KR20230099786A - Eco-friendly Surface Cleaning Method Using Hydrothermal Reaction - Google Patents

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KR20230099786A KR1020210189104A KR20210189104A KR20230099786A KR 20230099786 A KR20230099786 A KR 20230099786A KR 1020210189104 A KR1020210189104 A KR 1020210189104A KR 20210189104 A KR20210189104 A KR 20210189104A KR 20230099786 A KR20230099786 A KR 20230099786A
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Abstract

본 발명은 수열반응을 이용하므로 종래의 습식세정공정 대비 고효율 세정특성을 가져 상대적인 저농도의 세정액의 사용과 초순수의 사용을 최소화할 수 있으며, 기존의 방법에 따른 산 및 염기 폐수의 발생이 억제된 친환경적인 표면 세정 방법에 관한 것이다. 본 발명은 수열반응을 통해 높은 반응성을 가진 종래의 무기성 산 및 염기 화학물질이 포함된 세정액이 아닌 유기산을 포함하는 세정액을 사용하여도 금속산화물에 대한 우수한 세정성능을 가지므로 강산 또는 강염기 폐수 발생으로 인한 환경오염 우려가 없고 폐수 처리비용이 저렴한 장점이 있다.Since the present invention uses a hydrothermal reaction, it has high-efficiency cleaning characteristics compared to the conventional wet cleaning process, thereby minimizing the use of relatively low-concentration cleaning liquid and ultra-pure water, and the generation of acid and base wastewater according to conventional methods is suppressed. It is about a method of cleaning the surface. The present invention has excellent cleaning performance for metal oxides even when using a cleaning solution containing an organic acid rather than a conventional cleaning solution containing inorganic acid and base chemicals having high reactivity through a hydrothermal reaction, thereby generating strong acid or strong base wastewater. There is no concern about environmental pollution due to this, and the cost of wastewater treatment is low.

Description

수열 반응을 이용한 친환경 표면 세정 방법{Eco-friendly Surface Cleaning Method Using Hydrothermal Reaction}Eco-friendly surface cleaning method using hydrothermal reaction {Eco-friendly Surface Cleaning Method Using Hydrothermal Reaction}

본 발명은 수열 반응을 이용한 친환경 표면 세정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an environmentally friendly surface cleaning method using a hydrothermal reaction.

반도체 및 평판 표시소자의 제조에 적용되고 있는 표면 세정 방법은 수율 향상의 한계 및 세정액 사용에 따른 환경적인 문제 때문에 새로운 개념의 고효율 세정공정의 개발을 통한 적극 대응이 필요한 시점이다. 예를 들어 반도체 및 평판 표시소자등은 복잡한 공정을 거쳐 제조되며 이 과정에서 실리콘 웨이퍼(Wafer)와 같은 반도체 기판의 표면은 금속산화물로 오염된다. 상기 반도체 기판 표면에 알칼리 금속, Fe, Al, Cu, Cr, 또는 Ni의 산화물 등이 제거하지 않은 상태로 후속 공정을 진행하게 되면 반도체 소자가 치명적으로 열화 될 수 있으며 이는 반도체 소자의 구조적 형상 왜곡 및 전기적 특성의 저하를 유도하여 소자의 성능, 신뢰성, 및 수율등을 저하시키는 원인이 된다. The surface cleaning method applied to the manufacture of semiconductors and flat panel display devices requires active response through the development of a new highly efficient cleaning process due to limitations in yield improvement and environmental problems caused by the use of a cleaning solution. For example, semiconductors and flat panel displays are manufactured through complicated processes, and in this process, the surface of a semiconductor substrate such as a silicon wafer is contaminated with metal oxide. If the subsequent process proceeds without removing oxides of alkali metal, Fe, Al, Cu, Cr, or Ni from the surface of the semiconductor substrate, the semiconductor device may be fatally deteriorated, which may cause structural distortion of the semiconductor device and It induces deterioration of electrical characteristics and causes deterioration of device performance, reliability, and yield.

