JPH01195340A - 超純水中の微粒子の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、超純水中に含まれる固形微粒子の粒径別の
個数の測定方法に関するものである。。

［従来の技術］ 半導体製品のＩＣの製造工程においては、超純水による
洗浄が行われる。最近では、超ＬＳＩに見られるように
集積度が著しく向上し、これに伴って洗浄用の超純水中
に含まれる昨蝶、微生物などの微粒子の個数がさらに厳
しくされ、含まれる微粒子の個数として、例えば粒径が
０．２０μｍ以上で数個〜数十個／立方ｃｍ以下が要求
されている。

一般に、超純水中の微粒子の測定は濾過によって補集し
た粒子を顕微鏡で計測する方法が行われているが、時間
と熟練を要するばかりでなく、被測定試料力４汗怠、断
片的であるため効率的でなく、半導体′ＴＡ造工場にお
いて流れ状態で連続的に測定するには適さない。これに
対して、管中を流れる超純水に対して光を照射して微粒
子による散乱光を検出する光学方式が考えられるが、超
純水中に含まれる気泡などの妨害があり、特に水中にお
ける微生物は自身が多分に水分を含むために、屈折率が
周囲の水とほぼ同等となって、これを光学的に検出する
ことが困難であるなど上記の要求を満足しない。

［解決しようとする課題］ 以上の状況に対して、超純水をエアロゾル化して、従来
から行われている空気中の塵を臭などの微粒子を測定す
る方法で、エアロゾル中の微粒子を測定することが有効
と考えられる。すなわち、エアロゾル化ヒにより気泡の
妨害がなくなり、さらに乾燥して脱水すれば、微生物は
固形化して塵す臭と同様に測定が可能となる。しかしな
がら、超純水には可溶性の不純物が多かれ少なかれ溶存
しており、それを噴霧したときの液滴が蒸発すると残渣
すなわち微粒子を形成し、目的とする微小な固形粒子と
区別できない問題があった。このような問題を解決して
、半導体製造工場などにおいて、超純水中の塵埃、微生
物などの微粒子を連続的に測定できる測定方法が必要と
されている。

この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、超純
水をエアロゾル化し、超純水に溶存している不に！物残
３１−の影響を排除して、塵埃、微生物などの微粒子が
生ずる散乱光を、光散乱微粒子カウンタにより連続的に
測定する方法を提供することを目的とするものである。

［課題と解決するための手段］ この発明は、超純水中に含まれる塵ｐＱなどの微粒子の
測定方法であって、噴射ノズルにより超純水とクリーン
エアとを混合噴射してエアロゾルとし、噴射ノズルの直
後に設けられた液滴セパレータにより一定の粒径以上の
液滴を除去し、それ以下の粒径の液滴と含むエアロゾル
を加熱乾燥して液滴の水分を気化させる。さらにこれを
冷却除湿した上、必要によりクリーンエアを混合して希
釈し−１このエアロゾルに含まれている固形微粒子の粒
径別の個数を光散乱微粒子カウンタにより測定する。

上記において、液滴セパレータにより除去する液滴の粒
径の下限としては、液滴に溶存する不純物が上記の気化
の際に残者となるので、この残３１の大きさが光散乱微
粒子カウンタの検出限界以下となるように設定するもの
である。

［作用］ 以上の構成によるこの発明の超純水中の微粒子の測定方
法においては、噴射ノズルにより超純水はクリーンエア
と混合されてエアロゾルとされ、これに含まれる液滴の
うちの、一定の粒径以上のものは液滴セパレータにより
除去される。このエアロゾルは、加熱乾燥、冷却除湿を
経て光散乱微粒子カウンタにおいて固形微粒子がカウン
トされる。この固形微粒子には、加熱乾燥により脱水し
て固形となった微生物の残骸が含まれており、同様にカ
ウントされる。なお、微粒子の個数が多いときなど必要
な場合には、さらにクリーンエアを混合して希釈される
。

上記における液滴セパレータは、構造、寸法およびエア
ロゾルの速度などにより定まる液滴の粒径に対して、そ
れ以上の粒径の液滴を除去し、それ以下の粒径の液滴３
通過させるものである。−方、液滴に溶存する不純物は
加熱乾燥過程で水分の気化により残３１となるが、この
大きさが光散乱微粒子カウンタの検出限界以下となるよ
うな液滴の粒径を下記する方法で求めておき、その粒径
に対して液滴セパレータの諸定数を設定する。これによ
り目的とする微小な固形粒子の測定に対して、溶存する
不純物残漬の影響が排除される。

上記において光微粒子カウンタの検出限界以下となるよ
うな液滴の粒径を定める方法を以下に説明する。一般に
液滴の粒径をＸ　Ｉ　Ｈこれが気化して生ずる残遠の粒
径をＸ３とするとき両者には次の簡単な関係がある。

