JP6981331B2 - 超純水供給装置 - Google Patents

Description

本発明は超純水供給装置に係り、特に二次純水製造装置からユースポイントに供給される超純水中のパーティクル量を減少させる超純水供給装置及び超純水供給方法に関する。

半導体洗浄用水として用いられている超純水は、図７に示すように、一次純水製造装置及び二次純水製造装置（サブシステムと称されることも多い。）から構成される超純水製造装置で製造される（特許文献１）。

二次純水製造装置７０は、サブタンク（純水タンクと称されることもある。）７１、ポンプ７２、熱交換器７３、低圧紫外線酸化装置（ＵＶ装置）７４、イオン交換装置７５及び限外濾過膜（ＵＦ）装置７６を備えている。熱交換器７３は、二次純水の温度制御のためのものである。一般に二次純水（常温超純水）の供給温度は２３〜２５℃であり、その温度範囲に制御するため、熱交換器７３は冷却器が使用される。冷却器の冷却源として冷水が用いられる。この熱交換器７３はイオン交換装置７５より前に置く必要がある。高温の純水がイオン交換樹脂と接触するとＴＯＣ成分が溶出し、水質が悪化するためである。

低圧紫外線酸化装置７４では、低圧紫外線ランプより出される１８５ｎｍの紫外線によりＴＯＣを有機酸、さらにはＣＯ_２まで分解する。分解により生成した有機物及びＣＯ_２は後段のイオン交換装置７５で除去される。ＵＦ装置７６では、微粒子が除去され、イオン交換樹脂からの流出粒子も除去される。

ＵＦ装置７６からの超純水は、主配管７８及び該主配管７８から分岐した配管７９を介してユースポイントに供給される。余剰の超純水は主配管７８からサブタンク７１に戻される。

特開２０１６−６４３４２号公報

超純水製造システムからユースポイントに供給される超純水中のパーティクル量について検討したところ、超純水製造システム出口ではほとんど存在しないパーティクルが、ユースポイント直前では増加することがあることが判明した。本発明は、ユースポイントに送水される超純水中のパーティクル量を減少させることができる超純水供給装置及び超純水供給方法を提供することを目的とする。

本発明の超純水供給装置は、サブシステムからの超純水を配管を介してユースポイントに供給する超純水供給装置において、該配管に生じる水撃を抑制する手段を備えたことを特徴とする。

本発明の一態様では、前記水撃抑制手段は、開閉速度が０．５〜５秒の電動弁である。
本発明の一態様では、前記配管は、サブシステムからの超純水を該サブシステムの入口側に導く主配管と、該主配管に連なる洗浄機入口配管とを有しており、前記水撃抑制手段は、該洗浄機入口配管から超純水の一部を主配管に返送するバイパス配管である。

本発明の一態様では、前記水撃抑制手段は、ユースポイントに供給される超純水の一部を排出するダンパである。

本発明の超純水供給方法は、サブシステムからの超純水を、主配管を介して該サブシステムの入口側に導く主配管と、該主配管に連なるループ配管と、このループ配管に連なる洗浄機入口配管とを含む配管設備によってユースポイントに供給する超純水供給方法において、洗浄機入口配管の流量Ｆ_４と該サブシステムの主配管からループ配管に流れる超純水の流量Ｆ_３との比率（Ｆ_４／Ｆ_３×１００％）を７０％以下とする。

前述の通り、本発明者がユースポイントに供給される超純水中のパーティクル量について検討を行ったところ、超純水製造システム出口ではほとんど存在しないパーティクルが、ユースポイント直前では増加することがあることが判明した。

この原因について検討した結果、ユースポイントで超純水が使用する際に水圧の低下と上昇が起き、それにより水撃が生じてパーティクルが発生することが認められた。

本発明は、かかる知見に基づくものである。本発明によると、かかる水撃が解消ないし緩和され、これにより水撃に起因したパーティクル発生が抑制される。

なお、水撃によるパーティクル発生機構の詳細は次の通りであると推察される。

ユースポイントで洗浄機が待機している時、洗浄機入口の超純水バルブは半開のスローリーク状態となっている。洗浄機起動時は半開のバルブが急激に全開となり、バルブ一次側（ループ配管〜洗浄機入口）の水圧は急低下し、二次側（洗浄機内）の水圧は急上昇する。一方、洗浄機が待機状態にもどる際はバルブが急激に半開となるため、今度は逆の水圧変化が起きる。

