JP4412301B2 - Cleaning system - Google Patents
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Description
本発明は、加熱した洗浄液を循環しつつ被洗浄材を洗浄するとともに、前記洗浄液の一部を循環しつつ電解をして電解液の酸化力によってさらに洗浄効果を高める洗浄システムに関するものである。 The present invention relates to a cleaning system for cleaning a material to be cleaned while circulating a heated cleaning liquid, and performing electrolysis while circulating a part of the cleaning liquid to further increase the cleaning effect by the oxidizing power of the electrolytic solution.
超LSI製造工程では、シリコンウエハなどの半導体基板に付着したレジストや汚染物などを洗浄剥離する洗浄処理工程があり、該洗浄技術では、従来は、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)。 In the VLSI manufacturing process, there is a cleaning process that cleans and removes resist and contaminants adhering to a semiconductor substrate such as a silicon wafer. Conventionally, the cleaning technology has conventionally used resist residues, fine particles, metals, natural oxide films, etc. This is a peeling cleaning process, and a mixed solution (SPM) of concentrated sulfuric acid and hydrogen peroxide or a solution (SOM) in which ozone gas is blown into concentrated sulfuric acid is often 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).
ところで、上記したSPMでは、過酸化水素水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過硫酸による酸化力を回復させる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。 By the way, in the SPM described above, it is necessary to replenish the hydrogen peroxide solution in order to recover the oxidizing power due to persulfuric acid when the persulfuric acid generated by the hydrogen peroxide water is self-decomposed 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 sulfuric acid solution is diluted with water in hydrogen peroxide water, it is difficult to keep the liquid composition constant, and the liquid is discarded and renewed every predetermined time or every processing batch. It is necessary. 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.
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。 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.
これに対し、本願発明者等は、過硫酸の生成を単に電解によって得るのではなく、これを循環しつつ、洗浄と電解反応とを繰り返し行う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た洗浄システムを提案している。該装置を図2に基づいて説明すると、半導体基板100を洗浄する洗浄装置として枚葉式洗浄装置10を備えており、該装置では、洗浄液が半導体基板100に噴霧されて洗浄される。該枚葉式洗浄装置10の排液側は、戻り管15を介して溶液貯留槽20に接続されており、該溶液貯留槽20には、送液管25が接続されている。送液管25には、送液ポンプ26と、送液される洗浄液を冷却する冷却器27とが介設されており、送液管25の先端側は、電解反応装置30に接続されている。電解反応装置30では、洗浄液が通液されつつ電解されるように構成されており、電解された洗浄液が送液管35を通して前記枚葉式洗浄装置10に供給されるように構成されており、枚葉式洗浄装置10の直前では、前記送液管35を通して供給される洗浄液を加熱する加熱装置36が設けられている。
In contrast, the inventors of the present application do not simply obtain the production of persulfuric acid by electrolysis, but recycle persulfate ions by repeating washing and electrolytic reaction while circulating this to reduce the amount of sulfuric acid used. We have proposed a greatly reduced cleaning system. The apparatus will be described with reference to FIG. 2. A single
上記洗浄システムの動作を説明すると、上記溶液貯留槽20に硫酸を収容し、これを送液ポンプ26によって順次、電解反応装置30に送液する。この際には、冷却器27によって電解反応に適した温度(例えば40℃)に冷却される。電解反応装置30では、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、送液管35を通して枚葉式洗浄装置10へと送られ、その際に加熱装置36によって洗浄に適した温度(例えば130℃)に加熱された後、半導体基板100に噴霧されて洗浄処理が行われる。排液は、戻り管15を通して溶液貯留槽20へと順次送られ、さらには、上記したように送液管25で電解反応装置30へと送られて電解、洗浄が繰り返される。
上記洗浄システムでは、上記のように洗浄液による洗浄、電解を繰り返すことで硫酸をリサイクルしつつ半導体基板を効果的に洗浄することができる。しかし、洗浄装置において効果的な洗浄を行うためには、洗浄液を高温に加熱して洗浄に供することが必要である。一方、電解反応装置では、被電解液が高温であると、効率的な電解反応を行うことが困難になるため洗浄装置で用いられた洗浄液を冷却することが必要になる。電解に供された電解液は温度が低下しているため、洗浄に際しては再度高温に加熱することが必要になる。すなわち、洗浄液を循環して洗浄、電解を交互に繰り返す際には、洗浄液をその度に加熱、冷却する必要がある。このため、特に高温に加熱するためのエネルギが多大になり、システム全体のランニングコストを上昇させる一因となっている。 In the above cleaning system, the semiconductor substrate can be effectively cleaned while recycling sulfuric acid by repeating cleaning with a cleaning liquid and electrolysis as described above. However, in order to perform effective cleaning in the cleaning apparatus, it is necessary to heat the cleaning liquid to a high temperature and use it for cleaning. On the other hand, in the electrolytic reaction apparatus, if the electrolytic solution is at a high temperature, it is difficult to perform an efficient electrolytic reaction, and thus it is necessary to cool the cleaning liquid used in the cleaning apparatus. Since the temperature of the electrolytic solution used for electrolysis has decreased, it is necessary to heat it again to a high temperature during cleaning. That is, when cleaning and electrolysis are alternately repeated by circulating the cleaning liquid, it is necessary to heat and cool the cleaning liquid each time. For this reason, especially the energy for heating to high temperature becomes enormous, and it is one factor which raises the running cost of the whole system.
