JP6477487B2 - 超純水中の微粒子数の測定方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、超純水中の微粒子数を測定するための方法及び装置に係り、特にノイズによる誤差を小さくするようにした微粒子数の測定方法及び装置に関する。

超純水中の微粒子数をオンラインで測定（カウント）する装置として、レーザー散乱を応用した微粒子計（パーティクルカウンター）が利用されている（特許文献１）。

レーザー散乱を応用した微粒子計は、振動、宇宙線、自己ノイズ等による影響でフォトディテクターが誤検値を起こしやすい事が知られている。レーザー散乱を応用した微粒子計は、セルの汚れによるノイズ等により、実際に微粒子を検出しているか、ノイズにより誤検知を起こしているかの区別をつける必要がある。レーザー散乱を応用した微粒子計によって、トレンド管理をする場合、微粒子の急な上昇やハンチングが微粒子計のノイズによる影響か否かを判別する必要がある。

特許文献２には、空気中の粒子を光ビームを横断させ、２個のフォトダイオードで散乱光を検出し、いずれのフォトダイオードも粒子を検出するときには粒子を検出したものとし、一方のフォトダイオードのみが粒子を検出するときには、ノイズと扱う方法が記載されている。図４はこの特許文献２の方法の説明図である。空気は流入ノズル４１から吐出され、光ビームを通過して排出ノズル４２に吸引されて排出される。この空気中の粒子によって散乱された散乱光は、集光レンズ５０を介して第１フォトダイオード５１又は第２フォトダイオード５２に集光され、検出される。

時刻ｔにあっては、粒子は光ビーム内のうち流入側ノズル近くに位置しており、このときの散乱光は第１フォトダイオード５１に集光される。時刻がΔｔだけ進行し、時刻ｔ＋Δｔとなったときには、粒子は光ビーム内の排出ノズル４２側にまで進行しており、このときの散乱光は第２フォトダイオード５２に集光される。

第１フォトダイオード５１が時刻ｔを含む所定の時間帯に粒子を検出し、第２フォトダイオード５２が時刻ｔ＋Δｔを含む所定の時間帯に粒子を検出するときには、粒子を検出したものとする。フォトダイオード５１，５２の一方のみが粒子を検出するときには、ノイズによるものと扱う。

特開２００８−２４１５８４ 特開平５−１４９８６６

上記特許文献２の方法は、空気中の粒子を検出する場合のものであり、これを超純水中の微粒子検出に適用しても精度よく微粒子を検出することはできない。即ち、空気中及び水中の微粒子はいずれもブラウン運動を行うが、水中にあっては空気中に比べて微粒子のブラウン運動速度が格段に大きく、図４の時刻ｔにおいて光ビーム内に存在した微粒子であっても、時刻ｔ＋Δｔに必らずしも排出ノズル４２側に進行するとは限らない。そのため、実際には超純水中に微粒子が存在するにもかかわらず、第１のフォトダイオード５１のみが微粒子を検出し、第２のフォトダイオード５２は微粒子を検出しないこともあり、微粒子検出誤差が大きくなる。

本発明は、かかる問題点を解決し、超純水中の微粒子数を精度よく検出することができる超純水中の微粒子数の測定方法及び装置並びにこの測定装置を備えた超純水製造装置を提供することを目的とする。

本発明の超純水中の微粒子数の測定方法は、２以上の微粒子数の測定手段にそれぞれ別々に超純水を流通させ、単位時間又は単位体積当りの微粒子数をそれぞれ測定する工程と、それぞれの測定値の最も低い値を超純水中の微粒子数として採用する工程とを有する。

微粒子数の測定手段としては、レーザー光の光散乱方式の微粒子数の測定装置が好ましい。

本発明の超純水中の微粒子数の測定装置は、超純水中の微粒子数を測定する２以上の測定手段と、各測定手段にそれぞれ超純水を流通させる超純水流通手段と、各測定手段で検出される単位時間又は単位体積当りの微粒子数を比較し、最も低い値を出力する比較手段とを備える。

本発明の別態様の超純水中の微粒子数の測定装置は、２以上の微粒子数の測定手段と、各測定手段にそれぞれ別々に超純水を流通させる超純水流通手段とを備える。

本発明の超純水製造設備は、かかる微粒子数測定装置を水質監視手段として備える。

本発明の超純水中の微粒子数の測定方法及び装置によると、超純水を複数の微粒子数の測定手段に通水して微粒子数を測定し、単位時間又は単位体積当りの微粒子数が最も小さいものを当該超純水の微粒子数として採用するので、ノイズの影響が全く又は殆どない微粒子数データを得ることができる。従って、超純水製造設備の水質を精度よく管理することができ、精度よく水質のトレンドを管理することができる。

実施例の結果を示すチャートである。 超純水製造システムのフロー図である。 実施の形態に係る微粒子測定装置のブロック図である。 従来例の説明図である。

以下、実施の形態について説明する。

本発明は、超純水中の微粒子数（単位体積中の微粒子の数又は単位時間当りにカウントされる微粒子の数）を測定する方法及び装置に関する。本発明では、微粒子は、好ましくはレーザー光散乱方式の微粒子計によって測定した粒径が０．２μｍ以下でかつ微粒子計の検出下限値以上のものである。

