JP4623307B2 - Electrolytic cell and sulfuric acid recycle type cleaning system using the electrolytic cell - Google Patents
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Description
この発明は、複数枚の電極間に電解液を通液しつつ通電して電気分解反応を生じさせ、その反応によって得られた有効成分を多く含んだ電解液を有効利用などする電解セルと、電解セルを用いて硫酸を電気分解し、生成される過硫酸を洗浄に供する硫酸リサイクル型洗浄システムに関するものである。 The present invention provides an electrolytic cell that causes an electrolysis reaction by energizing while passing an electrolytic solution between a plurality of electrodes, and effectively uses an electrolytic solution containing a large amount of active ingredients obtained by the reaction; The present invention relates to a sulfuric acid recycle type cleaning system in which sulfuric acid is electrolyzed using an electrolytic cell and persulfuric acid produced is used for cleaning.
超LSI製造工程におけるウエハ洗浄技術における、レジスト残渣、微粒子、金属および自然酸化膜などを剥離洗浄するプロセスでは、濃硫酸と過酸化水素の混合溶液(SPM)あるいは、濃硫酸にオゾンを吹き込んだ溶液(SOM)が多用されている。過酸化水素もしくはオゾンによって硫酸が酸化されてできる過硫酸が洗浄に役立つことが分かっている。SPMには、過硫酸が分解して減少する分を補うための過酸化水素水の補給が必要である。過酸化水素水中の水で希釈されるため、液組成を一定に維持することが難しく、所定時間もしくは規定の処理バッチ数毎に液が廃棄され、更新されている。このため多量の薬品を保管しなければならないという問題がある。一方のSOMでは液が希釈されることがなく、一般的にSPMより液更新サイクルを長くできるものの、オゾンによる過硫酸の生成効率が低く、洗浄効果においてはSPMよりやや劣る。また、これらの方法では、生成する過硫酸の濃度には限界があり、これが洗浄効果の限界につながっていた。
本願発明者等は、洗浄効果の高い過硫酸を連続して、しかも多量に供給し続ける技術を発明している。すなわち硫酸溶液を電解処理することで過硫酸を連続的に生成して硫酸をリサイクルする洗浄システムを開発した。
Concentrated sulfuric acid and hydrogen peroxide mixed solution (SPM) or solution in which ozone is blown into concentrated sulfuric acid in the process of peeling and cleaning resist residue, fine particles, metal and natural oxide film in wafer cleaning technology in VLSI manufacturing process (SOM) is frequently used. It has been found that persulfuric acid formed by oxidation of sulfuric acid by hydrogen peroxide or ozone is useful for cleaning. SPM requires replenishment of hydrogen peroxide water to compensate for the decrease in persulfuric acid decomposition. Since it is diluted with water in hydrogen peroxide water, it is difficult to maintain the liquid composition constant, and the liquid is discarded and renewed every predetermined time or every specified number of treatment batches. For this reason, there is a problem that a large amount of chemicals must be stored. On the other hand, the liquid does not dilute in one SOM, and the liquid renewal cycle can be generally longer than that of SPM. However, the generation efficiency of persulfuric acid by ozone is low, and the cleaning effect is slightly inferior to SPM. In these methods, the concentration of persulfuric acid produced has a limit, which has led to the limit of the cleaning effect.
The inventors of the present invention have invented a technique for continuously supplying persulfuric acid having a high cleaning effect continuously and in a large amount. That is, we developed a cleaning system that recycles sulfuric acid by continuously producing persulfuric acid by electrolytic treatment of sulfuric acid solution.
該洗浄システムでは、耐久性の観点からダイヤモンド電極の使用が望ましく、さらに装置のコンパクト化を図るため、電解処理を行う電解反応装置を小型にした電解セルの利用が望まれている。導電性ダイヤモンド電極を用いた電解セルは、従来から提案されており(例えば、特許文献1)、電極を対向配置し、その間隙に電解液を通液しつつ前記電極に通電することで電解反応を生じさせることができる。さらには、電解効率を上げるために、多くの電極板を用いた電解セルの使用が望まれている。
該電解セルの構成としては、例えば、容器の相対する1対の壁面に窓を設け、直流電源に接続した通電板との接触面に通電性ペーストで接合したダイヤモンド等の電極板をその1対の窓にシール材を挟んで取り付け、さらにそれらの電極間に複数の電極板を電極板間距離を1〜10mmほど絶縁材で保つ様に多層に並べ、その各電極間に電解液が通液できる構造が考えられる。一番外側の電極板の外面から通電板を経て直流電気を通電する時、中間に設けた電極板はバイポーラ電極として作用する。
As the structure of the electrolytic cell, for example, a pair of electrode plates made of diamond or the like, which are provided with windows on a pair of opposing wall surfaces of a container and joined with a conductive paste on a contact surface with a conductive plate connected to a DC power source, are used. A plurality of electrode plates are arranged between the electrodes in multiple layers so that the distance between the electrode plates is kept by an insulating material by about 1 to 10 mm, and the electrolyte is passed between the electrodes. Possible structures are conceivable. When direct current electricity is supplied from the outer surface of the outermost electrode plate through the current supply plate, the electrode plate provided in the middle acts as a bipolar electrode.
従来は、電解装置の用途として電解水生成など流量が大きくなかったため電解槽内の圧力としてはポンプ圧、せいぜい0.1MPa程度である。しかし、半導体製造においては製品の製造効率が非常に重要であり、電解槽に流入する量は非常に多く、そのため電解槽内の圧力も最大で0.4MPaに達することもあり得る。しかしながら前記したような従来型の電解セルは、電極板と通電板の接触面に通電性ペーストで接合した後、電極セル窓にシール材を挟んで取付けていただけで、電極板は窓の周辺部のみで支える構造となっている為、電極板の径と板厚により圧力が制限され大きな圧力を加えることができない。又、操作ミスで圧力が上昇した時、運転中に電極板が容易に割れてしまうという問題がある。
特にダイヤモンド電極のうち、基板上にダイヤモンド膜を積層させた後に基板を取り去った自立型電極は、金属電極と比べて強度が弱く、又、柔軟性がなく脆い為、大きな圧力が加わると、容易に割れてしまう。電極の周辺を固定しただけで、中央部に支えがない場合、サイズが大きくなればなるほど、また板厚が薄ければ薄くなるほど破損し易いことになる。
よって、従来型の電解セルでは耐圧性が十分でなく、電解液の流入圧が大きい使用状態では電極が破損してしまうおそれがある。特に、電極としてダイヤモンド電極を用いる場合、電極自体が高価であるため破損した場合の交換コストが他の電極に比べ非常に高額になってしまう。また、電解液として高濃度硫酸といった取扱上危険な化学物質を用いる場合には電極の破損によって電解液が漏洩するという危険性もある。そして何より電極破損によるスループットが低下するという問題がある。
Conventionally, since the flow rate was not large, such as the generation of electrolyzed water, as an application of the electrolysis apparatus, the pressure in the electrolytic cell is about 0.1 MPa at most. However, the production efficiency of the product is very important in semiconductor manufacturing, and the amount flowing into the electrolytic cell is very large, so that the pressure in the electrolytic cell can reach 0.4 MPa at the maximum. However, the conventional electrolytic cell as described above can be attached to the contact surface between the electrode plate and the current plate with a conductive paste and then attached to the electrode cell window with a sealing material sandwiched between them. Therefore, the pressure is limited by the diameter and thickness of the electrode plate, and a large pressure cannot be applied. Further, when the pressure increases due to an operation error, there is a problem that the electrode plate is easily cracked during operation.
In particular, among the diamond electrodes, the self-standing electrode that has been removed after laminating the diamond film on the substrate is weaker than the metal electrode and is not flexible and brittle. It will crack. If only the periphery of the electrode is fixed and the central part is not supported, the larger the size and the thinner the plate, the more likely it is to break.
