JP2005118734A

JP2005118734A - 超純水製造装置

Info

Publication number: JP2005118734A
Application number: JP2003358838A
Authority: JP
Inventors: Noriko Daishin; 紀子大信; Kazuhiko Kawada; 和彦川田; Hiroshi Sugawara; 広菅原
Original assignee: Organo Corp; Japan Organo Co Ltd
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 2003-10-20
Filing date: 2003-10-20
Publication date: 2005-05-12

Abstract

【課題】膜脱気手段による溶存酸素低減効果を維持しつつ、膜脱気手段から溶出した不純物を効果的に除去し、高水質の超純水を安定して供給できるようにした超純水製造装置を提供する。
【解決手段】一次純水を超純水へと精製する超純水製造装置のサブシステムにおいて、非再生型混床式イオン交換手段と膜脱気手段の後段に、膜脱気手段から溶出してきた成分を除去する、イオン交換機能を有するイオン吸着膜を配置したことを特徴とする超純水製造装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、超純水製造装置に関し、とくに、溶存酸素濃度が極めて低く、さらに他の不純物濃度も極めて低い超純水を得ることが可能な超純水製造装置に関する。

一次純水製造システムと、一次純水を超純水へと精製するサブシステムとを備えた超純水製造装置は、電子工業分野、中でも半導体製造分野に広く適用されている（たとえば、特許文献１、特許文献２）。この超純水には、極めて低い不純物濃度が要求されるので、各ユースポイントにおける不純物濃度を低く保つために、超純水製造装置のサブシステムとは別に、移送配管中からの不純物も含めて除去できるように各ユースポイント直前にイオン交換膜を設けるシステムが提案されている（たとえば、特許文献３）。また、超純水中の溶存酸素は、たとえばシリコンウエハの自然酸化膜の厚さをコントロールする上で特に重要な因子であり、最近では１μｇ／ｌ以下の低溶存酸素濃度が要求されるようになってきた。

このような低溶存酸素濃度の要求を満たすために、超純水製造装置のサブシステム内に膜脱気手段を設置することが多くなってきた（たとえば、特許文献４）。サブシステムに膜脱気手段を設置する箇所としては、通常、（１）紫外線酸化装置、膜脱気手段、非再生型混床式イオン交換手段（代表的には、カートリッジポリッシャ〔以下、「ＣＰ」と略称することもある。〕）の順に配置するか、または（２）紫外線酸化装置、ＣＰ、膜脱気手段の順に配置するかのどちらかとなる。

上記（１）の配置は、膜脱気手段から溶出してきた不純物をその後段のＣＰで取るためにこの方式を採っているが、最近、紫外線酸化装置で生成した過酸化水素がＣＰを通ることによって分解して酸素が発生し、溶存酸素濃度を増加させることが分かってきたので、上記（２）の方式を採るのが一般的となっている。しかし、膜脱気手段から溶出した不純物は、粒子であれば後段に設けられた限外濾過手段（以下、「ＵＦ」と略称することもある。）等の膜濾過手段で除去可能であるが、イオンやコロイド状の不純物はそのまま通過するので、超純水を汚染してしまうことが分かってきた。
特開２００３−１２４１７７号公報特開２００３−１０８４９号公報特開平８−８９９５４号公報特開平９−２９２５１号公報

そこで本発明の課題は、上記のような知見に基づき、超純水製造装置のサブシステムにおいて、膜脱気手段による溶存酸素低減効果を維持しつつ、膜脱気手段から溶出した不純物を効果的に除去し、高水質の超純水を安定して供給できるようにした超純水製造装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る超純水製造装置は、一次純水を超純水へと精製する超純水製造装置のサブシステムにおいて、非再生型混床式イオン交換手段と膜脱気手段の後段に、膜脱気手段から溶出してきた成分を除去する、イオン交換機能を有するイオン吸着膜を配置したことを特徴とするものからなる。

すなわち、本発明者らは、超純水製造装置のサブシステムにおける金属不純物の濃度の推移を調べた結果、ＣＰ出口で金属不純物の濃度は低下するが膜脱気手段の出口で金属不純物の濃度が一部元素について上昇してしまうことを確認した。イオン交換機能を有するイオン吸着膜をＣＰと膜脱気手段の後段にイオン交換機能を有するイオン吸着膜を配置することにより、膜脱気手段による溶存酸素低減効果を維持しつつ、膜脱気手段から溶出した上記のような不純物を、イオン吸着膜で適切に除去し、高純度な超純水を提供できるようにしたものである。

