JPH05138196A

JPH05138196A - 高純度超純水製造装置と水質制御法

Info

Publication number: JPH05138196A
Application number: JP3305143A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Koseki; 康雄小関; Ryuichi Kaji; 隆一梶; Nobuko Hashimoto; 信子橋本; Hitoshi Sato; 等佐藤; Kazuhiko Takino; 和彦滝野
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 1991-11-20
Filing date: 1991-11-20
Publication date: 1993-06-01

Abstract

(57)【要約】【目的】常に安定した高純度の超純水を製造できる超
純水製造装置と水質制御方法を提供する。【構成】超純水製造装置の超純水プロセスにおいて、
超純水の水質項目として全蒸発残留不純物量(TS)を加
え、その測定器(TS 計) とそれらの水質信号を受信し、
各処理要素へ制御信号を送る制御ユニットを持つ。【効果】各処理要素の溶出を極力防止し且つ除去能力
が大きい状態で、各要素を運転制御することにより、原
水の水質や各処理要素性能が変動しても、常に安定した
高純度の超純水を製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子工業や医療用など
に用いられる超純水製造装置とその水質制御法に関す
る。特に、不純物の除去能力を上げ、且つ超純水自身を
溶剤とする装置からの溶出が少なくさらには水質計測機
器のコスト低減を図ることにより、安定して高純度の超
純水を供給できる超純水製造装置とその水質制御法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＬＳＩや超ＬＳＩの開発、量産が
盛んに行われており、多くの洗浄工程で純水や超純水が
用いられている。ＬＳＩの集積度の増大に伴い、用いる
超純水の水質もさらに高いものが要求されており、含有
不純物がほとんど無い理論純水に極めて近い水の製造技
術の開発がされている。

【０００３】図６のごとく、純水２は、通常、市水や地
下水等を凝集、濾過の前処理の後、活性炭吸着塔（以下
ACと呼ぶ)100や逆浸透装置（以下ROと呼ぶ)110、イオン
交換樹脂塔（以下IEと呼ぶ)120などの工程からなる一次
純水プロセスで製造され、純水タンク130へ貯蔵され
る。しかし上記のプロセスで得られる純水には、細菌や
微量の有機物が残留するため、半導体製造の仕上げ工程
の洗浄水の水質としては不十分である。そのため純水に
残留するそれらの不純物を除去するために、波長170-40
0nmの紫外線(UV)を照射して、細菌を殺菌し、微量有機
物を酸化分解（イオン化) させた後、アニオン交換樹脂
を通して、イオン化した有機物を除去する方法は公知で
ある（例えば、特公昭54-19227号公報、特開平1-164488
号公報) 。

【０００４】従って、純水２は、超純水プロセスへ送ら
れ、そこで紫外線酸化装置（以下UVと呼ぶ)140とアニオ
ン交換樹脂塔（以下APと呼ぶ)150を通り殺菌と微量有機
物が除去され、さらにアニオンとカチオン交換樹脂の混
合床からなるポリッシャー（以下CPと呼ぶ)160で微量無
機（イオン) 物質が除去された後、限外濾過装置（以下
UFと呼ぶ)170で微粒子や死菌が除去されて、高純度の超
純水３が得られる。この超純水３は、ユースポイント1
80 となる各洗浄工程へ送られ、残った超純水は純水タ
ンク130 へ戻される。

