ORGANO LCD 工 場 超 純 水 使 用 量 (m3/h; 100k/month) 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0 1 2 3 4 5 6 7 基 板 面 積 (m2) 弊 社 では 1 水 回 収 率 向 上 技 術 のための 排 水 回 収 開 発 とともに 2 省 水 型 基 板 洗 浄 技 術 の 開 発 を 鋭 意 行 ってきている 現 状 の 洗 浄 技 術 を 調 査 し 前 述 の 洗 浄 技 術 への 要 求 に 合 致 し 将 来 的 にも 貢 献 し 得 る 電 子 部 品 洗 浄 用 水 製 造 装 置 の 開 発 を 行 い 電 子 部 品 洗 浄 用 機 能 水 製 造 装 置 ( 酸 還 王 ) を 開 発 し 1995 年 に 上 市 して 以 来 顧 客 等 との 使 用 方 法 検 討 を 重 ねた 結 果 特 に 2003 年 頃 から 急 速 に 普 及 し 2006 年 末 時 点 で 200 件 を 越 す 納 入 実 績 を 得 る に 至 っている 本 申 請 装 置 に 関 わる 開 発 の 経 緯 を 下 記 に 時 系 列 で 記 す 1990 東 北 大 学 ( 大 見 忠 弘 教 授 )と 半 導 体 高 性 能 ウェットプロセス 技 術 の 研 究 を 開 始 ( 委 託 研 究 ) 旧 来 の 半 導 体 洗 浄 の 課 題 ( 洗 浄 用 超 純 水 のクリーン 度 および 洗 浄 能 力 向 上 洗 浄 効 果 と 洗 浄 メカニズム 省 エネ 資 源 有 効 活 用 等 )について 基 礎 的 な 研 究 開 発 を 開 始 本 研 究 は2006 年 度 まで 継 続 2007 年 度 も 継 続 予 定 1994 オルガノにて 洗 浄 用 機 能 水 製 造 装 置 の 開 発 開 始 電 解 イオン 水 水 素 水 製 造 装 置 オゾン 水 製 造 装 置 の 開 発 に 着 手 1995 上 市 洗 浄 用 機 能 水 として 発 売 開 始 1997 東 北 大 大 見 教 授 指 導 に 基 づき アルプス 電 気 と TFT-LCD 分 野 のウ ェット 処 理 に 関 する 共 同 開 発 を 開 始 ( 開 始 当 時 は アルプス 電 気 とLG 電 子 合 弁 の 研 究 開 発 会 社 フロンテック と 共 同 開 発 実 施 ) TFT-LCD( 液 晶 基 盤 ) 製 造 における 洗 浄 技 術 への 機 能 水 の 応 用 につい て 共 同 研 究 実 施 本 研 究 は1999 年 (H11)まで 実 施 水 素 水 およびオゾン 水 製 造 装 置 1 号 機 納 入 -6-
2001 東 北 大 学 未 来 科 学 技 術 共 同 研 究 センターに 水 素 水 製 造 装 置 納 入 半 導 体 洗 浄 における 洗 浄 効 果 省 エネルギー 効 果 に 関 して 本 格 的 な 評 価 を 実 施 2005 オルガノの 機 能 水 製 造 装 置 として 納 入 実 績 170 件 を 超 える 前 述 の 開 発 経 緯 の 時 系 列 においても 記 したとおり 本 申 請 装 置 に 関 して 以 下 の 共 同 研 究 を 行 った これらの 共 同 研 究 を 通 じ ベースとなるオルガノ 独 自 の 超 純 水 製 造 技 術 超 純 水 の 溶 存 ガス 制 御 技 術 と 共 同 研 究 先 との 共 同 作 業 による 半 導 体 液 晶 製 造 における 旧 来 の 洗 浄 の 課 題 とメカニズムおよび 水 素 水 オゾン 水 の 洗 浄 効 果 についての 評 価 確 認 により 実 産 業 に 採 用 可 能 かつ 汎 用 的 な 装 置 を 