特開 2023-127080 超純水製造システム及び超純水の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023127080

(43)【公開日】2023-09-13

(54)【発明の名称】超純水製造システム及び超純水の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/42 20230101AFI20230906BHJP

   C02F 1/32 20230101ALI20230906BHJP

   B01J 20/20 20060101ALI20230906BHJP

   B01D 39/16 20060101ALI20230906BHJP

【ＦＩ】

C02F1/42 A

C02F1/32

B01J20/20 D

B01D39/16 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022030638

(22)【出願日】2022-03-01

(71)【出願人】

【識別番号】000004400

【氏名又は名称】オルガノ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123788

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 昭夫

(74)【代理人】

【識別番号】100127454

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 雅昭

(72)【発明者】

【氏名】星野 隆文

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 匡

【テーマコード（参考）】

4D019

4D025

4D037

4G066

【Ｆターム（参考）】

4D019AA01

4D019BA13

4D019BB03

4D019BC05

4D025AA04

4D025AB05

4D025AB16

4D025BA17

4D025BB09

4D025CA06

4D025DA03

4D025DA04

4D025DA05

4D025DA06

4D025DA10

4D037AA03

4D037AB18

4D037BA18

4D037CA01

4D037CA02

4D037CA03

4D037CA04

4D037CA15

4G066AA05B

4G066AA43B

4G066BA03

4G066CA01

4G066CA25

4G066DA03

(57)【要約】

【課題】クリーンルーム内などにおいて、ホウ素が十分に除去された超純水を製造する。
【解決手段】外気と連通して一次純水を貯える一次純水タンク２０と、一次純水タンク２０に接続して超純水を製造するサブシステム３０と、を備え、サブシステム３０において製造された超純水のうち使用されなかった超純水が一次純水タンク２０に循環する超純水製造システムにおいて、サブシステム３０は、ホウ素選択性樹脂が充填されたホウ素除去装置３３と、ホウ素除去装置の下流に設けられた非再生型イオン交換装置３５と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外気と連通して一次純水を貯える一次純水タンクと、前記一次純水タンクに接続して超純水を製造するサブシステムと、を備え、前記サブシステムにおいて製造された超純水のうち使用されなかった超純水が前記一次純水タンクに循環する超純水製造システムにおいて、
前記サブシステムが、ホウ素選択性樹脂が充填されたホウ素除去装置と、ホウ素除去装置の下流に設けられた非再生型イオン交換装置と、を有することを特徴とする、超純水製造システム。

【請求項2】

前記一次純水タンクは、エアベントフィルタを介して前記外気に連通する、請求項１に記載の超純水製造システム。

【請求項3】

前記エアベントフィルタは前記外気中のホウ素成分を通過させるフィルタである、請求項２に記載の超純水製造システム。

【請求項4】

前記サブシステムにおいて前記ホウ素除去装置の下流であって前記非再生型イオン交換装置の上流に紫外線酸化装置が設けられている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超純水製造システム。

【請求項5】

供給水から一次純水を生成する一次純水システムを備え、前記一次純水システムで生成された一次純水が前記一次純水タンクに供給される、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超純水製造システム。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれか１項に記載の超純水製造システムをクリーンルーム内に設置して超純水を製造する、超純水の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えばクリーンルーム内などに設置できる超純水製造システムと、超純水の製造方法とに関する。

【背景技術】

【0002】

研究機関の実験室などにおいて手軽に超純水を製造できるシステムとして、例えば特許文献１や特許文献２に記載された純水製造装置がある。特許文献１に記載された純水製造装置は、供給水から一次純水を生成する一次純水システムと、一次純水を貯える一次純水タンクと、一次純水タンクから一次純水が供給されて超純水を生成するサブシステム（二次純水システム）と、サブシステムから超純水が供給されて超純水の採水に用いられる採水ディスペンサーとを備えている。サブシステムは、一次純水タンクから一次純水が供給される紫外線酸化装置と、紫外線酸化装置の後段に設けられた非再生型イオン交換装置とを備えている。サブシステムでは、採水ディスペンサーに供給されなかった超純水が、一次純水タンクに循環し、これにより循環精製が行われる。特許文献１に開示される純水製造装置は、一次純水システムとサブシステムとが同一の筐体に収容されるとともにこの筺体に隣接して一次純水タンクを配置できるように構成されており、卓上型の装置として、実験台の上などに載置することできる。特許文献２に開示された純水製造装置では、サブシステムにおいて純水が循環する配管が採水ディスペンサーにまで引き延ばされ、サブシステムでの純水の循環系統内に採水ディスペンサーも組み込まれている。

