RU6946U1

RU6946U1 - INSTALLATION FOR CONTINUOUS LIQUID CHEMICAL REMOVAL OF POLYMER LAYERS AND OTHER CONTAMINATIONS FROM THE SURFACE OF PRODUCTS, PREVIOUSLY OF SEMICONDUCTOR PLATES

Info

Publication number: RU6946U1
Application number: RU97100669/20U
Authority: RU
Inventors: Т.И. Хаханина; Т.Б. Клюева; И.Н. Селиванова; В.А. Савельев; Г.Я. Красников; А.А. Ковалев
Original assignee: Хаханина Татьяна Ивановна
Priority date: 1997-01-21
Filing date: 1997-01-21
Publication date: 1998-06-16

Abstract

Установка для непрерывного жидкостного химического снятия слоев полимеров и других загрязнений с поверхности изделий, преимущественно полупроводниковых пластин, включающая травильную ванну, электрохимическую ячейку, подключенную к системе электропитания, напорный, накопительный и сборный баки, фильтры очистки раствора и насосы, соединенные между собой с помощью трубопроводов и запорно-регулируюей арматурой в гидравлическую систему, отличающаяся тем, что установка снабжена дополнительным расходным баком, причем расходный бак соединен трубопроводами с травильной ванной и накопительной емкостью.Installation for continuous liquid chemical removal of polymer layers and other contaminants from the surface of products, mainly semiconductor wafers, including an etching bath, an electrochemical cell connected to the power supply system, pressure, storage and collection tanks, solution purification filters and pumps interconnected via pipelines and shut-off and control valves in the hydraulic system, characterized in that the installation is equipped with an additional supply tank, and the supply tank is connected en pipelines to the pickling bath and storage capacity.

Description

УСТАНОВКА ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ЖИДКОСТНОГО ХИМИЧЕСКОГО СНЯТИЯ СЛОЕВ ПОЛИМЕРОВ И ДРУГИХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ С ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЙ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО, ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИНINSTALLATION FOR CONTINUOUS LIQUID CHEMICAL REMOVAL OF POLYMER LAYERS AND OTHER CONTAMINATIONS FROM THE SURFACE OF PRODUCTS, PREVIOUSLY, SEMICONDUCTOR PLATES

Полезная модель относится к устройству для непрерывного жидкостного химического снятия (далее, ЖХС) слоев полимеров и других загрязнений с поверхности изделий, преимущественно, полупроводниковых пластин при изготовлении интегральных схем, а также в других областях промышленности, где требуется очистка поверхности или удаление органических, полимерных покрытий с поверхности изделий (например, при производстве печатных плат, деталей и узлов радло электронных устройств и т.д.).The invention relates to a device for continuous liquid chemical removal (hereinafter, LC) of polymer layers and other contaminants from the surface of products, mainly semiconductor wafers in the manufacture of integrated circuits, as well as in other industries where surface cleaning or removal of organic, polymer coatings is required from the surface of products (for example, in the manufacture of printed circuit boards, parts and components of electronic components, etc.).

Известна установка для проведения ЖХС, которая представляет собой автоматизированную линию состоянию из отмывочных устройств и травильных ванн, промежуточных емкостей, соединенных между собой с помощью трубопроводов, запорно-регулирующей арматуры и другой аппаратуры /I/. Травильные ванны заполняют высокочистыми реактивами и проводят операции снятия слоев фоторезистов и других полимерных слоев. По окончании процессов обработки загрязненные реактивы удаляют из производственного оборудования, проводят промывку оборудования и вводят вновь чистые реактивы в необходимых количествах. Загрязненные реактивы сбрасываются в кислотно-щелочную канализацию и направляют на утилизацию отходов.A known installation for conducting HCS, which is an automated line to the state of washing devices and pickling baths, intermediate containers, interconnected by pipelines, valves and other equipment / I /. Pickling baths are filled with high-purity reagents and carry out the operations of removing layers of photoresists and other polymer layers. At the end of the processing processes, contaminated reagents are removed from the production equipment, equipment is flushed and clean reagents are introduced again in the required quantities. Contaminated reagents are discharged into the acid-base sewer and sent to waste disposal.

