(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾燥ガスを供給するガス配管に分岐状のガス供給ラインを設け、該ガス供給ラインにガス溶解装置を連結すると共に、上記ガス配管とガス溶解装置との間に水分除去装置を設け且つガス供給ラインにおけるガス流路を開閉するためのバルブを設けてなることを特徴とするガス溶解水製造装置。
【請求項２】
水分除去装置は、脱水剤充填塔と水分除去フィルター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。
【請求項３】
脱水剤充填塔にヒーターを設け且つ該脱水剤充填塔に真空ポンプを連結して該脱水剤充填塔を再生可能に構成してなる請求項２記載のガス溶解水製造装置。
【請求項４】
バルブは、水分除去装置に連結される一次側配管及び二次側配管に設けられ、それぞれのバルブはセンサーにより開閉制御されるように構成してなる請求項１記載のガス溶解水製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は純水中にガスを溶解してガス溶解水を製造する装置に関し、例えば半導体基板、ガラス基板、電子部品、或いはこれらの製造装置部品等の如き極めて清浄な表面を求められる電子部品部材類に対する洗浄用のガス溶解水を製造する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
極めて清浄な表面を得ることが求められる電子部品等の被ウェット処理物のウェット処理について、ＬＳＩ製造に用いられるシリコンウエハのウェット処理を例にして以下説明する。
【０００３】
ＬＳＩ製造プロセスにおいては、シリコンウエハ上に例えばＳｉＯ2 の絶縁膜を形成し、該絶縁膜に所定のパターンの窓あけを行い絶縁膜下の金属シリコンを露出させた後、ウェット処理し、目的に応じて、ｐ−型あるいはｎ−型の元素を導入し、例えばＡｌなどの金属配線を埋め込む工程を繰り返して素子を形成する。
【０００４】
ｐ−型あるいはｎ−型の元素を導入する工程あるいは金属配線を埋め込む工程において、露出した金属シリコン表面に、例えば微粒子などの異物、金属、有機物、自然酸化膜などの不純物が付着していると、例えば金属−シリコンの配線不良、コンタクト抵抗の増大という素子特性の不良が生じる。
【０００５】
したがって、ＬＳＩ製造プロセスにおいては、表面ウェット処理工程は、高性能な素子を製造するために非常に重要な工程であり、ウエハ表面の付着不純物は可能な限り取り除く必要がある。
【０００６】
半導体表面に付着している有機物、微粒子、金属、自然酸化膜を除去するためのウェット処理は、一般的に硫酸過酸化水素水洗浄、アンモニア過酸化水素水洗浄、フッ酸洗浄、塩酸過酸化水素水洗浄等の各洗浄工程からなり、またそれらの各洗浄工程の間に超純水を用いたすすぎ（リンス）洗浄が行われる。
【０００７】
ここで、超純水とは、微粒子、コロイダル物質、有機物、金属、陰イオン、溶存酸素等を極低濃度まで除去した高純度な水を指称し、一時的には、原水を凝集沈殿装置、砂ろ過装置、活性炭ろ過装置、逆浸透膜装置、２床３塔イオン交換装置、混床式イオン交換装置、精密フィルター等で順次処理（１次処理）して１次純水を得、次いでこの１次純水を紫外線照射装置、混床式ポリッシャー、限外ろ過膜装置等で順次処理（２次処理）して超純水を製造している。
【０００８】
ところで、上記した洗浄工程において用いる薬液はいずれも高濃度のものであり、取扱い上の不便さがあることに鑑み、超純水にガスを溶解させたガス溶解水を用いて上記の洗浄を行うことが提案されている。例えば、超純水に水素などの還元性ガスを溶解させたガス溶解水を用いて洗浄すれば、半導体表面に付着している微粒子の除去が可能であり、従って高濃度のアンモニア過酸化水素水を用いずとも微粒子を除去することができ、また超純水にオゾンなどの酸化性ガスを溶解させたガス溶解水を用いて洗浄すれば、半導体表面に付着している金属の除去が可能であり、従って高濃度の塩酸過酸化水素水を用いずとも金属を除去することができるという知見が得られている。