【0003】

半導体装置製造に関連する分野において超純水を使用するときは、超純水中のホウ素濃度を極力低減することが求められる。特許文献３は、長期間にわたってホウ素が高度に除去された超純水を得るために、超純水製造システムの一次純水システムに、ホウ素吸着性樹脂と強塩基性アニオン交換樹脂とを混合して充填したイオン交換装置を設けることを開示している。同様に特許文献４は、ホウ素選択性イオン交換樹脂からのＴＯＣ（全有機炭素；Total Organic Carbon）成分の溶出が超純水製造システムのサブシステムに与える影響を抑えつつホウ素濃度を低減した超純水を得るために、被処理水の供給側にホウ素選択性イオン交換樹脂が配置され排出側にホウ素選択性イオン交換樹脂以外のイオン交換樹脂が充填されたイオン交換装置を超純水製造システムの一次純水システムに設けることを開示している。

【0004】

一般に半導体装置の製造や半導体装置に関する研究は、クリーンルーム内に行われる。クリーンルームでは、ＨＥＰＡフィルタ(High Efficiency Particulate Air High Filter)やＵＬＰＡフィルタ(Ultra Low Penetration Air Filter)を使用してその室内の空気を常時濾過することにより、空気中の浮遊粒子（例えば、ごみや塵埃）を除去して清浄な環境を保っている。ＨＥＰＡフィルタは、定格風量において、粒径が０．３μｍの粒子に対して９９．９７％以上の粒子捕集率をもつエアフィルタのことであり、ＵＬＰＡフィルタは、定格風量において、粒径が０．１５μｍの粒子に対して９９．９９９５％以上の粒子捕集率をもつエアフィルタのことである。ＨＥＰＡフィルタやＵＬＰＡフィルタには濾材としてガラスフィルタが使用されていることが多い。非特許文献１には、クリーンルーム内の空気におけるホウ素濃度が、屋外の大気におけるホウ素濃度よりも高いこと、そのホウ素はＵＬＰＡフィルタに由来すると推定されることが記載されている。非特許文献１には、一例として、屋外の大気におけるホウ素濃度が１７ｎｇ／ｍ³であったときに、クリーンルーム内の空気におけるホウ素濃度が１３０ｎｇ／ｍ³であったことを記載している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１８－２０２２９３号公報

【特許文献2】特開２０２０－６２９５号公報

【特許文献3】特開２０１６－４７４９６号公報

【特許文献4】特開２０１８－８６６１９号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】Technical News クリーンルーム空気中の微量物質の分析 TN045［online］、株式会社住化分析センター、［２０２２年１月２０日検索］、インターネット＜URL: https://www.scas.co.jp/technical-informations/technical-news/pdf/tn045.pdf＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１あるいは特許文献２に示されるような装置をクリーンルーム内に配置して超純水を製造すると、得られる超純水におけるホウ素濃度が十分に低下しないことがある。

【0008】

本発明の目的は、ホウ素が十分に除去された超純水を製造することができる超純水製造システムと製造方法とを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明者らは、クリーンルーム内に製造される超純水におけるホウ素濃度が高くなる現象について検討したところ、次の知見を得た。すなわち、超純水製造システムのサブシステムに設けられる一次純水タンクの液面は、ユースポイントで実際に使用される超純水の量や、そのタンクへの一次純水の供給量によって変動する。大型の超純水製造システムであれば、窒素ガス（Ｎ_２）パージを行っているので、一次純水タンクにおいて液面上の空間は窒素ガスで満たされているが、卓上型のような小型の超純水製造システムでは、一次純水タンクはエアベントフィルタを介して外気に連通しており、一次純水タンクの液面の変動に伴ってエアベントフィルタを介してタンク外部の空気が一次純水タンクに入り込む。小型の超純水製造システムがクリーンルーム内に設置されていれば、クリーンルーム内の空気に含まれているホウ素成分が一次純水タンク内に侵入して一次純水タンク内の純水に溶解し、サブシステムで得られる超純水におけるホウ素濃度の上昇を引き起こす。サブシステム内では超純水が循環するので、時間の経過とともにホウ素濃度はさらに上昇する。一次純水タンクにおいてホウ素がサブシステムに持ち込まれるので、一次純水システムにおいてホウ素の除去処理を行っても超純水中のホウ素濃度は低下しない。

