JP2023037218A - Ozone water producing method and ozone water producing system - Google Patents

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Abstract

To provide an ozone water producing and an ozone water producing system capable of producing ozone water from which metal components have been sufficiently removed.SOLUTION: Ozone is dissolved in ultra pure water to produce ozone water, and metal components are removed from the ozone water by ion exchange treatment.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本願は、オゾン水製造方法及びオゾン水製造システムに関する。 The present application relates to an ozonated water production method and an ozonated water production system.

近年、オゾン水が、半導体製造プロセスにおいてたとえばシリコンウェーハの表面洗浄や表面処理等に用いられている。 In recent years, ozonated water has been used in semiconductor manufacturing processes, for example, for surface cleaning and surface treatment of silicon wafers.

たとえば特許文献1には、鏡面加工したシリコンウェーハ表面にSi-Hの結合を形成し、このシリコンウェーハ表面にオゾンまたは過酸化水素水を作用させて、原子1層分だけの酸化膜を形成する例が示されている。 For example, in Patent Document 1, Si—H bonds are formed on the surface of a mirror-finished silicon wafer, and ozone or hydrogen peroxide solution is applied to the surface of the silicon wafer to form an oxide film of only one atomic layer. Examples are given.

特許文献2には、ウェーハ表面の研磨液による研磨が終了に近づくと、研磨液の供給を停止すると同時に、ウェーハ表面から砥粒を除去するためにリンス液を供給する方法が記載されている。リンス液に含まれる酸化剤としては、オゾン水が例示されている。 Patent Document 2 describes a method of stopping the supply of the polishing liquid when the polishing of the wafer surface with the polishing liquid is nearing completion, and simultaneously supplying a rinse liquid to remove abrasive grains from the wafer surface. Ozone water is exemplified as an oxidizing agent contained in the rinse liquid.

特許文献3には、シリコンウェーハの表面を親水面とする洗浄の例として、少量のフッ化水素酸とオゾン水との混合液による洗浄が用いられることが記載されている。 Patent Document 3 describes that cleaning with a mixed solution of a small amount of hydrofluoric acid and ozone water is used as an example of cleaning to make the surface of a silicon wafer hydrophilic.

一般的に、オゾン水はシリコンウェーハの洗浄工程において使用されることが多く、たとえば、レジスト剥離等のシリコンウェーハ上のデバイス形成工程において多く利用されている。ところが、このようなデバイス形成工程では、シリコンウェーハ表面に配線やレジスト等が存在する。シリコンウェーハの洗浄工程において、たとえばこれらの配線やレジスト等を剥離、除去する際には、剥離剤にレジストが混入する。したがって、剥離剤として用いるオゾン水中に不純物が存在していても、この不純物が問題となることはなかった。 In general, ozone water is often used in the cleaning process of silicon wafers, and is often used in device formation processes on silicon wafers such as resist stripping. However, in such a device formation process, wiring, resist, etc. exist on the surface of the silicon wafer. In the cleaning process of a silicon wafer, for example, when these wirings, resists, etc. are stripped and removed, the stripping agent is mixed with the resist. Therefore, even if impurities exist in the ozone water used as the stripping agent, the impurities do not pose a problem.

特開平9-63910号公報JP-A-9-63910 特開平11-243072号公報JP-A-11-243072 特開2005-244127号公報JP 2005-244127 A

半導体製造プロセスの一部では、シリコンウェーハに対するレジストの除去やパターン形成等において、上記したようなオゾン水が用いられている。 Ozonated water as described above is used in part of the semiconductor manufacturing process, such as resist removal and pattern formation on silicon wafers.

ところで、表面が鏡面加工されたシリコンウェーハでは、この表面の不純物が極度に少ないことが要求される。それに応じて、オゾン水に含まれる不純物も極度に少ないことが必要となる。特に将来的に、製造される半導体が微細化されるにつれ、この傾向は顕著となることが予想される。しかしながら、このようなシリコンウェーハ等を対象とする半導体製造プロセスに好適に用いられる程度に金属成分を充分に除去したオゾン水は、実際上は存在していない。 By the way, silicon wafers with mirror-finished surfaces are required to have an extremely small amount of impurities on the surface. Accordingly, it is required that the ozonized water contains extremely few impurities. Especially in the future, this trend is expected to become more pronounced as semiconductors to be manufactured are miniaturized. However, practically no ozonized water from which metal components have been sufficiently removed to the extent that it can be suitably used in the semiconductor manufacturing process for such silicon wafers or the like exists.

たとえば特許文献1では、8ppmのオゾン水に5秒間シリコンウェーハを浸漬することで、表面に自然酸化膜が1層分形成される点は記載されているが、オゾン水における金属成分の濃度については記載されていない。 For example, Patent Document 1 describes that a silicon wafer is immersed in 8 ppm ozonized water for 5 seconds to form a natural oxide film on the surface. Not listed.

特許文献2では、リンス液中の酸化剤の含有量は、リンス液の酸化還元電位が10mV以上になるように決められる点は記載されているが、オゾン水の金属成分の濃度については記載されていない。 Patent Document 2 describes that the content of the oxidizing agent in the rinse solution is determined so that the oxidation-reduction potential of the rinse solution is 10 mV or more, but does not describe the concentration of the metal component in the ozone water. not

特許文献3においても、オゾン水における金属成分の濃度については記載されていない。 Patent document 3 also does not describe the concentration of metal components in ozone water.

