JPH01245893A - 超純水の製造方法 - 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】 〔概要〕 本発明は、超純水の製造方法に関し、 陰イオン交換樹脂を使用しないか、その使用を限定した
超純水の製造方法を提供することを目的とし、 原水に含まれる塩分を除去する工程、ガスを除去する工
程、陽イオンを除去する工程及び陰イオンを除去する工
程を経て精製される超純水の製造方法において、前記原
水を少なくとも２回、逆浸透膜を使用した装置に通すこ
とにより、［ｉＩＮ記原氷原水まれる陰イオンを陰イオ
ン交換樹脂を用いることなく除去することにより構成す
る。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、超純水の製造方法、籍に前処理以外に陰イオ
ン交換樹脂を使用しない超純水の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

超純水は、半導体製造工程において治具及びウェハーの
洗滌、薬品の希釈等様々な工程において用いられている
。超純水によってウェハー上に付着した粒子を除去する
ことにより半導体装置の歩留Ｖｔ向上させることができ
る。この超純水に、従来、第２図に示すような工程を経
て製造されていた。すなわち、まず第２図（ａ）に示す
ように、水道水、工業用水、井戸水、または河川水であ
る原水に凝集剤を混合する。すると、原水に含まれる重
金属・塩分等の比較的粒子径の大き（へ物質は、いくつ
かずつ集１って前記凝集剤に包み込まれ、二戸 ＠５３に送る。凝集−過装置５３は、装置内に砂層５４
が形成されており、通常、上層が粒子径の小さい砂層、
下層が粒子径の大きい砂層となっているが、場合によっ
ては最下層に砂利の層を形成することもある。Ｃの砂層
５４に前記凝集剤を混合した原水を通すと、粒子径の大
きい重金属・塩分等が取り除かれる。この第２図（ａ）
に示す工程はが 凝集隈過法とよばれ、後の逆浸透膜装置におけるニー 縮退工程において、逆浸透膜を目詰まりさせてし１つよ
うな粒子径の大きな粒子を除去するために設けられてい
る。次に、ポンプ５５によって水に４ｏｋｉ／ｃｒ／Ｉ
程度の強い圧力を与え九のち、この水を第２図（ｂ）に
示す逆浸透装置５６に流し込む。ここでは、主に塩分が
除去される。逆浸透膜（１５６円にａ円筒形状で複数層
の逆浸透膜５７が設けられでいる。前記逆浸透膜５７ｆ
エセルａ−ズアセテート膜等の半透膜からなり、この１
枚の半透膜を芯に巻きつけることにより円筒形状の逆浸
透膜５７が作られる。この逆浸透膜（ｔ５６において、
水は外側から逆浸透膜５７を通り、円筒の内側に流れる
が、塩分（ＮａＣ１は、逆浸透［を通過することができ
ず、この塩分を含んだ水は排水される。

このように、第２図（ｂ）に示す逆浸透膜［５６におい
て水に含まれる塩分が除去される。次に、ポンプ５Ｂに
よって水に圧力ｔかけたのち、この水を第２図（Ｃ）に
示す真空脱気塔（脱戻酵塔〕５９に流し込む。ここでは
、前記逆浸透装置では除去できない水の中に宮まれる酸
素、二醒化炭素、炭酸等のガスが除去される。この真空
脱気４５９内にはポリプロビレ７６０等が詰められてお
り、これに水が吹きつけられると気胞が発生する。この
気胞を真空ポンプ６１または吸引装置に引き込むことに
より、水の中に含まれているガスが除去される次に、第
２図（ｄ）に示すように水を陽イオン（カチオンイオン
）交換装置６３に流し込む。ここでは、水の中に含まれ
る水素イオン以外の陽イオンが除去される。陽イオン５
！、楔装置６３には陽イオン変換樹脂６４がｖｌまって
おり、水がこの中を通ると、水の中に含まれている陽イ
オ／に、陽イオン交換樹脂の交換基に吸着される。この
ようにして、水の中に含まれる陽イオンは除去される。

