JP2009027023A - Manufacturing method and apparatus for wafer cleaning liquid - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリコンウェハなどのウェハを洗浄するための過硫酸水溶液を製造する方法及び装置に係り、特に過硫酸塩水溶液を電気脱イオン装置で処理して過硫酸水溶液を製造するようにしたウェハ洗浄液の製造方法及び装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for producing a persulfate aqueous solution for cleaning a wafer such as a silicon wafer, and more particularly, a wafer in which a persulfate aqueous solution is processed by an electrodeionization apparatus to produce a persulfate aqueous solution. The present invention relates to a cleaning liquid manufacturing method and apparatus.
超LSI製造工程における、レジスト残渣、微粒子、金属および自然酸化膜などを剥離洗浄する洗浄工程において、濃硫酸と過酸化水素の混合溶液(SPM)あるいは、濃硫酸にオゾンガスを吹き込んだ溶液(SOM)が多用されている。高濃度の硫酸に過酸化水素やオゾンを加えると硫酸が酸化されてカロ酸(ペルオキソ一硫酸)が生成される。カロ酸(ペルオキソ一硫酸)は自己分解する際に強い酸化力を発するため洗浄能力が高く、上記ウエハなどの洗浄に役立つことが知られている。 Concentrated sulfuric acid and hydrogen peroxide mixed solution (SPM) or solution in which ozone gas is blown into concentrated sulfuric acid (SOM) in the cleaning process for peeling and cleaning resist residues, fine particles, metals and natural oxide films in the VLSI manufacturing process Is frequently used. When hydrogen peroxide or ozone is added to high-concentration sulfuric acid, the sulfuric acid is oxidized and caroic acid (peroxomonosulfuric acid) is produced. It is known that caroic acid (peroxomonosulfuric acid) has a high cleaning ability because it emits a strong oxidizing power when self-decomposing, and is useful for cleaning the wafer and the like.
ペルオキソ硫酸としてはカロ酸の他に過硫酸(ペルオキソ二硫酸)があり、カロ酸と同様にウエハなどの洗浄に役立つものである。過硫酸を生成する方法として、硫酸イオンを含む水溶液を電解槽で電解して過硫酸溶解水を得て洗浄に供する方法が知られている(特許文献1〜3参照)。 As peroxosulfuric acid, there is persulfuric acid (peroxodisulfuric acid) in addition to caroic acid, which is useful for cleaning wafers and the like as in caroic acid. As a method for producing persulfuric acid, there is known a method in which an aqueous solution containing sulfate ions is electrolyzed in an electrolytic tank to obtain persulfuric acid-dissolved water and used for washing (see Patent Documents 1 to 3).
SPMでは、過酸化水素水により発生するカロ酸が自己分解し酸化力が低下すると分解する分を補うため過酸化水素水の補給を繰り返すことが必要である。そして硫酸濃度がある濃度を下回ると新しい高濃度硫酸と交換する。しかし、上記方法では、過酸化水素水中の水でカロ酸溶液が希釈されるため、液組成を一定に維持することが難しく、さらには所定時間もしくは処理バッチ数毎に液を廃棄して、更新することが必要である。このため洗浄効果が一定しない他、多量の薬品を保管しなければならないという問題がある。一方、SOMでは液が希釈されることがなく、一般的にSPMより液更新サイクルを長くできるものの、洗浄効果においてはSPMより劣る。 In SPM, it is necessary to repeat the replenishment of the hydrogen peroxide solution in order to compensate for the amount of decomposition when the caloic acid generated by the hydrogen peroxide solution is self-decomposed and the oxidizing power is reduced. When the sulfuric acid concentration falls below a certain concentration, it is exchanged with a new high concentration sulfuric acid. However, in the above method, since the caroic acid solution is diluted with water in hydrogen peroxide water, it is difficult to maintain the liquid composition constant, and the liquid is discarded and renewed every predetermined time or every processing batch. It is necessary to. For this reason, there is a problem that the cleaning effect is not constant and a large amount of chemicals must be stored. On the other hand, in the SOM, the liquid is not diluted and the liquid renewal cycle can be generally longer than that of the SPM, but the cleaning effect is inferior to that of the SPM.
また、SPMでは、1回洗浄槽を満たした高濃度硫酸と数回の過酸化水素水添加により発生できるカロ酸量は少なく、限度がある。SOM法ではオゾン吹き込み量に対するカロ酸の発生効率が非常に低い。したがって、これらの方法では、生成するカロ酸の濃度に限界があり、洗浄効果にも限界がある。 Further, in SPM, the amount of caloic acid that can be generated by adding high-concentration sulfuric acid that has filled the cleaning tank once and hydrogen peroxide water several times is small and has a limit. In the SOM method, the generation efficiency of caroic acid with respect to the ozone blowing amount is very low. Therefore, in these methods, the concentration of the generated caroic acid is limited, and the cleaning effect is also limited.
