JPH1177049A

JPH1177049A - 電解イオン水生成装置、電解イオン水生成方法及び洗浄方法

Info

Publication number: JPH1177049A
Application number: JP9250120A
Authority: JP
Inventors: Naoto Miyashita; 直人宮下; Atsushi Takayasu; 淳高安; Masayasu Abe; 正泰安部; Kazuhiro Kubota; 一浩久保田; Takuro Kato; 琢朗加藤
Original assignee: Toshiba Corp; Japan Carlit Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Japan Carlit Co Ltd
Priority date: 1997-09-01
Filing date: 1997-09-01
Publication date: 1999-03-23
Anticipated expiration: 2017-09-01
Also published as: JP3586364B2

Abstract

(57)【要約】【課題】金属が電解水に溶け出さない電極を備え特性
的に安定したアルカリ性水を生成し、しかも酸性水の生
成量とほぼ等しいアルカリ性水の生成量がえられる電解
イオン水生成装置及び方法及びこの装置により生成され
たイオン水、とくにアルカリ性水を用いて半導体ウェー
ハなどを洗浄する方法を提供する。【解決手段】陽極４及び陰極５を備えた電気分解装置
１にダミー陽極４′を設け、このダミー陽極と前記陰極
とに電流を通電する。陽極と陰極とに電流を通電して純
水を電気分解する時にダミー陽極と陰極にも電流を通電
することにより、一方の陽極４には規定量の電流を流し
他方の陰極５には過剰分の電流を流して電流バランスを
とるとともに陰極の電解作用の活性化をはかることがで
きるので酸性水とアルカリ性水の等量生成が可能にな
る。ダミー陽極−陰極間に通電される電流により水素ガ
スが多量に陰極に生成されるので電解作用が活性化され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気分解によりイ
オン水を生成するイオン水生成装置に係り、とくにその
電極構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電解イオン水生成装置により生成
されたイオン水は、各分野に利用され、とくに半導体装
置の製造や液晶の製造などに多く用いられている。半導
体装置の製造においては、純水や超純水を電気分解して
得られたイオン水を用いてシリコン半導体などの半導体
基板を洗浄したり、ポリッシング等を行っている。半導
体装置の製造工程において、半導体基板の洗浄などに
は、従来フロンなどの弗素系溶剤が用いられていたが、
これら溶剤は生活環境に悪影響を及ぼすので敬遠され始
め、代わりに純水や超純水などの水が最も安全な溶剤と
して利用されるようになった。純水は、イオン、微粒
子、微生物、有機物などの不純物をほとんど除去した抵
抗率が５〜１８ＭΩｃｍ程度の高純度の水である。超純
水は、超純水製造装置により水中の懸濁物質、溶解物質
及び高効率に取り除いた純水よりさらに純度の高い極め
て高純度の水である。これらの水（以下これらを全て純
水という）を電気分解することによって酸化性の強い陽
極水や還元性の強い陰極水などのイオン水が生成され
る。半導体装置や液晶などの製造において、これら陽極
水や陰極水などの純水を用いて基板の表面を洗浄するこ
とが検討されている。

【０００３】従来の電解イオン水生成装置を図６に示
す。電解槽５０は、陰極室５２と陽極室５３とを備え、
陰極室５２には陰極５５が配置され、陽極室５３には陽
極５７が配置されている。そして、これら電極５４（陰
極５５、陽極５７）は共に白金や白金をコートしたチタ
ン基体などから構成されている。陰極室５２で形成され
る陰極側イオン水（陰極水）５８及び陽極室５３で形成
される陽極側イオン水（陽極水）５９とを効率よく分離
するために陰極室５２と陽極室５３とはセラミックや高
分子などの多孔質の隔膜５６によって仕切られている。
電解槽５０に配置された陰極５５は、直流電源６６の負
極６７に接続され、陽極５７は、その正極６８に接続さ
れている。電解槽５０では直流電源６６から電流を通電
して電解槽５０に取り付けられた純水供給パイプ６１か
ら供給され、純水に、例えば、塩化アンモニウムなどの
支持電解質を添加した希釈電解質溶液（電解水）５１を
電気分解する。この電気分解の結果陰極５５側で生成さ
れる陰極水は、アルカリ性イオン水（アルカリ性水）で
あり、陽極５７側で生成される陽極水は、酸性イオン水
（酸性水）である。

