JP2002334864A - 剥離用水溶液の供給装置および温度・水分濃度の維持方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置の製造時に洗浄用薬液として使用
されるアミン系の剥離用水溶液において、付着物を剥離
・除去する作用に大きく影響する薬液の温度と水分濃度
とを設定した範囲内に常に適正状態で維持し、被洗浄物
の洗浄不良を発生させないようにすること。 【解決手段】 被洗浄物の付着物を剥離・除去するため
に薬液タンクから洗浄槽に剥離用水溶液を供給する供給
装置であって、薬液タンク内の剥離用水溶液温度を設定
した温度に加熱・冷却して制御する調温制御手段と、剥
離用水溶液の水分濃度を検出する検出手段と、該検出手
段の検出デ−タに基づいて純水を供給できる純水供給手
段とを備えた剥離用水溶液の供給装置であり、薬液タン
クから洗浄槽に供給される剥離用水溶液は、その温度と
水分濃度とが管理されて常に最適な使用条件下に高いレ
ベルで維持することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、半導体集
積回路等の半導体装置を製造する際に、半導体ウェーハ
上に残存する異物を除去するために使用される剥離用水
溶液を供給する装置および剥離用水溶液の温度・水分濃
度の維持方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にこの種の半導体装置を製造する場
合には、半導体ウェーハの表面に設けた金属配線材料の
金属導電膜をドライエッチングにて微細配線加工を施
す。この金属導電膜のドライエッチング行程において、
ドライエッチングの際に反応性ガスとフォトレジストと
の反応物である保護堆積膜が形成され、この保護堆積膜
が異物として残存すると断線や配線異常等の原因となり
数々のトラブルを引き起こす。そのために、ドライエッ
チング行程後にフォトレジストや保護堆積膜等の異物を
除去する手段としてアミン系やフッ素化合物を溶解した
剥離用水溶液が使用されている。

【０００３】この剥離用水溶液は、適宜の薬液タンクに
おいて所要量が貯留されて温度と濃度とが調整され、送
液ポンプと送液配管を介して洗浄槽に送液され、該洗浄
槽においてドライエッチングされた半導体ウェーハに、
剥離用水溶液を吹き付けて残存している異物を剥離して
除去するものである。

【０００４】通常、アミン系の剥離用水溶液は、５０℃
〜８０℃の温度範囲で使用されるので水分が蒸発して薬
液濃度の経時劣化が生ずる。例として、ヒドロキシルア
ミンを含有する剥離用水溶液の６５℃におけるヒドロキ
シルアミン・水・有機アミン・腐食防止剤の経時劣化を
図３のグラフに示す。

【０００５】このグラフから明らかなように、建浴初期
においては、有機アミン６０％、ヒドロキシルアミン１
７．５％、水１７．５％であるが、４時間後には、有機
アミン６１％、ヒドロキシルアミン１７％、水１７％と
なり、更に、８時間後には、有機アミン６５％、ヒドロ
キシルアミン１５．５％、水１５．５％となり、この種
の剥離用水溶液が使用される半導体製造工程は、昼夜連
続して行われることが多く、例えば、２４時間後になる
と、有機アミン７２．５％、ヒドロキシルアミン１２
％、水１０．５％となってしまい、剥離用水溶液が所定
温度まで加熱されているため時間の経過と共に水分が蒸
発することによって、剥離用水溶液の主成分である有機
アミンに対するヒドロキシルアミンと水の比率（濃度）
が大きく変わってくる。

【０００６】この種の剥離用水溶液においては、水分濃
度が剥離性に与える影響が極めて大きいのであり、例え
ば、水分濃度がある一定濃度（１０重量％）以下になる
と剥離性が著しく低下し、ある一定濃度（２５重量％）
以上になると腐食防止剤がアミンと水による腐食作用を
抑制できなくなって、剥離用水溶液の腐食性が強くなっ
てしまう。そこで、作業者は、経験と勘によって、所定
時間経過毎に所要量の純水を補充するようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種のア
ミン系の剥離用水溶液は、７０±５℃の範囲で使用する
のが好ましいとされ、実際には７２℃程度の温度範囲で
使用されており、図３のグラフで示したよりも更に水分
の蒸発量が多くなって、短時間の内に水分濃度が変動し
てしまう。従って、作業者の経験と勘に頼って純水を補
充した場合に、補充量が少ないと剥離用水溶液の剥離性
が低下し異物が残存する恐れがあり、補充量が多すぎる
と剥離用水溶液の腐食性を高めるという不都合が生ず
る。

