JP5412135B2 - オゾン水供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、半導体製造工程や電子部品製造工程で半導体や電子部品の洗浄に使用されるオゾン水の供給装置に係り、特に、半導体基板やガラス基板を洗浄する枚葉式洗浄装置にオゾン水を断続的に繰り返し供給する場合に安定した濃度のオゾン水を供給可能なオゾン水供給装置に関する。

従来から、半導体製造工程や電子部品製造工程において、シリコン基板やガラス基板の表面に残存する不要なフォトレジストを除去するために、基板を１枚ずつ支持台に載せ、支持台を回転させながら、洗浄ノズルから基板上にオゾン水を噴出させて残存するフォトレジストを溶解除去する技術が知られている。

このような用途に使用されるオゾン水は、オゾナイザーで発生させたオゾンガスを、超純水中に、バブリング方式、エジェクタ方式、マイクロバブル方式等の公知の気液混合手段を用いて溶解させ、一旦オゾン水タンクに収容してから、送水ポンプによりオゾン水供給配管を介してユースポイントに送水されている。
しかし、この方法では、オゾン水タンク内が常圧であるため、長時間貯留するとオゾン水表面からオゾンガスが放出されてオゾン水中のオゾン濃度が低くなってしまうという問題があった。

オゾン水を使用直前に製造し送水ポンプでユースポイントに供給するようにすれば、この問題はなくなるが、枚葉式洗浄装置では、例えば３０秒間洗浄、１５０秒間停止のような、繰り返し作業で洗浄が行われるため、オゾナイザーの起動時にオゾンガス中のオゾン濃度が不安定になったり、送水ポンプの起動時にオゾン水中のオゾン濃度が不安定になったりするという問題があった。

例えば、水を供給する渦流ポンプの吸込み側にオゾンガスを供給して、水中にオゾンガスを微細気泡にして分散させるとともに、このオゾン水を順次内圧を低くした複数の細長い加圧溶解槽の中を移動させながらオゾンガスを水に溶解させて直接ユースポイントに供給する方法も提案されているが（特許文献１）、このような装置では、ユースポイントで断続的にオゾン水を使用する場合、渦流ポンプの起動時にオゾンと水との供給比率が不均一になる上に、渦流ポンプの停止時には圧力降下によりオゾンガスの気液分離が起こるおそれがあった。

また、従来のいずれの方式でも、オゾン水の送水に送水ポンプを用いているが、オゾン水は金属に対する腐食性が高いため、送水ポンプとして、オゾン水と接する部分をフッ素系樹脂で形成又は被覆した高価なポンプを使用する必要がある、という課題もあった。

特開平３−１４６１２３号公報

上述したように、従来の、オゾナイザーで発生させたオゾンガスを、超純水に溶解させてオゾン水タンクに貯留し、必要に応じてオゾン水供給配管を介して送水ポンプによりユースポイントに送水するようにしたオゾン水供給装置では、オゾン水タンク内が常圧とされているため、長時間貯留するとオゾン水のオゾン濃度が低くなってしまうという問題があった。

また、渦流ポンプの吸込み側にオゾンガスを供給し、順次内圧を低くした複数の細長い加圧溶解槽の中を移動させながらオゾンガスを水に溶解させるようにしたオゾン水供給装置では、断続的に運転するような場合、ポンプの起動時にオゾン水のオゾン濃度が不均一になる上に、渦流ポンプの停止時には加圧溶解槽内の圧力が低下してオゾンガスが気液分離するおそれもあった。
また、さらに、オゾン水供給装置に使用される送水ポンプは、オゾン水と接する部分をフッ素系樹脂で形成又は被覆した高価なものとなるという問題もあった。

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、枚葉式洗浄装置に断続的にオゾン水の供給を繰り返しても安定した濃度のオゾン水を供給することができ、しかも、オゾン水を送水する送水ポンプを不要とした簡便なオゾン水供給装置を提供することを目的とする。

本発明のオゾン水供給装置の一つの実施形態は、オゾン水流入口、オゾンガス流入口、オゾンガス排出口及びオゾン水排出口を備えた計量槽と；前記計量槽のオゾン水流入口へ、自動弁を備えたオゾン水供給配管を介してオゾン水を供給するオゾン水供給手段と；前記計量槽のオゾンガス流入口へ、オゾンガス供給配管を介して少なくとも大気圧以上の一定圧でオゾンガスを供給するオゾンガス供給手段と；前記計量槽のオゾンガス排出口から、オゾンガスを放出して前記計量槽の内圧を前記オゾンガス供給圧より低い所定の圧力に保つオゾンガス放出手段と；前記計量槽からオゾン水を排出するオゾン水排出手段と；を有することを特徴とする。
本発明のオゾン水供給装置には、計量槽のオゾン水の水位を検知するレベルセンサと、このレベルセンサの信号により前記オゾン水供給配管の自動弁を開閉して計量槽の水位を所定の範囲に維持する水位制御手段を設けることもできる。