上記イオン吸着膜は、サブシステム内における非再生型混床式イオン交換手段と膜脱気手段の後段であれば、任意の位置に配置可能である。たとえば、非再生型混床式イオン交換手段と膜脱気手段の後段に設けられた膜濾過手段の前段に配置されてもよく、その膜濾過手段の後段に配置されてもよい。膜濾過手段としては、通常、限外濾過手段が用いられるが、精密濾過手段等も使用可能である。

上記イオン吸着膜としては、その官能基がカチオン交換基であるもの、官能基がアニオン交換基であるもの、官能基がキレート交換基であるもののいずれも使用可能であり、さらに、官能基が、カチオン、アニオン、キレート交換基の少なくとも２つの交換基からなるもの（つまり、組み合わされたもの）も使用可能である。これらの官能基のうち、溶出してくる成分に応じて適用する官能基を選択すればよい。

本発明に係る超純水製造装置によれば、サブシステムの膜脱気手段の出口側にイオン吸着膜を設けることで、膜脱気手段による溶存酸素低減効果を維持しつつ、膜脱気手段から溶出してきた不純物を効果的に除去でき、高水質の超純水を安定して供給することが可能となる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る超純水製造装置１を、図２は、別の実施態様に係る超純水製造装置２１を、それぞれ示している。図１および図２の超純水製造装置において異なる点はイオン吸着膜を配置する位置のみであり、その他は実質的に同じ構成を有している。

図１は、超純水製造装置１における、一次純水製造システム（図示略、周知のいずれの構成を有するものも使用可能である。）で生成された一次純水を超純水へと精製するサブシステム２（二次純水システムとも言う。）を示している。一次純水製造システムから供給されてきた一次純水３は、一旦サブタンク４に貯留される。サブタンク４に貯留された一次純水は、ポンプ５により、熱交換器６に送られ、後段の紫外線酸化に好適な温度に調整された後、紫外線酸化装置７に送られる。紫外線酸化装置７により酸化処理が行われた後、非再生型混床式イオン交換手段としてのカートリッジポリッシャ８に送られ、イオン交換処理が行われる。カートリッジポリッシャ８からは、膜脱気手段９に送られ、純水中の溶存酸素が除去される。ここまでは従来のサブシステムと実質的に同じ構成である。

本実施態様では、上記膜脱気手段９の後段に、膜脱気手段９から溶出してきた成分を除去する、イオン交換機能を有するイオン吸着膜１０が配置されている。イオン吸着膜１０で、主として膜脱気手段９からの溶出成分が除去された純水は、膜濾過手段としての限外濾過手段１１（「ＵＦ」と略称して図示してある。）に送られ、主として粒子状不純物が除去されて、精製された超純水として所定のユースポイント１２に送られる。つまり本実施態様では、イオン吸着膜１０が、カートリッジポリッシャ８と膜脱気手段９の後段で、かつ、膜濾過手段としての限外濾過手段１１の前段に配置されている。

図２に示した超純水製造装置２１のサブシステム２２においては、図１に示した態様に比べ、イオン吸着膜１０が、カートリッジポリッシャ８と膜脱気手段９の後段で、かつ、膜濾過手段としての限外濾過手段１１の後段に配置されている。その他の構成は、図１に示した態様と実質的に同じである。

図３は、比較のために、従来の超純水製造装置３１のサブシステム３２の一例を示しており、上記図１、図２に示した本発明の実施態様に比べて、サブシステム３２内にイオン吸着膜が設けられていない。

上記図１、図２に示した本発明の実施態様に係る超純水製造装置１、２１においては、膜脱気手段９による溶存酸素除去効果は実質的にそのまま維持されつつ、膜脱気手段９から溶出してきた不純物成分が、とくに限外濾過手段１１では除去困難な不純物成分が、イオン吸着膜１０により除去される。したがって、所定のユースポイント１２には、溶存酸素が良好に除去されるとともに、他の不純物成分も良好に除去された、高純度の超純水が安定して供給されることになる。

上記イオン吸着膜１０としては、たとえば１００μｍ以下の孔径を持ち、かつイオン交換機能を持つものであればよく、材質、型式等に特に制限はない。イオン吸着膜１０としては、たとえば市販のイオン交換基をＭＦ膜（精密フィルター膜）等の膜素材に導入したもの等が使用できる。膜素材としては、プリーツ型や中空糸型、特開２００３−１１２０６０号公報の記載にあるような多孔質体などが挙げられる。膜素材に導入されるイオン交換基は、カチオン交換基、キレート形成基、アニオン交換基のいずれか、もしくは溶出してくる成分に応じてこれらの少なくとも２つを組み合わせた状態で使用することができる。

