JP4206676B2 - オゾン混合装置及びオゾン混合方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、オゾンガスを超純水に混合、溶解させて半導体洗浄等に用いられるオゾン水を製造するためのオゾン混合装置及びオゾン混合方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の気液混合装置としてエゼクタが知られている。エゼクタは、一般に、図2に示すように、ノズル10、吸引室11、及びディフューザ12から構成され、高圧の液体をノズル10から吸引室11に噴射させて、吸引室11の圧力を減圧することにより、吸引室11に設けられた気体吸入口11aから気体を吸引室11に吸引し、ディフューザ12から液体と気体とを混合した状態で吐出する。
【0003】
近年、半導体製造分野では、半導体部品の洗浄に、オゾンガスを超純水に混合・溶解させたオゾン水を使用しているが、洗浄等のオゾン処理効果を向上させたり、又、処理時間を短縮させたりするためにオゾン水のオゾン濃度を例えば20ppm以上の高濃度にしている。
【0004】
エゼクタを用いて上記のような高濃度のオゾン水を製造するためには、オゾンガスの接触比率を高めるために、超純水の流量に対するオゾンガスの流量の比率((オゾンガス流量/超純水流量)。以下、「液・ガス比」と言う。)を大きくするとともに、吸引室に吸引するオゾンガス量を増加させるために、オゾンガスの圧力を0.3MPa程度に高めていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のエゼクタでは、液体流量に対するガス流量の比率を大きくするとディフューザでの圧力損失が大きくなり、その圧力損失を補うために加圧ポンプを増設する等していた。加圧ポンプを増設すると、半導体等の精密電子部品を洗浄する場合に、ポンプから超純水内にパーティクル(汚染物)が混入する可能性や、超純水を金属で汚染する可能性が増加するという問題があった。
【0006】
また、オゾンガスの圧力を高めるには、オゾンガス発生装置の耐圧構造が要求される上、オゾンを電解法によって発生させる場合は、電解膜にピンホールが発生して多量のオゾンガスが水素室に侵入する畏れがあるという問題もあった。
【0007】
そこで、本発明は、圧力損失を小さくし、液・ガス比を大きくし、さらにガス圧を小さくしても所定濃度のオゾンガスを水に溶解させ得るオゾン混合装置及びオゾン混合方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の前記目的は、加圧水の流入口を有するチャンバーと、該チャンバーと連通するディフューザ部と、前記チャンバー内に挿入されて前記ディフューザ部の入口部に向けて開口するオゾンガス供給管とを有し、該オゾンガス供給管の先端部が前記ディフューザ部の入口部へ通じる流路を絞る絞り部材を形成し、前記オゾンガス供給管の先端部が円錐状の外形を有し、前記チャンバーが前記先端部に適合する円錐台状の先細流路部を有し、該先細流路部の先端が前記ディフューザ部の入口部と連通していることを特徴とするオゾン混合装置により達成される。
【0009】
前記オゾンガス供給管は、前記絞り部材による絞り量を調節できるように、その先端部と前記ディフューザ部の入口部との距離を調節可能に設けられていることが好ましい。
【0010】
前記先細流路部は、前記オゾンガス供給管の前記先端部と同等のテーパーを有することが好ましい。
【0011】
前記流入口に、ゲージ圧力が約0.1〜約0.3MPaの水を流入させるとともに、前記オゾンガス供給管に、ゲージ圧力が約0.05〜約0.2MPaのオゾンガスを供給することが好ましい。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明に係るオゾン混合装置の好ましい実施形態について以下に図1に示した断面図を参照して説明する。
【0013】
オゾン混合装置1は、加圧された超純水の流入口2を有するチャンバー3と、チャンバー3と連通するディフューザ部4と、チャンバー3内に挿入されディフューザ部4の入口部4aに向けて開口するオゾンガス供給管5とを有している。
【0014】
オゾンガス供給管5は、従来のエゼクタにあるノズルのように流体を高速で噴出させる目的のものではなく、単にオゾンガスを一定の流量で供給するものである。従って、オゾンガス供給管5の流路は、図示の例では段々に絞られたノズルを形成しているが、絞りの無い同一流路断面の通孔としても良い。
【0015】
