TW202100234A - 氣體溶解液供給裝置及氣體溶解液供給方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種氣體溶解液供給裝置，其係在氣體溶解部使從氣體供給部所供給之氣體溶解於從液體供給部所供給之液體而產生氣體溶解液；將於氣體溶解部所產生的氣體溶解液儲存在氣體溶解液槽，並從氣體溶解液槽供給至使用點；對被供給至使用點之氣體溶解液之中回流至氣體溶解部之氣體溶解液的流量進行測定；以及因應測定結果，調整從液體供給部供給至氣體溶解部之液體的流量。

Description

氣體溶解液供給裝置及氣體溶解液供給方法
本申請案係基於2019年6月4日在日本提出申請之日本國特願2019-104150號而主張優先權，並將其內容引用於此。
本發明係關於氣體溶解液供給裝置及氣體溶解液供給方法，特別係關於節省成為氣體溶解液之原料之液體的同時，使所產生之氣體溶解液的濃度保持恆定的技術。
近年來，半導體裝置工廠及液晶等之電子部件製造工廠中之製品洗滌伴隨著製造過程之複雜化、電路圖案之微細化而正逐漸地升級。例如藉由使用在所謂「機能水」之超純水中溶解有高純度之氣體或高純度氣體與藥品而成之特殊的液體(以下亦稱為「洗滌液」)，而除去附著在矽晶圓之微粒子、金屬、有機物等。
另一方，作為洗滌處理方式，係自反覆進行複數個矽晶圓同時浸漬及洗滌操作之批次處理方式，到廣泛採用於對應於多品種少量生產之製品之每1片晶圓進行藥品洗滌及超純水洗滌之單片處理方式。單片處理方式與批次處理方式相比，每1片晶圓之洗滌步驟時間(以下亦稱為「週期時間」(tact time)) 較長，由於洗滌液之使用量變多，因此要求週期時間之縮短及洗滌液使用量之降低。當前，為了在短時間內有效地進行洗滌及降低洗滌液使用量，係進行單獨或同時使用複數種機能水以及化學藥品，並在短時間內切換洗滌步驟的高級洗滌過程。
作為機能水，係使用在超純水中溶解有臭氧氣體的臭氧水。臭氧水一般而言係由臭氧水製造裝置所製造。伴隨著洗滌過程之升級及複雜化，要求在短時間內對洗滌裝置供給及停止臭氧水。然而，當臭氧水製造裝置暫時停止臭氧水之製造時，要花費一定的時間(以下亦稱為「啟動時間」)始能夠再度供給要求臭氧濃度及要求流量之臭氧水。因此，為了因應對洗滌裝置之臭氧水的供給要求，使用臭氧製造裝置不斷製造臭氧水，並連續地供給至洗滌裝置。因此，變得供給過量的臭氧水，且未使用於矽晶圓之洗滌的未使用臭氧水作為排水而從洗滌裝置排出。由於作為用於臭氧水製造之原料水而使用的超純水之使用量較大，故以往提案了一種臭氧水製造裝置，其係減少超純水的使用量，並將臭氧水供給裝置內之循環路徑中的臭氧水濃度保持在設定的濃度。
在以往的臭氧水供給裝置中，未於使用點使用的臭氧水係通過臭氧水回流配管回流至循環槽。然而，由於臭氧會自身分解，而在循環中會產生臭氧濃度降低之事態。因此，在臭氧水供給裝置中，期望開發一種可減少超純水之使用量的同時，可使臭氧濃度穩定化的技術。
本發明係鑑於上述課題而成者，目的在於提供一種氣體溶解液供給裝置，係節省成為氣體溶解液之原料之液體的同時，可使所產生的氣體溶解液之濃度穩定化。