硫酸イオンの電解酸化によって過硫酸を生成させる方法には、SPM、SOMのような欠点もなく、液のリサイクルも可能であるため利点が多いが、耐酸化性の電解槽、耐酸化性・低溶出性の電極(例えばダイヤモンド電極)を用いて装置を構成する必要があるため、装置としては高価にならざるを得ない。 The method of generating persulfuric acid by electrolytic oxidation of sulfate ion has many advantages because it does not have the disadvantages of SPM and SOM, and the liquid can be recycled. Since it is necessary to configure the apparatus using an eluting electrode (for example, a diamond electrode), the apparatus must be expensive.
本発明は、上記従来の問題点を解消し、安価な装置によって過硫酸水溶液を製造することができるウェハ洗浄液の製造方法及び装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for producing a wafer cleaning solution that can solve the above-described conventional problems and can produce an aqueous persulfate solution with an inexpensive apparatus.
請求項1のウェハ洗浄液の製造方法は、過硫酸塩水溶液を電気脱イオン装置に通水し、該過硫酸塩水溶液からカチオンを除去することにより、過硫酸水溶液よりなるウェハ洗浄液を製造することを特徴とするものである。 The method for producing a wafer cleaning liquid according to claim 1 is to manufacture a wafer cleaning liquid comprising a persulfuric acid aqueous solution by passing the persulfate aqueous solution through an electrodeionization apparatus and removing cations from the persulfate aqueous solution. It is a feature.
請求項2のウェハ洗浄液の製造方法は、請求項1において、前記電気脱イオン装置は、陰極と陽極との間に、カチオン交換膜と、該カチオン交換膜の陽極側のバイポーラ膜とが配置され、該カチオン交換膜の陰極側にカチオン移動室が形成され、該カチオン交換膜の陽極側に処理室が形成されている電気脱イオン装置であり、該処理室に過硫酸塩水溶液を供給し、前記処理室から前記カチオン移動室にカチオンを移動させることにより前記処理室中に過硫酸水溶液を生成させ、該処理室から過硫酸水溶液を流出させることを特徴とするものである。
The method for producing a wafer cleaning liquid according to
請求項3のウェハ洗浄液の製造方法は、請求項1において、前記電気脱イオン装置は、陰極と陽極との間に、バイポーラ膜と、該バイポーラ膜の陽極側のカチオン交換膜と、該カチオン交換膜の陽極側のアニオン交換膜とが配置され、該カチオン交換膜の陰極側にカチオン移動室が形成され、該カチオン交換膜の陽極側に処理室が形成され、該アニオン交換膜の陽極側にアニオン移動室が形成されている電気脱イオン装置であり、該処理室に過硫酸塩水溶液を供給すると共にアニオン移動室に純水を供給し、前記処理室から前記アニオン移動室に過硫酸イオンを移動させることにより、前記アニオン移動室中に過硫酸水溶液を生成させ、該アニオン移動室から過硫酸水溶液を流出させることを特徴とするものである。 The method for producing a wafer cleaning liquid according to claim 3 is the method according to claim 1, wherein the electrodeionization apparatus includes a bipolar membrane, a cation exchange membrane on the anode side of the bipolar membrane, and the cation exchange between the cathode and the anode. An anion exchange membrane on the anode side of the membrane, a cation transfer chamber is formed on the cathode side of the cation exchange membrane, a treatment chamber is formed on the anode side of the cation exchange membrane, and on the anode side of the anion exchange membrane An electrodeionization apparatus in which an anion transfer chamber is formed, supplying a persulfate aqueous solution to the treatment chamber, supplying pure water to the anion transfer chamber, and supplying persulfate ions from the treatment chamber to the anion transfer chamber. By moving, an aqueous persulfate solution is generated in the anion transfer chamber, and the aqueous persulfate solution is allowed to flow out of the anion transfer chamber.
請求項4のウェハ洗浄液の製造方法は、請求項2において、少なくともカチオン移動室に導電体が充填されていることを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a wafer cleaning liquid according to the second aspect, wherein at least the cation transfer chamber is filled with a conductor.
請求項5のウェハ洗浄液の製造方法は、請求項3において、少なくともカチオン移動室か又はアニオン移動室に導電体が充填されていることを特徴とするものである。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a wafer cleaning liquid according to the third aspect, wherein at least the cation transfer chamber or the anion transfer chamber is filled with a conductor.
請求項6のウェハ洗浄液の製造方法は、請求項1乃至3のいずれか1項において、前記電気脱イオン装置に供給する過硫酸塩水溶液の温度を60℃以下とすることを特徴とするものである。 A method for producing a wafer cleaning liquid according to a sixth aspect is characterized in that, in any one of the first to third aspects, the temperature of the aqueous persulfate solution supplied to the electrodeionization apparatus is 60 ° C. or lower. is there.