次に、第２図（ｅ）に示すように水を陰イオン（アニオ
ン）交換装置６６に流し込む。ここでに、前工程とは逆
に水の中に含まれる水酸イオン以外の隘イオンが除去さ
れる。矢に、第２図（ｆ）に示すように、水を混合イオ
ン交換装置６９に流し込む。ここでは、陽イオン交換装
置６３及び陰イオン交換装置６４において除去されなか
ったイオンを除去する。この混合イオン交換装置６９内
には、陰イオン交換樹脂７０及び陽イオン交換樹脂７１
が結められている。また、これらのイオン交換樹脂は、
第２図（ｄ）及び（ｅ）の工程で用いられたイオン交換
樹脂とは重合度・物理的耐久性の異なった樹脂を使用し
ている。尚、含有されているイオンを除去するまでの前
記３工程において、イオン変換樹脂のイオン吸着が飽和
状態に達した場合には、イオン変換樹脂に付着したイオ
ン？除去する再生剤（例えば陽イオン交換樹脂に対して
はＨＣｌ１陰イオン交換樹脂に対してはＮａＯＨＪを加
えることによりてイオン交換樹脂を再生させている。以
上の工程により、原水に含まれていた不純物は、はぼ完
全に除去されるが、このあと以上の工程により製造され
た超純水を送水管によって半導体工場等に送水する間に
、不純物が混入する可能性があり、また、クリーンルー
ムにおいて超純水を使用する直前に超純水の水質をもう
一段グレードアップする必要から、半導体工場内におい
て、さらに第２図（ｇ）乃至（ｉ）に示す工程を行なっ
ている。すなわち、送水された超純水は、まず、第２図
（ｇ）に示すようにカートリッジ型イオン交換装置７３
に流し込まれる。ここでは、超純水の中に残留している
不純物イオンが除去される。このカートリッジ型イオン
交換装置７３は、１記混合イオン交換装置６９とほぼ同
一構造であるが、前記混合イオノ交換装置６９の容１ば
、４００ノ乃至８００！Ｊであるのに対し、カートリク
ジ型イオン交換装置７３の容量は７０７１程度でコンパ
クトになっている。これは、前者が、超純水を大量に製
造する装置であるのに対し、後者は、必要とする量の超
純水を精製する之めの装置だからである。矢に、第２図
（ｈ）に示すように超純水を紫外線殺菌装［に流し込む
。ここでは、超純水に紫外線を照射することによって超
純水中のバクテリア等の微生物を殺菌する。最後に、第
２図ｊ戸 （ｉ）に示すように、超純水を限外濾過装置７７に流し
込む。にでは、前工程で殺菌した微生物や残留する微粒
子を分子清レベルで捕捉する。この限Ｆ 外漏過装置７７は、前記逆浸透装置５６と同様な構造を
しているものの他に半透膜からでき友きわめて細い管を
束ねた管に超純水を通し、残留している微生物及び微粒
子を除去するタイプのもの等がある。以上のような工程
を経ることにより超純水が製造され、この超純水が半導
体９エーノ・洗滌工程等に使用されていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の超純水製造工程において、イオン交換樹脂が４つ
の工程で使用されていることからもゎかるように、超純
水製造において、イオン交換樹脂は不可欠なものと考え
られている。しかしながら、イオン交換樹脂を使用する
ことによる特有の問題も生じている。すなわち、イオン
交換樹°脂は、スチレンとジピニルベルゼン（Ｄ、Ｖ、
Ｂ）との共重合と 体に交換碁石付加したものであるが、このイオン交換樹
脂が純水とのイオン交換中に純水中に溶出してしまうこ
とがある。このように、イオン又換漏 減少したり、限外　過膜が純水の圧力のため破れエア て、不純物を薄遇することができなくなるといった問題
が生ずる。このイオン交換樹脂の溶出量はイオン交換樹
脂の重合度、物理的耐久性、交換基の種類再生方法等に
依存しているが、陰イオン除去工程（纂２図（ｄ））に
おいて使用される４級アンモニクムに代表される交換基
をもつ陰イオン変換樹脂は特に溶出量が多い。

本発明は上記のことにかんがみ、陰イオン変換樹脂を使
用しないか、その使用全限定した超純水の製造方法を提
供することを目的としている。

〔問題点ｔ−ｍ決するための手段〕

上記問題点を解決するためには、原水中に含まれる陰イ
オン金除去する友めに用いられてきた陰イオン交換樹脂
のかわりに、陰イオンを除去するぶ− 機能を有し、かつ限外漏過膜を目詰まらせるような物質
を溶出させない装置を採用すればよい。本発明では、こ
の装置として逆浸透装Ｑｌ’を用いるＯとにより上記問
題点を解決し友。

