JPH1183176A - 超純水加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 成形が容易で破損しにくく安価で且つ金属イ
オンの溶出量の少ない超純水加熱装置を提供すること。 【解決手段】 一端側に入口１を有し且つ他端側に出口
２を有するステンレス鋼製容器３内にステンレス鋼製伝
熱体４で被覆された電気ヒーター５を備えている。ステ
ンレス鋼表面は、清浄化処理後に酸化性雰囲気中で加熱
処理して清浄化処理面上に着色酸化被膜を形成し、この
着色酸化被膜を溶解除去したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は超純水加熱装置に
関し、さらに詳しくは、超純水を加熱し、半導体製造等
の電子工業や医薬品製造等の分野において必要な高温の
超純水を得るための超純水加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】電子
工業等の技術分野においては、超純水を加熱した高温超
純水が使用されている。例えば、半導体製造では汚染が
大敵であり、半導体製造における洗浄工程において、有
機物汚染、パーティクル汚染、重金属汚染の防止及び自
然酸化膜等の除去を目的に、硫酸と過酸化水素水との混
液、アンモニア水と過酸化水素水との混液、塩酸と過酸
化水素水との混液、希フッ酸水溶液等の薬液がそれぞれ
使用されている。超純水はこれら洗浄薬液の調合や洗い
流しに使用されているが、その効率を上げるために、一
般的に８０℃前後に加熱した高温の超純水が用いられて
いる。

【０００３】というのは、超純水は多くの物質を溶解す
る能力があり、その特性を利用して半導体製造の洗浄工
程で使用されているのであるが、超純水の温度を上げる
と溶解能力が向上し、洗浄効果がより向上することが知
られており、それ故に従来より高温の超純水が使用され
ているのである。しかし、その一方で、高温超純水は様
々な物質を溶解する能力が極めて高いため、高温超純水
を得るための超純水加熱装置の構成材料は、超純水に対
して難溶性で、しかも耐熱性に優れていることが必要で
ある。そこで、従来の超純水加熱装置の構成材料として
は、重金属の汚染源となりうる金属材料が避けられ、フ
ッ素樹脂（ＰＦＡ）およびポリエーテルエーテルケトン
（ＰＥＥＫ）等の樹脂や石英ガラスが広く用いられてい
た。

【０００４】この超純水配管として広く使用されている
フッ素樹脂（ＰＦＡ）やポリエーテルエーテルケトン
（ＰＥＥＫ）製の樹脂製パイプの内部に超純水を通入
し、外部から加熱する超純水加熱装置は、伝熱特性が悪
い上に耐熱性が悪いので、加熱装置としての信頼性に欠
ける。しかも、あまり高い加熱温度で加熱できないた
め、広い伝熱面積が必要であり、樹脂製パイプの長さが
長くなるなど、実用的で信頼性の高い超純水加熱装置の
実現は困難であるまた、石英ガラスは金属材料に比べ、
上記樹脂と同様に伝熱特性が悪い上に機械的強度が低
く、圧力の変動、機械的衝撃、外部からの圧縮力や引張
力等により破損する危険性が大きい。この破損により、
超純水加熱装置の機能が停止する他に、高温超純水が飛
散して周辺の配管や電気部品に大きな被害を与えるだけ
でなく、近くにいる作業者の安全が損なわれ、さらに、
製造工程中の製品自体にも影響を与えるなど、その被害
は甚大で、深刻な事態を招くことがある。

【０００５】また、大型化すると石英ガラスの耐圧性能
が低下するので、小型の装置しか製作できず、今後のＳ
ｉウエハ大口径化に伴う高温超純水の使用量の増加に対
応した装置大型化が困難であるという欠点がある。

【０００６】さらに、石英ガラス製の加熱部を有する超
純水加熱装置は、石英ガラスの部分を特別に梱包し、現
地で組み立てねばならないなど、輸送にも特別の配慮が
必要とされるという欠点がある。

【０００７】そして、従来の超純水加熱装置は、高温の
超純水接液部からの溶出を避けるため、装置内に超純水
を貯留して加熱する方式ではなく、図２に示すように、
装置内に超純水を流通させつつ加熱する方式である（特
開平５−２２８４６５号公報参照）。図２の装置を簡単
に説明すれば、超純水製造装置により製造された超純水
を貯留する超純水槽２１内の超純水をポンプ２２により
ステンレス鋼製の容器２３まで送給し、サイリスタ電源
２４により作動する伝熱体で被覆されたヒーター２５に
より、容器２３内を流通する超純水を連続的に加熱しつ
つ、加熱された超純水を高温超純水貯留槽２６に送給す
るという構成である。

【０００８】ところが、実際の洗浄工程では間欠的にし
か使用されない超純水を、このように連続的に流通させ
つつ短時間に加熱する方式では大容量ヒーターが必要で
あり、そのために大電力設備を設置する必要があるな
ど、設備が大型化せざるを得ず、設備コストの増加を招
くことになる。

