JP3822132B2 - 超純水中微粒子の測定装置および超純水中微粒子の測定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超純水中に含まれる０．１μｍ未満の微粒子の個数測定が可能な超純水中微粒子測定装置および超純水中微粒子の測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超純水は、各種の不純物を含む水から不純物を取り除く操作を重ねることによって得られる非常に高度に精製され純度の高められた水である。特に大規模化と微細化が著しく進んだ半導体デバイスの製造においては、極めて純度の高い超純水が要求されるようになった。半導体デバイスの微細加工のザインルールは既に０．１３μｍに達し、このデザインルールでの半導体デバイス製造に用いられる超純水としては、含まれる微粒子の粒子径が０．１３μｍの１０分の１以下であることが要求され、このような超純水において、超純水中に含まれる０．０５μｍ以上の微粒子は、例えば１００個／Ｌ以下に規定される。
【０００３】
このような規定を満たす超純水を安定して供給するためには、超純水中に含まれるこうしたごく少数の微粒子を常に計数しモニターすることができることが必要である。
【０００４】
図９は超純水の製造システムの一例について、その概要を示したものである。図９において、１次純水処理システム１１１は、市水などの原水を濾過し、陽イオン交換、脱気、陰イオン交換、ＲＯ膜などによって原水中の不純物を除去した純水１１２を製造するもので、製造された純水は２次純水タンク１１３に貯えられる。
【０００５】
２次純水処理システム１１４は、この純水１１２をさらに精製し、超純水を製造するものである。２次純水タンク１１３からポンプ１１５によって送出された純水１１２は、ＵＶ酸化処理装置１１６で有機物が酸化分解され、イオン交換塔１１７でイオン交換され、限外濾過装置１１８で限外濾過された後、滞留させることなく配管１１９によってユースポイント１２０にて超純水１２１として供給され、各種の使用に供される。使用されない残りの超純水は、滞留させることなく再び２次純水タンク１１３に戻される。
【０００６】
このようにして製造される超純水の純度を測定し管理するために、超純水中に不純物として含まれる微粒子の測定を必要とする。超純水中に含まれる粒径０．１μ以上の微粒子の従来の測定方法については、ＪＩＳ Ｋ０５５４に規定され、測定方法の詳しい解説がなされている。
【０００７】
こうした従来の超純水中微粒子の測定方法は、大きく２種類に分けることができる。その１つは図９に示した超純水配管１１９から、一部の超純水流を濾過膜に導き、超純水をここで濾過することによって超純水中に含まれる微粒子を捕捉し、この捕捉された微粒子を走査電子顕微鏡などの顕微鏡観察により計数する方法である。もう１つは、超純水中の微粒子を直接自動計測する微粒子自動計測器を用いる方法で、例えば図９の純水配管１１９から一部の超純水流をフローセルに導き、このフローセルの超純水流にレーザ光を照射し、超純水中の微粒子によるレーザー光の散乱を利用して微粒子の測定を行なうものである。
【０００８】
このうち、濾過膜にて超純水中の微粒子を捕捉し、捕捉した微粒子を電子顕微鏡により観察し計数する方法は、綿密に観察と計数を行なうことができ、直接粒子を計数できるので、従来は信頼性高く粒子測定を行うことができる方法として用いられてきた。ところが測定対象となる微粒子の大きさが例えば０．０５μｍと微細化すると、観察の際の顕微鏡倍率を高くしなければならず、また微粒子の数が少ないことから、計数に要する労力や時間が著しく増大してしまう。
【０００９】
例えば１Ｌあたり０．０５μｍ以上の微粒子が１００個以下の超純水について、濾過膜を用いて超純水を濾過し、直径が２５ｍｍで実効直径約２０ｍｍのフィルタ面に微粒子を捕捉して計数しようとすると、約１トンの超純水を通過させる必要がある。ところが濾過膜は孔径が小さくなるとフィルタの単位面積あたりの流量が急激に減少し、濾過時間が著しく増大する。このため孔径が０．０５μｍの濾過膜では濾過の速度が遅く、１トンの超純水の通過には数ヶ月かかってしまう。超純水に含まれる微粒子をモニターして超純水の品質を維持するためには、結果が直ちに得られることが望ましく、時間をかけて信頼性の高い計数を行うとしても、数日で結果が得られることが望まれている。
【００１０】
フィルタで捕捉した微粒子の粒子径が小さくなると、電子顕微鏡観察によって観察し測定する場合の倍率を高倍率にし、１度に観察できる視野を狭くし、観察する視野の数を増やして観察を行うことになるので、多くの時間と労力を必要とするようになる。しかもフィルタの表面にはブランク粒子と呼ばれる微細な初期汚染粒子が存在し、測定しようとする微粒子の大きさがブランク粒子の粒子径の範囲に入るようになり、このブランク粒子の存在が粒子径の小さい超純水中微粒子の測定をさらに困難にする。
【００１１】
微粒子自動計測器を用いる方法、すなわち、超純水流をフローセルに導き、このフローセルの超純水流にレーザ光を照射し、超純水中の微粒子によるレーザー光の散乱を利用して超純水中の微粒子の測定を行なう方法は、フィルタにて超純水中の微粒子を捕捉し電子顕微鏡を用いて観察し測定する方法に比べ、測定結果が短時間で得られる点に大きな利点がある。従ってこの方法は超純水中の微粒子を常時測定し、結果を超純水の管理にフィードバックすることのできる測定方法として有用である。
【００１２】
しかしながら、微粒子からの散乱光の強度は粒子径の６乗に比例するので、粒子径が小さくなると検出信号である微粒子による散乱光は急激に小さくなる。他方で散乱光を受光する受光器の出力には、装置自体のノイズや試料の超純水そのものによる散乱などのバックグラウンドノイズが伴う。このバックグラウンドのために、微粒子からの散乱光信号として取出すことのできる超純水中の微粒子の最小粒子径は約０．０５μｍであって、これよりも小さい粒子径を持つ超純水中の微粒子は、測定することができなかった。
【００１３】
