TW200538401A - Extra-pure water production equipment - Google Patents

Description

20053&4ftl)c 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 斤本發明為關於超純水製造装置，特別是有關能夠製 溶氧等雜物濃度極低的超純水之製造裝置。 ° 【先前技術】 先前熟知的超純水製造裝置配備前置處理系一心 純水系統、以及二次純水系統（或稱次系統）。此種= 水製造裝置’係將工業用水等之原水，在配設凝集沈殿裳 置等的前置處理系統處理之後，在配設除去礦物質之^ =次純㈣統處理產生—次純水，再於二次純水系^除 紊该—次純水的微量雜物，以製造出電阻率在15^ ΜΩχηι程度的超純水。 上述之方式製造的超純水，雖然可用於半導體製品的 ΐ致圖ί超純水中含有金屬或有機物等之雜物時，有可能 陷等之半導體製品的不良。因此，在製造超純 導^ ’ θ要求盡力除去該錄物。制在近年，隨著半 =品的高積體化’對超純水的水質要求吏加嚴格，要 小財齡（TQC)濃度小於1Ug/L，金屬濃度 厚声超純水中含有溶氧，則半導體製品的氧化膜之 具i的〜工制，故對超純水的溶氧濃度，亦要求極力減少。 因=，近年對超純水的溶氧濃度，要求在5ug/L以下。 度&為減低用超純水裝置製造的超純水之溶氧濃 提案，在紫外線氧化裝置的後段配置離子交換裝 6

20053雜 JL 置及脫氣膜裝置的超純水製造裝置（專利文獻υ。 設置在超純水裝置的紫外線氧化裝置，為利用紫外線 U—次純水中的微量有機物氧化分解。有機物的氧 的二氧化碳等，由設在料線氧化I置之後段 Ιΐΐ，置除去·在紫外線氧化裝置的紫外線照射處 ^ 8、因糸外線的照射量過多會產生過氧 線氧化裝置產生的過氧化氣等，在後= 父換裝置被》解發生氧，因此純水巾溶氧濃度上升。 專敎獻1所述_純水製造裝置，在離子 =換裝置後段設置脫氣膜裝置，能夠除去在離子交 为解，^生的氧，所以可減低超純水的溶氧濃度。 子交換樹脂，故在紫外線氧化裝置後段設置離 ΓΓΓ離子交換樹脂被分解，由離子交換裝置溶出分解 生，物。此溶出物質成為超純水水化 =咖的金屬離子溶出，亦成為超純水:質： 法，段再設置雜物除去裝置的想 tϋ段的離子交縣置溶出的物 置的負荷高，則該雜物除去裝置的壽命短。物除去裝 雜物除去裝置等的超純水製造裝置的構成部 時，需停止超純水製造裳::工， 止期中，半導想製品的製造亦停止。又，在超 7 20053,84^ ，的運轉再開始之m排出二次純 後，超純水製造裝置内滯留的液體，有必要月f4 小時左右的時間，開動該裝置。 費12〜24 因此’超純水製造裝置，要求需能夠長期 例如要求連續運轉三年以上。 連,運轉， 【發明【=獻π a本專利特開平9_2925叫 本發明之目的為提供一種超純水製 在紫外線氧化裝置後段的離子交換裝置之溶^減= 夠長期間連續製造高水質的超純水。 ，並能 氧化卜線 ;置的紫外線氧化裝践段，配超 δ 搭载觸媒的觸媒載體’以及陰離子交換樹脂。、此 理-化裝置__合塔’為構成該處 統。該置超Λ水/造裝置之二次純水系 ，―次純水系統處高後’電阻率10廳.cm以上， 且水以外的雜物甚少之液體。 純水C氧化裝置配有紫外線燈，為用以分解該一次 二二21少量之有機物的裝置。該紫外線氧化裝置裝 = 使用能照射紫線波長254nm附近或 紫外線Λ的燈’例如低壓水銀燈等。波長i85nm附近的 m匕波長254請附近的紫外線，有機物分解能力高， 8 20053i&4QJ〇c 意:=氧化裝置的構造，可採用滯留型’或流通 裝置後段，順序配置只二觸=亦可考慮在紫外線氧化 交換樹脂的陰離子交換===，離子 陰離子交換難朗媒龍鱗在同—料難系統，將 觸媒混合塔内，除觸_體與陰離子交^樹外又’在 含有陽離子交換樹脂亦可。 、卜’例如 = Ϊ此合塔内’該些陰離子交換樹脂與觸媒载體八 開保持亦可，以混合之狀態保持亦可。觸媒混人，體刀 :子=脂與觸媒載體分開保持之所謂的複:二2 ;離==側配置觸媒栽趙層，在 觸媒混合塔的構造最好使觸媒載體對陰離 的混合比率，成觸媒載體為陰離子交換樹脂的3〜2〇、= :’特別弋8〜13重量%之比率更佳。觸媒載艟 ： 太少時，會降低過氧化氫的分解效率。相反地，2 的混合比率太多，則增大賴健自身溶出_ H體 在觸媒混合塔充填的陰離子交換樹脂，使用里。 的強碱性陰離子交換樹脂較佳，但弱碱性 脂亦可使用。X ’陰離子交換樹脂的基體之 ^換樹 限制，例如苯乙稀系、丙稀基系、甲_基系，之 基體皆可使用。陰離子交換樹脂的基體之構造亦鼓特別= 9 20053i854ilJ〇c 特別是凝 制，凝膠型、多孔型，及高多孔型基體皆 膠型較適合。 在載體塔載的觸媒，只要能夠分解過氧化氯 =特別限制’具體的說鈀、二氧化錳、及氯化鐵皆。 中，含有鈀的鈀合金，因觸媒本身溶出之溶出 少，較為適用。 、里季乂

