JP4407557B2 - Sulfuric acid recycling cleaning method and sulfuric acid recycling cleaning system - Google Patents
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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方法および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 method that regenerates persulfuric acid and uses it for cleaning while repeatedly using a sulfuric acid solution when cleaning and peeling contaminants attached to a silicon wafer or the like with a persulfuric acid solution having a high peeling effect and The present invention relates to a sulfuric acid recycling type cleaning system.
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 (
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 although the liquid renewal cycle can be generally longer than that of the SPM, 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を含めほとんどの洗浄方法において、洗浄工程は予め設定した洗浄時間のみで、何ら洗浄因子を制御されることなく行われている。例えば、SPMの場合、過酸化水素水を添加される毎に硫酸濃度が薄くなり、洗浄能が低下するため、その能力の低い状態での必要洗浄時間が基準となっている。そのため、溶液が新しい時は、必要以上の洗浄時間をかけており、効率が悪いという問題がある。 In most cleaning methods including SPM, the cleaning process is performed only with a preset cleaning time and without any cleaning factor being controlled. For example, in the case of SPM, every time hydrogen peroxide solution is added, the concentration of sulfuric acid decreases, and the cleaning ability decreases. Therefore, the required cleaning time in a state where the ability is low is a standard. Therefore, when the solution is new, it takes more cleaning time than necessary, and there is a problem that the efficiency is poor.
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過硫酸イオン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、また、洗浄状態を的確に把握して効率的な洗浄処理を行うことができる硫酸リサイクル型洗浄方法および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 persulfate ions from an aqueous solution of sulfuric acid by electrochemical action while repeatedly using sulfuric acid, the persulfate ions are recycled to greatly increase the amount of sulfuric acid used. Providing a sulfuric acid recycle type cleaning method and sulfuric acid recycle type cleaning system that can continuously obtain good cleaning action by reducing the amount of water to be used, and can accurately grasp the cleaning state and perform an efficient cleaning process. The purpose is to do.
すなわち本発明の硫酸リサイクル型洗浄方法のうち、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とともに、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して前記洗浄液として供与し、前記洗浄と前記電解反応とを継続して行いつつ、前記洗浄により、前記被洗浄材の付着物が前記溶液中に移行することに伴い、前記溶液中の前記付着物の濃度が上昇することを前記溶液の導電性の低下として捉え、該導電性の変化に基づいて被洗浄物の洗浄度合いを判定することを特徴とする。
That is, among the sulfuric acid recycling type cleaning methods of the present invention, the invention according to
請求項2記載の硫酸リサイクル型洗浄方法の発明は、請求項1記載の発明において、前記導電性の変化は、前記溶液の抵抗率または導電率を測定することにより検知されることを特徴とする。
The sulfuric acid recycling type cleaning method according to
請求項3記載の硫酸リサイクル型洗浄方法の発明は、請求項1記載の発明において、前記導電性の変化は、前記電解における定電流電解時の電極間電圧または、定電圧電解時の電極間電流を測定することにより検知されることを特徴とする。
The sulfuric acid recycle type cleaning method according to
請求項4記載の硫酸リサイクル型洗浄方法の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の発明において、前記洗浄度合いの判定は、洗浄に連れて前記溶液の導電性が低下して所定の導電性に達した後、上昇して所定の導電性に達することで洗浄終了と判定するものとして行われることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the sulfuric acid recycling type cleaning method according to any one of the first to third aspects, wherein the determination of the degree of cleaning is performed in a predetermined manner because the conductivity of the solution decreases with cleaning. After reaching the electrical conductivity, it rises and reaches a predetermined electrical conductivity, so that it is determined that the cleaning is finished.
請求項5記載の硫酸リサイクル型洗浄方法の発明は、請求項3記載の発明において、前記洗浄度合いの判定は、洗浄に連れて前記電解における定電流電解時の電極間電圧が上昇して所定値に達した後、降下して所定値に達することで洗浄終了と判定するものとして行われることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a sulfuric acid recycle type cleaning method according to the third aspect of the present invention, wherein the determination of the degree of cleaning is performed by increasing a voltage between electrodes during constant current electrolysis in the electrolysis with a predetermined value. After reaching the value, it is determined that the cleaning is finished by lowering and reaching a predetermined value.
請求項6記載の硫酸リサイクル型洗浄方法の発明は、請求項3記載の発明において、前記洗浄度合いの判定は、洗浄に連れて前記電解における定電圧電解時の電極間電流が低下して所定値に達した後、上昇して所定値に達することで洗浄終了と判定するものとして行われることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the sulfuric acid recycling type cleaning method according to the third aspect of the present invention, wherein the determination of the degree of cleaning is based on a predetermined value due to a decrease in inter-electrode current during constant voltage electrolysis in the electrolysis. After reaching this value, it rises and reaches a predetermined value to determine that the cleaning is finished.
