JP2022187148A - 水処理装置の立上げ方法および洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な手順で高水質の超純水を早期に供給する。【解決手段】水処理装置の立上げ方法であって、当該水処理装置のＵＦ７０を取り付ける位置に供給される水に含まれる不純物の量を取得する工程と、取得した量が基準値未満である場合、ＵＦ７０への通水を開始する工程とを行う。【選択図】図１

Description

本発明は、水処理装置の立上げ方法および洗浄方法に関する。

高度な技術を用いて不純物が除去された超純水は、一般的に、原水（河川水、地下水、工業用水など）を、前処理システム、一次純水製造システム、および二次純水製造システム（サブシステム）において順次処理することにより製造される。製造された超純水は、純度の高い水となる。このような超純水は、半導体デバイスや液晶デバイスの製造プロセスにおいて、それらのデバイスを洗浄する洗浄工程などの様々な用途に使用されている。そのため、超純水に含まれる金属は、デバイスの歩留まり率を低下させる直接の原因となってしまう。

そこで、限外ろ過膜装置が設けられた超純水製造設備において、限外ろ過膜装置への金属汚染（付着）を防止するために、当該超純水製造設備の立上げ時に、限外ろ過膜装置へ供給される水が精密ろ過膜装置を介するような配管を配置して、所定の時間、その配管に通水して、精密ろ過膜装置で処理された水を限外ろ過膜装置へ供給する技術が考えらえている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０２０－８１９５７号公報

上述したような技術においては、精密ろ過膜装置を設ける必要があるため、システム全体の規模が大きくなり、運転方法も複雑化してしまう。また、配管に通水する期間を時間に基づいて決定しているため、所定の時間が経過し、配管に通水しないで（つまり、精密ろ過膜装置で処理しないで）限外ろ過膜装置に水を供給した場合に、限外ろ過膜装置に供給される水にどの程度の不純物が含有されているか正確に把握することはできず、限外ろ過膜装置が金属汚染（付着）するおそれがある。その場合、超純水の水質が悪化するため、高水質の超純水が供給されるまでに時間がかかってしまうという問題点がある。

本発明の目的は、簡便な手順で高水質の超純水を早期に供給することができる水処理装置の立上げ方法および洗浄方法を提供することにある。

本発明の水処理装置の立上げ方法は、
水処理装置の立上げ方法であって、
当該水処理装置の限外ろ過膜装置を取り付ける位置に供給される水に含まれる不純物の量を取得する工程と、
該取得した量が基準値未満である場合、前記限外ろ過膜装置への通水を開始する工程とを行う。

また、本発明の水処理装置の洗浄方法は、
水処理装置を洗浄する洗浄方法であって、
過酸化水素を用いて、当該水処理装置を構成する系内の殺菌を行う工程と、
一次純水製造設備から供給される水を用いて前記過酸化水素を前記系内から押し出す工程と、
前記過酸化水素を押し出した後に、当該水処理装置を構成するイオン交換樹脂を充填する工程と、
前記イオン交換樹脂を充填した後に、当該水処理装置を構成する限外ろ過膜装置を取り付ける工程とを行う。

