JP3338435B2 - Method for producing liquid in which hydrogen ion or hydroxide ion and redox substance coexist by electrolysis of pure water - Google Patents

Method for producing liquid in which hydrogen ion or hydroxide ion and redox substance coexist by electrolysis of pure water

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JP3338435B2 JP2001168807A JP2001168807A JP3338435B2 JP 3338435 B2 JP3338435 B2 JP 3338435B2 JP 2001168807 A JP2001168807 A JP 2001168807A JP 2001168807 A JP2001168807 A JP 2001168807A JP 3338435 B2 JP3338435 B2 JP 3338435B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、高純度の水を電気分解
することにより、半導体の洗浄または表面処理に適し
た、対イオン濃度より過剰な濃度の水素イオン、または
水酸化イオンと酸化還元種を有する水及びその製造方法
を提供することにある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrolysis of high-purity water, which is suitable for cleaning or surface treatment of semiconductors. It is to provide seeded water and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【発明の背景と従来の技術】水のpHおよび酸化還元能
力は、洗浄または表面処理の分野で非常に重要な因子で
ある。以下で、まず洗浄の分野でpHおよび酸化還元能
力が、どのような役割をはたしているか、またpHおよ
び酸化還元能力をどのようにコントロ−ルしているかに
ついての一般的な考え方を説明する。
BACKGROUND OF THE INVENTION Water pH and redox capacity are very important factors in the field of cleaning or surface treatment. In the following, first, a general idea of how the pH and the oxidation-reduction ability play in the field of cleaning and how the pH and the oxidation-reduction ability are controlled will be described.

【0003】洗浄の対象となる汚染物質は、イオン状物
質、反応生成物、および液体または粒子状物質に分類さ
れる。イオン状物質の汚染形態は、ガラス表面などにみ
られるイオン交換による吸着、半導体や金属表面でみら
れるイオンの静電的引力による付着、および半導体、金
属、セラミックス表面層へのイオンの拡散による侵入な
どに大別される。反応生成物による汚染形態は、ボイラ
−のスケ−ルのような水中不純物の沈積付着、および金
属表面に発生する酸化被膜または錆がこの分類になる。
[0003] Contaminants to be cleaned are classified into ionic substances, reaction products, and liquid or particulate substances. Contamination forms of ionic substances include adsorption by ion exchange on glass surfaces, adhesion of ions on semiconductor and metal surfaces by electrostatic attraction, and intrusion by diffusion of ions into semiconductor, metal, and ceramic surface layers. It is roughly divided into Contamination by reaction products falls into this category due to the deposition and deposition of impurities in water, such as boiler scale, and oxide films or rust generated on metal surfaces.

【0004】一方、粒子状物質による汚染機構は複雑で
ある。化学的結合による付着、ファンデルワールス力ま
たは水素結合などの物理化学的結合による付着、および
静電力または磁気力による物理的付着などが挙げられ
る。
On the other hand, the mechanism of contamination by particulate matter is complicated. Attachment by a chemical bond, attachment by a physicochemical bond such as van der Waals force or hydrogen bond, and physical attachment by an electrostatic force or a magnetic force.

【0005】以上の汚染物質のうち、イオン状物質は、
純水または超純水のように高純度の水で洗浄することが
一般的で、半導体などの場合には電気抵抗率が、約18
MΩ/cmの超純水(つまりイオンがほとんど存在しな
い水)が用いられる。また、反応生成物は、通常化学薬
品を用いて洗浄される。スケールなどは、酸とキレート
剤を組み合わせた薬剤が用いられ、特にクエン酸、エチ
レンジアミン四酢酸、ニトリロ三酢酸等は、両者の機能
を合わせもつのでこれらの薬品はしばしば使用される。
Among the above contaminants, ionic substances are:
It is common to wash with high-purity water such as pure water or ultrapure water. In the case of a semiconductor or the like, the electric resistivity is about 18%.
Ultra-pure water of MΩ / cm (that is, water with almost no ions) is used. Further, the reaction product is usually washed with a chemical. For the scale and the like, a drug in which an acid and a chelating agent are combined is used. In particular, citric acid, ethylenediaminetetraacetic acid, nitrilotriacetic acid and the like have both functions, and therefore these drugs are often used.

【0006】一方、金属表面の酸化被膜の溶解による除
去速度は、pHと酸化還元能力に強く依存する。例えば
鉄の酸化被膜を構成する四三酸化鉄(Fe
は、pHが約4以下の酸性でかつ還元性の水溶液中でよ
く溶解する。これらの酸化被膜を溶解させるための代表
的な薬剤として、蓚酸、クエン酸、およびエチレンジア
ミン四酢酸の組み合わせがある。ここで蓚酸は、酸であ
るとともに還元剤としても作用する。これに対し、クロ
ム鋼の表面酸化被膜は、酸化性の溶液中で溶解する。代
表的な薬剤として水酸化ナトリウムと過マンガン酸カリ
ウムの組み合わせ、またはフッ酸と硝酸の組み合わせな
どがある。
[0006] On the other hand, the removal rate of the oxide film on the metal surface by dissolution is strongly dependent on the pH and the redox ability. For example, ferric oxide (Fe 3 O 4 ) constituting an oxide film of iron
Is well soluble in acidic and reducing aqueous solutions having a pH of about 4 or less. Representative agents for dissolving these oxide films include a combination of oxalic acid, citric acid, and ethylenediaminetetraacetic acid. Here, oxalic acid is an acid and also acts as a reducing agent. On the other hand, the surface oxide film of chromium steel dissolves in an oxidizing solution. Representative agents include a combination of sodium hydroxide and potassium permanganate, or a combination of hydrofluoric acid and nitric acid.

【0007】半導体のシリコンウエハ洗浄の分野で、表
面層をエッチングする事により洗浄する場合がある。こ
の場合アンモニア水と過酸化水の組み合わせ、水酸化ナ
トリウム、硝酸などが洗浄液として用いられる。シリコ
ンウエハ洗浄の場合のように、液体または被膜状の汚染
物質の除去には、汚染物質を酸化分解または溶解による
方法が適用されている。具体的には、酸化分解の場合、
硫酸(H SO )と過酸化水素(H )の組
み合わせ、または水酸化アンモニウム(NHOH)と
の組み合わせなどがある。無機物質を溶解法
する場合には、塩酸(HCl)とH 、H
とH 、HClと硝酸(HNO )および
SO とHNO の組み合わせなどである。な
お有機物質を溶解する場合には、トリクロロエタン、ジ
クロロエタンなどの有機塩素系溶剤が使用される。
In the field of semiconductor silicon wafer cleaning, there is a case where cleaning is performed by etching a surface layer. In this case, a combination of ammonia water and peroxide water, sodium hydroxide, nitric acid and the like are used as the cleaning liquid. As in the case of silicon wafer cleaning, a method of oxidatively decomposing or dissolving contaminants is applied to remove liquid or film-like contaminants. Specifically, in the case of oxidative decomposition,
There is a combination of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), or a combination of ammonium hydroxide (NH 4 OH) and H 2 O 2 . When dissolving an inorganic substance, hydrochloric acid (HCl) and H 2 O 2 , H 2 S
O 4 and H 2 O 2 , HCl and nitric acid (HNO 3 ), and a combination of H 2 SO 4 and HNO 3 . When an organic substance is dissolved, an organic chlorine-based solvent such as trichloroethane or dichloroethane is used.

【0008】以上の説明から明らかなように、水のpH
と酸化還元能力は、洗浄および表面処理において重要な
役割をはたしている。水のpHを酸性またはアルカリ性
にし、酸化還元能力を付与するためには、化学薬品を添
加する方法と電解を利用する方法がある。薬品を用いて
pHを酸性にシフトさせるためには、酸を用いるのでH
イオンの対イオンとしてCl 、SO2−、NO
3−、CH COOなどの陰イオンが存在すること
になり、一方pHをアルカリ性にシフトさせるために
は、塩基を用いるのでOH イオンの対イオンとして
Na 、K 、Ca2+などの金属イオンが共存する
ことが必要となる。このように薬品を使用する場合対イ
オン無しにH またはOH イオンを水に添加するこ
とは不可能である。
As is apparent from the above description, the pH of water
And redox capacity play an important role in cleaning and surface treatment. In order to make the pH of water acidic or alkaline and to provide redox ability, there are a method of adding a chemical agent and a method of utilizing electrolysis. In order to shift the pH to acidic using a chemical, an acid is used,
Cl , SO 2− , NO as counter ions of + ions
3- and anions such as CH 3 COO are present. On the other hand, in order to shift the pH to alkaline, a base is used, so that Na + , K + , Ca 2+, etc. are used as counter ions of OH ions. It is necessary that metal ions coexist. It is impossible ions added to the water - this way without counterions when using chemicals H + or OH.

