JP2008306089A - Immersion type cleaning device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、浸漬式洗浄装置において循環使用される薬液の濃度を制御することにより、半導体基板の薬液処理によるエッチング量を所望のエッチング量に制御することのできる浸漬式洗浄装置に関するものである。 The present invention relates to an immersion type cleaning apparatus that can control the etching amount of a semiconductor substrate by chemical processing to a desired etching amount by controlling the concentration of the chemical solution used in circulation in the immersion type cleaning apparatus.
近年における半導体装置の微細化の進展に伴い半導体基板のエッチングマージンが減少しており、洗浄工程においてもできるだけ基板のエッチング量を減少させるように処理されている。エッチング量は薬液濃度により制御することが可能であり、最近では洗浄薬液の低濃度化が進み、エッチング量を減少させている。このとき処理薬液の濃度は正確に制御されなければならず、濃度が変動することによりエッチング量のばらつきが大きくなり、半導体装置の製品歩留まりを低下させる。 With the progress of miniaturization of semiconductor devices in recent years, the etching margin of a semiconductor substrate has decreased, and processing is performed so as to reduce the etching amount of the substrate as much as possible in the cleaning process. The etching amount can be controlled by the concentration of the chemical solution. Recently, the concentration of the cleaning chemical solution has been reduced, and the etching amount has been reduced. At this time, the concentration of the processing chemical solution must be accurately controlled, and variation in the etching amount causes a large variation in the etching amount, thereby reducing the product yield of the semiconductor device.
また、半導体装置の製造において金属膜は重要な役割を担っており、低抵抗であることから配線材料だけではなく、ゲート膜にも使用されるようになっている。通常、金属膜のウェットエッチング処理においては、金属溶解能力の高い酸系の薬液を用いてエッチング処理を行うが、金属によっては酸系の薬液だけでは充分なエッチング能力がないため、酸化力の高い薬液を混合させて、金属膜の酸化とエッチングを繰り返してエッチングを行っている。この場合も、エッチング処理に使用される薬液および酸化剤の濃度は正確に制御されなければならず、濃度のばらつきが大きい場合は所望のエッチング量に制御できず、意図しない金属膜のエッチングを行ってしまい、この場合も半導体装置の製品歩留まりを低下させてしまう。 In addition, metal films play an important role in the manufacture of semiconductor devices, and since they have low resistance, they are used not only for wiring materials but also for gate films. Normally, in wet etching of metal films, etching is performed using an acid-based chemical solution having a high metal-dissolving ability. However, depending on the metal, only an acid-based chemical solution does not have a sufficient etching ability, so that the oxidizing power is high. Etching is performed by mixing chemicals and repeating oxidation and etching of the metal film. Also in this case, the concentration of the chemical solution and the oxidizing agent used for the etching process must be accurately controlled. If the variation in concentration is large, the etching amount cannot be controlled to a desired value, and an unintended metal film is etched. In this case as well, the product yield of the semiconductor device is lowered.
そこで特許文献1では薬液の濃度制御する方法として、ワンバス式の洗浄装置において処理槽内に設置した濃度計で処理薬液の濃度を測定し、設定濃度と異なる場合には供給流量を可変させて薬液補充を行う洗浄方法が提案されている。
しかしながら、現状の薬液濃度計において、低濃度の薬液は測定濃度ばらつきよりも薬液濃度が低くなるため、正確な濃度測定が困難であるばかりでなく、所望とする設定濃度に制御することができない。また、金属膜のエッチングに使用される薬液は、それぞれの膜種に対応した洗浄薬液を用いて洗浄しているが、この場合においても各薬液に対応する濃度計を用いなければならず、さらに従来から使用されている導電率を利用した濃度計においては測定ばらつきが大きく濃度を正確に測定できないという問題点がある。 However, in the current chemical concentration meter, since the chemical concentration of the low concentration chemical solution is lower than the variation in measured concentration, it is not only difficult to measure the concentration accurately, but it cannot be controlled to a desired set concentration. In addition, the chemical solution used for etching the metal film is cleaned using a cleaning chemical solution corresponding to each film type. In this case, a concentration meter corresponding to each chemical solution must be used. Conventionally used densitometers using conductivity have a problem in that the measurement variation is large and the concentration cannot be measured accurately.
