JP2000271549A

JP2000271549A - ガス溶解水供給装置

Info

Publication number: JP2000271549A
Application number: JP11082521A
Authority: JP
Inventors: Junichi Ida; 純一井田; Hiroshi Morita; 博志森田
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 1999-03-25
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 2000-10-03
Anticipated expiration: 2019-03-25
Also published as: JP4503111B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電子材料などのウェット洗浄に用いられるガス
溶解水をユースポイントに供給し、ユースポイントで使
用されなかった余剰のガス溶解水を貯留タンクに返送
し、ガス溶解水のガス濃度に変動を生ずることなく、ガ
ス溶解水を循環使用することができるガス溶解水供給装
置を提供する。【解決手段】（Ａ）ガス溶解水製造装置、（Ｂ）ガス溶
解水製造装置で製造されたガス溶解水を貯留する貯留タ
ンク、（Ｃ）貯留タンク内のガス溶解水の液面に接して
上下動し、ガス溶解水と気相とを遮断する遮蔽材、
（Ｄ）貯留タンクに一端が連結し、ユースポイントを経
て、他端が貯留タンクに連結して、ガス溶解水の循環経
路を形成する循環配管、（Ｅ）循環配管に設けられ、ガ
ス溶解水を送給するポンプ及び（Ｆ）循環配管に設けら
れた温度調整装置とを有することを特徴とするガス溶解
水供給装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス溶解水供給装
置に関する。さらに詳しくは、本発明は、電子材料など
のウェット洗浄に用いられるガス溶解水をユースポイン
トに供給し、ユースポイントで使用されなかった余剰の
ガス溶解水を貯留タンクに返送し、ガス溶解水中のガス
濃度に変動を生ずることなく、ガス溶解水を循環使用す
ることができるガス溶解水供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体用シリコン基板、液晶用ガラス基
板、フォトマスク用石英基板などの電子材料の表面か
ら、微粒子、有機物、金属などを除去することは、製品
の品質、歩留まりを確保する上で極めて重要である。こ
の目的のために、いわゆるＲＣＡ洗浄法と呼ばれる過酸
化水素をベースとする濃厚薬液による高温でのウェット
洗浄が行われ、硫酸と過酸化水素水の混合溶液、塩酸と
過酸化水素水と水の混合溶液、アンモニアと過酸化水素
水と水の混合溶液などが用いられていた。ＲＣＡ洗浄法
は、電子材料の表面の金属などを除去するために有効な
方法であるが、高濃度の酸、アルカリや過酸化水素を多
量に使用するために、廃液中にこれらの薬液が排出さ
れ、廃液処理において中和や沈殿処理などに多大な負担
がかかるとともに、多量の汚泥が発生する。すなわち、
電子材料の表面の清浄度を確保するために、薬品及び廃
液処理に多大な費用を必要としてきた。このために、近
年ウェット洗浄工程の見直しが進められている。本発明
者らは、先に特定のガスを超純水に溶解し、必要に応じ
て微量の薬品を添加して調製する、薬品の使用量が極め
て少なく、しかも優れた洗浄効果を発揮する機能性洗浄
水を開発した。この機能性洗浄水は、省資源性と環境保
全性が高く評価され、高濃度薬液に代わって使用される
ようになった。機能性洗浄水に用いられる特定のガスと
しては、水素ガス、酸素ガス、オゾンガス、希ガス、炭
酸ガスなどがある。これらのガスを溶解した機能性洗浄
水は、純水に近い性質を維持しつつ、従来から使用され
ていた高濃度の薬液洗浄に匹敵する洗浄効果を有する。
特に、アンモニアを極微量添加した水素ガス溶解水、酸
素ガス溶解水、アルゴンなどの希ガス溶解水、炭酸ガス
溶解水は、超音波を併用した洗浄工程で使用すると、極
めて高い微粒子除去効果を発揮する。ガス溶解水は、ガ
ス溶解水製造装置で製造されたのち、いったん貯留タン
クに貯留され、配管を通してユースポイントに送られ
る。ユースポイントで使用されなかった余剰のガス溶解
水は、循環配管により返送される。適当な接液部材から
