KR20020075701A

KR20020075701A - 초순수 제조 장치

Info

Publication number: KR20020075701A
Application number: KR1020010075597A
Authority: KR
Inventors: 무꼬가와야스까즈; 하마마사하루
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2001-03-26
Filing date: 2001-12-01
Publication date: 2002-10-05
Also published as: TW589285B; KR100419137B1; US6733661B2; US20020134722A1; JP2002282850A; DE10152098A1

Abstract

본 발명의 과제는 유닛 기기의 교환 후에 발생하는 불순물에 기인한 문제점을 저감한 초순수 제조 장치를 얻는 데 있다.

순수 공급로의 상류측으로부터 차례로, TOC-UV(1), CP(2) 및 UF막(3)이 배치되어 있고, UF막(3)을 통과한 초순수가 유스 포인트에 공급되는 구성으로 되어 있다. 그리고, UF막(3)의 하류에는 순수 공급로로부터 분기한 분기로가 설치되어 있고, 분기로에는 용존 산소 농도계(M1)가 개재 삽입되어 있으며, UF막(3)을 통과한 초순수의 용존 산소 농도를 측정하는 구성으로 되어 있다. 또한, 분기로는 산화성 물질 분해 장치(11)에 접속되고, 분기로를 통과하는 초순수는 산화성 물질 분해 장치(11)에 있어서, 그 함유된 산화성 물질이 모두 DO로 변환되는 구성으로 되어 있다.

Description

초순수 제조 장치{ULTRAPURE WATER PRODUCING APPARATUS}

본 발명은 초순수(超純水) 제조 장치에 관한 것으로, 특히 교환이 용이한 유닛 기기를 갖는 초순수 제조 장치에 관한 것이다.

반도체나 의료 산업 등 초순수를 사용하는 산업에서는 ppt(1조분의 1)로부터 ppq(1000조분의 1) 레벨의 불순물의 제거가 필요해지고 있다. 이 레벨에서의 불순물 제거를 위해서는 저압 자외선 산화 장치(ultraviolet oxidation unit with low pressure mercury lamp), 이온 교환 수지, 한외 여과 장치(ultrafiltration equipment) 등의 유닛 기기가 도입되어 있다.

이들의 유닛 기기는 소모품이므로 정기적으로 교환이 필요하지만, 이들 유닛 기기의 교환 직후에는 상기 유닛 기기로부터의 불순물의 용출이 검출된다. 상술한바와 같이, ppt로부터 ppq 레벨의 불순물 제어를 위해서는 상기 용출 성분은 허용되는 것은 아니지만, 현실에 있어서는 용출 성분을 제로로 하는 것은 매우 곤란하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 유닛 기기의 교환 후에 발생하는 불순물에 기인한 문제점을 저감한 초순수 제조 장치를 얻는 것을 주된 목적으로 한다.

도1은 TOC-UV에서의 자외선 강도에 대한 DO 농도와 TOC 농도와의 관계를 도시한 도면.

도2는 TOC-UV에서의 UV 램프의 파워의 강도에 대한 DO 농도 및 TOC 농도의 실측치를 도시한 도면.

도3은 본 발명에 관한 제1 실시 형태의 초순수 제조 장치의 구성을 도시한 블럭도.

도4는 잔존 산화성 물질량 산출의 개념을 설명한 도면.

도5는 복수의 CP 및 복수의 UF막을 갖는 종래의 초순수 제조 장치의 구성을 도시한 도면.

도6은 CP 및 UF막으로부터의 메탈 용출의 사례를 도시한 도면.

도7은 본 발명에 관한 제2 실시 형태의 초순수 제조 장치의 구성을 도시한 블럭도.

도8은 본 발명에 관한 제2 실시 형태의 초순수 제조 장치의 구성을 도시한 블럭도.

도9는 본 발명에 관한 제2 실시 형태의 초순수 제조 장치의 구성을 도시한 블럭도.

도10은 종래의 TOC계의 구성을 도시한 도면.

도11은 본 발명에 관한 제3 실시 형태의 초순수 제조 장치의 TOC계의 주변 구성을 도시한 블럭도.

도12는 산소 용해 유닛의 일예를 도시한 도면.

도13은 산소 용해 유닛의 일예를 도시한 도면.

도14는 본 발명에 관한 제4 실시 형태의 초순수 제조 장치의 유스 포인트 근방의 구성을 도시한 블럭도.