【0009】薬品を用いずにpHをコントロ−ルする方
法としては、一般的には電解法が知られており、具体的
にはカソ−ド極とアノード極の間にイオン交換膜等の隔
膜を設けた隔膜電解法が知られている。しかし、従来の
隔膜電解法には以下の条件がある。つまりカソード極、
隔膜、アノード極の間に構造的に距離があるので、電解
するためには液の電気抵抗を下げることが必要であり、
このためには電解質、すなわち塩類を水に添加すること
が不可欠であった。陰イオンと陽イオンからなる塩類を
添加した液を電解すると、陰イオンはアノード極に陽イ
オンはカソード極に移行する。この結果として、アノー
ド室は酸性に、カソード室はアルカリ性となる。従っ
て、従来の電解法では、H イオンまたはOH イオ
ンを増加するに伴って、対イオンも増加することにな
る。このような電気分解の代表的な技術として食塩水の
電気分解による苛性ソーダ(NaOH)の製造法が知ら
れているが、イオンを多量に含む技術であり、イオンが
ほとんど存在しない難電解性の純水等を原水とする技術
には応用できないし、何らの示唆も与えられない。
As a method of controlling the pH without using a chemical, an electrolysis method is generally known. Specifically, a diaphragm such as an ion exchange membrane is provided between a cathode and an anode. Is known. However, the conventional diaphragm electrolysis has the following conditions. In other words, the cathode pole,
Since there is a structural distance between the diaphragm and the anode, it is necessary to lower the electric resistance of the solution in order to perform electrolysis,
For this purpose, it was essential to add an electrolyte, that is, salts to water. When a solution to which a salt composed of an anion and a cation is added is electrolyzed, the anion moves to the anode and the cation moves to the cathode. As a result, the anode compartment becomes acidic and the cathode compartment becomes alkaline. Therefore, in the conventional electrolysis method, the counter ion increases as the H + ion or the OH ion increases. As a typical technique for such electrolysis, a method for producing caustic soda (NaOH) by electrolysis of saline is known. It cannot be applied to technology that uses water as raw water, and no suggestion is given.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、一般的
に知られている電解法は、純水等のほとんどイオンが存
在しない原水に対して用いることは当業者には常識的で
ない時点で、イオン物質を添加せずに、純水又は超純水
中に、H あるいはOH を過剰に存在させることが
できる技術を提供し、あるいはこの方法により得られ
た、従来にない純水又は超純水を原水とするH ある
いはOH が過剰な洗浄用水を提供するためになされ
たものである。以上のことは更に次のように説明され
る。すなわち、洗浄または表面処理の工程で、洗浄用水
に酸またはアルカリと酸化還元剤を使用した場合、H
またはOH イオンとともに対イオンが共存すること
になり、洗浄または表面処理の後に、これらのイオンの
残留が問題となる。例えば金属の洗浄の場合、陰イオン
が残留すると腐食発生が懸念される。特にCl など
のハロゲンイオンは、腐食を加速することがよく知られ
ている。半導体の場合、陰イオンおよび陽イオンを問わ
ず、イオン性不純物が表面に残留することを避けること
が必要である。これらイオン性不純物が残留すると、キ
ャリアーのトラップ源となり、半導体の性能が劣化する
ことが知られている。これらの残留イオンを除去するた
めには、薬品洗浄後、リンスを充分行うことが必要とな
り、特に半導体の分野では大量の水が、リンスに使用さ
れている。具体的には、1枚のシリコンウエハあたり数
tの水が必要とされている。近年水資源の不足が問題と
なっており、生産量を確保する意味から、水の使用量を
低減することは緊急かつ重要課題となりつつある。
As described above, the generally known electrolysis method cannot be used for raw water such as pure water, which has almost no ions, at a time when it is not common knowledge to those skilled in the art. To provide a technique capable of causing H + or OH to be present in excess in pure water or ultrapure water without adding an ionic substance, or to provide unprecedented pure water or H + or OH using ultrapure water as raw water is provided to provide excess cleaning water. The above is further explained as follows. That is, when an acid or alkali and an oxidation-reduction agent are used in the cleaning water in the cleaning or surface treatment step, H +
Alternatively, counter ions coexist with OH ions, and after cleaning or surface treatment, the remaining of these ions becomes a problem. For example, in the case of cleaning metals, corrosion may occur if anions remain. In particular, it is well known that halogen ions such as Cl accelerate corrosion. In the case of a semiconductor, it is necessary to avoid ionic impurities remaining on the surface regardless of anions and cations. It is known that when these ionic impurities remain, they serve as a trapping source for carriers and deteriorate the performance of the semiconductor. In order to remove these residual ions, it is necessary to perform sufficient rinsing after chemical cleaning. Particularly in the field of semiconductors, a large amount of water is used for rinsing. Specifically, several tons of water are required per silicon wafer. In recent years, the shortage of water resources has become a problem, and reducing the amount of water used is becoming an urgent and important issue from the viewpoint of securing production.

【0011】化学薬品を使用せずに、H 0の分解生
成物で洗浄または表面処理ができるならば、残留イオン
の問題は大きく低減される。ところでH Oは、以下
に示す酸化還元反応に従って分解することが知られてい
る。ここで、E。は標準酸化還元電位である。
If cleaning or surface treatment can be performed with the decomposition products of H 20 without using chemicals, the problem of residual ions is greatly reduced. By the way, H 2 O is known to decompose according to the following oxidation-reduction reaction. Here, E. Is the standard redox potential.

【0012】 O +H+e ←→HO E。=−0.13 V (1) 2H +2e ←→H E。=+0.0 V (2) O +2H 十2e ←→H E。=+0.69 V (3 ) H +H +e ←→OH・+H OE。=+0.71 V (4 ) O +2H +4e ←→2H O E。=+1.229V (5) HO +H +e ←→ H E。=+1.495V (6 ) H +2H +2e ←→2H O E。=+l.77 V (7 ) O +2H +2e ←→O +H O E。=+2.07 V (8 ) OH +H +e ←→H O E。=+2.85 V (9) H O+e ←→H・+OH E。=−2.93 V (10) 2H O+2e ←→H +2OH E。=−0.828V (11) O +2H O+4e ←→4OH E。=−0.401V (12) O +H O+2e ←→HO +OH E。=−0.08 V (13 ) HO +H O+2e ←→3OH E。=+0.76 V (14 ) O +H O+2e ←→O +2OH E。=+1.24 V (15 ) OH +e ←→OH E。=+2.02 V (16) 以上の反応式から明らかなように、酸化還元反応によ
り、H 0からH イオン、OH イオン、H・ラ
ジカル、OH・ラジカル、H 、O 、HO、O
などを生成させる方法として電解法が注目されるが、
電解反応は、一般的に水溶液の電解質、電極材質、電流
密度および電解電圧に依存する。従って、電解により、
水のなかに分解生成物を作る時に電解質を含むと、対イ
オンを添加したのと同様な結果になるので、電解質濃度
すなわち不純物を極力低減した水(純水等)を、出発物
質として用いることが必要である。しかし、純水等を電
気分解することは従来考えられていない。
O 2 + H + e ← HO 2 E. = −0.13 V (1) 2H + + 2e ← → H 2 E. = + 0.0 V (2) O 2 + 2H + 12e ← → H 2 O 2 E. = + 0.69 V (3) H 2 O 2 + H + + e ← OH. + H 2 OE. = + 0.71 V (4) O 2 + 2H + + 4e ← → 2H 2 O E. = + 1.229 V (5) HO 2 + H + + e ← → H 2 O 2 E. = + 1.495V (6) H 2 O 2 + 2H + + 2e - ← → 2H 2 O E. = + 1. 77 V (7) O 3 + 2H + + 2e ← → O 2 + H 2 O E. = + 2.07 V (8) OH + H + + e ← → H 2 O E. = + 2.85 V (9) H 2 O + e ← → H · + OH E. = −2.93 V (10) 2H 2 O + 2e ← → H 2 + 2OH E. = -0.828V (11) O 2 + 2H 2 O + 4e - ← → 4OH - E. = −0.401V (12) O 2 + H 2 O + 2e ← HO 2 + OH E. = -0.08 V (13) HO 2 - + H 2 O + 2e - ← → 3OH - E. = + 0.76 V (14) O 3 + H 2 O + 2e ← → O 2 + 2OH E. = + 1.24 V (15) OH + e ← → OH - E. = + 2.02 V (16) As apparent from the above reaction formula, by a redox reaction, H + ions from the H 2 0, OH - ions, H · radical, OH · radical, H 2, O 2, HO 2, O 3
Electrolysis method is attracting attention as a method to generate such
The electrolytic reaction generally depends on the electrolyte of the aqueous solution, the electrode material, the current density and the electrolytic voltage. Therefore, by electrolysis,
Use of water (pure water, etc.) with the lowest possible electrolyte concentration, that is, impurities, should be used as the starting material, since the effect of including an electrolyte when producing decomposition products in water will be the same as adding a counter ion. is necessary. However, electrolysis of pure water or the like has not been conventionally considered.

【0013】なお、H ,H ,O ,O
などのような酸化還元種は、電解生成後に精製すること
が可能である。電解質溶液中で作ったこれら化学種を、
イオンまたはOH イオンを含む水に添加しても
よい。どちらにしても対イオンを添加しないでH
オンまたはOH イオンを含む水を得ることが必要で
ある。
Note that H 2 O 2 , H 2 , O 2 , O 3
Redox species such as can be purified after electrolytic generation. These species made in the electrolyte solution,
It may be added to water containing H + ions or OH ions. In either case, it is necessary to obtain water containing H + ions or OH ions without adding a counter ion.