このように、表面を鏡面加工したシリコンウェーハの洗浄や処理に用いることができる程度に金属成分が除去されたオゾン水は存在せず、また、このように金属成分が充分に除去されたオゾン水の製造方法及び製造システムも存在しない。 Thus, there is no ozonized water from which metal components have been removed to such an extent that it can be used for cleaning or processing silicon wafers with mirror-finished surfaces, and ozonized water from which metal components have been sufficiently removed. There is also no manufacturing method and manufacturing system for

本願の目的は、金属成分を充分に除去したオゾン水を製造できるオゾン水製造方法及びオゾン水製造システムを得ることである。 An object of the present application is to obtain an ozonized water production method and an ozonated water production system capable of producing ozonized water from which metal components are sufficiently removed.

第一態様のオゾン水製造方法では、超純水にオゾンを溶解させてオゾン水を製造し、
前記オゾン水からイオン交換処理により金属成分を除去する。
In the method for producing ozonized water of the first aspect, ozonized water is produced by dissolving ozone in ultrapure water,
Metal components are removed from the ozone water by ion exchange treatment.

このオゾン水製造方法では、超純水にオゾンを溶解させ、オゾン水を製造する。この段階で、オゾンの濃度としては充分な量のオゾンが溶解されたオゾン水が得られる。 In this method for producing ozone water, ozone is dissolved in ultrapure water to produce ozone water. At this stage, ozone water in which a sufficient amount of ozone has been dissolved is obtained.

しかしながら、このようにして得られたオゾン水には、オゾン以外に、鉄やチタン等の金属成分が含まれていることがある。表面が鏡面加工されたシリコンウェーハの表面洗浄や表面処理には、このように金属成分が多く含まれたイオン水では不適な場合がある。 However, the ozonized water obtained in this manner may contain metal components such as iron and titanium in addition to ozone. Ionized water containing a large amount of metal components may be unsuitable for surface cleaning and surface treatment of mirror-finished silicon wafers.

第一態様のオゾン水製造方法では、得られたオゾン水から、イオン交換処理により、金属成分を除去する。これにより、表面が鏡面加工されたシリコンウェーハの表面洗浄や表面処理に必要な量のオゾンが溶解され、且つ、金属成分は充分に除去されたオゾン水を製造できる。 In the method for producing ozonized water of the first aspect, metal components are removed from the obtained ozonized water by ion exchange treatment. This makes it possible to produce ozonized water in which an amount of ozone necessary for cleaning and treating the surface of a mirror-finished silicon wafer is dissolved and metal components are sufficiently removed.

イオン交換処理による金属成分の除去の程度は、表面が鏡面加工されたシリコンウェーハの表面洗浄や表面処理に用いることができる程度に十分であればよいが、たとえば、第二態様では、前記イオン交換処理において、前記オゾン水の鉄濃度を0.01μg/L以下とする。換言すれば、表面が鏡面加工されたシリコンウェーハの表面洗浄や表面処理には、鉄濃度が0.01μg/L以下となっている程度に金属成分が除去されたオゾン水であれば、問題なく用いることができる。 The degree of removal of the metal component by the ion exchange treatment is sufficient as long as it can be used for surface cleaning and surface treatment of mirror-finished silicon wafers. In the treatment, the iron concentration of the ozone water is set to 0.01 μg/L or less. In other words, ozone water from which metal components have been removed to such an extent that the iron concentration is 0.01 μg/L or less is sufficient for surface cleaning and surface treatment of mirror-finished silicon wafers. can be used.

第三実施形態では、前記イオン交換処理に、イオン交換繊維を用いる。 In the third embodiment, ion exchange fibers are used for the ion exchange treatment.

これにより、たとえばイオン交換処理にイオン交換樹脂を用いる構成と比較して、効率的にオゾン水から金属成分を除去できる。 As a result, metal components can be efficiently removed from the ozonated water, for example, compared to a configuration using an ion exchange resin for ion exchange treatment.

第四態様のオゾン水製造システムでは、超純水を製造する超純水製造装置と、前記超純水製造装置で製造された超純水にオゾンを溶解させてオゾン水を得るオゾン溶解装置と、前記オゾン水からイオン交換処理により金属成分を除去するイオン交換装置と、を有する。 The ozone water production system of the fourth aspect comprises an ultrapure water production device for producing ultrapure water, and an ozone dissolving device for obtaining ozone water by dissolving ozone in the ultrapure water produced by the ultrapure water production device. and an ion exchange device for removing metal components from the ozone water by ion exchange treatment.

このオゾン水製造システムでは、超純水製造装置で超純水を製造し、製造された超純水
にオゾン溶解装置によりオゾンを溶解させ、オゾン水を製造する。この段階で、オゾンの濃度としては充分な量のオゾンが溶解されたオゾン水が得られる。
In this ozonated water production system, ultrapure water is produced by an ultrapure water production device, and ozone is dissolved in the produced ultrapure water by an ozone dissolving device to produce ozonated water. At this stage, ozone water in which a sufficient amount of ozone has been dissolved is obtained.

しかしながら、このようにして得られたオゾン水には、オゾン以外に、鉄やチタン等の金属成分が含まれていることがある。表面が鏡面加工されたシリコンウェーハの表面洗浄や表面処理には、このように金属成分が多く含まれたイオン水では不適な場合がある。 However, the ozonized water obtained in this manner may contain metal components such as iron and titanium in addition to ozone. Ionized water containing a large amount of metal components may be unsuitable for surface cleaning and surface treatment of mirror-finished silicon wafers.

