JPH0788593B2 - 水酸化第四アンモニウム水溶液の製造法 - Google Patents

水酸化第四アンモニウム水溶液の製造法

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JPH0788593B2
JPH0788593B2 JP61165469A JP16546986A JPH0788593B2 JP H0788593 B2 JPH0788593 B2 JP H0788593B2 JP 61165469 A JP61165469 A JP 61165469A JP 16546986 A JP16546986 A JP 16546986A JP H0788593 B2 JPH0788593 B2 JP H0788593B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は水酸化第四アンモニウム水溶液の製造法に係
り、特に半導体装置の製造工程におけるウェハの洗浄や
レジスト膜の現像等の処理剤として有用な水酸化第四ア
ンモニウム水溶液の製造法に関する。
[従来の技術] 従来、電子工業におけるICやLSIの製造工程において
は、半導体基板(ウェハ)の表面の洗浄、食刻、レジス
トの現像等のために強アルカリ性の処理剤が使用されて
おり、このようは処理剤としてNa等の金属イオンを含ま
ない水酸化第四アンモニウム水溶液が利用されている。
ところが、この処理剤として使用される水酸化第四アン
モニウム水溶液については、これに不純物、特にLi、N
a、K、Fe、Ni、Al、Cr、Zn等の金属イオンやCl、Br、
I等のハロゲンイオン等が含まれていると洗浄あるいは
現像後にウエハ上又はレジスト膜内にこの不純物が残留
し、製造されたICやLSIの精度が悪化して電子回路の誤
動作の原因になり、また、水酸化第四アンモニウム水溶
液の貯蔵中においてもこの水溶液中に微量残留するハロ
ゲンイオン等の高腐蝕性の不純物が原因になって貯蔵容
器が腐蝕し、純度低下を招いて上記と同様に製造された
ICやLSIの精度を悪化させ電子回路の誤動作の原因にな
るという問題があった。
この傾向は、最近の半導体装置の高集積化に伴ってます
ます顕著になり、金属イオンやハロゲンイオン等の不純
物についてより高純度で貯蔵安定性に優れた水酸化第四
アンモニウム水溶液が要請されている。
このようは要請に応えるものとして、本願出願人は、陽
イオン交換膜を隔膜として用いた解電槽で第四アンモニ
ウム塩を電解して水酸化第四アンモニウム水溶液を製造
するに際し、上記第四アンモニウム塩としてトリアルキ
ルアミンと炭酸ジアルキルとを反応させて得られた第四
アンモニウムの無機酸塩を使用することにより、製造が
容易であるだけでなく、半導体製造工程で特に有害な金
属イオンやハロゲンイオンについて超高純度でステンレ
ス容器での貯蔵安定性に優れ、ひいては半導体装置の製
造工程におけるウェハの洗浄やレジストの処理剤として
好適な水酸化第四アンモニウム水溶液を安価に製造し得
る方法を提案し(特願昭60−12,109号発明)、一定の成
果を収めることができた。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、この方法においても、電解槽でトリアル
キルアミンと炭酸ジアルキルとを反応させて得られた第
四アンモニウムの無機塩酸を電解する際に、陽極として
使用した黒鉛電極の消耗が激しくて高価な黒鉛電極を頻
繁に交換しなければならず、消耗が激しい分だけ電極の
厚さを厚くする必要が生じてそれだけ電解槽が大型化
し、しかも、消耗によって陽極と陰極との間が拡がると
電流効率が低下するほか、各電極の間に位置する陽イオ
ン交換膜が液圧の変化によってずれる場合があるのでこ
れを防止するための保護板の使用が必要になるという問
題があった。
加えて、電解中に陽極側で黒鉛電極が消耗して生成した