Therefore, the conventional electrolytic cell does not have sufficient pressure resistance, and there is a possibility that the electrode may be damaged in a use state where the inflow pressure of the electrolytic solution is large. In particular, when a diamond electrode is used as an electrode, the electrode itself is expensive, so that the replacement cost when the electrode is damaged is very expensive compared to other electrodes. In addition, when a chemical substance that is dangerous in handling, such as high-concentration sulfuric acid, is used as the electrolytic solution, there is a risk that the electrolytic solution leaks due to breakage of the electrode. Above all, there is a problem that throughput due to electrode breakage is lowered.
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、従来型よりも耐圧性が高い電解セルを提供することで、電極破損を防止して電極交換コストの低減、電解液漏洩による危険性の回避、スループットの向上を図ることができる電解セルおよび該電解セルを用いた硫酸リサイクル型洗浄システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made against the background of the above circumstances, and by providing an electrolytic cell with higher pressure resistance than the conventional type, electrode breakage is prevented, electrode replacement costs are reduced, and there is a risk of electrolyte leakage. It is an object of the present invention to provide an electrolytic cell capable of avoiding and improving throughput and a sulfuric acid recycle type cleaning system using the electrolytic cell.
すなわち、本発明の電解セルのうち、請求項1記載の発明は、複数層の導電性ダイヤモンド電極と各電極の間に介在させる絶縁性のスペーサとを有し、前記両端の電極外側から圧縮固定された電極ユニットと、前記電極ユニットの両端の電極にそれぞれ接続された一対の通電体とを具備し、
前記スペーサは、厚みが電極間距離と同じで、互いに間隔を有して並列され、かつ両端部が互いに連結された複数の電極支持部と、該各電極支持部間にあって厚み方向に貫通した複数の電解液通液部と、前記スペーサに設けられ、前記電極支持部両端部の連結部分を通して各電解液通液部にそれぞれ連通する電解液導入口と電解液送出口とを有することを特徴とする。
That is, among the electrolytic cells of the present invention, the invention according to
The spacer has a thickness equal to the distance between the electrodes, is parallel to each other with an interval between them, and has a plurality of electrode support portions that are connected to each other at both ends, and a plurality of the electrode support portions that penetrate between the electrode support portions in the thickness direction. An electrolyte solution passage portion, and an electrolyte solution introduction port and an electrolyte solution delivery port that are provided in the spacer and communicate with each electrolyte solution passage portion through connection portions at both ends of the electrode support portion, respectively. To do.
請求項1記載の発明によれば、複数の電極がスペーサを介して圧縮固定されることから電極面積を十分に大きくすることができるとともに外側からの圧縮力で電極ユニットの強度が増し、耐圧性を向上させて電極の破損、電解液の漏洩を極力防止する。
耐圧性に優れた電解セルの電極として比較的脆い導電性ダイヤモンドでも、電極の破損を防止して交換コストの低減およびスループットの向上効果が得られる。なお薄型、自立型のダイヤモンド電極の場合であればさらに強度としては脆くなるので、より一層本発明による高い効果が得られる。
また、電極支持部によって隣接する電極が支持されて高い強度を保つことができ、それぞれの電解液通液部に対応した電解液導入口と電解液送出口とを通して電解液が円滑に通液される。一方、電解液導入口に導入された電解液は、電解液通液部を通液しつつ隣接する電極面に接触して電解反応が生じ、その後、電解液送出口から電解セル外に送出される。
なお、各電解液通液部と、電解液導入口および電解液送出口とは、一対一に対応する他、電解液導入口および電解液送出口が複数の電解液通液部に対応するものであってもよい。
According to the first aspect of the invention, since the plurality of electrodes are compressed and fixed via the spacers, the electrode area can be sufficiently increased, and the strength of the electrode unit is increased by the compressive force from the outside. To prevent electrode breakage and electrolyte leakage as much as possible.
Even a conductive diamond that is relatively brittle as an electrode of an electrolytic cell having excellent pressure resistance can prevent the electrode from being damaged, thereby reducing the replacement cost and improving the throughput. In the case of a thin and self-supporting diamond electrode, the strength is further fragile, so that the higher effect of the present invention can be obtained.
In addition, the electrode support portion supports the adjacent electrodes and can maintain high strength, and the electrolyte solution can be smoothly passed through the electrolyte solution introduction port and the electrolyte solution delivery port corresponding to each electrolyte solution passage portion. The On the other hand, the electrolytic solution introduced into the electrolytic solution introduction port is brought into contact with the adjacent electrode surface while passing through the electrolytic solution passage part, and an electrolytic reaction occurs, and thereafter, the electrolytic solution is sent out of the electrolytic cell from the electrolytic solution delivery port. The
In addition, each electrolyte solution passage part, and the electrolyte solution introduction port and the electrolyte solution delivery port correspond one-to-one, and the electrolyte solution introduction port and the electrolyte solution delivery port correspond to a plurality of electrolyte solution passage parts. It may be.
請求項2記載の電解セルの発明は、請求項1記載の発明において、前記電極ユニットは、前記両端の電極外側から通電体によって挟み込み圧縮固定されていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the electrolysis cell according to the first aspect, wherein the electrode unit is sandwiched and compressed and fixed by a current-carrying member from outside the electrodes at both ends.
請求項2記載の発明によれば、良好な通電性を保持した状態で電極ユニットを確実に固定して耐圧性を高めることができ、また電極と通電体との電気接触抵抗を小さくすることができる。 According to the second aspect of the present invention, it is possible to reliably fix the electrode unit in a state in which good electrical conductivity is maintained and to improve the pressure resistance, and to reduce the electrical contact resistance between the electrode and the electrical conductor. it can.
請求項3記載の電解セルの発明は、請求項2記載の発明において、前記通電体と両端の電極との間に、導電性繊維で作られた板状導電材が挟み込まれていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the electrolysis cell according to the second aspect, wherein a plate-like conductive material made of conductive fibers is sandwiched between the current-carrying body and the electrodes at both ends. And
請求項3記載の発明によれば、板状導電材の弾性力によって電極面に広く圧縮固定力が伝達され、また、通電体と電極との電気的な接続が確実になされ、電極ユニットと通電体との間の電気抵抗を飛躍的に低くすることができる。電極板と通電体の平面同士を例えば0.4MPa程度の面圧で押付けるだけでは表面粗さの頂点だけが接触するだけで接触面積が少ないが、中間に柔らかい金属繊維を敷くことで、接触面積が多くなることが期待される。 According to the third aspect of the present invention, the compressive fixing force is widely transmitted to the electrode surface by the elastic force of the plate-like conductive material, and the electrical connection between the energization body and the electrode is ensured, and the electrode unit and the energization The electrical resistance between the body can be drastically reduced. For example, just pressing the electrode plates and the current-carrying planes with a surface pressure of about 0.4 MPa reduces the contact area by touching only the top of the surface roughness, but by placing a soft metal fiber in the middle, contact It is expected that the area will increase.
請求項4記載の電解セルの発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の発明において、前記電解液通液部は、前記電解液導入口から前記電解液送出口に至る通液方向に沿って伸長していることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the electrolytic cell according to any one of the first to third aspects, wherein the electrolytic solution passing portion is in a flowing direction from the electrolytic solution introduction port to the electrolytic solution delivery port. It is characterized by extending along.
請求項4記載の発明によれば、電解液導入口から電解液送出口に至るまで、電解通液部を通して電解液が円滑に通液されつつ電解される。 According to the fourth aspect of the present invention, electrolysis is performed while the electrolyte solution is smoothly passed through the electrolytic solution passing portion from the electrolyte solution introduction port to the electrolyte solution delivery port.
