CN103359850A - 超纯水制造装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供在使用点的使用量变动或各装置的维护时也可稳定地维持超高水质、可抑制所制造的超纯水流量变动的超纯水制造装置。该超纯水制造装置具备对将原水除浊后的前处理水进行储水的储水坑、1次纯水***以及2次纯水***，所述1次纯水***具备具有反浸透膜装置和将前处理水中的离子成分除去的离子交换树脂装置、且可以分别独立地对所述前处理水进行处理的多个处理系列，所述2次纯水***将在1次纯水***中处理后的1次纯水进行处理并供至使用点。

Description

超纯水制造装置
技术领域
本发明涉及使高纯度的超纯水的稳定制造成为可能、同时使运行管理变得容易的超纯水制造装置，特别是涉及适于2000m3/天以上这样大规模的超纯水制造的超纯水制造装置。
背景技术
一直以来，在半导体和平板显示器的制造工序中使用的超纯水是利用前处理***、1次纯水***及2次纯水***按此顺序对河流水、井水、工业用水等原水实施处理来进行制造的。
在前处理***中，使用过滤装置进行原水的除浊或使用热交换器进行原水的温度调节等。
在1次纯水***中，通过使用了活性炭吸附装置、离子交换树脂等的去离子装置、将离子性物质或粒子成分除去的反浸透膜装置等对前处理水进行处理。进而，利用脱气装置进行溶存于水中的二氧化碳或氧等的除去、利用紫外线照射装置和离子交换抛光机的组合进行水中有机物的除去等，使其成为1次纯水。
1次纯水被储存在1次纯水罐中，供至2次纯水***。
在2次纯水***中，利用离子交换抛光机或超滤装置等将1次纯水中的极微量的杂质除去，制成超纯水。如此制得的超纯水被供至使用点（以下也称作POU）。另外，还将在使用点处使用后的排水回收，将该回收水作为原水进行使用。
对于这种超纯水制造装置，根据对原水的含有成分及其量、所制造的超纯水的日产量、安全性管理、运行管理、成本等所要求的条件，对单元装置的排列进行最优化，将它们沿着流路串联地设置。另外，还提出了延长离子交换树脂的可连续使用时间、减少所用药品的使用量的方法（参照专利文献1、2）。
在1次纯水***中，多使用再生式离子交换树脂装置等去离子装置。这种去离子装置有必要以数天～1周左右的频率进行再生处理。另外，反浸透膜装置等膜处理装置和紫外线照射装置等虽不需要再生处理，但仍需要以例如数个月～1年左右的频率进行膜组件或灯的更换。
因此，在大规模的超纯水制造装置的1次纯水***中，在并列设置各自为多台的去离子装置、膜处理装置、紫外线照射装置等的同时，在流路的所需位置设置用于对中间处理水进行储水的储水坑(大容量的地下储水槽)。这样，在再生或保养检查时仅停止成为对象的装置。在此期间，采用在不改变处理流量的去离子装置中将成为对象的装置的下游的储水坑的中间处理水供至后段以继续超纯水的制造、而在处理流量暂时增加基本不会成为问题的膜处理装置中增加未被停止的装置的流量的方法等。
在2次纯水***中，通过使在POU处未被使用的超纯水回流至1次纯水罐中而使处理流量达到恒定，从而抑制由于流量的增减所导致的水质的恶化。
一般来说，在1次纯水***中，根据POU处的超纯水使用量的增减来调整1次纯水的制造量。因此，在小规模的纯水制造装置中，有时采用反复进行1次纯水***整体的运行、停止的方法，但该方法具有难以提高水质的问题。另外，在大规模的超纯水制造装置中，进行运行、停止时的大幅度流量变动还具有会给各种装置和配管造成力学负荷(水锤现象)、从而使装置发生故障的危险。
因此，一般来说，在大规模的超纯水制造装置中，采用设置使1次纯水***内的任意装置中的剩余处理水回流至前段的配管、当POU处的超纯水的使用量降低时则使处理水循环、从而调整所得1次纯水的流量的方法。
此时，储水坑起到抑制水锤现象所造成的影响的作用。
对于循环线路也尝试进行了最优化，但从耗电、水使用率的观点出发，一般来说利用短的循环配管使处理水循环至最靠近其前面的储水坑或储水罐中。
另一方面，随着所制造的半导体的线宽逐年变得微细，对水质的要求也变得更为严格。例如需要非专利文献1所示那样的超高水质超纯水的稳定制造。
但是，在现有的超纯水制造***中，具有难以满足这种高水质的要求的问题。
另外，近年来以半导体制品的大量生产和制造成本削减为目的，基板尺寸从200mm晶片扩大至300mm、450mm的晶片，与此相伴，制品的生产线整体变得大规模化。因此，超纯水的使用量也增加，超纯水制造装置也变得大规模。
因而，需要增加装置或配管的数量、用于暂时对中间处理水进行储水的巨大储水坑等，不仅需要大的用地面积，而且还产生了各处理装置的运行管理或保养管理很复杂的问题。
另外，在储水坑的上部空间填充氮气，储存水的水位变化会增大该氮气的使用量。特别是在大规模的装置中，氮气的使用量增大明显，还具有运行成本增大的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-240891号公报
专利文献2：日本特开2003-190947号公报
非专利文献
非专利文献1：“半導体技術ロードマップ（半导体技术路标）（ITRS：International Technology Roadmap for Semiconductors）2010年度版”
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明针对上述问题而作出，其目的在于提供在使用点处的使用量变动或各装置的维护时也能够稳定地维持超高水质、能够以恒定流量制造超纯水的超纯水制造装置。
本发明的目的在于提供使运行管理和维护变得容易、可大幅度削减制造成本的超纯水制造装置。
用于解决技术问题的手段
本发明的超纯水制造装置的特征在于，其具备对将原水除浊后的前处理水进行储水的储水坑、1次纯水***以及2次纯水***，所述1次纯水***具备具有反浸透膜装置和将前处理水中的离子成分除去的离子交换树脂装置、且能够分别独立地对所述前处理水进行处理的多个处理系列，所述2次纯水***将在1次纯水***中处理后的1次纯水进行处理并供至使用点。