도15는 이산화탄소 용해 유닛의 일예를 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : TOC-UV(저압 자외선 산화 장치)

2 : CP(이온 교환 수지)

3 : UF막(한외 여과 장치)

4, 41 : 산소 용해 유닛

5 : CO₂용해 유닛

10 : 교환용 밸브

11 : 산화성 물질 분해 장치

12 : 계산, 제어계

13 : 광량 조정 장치

20 : 송수측 밸브

90, 200 : 초순수 제조 장치

411, 511 : 순수 탱크

412, 512 : 가스 라인

413, 513 : 가스 배출 라인

424 : 냉각 시스템

423 : 가스 누출 라인

M1, M2 : 용존 산소 농도계

R11 내지 R16 : 바이패스 경로

본 발명에 관한 청구항 1에 기재된 초순수 제조 장치는 순수가 흐르는 방향의 상류측으로부터 차례로 배치된 자외선 산화 장치 및 이온 교환 장치와, 상기 이온 교환 장치로 처리된 이온 교환 처리 완료 순수를 샘플링하여, 그 속에 포함되는 산화성 물질을 모두 분해하여 용존 산소로 변환하는 산화성 물질 분해 장치와, 상기 이온 교환 처리 완료 순수 속의 제1 용존 산소 농도와, 상기 산화성 물질 분해 장치로 처리된 분해 처리 완료 순수 속의 제2 용존 산소 농도를 측정하고, 양자의 농도차를 나타내는 제3 용존 산소 농도를 산출하고, 상기 제3 용존 산소 농도에 의거하여 상기 자외선 산화 장치의 자외선 광량을 조정하는 피드백 기구를 구비하고 있다.

본 발명에 관한 청구항 2에 기재된 초순수 제조 장치는 직렬로 배치된 적어도 2개의 이온 교환 장치와, 상기 적어도 2개의 이온 교환 장치의 배치순으로 순수를 흐르게 하도록 배치된 주경로와, 상기 주경로에 접속되어, 상기 적어도 2개의이온 교환 장치의 배치 순서와는 다른 순서로 순수를 흐르게 하는 복수의 바이패스 경로를 구비하고 있다.

본 발명에 관한 청구항 3에 기재된 초순수 제조 장치는 순수에 자외선을 조사하여 유기물을 분해하고, 생성된 이산화탄소로부터 유기물 농도를 측정하는 전유기 탄소계를 구비한 초순수 제조 장치로서, 상기 전유기 탄소계는 순수의 입력측에 배치되어, 상기 전유기 탄소계에 공급되는 순수 속에 산소를 녹이는 산소 용해 유닛을 구비하고 있다.

<A. 제1 실시 형태>

<A-1. 서론>

초순수 제조 장치에 있어서, 불순물의 제거에 사용되는 유닛 기기로서는 저압 자외선 산화 장치(TOC-UV라 간략하게 기록하는 경우임), 이온 교환 수지 장치(카트리지 폴리셔 : CP라 간략하게 기록하는 경우임), 한외 여과 장치 등을 들 수 있고, 이들은 순수 공급로의 상류측으로부터 상술한 순서대로 배치되는 경우가 많다.

TOC-UV는 저압 자외선 램프로부터 방사되는 자외선에 의해, 순수 속의 유기 분자를 분해하여 유기산이나 이산화탄소(CO₂)로 분해하는 장치이며, CP는 순수 속에 잔류하는 이온을 극한까지 제거하는 통형의 이온 교환 수지를 갖고, 이온 교환 수지의 수납 용기(카트리지)마다 교환한다.

한외 여과 장치는 고분자를 제거할 수 있는 한외 여과막(UF막)을 이용하여,분자의 크기에 의해 분리를 행하는 압력 여과 장치이며, 이후의 설명에 있어서는 단순히 UF막이라 간략하게 기록하는 경우도 있다.

최근, CP를 교환한 경우, 교환 직후의 CP의 하류에서는 용존 산소(dissolved oxigen : DO라 간략하게 기록하는 경우임)가 증가되는 현상 및 전유기 탄소(total organic carbon : TOC라 간략하게 기록하는 경우임)가 TOC-UV의 자외선 조사량의 증가에 의해 감소하는 한편, DO가 증가하는 현상이 판명되었다.

그래서, 도1에 TOC-UV에서의 자외선 강도에 대한 DO 농도와 TOC 농도와의 관계를 도시한다. 도1에 있어서, 횡축에는 자외선 강도를, 종축에는 DO 농도 및 TOC 농도를 모두 임의 단위로 나타내고, DO 특성을 실선으로, TOC 특성을 파선으로 나타낸다.

도1에 도시한 바와 같이, DO는 자외선 강도의 증가에 수반하여 S자를 그리도록 증가하고, TOC는 반전된 S자를 그리도록 감소해 양자는 트레이드오프 관계에 있는 것을 알 수 있다.

또한, 도2에는 TOC-UV에서의 UV 램프의 파워의 강도(상대 강도)에 대한 DO 농도 및 TOC 농도의 실측치를 도시한다.

도2에 있어서는, UV 램프의 파워가 1.0인 경우와, 0.67인 경우와의 2개의 조건하에서 측정한 DO 농도 및 TOC 농도를 도시하고 있다. 도2에 있어서, UV 램프의 파워가 1.0인 경우, DO 농도는 6400 ppt, TOC 농도는 2000 ppt, UV 램프의 파워가 0.67인 경우, DO 농도는 4900 ppt, TOC 농도는 3000 ppt이다. 이와 같이, DO 농도와 TOC 농도는 절대치에 있어서는 TOC 농도 쪽이 낮지만, 양자는 트레이드오프 관계에 있는 것을 알 수 있다.