【0014】本発明は、電気抵抗が0.01MΩ/cm
以上の純水または10MΩ/cm以上の超純水を電気化
学的に処理することにより、対イオンを添加しないでH
イオン、または、OH イオンを生成し、これらを
、OH・ラジカル、H・ラジカル、H
,O などの酸化還元種を組み合わせ、洗浄およ
び表面処理に適した水を提供することを目的とする。
According to the present invention, the electric resistance is 0.01 MΩ / cm.
By electrochemically treating the above pure water or ultrapure water of 10 MΩ / cm or more, H
+ Ions or OH ions are generated, and these are converted to H 2 O 2 , OH radical, H radical, H 2 ,
An object of the present invention is to provide water suitable for cleaning and surface treatment by combining redox species such as O 2 and O 3 .

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段及び作用】電気化学反応
は、電極の反応の起こりやすさの目安である反応過電圧
に強く依存することが知られている。理想的な白金の水
素過電圧は、0Vと非常に小さいので、カソード極であ
る白金の表面に吸着したH イオンは、容易に水素原
子に還元された後、速やかにH ガスに変わる。図1
の電解槽においてアノード極とカソード極に白金を用
い、イオン交換膜としてナフィオン117を用いたとし
てもpHの変化が得られない。そこで、白金に比べて水
素過電圧が0.6Vと高い炭素を電極に用いると、H
イオンの還元反応が起こりにくくなり、電極周囲のH
イオン濃度が増加する。このような状況の電極に通
水する事により、H イオンが部分的に除去される。
この結果対イオンがなく、H イオン濃度が高く酸性
の水が得られることになる。なお一部のH イオン
は、H・ラジカル(H原子)またはH ガスに還元さ
れることにより、電解液には還元性の化学種が含まれる
ことになり、本発明の目的の一つである対イオンを含ま
ず、酸性かつ還元性の液が得られることになる。カーボ
ンとしては500℃から800℃の比較的低温で焼成し
たものが望ましい。低温焼成カーボンは、電気抵抗が大
きいので、例えば1000℃以上で焼成したカーボンの
上にさらに500〜800℃で焼成したカーボンをコー
ティングしてもよい。このような液を得るためには、白
金より水素過電圧が高い電極材料を使用すればよく、カ
ーボン電極に限定されるものではない。水銀およびその
金属化合物、鉛なども有用である。イオン交換膜もナフ
ィオン117に限定されるものでないが、フッ素樹脂に
−SOH基、または−COOH基が結合した材料が望
ましい。電解条件として電流密度が低い方が望ましく、
約20mA/cm 以下が適している。電極表面の流
速は速い方が望ましく、電極表面の線速度として1cm
/secが望ましい。なお、図2に示す電解槽において
中間室に酸を入れると、陽イオン交換樹脂膜により、陰
イオンは排除されて、H イオンをカソード室に供給
することが可能となり、より強い酸性の液が得られる。
It is known that an electrochemical reaction strongly depends on a reaction overpotential, which is a measure of the likelihood of an electrode reaction. Since the ideal hydrogen overvoltage of platinum is as very small as 0 V, H + ions adsorbed on the surface of platinum, which is the cathode, are easily reduced to hydrogen atoms and then quickly changed to H 2 gas. FIG.
Even if platinum is used for the anode and the cathode in the electrolytic cell of No. 1 and Nafion 117 is used as the ion exchange membrane, no change in pH can be obtained. Therefore, if carbon having a hydrogen overvoltage of 0.6 V higher than platinum is used for the electrode, H +
The ion reduction reaction is less likely to occur, and H around the electrode is reduced.
+ The ion concentration increases. By passing water through the electrode in such a situation, H + ions are partially removed.
As a result, acidic water having no counter ion and a high H + ion concentration can be obtained. Some of the H + ions are reduced to H radicals (H atoms) or H 2 gas, so that the electrolytic solution contains a reducing chemical species. Thus, an acidic and reducing liquid containing no counter ion is obtained. It is desirable that carbon be fired at a relatively low temperature of 500 ° C. to 800 ° C. Since low-temperature fired carbon has a large electric resistance, for example, carbon fired at 1000 ° C. or more may be further coated with carbon fired at 500 to 800 ° C. In order to obtain such a liquid, an electrode material having a higher hydrogen overvoltage than platinum may be used, and is not limited to a carbon electrode. Mercury and its metal compounds, lead and the like are also useful. The ion exchange membrane is not limited to Nafion 117, but is preferably a material in which a —SO 3 H group or a —COOH group is bonded to a fluororesin. It is desirable that the current density is low as the electrolysis condition,
A value of about 20 mA / cm 2 or less is suitable. It is desirable that the flow velocity on the electrode surface is high, and the linear velocity on the electrode surface is 1 cm.
/ Sec is desirable. When an acid is put into the intermediate chamber in the electrolytic cell shown in FIG. 2, anions are eliminated by the cation exchange resin membrane, and H + ions can be supplied to the cathode chamber. Is obtained.

【0016】対イオンをもたないH イオン、または
OH イオンを含む水溶液を得るためには、原水とし
て純水または超純水を用いることが必要である。純水を
電解する事は、電気抵抗が高いため通常困難であるが、
図1または図2に示す電解槽を用いることにより可能と
なる。
In order to obtain an aqueous solution containing H + ions or OH ions having no counter ion, it is necessary to use pure water or ultrapure water as raw water. Electrolyzing pure water is usually difficult due to high electrical resistance,
This becomes possible by using the electrolytic cell shown in FIG. 1 or FIG.

【0017】以下で、これら電解槽の構造について説明
する。
The structure of these electrolytic cells will be described below.

【0018】図1に示すように、イオン交換膜1の両側
にカソード極2とアノード極3を密着させた構造の電解
槽4が用いられる。カソード室9には、入口5および出
口6が設けられ、またアノード室10には、入口7およ
び出口8が設けられる。このような構成において、イオ
ン交換膜として例えばフッ素樹脂に陽イオン交換基(−
SO H基)を導入した陽イオン交換膜を用いると、
電解電圧数ボルト(V)にまで下げることが可能とな
り、純水または超純水の電解が容易に行える。
As shown in FIG. 1, an electrolytic cell 4 having a structure in which a cathode 2 and an anode 3 are closely attached to both sides of an ion exchange membrane 1 is used. The cathode chamber 9 is provided with an inlet 5 and an outlet 6, and the anode chamber 10 is provided with an inlet 7 and an outlet 8. In such a configuration, for example, a cation exchange group (-
When a cation exchange membrane into which (SO 3 H group) is introduced is used,
Electrolysis voltage can be reduced to several volts (V), and electrolysis of pure water or ultrapure water can be easily performed.

【0019】アノード極では、O またはO などの
酸化性物質が生成され、これがイオン交換膜を介してカ
ソード室に移行し、カソード極で生成される還元種の性
能が、低下する場合が考えられる。これらの問題が懸念
されるときは、図2に示す電解槽が有効である。図2の
電解槽25において11および12はイオン交換膜、1
3はカソード極、14はアノード極、15はカソード室
21の入口、16は同出口、17はアノード室22の入
口、18は同出口、19は中間室23の入口、20は同
出口である。中間室23には、溶存酸素濃度(DO)を
低減した水を通水する事により、アノード極で生成した
酸化性物質の透過を防止する。高純度の窒素N (ま
たはアルゴンAr)ガスを用いて溶存酸素濃度(DO)
を下げる。
At the anode electrode, an oxidizing substance such as O 2 or O 3 is generated, which is transferred to the cathode chamber via the ion exchange membrane, and the performance of the reduced species generated at the cathode electrode may be reduced. Conceivable. When these problems are concerned, the electrolytic cell shown in FIG. 2 is effective. In the electrolytic cell 25 shown in FIG.
Reference numeral 3 denotes a cathode electrode, 14 denotes an anode electrode, 15 denotes an inlet of the cathode chamber 21, 16 denotes the same outlet, 17 denotes an inlet of the anode chamber 22, 18 denotes the same outlet, 19 denotes an inlet of the intermediate chamber 23, and 20 denotes the same outlet. . By passing water having a reduced dissolved oxygen concentration (DO) through the intermediate chamber 23, the permeation of oxidizing substances generated at the anode electrode is prevented. Dissolved oxygen concentration (DO) using high purity nitrogen N 2 (or argon Ar) gas
Lower.

【0020】図1に示す電解槽において、例えばアノー
ド極とカソード極に白金を用い、イオン交換膜としてデ
ュポン社製のナフィオン117を用いると、アノード極
で(5)式の反応が、カソード極で(2)式の反応が起
こる。具体的には、アノード極で生成されたH イオ
ンは、カソード極でH に還元され、アノード室の水
およびカソード室の水とともに、pHの変化は観測され
ないことになる。ただし、アノード室の水はO 発生
のため酸化性に、カソード室の水はH 発生のため還
元性となるが、pHの変化がないため、本発明の目的は
達成されない。
In the electrolytic cell shown in FIG. 1, for example, when platinum is used for the anode and the cathode, and Nafion 117 manufactured by DuPont is used as the ion exchange membrane, the reaction of the formula (5) is performed at the anode and the reaction at the cathode is performed. The reaction of equation (2) occurs. Specifically, H + ions generated at the anode are reduced to H 2 at the cathode, and no change in pH is observed with the water in the anode chamber and the water in the cathode chamber. However, the water in the anode chamber becomes oxidizing due to generation of O 2 , and the water in the cathode chamber becomes reducing due to generation of H 2, but the object of the present invention is not achieved because there is no change in pH.

