図面 (/)

技術 超純水中微粒子の測定装置および超純水中微粒子の測定方法

出願人 野村マイクロ・サイエンス株式会社
発明者 向阪保雄遠藤睦子稲垣精一広瀬多郁三柳基典
出願日 2002年4月25日 (18年9ヶ月経過) 出願番号 2002-124756
公開日 2003年11月6日 (17年3ヶ月経過) 公開番号 2003-315245
状態 特許登録済
技術分野 粒子の特徴の調査
主要キーワード 積算個数 実効直径 単位試料 モータードライブ 偏差平方和 自動計測器 微粒子測定 幾何平均粒径
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2003年11月6日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (10)

課題

超純水中微細でかつ含有量がごく少ない微粒子の測定を可能にする新しい測定方法を提供する

解決手段

超純水製造システムユースポイント超純水が含有する微粒子が対数正規分布を有することに着目し、0.1μm以上の微粒子について個数頻度を測定することにより、この超純水が含有する微粒子の対数正規分布を決定し、この分布から超純水が含有する計測粒子径未満の微粒子の個数を得る。

概要

背景

超純水は、各種の不純物を含む水から不純物を取り除く操作を重ねることによって得られる非常に高度に精製され純度の高められた水である。特に大規模化と微細化が著しく進んだ半導体デバイスの製造においては、極めて純度の高い超純水が要求されるようになった。半導体デバイスの微細加工のザインルールは既に0.13μmに達し、このデザインルールでの半導体デバイス製造に用いられる超純水としては、含まれる微粒子粒子径が0.13μmの10分の1以下であることが要求され、このような超純水において、超純水中に含まれる0.05μm以上の微粒子は、例えば100個/L以下に規定される。

このような規定を満たす超純水を安定して供給するためには、超純水中に含まれるこうしたごく少数の微粒子を常に計数モニターすることができることが必要である。

図10は超純水の製造システムの一例について、その概要を示したものである。図10において、1次純水処理システム111は、市水などの原水濾過し、陽イオン交換脱気陰イオン交換RO膜などによって原水中の不純物を除去した純水112を製造するもので、製造された純水は2次純水タンク113に貯えられる。

2次純水処理システム114は、この純水112をさらに精製し、超純水を製造するものである。2次純水タンク113からポンプ115によって送出された純水112は、UV酸化処理装置116で有機物酸化分解され、イオン交換塔117でイオン交換され、限外濾過装置118で限外濾過された後、滞留させることなく配管119によってユースポイント120にて超純水121として供給され、各種の使用に供される。使用されない残りの超純水は、滞留させることなく再び2次純水タンク113に戻される。

このようにして製造される超純水の純度を測定し管理するために、超純水中に不純物として含まれる微粒子の測定を必要とする。超純水中に含まれる粒径0.1μ以上の微粒子の従来の測定方法については、JIS K0554に規定され、測定方法の詳しい解説がなされている。

こうした従来の超純水中微粒子の測定方法は、大きく2種類に分けることができる。その1つは図10に示した超純水配管119から、一部の超純水流を濾過膜に導き、超純水をここで濾過することによって超純水中に含まれる微粒子を捕捉し、この捕捉された微粒子を走査電子顕微鏡などの顕微鏡観察により計数する方法である。もう1つは、超純水中の微粒子を直接自動計測する微粒子自動計測器を用いる方法で、例えば図10純水配管119から一部の超純水流をフローセルに導き、このフローセルの超純水流にレーザ光照射し、超純水中の微粒子によるレーザー光散乱を利用して微粒子の測定を行なうものである。

このうち、濾過膜にて超純水中の微粒子を捕捉し、捕捉した微粒子を電子顕微鏡により観察し計数する方法は、綿密に観察と計数を行なうことができ、直接粒子を計数できるので、従来は信頼性高く粒子測定を行うことができる方法として用いられてきた。ところが測定対象となる微粒子の大きさが例えば0.05μmと微細化すると、観察の際の顕微鏡倍率を高くしなければならず、また微粒子の数が少ないことから、計数に要する労力や時間が著しく増大してしまう。

例えば1Lあたり0.05μm以上の微粒子が100個以下の超純水について、濾過膜を用いて超純水を濾過し、直径が25mmで実効直径約20mmのフィルタ面に微粒子を捕捉して計数しようとすると、約1トンの超純水を通過させる必要がある。ところが濾過膜は孔径が小さくなるとフィルタ単位面積あたりの流量が急激に減少し、濾過時間が著しく増大する。このため孔径が0.05μmの濾過膜では濾過の速度が遅く、1トンの超純水の通過には数ヶ月かかってしまう。超純水に含まれる微粒子をモニターして超純水の品質を維持するためには、結果が直ちに得られることが望ましく、時間をかけて信頼性の高い計数を行うとしても、数日で結果が得られることが望まれている。