Ｘ、、＝ｋＣＴＸ、　　　　　　　　　　　・・・・・
・・・・（＋）ここで、Ｃは溶液の濃度であり、またｋ
は加熱乾燥過程により影響されるが、原理的には、上 に＝（ρｌ／ρ３）３　　　　　　　　　　−・・−一
−−・・（２）で表されるもので、ρ鵞は液滴の密度、
ρ３は不純物残漬の密度である。従って、超純水に溶存
する具体的な不純物に対するＣ、　ｋｔ、用い、光散乱
微粒子カウンタの検出限界をＸ３として、除去すべき液
滴の粒径ＸＩが求められる。

次に、上記の光散乱微粒子カウンタは、既に実用されて
いる空気中の塵埃などの固形微粒子を検出するダストモ
ニタと称されるものを使用する。

ダストモニタの検出限界は機種により異なるが、０．１
μｍ以上、または０．０５μｍ以上の微粒子を大きさ別
の段階に区分して個数をカウンタすることができる。従
って、上記の溶存する不純物の残シにの大きさは、機種
に対応して０，１μｍ以下、または０，０５μｍ以下と
してこれを上式のＸｓとする。。

以上により、超純水はエアロゾル化された状態において
、溶存する不純物残Ｓ査の影響が排除され、塵埃、微生
物の残骸などの固形微粒子の測定が連続的に行われる。

［実施ｒ！ＡＩ　］ 第１図はこの発明による超純水中の微粒子の測定方法の
実施例における構成図を示すもので、超純水１は適当な
容器１′に収容されて排出管１″によりその液面が一定
の高さに保たれる。超純水は、フィルタ２により塵埃な
どが除去されたクリーンエアＡにより噴射ノズル３で霧
化されてエアロゾルとなり、液滴セパレータ４に艇、い
て一定の粒径以上の液滴が除去され、この液滴は排出管
５より外部に排出される。これより小さい液滴はエアと
ともに次のキャビティ６に入り、ついで加熱器７におい
て加熱乾燥されて液滴の水分が気化する。エアロゾルの
温度は、加熱器７の出口に設けられた温度センサ８ａと
温度制御器８ｂの動作により一定温度に保持される１つ
いで、エアロゾルは冷却器９において冷却除湿され、必
要によりクリーンエアＡが混合、希釈されて光散乱微粒
子カウンタ１０に送出される。光散乱微粒子カウンタ１
０には前記したダストモニタを使用し微粒子は大きさ別
の段階に区分されてカウントされる。なお、図において
点線で示した凝縮核カウンタＩＩは、特開「液中不純物
測定方法とその測定装置Ｊ　（昭６２−２２２１−４５
）にかかるもので、微小な不純物３核とし、これを水な
どの高温飽和蒸気と混合して蒸気を付着凝縮させて粒径
を拡大して光学的に計数するものである。ただしこのも
のは本発明の構成に関係がないが、次記する液滴セパレ
ータの性能の説明のために便宜記載したものである。

さて、上記において重要な役割を演する液滴セパレータ
の原理と作用を第２図（ａ）、（ｂ）により説明する。

図（ａ）において、液滴セパレータはノズルＮと衝突板
Ｍとよりなり、ノズルより噴射されたエアロゾル中の液
滴のうちの一定粒径より大きいものは、矢印ｐのように
衝突板に衝突するが、小さいものは矢印ｑのように周辺
に向い衝突板に衝突しない。すなわち液滴は大きさによ
って分離される。ただし、この分離はある粒径に対して
、それ以上のものとそれ以下のものを判然と分離するの
でなくて、その粒径の上下に対しである効率で分離する
ものである。このような分離作用については、粘性を有
する気体中の微粒子の運動方程式により解析されて、そ
の結果が粉体工学、エアロゾル工学において適用されて
実用されているものである。

第２図（ａ）において、ノズルＮの直線部の長さをＴ、
内径をＤとし、これに対して距離Ｓに衝突板Ｍがあるも
のとする。ノズルを通過するエアロゾルの速度をＵ、微
粒子（液滴）の密度９粒径をそれぞれρ＋、ｄ、エアの
密度、粘度をそれぞれρ「、ηとすると、エアの流れを
特徴づけるレイノルズ数Ｒｅと流体中の微粒子の運動３
規定するストーク数θとが次式により決まる。

