JP3956671B2 - 半導体製品製造工程用純水製造装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェハ、ＬＳＩ、液晶などの半導体製品の製造工程に用いられる純水を製造する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製品の製造工程などで用いられる純水を製造するには、被処理水を紫外線照射、イオン交換、膜分離、脱気などにより処理する純水製造装置が用いられている。図８は、従来の純水製造装置の一例を示すもので、ここに示す純水製造装置４０は、貯留タンク３１と、送液ポンプ３２と、熱交換器３３と、純水製造ユニット３４とを備えている。
【０００３】
送液ポンプ３２としては、モータ部を外気により冷却できるようにされ、メカニカルシールを備えた渦流ポンプや、モータ部が内部に収納されたキャンドモーターポンプが用いられている。送液ポンプ３２では、供給圧力を高圧（例えば３〜５ｋｇ／ｃｍ²）とする必要があるため、接液部には、通常、強度に優れた材料であるステンレス鋼が使用されている。純水製造ユニット３４は、紫外線酸化器３５と、イオン交換器３６と、膜分離装置３７とを備えている。符号３８は、ブースターポンプ等の送液ポンプを示す。
【０００４】
以下、この純水製造装置４０を用いて純水を製造する方法の一例を説明する。予めイオン交換などの処理により得られた一次純水Ｗ１（被処理水）を、貯留タンク３１に一時貯留した後、送液ポンプ３２によって、熱交換器３３を経て純水製造ユニット３４に導入する。純水製造ユニット３４においては、被処理水が紫外線酸化器３５で紫外線照射され、イオン交換器３６で脱塩され、膜分離装置３７で濾過処理され、処理水が二次純水Ｗ２として導出される。二次純水Ｗ２は、送液ポンプ３８によって純水使用設備Ｕに供給される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年では、純水の水質に対する要求が高くなっている。特に、半導体製造工程で用いられる純水の場合には、半導体製品の高集積化に伴って、不純物量の許容基準が厳しくなっており、純水中の金属濃度は、例えば０.１ｎg／Ｌ以下とすることが要求されるようになってきている。しかしながら、上記従来装置では、純水製造ユニット３４に導入される被処理水中に、金属（例えばイオン状または微粒子状の金属）が多く混入し、この金属がコロイド化し、純水製造ユニット３４内に付着することがあった。特に、膜分離装置３７において、分離膜（限外濾過膜、精密濾過膜、逆浸透膜など）への金属付着が起こりやすい問題があった。（微量金属不純物分析評価技術とその応用（ウルトラクリーンテクノロジー vol.4 No.3 1992）を参照）純水製造ユニット３４への金属付着が起こった場合には、この金属が二次純水Ｗ２中に溶出し、その金属濃度が高くなり、製品の金属汚染等の問題が起きるおそれがあった。本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、金属濃度が低い純水を得ることができる半導体製品製造工程用の純水製造装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、装置メンテナンスや送液ポンプ切替えのため装置を停止した後の運転再開直後において、製品の金属汚染（特にＦｅによる汚染）が発生しやすいことを見出した。本発明者は、この金属汚染が、送液ポンプから被処理水中に溶出した金属が純水製造ユニット内の装置に付着したことに起因することを見出し、この知見に基づいて本発明を完成させた。すなわち、本発明の半導体製品製造工程用純水製造装置は、少なくともイオン交換器と膜分離手段とを備え、被処理水を処理して純水を得る純水製造ユニットと、この純水製造ユニットに被処理水を送る送液ポンプとを備えた鉄の濃度が０．