【０００５】超純水中の不純物には、粒状物質と溶存物
質があり、前者は微粒子と細菌（特に生菌) があり、後
者には有機物と無機物がある。従来は超純水の水質の評
価指標として、微粒子数、生菌数、そして有機物はTOC
(全有機体炭素量）値、無機物は比抵抗（電気伝導度の
逆数）値を主に用いていた。それぞれの指標を、ユース
ポイント180 の前で、微粒子数は微粒子カウンター200
で、TOC 値はTOC 計210で、比抵抗値は比抵抗計220 で
オンラインで計測し、生菌数については、液をサンプリ
ング230 しバッチで測定している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、超LSI 化が
進むにつれて、超純水に要求される水質はさらに高くな
ってきており、それに見合う製造装置の高性能化が必要
になっている。超純水の不純物は主に有機物だと言われ
ており、超純水プロセスで唯一の有機物除去手段である
UV酸化の高性能化が種々検討されている。例えば、UV酸
化と光触媒の併用（特開昭62ー193696 号公報）や過酸
化水素との併用（特公昭56ー28191号公報)などがある
が、これまでの改善手段だけでは、超純水中の不純物の
低減には限界が見えており、要求水質に見合う超純水を
得るのは困難になりつつある。

【０００７】本発明は、このような問題点の根本原因を
究明し、その解決を図ることにより、高純度の超純水を
安定に供給できる超純水製造装置と水質制御法を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで発明者等は、不純
物除去限界の原因を究明すべく、以下の検討を行った。
発明者等は先に、超純水の蒸発残留不純物を、気中に浮
遊した微粒子の状態で生成させ、その粒径と個数を計測
し、不純物の含有量を求めることにより、微量蒸発残留
不純物を測定を可能とした、ＴＳ（全蒸発残留不純物）
計を開発しており（例えば、特公平３ー19502号公報参
照）、該ＴＳ計を用いて、超純水プロセスの各工程の出
口での超純水中の蒸発後に残留する不純物の量（ＴＳ
値）を測定した。

【０００９】そして、この新しい水質評価指標であるＴ
Ｓ値と従来の有機物指標であるＴＯＣ値を用いて、超純
水プロセスの各工程の出口水質をオンライン計測し、水
中に微量存在する不純物の成分毎の挙動を明確にするこ
とにより、水質が向上しない原因を究明した。その結
果、図５のごとく超純水プロセスでは、高純度の超純水
自身が良好な溶剤として働き、要素機器の材料から、多
量（ppb レベルであるが超純水の不純物の総量に比較し
て) の不純成分が溶解していること及びその不純成分は
水中の不純物のほぼ全量であることを発見した。

【００１０】つまり純水２中の不純物総量TSの内、従来
からのTOC 計で測定できるTOC 成分は、UV酸化140 とAP
150 工程で除去できるが、溶出成分中にはTOC 計では計
測不可能なTSo｛=(TSーTOC)｝成分が含まれていること
に加え、さらに無機物を除去するCP160 や微粒子を除去
するUF170 工程からもTOC やTSo の溶出があり、最終的
に得られる超純水３のTS値やTOC 値はあまり低下せず、
残留する不純物成分の内、半分以上が要素機材からの溶
出によるTSo 又はTOC 成分であることが明確になった。

【００１１】以上のことから、新しい水質評価指標であ
るTS値を用いることにより、超純水プロセスの各処理工
程では、不純物の除去と同時に溶出が相当多いことが発
見でき、これが、これまでの処理技術の延長では水質が
向上できない根本原因であることがわかった。これらの
新発見を基に、各工程の除去性能のみならず溶出状況を
十分考慮した水質制御をすることにより、安定した高純
度の超純水を安定して製造供給できることを、見出し
た。

【００１２】そこで発明者等は、超純水プロセスでは、
それ自身が溶剤となる超純水が、有機または無機の構造
材料と接触するかぎり、溶出をゼロにするのは困難との
考えにたち、少なくてもTS計またはTOC 計を用いて、超
純水の水質をモニタリングし、それを基に各処理工程の
処理時間や処理流量等の処理条件を変化させ、最良の水
質（溶出が少なく且つ不純物の除去が大きい) の超純水
を安定して得るように制御する方法を発明した。

