JP2014117628A - 循環式オゾン水供給方法、及び循環式オゾン水供給装置 - Google Patents

Abstract

【解決課題】複雑な制御を要せずに、ユースポイントにおけるオゾン水の使用量に関わらず一定濃度及び一定圧力のオゾン水を供給することができ且つ未使用のオゾン水を再利用できる循環式オゾン水供給方法及び装置を提供する。
【解決手段】水とオゾンガスをオゾン溶解槽１２に供給してオゾン水を生成し、オゾン水をオゾン溶解槽１２から循環槽２１に供給し、循環槽２１からオゾン水送水配管２２を介してユースポイントに供給し、ユースポイントにて消費されなかったオゾン水をオゾン水戻り配管２３を介して循環槽２１に戻し、再び、循環槽２１からユースポイントにオゾン水を供給する循環式オゾン水供給方法であって、オゾン溶解槽１２槽内圧力、循環槽２１内圧力、オゾン水戻り配管２３内圧力をそれぞれ一定に維持し、循環槽内圧力を、オゾン溶解槽内及びオゾン水戻り配管内の各圧力よりも低い圧力に制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、循環式オゾン水供給方法及び装置に関し、特にユースポイントにおけるオゾン濃度を安定させることができる循環式オゾン水供給方法及び装置に関する。

近年、半導体デバイス工場や液晶などの電子部品製造工場における製品の洗浄は、製造プロセスの複雑化、回路パターンの微細化に伴ってますます高度化している。機能水と呼ばれる超純水に高純度のガスまたは高純度ガスと薬品とを溶解した特殊な液体（以後「洗浄液」ともいう）の使用によってシリコンウエハに付着した微粒子、金属、有機物などを除去している。

一方、洗浄処理方式としては、複数のシリコンウエハを同時に浸漬及び洗浄操作を繰り返すバッチ処理方式から、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多く採用されるようになっている。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（以後「タクトタイム」ともいう）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は、複数の機能水並びに薬品を単独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。

機能水として、超純水にオゾンガスを溶解したオゾン水が用いられている。オゾン水は、一般的にオゾン水製造装置で製造される。洗浄プロセスの高度化及び複雑化に伴い、短時間での洗浄装置へのオゾン水の供給及び停止が要求される。しかしながら、オゾン水製造装置は一旦オゾン水の製造を停止した場合には、再度、要求オゾン濃度及び要求流量のオゾン水の供給が可能となるまでに一定の時間（以後「立ち上がり時間」ともいう）を要する。したがって、洗浄装置へのオゾン水の供給要求に応じるため、オゾン水をオゾン製造装置にて常時製造し、洗浄装置に連続的に供給している。このため、過剰のオゾン水が供給されることになり、シリコンウエハの洗浄に使用されない未使用のオゾン水は排水として洗浄装置から排出されている。オゾン水製造のために原料水として使用する超純水の使用量が大量であるため、超純水の使用量を削減し、オゾン水供給装置内の循環経路中のオゾン水濃度を設定した濃度に保持するために循環型オゾン水製造装置が提案されている（特許文献１）。

特許文献１では、オゾン溶解槽内のオゾン水の濃度の測定値に基づいて、電解式オゾンガス発生装置への電解電流制御又はバルブの切り替えでオゾン溶解槽へのオゾンガス供給を制御し、循環タンクに設けた液面計で循環タンク内の液面を管理して、超純水の補給及び停止を繰り返す循環型オゾン水製造装置及び運転方法が提案されている。

特許文献１に記載されている方法では、オゾン溶解槽内のオゾン水の濃度を制御因子として用いているため、オゾン溶解槽への超純水の補給量及びオゾンガス供給量を精密に制御することが要求される。オゾン溶解槽にて高濃度のオゾン水を得るためには、超純水に対してオゾンガスを高速に導入して混合することが必要であり、エゼクタなどによる直接的な混合による溶解が用いられている。導入するオゾンガスは、不純物を含まない高純度であることが必要であり、フィルタなどが用いられている。特に、オゾンガスを発生させる方法として、放電式を用いる場合には、放電体周辺の部材から発生する重金属等の微粒子を除去するために、中空糸膜などを用いた拡散溶解（間接溶解）を用いている。オゾンガスが中空糸膜を透過して拡散溶解するためには、オゾンガスを加圧することが必要であ
り、オゾンガスの供給量の制御には圧力制御が必要となる。しかし、オゾンガス供給側は一定容積を有するため、即座の圧力変動は非常に困難である。したがって、特許文献１に開示されているオゾン溶解槽内のオゾン水濃度を制御因子とする方法は、中空糸膜フィルタを用いるオゾン溶解槽へ適用することが困難である。