【０００４】なお、例えば、蓚酸を支持電解質として電
解槽で純水を電気分解すると、陰極側で生成される陰極
水も、陽極側で生成される陽極水もともに酸性を示すこ
とが知られている。陰極室５２で生成された陰極水（ア
ルカリ性水）５８は、アルカリ性水供給パイプ６２から
外部に供給され、陽極室５３で生成された陽極水（酸性
水）５９は、酸性水供給パイプ６３から外部に供給され
る。通常は陰極室５２でアルカリ性水が生成されるの
で、例えば、半導体装置の製造に用いられるポリッシン
グ装置を使用する場合、アルカリ性水を用いてポリッシ
ングを行うには、電解槽５０に接続されたアルカリ性水
供給パイプ６２からアルカリイオン水をポリッシング装
置の研磨布に供給する。この場合、陽極室５３で生成さ
れる酸性イオン水は不要なので廃棄されるか、もしくは
半導体ウェーハ洗浄などの他の用途に用いる。したがっ
て、廃棄する場合には酸性水供給パイプ６３はイオン水
を排出するイオン水排出パイプに接続される。また、酸
性イオン水を用いてポリッシングを行うには、酸性水供
給パイプ６３から酸性水を研磨布に供給する。この場
合、陰極室５２で生成されるアルカリイオン水は必要に
応じて廃棄されるか、もしくは他の用途に用いられる。
従って廃棄する場合陰極水供給パイプ６２はイオン水排
出パイプに接続される。

【０００５】以上のように、電解槽５０は、隔膜５６に
より２槽に分離され、各電極は分離されたそれぞれの槽
に配置されるので、それぞれの槽からアルカリ性水又は
酸性水を目的に応じて取り出すことができる。前述のよ
うにイオン水には、アルカリ性水と酸性水があり、電解
槽内で希釈された、例えば、ＨＮＯ₃、ＮＨ₄Ｃｌ、Ｎ
Ｈ₄Ｆなどの電解質溶液を電解することによって任意の
ｐＨのイオン水が生成される。しかし、この従来方法で
は、金属電極から発生する金属イオンが電極で発生する
電界に引かれ、電解槽、特に陰極室内に多く入り込み、
電解水の純度を低下させていた。最近イオン水を半導体
装置の製造における半導体ウェーハなどの洗浄用として
使用する要求が強くなってきた。このような現状におい
て半導体装置では微量な金属不純物がデバイス特性に大
きな影響を与えるためにイオン水の高純度化が必要とな
っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の電気分解による
イオン水生成方法では、溶液に含まれる金属イオンや金
属電極から発生する金属イオンも電極から発生する電界
に引かれ、各電解槽、とくに陰極室内に多く入り込み、
電解水の純度を低下させており、イオン水を半導体装置
や液晶等の高精度性を必要とする製造に使用することは
難しかった。また、電解イオン水生成装置から生成され
たイオン水を前述のように半導体ウェーハの洗浄などに
用いる場合、アルカリ性水は、通常半導体ウェーハ上に
付着しているカーボンなどのパーティクルを取り除くた
めに用いられ、酸性水は、メタルを除去するために用い
られる。酸性水やアルカリ性水を半導体ウェーハ洗浄に
用いる場合には一般に純水で希釈される。しかし、酸性
水やアルカリ性水を希釈するとそれらのｐＨ値は、あま
り変化しないがアルカリ性水の場合はその酸化還元電位
（ＯＲＰ）が大きく変わる。したがってＯＲＰを所定の
値に止めて洗浄したい場合には希釈することは難しい。
また、図４に示すように、アルカリ性水は、酸性水と異
なり電解イオン水生成装置から生成された直後からＯＲ
Ｐが安定せず、数時間後もＯＲＰ値は大きく変わってい
る。これに対し酸性水は、生成直後から安定し、この状
態は変化しない。