黒鉛微粒子は、陽イオン交換膜で仕切られてはいるもの
の、その極一部がこの陽イオン交換膜の微細な透孔を通
過して陰極側に生成する製品の水酸化第四アンモニウム
水溶液中に移行し、特に超LSIの製造工程で処理液とし
て使用する場合には0.2μm以上の超微粒子が問題にな
るのでこれを高価な0.2μmのフィルターで濾過しなけ
ればならず、黒鉛微粒子の陰極側への移行が多くなると
この高価なフィルターの頻繁な交換が必要になり、しか
も、この黒鉛微粒子の濾過工程で要する手間や時間も大
幅に多くなるという問題があった。
さらに、電解終了後にその陽極廃液を処理する場合、こ
の陽極廃液中に黒鉛微粒子が存在するとそのままでは公
害の問題が生じて処分することができず、凝集剤を添加
してこの黒鉛廃液を凝集させ分離除去する必要が生じる
が、この黒鉛微粒子は沈降速度が遅くて凝集しずらく、
凝集剤添加後に長時間放置しなければならず、この黒鉛
廃液効率が悪いという問題もあった。
そこで、この黒鉛電極に代えて、例えば、チタン白金メ
ッキ製や白金製の白金電極や、ステンレス製のステンレ
ス電極等を使用することも考えられるが、白金電極につ
いては、それ自体が極めて高価であって経済的に不利で
あるだけでなく、この白金電極から溶出する白金は、た
とえそれが極微量であっても製品の水酸化第四アンモニ
ウム水溶液中に移行すると半導体製造工程で大きな悪影
響を及ぼし、特に超LSIの製造工程で使用する処理液を
製造する場合には厳密な管理が必要になるという問題が
あり、また、ステンレス電極については、黒鉛電極と同
様にその消耗が激しく、また、陰極側への移行の程度も
大きいという問題があった。
[問題点を解決するための手段] 本発明は、かかる観点に鑑みて創案されたもので、先に
提案した第四アンモニウム塩としてトリアルキルアミン
と炭酸ジアルキルとを反応させて得られた第四アンモニ
ウムの無機酸塩を使用する発明の改良に係るもので、陽
極として比較的安価なニッケル電極を使用するほかその
電極の消耗が少なく、しかも、高純度の水酸化第四アン
モニウム水溶液を製造することができる水酸化第四アン
モニウム水溶液の製造法を提供するものである。
すなわち、本発明は、トリアルキルアミンと炭酸ジアル
キルとを反応させて第四アンモニウムの無機酸塩を合成
し、次いで、陽イオン交換膜を隔膜とし、かつ、少なく
とも陽極がニッケル電極で構成された電解槽を用いて上
記無機酸塩を電解する水酸化第四アンモニウム水溶液の
製造法である。
本発明において使用されるトリアルキルアミンとして
は、好ましくはトリメチルアミンやトリエチルアミンを
挙げることができ、また、炭酸ジアルキルとしては、好
ましくは炭酸ジメチルヤ炭酸ジエチルを挙げることがで
き、これらは好ましくはメタノールやエタノールの溶媒
中で反応させて第四アンモニウムの無機酸塩を製造す
る。
この第四アンモニウムの無機酸塩を製造する際における
反応条件については、トリアルキルアミンと炭酸ジアル
キルの反応モル比が、炭酸ジアルキル1モルに対してト
リアルキルアミン1モル以上、好ましくは2モル以上で
あり、反応温度が100〜150℃、好ましくは140〜150℃で
あり、反応圧力が通常6.0〜20kg/cm2であって、反応時
間は通常2時間以上、好ましくは4時間以上である。例
えば、炭酸ジメチル1モルに対してトリメチルアミン2
モルを加え、反応温度140℃、反応圧力16kg/cm2、反応
時間5.5時間の条件で反応させた場合、第四アンモニウ
ムイオンが2つついた炭酸ジテトラメチルアンモニウム
が90%以上の割合で合成されることが確認されている。
そして、上記反応によって得られた反応生成物からメチ
ルアルコール等の反応溶媒、未反応のトリアルキルアミ
ン、炭酸ジアルキル等を蒸溜又は減圧蒸溜して除去し、
次いでこの反応生成物を純粋に溶解して再度蒸溜又は減
圧蒸溜する。なお、この蒸溜処理後の上記反応生成物中
