KR20160065813A

KR20160065813A - 초순수 제조 장치

Info

Publication number: KR20160065813A
Application number: KR1020167005770A
Authority: KR
Inventors: 다케오 후쿠이; 히로시 모리타; 요이치 다나카; 히데아키 이이노; 사토시 야마다
Original assignee: 쿠리타 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2013-10-04
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2016-06-09
Also published as: CN105517960A; WO2015050125A1; KR102092441B1; TW201532660A; KR102092441B9; US20160220958A1; JPWO2015050125A1; JP6304259B2; TWI627995B

Abstract

미립자가 고도로 제거된 고수질의 초순수를 안정적으로 제조할 수 있는 초순수 제조 장치가 제공된다. 1 차 순수로부터 초순수를 제조하는 서브 시스템을 갖는 초순수 제조 장치로서, 그 서브 시스템의 최후단에 막 장치가 형성되어 있는 초순수 제조 장치에 있어서, 그 막 장치가 직렬로 다단으로 설치되어 있으며, 제 1 단의 막 장치는 UF 막 장치, MF 막 장치 또는 RO 막 장치이고, 최후단의 막 장치는 UF 막 장치 또는 이온 교환기 수식되어 있지 않은 MF 막 장치인 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.

Description

초순수 제조 장치{ULTRAPURE WATER PRODUCTION APPARATUS}

본 발명은 초순수의 제조 장치에 관한 것으로, 특히 1 차 순수 시스템과 서브 시스템을 구비한 초순수 제조 장치에 관한 것이다.

반도체 세정 용수로서 사용되고 있는 초순수는, 1 차 순수 (純水) 시스템, 서브 시스템 (2 차 순수 시스템) 등으로 구성되는 초순수 제조 장치에 의해 제조된다. 1 차 순수 시스템의 전단 (前段) 에 전처리 시스템이 형성되는 경우도 있다.

전처리 시스템에서는, 응집, 가압 부상 (침전), 여과 (막 여과) 장치 등에 의해 원수 (原水) 중의 현탁 물질이나 콜로이드 물질 등이 제거된다.

1 차 순수 시스템에서는, 역침투막 분리 장치, 탈기 장치 및 이온 교환 장치 (혼상 (混床) 식 또는 4 상 5 탑식 등) 등에 의해 수중의 이온이나 유기 성분 등이 제거되어 1 차 순수가 제조된다. 서브 시스템에서는, 저압 자외선 산화 장치, 이온 교환 순수 장치 및 한외 여과막 (UF 막) 장치 등에 의해 1 차 순수가 고도로 처리되어 초순수가 된다. 이 서브 시스템의 최후단에는 UF 막 장치가 배치되어, 이온 교환 수지 등으로부터 발생하는 미립자가 제거된다.

최근, 반도체 제조 프로세스의 발전에 의해 수중의 미립자 관리가 엄격해지고 있다. International Technology Roadmap for Semiconductors 는 2019년에는 입자경 > 11.9 ㎚ 의 보증값 < 1,000 개/ℓ (관리값 < 100 개/ℓ) 로 하는 것을 요구하고 있다.

서브 시스템 최후단에 설치되는 막 장치로는 UF 막 장치가 주로 사용되고 있다. UF 막을 사용하여 미립자를 제거하기 위해서는, 막면의 세공경이 미립자경보다 작은 막을 사용하는 것이 바람직하지만, UF 막면에는 무수한 세공이 존재하고, 그 공경에 편차가 있다. 이 때문에 10 ㎚ 정도의 미립자를 완전히 제거하는 것은 불가능하다는 결점이 있었다.

정밀 여과막 (MF 막) 의 세공경은 서브마이크론 오더로 UF 막의 세공경보다 크기 때문에, 투과수 중의 미립자수를 100 개 이하/ℓ(입자경 > 10 ㎚) 레벨로 관리하기가 어렵다. 역침투막 (RO 막) 은 공경이 UF 막보다 작기 때문에, 고도한 미립자 제거가 이론상 가능하지만, 모듈로서의 청정도가 낮고, 미립자를 발생시킨다 (예를 들어 포팅재로부터의 발진) 는 문제가 있어, 서브 시스템의 말단 미립자 제거 유닛으로는 적용할 수 없었다.

초순수 중의 미립자수를 저감시키기 위해서, 서브 시스템에 막 분리 장치를 2 단으로 직렬로 형성하는 경우가 있다 (특허문헌 1 ∼ 4). 특허문헌 1 의 도 2, 3 에는, 초순수 제조 장치의 최후단에 UF 막 장치와 이온 교환기 수식 MF 막 장치를 이 순서대로 직렬로 설치하는 것이 기재되어 있다. 특허문헌 2 의 도 4(a) 에는, 2 차 순수 장치의 말단의 UF 막 장치의 후단에 역침투막 (RO 막) 장치를 형성하는 것이 기재되어 있다. 특허문헌 3 에는, 2 차 순수 장치에 UF 막 장치와, 공경 500 ∼ 5000 Å 의 아니온 흡착막 장치를 형성하는 것이 기재되어 있다. 특허문헌 4 에는, 초순수 제조용 분리막 모듈로서 사용되는 UF 또는 MF (정밀 여과) 막 장치의 전단에, 입경 0.01 ㎜ (10 ㎛) 이상의 입자를 저지하는 프리필터를 형성하는 것이 기재되어 있다.

특허문헌 1 과 같이, UF 막 장치와 이온 교환기 수식 MF 막을 직렬로 형성한 경우, 이온 교환기 수식 MF 막으로부터 교환기체가 탈리되어 미립자원 (源) 이 된다는 단점이 있다.

특허문헌 2 와 같이, UF 막 장치와 RO 막 장치를 직렬로 배치한 경우, RO 막으로부터 미립자가 발생하는 경우가 있기 때문에, 초순수의 수질이 저하될 우려가 있다.

