RU6469U1 - Установка для непрерывной химической очистки поверхности изделий, преимущественно, полупроводниковых пластин - Google Patents

Abstract

Установка для непрерывной жидкостной химической очистки поверхности изделий, преимущественно полупроводниковых пластин, включающая рабочую ванну, электрохимическую ячейку, подключенную к системе электропитания, напорный, накопительный и сборный баки, фильтры и насосы, соединенные между собой с помощью трубопроводов и запорнорегулирующей арматуры в гидравлическую систему, отличающаяся тем, что гидравлическая система циркуляции раствора выполнена в виде двух сообщающихся между собой контуров: контура очистки пластин и контура активации - очистки раствора; накопительный бак для активированного раствора в напорный бак, а сборный бак сообщен дополнительным трубопроводом с линией передачи раствора в рабочую ванну.

Description

УСТАНОВКА ДЛЯ НЕБРЕРЫВНОЙ ЖИДКОСТНОЙ ХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ

ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЙ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО, полупроводаиковых

ПЛАСТИН

Полезная модель относится к устройству для жидкостной химической очистки изделий и может быть использованос в полупроводниковом машиностроении при изготовлении оборудования для жидкостной химической очистки (далее, ЖХО) поверхности полупроводниковых пластин при изготовлении интегральных схем, а также в других областях промышленности, где необходимо обеспечение высокой степени чистоты поверхности деталей, например, при производстве печатных плат, магнитных дисков или лент, лазерных дисков, деталей и узлов радиоэлектронных устройств, электровакуумных приборов и т.д.

Известна установка для проведения процессов ЖХО, которая пред ставляет собой автоматизированную линию, состоящую из отмывочных устройств и травильных ванн, промежуточных емкостей, соединенных между собой с помощью трубопроводов, запорно-реГУлирующеи арматуры, фильтров, насосов и другой аппаратуры /I/. Травильные ванны заполняют высокочистыми реактивами и проводят обработку полупроводниковых пластин. После достижения в реактивах определенной степени загрязнения, их удаляют из производственного оборудования, проводят промывку оборудования и вводят чистые реактивы в необходимых количествах. Загрязненные реактивы сбрасывают в кислотно-щелочную канализацию и направляют на утилизацию отходов.

Недостатками этой установки являются - отсутствие в ее составе оборудования для регенерирования реактивов, используемых для отмывки полупроводниковых пластин. Это приводит к большому расходу исполь зуемых дорогостоящих реактивов, которые сбрасываются в производст венную канализацию после одноразового применения, а также к неста бильности во времени окислительной способности моющих растворов. Так, при проведении процессов ЖХО в стандартных установках типа: Лада, Кубок и др. /I/, активность и чистота растворов различны в разные периоды времени обработки пластин. При этом более высокое качество отмывки достигается для пластин, очищаемых в начальный период ЖХО, т.е. очищаемых чистым раствором, которые имеют более высокое качество, чем пластины, очищаемые в конце процесса, когда содержание загрязнений в растворе становится более высоким.

МКИ Н 01 i 21/312

Известна установка для переработки серной кислоты из стоков производства полупроводников /2/. Установка состоит из двух последовательных дистилляторов. В первом дистилляторе исходная смесь, состоящая из перекиси водорода и серной кислоты обогащается серной кислотой. Во втором дистилляторе, функционирующем при пониженном давлении, серная кислота доводится до температуры кипения, а пары серной кислоты сжижаются в конденсаторе. Для повышения чистоты выделяемой таким образом серной кислоты некоторое количество её из конденсатора подается на вход системы. Это оборудование позволяет получить серную кислоту высокой чистоты, пригодную для повторного использования в производстве полупроводников.

Недостатками этой установки являются её высокая материало- и энергоемкость, а также повышенная пожароопасность.

Известна установка для проведения процессов ЖХО поверхности полупроводниковых пластин с использованием аппаратуры для непрерывного выведения использованного (отработанного) раствора из производственного процесса, очистки его и повторного введения в процесс ЖХО для поддержания постоянной концентрации сверхчистой кислоты с определенной чистотой и компонентным составом /3/. Технологическая линия, защищенная этим патентом, состоит из следующих основных узлов и аппаратуры: дистилляционных аппаратов, конденсаторов, сепараторов, электрохимической ячейки для генерирования окислителей для процесса ЖХО.

Недостатками этой установки являются необходимость использования сложного материалоемкого оборудования для очистки отработанного раствора, а также ее большая энергоемкость, связанная с необходимостью нагрева рабочего раствора в травильных ваннах до 150°С; в сепараторах - до и в длстилляционных колоннах - до 300°С и выше, так как температура кипения серной кислоты составляет 338°С.

