(57)【要約】【課題】金属濃度の極めて低い超純水を製造するための超純水製造装置を提供する。【解決手段】前処理システム１、一次純水製造装置１０、二次純水製造装置２０を有する一次純水製造装置において、二次純水製造装置２０の熱交換器を一次純水製造装置１０に移設する。二次純水製造装置２０の各機器を合成樹脂製とするか又は合成樹脂ライニングを施す。ユースポイント４０からの返送超純水の一部を一次純水製造装置１０に返送して水温制御する。【選択図】  図１
2004167308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次純水製造装置に通水して一次純水を製造し、この一次純水を二次純水製造装置に通水して超純水を製造する超純水製造装置において、
二次純水製造装置の接水部のすべて又は大部分は、非金属材料で構成されていることを特徴とする超純水製造装置。
【請求項２】
請求項１において、送水用のポンプとして、接水部が非金属材料で構成され、かつ、ポンプ軸受け部の通過水をポンプ吐出水に混合させることなく排出する排水機構を有するポンプを備えたことを特徴とする超純水製造装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、二次純水製造装置は、純水タンク、ポンプ、紫外線照射装置、膜分離装置及びそれらの間を接続する接続手段にて構成されていることを特徴とする超純水製造装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、熱交換器は一次純水製造装置に設置されており、二次純水製造装置には設置されていないことを特徴とする超純水製造装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、前記二次純水製造装置からユースポイントへ超純水を供給する超純水供給手段及びユースポイントで未使用の超純水を二次純水製造装置へ返送する返送配管を備えており、
該超純水供給手段及び返送配管の接水部が非金属材料で構成されていることを特徴とする超純水製造装置。
【請求項６】
請求項５において、前記返送配管を介して返送される超純水の一部を前記一次純水製造装置に返送するための返送手段を備えたことを特徴とする超純水製造装置。
【請求項７】
請求項６において、該返送手段によって一次純水製造装置に返送される超純水の量を制御する手段を備えたことを特徴とする超純水製造装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項において、前記非金属材料は合成樹脂であることを特徴とする超純水製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超純水製造装置に係り、特に、金属濃度がきわめて低い超純水を製造することができる超純水製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体洗浄用水として用いられている超純水は、図２に示すように前処理システム１、一次純水製造装置１０、二次純水製造装置２０から構成される超純水製造装置で原水（工業用水、市水、井水等）を処理することにより製造される。図２において各システムの役割は次の通りである。
【０００３】
凝集、加圧浮上（沈殿）、濾過（膜濾過）装置など（この従来例では凝集濾過装置）よりなる前処理システム１では、原水中の懸濁物質やコロイド物質の除去を行う。また、この過程では高分子系有機物、疎水性有機物などの除去も可能である。
【０００４】
前処理された水のタンク１１、逆浸透膜分離装置（ＲＯ装置）１２、イオン交換装置（混床式又は４床５塔式など）１３及び脱気装置１４を備える一次純水製造装置１０では、原水中のイオンや有機成分の除去を行う。なお、逆浸透膜分離装置１２では、塩類を除去すると共に、イオン性、コロイド性のＴＯＣを除去する。イオン交換装置１３では、塩類を除去すると共にイオン交換樹脂によって吸着又はイオン交換されるＴＯＣ成分の除去を行う。脱気装置１４では無機系炭素（ＩＣ）、溶存酸素の除去を行う。
【０００５】
一次純水製造装置で製造された一次純水は、配管１６を介して二次純水製造装置２０へ送水される。この二次純水製造装置２０は、純水タンク２１、ポンプ２２、熱交換器２３、低圧紫外線酸化装置（ＵＶ装置）２４、イオン交換装置２５及び限外濾過膜（ＵＦ膜）分離装置２６を備えている。低圧紫外線酸化装置２４では、低圧紫外線ランプより出される１８５ｎｍの紫外線によりＴＯＣを有機酸、さらにはＣＯ２まで分解する。分解により生成した有機物及びＣＯ２は後段のイオン交換装置２５で除去される。限外濾過膜分離装置２６では、微粒子が除去され、イオン交換樹脂からの流出粒子も除去される。
