(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水ポンプ、熱交換器、紫外線照射装置、非再生型イオン交換装置、及び限外濾過膜分離装置をこの順で配置した二次純水製造装置において、該給水ポンプと熱交換器との間に、粒子径５μｍ以上の微粒子を除去可能なイオン交換能を有するフィルタを設置したことを特徴とする二次純水製造装置。
【請求項２】
請求項１において、該フィルタがイオン交換基を導入した精密濾過膜であることを特徴とする二次純水製造装置。
【請求項３】
請求項２において、該イオン交換基がカチオン交換基であることを特徴とする二次純水製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は二次純水製造装置に係り、特に、二次純水製造装置の給水ポンプや熱交換器等を構成する金属材料から発生する金属コロイドないし微粒子を捕捉する手段を有し、これにより高純度の超純水を製造することができる二次純水製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体のウエハ洗浄水として用いられる超純水の製造システムの構成例を図２に示す。
【０００３】
図２に示すように、原水（工業用水、市水、井水等）は、凝集、加圧浮上（沈殿）、濾過装置等よりなる前処理装置１で、懸濁物質やコロイド物質が除去された後、逆浸透膜分離装置、脱気装置及びイオン交換装置（混床式又は４床５塔式）を備える一次純水製造装置２で、イオンや有機成分が除去され、一次純水が製造される。一次純水はサブタンクを経て、二次純水製造装置（一般に「サブシステム」と称される。）３の給水ポンプにより、熱交換器、低圧紫外線（ＵＶ）酸化装置、非再生型混床式イオン交換樹脂塔等のイオン交換純水装置及び限外濾過（ＵＦ）膜分離装置に順次通水され、水の純度がより一層高められ超純水が製造される。この二次純水製造装置３において、低圧ＵＶ酸化装置では、低圧ＵＶランプより出される１８５ｎｍのＵＶによりＴＯＣを有機酸さらにはＣＯ２にまで分解する。生成した有機酸及び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、微小粒子が除去されイオン交換樹脂の流出粒子も除去される。
【０００４】
二次純水製造装置３からの超純水はユースポイントに送給され、余剰の超純水はサブタンクに戻され、再利用される。
【０００５】
なお、図２に示す前処理装置１、一次純水製造装置２及び二次純水製造装置３は、いずれも各装置の一例であって、各装置の構成は何ら図示のものに限定されない。二次純水製造装置３は一般に、給水ポンプ、熱交換器、ＵＶ照射装置、イオン交換装置、膜濾過装置等で構成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
二次純水製造装置３では、給水ポンプ、熱交換器、ＵＶ照射装置等において、その水流接触面を構成する金属材料から、水流の影響、特に流量の変動の影響で金属（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｚｎ等）のコロイドないし微粒子状物が発生する。発生した金属コロイドないし微粒子は、後段のＵＦ膜分離装置等の膜濾過装置で捕捉されるが、ＵＦ膜分離装置の膜面に捕捉された金属コロイドないし微粒子は経時により徐々にイオン化して、水中に溶解してくる場合がある。この場合には、溶解した金属イオンにより、得られる超純水の残留イオン量が増大し、水質が低下する。
【０００７】
本発明は上記従来の問題点を解決し、二次純水製造装置の給水ポンプ、熱交換器、ＵＶ照射装置等から発生した金属のコロイドや微粒子による水質低下の問題がなく、残留イオン濃度１０ｎｇ／Ｌ（ｐｐｔ）以下の高水質の超純水を安定に得ることができる二次純水製造装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の二次純水製造装置は、給水ポンプ、熱交換器、紫外線照射装置、非再生型イオン交換装置、及び限外濾過膜分離装置をこの順で配置した二次純水製造装置において、該給水ポンプと熱交換器との間に、粒子径５μｍ以上の微粒子を除去可能なイオン交換能を有するフィルタを設置したことを特徴とする。
【０００９】
膜濾過装置の前段に、粒子経５μｍ以上の微粒子を除去可能なイオン交換能を有するフィルタ（以下「微粒子除去・イオン交換能フィルタ」と称す場合がある。）を設けることにより、給水ポンプ、熱交換器、ＵＶ照射装置等で発生した金属コロイドないし微粒子を膜濾過装置に流入する前に捕捉して除去することができる。また、このフィルタで捕捉された金属コロイドないし微粒子がイオン化しても、フィルタのイオン交換能で吸着することができるため、水中へのイオンの溶出を防止することができる。
【００１１】
