JP2008235333A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】処理槽内の処理液の比重値を算出するためのガスの配管にシリカが析出することを防止することができ、比重値が正確に計測され、エッチングレートの安定した半導体製造装置を提供する。
【解決手段】加熱した処理液に基板を浸漬して基板の表面処理を行う半導体製造装置において、前記処理液を貯留する処理槽１と、前記処理液中の所定深さからガスを放出し、その放出圧力から前記処理液の液圧を検出する圧力検出部５３と、前記検出された液圧に基づき前記処理液の比重を算出する比重算出部５４と、前記処理液中に放出されるガスを加熱するヒータ５５と、前記算出された比重に基づいて前記処理槽への純水供給量を制御するコントローラ５１と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造装置に関するものである。

半導体ウェーハ等の基板表面に形成されたシリコン窒化膜を除去するウェットエッチング装置は、例えば、エッチング液としての燐酸（Ｈ_３ＰＯ_４）溶液を貯留する処理槽を備え、基板を燐酸溶液中に浸漬することでシリコン窒化膜がエッチング処理されるように構成される。

エッチングレートを安定化させるためには、燐酸溶液の濃度を一定に維持することが求められる。燐酸溶液の濃度と比重には相関関係があるため、処理槽（燐酸溶液）温度と共に、燐酸溶液の比重を所定範囲にするように制御する基板処理装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。ここでは、燐酸溶液内に窒素ガスを吹き込み、その時の放出圧力から比重を求め、その比重に基づいて濃度を算出し、濃度が所定値になるように純水を補充して濃度制御を行っている。

しかし、窒素ガスは室温であるため、処理槽内の燐酸溶液中に吹き込むと、その周辺で局所的に燐酸溶液の温度低下が発生する。シリコン窒化膜のエッチング処理に伴い燐酸液中のシリカ（ＳｉＯ_２）濃度は高くなっており、窒素ガスによる燐酸溶液の温度低下により、窒素ガス配管にシリカが析出する。窒素ガス配管に析出したシリカが蓄積すると、窒素ガスの放出圧力が正確に検出できなくなり、燐酸溶液の正確な比重が算出されない。そのため、安定したエッチングレートが得られなくなるという問題があった。
特開２００４−２２１５４０号公報

本発明は処理槽内の処理液の比重値を算出するためのガスの配管にシリカが析出することを防止することができ、比重値が正確に計測され、エッチングレートの安定した半導体製造装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様による半導体製造装置は、加熱した処理液に半導体基板を浸漬して基板の表面処理を行う半導体製造装置において、前記処理液を貯留する処理槽と、前記処理液中の所定深さからガスを放出し、その放出圧力から前記処理液の液圧を検出する圧力検出部と、前記検出された液圧に基づき前記処理液の比重を算出する比重算出部と、前記処理液中に放出されるガスを加熱するヒータと、前記算出された比重に基づいて前記処理槽への純水供給量を制御するコントローラと、を備えるものである。

また、本発明の一態様による半導体製造装置は、処理液を貯留する処理槽と、前記処理槽から流出した処理液を回収する回収槽と、前記回収槽に純水を供給する純水供給部と、前記回収槽内の処理液を前記処理槽に戻す循環経路と、前記循環経路内の処理液を加熱する第１のヒータと、前記処理槽内の処理液を加熱する第２のヒータと、前記処理槽内の処理液が所定温度になるように前記第１及び第２のヒータを制御する第１のコントローラと、一端が前記処理槽内の所定の高さに位置するよう設けられ、前記処理槽内の処理液中にガスを放出するガス供給配管と、前記ガス供給配管に設置され、前記ガス供給管内の前記ガスを加熱する第３のヒータと、前記ガス供給配管内のガス圧力を測定する圧力センサと、前記測定されたガス圧力に基づいて前記処理槽内の処理液の比重を算出する比重算出部と、前記算出された比重に基づき前記純水供給部が供給する純水量を制御する第２のコントローラと、を備えるものである。

本発明によれば、処理槽内の処理液の比重値を算出するためのガスの配管にシリカが析出することを防止することができ、比重値が正確に計測され、安定したエッチングレートが得られる。