반도체 제조 공정상의 표면 세정은 습식세정과 건식세정으로 구분된다. 건식세정은 습식세정에 비해 세정력이 낮은 문제점이 있어서 습식세정이 널리 사용되고 있다. 상기 습식세정은 제거될 오염물에 따라 다양한 종류의 화학물질을 적용 할 수 있는 장점이 있으며, 신뢰성이 매우 뛰어나고 재현성이 우수한 장점이 있다. 습식세정을 통한 금속산화물의 제거에는 다량의 무기성 산 및 염기 화학물질을 사용된다. 상기 세정에 사용된 무기성 산 및 염기 화학물질은 처리 없이 배출될 경우 환경오염 우려가 있다. 따라서 습식세정 방법은 무기성 산 및 염기 폐수 처리 비용이 소요되는 단점이 있다. 따라서 종래의 습식세정공정 대비 초순수의 사용량이 적어 산 및 염기 폐수의 발생이 억제된 친환경적인 세정액, 이를 이용한 세정기술 및 높은 세정효율을 바탕으로 높은 공간 효용성을 가질 수 있는 고효율의 세정기술에 대한 수요가 증가하고 있는 실정이다.Surface cleaning in the semiconductor manufacturing process is divided into wet cleaning and dry cleaning. Dry cleaning has a problem of lower detergency compared to wet cleaning, so wet cleaning is widely used. The wet cleaning has the advantage of being able to apply various types of chemicals according to the contaminants to be removed, and has excellent reliability and excellent reproducibility. A large amount of inorganic acid and base chemicals are used to remove metal oxides through wet cleaning. Inorganic acid and base chemicals used in the cleaning may cause environmental contamination if discharged without treatment. Therefore, the wet cleaning method has a disadvantage in that cost for treating inorganic acid and base wastewater is required. Therefore, compared to the conventional wet cleaning process, the use of ultra-pure water is small, so the generation of acid and base wastewater is suppressed. Demand for an eco-friendly cleaning solution using the cleaning solution and high efficiency cleaning technology that can have high space efficiency based on high cleaning efficiency is on the rise.

수열 반응(hydrothermal reaction)은 고온의 물, 특히 고온, 고압의 물의 존재 하에 행하여지는 광물의 합성 또는 변질 반응을 말한다. 상압의 고온 반응에서는 액체 상태의 물이 거의 존재할 수 없지만 고압에서는 액체 상태의 물이 존재할 수 있어서 특이한 반응이 일어나게 된다. 그리고 고압 수증기 특히 임계 온도 이상의 물에는 실리카, 알루미나를 비롯해 많은 산화물이 상당히 용해되어 액체상 또는 기체상 반응과 같이 반응 속도가 빨라지는 경우가 있다.A hydrothermal reaction refers to a mineral synthesis or alteration reaction performed in the presence of high-temperature water, particularly high-temperature and high-pressure water. Liquid water can hardly exist in a high-temperature reaction under normal pressure, but liquid water can exist at high pressure, so a unique reaction occurs. In addition, in high-pressure water vapor, especially water above the critical temperature, many oxides, including silica and alumina, are significantly dissolved, and the reaction rate is accelerated, such as in liquid or gas phase reactions.

따라서 상기 수열 공정을 이용하면 무기성 산 및 염기 화학물질의 사용량을 최소화하면서도 표면에 존재하는 금속성 산화물을 용해하여 이를 제거 할 수 있을 것으로 판단된다. Therefore, it is believed that the use of the hydrothermal process can dissolve and remove metallic oxides present on the surface while minimizing the amount of inorganic acid and base chemicals used.

본 명세서에서 언급된 특허문헌 및 참고문헌은 각각의 문헌이 참조에 의해 개별적이고 명확하게 특정된 것과 동일한 정도로 본 명세서에 참조로 삽입된다. The patents and references mentioned herein are incorporated herein by reference to the same extent as if each document were individually and expressly specified by reference.

한국공개특허 2012-0005987Korea Patent Publication 2012-0005987

본 발명은 수열 반응을 이용하므로 종래의 습식세정공정 대비 세정효율성 증가에 따른 세정성분의 농도를 최소화하고 초순수 사용량을 억제하여 산 및 염기 폐수의 발생이 감소된 친환경 표면 세정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention uses a hydrothermal reaction, so it minimizes the concentration of cleaning components according to the increase in cleaning efficiency compared to the conventional wet cleaning process and suppresses the amount of ultrapure water, thereby reducing the generation of acid and base wastewater. To provide an eco-friendly surface cleaning method do.

본 발명의 다른 목적 및 기술적 특징은 이하의 발명의 상세한 설명, 청구의 범위 및 도면에 의해 보다 구체적으로 제시된다. Other objects and technical features of the present invention are presented more specifically by the following detailed description, claims and drawings.

본 발명은 수열반응을 이용한 표면 세정 방법에 있어서, 표면이 금속산화물로 오염된 기재와 유기산 세정액을 혼합하는 제 1 단계; 및 압력 5 내지 30bar 및 온도 110 내지 180℃에서 수열반응을 수행하여 상기 금속산화물을 상기 기재의 표면으로부터 제거하는 제 2 단계:를 포함하는 수열반응을 이용한 친환경 표면 세정 방법을 제공한다.The present invention is a surface cleaning method using a hydrothermal reaction, comprising: a first step of mixing a substrate whose surface is contaminated with a metal oxide and an organic acid cleaning solution; and a second step of removing the metal oxide from the surface of the substrate by performing a hydrothermal reaction at a pressure of 5 to 30 bar and a temperature of 110 to 180 ° C.