一實施型態之氣體溶解液供給裝置係具備：氣體供給部，係供給成為氣體溶解液之原料的氣體；液體供給部，係供給成為前述氣體溶解液之原料的液體；氣體溶解部，係使從前述氣體供給部所供給的氣體溶解於從前述液體供給部所供給的液體而產生氣體溶解液；氣體溶解液槽，係儲存由前述氣體溶解部所產生的氣體溶解液；供給配管，係用以將氣體溶解液從前述氣體溶解液槽供給至使用點；回流配管，係用以使被供給至前述使用點之氣體溶解液回流至前述氣體溶解部；流量測定部，係設置於前述回流配管，並測定回流至前述氣體溶解部之氣體溶解液的流量；壓力調整部，係設置於前述回流配管，使前述供給配管內之壓力保持恆定；以及流量調整部，係因應前述流量測定部之測定結果，調整從前述液體供給部供給至前述氣體溶解部之液體的流量。
另一態樣之氣體溶解液供給方法，係包含：由氣體溶解部使從氣體供給部所供給的氣體溶解於從液體供給部所供給的液體而產生氣體溶解液；將於前述氣體溶解部所產生的氣體溶解液儲存在氣體溶解液槽；從前述氣體溶解液槽供給至使用點；對被供給至前述使用點之氣體溶解液之中回流至前述氣體溶解部之氣體溶解液的流量進行測定；使設置於前述回流配管並用以將氣體溶解液供給至使用點之供給配管內的壓力保持恆定；以及因應前述測定結果，調整從前述液體供給部供給至前述氣體溶解部之液體的流量。
1:臭氧水供給裝置
2:原料氣體供給部
3:放電部(氣體供給部)
4:純水供給部(液體供給部)
5:氣體溶解部
6:氣液分離槽(氣體溶解液槽)
7:純水流量計
8:純水流量調整部
9:水位計
10:臭氧氣體分解器
11:第1壓力調整部
12:泵
13:供給配管
14:回流配管
15:第1流量計(流量測定部)
16:第2流量計(第2流量測定部)
17:壓力感測器
18:第2壓力調整部
19:溫度計(溫度測定部)
20:濃度計
21:零點測量配管
22:排水配管
23:第1閥
24:第2閥
25:第3閥
26:第3壓力調整部
圖1係顯示本發明之實施型態中之氣體溶解液供給裝置之構成的說明圖。
圖2係顯示本發明之實施型態中之氣體溶解液供給裝置之其他例之構成的說明圖。
圖3係顯示本發明之實施之型態中之氣體溶解液供給裝置之另一例之構成的說明圖。
以下針對實施型態之氣體溶解液供給裝置進行說明。又，以下說明之實施型態係顯示實施本技術時之一例者，本技術並非限定於以下說明之具體構成者。當實施本技術時，可適當地採用因應實施型態的具體構成。
一實施型態之氣體溶解液供給裝置，係具備：氣體供給部，係供給成為氣體溶解液之原料的氣體；液體供給部，係供給成為前述氣體溶解液之原料的液體；氣體溶解部，係使從前述氣體供給部所供給的氣體溶解於從前述液體供給部所供給的液體而產生氣體溶解液；氣體溶解液槽，係儲存由前述氣體溶解部所產生的氣體溶解液；供給配管，係用以將氣體溶解液從前述氣體溶解液槽供給至使用點；回流配管，係用以使被供給至前述使用點之氣體溶解液回流至前述氣體溶解部；流量測定部，係設置於前述回流配管，並測定回流至前述氣體溶解部之氣體溶解液的流量；壓力調整部，係設置於前述回流配管，並使前述供給配管內之壓力保持恆定；以及流量調整部，係因應前述流量測定部之測定結果，調整從前述液體供給部供給至前述氣體溶解部之液體的流量。
依據該構成，藉由在氣體溶解部使氣體(從氣體供給部所供給的氣體)溶解於液體(從液體供給部所供給的液體)，而產生氣體溶解液並儲存於氣體溶解液槽。對從氣體溶解液槽供給至使用點之氣體溶解液之中從回流配管回流至氣體溶解部之氣體溶解液的流量進行測定，並藉由設置於回流配管之壓力調整部，可使通往使用點之供給配管內的壓力保持恆定。此外，因應測定結果，調整從液體供給部供給至氣體溶解部之液體的流量。藉此，能夠節省供給至氣體溶解部的液體。