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、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、前記洗浄装置と電解反応装置との間で、前記過硫酸溶液を循環させる循環ラインと、前記洗浄により前記被洗浄材の付着物が前記溶液中に移行することに伴い、前記溶液中の前記付着物の濃度が上昇することで変化する前記溶液の導電性を測定する導電性測定器とを備えることを特徴とする。
The invention of the sulfuric acid recycling type cleaning system according to
請求項8記載の硫酸リサイクル型洗浄システムの発明は、請求項7記載の発明において、前記導電性測定器が、前記溶液の抵抗率または導電率を測定するものであることを特徴とする。
An invention of a sulfuric acid recycle type cleaning system according to claim 8 is characterized in that, in the invention according to
請求項9記載の硫酸リサイクル型洗浄システムの発明は、請求項7記載の発明において、前記導電性測定器が、電解反応装置における定電流電解時の電極間の電圧または定電圧電解時の電極間の電流を測定するものであることを特徴とする。
The invention of the sulfuric acid recycling type cleaning system according to claim 9 is the invention according to
請求項10記載の硫酸リサイクル型洗浄システムの発明は、請求項7〜9のいずれかに記載の発明において、前記導電性測定器による測定結果に基づいて、被洗浄材の洗浄処理工程を制御する洗浄制御部を備えることを特徴とする。
The invention of the sulfuric acid recycle type cleaning system according to claim 10 controls the cleaning process of the material to be cleaned based on the measurement result by the conductivity measuring instrument in the invention according to any one of
請求項11記載の硫酸リサイクル型洗浄システムの発明は、請求項10記載の発明において、前記洗浄処理工程は、洗浄装置への被洗浄材の搬送、被洗浄材と洗浄液との接触および洗浄装置からの被洗浄材の搬出過程を含むことを特徴とする。
The invention of the sulfuric acid recycle type cleaning system according to claim 11 is the invention according to
請求項12記載の硫酸リサイクル型洗浄システムの発明は、請求項10又は11記載の発明において、前記洗浄制御部は、洗浄に連れて前記溶液の導電性が低下して所定の導電性に達した後、上昇して所定の導電性に達することで洗浄終了と判定し、前記洗浄装置から被洗浄材を排出する指令信号を出力することを特徴とする。
The invention of the sulfuric acid recycle type cleaning system according to claim 12 is the invention according to
請求項13記載の硫酸リサイクル型洗浄システムの発明は、請求項10又は11記載の発明において、前記洗浄制御部は、洗浄に連れて前記電解における定電流電解時の電極間電圧が上昇して所定値に達した後、降下して所定値に達することで洗浄終了と判定し、前記洗浄装置から被洗浄材を排出する指令信号を出力することを特徴とする。
The invention of the sulfuric acid recycling type cleaning system according to claim 13 is the invention according to
請求項14記載の硫酸リサイクル型洗浄システムの発明は、請求項10又は11記載の発明において、前記洗浄制御部は、洗浄に連れて前記電解における定電圧電解時の電極間電流が低下して所定値に達した後、上昇して所定値に達することで洗浄終了と判定し、前記洗浄装置から被洗浄材を排出する指令信号を出力することを特徴とする。
The invention of the sulfuric acid recycling type cleaning system according to
請求項15記載の硫酸リサイクル型洗浄システムの発明は、請求項7〜14のいずれかに記載の発明において、前記電解反応装置内の電極が導電性ダイヤモンド電極であることを特徴とする。 A sulfuric acid recycling type cleaning system according to a fifteenth aspect of the present invention is the invention according to any one of the seventh to fourteenth aspects, wherein the electrode in the electrolytic reaction apparatus is a conductive diamond electrode.
すなわち本発明によれば、洗浄液中の過硫酸イオンが自己分解して酸化力を発し、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。そして洗浄液では、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るなどして電解処理がなされる。電解処理では、硫酸イオンを含む前記過硫酸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、過硫酸濃度が十分に高い過硫酸溶液に再生される。再生された過硫酸溶液は、循環ラインを通して洗浄装置に送液されるなどして洗浄処理に供される。上記と同様に被洗浄材を高濃度の過硫酸によって効果的に剥離洗浄する。過硫酸は、洗浄装置(洗浄処理)と電解反応装置(電解処理)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洗浄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洗浄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。
さらに、洗浄に用いられた溶液の導電性の変化を観察することで被洗浄物の洗浄度合いが判定され、この洗浄度合いを考慮することで、確実な洗浄が行われるとともに、無駄な洗浄時間を要することがなく、効率的な洗浄処理が可能になる。
That is, according to the present invention, persulfate ions in the cleaning liquid self-decompose and generate oxidizing power, and contaminants and the like of the material to be cleaned are effectively peeled and cleaned by this oxidizing power. In the cleaning liquid, the persulfuric acid concentration gradually decreases due to self-decomposition of persulfate ions in the solution. This persulfuric acid solution is subjected to electrolytic treatment by being sent to an electrolytic reactor through a circulation line. In the electrolytic treatment, the anode and the cathode are immersed in the persulfuric acid 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 sufficiently high. Regenerated to persulfate solution. The regenerated persulfuric acid solution is supplied to a cleaning device through a circulation line and is subjected to a cleaning process. In the same manner as described above, the material to be cleaned is effectively peeled and cleaned with high concentration of persulfuric acid. Persulfuric acid can be continuously circulated between the cleaning device (cleaning treatment) and the electrolytic reaction device (electrolytic processing), so that effective cleaning can be continued while maintaining the persulfuric acid composition. At the time of start-up, circulation of the persulfuric acid solution can be started by preparing sulfuric acid and sending it to the washing device as a persulfuric acid solution in the electrolytic reaction device.
Furthermore, the degree of cleaning of the object to be cleaned is determined by observing the change in conductivity of the solution used for cleaning, and by taking this cleaning degree into account, reliable cleaning is performed and useless cleaning time is reduced. This eliminates the need for efficient cleaning.
なお、過硫酸は、温度が高い程、自己分解速度が速くなり高い剥離洗浄作用が得られる。130℃といった高温では半減期が5分程度と自己分解速度が非常に速くなる。一方、電解反応装置では、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から、電解反応装置で電解される溶液の温度を、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。 Note that persulfuric acid has a higher self-decomposition rate and a higher peeling cleaning action as the temperature is higher. At a high temperature such as 130 ° C., the self-decomposition rate becomes very fast with a half-life of about 5 minutes. On the other hand, in the electrolytic reaction apparatus, the lower the solution temperature, the better the efficiency of producing persulfuric acid and the smaller the wear of the electrode. In the present invention, since the cleaning device and the electrolytic reaction device are separated, the temperature of the solution electrolyzed in the electrolytic reaction device can be kept lower than the temperature of the cleaning solution. Can increase the efficiency.