【０００７】従来の電解イオン水生成装置は、金属電極
を用いていたが、金属電極は、金属がイオンとなって陽
極に溶出してくるので半導体ウェーハの特性を劣化させ
ることがあり、そのため、炭素などを電極にした装置も
用いられるようになった。また、炭素電極などを用いる
と特に陽極が破損されて高い電圧を維持することができ
ないという問題があった。例えば、炭素電極の場合、電
解電圧は、２０〜３０Ｖ、電流は、２〜３Ａ程度しか使
用できず、このため、特にアルカリ性水は、酸性水に比
較して生成量が十分でないという問題があった。本発明
は、このような事情によりなされたものであり、金属が
電解水に溶け出さない電極を備え、半導体装置や液晶な
どの高純度な環境を必要とする分野にも使用できる金属
イオンの存在の著しく少ない高純度なイオン水、とくに
特性的に安定したアルカリ性水を生成し、しかも酸性水
の生成量とほぼ等しいアルカリ性水の生成量がえられる
電解イオン水生成装置、電解イオン水生成方法及びこの
装置及び方法により生成されたイオン水、とくにアルカ
リ性水を用いて半導体ウェーハなどを洗浄する方法を提
供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、この様な課題
を解決するために、陽極及び陰極を備えた電気分解装置
にダミー陽極を設け、このダミー陽極と前記陰極とに電
流を通電することを特徴とする。陽極と陰極とに電流を
通電して純水を電気分解する時に、ダミー陽極と陰極に
も電流を通電することにより、一方の陽極４には規定量
の電流を流し他方の陰極５には過剰分の電流を流して電
流バランスをとるとともに、陰極の電解作用の活性化を
はかることができるので酸性水とアルカリ性水の等量生
成が可能になる。ダミー陽極−陰極間に通電される電流
により水素ガスが多量に陰極に生成されるので電解作用
が活性化される。

【０００９】すなわち、本発明の電解イオン水生成装置
は、陽極、陰極及びダミー陽極からなる電気分解用電極
と、前記陽極が配置された陽極室と、前記陽極室とは隔
壁によって隔てられ、前記陰極が配置された陰極室と、
前記陰極室とは隔壁によって隔てられ、前記ダミー陽極
が配置されたダミー陽極室と、前記陽極に正極が接続さ
れ、前記陰極に負極が接続された第１の電源と、前記ダ
ミー陽極に正極が接続され、前記陰極に負極が接続され
た第２の電源とを備え、純水もしくは超純水を電気分解
する場合において、前記第１の電源及び前記第２の電源
に電源電流を通電することを特徴としている。本発明の
電解イオン水生成方法は、陽極、陰極及びダミー陽極か
らなる電気分解用電極と、前記陽極が配置された陽極室
と、前記陽極室とは隔壁によって隔てられ、前記陰極が
配置された陰極室と、前記陰極室とは隔壁によって隔て
られ、前記ダミー陽極が配置されたダミー陽極室と、前
記陽極に正極が接続され、前記陰極に負極が接続された
第１の電源と、前記ダミー陽極に正極が接続され、前記
陰極に負極が接続された第２の電源とを具備した電解イ
オン水生成装置の前記第１の電源から前記陽極及び前記
陰極に電流を通電する工程と、前記第２の電源から前記
ダミー陽極及び前記陰極に電流を通電する工程とを備
え、前記陰極室及び前記陽極室に供給された純水もしく
は超純水を電気分解することを特徴としている。また、
本発明の洗浄方法は、前記電解イオン水生成装置により
生成されたイオン水を洗浄槽に供給する工程と、前記イ
オン水を用いて半導体ウェーハを洗浄する工程とを備え
ていることを特徴としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して発明の実施
の形態を説明する。まず、図１乃至図４を参照して第１
の発明の実施の形態に係る電解イオン水生成装置を説明
する。図１は、電解イオン水生成装置の模式断面図、図
２は、電解イオン水生成装置の斜視図、図３は、図１の
電解イオン水生成装置を利用した半導体ウェーハの洗浄
工程を説明するシステム図、図４は、イオン水のＯＲＰ
値の時間依存性を説明する特性図である。電解槽１は、
陽極室２と、陰極室３と、ダミー陽極室２′の電極室か
らなる。陽極室２は、通常ここで酸性イオン水が生成さ
れるので酸性水槽といい、陰極室３は、アルカリ性イオ
ン水が生成されるのでアルカリ性水槽という。この電解
槽１は、テフロンや塩化ビニールなどの合成樹脂からな
っていて、例えば、四角柱形状をしており、各電極室に
はそれぞれ少なくとも１つの電極が配置されている。陽
極室２には、陽極４が配置され、陰極室３には陰極５が
配置され、ダミー陽極室２′には、ダミー陽極４′が配
置形成されている。電極は、各電極室ともこの発明の実
施の形態では棒状体であり、それぞれ１０本配列してい
るが、例えば、薄い板状体のような他の形状でも良い。
また、電極室は、円筒などの他の形状でも良い。電解槽
１は、断面形状が１０ｃｍ〜３０ｃｍ程度の四角形であ
り、その高さは２０〜５０ｃｍ程度である。電極は、電
解槽１の上部蓋に気密に固定されている。