このように起動時及び待機時のいずれにおいても、圧力変化により水撃が生じる。水撃による配管振動や配管内応力により、配管壁面からパーティクルが発生する。

実施の形態に係る超純水供給装置の系統図である。 実施の形態に係る超純水供給装置の系統図である。 実施の形態に係る超純水供給装置の系統図である。 実施の形態に係る超純水供給装置の系統図である。 実施の形態に係る超純水供給装置の系統図である。 実施の形態に係る超純水供給装置の系統図である。 超純水供給装置の系統図である。 実験結果を示すグラフである。

本発明の超純水供給装置及び供給方法では、一次純水製造装置及びサブシステム（二次純水製造装置）を有する超純水製造システムからの超純水をユースポイントに供給する。

この一次純水製造装置の前段には、通常の場合、前処理装置が設けられる。前処理装置では、原水の濾過、凝集沈殿、精密濾過膜などによる前処理が施され、主に懸濁物質が除去される。この前処理によって通常、水中の微粒子数は１０^３個／ｍＬ以下となる。

一次純水製造装置は、逆浸透（ＲＯ）膜分離装置、脱気装置、再生型イオン交換装置（混床式又は４床５塔式など）、電気脱イオン装置、紫外線（ＵＶ）照射酸化装置等の酸化装置などを備え、前処理水中の大半の電解質、微粒子、生菌等の除去を行うものである。一次純水製造装置は、例えば、熱交換器、２基以上のＲＯ膜分離装置、混床式イオン交換装置、及び脱気装置で構成される。

サブシステムは、サブタンク、給水ポンプ、冷却用熱交換器、低圧紫外線酸化装置、非再生型混床式イオン交換装置あるいは電気脱イオン装置、限外濾過（ＵＦ）膜分離装置又は精密濾過（ＭＦ）膜分離装置等の膜濾過装置で構成されるが、更に膜脱気装置、ＲＯ膜分離装置、電気脱イオン装置等の脱塩装置が設けられている場合もある。サブシステムでは、低圧紫外線酸化装置を適用し、その後段に混床式イオン交換装置を設け、これによって水中のＴＯＣを紫外線により酸化分解し、酸化分解生成物をイオン交換によって除去する。

なお、二次純水製造装置の後段に三次純水製造装置を設けてもよい。この三次純水製造装置は、二次純水製造装置と同様の構成を備えるものであり、更に高純度の超純水を製造するものである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１〜７は実施の形態に係る超純水供給装置を示す系統図である。

図１〜７の通り、サブシステム１からの超純水は、主配管２と、該主配管２の分岐点２ａから分岐し、この分岐点２ａよりも下流側の合流点２ｂで該主配管２に合流するループ配管３と、該ループ配管３から分岐する洗浄機入口配管４とによってユースポイント（この場合、洗浄機）に供給される。

図１の実施の形態では、洗浄機入口配管４に電動弁５が設けられており、この電動弁５として開閉速度の遅いものを用いている。好ましくは、電動弁５として、開閉時間（全開→全閉又は全閉→全開に要する時間）が０．５〜５秒特に０．５〜２秒のものを用いる。

このように開閉速度の遅い電動弁５を用いることにより、配管内の急激な圧力変化が緩和されて水撃が抑制され、配管壁面からのパーティクル発生が抑制される。

なお、電動弁の開閉速度は、電動弁一次側の水圧に影響を受け、電動弁一次側の圧力は他のユースポイントの稼働状況により変動する。そのため、電動弁として、一次側圧力に応じて開閉スピードが可変する電動弁を用いてもよい。

