(57)【要約】【課題】  超純水中の微粒子数を低減化した状態に維持することの可能な超純水製造システムの微粒子管理方法を提供する。【解決手段】  サブシテム１は、一次純水Ｗを貯留するためのサブタンク２と、このタンク２に貯留した一次純水Ｗの供給ライン３の基端部に設けられたポンプ４と、このポンプ４の後段に設けられた熱交換器５、低圧紫外線（ＵＶ）照射酸化装置６、非再生型混床式イオン交換装置７及び微粒子除去膜装置としての限外濾過膜（ＵＦ膜）分離装置８を有する。そして、ＵＦ膜分離装置８の出口側と非再生型混床式イオン交換装置７の出口側にそれぞれ切替可能に微粒子数を計測する手段である微粒子計９が設けられている。【選択図】  図１
2019136628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次純水システムで製造した一次純水を非再生型混床式イオン交換装置及び微粒子除去膜装置をこの順に備えたサブシステムで処理する超純水製造システムの微粒子管理方法であって、
前記微粒子除去膜装置の出口の超純水中の微粒子数を微粒子数計測手段により計測することで監視する一方、
前記非再生型混床式イオン交換装置の処理水の微粒子数を微粒子数計測手段により計測して、前記非再生型混床式イオン交換装置の処理水の微粒子数が所定の値を超えたら前記非再生型混床式イオン交換装置を交換する、
超純水製造システムの微粒子管理方法。
【請求項２】
前記サブシステムが低圧紫外線（ＵＶ）照射酸化装置、非再生型混床式イオン交換装置及び前記微粒子除去膜装置としての限外濾過膜（ＵＦ膜）分離装置をこの順に備える、請求項１に記載の超純水製造システムの微粒子管理方法。
【請求項３】
前記サブシステムが低圧紫外線（ＵＶ）照射酸化装置、触媒樹脂（過酸化水素除去）装置、膜式脱気装置、非再生型混床式イオン交換装置及び前記微粒子除去膜装置としての限外濾過膜（ＵＦ膜）分離装置をこの順に備える、請求項１に記載の超純水製造システムの微粒子管理方法。
【請求項４】
前記サブシステムが低圧紫外線（ＵＶ）照射酸化装置、非再生型混床式イオン交換装置、膜式脱気装置及び前記微粒子除去膜装置としての限外濾過膜（ＵＦ膜）分離装置をこの順に備える、請求項１に記載の超純水製造システムの微粒子管理方法。
【請求項５】
前記微粒子数計測手段が微粒子計であり、前記非再生型混床式イオン交換装置の処理水の微粒子数と前記微粒子除去膜装置の出口の超純水中の微粒子数とを１台の微粒子計を切り替えることで計測する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の超純水製造システムの微粒子管理方法。
【請求項６】
前記微粒子数計測手段が微粒子計であり、前記非再生型混床式イオン交換装置の出口側及び前記微粒子除去膜装置の出口側にそれぞれ微粒子計を設けて、前記非再生型混床式イオン交換装置の処理水の微粒子数及び前記微粒子除去膜装置の出口の超純水中の微粒子数をそれぞれ計測する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の超純水製造システムの微粒子管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超純水製造システムの微粒子管理方法に関し、特に超純水中の微粒子数を低減化した状態に維持することの可能な超純水製造システムの微粒子管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子産業分野で使用される超純水の製造装置は大きく分けて、工業用水や水道水など通常の水から濁質等を除去する前処理装置と、前処理装置の処理水を精製して大部分の不純物を除去した純水を製造する一次純水装置と、一次純水をさらに高度に精製して不純物をほぼ完全に除去した超純水を製造する二次純水装置（サブシステム）とからなる。
【０００３】