特開2007-325981号公報

本発明の目的は、従来方法の欠点を解消し、複雑な制御を要せずに、ユースポイントにおけるオゾン水の使用量に関わらず一定濃度及び一定圧力のオゾン水を供給することができ且つ未使用のオゾン水を再利用できる循環式オゾン水供給方法及び装置を提供することにある。

本発明によれば、オゾン水生成部とオゾン水循環部とを具備する循環式オゾン水供給装置が提供される。当該オゾン水生成部は、酸素ガスを主原料として放電によりオゾンガスを発生させる放電式オゾンガス発生装置と、オゾンガスを水に溶解させるオゾン溶解槽と、オゾン溶解槽へ供給する水の圧力を一定に維持するオゾン溶解槽内圧力制御手段と、を具備する。当該オゾン水循環部は、オゾン溶解槽からのオゾン水を受け入れ、ユースポイントにオゾン水を供給し、ユースポイントから戻る未消費のオゾン水を受け入れる循環槽と、循環槽からユースポイントにオゾン水を供給するオゾン水送水配管と、ユースポイントから循環槽にオゾン水を戻すオゾン水戻り配管と、オゾン水戻り配管内圧力を一定に維持するオゾン水戻り圧力制御手段と、循環槽内圧力を一定に維持する循環槽圧力制御手段と、を具備する。

前記オゾン溶解槽内圧力制御手段は、前記オゾン溶解槽へ水を供給する水供給配管に設けられていることが好ましい。
前記オゾン溶解槽内圧力制御手段は、一次側の圧力変動を自力制御し、二次側の圧力を設定できる二次圧制御バルブであることが好ましい。

前記オゾン水戻り圧力制御手段及び前記循環槽圧力制御手段は、一次圧制御バルブであることが好ましい。
前記循環槽には、循環槽内のオゾン水の水位を計測する水位計が設けられていることが好ましい。

前記オゾン溶解槽には、過剰のオゾンガスを分解するオゾンガス分解器が接続されていることが好ましい。
また、本発明によれば、放電によって発生させたオゾンガス、及び水をオゾン溶解槽に供給して、オゾンガスを水に溶解させてオゾン水を生成し、オゾン水をオゾン溶解槽から循環槽に供給し、オゾン水を循環槽からオゾン水送水配管を介してユースポイントに供給し、ユースポイントにて消費されなかったオゾン水をオゾン水戻り配管を介して循環槽に戻し、再び、循環槽からユースポイントにオゾン水を供給する循環式オゾン水供給方法であって、オゾン溶解槽に供給する水の圧力をオゾン溶解槽内圧力制御手段によって一定に維持して、オゾン溶解槽内圧力を制御し、循環槽内圧力を循環槽圧力制御手段によって一定に維持し、オゾン水戻り配管内圧力をオゾン水戻り圧力制御手段によって一定に維持し、循環槽内圧力を、オゾン溶解槽内及びオゾン水戻り配管内の各圧力よりも低い圧力に制御する、循環式オゾン水供給方法が提供される。

オゾン溶解槽内圧力制御手段及び循環槽内圧力制御手段の設定圧力を変更することによって、オゾン溶解槽から循環槽へ供給するオゾン水の流量を調節することが好ましい。
循環槽内圧力を５０ｋＰａ以上の一定値に維持することが好ましい。循環槽内圧力が５０ｋＰａ未満では、外部からの不純物が混入する可能性があり、オゾン水濃度が低下するおそれがある。また、キャビテーションが発生し、圧力を一定に維持することが難しくなる。

本発明の循環式オゾン水供給方法及び装置を用いることで、半導体デバイスや電子部品製造時の洗浄工程などのユースポイントにおける使用量にかかわらず一定濃度、一定圧力のオゾン水を供給し、且つ未使用のオゾン水を再利用でき、半導体デバイス工場、電子部品製造工場の超純水の使用量削減に大きく寄与することができる。

