JP3382099B2 - Electrolytic ionic water generation method - Google Patents
Electrolytic ionic water generation methodInfo
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Description
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電解イオン水生成
方法に係り、とくに電気分解を行う電解槽の電極構造に
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing electrolytic ionized water, and more particularly to an electrode structure of an electrolytic cell for electrolysis.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、イオン水生成装置により生成され
たイオン水は、各分野に利用され、とくに半導体装置の
製造や液晶の製造などに多く用いられている。半導体装
置の製造においては、純水や超純水を電気分解して得ら
れたイオン水でシリコン半導体などの半導体基板を洗浄
したり、ポリッシング等に利用されている。これまで半
導体装置の製造において半導体基板の洗浄などには、フ
ロンなどの弗素系溶剤が用いられていたが、生活環境に
悪影響を及ぼすので敬遠され始め、代わりに純水や超純
水などの水が最も安全な溶剤として利用されるようにな
った。純水は、イオン、微粒子、微生物、有機物などの
不純物をほとんど除去した抵抗率が5〜18MΩcm程
度の高純度の水である。超純水は、超純水製造装置によ
り水中の懸濁物質、溶解物質及び高効率に取り除いた純
水よりさらに純度の高い極めて高純度の水である。これ
らの純水又は超純水を電気分解することによって酸化性
の強い陽極イオン水(酸性水)や還元性の強い陰極イオ
ン水(アルカリ性水)などのイオン水が生成される。2. Description of the Related Art Conventionally, ionized water produced by an ionized water producing apparatus has been used in various fields, especially in the production of semiconductor devices and liquid crystals. In the manufacture of semiconductor devices, it is used for cleaning semiconductor substrates such as silicon semiconductors with ionized water obtained by electrolyzing pure water or ultrapure water, and for polishing. Up to now, fluorocarbon solvents such as CFCs have been used for cleaning semiconductor substrates in the manufacture of semiconductor devices, but they have begun to be shunned because they adversely affect the living environment. Instead, pure water or ultrapure water is used instead. Has come to be used as the safest solvent. Pure water is high-purity water having a resistivity of about 5 to 18 MΩcm in which impurities such as ions, fine particles, microorganisms, and organic substances are almost removed. Ultrapure water is extremely high-purity water having a higher purity than that of pure water obtained by removing suspended substances, dissolved substances, and highly efficiently from water by an ultrapure water production apparatus. By electrolyzing these pure water or ultrapure water, ionic water such as highly oxidative anodic ion water (acidic water) and strongly reducing cathodic ion water (alkaline water) is generated.
【0003】半導体装置や液晶などの製造においては、
これら陽極イオン水や陰極イオン水などの純水や超純水
を用いて基板の表面を洗浄することも検討されている。
従来の電解イオン水生成装置を図10に示す。電解槽5
0は、陰極室52と陽極室53とを備え、陰極室52に
は陰極541が配置され、陽極室53には陽極542が
配置されている。そして、これら電極54(陰極54
1、陽極542)は共に白金又はチタンなどから構成さ
れている。陰極室52で形成される陰極イオン水58及
び陽極室53で形成される陽極イオン水59とを効率よ
く分離するために陰極室と陽極室とはセラミックや高分
子などの多孔質の隔膜56で仕切られている。電解槽5
0の陰極541は、直流電源66の負極67に接続さ
れ、陽極542は、その正極68に接続されている。電
解槽50では電源66からの電源電圧を印加して電解槽
50の超純水供給ライン61から供給された純水に、例
えば、塩化アンモニウムなどの支持電解質を添加した希
釈電解質溶液51を電気分解する。この電気分解の結果
陰極541側で生成される陰極イオン水はアルカリ性水
であり、陽極542側で生成される陽極イオン水は酸性
水である。In the manufacture of semiconductor devices and liquid crystals,
It is also considered to clean the surface of the substrate using pure water or ultrapure water such as anodic ion water or cathodic ion water.
FIG. 10 shows a conventional electrolytic ionized water generator. Electrolyzer 5
Reference numeral 0 includes a cathode chamber 52 and an anode chamber 53, a cathode 541 is disposed in the cathode chamber 52, and an anode 542 is disposed in the anode chamber 53. Then, these electrodes 54 (cathode 54
1 and the anode 542) are both made of platinum or titanium. In order to efficiently separate the cathode ionized water 58 formed in the cathode chamber 52 and the anode ionized water 59 formed in the anode chamber 53, the cathode chamber and the anode chamber are formed of a porous diaphragm 56 such as ceramic or polymer. It is partitioned. Electrolyzer 5
The cathode 541 of 0 is connected to the negative electrode 67 of the DC power supply 66, and the anode 542 is connected to the positive electrode 68 thereof. In the electrolytic cell 50, a power supply voltage from a power source 66 is applied to electrolyze a diluted electrolyte solution 51 obtained by adding a supporting electrolyte such as ammonium chloride to pure water supplied from an ultrapure water supply line 61 of the electrolytic cell 50. To do. The cathode ion water generated on the cathode 541 side as a result of this electrolysis is alkaline water, and the anode ion water generated on the anode 542 side is acidic water.