【０００９】このように、流水式の超純水加熱装置は設
備のコンパクト化が図れないという欠点があるので、こ
れに対して、図３に示すように、加熱された超純水を貯
留する貯留槽から間欠的に一定量の超純水をユースポイ
ントへ送給する貯留式の超純水加熱装置が提案されてい
る（特開平６−６９１７４号公報参照）。図３の装置を
簡単に説明すれば、超純水製造装置から送給されてくる
超純水３１を加熱する超純水加熱装置３２と高温超純水
貯留供給タンク３３、３４とを管接続し、該タンク３
３、３４の上部に不活性ガス導入配管３５を接続し、該
配管３５からタンク３３、３４内に導入された不活性ガ
スの圧力によりタンク内の高温超純水を配管３６を経て
ユースポイントへ供給するという構成である。ところ
が、図３に示す方式では、不活性ガス導入配管の敷設が
必要であり、装置及び制御システムが複雑となり、設備
コスト及び運転コストの増加を招くという欠点がある。

【００１０】また、成形が容易で破損しにくい超純水加
熱装置として、特開平９−５２０８１号公報には、図４
に示すように、下部に入口４１を有し、上部に出口４２
を有するＳＵＳ３１６Ｌ製の容器４３内の下部に、アル
ミニウム製の下層４４とＳＵＳ３１６Ｌ製の上層４５か
らなる伝熱体で被覆された電気ヒーター４６を設置し、
容器内上部に超純水貯留部４７を有する超純水加熱装置
が記載されている。ところが、この加熱装置では、アル
ミニウム製の下層４４の上にＳＵＳ３１６Ｌ製の上層４
５を被覆するという工程が必要である。また、下層４４
の上に上層４５を隙間なく固着することが必要である
が、数ミクロンないしは数ミリの隙間が存在し、この空
気層のために伝熱特性が悪くなるというという欠点もあ
る。その結果、製造コストの増加を招くことになる。

【００１１】本発明は従来の技術の有するこのような問
題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、成形
が容易で破損しにくく安価で且つ金属イオンの溶出量の
少ない超純水加熱装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の要旨は、金属製容器の一端側に入口を有し且
つ他端側に出口を有する金属製容器内に、ステンレス鋼
製の伝熱体で被覆された電気ヒータを有し、このステン
レス鋼表面は、清浄化処理後に酸化性雰囲気中で加熱処
理して清浄化処理面上に着色酸化被膜を形成し、この着
色酸化被膜を溶解除去した形態とすることにより、一端
側の入口より容器内に超純水を導入し、電気ヒーターの
電源スイッチを投入すれば、容器内で超純水は昇温され
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】すなわち、本発明の要旨は、金属
製容器の一端側に入口を有し且つ他端側に出口を有する
金属製容器内に電気ヒーターを備えた超純水加熱装置に
おいて、電気ヒータを被覆する伝熱体をステンレス鋼製
とし、このステンレス鋼表面を清浄化処理したのち、酸
化性雰囲気中で加熱処理して清浄化処理面上に着色酸化
被膜を形成し、この着色酸化被膜を溶解除去したものを
用いることを特徴とする超純水加熱装置を第一の発明と
し、上記第一の発明において、金属製容器がステンレス
鋼を基材とし且つ少なくとも超純水に接する側の表面
は、ステンレス鋼を清浄化処理したのち、酸化性雰囲気
中で加熱処理して清浄化処理面上に着色酸化被膜を形成
し、この着色酸化被膜を溶解除去したものであることを
特徴とする超純水加熱装置を第二の発明とする。

【００１４】清浄化処理手段としては、脱脂、酸洗、機
械研磨、電解研磨などを挙げることができる。

【００１５】ステンレス鋼の加熱温度としては４００〜
５００℃が好ましく、また、加熱時間としては１〜８時
間程度が好ましい。というのは、加熱温度が４００℃未
満では、酸化被膜の形成が不充分であり、一方、５００
℃を超えれば、酸化被膜が過厚となって脆くなることが
あるからである。また、加熱時間が１時間より短けれ
ば、十分な酸化被膜が確実に形成されない可能性があ
り、一方、加熱時間が８時間を超える場合は、酸化被膜
は十分に成長するが、加熱時間が長いため製造コストが
高くなるという欠点がある。また、極端に加熱時間が長
い場合は、酸化被膜が成長しすぎて被膜にクラックが入
り、所望する酸化被膜形成が困難となる。ステンレス鋼
を清浄化処理して酸化性雰囲気中で加熱処理して着色酸
化被膜を形成すると、着色酸化被膜中ではＦｅ成分が多
くなり、着色酸化被膜と下層母材との界面ではＣｒ、Ｎ
ｉ成分が相対的に多く、Ｆｅ成分が少なくなっていると
推定される。従って、表層のＦｅ成分の多い着色酸化被
膜を除去することにより、Ｃｒ、Ｎｉ成分の多い界面層
が露出し、これが接触液中への金属イオンの溶出低減に
有効に作用するものと思われる。

