特許 6770823 薬液の脱気方法及び装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6770823

(24)【登録日】2020年9月30日

(45)【発行日】2020年10月21日

(54)【発明の名称】薬液の脱気方法及び装置

(51)【国際特許分類】

   B01D 19/00 20060101AFI20201012BHJP

   B01D 61/00 20060101ALI20201012BHJP

   C02F 1/20 20060101ALI20201012BHJP

【ＦＩ】

   B01D19/00 H

   B01D19/00 101

   B01D61/00

   C02F1/20 B

   C02F1/20 A

【請求項の数】6

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2016-80107(P2016-80107)

(22)【出願日】2016年4月13日

(65)【公開番号】特開2017-189739(P2017-189739A)

(43)【公開日】2017年10月19日

【審査請求日】2019年3月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004400

【氏名又は名称】オルガノ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000134903

【氏名又は名称】株式会社ニシヤマ

(74)【代理人】

【識別番号】100123788

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 昭夫

(74)【代理人】

【識別番号】100127454

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 雅昭

(72)【発明者】

【氏名】二ツ木 高志

(72)【発明者】

【氏名】笹山 久保幸

【審査官】 佐藤 陽一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−０１０６０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１７６７９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−３０３８０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０９４４４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２２０４８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ １９／００

Ｂ０１Ｄ ６１／００

Ｃ０２Ｆ １／２０

Ｂ０８Ｂ ３／１４

Ｈ０１Ｌ ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水に薬剤を溶解させた薬液を脱気する脱気方法であって、
脱気膜の液体側に前記薬液を通液しつつ前記脱気膜の気体側を減圧し、
前記気体側の減圧に、水を作動流体とする真空エジェクタによって発生する減圧状態を使用し、
前記作動流体として使用される水は、前記薬液よりも低濃度で前記薬剤を含有する、脱気方法。

【請求項2】

前記薬液はワークを処理する第１の工程で使用されるものであり、
前記作動流体として使用される水は、前記第１の工程の後工程である第２の工程において前記ワークに対して処理を行った際に排出される排水を含む、請求項１に記載の脱気方法。

【請求項3】

前記薬剤は、フッ化水素、塩化水素及びアンモニアからなる群から選ばれた１種以上の化合物を含む、請求項１または２に記載の脱気方法。

【請求項4】

水に薬剤を溶解させた薬液を脱気する脱気装置であって、
脱気膜を有して前記脱気膜の液体側に前記薬液が通液する脱気モジュールと、
前記脱気モジュールに接続され水を作動流体とする真空エジェクタと、
を有し、
前記真空エジェクタによって発生する減圧状態によって前記脱気膜の気体側を減圧し、
前記作動流体として使用される水は、前記薬液よりも低濃度で前記薬剤を含有する、脱気装置。

【請求項5】

前記薬液は、ワークを処理する第１の処理装置で使用されるものであり、
前記作動流体として使用される水は、前記第１の処理装置の後段に配置されて前記ワークに対して処理を行う第２の処理装置から排出される排水を含む、請求項４に記載の脱気装置。

【請求項6】

前記薬剤は、フッ化水素、塩化水素及びアンモニアからなる群から選ばれた１種以上の化合物を含む、請求項４または５に記載の脱気装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水に薬剤を溶解させた薬液を脱気する方法及び装置に関する。

【背景技術】

【0002】

水に薬剤を溶解して得られる薬液は各種の分野において使用されているが、これらの薬液に含まれる薬剤には腐食性と揮発性とを有するものも少なくない。例えば半導体装置の製造プロセスにおいては、フッ化水素を水に溶解させたフッ化水素酸がウエハの洗浄などに用いられるが、フッ化水素は強い腐食性を有するとともに沸点が２０℃前後であり、強い揮発性を有する。また水溶性有機物質を水に溶かした薬液が用いられることもあるが、薬液に含まれる水溶性有機物質は、一般に揮発性を有するとともに、例えばゴムやプラスチックなどを侵す性質を有することがある。

