气体溶解水制造装置及制造方法与流程

本发明涉及一种将作为原料的气体与水进行混合来制造气体溶解水的气体溶解水制造装置。

背景技术：

近年来，半导体装置工厂、液晶等的电子组件制造工厂中的产品的清洗，是随着制造程序的复杂化、电路图案的微细化而越来越高度化。例如，将高纯度的气体或使高纯度气体与药品溶解而得的特殊液体(被称为清洗液)使用在机能水(超纯水等)，来去除附着在硅晶片的微粒、金属、有机物等。

就清洗处理方式而言，除了对多个硅晶片同时反复地进行浸渍及清洗操作的“批处理方式”以外，也采用对应于多品种少量生产的产品而依每1片晶片进行药品清洗及超纯水清洗的“单片处理方式”。单片处理方式与批处理方式相比较，由于每一片晶片的清洗工序时间(产距时间)较长，且清洗液的使用量会变多，因此要求产距时间的缩短及清洗液使用量的降低。目前，为了在短时间进行有效的清洗及降低清洗液使用量，单独或同时地使用多个机能水及药品，以进行在短时间切换清洗工序的高度的清洗程序。

就机能水而言，采用将臭氧气体溶解于超纯水的臭氧水。臭氧水一般由臭氧水制造装置制造。随着清洗程序的高度化及复杂化，虽要求在短时间内进行对清洗装置的臭氧水的供给及停止，但以往的装置一旦暂时停止臭氧水的制造时，则至可再次进行要求臭氧浓度及要求流量的臭氧水的供给之前需要一定的时间(启动时间)。因此，为了应对臭氧水的向清洗装置的供给要求，由臭氧水制造装置一直制造臭氧水，以对清洗装置连续地供给。结果，会供给过度的臭氧水至清洗装置，且在硅晶片的清洗中未使用的未使用臭氧水作为排水从清洗装置排出。

因此，以往提出有一种循环式的臭氧水供给装置(参照专利文献1)，不论使用点的臭氧水的使用量如何，均可供给恒定浓度及恒定压力的臭氧水，且可再利用未使用的臭氧水。

在以往的循环式的臭氧水供给装置中，如图4所示，将水与臭氧气体供给至臭氧溶解槽12来产生臭氧水，且将臭氧水从臭氧溶解槽12供给至循环槽21，经由臭氧水送水配管22从循环槽21供给至使用点，并经由臭氧水回流配管23使在使用点未消耗的臭氧水回流至循环槽21，再将臭氧水从循环槽21供给至使用点。并且，将臭氧溶解槽12槽内压力、循环槽21内压力、臭氧水回流配管23内压力分别维持为恒定，而循环槽内压力被控制成比臭氧溶解槽内及臭氧水回流配管内的各压力低的压力。

然而，在以往的臭氧水供给装置中，由于是使再利用的臭氧水(未使用的臭氧水)循环的循环式，因此需要对臭氧水(未使用的臭氧水)的循环所造成的臭氧水的温度上升、污染的发生寻求对策。因此，期待开发一种制造与使用点所需的量对应的臭氧水的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-117628号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

本发明是鉴于上述课题而完成的。本发明的目的在于提供一种气体溶解水制造装置，无需对循环所造成的臭氧水的温度上升、污染的发生寻求对策，即可制造与使用点所需的量对应的臭氧水。

解决课题的手段

本发明的一方式是一种气体溶解水制造装置，该气体溶解水制造装置具备：气体流量控制部，该气体流量控制部控制作为原料的气体的流量；水流量测定部，该水流量测定部测定作为原料的水的流量；水压力控制部，该水压力控制部控制所述水的压力；气体溶解水生成部，该气体溶解水生成部将所述气体与所述水进行混合而生成气体溶解水；以及压力测定部，该压力测定部测定供给至使用点的所述气体溶解水的压力，所述水压力控制部控制所述水的压力，以使由所述压力测定部测定的所述气体溶解水的压力成为恒定，所述气体流量控制部根据由所述水流量测定部测定的所述水的流量来控制所述气体的流量。