洗浄液は、適宜の加熱手段により加熱して適温にすることができる。加熱手段としてはヒータや熱水、蒸気などとの熱交換を利用した加熱器などが例示されるが本発明としては特定のものに限定されない。洗浄液の適温としては、例えば100℃〜150℃を示すことができる。該温度範囲を下回ると、過硫酸による剥離洗浄効果が低下する。一方、160℃を超えると、過硫酸の自己分解速度が極めて大きくなり、レジストを十分に酸化できないので、洗浄液の適温を上記範囲に定めた。 The cleaning liquid can be heated to an appropriate temperature by appropriate heating means. Examples of the heating means include a heater, a heater utilizing heat exchange with hot water, steam, and the like, but the present invention is not limited to a specific one. The appropriate temperature of the cleaning liquid can be, for example, 100 ° C. to 150 ° C. Below this temperature range, the effect of stripping and cleaning with persulfuric acid decreases. On the other hand, when the temperature exceeds 160 ° C., the self-decomposition rate of persulfuric acid becomes extremely high, and the resist cannot be sufficiently oxidized.
また、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130℃まで加熱するための熱エネルギーが莫大になるとともに、熱交換のための配管経路が大幅に長くなり実用的でない。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。
上記した加熱手段や冷却手段は、洗浄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。さらに洗浄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。
Moreover, 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, when the temperature is lower than the above temperature, the heat energy for heating the cleaning tank to a temperature of 130 ° C. becomes enormous, and the piping path for heat exchange becomes significantly longer, 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.
The heating means and cooling means described above may be attached to a cleaning device or an electrolytic reaction device, or may be provided in a circulation line. Further, another line may be provided in the cleaning device or the electrolytic reaction device to heat or cool the solution.
また、電解される溶液と洗浄液とされる溶液との温度調整は、過硫酸溶液を循環ラインで一方の装置から他方の装置に送液する際に互いに熱交換することにより行うことができる。すなわち、相対的に温度が高くされ、洗浄装置から電解反応装置に送液する過硫酸溶液と、相対的に温度が低くされ、電解反応装置から洗浄装置に戻される過硫酸溶液とを互いに熱交換すると、温度の高い送り液は、熱交換によって熱が奪われることで温度が低下し、電解反応装置の電解用の溶液として望ましい温度調整がなされる。また、温度の低い戻り液は熱交換によって熱が与えられることで温度が上昇し、洗浄液として望ましい温度調整がなされる。熱交換は、熱交換器等の適宜の熱交換手段により行うことができる。熱交換器の流路を含めて循環ラインにおける流路材料には、過硫酸による損傷を受けにくい石英やテトラフルオロエチレンが望ましい。
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。
The temperature of the electrolyzed solution and the solution used as the cleaning liquid can be adjusted by exchanging heat with each other when the persulfuric acid solution is sent from one device to the other device through a circulation line. That is, heat exchange is performed between the persulfuric acid solution that is relatively heated and sent from the cleaning device to the electrolytic reaction device, and the persulfuric acid solution that is relatively lowered in temperature and returned from the electrolytic reaction device to the cleaning device. Then, the temperature of the feed liquid having a high temperature is reduced by heat being removed by heat exchange, and a temperature adjustment desirable as an electrolysis solution of the electrolytic reaction apparatus is performed. In addition, the return liquid having a low temperature is heated by heat exchange, so that the temperature rises, and a temperature adjustment desirable as a cleaning liquid is performed. The heat exchange can be performed by an appropriate heat exchange means such as a heat exchanger. Quartz and tetrafluoroethylene, which are not easily damaged by persulfuric acid, are desirable for the flow path material in the circulation line including the flow path of the heat exchanger.
In addition to the heat exchange, a means for heating the cleaning liquid and a means for cooling the electrolyzed solution can be provided.
上記システムでは、洗浄液となる過硫酸溶液中の硫酸の濃度は、電解による過硫酸生成効率、および電子材料基板からのレジスト等有機物の除去効果に大きく影響する。硫酸濃度を7〜10M程度にすると電解による過硫酸生成効率は大きくなるが、レジスト等有機物の剥離・溶解効果は硫酸濃度の低下に伴い低下する。そこで、発明者らは種々実験を繰り返し、硫酸濃度が8M〜18Mの範囲が適切な洗浄液として適用できることを見出した。同様の理由で、下限は12M、上限は17Mであるのが一層望ましい。 In the above system, the concentration of sulfuric acid in the persulfuric acid solution serving as the cleaning liquid greatly affects the efficiency of persulfuric acid generation by electrolysis and the effect of removing organic substances such as resist from the electronic material substrate. When the sulfuric acid concentration is about 7 to 10M, the efficiency of persulfuric acid generation by electrolysis increases, but the peeling / dissolving effect of organic substances such as resist decreases as the sulfuric acid concentration decreases. Therefore, the inventors have repeated various experiments and found that a sulfuric acid concentration in the range of 8M to 18M can be applied as an appropriate cleaning solution. For the same reason, it is more desirable that the lower limit is 12M and the upper limit is 17M.