特開平３−３９６３５号公報には、散乱光を光軸に対して対称な位置に配置した２つの検出器が同時に検出したものを信号とし、信号をバックグラウンドノイズと区別することにより、粒子径が０．０７μｍ以下の測定を可能にすることが記載されている。しかしながら、最近においては超純水の高度化が急激進んだため、微粒子の粒子径はこうした粒子径範囲を超えてさらに小さくなり、またその数が少なくなっていることから、このような超純水中の微粒子の測定手段として、従来の測定方法を超えた新しい測定方法が望まれている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した通り、超純水中の微細でかつ含有量がごく少ない微粒子の測定は、従来の測定手段では測定が極めて困難になっており、このような微粒子の測定を可能にする新しい測定方法が望まれている。本発明はこのような課題を解決し、超純水中の計測粒子径未満の微細な微粒子を安価に測定することを可能にする新しい測定装置と測定方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の超純水中微粒子の測定装置は、超純水が含有する微粒子の個数頻度分布のうち、０．１μｍ以上の微粒子の個数頻度分布を測定する個数頻度分布測定部と、前記個数頻度分布測定部が測定した前記０．１μｍ以上の微粒子の個数頻度分布を分布の一部として持つ対数正規分布を算出する対数正規分布算出部とを備え、前記対数正規分布算出部が算出した対数正規分布により、前記超純水が含有する微粒子の計測粒子径未満の個数頻度分布を得ることを特徴とする。
【００１６】
本発明において、微粒子の個数頻度測定を行う粒子径を０．１μｍ以上としたのは、粒子径が０．１μｍ以上であれば、測定を比較的容易に行うことができ、比較的誤差の少ない粒度分布導出ができるのに対し、０．１μｍ未満では急激に測定が困難になることによる。
【００１７】
本発明は、定常運転している超純水製造の実プラントのユースポイントにおける微粒子について、電子顕微鏡観察による粒子径の測定を重ねた結果、超純水中の微粒子の粒度分布が対数正規分布を示すという重要な結果を見出し、さらに研究を進めた結果、上記本発明をなすに至ったものである。
【００１８】
図１は定常運転している超純水製造の実プラントから濾過採取された超純水中微粒子について、走査電子顕微鏡により撮像し、これを画像解析して粒子径の計測を行って得た微粒子の個数積算分布の１例である。この計測は、ＪＩＳ Ｋ−０５５４（１９９５年）「超純水中の微粒子測定方法」に準じて行ない、濾過膜にはＪＩＳとは異なる孔径０．０３μｍのものを用い、計測対象の粒径を粒径０．０３μｍ以上の微粒子とした。孔径０．０３μｍの濾過膜では、濾過速度が１〜数ｍＬ／分程度であり、このため約３ヶ月をかけて濾過を行なって粒子を捕捉し、濾過後の濾過膜面を走査形電子顕微鏡で観察して粒径（画面上の最長径）と粒子数の計測を行なった。この計測結果より個数積算分布を算出し、対数正規確率紙にプロットしたものである。なお、図１では粒径の小さい側から微粒子の個数の積算を行っている。
【００１９】
図１に例示したように、超純水製造プラントのユースポイントにおける超純水の含有する微粒子の個数積算分布を対数正規確率紙にプロットすると、ほぼ一直線上に並ぶ。従って微粒子の粒度分布は対数正規分布を示している。
【００２０】
ユースポイントにおける超純水の含有する微粒子が対数正規分布を示すことから、その超純水の含有する微粒子の粒度分布測定は、分布のすべてを測定する代りに、粒度分布の一部の測定結果から粒度分布全体を導き出すことができる。
【００２１】
超純水中の微粒子が対数正規分布を有していれば、粒度分布の小粒径側の困難な測定を行って誤差の大きい測定値を用いる代りに、０．１μｍ以上の粒子の側の測定を精度よく測定して用いることにより、計測粒子径未満の微粒子の個数をより正確に導き出すことができる。
【００２２】
なお、対数正規分布を示す微粒子は、液相や気相から相変化によって生成した粒子をはじめ、エアロゾル科学、コロイド科学などの多くの分野で、人為的な操作を加えない自然発生状態の粒子で多く見出されている。超純水中の微粒子は、これらの粒子と同様に自然発生的な確率事象によって生じていると考えられる。
【００２３】
本発明の超純水中微粒子の測定装置の個数頻度分布測定部には、濾過膜によって超純水の含有する微粒子を捕捉する微粒子捕捉部と、濾過膜によって捕捉された前記超純水の含有する前記微粒子を顕微鏡観察により計測する計測部とを備えることができる。
【００２４】
ここで用いる濾過膜としては、孔径の制御されたメンブレンフィルターであって、濾過膜（メンブレンフィルター）の素材に高エネルギー粒子を照射後、エッチングを行うことにより、孔径をサブミクロンオーダーまで精密に制御したものが好ましい。
【００２５】
また上記顕微鏡装置としては、サブミクロン粒子の観察ができる倍率の得られる透過式光学顕微鏡や電子顕微鏡を用いることができ、特に濾過膜面を直接観察できる走査型電子顕微鏡を好ましく用いることができる。また上記顕微鏡装置として他の走査型の顕微鏡、例えば走査型原子間力顕微鏡や走査型トンネル顕微鏡などを用いることもできる。
【００２６】
本発明によれば、超純水が含有する微粒子のうち、０．１μｍ以上のものを捕捉すればよいので、メンブレンフィルターの孔径を大きめに設定でき、メンブレンフィルターを通過する純水の流量を大きくできる。このため超純水の含有する微粒子を捕捉する濾過時間が長くなるのを防ぐことができる。また微粒子の個数頻度分布の測定においても、０．１μｍ以上の微粒子に限定することで、顕微鏡による微粒子を観察し計測するに要する時間や労力が過大になるのを防ぐことができる。
【００２７】
本発明の超純水中微粒子の測定装置においては、前記個数頻度分布測定部は、ユースポイントに供給される前記超純水を取水して流すフローセル部と、前記フローセル部を流れる前記超純水にレーザ光ビームを照射する照射部と、前記超純水中の微粒子によって散乱された前記レーザ光ビームの散乱光を検出し計数する散乱光検出計数部とを備えることができる。
【００２８】
本発明によれば超純水が含有する微粒子のうち、０．１μｍ以上のものだけをを測定すればよいので、レーザ光散乱を用いた粒子計数装置によって測定可能な粒子径の微粒子を測定することにより、比較的に短時間で計測粒子径未満の微粒子の測定結果を得ることができる。従って超純水プラント運転中のおよそ０．０３μｍから０．５μmまでの微粒子の測定をこの装置で常時行い、その結果をプラントの管理に用いることができる。
【００２９】
上記超純水中微粒子の測定装置において、レーザ光散乱を用いた粒子計数装置は、しきい値を異にする複数の信号識別部を備えることができる。こうすることによって、このしきい値に相当する粒子径以上の微粒子の個数積算値を複数個測定することができる。この個数積算値を必要な個数揃えることにより、超純水中の微粒子の対数正規分布を算出することができる。
【００３０】
本発明の超純水中微粒子の測定方法は、超純水が含有する微粒子の個数頻度分布のうち、０．１μｍ以上の微粒子の個数頻度分布を測定する個数頻度分布測定段階と、前記個数頻度分布測定部が測定した０．１μｍ以上の微粒子の個数頻度分布を分布の一部として持つ対数正規分布を算出する対数正規分布算出段階と
