JP2003260301A - 化学処理液の濃縮方法およびこれに使用する装置 - Google Patents
化学処理液の濃縮方法およびこれに使用する装置Info
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Abstract
ら、化学処理液中に混入した水分を有効に除去する手段
を提供すること。 【解決手段】 化学処理液と不活性ガスまたは減圧ガス
を接触させ、化学処理液中の水分を不活性ガス中に蒸発
させることを特徴とする化学処理液の濃縮方法および化
学処理槽と供給および戻り配管により連通される化学処
理液貯槽と、当該化学処理液貯槽と循環手段を介して連
通され、不活性ガスまたは減圧ガスを流通可能とした蒸
発器および当該蒸発器からの不活性ガスまたは減圧ガス
を流通可能とした気液分離手段を有する化学処理液の濃
縮装置。
Description
方法およびこれに使用する装置に関し、更に詳細には、
化学処理液に対する影響を抑えながら、化学処理液中に
混入した水分を除去することのできる化学処理液の濃縮
方法およびこれに使用する装置に関する。
は、その処理に最適な成分濃度があり、化学処理液を最
適成分濃度を含む一定の範囲内に管理することが必要で
ある。特に、半導体基板等の作成に当たっては、基板の
表面に設けた配線用の微細な凹部に、所定の金属の導電
体を埋め込んで埋め込み配線を形成したり、このように
して形成した配線の表面を保護する保護膜を形成するこ
とが行われているが、そのような処理操作では、化学処
理液のわずかな成分濃度変化であっても微細部分では大
きな影響を及ぼし、最終製品の歩留まりの低下をもたら
す。従って、化学処理液の濃度については、極めて厳密
な管理が要求される。
分析等によって監視され、これに応じて成分が加えられ
るのが普通である。しかし、例えば、前の水洗工程など
から水が持ち込まれ、成分低下と共に容量増加が起こる
場合は、単純に成分を加えればよいというわけにはいか
ない。すなわち、成分を最適濃度に維持しようとして成
分を加え続けると、化学処理液の容量が増大してしま
い、無駄な処理液を調製した結果に終わるからである。
処理液を濃縮すればよく、例えば加熱等による濃縮法の
採用が可能である。しかし、半導体基板を作成するよう
な、厳密な管理が要求される場合は、このような方法で
は問題が生じることがある。すなわち、加熱により、化
学処理液中の成分に変化が生じたり、化学反応速度に影
響を与える場合があるからである。また、別の濃縮法と
しては、空気中に水分を蒸散させる方法も考えられる
が、この場合は、酸素の作用により、化学処理液中の成
分変化の問題が生じるおそれがある。
の成分の変化を極力抑えながら、化学処理液中に混入し
た水分を有効に除去する手段の開発が求められており、
本発明はこのような手段の提供をその課題とするもので
ある。
を解決すべく鋭意研究を行った結果、化学処理液を不活
性ガスまたは減圧ガスと接触させることにより、化学処
理液中の水分を有効に除去することができ、しかも液の
温度を維持しながら化学処理液中の成分の変質も最小限
に抑えられることを見出した。また、これら水分を含ん
だ不活性ガスまたは減圧ガスから、気液分離手段により
水分を除去し、これを循環使用することにより、環境面
や経済面において有利に化学処理液の濃縮が行なえるこ
とを見出し、本発明を完成した。
スを接触させ、化学処理液中の水分を不活性ガス中に蒸
発させることを特徴とする化学処理液の濃縮方法を提供
するものである。
触させ、化学処理液中の水分を減圧ガス中に蒸発させる
ことを特徴とする化学処理液の濃縮方法を提供するもの
である。
または減圧ガスから、気液分離手段により水分を除去
し、水分除去後の不活性ガスまたは減圧ガスを循環使用
する上記方法を提供するものである。
めの化学処理槽と供給および戻り配管により連通される
化学処理液貯槽と、当該化学処理液貯槽と循環手段を介
して連通され、不活性ガスまたは減圧ガスを流通可能と
した蒸発器および当該蒸発器からの不活性ガスまたは減
圧ガスを流通可能とした気液分離手段を有する化学処理
液の濃縮装置を提供するものである。
は、化学処理液と不活性ガスを接触させ、化学処理液中
の水分を不活性ガス中に蒸発させる化学処理液の濃縮方
法(以下、「第1態様方法」)と、化学処理液と減圧ガ
