JP2007051340A - 硫酸リサイクル型過硫酸供給装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 過硫酸溶液2を洗浄液として被洗浄材30を洗浄する洗浄槽1と、電解反応により、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製造する電解反応槽10a、10bと、洗浄槽1と電解反応槽10a、10bとの間で、過硫酸溶液を循環させる循環ライン4、4a、5を備える。さらに、前記電解反応槽等における異常動作時に異常値を示す動作物性量を測定する測定手段21、22、23を設ける。また、前記異常動作時に、前記電解反応槽等に対する保安動作を行う安全装置25a、25b、26を設ける。過硫酸溶液を電解反応装置に再生して供給する。的確な安全管理、異常時の保安動作を確実にする。
【選択図】 図1
Description
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)。
過硫酸利用装置側では過硫酸イオンが自己分解して酸化力を発揮する。過硫酸利用装置が洗浄装置である場合、この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。そして過硫酸溶液は、溶液中の過硫酸イオンが自己分解することにより過硫酸濃度が次第に低下する。この過硫酸溶液は、循環ラインを通して電解反応装置に送液され、過硫酸イオンの再生がなされる。
過硫酸は、過硫酸利用装置と電解反応装置との間で繰り返し循環することで、過硫酸組成を維持した状態で効果的な利用を継続することができる。なお、立ち上げ時には、硫酸を用意し、これを電解反応装置で過硫酸溶液として過硫酸利用装置に送液するようにして過硫酸溶液の循環を開始することもできる。
上記した加熱手段や冷却手段は、過硫酸利用装置や電解反応装置に付設してもよく、また、循環ラインに設けても良い。さらに過硫酸利用装置や電解反応装置に別ラインを設けて溶液の加熱や冷却を行うようにしてもよい。
なお、上記熱交換に加えて洗浄液を加熱する手段や電解される溶液を冷却する手段を付設することも可能である。
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。すなわち、本発明としては、電極の形状や数は特に限定されるものではない。
したがって、本発明では、前記過硫酸利用装置、電解反応装置または循環ラインにおける異常動作時に異常値を示す動作物性量を測定する測定手段を設けることで異常動作の発生を速やかに知ることが可能になり、重大な事態に陥る前に好適な対処を行うことが可能になる。上記動作物性量は、装置の動作に伴って物性量が変動し、異常動作の発生に伴ってその物性量が異常値を示すものであればよく、特定のものには限定されない。
異常動作の発生に伴ってその物性量が異常値を示すものとして、過硫酸溶液の溶液の温度、過硫酸利用装置や電解反応装置、循環ライン内における圧力または電解反応装置における電極間電圧を例示することができる。測定手段は、溶液の温度を測定する溶液温度計、循環ライン内の圧力を測定する圧力センサ、電解反応装置の陽極と陰極との間に印加されている電圧を測定する電圧計などが挙げられる。測定手段の構成は、目的とする物性量を測定できるものであればよく、本発明としては特定のものに限定されず、既知のものであってもよい。
安全装置は、異常動作に伴って、危険な状態や装置の破損を招かないように保安措置を採ることができればよく、装置全体を緊急停止するものであってもよい。安全装置としては、例えば循環ラインに介設された電磁開閉弁、循環ラインに設けられた圧力安全弁、電解反応装置に対する給電を停止する給電遮断器などを例示することができる。
また、手動によって、前記過硫酸利用装置、電解反応装置または循環ラインの動作を停止させる緊急停止スイッチによって安全装置を構成することも可能であり、これらの安全装置は当然に複数を組み合わせたものであっても良い。
この実施形態1では、電解反応装置として、電解反応槽10aと電解反応槽10bとを備え、該電解反応槽10aと電解反応槽10bとの間には、連結管4aが連結されて電解反応槽10a、10bが直列に接続されている。これにより、電解反応槽10a、連結管4a、電解反応槽10bの順に溶液が通液する。
上記循環ラインにおける送り管5の先端側には安全装置である電磁弁25aが設けられ、戻り管4の先端側には同じく安全装置である電磁弁26bが設けられている。
また、循環ラインには、循環ライン内を流れる溶液の温度を測定する測定手段である温度計21が設けられている。この実施形態では、該温度計21は戻り管4に設けられている。
上記構成によって本発明の硫酸リサイクル型過硫酸供給装置が構成されている。
上記電磁弁25a、25bの先方で送り管5および戻り管4を、過硫酸利用装置である洗浄槽1に接続することで電解反応槽10a、10bで再生する過硫酸溶液を洗浄に用いる洗浄システムを構築することができる。洗浄槽1には、槽内の過硫酸溶液を加熱するためのヒータ16が備えられており、該ヒータ16にはヒータ用の給電装置15が接続されている