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、洗浄液の加熱に要するエネルギを減少させて稼働コストを低下させることができる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 an object thereof is to provide a cleaning system capable of reducing the operating cost by reducing the energy required for heating the cleaning liquid.
本発明の洗浄システムのうち、請求項1記載の発明は、被洗浄材に洗浄液を噴霧して被洗浄材を洗浄する枚葉式洗浄装置からなる洗浄部を介在させて100℃以上200℃未満に加熱された濃硫酸の洗浄液を循環させる洗浄液ラインと、被電解液を通液しつつ電解する電解反応装置を介在させて電解液を循環させる電解液ラインとを有し、前記洗浄液ラインと該電解液ラインとは、上記洗浄部の下流側で分流し、かつその上流側であって前記洗浄部の上流側、下流側のうち少なくとも上流側で、該洗浄液ラインと前記電解液ラインの電解反応装置下流側が合流する混合共通ラインを備え、前記混合共通ラインの分流端に溶液貯留槽を備えることを特徴とする。 Among the cleaning systems of the present invention, the invention according to claim 1 is 100 ° C. or more and less than 200 ° C. with a cleaning unit composed of a single wafer cleaning device that sprays a cleaning liquid on the material to be cleaned to clean the material to be cleaned. A cleaning liquid line for circulating a heated concentrated sulfuric acid cleaning liquid, and an electrolytic solution line for circulating the electrolytic solution through an electrolytic reaction device that performs electrolysis while passing the electrolytic solution. The electrolytic solution line is divided on the downstream side of the cleaning unit, and the upstream side of the cleaning unit , and at least upstream of the upstream and downstream sides of the cleaning unit, the electrolytic reaction between the cleaning solution line and the electrolytic solution line A mixing common line is provided on the downstream side of the apparatus, and a solution storage tank is provided at a diversion end of the mixing common line.
すなわち、本発明によれば、加熱された洗浄液は、洗浄液ラインを循環し、電解液は電解液ラインを循環し、洗浄部の上流側、下流側のうち、少なくとも上流側で電解がなされた電解液と洗浄液が一時的に混合されてその後、分流されるので、加熱、冷却の対象となる液量が小さくなり、したがって加熱、冷却のためのエネルギ量が減少して稼働エネルギが小さくなる。なお、洗浄液温度を低下させないという観点からは、洗浄部の下流側で電解液との混合を行うのが望ましい。また、洗浄液の好適な加熱温度によって洗浄部での洗浄効果が良好になる。該温度範囲を下回ると、剥離洗浄効果が低下する。一方、200℃を超えると、洗浄液の蒸発が生じて安定した洗浄が困難になるので、洗浄液の適温を上記範囲に定めた。さらに、混合共通ラインが分流して洗浄液ラインと電解液ラインに流れる液流量を溶液貯留槽によって容易に調整し、かつ円滑に分流させることができる。また、電解液に含まれる酸化力の強いイオンを洗浄液中の汚染物などに、より接触効率よく作用させて、汚染物などをさらに分解して洗浄液を清浄にして洗浄度を高く維持することが可能になる。 That is, according to the present invention, the heated cleaning liquid circulates in the cleaning liquid line, the electrolytic solution circulates in the electrolytic solution line, and electrolysis is performed at least on the upstream side and the downstream side of the cleaning unit. Since the liquid and the cleaning liquid are temporarily mixed and then separated, the amount of liquid to be heated and cooled is reduced, and thus the amount of energy for heating and cooling is reduced and the operating energy is reduced. From the viewpoint of not reducing the temperature of the cleaning solution, it is desirable to mix with the electrolytic solution on the downstream side of the cleaning unit. Further, the cleaning effect at the cleaning section is improved by the suitable heating temperature of the cleaning liquid. Below this temperature range, the peel cleaning effect is reduced. On the other hand, if the temperature exceeds 200 ° C., the cleaning liquid evaporates and stable cleaning becomes difficult, so the appropriate temperature of the cleaning liquid is set to the above range. Furthermore, the liquid flow rate flowing through the cleaning liquid line and the electrolytic solution line through the mixing common line can be easily adjusted by the solution storage tank, and can be smoothly divided. In addition, ions with strong oxidizing power contained in the electrolyte can act on contaminants in the cleaning solution with higher contact efficiency, and further clean up the cleaning solution by further decomposing the contaminants to maintain a high degree of cleaning. It becomes possible.