電解反応装置では、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本発明の電解反応装置の陽極として使用した場合、過硫酸イオンを効率的に製造することができず、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、過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。 In the electrolytic reaction apparatus, electrolysis is performed by pairing an anode and a cathode. 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 the anode of the electrolytic reaction apparatus of the present invention, there is a problem that persulfate ions cannot be produced efficiently and 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 persulfate ions is preferably composed of a conductive diamond electrode, and it is more desirable that both the anode and the cathode be 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。また、Nb,W,Tiなどの金属基板上に積層したものも利用できるが、電流密度を大きくした場合には、ダイヤモンド膜が基板から剥離するという問題が生じやすい。 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. In addition, a laminate formed on a metal substrate such as Nb, W, or Ti can be used. However, when the current density is increased, there is a problem that the diamond film is peeled off from the substrate.
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/cm2程度にした場合については報告されている(Ch.Comninellis et al.,Electrochemical and Solid−State Letters,Vol.3(2)77−79(2000),特許文献2)。しかし、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。 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. Cominellis et al., Electrochemical and Solid-State). Letters, Vol. 3 (2) 77-79 (2000), Patent Document 2). However, 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. Therefore, a self-standing type conductive diamond electrode in which the substrate is removed after being deposited on the substrate is desirable.
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、窒素など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。
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。
The conductive diamond thin film is a conductive thin film that is doped with a predetermined amount of boron, nitrogen, or the like during synthesis of the diamond thin film, and is generally boron-doped. If the doping amount is too small, the 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. .
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. That is, in the present invention, the shape and number of electrodes are not particularly limited.
この導電性ダイヤモンド電極を用いて行う電解処理は、導電性ダイヤモンド電極表面の電流密度を10〜100,000A/m2とし、硫酸イオンを含む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1〜10,000m/hrで接触処理させることが望ましい。 In the electrolytic treatment performed using the conductive diamond electrode, the current density on the surface of the conductive diamond electrode is set to 10 to 100,000 A / m 2, and a solution containing sulfate ions is passed in a direction parallel to the surface of the conductive diamond electrode. It is desirable to perform the contact treatment at a linear velocity of 1 to 10,000 m / hr.
洗浄装置は枚葉式、バッチ式、浸漬式、液滴式などいずれのものであってもよく、本発明では特定のものに限定されるものではない。要は洗浄液を被洗浄材に接触させることで被洗浄材の汚染物等を洗浄できるものであればよい。該洗浄装置では電子材料基板の洗浄時にレジスト等汚染物の剥離・溶解に伴い洗浄液中にTOCが発生する。このとき、洗浄液のTOCを効率良く除去し、電子基板材料への有機汚染物の再付着を充分防ぐ必要があるため、TOC増加速度[g/l/hr]に対して電解反応装置での過硫酸生成速度[g/l/hr]が10倍から500倍となるように電解条件を設定することが好ましい。これにより過硫酸の消費と生成がバランスし、効率的な洗浄と効率的な電解処理がなされる。なお、同様の理由で下限を20、上限を300とするのが一層望ましい。 The cleaning apparatus may be any of a single wafer type, a batch type, an immersion type, a droplet type, and the like, and is not limited to a specific type in the present invention. In short, any material that can clean the contaminants of the material to be cleaned by bringing the cleaning liquid into contact with the material to be cleaned may be used. In the cleaning apparatus, TOC is generated in the cleaning liquid along with the separation and dissolution of contaminants such as resist during cleaning of the electronic material substrate. At this time, since it is necessary to efficiently remove the TOC of the cleaning liquid and sufficiently prevent the organic contaminants from reattaching to the electronic substrate material, the excess of the TOC increase rate [g / l / hr] The electrolysis conditions are preferably set so that the sulfuric acid production rate [g / l / hr] is 10 to 500 times. This balances the consumption and generation of persulfuric acid, and allows efficient cleaning and efficient electrolytic treatment. For the same reason, it is more desirable to set the lower limit to 20 and the upper limit to 300.
過硫酸は高い酸化分解能を持つことから、電気基板材料の有機物除去に高い効果を示す。
しかし、洗浄液中の過硫酸濃度が低い場合は、不完全に分解された有機物等が電子基板材料へ再付着を起こして洗浄効果の低下を招き、次工程へ悪影響を及ぼすこととなる。逆に過硫酸濃度が高すぎる場合は、その化学的特性により電解生成した過硫酸の大部分は自己分解してしまい、結果的にエネルギーロスを生じることとなる。特に、ウエハ洗浄後には、硫酸溶液中にレジストが溶解する。その濃度を全有機性炭素濃度計(TOC計)で測定することは、溶液が強酸性であるため難しく、他に良い分析手法がない。したがって、バッチ洗浄の際のウエハ洗浄間隔については、一定の時間、レジストが分解し十分な過硫酸濃度が回復しているのを待つ必要があるが、経験的な勘に頼ることが多くなる。そこで、本発明では、硫酸溶液中にレジストが溶解する際に、溶液の導電性が変化する原理を利用し、溶液のレジスト等の濃度の変化を導電性の変化として捉えるものとしている。したがって、導電性の変化を観察することで被洗浄材における洗浄度合いを知ることができる。
Since persulfuric acid has a high oxidation resolution, it has a high effect on the removal of organic substances from the electric substrate material.
However, when the concentration of persulfuric acid in the cleaning liquid is low, incompletely decomposed organic substances and the like are reattached to the electronic substrate material, resulting in a decrease in cleaning effect and adversely affecting the next process. On the other hand, if the persulfuric acid concentration is too high, most of the persulfuric acid generated electrolytically due to its chemical characteristics is self-decomposed, resulting in energy loss. In particular, after cleaning the wafer, the resist dissolves in the sulfuric acid solution. It is difficult to measure the concentration with a total organic carbon concentration meter (TOC meter) because the solution is strongly acidic, and there is no other good analysis technique. Therefore, it is necessary to wait for the wafer cleaning interval during batch cleaning until the resist is decomposed and a sufficient persulfuric acid concentration is recovered for a certain period of time. However, this often depends on empirical intuition. Therefore, in the present invention, the principle that the conductivity of the solution changes when the resist is dissolved in the sulfuric acid solution is used to capture the change in the concentration of the resist in the solution as the change in conductivity. Therefore, the degree of cleaning of the material to be cleaned can be known by observing the change in conductivity.