【００１３】従って、本発明となる超純水製造装置は、
超純水プロセスにおいて得られる超純水のTSやTOC 等を
オンライン計測し、その信号により各処理工程の溶出と
除去状況を推定し、その最適状態を得るために、各処理
工程の運転条件を変化させる信号を送り、純水の水質や
各工程の溶出や除去状況の変化があっても、常に安定し
た最高水質の超純水を得るようにしたことを特徴とす
る。

【００１４】すなわち、本発明は、水中の不純物を除去
する不純物処理手段と、不純物量測定手段と、該不純物
量測定手段からの信号に基づき該不純物処理手段に制御
信号を送る制御手段とからなる超純水製造装置におい
て、不純物量測定手段は該不純物処理手段から溶出する
物質を測定し得る手段を少なくとも有していることを特
徴とする、超純水製造装置を開示する。

【００１５】本発明はさらに、水中の不純物を除去する
不純物処理手段と、不純物量測定手段と、該不純物量測
定手段からの信号に基づき該不純物処理手段に制御信号
を送る制御手段とからなる超純水製造装置における水質
制御方法であって、不純物量測定手段は該不純物処理手
段から溶出する物質を測定し得る手段を少なくとも有し
ており、該手段からの信号を一つのパラメータとして用
いて該不純物処理手段の処理条件を制御することを特徴
とする、超純水製造装置における水質制御方法をも開示
する。

【００１６】該不純物処理手段から溶出する物質を測定
し得る手段からの信号としては、被処理物である純水中
の全蒸発残留不純物の量（ＴＳ値）に基づく信号である
ことが特に好ましい態様である。具体的には、図２のご
とく、TOC 値とTS値が共に上昇しているときは、純水の
水質（特に有機物増大による) 悪化とCP,UF からの溶出
が考えられるため、UV酸化能力を増大し、CPとUFの能力
を低下させる。またTOC値が一定で、TS値のみが増大す
る場合は、図５で述べたTSo 成分（即ち、TOC 計で検出
できず、UV酸化困難な物質) が各要素より溶出している
と考えられるので、UV酸化、CP、UF共に能力を低下させ
る優先制御を行い、さらに通常制御として微粒子数の増
減でUFを、比抵抗値の増減でCPを操作して、常に水中の
不純物を最小にして最高の水質の超純水を得るように制
御する。

【００１７】

【作用】超純水プロセスの超純水のTS値とTOC 値のオン
ライン計測により得られた両者の変化の相関より、不純
物の成分別の各工程の溶出状況と純水の水質変化が予想
できるため、時々刻々その防止や対策が効果的にできる
ので、常に最高水質の超純水を安定に製造供給できる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を、超純水製造装置の超純水プ
ロセスの一実施例を示す図１を用いて、詳細に説明す
る。図１に示す実施例は、不純物処理手段については図
６に示す従来例のものと同一であり、不純物量の測定手
段と信号制御手段とにおいて従来例のものと異なってい
る。すなわち、この実施例のものは超純水３の水質測定
手段としてTS計240が加わり、さらに各要素に処理条件
を変えるための戻し流路270,271,272 を設置し、且つ各
流路に制御弁260,261,262 が設置されていること、また
超純水の各水質信号280 を制御ユニット250 へ送り、そ
れを基に、後述する図２、図３のロジックに従い、制御
信号290 を各制御弁260,261,262 へ送るようにしたこと
を特徴としている。また生菌数230 をオンラインで計測
した時は、その信号も制御ユニットへ送る。

【００１９】本発明における水質信号280 に対する制御
信号290 の優先制御ロジックの一実施例を図２に示す。
図示されるように、本発明においては、TS計240とTOC計
220からの水質信号280を基に、各要素を制御する。両方
(TS,TOC)の水質信号280 が増大した場合（ケース１）
は、UV酸化性不純物が増大したときであり、純水水質の
悪化とCPやUFからの溶出が考えられる。その時にはUV酸
化140 とAP150 の能力を増大させて有機物を酸化分解さ
せ、CP160 とUF170 の能力を低下させて溶出を低減させ
る制御信号290 を送る。