특허문헌 3 에는, 아니온 흡착막으로서, 구체적으로는 공경 0.2 ㎛ (2000 Å), 공공 (空孔) 률 60 ％, 막두께 0.35 ㎜ 의 중공사막이 개시되어 있다 (0023 단락). 이 아니온 흡착막에 의하면, 실리카를 고도로 제거하는 것은 가능하지만, 초순수 레벨의 미소한 미립자는 제거할 수 없다는 단점이 있다.

특허문헌 4 의 프리필터는, 10 ㎛ 이상의 먼지가 최종단의 UF 또는 MF 막에 충돌하여 막 파손을 일으키게 하는 것을 방지하기 위한 것으로, 10 ㎛ 보다 작은 입자는 제거되지 않는다.

이와 같이, 특허문헌 1 ∼ 4 에는, 서브 시스템의 말단 미립자 제거 유닛으로서 막 장치를 다단으로 형성하는 것이 기재되어 있지만, 어느 것도 충분히 만족할 수 있는 미립자 제거 효과를 얻을 수 있는 것은 아니었다.

일본 공개특허공보 2004-283710호 일본 공개특허공보 2003-190951호 일본 공개특허공보 평10-216721호 일본 공개특허공보 평4-338221호

본 발명은 미립자가 고도로 제거된 고수질의 초순수를 안정적으로 제조할 수 있는 초순수 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 초순수 제조 장치는, 1 차 순수로부터 초순수를 제조하는 서브 시스템을 갖는다. 그 서브 시스템의 최후단에 막 장치가 형성되어 있다. 그 막 장치가 직렬로 다단으로 설치되어 있으며, 제 1 단의 막 장치는 UF 막 장치, MF 막 장치 또는 RO 막 장치이고, 최후단의 막 장치는 UF 막 장치 또는 이온 교환기 수식되어 있지 않은 MF 막 장치이다.

본 발명에서는, 상기 막 장치로서, UF 막 장치가 직렬로 2 단으로 설치되어 있는 것이 바람직하다. 상기 막 장치로서, MF 막 장치, RO 막 장치 및 UF 막 장치가 이 순서대로 3 단으로 설치되어도 된다.

본 발명에서는, 막 장치의 처리수의 미립자수를 측정하는 미립자 측정 수단을 형성하여, 처리수의 미립자를 관리하는 것이 바람직하다. 최후단 직전의 단 (뒤에서부터 2 번째단) 의 막 장치의 처리수의 미립자수를 측정하는 미립자 측정 수단 및/또는 최후단의 처리수의 미립자수를 측정하는 미립자 측정 수단을 형성하고, 이들 막 장치로부터의 미립자의 리크 내지는 미립자 제거율의 저하를 검지하여, 필요에 따라서 막 교환 등의 메인터넌스를 실시하는 것이, 얻어지는 초순수에 대해서 고도한 미립자 관리를 안정적으로 실시하는 데 있어서 바람직하다.

2 이상의 막 장치의 처리수의 미립자수를 측정하는 경우, 미립자 측정 수단은 각 막 장치마다 1 대씩 형성되어 있어도 되고, 복수의 막 장치에 대하여 1 대의 미립자 측정 수단을 형성하고, 미립자수 측정을 위해 각 막 장치로부터 그 미립자 측정 수단에 송급 (送給) 하는 처리수를 차례대로 전환함으로써, 1 대의 미립자 측정 수단에 의해 각 막 장치의 처리수의 미립자수의 측정이 이루어지도록 구성되어 있어도 된다.

막 장치가 병렬로 형성된 2 이상의 막 모듈을 갖는 경우, 각각의 막 모듈에 대해서 미립자 관리를 실시하는 것이 바람직하다. 따라서, 병렬로 형성된 2 이상의 막 모듈의 각각의 처리수의 취출 배관으로 분기되어, 미립자수 측정을 위한 물을 채수 (採水) 하여 미립자 측정 수단에 송급하기 위한, 자동 밸브를 구비한 채수 배관을 형성하고, 이 자동 밸브에 의해 채수하는 막 모듈을 전환하여, 각 막 모듈의 처리수의 미립자수 측정을 차례대로 실시하도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 막 장치를 구성하는 막 모듈로부터의 각각의 처리수가 합류한 당해 막 장치의 처리수에 대해서도 동일하게 미립자수의 측정을 실시할 수 있도록, 이 합류수가 흐르는 집합 배관에도 동일하게 자동 밸브를 구비한 채수 배관을 분기하여 형성하는 것이 바람직하다. 자동 밸브 대신에 수동 밸브를 사용해도 된다.

본 발명의 초순수 제조 장치에서는, 서브 시스템의 최후단에 UF 막 장치 등을 직렬로 다단으로 형성하고 있어, 미립자수가 현저히 적은 고수질의 초순수가 제조된다. 본 발명에 의하면, 입자경이 10 ㎚ 이상인 미립자수가 100 개/ℓ 보다 낮은 고수질의 초순수를 제조하는 것이 가능하다.

본 발명에서는, 다단으로 배치된 막 장치 중 최하류측의 막 장치를 UF 막 장치 또는 이온 교환기 수식되어 있지 않은 MF 막 장치로 하고 있기 때문에, RO 막 장치와 같이 막 장치 자체로부터 미립자가 발생할 우려가 없다. MF 막 장치로서 이온 교환기 수식되어 있지 않은 MF 막 장치를 사용하기 때문에, 교환기체가 탈리되어 미립자원이 된다는 단점도 없다.

최후단 직전의 막 장치의 처리수 및/또는 최후단의 막 장치의 처리수의 미립자수를 측정하는 미립자 측정 수단을 형성하고, 이 미립자 측정 수단의 측정 결과에 기초하여, 필요에 따라서 막 교환 등의 메인터넌스를 실시함으로써, 입자경이 10 ㎚ 이상인 미립자수가 100 개/ℓ 보다 낮은 고수질의 초순수를 안정적이면서 또한 확실하게 제조하는 것이 가능해진다.