除此之外，只要使供給至氣體溶解部之液體的流量(從液體供給部供給之液體的流量與從回流配管回流至氣體溶解部之氣體溶解液的流量之和的總流量)保持恆定，則可藉由使供給於氣體溶解部之氣體的流量保持恆定，而使氣液的接觸時間保持恆定，且可使氣體的溶解效率保持恆定，因此僅依據從液體供給部供給之液體的流量來控制產生臭氧氣體濃度，即可容易地使產生的氣體溶解液的濃度保持恆定。
此外，一實施型態之氣體溶解液供給裝置中，於前述供給配管設置有用以將氣體溶解液從前述氣體溶解液槽送出至前述使用點的泵，前述泵可由氣動式之泵所構成。
依據該構成，由於作為用以將氣體溶解液從氣體溶解液槽送出至使用點的泵係使用氣動式之泵，因此抑制泵的溫度上升，結果可抑制氣體溶解液之溫度上升。藉此，由於抑制從回流配管回流至氣體溶解部之氣體溶解液的溫度上升，因此可於氣體溶解部抑制氣體之溶解度的降低(因溫度上升而導致氣體變得難以溶解)。作為氣動式之泵，可使用例如伸縮泵及隔膜泵等。
此外，一實施型態之氣體溶解液供給裝置中，於前述供給配管設置有測定被供給至前述使用點之氣體溶解液之流量的第2流量測定部，前述流量調整部係因應前述流量測定部之測定結果與前述第2流量測定部之測定結果，而可調整從前述液體供給部供給至前述氣體溶解部之液體的流量。
依據該構成，不僅可測定從回流配管回流至氣體溶解部之氣體溶解液的流量，亦可測定從氣體溶解液槽供給至使用點之氣體溶解液，並因應此等之測定結果，而調整從液體供給部供給至氣體溶解部之液體的流量。藉此，能夠節省供給至氣體溶解部的液體。
此外，一實施型態之氣體溶解液供給裝置中，於前述回流配管可設置有測定回流至前述氣體溶解部之氣體溶解液之溫度的溫度測定部。
依據該構成，由於可測定從回流配管回流至氣體溶解部之氣體溶解液的溫度，因此從回流配管回流至氣體溶解部之氣體溶解液的溫度變得易於掌握及控制。藉此，可抑制從回流配管回流至氣體溶解部之氣體溶解液的溫度上升，並可於氣體溶解部抑制氣體之溶解度的降低(因溫度上升而導致氣體變得難以溶解)。
此外，一實施型態之氣體溶解液供給裝置中，成為前述氣體溶解液之原料的氣體為臭氧氣體，成為前述氣體溶解液之原料的液體為純水，前述氣體溶解液可為臭氧水。
依據該構成，能夠節省供給至氣體溶解部的純水。除此之外，可使產生的臭氧水的濃度(臭氧濃度)保持恆定。
一實施型態之氣體溶解液供給方法，係包含：在氣體溶解部使從氣體供給部所供給的氣體溶解於從液體供給部所供給的液體而產生氣體溶解 液；將於前述氣體溶解部所產生的氣體溶解液儲存在氣體溶解液槽；從前述氣體溶解液槽供給至使用點；對被供給至前述使用點之氣體溶解液之中回流至前述氣體溶解部之氣體溶解液的流量進行測定；以及因應前述測定結果，調整從前述液體供給部供給至前述氣體溶解部之液體的流量。
依據該方法亦可與上述裝置相同，能夠節省供給至氣體溶解部的液體。除此之外，可使產生的氣體溶解液的濃度保持恆定。
參照圖面以說明本實施型態之臭氧水供給裝置的構成。圖1係顯示本實施型態之臭氧水供給裝置的說明圖。如圖1所示，臭氧水供給裝置1係具備：供給臭氧氣體之原料氣體的原料氣體供給部2；從原料氣體產生成為臭氧水之原料之臭氧氣體的放電部3；供給成為臭氧水之原料之純水的純水供給部4；使從原料氣體供給部2所供給的氣體溶解於從純水供給部4所供給的純水而產生臭氧水的氣體溶解部5，以及儲存由氣體溶解部5所產生的臭氧水的氣液分離槽6。
