WO2022034712A1 - pH・酸化還元電位調整水製造装置 - Google Patents
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Abstract
pH・酸化還元電位調整水製造装置1は、超純水Wの供給ライン2に白金族金属担持樹脂カラム3を設け、超純水供給ライン2はその後第一の調整水製造ライン4と第二の調整水製造ライン5とに分岐している。第一の調整水製造ライン4には、pH調整剤タンク41が連通しているとともに酸化還元電位調整剤タンク42が連通していて、その後段には第一の貯留槽43が設けられている。第二の調整水製造ライン5には、pH調整剤タンク51が連通しているとともに酸化還元電位調整剤タンク52が連通していて、その後段には、第二の貯留槽53が設けられている。このようなpH・酸化還元電位調整水の製造装置であれば、コバルト等の遷移金属を配線金属として使用する半導体の配線製造工程で、配線金属を所定量だけ溶解可能である。
Description
本発明は電子産業分野等で使用されるpH・酸化還元電位調整水の製造装置に関し、特にコバルト等の遷移金属を配線金属として使用する半導体の配線製造工程で、配線金属を所定量だけ溶解可能なpH・酸化還元電位調整水の製造装置に関する。
近年の半導体の微細化に伴い、配線幅も縮小が進んでいる。従来の半導体製造プロセスにおける配線製造工程では、製造装置に起因する配線の位置ずれが発生していたが、配線幅が広かったため配線の位置ずれによる影響は無視できるものであり、歩留まりにも影響しなかった。しかしながら、配線幅の微細化が進んだことで、この配線の位置ずれが、例え極僅かであって歩留まりに影響するため、無視できなくなってきた。配線の微細化は今後も続く上、配線の位置ずれは製造装置に起因するため、配線の位置ずれそのものの発生を防止することは困難である。
そこで、配線の位置ずれによる半導体の性能の劣化を防止する方法として、配線層の極微小エッチング技術の開発が進められている。この極微小エッチング技術とは、予め配線層を極微小に溶解しておくことで、配線間に存在する層間絶縁膜を堤防のように利用し、万一配線の位置ずれが発生した場合でも配線同士が接触しないような構造とすることで、短絡を防止する技術であり、微細化が進む限り必要とされる技術である。
この半導体製造プロセスにおいては、銅やコバルトのような遷移金属からなる配線を採用することがあるが、この配線の極微小エッチングにはウェット処理が適用されており、例えば、APM(アンモニア水と過酸化水素水との混合溶液)と炭酸水の2液で交互に処理し、金属表面の酸化と溶解を繰り返し徐々に配線金属を除去するデジタルエッチ(digital etch)と呼ばれる手法などが一般に用いられている。
しかしながら、従来のデジタルエッチのような極微小エッチング技術では、配線幅の違いにより金属の溶解量(=深さ、以下メタルロス(metal loss)と呼ぶ)が異なり(以下パターンローディング(pattern loading)と呼ぶ)、極微小エッチングができたとしても半導体の性能に悪影響を及ぼす、という問題がある。また、極微小エッチング後の配線金属の表面の表面粗さが増加することで半導体の電気特性が悪化する、という問題もある。具体的には、極希薄APM(例えば、アンモニア濃度:10ppm、過酸化水素濃度:100ppm)と炭酸水を用いたデジタルエッチにおいて、メタルロス10nmを達成するのに約20分の処理時間を要し、かつパターンローディングが発生する。
このため、遷移金属(例えばコバルト)からなる配線製造工程において、配線幅の大きさの違いによらずメタルロスが一定であり、短い処理時間でメタルロス10nmを実現可能な極微小エッチング液が望まれていた。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、コバルト等の遷移金属を配線金属として使用する半導体の配線製造工程で、配線金属を所定量だけ溶解可能なpH・酸化還元電位調整水の製造装置を提供することを目的とする。
上記目的に鑑み、本発明は超純水にpH調整剤と酸化還元電位調整剤とを添加して所望とするpH及び酸化還元電位の洗浄水を製造するpH・酸化還元電位調整水の製造装置であって、超純水供給ラインに過酸化水素除去機構と、この過酸化水素除去機構の後段で2以上に分岐した分岐流路と、この分岐流路にそれぞれ設けられたpH調整剤を添加するpH調整機構及び酸化還元電位調整剤を添加する酸化還元電位調整機構と、前記pH調整機構及び酸化還元電位調整機構の後段に設けられたpH・酸化還元電位調整水の水質を計測する調整水質監視機構と、前記調整水質監視機構の計測結果に基づき前記pH調整機構からのpH調整剤の添加量と前記酸化還元電位調整機構からの酸化還元電位調整剤の添加量とを調整する添加量制御機構と、前記分岐流路にそれぞれ設けられたpH・酸化還元電位調整水を貯留する貯留槽とを備え、前記2以上の分岐流路から2種以上のpH・酸化還元電位調整水を供給可能となっている、pH・酸化還元電位調整水製造装置を提供する(発明1)。
かかる発明(発明1)によれば、超純水供給ラインから超純水を過酸化水素除去機構に通水することにより、超純水中に微量含まれる過酸化水素を除去し、この過酸化水素を除去した超純水を2以上に分岐した分岐流路にそれぞれ供給し、それぞれの分岐流路ごとに所望とするpH及び酸化還元電位となるようにpH調整剤及び酸化還元電位調整剤を添加して2種以上のpH・酸化還元電位調整水を調製した後、調整水質監視機構の計測結果に基づいて、pH及び酸化還元電位が所望とするものとなるように添加量制御機構によりpH調整剤及び酸化還元電位調整剤の添加量を制御することで、原水中の溶存過酸化水素の影響を排除して、異なるpH及び酸化還元電位の2種以上のpH・酸化還元電位調整水を製造することができる。これにより、pHや酸化還元電位の異なる2種以上のpH・酸化還元電位調整水で洗浄を行うことができるので、コバルト等の遷移金属を配線金属として使用する半導体の配線製造工程で配線金属を所定量だけ溶解することが可能となる。
上記発明(発明1)においては、前記2種以上のpH・酸化還元電位調整水のうち少なくとも1種はpH9以上13以下で、かつ酸化還元電位が0V以上1.7V以下であることが好ましい(発明2)。
かかる発明(発明2)によれば、このpH・酸化還元電位調整水は、コバルトなどの遷移金属が不導体化しやすく、これにより溶解しづらくなるので、コバルトの溶解速度を低く抑制することができる。
上記発明(発明1,2)においては、前記pH調整剤が、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、TMAH、塩酸、フッ酸、クエン酸、ギ酸、炭酸ガスの1種又は2種以上であり、前記酸化還元電位調整剤が過酸化水素、オゾンガス、酸素ガスの1種又は2種以上であることが好ましい(発明3)。
かかる発明(発明3)によれば、これらのpH調整剤及び酸化還元電位調整剤を適宜選択するとともにその添加量を適宜調整することで、種々のpH・酸化還元電位調整水を製造することができるので、半導体の配線金属や線幅に応じて、pH・酸化還元電位調整水の種々の組み合わせで処理を行うことができる。
上記発明(発明1~3)においては、前記pH調整剤又は酸化還元電位調整剤が液体であり、ポンプあるいは密閉タンクと不活性ガスを用いる加圧手段により超純水供給ラインへ薬注することが好ましい(発明4)。また、上記発明(発明1~3)においては、前記pH調整剤又は酸化還元電位調整剤が気体であり、気体透過性膜モジュールあるいはエゼクタによる直接気液接触装置を用いたガス溶解により添加することが好ましい(発明5)。