TOC가 자외선 강도의 증가에 수반하여 감소하는 것은 순수 속의 유기 분자의 분해가 촉진하기 위해서이며, DO가 증가하는 메카니즘의 일예는 이하와 같이 설명된다. 즉, TOC-UV에 있어서 순수에 자외선을 조사하면 물이 분해되어, H₂O → OH· ＋ H· 및 OH· → 0· ＋ H·의 반응에 따라 래디컬한 산소(O·)가 발생된다.

이와 같이, 자외선 조사에 의해 래디컬한 산소, 수산기, 물, 또한 H₂O₂(과산화 수소) 등이 형성된다. 이후의 설명에 있어서는 이들을 총칭하여 산화성 물질이라 호칭한다. 그리고, 이들의 산화성 물질이 신품인 CP를 통과할 때, 어떠한 촉매 성분에 의해 산소(O₂)가 된다고 생각할 수 있다.

여기서 문제가 되는 것은, 시간의 경과와 동시에 산소의 생성량이 감소하는 것이다. 반도체 장치의 제조에 있어서는 초순수의 성분은 일정한 것이 바람직하다. 또한, TOC의 농도는 낮은 쪽이 좋지만, DO의 농도에 대해서는 낮다고 좋은 것이 아닌, 어느 정도는 DO를 포함하고 있는 쪽이 바람직하다는 지견도 있다.

그러나, 상술한 바와 같이 DO 농도와 TOC 농도는 트레이드오프 관계에 있으므로, DO 농도를 저하시키기 위해서 자외선 강도를 저하시키면, TOC 농도가 증가되어 단순히 자외선 강도를 저하시키는 것으로는 만족하지 못한다.

또한, DO 농도는 산화성 물질의 양에 의존하고, 산화성 물질의 양은 자외선 강도를 높게 하면 증가한다고 생각할 수 있으므로, DO 농도를 제어하기 위해서는 산화성 물질의 양을 측정하는 것이 중요하다. 그러나, 산화성 물질이라 함은 다종의 래디컬 성분이나 H₂O₂, 또한 미확정 분자의 총칭이며, 산화성 물질의 양(농도)의 측정은 곤란하다.

발명자들은 산화성 물질을 직접 측정하는 것이 아닌 간접적으로 측정하는 것에 생각이 미쳐, DO 농도나 TOC 농도와 아울러 산화성 물질의 양도 고려하여 자외선 강도를 조정한다고 하는 기술적 사상에 도달했다.

<A-2. 장치 구성>

도3에, 제1 실시 형태에 관한 초순수 제조 장치(100)의 구성을 블럭도로서 도시한다.

도3에 있어서, 순수 공급로의 상류측으로부터 차례로, TOC-UV(저압 자외선 산화 장치)(1), CP(이온 교환 수지)(2) 및 UF막(한외 여과 장치)(3)이 배치되어 있고, UF막(3)을 통과한 초순수가 유스 포인트에 공급되는 구성으로 되어 있다.

그리고, UF막(3)의 하류에는 순수 공급로로부터 분기한 분기로가 설치되어 있고, 분기로에는 용존 산소 농도계(M1)가 개재 삽입되어 있고, UF막(3)을 통과한 초순수의 용존 산소 농도를 측정하는 구성으로 되어 있다.

또한, 분기로는 산화성 물질 분해 장치(11)에 접속되어, 분기로를 통과하는 초순수는 산화성 물질 분해 장치(11)에 있어서, 그 함유하는 산화성 물질이 전부 DO로 변환되는 구성으로 되어 있다.

산화성 물질 분해 장치(11)는 알칼리 성분의 주입이나, 백금(Pt) 또는 활성탄의 촉매 효과로 산화성 물질을 DO로 변환하는 구성을 가지고 있다.

또, 알칼리 성분을 주입하는 방식을 채용할 경우는 기구적으로 간단한 산화성 물질 분해 장치를 얻을 수 있고, 촉매 효과를 이용하는 방식을 채용할 경우는 운전 비용이 저렴한 산화성 물질 분해 장치를 얻을 수 있다.

그리고, 산화성 물질 분해 장치(11)를 통과한 초순수는 용존 산소 농도계(M 2)에 의해서 용존 산소 농도가 측정되고, 그 측정 데이터는 계산 및 제어계(12)에 부여되는 구성으로 되어 있다.

계산 및 제어계(12)에 있어서는 용존 산소 농도계(M2 및 M1)에서의 측정 데이터를 받아, 양자의 차를 구하는 것으로 CP 통과 후에 잔존하는 잔존 산화성 물질량을 D0 환산량으로서 산출하는 기능을 지니고 있다.

즉, 발명자들은 상술한 바와 같이 산화성 물질을 직접 측정하는 것은 곤란하지만 DO 농도를 측정하는 기술은 확립되어 있으므로, 산화성 물질을 DO로 변환해 버리면, DO 환산량으로서 간접적이기는 하지만, 산화성 물질의 양을 얻을 수 있다는 데 생각이 미쳤다.