本発明に使用する計量槽は、オゾンガス流入口、オゾン水流入口、オゾンガス排出口及びオゾン水排出口を備えた直立円筒状の気密構造とされており、内部のオゾン水の水位、例えば許容上限および許容下限への到達を検知するレベルセンサを備えている。
なお、オゾンガス流入口とオゾン水流入口は、両者を兼ねた共通の流入口とすることもできる。

また、この計量槽には、内圧が予め設定した所定の圧力を越えたときに作動してオゾンガスを放出する放圧手段を設けるようにしてもよい。
放圧手段の排気口は計量槽の上部に設けられた一定の内圧で作動する放圧弁と、活性炭などの処理剤を充填した処理装置と、放圧弁から放出されたオゾンガスを処理装置に導く配管から構成されている。放圧弁から放出されたオゾンガスは、処理装置により分解されて大気に放出される。
この放圧手段は、計量槽の内圧が所定の圧力を越えると作動して、計量槽内のガス圧が過大にならないように内圧を制御する。

計量槽には、計量槽の下層部のオゾン水と上層部の気相域を連通する循環管路を設け、循環ポンプにより下層部のオゾン水を上部の気相に雨下させて、オゾンガスの溶解を促進するとともに、オゾン水のオゾン濃度の均一化をはかるようにしてもよい。
計量槽中のオゾン水は、相当時間給水を停止すると上下でオゾン濃度が不均一になる可能性があるが、この循環管路で計量槽内のオゾン水の上下を循環させることにより、濃度の均一性を保つことができる。

また、必要に応じて、この循環管路に冷却手段を配置しオゾン水の液温を低くしてオゾンの溶解度を高めたり、逆に液温を高くしてオゾン水とフォトレジストとの反応性を高めて、フォトレジストの除去を容易にすることもできる。

計量槽のオゾン水流入口は、自動弁を備えたオゾン水供給管によりオゾン水供給手段に接続されている。この自動弁は、計量槽のレベルセンサが許容上限にオゾン水の水位が達したことを検知すると閉じられ、許容下限の水位に達したことを検知すると開放される。
したがって、オゾン水を供給して計量槽内のオゾン水の水位が下がり、許容下限に達すると、オゾン水供給配管の自動弁が開放してオゾン水が計量槽内に注入され、水位が上昇して許容上限に達するとオゾン水供給配管の自動弁が閉じてオゾン水の供給が停止する。

オゾン水供給手段としては、超純水に、オゾナイザーで発生したオゾンガスを、超純水とオゾンガスを混合する溶解膜を用いる方式、バブリング方式、エジェクタ方式、マイクロバブル方式等の公知の気液混合手段を用いて溶解させたものを使用できる。
マイクロバブルは、超純水中に直径数μｍのオゾンガスの超微粒バブルを形成させるもので、高濃度のオゾン水を形成することができる。
また、オゾナイザーで発生させたオゾンガスを、一旦オゾンガス貯留槽に溜め、ベローズポンプ（接ガス部材質ＰＴＦＥ）で、例えば吐出圧０．４ＭＰａ、流量５Ｌ／ｍｉｎに加圧してオゾン水供給装置に供給することもできる。

なお、気液混合手段は、上記のものに限定されるものではなく、例えば、超純水配管に、配管内に連通する継手を取り付け、この継手にオゾナイザーからのオゾンガス供給管を接続しただけのものやバブル方式のものであってもよい。
オゾン水としては、オゾン濃度が２０〜２５０ｐｐｍ程度のオゾン水を使用することが好ましい。

超純水としては、抵抗が１５ＭΩ・ｃｍ以上の超純水を使用することが好ましい。
本実施形態では、計量槽のオゾンガス流入口に、オゾナイザーで製造されたオゾンガスを供給するオゾンガス供給配管が直接接続されて、オゾナイザーのガス圧が計量槽内のオゾン水に直接加えられ、したがって、計量槽内に供給されたオゾン水は計量槽内でオゾン濃度がさらに上昇する。

