
   前記ガス溶解部で生成されたガス溶解液をガス溶解液槽に溜め、
   前記ガス溶解液槽からユースポイントにガス溶解液を供給し、
   前記ユースポイントに供給したガス溶解液を循環させて前記ガス溶解液槽に戻し、
   前記ガス溶解液槽に戻されるガス溶解液に補充ガス供給部から供給されたガスを溶解させることを特徴とする循環式ガス溶解液供給方法。

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