CN100359642C - 半导体处理装置的药液浓度控制装置 - Google Patents

Abstract

提供一种半导体处理装置的药液浓度控制装置，它可以使处理用的药液浓度保持不变，同时能保持处理所需要的液面高度。它具有测定药液浓度的浓度测定装置、观测经过浓度反馈控制系统的等待时间后浓度的漂移量的漂移观测装置、计算各药液的补充量的补充量计算装置、预测补充了上述补充量计算装置计算的补充量到达时的浓度的浓度预测装置、使用上述补充量计算装置得到的各药液补充量的总和为定量进行处理的定量补充处理装置、按照上述定量补充处理装置计算的补充量控制药液补充的补充控制装置。根据上述补充量计算装置、上述浓度测定装置和上述漂移观测装置的各测定数据以及上述浓度预测装置的浓度预测数据，相对于预先设定的标准补充量计算各药液的补充量。

Description

半导体处理装置的药液浓度控制装置

[技术领域]

本发明是关于在半导体处理装置中在保持处理用药液浓度固定不变的同时，维持半导体处理需要的药液液面高度的半导体处理装置药液浓度控制装置。

[背景技术]

湿法台(ウエットステ一シヨン)等的半导体处理装置由于从处理槽取出晶片的情况和药液的蒸发等，药液的浓度发生变化，药液量减少。因此要定期补充药液，维持药液的浓度和药液量。

图5为表示对现有半导体处理装置进行药液浓度控制的框图。如图5所示，为了保持药液浓度和液面高度，用浓度计7测定药液的浓度。补充控制装置40检查浓度计7的浓度数据是否在标准浓度范围内，分别选择在标准浓度范围内时和在标准范围外时的补充设定值，向补充部分28的补充泵(图中没有表示)发出信号，进行药液的补充。图5所示的对半导体处理装置进行药液浓度控制的装置把用浓度计7测定的浓度数据与标准浓度范围进行比较，构成浓度反馈控制系统，把药液浓度控制在标准范围内。

如图6所示，药液的补充控制是通过装在补充控制装置40内的以一定的周期触发的补充间隔的定时器与补充间隔定时器中同步启动的各药液补充定时器相比较，补充规定量的药液。图6表示3种(A药液、B药液、C药液)药液的补充控制时间图。

如图6所示，利用补充控制装置40的补充间隔定时器来的信号，启动A药液补充定时器、B药液补充定时器、C药液补充定时器。A药液补充定时器的定时器时间为T1，B药液补充定时器的定时器时间为T2，C药液补充定时器的定时器时间为T3，为各药液配备的补充泵在时间T1、T2、T3动作，补充一定量的药液。根据浓度选择药液补充定时器的时间，例如A药液浓度比标准浓度范围高、B药液浓度比标准浓度范围低时，A药液选择小的补充设定值、B药液选择大的设定值进行补充。这样现有的半导体处理装置为了保持药液的浓度，补充预先设定的一定量的药液。

可是，根据现有补充控制装置40浓度计测定的浓度数据与作为目标值的标准浓度范围进行比较的药液补充控制，由于药液混合时间和浓度计测定时间的影响，如图7所示，为了在t＝0时补充药液后，在t＝m2时确定浓度数据(P)，在浓度反馈控制系统中产生等待时间m2(图8所示)。

因此如图8所示，要使药液浓度控制在标准浓度范围内的情况下，由于等待时间m2的影响，有时会出现超过标准浓度范围上限值或低于标准浓度范围下限值的情况，所以有时浓度会发生偏离。同样即使进行PID(比例-积分-微分)控制，也会担心由于等待时间m2的影响而不能对浓度进行高精度控制。由于药液浓度变动，清洗、蚀刻等处理不稳定，有时会导致半导体合格率降低。因此要求使半导体处理装置药液浓度保持一定。

[发明内容]

本发明是根据现有半导体处理装置药液浓度的补充控制装置存在的课题提出的，本发明的目的是提供一种半导体处理装置的药液浓度控制装置，预先设定作为标准补充量的补充药液量，计算各药液相对标准补充量的补充量，根据计算的各药液的补充量补充药液，可以使处理用的药液浓度保持一定的同时，维持处理所需要的液面高度。

