電子工業用薬品の供給装置の変遷とメンテナンスについて
History and Maintenance for Electronic Chemical Delivery System

関東化学株式会社 電子材料事業本部

小宮 三男
MITSUO KOMIYA久保田 聡
SATOSHI KUBOTAElectronics Materials Division KANTO KAGAKU

1. はじめに

すなわち、薬品供給装置は「Ｓ〜wagon®からLS-100、大型定置式」へと装置のスケールアップ（表1参照）、並び

当社は半導体製造の付帯設備として、電子工業用薬に安全機能（表2及び図1参照）の多様化と構成部品の品の供給装置（以下、薬品供給装置という）をいち早く開性能向上も含め、半導体の進歩と客先ニーズにより総合発し市場に投入してから、すでに20年以上が経過した。

的にグレードアップを図ってきた。

その間、半導体メーカーへ 納入した薬品供給装置は1000台を優に越えている。また、それらの薬品供給装置の機能および安全を確保するための設備保守業務も、メンテナンスサービス体制で対応してきている。

2.2 薬液フィルターの開発
また、薬品供給装置の構成部品も、グレードアップを図っている。その代表例として薬液フィルターの開発推移を

本稿では、開発から製品化そしてメンテナンスという表3に示す。薬液フィルターの開発の課題としては、薬品一貫性をもって提供している薬品供給装置の変遷と、メ中の微小パーティクルの除去能力を向上させることの他ンテナンスを通して知り得たそれらの装置部品の薬品にに、適切な流量を確保することが重要である。薬品供給

よる影響と変化を報告し、より安全にご使用いただくた装置のスケールアップ（薬品の大量使用）に伴い、薬品流めに、薬品供給装置のメンテナンス（オーバーホールも含量の確保は重要な課題であり、その対策としてはフィルタむ）の必要性を述べる。さらに、時代のニーズに即したー本数を増やして流量を確保する方法を取っていた。例

新製品である簡易型薬品供給装置を紹介する。

として硫酸用大型定置タンクの場合、プレフィルターがKF-2100の4本組を2セット、更にサプライフィルターが

2. 薬品供給装置の歴史と概要

KF-2020を2セットあるいは3セットを設置していた為、フィルターの本数だけでも1薬品で20個も使用する様な状

2.1 S〜wagon® からLS-100、大型定置式タンクへ
1977年から薬品供給装置の開発がスタートし、セミコン・ジャパンに小型の薬品供給装置「Ｓ〜wagon®」
を発表

表１ 主要な薬品供給装置の規模別一覧
規模薬品使用量したのは1978年のことである。当初は研究機関等の比較的薬品使用量の少ない場所での使用を目的として、ク小

装置名称

通い容器の 薬品使用量
サイズ（L） （L／月）

S〜wagon15 or 18

2,000以下

15L×2本 N2加圧方式（オプションとしてポンプ式も可能）

LS-100100

2,000〜
10,000

100L×2本 N2加圧方式（オプションとしてポンプ式も可能）

LS-200200

2,000〜
10,000200L×2本 N2加圧方式（オプションとしてポンプ式も可能）

小型定置式
タンク

100他

2,000〜
10,000

充填ブース100L1本（又は2本）＋供給タンク200L×2基 N2加圧方式（オプションとしてポンプ式も可能）

大型定置式
タンク

1000他

充填ブース100OL＋貯蔵タンク2500L
10,000以上 供給タンク200L×2基 N2加圧方式（オプションとしてポンプ式も可能）

システム概要（定置式タンクは一例）

リーンルーム内の生産装置の脇に置く形でスタートした。
時代の進歩と共に、各半導体メーカーはVLSI、ULSIの本格大量生産に入り、ウエハの大口径化、半導体の高集積化が進み、これに追随して行く形で高純度の薬品を大量に且つ、安全に供給出来る薬品供給装置を開発してきた。

16

THE CHEMICAL TIMES 2003 No.4（通巻190号）

大電子工業用薬品の供給装置の変遷とメンテナンスについて

表2 薬品供給装置・安全機能一覧（図1参照）

図1 薬液供給装置・安全機能（表2参照）

況が生じていた。その為、フィルターの組立日数が掛かること、継手等の個数も増えコストアップとなること又、継手接続箇所が増えることによる液漏れのリスク等の諸問題が持ち上がっていた。今日では、大容量フィルター
KFE-13010（ポアサイズ0.1μｍ）及びKFE-13005（ポアサイズ0.05μｍ）が主流となり、KF-2020と比べ、エレメントのポアサイズで1/20、ろ過面積は6.5倍に増え、フィルター入口､出口､エア抜き等の接続部も全てチューブ出しに改善された為、漏れのリスクも極端に少なくなり、性能面で飛躍的に向上した。この様に構成部品一つをとっても時代と共に大きく変ってきている。
《装置納入実績 集計データ》
表4 各モデル・装置別 納入割合〔％〕
表3 薬品供給装置・薬液フィルター性能変遷（酸・アルカリ用）

