JP5625251B2

JP5625251B2 - 多層管

Info

Publication number: JP5625251B2
Application number: JP2009083375A
Authority: JP
Inventors: 祐公角谷; 佐藤　伸; 伸佐藤
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2029-03-30
Also published as: JP2010234576A

Description

本発明は、多層管に関し、特に、超純水製造装置内の配管、超純水製造装置からユースポイントへの超純水の輸送用配管等として用いることのできる多層管に関する。

従来、半導体デバイス等の半導体製造工程等において、ウェハ等の有機物汚染、パーティクル汚染、重金属汚染等の除去又は自然酸化膜の除去等を目的として、硫酸と過酸化水素水との混合液、アンモニア水と過酸化水素水との混合液、塩酸と過酸化水素水との混合液、又は希フッ酸水溶液等の洗浄薬液を用いて洗浄した後、これらの洗浄薬液を洗い流すために超純水で洗浄することが多い。

このような洗浄薬液を用いた洗浄工程においては、超純水洗浄が不十分であると、洗浄薬液に由来する硫酸基、硝酸基等がウェハ表面等に残り、半導体製品における不良発生の原因となってしまうことから、超純水洗浄によって洗浄薬液が完全に除去されなければならない。

このような洗浄水として用いられる超純水の要求水質は年々厳しくなり、現在、最先端の電子産業分野では、不純物濃度がｐｐｔレベルの超純水が要求されるようになってきている。特に、超純水中に溶存ガス（酸素、窒素等）が存在すると、当該超純水をウェハ洗浄等に用いることで、ウェハ表面に酸化膜を形成してしまう結果となり、好ましくない。

超純水製造装置において、水中の溶存成分を極限まで除去した超純水を製造したとしても、超純水製造装置からユースポイントに配管を通じて超純水を輸送する際における配管外部からのガスの透過を無視することはできず、超純水の水質を維持する観点から大きな問題である。

そこで、従来、超純水製造装置からユースポイントに超純水を輸送するための配管として、配管外部からのガスの透過を遮断すべく、ステンレス鋼等の金属材料を用いた配管等が用いられている（特許文献１参照）。

特許第２８６２５４６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のステンレス鋼からなる配管を用いた場合、超純水中への金属イオン（例えば、Ｃｒイオン等）の溶出を防止することができず、所望の水質を有する超純水をユースポイントに供給することができないという問題がある。

このような問題を解決するために、化学的に不活性であり、超純水への溶出性の極めて低いフッ素樹脂からなる配管を用いることも考えられるが、多くのフッ素樹脂は、ガスの透過を抑制することができないという問題がある。

さらに、超純水製造装置には、装置の運転管理用の水質計測器（電気抵抗率計、有機炭素計、溶存酸素計、溶存窒素計、微粒子計等）が設置されるため、これらの計器類へのサンプル配管も必要となるが、電気抵抗率計、有機炭素計、微粒子計等へのサンプル配管としては、低溶出性、低汚染性等の観点からフッ素樹脂製配管を用い、溶存酸素計、溶存窒素計等へのサンプル配管としては、配管外部からの酸素、窒素等の透過を防ぐために金属製配管等を用いる必要がある。

しかしながら、これらの計器類へのサンプル配管として複数材料を用いるとなると、各サンプル配管に対応した継ぎ手類をそれぞれ用意する必要があるため、超純水製造装置を構成する部品点数が大幅に増加してしまい、作業管理が煩雑となるという問題がある。

これらの問題点に鑑みて、本発明は、多層管外部からのガスの透過を抑制するとともに、多層管内を流通する超純水に多層管構成成分等が溶出するのを抑制することのできる超純水配管用の多層管を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、超純水の配管用の多層管であって、フッ素樹脂からなり、超純水に接触する第１の樹脂層と、ガス不透過性樹脂からなり、前記第１の樹脂層の外周面に設けられた第２の樹脂層とを備えることを特徴とする多層管を提供する（発明１）。