スを接触させ、化学処理液中の水分を減圧ガス中に蒸発
させる化学処理液の濃縮方法(以下、「第2態様方
法」)が含まれる。
性ガスとしては、化学処理液に対して実質的に影響をお
よぼさないガスが使用される。このようなガスの例とし
ては、窒素ガスや、アルゴンガス等の希ガス元素が挙げ
られる。
に、化学処理液貯槽などで化学処理液の表面上に不活性
ガスを流通せしめることによっても行うことができる
が、化学処理液を貯蔵する化学処理液貯槽とは別に蒸発
器を設置し、循環手段により化学処理液をこれらの間で
流通させ、蒸発器中において化学処理液と不活性ガスを
接触させることが好ましい。このための循環手段として
は、種々のポンプ等が使用される。また、不活性ガス
は、これを充填した圧力容器からレギュレーターを通し
て吹き出させたり、ブロアを用いて流れを作ることによ
り、化学処理液上に流通させ、接触させることができ
る。
化学処理液と気体である不活性ガスの接触する面積を増
やし接触させても良い。このような気液の接触する面積
を増やすには、整流板式蒸発器やガス洗浄等の使用が好
ましい。
理液と不活性ガスの接触を気密状態下で行なうことが好
ましい。このように気密状態で行うことにより、空気の
混入を防ぐことができ、空気中の酸素と化学処理液の接
触を防ぐことができる。
有した不活性ガス(含水不活性ガス)は、そのまま例え
ば大気中に放出することもできるが、経済性の面から
は、これから水分を除去した後循環使用することが好ま
しい。この場合には、ブロア等により不活性ガスの流れ
を生じせしめ、含水不活性ガスを気液分離装置に送り込
み、ここで含まれている水分を除去して水分をほとんど
含まない不活性ガス(以下、「乾燥不活性ガス」とい
う)とし、これを再度化学処理液との接触の場に送り込
めば良い。
中の水分を不活性ガス中に水蒸気として蒸発させ、これ
を取り去るものであるから、除去しうる水分量は、理論
的には気液接触による蒸発量と同じ量となる。
トロールに当たっては、化学処理液中に持ち込まれる水
分量から必要な蒸発量を計算し、この必要な蒸発量から
気液接触に必要な面積、不活性ガスの流速、化学処理液
の液温等を決めることが必要である。
と化学処理液を単純に接触させ、長時間放置すれば、温
度、圧力および不活性ガスの種類で規定される量(飽和
水蒸気量)まで水分が不活性ガス中に蒸発する。しか
し、実際の装置では、ある程度の時間内に一定量以上の
水分を不活性ガス中に蒸発させなければならないから、
蒸発面積や不活性ガスの入れ替え速度(流速)を検討す
ることが必要である。
測式としては、次の式(1)が利用できるので、これを
利用し、各条件を定めることができる。 Veva=(0.37+0.354U)(Ps−Pw)0.88 ・A … … (1) Veva: 蒸発量(L/day) A : 蒸発面積(m2) U : 液面上方の風速(m/s) Ps : 乾球温度におけるガス中の飽和蒸気圧(mmH
g) Pw : 液の上方雰囲気中の上記温度における実際の蒸
気圧(mmHg)
は、水分を含まない不活性ガスを使用し(Pwをなるべ
く小さくする)、不活性ガスの流量を多くすればよい
(Uをなるべく大きくする)。従って、また、これらの
要素を考慮した上で装置を設計すればよい。
液と減圧ガスを接触させ、化学処理液中の水分を減圧ガ
ス中に蒸発させる方法である。この第2態様方法では、
空気あるいは前記不活性ガスを、−10から−1000
0Pa(ゲージ圧)に減圧して使用することができる。
態様方法において説明したのと同様、単に化学処理液貯
槽などで化学処理液の表面上に減圧ガスを流通せしめて
もよいが、別に蒸発器を設置し、化学処理液貯槽との間
で循環させながら、蒸発器中で化学処理液と減圧ガスを
接触させることが好ましい。
(液体)と減圧ガス(気体)の接触面積を増やすことが
好ましく、このために整流板式蒸発器等の使用が好まし
いことは、第1態様方法と同じである。
を生じせしめ、含水減圧ガスを気液分離装置に送り込
み、水分をほとんど含まない減圧ガス(以下、「乾燥減
圧ガス」という)とし、これを再度化学処理液との接触
に用いる等、一旦使用された、水分を含有した減圧ガス
(含水減圧ガス)を循環使用することが経済性の面から
好ましいことも第1態様発明と同一である。
らの蒸発が激しく起こるという原理を利用するものであ
るが、実際の適用に当たっては、第1態様方法と同様、