즉, 막 장치에서는, 처리를 계속하면 시간이 경과됨에 따라서 막면에 미립자가 축적됨으로써 처리수 중으로 미립자가 리크되는 경우가 있고, 또, 어떠한 외적 부하가 가해져 막이 파손된 경우에도 처리수 중으로 미립자가 리크되어, 얻어지는 초순수의 수질을 저하시킬 위험성이 있지만, 이와 같이 미립자 측정 수단을 형성하여 막 처리수의 미립자수를 모니터링하여 관리함으로써, 처리수로의 미립자의 리크를 미연에 방지할 수 있다.

도 1 은 초순수 제조 장치의 실시형태를 나타내는 플로도이다.
도 2 는 초순수 제조 장치의 실시형태를 나타내는 플로도이다.
도 3 은 초순수 제조 장치의 실시형태를 나타내는 플로도이다.
도 4 는 제 1 막 장치와 제 2 막 장치에 미립자 측정 수단을 형성한 실시형태를 나타내는 플로도이다.
도 5 는 미립자 측정 수단을 형성한 별도 실시형태를 나타내는 플로도이다.
도 6 의 도 6a, 6b 는, 실시예 8 에 있어서의 UF 막 모듈 (17A) 과 UF 막 모듈 (17B) 의 처리수의 미립자 농도의 경시 변화를 나타내는 그래프이다.

이하, 도면을 참조하여 실시형태에 대해서 설명한다.

본 발명의 초순수 제조 장치에서는, 서브 시스템의 최후단측에 막 장치가 2 단 또는 그 이상으로 직렬로 설치되어 있다. 이 서브 시스템을 갖는 초순수 제조 장치의 전체 플로의 일례를 도 1 ∼ 3 에 나타낸다.

도 1 ∼ 3 의 각 초순수 제조 장치는, 모두 전처리 시스템 (1), 1 차 순수 시스템 (2) 및 서브 시스템 (3) 으로 구성된다.

응집, 가압 부상 (침전), 여과 장치 등으로 이루어지는 전처리 시스템 (1) 에서는, 원수 중의 현탁 물질이나 콜로이드 물질의 제거를 실시한다. 역침투 (RO) 막 분리 장치, 탈기 장치 및 이온 교환 장치 (혼상식, 2 상 3 탑식 또는 4 상 5 탑식) 를 구비하는 1 차 순수 시스템 (2) 에서는 원수 중의 이온이나 유기 성분의 제거를 실시한다. 또, RO 막 분리 장치에서는, 염류 제거 외에 이온성, 콜로이드성의 TOC 를 제거한다. 이온 교환 장치에서는, 염류 제거 외에 이온 교환 수지에 의해서 흡착 또는 이온 교환되는 TOC 성분을 제거한다. 탈기 장치 (질소 탈기 또는 진공 탈기) 에서는 용존 산소의 제거를 실시한다.

도 1 의 초순수 제조 장치에서는, 이렇게 해서 얻어진 1 차 순수 (통상의 경우, TOC 농도 2 ppb 이하의 순수) 를, 서브 탱크 (11), 펌프 (P), 열 교환기 (12), UV 산화 장치 (13), 촉매식 산화성 물질 분해 장치 (14), 탈기 장치 (15), 혼상식 탈이온 장치 (이온 교환 장치) (16), 미립자 제거용 제 1 막 장치 (17) 및 제 2 막 장치 (18) 로 순차적으로 통수시켜, 얻어진 초순수를 유즈 포인트 (19) 로 보낸다.

UV 산화 장치 (13) 로는, 통상 초순수 제조 장치에 사용되는 185 ㎚ 부근의 파장을 갖는 UV 를 조사하는 UV 산화 장치, 예를 들어 저압 수은 램프를 사용한 UV 산화 장치를 사용할 수 있다. 이 UV 산화 장치 (13) 에서, 1 차 순수 중의 TOC 가 유기산, 나아가서는 CO₂ 로 분해된다. 또한, 이 UV 산화 장치 (13) 에서는 과잉으로 조사된 UV 에 의해, 물로부터 H₂O₂ 가 발생한다.

UV 산화 장치 (13) 의 처리수는, 이어서 촉매식 산화성 물질 분해 장치 (14) 에 통수된다. 촉매식 산화성 물질 분해 장치 (14) 의 산화성 물질 분해 촉매로는 산화 환원 촉매로서 알려진 귀금속 촉매, 예를 들어, 금속 팔라듐, 산화 팔라듐, 수산화 팔라듐 등의 팔라듐 (Pd) 화합물 또는 백금 (Pt), 그 중에서도 환원 작용이 강력한 백금 (Pt) 촉매를 바람직하게 사용할 수 있다.

이 촉매식 산화성 물질 분해 장치 (14) 에 의해, UV 산화 장치 (13) 에서 발생한 H₂O₂, 그 밖의 산화성 물질이 촉매에 의해 효율적으로 분해 제거된다. 그리고, H₂O₂ 의 분해에 의해 물은 생성되지만, 아니온 교환 수지나 활성탄과 같이 산소를 생성시키는 경우는 거의 없어, DO 증가의 원인이 되지 않는다.

촉매식 산화성 물질 분해 장치 (14) 의 처리수는, 이어서 탈기 장치 (15) 에 통수된다. 탈기 장치 (15) 로는, 진공 탈기 장치, 질소 탈기 장치나 막식 탈기 장치를 사용할 수 있다. 이 탈기 장치 (15) 에 의해, 수중의 DO 나 CO₂ 가 효율적으로 제거된다.

탈기 장치 (15) 의 처리수는 이어서 혼상식 이온 교환 장치 (16) 에 통수된다. 혼상식 이온 교환 장치 (16) 로는, 아니온 교환 수지와 카티온 교환 수지를 이온 부하에 따라서 혼합 충전한 비재생형 혼상식 이온 교환 장치를 사용한다. 이 혼상식 이온 교환 장치 (16) 에 의해 수중의 카티온 및 아니온이 제거되어, 물의 순도가 높아진다. 또, 혼상식 이온 교환 장치 (16) 대신에 다상식 (多床式) 의 이온 교환 장치나 전기 재생식 이온 교환 장치 등이 사용되더라도 된다.