【0003】

半導体装置製造プロセスなどで上記のような薬液を使用する場合、薬液中に気泡等が含まれると良好な処理を行うことができなくなるから、予め薬液に脱気処理を行うことが必要となる。特許文献１には、中空糸膜を脱気膜として有する脱気モジュールを用いて薬液の脱気を行うことが開示されている。特許文献２は、薬液の脱気を行う際に脱気膜を使用し、脱気膜の気体側を減圧するための真空ポンプに関し、ピストン式真空ポンプ、ダイアフラム式真空ポンプ、スクロール式真空ポンプ、スクリュー式真空ポンプなどのポンプを流体で駆動することを開示している。脱気膜を用いることにより、微粒子等の発生を防ぎながら、清浄な脱気薬液を得ることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平９−９４４４７号公報

【特許文献2】特開２００３−１０６０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

揮発性の薬剤を含む薬液を膜脱気により脱気する場合、脱気膜の気体側からは、脱気された気体のほかに、薬液に含まれる薬剤も漏出する。この漏出した薬剤が腐食性を有する場合には、脱気膜の気体側を減圧するために用いられる真空ポンプに悪影響を及ぼす。

【0006】

本発明の目的は、例えば腐食性を有する薬剤を含む薬液を膜脱気する方法及び装置であって、脱気膜の気体側に漏出する薬剤による腐食などの発生を抑制できる脱気方法及び装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の脱気方法は、水に薬剤を溶解させた薬液を脱気する脱気方法であって、脱気膜の液体側に薬液を通液しつつ脱気膜の気体側を減圧し、気体側の減圧に、水を作動流体とする真空エジェクタによって発生する減圧状態を使用する。

【0008】

本発明の脱気装置は、水に薬剤を溶解させた薬液を脱気する脱気装置であって、脱気膜を有して脱気膜の液体側に薬液が通液する脱気モジュールと、脱気モジュールに接続され水を作動流体とする真空エジェクタと、を有し、真空エジェクタによって発生する減圧状態によって脱気膜の気体側を減圧する。

【発明の効果】

【0009】

本発明では、水を作動流体とする真空エジェクタを用いて、薬液を膜脱気する際に脱気膜の気体側を減圧する。腐食性及び揮発性を有する薬剤を含む薬液を脱気したとしても、脱気膜の気体側に漏出した薬剤は直ちに作動流体である水に溶解することとなるので、脱気装置における腐食の発生などを抑制することができる。しかも真空エジェクタは可動部分を有しないので、真空エジェクタでは表面に耐食性の被覆を設けることが可動部を有する真空ポンプに比べて容易であり、また、仮に腐食等が発生したとしても装置の動作に与える影響は少ない。したがって本発明によれば、脱気膜の気体側に漏出する薬剤による腐食などの発生を簡易な手段で抑制できるとともに、安価なメンテナンスコストで安定して動作する脱気装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施の一形態の脱気装置を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の一形態の脱気装置を示している。

【0012】

図１に示す脱気装置１０は、水に薬剤を溶解させた薬液を脱気する脱気装置であり、大別すると、薬液の膜脱気を行う脱気モジュール１１と、脱気モジュール１１において必要となる減圧を発生する真空エジェクタ１２とを備えている。脱気モジュール１１には脱気膜２０が設けられており、脱気膜２０の液体側には、出口弁１５と入口弁１６とが接続している。脱気モジュール１１としては、例えば中空糸膜を用いたものを好ましく用いることができる。脱気対象の薬液は、外部から供給されて入口弁１６を介して脱気モジュール１１に流入し、脱気膜２０の液体側を通液して脱気モジュール１１から流出し、出口弁１５を介して薬液の供給先に送られる。脱気モジュール１１には、脱気膜２０の気体側に連通する弁１７と圧力計１４とが接続している。弁１７の他端は、真空エジェクタ１２の減圧ポートに接続している。真空エジェクタ１２は、水を作動流体とするものであって、減圧を発生する。作動流体である水は、入口弁１８を介して供給され、ポンプ１３により真空エジェクタ１２に圧送される。真空エジェクタ１２を通過した水は、排出弁１９を介して排水として外部に排出される。なお、真空エジェクタ１２を作動させるために十分な圧力を有する水が得られる場合には、必ずしもポンプ１３を設ける必要はない。