このうち、二次純水装置（サブシステム）は、基本的には有機物を分解する低圧紫外線（ＵＶ）照射酸化装置、イオン性不純物を吸着除去するイオン交換樹脂を充填した非再生型の混床式イオン交換装置及び微粒子を完全に除去するための限外濾過膜（ＵＦ膜）分離装置を基本構成として備え、水の純度をより一層高めて超純水にする。ここで、低圧ＵＶ照射酸化装置では、低圧ＵＶランプより出される波長１８５ｎｍの紫外線によりＴＯＣを有機酸さらにはＣＯ２にまで分解する。分解された有機酸及びＣＯ２は後段のイオン交換樹脂で除去される。ＵＦ膜分離装置では、イオン交換樹脂の流出粒子などの微小粒子が除去される。このように従来は、サブシステムの末端にＵＦ膜等の微粒子除去膜を設置することで、ナノメートルサイズの微粒子除去処理を行っていたが、近年、半導体製品の高性能化、微細化の進展に伴い、微粒子管理が厳しくなっており、例えば、半導体工場ではφ５０ｎｍ以上の粒子が１個／ｍＬ以下に管理値が設定されることも多い。このためサブシステムのＵＦ膜分離装置の出口で超純水中の微粒子数を測定し、管理することが行われている。
【０００４】
このサブシステムの代表的な例を図５に示す。図５において、サブシステム２１は、一次純水Ｗを貯留するためのサブタンク２２と、このタンク２２に貯留した一次純水Ｗの供給ライン２３の基端部に設けられたポンプ２４と、このポンプ２４の後段に設けられた熱交換器２５、低圧ＵＶ照射酸化装置２６、非再生型混床式イオン交換装置２７及びＵＦ膜分離装置２８とを有する。そして、ＵＦ膜分離装置２８の出口側にオフラインモニターとしての微粒子計（ＰＣ）２９が設けられている。
【０００５】
上述したようなサブシステム２１の運転中は、ポンプ２４を稼動して、サブタンク２２内の一次純水Ｗを熱交換器２５、低圧ＵＶ照射酸化装置２６、非再生型混床式イオン交換装置２７及びＵＦ膜分離装置２８に順次通水し、得られた超純水Ｗ１をユースポイントＰＯＵに送る。一方、ユースポイントＰＯＵで使用されなかった超純水Ｗ１は循環ライン２３Ａを経てサブタンク２２に返送され、再度処理される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の図５に示すようなサブシステム２１では、超純水Ｗ１中の微粒子数をＵＦ膜分離装置２８の出口側の微粒子計２９により管理する一方、非再生型混床式イオン交換装置２７は、その出口側のイオン負荷を導電率計や比抵抗計などにより計測し、これが所定の値よりも大きくなったら定期的に交換していた。しかしながら、このような管理方法によっても超純水Ｗ１中に微粒子がリークし、超純水Ｗ１中の微粒子数を低減化した状態に維持することができないことがある、という問題点があった。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、超純水中の微粒子数を低減化した状態に維持することの可能な超純水製造システムの微粒子管理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的に鑑み本発明は、一次純水システムで製造した一次純水を非再生型混床式イオン交換装置及び微粒子除去膜装置をこの順に備えたサブシステムで処理する超純水製造システムの微粒子管理方法であって、前記微粒子除去膜装置の出口の超純水中の微粒子数を微粒子数計測手段により計測することで監視する一方、前記非再生型混床式イオン交換装置の処理水の微粒子数を微粒子数計測手段により計測して、前記非再生型混床式イオン交換装置の処理水の微粒子数が所定の値を超えたら前記非再生型混床式イオン交換装置を交換する、超純水製造システムの微粒子管理方法を提供する（発明１）。
【０００９】
かかる発明（発明１）によれば、非再生型混床式イオン交換装置の処理水の微粒子数を微粒子数計測手段により計測して管理することにより、微粒子除去膜装置の出口の超純水中の微粒子数を安定して低減化することが可能となる。これは以下のような理由によると推測される。すなわち、超純水中の微粒子を微粒子除去膜装置の出口側のみで管理した場合、微粒子除去膜装置から微粒子がリークした時点で微粒子の増加を検知することができるが、これでは基準値よりも微粒子数が増加した超純水が供給されるのを未然に防止することができない。そこで、本発明者らが非再生型混床式イオン交換装置の処理水の微粒子数と微粒子除去膜装置で処理して得られる超純水中の微粒子数の関連性を調査した結果、非再生型混床式イオン交換装置の処理水の微粒子数が増加すると、微粒子除去膜装置の出口の超純水に微粒子がリークしやすいことがわかった。そこで、この非再生型混床式イオン交換装置の処理水の微粒子の増加を管理するとともに、微粒子除去膜装置の出口の超純水中の微粒子数を確認することで、得られる超純水中の微粒子数を低減化した状態で安定して供給することができる。
【００１０】