상기 금속산화물은 산화알루미늄(Al2O3), 산화철(Fe2O3), 또는 산화구리II(CuO)인 것을 특징으로 하며 상기 유기산 세정액은 0.01 내지 1M 구연산 수용액 또는 0.005 내지 0.05M EDTA(ethylene diamine tetraacetic acid) 수용액인 것을 특징으로 한다.The metal oxide is characterized in that aluminum oxide (Al 2 O 3 ), iron oxide (Fe 2 O 3 ), or copper oxide II (CuO), and the organic acid cleaning solution is 0.01 to 1 M citric acid aqueous solution or 0.005 to 0.05 M EDTA (ethylene diamine tetraacetic acid) is characterized in that it is an aqueous solution.

본 발명은 수열반응을 이용하므로 종래의 습식세정공정 대비 낮은 농도의 세정액을 사용하며 초순수의 사용량이 적어 산 및 염기 폐수의 발생이 억제된 친환경적인 표면 세정 방법에 관한 것이다. 본 발명은 수열반응을 통해 높은 반응성을 가진 종래의 무기성 산 및 염기 화학물질이 포함된 세정액이 아닌 유기산을 포함하는 세정액을 사용하여도 금속산화물에 대한 우수한 세정성능을 가지므로 강산 또는 강염기 폐수 발생으로 인한 환경오염 우려가 없고 폐수 처리비용이 저렴한 장점이 있다.The present invention relates to an eco-friendly surface cleaning method in which the generation of acid and base wastewater is suppressed because a hydrothermal reaction is used, so a lower concentration of the cleaning solution is used compared to the conventional wet cleaning process, and the amount of ultrapure water used is small. The present invention has excellent cleaning performance for metal oxides even when using a cleaning solution containing an organic acid rather than a conventional cleaning solution containing inorganic acid and base chemicals having high reactivity through a hydrothermal reaction, thereby generating strong acid or strong base wastewater. There is no concern about environmental pollution due to this, and the cost of wastewater treatment is low.

도 1은 본 발명의 구연산(Citric acid) 농도 및 온도에 따른 산화알루미늄(Al2O3)의 용해도를 보여준다.
도 2는 본 발명의 구연산(Citric acid) 농도 및 온도에 따른 산화철(Fe2O3)의 용해도를 보여준다.
도 3은 본 발명의 EDTA 농도 및 온도에 따른 산화구리II(CuO)의 용해도를 보여준다.
도 4는 본 발명의 EDTA 수용액의 농도를 다르게 하여 온도에 따른 산화구리II(CuO)의 용해도를 보여준다.
도 5는 본 발명의 구연산 농도 및 온도에 따른 산화구리II(CuO)의 용해도를 보여준다.
도 6은 본 발명의 구연산 수용액의 농도를 다르게 하여 온도에 따른 산화구리II(CuO)의 용해도를 보여준다.
도 7은 본 발명의 유기산으로 구성된 여러 가지 킬레이트제를 사용한 수용액에서의 CuO 용출률 변화를 측정한 결과를 보여준다.
1 shows the solubility of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) according to the concentration and temperature of citric acid according to the present invention.
2 shows the solubility of iron oxide (Fe 2 O 3 ) according to the concentration and temperature of citric acid according to the present invention.
Figure 3 shows the solubility of copper II oxide (CuO) according to the EDTA concentration and temperature of the present invention.
Figure 4 shows the solubility of copper II (CuO) according to the temperature by varying the concentration of the EDTA aqueous solution of the present invention.
Figure 5 shows the solubility of copper II oxide (CuO) according to the citric acid concentration and temperature of the present invention.
Figure 6 shows the solubility of copper II (CuO) according to the temperature by varying the concentration of the aqueous solution of citric acid according to the present invention.
Figure 7 shows the results of measuring the change in CuO dissolution rate in aqueous solutions using various chelating agents composed of organic acids of the present invention.

본 발명은 수열반응을 이용한 표면 세정 방법에 있어서, 표면이 금속산화물로 오염된 기재와 유기산 세정액을 혼합하는 제 1 단계; 및 압력 5 내지 30bar 및 온도 110 내지 180℃에서 수열반응을 수행하여 상기 금속산화물을 상기 기재의 표면으로부터 제거하는 제 2 단계:를 포함하는 수열반응을 이용한 친환경 표면 세정 방법을 제공한다.The present invention is a surface cleaning method using a hydrothermal reaction, comprising: a first step of mixing a substrate whose surface is contaminated with a metal oxide and an organic acid cleaning solution; and a second step of removing the metal oxide from the surface of the substrate by performing a hydrothermal reaction at a pressure of 5 to 30 bar and a temperature of 110 to 180 ° C.