更具体地说，所述处理系列优选分别具备选自膜脱气装置、离子交换树脂装置及反浸透膜装置中的1种以上的装置。
另外，所述2次纯水***优选：介由纯水罐与所述1次纯水***连接，且由从所述纯水罐可通过泵分别独立地进行处理的1个系列以上的纯水***构成。
本发明的超纯水制造装置中，优选所制造的超纯水的流量为2000m3/天以上。
本发明的超纯水制造装置中，优选所述1次纯水***的处理系列进一步具备选自紫外线照射装置、螯合树脂装置及活性炭装置中的1种以上的装置。
本发明的超纯水制造装置中，优选所述离子交换树脂装置为选自阳离子交换树脂装置、阴离子交换树脂装置、复层式离子交换树脂装置、混床式离子交换树脂装置及电再生式离子交换树脂装置中的1种以上的装置。
本发明的超纯水制造装置中，优选所述1次纯水***的各处理系列依次具备阳离子交换树脂装置、膜脱气装置、阴离子交换树脂装置及反浸透膜装置。
本发明的超纯水制造装置中，优选所述2次纯水***具备选自紫外线照射装置、膜脱气装置、抛光机及超滤装置中的1种以上的装置。
本发明的超纯水制造装置优选一并进行所述已停止的处理系列内的装置的维护。
发明效果
根据本发明的超纯水制造装置，可以大幅度抑制所制造的超纯水的流量变动、稳定地制造高水质的超纯水。另外，可以简化保养管理、削减制造成本。
附图说明
图1为示意地表示本发明的超纯水制造装置的一个实施方式的图。
图2为示意地表示本发明的超纯水制造装置的一个实施方式的图。
图3为示意地表示本发明的超纯水制造装置的一个实施方式的图。
图4为表示实施例2及比较例1中所得超纯水的水质的经时变化的曲线图。
图5为表示实施例2及比较例1中所得超纯水的水质的经时变化的曲线图。
图6为表示在大规模的超纯水装置中使用了循环线路H时的超纯水水质的经时变化的曲线图。
图7为表示在大规模的超纯水装置中使用了循环线路E时的超纯水水质的经时变化的曲线图。
图8为示意地表示本发明的比较例中所用的超纯水制造装置的图。
图9为示意地表示现有的大规模超纯水制造装置的图。
图10为示意地表示现有的大规模超纯水制造装置中的再生处理用配管的图。
符号说明
10、20、30、80、90：超纯水制造装置、11：前处理***、12：1次纯水***、13：2次纯水***、2、21：储水坑、3、31、41：纯水罐、103：离子交换树脂装置、105：反浸透膜装置、1a、1b、1c：纯水线路、1d、E、F、G：循环线路、111：精密过滤装置、112、132：热交换器、121：活性炭装置、122：强酸性阳离子交换树脂装置、123：膜脱气装置、124：弱碱性阴离子交换树脂装置、125：强碱性阴离子交换树脂装置、126：螯合树脂装置、127：反浸透膜装置、128：紫外线照射装置、129：强碱性阴离子交换树脂装置、130：强酸性阳离子交换树脂装置、131：混床式离子交换树脂装置、133：紫外线照射装置、134：氧化剂除去树脂装置、135：膜脱气装置、136：混床式离子交换树脂装置、137：超滤装置、P：泵。
具体实施方式
本发明人等为了稳定地制造更高水质的超纯水而进行了深入研究，在后述的图9所示的处理流量为10000m3/天规模的大规模超纯水制造装置中，除了作为现有循环方法的循环线路E之外，还构成了从后段的储水坑向更前段的位置循环的循环线路H，对介由各个循环线路使超纯水循环时所制造的（超滤装置的出水口处的）超纯水中的微粒数进行了测定和比较。如图7所示，使用了循环线路E时，水质大幅度地发生了变动。另一方面，如图6所示可知，使用了循环线路H时，抑制了水质的变动。另外，图7所示程度的水质的变动在现有的小、中规模的超纯水制造装置中是允许范围。另外，图6、7中，微粒数使用在线式颗粒计数器进行测定。
本发明人等发现了在大规模的超纯水制造装置中使中间处理水停留在1次纯水***内的储水坑中使其循环与末端水质的恶化有关、1次纯水***内的流路变更或流量变动会引起所制造的超纯水水质的变动，从而完成了使超高水质的超纯水的稳定制造成为可能的本发明的装置。另外发现了，为了大量地制造超高水质的超纯水，制成使处理水循环至1次纯水***的前段并使用反浸透膜装置及离子交换树脂装置这两者进行再处理的装置，可以防止以往主要是微粒或有机成分残留至末端而发生的水质恶化。
另外，本发明人等发明了下述装置：将需要维护且运行周期或方法大大不同的离子交换树脂装置及反浸透膜装置在1个系列内不介由储水坑或储水罐地串联连接来构成处理系列，具备多个该处理系列，使在停止任意1个系列的状态下运行其他处理系列成为可能。在不停止整个纯水***即能够运行的结果是将配管内的流量变动或流路变更的影响抑制至最小限，可大幅度抑制所制造的超纯水水质的变动。
以下参照附图详细地说明本发明的实施方式。本发明并不限于所示例的超纯水制造装置。另外，在图1～图3、图8～图10及以下的说明中，英文字符表示以下的含义。
MF：精密过滤装置、HEX：热交换器、AC：活性炭装置、SC1、SC2：强酸性阳离子交换树脂装置、DG：脱气装置、MDG：膜脱气装置、WA：弱碱性阴离子交换树脂装置、SA1、SA2：强碱性阴离子交换树脂装置、RO：反浸透膜装置、TOC-UV：紫外线照射装置、MB：混床式离子交换树脂装置、ANP：氧化剂除去树脂装置、UF：超滤装置、Polisher：抛光机、POU：使用点、PIT：坑。
（现有的超纯水制造装置的构成例）
首先，作为现有的超纯水制造装置的一个例子，将以处理流量为420m3/小时、即10000m3/天来制造超纯水的超纯水制造装置90示于图9。
在图9所示的装置中，前处理***91是适当选择储水坑（PIT）93、精密过滤（MF）装置901、砂过滤装置（未图示）、热交换器（未图示）等用配管进行连接而构成的。将在前处理***91中处理后的前处理水储存在储水坑94中。
1次纯水***92是在储水坑94的后段将热交换器（HEX）、活性炭塔装置（AC）902、去离子装置（SC、WA、SA、MB等）903、脱气装置（MDG等）904、反浸透膜装置（RO）905、紫外线照射装置（TOC-UV）906、预滤器（未图示）等通过配管（根据需要介由泵或阀门）连接而构成的。