モデル
装置名

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

計

S〜wagonLS-100LS-200
回収設備
希釈設備
定置式
大型定置式
その他

5.8
4.9
1.2
0.2
03.0
1.2
0.2

36.1
18.1
4.0
0.1
1.0
16.8
6.1
0.8

0.1
0.2
0.2
00000

42.0
23.2
5.4
0.3
1.0
19.8
7.3
1.0

総計

16.583.00.5100

表5 各モデル・薬品別 納入割合〔％〕モデル
装置名※部：開発のみ

ⅠⅡⅢ

計

H2SO4
H2O2
HF
NH4OHHCl
混酸
H3PO4IPA
HNO3
その他

12.0

4.2
18.3

1.0

15.0
10.0
9.0
7.6
6.6
6.0
5.6
4.6
4.2
31.3

総計

16.6

82.4

1.0

100

15.0
10.0
9.0
7.6
6.6
6.0
5.6
4.6

注 ) ・モデルⅠ：有機系薬品用 ・モデルⅡ：酸、アルカリ系薬品用・モデルⅢ：有機酸、有機アルカリ系薬品用

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17液精製装置等の開発も進めている。

2.3 薬品供給装置の納入実績
弊社は、1980年からの20年間で、1000台を超える装置を納めてきた。装置の納入割合データを表4，5に示

3. 構成部品の薬品による影響す。規模別（装置別）に見るとＳ〜wagonの納入台数がもっとも多いが、グラフ1からも分かる様に、現在はS〜

冒頭でも述べた通り、薬品供給装置は上市以来20年wagonの出荷台数は減り、代わってLS-100及び定置式が経過している。現在、初期に納入した装置も稼働中タンクが主流となってきている。更に、最近ではコスト低であり、薬品による影響が目立ち、修理・交換の必要性減対応の簡易型薬品供給装置も上市している。この装が生じている。以下にその薬品による影響と変化につい置について詳細は第4章で述べる。て、「電子工業用 塩酸の供給装置」のふっ素樹脂製構

一方、時代の要請に応えて、薬品供給装置と平行し、希釈／供給装置､ 混合装置、廃液回収再生装置、薬成部品である「PFAチューブ」「窒素加圧用フィルター」
を事例として述べる。
3.1 PFA※1チューブの影響度調査
9年間、塩酸供給装置の接液部で使用したPFAチューブの影響度の評価試験 1）を行った。試験サンプルは、使用済みのA,B 2検体と比較して未使用のC,D 2検体について、下記1〜4の試験項目により変化の状態を調べた。その結果を表6〜8及び写真1〜3に示す。
（1）実体顕微鏡及びSEM観察（写真1,2）（2）破壊圧力試験（写真3及び表6）（3）引張強度と伸び率（写真3及び表7）（4）重量変化（表8）

グラフ1 各装置の年度別納入割合い

検体No.サイズ（使用未使用）18

表面（×20）顕微鏡写真（写真1）より、使用品は未使用品と比較し内面（×20）断面（×20）

検体No.サイズ（使用未使用）A 1/2″

A 1/2″

（使用品）

（使用品）

B 3/8″

B 3/8″

（使用品）

（使用品）

C 1/2″

C 1/2″（未使用品）（未使用品）

表面（×20）D 3/8″

D 3/8″（未使用品）（未使用品）

写真1 顕微鏡写真

写真2 SEM写真

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内面（×20）断面（×20）電子工業用薬品の供給装置の変遷とメンテナンスについて

表6 破壊圧力試験

表面、内面、断面ともに白変が認められる。ＳＥＭ写真

試験後のサンプルを写真に示す（写真2のA）では表面に突起物が確認され、窒素加圧

検体No. サイズ 使用／未使用 破壊圧力（MPa）
A1/2″

使用品

3.8B3/8″〃

5.6C1/2″ 未使用品に伴い塩酸がチューブ内側から外側へ 押出され隆起したことが判る。写真1〜3のA,Bでもチューブ表面が、ブツブツの「がま肌状」に変化しているのが 判る。これは4.9