第四態様のオゾン水製造システムでは、オゾン溶解装置によって得られたオゾン水から、イオン交換装置により、金属成分を除去する。これにより、表面が鏡面加工されたシリコンウェーハの表面洗浄や表面処理に必要な量のオゾンが溶解され、且つ、金属成分は充分に除去されたオゾン水を製造できる。 In the ozone water production system of the fourth aspect, metal components are removed by the ion exchange device from the ozone water obtained by the ozone dissolving device. This makes it possible to produce ozonized water in which an amount of ozone necessary for cleaning and treating the surface of a mirror-finished silicon wafer is dissolved and metal components are sufficiently removed.

イオン交換装置による金属成分の除去の程度は、表面が鏡面加工されたシリコンウェーハの表面洗浄や表面処理に用いることができる程度に十分であればよいが、たとえば、第五態様では、前記イオン交換装置において、前記オゾン水の鉄濃度を0.01μg/L以下になるまで前記金属成分を除去する。換言すれば、表面が鏡面加工されたシリコンウェーハの表面洗浄や表面処理には、鉄濃度が0.01μg/L以下となっている程度に金属成分が除去されたオゾン水であれば、問題なく用いることができる。 The degree of removal of metal components by the ion exchange device may be sufficient so that it can be used for surface cleaning and surface treatment of mirror-finished silicon wafers. In the apparatus, the metal components are removed until the iron concentration of the ozone water becomes 0.01 μg/L or less. In other words, ozone water from which metal components have been removed to such an extent that the iron concentration is 0.01 μg/L or less is sufficient for surface cleaning and surface treatment of mirror-finished silicon wafers. can be used.

第六実施形態では、前記イオン交換装置が、イオン交換繊維を備える。 In a sixth embodiment, the ion exchange device comprises ion exchange fibers.

これにより、たとえばイオン交換装置としてイオン交換樹脂を備えた構成を用いる場合と比較して、効率的にオゾン水から金属成分を除去できる。 As a result, metal components can be efficiently removed from the ozone water, for example, compared to the case of using a configuration including an ion exchange resin as an ion exchange device.

本願では、金属成分を充分に除去したオゾン水を製造できるオゾン水製造方法及びオゾン水製造システムが得られる。 In the present application, an ozonized water production method and an ozonated water production system capable of producing ozonized water from which metal components are sufficiently removed are obtained.

図1は第一実施形態のオゾン水製造システムを示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing the ozone water production system of the first embodiment. 図2は第一実施形態のオゾン水製造システムにおけるイオン交換装置の内部構成を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the internal configuration of the ion exchange device in the ozone water production system of the first embodiment. 図3は第二実施形態のオゾン水製造システムにおけるイオン交換装置の内部構成を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing the internal configuration of an ion exchange device in the ozone water production system of the second embodiment.

以下、図面を参照して第一実施形態のオゾン水製造システム12について説明する。 Hereinafter, the ozone water production system 12 of the first embodiment will be described with reference to the drawings.

第一実施形態のオゾン水製造システム12は、図1に示すように、超純水製造装置14、脱気装置16、オゾン溶解装置18、イオン交換装置20及びユースポイント22を有している。そして、原水から所定の濃度でオゾンが溶解されたオゾン水を得ることができる。このオゾン水の用途としては、たとえば、表面が鏡面加工されたシリコンウェーハの表面洗浄や表面処理を行う半導体製造プロセスがある。ここで、「鏡面」とは、シリコンウェーハの表面が、たとえばJIS B0601-2013(もしくは、ISO13565-1)に規定される算術平均粗さ(Ra)で4nm以下であることをいう。この算術平均粗さ(Ra)は、一例として以下の条件にて測定可能である。
・微細形状測定装置:KLA Tencor製P16-OF
・測定モード:Roughness
・測定長:200μm
・測定速度:5μm/sec
・測定荷重:1mg
算術平均粗さ(Ra)は、対象の表面における測定長の範囲で、凹凸の高さの平均値を基準とし、基準線と凹凸との差の絶対値を積分し、測定長で除した値(単位長さ当たりの積分値)である。
The ozone water production system 12 of the first embodiment has an ultrapure water production device 14, a degassing device 16, an ozone dissolving device 18, an ion exchange device 20, and a use point 22, as shown in FIG. Then, ozonized water in which ozone is dissolved at a predetermined concentration can be obtained from the raw water. This ozonized water is used, for example, in a semiconductor manufacturing process for surface cleaning and surface treatment of a mirror-finished silicon wafer. Here, the term “mirror surface” means that the surface of the silicon wafer has an arithmetic mean roughness (Ra) of 4 nm or less defined in JIS B0601-2013 (or ISO13565-1), for example. This arithmetic mean roughness (Ra) can be measured under the following conditions as an example.
・ Fine shape measuring device: P16-OF made by KLA Tencor
・Measurement mode: Roughness
・Measurement length: 200 μm
・Measurement speed: 5 μm/sec
・Measurement load: 1 mg
Arithmetic mean roughness (Ra) is a value obtained by integrating the absolute value of the difference between the reference line and the unevenness in the range of the measurement length on the surface of the object, taking the average height of the unevenness as a reference, and dividing it by the measured length. (Integrated value per unit length).

超純水製造装置14は、供給された原水から不純物を除去し、超純水を製造する。原水としては、工業用水、水道水、地下水、河川水等を挙げることができる。 The ultrapure water production device 14 removes impurities from the supplied raw water to produce ultrapure water. Examples of raw water include industrial water, tap water, ground water, river water, and the like.