前处理水通过1次纯水***92处理而变为1次纯水，储存在纯水罐97中。
图9所示的超纯水制造装置90的1次纯水***92中，活性炭塔装置902是并列地连接5～7座的活性炭装置塔而构成的。活性炭装置塔是在内径φ为3～4m、高度为2～3m的容器内填充有10000L左右的粒状或粉末状的活性炭的装置。
作为去离子装置多数使用的离子交换树脂装置903是并列地连接4～5座的离子交换树脂塔而构成的。离子交换树脂塔是在内径φ为2～3m、高度为2～3m的容器内填充有6000～10000L左右的各种公知的离子交换树脂的装置。
各离子交换树脂塔根据处理水中的杂质量、设计条件、运行条件等的不同而不同，但需要2～3天进行1次再生处理。
另外，比紫外线照射装置更处于上游侧的离子交换树脂装置将前处理水或中间处理水中的离子成分除去，紫外线照射装置的下游侧的离子交换树脂装置主要将在紫外线照射装置中有机物分解所产生的离子成分除去。
作为脱气装置904，例如使用并列连接有数十根中空丝膜组件的膜脱气装置（MDG）。也有时使用设有多座在内径φ为3～4m×高度为3～4m的容器内填充有泰勒（Tellerette）填料等填充剂的真空脱气塔的装置。
反浸透膜装置905具备4～20个单元而构成，所述单元分别具有等数的公知组件。
反浸透膜装置905从通水开始至更换为止不停止运行。当需要调整反浸透膜装置的处理流量时，采用使所述单元中的1～2个单元依次待机等方法。虽然也取决于运行条件等，但组件的更换周期为半年～3年左右。
紫外线照射装置906通过照射紫外线而将水中的活菌、细菌、有机物等分解。
预滤器是并列连接5～7座的在不锈钢（SUS304）制容器中***有10根袋滤器组件的装置而构成的。
在离子交换树脂装置903和反浸透膜装置905中，如上所述，维护的周期或方法大大不同。为了稳定地维持所制造的超纯水的流量及水质，必须使它们之间存在具有缓冲功能的大型储水坑95、96或储水罐。
为了调整1次纯水的制造流量，当将1次纯水装置内的各水处理装置同时停止、之后再次运行时，在再运行后有必要将处理水排出直至水质达到稳定。特别是在膜处理装置中，由于发生大幅度的流量变动，因此有时会对膜造成力学负荷。为此还有装置发生故障的危险。为了解决这些问题，作为1次纯水的循环***，在图9所示的装置中，设置循环线路E、循环线路F、循环线路G，在水处理装置的维护或POU处的超纯水使用量变动时，使用循环线路E、F、G中的至少1个线路使剩余的中间处理水回流至各水处理装置的入口侧。此时，由于1次纯水是一定程度以上的高水质，因此通过使中间处理水回流至尽可能最近的储水坑或储水罐中，使配管构成和运行管理高效率化。
在图9所示的现有的大规模装置中，储水坑95、96主要设置在离子交换树脂装置903与反浸透膜装置905之间。这些储水坑由于能够大量地获得高水质的超纯水，因此是必需的。
2次纯水***93是对1次纯水进一步进行处理的***。
在2次纯水***93中，紫外线照射装置907具有具备4～5座的紫外线照射塔的规模。抛光机908具备7座左右的抛光机塔。抛光机塔例如是在塔内径为1.5～2m、高度为1.5～2.5m的不锈钢制（SUS316）容器中填充有3000～5000L左右的阳离子交换树脂及阴离子交换树脂的装置。
超滤装置910是并列连接60～70根中空丝膜组件而构成的。
为了减少对2次纯水***93的各装置的杂质除去的负荷、延长其寿命，有对1次纯水***中的处理水（1次纯水）也要求高水质的倾向。
在图9所示的装置中，在2次纯水***内，为了防止超纯水的水质恶化，在2次系循环线路1d中使超纯水循环，使其一直是恒定的处理流量。纯水罐97是用于顺畅地进行该循环的装置，容量为150m3左右。
将1次纯水***及2次纯水***93的储水坑95、96、纯水罐97及各***密闭，利用不活泼性气体密封。当整个超纯水制造装置或各装置发生大规模化时，这些不活泼性气体的消耗量也变得巨大。而且，在维护时，由于储水坑的储水量发生变动，因此维护次数的增加会增加不活泼性气体的消耗量。
（现有装置中的再生处理方法）
在小、中规模的超纯水制造装置中，在维护时还尝试了再利用再生用药品。将图9所示超纯水制造装置的1次纯水***92内的需要进行再生处理的水处理装置和图9中省略了图示的用于对再生用药品进行再利用的配管示意地示于图10。图9中，与图10相同的符号表示相同的装置，其他的配管、水处理装置省略了图示。
图9所示的大规模超纯水制造装置中，在离子交换树脂装置等的再生中使用大量的再生用药品。因此，如在小、中规模的超纯水制造装置中一直进行的那样，也考虑到对再生用药品进行再利用、将多个离子交换树脂塔连续地进行再生。此时，有必要同时停止多个离子交换树脂塔进行再生处理，但实际的再生周期对于各离子交换树脂塔是不同的。而且，如图10所示，在大规模的超纯水制造装置中，在各位置设置多个阀门或储水罐、泵，配管也变得复杂。因此，在大规模的超纯水制造装置中，难以实现对再生用药品进行再利用的方法。
另外，这种现有的大规模超纯水制造装置中，在1次的再生处理中使用分别为30000L左右的盐酸溶液或氢氧化钠溶液。此时，需要将氢氧化钠溶液通过蒸汽加热至40℃进行使用等多个操作。为混床式离子交换树脂装置时，使用分别为数千～数万L左右的盐酸溶液或氢氧化钠溶液。为混床式离子交换树脂塔时，需要在再生处理之前对离子交换树脂进行逆洗、将阳离子交换树脂与阴离子交换树脂分离后分别进行再生处理、在再生后进行混合等多个工序。
如上所述，在图9所示的超纯水制造装置中，例如氮气以0.7MPa消耗4000Nm3/天，氢氧化钠消耗11100kg/天，盐酸消耗3500kg/天。另外，还需要使储水坑95、96或纯水罐97内的水量调整、装置或泵的切换、再生用药品等的管理等全部工序联动的控制***。
（实施方式的超纯水制造装置）
图1及图3为示意地表示本发明实施方式的超纯水制造装置10、30的图。
