JP2004221540A - 基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 温度制御部20は加熱器6および8を操作して、処理槽1内の燐酸溶液を設定温度にし、燐酸溶液が設定温度範囲に入ると濃度制御部26が作動する。濃度制御部20は、燐酸溶液の濃度が目標濃度を超える場合は、流量調整弁18を操作して純水を補充する。その濃度が目標濃度を下回る場合は、純水補充を停止し、加熱された燐酸溶液からの純水の蒸発により濃度を上昇させる。燐酸溶液が設定温度範囲にあるときにのみ濃度調整のために純水が供給されるので、純水供給に起因した燐酸溶液の突沸を防止することができ、温度を所定範囲に追い込んでから濃度制御を開始するので、比較的短時間で設定濃度に制御できる。
【選択図】 図1
Description
すなわち、基板W群が処理槽101の外にある「ロットアウト」状態から、基板W群が処理槽101内に投入された「ロットイン」状態になると、処理槽101内の燐酸溶液の濃度が著しく変動するという問題がある。燐酸溶液の濃度変動はエッチング処理の品質を低下させる。また、ロットイン状態になったときに、燐酸溶液が突然に沸騰(突沸)することもある。燐酸溶液が突沸すると燐酸溶液の激しい流動のために基板W群が振動して基板W群に悪影響を及ぼす。
この例では、図6(a)に示すように、温度がtm0である時点t=0から設定温度tm1に向けて加熱を開始しつつ、図6(b)に示すように、濃度がcn0から設定濃度cn1に向けて制御され、そのために純水注入が行われる。すると、純水注入及び加熱により濃度が低下し、加熱は設定温度tm1に向けて継続される中で、濃度は温度が設定温度tm1に達する前に設定濃度cn1を一旦下回り、温度が設定温度tm1に達する時点t2よりも後に設定濃度に到達する。つまり、温度と濃度を同時に制御することにより、温度の影響で濃度が変動し、濃度制御のための純水注入によっても濃度が変動してしまう影響を大きく受けている。その結果、上述した問題が生じる。
すなわち、請求項1に記載の発明は、薬液と希釈液とを混合してなる処理液を加熱し、この処理液中に基板を浸漬して処理を施す基板処理装置において、処理液を貯留する処理槽と、処理液を加熱する加熱手段と、処理液の温度を検出する温度検出手段と、処理液の検出温度が設定温度になるように加熱手段を操作する温度制御手段と、処理槽に希釈液を補充する補充手段と、処理液の濃度を検出する濃度検出手段と、温度検出手段により処理液が設定温度に近い温度範囲に入ったと検出されたときにのみ作動し、濃度検出手段による処理液の検出濃度が、処理液の設定温度に対応した沸点濃度よりも少し高くなるように、補充手段を操作して希釈液の補充量を調整する濃度制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
図1は本発明の一実施例に係る基板処理装置の概略構成を示すブロック図である。ここでは薬液として燐酸と希釈液として純水とを混合して得られた処理液である燐酸溶液を加熱し、この燐酸溶液中に基板(例えば半導体ウエハ)を浸漬してエッチング処理する装置を例に採って説明する。
すなわち、圧力検出部24からの検出信号(電圧)と液圧とは所定の関数関係を有し、液圧は、液面から検出管22の検出端までの距離(深さ)と、燐酸溶液の比重との積に比例する値に大気圧を加えたものとしても表すことができる。したがって、検出端における液圧は、燐酸溶液の濃度と、検出端の深さとを変数とする関数で表現することができる。このため濃度及び深さは、圧力検出部24が出力した電圧との間に一定の関係が成り立つ。この関係から、所定深さに対して濃度と電圧との関係を予め求めておくことにより、圧力検出部24からの電圧に基づいて燐酸溶液の濃度を求めることができる。
以上の濃度検出装置21は、本発明における濃度検出手段に相当する。
まず、燐酸の流量調整弁14が開けられて、回収槽2に燐酸が供給される。回収槽2に供給された燐酸は、循環系3を介して処理槽1に送られる間に循環系加熱器6によって加熱される。処理槽1に導入された燐酸は槽用加熱器8によっても加熱される。
処理槽1内の燐酸の温度は温度センサ19によって検出されて温度制御部20に与えられる。温度制御部20は、設定温度160°Cに対して±0.3°Cの範囲内で温度管理している。具体的には、液温度が159.7°C未満のときは、循環系加熱器6および槽用加熱器8による加熱を継続する。液温度が160.3°Cを超えるときは、循環系加熱器6および槽用加熱器8による加熱を停止して自然冷却によって液温度を下げる。ここで、液温度を下げるために純水を補充していない点に留意されたい。この点については後に詳しく説明する。液温度が159.7°Cから160.3°Cの範囲内に入ると次のステップS6に進む。