温度、圧力および使用ガスの種類で規定される水蒸気量
(飽和水蒸気量)まで水蒸気が蒸発するのを待つのでな
く、ある程度の時間内に一定量以上の水分を蒸発させる
ための蒸発面積や減圧度あるいはガスの入れ替え速度を
検討することが必要である。この場合、減圧度を高める
ことは水分の蒸発を促進するが、場合によっては化学処
理液中の一部成分を蒸発させることも考えられるので、
化学処理液の種類により適当な減圧度を求めることが必
要である。
様方法を実施するための装置(以下、「本発明装置」と
いう)のいくつかの例を示し、本発明を更に詳しく説明
する。
式図である。図中、1は化学処理液貯槽、2は化学処理
液、3はガス流通部、4は圧力容器、5はガス送入部、
6はガス排出部、7は気液分離器、8は化学処理液供給
管、9は化学処理液戻り管、13はレギュレータをそれ
ぞれ示す。また、A1、A2およびA3はガス流通管を
示す。
1が化学処理液供給管8および化学処理液戻り管9によ
り化学処理槽(図示せず)と連通され、化学処理液が循
環流通している。また、化学処理液貯槽1の上部にガス
流通部3、ガス送入部5およびガス排出部6が設けられ
ている。更にこの化学処理液貯槽1と、圧力容器4およ
び気液分離器7は、ガス流通管A1およびA2により結
合されている。
は、圧力容器4によりガス流通管A1およびガス送入部
5を通じ、化学処理液貯槽1上部のガス流通部3に送り
込まれる。ここでガスと化学処理液2の表面が接触し、
化学処理液2に含まれる水分は蒸発し、水蒸気としてガ
ス中に移ることになる。
から排出され、ガス流通管A2を通って気液分離器7に
送られる。この気液分離器7においては、ガスに含まれ
た水蒸気を凝結せしめる等して水分とし、ガスから分離
される。
通管A1、A2およびA3の一カ所または複数箇所にバ
ルブを設けても良い。
模式図である。図中、1から9およびA1からA3は図
1と同じものを意味し、10は蒸発槽、11はポンプ、
12はガスバルブ、14はブロワを、B1およびB2は
化学処理液配管を示す。
様、化学処理液貯槽1は化学処理液供給管8および化学
処理液戻り管9により化学処理槽(図示せず)と連通さ
れている。また、この化学処理液貯槽1は、化学処理液
配管Bを通じて蒸発槽10と連通されている。そして、
蒸発槽10はその上部にガス流通部3、ガス送入部5お
よびガス排出部6を有し、これらはガス流通管A1およ
びA2により、ブロワ14および気液分離器7と結合さ
れている。
体であるガスの接触を、化学処理液貯槽1とは別の蒸発
槽10で行うものである。すなわち、化学処理液貯槽1
の化学処理液2を化学処理液配管B1を通じて蒸発槽1
0に送り込み、これとブロワ14によりガス流通管A1
およびガス送入部5を通じ、蒸発槽10上部のガス流通
部3に送り込まれた不活性ガスあるいは減圧ガス等のガ
スを接触させる。この接触により、化学処理液2に含ま
れる水分は蒸発し、水蒸気としてガス中に移ることにな
る。
同じくガス排出部6から排出され、ガス流通管A2を通
って気液分離器7に送られ、この気液分離器7におい
て、水蒸気を水分に戻し、ガスから分離される。一方、
水分が除去され濃縮された化学処理液2は配管B2を通
じ、化学処理液貯槽1に戻る。
上のポンプ11により、化学処理液の蒸発槽10への送
液を調整し、濃縮の程度を調整することができる。同
様、ガス流通管A2上のバルブ12の開閉や、ブロア1
4の強度調整により、ガスの流量を調整し、濃縮の程度
を調整することもできる。
の表面をガスを流すことにより濃縮を行うことができる
が、気液の接触面積を増加させ、化学処理液中の水分の
蒸発量を増加させ、濃縮の速度を速めることもできる。
加させるために使用される装置の一例である整流板式蒸
発器を示す図面である。この整流板式蒸発器15におい
ては、化学処理液を上部液溜16に導入し、この液溜1
6に設けられた液導入スリット17を通じ、整流板18
に沿って化学処理液を流下せしめることにより、横方向
のガス送入部5から流通するガスと接触させるのであ
る。この整流板18を流下する化学処理液のガスとの接
触面積は、単に液の表面上にガスを流す場合と比べ、著
しく増加するので、効率良く水分を蒸発させることがで
きるのである。
れた化学処理液は下部液溜19から化学処理液貯槽1に
戻るのである。
を用いた本発明装置の態様例を示すが、このような気液