なる配管系を使用すれば、密閉系に保たれたガス溶解水
は実質的に変質しないが、使用されなかった余剰のガス
溶解水を貯留タンクに返送すると、ガス溶解水の使用量
の変動により、貯留タンク上部の空間の容積が変動す
る。貯留タンクの空間を、例えば、窒素ガスなどにより
満たすと、ガス溶解水中の特定の溶解ガスが気相に拡散
し、気相から窒素ガスなどがガス溶解水中に溶解し、ガ
ス溶解水中の特定のガスの濃度が低下する。貯留タンク
の上部の空間を特定のガスで満たしておけば、このよう
な溶解ガスの濃度の変動を防止することができるが、水
位の変動に対してタンク内の圧力を一定にするために、
背圧調製バルブなどを用いてガスを逃がす必要があり、
大量のガスが無駄に放出される。また、ガスの種類によ
っては、逃がしたガスを処理する必要が生ずる。このた
めに、ユースポイントで使用されなかった余剰のガス溶
解水は、必要とする濃度の特定のガスを溶解しているに
もかかわらず、溶解しているガスをいったん除去して超
純水として回収され、再利用される場合が多い。このた
めに、ユースポイントで使用されなかった余剰のガス溶
解水を、そのまま循環使用することができるガス溶解水
供給装置が求められていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、電子材料な
どのウェット洗浄に用いられるガス溶解水をユースポイ
ントに供給し、ユースポイントで使用されなかった余剰
のガス溶解水を貯留タンクに返送し、ガス溶解水のガス
濃度に変動を生ずることなく、ガス溶解水を循環使用す
ることができるガス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】本発明者らは、上記の課
題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、ユースポイント
で使用されなかった余剰のガス溶解水を返送する貯留タ
ンクに、ガス溶解水の液面に接して上下動し、ガス溶解
水と気相とを遮断する遮蔽材を設けることにより、ガス
溶解水中のガス濃度に変動を生ずることなく、ガス溶解
水を循環使用することが可能となることを見いだし、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、（Ａ）ガス溶解水製造装置、（Ｂ）ガス
溶解水製造装置で製造されたガス溶解水を貯留する貯留
タンク、（Ｃ）貯留タンク内のガス溶解水の液面に接し
て上下動し、ガス溶解水と気相とを遮断する遮蔽材、
（Ｄ）貯留タンクに一端が連結し、ユースポイントを経
て、他端が貯留タンクに連結して、ガス溶解水の循環経
路を形成する循環配管、（Ｅ）循環配管に設けられ、ガ
ス溶解水を送給するポンプ及び（Ｆ）循環配管に設けら
れた温度調整装置とを有することを特徴とするガス溶解
水供給装置を提供するものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明のガス溶解水供給装置は、
(Ａ)ガス溶解水製造装置、(Ｂ)ガス溶解水製造装置で製
造されたガス溶解水を貯留する貯留タンク、(Ｃ)貯留タ
ンクのガス溶解水液面に接して上下動し、ガス溶解水と
気相とを遮断する遮蔽材、(Ｄ)貯留タンクに一端が連結
し、ユースポイントを経て、他端が貯留タンクに連結し
て、ガス溶解水の循環経路を形成する循環配管、(Ｅ)循
環配管に設けられ、ガス溶解水を送給するポンプ及び
(Ｆ)循環配管に設けられた温度調整装置とを有するもの
である。本発明装置は、電子材料などのウェット洗浄に
おいて、水素ガス、酸素ガス、希ガス、炭酸ガスなどを
超純水に溶解したガス溶解水をユースポイントに供給す
る装置として好適に用いることができる。図１は、本発
明のガス溶解水供給装置の一態様の工程系統図である。
本態様においては、(Ａ)ガス溶解水製造装置は、流量
計、真空ポンプ、脱気膜装置、ガス供給装置及びガス溶
解膜装置を有している。超純水は、流量計１を経由し
て、真空ポンプ２により気相側が減圧に保たれた脱気膜
装置３に導かれ、超純水中に溶解している気体が脱気に
より除去される。脱気された超純水は、次いでガス溶解
膜装置４に送られる。ガス溶解膜装置においては、特定
のガスがガス供給装置５よりガス溶解膜装置の気相側に
供給され、気体透過膜を通して超純水中に溶解しガス溶
解水が得られる。超純水の流量と特定のガスの供給量を
制御することにより、ガス溶解水中の特定のガスの濃度
を調節することができる。

