JP2649472B2 - 溶存酸素低減装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶存酸素低減装置に関
し、詳しくは、半導体製造工程等で用いられる超純水の
ように、溶存酸素量が問題となる液中の溶存酸素を低減
する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
液中の溶存酸素を低減する装置として、真空脱気装置が
多く用いられてきたが、この装置は大型であり、電力コ
ストもかかるなどの問題があった。さらに、この装置で
除去できる溶存酸素濃度は、１００ｐｐｂ程度までであ
った。

【０００３】しかし、最近、半導体製造工程に用いる超
純水中の溶存酸素により形成されるシリコンウェハー上
の自然酸化膜がデバイス特性を悪化させることが報告さ
れたことから、半導体製造工程に使用する超純水中の溶
存酸素濃度を、１０ｐｐｂ以下に抑える必要性が出てき
た。

【０００４】この溶存酸素量１０ｐｐｂ以下の超純水
は、不活性ガスを水中にバブリングさせて水と不活性ガ
スとを接触させ、水中の酸素分圧を低減させて溶存酸素
を除去する方法により得ることができる。

【０００５】一方、超純水を製造するための装置を構成
する材料には、従来からポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）が用
いられてきている。しかしながら、本発明者らの研究に
よれば、上記のように溶存酸素量１０ｐｐｂ以下の超純
水を供給するための装置におけるバブリング槽やバブリ
ング処理後の水を供給する配管にＰＶＣを用いた場合、
ＰＶＣを透過する僅かな空気によって溶存酸素量が増大
することが知見された。このため、槽や配管の材料に空
気の透過性の低い材料を用いることも一つの手段ではあ
るが、この種の材料は一般に高価であり、設備費がかか
るという不都合がある。なお、金属材料は、一般に空気
を透過させないが、水中に金属イオンが入り込むため、
半導体等の分野では使用することはできない。

【０００６】そこで本発明は、不活性ガスのバブリング
により溶存酸素を低減させる装置において、バブリング
槽や配管を形成する材料を透過して液中に酸素が侵入す
ることを防止し、溶存酸素量１０ｐｐｂ以下の液を容易
に得ることができる溶存酸素低減装置を提供することを
目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明の溶存酸素低減装置は、液中に不活性ガス
をバブリングして液中の溶存酸素を除去する溶存酸素低
減装置において、該溶存酸素低減装置を構成するバブリ
ング槽及びバブリング処理後の液が流れる配管を外槽で
覆って二重構造とし、前記バブリング槽及び配管と外槽
との間を不活性ガスでシールしたことを特徴とし、さら
に、前記シール用の不活性ガスとして、前記バブリング
槽に用いた後の不活性ガスを用いることを特徴としてい
る。

【０００８】

【作 用】上記のようにバブリング槽及び配管の外周を
不活性ガスでシールすることにより、バブリング槽及び
配管の周囲の酸素分圧を低くでき、バブリング槽や配管
を形成する材料を透過する酸素量を低減できる。これに
より、溶存酸素濃度１ｐｐｂ以下の超純水を供給するこ
とも可能となる。また、バブリングに使用した後の不活
性ガスをシールガスとして用いることにより、不活性ガ
ス量の低減が図れる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を、図面に示す一実施例に基づ
いてさらに詳細に説明する。図１は、２塔のバブリング
槽Ｂ１，Ｂ２を備えた溶存酸素低減装置の一実施例を示
すもので、例えば半導体製造装置に用いる超純水を製造
する工程中に設けられるものである。第２バブリング槽
Ｂ２の上部に設けられる導入管２ａは、第１バブリング
槽Ｂ１の導入管１ａよりも低い位置に取付けられてお
り、導入管１ａから供給された原液は、まず、第１バブ
リング槽Ｂ１の上部に導入されてバブリング処理された
後、該第１バブリング槽Ｂ１の底部から導入管２ａを介
して第２バブリング槽Ｂ２の上部に導入されて２段階の
バブリング処理が行われる。バブリング処理が終了した
処理液は、第２バブリング槽Ｂ２の底部から供給管２ｂ
に導出され、次の工程に送られる。

【００１０】一方、溶存酸素を除去するために供給され
る不活性ガス、例えば窒素ガスは、所定圧力で窒素供給
主管３から各バブリング槽毎に設けられたバブリングガ
ス供給管３ａ，３ｂに分岐し、それぞれの流量調節器４
ａ，４ｂで流量を調節された後、各バブリング槽の底部
に導入される。各バブリング槽に導入された窒素ガス
は、ノズル５ａ，５ｂから微細な気泡になって液中を上
昇し、溶存酸素を同伴して槽頂部の排気口６ａ，６ｂか
ら排気管７に排出される。なお、供給管２ｂに沿って流
れる窒素ガスは、該供給管２ｂの終端部等から排出すれ
ばよく、この供給管２ｂの延長が長い場合には、適当な
位置に窒素ガスの導入口と排気口とを設けておくことが
好ましい。