Ｒｅ＝ｕＤρ「／η　　　　　　　　・・・・・・・・
・（３）θ＝ＣＣρ＋ｄ＋】／９ηＤ　　　　−・・・
・・・・・（４）。

だしＣＣはカニンガムの補正係数である。

微粒子の粒径に対する分離作用は、Ｒｅ、θの二数とノ
ズルの形状および寸法比（Ｔ／Ｄ、Ｓ／Ｄ）によって変
化するもので、第２図（ｂ）に円形のノズルに対する分
離効率の理論曲線を示す。曲線群はレイノルズ１１　Ｒ
ｅをパラメータとし、ストークス数θの平方根、ｒＦを
横軸にとったときの、微粒子の分離効率３％で示すもの
である。そこで、ノズルの形状、寸法比、諸定数および
適当な分離効率を与えて、除去すべき液滴の粒径ｄの下
限を設設定することができる。

第３図は、液滴セパレータの分離性能を示す１実験デー
タである。実験は、試料として１０００分の１の濃度の
塩化カリ溶液を使用し、第１図の構成により溶液をエア
ロゾルとして、前記の凝縮カウンタ１１により測定し、
測定値に所要の処理を行って液滴粒径に換算したもので
ある。横軸は液滴の粒径をμｍ単位で、縦軸は溶液の単
位体積当たりの個数（個数濃度）を任意数の対数スケー
ルとした粒径に対する個数の分布特性を表す。液滴セパ
レータを陸用しない場合の°“○゛のデータに対して、
１μｍを分離境界とする液滴セパレータを使用した“・
°°データでは、１μｍ以上の液滴が殆ど除去され、１
μｍの実効分離効率は１００％に近いことを示している
。

元来、この発明において大きい液滴を除去する目的は、
既述したように大きい液滴の水分が加熱乾燥により気化
した場合は、溶存した不純物が大きな残：、沓として残
り、これが固形微粒子と区別できず測定エラーとなるこ
とを防ぐためである。そこで、残渣の粒径Ｘ、を光散乱
微粒子カウンタの検出限界以下（前記したダストモニタ
の場合、検出限界０．１μｍ以下または０，０５μｍ以
下）とし、前記の式（１）、（２）に示した残渣の粒径
Ｘ３と液滴の粒径Ｘ、の関係により、不純物の種類と濃
度を指定して除去すべき液滴の粒径ｄ（Ｘ＋）を定める
。またこのｄを分離境界とする液滴セパレータは、前記
の式（３）、（４）により設定されるものである。

［発明の効果コ 以上の説明により明らかなように、この発明による超純
水中の微粒子の測定方法は、被測定の超純水をエアロゾ
ル化して光散乱微粒子カウンタにより測定するもので、
液滴セパレータによりエアロゾル中の大きい液滴を除去
することにより、超純水に溶存した不純物の気化による
残渣の大きさが光散乱微粒子カウンタの検出限界以下と
なって、測定エラーを生ずることなく、超純水中の塵ｙ
ｌ、微生物の残骸などの微粒子の連続的な測定が可能で
ある。これを半導体製造工場などにおける超純水の検査
装置に適用することにより、効率よく、かつ正確に微粒
子の粒径と個数を連続的に測定できる効果には大きいも
のがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明による超純水中の微粒子の測定方法
の実施例における構成図、第２図（ａ）、（ｂ）は、第
１図の液滴セパレータの原理と作用の説明図、第３図は
第２図の液滴セパレータの性能についての測定データの
１例を示す曲線図である。 １・・・超純水、　　　　　１′・・・超純水の容器、
２・・・フィルタ、　　　　３・・・噴射ノズル、４・
・・液滴セパレータ、　　　１”、５・・−排出管、６
・・・キャビティ、　　　７・・・加熱器、８ａ・・・
温度センサ、　　８ｂ−・・温度制御器、９・・・冷却
器、　　　ＩＯ・・・光散乱微粒子カウンタ、１１・・
−凝縮核カウンタ。 第１図 ｊ 第２図 （ａ） （ｂ） ストー７ん牧５ 第３図 〕伏シ肉甜径（ｕｍ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）噴射ノズルにより超純水とクリーンエアとを混合
   噴射してエアロゾルとし、該噴射ノズルの直後に設けら
   れた液滴セパレータにより、該エアロゾルに含まれた一
   定の粒径以上の液滴を除去し、該一定の粒径以下の液滴
   を含むエアロゾルを加熱乾燥して該液滴の水分を気化さ
   せ、さらに冷却除湿した上、必要によりクリーンエアを
   混合して希釈し、該エアロゾルに対して光散乱微粒子カ
   ウンタにより、上記超純水中に含まれた塵埃などの固形
   微粒子の粒径別の個数を連続的に測定することを特徴と
   する、超純水中の微粒子の測定方法。
2. （２）上記の液滴の水分の気化において、液滴に溶存す
   る不純物の残渣の大きさが、上記光散乱微粒子カウンタ
   の検出性能の下限以下となる上記一定の粒径とし、該粒
   径以上の液滴を除去する液滴セパレータとする、請求項
   １記載の超純水中の微粒子の測定方法。