図２の実施の形態では、主配管２のうち分岐点２ａよりも上流側と、洗浄機入口配管４とにそれぞれサージタンク６，７を設置している。サージタンク６，７は、密閉タンクの上部に不活性ガスを保持し、下部に超純水を貯留させる構造となっている。なお、サージタンク６，７のうち一方のみを設けてもよい。このようにサージタンク６，７の少なくとも一方を設けることにより、配管内の急激な圧力変化が緩和されて水撃が抑制され、配管壁面からのパーティクル発生が抑制される。

図３の実施の形態では、洗浄機入口配管４と、分岐点２ａよりも下流側（この実施の形態では合流点２ｂよりも上流側。ただし、合流点２ｂより下流側でもよい。）の主配管２とを接続するバイパス配管８を設け、該バイパス配管８に流量調節弁９を設けている。この流量調節弁９はバイパス流量を調節するためのものであり、通常は開度５〜１０％程度に設定されている。

かかるバイパス配管８を設けたことにより、配管内の急激な圧力変化が緩和されて水撃が抑制され、配管壁面からのパーティクル発生が抑制される。

図４の実施の形態では、洗浄機入口配管４にダンパ１０を設け、超純水の一部を配管１１へ流出可能としている。配管１１へ流出した超純水はサブタンクに返送される。かかるダンパ１０及び配管１１を設けたことにより、配管内の急激な圧力変化が緩和されて水撃が抑制され、配管壁面からのパーティクル発生が抑制される。

図５の実施の形態は、ループ配管３における超純水流量Ｆ_３に対する洗浄機入口配管４の超純水流量Ｆ_４の百分比（Ｆ_４／Ｆ_３×１００％）が７０％以下、例えば１０〜７０％特に１０〜５０％となるように、サブシステム１の容量、配管２，３，４の口径、長さ等を設定したものである。このように、洗浄機入口配管４の流量を相対的に少なくすることにより、配管内の急激な圧力変化が緩和されて水撃が抑制され、配管壁面からのパーティクル発生が抑制される。

［実施例１］
図６に示すように、図１の超純水供給装置において、ループ配管３に圧力計２０を設けると共に、内径２５ｍｍのＰＶＤＦ（ポリビニルジフルオライド）製洗浄機入口配管４から分岐したＰＶＤＦ製サンプリング配管２１にパーティクルモニタ２２を設置した。

圧力計２０の検知圧力０．４５ＭＰａで超純水が供給されると共に、洗浄機入口配管４の流量を待機時（ユースポイントへの給水停止時）１．５Ｌ／ｍｉｎ，ユースポイントへの給水時３０．５Ｌ／ｍｉｎとなるように流量調整バルブ（図示略）によって流量調整した。サンプリング配管２１への流量は０．５Ｌ／ｍｉｎとした。

バルブの開閉速度を５秒とし、試験開始５分後から１５分ごとに開閉しパーティクル量を測定した。結果を図８に示す。

［比較例１］
バルブの開閉速度を０．１秒としたこと以外は実施例１と同一条件とした。試験開始５分後から１５分ごとに開閉しパーティクル量を測定した。結果を図８に示す。

図８の通り、バルブを急速に開閉した比較例１と比べ、緩やかに開閉した実施例１はパーティクルが抑えられていることが認められる。

１ サブシステム
２ 主配管
３ ループ配管
４ 洗浄機入口配管
５ 電動弁
６，７ サージタンク
８ バイパス配管
１０ ダンパ

Claims (1)

1. サブシステムからの超純水を配管を介してユースポイントに供給する超純水供給装置において、該配管に生じる水撃を抑制する手段を備えた超純水供給装置であって、
   該サブシステムからの超純水をユースポイントに送給する配管は、該サブシステムからの超純水を該サブシステムの入口側に導く主配管２と、該主配管２の分岐点２ａから分岐し、この分岐点２ａよりも下流側の合流点２ｂで該主配管２に合流するループ配管３と、該ループ配管３から分岐するユースポイント入口配管４とを有し、
   前記水撃抑制手段は、該主配管２のうち分岐点２ａよりも上流側と、該ユースポイント入口配管４とにそれぞれ設けられたサージタンク６，７であることを特徴とする超純水供給装置。

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