JP2006237227A - 基板処理装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基準を設定することにより、絶対的な値としての比重を得ることができるとともに、調整工数を低減できる。
【解決手段】 処理に先立って基準温度の純水を処理槽１に貯留し、この状態で圧力検出部２４が圧力を電圧に変換し、基準電圧して記憶部２６に記憶する。次に、処理槽１に貯留した処理液を処理温度に加熱し、その状態で検出した圧力に応じた電圧を処理電圧とし、この処理電圧と基準電圧とに基づいて濃度算出部２７により処理液の実比重を求める。実比重は、この装置の基準電圧に対する比率を表すので、絶対的な意味をもつことになり、装置間で基準電圧を検出すれば装置間の比較に利用できるとともに、ユーザにとっても理解しやすい絶対的な値にできる。また、各装置で共通の基準を得られ、各装置の調整工数を低減できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板等の基板（以下、単に「基板」と称する）を処理液で処理する基板処理装置及びその方法に関する。

従来、この種の装置として、窒素ガス供給部と、レギュレータと、供給管と、圧力検出部とを備えているものが挙げられる（例えば、特許文献１参照）。この装置は、処理槽の所定深さに供給管の検出端を配置した状態で、窒素ガス供給部から窒素ガスを一定流量で供給し、このときの圧力を圧力検出部で検出する。このようにして検出された圧力は、処理槽内における所定深さの圧力であり、この圧力と処理液の比重との間には相関関係がある。そして、検出した比重に基づいて処理液の濃度を制御する等の処理を行っている。

詳細には、さらに電圧変換部を備え、上述した圧力検出部で検出された圧力を電圧に変換し、その電圧をコントローラに与え、その値を表示させるとともに制御に用いている。
特開平１１−２１９９３１号公報（段落番号「００４０」〜「００５０」、図２）

しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、従来の装置は、供給管の検出端位置が僅かに変動しても検出される圧力が変動する。したがって、供給管の高さを調整するごとに圧力が変わり、また、その圧力も、同じ構造の装置であっても装置間で差異があるので、検出された圧力が装置だけの固有の意味合いしか持たない。そのため、同じ構造の他の装置との比較等に圧力を利用することができず、またユーザにとっても検出された圧力、つまり電圧の意味が分かりにくいものとなっている。さらに、装置の処理条件を調整する際に、装置ごとに独自の調整を行う必要があって、工数が多くなるという問題もある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、基準を設定することにより、絶対的な値としての処理液の実比重を得ることができるとともに、調整工数を低減できる基板処理装置及びその方法を提供することを目的とする。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
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によって基板に対して処理を行う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、前記処理槽内の所定深さに検出端を有し、一定流量の気体を供給する供給管と、前記供給管内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段で検出された圧力を電圧に変換する変換手段と、基準温度の基準液を前記処理槽に貯留した状態で、前記変換手段からの電圧を基準電圧として記憶する記憶手段と、前記加熱手段により前記処理槽に貯留した処理液を処理温度にした状態で、前記変換手段からの電圧を処理電圧とし、この処理電圧と前記記憶手段に記憶された基準電圧とに基づいて処理液の実比重を求める演算手段と、を備えていることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項1に記載の発明によれば、処理に先立って基準温度の基準液を処理槽に貯留し、この状態で圧力検出手段からの圧力を変換手段で変換し、基準電圧として記憶手段に記憶する。次に、処理槽に貯留した処理液を加熱手段により処理温度に加熱し、その状態で検出した圧力を変換して処理電圧とし、この処理電圧と、予め記憶してある基準電圧とに基づいて演算手段により処理液の実比重を求める。そして、例えば、この実比重に基づいて処理液を調整する。実比重は、この装置の基準電圧に対する比率を表すので、絶対的な意味をもつことになり、装置間で基準電圧を検出すれば装置間の比較に利用できるとともに、ユーザにとっても理解しやすい絶対的な値とすることができる。また、各装置で共通の基準を得ることができるので、各装置の調整工数を低減することができる。

なお、上記基準液とは、例えば純水や蒸留水であり、上記基準温度とは、例えば２５℃や２５〜３０℃である。また、処理液とは、例えば、燐酸を純水で希釈したものや、フッ化水素酸を純水で希釈したもの等が挙げられる。