なお、洗浄液ラインでは、洗浄部を基準にして洗浄液の流れに基づいて上流側、下流側が表現されており、便宜上、洗浄液ラインでは洗浄部を越えて混合共通ラインの分流端に至るまでを洗浄部の下流側とし、該分離端から洗浄部に至るまでを洗浄部の上流側としている。
また、電解液ラインでは、電解反応装置を基準にして洗浄液の流れに基づいて上流側、下流側が表現されており、便宜上、電解反応装置を越えて混合共通ラインの分流端に至るまでを電解反応装置の下流側とし、該分離端から電解反応装置に至るまでを電解反応装置の上流側としている。
In the cleaning liquid line, the upstream side and the downstream side are expressed based on the flow of the cleaning liquid with reference to the cleaning part. For convenience, the cleaning liquid line extends from the cleaning part to the end of the mixing common line. The portion from the separation end to the cleaning portion is the upstream side of the cleaning portion.
Also, in the electrolyte line, the upstream side and downstream side are expressed based on the flow of the cleaning liquid with reference to the electrolytic reaction apparatus, and for the sake of convenience, the electrolytic reaction is performed from the electrolytic reaction apparatus to the diversion end of the mixing common line. The downstream side of the apparatus is the upstream side of the electrolytic reaction apparatus from the separation end to the electrolytic reaction apparatus.
請求項2記載の洗浄システムの発明は、請求項1記載の発明において、前記電解液ラインは、電解反応装置下流側が分岐して、前記洗浄部の上流側と、該洗浄部の下流側であって前記溶液貯留槽の上流側とで前記洗浄液ラインに合流することを特徴とする。
The invention of the cleaning system according to
請求項2記載の発明によれば、洗浄部の上流および下流側で電解液と洗浄液との混合がなされる。その流量比を調整することで、洗浄部における洗浄液温度の影響度や稼働エネルギに対する影響度を調整することができる。また、電解液を洗浄部の上流側に混合することで、電解液の酸化性を得て洗浄部での洗浄効果を高めることができる。この際に、電解液を加熱して洗浄部に供給されるようにしてもよい。この場合にも、電解液の一部を対象にして加熱をすればよいので、加熱に要するエネルギは比較的小さい。また、洗浄液を加熱する加熱装置の上流側で電解液を混合するようにしてもよい。なお、洗浄液温度に対する悪影響を考慮すれば、洗浄部の下流側で多くの流量を混合するのが望ましい。また、電解液の混合は常時行わず、間欠的に行うようにしてもよい。 According to the second aspect of the present invention, the electrolytic solution and the cleaning liquid are mixed upstream and downstream of the cleaning unit. By adjusting the flow rate ratio, it is possible to adjust the degree of influence of the cleaning liquid temperature and the degree of influence on the operating energy in the cleaning unit. In addition, by mixing the electrolytic solution upstream of the cleaning unit, it is possible to obtain the oxidizability of the electrolytic solution and enhance the cleaning effect in the cleaning unit. At this time, the electrolytic solution may be heated and supplied to the cleaning unit. Also in this case, since heating may be performed for a part of the electrolytic solution, the energy required for heating is relatively small. Moreover, you may make it mix electrolyte solution in the upstream of the heating apparatus which heats cleaning liquid. In view of the adverse effect on the cleaning liquid temperature, it is desirable to mix many flow rates downstream of the cleaning section. Further, the mixing of the electrolytic solution may not be performed constantly but intermittently.