本実施形態で用いるオゾナイザーとしては、例えばＧＲシリーズとして市販されているＧＲ−ＲＢ（ガス流量４Ｌ／ｍｉｎ（Ｎ））、ＧＲ−ＲＣ（ガス流量６Ｌ／ｍｉｎ（Ｎ））、ＧＲ−ＲＤ（ガス流量８Ｌ／ｍｉｎ（Ｎ））、ＧＲ−ＲＥ（ガス流量１０Ｌ／ｍｉｎ（Ｎ））、ＧＲ−ＲＦ（ガス流量１２Ｌ／ｍｉｎ（Ｎ））、ＧＲ−ＲＧ（ガス流量１４Ｌ／ｍｉｎ（Ｎ））［いずれも住友精密工業社商品名］として知られるオゾナイザーを用いることができる。
オゾン水の製造に用いるオゾナイザーと計量槽に直接オゾンガスを供給するオゾナイザーは同一のものを使用すれば装置構成を簡略化できるが、容量を大きくしたい場合には、オゾン水の製造と計量槽の加圧は別のオゾナイザーを使用するようにしてもよい。

これらのオゾナイザーは、いずれも、０．２ＭＰａのガス圧のオゾンガスを生成することができる。
本発明に使用するオゾン水は、ｐＨが７以下であることが好ましい。
オゾン水のｐＨを一定に保つため、計量槽の出口配管にｐＨ計を設けるとともに、オゾン水流入管に、ＣＯ₂注入装置やＨＣｌ注入装置のようなｐＨ調整装置を設け、オゾン水のｐＨが所定の値よりも高くならないように制御することもできる。
また、本発明に使用するオゾン水または純水に、たとえば、薬液を添加し酸化還元電位を調整したオゾン水を製造することも可能である。
本実施形態によれば、計量槽内のオゾン水に、このガス圧が直接加えられるので、送水ポンプを使用せずに、２０ｍの高さのユースポイントまで給水可能であり、ユースポイントがほぼ同レベルにあるときは、オゾン水を０．２ＭＰａの圧力で吐出させることが可能である。

本発明によれば、オゾンガス供給手段のガス圧で、オゾン水がユースポイントに供給されるので、枚葉式洗浄装置にオゾン水を断続的に繰り返し供給する場合でも安定した濃度のオゾン水を常時一定圧力、一定流量で供給することができる。
また、計量槽内に直接オゾンガス供給手段のガス圧が加えられて液面からオゾンガスが溶解するため、液面からの蒸散によるオゾン濃度の低下がなく、高いオゾン濃度を維持することができ、常に一定した濃度のオゾン水を供給することができる。
さらに、オゾン水の供給に給水ポンプを使用しないので設備費用を低減することも可能である。

本発明の一実施形態の構成を示す図である。 本発明の実施形態における計量槽の内圧とオゾン水濃度との関係を示すグラフである。

本発明に係るオゾン水供給装置の最良の形態を実施例に基づき図面を参照して、以下説明する。
図１は、本発明の一実施例を模式的に示す図である。
図１に示すように、この実施例のオゾン水供給装置１は、オゾナイザー２、超純水供給装置３、継手４、計量槽５、及びオゾン水供給管６から主として構成されている。

オゾナイザー２は、ＧＲ−ＲＧ（住友精密工業社商品名）であり、ガス圧０．２ＭＰａ、ガス流量１４Ｌ／ｍｉｎ（Ｎ）、オゾン濃度２１０ｇ／ｍ^３（Ｎ），（１４ｗｔ％）の性能を備えている。オゾナイザー２のオゾンガス供給配管２ａは分岐され、一方の分岐管２ａ１は継手４に接続され、他方の分岐管２ａ２は計量槽５のオゾンガス流入口に接続されている。Ｖ−１、Ｖ−２は、それぞれ分岐管２ａ１、２ａ２に設けたオゾンガスの開閉弁である。
計量槽のレベルは、Ｈレベルが下部から２００ｍｍ上、Ｌレベルが下部から２５０ｍｍとされ（有効量１０Ｌ）、この範囲でオゾン水のレベルが調節されている。

超純水供給装置３は、半導体工場で一般に使用されている標準的な超純水供給装置であり、電気抵抗率が１５ＭΩ・ｃｍ以上の超純水を、例えば１Ｌ／分で超純水配管３ａを介して継手４に供給し、この超純水は継手４で分岐管２ａ１から供給されるオゾンガスを微細気泡状に取り込んで、オゾン濃度１４０ｐｐｍ程度のオゾン水が生成される。
Ｖ−３は超純水配管３ａの開閉弁である。このオゾン水はオゾン水配管４ａを介して計量槽５のオゾン水流入口から計量槽５に注入される。Ｖ−４は、オゾン水配管に設けた自動弁である。