本发明的其他方式是一种气体溶解水制造方法，该气体溶解水制造方法包含如下工序：气体流量控制工序，该气体流量控制工序控制作为原料的气体的流量；水流量测定工序，该水流量测定工序测定作为原料的水的流量；水压力控制工序，该水压力控制工序控制所述水的压力；气体溶解水生成工序，该气体溶解水生成工序将所述气体与所述水进行混合而生成气体溶解水；以及压力测定工序，该压力测定工序测定供给至使用点的所述气体溶解水的压力，在所述水压力控制工序中，控制所述水的压力，以使在所述压力测定工序中测定的所述气体溶解水的压力成为恒定，在所述气体流量控制工序中，根据在所述水流量测定工序中测定的所述水的流量来控制所述气体的流量。

如以下说明，在本发明中存在有其他方式。因此，本发明的公开旨在提供本发明的一部分的方式，并不旨在限制在此记载并请求的发明范围。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的臭氧水制造装置的结构的说明图。

图2是本发明的第一实施方式的放电体的俯视图。

图3是本发明的第一实施方式的放电体的剖视图。

图4是表示以往的臭氧水制造装置的结构的说明图。

图5是表示本发明的第二实施方式的臭氧水制造装置的结构的说明图。

图6是本发明的第二实施方式的气体量反馈控制的说明图。

具体实施方式

以下陈述本发明的详细说明。然而，以下的详细说明及附图并不限定本发明。

本发明的气体溶解水制造装置具备：气体流量控制部，控制作为原料的气体的流量；水流量测定部，测定作为原料的水的流量；水压力控制部，控制水的压力；气体溶解水生成部，将气体与水进行混合而生成气体溶解水；以及压力测定部，测定供给至使用点的气体溶解水的压力；水压力控制部控制水的压力，以使由压力测定部所测定的气体溶解水的压力成为恒定，气体流量控制部依据由水流量测定部所测定的水的流量来控制气体的流量。

通过该构成，由于控制水的压力，以使供给至使用点的气体溶解水的压力成为恒定，并且依据供给至气体溶解水生成部的水的流量来控制气体的流量，因此，可制造与使用点所需的量对应的气体溶解水。例如，在使用点需要大量的气体溶解水时，由于供给至使用点的气体溶解水的压力会成为恒定，因此大量的水会供给至气体溶解水生成部，且依据该水的量将大量的气体供给至气体溶解水生成部。结果，制造大量的气体溶解水。再者，在使用点仅需要少量的气体溶解水时，由于供给至使用点的气体溶解水的压力成为恒定，因此少量的水被供给至气体溶解水生成部，且依据该水的量对气体溶解水生成部供给少量的气体。结果，制造少量的气体溶解水。由此，可制造与使用点所需的量对应的气体溶解水。此外，无需如以往技术般对循环所造成的气体溶解水的温度上升、污染发生寻求对策。

此外，本发明的气体溶解水制造装置也可具备：浓度测定部，测定气体溶解水的浓度；以及控制部，依据由浓度测定部所测定的气体溶解水的浓度，来控制气体的流量，以使气体溶解水的浓度的实测值与目标值的偏差减小。

通过该构成，可依据气体溶解水的浓度来控制气体的流量，且使气体溶解水的浓度的实测值与目标值的偏差减小(消除偏差)。因此，在一定期间(例如数日)未运转后再次进行运转时等，即使在气体溶解水的浓度的实测值与目标值容易产生偏差时，也可制造接近目标值的浓度的气体溶解水。