請求項3記載の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、前記洗浄液は、硫酸濃度が8M以上18M未満の濃硫酸であることを特徴とする。
The invention of the cleaning system according to claim 3 is characterized in that, in the invention according to
洗浄液に硫酸を使用する場合、被電解液として電解反応装置に送液される際に、その硫酸濃度は電解反応装置における過硫酸イオンの生成効率に大きく影響する。具体的には硫酸濃度が低いほど過硫酸発生効率は大きくなる。一方で、硫酸濃度を低くすると、洗浄部に送液される際に、洗浄部でのレジスト等の有機化合物の溶解度が低くなり、被洗浄材から剥離しにくくなる。これらの観点から、システムに用いられる溶液の硫酸濃度は、例えば9M〜18M未満の範囲が望ましい。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。 When sulfuric acid is used as the cleaning liquid, the sulfuric acid concentration greatly affects the production efficiency of persulfate ions in the electrolytic reaction apparatus when it is sent to the electrolytic reaction apparatus as the electrolytic solution. Specifically, the persulfuric acid generation efficiency increases as the sulfuric acid concentration decreases. On the other hand, when the sulfuric acid concentration is lowered, the solubility of an organic compound such as a resist in the cleaning portion is lowered when the solution is sent to the cleaning portion, and it is difficult to peel off the material to be cleaned. From these viewpoints, the sulfuric acid concentration of the solution used in the system is desirably in the range of, for example, 9M to less than 18M. For the same reason, it is more desirable that the lower limit is 12M and the upper limit is 17M.
請求項4記載の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、前記洗浄液ラインと、前記電解液ラインとにおける流量比が2:1〜1:1であることを特徴とする。 The invention of the cleaning system according to claim 4 is the invention according to any one of claims 1 to 3, wherein a flow rate ratio between the cleaning liquid line and the electrolytic solution line is 2: 1 to 1: 1. Features.
請求項4記載の発明によれば、洗浄液ラインと電解液ラインを流れる洗浄液の流量を調整することで、洗浄効果と電解液の生成効果の調整およびエネルギ効率の低減効果を調整することができる。洗浄液の上記流量比が2を超えると、加熱に要するエネルギの低減効果が小さくなる。一方、洗浄液の上記流量比が1未満になると洗浄作用が十分に得られるなくなる。したがって、上記流量比が望ましい。 According to the fourth aspect of the invention, by adjusting the flow rate of the cleaning liquid flowing through the cleaning liquid line and the electrolytic solution line, it is possible to adjust the cleaning effect, the adjustment effect of the electrolytic solution generation, and the energy efficiency reduction effect. When the flow rate ratio of the cleaning liquid exceeds 2, the effect of reducing energy required for heating is reduced. On the other hand, when the flow rate ratio of the cleaning liquid is less than 1, a sufficient cleaning action cannot be obtained. Therefore, the above flow rate ratio is desirable.
請求項5記載の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、前記洗浄部の上流側に洗浄液を加熱する加熱手段を備えることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a cleaning system according to any one of the first to fourth aspects, further comprising heating means for heating the cleaning liquid upstream of the cleaning section.
請求項5記載の発明によれば、洗浄部の上流側で加熱手段によって洗浄液を加熱して洗浄効果を高めることができる。したがって、加熱手段は洗浄部にできるだけ近い側にあるのが望ましい。
なお、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。
According to the invention described in claim 5, the cleaning effect can be enhanced by heating the cleaning liquid by the heating means on the upstream side of the cleaning section. Therefore, it is desirable that the heating means be as close as possible to the cleaning section.
Examples of the heating means include a heater, a heater using heat exchange with hot water, steam, and the like, but the present invention is not limited to a specific one.
請求項6記載の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、前記電解反応装置に用いる電極のうち、少なくとも陽極がダイヤモンド電極であることを特徴とする。 The invention of the cleaning system according to claim 6 is characterized in that, in the invention according to any one of claims 1 to 5 , at least an anode of the electrodes used in the electrolytic reaction device is a diamond electrode.
請求項6記載の発明によれば、酸化性の高い過硫酸イオンなどの生成においても高い耐久性を示し効果的に電解反応を行うことができる。ダイヤモンド電極は、少なくとも陽極に用いるのが望ましいが、陰極やバイポーラ電極に用いることも可能である。 According to the sixth aspect of the present invention, high durability is exhibited even in the production of highly oxidizable persulfate ions and the like, and the electrolytic reaction can be effectively performed. The diamond electrode is preferably used for at least the anode, but can also be used for the cathode and the bipolar electrode.
ダイヤモンド電極は、シリコンウエハ等の半導体材料や金属材料を基板とし、この基板表面に導電性ダイヤモンド薄膜を合成させた後に、基板を溶解等によって取り除いたものや、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る場合があるためセルフスタンド型がより好ましい。
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、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。 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。
A diamond electrode is made of a semiconductor material such as a silicon wafer or a metal material as a substrate, and after synthesizing a conductive diamond thin film on the surface of the substrate, the substrate is removed by melting or the like, or in a plate shape under the condition that the substrate is not used. A self-standing type conductive polycrystalline diamond that has been deposited and synthesized can be mentioned. In addition, a laminate on a metal substrate such as Nb, W, or Ti can also be used. However, when the current density is increased, there is a problem that the diamond film may be peeled off from the substrate. preferable.
