Изобретение относится к устройствам для жидкостной химической очистки (далее, - ЖХО) поверхности изделий, преимущественно полупроводниковых пластин, и может быть использовано в электронной промышленности, а также в других отраслях промышленности для глубокой высококачественной очистки поверхности деталей из различных материалов, например, при производстве печатных плат, магнитных дисков или лент, лазерных дисков, металлических деталей для радиоэлектронных устройств, электровакуумных приборов и т.д.
Известна установка для проведения процессов ЖХО [1], которая представляет собой автоматизированную линию, состоящую из отмывочных устройств и травильных ванн, промежуточных емкостей, соединенных между собой с помощью трубопроводов, запорно- регулирующей арматуры, фильтров, насосов и другой аппаратуры. Травильные ванны заполняют высокочистыми реактивами и проводят обработку поверхности полупроводниковых пластин. После достижения в реактивах определенной степени загрязнения их удаляют из производственного оборудования и вводят чистые реактивы в необходимых количествах. Загрязненные реактивы сбрасываются 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 используемых дорогостоящих реактивов, которые сбрасываются в производственную канализацию после одноразового применения, а также к нестабильности во времени окислительной способности моющих растворов. Так, при проведении процессов ЖХО в стандартных установках типа: "Лада" и "Кубок" [1], активность и чистота растворов различны в разные периоды времени обработки пластин. При этом более высокое качество отмывки достигается для пластин, очищаемых чистым раствором, которые имеют более высокое качество, чем пластины, очищаемые в конце процесса, когда содержание загрязнений в растворе становится более высоким.
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, обогащенная 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 ее количество из конденсатора подается на вход системы. Это оборудование позволяет получить серную кислоту высокой чистоты, пригодную для повторного использования в производстве полупроводников.
Недостатками установки [2] являются ее высокая материало- и энергоемкость, а также повышенная пожароопасность.
Известна установка для проведения процессов ЖХО поверхности полупроводниковых пластин с подробным описанием аппаратуры для осуществления процессов ЖХО и очистки растворов от примесей [3]. Технологическая линия, описанная в этом патенте США, состоит из следующих основных узлов и аппаратуры: рабочей ванны для проведения ЖХО, электрохимической ячейки для проведения активации раствора серной кислоты, а также аппаратов для проведения дистилляционной очистки кислоты. Эти основные узлы установки связаны между собой трубопроводами, промежуточными емкостями, фильтрами, насосами и запорно-регулирующей арматурой таким образом, что они формируют несколько сообщающихся между собой контуров циркуляции серной кислоты: контур ЖХО, контур дистилляционной очистки, контур активации в анодной камере электрохимической ячейки и замкнутый контур циркуляции в катодной камере электрохимической ячейки. Узел очистки состоит из системы дистилляционных аппаратов, конденсаторов, сепараторов, соединенных между собой трубопроводами для получения сверхчистой кислоты и ее возврата в процесс ЖХО.
Электрохимическая ячейка в этой установке [3] содержит анодную и катодную камеры, выполненные в одном корпусе и разделенные между собой полупроницаемой мембраной; размещенные в этих камерах, соответственно, катодную и анодную пластины с токоподводами, присоединенными к источнику питания; анолитный и католитный резервуары, отделенные от анодной и катодной камеры. Анолитный резервуар соединен двумя трубопроводами с входом и выходом анодной камеры, а католитный резервуар с входом и выходом катодной камеры так, что они формируют католитный и анолитный контуры циркуляции. Анолитный резервуар подсоединен также к патрубкам подачи неактивированной кислоты из системы очистки и патрубком отвода активированной кислоты в рабочую ванну для проведения процессов ЖХО. Катодная и анодная пластины размещены в электрохимической ячейке так, что одна из поверхностей каждой из них вплотную примыкает к корпусу, а вторая размещена параллельно мембране и друг другу.