フィルタで捕捉した微粒子の粒子径が小さくなると、電子顕微鏡観察によって観察し測定する場合の倍率を高倍率にし、1度に観察できる視野を狭くし、観察する視野の数を増やして観察を行うことになるので、多くの時間と労力を必要とするようになる。しかもフィルタの表面にはブランク粒子と呼ばれる微細な初期汚染粒子が存在し、測定しようとする微粒子の大きさがブランク粒子の粒子径の範囲に入るようになり、このブランク粒子の存在が粒子径の小さい超純水中微粒子の測定をさらに困難にする。

微粒子自動計測器を用いる方法、すなわち、超純水流をフローセルに導き、このフローセルの超純水流にレーザ光を照射し、超純水中の微粒子によるレーザー光の散乱を利用して超純水中の微粒子の測定を行なう方法は、フィルタにて超純水中の微粒子を捕捉し電子顕微鏡を用いて観察し測定する方法に比べ、測定結果が短時間で得られる点に大きな利点がある。従ってこの方法は超純水中の微粒子を常時測定し、結果を超純水の管理にフィードバックすることのできる測定方法として有用である。

しかしながら、微粒子からの散乱光の強度は粒子径の6乗に比例するので、粒子径が小さくなると検出信号である微粒子による散乱光は急激に小さくなる。他方で散乱光を受光する受光器の出力には、装置自体ノイズ試料の超純水そのものによる散乱などのバックグラウンドノイズが伴う。このバックグラウンドのために、微粒子からの散乱光信号として取出すことのできる超純水中の微粒子の最小粒子径は約0.05μmであって、これよりも小さい粒子径を持つ超純水中の微粒子は、測定することができなかった。

特開平3−39635号公報には、散乱光を光軸に対して対称な位置に配置した2つの検出器が同時に検出したものを信号とし、信号をバックグラウンドノイズと区別することにより、粒子径が0.07μm以下の測定を可能にすることが記載されている。しかしながら、最近においては超純水の高度化が急激進んだため、微粒子の粒子径はこうした粒子径範囲を超えてさらに小さくなり、またその数が少なくなっていることから、このような超純水中の微粒子の測定手段として、従来の測定方法を超えた新しい測定方法が望まれている。

概要

超純水中の微細でかつ含有量がごく少ない微粒子の測定を可能にする新しい測定方法を提供する

超純水製造システムのユースポイントの超純水が含有する微粒子が対数正規分布を有することに着目し、0.1μm以上の微粒子について個数頻度を測定することにより、この超純水が含有する微粒子の対数正規分布を決定し、この分布から超純水が含有する計測粒子径未満の微粒子の個数を得る。

目的

上述した通り、超純水中の微細でかつ含有量がごく少ない微粒子の測定は、従来の測定手段では測定が極めて困難になっており、このような微粒子の測定を可能にする新しい測定方法が望まれている。本発明はこのような課題を解決し、超純水中の計測粒子径未満の微細な微粒子を安価に測定することを可能にする新しい測定装置と測定方法を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
3件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

超純水が含有する微粒子個数頻度分布のうち、0.1μm以上の微粒子の個数頻度分布を測定する個数頻度分布測定部と、前記個数頻度分布測定部が測定した前記0.1μm以上の微粒子の個数頻度分布を分布の一部として持つ対数正規分布を算出する対数正規分布算出部とを備え、前記対数正規分布算出部が算出した対数正規分布により、前記超純水が含有する微粒子の計測粒子径未満の個数頻度分布を得ることを特徴とする超純水中微粒子の測定装置

請求項2

前記個数頻度分布測定部が、濾過膜によって超純水の含有する微粒子を捕捉する微粒子捕捉部と、前記濾過膜によって捕捉された前記超純水の含有する前記微粒子を顕微鏡観察により計測する計測部とを備えていることを特徴とする請求項1記載の超純水中微粒子の測定装置。

請求項3

前記個数頻度分布測定部が、ユースポイントに供給される前記超純水を取水して流すフローセル部と、前記フローセル部を流れる前記超純水にレーザ光ビーム照射する照射部と、前記超純水中の微粒子によって散乱された前記レーザ光ビームの散乱光を検出し計数する散乱光検出計数部とを備えていることを特徴とする請求項1記載の超純水中微粒子の測定装置。