１ｎｇ／Ｌ以下の純水を製造するための半導体製品製造工程用純水製造装置であって、送液ポンプは、接液部が合成樹脂材料からなるものであることを特徴とする。送液ポンプは、容積変化可能な容器と、この容器の容積を変化させる容積変化手段と、容積増加時に被処理水を容器内に導入する吸引管と、容積減少時に容器から被処理水を導出する吐出管とを備えた容積型ポンプであることが好ましい。本発明の半導体製品製造工程用純水製造装置では、送液ポンプが複数設けられ、これら送液ポンプが並列に接続されている構成を採用することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は、本発明の半導体製品製造工程用純水製造装置の第１の実施形態を示すものである。図３に示すように、ここに示す純水製造装置２０は、被処理水を貯留する貯留タンク２１と、貯留タンク２１からの被処理水を送出する送液ポンプ２２と、熱交換器２３と、被処理水を処理する純水製造ユニット２４とを備えている。
【０００８】
図１および図２は、送液ポンプ２２の構成を示すものである。符号１は、変形により容積変化可能とされた中空体（容器）を示し、符号２は、中空体１を収納するケーシングを示し、符号３は、作動液体を中空体１とケーシング２との間に出入りさせることによって中空体１の容積を変化させる加圧手段（容積変化手段）を示し、符号４は、中空体１の変形開始位置を定める案内手段を示し、符号５は、中空体１に対する案内手段４の位置を変更する駆動手段を示し、符号９は、被処理水を中空体１内に導入する吸引管を示し、符号１０は中空体１内の被処理水を中空体１から導出する吐出管を示す。送液ポンプ２２は、中空体１の容積変化によって被処理水を吸入または吐出する容積型ポンプである。
【０００９】
中空体１は、可撓性を有する材料からなる円筒状部材である。中空体１は、被処理水が接触する接液部である内面１ａが、非金属材料で構成されている。中空体１は、少なくとも内面１ａが非金属材料からなるものであればよく、全体が非金属材料で構成されていてもよいし、内面１ａ側のみが非金属材料で構成されていてもよい。
【００１０】
この非金属材料としては、耐久性の点から合成樹脂材料を用いる。合成樹脂材料としては、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、メタクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアセタール、フッ素樹脂、尿素樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂などを挙げることができる。なかでも特に、ポリ４フッ化エチレン、ポリエチレン、ポリブテン、エラストマー（例えばポリブテンとポリスチレンからなるブロック共重合体）などを用いるのが好適である。
【００１１】
ケーシング２は、耐圧性を有する材料、例えば硬質の合成樹脂材料や金属で形成された円筒状容器である。加圧手段３は、シリンダ３ａと、ピストン３ｂを備えて構成されており、シリンダ３ａ内の作動液体を、ピストン３ｂによって中空体１とケーシング２との間に出入りさせることができるようになっている。
【００１２】
案内手段４は、中空体１の一端部に取り付けられた環状の爪車４ａと、爪車４ａから中空体１の他端部に向けて延びるアーム４ｂ、４ｂと、アーム４ｂの先端に取り付けられた接触子４ｃ、４ｃと、爪車４ａに設けられた突起４ｄとを備えている。爪車４ａは、周方向に回転可能とされている。アーム４ｂは、先端付近において中空体１を内方に押圧できるようにされたバネ板である。駆動手段５は、突起４ｄに周方向の力を加えることによって爪車４ａを周方向に回転させることができるようになっている。
【００１３】
吸引管９は、中空体１の一端部からその軸方向に沿って中空体１内に延びている。吸引管９および吐出管１０は、上述の中空体１の材料として例示した非金属材料で構成するのが好ましい。符号１１は、ケーシング２の端部に設けられた作動液体の出入管を示す。
