JP5024521B2 - Method and apparatus for producing high-temperature and high-concentration persulfuric acid solution - Google Patents
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本発明は、電子部品洗浄用の洗浄液の生成・再生などに好適に用いられる高温高濃度過硫酸溶液の生成方法および生成装置に関するものである。 The present invention relates to a method and an apparatus for producing a high-temperature high-concentration persulfuric acid solution that is suitably used for producing and regenerating a washing liquid for washing electronic components.
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技術において、レジストを剥離洗浄するプロセスでは、通常、濃硫酸と過酸化水素水の混合溶液(SPM)が用いられている。SPMによる洗浄効果は、過酸化水素が硫酸を酸化して生成する過硫酸(ペルオキソ二硫酸)の高い酸化分解能にあることが知られている。 In a technique for cleaning an electronic material substrate such as a silicon wafer, a liquid crystal glass substrate, and a photomask substrate, a mixed solution (SPM) of concentrated sulfuric acid and hydrogen peroxide solution is usually used in a process of peeling and cleaning the resist. It is known that the cleaning effect by SPM is due to the high oxidation resolution of persulfuric acid (peroxodisulfuric acid) produced by oxidizing hydrogen peroxide with sulfuric acid.
また、過硫酸イオンを生成する方法として、上記方法の他に、硫酸イオンを含む水溶液を電解槽で電解して過硫酸イオン溶解水を得て洗浄に供する方法(硫酸電解法)も知られている(特許文献1、2参照)。
しかし、SPMでは、過酸化水素により発生する過硫酸が自己分解し酸化力が低下すると分解する分を補うため過酸化水素水の補給が必要である。しかし過酸化水素水の添加によって硫酸濃度が徐々に希釈されるため、液組成を一定に維持することが難しく、所定時間もしくは所定の処理量毎に洗浄液が廃棄され、更新されている。このため多量の薬品を保管・廃棄しなければならないという問題がある。またこの方法では、生成する過硫酸の濃度に限界があり、これが洗浄効果の限界につながっている。 However, in SPM, hydrogen peroxide solution needs to be replenished to compensate for the decomposition of persulfuric acid generated by hydrogen peroxide when it decomposes itself and its oxidizing power decreases. However, since the sulfuric acid concentration is gradually diluted by the addition of hydrogen peroxide solution, it is difficult to maintain the liquid composition constant, and the cleaning liquid is discarded and updated every predetermined time or every predetermined processing amount. For this reason, there is a problem that a large amount of chemicals must be stored and discarded. In this method, the concentration of persulfuric acid produced is limited, which leads to the limit of the cleaning effect.
一方、硫酸電解法では、連続的に過硫酸を生成することはできるが、高温や高濃度の硫酸を電解すると電解効率が悪く、高い過硫酸濃度にまで過硫酸を生成することができないという問題があり、低温・低濃度の硫酸を用いて電解する必要があった。また特に電子材料基板の製造においてアッシングレスのような高い洗浄能力を要求されるケースでは、洗浄液は高温である必要があるが、高温では過硫酸の自己分解率が高いため過硫酸濃度を高濃度に維持することが難しいという問題も有している。 On the other hand, the sulfuric acid electrolysis method can continuously generate persulfuric acid, but electrolysis of sulfuric acid at high temperature or high concentration results in poor electrolysis efficiency and cannot generate persulfuric acid to a high persulfuric acid concentration. Therefore, it was necessary to perform electrolysis using low-temperature and low-concentration sulfuric acid. Also, especially in the case where high cleaning ability such as ashless is required in the manufacture of electronic material substrates, the cleaning liquid needs to be at a high temperature. However, at high temperatures, the persulfuric acid concentration is high due to the high self-decomposition rate of persulfuric acid. It also has a problem that it is difficult to maintain.
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、半導体ウエハなどのレジスト付着物を効果的に剥離除去および分解などすることができる過硫酸イオンを高濃度で含む高温の硫酸溶液を連続的に生成して供給することができる高温高濃度過硫酸溶液の生成方法および生成装置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 a continuous high-temperature sulfuric acid solution containing a high concentration of persulfate ions capable of effectively stripping and removing and decomposing resist deposits such as semiconductor wafers. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for producing a high-temperature and high-concentration persulfuric acid solution that can be produced and supplied to a container.
すなわち、本発明の高温高濃度過硫酸溶液の生成方法のうち請求項1記載の発明は、10〜18Mの濃度で硫酸イオンを含む溶液を循環しつつ繰り返し電解反応することにより溶液に含まれる硫酸イオンから過硫酸イオンを生成して電解を行う前の前記溶液よりも過硫酸イオン濃度を高めた高濃度過硫酸溶液を製造し、該高濃度過硫酸溶液を過硫酸使用側に供給する際に、前記高濃度過硫酸溶液に、10〜18Mの濃度で硫酸イオンを含み、前記電解反応に供される溶液の前記硫酸イオンの濃度と同等で濃度差が2M以下であり、前記高温過硫酸溶液よりも高温の溶液を混合して混合前の前記高濃度過硫酸溶液よりも高い温度を有する高温高濃度過硫酸溶液とすることを特徴とする。
That is, in the method for producing a high-temperature high-concentration persulfuric acid solution according to the present invention, the invention described in
請求項2記載の高温高濃度過硫酸溶液の生成方法の発明は、請求項1記載の発明において、前記硫酸イオンを含む高温の溶液は、系外から新たに供給される、硫酸イオンを含む溶液または前記過硫酸使用側で使用されて過硫酸イオン濃度が低下した後に回収された回収溶液を加熱したものであることを特徴とする。
The method for producing a high-temperature high-concentration persulfuric acid solution according to claim 2 is the invention according to
請求項3記載の高温高濃度過硫酸溶液の生成方法の発明は、10〜18Mの濃度で硫酸イオンを含む溶液を循環しつつ繰り返し電解反応することにより溶液に含まれる硫酸イオンから過硫酸イオンを生成して電解を行う前の前記溶液よりも過硫酸イオン濃度を高めた高濃度過硫酸溶液を製造し、該高濃度過硫酸溶液を過硫酸使用側に供給する際に、前記高濃度過硫酸溶液に、10〜18Mの濃度で硫酸イオンを含み、前記高温過硫酸溶液よりも高温の溶液であって、前記過硫酸使用側で使用されて過硫酸イオン濃度が低下した後に回収された回収溶液を加熱した溶液を混合して混合前の前記高濃度過硫酸溶液よりも高い温度を有する高温高濃度過硫酸溶液とすることを特徴とする。
The invention of the method for producing a high-temperature high-concentration persulfate solution according to
請求項4記載の高温高濃度過硫酸溶液の生成方法の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の発明において、前記高濃度過硫酸溶液に硫酸イオンを含む高温の溶液を混合した高温高濃度過硫酸溶液をさらに加熱することを特徴とする。
The invention of the method for producing a high-temperature high-concentration persulfuric acid solution according to claim 4 is the high-temperature high-temperature perfusion solution according to any one of
請求項5記載の高温高濃度過硫酸溶液の生成方法の発明は、請求項1〜4のいずれかに記載の発明において、前記電解反応において循環される硫酸イオンを含む溶液の温度が10〜70℃であることを特徴とする。
The method for producing a high-temperature high-concentration persulfuric acid solution according to
請求項6記載の高温高濃度過硫酸溶液の生成方法の発明は、請求項1〜5のいずれかに記載の発明において、前記硫酸イオンを含む高温の溶液の温度が、130〜200℃であることを特徴とする。
The invention of the method for producing a high-temperature high-concentration persulfuric acid solution according to
請求項7記載の高温高濃度過硫酸溶液の生成方法の発明は、請求項1〜6のいずれかに記載の発明において、前記高濃度過硫酸溶液と硫酸イオンを含む高温の溶液との混合比が1:10〜1:1であることを特徴とする。
The invention of the method for producing a high-temperature high-concentration persulfate solution according to
請求項8記載の高温高濃度過硫酸溶液の生成方法の発明は、請求項1〜7のいずれかに記載の発明において、前記過硫酸使用側に供給される高温高濃度過硫酸溶液の温度が、100〜190℃であることを特徴とする。
The invention of the method for producing a high-temperature high-concentration persulfuric acid solution according to
請求項9記載の高温高濃度過硫酸溶液の生成装置の発明は、電解反応により溶液に10〜18Mの濃度で含まれる硫酸イオンから過硫酸イオンを生成する電解反応装置と、前記硫酸イオンを含む溶液を貯留する貯留槽と、該貯留槽から前記溶液を被電解液として前記電解反応装置へ移送し、前記電解反応装置から電解された溶液を前記貯留槽へ移送する循環ラインと、前記電解反応装置で生成された過硫酸イオンを含み、前記電解を行う前の溶液よりも過硫酸イオン濃度を高めた高濃度過硫酸溶液を過硫酸使用側に供給する過硫酸供給ラインと、該過硫酸供給ラインに10〜18Mの濃度で硫酸イオンを含み、前記高濃度過硫酸溶液よりも高温の溶液を供給して前記高濃度過硫酸溶液に混合する高温硫酸溶液供給ラインとを備えることを特徴とする。 The invention of the high temperature high concentration persulfuric acid solution generator according to claim 9 includes an electrolytic reaction device for generating persulfate ions from sulfate ions contained in the solution at a concentration of 10 to 18 M by electrolytic reaction, and the sulfate ions. A storage tank for storing the solution, a circulation line for transferring the solution from the storage tank as an electrolytic solution to the electrolytic reaction apparatus, and for transferring the solution electrolyzed from the electrolytic reaction apparatus to the storage tank, and the electrolytic reaction look containing persulfate ions generated in the apparatus, the electrolytic and high concentration persulfate supply line for supplying the persulfate solution persulfate consuming with increased persulfate ion concentration than the previous solution which undergoes,該過sulfate comprising sulfate ions at a concentration of 10~18M to the supply line, characterized in that it comprises a high-temperature sulfuric acid solution supply line, wherein the high concentration by supplying hot solution than persulfate solution is mixed into the high-concentration persulfuric acid solution To.
