JP2703034B2 - 加熱脱気装置を用いた超純水装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電子工業の半導体製造およびその関連産業
に用いられる超純水装置、特に半導体製造において洗浄
に用いられる超純水の溶存酸素を極限にまで減少させる
超純水装置に関する。

（従来の技術） 半導体の製造の際に洗浄に使用される超純水をつくる
超純水装置の技術分野では、超純水中の溶存酸素レベル
を低下させることの意義、必要性は種々論じられている
が、従来は、溶存酸素レベルを低下させることにより水
中の好気性微生物の増殖を防止し水質の制御に有効であ
ることから、これらの目的で脱気が行われて来た。この
点では超純水に残存する溶存酸素濃度レベルに対する要
求は酷しいものではなく、脱気装置としても熱影響を受
けることが嫌われる超純水装置の系統に支障なく組込み
得るもの、例えば充填塔を用いた真空脱気方式、膜を用
いた真空脱気方式のもの、あるいは還元剤を注入し触媒
を用いて水中の酸素を除去する方法等が従来用いられて
いる。

第３図は真空脱気方式の脱気装置を組込んだ従来技術
の超純水装置の１例を示す。原水は前処理装置（ａ）で
凝集沈澱、濾過等により処理され、前処理水が加圧ポン
プ（ｂ）により加圧されて逆浸透装置（ｃ）により脱塩
されたのち、この脱塩水が充填塔形式の真空脱気装置
（ｄ）内にスプレーされ、真空ポンプ（ｅ）により真空
引されて脱気され酸素除去が行われる。こうして脱気さ
れた水がポンプ（ｆ）によりイオン交換塔（ｇ）に通さ
れて残留イオンが除去され、さらにイオン交換樹脂の破
片等を除去するためフィルタ（ｈ）に通され１次純水と
なって、超純水循環系の超純水タンク（ｉ）に供給され
る。

超純水循環系では、超純水タンク（ｉ）からの純水が
超純水ポンプ（ｊ）により真空ポンプ（ｋ）に接続した
膜脱気装置（ｌ）に供給され、さらに脱気される。この
ような膜脱気装置（ｌ）が前記の真空脱気装置（ｄ）の
代わりに２次超純水装置の循環系中に置かれることもあ
る。

膜脱気された純水は、２次純水装置の紫外線殺菌器
（ｍ）により殺菌処理され、イオン交換樹脂の非再生型
ポリシャー（ｎ）により最終的イオンポリシングされ限
外濾過器（ｏ）により微粒子を完全に除去し超純水とな
る。この超純水は配管ループ（ｐ）を経て各ユースポイ
ント（ｑ）に分配供給される。配管ループ中の残りの超
純水は再度超純水タンク（ｉ）に返送され循環される。
超純水タンク（ｉ）は脱気された水が空気中の酸素と接
触することを避けるため密閉形とし、気相部を窒素によ
りパージしている。

このように真空脱気装置は超純水装置の系統内の最も
適切な個所に挿入して組入れられているが、真空脱気方
式を以てしては超純水中の溶存酸素レベルは30〜50ppb
程度までしか下げることができない。水素を還元剤とし
て用い触媒樹脂を用いて行なう酸素脱気も、10ppb程度
までで、樹脂からのTOC溶出の問題がある。

（発明が解決しようとする課題） しかし、半導体集積回路の集積度が進み微細加工技術
が一層必要とされるのに伴って超純水中の溶存酸素によ
りウエハー表面に自然酸化膜が形成されることが無視で
きないようになって来ている。この自然酸化膜が成長す
るとコンタクトレンズを増加させ、製造した集積回路に
欠陥が生じることになる。

ウエハー上にこのような自然酸化膜が形成されないよ
うにするには、超純水中の溶存酸素レベルをさらに低下
させることが必要である。自然酸化膜の成長は溶存酵素
濃度だけでなく、水温、浸漬時間等によって影響され
る。超純水の溶存酸素レベルをさらに低下させる手段と
して加熱脱気が有効であるが、超純水装置の構成各部、
配管、弁等に高温の超純水が常時接触することは、各部
からの材料の溶出を増加させる傾向を伴うので、これま
で採用されなかった。