Недостатки установки [3] заключаются в необходимости использования сложного и энергоемкого оборудования для дистилляционной очистки раствора серной кислоты и повышенной взрыво- и пожароопасностью этого оборудования. Кроме того, установка не обеспечивает требуемой эффективности активации раствора серной кислоты, что вызывает необходимость его нагрева до 180oC.
Известна принципиальная схема установки [4] для проведения процессов ЖХО, которая описана в патенте на способ обработки полупроводниковых пластин, согласно которому активация и очистка растворов осуществляются в электрохимической ячейке. Эта установка [4] является наиболее близкой к предлагаемому изобретению и выбрана за прототип. Установка включает электрохимическую ячейку для активации и очистки водного раствора серной кислоты и рабочую ванну для проведения процесса ЖХО, соединенных между собой в замкнутый контур циркуляции с помощью трубопроводов, промежуточных емкостей, запорно-регулирующей арматуры, фильтров, насосов. В этом патенте [4] показана принципиальная возможность значительного упрощения технологического процесса проведения ЖХО, в особенности, очистку активированного раствора серной кислоты от образующихся загрязнений, которая осуществляется согласно этому способу в электрохимической ячейке одновременно с активацией, и очистку этого раствора.
Однако в этом изобретении на способ не раскрыты конструктивные особенности установки, в первую очередь, конструкция электрохимической ячейки, которые позволяют с наибольшей эффективностью реализовать преимущества способа [4] . Поэтому принципиальная схема установки, приведенная в качестве иллюстрации предложенного способа, требует более детальных конструктивных проработок для ее использования в реальных производственных процессах.
Задачей заявляемого изобретения является создание установки для проведения ЖХО с повышенными характеристиками очистки и активации раствора серной кислоты.
Поставленная техническая задача решается за счет того, что в известной установке для проведения непрерывного процесса ЖХО полупроводниковых пластин и одновременного проведения непрерывного процесса очистки раствора серной кислоты (включающей систему для процесса ЖХО пластин, электрохимическую ячейку для активации и очистки от примесей моющего раствора в виде анодной и катодной камер, разделенных между собой полупроницаемой мембраной, а также систему, включающую трубопроводы, промежуточные емкости, фильтры, насосы и запорно-регулирующую арматуру для обеспечения непрерывной циркуляции раствора в системах установки), катод снабжен адсорбером продуктов катодных реакции, причем анодная камера сообщена с катодной камерой трубчатым каналом, входное отверстие которого размещено на уровне раствора серной кислоты в катодной камере, а выходное - в нижней части анодной камеры.
В частных вариантах выполнения установки анод и катод электрохимической ячейки выполнены в виде нескольких плоских пластин, установленных в корпусе ячейки поочередно параллельно друг другу, причем, каждая из пластин катода помещена в оболочку для сбора примесей и газов, образующихся на катоде, а каждая из пластин анода размещена в корпусе ячейки в полупроницаемой мембране, выполненной в виде карманов, сообщенных между собой последовательно с образованием анодной камеры, которая сообщена с катодной камерой и трубопроводом вывода очищенного, активированного раствора.
По другому частному варианту выполнения установки анод выполнен из тантала, а на его рабочих поверхностях закреплены пластины из платины.
Влияние отличительных признаков заявляемой установки на достижение технического результата изложено ниже при описании работы установки.
Предложенная конструкция установки иллюстрируется следующими чертежами.
На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемой установки.
На фиг. 2 показано схематическое изображение продольного сечения электрохимической ячейки.
На фиг. 1 показана блок-схема заявляемой установки, которая содержит рабочую ванну 6 для проведения процесса ЖХО полупроводниковых пластин; промежуточные емкости: напорный 1, накопительный 2 и сборный 3 баки; электрохимическую ячейку 4; источник стабилизированного напряжения 5; сильфонные химстойкие насосы 7; фильтры 8; регулировочный вентиль 9 и систему трубопроводов 10.
Электрохимическая ячейка, обозначенная позицией 4 на фиг. 1, схематическое изображение продольного сечения которой представлено на фиг. 2, состоит из фторопластового (винипластового) корпуса 1, в котором размещено несколько графитовых пластин-катодов 2 и анодов 3, выполненных из тантала.