本発明においては、簡便な手順で高水質の超純水を早期に供給することができる。

水処理装置の運用時の基本構成の一例を示す図である。 図１に示した水処理装置の立上げ時の本発明における構成の一例を示す図である。 設備構成部材内の過酸化水素を押し出し後に、図１に示したＣＰを充填した後の構成の一例を示す図である。 水の流通ラインにＭＤおよびＵＦが取り付けられた後の構成の一例を示す図である。 図１に示した水処理装置の立上げ時の比較例１における構成を示す図である。 設備構成部材内の過酸化水素を押し出し後に、図１に示したＣＰを充填した後の構成の一例を示す図である。 図１に示した水処理装置の立上げ時の比較例２における構成を示す図である。 設備構成部材内の過酸化水素を押し出し後に、図１に示したＣＰを充填した後の構成の一例を示す図である。 水の流通ラインにＭＤおよびＵＦが取り付けられた後の構成の一例を示す図である。 水処理装置の立上げ時間と鉄の濃度との関係を示すグラフである。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、水処理装置の運用時の基本構成の一例を示す図である。水処理装置の運用時の基本構成は図１に示すように、タンク１０と、ポンプ２０と、ＨＥ３０と、ＵＶｏｘ４０と、ＣＰ５０と、ＭＤ６０と、ＵＦ７０と、制御弁８０とが直列に接続（配置）されている。タンク１０は、一次純水製造設備で製造された一次純水が貯留されている槽である。ポンプ２０は、タンク１０に貯留されている一次純水を汲み上げてＨＥ３０へ供給する。ＨＥ３０は、熱交換器である。ＵＶｏｘ４０は、紫外線酸化装置である。ＣＰ（カートリッジポリッシャー）５０は、非再生型イオン交換樹脂（イオン交換装置）である。ＭＤ６０は、溶存酸素を除去する膜脱気装置である。ＵＦ７０は、限外ろ過膜装置である。また、図１に示した水処理装置の立ち上げ時は、ＵＦ７０が処理した処理水の多くをタンク１０へ戻して循環させる。この処理水の循環には、ＵＦ７０の後段に設けられた制御弁８０を用いる。例えば、外部に接続された制御装置から送信されてきた制御信号に従って、制御弁８０が、ＵＦ７０からの水を、半導体等を洗浄するポイントとタンク１０とのいずれか一方へ供給するように開閉する。これらの装置（構成要素）は、一般的な水処理システムに用いられているもので良い。なお、図１に示したＭＤ６０が水の流通ラインに取り付けられていない構成であっても良い。以下の説明においても同様である。なお、水処理装置は、例えば、二次純水製造設備である。

水処理装置の近年の立上げ方法として、過酸化水素で系内の殺菌を行い、一次純水製造設備からの供給水で過酸化水素を押出した後に、イオン交換樹脂を充填する方法が用いられている。この方法を図１に示したような水処理装置に適用すると、ＵＦ７０を設置したまま過酸化水素洗浄を行うこととなる。ＵＦ７０を設置したまま一次純水製造設備からの供給水で過酸化水素の押し出しを行うとＵＦ７０に金属不純物が付着し、その後、ＵＦ７０から定常的に溶出してしまう。近年の半導体デバイスの急速な高集積化・微細化に伴い、金属不純物の濃度管理値はますます高まっている。そのため、金属不純物の定常的な溶出は回避しなければならない。

そこで、本発明においては、水処理装置の立上げ方法として、以下に説明するような工程を行う。図２は、図１に示した水処理装置の立上げ時の本発明における構成の一例を示す図である。図２に示すように、図１に示した構成からＣＰ５０、ＭＤ６０およびＵＦ７０を取り付けない状態とする。その状態で、タンク１０に貯留されている超純水をポンプ２０が汲み上げて配管やポンプ等を含む水処理装置の構成部材（以下、設備構成部材と称する）の洗浄を行う。続いて、設備構成部材を過酸化水素で浸漬して殺菌を行う。殺菌に用いる過酸化水素の濃度は、例えば１％である。設備構成部材の殺菌後、タンク１０に貯留されている超純水をポンプ２０が汲み上げて、その超純水を用いて過酸化水素を押し出す。