また、本発明において、前記処理槽から排出された基準液及び処理液を前記処理槽へ供給させる循環系をさらに備え、前記基準電圧及び前記処理電圧を検出する際は、それぞれ同じ流量で基準液及び処理液を前記循環系において循環させることが好ましい（請求項２）。処理槽の構造上、単に基準液等を満たしているだけでは、液面が時間とともに低下することがある。そこで、循環系により基準液及び処理液それぞれを循環させることにより、液面を一定に維持して供給管の検出端が位置する深さを一定にすることができるので、基準液と処理液について同じ条件で圧力検出を行うことができる。したがって、両圧力の検出条件を揃えて実比重の精度を高めることができる。

また、前記処理槽に希釈液を補充する補充手段と、前記実比重に基づいて前記加熱手段または前記補充手段を制御して、処理液の濃度を調整する濃度制御手段とをさらに備えていることが好ましい（請求項３）。比重と濃度との間には相関関係があるので、実比重に応じて加熱手段または補充手段を制御すると、濃度制御手段が処理液の濃度を調整することができる。

さらに、請求項４に記載の発明は、薬液と希釈液とを混合してなる処理液によって基板に対して処理を行う基板処理方法において、処理に先立って基準温度の基準液を処理槽に貯留した状態で、処理槽内の所定深さにおける圧力に応じて変換手段から得られた電圧を基準電圧として記憶しておく過程と、処理槽に貯留した処理液を処理温度にした状態で、変換手段からの電圧を処理電圧とし、この処理電圧と前記基準電圧とに基づいて処理液の実比重を求める過程と、を備え、前記実比重に基づいて処理液の調整を行うことを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項４に記載の発明によれば、処理に先立って基準温度の基準液を処理槽に貯留し、この状態で変換手段から得られた電圧を基準電圧として記憶しておく。次いで、処理槽に貯留した処理液を処理温度に加熱し、その状態で変換手段から得られた電圧を処理電圧とし、この処理電圧と、予め記憶してある基準電圧とに基づいて処理液の実比重を求め、この実比重に基づいて処理液を調整する。実比重は、この装置における基準電圧を基準とした比率を表すので、絶対的な意味をもつことになって、装置間の比較に利用することができるとともに、ユーザにとっても理解しやすい値とすることができる。また、各装置で共通の基準を得ることができるので、各装置の調整工数を低減することができる。

本発明に係る基板処理装置によれば、処理電圧と、予め記憶してある基準電圧とに基づいて演算手段により処理液の実比重を求める。実比重は、この装置における基準電圧を基準とした比率を表すので、絶対的な意味をもつことになって、装置間の比較に利用することができるとともに、ユーザにとっても理解しやすい値とすることができる。また、各装置で共通の基準を得ることが可能となるので、各装置の調整工数を低減することができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
図１は本発明の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の燐酸（H₃PO₄）と、希釈液としての純水とを混合して得られた処理液を加熱し、この処理液中に基板（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。

この基板処理装置は、処理液を貯留する処理槽１を備えている。この処理槽１の周囲には、処理槽１から溢れ出た処理液を回収するための回収槽２が設けられている。回収槽２で回収された処理液は循環系３を介して処理槽１に戻される。この循環系３は、回収槽２と処理槽１の底部に設けられた噴出管１ａとを連通接続する配管４に、送液用のポンプ５、インラインヒータ６、およびフィルタ７を介在して構成されている。インラインヒータ６は、処理槽１に戻される処理液を循環系３において加熱するためのものである。フィルタ７は、処理槽１に戻される処理液からパーティクルを除去するために設けられている。処理槽１と回収槽２の外周囲には、各槽内の処理液を加熱するための槽用加熱器８が設けられている。インラインヒータ６および槽用加熱器８は、本発明における加熱手段に相当する。