Недостатками этой установки являются отсутствие в её составе оборудования для регенерации реактивов, используемых для ЖХС поверхности полупроводниковых пластин. Это приводит к блольшому расходу используемых дорогостоящих реактивов, которые сбрасываются в производственную канализацию после одноразового применения, а также к нестабильности во времени окислительной способности травящих растворов. Так, в стандартных установках для проведения ЖХС типа Лада и Кубок, и др. /I/ активность и чистота растворов различны в разные периоды времени процессов снятия слоев фоторезистов. При этом более высокое качество процессов ЖХС достигается для пластин, очищаемых чистым раствором, которые имеют более высокое качество, чем пластины, очищаемые в конце, когда содержание загрязнений в растворе становится более высоким, но еще допустимым по технологиМКИ Н 01 6 21/312The disadvantages of this installation are the lack of equipment for the regeneration of reagents used for LCS surface of semiconductor wafers. This leads to a large consumption of expensive reagents used, which are discharged into the industrial sewer after a single use, as well as to the instability in time of the oxidizing ability of the etching solutions. So, in standard installations for conducting LCS such as Lada and Cup, etc. / I /, the activity and purity of solutions are different at different time periods of the processes of removing layers of photoresists. At the same time, higher quality of LC processes is achieved for plates cleaned with a clean solution, which have a higher quality than plates cleaned at the end, when the content of contaminants in the solution becomes higher, but still acceptable according to the technology N 01 6 21/312

ческому регламенту техпроцессов.Cesky regulation of technical processes.

Известна установка для переработки серной кислоты из стоков производства полупроводников /2/. Установка состоит из двух последовательных дистилляторов. В первом дистилляторе исходная смесь, состоящая из пер киси водорода и серной кислоты, обогащается серной кислотой. Во втором дистилляторе, функционирующем при пониженном давлении, серная кислота доводатся до температуры кипения, а пары серной кислоты сжижаются в конденсаторе. Для повыиюния чистоты выделяемой таким образом серной кислоты некоторое количество ее из конденсатора подается на вход системы. Это оборудование позволяет получить серную кислоту высокой степени чистоты, пригодную для повторного использования в производстве полупровод11иков.A known installation for the processing of sulfuric acid from effluents from the production of semiconductors / 2 /. The installation consists of two serial distillers. In the first distiller, the initial mixture, consisting of hydrogen peroxide and sulfuric acid, is enriched in sulfuric acid. In a second distillation apparatus operating under reduced pressure, sulfuric acid is brought to a boiling point, and sulfuric acid vapor is liquefied in a condenser. To improve the purity of sulfuric acid released in this way, a certain amount of it from the condenser is fed to the input of the system. This equipment makes it possible to obtain sulfuric acid of a high degree of purity, suitable for reuse in the manufacture of semiconductors.

Недостатками этой установки являются ее высокая материало- и энергоемкость, а также повышенная пожароопасноеть.The disadvantages of this installation are its high material and energy intensity, as well as increased fire hazard.

Известна установка для проведения ЖХС фоторезистов с 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 /3/. Технологическая линия, защищенная патентом США состоит из следующих основных узлов и аппаратов: дистилляп юнных аппаратов, конденсаторов, сепараторов, электрохимической ячейки для генерирования окислителей для проведения процессов ЖХС.A known installation for conducting LCS photoresists from the surface of semiconductor wafers using equipment for the continuous removal of the used (spent) solution from the production process, cleaning it and reintroducing it into the LCF process to maintain a constant concentration of ultrapure acid with a certain purity / 3 /. The technological line protected by the US patent consists of the following main units and apparatuses: distillation apparatuses, capacitors, separators, an electrochemical cell for generating oxidizing agents for conducting LCS processes.

Недостатками этой установки являются - необходимость использования сложного материалоемкого оборудования для очистки отработанного раствора, а также большая энергоемкость этого обрудования, связанная с необходимостью нагрева рабочего раствора в травильных ваннах до 150°С; в сепараторах - до в дистилляционных колоннах - до и выше , так как температура кипения серной кислоты составляет 338°С.The disadvantages of this installation are - the need to use sophisticated material-intensive equipment for cleaning the spent solution, as well as the high energy intensity of this equipment, associated with the need to heat the working solution in pickling baths to 150 ° C; in separators - to in distillation columns - to and above, since the boiling point of sulfuric acid is 338 ° С.

Кроме того, технологические процессы, осуществляемые в этой установке, имеют высокую пожароопасность, обусловленную высокотемпературным нагревом токсичных и агрессивных растворов серной кис лоты. Именно этот недостаток установок с дистилляционной очисткой кислоты привел к пожарам на технологических комплексах по произ водетву интегральных схем на предприятиях Западной Европы.In addition, the technological processes carried out in this installation have a high fire hazard due to the high temperature heating of toxic and aggressive solutions of sulfuric acid. It is this drawback of plants with distillation acid purification that led to fires at technological complexes producing integrated circuits at enterprises in Western Europe.