超纯水制造装置10、30是在图9所示的超纯水制造装置中排除了离子交换树脂装置903与反浸透膜装置905之间的储水坑95、96、构成了在1次纯水***内可独立地进行处理的处理系列、将该处理系列并列连接而成。各处理系列不介由储水坑地连接水处理装置而构成，1次纯水***成为不具备储水坑的构成。
本实施方式的超纯水制造装置10具备前处理***11、介由储水坑2与前处理***11的后段连接的1次纯水***12、介由纯水罐3与1次纯水***12的后段连接的2次纯水***13。各***、储水坑、储水罐及纯水罐通过存在有可根据需要进行流路的切换或流量的变更的泵P（省略部分图示）的配管相互连接。
前处理***11是进行原水的除浊和温度调节的***，根据需要选择现有公知的精密过滤装置、砂过滤装置、活性炭装置、热交换器等来构成。
1次纯水***12是从前处理水中除去离子成分及非离子成分而进行高纯度化的***。1次纯水***12根据需要选择现有公知的活性炭装置、膜脱气装置、离子交换树脂装置、紫外线照射装置等来构成。在1次纯水***中制造电阻率值为10MΩ·cm以上的1次纯水。
2次纯水***13也被称为辅助***，是将1次纯水中的微量的离子成分和微粒除去以对1次纯水进一步进行高纯度化的***。2次纯水***根据需要选择现有公知的紫外线照射装置、非再生式的抛光机、膜脱气装置、过氧化物分解树脂装置、超滤装置等来构成。2次纯水***中，制造电阻率值为18MΩ·cm以上、TOC浓度为1ppb以下的超纯水。
另外，本说明书中对于储水坑等为了方便根据其大小在用语上区分为储水坑、储水罐或纯水罐，但储水坑、储水罐及纯水罐的大小或形态可以根据需要按照处理流量等条件来决定。
另外，各处理系列内具有相同功能的装置带有相同符号。
作为原水，可以使用工业用水、河流水或湖沼水等表层水、城市给水、井水、排水等。
本实施方式的前处理***11与现有公知者相同，对于其构成并无特别限定，可根据原水的水质适当变更。例如可以是与图9所示超纯水制造装置90的前处理***91相同的构成。
本实施方式的1次纯水***12的处理系列A可独立地进行处理，在1次纯水线路1bA上，不介由储水坑或储水罐而通过配管串联地连接有离子交换树脂装置103及反浸透膜105。1次纯水线路1bA介由能够进行流路切换的泵P与前处理罐2连接。
泵P只要是可以进行通水的处理系列的切换及各处理系列的流量的切换的泵即可，并无特别限定。例如如图1所示，还可在各处理系列的前段分别设置能够进行流量切换的泵P。另外，还可在向各处理系列分流的前段上设置能够进行流路和流量这两者切换的泵P。
1次纯水***12具备可独立地进行处理、将与处理系列A相同的水处理装置以相同的排列连接而成的处理系列B。处理系列A及处理系列B介由能够进行各自流路切换的泵P并列地连接于储水坑2。1次纯水***12是将这样的处理系列以合计为2系列以上、介由各个泵P并列地连接而构成。各处理系列是将与处理系列A相同的水处理装置同样地排列而成的处理系列。
本实施方式的1次纯水***由于具备并列地连接可独立地进行处理的多个处理系列的构成，因此可以在停止任意1个系列的状态下使其他的处理系列运行。例如在图1中，在停止处理系列A的状态下，可以继续处理系列B的运行。此时，通过调节处理系列B的流量，即便不使用现有的多个循环配管，也可稳定地维持流入罐3中的1次纯水的流量。进而，在1次纯水***中，由于不对应POU处的超纯水的使用量等使中间处理水停留在储水坑中、也不使其循环至前段，因此能够以高水质稳定地维持所得超纯水的水质。另外，在停止处理系列A时，通过继续处理系列B的运行，可以在不停止1次纯水***整体的情况下连续进行运行，因此能够稳定地保持流入罐3中的1次纯水的水质。这样，即便在停止任意的1个系列时，也可继续其他处理系列的运行，因此易于稳定地保持所制造的超纯水的流量和水质。
当停止1个系列时的被处理水向其他处理系列内的离子交换树脂装置103中的导入流量的变动过大时，有离子交换树脂装置103的处理水质降低的危险。因此，为了减小各个处理系列的流量的变更，上述处理系列优选具备3～5个系列。
对各处理系列进行控制，以使得通过泵P来切换流路。优选在1次纯水***的再后段具备防止处理水逆流的装置（未图示）。
离子交换树脂装置103将前处理水中的离子成分除去，可以使用填充各种公知的离子交换树脂而成的离子交换树脂装置。作为离子交换树脂，可举出强酸性阳离子交换树脂、弱酸性阳离子交换树脂、强碱性阴离子交换树脂、弱碱性阴离子交换树脂及螯合树脂，适当选择粉状、粒状、膜状、纤维状等的基材来进行使用。
作为离子交换树脂装置103，可以使用将阳离子交换树脂和阴离子交换树脂在同一塔内作为不同的2层填充而成的复层床式离子交换树脂装置、将阳离子交换树脂和阴离子交换树脂混合填充而成的混床式离子交换树脂装置（MB）。另外，还可使用电再生式离子交换树脂装置。
螯合树脂使用作为与金属离子等形成螯合物的基团而含有2个以上N、S、O、P等供电性元素的物质。作为螯合树脂，例如可举出亚氨基二乙酸型、多胺型及葡糖胺型。
作为螯合树脂装置，由于葡糖胺型的螯合树脂可以除去硼等离子性物质，因此优选。
在离子交换树脂装置103中，当流量降低时，有TOC成分从离子交换树脂中溶出的危险，当流量增加时，有去离子效率降低的危险。因此优选使处理流量恒定。
处理流量为2000m3/天以上时，为了在提高再生效率的同时提高所得超纯水的水质，作为离子交换树脂装置103，优选使用药品再生式的离子交换树脂装置。
反浸透膜装置105将前处理水中的非离子性及离子性微粒成分除去。在反浸透膜装置105的前段具备泵（未图示）。该泵可调整被处理水的流量。反浸透膜装置105可以使用具备聚酰胺系或醋酸纤维素系等组件的公知装置。从处理水（透过水）水质稳定的方面出发，优选反浸透膜装置中的处理水回收率在85～90%范围的规定值内是恒定的。
反浸透膜装置105的透过水被送至下游而进一步被处理。浓缩水通过配管返回至原水罐等中进行再处理，根据需要作为洗涤器用水而被再利用。反浸透膜装置105为了增加处理水回收率，可以串联地连接有2座以上的反浸透膜组件。根据需要，还可在反浸透膜装置105的跟前将被处理水的pH调整至9.5以上。