【0010】

本発明者らは、上記の知見に基づき、本発明を完成させた。すなわち本発明の超純水製造システムは、外気と連通して一次純水を貯える一次純水タンクと、一次純水タンクに接続して超純水を製造するサブシステムと、を備え、サブシステムにおいて製造された超純水のうち使用されなかった超純水が一次純水タンクに循環する超純水製造システムにおいて、サブシステムが、ホウ素選択性樹脂が充填されたホウ素除去装置と、ホウ素除去装置の下流に設けられた非再生型イオン交換装置と、を有することを特徴とする。

【0011】

本発明の超純水の製造方法は、本発明の超純水製造システムをクリーンルーム内に設置して超純水を製造する。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、クリーンルーム内などにおいて、ホウ素が十分に除去された超純水を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施の一形態の超純水製造システムを示すフローシートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の一形態の超純水製造システムを示している。この超純水製造システムは、クリーンルーム内などでの使用に適した例えば卓上型のシステムである。ここでいうクリーンルームとは、ＪＩＳ Ｂ９９２０－１；２０１９に規定されるように、「浮遊粒子数濃度によってクラス分類され、粒子の流入、発生及び残留を制御するように設計、建設及び運用されている室」のことである。本実施形態の超純水製造システムが好適に用いられるクリーンルームは、例えば、ＩＳＯ １４６４４－１規格で定める空気清浄度クラスにおいて、Ｃｌａｓｓ １からＣｌａｓｓ ８までに属するクリーンルームである。

【0015】

図示される超純水製造システムは、大別すると、水道水などの供給水が供給されて一次純水を製造する一次純水システム１０と、一次純水システム１０で製造された一次純水を貯える一次純水タンク２０と、一次純水タンクに接続して超純水を製造するサブシステム（二次純水システム）３０とを備えている。サブシステム３０で製造された超純水は、超純水の採水に用いられる採水ディスペンサー６０に供給される。

【0016】

一次純水システムは、活性炭装置やフィルタなどを備えて供給水に対する前処理を行う前処理部１１と、前処理部１１で処理された供給水を給送するポンプ（Ｐ）１２と、ポンプ１２の二次側に設けられた逆浸透膜装置（ＲＯ）１３と、逆浸透膜装置１３の透過水が供給されてこの透過水に対する脱塩処理を行う電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ(Electrodeionization)装置）１４とを備えている。電気式脱イオン水製造装置１４において脱塩処理を行って得られた処理水が一次純水であり、一次純水タンク２０に貯えられる。逆浸透膜装置１３から排出される濃縮水は排水として外部に排出される。

【0017】

一次純水タンク２０には、その内部の液面の圧力が大気圧となるように、タンク内部において液面よりも上側の空間を外気と連通させる連通管２１が取り付けられている。ここでいう外気とは、一次純水タンク２０の外側にある空気のことであり、一次純水タンク２０がクリーンルーム内に配置されているのであれば、クリーンルーム内の空気のことであって、屋外の大気のことではない。連通管２１には、外気中の粒子などが一次純水タンク２０内に入り込まないようにするために、エアベントフィルタ２２が設けられている。エアベントフィルタ２２は、例えば、防塵のためのポリプロピレン製不織布と、揮発性有機物質を吸着除去する活性炭と、二酸化炭素を吸収除去するソーダ石灰とを組み合わせて構成されている。屋外の空気に比べてクリーンルーム内の空気に多く含まれているホウ素成分は、エアベントフィルタ２２では除去されない。また、炭酸以外のイオン成分もエアベントフィルタ２２では除去されない。