本発明において、微粒子除去・イオン交換能フィルタとしては、イオン交換基、好ましくはカチオン交換基を導入した精密濾過（ＭＦ）膜が好適である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明の二次純水製造装置の実施の形態を示す系統図である。
【００１４】
この二次純水製造装置で処理される一次純水は、図２に示す如く、原水（工業用水、市水、井水等）を凝集、加圧浮上（沈殿）、濾過装置（ＵＦ膜濾過装置又はＭＦ膜濾過装置）等よりなる前処理装置１及び一次純水製造装置２で処理して得られた一次純水である。
【００１５】
前処理装置及び一次純水製造装置の構成には特に制限はなく、一次純水製造装置としては、逆浸透（ＲＯ）膜分離装置、イオン交換装置、非再生式電気脱塩装置などの脱塩装置；活性炭、合成吸着樹脂などの吸着装置；ＵＶ酸化装置などのＴＯＣ分解装置；膜式脱気装置、真空式脱気装置、触媒式脱気装置などの脱気装置；殺菌装置などを任意の順で配置したものを用いることができる。
【００１６】
このような一次純水製造装置により、好ましくは比抵抗１０ＭΩ・ｃｍ以上の一次純水を製造し、二次純水製造装置に導入する。
【００１７】
図１に示す二次純水製造装置は、一次純水をサブタンク１０に受け、給水ポンプ１１で微粒子除去・イオン交換能フィルタ２０、熱交換器１２、低圧ＵＶ酸化装置１１、非再生型混床式イオン交換装置１４及びＵＦ膜分離装置１５で順次処理し、得られた超純水をユースポイント１６に送給し、余剰水をサブタンク１０に戻すものである。
【００１８】
サブタンク１０は通常ＳＵＳ又はＦＲＰ製である。給水ポンプ１１には特に制限はない。熱交換器１２としてはプレート型が一般的であるが何らこれに限定されるものではない。低圧ＵＶ酸化装置１３としては、波長１７０ｎｍ以上、好ましくは１８０〜２００ｎｍのＵＶを照射して純水中のＴＯＣを分解するものであれば良く、特に制限はない。また、非再生型混床式イオン交換装置１４及びＵＦ膜分離装置１５としても、特に制限はなく、通常の二次純水製造装置に用いられているものを使用することができる。
【００１９】
微粒子除去・イオン交換能フィルタ２０は、微粒子５μｍ以上を微粒子を１００％捕捉することができ、かつイオン交換能を有するものであれば良く、材質、型式等には特に制限はない。微粒子除去・イオン交換能フィルタ２０としては、市販の、イオン交換基をＭＦ膜等の膜素材に導入したものを用いることができる。このフィルタは、ＭＦ膜の細孔内にイオン交換基が存在すること以外は、膜型式等において通常のＭＦ膜フィルタと同様であり、プリーツ型、中空糸型などが市販されている。フィルタに導入されるイオン交換基はカチオン交換基（例えば水素イオン型）でもアニオン交換基（例えば水酸化イオン型）でも良いが、主に金属イオンを吸着するためにカチオン交換基が好ましい。
【００２０】
なお、このフィルタ２０は、粒子径０．１μｍまでの極微粒子をも除去し得るＵＦ膜機能を有するものであっても良いが、過度に細かい微粒子まで除去するフィルタでは、微粒子の除去による水の純度向上の面からは好ましい反面、通水時の圧力損失が大きくなり、装置が大型化する問題がある。
【００２１】
図１の二次純水製造装置では、このような微粒子除去・イオン交換能フィルタ２０を給水ポンプ１１と熱交換器１２との間に設けることにより、給水ポンプ１１等から発生する金属コロイドないし微粒子をそのフィルタ機能で捕捉すると共に、イオン化した金属をそのイオン交換能で吸着して保持することにより、後段の装置への金属及び金属イオンの流出を防止することができる。
【００２２】
この微粒子除去・イオン交換能フィルタ２０は定期的に、例えば所定時間の通水毎、或いは所定量の通水毎に新品と交換するか或いは、圧力損失が所定の値に上昇した場合に新品と交換する。
【００２３】
図１に示す二次純水製造装置は、本発明の実施の形態の一例を示すものであって本発明はその要旨を超えない限り、何ら図示のものに限定されるものではない。
【００２４】
例えば、微粒子除去・イオン交換能フィルタ２０は、給水ポンプ１１とＵＦ膜分離装置１５との間に設置されていれば良く、図１において、熱交換器１２と低圧ＵＶ酸化装置１３との間であっても良い。また、低圧ＵＶ酸化装置１３と非再生型混床式イオン交換装置１４との間、或いは非再生型混床式イオン交換装置１４とＵＦ膜分離装置１５との間に設けられていても良い。
【００２５】
また、図１に示す如く、微粒子除去・イオン交換能フィルタ２０に常時通水が行われるようフィルタ２０を設ける他、給水ポンプ１１とＵＦ膜分離装置１５との間の任意の箇所に、微粒子除去・イオン交換能フィルタ２０を有するバイパスラインを設け、製造された超純水中に金属又は金属イオンのリークが検出されたときにのみ、或いは水流の変動があるときにのみ微粒子除去・イオン交換能フィルタ２０に通水して処理を行うようにしても良い。
【００２６】
更に、二次純水製造装置の装置構成についても何ら図１に示すものに限定されない。一般に二次純水製造装置は、給水ポンプ、熱交換器、低圧ＵＶ酸化装置又は殺菌装置といったＵＶ照射装置、非再生型混床式イオン交換装置、ＵＦ膜分離装置又はＭＦ膜分離装置等の膜濾過装置で構成されるが、更に膜式脱気装置、真空式脱気装置等の脱気装置、ＲＯ膜分離装置、電気脱塩装置等の脱塩装置が設けられていても良い。