【0004】陰極室52で生成された陰極イオン水58
は、陰極イオン水供給ライン62から外部に供給され、
陽極室53で生成された陽極イオン水59は、陽極イオ
ン水供給ライン63から外部に供給される。通常は陰極
室52でアルカリ性水が生成されるので、例えば、半導
体装置の製造に用いられるポリッシング装置を使用する
場合、アルカリ性水を用いてポリッシングを行うには、
電解槽50に接続された陰極イオン水供給ライン62を
イオン水供給ラインとしてアルカリ性水をポリッシング
装置の研磨布に供給する。この場合、陽極室53で生成
される酸性水は不要なので廃棄される。したがって、陽
極イオン水供給ライン63はイオン水を排出するイオン
水排出ラインに接続される。また、酸性水を用いてポリ
ッシングを行うには、電解槽50に接続された陽極イオ
ン水供給ライン63がイオン水供給ラインとなって酸性
水を研磨布に供給する。この場合、陰極室52で生成さ
れるアルカリ性水は不要なので廃棄される。従って陰極
イオン水供給ライン62がイオン水を排出するイオン水
排出ラインに接続される。Cathode ionized water 58 produced in the cathode chamber 52
Is supplied to the outside from the cathode ionized water supply line 62,
The anode ionized water 59 generated in the anode chamber 53 is supplied to the outside from the anode ionized water supply line 63. Since alkaline water is usually generated in the cathode chamber 52, for example, when using a polishing apparatus used for manufacturing a semiconductor device, in order to perform polishing using alkaline water,
The alkaline ionized water supply line 62 connected to the electrolytic bath 50 is used as an ionized water supply line to supply alkaline water to the polishing cloth of the polishing apparatus. In this case, the acidic water generated in the anode chamber 53 is unnecessary and is discarded. Therefore, the anode ionized water supply line 63 is connected to the ionized water discharge line for discharging ionized water. Further, in order to perform polishing using acidic water, the anode ionized water supply line 63 connected to the electrolytic cell 50 serves as an ionized water supply line to supply the acidic water to the polishing cloth. In this case, the alkaline water generated in the cathode chamber 52 is unnecessary and is discarded. Therefore, the cathode ionized water supply line 62 is connected to the ionized water discharge line for discharging ionized water.
【0005】以上のように、電解槽50は、隔膜56に
より2槽に分離され、各電極は分離されたそれぞれの槽
に配置されるので、それぞれの槽からアルカリ性水又は
酸性水を目的に応じて取り出すことができる。前述のよ
うにイオン水には、アルカリ性水と酸性水があり、電解
槽内で希釈された、例えば、HCl、HNO3 、NH4
Cl、NH4 Fなどの電解質溶液を電解することによっ
て任意のpHのイオン水が生成される。しかしこの方法
では、電解質溶液に含まれる金属イオンや電極から発生
する金属イオンも電極で発生する電界に引かれ、電解
槽、特にアルカリ槽(陰極室)内に多く入り込み、電解
イオン水の純度を低下させていた。最近イオン水を半導
体装置の製造におけるウェーハなどの洗浄用として使用
する要求が強くなってきた。このような現状において半
導体装置では微量な金属不純物がデバイス特性に大きな
影響を与えるためにイオン水の高純度化が必要となって
いる。As described above, the electrolytic cell 50 is divided into two cells by the diaphragm 56, and each electrode is arranged in each of the separated cells. Therefore, alkaline water or acidic water is supplied from each cell depending on the purpose. Can be taken out. As described above, the ion water includes alkaline water and acidic water, and is diluted in the electrolytic cell, for example, HCl, HNO 3 , NH 4
Ionized water having an arbitrary pH is generated by electrolyzing an electrolytic solution such as Cl or NH 4 F. However, in this method, the metal ions contained in the electrolyte solution and the metal ions generated from the electrodes are also attracted to the electric field generated at the electrodes, and a large amount of metal ions enter the electrolytic cell, especially the alkaline cell (cathode chamber), and the purity of the electrolytic ion water is Had lowered. Recently, there has been an increasing demand for using ionized water for cleaning wafers in the manufacture of semiconductor devices. In such a current situation, in semiconductor devices, minute amounts of metal impurities have a great influence on device characteristics, so that highly purified ionized water is required.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】半導体基板の洗浄に電
解イオン水を使用する際、パーティクル、金属汚染など
のないことが不可欠である。金属電極を用いた場合、電
極は通常一般室で製造されており、様々な金属元素が電
極中に含有されている。耐酸化性の高いPt等の貴金属
でコーティングされているような電極を使用しても、陽
極側では微量ながらPtを含めて多種の金属元素が溶出
してきて、生成される電解イオン水中に含まれてしま
う。このような現象は、金属酸化物から構成された電極
を用いても同様である。また、電極に炭素を用いること
も知られているが、炭素電極を電解槽に用いると、水の
電気分解によって酸素が発生し、とくに陽極側では次式
(1)示すように炭素が発生した酸素と反応して電極が
著しく消耗する。
C+O2 →CO2 ↑ (1)
その結果電極表面が侵されて炭素片が電極からこぼれ落
ちる。この炭素片がパーティクルの原因となってしま
う。When using electrolytic ion water for cleaning semiconductor substrates, it is essential that there be no particles or metal contamination. When a metal electrode is used, the electrode is usually manufactured in a general room, and various metal elements are contained in the electrode. Even if an electrode coated with a noble metal such as Pt, which has high oxidation resistance, is used, various metal elements including Pt elute on the anode side even though the amount is very small, and are contained in the electrolytic ion water produced. Will end up. Such a phenomenon is the same even when an electrode made of a metal oxide is used. It is also known to use carbon for the electrode, but when a carbon electrode is used for an electrolytic cell, oxygen is generated by electrolysis of water, and particularly carbon is generated on the anode side as shown in the following formula (1). Electrodes are significantly consumed by reacting with oxygen. C + O 2 → CO 2 ↑ (1) As a result, the electrode surface is attacked and carbon fragments are spilled from the electrode. The carbon pieces cause particles.