【０００６】ガス溶解水製造装置で製造されたガス溶解
水は、貯留タンク６に送られ貯留される。貯留タンクに
は、ガス溶解水の液面に接して上下動し、ガス溶解水と
気相を遮断する遮蔽材７が設けられている。本態様にお
いては、貯留タンクの上縁と遮蔽材が蛇腹８により気密
に結合され、ガス溶解水の液面の変動に応じて蛇腹が伸
縮し、遮蔽材が貯留タンクの中で上下動する。貯留タン
クの側面には、低水位検知計９と高水位検知計１０が設
けられ、ガス溶解水の水位が低水位検知計の位置まで低
下すると、ガス溶解水製造装置に信号が送られ、ガス溶
解水の製造が開始されて貯留タンクにガス溶解水が送ら
れ、ガス溶解水の水位が高水位検知計の位置まで上昇す
ると、ガス溶解水製造装置に信号が送られてガス溶解水
の製造が停止される。貯留タンクには、ガス溶解水の循
環経路を形成する循環配管１１の一端が連結されてい
る、循環配管には、ガス溶解水を送給するポンプ１２及
び温度調整装置１３が設けられている。ポンプにより送
給されたガス溶解水は、循環配管の中を流れてユースポ
イント１４に送られ、ユースポイントで使用されなかっ
た余剰のガス溶解水は、循環配管１１の他端より貯留タ
ンクに返送される。本態様においては、温度調整装置の
下流側に、流量計１５とろ過装置１６が設けられてい
る。図２は、本発明のガス溶解水供給装置の他の態様の
工程系統図である。本態様の装置は、図１に示す態様の
装置と貯留タンクの構造と水位検知機構が異なるのみ
で、他の部分は同一である。本態様のガス溶解水供給装
置においては、貯留タンクの上部が遮蔽材１７と蛇腹１
８で構成され、ガス溶解水の水量が増すと蛇腹が伸び
て、その内側にガス溶解水が貯留される。すなわち、本
態様における蛇腹は、貯留タンクの壁面としての役割も
果たす。また、本態様の装置においては、遮蔽材の上方
に超音波レベルセンサー１９が設けられ、このセンサー
によって遮蔽材の位置、すなわち、ガス溶解水の液面の
位置が検知され、あらかじめ設定した高水位と低水位の
位置に応じて、ガス溶解水製造装置に信号が送られ、ガ
ス溶解水の製造開始と製造停止が行われる。

