JP3883825B2 - 流体の透明度検出装置、流体の透明度検出方法、濾過装置、および、半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の透明度検出装置および流体の透明度検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、産業廃棄物を減らす事は、エコロジーの観点から重要なテーマであり、企業課題である。この産業廃棄物の中には、色々な排水や汚水がある。
【０００３】
以下、水や薬品等の流体中に被除去物である物質が含まれているものを排水と呼び説明する。これらの排水は、高価な濾過処理装置等で前記被除去物が取り除かれ、排水がきれいな流体となり再利用されたり、除去できずに残ったものを産業廃棄物として処理している。特に水は、きれいな状態にして川や海等の自然界に戻されたり、再利用される。
【０００４】
この事からも判るように、汚水処理の技術は、環境汚染の意味からも、またリサイクルの点からも重要な問題であり、低イニシャルコスト、低ランニングコストのシステムが早急に望まれている。
【０００５】
一例として、半導体分野に於ける排水処理を以下に説明していく。一般に、金属、半導体、セラミック等の板状体を研削または研磨する際、設備の温度上昇防止、潤滑性向上、研削屑または切削屑の板状体への付着等が考慮され、水等の流体が供給されている。
【０００６】
一方、「環境に優しい」をテーマに、前記半導体ウェハの研削屑または研磨屑が混入された排水は、濾過されてきれいな水にして自然界に戻したり、あるいは再利用され、濃縮された排水は、回収されている。
【０００７】
現状の半導体製造に於いて、Ｓｉを主体とする屑の混入された排水処理には、凝集沈殿法、フィルタ濾過と遠心分離機を組み合わせた方法の二通りがあり、各半導体メーカーで採用している。
【０００８】
しかし上記二通りの方法は、どちらともモータの電気代やフィルタの交換費用等のランニングコストが非常に大きく、またイニシャルコストも非常に大きいという問題があった。
【０００９】
上記の問題に鑑みて、本出願人は特開２００１−０３８３５２号公報に示す如く、イニシャルコストとランニングコストが非常に安いシステムを開発した。以下にその概要を示す。
【００１０】
図４における符号１は、原水タンクである。このタンク１の上方には、原水供給手段としてパイプ１０が設けられている。このパイプ１０は、被除去物が混入した流体の通過する所である。例えば、半導体分野で説明すると、ダイシング装置、バックグラインド装置、ミラーポリッシング装置またはＣＭＰ装置から流れ出る被除去物が混入された排水（原水）が通過する所である。これら被除去物は結晶インゴッドをウェハにスライスする際に発生する。尚、この排水は、ダイシング装置から流れるシリコン屑が混入された排水として説明していく。
【００１１】
原水タンク１に貯められた原水６の中には、フィルタ２が複数個設置される。このフィルタ２の下方には、例えばパイプに小さい孔を開けたような、バブリング装置の如き、気泡発生装置４が設けられ、ちょうどフィルタ膜の表面を通過するようにその位置が調整されている。５は、エアーブローである。
【００１２】
フィルタ２に固定されたパイプ１１は、フィルタ２で濾過された濾過水が通過し、第１のバルブ２２を介して原水タンク１側に向かうパイプ１２と、再利用（または排水される）側に向かうパイプ１７に選択輸送される。また原水タンク１の側壁および底面には、第２のパイプ１３、第３のパイプ１４、第４のパイプ１５および第５のパイプ１６が取り付けられている。
【００１３】
パイプ１０から供給された原水６は、原水タンク１に貯められ、フィルタ２により濾過される。このフィルタに取り付けられたフィルタ膜の表面は、気泡が通過し、気泡の上昇力や破裂により、フィルタ膜にトラップしたシリコン屑を動かし、常にその濾過能力が低下しないように維持されている。
【００１４】
またフィルタ膜が新規に取り付けられたり、休日により長期間停止されたり、またはパイプ１１にシリコン屑が混入されている場合は、切替バルブ２２を使って、濾過水がパイプ１２を介して原水タンク１に循環する様に設計されている。それ以外は、バルブ２２は、パイプ１７に切り替えられており、濾過水は再利用される。