【0007】また、半導体のウェーハ洗浄において、金
属不純物の除去にはHF処理は欠かせない。Fe、A
l、Na等の金属は容易にウェーハ表面から除去でき
る。しかし、HFは、Cuなどの水素よりも酸化還元電
位の高い金属元素に対する除去率が酸化還元電位が水素
より低い金属元素に比べて劣る。それどころかHF中に
これらの金属があると、これらの金属はウェーハ表面に
吸着してしまう。さらに、HFを支持電解質に用いて電
気分解を試みてみてもHFが金属電極を腐食してしまう
ので、HFを支持電解質に用いることはできなかった。
本発明は、ランニングコストの削減及び排水の無公害
化、作業環境安全性の向上を可能にする新規な構造の電
解イオン水生成装置を利用した電解イオン水の生成方法
を提供するものである。In cleaning semiconductor wafers, HF treatment is indispensable for removing metal impurities. Fe, A
Metals such as l and Na can be easily removed from the wafer surface. However, HF is inferior in removal rate to a metal element having a higher redox potential than hydrogen such as Cu as compared with a metal element having a lower redox potential than hydrogen. On the contrary, if these metals are present in HF, these metals will be adsorbed on the wafer surface. Furthermore, even if an attempt was made to carry out electrolysis using HF as a supporting electrolyte, HF could corrode the metal electrode, so that HF could not be used as a supporting electrolyte.
The present invention provides a method for producing electrolytic ion water using an electrolytic ion water producing apparatus having a novel structure, which enables reduction of running cost, pollution of waste water, and improvement of work environment safety.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、以上のような
課題を解決するために、純水又は超純水に支持電解質と
してHFを加えた電解質溶液を炭素電極を用いて電気分
解を行う。生成した電解イオン水は、ウェーハ洗浄にと
くに適している。電解質溶液のHF濃度は、100〜1
0000ppmが適当である。炭素電極は、炭素片の欠
落を少なくするために結晶性炭素を焼成などにより成型
した炭素成型体とその表面にアモルファスの炭素層とか
らなるものを用いる。グラファイトなどの結晶性炭素電
極は、多くの細孔があり、表面には凹凸面が形成されて
いる。炭素電極は、表面積が広いので電解効果が上がる
点でも望ましい材料である。そこで電極の成形体を形成
後にアモルファスなどの炭素層を表面に形成する。成形
体表面の細孔内部にまで炭素層が堆積しているので炭素
元素同志の結合を強めて炭素片を欠落し難くしている。
さらに炭素電極からの炭素片の欠落による電解イオン水
への影響を少なくするために、フィルタを導入する。フ
ィルタは、石英などからなるセラミックフィルタが適当
である。炭素片は、粒子径が大きいので複数のフィルタ
を用いるのが有効である。第1のフィルタは、粒子径を
大きくして粒子径の大きな炭素片を除去する。さらに、
順次粒子径が小さくなる第2のフィルタ、第3のフィル
タ・・・を用いて炭素片の取り除きを確実に行うように
する。In order to solve the above problems, the present invention performs electrolysis using an electrode solution of pure water or ultrapure water to which HF is added as a supporting electrolyte. . The electrolytic ionized water produced is particularly suitable for cleaning wafers. The HF concentration of the electrolyte solution is 100 to 1
0000 ppm is suitable. As the carbon electrode, a carbon molded body formed by molding crystalline carbon by firing or the like and an amorphous carbon layer on the surface thereof are used in order to reduce loss of carbon pieces. A crystalline carbon electrode such as graphite has many pores, and an uneven surface is formed on the surface. Since the carbon electrode has a large surface area, it is also a desirable material from the viewpoint of enhancing the electrolytic effect. Therefore, after forming the molded body of the electrode, a carbon layer such as an amorphous layer is formed on the surface. Since the carbon layer is deposited even inside the pores on the surface of the molded body, the bonds between the carbon elements are strengthened to make it difficult for the carbon pieces to be lost.
Further, in order to reduce the influence of the lack of carbon pieces from the carbon electrode on the electrolytic ionized water, a filter is introduced. A ceramic filter made of quartz or the like is suitable as the filter. Since carbon particles have a large particle size, it is effective to use a plurality of filters. The first filter enlarges the particle size to remove carbon fragments having a large particle size. further,
The carbon particles are surely removed by using the second filter, the third filter, ...