【００１１】電解槽１は、三分され、陰極室３と陽極室
２とを分離する隔膜６及び陰極室３とダミー陽極室２′
とを分離する隔膜６′が配置されている。隔膜６、６′
には、例えば、イオン交換膜が用いられる。陽極４及び
陰極５は、第１の直流電源１２に接続されている。第１
の直流電源１２の正極は、陽極４に接続され、負極は、
陰極５に接続されている。ダミー陽極４′及び陰極５
は、第２の直流電源１３に接続されている。第２の直流
電源１３の正極は、ダミー陽極４′に接続され、負極
は、陰極５に接続されている。陽極室２、陰極室３及び
ダミー陽極室２′には、純水を溶媒とし電解質を溶質と
する電解質溶液がそれぞれ電解質溶液供給パイプ８、
９、８′を介して供給される。電解質には、例えば、Ｈ
ＮＯ₃、ＮＨ₄Ｃｌ、ＮＨ₄Ｆなどを用いる。この発明
の実施の形態では、陽極室２及びダミー陽極室２′には
ＨＣｌが電解質として供給され、陰極室３にはＨＣｌ＋
ＮＨ₃が電解質として供給される。陽極室２に供給され
る電解質溶液のＨＣｌ濃度は、例えば、１０００ｐｐｍ
であり、陰極室３に供給される電解質溶液のＨＣｌ＋Ｎ
Ｈ₃濃度は、例えば、１０００ｐｐｍであり、ダミー陽
極室２′に供給される電解質溶液のＨＣｌ濃度は、例え
ば、１〜１０ｗｔ％と高濃度である。

【００１２】第１及び第２の電源１２、１３を動作させ
て電解質溶液の溶媒である純水が電気分解され、陽極室
２に酸性水が生成され、陰極室３にアルカリ性水が生成
される。そして、ダミー陽極室２′には高濃度酸性水が
生成され、これは排水パイプ１０′から排出される。こ
の酸性水は、陽極水（酸性水）供給パイプ１０を介して
外部の半導体製造装置などの酸性イオン水を必要とする
製造装置に供給される。アルカリ性水は、陰極水（アル
カリ性水）供給パイプ１１を介して外部の半導体製造装
置などのアルカリ性水を必要とする製造装置に供給され
る。

【００１３】次に、図１及び図２に示す電解イオン水生
成装置を参照しながらイオン水の生成方法を説明する。
陽極室２にはＨＣｌ電解質溶液を供給し、陰極室３には
ＨＣｌ＋ＮＨ₃電解質溶液を供給し、ダミー陽極室２′
にはＨＣｌの高濃度電解質溶液を供給する。そして、陽
極４及び陰極５には第１の直流電源１２から２０〜３０
Ｖ（２〜３Ａ）の電圧が印加される。それと同時に、ダ
ミー陽極４′及び陰極５には第２の直流電源１３から数
１０Ａ（５０〜１００Ｖ）の電流が通電される。このよ
うに、この電気分解では陽極４と陰極５とを対比して高
電流を陰極５側に流すことを特徴としている。一方の陽
極４には規定量の電流を流して、図４に示すように、経
時的に安定なＯＲＰ値を有する陽極水を陽極室２に生成
させる。他方の陰極５には過剰分の電流を流すことによ
り電流バランスをとる。イオン水を半導体装置の製造に
利用する場合、イオン水のｐＨ値及びＯＲＰ値によって
その用途を決定する。したがって、ＯＲＰ値が従来のよ
うに時と共に変化するのでは所定の用途に決めることが
できない。そこで、本発明の電解イオン水生成装置で生
成されるような安定なイオン水が望まれる。

【００１４】このような方法で電気分解を行うことによ
り、陰極５には水素が十分供給され、アルカリ水の生成
量が多くなると共に、経時的に安定なＯＲＰ値を有する
アルカリ性水が生成される。アルカリ性水の生成レート
は、酸性水とほぼ等しくなるので、アルカリ性水と酸性
水の等量生成が可能になる。陽極室２から生成される酸
性水は、ｐＨ値が２であり、ＯＲＰ値が＋１１００ｍＶ
以上である。陰極室３から生成されるアルカリ性水は、
ｐＨ値が９〜１１であり、ＯＲＰ値が−６００ｍＶ以下
である。