【００２０】また、TS値のみが増大した場合（ケース
２）は、UV酸化しにくい不純物が増大したときであり、
純水水質の悪化と各要素(UV,AP,CP,UF) からの溶出が考
えられる。その場合、超純水プロセスのUV酸化140 では
その不純物の除去は困難なので、各要素の能力を低下さ
せて溶出を低減させるような制御信号290 を送るように
する。

【００２１】不純物処理手段及び不純物量測定手段であ
るさらに他の要素の基本制御ロジックの一実施例を図３
に示す。比抵抗計220 、微粒子計200 、さらに生菌数23
0 の水質信号280 を基に、比抵抗Ｒが増大した場合には
CP160 を、微粒子数Paが増大した場合にはUF170 の能力
を、さらに生菌数が増大した場合にはUV140 及びAP150
の能力を増大させる制御信号290 を送るようにする。

【００２２】次に、上記した本発明の各要素の能力調節
手段の一実施例を図４に示す。能力の増大の操作には、
各要素の流量または図１の制御弁260,261,262 を閉じて
戻し量を少なくして、処理（滞留) 時間を長くする方法
が簡便で効果がある。または要素が複数のユニットから
なる場合は、ユニットを増すか、UV酸化140 ではUVラン
プ出力を上げることが効果がある。しかし能力を上げる
操作は、除去量が増すが、処理手段材料と水の滞留時間
や接触面積の増大や、溶出速度を上げることになるの
で、溶出量も増大することになる。

【００２３】一方、能力の低下の操作は、上記の逆とな
り、各要素の流量または図１の制御弁260,261,262 を開
いて戻し量を多くして、処理（滞留) 時間を短くする方
法が効果的であり、この場合、除去量は減るが、同時に
溶出を減少できる。以下、本発明の水質制御法の一実施
例を図１を用いて説明する。〔水質制御例ー１〕流入する純水の水質が悪化し、UV酸
化性の不純物が増した場合は、上記したように、TS値と
TOC 値が同時に増大するので、図２のケース１に従い、
始めに制御弁260 が徐々に絞られ、UV酸化140 とAP150
の流量を低下させて滞留（接触）時間を増大させて、不
純物の酸化能力を向上させる。それにより、TS値とTOC
値が低下する。

【００２４】続いて制御弁261 、262 を開いてCP160 と
UP170 の能力を低下させると、両者からの溶出はないの
でTS値やTOC 値は低下せずに、比抵抗値の低下や微粒子
数の増大が生じる。そのため、今度は図３のケース１、
２，３に従い、逆に能力を増大させる制御信号290 が制
御ユニット250 から制御弁261 、262 へ送られ、開いた
弁を逆に戻す操作が起こり、比抵抗値と微粒子数は元の
良好な状態に回復し、結局は制御弁260 の絞りの操作の
みで、安定した高純度の超純水が得られることになる。〔水質制御例ー２〕UV酸化140 やAP150 より難酸化性不
純物が溶出した場合は、TOC 値が一定（溶出した不純物
がTOC 計で検出できないため）でTS値のみ増大する。そ
の場合には、図２のケース２に従い、まず制御弁260 が
開き、UV酸化140 とAP150 の流量を増大させて滞留（接
触) 時間を低下させて、溶出量を低減させるとTS値が低
下してくる。続いて制御弁261 、262 も開いてCP160とU
P170の能力を低下させるが、前記と同様に両者からの溶
出はないのでTS値やTOC値は低下せずに、比抵抗値の低
下や微粒子数の増大が起こるため、図３のケース１、
２，３に従い、逆に能力を増大させる制御信号290 が制
御ユニット250 から制御弁261,262 へ送られ、結局は制
御弁260 の操作のみで、安定した高純度の超純水が得ら
れることになる。〔水質制御例ー３〕同様にCP160(又はUF170)から難酸化
性不純物が溶出する場合には、上記の同じ理由によりTS
値のみ増大するので、図２と図３に従い、比抵抗値の減
少（又は微粒子数の増大）と溶出を極力押えて水質が最
大になるように制御弁261(又は262)を適度に開くことに
より、安定した高純度の超純水が得られることになる。
また酸化性不純物が溶出した場合（即ち、TS値とTOC 値
が同時に増大する）には、同時に制御弁260 の操作が加
わり、不純物の酸化分解が加わる。

