JPH11139811A - 高純度過酸化水素水溶液の製造方法 - Google Patents

高純度過酸化水素水溶液の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 過酸化水素の分解を伴わずに逆浸透膜の酸化
劣化を抑えて、高純度の過酸化水素水溶液を長時間続け
て製造する方法が提供する。 【解決手段】 鉄及びクロムの含有量がいずれも10重
量ppb以下である精製過酸化水素水溶液をさらに精製
させるに際し、過酸化水素分解抑制剤を0.2〜300
μmol/l添加して逆浸透膜に接触させることを特徴
とする高純度過酸化水素水溶液の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、過酸化水素水溶液
中に含有される金属成分及び全有機炭素成分(TOC)
を除去する高純度過酸化水素水溶液の製造方法に関す
る。該過酸化水素水溶液は、半導体工業においてウェハ
ー等の洗浄に有用である。
【0002】
【従来の技術】過酸化水素水溶液は、半導体工業におい
てシリコンウェハー等の洗浄用薬品として広く使用され
てきた。近年、半導体の高集積化が進むにつれて、過酸
化水素水溶液に対する高純度化の要求がより高度になっ
ている。
【0003】過酸化水素は、有機溶媒中においてアント
ラキノン類の酸化還元反応を利用したいわゆる自動酸化
法にて製造されており、生成した過酸化水素を水によっ
て抽出して過酸化水素水溶液とするのが一般的である。
この水抽出後の過酸化水素水溶液中には、反応に使用し
た有機溶剤由来の有機炭素成分や装置材質等から混入し
てくる金属成分等が含まれるため過酸化水素が分解する
おそれがあり、これを回避するため抽出時または抽出後
の水溶液に過酸化水素分解抑制剤としてリン酸等が通常
添加される。
【0004】こうして得られた過酸化水素水溶液を半導
体工業向けの高純度過酸化水素水溶液とするため、蒸留
による方法、アニオン交換樹脂との接触による方法、カ
チオン交換樹脂との接触による方法、キレート樹脂との
接触による方法等を単独でまたは組み合わせて用いるこ
とにより精製している。しかしながら、これらの方法で
は過酸化水素水溶液中に含まれるアルミニウム、クロ
ム、鉄、ニッケル等の金属類、硫酸、塩酸、硝酸等のア
ニオン類、一部の有機炭素成分の除去が行われるもの
の、有機炭素成分の除去効果が充分ではなく、より高い
効率での有機物の除去手段が求められてきた。
【0005】この手段の一つとして逆浸透膜法による方
法が、特開平7−33408号公報、特開平7−109
109号公報、特開平8−151203号公報に示され
ている。これらでは、不純物濃度が高い過酸化水素水溶
液を精製し高純度化する方法が示されているが、不純物
濃度が高い場合には、過酸化水素は特に不安定となるた
め種々の問題が生ずる。その一つは過酸化水素が分解す
ると発熱を伴うため過酸化水素水溶液の温度が上昇し分
解が促進され、甚だしくは爆発的な分解を起こす危険性
があることである。また、他の問題は、過酸化水素の分
解時に生ずる酸素および酸素ラジカルにより逆浸透膜が
酸化されるため膜の不純物阻止率が低下し、膜の寿命が
短くなることである。
【0006】ここで、逆浸透膜法は、膜に接する不純物
濃度の異なる2種類の溶液間に生ずる浸透圧以上の圧力
を加え、本来の溶質の浸透方向に対し逆方向に浸透させ
溶液を精製する方法であり、精製中に不純物が濃縮され
ていく溶液と不純物が減ぜられていく溶液を生じている
のが普通である。よって、過酸化水素水溶液の精製に逆
浸透膜法を用いた場合、不純物が濃縮されていく過酸化
水素水溶液を生じ、過酸化水素が爆発的に分解する危険
性を増し、逆浸透膜の寿命が著しく短くなるという問題
が生じる。
【0007】上記より、逆浸透膜を安全かつ効果的に精
製に利用するためには、予め不純物を取り除いた過酸化
水素水溶液を逆浸透膜に接触することが望ましい。しか
しながら、予め不純物を取り除いた過酸化水素水溶液を
逆浸透膜に接触した場合にも、過酸化水素が爆発的に分
解する危険性はないものの、逆浸透膜の寿命は十分では
なく、コスト面から工業的に利用することは困難であっ
た。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、逆浸透膜法
による極めて高純度な過酸化水素水溶液の製造におい
て、過酸化水素水溶液を精製する際の逆浸透膜の劣化を
抑え、長時間の過酸化水素水溶液の高度な精製を可能に
することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