<A-3. 장치 동작>

본 실시 형태에 있어서는 UF막(3)을 통과한 후, 즉 CP 통과 후의 초순수 속의 DO 농도(DO1)와, 산화성 물질 분해 장치(11) 통과 후의 초순수 속의 DO 농도(DO2)를 실측하고, 양자의 차를 산출함으로써 CP 통과 후에 잔존하는 잔존 산화성 물질량을 DO 환산량(DO3)으로서 얻을 수 있다.

도4에, 잔존 산화성 물질량 산출의 개념을 그래프화하여 도시한다. 도4에 있어서, 종축에는 용존 산소(DO) 농도를 임의 단위로 나타낸다. 횡축에는 초순수제조 장치(100)의 소정의 포인트에서의 측정 결과의 그래프를 나타내고 있다. 즉, 그래프 A는 TOC-UV(1)와 CP(2)와의 사이의 데이터(가상치)를 나타내고, 그래프 B는 UF막(3) 통과 후의 데이터를 나타내며, 그래프 C는 산화성 물질 분해 장치(11) 통과 후의 데이터를 나타내고 있다.

우선, 그래프 A에 있어서는, CP(2)의 통과 전이므로, TOC-UV(1)로 생성된 산화성 물질이 그 상태로 남아 있다고 하여, 산화성 물질 0X만의 그래프를 나타내고 있다. 또, 산화성 물질량은 직접 측정할 수 없으므로 이 그래프는 가상이며, 또 순수 속에 처음부터 포함되는 DO는 무시하여 나타내고 있다.

그래프 B에 있어서는, CP(2)의 통과에 의해 산화성 물질의 일부가 DO로 변환된 상태를 나타내고 있으며, 해칭을 부여한 부분이 DO 농도(DO1)이며, 나머지가 잔존하는 산화성 물질(OX)이다.

그래프 C에 있어서는, 산화성 물질 분해 장치(11)의 통과에 의해 산화성 물질이 전부 DO로 변환되어 DO 농도(DO2)가 되어 있어, DO만의 그래프를 나타내고 있다. 그리고, 그래프 C와 그래프 B와의 차를 도시한 것이 그래프 D이며, 잔존 산화성 물질량을 DO 환산한 DO 환산량(DO3)으로서 나타내고 있다.

<A-4. 작용 효과>

이와 같이 하여 얻게 된 잔존 산화성 물질량을 이용하여 TOC-UV(1)의 UV 광량을 조정하는 광량 조정 장치(13)를 제어한다. 예를 들어, CP(2)가 신품인 상태에서 DO 농도가 높은 경우에는 잔존 산화성 물질량을 줄임으로써, 산화성 물질의 전체량을 줄이도록 UV 광량을 저감하고, 또한 경시 변화에 따라 CP(2)의 DO 생성량이 저하한 경우에는 잔존 산화성 물질량을 늘림으로써, 산화성 물질의 전체량을 늘리도록 UV 광량을 증가시켜, DO 농도를 일정하게 유지하는 제어를 행한다.

이 때, TOC 농도도 고려하여 UV 광량의 저감에 수반하여 TOC 농도가 지나치게 높아지지 않도록 제어하는 것이 바람직하다.

또, UV 광량의 조정에 있어서는 상술한 잔존 산화성 물질량[즉 DO 환산량(DO3)]을 지표로서 이용하는 것 뿐만 아니라, 잔존 산화성 물질량(DO3)과, C P 통과 후의 초순수 속의 DO 농도(DO1)와의 비율을 지표로서 이용해도 물론 좋다.

이와 같이, TOC 농도 및 DO 농도 뿐만 아니라, 잔존 산화성 물질량을 TOC-UV(1)의 UV 광량 조정의 지표로서 이용함으로써, 보다 적절한 불순물 제어가 가능해진다.

<B. 제2 실시 형태>

이상 설명한 제1 실시 형태에 있어서는, 이온 교환 수지(CP)를 교환한 직후의 용존 산소(DO)의 증가를 억제하는 것에 대해 언급하였지만, CP나 한외 여과 장치(UF막)의 교환 직후에는 그들로부터 용출했다고 생각되는 ppt 레벨의 메탈 성분이 검출되는 경우가 있다.

제2 실시 형태에 있어서는 CP나 UF막의 교환 직후의 초순수 속의 메탈 성분을 저감 가능한 초순수 제조 장치(200)의 구성에 대해 설명한다.

우선, 복수의 CP 및 복수의 UF막을 갖는 종래의 초순수 제조 장치(90)의 구성을 도5에 도시한다.

도5에 있어서, 초순수 제조 장치(90)는 순수 공급로에 병렬로 접속된 CP(51및 52)를 갖고, CP(51 및 52)는 각각 전후에 배치된 밸브(V51 및 V52), 밸브(V53 및 V54)에 의해 개별로 제거 가능하게 되어 있다.

또한, CP(51 및 52)의 하류에는 순수 공급로에 병렬로 접속된 UF막(61, 62 및 63)이 배치되고, UF막(61 내지 63)은 각각 전후에 배치된 밸브(V61 및 V62), 밸브(V63 및 V64), 밸브(V65 및 V66)에 의해 개별로 제거 가능하게 되어 있다.