상기 수열반응은 고온/고압의 조건에서 금속산화물을 용출시키는 반응으로 강산 또는 강염기를 사용하지 않아도 금속산화물의 용출률이 향상되는 장점이 있다. 본 발명에서는 수열반응을 이용하므로 강산 또는 강염기를 포함하는 종래의 세정액이 아닌 유기산을 포함하는 세정액을 사용한다. 상기 유기산(organic acid)은 산성을 띠는 유기화합물을 의미하며 바람직하게는 구연산, 및 EDTA(ethylene diamine tetraacetic acid)이다. The hydrothermal reaction is a reaction for eluting metal oxides under conditions of high temperature/high pressure, and has the advantage of improving the elution rate of metal oxides without using strong acids or strong bases. In the present invention, since a hydrothermal reaction is used, a cleaning solution containing an organic acid is used instead of a conventional cleaning solution containing a strong acid or strong base. The organic acid refers to an acidic organic compound, and is preferably citric acid and ethylene diamine tetraacetic acid (EDTA).

본 발명의 수열반응을 이용한 친환경 표면 세정 방법은 압력 5 내지 30bar 및 온도 110 내지 180℃에서 조건에서 수열반응을 수행한다. 상기 압력이 5 bar(0.5MPa) 및 110℃보다 낮으면 유기산 세정액을 이용한 금속산화물의 용출이 충분하지 않아 기재 표면의 금속산화물이 완전히 제거되지 않을 수 있다. 상기 압력이 30bar(3MPa)보다 높더라도 수열반응의 반응성이 더 증가하는 것은 아니며 반응온도가 180℃를 초과하면 오히려 수열반응으로 인한 금속산화물의 용출률이 저하될 수 있다.The eco-friendly surface cleaning method using the hydrothermal reaction of the present invention performs a hydrothermal reaction at a pressure of 5 to 30 bar and a temperature of 110 to 180 ° C. When the pressure is lower than 5 bar (0.5 MPa) and 110° C., the metal oxide on the surface of the substrate may not be completely removed because the metal oxide is not sufficiently eluted using the organic acid cleaning solution. Even if the pressure is higher than 30 bar (3 MPa), the reactivity of the hydrothermal reaction does not further increase, and when the reaction temperature exceeds 180 ° C, the dissolution rate of the metal oxide due to the hydrothermal reaction may rather decrease.

상기 금속산화물은 실리콘등의 기재상에 침착되는 금속산화물을 의미하며 바람직하게는 산화알루미늄(Al2O3), 산화철(Fe2O3), 또는 산화구리II(CuO)이다.The metal oxide refers to a metal oxide deposited on a substrate such as silicon, and is preferably aluminum oxide (Al 2 O 3 ), iron oxide (Fe 2 O 3 ), or copper oxide II (CuO).

상기 유기산 수용액은 구연산의 경우 0.01 내지 1M의 구연산 수용액을 사용할 수 있으며 압력 5 내지 30bar 및 온도 110 내지 180℃의 조건에서 수열반응을 수행하여 기재에 침착된 산화알루미늄(Al2O3), 산화철(Fe2O3), 또는 산화구리II(CuO)를 용출시키는 방법으로 제거할 수 있다. 상기 구연산 수용액의 구연산 농도가 0.01M 미만이면 산화알루미늄(Al2O3), 산화철(Fe2O3), 또는 산화구리II(CuO)의 용출이 미흡하여 온도를 더 높여야하는 단점이 있으며 상기 구연산 수용액의 농도가 1M을 초과하더라도 산화알루미늄(Al2O3), 산화철(Fe2O3), 또는 산화구리II(CuO)의 용출이 더 향상되지는 않는다.The organic acid aqueous solution may use 0.01 to 1M citric acid aqueous solution in the case of citric acid, and aluminum oxide (Al 2 O 3 ), iron oxide ( Fe 2 O 3 ), or a method of eluting copper oxide (CuO) can be removed. If the concentration of citric acid in the aqueous solution of citric acid is less than 0.01 M, the elution of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), iron oxide (Fe 2 O 3 ), or copper oxide (CuO) is insufficient, and the temperature must be further increased. Even if the concentration of the aqueous solution exceeds 1 M, the elution of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), iron oxide (Fe 2 O 3 ), or copper II (CuO) is not further improved.

