JP4587111B2 - オゾン溶解水供給装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オゾン溶解水供給装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、電子材料の洗浄や表面処理などに使用されるオゾン溶解水を、使用場所の直近にオゾン溶解水製造装置を設置できないような状況においても、使用濃度より格段に高い濃度のオゾン溶解水を製造する必要がなく、溶存オゾン濃度の管理が容易な、オゾン利用効率の高いオゾン溶解水供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オゾン溶解水は、非常に高い酸化力を有し、被洗浄物の表面に付着した有機物や金属汚染物などを、酸化分解して除去する機能を有する。また、清浄なオゾン溶解水は、清浄なケミカル酸化膜をシリコンウェーハ上に形成することができる。このように、さまざまな機能が認められるようになったオゾン溶解水を活用するために、種々のオゾン溶解水製造装置が開発され、実用化されている。
オゾン溶解水製造装置のオゾン溶解部としては、耐オゾン性に優れた溶解膜を内蔵したモジュ−ルが広く使用されている。これに対し、本発明者らは、装置の簡素化と溶存オゾン濃度の応答性を改善するものとして、エジェクターなどを用いた気液直接接触溶解方式の装置を開発した。気液直接接触溶解方式の装置は、膜溶解方式と異なり、オゾン溶解水中にオゾンガスの気泡が混在するので、オゾンガス溶解部下流側に設置した気液分離装置で余剰のガスを分離したオゾン溶解水が洗浄機などに導かれる。
いずれの方式においても、オゾン溶解水中の溶存オゾンは、自己分解によって酸素ガスに変換していく。このために、オゾン溶解水製造装置からユースポイントである洗浄機などまでの配管距離が長くなるほど、溶存オゾン濃度が低下する点が、オゾン溶解水利用において避けられない問題であった。それゆえに、オゾン溶解水製造装置は、洗浄機などのできるだけ近くに設置して、配管距離を短くし、濃度低下の影響をできるだけ小さくするか、あるいは、配管中での濃度の低下分を見越して、濃度を高めに設定したオゾン溶解水を製造することが必要となっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電子材料の洗浄や表面処理などに使用されるオゾン溶解水を、使用場所の直近にオゾン溶解水製造装置を設置できないような状況においても、使用濃度より格段に高い濃度のオゾン溶解水を製造する必要がなく、溶存オゾン濃度の管理が容易な、オゾン利用効率の高いオゾン溶解水供給装置を提供することを目的としてなされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、オゾン溶解水供給装置を、オゾンガス溶解器を有する第１ユニットと、気液分離装置を有する第２ユニットに分割し、両ユニットを導管で接続することにより、使用場所におけるオゾン溶解水供給装置の占める空間を削減し、しかも安定して効率的にオゾン溶解水を供給し得ることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）オゾンガスと被溶解水とを接触させるオゾンガス溶解器を備え、オゾン溶解水と未溶解ガスとを気液混合流体として送出する第１ユニットと、オゾン溶解水と未溶解ガスとが気液混合流体として流入し、オゾン溶解水と未溶解ガスとを分離する気液分離装置を備えた第２ユニットを有するオゾン溶解水供給装置であって、第１ユニットが、オゾン溶解水を使用する場所から離間した場所に設置され、第２ユニットが、オゾン溶解水を使用する場所に設置され、第１ユニットと第２ユニットが、オゾン溶解水と未溶解ガスとの気液混合流体を導く導管により接続されてなるオゾン溶解水供給装置であって、第１ユニットに、オゾンガスと被溶解水とを直接接触させるオゾンガス溶解器、被溶解水導入管、オゾンガス供給管及び気液混合流体送出管とともに、被溶解水供給ポンプ、酸化還元触媒を充填した触媒反応器、ろ過装置及びオゾン発生器の機器が付設されたことを特徴とするオゾン溶解水供給装置、