請求項10記載の高温高濃度過硫酸溶液の生成装置の発明は、請求項9記載の発明において、前記電解反応装置に移送される被電解液又は、前記電解反応装置から移送される電解液を冷却する被電解液冷却手段を備えることを特徴とする。
The invention of the apparatus for producing a high-temperature high-concentration persulfuric acid solution according to
請求項11記載の高温高濃度過硫酸溶液の生成装置の発明は、請求項9または10に記載の発明において、電解反応装置に移送する被電解液として、系外から新たに供給される、硫酸イオンを含む溶液または前記過硫酸使用側で使用されて過硫酸イオン濃度が低下した後に回収される回収溶液を補給する補給ラインを備えることを特徴とする。
The invention of the apparatus for producing a high-temperature high-concentration persulfuric acid solution according to
請求項12記載の高温高濃度過硫酸溶液の生成装置の発明は、請求項9〜11のいずれかに記載の発明において、前記高温硫酸溶液供給ラインは、系外から新たに供給される、硫酸イオンを含む溶液または前記過硫酸使用側で使用されて過硫酸イオン濃度が低下した後に回収される回収溶液を供給するように構成されているとともに、該溶液を加熱する高温硫酸溶液供給ライン加熱手段を備えることを特徴とする。
The invention of the apparatus for producing a high-temperature high-concentration persulfuric acid solution according to
請求項13記載の高温高濃度過硫酸溶液の生成装置の発明は、請求項9〜12のいずれかに記載の発明において、前記過硫酸供給ラインは、前記硫酸イオンを含む高温の溶液の混合前に前記過硫酸イオンを含む溶液を加熱する第1の過硫酸供給ライン加熱手段と、前記混合後に前記過硫酸イオンを含む溶液を加熱する第2の過硫酸供給ライン加熱手段とを備えることを特徴とする。
The invention of the device for producing a high-temperature high-concentration persulfuric acid solution according to
請求項14記載の高温高濃度過硫酸溶液の生成装置の発明は、請求項9〜13のいずれかに記載の発明において、前記過硫酸使用側が、過硫酸を用いた洗浄システムであることを特徴とする。
A high-temperature high-concentration persulfuric acid solution generator according to
すなわち、本発明によれば、硫酸イオンを含む溶液を用いて電解反応装置で陽極と陰極とを対にして電解反応を行わせることにより過硫酸イオンが生成される。これら電極の材質は、本発明としては特定のものに限定はしない。しかし、電極として一般に広く利用されている白金を本発明の電解反応装置の陽極として使用した場合、過硫酸イオン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。これに対し、ダイヤモンド電極は、過硫酸イオンの生成を効率よく行えるとともに、電極の損耗が小さい。したがって、電解反応装置の電極のうち、少なくとも一つの電極、特には少なくとも過硫酸イオンの生成がなされる陽極をダイヤモンド電極で構成するのが望ましく、陽極、陰極ともにダイヤモンド電極で構成するのが一層望ましい。
導電性ダイヤモンド電極は、シリコンウエハ等の半導体材料を基板とし、このウエハ表面に導電性ダイヤモンド薄膜を合成させた後に、ウエハを溶解させたものや、基板を用いない条件で板状に析出合成した自立型導電性多結晶ダイヤモンドを挙げることができる。
That is, according to the present invention, persulfate ions are generated by causing the electrolytic reaction device to perform an electrolytic reaction with a pair of the anode and the cathode using a solution containing sulfate ions. The material of these electrodes is not limited to a specific one in the present invention. However, when platinum, which is widely used as an electrode, is used as the anode of the electrolytic reaction apparatus of the present invention, there is a problem that persulfate ions cannot be produced efficiently and platinum is eluted. On the other hand, the diamond electrode can efficiently generate persulfate ions and has little electrode wear. Therefore, it is desirable that at least one of the electrodes of the electrolytic reaction apparatus, in particular, at least the anode capable of generating persulfate ions be composed of diamond electrodes, and it is more desirable that both the anode and cathode be composed of diamond electrodes. .
The conductive diamond electrode is a semiconductor material such as a silicon wafer used as a substrate, and after synthesizing a conductive diamond thin film on the wafer surface, the wafer is dissolved or synthesized in a plate shape under the condition that the substrate is not used. There may be mentioned free-standing conductive polycrystalline diamond.
なお、導電性ダイヤモンド薄膜は、ダイヤモンド薄膜の合成の際にボロン、窒素など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。導電性ダイヤモンド電極は、通常は板状のものを使用するが、網目構造物を板状にしたものも使用できる。すなわち、本発明としては、電極の形状や数は特に限定されるものではない。 The conductive diamond thin film is a conductive thin film that is doped with a predetermined amount of boron, nitrogen, or the like during synthesis of the diamond thin film, and is generally boron-doped. If the doping amount is too small, the 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. . As the conductive diamond electrode, a plate-like one is usually used, but a plate having a network structure can also be used. That is, in the present invention, the shape and number of electrodes are not particularly limited.
この導電性ダイヤモンド電極を用いて行う電解処理は、導電性ダイヤモンド電極表面の電流密度を10〜100,000A/m2とし、硫酸イオンを含む溶液をダイヤモンド電極面と平行方向に、通液線速度を1〜10,000m/hrで接触処理させることが望ましい。 In the electrolytic treatment performed using the conductive diamond electrode, the current density on the surface of the conductive diamond electrode is set to 10 to 100,000 A / m 2, and a solution containing sulfate ions is parallel to the diamond electrode surface and the liquid passage speed is set. It is desirable to perform contact treatment at 1 to 10,000 m / hr.
上記電解反応装置では、循環ラインを通して貯留槽との間で溶液を循環させつつ電解を行うことにより、過硫酸イオン濃度を十分に高めることができ、被電解液として高濃度の硫酸を用いる場合にも、高い過硫酸イオン濃度を得ることが可能になる。この過硫酸イオンを含む溶液は、過硫酸供給ラインを通して適宜の過硫酸使用側に供給することができる。
なお、被電解液の硫酸濃度は2〜9M程度にすると電解による過硫酸イオン生成効率は大きくなるが、電解した溶液を洗浄液として使用する場合には硫酸濃度は電子材料基板からのレジスト等有機物の除去効果に大きく影響する。レジスト等有機物の剥離・溶解効果は硫酸濃度の低下に伴い低下する。そこで、発明者らは種々実験を繰り返し、硫酸濃度が10M〜18Mの範囲が、電解効率、洗浄効率を考慮して適切な濃度であることを見出している。
In the above electrolysis reactor, the electrolysis is performed while circulating the solution between the storage tank through the circulation line, so that the persulfate ion concentration can be sufficiently increased, and when high-concentration sulfuric acid is used as the electrolyte solution. Also, a high persulfate ion concentration can be obtained. This solution containing persulfate ions can be supplied to the appropriate persulfate use side through a persulfate supply line.