【００１１】そして、本実施例に示す溶存酸素低減装置
では、上記バブリング槽Ｂ１，Ｂ２の外周及び第１バブ
リング槽Ｂ１から下流のバブリング処理後の液が流れる
配管、即ち導入管２ａ，供給管２ｂの外周を外槽１０で
覆って二重構造とし、バブリング槽及び各配管と外槽１
０との間にシール用空間部１１を形成するとともに、該
シール用空間部１１に不活性ガス（窒素ガス）を導入し
てシールしている。このシールガスとして用いられる窒
素ガスは、前記窒素供給主管３からシールガス供給管１
２ａ，１２ｂに分岐し、それぞれの流量調節器１３ａ，
１３ｂで流量を調節されてシール用空間部１１に導入さ
れ、該シール用空間部１１を流れて前記排気管７から排
出される。

【００１２】また、本実施例に示す溶存酸素低減装置で
は、前記バブリング槽Ｂ１，Ｂ２及びバブリング処理後
の液が流れる配管２ａ，２ｂを、バインディング剤中の
不純物を低減したクリーンポリ塩化ビニル（Ｃ−ＰＶ
Ｃ）で形成するとともに、外槽１０を安価な通常のポリ
塩化ビニル（ＰＶＣ）で形成している。

【００１３】このように、バブリング処理後の液が流れ
る部分を二重構造とし、バブリング槽及び各配管の周囲
を窒素ガスのような不活性ガスでシールすることによ
り、バブリング槽等の周囲の酸素濃度を低減することが
できる。この結果、バブリング槽等を透過する酸素量を
低減し、溶存酸素量が増大することを防止できるので、
溶存酸素量１ｐｐｂ以下の液体を得ることができる。

【００１４】ここで、バブリング槽等を透過する酸素量
（Ｑ）は、酸素ガスの透過係数をＤ、バブリング槽等の
表面積をＡ、時間をｔ、外部雰囲気の酸素濃度をＣ、材
料の厚さをＸとすると、 Ｑ＝（Ｄ×Ａ×ｔ×Ｃ）／Ｘ で表すことができる。すなわち、バブリング槽等を透過
する酸素量は、酸素ガスの透過係数，バブリング槽等の
表面積，時間及び外部雰囲気の酸素濃度に比例し、材料
の厚さに反比例する。したがって、上記のように溶存酸
素低減装置を構成するバブリング槽や配管の周囲を窒素
ガス等の不活性ガスでシールして外部雰囲気の酸素濃度
を低減することにより、バブリング槽等を透過する酸素
量を大幅に低減することができる。

【００１５】また、バブリング槽や配管を形成する材料
及び外槽を形成する材料として、一般的なＣ−ＰＶＣや
ＰＶＣを用いることができるので、装置の製造価格も低
く抑えることができる。また、窒素ガス等の不活性ガス
の使用量の低減や装置の小型化も図ることができる。

【００１６】次に、図２は、バブリング槽Ｂ１，Ｂ２で
バブリング処理に用いた後の不活性ガス、例えば窒素ガ
スをシール用ガスとしてシール用空間部１１に導入する
ように構成した実施例を示すものである。なお、前記実
施例と同一要素のものには同一符号を付して、その詳細
な説明は省略する。

【００１７】窒素供給主管３から供給された窒素ガス
は、前記同様にバブリングガス供給管３ａ，３ｂに分岐
し、流量調節器４ａ，４ｂを介してバブリング槽Ｂ１，
Ｂ２に導入され、ノズル５ａ，５ｂから微細な気泡にな
って液中を上昇し、排気口６ａ，６ｂからシール用空間
部１１内に導入される。シール用空間部１１内に導入さ
れた窒素ガスは、該空間部を流れて外槽１０の適当な個
所に設けられた排気管１４ａ，１４ｂ，１５を介して排
出される。

【００１８】このように、バブリング槽内を通した窒素
ガスをシール用空間部１１内に導入することにより、上
記のように溶存酸素量１ｐｐｂ以下の液体を得ることが
できるとともに、窒素ガスの使用量の低減や流量調節器
の省略等が図れ、コストダウンを図ることができる。

【００１９】なお、両実施例では、２塔のバブリング槽
を備えた装置を例示したが、バブリング槽の数は任意に
設定することができる。また、バブリング槽を複数設け
た場合、全ての回路を上記のような二重構造にすること
なく、下流側のバブリング槽や配管部分を二重構造とし
てシールするだけでも、従来より溶存酸素濃度が低い液
を得ることが可能である。

【００２０】図３は、溶存酸素濃度７０００ｐｐｂの原
水を前記図１に示した実施例装置と同様の構造で、４塔
のバブリング槽を備えた実験装置を用いて処理した実験
結果を示すもので、窒素と水の供給比率（気液比＝窒素
／水［Ｎｍ³ ／ｍ³ ］）に対する第３バブリング槽及び
第４バブリング槽の出口部の溶存酸素濃度を表してい
る。なお、溶存酸素の測定には、Ｏｒｂｉｓｈｅｒｅ
（Ｍｏｄｅｌ ２７１３）を用いた。