【0009】そして、少なくとも第1のフィルタは、純
水や超純水をにより定期的に洗浄してフィルタの寿命を
長くすることができる。しかし、HFは、フィルタを腐
食するので、電極の周囲には配置せず、電解槽から生成
された電解イオン水を送り出す電解イオン水供給ライン
に取り付けるのが有利である。炭素電極を用いることに
より、金属電極では電極がエッチングされてしまうため
にHFは、従来支持電解質に用いられなかったのに、本
発明では、炭素電極を用いる結果HF支持電解質が可能
になった。陽極で生成された電解イオン水は、通常洗浄
などに用いるHF水よりも酸化還元電位を上げることが
できる。Cuは、ウェーハ上の自然酸化膜中を拡散して
Siと直接結合していると考えられているが、酸化還元
電位を上げることにより、前記HF水で除去しきれなか
ったCuなどについても除去が可能になる。At least the first filter can be regularly cleaned with pure water or ultrapure water to prolong the life of the filter. However, since HF corrodes the filter, it is advantageous not to place it around the electrodes, but to attach it to the electrolytic ion water supply line that delivers the electrolytic ion water generated from the electrolytic cell. By using a carbon electrode, HF has not been conventionally used for a supporting electrolyte because the electrode is etched by a metal electrode, but in the present invention, the use of a carbon electrode enables an HF supporting electrolyte. The electrolytic ion water generated at the anode can raise the oxidation-reduction potential higher than that of HF water which is usually used for cleaning. It is considered that Cu diffuses in the natural oxide film on the wafer and is directly bonded to Si. However, by increasing the oxidation-reduction potential, Cu that could not be completely removed by the HF water is also removed. Will be possible.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】以下図面を参照して発明の実施の
形態を説明する。図1は、本発明の生成方法に用いる電
解イオン水生成装置の電解槽の概略断面図である。電解
槽1は、陽極室2と陰極室3とに分かれており、両者
は、その境界に配置されたイオン交換膜6で分離されて
いる。電解槽1には、本発明の特徴である炭素電極が設
置されている。炭素電極は、陽極4と陰極5とからな
り、陽極4は陽極室2、陰極5は陰極室3に配置されて
いる。陽極4及び陰極5の一端はいずれも電解槽1の上
蓋に固定されている。図示はしないが、陽極4は、電源
の正極に接続され、陰極5は、電源の負極に接続されて
いる。電解槽1の下部から支持電解質の添加された超純
水もしくは純水が電解質添加超純水(電解質溶液)供給
ライン8、9を介して供給される。陽極室2には第1の
電解質添加超純水供給ライン8が接続されており、陰極
室3には第2の電解質添加超純水(電解質溶液)供給ラ
イン9が接続されている。電極4、5間に直流電圧を印
加して供給ライン8、9から供給される支持電解質の添
加された超純水、すなわち、電解質溶液を電気分解する
ことによって電解イオン水を生成する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an electrolytic cell of an electrolytic ionized water producing apparatus used in the producing method of the present invention. The electrolytic cell 1 is divided into an anode chamber 2 and a cathode chamber 3, which are separated by an ion exchange membrane 6 arranged at the boundary. A carbon electrode, which is a feature of the present invention, is installed in the electrolytic cell 1. The carbon electrode comprises an anode 4 and a cathode 5, the anode 4 being arranged in the anode chamber 2 and the cathode 5 being arranged in the cathode chamber 3. Both ends of the anode 4 and the cathode 5 are fixed to the upper lid of the electrolytic cell 1. Although not shown, the anode 4 is connected to the positive electrode of the power source, and the cathode 5 is connected to the negative electrode of the power source. Ultrapure water to which a supporting electrolyte has been added or pure water is supplied from the lower portion of the electrolytic cell 1 through electrolyte-added ultrapure water (electrolyte solution) supply lines 8 and 9. A first electrolyte added ultrapure water supply line 8 is connected to the anode chamber 2, and a second electrolyte added ultrapure water (electrolyte solution) supply line 9 is connected to the cathode chamber 3. A DC voltage is applied between the electrodes 4 and 5 to generate electrolyzed ionic water by electrolyzing the ultrapure water added with the supporting electrolyte, that is, the electrolyte solution supplied from the supply lines 8 and 9.
【0011】陽極4のある陽極室2では酸性水が生成さ
れ、陰極5のある陰極室3ではアルカリ性水が生成され
る。陽極室2及び陰極室3にはそれぞれ電解イオン水排
水ライン10、11(すなわち、酸性水排水ライン10
及びアルカリ性水排水ライン11)が形成され、そこか
ら電解イオン水が排出される。電解質溶液の電解質濃度
は、陽極室側の電解質溶液がHF1000〜10000
ppm程度、陰極室側の電解質溶液がアンモニア10〜
500ppm程度にするのが適当である。電解質溶液の
pHは、8〜9程度になるようにする。電解イオン水排
水ライン10、11は、ウェーハ洗浄装置などの他の装
置へ電解イオン水を供給する電解イオン水供給ラインで
もある。電解槽1は、例えば、10×10cm〜30×
30cmの正方形であり、20〜50cmの高さを有し
ている。図2は、フィルタの配置を示す電解イオン水生
成装置の概略断面図である。前述のように電解槽1では
陽極側電解質溶液供給ライン8から陽極側電解質溶液が
陽極室に受け入れられ、ここで電気分解されて陽極イオ
ン水が生成される。陽極室で生成された陽極イオン水は
電解イオン水排水ライン10を介して外部の、例えば、
半導体製造装置のウェーハ洗浄装置などの半導体製造装
置に供給される。また、電解槽1では陰極側電解質溶液
供給ライン9から陰極側電解質溶液が陰極室内に受け入
れられ、ここで電気分解されて陰極イオン水が生成され
る。陰極室で生成された陰極イオン水は、電解イオン水
排水ライン11を介して外部のウェーハ洗浄装置などに
供給される。Acid water is produced in the anode chamber 2 with the anode 4, and alkaline water is produced in the cathode chamber 3 with the cathode 5. The anode chamber 2 and the cathode chamber 3 have electrolytic ion water drain lines 10 and 11 (that is, acidic water drain line 10).
