JP4600666B2 - Sulfuric acid recycle type single wafer cleaning system - Google Patents

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Description

本発明は、シリコンウエハなどの基板上に付着した汚染物や不要になったレジストなどの汚染物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溶液を再生して洗浄に供する硫酸リサイクル型枚葉式洗浄システムに関するものである。   The present invention relates to a persulfuric acid solution while repeatedly using a sulfuric acid solution when cleaning and peeling off a contaminant such as a silicon wafer or other contaminants such as a resist that has become unnecessary with a persulfuric acid solution having a high peeling effect. The present invention relates to a sulfuric acid recycle type single wafer cleaning system that recycles and uses it for cleaning.

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電子材料基板を洗浄する技術において、レジストを剥離洗浄するプロセスでは、通常、濃硫酸と過酸化水素水の混合溶液(SPM)が用いられている。SPMによる洗浄効果は、過酸化水素が硫酸を酸化して生成する過硫酸の高い酸化分解能にあることが分かっている。
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が必要である。しかし過酸化水素水の添加によって硫酸濃度が徐々に希釈されるため、液組成を一定に維持することが難しく、所定時間もしくは所定の処理量毎に洗浄液が廃棄され、更新されている。このため多量の薬品を保管・廃棄しなければならないという問題があった。またこの方法では、生成する過硫酸の濃度に限界があり、これが洗浄効果の限界につながっていた。
一方、従来、レジスト剥離処理を実施するための装置には、複数枚の基板を一括して処理するバッチ式の装置と、基板を1枚ずつ処理する枚葉式の装置がある。バッチ式のレジスト剥離装置は、複数の基板を一度にレジスト剥離液に浸漬させるための槽を備えており、装置サイズが大きいこと、洗浄能力が枚葉式より劣ることより、最近では処理対象基板の大型化に伴って、枚葉式のレジスト剥離装置が注目されてきている。
In a technique for cleaning an electronic material substrate such as a silicon wafer, a liquid crystal glass substrate, and a photomask substrate, a mixed solution (SPM) of concentrated sulfuric acid and hydrogen peroxide solution is usually used in a process of peeling and cleaning the resist. It has been found that the cleaning effect of SPM lies in the high oxidation resolution of persulfuric acid produced by hydrogen peroxide oxidizing sulfuric acid.
By the way, in SPM, it is necessary to replenish hydrogen peroxide water in order to compensate for the decomposition of persulfuric acid generated by hydrogen peroxide when it decomposes itself and its oxidizing power decreases. However, since the sulfuric acid concentration is gradually diluted by the addition of hydrogen peroxide solution, it is difficult to maintain the liquid composition constant, and the cleaning liquid is discarded and updated every predetermined time or every predetermined processing amount. Therefore, there is a problem that a large amount of chemicals must be stored and discarded. In this method, there is a limit to the concentration of persulfuric acid produced, which has led to the limit of the cleaning effect.
On the other hand, conventional apparatuses for performing resist stripping include a batch type apparatus that processes a plurality of substrates at once and a single wafer type apparatus that processes substrates one by one. Batch-type resist stripping equipment is equipped with a tank for immersing a plurality of substrates in resist stripping solution at a time, and because of the large equipment size and inferior cleaning ability compared to single wafer processing, the substrate to be processed recently With the increase in size, single-wafer type resist stripping apparatuses have attracted attention.

枚葉式の洗浄装置に係る先行技術として、例えば、特許文献1では、1枚の基板をほぼ水平に保持して回転するステージと、このステージに保持された基板の表面に洗浄液を供給するためのホッパとを備えた洗浄装置が開示されている。ホッパには、洗浄液供給手段およびガス供給手段が接続されており、ホッパでは、洗浄液供給手段から供給される洗浄液にガス供給手段から供給される高圧ガスを吹き付けることによって洗浄液の液滴の噴流を形成し、その噴流を基板表面に供給する2流体スプレーノズルの形態をなしている。また特許文献2には、枚葉式洗浄装置に供給するレジスト剥離液として硫酸と過酸化水素水を用い、レジスト膜を良好に除去するレジスト剥離方法およびレジスト剥離装置が開示されている。
特許第3415670号明細書 特開2004−172493号公報
As a prior art relating to a single wafer cleaning apparatus, for example, in Patent Document 1, a cleaning liquid is supplied to a stage that rotates while holding a single substrate substantially horizontally, and the surface of the substrate held by this stage. A cleaning apparatus including a hopper is disclosed. A cleaning liquid supply means and a gas supply means are connected to the hopper. In the hopper, a jet of cleaning liquid droplets is formed by spraying the high pressure gas supplied from the gas supply means to the cleaning liquid supplied from the cleaning liquid supply means. In the form of a two-fluid spray nozzle that supplies the jet to the substrate surface. Further, Patent Document 2 discloses a resist stripping method and a resist stripping apparatus that satisfactorily remove a resist film using sulfuric acid and hydrogen peroxide solution as a resist stripping solution supplied to a single wafer cleaning apparatus.
Japanese Patent No. 3415670 JP 2004-172493 A

しかし、上記した枚葉式洗浄装置では、洗浄液を一過式で用いるため、洗浄枚数が多いと使用する洗浄液が多く必要になり、これに従って膨大な量の硫酸や過酸化水素水等を保管または廃棄しなければならないという問題がある。
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できる硫酸リサイクル型枚葉式洗浄システムを提供することを目的とする。
However, in the single wafer cleaning apparatus described above, since the cleaning liquid is used in a transient manner, a large amount of cleaning liquid is required when the number of cleaning sheets is large, and a large amount of sulfuric acid or hydrogen peroxide solution is stored or stored accordingly. There is a problem that it must be discarded.
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. An object of the present invention is to provide a sulfuric acid recycling type single wafer cleaning system.