根据本发明的半导体处理装置的药液浓度控制装置具有测定药液浓度的浓度测定装置；观测经过浓度反馈控制系统的等待时间后浓度漂移量的漂移观测装置；计算药液补充量的补充量计算装置；使用上述补充量计算装置得到的各药液补充量的总和，根据预先设定的标准补充量处理各药液的补充量的定量补充处理装置；预测补充了上述定量补充处理装置处理的补充量到达时的浓度的浓度预测装置；以及按上述定量补充处理装置处理的补充量控制药液补充的补充控制装置。

根据本发明的半导体处理装置的药液浓度控制装置中，上述补充量计算装置是根据用上述浓度测定装置测定的浓度数据和用上述漂移观测装置观测到的浓度漂移量、以及用上述浓度预测装置预测的浓度预测数据，来计算药液的补充量的。

根据本发明的半导体处理装置的药液浓度控制装置中，上述定量补充处理装置是根据药液补充的优先顺序处理各药液的补充量的。

根据本发明的半导体处理装置的药液浓度控制装置中，上述补充控制装置是根据药液液面位置比规定位置低的情况进行药液补充的。

[附图说明]

图1为表示具有药液浓度控制装置的半导体处理装置结构的框图。

图2为表示根据本发明的半导体处理装置的药液浓度控制装置控制部分结构的框图。

图3为表示半导体处理装置的药液浓度控制装置的浓度控制流程图。

图4为表示使用液面计的半导体处理装置的药液浓度控制装置结构的框图。

图5为表示现有半导体处理装置进行药液浓度控制的装置的框图。

图6为利用补充间隔定时器和与此同步启动的补充定时器补充药液的定时的图示。

图7为表示浓度控制中的浓度变化的图示。

图8为表示浓度计的浓度数据变化的图示。

[标号说明]

2处理槽

3溢流槽

4药液循环通路

5过滤器

6循环用泵

7浓度计

9药液罐

10补充泵

15控制部分

20输入部分

21补充量计算部分

22补充间隔定时器

23补充控制部分

24浓度预测部分

25设定输入输出部分

26漂移观测部分

27定量补充处理部分

28补充部分

30液面传感器

30a检测筒

35主控制部分

40补充控制装置

[具体实施方式]

参照下面的图示，对根据本发明的半导体处理装置的药液浓度控制装置进行说明。图1为表示具有药液浓度控制装置的半导体处理装置结构的框图。图2为表示根据本发明的半导体处理装置的药液浓度控制装置控制部分结构的框图。图3为表示半导体处理装置的药液浓度控制装置浓度控制流程图的图示。图4为表示使用液面计的半导体处理装置的药液浓度控制装置结构的框图。

如图1所示，半导体处理装置具有把基板等晶片浸渍在药液中进行清洗等处理的处理槽2、储存从处理槽2溢流出的药液的溢流槽3、把来自溢流槽3的药液循环送到处理槽2的药液循环通路4、储存作为补充部分28的补充用药液的药液罐9以及向溢流槽3补充药液的补充泵10、进行浓度的管理和控制的控制部分15。

在使药液循环的药液循环通路4中，设置有过滤药液的过滤器5、使药液循环的循环用泵6、作为测定药液浓度的浓度测定装置的浓度计7。而且，作为浓度测定装置的浓度计7在多种药液混合使用的情况下，可以输出各药液的浓度。

根据本发明的半导体处理装置的药液浓度控制装置具有作为测定药液浓度的浓度测定装置的浓度计7、进行浓度管理和控制的控制部分15。半导体处理装置的药液浓度控制装置把要补充的药液量预先作为标准补充量进行设定，相对于标准补充量控制改变各药液的混合比。标准补充量被设定为要维持液面高度所需要的量。