【００２５】さらに、純水の水質悪化と各要素の溶出が
同時に起きた場合は、上記の制御例の組合せで、基本的
には対応できる。

【００２６】

【発明の効果】以上記述したとおり、本発明の高純度超
純水製造装置は、不純物処理手段から溶出する物質を測
定し得る不純物量測定手段を少なくとも有し，かつ該不
純物量測定手段からの信号に基づき該不純物処理手段に
制御信号を送るような構成となっており、より具体的に
は、超純水の水質項目として全蒸発残留不純物量(TS)を
加え、その測定器(TS 計) とそれらの水質信号を受信
し、各処理要素へ制御信号を送る制御ユニットを持つ構
成となっているので、超純水プロセスの各処理要素の除
去能力と溶出程度を最適になるように運転することがで
き、原水の水質や各処理要素の性能（除去と溶出を考慮
した）が変動しても、常に安定した高純度の超純水を製
造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超純水製造装置の超純水プロセス
の一実施例を示す概略系統図。

【図２】水質信号に対する各処理要素の操作を示す制御
ロジックの一実施例を示す図。

【図３】水質信号に対する各処理要素の操作を示す別の
制御ロジックの一実施例を示す図。

【図４】各処理要素の操作手段の一実施例を示す図。

【図５】本発明の根拠となった超純水プロセスの水質挙
動の実験結果を示す図。

【図６】従来の超純水製造装置を示す概略系統図。

【符号の説明】

140:UV酸化装置、150:アニオン交換樹脂塔、160:ポリッ
シャー、170:限外濾過装置、200:微粒子カウンター、21
0:TOC 計、220:比抵抗計、240:全蒸発残留不純物測定器
(TS 計) 、250:制御ユニット、260 〜262:制御弁、270
〜272:戻し流路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者橋本信子千葉県松戸市上本郷字船付537番地日立プラント建設株式会社松戸研究所内 (72)発明者佐藤等千葉県松戸市上本郷字船付537番地日立プラント建設株式会社松戸研究所内 (72)発明者滝野和彦東京都千代田区内神田一丁目１番14号日立プラント建設株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水中の不純物を除去する不純物処理手段
と、不純物量測定手段と、該不純物量測定手段からの信
号に基づき該不純物処理手段に制御信号を送る制御手段
とからなる超純水製造装置において、不純物量測定手段
は該不純物処理手段から溶出する物質を測定し得る手段
を少なくとも有していることを特徴とする、超純水製造
装置。
【請求項２】該不純物処理手段から溶出する物質を測
定し得る手段は、被処理物である純水中の全蒸発残留不
純物の量を測定し得る手段であることを特徴とする、請
求項１記載の超純水製造装置。
【請求項３】水中の不純物を除去する不純物処理手段
と、不純物量測定手段と、該不純物量測定手段からの信
号に基づき該不純物処理手段に制御信号を送る制御手段
とからなる超純水製造装置における水質制御方法であっ
て、不純物量測定手段は該不純物処理手段から溶出する
物質を測定し得る手段を少なくとも有しており、該手段
からの信号を一つのパラメータとして用いて該不純物処
理手段の処理条件を制御することを特徴とする、超純水
製造装置における水質制御方法。
【請求項４】該不純物処理手段から溶出する物質を測
定し得る手段からの信号が、被処理物である純水中の全
蒸発残留不純物の量に基づく信号であることを特徴とす
る、請求項３記載の超純水製造装置における水質制御方
法。