の接触面積を増加させる蒸発器を用いた装置は、化学処
理液中の水の蒸発を促進し、濃縮効率を高めることがで
きるので、例えば水の組み込みが多いような場合に極め
て有効である。
態様を示すものである。この装置においては、蒸発器と
して図4の装置と同様整流板式蒸発器15を用いたもの
であり、しかも化学処理液からの水蒸気を含んだガスか
ら、ブローアンドドライヤー20により水分を除去し、
循環使用するものである。
らず前出の装置においても行うことができるが、このよ
うな方法によれば、経済性高く化学処理液の濃縮が可能
となる。
水の混入が問題となる多くの化学処理液に対し、有利に
使用できる。このような化学処理液の一例としては、半
導体基板上に配線回路を形成するために使用する電気め
っき液や無電解めっき液、あるいはそれらの前処理に使
用される触媒付与液(シード液)が挙げられる。
設けた極めて微細な凹みの内部に銅やその他の金属をめ
っきしたり、それに先立って緻密な触媒核を形成するこ
とが必要であるので、処理液の濃度や条件管理が極めて
重要である。そのため、一般の電解めっきや無電解めっ
きに比べ、水分の混入による問題の影響が大きく、本発
明方法や、本発明装置の利用が重要となり、いわゆるダ
マシンやビアと呼ばれる微細部分へのめっきが実施可能
となるのである。
触媒付与液は、パラジウム、コバルト、タングステンま
たは白金から選ばれる金属成分と硫酸、酢酸または塩酸
から選ばれる酸成分を含有するもので、金属イオンは飽
和濃度ぎりぎりの高い濃度で含まれ、しかも、その析出
による不溶解性物質の混入が嫌われるので、本発明方法
や、本発明装置の利用は極めて好ましいものである。
するが、本発明はこれら実施例に何ら制約されるもので
はない。
媒付与液を入れ、当該液槽で想定される純水持ち込み量
に対し、どの程度の窒素ガス流量による水分の蒸発で化
学処理槽の平衡が保たれるかを調べた。
して、次の式を用いた。 Veva=(0.37+0.354U)(Ps−Pw)0.88 ・A … … (1) Veva: 蒸発量(L/day) A : 蒸発面積(m2) U : 液面上方の風速(m/s) Ps : 乾球温度におけるガス中の飽和蒸気圧(mmH
g) Pw : 液の上方雰囲気中の上記温度における実際の蒸
気圧(mmHg)
ハ処理量から、1日あたりの持ち込み量を3.6L程度
と見積もり、これが化学処理液槽(0.4m×0.4m;
表面積0.16m2)からの蒸発が必要な量(Veva)と
した。そして、化学処理液温度を25℃、化学処理液の
飽和蒸気圧(Ps)が3166Pa(24.1mmH
g)とし、液上方の蒸気圧(Pw)を0とすると、これ
らを満たす窒素ガスの液面上方での風速(U)は、2.
82m/sとなった。
2m/sで流せば、化学処理液槽への純水の持ち込み量
と蒸発量が一致すると判断された。
デルを調製し、この中に実施例1と同じモデル触媒付与
液を入れた。次いで、この液槽での想定純水持ち込み量
に対し、蒸発槽でのどの程度の窒素ガス流量による水分
の蒸発で化学処理貯槽の平衡が保たれるか調べた。
して、前記式(1)を用いた。また、実施例1と同様1
日あたりの持ち込み量を3.6L程度と見積もり、これ
が蒸発槽(直径0.4m;表面積0.126m2)からの
蒸発が必要な量(Veva)とした。そして、化学処理液
温度を25℃、化学処理液の飽和蒸気圧(Ps)を31
66Pa(24.1mmHg)とし、液上方の蒸気圧
(Pw)を0とすると、これらを満たす窒素ガスの液面
上方での風速(U)は、3.86m/sとなった。
的に窒素ガスを3.86m/sで流せば、化学処理液槽
への純水の持ち込み量と蒸発量が一致すると判断され
た。
液を用い、シード液で想定される純水持ち込み量に対
し、どの程度の減圧を維持することにより水分が蒸発
し、化学処理槽の平衡が保たれるかを調べた。
2.82m/sで流せば、化学処理液槽への純水の持ち
込み量と蒸発量が一致するとされたので、これを達成す
るための圧力差(Δp)を下記式(2)から求めた。
(ζ)が20で、ガスの密度(ρ)が1kg/m3であ
る場合、式(2)に液面上方での風速2.82m/sを
代入すると、圧力差Δpは、80Paとなった。すなわ
ち、−80Paに減圧することにより、化学処理槽の平
衡が保たれると判断された。
液を用い、シード液で想定される純水持ち込み量に対
