JP3189329B2 - 超純水の製造法 - Google Patents

超純水の製造法

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充建 青柳
人志 宮丸
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日本錬水株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は超純水の製造法に関する
ものである。特に本発明は、超LSIの製造に必要とさ
れる全有機体炭素含有量の極めて低い超純水の製造に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】超純水は、純水製造装置で得られた純水
を更に精製することにより製造されている。純水製造装
置は、純水に要求される特性に応じて、種々のものが開
発され、実用に供されている。なかでも超LSIの製造
に用いられる超純水は、要求特性が極めて厳しいので、
純水製造装置も紫外線照射手段、イオン交換手段及び膜
分離手段等を組合せた非常に高度のものとなっている。
図1はその代表的なものの一つであり、原水は凝集濾過
と2床3塔式のイオン交換から成る前処理を経たのち、
紫外線照射手段、真空脱気塔及び強酸性陽イオン交換樹
脂と強塩基性陰イオン交換樹脂の混合床から成る一次純
水装置、および逆浸透膜から成る二次純水装置を経て、
純水として取出される。この純水の水質は、例えば比抵
抗18MΩ・cm以上、全有機体炭素含有量20ppb
以下に達している。この純水を更に精製して超純水とす
る。このプロセスは通常サブシステムと称されており、
その代表的な例では図1に示すように、純水に短波長紫
外線を照射して含まれている有機物を炭酸ないし有機酸
に分解し、次いで強塩基性陰イオン交換樹脂床であるア
ニオンポリシャー及び強酸性陽イオン交換樹脂と強塩基
性陰イオン交換樹脂の混合床であるカートリッジポリシ
ャーを順次通過させてイオン性物質を除去し、更に限外
濾過をしてコロイド状の微粒子などを除去して超純水と
する。このようにして得られる超純水の水質は、比抵抗
18MΩ・cm以上、0.07μm以上の微粒子数5ケ
/ml以下、生菌数10ケ/l以下、全有機体炭素含有
量1〜5ppbに達している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】最近の超LSIの集積
度の向上に伴い、超純水として全有機体炭素含有量1p
pb以下のものが要求されるようになっている。しかし
純水に上述の短波長紫外線の照射とイオン交換樹脂処理
を反復して施しても、全有機体炭素含有量が1ppb以
下の超純水を定常的に製造することは困難である。
【0004】従って本発明は全有機体炭素含有量が1p
pb以下の超純水を定常的に容易に製造する方法を提供
せんとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、超純水製造に
おけるイオン交換樹脂処理の最終段階であるカートリッ
ジポリシャーを通過させる純水の速度を、空間速度で1
00以上、好ましくは200以上という高速にすること
により、イオン交換樹脂からの溶出物による汚染を最少
限に抑え、もって全有機体炭素含有量の極めて少ない超
純水を製造せんとするものである。
【0006】本発明者らの知見によれば、超純水の製造
においては、イオン交換樹脂からの溶出物が、得られる
超純水の全有機体炭素含有量に大きく影響している。一
般にイオン交換樹脂を用いる各種の処理において、イオ
ン交換樹脂からの溶出物が処理液中に含まれることがあ
ることは、よく知られている。イオン交換樹脂からの溶
出物は、イオン交換樹脂を洗浄することにより低減させ
ることができ、イオン交換樹脂の用途に応じて各種の洗
浄方法が開発されている。純水を超純水に精製する過程
においても、溶出物を極度に減少させたイオン交換樹脂
が用いられている。しかしイオン交換樹脂からの溶出を
完全に除去することは、現状では不可能である。
【0007】本発明者らはイオン交換樹脂からの有機物
の溶出について詳細に検討した結果、溶出速度を支配す
るものは樹脂粒内における溶出物の拡散であることを見
出した。例えば図2は、図1の超純水製造プロセスで得
た純水に短波長紫外線照射を行ない、次いで強酸性陽イ
オン交換樹脂と強塩基性陰イオン交換樹脂との混合床
(混合比率は交換容量比で1:1、体積比で1:1.