再者，在本发明的气体溶解水制造装置中，水压力控制部也可在0.1MPa至1MPa的压力范围内控制水的压力。

通过该构成，由于在升压至高压力(0.1MPa至1MPa)的状态下将水与气体进行混合，因此可制造高浓度的气体溶解水。

此外，在本发明的气体溶解水制造装置中，气体溶解水生成部也可具备利用文丘里效应(Venturi effect)来混合气体与水的混合器。

通过该构成，可利用文丘里效应将气体与水有效率地进行混合。

此外，在本发明的气体溶解水制造装置中，也可具备将供给至气体溶解水生成部的水进行脱气处理的脱气处理部。

通过该构成，可通过脱气处理来去除水中的剩余气体，且可容易地将气体溶解于水。

此外，在本发明的气体溶解水制造装置中，作为原料的气体也可以为臭氧气体，而气体溶解水为臭氧水。

通过该构成，可制造与使用点所需的量对应的臭氧水。此外，无需如以往技术般对循环所造成的臭氧水的温度上升、污染发生寻求对策。

再者，在本发明的气体溶解水制造装置中，也可以是，具备生成臭氧气体的臭氧气体生成部，臭氧气体生成部具备用于生成臭氧气体的放电用电极，保持电极的保持构件是以不锈钢为材料，且具有10mm以上的厚度。

通过该构成，可将用于生成臭氧气体的放电用的电极的保持构件的强度充分地提高，且可生成高压力(0.1MPa至1MPa)的臭氧气体。

本发明的气体溶解水制造方法包含如下工序：气体流量控制工序，控制作为原料的气体的流量；水流量测定工序，测定作为原料的水的流量；水压力控制工序，控制水的压力；气体溶解水生成工序，将气体与水进行混合而生成气体溶解水；以及压力测定工序，测定供给至使用点的气体溶解水的压力，在水压力控制工序中，控制水的压力，以使由在压力测定工序中所测定的气体溶解水的压力成为恒定，在气体流量控制工序中，依据由在水流量测定工序中所测定的水的流量来控制气体的流量。

通过该制造方法，也可与上述的制造装置同样地，控制水的压力，以使供给至使用点的气体溶解水的压力成为恒定，并且依据供给至气体溶解水生成部的水的流量来控制气体的流量，因此，可制造与使用点所需的量对应的气体溶解水。例如，在使用点需要大量的气体溶解水时，由于供给至使用点的气体溶解水的压力成为恒定，因此大量的水会供给至气体溶解水生成部，且依据该水的量将大量的气体供给至气体溶解水生成部。结果，制造大量的气体溶解水。再者，在使用点仅需要少量的气体溶解水时，由于供给至使用点的气体溶解水的压力成为恒定，因此少量的水被供给至气体溶解水生成部，且依据该水的量对气体溶解水生成部供给少量的气体。结果，制造少量的气体溶解水。如此，可制造与使用点所需的量对应的气体溶解水。此外，无需如以往技术般对循环所造成的气体溶解水的温度上升、污染发生寻求对策。

依据本发明，无需对循环所造成的气体溶解水的温度上升、污染发生寻求对策，即可制造与使用点所需的量对应的气体溶解水。

以下，对于本发明实施方式的气体溶解水制造装置，利用附图加以说明。在本实施方式中，例示用于半导体装置、液晶等电子组件的清洗的臭氧水制造装置的情况。

(第一实施方式)

参照附图说明本发明第一实施方式的气体溶解水制造装置的构成。图1是表示第一实施方式的臭氧水制造装置的构成的说明图。如图1所示，臭氧水制造装置1具备：作为原料的第一气体(O₂气体)与第二气体(CO₂气体或N₂气体)的供给源2、3；及控制各气体(第一气体与第二气体)的流量的流量控制器4、5。此外，第二气体(CO₂气体或N₂气体)并非必需，也可仅使用第一气体(O₂气体)。第一气体与第二气体在以压力传感器6测定压力后，被送至臭氧气体生成部7。臭氧气体生成部7具备放电体70(参照图2及图3)，该放电体70用于通过放电而从第一气体(O₂气体)与第二气体(CO₂气体或N₂气体)生成臭氧气体的。由臭氧气体生成部7所生成的臭氧气体被送至臭氧水生成部8。