を備え、前記対数正規分布算出部が算出した対数正規分布により、前記超純水が含有する微粒子の計測粒子径未満の個数頻度分布を得ることを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）大粒径側の個数頻度分布データによる粒度分布の決定
対数正規分布を示す粒子は、粒径Ｄまでの粒子の積算個数をｎとしたとき、ｎのｌｏｇＤに対する変化率である対数個数頻度分布ｄｎ／ｄ（ｌｏｇＤ）が、次の数１の式で表される。
【数１】
ここにＮは粒子の総数であり、また次の数２の式
【数２】
で与えられるＤｇは、粒径Ｄの相乗平均粒径であり、また幾何平均粒径とも呼ばれる量である。さらに次の数３の式
【数３】
で与えられるlogσｇは対数標準偏差である。
【００３２】
上記数１で示される個数頻度分布を、横軸に対数目盛を選んで模式的に示すと図２（ａ）のようになる。また粒子の個数積算値ｎを、横軸に対数目盛を選んで模式的に示すと図２（ｂ）のようになる。
【００３３】
本発明においては、対数正規分布を示す超純水中の０．１μｍ以上の微粒子の大粒径側について粒度分布を測定し、この測定データが上記数１で与えられる対数正規分布の式に従うことを利用して、数４の式中のパラメータＮ、Ｄｇおよびσｇを決定し、超純水中の微粒子の分布を決定する。測定データからこれらパラメータの決定するには、例えば測定値と対数正規分布で与えられる値との偏差平方和が最小になるようにすればよい。
【００３４】
本発明においては、以下の手順を用いれば、測定データから微粒子の対数正規分布が簡便に決定できる。
【００３５】
図２（ｂ）に示したような対数正規分布を示す微粒子の個数積算値ｎの曲線について、ｎをＮで割って規格化することにより微粒子の個数積算分布ｎ／Ｎとし、さらにこのＮ／ｎの縦軸を正規分布における積算分布を表す関数
【数４】
の逆関数ｆ−１（ｘ）を目盛としてプロットすることにより、図１の実線Ａで示したような直線で表すことができる。このようにして横軸を対数目盛、縦軸を上記ｆ−１（ｘ）目盛にしたものが対数正規確率紙であって、対数正規分布を持つ微粒子の積算分布は対数正規確率紙上において直線で表される。
【００３６】
従って対数正規分布を持つ微粒子の粒度分布は、次のようにして決定できる。まず微粒子の個数頻度分布ｄｎ／ｄ（ｌｏｇＤ）の測定データから積算値ｎを求め、次にその積算分布ｎ／Ｎがこの対数正規確率紙上の直線となるように微粒子の総数Ｎを決定する。こうして決定したＮによって得られるｎ／Ｎの直線として、対数正規分布を持つ微粒子の粒度分布が決定できる。
【００３７】
この方法において、微粒子の総数Ｎが直接計数できなくても、粒径の大きい側からの個数積算値を３個以上の複数個求め、微粒子の総数Ｎを仮定し、個数積算値をＮで割った値を対数正規確率紙上にプロットし、これらプロットされた点が対数正規確率紙上で一直線に最も近づくように、Ｎの値を定めることができる。また、このときに得られる直線がこの微粒子の対数正規分布を示す対数正規確率紙上の直線である。この対数正規分布を示す直線上で、個数積算分布が５０％となる粒径として粒径Ｄの相乗平均粒径（または幾何平均粒径）Ｄｇ＝０．１２μｍが得られ、また直線の傾斜（積算分布８４．１％の粒子径の対数と積算分布５０％の粒子径の対数との比）から、幾何標準偏差σｇ＝２．７５が得られる。
【００３８】
図３は上記手順を流れ図として簡単に示したものであって、超純水製造装置で製造されたユースポイントからの超純水４１について、所定粒子径以上の微粒子の粒子径測定４２を行い、所定粒子径以上の微粒子の個数積算値ｎ（Ｄ）の算出４３を行う。個々の微粒子の粒子径測定を経ずに直接所定粒子径以上の微粒子の個数積算値ｎを得てもよい。続いてＤ＝０．１μｍ以上の微粒子の個数積算値ｎ（Ｄ）に対し、ｎ（Ｄ）／Ｎが直線となるような所定体積の超純水中の微粒子総数Ｎの決定、あるいは対数正規確率紙上の直線とｎ（Ｄ）／Ｎのプロットとの偏差の平方和が最小となるようなＮと対数正規確率紙上の直線との決定４４を行う。こうすることによって、所定体積の超純水中の微粒子総数Ｎが決定され、得られた直線から超純水中の微粒子の対数正規分布およびそのパラメータとして平均粒径Ｄｇおよび粒子径分布の標準偏差σｇの決定４５を得る。
【００３９】
（実施の形態２）濾過膜にて微粒子を捕捉し電子顕微鏡観察を用い計測
濾過膜にて超純水中の微粒子を捕捉し、電子顕微鏡観察を用い計測する方法は、ＪＩＳ Ｋ−０５５４（１９９５年）「超純水中の微粒子測定方法」の記載に準じて行なう。濾過膜には孔径０．１μｍのもの（ニュークリポアメンブレンフィルター）を用いて捕捉し、捕捉された０．１μｍ以上の微粒子について、電子顕微鏡観察により粒子を計測し、個数頻度分布や個数積算値を得る。
【００４０】
図４は走査型電子顕微鏡による計測装置の構成を模式的に示した図である。超純水の微粒子を捕捉したメンブレンフィルタが走査電子顕微鏡のステージ５１にセットされ、走査電子顕微鏡用コンピュータ５２からの信号で制御されたＦＥ電子銃５３によって電子ビーム走査される。試料のセットされた走査電子顕微鏡のステージ５１は走査電子顕微鏡用コンピュータ５２からのステージ制御信号に従ってモータードライブされる。試料からの２次電子は２次電子検出器５４で捉えられ、その信号は走査電子顕微鏡用コンピュータ５２に画像データとして取り込まれる。取りこまれた画像信号データは画像処理コンピュータ５５に送られ、画像処理され、その結果が表示部５６に表示される。
【００４１】
図５は走査型電子顕微鏡によってメンブランフィルタ試料表面の画像処理を行なって微粒子の計測を行なうプロセスの流れを示したものである。微粒子を捕捉して試料作成６１の行われたフィルタ表面は、電子ビーム走査によって走査電子顕微鏡画像の取得６２が行われ、画像処理コンピュータの内部処理により、微粒子の分離６３が行われ、微粒子数の積算６４が行われ、また微粒子のサンプリングに用いた濾過水量を入力して単位容積あたりの微粒子数への換算６６が行われ、さらに小粒径側の微粒子を導出する微粒子数換算６７を行ない、結果の表示６８がなされる。
【００４２】
ここで観察される微粒子の形状は一般に球状ではないので、微粒子を測定する方向によって測定される径の値が異なる。このため測定の規則を定めておき、例えば各粒子の最大径を測定するという規則を採用することができる。このほかに、最大径と最小径の平均値を求めるという規則を採用したり、また一定の方向を定め、その方向からみた径を測定するという規則を採用することもできる。目的に合わせ、これらの何れかの条件を選んで上記の計測を行なえばよい。
【００４３】