And an alkaline water drainage line 11) is formed, from which electrolytic ionized water is discharged. The electrolyte concentration of the electrolyte solution is such that the electrolyte solution on the anode chamber side is HF1000 to 10,000.
About 10 ppm, the electrolyte solution on the cathode chamber side is ammonia 10
It is suitable to make it about 500 ppm. The pH of the electrolyte solution is set to about 8-9. The electrolytic ion water drain lines 10 and 11 are also electrolytic ion water supply lines that supply electrolytic ion water to other devices such as a wafer cleaning device. The electrolytic cell 1 has, for example, 10 × 10 cm to 30 ×.
It is a 30 cm square and has a height of 20 to 50 cm. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an electrolytic ionized water generator showing the arrangement of filters. As described above, in the electrolytic cell 1, the anode-side electrolyte solution is received in the anode chamber from the anode-side electrolyte solution supply line 8 and electrolyzed there to generate anode ionized water. Anode ionized water generated in the anode chamber is supplied to the outside via the electrolytic ionized water drainage line 10, for example,
It is supplied to a semiconductor manufacturing apparatus such as a wafer cleaning apparatus of the semiconductor manufacturing apparatus. Further, in the electrolytic cell 1, the cathode side electrolyte solution is received from the cathode side electrolyte solution supply line 9 into the cathode chamber where it is electrolyzed to generate cathode ionized water. The cathode ionized water generated in the cathode chamber is supplied to an external wafer cleaning device or the like via the electrolytic ionized water drainage line 11.
【0012】次に、例えば、電解イオン水排水ライン1
0には、洗浄装置などに供給される前に電解イオン水を
純化する複数のフィルタ71、72、73を配置する。
陰極イオン水を他のシステムに供給する場合にもこのよ
うなフィルタは必要である。フィルタは、石英などから
なるセラミックフィルタを用いる。炭素片は、粒子径が
大きいので複数のフィルタを用いるのが有効である。第
1のフィルタ71は、粒子径を大きくして粒子径の大き
な炭素片を除去する。さらに、順次粒子径が小さくなる
第2のフィルタ72、第3のフィルタ73・・・を用い
て炭素片の取り除きを確実に行うようにする。第1のフ
ィルタ71には、純水又は超純水を供給する超純水供給
ライン74と供給された純水又は超純水を排出する超純
水排水ライン75を取り付ける。そして、純水や超純水
を第1のフィルタ71にして定期的に洗浄する。第1の
フィルタ71に捕獲された炭素片は、効果的に除去する
ことができフィルタの寿命を長くすることができる。Next, for example, the electrolytic ion water drainage line 1
At 0, a plurality of filters 71, 72, 73 for purifying electrolytic ionized water before being supplied to a cleaning device or the like are arranged.
Such a filter is necessary when cathodic ionized water is supplied to other systems. A ceramic filter made of quartz or the like is used as the filter. Since carbon particles have a large particle size, it is effective to use a plurality of filters. The first filter 71 has a large particle size and removes carbon fragments having a large particle size. Further, the carbon particles are surely removed by using the second filter 72, the third filter 73, ... An ultrapure water supply line 74 for supplying pure water or ultrapure water and an ultrapure water drain line 75 for discharging the supplied pure water or ultrapure water are attached to the first filter 71. Then, pure water or ultrapure water is used as the first filter 71 for periodic cleaning. The carbon pieces captured by the first filter 71 can be effectively removed, and the life of the filter can be extended.
【0013】図3は、電極(陽極)の斜視図及び部分側
面図である。この実施例における陽極4は、図示のよう
に板状である。本発明では他の実施例として可能な形状
は様々である。板状はもとより、丸棒状、多角柱などを
用いることができる。陽極は、グラファイトなどの結晶
性炭素を成型し、1000℃〜1200℃程度の熱で数
時間から数100時間焼成して得られる。焼成した成型
体41は、多孔性であり、その表面には凹凸がある。成
型体41は、アモルファス炭素材料に浸漬され、焼成さ
れて、細孔の中にまで炭素層42が形成されている。炭
素層42は、成型体41表面の凹凸に沿って密着してい
るので、炭素元素同志の結合を強め、炭素片を欠落し難
くしている。炭素層42を形成する手段としては、この
他に、減圧CVD法や真空蒸着法などが用いられる。図
4は、図2に示したフィルタ7の斜視図である。フィル
タ7の材料としては、例えば、ドライフィルタに用いら
れる石英を焼き固めたセラミックフィルタがある。セラ
ミックフィルタは、例えば、粒径の異なる3層の成型体
71、72、73からなり、不純物を十分取り除くこと
ができる。FIG. 3 is a perspective view and a partial side view of the electrode (anode). The anode 4 in this embodiment is plate-shaped as shown. The present invention has various possible shapes as other embodiments. In addition to a plate shape, a round bar shape, a polygonal column, or the like can be used. The anode is obtained by molding crystalline carbon such as graphite and firing it with heat of about 1000 ° C. to 1200 ° C. for several hours to several hundred hours. The fired molded body 41 is porous and has irregularities on its surface. The molded body 41 is dipped in an amorphous carbon material and fired to form the carbon layer 42 even in the pores. Since the carbon layer 42 is in close contact with the surface of the molded body 41 along the irregularities, it strengthens the bond between the carbon elements and makes it difficult for the carbon pieces to drop out. In addition to this, as the means for forming the carbon layer 42, a low pressure CVD method, a vacuum vapor deposition method, or the like is used. FIG. 4 is a perspective view of the filter 7 shown in FIG. As a material for the filter 7, for example, there is a ceramic filter obtained by baking and hardening quartz used for a dry filter. The ceramic filter is formed of, for example, three layers of molded bodies 71, 72, 73 having different particle sizes, and impurities can be sufficiently removed.