（２）第１ユニットに、オゾンガスを被溶解水中へ吸い込むエジェクター又はガス溶解ポンプへのｐＨ調整剤又は洗浄促進剤の注入口、ｐＨ又は電気伝導度を測定する水質計測機器、排オゾン溶解水処理装置、排オゾンガス処理装置からなる周辺機器群のうち１又は２以上の機器が、さらに、付設されたことを特徴とする第１項記載のオゾン溶解水供給装置、
（３）第２ユニットに、気液分離装置、気液混合流体の入口配管、オゾン溶解水の出口配管及び分離されたガス排出用のガス導管とともに、ｐＨ調整剤又は洗浄促進剤の薬剤注入口及び／又はｐＨ若しくは電気伝導度を測定する水質計測機器が付設された第２項記載のオゾン溶解水供給装置、及び、
（４）第２ユニットが、洗浄機の内部に設置された第１項記載のオゾン溶解水供給装置、
を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明のオゾン溶解水供給装置は、オゾンガスと被溶解水とを接触させるオゾンガス溶解器を備え、オゾン溶解水と未溶解ガスとを気液混合流体として送出する第１ユニットと、オゾン溶解水と未溶解ガスとが気液混合流体として流入し、オゾン溶解水と未溶解ガスとを分離する気液分離装置を備えた第２ユニットを有するオゾン溶解水供給装置であって、第１ユニットが、オゾン溶解水を使用する場所から離間した場所に設置され、第２ユニットが、オゾン溶解水を使用する場所に設置され、第１ユニットと第２ユニットが、オゾン溶解水と未溶解ガスとの気液混合流体を導く導管により接続される。
本発明装置において、第１ユニットには、さらに、オゾンガス溶解器へ被溶解水を導入するための被溶解水導入管、オゾンガス溶解器へオゾンガスを供給するためのオゾンガス供給管及びオゾン溶解水と未溶解ガスとを気液混合流体として送出するための気液混合流体送出管を備えることが好ましい。オゾンガスを溶解してオゾン溶解水となる被溶解水は、通常は超純水が使用される。本発明装置において、オゾンガスと被溶解水を接触させるオゾンガス溶解器に特に制限はなく、例えば、エジェクター、吸引型のガス溶解ポンプ、バブリング装置、気体透過膜装置などを挙げることができる。これらの中で、エジェクターと吸引型のガス溶解ポンプは、オゾンガスを加圧して供給する必要がなく、オゾンガスの供給が容易であり、オゾン溶解水と未溶解ガスとの気液混合流体を直接得ることができるので、好適に用いることができる。エジェクターは、耐オゾン性に優れた部材による簡素な装置構成が可能なので、特に好適に用いることができる。
【０００６】
第１ユニットのオゾンガス溶解器から送出されるオゾン溶解水と未溶解ガスとの気液混合流体は、第１ユニットと第２ユニットを接続する導管を経由して、第２ユニットに導かれる。オゾン溶解水と未溶解ガスとの気液混合流体の状態に特に制限はなく、例えば、オゾン溶解水中に未溶解ガスが気泡となって分散した状態とすることができ、あるいは、オゾン溶解水の水相と未溶解ガスの気相が巨視的に２相となった状態とすることもできる。
本発明装置においては、第１ユニットに、被溶解水供給ポンプ、脱気装置、触媒反応器、ろ過装置、オゾン発生器、薬剤貯槽、薬剤供給ポンプ、薬剤注入口、水質計測機器、排オゾン溶解水処理装置、排オゾンガス処理装置からなる周辺機器群のうち１又は２以上の機器を付設することができる。被溶解水供給ポンプに特に制限はなく、例えば、ピストンポンプ、プランジャーポンプ、ブースターポンプ、タービンポンプ、ボリュートポンプなどを挙げることができる。これらの中で、ブースターポンプを好適に用いることができる。オゾン溶解水を製造するためには、被溶解水を加圧することが好ましく、エジェクターを用いてオゾンガスを被溶解水配管中に引き込む場合には、被溶解水の水圧を高めておくことか特にに好ましい。脱気装置に特に制限はなく、例えば、真空脱気装置、減圧膜脱気装置などを挙げることができる。被溶解水をあらかじめ脱気して溶存気体の飽和度を低下させ、ガス溶解キャパシティーに空きをつくったのちオゾンガスを溶解することにより、短時間で高濃度にオゾンガスを溶解することができる。
