JP7260429B2 - ガス溶解液製造装置 - Google Patents
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Description
す「バッチ処理方式」のほかに、多品種少量生産の製品に対応して1枚のウエハごとに薬
品洗浄及び超純水洗浄を行う「枚葉処理方式」が採用される。枚葉処理方式は、バッチ処
理方式と比べて、ウエハ1枚当たりの洗浄工程時間(タクトタイム)が長く、洗浄液の使
用量が多くなるために、タクトタイムの短縮及び洗浄液使用量の低減が求められている。
現状、短時間での効果的な洗浄及び洗浄液使用量を低減するために、複数の機能水及び薬
品を単独でまたは同時に使用して、短時間で洗浄工程を切り替える高度な洗浄プロセスが
行われている。
しかしながら、気液分離がスムーズであるあまり、ガスと液の接触時間を長く確保することができておらず、ガス溶解効率を目標(例えば最大限)まで引き上げることができていなかった。
図20は、比較例に係るガス溶解液製造装置の模式図である。図20に示すように、比較例に係るガス溶解液製造装置100は、ポンプ111と、超純水(DIW)をポンプ111に供給するための配管P11と、オゾンガスが通る配管P12と、配管P12に設けられた弁112とを備える。弁112はエア駆動弁である。さらにガス溶解液製造装置100は、気液分離タンク117と、ポンプ111が吐き出した超純水(DIW)を気液分離タンク117に供給するための配管P13と、配管P13に設けられたノズル113、114、弁115とを備える。弁115はエア駆動弁である。
図21は、比較例に係る気液分離タンク内のガスと液体の流れを示す模式図である。図21に示すように、気液分離タンク117の内部にて滞留する液体の中をガスは上方へ、気液分離をされた液体は下方に向かいスムーズな気液分離が行われていた。気液分離がスムーズであるあまり、溶解ガスと液の接触時間を長く確保することができなかった。その結果、ガス溶解効率を目標(例えば最大限)まで引き上げることができていなかった。
これに対して、本実施形態では、ガス溶解度を向上させることを目的とする。より詳細には、円滑な気液分離を実現しつつも、ガス溶解度を向上させることを目的とする。そのために、本実施形態では、比較例よりもさらに効率的に気液の接触を行う。
第1の実施形態の変形例では、オゾンガスをノズル16にも供給する。図3は、第1の実施形態の変形例に係るガス溶解液製造装置の模式図である。図1と同様の要素には同一の符号を付しその説明を省略する。また、制御部24、制御部24と圧力センサ21及び圧力調整弁22との間の配線も省略する。図3に示すように、ノズル13のみからガスを供給するだけでなく、ノズル15及び/またはノズル16から(図3では一例としてノズル16から)オゾンガスの供給を行ってもよい。ノズル13、ノズル15、及び/またはノズル16に供給するガス流量はマスフローコントローラ(mass flow controller:MFC)を使用することにより個別に制御する必要がある。1系統のガスラインを分岐してノズル13、15、16に供給を行うと、片流れを起こし、所望の流量を所望のノズルに流すことはできないからである。
図4は、第1の実施形態の第2の変形例に係るガス溶解液製造装置の模式図である。図1と同様の要素には同一の符号を付しその説明を省略する。図4に示すように、第1の実施形態の第2の変形例に係るガス溶解液製造装置1cは、第1の実施形態に係るガス溶解液製造装置1bに比べて、配管P3のうち鉛直下向きに延びて気液分離タンク17に連通する配管上に、ノズル16だけでなく、ノズル13、15、及び弁14が設けられている点が異なっている。
気液分離タンクに流入する気液混合液の流量が変動する。気液分離タンクの内部の断面積が同じ場合、流量が多い場合には、複雑な流れが気液分離タンクの内側壁に到達する範囲まで形成される。流れが内側壁にあたることで気液接触を促進されており、ガス溶解を促進する効果がある。流量が少ない場合には、複雑な流れが側壁には到達せず、気液接触の効果が落ちる。第2の実施形態ではこれを改善して、流量が少ない場合であっても、気液接触を促進するようにする。
なお、ここでは流路調整部材31の空間は、上方から下方に向かって液体が通過できる断面積が一段階小さくなるように構成されたが、これに限らず、上方から下方に向かって液体が通過できる断面積が二段階以上小さくなるように段差が複数設けられていてもよい。すなわち、流路調整部材の空間は、上方から下方に向かって液体が通過できる断面積が少なくとも一段階小さくなるように構成されていてもよい。