逆浸透装置に設けられている半透膜は、カルボキシル基
、アミド基等のイオン性基を含んでおり、荷電膜となっ
ている。但し、原水中に含まれる塩濃度が低い場合は、
前記半透膜に荷電膜として働くが、原水に含まれる塩濃
度が高くなると、前記原水に含まれているイオン（例え
ばＮａ”、（：：ｌ−）ＩｆＣよって、膜の含有するイ
オンがあ比かも中和されたかの様な状態になり、膜の荷
電的な性質が弱くなり、っ・まり、荷ｔを有しない中性
の膜に変化する。

セして、原水中に含まれる塩濃度が低く、且つ、カルボ
ン酸を多く含有し、半透膜が負に荷電している状態では
、陽イオンは該半透膜が通り易くな９、陰イオンは該半
゛透膜全通りにくくなる＠このことは、半透膜は負に帯
電しているので、該半透膜表面及び内部の陽イオン吸着
社が多くなり、その結果、半透膜表面及び内部から透過
水中に脱着してくる陽イオンの量が増加すること、一方
陰イオンは、半透８表面及び内部にほとんど付着しない
ので、半透膜を通り抜けるＣとができないということで
説明できる。

このように原水中に含まれる塩濃度が低ければ、逆浸透
装置によって、原水中に含まれる塩イオンを除去するこ
とができる。

本発明は、従来の陰イオン交換樹脂を使用し次陰イオン
除去工程にかえて、逆浸透装置を用いて陰イオン金除去
することを特徴としている。

遇した水を逆浸ａ装置に入れ、王に塩分を除去する工程
と、前工程に卦いて処理され九本ｔ−Ｘ空脱気塔に入れ
、抜水に含まれているガスを除去する工程と、前工程に
おいて処理された水を陽イオン変換装置に入れ、抜水に
含まれている陽イオン全除去する工程と、前工程におい
て処理された水を逆浸透装置に入れ、抜水に含まれてい
る陰イオンを除去する工程と、前工程において処理され
九本を陽イオン９．換装置に入れ、抜水に残留している
陽イオンを除去する工ａを會むＣとを特徴としている。

尚、前述のように、原水中に含まれる塩濃度が高いと、
半透膜は荷ｔｍとして働かなくなり、陶イオンを選択的
に除去することができないという間聰があるが、Ｃれは
、原水を逆９．透装置に追丁工８１に２回以上にしてお
き、ｌ［ｇｌ目の工程で原水中の塩濃度を生りこ下げさ
せ、２回目の工程で原水中の陰イオンを選択的に除去す
るようにすることで解決できる。

〔作　用〕

〕Ｐ このように、原水をまず凝集鴎過装置、逆浸透装置、真
空脱気塔、及び陽イオン交換装置に通して、原水に含ま
れる塩分の濃度を低下させたのち、再び、この水を逆浸
透装置に通せば、抜水に含まれている陰イオンをほぼ完
全に除去することができ、陰イオン交換樹脂を用いる必
要がなくなるので、水の中に陰イオン交換樹脂が浴出す
ることがなくなる。

〔実施例〕 第１図は、本発明の詳細な説明する超純水製造システム
の流れ図を示している。第１図と纂２図を比較するとわ
かるように、本発明では、陰イオン交換樹脂を使用する
工程がなくなっている。

その代わりに逆浸透装置音用いた脱塩工程が追加されて
いる。以下、第１図を用いて本発明の実施例について説
明する。まず、第１図（ａ）に示されているように、原
水と凝集剤１とを混合したのち、それを砂層４が堆積さ
れている凝集≦過装置３に通し、原水に含まれ、かつ粒
子径が比較的大きく、逆浸透装置の逆浸透膜を目詰らし
てしまう重金属、塩分等を除去する。次に第１図（ｂ）
に示すように゛、抜水に４０＃／ｄ程度の圧力をかけた
のち、抜水を逆浸透膜７を有した逆浸透装置６に通し、
抜水に含まれる塩分及びイオンを排除する。次に、第１
図（Ｃ１に示すＬうに、ポンプ８１Ｃよって抜水に圧力
をかけたのち、この水２ポリプロピレンを充填した真空
脱気塔９に通し、抜水に含まれている二酸化炭素、炭陵
ガス等のガスを除去する。次に、第１図（ｄｌに示すよ
うに、抜水を陽イオン交換装置１３に通し、抜水に含ま
れている陽イオンを陽イオン交換樹脂に成層させること
により除去する。以上の工程により、原水に含まれてい
た亘金樋、塩分、ガス、陽イオンがほぼ完全に除去でき
る。次に、第１図（ｅ）に示すように、塩分が除去され
塩濃度が低下した水を逆浸透装置１６に通す。