【０００７】
付設する触媒反応器は、酸化還元触媒を充填した触媒反応器であることが好ましく、パラジウム担持触媒を充填した触媒反応器であることがより好ましい。被溶解水が、紫外線照射処理された超純水であると、水中にオゾンの分解を促進する微量物質が存在するが、被溶解水を酸化還元触媒と接触させることにより、水中のオゾン分解促進物質を除去して、オゾン溶解水のオゾン濃度の低下を抑制することができる。ろ過装置に使用するろ過膜に特に制限はなく、例えば、限外ろ過膜、精密ろ過膜、逆浸透膜などを挙げることができる。ろ過装置を用いて被溶解水をろ過することにより、被溶解水供給ポンプ、酸化還元触媒などに由来する微粒子を除去して、被溶解水の純度を維持することができる。
付設するオゾン発生器に特に制限はなく、例えば、水を電気分解してオゾンガスと酸素ガスの混合ガスを生成する装置、酸素ガスを原料として無声放電や沿面放電などによりオゾンガスと酸素ガスの混合ガスを生成する装置などを挙げることができる。薬剤貯槽には、例えば、pH調整剤、洗浄促進剤などを貯留することができる。pH調整剤としては、例えば、塩酸、炭酸、炭酸ガスなどの酸や、アンモニア水、アンモニアガス、テトラアルキルアンモニウムハイドロオキサイドなどのアルカリなどを挙げることができる。薬剤供給ポンプを付設することにより、これらの薬剤をオゾンガス溶解前の被溶解水又はオゾンガス溶解後のオゾン溶解水に、第１ユニット又は第２ユニットに設けた薬剤注入口を介して添加することができる。炭酸ガスは、オゾンガスに混入してオゾンガス溶解器で添加することもできる。オゾン溶解水を洗浄に用いる場合、これらの薬剤を添加することにより、洗浄力を高めることができる。水質計測機器を付設することにより、溶解オゾン濃度、pH、電気伝導度などを計測し、必要に応じて、オゾンガス供給量や薬剤供給量などを制御することができる。
【０００８】
第１ユニットに排オゾン溶解水処理装置を付設することにより、使用されなかったオゾン溶解水及び水質測定用の試料水として採取されたオゾン溶解水中のオゾンを分解し、被溶解水として再使用し、あるいは、前工程に返送して被溶解水製造のための原水とすることができる。排オゾン溶解水処理装置としては、例えば、オゾン分解触媒や活性炭を充填した容器や、紫外線照射装置などを挙げることができる。また、排オゾンガス処理装置を付設することにより、第２ユニットの気液分離装置で分離したオゾン含有気体を移送し、オゾンガスを分解することにより無害化して大気中に放出することができる。排オゾンガス処理装置としては、例えば、オゾン分解触媒、活性炭、活性炭混練不活性担体などを充填した容器や、紫外線照射装置などを挙げることができる。さらに、第１ユニットには、上記の周辺機器群に関連する配管、弁、制御器、電気配線などを付設することができる。
本発明のオゾン溶解水供給装置において、第２ユニットに備える気液分離装置に特に制限はなく、例えば、水とガスの比重差を利用した容器状の気液分離装置、ガスの通過を妨げる機構を内蔵した気液分離装置などを挙げることができる。気液分離装置は小容量であって、溶存オゾン濃度の応答性が良好で、かつ第２ユニットを洗浄機などのオゾン溶解水使用場所の直近又は内部に設置し得るものであることが好ましい。
【０００９】