実 現 するに 至 った 東 北 大 学 ( 大 見 忠 弘 教 授 )との 共 同 開 発 1 研 究 内 容 : 半 導 体 高 性 能 ウェットプロセス 技 術 の 研 究 ( 委 託 研 究 ) 旧 来 の 半 導 体 洗 浄 の 課 題 ( 洗 浄 用 超 純 水 のクリーン 度 洗 浄 効 果 と 洗 浄 メカニズ ム 省 エネ 資 源 有 効 活 用 等 )について 基 礎 的 な 研 究 開 発 を 開 始 東 北 大 学 未 来 科 学 技 術 共 同 研 究 センターに 水 素 水 製 造 装 置 納 入 し 半 導 体 洗 浄 における 洗 浄 効 果 省 エネルギー 効 果 に 関 して 本 格 的 な 評 価 を 実 施 2 研 究 期 間 :1990 年 ~2006 年 度 まで 継 続 2007 年 度 も 継 続 予 定 アルプス 電 気 との 共 同 開 発 1 研 究 内 容 : TFT-LCD 分 野 のウェット 処 理 に 関 する 共 同 開 発 TFT-LCD( 液 晶 基 盤 ) 製 造 における 洗 浄 技 術 への 機 能 水 の 応 用 について 共 同 研 究 実 施 開 始 当 時 は アルプス 電 気 とLG 電 子 の2 社 合 弁 の 研 究 開 発 会 社 フロンテック と 共 同 開 発 実 施 合 弁 解 散 後 研 究 成 果 はアルプス 電 気 に 所 属 2 研 究 機 関 :1997 年 ~1999 年 まで 実 施 これらの 開 発 経 緯 を 通 じ 以 下 の 重 要 な 知 見 と 再 現 性 ある 技 術 すなわち 超 純 水 中 の 溶 存 ガスの 種 類 と 濃 度 が 電 子 部 品 洗 浄 工 程 において 重 要 な 影 響 を 与 えることを 見 出 したこと が 独 自 装 置 の 開 発 の 発 端 である 2. 装 置 説 明 開 発 普 及 を 図 った 装 置 は 以 下 の 通 りである 基 本 構 成 電 子 部 品 洗 浄 用 の 超 純 水 中 の 溶 存 ガスの 種 類 と 濃 度 を 制 御 することを 目 的 とする 超 純 水 中 の 溶 存 ガスの 除 去 ( 脱 気 )および 溶 存 ガス 溶 解 を 行 う 基 本 構 成 となっている 水 素 ガス 溶 解 装 置 においては 水 素 ガス 源 として 洗 浄 用 超 純 水 の 一 部 を 電 気 分 解 し て 水 素 ガスを 発 生 させることで 特 段 の 水 素 ガス 供 給 源 を 供 える 必 要 がない -7-
装 置 種 類 現 在 下 記 の 4 種 類 の 電 子 部 品 洗 浄 用 機 能 水 製 造 装 置 を 実 用 化 し 用 途 に 応 じ 装 置 種 類 および 溶 存 させるガス 濃 度 や 洗 浄 流 量 の 選 定 を 行 っている 水 素 ガス 溶 解 装 置 オゾンガス 溶 解 装 置 溶 存 ガス 脱 気 装 置 ガス 溶 解 装 置 : 窒 素 ガス 溶 解 機 能 水 製 造 装 置 構 成 (1) ~ 広 範 囲 な 水 素 濃 度 とpHと 値 が 調 節 可 能 ~ 0.1~2.0mg/Lの 範 囲 で 溶 存 水 素 濃 度 を 調 整 可 能 です アルカリ 薬 品 供 給 設 備 内 蔵 により ご 希 望 のpHに 調 整 可 能 です 酸 還 王 H 水 素 水 脱 気 装 置 内 蔵 & 発 生 ガス 圧 制 御 飽 和 溶 解 量 以 上 の 水 素 水 を 供 給 することも 可 能!! 純 水 水 素 ガス 脱 気 ポンプ 微 量 アルカリ 薬 品 の 添 加 により 洗 浄 基 板 を 痛 めずに 微 粒 子 除 去 効 果 アップ!! 機 能 水 製 造 装 置 構 成 (2) ~ 省 エネルギー 設 計 ~ 余 剰 水 素 ガスの 発 生 ゼロ! オルガノ 独 自 の 装 置 構 成 により 発 生 ガス 消 費 電 力 に 一 切 の 無 駄 がありません Type-C 型 はAC100Vコンセントに 差 込 むだけで 使 用 可 能 です 酸 還 王 H PS 水 素 水 発 生 ガス 圧 力 を 一 定 に 調 整 消 費 ガス 量 のみ 連 続 供 給 純 水 電 解 装 置 酸 還 王 H の 構 造 は オルガノのオリジナル 商 品 です ( 特 開 平 11-244677) -8-
