(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超純水の製造過程にて処理中の純水を一時的に貯留し、不活性ガスを封入することなく純水の純度を維持するためのバッファタンクであって、
内部に貯留される純水の最上面が大気に曝される構造の筒状のタンク本体と、
前記タンク本体の下方に設けられ、かつ前記タンク本体内に純水を導入する第１の入口管と、
前記タンク本体の前記第１の入口管が設けられている位置よりもさらに下方に設けられ、かつ前記タンク本体内から純水を放出する出口管と、
前記タンク本体の前記第１の入口管が設けられている位置よりも上方に設けられたオーバーフロー管と、
前記タンク本体における前記オーバーフロー管が設けられている位置よりも下方でかつ前記出口管が設けられている位置よりも上方に設けられ、前記出口管より放出された純水を前記タンク本体内に再び導入するための第２の入口管と、を備え、
前記オーバーフロー管から流出した純水は、当該純水中に溶解されたアニオン、カチオンをイオン交換により除去する処理及び／又は脱気処理が施された後、前記第１の入口管より前記タンク本体内に再び流入され、
さらに、前記タンク本体の直径（ｄ）と前記タンク本体の底面からオーバーフロー管までの高さ（ｈ）の比（ｄ／ｈ）は、
ｄ／ｈ＝１／１２〜１／２０
とされていることを特徴とするバッファタンク。
【請求項２】
前記オーバーフロー管より流出した純水中から前記イオン交換によりアニオン、カチオンを除去するイオン交換装置及び／又は前記脱気処理を行う脱気装置を備えていると共に前記イオン交換装置及び／又は前記脱気装置で処理された純水を前記第１の入口管より前記タンク本体内に再び流入させるようにして循環させる第１の循環システムが、前記オーバーフロー管及び前記第１の入口管を介して前記タンク本体と接続されている
ことを特徴とする請求項１記載のバッファタンク。
【請求項３】
前記出口管とユースポイントとの間を接続する往水路と、前記ユースポイントと前記第２の入口管との間を接続する帰水路と、を少なくとも備え、かつ前記出口管から放出された純水を前記往水路から前記ユースポイントへ送り、さらに前記ユースポイントで未使用の純水を前記帰水路を介して前記タンク本体内に再び戻すようにして循環させる第２の循環システムが、前記出口管及び前記第２の入口管を介して前記タンク本体と接続されている
ことを特徴とする請求項１又は２記載のバッファタンク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体を一時的に貯留するためのバッファタンクに係り、特に超純水製造装置の二次純水システムに好適するバッファタンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子や液晶ディスプレイ、又は医薬品の製造工程などにおいては、イオン状物質、微粒子、有機物、溶存ガス及び生菌などをｐｐｂオーダーまで減少させた超純水が用いられている。超純水は、主に、原水中の濁質成分を除去する前処理システムと、イオン状物質、微粒子、有機物、溶存ガス及び生菌などを除去する一次純水システムと、一次純水システムで得られた一次純水の純度をさらに高めた二次純水システムとを備えた超純水製造装置により製造される。
【０００３】
二次純水システムでは、一般に連続循環運転が行われており、二次純水システムで生成されユースポイントに送られて使用されなかった二次純水はバッファタンクに帰還されて再び二次純水システムに供給される。なお、ユースポイントで使用された超純水の排水は、例えば回収系システムに送られて再利用される。
【０００４】
近年の半導体工業においては、半導体素子の集積度の向上に伴って超純水の純度に対する要求が益々厳しくなってきている。被処理液中の溶存酸素は、例えば半導体ウエハの表面に短時間で自然酸化膜を形成し、素子特性劣化、歩留まり低下を生じさせるので、ウエハ洗浄用超純水には溶存酸素濃度ができるだけ低いことが要求される。
また、被処理液中の溶存炭酸ガスは、溶存する微量のカルシウムイオン等と反応して不溶性のスケールを形成して膜処理装置の性能を低下させるため、被処理水中には溶存炭酸ガス濃度ができるだけ低いことが要求される。
【０００５】
このため、超純水製造装置では、溶存酸素濃度や溶存炭酸ガス濃度の上昇を抑えるために、二次純水システムの入口に設置されるバッファタンク内に窒素ガスを封入（パージ）することも行われている。これにより、前述した循環過程で酸素や炭酸ガスが二次純水中に溶解することを抑制している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の超純水製造装置では、バッファタンク内に窒素をパージしタンク内を常に陽圧に保つために、例えば窒素供給用のポンプ、微圧力計、ブリーザ弁などといった複数の機器類が必要となり、装置全体の構成が複雑になると共にコスト面などでも課題を抱えていた。