超純水製造装置14は、たとえば、前処理装置、一次純水装置、純粋タンク、及び二次純水装置等を有する構成である。 The ultrapure water production device 14 has, for example, a pretreatment device, a primary pure water device, a pure tank, a secondary pure water device, and the like.

前処理装置は、超純水の製造に用いられる原水を前処理する。すなわち、供給された原水に対し、凝集沈澱装置、砂濾過装置、膜濾過装置、脱塩装置などを用いて原水を除濁し、懸濁物質及び有機物等の不純物の一部が除去された前処理水を得る。 The pretreatment device pretreats raw water used to produce ultrapure water. That is, pretreatment in which a part of impurities such as suspended solids and organic matter is removed by removing turbidity from the raw water supplied by using a coagulating sedimentation device, a sand filtration device, a membrane filtration device, a demineralization device, or the like. get water

一次純水装置では、前処理装置で得られた前処理水に対し、さらに吸着、濾過、イオン交換等の各処理を行って、前処理装置では除去しきれなかった不純物を除去し、一次純水を得る。 In the primary pure water system, the pretreated water obtained by the pretreatment system is further subjected to various treatments such as adsorption, filtration, and ion exchange to remove impurities that could not be removed by the pretreatment system. get water

一次純水装置で得られた一次純水は、純水タンクへ送水されて、一時的に貯留される。二次純水装置では、純粋タンクから送られた一時純水に対し、たとえば紫外線照射による有機物の分解や殺菌、吸着、濾過、イオン交換等の各処理が施され、一次純水装置では除去しきれなかった不純物がさらに除去されて、超純水を製造する。 The primary pure water obtained by the primary pure water device is sent to the pure water tank and temporarily stored. In the secondary pure water system, the temporary pure water sent from the pure water tank is subjected to various treatments such as decomposition of organic matter by ultraviolet irradiation, sterilization, adsorption, filtration, ion exchange, etc., and is removed by the primary pure water system. The remaining impurities are further removed to produce ultrapure water.

脱気装置16は、超純水から、溶存酸素等の気体を除去する装置である。たとえば、水分を透過させず気体は透過させる気体分離膜を用いて、超純水中の気体、特に溶存酸素を除去する構成を挙げることができる。なお、このような構成の脱気装置(膜脱気装置)は、たとえば二次純水装置に含まれていてもよい。また、脱気装置16による脱気処理を行わなくても、溶存された気体の量がオゾン水の使用に際し問題とならない程度に低い場合がある。このような場合は、脱気装置16による脱気処理を行わない構成としてもよい。 The degassing device 16 is a device for removing gases such as dissolved oxygen from ultrapure water. For example, there is a configuration in which gas, particularly dissolved oxygen, in ultrapure water is removed by using a gas separation membrane that is impermeable to moisture but permeable to gas. A degassing device (membrane degassing device) having such a configuration may be included in, for example, a secondary pure water device. Moreover, even if the deaeration treatment by the deaeration device 16 is not performed, the amount of dissolved gas may be so low that it does not pose a problem when using ozone water. In such a case, the degassing device 16 may not perform the degassing process.

オゾン溶解装置18は、脱気装置16で脱気された超純水に、オゾンを溶解させる装置である。 The ozone dissolving device 18 is a device for dissolving ozone in the ultrapure water deaerated by the deaerator 16 .

超純水にオゾンを溶解させる具体的方式は特に限定されず、たとえば、膜溶解式、タンク溶解式、非循環式、循環式等を用いることが可能である。膜溶解式のオゾン溶解装置では、超純水中に、ガス透過膜を用いて、溶解させるガス(本願の場合はオゾンガス)を拡散させ溶解させる。タンク溶解式のオゾン溶解装置では、タンクに超純水及びオゾンを収容した状態で、タンクを所定の内圧に制御し、超純水にオゾンを溶解させる。この場合、順次内圧を低くした複数のタンクに超純水を順に移動させながら、オゾンを超純水に溶解させるようにしてもよい。これにより、超純水に所定濃度でオゾンが溶解されたオゾン水が得られる。また、循環式とは、製造したオゾン水のうちユースポイント22で使用されなかったオゾン水を、オゾン水製造工程におけるいずれかの工程に戻し、再利用する方式である。これに対し、非循環式は、製造したオゾン水のうちユースポイント22で使用されなかったオゾン水を、オゾン水製造工程におけるいずれの工程にも戻すことをしない方式である。 A specific method for dissolving ozone in ultrapure water is not particularly limited, and for example, a membrane dissolution method, a tank dissolution method, a non-circulation method, a circulation method, or the like can be used. In the membrane dissolving type ozone dissolving apparatus, a gas permeable membrane is used to diffuse and dissolve a gas to be dissolved (ozone gas in the case of the present application) in ultrapure water. In a tank dissolving type ozone dissolving apparatus, a tank containing ultrapure water and ozone is controlled to have a predetermined internal pressure to dissolve ozone in the ultrapure water. In this case, the ozone may be dissolved in the ultrapure water while the ultrapure water is sequentially transferred to a plurality of tanks with sequentially lowered internal pressures. As a result, ozonized water in which ozone is dissolved at a predetermined concentration in ultrapure water is obtained. The circulating system is a system in which the ozonized water that is not used at the point of use 22 out of the produced ozonized water is returned to any step in the ozonated water production process for reuse. On the other hand, the non-circulating method is a method in which the ozonized water that has not been used at the point of use 22 out of the produced ozonized water is not returned to any step in the ozonated water production process.