上記発明（発明１）によれば、多層管内を流通する超純水に接触する第１の樹脂層がフッ素樹脂からなることで、第１の樹脂層から超純水に第１の樹脂層の構成成分が溶出するのを抑制することができるとともに、第２の樹脂層がガス不透過性樹脂からなることで、多層管の外部から超純水にガスが混入するのを抑制することができ、超純水の水質を維持したまま当該超純水を輸送することができる。

上記発明（発明１）においては、前記ガス不透過性樹脂が、エチレン−ビニルアルコール共重合体又はポリビニルアルコールであるのが好ましい（請求項２）。エチレン−ビニルアルコール共重合体又はポリビニルアルコールは、優れたガス不透過性を有するため、かかる発明（発明２）によれば、多層管の外部から超純水にガスが混入するのをより抑制することができる。

上記発明（発明１，２）においては、前記第２の樹脂層の厚さが、１０〜１００μｍであるのが好ましい（発明３）。かかる発明（発明３）のように第２の樹脂層の厚さが上記範囲内であることで、多層管の外部から超純水にガスが混入するのを抑制しつつ、多層管の柔軟性を確保することができるため、配管作業を容易にすることができるとともに、超純水製造装置の立上げ後、運転管理状態に移行した後の設備改善、管路改造等をも容易に行うことができる。

上記発明（発明１〜３）においては、前記フッ素樹脂が、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、エチレン−パーフルオロエチレン−プロペン共重合体及びポリテトラフルオロエチレンからなる群より選ばれる少なくとも１種であるのが好ましい（発明４）。

テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、エチレン−パーフルオロエチレン−プロペン共重合体又はポリテトラフルオロエチレンは、超純水への不溶出性に優れるため、上記発明（発明４）によれば、第１の樹脂層から超純水への溶出をより抑制することができ、超純水の水質に影響を与えることがない。

上記発明（発明１〜４）においては、前記第２の樹脂層の外周面に、前記第２の樹脂層を保護する第３の樹脂層が設けられているのが好ましい（発明５）。かかる発明（発明５）によれば、第２の樹脂層を保護する第３の樹脂層が設けられていることで、長期間にわたり第２の樹脂層のガス不透過性を確保することができる。

本発明によれば、外部からのガスの透過を抑制するとともに、管内を流通する超純水への溶出をも抑制することのできる超純水配管用の管材料を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る多層管を示す部分破断斜視図である。実施例において用いた溶存酸素濃度評価試験装置を示す概略構成図である。

以下、本発明の超純水配管用の多層管の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る超純水製造装置用多層管を示す一部破断斜視図である。

図１に示すように、本実施形態に係る超純水製造装置用多層管１は、径方向断面略円形状であって、超純水に接触する第１の樹脂層２と、第１の樹脂層２の外表面に設けられた第２の樹脂層３と、第２の樹脂層３の外表面に設けられた第３の樹脂層４とを備える。

第１の樹脂層２は、多層管１を流通する超純水に直接的に接触し得るものであるため、超純水への溶出性の低い材料からなるものである。具体的には、化学的に不活性なフッ素樹脂からなるものである。

このようなフッ素樹脂としては、例えば、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン−パーフルオロエチレン−プロペン共重合体（ＥＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−ビニリデンフルオライド共重合体（ＴＨＶ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が挙げられ、これらのうち、ＰＦＡ、ＥＴＦＥ、ＥＦＥＰ及びＰＴＦＥは、超純水への溶出性が特に低く、また、ある程度の柔軟性を有していることで配管作業を容易に行うことができるため好ましい。

第１の樹脂層２の厚さ（肉厚）は、特に限定されるものではないが、０．２ｍｍ以上であるのが好ましく、０．２〜０．５ｍｍであるのが特に好ましい。当該厚さが０．２ｍｍ未満であると、多層管の製造時、輸送時、作業時等に亀裂等のキズが生じるおそれがあり、第１の樹脂層２に亀裂が生じると、多層管内を流通している超純水が第２の樹脂層３に直接触れることになり、第２の樹脂層３の構成成分が超純水中に溶出してしまうおそれがある。さらに、後述する第２の樹脂層３の材料として好適なエチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリビニルアルコールは、湿度（水分濃度）の上昇とともにガス透過性が増加する特性があるため、第１の樹脂層２の亀裂は、第２の樹脂層３の湿度上昇を招き、ガス透過性の増加（超純水の溶存ガス濃度の増加）を引き起こすおそれがある。