本発明は従来技術の上記問題点に解決を与え、超純水
中の溶存酸素レベルを10ppb以下に、さらに2ppb以下の
程度の極限にまで低下させることのできる超純水装置を
提供することを課題とする。

（課題を解決するための手段） 前記課題の解決のため、本発明では、１次純水装置、
または好ましくは次超純水装置の２次超純水の循環精製
の系統内における、イオン交換ポリシャー、最終固体粒
子除去濾過器からなる超純水装置以前の段階に加熱脱気
装置を設け、加熱脱気装置内において純水をスプレーし
水蒸気発生装置により発生させた水蒸気を吹込み直接接
触させて加熱し効果的に脱気する。この直接接触水蒸気
としては脱気された純水の一部をボイラーより発生する
軟水の水蒸気を熱源として間接熱交換により発生させ
る。このようにすれば脱気された純水中にボイラー水が
混入することはない。スプレー形式の加熱脱気装置とす
る代わりにトレー形式として直接接触させるようにして
もよい。加熱脱気装置に流入、流出する純水は加熱脱気
装置の前後で間接熱交換を行い熱回収を図るとともに、
脱気された純水を降温した状態で、その後、２次超純水
装置の段階に送給する。従って２次超純水装置に高温の
影響は及ばない。そして少なくとも高温の超純水と接触
する範囲における機器、配管の構成材料はオーステナイ
ト系ステンレス鋼を電解研磨し高温酸化性雰囲気下で不
動態化処理した材料を使用し、材料からの純水中への溶
出が起こることを極小とする。

これらの解決手段を総合して本発明の加熱脱気装置を
用いた超純水装置は、構成上、１次純水装置から補給さ
れる１次純水と返送される超純水と超純水タンクに受入
れそれからの給水を２次超純水装置により精製してユー
スポイントに供給し使用残超純水を超純水タンクに返送
して循環させる超純水装置であって、超純水タンクから
の給水を加熱脱気装置に導入し加熱脱気装置において吹
込み水蒸気と直接接触させて加熱脱気し、間接熱交換器
で冷却したのち、イオン交換ポリシャー、最終濾過器を
含む２次超純水装置に通過させてユースポイントに供給
する超純水に精製するようにしたことを特徴とする。

第１図は本発明により構成した加熱脱気装置を用いた
超純水装置の１例を示す。

原水は、前処理装置（１）で凝集沈澱、濾過等により
処理され、前処理水は逆浸透装置、イオン交換装置等の
１次純水装置（２）により処理され、１次純水となっ
て、２次超純水循環系統中の密閉式気相窒素パージの超
純水タンク（３）に供給される。純水タンク（３）には
ユースポイント（４）で使用されずにそこから返送され
る超純水が流入し循環する。一次純水は超純水の補給に
対応する量でよい。

このタンク（３）からの純水は、先ず超純水ポンプ
（５）により紫外線を用いる溶存TOC分解装置（６）で
処理されたのち間接熱交換器（７）を通り予備加熱され
て加熱脱気装置（８）に供給される。間接熱交換器
（７）では脱気処理水との熱交換により熱回収がなされ
る。

加熱脱気装置（８）では、予備加熱純水は水蒸気との
直接接触により105〜120℃程度に加熱脱気される。脱気
により水中の溶存酸素および炭酸ガスが除去され、これ
らガスはベント弁（９）および運転停止時の空気の逆流
入も防止するための自動弁（10）を経て放出される。一
方加熱された脱気処理水は径路（11）を経て前記間接熱
交換器（７）を通り２次純水装置に向かう。脱気処理水
の一部は水蒸気発生装置供給ポンプ（12）により水蒸気
発生装置（13）に供給されここで高圧水蒸気に変換さ
れ、この水蒸気は加熱脱気装置（８）に吹込まれて直接
接触加熱脱気を遂行するのに用いられる。従って結局は
純水系に戻る。