搭載觸媒的載體，有離子交換樹脂、活性碳、氧化鋁， 及彿石等。_是使驗離子交換樹脂為舰，搭載觸媒 的觸媒載體形成的觸媒樹脂，容易與陰離子交換樹脂均勻 混合，所以較佳。 觸媒載體的大小及形狀無特別限制，粒狀及小球狀任 「皆可使用。但，多角形狀的觸媒載體由觸媒混合塔流出 後’對後段的裝置有造成負擔之可能，故以使用如陰離子 父換樹脂等的離子交換樹脂搭載的球形觸媒載體較佳。 在觸媒混合塔的被處理液的液體通過速度 SV=1 〇〜2001^-1左右較佳。被處理液的流通方向無限定，但 觸媒載體與陰離子交換樹有時比重不同，此塲合為使該二 者保持適當的混合狀態，以向下流通較佳。 ^本發明，在觸媒混合塔後段配置膜除氣裝置，再於脫 氣祺裝置後段設置除去礦物質裝置更佳。 脫氣付裝置現用的有由被處理液導入之空間（以下稱 厂、 液體室」）與被處理液中的氣體移轉之空間（以下稱「吸 氣至」）以及其間的脫氣膜形成。該吸氣室可用真空吸氣 器減壓，將導入液體室的被處理液中所含的氣體，透過脫

20053雜 L 氣膜移轉到錢室側，以除去被處理財的氣體。 氧化:3裝ί中配設的脫氣膜只要能透過氧、氮、及二 別’又不能透過液體的薄臈即可使用，無特 四具體例有糊橡膠系、四氟乙_、聚 :既：稀糸、聚稀烴系，及聚亞胺醋系等 膜。脫軋膜的形狀有中空絲狀膜、平面狀臈等。 时膜裝置後段的除礦物找置，可使用電氣式 :f物㈣置’或離子交換樹脂塔等任意之I置。離子交 換树脂塔，可使用险離子

