JP2006278838A - Sulfuric acid recycling type cleaning system - Google Patents

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Tatsuo Nagai
達夫 永井
Norito Ikemiya
範人 池宮
Haruyoshi Yamakawa
晴義 山川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently clean a cleaning object such as a semiconductor wafer. <P>SOLUTION: This system is provided with a cleaning apparatus 1 for cleaning the cleaning object with a persulfuric acid solution; electrolytic reaction apparatuses 10, 11, 12, 13 and 14 for regenerating the persulfuric acid solution by an electrolytic reaction; cleaning apparatus transferring line 5 for transferring a solution from the cleaning apparatus 1; cleaning apparatus return line 7 for returning the solution to the cleaning apparatus 1; electrolytic reaction apparatus returning line 15 for transferring the solution from the electrolytic reaction apparatus; electrolytic reaction apparatus returning line 17 for returning the solution to the electrolytic reaction apparatus; and mixing line 20 for converging the line 5 with the line 15, in an upstream end and dividing the line into the line 7 and the line 17 in a downstream end. The sulfuric acid solution is repeatedly utilized and the persulfuric acid solution improving a resist peeling effect is regenerated in the electrolytic reaction apparatus, and a resist solute matter is decomposed and supplied to the cleaning apparatus again. Thus, efficient cleaning can be continued without requiring addition of a chemical liquid. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、シリコンウエハなどに付着した汚染物などを剥離効果が高い過硫酸溶液で洗浄剥離する際に、硫酸溶液を繰り返し利用しつつ過硫酸を再生して洗浄に供する硫酸リサイクル型洗浄システムに関するものである。   The present invention relates to a sulfuric acid recycle type cleaning system that regenerates persulfuric acid and uses it for cleaning while repeatedly using a sulfuric acid solution when cleaning and peeling a contaminant attached to a silicon wafer or the like with a persulfuric acid solution having high peeling effect. Is.

超LSI製造工程におけるウエハ洗浄技術は、レジスト残渣、微粒子、金属および自然酸化膜などを剥離洗浄するプロセスであり、濃硫酸と過酸化水素の混合溶液(SPM)あるいは、濃硫酸にオゾンガスを吹き込んだ溶液(SOM)が多用されている。高濃度の硫酸に過酸化水素やオゾンを加えると硫酸が酸化されて過硫酸が生成される。過硫酸は自己分解する際に強い酸化力を発するため洗浄能力が高く、上記ウエハなどの洗浄に役立つことが知られている。
また、過硫酸を生成する方法として、上記方法の他に、硫酸イオンを含む水溶液を電解槽で電解して過硫酸溶解水を得て洗浄に供する方法も知られている(特許文献1、2参照)。
Wafer cleaning technology in the VLSI manufacturing process is a process for stripping and cleaning resist residues, fine particles, metals and natural oxide films, and ozone gas is blown into concentrated sulfuric acid and hydrogen peroxide mixed solution (SPM) or concentrated sulfuric acid. A solution (SOM) is frequently used. When hydrogen peroxide or ozone is added to high-concentration sulfuric acid, the sulfuric acid is oxidized to produce persulfuric acid. It is known that persulfuric acid has a high cleaning ability because it generates a strong oxidizing power when self-decomposing, and is useful for cleaning the wafer and the like.
As a method for producing persulfuric acid, in addition to the above method, there is also known a method in which an aqueous solution containing sulfate ions is electrolyzed in an electrolytic bath to obtain persulfuric acid-dissolved water and used for washing (Patent Documents 1 and 2) reference).

特開2001−192874号公報JP 2001-192874 A 特表2003−511555号公報Special table 2003-511555 gazette

ところで、SPMでは、過酸化水素により発生する過硫酸が自己分解し酸化力が低下すると分解する分を補うため過酸化水素水の補給を繰り返すことが必要である。そして硫酸濃度がある濃度を下回ると新しい高濃度硫酸と交換する。しかし、上記方法では、過酸化水素水中の水で過硫酸溶液が希釈されるため、液組成を一定に維持することが難しく、さらには所定時間もしくは処理バッチ数毎に液を廃棄して、更新することが必要である。このため洗浄効果が一定しない他、多量の薬品を保管しなければならないという問題がある。一方、SOMでは液が希釈されることがなく、一般的にSPMより液更新サイクルを長くできるものの、洗浄効果においてはSPMより劣る。また、これらの方法では、生成する過硫酸の濃度には限界があり、これが洗浄効果の限界につながっている。   By the way, in SPM, it is necessary to repeat the replenishment of the hydrogen peroxide solution in order to compensate for the decomposition of the persulfuric acid generated by hydrogen peroxide when it decomposes itself and the oxidizing power decreases. When the sulfuric acid concentration falls below a certain concentration, it is exchanged with a new high concentration sulfuric acid. However, in the above method, since the persulfuric acid solution is diluted with water in hydrogen peroxide water, it is difficult to maintain a constant liquid composition. Further, the liquid is discarded and renewed every predetermined time or every processing batch. It is necessary to. For this reason, there are problems that the cleaning effect is not constant and a large amount of chemicals must be stored. On the other hand, in the SOM, the liquid is not diluted and the liquid renewal cycle can be generally longer than that of the SPM, but the cleaning effect is inferior to that of the SPM. In these methods, there is a limit to the concentration of persulfuric acid produced, which leads to the limit of the cleaning effect.

また、SPMでは、1回洗浄槽を満たした高濃度硫酸と数回の過酸化水素水添加により発生できる過硫酸量は少なく、限度がある。また、SOM法ではオゾン吹き込み量に対する過硫酸の発生効率が非常に低い。したがって、これらの方法では、生成する過硫酸の濃度に限界があり、洗浄効果にも限界があるという問題もある。このため、上述のSPM法やSOM法プロセスを適用する洗浄では、SPM法またはSOM法の前処理工程として、ドライエッチングやアッシングプロセスを利用して、有機物であるレジストを予め酸化して灰化する工程が組み込まれている。このドライエッチングやアッシングプロセスなどの前処理がウエハにダメージを与えたり、装置コストとして高価になるという問題がある。   In addition, in SPM, the amount of persulfuric acid that can be generated by adding high-concentration sulfuric acid that has filled the washing tank once and hydrogen peroxide water several times is small and has a limit. Further, in the SOM method, the generation efficiency of persulfuric acid with respect to the ozone blowing amount is very low. Therefore, in these methods, there is a problem that the concentration of persulfuric acid produced is limited and the cleaning effect is also limited. For this reason, in the cleaning using the above-described SPM method or SOM method, as a pretreatment step of the SPM method or SOM method, dry etching or an ashing process is used to oxidize and ash the organic resist in advance. A process is incorporated. There is a problem that pre-processing such as dry etching or ashing process damages the wafer or increases the cost of the apparatus.

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、硫酸を繰り返し使用しつつ硫酸の水溶液から電気化学的作用により過硫酸イオンを生成することで硫酸をリサイクルして硫酸使用量を大幅に低減して良好な洗浄作用を継続的に得ることができる硫酸リサイクル型洗浄システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made against the background of the above circumstances, and by reusing sulfuric acid by regenerating sulfuric acid by electrochemical action from an aqueous solution of sulfuric acid while repeatedly using sulfuric acid, the amount of sulfuric acid used is greatly reduced. It is an object of the present invention to provide a sulfuric acid recycle type cleaning system capable of continuously obtaining a good cleaning action.