【０００９】
超純水に還元性ガスや酸化性ガスを溶解させる方法としては、水の電気分解により生成する水素や酸素またはオゾンを超純水に溶解させる方法や、ガスボンベからガスを導き、超純水に溶解させる方法がある。この場合、ガスを効率よく超純水に溶解させるためにガス透過膜を備えたガス溶解装置が通常用いられる。
【００１０】
ガス供給源として、水電解式ガス発生装置で製造したガスを用いる場合、ガス供給源とガス溶解部とを最短の配管のみでつなぐことができるため安全であるという利点があるが、システムが複雑になり、高コストになる虞れがある。またガス供給源としてボンベ単位で取り扱われる乾燥ガスを用いる場合、残存ガス量管理および頻繁なボンベ交換の必要性が伴い、且つ乾燥ガスのコストも高いものとなるという問題点がある。
【００１１】
上記の点に鑑み、超純水にガスを溶解させる新たなシステムを構築するため、例えばクリーンルーム等の建物内部に配設されたガス配管を利用して、ガス配管内を通る乾燥ガスをガス溶解装置に導き、ガス溶解水を製造することが検討されている。クリーンルームには水素ガス、酸素ガス等の各種のガスを供給するための配管が施されており、これらのガスは半導体製造工程におけるドライ工程で、ドライエッチングその他の目的のために使用されるものである。従って、この配管（母管）に枝管をつなげ、該枝管にガス溶解装置を連結すれば、ガス溶解水の製造が可能であり、このシステムによれば既設の配管を利用でき、システム構造が簡単となり、コストを低減できるという利点がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記システムにおいて、ガス配管（以下、母管という）に分岐して設けた枝管を介してガス溶解装置にガスを導き、超純水にガスを溶解したとき、ガス雰囲気は水雰囲気と接触することになるため、ガス雰囲気中に水分が拡散し、母管中を流れる乾燥ガスに水分が混入し、いわゆる乾燥ガスの水分汚染が生じるという問題点がある。
【００１３】
乾燥ガスはドライ工程などにおいて用いられ、極めて高い乾燥度（９９．９９〜９９．９９９９９％ドライ）が要求されており、僅かでも水分が混入するとその使用目的に適しなくなり、例えば成膜工程では均一な膜生成を阻害する原因となる。
【００１４】
尚、一般に、乾燥ガスがドライ装置へ供給される場合、ドライ装置の前段に設けた除湿装置において乾燥ガスは更に乾燥度を高めて供給されるようになっているが、前記の如く水分の拡散により水分が混入された乾燥ガスの場合は、除湿装置によっても規定の乾燥度に調整することは困難であり、また除湿装置に大きな負荷を与えることになる。
【００１５】
本発明は叙上の点に鑑みなされたもので、ガスを供給する母管に枝管を介してガス溶解装置を連結してガス溶解水を製造しても、母管内のガスに水分の拡散による水分の混入が起こらないようにしたガス溶解水製造装置を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（１）乾燥ガスを供給するガス配管に分岐状のガス供給ラインを設け、該ガス供給ラインにガス溶解装置を連結すると共に、上記ガス配管とガス溶解装置との間に水分除去装置を設け且つガス供給ラインにおけるガス流路を開閉するためのバルブを設けてなることを特徴とするガス溶解水製造装置、（２）水分除去装置は、脱水剤充填塔と水分除去フィルターからなるものである前記（１）記載のガス溶解水製造装置、（３）脱水剤充填塔にヒーターを設け且つ該脱水剤充填塔に真空ポンプを連結して該脱水剤充填塔を再生可能に構成してなる前記（２）記載のガス溶解水製造装置、（４）バルブは、水分除去装置に連結される一次側配管及び二次側配管に設けられ、それぞれのバルブはセンサーにより開閉制御されるように構成してなる前記（１）記載のガス溶解水製造装置である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明を詳細に説明する。