상기 유기산 수용액은 EDTA의 경우 0.005 내지 0.05M의 EDTA 수용액을 사용할 수 있으며 압력 5 내지 30bar 및 온도 110 내지 180℃의 조건에서 수열반응을 수행하여 기재에 침착된 산화알루미늄(Al2O3), 산화철(Fe2O3), 또는 산화구리II(CuO)를 용출 시키는 방법으로 제거할 수 있다. 상기 EDTA 수용액의 EDTA 농도가 0.005M 미만이면 산화알루미늄(Al2O3), 산화철(Fe2O3), 또는 산화구리II(CuO)의 용출이 미흡하여 온도를 더 높여야하는 단점이 있으며 상기 구연산 수용액의 농도가 0.05M을 초과하더라도 산화알루미늄(Al2O3), 산화철(Fe2O3), 또는 산화구리II(CuO)의 용출이 더 향상되지는 않는다.The organic acid aqueous solution may use 0.005 to 0.05 M EDTA aqueous solution in the case of EDTA, and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) deposited on the substrate by performing a hydrothermal reaction at a pressure of 5 to 30 bar and a temperature of 110 to 180 ° C., iron oxide (Fe 2 O 3 ), or copper oxide II (CuO) can be removed by eluting. When the EDTA concentration of the EDTA aqueous solution is less than 0.005 M, the elution of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), iron oxide (Fe 2 O 3 ), or copper oxide (CuO) is insufficient, and the temperature must be further increased, and the citric acid Even if the concentration of the aqueous solution exceeds 0.05 M, the elution of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), iron oxide (Fe 2 O 3 ), or copper oxide (CuO) is not further improved.

하기 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다.The present invention is explained in detail through the following examples.

실시예 Example

실시예 1: 구연산 용액을 이용한 산화알루미늄의 제거Example 1: Removal of aluminum oxide using citric acid solution

도 1은 본 발명의 구연산(Citric acid) 농도 및 온도에 따른 산화알루미늄(Al2O3)의 용해도를 보여준다. 수열반응기(hydrothermal reactor)에서 농도가 1M인 구연산 수용액의 온도를 70℃, 90℃, 110℃, 130℃, 150℃, 180℃로 설정하고, 압력을 20bar(2MPa)로 설정하였다. 그 후 동일한 용해처리시간으로 산화알루미늄(Al2O3)을 처리한 후 ICP-OES 분석을 통하여 수용액에 용출된 산화알루미늄(Al2O3)의 농도를 측정 후 그래프로 분석하였다. 분석 결과 처리온도가 높아질수록 구연산 수용액에 산화알루미늄이 더 잘 용해되는 것이 확인 되었으며 130℃부터 용해도가 급격하게 증가하는 것으로 확인되었다. 상기 결과는 구연산 수용액을 수열공정에서 온도를 증가시키면 금속성 재료의 용해를 통한 제거가 가능하다는 것을 보여준다.1 shows the solubility of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) according to the concentration and temperature of citric acid according to the present invention. In a hydrothermal reactor, the temperature of the aqueous citric acid solution having a concentration of 1 M was set to 70 °C, 90 °C, 110 °C, 130 °C, 150 °C, and 180 °C, and the pressure was set to 20 bar (2 MPa). Thereafter, aluminum oxide (Al 2 O 3 ) was treated with the same dissolution treatment time, and then the concentration of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) eluted in the aqueous solution was measured through ICP-OES analysis and then analyzed in a graph. As a result of the analysis, it was confirmed that aluminum oxide was better dissolved in the citric acid aqueous solution as the treatment temperature increased, and it was confirmed that the solubility rapidly increased from 130℃. The above results show that when the temperature of the citric acid aqueous solution is increased in the hydrothermal process, it is possible to remove the metallic material through dissolution.

실시예 2: 구연산 용액을 이용한 산화철의 제거Example 2: Removal of iron oxide using citric acid solution

도 2는 본 발명의 구연산(Citric acid) 농도 및 온도에 따른 산화철(Fe2O3)의 용해도를 보여준다. 수열반응기(hydrothermal reactor)에서 농도가 1M인 구연산 수용액의 온도를 70℃, 90℃, 110℃, 130℃, 150℃, 180℃로 설정하고, 압력을 20bar(2MPa)로 설정하였다. 그 후 동일한 용해처리시간으로 산화철(Fe2O3)을 처리한 후 ICP-OES 분석을 통하여 수용액에 용출된 산화철(Fe2O3)의 농도를 측정 후 그래프로 분석하였다. 분석 결과 처리온도가 높아질수록 구연산 수용액에 산화철이 더 잘 용해되는 것이 확인 되었다. 상기 결과는 구연산 수용액을 이용한 수열공정에서 온도를 증가시키면 금속성 재료의 용해를 통한 제거가 가능하다는 것을 보여준다.2 shows the solubility of iron oxide (Fe 2 O 3 ) according to the concentration and temperature of citric acid according to the present invention. In a hydrothermal reactor, the temperature of the aqueous citric acid solution having a concentration of 1 M was set to 70 °C, 90 °C, 110 °C, 130 °C, 150 °C, and 180 °C, and the pressure was set to 20 bar (2 MPa). Thereafter, iron oxide (Fe 2 O 3 ) was treated with the same dissolution treatment time, and then the concentration of iron oxide (Fe 2 O 3 ) eluted in the aqueous solution was measured through ICP-OES analysis and then analyzed in a graph. As a result of the analysis, it was confirmed that the higher the treatment temperature, the better the iron oxide was dissolved in the citric acid aqueous solution. The above results show that removal through dissolution of metallic materials is possible when the temperature is increased in the hydrothermal process using an aqueous solution of citric acid.