すなわち、本発明の硫酸リサイクル型洗浄システムのうち、請求項1記載の発明は、過硫酸溶液を洗浄液として被洗浄材を洗浄する洗浄装置と、洗浄に用いられた溶液を電解して、前記溶液に含まれる硫酸イオンから過硫酸イオンを生成して過硫酸溶液を再生する電解反応装置と、前記洗浄装置から溶液を出す洗浄装置送りラインと、前記洗浄装置に溶液を戻す洗浄装置戻しラインと、前記電解反応装置から溶液を送る電解反応装置送りラインと、前記電解反応装置に溶液を戻す電解反応装置戻しラインと、前記洗浄装置送りラインと電解反応装置送りラインとが上流端で合流し、下流端で前記洗浄装置戻しラインと電解反応装置戻しラインとに分流する混合ラインとを備えることを特徴とする。   That is, among the sulfuric acid recycle type cleaning systems of the present invention, the invention according to claim 1 is the above-mentioned solution by electrolyzing a cleaning apparatus for cleaning a material to be cleaned using a persulfuric acid solution as a cleaning liquid, and the solution used for cleaning. An electrolytic reaction device for regenerating a persulfate solution by generating persulfate ions from sulfate ions contained in a cleaning device, a cleaning device feed line for discharging the solution from the cleaning device, a cleaning device return line for returning the solution to the cleaning device, The electrolytic reaction device feed line for sending the solution from the electrolytic reaction device, the electrolytic reaction device return line for returning the solution to the electrolytic reaction device, the washing device feed line and the electrolytic reaction device feed line merge at the upstream end, and downstream And a mixing line for diverting the cleaning device return line and the electrolytic reaction device return line at the end.

請求項2記載の硫酸リサイクル型洗浄システムの発明は、請求項1記載の発明において、前記混合ライン内の溶液の流れが、流速0.1m/秒以下のプラグフローであることを特徴とする。   The sulfuric acid recycle type cleaning system according to claim 2 is characterized in that, in the invention according to claim 1, the flow of the solution in the mixing line is a plug flow having a flow velocity of 0.1 m / second or less.

請求項3記載の硫酸リサイクル型洗浄システムの発明は、請求項1または2に記載の発明において、前記混合ラインを溶液が流れる時間が20分以下であることを特徴とする。   The invention of the sulfuric acid recycling type cleaning system according to claim 3 is characterized in that, in the invention according to claim 1 or 2, the time for which the solution flows through the mixing line is 20 minutes or less.

請求項4記載の硫酸リサイクル型洗浄システムの発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の発明において、前記洗浄液を120〜150℃に加温する加熱装置を備えることを特徴とする。   The invention of the sulfuric acid recycling type cleaning system according to claim 4 is characterized in that, in the invention according to any one of claims 1 to 3, a heating device for heating the cleaning liquid to 120 to 150 ° C. is provided.

請求項5記載の硫酸リサイクル型洗浄システムの発明は、請求項1〜4のいずれかに記載の発明において、電解反応される溶液の温度が10〜90℃の範囲にあることを特徴とする。   The invention of the sulfuric acid recycle type cleaning system according to claim 5 is characterized in that, in the invention according to any one of claims 1 to 4, the temperature of the electrolytically reacted solution is in the range of 10 to 90 ° C.

請求項6記載の硫酸リサイクル型洗浄システムの発明は、請求項1〜5のいずれかに記載の発明において、前記溶液の硫酸濃度が8M以上であることを特徴とする。   The invention of the sulfuric acid recycling type cleaning system according to claim 6 is characterized in that, in the invention according to any one of claims 1 to 5, the sulfuric acid concentration of the solution is 8M or more.

請求項7記載の硫酸リサイクル型洗浄システムの発明は、請求項1〜6のいずれかに記載の発明において、電解反応装置に利用する電極のうち少なくとも陽極に導電性ダイヤモンド電極を使用することを特徴とする。   The sulfuric acid recycling type cleaning system according to claim 7 is characterized in that, in the invention according to any one of claims 1 to 6, a conductive diamond electrode is used for at least the anode among the electrodes used in the electrolytic reaction apparatus. And

本発明によれば、洗浄装置において、洗浄液中の過硫酸イオンが自己分解して酸化力を発し、硫酸による洗浄作用に加えて、過硫酸による酸化力によって被洗浄材の汚染物などが効果的に剥離洗浄される。例えば、ウェハを洗浄する場合には、上記洗浄作用によってウエハ上に付着しているレジストが剥離し洗浄液中に溶解する。溶解物の一部は、洗浄装置において過硫酸による酸化作用によって分解される。   According to the present invention, in the cleaning apparatus, persulfate ions in the cleaning liquid self-decompose to generate an oxidizing power, and in addition to the cleaning action by sulfuric acid, the contamination of the material to be cleaned by the oxidizing power by persulfuric acid is effective. It is peeled and washed. For example, when cleaning a wafer, the resist adhering to the wafer is peeled off by the cleaning action and dissolved in the cleaning liquid. A part of the lysate is decomposed by the oxidizing action of persulfuric acid in the cleaning device.

洗浄に用いられた溶液は、洗浄装置送りライン、混合ライン、洗浄装置戻しラインを通して循環する。一方、電解反応装置では、硫酸イオンを含む溶液に陽極及び陰極を浸漬し、電極間に電流を流し電解することによって硫酸イオンが酸化されて過硫酸イオンが生成され、過硫酸濃度が高められる。高濃度とした過硫酸溶液は、電解反応装置送りライン、混合ライン、電解反応装置戻りラインを通して循環する。上記混合ラインでは、洗浄装置から送られる溶液と電解反応装置から送られる溶液とが上流端で混合し、下流側へと流れる。なお、混合ラインは、溶液が混合されて下流側へ流れるものであればよく、その構成形状等は特に限定されない。例えば配管によって構成することができる。洗浄装置から送られる溶液は、自己分解によって過硫酸濃度が低下しており、また、溶液中には洗浄装置において被洗浄材から剥離したレジストなどの溶解物が含まれている。一方、電解反応装置から送られる溶液は、過硫酸イオンが生成されて高い過硫酸濃度を有している。これらの溶液が混合されると、混合液は、両者の過硫酸濃度および流量に従って、洗浄装置から送られる溶液の濃度よりも高く、電解反応装置から送られる溶液の濃度よりも低くて平均化された過硫酸濃度を有するようになる。この混合ラインでは、洗浄装置から送られる溶液に含まれていたレジスト溶解物などが、濃度の高められた過硫酸によって混合ラインを流れるに連れて分解される。   The solution used for washing circulates through the washing device feed line, the mixing line, and the washing device return line. On the other hand, in an electrolytic reaction apparatus, an anode and a cathode are immersed in a solution containing sulfate ions, and current is passed between the electrodes to perform electrolysis, whereby sulfate ions are oxidized to produce persulfate ions, and the concentration of persulfate is increased. The persulfuric acid solution having a high concentration is circulated through the electrolytic reactor feed line, the mixing line, and the electrolytic reactor return line. In the mixing line, the solution sent from the cleaning device and the solution sent from the electrolytic reaction device are mixed at the upstream end and flow downstream. The mixing line is not particularly limited as long as the solution is mixed and flows downstream, and its configuration shape and the like are not particularly limited. For example, it can be constituted by piping. The solution sent from the cleaning apparatus has a reduced persulfuric acid concentration due to self-decomposition, and the solution contains a dissolved material such as a resist peeled from the material to be cleaned in the cleaning apparatus. On the other hand, the solution sent from the electrolytic reaction apparatus has a high persulfate concentration as persulfate ions are generated. When these solutions are mixed, the mixture is averaged higher than the concentration of the solution sent from the cleaning device and lower than the concentration of the solution sent from the electrolytic reactor according to the concentration and flow rate of both. It has a high persulfate concentration. In this mixing line, the dissolved resist or the like contained in the solution sent from the cleaning device is decomposed as it flows through the mixing line with persulfuric acid having an increased concentration.