図１の超純水の対数正規分布を参照すると、図１の粒度分布の場合には、０．１μｍ以上の微粒子を測定することにより、粒度分布を形成する全微粒子の約５８％を測定していることになる。
【００４４】
なお、ニュークリポアフィルタの孔径を０．１μｍからこの１／２の０．０５μｍにすると、フィルタの単位面積あたりの流量は０．１μｍの場合の約１／６に減少し、濾過に長時間を要することになる。従ってニュークリポアフィルタの孔径として０．１μｍのものを用い、粒度分布の大粒径側を測定して粒度分布を決定する方法が大変に有利であることがわかる。
【００４５】
（実施の形態３）微粒子のレーザ光散乱を用いた測定
超純水の微粒子の計測は、図６に模式的に示した超純水の微粒子自動計測器を用いて行うことができる。図６（ａ）において、計測部のレーザ装置７１から発した光ビーム７２−１は、投光レンズ７３でフローセル７４の円形の微粒子検出領域を流れる超純水７５に投光される。超純水中の微粒子によって散乱された散乱光７２−２は、受光レンズ系７６を経て受光器７７に入射し、受光信号が検出される。
【００４６】
図６（ｂ）は超純水の微粒子の外形を模式的に示した斜視図である。図６（ｂ）において、超純水はフローセルの入口７４−１から流入し、フローセルの出口７４−２より流出する。測定結果は表示部７８に表示され、表示は表示切換えスイッチ７９−１で切り換えることができる。なおスイッチ７９−２は電源スイッチである。
【００４７】
図７は微粒子自動計測器を用いた微粒子測定のプロセスの流れを示した図である。図７において、０．１μｍ以上の微粒子の光学的検出８１がなされ、微粒子数の積算８２がなされ、この積算値の単位試料水量あたりの微粒子数への換算８３がなされ、この結果を用いて０．１μｍの小粒径側の微粒子数を導出する微粒子数変換８４が行なわれ、結果の表示８５がなされる。
【００４８】
（実施の形態４）０．１μｍ以上粒子の測定からの導出と直接測定との比較
超純水製造プラントのユースポイントにおける超純水中の微粒子について、０．１μｍ以上の粒子を測定し、対数正規分布に従って０．０５μｍ以上の微粒子を導出した結果と、超純水中の０．０５μｍ以上の粒子を直接測定した結果とを比較した。測定手段はメンブレンフィルタを用い、長時間の濾過で超純水の微粒子を捕捉し、走査電子顕微鏡を用いてる方法であり、測定対象とした超純水試料は、いずれも実際に稼動している超純水プラントの超純水である。
【００４９】
結果を図８に示す。図９において横軸に超純水中の０．１μｍ以上の微粒子を計測し、対数正規分布を用いて間接的に導出した０．０５μｍ以上の微粒子数ｘをとり、縦軸には実測によって直接に測定した超純水中の０．０５μｍ以上の微粒子数ｙをとってｘとｙとの相関を調べたものである。その結果、回帰直線としてｙ＝１．００９ｘが得られ、また分散Ｒ２＝０．９５８３と、ｘとｙのよい一致が得られた。
【００５０】
以上の結果から、本発明の微粒子測定によって、十分に正しい粒径測定が得られることを確認することができた。
【００５１】
なお、本発明は超純水中の微粒子の測定装置および測定方法であるが、本発明の原理は超純水中の微粒子の測定だけでなく、広く応用できるものである。例えば高純度な溶液（薬液）や、高純度なガスや、清浄なプロセス装置内の微粒子測定装置などにおいて、実施の形態１に示す原理に整合することが検証できた場合、本原理に基づく個数頻度分布測定部と対数正規分布分布算出部に類似する機能を備えた測定機器も可能である。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によって、超純水中の微細な微粒子のうち、測定の容易な大粒径側の測定によって微粒子の粒度分布が得られるようになり、従来は困難であった超純水中の微細な微粒子の粒度分布の測定が簡便かつ安価に迅速に行なえるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 定常運転している超純水製造の実プラントから濾過採取された超純水中の微粒子の個数積算分布を電子顕微鏡観察によって測定し対数正規確率紙にプロットした図である。
【図２】 横軸を対数目盛として模式的に示した対数正規分布を示す微粒子の個数頻度分布（ａ）、および個数積算値（ｂ）である。
【図３】 本発明の一実施形態における超純水中の微粒子の対数正規分布決定手順を示した流れ図である。
【図４】 走査型電子顕微鏡による計測装置の構成を模式的に示した図である。
【図５】 走査型電子顕微鏡を用いた微粒子測定のプロセスの流れを示した図である。
【図６】 超純水の微粒子自動計測器を模式的に示した図である。
【図７】 微粒子自動計測器を用いた微粒子測定のプロセスの流れを示した図である。
【図８】 超純水中の微粒子数について０．１μｍ以上粒子の測定から導出したものと直接測定したものとの相関を示す図である。
【図９】 超純水の製造プラントの一例を模式的に示した図である。
【符号の説明】
４１……超純水、４２……所定粒子径以上の微粒子の粒子径測定、４３……微粒子の個数積算値算出、４４……微粒子の総数Ｎ決定、４５……超純水中微粒子の対数正規分布、５１……走査電子顕微鏡のステージ、５２……走査電子顕微鏡用コンピュータ、５３……ＦＥ電子銃、５４……電子顕微鏡用コンピュータ、５５……画像処理コンピュータ、５６……表示部、６１……微粒子を捕捉し試料作成、６２……走査電子顕微鏡画像取得、６３……微粒子の分離、６４……微粒子数の積算、６５……単位容積あたりの微粒子数への換算、６７……微粒子数換算、６８……結果の表示、７１……レーザ装置、７２−１……光ビーム、７２−２……散乱光、７３……投光レンズ、７４……フローセル、７５……超純水、７６……受光レンズ系、７７……受光器、８１……微粒子の光学的検出、８２……微粒子数の積算、８３……微粒子数の換算、８４……微粒子数変換、８５……結果の表示、１１１……１次純水処理システム、１１２……純水、１１３……２次純水タンク、１１４……２次純水処理システム、１１５……ポンプ、１１６……ＵＶ酸化処理装置、１１７……イオン交換塔、１１８……限外濾過装置、１１９……配管、１２０……ユースポイント、１２１……超純水。
【発明の属する技術分野】
本発明は、超純水中に含まれる０．１μｍ未満の微粒子の個数測定が可能な超純水中微粒子測定装置および超純水中微粒子の測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超純水は、各種の不純物を含む水から不純物を取り除く操作を重ねることによって得られる非常に高度に精製され純度の高められた水である。特に大規模化と微細化が著しく進んだ半導体デバイスの製造においては、極めて純度の高い超純水が要求されるようになった。半導体デバイスの微細加工のザインルールは既に０．１３μｍに達し、このデザインルールでの半導体デバイス製造に用いられる超純水としては、含まれる微粒子の粒子径が０．１３μｍの１０分の１以下であることが要求され、このような超純水において、超純水中に含まれる０．０５μｍ以上の微粒子は、例えば１００個／Ｌ以下に規定される。