【0021】次に図1の電解槽において、イオン交換膜
として陰イオン交換膜をアノード極とカソード極に白金
を用いた場合、陽イオン交換膜と異なり、カソード極で
ある白金の表面にはH イオンは存在しない。陰イオ
ン交換膜として具体的にナフィオン117とエチレンジ
アミン(NH CH CH NH )を反応させ、
交換基として−SO NHCH CH NH 基が
結合したフッ素樹脂性の膜が使用できる。H イオン
が不足している状態で電解するとカソード反応は(1
0)式あるいは(11)式で示されるようにH Oの
還元分解反応となる。これらの式から明らかなように白
金の周囲にOH イオンが生成されるようになる。ま
た同時にH・ラジカルまたはH ガスが発生する。こ
のようにして対イオンがなくて、アルカリ性で還元性の
水が得られる。
Next, in the electrolytic cell of FIG. 1, when platinum is used for the anode and cathode electrodes as the anion exchange membrane as the ion exchange membrane, unlike the cation exchange membrane, the surface of platinum which is the cathode electrode has H + Ions do not exist. Specifically, Nafion 117 is reacted with ethylenediamine (NH 2 CH 2 CH 2 NH 2 ) as an anion exchange membrane,
Fluororesin of a film to -SO 2 NHCH 2 CH 2 NH 2 group is attached as an exchange group may be used. When electrolysis is performed in a state where H + ions are insufficient, the cathode reaction is (1).
As shown by the equation (0) or the equation (11), a reductive decomposition reaction of H 2 O occurs. As is apparent from these equations, OH ions are generated around platinum. At the same time, H radicals or H 2 gas are generated. In this way, alkaline and reducing water without counterions is obtained.

【0022】陰イオン交換膜としては、フッ素樹脂−S
NHCH CH NH 基が結合した膜に限定
されるものでなく、陽イオン交換基が結合した交換膜な
らば使用可能である。この場合は、電解電流密度の高い
方が望ましく、5mA/cm 以上が適している。通
水速度は電極表面の線速度として1cm/sec以上が
望ましい。電極として白金、パラジウム、ステンレス
鋼、金、銀、炭素鋼、ニッケル合金、鋼などアルカリ性
の溶液中で安定な金属が望ましい。この他に1000℃
以上の高温で焼成したグラファイトも有効である。
As the anion exchange membrane, fluororesin-S
The membrane is not limited to a membrane to which O 2 NHCH 2 CH 2 NH 2 groups are bonded, and any exchange membrane to which cation exchange groups are bonded can be used. In this case, a higher electrolytic current density is desirable, and 5 mA / cm 2 or more is suitable. The water flow speed is desirably 1 cm / sec or more as a linear speed on the electrode surface. As the electrode, a metal that is stable in an alkaline solution such as platinum, palladium, stainless steel, gold, silver, carbon steel, nickel alloy, and steel is desirable. 1000 ℃
Graphite fired at the above high temperature is also effective.

【0023】一方、アノード電解により水は酸化分解さ
れ、H Oから(5)式または(8)式にしたがっ
て、H イオンが生成される。図1の電解槽におい
て、イオン交換膜に陽イオン交換膜を使用すると、H
イオンはカソード室に移行し、アノード室の液のpH
は変化しない。陰イオン交換膜を用いると、H イオ
ンはカソード室に移行せず、アノード室にとどまること
になり、pHは酸性側にシフトする。このときカソード
極で生成されるOH イオンは通水に除去すると、ア
ノード側のpHの変化は大きくなる。さらにアノード電
解液は(5)式と(8)からわかるようにO または
ガスが発生し、酸化性能をもつことになる。陰イ
オン交換膜として、フッ素樹脂に−SO NH CH
CH NH 基などの陰イオン交換基が結合して
いる膜が望ましいが、陰イオン交換基は特別な交換基に
限定されるものではない。電解電流密度として2mA/
cm以上が望ましく、通水量は線速度として1cm/
sec以上が望ましい。電極材料としてアノード反応に
安定な白金、パラジウム、酸化鉛(β−PbO )が
望ましい。
On the other hand, water is oxidatively decomposed by anodic electrolysis, and H + ions are generated from H 2 O according to the equation (5) or (8). When a cation exchange membrane is used for the ion exchange membrane in the electrolytic cell of FIG. 1, H +
The ions move to the cathode compartment, and the pH of the solution in the anode compartment
Does not change. When an anion exchange membrane is used, H + ions do not move to the cathode chamber but stay in the anode chamber, and the pH shifts to the acidic side. At this time, if the OH ions generated at the cathode electrode are removed by passing water, the change in pH on the anode side increases. Further, as can be seen from the equations (5) and (8), the anode electrolyte generates O 2 or O 3 gas, and has an oxidation performance. As an anion exchange membrane, -SO 2 NH 2 CH
A membrane to which an anion exchange group such as a 2 CH 2 NH 2 group is bonded is desirable, but the anion exchange group is not limited to a special exchange group. 2 mA / electrolysis current density
cm 2 or more is desirable, and the water flow rate is 1 cm /
sec or more is desirable. As an electrode material, platinum, palladium, and lead oxide (β-PbO 2 ), which are stable to an anodic reaction, are desirable.

【0024】また、電解と異なる方法として、イオン交
換樹脂を用いてH イオンまたはOH イオンを含む
水を得る方法がある。例えば、−SO H基をもっイ
オン交換樹脂を純水または超純水に浸漬したとき、一部
の−SO H基は下式のように −SO H←→−SO +H 一部解離する。この解離したH イオンが水の中に移
行するので、この水を用いることにより対イオンを添加
しないでH イオンが存在する水を用いることが可能
となる。一方、酸化還元種として、H 、O 、H
、O などは電解により生成できる。電解効率
を上げるために電解質溶液を用いてこれら酸化還元種を
電解生成した後、精製することにより、不純物イオンを
含まない酸化還元種を得ることができる。以上のH
イオンが存在する水に酸化還元種を添加することによ
り、本発明の目的の水が得られる。陽イオン交換樹脂と
してフッ素樹脂に−SO H基が結合したイオン交換
樹脂、スチレン−ジビニルベンゼン(DVB)樹脂に−
SO H基が結合したイオン交換樹脂が望ましい。具
体的にはデュポン社製のナフィオンNR−50、オルガ
ノ社製のアンバーライト(商品名;Amberlit
e)IR−116、IR−118、IR−120B、I
R−122、三菱化成社製のダイアイオン(商品名;D
iaion)SK102、SK104、SK1B、SK
110、SK116、ダウケミカル社製のダウエックス
(商品名;Dowex)HCR−W2、HCR−S、H
GR−Wなどが挙げられる。
Further, as a method different from the electrolyte, H + ions or OH ion exchange resins - a method of obtaining a water containing ions. For example, when immersing the ion-exchange resin having a -SO 3 H group in pure water or ultrapure water, -SO 3 as part of the -SO 3 H group following formula H ← → -SO 3 - + H + Partially dissociated. Since the dissociated H + ions migrate into water, the use of water makes it possible to use water containing H + ions without adding a counter ion. On the other hand, as redox species, H 2 , O 2 , H 2
O 2 , O 3 and the like can be generated by electrolysis. The redox species containing no impurity ions can be obtained by electrolytically producing these redox species using an electrolyte solution in order to increase the electrolysis efficiency and then purifying them. H +
By adding the redox species to the water in which the ions are present, the water of the present invention can be obtained. As a cation exchange resin, an ion exchange resin in which —SO 3 H groups are bonded to a fluororesin, and a styrene-divinylbenzene (DVB) resin—
An ion exchange resin to which an SO 3 H group is bonded is desirable. Specifically, Nafion NR-50 manufactured by DuPont and Amberlite manufactured by Organo (trade name: Amberlite)
e) IR-116, IR-118, IR-120B, I
R-122, Diaion manufactured by Mitsubishi Kasei Corporation (trade name: D
iaion) SK102, SK104, SK1B, SK
110, SK116, Dowex (trade name; Dowex) manufactured by Dow Chemical Company, HCR-W2, HCR-S, H
GR-W and the like.

【0025】一方、OH イオンを含む水を作るとき
には、陰イオン交換樹脂を用いるとよい。陰イオン交換
基としてナフィオンNR−50とNH CH CH
NH を反応させた樹脂以外にスチレン−DVBに−
(CH 基、−NC OH(CH
基が結合したイオン交換樹脂が望ましい。具体
的には、アンバーライトIRA−401、IRA−40
2、IRA−400、IRA−430、IRA−41
1、IRA−410(オルガノ社製)、Diaion
SA11A、SA12A、SA10A、SA21A、S
A20A(三菱化成社製)、ダウエックスSBP−P、
SBR、SAR(ダウケミカル社製)などが挙げられ
る。このようにOH イオンを含む水にH 、O
、O またはH を添加するする事により本
発明の目的の水が得られる。
On the other hand, when preparing water containing OH - ions, it is preferable to use an anion exchange resin. Nafion NR-50 and NH 2 CH 2 CH 2 as anion exchange groups
The NH 2 styrene -DVB besides reacted resin -
N + (CH 3) 3 groups, -NC 2 H 5 OH (CH
3 ) An ion exchange resin in which two groups are bonded is desirable. Specifically, Amberlite IRA-401, IRA-40
2, IRA-400, IRA-430, IRA-41
1, IRA-410 (manufactured by Organo), Diaion
SA11A, SA12A, SA10A, SA21A, S
A20A (Mitsubishi Kasei), Dowex SBP-P,
SBR, SAR (manufactured by Dow Chemical Company) and the like. Thus OH - H 2 in water containing ions, O
By adding 2 , O 3 or H 2 O 2 , the water of the present invention can be obtained.