放電部3具備藉由放電而從原料氣體使臭氧氣體產生的功能。作為原料氣體，係使用將氧氣作為主成分的氣體，可使用例如：氧氣與氮氣之混合氣體、氧氣與二氧化碳氣體之混合氣體、氧氣與氮氣與二氧化碳氣體之混合氣體、氧氣、空氣等。此外，原料氣體供給部2具備下述功能：藉由調整從原料氣體供給部2供給至放電部3之原料氣體的流量，而調整供給至氣體溶解部5之臭氧氣體之流量。
純水供給部4具備：測定從純水供給部4供給至氣體溶解部5之純水流量的純水流量計7；及調整從純水供給部4供給至氣體溶解部5之純水流量的純水流量調整部8。
作為氣體溶解部5，可使用例如射出器或抽氣器。射出器或抽氣器可利用文土里效應(Venturi Effect)使臭氧氣體溶解於純水。在使用射出器或抽氣器之情況下，與使用中空纖維膜之臭氧溶解槽相比，不須定期更換且溶解率亦提升。
氣液分離槽6係用以分離於氣體溶解部5無法溶解之臭氧氣體與臭氧水的槽，與臭氧水或臭氧氣體接觸的部分係由具有耐臭氧水或臭氧氣體之特性的材料(例如氟樹脂等)所構成。此外，氣液分離槽6具備：測定儲存於氣液分離槽6之臭氧水之水位的水位計9；及將儲存於氣液分離槽6之臭氧氣體(未溶解的臭氧氣體)分解成氧氣的臭氧氣體分解器10。此外，在臭氧水供給裝置1中，設置有將氣液分離槽6內之壓力保持恆定的第1壓力調整部11。
此外，臭氧水供給裝置1具備：用以將儲存於氣液分離槽6之臭氧水送出至使用點(半導體製造裝置等)的泵12；用以將臭氧水從氣液分離槽6供給至使用點的供給配管13；以及用以使供給至使用點之臭氧水循環而回流至氣體溶解部5的回流配管14。
泵12係由例如氣動式之泵所構成。泵12與臭氧水或臭氧氣體接觸之部分，係由具有耐臭氧水或臭氧氣體之特性的材料(例如氟樹脂等)所構成。作為氣動式之泵，可使用例如伸縮泵或隔膜泵等。
在回流配管14中，設置有測定回流至氣體溶解部5之臭氧水之流量的第1流量計15。此外，在供給配管13中，設置有測定被供給至使用點之臭氧水之流量的第2流量計16。此外，在供給配管13中，設置有測定被供給至使用點之臭氧水之壓力的壓力感測器17，在回流配管14中，設置有將供給配管13與回流配管14內之壓力保持恆定的第2壓力調整部18。
第2壓力調整部18具備下述功能：以於壓力感測器17所測定之臭氧水的壓力成為恆定之方式，調整和控制開度。此外，如圖2所示，可將第3壓力調整部26設置於供給配管13來調整壓力。
純水流量調整部8係因應第1流量計15與第2流量計16之測定結果，來調整從純水供給部4供給至氣體溶解部5之純水的流量。又，第2流量計16並非必要者。在未設置有第2流量計16之情況下，純水流量調整部8係因應於使用點未使用時之第1流量計15的測定結果，來調整從純水供給部4供給至氣體溶解部5之純水的流量。
原料氣體供給部2係因應供給至氣體溶解部5之液體的流量(從純水供給部4供給至氣體溶解部5之純水的流量與從回流配管14供給至氣體溶解部5之臭氧水的流量之和的總流量)，並藉由調整臭氧氣體之原料氣體的流量，來調整從放電部3供給至氣體溶解部5之臭氧氣體的流量。
在回流配管14中，設置有測定回流至氣體溶解部5之臭氧水之溫度的溫度計19。又，該溫度計19並非必要者。此外，在回流配管14中，設置有：用以測量供給至氣體溶解部5之臭氧水之濃度的濃度計20；及用以測量濃度計20之零點的零點測量配管21。
在供給配管13中，分支設置有用以將供給至使用點之臭氧水之一部分從排放口排水的排水配管22。此外，在連接純水供給部4與氣體溶解部5之配管中，於純水供給部4之下游側設置有第1閥23，於氣體溶解部5之上游側設置有第2閥24。更且，在回流配管14中，於第2壓力調整部18之下游側設置有第3閥25。