【０００６】
この二次純水製造装置２０で製造された超純水は、配管３０を介してユースポイント４０に送られ、未使用の超純水は配管５０を介してタンク２１へ戻される。なお、配管３０に昇圧ポンプが設置されることもある。
【０００７】
熱交換器２３は、二次純水製造装置２０からユースポイント４０に送水される超純水の水温を所定温度（例えば約２５℃程度）に保つためのものである。
【０００８】
一般に、二次純水製造装置２０で製造された超純水はユースポイントへ供給され、余剰の超純水（未使用）はユースポイント４０から二次純水製造装置２０へ返送され、再度該二次純水製造装置２０で処理されて一定の超純水水質を維持されながら循環する。そして、常時循環することで水が滞留せず、微生物の繁殖が抑制されている。この循環途中において、ポンプや低圧紫外線酸化装置２４の紫外線照射のランプの熱などにより循環超純水の水温が上昇するのを熱交換器２３によって奪熱し、循環する超純水の水温を所定温度に維持する。
【０００９】
ところで、ＬＳＩの超微細化、高集積化に伴い、超ＬＳＩチップ製造における洗浄水としての超純水中の不純物の影響はより大きくなってきている。
【００１０】
集積度１メガビット以下のＬＳＩにおいては従来の超純水水質で半導体製品（ＬＳＩ等）の製品に関する不良トラブルは発生しなかったが、ＬＳＩの集積度が向上した現在、超純水中の極微量金属に起因する製品不良（主にライフタイム不良）が発生している。
【００１１】
調査分析の結果、原水中の金属は超純水製造装置にて除去されているが、二次純水製造システム内で発生（溶出）する金属が超純水に混入することが認められた。極微量分析の結果、超純水水質の金属濃度は約０．１〜５ｎｇ／Ｌ程度である。
【００１２】
超純水中に溶出した金属は、微量の酸素などと結合してコロイド粒子化しており、二次純水製造システムのイオン交換装置では除去できず、後段の限外濾過膜にて捕捉され、膜表面を汚染する。この限外濾過膜面に濃縮した金属は、超純水にて再溶解して超純水中の金属濃度を高くすることが認められ、特に通水初期には超純水中の金属濃度が高くなることが認められた。
【００１３】
二次純水製造装置内の機器からの金属の溶出を調査した結果、超純水中の金属濃度を上昇させる主原因は供給ポンプ、熱交換器、昇圧ポンプからの金属溶出であることが認められた。
【００１４】
従来、二次純水製造装置２０内のポンプ２２は接水面がステンレス製のものが使用されている。
【００１５】
熱交換器２３は、超純水を約２４℃程度にコントロールするために設置されている。現在使用されている熱交換器２３は、耐食性に優れたステンレス製又はチタン製のものであるが微量の金属の溶出がある。
【００１６】
金属溶出防止のためにフッ素樹脂等でライニングした熱交換器を用いることも考えられる（特許第３１７２７３０号）が、熱伝導性が悪く、膨大な大きさ（容積）のものとなる。
【００１７】
【特許文献１】
特許第３１７２７３０号
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決し、金属濃度が著しく低い超純水を製造することができる超純水製造装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の超純水製造装置は、一次純水製造装置に通水して一次純水を製造し、この一次純水を二次純水製造装置に通水して超純水を製造する超純水製造装置において、二次純水製造装置の接水部のすべて又は大部分は、非金属材料で構成されていることを特徴とするものである。
【００２０】
かかる本発明によると、二次純水製造装置からの金属の溶出が防止されるため、超純水中の金属濃度が著しく低いものとなる。
【００２１】
本発明では、送水用のポンプは、接水部が非金属材料で構成され、かつ、ポンプ軸受け部の通過水をポンプ吐出水に混合させることなく排出する排水機構を有することが好ましい。このポンプによれば、ポンプから純水あるいは超純水中に金属が溶出することが防止され、超純水中の金属濃度がさらに低いものとなる。
【００２２】