【００１４】
図３に示すように、純水製造ユニット２４は、紫外線酸化器（または紫外線殺菌器）２５と、イオン交換器２６と、膜分離装置（膜分離手段）２７とを備えている。イオン交換器２６としては、多床型イオン交換装置、混床式イオン交換装置、非再生型イオン交換装置、電気再生型イオン交換装置等を用いることができる。膜分離装置２７としては、限外濾過膜、精密濾過膜、逆浸透膜のうち少なくとも１つを用いたものが使用可能である。なお、純水製造ユニットには、脱気装置（真空脱気塔、膜脱気器、窒素脱気塔、脱炭酸塔）を組み込むこともできる。
【００１５】
次に、上記純水製造装置２０を用いて純水を製造する方法の一例を説明する。以下に説明する製造方法では、紫外線照射、イオン交換、膜分離などの処理により得られた一次純水Ｗ１を被処理水として使用する。図３に示すように、一次純水Ｗ１を、被処理水として貯留タンク２１に一時貯留した後、送液ポンプ２２に導入する。
【００１６】
図１および図２に示すように、送液ポンプ２２では、被処理水を吸引管９を通して中空体１内に導入した後、加圧手段３を用いて作動液体（例えばシリコン油、フッ素油、純水）を、出入管１１を通してケーシング２内に送り込む。これによって、ケーシング２内の圧力が高くなり、中空体１は作動液体により押圧され、２点鎖線で示すように、上部および下部が内方に湾曲し、扁平な形状となる。この変形により中空体１の容積が減少するため、中空体１内の被処理水は、吐出管１０を通して外部に吐出される。次いで、加圧手段３により作動液体をケーシング２から導出すると、ケーシング２内の圧力が低くなり、中空体１は原形、すなわち円筒状に復元する。中空体１の形状が復元することによって、中空体１の容積が増加するため、被処理水が吸引管９から中空体１内に流入する。
【００１７】
この中空体１を変形させる動作と復元させる動作とを繰り返すことによって、送液ポンプ２２は、貯留タンク２１からの被処理水を吸入、吐出する。吐出された被処理水は、熱交換器２３を経て純水製造ユニット２４に送り込まれる。
【００１８】
なお、送液ポンプ２２では、中空体１の変形（内方への湾曲）が、アーム４ｂ先端の接触子４ｃの位置（図中上部および下部）において起こりやすくなるため、駆動手段５を用いて案内手段４の周方向位置を調整することによって、変形する（内方への湾曲）部分の周方向位置を変化させることができる。
【００１９】
純水製造ユニット２４においては、被処理水が紫外線酸化器２５で紫外線照射され、殺菌されるとともに、被処理水中の有機物などが酸化される。被処理水は、イオン交換器２６において脱塩された後、膜分離装置２７で濾過処理され、処理水が二次純水Ｗ２として導出される。二次純水Ｗ２は、送液ポンプ２８によって純水使用設備Ｕに供給される。送液ポンプ２８としては、送液ポンプ２２と同様の構成のものを使用することができる。なお、純水使用設備Ｕにおいて二次純水Ｗ２を高圧とする必要がない場合には、送液ポンプ２８は使用しなくてもよい。
【００２０】
上記純水製造装置２０では、純水製造ユニット２４と、これに被処理水を送る送液ポンプ２２とを備え、送液ポンプ２２の中空体内面１ａが非金属材料からなるものであるので、被処理水中に金属が溶出することがない。このため、被処理水中への金属混入を防ぎ、純水製造ユニット２４（特に膜分離装置２７）における金属付着を未然に防ぐことができる。従って、製品の金属汚染を未然に防ぎ、製品の性能や製造歩留まりを向上させることができる。
【００２１】
また、送液ポンプ２２は、加圧手段３によって中空体１の容積を変化させ、この容積変化によって被処理水を吸入または吐出する容積型ポンプであるので、回転部分（メカニカルシールなど）を備えていない。従って、金属微粒子が被処理水中に放出されることがなく、被処理水中への金属混入を防ぐことができる。
【００２２】
