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本研究は、フォトリソグラフィーのエッチング工程などの半導体製造プロセスやメッキ前処理工程で大量に使用されている強酸、強アルカリ、重クロム酸といった環境負荷の大きい溶液を無害なオゾン水で代替することを目的としている。これを実現するためには、150 mg/L 以上の濃度を有する「超高濃度オゾン水」を生成する技術の開発が必要である。
本研究では、タンク内に溜めた水を繰り返し水電解装置に供給し、オゾン水を何度も電解する「リサイクル水電解法」を考案し、装置の試作とオゾン水生成実験を行った。その結果、オゾン水をタンクから抜き出さない「バッチ式」の運転により 159 mg/L、0.1 L の流量でタンク内のオゾン水を抜き出す「連続式」の運転により 112 mg/L の超濃度オゾン水の生成に成功した。
また、半導体基板や部品の洗浄に用いられる水素水の生成についてもリサイクル水電解法を応用し、「バッチ式」の運転により 2.4 mg/L、0.6 L/min の流量で水素水をタンクから抜き出す「連続式」の運転により 1.7 mg/L の過飽和水素水の生成にも成功した。
さらに、これらの機能水の濃度を高めるため、新規な気液ミキサーの研究開発も進めた。その結果、既存の気液ミキサーに比べて酸素溶解性能が格段に高く、かつ、圧力損失の少ない「無気泡型気液ミキサー」を実現することができた。この気液ミキサーは、0.1 MPa の圧力損失下で 12 L/min の水を流すことができ、そこに 120 mL/min の酸素ガスを混合した場合に酸素ガスの 60% を水中に溶解することが可能である。超高濃度オゾン水及び過飽和水素水の生成に、この気液ミキサーは欠かせない機器となっている。
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