本発明装置においては、第２ユニットに、気液分離装置、気液混合流体の入口配管、オゾン溶解水の出口配管及び分離されたガス排出用のガス導管とともに、薬剤注入口及び／又は水質計測機器を付設することが好ましい。気液分離装置において分離されたガスは、ガス排出用のガス導管を経由して第１ユニットに付設された排オゾンガス処理装置に移送し、処理することができる。第２ユニットに設けた薬剤注入口からは、pH調整剤、洗浄促進剤などを注入することができる。薬剤の注入は、第１ユニット内であってもかまわない。気液分離後のオゾン溶解水に薬剤を注入する場合は、オゾン溶解水出口配管に薬剤注入口を設けることができる。第１ユニットに付設した薬剤貯槽から、薬剤配管を第２ユニットまで配設し、第２ユニットに付設した薬剤注入口より薬剤を注入することができる。
水質計測機器としては、例えば、溶存オゾン濃度計、酸化還元電位計、pH計、電気伝導度計などを挙げることができる。水質計測機器は、オゾン溶解水出口配管を通るオゾン溶解水と接触するようにセンサーを設置し、あるいは、オゾン溶解水出口配管に、水質測定用のサンプリング口を設けることができる。これらの水質計測機器を用いて計測することにより、オゾンガス供給量や薬剤供給量などを制御して、オゾン溶解水の水質を調整することができる。pH計と電気伝導率計は、薬剤注入口の下流側に設置することが好ましく、溶存オゾン濃度計と酸化還元電位計は気液分離部の下流側に設置することが好ましい。
【００１０】
本発明装置によりオゾン溶解水を洗浄水として供給する場合、第２ユニットは、洗浄機の直近又は洗浄機の内部に設置することが好ましい。本発明装置は、オゾンガス溶解器を備えた第１ユニットと、気液分離装置を備えた第２ユニットに分割し、１つのシステムとして使用する。第１ユニットは、洗浄機などのオゾン溶解水を使用する場所に近接させる必要がなく、例えば、洗浄機が設置されているクリーンルームの外に設置することもできる。第２ユニットは、可能な限り小型化して、オゾン溶解水が使用される場所、例えば、洗浄機の直近、洗浄機の内部などに設置する。第２ユニットにおいて、気液分離により得られたオゾン溶解水は、第２ユニット近傍の一つのユースポイントに送って使用することができ、あるいは、近傍にある複数のユースポイントに送って使用することもできる。しかし、第２ユニットからオゾン溶解水が送られるユースポイントは、第２ユニットから数ｍ以内の距離にあることが好ましい。第２ユニットとユースポイントの距離が離れすぎると、気液分離後のオゾン溶解水であるために、溶解しているオゾンが自己分解してもオゾンの補給がなく、溶存オゾン濃度が低下するおそれれがある。
本発明装置において、第１ユニット及び第２ユニットは、それぞれ別個の筐体内に各機器を収容して形成することが好ましい。あるいは、筺体の代わりに、各機器を架台に載置してユニット化することもできる。本発明装置において、第２ユニットは可能な限り小型化することが好ましいが、オゾン溶解水を使用する場所に許容スペースがある場合は、第１ユニットの任意収容機器の一部を第２ユニットに収容することもできる。
【００１１】
図１は、本発明のオゾン溶解水供給装置の構成の一態様の概念図である。本態様においては、第１ユニット１がオゾンガスと被溶解水とを接触させるオゾンガス溶解器としてエジェクター２を備え、第１ユニット内に付設されたオゾン発生器３で製造されるオゾンガスが、エジェクターに供給される。エジェクターから送出されるオゾン溶解水と未溶解ガスとの気液混合流体は、導管４を経由して、洗浄機５の直近に設置された第２ユニット６内に備えられた気液分離装置７に導かれる。気液分離装置において未溶解ガスが分離、除去されたオゾン溶解水は、洗浄機内のユースポイント８において使用される。