【0014】図5は、図1のA−A′線に沿う部分の断
面図である。図に示す様に陽極4及び陰極5からなる電
極は、複数個の成型体から構成されている。電極から欠
落する炭素片を取り除くのは、この炭素片が電解イオン
水に入り込まないようにするためである。したがって、
電解イオン水排水ライン10には、高純度セラミックか
らなるフィルタ71、72、73が、電解イオン水排水
ライン11にはフィルタ71′、72′、73′が取り
付けられている。電解イオン水を半導体ウェーハの洗浄
に用いる場合、金属系電極を用いればパーティクルは抑
えられるものの、金属がイオンとなって陽極から溶出し
てくる。炭素電極単体では、陽極が酸化すること(CO
2 発生)により表面が浸食され、炭素片が欠落し多量の
パーティクルが発生してしまう。本発明では、炭素電極
自体に欠落しづらくするために、炭素電極表面をアモル
ファス炭素の炭素層で被覆し、これが接着剤的役割を果
たして炭素間の結合を強める。また、炭素電極を使う限
り欠落は避けられないものと考えられるので、高純度の
フィルタを設置し、発生するパーティクルを捕集する。
また、以上の実施例では電気分解を行うための電解槽が
1つの場合を説明したが、本発明は、この場合に限ら
ず、図6に示す様に複数の電解槽1、1′、1″・・・
を連結して用いることができる。FIG. 5 is a sectional view of a portion taken along the line AA 'in FIG. As shown in the figure, the electrode composed of the anode 4 and the cathode 5 is composed of a plurality of molded bodies. The carbon fragments that are missing from the electrodes are removed so that the carbon fragments do not enter the electrolytic ion water. Therefore,
Filters 71, 72, 73 made of high-purity ceramic are attached to the electrolytic ion water drainage line 10, and filters 71 ', 72', 73 'are attached to the electrolytic ion water drainage line 11. When electrolyzed ion water is used for cleaning a semiconductor wafer, particles can be suppressed by using a metal-based electrode, but the metal becomes ions and is eluted from the anode. With a carbon electrode alone, the anode should be oxidized (CO
2 generation) causes the surface to be eroded, resulting in the loss of carbon fragments and the generation of large numbers of particles. In the present invention, the surface of the carbon electrode is covered with a carbon layer of amorphous carbon in order to make it difficult for the carbon electrode itself to be lost, and this serves as an adhesive to strengthen the bond between carbons. In addition, since it is considered that chipping is inevitable as long as a carbon electrode is used, a high-purity filter is installed to collect particles that are generated.
Further, in the above embodiments, the case where there is one electrolysis cell for performing electrolysis has been described, but the present invention is not limited to this case, and as shown in FIG. ″ ・ ・ ・
Can be used in combination.
【0015】図7は、本発明の効果を説明する特性図で
ある。陽極で生成された電解イオン水は、通常洗浄など
に用いるHF水よりも酸化還元電位を上げることができ
る。Cuは、ウェーハ上の自然酸化膜中を拡散してSi
と直接結合していると考えられているが、酸化還元電位
を上げることにより、前記HF水で除去しきれなかった
Cuなどについても除去することが可能になる。図7は
Cuの除去率を示したものである縦軸は、金属不純物濃
度(atoms/cm2)を示し、横軸は、電気分解(電解)前
の純水又は超純水(Ini)の状態と、HFを溶解した
HF水の状態と、電気分解(電解)後の純水又は超純水
の状態とを示す。電解前の純水又は超純水は、金属不純
物濃度が1×1013(atoms/cm 2)であるのに、電解後
の純水又は超純水は、金属不純物濃度が2×109 (at
oms/cm2 )に低下している。HF水の金属不純物濃度
は、電解前及び電解後の純水又は超純水の金属不純物濃
度の中間にある。FIG. 7 is a characteristic diagram for explaining the effect of the present invention. The electrolytic ion water generated at the anode can raise the oxidation-reduction potential higher than that of HF water which is usually used for cleaning. Cu diffuses in the native oxide film on the wafer and Si
Although it is considered that they are directly bonded to Cu, by increasing the redox potential, it becomes possible to remove Cu and the like that could not be completely removed by the HF water. FIG. 7 shows the removal rate of Cu, the vertical axis represents the concentration of metal impurities (atoms / cm 2 ), and the horizontal axis represents the pure water or ultrapure water (Ini) before electrolysis (electrolysis). The state, the state of HF water in which HF is dissolved, and the state of pure water or ultrapure water after electrolysis (electrolysis) are shown. Pure water or ultrapure water before electrolysis has a metal impurity concentration of 1 × 10 13 (atoms / cm 2 ), whereas pure water or ultrapure water after electrolysis has a metal impurity concentration of 2 × 10 9 ( at
oms / cm 2) to have reduced. The metal impurity concentration of HF water is in the middle of the metal impurity concentration of pure water or ultrapure water before and after electrolysis.