第２図は加熱脱気装置（８）の代表的１例を示し、ス
プレー式である。前記の予備加熱水は径路（14）から加
熱脱気装置（８）内上部のベストコンデンサ（15）に供
給されスプレーバルブ（16）よりスプレーされて下方の
脱気室（17）で１次的に加熱され脱気される。１次脱気
された水はダウンカマー（18）を通りスチームスクラバ
（19）に流入する。スチームスクラバ（19）には径路
（20）から高圧水蒸気が供給され、ここで激しく混合さ
れて最終的に加熱と脱気が行われ、脱気処理水は器底の
貯留部（21）に入り、ここから前記経路（11）を経て間
接熱交換器（７）に向かう。他方、水中から脱気された
酸素、炭素ガス等はスプレー弁間の空間（22）を通り、
前記のベント弁（９）、自動弁（10）を経て大気中に放
出される。このスプレー式加熱脱気装置は最も効果的な
加熱脱気を遂行する例として説明したが、TOC分解処理
水と水蒸気とを直接接触させる例えば内蔵トレイ式の加
熱脱気装置も有効に使用できる。

前記の間接熱交換器（７）で１次的に冷却された脱気
処理水は超純水ポンプ（23）により第２の間接熱交換器
（24）に通され、ここで適温にまで最終的に冷却された
２次超純水装置に供給される。２次超純水装置では、先
ずプレフイルター（25）を通り、系内で発生するかも知
れない粒子を除去する。次にイオン交換樹脂を充填した
カラムからなるイオン交換ポリシャー（26）に通し、水
中イオンを最終的にポリシングする。次に最終的な固形
粒子除去のための限外濾過器、逆浸透装置、精密濾過器
等の最終濾過器（27）を通る。こうして精製された２次
超純水は分配管路（28）を経てユースポイント（４）に
供給される。使用されず残った２次超純水は純水タンク
（７）に返送され、常時通水を停止することなく循環す
るようにする。本発明では加熱脱気装置（８）で脱気と
同時に殺菌が行われるため、第３図の従来技術の紫外線
殺菌器（ｍ）を用いる必要はない。

加熱脱気装置（８）で脱気のために使用する純水の水
蒸気を発生させるには前記水蒸気発生装置（13）を例え
ばシエル・チユーブ型とし、その間接加熱の熱源として
はボイラー（29）で発生させた水蒸気を使用する。ボイ
ラー用軟水供給装置（30）から軟水槽（31）に受入れた
軟水ボイラー給水ポンプ（32）によりボイラー（29）に
給水する。この給水を先ず前記第２間接熱交換器（24）
の冷水源として使用して効果的な熱回収を図る。ボイラ
ー（29）で発生した水蒸気を蒸気発生装置（13）に導入
して純水の水蒸気を発生させる。このようにして軟水が
純水系統に入り込むことは防止される。

超純水タンク（３）、TOC分解装置（６）、加熱脱気
装置（８）、熱交換器（７）（24）、プレフイルター
（25）、イオン交換ポリシャー（26）およびポンプ、配
管、弁等の超純水に接する部分および機器は可能な限り
オーステナイトステンレス鋼製とし、その表面を電解研
磨のうち高温酸化雰囲気下において不動態膜を形成した
材質で構成し、材料からの溶出を極力少なくする。少な
くとも加熱脱気装置およびその前後の高温化する領域で
はこのようにする。

なお、加熱脱気装置を１次純水装置内に設置すること
もできる。

（作 用） 以上のように、本発明によると、超純水装置に加熱脱
気装置を組込んで使用することが可能となり、効果的な
脱気作用が行われることにより超純水中の溶存酸素レベ
ルを極限の2ppb以下に低下させることができる。紫外線
TOC分解装置でTOC分解に伴い発生する炭素ガスも加熱脱
気装置で同時に脱気され、後続のイオン交換装置の負担
を軽減する。そして２次純水系統のループ内で、加熱脱
気装置で殺菌が行われるので、超純水ポリシング精製部
での紫外線殺菌を必要としない。熱回収、熱バランスと
も合理的で加熱脱気のためのエネルギー消費は少なくて
済む。