When the sulfuric acid concentration of the electrolyzed solution is about 2 to 9M, the persulfate ion generation efficiency by electrolysis increases. However, when the electrolyzed solution is used as a cleaning solution, the sulfuric acid concentration is the concentration of organic substances such as resist from the electronic material substrate. It greatly affects the removal effect. The peeling / dissolving effect of organic substances such as resist decreases with decreasing sulfuric acid concentration. Therefore, the inventors have repeated various experiments and found that the sulfuric acid concentration in the range of 10M to 18M is an appropriate concentration in consideration of electrolysis efficiency and cleaning efficiency.
なお、電解反応装置における溶液の適温は10〜60℃である。上記温度範囲を超えると、電解効率が低下し、電極の損耗も大きくなる。また、電解の結果、溶液温度が昇温して過硫酸イオンの自己分解が早まってしまう。一方、上記温度を下回ると、電解液を洗浄液などに使用する際に、洗浄効果を高めるために加熱する際の熱エネルギーが莫大になり、実用的でない。なお、同様の理由により、下限を25℃、上限を45℃とするのが一層望ましい。
なお、貯留槽と電解反応装置を循環する溶液は、電解の結果、比較的高温になるので、貯留槽に移送する際や電解反応装置に移送する際に熱交換器などの被電解液冷却手段を設けて冷却するのが望ましい。これにより貯留槽と電解反応装置を循環する溶液は、10〜70℃の範囲内に維持して良好な電解反応を可能にするとともに、電解反応により生成される過硫酸イオンの自己分解を抑制することができる。
In addition, the suitable temperature of the solution in an electrolytic reaction apparatus is 10-60 degreeC. When the temperature range is exceeded, the electrolysis efficiency decreases and the wear of the electrode also increases. Moreover, as a result of electrolysis, the solution temperature rises and the self-decomposition of persulfate ions is accelerated. On the other hand, if the temperature is lower than the above temperature, when the electrolytic solution is used as a cleaning solution, the heat energy for heating to increase the cleaning effect becomes enormous, which is not practical. For the same reason, it is more desirable to set the lower limit to 25 ° C. and the upper limit to 45 ° C.
In addition, since the solution circulating through the storage tank and the electrolytic reaction device becomes relatively high as a result of electrolysis, the electrolytic solution cooling means such as a heat exchanger when transferring to the storage tank or the electrolytic reaction device It is desirable to provide cooling. As a result, the solution circulating in the storage tank and the electrolytic reaction device is maintained within a range of 10 to 70 ° C. to enable a good electrolytic reaction and suppress the self-decomposition of persulfate ions generated by the electrolytic reaction. be able to.
また、上記システムでは、補給ラインを設けて電解反応装置に供給する被電解液を補給することができる。補給する溶液としては、系外から新たに供給される、硫酸イオンを含む溶液または前記過硫酸使用側で使用されて過硫酸イオン濃度が低下した後に回収された回収溶液を用いることができる。上記補給溶液は、循環ラインや貯留槽または電解反応装置に直接供給することができる。この補給溶液が高温である場合には、上記冷却手段を介して溶液が冷却されるように構成するのが望ましい。 Moreover, in the said system, the to-be-electrolyzed solution supplied to an electrolytic reaction apparatus can be replenished by providing a replenishment line. As the solution to be replenished, a solution containing sulfate ions newly supplied from the outside of the system or a recovered solution recovered after the persulfate ion concentration is decreased on the persulfuric acid use side can be used. The replenishing solution can be directly supplied to a circulation line, a storage tank, or an electrolytic reaction device. When the replenishing solution is hot, it is desirable that the solution be cooled via the cooling means.
繰り返しの電解によって過硫酸イオンが十分に高くなった高濃度過硫酸溶液は、種々の用途における過硫酸使用側に供給される。過硫酸使用側は、本発明としては特に限定をされるものではなく、過硫酸イオンを必要とする種々の用途への適用が可能である。好適な使用例は、前述したように、硫酸溶液に過硫酸イオンを生成することで半導体ウェハなどの洗浄に用いるものである。
ただし、電解反応において過硫酸イオン濃度を高めた高濃度過硫酸溶液は、温度が比較的低く、過硫酸の自己分解による十分な酸化力を得ることができない。これに対し高濃度過硫酸溶液を加熱して使用側に供給することが考えられるが、加熱に時間を要すると使用前に過硫酸イオンの自己分解が進行してしまい過硫酸イオン濃度が低下してしまう。このため、本発明では、短時間で高濃度過硫酸溶液を昇温させる手段として、高濃度過硫酸溶液に10〜18Mの濃度で硫酸イオンを含む高温の溶液を混合して短時間での加熱を可能としている。なお、高濃度過硫酸溶液は、該混合による負荷を軽減するため、混合前に過硫酸イオンの分解が進行しない80℃以下の温度にまで第1過硫酸供給ライン加熱手段により加熱することができる。第1過硫酸供給ライン加熱手段には、ヒータ、熱交換器などの適宜の加熱装置などを用いることができる。
A high-concentration persulfate solution in which persulfate ions are sufficiently high by repeated electrolysis is supplied to the persulfate use side in various applications. The persulfuric acid use side is not particularly limited as the present invention, and can be applied to various uses that require persulfate ions. As described above, a suitable use example is one that is used for cleaning a semiconductor wafer or the like by generating persulfate ions in a sulfuric acid solution.
However, a high-concentration persulfuric acid solution in which the persulfate ion concentration is increased in an electrolytic reaction has a relatively low temperature and cannot obtain sufficient oxidizing power due to self-decomposition of persulfuric acid. On the other hand, it is conceivable to heat a high-concentration persulfate solution and supply it to the use side. However, if it takes time, the self-decomposition of persulfate ions proceeds before use, and the persulfate ion concentration decreases. End up. For this reason, in the present invention, as a means for raising the temperature of the high-concentration persulfuric acid solution in a short time, a high-temperature solution containing 10-18 M of sulfate ions is mixed with the high-concentration persulfuric acid solution and heated in a short time. Is possible. The high-concentration persulfuric acid solution can be heated by the first persulfuric acid supply line heating means to a temperature of 80 ° C. or lower at which decomposition of persulfate ions does not proceed before mixing in order to reduce the load caused by the mixing. . As the first persulfuric acid supply line heating means, an appropriate heating device such as a heater or a heat exchanger can be used.
高濃度過硫酸溶液に混合する硫酸イオンを含む高温の溶液としては、系外から新たに供給される、硫酸イオンを含む溶液や過硫酸使用側で使用されて過硫酸イオン濃度が低下した後に回収された回収溶液を加熱したものを用いることができる。これら溶液は、電解反応装置で用いられる(補給される)被電解液と同一の供給源から分岐して供給されるものであってもよい。
硫酸イオンを含む高温の溶液は、高温硫酸溶液供給ラインを通して供給することができ、該ラインに設けたヒータなどの高温硫酸溶液供給ライン加熱手段により好適には、130〜200℃に加熱して高濃度過硫酸溶液に混合する。また、硫酸イオンを含む高温の溶液における硫酸濃度は、洗浄能力の面から10〜18Mであることが必要とされ、さらに電解に供される溶液と同等の硫酸イオン濃度を有するものが望ましい。
また、前記高濃度過硫酸溶液と硫酸イオンを含む高温の溶液との混合比は1:10〜1:1が望ましい。これらの条件で2液を混合することにより、規定の溶液温度、硫酸イオン濃度、過硫酸イオン濃度の洗浄液を確実に作成することができる。
As a high-temperature solution containing sulfate ions to be mixed with the high-concentration persulfuric acid solution, it is collected after the persulfate ion concentration is lowered by using a solution that contains sulfate ions newly supplied from outside the system or on the persulfate-use side. A heated recovered solution can be used. These solutions may be supplied by being branched from the same supply source as the electrolyte to be used (supplied) in the electrolytic reaction apparatus.
A high-temperature solution containing sulfate ions can be supplied through a high-temperature sulfuric acid solution supply line, and is preferably heated to 130 to 200 ° C. by high-temperature sulfuric acid solution supply line heating means such as a heater provided in the line. Mix in concentrated persulfate solution. In addition, the sulfuric acid concentration in the high-temperature solution containing sulfate ions is required to be 10 to 18 M from the viewpoint of cleaning ability, and it is desirable to have a sulfate ion concentration equivalent to the solution used for electrolysis.
The mixing ratio of the high-concentration persulfuric acid solution and the high-temperature solution containing sulfate ions is preferably 1:10 to 1: 1. By mixing the two liquids under these conditions, a cleaning liquid having a prescribed solution temperature, sulfate ion concentration, and persulfate ion concentration can be reliably produced.