如图1所示，作为测定药液浓度的浓度测定装置的浓度计7连接到从循环用泵6两侧分出的分支管路上。浓度计7可以输出控制部分15测定的各药液浓度数据。

药液浓度控制装置的控制部分15根据浓度计7的浓度数据计算药液需要的补充量，把计算的补充量向补充部分28的补充泵10输出。补充部分28的补充泵10把控制部分15输出的补充量，以规定的定时补充到处理槽2。控制部分15与管理晶片处理工序的主控制部分35(图2所示)的主计算机连接，利用从主计算机来的指令进行药液的补充控制处理。具有图1所示的药液浓度控制装置的半导体处理装置，用作为浓度测定装置的浓度计7测定的浓度数据，计算药液需要的补充量，构成用补充泵10补充计算的补充量，控制达到规定浓度，形成浓度反馈控制系统。

下面用图2所示的框图对药液浓度控制装置15进行说明。

如图2所示，药液浓度控制装置15的构成包括：对作为测定药液浓度的浓度测定装置的浓度计7的浓度数据进行取样处理的输入部分20；根据输入部分20取样的作为浓度测定装置的浓度计7的浓度数据、用作为漂移观测装置的漂移观测部分26观测到的浓度漂移量以及用作为浓度预测装置的浓度预测部分24预测到的浓度预测数据，来计算药液的补充量的补充量计算部分21；利用控制部分15从禁止动作变为允许动作时，也就是没有药液补充动作影响的区间，测定经过浓度反馈控制系统的等待时间后的浓度计7测定的浓度数据漂移量(变化量)的作为漂移量观测装置的观测漂移部分26；对在补充量计算部分21得到的各药液补充量总和成为标准补充量进行处理的作为定量补充处理装置的定量补充部分27；以一定周期对药液补充的间隔进行计时的补充间隔定时器22；根据每个补充间隔定时器22的一定周期信号用定量补充处理部分27计算的补充量控制补充部分28的作为补充控制装置的补充控制部分23；预测在补充了用定量补充部分27计算的补充量时间到达时的浓度的作为浓度预测的装置的预测浓度部分24；接收主控制部分35的主计算机来的允许或禁止动作的控制信号，从键盘、触摸式面板等输入装置设定参数，对用于主控制部分35监控的浓度数据的输出等进行设定的输入输出部分25。

把从浓度计7得到的浓度数据进行取样处理的输入部分20以一定的周期对从浓度计7得到的浓度数据进行抽样，进行用于去除噪音的移动平均处理或单纯平均处理等，把移动平均处理或单纯平均处理的数据作为浓度的数据。

作为漂移观测装置的漂移观测部分26是利用从主控制部分35来的控制信号，控制部分15从禁止动作变成允许动作时，测定浓度变化量的。也就是药液有时加热后使用，由于药液的蒸发药液的浓度会以一定的梯度降低。此外由于药液减少的比例因药液的不同而不同，在容易蒸发的药液和不容易蒸发的药液混合的情况下，前者的药液浓度降低，后者药液的浓度增加。此变化量是在没有药液补充动作影响的时间，也就是控制部分15从动作禁止状态变到允许动作状态时由漂移观测部分26进行观测。由漂移观测部分26观测到的数据换算成控制周期的漂移量，作为补充量计算部分21的浓度数据的补偿数据使用。这样可以抑制药液温度对浓度变化的影响。

漂移观测部分26读取并存储控制部分15从禁止动作状态变成允许动作状态时从输入部分20得到的浓度数据(PVDn(0))，然后经过预先设定的浓度反馈控制系统的等待时间m2后，从输入部分20读取浓度数据(PVDn(m))。这样一来漂移观测部分26由于观测开始时和观测区间不受补充动作的影响，可以观测到正确的漂移量。其中n是表示药液的种类的。

设控制周期为Tcnt，用

PVDn＝(PVDn(m)-(PVDn(0))×(Tcnt/m2)……(1)

可以计算出经过等待时间后的浓度漂移量(PVDn)。计算出的各药液的漂移量(PVDn)从漂移观测部分26输出给补充量计算部分21。

作为补充量计算部分的补充量计算部分21利用标准补充量、各药液的目标浓度、各药液的浓度数据、药液的原液浓度、药液的混合体积比、药液的比重等数据，计算出各药液的补充量。