すなわち、本発明の硫酸リサイクル型枚葉式洗浄システムのうち、第1の発明は、100℃以上に加熱された過硫酸溶液を洗浄液として電子材料基板を洗浄して該基板上のレジストを除去する枚葉式の洗浄装置と、電解反応により、8Mから18Mの範囲内の硫酸濃度を有し、40℃から90℃の範囲内の温度とされた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洗浄および前記電解を行いつつ溶液を循環させ、送り側と戻り側とに共通の溶液貯槽が介設された循環ラインとを有することを特徴とする。 That is, in the sulfuric acid recycle type single wafer cleaning system of the present invention, the first invention is to remove the resist on the substrate by cleaning the electronic material substrate using a persulfuric acid solution heated to 100 ° C. or more as a cleaning liquid. Persulfate ions are generated from sulfate ions contained in a solution having a sulfuric acid concentration in the range of 8M to 18M and a temperature in the range of 40 ° C to 90 ° C by a single wafer cleaning device and electrolytic reaction. An electrolytic reaction device for regenerating the persulfuric acid solution, and circulating the solution while performing the cleaning and the electrolysis between the cleaning device and the electrolytic reaction device, and a common solution storage tank is interposed between the feed side and the return side. And a circulation line provided .

第2の発明の硫酸リサイクル型枚葉式洗浄システムは、第1の発明において、前記洗浄液の温度を100〜150℃とする加熱装置を備えることを特徴とする。 The sulfuric acid recycle type single wafer cleaning system according to the second invention is characterized in that, in the first invention, a heating device is provided which sets the temperature of the cleaning liquid to 100 to 150 ° C.

第3の発明の硫酸リサイクル型枚葉式洗浄システムは、前記第1または第2の発明において、前記電解反応装置に利用する電極の少なくとも陽極が、導電性ダイヤモンド電極であることを特徴とするThe sulfuric acid recycle type single wafer cleaning system of the third invention is characterized in that, in the first or second invention, at least an anode of an electrode used in the electrolytic reaction apparatus is a conductive diamond electrode .

第4の発明の硫酸リサイクル型枚葉式洗浄システムは、第1〜第3の発明において、前記電解反応装置は、(過硫酸生成速度[g/l/hr])/(洗浄装置から電解反応装置に送液される溶液の全有機性炭素濃度(TOC)増加速度[g/l/hr])が10〜500を満たすように電解するものであることを特徴とする。 The sulfuric acid recycle type single wafer cleaning system according to a fourth aspect of the present invention is the first to third aspects of the invention, wherein the electrolytic reaction device is (persulfuric acid production rate [g / l / hr]) / (electrolytic reaction from the cleaning device). Electrolysis is performed such that the total organic carbon concentration (TOC) increase rate [g / l / hr]) of the solution fed to the apparatus satisfies 10 to 500.

第5の発明の硫酸リサイクル型枚葉式洗浄システムは、第1〜第4の発明において、、前記循環ラインの送り側の溶液と戻り側の溶液との間で熱交換を行う熱交換器を有し、該熱交換器よりも電解反応装置側で前記溶液貯槽が介設されていることを特徴とするA sulfuric acid recycle type single wafer cleaning system according to a fifth aspect of the present invention is the first to fourth aspects of the invention, further comprising a heat exchanger for exchanging heat between the solution on the feed side and the solution on the return side of the circulation line. And the solution storage tank is interposed on the side of the electrolytic reaction apparatus with respect to the heat exchanger .

第6の発明の硫酸リサイクル型枚葉式洗浄システムは、第1〜第5の発明において、前記枚葉式洗浄装置は、洗浄液と気体と混合させて該洗浄液の液滴の噴流を形成する液滴噴流形成装置を備えることを特徴とする。 A sulfuric acid recycle type single wafer cleaning system according to a sixth aspect of the present invention is the first to fifth aspects of the invention, wherein the single wafer type cleaning device is a liquid that mixes a cleaning liquid and a gas to form a jet of droplets of the cleaning liquid. It is provided with a droplet jet forming device .

第7の発明の硫酸リサイクル型枚葉式洗浄システムは、第1〜第6の発明において、前記枚葉式洗浄装置は、前記洗浄液の液滴噴流を受ける被洗浄材を保持する基板保持手段を備えることを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a sulfuric acid recycling type single wafer cleaning system according to the first to sixth inventions, wherein the single wafer cleaning device includes a substrate holding means for holding a material to be cleaned that receives a droplet jet of the cleaning liquid. It is characterized by providing .

第8の発明の硫酸リサイクル型枚葉式洗浄システムは、第1〜第7の発明において前記電子材料基板は、前記レジストを予め酸化して灰化する前処理工程を経ることなく前記洗浄に供されるものであることを特徴とする。 The sulfuric acid recycle type single wafer cleaning system according to an eighth aspect of the present invention is the electronic material substrate according to the first to seventh aspects, wherein the electronic material substrate is used for the cleaning without undergoing a pretreatment step in which the resist is oxidized and ashed in advance. It is characterized by being.

第9の発明の硫酸リサイクル型枚葉式洗浄方法は、100℃以上の過硫酸溶液を洗浄液として枚葉式により電子材料基板を洗浄して該基板上のレジストを除去するとともに、電解反応により、8Mから18Mの範囲内の硫酸濃度を有し、温度が40℃から90℃の範囲内の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、前記洗浄における溶液と前記電解反応における溶液とを、前記洗浄および前記電解を行いつつ、送り側と戻り側とで共通した貯液を介して循環させることを特徴とする。 The sulfuric acid recycling type single wafer cleaning method of the ninth invention is a method of cleaning the electronic material substrate by a single wafer method using a persulfuric acid solution at 100 ° C. or higher as a cleaning liquid to remove the resist on the substrate, and by electrolytic reaction, Regenerating a persulfate solution by generating a persulfate ion from sulfate ions having a sulfuric acid concentration in the range of 8M to 18M and having a temperature in the range of 40 ° C to 90 ° C; The solution in the electrolytic reaction is circulated through a common liquid storage on the feed side and the return side while performing the washing and the electrolysis.

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一つずつ処理される被洗浄材の汚染物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。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戻され、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。過硫酸溶液は、洗浄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。   According to the present invention, persulfate ions in the cleaning liquid self-decompose to generate an oxidizing power, and the contaminants of the material to be cleaned that are treated one by one 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 sent to the electrolytic reactor through a circulation line. In an electrolytic reactor, the anode and cathode are immersed in a solution containing sulfate ions, and current is passed between the electrodes to conduct electrolysis, whereby sulfate ions are oxidized to produce persulfate ions, and the persulfate concentration is sufficiently high. Regenerated to solution. The regenerated persulfuric acid solution is returned to the cleaning device through the circulation line, and the material to be cleaned is effectively peeled and cleaned with a high concentration of persulfuric acid in the same manner as described above. The persulfuric acid solution can be continuously circulated between the cleaning device and the electrolytic reaction device, 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.