【0013】

本発明に基づく脱気装置１０では、入口弁１８及び排出弁１９を開け、ポンプ１３を作動させて作動流体である水を真空エジェクタ１２に通水する。その結果、真空エジェクタ１２の減圧ポートは減圧状態となり、弁１７を開けることで、脱気モジュール１１において脱気膜２０の気体側も減圧状態となる。入口弁１６及び出口弁１５を開けて薬液を脱気モジュール１１に導入し、脱気膜２０の液体側を通液させれば、薬液の膜脱気が行われることになる。このとき、圧力計１４の指示値に基づいて弁１７を操作し、薬液の種類などに応じて脱気膜２０の気体側の圧力を調節する。薬剤が揮発性を有するとき、薬液の膜脱気によって脱気された気体（例えば水蒸気や溶存窒素、溶存酸素など）には薬剤が気相状態で含まれることになるが、脱気された気体に含まれる薬剤は真空エジェクタ１２において直ちに作動流体である水に溶解することとなり、排水として脱気装置１０から排出されることになる。脱気装置１０から排出されたこの薬剤を含む排水に対し、必要に応じて排水処理を行う。

【0014】

本実施形態の脱気装置１０では、真空ポンプの代わりに真空エジェクタ１２を用いて減圧状態を発生し、脱気モジュール１１を動作させる。腐食性を有する薬剤を含む薬液を脱気する場合であっても、可動部を有する真空ポンプを用いないので、腐食に対する対策を軽減することができる。また、脱気膜２０の気体側に漏出した薬剤は直ちに作動流体である水に溶解するので、その点でも腐食に対する対策を軽減できる。したがって、本実施形態の脱気装置は、腐食性及び揮発性を有する薬剤を水に溶解させた薬液の脱気に特に有効である。

【0015】

本実施形態の脱気装置において脱気することが有効な薬液は、薬剤として、例えば、フッ化水素、塩化水素、硝酸、アンモニア、フッ化アンモニウムなどの腐食性及び揮発性を有する無機物質を含むものである。また、ジメチルスルホオキシド（ＤＭＳＯ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、アセトン、メチルエチルケトン、各種のアルコール類、フェノール、アミン類、シンナー類などの水溶性有機物質を薬剤として含有する薬液の脱気にも、本実施形態の脱気装置を有効に使用することができる。

【0016】

本実施形態の脱気装置において、真空エジェクタ１２の作動流体である水は、純水であっても水道水であってもよい。さらには、脱気対象の薬液と同じ薬剤を、脱気対象の薬液よりも低濃度に含有する水を利用することもできる。脱気により脱気膜の気体側に漏出した薬剤に対して排水処理を行う必要がある場合には、低濃度に薬剤を含有して排水処理を行わなければならない排水を別途入手できるのであれば、その排水を真空エジェクタ１２の作動流体として使用することにより、全体として排水処理コストを低減することができる。このような場合の一例は、脱気された薬液を使用してワークの処理を行う第１の工程があって、第１の工程の後処理として当該ワークに対して第２の工程が実施される場合に、第２の工程からの排水にその薬剤が低濃度含まれる場合である。第１の工程で使用される薬液は、例えば循環処理によって脱気処理が行われる。

【0017】

図１には、このような第１の工程と第２の工程とを有する場合における本実施形態の脱気装置１０の適用形態も示している。ここでは、例えば半導体ウエアであるワーク７０に対して例えばフッ化水素酸である薬液による洗浄を行い、その後工程として、ワーク７０に対して純水によるリンスを行う場合を考える。

【0018】

ワーク７０に対してフッ化水素酸による洗浄を行う洗浄装置３０が設けられている。洗浄装置３０には、薬液を貯えて浸漬洗浄を行う洗浄槽３１と、薬液中の微粒子等を除去するフィルター３３と、洗浄槽３１とフィルター３３との間で薬液を循環させる循環ポンプ３２とが設けられ、薬液の循環系が構成されている。循環ポンプ３１は、フィルター３３の入口側に設けられている。この循環系において、フィルター３３の出口と洗浄槽３１との間には循環弁３４が設けられている。循環弁３４の入口には、薬液を脱気装置１０に送るための出口弁３６が分岐して設けられ、循環弁３４の出口には、脱気された薬液を脱気装置１０から受け入れる入口弁３５が合流するように設けられている。