本発明の循環式オゾン水供給装置の概略構成と、オゾン水供給フローを示す。

実施形態

添付図面を参照しながら本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は、本発明の循環式オゾン水供給装置の概略構成及び当該装置におけるオゾン水供給フローを示す。

本発明の循環式オゾン水供給装置１は、オゾン水生成部１０とオゾン水循環部２０とを具備する。
オゾン水生成部１０は、酸素ガスを主原料として放電によりオゾンガスを発生させる放電式オゾンガス発生装置１１と、オゾンガスを水に溶解させるオゾン溶解槽１２と、オゾン溶解槽１２へ供給する水の圧力を一定に維持するオゾン溶解槽内圧力制御手段１３と、を具備する。オゾン溶解槽内圧力制御手段１３は、オゾン溶解槽１２へ水を供給する水供給配管１４に設けられている。水供給配管１４には、供給する水の流量を計測する流量計１５が設けられている。オゾン溶解槽１２には、過剰のオゾンガスを分解するオゾンガス分解器１６が接続されている。オゾンガス分解器１６には、酸化マンガン系オゾンガス分解触媒などのオゾンガス分解触媒が充填されていることが好ましい。

オゾン水循環部２０は、オゾン溶解槽１２からのオゾン水を受け入れ、ユースポイントにオゾン水を供給し、ユースポイントから戻る未消費のオゾン水を受け入れる循環槽２１と、循環槽２１からユースポイントにオゾン水を供給するオゾン水送水配管２２と、ユースポイントから循環槽２１にオゾン水を戻すオゾン水戻り配管２３と、オゾン水戻り配管内圧力を一定に維持するオゾン水戻り圧力制御手段２４と、循環槽内圧力を一定に維持する循環槽圧力制御手段２５と、を具備する。循環槽２１には、循環槽２１内のオゾン水の水位を計測する水位計２６が設けられている。水位計２６は、オゾン水中のオゾンガスが気相に拡散しやすいことから拡散防止のために気相との接触面積が少ない循環槽内圧力制御手段２５への配管途中に設けられている。発生したオゾンガスは、循環槽２１へオゾン水が供給されることによって、循環槽内圧力制御手段２４を介して排出される。オゾン水送水配管２２には、流量計２７とポンプ２８が設けられている。オゾン水送水配管２２から、オゾン水を排水するためのドレン２９が分岐しており、ドレン２９の上流にはオゾン水濃度計３０が設けられている。

オゾン水生成部１０からオゾン水循環部２０へオゾン水を供給するオゾン水供給配管３１が、オゾン溶解槽１２と循環槽２１との間に設けられている。オゾン水供給配管３１に
は、バルブ３２が設けられている。バルブ３２の開閉は、循環槽２１の水位計２６の計測値に基づいて制御される。

圧力制御手段としては、圧力値を任意に設定できる一次圧制御バルブ又は二次圧制御バルブを好ましく用いることができる。特に水供給源をオゾン溶解槽１２に接続する水供給配管１４に設けられるオゾン溶解槽内圧力制御手段としては、一次側の圧力変動を自力制御し、二次側の圧力を設定できる二次圧制御バルブが好ましく、オゾン水戻り圧力制御手段及び前記循環槽圧力制御手段としては、一次側の圧力を設定できる一次圧制御バルブが好ましい。

次に、図１に示すオゾン水供給装置を用いて、本発明のオゾン水供給方法を説明する。
水は、水供給源から水供給配管１４を介してオゾン溶解槽１２に供給される。供給される水の圧力は、水供給配管１４に設けられているオゾン溶解槽内圧力制御手段１３によって一定に維持されるように制御される。供給される水の量は、オゾン溶解槽内圧力を一定に維持するオゾン溶解槽内圧力制御手段１３と循環槽内圧力を一定に維持する循環槽圧力制御手段２５によって制御される。使用される水は、不純物を含まない超純水であることが好ましく、半導体デバイスや電子部品製造工程で用いられるレベルの超純水であることが好ましい。

放電式オゾンガス発生装置１１において酸素ガスを主原料として放電によりオゾンガスを発生させ、一定量のオゾンガスをオゾン溶解槽１２に供給する。
オゾン溶解槽１２に供給されたオゾンを水に溶解してオゾン水を生成する。