処理槽1内の液濃度が濃度検出装置21によって逐次検出される。濃度制御部26は、この検出濃度が予め設定された目標濃度になるように、PID制御により流量調整弁18を操作して処理槽1に純水を補充する。この目標濃度は、燐酸溶液の設定温度に対応した沸点濃度よりも少し高くなるよう設定される。処理槽1内の燐酸溶液の検出濃度が目標濃度範囲を超える場合は純水の補充が継続される。一方、検出濃度が目標濃度範囲を下回る場合は、純水の補充が停止される。純水の補充が停止されると、燐酸溶液の加熱により燐酸溶液中の純水が蒸発して、燐酸溶液の濃度は自然に上昇する。
処理槽1内の燐酸溶液が目標濃度範囲に入って安定すると、保持アーム10に保持された基板W群が処理槽1内に投入されて、基板W群のエッチング処理が始まる。予め定められた処理時間が経過するまで、ステップS2〜S6の温度制御および濃度制御が繰り返し行なわれる。処理時間が経過すると基板W群が槽内から引き上げられて、次の処理槽へ移送される。
図3は、燐酸溶液の濃度および温度と、シリコン窒化膜エッチングレートとの関係を示すグラフである。同図に示すように、沸点BPは、燐酸溶液の濃度が高くなるにつれて高くなる性質を有する。また、本実施例では、温度制御部20が燐酸溶液の温度を一定に保つように制御していることから、シリコン窒化膜のエッチング時の選択比(エッチングレート)は、濃度の変動に応じて、温度ごとのエッチングレート曲線ERCに沿って移動することになる。ここでは、温度150℃の場合を曲線ERC1とし、温度160℃の場合を曲線ERC2とし、温度170℃の場合を曲線ERC3としている。本実施例では燐酸溶液の設定温度は160℃であるので、曲線ERC2に沿って濃度が変動する。曲線ERC2上の沸点濃度BPよりも少し高めの濃度域がサブ沸点SBPである。燐酸溶液の濃度を沸点BP境界の乱域TZ側に位置するサブ沸点SBPに維持することでエッチングレートを最も高く維持することができる。本実施例の燐酸溶液の目標濃度は、このサブ沸点域に設定されている。
上記の実施例では、処理液として燐酸溶液を例に採って説明したが、硫酸溶液等の他の処理液であっても本発明を適用することができる。
1 … 処理槽
2 … 回収槽
3 … 循環系
6 … 循環系加熱器(加熱手段)
8 … 槽用加熱器(加熱手段)
11 … 燐酸供給部
15 … 純水補充部(補充手段)
19 … 温度センサ(温度検出手段)
20 … 温度制御部(温度制御手段)
21 … 濃度検出装置(濃度検出手段)
26 … 濃度制御部(濃度制御手段)
Claims (7)
- 薬液と希釈液とを混合してなる処理液を加熱し、この処理液中に基板を浸漬して処理を施す基板処理装置において、
処理液を貯留する処理槽と、
処理液を加熱する加熱手段と、
処理液の温度を検出する温度検出手段と、
処理液の検出温度が設定温度になるように加熱手段を操作する温度制御手段と、
処理槽に希釈液を補充する補充手段と、
処理液の濃度を検出する濃度検出手段と、
温度検出手段により処理液が設定温度に近い温度範囲に入ったと検出されたときにのみ作動し、濃度検出手段による処理液の検出濃度が、処理液の設定温度に対応した沸点濃度よりも少し高くなるように、補充手段を操作して希釈液の補充量を調整する濃度制御手段と
を備えたことを特徴とする基板処理装置。 - 請求項1に記載の基板処理装置において、前記装置はさらに、
前記処理槽から溢れ出した処理液を回収する回収槽と、
この回収槽で回収された処理液を処理槽に戻す循環系と
を備えている基板処理装置。 - 請求項2に記載の基板処理装置において、
前記加熱手段は、処理槽に付設されて処理槽内の処理液を加熱する槽用加熱器と、前記循環系を循環する処理液を加熱する循環系加熱器とを備えている基板処理装置。 - 請求項1に記載の基板処理装置において、
前記濃度検出手段は、処理液の比重を実質的に検出することにより、処理液の濃度を検出するものである基板処理装置。 - 請求項4に記載の基板処理装置において、
前記濃度検出手段は、処理槽内の所定深さに検出端を有し、この検出端に付与される処理液の圧力を検出するものである基板処理装置。 - 請求項1に記載の基板処理装置において、
前記濃度制御手段は、処理液の検出濃度が目標濃度を超えるときは希釈液を補充し、処理液の検出濃度が目標濃度を下回るときは希釈液の補充を停止する基板処理装置。 - 請求項1から請求項6のいずれかに記載の基板処理装置において、
前記処理液は、薬液としての燐酸と希釈液としての純水とを混合してなる燐酸溶液である基板処理装置。
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