【0018】

サブシステム３０は、一次純水タンク２０から供給される一次純水をさらに精製して超純水を製造するものであり、製造された超純水のうち使用場所で使用されかなった超純水を一次純水タンク２０に循環させることにより、より純度の高い超純水を製造できるように構成されている。上述したように外気に連通する一次純水タンク２０では、外気に含まれるホウ素成分がタンク内の純水に混入することは避けられないから、本実施形態の超純水製造システムでは、ホウ素が十分が除去された超純水を得るために、サブシステム３０には、ホウ素選択性樹脂が充填されたホウ素除去装置３３を備えている。また一次純水タンク２０のエアベントフィルタ２２を介してイオン成分が系内に持ち込まれる恐れがあるので、サブシステム３０にはカートリッジポリッシャーとも呼ばれる非再生型イオン交換装置（ＣＰ）３５も設けられている。

【0019】

ホウ素除去装置３３に充填されるホウ素選択性樹脂は、アニオン交換樹脂におけるイオン交換基の代わりにホウ素選択性を有する多価アルコール基（例えば、Ｎ－メチルグルカミン基）を官能基として有するキレート樹脂であり、ホウ素成分を選択的に吸着除去する。ホウ素選択性樹脂としては、例えば、オルガノ社のオルライト（登録商標） Ｘ－Ｕ６５３Ｊ、オルガノ社のアンバーセップ ＩＲＡ７４３、三菱ケミカル社のダイヤイオン（登録商標） ＣＲＢ０３などがある。ホウ素選択性樹脂としては、ＴＯＣ成分の溶出量が少ないものを用いることが好ましい。具体的には純水を空間速度（ＳＶ）が５０～２００ｈ^-1でホウ素選択性樹脂に通水させたときに、通水前に比べた通水後のＴＯＣ濃度の上昇量が１ｐｐｂ未満であるホウ素選択性樹脂を用いることが好ましい。ホウ素選択性樹脂ではない一般的な強塩基性アニオン交換樹脂によってもホウ素成分を除去することができるが、水中においてホウ素は極めて弱い酸であるホウ酸の形態で存在するため、ホウ素成分の除去に一般的な強塩基性アニオン交換樹脂を使用したときは、ホウ素成分に関してはその強塩基性アニオン交換樹脂が早期にブレークして処理水にホウ素成分がリークすることになる。

【0020】

ホウ素選択性樹脂からは、特に通水の初期においてＴＯＣ成分の溶出が多く、また若干量の金属成分の溶出がある。ホウ素選択性樹脂では、炭酸の存在によりホウ素の除去率が低下することも知られている。超純水製造のための一般的なサブシステムは、紫外線酸化処理によりＴＯＣ成分を分解除去する紫外線酸化装置と、紫外線酸化装置の後段に設けられて金属成分や紫外線酸化装置で発生した炭酸成分を吸着除去する非再生型イオン交換装置とを備えているから、本実施形態におけるサブシステム３０では、ホウ素除去装置３３の下流に紫外線酸化装置３４を設け、紫外線酸化装置３４の下流に非再生型イオン交換装置３５を設けることが好ましい。

【0021】

したがって本実施形態においてサブシステム３０は、一次純水タンク２０の出口に接続して一次純水タンク２０内の一次純水を給送するポンプ（Ｐ）３１と、ポンプ３１の二次側（すなわち出口）に接続された流量計（ＦＩ）３２と、流量計３２を経て一次純水が供給されるホウ素除去装置（Ｂ）３３と、ホウ素除去装置３３の出口に接続された紫外線酸化装置（ＵＶ）３４と、紫外線酸化装置３４の出口に接続された非再生型イオン交換装置３５（ＣＰ）とを備えている。非再生型イオン交換装置３５の出口からは超純水が流出する。本実施形態では、循環精製のための配管はサブシステム３０から採水ディスペンサー６０まで延びて設けられているので、非再生型イオン交換装置３５から流出する超純水は、供給配管４１を介してサブシステム３０の循環出口４２に送られる。サブシステム３０には、採水ディスペンサー６０から戻ってきた超純水を受け入れる循環入口４３が設けられており、採水ディスペンサー６０から戻ってきた超純水は、循環入口４３に接続された循環配管４４を介して一次純水タンク２０に循環する。循環配管４４にはリリーフ弁４５が設けられている。