請求項7のウェハ洗浄液の製造装置は、電気脱イオン装置と、該電気脱イオン装置に過硫酸塩水溶液を供給する供給手段と、該電気脱イオン装置から過硫酸水溶液を取り出す取出手段とを備えてなるものである。
The apparatus for producing a wafer cleaning liquid according to
請求項8のウェハ洗浄液の製造装置は、請求項5において、前記電気脱イオン装置は、陰極と陽極との間に、カチオン交換膜と、該カチオン交換膜の陽極側のバイポーラ膜とが配置され、該カチオン交換膜の陰極側にカチオン移動室が形成され、該カチオン交換膜の陽極側に処理室が形成され、各室に導電体が充填されている電気脱イオン装置であり、該処理室に過硫酸塩水溶液が供給され、該処理室から過硫酸水溶液が流出することを特徴とするものである。
The apparatus for producing a wafer cleaning liquid according to
請求項9のウェハ洗浄液の製造装置は、請求項5において、前記電気脱イオン装置は、陰極と陽極との間に、バイポーラ膜と、該バイポーラ膜の陽極側のカチオン交換膜と、該カチオン交換膜の陽極側のアニオン交換膜とが配置され、該カチオン交換膜の陰極側にカチオン移動室が形成され、該カチオン交換膜の陽極側に処理室が形成され、該アニオン交換膜の陽極側にアニオン移動室が形成され、各室に導電体が充填されている電気脱イオン装置であり、該処理室に過硫酸塩水溶液が供給され、該処理室から過硫酸水溶液が流出することを特徴とするものである。
The apparatus for producing a wafer cleaning liquid according to
請求項10のウェハ洗浄液の製造装置は、請求項6において、液循環用タンクを備えており、前記供給手段は、該タンク内の過硫酸塩水溶液を前記電気脱イオン装置に供給するものであり、前記取出手段は、電気脱イオン装置からの過硫酸水溶液を該タンクに戻すように構成されていることを特徴とするものである。 A wafer cleaning liquid manufacturing apparatus according to a tenth aspect includes the liquid circulation tank according to the sixth aspect, wherein the supply means supplies the persulfate aqueous solution in the tank to the electrodeionization apparatus. The extraction means is configured to return the persulfuric acid aqueous solution from the electrodeionization apparatus to the tank.
請求項11のウェハ洗浄液の製造装置は、請求項8において、前記タンクに、タンク内の塩のカチオン濃度を測定するセンサと、該センサのカチオン濃度が所定値よりも高いときには前記供給手段及び取出手段によってタンク内の液を電気脱イオン装置に循環通水させ、該センサのカチオン濃度が該所定値よりも低いときには、この循環通水を停止させ、タンク内の過硫酸水溶液をウェハ洗浄装置へ送水させる通水制御手段を備えたことを特徴とするものである。
The apparatus for producing a wafer cleaning liquid according to
請求項12のウェハ洗浄液の製造装置は、請求項5ないし9のいずれか1項において、該電気脱イオン装置に供給される過硫酸塩水溶液の温度を60℃以下にするための冷却手段を備えたことを特徴とするものである。 The apparatus for producing a wafer cleaning liquid according to a twelfth aspect of the present invention includes the cooling means according to any one of the fifth to ninth aspects, wherein the temperature of the persulfate aqueous solution supplied to the electrodeionization apparatus is 60 ° C. or lower. It is characterized by that.
なお、バイポーラ膜とはカチオン交換膜とアニオン交換膜とが貼り合わさった構造とされた複合膜の一種である。バイポーラ膜は、水の電気分解に用いる隔膜として、或いは、酸とアルカリの中和生成物である塩の水溶液から酸とアルカリを再生する際の分離膜等として従来から広く使用されている公知のイオン交換膜であり、種々の製造方法が提案されている。本発明では、バイポーラ膜としては、陰極側にカチオン交換膜を配置し陽極側にアニオン交換膜を配置したものを用いる。 The bipolar membrane is a kind of composite membrane having a structure in which a cation exchange membrane and an anion exchange membrane are bonded together. Bipolar membranes have been widely used as a separation membrane for electrolysis of water or as a separation membrane for regenerating acid and alkali from an aqueous solution of a salt that is a neutralized product of acid and alkali. It is an ion exchange membrane, and various manufacturing methods have been proposed. In the present invention, a bipolar membrane having a cation exchange membrane on the cathode side and an anion exchange membrane on the anode side is used.
本発明によると、電解装置よりも装置構成コストが低い電気脱イオン装置によって過硫酸水溶液を製造することができる。 According to the present invention, an aqueous solution of persulfuric acid can be produced by an electrodeionization apparatus that has a lower apparatus configuration cost than an electrolysis apparatus.