上記発明（発明１）においては、前記サブシステムが低圧紫外線（ＵＶ）照射酸化装置、非再生型混床式イオン交換装置及び前記微粒子除去膜装置としての限外濾過膜（ＵＦ膜）分離装置をこの順に備えることが好ましい（発明２）。また、上記発明（発明１）においては、前記サブシステムが低圧紫外線（ＵＶ）照射酸化装置、触媒樹脂（過酸化水素除去）装置、膜式脱気装置、非再生型混床式イオン交換装置及び前記微粒子除去膜装置としての限外濾過膜（ＵＦ膜）分離装置をこの順に備えることが好ましい（発明３）。さらに、上記発明（発明１）においては、前記サブシステムが低圧紫外線（ＵＶ）照射酸化装置、非再生型混床式イオン交換装置、膜式脱気装置及び前記微粒子除去膜装置としての限外濾過膜（ＵＦ膜）分離装置をこの順に備えることが好ましい（発明４）。
【００１１】
かかる発明（発明２〜４）によれば、限外濾過膜（ＵＦ膜）分離装置の前段に配置された非再生型混床式イオン交換装置は、ナトリウムや塩素などのイオンに比べてコロイダルシリカなどの微粒子が破過しやすく、この微粒子が限外濾過膜（ＵＦ膜）分離装置の破断部分から流出して超純水中の微粒子数の増加をきたすので、非再生型混床式イオン交換装置の処理水の微粒子数を管理して該微粒子数が所定の値を上回ったら、非再生型混床式イオン交換装置を交換して、微粒子除去膜装置の出口の超純水中の微粒子数を確認することで、微粒子数が増加した超純水が供給されるのを未然に防止することができる。
【００１２】
上記発明（発明１〜４）においては、前記微粒子数計測手段が微粒子計であり、前記非再生型混床式イオン交換装置の処理水の微粒子数と前記微粒子除去膜装置の出口の超純水中の微粒子数とを１台の微粒子計を切り替えることで計測することが好ましい（発明５）。
【００１３】
かかる発明（発明５）によれば、１台の微粒子計で非再生型混床式イオン交換装置の処理水の微粒子数と微粒子除去膜装置の出口の超純水中の微粒子数とを計測することができる。
【００１４】
上記発明（発明１〜４）においては、前記微粒子数計測手段が微粒子計であり、前記非再生型混床式イオン交換装置の出口側及び前記微粒子除去膜装置の出口側にそれぞれ微粒子計を設けて、前記非再生型混床式イオン交換装置の処理水の微粒子数及び前記微粒子除去膜装置の出口の超純水中の微粒子数をそれぞれ計測することが好ましい（発明６）。
【００１５】
かかる発明（発明６）によれば、非再生型混床式イオン交換装置の処理水の微粒子数と微粒子除去膜装置の出口の超純水中の微粒子数をそれぞれ独立して計測することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、非再生型混床式イオン交換装置の処理水の微粒子数を計測して、該微粒子数が所定の値を超えたら非再生型混床式イオン交換装置を交換して、微粒子除去膜装置の出口の超純水中の微粒子数を確認することで、微粒子数が増加した超純水が供給されるのを未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第一の実施形態による超純水製造システムの微粒子管理方法を適用可能な超純水製造システムを示す概略図である。
【図２】本発明の第二の実施形態による超純水製造システムの微粒子管理方法を適用可能な超純水製造システムを示す概略図である。
【図３】本発明の第三の実施形態による超純水製造システムの微粒子管理方法を適用可能な超純水製造システムを示す概略図である。
【図４】本発明の第四の実施形態による超純水製造システムの微粒子管理方法を適用可能な超純水製造システムを示す概略図である。
【図５】従来の超純水製造システムの微粒子管理方法を適用可能な超純水製造システムを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の第一の実施形態による超純水製造システムの微粒子管理方法について図１を参照にして詳細に説明する。
【００１９】
本実施形態の超純水製造システムの微粒子管理方法を適用可能なサブシステムは、前述した図５に示すものと基本的には同じ構成を有する。すなわち、図１において、サブシテム１は、一次純水Ｗを貯留するためのサブタンク２と、このサブタンク２に貯留した一次純水Ｗの供給ライン３の基端部に設けられたポンプ４と、このポンプ４の後段に設けられた熱交換器５、低圧ＵＶ照射酸化装置６、非再生型混床式イオン交換装置７及び微粒子除去膜装置としての限外濾過膜（ＵＦ膜）分離装置８とを有する。そして、ＵＦ膜分離装置８の出口側と非再生型混床式イオン交換装置７の出口側にそれぞれ切替可能に微粒子数を計測する手段である微粒子計（ＰＣ）９が接続されている。この微粒子計９としては、栗田工業社製「Ｋ−ＬＡＭＩＣ」（商品名）、ＰＭＳ社製「ＵＤＩ−５０」（商品名）などを用いることができる。