また、送液ポンプ２２は、容積型ポンプであるので、ダイヤフラムポンプやチューブポンプに比べ、被処理水の供給圧力および吐出流量を高めることができる。従って、純水製造ユニット２４において被処理水の供給圧力や流量を高めることが必要となる場合（例えば超純水製造装置に適用する場合）でも、安定的な純水製造が可能となる。
【００２３】
図４は、本発明の半導体製品製造工程用純水製造装置の第２の実施形態を示すものである。ここに示す純水製造装置３０は、送液ポンプ２２に代えて、第１および第２の送液ポンプ２２ａ、２２ｂを備えている点で、図１〜図３に示す純水製造装置２０と異なる。これら送液ポンプ２２ａ、２２ｂは、図１および図２に示す送液ポンプ２２と同様の構成のものが使用可能である。純水製造装置３０では、送液ポンプ２２ａ、２２ｂが並列に配置され、貯留タンク２１からの被処理水を、これら送液ポンプ２２ａ、２２ｂの双方に供給することができるようになっている。
【００２４】
一般に、容積型ポンプでは、被処理水を吸引する工程と吐出する工程とを交互に繰り返すため、被処理水が断続的に吐出される。このため、吐出流量が変動（脈動）することになる。これに対し、純水製造装置３０では、並列配置された２つの送液ポンプ２２ａ、２２ｂが設けられているため、これら２つの送液ポンプ２２ａ、２２ｂにおける各工程（吸引工程および吐出工程）のタイミングを互いにずらせることによって、吐出流量の脈動を最小限に抑えることができる。例えば第１の送液ポンプ２２ａが吸引工程にあるときに第２の送液ポンプ２２ｂにおいて吐出工程を行い、第１の送液ポンプ２２ａが吐出工程にあるときに第２の送液ポンプ２２ｂにおいて吸引工程を行うことによって、吐出が行われない時間を短縮するとともに、吐出流量の変動を抑えることができる。従って、純水製造ユニット２４における純水製造を安定的に行うことができる。なお、この送液ポンプの数は、２つに限らず、３つ以上とすることもできる。
【００２５】
上記各実施形態では、容積型ポンプを用いたが、本発明で使用できる送液ポンプは、接液部が合成樹脂材料からなるものであれば、容積型ポンプに限定されない。送液ポンプとしては、例えば軸流ポンプ、タービンポンプを用いることもできる。軸流ポンプとしては、接液部となるケーシング内壁面、プロペラ面、軸周壁面等を合成樹脂材料で構成したものが使用可能である。タービンポンプとしては、接液部となるケーシング内壁面、案内羽根表面、回転軸周面等を合成樹脂材料で構成したものが使用可能である。
【００２６】
上記各実施形態では、本発明の半導体製品製造工程用純水製造装置を、二次純水製造装置に適用する場合を例示したが、本発明の半導体製品製造工程用純水製造装置は、これに限らず、一次純水製造装置として使用することもできる。また、本発明の純水製造装置は、超純水製造装置として使用することができる。この場合には、以下に示す特性を有する超純水を製造する装置として使用できる。
・電気比抵抗；１８ＭΩ・ｃｍ以上
・微粒子（１ｍｌ中、０．１μｍ径以上の微粒子数）；５個以下
・微生物（１Ｌ中微生物数）；１０個以下
・有機物（ＴＯＣ）；１０μｇ／ｌ以下
【００２７】
【実施例】
（実施例１）図５に示すように、タンク４１と、送液ポンプ４２と、純水製造ユニット４３（紫外線酸化器４４、イオン交換器４５、膜分離装置４６）とを備えた純水製造装置５０を用いて、純水Ｗ（Ｆｅ濃度０.１ｎｇ／ｌ）を製造した。送液ポンプ４２としては、図１および図２に示す容積型ポンプを使用した。メンテナンスのため純水製造装置５０を所定時間停止した後、装置の運転を再開し、送液ポンプ４２から吐出された純水ＷのＦｅ濃度を測定した。この純水ＷのＦｅ濃度の経時変化を図６に示す。この図において、横軸は運転再開時からの時間を示し、縦軸は純水Ｗ中のＦｅ濃度を示す。
【００２８】