電気脱イオン装置としてはバイポーラ膜を有することにより、過硫酸塩水溶液から過硫酸イオンをより選択的に分離回収することができる。 By having a bipolar membrane as an electrodeionization apparatus, persulfate ions can be more selectively separated and recovered from a persulfate aqueous solution.
電気脱イオン装置に供給される過硫酸塩水溶液の温度を60℃以下と低くすることにより、電気脱イオン装置内部の温度を低くし、過硫酸の分解を抑制することができると共に、過硫酸の自己分解に伴って生成した硫酸ラジカルなどのラジカルによる電気脱イオン装置内部の酸化劣化を抑制することができる。 By reducing the temperature of the aqueous solution of persulfate supplied to the electrodeionization device to 60 ° C. or lower, the temperature inside the electrodeionization device can be lowered, and decomposition of persulfuric acid can be suppressed. Oxidative deterioration inside the electrodeionization apparatus due to radicals such as sulfuric acid radicals generated by self-decomposition can be suppressed.
なお、請求項10のように循環用のタンクを設置し、過硫酸塩水溶液を循環処理することにより、過硫酸塩水溶液からカチオンを十分に除去し、カチオン濃度の低い過硫酸水溶液を製造することができる。
In addition, by installing a circulation tank as in
請求項11によれば、このタンク内のカチオン濃度をセンサで検出しながら循環処理を行うことにより、カチオン濃度が所定値よりも低くなった過硫酸水溶液をウェハ洗浄装置へ供給することができる。 According to the eleventh aspect, by performing the circulation process while detecting the cation concentration in the tank by the sensor, the aqueous solution of persulfuric acid having the cation concentration lower than the predetermined value can be supplied to the wafer cleaning apparatus.
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
第1図は第1の実施の形態に係るウェハ洗浄液の製造方法及び装置を示す系統図である。 FIG. 1 is a system diagram showing a method and apparatus for producing a wafer cleaning liquid according to the first embodiment.
電気脱イオン装置1は、陰極2と陽極3との間に、カチオン交換膜4とバイポーラ膜5とを陰極2側から陽極3側に向ってこの順番に配列することによりカチオン移動室7と処理室8と陽極室9とを区画形成し、各室7,8,9に導電体(図示略)を充填したものである。
The electrodeionization apparatus 1 arranges a
なお、カチオン移動室7と陰極2との間にバイポーラ膜を配置し、カチオン移動室7と陰極との間に陰極室を区画形成してもよい。
A bipolar membrane may be disposed between the
この処理室8に原水タンク10から過硫酸塩水溶液が配管11を介して供給される。
なお、原水タンクにおいて過硫酸塩水溶液が所定の温度範囲となるように調整する温度調整手段(図示略)が設けられている。
A persulfate aqueous solution is supplied from the
In the raw water tank, temperature adjusting means (not shown) for adjusting the persulfate aqueous solution to be in a predetermined temperature range is provided.
ナトリウムなどのカチオンは、カチオン交換膜を透過して処理室8からカチオン移動室7へ移行するが、アニオン(過硫酸イオン)はバイポーラ膜5を透過せず、処理室8内にとどまる。このため、処理室8から流出する過硫酸水溶液が配管12を介して処理水タンク13に回収される。
なお、処理水タンク13において、原水タンクと同様に温度調整手段(図示略)が設けられており、過硫酸溶液を所定の温度になるよう調整している。
Cations such as sodium permeate the cation exchange membrane and migrate from the
The treated
過硫酸塩としては、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウムなどが挙げられるが、特に過硫酸ナトリウムが好適である。過硫酸塩水溶液の濃度は、50〜300wt%特に長期安定性の観点では100〜150wt%程度が好適である。 Examples of the persulfate include sodium persulfate, potassium persulfate, and ammonium persulfate. Sodium persulfate is particularly preferable. The concentration of the persulfate aqueous solution is preferably about 50 to 300 wt%, particularly about 100 to 150 wt% from the viewpoint of long-term stability.
各室に充填する導電体としては、全室においてカチオン交換樹脂を採用することができる。ただしバイポーラ膜で隔てられた陰極室、陽極室については導電性が確保されればよいのでカチオン交換樹脂以外の導電体(例えばSUSのような金属導電体)を充填しても構わない。 As a conductor filled in each chamber, a cation exchange resin can be adopted in all the chambers. However, the cathode chamber and the anode chamber separated by the bipolar membrane may be filled with a conductor other than the cation exchange resin (for example, a metal conductor such as SUS) as long as conductivity is ensured.