【０００３】
このような規定を満たす超純水を安定して供給するためには、超純水中に含まれるこうしたごく少数の微粒子を常に計数しモニターすることができることが必要である。
【０００４】
図９は超純水の製造システムの一例について、その概要を示したものである。図９において、１次純水処理システム１１１は、市水などの原水を濾過し、陽イオン交換、脱気、陰イオン交換、ＲＯ膜などによって原水中の不純物を除去した純水１１２を製造するもので、製造された純水は２次純水タンク１１３に貯えられる。
【０００５】
２次純水処理システム１１４は、この純水１１２をさらに精製し、超純水を製造するものである。２次純水タンク１１３からポンプ１１５によって送出された純水１１２は、ＵＶ酸化処理装置１１６で有機物が酸化分解され、イオン交換塔１１７でイオン交換され、限外濾過装置１１８で限外濾過された後、滞留させることなく配管１１９によってユースポイント１２０にて超純水１２１として供給され、各種の使用に供される。使用されない残りの超純水は、滞留させることなく再び２次純水タンク１１３に戻される。
【０００６】
このようにして製造される超純水の純度を測定し管理するために、超純水中に不純物として含まれる微粒子の測定を必要とする。超純水中に含まれる粒径０．１μ以上の微粒子の従来の測定方法については、ＪＩＳ Ｋ０５５４に規定され、測定方法の詳しい解説がなされている。
【０００７】
こうした従来の超純水中微粒子の測定方法は、大きく２種類に分けることができる。その１つは図９に示した超純水配管１１９から、一部の超純水流を濾過膜に導き、超純水をここで濾過することによって超純水中に含まれる微粒子を捕捉し、この捕捉された微粒子を走査電子顕微鏡などの顕微鏡観察により計数する方法である。もう１つは、超純水中の微粒子を直接自動計測する微粒子自動計測器を用いる方法で、例えば図９の純水配管１１９から一部の超純水流をフローセルに導き、このフローセルの超純水流にレーザ光を照射し、超純水中の微粒子によるレーザー光の散乱を利用して微粒子の測定を行なうものである。
【０００８】
このうち、濾過膜にて超純水中の微粒子を捕捉し、捕捉した微粒子を電子顕微鏡により観察し計数する方法は、綿密に観察と計数を行なうことができ、直接粒子を計数できるので、従来は信頼性高く粒子測定を行うことができる方法として用いられてきた。ところが測定対象となる微粒子の大きさが例えば０．０５μｍと微細化すると、観察の際の顕微鏡倍率を高くしなければならず、また微粒子の数が少ないことから、計数に要する労力や時間が著しく増大してしまう。
【０００９】
例えば１Ｌあたり０．０５μｍ以上の微粒子が１００個以下の超純水について、濾過膜を用いて超純水を濾過し、直径が２５ｍｍで実効直径約２０ｍｍのフィルタ面に微粒子を捕捉して計数しようとすると、約１トンの超純水を通過させる必要がある。ところが濾過膜は孔径が小さくなるとフィルタの単位面積あたりの流量が急激に減少し、濾過時間が著しく増大する。このため孔径が０．０５μｍの濾過膜では濾過の速度が遅く、１トンの超純水の通過には数ヶ月かかってしまう。超純水に含まれる微粒子をモニターして超純水の品質を維持するためには、結果が直ちに得られることが望ましく、時間をかけて信頼性の高い計数を行うとしても、数日で結果が得られることが望まれている。
【００１０】
フィルタで捕捉した微粒子の粒子径が小さくなると、電子顕微鏡観察によって観察し測定する場合の倍率を高倍率にし、１度に観察できる視野を狭くし、観察する視野の数を増やして観察を行うことになるので、多くの時間と労力を必要とするようになる。しかもフィルタの表面にはブランク粒子と呼ばれる微細な初期汚染粒子が存在し、測定しようとする微粒子の大きさがブランク粒子の粒子径の範囲に入るようになり、このブランク粒子の存在が粒子径の小さい超純水中微粒子の測定をさらに困難にする。
【００１１】
微粒子自動計測器を用いる方法、すなわち、超純水流をフローセルに導き、このフローセルの超純水流にレーザ光を照射し、超純水中の微粒子によるレーザー光の散乱を利用して超純水中の微粒子の測定を行なう方法は、フィルタにて超純水中の微粒子を捕捉し電子顕微鏡を用いて観察し測定する方法に比べ、測定結果が短時間で得られる点に大きな利点がある。従ってこの方法は超純水中の微粒子を常時測定し、結果を超純水の管理にフィードバックすることのできる測定方法として有用である。
【００１２】
しかしながら、微粒子からの散乱光の強度は粒子径の６乗に比例するので、粒子径が小さくなると検出信号である微粒子による散乱光は急激に小さくなる。他方で散乱光を受光する受光器の出力には、装置自体のノイズや試料の超純水そのものによる散乱などのバックグラウンドノイズが伴う。このバックグラウンドのために、微粒子からの散乱光信号として取出すことのできる超純水中の微粒子の最小粒子径は約０．０５μｍであって、これよりも小さい粒子径を持つ超純水中の微粒子は、測定することができなかった。
【００１３】
特開平３−３９６３５号公報には、散乱光を光軸に対して対称な位置に配置した２つの検出器が同時に検出したものを信号とし、信号をバックグラウンドノイズと区別することにより、粒子径が０．０７μｍ以下の測定を可能にすることが記載されている。しかしながら、最近においては超純水の高度化が急激進んだため、微粒子の粒子径はこうした粒子径範囲を超えてさらに小さくなり、またその数が少なくなっていることから、このような超純水中の微粒子の測定手段として、従来の測定方法を超えた新しい測定方法が望まれている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した通り、超純水中の微細でかつ含有量がごく少ない微粒子の測定は、従来の測定手段では測定が極めて困難になっており、このような微粒子の測定を可能にする新しい測定方法が望まれている。本発明はこのような課題を解決し、超純水中の計測粒子径未満の微細な微粒子を安価に測定することを可能にする新しい測定装置と測定方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の超純水中微粒子の測定装置は、超純水が含有する微粒子の個数頻度分布のうち、０．１μｍ以上の微粒子の個数頻度分布を測定する個数頻度分布測定部と、前記個数頻度分布測定部が測定した前記０．１μｍ以上の微粒子の個数頻度分布を分布の一部として持つ対数正規分布を算出する対数正規分布算出部とを備え、前記対数正規分布算出部が算出した対数正規分布により、前記超純水が含有する微粒子の計測粒子径未満の個数頻度分布を得ることを特徴とする。