続いて、第2の実施形態の変形例1について説明する。図9は、第2の実施形態の変形例1に係る気液分離タンクの概略縦断面図である。図9に示すように、変形例1では、気液分離タンク17cにおいて、内部に形成される空間(すなわち空洞)の形状が異なる流路調整部材32が設けられている。この流路調整部材32内の空間(すなわち空洞)は例えば、円錐をさかさまにした形状を含む漏斗状の形状を有し、この空間の横断面積が下方に向かうに従って連続的に小さくなっている。換言すれば、流路調整部材32内の空間は、上方から下方に向かって液体が通過できる断面積が連続的に小さくなるように、上方から下方に向かって流路がしぼまるように傾斜が設けられている。
続いて、第2の実施形態の変形例2について説明する。図10は、気液分離タンクに流入する流量が多い場合における、第2の実施形態の変形例2に係る気液分離タンクの概略縦断面図である。図10に示すように、変形例1では、気液分離タンク17dの内壁に突起物33が設けられている。なお、突起物33に替えてもしくは加えて、気液分離タンク17cの内壁に起伏のある構造体が設けられていてもよい。気液分離タンクに流入する流量が閾値を超える場合、制御部24により、液面LS3が流路調整部材31の上に維持される。この場合に、上述したように、矢印A7に示すガスの流れと矢印A8に示す液体の流れによって領域R4に複雑な流れが形成される。この際に、複雑な流れが突起物33または構造体に衝突して撹拌効果が生まれ、ガスの溶解が促進される。
続いて、第2の実施形態の変形例3について説明する。図12は、第2の実施形態の変形例3に係る気液分離タンクの概略縦断面図である。なお、図10と同じ要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。図12に示すように、気液分離タンク17dの上部には、配管P3と連通する供給口S1が設けられている。この第2の実施形態の変形例3の気液分離タンク17eは、図10の第2の実施形態の変形例2の気液分離タンク17dに比べて、更に、気液分離タンク17dの内部に、供給口S1と連通するシャワーノズル35が設けられた構成になっている。シャワーノズル35は、供給される気液混合液を噴霧状にして気液分離タンク17d内に排出する。これにより、気液接触面積を増やすことができ、ガスの溶解が促進される。
続いて、第2の実施形態の変形例4について説明する。図13Aは、第2の実施形態の変形例4に係る気液分離タンクの概略斜視図である。図13Aに示すように、気液分離タンク17eの上部に、鉛直下向きに対して斜めに配管P3が連結されている。図13Bは、図13Aの平面図である。図13Bに示すように、気液分離タンク17eの横断面は略円であり、気液分離タンク17eに流入する気液混合液が、気液分離タンク17eの内壁に沿って移動するように、平面図において、気液分離タンクの外縁となる円の接線方向に、配管P3が位置するように配管P3が気液分離タンクに連結している。これにより、配管P3から供給口S2を介して流入した気液混合液は、矢印A11、矢印A12に示すように、気液分離タンク17eの内壁に沿うように移動する。これにより、気液分離タンク17eの内壁に設けられた突起物33に気液混合液が衝突し、この衝突時に撹拌効果が生まれ、ガスの溶解が促進される。
図15は、第2の実施形態の変形例5に係る気液分離タンクの概略縦断面図である。図15に示すように、第2の実施形態の変形例5に係る気液分離タンク17fは、図9の第2の実施形態の変形例1に係る気液分離タンク17cにおいて、流路調整部材32の傾斜面に突起物36が設けられたものである。
図16は、第2の実施形態の変形例6に係る気液分離タンクの概略縦断面図である。図16に示すように、第2の実施形態の変形例6に係る気液分離タンク17gに示すように、流路調整部材37の内部の流路は、長軸B2に対して非対称であってもよい。
続いて、第3の実施形態について説明する。図17Aは、液面が高い場合における第3の実施形態に係る気液分離タンクの概略縦断面図である。図17Bは,液面が低い場合における第3の実施形態に係る気液分離タンクの概略縦断面図である。図2と同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図19Aは、第3の実施形態の変形例1に係る板の上面図と縦断面図である。図19Aに示すように、第3の実施形態の変形例1に係る板40aは、上面図において略円で、縦断面図において三角形の形状を有する多角錐であってもよい。
図19Bは、第3の実施形態の変形例2に係る板の上面図と縦断面図である。図19Bに示すように、第3の実施形態の変形例2に係る板40bは、上面図において略円で、縦断面図において三角形の形状を有する多角錐であってもよい。上面図に示すように、多角錐の頂点から底辺に向けて曲線状の溝加工を設けられていてもよい。これにより、気液混合液をこの多角錐の頂点に意図的にあたるようにして、その力で板40bが水平面上で回転するようにしてもよい。これにより、板40bが水平面上で回転することにより、気液分離タンク17h内に貯留されている液体が攪拌されるので、気液の接触時間が向上し、ガス溶解を向上することができる。