【0026】以上の方法により、対イオンを添加しない
で酸性でかつ、還元性または酸化性の水溶液およびアル
カリ性でかつ還元性または酸化性の水溶液を得ることが
できる。鉄系の金属表面酸化被膜の洗浄の場合、酸性で
かつ還元性の水溶液が有効である。両性酸化被膜を有す
るアルミニウム系金属の洗浄には酸性またはアルカリ性
でかつ還元性の水溶液が有効となる。シリコンウエハな
どの洗浄の場合用いる液性は汚染形態に依存するが、ま
ずH イオンまたはOH イオンと酸化性の物質を組
み合わせた溶液が適している。一方、塩化ビニール樹
脂、アクリル樹脂などの洗浄にはアルカリ性でかつ還元
性の水溶液が有効である。
By the above method, an acidic and reducing or oxidizing aqueous solution and an alkaline and reducing or oxidizing aqueous solution can be obtained without adding a counter ion. In the case of cleaning the iron-based metal surface oxide film, an acidic and reducing aqueous solution is effective. For washing the aluminum-based metal having the amphoteric oxide film, an acidic or alkaline and reducing aqueous solution is effective. Humoral used when washing, such as a silicon wafer is dependent on the contamination forms, firstly H + ions or OH - solution combining ion and the oxidizing substances are suitable. On the other hand, an alkaline and reducing aqueous solution is effective for washing vinyl chloride resin, acrylic resin and the like.

【0027】[0027]

【試験例】試験例1 図1に示す電解槽において、アノード極に80メッシュ
の白金を、カソード極として活性化網目状ガラスカーボ
ン(RVC)を用いた。白金の寸法は80×60mm
で、RVCの寸法は90×70×25mmでその表面積
は約800m/gである。
Test Example 1 Test Example 1 In the electrolytic cell shown in FIG. 1, 80 mesh platinum was used for the anode and activated mesh glass carbon (RVC) was used for the cathode. The size of platinum is 80 × 60mm
The dimensions of the RVC are 90 × 70 × 25 mm and its surface area is about 800 m 2 / g.

【0028】この電解槽を図3に示す装置に組み込ん
だ。26は電解槽、27はカソード室、28はアノード
室を示す。カソード室には配管31を継ぎ、出口側にタ
ンク29を設ける。タンクにたまった水は、循環ポンプ
30を用いて電解槽に再循環する。機器・配管の素材に
は4フッ化エチレン樹脂などフッ素樹脂を使用した。タ
ンクの容量は3リットルとし、循環水量は1リットル/
minとした。電解電流は0.5Aに設定し、約1MΩ
/cmの純水を定電流電解した。pHはガラス電極で測
定し、酸化還元電位は、参照電極として銀/塩化銀(A
g/AgCl)電極を、試料極として白金を用いて測定
した。
This electrolytic cell was incorporated in the apparatus shown in FIG. 26 indicates an electrolytic cell, 27 indicates a cathode chamber, and 28 indicates an anode chamber. A pipe 31 is connected to the cathode chamber, and a tank 29 is provided on the outlet side. The water accumulated in the tank is recirculated to the electrolytic cell using the circulation pump 30. Fluorine resin such as tetrafluoroethylene resin was used as the material of the equipment and piping. The capacity of the tank is 3 liters and the circulating water volume is 1 liter /
min. The electrolysis current is set to 0.5A and about 1MΩ
/ Cm of pure water was subjected to constant current electrolysis. The pH was measured with a glass electrode, and the oxidation-reduction potential was determined using silver / silver chloride (A
g / AgCl) electrode was measured using platinum as the sample electrode.

【0029】図4にpHの経時変化を示す。pHは電解
開始とともに酸性側にシフトし、10分後に約4.65
になった。溶出する可能性のある陰イオンとしてSO
2−とF がある。電解液をサンプリングし、イオン
クロマトグラフィを用いて分析したところ各々の濃度は
0.1ppm以下であった。この電解液に0.01規定
の水酸化ナトリウム(NaOH水)を滴定したところ、
使用したNaOHの量はpHの測定値に対する理論的な
値より小さかったが、pHは中性に戻った。これらの結
果は電解液中にH イオンが生成されていることを示
す。一方、酸化還元電位として約−0.527Vの値が
得られた。一般的に、pH4.6の水の酸化還元電位は
約+0.25Vであり、電解液の酸化還元電位は、この
電位より卑の方向にあり、溶液は還元性であることがわ
かる。
FIG. 4 shows the change over time in pH. The pH shifted to the acidic side with the start of electrolysis, and after about 10 minutes, about 4.65.
Became. SO 4 as anion that may elute
2 and F - there is. When the electrolyte was sampled and analyzed using ion chromatography, each concentration was 0.1 ppm or less. When 0.01 N sodium hydroxide (NaOH water) was titrated to this electrolyte,
The amount of NaOH used was less than the theoretical value for the measured pH, but the pH returned to neutral. These results indicate that H + ions are generated in the electrolyte. On the other hand, a value of about -0.527 V was obtained as the oxidation-reduction potential. In general, the oxidation-reduction potential of water at pH 4.6 is about +0.25 V, and the oxidation-reduction potential of the electrolytic solution is more negative than this potential, indicating that the solution is reducible.

【0030】この電解液の効果を確認するために、空気
中において700℃で約2分間加熱し、表面にFe
を形成させた炭素鋼を前述のタンクに浸漬し、洗
浄した。図5に酸化物の溶出量の経時変化を示す。図中
1の曲線は前述のタンクにいれて電解液中で洗浄した結
果を示し、曲線2は純水中で洗浄した結果を示す。純水
における酸化物の溶出量に比較して、電解液中の溶出量
は1桁以上大きくなっており、本発明の有効性がわか
る。
In order to confirm the effect of this electrolytic solution, heating was performed at 700 ° C. for about 2 minutes in air, and Fe 3
The carbon steel on which O 4 was formed was immersed in the tank described above and washed. FIG. 5 shows the change with time of the elution amount of the oxide. In the figure, the curve 1 shows the result of washing in the electrolytic solution in the above-mentioned tank, and the curve 2 shows the result of washing in pure water. The elution amount of the oxide in the electrolytic solution is larger by one digit or more than the elution amount of the oxide in pure water, which indicates the effectiveness of the present invention.

【0031】試験例2 図2に示す電解槽を用い、アノード極として寸法が80
×60cmで80メッシュの白金網を、カソード極とし
て外形寸法80×60mmのカーボン電極を用いた。カ
ーボン電極は、ポリカルボジイミドを出発物質として、
厚さ0.5mmのシート状で図6に示す形状に約200
0℃で焼成したものである。この電極の表面にさらに同
じ樹脂をコーティングした後、約750℃で再度焼成し
た。中間室は90×70×25cmの寸法で、その中に
陽イオン交換樹脂であるナフィオンNR50を約160
g充填した。隔膜であるイオン交換膜として陽イオン交
換膜であるナフィオン117を用いた。この電解槽を図
7に示す装置に組み込んだ。
Test Example 2 Using the electrolytic cell shown in FIG.
A 80-mesh platinum mesh with a size of 60 cm was used, and a carbon electrode with an outer size of 80 x 60 mm was used as a cathode. The carbon electrode uses polycarbodiimide as a starting material,
A sheet having a thickness of 0.5 mm and a shape shown in FIG.
It was fired at 0 ° C. After the same resin was further coated on the surface of this electrode, it was fired again at about 750 ° C. The intermediate chamber has dimensions of 90 × 70 × 25 cm, and contains Nafion NR50, which is a cation exchange resin, for about 160.
g. Nafion 117 as a cation exchange membrane was used as an ion exchange membrane as a diaphragm. This electrolytic cell was incorporated in the device shown in FIG.

【0032】図7において、電解槽32はカソード室3
3、中間室34およびアノード室35から構成される。
超純水製造装置36からポンプ37を用いてこの電解槽
に超純水を供給する。カソード電解された液は配管39
を通ってタンク38に溜められる。オーバーフローする
液は配管40を介して排出する。中間室に脱気した純水
を通水する。脱気用タンク41に純水を入れ、N
スボンベ42から配管44を通し、バブラ43を用いて
バブリングする。バブリングしてDOを低減した純水を
配管46および循環ポンプ45を用いて中間室に供給す
る。なお、中間室の出口および入り口に止め弁47と4
8を取り付け、また機器・配管の接液面の材質は試験例
1と同様にフッ素樹脂とした。
In FIG. 7, the electrolytic cell 32 is a cathode chamber 3.
3. It comprises an intermediate chamber 34 and an anode chamber 35.
Ultrapure water is supplied from the ultrapure water production device 36 to the electrolytic cell using a pump 37. The solution subjected to cathodic electrolysis is supplied to a pipe 39.
And is stored in the tank 38. The overflowing liquid is discharged via a pipe 40. Pass degassed pure water to the intermediate room. Pure water is put into the degassing tank 41, and the water is bubbled from the N 2 gas cylinder 42 through the pipe 44 using the bubbler 43. Pure water with DO reduced by bubbling is supplied to the intermediate chamber using the piping 46 and the circulation pump 45. Stop valves 47 and 4 are provided at the exit and entrance of the intermediate chamber.
8 and the material of the liquid contact surface of the equipment / piping was fluororesin as in Test Example 1.