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。このため洗浄液は、液滴の形成前に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、洗浄液の適温は上記範囲内である。   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. For this reason, the cleaning liquid can be heated to an appropriate temperature by an appropriate heating means before the droplets are formed. 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 rate of self-decomposition of persulfuric acid becomes extremely large and the resist cannot be sufficiently oxidized, so that the appropriate temperature of the cleaning liquid is within the above range.

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。過硫酸を生成するときの電解温度の適温は10〜90℃の範囲である。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。また、上記温度を下回ると、洗浄液の適温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。   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. An appropriate electrolysis temperature for producing persulfuric acid is 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. If the temperature is lower than the above temperature, the heat energy for heating the cleaning liquid to an appropriate temperature 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.

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。
また、洗浄液の温度を上げ、電解液の温度を下げるように、またエネルギーのロスをできるだけ少なくするために、洗浄装置から電解反応装置への送り液と電解反応装置から洗浄装置への戻り液との間で熱交換器によって熱交換することが好ましい。
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.
Also, in order to raise the temperature of the cleaning liquid, lower the temperature of the electrolytic solution, and to minimize energy loss, the liquid fed from the cleaning device to the electrolytic reaction device and the return liquid from the electrolytic reaction device to the cleaning device It is preferable to exchange heat with a heat exchanger.

前記洗浄装置では、洗浄槽に洗浄液を収容して被洗浄材を浸漬して洗浄を行うことも可能であるが、効果的な洗浄を行えるように洗浄液の液滴を被洗浄材に当てて洗浄を行うことができる。該液滴の形成は、洗浄液と気体と混合させて該洗浄液の液滴の噴流を形成する液滴噴流形成装置により行うことができる。前記気体としては、例えばエアや窒素、不活性ガスなどを用いることができる。液滴噴流形成装置の具体的な構成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。上記液滴による洗浄によれば、必要とされる過硫酸溶液を少量のものとすることができ、剥離したレジストなどの再付着も防止される。   In the cleaning apparatus, it is possible to perform cleaning by storing the cleaning liquid in the cleaning tank and immersing the material to be cleaned, but applying the cleaning liquid droplets to the material to be cleaned for effective cleaning. It can be performed. The formation of the droplets can be performed by a droplet jet forming apparatus that forms a jet of droplets of the cleaning liquid by mixing the cleaning liquid and gas. As the gas, for example, air, nitrogen, inert gas, or the like can be used. The specific configuration of the droplet jet forming device is not limited to a specific one, and a known one can be used. According to the cleaning with the droplets, a required amount of persulfuric acid solution can be reduced, and re-adhesion of the peeled resist or the like can be prevented.

また、洗浄装置では、上記液滴の噴出を受ける被洗浄材を保持する被洗浄材保持手段を備えており、液滴を効果的に受けることができるように、被洗浄材の姿勢や位置を定める。その具体的な構成は特定のものに限定されるものではなく、例えば、クランプや設置台などにより構成することができる。該保持手段は、液滴の噴出を受けつつ被洗浄材の姿勢や位置を変えるものであっても良く、また、液滴噴流形成装置の液滴噴出位置や方向を変更するものであってもよく、さらに両者が互いに位置等を変えるものであっても良い。   In addition, the cleaning apparatus includes a cleaning material holding unit that holds the cleaning material that receives the ejection of the droplets, and the posture and position of the cleaning material are adjusted so that the droplets can be effectively received. Determine. The specific configuration is not limited to a specific configuration, and can be configured by, for example, a clamp or an installation base. The holding means may change the posture and position of the material to be cleaned while receiving the ejection of droplets, or may change the droplet ejection position and direction of the droplet jet forming apparatus. In addition, both may change the position of each other.

なお、電解反応装置に送液される溶液は、熱交換器の下流側に設けた溶液貯槽に溜めて徐々に電解反応装置に供給するのが望ましい。これにより溶液貯槽に収容される溶液は、上記熱交換器による熱交換によって温度が低下しており、過硫酸イオンの自己分解を抑制して電解反応装置の負担を軽減するとともに、一時貯留によってその間に洗浄装置で剥離除去されたレジスト溶解物などの分解を進めることができる。なお、洗浄装置から電解反応装置に送られる溶液はレジストの溶解などによって有機物が含まれており、TOC測定器によってTOCを測定することができる。該測定結果は、分解に要する過硫酸濃度の目安となる。したがって後述する電解反応装置の条件設定に利用することができる。TOC測定器は例えば上記溶液貯槽に備えて、貯槽内に収容されている溶液を測定対象とすることができる。   It is desirable that the solution fed to the electrolytic reaction apparatus is stored in a solution storage tank provided on the downstream side of the heat exchanger and gradually supplied to the electrolytic reaction apparatus. As a result, the temperature of the solution stored in the solution storage tank is lowered by heat exchange by the heat exchanger, and the self-decomposition of persulfate ions is suppressed to reduce the burden on the electrolytic reaction apparatus. In addition, it is possible to proceed with the decomposition of the resist melt and the like removed and removed by the cleaning device. In addition, the organic substance is contained in the solution sent from the cleaning device to the electrolytic reaction device due to dissolution of the resist, and the TOC can be measured by a TOC measuring device. The measurement result is a measure of the persulfuric acid concentration required for decomposition. Therefore, it can utilize for the condition setting of the electrolytic reaction apparatus mentioned later. For example, the TOC measuring device can be provided in the solution storage tank, and the solution stored in the storage tank can be used as a measurement target.