また、両溶液が混合されると、両者の温度も平均化される。洗浄装置において、レジストの過硫酸溶液への溶解速度は、過硫酸溶液の温度が高いほど大きい。ただし、160℃を超えると、過硫酸の自己分解速度が極めて大きくなる。したがって、洗浄液としての過硫酸溶液の温度は120〜150℃が望ましい。本発明では、必須とするものではないが、洗浄液を上記温度に加熱するために、ヒータや熱水、蒸気などの加熱装置を設けるのが望ましい。したがって、通常は、洗浄装置から送られる溶液は高温となっている。   Moreover, when both solutions are mixed, the temperature of both is also averaged. In the cleaning apparatus, the dissolution rate of the resist into the persulfuric acid solution increases as the temperature of the persulfuric acid solution increases. However, if it exceeds 160 ° C., the self-decomposition rate of persulfuric acid becomes extremely high. Therefore, the temperature of the persulfuric acid solution as the cleaning liquid is desirably 120 to 150 ° C. In the present invention, although not essential, in order to heat the cleaning liquid to the above temperature, it is desirable to provide a heating device such as a heater, hot water, or steam. Therefore, normally, the solution sent from the cleaning device is at a high temperature.

一方、電解反応装置は洗浄装置とは異なり、溶液温度が低いほど過硫酸の生成効率が良く、また電極の損耗も小さくなる。本発明では、洗浄装置と電解反応装置とを分離することによって、電解反応装置で電解される溶液の温度を、洗浄槽内での洗浄液の温度よりも低く保持することが可能になり、洗浄装置および電解反応装置での効率を上げることができる。このため電解反応装置で電解される溶液は、適宜の冷却手段で冷却して適温にすることができる。冷却手段としては空冷、水冷などの冷却器を例示することができる。電解される溶液としての適温は、10〜90℃の範囲を示すことができる。上記温度範囲を超えると、電解効率が低下し、電極の損耗も大きくなる。一方、上記温度を下回ると、洗浄槽内温度を適温に加熱するための熱エネルギーが莫大になり実用的でない。なお、同様の理由により、下限を40℃、上限を80℃とするのが一層望ましい。したがって、通常は、電解反応装置から送られる溶液は低温になっている。混合された両溶液は、洗浄液としては温度が低く、電解する溶液としては温度が高い状態になる。混合ラインを流れる溶液は、放熱によってさらに温度が低下する。この溶液が混合ラインからさらに電解反応装置戻しラインを通して電解反応装置に流入する際に、好適な温度にまで温度低下していれば、特別な冷却手段は必要としない。一方、混合ラインから洗浄装置戻しラインを通して洗浄装置に流れる溶液は、適温になるように加熱装置によって加熱することが望ましい。   On the other hand, the electrolytic reaction apparatus differs from the cleaning apparatus in that the lower the solution temperature, the better the efficiency of producing persulfuric acid and the smaller the electrode wear. In the present invention, by separating the cleaning device and the electrolytic reaction device, the temperature of the solution electrolyzed in the electrolytic reaction device can be kept lower than the temperature of the cleaning liquid in the cleaning tank. In addition, the efficiency in the electrolytic reaction apparatus can be increased. For this reason, the solution electrolyzed by the electrolytic reaction apparatus can be cooled to an appropriate temperature by an appropriate cooling means. Examples of the cooling means include air coolers and water coolers. The appropriate temperature as the solution to be electrolyzed can be in the range of 10 to 90 ° C. When the temperature range is exceeded, the electrolysis efficiency decreases and the wear of the electrode also increases. On the other hand, if the temperature is lower than the above temperature, the heat energy for heating the cleaning bath temperature to an appropriate temperature becomes enormous, which is not practical. For the same reason, it is more desirable to set the lower limit to 40 ° C. and the upper limit to 80 ° C. Therefore, the solution sent from the electrolytic reaction apparatus is usually at a low temperature. Both the mixed solutions have a low temperature as a cleaning solution and a high temperature as a solution to be electrolyzed. The temperature of the solution flowing through the mixing line is further reduced by heat dissipation. When this solution further flows from the mixing line into the electrolytic reactor through the electrolytic reactor return line, no special cooling means is required if the temperature is reduced to a suitable temperature. On the other hand, it is desirable that the solution flowing from the mixing line to the cleaning device through the cleaning device return line is heated by a heating device so as to have an appropriate temperature.

また、洗浄液に含まれていたレジスト溶解物などは、混合された溶液が混合ラインを流れつつ分解されるが、この際に、混合液の温度は洗浄液よりも低下しているので過硫酸イオンの自己分解が抑制され、混合ラインにおいて長い時間をかけながら確実にレジスト溶解物が分解される。混合ラインでは、レジスト溶解物等が十分に分解されるように、混合液はある程度の時間を要して混合ラインを滞留しながら通過するのが望ましい。ただし、過硫酸によるレジストの分解時間は20分以内なので、洗浄効率装置小型化を考慮して、上記通過時間は20分以下が望ましい。また、上記したように溶解物の分解を確実に行うためには、5分以上の通過時間を要するのが望ましい。これは通過時間があまりに短いと、分解されないままにレジスト溶解物等が電解反応装置に流入し、電解反応装置に備える電極を損耗するという問題が生じるためである。なお、混合溶液が混合ラインを流れる際には、混合ラインでのレジスト溶解物等の偏流がないように、かつ混合ラインにおける滞留時間が確保されるように、プラグフローで流速が遅い状態にあるのが望ましい。   In addition, the dissolved resist contained in the cleaning solution is decomposed while the mixed solution flows through the mixing line. At this time, the temperature of the mixed solution is lower than that of the cleaning solution. Self-decomposition is suppressed, and the dissolved resist is reliably decomposed over a long time in the mixing line. In the mixing line, it is desirable that the liquid mixture passes through the mixing line while retaining a certain amount of time so that the resist melt and the like are sufficiently decomposed. However, since the resist decomposition time with persulfuric acid is within 20 minutes, the above passage time is preferably 20 minutes or less in consideration of downsizing of the cleaning efficiency apparatus. Further, as described above, it is desirable that a passage time of 5 minutes or longer is required in order to reliably decompose the dissolved matter. This is because, if the passage time is too short, the dissolved resist or the like flows into the electrolytic reaction device without being decomposed, and the electrode provided in the electrolytic reaction device is worn out. In addition, when the mixed solution flows through the mixing line, the flow rate is slow in the plug flow so that there is no drift of the resist dissolved material etc. in the mixing line and the residence time in the mixing line is secured. Is desirable.