請求項5記載の電解セルの発明は、請求項1〜4のいずれかに記載の発明において、前記スペーサが前記電解液送出口が上方になる方向に設置され、電解ユニット内のガスが電解セル外に抜ける構造としたことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the electrolytic cell according to any one of the first to fourth aspects, wherein the spacer is installed in a direction in which the electrolytic solution delivery port faces upward, and the gas in the electrolytic unit is an electrolytic cell. It is characterized by a structure that can be pulled out.
請求項5記載の発明によれば、電解によって副生される水素ガスなどのガスが、電解液の送出とともに電解液送出口を通して電解セル外部に容易に排出される。これにより生成ガスが電解ユニット内に滞留して内圧の上昇や電解効率の低下を招くことを防止する。 According to the fifth aspect of the present invention, gas such as hydrogen gas by-produced by electrolysis is easily discharged to the outside of the electrolytic cell through the electrolytic solution delivery port as the electrolytic solution is delivered. This prevents the product gas from staying in the electrolysis unit and causing an increase in internal pressure and a decrease in electrolysis efficiency.
請求項6記載の電解セルの発明は、請求項1〜5のいずれかに記載の発明において、前記電極ユニットの一方端または両端の電極の外側に、該電極を弾性力によって内側に押圧する第1の弾性部材が設けられていることを特徴とする。
The invention of an electrolysis cell according to
請求項6記載の発明によれば、第1の弾性部材によって電極ユニットに内側に向けた弾性力が常時作用して、電極ユニットの強度を高めるとともに、電極の経時的な変形や一時的な変形に際しても弾性力によって安定した圧縮固定力を付与することができる。また、電極が外側に変形する応力が加わる際には、電極を支持して電極に過度な負荷が加わって破損するのを回避する。 According to the sixth aspect of the present invention, the first elastic member always applies an inward elastic force to the electrode unit to increase the strength of the electrode unit, and the electrode is deformed over time or temporarily. In this case, a stable compression / fixing force can be applied by the elastic force. In addition, when a stress that deforms the electrode to the outside is applied, the electrode is supported and an excessive load is applied to the electrode to avoid damage.
請求項7記載の電解セルの発明は、請求項6記載の発明において、前記電極ユニットは、外周外側に、該電極ユニットを弾性力によって内側に押圧する第2の弾性部材が設けられ、外周外側から前記第2の弾性部材により押圧力を受け、かつ、内周側で前記第1の弾性部材による押圧力を受けて固定されていることを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the electrolysis cell according to the sixth aspect , wherein the electrode unit is provided with a second elastic member that presses the electrode unit inward by elastic force on the outer periphery, The second elastic member is fixed by receiving a pressing force from the second elastic member and receiving a pressing force by the first elastic member on the inner peripheral side.
請求項7記載の発明によれば、外周外側から第2の弾性部材によって押圧力を受けるとともに、内周側では第1の弾性部材によって押圧力を受けることで、圧縮力のバランスをとることができ、電極面の広い範囲に亘って圧縮固定力を作用させて面方向でできるだけ均等な強度を確保する。 According to the seventh aspect of the invention, the compressive force can be balanced by receiving the pressing force from the outer peripheral side by the second elastic member and receiving the pressing force by the first elastic member on the inner peripheral side. It is possible to ensure a uniform strength as much as possible in the surface direction by applying a compression fixing force over a wide range of the electrode surface.
請求項8記載の電解セルの発明は、請求項1〜7のいずれかに記載の発明において、硫酸電解用に用いられるものであることを特徴とする。
The invention of the electrolytic cell according to
請求項8記載の発明では、強度が十分な電解セルによって硫酸電解液を安全に電解反応させることができる。
In the invention according to
請求項9記載の電解セルを用いた硫酸リサイクル型洗浄システムの発明は、過硫酸溶液を洗浄液として被洗浄材を洗浄する洗浄装置と、本発明の電解セルを備え、該電解セルにおける電解反応によって前記被洗浄材の洗浄廃液に含まれる硫酸イオンから過硫酸イオンを生成して過硫酸溶液を再生する電解反応装置と、前記洗浄装置と電解反応装置との間で、前記過硫酸溶液を循環させる循環ラインとを備えることを特徴とする。 The invention of the sulfuric acid recycling type cleaning system using the electrolytic cell according to claim 9 comprises a cleaning device for cleaning a material to be cleaned using a persulfuric acid solution as a cleaning liquid, and the electrolytic cell of the present invention, and by an electrolytic reaction in the electrolytic cell. The persulfuric acid solution is circulated between an electrolysis reaction device that generates persulfate ions from sulfate ions contained in the cleaning waste liquid of the material to be cleaned to regenerate the persulfuric acid solution, and the cleaning device and the electrolysis reaction device. And a circulation line.
請求項9記載の硫酸リサイクル型洗浄システムによれば、耐圧性に優れた電解セルを用いて十分な量の溶液を電解反応しつつ洗浄に供することができ、効率的な処理を行うことが可能になる。そして硫酸リサイクル型洗浄システムが抱えるリスクを低減することができる。つまり運転中にダイヤモンド電極が破損するおそれを小さくして、電極破損によるスループットの低下、高価なダイヤモンド電極の交換、高温濃硫酸の漏洩の危険性といった問題を解消する。 According to the sulfuric acid recycle type cleaning system according to claim 9, a sufficient amount of solution can be subjected to cleaning while performing an electrolytic reaction using an electrolytic cell having excellent pressure resistance, and efficient processing can be performed. become. And the risk which a sulfuric acid recycle type washing system has can be reduced. That is, the risk of damage to the diamond electrode during operation is reduced, and problems such as a decrease in throughput due to electrode breakage, replacement of expensive diamond electrodes, and risk of leakage of high-temperature concentrated sulfuric acid are solved.
本発明の硫酸リサイクル型洗浄システムは、上記のように半導体産業におけるシリコンウエハなどの基板上に付着した汚染物を高濃度硫酸溶液で洗浄剥離するプロセスに使用することができる。アッシングプロセスなどの前処理工程を省略してレジスト剥離・酸化効果を高めるために過硫酸溶液を10℃から90℃の温度範囲で電解反応装置によってオンサイト製造することができ、硫酸溶液を繰り返し利用して外部からの過酸化水素やオゾンなどの薬液添加を必要としない洗浄システムに適用される。
この洗浄システムの概略を以下に述べる。1)高濃度硫酸溶液から過硫酸溶液を製造する電解反応装置、2)シリコンウエハ、液晶用ガラス基板、フォトマスク基板など電子材料基板を洗浄する洗浄装置、3)高濃度硫酸溶液を循環させるポンプや配管で構成される循環ラインを備え、さらに所望により、4)電解反応装置からの送り液と洗浄槽からの戻り液の熱を回収する熱交換器、5)電解反応装置出口において気液分離して、水素を燃焼させる触媒処理装置などを有する。
The sulfuric acid recycle type cleaning system of the present invention can be used in the process of cleaning and peeling off contaminants attached to a substrate such as a silicon wafer in the semiconductor industry with a high concentration sulfuric acid solution as described above. Persulfuric acid solution can be produced on-site by electrolytic reactor in the temperature range from 10 ℃ to 90 ℃ in order to improve resist stripping and oxidation effect by omitting pretreatment process such as ashing process. Therefore, it is applied to a cleaning system that does not require the addition of chemicals such as hydrogen peroxide and ozone from the outside.
An outline of this cleaning system will be described below. 1) Electrolytic reaction device for producing persulfuric acid solution from high concentration sulfuric acid solution 2) Cleaning device for cleaning electronic material substrate such as silicon wafer, glass substrate for liquid crystal, photomask substrate 3) Pump for circulating high concentration sulfuric acid solution And, if desired, 4) a heat exchanger that recovers the heat of the feed liquid from the electrolytic reactor and the return liquid from the washing tank, and 5) gas-liquid separation at the outlet of the electrolytic reactor And a catalyst processing apparatus for burning hydrogen.