図19Cは、第3の実施形態の変形例3に係る板の上面図と縦断面図である。図19Bに示すように、第3の実施形態の変形例3に係る板40cは、上面図において略円で、縦断面図において長方形の形状を有する円柱であってもよい。なお、板40cは、板厚方向に例えば四角の貫通孔を複数設けてもよい。貫通孔の形状は、丸であってもよい。また板40cは、多角柱でもよい。
10 駆動機
11、111 ポンプ
112 弁
113 ノズル
115 弁
117 気液分離タンク
118 液面監視センサ取付用チューブ
119 液面監視センサ
12 弁
13 ノズル
14 弁
15 ノズル
16 ノズル
17、17b、17c、17d、17e、17f、17g、17h 気液分離タンク
18 液面監視センサ取付用チューブ
19 液面監視センサ
21 圧力センサ
22 圧力調整弁
23 流量センサ
24 制御部
25 マスフローコントローラ
26 マスフローコントローラ
31、32、37 流路調整部材
311 段差
33、34、36 突起物
35 シャワーノズル
40 板
Claims (10)
- 液体を昇圧するポンプと、
前記ポンプに連通している配管と、
前記配管に配置され、供給される気体を用いて微小気泡を発生させるノズルと、
上部が前記配管に連通しており、前記ノズルによって生成された気液混合液を、気体と液体に分離する気液分離タンクと、
を備え、
前記気液分離タンクの内直径をD、前記配管の内直径をdとし、前記配管によって上方から前記気液分離タンクへ供給する気液混合液の液体の流量をF、当該気液混合液に含まれるガス流量をfとした場合に、0<d/D≦0.5且つ0<f/F≦5であるガス溶解液製造装置。 - 前記気液分離タンクは、液体が通過可能な空間の断面積が下方に向かうに従って小さくなっており、
前記気液分離タンクへ供給される液体の流量を検知する流量センサと、
前記流量センサによって計測された流量が少ないほど、下方に液面を維持するように、
ポンプを制御する制御部と、
を備える請求項1記載のガス溶解液製造装置。 - 液体を昇圧するポンプと、
前記ポンプに連通している配管と、
前記配管に配置され、供給される気体を用いて微小気泡を発生させるノズルと、
上部が前記配管に連通しており、前記ノズルによって生成された気液混合液を、気体と液体に分離する気液分離タンクと、
を備え、
前記気液分離タンクの内部に、気液混合液を排出する排出口と、当該排出口までの流路を形成するための流路調整部材が設けられており、前記流路の断面積が前記気液分離タンクの断面積より狭いか、または前記流路の断面積が下方に向かうに従って小さくなっており、
前記制御部は、前記流量センサによって計測された流量が閾値を超える場合、前記流路調整部材より上の位置で液面を維持するように、ポンプを制御し、前記流量センサによって計測された流量が閾値以下の場合、前記流路調整部材によって形成された流路内に液面を維持するように、ポンプを制御する
ガス溶解液製造装置。 - 前記流路調整部材の内壁に段差が設けられている
請求項3に記載のガス溶解液製造装置。 - 前記流路調整部材の内壁に突起物または起伏のある構造体が設けられている
請求項3または4に記載のガス溶解液製造装置。 - 前記気液分離タンクの内壁に突起物または起伏のある構造体が設けられている
請求項1から5のいずれか一項に記載のガス溶解液製造装置。 - 前記気液分離タンクの横断面は略円であり、
前記気液分離タンクに流入する前記気液混合液が、前記気液分離タンクの内壁に沿って移動するように、平面図において、前記気液分離タンクの外縁となる円の接線方向に前記配管が位置するように前記配管が前記気液分離タンクに連結している
請求項6に記載のガス溶解液製造装置。 - 前記気液分離タンクの上部には、前記配管と連通する供給口が設けられており、
前記気液分離タンクの内部に、前記供給口と連通するシャワーノズルが設けられており、
当該シャワーノズルは、供給される気液混合液を噴霧状にして前記気液分離タンク内に排出する
請求項1から7のいずれか一項に記載のガス溶解液製造装置。 - 前記気液分離タンクの液面もしくは液面より上に板が設けられ、
前記配管を通って前記気液分離タンクに流入する気液混合液が前記板に直接ぶつかる様に、前記板が配置されている
請求項1から8のいずれか一項に記載のガス溶解液製造装置。 - 前記配管のうち、前記気液分離タンクに略鉛直に接続されている部分に、前記ノズルが設けられている
請求項1から9のいずれか一項に記載のガス溶解液製造装置。
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