また、レジストの過硫酸溶液への溶解速度は、硫酸濃度が高いほど大きい。洗浄液としての硫酸濃度は好ましくは8M以上、さらに好ましくは12M以上である。したがって、システム全体を流れる溶液の硫酸濃度を上記範囲とするのが望ましい。   Further, the dissolution rate of the resist in the persulfuric acid solution increases as the sulfuric acid concentration increases. The sulfuric acid concentration as the cleaning liquid is preferably 8M or more, more preferably 12M or more. Therefore, it is desirable that the sulfuric acid concentration of the solution flowing through the entire system be in the above range.

なお、上記洗浄装置は、被洗浄材と洗浄液とを接触させて被洗浄材表面の汚染物を剥離除去するものであり、その構成は特定のものに限定されない。例えば、洗浄槽を備え、これに洗浄液を収容して被洗浄材を浸漬するようにしてもよく、また、洗浄液を液滴にして被洗浄材に噴射して洗浄を行うようにしてもよい。   In addition, the said washing | cleaning apparatus makes a to-be-cleaned material and cleaning fluid contact, and peels and removes the contaminant on the to-be-cleaned material surface, The structure is not limited to a specific thing. For example, a cleaning tank may be provided, the cleaning liquid may be accommodated in the cleaning tank, and the material to be cleaned may be immersed, or the cleaning liquid may be sprayed onto the material to be cleaned as droplets.

一方、電解反応装置では、電解反応槽において陽極と陰極とを対にして電解がなされる。これら電極の材質は、本発明としては特定のものに限定はしない。しかし、電極として一般に広く利用されている白金を陽極として使用した場合、白金が溶出するという問題がある。これに対し、導電性ダイヤモンド電極は、過硫酸イオンの生成を効率よく行えるとともに、電極の損耗が小さい。したがって、電解反応装置の電極のうち、少なくとも、硫酸イオンの生成がなされる陽極を導電性ダイヤモンド電極で構成するのが望ましく、陽極、陰極ともに導電性ダイヤモンド電極で構成するのが一層望ましい。   On the other hand, in an electrolytic reaction apparatus, electrolysis is performed by pairing an anode and a cathode in an electrolytic reaction tank. The material of these electrodes is not limited to a specific one in the present invention. However, when platinum, which is widely used as an electrode, is used as an anode, there is a problem that platinum is eluted. On the other hand, the conductive diamond electrode can efficiently generate persulfate ions and has little electrode wear. Therefore, among the electrodes of the electrolytic reaction apparatus, at least the anode that generates sulfate ions is preferably composed of a conductive diamond electrode, and it is more desirable that both the anode and the cathode are composed of a conductive diamond electrode.

導電性ダイヤモンド電極は、シリコンウエハ等の半導体材料を基板とし、このウエハ表面に導電性ダイヤモンド薄膜を合成させた後に、ウエハを溶解させたものや、基板を用いない条件で板状に析出合成したセルフスタンド型導電性多結晶ダイヤモンドを挙げることができる。導電性ダイヤモンド電極によって、硫酸イオンから過硫酸イオンを製造することは、電流密度を0.2A/cm程度にした場合については報告されているが(Ch.Comninellis et al.,Electrochemical and Solid−State Letters,Vol.3(2)77−79(2000)、特許文献2)、金属基板にダイヤモンド薄膜を担持した電極ではダイヤモンド膜の剥離が生じて、作用効果が短期間で消失するという問題がある。よって、基板上に析出させた後に基板を取り去ったセルフスタンド型導電性ダイヤモンド電極が望ましい。
なお、導電性ダイヤモンド薄膜は、ダイヤモンド薄膜の合成の際にボロンまたは窒素の所定量をドープして導電性を付与したものであり、通常はボロンドープしたものが一般的である。これらのドープ量は、少なすぎると技術的意義が発生せず、多すぎてもドープ効果が飽和するため、ダイヤモンド薄膜の炭素量に対して、50〜20,000ppmの範囲のものが適している。
The conductive diamond electrode is a semiconductor material such as a silicon wafer used as a substrate, and after synthesizing a conductive diamond thin film on the wafer surface, the wafer is dissolved or synthesized in a plate shape under the condition that the substrate is not used. Mention may be made of self-standing conductive polycrystalline diamond. Production of persulfate ions from sulfate ions using a conductive diamond electrode has been reported for a current density of about 0.2 A / cm 2 (Ch. Comninellis et al., Electrochemical and Solid- State Letters, Vol. 3 (2) 77-79 (2000), Patent Document 2), an electrode having a diamond thin film supported on a metal substrate has a problem that the diamond film is peeled off and the effect disappears in a short period of time. is there. Therefore, a self-standing type conductive diamond electrode in which the substrate is removed after being deposited on the substrate is desirable.
The conductive diamond thin film is a conductive thin film that is doped with a predetermined amount of boron or nitrogen during the synthesis of the diamond thin film, and is generally boron-doped. If the doping amount is too small, technical significance does not occur. If the doping amount is too large, the doping effect is saturated. Therefore, a doping amount in the range of 50 to 20,000 ppm with respect to the carbon amount of the diamond thin film is suitable. .

本発明において、導電性ダイヤモンド電極は、通常は板状のものを使用するが、網目構造物を板状にしたものも使用できる。
この電解反応装置における電解処理は、導電性ダイヤモンド電極表面の電流密度を10〜100,000A/mとし、硫酸溶液を導電性ダイヤモンド電極面と平行方向に、通液線速度を10〜10,000m/hで接触処理させることが望ましい。
In the present invention, the conductive diamond electrode is usually a plate-like one, but a network structure having a plate-like shape can also be used.
The electrolytic treatment in this electrolytic reaction apparatus is such that the current density on the surface of the conductive diamond electrode is 10 to 100,000 A / m 2 , the sulfuric acid solution is parallel to the surface of the conductive diamond electrode, and the liquid flow rate is 10 to 10 It is desirable to perform the contact treatment at 000 m / h.