かかる発明(発明4,5)によれば、pH調整剤および酸化還元電位調整剤の添加量を容易かつ微細に制御することができる。
上記発明(発明1~5)においては、前記pH・酸化還元電位調整水の貯留槽が不活性ガスの供給機構を有することが好ましい(発明6)。
かかる発明(発明6)によれば、得られたpH・酸化還元電位調整を貯留している間に、酸素や炭酸ガスが溶解することを防止することができるので、溶存酸素濃度の上昇を防止し、またpHなどの変動も抑制することができる。
上記発明(発明1~6)においては、前記pH・酸化還元電位調整水が、一部もしくは全面に遷移金属が露出する半導体材料の表面の洗浄用であることが好ましい(発明7)。
かかる発明(発明7)によれば、コバルトなどの遷移金属の種類に応じて、該遷移金属の溶解を抑制可能なpH及び酸化還元電位の調製水と、pH又は酸化還元電位によりコバルトなどの遷移金属の溶解を微調整可能な異なるpH及び酸化還元電位の調製水とで交互に洗浄することで、配線幅の違いによらず一定のメタルロスとして、短い処理時間でメタルロス10nmの極微小エッチング処理が可能となる。
本発明のpH・酸化還元電位調整水の製造装置によれば、異なるpH及び酸化還元電位の2種以上のpH・酸化還元電位調整水を製造することができるので、これら異なるpH・酸化還元電位調整水を組み合わせることにより、該遷移金属の溶解を抑制可能なpH及び酸化還元電位の洗浄水と、pH又は酸化還元電位によりコバルトなどの遷移金属の溶解を微調整可能な異なるpH及び酸化還元電位の洗浄水とで交互に洗浄することが可能となり、コバルト等の遷移金属を配線金属として使用する半導体の配線製造工程で配線金属を所定量だけ溶解することが可能となる。これにより、配線幅の大きさの違いによらず一定のメタルロスとして、短い処理時間で、例えばメタルロス10nmなどのの極微小エッチングが可能となる。
以下、本発明のpH・酸化還元電位調整水の製造装置について、各実施形態に基づき添付図面を参照にして詳細に説明する。
〔第一の実施形態〕
<pH・酸化還元電位調整水の製造装置>
図1は、本発明の第一の実施形態によるpH・酸化還元電位調整水製造装置を示しており、図1においてpH・酸化還元電位調整水製造装置1は、超純水Wの供給ライン2に過酸化水素除去機構たる白金族金属担持樹脂カラム3を設け、超純水供給ライン2はこの白金族金属担持樹脂カラム3の後段で第一の調整水製造ライン4と、第二の調整水製造ライン5とに分岐している。
<pH・酸化還元電位調整水の製造装置>
図1は、本発明の第一の実施形態によるpH・酸化還元電位調整水製造装置を示しており、図1においてpH・酸化還元電位調整水製造装置1は、超純水Wの供給ライン2に過酸化水素除去機構たる白金族金属担持樹脂カラム3を設け、超純水供給ライン2はこの白金族金属担持樹脂カラム3の後段で第一の調整水製造ライン4と、第二の調整水製造ライン5とに分岐している。
この第一の調整水製造ライン4には、pH調整剤タンク41に連通した給液機構41Bを備えたpH調整剤注入ライン41Aと、酸化還元電位調整剤タンク42に連通した給液機構42Bを備えた酸化還元電位調整剤注入ライン42Aとが合流している。この酸化還元電位調整剤注入ライン42Aの後段には、第一のpH・酸化還元電位調整水を貯留する第一の貯留槽43が設けられていて、この第一の貯留槽43は、本実施形態においては不活性ガスIGでパージされる。そして、第一の調整水製造ライン4はこの第一の貯留槽43からユースポイントUPに延在している。なお、44はユースポイントUPに向かう第一の調整水製造ライン4の開閉弁である。
また、第二の調整水製造ライン5には、pH調整剤タンク51に連通した給液機構51Bを備えたpH調整剤注入ライン51Aと、酸化還元電位調整剤タンク52に連通した給液機構52Bを備えた酸化還元電位調整剤注入ライン52Aとが合流している。この酸化還元電位調整剤注入ライン52Aの後段には、第二のpH・酸化還元電位調整水を貯留する第二の貯留槽53が設けられていて、この第二の貯留槽53は、本実施形態においては不活性ガスIGでパージされる。そして、第二の調整水製造ライン5はこの第二の貯留槽53からユースポイントUPに延在している。なお、54はユースポイントUPに向かう第二の調整水製造ライン5の開閉弁であり、55は、第一の調整水製造ライン4と第二の調整水製造ライン5とを連結するバイパスラインであり、56はバイパスラインの開閉弁である。
そして、本実施形態においては、第一の調整水製造ライン4のpH調整剤注入ライン41A及び酸化還元電位調整剤注入ライン42Aの下流側、例えば貯留槽43と、第二の調整水製造ライン5のpH調整剤注入ライン51A及び酸化還元電位調整剤注入ライン52Aの下流側、例えば貯留槽53には、図示しないpH計測手段としてのpH計と酸化還元電位計測手段としてのORP計などの調整水質監視機構が設けられていて、これらpH計やORP計は、パーソナルコンピュータなどの制御装置に接続している。そして、この制御装置は、これらpH計及びORP計の計測値に基づいてpH調整剤注入量、酸化還元電位調整剤注入量を制御可能となっている。
<超純水>
本実施形態において、原水となる超純水Wとは、例えば、抵抗率:18.1MΩ・cm以上、微粒子:粒径50nm以上で1000個/L以下、生菌:1個/L以下、TOC(Total Organic Carbon):1μg/L以下、全シリコン:0.1μg/L以下、金属類:1ng/L以下、イオン類:10ng/L以下、過酸化水素;30μg/L以下、水温:25±2℃のものが好適である。
本実施形態において、原水となる超純水Wとは、例えば、抵抗率:18.1MΩ・cm以上、微粒子:粒径50nm以上で1000個/L以下、生菌:1個/L以下、TOC(Total Organic Carbon):1μg/L以下、全シリコン:0.1μg/L以下、金属類:1ng/L以下、イオン類:10ng/L以下、過酸化水素;30μg/L以下、水温:25±2℃のものが好適である。
<過酸化水素除去機構>
本実施形態においては、過酸化水素除去機構として白金族金属担持樹脂カラム3を使用する。
本実施形態においては、過酸化水素除去機構として白金族金属担持樹脂カラム3を使用する。
(白金族金属)
本実施形態において、白金族金属担持樹脂カラム3に用いる白金族金属担持樹脂に担持する白金族金属としては、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム及び白金を挙げることができる。こられの白金族金属は、1種を単独で用いることができ、2種以上を組み合わせて用いることもでき、2種以上の合金として用いることもでき、あるいは、天然に産出される混合物の精製品を単体に分離することなく用いることもできる。これらの中で白金、パラジウム、白金/パラジウム合金の単独又はこれらの2種以上の混合物は、触媒活性が強いので好適に用いることができる。また、これらの金属のナノオーダーの微粒子も特に好適に用いることができる。
本実施形態において、白金族金属担持樹脂カラム3に用いる白金族金属担持樹脂に担持する白金族金属としては、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム及び白金を挙げることができる。こられの白金族金属は、1種を単独で用いることができ、2種以上を組み合わせて用いることもでき、2種以上の合金として用いることもでき、あるいは、天然に産出される混合物の精製品を単体に分離することなく用いることもできる。これらの中で白金、パラジウム、白金/パラジウム合金の単独又はこれらの2種以上の混合物は、触媒活性が強いので好適に用いることができる。また、これらの金属のナノオーダーの微粒子も特に好適に用いることができる。