以下、本発明の実施形態による半導体製造装置を図面に基づいて説明する。

図１に本発明の実施形態に係る半導体製造装置の概略構成を示す。ここで、半導体製造装置は、例として、燐酸と純水とを混合した燐酸溶液中にウェーハを浸漬してシリコン窒化膜をエッチング処理する装置として説明する。

この半導体製造装置は、燐酸溶液を貯留する処理槽１を備える。処理槽１の周囲には回収槽２が設けられており、回収された燐酸溶液は循環系３を介して処理槽１に戻される。

循環系３は処理槽１の底部開口と回収槽２の底部開口を接続する配管３１を有し、配管３１の途中には回収槽２の底部開口から処理槽１の底部開口に向かって順に循環ポンプ３２、ヒータ３３、濾過フィルタ３４が設けられている。

ヒータ３３は処理槽１に戻される燐酸溶液を所定の温度に加熱する。濾過フィルタ３４は処理槽１に戻される燐酸溶液中のパーティクルを除去し、一定レベルの清浄度にする。

処理槽１の外周には槽内の燐酸溶液を加熱するヒータ４が設けられている。

処理槽１内の燐酸溶液が加熱されて溶液中の水分が蒸発すると、燐濃度（比重）が上昇する。後述する比重検出部５のコントローラ５１からの制御信号に基づいて流量制御弁６の開度が調節され、純水槽７から純水供給管８を介して純水が回収槽２に供給される。

純水が供給されて比重（濃度）が低くなった燐酸溶液は循環系３を介して処理槽１に供給され、処理槽１内の燐酸溶液の水分含有量が増加して、燐酸溶液の比重が所定の範囲の値になるように調整される。

比重検出部５について説明する。比重検出部５はコントローラ５１、検出用配管５２、圧力センサ５３、比重算出部５４、配管ヒータ５５、温度センサ５６及び窒素ガス供給源５７を備える。

検出用配管５２は窒素ガス供給源５７から窒素ガスが供給され、その先端部は処理槽１内の所定の高さに位置する。検出用配管５２は高温の酸性薬液（燐酸溶液）に接するため、材質は耐熱、耐薬性に優れたフッ素樹脂性とすることが好ましい。

圧力センサ５３は検出用配管５２内の窒素ガス圧力を測定し、測定した窒素ガス圧力に基づく電圧値の検出信号を比重算出部５４へ出力する。比重算出部５４は窒素ガス圧力に基づく電圧値と燐酸溶液の比重との対応関係を記憶しており、検出信号に基づく処理槽１内の燐酸溶液の比重を算出する。

窒素ガス圧力は、検出用配管５２の先端が位置する深さにおける燐酸溶液の液圧とみなすことができる。ここで液圧は、燐酸溶液の液面と検出用配管５２の先端までの深さと燐酸溶液の比重とを変数とする関数で表すことができる。従って、燐酸溶液の液面から検出用配管５２の先端までの所定深さにおける比重と窒素ガス圧力に基づく電圧値との関係を予め求めておくことで、圧力センサからの検出信号に基づいて処理槽１内の燐酸溶液の比重を算出することができる。

比重算出部５４にて算出された燐酸溶液の比重データはコントローラ５１へ出力される。コントローラ５１は処理槽１内の燐酸溶液が所定の比重値になるように純水供給量を制御する制御信号を流量制御弁６へ出力し、弁の開度を調節する。

配管ヒータ５５は検出用配管５２内の窒素ガスを処理槽１内の燐酸溶液の温度以上となるように加熱する。これにより燐酸溶液の比重検出用の窒素ガスによる燐酸溶液の温度低下が防止され、燐酸溶液中のシリカが析出して検出用配管５２に蓄積することを抑制することができる。

温度センサ５６は検出用配管５２内の窒素ガス温度を検出し、検出結果をヒータコントローラ９へ出力する。ヒータコントローラ９は窒素ガス温度が一定になるように配管ヒータ５５の制御を行う。配管ヒータ５５の制御方法は例えばＰＩＤ制御とする。ＰＩＤ制御とはフィードバック制御の一種であり、現在値と設定値の偏差に比例した出力を出す比例動作（Proportional Action:Ｐ動作）と、その偏差の積分に比例する出力を出す積分動作（Integral Action:Ｉ動作）と、偏差の微分に比例した出力を出す微分動作（Derivative Action:Ｄ動作）の和を出力し、目標値に向かって制御する方法である。