【００１５】次に、図３を参照して前記電解イオン水生
成装置を利用した半導体ウェーハの洗浄方法を説明す
る。電解イオン水生成装置により生成されたイオン水
は、半導体ウェーハの洗浄に用いられる。半導体装置の
製造工程におけるウェーハ処理工程では、各処理の後処
理工程における半導体ウェーハの洗浄が半導体装置の特
性を維持する上で不可欠である。図３は、例えば、図１
に示した電解イオン水生成装置を半導体ウェーハの洗浄
に適用した半導体製造装置のシステム図である。このシ
ステムは、基本的には、超純水もしくは純水を収容して
いる超純水タンク１４、電解槽１を含む電解イオン水生
成装置及び半導体ウェーハ洗浄槽１５から構成されてい
る。電解槽には、通常、電解槽内を洗浄するための水を
給水及び排水する洗浄用超純水供給パイプ及び排水パイ
プが取り付けられているがウェーハ洗浄に直接関わって
いないので図示を省略する。イオン水で半導体ウェーハ
を洗浄する場合、イオン水を純水で希釈して使用する方
法と希釈しないでイオン水のまま使用する（この場合で
も塩酸や界面活性剤などを微量添加することがある）方
法とがあるが、このシステムではアルカリ性水の利用に
重点を置き、これに超純水を加えて洗浄する方法を説明
する。

【００１６】超純水タンク１４からは第１の超純水パイ
プ１６及び第２の超純水パイプ１７が導出されている。
第１の超純水パイプ１６は、電解質溶液供給パイプ８、
８′を分岐し、電解イオン水生成装置の陽極室２に接続
された酸性水供給パイプ１０に接続される。酸性水供給
パイプ１０は、洗浄槽などの半導体製造装置に接続して
半導体装置の製造に利用するが、図３ではアルカリ性水
の利用を説明しているので、酸性水供給パイプ１０の接
続先は図示を省略する。第２の超純水パイプ１７は、電
解質溶液供給パイプ９を分岐し、アルカリ性水供給パイ
プ１１に接続される。アルカリ性水供給パイプ１１は、
第２の超純水パイプ１７と合流した後半導体ウェーハ洗
浄槽１５に接続されている。電解質溶液供給パイプ８′
は、ダミー陽極室２′に接続され、高濃度の電解質溶液
をダミー陽極室２′に供給する。ダミー陽極室２′では
酸性水が生成され、これは、排水パイプ１０′から外へ
排出される。電解質溶液供給パイプ８は、電解質タンク
１８から供給された塩酸（ＨＣｌ）と超純水とがミキサ
ー１９でミキシングされて形成された電解質溶液を電解
槽１の陽極室２に供給する。電解質溶液供給パイプ９
は、電解質タンク２０から供給された塩酸（ＨＣｌ）と
電解質タンク２１から供給されたアンモニア（ＮＨ₃）
と超純水とがミキサー２２でミキシングされて形成され
た電解質溶液を電解槽１の陰極室３に供給する。

【００１７】陽極室２で生成された酸性水は、酸性水供
給パイプ１０で外部へ供給される。酸性水は、希釈後の
溶存塩素濃度が２〜２０ｐｐｍ程度になるように第１の
超純水パイプ１６から供給される超純水で希釈され、ミ
キサー２３でミキシングされて半導体ウェーハ洗浄装置
などの半導体製造装置へ供給される。陰極室３で生成さ
れたアルカリ性水は、アルカリ性水供給パイプ１１で外
部へ供給される。アルカリ性水は、第２の超純水パイプ
１７から供給される超純水で希釈され、ミキサー２４で
ミキシングされて半導体ウェーハ洗浄槽１５へ供給さ
れ、半導体ウェーハ３０を洗浄する。その希釈の度合い
は、１０〜１００倍程度とする。洗浄については、パー
ティクルや金属コンタミの除去効果を上げるため、酸性
水では弗酸（ＨＦ）、硝酸（ＨＮＯ₃）、塩酸（ＨＣ
ｌ）等の他の薬液と組み合わせて使用する。アルカリ性
水においても界面活性剤などの薬液と組み合わせて使用
する。薬液の濃度は、０．１〜５％程度が適当である。
ＨＦ、ＨＮＯ₃、ＨＣｌ等は、薬液タンク２５からポン
プ２６により吸い上げられ酸性水に混合される。酸性水
は、さらにミキサー２３により均一に混合されて半導体
ウェーハ洗浄槽などの半導体製造装置へ供給される。