Каждый катод помещен в проницаемую для раствора оболочку 4, выполняющую роль адсорбера для сбора продуктов катодных реакций 5. Оболочка 4 имеет газоотводный патрубок 6 и может быть выполнена из ткани, например, хлориновой.
Анод выполнен в виде плоского полого сосуда из тантала, на внешних поверхностях которого закреплены пластины из платины 7. Каждый анод помещен в анодную камеру 8, выполненную в виде кармана из полупроницаемой мембраны, например, политетрафлуороэтиленовой или силиконовой. Охлаждаемая полость анода разделена перемычкой 9, обеспечивающей равномерное охлаждение рабочих поверхностей водой, поступающей по трубопроводам 10. Катоды и аноды размещены в корпусе электрохимической ячейки поочередно, вертикально и параллельно друг другу.
Анодные камеры соединены между собой таким образом, что поступление каждой новой порции исходного раствора происходит в нижнюю часть камеры 11, где через систему отверстий 12 раствор, равномерно обтекая обе рабочие поверхности анода, заполняет объем камеры.
Образующийся в анодной камере активированный раствор серной кислоты удаляется из нее через выходной патрубок 13, имеющийся в верхней части анодной камеры, который также имеет газоотводную трубку 14.
Аноды и катоды присоединены к источнику стабилизированного напряжения при помощи шин 15, 16.
Заявляемая установка работает следующим образом.
Исходный раствор из напорной емкости по трубопроводу 17 непрерывно поступает в катодное пространство ячейки, где поддерживается постоянный уровень жидкости 18.
Через входное отверстие трубчатого канала 19 исходный раствор поступает в нижнюю часть первой анодной камеры 8, заполняет ее, вытесняя ранее образованный анолит, и под действием электрического тока насыщается продуктами анодных реакций, приведенных в Приложении 2. Избыток полученного активированного раствора выводится из первой анодной камеры через выходной патрубок 13, поступая в нижнюю часть второй, третьей камеры и т.д.
При заданном потенциале на электродах описанное движение раствора через электрохимическую ячейку сопровождается образованием множества активных окислительных компонентов с одновременной очисткой от посторонних примесей, накапливающихся на катоде и остающихся в виде продуктов катодных реакций в прикатодном пространстве 5 - адсорбере электрохимической ячейки.
Получаемая высокочистая окислительная смесь продуктов анодной электрохимической активации выводится из последней анодной камеры через выходной штуцер 20 в боковой стенке корпуса электрохимической ячейки и поступает в накопительную емкость установки.
Установка, блок-схема которой представлена на фиг. 1, работает следующим образом.
Раствор серной кислоты заливают в напорную емкость 1, снабженную датчиками уровня, из которой она самотеком поступает в катодную камеру электрохимической ячейки 4, а затем через трубку, обозначенную позицией 19 на фиг. 2, в анодную камеру электрохимической ячейки и далее, по вышеприведенному описанию ее работы. После заполнения электрохимической ячейки электролитом включают источник стабилизированного напряжения 5 и устанавливают напряжение на электродах, необходимое для проведения процессов электрохимической активации. Заданный потенциал и ток нагрузки контролируются по показаниям контрольно-измерительных приборов источника стабилизированного напряжения 5. Дальнейшее заполнение раствором электрохимической ячейки приводит к сливу активированного раствора через сливное отверстие 20 (фиг. 2) самотеком в накопительную емкость 2 (фиг. 1); при наработке достаточного объема активированной смеси, она из емкости 2 с помощью насоса 7 перекачивается через фильтрующее устройство 8 в рабочую ванну 6. Кассета с пластинами кремния диаметром 100 и 150 мм погружается в моющий раствор активированной серной кислоты, находящийся в рабочей ванне 6 при комнатной температуре. Пластины выдерживаются в моющем растворе 10 мин. Затем промываются в проточной деионизованной воде и сушатся. Отработанный раствор вновь поступает в накопительную емкость 3 и, далее, с помощью насоса 7 через фильтрующее устройство 8 в напорный бак 1.