処理室8への通水LVは3〜5m/h程度が好ましい。カチオン移動室7と陽極室9にはそれぞれ硫酸などの酸を通水することができる。ただし過硫酸塩の濃度が5%を超えるときは、中和熱が極端に上がらないようにLVを上げたり塩濃度を抑えたりする。また、純水を通水することもできる。酸として硫酸を用いると、バイポーラ膜からわずかに硫酸が透過して処理に混入したとしても、過硫酸溶液の組成に影響を与えないので好ましい。陽極室9の純水は循環通水することができる。ただし長期安定性の観点から、酸化性物質が濃縮されないよう1パスで処理する方がよい。カチオン移動室7からは、NaOH水溶液又は酸による中和生成物の水溶液(Na2SO4など)が流出する。
The water flow LV to the
第2図は複数のカチオン交換膜とバイポーラ膜とを陰極2と陽極3との間に交互に配設した電気脱イオン装置1Aを用いるようにしたウェハ洗浄液の製造方法及び装置の系統図である。
FIG. 2 is a system diagram of a wafer cleaning solution manufacturing method and apparatus using an
陰極2に最も近接してバイポーラ膜5が配置され、陰極2とこのバイポーラ膜5との間に陰極室6が形成されている。このバイポーラ膜5から陽極に向ってカチオン交換膜4とバイポーラ膜5とがこの順に交互に配列されている。陽極5に最も近接してバイポーラ膜5が配置されている。1対のバイポーラ膜5の間に配置されたカチオン交換膜4の陰極2側にカチオン移動室7が配置され、該カチオン交換膜4の陽極3側に処理室8が形成されている。最も陽極5側のバイポーラ膜5と陽極5との間には陽極室9が形成されている。陰極室6と陽極室9には、それぞれ純水が循環流通されている。カチオン移動室7には純水が供給され、各カチオン移動室7からはNaOH水溶液が流出する。
A
循環用タンク15内の過硫酸塩水溶液は、ポンプ16及び配管11を介して各処理室8に供給される。第1図の場合と同じく、カチオンがカチオン交換膜4を透過して各処理室8からカチオン移動室7へ移行し、バイポーラ膜5を透過しえないアニオン(過硫酸イオン)は処理室8内にとどまり、各処理室8から過硫酸水溶液が流出する。
なお、循環用タンク15には、図示しない温度調整手段が設けられており、過硫酸塩水溶液が所定の温度に調整される。
The persulfate aqueous solution in the
The
この過硫酸水溶液は、配管13を介して循環用タンク15に戻る。循環用タンク15には過硫酸塩濃度を測定するセンサ17が設けられている。循環用タンク15には、過硫酸水溶液をウェハ洗浄工程へ送水するための配管18が接続され、この配管18に弁19及びポンプ20が設けられている。センサ17としては例えばイオン電極、pH計、導率計が挙げられる。
This persulfuric acid aqueous solution returns to the
この第2図の装置の運転開始に際しては、過硫酸ナトリウム水溶液を循環用タンク15に収容しておき、弁19を閉、ポンプ20を停止状態とし、ポンプ16を作動させる。これにより、循環用タンク15内の過硫酸ナトリウム水溶液が電気脱イオン装置1Aに通水され、過硫酸水溶液が電気脱イオン装置1Aから配管13を介して循環用タンク15に戻ってくる。従って、運転を継続すると、循環用タンク15内の水溶液のナトリウム濃度が次第に低下してくる。そして、センサ17で検出されるナトリウム濃度が所定値以下となった場合には、ポンプ16を停止し、弁19を開とし、ポンプ20を作動させ、過硫酸水溶液を循環用タンク15からウェハ洗浄工程へ送る。
At the start of operation of the apparatus shown in FIG. 2, an aqueous sodium persulfate solution is stored in the
第3図は、第2図において、1対のバイポーラ膜5の間において、カチオン交換膜4の陽極側にアニオン交換膜21を配置したものである。これにより、1対のバイポーラ膜5,5の間にあっては、陰極側バイポーラ膜5とカチオン交換膜4との間にカチオン移動室7が形成され、カチオン交換膜4とアニオン交換膜21との間に処理室22が形成され、アニオン交換膜21と陽極側バイポーラ膜5との間にアニオン移動室23が形成されている。
FIG. 3 shows an
この第3図では、処理室22に供給された過硫酸塩水溶液が該処理室22内を流れる間に、過硫酸塩水溶液中のカチオンがカチオン交換膜4を透過してカチオン移動室7に移行し、アニオンはアニオン交換膜21を透過してアニオン移動室23に移行し、該アニオン移動室23から過硫酸水溶液が流出する。この過硫酸水溶液が配管25を介してウェハ洗浄工程へ送られる。
In FIG. 3, while the persulfate aqueous solution supplied to the
処理室22からは脱イオン水が流出する。この脱イオン水は配管26を介して処理室22の流入口へ循環され、この途中で濃度の高い過硫酸塩水溶液が添加される。
Deionized water flows out of the
なお、各電極室6,9、カチオン移動室7、アニオン移動室23へはそれぞれ純水が供給されている。電極室6,9からは純水が流出するので、再利用する。カチオン移動室7からはNaOH水溶液が流出する。アニオン移動室23からは前述の通り過硫酸水溶液が流出する。
Note that pure water is supplied to each of the
なお、過硫酸は常温で次のように分解し、カロ酸と硫酸を生じる。
H2S2O8+H2O→H2SO5+H2SO4
さらにカロ酸は水により分解を受け、過酸化水素と硫酸を生じる。
H2SO5+H2O→H2O2+H2SO4
一方、高温では次の反応が起こる。
H2S2O8→2H++ S2O8 2−(過硫酸イオン)
S2O8 2−→2SO4 −・(硫酸ラジカル)
カロ酸に転換してからも次の反応で硫酸ラジカルが生成する。(上記より遅い反応)
H2SO5 2−→SO4 −・+ OH・
この反応は生成したラジカルを安定化させるために、大きな熱エネルギーを必要とする。よって高温領域での特有の反応であり、常温常圧では極めて反応効率が低いと考えられる。反応が起きたとしても、生成したラジカルはすぐ近傍にあるラジカルと反応して失活する。つまり反応環境の温度管理によって反応の種類をコントロールすることができる。
In addition, persulfuric acid decomposes at room temperature as follows to produce caroic acid and sulfuric acid.