請求項4

超純水が含有する微粒子の個数頻度分布のうち、0.1μm以上の微粒子の個数頻度分布を測定する個数頻度分布測定段階と、前記個数頻度分布測定部が測定した0.1μm以上の微粒子の個数頻度分布を分布の一部として持つ対数正規分布を算出する対数正規分布算出段階とを備え、前記対数正規分布算出部が算出した対数正規分布により、前記超純水が含有する微粒子の計測粒子径未満の個数頻度分布を得ることを特徴とする超純水中微粒子の測定方法

技術分野

0001

本発明は、超純水中に含まれる0.1μm未満の微粒子個数測定が可能な超純水中微粒子測定装置および超純水中微粒子の測定方法に関する。

背景技術

0002

超純水は、各種の不純物を含む水から不純物を取り除く操作を重ねることによって得られる非常に高度に精製され純度の高められた水である。特に大規模化と微細化が著しく進んだ半導体デバイスの製造においては、極めて純度の高い超純水が要求されるようになった。半導体デバイスの微細加工のザインルールは既に0.13μmに達し、このデザインルールでの半導体デバイス製造に用いられる超純水としては、含まれる微粒子の粒子径が0.13μmの10分の1以下であることが要求され、このような超純水において、超純水中に含まれる0.05μm以上の微粒子は、例えば100個/L以下に規定される。

0003

このような規定を満たす超純水を安定して供給するためには、超純水中に含まれるこうしたごく少数の微粒子を常に計数モニターすることができることが必要である。

0004

図10は超純水の製造システムの一例について、その概要を示したものである。図10において、1次純水処理システム111は、市水などの原水濾過し、陽イオン交換脱気陰イオン交換RO膜などによって原水中の不純物を除去した純水112を製造するもので、製造された純水は2次純水タンク113に貯えられる。

0005

2次純水処理システム114は、この純水112をさらに精製し、超純水を製造するものである。2次純水タンク113からポンプ115によって送出された純水112は、UV酸化処理装置116で有機物酸化分解され、イオン交換塔117でイオン交換され、限外濾過装置118で限外濾過された後、滞留させることなく配管119によってユースポイント120にて超純水121として供給され、各種の使用に供される。使用されない残りの超純水は、滞留させることなく再び2次純水タンク113に戻される。

0006

このようにして製造される超純水の純度を測定し管理するために、超純水中に不純物として含まれる微粒子の測定を必要とする。超純水中に含まれる粒径0.1μ以上の微粒子の従来の測定方法については、JIS K0554に規定され、測定方法の詳しい解説がなされている。

0007

こうした従来の超純水中微粒子の測定方法は、大きく2種類に分けることができる。その1つは図10に示した超純水配管119から、一部の超純水流を濾過膜に導き、超純水をここで濾過することによって超純水中に含まれる微粒子を捕捉し、この捕捉された微粒子を走査電子顕微鏡などの顕微鏡観察により計数する方法である。もう1つは、超純水中の微粒子を直接自動計測する微粒子自動計測器を用いる方法で、例えば図10純水配管119から一部の超純水流をフローセルに導き、このフローセルの超純水流にレーザ光照射し、超純水中の微粒子によるレーザー光散乱を利用して微粒子の測定を行なうものである。

0008

このうち、濾過膜にて超純水中の微粒子を捕捉し、捕捉した微粒子を電子顕微鏡により観察し計数する方法は、綿密に観察と計数を行なうことができ、直接粒子を計数できるので、従来は信頼性高く粒子測定を行うことができる方法として用いられてきた。ところが測定対象となる微粒子の大きさが例えば0.05μmと微細化すると、観察の際の顕微鏡倍率を高くしなければならず、また微粒子の数が少ないことから、計数に要する労力や時間が著しく増大してしまう。

0009

例えば1Lあたり0.05μm以上の微粒子が100個以下の超純水について、濾過膜を用いて超純水を濾過し、直径が25mmで実効直径約20mmのフィルタ面に微粒子を捕捉して計数しようとすると、約1トンの超純水を通過させる必要がある。ところが濾過膜は孔径が小さくなるとフィルタ単位面積あたりの流量が急激に減少し、濾過時間が著しく増大する。このため孔径が0.05μmの濾過膜では濾過の速度が遅く、1トンの超純水の通過には数ヶ月かかってしまう。超純水に含まれる微粒子をモニターして超純水の品質を維持するためには、結果が直ちに得られることが望ましく、時間をかけて信頼性の高い計数を行うとしても、数日で結果が得られることが望まれている。