【００１８】界面活性剤は、薬液タンク２７からポンプ
２８により吸い上げられアルカリ性水に混合される。ア
ルカリ性水は、さらにミキサー２４により均一に混合さ
れて半導体ウェーハ洗浄槽１５へ供給される。電解イオ
ン水を半導体ウェーハの洗浄に用いる場合、金属系電極
を用いればパーティクルは抑えられるものの、金属がイ
オンとなって陽極から溶出してくる。炭素電極単体で
は、陽極が酸化すること（ＣＯ₂発生）により表面が浸
食され、炭素片が欠落し多量のパーティクルが発生して
しまう。金属イオンが半導体ウェーハに付着すると半導
体装置の特性を劣化させるので、この発生を極力避けな
ければならない。そのため陽極及び陰極には炭素電極が
良く用いられる。炭素電極は、パーティクルの発生を少
なくするためにグラファイトなどの結晶性炭素成型体と
その表面に堆積させたアモルファス炭素層とから構成さ
れた電極を用いることができる。また、パーティクルの
イオン水への混入を防ぐために、例えば、電極表面を石
英を焼き固めたセラミックフィルタなどのシリカ性の清
浄度の高いフィルタで被覆することもできる。

【００１９】電極材料としては、上記の他に燐（Ｐ）や
ボロン（Ｂ）などの不純物をドープした単結晶シリコ
ン、不純物をドープした多結晶シリコン、不純物をドー
プしたアモルファスシリコン、炭化珪素、表面が炭化珪
素膜で被覆された導電体などを用いることができる。炭
化珪素で被覆された導電体としては、炭素、チタン、シ
リコンなどがある。また、金属イオンを避けるために陽
極及び陰極には金属を避ける必要がある。しかし、ダミ
ー陽極は、ダミー陽極室で形成されるイオン水は廃棄し
ていまうので金属電極を用いることができる。その結果
ダミー電極には高い電圧を印加することができるという
利点がある。なお、半導体ウェーハを洗浄する場合、パ
ーティクルを除去するにはアルカリ性水が良く、金属を
除去するには酸性水を適用するのが良い。また、半導体
ウェーハを洗浄するに際して任意のｐＨを有するアルカ
リ性水を要することがある。例えば、ＲＩＥ(Reactive
Ion Etching)を行うウェーハ処理工程の後処理では、ｐ
Ｈが７程度で、ＯＲＰが任意であるアルカリ性水が半導
体ウェーハ表面のダストを除去するのに効果がある。こ
の様にアルカリ性水のｐＨを任意に設定するには、電解
イオン水生成装置から生成されたアルカリ性水にアンモ
ニア水を適宜の量加えると得られる。この時、電解イオ
ン水生成装置の陰極室にはＨＣｌ電解質溶液を供給す
る。

【００２０】次に、図５を参照して第２の発明の実施の
形態を説明する。図は、電解イオン水生成装置の模式断
面図である。電解槽１は、陽極室２と、陰極室３と、ダ
ミー陽極室２′と、中間室２″と構成されている。陽極
室２は、酸性イオン水が生成されるので酸性水槽とい
い、陰極室３は、アルカリ性イオン水が生成されるので
アルカリ性水槽という。この電解槽１は、テフロンや塩
化ビニールなどの合成樹脂から構成されていて、例え
ば、四角柱形状である。陽極室２には、陽極４が配置さ
れ、陰極室３には陰極５が配置され、ダミー陽極室２′
にはダミー陽極４′が配置形成されている。中間室２″
には電極が配置されていない。この発明の実施の形態で
は電極は、各電極室とも棒状体であり、それぞれ１０本
配列しているが、例えば、薄い板状体のような他の形状
でも良い。また、電極室は、円筒などの他の形状でも良
い。各電極は、電解槽１の上部蓋に気密に固定されてい
る。