((

- 2 Наиболее близкой к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является установка, которая включает электрохимическую ячейку для активации серной кислоты, напорный, накопительный и сборные баки, рабочую ванну для проведения процессов ЖХС, а также насосы, фильтры, которые соединены между собой трубопроводами и запорно-регулирующей арматурой в замкнутую гидравлическую систему /4/.- 2 The closest to the proposed solution in terms of technical nature and the technical result achieved is the installation, which includes an electrochemical cell for activating sulfuric acid, a pressure head, storage and prefabricated tanks, a working bath for carrying out LCS processes, as well as pumps and filters that are interconnected pipelines and shut-off and control valves in a closed hydraulic system / 4 /.

Эта установка работает следующим образом: из напорного бака раствор последовательно пропускается через катодную и анодную камеры электрохимической ячейки при стандартном напряжении на электродах, подаваемом от блока питания. Электрохимически активированный раствор подается в рабочую ванну для ЖХС 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, затем вновь в напорный бак и электрохимическую ячейку на повторную очистку и активацию.This setup works as follows: from the pressure tank, the solution is sequentially passed through the cathode and anode chambers of the electrochemical cell at a standard voltage across the electrodes supplied from the power supply. An electrochemically activated solution is fed into a working bath for LCS semiconductor wafers. The plates are kept for 10 minutes in a washing solution at room temperature. Then they are washed in a bath with running water for 15 minutes and dried. The spent solution enters the collection tank, then again into the pressure tank and the electrochemical cell for re-cleaning and activation.

Эта установка позволяет значительно упростить процесс рекуперации отработанных растворов; конструктивно она выполнена проще, чем аналоги; менее материало- и энергоемка.This installation can significantly simplify the recovery of spent solutions; structurally, it is made simpler than analogues; less material and energy intensive.

Недостаток прототипа заключается в том, что эта установка неприменима для осуществления процесса ЖХС слоев фоторезиста с поверх ности полупроводниковых пластин.The disadvantage of the prototype is that this setup is not applicable for the implementation of the GHS process of photoresist layers from the surface of semiconductor wafers.

Так, экспериментально показано, что процесс снятия полимеров происходит под воздействием активных радикалов (О, О, ОН , 0 и др), которые образуются при повышенных температурах в процессах разложения окислителей в травящих растворах - электрохимически активированных растворах концентрированной серной кислоты (экспериментальное и теоретическое обоснование процессов ЖХС приведено в Приложении I). Показано,что оптимальная скорость травления и эффективность процесса ЖХС достигаются при температуре 80-100°С и при постоянной скорости протока свежеактивированного раствора, составляющей 8-10 л/ч. Кроме того, для того, чтобы осуществить реальные процессы ЖХС слоев фоторезистов с поверхности полупроводниковых пластин в известной установке, потребовалось бы введение дополнительной системы охлаждения больших объемов горячих отработанных растворов перед системой их регенерирования. Осуществить это было бы сложно и экономически невыгодно.Thus, it has been experimentally shown that the polymer removal process occurs under the influence of active radicals (O, O, OH, 0, etc.), which are formed at elevated temperatures in the decomposition of oxidizing agents in etching solutions - electrochemically activated solutions of concentrated sulfuric acid (experimental and theoretical justification GHS processes are given in Appendix I). It was shown that the optimum etching rate and the efficiency of the LCS process are achieved at a temperature of 80-100 ° C and at a constant flow rate of a freshly activated solution of 8-10 l / h. In addition, in order to implement real GHS processes of photoresist layers from the surface of semiconductor wafers in a known installation, it would be necessary to introduce an additional cooling system for large volumes of hot spent solutions before their regeneration system. To implement this would be difficult and economically disadvantageous.

-3 -3

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое предложение состоит в непрерывном выведении использованного активированного раствора серной кислоты из производственного процесса, очистки этого раствора и повторного введения его в процесс ЖХС для поддержания стабильного состава раствора в травильной ванне по окисляющим компонентам.The technical result, to which the claimed proposal is directed, consists in continuously removing the used activated sulfuric acid solution from the production process, purifying this solution and reintroducing it into the LC process to maintain a stable composition of the solution in the pickling bath according to the oxidizing components.