H 2 S 2 O 8 + H 2 O → H 2 SO 5 + H 2 SO 4
Caroic acid is further decomposed by water to produce hydrogen peroxide and sulfuric acid.
H 2 SO 5 + H 2 O → H 2 O 2 + H 2 SO 4
On the other hand, the following reaction occurs at high temperatures.
H 2 S 2 O 8 → 2H + + S 2 O 8 2− (persulfate ion)
S 2 O 8 2− → 2SO 4 − (sulfuric acid radical)
Even after conversion to caroic acid, sulfuric acid radicals are produced in the next reaction. (Slower reaction than above)
H 2 SO 5 2− → SO 4 − · + OH ·
This reaction requires large heat energy to stabilize the generated radicals. Therefore, it is a characteristic reaction in a high temperature region, and the reaction efficiency is considered to be extremely low at normal temperature and pressure. Even if the reaction occurs, the generated radical reacts with the radical in the immediate vicinity and is deactivated. In other words, the type of reaction can be controlled by controlling the temperature of the reaction environment.
上記のように過硫酸塩の脱塩に際しては生成した過硫酸からカロ酸、過酸化水素、過流酸イオン、硫酸ラジカルの生成を抑制するために所定の低温域で行う必要がある。そこで電気脱イオン装置内部の処理室温度を低温に維持することが必要となる。これにより過硫酸を高濃度に維持することができると共に、過硫酸の自己分解により発生する硫酸ラジカルなどのラジカルによる装置内部の酸化劣化を防止することができるため、通常の電気脱イオン装置を用いて処理することができる。なお所定の低温域における温度の上限値としては、イオン交換膜の耐熱性から60℃以下が好ましく、さらにイオン交換膜の耐食性も考慮すると40℃以下であることが長期安定性、安全性の面からさらに好ましい。また温度の下限値としては氷結して通水を阻害しなければ特に限定されず、10℃以上であれば問題なく運転できる。
温度調整手段の設置箇所は、特に制限されず、ライン中のタンクに設けてもよいし、ラインに熱交換器を設けてもよい。
As described above, when desalting persulfate, it is necessary to carry out in a predetermined low temperature range in order to suppress the formation of caroic acid, hydrogen peroxide, perfused acid ions, and sulfuric acid radicals from the generated persulfuric acid. Therefore, it is necessary to maintain the processing chamber temperature inside the electrodeionization apparatus at a low temperature. As a result, it is possible to maintain a high concentration of persulfuric acid and to prevent oxidative degradation inside the device due to radicals such as sulfuric acid radicals generated by the self-decomposition of persulfuric acid. Can be processed. The upper limit value of the temperature in the predetermined low temperature range is preferably 60 ° C. or less in view of the heat resistance of the ion exchange membrane, and further considering the corrosion resistance of the ion exchange membrane, it is 40 ° C. or less in terms of long-term stability and safety. To more preferable. Further, the lower limit of the temperature is not particularly limited as long as it freezes and does not inhibit water flow.
The installation location of the temperature adjusting means is not particularly limited, and may be provided in a tank in the line, or a heat exchanger may be provided in the line.