【００２１】電解槽１は、四分され、陰極室３と陽極室
２とを分離する隔膜６、陰極室３と中間室２″とを分離
する隔膜６′及び中間室２″とダミー陽極室２′とを分
離する隔膜６″が配置されている。隔膜６、６′、６″
には、例えば、イオン交換膜が用いられる。陽極４及び
陰極５は、第１の直流電源１２に接続されている。第１
の直流電源１２の正極は、陽極４に接続され、負極は、
陰極５に接続されている。ダミー陽極４′及び陰極５
は、第２の直流電源１３に接続されている。第２の直流
電源１３の正極は、ダミー陽極４′に接続され、負極
は、陰極５に接続されている。陽極室２、陰極室３、中
間室２″及びダミー陽極室２′には純水を溶媒とし電解
質を溶質とする電解質溶液がそれぞれ電解質溶液供給パ
イプ８、９、８′を介して供給される。この発明の実施
の形態では、陽極室２及びダミー陽極室２′にはＨＣｌ
が電解質として供給され、陰極室３にはＨＣｌ＋ＮＨ₃
が電解質として供給される。陽極室２に供給される電解
質溶液のＨＣｌ濃度は、例えば、１０００ｐｐｍであ
り、陰極室３に供給される電解質溶液のＨＣｌ＋ＮＨ₃
濃度は、例えば、１０００ｐｐｍであり、ダミー陽極室
２′に供給される電解質溶液のＨＣｌ濃度は、例えば、
１〜１０ｗｔ％と高濃度である。

【００２２】第１及び第２の電源１２、１３を動作させ
て電解質溶液の溶媒である純水が電気分解され、陽極室
２に酸性水が生成され、陰極室３にアルカリ性水が生成
される。そして、ダミー陽極室２′には高濃度酸性水が
生成され、これは排水パイプ１０′から排出される。中
間室２″にはダミー陽極室２′から発生する高濃度の塩
素ガスが浸透していくので、ダミー陽極室２′にはパー
ティクルの含まない酸性水が得られる。酸性水は、陽極
水（酸性水）供給パイプ１０を介して外部の半導体製造
装置などの酸性イオン水を必要とする製造装置に供給さ
れる。アルカリ性水は、陰極水（アルカリ性水）供給パ
イプ１１を介して外部の半導体製造装置などのアルカリ
性水を必要とする製造装置に供給される。

【００２３】陽極室２にはＨＣｌ電解質溶液を供給し、
陰極室３にはＨＣｌ＋ＮＨ₃を供給し、ダミー陽極室
２′にはＨＣｌの高濃度電解質溶液を供給する。そし
て、陽極４及び陰極５には第１の直流電源１２から２０
〜３０Ｖ（２〜３Ａ）の電圧を印加する。それと同時
に、ダミー陽極４′及び陰極５には第２の直流電源１３
から５０〜１００Ｖ（数１０Ａ）の電圧を印加する。こ
のように、この電気分解では陽極４と陰極５とを対比し
て高電流を陰極５側に流すことを特徴としている。一方
の陽極４には規定量の電流を流して、図４に示すよう
に、経時的に安定なＯＲＰ値を有する陽極水を陽極室２
に生成させる他方の陰極５には過剰分の電流を流すこと
により電流バランスをとっている。イオン水を半導体装
置の製造に利用する場合、イオン水のｐＨ値及びＯＲＰ
値によってその用途を決定する。したがって、ＯＲＰ値
が従来のように時と共に変化するのでは所定の用途に決
めることができない。そこで、本発明の電解イオン水生
成装置で生成されるような安定なイオン水が望まれる。
このような方法で電気分解を行うことにより、陰極５に
は水素が十分供給されアルカリ水の生成量が多くなると
共に、経時的に安定なＯＲＰ値を有するアルカリ性水が
生成される。アルカリ性水の生成レートは、酸性水とほ
ぼ等しくなるので、アルカリ性水と酸性水の等量生成が
可能になる。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、以上のような構成により、陰
極には水素が十分供給されアルカリ水の生成量が多くな
ると共に、経時的に安定なＯＲＰ値を有するアルカリ性
水が生成される。また、アルカリ性水の生成レートは、
酸性水とほぼ等しくなるので、アルカリ性水と酸性水の
等量生成が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電解イオン水生成装置の模式図。