【0016】次に、図8のプロセス図を参照して超純水
から電解イオン水を生成するプロセスを説明する。支持
電解質(2)は、超純水もしくは純水(1)に添加され
て電解質溶液(3)が形成される。電解槽の陽極室には
塩酸(HCl)の電解質溶液を供給し、陰極室にはアン
モニア(NH3 )と必要に応じて塩酸(HCl)とを添
加した電解質溶液を供給する。電解質溶液は、電解槽で
電気分解(4)され、陽極室で酸性イオン水が生成さ
れ、陰極室でアルカリ性イオン水が生成される。電解イ
オン水は、半導体装置の製造に用いられる洗浄槽などに
送られて洗浄水などに用いられる。Next, a process of producing electrolytic ion water from ultrapure water will be described with reference to the process diagram of FIG. The supporting electrolyte (2) is added to ultrapure water or pure water (1) to form an electrolyte solution (3). An electrolyte solution of hydrochloric acid (HCl) is supplied to the anode chamber of the electrolytic cell, and an electrolyte solution to which ammonia (NH 3 ) and, if necessary, hydrochloric acid (HCl) are added is supplied to the cathode chamber. The electrolyte solution is electrolyzed (4) in the electrolytic cell to generate acidic ionized water in the anode chamber and alkaline ionized water in the cathode chamber. The electrolyzed ionized water is sent to a cleaning tank or the like used for manufacturing a semiconductor device and used as cleaning water or the like.
【0017】次に、図9を参照して電解イオン水生成装
置の図2とは異なる構造の電解イオン水生成装置を説明
する。図1及び図2の装置では、電解槽1ではHFを含
む陽極側電解質溶液が陽極室に受け入れられ、ここで電
気分解されて陽極イオン水が生成され、アンモニアを含
む陰極側電解質溶液が陰極室内に受け入れられ、ここで
電気分解されて陰極イオン水が生成される構造になって
いた。しかし、この電解イオン水生成装置では、陽極室
2にも陰極室3にもHFを含む電解質溶液のみが供給さ
れる。そして、実際に用いるイオン水は、陽極イオン水
であり、陰極イオン水は洗浄などに用いない。電解イオ
ン水排水ライン10、11には、洗浄装置などに供給さ
れる前に電解イオン水を純化する複数のフィルタ71、
72、73及び71′、72′、73′を配置する。Next, referring to FIG. 9, an electrolytic ionized water producing apparatus having a structure different from that of FIG. 2 will be described. In the apparatus shown in FIGS. 1 and 2, in the electrolytic cell 1, the anode-side electrolyte solution containing HF is received in the anode chamber, where it is electrolyzed to generate anode ion water, and the cathode-side electrolyte solution containing ammonia is stored in the cathode chamber. It was accepted by the company and was electrolyzed here to produce cathodic ionized water. However, in this electrolytic ionized water generator, only the electrolyte solution containing HF is supplied to both the anode chamber 2 and the cathode chamber 3. The ion water that is actually used is the anode ion water, and the cathode ion water is not used for cleaning. The electrolytic ion water drain lines 10 and 11 include a plurality of filters 71 for purifying the electrolytic ion water before being supplied to a cleaning device or the like.
72, 73 and 71 ', 72', 73 'are arranged.
【0018】フィルタは、石英などからなるセラミック
フィルタを用いる。炭素片は、粒子径が大きいので複数
のフィルタを用いるのが有効である。第1のフィルタ7
1、71′は、粒子径を大きくして粒子径の大きな炭素
片を除去する。さらに、順次粒子径が小さくなる第2の
フィルタ72、72′第3のフィルタ73、73′・・
・を用いて炭素片の取り除きを確実に行うようにする。
第1のフィルタ71、71′には、純水又は超純水を供
給する超純水供給ライン74と、中間の超純水排水供給
ライン76、供給された純水又は超純水を排出する超純
水排水ライン75を取り付ける。そして、純水や超純水
を用いて第1のフィルタ71、71′を定期的に洗浄す
る。第1のフィルタ71、71′に捕獲された炭素片
は、効果的に除去することができフィルタの寿命を長く
することができる。As the filter, a ceramic filter made of quartz or the like is used. Since carbon particles have a large particle size, it is effective to use a plurality of filters. First filter 7
In Nos. 1 and 71 ', the particle size is increased to remove carbon particles having a large particle size. Further, the second filters 72, 72 'and the third filters 73, 73' ...
・ Use to ensure that the carbon fragments are removed.
Ultrapure water supply line 74 for supplying pure water or ultrapure water, intermediate ultrapure water drainage supply line 76, and the supplied pure water or ultrapure water are discharged to first filters 71, 71 '. Attach the ultrapure water drainage line 75. Then, the first filters 71, 71 'are regularly cleaned with pure water or ultrapure water. The carbon fragments captured by the first filters 71, 71 'can be effectively removed and the filter life can be extended.
【0019】[0019]
【発明の効果】以上のように、本発明は、炭素電極を用
いることによりHF支持電解質が可能になった。また、
陽極で生成された電解イオン水は、通常洗浄などに用い
るHF水よりも酸化還元電位を上げることができるの
で、通常のHF水で除去しきれなかったCuなどについ
ても除去することが可能になる。INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the present invention enables the HF supporting electrolyte by using the carbon electrode. Also,
The electrolytic ionized water generated at the anode can raise the oxidation-reduction potential higher than that of HF water normally used for cleaning, etc., so that it is possible to remove Cu and the like that could not be completely removed by normal HF water. .
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図1】本発明の電解イオン水生成方法に用いる電解槽
の概略断面図。FIG. 1 is a schematic sectional view of an electrolytic cell used in the electrolytic ionized water production method of the present invention.