再者，臭氧水制造装置1具备作为原料的水(超纯水)的供给源9。该臭氧水制造装置1中，为了去除作为原料的水中的剩余气体(氧、氮、碳酸气体等)，具备进行脱气处理的脱气处理部10。此外，脱气处理例如可利用经由脱气处理膜进行真空抽吸等的公知方法。再者，在臭氧水制造装置1中，设置有用于调整水的流量的阀11以及用于测定水的流量的流量计12。作为原料的水在由流量计12测定流量后，被送至升压泵13，且在由升压泵13调整压力后，被送至臭氧水生成部8。送往臭氧水生成部8的水的压力设定为例如0.1至1.0MPa。

臭氧水生成部8具备将臭氧气体与水进行混合而生成臭氧水的混合器14。混合器14优选利用文丘里效应来混合气体与水。就这种混合器14而言，采用例如吸气器、喷射器等。所生成的臭氧水被送至气液分离槽15。在气液分离槽15中，将臭氧水与气体(排气)分离。也可在该气液分离槽15中设置用于测定臭氧水的水位的水位传感器16。经气液分离的臭氧水由压力传感器17测定压力，并经由阀18被送至使用点19(例如、多腔式的单片型清洗装置等)。此外，经气液分离的臭氧水在由臭氧水浓度计20测定浓度后，被排出至排水管21。另一方面，排气在经由阀22送至排气分解触媒23而进行分解处理后，利用释压阀24回复为大气压而从排气口25排出。

在释压阀24中，在防止急剧的压力变动而将压力保持为恒定这方面，优选采用空气控制式的释放阀。此外，在没有发生急剧的压力变动的担忧的情况下，也可采用弹簧式的释放阀。弹簧式的释放阀是比空气控制式的释放阀更廉价，在谋求低成本化的方面较为有利。

在此，参照附图，对臭氧气体生成部7的放电体70的构成进行说明。图2是放电体70的俯视图，图3是放电体70的剖视图。如图2及图3所示，臭氧气体生成部7的放电体70具有：具有彼此相对的圆形电极面的一对低压电极71及高压电极72；以及配置于两电极的相对的电极面之间的介电质73及圆板形空间74。圆板形空间74是位于相对的电极面之间且产生稳定的放电的空间，当使包含氧的原料气体(第一气体与第二气体)流动至该空间时，即通过放电将氧转换成臭氧。

高压电极72连接于高压交流电源的高压侧，低压电极71连接于交流电源的低压侧(接地)。如图2及图3所示，低压电极71的电极面具有多个彼此大致平行地伸长的渠沟(配置成同心状的沟)。渠沟的构造能够与公知的构造相同。

高压电极72由支承于保持构件75的绝缘体76与介电质73之间的金属层形成。该保持构件75以不锈钢(SUS)为材料，具有10mm以上(优选为16mm以上)的厚度。介电质73由圆板状的单结晶蓝宝石所形成，高压电极72由施加于蓝宝石的背面的银的金属化层而形成。此时，渠沟的山部与介电板表面之间的空间成为放电空间。例如，渠沟的山部与介电板表面之间的距离为0.01mm至0.3mm(优选为0.03mm至0.05mm)。当需要在半导体制造中使用的洁净的臭氧气体时，介电质73的材料虽以作为洁净材质的蓝宝石为佳，但在未要求高纯度时，可通过氧化铝陶瓷等陶瓷材料来形成介电质73。

原料气体经由入口通路77、外周空间78而导入圆板形空间74，在圆板形空间74内朝大致半径方向内侧流动，且向设置于低压电极71的中心部的中心空间79集中，经由引导通路80而被引导向电极的半径方向外侧。此外，原料气体也可在圆板形空间74内朝半径方向外侧流动，以取代朝大致半径方向内侧流动。此时，原料气体首先经由引导通路80供给向中心空间79，且在圆板形空间74内朝大致半径方向外侧流动，经由外周空间78而被引导向入口通路77。