이와 같이 구성된 초순수 제조 장치(90)에 있어서, CP(51 및 52), UF막(61 내지 63)을 교환한 경우의 메탈 용출의 사례를 도6에 도시한다.

도6에 있어서, 횡축에 교환 후의 경과 일수를, 종축에 메탈 Ca(칼슘)의 농도를 단위 ppt로 나타낸다. 또, 도6에 있어서는 CP를 교환한 경우의 메탈 Ca 농도의 경과 일수 변화를 검은 동그라미로, UF막을 교환한 경우의 메탈 Ca 농도의 경과 일수 변화를 흰 동그라미로 나타내고 있다.

도6에 도시한 바와 같이, CP 교환의 경우도, UF막 교환의 경우도, 교환 직후로부터 수일이 가장 농도가 높고, 37일 정도까지는 변동하면서도 비교적 고농도(5 ppt 이상)의 메탈 Ca가 검출되고 있다. 그 이후는 5 ppt 이하의 농도가 되어, 일수의 경과와 함께 농도가 낮아지는 것을 알 수 있다.

이와 같이, CP 및 UF막의 교환에 의해 메탈 용출이 발생되지만, 도5에 도시한 바와 같은 종래의 초순수 제조 장치(90)에 있어서는 메탈 용출에 대한 대책은 세워져 있지 않았다.

<B-1. 장치 구성>

여기서, 도7에 제2 실시 형태에 관한 초순수 제조 장치(200)의 구성을 블럭도로서 도시한다.

도7에 있어서, 순수 공급로의 상류측으로부터 차례로, 이온 교환 수지(21) [CP(21)] 및 이온 교환 수지(22)[CP(22)]가 직렬로 배치되고, CP(22)의 하류에는 UF막(31, 32 및 33)이 병렬로 배치되어 있다.

그리고, CP(21)의 상류측에 배치된 경로(R1)에는 밸브(V1)가 배치되고, CP(21)와 CP(22) 사이의 경로(R2)에는 밸브(V4)가 배치되고, CP(22)와 UF막(31, 32 및 33) 사이의 경로(R3)에는 밸브(V7)가 배치되고, UF막(31, 32 및 33)에 각각 접속되는 경로(R4, R5 및 R6)에는 밸브(V21, V22 및 V23)가 접속되고, 밸브(V21 내지 V23)의 출력측은 공통적으로 유스 포인트에 접속되어 있다. 또, 밸브(V21 내지 V23)는 송수측 밸브(20)라 호칭한다.

이상의 경로(R1 내지 R6)가 순수 공급로(주경로)를 구성하지만, 이 이외에 바이패스를 위한 경로가 설치되어 있다.

즉, 경로(R1) 밸브(V1)의 입력측과 CP(22)의 입력을 접속하는 바이패스 경로(R11)와, 경로(R1) 밸브(V1)의 출력측과 CP(22)의 출력을 접속하는 바이패스 경로(R12)와, 경로(R2) 밸브(V4)의 입력측과 경로(R3) 밸브(V7)의 출력측을 접속하는 바이패스 경로(R13)와, 경로(R4)와 경로(R1) 밸브(V1)의 입력측을 접속하는 바이패스 경로(R14)와, 경로(R5)와 바이패스 경로(R14)를 접속하는 바이패스 경로(R15)와, 경로(R6)와 바이패스 경로(R14)를 접속하는 바이패스 경로(R16)가 설치되어 있다.

그리고, 바이패스 경로(R11)에는 밸브(V2)가 개재 삽입되고, 바이패스경로(R12)에는 경로(R1)측에 밸브(V3)가, CP(22)측에 밸브(V6)가 개재 삽입되고, 바이패스 경로(R13)에는 경로(R2)측에 밸브(V5)가, 경로(R3)측에 밸브(V8)가 개재 삽입되어 있다.

또한, 바이패스 경로(R14)에는 경로(R4)측에 밸브(V11)가 개재 삽입되고, 밸브(V11)의 하류에 메탈 농도 모니터(M3)가 개재 삽입되고, 바이패스 경로(R15)에는 밸브(V12)가 개재 삽입되며, 바이패스 경로(R16)에는 밸브(V13)가 개재 삽입되어 있다. 또, 밸브(V11 내지 V13)는 교환용 밸브(10)라 불리워진다.

또, 저압 자외선 산화 장치(TOC-UV)에 대해서는 경로(R1)의 상류에 배치되지만, 본 실시 형태와의 관련이 희박하므로 도시 및 설명은 생략한다.

<B-2. 장치 동작>

이하, 도7 내지 도9를 이용하여, 초순수 제조 장치(200)의 동작에 대해 설명한다. 또, 도8 및 도9는 기본적으로 도7과 동일하지만, 밸브의 개폐 상태의 차이를 해칭의 유무로 명시하고 있다.