Этот технический результат достигается тем, что в известной установке, (включающей травильную ванну, электрохимическую ячейку, подключенную к системе электропитания, напорный, накопительный и сборный баки, фильтры и насосы, соединенные между собой с помощью трубопроводов и запорно-регулирующей арматуры в гидравлическую систему) в гидравлическую систему встроены дополнительные накопительный и расходный баки, причем расходный бак соединен трубопроводами с травильной ванной и накопительным баком. Для создания непрерывной гидравлической схемы протекания техпроцессов ЖХС фоторезистов с поверхности полупроводниковых пластин накопительный бак для для активированного раствора сообщен дополнительным трубопроводом с электрохимической ячейкой (см.фиг.1).This technical result is achieved by the fact that in a known installation (including an etching bath, an electrochemical cell connected to the power supply system, pressure, storage and prefabricated tanks, filters and pumps interconnected by pipelines and shut-off and control valves in the hydraulic system) additional storage and supply tanks are built into the hydraulic system, and the supply tank is connected by pipelines to the pickling tank and the storage tank. To create a continuous hydraulic flow diagram of technological processes of LCS photoresists from the surface of semiconductor wafers, the storage tank for the activated solution is communicated with an additional pipeline with an electrochemical cell (see figure 1).

Предложенная установка позволяет достичь технический результат - оптимизировать эффективность и скорость физико-химических процессов жидкостного химического снятия слоев полимеров с поверхности полупроводниковых пластин и очистки-активации раствора для непрерывного повторного введения в производственный процесс с целью поддержания стабильного состава окислителей активированного сверхчистого раствора и достижения 100 /S-ной рекуперации растворов с периодическим возмещением уноса кислоты с пластинами.The proposed installation allows to achieve a technical result - to optimize the efficiency and speed of physicochemical processes of liquid chemical removal of polymer layers from the surface of semiconductor wafers and cleaning-activation of the solution for continuous re-introduction into the production process in order to maintain a stable oxidant composition of the activated ultrapure solution and achieve 100 / S recovery of solutions with periodic compensation of acid entrainment with plates.

Заявляемая установка иллюстрируется следующими рисунками: На фиг.1 приведена блок-схема патентуемой установки. На фиг.2 приведен общий вид компановки установки.The inventive installation is illustrated by the following figures: Figure 1 shows a block diagram of a patented installation. Figure 2 shows a General view of the layout of the installation.

В установку ЖХС входят: рабочая травильная ванна (7), сборный бак (8), насосы (9) и (II), фильтр (10), пневмоклапаны (12),(13), (14), (15); расходный бак (5), напорный бак (I), электрохимическая ячейка (2), подкюченная к системе электропитания (3), накопительный бак (4), транспортная емкость (6).The GHS installation includes: a working etching bath (7), a collecting tank (8), pumps (9) and (II), a filter (10), pneumatic valves (12), (13), (14), (15); a supply tank (5), a pressure tank (I), an electrochemical cell (2) connected to the power supply system (3), a storage tank (4), a transport tank (6).

В рабочем режиме в установке находится следующий объем раствора:In operating mode, the installation contains the following solution volume:

- в рабочей ванне - 10 л.- in the working bath - 10 l.

Таким образом, в установке используется 90 л травящего раствора активированной серной кислоты для проведения техпроцессов ЖХС слоев фоторезистов.Thus, the installation uses 90 l of an etched solution of activated sulfuric acid for carrying out technological processes of LCS layers of photoresists.

В установке реализуется непрерывный способ ЖХС слоев фоторезистов с поверхности полупроводниковых пластин. Установка работает следующим образом.The installation implements a continuous method of LCS layers of photoresists from the surface of semiconductor wafers. Installation works as follows.

Под действием гравитационного потока моющий раствор непрерывно подается из расходлоРО бака (5) в рабочую ванну (7) с определенной скоростью протока, поддерживаемой регулятором расхода (12). Выход моющего раствора из рабочей ванны (7) обратно в сборный бак (8) осуществляется при помощи гравитационного потока через переливную стенку рабочей ванны (7), За счет этого в рабочей ванне (7) поддерживается заданный уровень раствора. Скорость протока раствора определяется скоростью разложения активных компонентов моющего раствора или оптимальной концентрацией активных радикалов для проведения процессов снятия (окисления) слоев фоторезистов. Как правило, оптимальная скорость протока составляет от 8 до 10 л/ч.Under the influence of the gravitational flow, the washing solution is continuously supplied from the flow tank (5) to the working bath (7) with a certain flow rate supported by the flow controller (12). The output of the washing solution from the working bath (7) back to the collection tank (8) is carried out by means of a gravitational flow through the overflow wall of the working bath (7), due to this, the set level of the solution is maintained in the working bath (7). The flow rate of the solution is determined by the rate of decomposition of the active components of the washing solution or the optimal concentration of active radicals for carrying out the processes of removal (oxidation) of the layers of photoresists. As a rule, the optimal flow rate is from 8 to 10 l / h.