【００１５】
被除去物が所定の混入率よりも高かった場合、濾過水は異常水と判断し、自動的に循環が開始したり、またはポンプが止められ濾過が停止される。また循環する時は、排水が原水タンク１から溢れる事を考慮して、パイプ１０から原水タンク１への流体供給が停止されても良い。
【００１６】
またセンサ２４は、シリコン屑を常時センシングしている。センサとして、受光・発光素子の付いた光センサを用いて、濾過水の透明度を検出することにより、濾過水中のシリコン屑の量を検出できる。発光素子は、発光ダイオードやレーザが考えられる。またセンサ２４は、パイプ１１の途中あるいはパイプ１７の途中に取り付けても良いが、本発明ではセンサ２４をパイプ１１の途中に取り付けた状態を１つの例として説明する。
【００１７】
一方、原水タンクは、時間とともに濃縮されてくる。そして所望の濃度になった場合、濾過作業を停止し、凝集沈殿を行う方法、またはフィルタプレスによってシリコンを回収する方法によって沈殿物が処理される。
【００１８】
以上述べたように、図４のシステムでは、原水タンク１、フィルタ２、小型ポンプ２３で構成される。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記したように光センサで濾過水をセンシングする場合、パイプ１１を通過する濾過水に含まれる気泡が問題になる。気泡が含まれた濾過水の透明度をセンサ２４を用いて検出すると、センサが誤作動してしまう場合がある。
【００２０】
図５に示す如く、センサが誤作動し、正常な濾過水をシリコン屑が含まれる異常水と判断してしまうと、センサ２４に連動している切替バルブ２２が作動し、濾過水をパイプ１１からパイプ１２へ輸送し、本来外部へ排出すべき正常な濾過水を原水タンク１内に循環させてしまう。また、センサが誤作動し、シリコン屑が含まれる異常水を正常な濾過水と判断してしまうと、切替バルブ２２が作動し、本来原水タンク１に循環されるべき異常水がパイプ１７を介して外部へ放出されてしまう。
【００２１】
濾過水に含まれる気泡を分離するために、従来のシステムでは、図５に示す如く、フィルタから取り出した濾過水を輸送するパイプ１１に分岐したパイプ１１ｂを設けた。センサはパイプ１１ｃの途中に設けられており、分岐したパイプ１１ｂ、１１ｃは切替バルブ２２の手前で合流する。
【００２２】
濾過水中に含まれる気泡は、気泡自身に作用する浮力によりパイプ１１ａ内部の上部を通過して分岐部３０からパイプ１１ｂへ輸送される。従って、分岐部３０で乱流が起こらない場合は、分岐部から水平に延在するパイプ１１ｃを通過する濾過水は気泡が含まれていない。
【００２３】
しかし、図６に示す如く、パイプ１１ｂが垂直に分岐する分岐部３０付近のパイプ内部では、どうしても乱流が起こってしまい、それと同時に濾過水に含まれる気泡もパイプ１１ｃに輸送されてしまい、濾過水から気泡を分離することが出来なかった。また、このことによりセンサの誤作動が起こっていた。
【００２４】
そこで、本発明では、フィルタを介して取り出した濾過水から気泡の分離を行い、光センサを用いて濾過水の透明度の検出を行う装置およびその方法を提供するのが目的である。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述した課題に鑑みてなされ、本発明の流体の透明度検出装置は、好適には、気泡が含まれる流体を輸送する第１のパイプと、第１のパイプの内部の下方から分岐し、気泡が分離された前記流体を輸送する第２のパイプを有し、前記第２のパイプの途中に設けられた透明度検出手段により前記流体の透明度を検出することを特徴とする。このことにより、流体に気泡が含まれることよる透明度検出手段の誤作動が無くなる。
【００２６】
更に、本発明の流体の透明度検出装置は、好適には、前記気泡が含まれる前記流体は、フィルタから取り出された流体であり、前記気泡は、前記フィルタの下方に設けられた気泡発生装置から発生した気泡であることを特徴とする。ここで、気泡発生装置から発生した気泡は、フィルタの目詰まりを防止する働きを有する。