이온 교환 수지(CP)는 반드시 1개씩 교환한다. 우선 CP(21)를 교환한 경우, 도7에 도시한 바와 같이 밸브(V1, V4 및 V7)를 개방하고, 밸브(V2, V3, V5, V6 및 V8)를 폐쇄함으로써, 순수는 화살표로 표시하는 바와 같이 CP(21)로부터 R2를 통하여 CP(22)로 흐르게 되어, 신품인 CP(21)로부터 용출하는 메탈 성분은 CP(22)에 의해 제거된다. 따라서, UF막(31 내지 33)을 통하여 유스 포인트에 메탈 성분이 부여되는 것은 방지할 수 있다. 또, 이 때 송수측 밸브(20)는 전부 개방되어 있고, 교환용 밸브(1O)는 전부 폐쇄되어 있다.

다음에 CP(22)를 교환하는 경우도 밸브 조작을 행하여, 도8에 도시한 바와 같이 밸브(V2, V3, V5, V6 및 V8)를 개방하고 밸브(V1, V4 및 V7)를 폐쇄함으로써, 순수는 우선 경로(R1)로부터 바이패스 경로(R11)를 통하여 CP(22)에 공급되고, CP(22)로부터 바이패스 경로(R12)를 통하여 CP(21)에 공급되어, 신품인 CP(22)로부터 용출되는 메탈 성분이 제거된다. 그리고, 바이패스 경로(R13)를 통하여 경로(R3)에 부여된다. 따라서, UF막(31 내지 33)을 통하여 유스 포인트에 메탈 성분이 부여되는 것은 방지할 수 있다. 또, 이 때 송수측 밸브(20)는 전부 개방되어 있고, 교환용 밸브(10)는 전부 폐쇄되어 있다.

UF막(31, 32 및 33)의 교환의 경우는 후방단에 CP가 없으므로 용출된 메탈 성분을 제거할 수 없다. 따라서, 도9에 도시한 바와 같이 송수측 밸브(20)를 전부 폐쇄하고, 교환용 밸브(10)를 전부 개방함으로써 UF막(31, 32 및 33)을 투과한 순수를 바이패스 경로(R14)를 통하여 경로(R1)로 복귀시키도록 한다. 이 때, 밸브(V1, V4 및 V7)를 개방하고 밸브(V2, V3, V5, V6 및 V8)를 폐쇄하고 있으므로, 순수는 CP(21) 및 CP(22)를 통해 UF막(31, 32 및 33)으로부터 용출된 메탈 성분이 제거된다.

그리고, 바이패스 경로(R14)에 개재 삽입된 메탈 농도 모니터(M3)에 의해, 메탈 성분의 농도를 항상 모니터하여, 메탈 성분의 농도가 소정 농도(임계치)까지 저하한 단계에서 교환용 밸브(10)를 폐쇄하고, 송수측 밸브(20)를 전부 개방함으로써 순수가 유스 포인트로 송수된다.

<B-3. 작용 효과>

이상 설명한 바와 같이, 초순수 제조 장치(200)에 있어서는 CP(21) 및 CP(22)를 직렬로 접속하여, CP(21) 및 CP(22)를 교대로 교환하는 것으로 하고, 신품인 CP가 메탈 성분을 용출하고 있는 기간은 그 출력을 나머지의 CP에 부여하여 메탈 성분을 제거함으로써, CP 교환에 기인하는 메탈 성분을 포함한 순수가 유스 포인트에 공급되는 것을 방지할 수 있다.

또한, UF막(31, 32 및 33)의 교환의 경우에는 신품인 UF막으로부터 용출되는 메탈 성분이 소정 농도에 달할 때까지는 그 출력을 CP(21)로 복귀시켜 메탈 성분을 제거함으로써, UP막 교환에 기인하는 메탈 성분을 포함한 순수가 유스 포인트에 공급되는 것을 방지할 수 있다.

또, 이상 설명한 초순수 제조 장치(200)에 있어서는 CP(21) 및 CP(22)를 직렬로 접속한 구성을 나타냈지만, CP의 갯수는 2개로 한정되는 것은 아니며, 3개 이상을 직렬로 접속한 것이라도 좋고, 병렬로 접속된 CP 세트를 복수 세트 직렬로 갖도록 한 구성이라도 좋다.

또한, UF막은 3개로 한정되는 것은 아니며, 1개만이든지 또는 4개 이상이라도 좋다.

<C. 제3 실시 형태>

이상 설명한 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 있어서는 용존 산소(DO)의 검출 및 메탈 성분의 검출에 대해서는 언급했지만, 전유기 탄소(TOC)를 계측하는 T OC계에 대해서는 특별히 언급하지 않았다.

도10에 TOC 검출을 위한 종래의 구성을 도시한다. 종래는 도10에 도시한 바와 같이 TOC계(M11)와, TOC계 M11의 순수가 입력측 및 출력측으로 접속된 비저항 센서(SS1 및 SS2)로 TOC 검출을 행하고 있었다.