なお、本発明の洗浄システムでは、種々の被洗浄材を対象にして洗浄処理を行うことができるが、シリコンウエハ、液晶用ガラス基板、フォトマスク基板などの電子材料基板を対象にして洗浄処理をする用途に好適である。さらに具体的には、半導体基板上に付着したレジスト残渣などの有機化合物の剥離プロセスに利用することができる。また、半導体基板上に付着した微粒子、金属などの異物除去プロセスに利用することができる。
なお、従来、半導体基板の処理プロセスなどでは、洗浄処理に先立って、通常、前処理工程としてドライエッチングやアッシングプロセスを利用して有機物であるレジストを予め酸化して灰化する工程が組み込まれている。この工程は、装置コストや処理コストを高価にするという問題を有している。ところで、本発明のシステムでは、優れた洗浄効果が得られることから、上記したドライエッチングやアッシングプロセスなどの前処理工程を組み込むことなく洗浄処理を行った場合にも、十分にレジストなどの除去効果が得られる。すなわち、本発明は、これらの前処理工程を省略したプロセスを確立することも可能にする。
In the cleaning system of the present invention, cleaning processing can be performed on various materials to be cleaned, but cleaning processing is performed on electronic material substrates such as silicon wafers, glass substrates for liquid crystals, and photomask substrates. It is suitable for the use to do. More specifically, it can be used for a peeling process of an organic compound such as a resist residue attached on a semiconductor substrate. Further, it can be used for a foreign matter removing process such as fine particles and metal adhering to the semiconductor substrate.
Conventionally, prior to a cleaning process, a process for processing a semiconductor substrate usually includes a step of pre-oxidizing and ashing an organic resist using a dry etching or ashing process as a pre-processing step. Yes. This process has a problem of increasing the apparatus cost and the processing cost. By the way, in the system of the present invention, an excellent cleaning effect can be obtained. Therefore, even when a cleaning process is performed without incorporating a pretreatment process such as the above-described dry etching or ashing process, the resist is sufficiently removed. Is obtained. That is, the present invention makes it possible to establish a process in which these pretreatment steps are omitted.

以上説明したように、本発明の硫酸リサイクル型洗浄システムによれば、過硫酸溶液を洗浄液として被洗浄材を洗浄する洗浄装置と、洗浄に用いられた溶液を電解して、前記溶液に含まれる硫酸イオンから過硫酸イオンを生成して過硫酸溶液を再生する電解反応装置と、前記洗浄装置から溶液を送る洗浄装置送りラインと、前記洗浄装置に溶液を戻す洗浄装置戻しラインと、前記電解反応装置から溶液を送る電解反応装置送りラインと、前記電解反応装置に溶液を戻す電解反応装置戻しラインと、前記洗浄装置送りラインと電解反応装置送りラインとが上流端で合流し、下流端で前記洗浄装置戻しラインと電解反応装置戻しラインとに分流する混合ラインとを備えるので、硫酸溶液を繰り返し利用するとともに剥離効果を高めるための過硫酸イオンを電解反応装置によって再生してその一部を洗浄装置に供給して使用することができる。また、外部からの過酸化水素やオゾンなどの薬液添加を必要とすることなく効率的な洗浄を継続することができる。また、混合ラインで、洗浄装置からの溶液と電解反応装置からの溶液とを混合して流すので、その間にレジスト溶解物等の分解を進行させることができ、溶解物が直ちに電解反応装置に流入して電極を損耗するのを防止する。また、電解反応装置から送られる溶液を洗浄装置から送られる溶液と混合することで両溶液が有する熱を直接に授受することができ、エネルギロスを小さくすることができる。   As described above, according to the sulfuric acid recycling type cleaning system of the present invention, the cleaning apparatus for cleaning the material to be cleaned using the persulfuric acid solution as the cleaning liquid, and the solution used for cleaning are electrolyzed and included in the solution. An electrolytic reaction device that regenerates a persulfate solution by generating persulfate ions from sulfate ions, a cleaning device feed line that sends the solution from the cleaning device, a cleaning device return line that returns the solution to the cleaning device, and the electrolytic reaction An electrolytic reaction device feed line for sending the solution from the device, an electrolytic reaction device return line for returning the solution to the electrolytic reaction device, the cleaning device feed line and the electrolytic reaction device feed line merge at the upstream end, and the downstream end Since it is equipped with a mixing line that divides into the cleaning device return line and the electrolytic reactor return line, persulfuric acid is used to repeatedly use the sulfuric acid solution and enhance the peeling effect On the may be used to supply the cleaning device a part of regenerated by electrolytic reaction apparatus. In addition, efficient cleaning can be continued without requiring addition of a chemical solution such as hydrogen peroxide or ozone from the outside. In addition, since the solution from the cleaning device and the solution from the electrolytic reaction device are mixed and flowed in the mixing line, it is possible to proceed with the decomposition of the resist melt, etc., and the melt immediately flows into the electrolytic reaction device. Thus, the electrode is prevented from being worn. Further, by mixing the solution sent from the electrolytic reaction device with the solution sent from the cleaning device, the heat of both solutions can be directly transferred and energy loss can be reduced.

以下に、本発明の一実施形態を図1に基づいて説明する。
本発明の硫酸リサイクル型洗浄システムは、洗浄装置として、被洗浄材を洗浄するための洗浄槽1を有している。該洗浄槽1には、洗浄槽1内の溶液を送るための洗浄装置送りラインである送り管5と、洗浄槽1内に溶液を戻すための洗浄装置戻しラインである戻し管7とが接続されており、戻し管7には送液ポンプ6が介設されている。送り管5は、T字ジョイントによって混合ラインである混合管20の上流端に接続されており、戻し管7は、同じくT字ジョイントによって混合管20の下流端に接続されて、洗浄装置における溶液の循環が可能になっている。なお、洗浄槽1には、槽内の洗浄液を好適には120〜150℃に加温するヒータ2が加熱装置として備えられており、また、洗浄液を調製する際に、超純水を混合するために超純水供給ライン8が接続されている。
Below, one Embodiment of this invention is described based on FIG.
The sulfuric acid recycling type cleaning system of the present invention has a cleaning tank 1 as a cleaning device for cleaning a material to be cleaned. Connected to the washing tank 1 are a feed pipe 5 that is a washing apparatus feed line for sending the solution in the washing tank 1 and a return pipe 7 that is a washing apparatus return line for returning the solution into the washing tank 1. A liquid feed pump 6 is interposed in the return pipe 7. The feed pipe 5 is connected to the upstream end of the mixing pipe 20 which is a mixing line by a T-joint, and the return pipe 7 is also connected to the downstream end of the mixing pipe 20 by a T-joint, so that the solution in the washing apparatus Circulation is possible. The cleaning tank 1 is provided with a heater 2 for heating the cleaning liquid in the tank to 120 to 150 ° C. as a heating device, and ultrapure water is mixed when the cleaning liquid is prepared. Therefore, an ultrapure water supply line 8 is connected.

また、本発明の硫酸リサイクル型洗浄システムは、電解反応装置として電解反応槽10を有している。該電解反応槽10には、電解反応槽10内の溶液を送るための電解反応装置送りラインである送り管15と、電解反応槽10内に溶液を戻すための電解反応装置戻しラインである戻し管17とが接続されており、戻し管17には送液ポンプ16が介設されている。送り管15は、T字ジョイントによって混合管20の上流端に接続され、戻し管17は、T字ジョイントによって混合管20の下流端に接続されて、電解反応槽10における溶液の循環が可能になっている。
なお、上記各送り管5、15、戻し管7、17の流路は、少なくとも内面がテトラフルオロエチレンで構成するのが望ましい。
The sulfuric acid recycling type cleaning system of the present invention has an electrolytic reaction tank 10 as an electrolytic reaction device. The electrolytic reaction tank 10 includes a feed pipe 15 that is an electrolytic reaction apparatus feed line for sending the solution in the electrolytic reaction tank 10, and a return that is an electrolytic reaction apparatus return line for returning the solution into the electrolytic reaction tank 10. A pipe 17 is connected, and a liquid feed pump 16 is interposed in the return pipe 17. The feed pipe 15 is connected to the upstream end of the mixing pipe 20 by a T-shaped joint, and the return pipe 17 is connected to the downstream end of the mixing pipe 20 by a T-shaped joint so that the solution can be circulated in the electrolytic reaction tank 10. It has become.
In addition, it is desirable that at least the inner surfaces of the flow paths of the feed pipes 5 and 15 and the return pipes 7 and 17 are made of tetrafluoroethylene.