1次纯水线路1bA中还可存在膜脱气装置、活性炭装置、紫外线照射装置等现有公知的水处理装置。
作为该各水处理装置，可以使用构成上述现有的1次纯水***的水处理装置。另外，设置于处理系列A内的各水处理装置的数量、功能、规模、排列等可根据POU处使用的超纯水的水质或流量进行最优化。
作为活性炭塔装置，优选具备填充有粒状或粉末状的活性炭的活性炭装置塔。作为紫外线照射装置，可以使用照射波长为185nm附近或波长为254nm附近的紫外线的装置。预滤器优选由标称孔径为1μm的袋滤器组件构成。
1次纯水线路1bA优选使用不锈钢、氯乙烯制等的配管。配管的内径及长度可根据所制造的超纯水的流量或水质适当地进行设计、变更。
本实施方式中，所制造的超纯水的流量优选为2000m3/天以上，特别优选为10000m3/天以上。所制造的超纯水的流量为该范围内时，可以抑制所制造的超纯水的流量变动的影响，能够以高水质稳定地维持超纯水的水质。
各处理系列中，在任意的位置上也可设置连接处理系列之间的配管。该配管可以使用接头或泵进行设置。通过使用该配管，即便在其后段的装置由于故障等暂时停止时，也可继续超纯水制造装置的运行。
本实施方式的1次纯水***12中，制造电阻率值优选为15MΩ·cm以上、更优选为17MΩ·cm以上的1次纯水。
本实施方式的2次纯水***13由2次纯水线路1c的上游侧开始含有至少1座的热交换器、紫外线照射装置、过氧化物分解树脂装置、膜脱气装置、混床式离子交换树脂装置、抛光机及超滤装置中的1种以上的水处理装置而构成。可以根据POU处的所需水质选择这些各水处理装置进行连接来构成。另外，各装置可以使用现有公知的装置。
紫外线照射装置优选使用波长为185nm左右的紫外线照射装置。
作为混床式离子交换树脂装置、膜脱气装置及超滤装置，优选使用不进行再生的更换式的装置。此时，可以抑制由于再生处理用药品等所导致的所制造超纯水的污染。
作为抛光机，优选：在塔内填充有3000L左右的氧化剂除去树脂（商品名：ANP，野村Micro Science株式会社公司制）的装置；用树脂将塔内壁涂敷并填充超微量离子成分除去用特殊树脂例如MBGP（商品名，野村Micro Science株式会社公司制）等的装置。
作为超滤装置，优选使用聚砜制的中空丝膜组件。
本实施方式中，在2次纯水***13内，为了防止超纯水的水质的恶化，与以往同样，设置2次系循环线路1d和纯水罐3，使所制造的超纯水循环。
另外，为了维护的简单化等，还可以使2次纯水***13与1次纯水***12同样地成为将串联配置有各装置的处理系列多个并联地连接的构成。
本实施方式的装置中，通过2次纯水***制造的超纯水的电阻率值优选为18.2MΩ·cm以上。另外，本实施方式的装置在所制造的超纯水的流量为2000m3/天以上时，显著地发挥其效果。
（实施方式的装置的再生处理方法之例）
本实施方式的装置由于如上所述是将可独立进行处理的多个处理系列并列地进行连接而构成的，因此通过切换泵P，可以在停止向任意1个系列的通水的状态下将被处理水通水至其他处理系列进行处理。因此，所停止的处理系列内的装置可以一并进行维护。维护在处理系列内维护频率最高的水处理装置的维护时刻进行即可。比其频率少的水处理装置在维护周期中适当地进行即可。
作为各处理系列的维护时刻的控制方法，有在各处理系列的出水口处设置电导率计或电阻率计以测量电导率等、在测定值（电导率等）超过规定值的时间点切换导入被处理水的处理系列来进行再生处理的方法。另外，还有设置计时器每隔规定的时间切换处理系列来进行再生处理的方法。
图2表示图3所示纯水制造装置的1次纯水***12内的需要再生处理的水处理装置及用于进行它们的药品再生处理的配管。图2中，与图3相同的符号表示相同的装置，其他装置及配管省略图示。
本实施方式中，要用酸性药品进行再生处理的装置通过对药品进行导入、排出的配管201与纯水罐41连接。另外，设置酸性溶液罐205，酸性溶液罐205通过配管202与配管201的入口侧连接。酸性溶液罐205的酸性溶液由配管202供给，从纯水罐41通过配管201供给1次纯水。在配管201上存在可进行切换的泵（未图示）或吸引纯水的吸引喷射器（E1），配管202上存在可进行切换的泵（未图示）。
利用酸性药品的再生处理如下进行。将盐酸溶液如上所述与1次纯水混合、稀释，由1次纯水***的后段侧通液至各阳离子交换树脂装置中。具体地说，按照图3的强酸性阳离子交换树脂装置（SC2）130、强酸性阳离子交换树脂装置（SC1）122等的顺序通过配管201一并进行通液。
螯合树脂装置126是介由阀门207与配管201c连接、介由阀门208与配管203c连接、通过切换阀门207及阀门208而能够切换配管201c和配管203c的构成。配管201c及配管203c分别通过接头等与配管201、配管203连接。
螯合树脂装置126的再生处理是切换配管201c上存在的阀门207、由配管通液酸性溶液来进行。还可在配管201的途中介由阀门207存在螯合树脂装置126。此时，可以包含所述的阳离子交换树脂等在内一并进行再生处理。
要用碱性药品进行处理的装置通过对药品进行导入、排出的配管203与纯水罐41连接。作为药品储存罐，设置碱性溶液罐206，碱性溶液罐206通过配管204与配管203的入口侧连接。从碱性溶液罐206通过配管204供给碱性溶液，从纯水罐41通过配管203供给1次纯水。在配管203～206上存在可以进行切换的泵（未图示），在配管206上存在对纯水进行吸引的吸引喷射器（E2）。
利用碱性溶液的再生处理如下进行。将氢氧化钠水溶液如上所述在配管203内与1次纯水混合、稀释，进而通过蒸汽等加热至40℃左右，接着从1次纯水***的后段侧通液至各阴离子交换树脂装置中。具体地说，按照图3的强碱性阴离子交换树脂装置（SA2）129、强碱性阴离子交换树脂装置（SA1）125、弱碱性阴离子交换树脂装置（WA）124的顺序通过配管203一并进行通液来实施。
螯合树脂装置126的再生处理是切换配管203c上存在的阀门208、由配管通液碱性溶液来进行。
还可在配管203的途中介由阀门208存在螯合树脂装置126。此时，可以包含所述的阴离子交换树脂等在内一并进行再生处理。