Mu π 料換娜的早床層、與陽離子交 j曰，早床層設在同一塔内的複層式塔，或用設置陰離 ^、樹脂觸離子交_脂混合之混合床的混床式塔亦 二i Ϊ礦物質装置之構造’用陰離子交換樹脂的單床 *子交換塔’與陽離子交換樹脂的單床之陽離子交換 塔，串聯連接構成亦可。 、 上述的除礦物質裝置之中，配設強酸性陽離子交換樹 二”強域性陰離子交換樹脂混合的混合床之非再生型離子 月曰塔’其離子除去能力高，由除礦物倉 物質少，特別適用。 π 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 菫，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下。 ° 【發明之效果】 、本I明，在各外線氧化裝置分解有機物，除去被處理 液即一次純水中的有機物。有機物的氧化分解產生 L nrVi 11 20〇53i§4pQdlc 化碳等之分解生成物，在配設於有機物氧化裝置後段的觸 媒混合塔’由塔内保持的陰離子交換樹脂除去。因此，本 =的超純水製造褒置，在陰離子成份形成的負荷很高之 %合，亦能製造高水質的超純水。 由t外線氧化裝置排出的液體（以下稱「氧化處理水」 :=有魏化氫或臭氧等。氧化處理水巾含有過氧化氯 專’，、陰離子交換樹脂接觸時，被分解產生氧氣同時也分 =離子交換樹脂。本發_裝置，在含有過氧化氯的氧 拔水導人之觸舰合勒’充·離子交換樹脂及觸 ，載體，過氧化氫等優先與載體搭載的觸媒反應分解，可 抑制陰離子交換樹脂的分解。因此，由觸媒混合塔排出的 下稱「混合塔流出水」）中，溶出的樹脂分解物 心又’本發明之震置，在觸媒混合塔内保持觸媒載體， 錢進在氧化處理水中所含的過氧化氫等的分解。因此， 在觸媒混合塔流出水中’幾無過氧化氫等殘留。所以，依 ^發明’可防止通過設在觸媒混合塔後段的脫氣膜裝置之 ，體中殘留過氧化氫等，能夠防止在脫氣膜裝置後段，過 軋化氫等被分解產生氧升高溶氧濃度。 尚且，在觸媒混合塔後段配置脫氣膜襄置，能夠除去 在觸媒混合塔分解過氧化氫等產生的氧等之氣體。又在脫 ，裳置後段設置除礦物質裝置，能夠除去由脫氣職置 =出的金屬離子等之離子性物質，故能夠製造金屬濃度小 於lng/L的高水質之超純水。 12 20053_l 因在脫氣膜裝置的前段，設置包含陰離子交換樹脂與 觸媒載體的觸媒混合塔’由觸媒混合塔溶出的物質量極 少，在後段的除礦物質裝置，能夠長期間繼續使用。因此， 依本發明，此夠長期間連續製造溶氧或金屬等雜物濃度極 低的南水質之超純水。 【實施方式】 以下利用圖面說明本發明的實施例。

圖1示本發明第一實施例之超純水製造裝置1的模式 圖。超純水製造裝置i配設貯留槽2、紫外線氧化裝置3、 觸媒混合塔4、脫氣膜裝置5、除礦物裝置6，以及配備超 過濾膜的過濾膜裝置7。在貯留槽2内有未圖示的前置處 理系統，以及在一次純水系統處理過的一次純水貯存。 該前置處理系統設有凝聚沈澱裝置或過濾裝置等，用 =除去工業用水等原水中所含的懸濁物質或有機物之一部 刀 夂純水系統為除去由前置處理系統供給的液體（過