【００１８】
図１において、１は例えば半導体製造工場におけるクリーンルーム、工場建屋等の建物を示し、２はこの建物の内部で使用する水素ガス、酸素ガス等の乾燥ガスを導くための母管を示す。
【００１９】
このような乾燥ガスは通常、屋外に設置したガス貯留タンク３より供給され、母管２を通して各ユースポイントに送られる。例えば、半導体製造のドライエッチング工程において乾燥ガスを使用するに当たって、母管２に枝管４を分岐状に設け、該枝管４より除湿装置５を通してドライエッチング装置６に乾燥ガスを供給する。またドライ成膜工程において乾燥ガスを使用するに当たって、同様に母管２に設けた枝管７より除湿装置８を通してドライ成膜装置９に乾燥ガスを供給する。
【００２０】
本発明は例えば半導体製造のウェット洗浄工程において用いるガス溶解水を製造するための装置であり、ガス溶解水を製造するに当たり、母管２内を流れる乾燥ガスを利用するものである。
【００２１】
即ち、本発明装置は母管２に枝管１０を分岐状に設けて、分岐状のガス供給ラインを構成し、該枝管１０に水分除去装置１１を介してガス溶解装置１２を連結し、該ガス溶解装置１２のガス供給通路に、母管２から導入した乾燥ガスを供給し、一方、ガス溶解装置１２の超純水供給通路に、超純水供給管１３より導入した超純水を供給して、ガス溶解水を製造するものである。
【００２２】
水分除去装置１１の前段に位置する枝管１０は一次側配管１４として構成され、また同装置１１の後段に位置する枝管１０は二次側配管１５として構成され、一次側配管１４は母管２に連結され、二次側配管１５はガス溶解装置１２に連結されている。
【００２３】
一次側配管１４、二次側配管１５のそれぞれに、分岐状のガス供給ラインにおけるガス流路を開閉するためのバルブ１６，１７が設けられ、これらのバルブ１６，１７の開閉制御はセンサー１８によって行われるようになっている。１９は、センサー１８とバルブ１６及び１７とを電気的に接続する信号線である。
【００２４】
水分除去装置１１は図２に示すように、一次側配管１４と二次側配管１５との間に脱水剤充填塔２０ａ、２０ｂ及び水分除去フィルター２１を連結してなるものである。脱水剤充填塔２０ａ、２０ｂは２基並列して設けられており、１基を稼動している間、他方を再生処理できるようになっている。再生処理のために、脱水剤充填塔２０ａ、２０ｂの周面にヒータ２２が設けられ且つ脱水剤充填塔２０ａ、２０ｂに真空ポンプ２３が連結されている。２４，２５，２６は脱水剤充填塔２０ａ、２０ｂを稼動側と再生側に切り替えるための三方弁である。
【００２５】
上記充填塔２０ａ、２０ｂに充填する脱水剤としては、シリカゲルや合成ゼオライトが用いられるが、この他、ゲッター剤と呼ばれる高温下で水分と反応するジルコニウムやバナジウム等も用いることができる。
【００２６】
水分除去フィルター２１の設置数は１個でもよいが、複数設けることが好ましい。水分除去フィルター２１は数μｍからそれ以下の孔径を有するフィルターであり、除去した水分を一時的に貯留し一定量に達したときに排水するオートドレン機構が付いているものが好ましい。図中、２７はドレン管を示す。
【００２７】
水分除去装置１１内に設けられる水分除去機構は上記した脱水剤充填塔２０ａ、２０ｂや水分除去フィルター２１に限定されるものではなく、水分を除去できる性能及び機構を持つものであればいかなるものでもよい。従って、例えば水分除去機構として加圧冷却機構を採用してもよく、或いは化学吸着型反応性精製剤を用いて水分除去を行うようにしてもよい。前者の加圧冷却機構は、水分除去装置１１内に導入された乾燥ガスを加圧冷却し、水分を凝縮させて液化し、除去するものである。また後者の化学吸着型反応性精製剤は、支持体に固定した反応性化合物が水と不可逆的に反応して水分を除去するもので、このものによれば室温処理が可能なのでシステムを小型化できる利点がある。