【００２７】
更に、本発明の流体の透明度検出装置は、好適には、前記第１のパイプは、水平に延在する部分と垂直に延在する部分との間に湾曲部を有することを特徴とする。この湾曲部を、気泡を含む流体が通過することにより、遠心力が発生し、気泡を第１のパイプ内部で上部に移動させることができる。
【００２８】
更に、本発明の流体の透明度検出装置は、好適には、前記第２のパイプは、前記第１のパイプの湾曲部から分岐し、下方向に延在した後、Ｕ字状を形成して上方向に延在し、前記第１のパイプに合流することを特徴とする。このことにより、第２のパイプに気泡が浸入するのを防止することができる。
【００２９】
更に、本発明の流体の透明度検出装置は、好適には、前記透明度検出手段は、光センサであることを特徴とする。このことにより、常に流体の透明度を検出することができる。
【００３０】
更に、本発明の流体の透明度検出装置は、好適には、前記第２のパイプは、上方向に延在する途中に前記第２のパイプと一体で設けられた透明なパイプを有し、前記透明なパイプの周辺に前記流体の透明度を検出する透明度検出手段が設置されることを特徴とする。このことにより、第２のパイプ外部から流体の透明度を検出することができる。
【００３１】
本発明は上述した課題に鑑みてなされ、本発明の流体の透明度検出方法は、好適には、第１のパイプの湾曲部に、気泡が含まれた流体を通過させ、前記流体が前記湾曲部を通過することにより発生する遠心力により、前記気泡を前記第１のパイプ内部の上部に沿って通過させ、前記第１のパイプの湾曲する部分の前記パイプ内部の下部から分岐する前記第２のパイプに流体を通過させることにより、気泡が分離された前記流体を前記第２のパイプ内に通過させることを特徴とする。このことにより、流体に気泡が含まれることよる透明度検出手段の誤作動が無くなる。
【００３２】
更に、本発明の流体の透明度検出方法は、好適には、前記第２のパイプの途中に設けられた透明なパイプの外側から光を通過させ、前記透明なパイプおよび前記透明なパイプ内部を通過する流体を透過した光を光センサで検出することにより、前記流体の透明度を検出することを特徴とする。このことにより、常に流体の透明度を検出することができ、第２のパイプ外部から流体の透明度を検出することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
図１、図２および図３は発明を実施する形態の一例であって、図中、上記した従来の実施例と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、全体的な機構は従来のものと同様である。
【００３４】
先ず、本発明の流体の透明度検出装置を図１を参照して説明する。
【００３５】
本発明に係る流体の透明度検出装置は、流体に含まれる被除去物を流体から除去する除去装置の１部である。この除去装置の全体的な機構は上記したのでここでは割愛する。
【００３６】
本発明の流体の透明度検出装置は、図１に示す如く、フィルタ２によって濾過された濾過水を輸送するパイプ１１と、パイプ１１の途中に於いてパイプ内部の下方から分岐するパイプ１１ｃを有し、パイプ１１ｃの途中に透明度検出手段を有することに特徴を有する。
【００３７】
具体的にいうと、本発明に係る除去装置では、タンク内の排水６内に於いて、フィルタ２の下方に設けられた気泡発生装置から、気泡がフィルタの表面を通過するように発生されている。従って、ポンプ２３の吸引力によりフィルタ２を介して取り出した濾過水には、必然的に気泡が含まれることとなる。そこで、本発明では、気泡を含む濾過水が通過するパイプ１１の途中から、気泡を除去した濾過水が通過するパイプ１１ｃを設け、この濾過水の透明度を検出する。このことによって、濾過水に含まれる気泡による、透明度検出手段２４の誤作動を防止することが可能となる。
【００３８】