（比較例１）送液ポンプ４２に代えて、キャンドモーターポンプを使用すること以外は実施例と同様の試験を行った。ここで用いたキャンドモーターポンプは、接液部がステンレス鋼からなるものである。キャンドモーターポンプから吐出された純水ＷのＦｅ濃度の経時変化を図６に併せて示す。
【００２９】
図６より、比較例において、キャンドモーターポンプから吐出された純水Ｗ中のＦｅ濃度は、装置の運転再開後、約１５日間で定常値に達し、その値は約０．４ｎｇ／Ｌとなったことがわかる。これに対し、送液ポンプ４２を用いる実施例では、送液ポンプ４２から吐出された純水Ｗ中のＦｅ濃度は、運転再開後、短時間で０.１ｎg／Ｌ以下となったことがわかる。この結果より、送液ポンプ４２を用いた場合には、純水Ｗ中のＦｅ濃度を短時間で低く抑えることができたことがわかる。
【００３０】
（比較例２）図８に示す従来の純水製造装置４０を用い、一次純水Ｗ１（Ｆｅ濃度７．２ｎｇ／Ｌ）を、貯留タンク３１、送液ポンプ（キャンドモーターポンプ）３２、熱交換器３３を経て純水製造ユニット３４に供給し、二次純水Ｗ２を得た。メンテナンスのため純水製造装置４０を停止した後、運転を再開し、二次純水Ｗ２のＦｅ濃度の経時変化を調べた。結果を図７に示す。図７より、二次純水Ｗ２中のＦｅ濃度は、比較例１と同様に、運転再開後、約１５日間で定常値に達し、その値は約０．４ｎｇ／Ｌとなったことがわかる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体製品製造工程用純水製造装置では、純水製造ユニットに被処理水を送る送液ポンプの接液部が合成樹脂材料からなるものであるので、被処理水中に金属が溶出することがない。このため、被処理水中への金属の混入を防ぎ、純水製造ユニットにおける金属の付着を未然に防ぐことができる。従って、製品の金属汚染を防ぎ、製品の性能や製造歩留まりを向上させることができる。
【００３２】
また、送液ポンプとして容積型ポンプを用いることによって、被処理水の供給圧力および吐出流量を高め、純水製造ユニットにおいて、安定的な純水製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の半導体製品製造工程用純水製造装置の第１の実施形態に使用される送液ポンプを示す一部切開斜視図。
【図２】 図１に示す送液ポンプの断面図。
【図３】 図１に示す送液ポンプが用いられる半導体製品製造工程用純水製造装置の系統図。
【図４】 実施例で用いられる試験装置を示す系統図。
【図５】 本発明の半導体製品製造工程用純水製造装置の第２の実施形態を示す系統図。
【図６】 試験結果を示すグラフ。
【図７】 試験結果を示すグラフ。
【図８】 従来の半導体製品製造工程用純水製造装置の一例を示す系統図。
【符号の説明】
１・・・中空体（容器）、１ａ・・・内面（接液部）、３・・・加圧手段（容積変化手段）、９・・・吸引管、１０・・・吐出管、２０・・・純水製造装置、２２、２２ａ、２２ｂ、４２・・・送液ポンプ、２４・・・純水製造ユニット

Claims (3)

1. 少なくともイオン交換器と膜分離手段とを備え、被処理水を処理して純水を得る純水製造ユニットと、この純水製造ユニットに被処理水を送る送液ポンプとを備えた鉄の濃度が０．１ｎｇ／Ｌ以下の純水を製造するための半導体製品製造工程用純水製造装置であって、
   送液ポンプは、接液部が合成樹脂材料からなるものであることを特徴とする半導体製品製造工程用純水製造装置。
2. 送液ポンプは、容積変化可能な容器と、この容器の容積を変化させる容積変化手段と、容積増加時に被処理水を容器内に導入する吸引管と、容積減少時に容器から被処理水を導出する吐出管とを備えた容積型ポンプであることを特徴とする請求項１記載の半導体製品製造工程用純水製造装置。
3. 送液ポンプが複数設けられ、これら送液ポンプが並列に接続されていることを特徴とする請求項１記載の半導体製品製造工程用純水製造装置。

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