标准补充量、各药液的目标浓度、药液的原液浓度、药液的混合体积比、药液的比重等数据从主控制部分35输出到设定输入输出部分25，作为参数从设定输入输出部分25输入到补充量计算部分21。此外各药液的浓度是通过输入部分7来的浓度计7的浓度数据、漂移观测部分26的漂移量、浓度预测部分24的浓度预测数据来进行修正的。

也就是各药液修正后的浓度(PVn)(下面称为修正浓度)用

PVn＝PVn′+FVn-SVn+PVDn+IntDPV……(2)

进行计算。其中PVn表示修正浓度、PVn′表示在输入部分20取样的浓度计7的浓度数据、FVn表示浓度预测部分24的浓度预测数据、SVn表示目标浓度、PVDn表示漂移观测部分26观测的漂移量、IntDPV表示(PVn′-SVn)的积分值，是浓度计7的浓度数据相对于目标浓度的偏差的积分值。

补充量计算部分21是根据修正浓度(PVn)，利用标准补充量、目标浓度、各药液的比重、处理槽2内的总药液量计算各药液的补充量。补充量计算部分21计算的各药液补充量的数据送到作为定量补充处理装置的定量补充处理部分27，定量补充处理部分27预先相对于设定输入输出部分25设定的标准补充量计算各药液的比例，以保持处理使用的各药液的浓度，是使各药液的补充量的总和等于标准补充量来进行处理的。

例如在补充量计算部分21得到药液A、B、C计算结果是标准补充量50％、40％、30％的情况下，定量补充处理部分27根据设定输入输出部分25设定的药液补充优先顺序，处理各药液的补充量。例如药液的补充优先顺序为A、B、C，使药液A为50％、药液B为40％、药液C为剩余的10％，处理成各药液的补充量总和等于标准补充量。

定量补充处理部分27的各药液补充量数据被送到补充控制部分15和浓度预测部分24。补充控制部分15利用从补充间隔定时器22来的信号启动定时器，补充控制部分28补充规定量的药液。补充部分28不是定时器控制，也可以使用累计流量计或使用计数补充泵10的冲击数，进行补充量的控制。

作为浓度预测装置的浓度预测部分24是利用定量补充处理部分27的各药液的补充量数据，预测到达补充了补充量时的浓度，修正浓度计7的等待时间。在浓度预测部分24计算的浓度预测数据作为计算经过等待时间后的补充量时的修正数据使用。也就是浓度预测数据(FVn)比目标浓度(SVn)大的情况下，用式(2)增加修正浓度(PVn)的值，使处理槽2内的药液浓度降低来进行修正，浓度预测数据比目标浓度(SVn)小的情况下，使修正浓度(PVn)的值减小，使处理槽2内的药液浓度增加来进行修正。这样可以抑制过度地控制因浓度反馈控制系统的等待时间造成的药液浓度变化。

下面用图3所示的流程图对半导体处理装置的药液浓度控制装置的浓度控制动作进行说明。

如图3所示，开始在设定输入输出部分25设定从主控制部分35得到的标准补充量、各药液的目标浓度、药液的原液浓度、药液的混合体积比、药液的比重等各种数据(S1步)。

然后输入部分20对浓度计7的浓度数据取样(S2步)。把取样的浓度计7的浓度数据用设定输入输出部分25向主控制部分35输出(S3步)。

控制部分15检查从主控制部分35是否输出允许动作的信号(S4步)。在允许动作的信号没有输出的情况下，返回到从S2步开始的动作。在输出允许动作信号的情况下，检查是否是从禁止动作到允许动作状态(S5步)。不是从禁止动作到允许动作状态的情况下，转移到S9步。是从禁止动作到允许动作状态的情况下，漂移观测部分26读取从输入部分20来的浓度数据(PVDn(0))，存储读取的浓度数据(S6步)。检查是否经过了预先设定的浓度反馈控制系统的等待时间m2(S7步)。在没有经过等待时间m2的情况下，转移到S9步。经过了等待时间m2的情况下，读取从输入部分20来的浓度数据(PVDn(m))，用(1)式计算漂移量(PVDn)，向补充量计算部分21输出(S8步)。