また、パイプ１１は、その途中に水平部１１ａ、湾曲部１１ｄ及び垂直部１１ｂを有する。そして、湾曲部１１ｄの途中のパイプ内部の下方からパイプ１１ｃが分岐している。このことによって、従来のようにパイプの分岐部付近で乱流が発生するのを防止するとこができる。また、湾曲部１１ｄを気泡を含んだ濾過水が通過することによって、濾過水と気泡に遠心力が作用するので、気泡がパイプ内部の上部を通過する。従って、パイプ内部の下部からパイプ１１ｃを分岐させることによって気泡がパイプ１１ｃに浸入するのを防止することができる。
【００３９】
分岐したパイプ１１ｃは、下方に延在した後、Ｕ字状を形成して上方向に延在し、パイプ１１に合流する構造を有する。気泡は濾過水よりも軽く、濾過水の内部に於いては気泡に浮力が上方向に作用する。従って、パイプ１１ｃを下方に延在させることによって、気泡がパイプ１１ｃ内部に浸入するのを防止している。
【００４０】
また、パイプ１１ｃの垂直に延在している部分の途中には、パイプ１１ｃと一体になった透明なパイプ１１ｅが設けられている。そして、透明なパイプ１１ｅの周辺には透明度検出手段として光センサ２４が設けられている。このことにより、気泡が分離された濾過水の透明度をパイプの外部から検出でき、しかも光センサを用いることによって濾過水の透明度を常に検出することができる。
【００４１】
なお、パイプ１１および１１ｃの途中には、それぞれのパイプ内部を流れる流体の流量を調節する調節バルブ３１，３２，３３が設けられている。
【００４２】
次に本発明の流体の透明度検出方法を図２を参照して説明する。
【００４３】
図２は、本発明の流体の透明度検出装置を拡大したものであり、図１で示した流体の被除去物除去装置の１部を拡大したものに相当する。
【００４４】
本発明の流体の透明度検出方法は、湾曲しているパイプ１１ｄに気泡が含まれた濾過水を通過させ、濾過水がパイプ１１ｄを通過することにより発生する遠心力により、気泡をパイプ１１ｄのパイプ内部の上部に沿って通過させ、パイプ１１ｄの内部の下方から分岐するパイプ１１ｃに濾過水を通過させることにより、気泡が分離された濾過水をパイプ１１ｃに通過させることに特徴を有する。
【００４５】
具体的には、湾曲したパイプ１１ｄに気泡を含む濾過水を通過させると、濾過水と気泡の両方に遠心力が作用する。濾過水は気泡よりも重たいので、遠心力がその両方に作用した場合、濾過水は波線の矢印５０の方向に偏ることになり、そのことにより気泡は矢印の反対方向に偏る。図２に於いて矢印の反対方向は、パイプ内部の上部なので、湾曲したパイプ１１ｄを通過する気泡には、気泡に作用する浮力の他に、更に、遠心力によりパイプ内部の上部方向に力が加わることになる。
【００４６】
従って、湾曲したパイプ１１ｄのパイプ内部の下方から分岐するパイプ１１ｃに濾過水を通過させることによって、気泡が分離された濾過水をパイプ１１ｃに通過させることができる。
【００４７】
また本発明では、分岐したパイプ１１ｃの途中に設けられた透明なパイプ１１ｅの外部から光センサの発光部２４ａで光を通過させ、パイプ１１ｅおよびその内部を通過する濾過水を透過した光を、光センサの受光部２４ｂで検出することにより、濾過水の透明度を検出している。
【００４８】
具体的には、気泡が分離された濾過水が通過するパイプ１１ｃの途中で濾過水の検出を行うことにより、光センサの誤作動を防止することができる。また、透明度検出手段として光センサを用いることによって、パイプ外部から濾過水の透明度を検出することが可能となり、さらに常に濾過水の透明度を検出することができる。
【００４９】
また、本発明では、透明なパイプ１１ｅを通過する濾過水の透明度を正確に検出するために光センサ２４の校正を行っている。このセンサの校正はフィルタが稼働する前や定期的、例えば月に１回程度行われる。以下に、具体的な光センサの校正方法を図３を参照して説明する。なお、図３では図面を簡略化するために、図１に示された流量調節バルブ３１，３２，３３を省略してある。
【００５０】
最初に、パイプ１１ｃの途中に設けられた２つのバルブ４１および４３を閉める。
【００５１】
次に、パイプ１８に設けられたバルブ４４と、パイプ１９に設けられたバルブ４２を開放する。このことにより、パイプ１１ｃの垂直に延在する部分の内部の濾過水は、パイプ１９を介して外部に放出される。
【００５２】