【0022】

次に、採水ディスペンサー６０について説明する。採水ディスペンサー６０は、利用者がビーカーなどの容器への超純水の採水を容易に行うことができるように、実験台などにおいて利用者がアクセスしやすい位置に配置される。そのため、採水ディスペンサー６０は、サブシステム３０からは若干離れた位置に設けられることがある。採水ディスペンサー６０は、超純水を受け入れる入口６１と、使用しなった超純水をサブシステム３０に戻すための出口６２とを備えており、入口６１は、サブシステム３０の循環出口４２に対して配管５１により接続し、出口６２は循環入口４３に対して配管５２により接続している。採水ディスペンサー６０の内部の配管によって入口６１と出口６２とは接続点６３において接続している。この接続点６３から配管６４が延び、配管６４の先端には超純水を吐出するノズル６５が設けられている。配管６４には、ノズル６５からの超純水の吐出を制御するために電磁弁６６が設けられている。

【0023】

サブシステム３０においてポンプ３１を動作させると一次純水タンク３０内の一次純水は、ホウ素除去装置３３、紫外線酸化装置３４及び非再生型イオン交換装置３５を順次通過し、一次純水中のホウ素成分、ＴＯＣ成分及びイオン成分が除去される。これにより超純水が生成される。超純水は、循環出口４２から採水ディスペンサー６０に供給され、採水ディスペンサー６０内の接続点６３を経てサブシステム３０の循環入口４３に戻り、循環配管４４を経て一次純水タンク２０に循環する。循環配管４４にリリーフ弁４５が設けられていることにより、採水ディスペンサー６０内での超純水の圧力は一定に保たれる。この状態で電磁弁６６を開けると、接続点６３から配管６４を介してノズル６５に向けて超純水が流れ、ノズル６５から超純水が吐出する。したがって利用者は、電磁弁６６を操作することによって、ホウ素が十分に除去された超純水の採水を行うことができる。

【実施例0024】

以下、実施例及び比較例により、本発明をさらに詳しく説明する。

【0025】

［実施例１］
図１に示す超純水製造システムのうち、一次純水システム１０を除いた部分を組み立てて、ＩＳＯ １４６４４－１のＣｌａｓｓ ６（すなわち、Ｃｌａｓｓ １０００）基準を満たすクリーンルーム内に設置した。このクリーンルームでは、浮遊粒子の除去のためにＨＥＰＡフィルタが使用されている。ホウ素除去装置３３に充填されるホウ素選択性樹脂として、オルガノ社のオルライト（登録商標 Ｘ－Ｕ６５３Ｊを使用し、非再生型イオン交換装置３５にはオルガノ社のイオン交換樹脂ＥＳＰ－２が充填されたものを使用した。一次純水タンク２０に設けられるエアベントフィルタ２２として、ポリプロピレン製不織布、活性炭及びソーダ石灰から構成されているものを使用した。

【0026】

一次純水タンク２０に対し、ホウ素濃度が管理されている超純水を供給してサブシステム３０を運転し、サブシステム３０において超純水が継続して循環するようにした。その結果、非再生型イオン交換装置３５の出口水でのホウ素濃度は、運転開始から１か月後の時点で０．１ｐｐｔであり、運転開始から３か月後の時点で０．１ｐｐｔであった。

【0027】

［比較例１］
ホウ素除去装置３３を備えないほかは実施例１と同一の装置を組み立て、この装置を実施例１と同様に運転した。その結果、非再生型イオン交換装置３５の出口水でのホウ素濃度は、運転開始から１ヶ月後の時点において０．３ｐｐｔであり、運転開始から３か月後の時点で１．３ｐｐｔであった。

【0028】

以上より、本発明に基づく超純水製造システムによれば、クリーンルーム内で長期にわたって超純水を製造したときであっても、ホウ素が十分に除去された超純水を得ることができることが分かった。

【符号の説明】

【0029】

１０ 一次純水システム
１１ 前処理部
１３ 逆浸透膜装置（ＲＯ）
１４ 電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ）
２０ 一次純水タンク
２１ 連通管
２２ エアベントフィルタ
３０ サブシステム
３３ ホウ素除去装置（Ｂ）
３４ 紫外線酸化装置（ＵＶ）
３５ 非再生型イオン交換装置（ＣＰ）
４１ 供給配管
４４ 循環配管
４５ リリーフ弁
６０ 採水ディスペンサー
６５ ノズル
６６ 電磁弁

【図1】