【０００７】本発明のガス溶解水供給装置においては、
貯留タンクに設けられた遮蔽材は、貯留タンク中のガス
溶解水の液面に接して上下動し、ガス溶解水は遮蔽材に
より気相と遮断されているので、貯留タンク中のガス溶
解水の溶存ガス濃度は一定に保たれ、ユースポイントで
使用されず余剰のガス溶解水として循環配管を経由して
返送されたガス溶解水も、そのまま洗浄用のガス溶解水
として循環使用することができる。遮蔽材は、ガス溶解
水の液面に接して上下動するので、貯留タンク中の圧力
は常に一定に保たれる。本発明装置において、遮蔽材
は、ガス透過性が小さく、水質汚染のおそれのない材料
であれば特に制限はなく、例えば、ナイロン６、ナイロ
ン６６、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリカーボ
ネート、ポリカーボネート−ポリジメチルシロキサンブ
ロック共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ガラス
繊維強化プラスチックなどを挙げることができる。本発
明装置において、遮蔽材を上下動させる機構に特に制限
はなく、例えば、遮蔽材と貯留タンクを蛇腹で連結する
方法、遮蔽材と貯留タンクを余裕をもたせた柔軟な膜で
連結する方法などにより、遮蔽材を液面の変動に追随し
て自動的に上下動させることができる。これらの連結材
料は、ガス透過性が小さく、水質汚染のおそれがなく、
弾性ないし柔軟性を有するものであれば特に制限はな
く、例えば、ナイロン６、ナイロン６６、ポリプロピレ
ン、ポリカーボネート、ポリカーボネート−ポリジメチ
ルシロキサンブロック共重合体、ポリテトラフルオロエ
チレンなどを挙げることができる。本発明装置において
は、循環配管に温度調整装置が設けられるので、ガス溶
解水の温度を一定に保つことができる。使用する温度調
整装置に特に制限はなく、例えば、温度検出装置により
制御される熱交換器などを挙げることができる。ガス溶
解水の温度は、通常はガス溶解水を送給するポンプから
エネルギーを受けて上昇するが、環境温度によっては低
下する場合もあるので、冷却、加熱ともに可能な温度調
整装置とすることが好ましい。温度調整装置の冷却媒体
としては、例えば、冷水、エチレングリコール、冷風、
ナフタリン誘導体などを挙げることができる。温度調整
装置の昇温媒体としては、例えば、温水、水蒸気、熱空
気、熱油、ビフェニル−フェニルエーテルの共融混合物
などを挙げることができる。電子材料などの洗浄に用い
られるガス溶解水は、通常はガスの飽和濃度未満の溶存
ガス濃度であるが、ほとんどのガスは低温では溶解度が
大きく、高温では溶解度が小さいので、ガス溶解水の温
度を一定に保つことにより、ガス溶解水中の溶存ガス濃
度をいっそう安定化することができる。

【０００８】本発明装置においては、ガス溶解水を貯留
する貯留タンクに水位検知装置を設け、水位の変動に応
じてガス溶解水製造装置に信号を送り、ガス溶解水の製
造を開始し、あるいは、停止することができる。この機
構により、通常は、貯留タンク中のガス溶解水の液面
を、あらかじめ設定した高水位と低水位の間に保持する
ことができるが、万一の事故に備えて貯留タンクの下限
水位を検知する装置を設け、ガス溶解水の液面が下限水
位以下になった場合には、循環配管に設けられたガス溶
解水を送給するポンプを停止することもできる。使用す
る水位検知装置に特に制限はなく、例えば、超音波レベ
ルセンサー、レーザーレベルセンサーなどを挙げること
ができる。ガス溶解水製造装置から送られるガス溶解水
の入口、循環配管に取り出されるガス溶解水の出口及び
ユースポイントで使用されなかった余剰のガス溶解水の
戻り口は、いずれもあらかじめ設定した低水位の液面の
位置より下方に設けることが好ましい。本発明装置にお
いては、循環配管に流量計を設けることができる。循環
配管に流量計を設けることにより、循環配管に送給され
るガス溶解水の流量を把握し、ユースポイントにおける
ガス溶解水の使用量と、ユースポイントで使用されず貯
留タンクに返送される余剰のガス溶解水の量を正確に管
理することができる。本発明装置においては、ユースポ
イントの上流側の循環配管にろ過装置を設けることが好
ましい。使用するろ過装置に特に制限はなく、例えば、
精密ろ過装置、限外ろ過装置などを挙げることができ
る。ろ過装置の膜材料としては、例えば、ポリプロピレ
ン膜、ポリジメチルシロキサン膜、ポリカーボネート−
ポリジメチルシロキサンブロック共重合体膜、ポリビニ
ルフェノール−ポリジメチルシロキサン−ポリスルホン
ブロック共重合体膜、ポリ(４−メチルペンテン−１)
膜、ポリ(２,６−ジメチルフェニレンオキシド)膜、ポ
リテトラフルオロエチレン膜などを挙げることができ
る。循環配管にろ過装置を設けることにより、ガス溶解
水中に混入するおそれのある微粒子を完全に除去して、
清浄なガス溶解水としてユースポイントに供給すること
ができる。ガス溶解水を送給するポンプとして、無発塵
仕様のポンプを使用する場合には、ろ過装置を省略する
こともできる。