7)を種々の流速で通過させたときの、空間速度と混合
床出口の超純水の全有機体炭素含有量との関係を示すグ
ラフである。(なお、本発明においては、混合床の体積
を陽イオン交換樹脂の体積と陰イオン交換樹脂の体積と
の和として空間速度を算出する。)また、図3は図2を
全有機体炭素含有量と空間速度の逆数との関係で表示し
たグラフである。
【0008】なお、全有機体炭素含有量の測定は、アナ
テル社製A−100PSEをもちいて行なった。このA
−100PSEの測定原理は、水に短波長紫外線を照射
して有機物を分解し、これにより生成した炭酸量を水の
抵抗率の変化から求め、この炭酸量より全有機体炭素含
有量を求めるものである。図3から明らかな如く、空間
速度の大きい領域では、超純水の全有機体炭素含有量と
空間速度の逆数とは、グラフが直線関係になり、イオン
交換樹脂からの有機物の溶出速度が樹脂粒内の拡散律速
であることを示している。空間速度の小さい領域で超純
水の全有機体炭素含有量が直線より下に位置しているの
は、樹脂粒の表面における境膜拡散の影響が表われてい
ることを示している。
【0009】本発明においては、純水を空間速度100
以上でイオン交換樹脂床を通過させる。通常は120以
上、特に200以上の流速でイオン交換樹脂床を通過さ
せる。空間速度が大きいほどイオン交換樹脂からの溶出
物の影響を避けることができるが、イオン交換樹脂床を
通過する際の圧力損失が増大し、且つイオン交換樹脂床
で捕捉されるべき不純物が捕捉されずに超純水中に漏出
する危険性が増大する。更には超LSIの製造工場で
は、超純水製造装置は少くとも120日間(4ケ月)、
通常は180日間(6ケ月)の連続運転が行なわれるの
で、空間速度が大き過ぎると樹脂床の交換能力が不足し
て、超純水の水質が悪化し、連続運転時間が短くなる危
険性がある。従って空間速度は500以下、特に400
以下に止めるのが好ましい。
【0010】本発明においては、純水を精製して超純水
とする過程の最終イオン交換樹脂床を通過させる際の空
間速度を100以上とする以外は、常法に従って超純水
を製造することができる。例えば超純水製造の前段階で
ある純水製造は、前処理装置−一次純水装置−二次純水
装置からなる常用の装置を用いて行なえばよい。純水の
水質は比抵抗18MΩ・cm以上、全有機体炭素含有量
20ppb以下が好ましい。本発明の純水を精製して超
純水とする過程では、イオン交換樹脂床を通過する際の
空間速度が著るしく大きいので、純水の比抵抗が小さい
と、超純水の比抵抗が所望の値にまで到達しなかった
り、所望の連続通水時間に達しないうちに超純水の水質
が悪化したりする危険がある。純水中の有機物は、短波
長紫外線照射により炭酸ないしはカルボン酸に分解され
てイオン交換樹脂に捕捉されるので、これが多いとイオ
ン交換樹脂への負荷が増大し、上述したところと同じく
超純水の水質が低下したり、連続通水可能な処理時間が
短くなったりする危険がある。従って純水中の有機物は
10ppb以下、特に5ppb以下とするのが好まし
い。
【0011】純水を精製して超純水とする過程は、常法
と同じく、先ず紫外線照射により純水中の有機物を分解
し、次いで陰イオン交換樹脂床であるアニオンポリシャ
ー及び陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の混合床で
あるカートリッジポリシャーをこの順に通過させ、最後
に限外濾過を行なって超純水とする方法に依るのが有利
である。アニオンポリシャーは場合によっては省略し得
るが、一定水質の超純水を安定して製造するにはこれら
を用いるのが望ましい。
【0012】紫外線は有機物の分解力の大きい短波長の
紫外線であることが必要であり、通常は185nmの波
長を有するものが用いられる。紫外線の照射量は純水の
有機物量により決定すればよいが、通常は通水量1m3
/h当り0.1〜0.5KW・hの紫外線量が照射され
る。紫外線照射を経た純水は、アニオンポリシャーで生
成した炭酸およびカルボン酸を捕捉する。アニオンポリ
シャーに対する空間速度も100以上、特に200以上
とするのが好ましい。純水中の有機物が10ppb以
下、好ましくは5ppb以下ならば、空間速度200で
通水しても少くとも4ケ月、通常は6ケ月間は不純物の
漏出は起らないし、若し漏出しても次のカートリッジポ
リシャーで完全に捕捉できる。カートリッジポリシャー
は超純水製造における最後のイオン交換樹脂処理であ