Кроме того, технологические процессы, осуществляемые в этой установке, имеют высокую пожароопасность, обусловленную высокотемпературным нагревом токсичных и агрессивных растворов серной кислоты. Именно этот недостаток установок с дистилляционной очисткой кислоты привел к нескольким пожарам на технологических комплексах по производству интегральных схем на предприятиях Западной Европы.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является установка, которая включает электрохимическую ячейку для активации водного раствора серной кислоты, напорный, сборный и накопительные баки, рабочую ванну для проведения техпроцессов ЖХО, а также насосы, фильтры.

- 2 которые между собой трубопроводами и запорно-регулирующеи арматурой в замкнутую гидравлическую систему /4/. Эта установка работает следующим образом: из напорного бака раствор процускается последовательно через катодную и анодную камеры электрохимической ячейки при стандартном напряжении на электродах, подаваемом от блока питания. Электрохимически активированный раствор подается в рабочую ванну для проведения процесса ЖХО полупроводниковых пластин. Пластины выдерживаются 10 мин в моющем растворе при комнатной температуре. Затем промываются в ванне с проточной водой в течение 15 мин и сушатся. Отработанный раствор поступает в сборный бак, а затем вновь в электрохимическую ячейку на повторную очистку и активацию.

Эта установка позволяет упростить процесс рекуперации отработанных растворов, она значительно проще аналогов, менее энергоемкам и позволяет осуществлять процесс ЖХО поверхности полупроводниковых пластин при комнатной температуре.

Недостатком прототипа является сложность согласования производительности процессов очистки полупроводниковых пластин в рабочей ванне и активации-очистки в электрохимической ячейке.

Так, экспериментально показано, что скорость и производительность операций ЖХО пластин в рабочей ванне должны определяться следующими параметрами:

-время выдержки (очистки) пластин в рабочей ванне - 10 мин;

-кратность обмена раствора за период очистки - раза;

-объем раствора в рабочей ванне - 10 л;

-средняя скорость протока раствора через рабочую ванну - 150-f 180 л/ч.

При этом оптимальные скорость и производительность активации раствора и его очистки, протекающих в электрохимической ячейке обеспечиваются при скорости протока раствора через электрохимическую ячейку от 5 до 15 л/ч.

Таким образом, для того, чтобы осуществить реальные техпроцессы ЖХО поверхности пластин в известной установке, потребовалось бы не менее 10 параллельно работающих электрохимических ячеек для одной рабочей ванны. Осуществить это было бы сложно и экономически невыгодно. Кроме того, в известной установке при проведении загрузки рабочих партий полупроводниковых пластин, для замены моющего раствора, необходимо прерывать весь цикл рекуперации, что ухудшает эксплуатационные характеристики технологических комплексов.

физико-химических и гидравлических процессов, протекающих в рабочей ванне и электрохикгаческой ячейке.

Этот технический результат достигается тем что в известной установке (включающей напорный, накопительный и сборный баки, электрохимическую ячейку, источник стабилизированного напряжения, рабочую емкость для обработки полупроводниковых пластин, насосы, фильтры, запорно-регулирующую арматуру и трубопроводы) гидравлическая система установки выполнена в виде двух сообщающихся между собой контуров: контура очистки пластин и контура активации-очистки раствора. Для создания двухконтурной гидравлической схемы установки накопи тельный бак для активированного раствора присоединен дополнительным трубопроводом к линии передачи раствора в напорный бак, а сборный бак соединен дополнительным трубопроводом с линией передачи раствора в рабочую емкость (см, иг.1).

Предложенная установка позволяет достичь технический результат - оптимизировать скорости физико-химических процессов очистки по верхности полупроводниковых пластин и очистки-активации раствора для повторного введения его в производственный процесс с целью поддержания постоянной концентрации активированного сверхчистого раствора и осуществления 100 рекуперации растворов цутем периодического возмещения уноса кислоты с пластинами.

Пояснения механизмов физико-химических, электрохимических процессов, протекающих в первом и во втором контурах установки, приведены в Приложении I.

Заявляемая установка иллюстрируется следующими рисунками: На фиг,1 приведена блок-схема патентуемой установки. На фиг,2 приведен общий вид компановки установки. Установка сформирована двумя гидравлическими контурами (см, фиг. I), В контур ЖХО входят: рабочая ванна (II), сборный бак (15), насос (13), фильтры (12 ), пневмоклапаны (14), В конкретном примере исполнения в этом контуре находится 36 л активированного моющего раствора заданной концентрации и с заданными параметрами по составу окисляющих компонентов.

Другая технологическая часть раствора находится во втором технологическом контуре - контуре активации-очистки,в который входят: напорный бак (I), электрохимическая ячейка (2), накопительный бак (4), транспортная емкость (10), насос (7), фильтр (5), пневмоклапаны (б) и (8), При осуществлении процессов очистки-активации во втором гидравлическом контуре находится следующий объем раствора:

-в напорном (I) и накопительном (4) баках - 36 л;

-в электрохиьшческой ячейке - 8 л раствора.

Таким образом, в установке используется 80 л моющего раствора активированной серной кислоты.

