(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線酸化装置とその後段のイオン交換塔とを備えてなる超純水製造装置において、該紫外線酸化装置の入口水の溶存酸素量と該イオン交換塔の出口水の溶存酸素量を測定し、これらの測定結果に基いて該紫外線酸化装置の紫外線照射量を制御す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、紫外線（ＵＶ）酸化装置とイオン交換塔とを備える超純水製造装置において、ＵＶ酸化装置のＵＶ照射量の制御を行うことでＴＯＣの分解除去を効率的に行えるようにした超純水製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
河川水、工業用水、水道水などの原水から、半導体製造工程等で使用される超純水を製造する場合の一般的な製造システムは、前処理工程、一次純水製造工程及び二次純水製造工程（サブシステム）からなる。
【０００３】
ＵＶ酸化装置は、水中の有機物を酸化分解するために、このような超純水製造システムにおける一次純水製造工程、二次純水製造工程に適用されている。また、イオン交換塔は、アニオン交換樹脂及び／又はカチオン交換樹脂が充填されたもので、水中のイオン性物質を除去するために、一次純水製造工程及び二次純水製造工程のＵＶ酸化装置の後段に設置されている。
【０００４】
従来の超純水製造システムでは、ＵＶ酸化装置の流入水（入口水）のＴＯＣ濃度の最大含有量を設定し、この設定したＴＯＣ含有量（以下「最大ＴＯＣ設定濃度」と称す。）の酸化分解除去に必要な量のＯＨラジカルを発生させるＵＶ照射量を固定値として発生するＵＶ酸化装置が設置されている。即ち、従来では、流入水のＴＯＣ濃度の変動に関らず、常に最大ＴＯＣ設定濃度のＴＯＣを酸化分解除去し得るＵＶを照射することで、ＵＶ酸化後のＴＯＣの残留を防止している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の超純水製造システムでは、ＵＶ酸化後のＴＯＣの残留を防止するために、ＵＶ酸化装置のＵＶ照射量が最大ＴＯＣ設定濃度に対応した、高い値に固定されているが、このようなＵＶ酸化装置では、最大ＴＯＣ設定濃度より低ＴＯＣ濃度の水が流入した場合、必要以上のＵＶが照射されることとなり、ＵＶコストが高くつく上に、次のような問題があることが本発明者らの検討により見出された。
【０００６】
即ち、ＵＶ酸化装置の流入水中のＴＯＣ濃度が最大ＴＯＣ設定濃度より低い場合、ＴＯＣのＵＶ酸化分解に使われなかった余剰のＯＨラジカルがＤＯ（溶存酸素）成分となって処理水中に残留する。これは、余剰のＯＨラジカルから過酸化水素が生成し、これがＵＶ酸化装置の後段のイオン交換塔のイオン交換樹脂、特にアニオン交換樹脂と接触すると、酸素を生成するためであると推定される。
【０００７】
このため、ＴＯＣ濃度が最大ＴＯＣ設定濃度よりも低い水をＵＶ酸化装置及びイオン交換塔で処理した場合、イオン交換塔の流出水のＤＯはＵＶ酸化装置流入水のＤＯよりも高いものとなる。従って、このような場合には、最終処理水の超純水のＤＯも高くなる。
【０００８】
例えば、ＴＯＣ２ｐｐｂ，ＤＯ２ｐｐｂを含む純水に、この純水１ｍ3当り０．３ｋＷのＵＶを照射して混床式イオン交換塔に通水した場合、イオン交換塔の流出水（出口水）のＤＯは５ｐｐｂに増加する。
【０００９】
超純水中にＤＯが存在すると、これを半導体製造工程のウェハ洗浄水として用いた場合、シリコンウェハ表面に酸化膜を生じさせるなどの弊害が起きる。
【００１０】
本発明は上記従来の問題点を解決し、流入水のＴＯＣ濃度に対して、ＵＶを過不足なく照射して、ＴＯＣを確実に酸化分解除去すると共に、ＤＯの増加を防止し、低ＴＯＣ，低ＤＯの超純水を安定に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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の超純水製造装置は、ＵＶ酸化装置とその後段のイオン交換塔とを備えてなる超純水製造装置において、
ＵＶ酸化装置の入口水のＤＯ量及びイオン交換塔の出口水のＤＯ量の測定
を行って、この測定結果に基いてＵＶ酸化装置のＵＶ照射量を制御することを特徴とする。
【００１２】