실시예 3: EDTA 용액을 이용한 산화구리II의 제거Example 3: Removal of Copper II Oxide Using EDTA Solution

도 3은 본 발명의 EDTA 농도 및 온도에 따른 산화구리II(CuO)의 용해도를 보여준다. 수열반응기(hydrothermal reactor)에서 농도가 0.01M인 EDTA 수용액의 온도를 20℃, 40℃, 60℃, 80℃, 100℃, 120℃, 140℃, 160℃, 180℃, 또는 200℃로 설정하고, 압력을 20bar(2MPa)로 설정하였다. 그 후 동일한 용해처리시간으로 산화구리II(CuO)을 처리한 후 ICP-OES 분석을 통하여 수용액에 용출된 산화구리II(CuO)의 농도를 측정 후 그래프로 분석하였다. 분석 결과 처리온도가 높아질수록 EDTA 수용액에 산화구리II(CuO)가 더 잘 용해되는 것이 확인되었다. 상기 결과는 구연산 수용액을 이용한 수열공정에서 온도를 증가시키면 금속성 재료의 용해를 통한 제거가 가능하다는 것을 보여준다.Figure 3 shows the solubility of copper II oxide (CuO) according to the EDTA concentration and temperature of the present invention. In a hydrothermal reactor, the temperature of the EDTA aqueous solution having a concentration of 0.01 M is set to 20 ° C, 40 ° C, 60 ° C, 80 ° C, 100 ° C, 120 ° C, 140 ° C, 160 ° C, 180 ° C, or 200 ° C , the pressure was set to 20 bar (2 MPa). Thereafter, copper II (CuO) was treated with the same dissolution treatment time, and then the concentration of copper II (CuO) eluted in the aqueous solution was measured through ICP-OES analysis and then analyzed in a graph. As a result of the analysis, it was confirmed that the higher the treatment temperature, the better the dissolution of copper II (CuO) in the EDTA aqueous solution. The above results show that removal through dissolution of metallic materials is possible when the temperature is increased in the hydrothermal process using an aqueous solution of citric acid.

도 4는 본 발명의 EDTA 수용액의 농도를 다르게 하여 온도에 따른 산화구리II(CuO)의 용해도를 보여준다. Figure 4 shows the solubility of copper II (CuO) according to the temperature by varying the concentration of the EDTA aqueous solution of the present invention.

수열반응기(hydrothermal reactor)에서 농도가 0.005M EDTA 수용액, 0.01M인 EDTA 수용액 및 0.05M EDTA 수용액의 온도를 80℃, 100℃, 120℃, 140℃, 160℃, 180℃, 또는 200℃로 설정하고, 압력을 20bar(2MPa)로 설정하였다. 그 후 동일한 용해처리시간으로 산화구리II(CuO)을 처리한 후 ICP-OES 분석을 통하여 수용액에 용출된 산화구리II(CuO)의 농도를 측정 후 그래프로 분석하였다. 실험결과 EDTA의 농도가 0.005, 0.01, 0.05M인 경우, 160℃에서 최고 용출량을 나타내어 비교적 높은 온도에서 효율적인 CuO 제거효과가 있을 것으로 예측되었다. Setting the temperature of 0.005 M EDTA aqueous solution, 0.01 M EDTA aqueous solution, and 0.05 M EDTA aqueous solution in a hydrothermal reactor to 80 ° C, 100 ° C, 120 ° C, 140 ° C, 160 ° C, 180 ° C, or 200 ° C and the pressure was set to 20 bar (2 MPa). Thereafter, copper II (CuO) was treated with the same dissolution treatment time, and then the concentration of copper II (CuO) eluted in the aqueous solution was measured through ICP-OES analysis and then analyzed in a graph. As a result of the experiment, when the concentration of EDTA was 0.005, 0.01, or 0.05M, it was predicted that there would be an effective CuO removal effect at a relatively high temperature by showing the highest elution at 160 ℃.