また、電解反応槽10には、陽極11および陰極12が配置され、さらに陽極11と、陰極12との間に所定の間隔をおいてバイポーラ電極13が配置されている。本発明としてはバイポーラ式ではなく、陽極と陰極のみを電極として備えるものであってもよい。上記陽極11および陰極12には、直流電源14が接続されており、これにより電解反応槽10での直流電解が可能になっている。   In addition, an anode 11 and a cathode 12 are disposed in the electrolytic reaction tank 10, and a bipolar electrode 13 is disposed at a predetermined interval between the anode 11 and the cathode 12. The present invention is not bipolar, and may be provided with only an anode and a cathode as electrodes. A direct current power source 14 is connected to the anode 11 and the cathode 12, thereby enabling direct current electrolysis in the electrolytic reaction tank 10.

この実施形態では、上記各電解反応槽における陽極、陰極、バイポーラ電極の電極は導電性ダイヤモンド電極によって構成されている。該導電性ダイヤモンド電極は、基板状にダイヤモンド薄膜を形成するとともに、該ダイヤモンド薄膜の炭素量に対して、好適には50〜20,000ppmの範囲でボロンをドープすることにより製造したものであり、好適には、薄膜形成後に基板を取り去ってセルフスタンド型としたものである。   In this embodiment, the anode, cathode, and bipolar electrode in each of the electrolytic reaction tanks are composed of conductive diamond electrodes. The conductive diamond electrode is produced by forming a diamond thin film in the form of a substrate and doping boron in a range of preferably 50 to 20,000 ppm with respect to the carbon content of the diamond thin film. Preferably, after the thin film is formed, the substrate is removed to form a self-stand type.

次に、上記構成よりなる硫酸リサイクル型洗浄システムの作用について説明する。
上記洗浄槽1内に硫酸溶液を収容し、超純水供給ライン8から所定の混合比で超純水を供給混合して、硫酸濃度が8〜15Mである硫酸溶液を調製する。洗浄槽1では、送液ポンプ6によって溶液を送り管5、混合管20、戻し管7を通して循環させる。さらに、送液ポンプ16を動作させることで、混合管20を流れる溶液の一部が戻し管17に流れ、電解反応槽10、送り管15、混合管20を通して溶液が循環する。
Next, the operation of the sulfuric acid recycling type cleaning system having the above configuration will be described.
A sulfuric acid solution is accommodated in the washing tank 1 and ultrapure water is supplied and mixed at a predetermined mixing ratio from the ultrapure water supply line 8 to prepare a sulfuric acid solution having a sulfuric acid concentration of 8 to 15M. In the washing tank 1, the solution is circulated through the feed pipe 5, the mixing pipe 20, and the return pipe 7 by the liquid feed pump 6. Further, by operating the liquid feeding pump 16, a part of the solution flowing through the mixing tube 20 flows to the return tube 17, and the solution circulates through the electrolytic reaction tank 10, the feeding tube 15, and the mixing tube 20.

電解反応槽10では、陽極11および陰極12に直流電源14によって通電すると、バイポーラ電極13が分極し、所定の間隔で陽極、陰極が出現する。電解反応槽10に送液される溶液は、これら電極間に通液される。この際に通液線速度が1〜10,000m/hrとなるように送液ポンプ16の出力を設定するのが望ましい。なお、上記通電では、導電性ダイヤモンド電極表面での電流密度が10〜100,000A/mとなるように通電制御するのが望ましい。 In the electrolytic reaction tank 10, when the anode 11 and the cathode 12 are energized by the DC power source 14, the bipolar electrode 13 is polarized, and the anode and the cathode appear at a predetermined interval. The solution sent to the electrolytic reaction tank 10 is passed between these electrodes. At this time, it is desirable to set the output of the liquid feed pump 16 so that the liquid flow rate is 1 to 10,000 m / hr. In the above energization, it is desirable to control the energization so that the current density on the surface of the conductive diamond electrode is 10 to 100,000 A / m 2 .

電解反応槽10で溶液に対し通電すると、溶液中の硫酸イオンが酸化反応して過硫酸イオンが生成され過硫酸溶液が得られる。この過硫酸溶液は、送り管15から混合管20へと送られて、洗浄槽1から送り管5を通して送られる溶液と混合する。この混合によって過硫酸濃度が高められた溶液は、混合管20を通り、その一部は戻し管7を通して洗浄槽1へと送液される。これにより、洗浄槽1内において高濃度の過硫酸溶液が得られる。洗浄槽1内では、自己分解によって過硫酸イオン濃度が減少するものの、送り管5から混合管20へと送られることで電解反応槽10から送られる高濃度の溶液と混合されて、上記のように濃度が高くなった溶液が戻し管7を通して流入することで過硫酸イオン濃度が維持される。   When the solution is energized in the electrolytic reaction tank 10, the sulfate ions in the solution undergo an oxidation reaction to generate persulfate ions to obtain a persulfate solution. This persulfuric acid solution is sent from the feed pipe 15 to the mixing pipe 20 and mixed with the solution sent from the washing tank 1 through the feed pipe 5. The solution whose persulfuric acid concentration is increased by this mixing passes through the mixing tube 20, and a part of the solution is sent to the washing tank 1 through the return tube 7. Thereby, a highly concentrated persulfuric acid solution is obtained in the washing tank 1. In the washing tank 1, although the persulfate ion concentration is reduced by autolysis, it is mixed with the high-concentration solution sent from the electrolytic reaction tank 10 by being sent from the feed pipe 5 to the mixing pipe 20, and as described above. As the solution having a higher concentration flows through the return pipe 7, the persulfate ion concentration is maintained.