処理槽１の上部には開閉自在のカバー９が設けられている。複数枚の基板Ｗは昇降自在の保持アーム１０に等間隔に直立姿勢で保持されている。保持アーム１０が槽外にあるとき、カバー９は閉じられている。基板Ｗ群を保持アーム１０に保持して処理槽１内に投入するとき、カバー９が開けられる。基板Ｗ群が処理槽１内に投入されてエッチング処理を施している間、カバー９は再び閉じられる。

回収槽２には燐酸を供給する燐酸供給部１１が配設されている。燐酸供給部１１は、回収槽２の上部に配設されたノズル１２と、このノズル１２を燐酸供給源に連通接続する配管１３と、この配管１３に介在する流量調整弁１４とを備えている。また、処理槽１には純水を補充するための純水補充部１５が配設されている。純水補充部１５は、処理槽１の縁近傍に配設されたノズル１６と、このノズル１６を純水供給源に連通接続する配管１７と、この配管１７に介在する流量調整弁１８とを備えている。

処理槽１内に処理液の温度を検出する温度センサ１９が設けられている。この温度センサ１９の検出信号は温度制御部２０に与えられる。温度制御部２０は、この検出信号に基づいてインラインヒータ６をＰＩＤ（比例・積分・微分）制御するとともに、槽用加熱器８をＯＮ／ＯＦＦ制御する。

さらに処理槽１には処理液の濃度を検出する濃度検出装置２１が付設されている。この濃度検出装置２１は、処理液中の燐酸濃度と燐酸溶液の比重との間に相関関係があることに着目して、燐酸を含む処理液の比重を実質的に検出することにより、燐酸を含む処理液の濃度を検出するものである。また、燐酸を含む処理液の比重は、処理槽１内の所定深さにおける圧力と相関関係をもつので、濃度検出装置２１は、処理槽１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ことによって、燐酸溶液の濃度を検出している。以下に、濃度検出装置２１について具体的な構成を説明する。

濃度検出装置２１は、供給管２２と、レギュレータ２３と、圧力検出部２４と、記憶部２６と、濃度算出部２７と、表示部２８と、濃度制御部２９を備えている。供給管２２は、処理液に耐性を有するフッ素樹脂等で形成されており、その下端部である検出端は処理槽１内の所定深さに位置するように設けられている。レギュレータ２３は、窒素ガス供給源からの窒素ガスを一定流量にして供給管２２に供給する。すると、定常状態においては、窒素ガスの放出圧力は、処理槽１の液面から所定深さにおける液圧にほぼ等しいものとみなすことができる。圧力検出部２４は、この供給管２２内の窒素ガス圧力を測定する圧力センサを備えている。この圧力検出部２４からは、例えば、０〜２．５［Ｖ］の電圧が出力される。この電圧は、処理槽１の液面からの所定深さにおける液圧であるとみなすことができる。濃度算出部２７は、圧力検出部２４からの圧力に応じた電圧を、後述する基準電圧Ｖ_DIWとして予め記憶部２６に記憶させるとともに、処理時に、基準電圧Ｖ_DIWと処理電圧Ｖ_SOLとに基づいて処理液の実比重を求めるとともに、予め記憶部２６に記憶してある実比重と濃度との対応関係を表した検量線データを参照して、処理槽１内の処理液の燐酸濃度を求める。また、実比重や濃度は、表示部２８に逐次表示される。

なお、圧力検出部２４が本発明における圧力検出手段及び変換手段に相当し、記憶部２６が本発明における記憶手段に相当し、濃度演算部２７が本発明における演算手段に相当する。

具体的な濃度算出手法は、特開平１１−２１９９３１号公報に詳述されているが、簡単に説明すると以下のようなものである。
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、液面から供給管２２の検出端までの距離（深さ）と、処理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、処理液の燐酸濃度と、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処理液の燐酸濃度を求めることができる。

濃度検出装置２１で得られた処理液の燐酸濃度データは濃度算出部２７から濃度制御部２９に与えられる。濃度制御部２９は、処理液の燐酸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、純水の流量調整弁１８を操作して純水の補充量を調整する。具体的には、濃度制御部２９は、処理液の燐酸検出濃度に基づいてＰＩＤ（比例・積分・微分）制御によって流量調整弁１８を操作する。