オゾンガス供給管5の後端部は、図外のオゾン発生装置とチューブ(図示せず)によって接続され、図の矢印X方向にオゾンガスが送られる。オゾンガスは、オゾン発生装置から、例えば、約0.05〜約0.2MPa(ゲージ圧力)に加圧されて約0.4〜約40LN/分(LNは、標準状態のリットル)で送られる。
【0016】
オゾンガス供給管5の先端部5aは、図示の例では、円錐状の外形を有しており、頂部がディフューザ部4の入口部4aに向けて開口している。チャンバー3は、先端部5aと同等のテーパーを有する円錐台状の先細流路部3aを有し、先細流路部3aがディフューザ部4の入口部4aに連通している。
【0017】
オゾンガス供給管5の先端部5aは、先細流路部3aに挿入されて、ディフューザ部4の入口部4aへ通じる先細流路部3aを絞る絞り部材を形成している。チャンバー3に流入した加圧水(超純水)は、その絞られた流路、即ち微少隙間Xを通る際に、流速を増すとともに減圧され、ディフューザ部4に噴出されてディフューザ部において減速され加圧される。流入口2に送られる超純水は、送水ポンプ(不図示)によって約0.1〜約0.3MPa(ゲージ圧力)で約1〜約100L/分とすることが好ましい。
【0018】
図示の例では、オゾンガス供給管5の先端部5aと先細流路部3aとの間に形成される微少隙間Xは、徐々に流路断面積を縮小させており、実質的にノズルを構成している。微少隙間Xは、そこを通る超純水を増速させるために、図示例のように徐々に流路断面積を縮小するものが好ましい。
【0019】
オゾンガス供給管5は、先端部5aによる絞り量、即ち微少隙間Xの大きさを調節できるように、先端部5aとディフューザ部4の入口部4aとの距離を調節可能に設けられている。
【0020】
図示の例では、オゾンガス供給管5の外周部に螺子部5bが形成されており、この螺子部5bがオゾンガス供給管5の一部を支持している支持体6と螺子結合している。従って、オゾンガス供給管5を軸回りに回せば、螺子部5bのピッチに対応して、先端部5aが軸線方向へ移動し、微少隙間Xの大きさを調節することができる。なお、図中、符号7はOリングを示す。
【0021】
上記のような構成を有するオゾン混合装置1では、図外のポンプ等で加圧された超純水が所定の流量で流入口2からチャンバー3内に入り、微少隙間Xを通過してディフューザ部4へ噴射される。一方、オゾンガス供給管5からは、オゾンガスが所定の流量でディフューザ部4の入口部4aに向けて排出される。
【0022】
微少隙間Xを通過した超純水は、微少隙間のノズル作用によって圧力が減少する。従って、微少隙間Xを調節して、オゾンガス供給管5の出口付近における超純水の圧力をオゾンガス供給管5内のオゾンガス圧力と同等以下の圧力まで低下させれば、オゾンガス供給管5からのオゾンガスが排出しやすくなり、混合しやすくなると考えられる。
【0023】
こうしてディフューザ部4に噴出される超純水にオゾンガスが霧吹き状に巻き込まれ、混合される。オゾンガスの霧吹き状態は、微少隙間Xの調節によって最適化され得る。即ち、超純水の流量や圧力、オゾンガスの流量等に応じて、ディフューザ部4での霧吹き状の微泡が多くなるようにして、微少隙間Xの大きさを調節し、オゾンガスの混合を促進させる。なお、チャンバー3は、超純水の流路を構成しているが、従来のエゼクタのような吸引室としての働きはしない。
【0024】
【実施例】
実施例1
図1に示したオゾン混合装置を用いて、以下の条件でオゾン水を製造した。
【0025】
ディフューザ部のど部の口径:2.2mmφ
オゾンガス供給管の口径: 1.5mm
オゾンガス濃度: 210g/m3 N(m3 Nは、標準立方メートル)
オゾンガス流量: 0.8LN/分
オゾンガスの圧力: 0.06MPa
超純水の流量: 3L/分
超純水の圧力: 0.2MPa
オゾン水のオゾン濃度: 25ppm
オゾン水の圧力: 0.1MPa
圧力損失: 0.1MPa
(圧力損失=[超純水の圧力]−[オゾン水の圧力])
実施例2
図1に示したオゾン混合装置を用いて、以下の条件でオゾン水を製造した。実施例2は、実施例1よりもオゾンガス流量を増加させた例である。
【0026】
ディフューザ部のど部の口径:2.2mmφ
オゾンガス供給管の口径: 1.5mm
オゾンガスのオゾン濃度: 210g/m3 N
オゾンガス流量: 1.8LN/分
オゾンガスの圧力: 0.08MPa
超純水の流量: 3L/分
超純水の圧力: 0.25MPa
オゾン水のオゾン濃度: 33ppm
オゾン水の圧力: 0.1MPa
圧力損失: 0.15MPa
比較例1
図2に示した従来のエゼクタを用いて、以下の条件でオゾンガスを超純水に混合させた。エゼクタのディフューザ、ノズル、及び吸引室は、図1のオゾン混合装置の対応部分と同等寸法のものを用いた。
【0027】
ディフューザ部のど部の口径: 2.2mmφ
水噴射ノズルの口径: 1.5mm