オゾン水は、オゾン水供給配管３１を介して循環槽２１に供給される。循環槽２１へのオゾン水の供給は、循環槽２１に設けられた水位計２６によって検知される水位に基づいて制御されるバルブ３２の開閉により制御される。循環槽２１内の圧力は、循環槽内圧力制御手段２４によって一定に維持されるように制御される。オゾン溶解槽１２内及び循環槽２１内の圧力はそれぞれ一定に維持されているので、循環槽２１の水位に関わらず、循環槽２１に供給されるオゾン水の流量は一定となる。したがって、一定濃度のオゾン水が一定流量で循環槽に供給されることになる。

次いで、オゾン水は一定圧力で循環槽２１からオゾン水送水配管２２を通ってユースポイントに供給される。オゾン水送水配管２２を通るオゾン水の流量は流量計２７で検知される流量に基づいてポンプ２９によって制御される。ポンプとしては、回転数制御が可能な遠心ポンプを好ましく用いることができる。

ユースポイントにて消費されなかったオゾン水は、オゾン水戻り配管２３を通って循環槽２１に戻される。オゾン水戻り配管２３内の圧力は、オゾン水戻り圧力制御手段２４によって一定に維持されるように制御される。したがって、ユースポイントにおけるオゾン水の使用量に依存してオゾン水戻り配管２３を通るオゾン水の流量は異なるが、オゾン水戻り配管２３内の圧力損失は一定となる。

本発明の循環式オゾン水供給方法では、循環槽内圧力を、オゾン溶解槽内及びオゾン水戻り配管内の各圧力よりも低い圧力に制御する。
ポンプ２８の上流側、すなわち循環槽２１内圧力（入口圧力）と、ポンプ２８の下流側、すなわちオゾン水戻り配管２３内圧力（背圧）とが一定に維持されるため、ポンプの回転数を一定にすることで、一定流量のオゾン水を一定圧力でユースポイントに供給することができる。

図１に示す構成のオゾン水供給装置を用いて、オゾン水をユースポイントに供給した。
オゾン発生装置１１として（株）荏原製作所製放電式クリーンオゾナイザーOZCを用い、オゾン溶解槽１２として日本ゴア株式会社製PTFE製ポーラスタイプのオゾン溶解モジュールを用いた。オゾン溶解槽内圧力制御手段１３としてアドバンス電気工業株式会社製セルフコントロールバルブ（二次圧制御バルブ）HICV-130CBi8、循環槽内圧力制御手段２４及びオゾン水戻り配管内圧力制御手段２４としてアドバンス電気工業株式会社製バックプレッシャバルブ（一次圧制御バルブ）HIBV-090CBi5を用いた。ポンプとしてレビトロニクス製BPS-4を用いた。オゾン水に接する各配管、オゾン溶解槽及び循環槽は、オゾン耐性のあるフッ素樹脂製とした。

水供給源から、水供給配管１４を通して、オゾン溶解槽内圧力制御手段（二次圧制御バルブ）１３の圧力設定値を２００ｋＰａにして、水をオゾン溶解槽１２に供給した。
オゾン発生装置１１にて酸素を主原料としてオゾンガスを生成させ、オゾン溶解槽１２に供給し、オゾン水を生成させた。このとき、オゾン溶解槽１２内の圧力は、供給される水の圧力２００ｋＰａに維持される。

次いで、バルブ３２を開いて、オゾン水を循環槽２１に供給した。循環槽内圧力制御手段（一次圧制御バルブ）２５の圧力設定値を１００ｋＰａとして、循環槽２１内の圧力を１００ｋＰａに維持した。

オゾン溶解槽１２内の圧力は２００ｋＰａに維持され、循環槽２１内の圧力は１００ｋＰａに維持されているため、循環槽２１内の水位にかかわらず循環槽２１に供給される流量は一定となる。オゾンガス生成装置１１から一定量のオゾンガスを供給して、一定濃度のオゾン水を一定流量で循環槽２１に供給した。

一定圧力に維持されているオゾン水を循環槽２１からオゾン水送水配管２２を通してユースポイントに供給した。オゾン水送水配管２２を流れるオゾン水の流量は、流量計２７の計測値に基づいてポンプ２８の回転数を調節して、一定となるように制御した。