依據如此之本實施型態的氣體溶解液供給裝置，藉由於氣體溶解部5使臭氧氣體溶解在純水而產生臭氧水，並儲存於氣液分離槽6。對從氣液分離槽6供給至使用點之臭氧水之中從回流配管14回流至氣體溶解部5之臭氧水的流量進行測定，並因應測定結果調整從液體供給部供給至氣體溶解部5之純水的流量。藉此，能夠節省供給至氣體溶解部5的純水。
在本實施型態中，不僅測定從回流配管14回流至氣體溶解部5之臭氧水的流量，亦測定從氣液分離槽6供給至使用點之臭氧水，並因應此等之測定結果調整從液體供給部供給至氣體溶解部5之純水的流量。藉此，能夠節省供給至氣體溶解部5的純水。
例如於使用點之臭氧水的使用量為零之情況下，以第1流量計15所測定之流量呈最大值，以第2流量計16所測定之流量呈零。獲得如此之測定結果之情況下，可藉由關閉第2閥24而節省供給至氣體溶解部5的純水。
此外，於使用點之臭氧水的使用量變化之情況下，因應第1流量計15與第2流量計16的測定結果，開啟第2閥24，並以純水流量調整部8調整供給至氣體溶解部5之純水的流量。藉此，可節省供給至氣體溶解部5的純水。
此時，只要使供給至氣體溶解部5之液體的流量(從液體供給部供給的純水的流量與從回流配管14回流至氣體溶解部5之臭氧水的流量之和的總流量)保持恆定，則可藉由使供給至氣體溶解部5之臭氧氣體的流量保持恆定，而使氣液的接觸時間保持恆定，且可使臭氧氣體的溶解效率保持恆定。亦即，可容易地使產生的臭氧水的濃度保持恆定。
此外，在本實施型態中，作為將臭氧水從氣液分離槽6送出至使用點的泵12，由於係使用氣動式的泵，因此抑制泵12之溫度上升，結果可抑制臭氧水之溫度上升。藉此，由於可抑制從回流配管14回流至氣體溶解部5之臭氧水的溫度上升，因此可於氣體溶解部5抑制臭氧氣體之溶解度的降低(因溫度上升而導致臭氧氣體變得難以溶解)。
更且，在本實施型態中，由於可測定從回流配管14回流至氣體溶解部5之臭氧水的溫度，因此從回流配管14回流至氣體溶解部5之臭氧水的溫度易於掌握及控制。藉此，可抑制從回流配管14回流至氣體溶解部5之臭氧水的溫度上升，並可於氣體溶解部5抑制臭氧氣體之溶解度的降低(因溫度上升而導致臭氧氣體變得難以溶解)。
更且，在本實施型態中，由於設置有可將氣液分離槽6之壓力調整成0至100KPa的第1壓力調整部11，因此藉由於氣液分離槽6將壓力提高，而使溶解度上升並可減少供給臭氧氣體量。然而，若壓力過高則會阻礙氣動式泵12的動作，且未使用臭氧水無法從使用點回流，因此氣液分離槽6之壓力的範圍較佳為0至100KPa。
以上為藉由例示說明本發明之實施型態，惟本發明之範圍並非限定於此等者，可在請求項所記載之範圍內，因應目的而進行變更及變形。
例如以上說明中，雖例示說明使臭氧氣體溶解於純水而產生臭氧水之循環式臭氧水供給裝置1，惟本發明之範圍並非限定於此等者。亦即，成為原料之氣體非限定於臭氧氣體，且成為原料之液體亦非限定於純水。例如，可使二氧化碳溶解於純水而製造碳酸水，或者使氮溶解於純水而製造氮水。此外，亦 可使氫溶解於純水而製造氫水。另外，本發明可應用於用以製造機能水的氣體溶解。
此外，以上說明中，雖針對被供給至使用點前(使用點之上游側)分支地設置回流配管14之例進行說明，惟如圖3所示，可經過使用點而設置回流配管14(於使用點之下游側)。