濾水）中的雜物，製造出電阻率ΙΟΜΩχιη以上、溶氧濃 度〇〜lOOOpg/L、有機物濃度〇〜2〇(Lig/L、金屬濃度〇〜㈣L 的、人、、、屯水之裝置。一次純水系統，例如由除礦物質 過縣置、以及脫氣膜裝置等構成。 5、除石外線氧化裝置3、觸媒混合塔4、脫氣膜裝置 處理^，除ii6、及過滤膜裝4 7，係以一次純水為被 tIc ^ ^ -人純水中所含的微量之雜物製造出超純 人純水系統或輔助系統。 貫把例的紫外線氧域置3，配備照射波長185nm 13 20053纖c 附近及254nm附近的紫外線之低壓水銀燈（140w，1()支）。 該觸媒混合塔4、配備強碱性陰離子交換樹脂，及以 陰離子交換樹脂為載體搭餘的觸媒載體亦即觸^樹脂， 混合的觸媒混合床。該觸媒樹脂，為用陰離子交換樹脂與 乳化把的酸性溶液接觸調整形成。該觸媒混合床，係用該 觸媒樹脂對強碱性陰離子交換樹脂，成5〜1〇 率 混合構成。 脫氣膜裝置5，係用聚丙烯系的高分子膜形成中空 • 絲狀氣體分離膜，以該氣體分離膜為間隔，對向設置液艚 室及吸氣室。該脫氣膜裝置5，在液體室導入被處理液， 在及氣至降低壓力’使被處理液所含的氣體移轉到吸氣 室’將被處理液中溶氧濃度降至WL以下，全部之溶氣 濃度降至3000ng/L以下。 除礦物質裝置6，為配備用強石咸性陽離子交換樹脂及 強酸性陰離子父換樹脂，以i對i的比率混合的混合床之 混床式離子交換樹脂塔。又在該除礦物質裝置6的後段， 設有裝配超過滬膜的過濾膜裝置7。 麟 貝丁留槽2、紫外線氧化裝置3、觸媒混合塔4、脫氣膜 裝置5、除礦物質裝置6，及過濾膜裝置7，依上述之順序 配置，鄰接的裝置間用配管串聯連接。該超純水製造裝置 1，亦可包含该些以外的機器，例如在紫外線氧化裝置3 的前段，可設置熱交換器。 本實施例的超純水製造裝置1，用送液泵（未圖示） 等將在貯留槽2中暫時貯留的一次純水，由貯留槽2導入 14

20053錄 JL 务外線氧化裝置3。在該紫 亦即-次純水所含的有機^裝置3中’被處理液 等。又由於在料㈣㈣=7解’產生過氧化氫 站机- 》卜線化裝置3的紫外線照射，-次纯水 被杈囷，細菌等的繁殖受到抑制。 砘欠 在紫外線氧化裝置3處理過的游辦. 排出紫外線氧化裝置3。成為氧化處理水 乂 °Λ虱化處理水成為觸媒混合塔4 Ϊ被處理液，在觸媒混合塔4内以购〇〜2()()1^左右， 最好SV=50〜150hr-1流通。導入、H人w 工 水，人二導觸媒混合塔4的氧化處理 紘J 觸’過氧化氫等被分 子“被=亦與強雜陰離子交換樹脂接觸，其碳酸離 在觸媒混合塔4處理過的液體，成為混合塔流出水排 出觸媒混合塔4,再供給脫氣縣置5。脫氣膜裝置5即以 混合塔流出水為被處理液’除去混合塔流出水中所含的溶 氧等氣體。在脫氣膜裝置5脫氣處理的液體（以下稱「脫

氣處理水」），尚含有由觸媒混合塔4或脫氣 出的微量之雜物。 L 此處，再將該脫氣處理水供給除礦物質裝置6，除去 溶存離子。本發明的該除礦物質裝置6，為非再生型^離 子交換樹脂，在離子交換樹㈣吸著量賴和點之場人， 可替換離子交換樹脂。 ϋ 本發明，在紫外線氧化裝置3與除礦物質裝置6之間， §史置含有觸媒載體及陰離子交換樹脂的觸媒混合塔，故除 礦物質裝置6的負荷較低。因此，可小型化除礦物質裝& 15