本発明では、超純水とは、導電率１８．２ＭΩ以上の水である。本発明は微粒子数５０００個／Ｌ以下の超純水の微粒子数測定に好適である。

図２は超純水製造装置の一例を示すフロー図である。図示の通り、超純水は、前処理装置１、一次純水製造装置２、超純水製造装置（サブシステム）３から構成される超純水製造設備で原水（工業用水、市水、井水等）を処理することにより製造される。

凝集、加圧浮上（沈殿）、濾過（膜濾過）装置などよりなる前処理装置１は、原水中の懸濁物質やコロイド物質の除去を行う。また、この過程では高分子系有機物、疎水性有機物などの除去も可能である。

逆浸透膜分離装置、脱気装置及びイオン交換装置（混床式又は４床５塔式など）を備える一次純水系製造装置２では、原水中のイオンや有機成分の除去を行う。なお、逆浸透膜分離装置では、塩類を除去すると共に、イオン性、コロイド性のＴＯＣを除去する。イオン交換装置では、塩類を除去すると共にイオン交換樹脂によって吸着又はイオン交換されるＴＯＣ成分の除去を行う。脱気装置では無機系炭素（ＩＣ）、溶存酸素の除去を行う。

一次純水製造装置２からの一次純水は、超純水製造装置３において、タンク１１からポンプ１２により熱交換器１３に通水され、次いで紫外線（ＵＶ）照射装置（図２では低圧ＵＶ酸化装置）１４、イオン交換装置１５及び限外濾過（ＵＦ）膜分離装置１６で処理されて、超純水が製造される。低圧ＵＶ酸化装置１４では、ＵＶランプより出される１８５ｎｍのＵＶによりＴＯＣを有機酸、さらにはＣＯ_２まで分解する。分解により生成した有機物及びＣＯ_２は後段のイオン交換装置１５で除去される。ＵＦ膜分離装置１６では、微粒子が除去され、イオン交換樹脂の流出粒子も除去される。

このようにして得られた超純水は、配管１７よりユースポイント４に送給され、余剰の超純水が配管１８よりタンク１１に戻される。

ユースポイント４は超純水の使用場所を示し、対象物（例えば半導体）を洗浄するための洗浄装置の他、適宜配管やノズル類等を含んでもよい。なお、ユースポイント４で使用された超純水は、適宜排水として回収される。

このＵＦ膜分離装置１６からの超純水の一部を、配管１７から分岐した配管２０と、該配管２０からさらに分岐した配管２１，２２を介して第１微粒子計３１及び微粒子計３２にそれぞれ別々に供給し、微粒子数を測定する。以下、第１の微粒子計３１を微粒子計Ａといい、第２の微粒子計３２を微粒子計Ｂという。

図示は省略するが、微粒子計Ａ，Ｂの下流側にはそれぞれ流量計が設けられている。配管２０，２１，２２の内面はフッ素樹脂ライニングされている。

本態様においては、微粒子計Ａ，Ｂは同一機種を用いる必要がある。微粒子計Ａ，Ｂは、レーザー光の光散乱方式のものが好ましい。レーザー光としては、波長が５３２〜８０８ｎｍの範囲から選ばれたものが好ましい。微粒子計としては、アメリカ合衆国５４７５ Ａｉｒｐｏｒｔ Ｂｌｖｄ Ｂｏｕｌｄｅｒ，ＣＯ ８０３０１所在のＰａｒｔｉｃｌｅ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ社製のＵｌｔｒａ ＤＩ２０（ＵＤＩ−２０）、Ｕｌｔｒａ ＤＩ５０（ＵＤＩ−５０）などを用いることができるが、これに限定されない。

微粒子計Ａ，Ｂは、レーザー光の光束を横断するように試料水を流し、微粒子による散乱光をフォトダイオードで検出して微粒子を検出するよう構成されている。微粒子計の検出回路は、１個の微粒子を検出する度に１パルスの信号を発生させる。微粒子計は、この実施の形態では、単位時間当りのパルス数を出力しているが、単位時間当りのパルス数を単位時間当りの流量で除算して超純水単位体積（例えば１Ｌ）当りの微粒子数を演算して出力してもよい。この単位時間としては、５〜６００秒の間から選定された時間であることが好ましく、後述の実施例では６０秒（１分）が採用されている。

これらの微粒子計Ａ，Ｂの検出した微粒子数データ信号を図３の通り比較回路にそれぞれ入力し、単位時間当りの微粒子数が少ない方を微粒子数として出力し、超純水製造設備の水質管理データとする。

このように、２台の微粒子計Ａ，Ｂの検出微粒子数のうち小さい方を微粒子数とすることにより、ノイズの影響のない微粒子数データを得ることができ、超純水製造装置のトレンド管理を精度良く行うことができる。