規格値 1/2″：4.2MPa 以上
D3/8″〃
7.33/8″：5.9MPa 以上
チューブの耐圧強度については使用品は20％以上の劣化が見られ、且つ、破壊時の状態には明らかな違いが見られる。

blister現象と呼ばれる塩酸（及び発煙硝酸）特有の現象である。実際に取外したサンプルを水洗､ 乾燥後、切断した際に、中から塩酸が染み出すことが確認された。

表7 引張強度、伸び率

写真3から、破壊試験及び引張り試験後のチューブの試験後のサンプルを写真に示す

状態は、未使用品と比較し明らかな違いが確認できる。

検体No. サイズ 使用／未使用 測定数 引張強度（MPa） 伸び率（％）
A

1/2″

使用品

314.32129.7

データ的にも耐圧強度は20％以上の低下（表6）、引張

B

3/8″

〃

211.44120.0

強度は約30％落ちていることが確認された。又、別の試

C

1/2″ 未使用品

320.21239.2

験ではMFR値※2が3倍以上増加していることが確認され

D

3/8″

216.52204.3〃※測定値は平均値を記載
チューブの表面側にblisterが発生しているため伸び率が悪くなっており、引張強度も落ちている。ており、塩酸の影響によりふっ素樹脂の分子量が低下することも判った。
これらの試験結果から、 塩酸 に長期間接触した場

表8 重量変化
サンプルを250℃×3時間の加熱処理を行い、処理前後の重量変化を測定する。
検体No. サイズ 使用／未使用 加熱前（ｇ） 加熱後（g） 変化量（g） 変化率（％）

合は、PFA樹脂は化学的にも変化し、物理的強度も低下することより「劣化」していると言える。よって耐薬品性に

A

1/2″

使用品

15.5780

15.3637−0.2143−1.38

優れたPFA樹脂といえども、半永久的に使用できるもの

B

3/8″

〃

19.8745

19.7634−0.1111−1.13

ではないと考える。

C1/2″ 未使用品

15.1432

15.1429−0.0003±0.00※1. PFA：Perfluoro-alkylvinylether-tetrafluoro-ethylene

D3/8″

10.6916

10.6903−0.0013−0.01〃

未使用品はほとんど重量変化が見られなかったが、使用品は1％強の重量減がみられる。

Copolymer〜代表的なふっ素樹脂の一種※2. MFR値：Melt Flow Rate〜樹脂劣化度の指標の1つ、一定条件下における溶融樹脂の流動性を測定し樹脂の劣化を調べる方法。
（標準はMFR3以下。MFR値が高いほど劣化

検体No.サイズ（使用未使用）

耐圧破壊試験サンプル

引張試験サンプル

状況が進んでいる。）

3.2 窒素加圧用フィルターの影響度調査
A 1/2″（使用品）

直接は薬液に触れていない窒素加圧用フィルター（以下、N2用フィルターという）に関しても、気化した塩化水素（HCl）ガスの拡散により黄色に変化し、劣化した事例を
写真4に示す。

B 3/8″（使用品）

検体は13年間、塩酸供給装置の容器N2 加圧ラインで使用したフィルターである。
写真4でフィルターハウジングの黄変が見られ、残念なC 1/2″（未使用品）

がら強度の確認をしたデータはないが、このまま使用を継続していれば、更なる経時的劣化により、ハウジングの破損につながる可能性が高く、実際に破損した例も報告されている。

（未使用品）
D 3/8″

初期のフィルターハウジングの材質は、ポリプロピレン製であったが、材質的な問題から、現在ではPFA製のハ

写真3 試験サンプルウジングのものに変更している。

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193.3 メンテナンスの実施例
塩酸供給装置の構成部品を例に取り、薬品による影響と変化について述べたが、薬品供給装置のトラブルを未然に防ぎ、薬品の安定供給を図り、製品の歩留まりを上げる為には、各々の構成部品メーカーが推奨する交換時期を守り、生産ラインが停止する長期休暇等を利用して故障が発生する前に部品交換することが、装置の写真4 HClのN2用フィルター：ハウジング劣化事例

保全上、非常に重要なポイントになってきている。特に装※3

次に、このN2用フィルターのエレメント（PTEE 製膜）の2）

置立上げ後、10年近くを経過している場合は、薬品供SEM及びEDX分析（グラフ2参照）の結果 であるが、エ給装置、配管類、付帯設備の全般に渡って薬品によるレメントの一次側の表面捕捉物は非常に少なく、その殆ど影響を受けて劣化が進み、本来の機能を維持出来なくの捕捉物は炭素及び酸素を主成分とする有機物である。