【００２７】
このような本発明の二次純水製造装置によれば、金属イオン濃度を５ｎｇ／Ｌ以下に抑えて残留イオン濃度１０ｎｇ／Ｌ以下で比抵抗１８．０ＭΩ・ｃｍ以上の高純度超純水を安定に製造することができ、例えばウエハ上の汚染管理基準値として、金属原子（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｚｎ等）数１０９ａｔｍ／ｃｍ２以下が要求されるウエハ洗浄機の洗浄水給水ライン等に有効に適用することができる。
【００２８】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００２９】
実施例１
市水を第１段目のＲＯ膜分離装置、第２段目のＲＯ膜分離装置及びイオン交換樹脂塔に順次通水して処理して得られた水（比抵抗１６．０〜１７．０ＭΩ・ｃｍ）を１ｍ３容量のＦＲＰ製タンクに受け、この水を原水として、図１に示す二次純水製造装置で処理を行った。
【００３０】
各装置の仕様は次の通りである。
給水ポンプ：帝国ポンプ社製渦巻型ポンプ
微粒子除去・イオン交換能フィルタ：粒子径５μｍ以上の微粒子を１００％捕捉し得る、スルホン型のカチオン交換基をＨ型としたフィルタ
熱交換器：ＳＵＳ３１６使用プレート型熱交換器
低圧ＵＶ酸化装置：日本フォトサイエンス社製ＡＵＶ型
混床式イオン交換装置：栗田工業（株）製ＣＣ３０ＳＳ（イオン交換樹脂量７２Ｌ）
ＵＦ膜分離装置：栗田工業（株）製ＫＵ型
【００３１】
原水を３ｍ３／ｈｒの一定流量で通水する安定運転時と、原水を３ｍ３／ｈｒで５分間通水した後２ｍ３／ｈｒで１５分間通水し、この流量変動を繰り返す変動運転時（変動運転開始から５時間後及び２４時間後）とのそれぞれについて、各部の水のＴ−Ｆｅ濃度（イオン状の鉄及び不溶性の鉄を含む全鉄濃度）を測定し、結果を表１に示した。
【００３２】
比較例１
実施例１において、微粒子除去・イオン交換能フィルタを設けなかったこと以外は同様にして、安定運転時と変動運転時のそれぞれについて、各部の水のＴ−Ｆｅ濃度を調べ、結果を表１に示した。
【００３３】
【表１】
0005135654.tif 000002
【００３４】
表１より次のことが明らかである。
【００３５】
即ち、微粒子除去・イオン交換能フィルタを設けていない比較例１では、給水ポンプから、Ｆｅコロイドないし微粒子が発生し、最後段のＵＦ膜分離装置のＵＦ膜で捕捉される。このため、二次純水製造装置内でのＴ−Ｆｅ濃度は安定しているが、ＵＦ膜からイオン性のＦｅが溶出するためＵＦ膜分離装置の出口水（超純水）の水質は安定せず、特に変動運転時にはＴ−Ｆｅ濃度が高くなる。
【００３６】
これに対して、微粒子除去・イオン交換能フィルタを設けた実施例１では、このフィルタで給水ポンプからのＦｅコロイドないし微粒子が捕捉され、これがイオン化しても水中に溶出することはないため、熱交換器以降のＴ−Ｆｅ濃度は比較例１に比べて格段に低く、ＵＦ膜分離装置からのＦｅイオンの溶出の問題もないため、ＵＦ膜分離装置の出口水（超純水）の水質も著しく良好で変動運転時でも安定している。
【００３７】
なお、実施例１で得られた超純水の残留イオン濃度は安定運転時も変動運転時も１０ｎｇ／Ｌ以下であり、比抵抗１８．０ＭΩ・ｃｍ以上の高水質の超純水を得ることができた。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の二次純水製造装置によれば、膜濾過装置の前段に微粒子除去・イオン交換能フィルタを設けることにより、給水ポンプ、熱交換器、ＵＶ照射装置等で発生した金属コロイドないし微粒子を効率的に捕捉して除去することができ、しかも、捕捉された金属コロイドないし微粒子がイオン化した場合でも、フィルタのイオン交換能で吸着して保持することができるため、水中へのイオンの溶出も防止することができる。
【００３９】
このため、本発明によればこの金属コロイドないし微粒子によるイオンリークを防止して、残留イオン濃度１０ｎｇ／Ｌ以下、比抵抗１８．０ＭΩ・ｃｍ以上の高水質の超純水を、水流の変動等に影響されることなく安定に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の二次純水製造装置の実施の形態を示す系統図である。
【図２】従来の超純水製造システムを示す系統図である。
【符号の説明】
１  前処理装置
２  一次純水製造装置
３  二次純水製造装置
１０  タンク
１１  給水ポンプ
１２  熱交換器
１３  低圧ＵＶ酸化装置
１４  非再生型混床式イオン交換装置
１５  ＵＦ膜分離装置
１６  ユースポイント
２０  微粒子除去・イオン交換能フィルタ
【図１】
0005135654.tif 000003
【図２】
0005135654.tif 000004