計量槽５の下部と上部間にはポンプ７でオゾン水を下部から上部に循環させる循環配管８が設けられている。循環配管８には、熱交換器９が付設されており、必要に応じてオゾン水の温度を所望の温度に調節できるようになっている。計量槽５には所定の内圧で作動して計量槽５内のオゾンガスを放出する放圧弁Ｖ−５を備えた放圧配管１０が取り付けられて内圧を一定に保っている。放圧配管１０から放出されたオゾンガスは、活性炭のような処理剤を収容した処理装置１１により分解されて大気に放出される。

計量槽５に収容されたオゾン水は、計量槽５内のオゾンガスの圧力（ほぼ０．２ＭＰａ）により、オゾン水供給管６を介してユースポイントに送られる。Ｖ−６は、オゾン水供給管６に設けた給水弁である。

この実施例の装置によりシリコン基板の洗浄を、例えば５Ｌ／ｍｉｎのオゾン水の流量で３０秒間洗浄、１５０秒間停止の繰り返しのサイクルで行う場合には、オゾン水の供給量を、１Ｌ／ｍｉｎとすれば、オゾン水を連続的に計量槽５に供給しつつシリコン基板の洗浄作業を所定のタイミングで継続することができる。
図２は、計量槽５の内圧を変えてオゾン水濃度の変化を見た結果を示すグラフである。
図２から明らかなように、計量槽５の内圧とオゾン水の濃度はよく対応がとれており、本発明によれば計量槽の内圧を管理することにより、一定濃度のオゾン水を安定して供給可能なことがわかる。

本実施例によれば、オゾナイザー２のガス圧で、オゾン水がユースポイントに供給されるので、枚葉式洗浄装置にオゾン水を断続的に繰り返し供給する場合でも安定した濃度のオゾン水を常時一定圧力で供給することができる。
また、計量槽５内に直接オゾンガス供給手段のガス圧が加えられて液面からオゾンガスが溶解するため、内圧を管理することにより、一定濃度のオゾン水を供給することができる。

また、オゾン水の供給に給水ポンプを使用しないので設備費用を低減することができる。
さらに、計量槽５の下部と上部間にはポンプ７でオゾン水を下部から上部に循環させる循環配管８を設け、さらに熱交換器９を付設することにより、オゾン水の濃度は一層均一になり、必要に応じてオゾン水の温度を所望の温度に調節することができる。
またさらに、計量槽５が所定の内圧に到達すると作動する放圧弁Ｖ−５を備えているので、安全上の課題も解消される。
なお、以上の実施形態では、オゾン水を断続的に供給する例について説明したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではなく、オゾン水を連続的に供給することも可能である。

１……オゾン水供給装置
２……オゾナイザー
２ａ…オゾンガス供給配管
３……超純水供給装置
４……継手
５……計量槽
６……オゾン水供給管
８……循環配管
９……熱交換器
１０……放圧配管

Claims (6)

1. オゾン水流入口、オゾンガス流入口、オゾンガス排出口及びオゾン水排出口を備えた計量槽と；
   前記計量槽のオゾン水流入口へ、オゾン水供給配管を介してオゾン水を供給するオゾン水供給手段と；
   前記計量槽のオゾンガス流入口へ、オゾンガス供給配管を介して少なくとも大気圧以上の一定圧でオゾンガスを供給するオゾンガス供給手段と；
   前記計量槽のオゾンガス排出口からオゾンガスを放出して、前記計量槽の内圧を前記オゾンガス供給圧より低い所定の圧力に保つオゾンガス放出手段と；
   前記計量槽からオゾン水を排出するオゾン水排出手段とを有することを特徴とするオゾン水供給装置。
2. 前記オゾンガス流入口と前記オゾン水流入口は、前記オゾンガス流入口と前記オゾン水流入口を兼ねた共通の流入口であることを特徴とする請求項１記載のオゾン水供給装置。
3. 前記計量槽は、収容するオゾン水の上層部と下層部を管路を介して循環させるオゾン水循環手段を有することを特徴とする請求項１乃至２のいずれか1項記載のオゾン水供給装置。
4. 前記計量槽は、オゾン水を温度調節する温度調節装置を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項記載のオゾン水供給装置。
5. ｐＨ調整手段を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のオゾン水供給装置。
6. 酸化還元電位調整する手段を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載のオゾン水供給装置。

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