（実施例） 実施例として、第１図の本発明装置による２次超純水
装置の出口における水質分析値例を第３図の従来技術の
装置によるそれと対比して次表に示す。

（発明の効果） 本発明によれば、ユースポイントに供給する超純水の
水質として、溶存酸素濃度に関し極限と見做せる2ppb以
下を達成することができ、またTOCの分解による炭酸ガ
スの脱気によりイオン交換装置の負担を軽減し、オース
テナイト系ステンレス鋼を不動態化処理した非溶解性材
質を用いて高温下での溶出を極限にまで低下させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による加熱脱気装置を用いた超純水装置
の１実施例のフロー線図、第２図はその加熱脱気装置の
１例の縦断側面略示図、第３図は従来技術の真空脱気装
置を用いた超純水装置の比較例のフロー線図である。 （１）……前処理装置、（２）……１次純水装置、
（３）……超純水タンク、（４）……ユースポイント、
（５）……超純水ポンプ、（６）……TOC分解装置、
（７）……間接熱交換器、（８）……加熱脱気装置、
（９）……ベント弁、（10）……自動弁、（11）……径
路、（12）……水蒸気発生装置給水ポンプ、（13）……
水蒸気発生装置、（14）……径路、（15）……ベントコ
ンデンサ、（16）……スプレーバルブ、（17）……脱気
室、（18）……ダウンカマー、（19）……スチームスク
ラバ、（20）……径路、（21）……貯留部、（22）……
空間、（23）……超純水ポンプ、（24）……第２間接熱
交換器、（25）……プレフイルター、（26）……イオン
交換ポリシャー、（27）……最終濾過器、（28）……分
配管路、（29）……ボイラー、（30）……ボイラー用軟
水供給装置、（31）……軟水槽、（32）……ボイラー供
給ポンプ、 （ａ）……前処理装置、（ｂ）……加圧ポンプ、（ｃ）
……逆浸透装置、（ｄ）……真空脱気装置、（ｅ）……
真空ポンプ、（ｆ）……ポンプ、（ｇ）……イオン交換
塔、（ｈ）……フイルタ、（ｉ）……超純水タンク、
（ｊ）……超純水ポンプ、（ｋ）……真空ポンプ、
（ｌ）……膜脱気装置、（ｍ）……紫外線殺菌器、
（ｎ）……ポリシャー、（ｏ）……源外濾過器、（ｐ）
……配管ループ、（ｑ）……ユースポイント。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１次純水装置から補給される１次純水を超
   純水タンクに受入れそれからの給水を２次超純水装置に
   より精製してユースポイントに供給し使用残超純水を超
   純水タンクに返送して循環させる超純水装置における１
   次純水装置、または２次超純水装置内に加熱脱気装置を
   設置し、超純水タンクからの給水を加熱脱気装置に導入
   し、加熱脱気装置において吸込み水蒸気と直接接触させ
   て加熱脱気し、間接熱交換器で冷却したのち、イオン交
   換ポリシャー、最終濾過器を含む２次超純水装置に通過
   させてユースポイントに供給する超純水に精製するよう
   にしたことを特徴とする加熱脱気装置を用いた超純水装
   置。
2. 【請求項２】高温の超純水と接触する機器、配管の表面
   をオーステナイト系ステンレス鋼製で、その表面の少な
   くとも一部に電解研磨ののち高温酸化雰囲気下において
   不動態化膜を形成した材料を用いた特許請求の範囲第１
   項記載の加熱脱気装置を用いた超純水装置。
3. 【請求項３】前記加熱脱気装置の上流に紫外線を用いる
   溶存TOC分解装置を設ける特許請求の範囲第１項記載の
   加熱脱気装置を用いた超純水装置。