【０００９】

【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限
定されるものではない。実施例１ポリプロピレン製の遮蔽板と蛇腹を有し、貯留タンクの
最大容量が１００リットルである図１に示すガス溶解水
供給装置に、水素ガス濃度１.２mg／リットルの水素ガ
ス溶解水を貯留し、熱交換器により水素ガス溶解水の温
度を２５℃に保ちながら、循環ポンプを用いて水素ガス
溶解水を５リットル／分で循環させ、循環後の溶存水素
ガス濃度と、タンク内圧力を測定した。溶存水素ガス濃
度とタンク内圧力は、循環開始直後は、それぞれ１.２m
g／リットル、０.３kgf／cm²であり、循環開始１０分
後、１.２mg／リットル、０.２kgf／cm²、循環開始３０
分後、１.２mg／リットル、０.３kgf／cm²、循環開始６
０分後、１.２mg／リットル、０.３kgf／cm²、循環開始
１８０分後、１.１mg／リットル、０.３kgf／cm²、循環
開始３００分後、１.１mg／リットル、０.３kgf／cm²で
あった。その他の測定値も含めて、結果を第１表に示
す。

【００１０】

【表１】

【００１１】第１表に見られるように、水素ガス溶解水
を５時間循環させても、溶存水素ガス濃度、タンク内圧
力ともに変化は認められず、循環させた水素ガス溶解水
をそのまま使用できることが分かる。実施例２ポリプロピレン製の遮蔽板と蛇腹を有し、貯留タンクの
最大容量が１００リットルであり、ガス溶解水量１００
リットルの液面の位置に高水位検知計、ガス溶解水量４
０リットルの液面の位置に低水位検知計を備えた図１に
示すガス溶解水供給装置を用い、ユースポイントに水素
ガス溶解水を供給した。水素ガス溶解水の送水量は４.
５リットル／分とし、ユースポイントで水素ガス溶解水
３リットル／分を使用し、余剰の水素ガス溶解水１.５
リットル／分を貯留タンクに返送した。貯留タンクの水
位が水量４０リットルの位置まで低下すると、水素ガス
溶解水の製造が開始されて５リットル／分で貯留タンク
に送られ、貯留タンクの水位が水量１００リットルの位
置まで上昇すると水素ガス溶解水の製造が停止されるよ
う、また、製造される水素ガス溶解水中の水素ガス濃度
は１.２mg／リットルとなるように設定した。水素ガス
溶解水の温度は、熱交換器により２５℃に調整した。水
素ガス溶解水を循環して貯留タンクと循環配管が満たさ
れた状態で、ユースポイントにおける水素ガス溶解水の
使用を開始し、また、５分ごとに循環後の水素ガス溶解
水中の溶存水素ガス濃度を測定した。水素ガス溶解水の
使用開始２０分後に、貯留タンクの水位が水量４０リッ
トルの位置まで下がり、水素ガス溶解水の製造が開始さ
れた。水素ガス溶解水の製造開始３０分後に、貯留タン
クの水位が水量１００リットルの位置まで上昇し、水素
ガス溶解水の製造が停止された。以後、同様に水素ガス
溶解水の製造停止２０分と、水素ガス溶解水の製造３０
分のサイクルが繰り返された。最初に水素ガス溶解水の
使用を開始したのち１２０分まで、水素ガス溶解水中の
水素ガス濃度は一定して１.２mg／リットルであった。
実施例２の結果を、第２表に示す。