例えば、洗浄の初期には、被洗浄物に付着しているレジストなどが剥離、除去され、溶液中に移行することで溶液中のレジストなどの濃度が上昇する。通常は、レジストなどの有機物は導電性を有しないため、溶液中のレジスト濃度が上昇するに連れて溶液の導電性が低下する。そして洗浄が進むと、被洗浄材から溶液中に移行する溶解物量が少なくなり、その一方で溶液中の溶解物は過硫酸によって分解されて次第に濃度が低下する。この濃度の低下は導電性の上昇として現れてくる。したがって、導電性が低下した後に、ある程度の状態にまで導電性が上昇したことで洗浄が終了したものと判定することができる。
したがって導電性の変化を観察することで、被洗浄材の洗浄度合いを迅速かつ簡便に知ることができる。
For example, at the initial stage of cleaning, the resist or the like attached to the object to be cleaned is peeled off and removed, and the concentration of the resist or the like in the solution increases by moving into the solution. Usually, organic substances such as resists do not have conductivity, so that the conductivity of the solution decreases as the resist concentration in the solution increases. As the cleaning progresses, the amount of dissolved matter transferred from the material to be cleaned into the solution decreases, while the dissolved matter in the solution is decomposed by persulfuric acid and gradually decreases in concentration. This decrease in concentration appears as an increase in conductivity. Therefore, it can be determined that the cleaning has been completed because the conductivity has increased to a certain level after the conductivity has decreased.
Therefore, by observing the change in conductivity, it is possible to quickly and easily know the degree of cleaning of the material to be cleaned.
導電性の変化は、導電性を知ることができる測定器によって把握することができる。導電性の変化は、溶液の抵抗率や導電率を測定することで知ることができ、これらの測定は抵抗率測定器、導電率測定器により行うことができる。抵抗率等の測定箇所は特に限定されるものではなく、循環ライン、洗浄装置、電解反応装置の適所において測定を行うことができる。
また、導電性の変化は、定電流電解を行っている際の電極間の電圧、定電圧電解を行っている際の電極間の電流を測定することにより把握することができる。これらの測定は、電圧計、電流計により行うことができ、電解反応装置において測定することができる。
上記した導電性を測定する機器は、本発明としては特定のものに限定されるものではなく、既知のものを用いることができる。
The change in conductivity can be grasped by a measuring instrument that can know the conductivity. The change in conductivity can be known by measuring the resistivity and conductivity of the solution, and these measurements can be performed by a resistivity measuring device and a conductivity measuring device. The measurement location such as resistivity is not particularly limited, and the measurement can be performed at an appropriate place in the circulation line, the cleaning device, or the electrolytic reaction device.
Further, the change in conductivity can be grasped by measuring the voltage between the electrodes during constant current electrolysis and the current between the electrodes during constant voltage electrolysis. These measurements can be performed with a voltmeter or an ammeter, and can be measured with an electrolytic reaction apparatus.
The above-described device for measuring conductivity is not limited to a specific one as the present invention, and a known device can be used.
導電性の変化を測定した結果は、操作者がこれを知ることによってシステムの操作を行うものとしてもよく、その場合、測定結果を表示部への表示や音の発生などによって操作者に知らせることが必要になる。また、導電性の変化から洗浄度合いを判定する制御部を設け、この制御部による洗浄終了判定によって、終了を知らせる表示などを行うことができる。上記制御部では、例えば、予め導電性の変化と洗浄度合いとを関連付けてデータとして不揮発メモリやディスクなどの記憶手段に記憶しておき、測定結果に基づいて関連するデータを読み出すことで洗浄度合いを判定することができる。 The result of measuring the change in conductivity may be that the operator operates the system by knowing this, and in this case, the operator is notified of the measurement result by displaying on the display unit or generating sound. Is required. In addition, a control unit that determines the degree of cleaning from the change in conductivity can be provided, and a display that notifies the end can be performed by the cleaning end determination by the control unit. In the control unit, for example, the change in conductivity and the degree of cleaning are associated in advance and stored as data in a storage unit such as a nonvolatile memory or a disk, and the degree of cleaning is determined by reading out the related data based on the measurement result. Can be determined.
制御部では、上記導電性の変化に基づいて被洗浄材の搬出入、洗浄液と被洗浄材との接触などに関して洗浄処理工程の制御を行うことができる。例えば、洗浄の終了判定を行い、該判定に基づいて洗浄装置から被洗浄材を排出する指令信号を出力するものとすることができる。該信号は、操作者に対する報知として利用しても良く、また、洗浄処理工程を制御するものとして利用しても良い。例えば、被洗浄材を洗浄装置に対し搬出入する装置を備える場合、上記指令信号によって搬出入装置を制御して、洗浄装置から被洗浄材を搬出する動作を行わせることができる。さらには、これに加えて新たな被洗浄材を搬送して洗浄装置に搬入する動作を行わせるようにすることもできる。また、制御部は、上記制御に加えてシステム全体を制御して、送液ポンプのオンオフ、バルブの開閉、電解反応装置の電源のオンオフなどを制御することも可能である。該制御部は、例えば、CPUとこれを動作させるプログラムにより構成又はこれらを主として構成することができる。
上記により効率的にウエハ等の被洗浄材を洗浄することを可能にし、なおかつウエハ等の被洗浄材の歩留まり向上につながる。さらに、洗浄度合いを正確に把握できるので、単位時間当たりの洗浄枚数を多くすることができる。
In the control unit, the cleaning process can be controlled on the basis of the change in conductivity, with regard to the loading / unloading of the cleaning material and the contact between the cleaning liquid and the cleaning material. For example, it is possible to determine whether to end cleaning and output a command signal for discharging the material to be cleaned from the cleaning device based on the determination. The signal may be used as a notification to the operator, or may be used to control the cleaning process. For example, when a device for carrying in / out a material to be cleaned is provided in / out of the cleaning device, the carry-in / out device can be controlled by the command signal to perform an operation for carrying out the material to be cleaned from the cleaning device. Further, in addition to this, it is also possible to perform an operation of transporting a new material to be cleaned and carrying it into the cleaning device. In addition to the above control, the control unit can also control the entire system to control the on / off of the liquid feed pump, the opening / closing of the valve, the on / off of the power supply of the electrolytic reaction apparatus, and the like. The control unit can be configured by, or mainly configured by, a CPU and a program for operating the CPU, for example.