如上所述，本發明之氣體溶解液供給裝置具有節省成為氣體溶解液之原料之液體的同時，可使產生的氣體溶解液之濃度穩定化的效果，可有效用於例如作為使臭氧氣體溶解於純水而產生臭氧水的臭氧水供給裝置等。
1:臭氧水供給裝置
2:原料氣體供給部
3:放電部(氣體供給部)
4:純水供給部(液體供給部)
5:氣體溶解部
6:氣液分離槽(氣體溶解液槽)
7:純水流量計
8:純水流量調整部
9:水位計
10:臭氧氣體分解器
11:第1壓力調整部
12:泵
13:供給配管
14:回流配管
15:第1流量計(流量測定部)
16:第2流量計(第2流量測定部)
17:壓力感測器
18:第2壓力調整部5
19:溫度計(溫度測定部)
20:濃度計
21:零點測量配管
22:排水配管
23:第1閥
24:第2閥
25:第3閥

Claims (7)

  1. 一種氣體溶解液供給裝置，係具備：
    氣體供給部，係供給成為氣體溶解液之原料的氣體；
    液體供給部，係供給成為前述氣體溶解液之原料的液體；
    氣體溶解部，係使從前述氣體供給部所供給的氣體溶解於從前述液體供給部所供給的液體而產生氣體溶解液；
    氣體溶解液槽，係儲存由前述氣體溶解部所產生的氣體溶解液；
    供給配管，係用以將氣體溶解液從前述氣體溶解液槽供給至使用點；
    回流配管，係用以使被供給至前述使用點之氣體溶解液回流至前述氣體溶解部；
    流量測定部，係設置於前述回流配管，並測定回流至前述氣體溶解部之氣體溶解液的流量；
    壓力調整部，係設置於前述回流配管，並使前述供給配管內之壓力保持恆定；以及
    流量調整部，係因應前述流量測定部之測定結果，調整從前述液體供給部供給至前述氣體溶解部之液體的流量。
  2. 如請求項1所述之氣體溶解液供給裝置，其中，在前述供給配管中，設置有用以將氣體溶解液從前述氣體溶解液槽送出至前述使用點的泵，
    前述泵係由氣動式之泵所構成。
  3. 如請求項1所述之氣體溶解液供給裝置，其中，在前述供給配管中，設置有測定被供給至前述使用點之氣體溶解液之流量的第2流量測定部，
    前述流量調整部係因應前述流量測定部之測定結果與前述第2流量測定部之測定結果，而調整從前述液體供給部供給至前述氣體溶解部之液體的流量。
  4. 如請求項1所述之氣體溶解液供給裝置，其中，在前述回流配管中，設置有測定回流至前述氣體溶解部之氣體溶解液之溫度的溫度測定部。
  5. 如請求項1所述之氣體溶解液供給裝置，係設置有可將氣液分離槽之壓力調整成0至100KPa的第一壓力調整部。
  6. 如請求項1所述之氣體溶解液供給裝置，其中，成為前述氣體溶解液之原料的氣體為臭氧氣體，
    成為前述氣體溶解液之原料的液體為純水，
    前述氣體溶解液為臭氧水。
  7. 一種氣體溶解液供給方法，係包含：
    在氣體溶解部使從氣體供給部所供給的氣體溶解於從液體供給部所供給的液體而產生氣體溶解液；
    將於前述氣體溶解部所產生的氣體溶解液儲存在氣體溶解液槽；
    從前述氣體溶解液槽供給至使用點；
    對被供給至前述使用點之氣體溶解液之中回流至前述氣體溶解部之氣體溶解液的流量進行測定；
    使設置於前述回流配管並用以將氣體溶解液供給至使用點之供給配管內的壓力保持恆定；以及
    因應前述測定結果，調整從前述液體供給部供給至前述氣體溶解部之液體的流量。
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