【００１６】
本発明において、微粒子の個数頻度測定を行う粒子径を０．１μｍ以上としたのは、粒子径が０．１μｍ以上であれば、測定を比較的容易に行うことができ、比較的誤差の少ない粒度分布導出ができるのに対し、０．１μｍ未満では急激に測定が困難になることによる。
【００１７】
本発明は、定常運転している超純水製造の実プラントのユースポイントにおける微粒子について、電子顕微鏡観察による粒子径の測定を重ねた結果、超純水中の微粒子の粒度分布が対数正規分布を示すという重要な結果を見出し、さらに研究を進めた結果、上記本発明をなすに至ったものである。
【００１８】
図１は定常運転している超純水製造の実プラントから濾過採取された超純水中微粒子について、走査電子顕微鏡により撮像し、これを画像解析して粒子径の計測を行って得た微粒子の個数積算分布の１例である。この計測は、ＪＩＳ Ｋ−０５５４（１９９５年）「超純水中の微粒子測定方法」に準じて行ない、濾過膜にはＪＩＳとは異なる孔径０．０３μｍのものを用い、計測対象の粒径を粒径０．０３μｍ以上の微粒子とした。孔径０．０３μｍの濾過膜では、濾過速度が１〜数ｍＬ／分程度であり、このため約３ヶ月をかけて濾過を行なって粒子を捕捉し、濾過後の濾過膜面を走査形電子顕微鏡で観察して粒径（画面上の最長径）と粒子数の計測を行なった。この計測結果より個数積算分布を算出し、対数正規確率紙にプロットしたものである。なお、図１では粒径の小さい側から微粒子の個数の積算を行っている。
【００１９】
図１に例示したように、超純水製造プラントのユースポイントにおける超純水の含有する微粒子の個数積算分布を対数正規確率紙にプロットすると、ほぼ一直線上に並ぶ。従って微粒子の粒度分布は対数正規分布を示している。
【００２０】
ユースポイントにおける超純水の含有する微粒子が対数正規分布を示すことから、その超純水の含有する微粒子の粒度分布測定は、分布のすべてを測定する代りに、粒度分布の一部の測定結果から粒度分布全体を導き出すことができる。
【００２１】
超純水中の微粒子が対数正規分布を有していれば、粒度分布の小粒径側の困難な測定を行って誤差の大きい測定値を用いる代りに、０．１μｍ以上の粒子の側の測定を精度よく測定して用いることにより、計測粒子径未満の微粒子の個数をより正確に導き出すことができる。
【００２２】
なお、対数正規分布を示す微粒子は、液相や気相から相変化によって生成した粒子をはじめ、エアロゾル科学、コロイド科学などの多くの分野で、人為的な操作を加えない自然発生状態の粒子で多く見出されている。超純水中の微粒子は、これらの粒子と同様に自然発生的な確率事象によって生じていると考えられる。
【００２３】
本発明の超純水中微粒子の測定装置の個数頻度分布測定部には、濾過膜によって超純水の含有する微粒子を捕捉する微粒子捕捉部と、濾過膜によって捕捉された前記超純水の含有する前記微粒子を顕微鏡観察により計測する計測部とを備えることができる。
【００２４】
ここで用いる濾過膜としては、孔径の制御されたメンブレンフィルターであって、濾過膜（メンブレンフィルター）の素材に高エネルギー粒子を照射後、エッチングを行うことにより、孔径をサブミクロンオーダーまで精密に制御したものが好ましい。
【００２５】
また上記顕微鏡装置としては、サブミクロン粒子の観察ができる倍率の得られる透過式光学顕微鏡や電子顕微鏡を用いることができ、特に濾過膜面を直接観察できる走査型電子顕微鏡を好ましく用いることができる。また上記顕微鏡装置として他の走査型の顕微鏡、例えば走査型原子間力顕微鏡や走査型トンネル顕微鏡などを用いることもできる。
【００２６】
本発明によれば、超純水が含有する微粒子のうち、０．１μｍ以上のものを捕捉すればよいので、メンブレンフィルターの孔径を大きめに設定でき、メンブレンフィルターを通過する純水の流量を大きくできる。このため超純水の含有する微粒子を捕捉する濾過時間が長くなるのを防ぐことができる。また微粒子の個数頻度分布の測定においても、０．１μｍ以上の微粒子に限定することで、顕微鏡による微粒子を観察し計測するに要する時間や労力が過大になるのを防ぐことができる。
【００２７】
本発明の超純水中微粒子の測定装置においては、前記個数頻度分布測定部は、ユースポイントに供給される前記超純水を取水して流すフローセル部と、前記フローセル部を流れる前記超純水にレーザ光ビームを照射する照射部と、前記超純水中の微粒子によって散乱された前記レーザ光ビームの散乱光を検出し計数する散乱光検出計数部とを備えることができる。
【００２８】
本発明によれば超純水が含有する微粒子のうち、０．１μｍ以上のものだけをを測定すればよいので、レーザ光散乱を用いた粒子計数装置によって測定可能な粒子径の微粒子を測定することにより、比較的に短時間で計測粒子径未満の微粒子の測定結果を得ることができる。従って超純水プラント運転中のおよそ０．０３μｍから０．５μmまでの微粒子の測定をこの装置で常時行い、その結果をプラントの管理に用いることができる。
【００２９】
上記超純水中微粒子の測定装置において、レーザ光散乱を用いた粒子計数装置は、しきい値を異にする複数の信号識別部を備えることができる。こうすることによって、このしきい値に相当する粒子径以上の微粒子の個数積算値を複数個測定することができる。この個数積算値を必要な個数揃えることにより、超純水中の微粒子の対数正規分布を算出することができる。
【００３０】
本発明の超純水中微粒子の測定方法は、超純水が含有する微粒子の個数頻度分布のうち、０．１μｍ以上の微粒子の個数頻度分布を測定する個数頻度分布測定段階と、前記個数頻度分布測定部が測定した０．１μｍ以上の微粒子の個数頻度分布を分布の一部として持つ対数正規分布を算出する対数正規分布算出段階と
を備え、前記対数正規分布算出部が算出した対数正規分布により、前記超純水が含有する微粒子の計測粒子径未満の個数頻度分布を得ることを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）大粒径側の個数頻度分布データによる粒度分布の決定
対数正規分布を示す粒子は、粒径Ｄまでの粒子の積算個数をｎとしたとき、ｎのｌｏｇＤに対する変化率である対数個数頻度分布ｄｎ／ｄ（ｌｏｇＤ）が、次の数１の式で表される。
【数１】
【数２】
【数３】
【００３２】
上記数１で示される個数頻度分布を、横軸に対数目盛を選んで模式的に示すと図２（ａ）のようになる。また粒子の個数積算値ｎを、横軸に対数目盛を選んで模式的に示すと図２（ｂ）のようになる。