機 能 水 製 造 装 置 ( 水 素 ガス 溶 解 装 置 ) ~ 商 品 ラインナップ~ 水 素 水 供 給 アンモニア 添 加 脱 気 (オプション) 水 質 計 (オプション) 組 込 み 型 5L/min 外 付 け 外 付 け 外 付 け 組 込 み 型 15L/min 外 付 け 外 付 け 外 付 け 単 独 型 15L/min 内 蔵 可 内 蔵 可 単 独 型 40L/min 内 蔵 可 内 蔵 可 カスタム 内 蔵 可 内 蔵 可 内 蔵 可 ベーシックなものからカスタム 品 まで 全 てのお 客 様 のご 要 望 に 応 えられる 商 品 を 揃 えています 3. 成 果 (1) 性 能 安 全 対 策 としては 水 素 ガス 溶 解 装 置 において 水 素 ガス 検 知 器 オゾンガス 用 会 装 置 に おいては 酸 化 性 ガス 検 知 器 を 備 えている また クリーンルーム 内 に 設 置 するケースが 多 い ため 漏 水 検 知 器 は 通 常 仕 様 として 供 えている また 同 等 の 洗 浄 効 果 を 得 るために 使 用 する 洗 浄 水 量 洗 浄 時 間 とも 従 来 の 洗 浄 用 超 純 水 と 比 較 して 1/2 以 下 となることを 確 認 した 機 能 水 省 液 洗 浄 ノズルによる 省 エネ 省 資 源 効 果 単 一 プロセスでの 効 果 純 水 使 用 量 薬 品 使 用 量 エネルキ ー 消 費 (*) 従 来 洗 浄 100 100 100 機 能 水 洗 浄 50 10 50 水 処 理 ウェット 全 体 での 効 果 ( 全 ウェットプロセスの50%を 機 能 水 使 用 した 場 合 ) 純 水 使 用 量 薬 品 使 用 量 エネルキ ー 消 費 (*) 従 来 洗 浄 100 100 100 機 能 水 洗 浄 75 55 75 (*)エネルギー 消 費 比 較 は 純 水 削 減 量 部 分 のみで 比 較 実 際 には 薬 品 削 減 量 排 気 削 減 量 洗 浄 室 温 化 による 加 熱 用 電 力 削 減 による 効 果 が 見 込 める ORGANO 単 一 プロセスで50% 水 処 理 全 体 でも25% 程 度 の 省 エネが 期 待 できる -9-
省 エネ 省 資 源 効 果 試 算 例 従 来 の 超 純 水 使 用 量 :300m 3 /h 24h/d = 7200m 3 /dの 中 規 模 半 導 体 製 造 工 場 を 想 定 し 純 水 製 造 にかかわる 経 費 の 比 較 を 行 った 純 水 使 用 量 削 減 効 果 ランニングコスト 比 較 表 従 来 洗 浄 ( 超 純 水 300m 3 /h) 機 能 水 洗 浄 ( 超 純 水 225m 3 / h) 大 項 目 小 項 目 単 価 使 用 量 費 用 ( 円 /d) 使 用 量 費 用 ( 円 /d) ユ ー テ ィ リ テ 電 力 15 円 /kwh 15,000kwh/d 225,000 7,500kwh/d 112,500 蒸 気 5 円 /kg 55,000kg/d 275,000 27,500kg/d 137,500 冷 水 15 円 /m 3 500m 3 /d 7,500 250m 