도 1 의 구성은 본 발명의 초순수 제조 장치의 일례로서, 본 발명의 초순수 제조 장치는, 상기 이외의 각종 기기를 조합할 수 있다. 예를 들어, 도 2 와 같이, UV 산화 장치 (13) 로부터의 UV 조사 처리수를 그대로 혼상식 탈이온 장치 (16) 에 도입해도 된다. 도 3 과 같이, 촉매식 산화성 물질 분해 장치 (14) 대신에 아니온 교환탑 (19) 을 설치해도 된다.

도시하지는 않지만, 혼상식 이온 교환 장치의 뒤에 RO 막 분리 장치를 설치해도 된다. 또, 원수를 pH 4.5 이하의 산성하이면서 또한 산화제 존재하에서 가열 분해 처리하여 원수 중의 우레아 및 다른 TOC 성분을 분해한 후, 탈이온 처리하는 장치를 조합해 넣을 수도 있다. UV 산화 장치나 혼상식 이온 교환 장치, 탈기 장치 등은 다단으로 설치되어도 된다. 또한, 전처리 시스템 (1) 이나 1 차 순수 시스템 (2) 에 대해서도 하등 상기 서술한 것에 한정되는 것은 아니며, 다른 여러 가지 장치의 조합을 채용할 수 있다.

제 1 막 장치 (17) 의 막으로는, UF 막, MF 막, RO 막 중 어느 것을 사용해도 된다. 제 2 막 장치 (18) 의 막으로는, UF 막 또는 이온 교환기 수식되어 있지 않은 MF 막을 사용한다. 따라서, 제 1 막 장치 (17) 와 제 2 막 장치 (18) 의 조합으로는, 이하의 6 가지가 된다.

(1) UF 막-UF 막

(2) UF 막-이온 교환기 수식되어 있지 않은 MF 막

(3) MF 막-UF 막

(4) MF 막-이온 교환기 수식되어 있지 않은 MF 막

(5) RO 막-UF 막

(6) RO 막-이온 교환기 수식되어 있지 않은 MF 막

막 장치는 3 단 이상 직렬로 설치되어도 된다. 예를 들어, MF 막 장치-RO 막 장치-UF 막 장치와 같이 막 장치가 3 단으로 설치되어도 된다.

막 장치 (17, 18) 로서 MF 막 장치, UF 막 장치를 사용하는 경우, 그 막의 공경은 1 ㎛ 이하, 특히 0.001 ∼ 1 ㎛, 특히 0.001 ∼ 0.5 ㎛ 가 바람직하다. 두께는 0.01 ∼ 1 ㎜ 인 것이 바람직하다. 재질은, 폴리올레핀, 폴리스티렌, 폴리술폰, 폴리에스테르, 폴리아미드, 셀룰로오스계, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌 등을 들 수 있다.

이와 같이 구성된 초순수 제조 장치에서는, 서브 시스템의 최후단에 UF 막 장치 등을 직렬로 다단으로 형성하고 있어, 미립자수가 현저히 적은 고수질의 초순수가 제조된다. 또한, 다단으로 배치된 막 장치 중 최하류측의 막 장치를 UF 막 장치 또는 이온 교환기 수식되어 있지 않은 MF 막 장치로 하고 있기 때문에, RO 막 장치와 같이 막 장치 자체로부터 미립자가 발생할 우려가 없다. 또한, MF 막 장치로서 이온 교환기 수식되어 있지 않은 MF 막 장치를 사용하기 때문에, 교환기체가 탈리되어 미립자원이 된다는 단점도 없다.

본 발명에서는, 막 장치는 크로스플로 방식으로 하는 것이 바람직하고, 운전시에는 회수율을 95 ％ 정도까지로 하는 것이 바람직하다. 그 이상의 브라인 유량의 저하는, 막면으로의 미립자 퇴적을 초래하게 되어, 미립자 저지율이 저하될 우려가 있다. 회수율을 95 ％ 정도로 하고, 직렬 단수는 급수 수질에 따라서 변경하도록 해도 된다.

UF 막 장치를 2 단으로 사용하였을 때의 미립자 제거는 하기 식에 의해 주어진다.

C₁ = C₀ × (1－Re/100) ＋ B

C₂ = C₁ × (1－Re/100) ＋ B

C₀ : UF 막 급수 중의 미립자 농도 [개/㎖]

C₁ : 첫 번째 단의 UF 막 처리수 중의 미립자 농도 [개/㎖]

C₂ : 두 번째 단의 UF 막 처리수 중의 미립자 농도 [개/㎖]

Re : UF 막에서의 미립자 저지율 [％]

B : UF 막재 자체로부터 발생하는 미립자수 [개/㎖]

미립자 제거막의 입자 저지율은, 모델 나노 입자를 통수시켜 급수와 처리수의 미립자수를 측정함으로써 산출한다.

MF 막은 UF 막보다 공경이 크지만, 막 재질의 차이에 의해 막에서의 흡착 효과를 기대할 수 있다. 막으로서의 미립자 저지율은 UF 막이 MF 막보다 우수하기 때문에, MF 막과 UF 막을 다단으로 사용하는 경우, 말단은 UF 막 장치를 설치하는 것이 바람직하지만 이것에 한정되지는 않는다.

RO 막은 미립자 저지율에서는 UF 막보다 우수하지만, 막재 또는 포팅 부재로부터 미립자가 발생하기 때문에, 제 1 막 장치로서 RO 막 장치를 설치한 경우, 최하류에 UF 막을 설치하여, 미립자를 고도로 제거하는 것이 바람직하다.

2 단 또는 3 단 이상으로 직렬로 설치된 막 장치의 각 단의 도중에 승압용 펌프, 밸브가 형성되어도 된다. 예를 들어, 막 장치를 다단으로 직렬로 설치하면, 압력 손실이 커지기 때문에, 압력 손실을 고려하여 막 장치끼리의 사이에 펌프를 형성할 수 있다. 이 경우, 펌프나 밸브로부터 발진하는 미립자를 제거하기 위해, 말단에는 UF 막을 설치시키는 것이 바람직하다. 막 장치끼리의 사이에는, 혼상식 이온 교환 장치, 촉매식 산화성 물질 분해 장치와 같은 입자 충전 설비는 입자의 파쇄에 의한 미분의 발생이 우려되기 때문에 설치하지 않는 것이 바람직하다. 최후단 UF 막보다 하류측에는 클린 배관 외에는 설치하지 않는 것이 바람직하다.