に対し、鋭意研究を行った結果、精製された過酸化水素
水溶液には、過酸化水素分解抑制剤の含有量が少なくな
るため、逆浸透膜の寿命に悪影響を与えることを見出し
本発明を完成させるに至った。即ち本発明は、鉄及びク
ロムの含有量がいずれも10重量ppb以下である精製
過酸化水素水溶液をさらに精製するに際し、過酸化水素
分解抑制剤を0.2〜300μmol/l添加して逆浸
透膜に接触させることを特徴とする高純度過酸化水素水
溶液の製造方法に関する。
【0010】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に関して詳細に説
明する。本発明においては、鉄及びクロムの濃度をいず
れも10重量ppb以下とした精製過酸化水素水溶液を
用いる。また、過酸化水素濃度は通常10〜70重量%
である。この様な精製過酸化水素水溶液は、アントラキ
ノン法により製造された粗過酸化水素を公知な精製法で
ある蒸留、カチオン交換樹脂との接触、キレート樹脂と
の接触、アニオン交換樹脂との接触及び逆浸透膜との接
触から選ばれる単独または複数の方法の組み合わせによ
り得ることができ、従来半導体工業において使用されて
きた精製過酸化水素水溶液を含む。
【0011】過酸化水素水溶液に添加する過酸化水素分
解抑制剤は、オルトリン酸、ピロリン酸、トリポリリン
酸、ホスホン酸系キレート剤、酢酸系キレート剤及びス
ズ酸並びにそれらの塩から選ばれる少なくとも1種であ
る。ホスホン酸系キレート剤として、アミノトリ(メチ
レンホスホン酸)、1−ヒドロキシエチリデン−1,1
−ジホスホン酸、エチレンジアミンテトラ(メチレンホ
スホン酸)、ヘキサメチレンジアミンテトラ(メチレン
ホスホン酸)、ジエチレントリアミンペンタ(メチレン
ホスホン酸)、ニトリロメチレンホスホン酸及び1,2
−プロピレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)等
並びにこれらの塩が挙げられ、酢酸系キレート剤とし
て、エチレンジアミンテトラ酢酸、ジエチレントリアミ
ンペンタ酢酸、トリエチレンテトラミンヘキサ酢酸、N
−ヒドロキシエチルエチレンジアミンテトラ酢酸及びニ
トリロトリ酢酸等並びにこれらの塩が挙げられる。添加
量は0.2〜300μmol/lの範囲であり、好まし
くは0.5〜50μmol/lの範囲である。ここで、
過酸化水素分解抑制剤の添加方法は、バッチ式、半連続
式又は連続式のいずれでもよい。
【0012】逆浸透装置としては、平膜、スパイラルモ
ジュール等の逆浸透膜を固定支持する耐圧容器と加圧手
段を有する逆浸透膜法により液体を精製する装置を使用
することができる。例えば逆浸透膜の平膜一枚で隔離し
たいわゆる平板型のもの、逆浸透膜(メンブラン)とス
ペーサー又はネッティングを重ねて多重に巻いたいわゆ
るスパイラルモジュール型のものなどである。逆浸透膜
としては特に制限はないが、有機物の阻止能が高く、か
つ耐酸化性の高い低圧高阻止逆浸透膜が望ましく。この
様な膜としては芳香族架橋ポリアミドとポリスルホン系
高分子及び/又はポリエステル系高分子からなる複合膜
を挙げることができる。例えば、日東電工製逆浸透膜E
S−10、ES−20等である。加圧圧力としては低圧
逆浸透膜の一般的な操作圧力である0.49〜1.5M
Paの範囲で行えばよい。また、加圧時の温度としては
室温である20〜30℃の範囲でよいが、−10℃程度
まで冷却してもよい。
【0013】
【実施例】以下、実施例により、本発明についてさらに
詳しく説明する。なお、実施例中のTOC濃度はTOC
計により、鉄及びクロムはICP−MS装置により測定
した。 実施例1 蒸留により精製された過酸化水素濃度が60重量%、鉄
濃度1重量ppb、クロム濃度0.1重量ppb、TO
C濃度21重量ppmの過酸化水素水溶液に過酸化水素
分解抑制剤としてオルトリン酸を0.3μmol/lお
よびピロリン酸を0.2μmol/l添加した。この過
酸化水素水溶液を以下の条件にて繰り返し加圧通液し
た。
【0014】日東電工製逆浸透膜ES−10の平膜(膜
面積32cm2 )を装着したバッチ式加圧セルに精製に
供する過酸化水素水溶液150mlを充填し、攪拌下に
て窒素ガスにより加圧圧力0.49MPa、20℃にて
100ml通液した。その後、セル内部に残存する不純
物が濃縮された過酸化水素水溶液を取り出し、再度精製
に供する過酸化水素水溶液を加圧セルに150ml充填
し加圧せずに放置した。この間、セルは、20℃に保ち
攪拌を継続して実施した。1回目の通液開始時間から8