【００１６】なお、着色酸化被膜を除去する方法として
は、希塩酸、希硫酸等の酸を用いるのが好適である。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１を参照しながら
説明する。図１において、入口１、出口２を有するＳＵ
Ｓ３１６Ｌ製の容器３（内径Ｄ＝２００mm、容器内高さ
Ｈ＝９００mm）の内部には、ＳＵＳ３１６Ｌ製の伝熱体
４（外径４８．６mm、長さ８５０mm）で被覆された電気
ヒーター５（９ｋｗ、２２０Ｖ、３相）が３本設置され
ている（そのうち１本は図示が省略されている）。容器
３の内面および伝熱体４の外面には不動態被膜が形成さ
れている。この不動態被膜は、ＳＵＳ３１６Ｌ表面に電
解研磨を施し、次いで、表面付着物を洗浄除去して清浄
化した後に、酸化性雰囲気中で４５０℃で２時間加熱処
理することによって鉄系酸化物被膜を形成し、この鉄系
酸化物被膜を塩酸で除去することによって得た、Ｃｒ、
Ｎｉが濃化した酸化被膜である。電気ヒーター５はニク
ロム線よりなる発熱体を酸化マグネシウムを介してステ
ンレス鋼製チューブで被覆したものである。電気ヒータ
ー５の温度は、電源６の出力を制御することによりコン
トロールされる。７は温度指示調節計で電源６に接続さ
れている。８は温度指示計である。

【００１８】９は超純水製造装置（図示せず）で製造さ
れた超純水を送給する配管で、配管９は容器下部の入口
１に通じている。容器上部の出口２は配管１０を経てユ
ースポイント（半導体製造装置）へ通じている。

【００１９】以下に具体的な数値に基づいて、本発明の
超純水加熱装置による超純水加熱方法について説明す
る。

【００２０】まず、バルブ１１を開き、入口１より、２
５℃で４ｋｇ／ｃｍ² の圧力を有する超純水を容器３内
に満杯になるように導入し、電源６のスイッチを投入し
た。そして、温度指示調節計７の指示値が８０℃になる
ように、電気ヒーター５に対する電源６の出力を制御し
ながら超純水を加熱すると、約１０分後に温度指示計８
の温度は８１℃を示した。この時点でユースポイントで
超純水を必要としない場合は、電気ヒーター５に対する
電源６の出力を制御しながら、容器内の超純水の温度を
約８０℃に保持した。そして、ユースポイントで超純水
を超純水を必要とする場合は、バルブ１２を開いて、約
８０℃の高温超純水・約１２リットルを配管１０を経て
半導体製造装置へ供給した。

【００２１】次に、バルブ１２を閉じ、バルブ１１を開
いて上記排出量（１２リットル）に見合うだけの超純水
を容器３内に導入し、電気ヒーター５に対する電源６の
出力を制御しながら超純水を加熱し、必要に応じてユー
スポイントへ約８０℃の高温超純水を供給し、この供給
量に見合うだけの超純水を容器３内に導入するという操
作を行った。

【００２２】以後、同様の操作を繰り返しつつ、図１に
示す超純水加熱装置を約１０時間連続運転した。その結
果、超純水加熱装置に全く損傷は見られず、得られた高
温超純水に金属イオンの溶出も見られず、半導体洗浄に
好適な高純度の高温超純水により、問題なく半導体を洗
浄することができた。

【００２３】なお、本実施例におけるステンレス鋼とし
てはＳＵＳ３１６Ｌを使用したが、これに限定されるも
のでなく、例えば、他のオーステナイト系ステンレス鋼
であるＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６等
も使用可能である。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、成形が容易で破損しに
くく安価で且つ金属イオンの溶出量の少ない超純水加熱
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超純水加熱装置の断面図である。

【図２】従来の超純水加熱装置の構成の概要を示す図で
ある。

【図３】従来の別の超純水加熱装置の構成の概要を示す
図である。

【図４】従来のさらに別の超純水加熱装置の断面図であ
る。

【符号の説明】

１…入口 ２…出口 ３…容器 ４…伝熱体 ５…電気ヒーター

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属製容器の一端側に入口を有し且つ他
   端側に出口を有する金属製容器内に電気ヒーターを備え
   た超純水加熱装置において、電気ヒータを被覆する伝熱
   体をステンレス鋼製とし、このステンレス鋼表面を清浄
   化処理したのち、酸化性雰囲気中で加熱処理して清浄化
   処理面上に着色酸化被膜を形成し、この着色酸化被膜を
   溶解除去したものを用いることを特徴とする超純水加熱
   装置。
2. 【請求項２】 金属製容器がステンレス鋼を基材とし且
   つ少なくとも超純水に接する側の表面は、ステンレス鋼
   を清浄化処理したのち、酸化性雰囲気中で加熱処理して
   清浄化処理面上に着色酸化被膜を形成し、この着色酸化
   被膜を溶解除去したものであることを特徴とする請求項
   １記載の超純水加熱装置。