上記混合により得られる高温高濃度過硫酸溶液は、混合の結果、100〜190℃の温度となる。この高温高濃度過硫酸溶液は、そのまま過硫酸使用側に供給してもよく、さらに過硫酸供給ラインに設けた、ヒータなどの第2過硫酸供給ライン加熱手段により加熱することができる。例えば、特に高温の溶液使用が望ましい噴流の洗浄液を用いる枚葉式では、この加熱手段によって150〜190℃に加熱して過硫酸使用側に供給するのが望ましい。
洗浄液の適温としては、100℃〜190℃を示すことができる。該温度範囲を下回ると、過硫酸による剥離洗浄効果が低下する。一方、200℃を超えると、洗浄液が沸騰してしまいレジストを十分に酸化できない上に、硫酸ミストによる危険性の問題があるので、洗浄液の適温は上記範囲内である。なお、洗浄液が沸騰しないように洗浄液温度よりも沸点が高くなるような硫酸イオン濃度にしておくのが望ましい。
The high-temperature high-concentration persulfuric acid solution obtained by the above mixing becomes a temperature of 100 to 190 ° C. as a result of mixing. This high-temperature high-concentration persulfuric acid solution may be supplied as it is to the persulfuric acid use side, and can be further heated by a second persulfuric acid supply line heating means such as a heater provided in the persulfuric acid supply line. For example, in the single-wafer type using a jet cleaning liquid in which use of a high-temperature solution is particularly desirable, it is desirable that the heating means be heated to 150 to 190 ° C. and supplied to the persulfuric acid use side.
The appropriate temperature of the cleaning liquid can be 100 ° C. to 190 ° C. Below this temperature range, the effect of stripping and cleaning with persulfuric acid decreases. On the other hand, if the temperature exceeds 200 ° C., the cleaning liquid will boil and the resist cannot be sufficiently oxidized, and there is a problem of danger due to sulfuric acid mist, so the appropriate temperature of the cleaning liquid is within the above range. It is desirable to set the sulfate ion concentration so that the boiling point is higher than the temperature of the cleaning solution so that the cleaning solution does not boil.
過硫酸使用側の一例である洗浄部では、高濃度過硫酸イオンを含む高温硫酸溶液で被洗浄材の洗浄を行うことで被洗浄材の効果的な洗浄がなされ、被洗浄材からレジストなどの汚染物が効果的に剥離・除去される。剥離除去された汚染物は硫酸溶液中に移行し、過硫酸イオンが自己分解する際の酸化力によって効果的に分解がなされる。洗浄部は枚葉式、バッチ式のいずれであってもよく、本発明としては使用側における構成は特定のものに限定されない。また、洗浄部では、洗浄槽に洗浄液を収容して被洗浄材を浸漬して洗浄を行うことも可能であり、さらに洗浄液またはその噴流を被洗浄材に当てて洗浄を行うこともできる。該噴流の形成は、洗浄液をそのまま又は洗浄液と気体とを混合させる噴流形成装置により行うことができる。前記気体としては、例えばエアや窒素、不活性ガスなどを用いることができる。噴流形成装置の具体的な構成は特定のものに限定されるものではなく、既知のものを用いることができる。上記噴流による洗浄によれば、必要とされる過硫酸溶液を少量のものとすることができ、剥離したレジストなどの再付着も防止される。この噴流による洗浄では、過硫酸イオン濃度が高い洗浄液を使用することによって、洗浄効果が顕著に向上する。 In the cleaning section, which is an example of the persulfuric acid use side, the cleaning material is effectively cleaned by cleaning the cleaning material with a high-temperature sulfuric acid solution containing high-concentration persulfate ions. Contaminants are effectively stripped and removed. The contaminants peeled off are transferred into the sulfuric acid solution, and are effectively decomposed by the oxidizing power when persulfate ions are self-decomposed. The cleaning unit may be either a single wafer type or a batch type, and the configuration on the use side is not limited to a specific one in the present invention. In the cleaning section, the cleaning liquid can be stored in the cleaning tank and the material to be cleaned can be immersed in the cleaning, and the cleaning liquid or a jet thereof can be applied to the material to be cleaned for cleaning. The jet can be formed as it is, or by a jet forming apparatus that mixes the cleaning liquid and a gas. As the gas, for example, air, nitrogen, inert gas, or the like can be used. The specific configuration of the jet forming device is not limited to a specific one, and a known one can be used. According to the cleaning by the jet flow, the required persulfuric acid solution can be made in a small amount, and reattachment of the peeled resist or the like can be prevented. In this jet cleaning, the cleaning effect is significantly improved by using a cleaning liquid having a high persulfate ion concentration.
洗浄部では、溶液中の過硫酸イオンが自己分解することにより過硫酸イオン濃度が次第に低下する。この過硫酸イオン含有溶液は、前記のように回収して被電解液として電解反応装置に戻すことで過硫酸イオンを再度生成することができる。また、洗浄に用いた溶液は、過硫酸供給システムに戻すことなく排液などの処理を行うことも可能である。 In the cleaning section, the persulfate ion concentration gradually decreases due to the self-decomposition of the persulfate ions in the solution. This persulfate ion-containing solution can be recovered as described above and returned to the electrolytic reaction apparatus as an electrolytic solution to regenerate persulfate ions. Further, the solution used for washing can be subjected to treatment such as drainage without returning to the persulfuric acid supply system.
以上、説明したように本発明の高温高濃度過硫酸溶液の生成方法によれば、10〜18Mの濃度で硫酸イオンを含む溶液を循環しつつ繰り返し電解反応することにより溶液に含まれる硫酸イオンから過硫酸イオンを生成して高濃度過硫酸溶液を製造し、該高濃度過硫酸溶液を過硫酸使用側に供給する際に、前記高濃度過硫酸溶液に、10〜18Mの濃度で硫酸イオンを含む高温の溶液を混合して高温高濃度過硫酸溶液とするので、10〜18Mという高濃度の硫酸イオンを含む溶液を電解として用いた場合も繰り返し電解して高濃度過硫酸溶液を製造することができる。また、電解反応に供する硫酸イオンを含む溶液を予め低温に調整しておくことによりさらに電解効率を上げて、過硫酸生成量を増加させるとともに、電解処理後の電解液の温度も低く維持して過硫酸の自己分解を防止することができ、より高い過硫酸濃度に高め、維持することができる。 As described above, according to the method for producing a high-temperature and high-concentration persulfuric acid solution of the present invention, from the sulfate ions contained in the solution by repeatedly performing an electrolytic reaction while circulating a solution containing sulfate ions at a concentration of 10 to 18M. When producing a high concentration persulfate solution by generating persulfate ions and supplying the high concentration persulfate solution to the persulfuric acid use side, sulfate ions are added to the high concentration persulfate solution at a concentration of 10 to 18M. Since a high-temperature high-concentration persulfuric acid solution is mixed to produce a high-concentration persulfate solution, a high-concentration persulfate solution is produced by repeated electrolysis even when a solution containing 10 to 18 M high-concentration sulfate ions is used as electrolysis. Can do. In addition, by adjusting the solution containing sulfate ions to be subjected to the electrolytic reaction to a low temperature in advance, the electrolytic efficiency is further increased, the amount of persulfuric acid generated is increased, and the temperature of the electrolytic solution after electrolytic treatment is kept low. Persulfuric acid autolysis can be prevented and can be increased and maintained at higher persulfate concentrations.
さらに上記により得られた高濃度過硫酸溶液を洗浄装置などの過硫酸使用直前で高温の硫酸溶液と混合することにより高濃度過硫酸溶液が瞬時に昇温されるので、洗浄位置などの過硫酸使用側に到達するまでに過硫酸の自己分解により過硫酸濃度が低下して洗浄能力が低下するという問題が解消され、高い洗浄能力を有する洗浄液によって被洗浄材を効果的に洗浄処理することができる。 Furthermore, since the high-concentration persulfuric acid solution is instantaneously heated by mixing the high-concentration persulfuric acid solution obtained as described above with a high-temperature sulfuric acid solution immediately before the use of persulfuric acid such as a cleaning device, The problem that the persulfuric acid concentration decreases due to the self-decomposition of persulfuric acid by the time it reaches the use side is eliminated, and the cleaning material is effectively cleaned with a cleaning liquid having a high cleaning capacity. it can.