0010

フィルタで捕捉した微粒子の粒子径が小さくなると、電子顕微鏡観察によって観察し測定する場合の倍率を高倍率にし、1度に観察できる視野を狭くし、観察する視野の数を増やして観察を行うことになるので、多くの時間と労力を必要とするようになる。しかもフィルタの表面にはブランク粒子と呼ばれる微細な初期汚染粒子が存在し、測定しようとする微粒子の大きさがブランク粒子の粒子径の範囲に入るようになり、このブランク粒子の存在が粒子径の小さい超純水中微粒子の測定をさらに困難にする。

0011

微粒子自動計測器を用いる方法、すなわち、超純水流をフローセルに導き、このフローセルの超純水流にレーザ光を照射し、超純水中の微粒子によるレーザー光の散乱を利用して超純水中の微粒子の測定を行なう方法は、フィルタにて超純水中の微粒子を捕捉し電子顕微鏡を用いて観察し測定する方法に比べ、測定結果が短時間で得られる点に大きな利点がある。従ってこの方法は超純水中の微粒子を常時測定し、結果を超純水の管理にフィードバックすることのできる測定方法として有用である。

0012

しかしながら、微粒子からの散乱光の強度は粒子径の6乗に比例するので、粒子径が小さくなると検出信号である微粒子による散乱光は急激に小さくなる。他方で散乱光を受光する受光器の出力には、装置自体ノイズ試料の超純水そのものによる散乱などのバックグラウンドノイズが伴う。このバックグラウンドのために、微粒子からの散乱光信号として取出すことのできる超純水中の微粒子の最小粒子径は約0.05μmであって、これよりも小さい粒子径を持つ超純水中の微粒子は、測定することができなかった。

0013

特開平3−39635号公報には、散乱光を光軸に対して対称な位置に配置した2つの検出器が同時に検出したものを信号とし、信号をバックグラウンドノイズと区別することにより、粒子径が0.07μm以下の測定を可能にすることが記載されている。しかしながら、最近においては超純水の高度化が急激進んだため、微粒子の粒子径はこうした粒子径範囲を超えてさらに小さくなり、またその数が少なくなっていることから、このような超純水中の微粒子の測定手段として、従来の測定方法を超えた新しい測定方法が望まれている。

発明が解決しようとする課題

0014

上述した通り、超純水中の微細でかつ含有量がごく少ない微粒子の測定は、従来の測定手段では測定が極めて困難になっており、このような微粒子の測定を可能にする新しい測定方法が望まれている。本発明はこのような課題を解決し、超純水中の計測粒子径未満の微細な微粒子を安価に測定することを可能にする新しい測定装置と測定方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0015

上記の課題を解決するため、本発明の超純水中微粒子の測定装置は、超純水が含有する微粒子の個数頻度分布のうち、0.1μm以上の微粒子の個数頻度分布を測定する個数頻度分布測定部と、前記個数頻度分布測定部が測定した前記0.1μm以上の微粒子の個数頻度分布を分布の一部として持つ対数正規分布を算出する対数正規分布算出部とを備え、前記対数正規分布算出部が算出した対数正規分布により、前記超純水が含有する微粒子の計測粒子径未満の個数頻度分布を得ることを特徴とする。

0016

本発明において、微粒子の個数頻度測定を行う粒子径を0.1μm以上としたのは、粒子径が0.1μm以上であれば、測定を比較的容易に行うことができ、比較的誤差の少ない粒度分布導出ができるのに対し、0.1μm未満では急激に測定が困難になることによる。

0017

本発明は、定常運転している超純水製造実プラントのユースポイントにおける微粒子について、電子顕微鏡観察による粒子径の測定を重ねた結果、超純水中の微粒子の粒度分布が対数正規分布を示すという重要な結果を見出し、さらに研究を進めた結果、上記本発明をなすに至ったものである。