【００２８】
更に供給される乾燥ガスが水素である場合には、上記水分除去機構の他の態様として、選択的に水素のみを透過させる性質を持つパラジウム樹脂又はパラジウム触媒を塗布した膜を用いて、水素ガス中の水分を分離除去する方式を採用することもできる。
【００２９】
水分除去装置１１の二次側配管１５に連結されるガス溶解装置１２としては、一般にガス透過膜２８を備えたものが用いられる。ガス溶解装置１２におけるガス透過膜２８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２８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２８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。
【００３０】
ガス溶解装置１２にはガス溶解水送水管２９を介してウェット洗浄装置３０が連結されている。３１はガス溶解装置１２におけるガス供給圧力を調整するためのバルブで、このバルブの開閉制御は、バルブ１７と電気的に接続されたセンサー３２によって行うように構成されている。３３は、センサー３２とバルブ１７及び３１とを電気的に接続する信号線である。
【００３１】
また３４は超純水供給管１３に接続された超純水製造装置で、凝集沈殿装置、砂ろ過装置、活性炭ろ過装置、逆浸透膜装置、２床３塔イオン交換装置、混床式イオン交換装置、精密フィルター等の１次処理系装置と、紫外線照射装置、混床式ポリッシャー、限外ろ過膜装置や逆浸透膜装置のような膜処理装置等の２次処理系装置とからなるものである。この超純水製造装置３４は屋外に設置することに限定される訳ではなく、建物１内に設置されていてもよい。
【００３２】
次に本発明の作用を説明する。ここで、乾燥ガスとして水素ガスを用いた場合を例にとり、以下、説明する。
【００３３】
ガス貯留タンク３より常時、水素ガスが母管２に供給されており、この母管２内を流れる水素ガスを枝管１０を通して水分除去装置１１内に導く。この時、バルブ１６は開、バルブ１７は閉の状態にしておく。一方、超純水製造装置３４より超純水供給管１３を通して超純水がガス溶解装置１２の超純水供給通路に供給される。一次側配管１４より水分除去装置１１内に導入された水素ガスは図２における脱水剤充填塔２０ａに入り、且つ水分除去フィルター２１を経てバルブ１７の位置まで配管内に充填される。
【００３４】
バルブ１７内の圧力がある設定値にまで上昇したとき、センサー１８がその圧力値を感知し、電気信号を出力してバルブ１６を閉じ、次いでバルブ１７を開けるように制御する。バルブ１７が開けられることによって、配管内に充填されていた水素ガスがガス溶解装置１２内に導入され、水素ガスはガス透過膜２８を通過して超純水供給通路内を流れる超純水と接触し、水素ガスが超純水に溶解して水素溶解水が得られ、この水素溶解水はガス溶解水送水管２９より流出し、ウェット洗浄装置３０に送られ、洗浄水として使用される。
【００３５】
水素ガスが超純水と接触している間、水分が水素ガス中に拡散し、その拡散は二次側配管１５を経て、水分除去装置１１内の配管内にまで進行する。しかし、二次側配管１５より水分除去装置１１内の配管内に入り込んだ水分は、その拡散方向の進路に沿ってまず、水分除去フィルター２１によって除去され、次いで脱水剤充填塔２０ａによって除去される。従って拡散により水素ガス中に混入した水分は、水分除去装置１１によって完全に除去され、高い乾燥度の水素ガスが得られる。
【００３６】
また上記の場合において、バルブ１６が閉じられているため、枝管１０を通して母管２の方に水分の拡散が進行することはない。
【００３７】