イオン交換装置20は、オゾン溶解装置18でオゾンが溶解されて得られたオゾン水に対し、イオン交換処理を行い、このオゾン水から金属成分を除去する装置である。 The ion exchange device 20 is a device that performs an ion exchange treatment on the ozone water obtained by dissolving ozone in the ozone dissolving device 18 to remove metal components from the ozone water.

第一実施形態では、イオン交換装置20として、図2に示すように、イオン交換繊維32を備えるカチオン交換型のイオン交換装置を使用している。具体的には、たとえばポリエステル繊維、セルロース繊維、高密度ポリエチレン繊維等によって、不織布のシート状の基材34が形成されている。この基材34の表面にはモノマーが添加されることで、多数の炭化水素鎖36が備えられている。そして、これら多数の炭化水素鎖36に、グラフト重合等により、金属イオン吸着剤としての官能基38が設けられている。官能基38としては、たとえば、スルホ基、イミノジ酢酸基等を用いることができる。 In the first embodiment, as the ion exchange device 20, a cation exchange type ion exchange device including ion exchange fibers 32 is used as shown in FIG. Specifically, the sheet-like base material 34 of non-woven fabric is formed of, for example, polyester fiber, cellulose fiber, high-density polyethylene fiber, or the like. A large number of hydrocarbon chains 36 are provided on the surface of the base material 34 by adding a monomer. Functional groups 38 as metal ion adsorbents are provided on these many hydrocarbon chains 36 by graft polymerization or the like. As the functional group 38, for example, a sulfo group, an iminodiacetic acid group, or the like can be used.

なお、実際のイオン交換繊維32はたとえばシート状であるので、複数のイオン交換繊維32を重ね合わせた状態でカートリッジ等の容器に収容して用いる。一例として、1枚のシート状のイオン交換繊維32を一定方向に渦巻状に巻き付けて、全体として複数層の略円筒状とし、これをカートリッジ等に収容する構造が挙げられる。この場合、イオン交換繊維32の渦巻きの中心から外周側へオゾン水が流れるようにすることで、オゾン水がイオン交換繊維32に接触する面積を広く確保できる。あるいは、1枚又は積層された複数枚のイオン交換繊維をカプセルに収容し、イオン交換繊維32の厚み方向にオゾン水を通水するようにしてもよい。 Since the actual ion-exchange fibers 32 are, for example, sheet-shaped, a plurality of ion-exchange fibers 32 are stacked and housed in a container such as a cartridge for use. One example is a structure in which a single sheet-like ion-exchange fiber 32 is spirally wound in a certain direction to form a plurality of layers of a generally cylindrical shape as a whole, which is housed in a cartridge or the like. In this case, by allowing the ozonated water to flow from the center of the spiral of the ion exchange fibers 32 to the outer peripheral side, it is possible to secure a wide area where the ozonated water contacts the ion exchange fibers 32 . Alternatively, one or a plurality of laminated ion-exchange fibers may be contained in a capsule, and ozone water may be passed through the ion-exchange fibers 32 in the thickness direction.

このような構造のイオン交換装置20では、オゾン水が通水されると、オゾン水に含まれている金属成分(金属イオン)が官能基38に捕捉され、オゾン水からは金属成分が除去される。 In the ion exchange device 20 having such a structure, when the ozone water is passed through, the metal components (metal ions) contained in the ozone water are captured by the functional groups 38, and the metal components are removed from the ozone water. be.

ユースポイント22には、イオン交換装置20によって金属成分が除去されたオゾン水が送られる。なお、ユースポイント22において使用されなかったオゾン水を、脱気装置16の上流側、又は、オゾン溶解装置18の上流側に戻して、再利用するようにしてもよい。 The ozonized water from which metal components have been removed by the ion exchange device 20 is sent to the use point 22 . Incidentally, the ozonated water that has not been used at the point of use 22 may be returned to the upstream side of the degassing device 16 or the upstream side of the ozone dissolving device 18 for reuse.

次に、本実施形態のオゾン水製造システム12の作用、及びオゾン水製造方法について説明する。 Next, the operation of the ozonated water production system 12 of this embodiment and the ozonated water production method will be described.

超純水製造装置14では、原水から超純水が製造される。この超純水に対し、脱気装置16によって脱気処理がなされる。脱気処理により、超純水の溶存酸素等の気体が除去される。 The ultrapure water production device 14 produces ultrapure water from raw water. The ultrapure water is deaerated by the deaerator 16 . Gases such as dissolved oxygen in the ultrapure water are removed by the degassing treatment.

そして、脱気装置によって脱気された超純水に対し、オゾン溶解装置18によってオゾンが溶解され、オゾン水が得られる。本願の開示の技術において、オゾン水の用途としては、たとえば、表面が鏡面処理されたシリコンウェーハ等の表面洗浄及び表面処理等の半導体製造プロセスが挙げられる。オゾン溶解装置18によって得られたオゾン水は、これらの半導体製造プロセスに用いるために必要なオゾンの濃度を満たしている。 Then, ozone is dissolved in the ultrapure water degassed by the degassing device by the ozone dissolving device 18 to obtain ozone water. In the technology disclosed in the present application, applications of ozone water include, for example, semiconductor manufacturing processes such as surface cleaning and surface treatment of silicon wafers whose surfaces have been mirror-finished. The ozone water obtained by the ozone dissolving device 18 satisfies the required ozone concentration for use in these semiconductor manufacturing processes.