次に、光センサの受光部（図示せず）を遮光性のシート、例えば紙で覆い、光センサの受光部に、光センサの発光部からの光が到達しないようにする。つまり、透明なパイプ１１ｅ内部を、光を全く通さない透明度の低い流体が通過する状態を疑似的に作る。それと同時に、光センサ２４から出力される電気信号の電圧が所定の値、例えば０Ｖになるように調節する。
【００５３】
次に、パイプ１８から純水を導入し、純水を透明なパイプ１１ｅ内部に通過させる。更に、バルブ１９を閉じ、パイプ１８から純水を導入し、純水を透明なパイプ１１ｅ内部に満たす。それと同時に、光センサ２４から出力される電気信号の電圧が所定の値、例えば５Ｖになるように調節する。
【００５４】
以上の作業を行うことにより、光センサ２４の校正が行える。このことにより、透明なパイプ１１ｅ内部を通過する濾過水の透明度を光センサにより正確に検出することができる。
【００５５】
上述の説明では、本発明の流体の透明度検出方法及び流体の検出装置を、フィルタを用いて排水の濾過を行う装置およびその方法の１部として説明を行った。しかし、本発明は、気泡を含む流体から気泡の分離を行ってから流体の透明度の検出を行う全ての方法に於いて活用することが可能である。
【００５６】
尚、本発明は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００５７】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の流体の透明度検出装置方法および流体の透明度検出方法によれば、以下に示すような優れた効果を奏し得る。
【００５８】
第１に、気泡が含まれた流体を輸送する第１のパイプのパイプ内部の下方から、気泡が分離された流体を輸送する第２のパイプを分岐させ、第２のパイプの途中に設けられた透明度検出手段によって流体の透明度を検出することによって、気泡が分離された流体の透明度を検出することができる。従って、気泡が含まれた流体の透明度を検出することによる透明度検出手段の誤作動を防止することができる。
【００５９】
第２に、第１のパイプの水平に延在する部分と垂直に延在する部分との間に設けられた湾曲部に気泡を含む流体を通過させることによって、遠心力の作用により、気泡をパイプ内部の上部に沿って通過させすことができる。従って、第１のパイプの湾曲部のパイプ内部の下方から分岐する第２のパイプ内に、気泡が分離された流体を通過させることができる。
【００６０】
第３に、第１のパイプから分岐する第２のパイプを一旦、下方向に延在させることによって、気泡が第２のパイプ内に浸入するのを防止することができる。
【００６１】
第４に、第２のパイプの途中に、第２のパイプと一体となった透明なパイプを設け、透明なパイプの周辺に透明度検出手段として光センサを設置することによって、第２のパイプ内部を通過する気泡が分離された流体の透明度を、パイプ外部から、常に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の流体の透明度検出装置を説明する図である。
【図２】本発明の流体の透明度検出方法を説明する図である。
【図３】本発明の流体の透明度検出装置を説明する図である。
【図４】本発明及び従来の流体の被除去物除去装置を説明する図である。
【図５】従来の流体の透明度検出装置を説明する図である。
【図６】従来の流体の透明度検出方法を説明する図である。

Claims (9)

1. 気泡が含まれる流体を輸送する第１のパイプと、
   前記流体が水平方向から垂直上方向に輸送されるように、前記第1のパイプの途中に設けた湾曲部と、
   前記湾曲部から下方に分岐して、気泡が分離された前記流体を下方に輸送する第２のパイプと、
   前記第２のパイプの途中に設けられて前記流体の透明度を検出する透明度検出手段と、
   前記第 1 のパイプの内部を通過する前記流体の流量を調節する第 1 のバルブと、
   前記第２のパイプの内部を通過する前記流体の流量を調節する第２のバルブとを具備することを特徴とする流体の透明度検出装置。