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. 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 parallel to the diamond electrode surface and the liquid passage speed is set. It is desirable to perform contact treatment at 1 to 10,000 m / hr.
請求項7記載の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、前記混合共通ラインの液を80〜130℃に維持する温度調整手段を備えることを特徴とする。 A seventh aspect of the present invention is the cleaning system according to any one of the first to sixth aspects, further comprising temperature adjusting means for maintaining the liquid in the mixed common line at 80 to 130 ° C.
電解液が過硫酸溶液である場合、特に溶液貯留槽を80〜130℃に維持することが望ましい。130℃を超えると過硫酸イオンの自己分解が早期に進んで酸化力を長い時間に亘って得ることができず、一方、80℃未満では自己分解が十分に進まず十分な酸化力が得られない。 When the electrolytic solution is a persulfuric acid solution, it is particularly desirable to maintain the solution storage tank at 80 to 130 ° C. When the temperature exceeds 130 ° C, the self-decomposition of persulfate ions proceeds early and the oxidizing power cannot be obtained over a long period of time. Absent.
請求項8記載の洗浄システムの発明は、請求項1〜7のいずれかに記載の発明において、前記電解反応装置の上流側に被電解液を冷却する冷却手段を備えることを特徴とする。 The invention of the cleaning system according to claim 8 is characterized in that, in the invention according to any one of claims 1 to 7 , a cooling means for cooling the electrolyte solution is provided upstream of the electrolytic reaction apparatus.
請求項8載の発明によれば、洗浄液を適温に冷却して電解反応に適した被電解液として電解反応装置に供給することができる。該適温としては、例えば10〜90℃を示すことができる。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が、本発明としては、特定のものに限定されない。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、洗浄液に混合した際に洗浄液全体の温度が低下して、これを加熱するための熱エネルギが莫大になる。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。 According to the eighth aspect of the invention, the cleaning liquid can be cooled to an appropriate temperature and supplied to the electrolytic reaction apparatus as an electrolytic solution suitable for the electrolytic reaction. As this suitable temperature, 10-90 degreeC can be shown, for example. Examples of the cooling means include air coolers and water coolers, but the present invention is not limited to specific ones. 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 temperature of the entire cleaning liquid is lowered when mixed with the cleaning liquid, and the heat energy for heating it becomes enormous. For the same reason, it is more desirable to set the lower limit to 40 ° C. and the upper limit to 80 ° C.
請求項9記載の洗浄システムの発明は、請求項1〜8のいずれかに記載の発明において、前記被洗浄材が半導体基板であることを特徴とする。
The invention of the cleaning system according to
請求項9記載の発明によれば、半導体基板上のレジストなどの汚染物を効果的に剥離除去することができる。特に洗浄液として硫酸を使用し、これを電解することによって過硫酸イオンの酸化力を利用することで、汚染物を効果的に洗浄・剥離することができる。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。本発明のシステムでは、上記のように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。
According to invention of
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、上記のようにシリコンウエハ、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。 In the cleaning system of the present invention, cleaning treatment can be performed on various materials to be cleaned. However, as described above, electronic material substrates such as silicon wafers, liquid crystal glass substrates, and photomask substrates are targeted. Therefore, it is suitable for a cleaning process. 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.
以上、説明したように、本発明の洗浄システムによれば、被洗浄材に洗浄液を噴霧して被洗浄材を洗浄する枚葉式洗浄装置からなる洗浄部を介在させて100℃以上200℃未満に加熱された濃硫酸の洗浄液を循環させる洗浄液ラインと、被電解液を通液しつつ電解する電解反応装置を介在させて電解液を循環させる電解液ラインとを有し、前記洗浄液ラインと該電解液ラインとは、上記洗浄部の下流側で分流し、かつその上流側であって前記洗浄部の上流側、下流側のうち少なくとも上流側で、該洗浄液ラインと前記電解液ラインの電解反応装置下流側が合流する混合共通ラインを備え、前記混合共通ラインの分流端に溶液貯留槽を備えるので、洗浄効果を損なうことなく、加熱を必要とする洗浄液量および電解を必要とする洗浄液量をそれぞれ少なくしてランニングコストを低減する効果がある。 As described above, according to the cleaning system of the present invention, the cleaning unit is composed of a single wafer cleaning apparatus that sprays the cleaning liquid onto the material to be cleaned and cleans the material to be cleaned. A cleaning liquid line for circulating a heated concentrated sulfuric acid cleaning liquid, and an electrolytic solution line for circulating the electrolytic solution through an electrolytic reaction device that performs electrolysis while passing the electrolytic solution. The electrolytic solution line is divided on the downstream side of the cleaning unit, and the upstream side of the cleaning unit , and at least upstream of the upstream and downstream sides of the cleaning unit, the electrolytic reaction between the cleaning solution line and the electrolytic solution line Since a mixing common line is provided on the downstream side of the apparatus, and a solution storage tank is provided at a diversion end of the mixing common line, the amount of cleaning liquid that requires heating and the amount of cleaning liquid that requires electrolysis are reduced without impairing the cleaning effect. Each with less there is an effect of reducing the running cost.