ところで、オゾン水の用途として、上記した半導体製造プロセスを想定した場合には、従来のオゾン水では、含まれている金属成分に起因して使用に不適となる場合がある。たとえば、シリコンウェーハを貼り合わせる構成では、貼り合わせ表面において不純物を極度に少なくすることが求められる。また、シリコンウェーハの表面を鏡面研磨したり、研磨後の洗浄を行ったりする構成においても、表面に微小な傷や不純物の付着を生じさせないことが求められる。さらに、シリコンウェーハの表面にエピタキシャル膜と形成する構成においても、たとえば表面を親水面になるように洗浄する場合に、表面に不純物を付着させないことが求められる。より具体的な対象としては、シリコンウェーハの表面に配線を形成する場合であれば、形成される配線の線幅が22nm以下、特に10nm以下、さらには5nm以下のシリコンウェーハを製造するプロセス等である。 By the way, when the semiconductor manufacturing process described above is assumed as an application of ozonated water, conventional ozonated water may be unsuitable for use due to the metal components contained therein. For example, in a configuration in which silicon wafers are bonded together, it is required to extremely reduce impurities on the bonding surface. In addition, even in a configuration in which the surface of a silicon wafer is mirror-polished or cleaned after polishing, it is required that the surface be free from microscopic scratches and adhesion of impurities. Furthermore, even in the configuration where an epitaxial film is formed on the surface of a silicon wafer, it is required that impurities do not adhere to the surface, for example, when cleaning the surface to make it hydrophilic. More specifically, in the case of forming wiring on the surface of a silicon wafer, the line width of the wiring to be formed is 22 nm or less, particularly 10 nm or less, and further a silicon wafer manufacturing process of 5 nm or less. be.

したがって、上記した半導体製造プロセスでは、金属成分を極限まで低減したオゾン水が必要となる。しかしながら、従来のオゾン水に含まれる金属成分の濃度は、これらの用途には高い場合があり、金属成分の濃度を充分に低くしたオゾン水の製造方法及び製造システムは存在していなかった。 Therefore, in the above-described semiconductor manufacturing process, ozonized water with metal components reduced to the utmost limit is required. However, the concentration of metal components contained in conventional ozonated water is sometimes high for these uses, and there has been no method or system for producing ozonized water with a sufficiently low concentration of metal components.

これに対し、本願の開示の技術では、オゾン溶解装置18によってオゾンが溶解されて得られたオゾン水に対し、イオン交換装置20におけるイオン交換処理により、金属成分を除去する。この金属成分の除去の指標(程度)としては、たとえば、オゾン水の鉄濃度として0.01μg/L以下になるまで除去する。この程度まで鉄濃度が除去されたオゾン水では、鉄以外の金属成分も除去されており、上記の半導体製造プロセスに用いるにあたって、充分に金属成分が除去されたオゾン水となっている。 On the other hand, in the technology disclosed in the present application, metal components are removed from ozone water obtained by dissolving ozone in the ozone dissolving device 18 by ion exchange treatment in the ion exchange device 20 . As an index (degree) of removal of the metal component, for example, removal is performed until the iron concentration of the ozone water becomes 0.01 μg/L or less. The ozonized water from which the iron concentration has been removed to this extent also has metal components other than iron removed, and is ozonized water from which the metal components have been sufficiently removed for use in the semiconductor manufacturing process described above.

すなわち、本願の開示の技術では、金属成分が極度に少ないオゾン水が求められる半導体製造プロセスに使用可能な程度に、金属成分を充分に除去したオゾン水を製造することが可能である。 That is, the technique disclosed in the present application can produce ozonized water from which metal components are sufficiently removed to the extent that it can be used in semiconductor manufacturing processes that require ozonated water with extremely low metal components.

次に第二実施形態について説明する。第二実施形態では、第一実施形態に対し、イオン交換装置の構成が異なっているが、他は同一の構成とすることが可能である。以下では、第二実施形態のオゾン水製造システムの全体構成は図示を省略し、イオン交換装置40について説明する。 Next, a second embodiment will be described. In the second embodiment, the configuration of the ion exchange device is different from that in the first embodiment, but other configurations can be the same. Below, illustration of the overall configuration of the ozone water production system of the second embodiment is omitted, and the ion exchange device 40 will be described.

図3に示すように、第二実施形態のオゾン水製造システムにおけるイオン交換装置40では、第一実施形態のイオン交換繊維32(図2参照)に代えて、イオン交換樹脂42を用いている。 As shown in FIG. 3, in the ion exchange device 40 in the ozone water production system of the second embodiment, an ion exchange resin 42 is used instead of the ion exchange fibers 32 (see FIG. 2) of the first embodiment.

イオン交換樹脂42は、多数の細孔46を有する粒子状の樹脂基材44を有している。そして、細孔46の内部に官能基(第一実施形態の官能基38を参照)が存在している。そして、複数のイオン交換樹脂42(粒子状の樹脂基材44)が、一定形状の容器に収容されており、この容器をオゾン水が通水される。 The ion exchange resin 42 has a particulate resin base material 44 having numerous pores 46 . A functional group (see the functional group 38 of the first embodiment) is present inside the pores 46 . A plurality of ion-exchange resins 42 (particulate resin base material 44) are accommodated in a container having a fixed shape, and ozone water is passed through this container.