なお、サブシステム（二次純水製造装置）の構成についても何ら図１や図２に示すものに限定されない。一般に二次純水装置は、給水ポンプ、熱交換器、低圧紫外線酸化装置、非再生型混床式イオン交換装置、膜脱気装置、ＵＦ又はＭＦで構成されるが、ＲＯ膜（逆浸透膜）分離装置、電気脱塩装置等の脱塩装置、有機物吸着装置、ホウ素除去用樹脂などが設けられていてもよい。

実施例１、２、比較例１
図１、図２に示したシステム構成を有する超純水製造装置を用いて二次純水製造装置（サブシステム）で超純水を製造した。イオン吸着膜はカチオン交換基が導入されたものを使用した。図１に示した超純水製造装置を用いた場合を実施例１、図１に示した超純水製造装置を用いた場合を実施例２とした。これに対し、膜脱気手段をバイパスした場合、つまり、図３に示したシステム構成を有する超純水製造装置を用いて二次純水製造装置（サブシステム）で超純水を製造した場合を比較例１とした。実施例１、２、比較例１のそれぞれにおいて、カートリッジポリッシャー入口、カートリッジポリッシャー出口、膜脱気出口、イオン吸着膜出口、ＵＦ出口のそれぞれについて、Ｎａ、Ａｌ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｚｎに関して水質分析を行った。結果を表１〜３に示す。

表１〜３に示す通り、カートリッジポリッシャー出口では定量下限値である０．１ｎｇ／ｌ以下まで不純物量を低減できたが、膜脱気手段出口でＮａ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｆｅに濃度の上昇が見られた。比較例１では、ＵＦではこれを除去することができず、Ｎａ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｆｅ濃度が検出された。これに対して、イオン吸着膜を設けた実施例１では膜脱気出口で濃度の上昇が見られたＮａ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｆｅがイオン吸着膜で除去され、ＵＦ出口では（つまり、サブシステム出口では）。定量下限値である０．１ｎｇ／ｌ以下の超純水を安定供給することができた。同様に、実施例２でも、膜脱気出口で濃度の上昇が見られたＮａ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｆｅの濃度はＵＦ出口まで継続されたが、これらがイオン吸着膜で除去されて、サブシステム出口では、定量下限値である０．１ｎｇ／ｌ以下の超純水を安定供給することができた。これらの結果から、サブシステム内の膜脱気手段よりも後段にイオン吸着膜を配置することにより、高純度の超純水を安定して供給できるようになることが確認できた。

本発明に係る超純水製造装置は、溶存酸素濃度が極めて低く、さらに他の不純物濃度も極めて低い超純水を得ることが要求されるあらゆる用途に適用でき、とくに高純度の超純水が要求される電子工業分野に好適である。

本発明の一実施態様に係る超純水製造装置のサブシステムの概略機器系統図である。本発明の別の実施態様に係る超純水製造装置のサブシステムの概略機器系統図である。従来の超純水製造装置のサブシステムの概略機器系統図である。

符号の説明

１、２１超純水製造装置
２、２２サブシステム
３一次純水
４サブタンク
５ポンプ
６熱交換器
７紫外線酸化装置
８非再生型混床式イオン交換手段としてのカートリッジポリッシャ
９膜脱気手段
１０イオン吸着膜
１１膜濾過手段としての限外濾過手段（ＵＦ）
１２ユースポイント

Claims

一次純水を超純水へと精製する超純水製造装置のサブシステムにおいて、非再生型混床式イオン交換手段と膜脱気手段の後段に、膜脱気手段から溶出してきた成分を除去する、イオン交換機能を有するイオン吸着膜を配置したことを特徴とする超純水製造装置。
前記イオン吸着膜が、前記非再生型混床式イオン交換手段と膜脱気手段の後段に設けられた膜濾過手段の前段に配置されている、請求項１の超純水製造装置。
前記イオン吸着膜が、前記非再生型混床式イオン交換手段と膜脱気手段の後段に設けられた膜濾過手段の後段に配置されている、請求項１の超純水製造装置。
前記膜濾過手段が限外濾過手段からなる、請求項２または３の超純水製造装置。
前記イオン吸着膜の官能基がカチオン交換基である、請求項１〜４のいずれかに記載の超純水製造装置。
前記イオン吸着膜の官能基がアニオン交換基である、請求項１〜４のいずれかに記載の超純水製造装置。
前記イオン吸着膜の官能基がキレート交換基である、請求項１〜４のいずれかに記載の超純水製造装置。
前記イオン吸着膜の官能基が、カチオン、アニオン、キレート交換基の少なくとも２つの交換基からなる、請求項１〜４のいずれかに記載の超純水製造装置。