본 발명 장치에서는, 회수율을 지나치게 크게 설정하면 막면에 미립자가 퇴적될 우려가 있기 때문에, 회수율의 범위에 주의하는 것이 바람직하다. 제거 대상으로 하는 미립자의 입경, 피처리수의 유량 및 목표 수질로부터, 미립자 제거막종 및 설치 단수를 설계하는 것이 바람직하다.

막 장치에서는, 처리를 계속하면 시간이 경과함에 따라서 막면에 미립자가 축적됨으로써 처리수 중으로 미립자가 리크되는 경우가 있고, 또한 어떠한 외적 부하가 가해져 막이 파손된 경우에도 처리수 중으로 미립자가 리크되어, 얻어지는 초순수의 수질을 저하시킬 위험성이 있다. 이 때문에, 본 발명에서는 미립자 측정 수단을 형성하여 막 처리수의 미립자수를 모니터링하여 관리함으로써, 처리수로의 미립자의 리크를 미연에 방지하는 것이 바람직하다.

이하에, 도 4, 5 를 참조하여 미립자 측정 수단을 사용한 미립자 관리 시스템에 대해서 설명한다. 도 4, 5 에 있어서, 동일 기능을 나타내는 부재에는 동일 부호를 부여하고 있다.

미립자 측정 수단으로는 특별히 제한은 없고, 시판되는 미립자 측정 수단을 사용할 수 있다.

도 4 는, 제 1 막 장치 (17) 의 처리수의 미립자수를 측정하는 미립자 측정기 (31) 와 제 2 막 장치 (18) 의 처리수의 미립자수를 측정하는 미립자 측정기 (32) 를 형성하여 처리수의 미립자 관리를 실시하는 시스템을 나타내는 플로도이다.

이하에 있어서, 제 1 막 장치 (17) 에 공급되는 전단의 처리수 (예를 들어, 도 1 ∼ 3 의 초순수 제조 장치이면 혼상식 탈이온 장치 (16) 의 처리수) 를 「제 1 막 급수」라고 부르고, 제 2 막 장치 (18) 에 공급되는 물 (통상은 제 1 막 장치 (17) 의 처리수) 을 「제 2 막 급수」라고 부르고, 제 1 막 장치 (17) 의 처리수, 제 2 막 장치 (18) 의 처리수를 각각 「제 1 막 처리수」「제 2 막 처리수」라고 부른다.

도 4 에 있어서, 제 1 막 장치 (17), 제 2 막 장치 (18) 는, 각각 3 개의 막 모듈 (17A ∼ 17C, 18A ∼ 18C) 이 병렬로 형성되어 있다.

제 1 막 장치 (17) 의 각 막 모듈 (17A ∼ 17C) 에는, 각각 배관 (21) 으로부터 분기 배관 (21a, 21b, 21c) 을 거쳐 제 1 막 급수가 도입되고, 제 1 막 처리수가 분기 배관 (22a, 22b, 22c) 및 집합 배관 (22) 을 거쳐 제 2 막 장치 (18) 에 송급되고, 막 농축수가 분기 배관 (23a, 23b, 23c) 및 집합 배관 (23) 을 거쳐 서브 시스템의 입구측 (도 1 ∼ 3 의 초순수 제조 장치이면, 서브 탱크 (11)) 에 반송되도록 구성되어 있다. 마찬가지로, 제 2 막 장치 (18) 의 각 막 모듈 (18A ∼ 18C) 에는, 각각 집합 배관 (22) 으로부터 분기 배관 (24a, 24b, 24c) 을 거쳐 제 2 막 급수 (제 1 막 처리수) 가 도입되고, 제 2 막 처리수가 분기 배관 (25a, 25b, 25c) 및 집합 배관 (25) 을 거쳐 초순수로서 유즈 포인트에 송급되고, 막 농축수가 분기 배관 (26a, 26b, 26c) 및 집합 배관 (26) 을 거쳐 서브 시스템의 입구측 (도 1 ∼ 3 의 초순수 제조 장치이면, 서브 탱크 (11)) 에 반송되도록 구성되어 있다.

제 1 막 장치 (17) 의 각 막 모듈 (17A ∼ 17C) 로부터 처리수를 취출하는 분기 배관 (22a ∼ 22c) 과 집합 배관 (22) 에는, 각각 미립자 측정기 (31) 에 처리수의 일부를 채수하여 송급하기 위한 채수 분기 배관 (27a, 27b, 27c, 27d) 이 접속되어 있고, 각 분기 배관 (27a ∼ 27d) 에서 채수된 물은, 집합 채수 배관 (27) 을 거쳐 미립자 측정기 (31) 에 송급되어 미립자수의 측정이 이루어진다. 마찬가지로, 제 2 막 장치 (18) 의 각 막 모듈 (18A ∼ 18C) 로부터 처리수를 취출하는 분기 배관 (25a ∼ 25c) 과 집합 배관 (25) 에는, 각각 미립자 측정기 (32) 에 처리수의 일부를 채수하여 송급하기 위한 채수 분기 배관 (28a, 28b, 28c, 28d) 이 접속되어 있고, 각 분기 채수 배관 (28a ∼ 28d) 에서 채수된 물은, 집합 채수 배관 (28) 을 거쳐 미립자 측정기 (32) 에 송급되어 미립자수의 측정이 이루어진다.

V₁ ∼ V₁₈, V₂₀, V₃₀ 은 각 배관에 형성된 자동 밸브이다.

제 1 막 장치 (17) 의 막 모듈 (17C) 및 제 2 막 장치 (18) 의 막 모듈 (18C) 은 예비 막 모듈로서, 통상은, 막 모듈 (17A, 17B) 과 막 모듈 (18A, 18B) 에서 미립자 제거가 이루어진다.