0018

図1は定常運転している超純水製造の実プラントから濾過採取された超純水中微粒子について、走査電子顕微鏡により撮像し、これを画像解析して粒子径の計測を行って得た微粒子の個数積算分布の1例である。この計測は、JIS K−0554(1995年)「超純水中の微粒子測定方法」に準じて行ない、濾過膜にはJISとは異なる孔径0.03μmのものを用い、計測対象の粒径を粒径0.03μm以上の微粒子とした。孔径0.03μmの濾過膜では、濾過速度が1〜数mL/分程度であり、このため約3ヶ月をかけて濾過を行なって粒子を捕捉し、濾過後の濾過膜面走査形電子顕微鏡で観察して粒径(画面上の最長径と粒子数の計測を行なった。この計測結果より個数積算分布を算出し、対数正規確率紙プロットしたものである。なお、図1では粒径の小さい側から微粒子の個数の積算を行っている。

0019

図1に例示したように、超純水製造プラントのユースポイントにおける超純水の含有する微粒子の個数積算分布を対数正規確率紙にプロットすると、ほぼ一直線上に並ぶ。従って微粒子の粒度分布は対数正規分布を示している。

0020

ユースポイントにおける超純水の含有する微粒子が対数正規分布を示すことから、その超純水の含有する微粒子の粒度分布測定は、分布のすべてを測定する代りに、粒度分布の一部の測定結果から粒度分布全体を導き出すことができる。

0021

超純水中の微粒子が対数正規分布を有していれば、粒度分布の小粒径側の困難な測定を行って誤差の大きい測定値を用いる代りに、0.1μm以上の粒子の側の測定を精度よく測定して用いることにより、計測粒子径未満の微粒子の個数をより正確に導き出すことができる。

0022

なお、対数正規分布を示す微粒子は、液相や気相から相変化によって生成した粒子をはじめ、エアロゾル科学、コロイド科学などの多くの分野で、人為的な操作を加えない自然発生状態の粒子で多く見出されている。超純水中の微粒子は、これらの粒子と同様に自然発生的な確率事象によって生じていると考えられる。

0023

本発明の超純水中微粒子の測定装置の個数頻度分布測定部には、濾過膜によって超純水の含有する微粒子を捕捉する微粒子捕捉部と、濾過膜によって捕捉された前記超純水の含有する前記微粒子を顕微鏡観察により計測する計測部とを備えることができる。

0024

ここで用いる濾過膜としては、孔径の制御されたメンブレンフィルターであって、濾過膜(メンブレンフィルター)の素材高エネルギー粒子を照射後、エッチングを行うことにより、孔径をサブミクロンオーダーまで精密に制御したものが好ましい。

0025

また上記顕微鏡装置としては、サブミクロン粒子の観察ができる倍率の得られる透過式光学顕微鏡や電子顕微鏡を用いることができ、特に濾過膜面を直接観察できる走査型電子顕微鏡を好ましく用いることができる。また上記顕微鏡装置として他の走査型顕微鏡、例えば走査型原子間力顕微鏡走査型トンネル顕微鏡などを用いることもできる。

0026

本発明によれば、超純水が含有する微粒子のうち、0.1μm以上のものを捕捉すればよいので、メンブレンフィルターの孔径を大きめに設定でき、メンブレンフィルターを通過する純水の流量を大きくできる。このため超純水の含有する微粒子を捕捉する濾過時間が長くなるのを防ぐことができる。また微粒子の個数頻度分布の測定においても、0.1μm以上の微粒子に限定することで、顕微鏡による微粒子を観察し計測するに要する時間や労力が過大になるのを防ぐことができる。

0027

本発明の超純水中微粒子の測定装置においては、前記個数頻度分布測定部は、ユースポイントに供給される前記超純水を取水して流すフローセル部と、前記フローセル部を流れる前記超純水にレーザ光ビームを照射する照射部と、前記超純水中の微粒子によって散乱された前記レーザ光ビームの散乱光を検出し計数する散乱光検出計数部とを備えることができる。

0028

本発明によれば超純水が含有する微粒子のうち、0.1μm以上のものだけをを測定すればよいので、レーザ光散乱を用いた粒子計数装置によって測定可能な粒子径の微粒子を測定することにより、比較的に短時間で計測粒子径未満の微粒子の測定結果を得ることができる。従って超純水プラント運転中のおよそ0.03μmから0.5μmまでの微粒子の測定をこの装置で常時行い、その結果をプラントの管理に用いることができる。

0029

上記超純水中微粒子の測定装置において、レーザ光散乱を用いた粒子計数装置は、しきい値を異にする複数の信号識別部を備えることができる。こうすることによって、このしきい値に相当する粒子径以上の微粒子の個数積算値複数個測定することができる。この個数積算値を必要な個数揃えることにより、超純水中の微粒子の対数正規分布を算出することができる。