し、どの程度の減圧を維持することにより水分が蒸発
し、化学処理槽の平衡が保たれるかを調べた。
間の圧力損失係数(ζ)が10で、ガスの密度(ρ)が
1kg/m3である場合、式(2)に液面上方での風速
3.86m/sを代入すると、圧力差Δpは、74Pa
となった。すなわち、−74Paに減圧することによ
り、化学処理槽の平衡が保たれると判断された。
一態様を示す模式図
を示す模式図
タ 2 … … 化学処理液 14 … … ブロワ 3 … … ガス流通部 15 … … 整流板式蒸
発器 4 … … 圧力容器 16 … … 上部液溜 5 … … ガス送入部 17 … … 液導入スリ
ット 6 … … ガス排出部 18 … … 整流板 7 … … 気液分離器 19 … … 下部液溜 8 … … 化学処理液供給管 20 … … ブローアン
ドドライヤー 9 … … 化学処理液戻り管 A1、A2、A3 …
… ガス流通管 10 … … 蒸発槽 B1、B2 … … 化
学処理液配管 11 … … ポンプ 12 … … ガスバルブ 以 上
Claims (17)
- 【請求項1】 化学処理液と不活性ガスを接触させ、化
学処理液中の水分を不活性ガス中に蒸発させることを特
徴とする化学処理液の濃縮方法。 - 【請求項2】 化学処理液を、循環手段により化学処理
液貯槽と蒸発器の間で循環させ、当該蒸発器において化
学処理液と不活性ガスを接触させることを特徴とする請
求項第1項記載の化学処理液の濃縮方法。 - 【請求項3】 蒸発器が整流板式蒸発器である請求項第
2項記載の化学処理液の濃縮方法。 - 【請求項4】 水分を含有した不活性ガスから、気液分
離手段により水分を除去し、水分除去後の不活性ガスを
循環使用することを特徴とする請求項第1項ないし第3
項の何れかの項記載の化学処理液の濃縮方法。 - 【請求項5】 化学処理液と不活性ガスの接触を気密状
態下で行う請求項第1項ないし第4項の何れかの項記載
の化学処理液の濃縮方法。 - 【請求項6】 化学処理液と減圧ガスを接触させ、化学
処理液中の水分を減圧ガス中に蒸発させることを特徴と
する化学処理液の濃縮方法。 - 【請求項7】 化学処理液を、循環手段により化学処理
液貯槽と蒸発器の間で循環させ、当該蒸発器において化
学処理液と減圧ガスを接触させることを特徴とする請求
項第6項記載の化学処理液の濃縮方法。 - 【請求項8】 蒸発器が整流板式蒸発器である請求項第
7項記載の化学処理液の濃縮方法。 - 【請求項9】 水分を含有した減圧ガスから、気液分離
手段により水分を除去し、水分除去後の減圧ガスを循環
使用することを特徴とする請求項第6項ないし第8項の
何れかの項記載の化学処理液の濃縮方法。 - 【請求項10】 化学処理液が、化学めっき前の触媒付
与液である請求項第1項ないし第9項の何れかの項記載
の化学処理液の濃縮方法。 - 【請求項11】 化学処理液が、パラジウム、コバル
ト、タングステン、白金、鉄、ニッケル、銅または銀か
ら選ばれる金属成分と、硫酸、酢酸または塩酸から選ば
れる酸成分とを含有する触媒付与液である請求項第10
項記載の化学処理液の濃縮方法。 - 【請求項12】 化学処理槽と供給および戻り配管によ
り連通される化学処理液貯槽と、当該化学処理液貯槽と
循環手段を介して連通され、不活性ガスを流通可能とし
た蒸発器および当該蒸発器からの不活性ガスを流通可能
とした気液分離手段を有する化学処理液の濃縮装置。 - 【請求項13】 蒸発器が整流板式蒸発器である請求項
第12項記載の化学処理液の濃縮装置。 - 【請求項14】 前記気液分離手段と前記蒸発器の間に
不活性ガスの循環配管を有する請求項第12項または第
13項記載の化学処理液の濃縮装置。 - 【請求項15】 化学処理槽と供給および戻り配管によ
り連通される化学処理液貯槽と、当該化学処理液貯槽と
循環手段を介して連通され、減圧ガスを流通可能とした
蒸発器および当該蒸発器からの減圧ガスを流通可能とし
た気液分離手段を有する化学処理液の濃縮装置。 - 【請求項16】 蒸発器が整流板式蒸発器である請求項
第15項記載の化学処理液の濃縮装置。 - 【請求項17】 前記気液分離手段と前記蒸発器の間に
不活性ガスの循環配管を有する請求項第15項または第
16項記載の化学処理液の濃縮装置。
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