本発明では、二次純水製造装置に熱交換器を設けないようにし、これによって二次純水製造装置の熱交換器からの金属の溶出に起因した超純水中への金属混入を防止するようにしてもよい。
【００２３】
例えば、二次純水製造装置を純水タンク、ポンプ、紫外線照射装置、膜分離装置及びそれらの間を接続する接続手段にて構成することにより、二次純水製造装置に熱交換器を設けない超純水製造装置となる（なお、必要に応じ、さらに昇圧ポンプが設けられてもよい。）。この場合、熱交換器は一次純水製造装置に設置してもよく、一次純水製造装置及び二次純水製造装置のいずれにも設けないようにしてもよい。
【００２４】
本発明では、二次純水製造装置からユースポイントへ超純水を供給する超純水供給手段及びユースポイントで未使用の超純水を二次純水製造装置へ返送する返送配管の接水部が非金属材料で構成されていることが好ましい。このようにすれば、ユースポイントに供給される超純水に金属が溶出することがなく、また、ユースポイントから戻されて再利用される未使用超純水に金属が溶出することが防止される。なお、この超純水供給手段としては、配管あるいは該配管に設けられたポンプや弁が例示される。
【００２５】
本発明では、返送配管を介して返送される超純水の一部を前記一次純水製造装置に返送するための返送手段を設けてもよい。この構成は、特に熱交換器を一次純水製造装置に設けた場合に好適である。この場合、返送手段によって一次純水製造装置に返送される超純水の量を制御する手段を設けることにより、二次純水製造装置の水温を調整することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。図１は実施の形態に係る超純水製造装置の系統図である。
【００２７】
この実施の形態では、図２の従来の超純水製造装置において、タンク１１と逆浸透膜分離装置１２との間に熱交換器１５を設け、一次純水製造装置１０で処理される水を降温させるようにしている。二次純水製造装置２０では熱交換器２３は省略され、ポンプ２２からの送水が直接に低圧紫外線酸化装置２４に供給されている。二次純水製造装置２０には、限外濾過膜分離装置２６からユースポイント４０へ超純水を送水する配管３０にポンプ２７（昇圧ポンプ）が設けられている。
【００２８】
ユースポイント４０からの未使用超純水の返送用配管５０は、この超純水を一次純水製造装置のタンク１１に戻す配管５１と二次純水製造装置の純水タンク２１に戻す配管５２とに分かれている。配管５１，５２の一方又は双方には流量調整弁などの流量調節手段（図示略）が設けられている。
【００２９】
また、二次純水製造装置２０を構成する各機器としてのタンク２１、ポンプ２２、低圧紫外線酸化装置２４、イオン交換装置２５、限外濾過膜分離装置２６及びポンプ２７と、各機器間の通水接続部材と、各配管３０，５０，５１，５２の接水面はいずれも合成樹脂のライニングが施されるか又は合成樹脂部材にて構成されている。タンク２１や通水接続部材、配管３０，５０，５１，５２は全体として合成樹脂製であってもよい。
【００３０】
図１のその他の構成は図２と同一であり、同一符号は同一部分を示している。
【００３１】
このように構成された超純水製造装置において、原水は前処理システム１で凝集濾過等の処理がなされた後、タンク１１にて配管５１からの返送未使用超純水が混合される。次いで、被処理水は熱交換器１５で降温された後、逆浸透膜分離装置１２、イオン交換装置１３、脱気装置１４の順に流れる。その後、配管１６を経て二次純水製造装置２０の純水タンク２１に送水され、ここで配管５２からの返送未使用超純水が混合される。このタンク２１内の水は、ポンプ２２、低圧紫外線酸化装置２４、イオン交換装置２５及び限外濾過膜分離装置２６にて処理されて超純水となり、ポンプ２７から配管３０を介してユースポイント４０へ送水される。
【００３２】
この実施の形態では、二次純水製造装置２０の各機器の接水面が合成樹脂であるため、金属が溶出することがなく、超純水中の金属濃度が著しく低いものとなる。
【００３３】
また、熱交換器を二次純水製造装置２０ではなく一次純水製造装置１０に配置しており、熱交換器１５は接水面（熱交換面）を合成樹脂ライニングを施してない金属面としている。このため、熱交換器１５の熱交換特性が極めて良好であり、熱交換器が大型化しない。
【００３４】