には、第四アンモニウムが1つ付いた炭酸アルキルテト
ラアルキルアンモニウムは含まれていないことが確認さ
れている。
次いで、上記反応生成物である第四アンモニウムの無機
酸塩、具体的には炭酸ジテトラアルキルアンモニウム、
炭酸水素テトラアルキルアンモニウムあるいはこれ等の
混合物の水溶液は、陽イオン交換膜を隔膜とした電解槽
の陽極室に供給され、直流電圧が印加されても電解さ
れ、この電解によって生成した第四アンモニウムイオン
は上記陽イオン交換膜を通過して陰極室に移動し、この
陰極室内に水酸化第四アンモニウムが蓄積される。この
時、陰極では水素が発生し、また、陽極では炭酸ガスや
酸素が発生する。
本発明では、上記電解槽で使用する電極のうち、少なく
とも陽極についてはニッケル電極を使用する。
また、陰極については、それが耐アルカリ性の電極であ
ればいずれのものでもよいが、好ましくは耐アルカリ性
に優れたステンレス電極やニッケル電極等が使用され
る。
さらに、上記陽イオン交換膜としては、耐久性の優れた
フルオロカーボン形の交換膜を用いることが好ましい
が、本発明では電解中に陽イオン交換膜に対して悪影響
を及ぼすハロゲンイオンやギ酸イオンが発生しないた
め、安価なポリスチレン系やポリプロプレン系の交換膜
も使用することができる。
上記電解槽での電解にあたっては、第四アンモニウム無
機酸塩の水溶液を循環式で陽極室に供給すると共に陰極
室には純水を供給し、陽極室及び陰極室内の各液の滞留
時間を60秒間以内、好ましくは1〜10秒間に設定し、電
流密度を1〜50A/dm2の範囲に設定して行うのが好まし
い。この際、陽極室内に供給される上記無機酸塩の水溶
液はその濃度を60重量%以内、好ましくは5〜40重量%
に設定するのがよく、また、陽極室内に供給される純粋
については、その電気伝導度が低くて運転開始時には電
解が起り難いので、運転開始時のみ水酸化第四アンモニ
ウムを0.01〜1.0重量%程度添加したものを使用するの
がよい。
なお、本発明は超高純度の水酸化第四アンモニウム水溶
液の製造を目的とすることから、原料であるトリアルキ
ルアミンや炭酸ジアルキル並びに純粋等は高純度に精製
されたものを用いることは勿論、電解槽の各部材や循環
液の貯槽等を予め充分に洗浄処理することが望ましい。
また、電解槽や貯槽は系外からの不純物の混入を防止す
るために、高純度の不活性ガスでシールすることが望ま
しい。
[作用] 本発明においては、トリアルキルアミンと炭酸ジアルキ
ルとの反応により合成された第四アンモニウムの無機酸
塩をニッケル電極からなる陽極を備えた電解槽で電解す
ることにより、陽極の消耗を極力抑えることができるほ
か、このニッケル電極の消耗によって生じた微量のニッ
ケルイオンが陰極室側へ透過するのを陽イオン交換膜で
効果的に防止できるものと考えられる。
[実施例] 以下、実施例及び比較例に基いて、本発明を具体的に説
明する。
実施例1 耐圧性の反応容器内にトリメチルアミン124g(約2.1mol
e)、炭酸ジメチル95g(約1.05mole)及びメチルアルコ
ール200gを充填して溶解し、これを反応温度120℃、反
応圧力13kg/cm2及び反応時間5.5時間の条件で反応さ
せ、反応混合物から溶媒のメチルアルコールと未反応原
料のトリメチルアミン及び炭酸ジメチルを減圧蒸溜によ
り分離除去し、次いで得られた反応生成物を純粋0.2
に溶解し、再度減圧蒸溜して水溶液中に残留するメチル
アルコール等を完全に除去した後、再度純粋を加えて濃
度0.65mole/の第四アンモニウム無機酸塩水溶液2.5
を得た。
一方、ポリプロピレン製の陽極室内にニッケル電極を陽
極として挿入し、また、ステンレス(SUS304)製の陰極
室内にステンレス(SUS304)電極を陰極として挿入し、
これら陽極室との間にフルオロカーボン系のイオン交換
膜(デュポン(株)製:ナフィオン(Nafion)324)を
配置した構造の電解槽を用意した。