With the above, it is possible to efficiently clean the material to be cleaned such as a wafer, and to improve the yield of the material to be cleaned such as a wafer. Furthermore, since the degree of cleaning can be accurately grasped, the number of sheets to be cleaned per unit time can be increased.
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方法によれば、過硫酸溶液を洗浄液として被洗浄材を洗浄するとともに、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して前記洗浄液として供与し、前記洗浄と前記電解反応とを継続して行いつつ前記洗浄による前記溶液の導電性の変化に基づいて被洗浄物の洗浄度合いを判定するので、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溶液を電解反応装置によってオンサイトで再生して洗浄に使用することができ、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。しかも、被洗浄材の洗浄度合いを溶液の導電性の変化として捉えることができ、洗浄を効率的に行うことを可能にする。また、洗浄を確実なものとして高い清浄度を維持することも可能となる。さらに、洗浄度合いを正確に把握できるので、単位時間当たりの洗浄枚数を多くすることができる。 As described above, according to the sulfuric acid recycling type cleaning method of the present invention, the material to be cleaned is cleaned using a persulfuric acid solution as a cleaning liquid, and the solution used for the cleaning is electrolyzed, thereby sulfate ions contained in the solution. A persulfate ion is generated from the solution to regenerate the persulfate solution, which is provided as the cleaning liquid, and the object to be cleaned is based on the change in conductivity of the solution by the cleaning while continuously performing the cleaning and the electrolytic reaction. Therefore, it is possible to recycle the persulfuric acid solution for reusing the sulfuric acid solution on-site by the electrolytic reactor and use it for cleaning. Efficient cleaning can be continued without the need for adding chemicals such as ozone. In addition, the degree of cleaning of the material to be cleaned can be regarded as a change in the conductivity of the solution, and the cleaning can be performed efficiently. It is also possible to maintain high cleanliness by ensuring cleaning. Furthermore, since the degree of cleaning can be accurately grasped, the number of sheets to be cleaned per unit time can be increased.
また、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、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再生する電解反応装置と、前記洗浄装置と電解反応装置との間で、前記過硫酸溶液を循環させる循環ラインと、溶液の導電性を測定する導電性測定器とを備えるので、上記作用を確実に得ることができる。 In addition, according to the sulfuric acid recycling type cleaning system of the present invention, a persulfate solution is generated from a sulfate ion contained in the solution by a cleaning apparatus for cleaning a material to be cleaned using a persulfuric acid solution as a cleaning liquid, and persulfuric acid. The above-mentioned operation is provided with an electrolytic reaction device for regenerating the solution, a circulation line for circulating the persulfuric acid solution between the cleaning device and the electrolytic reaction device, and a conductivity measuring device for measuring the conductivity of the solution. Can be definitely obtained.
次に、本発明の一実施形態を図1、2に基づいて説明する。
本発明の洗浄装置に相当する洗浄槽1には槽内の洗浄液を加熱するためにヒータ2が加熱装置として備えられており、また、槽内に超純水を導入して硫酸濃度を調整する超純水供給ライン3が接続されている。また、洗浄槽1の上方には、被洗浄材である半導体ウェハ20を洗浄槽1に対し搬出入するウェハ搬出入装置25が配置されている。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The
洗浄槽1の排水部には、循環ラインの送り管4が接続され、洗浄槽1の入水部には、循環ラインの戻り管6が接続されている。該送り管4には過硫酸溶液を送液するための送液ポンプ5が介設されている。送液ポンプ5の下流側には、送り管4と戻り管6との間で、熱交換を行う熱交換器7が介設されている。送り管4の下流端は電解反応槽10aの入水側に接続されている。
A circulation
上記電解反応槽10aには、陽極11aおよび陰極12aが配置され、さらに陽極11aと、陰極12aとの間に所定の間隔をおいてバイポーラ電極13a…13aが配置されている。なお、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11aおよび陰極12a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10aでの直流電解が可能になっている。
In the
電解反応槽10aでは、上記電極間を溶液が通液するように構成されており、該電解反応槽10aの出水側には連結管15が接続されて、その他端が電解反応槽10bの入水側に接続されている。
電解反応槽10bは、電解反応槽10aと同様の構成を有しており、陽極11bおよび陰極12bが配置され、さらに陽極11bと、陰極12bとの間に所定の間隔をおいてバイポーラ電極13b…13bが配置され、上記電極間を溶液が通液するように構成されてている。上記陽極11bおよび陰極12bには、前記電解反応槽10aと共通する直流電源14が接続されている。これにより電解反応槽10bにおいても直流電解が可能になっている。
The
The
なお、この実施形態では、直流電源14に定電流装置(図示しない)が備えられており、定電流での電解が可能になっている。また、上記直流電源14と並列に導電性測定器として電圧計16が接続されており、これにより、陽極11a、陰極12a間および陽極11b、陰極12b間の電圧の測定が可能になっている。電圧計16の測定結果は、洗浄制御部として機能する制御部17に出力されている。制御部17には、CPUとこれを動作させるプログラムと、洗浄終了を判定するための判定データが記憶されたメモリとを備えている。また、制御部17は、ウェハ搬出入装置25を制御するように構成されている。上記判定データは、電圧データと洗浄度合いデータとを関連付けたデータ群である。
In this embodiment, the
この実施形態では、上記電極11a、12a、13a、11b、12b、13bが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る。また、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ってもよい。
上記電解反応槽10bの出水側には戻り管6が接続されている。すなわち、直列に接続された電解反応槽10a、10b、直流電源14および連結管15によって、電解反応装置が構成されている。
In this embodiment, the
A
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、硫酸を収容し、これに超純水供給ライン3より所定の体積比で超純水を混合して硫酸濃度が10〜18Mの硫酸溶液とする。これを送液ポンプ5によって順次、電解反応槽10aに送液する。電解反応槽10aでは、陽極11aおよび陰極12aに直流電源14によって定電流通電すると、バイポーラ電極13a…13aが分極し、所定の間隔で陽極、陰極が出現する。電解反応槽10a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6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/m2となるように通電制御するのが望ましい。
Next, the operation of the sulfuric acid recycling type cleaning system having the above configuration will be described.