ＵＶ酸化装置におけるＵＶ照射量が一定の場合、ＵＶ酸化装置入口水のＴＯＣ濃度が下がると図４に示す如くＴＯＣ分解量も減少する。しかし、ＴＯＣ分解量（図４中の実線）の減少量はＴＯＣの存在量（図４中の点線）の減少率より低い。前述の如く、従来のＵＶ酸化装置では、予め設定したＵＶ酸化装置入口水の最大ＴＯＣ設定濃度を分解できるようにＵＶ照射量を設定しているので、実際のＵＶ酸化装置入口水のＴＯＣ濃度が最大ＴＯＣ設定濃度より少なくなるとＴＯＣ存在量に対してＵＶ照射量は過剰になる（図中斜線の部分）。この過剰な分だけ過酸化水素が発生し、ＤＯ成分が増加する。
【００１３】
本発明では、このような場合において、ＵＶ照射量を減らしてＴＯＣ分解量が図４の実線位置から点線位置まで下がるように制御することで、ＵＶの過剰照射によるＤＯの発生を防止する。
【００１４】
一般に、ＵＶ酸化装置において入口水のＴＯＣ濃度が一定の場合、ＵＶ照射量とＴＯＣ除去量との間には図２に示す関係がある。この関係は、下記関係式で示される。
【００１５】
Ｙ＝ａＸ＋ｂ
Ｙ：単位消費電力量当たりＴＯＣ除去量（ｍｇ−ＴＯＣ／ｋＷ）
Ｘ：ＴＯＣ濃度（ｐｐｍ）
ａ，ｂ：定数
即ち、ＵＶ酸化装置入口水のＴＯＣ濃度によって単位消費電力量当たりのＴＯＣ除去量が計算でき、これに基いて、ＴＯＣの除去に必要なＵＶ照射量（ＵＶ酸化装置への電力量ないし点灯するＵＶランプ数）を求めることができる。
【００１６】
従って、ＵＶ酸化装置入口水のＴＯＣ量の測定値の増減に基いてＵＶ酸化装置のＵＶ照射量を制御することで適正なＵＶ照射を行える。
【００１７】
また、ＵＶ酸化装置入口水のＴＯＣ濃度一定の場合、ＵＶ照射量とイオン交換塔出口水のＤＯ量との関係は図３に示す通りである。即ち、ＵＶ酸化装置のＵＶ照射量がＵＶ酸化装置入口水のＴＯＣ濃度に対して適正量である場合、或いは、ＵＶ照射量がＵＶ酸化装置入口水のＴＯＣ濃度に対して不足している場合には、ＵＶ酸化装置入口水のＤＯ量とイオン交換塔出口水のＤＯ量とはほぼ同じ値を示し、ＤＯ量の増加は殆どない。ＵＶ酸化装置のＵＶ照射量がＵＶ酸化装置入口水のＴＯＣ濃度に対して過剰量である場合には、前述の如く、ＵＶ酸化装置入口水のＤＯ量に対してイオン交換塔出口水のＤＯ量の増加が起こる。
【００１８】
従って、イオン交換塔出口水のＤＯ量の測定値が増加傾向に移行するときは、ＵＶ酸化装置におけるＵＶ照射量が過剰であるから、この増加傾向への移行点（図３の最適制御点）となるようにＵＶ酸化装置のＵＶ照射量を制御することで適正なＵＶ照射を行える。
【００１９】
同様に、ＵＶ酸化装置入口水のＤＯ量の測定値に対してイオン交換塔出口水のＤＯ量の測定値が大きい場合には、ＵＶ酸化装置におけるＵＶ照射量が過剰であるから、イオン交換塔出口水のＤＯ量の測定値−ＵＶ酸化装置入口水のＤＯ量の測定値＝０から、この差が正の値に移行する点となるようにＵＶ酸化装置のＵＶ照射量を制御することで適正なＵＶ照射を行える。
【００２０】
なお、ＵＶ照射量の制御は、測定値に連動して連続的に増減するものであっても良く、段階的に変化させるものであっても良い。また、段階的に変化させる場合、２段階に限らず、３段階以上にＵＶ照射量を制御しても良い。
【００２１】
【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。
【００２２】
図１は請求項１の超純水製造装置の実施の形態を示す系統図であり、ＵＶ酸化装置１にＵＶ照射量の制御器３を設け、ＵＶ酸化装置１の入口水のＤＯ量をＤＯ計５で測定すると共に、後段のイオン交換塔２の出口水のＤＯ量をＤＯ計４で測定し、これらの測定値に基いてＵＶ酸化装置１のＵＶ照射量を制御するようにしたものである。
【００２３】
図１において、制御器３では、入力されたＤＯ量の測定値の測定値に基いて適正なＵＶ照射量を演算し、この演算結果に基いてＵＶ酸化装置１のＵＶ照射量を制御する。
【００２４】
即ち、例えば、ＤＯ計５から入力されたＵＶ酸化装置１の入口水のＤＯ量の測定値（以下「ＤＯ1」）とＤＯ計４から入力されたイオン交換塔２の出口水のＤＯ量の測定値（以下「ＤＯ2」）とを比較し、ＤＯ2がＤＯ1よりも大きくなるまでＵＶ照射量を増やし、ＤＯ2＞ＤＯ1となる直前のＵＶ照射量となるようにＵＶ酸化装置１のＵＶ照射を制御する。
【００２５】
或いは、予めイオン交換塔２の出口水のＤＯ量とＵＶ酸化装置１の入口水のＤＯ量との差の基準値を定めておき、ＤＯ2−ＤＯ1がこの基準値を超える場合には、ＵＶ酸化装置１のＵＶ照射量を減らし、測定値がこの基準値より低い場合にはＵＶ酸化装置１のＵＶ照射量を増す。