실시예 4: 구연산 용액을 이용한 산화구리의 제거Example 4: Removal of copper oxide using citric acid solution

도 5는 본 발명의 구연산 농도 및 온도에 따른 산화구리II(CuO)의 용해도를 보여준다. 수열반응기(hydrothermal reactor)에서 농도가 0.01M인 구연산 수용액의 온도를 80℃, 100℃, 120℃, 140℃, 160℃, 180℃, 또는 200℃로 설정하고, 압력을 20bar(2MPa)로 설정하였다. 그 후 동일한 용해처리시간으로 산화구리II(CuO)를 처리한 후 ICP-OES 분석을 통하여 수용액에 용출된 산화구리II(CuO)의 농도를 측정 후 그래프로 분석하였다. 분석결과 구연산 0.01M 수용액의 온도가 증가함에 따라 CuO의 용출률이 상승하는 경향을 보이나 200℃에서는 낮은 용출률을 보였다. 상기 결과는 구연산의 분해온도가 175℃ 이상의 온도에서는 분해를 통한 구연산의 용해특성이 저하되었기 때문으로 판단된다. 5 shows the solubility of copper II oxide (CuO) according to the citric acid concentration and temperature of the present invention. In a hydrothermal reactor, the temperature of an aqueous solution of citric acid with a concentration of 0.01 M is set to 80 °C, 100 °C, 120 °C, 140 °C, 160 °C, 180 °C, or 200 °C, and the pressure is set to 20 bar (2 MPa). did Thereafter, copper II (CuO) was treated with the same dissolution treatment time, and then the concentration of copper II (CuO) eluted in the aqueous solution was measured through ICP-OES analysis and then analyzed in a graph. As a result of the analysis, the dissolution rate of CuO tended to increase as the temperature of the 0.01M aqueous solution of citric acid increased, but the dissolution rate was low at 200℃. It is believed that the above result is due to the deterioration of the dissolution characteristics of citric acid through decomposition when the decomposition temperature of citric acid is 175 ° C or higher.

도 6은 본 발명의 구연산 수용액의 농도를 다르게 하여 온도에 따른 산화구리II(CuO)의 용해도를 보여준다. Figure 6 shows the solubility of copper II (CuO) according to the temperature by varying the concentration of the aqueous solution of citric acid according to the present invention.

수열반응기(hydrothermal reactor)에서 농도가 0.005M 구연산 수용액, 0.01M인 구연산 수용액, 0.05M인 구연산 수용액 및 0.1M 구연산 수용액의 온도를 100℃, 120℃, 140℃, 160℃, 180℃, 또는 200℃로 설정하고, 압력을 20bar(2MPa)로 설정하였다. 그 후 동일한 용해처리시간으로 산화구리II(CuO)을 처리한 후 ICP-OES 분석을 통하여 수용액에 용출된 산화구리II(CuO)의 농도를 측정 후 그래프로 분석하였다. 분석한 결과. 구연산의 농도가 증가함에 따라 용출률 또한 증가한다는 것을 확인하였다. 산화구리의 용출 경향은 몰농도마다 다르지만, 구연산 수용액을 이용하여 산화구리를 제거한다면 같은 온도조건에서 몰농도가 높을수록 세정에 유리할 것으로 판단된다.In a hydrothermal reactor, the temperature of the 0.005 M aqueous citric acid solution, the 0.01 M aqueous citric acid solution, the 0.05 M aqueous citric acid solution, and the 0.1 M aqueous citric acid solution are 100 ° C, 120 ° C, 140 ° C, 160 ° C, 180 ° C, or 200 ° C. °C, and the pressure was set to 20 bar (2 MPa). Thereafter, copper II (CuO) was treated with the same dissolution treatment time, and then the concentration of copper II (CuO) eluted in the aqueous solution was measured through ICP-OES analysis and then analyzed in a graph. analysis results. It was confirmed that the dissolution rate also increased as the concentration of citric acid increased. Although the elution tendency of copper oxide differs depending on the molarity, if copper oxide is removed using an aqueous solution of citric acid, it is judged that the higher the molarity under the same temperature conditions, the more advantageous it is for cleaning.