電解反応装置では、高濃度硫酸溶液を電解し、洗浄効果を高める過硫酸を生成する。電解反応装置では、前述したように溶液温度が低いほど過硫酸の生成効率が高い。また、電解反応装置における過硫酸イオンの生成効率は、硫酸濃度に大きく影響される。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、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8M〜18M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。該電解反応装置で再生された過硫酸溶液は、上記溶液貯槽に一時貯留して、洗浄装置から送られる溶液と混合し、その後、洗浄装置に送ることができる。これにより安定化した過硫酸濃度の過硫酸溶液を洗浄液に使用することができる。   In the electrolytic reaction apparatus, a high-concentration sulfuric acid solution is electrolyzed to produce persulfuric acid that enhances the cleaning effect. In the electrolytic reaction apparatus, as described above, the persulfuric acid generation efficiency is higher as the solution temperature is lower. Moreover, the production efficiency of persulfate ions in the electrolytic reaction apparatus is greatly influenced by the sulfuric acid concentration. 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 is lowered, 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 preferably in the range of 8M to 18M, for example. For the same reason, it is more desirable that the lower limit is 12M and the upper limit is 17M. The persulfuric acid solution regenerated by the electrolytic reaction device can be temporarily stored in the solution storage tank, mixed with the solution sent from the cleaning device, and then sent to the cleaning device. Thus, a persulfuric acid solution having a stabilized persulfuric acid concentration can be used as the cleaning liquid.

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。一方、少なくとも陽極に導電性ダイヤモンド電極を用いた場合、化学的に安定で濃硫酸溶液中に不純物を溶出しない利点がある。導電性ダイヤモンド電極によって、硫酸から過硫酸を生成することは、電流密度を0.2A/cm程度の条件で報告されている(Ch.Comninellis et al.,Electrochemical and Solid−State Letters,Vol.3(2)77−79(2000))。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。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、該電解反応装置は、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の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ホウ素または窒素をドープして導電性を付与したものであり、通常はホウ素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。
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 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 an anode, there is a problem that persulfate ions cannot be efficiently produced and platinum is eluted. On the other hand, when a conductive diamond electrode is used for at least the anode, there is an advantage that it is chemically stable and does not elute impurities in the concentrated sulfuric acid solution. The production of persulfuric acid from sulfuric acid by a conductive diamond electrode has been reported under conditions of 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)). 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. 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, the electrolytic reaction apparatus is preferably a self-standing type conductive diamond electrode in which the substrate is removed after being deposited on the substrate. The conductive diamond thin film is one obtained by doping boron or nitrogen during synthesis of the diamond thin film to impart conductivity, and usually boron doped one. 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. . 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 carried out by setting the current density on the surface of the conductive diamond electrode to 10 to 100,000 A / m 2 , the sulfuric acid solution in the direction parallel to the diamond electrode surface, and the liquid flow rate of 10 to 10,000 m / m 2. It is desirable to perform the contact treatment with h.

また、電解に際しては、前記したTOC測定器の測定結果などを利用して、洗浄による溶液の全有機性炭素濃度(TOC)増加速度を求めて、(過硫酸生成速度[g/l/hr])/(洗浄装置から電解反応装置に送液される溶液の全有機性炭素濃度(TOC)増加速度[g/l/hr])が10〜500を満たすように、上記電流密度や通液線速度、溶液温度の電解条件を定めるのが望ましい。上記数値が10未満であると、洗浄に際し過硫酸が不足し、一方、上記数値が500を超えると、過硫酸生成が過度になり無駄であるだけでなく、電極の消耗も早くなる。したがって上記範囲が望ましい。 In electrolysis, the rate of increase in the total organic carbon concentration (TOC) of the solution by washing is obtained using the measurement results of the TOC measuring device described above, and (persulfuric acid production rate [g / l / hr] ) / ( Total organic carbon concentration (TOC) increase rate [g / l / hr] of the solution fed from the cleaning device to the electrolytic reaction device ) satisfies 10 to 500, and the current density and liquid passage It is desirable to determine the electrolytic conditions of speed and solution temperature. When the above value is less than 10, persulfuric acid is insufficient at the time of washing. On the other hand, when the above value exceeds 500, the generation of persulfuric acid becomes excessive and wasteful, and the electrode is also consumed quickly. Therefore, the above range is desirable.

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、本発明によれば、100℃以上に加熱された過硫酸溶液を洗浄液として電子材料基板を洗浄して該基板上のレジストを除去する枚葉式の洗浄装置と、電解反応により、8Mから18Mの範囲内の硫酸濃度を有し、40℃から90℃の範囲内の温度とされた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洗浄および前記電解を行いつつ溶液を循環させ、送り側と戻り側とに共通の溶液貯槽が介設された循環ラインとを有するので、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る。電解した洗浄液は洗浄効果の高い過硫酸を多量に含有するため、基板の洗浄効果はSPMに比べ高くなる。また、被洗浄材の洗浄を枚葉式によって一つずつ行うため、洗浄効果を高めることができる。 As described above, according to the present invention, a single-wafer cleaning apparatus that cleans an electronic material substrate by using a persulfuric acid solution heated to 100 ° C. or higher as a cleaning liquid and removes the resist on the substrate, and an electrolytic reaction To generate a persulfate ion from a sulfate ion contained in a solution having a sulfuric acid concentration within the range of 8M to 18M and a temperature within the range of 40 ° C to 90 ° C to regenerate the persulfuric acid solution Since the apparatus and the circulation line in which the solution and the electrolysis are circulated between the cleaning apparatus and the electrolytic reaction apparatus and a common solution storage tank is interposed between the feeding side and the return side , A persulfuric acid solution for repeatedly using the sulfuric acid solution and enhancing the peeling effect can be regenerated on-site by an electrolytic reactor and used for cleaning. Since the electrolyzed cleaning solution contains a large amount of persulfuric acid having a high cleaning effect, the substrate cleaning effect is higher than that of SPM. In addition, since the material to be cleaned is cleaned one by one by a single wafer type, the cleaning effect can be enhanced.