また、電解反応に供される溶液と硫酸イオンを含む高温の溶液とで、同等の硫酸イオン濃度を有するものとすれば、高濃度過硫酸溶液に高温の溶液を混合した際にも硫酸イオン濃度の変動が少なく、高温の溶液を多量に混合して硫酸イオン濃度を調整するなどの必要性がなく、また温度調整のみを考慮して混合量や混合比を容易に設定することができる。なお、同等の硫酸イオン濃度としては、濃度差が2M以下であるものを例示することができる。 In addition, if the solution used for the electrolytic reaction and the high-temperature solution containing sulfate ions have the same sulfate ion concentration, the sulfate ion concentration can be increased even when the high-temperature persulfate solution is mixed with the high-temperature solution. Therefore, there is no need to adjust the sulfate ion concentration by mixing a large amount of a high-temperature solution, and the mixing amount and mixing ratio can be easily set considering only the temperature adjustment. In addition, as an equivalent sulfate ion density | concentration, what has a density | concentration difference of 2 M or less can be illustrated.
また、本発明の高温高濃度過硫酸溶液の生成装置によれば、電解反応により溶液に10〜18Mの濃度で含まれる硫酸イオンから過硫酸イオンを生成する電解反応装置と、前記硫酸イオンを含む溶液を貯留する貯留槽と、該貯留槽から前記溶液を被電解液として前記電解反応装置へ移送し、前記電解反応装置から電解された溶液を前記貯留槽へ移送する循環ラインと、前記電解反応装置で生成された過硫酸イオンを含む高濃度過硫酸溶液を過硫酸使用側に供給する過硫酸供給ラインと、該過硫酸供給ラインに10〜18Mの濃度で硫酸イオンを含む高温の溶液を供給して前記過硫酸イオンを含む溶液に混合する高温硫酸溶液供給ラインとを備えるので、貯留槽と電解反応槽との間で被電解液を循環させつつ電解を行って、溶液中の過硫酸イオン濃度を十分に高くすることができ、この過硫酸イオンを含む溶液を過硫酸供給ラインを通して使用側に供給でき、この過硫酸供給ラインに高温硫酸溶液供給ラインを通して高温の硫酸溶液を混合して瞬時に高温高濃度過硫酸溶液を得ることができる。また、電解反応に供される溶液と硫酸イオンを含む高温の溶液の供給源を同一にすることで、両溶液の硫酸濃度を同等にすることができる。 In addition, according to the apparatus for producing a high-temperature high-concentration persulfuric acid solution of the present invention, an electrolytic reaction device for producing persulfate ions from sulfate ions contained in the solution at a concentration of 10 to 18 M by electrolytic reaction, and the sulfate ions are included. A storage tank for storing the solution, a circulation line for transferring the solution from the storage tank as an electrolytic solution to the electrolytic reaction apparatus, and for transferring the solution electrolyzed from the electrolytic reaction apparatus to the storage tank, and the electrolytic reaction A persulfuric acid supply line for supplying a high-concentration persulfate solution containing persulfate ions generated by the apparatus to the persulfuric acid use side, and a high-temperature solution containing sulfate ions at a concentration of 10 to 18 M are supplied to the persulfuric acid supply line. A high-temperature sulfuric acid solution supply line that mixes with the solution containing the persulfate ions, so that electrolysis is performed while circulating the electrolyte solution between the storage tank and the electrolytic reaction tank, and the persulfate ion in the solution. The concentration can be made sufficiently high, and the solution containing the persulfate ions can be supplied to the use side through the persulfate supply line, and the hot sulfuric acid solution is mixed into the persulfate supply line through the high-temperature sulfuric acid solution supply line to instantly In addition, a high-temperature high-concentration persulfuric acid solution can be obtained. Moreover, the sulfuric acid density | concentration of both solutions can be made equivalent by making the supply source of the solution used for an electrolytic reaction, and the hot solution containing a sulfate ion the same.
(実施形態1)
以下に、本発明の一実施形態を図1、2に基づいて説明する。
この実施形態の高温高濃度過硫酸溶液の生成装置では、過硫酸を電解反応により製造する過硫酸供給システム10を備えており、先ず、該過硫酸供給システム10の構成を図2に基づいて説明する。
過硫酸供給システム10では、濃硫酸溶液を被電解液として収容する貯留槽1が備えられ、該貯留槽1に、循環ラインの送り管2a、戻り管2bが接続されており、該送り管2aには、被電解液を送液するための送液ポンプ3が介設されている。送液ポンプ3の下流側には、送液される被電解液を冷却するための冷却器4が被電解液冷却手段として介設されている。その下流側で、送り管2aが電解反応槽5の入口側に接続されている。なお、上記冷却器は、戻り管2b側に設けて電解反応槽5の出口側で送液される電解液を冷却するように構成してもよい。
(Embodiment 1)
Below, one Embodiment of this invention is described based on FIG.
The apparatus for producing a high-temperature high-concentration persulfuric acid solution according to this embodiment includes a persulfuric
The persulfuric
上記電解反応槽5には、陽極5aおよび陰極5bが配置され、さらに陽極5aと、陰極5bとの間にバイポーラ電極5cが配置されている。なお、本発明としてはバイポーラ式ではなく、陽極と陰極のみを電極として備えるものであってもよい。上記陽極5aおよび陰極5bには、直流電源6が接続されており、これにより電解反応槽5での直流電解が可能になっている。
In the
電解反応槽5では、上記電極間を溶液が通液するように構成されており、該電解反応槽5の出口側には前記戻り管2bが接続されている。この実施形態では、上記電極5a、5b、5cはダイヤモンド電極によって構成されている。該ダイヤモンド電極は、基板上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たものである。なお、薄膜形成後に基板を取り去って自立型としたものであってもよい。
上記電解反応槽5、直流電源6によって、本発明の電解反応装置が構成されている。
The
The
電解反応槽5の出口側に接続された戻り管2bは、前記貯留槽1に接続されており、送り管2aと戻り管2bとによって貯留槽1と電解反応槽5との間で溶液が循環するように構成されている。また、貯留槽1には、電解された溶液を過硫酸使用側である洗浄槽20に供給するための過硫酸供給ライン7が接続されており、該過硫酸供給ライン7には開閉弁7aが介設されている。さらに貯留槽1には、電解反応装置で電解がなされる被電解液を補給する補給ライン8が開閉弁8aを介して接続されている。上記により過硫酸供給システム10が構成されている。
The
上記過硫酸供給ライン7は、送液ポンプ11を経由し、その下流側で第1過硫酸供給ライン加熱手段に相当するヒータ12を介して過硫酸使用側(図示しない)に接続されている。また、過硫酸供給ライン7では、ヒータ12の下流側であって、過硫酸使用側の上流側B部で、高温硫酸溶液供給ライン13が合流している。高温硫酸溶液供給ライン13には、高温硫酸溶液供給ライン加熱手段に相当するヒータ14が介設されている。高温過硫酸溶液供給ライン13では、前記過硫酸供給ラインを通して供給される高濃度過硫酸溶液との硫酸イオン濃度差が2M以下である硫酸溶液が供給されるように構成されている。該硫酸溶液としては、系外から新たに供給される、硫酸イオンを含む溶液や過硫酸使用側で使用されて過硫酸イオン濃度が低下した後に回収された回収溶液を用いることができる。
また、過硫酸供給システム10に設けられた補給ライン8には、系外から新たに供給される、硫酸イオンを含む溶液や過硫酸使用側で使用されて過硫酸イオン濃度が低下した後に回収された回収溶液などが供給されるように構成されており、該ライン8には冷却器9が介設されている。
The persulfuric
In addition, the
以下に、上記実施形態の作用について説明する。
過硫酸供給システム10側では、貯留槽1内に10〜18M(この実施形態では14.5M)の濃度とした硫酸溶液を収容する。該貯留槽1の溶液は送液ポンプ3によって送り管2aを通して順次、電解反応槽5に送液される。この際には、冷却器4によって溶液が好適には約40℃に冷却される。電解反応槽5では、直流電源6によって陽極5a、陰極5b間に通電がなされている。この通電によって、バイポーラ電極5cが分極し、陽極、陰極が出現する。電解反応槽5に送液される溶液は、これら電極間に通水される。この際に通液線速度が1〜10,000m/hrとなるように送液ポンプ3の出力を設定するのが望ましい。なお、上記通電では、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。
The operation of the above embodiment will be described below.