上記洗浄槽1内に、硫酸濃度が18Mの硫酸を収容し、これに超純水を体積比で5:1となるように混合して硫酸溶液とし、ヒータ16によって130℃程度に加熱する。
上記硫酸溶液は、電磁弁25bを開にして送液ポンプ6によって戻り管4を通して電解反応槽10aに送液する。この際に、戻り管4内の過硫酸溶液の温度が温度計21によって測定されている。
電解反応槽10aでは、陽極11a、陰極12aに直流電源14によって通電することにより、バイポーラ電極13a…13aが分極する。電解反応槽10aに送液される溶液は、通液線速度が1〜10,000m/hrで通水され、ダイヤモンド電極表面での電流密度が10〜100,000A/m2となるように通電される。この通電の差異には、給電遮断器27は閉とされ、電解反応槽10a、10bにおける給電電圧が電圧計23で測定されている。
洗浄槽1内では、自己分解によって過硫酸イオン濃度が漸減するものの電解反応槽10との間で溶液が循環し、電解反応槽10a、10bにおいて電解されて過硫酸イオンが生成されることから、高い過硫酸イオン濃度が維持される。
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30の洗浄を行うことで、過硫酸溶液2を繰り返し使用して過硫酸溶液2を再生しつつ効果的な洗浄を継続することができる。
上記操作によって、硫酸リサイクル型過硫酸供給装置の安全管理を行うとともに、異常発生時には速やかに保安措置を講じることができる。また、図示していないが、装置を操作している作業者の判断で緊急停止スイッチの操作などによって装置全体を緊急停止することも可能である。
次に、上記実施形態1の変更例である実施形態2について説明する。なお、この実施形態2では、直流電源14は、安全装置である給電遮断器27を介して電解反応槽10a、10bに給電するように構成されている。また、実施形態2で前記実施形態1と同様の内容については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。
実施形態2では、上記した各安全装置等の電磁弁25a、25b、給電装置15、給電遮断器27、ポンプ6を制御装置20で集中制御するものとし、測定手段である温度計21、圧力計22、電圧計23の測定結果が上記制御装置20に出力されるように構成されている。この実施形態2に設けられた給電遮断器27は、通常時には閉となって通電が可能になり、制御装置20の制御により開になって通電を遮断することができる。また、制御装置20には、制御装置20で制御対象とされる機器を緊急停止させる緊急停止スイッチ28が設けられている。
洗浄システムの動作に伴って、溶液の温度、洗浄槽1、電解反応槽10a、10bまたは循環ライン内の圧力、電解反応槽10a、10bの給電電圧が上記温度計21、圧力計22、電圧計23で測定され、測定結果が制御装置20に出力される。制御装置20では、測定結果と、溶液の温度、前記過硫酸利用装置、電解反応装置または循環ライン内の圧力、電解反応装置の給電電圧について設定異常量と比較し、測定結果が設定異常量に合致する場合には異常動作であると判定し、その他の場合には正常動作であると判定する。例えば、溶液の温度、洗浄槽1、電解反応槽10a、10bまたは循環ライン内の圧力、電解反応槽10a、10bの給電電圧が上昇してそれぞれの設定異常量に達すると異常動作であると判定する。
上記動作により、装置に異常動作が生じた場合に適切な保安動作を速やかに、かつ確実に実行することができる。また、操作者が緊急停止スイッチ28を押した場合には、制御装置20では、予め定めた手順に従って、電磁弁25a、25b、給電装置15、給電遮断器27、ポンプ6の一部または全部に対し、必要な保安動作を行う。
以上、本発明について、上記実施形態1、2に基づいて説明したが、本発明はその説明内容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変更が可能である。
図1に示す装置において、洗浄槽に、97%濃硫酸40リットル、超純水8リットルの割合で調整した高濃度硫酸溶液を調製して130℃に加熱保持した。電解反応装置内には、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を10枚組み込んだ槽を2槽直列に配列させた。電解のための有効陽極面積は30dm2であり、電流密度を30A/dm2に設定して、40℃で電解した。電解反応装置出口水をサンプリングしたところ、過硫酸生成速度が3g/l/hrであることを確認した。洗浄槽には、レジスト付きの5インチのシリコンウエハを10分を浸漬サイクルとして50枚/サイクル浸漬させて、レジスト溶解を行った(TOC生成速度は0.03g/l/hr)。この溶解液を洗浄槽と電解反応装置との間で送液ポンプで1l/minの流量で循環させた。レジスト付きシリコンウエハを浸漬させた時点では洗浄槽内の溶液は茶褐色に着色し、TOC濃度は30mg/lであったが、10分弱の循環処理によって、洗浄槽内の溶液は無色透明となりTOC濃度も検出限界以下となった。このようなウエハ洗浄を8時間(洗浄ウエハ枚数は2,400枚)継続したが、高濃度硫酸溶液のレジスト剥離効果は良好であり、TOC濃度についても検出限界以下であった。そこで、さらに32時間(洗浄ウエハ枚数は9,600枚、総処理枚数は12,000枚)継続したが、高濃度硫酸溶液のレジスト剥離効果は良好であり、TOC濃度についても検出限界以下であった。上記動作において、装置における動作物性量を測定することで安全管理がなされ、また、安全装置により安全に運転が継続できた。