なお、上記合成樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルジフルオライド等のフッ素樹脂のほか、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ塩化ビニル、ポリサルホン等が例示される。前述の通り、この合成樹脂はライニング材として用いられてもよく、機器ないし部材の構成材料として用いられてもよい。ライニング材として用いられる場合、ライニングされる金属材料はステンレス、チタン、チタン合金等の高耐食金属材が好適であるが、これに限定されない。
【００３５】
合成樹脂はガラス繊維、炭素繊維等で補強された繊維強化合成樹脂（ＦＲＰ）であってもよい。これは、タンクの構成材として好適である。
【００３６】
なお、純水タンク２１としては、具体的には、フッ素樹脂製、ポリエチレン製、ポリプロピレンでライニングしたステンレス製のものが例示される。
【００３７】
配管としては、フッ素樹脂製、ポリエーテルエーテルケトン製、ポリ塩化ビニル製のものが例示される。
【００３８】
低圧紫外線酸化装置２４の容器としては耐紫外線性に優れたフッ素樹脂でライニングしたステンレス製が好適である。なお、低圧紫外線酸化装置２４の容器の接水面は小さいので、合成樹脂ライニングを省略し、ステンレス面としてもよい。ランプ保護面は石英製が好ましい。
【００３９】
イオン交換装置２５の容器はＦＲＰ、合成樹脂ライニングステンレス等で構成されることが好ましい。このイオン交換装置２５は、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とを充填した混床式イオン交換装置が好適であり、再生型、非再生型のいずれでもよい。電気再生式イオン交換装置であってもよい。
【００４０】
限外濾過膜分離装置２６の容器は、ポリサルホン製、ＦＲＰ製、合成樹脂ライニングステンレス製が好適である。
【００４１】
ポンプ２２，２７としては、接水面を合成樹脂ライニングしたものが好適であり、例えば、クリーンキャンドモータポンプ、クリーン渦流ポンプ、クリーンマグネットポンプなどの低発塵ポンプの接水面に合成樹脂ライニングステンレスを施したものが好適である。また、このポンプは、軸受部を通過した水が超純水と混ざらないように排出されるよう構成したものが好適である。このポンプの一例については図３を参照して後述する。
【００４２】
図１の実施の形態では、二次純水製造装置２０の熱交換器を省略し、代りに一次純水製造装置１０に熱交換器１５を設置している。熱交換器は、二次純水製造装置の他の機器に比べて接水面積が大きいものであり、二次純水製造装置に組み込まれた場合、金属溶出量が二次純水製造装置で最も多いものとなる。
【００４３】
そこで、図１の実施の形態では、熱交換器を二次純水製造装置２０から一次純水製造装置１０に移設している。この実施の形態では、二次純水製造装置２０からユースポイント４０に供給される超純水の水温をコントロールするために、超純水返送用配管５０からの超純水の一部を配管５１から一次純水製造装置１０に戻し、この一次純水製造装置１０の熱交換器１５にて降温させている。この配管５１と配管５２とに分流させる超純水量を調整することにより、二次純水製造装置２０から送水される超純水の水温が調整される。
【００４４】
図１の実施の形態では一次純水製造装置１０に熱交換器１５を設けているが、原水の水温によっては一次純水製造装置１０の熱交換器も省略してもよい。例えば、前処理システム１を経て一次純水製造装置１０に流入してくる原水水温が１５℃程度の場合、配管５１からの返送超純水と混合しても一次純水製造装置１０から二次純水製造装置２０へ送られる一次純水の水温は２５℃よりも相当に低く、純水タンク２１にて配管５２からの返送超純水が混合されても、なお約２０℃前後のものとなる。これにより、二次純水製造装置２０からユースポイント４０へ送水される超純水の水温を約２５℃とすることができる。
【００４５】
なお、返送超純水の一部を一次純水製造装置１０に返送すると、一次純水製造装置１０内の水温が上昇するが、この水温上昇により、一次純水製造装置１０の逆浸透膜分離装置１２の透過水量（フラックス）が増加するという効果が得られる。また、返送超純水の一部を一次純水製造装置１０の原水に添加することにより、一次純水製造装置１０の原水水質が向上し、一次純水製造装置１０の各処理装置に加えられる負荷が低下するという効果も得られる。
【００４６】
ただし、配管５０を流れる返送超純水の少なくとも一部は、二次純水製造装置２０へ返送されることが望ましい。これは、一次純水製造装置１０からの一次純水よりも返送超純水の水質の方が良好であるためである。