【図２】本発明の電解イオン水生成装置の斜視図。

【図３】本発明の電解イオン水生成装置を用いた半導体
ウェーハ洗浄のシステム図。

【図４】イオン水が有するＯＲＰ値の経時的変化を示す
特性図。

【図５】本発明の電解イオン水生成装置の模式図。

【図６】従来の電解イオン水生成装置の模式図。

【符号の説明】

１・・・電解槽、２・・・陽極室、２′・・・ダ
ミー陽極室、２″・・・中間室、３・・・陰極
室、４・・・陽極、４′・・・ダミー陽極、
５・・・陰極、６、６′、６″・・・隔膜（イオ
ン交換膜）、８、８′、９・・・電解質溶液供給パイ
プ、１０・・・酸性水供給パイプ、１０′・・・排水
パイプ、１１・・・アルカリ性水供給パイプ、１２
・・・第１の直流電源、１３・・・第２の直流電
源、１４・・・超純水タンク、１５・・・半導
体ウェーハ洗浄槽、１６・・・第１の超純水パイ
プ、１７・・・第２の超純水パイプ、１８、２
０、２１・・・電解質タンク、１９、２２、２３、
２４・・・ミキサー、２５、２７・・・薬液タンク、
２６、２８・・・ポンプ、３０・・・半導体ウェー
ハ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安部正泰神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝多摩川工場内 (72)発明者久保田一浩群馬県渋川市半田2470番地日本カーリット株式会社研究開発センター内 (72)発明者加藤琢朗群馬県渋川市半田2470番地日本カーリット株式会社研究開発センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陽極、陰極及びダミー陽極からなる電気
分解用電極と、前記陽極が配置された陽極室と、前記陽極室とは隔壁によって隔てられ、前記陰極が配置
された陰極室と、前記陰極室とは隔壁によって隔てられ、前記ダミー陽極
が配置されたダミー陽極室と、前記陽極に正極が接続され、前記陰極に負極が接続され
た第１の電源と、前記ダミー陽極に正極が接続され、前記陰極に負極が接
続された第２の電源とを備え、純水もしくは超純水を電気分解する場合において、前記
第１の電源及び前記第２の電源に電源電流を通電するこ
とを特徴とする電解イオン水生成装置。
【請求項２】純水もしくは超純水を電気分解する場合
において、前記第２の電源から前記電極に印加される電
源電流は、前記第１の電源から前記電極に印加される電
源電流より大きいことを特徴とする請求項１に記載の電
解イオン水生成装置。
【請求項３】前記電気分解用電極は、炭素、表面にア
モルファス炭素膜が被覆された結晶性炭素、不純物ドー
プ単結晶シリコン、不純物ドープ多結晶シリコン、不純
物ドープアモルファスシリコン、炭化珪素、表面が炭化
珪素膜で被覆された導電体から選択された１つを用いる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電解イ
オン水生成装置。
【請求項４】前記隔壁は、イオン交換膜からなること
を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の
電解イオン水生成装置。
【請求項５】前記ダミー陽極は、金属から構成されて
いることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか
に記載の電解イオン水生成装置。
【請求項６】前記陰極室と前記ダミー陽極室との間に
電極が配置形成されていない中間室を設けることを特徴
とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の電解イ
オン水生成装置。
【請求項７】陽極、陰極及びダミー陽極からなる電気
分解用電極と、前記陽極が配置された陽極室と、前記陽
極室とは隔壁によって隔てられ、前記陰極が配置された
陰極室と、前記陰極室とは隔壁によって隔てられ、前記
ダミー陽極が配置されたダミー陽極室と、前記陽極に正
極が接続され、前記陰極に負極が接続された第１の電源
と、前記ダミー陽極に正極が接続され、前記陰極に負極
が接続された第２の電源とを具備した電解イオン水生成
装置の前記第１の電源から前記陽極及び前記陰極に電流
を通電する工程と、前記第２の電源から前記ダミー陽極及び前記陰極に電流
を通電する工程とを備え、前記陰極室及び前記陽極室に供給された純水もしくは超
純水を電気分解することを特徴とする電解イオン水生成
方法。
【請求項８】前記陰極室及び前記陽極室に供給された
純水もしくは超純水にさらにアンモニア水を加えること
を特徴とする請求項７に記載の電解イオン水生成方法。
【請求項９】前記第２の電源から前記電極に通電され
る電流は、前記第１の電源から前記電極に通電される電
流より大きくすることを特徴とする請求項７又は請求項
８に記載の電解イオン水生成方法。
【請求項１０】請求項１乃至請求項６のいずれかに記
載された電解イオン水生成装置により生成されたイオン
水を洗浄槽に供給する工程と、前記イオン水を用いて半導体ウェーハを洗浄する工程と
を備えていることを特徴とする洗浄方法。
【請求項１１】前記イオン水は、前記洗浄槽に供給さ
れる前に純水もしくは超純水で希釈することを特徴とす
る請求項１０に記載の洗浄方法。
【請求項１２】前記電解イオン水生成装置により生成
されたアルカリ性イオン水にアンモニア水を添加するこ
とを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の洗浄
方法。