【００３３】
本発明においては、対数正規分布を示す超純水中の０．１μｍ以上の微粒子の大粒径側について粒度分布を測定し、この測定データが上記数１で与えられる対数正規分布の式に従うことを利用して、数４の式中のパラメータＮ、Ｄｇおよびσｇを決定し、超純水中の微粒子の分布を決定する。測定データからこれらパラメータの決定するには、例えば測定値と対数正規分布で与えられる値との偏差平方和が最小になるようにすればよい。
【００３４】
本発明においては、以下の手順を用いれば、測定データから微粒子の対数正規分布が簡便に決定できる。
【００３５】
図２（ｂ）に示したような対数正規分布を示す微粒子の個数積算値ｎの曲線について、ｎをＮで割って規格化することにより微粒子の個数積算分布ｎ／Ｎとし、さらにこのＮ／ｎの縦軸を正規分布における積算分布を表す関数
【数４】
【００３６】
従って対数正規分布を持つ微粒子の粒度分布は、次のようにして決定できる。まず微粒子の個数頻度分布ｄｎ／ｄ（ｌｏｇＤ）の測定データから積算値ｎを求め、次にその積算分布ｎ／Ｎがこの対数正規確率紙上の直線となるように微粒子の総数Ｎを決定する。こうして決定したＮによって得られるｎ／Ｎの直線として、対数正規分布を持つ微粒子の粒度分布が決定できる。
【００３７】
この方法において、微粒子の総数Ｎが直接計数できなくても、粒径の大きい側からの個数積算値を３個以上の複数個求め、微粒子の総数Ｎを仮定し、個数積算値をＮで割った値を対数正規確率紙上にプロットし、これらプロットされた点が対数正規確率紙上で一直線に最も近づくように、Ｎの値を定めることができる。また、このときに得られる直線がこの微粒子の対数正規分布を示す対数正規確率紙上の直線である。この対数正規分布を示す直線上で、個数積算分布が５０％となる粒径として粒径Ｄの相乗平均粒径（または幾何平均粒径）Ｄｇ＝０．１２μｍが得られ、また直線の傾斜（積算分布８４．１％の粒子径の対数と積算分布５０％の粒子径の対数との比）から、幾何標準偏差σｇ＝２．７５が得られる。
【００３８】
図３は上記手順を流れ図として簡単に示したものであって、超純水製造装置で製造されたユースポイントからの超純水４１について、所定粒子径以上の微粒子の粒子径測定４２を行い、所定粒子径以上の微粒子の個数積算値ｎ（Ｄ）の算出４３を行う。個々の微粒子の粒子径測定を経ずに直接所定粒子径以上の微粒子の個数積算値ｎを得てもよい。続いてＤ＝０．１μｍ以上の微粒子の個数積算値ｎ（Ｄ）に対し、ｎ（Ｄ）／Ｎが直線となるような所定体積の超純水中の微粒子総数Ｎの決定、あるいは対数正規確率紙上の直線とｎ（Ｄ）／Ｎのプロットとの偏差の平方和が最小となるようなＮと対数正規確率紙上の直線との決定４４を行う。こうすることによって、所定体積の超純水中の微粒子総数Ｎが決定され、得られた直線から超純水中の微粒子の対数正規分布およびそのパラメータとして平均粒径Ｄｇおよび粒子径分布の標準偏差σｇの決定４５を得る。
【００３９】
（実施の形態２）濾過膜にて微粒子を捕捉し電子顕微鏡観察を用い計測
濾過膜にて超純水中の微粒子を捕捉し、電子顕微鏡観察を用い計測する方法は、ＪＩＳ Ｋ−０５５４（１９９５年）「超純水中の微粒子測定方法」の記載に準じて行なう。濾過膜には孔径０．１μｍのもの（ニュークリポアメンブレンフィルター）を用いて捕捉し、捕捉された０．１μｍ以上の微粒子について、電子顕微鏡観察により粒子を計測し、個数頻度分布や個数積算値を得る。
【００４０】
図４は走査型電子顕微鏡による計測装置の構成を模式的に示した図である。超純水の微粒子を捕捉したメンブレンフィルタが走査電子顕微鏡のステージ５１にセットされ、走査電子顕微鏡用コンピュータ５２からの信号で制御されたＦＥ電子銃５３によって電子ビーム走査される。試料のセットされた走査電子顕微鏡のステージ５１は走査電子顕微鏡用コンピュータ５２からのステージ制御信号に従ってモータードライブされる。試料からの２次電子は２次電子検出器５４で捉えられ、その信号は走査電子顕微鏡用コンピュータ５２に画像データとして取り込まれる。取りこまれた画像信号データは画像処理コンピュータ５５に送られ、画像処理され、その結果が表示部５６に表示される。
【００４１】
図５は走査型電子顕微鏡によってメンブランフィルタ試料表面の画像処理を行なって微粒子の計測を行なうプロセスの流れを示したものである。微粒子を捕捉して試料作成６１の行われたフィルタ表面は、電子ビーム走査によって走査電子顕微鏡画像の取得６２が行われ、画像処理コンピュータの内部処理により、微粒子の分離６３が行われ、微粒子数の積算６４が行われ、また微粒子のサンプリングに用いた濾過水量を入力して単位容積あたりの微粒子数への換算６６が行われ、さらに小粒径側の微粒子を導出する微粒子数換算６７を行ない、結果の表示６８がなされる。
【００４２】
ここで観察される微粒子の形状は一般に球状ではないので、微粒子を測定する方向によって測定される径の値が異なる。このため測定の規則を定めておき、例えば各粒子の最大径を測定するという規則を採用することができる。このほかに、最大径と最小径の平均値を求めるという規則を採用したり、また一定の方向を定め、その方向からみた径を測定するという規則を採用することもできる。目的に合わせ、これらの何れかの条件を選んで上記の計測を行なえばよい。
【００４３】
図１の超純水の対数正規分布を参照すると、図１の粒度分布の場合には、０．１μｍ以上の微粒子を測定することにより、粒度分布を形成する全微粒子の約５８％を測定していることになる。
【００４４】
なお、ニュークリポアフィルタの孔径を０．１μｍからこの１／２の０．０５μｍにすると、フィルタの単位面積あたりの流量は０．１μｍの場合の約１／６に減少し、濾過に長時間を要することになる。従ってニュークリポアフィルタの孔径として０．１μｍのものを用い、粒度分布の大粒径側を測定して粒度分布を決定する方法が大変に有利であることがわかる。
【００４５】
（実施の形態３）微粒子のレーザ光散乱を用いた測定
超純水の微粒子の計測は、図６に模式的に示した超純水の微粒子自動計測器を用いて行うことができる。図６（ａ）において、計測部のレーザ装置７１から発した光ビーム７２−１は、投光レンズ７３でフローセル７４の円形の微粒子検出領域を流れる超純水７５に投光される。超純水中の微粒子によって散乱された散乱光７２−２は、受光レンズ系７６を経て受光器７７に入射し、受光信号が検出される。
【００４６】
図６（ｂ）は超純水の微粒子の外形を模式的に示した斜視図である。図６（ｂ）において、超純水はフローセルの入口７４−１から流入し、フローセルの出口７４−２より流出する。測定結果は表示部７８に表示され、表示は表示切換えスイッチ７９−１で切り換えることができる。なおスイッチ７９−２は電源スイッチである。