【００２０】
上述したようなサブシステム１の運転時には、ポンプ４を稼動してサブタンク２内の一次純水Ｗを熱交換器５、低圧ＵＶ照射酸化装置６、非再生型混床式イオン交換装置７に順次通水し、非再生型混床式イオン交換装置７の処理水Ｗ２をＵＦ膜分離装置８に通水して超純水Ｗ１を得る。そして、得られた超純水Ｗ１をユースポイントＰＯＵに供給する。一方、ユースポイントＰＯＵで使用されなかった超純水Ｗ１は循環ライン３Ａを経てサブタンク２に返送され、再度処理される。
【００２１】
なお、本実施形態における超純水Ｗ１としては、抵抗率：１８．１ＭΩ・ｃｍ以上、微粒子：粒径５０ｎｍ以上で１０００個／Ｌ以下、生菌：１個／Ｌ以下、ＴＯＣ（Ｔｏｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃａｒｂｏｎ）：１μｇ／Ｌ以下、全シリコン：０．１μｇ／Ｌ以下、金属類：１ｎｇ／Ｌ以下、イオン類：１０ｎｇ／Ｌ以下、過酸化水素；３０μｇ／Ｌ以下、水温：２５±２℃のものが好適である。
【００２２】
次にこのような超純水製造システムの微粒子管理方法について説明する。
［通常時運転］
上述したような超純水の製造工程において、微粒子計９をＵＦ膜分離装置８の出口側と非再生型混床式イオン交換装置７の出口側とにそれぞれ所定のタイミングで適宜切り替えることで、ＵＦ膜分離装置８の出口側の超純水Ｗ１の微粒子数と、非再生型混床式イオン交換装置７の処理水Ｗ２の微粒子数を測定する。そして、超純水Ｗ１の微粒子数が１個／ｍＬ以下であり、非再生型混床式イオン交換装置７の処理水Ｗ２の微粒子数が１０個／ｍＬ以下であれば、サブシテム１の運転を継続して、超純水Ｗ１をユースポイントＰＯＵへ供給する。
【００２３】
［微粒子数管理運転］
一方、オフラインモニターである微粒子計９で計測されたＵＦ膜分離装置８の出口側の超純水Ｗ１の微粒子数が１個／ｍＬ以下であっても、非再生型混床式イオン交換装置７の処理水Ｗ２の微粒子数が１０個／ｍＬを超えたら、サブシテム１の運転を一旦停止し、非再生型混床式イオン交換装置７を交換する。これによりＵＦ膜分離装置８の出口側の超純水Ｗ１の微粒子数を１個／ｍＬ以下に保持することができ、微粒子数が基準値を超えた超純水Ｗ１がユースポイントＰＯＵへ供給されるのを未然に防止することができる。なお、このような管理を行ってもＵＦ膜分離装置８の出口側の超純水Ｗ１の微粒子数が１個／ｍＬを超える場合には、ＵＦ膜分離装置８に破断が生じたと判断して、ＵＦ膜分離装置８を交換するなどすればよい。
【００２４】
＜作用機構＞
このような効果が得られるのは以下のような作用機構による。すなわち、一般にイオン交換装置では、溶解性シリカは非常に除去しやすいのに対し、コロイダルシリカはホウ素よりも非常に除去しにくい（破過しやすい）ことが報告されている（「ＵＰＷ  Ｍｉｃｒｏ  ２０１７，ＵＰＷ  ＩＲＤＳ  ａｎｄ  ＳＥＭＩ  ｕｐｄａｔｅ」Ｓｌａｖａ  Ｌｉｂｍａnら）。そして、このホウ素は、一次純水Ｗ中に含まれているナトリウムイオン（Ｎａ＋）、塩素イオン（Ｃｌ−）あるいは炭酸イオン（ＨＣＯ３−）よりも非常に除去しにくい（破過しやすい）。すなわち、コロイダルシリカは、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、塩素イオン（Ｃｌ−）、炭酸イオン（ＨＣＯ３−）よりもはるかに破過しやすいことになる。
【００２５】
そこで、本発明者らが検討した結果、非再生型混床式イオン交換装置７の出口側、すなわちＵＦ膜分離装置８の入口側における微粒子数の増加は、主にコロイダルシリカ粒子に起因することがわかった。従来、非再生型混床式イオン交換装置７は、その出口側に導電率計や比抵抗計などのイオン負荷を計測する手段を設けてイオン負荷を計測し、これが所定の値よりも大きくなったら定期的に交換していたが、これではコロイダルシリカの微粒子はＵＦ膜分離装置８に流入してしまう。これに対し本実施形態のように非再生型混床式イオン交換装置７の処理水の微粒子数に視点をおいて管理することで、微粒子がＵＦ膜分離装置８の出口に到達する前に非再生型混床式イオン交換装置７を交換することができるので、ＵＦ膜分離装置８の出口における超純水Ｗ１の微粒子数の安定化を図ることができる。そして、超純水Ｗ１の微粒子数が増加しないことを微粒子計９により計測して確認すればよい。