第２の樹脂層３は、多層管１の外部からのガスの透過を遮断することができ、当該多層管１内を流通する超純水へのガスの溶解を防止することのできるものとして構成される。

このような第２の樹脂層３を構成する材料としては、例えば、２５℃での酸素透過係数が１．０×１０^−１５ｃｍ^３・ｃｍ／ｃｍ^２・ｓ・Ｐａ以下のものが好ましく、特に１．０×１０^−１７ｃｍ^３・ｃｍ／ｃｍ^２・ｓ・Ｐａ以下のものが好ましい。

具体的には、第２の樹脂層３を構成する材料としては、例えば、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル等が挙げられる。

これらのうち、エチレン−ビニルアルコール共重合体又はポリビニルアルコールを、第２の樹脂層３を構成する材料として用いるのが好ましい。エチレン−ビニルアルコール共重合体及びポリビニルアルコールは、特に優れたガス不透過性（酸素透過係数（２５℃）：１．０×１０^−１７ｃｍ^３・ｃｍ／ｃｍ^２・ｓ・Ｐａ以下）を有する材料であるため、多層管１の外部から超純水中へのガスの透過・溶解を効果的に抑制することができるとともに、第２の樹脂層３の厚さ（肉厚）を薄くすることができ、多層管１の柔軟性をより確保することができる。

第２の樹脂層３の厚さ（肉厚）は、第２の樹脂層３のガス不透過性を確保し得る厚さであれば特に限定されるものではないが、１０〜１００μｍであるのが好ましく、２０〜５０μｍであるのが特に好ましい。当該厚さが１０μｍ未満であると、十分なガス不透過性能を得ることが困難になるおそれがあり、１００μｍを超えると、多層管１の柔軟性を確保することができず、配管作業が困難になるおそれがある。

第３の樹脂層４は、第２の樹脂層３の外表面に設けられ、第２の樹脂層３に対する衝撃等により第２の樹脂層３の損傷等を防止するためのものであり、これにより、第２の樹脂層３の有するガス不透過性を長期間にわたって維持することができる。

第３の樹脂層４を構成する材料としては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、各種エラストマー等が挙げられる。

第３の樹脂層の厚さ（肉厚）は、第２の樹脂層３の保護層としての役割を果たすことができ、かつ多層管１の柔軟性を確保し得る厚さであれば特に限定されるものではないが、例えば、０．５〜２．０ｍｍであればよい。

なお、第３の樹脂層４の表面には、着色、印刷等が施されていてもよい。これにより、多層管１を意匠的に優れたものとすることができる。

上述したような構成を有する多層管１は、各層（第１の樹脂層２、第２の樹脂層３、第３の樹脂層４）を構成する樹脂を、各層の厚さが所定の厚さになるように共押出成形することにより、一体的に製造することができる。

本実施形態に係る多層管１は、超純水製造装置内の配管（計器類へのサンプル配管を含む）、超純水製造装置からユースポイントに超純水を輸送するための配管、ユースポイントからの超純水返送用配管等として用いることができる。

本実施形態に係る多層管１は、多層管１内を流通する超純水に接触する第１の樹脂層２としてフッ素樹脂を用いることで、超純水へのイオン成分等の溶出を抑制することができるとともに、第１の樹脂層２の外周面に設けられる第２の樹脂層３としてガス不透過性樹脂を用いることで、多層管１外部からのガスの透過を防止し、当該ガスの超純水への溶解を防止することができる。これにより、多層管１内を流通する超純水の水質を維持することができ、ユースポイント等に所定の水質の超純水を供給することができる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