On the persulfuric
電解反応槽5で溶液に対し通電されると、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高濃度の過硫酸イオンを含む硫酸溶液が得られる。この過硫酸イオンを含む硫酸溶液は、戻り管2bを通して貯留槽1に貯留される。貯留槽1に貯留された過硫酸イオンを含む硫酸溶液は、上記電解によって40〜60℃に昇温しているものの、過硫酸イオンの自己分解が特に促進される温度には達していない。貯留槽1の溶液は、さらに、送り管2aを通してポンプ3で送液されつつ冷却器4で約40℃程度に冷却された後、再度電解反応槽5に導入され、前記と同様に電解されて過硫酸イオンが生成されて過硫酸イオン濃度が高まり、その後、戻り管2bを通して貯留槽1へと移送される。上記動作を繰り返すことで濃硫酸溶液の過硫酸イオン濃度は益々高まり、濃硫酸溶液において50〜150g/Lといった高い過硫酸イオン濃度を得ることが可能になる。
When the solution is energized in the
過硫酸イオン濃度が十分に高くなった後は、電解を継続しながら開閉弁7aを開いて過硫酸供給ライン7に過硫酸イオンを含む濃硫酸溶液(高濃度過硫酸溶液)を供給する。なお、本発明としては、電解槽5による電解を停止して上記高濃度過硫酸溶液を供給することも可能である。
過硫酸供給ライン7では、高濃度過硫酸溶液は、送液ポンプ11で送液されつつ、ヒータ12により好適には、過硫酸の自己分解速度が非常に高くならない温度、例えば70℃以下(この実施形態では60℃)に昇温される。ただし、該加熱を省略することも可能である。
過硫酸供給ライン7で移送される高濃度過硫酸溶液は、過硫酸使用側へと移送されるが、その際にヒータ12の下流側B部で、高温硫酸溶液供給ライン13から供給される高温の硫酸溶液と混合される。なお、上記高濃度過硫酸溶液と高温硫酸溶液との混合では、容量混合比を1:10〜1:1とするのが望ましい。この高濃度過硫酸溶液と高温(好適には130〜200℃)の溶液とが過硫酸供給ライン7で合流すると、溶液は瞬時に好適には100〜190℃に昇温して高温高濃度過硫酸溶液として過硫酸使用側に供給される。
After the persulfate ion concentration becomes sufficiently high, the on-off
In the persulfuric
The high-concentration persulfuric acid solution transferred in the persulfuric
また、上記高濃度過硫酸溶液に供給によって減量した被電解液は、必要に応じて補給ライン8より、前記貯留槽1や循環ライン2a、2bに直接供給する。また、補給ライン8は、貯留槽1に接続せず、または貯留槽1や循環ライン2a、2bに変えて(または加えて)、電解反応槽5の入り口側に接続するものであってもよい。この場合、補給用貯留槽を別途介在させ、この補給用貯留槽に補給する被電解液を貯留し、該補給用貯留槽から前記送り管2aに被電解液を合流させるものであってもよい。また、前記貯留槽1に他の貯留槽を直列に接続し、この他の貯留槽に被電解液を補給するようにしてもよい。そして、この他の貯留槽より電解反応槽5に送り管2aを介して被電解液を送液するようにしてもよい。
Moreover, the electrolyte solution reduced in volume by supplying to the high-concentration persulfuric acid solution is directly supplied to the
(実施形態2)
次に、過硫酸使用側として洗浄部が接続された実施形態を図3に基づいて説明する。なお、上記実施形態と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。
(Embodiment 2)
Next, an embodiment in which a cleaning unit is connected as the persulfuric acid use side will be described with reference to FIG. In addition, about the structure similar to the said embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted or simplified.
上記過硫酸供給システム10の過硫酸供給ライン7は、送液ポンプ22を経由し、その下流側で第1過硫酸供給ライン加熱手段に相当するヒータ23を介して過硫酸使用側である洗浄槽20に接続されている。
洗浄槽20内には、収容された洗浄液を加熱するヒータ21が設けられている。さらに洗浄槽20には、排液側にSS除去フィルタ25およびポンプ27を介設した送り管26が接続されており、該送り管26はポンプ27の下流側A部で、前記過硫酸供給システム10の補給ライン8と、高温硫酸溶液供給ラインに相当する還流管28とに分岐接続されている。還流管28には、高温硫酸溶液供給ライン加熱手段に相当するヒータ29が介設されている。さらに還流管28は、前記過硫酸供給ライン7において、ヒータ23の下流側であって洗浄槽20の上流側B部で合流している。
The persulfuric
A
次に、上記実施形態の作用について説明する。
過硫酸供給システム10側では、貯留槽1内に10〜18M(この実施形態では14.5M)の濃度とした硫酸溶液を収容し、送液ポンプ3によって送り管2aを通して順次、電解反応槽5に送液する。この際には、冷却器4によって溶液が好適には約40℃に冷却される。電解反応槽5では、前記実施形態と同様に電解反応がなされて高濃度の過硫酸イオンを含む硫酸溶液が得られる。
Next, the operation of the above embodiment will be described.
On the persulfuric
過硫酸イオン濃度が十分に高くなった後は、電解を継続しながら開閉弁7aを開いて過硫酸供給ライン7に過硫酸イオンを含む濃硫酸溶液(高濃度過硫酸溶液)を供給する。
過硫酸供給ライン7で移送される高濃度過硫酸溶液は、洗浄槽20側へと移送されて蓄積されるが、その際にヒータ23の下流側B部で、還流管28から供給される高温の硫酸溶液と混合される。該溶液は、洗浄槽20に蓄積された過硫酸イオンおよび硫酸イオンを含む洗浄液を回収したものであり、過硫酸イオンは自己分解によって当初より濃度が低下している。この回収溶液はポンプ27によって送り管26を介して送液される。なお、送り管26を移送される回収溶液は、洗浄中は全量が還流管28に送られる。また本発明としては、送り管26を移送される回収溶液の少量が補給ライン8に送液され、残部は還流管28に送られるように構成してもよい。なお、上記高濃度過硫酸溶液と高温硫酸溶液との混合では、容量混合比を1:3〜1:5とするのが望ましい。
After the persulfate ion concentration becomes sufficiently high, the on-off
The high-concentration persulfuric acid solution transferred in the persulfuric
上記洗浄液は、洗浄槽20内で、好適にはヒータ21の動作により130〜150℃に保持されており、回収された後、還流管28に介設したヒータ29によって好適には130〜200℃(この実施形態では150℃程度)に加熱される。この高温の洗浄液と過硫酸イオンを含む溶液とが過硫酸供給ライン7で合流すると、溶液は瞬時に好適には100〜150℃(この実施形態では140℃程度)となって洗浄槽20内に導入される。また、混合の結果、高温高濃度過硫酸溶液の過硫酸イオン濃度は、約16g/Lとなる。
洗浄槽20では、上記高温高濃度過硫酸溶液が洗浄液として次第に蓄積される。なお、この際に、洗浄槽20では、ヒータ21によって槽内の溶液温度を好適には100〜190℃(この実施形態では150℃程度)に維持する。
The cleaning liquid is preferably maintained at 130 to 150 ° C. in the
In the
洗浄槽20では、被洗浄材である半導体基板100を基板保持具101などで保持しつつ洗浄液中に浸漬する。該洗浄槽1内では、過硫酸イオンを高濃度で含み、かつ高濃度、高温の硫酸溶液の作用によって半導体基板100表面のレジスト残渣などが剥離除去され、汚染物として硫酸溶液中に移行し、溶解する。溶解したレジストは、さらに自己分解をする過硫酸イオンの酸化力によって分解される。清浄化された洗浄液は、前記のように、順次、送り管26で移送され、分解しきれないSSをSS除去フィルタ25で除去する。この回収した洗浄液は、上記のように送液ポンプ27で還流管28に送り、該送液によって温度低下をした回収液をヒータ29で150℃程度に加熱して過硫酸供給ライン7を通して移送される高濃度過硫酸溶液に混合する。
In the
上記洗浄を30秒〜数分間継続すると、半導体基板100表面の洗浄が効果的になされるので洗浄処理は終了するものとして、過硫酸供給システム10からの高濃度過硫酸溶液の供給を停止し、洗浄槽20内の過硫酸イオン濃度が低下した溶液を、送り管26から全量補給ライン8に供給する。この際の供給量は、過硫酸供給システム10において、高濃度過硫酸溶液の洗浄槽20への供給によって減量した分を補う量とする。
補給ライン8に移送された少量の洗浄液は、冷却器9で40℃程度に冷却された後、被電解液として過硫酸供給システム10の貯留槽1または電解反応槽5に直接供給される。この際に、電解反応槽5では電解が継続しつつ過硫酸イオンを生成するのが望ましい。
If the cleaning is continued for 30 seconds to several minutes, the surface of the
A small amount of the cleaning liquid transferred to the
また、本発明では、上記高濃度過硫酸溶液を供給しつつ補給ライン8から被電解液を供給しても良い。その場合、電解を継続しつつ供給する溶液の過硫酸濃度が上記補給によって次第に低下しないように補給量を調整することが望ましい。
なお、補給に用いられる濃硫酸溶液は、系外から新たに供給される濃硫酸溶液でもよく、また、過硫酸使用側で自己分解によって過硫酸イオンが低下した後に回収された回収液のいずれでもよい。
In the present invention, the electrolyte solution may be supplied from the
Note that the concentrated sulfuric acid solution used for replenishment may be a concentrated sulfuric acid solution newly supplied from outside the system, or any of the recovered liquids recovered after persulfate ions are reduced by autolysis on the persulfuric acid use side. Good.