なお、濃度制御部２９が本発明における濃度制御手段に相当する。

主制御部３１は、本基板処理装置の全体を管理するために設けられている。具体的には、主制御部３１は、温度制御部２０に対する処理液の設定温度の指令、濃度制御部２９に対する処理液の目標濃度の指令、および燐酸の流量調整弁１４の操作指令などを与える。

上述した「基準電圧」及び「処理電圧」について、図２〜図５を参照して説明する。なお、図２は基準電圧の測定を模式的に示した図であり、図３は処理電圧の測定を模式的に示した図である。また、図４は基準電圧の測定手順を示すフローチャートであり、図５は処理時の大まかな手順を示すフローチャートである。

「基準電圧の測定」
実際に基板Ｗを処理する前に、次のようにして予め基準電圧を測定する。
まず、図２に示すように、処理槽１に基準温度の基準液を貯留する。基準温度とは、例えば、２５℃であり、基準液とは、例えば、純水である。そして、後述する処理時における流量と同じ流量で純水が循環するように、ポンプ５を制御する（ステップＳ１）。なお、基準液として例えば蒸留水を採用してもよく、基準温度として例えば２５〜３０℃の範囲としてもよい。

そして、圧力検出部２４からの出力信号である電圧が安定するのを濃度算出部２７が監視し（ステップＳ２）、安定したらそのときの電圧を基準電圧Ｖ_DIWとして記憶部２６に書き込んで記憶する（ステップＳ３）。

なお、処理槽１の構造上、純水を単に貯留しているだけでは、純水が僅かずつ排出されてしまい、液面が徐々に低下する。供給管２２の検出端における圧力は、液面が変動すると変動することになるので、循環系３により純水を循環させることが好ましい。このようにすることにより、液面を一定に維持して供給管２２の検出端が位置する深さを一定にできるので、基準液と処理液について同じ条件で圧力検出を行うことができる。したがって、両圧力の検出条件を揃えて後述する実比重の精度を高めることができる。

「処理時」
まず、図３に示すように、処理槽１に処理温度の処理液を貯留する。例えば、処理温度が１６０℃であり、処理液が燐酸と純水の混合液である。そして、処理時の循環流量で処理液が循環するようにポンプ５を制御する（ステップＳ１０）。

このとき、圧力検出部２４からの電圧（処理電圧Ｖ_SOL）を測定し（ステップＳ１１）、記憶部２６に記憶されている基準電圧Ｖ_DIWで処理電圧Ｖ_SOLを除する演算を行う（ステップＳ１２）。この結果（＝Ｖ_SOL／Ｖ_DIW）は、純水の比重が１［ｇ／ｃｍ³］であることから実比重を表す。そして、この実比重と、比重−濃度の検量線データに基づいて後述するように処理液を調整する。

なお、異なる装置や同一装置の異なる処理槽１について、基準電圧Ｖ_DIWを求めておくことにより、各装置や処理槽１における基準として利用できる。つまり、Ａ槽において基準電圧Ｖ_DIW＝０．８４５［Ｖ］であり、Ｂ槽において基準電圧Ｖ_DIW＝０．８３０［Ｖ］であったとする。さらに、処理時における処理液の濃度に応じた比重が１．５５［ｇ／ｃｍ³］であったとする。このような場合には、Ａ槽及びＢ槽では、処理時に調整の目標となる電圧は次のようになる。

Ａ槽 １．５５×０．８４５＝１．３０９［Ｖ］
Ｂ槽 １．５５×０．８３０＝１．２８６［Ｖ］

次に、図６を参照して、実際の処理時における動作について説明する。なお、図６は、処理時の手順を示すフローチャートである。

ステップＳ２０，Ｓ２１
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に送られる間にインラインヒータ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。

ステップＳ２２，Ｓ２３，Ｓ２４
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、インラインヒータ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、インラインヒータ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。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Ｓ２５に進む。

ステップＳ２５
圧力検出部２４からの処理電圧Ｖ_SOLを検出し、濃度算出部２７がこの処理電圧Ｖ_SOLと、記憶部２６の基準電圧Ｖ_DIWとの比率を求め、この比率と検量線データに基づいて濃度を算出する。