В установке реализуется непрерывный способ ЖХО поверхности полупроводниковых пластин. Установка работает след1ующим образом. При помощи насоса (13) моющий раствор непрерывно подается из сборного бака (15) через фильтр (12) в рабочую ванну (II). Выход моющего раствора из рабочей ванны (II) обратно в сборный бак (15) осуществляется при помощи гравитационного слива через переливную стенку (17) рабочей ванны (II). За счет этого в рабочей ванне (II) поддерживается заданный уровень раствора. Скорость протока в контуре определяется двух- четырехкратной сменой моющего раствора в рабочей ванне (II) на одну партию загруткаемых пластин. Партия состоит из 25 пластин в кассете и обрабатывается моющим раствором в рабочей ванне (II) за 10 мин. Объем моющего раствора, поддерживаемый в рабочей ванне при помощи переливной стенки (17), равен 10 л. Поэтому скорость циркуляции протока моющего раствора составляет 120-240 л/ч.

В течение суток - периода наибольшей стабилизации циркулирующего моющего раствора - его объем (36 литров) пропускается через контур 70-140 раз (в среднем 100 раз). При этом обрабатывается в среднем ЗбОО пластин диаметром 100 или 150 мм в одной или параллельно, в двух рабочих ваннах. Появляющиеся в моющем растворе микрочастицы удаляются при прохождении его через фильтр (12) перед входом в рабочую ванну (II).

Через сутки непрерывной циркуляции в контуре моющий раствор считается отработанным и направляется из сборного бака (15) в освободившийся за это время напорный бак (I) для повторной активации и очистки в первом контуре. Перекачка отработанного моющего раствора из контура ЖХО в контур активации-очистки раствора осуществляется в следующем порядке.

После выключения насоса(13)осуществляется слив всего раствора из аппаратов и трубопроводов контура ЖХО в сборный бак (15). Оттуда раствор перекачивается насосом (7) при переключении соответствующих клапанов (б) и (8) в напорный бак (I).

Данный режим работы контура в целом обеспечивается благодаря тому, что, как было показано в Приложении I, окислительные и десорбирующие свойства раствора остаются стабильными в течение всего заданного периода времени его циркуляции. А это, свою очередь, обеспечивается процессами электрохимической активации и очистки, повторной активации и очистки поочередно в каждом из двух технологических контуров циркуляции раствора в установке.

В технологическом контуре очистки осуществляются процессы очистки и активации пропусканием выделенной части раствора через катодную и анодаую камеры электрохимической ячейки (2). Выделенная в напорном баке (I) часть раствора направляется в электрохимическую ячейку (2) со скоростью протока 5-8 л/ч. Скорость подачи раствора в электрохимическую ячейку (2) поддерживается постоянной при помощи регулятора расхода (16). Устанавливаются оптимальные параметры электрохимической активации с помощью контрольно-измерительных приборов на источнике стабилизированного напряжения (3). Выход активированного и очищенного раствора осуществляется из анодной камеры на уровне раствора в электрохимической ячейке (2). При этом напорный бак (I) постепенно освобождается, а накопительный (4) наполняется регенерированным моющим раствором.

Конструктивное выполнение и описание блоков установки приведено в Приложениях 2,3.

Приложение I. Экспериментальное и теоретическое обоснование гтроцессов рекуперации, протекающих в первом гидравлическом контуре установки. Экспериментальное и теоретическое обоснование процессов ЖХО второго гидравлического контура.

Приложение 2. Источник стабилизированного напряжения.

Приложение 3. Автоматизированный блок управления.

Компановка блоков установки в вытяжном шкафу приведена на фиг.2

Таким образом, приведенные данные показывают возможность и целесообразность промышленного применения предложенной установки для очистки поверхности изделий.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1.Полтавцев Б.Г., Князев А.С. Технология обработки поверхностей в микроэлектронике. - К.: Техника, 1990, с.5-23.

2.Патент США № 4855023 С 25 Р 5/00 опубл. 1989 Способ химической очистки полупроводниковых пластин 4.

пластин производственном процессе сверхг истых жидкостей. Патент России № 2024993 Н 01 /, 21/312 опубл. 1994 Способ очистки изделий, преимущественно, полупроводниковых

Claims (1)

1. Установка для непрерывной жидкостной химической очистки поверхности изделий, преимущественно полупроводниковых пластин, включающая рабочую ванну, электрохимическую ячейку, подключенную к системе электропитания, напорный, накопительный и сборный баки, фильтры и насосы, соединенные между собой с помощью трубопроводов и запорнорегулирующей арматуры в гидравлическую систему, отличающаяся тем, что гидравлическая система циркуляции раствора выполнена в виде двух сообщающихся между собой контуров: контура очистки пластин и контура активации - очистки раствора; накопительный бак для активированного раствора в напорный бак, а сборный бак сообщен дополнительным трубопроводом с линией передачи раствора в рабочую ванну.