ユースポイントにて消費されなかったオゾン水は、オゾン水戻り配管２３を通して、循環槽２１に戻された。オゾン水戻り配管２３に設けられたオゾン水戻り配管内圧力制御手段（一次圧制御バルブ）２４の圧力設定値を１５０ｋＰａに設定し、配管内の圧力を一定に制御した。

産業上の利用分野

本発明の循環式オゾン水供給装置及び方法は、複雑な制御をすることなく、ユースポイントでの使用量に関わらず一定濃度、一定圧力のオゾン水を供給し、ユースポイントにて消費されなかったオゾン水を循環させて再利用することができるので、半導体デバイス製造工程や電子部品製造工程における超純水の使用量削減に大きく寄与することができる。

Claims (8)

1. オゾン水生成部とオゾン水循環部とを具備する循環式オゾン水供給装置であって、
   当該オゾン水生成部は
   酸素ガスを主原料として放電によりオゾンガスを発生させる放電式オゾンガス発生装置と、
   オゾンガスを水に溶解させるオゾン溶解槽と、
   オゾン溶解槽へ供給する水の圧力を一定に維持するオゾン溶解槽内圧力制御手段と、を具備し、
   当該オゾン水循環部は、
   オゾン溶解槽からのオゾン水を受け入れ、ユースポイントにオゾン水を供給し、ユースポイントから戻る未消費のオゾン水を受け入れる循環槽と、
   循環槽からユースポイントにオゾン水を供給するオゾン水送水配管と、
   ユースポイントから循環槽にオゾン水を戻すオゾン水戻り配管と、
   オゾン水戻り配管内圧力を一定に維持するオゾン水戻り圧力制御手段と、
   循環槽内圧力を一定に維持する循環槽圧力制御手段と、を具備する、
   循環式オゾン水供給装置。
2. 前記オゾン溶解槽内圧力制御手段は、前記オゾン溶解槽へ水を供給する水供給配管に設けられている、請求項１に記載の循環式オゾン水供給装置。
3. 前記オゾン溶解槽内圧力制御手段は、一次側の圧力変動を自力制御し、二次側の圧力を設定できる二次圧制御バルブであり、
   前記オゾン水戻り圧力制御手段及び前記循環槽圧力制御手段は、一次圧制御バルブである、請求項２に記載の循環式オゾン水供給装置。
4. 前記循環槽には、循環槽内のオゾン水の水位を計測する水位計が設けられている、請求項１〜３のいずれかに記載の循環式オゾン水供給装置。
5. 前記オゾン溶解槽には、過剰のオゾンガスを分解するオゾンガス分解器が接続されている、請求項１〜４のいずれかに記載の循環式オゾン水供給装置。
6. 放電によって発生させたオゾンガス、及び水をオゾン溶解槽に供給して、オゾンガスを水に溶解させてオゾン水を生成し、
   オゾン水をオゾン溶解槽から循環槽に供給し、
   オゾン水を循環槽からオゾン水送水配管を介してユースポイントに供給し、
   ユースポイントにて消費されなかったオゾン水をオゾン水戻り配管を介して循環槽に戻し、
   再び、循環槽からユースポイントにオゾン水を供給する循環式オゾン水供給方法であって、
   オゾン溶解槽に供給する水の圧力をオゾン溶解槽内圧力制御手段によって一定に維持して、オゾン溶解槽内圧力を制御し、
   循環槽内圧力を循環槽圧力制御手段によって一定に維持し、
   オゾン水戻り配管内圧力をオゾン水戻り圧力制御手段によって一定に維持し、
   循環槽内圧力を、オゾン溶解槽内及びオゾン水戻り配管内の各圧力よりも低い圧力に制御する、循環式オゾン水供給方法。
7. オゾン溶解槽内圧力制御手段及び循環槽内圧力制御手段の設定圧力を変更することによって、オゾン溶解槽から循環槽へ供給するオゾン水の流量を調節する、請求項６に記載の循環式オゾン水供給方法。
8. 循環槽内圧力を５０ｋＰａ以上の一定値に維持する、請求項６又は７に記載の循環式オゾン水供給方法。

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