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枚葉式洗浄システムは、洗浄槽1を含む洗浄装置と、電解反応槽20、25を含む電解反応装置と、戻り管10a、10b、送り管11a、11bを含む循環ラインを主要な構成としている。
洗浄装置では、液滴噴流形成装置として液体スプレーノズル2を備えており、該液体スプレーノズル2の先端側噴出部が洗浄槽1内に位置している。該液体スプレーノズル2には、後述する電解反応装置との間で過硫酸溶液を循環させる循環ラインの戻り管10bと、Nガスの供給管3とが接続されている。液体スプレーノズル2は、戻り管10bから供給される過硫酸溶液と、Nガスの供給管3から供給される高圧のNガスとを混合して、過硫酸溶液の液滴を下方に向けて噴出するように構成されている。なお、戻り管10bには、液体スプレーノズル2の接続部の直前に、加熱装置19が設けられており、液体スプレーノズル2に供給される過硫酸溶液を好適には100〜150℃に加熱する。
また、洗浄槽1内には、液体スプレーノズル2の噴出方向に、基板載置台4が被洗浄材保持手段として設置されている。基板載置台4には、被洗浄材である半導体基板30が載置される。該基板載置台4または液体スプレーノズル2は、基板30の表面上に液滴は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。
Below, one Embodiment of this invention is described based on FIG.
The sulfuric acid recycling type single wafer cleaning system of the present invention includes a cleaning apparatus including a cleaning tank 1, an electrolytic reaction apparatus including electrolytic reaction tanks 20 and 25, and a circulation line including return pipes 10a and 10b and feed pipes 11a and 11b. Is the main component.
In the cleaning device, a liquid spray nozzle 2 is provided as a droplet jet forming device, and a tip side ejection portion of the liquid spray nozzle 2 is located in the cleaning tank 1. Connected to the liquid spray nozzle 2 are a return pipe 10b of a circulation line for circulating a persulfuric acid solution to and from an electrolytic reaction apparatus to be described later, and an N 2 gas supply pipe 3. The liquid spray nozzle 2 mixes the persulfuric acid solution supplied from the return pipe 10b with the high-pressure N 2 gas supplied from the N 2 gas supply pipe 3, and directs the droplets of the persulfuric acid solution downward. It is configured to erupt. The return pipe 10b is provided with a heating device 19 immediately before the connection portion of the liquid spray nozzle 2, and the persulfuric acid solution supplied to the liquid spray nozzle 2 is preferably heated to 100 to 150 ° C. .
In the cleaning tank 1, a substrate mounting table 4 is installed as a cleaning material holding means in the ejection direction of the liquid spray nozzle 2. A semiconductor substrate 30 as a material to be cleaned is placed on the substrate platform 4. It is desirable that the substrate mounting table 4 or the liquid spray nozzle 2 be relatively movable so that the liquid droplets uniformly hit the surface of the substrate 30.

洗浄槽1の排水部には、循環ラインの送り管11aが接続されており、該送り管11aには過硫酸溶液を送液するための送液ポンプ12が介設されている。送液ポンプ12の下流側には、戻り管10bと送り管11aとの間で、熱交換を行う熱交換器13が配置され、その下流側で溶液貯槽14に接続されている。溶液貯槽14には、超純水を供給するための超純水供給ライン15が接続され、さらに収容されている溶液のTOCを測定するTOC測定器28が備えられている。溶液貯槽14からはさらに送り管11bが伸び、送液ポンプ17を介して、電解反応槽20の入水側に接続されている。   A feed pipe 11a of a circulation line is connected to the drainage section of the cleaning tank 1, and a feed pump 12 for feeding a persulfuric acid solution is interposed in the feed pipe 11a. A heat exchanger 13 that performs heat exchange is disposed between the return pipe 10b and the feed pipe 11a on the downstream side of the liquid feed pump 12, and is connected to the solution storage tank 14 on the downstream side. The solution storage tank 14 is connected to an ultrapure water supply line 15 for supplying ultrapure water, and further includes a TOC measuring device 28 for measuring the TOC of the stored solution. A feed pipe 11 b further extends from the solution storage tank 14 and is connected to a water inlet side of the electrolytic reaction tank 20 via a liquid feed pump 17.

上記電解反応槽20には、陽極21aおよび陰極21bが配置され、さらに陽極21aと、陰極21bとの間に所定の間隔をおいてバイポーラ電極21c…21c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21aおよび陰極21bには、直流電源22が接続されており、これにより電解反応槽20での直流電解が可能になっている。   In the electrolytic reaction tank 20, an anode 21a and a cathode 21b are arranged, and further, bipolar electrodes 21c... 21c are arranged at a predetermined interval between the anode 21a and the cathode 21b. Note that the present invention is not limited to the bipolar type, and may include only an anode and a cathode as electrodes. A DC power source 22 is connected to the anode 21a and the cathode 21b, thereby enabling DC electrolysis in the electrolytic reaction tank 20.

電解反応槽20では、上記電極間を溶液が通水するように構成されており、該電解反応槽20の出水側には連結管23が接続されて、その他端が電解反応槽25の入水側に接続されている。
電解反応槽25は、電解反応槽20と同様の構成を有しており、陽極26aおよび陰極26bが配置され、さらに陽極26aと、陰極26bとの間に所定の間隔をおいてバイポーラ電極26c…26cが配置されている。上記陽極26aおよび陰極26bには、直流電源27が接続されている。
The electrolytic reaction tank 20 is configured so that the solution passes between the electrodes. A connecting pipe 23 is connected to the water discharge side of the electrolytic reaction tank 20, and the other end is the water inlet side of the electrolytic reaction tank 25. It is connected to the.
The electrolytic reaction tank 25 has the same configuration as that of the electrolytic reaction tank 20, and an anode 26a and a cathode 26b are arranged. Further, a bipolar electrode 26c... Has a predetermined interval between the anode 26a and the cathode 26b. 26c is arranged. A DC power source 27 is connected to the anode 26a and the cathode 26b.

この実施形態では、上記電極21a、21b、21c、26a、26b、26c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。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25の出水側に戻り管10a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20、25、直流電源22、27および連結管23によって、電解反応装置が構成されている。
In this embodiment, the electrodes 21a, 21b, 21c, 26a, 26b, and 26c are constituted by diamond electrodes. The diamond electrode is manufactured by forming a diamond thin film on 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. Alternatively, a self-stand type may be used by removing the substrate after forming the thin film.
A return pipe 10 a is connected to the water discharge side of the electrolytic reaction tank 25. That is, the electrolytic reaction apparatus is constituted by the electrolytic reaction tanks 20 and 25, the DC power sources 22 and 27, and the connecting pipe 23 connected in series.

電解反応槽25に接続された戻り管10aは、前記溶液貯槽14に接続されており、さらに溶液貯槽14に接続された戻り管10bは、送液ポンプ18を介して前記した熱交換器13に接続され、さらに上記したように加熱装置19を介して前記した液体スプレーノズル2に接続されている。   The return pipe 10a connected to the electrolytic reaction tank 25 is connected to the solution storage tank 14, and the return pipe 10b connected to the solution storage tank 14 is connected to the heat exchanger 13 via the liquid feed pump 18. Further, as described above, the liquid spray nozzle 2 is connected via the heating device 19 as described above.