따라서, 각 배관에 형성된 자동 밸브 (V₁ ∼ V₁₈, V₂₀, V₃₀) 중, V₇ ∼ V₉, 및V₁₆ ∼ V₁₈ 은 닫힘이 되고, 자동 밸브 (V₁, V₂, V₄, V₅, V₁₀, V₁₁, V₁₃, V₁₄) 가 열림으로 되어 있다. 또한, 자동 밸브 (V₃ 과 V₆ 과 V₂₀) 는 순서대로 개폐된다. 마찬가지로 밸브 (V₁₂ 와 V₁₅ 과 V₃₀) 는 순서대로 개폐된다.

제 1 막 급수는 배관 (21) 으로부터 분기 배관 (21a, 21b) 을 거쳐 막 모듈 (17A, 17B) 에 도입되어 막 처리되고, 처리수는 분기 배관 (22a, 22b) 및 집합 배관 (22) 을 거쳐 제 2 막 장치 (18) 에 송급된다. 막 모듈 (17A, 17B) 에서 미립자가 농축된 농축수는 분기 배관 (23a, 23b), 집합 배관 (23) 을 거쳐 서브 시스템 입구측의 서브 탱크로 반송된다.

제 1 막 처리수는 집합 배관 (22) 으로부터 분기 배관 (24a, 24b) 을 거쳐 막 모듈 (18A, 18B) 에 도입되어 막 처리되고, 처리수 (초순수) 는 분기 배관 (25a, 25b) 및 집합 배관 (25) 을 거쳐 유즈 포인트에 송급된다. 막 모듈 (18A, 18B) 에서 미립자가 농축된 농축수는 분기 배관 (26a, 26b), 집합 배관 (26) 을 거쳐 서브 시스템의 입구측의 서브탱크로 반송된다.

도 4 의 실시형태에서는, 자동 밸브 (V₃) 와 자동 밸브 (V₆) 와 자동 밸브 (V₂₀) 가 차례로 개폐되기 때문에, 막 모듈 (17A) 로부터의 처리수와 막 모듈 (17B) 로부터의 처리수와 이들이 합류한 제 1 막 장치 (17) 로부터의 제 1 막 처리수의 일부가 차례로 미립자 측정기 (31) 에 송급된다. 이 때문에, 1 개의 미립자 측정기 (31) 에 의해, 미립자 제거에 사용되고 있는 막 모듈 (17A, 17B) 의 처리수와, 이들을 합친 제 1 막 처리수 중의 미립자수를 차례대로 측정할 수 있다. 마찬가지로, 자동 밸브 (V₁₂) 와 자동 밸브 (V₁₅) 와 자동 밸브 (V₃₀) 가 차례로 개폐되기 때문에, 막 모듈 (18A) 로부터의 처리수와 막 모듈 (18B) 로부터의 처리수와 이들이 합류한 제 2 막 장치 (18) 로부터의 제 2 막 처리수의 일부가 차례로 미립자 측정기 (32) 에 송급된다. 이 때문에, 1 개의 미립자 측정기 (32) 에 의해, 미립자 제거에 사용되고 있는 막 모듈 (18A, 18B) 의 처리수와, 이들을 합친 제 2 막 처리수 중의 미립자수를 차례대로 측정할 수 있다.

이와 같이, 각 막 장치에 있어서 미립자 제거에 사용되고 있는 막 모듈의 각각 및 전체의 막 처리수에 대해서 처리수 중의 미립자수를 측정함으로써, 막 모듈 마다의 미립자의 리크 내지는 미립자 제거율의 저하를 검지하는 것과 함께, 막 장치 자체의 성능을 모니터링할 수 있다. 어느 하나의 막 모듈의 미립자의 리크 내지는 미립자 제거율의 저하를 검지한 경우에는, 당해 막 모듈로의 급수의 공급을 정지하고, 예비 막 모듈로의 급수로 전환하여, 예비 막 모듈에서 미립자 제거를 실시한다. 구체적으로는, 막 모듈 (17A) 의 처리수 중으로 미립자가 리크되기 시작하거나, 미립자 제거율이 저하되거나 한 것을 검지한 경우에는, 자동 밸브 (V₁, V₂, V₃) 를 닫힘으로, 자동 밸브 (V₇, V₈) 을 열림으로 하고, V₉ 에 대해서는 자동 밸브 (V₆) 및 자동 밸브 (V₂₀) 와 차례로 개폐되도록 함으로써, 막 모듈 (17B) 의 처리수와 막 모듈 (17C) 에 의해 미립자 제거의 막 처리를 실시함과 함께, 막 모듈 (17B) 의 처리수와 막 모듈 (17C) 의 처리수와 제 1 막 처리수의 일부를 차례로 채수하여 미립자 측정기 (31) 에 의해 미립자수의 측정을 실시한다. 그 동안에, 막 모듈 (17A) 에 대해서는 막 교환 등의 메인터넌스를 실시한다.

제 2 막 장치 (18) 에 대해서도 동일하게 처리를 실시할 수 있다.

미립자수 측정을 위한 물을 채수하기 위한 자동 밸브의 전환의 빈도에 관해서는 특별히 제한은 없지만, 1 개의 막 모듈 및 막 장치 전체의 막 처리수에 있어서, 30 ∼ 60 분간 연속해서 미립자수의 측정을 실시할 수 있는 정도인 것이 바람직하다.

이와 같이, 각 막 장치에 병렬로 형성된 막 모듈의 각각 및 당해 막 장치의 막 처리수에 대해서 처리수의 미립자 측정을 실시함과 함께, 필요에 따라서 유로 전환을 실시함으로써, 막 처리수로의 미립자의 리크를 확실히 방지하여, 고수질의 초순수를 안정적으로 얻을 수 있게 된다.