洗浄液となる硫酸の濃度は、電解による過硫酸生成効率とレジスト除去効果に大きな影響を与える。硫酸濃度を4〜7M程度にすると電解による過硫酸生成効率は向上するが、レジストの剥離溶解効果は低下する。そこで、発明者らは種々実験を繰り返し、硫酸濃度が8〜18Mの範囲が適切であることを見出した。
電解反応装置では、高濃度硫酸溶液を電解し、洗浄効果を高める過硫酸を生成する。溶液温度が低いほど過硫酸生成効率が高いことから、過硫酸を生成するときの電解温度は10〜90℃で、好ましくは40〜80℃の範囲で行う。このような電解反応装置内の電極材料として、陽極として白金電極を用いた場合では、過硫酸を効率的に製造することができず、白金が溶出するという問題がある。そこで、導電性ダイヤモンド電極によって、硫酸から過硫酸を製造することは、電流密度を0.2A/cm2程度にした場合については報告されている(Ch.Comninellis et al.,Electrochemical and Solid−State Letters, Vol.3(2)77−79(2000)、特表2003−511555)。なお、金属等の基板にダイヤモンド薄膜を担持した電極ではダイヤモンド膜の剥離が生じて、作用効果が短期間で消失する場合があるという問題があるので、基板上に析出させた後に基板を取り去った自立型導電性ダイヤモンド電極が望ましい。なお、導電性ダイヤモンド薄膜は、合成の際にボロンまたは窒素の所定量をドープして導電性を付与したものであり、通常はボロンドープしたものが一般的である。これらのドープ量は、少なすぎると技術的意義が発生せず、多すぎてもドープ効果が飽和するため、ダイヤモンド薄膜の炭素量に対して、50〜20,000ppmの範囲のものが適している。
電解反応装置における電解処理は、電極表面の電流密度を10〜100,000A/m2とし、硫酸溶液を電極面と平行方向に、通液線速度を1〜10,000m/hで接触処理させることが望ましい。
The concentration of sulfuric acid used as a cleaning solution greatly affects the persulfuric acid production efficiency by electrolysis and the resist removal effect. When the sulfuric acid concentration is about 4 to 7M, the persulfuric acid production efficiency by electrolysis is improved, but the resist peeling and dissolving effect is lowered. Therefore, the inventors repeated various experiments and found that a sulfuric acid concentration in the range of 8 to 18M was appropriate.
In the electrolytic reaction apparatus, a high-concentration sulfuric acid solution is electrolyzed to produce persulfuric acid that improves the cleaning effect. Since the persulfuric acid production efficiency is higher as the solution temperature is lower, the electrolysis temperature when producing persulfuric acid is 10 to 90 ° C., preferably 40 to 80 ° C. When a platinum electrode is used as the anode material as an electrode material in such an electrolytic reaction apparatus, persulfuric acid cannot be produced efficiently, and platinum is eluted. Thus, it has been reported that persulfuric acid is produced from sulfuric acid using a conductive diamond electrode when the current density is about 0.2 A / cm 2 (Ch. Cominellis et al., Electrochemical and Solid-State). Letters, Vol. 3 (2) 77-79 (2000), Special Table 2003-511555). In the case of an electrode having a diamond thin film supported on a metal substrate or the like, there is a problem in that the diamond film peels off and the action effect may disappear in a short period of time, so the substrate is removed after being deposited on the substrate. A free standing conductive diamond electrode is desirable. In addition, the conductive diamond thin film is obtained by doping a predetermined amount of boron or nitrogen at the time of synthesis to impart conductivity, and generally boron doped. If the doping amount is too small, technical significance does not occur. If the doping amount is too large, the doping effect is saturated. Therefore, a doping amount in the range of 50 to 20,000 ppm with respect to the carbon amount of the diamond thin film is suitable. .
The electrolytic treatment in the electrolytic reactor is performed by contacting the electrode surface with a current density of 10 to 100,000 A / m 2 , contacting the sulfuric acid solution in a direction parallel to the electrode surface, and a liquid flow rate of 1 to 10,000 m / h. It is desirable.
洗浄装置は枚葉式、バッチ式のいずれでも良いが、該洗浄装置では電子基板の洗浄時にレジスト等汚染物の剥離溶解に伴い洗浄液中に溶解性のTOCが発生する。このとき、洗浄液のTOCを効率良く除去し、電子基板材料への有機物の再付着を防ぐ必要があるため、TOC生成速度(g/L/hr)に対して電解反応装置での過硫酸生成速度(g/L/hr)が10倍から500倍となるように電解条件を設定することが好ましい。
洗浄温度は、その温度が高いほどレジスト等有機物の除去効果が高く、一般的に100〜150℃で洗浄することが多い。したがって、本発明では、電解反応装置から洗浄装置への送り液と洗浄装置から電解反応装置への戻り液を熱交換することが望ましい。電解反応装置から排出されるガスは、溶液中に含まれる水の電解によるものであり、陰極から水素が陽極から酸素が発生する。これらが、配管内で、混合した状態で流動するので、溶液と配管内で発生する静電気などにより引火したり、爆発したりする。本発明では、電解セル直後の配管途中に水素の爆発限界を下回る様に空気又は窒素を供給し、電解液と希釈ガスを分離する気液分離器を設け、電解液のみを配管で次工程に通液する。希釈ガスはミストセパレータを通して、大気開放するか触媒による燃焼装置で処理する。
The cleaning apparatus may be either a single wafer type or a batch type. However, in the cleaning apparatus, a soluble TOC is generated in the cleaning liquid along with the separation and dissolution of contaminants such as resist when the electronic substrate is cleaned. At this time, since it is necessary to efficiently remove the TOC of the cleaning liquid and prevent the organic substance from reattaching to the electronic substrate material, the persulfuric acid production rate in the electrolytic reaction apparatus with respect to the TOC production rate (g / L / hr) The electrolysis conditions are preferably set so that (g / L / hr) is 10 to 500 times.
The higher the temperature, the higher the effect of removing organic substances such as resist, and generally the cleaning is often performed at 100 to 150 ° C. Therefore, in the present invention, it is desirable to exchange heat between the feed liquid from the electrolytic reaction apparatus to the cleaning apparatus and the return liquid from the cleaning apparatus to the electrolytic reaction apparatus. The gas discharged from the electrolytic reaction apparatus is due to electrolysis of water contained in the solution, and hydrogen is generated from the cathode and oxygen is generated from the anode. Since these flow in the pipe in a mixed state, they ignite or explode due to static electricity generated in the solution and the pipe. In the present invention, air or nitrogen is supplied in the middle of the piping immediately after the electrolytic cell so as to be below the explosion limit of hydrogen, and a gas-liquid separator for separating the electrolytic solution and the diluted gas is provided. Pass the liquid. The dilution gas is released into the atmosphere through a mist separator or processed with a catalytic combustion apparatus.