【００２６】
本発明におけるＵＶ酸化装置のＵＶ照射量の制御方法としては、例えば、次のような方法が挙げられる。
【００２７】
（１）  制御器としてＵＶランプ点灯数制御器を用い、ＵＶランプの点灯数を望ましいＵＶ照射量に応じて制御する。例えば、１シリンダー当り、任意の複数（例えば１０本）のＵＶランプを設置したシリンダーを複数個備えたＵＶ酸化装置であれば、点灯するシリンダー数を制御する。
【００２８】
（２）  制御器としてＵＶランプ電流制御器を用い、ＵＶランプの電流値を望ましいＵＶ照射量に応じて制御する。例えば、特定のいくつかのシリンダー或いはすべてのシリンダーについて電流値を制御する。
【００２９】
（３）  制御器としてＵＶランプ点灯数制御器とＵＶランプ電流制御器とを用い、上記（１）と（２）とを組み合せて望ましいＵＶ照射量に応じて制御する。例えば、あるシリンダーについては定常電流値で点灯又は消灯し、他のシリンダーは電流値を増減する。
【００３０】
このような本発明の超純水製造装置は、超純水製造システムの一次純水製造工程、二次純水製造工程のいずれにも適用可能であるが、特に、二次純水製造工程への適用に好適であり、従来の最大ＴＯＣ設定濃度対応ＵＶ照射による最終処理水の超純水のＤＯ増加を抑制し、高純度の超純水を安定に製造することが可能となる。
【００３１】
【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。
【００３２】
説明の便宜上、まず、比較例を挙げる。
【００３３】
比較例１下記仕様のＵＶ酸化装置及びイオン交換塔を備え、８０ｍ3／Ｈｒの流量で超純水の製造を行っている超純水製造装置において、ＵＶ酸化装置入口水のＤＯ及びＴＯＣ濃度とイオン交換塔出口水のＤＯ及びＴＯＣ濃度は表１に示す通りであり、ＵＶ酸化装置入口水のＴＯＣが５ｐｐｂのときには、イオン交換塔出口水のＤＯの大きな増加はないものの、ＵＶ酸化装置入口水のＴＯＣが２ｐｐｂと低いときには、イオン交換塔出口水のＴＯＣもそれに応じて低くなる反面、ＤＯは５ｐｐｂと４倍以上に増加していた。
【００３４】
ＵＶ酸化装置
消費電力６．２６ｋＷの低圧紫外線酸化装置（ランプ本数６８本）。日本フォトサイエンス社製；４台
イオン交換塔
カチオン交換樹脂：アニオン交換樹脂＝１：１．６（体積比）の混床式イオン交換塔
【００３５】
【表１】
0003941139.tif 000002
【００３６】
実施例１
比較例１において、ＵＶ酸化装置入口水及びイオン交換塔出口水のＤＯを測定するＤＯ計と、この測定値に基いてＵＶ酸化装置のＵＶ照射量を制御する制御器とを設け、ＵＶ酸化装置入口水のＤＯよりもイオン交換塔出口水のＤＯが２．０ｐｐｂ以上増加した場合にはＵＶ酸化装置のＵＶランプの点灯数を半分にしてＵＶ照射量を０．１５ｋＷ／ｍ3−水にしたこと（イオン交換塔出口水のＤＯ−ＵＶ酸化装置入口水のＤＯ≦２．０ｐｐｂのときはＵＶ照射量０．３ｋＷ／ｍ3−水）以外は同様にして運転を行ったところ、表２に示す通り、低ＴＯＣ水が流入する場合でも、ＤＯの大きな増加は認められなかった。
【００３７】
【表２】
0003941139.tif 000003
【００３８】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の超純水製造装置によれば、流入水のＴＯＣ濃度の変動に応じて適正量のＵＶ照射を行えるため、ＵＶの過少照射によるＴＯＣの残留、或いは、ＵＶの過剰照射によるＤＯの増加を防止して、低ＴＯＣ，低ＤＯで高純度の超純水を安定かつ効率的に製造することができる
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の超純水製造装置の実施の形態を示す系統図である。
【図２】  ＵＶ照射量とＴＯＣ除去量との関係を示すグラフである。
【図３】  ＵＶ照射量とイオン交換塔出口水ＤＯ量との関係を示すグラフである。
【図４】  ＴＯＣ濃度とＴＯＣ量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  ＵＶ酸化装置
２  イオン交換塔
３  制御器
４，５  ＤＯ計
６  ＴＯＣ計
【図１】
0003941139.tif 000004
【図２】
0003941139.tif 000005
【図３】
0003941139.tif 000006
【図４】
0003941139.tif 000007