【0033】流量1リットル/minで16.5MΩ/
cmの超純水を一方向に電解槽中を通水し、電解電流
0.25Aで定電流電解を行った。中間室にも流量0.
5リットル/minでN ガスにより脱気した水を通
水した。DOは約20ppbであった。タンク38にガ
ラス電極と白金電極を入れてpHと酸化還元電位を測定
した。pHは6〜5の範囲になり、酸化還元電位は約−
0.65Vであった。酸化還元電位は実施例1より一層
卑の方向にあり、より強い還元種が生成されていると考
えられる。還元種の候補の一つとしては例えばH・(水
素ラジカル)などが挙げられる。
At a flow rate of 1 liter / min, 16.5 MΩ /
cm of ultrapure water was passed through the electrolytic cell in one direction, and constant current electrolysis was performed at an electrolytic current of 0.25A. The flow rate is also 0 in the intermediate chamber.
Water degassed with N 2 gas was passed at 5 liter / min. DO was about 20 ppb. The glass electrode and the platinum electrode were put in the tank 38, and the pH and the oxidation-reduction potential were measured. The pH will be in the range of 6-5 and the redox potential will be about-
It was 0.65V. The oxidation-reduction potential is in a more negative direction than in Example 1, and it is considered that a stronger reducing species is generated. One of the reduced species candidates is, for example, H (hydrogen radical).

【0034】次に前述の電解槽においてカソード室と中
間室に設けたナフィオン117を取り外し、中間室に充
填したナフィオンNRとカーボン電極を直接接触させ
た。このとき中間室の出入口弁である弁47と弁48は
閉の状態にした。前述の電解条件と同じ流量1リットル
/min、電解電流0.25Aで定電流電解を行った。
pHは5〜4となり、より強い酸性の液が得られた。
Next, in the above-mentioned electrolytic cell, Nafion 117 provided in the cathode chamber and the intermediate chamber was removed, and Nafion NR filled in the intermediate chamber was brought into direct contact with the carbon electrode. At this time, the valves 47 and 48, which are the inlet and outlet valves of the intermediate chamber, were closed. Constant current electrolysis was performed at the same flow rate of 1 liter / min and electrolysis current of 0.25 A as in the above electrolysis conditions.
The pH was between 5 and 4, and a more acidic liquid was obtained.

【0035】試験例3 図1に示す電解槽において、イオン交換膜としてフッ素
樹脂に−SO NHOH OH NH 基が結合し
た陰イオン交換膜を用い、アノード極とカソード極に8
0メッシュで80×60mmの白金を使用した。この電
解槽を試験例1と同様に図3の装置に組み込んだ1MΩ
/cmの純水を流量1リットル/minで循環し、電解
電流1.5Aで定電流電解を行った。ガラス電極と白金
電極とタンク2に入れてpHと酸化還元電位を測定し
た。図8にpHの経時変化を示す。図から明らかなよう
にpHは約15分後に10.5に到達した。酸化還元電
位は約−1.0Vになった。NaOHを純水に添加して
pH10.5の水溶液を作ったときに酸化還元電位は約
−0.1Vであった。電解液の酸化還元電位は−0.1
Vより卑の方向にあり、強い還元性を示す。このように
対イオンを添加せずに、アルカリ性で還元性の電解液が
得られた。
Test Example 3 In the electrolytic cell shown in FIG. 1, an anion exchange membrane in which --SO 3 NHOH 2 OH 2 NH 2 groups were bonded to a fluororesin was used as an ion exchange membrane, and 8 was used as an anode and a cathode.
Platinum of 80 × 60 mm with 0 mesh was used. 1MΩ incorporating the electrolytic cell apparatus of Test Example 1 in the same manner as FIG. 3
/ Cm of pure water was circulated at a flow rate of 1 liter / min, and constant current electrolysis was performed at an electrolysis current of 1.5 A. A glass electrode, a platinum electrode and the tank 2 were put into the tank 2 to measure pH and oxidation-reduction potential. FIG. 8 shows the change over time in pH. As is apparent from the figure, the pH reached 10.5 after about 15 minutes. The oxidation-reduction potential became about -1.0V. The redox potential was about -0.1 V when an aqueous solution having a pH of 10.5 was prepared by adding NaOH to pure water. The oxidation-reduction potential of the electrolyte is -0.1
It is in a direction more base than V and shows strong reducing properties. Thus, an alkaline reducing electrolyte was obtained without adding a counter ion.

【0036】ハンダ付けしたプリント基盤を対象にこの
電解液の洗浄効果を確認した。約50×50mmの一つ
のプリント基盤をタンク2の中でpH10の電解液に3
0秒間浸漬し、他のプリント基盤は1MΩ/cmの抵抗
の純水中に同じく30秒間浸漬した。浸漬後を各々のプ
リント基盤の表面を純水で流し洗いした。この流し洗い
した廃液の電導度を測定することによりプリント基盤表
面に残留したイオンの量を評価した。図9に流し洗いの
回数と廃液の電導度との関係を示す。図中曲線1はプリ
ント基盤を純水に浸漬した場合で、曲線2はプリント基
盤を電解液に浸漬した場合を示す。図からわかるように
電解液に浸漬した方が廃液の電導度が速やかに小さくな
る。このことから電解液は純水より洗浄効果が高いこと
がわかる。
The cleaning effect of this electrolytic solution was confirmed for a printed substrate soldered. One printed board of about 50 × 50 mm was placed in an electrolyte of pH 10 in a tank 2 for 3 hours.
The other printed circuit boards were immersed in pure water having a resistance of 1 MΩ / cm for 30 seconds. After immersion, the surface of each printed circuit board was rinsed with pure water. The amount of ions remaining on the surface of the print substrate was evaluated by measuring the conductivity of the waste liquid that had been washed off. FIG. 9 shows the relationship between the number of times of washing and the conductivity of the waste liquid. In the figure, curve 1 shows the case where the printed board is immersed in pure water, and curve 2 shows the case where the printed board is immersed in the electrolytic solution. As can be seen from the figure, the conductivity of the waste liquid decreases rapidly when immersed in the electrolytic solution. This indicates that the electrolytic solution has a higher cleaning effect than pure water.

【0037】試験例4 図2の電解槽においてアノード極とカソード極に80メ
ッシュで寸法が80×60mmの白金を、イオン交換膜
としてナフィオン117を用い、中間室にナフィオンN
R50を160g充填した。この例ではナフィオン11
7とカソード極の間に四フッ化エチレン樹脂性で100
メッシュの網をスペーサーとして挿入した。この電解槽
を図6に示すワンスルー方式の装置に組み込んだタンク
にガラス電極と白金電極を浸漬し、電解液のpHと酸化
還元電位を測定した。電気抵抗16.5MΩ/cmの超
純水を流量1リットル/minで通水し、電解電流1.
5Aで定電流電解した。pHは9.5から10の間に入
り、酸化還元電位は約−0.8Vを示した。このように
スペーサーを挿入することにより、白金カソード極表面
におけるH イオンの吸着量を低減するとH Oの還
元分解が起こることが立証された。
Test Example 4 In the electrolytic cell shown in FIG. 2, platinum of 80 mesh and dimensions of 80 × 60 mm was used for the anode and cathode, Nafion 117 was used as the ion exchange membrane, and Nafion N was used for the intermediate chamber.
160 g of R50 were charged. In this example, Nafion 11
7 between the cathode and the cathode, 100
A mesh net was inserted as a spacer. A glass electrode and a platinum electrode were immersed in a tank in which this electrolytic cell was incorporated into a one-through system shown in FIG. 6, and the pH and the oxidation-reduction potential of the electrolytic solution were measured. Ultrapure water having an electric resistance of 16.5 MΩ / cm was passed at a flow rate of 1 liter / min, and an electrolytic current of 1.
Constant current electrolysis was performed at 5 A. The pH was between 9.5 and 10, and the oxidation-reduction potential was about -0.8V. It has been proved that the insertion of the spacer reduces the amount of H + ions adsorbed on the surface of the platinum cathode to cause reductive decomposition of H 2 O.

【0038】試験例5 図1の電解槽において、イオン交換膜に−SO NH
OH 0H NH基をもつ陰イオン交換膜を用い、
アノード極とカソード極に80メッシュで80×60m
mの白金を用いた。この電解槽を試験例2と同様に図3
に示す循環型の装置に組み込んだ。ただし、試験例2と
異なり、循環ラインにアノード室をつないだ。すなわち
アノード電解液を循環させた。タンクにガラス電極と白
金電極を浸漬した。
Test Example 5 In the electrolytic cell of FIG. 1, -SO 2 NH was added to the ion exchange membrane.
Using an anion-exchange membrane having OH 2 0H 2 NH 2 group,
80 × 60m with 80 mesh for anode and cathode
m of platinum was used. This electrolytic cell was used in the same manner as in Test Example 2 and FIG.
Was installed in the circulation type device shown in (1). However, unlike the test example 2, the anode chamber was connected to the circulation line. That is, the anode electrolyte was circulated. A glass electrode and a platinum electrode were immersed in the tank.