高压电极72连结向高频高压交流电源的高压侧，低压电极71连结向高频高压交流电源的低压侧，在两电极之间的圆板形空间74施加有高压交流电压，而在两电极之间的圆板形空间74产生温和的放电。包含氧的原料气体(第一气体与第二气体)流动通过该圆板形空间74，而其一部分被转换为臭氧。在图2及图3的放电体70中，原料气体朝向横穿多个渠沟的方向流动，且必定通过放电密度高的沟的顶部，因此可生成高浓度的臭氧。

对如上构成的臭氧水制造装置1的动作进行说明。

利用本发明实施方式的臭氧水制造装置1来制造臭氧水时，首先，从供给源2、3供给作为原料的第一气体(O₂气体)及第二气体(CO₂气体或N₂气体)。气体(第一气体与第二气体)的流量由流量控制器4、5控制。另一方面，从供给源9供给作为原料的水(超纯水)。水的流量由流量计12测定。在本实施方式中，如在图1中的虚线箭头所示，流量控制器4、5依据由流量计12测定的水的流量，来控制气体的流量。

第一气体与第二气体在由压力传感器6测定压力后，被送至臭氧气体生成部7。在臭氧气体生成部7中，通过放电而从第一气体(O₂气体)与第二气体(CO₂气体或N₂气体)生成臭氧气体。所生成的臭氧气体被送至臭氧水生成部8。另一方面，作为原料的水在由流量计12测定流量后，送至升压泵13，且在由升压泵13调整压力后，被送至臭氧水生成部8。升压泵13具备在0.1MPa至1MPa的压力范围内控制被送至臭氧水生成部8的水的压力的功能。就该升压泵13而言，例如使用离心泵。在本实施方式中，升压泵13控制水的压力，以使由压力传感器17所测定的臭氧水的压力成为恒定。此时，水的压力与臭氧气体的压力的差压优选为150KPa以内。

在臭氧水生成部8的混合器14中，将臭氧气体与水进行混合而生成臭氧水，所生成的臭氧水送至气液分离槽15。在气液分离槽15中，将臭氧水与气体(排气)进行分离，经气液分离的臭氧水由压力传感器17测定压力，经由阀18送至使用点19(例如多腔式的单片型清洗装置等)。

依据这种本实施方式的臭氧水制造装置1，由于控制水的压力，以使供给至使用点19的臭氧水的压力成为恒定，并且依据供给至臭氧水生成部8的水的流量来控制气体的流量，因此可制造与使用点19所需的量对应的臭氧水。

例如，在使用点19需要大量的臭氧水时，由于供给至使用点19的臭氧水的压力成为恒定，因此大量的水会供给至臭氧水生成部8，且依据该水的量将大量的气体供给至臭氧水生成部8。结果，制造大量的臭氧水。

另一方面，在使用点19仅需要少量的臭氧水时，由于供给至使用点19的臭氧水的压力成为恒定，因此少量的水会供给至臭氧水生成部8，且依据该水的量将少量的气体供给至臭氧水生成部8。结果，制造少量的臭氧水。由此，与以往技术相比较，可减少使用气体量。并且，与以往技术相比较，也可减少排水量。

如此，在本实施方式的臭氧水制造装置1中，即便在使用点19所需的臭氧水的流量变动时，也可供给与使用点19所需的量对应的恒定浓度(恒定压力)的臭氧水。因此，适合于多腔式单片型清洗装置。再者，在本实施方式的臭氧水制造装置1中，由于不需要使臭氧水循环，因此无需如以往技术般对因循环所造成的臭氧水的温度上升或污染的发生寻求对策。