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。
上記溶液貯槽14内に、硫酸を収容し、これに超純水供給ライン15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17によって順次、電解反応槽20に送液する。電解反応槽20では、陽極21aおよび陰極21bに直流電源22によって通電すると、バイポーラ電極21c…21cが分極し、所定の間隔で陽極、陰極が出現する。電解反応槽20に送液される溶液は、これら電極間に通水される。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17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/m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 single wafer cleaning system configured as described above will be described.
The solution storage tank 14 contains sulfuric acid, which is mixed with ultrapure water at a predetermined volume ratio from the ultrapure water supply line 15 to obtain a sulfuric acid solution having a sulfuric acid concentration of 10 to 18M. This is sequentially fed to the electrolytic reaction tank 20 by the liquid feed pump 17. In the electrolytic reaction tank 20, when the anode 21a and the cathode 21b are energized by the DC power source 22, the bipolar electrodes 21c... 21c are polarized, and the anode and the cathode appear at predetermined intervals. The solution sent to the electrolytic reaction tank 20 is passed between these electrodes. At this time, it is desirable to set the output of the liquid feed pump 17 so that the liquid flow rate is 1 to 10,000 m / hr. In the above energization, it is desirable to energization control such that the current density at the diamond electrode surface is 10~100,000A / m 2.

電解反応槽20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23からさらに電解反応槽25に送られ、電解反応槽20と同様に直流電源27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16は、戻り管10aを通して一旦、溶液貯槽14に貯留される。溶液貯槽14に貯留された過硫酸溶液16は、戻り管10bを通して送液ポンプ18によって洗浄槽1側に送液される。送液される過硫酸溶液は、熱交換器13を通り、ここで、洗浄槽1から溶液貯槽14に向けて送液される送り管11aの溶液との間で熱交換されて昇温する。この過硫酸溶液はさらに洗浄槽1側に送液され、加熱装置19によって100〜150℃に加熱されて液体スプレーノズル2に供給される。   When the solution is energized in the electrolytic reaction tank 20, the sulfate ions in the solution undergo an oxidation reaction to produce persulfate ions, thereby obtaining a high concentration persulfate solution. This persulfuric acid solution is further sent from the connecting pipe 23 to the electrolytic reaction tank 25 and is energized by the DC power source 27 as in the electrolytic reaction tank 20 to generate persulfate ions. The persulfuric acid solution 16 having a high concentration in this way is temporarily stored in the solution storage tank 14 through the return pipe 10a. The persulfuric acid solution 16 stored in the solution storage tank 14 is fed to the cleaning tank 1 side by the liquid feed pump 18 through the return pipe 10b. The persulfuric acid solution to be fed passes through the heat exchanger 13, where the heat is exchanged with the solution in the feeding tube 11a fed from the washing tank 1 toward the solution storage tank 14, and the temperature rises. This persulfuric acid solution is further fed to the washing tank 1 side, heated to 100 to 150 ° C. by the heating device 19, and supplied to the liquid spray nozzle 2.

洗浄槽1では、液体スプレーノズル2において加熱過硫酸溶液とNガスとが混合されて、高温の過硫酸液滴が一定時間噴出される。
基板載置台4上には基板30が設置されており、基板載置台4によって基板30が回転し、前記過硫酸液滴によって基板30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。噴出された過硫酸溶液は、基板30を洗浄した後、飛散・落下して、レジスト溶解物などともに送り管11aに排出される。送り管11aでは、送液ポンプ12によって上記過硫酸溶液が溶液貯槽14側へと送液される。この際には、熱交換器13によって戻り管10b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。その後、溶液貯槽14に一時貯留される。なお、確実に温度を低下させたい場合には、溶液貯槽14を水冷、空冷するなどして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11a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がなされる。また溶液貯槽14では、上記熱交換によって溶液の温度が低下しており、自己分解が抑制されている。また、溶液貯槽14で溶液が一時貯留される際にもレジスト溶解物の分解が進行し、電解反応装置へのレジスト溶解物の流入が効果的に阻止される。
In the cleaning tank 1, the heated persulfuric acid solution and the N 2 gas are mixed in the liquid spray nozzle 2, and high-temperature persulfuric acid droplets are ejected for a certain period of time.
A substrate 30 is placed on the substrate mounting table 4. The substrate 30 is rotated by the substrate mounting table 4, the surface of the substrate 30 is cleaned by the persulfuric acid droplets, and the resist and the like are peeled off and removed. . The ejected persulfuric acid solution is scattered and dropped after the substrate 30 is washed, and the dissolved resist and the like are discharged to the feed tube 11a. In the feed pipe 11a, the persulfuric acid solution is fed to the solution storage tank 14 side by the liquid feed pump 12. At this time, the heat exchanger 13 exchanges heat with the return pipe 10b to lower the temperature of the persulfuric acid solution. Further, the temperature is gradually lowered by natural cooling, and 10 ° C to 90 ° C suitable for the electrolytic reaction. The temperature is within the range of. Thereafter, it is temporarily stored in the solution storage tank 14. In addition, when it is desired to reliably lower the temperature, a cooling means for forcibly cooling the solution storage tank 14 by water cooling or air cooling may be provided. When the liquid is fed through the feed pipe 11a, the dissolved resist material peeled and removed in the cleaning tank 1 is decomposed. Moreover, in the solution storage tank 14, the temperature of the solution has fallen by the said heat exchange, and the self-decomposition is suppressed. Further, when the solution is temporarily stored in the solution storage tank 14, the decomposition of the resist melt proceeds, and the inflow of the resist melt into the electrolytic reaction apparatus is effectively prevented.