【０００７】
そこで本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、簡易的な構成で、貯留している液体と雰囲気との接触面積をできるだけ少なくしたバッファタンクを提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るバッファタンクは、超純水の製造過程にて処理中の純水を一時的に貯留するためのバッファタンクであって、内部に貯留される純水の最上面が大気に曝される構造の筒状のタンク本体と、前記タンク本体の下方に設けられ、かつ前記タンク本体内に純水を導入する第１の入口管と、前記タンク本体の前記第１の入口管が設けられている位置よりもさらに下方に設けられ、かつ前記タンク本体内から純水を放出する出口管と、前記タンク本体の前記第１の入口管が設けられている位置よりも上方に設けられたオーバーフロー管と、前記タンク本体における前記オーバーフロー管が設けられている位置よりも下方でかつ前記出口管が設けられている位置よりも上方に設けられ、前記出口管より放出された純水を前記タンク本体内に再び導入するための第２の入口管と、を備え、前記オーバーフロー管から流出した純水は、当該純水中に溶解されたアニオン、カチオンをイオン交換により除去する処理及び／又は脱気処理が施された後、前記第１の入口管より前記タンク本体内に再び流入され、さらに、前記タンク本体の直径（ｄ）と前記タンク本体の底面からオーバーフロー管までの高さ（ｈ）の比（ｄ／ｈ）は、ｄ／ｈ＝１／１２〜１／２０とされていることを特徴としている。
【０００９】
すなわち、本発明のバッファタンクは、必要な剛性を確保した上で、極力縦長の形状になるように形成されているので、タンク本体内において、大気に曝される液体の水面（最上面）が小面積となり、これにより、酸素や炭酸ガスなどが液体中に溶解してしまうことを極力抑えることができる。したがって、本発明によれば、タンク本体内に窒素ガス（不活性ガス）をパージするなどといった複雑な装置構成を適用することなく、簡易的な機器構成で、貯留している液体の純度を維持することができる。
【００１０】
本発明においては、出口管の断面積は、オーバーフロー管の断面積の１．２〜２．８倍であることが好ましい。また、出口管と第１の入口管とは、ほぼ同一の断面積で形成され、タンク本体の横断面の断面積は、出口管の断面積の１６〜３８倍であることが好ましい。さらに、オーバーフロー管よりオーバーフローする液体の流量は、バッファタンクへの流入量の１０〜２０％程度とし常時オーバーフロー状態としておくことが望ましい。このようなバッファタンクの構成により、貯溜水の空気と接した部分を常時放出して貯溜水への酸素や炭酸ガスの溶解を防ぐことができる。
【００１１】
本発明においては、バッファタンクに、一旦、出口管より放出された液体を帰還させ再び導入するための第２の入口管が設けられている。これにより、いわゆるユースポイントを通過した未使用の被処理液をバッファタンク内に回収することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る超純水製造装置を機能的に示すブロック図、図２は、この超純水製造装置を構成するバッファタンク及びＲＯ水タンク（貯水タンク）を詳細に示す図である。
【００１３】
これらの図に示すように、この超純水製造装置１は、ウエハなどの半導体素子やＬＣＤ基板などの液晶部品を洗浄するための超純水の製造に用いられる装置であって、原水タンク２より供給された原水の純度を順次高めて行く一次純水システム５及び二次純水システム６から主に構成されている。
【００１４】
この実施の形態では、一次純水システム５は、逆浸透膜処理装置７、混床式イオン交換装置８及び脱気塔９を備えており、一方、二次純水システム６は、紫外線照射装置１０、混床式イオン交換装置１１及び限外濾過膜処理装置１２を備えている。
【００１５】
混床式イオン交換装置８は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを１つの塔内で混合状態で使用するものであって、ＲＯ水タンク１４から送られてきた被処理水中のカチオン及びアニオンをそれぞれ除去する。
脱気塔９では、その塔内が真空ポンプなどを介して脱気され、被処理水中に溶解している酸素や炭酸ガスなどが除去される。
紫外線照射装置１０は、主に、揮発性有機物の分解に用いられるものであって、ＵＶ殺菌灯を通じて、例えば波長２５０〜２６０ｎｍ（好ましくは波長２５３．７ｎｍ）の紫外線を照射することにより、被処理水中の有機物や生菌を有機酸又は炭酸ガスにまで分解する。