Экспериментальные испытания предложенной установки для непрерывной жидкостной химической очистки изделий, преимущественно, полупроводниковых пластин показали, что ее использование устраняет недостатки существующей техники - ее сложность, материало- энергоемкость, взрывоопасность.
Заявленная установка с использованием электрохимической ячейки в системе очистки раствора обеспечивает непрерывное выведение отработанного моющего раствора в процессе ЖХО поверхности из производственного процесса, непрерывную очистку и активацию раствора и его повторное введение в производственный процесс при поддержании необходимой чистоты и стабильного состава активных окисляющих компонентов.
Установка обеспечивает непрерывность подачи регенерированного раствора в рабочую ванну для очистки полупроводниковых пластин при поддержании постоянного объема и концентрации моющего раствора. Использование электрохимической ячейки для очистки и активации раствора позволяет провести трех или четырехкратную смену объема кислоты в рабочей ванне в процессе очистки одной партии полупроводниковых пластин. Это достигается тем, что скорость потока регенерированного раствора в рабочей ванне может составлять от 120 до 240 л/ч при объеме ванны 10 или 15 л и времени очистки - 10 мин. В соответствии с заявляемым изобретением количество очищаемой и активируемой кислоты составляет 300-500 см3 на одну пластину, в то время как в традиционных процессах этот объем кислоты составляет 10-50 см3 на одну пластину. Поскольку моющий раствор подвергается непрерывной очистке и активации, конструкция устройства позволяет обеспечивать 100%-ную рекуперацию растворов, не требующую периодической замены растворов; уменьшение объема раствора, связанное с его уносом пластинами и кассетами, компенсируется добавкой исходного раствора.
Таким образом, совмещение в данном репроцессоре блоков очистки и активации в одном устройстве - электрохимической ячейке - приводит к доочистке моющего раствора до уровня содержания ионных и органических примесей меньшего, чем в исходном растворе, и исключает необходимость сложной системы очистки.
Различные модификации изобретения могут быть разработаны специалистами в данной области, не выходя за рамки идеи и объема данного изобретения, которые изложены в пунктах патентной формулы.
Использованные источники информации
1. Полтавцев Б. Г. , Князев А.С. Технология обработки поверхностей в микроэлектронике. - К.: Техника, 1990, с. 5-28.
2. Патент США N 4980032, B 01 D 3/10 опубл. 1990 "Способ дистилляции и аппаратура для переработки серной кислоты".
3. Патент США N4828660, C 25 B 1/28 опубл. 1989 "Способ и устройство для непрерывной химической обработки в производственном процессе сверхчистых жидкостей".
4. Патент России N 2024993, H 01 L 21/312 опубл. 1994 г. "Способ очистки изделий, преимущественно, полупроводниковых пластин".
Использование: электронная промышленность. Сущность изобретения: установка для химической очистки поверхности изделий, преимущественно полупроводниковых пластин, включающая систему для жидкостной химической очистки пластин, электрохимическую ячейку для активациии и очистки раствора в виде анодной и катодной камер, разделенных между собой полупроницаемой мембраной, а также систему для обеспечения непрерывной циркуляции раствора в системах установки, состоящую из трубопроводов, промежуточных емкостей, фильтров, насосов и запорно-регулирующей арматуры. Катод снабжен адсорбером продуктов катодных реакций, причем анодная камера сообщена с катодной камерой трубчатым каналом, входное отверстие которого размещено на уровне раствора серной кислоты в катодной камере, а выходное - в нижней части анодной камеры. Техническим результатом изобретения является создание установки с повышенными характеристиками очистки и активации раствора серной кислоты. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
| СПОСОБ ОЧИСТКИ ИЗДЕЛИЙ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН | 1992 |
|
RU2024993C1 |
| US 4828660 A, 09.05.89 | |||
| US 4855023 A, 08.08.89 | |||
| US 4890032 A, 25.12.90. | |||