【0039】電気抵抗1MΩ/cmの純水を1リットル
/minの流量で循環し、0.5Aの電流で定電流電解
した。図10にpHの経時変化を示す。15分後にpH
は4.75に到達した。また酸化還元電位は+0.4V
と貴の方向にシフトし、酸性で酸化性の電解液が得られ
た。
Pure water having an electric resistance of 1 MΩ / cm was circulated at a flow rate of 1 liter / min, and was subjected to constant current electrolysis at a current of 0.5 A. FIG. 10 shows the change over time in pH. PH after 15 minutes
Reached 4.75. The oxidation-reduction potential is + 0.4V
And an acidic electrolyte solution was obtained.

【0040】試験例6 図2の電解槽において、アノード極とカソード極に80
メッシュで寸法80×60mmの白金を用い、中間室に
ナフィオンNR−50を約160g充填した。この例で
はアノード極とナフィオンNR−50の間のイオン交換
膜を除去し、カソード極とナフィオンNR−50の間の
みナフィオン117を挿入した。この電解槽を試験例
で用いた図7に示す装置に組み込んだ。ただし、試験例
2と異なり、アノード室をワンスルーのラインに継い
だ。具体的にはアノード室を33に、カソード室を35
とした。さらに中間室の出入口の弁48と47は閉にし
た。流量1リットル/minで16.5MΩ/cmの超
純水をワンスルーで電解槽に通し、電流1.5Aで定電
流電解した。タンク38にガラス電極と白金電極を入れ
てpHと酸化還元電位を測定した。pHは5〜4に低下
し、酸化還元電位は約0.45Vであった。単純に酸を
用いてpHを5〜4にしたとき、酸化還元電位は0.2
〜0.3Vである。電解液の電位はこの電位より貴の方
向にあり酸化性であることがわかる。さらに電解液から
が発生していたのでこの酸化還元電位にはO
寄与していると考えられる。
Test Example 6 In the electrolytic cell shown in FIG.
Approximately 160 g of Nafion NR-50 was filled in the intermediate chamber using platinum having a mesh size of 80 × 60 mm. In this example, the ion exchange membrane between the anode and Nafion NR-50 was removed, and Nafion 117 was inserted only between the cathode and Nafion NR-50. Test Example 2
It was incorporated into the device shown in FIG. However, unlike Test Example 2, the anode chamber was connected to a one-through line. Specifically, the anode chamber is 33 and the cathode chamber is 35
And Further, the valves 48 and 47 at the entrance and exit of the intermediate chamber were closed. Ultrapure water of 16.5 MΩ / cm was flowed through the electrolytic cell at a flow rate of 1 liter / min in a one-through manner, and was electrolyzed at a constant current of 1.5 A. The glass electrode and the platinum electrode were put in the tank 38, and the pH and the oxidation-reduction potential were measured. The pH dropped to 5-4 and the redox potential was about 0.45V. When the pH is simply adjusted to 5 to 4 using an acid, the oxidation-reduction potential becomes 0.2.
0.30.3V. It can be seen that the potential of the electrolyte is more noble than this potential and is oxidizing. Further, since O 3 was generated from the electrolytic solution, it is considered that O 3 contributed to this oxidation-reduction potential.

【0041】試験例7 スチレン系強酸性陽イオン交換樹脂IR−120B(オ
ルガノ社製)のイオン交換基(Na形)を、まず濃硫酸
を用いて−SO Naを−SO H形に変化させ、イ
オン交換樹脂は純水で充分洗浄した。最終洗浄液を10
0mlサンプリングし、これに0.01モル(M)の塩
化バリウムの水溶液を10cc添加したが沈澱の発生は
みられなかった。この結果からイオン交換樹脂から溶出
するSO 2−イオンは0.1ppm以下と判断され
る。
Test Example 7 The ion exchange group (Na form) of a strongly acidic styrene-based cation exchange resin IR-120B (manufactured by Organo) was first converted from -SO 3 Na to -SO 3 H form with concentrated sulfuric acid. Then, the ion exchange resin was sufficiently washed with pure water. 10 final washings
0 ml was sampled, and 10 cc of an aqueous solution of 0.01 mol (M) of barium chloride was added thereto, but no precipitation was observed. From this result, it is determined that the amount of SO 4 2- ions eluted from the ion exchange resin is 0.1 ppm or less.

【0042】イオン交換樹脂を5gとり、これを約1M
Ω/cmの純水にl00ccに添加し、10分間放置す
る。上澄み液をとり、ガラス電極でpHを測定したとこ
ろ3.6の値が得られた。上澄み液40mlに0.01
MのNaOH水を0.4ml添加したところガラス電極
のpHは6.3を示した。この結果から上澄み液の中に
イオンが存在していることがわかる。すなわち対
イオンを添加しないで酸性の液が得られたことになる。
これに30%のH を添加することにより、対イ
オンを添加しないで酸でかつ酸化性の液が得られる。
Take 5 g of ion exchange resin, and add about 1 M
Add 100 cc to Ω / cm pure water and leave for 10 minutes. The supernatant was taken and the pH was measured with a glass electrode. A value of 3.6 was obtained. 0.01 in 40 ml of supernatant
When 0.4 ml of M NaOH aqueous solution was added, the pH of the glass electrode was 6.3. From this result, it can be seen that H + ions are present in the supernatant. That is, an acidic liquid was obtained without adding a counter ion.
By adding 30% H 2 O 2 to this, an acid and oxidizing liquid can be obtained without adding a counter ion.

【0043】この液の効果を、ガラス表面に付着した指
紋の除去速度により評価した。前述の酸性の水40ml
に30%H を1g添加した液と、純水に30%
を1g添加した液を準備した。指紋をつけたガ
ラスを2枚用意し、各々の液に浸漬し、約1時間容器で
放置した。1時間表面の状況を観察したところ、酸性の
液に浸漬したガラスの表面の指紋は除去されるが、純水
の方は指紋が残留していた。これらの結果から酸性でか
つ酸化性の液の有効性が判断される。
The effect of this solution was evaluated by the speed of removing fingerprints attached to the glass surface. 40 ml of the above acidic water
Solution containing 1 g of 30% H 2 O 2 and 30% pure water
A liquid to which 1 g of H 2 O 2 was added was prepared. Two glasses with fingerprints were prepared, immersed in each liquid, and left in a container for about 1 hour. Observation of the surface condition for one hour revealed that the fingerprint on the surface of the glass immersed in the acidic liquid was removed, but the fingerprint remained on the pure water. From these results, the effectiveness of the acidic and oxidizing liquid is judged.

【0044】試験例8 図2の電解槽において、アノード極に80メッシュで、
寸法が80×60mmの白金を用い、カソード極には
験例2と同様に、表面層に約750℃で焼成したカーボ
ンを有するカーボン電極を用いて、隔膜としてナフィオ
ン117とナフィオン117より陰イオン排除能力の高
いナフィオン324の両方を重ねて用いた。中間室に
は、アンバーライトl5(オルガノ社製)を170g充
填した。この電解槽を図7に示す装置に組み込んだ。
Test Example 8 In the electrolytic cell shown in FIG.
Dimensions with platinum 80 × 60 mm, the cathode electrode trial
In the same manner as in Experimental Example 2, a carbon electrode having carbon fired at about 750 ° C. was used for the surface layer, and both Nafion 117 and Nafion 324 having higher anion elimination ability than Nafion 117 were used as a membrane. The intermediate chamber was filled with 170 g of Amberlite 15 (manufactured by Organo Corporation). This electrolytic cell was incorporated in the device shown in FIG.

【0045】図7における超純水製造装置36から、ポ
ンプ37を用いて電解槽のカソード室33に超純水を供
給する。カソード電解された液は、配管39を介してタ
ンク38に溜められる。オーバーフローした液は、配管
40を通じて排出される。中間室タンク41には、H
イオンをより多く供給するために、ポリアクリル酸を
0.0lM溶解させた液を入れる。なお、ポリアクリル
酸自体は、陽イオン交換膜により、カソード室ヘ移行す
ることはない。この液をN ガスボンベ42から配管
44を介し、バブラー43を用いてバブリングする。バ
ブリングして溶存酸素濃度(DO)を低減した液を、配
管46及び循環ポンプ45を用いて中間室に供給する。
Ultrapure water is supplied from the ultrapure water producing apparatus 36 shown in FIG. The solution subjected to cathodic electrolysis is stored in a tank 38 via a pipe 39. The overflowed liquid is discharged through the pipe 40. In the intermediate chamber tank 41, H +
In order to supply more ions, a solution in which polyacrylic acid is dissolved at 0.01M is added. The polyacrylic acid itself does not move to the cathode chamber by the cation exchange membrane. This liquid is bubbled from a N 2 gas cylinder 42 via a pipe 44 using a bubbler 43. The liquid in which the dissolved oxygen concentration (DO) has been reduced by bubbling is supplied to the intermediate chamber using the piping 46 and the circulation pump 45.