混床式イオン交換装置１１は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを１つの塔内で混合状態で使用する装置であって、紫外線照射装置１０によって分解された被処理水中の有機酸や炭酸ガスなどを除去する。
限外濾過膜装置１２は、限外濾過膜（ＵＦ膜）を用い、被処理水中の除菌・  除濁を行う装置である。
【００１６】
一次純水システム５と二次純水システム６との間には、混床式イオン交換装置８及び脱気塔９を介してＲＯ水タンク１４及びバッファタンク１５が設けられている。
ＲＯ水タンク１４は、逆浸透膜処理装置７によって処理された被処理水、並びにバッファタンク１５のオーバーフロー水をそれぞれ受ける入口管１６及び入口管１７を備えており、供給された被処理水を一時的に貯留する。また、ＲＯ水タンク１５には、出口管１８が設けられており、この出口管１８を通じて混床式イオン交換装置８へ被処理水が供給される。
【００１７】
バッファタンク１５は、筒状のタンク本体１９と、入口管２０と、オーバーフロー管２１と、出口管２２と、二次側戻り入口管２３とを備えている。
筒状のタンク本体１９は、例えばポリ塩化ビニルなどから構成され、タンク本体１９の直径（ｄ）とタンク本体１９の底面からオーバーフロー管２１までの高さ（ｈ）の比（ｄ／ｈ）が、
ｄ／ｈ＝１／１２〜１／２０
とされている。つまり、タンク本体１９は、必要最低限の機械的強度を確保した上で極力縦長に形成されている。なお、タンク本体１９をＦＲＰなどの強化プラスチックやＳＵＳ３０４などのステンレス鋼で構成してもよい。
【００１８】
入口管２０は、タンク本体１９の下方に設けられており、脱気塔９から送られてきた被処理水をタンク本体１９内に供給する。
オーバーフロー管２１は、タンク本体１９の上方に設けられており、オーバーフロー水はＲＯ水タンク１４に収容される。ＲＯ水タンク１４内の水は、混床式イオン交換装置８及び脱気塔９で処理されて再びタンク本体１９に供給される。出口管２２は、タンク本体１９における入口管２０のさらに下方に設けられており、このタンク本体１９内に貯留された被処理水を紫外線照射装置１０（二次純水システム６側）へ供給する。
【００１９】
二次側戻り入口管２３は、二次純水システム６を経てユースポイントを通過した未使用の超純水をタンク本体１９に帰還させるためのものである。なお、ユースポイントで使用された超純水の排水は、例えば回収系システム（図示せず）に送られて再利用される。
【００２０】
ここで、出口管２２の断面積は、オーバーフロー管２１の断面積の１．２〜２．８倍とされている。また、出口管２２と入口管２０とは、ほぼ同一の断面積で形成され、タンク本体１９の横断面（直径ｂ方向の断面）の断面積は、出口管２２の断面積の１６〜３８倍とされている。さらに、オーバーフロー管２１よりオーバーフローする被処理水の流量は、少なくとも毎時タンク本体容量の３〜２０％、好ましくは、５〜２０％、更に好ましくは１０〜２０％に設定される。このようなバッファタンク１５は、二次純水システム６側へ供給すべき所定量の被処理水を貯留できると共に適量を装置内で循環できる。
【００２１】
次に、この実施例のバッファタンクを用いた水処理操作について説明する。
原水タンク２から供給される原水は、一次純水システム５に入り、逆浸透膜装置７で処理されてイオン性、コロイド性の被処理水中のＴＯＣ（全有機体炭素）が除去される。さらに、この被処理水は、一旦ＲＯ水タンク１４に貯溜された後、混床式イオン交換装置８に供給され、カチオン及びアニオンがそれぞれ除去される。さらに、脱気塔９で酸素や炭酸ガスが除去された一次純水は、入口管２０からバッファタンク１５に入り、出口管２２から二次純水システムに送られる。二次純水システムに送られた被処理水は、紫外線照射装置１０、混床式イオン交換装置１１を経てＴＯＣが除去されてユースポイントに送られ、ユースポイントで使用されなかった二次純水は二次側戻り入口管２３からバッファタンクに戻される。
【００２２】
このように本実施形態の超純水製造装置１は、脱気塔９（一次純水システム５）と紫外線照射装置１０（二次純水システム６）との間で、被処理水を一時的に貯留するバッファタンク１５が、必要最低限の機械的強度を確保した上で、極力縦長に形成されているので、バッファタンク１５内において、大気に曝される被処理水の水面が小面積となり、これにより、洗浄対象の例えば半導体素子などに悪影響を及ぼす酸素や炭酸ガスが、被処理水の中に溶解してしまうことを極力抑えることができる。また、空気と接した液面はオーバーフローにより除かれるので高純度の超純水を製造することができる。