【００１２】

【表２】

【００１３】実施例３ナイロン６製の遮蔽板と蛇腹を有し、貯留タンクの最大
容量が１００リットルであり、貯留タンクの上方に超音
波レベルセンサーを備えた図２に示すガス溶解水供給装
置を用い、ユースポイントに酸素ガス溶解水を供給し
た。酸素ガス溶解水の送水量は６リットル／分とし、ユ
ースポイントで酸素ガス溶解水４リットル／分を使用
し、余剰の酸素ガス溶解水２リットル／分を貯留タンク
に返送した。貯留タンクの水位が水量４０リットルの位
置まで低下すると酸素ガス溶解水の製造が開始されて７
リットル／分で貯留タンクに送られ、貯留タンクの水位
が水量１００リットルの位置まで上昇すると酸素ガス溶
解水の製造が停止されるよう、また、製造される酸素ガ
ス溶解水中の酸素ガス濃度は３５mg／リットルとなるよ
うに設定した。酸素ガス溶解水の温度は、熱交換器によ
り２５℃に調整した。酸素ガス溶解水を循環して貯留タ
ンクと循環配管が満たされた状態で、ユースポイントに
おける酸素ガス溶解水の使用を開始し、また、５分ごと
に循環後の酸素ガス溶解水中の溶存酸素ガス濃度を測定
した。酸素ガス溶解水の使用開始１５分後に、貯留タン
クの水位が水量４０リットルの位置まで下がり、酸素ガ
ス溶解水の製造が開始された。酸素ガス溶解水の製造開
始２０分後に、貯留タンクの水位が水量１００リットル
の位置まで上昇し、酸素ガス溶解水の製造が停止され
た。以後、同様に酸素ガス溶解水の製造停止１５分と、
酸素ガス溶解水の製造２０分のサイクルが繰り返され
た。最初に酸素ガス溶解水の使用を開始したのち１２０
分まで、酸素ガス溶解水中の酸素ガス濃度は一定して３
５mg／リットルであった。実施例３の結果を、第３表に
示す。

【００１４】

【表３】

【００１５】第２表及び第３表の結果から、水素ガス溶
解水、酸素ガス溶解水ともに、ユースポイントで使用さ
れなかった余剰のガス溶解水を貯留タンクに返送し、通
常運転状態において溶存ガス濃度に変動を生ずることな
く循環使用し得ることが分かる。

【００１６】

【発明の効果】本発明のガス溶解水供給装置を用いるこ
とにより、ユースポイントで使用されなかった余剰のガ
ス溶解水を無駄なく循環使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明のガス溶解水供給装置の一態様
の工程系統図である。

【図２】図２は、本発明のガス溶解水供給装置の他の態
様の工程系統図である。

【符号の説明】

１流量計２真空ポンプ３脱気膜装置４ガス溶解膜装置５ガス供給装置６貯留タンク７遮蔽材８蛇腹９低水位検知計１０高水位検知計１１循環配管１２ポンプ１３温度調整装置１４ユースポイント１５流量計１６ろ過装置１７遮蔽材１８蛇腹１９超音波レベルセンサー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）ガス溶解水製造装置、（Ｂ）ガス溶
解水製造装置で製造されたガス溶解水を貯留する貯留タ
ンク、（Ｃ）貯留タンク内のガス溶解水の液面に接して
上下動し、ガス溶解水と気相とを遮断する遮蔽材、
（Ｄ）貯留タンクに一端が連結し、ユースポイントを経
て、他端が貯留タンクに連結して、ガス溶解水の循環経
路を形成する循環配管、（Ｅ）循環配管に設けられ、ガ
ス溶解水を送給するポンプ及び（Ｆ）循環配管に設けら
れた温度調整装置とを有することを特徴とするガス溶解
水供給装置。