以上説明したように、本発明の電解セルによれば、複数層の導電性ダイヤモンド電極と各電極の間に介在させるスペーサとを有し、前記両端の電極外側から圧縮固定された電極ユニットと、前記電極ユニットの両端の電極にそれぞれ接続された一対の通電体とを具備し、前記スペーサは、厚みが電極間距離と同じで、互いに間隔を有して並列され、かつ両端部が互いに連結された複数の電極支持部と、該各電極支持部間にあって厚み方向に貫通した複数の電解液通液部と、前記スペーサに設けられ、前記電極支持部両端部の連結部分を通して各電解液通液部にそれぞれ連通する電解液導入口と電解液送出口とを有するので、導電性ダイヤモンド電極を用いた電極ユニットの耐圧性が向上し、十分な圧力、流量で電解液を通液して効率的に電解反応させることができる。また、耐圧性の向上によって導電性ダイヤモンド電極の破損が極力防止され、電極の交換コストの増大や、交換に伴うスループットの低下を回避できるという効果がある。薄型で脆い自立型ダイヤモンド電極を用いた電解セルでも大流量の電解液を処理することができる。 As described above, according to the electrolysis cell of the present invention, the electrode unit having a plurality of layers of conductive diamond electrodes and spacers interposed between the electrodes, and compressed and fixed from outside the electrodes at both ends, A pair of current-carrying members respectively connected to the electrodes at both ends of the electrode unit, the spacer having the same thickness as the inter-electrode distance, arranged in parallel with a distance from each other, and both ends connected to each other A plurality of electrode support portions, a plurality of electrolyte solution passage portions that are provided between the electrode support portions and penetrated in the thickness direction, and are provided in the spacer, and each electrolyte solution passage portion is connected to the both ends of the electrode support portions. Electrode solution inlet port and electrolyte solution outlet port that communicate with each part improve the pressure resistance of the electrode unit using conductive diamond electrodes, and efficiently pass the electrolyte solution with sufficient pressure and flow rate Electrolysis It is possible to respond. Further, the improvement of the pressure resistance prevents the conductive diamond electrode from being damaged as much as possible, and there is an effect that an increase in electrode replacement cost and a decrease in throughput due to the replacement can be avoided. Even in an electrolytic cell using a thin and brittle self-supporting diamond electrode, a large flow rate of the electrolytic solution can be processed.
また、本発明の電解セルを用いた硫酸リサイクル型洗浄システムによれば、過硫酸溶液を洗浄液として被洗浄材を洗浄する洗浄装置と、請求項1〜8のいずれかに記載の電解セルを備え、該電解セルにおける電解反応によって被洗浄材の洗浄廃液に含まれる硫酸イオンから過硫酸イオンを生成して過硫酸溶液を再生する電解反応装置と、前記洗浄装置と電解反応装置との間で、前記過硫酸溶液を循環させる循環ラインとを備えるので、効率的に高濃度硫酸溶液を電解して、長期間にわたり過硫酸を生成させることができる。また、これを洗浄液として半導体ウエハなどの基板上に付着した汚染物、主には有機物を剥離・酸化を効果的に除去できる。
特に、半導体産業において、シリコンウエハなどの基板上に付着した汚染物を高濃度硫酸溶液で洗浄剥離するプロセスに好適なものであって、アッシングプロセスなどの前処理工程を省略してレジスト剥離・酸化効果を高めるために過硫酸溶液を10℃から90℃の温度範囲で前記電解セルによってオンサイト製造し、硫酸溶液を繰り返し利用して外部からの過酸化水素やオゾンなどの薬液添加を必要としない洗浄システムを構築することができる。
Moreover, according to the sulfuric acid recycle type cleaning system using the electrolytic cell of the present invention, the cleaning apparatus for cleaning a material to be cleaned using a persulfuric acid solution as a cleaning liquid and the electrolytic cell according to any one of
In particular, in the semiconductor industry, it is suitable for the process of cleaning and removing contaminants adhering to a substrate such as a silicon wafer with a high-concentration sulfuric acid solution. In order to enhance the effect, a persulfuric acid solution is produced on-site by the electrolysis cell in a temperature range of 10 ° C. to 90 ° C., and a chemical solution such as hydrogen peroxide or ozone is not required from the outside by repeatedly using the sulfuric acid solution. A cleaning system can be constructed.
以下に、本発明の電解セルの一実施形態を説明する。先ず、電極ユニット1を図1、2に基づいて説明する。
電解ユニット1を構成する電極として方形状の複数枚のダイヤモンド電極2…2を用意する。該ダイヤモンド電極2は、基板状にダイヤモンド薄膜を形成するとともに、該ダイヤモンド薄膜の炭素量に対して、好適には50〜20,000ppmの範囲でボロンをドープすることにより製造し、好適には薄膜形成後に基板を取り去って自立型とする。
Below, one Embodiment of the electrolysis cell of this invention is described. First, the
A plurality of
さらに該ダイヤモンド電極2と外形形状を同じにし、絶縁性、耐食性を有する素材(例えばポリテトラフルオロエチレン製)からなるスペーサ3を用意する。該スペーサ3は、電極間の間隙に合わせた肉厚を有する細幅部が幅方向の両端と、それから等間隔の間隙を有して、縦方向に沿って平行に合計で5本が並列されており、それらが電極支持部301…301を構成している。また、各電極支持部301、301間は、上下端部を除いて厚さ方向に貫通しており、該貫通部分で電解液通液部302…302が構成されている。電極支持部301の幅や間隔は適宜設定することができるが、電極支持部301、301間の間隔は、電解液通液部302の幅となるので、必要な電極との接液面積と電極支持部301による支持力とを考慮して定めることが必要である。電解液通液部302の下方部は、電極支持部301と同じ肉厚を有しており、その中央部に下端から電解液通液部302に連通する貫通孔が形成されており、該貫通孔によって電解液導入口302aが構成されている。
Further, a
また、電解液通液部302の上方部は、電極支持部301の数分の1の肉厚からなる仕切片303が肉厚方向中央に沿って形成されており、該仕切片303の表裏面側空間がそれぞれ電解液送出口302bを構成している。仕切片303は、電解液送出口の機能のみを考慮すれば不要であるが、電極支持部同士を連結することでスペーサ3の保型性を確保している。
なお、上記電解液導入口302aは、断面積を比較的小さくすることで、該電解液導入口302aに至る電解液の内圧を高めて、各電解液導入口302aから各電解液通液部302に至る電解液量が同等になるように設定されている。