실시예 5: 유기산 킬레이트제 수용액을 이용한 산화구리의 제거Example 5: Removal of Copper Oxide Using an Organic Acid Chelating Agent Aqueous Solution

도 7은 본 발명의 유기산으로 구성된 여러 가지 킬레이트제를 사용한 수용액에서의 CuO 용출률 변화를 측정한 결과를 보여준다. 수열반응기(hydrothermal reactor)에서 유기산으로 구성된 여러 가지 킬레이트제 수용액의 온도를 80℃, 100℃, 120℃, 140℃, 160℃, 180℃, 또는 200℃로 설정하고, 압력을 20bar(2MPa)로 설정하였다. 그 후 동일한 용해처리시간으로 산화구리II(CuO)을 처리한 후 ICP-OES 분석을 통하여 수용액에 용출된 산화구리II(CuO)의 농도를 측정 후 그래프로 분석하였다. 실험결과 순수한 증류수(도 7의 노란색 그래프)로 구성된 용액에서의 온도에 따른 CuO의 용출이 거의 되지 않아 유기산의 사용에 따른 차이가 매우 큼을 알 수 있었다. Figure 7 shows the results of measuring the change in CuO dissolution rate in aqueous solutions using various chelating agents composed of organic acids of the present invention. In a hydrothermal reactor, the temperature of aqueous solutions of various chelating agents composed of organic acids was set to 80 °C, 100 °C, 120 °C, 140 °C, 160 °C, 180 °C, or 200 °C, and the pressure was set to 20 bar (2 MPa). set up Thereafter, copper II (CuO) was treated with the same dissolution treatment time, and then the concentration of copper II (CuO) eluted in the aqueous solution was measured through ICP-OES analysis and then analyzed in a graph. As a result of the experiment, it was found that there was little elution of CuO according to the temperature in the solution composed of pure distilled water (yellow graph in FIG.

상기 결과를 통하여 유기산의 종류에 따른 금속산화물의 용해성 차이 및 수열처리 온도에 따른 용해 성능이 차별화됨을 확인하였으므로 환경 친화적인 유기산 수용액을 수열 공정에 적용하면 금속산화물을 효율적으로 제거할 수 있을 것으로 판단된다. Through the above results, it was confirmed that the solubility of metal oxides according to the type of organic acid and the dissolution performance according to the hydrothermal treatment temperature were differentiated. Therefore, it is judged that metal oxides can be efficiently removed by applying an environmentally friendly aqueous solution of organic acid to the hydrothermal process. .

본 명세서에서 설명된 구체적인 실시예는 본 발명의 바람직한 구현예 또는 예시를 대표하는 의미이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되지는 않는다. 본 발명의 변형과 다른 용도가 본 명세서 특허청구범위에 기재된 발명의 범위로부터 벗어나지 않는다는 것은 당업자에게 명백하다. Specific examples described in this specification are meant to represent preferred embodiments or examples of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereby. It will be apparent to those skilled in the art that variations and other uses of the present invention do not depart from the scope of the invention described in the claims.

Claims (4)

수열반응을 이용한 표면 세정 방법에 있어서,
표면이 금속산화물로 오염된 기재와 유기산 세정액을 혼합하는 제 1 단계; 및 압력 5 내지 30bar 및 온도 110 내지 180℃에서 수열반응을 수행하여 상기 금속산화물을 상기 기재의 표면으로부터 제거하는 제 2 단계:
를 포함하는 수열반응을 이용한 친환경 표면 세정 방법.
In the surface cleaning method using a hydrothermal reaction,
A first step of mixing a substrate whose surface is contaminated with metal oxide and an organic acid cleaning solution; And a second step of removing the metal oxide from the surface of the substrate by performing a hydrothermal reaction at a pressure of 5 to 30 bar and a temperature of 110 to 180 ° C.
Eco-friendly surface cleaning method using a hydrothermal reaction comprising a.
제 1 항에 있어서, 상기 금속산화물은 산화알루미늄(Al2O3), 산화철(Fe2O3), 또는 산화구리II(CuO)인 것을 특징으로 하는 수열반응을 이용한 친환경 표면 세정 방법.
The eco-friendly surface cleaning method according to claim 1, wherein the metal oxide is aluminum oxide (Al 2 O 3 ), iron oxide (Fe 2 O 3 ), or copper oxide II (CuO).
제 1 항에 있어서, 상기 유기산 세정액은 0.01 내지 1M 구연산 수용액인 것을 특징으로 하는 수열반응을 이용한 친환경 표면 세정 방법.
The eco-friendly surface cleaning method using hydrothermal reaction according to claim 1, wherein the organic acid cleaning solution is a 0.01 to 1M citric acid aqueous solution.
제 1 항에 있어서, 상기 유기산 세정액은 0.005 내지 0.05M EDTA(ethylene diamine tetraacetic acid) 수용액인 것을 특징으로 하는 수열반응을 이용한 친환경 표면 세정 방법.
The eco-friendly surface cleaning method using a hydrothermal reaction according to claim 1, wherein the organic acid cleaning solution is an aqueous solution of 0.005 to 0.05M EDTA (ethylene diamine tetraacetic acid).
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