JPH11244677A - ガス溶解水製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超純水に水素ガスを溶解して水素溶解水を製
造する装置において、超純水の供給流量が変動しても溶
存水素濃度は変動せず、一定の溶存水素濃度を有する水
素溶解水を製造することができる装置を提供する。 【解決手段】 ガス溶解装置２のガス供給通路１６に圧
力調節計１９を取り付け、該圧力調節計１９に電流制御
装置２１を電気的に接続する。水の電気分解により発生
した水素ガスを上記装置２のガス供給通路１６に供給
し、超純水を上記装置２の水供給通路１７に供給する。
超純水の供給流量が変動すると、圧力調節計１９及び電
流制御装置２１の働きで電解電流値を変化させ、水素ガ
ス発生量を調整してガス供給通路１６内の水素ガス圧を
一定にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は例えば半導体製造工
程において洗浄水として用いられる水素溶解水の如き一
定量のガスを溶解してなるガス溶解水を製造するための
ガス溶解水製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程において、シリコンウエ
ハ表面に付着している微粒子、有機物、金属、自然酸化
膜等の除去を行うための洗浄が行われるが、この洗浄処
理に当って、硫酸・過酸化水素水混合溶液、フッ酸溶液
等の洗浄液及びすすぎのための超純水が用いられてい
る。しかし、超純水によるすすぎも全く問題がない訳で
はなく、超純水中の溶存酸素によりシリコンウエハ表面
に薄い酸化膜が形成されるという問題点があり、この点
を解決するため、超純水に水素ガスを溶解せしめた水素
溶解水を用いてすすぎ等の洗浄を行う方法が既に幾つか
提案されている。

【０００３】超純水に水素ガスを溶解させる方法とし
て、ガスボンベより水素ガスを供給して超純水に水素ガ
スを溶解させる方法や、水の電気分解により発生した水
素ガスを供給して超純水に水素ガスを溶解させる方法が
ある。

【０００４】ガスボンベより水素ガスを供給する方法は
図２に示すように、水素ガスを充填したガスボンベ３０
よりガス供給管３１を通してガス溶解装置３２内に水素
ガスを供給するものである。ガス溶解装置３２はガス透
過膜３３を介してガス供給通路３４と水供給通路３５と
に区画されており、水素ガスはガス供給通路３４内に供
給される。一方、超純水は水供給管３６を通してガス溶
解装置３２の水供給通路３５内に供給される。レギュレ
ーター３７によって水素ガスは一定のガス圧力に保持さ
れると共に、ガス透過膜３３を通過して水供給通路３５
側に入り込み、超純水に溶解する。

【０００５】而して、水素ガスを溶解した超純水即ち、
水素溶解水はガス溶解装置３２より流出し、水流出管３
８を通して例えば半導体製造工場における洗浄工程に送
られる。

【０００６】上記の方法による場合は、常時、予備を含
めて複数本のガスボンベを用意しなければならない上、
定期的にガスボンベを交換する必要があり、取り扱い上
不便なものであった。また、水素ガスの配管を長く引き
回すので設備費がかかると共に、水素ガス漏洩の危険性
や水素ガス純度の低下を伴う虞れがあった。

【０００７】また、水の電気分解により発生した水素ガ
スを供給する方法は図３に示すように、電解装置３９内
で発生した水素ガスを気液分離器４０、ガス供給管４１
を通してガス溶解装置４２のガス供給通路４３に供給す
るものである。この場合、ガス供給通路４３には過剰の
水素ガスが供給され、ガス透過膜４４を通して水素ガス
が超純水に溶解すると共に、超純水に溶解しきれなかっ
た余剰の水素ガスはガス流出管４５より流出し、水素ガ
ス燃焼装置４６に導かれる。ここで水素ガスは空気又は
酸素供給雰囲気下において加熱されると共に、パラジウ
ム等の水素燃焼触媒と接触し、以て余剰の水素ガスを燃
焼処理して安全且つ無害な状態にする。４７は余剰の水
素ガス量を調節する圧力調節弁、４８は水供給管であ
る。

【０００８】かくして水素溶解水が得られ、この水素溶
解水は水流出管４９より流出する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この電解装置３９を用
いる方法によれば、ガスボンベの用意及び交換という手
間は不要になるが、一方において、ガス溶解装置４２へ
の超純水の供給流量が変動すると該装置４２内の水素ガ
ス圧も変動し、その結果、超純水における溶存水素濃度
を一定に保持できないという欠点がある。例えば、超純
水の供給流量が増大した場合、水素ガスの溶解量が増
え、これに伴いガス溶解装置４２内の水素ガス圧が低減
する。水素ガス圧の低減により超純水への水素ガス溶解
量が低減し、その結果、得られる水素溶解水の溶存水素
濃度は所定の濃度よりも低いものとなる。このように、
上記方法においては、超純水供給流量の変動があったと
きに、水素溶解水における溶存水素濃度を一定に保持で
きないという問題点がある。