【００２６】
以上、本発明の第一の実施形態について添付図面を参照して説明してきたが、本発明は前記実施形態に限らず種々の変更実施が可能である。例えば、図２に示すようにＵＦ膜分離装置８の出口側に第一の微粒子計９Ａを設けるとともに非再生型混床式イオン交換装置７の出口側に第二の微粒子計９Ｂを設けて、非再生型混床式イオン交換装置７の処理水Ｗ２の微粒子数と、ＵＦ膜分離装置８の出口の超純水Ｗ１の微粒子数とをそれぞれ独立して計測する構成としても良い。また、微粒子数計測手段は、微粒子計９などはオフラインモニターでなく、遠心ろ過法を利用したオンラインモニターとしても良い。
【００２７】
また、サブシステム１としては、前述した第一及び第二の実施形態のものに限らず種々のサブシステムに適用可能である。例えば、図３に示すように低圧紫外線（ＵＶ）照射酸化装置６の後段に白金族金属などを担持したイオン交換樹脂を充填した触媒樹脂（過酸化水素除去）装置１０、膜式脱気装置１１を設け、その後段に非再生型混床式イオン交換装置７及び限外濾過膜（ＵＦ膜）分離装置８をこの順に備えるものにも好適に適用可能である。さらに、サブシステム１として、例えば、図４に示すように非再生型混床式イオン交換装置７と限外濾過膜（ＵＦ膜）分離装置８の間に膜式脱気装置１２を設けたものにも好適に適用可能である。この場合、微粒子計９などの微粒子数計測手段は、非再生型混床式イオン交換装置７の出口側でＵＦ膜分離装置８より前であれば、膜式脱気装置１２などの他のエレメントが介在していてもよく、その場合、他のエレメントの出口側で微粒子数を計測してもよいし、非再生型混床式イオン交換装置７の直後で計測してもよい。
【実施例】
【００２８】
以下の具体的実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
【００２９】
［実験例１］
図１に示す超純水製造システムにより、市水を原水として超純水の製造を行った。なお、サブシステム１を構成する低圧ＵＶ照射酸化装置６としては日本フォトサイエンス社製品を、非再生型混床式イオン交換装置７としては栗田工業社製「ＫＲ−ＦＭ」を、ＵＦ膜分離装置８としては栗田工業社製「ＫＵ−１５１０−ＨＰ−Ｈ」を、微粒子計９としては栗田工業社製「Ｋ−ＬＡＭＩＣ」をそれぞれ使用した。
【００３０】
上記超純水の製造システムでの超純水の製造工程において、非再生型混床式イオン交換装置７の処理水Ｗ２及びＵＦ膜分離装置８の出口の超純水Ｗ１の微粒子数を監視し、非再生型混床式イオン交換装置７の処理水Ｗ２の微粒子数が１０個／ｍＬを超えたら、非再生型混床式イオン交換装置７を交換する作業を繰り返した結果、ＵＦ膜分離装置８の出口の超純水Ｗ１の微粒子数が１個／ｍＬを超えることはなかった。これはＵＦ膜分離装置８への流入する処理水Ｗ２中のコロイダルシリカなどに起因する微粒子数を抑制することができるためであると考えられる。
【００３１】
［比較例１］
実施例１において、非再生型混床式イオン交換装置７の処理水Ｗ２の微粒子数を計測することなく、比抵抗計により比抵抗値を測定し、この比抵抗値からイオン負荷を判断し、イオン負荷が所定の値を超えたら非再生型混床式イオン交換装置７を交換する作業を繰り返した結果、ＵＦ膜分離装置８の出口の超純水Ｗ１の微粒子数が時間の経過とともに１個／ｍＬを超える傾向を示した。これはＵＦ膜分離装置８の経時劣化により部分的に破断が生じ、コロイダルシリカがリークしたためであると考えられる。
【符号の説明】
【００３２】
１  サブシテム
２  サブタンク
３  供給ライン
３Ａ  循環ライン
４  ポンプ
５  熱交換器
６  低圧紫外線（ＵＶ）照射酸化装置
７  非再生型混床式イオン交換装置
８  限外濾過膜（ＵＦ膜）分離装置（微粒子除去膜装置）
９，９Ａ，９Ｂ  微粒子計（微粒子数計測手段）
ＰＯＵ  ユースポイント
Ｗ  一次純水
Ｗ１  超純水
Ｗ２  非再生型混床式イオン交換装置の処理水
【図１】
2019136628.tif 000003
【図２】
2019136628.tif 000004
【図３】
2019136628.tif 000005
【図４】
2019136628.tif 000006
【図５】
2019136628.tif 000007