2. 前記気泡が含まれる前記流体は、フィルタから取り出された流体であり、前記気泡は、前記フィルタの下方に設けられた気泡発生装置から発生した気泡であることを特徴とする請求項１記載の流体の透明度検出装置。
3. 前記第２のパイプは、前記第１のパイプの湾曲部から分岐し、下方向に延在した後に上方向に延在し、前記第１のパイプに合流することを特徴とする請求項１記載の流体の透明度検出装置。
4. 前記透明度検出手段は、光センサであることを特徴とする請求項１記載の流体の透明度検出装置。
5. 前記第２のパイプは、上方向に延在する途中に前記第２のパイプと一体で設けられた透明なパイプを有し、前記透明なパイプの周辺に前記透明度検出手段が設置されることを特徴とする請求項１記載の流体の透明度検出装置。
6. 第１のパイプが水平方向から垂直上方向に延在するように前記第1のパイプの途中に設けた湾曲部に、気泡が含まれた流体を通過させ、
   前記流体が前記湾曲部を通過することにより発生する遠心力により、前記気泡を前記第１のパイプ内部の上部に沿って通過させ、
   前記湾曲部から下方に分岐して延在する前記第２のパイプに流体を通過させることにより、気泡が分離された前記流体を前記第２のパイプ内に通過させ、
   前記第 1 のパイプに介装された第 1 のバルブにより前記第 1 のパイプの内部を通過する前記流体の流量を調節し、
   前記第２のパイプに介装された第２のバルブにより前記第２のパイプの内部を通過する前記流体の流量を調節し、
   前記気泡が分離された前記流体の透明度を計測することを特徴とする流体の透明度検出方法。
7. 前記第２のパイプの途中に設けられた透明なパイプの外側から光を通過させ、前記透明なパイプおよびその内部を通過する流体を透過した光を光センサで検出することにより、前記流体の透明度を検出することを特徴とする請求項６記載の流体の透明度検出方法。
8. 流体に浸漬されて前記流体の濾過を行うフィルタ装置と、
   前記フィルタ装置の下方に配置されて気泡を発生させる気泡発生装置と、
   前記フィルタ装置から引き抜かれた気泡が含まれる濾過水を輸送する第１のパイプと、
   前記濾過水が水平方向から垂直上方向に輸送されるように、前記第1のパイプの途中に設けた湾曲部と、
   前記湾曲部から下方に分岐して、前記気泡が分離された前記濾過水を下方に輸送する第２のパイプと、
   前記第２のパイプの途中に設けられて前記流体の透明度を検出する透明度検出手段と、
   前記第 1 のパイプの内部を通過する前記流体の流量を調節する第 1 のバルブと、
   前記第２のパイプの内部を通過する前記流体の流量を調節する第２のバルブとを具備することを特徴とする流体の濾過装置。
9. 半導体を加工する過程で発生する半導体加工屑を含む排水をタンク内に収納し、
   前記排水に浸漬されたフィルタ装置を用いて前記排水の濾過を行い、
   前記濾過を行うと同時に前記フィルタ装置の表面を通過するように気泡を発生させ、
   前記フィルタ装置から抜き出した前記気泡を含む濾過水を第1のパイプに通過させ、
   前記濾過水が水平方向から垂直上方向に輸送されるように、前記第1のパイプの途中に設けた湾曲部に、前記気泡が含まれた前記濾過水を通過させ、
   前記濾過水が前記湾曲部を通過することにより発生する遠心力により、前記気泡を前記第１のパイプ内部の上部に沿って通過させ、
   前記湾曲部から下方に分岐して延在する前記第２のパイプに流体を通過させることにより、前記気泡が分離された前記濾過水を前記第２のパイプ内に通過させ、
   前記第 1 のパイプに介装された第 1 のバルブにより前記第 1 のパイプの内部を通過する前記流体の流量を調節し、
   前記第２のパイプに介装された第２のバルブにより前記第２のパイプの内部を通過する前記流体の流量を調節し、
   前記気泡が分離された前記濾過水の透明度を計測し、
   前記濾過水の透明度が所定の値をクリアした場合は、前記濾過水を再利用することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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