第二実施形態のオゾン水製造システムにおいても、このようなイオン交換樹脂42を備えたイオン交換装置40を有しているので、オゾン溶解装置18によってオゾンが溶解されて得られたオゾン水に対し、イオン交換装置20においてイオン交換処理を行う。そしてこれにより、上記の半導体製造プロセスに用いるにあたって充分に金属成分が除去されたオゾン水を製造することができる。 Since the ozone water production system of the second embodiment also has the ion exchange device 40 having such an ion exchange resin 42, the ozone water obtained by dissolving ozone in the ozone dissolving device 18 is , an ion exchange treatment is performed in the ion exchange device 20 . This makes it possible to produce ozonized water from which metal components have been sufficiently removed for use in the above-described semiconductor manufacturing process.

第二実施形態では、イオン交換装置40として用いたイオン交換樹脂42は、粒子状の樹脂基材44を有している。樹脂基材44は形状が安定しているので、且つ官能基が細孔46に設けられているので、官能基を保持した状態を維持しやすい。 In the second embodiment, the ion exchange resin 42 used as the ion exchange device 40 has a particulate resin base material 44 . Since the resin base material 44 has a stable shape and the functional groups are provided in the pores 46, it is easy to maintain the state in which the functional groups are held.

これに対し、第一実施形態では、多数の炭化水素鎖36に官能基38が設けられており、オゾン水の金属イオンを捕捉する面積が、第二実施形態よりも広い。したがって、オゾン水から金蔵成分を除去する除去速度(単位時間当たりに除去する金属イオンの量)も、第一実施形態の方が第二実施形態よりも大きい。 In contrast, in the first embodiment, many hydrocarbon chains 36 are provided with functional groups 38, and the area for trapping metal ions in ozone water is wider than in the second embodiment. Therefore, the removal speed (amount of metal ions removed per unit time) for removing metal components from ozone water is also greater in the first embodiment than in the second embodiment.

次に、本願の開示の技術を実施例及び比較例により、さらに詳細に説明する。なお、本願の開示の技術は、次の実施例1及び実施例2に記載の構成及び範囲に限定されるものではない。 Next, the technology disclosed in the present application will be described in more detail with reference to examples and comparative examples. It should be noted that the technology disclosed in the present application is not limited to the configuration and scope described in the following Examples 1 and 2.

実施例1では第一実施形態、実施例2では第二実施形態のオゾン水製造システムをそれぞれ使用してオゾン水を製造した。また、本願の開示の技術に係るオゾン水製造システムを用いることなく、すなわち、イオン交換装置20、40による金属成分の除去を行わないオゾン水を比較例とした。これらの各実施例及び比較例に加えて、超純水製造装置14(図1参照)により得られた超純水について、鉄濃度、チタン濃度及びTOC(Total Organic Carbon:全有機炭素)濃度の数値を測定した。測定結果を表1に示す。 In Example 1, ozone water was produced using the ozone water production system of the first embodiment, and in Example 2, the ozone water production system of the second embodiment was used. In addition, ozonated water without using the ozonated water production system according to the technology disclosed in the present application, that is, without removal of metal components by the ion exchange devices 20 and 40 was used as a comparative example. In addition to these examples and comparative examples, the iron concentration, titanium concentration and TOC (Total Organic Carbon) concentration of the ultrapure water obtained by the ultrapure water production device 14 (see FIG. 1) were measured. I measured the numbers. Table 1 shows the measurement results.

Figure 2023037218000002
Figure 2023037218000002

実施例1及び実施例2において使用したイオン交換装置は、以下の通りである。 The ion exchange apparatus used in Examples 1 and 2 is as follows.

実施例1:グランクラフトKG-Sタイプ(倉敷繊維加工株式会社製)の10インチカートリッジ1本を用いる構成のイオン交換装置。
実施例2:カチオン交換樹脂(Duolite CGP(ローム・アンド・ハース社製)
空間速度:30(1/h)
Example 1: An ion exchange apparatus using one 10-inch cartridge of Grancraft KG-S type (manufactured by Kurashiki Textile Processing Co., Ltd.).
Example 2: Cation exchange resin (Duolite CGP (manufactured by Rohm and Haas)
Spatial velocity: 30 (1/h)

なお、上記の空間速度は、単位時間当たりに対象(本件の場合はイオン交換樹脂42)を通過する流量を、イオン交換樹脂42の体積で除した値であり、単位時間当たりに、イオン交換樹脂42の何倍のオゾン水がイオン交換樹脂42を通過するか、を示す。各実施例及び比較例において、流量は20L/minとした。 The above space velocity is a value obtained by dividing the flow rate passing through the target (in this case, the ion exchange resin 42) per unit time by the volume of the ion exchange resin 42. It shows how many times as much ozonized water as 42 passes through the ion exchange resin 42 . In each example and comparative example, the flow rate was 20 L/min.

表1に示されるように、比較例では、超純水よりも鉄及びチタンが増加している。これは、超純水製造装置14で超純水を製造した後の工程のいずれかにおいて、鉄及びチタンの溶出が生じているためであると考えられる。そして、実施例1及び実施例2では、このように鉄の濃度が0.01μg/Lよりも増加しているオゾン水に対し、イオン交換装置20又はイオン交換装置40により、鉄の濃度が0.01μg/L以下になるまで、金属成分を除去している。 As shown in Table 1, in the comparative example, iron and titanium are increased more than ultrapure water. It is considered that this is because iron and titanium are eluted in any of the processes after ultrapure water is produced by the ultrapure water production apparatus 14 . In Examples 1 and 2, the ion exchange device 20 or the ion exchange device 40 reduces the iron concentration to 0 for the ozone water having the iron concentration higher than 0.01 μg/L. Metal components are removed until the concentration becomes 01 μg/L or less.