这样，在本实施方式的超纯水制造装置中，通过将在1次纯水***内不介由储水坑构成的各处理系列以可独立进行处理的方式并列连接而构成、将需要再生的装置汇集在各处理系列内，可以容易地进行再生用药品的再利用。其结果是，与图9、10所示的现有的超纯水制造装置相比，由于进行一并再生，因此可以削减10～50%的再生用药品。进而，可以削减配管和泵。因此可以简单地进行再生用药品的再利用。
另外，通过削减1次纯水***内的储水坑数，氮气的使用量可以削减20～40%。其结果是，可以削减约10～20%的运行成本。
另外，当制成所制造的超纯水的流量为10000m3/天规模的大规模超纯水***时，可以削减500m3储水坑1座量的空间、原水量1000m3/天、废水量1200m3/天、与汇集化相伴的配管长度或阀门、接头、泵等。另外，可以削减成本。
[实施例1]
接着，使用本实施方式的装置及现有的超纯水制造装置来制造超纯水。
实施例及比较例中使用的装置及各条件如下。
原水：厚木市自来水
[前处理***11]
精密过滤装置111：加压型PVDF制MF组件UNA-620A，旭化成化学株式会社公司制。
热交换器112：板式热交换器，不锈钢制，日阪制作所株式会社公司制。
储水罐21：容量为1m3，聚乙烯制。
[1次纯水***12]
活性炭装置121：Nomura Cartridge Columns NCC-200AC，野村MicroScience株式会社公司制。
强酸性阳离子交换树脂装置122：Duolite C255LFH，容器内径φ为300mm，树脂量为80L，Dow Chemical日本株式会社公司制。
膜脱气装置123：リキセルX-40，Polypore株式会社公司制。
弱碱性阴离子交换树脂装置124：Duolite A378LF，容器内径φ为300mm，树脂量为80L，Dow Chemical日本株式会社公司制。
强碱性阴离子交换树脂装置125：Duolite A113LF，容器内径φ为300mm，树脂量为80L，Dow Chemical日本株式会社公司制。
螯合树脂装置126：CRBT-03，容器内径φ为300mm，树脂量为50L，三菱化学株式会社公司制。
反浸透膜装置127：薄膜组件TMG20-370，Toray株式会社公司制。
紫外线照射装置128：SUV-ST，日本PHOTOSCIENCE株式会社公司制。
强碱性阴离子交换树脂装置129：Duolite AGP，容器内径φ为200mm，树脂量为32L，Dow Chemical日本株式会社公司制。
储水罐31：容量为5m3，聚乙烯制。
储水罐51：容量为5m3，聚乙烯制。
强酸性阳离子交换树脂装置130：Duolite CGP，容器内径φ为200mm，树脂量为32L，Dow Chemical日本株式会社公司制。
配管（1次纯水线路）1b：硬质聚氯乙烯制，内径φ为41.6mm。
混床式离子交换树脂装置131：Nomura Cartridge Columns NCC-200M，野村Micro Science公司株式会社公司制。
罐（纯水罐）41：容量为10m3，玻璃纤维强化塑料制，氮填充。
[2次纯水***13]
热交换器（HEX）132：板式热交换器，钛制，日阪制作所株式会社公司制。
紫外线照射装置133：SUV-ST，日本PHOTOSCIENCE株式会社公司制。
过氧化物分解树脂装置134：NCC-200M（ANP），野村Micro Science株式会社公司制。
膜脱气装置135：リキセルX-40，Polypore株式会社公司制。
混床式离子交换树脂装置136：在用聚四氟乙烯内衬涂敷过的容器、内径φ400mm中填充有210L的野村Micro Science株式会社公司制MBSP的装置。
超滤装置137：OLT-6036HA，旭化成化学株式会社公司制。
配管1c（比混床式离子交换树脂装置131的出水口更为下游的配管）：内径φ为75mm，聚偏氟乙烯（PVDF）制。
[再生处理条件]
盐酸容器：35质量%（wt%）盐酸（旭硝子株式会社公司制，工业级别）。
氢氧化钠容器：25质量%（wt%）氢氧化钠（旭硝子株式会社公司制，工业级别）。
[分析设备]
TOC分析计：A-1000XP，Anatel公司制。
溶存氧计：MOCA-3600，Orbisphere公司制。
电阻率计：电阻率监测器。
微粒测量器：在线式颗粒计数器(UDI-50，PMS公司制)。
二氧化硅：原子吸光光度计。
硼：电感耦合等离子体质谱仪。
各种金属（Li、Na、K、Zn、Fe、Cu、Ca、Ni、Mg、Mn、Al、Cr、Co、Ti、Mo、Ba、Pb）：电感耦合等离子体质谱仪。
各种离子（Br-、F-、NO3 -、Cl-、NO2 -、PO4 3-、SO4 2-、NH4 ＋）：离子色谱装置。
过氧化氢：过氧化物监测器(NOXIA-L，野村Micro Science株式会社公司制)。
（实施例1）
使用图3所示的纯水制造装置30制造超纯水。
如图3所示，在实施例1中使用的超纯水制造装置30具备：依次连接有精密过滤装置111和热交换器112的前处理***11、前处理***11后段的储水罐21。一次纯水***的处理系列12A及处理系列12B分别在前段介由泵P1、P3在1次纯水线路1bA、1bB上连接于储水罐21。泵P1、P3是可进行流路的切换及流量变更的泵。处理系列12A是从1次纯水线路1bA的上游侧开始将活性炭装置121A、强酸性阳离子交换树脂装置122A、膜脱气装置123A、弱碱性阴离子交换树脂装置124A、强碱性阴离子交换树脂装置125A、螯合树脂装置126A、反浸透膜装置127A、紫外线照射装置128A、强碱性阴离子交换树脂装置129A及强酸性阳离子交换树脂装置130A依次通过配管串联地连接而构成的。在强酸性阳离子交换树脂装置130A的下游连接有储水罐31，接着依次连接有混床式离子交换树脂装置131、纯水罐41。
反浸透膜装置127A的前段及混床式离子交换树脂装置131的前段上分别存在能够进行流量调节的泵P2、P4及P5。