この電解槽の陽極室内に上記第四アンモニウム無機酸塩
の水溶液を滞留時間2.5秒間の条件で循環させると共
に、陰極室内に0.1gの水酸化テトラメチルアンモニウム
水溶液を滞留時間5秒間の条件で循環させ、陽極と陰極
との間に電圧13V、電流約2.0A/dm2の直流を印加して約3
2時間の電解を行い、水酸化テトラメチルアンモニウム1
75gが溶解された水溶液を製造した。
電解開始時及びその後一定時間毎に陽極液及び陽極液を
採取し、そのニッケル濃度をIPC発光分光分析法及びフ
レームレス原子吸光分析法で測定すると共に、陰極液中
の水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)濃度を測定
した。結果を第1表に示す。
比較例1 第四アンモニウムの無機塩酸として蟻酸テトラメチルア
ンモニウムを使用した以外は上記実施例1と同様の条件
で電解を行った。この比較例1の場合には、電解開始後
約15時間後に陽極液が濃い緑色に着色し、陽極として使
用したニッケル電極が著しく腐蝕し消耗したのでこの時
点で電解を中止した。上記実施例1の場合と同様にして
測定した陽極液及び陰極液のニッケル濃度及び陰極液中
の水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)濃度を第2
表に示す。
比較例2 陽極として黒鉛電極を使用した以外は上記実施例1と同
様の条件で32時間電解を行った。
この比較例2の場合には、6時間毎に陽極液の全量を0.
2μmのフィルターで濾過し、黒鉛微粒子を採取して乾
燥し、その重量を測定した。結果を第3表に示す。
比較例3 陽極としてステンレス(SUS304)電極を使用した以外は
上記実施例1と同様の条件で電解を行った。この比較例
3の場合には、上記実施例1の場合と同様にして、陽極
液及び陰極液中の鉄濃度及びクロム濃度並びに陰極液中
の水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)濃度を測定
した。結果を第4表に示す。
[発明の効果] 本発明方法によれば、陽極として比較的安価なニッケル
電極を使用することができるほか、この電極の消耗が少
なく、また、半導体装置の製造工程で有害な金属イオン
等の不純物が極めて少ないだけでなく黒鉛微粒子も全く
混入することがなく、しかも、貯蔵容器の腐蝕の問題を
引起すハロゲンイオン等の不純物も含まれていない高純
度で貯蔵安定性に優れた水酸化第四アンモニウム水溶液
を製造することができる。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】トリアルキルアミンと炭酸ジアルキルとを
    反応させて第四アンモニウムの無機酸塩を合成し、次い
    で、陽イオン交換膜を隔膜とし、かつ、少なくとも陽極
    がニッケル電極で構成された電解槽を用いて上記無機酸
    塩を電解することを特徴とする水酸化第四アンモニウム
    水溶液の製造法。
  2. 【請求項2】無機酸塩が炭酸ジテトラメチルアンモニウ
    ムである特許請求の範囲第1項記載の水酸化第四アンモ
    ニウム水溶液の製造法。
  3. 【請求項3】無機酸塩が炭酸水素テトラメチルアンモニ
    ウムである特許請求の範囲第1項記載の水酸化第四アン
    モニウム水溶液の製造法。
  4. 【請求項4】無機塩酸が炭酸ジテトラメチルアンモニウ
    ムと炭酸水素テトラメチルアンモニウムの混合物である
    特許請求の範囲第1項記載の水酸化第四アンモニウム水
    溶液の製造法。
JP61165469A 1986-07-16 1986-07-16 水酸化第四アンモニウム水溶液の製造法 Expired - Lifetime JPH0788593B2 (ja)

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