【０００８】その不都合を解消させるために、薬液タン
ク内の剥離用水溶液を一定の周期にて全部交換しなけれ
ばならないことになり、好適条件を維持しようとすれ
ば、剥離用水溶液のコストが嵩むばかりでなく、交換作
業のための余分な人手と時間とを要することになる。

【０００９】また、剥離用水溶液は、水分濃度のみなら
ずその温度においても残存する異物の剥離性および腐食
性に大きく影響するものであるが、剥離用水溶液を洗浄
槽に供給する現状の供給装置においては、ヒータを用い
た加熱手段で一方的に昇温させるのみで、降温について
は、自然冷却に依存しているため、必然的に設定温度に
対する上下幅が大きくなり、温度が高すぎると腐食性が
高まり、温度が低すぎると剥離性が低下するという問題
点を有している。

【００１０】従って、従来技術においては、剥離用水溶
液を無駄にしないで水分濃度と温度とを設定した範囲に
維持することが解決課題である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記従来例の課題を解決
する具体的手段として本発明は、被洗浄物の付着物を剥
離・除去するために薬液タンクから洗浄槽に剥離用水溶
液を供給する供給装置であって、薬液タンク内の剥離用
水溶液温度を設定した温度に加熱・冷却して制御する調
温制御手段と、剥離用水溶液の水分濃度を検出する検出
手段と、該検出手段の検出デ−タに基づいて純水を供給
できる純水供給手段とを備えたことを特徴とする剥離用
水溶液の供給装置を提供するものである。

【００１２】この供給装置においては、薬液タンクに撹
拌手段を設けたこと；およびその撹拌手段は、送液ポン
プを含むバイパス配管であることを付加的要件として含
むものである。

【００１３】更に、本発明は、被洗浄物の付着物を剥離
・除去するために薬液タンクから洗浄槽に供給される剥
離用水溶液の維持方法であって、該剥離用水溶液の温度
は、加熱・冷却手段によって設定された温度範囲内に維
持されると共に、剥離用水溶液の水分濃度は、水分濃度
検出手段によって検出されたデ−タに基づき純水供給手
段から所要量の純水を供給して設定された濃度範囲に維
持されるようしたことを特徴とする剥離用水溶液の温度
・水分濃度の維持方法を提供するものである。

【００１４】この剥離用水溶液の温度・水分濃度の維持
方法においては、薬液タンクに収容されている剥離用水
溶液を、少なくとも送液ポンプを含むバイパス配管から
なる循環手段によって流動攪拌することを付加的要件と
して含むものである。

【００１５】本発明は、薬液タンクから洗浄槽に供給さ
れる剥離用水溶液について、被洗浄物の付着物を剥離・
除去する作用に大きく影響する薬液の温度と水分濃度と
を設定した範囲内に適正状態で維持するものであり、そ
れによって被洗浄物の洗浄不良を発生させないようにし
たものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明を図示の好ましい実
施の形態により更に詳しく説明すると、図１は剥離用水
溶液の供給装置を略示的に示したブロック図であって、
供給装置１は所要量の剥離用水溶液が収容できる薬液タ
ンク２を備え、該薬液タンク２の上流側には第１の三方
切換弁３を介して薬液の導入配管４が接続されている。

【００１７】薬液タンク２には、流量調整弁５を介して
純水供給源に繋がる純水供給配管６が接続されると共
に、加熱手段と冷却手段とを有する例えばチラー等の温
度制御手段７が設けられ、更に、水分濃度計８と、薬液
水位センサー９ａ、９ｂと、温度計１０とが設けられて
いる。

【００１８】薬液タンク２の下流側には、送液ライン
（配管）１１が設けられる。この送液ライン１１は、送
液ポンプ１２と、第２の三方切換弁１３と、フィルター
１４とを介して洗浄槽１５に至るものである。そして、
この送液ライン１１に設けられた第２の三方切換弁１３
と、前記した薬液の導入配管４に設けられた第１の三方
切換弁３との間をバイパスライン（配管）１６で接続し
てある。