0030

本発明の超純水中微粒子の測定方法は、超純水が含有する微粒子の個数頻度分布のうち、0.1μm以上の微粒子の個数頻度分布を測定する個数頻度分布測定段階と、前記個数頻度分布測定部が測定した0.1μm以上の微粒子の個数頻度分布を分布の一部として持つ対数正規分布を算出する対数正規分布算出段階とを備え、前記対数正規分布算出部が算出した対数正規分布により、前記超純水が含有する微粒子の計測粒子径未満の個数頻度分布を得ることを特徴とする。

発明を実施するための最良の形態

0031

(実施の形態1)大粒径側の個数頻度分布データによる粒度分布の決定
対数正規分布を示す粒子は、粒径Dまでの粒子の積算個数をnとしたとき、nのlogDに対する変化率である対数個数頻度分布dn/d(logD)が、次の数1の式で表される。

0032

上記数1で示される個数頻度分布を、横軸対数目盛を選んで模式的に示すと図2(a)のようになる。また粒子の個数積算値nを、横軸に対数目盛を選んで模式的に示すと図2(b)のようになる。

0033

本発明においては、対数正規分布を示す超純水中の0.1μm以上の微粒子の大粒径側について粒度分布を測定し、この測定データが上記数1で与えられる対数正規分布の式に従うことを利用して、数4の式中のパラメータN、Dgおよびσgを決定し、超純水中の微粒子の分布を決定する。測定データからこれらパラメータの決定するには、例えば測定値と対数正規分布で与えられる値との偏差平方和が最小になるようにすればよい。

0034

本発明においては、以下の手順を用いれば、測定データから微粒子の対数正規分布が簡便に決定できる。

0035

図2(b)に示したような対数正規分布を示す微粒子の個数積算値nの曲線について、nをNで割って規格化することにより微粒子の個数積算分布n/Nとし、さらにこのN/nの縦軸正規分布における積算分布を表す関数

0036

従って対数正規分布を持つ微粒子の粒度分布は、次のようにして決定できる。まず微粒子の個数頻度分布dn/d(logD)の測定データから積算値nを求め、次にその積算分布n/Nがこの対数正規確率紙上の直線となるように微粒子の総数Nを決定する。こうして決定したNによって得られるn/Nの直線として、対数正規分布を持つ微粒子の粒度分布が決定できる。

0037

この方法において、微粒子の総数Nが直接計数できなくても、粒径の大きい側からの個数積算値を3個以上の複数個求め、微粒子の総数Nを仮定し、個数積算値をNで割った値を対数正規確率紙上にプロットし、これらプロットされた点が対数正規確率紙上で一直線に最も近づくように、Nの値を定めることができる。また、このときに得られる直線がこの微粒子の対数正規分布を示す対数正規確率紙上の直線である。この対数正規分布を示す直線上で、個数積算分布が50%となる粒径として粒径Dの相乗平均粒径(または幾何平均粒径)Dg=0.12μmが得られ、また直線の傾斜(積算分布84.1%の粒子径の対数と積算分布50%の粒子径の対数との比)から、幾何標準偏差σg=2.75が得られる。

0038

図3は上記手順を流れ図として簡単に示したものであって、超純水製造装置で製造されたユースポイントからの超純水41について、所定粒子径以上の微粒子の粒子径測定42を行い、所定粒子径以上の微粒子の個数積算値n(D)の算出43を行う。個々の微粒子の粒子径測定を経ずに直接所定粒子径以上の微粒子の個数積算値nを得てもよい。続いてD=0.1μm以上の微粒子の個数積算値n(D)に対し、n(D)/Nが直線となるような所定体積の超純水中の微粒子総数Nの決定、あるいは対数正規確率紙上の直線とn(D)/Nのプロットとの偏差平方和が最小となるようなNと対数正規確率紙上の直線との決定44を行う。こうすることによって、所定体積の超純水中の微粒子総数Nが決定され、得られた直線から超純水中の微粒子の対数正規分布およびそのパラメータとして平均粒径Dgおよび粒子径分布標準偏差σgの決定45を得る。

0039

(実施の形態2)濾過膜にて微粒子を捕捉し電子顕微鏡観察を用い計測
濾過膜にて超純水中の微粒子を捕捉し、電子顕微鏡観察を用い計測する方法は、JIS K−0554(1995年)「超純水中の微粒子測定方法」の記載に準じて行なう。濾過膜には孔径0.1μmのもの(ニュークリポアメンブレンフィルター)を用いて捕捉し、捕捉された0.1μm以上の微粒子について、電子顕微鏡観察により粒子を計測し、個数頻度分布や個数積算値を得る。