(担体樹脂)
白金族金属担持樹脂カラム3において、白金族金属を担持させる担体樹脂としては、イオン交換樹脂を用いることができる。これらの中で、アニオン交換樹脂を特に好適に用いることができる。白金系金属は、負に帯電しているので、アニオン交換樹脂に安定に担持されて剥離しにくいものとなる。アニオン交換樹脂の交換基は、OH形であることが好ましい。OH形アニオン交換樹脂は、樹脂表面がアルカリ性となり、過酸化水素の分解を促進する。
白金族金属担持樹脂カラム3において、白金族金属を担持させる担体樹脂としては、イオン交換樹脂を用いることができる。これらの中で、アニオン交換樹脂を特に好適に用いることができる。白金系金属は、負に帯電しているので、アニオン交換樹脂に安定に担持されて剥離しにくいものとなる。アニオン交換樹脂の交換基は、OH形であることが好ましい。OH形アニオン交換樹脂は、樹脂表面がアルカリ性となり、過酸化水素の分解を促進する。
<pH調整剤注入装置>
本実施形態において、pH調整剤注入装置としては、特に制限はなく、一般的な薬注装置を用いることができる。pH調整剤が液体の場合には、ダイヤフラムポンプなどのポンプを用いることができ、pH調整剤タンク41,51内は、不活性ガスを用いてパージしたり、脱気膜を用いてタンク内のpH調整剤液中の溶存酸素を除去する機構を設けたりすることが望ましい。また、密閉容器にpH調整剤または酸化還元電位調整剤をN2ガスなどの不活性ガスとともに入れておき、不活性ガスの圧力によりこれらの剤を押し出す加圧式ポンプも好適に用いることができる。また、pH調整剤が気体の場合には、気体透過膜モジュールやエゼクタ等の直接的な気液接触装置を用いることができる。
本実施形態において、pH調整剤注入装置としては、特に制限はなく、一般的な薬注装置を用いることができる。pH調整剤が液体の場合には、ダイヤフラムポンプなどのポンプを用いることができ、pH調整剤タンク41,51内は、不活性ガスを用いてパージしたり、脱気膜を用いてタンク内のpH調整剤液中の溶存酸素を除去する機構を設けたりすることが望ましい。また、密閉容器にpH調整剤または酸化還元電位調整剤をN2ガスなどの不活性ガスとともに入れておき、不活性ガスの圧力によりこれらの剤を押し出す加圧式ポンプも好適に用いることができる。また、pH調整剤が気体の場合には、気体透過膜モジュールやエゼクタ等の直接的な気液接触装置を用いることができる。
<pH調整剤>
本実施形態において、pH調整剤タンク41,51から注入するpH調整剤としては特に制限はなく、pH7未満に調整する場合には、クエン酸、ギ酸、塩酸などの液体やCO2などの気体を用いることができるが、本実施形態においては液体を用いる。また、pH7以上に調整する場合には、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム又はTMAH等を用いることができる。pH・酸化還元電位調整水を銅やコバルトなどの遷移金属が露出しているウェハの洗浄水として用いる場合には、アルカリ性とするのが好ましいが、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属溶液は、金属成分を含有するため適当でない。したがって、本実施形態においては、アンモニアやクエン酸などを用いることが最も好ましい。
本実施形態において、pH調整剤タンク41,51から注入するpH調整剤としては特に制限はなく、pH7未満に調整する場合には、クエン酸、ギ酸、塩酸などの液体やCO2などの気体を用いることができるが、本実施形態においては液体を用いる。また、pH7以上に調整する場合には、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム又はTMAH等を用いることができる。pH・酸化還元電位調整水を銅やコバルトなどの遷移金属が露出しているウェハの洗浄水として用いる場合には、アルカリ性とするのが好ましいが、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属溶液は、金属成分を含有するため適当でない。したがって、本実施形態においては、アンモニアやクエン酸などを用いることが最も好ましい。
<酸化還元電位調整剤注入装置>
本実施形態において、酸化還元電位調整剤注入装置としては特に制限はなく、一般的な薬注装置を用いることができる。酸化還元電位調整剤が液体の場合には、ダイヤフラムポンプなどのポンプを用いることができ、pH調整剤のタンク42,52内は、不活性ガスを用いてパージしたり、脱気膜を用いてタンク内のpH調整剤液中の溶存酸素を除去する機構を設けたりすることが望ましい。また、密閉容器に酸化還元電位調整剤をN2ガスなどの不活性ガスとともに入れておき、不活性ガスの圧力によりこれらの剤を押し出す加圧式ポンプも好適に用いることができる。また、酸化還元電位調整剤が気体の場合には、気体透過膜モジュールやエゼクタ等の直接的な気液接触装置を用いることができる。
本実施形態において、酸化還元電位調整剤注入装置としては特に制限はなく、一般的な薬注装置を用いることができる。酸化還元電位調整剤が液体の場合には、ダイヤフラムポンプなどのポンプを用いることができ、pH調整剤のタンク42,52内は、不活性ガスを用いてパージしたり、脱気膜を用いてタンク内のpH調整剤液中の溶存酸素を除去する機構を設けたりすることが望ましい。また、密閉容器に酸化還元電位調整剤をN2ガスなどの不活性ガスとともに入れておき、不活性ガスの圧力によりこれらの剤を押し出す加圧式ポンプも好適に用いることができる。また、酸化還元電位調整剤が気体の場合には、気体透過膜モジュールやエゼクタ等の直接的な気液接触装置を用いることができる。
<酸化還元電位調整剤>
本実施形態において、酸化還元電位調整剤タンク42,52から注入する酸化還元電位調整剤としては特に制限はないが、酸化還元電位を正側に調整するには、過酸化水素水などの液体やオゾンガス、酸素ガスなどのガス体を用いることができる。また、酸化還元電位を負側に調整するにはシュウ酸などの液体や水素などのガス体を用いることができる。ただし、本実施形態においては液体を用いる。例えば、コバルトなどの遷移金属が露出しているウェハの洗浄水として用いる場合には、これらの材料の溶出を抑制するために酸化還元電位は正に調整するのが好ましいことから、過酸化水素水を用いることが最も好ましい。
本実施形態において、酸化還元電位調整剤タンク42,52から注入する酸化還元電位調整剤としては特に制限はないが、酸化還元電位を正側に調整するには、過酸化水素水などの液体やオゾンガス、酸素ガスなどのガス体を用いることができる。また、酸化還元電位を負側に調整するにはシュウ酸などの液体や水素などのガス体を用いることができる。ただし、本実施形態においては液体を用いる。例えば、コバルトなどの遷移金属が露出しているウェハの洗浄水として用いる場合には、これらの材料の溶出を抑制するために酸化還元電位は正に調整するのが好ましいことから、過酸化水素水を用いることが最も好ましい。
<pH・酸化還元電位調整水の製造方法>
前述したような構成を有する本実施形態のpH・酸化還元電位調整水の製造装置1を用いたpH・酸化還元電位調整水の製造方法について以下説明する。
前述したような構成を有する本実施形態のpH・酸化還元電位調整水の製造装置1を用いたpH・酸化還元電位調整水の製造方法について以下説明する。
(第一のpH・酸化還元電位調整水の製造方法)