(実施形態3)
なお、上記実施形態2では、洗浄部としてバッチ式の洗浄槽を備えるものについて説明をしたが、本発明では、洗浄液を枚葉式の洗浄部に適用するものであってもよい。以下に、一実施形態として噴流形成装置を備える使用例について図4に基づいて説明する。なお、前記実施形態と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。
(Embodiment 3)
In the second embodiment, the cleaning unit including a batch type cleaning tank has been described. However, in the present invention, the cleaning liquid may be applied to a single wafer cleaning unit. Below, the usage example provided with a jet forming apparatus as one Embodiment is demonstrated based on FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the structure similar to the said embodiment, and the description is abbreviate | omitted or simplified.
過硫酸供給システム10の過硫酸供給ライン7には、送液ポンプ31、第1過硫酸供給ライン加熱手段に相当するヒータ32、第2過硫酸供給ライン加熱手段に相当する赤外線ヒータ33を経由して洗浄部に接続されている。
洗浄部では、噴流形成装置としてノズル34を備えており、該ノズル34の先端側噴出部が洗浄槽30内に位置している。ノズル34は、過硫酸供給ライン7から供給される過硫酸イオンを含む濃硫酸溶液の噴流を下方に向けて噴出するように構成されている。
また、洗浄槽30内には、ノズル34の噴出方向に、基板載置台102が設置され、該基板載置台102に被洗浄材である半導体基板100が載置される。該基板載置台102またはノズル34は、半導体基板100の表面上に噴流がむらなく当たるように相対的に移動可能とするのが望ましい。また、洗浄槽30の洗浄液排液部では、回収管35が接続され、該回収管35は回収貯留槽36に接続されている。回収貯留槽36には、SS除去フィルタ37、送液ポンプ39を介して送り管38が接続されており、該送り管38は送液ポンプ39の下流側A部で、前記過硫酸供給システム10の補給ライン8と、高温硫酸溶液供給ラインに相当する還流管40とに分岐接続されている。還流管40には、高温硫酸溶液供給ライン加熱手段に相当するヒータ41が介設されている。さらに還流管40は、前記過硫酸供給ライン7における前記ヒータ32の下流側であって前記赤外線ヒータ33の上流側のB部で合流している。また、補給ライン8には冷却器9が介設されている。
The persulfuric
In the cleaning section, a
Further, a substrate mounting table 102 is installed in the
次に、上記構成よりなる枚葉式洗浄システムの作用について説明する。
過硫酸供給システム10で生成された過硫酸イオンを高濃度で含む濃硫酸溶液は、送液ポンプ31によって過硫酸供給ライン7を通して洗浄槽30側へと移送され、ノズル34に供給される。この際に、溶液は過硫酸供給ライン7の上流側でヒータ32で過硫酸の自己分解速度が非常に高くならない温度、例えば50〜60℃に加熱される。ただし、この加熱のための構成は省略することもできる。さらに、過硫酸イオンを高濃度で含む濃硫酸溶液は、洗浄槽30側へと移送されて洗浄に供されるが、その際にヒータ32の下流側B部で、還流管40で送液される高温の洗浄液と混合される。該洗浄液は、洗浄槽30で回収された過硫酸イオンおよび硫酸イオンを含む溶液であり、回収管35で回収されて回収貯留槽36に一旦貯留した後、ポンプ39で送り管38を介して送液される。なお、送り管38を移送される洗浄液は、洗浄中は全量が還流管40に送られる。また本発明としては、送り管38を移送される洗浄液の少量が補給ライン8に送液され、残部は還流管40に送られるように構成してもよい。なお、上記高濃度過硫酸溶液と高温硫酸溶液との混合では、容量混合比を1:1〜1:3とするのが望ましい。
Next, the operation of the single wafer cleaning system configured as described above will be described.
The concentrated sulfuric acid solution containing a high concentration of persulfate ions generated by the persulfuric
上記洗浄液は、洗浄槽30内では、好適には150〜190℃(この実施形態では170℃程度)の温度で使用されており、還流管40に至る間に低下した温度をヒータ41によって好適には150〜190℃(この実施形態では170℃程度)に昇温させる。この高温の洗浄液と過硫酸イオンを含む溶液とが過硫酸供給ライン7で合流すると、溶液は瞬時に好適には100〜150℃(この実施形態では130℃程度)となる。また、混合の結果、高温高濃度過硫酸溶液の過硫酸イオン濃度は、約30g/Lとなる。
さらに高温高濃度過硫酸溶液は、赤外線ヒータ33で好適には150〜190℃(この実施形態では170℃程度)に加熱されて洗浄槽30に供給される。
The cleaning liquid is preferably used at a temperature of 150 to 190 ° C. (about 170 ° C. in this embodiment) in the
Furthermore, the high-temperature high-concentration persulfuric acid solution is preferably heated to 150 to 190 ° C. (about 170 ° C. in this embodiment) by the infrared heater 33 and supplied to the
洗浄槽30では、ノズル34において高濃度過硫酸イオンを含む高温の濃硫酸溶液が噴流化されて一定時間噴出される。基板載置台102上には基板100を設置しておき、基板載置台102によって基板100を回転させる。前記噴流によって、回転する基板100の表面がむらなく洗浄され、レジストなどが剥離、除去がなされる。噴出された洗浄液は、基板100を洗浄した後、飛散・落下して、レジスト溶解物を分解しつつ洗浄槽30から回収管35を通して次々と排出され、回収貯留槽36に蓄積される。なお溶液中の過硫酸イオンは自己分解により濃度は次第に低下する。回収貯留槽36に蓄積された高温の濃硫酸溶液は、送液ポンプ39によって順次送り管38を移送され、SS除去フィルタ37で溶液に含まれるSSを除去する。この回収した洗浄液は、上記のように送液ポンプ39で還流管40に送り、該送液によって温度低下をした回収液をヒータ41で170℃程度に加熱して過硫酸供給ライン7を通して移送される高濃度過硫酸溶液に混合する。
In the
上記洗浄を終了すると、過硫酸供給システム10からの高濃度過硫酸溶液の供給を止め、洗浄槽20内の溶液を、送り管38から全量を補給ライン8に供給する。この際の供給量は、過硫酸供給システム10において、高濃度過硫酸溶液の洗浄槽30への供給によって減量した分を補う量とする。補給ライン8に移送された少量の洗浄液は、冷却器9で40℃程度に冷却された後、被電解液として過硫酸供給システム10の貯留槽1または電解反応槽5に直接供給される。この際にも、電解反応槽5では電解が継続しつつ過硫酸イオンを生成するのが望ましい。
When the cleaning is completed, the supply of the high-concentration persulfuric acid solution from the persulfuric
また、本発明では、上記高濃度過硫酸溶液を供給しつつ補給ライン8から被電解液を供給しても良い。その場合、電解を継続しつつ供給する溶液の過硫酸濃度が上記補給によって次第に低下しないように補給量を調整することが望ましい。
In the present invention, the electrolyte solution may be supplied from the
(実施形態4)
上記実施形態では、洗浄部としてバッチ式の洗浄槽を備えるものについて、洗浄槽で回収した溶液により高温硫酸溶液を得るものとしたが、本発明としては、系外から高温硫酸溶液を供給するものであってもよい。以下に、該実施形態を図5に基づいて説明する。なお、前記各実施形態と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。
(Embodiment 4)
In the above-described embodiment, the high temperature sulfuric acid solution is obtained from the solution collected in the cleaning tank for those equipped with a batch type cleaning tank as the cleaning unit. However, as the present invention, the high temperature sulfuric acid solution is supplied from outside the system. It may be. Below, this embodiment is described based on FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the structure similar to each said embodiment, and the description is abbreviate | omitted or simplified.