즉, TOC계(M11)는 그 내부에 설치된 UV 산화 유닛으로 순수에 자외선을 조사하여 유기물을 분해하고, 그 생성물에 의해 순수의 비저항을 낮춘다. 예를 들어, 자외선 조사에 의해 유기물 C_XH_YO_Z는 CO₂와 H₂O로 분해된다. 이 CO₂가 순수에 용해하여 비저항을 낮춘다. 그리고, 비저항 센서(SS1 및 SS2)로, TOC계 M11 통과 전과 통과 후의 순수의 비저항을 측정하여, 그 결과에 의거하여 저하율을 산출하여 유기물량을 정량하는 장치이다.

그러나, 제1 실시 형태에 있어서 설명한 바와 같이, 반도체 장치의 제조에 있어서 사용되는 초순수에 있어서는 DO도 저감해야 할 불순물로서 제어의 대상이 된다. 따라서, 제1 실시 형태에 나타낸 저압 자외선 산화 장치(TOC-UV)에 부여되기 이전에, 진공 탈기 등에 의해 DO를 저감하고 있으므로, TOC계(M11)는 DO 농도가 낮은 상태에서의 측정이 부득이하게 된다.

이 결과, 유기물 성분의 분해율이 낮아 정확한 값을 검출할 수 없다는 문제가 있었다. 즉, 상술한 바와 같이 유기물 C_XH_YO_Z를 CO₂와 H₂O로 분해하는 경우를 예를 들면, 순수 속의 DO가 0일 때는 Z < 3X의 조성을 갖는 유기물은 완전하게는 분해할 수 없게 된다.

도11에, 제3 실시 형태에 관한 초순수 제조 장치(300)의 부분 구성을 도시한다. 초순수 제조 장치(300)에 있어서는 비저항 센서(SS1)와 TOC계(M11) 사이에 산소 용해 유닛(4)을 배치하고, 측정 대상이 되는 순수가 TOC계 M11에 도입되기 전에, 유기물 분해에 필요한 산소 또는 오존(모두 유기물을 포함하지 않는 것)을 공급하고, TOC계 M11에 있어서 유기물을 완전히 분해할 수 있는 구성으로 되어 있다. 이에 의해, 정확한 TOC 농도를 구하는 것이 가능해진다.

또, TOC계는 도3에 도시한 초순수 제조 장치(100)를 예를 들면, TOC-UV(1)의 입력측이나 TOC-UV(1)의 출력측에 배치한다.

여기서, 도12 및 도13에 산소 용해 유닛(4)의 구성예를 도시한다.

도12에 도시한 산소 용해 유닛(41)은 순수 탱크(411) 내의 순수[배관(P1)을 거쳐서 공급되고, 배관(P2)을 통해 출력됨]에, 가스 라인(412)을 거쳐서 산소 가스 또는 오존 가스를 가압하여 공급하고, 버블링함으로써 산소 가스 또는 오존 가스를 녹이는 구성을 가지고 있다. 또, 녹지 않는 가스는 가스 배출 라인(413)을 통해 순수 탱크(411) 밖으로 방출된다.

도13에 도시한 산소 용해 유닛(42)은 순수 탱크(421)의 기상부(기체 저장소)에, 가스 라인(422)을 거쳐서 산소 가스 또는 오존 가스를 공급하는 동시에, 순수 탱크(421) 내의 순수[배관(P1)을 거쳐서 공급되고, 배관(P2)을 통해 출력됨]를 순수 탱크(421)를 둘러싸도록 하여 배치한 냉각 시스템(424)에 의해 냉각하고, 순수의 온도를 예를 들어 10 ℃ 정도까지 저하시켜 기체의 용해도를 높이는 구성으로 되어 있다. 순수의 냉각에 의해 기체의 용해도가 높아져 있으므로, 산소 가스 또는 오존 가스를 버블링시키지 않고도, 충분히 용해시킬 수 있다. 또, 용해되지 않은 가스는 가스 누출 라인(423)을 거쳐서 순수 탱크(421) 밖으로 방출된다. 또,순수를 냉각한 다음 버블링에 의해 산소 가스 또는 오존 가스를 용해하도록 해도 물론 좋다.

<D. 제4 실시 형태>

이상 설명한 제3 실시 형태에 있어서는 TOC계 M11에 있어서 자외선 조사에 의해 유기물을 분해하고, 그 때에 생성되는 CO₂에 의해 순수의 비저항을 낮춤으로써 전유기 탄소(TOC)를 검출하는 구성에 대해 설명했지만, CO₂가 순수의 비저항을 낮추는 특성을 이용함으로써, 이하에 설명하는 효과를 얻을 수 있다.

도14에 제4 실시 형태에 관한 초순수 제조 장치(400)의 부분 구성을 도시한다. 초순수 제조 장치(400)에 있어서는, UF막(한외 여과 장치)(3)의 하류의 유스 포인트에 근접 부분에 있어, 순수 속에 CO₂를 용해시키는 CO₂용해 유닛(5)을 배치하고, 또 CO₂용해 유닛(5)의 순수 출구와 유스 포인트 사이를 도전성 배관(P10)으로 접속한 구성으로 되어 있다.