도 5 는, 도 4 에 있어서의 2 대의 미립자 측정기 (31, 32) 대신에 1 대의 미립자 측정기 (30) 를 형성하고, 채수 배관 (27a ∼ 27d) 및 채수 배관 (28a ∼ 28d) 으로부터의 물을 집합 채수 배관 (29) 을 거쳐 차례로 미립자 측정기 (30) 에 송급하여 각 처리수의 미립자수의 측정을 1 대의 미립자 측정기 (30) 에 의해 실시할 수 있도록 구성한 점이 도 4 에 나타내는 미립자 관리 시스템과는 상이하고, 그 밖에는 동일한 구성으로 되어 있다.

이와 같이, 복수의 막 장치에 대하여 1 대의 미립자 측정기를 형성하고, 자동 밸브의 전환에 의해 차례로 각 부의 처리수의 미립자수의 측정을 실시할 수 있도록 구성함으로써, 미립자 측정기의 대수를 삭감하여, 미립자 측정기를 초순수 제조 장치에 부설함으로써, 초순수 제조 장치가 과대해지는 것을 방지하고, 설비 비용의 저감, 메인터넌스 작업의 경감을 꾀할 수 있다.

막 장치에 형성되는 막 모듈의 수에는 특별히 제한은 없으며, 통상, 2 ∼ 20 개의 범위에서 설정된다. 또한, 예비 막 모듈은 1 개로 한정되지 않고, 2 개 이상 형성해도 된다.

막 처리수의 미립자수의 측정은, 최후단의 막 장치에 대해서 실시해도 되고, 또한 최후단 직전의 단의 막 장치에 대해서 실시해도 된다. 또, 다단으로 형성된 막 장치의 전부에 대해서 처리수의 미립자수의 측정을 실시해도 된다.

일반적으로, 최후단의 막 장치는 마무리의 미립자 제거를 실시하는 막 장치로서, 최후단 직전의 단까지의 막 장치에 있어서 어느 정도의 미립자 제거율이 얻어지면, 최후단의 막 장치의 처리수로의 미립자의 리크는 방지되기 때문에, 적어도 최후단 직전의 단의 막 장치에 막 처리수의 미립자수를 측정하는 미립자 측정 수단을 형성하는 것이 바람직하고, 최후단 직전의 단의 막 장치와 최후단의 막 장치의 양쪽에 미립자 측정 수단을 형성하여 이들 막 장치의 처리수의 미립자수를 측정하도록 하는 것이 바람직하다.

본 실시양태에서는, 제 1 막 장치 (17) 및 제 2 막 장치 (18) 도 그 농축수 (브라인수) 는 서브탱크로 반송되고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 별도 형성한 브라인 회수용 탱크에 공급하도록 해도 된다.

실시예

이하에 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

이하에 있어서, 미립자 농도는, 수중의 입경 10 ㎚ 이상인 미립자수를, 원심 여과-SEM 법에 의한 미립자 측정기에 의해서 측정하여 구한 값이다.

[실시예 1]

도 1 에 나타내는 초순수 제조 장치에 있어서, 서브 시스템의 말단의 제 1 막 장치 (17) 및 제 2 막 장치 (18) 로서 UF 막 장치 (외압형 중공사막, 재질 : 폴리술폰, 공칭 분획 분자량 : 6,000 (인슐린), 저지율 Re : 99.90 ％) 를 설치하여, 초순수를 제조하였다. 각 막 장치의 급수 및 처리수의 미립자 농도의 측정 결과 등을 표 1 에 나타낸다.

표 1 과 같이, 첫 번째 단의 제 1 막 장치 (17) 의 처리수 중의 미립자 농도는 1,000 개/ℓ 이상이지만, 제 2 막 장치 (18) 의 처리수 중의 미립자 농도는 51개/ℓ 로, UF 막 장치를 2 단으로 설치함으로써, 미립자 농도가 100 개/ℓ 이하가 되는 것이 인정되었다.

[실시예 2 ∼ 6]

제 1 막 장치와 제 2 막 장치의 막의 조합을 표 2 와 같이 한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 초순수를 제조하고, 수중의 미립자수를 측정하여 미립자 농도를 구하였다. 결과를 표 2 에 나타낸다. 또, UF 막 장치 이외의 각 막 장치로는 다음의 것을 사용하였다.

이온 교환기 수식되어 있지 않은 MF 막 장치 : 외압형 중공사막, 재질 : 표면개질 PTFE, 공경 50 ㎚

RO 막 장치 : 스파이럴형, 재질 : 폴리아미드

[실시예 7]

막 장치를 MF 막 장치-RO 막 장치-UF 막 장치의 3 단 직렬 설치로 한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 초순수를 제조하고, 수중의 미립자수를 측정하여 미립자 농도를 구하였다. 결과를 표 2 에 나타낸다. 또, 각 막 장치로는 상기한 것을 사용하였다.

표 2 와 같이, 실시예 2 ∼ 7 에 있어서도, 2 단 또는 3 단의 막 장치에 의해 미립자수가 적은 고수질의 초순수가 제조된다.

[실시예 8]

실시예 1 에 있어서, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 제 1 막 장치 (17) 의 UF 막 장치와 제 2 막 장치 (18) 의 UF 막 장치의 각각의 처리수 중의 미립자수를 측정하는 미립자 측정기 (Light house 사 제조「Nano Count 25＋」) (31, 32) 를 형성하여 초순수를 제조하였다.

제 1 막 장치 (17) 및 제 2 막 장치 (18) 의 UF 막 장치는 각각 UF 막 모듈 (17A ∼ 17C), UF 막 모듈 (18A ∼ 18C) 을 갖고, UF 막 모듈 (17C, 18C) 은 예비 막 모듈로 하여, 상시 UF 막 모듈 (17A, 17B) 과 UF 막 모듈 (18A, 18B) 에 의해 처리를 실시하였다.