【図2】本発明の電解イオン水生成方法に用いる電解槽
の概略断面図。FIG. 2 is a schematic sectional view of an electrolytic cell used in the electrolytic ionized water producing method of the present invention.
【図3】本発明の陽極の斜視図及び断面図。FIG. 3 is a perspective view and a sectional view of an anode of the present invention.
【図4】本発明に用いる高純度フィルタの斜視図。FIG. 4 is a perspective view of a high-purity filter used in the present invention.
【図5】図1のA−A′線に沿う部分の断面図。5 is a cross-sectional view of a portion taken along the line AA ′ in FIG.
【図6】本発明の電解槽の斜視図。FIG. 6 is a perspective view of the electrolytic cell of the present invention.
【図7】本発明の効果を説明する特性図。FIG. 7 is a characteristic diagram illustrating effects of the present invention.
【図8】本発明の電解イオン水生成方法のプロセス図。FIG. 8 is a process diagram of a method for producing electrolytic ionized water according to the present invention.
【図9】本発明の電解イオン水生成方法に用いる電解槽
の概略断面図。FIG. 9 is a schematic sectional view of an electrolytic cell used in the method for producing electrolytic ionized water according to the present invention.
【図10】従来の電解槽の断面図。FIG. 10 is a sectional view of a conventional electrolytic cell.
1・・・電解槽、 2・・・陽極室、 3・・・陰
極室、4・・・陽極、 5・・・陰極、 6・・・
イオン交換膜、7、71、71′、72、72′、7
3、73′・・・高純度フィルタ、8、9・・・電解質
添加超純水(電解質溶液)供給ライン、10・・・酸性
水排水ライン、 11・・・アルカリ性水排水ライ
ン、39・・・洗浄槽、 40・・・半導体ウェー
ハ、41・・・成型体、 42・・・炭素層、 4
5・・・超純水タンク、48、43、49・・・支持電
解質タンク、74、76・・・超純水供給ライン、
75・・・超純水排水ライン。1 ... Electrolyzer, 2 ... Anode chamber, 3 ... Cathode chamber, 4 ... Anode, 5 ... Cathode, 6 ...
Ion exchange membrane, 7, 71, 71 ', 72, 72', 7
3, 73 '... High-purity filter, 8, 9 ... Electrolyte-added ultrapure water (electrolyte solution) supply line, 10 ... Acid water drainage line, 11 ... Alkaline water drainage line, 39 ... -Cleaning tank, 40 ... Semiconductor wafer, 41 ... Molded body, 42 ... Carbon layer, 4
5 ... Ultrapure water tank, 48, 43, 49 ... Supporting electrolyte tank, 74, 76 ... Ultrapure water supply line,
75 ... Ultrapure water drainage line.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C02F 1/46 C25B 9/00 C25B 11/12 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) C02F 1/46 C25B 9/00 C25B 11/12
Claims (6)
ある電気分解用電解槽に純水又は超純水に支持電解質と
してHFを加えた電解質溶液を供給する工程と、 前記電極に直流電圧を印加することにより前記電解質溶
液を電気分解して電解イオン水を生成する工程とを備
え、 前記電極は、結晶性炭素の成形体からなり、その表面に
はアモルファス炭素層が形成されている ことを特徴とす
る電解イオン水生成方法。1. A step of supplying an electrolytic solution in which HF is added to pure water or ultrapure water as a supporting electrolyte to an electrolytic cell for electrolysis in which an electrode composed of an anode and a cathode is a carbon electrode, and a DC voltage is applied to the electrode. A step of electrolyzing the electrolyte solution by applying to generate electrolytic ionic water , the electrode is formed of a crystalline carbon molded body, on the surface
Is a method for producing electrolytic ionized water, characterized in that an amorphous carbon layer is formed .
pm〜10000ppmであることを特徴とする請求項
1に記載の電解イオン水生成方法。2. The HF concentration of the electrolyte solution is 100 p
It is pm-10000ppm, The electrolytic ionized water production method of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
を供給する電解イオン水供給ラインを有し、この電解イ
オン水供給ラインには所定の位置に少なくとも1つのフ
ィルタが設けられていることを特徴とする請求項1又は
請求項2に記載の電解イオン水生成方法。3. The electrolytic cell has an electrolytic ion water supply line for supplying the generated electrolytic ion water, and the electrolytic ion water supply line is provided with at least one filter at a predetermined position. Claim 1 or
The method for producing electrolytic ionized water according to claim 2 .
は、純水又は超純水で洗浄する手段が形成されているこ
とを特徴とする請求項3に記載の電解イオン水生成方
法。4. The method for producing electrolytic ionized water according to claim 3 , wherein the filter closest to the electrolytic cell is provided with means for cleaning with pure water or ultrapure water.
からなることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載
の電解イオン水生成方法。Wherein said filter is electrolytic ion water generating method according to claim 3 or claim 4, characterized in that it consists of a ceramic such as quartz.
ラミックの粒子径が最も大きく、この電解槽から遠い前
記セラミックほど粒子径が小さいことを特徴とする請求
項5に記載の電解イオン水生成方法。6. The method for producing electrolyzed ionized water according to claim 5 , wherein the filter closest to the electrolytic cell has the largest ceramic particle size, and the ceramic further away from the electrolytic cell has a smaller particle size. .
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|---|---|---|---|
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| TW086114159A TW442442B (en) | 1996-09-28 | 1997-09-27 | Apparatus and method for manufacturing electrolytic ionic water and washing method using electrolytic ionic water |
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