[发明专利]硫酸电解装置以及硫酸电解方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过将硫酸电解来进行含有大量氧化性物质的电解硫酸的制造的硫酸电解装置以及硫酸电解方法。具体地，涉及通过在硫酸电解装置内生成温度和浓度得到控制的稀释硫酸、进而对该温度和浓度得到控制的稀释硫酸进行电解，来高效且安全地生成含氧化性物质的电解硫酸的硫酸电解装置以及硫酸电解方法。

背景技术

以往，作为金属电镀的前处理剂或蚀刻剂、半导体设备制造中的化学机械研磨处理中的氧化剂、湿式分析中有机物的氧化剂、硅晶片的洗涤剂等在各种制造工艺、检查工艺中使用的药剂，使用了过硫酸。该过硫酸被称作“氧化性物质”，已知由硫酸电解而生成，并已经实现了工业规模的电解制造。

在本发明中，所述“氧化性物质”是指过二硫酸、过一硫酸等过硫酸、过氧化氢，所述“电解硫酸”是指通过对硫酸进行电解而制造的产品，其包含上述氧化性物质以及未反应的硫酸。

在硫酸电解装置中生成的包含氧化性物质以及未反应的硫酸的电解硫酸(以下简称为“电解硫酸”)在半导体制造工序中用于除去抗蚀剂、污染有机物、污染金属等。对于这些用途，已知氧化性物质浓度越高则除去效果越好，因此对硫酸电解装置有下述要求：能够生成含有更高浓度氧化性物质的电解硫酸、通过电解而生成氧化性物质的效率更高、以及生成的氧化性物质的分解性低。在硫酸电解中，为了生成含有高浓度氧化性物质的电解硫酸、进一步提高因电解生成氧化性物质的效率、降低该氧化性物质的分解性，要求向硫酸电解装置供给调整至所需浓度的低浓度的硫酸。

然而，一般而言，硫酸以98%或96%的浓硫酸的形式销售，因而，为了向硫酸电解装置供给浓度经过调整的稀释的低浓度硫酸(也称为稀释硫酸)，有必要在工厂的药液供给设备中新建专用的贮留罐、供给管路，这种情况需要高额的设备成本。此外，与浓硫酸相比，低浓度硫酸的体积较大，因此存在如下问题：与运送浓硫酸相比，药品的运送成本也增加。

如果能够在硫酸电解装置内高效地调整硫酸浓度，则可以将设备成本、运送成本等制备稀释硫酸所需的成本抑制在最小限度，同时可以实现电解低浓度硫酸从而高效地生成氧化性物质的硫酸电解。此外，如果能够尽可能使构成由浓硫酸生成稀释硫酸的机构、以及由稀释硫酸生成含氧化性物质的电解硫酸的机构的机器以及线路达到通用化，则能够实现硫酸电解装置的小型化以及简易化。

专利文献1记载了在电解槽中电解硫酸而生成过硫酸的技术，其0011段中记载了下述内容：“通过使用于生成过硫酸的硫酸为浓度范围在2～11mol/L内的低浓度硫酸，能够提高过硫酸的生成效率”。

专利文献2中提出了过硫酸供给系统，其0026段记载了下述内容：“就供给至电解反应装置中的电解液的硫酸浓度范围，通过使之为10～18M(mol/L)的低浓度硫酸，能够提高过硫酸的生成效率”。

专利文献3的0012段以及0018段中记载了一种方法，其是“通过使用不同浓度的硫酸作为电解液，从而在提高用于生成电解硫酸的电流效率的同时，高效且稳定地生成氧化性物质的方法”。

然后，专利文献1～3所记载的方法中尽管公开了可通过电解低浓度的硫酸来实现高效率的生成，但并未公开关于硫酸的浓度调整方法。

为了制造低浓度的稀释硫酸，一般有必要将浓硫酸与纯水混合来适宜调整硫酸浓度，但在将硫酸与纯水混合时，会产生大量的稀释热，进而出现暴沸或大量地产生归因于稀释热的蒸汽、雾。因此，存在的问题是：如果对于来自进行硫酸浓度调整的罐、设备的排气不加任何处理地就与排气设备、除害设备连接，则排气设备、除害设备中会混入硫酸，由此会直接导致腐蚀、性能劣化。

作为除去由电解反应装置产生的电解气体中所含的硫酸的方法，专利文献4中公开了一种气液分离机构。但是，尽管其装置内进行硫酸浓度调整时产生的蒸汽、雾中的硫酸比电解气体中所含的硫酸更多，但对于进行硫酸浓度调整时产生的蒸汽以及雾的除去并未做公开，对于硫酸浓度调整方法也未公开。

专利文献5中有关于将洗涤中使用过的硫酸再浓缩后、进行稀释以及冷却、并进行再电解来生成过硫酸的方法的记载，但需要将以低浓度供给的洗涤中使用过的硫酸暂时浓缩，因而，清洁性不同，并且还存在安全性方面的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-66464号公报

专利文献2：日本特开2008-111184号公报

专利文献3：日本特开2010-34521号公报

专利文献4：日本特开2007-262532号公报

专利文献5：日本特开2008-244310号公报

发明内容