これにより、実施例1のオゾン水では、比較例のオゾン水と比較して、鉄及びチタンの濃度が大きく低下しており、金属成分を充分に除去できていることが分かる。 As a result, it can be seen that the ozonized water of Example 1 has a significantly lower concentration of iron and titanium than the ozonized water of the comparative example, and the metal components can be sufficiently removed.

なお、実施例1のオゾン水では、超純水に対しTOCの値がわずかに増加している。これは、イオン交換装置20において、微量の有機物が分解により生じたためであると考えられる。しかし、実施例1のオゾン水におけるTOCの増加量であれば、本願の開示の技術におけるオゾン水の用途には影響がない程度であり、実質的には実施例1のオゾン水は超純水と同等である。 It should be noted that the ozone water of Example 1 has a slightly higher TOC value than the ultrapure water. It is considered that this is because a small amount of organic matter was generated by decomposition in the ion exchange device 20 . However, the increase in TOC in the ozonated water of Example 1 does not affect the application of the ozonated water in the technology disclosed in the present application, and substantially the ozonated water of Example 1 is ultrapure water. is equivalent to

実施例2のオゾン水においても、比較例のオゾン水と比較して、鉄及びチタンの濃度が大きく低下しており、金属成分を充分に除去できていることが分かる。但し、実施例2のオゾン水では、実施例1のオゾン水と比較すると、鉄及びチタンの濃度は高い。これは、実施例1で用いたイオン交換繊維32と比較して、実施例2で用いたイオン交換樹脂42では、イオン水が接触する表面積が狭く、イオン交換速度が遅いことに起因すると考えられる。また、実施例2のオゾン水では、実施例1のオゾン水と比較してTOCの値が大きい。これは、イオン交換繊維32と比較するとイオン交換樹脂42の方が、オゾンで分解されることで炭素成分が生じやすいためであると考えられる。 Also in the ozonized water of Example 2, the concentrations of iron and titanium are significantly lower than those of the ozonized water of the comparative example, indicating that the metal components can be sufficiently removed. However, the ozone water of Example 2 has higher concentrations of iron and titanium than the ozone water of Example 1. This is thought to be due to the fact that the ion exchange resin 42 used in Example 2 has a narrower surface area with which the ionized water contacts and the ion exchange rate is lower than that of the ion exchange fiber 32 used in Example 1. . Further, the ozone water of Example 2 has a larger TOC value than the ozone water of Example 1. This is probably because the ion-exchange resin 42 is more likely to be decomposed by ozone to produce a carbon component than the ion-exchange fiber 32 .

12 オゾン水製造システム
14 超純水製造装置
16 脱気装置
18 オゾン溶解装置
20 イオン交換装置
22 ユースポイント
32 イオン交換繊維
34 基材
36 炭化水素鎖
38 官能基
40 イオン交換装置
42 イオン交換樹脂
44 樹脂基材
46 細孔
12 Ozone water production system 14 Ultrapure water production device 16 Degassing device 18 Ozone dissolving device 20 Ion exchange device 22 Use point 32 Ion exchange fiber 34 Base material 36 Hydrocarbon chain 38 Functional group 40 Ion exchange device 42 Ion exchange resin 44 Resin Substrate 46 Pores

Claims (6)

超純水にオゾンを溶解させてオゾン水を製造し、
前記オゾン水からイオン交換処理により金属成分を除去する、
オゾン水製造方法。
ozonated water is produced by dissolving ozone in ultrapure water,
removing metal components from the ozonated water by ion exchange treatment;
A method for producing ozonated water.
前記イオン交換処理において、前記オゾン水の鉄濃度を0.01μg/L以下とする請求項1に記載のオゾン水製造方法。 The method for producing ozonized water according to claim 1, wherein the iron concentration of the ozonized water is set to 0.01 µg/L or less in the ion exchange treatment. 前記イオン交換処理に、イオン交換繊維を用いる請求項1又は請求項2に記載のオゾン水製造方法。 The method for producing ozone water according to claim 1 or 2, wherein ion exchange fibers are used for the ion exchange treatment. 超純水を製造する超純水製造装置と、
前記超純水製造装置で製造された超純水にオゾンを溶解させてオゾン水を得るオゾン溶解装置と、
前記オゾン水からイオン交換処理により金属成分を除去するイオン交換装置と、
を有するオゾン水製造システム。
an ultrapure water production device for producing ultrapure water;
an ozone dissolving device for obtaining ozone water by dissolving ozone in the ultrapure water produced by the ultrapure water production device;
an ion exchange device for removing metal components from the ozonated water by ion exchange treatment;
ozonated water production system.
前記イオン交換装置において、前記オゾン水の鉄濃度を0.01μg/L以下になるまで前記金属成分を除去する請求項4に記載のオゾン水製造システム。 The ozone water production system according to claim 4, wherein the ion exchange device removes the metal component until the iron concentration of the ozone water becomes 0.01 µg/L or less. 前記イオン交換装置が、イオン交換繊維を備える請求項4に記載のオゾン水製造システム。 The ozone water production system according to claim 4, wherein the ion exchange device comprises ion exchange fibers.
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