以下に、本発明の一実施形態を図1に基づいて説明する。なお、従来装置と同様の構成については同一の符号を付している。
この実施形態では、洗浄部としての枚葉式洗浄装置10と、洗浄液を貯留して溶解物を分解させる溶液貯留槽20と、電解反応装置30とを備えている。
枚葉式洗浄装置10の下流側と溶液貯留槽20とは、洗浄液返流管1で連結されており、溶液貯留槽20と洗浄装置10の上流側とは洗浄液送液管2で連結されている。洗浄液送液管2には、送液ポンプ3と、加熱装置4とが介設されている。
Below, one Embodiment of this invention is described based on FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the structure similar to a conventional apparatus.
In this embodiment, a single
The downstream side of the single
一方、溶液貯留槽20と電解反応装置30の上流側とは、被電解液送液管6で接続されており、被電解液送液管6には、送液ポンプ8、冷却器9が介設されている。電解反応装置30の下流側は、電解液送液管7が接続され、該電解液送液管7が送液分岐管7aと送液分岐管7bとに分岐し、送液分岐管7aが前記洗浄液返流管1に接続され、送液分岐管7bは、前記洗浄液送液管2に合流している。
上記洗浄液返流管1、洗浄液送液管2によって洗浄液ラインが構成されており、また、被電解液送液管6、電解液送液管7、7a、7b、洗浄液返流管1によって電解液ラインが構成されており、電解液送液管7bと洗浄液送液管2との合流地点から溶液貯留槽20に至る経路(洗浄液送液管2の一部と洗浄液返流管1)が本発明の混合共通ラインとして機能している。
On the other hand, the
The cleaning liquid return pipe 1 and the cleaning
また、枚葉式洗浄装置10では、液体スプレーノズル11を備えており、該液体スプレーノズル11の先端側噴出部が枚葉式洗浄装置10内に位置している。該液体スプレーノズル11には、前記洗浄液送液管2が接続されている。
また、枚葉式洗浄装置10内には、液体スプレーノズル11の噴出方向に、基板載置台12が配置されている。基板載置台12には、半導体基板100が載置される。該基板載置台12または液体スプレーノズル11は、半導体基板100の表面上に液滴がむらなく当たるように相対的に移動可能とするのが望ましい。
In addition, the single
In the single
溶液貯留槽20では、貯留した溶液の温度を調整(加熱または冷却)するための温度調整器21を備えている。温度調整器21の構成は本発明としては特に限定されず、例えばヒータ、冷却器などを組み合わせて構成することができる。
The
電解反応装置30では、電解反応槽31、32が並列に接続されている。上記電解反応槽31には、陽極31aおよび陰極31bが配置され、さらに陽極31aと、陰極31bとの間に所定の間隔をおいてバイポーラ電極31c…31cが配置されている。電解反応槽31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、その出口が前記電解液送液管7に接続されている。
In the
一方、電解反応槽32は、電解反応槽31と同様の構成を有しており、陽極32aおよび陰極32bが配置され、さらに陽極32aと、陰極32bとの間に所定の間隔をおいてバイポーラ電極32c…32cが配置されている。上記陽極32aおよび陰極32bに、前記直流電源33が接続されている。上記電極間も同様に通液が可能になっており、その出口側に電解液送液管7が接続されている。
On the other hand, the
なお、上記陽極31aおよび陰極31b、陽極32aおよび陰極32bには、直流電源33が直列に接続されており、これにより電解反応槽31、32での直流電解が可能になっている。電解反応槽31、32を直列にして直流電源33に接続することで、電解反応槽31、32における通電量を同じにすることができる。
また、電解反応槽31、32は、被電解液送液管6、電解液送液管7に並列に接続されていることにより、一方で発生した電解ガスを他方の電解ガスに流入することを回避できる。
A
In addition, the
この実施形態では、上記電極31a、31b、31c、32a、32b、32cはダイヤモンド電極によって構成されている。該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。上記電解反応槽31、32、直流電源33によって、電解反応装置が構成されている。
In this embodiment, the
次に、上記構成よりなる硫酸リサイクル型枚葉式洗浄システムの作用について説明する。
上記溶液貯留槽20内に、硫酸を収容し、これに超純水を混合して硫酸濃度が8〜18M未満の硫酸溶液とする。これをそれぞれ送液ポンプ3、8によって洗浄液送液管2、被電解液送液管6を通して、枚葉式洗浄装置10および電解反応装置30へと送液する。この際に硫酸溶液は加熱装置4によって130〜200℃未満に加熱されて枚葉式洗浄装置10に供給される。例えば、洗浄装置10に対し8L/minの流量で送液し、電解反応装置30に対し6L/minの流量で送液する。
Next, the operation of the sulfuric acid recycling type single wafer cleaning system configured as described above will be described.