Из сборного бака (8) раствор при помощи насоса (II) при переключении клапана (14) перекачивается в напорный бак (I) для проведения процессов регенерирования отработанного раствора пропусканием его чере анодную и катодную камеры электрохимической ячейки (2) со скоростью протока от 8 до 10 л/ч. Скорость подачи раствора в электрохимическую ячейку (2) поддерживается постоянной при помощи регулятора (13). Устанавливаются оптимальные параметры электрохимической активации. Выход активированного и очищенного раствора осу ществляется из анодщой камеры на уровне раствора в электрохимической ячейке. При этом напорный бак (I) постепенно освобождается, а накопительный - наполняется регенерированным готовым к проведению процесса ЖХС раствором.When the valve (14) is switched from the collection tank (8), the pump is switched to the pressure tank (I) by switching the valve (14) to carry out the regeneration of the spent solution by passing it through the anode and cathode chambers of the electrochemical cell (2) with a flow rate from 8 to 10 l / h The feed rate of the solution into the electrochemical cell (2) is kept constant by means of the regulator (13). The optimal parameters of electrochemical activation are established. The output of the activated and purified solution is carried out from the anode chamber at the level of the solution in the electrochemical cell. In this case, the pressure tank (I) is gradually released, and the storage tank is filled with a regenerated solution ready for the process of LCS.

Механизмы физико-химических процессов, протекающих при электро химическом регенерировании отработанного раствора ЖХС, обеспечивающие его стабильный состав по окисляющим компонентам, приведены в Приложении I.The mechanisms of physicochemical processes that occur during electrochemical regeneration of an spent GHS solution, ensuring its stable composition with respect to oxidizing components, are given in Appendix I.

Конструктивное выполнение и описание основных блоков установки приведены в Приложениях 2,3.The design and description of the main units of the installation are given in Appendices 2,3.

Компановка блоков установки в внтяткном шкафу приведена на фиг. 2.The arrangement of the installation units in the extra-closet cabinet is shown in FIG. 2.

Таким образом, приведенные данные показывают возможность и целесообразность промышленного применения предложенной установки для снятия слоев полимеров (например, фоторезистов с поверхности полупроводниковых пластин), а также других загрязнений с поверхности различных материалов и изделий.Thus, the above data show the feasibility and feasibility of industrial use of the proposed installation for removing layers of polymers (for example, photoresists from the surface of semiconductor wafers), as well as other contaminants from the surface of various materials and products.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИUSED INFORMATION SOURCES

Полтавцев Б.Г., Князев А.С. Технология обработки поверхностей вPoltavtsev B.G., Knyazev A.S. Surface treatment technology in

микроэлектронике. - К.: Техника, 1990, с.5-23.microelectronics. - K .: Technique, 1990, p. 5-23.

Патент США № 4855023 С 25 С 5/00 оцубл.1989U.S. Patent No. 4855023 C 25 C 5/00 occl. 1989

Способ химической обработки полупроводниковых пластин.The method of chemical processing of semiconductor wafers.

Патент США № 4828660 С 25 В 1/28 оцубл.1989U.S. Patent No. 4,828,660 C 25 V to 1/28 of the Occupation. 1989

Способ и устройство для непрерывной химической обработки вMethod and device for continuous chemical treatment in

производственном процессе сверхчистых жидкостей Патент России № 2024993 Н 01 Л 21/312 опубл. 1994 Способ очистки изделий, преимущественно, полупроводниковыхthe production process of ultrapure liquids. Russian Patent No. 2024993 H 01 L 21/312 publ. 1994 Method for cleaning products, mainly semiconductor

пластин,plates

Claims

Installation for continuous liquid chemical removal of polymer layers and other contaminants from the surface of products, mainly semiconductor wafers, including an etching bath, an electrochemical cell connected to the power supply system, pressure, storage and collection tanks, solution purification filters and pumps interconnected by pipelines and shut-off and control valves in the hydraulic system, characterized in that the installation is equipped with an additional supply tank, and the supply tank is connected en pipelines to the pickling bath and storage capacity.