ステップＳ２６
上記ステップＳ２５のようにして処理槽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２９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、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設定されるのが好ましい。処理槽１内の処理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、処理液の加熱により処理液中の純水が蒸発して、処理液の濃度は自然に上昇する。

ステップＳ２７，Ｓ２８，Ｓ２９
処理槽１内の処理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Ｓ２１〜Ｓ２６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群が処理槽１内から引き上げられて、次の処理槽へ移送される。

上述したように、実際の基板Ｗ群の処理に先立ち、基準温度の純水を処理槽１に貯留し、この状態で圧力検出部２４が圧力を電圧に変換し、基準電圧Ｖ_DIWとして記憶部２６に記憶する。次に、処理槽１に貯留した処理液を処理温度に加熱し、その状態で検出した圧力に応じた電圧を処理電圧Ｖ_SOLとし、この処理電圧Ｖ_SOLと、予め記憶してある基準電圧Ｖ_DIWとに基づいて濃度算出部２７により処理液の実比重を求める。実比重は、この装置の基準電圧Ｖ_DIWに対する比率を表すので、絶対的な意味をもつことになり、装置間で基準電圧Ｖ_DIWを検出すれば装置間の比較に利用できるとともに、ユーザにとっても理解しやすい絶対的な値とすることができる。また、各装置で共通の基準を得ることができるので、各装置の調整工数を低減することができる。

本発明は、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のように変形実施が可能である。
上記の実施例では、燐酸を含む処理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。

本発明の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。 基準電圧の測定を模式的に示した図である。 処理電圧の測定を模式的に示した図である。 基準電圧の測定手順を示すフローチャートである。 処理電圧の測定手順を示すフローチャートである。 処理時の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ … 処理槽
２ … 回収槽
６ … インラインヒータ（加熱手段）
８ … 槽用加熱器（加熱手段）
２２ … 供給管
２４ … 圧力検出部（圧力検出手段、変換手段）
２６ … 記憶部（記憶手段）
２７ … 濃度演算部（演算手段）
２９ … 濃度制御部（濃度制御手段）
Ｖ_DIW … 基準電圧
Ｖ_SOL … 処理電圧

Claims (4)

1. 薬液と希釈液とを混合してなる処理液によって基板に対して処理を行う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、
   前記処理槽内の所定深さに検出端を有し、一定流量の気体を供給する供給管と、
   前記供給管内の圧力を検出する圧力検出手段と、
   前記圧力検出手段で検出された圧力を電圧に変換する変換手段と、
   基準温度の基準液を前記処理槽に貯留した状態で、前記変換手段からの電圧を基準電圧として記憶する記憶手段と、
   前記加熱手段により前記処理槽に貯留した処理液を処理温度にした状態で、前記変換手段からの電圧を処理電圧とし、この処理電圧と前記記憶手段に記憶された基準電圧とに基づいて処理液の実比重を求める演算手段と、
   を備えていることを特徴とする基板処理装置。
2. 請求項１に記載の基板処理装置において、
   前記処理槽から排出された基準液及び処理液を前記処理槽へ供給させる循環系をさらに備え、
   前記基準電圧及び前記処理電圧を検出する際は、それぞれ同じ流量で基準液及び処理液を前記循環系において循環させることを特徴とする基板処理装置。
3. 請求項１または２に記載の基板処理装置において、
   前記処理槽に希釈液を補充する補充手段と、
   前記実比重に基づいて前記加熱手段または前記補充手段を制御して、処理液の濃度を調整する濃度制御手段とをさらに備えていることを特徴とする基板処理装置。
4. 薬液と希釈液とを混合してなる処理液によって基板に対して処理を行う基板処理方法において、
   処理に先立って基準温度の基準液を処理槽に貯留した状態で、処理槽内の所定深さにおける圧力に応じて変換手段から得られた電圧を基準電圧として記憶しておく過程と、
   処理槽に貯留した処理液を処理温度にした状態で、変換手段からの電圧を処理電圧とし、この処理電圧と前記基準電圧とに基づいて処理液の実比重を求める過程と、
   を備え、
   前記実比重に基づいて処理液の調整を行うことを特徴とする基板処理方法。
   

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