The
枚葉式洗浄装置10では、液体スプレーノズル11において高温の硫酸液滴が一定時間噴出される。基板載置台12上には半導体基板100が載置されており、基板載置台12によって基板100が回転し、かつ液体スプレーノズル11が半導体基板100の表面に液滴がむらなく当たるように相対的に移動し、前記硫酸液滴によって基板100の表面の清浄がなされ、レジストなどが剥離、除去がなされる。噴出された硫酸溶液は、基板100を洗浄した後、飛散・落下して、レジスト溶解物などとともに洗浄液返流管1に排液される。洗浄液返流管1では、上記硫酸溶液が溶液貯留槽20へと移動する。溶液貯留槽20では、温度調整器21によって洗浄液が100〜130℃に維持される。
In the single
一方、被電解液送液管6に送液される溶液は、冷却器9で電解反応に好適な10〜90℃の温度に冷却されて電解反応装置30に供給される。
電解反応槽31では、陽極31aおよび陰極31bに直流電源33によって通電すると、バイポーラ電極31c…31c、バイポーラ電極32c…32cが分極し、所定の間隔で陽極、陰極が出現する。電解反応槽31、32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8の出力を設定するのが望ましい。なお、上記通電では、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。
On the other hand, the solution fed to the electrolyte feed pipe 6 is cooled to a temperature of 10 to 90 ° C. suitable for the electrolytic reaction by the
In the
電解反応槽31、32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イオン含有溶液が得られる。このようにして高い濃度とされた過硫酸イオン含有溶液は、電解液送液管7を通して送液され、送液分岐管7a、7bに分岐し、主となる電解液は例えば4L/minの流量で送液分岐管7aを通して洗浄液返流管1へと送られて、洗浄を終えた洗浄液と混合される。また、一部の電解液は、例えば2L/minの流量で電解液送液管7から送液分岐管7bへと送られて洗浄装置10の直前で洗浄液送液管2に合流して洗浄に供される。この電解液は、電解液の一部であるため、既に加熱されている洗浄液の温度を下げるが、その分を余分に加熱しておくことで洗浄度に対する悪影響を排除することができる。その一方で、酸化力の強い過硫酸イオンを含むため、枚葉式洗浄装置10における洗浄の際にレジストなどの剥離洗浄、さらにその分解に寄与する。
When the solution is energized in the
溶液貯留槽20では、電解液の混合によって、過硫酸イオンの自己分解による酸化力によって溶液中に移行している汚染物を酸化分解して清浄化する。この際に、溶液の温度は、80〜130℃に維持されており、過硫酸イオンの分解が適度に進んで分解が効果的になされる。この温度が130℃よりも高いと過硫酸イオンの自己分解が早期に進行して汚染物の分解を効果的に行うことが難しくなる。また、80℃未満では、過硫酸イオンの自己分解が十分に進行せず、同様に汚染物の分解が効果的になされない。
溶液貯留槽20で自己分解によって過硫酸イオン濃度が低下した溶液は、前記被電解液送液管6を通して再度電解反応装置30に送液され、上記と同様に電解反応がなされて過硫酸イオンが再生されて電解液送液管7を通して溶液貯留槽20に戻される。このように過硫酸イオンを再生しつつ過硫酸イオン含有溶液を繰り返し使用して効果的に溶解物の分解を行うことができる。
In the
The solution in which the persulfate ion concentration is reduced by self-decomposition in the
また、溶液貯留槽20から枚葉式洗浄装置10に送液されて洗浄に用いられる溶液は、溶液全体の一部であるため、これを加熱装置4で加熱する際の加熱エネルギも溶液全体を加熱する場合に比べて大幅に少なくすることができる。例えば、洗浄液ラインを流れる洗浄液の流量を電解液ラインを流れる流量に対し、2:1とすれば、加熱エネルギは、全量を加熱する場合に比べて略1/3にすることができる。また、1:1の流量比とすれば、略1/4にすることができる。
Moreover, since the solution sent from the
[実施例1]
図1に示す洗浄システムを用いて以下の条件で洗浄処理を行った。
a)枚葉式洗浄装置への洗浄液温度:170℃
b)溶液貯留槽内洗浄液温度 :100℃
c)洗浄液ライン流量 :8L/min
d)電解液ライン噴射流量 :2L/min
e)電解液ライン貯留槽流量 :4L/min
[Example 1]
A cleaning process was performed under the following conditions using the cleaning system shown in FIG.