【００１９】洗浄槽１５においては、ドライエッチング
された半導体ウェーハ等の被洗浄物をバッチ式または連
続的に洗浄処理するものであり、その洗浄槽１５に供給
された剥離用水溶液は、被洗浄物に対してスプレー式に
吹き付けて残存する異物を剥離し除去するものである。

【００２０】洗浄槽１５には、ストレージタンク１７が
接続されており、該ストレージタンク１７は洗浄使用済
みの剥離用水溶液を一時的にプールするものである。こ
のプールされた剥離用水溶液があまり汚れていない場合
には、再使用が可能であるので、例えば、上澄み液を汲
み上げて前記薬液タンク２に返送するための返送配管１
８が設けられる。この返送配管１８には、フィルター１
９と汲み上げ用ポンプ２０とが設けられている。なお、
ストレージタンク１７にプールされた剥離用水溶液が再
使用できない程度に汚れていれば、廃液処分とする。

【００２１】前記供給装置１における水分濃度計８は、
例えば、ガスクロマトグラフィー分析法やカールフイッ
シャー分析法等を利用した濃度計であって、薬液タンク
２内に収容されている剥離用水溶液の水分濃度を常時リ
アルタイムで測定検出して表示または検出データとする
ものであり、その検出した水分濃度値が設定された範囲
から外れたときに、例えば、それを音声または点滅ラン
プ等で報知できるようにしてある。そして、水分濃度計
８が検出したデータの情報に基づいて流量調整弁５を開
き、純水源から純水源供給配管６を介して所要量の純水
が供給されて水分濃度を設定した範囲に調整するのであ
る。

【００２２】薬液検出センサー９ａ、９ｂは、薬液タン
ク２内に収容されるべき剥離用水溶液の上限レベルと下
限レベルとを検出するものであり、初期において導入配
管４から、またはストレージタンク１７から剥離用水溶
液が導入されたときに、上限レベルを検出する検出セン
サー９ａによって満杯になったことを検出し、剥離用水
溶液を使用することによって順次減少したときに、下限
レベルになったことを検出センサー９ｂによって検出し
てそれぞれ表示または報知するのであり、それによって
薬液タンク２のオバーフローおよび洗浄槽１５への供給
不足を解消しているのである。

【００２３】温度計１０は、薬液タンク２内の剥離用水
溶液の温度を常時検出し、その検出した温度データに基
づいて温度調整手段７を駆動し、剥離用水溶液を加熱ま
たは冷却して温度調整し、設定した温度範囲を維持する
ようにしている。

【００２４】この温度調整と水分濃度調整については、
薬液タンク２内を攪拌しなければならない。そのため
に、第１の三方切換弁３と第２の三方切換弁１３とをバ
イパスライン１６が連通する方向に切り替えて送液ポン
プ１２を駆動させ、薬液タンク２内の剥離用水溶液を送
液ライン１１からバイパスライン１６を通して薬液タン
ク２に順次循環させることにより、剥離用水溶液が流動
して攪拌作用を行うのである。

【００２５】これらの温度調整と水分濃度調整について
は、図２のフローチャートを用いて更に詳しく説明す
る。まず、洗浄工程を行うためにスタートスイッチ２１
をオンにする。それによって、第１のステップＳ１とし
て薬液タンク２内の剥離用水溶液の量に問題がないか否
かを薬液検出センサー９ａ、９ｂの検出データ情報に基
づいて判定する。問題がある場合には「ＮＯ」の判定を
し、その判定に基づき作動部２２において、第１の三方
切換弁３を開いて薬液供給槽から導入配管４を介して薬
液タンク２に所要量の新規な剥離用水溶液を供給し、再
度剥離用水溶液の量について判定する。

【００２６】剥離用水溶液の量に問題がなければ「ＹＥ
Ｓ］の判定をして第２のステップＳ２に移る。この第２
のステップＳ２において、剥離用水溶液、即ち、薬液の
温度が温度計１０の検出データ情報に基づき設定温度範
囲内にあるか否かの判定をする。薬液の温度が設定温度
範囲内にないときに「ＮＯ」の判定をし、作動部２３に
おいて温度制御のエラー表示をすると共に、作動部２４
において温度調整手段７を駆動して温度制御した後に、
再度第２のステップＳ２において薬液温度が設定温度範
囲内にあるか否かについて判定する。