上記スペーサ3…3は、電解液導入口302aが下方に位置し、電解液送出口302bが上方に位置するようにして、各ダイヤモンド電極2、2の間に設置して、電極ユニット1を構成する。
In addition, a
The electrolytic
The
次に、上記電極ユニット1の電解セル100への組み付けについて図3〜図5に基づいて説明する。
上記電極ユニット1の両端のダイヤモンド電極2、2両側に挟み込む銅合金板製の通電体4、4は、ダイヤモンド電極2と相似形状で方形状に小さく形成されており、その外側面には、本発明の第1の弾性部材としての加圧スプリングの一端を収納するスプリング収納凹部4a…4aが等間隔の3行×3列の位置において中央部を除いて形成されており、中央部には、通電棒5がねじ込み固定されている。通電棒5と外部電源(図示しない)は、着脱が容易なプラグインコネクタを使用するものとする。
Next, assembly of the
The
なお、電極ユニット1の両端のダイヤモンド電極2と上記通電体4との間には、薄板状で通電体4と同じ外形形状を有する銅製の導電性繊維を焼結した板状導電材6が挟み込まれている。該板状導電材6は、厚み方向においても弾性を有している。上記のように電極は角型材料をそのまま電極板として使用し、通電体及び導電性繊維スペーサも角型とした。これにより、次のような利点が生まれる。(a)電解面積が角型の1辺を直径とする丸型材料を使用するときより1.273倍広くなる。(b)後述する胴体を丸型で製作し、角型の電極との隙間を液入口、出口のヘッダとして利用できるので、電解セル制作費が安価となる。
In addition, between the
上記対の導電体4、4の外周側には、ポリテトラフルオロエチレン製で、前記導電体4が略隙間なく収まる4角穴を有するリング形状のカバー7がそれぞれ配置されており、該カバー7の外側には、カバー7と略同じ輪郭形状を有するカバー補強板8がねじ固定されている。なお、カバー7は、電極ユニット1の厚さに追従するべく、後述する胴体11とフランジ15との間において遊動式とする。電極2およびスペーサ3は作られるロットにより、また組立、再組立の回数により、僅かながらも寸法が異なってくるので、電極に押付ける構造において移動(遊動)可能な手段は必要不可欠なものとなる。
Ring-shaped
なお、カバー7の内面と電極ユニット1の両端のダイヤモンド電極2の外面との間には、ダイヤモンド電極2の輪郭内側に沿ってOリング10が配設されて電解液の液漏れが防止されている。さらに、両側の上記カバー7およびカバー補強板8の外周側には、両側のカバー補強板8、8を覆ってさらに外側に突出するリング形状のポリテトラフルオロエチレン製胴体11が外装されている。カバー7の外周面と胴体11の内周面との間にもOリング14が配設されて電解液の液漏れが防止されている。なお、上記電極をシールするOリングが配置されるOリング溝は、Oリング溝が下を向いてもOリングが落下しない蟻溝式とするのが望ましい。
An O-
上記胴体11は、両側のカバー7、7間に、電極ユニット1と略同じ厚さで、該電極ユニット1の厚さよりも僅かに薄い厚さで、内側に突出する環状突部12が形成されており、該環状突部12は、前記電極ユニット1が内接するよりも僅かに内側に達する高さを有しており、電極ユニット1の角部と干渉する位置には電極ユニット収納溝12a…12aが軸方向に沿って切り欠き形成されている。電解セルの組み立てに際し、電極ユニット1をこの電極ユニット収納溝12aに合わせてセットすることができ、位置合わせが容易かつ確実に行える。
また、胴体11の径方向対向位置には、前記スペーサの電解液導入口302aが位置する側に電解液導入穴13aが内外周に貫通するように形成され、前記スペーサの電解液送出口302bが位置する側に電解液送出穴13bが内外周に貫通するように形成されている。上記により、電解液導入穴13a側において環状突部12と電極ユニット1との間に電解液導入側ヘッダ空間14aが確保され、電解液送出穴13b側において環状突部12と電極ユニット1との間に電解液送出側ヘッダ空間14bが確保されている。
The
Further, at the position facing the
さらに、上記したカバー補強板8および胴体11の軸方向外側には、胴体11よりも大径なフランジ15、15が配置されており、胴体11の外周側において両フランジ15、15が周方向に同間隔でスタッドボルト17とコイルスプリング21とナット18とによって締め付け固定されている。上記した胴体11と両フランジ15、15とは、組み付けた際に僅かな隙間を有しており、上記コイルスプリング21は、弾性圧縮した状態でナット18とフランジ15の外面との間で締め付けられており、第2の弾性部材として弾性力が内側に作用して、フランジ15、カバー補強板8、カバー7を介して前記電極ユニット1に内側に向けた押圧力が加わっている。これにより上記した電極ユニット1が、遊動式のカバー補強板8およびカバー7によって圧縮固定される。圧縮力は、両端のダイヤモンド電極2から内側のスペーサ3における電極支持部301に伝達され、さらにその内側のダイヤモンド電極2へと順次伝わる。これにより各ダイヤモンド電極2は、各スペーサ3の各電極支持部301によって支持されることになる。なお、この実施形態では、一つのフランジ15側にコイルスプリング21、21を介設したが、それぞれのフランジ15、15側に同様にしてコイルスプリング15、15を介設するものであってもよい。
なお、上記フランジ15、15の中央部には貫通穴が形成されて前記した通電棒5が挿通している。
Further,
In addition, a through hole is formed in the center portion of the
また、前記通電体とフランジ15、15との間には、前記したスプリング収納凹部4a…4aに対応してコイルスプリング22…22が第1の弾性部材として圧縮状態で介設されている。これによりコイルスプリング22の弾性力が通電体4を介して電極ユニット1に伝えられ、電極ユニット1の内周側において圧縮固定がなされる。この圧縮力も前記と同様に、両端のダイヤモンド電極2からスペーサの電極支持部301を介して順次内側のダイヤモンド電極2へと伝わって各ダイヤモンド電極2がさらに強固に電極支持部301で支持されることになる。上記により電極ユニット1は、外周側からの圧縮力と、内周側からの圧縮力とがバランスよく加えられており、良好な耐圧性を示すに至る。また、上記圧縮力によって通電体4が電極2側に押し付けられて接触抵抗を小さくするとともに、その間に介在する板状導電材6の弾性力によってそれぞれ電極2と導電体4に効率よく面接触してさらに接触抵抗を小さくする。以上により本発明の電解セル100が構成されている。
In addition, coil springs 22... 22 are interposed between the current-carrying members and the
次に、上記電解セル100の動作について説明する。
上記した通電棒5、5の一方を正極、他方を負極にして、図示しない電源を接続して通電するとともに、電解液導入穴13aに電解液を送り込む。この際には、好適には、電解セル100は、電解液送出口302b側を上方にして配置する。
すると、該電解液は、電解液導入側ヘッダ空間14aに流入する。この際に、スペーサ3に設けられた電解液導入口302aは、電解液送出口302bに比べて十分に小さい(相対的に小さい)断面積で形成されており、電解液導入側ヘッダ空間14aの内圧が高まる。これにより各スペーサ3の電解液導入口302a…302aに略同じ流量で電解液が流入する。電解液導入口302aを通過した電解液は、続いて各電解液通液部302内に流入し、該電解液通液部302に沿って通液される。
Next, the operation of the
One of the current-carrying
Then, the electrolytic solution flows into the electrolytic solution introduction
電極ユニット1では、前記のように通電棒5、5によって通電されており、印加電圧は、通電体4、通電板6を通して電極ユニット1の両端のダイヤモンド電極2、2へと伝わる。この電圧印加によって内側にあるダイヤモンド電極2…2が分極し、所定の間隔で陽極、陰極が出現する。この結果、電解液通液部302を通液する電解液は、通電によって電解反応が生じる。例えば、硫酸溶液を電解液として通液すると、電解液中の硫酸イオンが酸化反応して過硫酸イオンが生成される。電解反応が生じた電解液は、電解液通液部302から電解液送出口302bを通過して電解液送出側ヘッダ空間14bに至り、さらに電解液送出穴13bを通して電解セル100外に送出される。なお、電解液送出口302bは、電解液導入口302aに比べて十分に大きい(相対的に大きい)断面積で形成されており、電解液が速やかに送出されるとともに、電解反応に伴って生成された水素などの副生ガスなどが電解液とともに円滑に抜き出される。
The
上記電解セル100では、各ダイヤモンド電極2…2は、面全体に亘って安定した圧縮固定力を受けており、高い強度を有している。また、電解液圧が変動してダイヤモンド電極2に変形力が生じる場合にも、圧縮力が加わった状態で電極の微小変形が許容され、電極の破損が一層確実に防止され、電極破損による交換作業も殆どなくなり良好なスループットが得られる。
In the
次に、上記電解セルを用いた硫酸リサイクル型洗浄システムの一実施形態について図6に基づいて説明する。
本発明の洗浄装置に相当する洗浄槽101には、電解反応装置が戻り管102と送り管104とによって接続されている。電解反応装置は、2つの電解セル100、100を並列に接続し、それぞれの電極には電解セル100、100が直列になるように直流電源108を接続することで構成されている。
Next, an embodiment of a sulfuric acid recycle type cleaning system using the electrolytic cell will be described with reference to FIG.