オゾンガスのオゾン濃度: 210g/m3 N
オゾンガス流量: 1.7LN/分
オゾンガス圧力: 0.06MPa
超純水の流量: 3L/分
超純水の圧力: 0.5MPa
オゾン水のオゾン濃度: 32ppm
オゾン水の圧力: 0.1MPa
圧力損失: 0.4MPa
比較例2
比較例1と同じ従来のエゼクタを用いて、以下の条件でオゾン水を製造した。
【0028】
ディフューザ部のど部の口径:2.2mmφ
水噴射ノズルの口径: 1.5mm
オゾンガスのオゾン濃度: 210g/m3 N
オゾンガス流量: 0.2LN/分
オゾンガス圧力: 0.06MPa
超純水の流量: 1.5L/分
超純水の圧力: 0.25MPa
オゾン水のオゾン濃度: 16ppm
オゾン水の圧力: 0.1MPa
圧力損失: 0.15MPa
比較例2は、比較例1に比べて超純水の圧力を小さくした例(加圧ポンプ増設分を外した)である。
【0029】
超純水流量は、比較例1では3L/分であったが、比較例2では1.5L/分に減るとともに、オゾンガスの吸引室への吸い込み流量は、比較例1では1.7LN/分であったものが比較例2では0.2LN/分に低下させた。この時、0.06MPaのオゾンガス圧力を超えないようにオゾン発生量を低減させた。
【0030】
上記の実施例1と実施例2とを参照すれば、オゾン水は、何れも20ppm以上のオゾン濃度を確保しており、圧力損失は、0.2MPa以下であることが判る。
【0031】
また、実施例1,2では、オゾンガスの圧力も、0.06MPa、0.08MPaであり、この程度の圧力は、オゾンガス発生装置に支障を及ぼさない程度であり、また、オゾンガス発生装置に特別な耐圧構造を必要としない程度である。
【0032】
さらに、実施例1,2でオゾンガスの流量を0.8LN/分から1.8LN/分に増加させても、実施例2での圧力損失は、0.15MPaであり、同等のオゾン濃度を得ている比較例1と比較しても十分小さく、圧力損失を補うために加圧ポンプの増設等が不要な範囲である。
【0033】
それに対して、比較例1を参照すれば、実施例2と同レベルのオゾン濃度のオゾン水を得ようとすれば、加圧ポンプを増設して超純水の圧力を0.5MPaまで上げることが必要で、このとき0.4MPaの圧力損失を生じている。
【0034】
比較例2では、加圧ポンプの増設を無くして超純水の圧力を実施例と同レベルの圧力とし、圧力損失を小さくしているが、オゾン水のオゾン濃度が16ppmであり、半導体洗浄に必要な20ppmに達していない。
【0035】
【発明の効果】
上記実施例から判るように、本発明に係るオゾン混合装置及びオゾン混合方法によれば、従来のエゼクタを用いてオゾン水を製造する場合に比較して、超純水の圧力を低く抑えて加圧設備の増加を無くし、オゾンガスの圧力を抑えてオゾン発生装置への障害を防止し、しかも、超純水の流量に対するオゾンガスの流量の比率を増やして、高濃度のオゾン水を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るオゾン混合装置の一実施形態を示す断面図である。
【図2】従来のエゼクタを示す断面図である。
【符号の説明】
1 オゾン混合装置
2 流入口
3 チャンバー
4 ディフューザ部
5 オゾンガス供給管
Claims (4)
- オゾンガスを水に混合するためのオゾン混合装置であって、
加圧水の流入口を有するチャンバーと、
該チャンバーと連通するディフューザ部と、
前記チャンバー内に挿入されて前記ディフューザ部の入口部に向けて開口するオゾンガス供給管とを有し、
該オゾンガス供給管の先端部が前記ディフューザ部の入口部へ通じる流路を絞る絞り部材を形成し、
前記オゾンガス供給管の先端部が円錐状の外形を有し、
前記チャンバーが前記先端部に適合する円錐台状の先細流路部を有し、
該先細流路部の先端が前記ディフューザ部の入口部と連通していることを特徴とするオゾン混合装置。 - 前記オゾンガス供給管は、前記絞り部材による絞り量を調節できるように、その先端部と前記ディフューザ部の入口部との距離を調節可能に設けられていることを特徴とする請求項1記載のオゾン混合装置。
- 前記先細流路部は、前記オゾンガス供給管の前記先端部と同等のテーパーを有する請求項1または2に記載のオゾン混合装置。
- 請求項1〜3の何れかに記載のオゾン混合装置を用いてオゾンを水に混合させるオゾン混合方法であって、
前記流入口に、ゲージ圧力が0.1〜0.3MPaの水を流入させるとともに、
前記オゾンガス供給管に、ゲージ圧力が0.05〜0.2MPaのオゾンガスを供給することを特徴とするオゾン混合方法。
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