3 /d 3,750 工 業 用 水 60 円 /m 3 2,400m 3 /d 144,000 1,200m 3 /d 72,000 N2 ガス 10 円 /m 3 600m 3 /d 6,000 300m 3 /d 3,000 ィ 小 計 - - 657,500-328,750 ー 消 耗 品 小 計 - - 300,000-150,000 薬 品 小 計 - - 85,000-42,500 合 計 - - - 1,042,500-521,250 : 樹 脂 RO 膜 UF 膜 脱 気 膜 フィルター UV ランフ 等 : 塩 酸 苛 性 ソーダ PAC 分 散 剤 等 注 : 本 費 用 削 減 試 算 においては 装 置 建 設 費 やその 償 却 費 は 含 まれていない 上 記 のように 酸 還 王 の 導 入 で 機 能 水 洗 浄 を 行 うと 相 当 の 費 用 削 減 効 果 が 見 込 める ち なみに 電 力 と 蒸 気 のユーティリティー 費 用 の 中 に 占 める 割 合 は 74% 全 体 費 用 に 占 める 割 合 は 48%となっている また 上 記 試 算 と 同 等 規 模 の 半 導 体 工 場 は 日 本 で 約 50 工 場 存 在 する 一 方 LCD 工 場 数 は50よりは 少 ないが 各 工 場 での 水 使 用 量 が 多 いため 水 使 用 量 合 計 では 半 導 体 工 場 と 同 等 規 模 になると 推 定 される すなわちこれらの 工 場 で 機 能 水 洗 浄 を 導 入 すると 大 幅 な 省 エ ネルギー 省 資 源 が 見 込 める 図 に 機 能 水 洗 浄 による 微 粒 子 除 去 効 果 を 従 来 型 の 超 純 水 + 超 音 波 (DIW+MS)との 比 較 で 示 す すなわち 微 粒 子 除 去 率 を 同 程 度 まで 行 う 為 には 機 能 水 洗 浄 によれば 大 幅 に 時 間 が 短 縮 でき 結 果 として 超 純 水 使 用 量 の 大 幅 削 減 が 可 能 であることがわかる -10-
3590470 H08-072175 3296405 H08-237294 3409849 2000-352815 3296407 H08-303626 3332323 H08-303627 H10-166695 同 一 電 解 セルで 発 生 したオゾンガスと 水 素 ガスをそれ ぞれ 純 水 に 溶 解 した オゾン 水 水 素 水 を 用 いて 洗 浄 する 洗 浄 方 法 および 洗 浄 装 置 水 素 ガスを 溶 解 した 洗 浄 液 をアルカリ 性 に 調 整 して 用 いる 洗 浄 方 法 および 装 置 水 素 ガスを 溶 解 した 洗 浄 液 を 用 いる 洗 浄 をおこなうた めの 水 素 水 製 造 装 置 水 素 ガスを 溶 解 した 洗 浄 液 を 酸 性 に 調 整 して 用 いる 洗 浄 方 法 および 装 置 オゾンガスを 溶 解 した 洗 浄 液 をアルカリ 性 に 調 整 して 用 いる 洗 浄 方 法 および 装 置 洗 浄 に 用 いる 純 水 に 有 用 なガスを 大 気 圧 以 上 の 圧 力 で 溶 解 する ガス 溶 解 水 製 造 方 法 及 び 装 置 H09-264545 H10-032254 H10-063990 H10-188539 超 純 水 製 造 システム 末 端 に 洗 浄 に 有 用 なガスを 大 気 圧 溶 解 するガス 溶 解 システムを 設 置 した 洗 浄 水 製 造 装 置 純 水 にガスを 溶 解 した 後 イオン 交 換 樹 脂 を 通 水 する ことで ph 調 整 を 行 う 洗 浄 水 製 造 装 置 純 水 にガスを 溶 解 する 部 分 に ガス 透 過 膜 モジュール を 用 い ガス 透 過 膜 のガス 側 の 圧 力 を 常 時 検 知 かつ ガス 圧 の 制 御 を 行 うことにより 純 水 中 のガス 濃 度 を 制 御 する 洗 浄 水 製 造 装 置 純 水 にオゾンガスを 溶 解 した 際 に 副 次 的 に 生 成 する 微 量 の 過 酸 化 水 素 (H2O2; 溶 存 オゾンの 分 解 を 促 進 する 原 因 物 質 )を 除 去 することを 特 徴 とする オゾン 水 製 造 方 法 および 製 造 装 置