原水としての超純水W中には、一般的に数十ppbレベルの過酸化水素が含まれているため、洗浄液の酸化還元電位を精度良くコントロールするためには、超純水W中の過酸化水素を予め除去しておく必要がある。そこで、まず供給ライン2から超純水Wを白金族金属担持樹脂カラム3に供給する。この白金族金属担持樹脂カラム3では白金族金属の触媒作用により、超純水W中の過酸化水素を分解除去する、すなわち過酸化水素除去機構として機能する。その後、この超純水Wは第一の調整水製造ライン4と第二の調整水製造ライン5とに分岐する。
原水としての超純水W中には、一般的に数十ppbレベルの過酸化水素が含まれているため、洗浄液の酸化還元電位を精度良くコントロールするためには、超純水W中の過酸化水素を予め除去しておく必要がある。そこで、まず供給ライン2から超純水Wを白金族金属担持樹脂カラム3に供給する。この白金族金属担持樹脂カラム3では白金族金属の触媒作用により、超純水W中の過酸化水素を分解除去する、すなわち過酸化水素除去機構として機能する。その後、この超純水Wは第一の調整水製造ライン4と第二の調整水製造ライン5とに分岐する。
そして、第一の調整水製造ライン4では、pH調整剤タンク41からpH調整剤を注入する。このpH調整剤の添加は、所望とするpHと第一の調整水製造ライン4の流量とpH調整剤の濃度とに応じて適宜設定すればよく、例えば、遷移金属の微細線を有する半導体の洗浄に際しアルカリ性とする場合には、洗浄液のpHが9~13の範囲となる量を添加すればよい。また、酸性とする場合には洗浄液のpHが0~3.5の範囲となる量を添加すればよい。
次に酸化還元電位調整剤タンク42から酸化還元電位調整剤を注入する。この酸化還元電位調整剤の添加は、所望とする酸化還元電位と第一の調整水製造ライン4の流量と酸化還元電位調整剤の濃度とに応じて適宜設定すればよく、例えば、遷移金属の微細線を有する半導体の洗浄には、洗浄液の酸化還元電位が0~1.7Vの範囲となる量を添加すればよい。
このようにして、第一のpH・酸化還元電位調整水W1を製造したら、第一の貯留槽43に貯留するが、この第一の貯留槽43は不活性ガスでパージされているので、得られた第一のpH・酸化還元電位調整水W1を貯留している間に、第一のpH・酸化還元電位調整水W1に酸素や炭酸ガスが溶解して、pHや酸化還元電位が変動することを防止することができる。このとき、図示しないpH計及びORP計の計測結果に基づいて、制御装置でpH調整剤タンク41からのpH調整剤の添加量と、酸化還元電位調整剤タンク42からの酸化還元電位調整剤の添加量を制御することで、所望とするpH及び酸化還元電位の第一のpH・酸化還元電位調整水W1を安定して供給することができる。
(第二のpH・酸化還元電位調整水の製造方法)
一方、第二の調整水製造ライン5に分岐した超純水は、第一のpH・酸化還元電位調整水W1の場合と同様にpH調整剤タンク51からpH調整剤を注入し、さらに酸化還元電位調整剤タンク52からから酸化還元電位調整剤を注入することにより、第二のpH・酸化還元電位調整水W2を製造することができる。このとき、図示しないpH計及びORP計の計測結果に基づいて、制御装置でpH調整剤タンク51からのpH調整剤の添加量と、酸化還元電位調整剤タンク52からの酸化還元電位調整剤の添加量を制御することで、所望とするpH及び酸化還元電位の第二のpH・酸化還元電位調整水W2を安定して供給することができる。
一方、第二の調整水製造ライン5に分岐した超純水は、第一のpH・酸化還元電位調整水W1の場合と同様にpH調整剤タンク51からpH調整剤を注入し、さらに酸化還元電位調整剤タンク52からから酸化還元電位調整剤を注入することにより、第二のpH・酸化還元電位調整水W2を製造することができる。このとき、図示しないpH計及びORP計の計測結果に基づいて、制御装置でpH調整剤タンク51からのpH調整剤の添加量と、酸化還元電位調整剤タンク52からの酸化還元電位調整剤の添加量を制御することで、所望とするpH及び酸化還元電位の第二のpH・酸化還元電位調整水W2を安定して供給することができる。
そして、このようにして製造した第一のpH・酸化還元電位調整水W1及び第二のpH・酸化還元電位調整水W2は、ユースポイントUPに送液されるが、本実施形態においては、両者は異なる水質とする。なお、第二の調整水製造ライン5では、pH調整剤タンク51又は酸化還元電位調整剤タンク52のいずれか一方からの添加を省略してもよい。また、必要に応じてバイパスライン5を開成することで、両者を混合して用いることもできる。
(pH・酸化還元電位調整水の供給例)
以下、上述したような第一のpH・酸化還元電位調整水W1及び第二のpH・酸化還元電位調整水W2の製造方法を、遷移金属であるコバルトからなる配線の極微小エッチング処理を行う場合を例に説明する。
以下、上述したような第一のpH・酸化還元電位調整水W1及び第二のpH・酸化還元電位調整水W2の製造方法を、遷移金属であるコバルトからなる配線の極微小エッチング処理を行う場合を例に説明する。
遷移金属(コバルト)からなる配線の極微小エッチングにおいてデジタルエッチと呼ばれる手法が用いられている。これは金属表面の酸化と酸化膜の溶解とを繰り返し、金属を段階的に溶解していく手法である。デジタルエッチで遷移金属としてのコバルトを極微小エッチングする場合、第一工程ではコバルトを溶解せずにコバルト表面に酸化膜を形成し、第二工程ではコバルトは溶解せずに第一工程で形成した金属酸化膜のみを溶解する必要がある。
ある[電位-pH]条件下の水溶液中で金属がどのような状態の化学種が最も安定かを示したプールベ図によると、遷移金属としてのコバルトはアルカリ条件下、特にpHが9~13の領域では不働態化し溶解しづらくなり、特にpH9~13のアルカリ溶液中に過酸化水素を10~100ppm程度添加することでコバルト溶解速度が最小になる。しかしながら、過酸化水素濃度が1000ppm以上になると、コバルトの溶解速度は過酸化水素を添加しない場合の約30倍になることが知られている。そのため、デジタルエッチの第一工程でコバルト溶解を防ぎつつ表面を酸化させるには、APM(アンモニア水と過酸化水素水との混合溶液)のpHおよび酸化還元電位をより厳密にコントロールする必要がある。
一方、プールベ図によれば、酸性条件下では水溶液のpHおよび酸化還元電位の違いによって溶解・不動態化といった挙動が異なる。所定時間内で所定量だけコバルトを極微小エッチングするためには、第二工程でのコバルト酸化膜除去速度を加速させる必要があり、そのためには処理液のpHを5未満にする必要がある。
これらに鑑みパターンローディングの発生を抑制しつつ所定時間内に所定量だけコバルトを極微小エッチングするには、最も遷移金属(コバルト)溶解が起こりにくいpHおよび酸化還元電位になるようpHが9~13の範囲で酸化還元電位が0~1.7V(過酸化水素を10~100ppm程度)となるようにアンモニア水と過酸化水素水との混合溶液からなる第一のpH・酸化還元電位調整水W1を調整し、第一の調整水製造ライン4からユースポイントUPに供給して第一工程の洗浄を行う。これによりコバルトを溶解せずにコバルト表面に酸化膜を形成する。このとき第二の調整水製造ライン5の開閉弁54は閉鎖しておく。
次に所定時間内で所定量だけコバルトを極微小エッチングするためには、コバルト酸化膜除去速度を加速させるために、処理液のpHが5未満となるようにクエン酸やギ酸などを添加して第二のpH・酸化還元電位調整水W2を調整する。そして、第一の調整水製造ライン4の開閉弁44を閉鎖して第一のpH・酸化還元電位調整水W1の供給を停止し、第二の調整水製造ライン5の開閉弁54を開成して第二の調整水製造ライン5からユースポイントUPに第二のpH・酸化還元電位調整水W2を供給して第二1工程の洗浄を行う。これにより所定量だけコバルトを極微小にエッチングする。