【0046】流量1リットル/minで、16.5MΩ
/cmの超純水を一方向になるようにして、カソード室
内に通水する。この状態で、電解電流0.25Aの定電
流解析を行った。中間室には、脱気したポリアクリル酸
水溶液を0.5リットル/minで通水した。タンク3
8に、ガラス電極と白金電極を挿入し、pHと酸化還元
電位を測定した。pHは5〜4に低下し、酸化還元電位
は約−0.7Vであった。中間室にポリアクリル酸溶液
を入れることにより、試験例2と比べより強い酸性の液
が得られた。
At a flow rate of 1 liter / min, 16.5 MΩ
/ Cm of ultrapure water is allowed to flow in the cathode chamber in one direction. In this state, a constant current analysis at an electrolytic current of 0.25 A was performed. A deaerated aqueous solution of polyacrylic acid was passed through the intermediate chamber at 0.5 L / min. Tank 3
8, a glass electrode and a platinum electrode were inserted, and the pH and the oxidation-reduction potential were measured. The pH dropped to 5-4 and the redox potential was about -0.7V. By placing the polyacrylic acid solution in the intermediate chamber, a stronger acidic liquid was obtained than in Test Example 2.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上で説明したように、本発明により、
Cl 、SO 2− 、NO などの陰イオンおよび
Na 、K などの陽イオンを用いずに酸化還元性能
を有する酸性またはアルカリ性の液を得ることができ
る。
As described above, according to the present invention,
An acidic or alkaline liquid having redox performance can be obtained without using anions such as Cl , SO 4 2− and NO 3 and cations such as Na + and K + .

【0048】また本発明により以下に挙げる効果が得ら
れる。
According to the present invention, the following effects can be obtained.

【0049】酸性で還元性の液は、金属表面の酸化被膜
または錆の溶解除去すること、シリコンウエハの酸化を
防止しながら表面を洗浄することなどに有効である。さ
らに大きな利点は洗浄後に金属の腐食を進行させるCl
イオンまたシリコン半導体の電子のトラップ源とな
る。Na 、K イオンなどの有害なイオンが残留し
ないので最終洗浄のため純水または超純水の使用量を低
減することが可能となる。酸性で酸化性の液は、シリコ
ンウエハ、ガラスなどの表面に付着した有機物の分解除
去に有効である。アルカリ性で還元性の液を用いるとプ
リント基盤などの表面に残留したCl イオンなどの
除去速度が単なる純水よりも大きくなる。このように電
解液を用いるとイオン性不純物の除去速度が大きくなり
冷却用水の低減が可能となる。
The acidic and reducing liquid is effective for dissolving and removing an oxide film or rust on a metal surface, and for cleaning a surface while preventing oxidation of a silicon wafer. An even greater advantage is that Cl can promote metal corrosion after cleaning.
It is a trap source for ions or electrons of silicon semiconductors; Since harmful ions such as Na + and K + ions do not remain, the amount of pure water or ultrapure water used for final cleaning can be reduced. The acidic oxidizing liquid is effective for decomposing and removing organic substances attached to the surface of a silicon wafer, glass, or the like. Cl remains on the surface, such as with the printed circuit board reducing the liquid alkaline - removal rate of such ion is greater than just pure water. When the electrolytic solution is used, the removal rate of the ionic impurities is increased, and the cooling water can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明で用いる電解槽の構成概要一例を示した
図、
FIG. 1 is a diagram showing an example of a configuration outline of an electrolytic cell used in the present invention,

【図2】本発明で用いる電解槽の構成概要を示した図、FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of an electrolytic cell used in the present invention;

【図3】試験例1で用いた試験装置の構成概要を示した
図、
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a test apparatus used in Test Example 1.

【図4】試験例1の結果を示した図、FIG. 4 is a diagram showing the results of Test Example 1,

【図5】試験例1の結果を示した図、FIG. 5 is a diagram showing the results of Test Example 1,

【図6】試験例2で用いた電解槽に組み込むカーボン電
極を示した図、
FIG. 6 is a diagram showing a carbon electrode incorporated in the electrolytic cell used in Test Example 2,

【図7】試験例2で用いた試験装置の構成概要を示した
図、
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a test apparatus used in Test Example 2;

【図8】試験例3の結果を示した図、FIG. 8 is a diagram showing the results of Test Example 3,

【図9】試験例5の結果を示した図。FIG. 9 shows the results of Test Example 5.

【図10】試験例6の結果を示した図。FIG. 10 shows the results of Test Example 6.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…イオン交換膜、2…カソード極、3…アノード極、
4…電解槽、5…カソード室入、6…カソード室出口、
7…アノード室入口、8…アノード室出口、9…カソー
ド室、10…アノード室、11、12…イオン交換膜、
13…カソード極、14…アノード極、15…カソード
室入口、16…カソード室出口、17…アノード室入
口、18…アノード室出口、19…中間室入口、20…
中間室出口、21…カソード室、22…アノード室、2
3…中間室、25…電解槽、26…電解槽、27…カソ
ード室、28…アノード室、29…タンク、30…循環
ポンプ、31…配管、32…電解槽、33…カソード
室、34…中間室、35…アノード室、З6…超純水製
造装置、37…ポンプ、38…タンク、39…配管、4
0…廃液配管、41…脱気用タンク、42…窒素ボン
ベ、43…バブラー、44…窒素ガス配管、45…ポン
プ、46…配管、47…中間室入口、48…中間室出
口。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ion exchange membrane, 2 ... Cathode pole, 3 ... Anode pole,
4 ... electrolyzer, 5 ... into the cathode chamber, 6 ... outlet in the cathode chamber,
7 ... Anode compartment inlet, 8 ... Anode compartment outlet, 9 ... Cathode compartment, 10 ... Anode compartment, 11, 12 ... Ion exchange membrane,
13: cathode electrode, 14: anode electrode, 15: cathode chamber inlet, 16: cathode chamber outlet, 17: anode chamber inlet, 18: anode chamber outlet, 19: intermediate chamber inlet, 20 ...
Intermediate chamber outlet, 21: cathode chamber, 22: anode chamber, 2
3 ... Intermediate chamber, 25 ... Electrolyzer, 26 ... Electrolyzer, 27 ... Cathode, 28 ... Anode, 29 ... Tank, 30 ... Circulation pump, 31 ... Piping, 32 ... Electrolyzer, 33 ... Cathode, 34 ... Intermediate chamber, 35 Anode chamber, # 6 Ultrapure water production equipment, 37 Pump, 38 Tank, 39 Pipe, 4
0: Waste liquid pipe, 41: Degassing tank, 42: Nitrogen cylinder, 43: Bubbler, 44: Nitrogen gas pipe, 45: Pump, 46: Pipe, 47: Intermediate chamber inlet, 48: Intermediate chamber outlet.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−14232(JP,A) 特開 昭64−90088(JP,A) 特開 平3−39493(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C02F 1/46 C11D 7/02 H01L 21/304 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-61-14232 (JP, A) JP-A-64-90088 (JP, A) JP-A-3-39493 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) C02F 1/46 C11D 7/02 H01L 21/304

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 純水または超純水の電解で該電解水中に
イオンと酸化還元物質を生成する純水または超純
水を原水とする洗浄用水の製造方法であって、電解用の
隔膜構造物として陽イオン交換膜及び陽イオン交換樹脂
を、カソード極として600〜800℃で有機物を焼成
したカーボンを表面に保持する電極を用いて、H
オンと水素原子、水素分子または過酸化水素を生成する
純水または超純水を原水とする洗浄用水の製造方法。
Claims: 1. A method for electrolyzing pure water or ultrapure water into said electrolyzed water.
Pure water or ultra-pure water that generates H + ions and redox substances
A method for producing washing water using water as raw water, wherein a cation exchange membrane and a cation exchange resin are held as a diaphragm structure for electrolysis, and carbon obtained by calcining an organic substance at 600 to 800 ° C. as a cathode electrode is held on the surface. A method for producing cleaning water using, as raw water, pure water or ultrapure water that generates H + ions and hydrogen atoms, hydrogen molecules, or hydrogen peroxide using electrodes.
【請求項2】 純水または超純水の電解で該電解水中に
イオンと酸化還元物質を生成する純水または超純水
を原水とする洗浄用水の製造方法であって、電解用の隔
膜構造物として陽イオン交換膜及び陽イオン交換樹脂
を、アノード極として白金またはβ型酸化鉛を用いて、
とオゾン、酸素分子を生成する純水または超純水を
原水とする洗浄用水の製造方法。
2. A method for producing washing water using pure water or ultrapure water as raw water, which produces H + ions and an oxidation-reduction substance in the electrolytic water by electrolysis of pure water or ultrapure water, the method comprising: Using a cation exchange membrane and a cation exchange resin as a diaphragm structure, and platinum or β-type lead oxide as an anode,
A method for producing cleaning water using pure water or ultrapure water that generates H + , ozone, and oxygen molecules as raw water.
【請求項3】 請求項1又は2のいずれかにおいて、陰
イオンを添加せずに純水または超純水の電解で該電解水
中にH イオンと酸化還元物質を生成する純水または
超純水を原水とする洗浄用水の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein
Electrolysis of pure water or ultrapure water without adding ions
Pure water that produces H + ions and redox substances inside
A method for producing cleaning water using ultrapure water as raw water.
【請求項4】 請求項1又は2のいずれかにおいて、陽
イオンを添加せずに純水または超純水の電解で該電解水
中にOH イオンと酸化還元物質を生成する純水また
は超純水を原水とする洗浄用水の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein
Electrolysis of pure water or ultrapure water without adding ions
Pure water also generating ions and the oxidation-reduction substance - OH in
Is a method for producing cleaning water using ultrapure water as raw water.
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