An electrolytic reaction apparatus is connected to a
戻り管102、送り管104は、それぞれ少なくとも内面がテトラフルオロエチレンで構成されており、戻り管102には過硫酸溶液を送液するための送液ポンプ105が介設されている。上記戻り管102、送り管104、送液ポンプ105によって、本願発明の循環ラインが構成されている。また、戻り管102と送り管104との間には、熱交換手段として熱交換器110が介設されており、該熱交換器110によって戻り管102を流れる溶液と送り管104を流れる溶液とが互いに熱交換可能になっている。なお、熱交換器110内の流路(図示しない)も少なくとも内面がテトラフルオロエチレンで構成されている。上記のように戻り管102、送り管104、熱交換器110の流路を過硫酸に対し耐性のあるテトラフルオロエチレンなどで構成することで、過硫酸による損耗を回避することができる。
The
また、前記洗浄槽101には、超純水を補給する超純水補給ライン111が取り付けられており、さらに収容した溶液を加熱するヒータ112を備えている。また電解セル100、100の出口にある送り管104に、ミストセパレータを含んだ気液分離装置130が介設されており、分離したガスは、触媒燃焼装置131に供給されて、水素を系外に排出しないように構成されている。
The
次に、上記硫酸リサイクル型洗浄システムの動作について説明する。
例えば、97%濃硫酸40L、超純水10Lの割合で調整した高濃度硫酸溶液を洗浄槽101に入れて、ヒーター112により130℃に加熱保持する。これを送液ポンプ105によって戻り管102を通して、電解セル100、100に送液する。この際に電解セル100、100の通液線速度が1〜10,000m/hrとなるように前記送液ポンプ105の出力を設定するのが望ましい。なお、電解セル100、100における通電では、ダイヤモンド電極表面での電流密度が10〜100,000A/m2となるように通電制御するのが望ましい。
Next, the operation of the sulfuric acid recycling type cleaning system will be described.
For example, a high-concentration sulfuric acid solution adjusted at a ratio of 40 L of 97% concentrated sulfuric acid and 10 L of ultrapure water is placed in the
電解セル100、100で通電されると、溶液中の硫酸イオンが酸化反応して過硫酸イオンが生成され過硫酸溶液120が再生される。この過硫酸溶液120は、送り管104を介して洗浄槽101へと送液され、洗浄槽101内において高濃度の過硫酸溶液120が得られる。なお、この際には、溶液はミストセパレータ130を通って電解などによって生じた水素などのガスが分離される。分離されたガスは触媒燃焼装置131で燃焼させて安全な排ガスを系外に排出する。
洗浄槽101内では、自己分解によって過硫酸イオン濃度が漸減するものの電解反応装置との間で溶液が循環し、電解セル100、100において電解されて過硫酸イオンが生成されることから、高い過硫酸イオン濃度が維持される。なお、この実施形態では、立ち上げ時に硫酸から過硫酸を製造する過程について説明したが、本発明としては、当初から過硫酸が用意されているものであってもよい。ただし、オンサイトで過硫酸を製造するという点では、電解セルを用いて過硫酸を製造することが有利である。
When the
In the
洗浄槽101内に被洗浄材である半導体ウエハ140を収容して洗浄を開始する。すると、洗浄槽101内では、半導体ウエハ140上の汚染物などが効果的に剥離除去され、過硫酸溶液120中に移行する。溶液中に移行した汚染物は過硫酸イオンによる高い酸化作用によって分解される。
The
また、過硫酸溶液120が洗浄槽101と電解反応装置との間で戻り管102、送り管104を移動する際に、洗浄槽101から電解反応装置に送られる溶液と、電解反応装置から洗浄槽101に送られる溶液との間で、熱交換器110において熱交換がなされる。洗浄槽101から送液される溶液は、洗浄に好適なように130℃程度に加熱されている。一方、電解反応装置から送液される溶液は、電解に好適な40℃程度の温度を有している。これら溶液が熱交換されることによって戻り管102を移動する溶液は40℃に近い温度に低下し、一方、送り管104を移動する溶液は、130℃に近い温度にまで加熱される。熱交換器110で熱交換され、戻り管102を移動する溶液は、その後、自然冷却によって次第に降温し、電解反応に好適な40℃程度の温度となる。なお、確実に温度を低下させたい場合には、電解セル100を水冷、空冷するなどして強制的に冷却する冷却手段を付設することもできる。熱交換器110で熱交換され、送り管104を移動する過硫酸溶液120は、洗浄槽101に送られ、洗浄槽101内に残存する過硫酸溶液107に混合される。洗浄槽101内の過硫酸溶液120の温度が低下した場合には、前記ヒータ112による加熱によって洗浄に最適な温度に昇温させることができる。上記のように、溶液は洗浄槽101から電解反応装置へ送られる際に冷却され、電解された後、電解反応装置から洗浄槽101へ戻される際に加温される。この1サイクルの中で冷却される熱量と加温される熱量はほぼ等しいため、高効率の熱交換器110を組み込み、放熱分程度について外部から熱エネルギーを加えることで、効率的に溶液の温度調整を行うことができる。
上記硫酸リサイクル型洗浄システムによって半導体ウエハ140の洗浄を行うことで、過酸化水素水やオゾンの添加を必要とすることなく、過硫酸溶液を繰り返し使用して過硫酸溶液を再生しつつ効果的な洗浄を継続することができる。
Further, when the
By cleaning the
次に、前記した電解セルの変更例について図7に基づいて説明する。
前記した実施形態では、スペーサにおける電解液導入口を十分に小さくすることで電解液導入口直前の内圧を高め、これにより各スペーサに同等の電解液が流入するようにしている。これは、電解液を電極ユニットに導入する際に、スペーサの幅方向において中央ほど電解液が流入しやすく、端部側ほど流入しづらくなって流入量に差が生じるのを避けるためである。
Next, a modified example of the electrolytic cell will be described with reference to FIG.
In the above-described embodiment, the internal pressure immediately before the electrolytic solution introduction port is increased by sufficiently reducing the electrolytic solution introduction port in the spacer so that the equivalent electrolytic solution flows into each spacer. This is because when introducing the electrolyte into the electrode unit, it is easier for the electrolyte to flow into the center in the width direction of the spacer, and it is difficult for the electrolyte to flow into the end side, thereby avoiding a difference in the amount of flow.
この目的を達成するためには、他の手段を講じることもできる。すなわち、図7(a)に示すように、中央側に位置する電解液導入口310aほど流路断面積を小さくし、端部側の電解液導入口311aほど流路断面積を大きくすることで幅方向の位置の違いによる流量の差を小さくすることができる。また、この他に、図7(b)に示すように各電解液通液部の電解液導入口の数を中央に近い電解通液部に対応する電解液導入口320aの数は少なく、外側の通液部に対応する電解液導入口321aの数は多くするようにしてもよい。
Other measures can be taken to achieve this goal. That is, as shown in FIG. 7A, the electrolyte cross-sectional area of the
また、一つの電解液通液部302においても、電解液導入口側では、該導入口の幅方向での遠近によって流量、通液線速度に差異が生じてくる。すなわち、電解液導入口に近い位置では流量、通液線速度が比較的大きくて、これから端側に離れている位置ほど流量、通液線速度が小さくなる。これを避けるために、一つの電解液通液部302に対し、図7(c)に示すように幅方向において複数の電解液導入口を設け、該導入口において、中央に位置する電解液導入口330aほど流路断面積を小さくし、端部側の電解液流入口331aほど流路断面積を大きくすることで幅方向の位置の違いによる流量の差を小さくすることができる。これらの際に、前記した複数の電解液通液部間での流量調整を組み合わせることも可能である。
また、電解液導入口は、スペーサーの厚み方向の内側に設ける孔の他、電極に接する両端部にスリット形状で設けるようにしてもよい。
Also, in one electrolyte
In addition to the holes provided on the inner side in the thickness direction of the spacer, the electrolyte solution inlet may be provided in a slit shape at both ends in contact with the electrode.