处理系列12B是将与处理系列12A相同的装置按照相同顺序串联地连接而构成的。
在纯水罐41的下游，作为2次纯水***13，在配管1c上介由泵P6依次串联地连接有热交换器132、紫外线照射装置133、过氧化物分解树脂装置134、膜脱气装置135、混床式离子交换树脂装置136、超滤装置137，接着连接至POU。泵P6是能够调节被处理水的流量的泵。在POU与纯水罐41之间通过配管构成2次系循环线路1d。
[前处理水的制造]
将原水导入至精密过滤装置111中，接着通水至热交换器112。由热交换器112出来的原水的温度为25℃。将该前处理水储水在储水罐21中。
[1次纯水的制造]
1次纯水***在图3所示的超纯水制造装置30中仅使用处理系列A。
由储水罐21介由泵P1以流量2.1m3/小时将前处理水从处理系列12A的活性炭装置121A导入至处理系列A中进行处理。在反浸透膜装置127A中，被处理水的流量为2.1m3/小时，处理水回收率为90%。
在储水罐31的出水口侧测定由强酸性阳离子交换树脂装置130A出来的处理水（处理水1）的电阻率值。将结果示于表1。
将储存在储水罐31中的处理水介由泵P5以流量1.9m3/小时导入至混床式离子交换树脂装置131中。本实施例中，在储水罐31的后段设置有混床式离子交换树脂装置131。如后述的表1所示，由于处理水1为高水质，因此混床式离子交换树脂装置131可以是非再生式的。即使为再生式时，也与前段的离子交换树脂装置不同，可以将再生频率延长1个月～半年左右。
接着，将混床式离子交换树脂装置131的处理水（1次纯水）导入至纯水罐41。
[2次纯水的制造]
接着，利用泵P6将1次纯水导入至2次纯水***13中进行处理。由热交换器132出来的处理水的温度为25℃。超滤装置137中的处理水回收率为95%。
所制造的超纯水的流量为1.8m3/小时。
将如此获得的超纯水作为超纯水1。
利用上述分析设备及监测器对实施例1中获得的超纯水1进行水质测定。将结果示于表1。
表1
Figure BDA00003025090900201
由表1可知，处理水1的电阻率值为15～17MΩ·cm，满足最先进的半导体和平板的制造工序中所要求的高水质。另外，通常的1次纯水（纯水）的电阻率值为10MΩ·cm以上。
另外，由于处理水1是高水质，因此可减轻2次纯水***的负荷，还可以缩小各水处理装置数和大小等。
（实施例2）
在图3的装置中使用处理系列A及处理系列B来制造超纯水。
首先，将泵P1、P3切换成不将前处理水通水至处理系列B、而是使用处理系列A进行处理。处理系列A、B内的装置使用预先进行了再生处理的装置。
所制造的超纯水的（超滤装置137的出水口处的）流量为1.9m3/小时。
根据被处理水的水质和流量、树脂量进行计算，估算出在进行再生处理后开始通水的24小时后，钠离子从强酸性阳离子交换树脂装置122漏出。各处理系列按照每隔该24小时停止向该处理系列的通水、同时开始向其他处理系列的通水的方式对泵P1、P3进行切换。在向一个处理系列中通水的期间，对其他的处理系列内的装置使用图2所示的配管进行再生处理。此时，使用能够进行送液的泵将下述量的再生用药品注入到配管201、配管203内，同时使配管201、配管203内存在在线混合器以进行再生用药品的混合、稀释，进行通液。
在各再生处理周期中，为了强酸性阳离子交换树脂装置130及强酸性阳离子交换树脂装置122的再生而通水的盐酸溶液的浓度为5质量%、流量为2.9L/分钟、总量为160L。
为了螯合树脂装置126的再生而通水的盐酸溶液的浓度为5质量%、流量为1.75L/分钟、总量为70L。
为了强碱性阴离子交换树脂装置129、强碱性阴离子交换树脂装置125、螯合树脂装置126及弱碱性阴离子交换树脂装置124的再生而通水的氢氧化钠溶液的温度为40℃、浓度为5质量%、流量为3.5L/分钟、总量为120L。
在上述时刻对处理系列A、处理系列B进行切换地进行再生处理，同时进行168小时的超纯水制造。
将所得超纯水的水质的经时变化针对微粒数示于图4、针对TOC浓度示于图5。
（比较例1）
使用图8所示的装置。将图3的装置中从活性炭装置121至螯合树脂装置126为止以及从反浸透膜装置127至强酸性阳离子交换树脂装置130为止分别作为小系列，将各小系列并列地作为2个系列而构成。另外，在各小系列的前段存在能够进行流路的切换及流量变更的泵P7～P10。在螯合树脂装置126与泵P8及P10之间，设置有与储水罐31相同的储水罐51。
其他与实施例1所用的图3所示装置相同。
被处理水向活性炭装置121的导入流量与实施例1相同，为2.1m3/小时。
另外，如下进行各小系列的切换和再生处理，除此之外与实施例1同样地进行超纯水制造。
超纯水制造是对泵P7～10进行切换以使得向各个小系列中的一个小系列通水、而停止向另一个小系列的通水来实施的。每隔24小时对泵P7及P9进行切换，分别停止被处理水向已通水的小系列的导入、同时开始向另一个小系列通水。另外，在强酸性阳离子交换树脂装置130的出水口设置电阻率计，在电阻率值降低至小于10MΩ·cm时切换泵P8及P10，分别停止被处理水向已通水的小系列中的导入、同时开始向另一个小系列通水。
在向一个小系列中通水的期间，进行另一个小系列内的装置的再生处理。
如此，进行168小时的超纯水制造。
所制造的超纯水的流量为1.9m3/小时。
将所得超纯水的水质的经时变化针对微粒数示于图4、针对TOC浓度示于图5。另外，在图4、5中，实线表示实施例2，虚线表示比较例1。
由图4、5可知，在实施例2中，由于没有因进行运行、停止的系列的切换所导致的水量及水质的变动，因此将超纯水中的微粒数及TOC浓度保持在恒定。另一方面，在比较例1中，所得超纯水的水质发生变动。可以认为这是由因反浸透膜装置127或超滤装置137等膜处理装置的被处理水的流量变动所导致的处理水回收率的变动、或者因配管内的流量变动所导致的由配管构成部材溶出的成分浓度的变动所引起的。微粒数或TOC浓度增加的超纯水有对制品的合格率造成影响的危险，根据需要使其回流至前段进行再处理。
（实施例3：大规模超纯水装置）