【００１０】また上記方法は余剰水素ガスを発生させる
ので、余分な電解電力を必要とし、エネルギー消費が過
多となるばかりか、余剰水素ガスを燃焼するための燃焼
設備も必要となり、全体として製造コストが高騰し、経
済的に不利なものであった。

【００１１】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
純水の供給流量に変動があった場合でも、常に一定の溶
存水素濃度を有するガス溶解水を製造することができる
ガス溶解水製造装置を提供することを目的とする。

【００１２】また本発明の他の目的は、エネルギー消費
の無駄がなく、製造コストを低減できる経済的に有利な
ガス溶解水製造装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、（１） 水の
電気分解を行なう電解装置と、水の電気分解により生じ
たガスを純水に溶解するためのガス溶解装置と、ガス溶
解装置内のガス圧力を検知して、電解装置の電解電流値
を制御し、一定のガス圧力に調節するガス圧力調節手段
とからなることを特徴とするガス溶解水製造装置、
（２） ガス圧力調節手段が、ガス溶解装置に取り付け
られた圧力調節計と、該圧力調節計と電気的に接続され
電解装置の電解電流値を調節する電流制御装置とからな
るものである上記（１）記載のガス溶解水製造装置、
（３） ガス溶解装置は、ガス透過膜を介してガス供給
通路と水供給通路とを設けてなるものである上記（１）
記載のガス溶解水製造装置、（４） ガスが水素ガスで
ある上記（１）記載のガス溶解水製造装置を要旨とする
ものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面に基き本発明を詳細に
説明する。

【００１５】図１には本発明のガス溶解水製造装置の実
施例が示されている。同図において、１は電解装置、２
はガス溶解装置であり、電解装置１はイオン交換膜３を
介して区画された陽極室４と陰極室５を有する。６は陽
極、７は陰極である。この電解装置１には純水を供給す
る流入管８と、水の電気分解により生じた水素ガスを流
出する流出管９と、同様に水の電気分解により生じた酸
素ガスを流出する流出管１０とが配管され、流出管９は
気液分離器１１に連結され、該気液分離器１１とガス溶
解装置２との間にはガス供給管１２が配管されている。
１３は気液分離器１１に取り付けられたレベルスイッ
チ、１４はバルブである。

【００１６】ガス溶解装置２はガス透過膜１５を介して
区画されたガス供給通路１６と水供給通路１７を有し、
ガス供給通路１６には前記ガス供給管１２が連結され、
水供給通路１７には水供給管１８が連結されている。電
解装置１に配管された上記流入管８は、水供給管１８か
ら分岐した状態で設けられている。ガス溶解装置２のガ
ス供給通路１６側には圧力調節計１９が取り付けられて
いる。この圧力調節計１９の取付位置はガス供給通路１
６の入口でも、該通路１６の内部でもよく、その取付位
置は任意である。また圧力調節計１９はガス溶解装置２
に直接取り付けることに限定されず、例えばガス供給管
１２の任意の位置に取り付けてもよい。

【００１７】電解装置１と直流電源２０との間には、電
流制御装置２１が電気的に接続され、且つ該電流制御装
置２１には上記圧力調節計１９が電気的に接続されてい
る。２２はガス溶解装置２により得られた水素溶解水を
流出するための水流出管である。

【００１８】ガス溶解装置２におけるガス透過膜１５と
しては、シリコン等の親ガス性素材からなるものや、フ
ッ素系樹脂等の撥水性素材からなる膜にガスの透過でき
る多数の微細孔を設け、ガスは透過するが水は透過しな
いように構成したもの等が用いられる。ガス透過膜１５
は例えば中空糸状構造として構成することができ、ガス
透過膜１５を中空糸状構造に形成した場合、ガス溶解の
方法として中空糸の内空部側から外側にガスを透過させ
る方法、中空糸の外側から内空部側にガスを透過させる
方法のいずれの方法も採用することができる。