過硫酸供給システム10の過硫酸供給ライン7には、送液ポンプ31、第1過硫酸供給ライン加熱手段に相当するヒータ32を経由し、その下流側B部で高温硫酸溶液供給ライン50と合流し、さらに第2過硫酸供給ライン加熱手段に相当する赤外線ヒータ33を介して洗浄部に接続されている。高温硫酸溶液供給ライン50は、硫酸貯留槽51に接続されており、高温硫酸溶液供給ライン50には高温硫酸溶液供給ライン加熱手段としてヒータ52が介設されている。また、硫酸貯留槽51には補給ライン8が接続されており、硫酸貯留槽51からは、補給ライン8と高温硫酸溶液供給ライン50とにそれぞれ硫酸溶液の供給が可能になっている。
洗浄部では、噴流形成装置としてノズル34を備え、該ノズル34の先端側噴出部が洗浄槽30内に位置している。また、洗浄槽30の洗浄液排液部では、洗浄に用いた洗浄液は過硫酸供給システムに送液することなく排液されるように構成されている。
The persulfuric
In the cleaning section, a
次に、上記構成よりなる枚葉式洗浄システムの作用について説明する。
硫酸貯留槽51には、硫酸濃度を10〜18M(この実施形態では14.5M)とした硫酸を貯留して、過硫酸供給システム10に供給をして過硫酸イオンを電解反応により生成する。該過硫酸供給システム10で生成され、過硫酸イオンを高濃度で含む濃硫酸溶液は、送液ポンプ31によって過硫酸供給ライン7を通して洗浄槽30側へと移送され、ノズル34側に供給される。この際に、溶液はヒータ32で過硫酸の自己分解速度が非常に高くならない温度、例えば50〜60℃に加熱される。ただし、この加熱のための構成は省略することもできる。さらに、過硫酸イオンを高濃度で含む濃硫酸溶液は、過硫酸供給ライン7のB部で高温硫酸溶液供給ライン33から供給される高温高濃度硫酸溶液と混合されて、瞬時に130℃程度に加熱される。なお、上記高濃度過硫酸溶液と高温硫酸溶液との混合では、容量混合比を1:2とする。高温硫酸溶液供給ライン33では、硫酸貯留槽51に貯留されている常温の硫酸をヒータ52により170℃に加熱して供給する。B部での上記混合により得られた高温高濃度過硫酸溶液は、さらに赤外線ヒータ33で170℃程度に加熱された後、ノズル34に供給される。
Next, the operation of the single wafer cleaning system configured as described above will be described.
In the sulfuric
洗浄槽30では、ノズル34において過硫酸イオンを含む高温の濃硫酸溶液が噴流化されて一定時間噴出され、基板載置台102上に設置された基板100をむらなく洗浄し、レジストなどを剥離、除去する。噴出された洗浄液は、基板100を洗浄した後、飛散・落下して、レジスト溶解物を分解しつつ洗浄槽30から次々と排出される。
一方、過硫酸供給システム10では、電解された過硫酸イオンを含む濃硫酸溶液が不足すると、過硫酸供給ライン7による過硫酸供給を停止した後、好適には電解を継続しつつ、上記硫酸貯留槽51から補給ライン8を通して新たな溶液である常温の高濃度硫酸溶液を被電解液として補給する。この被電解液は、過硫酸供給ライン10に備える電解反応装置で電解されて、過硫酸供給ライン7より洗浄槽30に洗浄液として供給することができる。なお、本発明としては、高濃度過硫酸溶液を過硫酸供給ライン7を通して供給する間にも、硫酸貯留槽51を通して被電解液を補給するものであってもよい。
In the
On the other hand, in the persulfuric
以上、本発明について、上記各実施形態に基づいて説明を行ったが、特に高濃度硫酸から高濃度過硫酸溶液を生成して使用し、廃液を回収して被電解液として再利用する場合、硫酸が高濃度のため電解効率が低いが、電流効率を上げるとガスが大量に発生して電解効率を上げられない。よって本発明のようにして硫酸を循環しながら電解して過硫酸を高濃度にすることが必要不可欠な技術となる。また、本発明は上記実施形態の説明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限りは適宜の変更が可能である。 As described above, the present invention has been described based on each of the above embodiments.In particular, when a high concentration persulfuric acid solution is generated and used from high concentration sulfuric acid, and the waste liquid is collected and reused as an electrolyte, Although the electrolysis efficiency is low due to the high concentration of sulfuric acid, if the current efficiency is increased, a large amount of gas is generated and the electrolysis efficiency cannot be increased. Therefore, as in the present invention, it is an indispensable technique to carry out electrolysis while circulating sulfuric acid to increase the concentration of persulfuric acid. Further, the present invention is not limited to the description of the above embodiment, and appropriate modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
以下に、上記実施形態4の硫酸リサイクル型枚葉式洗浄システムを用いた実施例について説明する。
貯留槽に、98%濃硫酸40リットル、超純水10リットルの割合で調製した高濃度硫酸溶液(14.8M)を収容した。電解反応装置では、直径15cm、厚さ0.5mmのボロンドープした導電性ダイヤモンド電極を10枚組み込んだ電解反応槽を2槽直列に配列させた。電解のための有効陽極面積は30dm2であり、電流密度を30A/dm2に設定して電解した。このとき電解反応装置では、過硫酸生成速度が3g/l/hrであることを確認した。貯留槽と電解反応装置との間で溶液を循環しつつ電解を継続することで、溶液中の過硫酸濃度は50g/Lに達した。
貯留槽における過硫酸を含有した溶液は、洗浄液として枚葉式洗浄装置に500ml/min.で送液し、その途中でヒータにより70℃程度まで加熱し、さらに高温高濃度硫酸溶液(14.8M)と混合して170℃程度に昇温してノズルに導入した。基板載置台に保持されたレジスト付きで5インチのシリコンウエハを2min./枚程度の速度で洗浄した。廃液は回収槽に回収した。この処理を3時間連続して行い、60枚の清浄なウエハを得ることができた。またこの間に新たな薬品の添加を行わず、回収槽内の洗浄液のTOC濃度は検出限界以下であった。
Hereinafter, examples using the sulfuric acid recycling type single wafer cleaning system of the fourth embodiment will be described.
A high-concentration sulfuric acid solution (14.8M) prepared in a ratio of 40 liters of 98% concentrated sulfuric acid and 10 liters of ultrapure water was accommodated in the storage tank. In the electrolytic reaction apparatus, two electrolytic reaction tanks each incorporating 10 boron-doped conductive diamond electrodes having a diameter of 15 cm and a thickness of 0.5 mm were arranged in series. Effective anode area for electrolysis is 30dm 2, and electrolysis by setting the current density 30A / dm 2. At this time, in the electrolytic reaction apparatus, it was confirmed that the persulfuric acid production rate was 3 g / l / hr. By continuing the electrolysis while circulating the solution between the storage tank and the electrolytic reactor, the concentration of persulfuric acid in the solution reached 50 g / L.
The solution containing persulfuric acid in the storage tank was used as a cleaning liquid in a single wafer cleaning apparatus at 500 ml / min. In the middle of this, the mixture was heated to about 70 ° C. with a heater, mixed with a high-temperature high-concentration sulfuric acid solution (14.8M), heated to about 170 ° C., and introduced into the nozzle. A 5-inch silicon wafer with a resist held on the substrate mounting table was added for 2 min. / Washed at a rate of about 1 sheet. The waste liquid was collected in a collection tank. This process was performed continuously for 3 hours, and 60 clean wafers could be obtained. During this time, no new chemical was added, and the TOC concentration of the cleaning liquid in the recovery tank was below the detection limit.
(比較例1)
実施例1の枚葉式洗浄装置を用い、該洗浄装置には、硫酸:過酸化水素水を4:1で混合し、170℃に加熱した洗浄液を供給するものとした。レジスト付きで5インチのシリコンウエハを2min./枚程度の速度で洗浄した。3時間後、60枚の清浄なウエハを得ることができたが、洗浄廃液が27L程度発生した。
(Comparative Example 1)
The single wafer cleaning apparatus of Example 1 was used, and a cleaning liquid heated to 170 ° C. was mixed with sulfuric acid: hydrogen peroxide solution at a ratio of 4: 1. A 5-inch silicon wafer with a resist is added for 2 min. / Washed at a rate of about 1 sheet. After 3 hours, 60 clean wafers could be obtained, but about 27 L of cleaning waste liquid was generated.
1 貯留槽
2a 送り管
2b 戻り管
4 冷却器
5 電解反応槽
5a 陽極
5b 陰極
5c バイポーラ電極
6 直流電源
7 過硫酸供給ライン
8 補給ライン
9 冷却器
10 過硫酸供給システム
12 ヒータ
13 高温硫酸溶液供給ライン
14 ヒータ
20 洗浄槽
23 ヒータ
26 送り管
28 還流管
29 ヒータ
30 洗浄槽
32 ヒータ
33 赤外線ヒータ
34 ノズル
35 回収管
36 回収貯留槽
38 送り管
40 還流管
41 ヒータ
50 高温硫酸溶液供給ライン
51 硫酸貯留槽
52 ヒータ
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