0040

図4は走査型電子顕微鏡による計測装置の構成を模式的に示した図である。超純水の微粒子を捕捉したメンブレンフィルタが走査電子顕微鏡のステージ51にセットされ、走査電子顕微鏡用コンピュータ52からの信号で制御されたFE電子銃53によって電子ビーム走査される。試料のセットされた走査電子顕微鏡のステージ51は走査電子顕微鏡用コンピュータ52からのステージ制御信号に従ってモータードライブされる。試料からの2次電子は2次電子検出器54で捉えられ、その信号は走査電子顕微鏡用コンピュータ52に画像データとして取り込まれる。取りこまれた画像信号データ画像処理コンピュータ55に送られ、画像処理され、その結果が表示部56に表示される。

0041

図5は走査型電子顕微鏡によってメンブランフィルタ試料表面の画像処理を行なって微粒子の計測を行なうプロセスの流れを示したものである。微粒子を捕捉して試料作成61の行われたフィルタ表面は、電子ビーム走査によって走査電子顕微鏡画像の取得62が行われ、画像処理コンピュータの内部処理により、微粒子の分離63が行われ、微粒子数の積算64が行われ、また微粒子のサンプリングに用いた濾過水量を入力して単位容積あたりの微粒子数への換算66が行われ、さらに小粒径側の微粒子を導出する微粒子数換算67を行ない、結果の表示68がなされる。

0042

ここで観察される微粒子の形状は一般に球状ではないので、微粒子を測定する方向によって測定される径の値が異なる。このため測定の規則を定めておき、例えば各粒子の最大径を測定するという規則を採用することができる。このほかに、最大径と最小径平均値を求めるという規則を採用したり、また一定の方向を定め、その方向からみた径を測定するという規則を採用することもできる。目的に合わせ、これらの何れかの条件を選んで上記の計測を行なえばよい。

0043

図1の超純水の対数正規分布を参照すると、図1の粒度分布の場合には、0.1μm以上の微粒子を測定することにより、粒度分布を形成する全微粒子の約58%を測定していることになる。

0044

なお、ニュークリポアフィルタの孔径を0.1μmからこの1/2の0.05μmにすると、フィルタの単位面積あたりの流量は0.1μmの場合の約1/6に減少し、濾過に長時間を要することになる。従ってニュークリポアフィルタの孔径として0.1μmのものを用い、粒度分布の大粒径側を測定して粒度分布を決定する方法が大変に有利であることがわかる。

0045

(実施の形態3)微粒子のレーザ光散乱を用いた測定
超純水の微粒子の計測は、図6に模式的に示した超純水の微粒子自動計測器を用いて行うことができる。図6(a)において、計測部のレーザ装置71から発した光ビーム72−1は、投光レンズ73でフローセル74の円形の微粒子検出領域を流れる超純水75に投光される。超純水中の微粒子によって散乱された散乱光72−2は、受光レンズ系76を経て受光器77に入射し、受光信号が検出される。

0046

図6(b)は超純水の微粒子の外形を模式的に示した斜視図である。図6(b)において、超純水はフローセルの入口74−1から流入し、フローセルの出口74−2より流出する。測定結果は表示部78に表示され、表示は表示切換えスイッチ79−1で切り換えることができる。なおスイッチ79−2は電源スイッチである。

0047

図7は微粒子自動計測器を用いた微粒子測定のプロセスの流れを示した図である。図7において、0.1μm以上の微粒子の光学的検出81がなされ、微粒子数の積算82がなされ、この積算値の単位試料水量あたりの微粒子数への換算83がなされ、この結果を用いて0.1μmの小粒径側の微粒子数を導出する微粒子数変換84が行なわれ、結果の表示85がなされる。

0048

(実施の形態4)0.1μm以上粒子の測定からの導出と直接測定との比較
超純水製造プラントのユースポイントにおける超純水中の微粒子について、0.1μm以上の粒子を測定し、対数正規分布に従って0.05μm以上の微粒子を導出した結果と、超純水中の0.05μm以上の粒子を直接測定した結果とを比較した。測定手段はメンブレンフィルタを用い、長時間の濾過で超純水の微粒子を捕捉し、走査電子顕微鏡を用いてる方法であり、測定対象とした超純水試料は、いずれも実際に稼動している超純水プラントの超純水である。