이 때, 제 1 막 장치 (17) 에 있어서, 자동 밸브 (V₃ 과 V₆ 과 V₂₀) 의 전환 (빈도 30 분에 1 회) 에 의해, UF 막 모듈 (17A) 의 처리수와 UF 막 모듈 (17B) 의 처리수와 제 1 막 장치 (17) 의 제 1 막 처리수를 차례로 미립자 측정기 (31) 에 송급하여 미립자수의 측정을 실시하였다. 마찬가지로 제 2 막 장치 (18) 에 있어서도, 자동 밸브 (V₁₂ 와 V₁₅ 와 V₃₀) 의 전환 (빈도 30 분에 1 회) 에 의해, UF 막 모듈 (18A) 의 처리수와 UF 막 모듈 (18B) 의 처리수와 제 2 막 장치 (18) 의 제 2 막 처리수를 차례로 미립자 측정기 (32) 에 송급하여 미립자수의 측정을 실시하였다.

UF 막 모듈 (17A) 와 UF 막 모듈 (17B) 의 처리수의 미립자수의 측정 결과로부터 구한 미립자 농도의 경시 변화는 도 6a 및 6b 에 나타내는 바와 같으며, 동일한 막 장치에 형성된 UF 막 모듈이라도 로트마다 내구성에 차이가 있어, UF 막 모듈 (18A) 에서는, UF 막 모듈 (18B) 보다 조기에 미립자 리크가 시작되는 것을 확인하였다.

그래서, UF 막 모듈 (18A) 로부터 미립자 리크가 시작된 후, 즉시 자동 밸브의 전환에 의해, 제 1 막 급수를 UF 막 모듈 (17A) 과 UF 막 모듈 (17B) 에 송급하는 유로로부터, UF 막 모듈 (17B) 과 예비 UF 막 모듈 (17C) 에 송급하는 유로로 전환하여 처리를 계속한 결과, 실시예 1 과 동일하게 제 2 막 장치 (18) 로부터, 미립자 농도 100 개/ℓ 이하의 고수질의 초순수를 장기에 걸쳐 안정적으로 얻을 수 있었다.

상기한 바와 같이, 유로 전환을 실시하지 않고, UF 막 모듈 (18A) 로부터 미립자가 리크되기 시작한 후에도 그대로 UF 막 모듈 (17A) 과 UF 막 모듈 (17B) 에 의한 처리를 계속한 결과, UF 막 모듈 (17A) 로부터 미립자가 리크되기 시작하고 나서 600 일 후에는, 제 2 막 장치 (18) 의 처리수로부터도 미립자가 리크되기 시작하여, 초순수의 미립자수 관리값을 만족할 수 없게 되었다.

본 발명을 특정한 양태를 사용하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 의도와 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경이 가능함은 당업자에게 있어서 분명하다.

본 출원은, 2013년 10월 4일자로 출원된 일본 특허출원 2013-209175호 및 2014년 1월 28일자로 출원된 일본 특허출원 2014-013478호에 기초하고 있으며, 그 전체가 인용에 의해 원용된다.

1 : 전처리 시스템
2 : 1 차 순수 시스템
3 : 서브 시스템
17 : 제 1 막 장치
17A, 17B, 17C : 제 1 막 모듈
18 : 제 2 막 장치
18A, 18B, 18C : 제 2 막 모듈
30, 31, 32 : 미립자 측정기

Claims

1 차 순수로부터 초순수를 제조하는 서브 시스템을 갖는 초순수 제조 장치로서,
그 서브 시스템의 최후단에 막 장치가 형성되어 있는 초순수 제조 장치에 있어서,
그 막 장치가 직렬로 다단으로 설치되어 있으며, 제 1 단의 막 장치는 UF 막 장치, MF 막 장치 또는 RO 막 장치이고, 최후단의 막 장치는 UF 막 장치 또는 이온 교환기 수식되어 있지 않은 MF 막 장치인 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.

제 1 항에 있어서,
상기 막 장치로서, UF 막 장치가 직렬로 2 단으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.

제 1 항에 있어서,
상기 막 장치로서, MF 막 장치, RO 막 장치 및 UF 막 장치가 이 순서대로 3 단으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.

제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 최후단 직전의 단의 막 장치의 처리수의 미립자수를 측정하는 미립자 측정 수단을 형성한 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.

제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 최후단의 막 장치의 처리수의 미립자수를 측정하는 미립자 측정 수단을 형성한 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.

제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
2 이상의 상기 막 장치의 처리수의 미립자수를 측정하는 미립자 측정 수단을 형성한 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.

제 6 항에 있어서,
상기 미립자 측정 수단은, 각 막 장치마다 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.

제 6 항에 있어서,
복수의 막 장치에 대하여 1 대의 상기 미립자 측정 수단이 형성되어 있고, 미립자수 측정을 위해 각 막 장치로부터 그 미립자 측정 수단에 송급하는 처리수를 차례대로 전환함으로써, 그 1 대의 미립자 측정 수단에 의해 각각의 막 장치의 처리수의 미립자수의 측정이 이루어지는 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.

제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 막 장치는, 병렬로 형성된 2 이상의 막 모듈을 갖고,
그 2 이상의 막 모듈의 각각의 처리수의 취출 배관으로부터 분기된, 미립자수 측정을 위한 물을 채수하여 상기 미립자 측정 수단에 송급하기 위한, 자동 밸브를 구비한 채수 배관이 형성되어 있고,
그 자동 밸브의 전환에 의해, 각 막 모듈마다 처리수의 미립자수의 측정이 이루어지도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.

제 9 항에 있어서,
또한, 상기 2 이상의 막 모듈로부터의 각 처리수가 합류하는 상기 막 장치의 처리수의 취출 배관으로 분기되어, 미립자수 측정을 위한 물을 채수하여 상기 미립자 측정 수단에 송급하기 위한, 자동 밸브를 구비한 채수 배관이 형성되어 있고,
상기 2 이상의 막 모듈의 각각의 처리수의 취출 배관으로부터 분기된 채수 배관에 형성된 자동 밸브와, 그 막 장치의 처리수의 취출 배관으로부터 분기된 채수 배관에 형성된 자동 밸브의 전환에 의해, 그 각 막 모듈마다 처리수의 미립자수와 그 막 장치의 처리수의 미립자수의 측정이 이루어지도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 초순수 제조 장치.