The
電解反応槽10aで溶液に対し通電されると、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高濃度の過硫酸溶液が得られる。この過硫酸溶液は、連結管15からさらに電解反応槽10bに送られ、電解反応槽10aと同様に直流電源14によって通電されて過硫酸イオンの生成がなされる。このようにして高い濃度とされた過硫酸溶液は、戻り管6を通して洗浄槽1に送液される。送液される過硫酸溶液は、熱交換器7を通り、ここで、洗浄槽1から電解反応槽10aに向けて送液される送り管4の溶液との間で熱交換されて昇温する。この過硫酸溶液は、洗浄液として洗浄槽1側に送液され、ヒータ2によって100〜150℃に加熱される。
When the solution is energized in the
ウェハ搬出入装置25には、所定枚数の半導体ウェハ20が保持されており、該ウェハ搬出入装置25を動作させて、洗浄液が収容されている洗浄槽1に半導体ウェハ20を搬入して洗浄液に浸漬する。洗浄槽1内では、前記洗浄液によって半導体ウェハ20の表面の洗浄がなされ、レジストなどが剥離、除去がなされる。除去されたレジストなどは洗浄液中に溶解する。この溶解物は、洗浄液の過硫酸によって次第に分解される。洗浄液は、半導体ウェハ20を洗浄した後、レジスト溶解物などとともに送り管4に排出される。送り管4では、送液ポンプ5によって上記過硫酸溶液が電解反応槽10aへと送液される。この際には、熱交換器7によって戻り管6との間で熱交換されて過硫酸溶液の温度が低下し、さらに、自然冷却によっても次第に降温し、電解反応に好適な10℃から90℃の範囲内の温度となる。なお、確実に温度を低下させたい場合には、電解反応槽に向かう過硫酸溶液を強制的に冷却する冷却手段を付設することもできる。上記送り管4での送液に際しては、洗浄槽1で剥離除去されたレジスト溶解物の分解も進行する。
A predetermined number of
過硫酸溶液は、電解反応槽10aから引き続き電解反応槽10bに送液され、自己分解によって過硫酸イオン濃度が低下した溶液を電解して硫酸イオンから過硫酸イオンを生成して、過硫酸溶液の再生を行う。その後は、前記と同様に戻し管6を通して洗浄槽1に戻されて洗浄液として使用され、洗浄を継続する。
The persulfuric acid solution is continuously sent from the
なお、上記洗浄開始に際しては、図2に示すように、手順として電圧計16によって陽極、陰極間の電圧が測定開始される。電圧計16の測定結果は制御部17に出力され、制御部17では、測定電圧の変化を監視する。そして、電圧が或る程度にまで増加したことを確認した場合は、洗浄によって溶液中のレジスト溶解物が増加したものと判定する。これは、半導体ウェハ20からのレジストの剥離によって溶液中にレジスト溶解物が増加すると、溶液の抵抗率が増加し、定電流を維持するために、直流電源14で電圧を上昇させる動作を行うためである。この際、電圧の上昇状態に移行して所定値に達したか否かが観察される。該所定値は、制御部17に記憶させておく。上記電圧上昇後に、さらに電圧の変化を監視し、電圧の下降状態に移行して所定値に達したか否かが観察される。該所定値も予め洗浄終了の目標値として設定して制御部17に記憶させておく。制御部17では、測定電圧が上記所定値に達したことが確認されると、洗浄終了の判定を行い、半導体ウェハ20の搬出入の制御を行う。すなわち、ウェハ搬出入装置25を制御して、洗浄槽1から半導体ウェハ20の搬出を行う。該半導体ウェハ20は、従来と同様に超純水を用いたリンス処理を行うことができる。さらに洗浄を続行する場合は、新たな半導体ウェハを搬入して洗浄を行うことができる。
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、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、洗浄の終了も的確な時期を把握して効率的に行うことができる。
When starting the cleaning, as shown in FIG. 2, the voltage between the anode and the cathode is started by the
By cleaning the semiconductor wafer with the sulfuric acid recycling type cleaning system, it is possible to recycle the persulfuric acid solution by repeatedly using the sulfuric acid solution without requiring the addition of hydrogen peroxide or ozone. It is possible to continue, and the end of the cleaning can be efficiently performed by grasping the appropriate time.