【００１９】本発明は純水に水素ガスを溶解するもので
あるが、ここにおいて純水の中で特に超純水を用いるこ
とが本発明を適用する上で好ましい。

【００２０】本発明において、超純水とは、工業用水、
上水、井水、河川水、湖沼水等の原水を凝集沈殿、ろ
過、凝集ろ過、活性炭処理等の前処理装置で処理するこ
とにより、原水中の粗大な懸濁物質、有機物等を除去
し、次いでイオン交換装置、逆浸透膜装置等の脱塩装置
を主体とする一次純水製造装置で処理することにより、
微粒子、コロイド物質、有機物、金属イオン、陰イオン
等の不純物の大部分を除去し、更にこの一次純水を紫外
線照射装置、混床式ポリッシャー、限外ろ過膜や逆浸透
膜を装着した膜処理装置からなる二次純水製造装置で循
環処理することにより、残留する微粒子、コロイド物
質、有機物、金属イオン、陰イオン等の不純物を可及的
に除去した高純度純水を指し、その水質としては、例え
ば電気抵抗率が１７．０ＭΩ・ｃｍ以上、全有機炭素が
１００μｇＣ／リットル以下、微粒子数（粒径０．０７
μｍ以上のもの）が５０ケ／ミリリットル以下、生菌数
が５０ケ／リットル以下、シリカが１０μｇＳｉＯ₂ ／
リットル以下、ナトリウム０．１μｇＮａ／リットル以
下のものを指す。

【００２１】上記の如く構成される本発明装置の作用に
ついて以下、説明する。尚、以下の説明においては、純
水として超純水を用いた場合について述べる。

【００２２】水供給管１８より超純水を供給し、流入管
８を介して電解装置１に超純水を流入し、ここで水の電
気分解を行う。水の電気分解により陰極７側に水素ガス
が生じる。陰極室５より流出するのは水素ガスと水との
気液混合物であり、この気液混合物は流出管９を経て気
液分離器１１に流入する。

【００２３】この気液分離器１１において水素ガスと水
とが分離し、水素ガスはガス供給管１２を通ってガス溶
解装置２に導かれる。一方、水は気液分離器１１内に滞
留し、その水位が所定位置を超えることとなる場合には
レベルスイッチ１３が作動して電気信号によりバルブ１
４を開き、気液分離器１１内の水を所定量排出し、滞留
水の水位が一定となるようコントロールする。

【００２４】電解装置１において、陽極６側には酸素ガ
スが発生し、この酸素ガスは陽極室４より、流出管１０
を経て系外に排出される。尚、電解装置１内の残留水も
この流出管１０を通して排出される。

【００２５】上記の如くガス供給管１２よりガス溶解装
置２に導かれた水素ガスは、該装置２のガス供給通路１
６に流入する。一方、該装置２の水供給通路１７には水
供給管１８より超純水が供給される。水素ガスはガス透
過膜１５を通過して水供給通路１７内に入り込み、ここ
で超純水に溶解して水素溶解水が得られる。

【００２６】ここにおいて、圧力調節計１９は、ガス溶
解装置２内の（より詳しくは該装置のガス供給通路１６
内の）水素ガス圧力が一定の圧力となるように予め設定
調整されている。そのため、水供給通路１７内において
水と水素ガスが接触した際、上記設定圧に基づいた水素
ガス溶解量が得られ、所定の溶存水素濃度を有する水素
溶解水が製造される。この水素溶解水は水流出管２２を
経て系外に流出し、例えば半導体製造工場における洗浄
工程に送られ、シリコンウエハ等の半導体基板に対する
洗浄水として用いられる。

【００２７】圧力調節計１９によって設定される水素ガ
ス圧力は０〜５ｋｇｆ／ｃｍ² Ｇが好ましい。０ｋｇｆ
／ｃｍ² Ｇ未満では水素ガスの水に対する溶解量が少な
く、目的とする溶存水素濃度の水素溶解水が得られな
い。また５ｋｇｆ／ｃｍ² Ｇを超えると水供給通路１７
内において水素ガスの気泡が発生し、水素溶解水中に気
泡が存在することとなって所定の溶存水素濃度が得られ
ず、また取り扱い上の面からも好ましくない。

【００２８】水供給管１８を通してガス溶解装置２に送
られる超純水の供給流量に変動が生じると、水素ガスの
溶解量に変動が生じ、それによりガス供給通路１６内の
水素ガス圧にも変動が生じるが、圧調節計１９の働きで
速やかに所定の設定圧に復帰する。