0049

結果を図8に示す。図9において横軸に超純水中の0.1μm以上の微粒子を計測し、対数正規分布を用いて間接的に導出した0.05μm以上の微粒子数xをとり、縦軸には実測によって直接に測定した超純水中の0.05μm以上の微粒子数yをとってxとyとの相関を調べたものである。その結果、回帰直線としてy=1.009xが得られ、また分散R2=0.9583と、xとyのよい一致が得られた。

0050

以上の結果から、本発明の微粒子測定によって、十分に正しい粒径測定が得られることを確認することができた。

0051

なお、本発明は超純水中の微粒子の測定装置および測定方法であるが、本発明の原理は超純水中の微粒子の測定だけでなく、広く応用できるものである。例えば高純度溶液薬液)や、高純度なガスや、清浄プロセス装置内の微粒子測定装置などにおいて、実施の形態1に示す原理に整合することが検証できた場合、本原理に基づく個数頻度分布測定部と対数正規分布分布算出部に類似する機能を備えた測定機器も可能である。

発明の効果

0052

本発明によって、超純水中の微細な微粒子のうち、測定の容易な大粒径側の測定によって微粒子の粒度分布が得られるようになり、従来は困難であった超純水中の微細な微粒子の粒度分布の測定が簡便かつ安価に迅速に行なえるようになった。

図面の簡単な説明

0053

図1定常運転している超純水製造の実プラントから濾過採取された超純水中の微粒子の個数積算分布を電子顕微鏡観察によって測定し対数正規確率紙にプロットした図である。
図2横軸を対数目盛として模式的に示した対数正規分布を示す微粒子の個数頻度分布(a)、および個数積算値(b)である。
図3本発明の一実施形態における超純水中の微粒子の対数正規分布決定手順を示した流れ図である。
図4走査型電子顕微鏡による計測装置の構成を模式的に示した図である。
図5走査型電子顕微鏡を用いた微粒子測定のプロセスの流れを示した図である。
図6超純水の微粒子自動計測器を模式的に示した図である。
図7微粒子自動計測器を用いた微粒子測定のプロセスの流れを示した図である。
図8超純水中の微粒子数について0.1μm以上粒子の測定から導出したものと直接測定したものとの相関を示す図である。
図9超純水の製造プラントの一例を模式的に示した図である。

--

0054

41……超純水、42……所定粒子径以上の微粒子の粒子径測定、43……微粒子の個数積算値算出、44……微粒子の総数N決定、45……超純水中微粒子の対数正規分布、51……走査電子顕微鏡のステージ、52……走査電子顕微鏡用コンピュータ、53……FE電子銃、54……電子顕微鏡用コンピュータ、55……画像処理コンピュータ、56……表示部、61……微粒子を捕捉し試料作成、62……走査電子顕微鏡画像取得、63……微粒子の分離、64……微粒子数の積算、65……単位容積あたりの微粒子数への換算、67……微粒子数換算、68……結果の表示、71……レーザ装置、72−1……光ビーム、72−2……散乱光、73……投光レンズ、74……フローセル、75……超純水、76……受光レンズ系、77……受光器、81……微粒子の光学的検出、82……微粒子数の積算、83……微粒子数の換算、84……微粒子数変換、85……結果の表示、111……1次純水処理システム、112……純水、113……2次純水タンク、114……2次純水処理システム、115……ポンプ、116……UV酸化処理装置、117……イオン交換塔、118……限外濾過装置、119……配管、120……ユースポイント、121……超純水。

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 三菱電機株式会社の「 粒子検出装置」が 公開されました。( 2020/12/17)

    【課題・解決手段】粒子検出装置(100)は、第1の照射光(L1)を出射する第1の光源(11)と、凹状の第1の反射面を有する第1の集光部材(31)と、第1の反射面に対向する凹状の第2の反射面を有する第2... 詳細

  • ティーエスアイインコーポレイテッドの「 粒子計数器の構成要素の較正」が 公開されました。( 2020/12/17)

    【課題・解決手段】さまざまな実施形態が、光検出器の利得を較正する方法およびシステムを含む。方法は、基準光源によって、基準光検出器に第1の光を提供するステップと、コントローラ回路によって、第1の光に応答... 詳細

  • 国立大学法人大阪大学の「 癌識別方法」が 公開されました。( 2020/12/17)

    【課題】患者への負担が少なく、がんの種類に応じた試薬が不要で、且つ1回の検査でがんの種類を特定できる装置及び方法を提供する。【解決手段】サンプル中に含まれているエクソソームが通過する貫通孔を形成した基... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