20053臟L ”礦物質裝置6中充填的離子交換樹脂之交換 頻度，肖b夠維持三年以上的長期連續運轉。 在除礦物質裝置6處理過的液體（以下稱「除礦物處 理7」仪給過濾膜裝置7，除去在除礦物質裝置ό未能 除去的至屬Μ粒子等的不溶性成份。由過濾膜裝置7排出 之液體為雜物》辰度極低的超純水。如上述，使用本發明 的超純水製造裝置1，能夠製造電阻率18〜18 25ΜΩ cm左 右、有機物濃度（T〇C) WL町、溶氧濃度5喊以 下、金屬濃度lng/L以下的超純水。 由過渡膜裝置7排出的超純水，通過配營供仏％力车 導體製品清洗裝置的使用點8。又如圖1所示，^使用點8 未利用的超純水，再經配管送回貯留槽2循環。如上述， 超純水製造裝置1經常在運轉，超純水用配管等滯留，能 夠防止細菌繁殖，或由裝置之構成零件有金屬等之物質溶 出而降低水質。 【第一實施例】 使用圖1所示的超純水製造裝置1，製造超純水處理 之被處理液為原水經前置處理裝置及一次純水系統處理後 的一次純水。該前置處理裝置，配備有凝聚沉澱裝置及砂 過濾裝置。又該一次純水系統，配備有二床三塔式離子交 換樹脂塔、逆滲透膜裝置、以及真空脫氣裝置。 該原水的水質為導電率20ms/m、TOC濃度 700〜120(^g/L、溶氧濃度6〜8mg/L、金屬濃度〇〜2〇 mg/L， 其一次純水的水質為電阻率17·8ΜΩχιη、TOC濃度

20053緣 L 1〜5pg/L、溶氧濃度10〜5(^g/L、金屬濃度i〇〜100ng/L。又， 在觸媒混合塔4的通液速度SV=80hr-1。 【比較例一】 圖1的超純水製造裝置1，該觸媒混合塔4改用強域 性陰離子交換樹脂與強酸性陽離子交換樹脂的混床式之離 子交換樹脂塔，再取消隱礦物質裝置6構成比較例一的超 純水製造裝置。即在比較例一將一次純水依順序通過紫外 線氧化裝置、混床式離子交換樹脂塔、脫氣膜裝置、以及 超過濾膜裝置，製造超純水。 該混床式離子交換樹脂，除未含有觸媒樹脂之外與第 一實施例同樣構成，其他的紫外線氧化裝置、脫氣膜裝置， 及超過濾膜裝置之構造與第一實施例相同。 【比較例二】 比較例二為在比較例一的超純水製造裝置之脫氣膜裝 置後段，配置與第一實施例所用的同樣之離子交換裝置。 即在比較例二，將一次純水依順序通過紫外線氧化裝置、 混床式離子交換樹脂塔、脫氣膜裝置、混床武離子交換樹 脂塔、以及超過濾膜裝置，製造出超純水。 表一示在第一實施例及比較例一、二的各裝置出口採 取之液體中的過氧化氫濃度。又，以下的表中「UV」示紫 外線氧化裝置、「ADI」示觸媒混合塔、「MD」為脫氣膜 裝置、「DI1」為混床式離子交換樹脂塔、「DI2」為混床 式離子交換樹脂塔、「UF」為超過濾膜裝置。數值單位除 金屬濃度外，其他全部為pg/L。 17 20053_丄 表一 一次純水 UV出口 ADI 出口 DI1 出口 MD出口 DI2 出口 UF出口 第一實施例 <1 12 4 1 <1 <1 比較例一 <1 12 6 6 — 6 比較例二 <1 12 6 6 5 5 表二示第一實施例及比較例一、二的各裝置出口採取 之液體中的溶氧濃度。 表 — 一次純水 UV出口 ADI 出口 DI1 出口 MD出口 DI2 出口 UF出口 第一實施例 10 10 12 <1 <1 <1 比較例一 10 10 15 <1 — <1 比較例二 10 10 15 <1 2 2

表三示第一實施例及比較例一、二的各裝置出口採取 之液體中的TOC濃度。 表三

一次純水 UV出口 ADI 出口 DI1 出口 MD出口 DI2 出口 UF出口 第一實施例 3.0 2.0 <1 <1 <1 <1 比較例一 3.0 2.0 <1 1.5 — 1.5 比較例二 3.0 2.0 <1 • 1.5 <1 <1 表四示第一實施例及比較例一、二的各裝置出口採取 之液體中的金屬（Fe)濃度，其數值單位為ng/L。 表四 一次純水 UV出口 ADI 出口 DI1 出口 MD出口 DI2 出口 UF出口 第一實施例 3 4 4 4 <1 <1 比較例一 3 4 <1 2 — 2 比較例二 3 4 <1 2 <1 <1 18