その後、ＣＰ５０を充填して通水を行う。図３は、設備構成部材内の過酸化水素を押し出し後に、図１に示したＣＰ５０を充填した後の構成の一例を示す図である。図３に示すようにイオン交換樹脂であるＣＰ５０を充填して、通水を行う。通水を開始した直後、ＵＦ７０を取り付ける位置に供給される水に含まれる不純物の量を取得する。ここでは、例えば、金属不純物の濃度を測定する。この濃度の値を得るための分析方法としては、イオン吸着体を用いた濃縮法が望ましい。イオン吸着体を用いた濃縮法は、所定の時間、対象となる超純水をイオン吸着体に通水させた後、イオン吸着体に吸着した不純物を、溶離液を用いて溶離させ、不純物を溶離した溶離液に含まれる不純物の濃度を測定し、測定した濃度に基づいて、超純水に含まれていた不純物の濃度を算出する方法である。この分析を行うために用いるイオン吸着体は、例えば、ＣＰ５０の出口、すなわち、ＣＰ５０が取り付けられた位置とＵＦ７０が取り付けられる位置との間に、分岐する分岐ラインを設け、その分岐ラインに設けられる。分岐点に設けられたバルブを制御することで分岐ラインに水が流れるように制御し、イオン吸着体は、分岐ラインに流れる水に含まれる金属不純物を濃縮し、イオン吸着体に濃縮された金属不純物の分析が行われる。このイオン吸着体はイオン除去またはイオン吸着機能（例えば、イオン吸着膜またはモノリス状有機多孔質、イオン交換樹脂）を有する。イオン吸着体が除去または吸着する対象物はイオン性金属不純物である。また、イオン吸着体は、静電的な効果で微粒子も吸着する。本形態において、イオン吸着体の官能基は、カチオン、アニオン交換基またはキレート化合物である。イオン交換体はモノリス状イオン交換体であることが望ましく、国際公開公報第２０１９－２２１１８６号に記載されたものが挙げられる。

立ち上げ時の金属不純物の濃度の基準値は特に限定されないが、好ましくは１ｎｇ／Ｌ以下、さらに好ましくは０．１ｎｇ／Ｌ以下であることが望ましい。以下の説明においても同様である。

分析の結果、得られた不純物の量（例えば、金属不純物の濃度）が所定の基準値未満である場合、ＵＦ７０を取り付ける。このとき、使用する設備の構成にＭＤ６０の設置が必要である場合は、ＭＤ６０およびＵＦ７０を取り付ける。図４は、水の流通ラインにＭＤ６０およびＵＦ７０が取り付けられた後の構成の一例を示す図である。図４に示した構成は、図１に示した基本構成となり、この構成となった後、通水を行い、運用が開始される。取り付けるＵＦ７０は、過酸化水素があらかじめ充填されたものであっても良い。取り付けるＵＦ７０は、限外ろ過膜が容器内に収納されているものであり、この容器が水の流通ラインに取り付けられる。また、限外ろ過膜が収納された容器内に過酸化水素があらかじめ充填されていても良い。なお、ＣＰ５０の後段には金属系の材料を使用しないことが望ましく、また金属系の材料を使用していても洗浄によって金属不純物の濃度が基準値未満となっていることが条件となる。

上記の工程は、例えば、制御装置（不図示）が制御して行うものであっても良い。その場合、それぞれの構成要素を取り付けるタイミングや可否の判定を制御装置が行う。例えば、過酸化水素を押し出した後のＣＰ５０を充填するタイミングの判定については、過酸化水素の押し出しを開始してからの経過時間を制御装置が計測し、計測した経過時間が所定の閾値に達した時に、ＣＰ５０の充填を開始するタイミングであると判定するものであっても良い。また、ＣＰ５０の後段に、ＵＦ７０を経由する経路とは別にＵＦ７０を経由しない経路を設けておき、制御装置が、超純水が流通する経路として上述した不純物の量を取得（金属不純物の濃度を測定）する工程まではＵＦ７０を経由しない経路を選択し、取得された不純物の量（測定された金属不純物の濃度）が所定の基準値未満である場合、ＵＦ７０を経由する経路に切り換える制御を行うものであっても良い。この場合、これらの経路の分岐点に切り替え用のバルブを設け、制御装置がそのバルブを制御するものであっても良い。また、ＵＦ７０の前段にＵＦ７０への超純水の流入を制御するバルブを設け、制御装置がそのバルブを制御してＵＦ７０への超純水の流入を制御するものであっても良い。また、ＵＦ７０を取り付けた後においても上述した分析位置またはＵＦ７０の出口における水に含まれる不純物の量に基づいて、制御弁８０を制御するものであっても良い。このような制御を行ってメンテナンスを行う場合、取得した不純物の量が基準値未満である場合、水が半導体等を洗浄するポイントへ供給されるように制御弁８０を制御する。また、取得した不純物の量が基準値以上である場合、水を上流のタンク１０へ戻して循環するように制御弁８０を制御する。この制御は、制御装置が行うものであっても良い。