電気脱イオン装置の内部は温度管理すれば腐食の問題はないが、電気脱イオン装置から排出されるとカロ酸や過流酸イオンなどが生成されて配管等の部材が腐食する恐れがある。従って過硫酸の生成はユースポイントのなるべく直近で行うのが望ましい。
またウェハ洗浄に用いる場合は、高濃度の硫酸が必要であり、また所定の高温環境が必要なので、過硫酸溶液と高温の高濃度硫酸とを混合して昇温及び硫酸高濃度化を図った上でウェハ洗浄に供することが望ましい。このとき高濃度硫酸の温度としては120〜170℃程度、濃度としては90wt%以上であることが好ましい。なお生成した過硫酸水溶液は水を多く含むため高濃度硫酸と混合した際に溶解熱が生じるため昇温される。混合割合としては1:1〜2:1程度が好ましい。
本発明の電気脱イオン装置のアニオン移動室から排出されるNaOH水溶液などのアルカリ性水溶液は、使用後の硫酸溶液と混合して中和処理して系外に排出することができる。
本発明では硫酸を循環利用することができないので、洗浄液を効率的に使う枚葉式洗浄に適している。
If the temperature of the inside of the electrodeionization apparatus is controlled, there will be no problem of corrosion. However, if discharged from the electrodeionization apparatus, members such as piping may be corroded due to the generation of caloic acid or superfluous acid ions. Therefore, it is desirable to generate persulfuric acid as close as possible to the point of use.
In addition, when using it for wafer cleaning, high concentration sulfuric acid is required, and since a predetermined high temperature environment is required, a persulfuric acid solution and high temperature high concentration sulfuric acid were mixed to increase the temperature and increase the concentration of sulfuric acid. It is desirable to use for wafer cleaning above. At this time, the temperature of the high-concentration sulfuric acid is preferably about 120 to 170 ° C., and the concentration is preferably 90 wt% or more. The generated aqueous persulfuric acid solution contains a large amount of water, so that when it is mixed with high-concentration sulfuric acid, heat of dissolution is generated and the temperature is raised. The mixing ratio is preferably about 1: 1 to 2: 1.
An alkaline aqueous solution such as an aqueous NaOH solution discharged from the anion transfer chamber of the electrodeionization apparatus of the present invention can be mixed with a used sulfuric acid solution, neutralized and discharged out of the system.
In the present invention, since sulfuric acid cannot be recycled, it is suitable for single-wafer cleaning using a cleaning solution efficiently.
1,1A,1B 電気脱イオン装置
2 陰極
3 陽極
4 カチオン交換膜
5 バイポーラ膜
6 陰極室
7 カチオン移動室
8 処理室
9 陽極室
15 循環用タンク
17 ナトリウムセンサ
21 アニオン交換膜
22 処理室
23 アニオン移動室
1, 1A,
Claims (12)
前記電気脱イオン装置は、陰極と陽極との間に、カチオン交換膜と、該カチオン交換膜の陽極側のバイポーラ膜とが配置され、該カチオン交換膜の陰極側にカチオン移動室が形成され、該カチオン交換膜の陽極側に処理室が形成されている電気脱イオン装置であり、
該処理室に過硫酸塩水溶液を供給し、前記処理室から前記カチオン移動室にカチオンを移動させることにより前記処理室中に過硫酸水溶液を生成させ、
該処理室から過硫酸水溶液を流出させることを特徴とするウェハ洗浄液の製造方法。 In claim 1,
In the electrodeionization apparatus, a cation exchange membrane and a bipolar membrane on the anode side of the cation exchange membrane are disposed between the cathode and the anode, and a cation transfer chamber is formed on the cathode side of the cation exchange membrane, An electrodeionization apparatus in which a treatment chamber is formed on the anode side of the cation exchange membrane,
Supplying a persulfate aqueous solution to the processing chamber, and generating a persulfate aqueous solution in the processing chamber by moving cations from the processing chamber to the cation moving chamber;
A method for producing a wafer cleaning liquid, wherein a persulfuric acid aqueous solution is allowed to flow out of the processing chamber.
前記電気脱イオン装置は、陰極と陽極との間に、バイポーラ膜と、該バイポーラ膜の陽極側のカチオン交換膜と、該カチオン交換膜の陽極側のアニオン交換膜とが配置され、該カチオン交換膜の陰極側にカチオン移動室が形成され、該カチオン交換膜の陽極側に処理室が形成され、該アニオン交換膜の陽極側にアニオン移動室が形成されている電気脱イオン装置であり、
該処理室に過硫酸塩水溶液を供給すると共にアニオン移動室に純水を供給し、前記処理室から前記アニオン移動室に過硫酸イオンを移動させることにより、前記アニオン移動室中に過硫酸水溶液を生成させ、
該アニオン移動室から過硫酸水溶液を流出させることを特徴とするウェハ洗浄液の製造方法。 In claim 1,
In the electrodeionization apparatus, a bipolar membrane, a cation exchange membrane on the anode side of the bipolar membrane, and an anion exchange membrane on the anode side of the cation exchange membrane are arranged between the cathode and the anode, and the cation exchange An electrodeionization apparatus in which a cation transfer chamber is formed on the cathode side of the membrane, a treatment chamber is formed on the anode side of the cation exchange membrane, and an anion transfer chamber is formed on the anode side of the anion exchange membrane,
The aqueous solution of persulfate is supplied to the treatment chamber and pure water is supplied to the anion transfer chamber. By moving persulfate ions from the treatment chamber to the anion transfer chamber, the aqueous solution of persulfate is transferred into the anion transfer chamber. Generated,
A method for producing a wafer cleaning solution, wherein an aqueous persulfate solution is allowed to flow out of the anion transfer chamber.