根据上述实施例1、2中获得的结果，使图3所示的装置的1次纯水***具备5个系列的与处理系列A相同的处理系列，设计所制造的超纯水的流量为17500m3/天的大规模超纯水制造装置，计算药品使用量（35质量%盐酸、25质量%氢氧化钠的合计值）、氮气使用量，将结果示于表2。
（比较例2）
根据上述实施例2及比较例1中获得的结果，设计所制造的超纯水的流量为17500m3/天的图9所示的现有的大规模超纯水制造装置，计算药品使用量（35质量%盐酸、25质量%氢氧化钠的合计值）、氮气使用量及冷水使用量，将结果示于表2。
表2
实施例3 比较例2 削减量
药品使用量（kg/天） 9000 15000 6000
氮气使用量（Nm3/天） 2800 4300 1500
蒸汽使用量（kg/小时） 17000 28800 11800
冷却水使用量（m3/分钟） 960 1210 250
由表2可知，实施例3与比较例2相比，药品的使用量被削减了6000kg/天。这是因为将装置汇集、进行系列运行，并实施了离子交换树脂装置的一并再生。氮气使用量的减少为500m3的储水坑1座量。
如此，在本发明的超纯水制造装置中，1次纯水***不具备储水坑和储水罐而构成，且将可分别独立进行处理的2个以上的处理系列并列地连接而构成，这些处理系列中，可以在使至少1个处理系列运行的状态下停止其他的处理系列。因此，可以在不停止1次纯水***整体的情况下连续进行超纯水的制造，因而，可以大幅度抑制所制造的超纯水的流量变动，稳定地制造高水质的超纯水。
另外，根据本发明的超纯水制造装置，在1次纯水***内没有储水坑，因此不需要使中间处理水循环的循环配管。由于不具备这些储水坑和循环配管，因此根据本发明的超纯水制造装置，可以稳定地维持所制造的超纯水水质。进而，由于再生处理和需要更换的水处理装置是汇集在各处理系列内的构成，因此易于一并地对这些水处理装置进行再生、更换，因此可以简化保养管理。如此，根据本发明的超纯水制造装置，可以削减制造成本。
特别是，在制成处理流量为2000m3/天以上的大规模的超纯水制造装置时，所具备的水处理装置的数目也增大，各水处理装置的维护频率或POU的超纯水使用量的变动也增大。此时，通过上述的构成，根据本发明的超纯水制造装置，也能够抑制所制造的超纯水的流量变动，因此可以稳定地制造电阻率值为18MΩ·cm以上、0.05μm以上的微粒数为200pcs./L以下、总有机碳（以下也称作TOC）浓度为0.5ppb以下的高水质的超纯水。进而，可以简化保养管理，大幅度削减制造成本。

Claims (9)

1.一种超纯水制造装置，其特征在于，其具备：
对将原水除浊后的前处理水进行储水的储水坑；
1次纯水***，该1次纯水***具备具有反浸透膜装置和将前处理水中的离子成分除去的离子交换树脂装置、且可以分别独立地对所述前处理水进行处理的多个处理系列；以及
2次纯水***，该2次纯水***将在1次纯水***中处理后的1次纯水进行处理并供至使用点。
2.根据权利要求1所述的超纯水制造装置，其中，所述处理系列分别具备选自膜脱气装置、离子交换树脂装置及反浸透膜装置中的1种以上的装置。
3.根据权利要求1或2所述的超纯水制造装置，其中，所述2次纯水***介由纯水罐与所述1次纯水***连接，且由从所述纯水罐能够通过泵分别独立地进行处理的1个以上的纯水***构成。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的超纯水制造装置，其中，所制造的超纯水的流量为2000m3/天以上。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的超纯水制造装置，其中，所述1次纯水***的处理系列进一步具备选自紫外线照射装置、螯合树脂装置及活性炭装置中的1种以上的装置。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的超纯水制造装置，其中，所述离子交换树脂装置为选自阳离子交换树脂装置、阴离子交换树脂装置、复层式离子交换树脂装置、混床式离子交换树脂装置及电再生式离子交换树脂装置中的1种以上的装置。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的超纯水制造装置，其中，所述1次纯水***的处理系列依次具备阳离子交换树脂装置、膜脱气装置、阴离子交换树脂装置及反浸透膜装置。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的超纯水制造装置，其中，所述2次纯水***具备选自紫外线照射装置、膜脱气装置、抛光机及超滤装置中的1种以上的装置。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的超纯水制造装置，其中，将所述多个处理系列中的至少1个处理系列停止，一并进行所停止的处理系列内的装置的维护。
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PB01 Publication
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Inventor after: Iiyama Masamitsu

Inventor after: Matsui Kyonori

Inventor after: Kosaka Kengo

Inventor after: Ano Shotaro

Inventor before: Iiyama Masamitsu

Inventor before: Matsui Kyonori

Inventor before: Kosaka Kengo

Inventor before: Kurino Shotaro

C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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