a) Cleaning liquid temperature to the single wafer cleaning device: 170 ° C
b) Cleaning solution temperature in the solution storage tank: 100 ° C
c) Cleaning fluid line flow rate: 8 L / min
d) Electrolyte line injection flow rate: 2 L / min
e) Electrolyte line storage tank flow rate: 4 L / min
[比較例1]
同じ装置を使用して以下の条件で洗浄処理した。ただし、洗浄液が循環するラインを一つにしているため、従来の運転条件を再現している。
a)枚葉式洗浄機への洗浄液温度:170℃
b)溶液貯留槽内洗浄液温度 :100℃
c)洗浄液ライン流量 :0L/min
d)電解液ライン噴射流量 :10L/min
e)電解液ライン貯留槽流量 :0L/min
[Comparative Example 1]
The same apparatus was used for cleaning under the following conditions. However, since the cleaning liquid circulates in one line, the conventional operating conditions are reproduced.
a) Cleaning liquid temperature to the single wafer cleaning machine: 170 ° C
b) Cleaning solution temperature in the solution storage tank: 100 ° C
c) Cleaning fluid line flow rate: 0 L / min
d) Electrolyte line injection flow rate: 10 L / min
e) Electrolyte line storage tank flow rate: 0 L / min
2つの例における各データを表1に示した。また、いずれの例とも、洗浄後ウエハ洗浄度は次工程に進めることのできるレベルに達していた。しかし、比較例1のシステムでは、加熱に要するエネルギが多く、ランニングコストに劣るものであった。 Table 1 shows the data in the two examples. In all examples, the degree of wafer cleaning after cleaning has reached a level at which it can proceed to the next process. However, the system of Comparative Example 1 requires a lot of energy for heating and is inferior in running cost.
1 洗浄液返流管
2 洗浄液送液管
3 送液ポンプ
4 加熱装置
6 被電解液送液管
7 電解液送液管
7a 送液分岐管
7b 送液分岐管
8 送液ポンプ
9 冷却器
10 洗浄装置
20 溶液貯留槽
21 温度調整器
22 温度調整器
30 電解反応装置
31 電解反応槽
32 電解槽
33 直流電源
100 半導体基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cleaning
100 Semiconductor substrate
Claims (9)
被電解液を通液しつつ電解する電解反応装置を介在させて電解液を循環させる電解液ラインとを有し、
前記洗浄液ラインと該電解液ラインとは、上記洗浄部の下流側で分流し、
かつその上流側であって前記洗浄部の上流側、下流側のうち少なくとも上流側で、該洗浄液ラインと前記電解液ラインの電解反応装置下流側が合流する混合共通ラインを備え、
前記混合共通ラインの分流端に溶液貯留槽を備えることを特徴とする洗浄システム。 A cleaning liquid line for circulating a cleaning solution of concentrated sulfuric acid heated to 100 ° C. or more and less than 200 ° C. via a cleaning unit consisting of a single wafer cleaning device that sprays the cleaning liquid on the material to be cleaned to clean the material to be cleaned;
An electrolytic solution line for circulating the electrolytic solution through an electrolytic reaction device that performs electrolysis while passing the electrolytic solution,
The cleaning liquid line and the electrolytic solution line are diverted downstream of the cleaning unit,
And an upstream side of the cleaning section A upstream, at least the upstream side of the downstream side, comprises a mixture common line electrolytic reactor downstream of the electrolyte line with the cleaning fluid line are joined,
A cleaning system comprising a solution storage tank at a diversion end of the mixing common line.
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