【００２７】薬液温度が設定温度範囲内にあれば「ＹＥ
Ｓ］の判定をして第３のステップＳ３に移る。この第３
のステップＳ３において、薬液の水分濃度が水分濃度計
８の検出データに基づいて設定濃度範囲内にあるか否か
の判定をし、薬液の水分濃度が設定濃度範囲にあるとき
には「ＹＥＳ］の判定し、作動部２５において第２の三
方切換弁１３を開き送液ポンプ１２を駆動して薬液、即
ち、剥離用水溶液をフィルター１４を介して洗浄槽１５
に送り、該洗浄槽１５において被洗浄物に剥離用水溶液
を吹き付けて洗浄処理を開始する。

【００２８】この第３のステップＳ３において、薬液の
水分濃度が設定濃度範囲内にないときには「ＮＯ」の判
定をして第４のステップＳ４に移り、該第４のステップ
Ｓ４において製品を洗浄処理中であるか否かの判定を
し、製品処理中であれば「ＹＥＳ］の判定をして、その
製品の洗浄処理終了後に作動部２６において水分濃度の
エラー表示をする。このエラー表示された製品について
は、水分濃度調整後に再度洗浄処理に供せられるように
すれば、不良品の発生が防止できる。

【００２９】また、この第４のステップＳ４において、
製品の洗浄処理中でなければ「ＮＯ」の判定をし、作動
部２７において流量調整弁５を開き水分濃度計８の検出
データ情報に基づいて純水源から純水供給配管６を介し
て所要量の純水を薬液タンク２内に供給する。この場合
の純水が供給される量は検出データ情報に基づく理論値
に対応するものであって、その理論値に対応した量の純
水が供給されたか否かを第５のステップＳ５において判
定し、「ＮＯ」の判定であれば再度不足分を供給する。

【００３０】第５のステップＳ５において、適正量の純
水が供給され設定濃度範囲になったと判定したときに
「ＹＥＳ］の出力をし、作動部２８において、まず、第
１の三方切換弁３と第２の三方切換弁１３をバイパスラ
イン１６側に切り替え、送液ポンプ１２を駆動させて、
薬液タンク２とバイパスライン１６との間で薬液を所定
時間に渡り循環させて攪拌した後に、前記第１のステッ
プＳ１に戻る。なお、この循環させる時間は任意に設定
できる。

【００３１】第１のステップＳ１に戻った段階で、再度
前述したとおりの各ステップを踏んで、薬液量の問題、
薬液温度の設定範囲、水分濃度の設定範囲等を順次チェ
ックしてそれぞれが適正な状況にあることを確認した後
に作動部２５により洗浄処理が開始されるのであり、洗
浄処理において不十分な薬液管理による洗浄の不都合が
全面的に解消されるのである。

【００３２】なお、水分濃度の調整に当たって、純水を
供給するタイミングは、供給装置１が待機状態にあると
きにのみ供給可能とするものであり、被洗浄物の洗浄処
理中は純水の供給が行えない機能を有するものである。
そして、仮に、被洗浄物の洗浄処理中に水分濃度が設定
された濃度範囲外になったことを検出しても、直ちにそ
の時点で送液を停止するのではなく、その処理中の被洗
浄物の洗浄処理を終了してから、送液を停止して洗浄処
理工程を停止しエラー表示することによって洗浄不良に
よる不良品の発生を防止できるのである。

【００３３】いずれにしても、薬液タンク２内の剥離用
水溶液は、初期の時点においてはその量、温度および水
分濃度がそれぞれ設定された範囲内において洗浄処理工
程がスタートするのであって、これらの設定された範囲
内というのは剥離用水溶液の好適な使用条件ということ
ができる。そして、順次の洗浄処理工程によって、剥離
用水溶液の量が減少すると共に、周囲の環境温度によっ
て自然冷却されて温度が低下し、且つ加温されているこ
とによって水分が蒸発して水分濃度が低下して経時劣化
するが、いずれの使用条件においても、本発明は常に好
適な条件になるように高いレベルで調整することができ
るのである。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る剥離
用水溶液の供給装置は、被洗浄物の付着物を剥離・除去
するために薬液タンクから洗浄槽に剥離用水溶液を供給
する供給装置であって、薬液タンク内の剥離用水溶液温
度を設定した温度に加熱・冷却して制御する調温制御手
段と、剥離用水溶液の水分濃度を検出する検出手段と、
該検出手段の検出デ−タに基づいて純水を供給できる純
水供給手段とを備えた構成としたことにより、薬液タン
クから洗浄槽に供給される剥離用水溶液は、その温度と
水分濃度とが管理されて常に最適な使用条件下に高いレ
ベルで維持することができること、および剥離用水溶液
の品質管理が行き届き、必然的に新液との交換頻度が減
少するので、剥離用水溶液の使用量が削減できると共
に、交換のための作業も削減でき、それによって大幅な
コスト削減が図れるという優れた効果を奏する。