2 過硫酸溶液
4 戻り管
4a 連結管
5 送り管
6 送液ポンプ
7 熱交換器
10a、10b 電解反応槽
11a、11b 陽極
12a、12b 陰極
13a、13b バイポーラ電極
14 直流電源
15 ヒータ給電装置
16 ヒータ
20 制御装置
21 温度計
22 圧力センサ
23 電圧計
25a 電磁弁
25b 電磁弁
26 圧力安全弁
26a 逃がし管
27 給電遮断器
28 緊急停止スイッチ
30 半導体ウエハ
Claims (13)
- 電解反応により、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製造する電解反応装置と、該過硫酸溶液が供給される過硫酸利用装置と、前記電解反応装置と該過硫酸利用装置との間で前記過硫酸溶液を循環させる循環ラインと、前記過硫酸利用装置、電解反応装置または循環ラインにおける異常動作時に異常値を示す動作物性量を測定する測定手段とを備えることを特徴とする硫酸リサイクル型過硫酸供給装置。
- 前記動作物性量が、溶液の温度、前記過硫酸利用装置、電解反応装置または循環ライン内の圧力または電解反応装置における電極間電圧の一つ以上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過硫酸供給装置。
- 電解反応により、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製造する電解反応装置と、該過硫酸溶液が供給される過硫酸利用装置と、前記電解反応装置と該過硫酸利用装置との間で前記過硫酸溶液を循環させる循環ラインと、前記過硫酸利用装置、電解反応装置または循環ラインにおける異常動作時に、前記各装置または循環ラインに対する保安動作を行う安全装置を備えることを特徴とする硫酸リサイクル型過硫酸供給装置。
- 前記安全装置が循環ラインに介設された電磁開閉弁であることを特徴とする請求項3記載の硫酸リサイクル型過硫酸供給装置。
- 前記安全装置が循環ラインに設けられた圧力安全弁からなり、該圧力安全弁の流出先が、前記過硫酸利用装置であることを特徴とする請求項3または4に記載の硫酸リサイクル型過硫酸供給装置。
- 前記安全装置が電解反応装置に対する給電を停止する給電遮断器であることを特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載の硫酸リサイクル型過硫酸供給装置。
- 前記安全装置が、前記過硫酸利用装置、電解反応装置または循環ラインの動作を停止させる緊急停止スイッチであることを特徴とする請求項3〜6のいずれかに記載の硫酸リサイクル型過硫酸供給装置。
- 前記過硫酸利用装置、電解反応装置または循環ラインにおける異常動作時に異常値を示す動作物性量を測定する測定手段を備えており、前記安全装置は、前記測定手段による測定結果に基づいて前記過硫酸利用装置、電解反応装置または循環ラインが異常動作であるか否かを判定し、異常動作であると判定される場合に、前記保安動作を行うものであることを特徴とする請求項3〜7のいずれかに記載の硫酸リサイクル型過硫酸供給装置。
- 前記安全装置は、予め異常値となる動作物性量が設定異常量として定められており、前記測定手段による測定量と前記設定異常量とを比較して、該測定量が前記設定量に合致する場合に異常動作であると判定し、該測定量が前記設定異常量に合致しない場合に正常動作であると判定するものであることを特徴とする請求項8記載の硫酸リサイクル型過硫酸供給装置。
- 前記測定手段が、前記循環ライン内における圧力を測定する圧力センサであることを特徴とする請求項1、2、8または9に記載の硫酸リサイクル型過硫酸供給装置。
- 前記測定手段が、前記電解反応装置の陽極と陰極との間に印加されている電圧を測定する電圧計であることを特徴とする請求項1、2、8または9に記載の硫酸リサイクル型過硫酸供給装置。
- 前記測定手段が、前記溶液の温度を測定する溶液温度計であることを特徴とする請求項1、2、8または9に記載の硫酸リサイクル型過硫酸供給装置。
- 前記過硫酸利用装置は、前記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であることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の硫酸リサイクル型過硫酸供給装置。
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