【００４７】
高水質の返送超純水の少なくとも一部を二次純水製造装置２０に戻すことにより、二次純水製造装置２０からユースポイント４０へ送水される超純水の水質が良好なものとなる。
【００４８】
上記図１の実施の形態では、二次純水製造装置２０の熱交換器を省略しているが、熱交換器に合成樹脂ライニングを施した場合には二次純水製造装置２０に熱交換器を設けてもよい。ただし、合成樹脂ライニングを施すと熱交換特性が悪くなり、熱交換器が大型になるので、二次純水製造装置２０からは熱交換器を省略するのが好ましい。
【００４９】
次に図３を参照して二次純水製造装置２０に設置するポンプの好適例について説明する。
【００５０】
インペラ用ハウジング６０内にインペラ６２が配置されている。このインペラ６２はシャフト６４によって回転される。ハウジング６０の中央部には水の流入口６６が設けられ、外周部に流出口６８が設けられている。
【００５１】
このインペラ用ハウジング６０に隣接して設けられた封水用ハウジング７０を該シャフト６４が貫通している。シャフト６４とハウジング７０との間はシールリング７２を有したメカニカルシール機構によってシールされている。このシールリング７２の外周とハウジング７０との間にはリテーナリング７４が設置されている。シールリング７２はスプリング７６によって図の左方に付勢されている。シールリング７２とシャフト６４との間には若干の隙間があいており、スロート部８０及びこの隙間を通って流出する水は、ハウジング７０のドレンポート８２からポンプ外へ排出される。ハウジング６０の内面には合成樹脂ライニング８６が施され、インペラ６２とシャフト６４の先端部の外周面にも合成樹脂ライニング８４が施されている。このライニング用合成樹脂としては、フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトンなどが好適であるが、これに限定されない。
【００５２】
【実施例】
以下、実施例及び比較例について説明する。
【００５３】
図１と図２の超純水製造装置についてそれぞれ同一の原水を通水して超純水を製造し、二次純水製造装置２０からの超純水中のＦｅ濃度を測定し、結果を図４に示した。
【００５４】
なお、図１と図２の熱交換器１５，２３は同一のものである。
【００５５】
実施例に係る図１では、タンク２１、低圧紫外線酸化装置２４、イオン交換装置２５、限外濾過膜分離装置２６をいずれもフッ素樹脂ライニングした。図２ではこのフッ素樹脂ライニングは施されていない。また、図１では、ポンプ２２，２７として図３に示すものを採用した。
【００５６】
図４の通り、実施例によると、比較例に比べＦｅ濃度が低いことが認められ、特に実施例では起動直後のＦｅ濃度が比較例に比べ著しく低いことが認められる。
【００５７】
即ち、比較例の超純水製造装置では、起動初期の超純水中の鉄濃度は５ｎｇ／Ｌ以上であり、時間経過とともに鉄濃度は減少して行くが、定常の鉄濃度（０．１ｎｇ／Ｌ以下）となるまでには約１ヶ月を要する。それに対し、実施例では、起動時初期から０．１ｎｇ／Ｌ以下の測定値である。
【００５８】
また、起動初期（３〜５分）のポンプ２２出口の鉄濃度を測定したところ、比較例では２１ｎｇ／Ｌであるのに対し、実施例では０．１ｎｇ／Ｌ以下であり、ポンプからの鉄の溶出が著しく少ないことが認められた。
【００５９】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によると、金属濃度の極めて低い超純水を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る超純水製造装置の系統図である。
【図２】従来例に係る超純水製造装置の系統図である。
【図３】実施の形態に用いられるポンプの断面図である。
【図４】実施例の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  一次純水製造装置
２０  二次純水製造装置
４０  ユースポイント
５０，５１，５２  超純水返送用配管
６０，７０  ハウジング
６２  インペラ
８２  ドレンポート
８４，８６  合成樹脂ライニング
【図１】
2004167308.tif 000003
【図２】
2004167308.tif 000004
【図３】
2004167308.tif 000005
【図４】
2004167308.tif 000006