このようにして、コバルトからなる配線を有する半導体の該配線の極微小エッチングを効率良く短時間で行うことができる。
〔第二の実施形態〕
<pH・酸化還元電位調整水の製造装置>
図2は、本発明の第二の実施形態によるpH・酸化還元電位調整水製造装置を示しており、前述した第一の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
<pH・酸化還元電位調整水の製造装置>
図2は、本発明の第二の実施形態によるpH・酸化還元電位調整水製造装置を示しており、前述した第一の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図2において、pH・酸化還元電位調整水製造装置1は、第一の調整水製造ライン4のpH調整剤タンク41の後段に真空ポンプ47Aを有する第一の脱気膜装置47を備え、酸化還元電位調整機構としての酸化還元電位調整剤タンク42、酸化還元電位調整剤注入ライン42A及び給液機構42Bの代わりに、本実施形態においては酸化還元電位調整剤としてのオゾンを溶解する第一のガス溶解膜装置48を有する。また、第二の調整水製造ライン5のpH調整剤タンク51の後段に真空ポンプ57Aを有する第二の脱気膜装置57を備え、酸化還元電位調整機構としての酸化還元電位調整剤タンク52、酸化還元電位調整剤注入ライン52A及び給液機構52Bの代わりに、オゾンを溶解する第二のガス溶解膜装置58を有する。
<pH・酸化還元電位調整水の製造方法>
前述したような構成を有する本実施形態のpH・酸化還元電位調整水の製造装置を用いたpH・酸化還元電位調整水の製造方法について以下説明する。
前述したような構成を有する本実施形態のpH・酸化還元電位調整水の製造装置を用いたpH・酸化還元電位調整水の製造方法について以下説明する。
(第一のpH・酸化還元電位調整水の製造方法)
原水としての超純水W中には、一般的に数十ppbレベルの過酸化水素が含まれているため、洗浄液の酸化還元電位を精度良くコントロールするためには、超純水W中の過酸化水素を予め除去しておく必要がある。そこで、まず供給ライン2から超純水Wを白金族金属担持樹脂カラム3に供給する。この白金族金属担持樹脂カラム3では白金族金属の触媒作用により、超純水W中の過酸化水素を分解除去する、すなわち過酸化水素除去機構として機能する。その後、この超純水Wは第一の調整水製造ライン4と第二の調整水製造ライン5とに分岐する。
原水としての超純水W中には、一般的に数十ppbレベルの過酸化水素が含まれているため、洗浄液の酸化還元電位を精度良くコントロールするためには、超純水W中の過酸化水素を予め除去しておく必要がある。そこで、まず供給ライン2から超純水Wを白金族金属担持樹脂カラム3に供給する。この白金族金属担持樹脂カラム3では白金族金属の触媒作用により、超純水W中の過酸化水素を分解除去する、すなわち過酸化水素除去機構として機能する。その後、この超純水Wは第一の調整水製造ライン4と第二の調整水製造ライン5とに分岐する。
そして、第一の調整水製造ライン4でpH調整剤タンク41からpH調整剤を注入する。このpH調整剤の添加は、所望とするpHと第一の調整水製造ライン4の流量とpH調整剤の濃度とに応じて適宜設定すればよく、例えば、遷移金属の微細線を有する半導体の洗浄には、アルカリ性とする場合には洗浄液のpHが9~13の範囲となる量を添加すればよい。また、酸性とする場合には洗浄液のpHが0~3.5の範囲となる量を添加すればよい。
次にこのpH調整後の超純水Wを第一の脱気膜装置47で脱気する。これにより超純水Wの溶存酸素などの溶存ガスを除去する。続いて第一のガス溶解膜装置48においてオゾンガスを溶解する。この際、pH調整後の超純水Wを脱気しているので、オゾンガスを効率よく溶解することができる。これにより超純水Wの酸化還元電位をプラスに調整することができる。
このようにして第一のpH・酸化還元電位調整水W1を製造したら、第一の貯留槽43に貯留するが、この第一の貯留槽43は不活性ガスでパージされているので、得られたpH・酸化還元電位調整を貯留している間に、第一のpH・酸化還元電位調整水W1に酸素や炭酸ガスが溶解して、pHや酸化還元電位が変動することを防止することができる。
(第二のpH・酸化還元電位調整水の製造方法)
一方、第二の調整水製造ライン5に分岐された超純水は、第一のpH・酸化還元電位調整水W1の場合と同様に、pH調整剤タンク51からpH調整剤を注入し、さらに第二の脱気膜装置57で脱気し、続いて第二のガス溶解膜装置58においてオゾンガスを溶解することにより、第二のpH・酸化還元電位調整水W2を製造することができる。
一方、第二の調整水製造ライン5に分岐された超純水は、第一のpH・酸化還元電位調整水W1の場合と同様に、pH調整剤タンク51からpH調整剤を注入し、さらに第二の脱気膜装置57で脱気し、続いて第二のガス溶解膜装置58においてオゾンガスを溶解することにより、第二のpH・酸化還元電位調整水W2を製造することができる。
〔第三の実施形態〕
<pH・酸化還元電位調整水の製造装置>
図3は、本発明の第三の実施形態によるpH・酸化還元電位調整水製造装置を示しており、前述した第一の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
<pH・酸化還元電位調整水の製造装置>
図3は、本発明の第三の実施形態によるpH・酸化還元電位調整水製造装置を示しており、前述した第一の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図3において、pH・酸化還元電位調整水製造装置1は、第一の実施形態の給液機構41B,42Bの代わりに、不活性ガスであるN2ガスを、ガス供給管61を経由してpH調整剤タンク41及び酸化還元電位調整剤タンク42にそれぞれ供給することにより、pH調整剤及び酸化還元電位調整剤を押し出すとともに、第一の貯留槽43にもパージガスとしてのN2ガスを供給する構成を有する。また、同様に給液機構51B,52Bの代わりに、不活性ガスであるN2ガスを、ガス供給管62を経由してpH調整剤タンク51及び酸化還元電位調整剤タンク52に供給することにより、pH調整剤及び酸化還元電位調整剤を押し出すとともに、第二の貯留槽53にもN2ガスを供給する構成を有する。
<pH・酸化還元電位調整水の製造方法>
前述したような構成を有する本実施形態のpH・酸化還元電位調整水の製造装置を用いたpH・酸化還元電位調整水の製造装置によっても、第一の実施形態と同様に第一のpH・酸化還元電位調整水W1及び第二のpH・酸化還元電位調整水W2を製造することができる。特に、本実施形態は、pH調整剤及び酸化還元電位調整剤を各タンクからN2ガスにより押し出す構成であるので、pH調整剤及び酸化還元電位調整剤の供給量の微小な制御が可能となっている。
前述したような構成を有する本実施形態のpH・酸化還元電位調整水の製造装置を用いたpH・酸化還元電位調整水の製造装置によっても、第一の実施形態と同様に第一のpH・酸化還元電位調整水W1及び第二のpH・酸化還元電位調整水W2を製造することができる。特に、本実施形態は、pH調整剤及び酸化還元電位調整剤を各タンクからN2ガスにより押し出す構成であるので、pH調整剤及び酸化還元電位調整剤の供給量の微小な制御が可能となっている。
〔第四の実施形態〕
<pH・酸化還元電位調整水の製造装置>
図4は、本発明の第四の実施形態によるpH・酸化還元電位調整水製造装置を示しており、前述した第一の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
<pH・酸化還元電位調整水の製造装置>