洗浄槽1内の過硫酸溶液は洗浄液として、ヒータ2によって加熱され、120〜150℃に加温維持されている。洗浄槽1内において被洗浄材である半導体ウエハの洗浄を開始するために、洗浄槽1内に、半導体ウエハを浸漬する。洗浄槽1内では、高濃度の濃硫酸による洗浄作用と過硫酸イオンの自己分解によって高い酸化作用が得られており、半導体ウエハ上の汚染物であるレジストの大部分が効果的に剥離除去する。該レジスト溶解物は洗浄液中に移行し、過硫酸によって分解される。洗浄槽1内の溶液は送り管5を通して外部へと移動する。この際にも溶解物の分解が進行し、さらに混合管20で高濃度の過硫酸溶液と混合されることで、酸化力が高まり、混合管20を移動しながらさらにレジスト溶解物の分解がなされる。溶液の混合によって過硫酸濃度は平均化される。送り管5を通して混合管20に合流する洗浄液は、上記のようにヒータ2で高温(120〜150℃)に加熱されている。一方、電解反応槽10から送り管15を通して合流する溶液は、電解反応槽に好適な温度(10〜90℃)に低下しており、両溶液が混合されることで温度が平均化される。なお、混合管20内は、0.1m/秒以下の低流速に維持することによってプラグフローの状態にあり、送液ポンプ6、16で定められる流量に従って、溶液が混合管20に滞留する時間がほぼ一定になって通過する。   The persulfuric acid solution in the cleaning tank 1 is heated as a cleaning liquid by the heater 2 and maintained at 120 to 150 ° C. In order to start the cleaning of the semiconductor wafer that is the material to be cleaned in the cleaning tank 1, the semiconductor wafer is immersed in the cleaning tank 1. In the cleaning tank 1, a high oxidizing action is obtained by a cleaning action by concentrated sulfuric acid of high concentration and self-decomposition of persulfate ions, and most of the resist which is a contaminant on the semiconductor wafer is effectively stripped and removed. . The resist dissolved material moves into the cleaning solution and is decomposed by persulfuric acid. The solution in the cleaning tank 1 moves to the outside through the feed pipe 5. At this time, decomposition of the dissolved matter proceeds, and further mixing with a high-concentration persulfuric acid solution in the mixing tube 20 increases the oxidizing power, and the resist dissolved material is further decomposed while moving the mixing tube 20. The Persulfate concentration is averaged by mixing the solutions. The cleaning liquid that joins the mixing pipe 20 through the feed pipe 5 is heated to a high temperature (120 to 150 ° C.) by the heater 2 as described above. On the other hand, the solution that merges from the electrolytic reaction tank 10 through the feed pipe 15 is lowered to a temperature (10 to 90 ° C.) suitable for the electrolytic reaction tank, and the temperature is averaged by mixing both solutions. The inside of the mixing tube 20 is in a plug flow state by maintaining a low flow rate of 0.1 m / second or less, and the time during which the solution stays in the mixing tube 20 according to the flow rate determined by the liquid feed pumps 6 and 16. Passes almost constant.

混合管20を通過した溶液の一部は戻し管7を通して洗浄槽1に導入される。この溶液は、高濃度の過硫酸溶液と合流したことにより過硫酸濃度が高くなっており、ヒータ2による加温を行いつつ被洗浄材を継続的に洗浄することができる。一方、混合管20を通過した溶液の一部は戻し管17を通して電解反応槽10に導入される。電解反応槽10では、電極を通した通電によって硫酸イオンから過硫酸イオンが生成されて、自己分解によって低下した過硫酸濃度を高めて過硫酸溶液が再生され、再度、送り管15を通して混合管20へと送液される。
上記洗浄槽1によって洗浄がなされた半導体ウェハは、洗浄槽1に所定の時間浸漬した後、従来と同様に超純水などによるリンス処理を行うことができる。
Part of the solution that has passed through the mixing tube 20 is introduced into the cleaning tank 1 through the return tube 7. This solution has a high concentration of persulfuric acid due to merging with a high-concentration persulfuric acid solution, and the material to be cleaned can be continuously cleaned while being heated by the heater 2. On the other hand, a part of the solution that has passed through the mixing tube 20 is introduced into the electrolytic reaction tank 10 through the return tube 17. In the electrolytic reaction tank 10, persulfate ions are generated from the sulfate ions by energization through the electrodes, the persulfate concentration lowered by the self-decomposition is increased, and the persulfate solution is regenerated. The liquid is sent to.
After the semiconductor wafer cleaned by the cleaning tank 1 is immersed in the cleaning tank 1 for a predetermined time, the semiconductor wafer can be rinsed with ultrapure water or the like in the conventional manner.

上記硫酸リサイクル型洗浄システムによって半導体ウエハの洗浄を行うことで、過酸化水素水やオゾンの添加を必要とすることなく、過硫酸溶液を繰り返し使用して過硫酸溶液を再生しつつ、効果的な洗浄を継続することができる。
以上、上記実施形態に基づいて本発明の説明を行ったが、本発明は上記実施形態の説明に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲においては当然に変更が可能である。
By cleaning the semiconductor wafer with the sulfuric acid recycling type cleaning system, it is possible to regenerate the persulfuric acid solution by repeatedly using the persulfuric acid solution without requiring the addition of hydrogen peroxide or ozone. Washing can be continued.
Although the present invention has been described based on the above embodiment, the present invention is not limited to the description of the above embodiment, and can naturally be changed without departing from the scope of the present invention. .

15M濃硫酸を総量として50リットル入れた洗浄槽1から、硫酸溶液をテトラフルオロエチレン製の配管(送り管5+混合管20+戻し管7:内径18mm、長さ20m)を用いて約0.7リットル/minの流速で循環させ、洗浄槽1内の洗浄液をヒータ2により130℃に加熱保持した。上記混合管20の上流端に電解反応槽10から、送り管15を通して約0.3リットル/minの流速で過硫酸を含む硫酸溶液を合流させて混合し、混合管20の下流端で戻し管17より送液ポンプ16を用いて、電解反応槽10に約0.3リットル/minの流速で溶液を戻した。上記混合管20の長さは17mとした。   About 0.7 liters of sulfuric acid solution from the washing tank 1 containing 50 liters of 15M concentrated sulfuric acid in total using a pipe made of tetrafluoroethylene (feed pipe 5 + mixing pipe 20 + return pipe 7: inner diameter 18 mm, length 20 m) The cleaning liquid in the cleaning tank 1 was heated and maintained at 130 ° C. by the heater 2. A sulfuric acid solution containing persulfuric acid is mixed and mixed at the upstream end of the mixing tube 20 from the electrolytic reaction tank 10 through the feed tube 15 at a flow rate of about 0.3 liter / min. From 17, the solution was returned to the electrolytic reaction tank 10 at a flow rate of about 0.3 liter / min using the liquid feed pump 16. The length of the mixing tube 20 was 17 m.

電解反応槽10内には、直径15cm、厚さ1mmのSi基板にボロンドープした導電性ダイヤモンド電極12を10枚組み込んだ。電解のための有効陽極面積は15dmであり、電流密度を60A/dmに設定して、40℃で電解した。この電解反応槽10へは直流電源14を利用して直流電流を供給した。
前処理としてアッシング処理を施していない100nmのパターン加工したレジスト付き5インチシリコンウエハ10枚を洗浄槽1に10分間浸漬し、レジスト除去を行った。最終的に、超純水によりリンスし、スピン乾燥させた。
この洗浄を行ったウエハをウエハアナライザを用いて有機物残渣を測定したところ、残渣は100〜200pg/cm程度であり、高清浄度のウエハを得ることができることを確認した。
同様の洗浄作業をウエハ120枚/hrで繰り返し、トータル8時間後に洗浄したウエハをウエハアナライザを用いて有機物残渣を測定したところ、残渣は100〜200pg/cm程度であり、洗浄当初と変わることなく、高清浄度のウエハを得ることができることを確認した。
In the electrolytic reaction vessel 10, ten conductive diamond electrodes 12 doped with boron on a Si substrate having a diameter of 15 cm and a thickness of 1 mm were incorporated. Effective anode area for electrolysis is 15dm 2, by setting the current density 60A / dm 2, and electrolysis at 40 ° C.. A direct current was supplied to the electrolytic reaction tank 10 by using a direct current power source 14.
As a pretreatment, 10 5-inch silicon wafers with a patterned resist of 100 nm that were not subjected to an ashing treatment were immersed in the cleaning tank 1 for 10 minutes to remove the resist. Finally, it was rinsed with ultrapure water and spin-dried.
When the organic residue was measured for the cleaned wafer using a wafer analyzer, the residue was about 100 to 200 pg / cm 2 , and it was confirmed that a highly clean wafer could be obtained.
The same cleaning operation was repeated at 120 wafers / hr, and when organic residues were measured using a wafer analyzer after cleaning for a total of 8 hours, the residues were about 100 to 200 pg / cm 2 , and changed from the initial cleaning. It was confirmed that a highly clean wafer could be obtained.