【００２９】例えば、超純水の供給流量が増大した場
合、水素ガスの溶解量も増え、そのためガス供給通路１
６内の水素ガス圧は低下する。この水素ガス圧が設定圧
（例えば０〜５ｋｇｆ／ｃｍ² Ｇ）未満になると、その
圧力低下を圧力調節計１９のセンサーが検知して電気信
号を出力し、電流制御装置２１を電気的に制御して電解
電流値を増大させるよう調節する。このような電流制御
により電解電流値が増大すると、水の電気分解による水
素ガスの発生量が増大し、ガス溶解装置２のガス供給通
路１６に供給される水素ガスのガス圧が増大し、速やか
に設定圧に復帰する。従って、設定圧に基づいた所定の
水素ガス溶解量が得られる。

【００３０】このように、本発明によれば、ガス供給通
路１６内の水素ガス圧は一定圧力に制御されるので、超
純水の供給流量が上記の如く増大しても水素ガス圧に相
応した所定の水素ガス溶解量が得られ、溶解水素濃度が
一定である水素溶解水が得られるのであって、超純水の
供給流量が増大すると所定の濃度よりも低い溶存水素濃
度の水素溶解水しか得られないという従来技術の欠点を
確実に解決できるものである。

【００３１】尚、反対に、超純水の供給流量が減少した
場合には、水素ガスの溶解量が低下し、そのためガス供
給通路１６内の水素ガス圧が設定圧よりも高くなるが、
この場合にはその圧力上昇を圧力調節計１９のセンサー
が検知して電気信号を出力し電流制御装置２１は該電気
信号を入力して電解電流値を低減させるよう電流制御を
行う。

【００３２】かかる電流制御により水の電気分解による
水素ガスの発生量が減少し、ガス供給通路１６内の水素
ガス圧が低下し、速やかに設定圧に復帰するので、上記
したと同様、所定の溶存水素濃度を有する水素溶解水が
得られる。

【００３３】上記した本発明の実施例では、超純水に水
素ガスを溶解する場合について述べたが、本発明はこれ
に限定されるものではない。即ち、本発明の他の実施例
として、電解装置１によって作られる酸素ガスをガス溶
解装置２に供給し、この酸素ガスを超純水に溶解して酸
素溶解水を製造することもでき、この場合、前記実施例
で説明したと同様、圧力調節計１９によって酸素ガス圧
を常時一定圧に制御し、超純水の供給流量に変動があっ
ても常に一定の溶存酸素濃度を有する酸素溶解水を得る
ことができる。この酸素溶解水もまた、半導体製造工場
において、洗浄工程用の洗浄水として用いることができ
る。

【００３４】

【発明の効果】本発明は水の電気分解により生じたガス
をガス溶解装置にて純水に溶解するように構成したガス
溶解装置において、ガス溶解装置内のガス圧力を検知し
て、電解装置の電解電流値を制御し、一定のガス圧力に
調節するガス圧力調節手段を設けたものであるから、純
水の供給流量が変動した場合でもガス溶解装置内のガス
圧力を一定に調節することができ、その結果、純水供給
流量の変動に係りなく、一定のガス圧力に基づく所定の
ガス溶解量が得られる。従って、本発明によれば純水供
給流量の変動があっても、ガス溶解水の溶存ガス濃度を
常に一定に保持できる効果がある。

【００３５】また本発明によれば、設定圧に応じたガス
の発生及びガスの溶解が行なわれるので、余分な電解電
力を消費することがなく、そのため製造コストを低減で
き、経済的にも有利なものとなる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガス溶解水製造装置の実施例を示す略
図である。

【図２】従来のガス溶解水製造装置を示す略図である。

【図３】従来のガス溶解水製造装置を示す略図である。

【符号の説明】

１ 電解装置 ２ ガス溶解装置 １９ 圧力調節計 ２１ 電流制御装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水の電気分解を行なう電解装置と、水の
   電気分解により生じたガスを純水に溶解するためのガス
   溶解装置と、ガス溶解装置内のガス圧力を検知して、電
   解装置の電解電流値を制御し、一定のガス圧力に調節す
   るガス圧力調節手段とからなることを特徴とするガス溶
   解水製造装置。
2. 【請求項２】 ガス圧力調節手段が、ガス溶解装置に取
   り付けられた圧力調節計と、該圧力調節計と電気的に接
   続され電解装置の電解電流値を調節する電流制御装置と
   からなるものである請求項１記載のガス溶解水製造装
   置。
3. 【請求項３】 ガス溶解装置は、ガス透過膜を介してガ
   ス供給通路と水供給通路とを設けてなるものである請求
   項１記載のガス溶解水製造装置。
4. 【請求項４】 ガスが水素ガスである請求項１記載のガ
   ス溶解水製造装置。