(3) 維 持 管 理 溶 存 ガスの 制 御 は 脱 ガス(ガス 透 過 膜 モジュールと 真 空 ポンプ) ガス 溶 解 (ガス 透 過 膜 モジュールとガス 源 )によって 構 成 されており 特 段 の 複 雑 な 操 作 は 必 要 としない (4) 経 済 性 溶 存 ガス 制 御 を 行 わない 場 合 との 経 済 的 な 比 較 配 下 の 通 りである 1 同 等 の 洗 浄 効 果 を 得 るのに 必 要 な 所 用 時 間 水 量 が1/2 以 下 とすることが 可 能 2 原 料 としての 洗 浄 用 水 製 造 コストが 単 位 洗 浄 量 あたり1/2 以 下 とすることが 可 能 3 単 位 時 間 あたりの 洗 浄 量 を2 倍 以 上 とすることが 可 能 (5) 将 来 性 大 型 ディスプレイ 産 業 半 導 体 デバイス 産 業 のほか ガラス 半 導 体 ウェハ ハードディス ク 基 板 といった 素 材 産 業 においても 洗 浄 の 必 要 な 電 子 部 品 は 増 大 すると 見 られている 電 子 部 品 洗 浄 の 効 率 化 ( 洗 浄 効 果 使 用 水 量 削 減 洗 浄 時 間 短 縮 )に 貢 献 する 技 術 を 提 供 する 装 置 と 位 置 付 けられる (6) 独 創 性 本 装 置 の 独 創 性 について 記 す 1 電 子 部 品 洗 浄 用 超 純 水 中 の 溶 存 ガスの 種 類 濃 度 が 洗 浄 効 果 に 影 響 を 与 えるこ とを 見 出 したこと 2 その 知 見 を 元 に 新 しい 洗 浄 手 法 を 提 供 し 得 たこと (7) 今 後 の 規 制 に 対 する 対 応 策 地 球 温 暖 化 防 止 に 伴 うCO2 排 出 規 制 に 対 応 する 為 の 設 備 として 有 効 と 考 える 4. 応 用 分 野 本 装 置 は 電 子 産 業 を 用 途 業 界 として 開 発 してきたものであるが 洗 浄 工 程 は 機 械 産 業 建 設 産 業 食 品 加 工 産 業 等 様 々な 業 種 において 汚 染 除 去 や 殺 菌 等 を 目 的 として 重 要 な 工 程 であり 応 用 範 囲 は 広 いと 考 えられる その 際 洗 浄 用 水 中 に 薬 剤 や 化 学 洗 浄 剤 を 用 いるのではなく 溶 存 ガスを 制 御 すること で 洗 浄 効 果 を 高 める 本 技 術 の 応 用 により 廃 液 の 削 減 洗 浄 用 水 量 の 削 減 といった 環 境 面 での 効 果 が 期 待 できる 5. 第 1 号 分 野 (1) 装 置 の 仕 様 水 素 ガス 溶 解 装 置 ( 半 導 体 基 板 および 半 導 体 デバイス 洗 浄 用 途 ) 洗 浄 用 水 流 量 2.4m 3 /h 2 基 溶 存 水 素 濃 度 1.3ppm -12-
(2) 装 置 の 納 入 先 東 北 大 学 未 来 社 会 産 業 研 究 館 ( 現 東 北 大 学 未 来 社 会 情 報 産 業 研 究 館 ) (3) 納 入 時 期 2001 年 8 月 (4) 稼 働 状 況 2007 年 1 月 現 在 継 続 稼 動 中 (5) トラブル 発 生 の 有 無 特 になし -13-