【００２１】図３において、△印及び○印は、シール用
空間部に窒素ガスを導入せず、バブリング槽等の周囲の
雰囲気を大気状態、即ち酸素濃度２１％の状態とした場
合の第３槽（△印）及び第４槽（○印）の出口部の溶存
酸素濃度を示し、▲印及び●印は、シール用空間部に窒
素ガスを導入してシールし、バブリング槽等の周囲の酸
素濃度を４０ｐｐｍとした場合の第３槽（▲印）及び第
４槽（●印）の出口部の溶存酸素濃度を示している。

【００２２】この図から明らかなように、バブリング槽
等の周囲の酸素濃度を４０ｐｐｍとした場合、気液比が
０．７のときに第３バブリング槽出口から溶存酸素量６
ｐｐｂの水が得られ、第４バブリング槽出口では溶存酸
素量０．６ｐｐｂの水が得られることがわかる。一方、
窒素ガスでシールしない状態では、気液比が同様に０．
７のときに第３バブリング槽出口で溶存酸素量２０ｐｐ
ｂ、第４バブリング槽出口で溶存酸素量１０ｐｐｂであ
り、また、従来装置では、気液比を増加させても溶存酸
素をある程度以下にするのは極めて困難であることがわ
かる。

【００２３】また、上記実験は、シール用空間部におけ
る酸素濃度を４０ｐｐｍとしたが、該酸素濃度を低くす
れば、例えば１ｐｐｍにすれば、処理液中の溶存酸素濃
度を更に低減することが可能である。さらに、上記実験
では、外槽をＰＶＣで形成したが、シール用空間部にお
ける酸素濃度を、例えば４０ｐｐｍ以下に保つことがで
きる材料ならば各種のものを使用することが可能であ
り、金属でもよい。

【００２４】このように、液中に不活性ガスをバブリン
グして液中の溶存酸素を除去する溶存酸素低減装置にお
いて、装置を構成するバブリング槽やバブリング処理後
の液が流れる配管を二重構造とし、その間を不活性ガス
でシールすることにより、より少ない不活性ガス量で多
くの溶存酸素を除去することができ、例えば、半導体産
業で用いる超純水中の溶存酸素量を容易に１ｐｐｂ以下
にすることができる。

【００２５】なお、上記実施例では、窒素ガスを用いて
純水中の溶存酸素を低減する例を挙げて説明したが、ア
ルゴンやヘリウム等、他の不活性ガスを用いることも可
能であり、純水以外の液体、例えば、ジュース等の飲料
用原水中の溶存酸素を低減する場合にも適用することが
可能である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の溶存酸素
低減装置は、該装置を構成する部材を二重構造に形成し
て不活性ガスでシールし、バブリング槽及び配管の周囲
の酸素分圧を低くしたので、安価で一般的な材料を用い
て装置を構成しても、槽や配管を構成する材料を透過し
て液中に侵入する酸素量を低減でき、最終的な溶存酸素
量を１０ｐｐｂ以下に低減することができる。

【００２７】したがって、バブリングに必要な不活性ガ
ス量の低減や装置価格の低減が図れ、設備コストや運転
コストの低減とともに、溶存酸素を低減した液の使用先
での信頼性も向上できる。また、バブリングに使用した
後の不活性ガスをシールガスとして用いることにより、
不活性ガス量の低減が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示す概略系統図である。

【図２】 本発明の他の実施例を示す概略系統図であ
る。

【図３】 気液比と溶存酸素濃度の関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

Ｂ１，Ｂ２…バブリング槽、１ａ，２ａ…導入管、２ｂ
…供給管、３…窒素供給主管、４ａ，４ｂ…窒素供給
管、４ａ，４ｂ…流量調節器、５ａ，５ｂ…ノズル、６
ａ，６ｂ…排気口、７…排気管、１０…外槽、１１…シ
ール用空間部、１２ａ，１２ｂ…シールガス供給管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−16086（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−222769（ＪＰ，Ａ) 大矢晴彦監修「純水・超純水製造法− 要素技術と応用システム−」（昭60−３ −20）株式会社幸書房 Ｐ．170

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液中に不活性ガスをバブリングして液中
   の溶存酸素を除去する溶存酸素低減装置において、該溶
   存酸素低減装置を構成するバブリング槽及びバブリング
   処理後の液が流れる配管を外槽で覆って二重構造とし、
   前記バブリング槽及び配管と外槽との間を不活性ガスで
   シールしたことを特徴とする溶存酸素低減装置。
2. 【請求項２】 前記シール用の不活性ガスは、前記バブ
   リング槽に用いた後の不活性ガスを用いることを特徴と
   する請求項１記載の溶存酸素低減装置。