20053_fL 如表·—表四所示，在比較例一、二，超過濾膜出口 水（超純水）的溶氧濃度、TOC濃度，及金屬濃度的任一 項變高。相對地在第一實施例過氧化氫、溶氧濃度，及Toc >辰度皆小於lpg/L，其金屬濃度亦小於lng/L，證實能製造 高水質的超純水。 【第二實施例】 第二實施例與第一實施例同樣使用圖1所示的超純水 製造裝置，惟改變通過觸媒混合塔4的通液速度進行試 驗。具體的說，在觸媒混合塔4的通液速度，在第一實施 例SV=8〇，第二實施例改為SV=53。又，由紫外線氧化裝 置3的出口供給觸媒混合塔4的液體之過氧化氫濃度，在 第一實施例為如表一所示的12gg/L，第二實施例為 29^g/L 〇 【比較例三】 該觸媒混合塔，改用不含強械性陰離子交換樹脂的觸 媒樹脂單獨充填的觸媒塔，變化該觸媒塔的通液速度進行 通液試驗。該紫外線氧化裝置3的出口液的過氧化氫濃度 與弟二實施例相同為29pg/L。 圖2示第二實施柄及比較例三的試驗結果。圖2中的 縱軸示由在紫外線氧化裝置3出口的液體之過氧化氫濃 度’與在觸媒混合塔4出口的液體的過氧化氫濃度，推算 之過氧化氫的分解率（％)。橫軸示對觸媒樹脂的通液速 度（SV)。在圖2中，過氧化氫的分解率（〇/〇)用符號H 表示，第二實施例的試驗結果用符號PE2代表之四角形點 19

53_fL 比較例三的結果用CE3代表之三角形點表示。第二 ^列的麟齡塔4巾充填_子交換職及觸媒樹 :媒麻的比率為陰離子交換樹脂的5重量％，故對 觸媒樹脂的通液速度成為SV=1〇65。

左比較例三用觸媒樹脂單獨處理，其過氧化氳的分解率 &通液速度增大喊低，過氧城的分醉與通液速度之 關係顯示出如圖2所示的直線狀。另一方的第二實施例， 使用觸媒樹脂與陰離子交麵脂的混合床處理之結果，與 由比較例二的試驗結果導出之直線相比，可推想出第二實 施例的過氧化氫之分解率遠高於比較例三。 …本發明的超純水製造裝置，可適用於LSI《晶圓等之 半導體製品之製造，或醫藥品的製造。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限^本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 ^ 【圖式簡單說明】 圖1示本發明實施例的超純水製造裝置之模式圖。 圖2示第二實施例與比較例三的試驗結果。 【主要元件符號說明】 1超純水製造裝置 2 貯留槽 3紫外線氧化裝置 4觸媒混合塔 200538401 16544pif.doc 5 脫氣膜裝置 6 除礦物質裝置 7 超過濾膜裝置 8 使用點

Claims (1)

1. 20053細丄 十、申請專利範圍： 1. -種超純水製造裝置，為配設有紫外線氧化裝置， 導入-次純水為被處理液製造超純水的^置卜:豆特徵為: 在該紫外線氧化裝置後段，s ....... ^ ^ ^ ^ ^ . 段仅配置觸媒混合塔，該觸媒 t合塔内有在賴搭_媒__體，以及陰離子交換 樹脂。 、 特代L如Γ請專利範圍第1項所述的超純水製造裝置，i 物媒混合塔後段，再配置職騎置以及除礦 特符i上申請專職㈣2項所述的超純水製造裝置，复 離;勿質襄置’係為配設由陰離子交換樹脂邀陽 人換祕脂混合的混合床式離子交換樹脂塔。 〃纺 22