時間経過後再度1回目の通液と同条件にて100mlを
加圧通液した。以後8時間サイクルにて上記操作を繰り
返し実施し、各回の所要時間から膜面積当たりの透過速
度を求め、また透過した高純度過酸化水素水溶液中のT
OC濃度を測定した。
【0015】膜が劣化した場合には、膜面積当りの透過
速度が著しく増大すると共に、不純物除去能が低下しT
OC濃度が大きくなることから膜の劣化状態と精製度の
確認を行った。1回目及び20回目の通液結果を表−1
に示す。
【0016】比較例1 過酸化水素分解抑制剤を添加しなかった過酸化水素水溶
液を用いたこと以外は実施例1と同様に操作した。1回
目及び20回目の通液結果を表−1に示す。
【0017】実施例2 アニオン交換樹脂およびカチオン交換樹脂を充填したカ
ラムへの通液により精製された過酸化水素濃度が30重
量%、鉄濃度0.1重量ppb、クロム濃度0.1重量
ppb未満、TOC濃度7重量ppmの過酸化水素水溶
液に過酸化水素分解抑制剤としてオルトリン酸を30μ
mol/l添加した。この過酸化水素水溶液を、実施例
1と同様に操作した。1回目及び15回目の通液結果を
表−1に示す。
【0018】実施例3 過酸化水素分解抑制剤としてオルトリン酸を16μmo
l/l及びエチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン
酸)ナトリウムを1.5μmol/l添加したこと以外
は実施例1と同様に操作した。1回目及び15回目の通
液結果を表−1に示す。
【0019】比較例2 過酸化水素分解抑制剤を添加しなかった過酸化水素水溶
液を用いたこと以外は実施例1と同様に操作した。1回
目及び15回目の通液結果を表−1に示す。
【0020】比較例3 過酸化水素濃度30重量%、鉄濃度50重量ppb、ク
ロム濃度20重量ppb、TOC濃度8重量ppmの過
酸化水素水溶液にオルトリン酸を30μmol/l添加
した。この過酸化水素水溶液を実施例1と同様に操作し
た。1回目及び10回目の通液結果を表−1に示す。
【0021】実施例4 アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂を充填したカラ
ムへの通液により精製された過酸化水素濃度31重量
%、TOC濃度10重量ppm、鉄濃度1重量ppb、
クロム濃度0.1重量ppbの過酸化水素水溶液に過酸
化水素分解抑制剤としてピロリン酸を30μmol/l
添加した。この過酸化水素水溶液を日東電工製逆浸透膜
ES−20を装着した平膜型の連続通液セル(膜面積6
0cm2 )に、高圧ポンプで0.75MPaに加圧し流
量0.3l/h、操作温度25℃において通液し20リ
ットルの高純度過酸化水素水溶液を得た。この時の平均
膜透過速度及び得られた高純度過酸化水素水溶液中のT
OC濃度を表−1に示す。
【0022】比較例4 過酸化水素分解抑制剤を添加しなかった過酸化水素水溶
液を用いたこと以外は実施例4と同様に操作した。この
時の平均膜透過速度および得られた高純度過酸化水素水
溶液中のTOC濃度を表−1に示す。
【0023】
【発明の効果】本発明により、過酸化水素の分解を伴わ
ずに逆浸透膜の酸化劣化が抑えられ、極めて高純度の過
酸化水素水溶液を長時間続けて製造する方法が提供され
る。精製された過酸化水素水溶液は半導体工業において
ウェハー洗浄等に好適に使用されるものである。
【0024】
【表1】

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鉄及びクロムの含有量がいずれも10重
    量ppb以下である精製過酸化水素水溶液をさらに精製
    させるに際し、過酸化水素分解抑制剤を0.2〜300
    μmol/l添加して逆浸透膜に接触させることを特徴
    とする高純度過酸化水素水溶液の製造方法。
  2. 【請求項2】 過酸化水素分解抑制剤が、オルトリン
    酸、ピロリン酸、トリポリリン酸、ホスホン酸系キレー
    ト剤、酢酸系キレート剤及びスズ酸並びにそれらの塩か
    ら選ばれる少なくとも1種である請求項1記載の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 精製過酸化水素水溶液が、蒸留、イオン
    交換樹脂との接触、キレート樹脂との接触及び逆浸透膜
    との接触から選ばれる少なくとも1つの方法により精製
    された過酸化水素水溶液である請求項1記載の製造方
    法。
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