【００４７】
図７は微粒子自動計測器を用いた微粒子測定のプロセスの流れを示した図である。図７において、０．１μｍ以上の微粒子の光学的検出８１がなされ、微粒子数の積算８２がなされ、この積算値の単位試料水量あたりの微粒子数への換算８３がなされ、この結果を用いて０．１μｍの小粒径側の微粒子数を導出する微粒子数変換８４が行なわれ、結果の表示８５がなされる。
【００４８】
（実施の形態４）０．１μｍ以上粒子の測定からの導出と直接測定との比較
超純水製造プラントのユースポイントにおける超純水中の微粒子について、０．１μｍ以上の粒子を測定し、対数正規分布に従って０．０５μｍ以上の微粒子を導出した結果と、超純水中の０．０５μｍ以上の粒子を直接測定した結果とを比較した。測定手段はメンブレンフィルタを用い、長時間の濾過で超純水の微粒子を捕捉し、走査電子顕微鏡を用いてる方法であり、測定対象とした超純水試料は、いずれも実際に稼動している超純水プラントの超純水である。
【００４９】
結果を図８に示す。図９において横軸に超純水中の０．１μｍ以上の微粒子を計測し、対数正規分布を用いて間接的に導出した０．０５μｍ以上の微粒子数ｘをとり、縦軸には実測によって直接に測定した超純水中の０．０５μｍ以上の微粒子数ｙをとってｘとｙとの相関を調べたものである。その結果、回帰直線としてｙ＝１．００９ｘが得られ、また分散Ｒ２＝０．９５８３と、ｘとｙのよい一致が得られた。
【００５０】
以上の結果から、本発明の微粒子測定によって、十分に正しい粒径測定が得られることを確認することができた。
【００５１】
なお、本発明は超純水中の微粒子の測定装置および測定方法であるが、本発明の原理は超純水中の微粒子の測定だけでなく、広く応用できるものである。例えば高純度な溶液（薬液）や、高純度なガスや、清浄なプロセス装置内の微粒子測定装置などにおいて、実施の形態１に示す原理に整合することが検証できた場合、本原理に基づく個数頻度分布測定部と対数正規分布分布算出部に類似する機能を備えた測定機器も可能である。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によって、超純水中の微細な微粒子のうち、測定の容易な大粒径側の測定によって微粒子の粒度分布が得られるようになり、従来は困難であった超純水中の微細な微粒子の粒度分布の測定が簡便かつ安価に迅速に行なえるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 定常運転している超純水製造の実プラントから濾過採取された超純水中の微粒子の個数積算分布を電子顕微鏡観察によって測定し対数正規確率紙にプロットした図である。
【図２】 横軸を対数目盛として模式的に示した対数正規分布を示す微粒子の個数頻度分布（ａ）、および個数積算値（ｂ）である。
【図３】 本発明の一実施形態における超純水中の微粒子の対数正規分布決定手順を示した流れ図である。
【図４】 走査型電子顕微鏡による計測装置の構成を模式的に示した図である。
【図５】 走査型電子顕微鏡を用いた微粒子測定のプロセスの流れを示した図である。
【図６】 超純水の微粒子自動計測器を模式的に示した図である。
【図７】 微粒子自動計測器を用いた微粒子測定のプロセスの流れを示した図である。
【図８】 超純水中の微粒子数について０．１μｍ以上粒子の測定から導出したものと直接測定したものとの相関を示す図である。
【図９】 超純水の製造プラントの一例を模式的に示した図である。
【符号の説明】
４１……超純水、４２……所定粒子径以上の微粒子の粒子径測定、４３……微粒子の個数積算値算出、４４……微粒子の総数Ｎ決定、４５……超純水中微粒子の対数正規分布、５１……走査電子顕微鏡のステージ、５２……走査電子顕微鏡用コンピュータ、５３……ＦＥ電子銃、５４……電子顕微鏡用コンピュータ、５５……画像処理コンピュータ、５６……表示部、６１……微粒子を捕捉し試料作成、６２……走査電子顕微鏡画像取得、６３……微粒子の分離、６４……微粒子数の積算、６５……単位容積あたりの微粒子数への換算、６７……微粒子数換算、６８……結果の表示、７１……レーザ装置、７２−１……光ビーム、７２−２……散乱光、７３……投光レンズ、７４……フローセル、７５……超純水、７６……受光レンズ系、７７……受光器、８１……微粒子の光学的検出、８２……微粒子数の積算、８３……微粒子数の換算、８４……微粒子数変換、８５……結果の表示、１１１……１次純水処理システム、１１２……純水、１１３……２次純水タンク、１１４……２次純水処理システム、１１５……ポンプ、１１６……ＵＶ酸化処理装置、１１７……イオン交換塔、１１８……限外濾過装置、１１９……配管、１２０……ユースポイント、１２１……超純水。
Claims (4)
- 超純水が含有する微粒子の個数頻度分布のうち、０．１μｍ以上の微粒子の個数頻度分布を測定する個数頻度分布測定部と、
前記個数頻度分布測定部が測定した前記０．１μｍ以上の微粒子の個数頻度分布を分布の一部として持つ対数正規分布を算出する対数正規分布算出部と
を備え、
前記対数正規分布算出部が算出した対数正規分布により、前記超純水が含有する微粒子の計測粒子径未満の個数頻度分布を得ることを特徴とする超純水中微粒子の測定装置。 - 前記個数頻度分布測定部が、
濾過膜によって超純水の含有する微粒子を捕捉する微粒子捕捉部と、
前記濾過膜によって捕捉された前記超純水の含有する前記微粒子を顕微鏡観察により計測する計測部と
を備えていることを特徴とする請求項１記載の超純水中微粒子の測定装置。 - 前記個数頻度分布測定部が、
ユースポイントに供給される前記超純水を取水して流すフローセル部と、
前記フローセル部を流れる前記超純水にレーザ光ビームを照射する照射部と、前記超純水中の微粒子によって散乱された前記レーザ光ビームの散乱光を検出し計数する散乱光検出計数部と
を備えていることを特徴とする請求項１記載の超純水中微粒子の測定装置。 - 超純水が含有する微粒子の個数頻度分布のうち、０．１μｍ以上の微粒子の個数頻度分布を測定する個数頻度分布測定段階と、
前記個数頻度分布測定部が測定した０．１μｍ以上の微粒子の個数頻度分布を分布の一部として持つ対数正規分布を算出する対数正規分布算出段階と
を備え、
前記対数正規分布算出部が算出した対数正規分布により、前記超純水が含有する微粒子の計測粒子径未満の個数頻度分布を得ることを特徴とする超純水中微粒子の測定方法。
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