これにより、抜水に含まれている陰イオンが選択的に除
去される。次に、第１図（ｆ）に示すように、抜水を陽
イオン変換装置１９に通し、抜水に残留している陽イオ
ンを除去する。この段階で原水は、そこに含まれている
不純物がほぼ完全に取り除かれ超純水となるが、この超
純水を洗滌工程に使用する前にさらに以下の工程を追加
する。これは、■この超純水を送水管で送水する間など
に不純物が混入丁をおそれがあるため、それを取り除く
必要がある■超純水を使用するにあたって、超純水の純
度をさらに高めておく必要があるため行なうものである
。すなわち、第１図（ｇ）に示すように、抜水に紫外線
を照射して、抜水に含まれている微生物ｔＲ菌する。そ
して最後に第１図（ｂ）に示すよ二Ｐ うに抜水を限外漏過装置２４に通し、前工程において殺
菌した微生物の死骸及び抜水に残留する微粒子（塩分、
イオン等）を除去する。

このように、本発明で框、陰イオン交換樹脂を使用する
ことなく超純水を製造することができる。

但し、原水に二酸化シリコンが４０　ｐｐｍ以上含まれ
ている場合、超純水装造工程が進むにつれ該二酸化シリ
コンは濃縮され、その濃度が１２０１ｍ（２５″０）−
まで達し、水中に析出してしまう。例えば、逆浸透装置
内で二酸化シリコンが析出すると逆浸透膜を目詰らして
し１つので、この対策として、第１図（ａ）の段階で、
原水を陰イオン交換樹脂全使用し之脱ケイ装置に通し、
該原水に含まれている二酸化シリコンを除去している。

この場合は、陰イオン交換樹脂を限定的に使用すること
になるシ戸 が、後段の凝集縮退工程にて、逆浸透装置の逆浸透膜を
目詰まりさせる粒子径の大きな物質は除去さルるので、
陰イオン交換樹脂溶出による逆浸透膜の目詰筐りは生じ
ない。

〔効　果〕

本発明によれば、陰イオン交換樹脂を使用することなく
、又は、その使用を限定して超純水を襲造することがで
きる。これにより、陰イオン変換り（脂が水の中に浴出
することがなくなり、従って、５＋？ 限希僧過膜が目詰１りすることがなくなる。また、阪イ
オン変換樹脂を使用しない（限定使用）ため、飽和した
陰イオン交換樹脂を再生させるための再生剤（水酸化ナ
トリウム）１に使用せずに済む。陰イオン又！Ａ樹脂の
再生剤（水酸化す）　ＩＪウム）は陰イオン交換樹脂の
再生剤（塩酸）に比べ高価であり、これを使用しないで
済むということはコスト面で大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を説明する超純水製造ンステムの流れ
図、第２図は、従来の超純水′！Ｊｉ造クスチクステム
因をそれぞれ示している。 また、１．５１は凝集剤、２，５，８，１２，１５．１
Ｂ。 ２３．５２，５５，５８，６２，６５，６８．７６はポ
ンプ、ミ戸 ３．５３は凝集漏逸装置、４．５４は砂層、６，１６゜
５６は逆浸透膜［，７，１７，５７は逆浸透膜、９，５
９は真空脱気塔、１０．６０はポリプロピレン、１１゜
６１は真空ポンプ、１３，１９．６３は陽イオン交換装
置、１４，７０，６４．７０は陽イオン交ａｍ脂、６６
゜７１は陰イオン交換装置、６７は陰イオン交換樹脂、
６９は混合イオン交換装置、２１．７１はタンク、７３
はカートリッジ型イオン交換装置、７４過膜をそれぞれ
示している。 （８〕 本発明λ双日月■る疋Ｉ沌人幕ハｌンステムｒ余以図茅
　　１　　図 手続補正１！Ｆ　　　　（方式）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　原水に含まれる塩分を除去する工程、ガスを除去する
   工程、陽イオンを除去する工程及び陰イオンを除去する
   工程を経て精製される超純水の製造方法において、 前記原水を少なくとも２回、逆浸透膜を使用した装置に
   通すことにより、前記原水に含まれる陰イオンを陰イオ
   ン交換樹脂を用いることなく除去することを特徴とする
   超純水の製造方法。