再者，在本实施方式的臭氧水制造装置1中，由于在升压至高压力(0.1MPa至1MPa)的状态下将水与气体进行混合，因此可制造高浓度的臭氧水。

再者，在本实施方式的臭氧水制造装置1中，通过利用文丘里效应，从而能够将气体与水有效率地进行混合。

再者，在本实施方式的臭氧水制造装置1中，由于可通过脱气处理来去除水中的剩余气体，因此可容易地将臭氧气体溶解于水。

此外，在本实施方式的臭氧水制造装置1中，由于将用于生成臭氧气体的放电用的电极的保持构件75的强度充分地提高，因此可生成高压力(0.1MPa至1MPa)的臭氧气体。

(第二实施方式)

接着，说明本发明第二实施方式的臭氧水制造装置。在此，对第二实施方式的臭氧水制造装置与第一实施方式不同的点为中心进行说明。在此只要未特别说明，则本实施方式的构成及动作与第一实施方式相同。

图5是表示第二实施方式的臭氧水制造装置的构成的说明图。如图5所示，本实施方式的臭氧水制造装置1具备：用于进行作为臭氧水的原料的第一气体(O₂气体)与第二气体(CO₂气体或N₂气体)的流量控制的控制部26。

该控制部26依据由臭氧水浓度计20测定的臭氧水浓度(实测值)与作为目标的臭氧水浓度(目标值)的偏差，来控制作为臭氧水的原料的第一气体(O₂气体)与第二气体(CO₂气体或N₂气体)的流量。此时，控制部26对第一气体与第二气体的总流量进行反馈控制，以使臭氧水浓度的实测值与目标值的偏差减小(消除偏差)。

具体而言，如图6所示，在臭氧水浓度的实测值比目标值大时，以减少气体(第一气体与第二气体)的总流量的方式进行流量补正，当臭氧水浓度的实测值比目标值更小时，以增加气体(第一气体与第二气体)的总流量的方式进行流量补正。

通过这样的第二实施方式的臭氧水制造装置1，也可发挥与第一实施方式相同的作用效果。

此外，在本实施方式中，由于通过控制部26对第一气体与第二气体的总流量进行反馈控制，因此可使臭氧水浓度的实测值与目标值的偏差减小(消除偏差)。因此，例如在一定期间(例如数日)未运转后再次进行运转的情况等，即使臭氧水浓度的实测值与目标值容易产生偏差时，也可制造接近目标值的浓度的臭氧水。

以上，虽通过例示说明了本发明的实施方式，但本发明的范围并未限定于此，也可在权利要求范围记载的范围内，依目的来进行变更、变形。

例如，在以上的说明中，对将臭氧气体与水进行混合来制造臭氧水的臭氧水制造装置1进行了说明，但也可制造将臭氧气体以外的气体(例如H₂、CO₂、O₂、N₂、Ar、Xe等气体)与水进行混合的气体溶解水。

以上说明了在目前所考虑的本发明的优选实施方式，但能理解为可对本实施方式进行各式各样变形，而且，所附的权利要求范围包含本发明的真实精神及范围内的所有变形。

产业上的可利用性

如上所述，本发明的气体溶解水制造装置具有无需对循环所造成的气体溶解水的温度上升、污染的发生寻求对策，且可制造与使用点所需的量对应的气体溶解水的效果，且适用于在例如半导体装置及液晶等电子组件的清洗所使用的臭氧水制造装置等。

符号说明

1 臭氧水制造装置(气体溶解水制造装置)

2 供给源

3 供给源

4 流量控制器(气体流量控制部)

5 流量控制器(气体流量控制部)

6 压力传感器

7 臭氧气体生成部

8 臭氧水生成部(气体溶解水生成部)

9 供给源

10 脱气处理部

11 阀

12 流量计(水流量测定部)

13 升压泵(水压力控制部)

14 混合器

15 气液分离槽

16 水位传感器

17 压力传感器(压力测定部)

18 阀

19 使用点20

70 放电体71

72 高压电极(电极)

75 保持构件