水処理装置の立上げ時に上述した工程を行うことで、金属不純物濃度の低い水を従来よりも早く得ることができる。以下に、従来の構成との比較を行った結果を示す。以下の説明においては、従来の構成を用いた２つの比較例を挙げて、本願発明の構成と比較する。
（比較例１）

図５は、図１に示した水処理装置の立上げ時の比較例１における構成を示す図である。図５に示すように、図１に示した基本構成からＣＰ５０を取り付けない状態とする。その状態で、タンク１０に貯留されている超純水をポンプ２０が汲み上げて設備構成部材の洗浄を行う。続いて、設備構成部材を過酸化水素で浸漬して殺菌を行う。殺菌に用いる過酸化水素の濃度は、例えば１％である。設備構成部材の殺菌後、タンク１０に貯留されている超純水をポンプ２０が汲み上げて、その超純水を用いて過酸化水素を押し出す。

その後、ＣＰ５０を充填して通水を行う。図６は、設備構成部材内の過酸化水素を押し出し後に、図１に示したＣＰ５０を充填した後の構成の一例を示す図である。図６に示すようにイオン交換樹脂であるＣＰ５０を充填して、通水を行う。所定の期間、通水を行った後、運用が開始される。
（比較例２）

図７は、図１に示した水処理装置の立上げ時の比較例２における構成を示す図である。図７に示すように、図１に示した構成からＣＰ５０、ＭＤ６０およびＵＦ７０を取り付けない状態とする。その状態で、タンク１０に貯留されている超純水をポンプ２０が汲み上げて設備構成部材の洗浄を行う。続いて、設備構成部材を過酸化水素で浸漬して殺菌を行う。殺菌に用いる過酸化水素の濃度は、例えば１％である。設備構成部材の殺菌後、タンク１０に貯留されている超純水をポンプ２０が汲み上げて、その超純水を用いて過酸化水素を押し出す。

その後、ＣＰ５０を充填して通水を行う。図８は、設備構成部材内の過酸化水素を押し出し後に、図１に示したＣＰ５０を充填した後の構成の一例を示す図である。図８に示すようにイオン交換樹脂であるＣＰ５０を充填して、通水を行う。その後、ＵＦ７０を取り付ける位置に供給される水の比抵抗の値を金属不純物の濃度として測定する。制御装置（不図示）が、測定器が測定した値が所定の基準値未満であるかどうかを判定する。ここで、基準値は、例えば、１８．２ＭΩ・ｃｍである。

測定器が測定した値が所定の基準値未満である場合、ＵＦ７０を取り付ける。このとき、使用する設備の構成にＭＤ６０がある場合は、ＭＤ６０およびＵＦ７０を取り付ける。図９は、水の流通ラインにＭＤ６０およびＵＦ７０が取り付けられた後の構成の一例を示す図である。図９に示した構成は、図１に示した基本構成となり、この構成となった後、通水を行い、運用が開始される。

図１０は、図２～４を用いて説明した本発明の立上げ方法と、図５，６を用いて説明した比較例１の立上げ方法と、図７～９を用いて説明した比較例２の立上げ方法とにおけるそれぞれの立上げ時間とＵＦ７０の後段から流出される水に含まれる鉄の濃度との関係を示すグラフである。図１０に示した関係は、実験によって得られた関係である。図１０に示したグラフにおいて、立上げ時間の「０」は、本発明（実施例）では図３に示した構成として通水を開始した時点であり、比較例１では図６に示した構成として通水を開始した時点であり、比較例２では図８に示した構成として通水を開始した時点である。図１０に示した実験の結果を参照すると、比較例１の立上げ方法を適用した場合よりも、比較例２の立上げ方法を適用した場合の方が、水処理装置がより早く低い濃度になっていることがわかる。さらに、比較例２の立上げ方法を適用した場合よりも、本発明（実施例）の立上げ方法を適用した場合の方が、水処理装置がより早く低い濃度になっていることがわかる。また、比較例１および比較例２においては、鉄の不純物の濃度が高く、定常的に溶出していることがわかる。一方、本発明（実施例）においては、ＵＦ７０からの鉄の溶出は大きく抑えられている。また、比較例２において、比抵抗確認の結果に基づいて、ＵＦ７０の取り付けのタイミングを判定しているが、本発明（実施例）の方がＵＦ７０からの鉄の溶出が抑えられていることから、比較例２では比抵抗確認では検出できない微量の金属がＵＦ７０に付着したままであることがわかる。