該電気脱イオン装置に過硫酸塩水溶液を供給する供給手段と、
該電気脱イオン装置から過硫酸水溶液を取り出す取出手段と
を備えてなるウェハ洗浄液の製造装置。 An electrodeionization device;
Supply means for supplying an aqueous persulfate solution to the electrodeionization device;
An apparatus for producing a wafer cleaning liquid, comprising an extraction means for taking out a persulfuric acid aqueous solution from the electrodeionization apparatus.
前記電気脱イオン装置は、陰極と陽極との間に、カチオン交換膜と、該カチオン交換膜の陽極側のバイポーラ膜とが配置され、該カチオン交換膜の陰極側にカチオン移動室が形成され、該カチオン交換膜の陽極側に処理室が形成され、各室に導電体が充填されている電気脱イオン装置であり、
該処理室に過硫酸塩水溶液が供給され、
該処理室から過硫酸水溶液が流出することを特徴とするウェハ洗浄液の製造装置。 In claim 5,
In the electrodeionization apparatus, a cation exchange membrane and a bipolar membrane on the anode side of the cation exchange membrane are disposed between the cathode and the anode, and a cation transfer chamber is formed on the cathode side of the cation exchange membrane, An electrodeionization apparatus in which a treatment chamber is formed on the anode side of the cation exchange membrane, and each chamber is filled with a conductor.
An aqueous persulfate solution is supplied to the treatment chamber;
An apparatus for producing a wafer cleaning liquid, wherein an aqueous persulfate solution flows out of the processing chamber.
前記電気脱イオン装置は、陰極と陽極との間に、バイポーラ膜と、該バイポーラ膜の陽極側のカチオン交換膜と、該カチオン交換膜の陽極側のアニオン交換膜とが配置され、該カチオン交換膜の陰極側にカチオン移動室が形成され、該カチオン交換膜の陽極側に処理室が形成され、該アニオン交換膜の陽極側にアニオン移動室が形成され、各室に導電体が充填されている電気脱イオン装置であり、
該処理室に過硫酸塩水溶液が供給され、
該処理室から過硫酸水溶液が流出することを特徴とするウェハ洗浄液の製造装置。 In claim 5,
In the electrodeionization apparatus, a bipolar membrane, a cation exchange membrane on the anode side of the bipolar membrane, and an anion exchange membrane on the anode side of the cation exchange membrane are arranged between the cathode and the anode, and the cation exchange A cation transfer chamber is formed on the cathode side of the membrane, a treatment chamber is formed on the anode side of the cation exchange membrane, an anion transfer chamber is formed on the anode side of the anion exchange membrane, and each chamber is filled with a conductor. Is an electrodeionization device,
An aqueous persulfate solution is supplied to the treatment chamber;
An apparatus for producing a wafer cleaning liquid, wherein an aqueous persulfate solution flows out of the processing chamber.
前記供給手段は、該タンク内の過硫酸塩水溶液を前記電気脱イオン装置に供給するものであり、
前記取出手段は、電気脱イオン装置からの過硫酸水溶液を該タンクに戻すように構成されていることを特徴とするウェハ洗浄液の製造装置。 In Claim 6, the tank for liquid circulation is provided,
The supply means supplies the aqueous solution of persulfate in the tank to the electrodeionization device,
The apparatus for producing a wafer cleaning liquid, wherein the take-out means is configured to return the persulfuric acid aqueous solution from the electrodeionization apparatus to the tank.
該センサのカチオン濃度が所定値よりも高いときには前記供給手段及び取出手段によってタンク内の液を電気脱イオン装置に循環通水させ、該センサのカチオン濃度が該所定値よりも低いときには、この循環通水を停止させ、タンク内の過硫酸水溶液をウェハ洗浄装置へ送水させる通水制御手段を備えたことを特徴とするウェハ洗浄液の製造装置。 The sensor according to claim 8, wherein the tank measures a cation concentration of a salt in the tank.
When the cation concentration of the sensor is higher than a predetermined value, the liquid in the tank is circulated through the electrodeionization device by the supply means and the extraction means, and when the cation concentration of the sensor is lower than the predetermined value, the circulation is performed. An apparatus for producing a wafer cleaning liquid, comprising a water flow control means for stopping water flow and feeding a persulfuric acid aqueous solution in a tank to a wafer cleaning apparatus.
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WO2013008605A1 (en) * | 2011-07-11 | 2013-01-17 | 栗田工業株式会社 | Method for cleaning metal gate semiconductor |
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