なお、溶液貯槽14では、枚葉式洗浄装置におけるレジスト等汚染物の剥離・溶解に伴ってTOCが生成する。このTOCは、TOC測定装置28によって測定し、その測定結果の時間的変化に基づいてTOC増加速度を算出することができる。
このTOC増加速度に基づいて、電解反応槽20、25では、(過硫酸生成速度[g/l/hr])/(洗浄液槽内TOC増加速度[g/l/hr])が10〜500を満たすように、電解条件を設定しておく。該電解条件の設定は、電流密度、通液線速度、溶液温度の調整によって行うことができる。
In the solution storage tank 14, TOC is generated as the resist and other contaminants are peeled and dissolved in the single wafer cleaning apparatus. The TOC is measured by the TOC measuring device 28, and the TOC increase rate can be calculated based on the temporal change of the measurement result.
Based on this TOC increase rate, in the electrolytic reaction tanks 20 and 25, (persulfuric acid production rate [g / l / hr]) / (TOC increase rate in cleaning liquid tank [g / l / hr]) is 10 to 500. The electrolysis conditions are set so as to satisfy. The electrolysis conditions can be set by adjusting the current density, the liquid flow rate, and the solution temperature.

溶液貯槽14に収容された過硫酸溶液16は、その後、前記と同様に電解反応装置に送液され、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って、再度、溶液貯槽14に収容され、その後は、前記と同様に洗浄装置に戻されて洗浄液として使用される。
上記硫酸リサイクル型枚葉式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る。
The persulfate solution 16 accommodated in the solution storage tank 14 is then sent to the electrolytic reaction apparatus in the same manner as described above, and the persulfate ion concentration is reduced by self-decomposition to generate persulfate ions from the sulfate ions. Then, the persulfuric acid solution is regenerated and stored again in the solution storage tank 14, and then returned to the cleaning device and used as a cleaning liquid in the same manner as described above.
By cleaning semiconductor wafers using the sulfuric acid recycling type single wafer cleaning system, it is effective to regenerate the persulfuric acid solution by repeatedly using sulfuric acid solution without the need for hydrogen peroxide or ozone. Cleansing can be continued.

以下に、上記実施形態の硫酸リサイクル型枚葉式洗浄システムを用いた実施例について説明する。
溶液貯槽14に、98%濃硫酸40リットル、超純水10リットルの割合で調製した高濃度硫酸溶液(14.8M)を収容した。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20、25を2槽直列に配列させた。電解のための有効陽極面積は30dmであり、電流密度を30A/dmに設定して電解した。このとき電解反応装置では、過硫酸生成速度が3g/l/hrであることを確認した。溶液貯槽から過硫酸を含有した洗浄液は、枚葉式洗浄装置に150ml/min.で送液し、その途中で加熱装置により130℃程度まで加熱して2流体スプレーノズルに導入した。基板載置台に保持されたレジスト付きで5インチのシリコンウエハを3min./枚程度の速度で洗浄した。廃液は溶液貯槽14に回収した。この処理を3時間連続して行い、60枚の清浄なウエハを得ることができた。またこの間に新たな薬品の添加を行わず、溶液貯槽内の洗浄液のTOC濃度は検出限界以下であった。
Examples using the sulfuric acid recycling type single wafer cleaning system of the above embodiment will be described below.
A high-concentration sulfuric acid solution (14.8M) prepared at a ratio of 98 liters of concentrated sulfuric acid 40 liters and ultrapure water 10 liters was stored in the solution storage tank 14. In the electrolytic reaction apparatus, two electrolytic reaction tanks 20 and 25 each incorporating 10 boron-doped conductive diamond electrodes having a diameter of 15 cm and a thickness of 0.5 mm were arranged in series. Effective anode area for electrolysis is 30dm 2, and electrolysis by setting the current density 30A / dm 2. At this time, in the electrolytic reaction apparatus, it was confirmed that the persulfuric acid production rate was 3 g / l / hr. The cleaning solution containing persulfuric acid from the solution storage tank was supplied to a single wafer cleaning apparatus at 150 ml / min. In the middle of this, it was heated to about 130 ° C. with a heating device and introduced into a two-fluid spray nozzle. A 5-inch silicon wafer with a resist held on the substrate mounting table is placed for 3 min. / Washed at a rate of about 1 sheet. The waste liquid was collected in the solution storage tank 14. This process was performed continuously for 3 hours, and 60 clean wafers could be obtained. During this time, no new chemical was added, and the TOC concentration of the cleaning liquid in the solution storage tank was below the detection limit.

(比較例1)
実施例1の枚葉式洗浄装置を用い、該洗浄装置には、硫酸:過酸化水素水を4:1で混合し、130℃に加熱した洗浄液を供給するものとした。レジスト付きで5インチのシリコンウエハを3min./枚程度の速度で洗浄した。3時間後、60枚の清浄なウエハを得ることができたが、洗浄廃液が27L程度発生した。
(Comparative Example 1)
The single wafer cleaning apparatus of Example 1 was used, and the cleaning liquid was mixed with sulfuric acid: hydrogen peroxide solution 4: 1 and heated to 130 ° C. to the cleaning apparatus. A 5-inch silicon wafer with a resist is added for 3 min. / Washed at a rate of about 1 sheet. After 3 hours, 60 clean wafers could be obtained, but about 27 L of cleaning waste liquid was generated.

(比較例2)
実施例1と同様の装置および処理条件で電解処理を行わずに、レジスト付きで5インチのシリコンウエハを3min./枚程度の速度で洗浄した。3時間行った結果、最初の20枚までは、清浄なウエハを得ることができたが、その後のウエハは表面に有機物が付着して完全に洗浄できなかった。溶液貯槽内の洗浄液は洗浄開始から徐々に茶褐色に着色するとともにTOC濃度も上昇し、3時間後のTOC濃度は約30mg/lになった。
(Comparative Example 2)
Without electrolytic treatment using the same apparatus and processing conditions as in Example 1, a 5-inch silicon wafer with a resist was added for 3 min. / Washed at a rate of about 1 sheet. As a result of performing for 3 hours, clean wafers could be obtained up to the first 20 wafers, but the subsequent wafers could not be completely cleaned due to organic substances adhering to the surface. The cleaning liquid in the solution storage tank was gradually colored brown from the start of cleaning and the TOC concentration increased, and the TOC concentration after 3 hours became about 30 mg / l.