図２は、本発明装置の構成の他の態様の概念図である。本態様においては、第１ユニット１がオゾンガスと被溶解水とを接触させるオゾンガス溶解器としてエジェクター２を備え、第１ユニット内に付設されたオゾン発生器３で製造されるオゾンガスが、エジェクターに供給される。エジェクターから送出されるオゾン溶解水と未溶解ガスとの気液混合流体は、導管４を経由して、洗浄機５の内部に設置された第２ユニット６内に備えられた気液分離装置７に導かれる。気液分離装置において未溶解ガスが分離、除去されたオゾン溶解水は、洗浄機内のユースポイント８において使用される。
本発明装置を用いることにより、洗浄機などの近傍にオゾン発生器を設置するスペ−スがない場合にも、洗浄機などの直近まで気液混合状態のオゾン水を送ることができるので、オゾンガス溶解器出口と溶存オゾン濃度にほとんど差のないオゾン溶解水を洗浄機などの直近まで送ることができる。これにより、従来のオゾン溶解水製造装置を洗浄機に隣接させる場合と同等の溶存オゾン濃度管理が可能となり、送水中の溶存オゾン濃度の低下を最小限にとどめることができる。第２ユニットを洗浄機の内部に設置する場合には、気液分離後のオゾン溶解水の送水距離を最短にすることができるので、オゾンの自己分解による溶存オゾン濃度の変動を最小限にとどめることができる。本発明装置は、オゾン溶解水供給に必要な装置及び機器を、あらかじめ効率よく配置し、収容してユニット化しておくことにより、オゾン溶解水を使用する現場で容易に設置することができる。
【００１２】
【発明の効果】
本発明装置を用いることにより、洗浄機などの近傍にオゾン溶解水製造装置を設置するスペースがない場合であっても、洗浄機などの直近までの送水配管中における溶存オゾン濃度の低下を抑制することができる。このために、濃度低下分を見越して高濃度に設定したオゾン溶解水を製造する必要がなく、使用オゾン量を低減し、オゾン発生器を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明装置の構成の一態様の概念図である。
【図２】図２は、本発明装置の構成の他の態様の概念図である。
【符号の説明】
１ 第１ユニット
２ エジェクター
３ オゾン発生器
４ 導管
５ 洗浄機
６ 第２ユニット
７ 気液分離装置
８ ユースポイント

Claims (4)

1. オゾンガスと被溶解水とを接触させるオゾンガス溶解器を備え、オゾン溶解水と未溶解ガスとを気液混合流体として送出する第１ユニットと、オゾン溶解水と未溶解ガスとが気液混合流体として流入し、オゾン溶解水と未溶解ガスとを分離する気液分離装置を備えた第２ユニットを有するオゾン溶解水供給装置であって、第１ユニットが、オゾン溶解水を使用する場所から離間した場所に設置され、第２ユニットが、オゾン溶解水を使用する場所に設置され、第１ユニットと第２ユニットが、オゾン溶解水と未溶解ガスとの気液混合流体を導く導管により接続されてなるオゾン溶解水供給装置であって、第１ユニットに、オゾンガスと被溶解水とを直接接触させるオゾンガス溶解器、被溶解水導入管、オゾンガス供給管及び気液混合流体送出管とともに、被溶解水供給ポンプ、酸化還元触媒を充填した触媒反応器、ろ過装置及びオゾン発生器の機器が付設されたことを特徴とするオゾン溶解水供給装置。
2. 第１ユニットに、オゾンガスを被溶解水中へ吸い込むエジェクター又はガス溶解ポンプへのｐＨ調整剤又は洗浄促進剤の注入口、ｐＨ又は電気伝導度を測定する水質計測機器、排オゾン溶解水処理装置、排オゾンガス処理装置からなる周辺機器群のうち１又は２以上の機器が、さらに、付設されたことを特徴とする請求項１記載のオゾン溶解水供給装置。
3. 第２ユニットに、気液分離装置、気液混合流体の入口配管、オゾン溶解水の出口配管及び分離されたガス排出用のガス導管とともに、ｐＨ調整剤又は洗浄促進剤の薬剤注入口及び／又はｐＨ若しくは電気伝導度を測定する水質計測機器が付設された請求項２記載のオゾン溶解水供給装置。
4. 第２ユニットが、洗浄機の内部に設置された請求項１記載のオゾン溶解水供給装置。

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