図4は、本発明の第四の実施形態によるpH・酸化還元電位調整水製造装置を示しており、前述した第一の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図4において、pH・酸化還元電位調整水製造装置1は、第一の調整水製造ライン4に真空ポンプ47Aを有する第一の脱気膜装置47を備え、pH調整機構としてのpH調整剤タンク41、pH調整剤注入ライン41A及び給液機構41Bの代わりに、本実施形態においてはpH調整剤としてのCO2を溶解する第一のガス溶解膜装置71を有する。また、第二の調整水製造ライン5に真空ポンプ57Aを有する第二の脱気膜装置57を備え、pH調整機構としてのpH調整剤タンク51、pH調整剤注入ライン52A及び給液機構52Bの代わりに、pH調整剤としてのCO2を溶解する第二のガス溶解膜装置72を有する。
<pH・酸化還元電位調整水の製造方法>
前述したような構成を有する本実施形態のpH・酸化還元電位調整水の製造装置を用いたpH・酸化還元電位調整水の製造方法について以下説明する。
前述したような構成を有する本実施形態のpH・酸化還元電位調整水の製造装置を用いたpH・酸化還元電位調整水の製造方法について以下説明する。
(第一のpH・酸化還元電位調整水の製造方法)
原水としての超純水W中には、一般的に数十ppbレベルの過酸化水素が含まれているため、洗浄液の酸化還元電位を精度良くコントロールするためには、超純水W中の過酸化水素を予め除去しておく必要がある。そこで、まず供給ライン2から超純水Wを白金族金属担持樹脂カラム3に供給する。この白金族金属担持樹脂カラム3では白金族金属の触媒作用により、超純水W中の過酸化水素を分解除去する、すなわち過酸化水素除去機構として機能する。その後、この超純水Wは第一の調整水製造ライン4と第二の調整水製造ライン5とに分岐する。
原水としての超純水W中には、一般的に数十ppbレベルの過酸化水素が含まれているため、洗浄液の酸化還元電位を精度良くコントロールするためには、超純水W中の過酸化水素を予め除去しておく必要がある。そこで、まず供給ライン2から超純水Wを白金族金属担持樹脂カラム3に供給する。この白金族金属担持樹脂カラム3では白金族金属の触媒作用により、超純水W中の過酸化水素を分解除去する、すなわち過酸化水素除去機構として機能する。その後、この超純水Wは第一の調整水製造ライン4と第二の調整水製造ライン5とに分岐する。
そして、第一の調整水製造ライン4で超純水Wを第一の脱気膜装置47で脱気する。これにより超純水Wの溶存酸素などの溶存ガスを除去する。続いて第一のガス溶解膜装置71においてCO2ガスを溶解する。この際、超純水Wを脱気しているので、CO2ガスを効率よく溶解することができる。これにより超純水Wを酸性に調整することができる。
次に酸化還元電位調整剤タンク42からから酸化還元電位調整剤を注入する。この酸化還元電位調整剤の添加は、所望とする酸化還元電位と第一の調整水製造ライン4の流量と酸化還元電位調整剤の濃度とに応じて適宜設定すればよく、例えば、遷移金属の微細線を有する半導体の洗浄には、洗浄液の酸化還元電位が0~1.7Vの範囲となる量を添加すればよい。
このようにして、第一のpH・酸化還元電位調整水W1を製造したら、第一の貯留槽43に貯留するが、この第一の貯留槽43は不活性ガスでパージされているので、得られたpH・酸化還元電位調整を貯留している間に、第一のpH・酸化還元電位調整水W1に酸素や炭酸ガスが溶解して、pHや酸化還元電位が変動することを防止することができる。
(第二のpH・酸化還元電位調整水の製造方法)
一方、第二の調整水製造ライン5に分岐された超純水は、第一のpH・酸化還元電位調整水W1の場合と同様に、第二の脱気膜装置57で脱気し、次に第二のガス溶解膜装置72においてCO2ガスを溶解し、続いて酸化還元電位調整剤タンク52からから酸化還元電位調整剤を注入することにより、第二のpH・酸化還元電位調整水W2を製造することができる。
一方、第二の調整水製造ライン5に分岐された超純水は、第一のpH・酸化還元電位調整水W1の場合と同様に、第二の脱気膜装置57で脱気し、次に第二のガス溶解膜装置72においてCO2ガスを溶解し、続いて酸化還元電位調整剤タンク52からから酸化還元電位調整剤を注入することにより、第二のpH・酸化還元電位調整水W2を製造することができる。
以上、本発明のpH・酸化還元電位調整水の製造装置について添付図面を参照して説明してきたが、本発明は前記実施形態に限らず種々の変更実施が可能である。例えば、第三の実施形態においてはオゾンガスの代わりに水素ガスを溶解することで、酸化還元電位をマイナスの方向に調整してもよい。また、図1~図4に示す装置の第一の調整水製造ライン4と第二の調整水製造ライン5との構成とをそれぞれ任意に組み合わせて装置を構成してもよい。さらに調整された第一のpH・酸化還元電位調整水W1及び第二のpH・酸化還元電位調整水W2の溶存酸素を除去する機構をさらに設けてもよい。
以下の具体的な実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
[実施例1、2]
(処理液1の調製)
図1に示す装置をベースとして、第二の調整水製造ライン5には図4に示すように真空ポンプ57Aを有する第二の脱気膜装置57とCO2ガスを溶解する第二のガス溶解膜装置72を設けてpH・酸化還元電位調整水の製造装置を構成した。
(処理液1の調製)
図1に示す装置をベースとして、第二の調整水製造ライン5には図4に示すように真空ポンプ57Aを有する第二の脱気膜装置57とCO2ガスを溶解する第二のガス溶解膜装置72を設けてpH・酸化還元電位調整水の製造装置を構成した。
この装置を用い、第一の調整水製造ライン4において、超純水WにpH調整剤タンク41からアンモニアを、酸化還元電位調整剤タンク42から過酸化水素水をそれぞれ添加し、第一のpH・酸化還元電位調整水W1として、極希薄APM(アンモニア濃度:10ppm(pH約10)、過酸化水素濃度:100ppm(酸化還元電位0.05V))を製造した。また、第二の調整水製造ライン5において、第二のガス溶解膜装置72からCO2ガスを溶解して第二のpH・酸化還元電位調整水W2として、炭酸水(炭酸ガス濃度:20ppm(pH約5.5))を製造した。これら調整水W1及びW2をもって処理液1とした。
(デジタルエッチ処理試験)
CVD/ECD Coパターンウェハ(配線幅:50~500nm、300mmΦ)を30mm×30mmにカットしたものを試験片とし、この試験片を第一のpH・酸化還元電位調整水W1に1分、第二のpH・酸化還元電位調整水W2に1分浸漬するサイクルを5回(実施例1)及び10回(実施例2)繰り返した。その後のCoパターンウェハの配線部分をXSEMで観察し、コバルトのメタルロスを測定した。結果を図5に示す。
CVD/ECD Coパターンウェハ(配線幅:50~500nm、300mmΦ)を30mm×30mmにカットしたものを試験片とし、この試験片を第一のpH・酸化還元電位調整水W1に1分、第二のpH・酸化還元電位調整水W2に1分浸漬するサイクルを5回(実施例1)及び10回(実施例2)繰り返した。その後のCoパターンウェハの配線部分をXSEMで観察し、コバルトのメタルロスを測定した。結果を図5に示す。
[実施例3]
(処理液2の調製)
図1に示す装置を用い、第一の調整水製造ライン4において、超純水WにpH調整剤タンク41からアンモニアを、酸化還元電位調整剤タンク42から過酸化水素水をそれぞれ添加し、第一のpH・酸化還元電位調整水W1として、極希薄APM(アンモニア濃度:10ppm(pH約10)、過酸化水素濃度:100ppm(酸化還元電位0.05V))を製造した。また、第二の調整水製造ライン5において、pH調整剤タンク41からクエン酸を添加して第二のpH・酸化還元電位調整水W2として、クエン酸溶解水(クエン酸濃度:5mM(pH2.8))を製造した。これら調整水W1及びW2をもって処理液2とした。