本発明の一実施形態の硫酸リサイクル型枚様式洗浄システムを示す図である。It is a figure which shows the sulfuric acid recycle type | mold sheet type washing system of one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 洗浄槽
2 液体スプレーノズル
3 Nガス供給管
4 基板載置台
10a 戻り管
10b 戻り管
11a 送り管
11b 送り管
12 送液ポンプ
13 熱交換器
14 溶液貯槽
16 過硫酸溶液
17 送液ポンプ
18 送液ポンプ
19 加熱装置
20 電解反応槽
21a 陽極
21b 陰極
21c バイポーラ電極
22 直流電源
23 連結管
25 電解反応槽
26a 陽極
26b 陰極
26c バイポーラ電極
27 直流電源
30 基板
Feed 1 cleaning tank 2 liquid spray nozzle 3 N 2 gas supply pipe 4 substrate mounting table 10a return pipe 10b return pipe 11a feed pipe 11b feed pipe 12 feeding pump 13 heat exchanger 14 solution storage tank 16 persulfate solution 17 liquid feed pump 18 Liquid pump 19 Heating device 20 Electrolytic reaction tank 21a Anode 21b Cathode 21c Bipolar electrode 22 DC power supply 23 Connecting pipe 25 Electrolytic reaction tank 26a Anode 26b Cathode 26c Bipolar electrode 27 DC power supply 30 Substrate

Claims (9)

100℃以上に加熱された過硫酸溶液を洗浄液として電子材料基板を洗浄して該基板上のレジストを除去する枚葉式の洗浄装置と、電解反応により、8Mから18Mの範囲内の硫酸濃度を有し、40℃から90℃の範囲内の温度とされた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洗浄および前記電解を行いつつ溶液を循環させ、送り側と戻り側とに共通の溶液貯槽が介設された循環ラインとを有することを特徴とする硫酸リサイクル型枚葉式洗浄システム。 Using a persulfuric acid solution heated to 100 ° C. or more as a cleaning liquid, a single-wafer type cleaning device that cleans the electronic material substrate and removes the resist on the substrate , and a sulfuric acid concentration in the range of 8M to 18M by electrolytic reaction. An electrolytic reaction device for generating persulfate ions from sulfate ions contained in a solution having a temperature within a range of 40 ° C. to 90 ° C. to regenerate the persulfuric acid solution, and the cleaning device and the electrolytic reaction device A sulfuric acid recycle type single wafer cleaning system comprising a circulation line in which a solution is circulated while performing the cleaning and the electrolysis between them, and a common solution storage tank is interposed between the feeding side and the return side . 前記洗浄液の温度を100〜150℃とする加熱装置を備えることを特徴とする請求項1に記載の硫酸リサイクル型枚葉式洗浄システム。 The sulfuric acid recycling type single wafer cleaning system according to claim 1, further comprising a heating device that sets the temperature of the cleaning liquid to 100 to 150 ° C. 前記電解反応装置に利用する電極の少なくとも陽極が、導電性ダイヤモンド電極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枚葉式洗浄システム。 The sulfuric acid recycle type single wafer cleaning system according to claim 1 or 2, wherein at least an anode of an electrode used in the electrolytic reaction apparatus is a conductive diamond electrode . 前記電解反応装置は、(過硫酸生成速度[g/l/hr])/(洗浄装置から電解反応装置に送液される溶液の全有機性炭素濃度(TOC)増加速度[g/l/hr])が10〜500を満たすように電解するものであ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枚葉式洗浄システム。 The electrolytic reaction apparatus has a (persulfuric acid production rate [g / l / hr]) / (total organic carbon concentration (TOC) increase rate [g / l / hr] of the solution fed from the cleaning apparatus to the electrolytic reaction apparatus. The sulfuric acid recycle type single wafer cleaning system according to any one of claims 1 to 3 , wherein electrolysis is performed so as to satisfy 10 to 500 . 前記循環ラインの送り側の溶液と戻り側の溶液との間で熱交換を行う熱交換器を有し、該熱交換器よりも電解反応装置側で前記溶液貯槽が介設されてい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枚葉式洗浄システム。 A heat exchanger that exchanges heat between the solution on the sending side and the solution on the return side of the circulation line, and that the solution storage tank is interposed on the side of the electrolytic reaction device than the heat exchanger. sulfuric acid recycle type single wafer cleaning system according to any one of claims 1 to 4, characterized. 前記枚葉式洗浄装置は、洗浄液と気体と混合させて該洗浄液の液滴の噴流を形成する液滴噴流形成装置を備え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枚葉式洗浄システム。 The sulfuric acid recycle according to any one of claims 1 to 5, wherein the single wafer cleaning device includes a droplet jet forming device that forms a jet of droplets of the cleaning liquid by mixing the cleaning liquid and gas. Mold single wafer cleaning system. 前記枚葉式洗浄装置は、前記洗浄液の液滴噴流を受ける被洗浄材を保持する基板保持手段を備え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枚葉式洗浄システム。 The sulfuric acid recycle type single wafer cleaning according to any one of claims 1 to 6, wherein the single wafer cleaning apparatus includes a substrate holding means for holding a material to be cleaned that receives a droplet jet of the cleaning liquid. system. 前記電子材料基板は、前記レジストを予め酸化して灰化する前処理工程を経ることなく前記洗浄に供されるものであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の硫酸リサイクル型枚葉式洗浄システム。 The sulfuric acid recycling according to any one of claims 1 to 7, wherein the electronic material substrate is used for the cleaning without undergoing a pretreatment step in which the resist is oxidized and incinerated in advance. Mold single wafer cleaning system. 100℃以上の過硫酸溶液を洗浄液として枚葉式により電子材料基板を洗浄して該基板上のレジストを除去するとともに、電解反応により、8Mから18Mの範囲内の硫酸濃度を有し、温度が40℃から90℃の範囲内の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、前記洗浄における溶液と前記電解反応における溶液とを、前記洗浄および前記電解を行いつつ、送り側と戻り側とで共通した貯液を介して循環させることを特徴とする硫酸リサイクル型枚葉式洗浄方法。The electronic material substrate is cleaned by a single wafer method using a persulfuric acid solution of 100 ° C. or higher as a cleaning solution to remove the resist on the substrate, and has an sulfuric acid concentration within a range of 8M to 18M by an electrolytic reaction, and the temperature is A persulfate ion is generated from a sulfate ion contained in a solution within a range of 40 ° C. to 90 ° C. to regenerate the persulfate solution, and the solution in the washing and the solution in the electrolytic reaction are subjected to the washing and the electrolysis. Meanwhile, a sulfuric acid recycle type single wafer cleaning method, wherein the feed side and the return side are circulated through a common liquid storage.
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