なお、上記実施形態では、定電流電解を行うものとして、電解反応槽における電極間電圧を測定して導電性の変化を観察するものとしている。本発明としては、例えば、定電圧電解を行うような場合には、図3に示すように、電解反応槽10a、10bにおける電極間電流を電流計18によって測定して導電性の変化を観察するものであってもよい。なお、電極間電流の測定においては、レジスト溶解物の増加に伴って電流値が減少し、レジスト溶解物の減少に伴って電流値が増大する。
また、図4に示すように、洗浄装置と電解反応装置の間で循環する溶液に対し、適所において、導電率や抵抗率を測定する導電率計または抵抗率計19を配置することで導電性の変化を観察するものとしても良い。なお、導電率の測定においては、レジスト溶解物の増加に伴って導電率が減少し、レジスト溶解物の減少に伴って導電率が増大し、抵抗率の測定においては、レジスト溶解物の増加に伴って抵抗率が増加し、レジスト溶解物の減少に伴って抵抗率が減少する。
以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明は上記実施形態で説明した内容に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜変更が可能である。
In the above embodiment, constant current electrolysis is performed, and the voltage between electrodes in the electrolytic reaction tank is measured to observe the change in conductivity. In the present invention, for example, in the case of performing constant voltage electrolysis, as shown in FIG. 3, the interelectrode current in the
In addition, as shown in FIG. 4, a conductivity meter or a
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the said embodiment, this invention is not limited to the content demonstrated by the said embodiment, In the range of this invention, it can change suitably.
実施形態1に示す硫酸リサイクル型洗浄システムを用いて、洗浄装置に98%濃硫酸40リットル、超純水10リットルの割合で高濃度硫酸溶液を調製した。電解反応装置では、直径15cm、厚さ0.5mmのボロンドープした導電性ダイヤモンド電極を10枚組み込んだ電解反応槽を2槽直列に配列させた。電流密度を30A/dm2として、電解を行い、洗浄装置内の過硫酸濃度が3g/lであることを確認した。洗浄対象はレジスト付き5インチのシリコンウエハとし、洗浄温度130℃、50枚/バッチで洗浄システムを稼動した。ウエハを洗浄装置に搬入した際に、電解反応装置に並列に接続した電圧計の読み取り値は、4V/槽だけ上昇したが、7分以内に、もとの電圧値へと戻った。この信号がすみやかに制御部へと伝達され、7.5分の時点で次の50枚のウエハを洗浄装置に搬入した。この処理を3時間連続して行い、1200枚の清浄なウエハを得ることができた。
Using the sulfuric acid recycle type cleaning system shown in
なお、図5は、上記装置において、予め導電性ダイヤモンド電極10枚に対する上記電圧を測定し、その際にオフラインでTOC濃度を測定した結果を示すものであり、TOCと電圧との間に良い相関関係が認められる。これを考慮してTOCが10mg/リットル以下(好ましくは5mg/リットル以下)、すなわち上記電圧が0.1V/10電極枚数以下(好ましくは0.03V/10電極枚数以下)になればレジスト濃度が十分に低下したと判断してウェハを引き上げ、次のウェハを搬入する処理を行うことができる。 FIG. 5 shows the result of measuring the voltage for 10 conductive diamond electrodes in advance and measuring the TOC concentration off-line at that time, and there is a good correlation between the TOC and the voltage. Relationship is recognized. In consideration of this, if the TOC is 10 mg / liter or less (preferably 5 mg / liter or less), that is, if the voltage is 0.1 V / 10 or less (preferably 0.03 V / 10 or less), the resist concentration is increased. It is possible to perform a process of raising the wafer by judging that the level has sufficiently lowered and carrying in the next wafer.
(比較例)
実施例1と同様の洗浄液および洗浄システムを用い、レジスト濃度のモニタリングを行わないで、50枚/バッチで洗浄システムを稼動した。硫酸溶液中のレジスト濃度が十分に低下するまで待つためバッチ間の間隔を10分として3時間連続してこの処理を行った結果、900枚のウエハしか洗浄できなかった。
(Comparative example)
Using the same cleaning liquid and cleaning system as in Example 1, the cleaning system was operated at 50 sheets / batch without monitoring the resist concentration. In order to wait until the resist concentration in the sulfuric acid solution was sufficiently lowered, this treatment was performed continuously for 3 hours with the interval between batches set to 10 minutes. As a result, only 900 wafers could be cleaned.
(比較例2)
実施例1と同様の洗浄液および洗浄システムを用い、レジスト濃度のモニタリングを行わないで、50枚/バッチで洗浄システムを稼動した。洗浄後、6分で硫酸溶液が透明となったので、バッチ間の間隔を6分として3時間連続してこの処理を行った結果、1,500枚のウエハを洗浄できたが、有機物残渣が多く、次の工程に搬送できるウエハは20〜30%程度しかなかった。
(Comparative Example 2)
Using the same cleaning liquid and cleaning system as in Example 1, the cleaning system was operated at 50 sheets / batch without monitoring the resist concentration. After cleaning, the sulfuric acid solution became transparent in 6 minutes. As a result of performing this treatment continuously for 3 hours with an interval between batches of 6 minutes, 1,500 wafers could be cleaned. In many cases, only about 20 to 30% of wafers can be transferred to the next process.
1 洗浄槽
2 ヒータ
4 送り管
5 送液ポンプ
6 戻り管
7 熱交換器
10a 電解反応槽
11a 陽極
12a 陰極
13a バイポーラ電極
14 直流電源
15 連結管
16 電圧計
17 制御部
18 電流計
19 導電率計または抵抗率計
20 半導体ウェハ
25 ウェハ搬出入装置
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