また、ヒータコントローラ９は処理槽１内の燐酸溶液の温度を検出するセンサ（図示せず）の検出結果に基づき、燐酸溶液が所定温度になるようにヒータ４、３３の制御を行う。

配管ヒータ５５は検出用配管５２の先端近傍に１個設けるのでも良く、また、検出用配管全体にわたって複数個設けるようにしても良い。

ヒータ４、３３の加熱を停止し、処理槽１内の燐酸溶液を交換するときも、検出用配管５２近傍の温度低下によるシリカ析出を防止するため、配管ヒータ５５により加熱した窒素ガスを放出するようにしてもよい。

処理槽１内の燐酸溶液の設定温度が変更された場合、それに基づいて配管ヒータ５５の温度を変えて、窒素ガス温度を変更するようにしてもよい。例えば燐酸溶液の温度を１４０℃、窒素ガスの温度を１５０℃として処理を行っている状態から、燐酸溶液の温度を１６０℃にする場合、ヒータコントローラ９は窒素ガス温度を１６０℃以上にするように配管ヒータ５５の加熱を制御する。窒素ガス温度を１５０℃のままにしておくと、燐酸溶液温度より低くなり、シリカが析出するおそれがあるからである。

このように、本実施形態による半導体製造装置により、検出用配管５２へのシリカ蓄積を抑制し、燐酸溶液の比重値を正確に求め、安定したエッチングレートを得ることができる。

上述した実施の形態はいずれも一例であって制限的なものではないと考えられるべきである。例えば、燐酸溶液でなく硫酸溶液等の他の処理液を用いても良い。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施形態による半導体製造装置の概略構成図である。

符号の説明

１ 処理槽
２ 回収槽
３ 循環系
４ ヒータ
５ 比重検出部
６ 流量調整弁
７ 純水槽
８ 純水供給管
９ ヒータコントローラ
３３ ヒータ
５１ コントローラ
５２ 検出用配管
５３ 圧力センサ
５４ 比重算出部
５５ 配管ヒータ
５６ 温度センサ

Claims (5)

1. 加熱した処理液に半導体基板を浸漬して基板の表面処理を行う半導体製造装置において、
   前記処理液を貯留する処理槽と、
   前記処理液中の所定深さからガスを放出し、その放出圧力から前記処理液の液圧を検出する圧力検出部と、
   前記検出された液圧に基づき前記処理液の比重を算出する比重算出部と、
   前記処理液中に放出されるガスを加熱するヒータと、
   前記算出された比重に基づいて前記処理槽への純水供給量を制御するコントローラと、
   を備えることを特徴とする半導体製造装置。
2. 前記ヒータは前記ガスの温度が前記処理液の温度以上になるように加熱を行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
3. 処理液を貯留する処理槽と、
   前記処理槽から流出した処理液を回収する回収槽と、
   前記回収槽に純水を供給する純水供給部と、
   前記回収槽内の処理液を前記処理槽に戻す循環経路と、
   前記循環経路内の処理液を加熱する第１のヒータと、
   前記処理槽内の処理液を加熱する第２のヒータと、
   前記処理槽内の処理液が所定温度になるように前記第１及び第２のヒータを制御する第１のコントローラと、
   一端が前記処理槽内の所定の高さに位置するよう設けられ、前記処理槽内の処理液中にガスを放出するガス供給配管と、
   前記ガス供給配管に設置され、前記ガス供給管内の前記ガスを加熱する第３のヒータと、
   前記ガス供給配管内のガス圧力を測定する圧力センサと、
   前記測定されたガス圧力に基づいて前記処理槽内の処理液の比重を算出する比重算出部と、
   前記算出された比重に基づき前記純水供給部が供給する純水量を制御する第２のコントローラと、
   を備えることを特徴とする半導体製造装置。
4. 前記ガス供給配管内のガスの温度を検出し、検出結果を前記第１のコントローラへ出力する温度センサをさらに備え、前記第１のコントローラは前記ガスの温度が前記処理槽内の処理液の温度以上になるように前記第３のヒータを制御することを特徴とする請求項３に記載の半導体製造装置。
5. 前記処理液は燐酸溶液であり、前記ガスは窒素ガスであることを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体製造装置。

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