水素ガスをガス溶解装置１２に供給している間、次第にバルブ１７内の圧力が低下する。バルブ１７内の圧力が或る設定値にまで低下したとき、センサー１８がその圧力値を感知し、電気信号を出力してバルブ１７を閉じ、次いでバルブ１６を開けるように制御する。バルブ１６を開けることによって、母管２と水分除去装置１１内の配管とが連通することになるが、上記したように水分除去装置１１内の配管内における水素ガスは完全に水分が除去されて高い乾燥度を有しているので、当該配管から母管２内に水分が拡散されるということはない。従って、母管２内を流れる水素ガスの水分汚染は確実に防止される。
【００３８】
以後、同様にセンサー１８の働きでバルブ１６、１７の開閉制御が繰り返し行われ、母管２内の水素ガスの水分汚染を防止した状態で、ガス溶解装置１２による水素溶解水の製造が連続して行われる。この場合、バルブ１６と１７は同時に開かれないようになっている。従って、母管２とガス溶解装置１２との間に形成されているガス流路はバルブ１６又は１７の地点で常に遮断されるように構成されている。
【００３９】
脱水剤充填塔２０ａの脱水剤が水分飽和状態になったときは、三方弁２４、２５、２６の切り替えによって脱水剤充填塔２０ｂ内に水素ガスが流れるようになり、脱水剤充填塔２０ｂ―水分除去フィルター２１の新たなガス流路が形成され、脱水剤充填塔２０ａは再生処理される。再生処理に当たっては、ヒーター２２により塔内を加熱し、それにより、脱水剤に吸着された水分を蒸気化し、真空ポンプ２３の稼動により塔内に発生した水蒸気を吸引して系外に排出する。このように、脱水剤充填塔の一方を稼動している間に他方を再生処理することができる。
【００４０】
ガス溶解装置１２に供給される水素ガス圧が所定の設定値よりも高い場合には、センサー３２がバルブ１７のガス圧を感知し、電気信号を出力してバルブ３１を開き、余剰水素ガスを排出する。排出された余剰水素ガスは水素燃焼触媒によって燃焼され無害化される。
【００４１】
本発明の他の実施例として、枝管１０の途中に第２のガス貯留タンクを設け、母管２内のガスを一旦、上記ガス貯留タンクに留めるようにし、このガス貯留タンクから、水分除去装置１１を介してガス溶解装置１２にガスを供給するようにしてもよい。
【００４２】
本発明は建物１内に配設された母管２から乾燥ガスをガス溶解装置１２に供給する場合に限定されず、屋外に位置する母管２に枝管１０を設けてガス溶解装置１２に乾燥ガスを供給するようにしてもよい。
【００４３】
本発明に適用される乾燥ガスは水素ガス、酸素ガスの他に塩素ガス、窒素ガス等が挙げられる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明は、乾燥ガスを供給するガス配管に分岐状のガス供給ラインを設け、該ガス供給ラインにガス溶解装置を連結すると共に、前記ガス配管とガス溶解装置との間に水分除去装置を設け、且つガス供給ラインにおけるガス流路を開閉するためのバルブを設けてなるものであるから、ガス溶解水を製造するに当たり、ガス溶解装置内で乾燥ガスと超純水が接触したときにガス流路は必ずバルブによって閉じられるため、ガス溶解装置内部とガス配管（即ち母管）とが連通せず、そのためガス雰囲気と水雰囲気との接触に由来する水分の乾燥ガスへの拡散は確実に防止される。
【００４５】
その結果、乾燥ガスのユースポイントである例えばドライエッチング工程やドライ成膜工程に、水分の混入した乾燥ガスが送られるという不具合の発生はなく、ガス配管内を流れる乾燥ガスの水分汚染を未然に防止できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】既設の乾燥ガス供給システムに本発明のガス溶解水製造装置を組み込んだ例を示す略図である。
【図２】水分除去装置の一例を示す略図である。
【符号の説明】
２      母管
４      枝管
１１    水分除去装置
１２    ガス溶解装置
１６    バルブ
１７    バルブ
【図１】
0003642552.tif 000002
【図２】
0003642552.tif 000003