(比較例1)
実施例1で使用した洗浄槽1に15M濃硫酸を50リットル入れて、ヒータ2により硫酸溶液全体を130℃に加熱保持した。
電解反応槽10を作動させることなく、この溶液に過酸化水素水10リットルを添加し、送り管5、混合管20、戻し管7のみで溶液を循環させた。アッシング処理を施していない100nmのパターン加工したレジスト付き5インチシリコンウエハ10枚を10分間浸漬し、レジスト除去を行った。最終的に、超純水によりリンスし、スピン乾燥させた。ウエハ上のレジスト除去効果は良好で、硫酸溶液も浸漬直後は薄茶褐色に着色するが、10分弱で無色透明となり、TOC濃度についても検出限界となった。
この洗浄を行ったウエハをウエハアナライザを用いて有機物残渣を測定したところ、残渣は100〜200pg/cm程度であり、高清浄度のウエハを得ることができることを確認した。
同様の洗浄作業をウエハ120枚/hrで繰り返し、かつ硫酸溶液の薄茶色が消えなくなると過酸化水素水を添加することも繰り返しながら、トータル8時間後に洗浄したウエハをウエハアナライザを用いて有機物残渣を測定したところ、残渣は4,000〜7,000pg/cmもあり、次工程に進めることができない清浄レベルであることを確認した。
(Comparative Example 1)
50 liters of 15M concentrated sulfuric acid was placed in the washing tank 1 used in Example 1, and the entire sulfuric acid solution was heated and maintained at 130 ° C. by the heater 2.
Without operating the electrolytic reaction tank 10, 10 liters of hydrogen peroxide solution was added to this solution, and the solution was circulated only by the feed pipe 5, the mixing pipe 20, and the return pipe 7. Ten 5-inch silicon wafers with a 100 nm patterned resist that were not subjected to ashing treatment were immersed for 10 minutes to remove the resist. Finally, it was rinsed with ultrapure water and spin-dried. The resist removal effect on the wafer was good, and the sulfuric acid solution was colored light brown immediately after immersion, but became colorless and transparent in less than 10 minutes, and the TOC concentration became the detection limit.
When the organic residue was measured for the cleaned wafer using a wafer analyzer, the residue was about 100 to 200 pg / cm 2 , and it was confirmed that a highly clean wafer could be obtained.
The same cleaning operation was repeated at 120 wafers / hr, and when the light brown color of the sulfuric acid solution disappeared, hydrogen peroxide solution was added repeatedly. Was measured, and the residue was 4,000 to 7,000 pg / cm 2, and it was confirmed that the residue was at a clean level that could not proceed to the next step.

本発明の一実施形態を示す全体図である。1 is an overall view showing an embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 洗浄槽
2 ヒータ
5 送り管
6 送液ポンプ
7 戻し管
10 電解反応槽
11 陽極
12 陰極
13 バイポーラ電極
14 直流電源
15 送り管
16 送液ポンプ
17 戻し管
20 混合管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Washing tank 2 Heater 5 Feeding pipe 6 Liquid feeding pump 7 Return pipe 10 Electrolytic reaction tank 11 Anode 12 Cathode 13 Bipolar electrode 14 DC power supply 15 Feeding pipe 16 Liquid feeding pump 17 Return pipe 20 Mixing pipe

Claims (7)

過硫酸溶液を洗浄液として被洗浄材を洗浄する洗浄装置と、洗浄に用いられた溶液を電解して、前記溶液に含まれる硫酸イオンから過硫酸イオンを生成して過硫酸溶液を再生する電解反応装置と、前記洗浄装置から溶液が送られる洗浄装置送りラインと、前記洗浄装置に溶液を戻す洗浄装置戻しラインと、前記電解反応装置から溶液が送られる電解反応装置送りラインと、前記電解反応装置に溶液を戻す電解反応装置戻しラインと、前記洗浄装置送りラインと電解反応装置送りラインとが上流端で合流し、下流端で前記洗浄装置戻しラインと電解反応装置戻しラインとに分流する混合ラインとを備えることを特徴とする硫酸リサイクル型洗浄システム。   A cleaning apparatus for cleaning a material to be cleaned using a persulfate solution as a cleaning solution, and an electrolytic reaction for regenerating the persulfate solution by electrolyzing the solution used for cleaning and generating persulfate ions from sulfate ions contained in the solution An apparatus, a cleaning device feed line through which the solution is sent from the cleaning device, a cleaning device return line for returning the solution to the cleaning device, an electrolytic reaction device feed line through which the solution is sent from the electrolytic reaction device, and the electrolytic reaction device An electrolytic reaction device return line for returning the solution to a mixing line, and a mixing line in which the cleaning device feed line and the electrolytic reaction device feed line merge at the upstream end and branch to the washing device return line and the electrolytic reaction device return line at the downstream end And a sulfuric acid recycling type cleaning system. 前記混合ライン内の溶液の流れが、流速0.1m/秒以下のプラグフローであることを特徴とする請求項1記載の硫酸リサイクル型洗浄システム。   The sulfuric acid recycle type cleaning system according to claim 1, wherein the flow of the solution in the mixing line is a plug flow having a flow rate of 0.1 m / sec or less. 前記混合ラインを溶液が流れる時間が20分以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の硫酸リサイクル型洗浄システム。   The sulfuric acid recycle type cleaning system according to claim 1 or 2, wherein the time for which the solution flows through the mixing line is 20 minutes or less. 前記洗浄液を120〜150℃に加温する加熱装置を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の硫酸リサイクル型洗浄システム。   The sulfuric acid recycle type cleaning system according to any one of claims 1 to 3, further comprising a heating device that heats the cleaning liquid to 120 to 150 ° C. 電解反応される溶液の温度が10〜90℃の範囲にあることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の硫酸リサイクル型洗浄システム。   The sulfuric acid recycle type cleaning system according to any one of claims 1 to 4, wherein the temperature of the electrolytically reacted solution is in the range of 10 to 90 ° C. 前記溶液の硫酸濃度が8M以上であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の硫酸リサイクル型洗浄システム。   The sulfuric acid recycle type cleaning system according to claim 1, wherein the sulfuric acid concentration of the solution is 8 M or more. 電解反応装置に利用する電極のうち少なくとも陽極に導電性ダイヤモンド電極を使用することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の硫酸リサイクル型洗浄システム。   The sulfuric acid recycle type cleaning system according to any one of claims 1 to 6, wherein a conductive diamond electrode is used for at least an anode among electrodes used in an electrolytic reaction apparatus.
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