【0019】

ワーク７０に対して純水によるリンスを行うリンス装置５０は、給水弁５２を介して純水が供給されるリンス槽５１を有している。リンス槽５１のオーバーフローはリンス工程での排水となるが、この排水は、排出弁５３を介して外部に排出されるようになっている。そして、排出弁５３の入口側には、リンス槽５１からの排水を脱気装置１０に送るための出口弁５４が分岐している。リンス装置５０は、洗浄装置３０においてフッ化水素酸による洗浄が行われたワーク７０に対して純水によるリンス処理を行うために設けられており、洗浄装置３０から移送されてきたワーク７０はリンス槽５１内の純水に浸漬される。その結果、リンス槽５１からオーバーフローする排水には、フッ化水素酸が低濃度で含まれることとなり、この排水を外部に放出する際にはフッ化物を除去するための排水処理が必要となる。

【0020】

そこで本実施形態では、洗浄装置３０内の薬液の脱気処理を行う際に、洗浄装置３０の入口弁３５及び出口弁３６をそれぞれ脱気装置１０の出口弁１５及び入口弁１６に接続し、リンス装置５０の出口弁５４を脱気装置１０の入口弁１８に接続する。そして、洗浄装置３０において循環弁３４を閉じ、入口弁３５及び出口弁３６を開け、脱気装置１０において出口弁１５、入口弁１６，１８及び排出弁１９を開ける。リンス装置５０では排出弁５３を閉じ、出口弁１８を開け、さらに給水弁５２を開けてリンス槽５１に純水を供給する。この状態で洗浄装置３０の循環ポンプ３２を動作させれば、洗浄装置３０内の薬液が脱気装置１０の脱気モジュール１１に循環し、脱気モジュール１１の脱気膜２０の液体側を通液する。そして脱気装置１０のポンプ１３を動作させれば、リンス装置５０からの排水によって真空エジェクタ１２が動作することとなり、脱気モジュール１１において脱気膜２０の気体側が減圧状態となる。このとき、弁１７を操作して、脱気膜２０の気体側の真空度を調節する。これにより、脱気装置１０において洗浄装置３０の薬液の脱気処理が行われることになる。

【0021】

真空エジェクタ１２からの排水には薬剤成分であるフッ化水素が含まれることとなり、外部に排出するためにはフッ化物を除去する排水処理が必要となるが、真空エジェクタ１２から排出される排水はリンス装置５０から排出された排水であってそもそも排水処理が必要なものであったので、システム全体としての排水処理コストが上昇することはなく、むしろ、脱気処理によって気体側に漏出したフッ化水素とリンス装置５０からの排水に含まれるフッ化水素を別々に処理する場合に比べ、コストは低減する。また、脱気装置１０内のポンプ１３は、液体であるリンス装置５０からの排水を給送するので、リンス装置５０からの排水にフッ化水素が含まれていたとしても、脱気モジュール１１の減圧に真空ポンプを用いた場合の真空ポンプに比べ、フッ化水素による腐食等の影響を受けにくい。

【0022】

以上の説明から明らかなように図１に示した構成では、洗浄装置３０及びリンス装置５０として既設のものを使用することができ、洗浄装置３０に対して入口弁３５及び出口弁３６を増設し、リンス装置５０に対して出口弁５４を増設するだけで、本実施形態の脱気装置１０を使用して、排水処理コストを低減しつつ薬液の脱気処理を行うことができるようになる。一例として、脱気装置１０の脱気モジュール１１に通液される薬液の循環流量及び循環圧をそれぞれ２５Ｌ／分及び０．３ＭＰａとし、真空エゼクター１２への作動流体である水の流量及び圧力をそれぞれ５０Ｌ／分及び０．３〜０．５ＭＰａとしたとき、脱気モジュール１１における脱気膜２０の気体側での５０Ｌ／分の排気量及び５〜１０ｋＰａの排気圧を達成することができる。

【符号の説明】

【0023】

１０ 脱気装置
１１ 脱気モジュール
１２ 真空エジェクタ
１３ ポンプ
２０ 脱気膜
３０ 洗浄装置
３１ 洗浄槽
５０ リンス装置
５１ リンス槽
７０ ワーク

【図1】