[実施例1]
以下に、本発明の実施例を比較例と比較しつつ説明する。
97%濃硫酸40L、超純水10Lの割合で調整した高濃度硫酸溶液を調製して40℃に保持した。本発明の電解セルに、直径15cm、厚さ1mmのSi基板にボロンドープした導電性ダイヤモンド電極を10枚組み込んだ槽を2槽並列に配列させた。電解のための有効陽極面積は30dm2であり、電流密度を30A/dm2に設定して、40℃で硫酸溶液を電解した。電極10枚にかかる電圧は、35Vであった。
[Example 1]
Examples of the present invention will be described below in comparison with comparative examples.
A high-concentration sulfuric acid solution prepared at a ratio of 97 L concentrated sulfuric acid 40 L and ultrapure water 10 L was prepared and maintained at 40 ° C. In the electrolytic cell of the present invention, two tanks in which ten conductive diamond electrodes boron-doped on a Si substrate having a diameter of 15 cm and a thickness of 1 mm were incorporated were arranged in parallel. Effective anode area for electrolysis is 30dm 2, by setting the current density 30A / dm 2, and electrolysis of sulfuric acid solution at 40 ° C.. The voltage applied to 10 electrodes was 35V.
[比較例1]
電解セルを通電板と電極板を導電性ペーストで接着したものを利用した以外は、実施例1と同様の電解試験を行った。電極10枚にかかる電圧は、40Vであり、14%程度エネルギー消費量が増えた。
[Comparative Example 1]
An electrolytic test was conducted in the same manner as in Example 1 except that an electrolytic cell having an electric current plate and an electrode plate bonded with a conductive paste was used. The voltage applied to 10 electrodes was 40 V, and the energy consumption increased by about 14%.
[実施例2]
洗浄槽に、97%濃硫酸40L、超純水10Lの割合で調整した高濃度硫酸溶液を調製して130℃に加熱保持した。本発明の電解セル内には、直径15cm、厚さ1mmのSi基板にボロンドープした導電性ダイヤモンド電極を10枚組み込んだ槽を2槽並列に配列させた。電解のための有効陽極面積は30dm2であり、電流密度を30A/dm2に設定して、40℃で電解した。電解反応装置出口水をサンプリングしたところ、過硫酸生成速度が3g/l/hrであることを確認した。洗浄槽には、レジスト付きの5インチのシリコンウエハを10分を浸漬サイクルとして50枚/サイクル浸漬させて、レジスト溶解を行った(TOC生成速度は0.03g/l/hr)。この溶解液を洗浄槽と電解反応装置との間で送液ポンプで10l/minの流量で循環させた。レジスト付きシリコンウエハを浸漬させた時点では洗浄槽内の溶液は茶褐色に着色し、TOC濃度は30mg/lであったが、10分弱の循環処理によって、洗浄槽内の溶液は無色透明となりTOC濃度も検出限界以下となった。このようなウエハ洗浄を8時間(洗浄ウエハ枚数は2,400枚)継続したが、高濃度硫酸溶液のレジスト剥離効果は良好であり、TOC濃度についても検出限界以下であった。そこで、さらに32時間(洗浄ウエハ枚数は9,600枚、総処理枚数は12,000枚)継続したが、高濃度硫酸溶液のレジスト剥離効果は良好であり、TOC濃度についても検出限界以下であった。
[Example 2]
A high-concentration sulfuric acid solution prepared at a ratio of 97 L of 97% concentrated sulfuric acid and 10 L of ultrapure water was prepared in a washing tank and heated to 130 ° C. In the electrolytic cell of the present invention, two tanks in which ten conductive diamond electrodes boron-doped on a Si substrate having a diameter of 15 cm and a thickness of 1 mm were incorporated were arranged in parallel. Effective anode area for electrolysis is 30dm 2, by setting the current density 30A / dm 2, and electrolysis at 40 ° C.. When the outlet water of the electrolytic reactor was sampled, it was confirmed that the persulfuric acid production rate was 3 g / l / hr. In the cleaning tank, a 5-inch silicon wafer with a resist was immersed for 50 minutes / cycle with an immersion cycle of 10 minutes, and the resist was dissolved (TOC generation rate was 0.03 g / l / hr). This solution was circulated at a flow rate of 10 l / min between the washing tank and the electrolytic reaction apparatus with a liquid feed pump. When the silicon wafer with the resist was immersed, the solution in the cleaning tank was colored brown and the TOC concentration was 30 mg / l. However, the solution in the cleaning tank became colorless and transparent after 10 minutes of circulation treatment. The concentration was below the detection limit. Such wafer cleaning was continued for 8 hours (2,400 wafers were cleaned), but the resist stripping effect of the high-concentration sulfuric acid solution was good, and the TOC concentration was below the detection limit. Therefore, it continued for another 32 hours (9,600 cleaning wafers, 12,000 total processing wafers), but the resist stripping effect of the high-concentration sulfuric acid solution was good, and the TOC concentration was below the detection limit. It was.
[比較例2]
通電板を導電性ダイヤモンド電極板に圧縮バネで外側から押し付けず、通電板と電極板を導電性ペーストで固定した構造をとった電解セルを利用する以外は実施例1と同様にウエハ洗浄を実施した。4時間の安定運転後、電極板が割れて、電解セルより硫酸溶液が漏れ出した。このため、洗浄作業をストップした。
[Comparative Example 2]
The wafer was cleaned in the same manner as in Example 1 except that an electrolysis cell having a structure in which the current plate and the electrode plate were fixed with a conductive paste without pressing the current plate against the conductive diamond electrode plate with a compression spring was used. did. After 4 hours of stable operation, the electrode plate cracked and the sulfuric acid solution leaked from the electrolytic cell. For this reason, the cleaning operation was stopped.
以上本発明について上記各実施形態および実施例に基づいて説明を行ったが、本発明は、上記説明の内容に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で当然に変更が可能である。 Although the present invention has been described based on the above embodiments and examples, the present invention is not limited to the above description, and can naturally be modified without departing from the scope of the present invention. It is.
1 電極ユニット
2 ダイヤモンド電極
3 スペーサ
301 電極支持部
302 電解液通液部
302a 電解液導入口
302b 電解液送出口
4 通電体
6 板状導電材
7 カバー
8 カバー補強板
11 胴体
12 環状突部
12a 電極ユニット収納溝
13a 電解液導入穴
13b 電解液送出穴
14a 電解液導入側ヘッダ空間
14b 電解液送出側ヘッダ空間
100 電解セル
101 洗浄槽
102 戻り管
104 送り管
105 送液ポンプ
108 直流電源
110 熱交換器
120 過硫酸溶液
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記スペーサは、厚みが電極間距離と同じで、互いに間隔を有して並列され、かつ両端部が互いに連結された複数の電極支持部と、該各電極支持部間にあって厚み方向に貫通した複数の電解液通液部と、前記スペーサに設けられ、前記電極支持部両端部の連結部分を通して各電解液通液部にそれぞれ連通する電解液導入口と電解液送出口とを有することを特徴とする電解セル。 A plurality of conductive diamond electrodes and insulating spacers interposed between the electrodes, and electrode units compressed and fixed from outside the electrodes at both ends, and connected to the electrodes at both ends of the electrode units, respectively A pair of electrical conductors ,
The spacer has a thickness equal to the distance between the electrodes, is parallel to each other with an interval between them, and has a plurality of electrode support portions that are connected to each other at both ends, and a plurality of the electrode support portions that penetrate between the electrode support portions in the thickness direction. An electrolyte solution passage portion, and an electrolyte solution introduction port and an electrolyte solution delivery port that are provided in the spacer and communicate with each electrolyte solution passage portion through connection portions at both ends of the electrode support portion, respectively. Electrolytic cell.
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