図２では、２台の微粒子計Ａ，Ｂを設けているが、３台以上の微粒子計を設け、３台以上の微粒子計の検出微粒子数のうち最小の微粒子数を微粒子比較回路から出力させるようにしてもよい。また、図２では微粒子計Ａ，Ｂそれぞれに接続されている配管２１，２２は、配管１７より分岐した配管２０に接続されているが、配管２１，２２は配管１７に直接接続してもよい。

本発明の一態様に係る超純水中の微粒子数の測定装置は、２以上の微粒子数の測定手段と、各測定手段にそれぞれ別々に超純水を流通させる超純水流通手段とを備える。

この測定装置として、同一（同じ機種）の粒径範囲の粒子測定装置を用いた場合には、それぞれの測定結果を比較することで、当該測定装置の異常・故障の判定を行う。例えば、１台の測定装置が多くの微粒子をカウントするのに、他の１台はカウントしない場合には、どちらかが異常と判断できる。この場合には、別途、顕鏡法などの信頼性の高い方法で超純水中の微粒子数を測定することで、どの測定装置に異常・故障があるかを判断し、異常・故障のある測定装置を取り換えることが可能となる。

異なる粒径範囲（測定レンジ）の粒子測定装置（例えば、Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓのパーティクルカウンター ＵＤＩ−５０及びＵＤＩ−２０を用いた場合には、それぞれの粒径範囲に存在する微粒子の数がわかるため、微粒子の増加が認められた場合には、これらの情報を利用・解析することで、原因の探求、解決策の立案に用いることが可能となる。

図２に示す超純水製造設備において、超純水を１５ｍ^３／ｈｒにて製造した。ＵＦ膜分離装置１６からの超純水の一部を配管２０，２１，２２を介して各微粒子計Ａ，Ｂにそれぞれ流し、微粒子数を測定した。微粒子計Ａ，Ｂは、波長８０８ｎｍのレーザー光の散乱方式のものであり、国内メーカーの同一機種（測定下限粒径０．０５μｍ）のものである。

微粒子計Ａ，Ｂの微粒子検出パルスのタイムチャートを図１に示す。なお、微粒子計Ａの１０７分以降のパルス数は微粒子計Ｂに比べてかなり多く、図１の微粒子計Ａの１０７分以降のデータは模式的となっている。微粒子計Ａ，Ｂの１００〜１３９分の間の１分毎の検出微粒子数を表１に示す。

表１及び図１に示す通り、０〜１０７分の間は１分当りの微粒子検出パルスは微粒子計Ａ，Ｂいずれも０又は１個であり、比較回路は１個／ｍｉｎ（Ａ，Ｂいずれも１個／ｍｉｎを出力する場合）又は０個／ｍｉｎ（その他の場合）を微粒子数データとして出力する。１０７〜２５０分の間は、しばしば、微粒子計Ａの検出微粒子数が微粒子計Ｂよりも著しく多くなっている。これはノイズによるものと考えられる。この間、比較回路は、微粒子計Ｂの検出微粒子数を微粒子数データとして出力する。

これにより、ノイズの影響を排除して、超純水の水質を正しく管理することができた。微粒子数は、平均すると１個／２０ｍｉｎであり、１分当りでは０．０５個／ｍｉｎであった。微粒子計Ａ，Ｂの通過水量は０．００３７５Ｌ／ｍｉｎ（３．７５ｍｌ／ｍｉｎ）であるため、超純水１Ｌ当りの微粒子数は１３個／Ｌであった。

本発明を特定の態様を用いて詳細に説明したが、本発明の意図と範囲を離れることなく様々な変更が可能であることは当業者に明らかである。
本出願は、２０１３年１０月３１日付で出願された日本特許出願２０１３−２２６９２６に基づいており、その全体が引用により援用される。

Claims (7)

1. 超純水中の微粒子数を測定する方法であって、
   ２以上の微粒子数の測定手段にそれぞれ別々に超純水を流通させ、単位時間又は単位体積当りの微粒子数をそれぞれ測定する工程と、
   それぞれの測定値の最も低い値を超純水中の微粒子数として採用する工程と
   を有する微粒子数の測定方法。
2. 請求項１において、前記微粒子数の測定手段はレーザー光の光散乱方式の微粒子数の測定装置であることを特徴とする微粒子数の測定方法。
3. 請求項１又は２において、前記単位時間は５〜６００秒の間から選定された時間であることを特徴とする微粒子数の測定方法。
4. 超純水中の微粒子数を測定する２以上の測定手段と、
   各測定手段にそれぞれ超純水を流通させる超純水流通手段と、
   各測定手段で検出される単位時間又は単位体積当りの微粒子数を比較し、最も低い値を出力する比較手段と
   を備えてなる超純水中の微粒子数の測定装置。
5. 請求項４において、前記微粒子数の測定手段はレーザー光の光散乱方式の微粒子数の測定装置であることを特徴とする微粒子数の測定装置。
6. 請求項４又は５において、前記単位時間は５〜６００秒の間から選定された時間であることを特徴とする微粒子数の測定装置。
7. 請求項４ないし６のいずれか１項に記載の微粒子数の測定装置を水質監視手段として備えた超純水製造設備。

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