【００３５】更に、本発明に係る剥離用水溶液の温度・
水分濃度の維持方法は、被洗浄物の付着物を剥離・除去
するために薬液タンクから洗浄槽に供給される剥離用水
溶液の維持方法であって、該剥離用水溶液の温度は、加
熱・冷却手段によって設定された温度範囲内に維持され
ると共に、剥離用水溶液の水分濃度は、水分濃度検出手
段によって検出されたデ−タに基づき純水供給手段から
所要量の純水を供給して設定された濃度範囲になるよう
したことにより、薬液タンクから洗浄槽に供給される剥
離用水溶液について、被洗浄物の付着物を剥離・除去す
る作用に大きく影響する薬液の温度と水分濃度とを設定
した範囲内に常に高いレベルで維持することができるの
であり、それによって被洗浄物の洗浄不良を発生させな
いと言う優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る剥離用水溶液の供給
装置を略示的に示したブロック図である。

【図２】同供給装置の動作状況を説明するためのフロー
チャート図である。

【図３】一般的なアミン系剥離用水溶液のヒドロキシル
アミン、水、腐食剤における経時劣化を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１ 供給装置、 ２ 薬液タンク、 ３ 第１の三方切
換弁、 ４ 導入配管、５ 流量調整弁、 ６ 純水供
給配管、 ７ 温度制御手段（チラー）、８ 水分濃度
計、 ９ａ、９ａ 薬液水位センサー、 １０ 温度
計、１１ 送液ライン（配管）、 １２ 送液ポンプ、
１３ 第２の三方切換弁、１４、１９ フィルター、
１５ 洗浄槽、 １６ バイパスライン（配管）、１
７ ストレージタンク、 １８ 返送配管、 ２０ 汲
み上げ用ポンプ、２１〜２８ 作用部、 Ｓ１ 第１の
ステップ、 Ｓ２ 第２のステップ、Ｓ３ 第３のステ
ップ、 Ｓ４ 第４のステップ、 Ｓ５ 第５のステッ
プ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/308 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５７２Ｂ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被洗浄物の付着物を剥離・除去するため
   に薬液タンクから洗浄槽に剥離用水溶液を供給する供給
   装置であって、 薬液タンク内の剥離用水溶液温度を設定した温度に加熱
   ・冷却して制御する調温制御手段と、 剥離用水溶液の水分濃度を検出する検出手段と、 該検出手段の検出デ−タに基づいて純水を供給できる純
   水供給手段とを備えたことを特徴とする剥離用水溶液の
   供給装置。
2. 【請求項２】 薬液タンクに撹拌手段を設けたことを特
   徴とする請求項１に記載の供給装置。
3. 【請求項３】 撹拌手段は、 送液ポンプを含むバイパス配管であることを特徴とする
   請求項２に記載の供給装置。
4. 【請求項４】 被洗浄物の付着物を剥離・除去するため
   に薬液タンクから洗浄槽に供給される剥離用水溶液の維
   持方法であって、 該剥離用水溶液の温度は、加熱・冷却手段によって設定
   された温度範囲内に維持されると共に、 剥離用水溶液の水分濃度は、水分濃度検出手段によって
   検出されたデ−タに基づき純水供給手段から所要量の純
   水を供給して設定された濃度範囲に維持されるようした
   ことを特徴とする剥離用水溶液の温度・水分濃度の維持
   方法。
5. 【請求項５】 薬液タンクに収容されている剥離用水溶
   液を、少なくとも送液ポンプを含むバイパス配管からな
   る循環手段によって流動攪拌することを特徴とする請求
   項４に記載の剥離用水溶液の温度・水分濃度の維持方
   法。