【００２３】
以上、本発明を実施の形態により具体的に説明したが、本発明は前記実施形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。すなわち、本実施形態では、バッファタンク１５の形状が、筒状に形成されていたが、細長い縦長形状のタンクであれば、どのような形状であってもよく、水平断面の形状が楕円であったり、また、水平断面の形状が四角形などを含む多角形のタンクを本発明に適用してもよい。
【００２４】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明する。
なお、この実施例では、バッファタンク１５の出口管２２及び入口管２０を流れる被処理水の水質（比抵抗・水温・溶存酸素）の変化を測定し、超純水製造装置１への適用可能性を検討した。
【００２５】
（バッファタンク及びその周辺に関する構成の詳細）
バッファタンク１５の材質：ポリ塩化ビニル管（ＶＰ）
バッファタンク１５の形状：内部空間の水平断面が楕円形状となる箱形タンク
バッファタンク１５の入口管２０の口径：５０Ａ口径（５０．８ｍｍ）
バッファタンク１５の出口管２２の口径：５０Ａ口径（５０．８ｍｍ）
バッファタンク１５の口径ｄ：５００Ａ口径（３０４．８ｍｍ）
（＊バッファタンク１５の水平断面方向の断面積＝入口管２０及び出口管２２の断面積×約２５倍）
ＲＯ水タンク１４の入口管１７とバッファタンク１５のオーバーフロー管２１との高さの差ａ：３５０ｍｍ
入口管２０と出口管２２との高さの差ｃ：３５０ｍｍ
タンク本体１９の置台と出口管２２との高さの差ｂ：３００ｍｍ
バッファタンク１５（タンク本体１９）の全長ｅ：３９６０ｍｍ
（＊バッファタンク１５の口径ｄ×約１３倍）
タンク本体１９の底面からオーバーフロー管２１までの高さｈ：３７００ｍｍ（＊タンク本体１９の直径ｄとタンク本体１９の底面からオーバーフロー管２１までの高さｈの比ｄ／ｈ）
【００２６】
（測定器）
・比抵抗測定器  ：Thornton社製，比抵抗計200CR ×２台（校正済み）
・溶存酸素測定器：Orbsphere Laboratores 社製，MOCA 560D ×２台（校正済み）
【００２７】
（測定条件）
バッファタンク１５の入口管２０での被処理水流量：１１ｍ3 ／ｈ
バッファタンク１５の出口管２２での被処理水流量：１０．５ｍ3 ／ｈ
オーバーフロー管２１からの被処理水のオーバーフロー量：０．５ｍ3 ／ｈ
【００２８】
（測定結果）
バッファタンク１５の出入口（入口管２０及び出口管２２）における被処理水の比抵抗、水温並びに被処理水中の溶存酸素の測定データをそれぞれ表１及び表２に示す。
【表１】
0004472231.tif 000002
【表２】
0004472231.tif 000003
また、表１及び表２の測定データをそれぞれグラフ化したものを図３及び図４にそれぞれ示す。
これら表１、２及び図３、４から明らかなように、例えばバッファタンク１５内に窒素ガスをパージするといった機器構成などと同様、バッファタンク出入口における被処理水（純水又は超純水）の水質の変化が殆どないことが確認された。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のバッファタンクは、必要な剛性を確保した上で、極力細長い形状になるように形成されているので、タンク本体内において、大気に曝される液体の水面が小面積となり、これにより、酸素や炭酸ガスなどが液体中に溶解してしまうことを極力抑えることができる。したがって、本発明によれば、タンク本体内に窒素ガスを充填するなどといった複雑な装置構成を適用することなく、簡易的な機器構成で、貯留している液体の純度を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る超純水製造装置を機能的に示すブロック図である。
【図２】図１の超純水製造装置を構成するバッファタンク及びＲＯ水タンクを詳細に示す図である。
【図３】図２のバッファタンクの出入口における被処理水の比抵抗及び水温のデータを示すグラフである。
【図４】図２のバッファタンクの出入口における被処理水中の溶存酸素のデータを示すグラフである。
【符号の説明】
１…超純水製造装置、５…一次純水システム、６…二次純水システム、１５…バッファタンク、１９…タンク本体、２０…入口管、２１…オーバーフロー管、２２…出口管、２３…二次側戻り入口管。
【図１】
0004472231.tif 000004
【図２】
0004472231.tif 000005
【図３】
0004472231.tif 000006
【図４】
0004472231.tif 000007