このように、限外ろ過膜装置が設置された水処理装置を立ち上げる際、まずは、限外ろ過膜装置を除外して、過酸化水素を用いて設備構成部材を殺菌し、その後通水を行って、限外ろ過膜装置を設置する位置での水に含まれる金属不純物の濃度が基準値未満になった場合に限外ろ過膜装置を取り付けて運用を行う。これにより、限外ろ過膜装置への金属不純物による汚染を防ぐことができ、後段への金属不純物の溶出を低減させることができる。

なお、水処理装置の立上げ時だけではなく、水処理装置のメンテナンスを行った後においても、上述した工程を行うものであっても良い。つまり、メンテナンス等の作業のために所定のタイミングで限外ろ過膜装置への水の供給を止め、メンテナンスの作業の終了後、図２に示した状態にして、同様の工程を行うものであっても良い。

水処理装置の洗浄についても、当該水処理装置の立上げ時に上述した工程を行うことで当該水処理装置を洗浄することができる。

１０ タンク
２０ ポンプ
３０ ＨＥ
４０ ＵＶｏｘ
５０ ＣＰ
６０ ＭＤ
７０ ＵＦ
８０ 制御弁

Claims (9)

1. 水処理装置の立上げ方法であって、
   当該水処理装置の限外ろ過膜装置を取り付ける位置に供給される水に含まれる不純物の量を取得する工程と、
   該取得した量が基準値未満である場合、前記限外ろ過膜装置への通水を開始する工程とを行う立上げ方法。
2. 請求項１に記載の立上げ方法において、
   前記不純物の量を取得する工程は、前記水処理装置に前記限外ろ過膜装置を取り付ける前に行われ、
   該取得した量が基準値未満である場合、前記限外ろ過膜装置を取り付けた後、該限外ろ過膜装置への通水を開始する立上げ方法。
3. 請求項１に記載の立上げ方法において、
   前記不純物の量を取得する工程は、前記水処理装置に前記限外ろ過膜装置を取り付けて、前記限外ろ過膜装置へ水を供給して超純水の製造を開始した後、所定の期間が経過したタイミングで、取り付けられた前記限外ろ過膜装置への水の供給を止めた後に行われ、
   該取得した量が前記基準値未満である場合、前記限外ろ過膜装置への水の供給を再開させる工程を行う立上げ方法。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の立上げ方法において、
   前記不純物の量を取得する工程は、イオン吸着体を使用した濃縮分析を用いて行う立上げ方法。
5. 請求項４に記載の立上げ方法において、
   前記イオン吸着体は、モノリス状有機多孔質である立上げ方法。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の立上げ方法において、
   前記水処理装置の前記限外ろ過膜装置を取り付ける位置よりも前段にイオン交換装置を設置する工程を行い、
   前記不純物の量を取得する工程は、前記イオン交換装置に通水を開始した直後のタイミングで、前記イオン交換装置で処理された水に対して行われる立上げ方法。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の立上げ方法において、
   前記基準値は、１ｎｇ／Ｌ以下である立上げ方法。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の立上げ方法において、
   前記水処理装置は、二次純水製造設備である立上げ方法。
9. 水処理装置を洗浄する洗浄方法であって、
   過酸化水素を用いて、当該水処理装置を構成する系内の殺菌を行う工程と、
   一次純水製造設備から供給される水を用いて前記過酸化水素を前記系内から押し出す工程と、
   前記過酸化水素を押し出した後に、当該水処理装置を構成するイオン交換樹脂を充填する工程と、
   前記イオン交換樹脂を充填した後に、当該水処理装置を構成する限外ろ過膜装置を取り付ける工程とを行う洗浄方法。
   

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