또, 종래는 이 부분에는 염화비닐, 폴리프로필렌 혹은 염화 폴리비닐리덴(PVDF) 등의 절연성의 배관을 이용하고 있었다.

순수에 CO₂를 용해시키면 CO₂가, HCO₃ ^-등의 이온으로 변화하여, 비저항이 저하된다. 따라서, 순수의 전기 전도성이 양호해지며, 또한 CO₂용해 유닛(5)의 하류가 도전성 배관(P10)으로 되어 있으므로, 배관이 대전하는 것을 방지할 수 있다. 이 결과, 전하를 띤 입자가 배관에 정전적으로 흡착하여, 이것이 굳어져 파티클이형성되는 것을 방지할 수 있고, 이 파티클이 압력 변동이나 유량 변화에 의해 돌발적으로 이탈하는 것을 방지할 수 있으므로, 순수 속의 파티클의 저감이 가능해진다.

또, 도전성 배관(P10)의 재질로서는, 예를 들어 염화비닐 등의 절연재에 카본 블랙 등의 도전성의 첨가제를 혼입한 것을 사용하면 좋다.

여기서, 도15에 CO₂용해 유닛(5)의 구성예를 도시한다.

도15에 도시한 CO₂용해 유닛(5)은 순수 탱크(511) 내의 순수[배관(P1)을 거쳐서 공급되고, 배관(P2)을 거쳐서 출력됨]에, 가스 라인(512)을 통해 CO₂가스를 가압하여 공급하고, 버블링함으로써 CO₂가스를 녹이는 구성을 가지고 있다. 또, 용해되지 않은 가스는 가스 배출 라인(513)을 거쳐서 순수 탱크(511) 밖으로 방출된다.

본 발명에 관한 청구항 1에 기재된, 초순수 제조 장치에 따르면, 제3 용존 산소 농도는 이온 교환 처리 완료 순수에 잔존하는 잔존 산화성 물질량을 반영하는 값이며, 잔존 산화성 물질량을 자외선 산화 장치의 자외선 광량 조정을 위한 지표로서 이용함으로써, 순수 속의 전유기 탄소 농도나 용존 산소 농도만을 지표로 할 수밖에 없었던 종래의 장치에 비해, 보다 적절한 불순물 제어가 가능해진다.

본 발명에 관한 청구항 2에 기재된 초순수 제조 장치에 따르면, 적어도 2개의 이온 교환 장치를 직렬로 배치하고, 적어도 2개의 이온 교환 장치의 배치 순서와는 다른 순서로 순수를 흐르게 하는 복수의 바이패스 경로를 구비하고 있으므로, 이온 교환 장치의 교체시에는 각 이온 교환 장치를 교대로 교체하는 것으로 하여, 신품인 이온 교환 장치가 메탈 성분을 용출하고 있는 기간은 그 출력을 나머지 이온 교환 장치에 부여하여 메탈 성분을 제거할 수 있으므로, 신품인 이온 교환 장치로부터 용출하는 메탈 성분을 포함한 순수가 유스 포인트에 공급되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 관한 청구항 3에 기재된 초순수 제조 장치에 따르면, 전유기 탄소계가 측정 대상이 되는 순수 속에 산소를 녹이는 산소 용해 유닛을 구비하고 있으므로, 순수 속의 용존 산소가 적을 경우라도 유기물을 완전히 분해할 수 있어 정확한 유기 탄소 농도를 구하는 것이 가능해진다.

Claims

순수가 흐르는 방향의 상류측으로부터 차례로 배치된 자외선 산화 장치 및 이온 교환 장치와,

상기 이온 교환 장치로 처리된 이온 교환 처리 완료 순수를 샘플링하여, 그 속에 포함되는 산화성 물질을 모두 분해하여 용존 산소로 변환하는 산화성 물질 분해 장치와,

상기 이온 교환 처리 완료 순수 속의 제1 용존 산소 농도와, 상기 산화성 물질 분해 장치로 처리된 분해 처리 완료 순수 속의 제2 용존 산소 농도를 측정하고, 양자의 농도차를 나타내는 제3 용존 산소 농도를 산출하고, 상기 제3 용존 산소 농도에 의거하여 상기 자외선 산화 장치의 자외선 광량을 조정하는 피드백 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.
직렬로 배치된 적어도 2개의 이온 교환 장치와,

상기 적어도 2개의 이온 교환 장치의 배치순으로 순수를 흘리도록 배치된 주경로와,

상기 주경로에 접속되어, 상기 적어도 2개의 이온 교환 장치의 배치 순서와는 다른 순서로 순수를 흘리는 복수의 바이패스 경로를 구비하는 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.
순수에 자외선을 조사하여 유기물을 분해하고, 발생한 이산화탄소로부터 유기물 농도를 측정하는 전유기 탄소계를 구비한 초순수 제조 장치로서,

상기 전유기 탄소계는,

순수의 입력측에 배치되어, 상기 전유기 탄소계에 공급되는 순수 속에 산소를 용해하는 산소 용해 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.