然后补充量计算部分21利用在S12步的浓度预测部分24计算出的浓度预测数据和在漂移观测部分26计算出的漂移量，从(2)式计算出修正浓度数据(S9步)。利用计算出的修正浓度数据，补充量计算部分21计算各药液的补充量(S10步)。定量补充处理部分27进行处理使在补充量计算部分21得到的各药液补充量的总和成为标准补充量(S11步)。

浓度部分24利用在定量补充处理部分27处理的各药液补充量数据，计算到达补充了药液时的浓度预测数据，向补充量计算部分21输出浓度预测数据(S12步)。补充控制部分23检查补充间隔定时器22是否为补充时间(S13步)，不是补充时间的情况下，转移到S2步，返回到从S2步的动作处理。是补充时间的情况下，补充控制部分23从用定量补充处理部分27处理后的各药液补充量补充控制部分28，向处理槽2补充规定量的药液(S14步)。

这样根据各药液的浓度把标准补充量分配给各药液。通过向处理槽2补充标准补充量，可以保持处理槽的浓度不变，同时可以使处理槽的药液量不变。这样就可以维持处理所需要的液面高度。此外用液面传感器30代替用补充间隔定时器22的补充控制，也可以在处理槽2的药液液面处于规定液面位置范围以外时进行补充。

图4是用框图表示的使用液面计检测处理所需要的药液量的半导体处理装置结构的图示。如图4所示，液面传感器30安装在溢流槽3的上部，液面传感器30的检测筒30a位于处理槽2内。液面传感器30的构造可以检测出检测筒30a内检测噪音产生的水头压，检测处理槽2内多个液面位置。如图4所示，液面传感器30把液面检测位置指定为上限位置、定量位置、补充要求位置、下限位置4个位置，液面传感器30在上限位置和定量位置设为“OFF”，在补充要求位置设为“OFF”的情况下，通过补充部分28补充药液。此外在溢流槽3监视液面是因为药液循环经常从处理槽2溢流，所以处理槽2的液面是固定的，而溢流槽3的液面随药液量的多少上下变化。

用液面传感器30检测处理所需要的药液量，通过根据从液面传感器30来的信号补充药液，可以把处理所需要的药液量控制在一定的范围内。

根据本发明的半导体处理装置的药液浓度控制装置也适用于3种药液混合的情况和2种药液混合的情况，此外也可以用于含水药液。

如上所述，本发明的半导体处理装置的药液浓度控制装置由于考虑到浓度计的等待时间来计算补充量，可以使药液浓度保持不变。通过与液面传感器一起使用，可以保持处理所需要的药液量。

如上所述，采用本发明的半导体处理装置的药液浓度控制装置，由于可以保持处理用药液的浓度不变的同时可以维持处理所需要的药液量，可以使在半导体处理装置中的清洗等处理稳定进行，可以均匀进行处理。

Claims (4)

1.半导体处理装置的药液浓度控制装置，其特征为具有：

测定药液浓度的浓度测定装置；

观测经过浓度反馈控制系统的等待时间后浓度的漂移量的漂移观测装置；

计算药液的补充量的补充量计算装置；

使用上述补充量计算装置得到的各药液补充量的总和为预先设定的标准补充量处理各药液的补充量的定量补充处理装置；

预测补充了上述定量补充处理装置处理的补充量到达时的浓度的浓度预测装置；以及

根据上述定量补充处理装置处理的补充量控制药液补充的补充控制装置。

2.如权利要求1所述的半导体处理装置的药液浓度控制装置，其特征为：上述补充量计算装置是根据上述浓度测定装置测定的浓度数据和上述漂移观测装置观测的浓度漂移量和上述浓度预测装置预测的浓度预测数据，计算药液的补充量。

3.如权利要求1所述的半导体处理装置的药液浓度控制装置，其特征为：上述定量补充处理装置根据药液补充的优先顺序处理各药液的补充量。

4.如权利要求1所述的半导体处理装置的药液浓度控制装置，其特征为：上述补充控制装置在药液液面位置比规定位置低的情况下进行药液补充。

Images