り、前述した如く空間速度100以上、好ましくは20
0以上で通水して、溶出物による汚染をできるだけ回避
するようにする。カートリッジポリシャーの組成は、そ
の入口の水質により適宣決定すればよいが、通常は陽イ
オン交換樹脂と陰イオン交換樹脂との交換容量比で1:
2〜2:1である。
【0013】カートリッジポリシャーを通過した処理水
は、次いで限外濾過を経て極微量含有されているコロイ
ド状物質などを除去し、超純水として各種の用途に供す
る。本発明においてはイオン交換樹脂からの溶出物が著
るしく低いので、限外濾過膜の目詰りなどは殆んど起ら
ない。
【0014】
【発明の効果】本発明によればイオン交換樹脂からの溶
出物の影響を最少限に抑えることができるので、全有機
体炭素含有量が1ppb以下の超純水を安定して製造す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】超純水製造装置の1例のフローシートである。
【図2】強酸性陽イオン交換樹脂と強塩基性陰イオン交
換樹脂との混合床に短波長紫外線を照射した純水を通水
したときの、空間速度と混合床出口の超純水の全有機体
炭素含有量との関係を示すグラフである。
【図3】図2のグラフを空間速度の逆数と全有機体炭素
含有量との関係として表示したグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C02F 1/42 B01J 47/00 - 47/14

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 全有機体炭素含有量10ppb以下の純
    水に短波長紫外線を照射したのち、該純水を陽イオン交
    換樹脂と陰イオン交換樹脂の混合床に空間速度100以
    上で通過させることを特徴とする超純水の製造法。
  2. 【請求項2】 短波長紫外線を照射する純水の全有機体
    炭素含有量が5ppb以下であることを特徴とする請求
    項1記載の超純水の製造法。
  3. 【請求項3】 短波長紫外線を照射した純水を混合床に
    空間速度200以上で通過させることを特徴とする請求
    項1または2に記載の超純水の製造法。
  4. 【請求項4】 短波長紫外線を照射した純水を陰イオン
    交換樹脂床を通過させ、次いで混合床を通過させること
    を特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の超純水の
    製造法。
  5. 【請求項5】 短波長紫外線を照射した純水を陰イオン
    交換樹脂床に空間速度100以上で通過させることを特
    徴とする請求項4に記載の超純水の製造法。
  6. 【請求項6】 短波長紫外線を照射した純水を混合床に
    少くとも120日間連続して通水することを特徴とする
    請求項1〜5のいずれかに記載の超純水の製造法。
  7. 【請求項7】 短波長紫外線を照射した純水を混合床を
    通過させたのち限外濾過膜を通過させることを特徴とす
    る請求項1〜6のいずれかに記載の超純水の製造法。
  8. 【請求項8】 紫外線照射手段、イオン交換手段および
    膜分離手段を含む純水製造工程から得られた純水に、短
    波長紫外線を照射したのち陽イオン交換樹脂と陰イオン
    交換樹脂の混合床に空間速度100以上で通過させるこ
    とを特徴とする超純水の製造法。
  9. 【請求項9】 短波長紫外線を照射した純水を陰イオン
    交換樹脂床に通過させ、次いで混合床に通過させること
    を特徴とする請求項8記載の超純水の製造法。
  10. 【請求項10】 短波長紫外線を照射した純水を陰イオ
    ン交換樹脂床に空間速度100以上で通過させることを
    特徴とする請求項9記載の超純水の製造法。
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JP5854163B2 (ja) * 2015-06-08 2016-02-09 栗田工業株式会社 超純水の製造方法及び超純水製造設備
CN113874328B (zh) * 2019-05-30 2023-09-12 奥加诺株式会社 超纯水制造系统及超纯水制造方法

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