なっていることもある。

また、目詰まりやエレメントの変化が認められないことから、又、薬品供給装置を構成している部品自体が製造中フィルターのろ過機能そのものには問題がないと言える。

止となり、装置の故障が発生した際に、それらの入手がよってHCl拡散ガスはハウジング材質に対しては黄変不可能となり、修理が大変困難になる場合がある。この劣化の影響を与えたが、エレメントに対しては影響を与えような部品については、交換可能な型式のものに早期にていないことが判った。

交換が必要であり、薬品供給装置のオーバーホールも必

前述のフィルターハウジングのように、当初は、ポリプロ要不可欠となってきている。

ピレン材質のN 2 用フィルターハウジング、PVC材質の継手やバルブのナット等、直接的に薬品に接触しない箇所に関してはふっ素樹脂製部品を使用していない例もあったが、今日では、非接液箇所であってもふっ素樹脂製部品を使用している。
※3. PTFE：Poly- tetrafluoro- ethylene〜代表的なふっ素樹脂の一種

グラフ2 HCl のN2用フィルター：エレメント一次測捕捉物

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表9 A社における薬品供給装置の定期部品交換例

電子工業用薬品の供給装置の変遷とメンテナンスについて

表9に定期的に薬品供給装置の構成部品の交換を実施

表10 簡易薬品供給装置 LEの主なメリット

しているユーザーの一例を示す。このユーザーでは接液部材は消耗品という考えのもと、バルブ、フィルター、配管等を薬品毎に、定期交換を実施している為、薬品供給に影響を与えるような不具合が極めて少ないという事実がある。
現在、低コストで高性能、長寿命の部品及び部材が次々と出てきており、これら新型の部品、部材を採用し、部品交換に際して積極的に取り込んで行く事を提案している。
FM認定材

従来材（PVC）

従来材（FRPP）

発火せず、炭化21秒後発火し、煙多い

38秒後発火し、煙多い

4. 簡易薬品供給装置について最後に「簡易薬品供給装置 LE」を紹介する。
現在、弊社ではS〜wagonとLS-100の簡易型の薬品供給装置をラインナップしている。標準仕様のS〜wagon
及びLS-100と区別する為に、簡易仕様を意味するＬＥ（Light Edition）
を装置名称の末尾に付け､S〜wagon（注）上記燃焼性比較試験は、タキロン法（試料：5ｔ×50□mm、電気炉800℃）であり、FM試験に準拠した試験法ではありません。
写真5 難燃性塩ビ材（FM材）

LE、LS-100 LEと称している。
「簡易薬品供給装置 LE」の開発コンセプトとして、①低コスト、②コンパクト、③付加価値をあげるの3点を主眼に置いている。
その開発に至った経緯は、・最近の価格競争激化に伴う市場の低価格化指向・半導体メーカー以外の市場への展開

写真6 S〜wagon（Model-Ⅱ）LEが挙げられ、今まで通りの標準型の装置のみでは、多種多様のユーザーからの要求に応えることが出来ないこと

5. まとめから、簡易薬品供給装置の開発へと繋がった。
「簡易薬品供給装置 LE」に関し、標準型と比較した

薬品供給装置は時代と共に改良、工夫が施されて現メリットを表10に又、筐体材としての難燃性塩ビ材の資在に至っているが、機能面、安全面、コスト面等、常に3）改善改良を行い、ユーザー要求に則した形でシステムを難燃性塩ビ材に関しては、ただ単に燃え難いというだけで構築して行かなければならない時期に来ている。既存装無く、耐薬品性に優れ加工性も良いといったメリットもある。

置のオーバーホールも含め顧客満足度の高い装置を作料 を写真5に示す。

Ｓ〜wagon（ModelⅡ）LEを写真6に示す。従来のＳ〜り上げていきたい。

wagonと比較した主な改良点を以下に示す。
①前面操作パネル部の傾斜及び側面下部の不要な切出典及び資料提供

削をなくして筐体製作費を低減した。
②メンテパネルを透明化し、パネルを外さず外観点検を可能にした。
③電気室上部にメンテパネルを設けた。

1）PFAチューブ試験データ：淀川ヒューテック㈱2）ガスフィルター試験データ：日本マイクロリス㈱3）難燃塩ビ材料（FM材）：タキロン㈱④容器交換後の立上り時間を約1/3以下とした。
納入実績としては、2000年3月から今年の6月迄の約3年間で既に数10台を納めている。

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