(処理液2の調製)
図1に示す装置を用い、第一の調整水製造ライン4において、超純水WにpH調整剤タンク41からアンモニアを、酸化還元電位調整剤タンク42から過酸化水素水をそれぞれ添加し、第一のpH・酸化還元電位調整水W1として、極希薄APM(アンモニア濃度:10ppm(pH約10)、過酸化水素濃度:100ppm(酸化還元電位0.05V))を製造した。また、第二の調整水製造ライン5において、pH調整剤タンク41からクエン酸を添加して第二のpH・酸化還元電位調整水W2として、クエン酸溶解水(クエン酸濃度:5mM(pH2.8))を製造した。これら調整水W1及びW2をもって処理液2とした。
(デジタルエッチ処理試験)
この処理液2を用いて、実施例1と同様に試験片を第一のpH・酸化還元電位調整水W1に1分、第二のpH・酸化還元電位調整水W2に1分浸漬するサイクルを5回(実施例3)繰り返した。その後のCoパターンウェハの配線部分をXSEMで観察し、コバルトのメタルロスを測定した。結果を図5にあわせて示す。
この処理液2を用いて、実施例1と同様に試験片を第一のpH・酸化還元電位調整水W1に1分、第二のpH・酸化還元電位調整水W2に1分浸漬するサイクルを5回(実施例3)繰り返した。その後のCoパターンウェハの配線部分をXSEMで観察し、コバルトのメタルロスを測定した。結果を図5にあわせて示す。
図5から明らかなように、第二のpH・酸化還元電位調整水W2を従来の炭酸水とした処理液1を用いた実施例1,2は、第一のpH・酸化還元電位調整水W1及び第二のpH・酸化還元電位調整水W2での処理時間がそれぞれ1分であるので、実施例1でトータル処理時間は10分でメタルロスは約12nm/10分であり、実施例2でトータル処理時間は20分でメタルロスは約25nm/20分であった。これら実施例1及び2では、極微小エッチングで一般的に必要とされるコバルトのメタルロス10nm/5分の達成は困難であることがわかる。また、配線幅の大きさの違いによってコバルトのメタルロスが異なっており、パターンローディングが発生していることがわかる。
これに対し、第二のpH・酸化還元電位調整水W2を従来技術の炭酸水から5mMクエン酸溶解水とした実施例3では、デジタルエッチ処理を5回繰返した場合のコバルトのメタルロスは、平均で約25nm/10分であり、繰返し回数を2回に変更することでコバルトのメタルロス10nm/5分が達成可能であると推測できる。さらに配線幅の大きさの違いによるコバルトのメタルロスにほとんど差異がなく、パターンローディングが発生しないことがわかる。
[実施例4~6]
(処理液3の調製)
図1に示す装置を用い、第一の調整水製造ライン4において、超純水WにpH調整剤タンク41からアンモニアを、酸化還元電位調整剤タンク42から過酸化水素水をそれぞれ添加し、第一のpH・酸化還元電位調整水W1として、極希薄APM(アンモニア濃度:10ppm、過酸化水素濃度:100ppm)を製造した。また、第二の調整水製造ライン5において、pH調整剤タンク41からクエン酸をそれぞれ所定量添加して第二のpH・酸化還元電位調整水W2として、クエン酸溶解水(クエン酸濃度 0.0005mM:実姉例4、0.05mM:実施例5、5mM(pH2.8):実施例6)を製造した。これら調整水W1及びW2をもって処理液3とした。
(処理液3の調製)
図1に示す装置を用い、第一の調整水製造ライン4において、超純水WにpH調整剤タンク41からアンモニアを、酸化還元電位調整剤タンク42から過酸化水素水をそれぞれ添加し、第一のpH・酸化還元電位調整水W1として、極希薄APM(アンモニア濃度:10ppm、過酸化水素濃度:100ppm)を製造した。また、第二の調整水製造ライン5において、pH調整剤タンク41からクエン酸をそれぞれ所定量添加して第二のpH・酸化還元電位調整水W2として、クエン酸溶解水(クエン酸濃度 0.0005mM:実姉例4、0.05mM:実施例5、5mM(pH2.8):実施例6)を製造した。これら調整水W1及びW2をもって処理液3とした。
(デジタルエッチ処理試験)
この処理液3を用いて、実施例1と同様に試験片を第一のpH・酸化還元電位調整水W1に1分、第二のpH・酸化還元電位調整水W2に1分浸漬するサイクルを5回繰り返した後のCoパターンウェハの配線部分をXSEMで観察し、コバルトのメタルロスを測定した。結果を図6に示す。
この処理液3を用いて、実施例1と同様に試験片を第一のpH・酸化還元電位調整水W1に1分、第二のpH・酸化還元電位調整水W2に1分浸漬するサイクルを5回繰り返した後のCoパターンウェハの配線部分をXSEMで観察し、コバルトのメタルロスを測定した。結果を図6に示す。
図6から明らかなように、第二のpH・酸化還元電位調整水W2をクエン酸濃度の相違によるコバルトのメタルロスを検証したところ、実施例4でメタルロスは平均で9nm/10分であり、実施例5でメタルロスは平均で10nm/10分であり、実施例6でメタルロスは平均で25nm/10分であった。そして、実施例4及び実施例5ではコバルトのメタルロスは線幅の相違によって異なっていたが、実施例6ではコバルトのメタルロスは線幅の同意により変化はほとんどなかった。これらのことから、パターンローディングを起こさずに、極微小エッチングで一般的に必要とされるコバルトのメタルロス10nm/5分を達成するには、クエン酸濃度が5mM以上のクエン酸溶解水が有効であると推測できる。
[実施例7~9]
(処理液4の調製)
図1に示す装置を用い、第一の調整水製造ライン4において、超純水WにpH調整剤タンク41からアンモニアを、酸化還元電位調整剤タンク42から過酸化水素水をそれぞれ添加し、第一のpH・酸化還元電位調整水W1として、極希薄APM(アンモニア濃度:10ppm、過酸化水素濃度:100ppm)を製造した。また、第二の調整水製造ライン5において、pH調整剤タンク41からクエン酸をそれぞれ所定量添加して第二のpH・酸化還元電位調整水W2として、クエン酸溶解水(クエン酸濃度5mM(pH2.8): 実施例7)を製造した。これら調整水W1及びW2をもって処理液4とした。
(処理液4の調製)
図1に示す装置を用い、第一の調整水製造ライン4において、超純水WにpH調整剤タンク41からアンモニアを、酸化還元電位調整剤タンク42から過酸化水素水をそれぞれ添加し、第一のpH・酸化還元電位調整水W1として、極希薄APM(アンモニア濃度:10ppm、過酸化水素濃度:100ppm)を製造した。また、第二の調整水製造ライン5において、pH調整剤タンク41からクエン酸をそれぞれ所定量添加して第二のpH・酸化還元電位調整水W2として、クエン酸溶解水(クエン酸濃度5mM(pH2.8): 実施例7)を製造した。これら調整水W1及びW2をもって処理液4とした。
(処理液5の調製)
処理液4において、第一のpH・酸化還元電位調整水W1は同じものとして、第二の調整水製造ライン5において、pH調整剤タンク41からギ酸を添加して第二のpH・酸化還元電位調整水W2として、ギ酸溶解水(ギ酸濃度0.05mM(pH4.4): 実施例8)を製造した。これら調整水W1及びW2をもって処理液5とした。
処理液4において、第一のpH・酸化還元電位調整水W1は同じものとして、第二の調整水製造ライン5において、pH調整剤タンク41からギ酸を添加して第二のpH・酸化還元電位調整水W2として、ギ酸溶解水(ギ酸濃度0.05mM(pH4.4): 実施例8)を製造した。これら調整水W1及びW2をもって処理液5とした。