上記実施形態において、多層管１は、第１の樹脂層２、第２の樹脂層３及び第３の樹脂層４からなる３層構造を有するものであるが、少なくとも第１の樹脂層２及び第２の樹脂層３を備える限り特に限定されるものではなく、第１の樹脂層２及び第２の樹脂層３のみからなるものであってもよいし、さらに他の樹脂層を備え、４層以上の構成を有するものであってもよい。他の樹脂層を備える場合、当該他の樹脂層は第１の樹脂層の外側に設けられるものである限り、第２の樹脂層の内側に設けられていてもよいし、外側に設けられていてもよい。

以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明は、下記の実施例に何ら限定されるものではない。

〔実施例１〕
第１の樹脂層２としてテトラフルオロエチレン−エチレン共重合体を、第２の樹脂層３としてエチレン−ビニルアルコール共重合体（商品名：エバール，クラレ社製）を、第３の樹脂層４としてポリエチレンを使用し、多層管状ダイを使用して共押出成形した。押し出した多層チューブを水冷して、図１に示す構造を有する多層管１を作製した。なお、第１の樹脂層の厚さ（肉厚）が０．３ｍｍ、第２の樹脂層の厚さ（肉厚）が３０μｍ、第３の樹脂層の厚さ（肉厚）が０．７ｍｍ、内径が４ｍｍ、外径が６ｍｍ、長手方向長さが２０ｍとなるように多層管１を作製した。

図２に示すように、評価用チューブの超純水入口側及び超純水出口側に溶存酸素（ＤＯ）計を設けてなる、超純水中の溶存酸素濃度の評価試験装置を用いて、上述のようにして得られた多層管１（実施例１）について、超純水の多層管１通過前（入口）及び通過後（出口）の超純水中の溶存酸素（ＤＯ）濃度（μｇ／Ｌ）を測定した。
結果を表１に示す。

〔比較例１，２〕
市販のＰＦＡチューブ（商品名：クリーンチューブＴＡ，ニッタ・ムアー社製，外径：６ｍｍ，内径：４ｍｍ，肉厚：１ｍｍ，長手方向長さ：２ｍ，比較例１）、及び市販のナイロンチューブ（商品名：ナイロンチューブＮ２，ニッタ・ムアー社製，外径：６ｍｍ，内径：４ｍｍ，肉厚：１ｍｍ，長手方向長さ：２ｍ，比較例２）について、実施例１と同様にして溶存酸素（ＤＯ）濃度（μｇ／Ｌ）を測定した。
結果を表１にあわせて示す。

表１に示すように、ガス透過性が低いとされているナイロンチューブ（比較例２）であっても、チューブ１ｍあたり０．２５μｇ／Ｌの溶存酸素濃度の増加を避けることができず、またガス透過性の劣るＰＦＡチューブ（比較例１）では、チューブ１ｍあたり１．１μｇ／Ｌの溶存酸素濃度の増加が認められた。

一方、実施例１の多層管１では、２０ｍの多層管１を通過する間であっても、溶存酸素濃度の増加分は０．１μｇ／Ｌ未満と極めて低い濃度であり、多層管１の溶存酸素濃度増加速度は、０．０１μｇ／Ｌ・ｍ未満であった。このことから、実施例１の多層管１であれば、多層管１の外部からのガスの透過を効果的に抑制し得ることが確認された。

１…多層管
２…第１の樹脂層
３…第２の樹脂層
４…第３の樹脂層

Claims

超純水の配管用の多層管であって、
フッ素樹脂からなり、超純水に接触する第１の樹脂層と、
エチレン−ビニルアルコール共重合体又はポリビニルアルコールからなり、前記第１の樹脂層の外周面に設けられた第２の樹脂層と、
前記第２の樹脂層の外周面に設けられた、前記第２の樹脂層を保護する第３の樹脂層とを備え、
前記第２の樹脂層の厚さが、１０〜１００μｍであることを特徴とする多層管。
前記フッ素樹脂が、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、エチレン−パーフルオロエチレン−プロペン共重合体及びポリテトラフルオロエチレンからなる群より選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１に記載の多層管。