(処理液6の調製)
処理液4において、第一のpH・酸化還元電位調整水W1は同じものとして、第二の調整水製造ライン5において、pH調整剤タンク41からギ酸を添加して第二のpH・酸化還元電位調整水W2として、ギ酸溶解水(ギ酸濃度5mM(pH3.1): 実施例9)を製造した。これら調整水W1及びW2をもって処理液6とした。
処理液4において、第一のpH・酸化還元電位調整水W1は同じものとして、第二の調整水製造ライン5において、pH調整剤タンク41からギ酸を添加して第二のpH・酸化還元電位調整水W2として、ギ酸溶解水(ギ酸濃度5mM(pH3.1): 実施例9)を製造した。これら調整水W1及びW2をもって処理液6とした。
(デジタルエッチ処理試験)
これら処理液4~6を用いて、実施例1と同様に試験片を第一のpH・酸化還元電位調整水W1に1分、第二のpH・酸化還元電位調整水W2に1分浸漬するサイクルを5回繰り返した後のCoパターンウェハの配線部分をXSEMで観察し、コバルトのメタルロスを測定した。結果を図7に示す。
これら処理液4~6を用いて、実施例1と同様に試験片を第一のpH・酸化還元電位調整水W1に1分、第二のpH・酸化還元電位調整水W2に1分浸漬するサイクルを5回繰り返した後のCoパターンウェハの配線部分をXSEMで観察し、コバルトのメタルロスを測定した。結果を図7に示す。
図7から明らかなように、第二のpH・酸化還元電位調整水W2をクエン酸以外の酸(ギ酸)とした場合のコバルトのメタルロスを検証したところ、クエン酸を用いた実施例7でメタルロスは平均で25nm/10分であったのに対し、実施例8でメタルロスでは平均で9nm/10分であり、実施例9でメタルロスは平均で34nm/10分であった。そして、実施例8ではコバルトのメタルロスは線幅の相違によってわずかに異なっており、パターンローディングが発生していた、また、実施例9では、コバルトのメタルロスは線幅の相違により変化はほとんどなかった。これらのことから、パターンローディングの発生はないことがわかった。実施例7の第二のpH・酸化還元電位調整水W2のpHが約2.8であり、実施例8の第二のpH・酸化還元電位調整水W2のpHが約4.4であり、実施例9の第二のpH・酸化還元電位調整水W2のpHが約3.1であることから、パターンローディングを発生させずに所定量だけコバルトを極微小溶解するには第二のpH・酸化還元電位調整水W2のpHが重要であると推測できる。
これら実施例1~9から明らかなとおり、本発明のpH・酸化還元電位調整水の製造装置によれば、pHや酸化還元電位の異なる2種類の処理液を製造してウェハの処理を行うことができる。これにより、半導体の配線材料や処理時間に応じて、pH調整剤と酸化還元電位調整剤の種類及びその添加量(pH、酸化還元電位)を種々組み合わせることで、半導体の配線製造工程で、配線金属を所定量だけ溶解可能することが可能となる。
1 pH・酸化還元電位調整水製造装置
2 供給ライン
3 白金族金属担持樹脂カラム(過酸化水素除去機構)
4 第一の調整水製造ライン
41 pH調整剤タンク
41A pH調整剤注入ライン
41B 給液機構
42 酸化還元電位調整剤タンク
42A 酸化還元電位調整剤注入ライン
42B 給液機構
43 第一の貯留槽
44 開閉弁
47 第一の脱気膜装置
47A 真空ポンプ
48 第一のガス溶解膜装置
5 第二の調整水製造ライン
51 pH調整剤タンク
51A pH調整剤注入ライン
51B 給液機構
52 酸化還元電位調整剤タンク
52A 酸化還元電位調整剤注入ライン
52B 給液機構
53 第二の貯留槽
54 開閉弁
55 バイパスライン
56 開閉弁
57 第二の脱気膜装置
57A 真空ポンプ
58 第二のガス溶解膜装置
61 N2ガス(不活性ガス)供給管
71 第一のガス溶解膜装置
72 第二のガス溶解膜装置
W 超純水
W1 第一のpH・酸化還元電位調整水
W2 第一のpH・酸化還元電位調整水
UP ユースポイント
2 供給ライン
3 白金族金属担持樹脂カラム(過酸化水素除去機構)
4 第一の調整水製造ライン
41 pH調整剤タンク
41A pH調整剤注入ライン
41B 給液機構
42 酸化還元電位調整剤タンク
42A 酸化還元電位調整剤注入ライン
42B 給液機構
43 第一の貯留槽
44 開閉弁
47 第一の脱気膜装置
47A 真空ポンプ
48 第一のガス溶解膜装置
5 第二の調整水製造ライン
51 pH調整剤タンク
51A pH調整剤注入ライン
51B 給液機構
52 酸化還元電位調整剤タンク
52A 酸化還元電位調整剤注入ライン
52B 給液機構
53 第二の貯留槽
54 開閉弁
55 バイパスライン
56 開閉弁
57 第二の脱気膜装置
57A 真空ポンプ
58 第二のガス溶解膜装置
61 N2ガス(不活性ガス)供給管
71 第一のガス溶解膜装置
72 第二のガス溶解膜装置
W 超純水
W1 第一のpH・酸化還元電位調整水
W2 第一のpH・酸化還元電位調整水
UP ユースポイント
Claims (7)
- 超純水にpH調整剤と酸化還元電位調整剤とを添加して所望とするpH及び酸化還元電位の洗浄水を製造するpH・酸化還元電位調整水の製造装置であって、
超純水供給ラインに過酸化水素除去機構と、
この過酸化水素除去機構の後段で2以上に分岐した分岐流路と、
この分岐流路にそれぞれ設けられたpH調整剤を添加するpH調整機構及び酸化還元電位調整剤を添加する酸化還元電位調整機構と、
前記pH調整機構及び酸化還元電位調整機構の後段に設けられたpH・酸化還元電位調整水の水質を計測する調整水質監視機構と、
前記調整水質監視機構の計測結果に基づき前記pH調整機構からのpH調整剤の添加量と前記酸化還元電位調整機構からの酸化還元電位調整剤の添加量とを調整する添加量制御機構と、
前記分岐流路にそれぞれ設けられたpH・酸化還元電位調整水を貯留する貯留槽と
を備え、
前記2以上の分岐流路から2種以上のpH・酸化還元電位調整水を供給可能となっている、pH・酸化還元電位調整水製造装置。 - 前記2種以上のpH・酸化還元電位調整水のうち少なくとも1種はpH9以上13以下で、かつ酸化還元電位が0V以上1.7V以下である、請求項1に記載のpH・酸化還元電位調整水製造装置。
- 前記pH調整剤が、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、TMAH、塩酸、フッ酸、クエン酸、ギ酸、炭酸ガスの1種又は2種以上であり、前記酸化還元電位調整剤が過酸化水素、オゾンガス、酸素ガスの1種又は2種以上である、請求項1又は2に記載のpH・酸化還元電位調整水製造装置。
- 前記pH調整剤又は酸化還元電位調整剤が液体であり、ポンプあるいは密閉タンクと不活性ガスを用いる加圧手段により超純水供給ラインへ薬注する、請求項1~3のいずれか1項に記載のpH・酸化還元電位調整水製造装置。
- 前記pH調整剤又は酸化還元電位調整剤が気体であり、気体透過性膜モジュールあるいはエゼクタによる直接気液接触装置を用いたガス溶解により添加する、請求項1~3のいずれか1項に記載のpH・酸化還元電位調整水製造装置。
- 前記pH・酸化還元電位調整水の貯留槽が不活性ガスの供給機構を有する、請求項1~5のいずれか1項に記載のpH・酸化還元電位調整水製造装置。
- 前記pH・酸化還元電位調整水が、一部もしくは全面に遷移金属が露出する半導体材料の表面の洗浄用である、請求項1~6のいずれか1項に記載のpH・酸化還元電位調整水製造装置。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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