そこで本発明では、従来の濃度計による濃度制御を行わず、各薬液の供給流量や非処理時の薬液揮発量、および処理ウェーハによる消費量から薬液成分の変化量を算出することにより、洗浄薬液の混合比を正確に求め、必要量の薬液補充を行うことにより薬液濃度を制御して、被エッチング膜に対するエッチング量を容易に制御することのできる、浸漬式洗浄装置を提供することを目的としている。 Therefore, in the present invention, the concentration control by the conventional densitometer is not performed, and the amount of change in the chemical component is calculated from the supply flow rate of each chemical solution, the chemical solution volatilization amount during non-processing, and the consumption amount by the processing wafer, thereby The purpose of the present invention is to provide an immersion type cleaning apparatus that can accurately control the amount of etching with respect to the film to be etched by accurately determining the mixing ratio and replenishing the required amount of chemical solution to control the chemical concentration. Yes.
上記の課題を解決するため、本発明に係る浸漬式洗浄装置は、薬液を使用して半導体基板のウェットエッチング処理を行う薬液処理槽と、薬液処理槽内の薬液を循環させるための循環ポンプと、薬液を薬液処理槽に供給する供給流量を測定するための流量計と、供給流量と供給時間から供給量を算出するための供給量演算部を備え、薬液の投入量から薬液処理槽内における混合比を算出して薬液濃度を算出することを特徴とするものである。 In order to solve the above-described problems, an immersion type cleaning apparatus according to the present invention includes a chemical solution treatment tank that performs wet etching treatment of a semiconductor substrate using a chemical solution, and a circulation pump that circulates the chemical solution in the chemical solution treatment tank. , Equipped with a flow meter for measuring the supply flow rate for supplying the chemical solution to the chemical treatment tank, and a supply amount calculation unit for calculating the supply amount from the supply flow rate and the supply time. The chemical ratio is calculated by calculating the mixing ratio.
また、算出された薬液濃度が設定濃度と異なる場合には、設定濃度となるよう各々の薬液の補充量を算出し、供給時間を可変することにより所望の補充量となるように薬液の供給を行うことを特徴とするものである。 In addition, when the calculated chemical solution concentration is different from the set concentration, the replenishment amount of each chemical solution is calculated so as to become the set concentration, and the supply of the chemical solution is performed so that the desired replenishment amount is obtained by varying the supply time. It is characterized by doing.
また、薬液処理槽は、薬液処理槽内の薬液温度を測定するための温度計と、循環する薬液の温度を制御するためのヒーターとを備え、循環時間と薬液温度から薬液揮発量を算出するための揮発量演算部を備えていることを特徴とするものである。 The chemical treatment tank also includes a thermometer for measuring the temperature of the chemical in the chemical treatment tank and a heater for controlling the temperature of the circulating chemical, and calculates the chemical volatilization amount from the circulation time and the chemical temperature. For this purpose, a volatilization amount calculation unit is provided.
本発明の浸漬式洗浄装置を用いれば、処理槽内の洗浄薬液濃度を設定値に制御することが可能となり、薬液による基板もしくは金属膜のエッチング量を制御することができる。 If the immersion type cleaning apparatus of the present invention is used, it is possible to control the concentration of the cleaning chemical in the processing tank to a set value, and the etching amount of the substrate or metal film by the chemical can be controlled.
また、洗浄薬液によらず混合量から濃度を算出することが可能なため、洗浄薬液それぞれに対応した濃度計を必要とせず、本発明によりさまざまな洗浄薬液の濃度制御が可能となるため、被エッチング膜によらず洗浄処理を行うことができる。 In addition, since it is possible to calculate the concentration from the mixing amount regardless of the cleaning chemical solution, a concentration meter corresponding to each cleaning chemical solution is not required, and the concentration control of various cleaning chemical solutions can be performed according to the present invention. The cleaning process can be performed regardless of the etching film.
また、薬液の濃度を安定させることにより、薬液交換の頻度を減少させることができ、薬液コストを低下させるばかりでなく、薬液交換等の非生産時間を減少させることが可能となるため、生産性を向上させることもできる。 In addition, by stabilizing the concentration of the chemical solution, the frequency of chemical solution exchange can be reduced, which not only lowers the cost of the chemical solution, but also reduces the non-production time for chemical solution exchange, etc. Can also be improved.
以下、本発明の実施の形態に係る浸漬式洗浄装置について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an immersion type cleaning apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明の浸漬式洗浄装置の概略図である。薬液交換時において、薬液槽1に供給される薬液21,22,23は、それぞれの薬液流量計31,32,33により供給流量が測定される。このとき供給される薬液の種類や数は問わない。測定された流量は演算部7において供給時間が計算され、供給流量と供給時間の積分値から各薬液の総投入量が算出される。各薬液の総投入量から混合比が求められ薬液濃度が算出される。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic view of an immersion type cleaning apparatus of the present invention. At the time of chemical solution exchange, the supply flow rates of the chemical solutions 21, 22, and 23 supplied to the chemical solution tank 1 are measured by the respective chemical flow meters 31, 32, and 33. The kind and number of chemicals supplied at this time are not limited. The measured flow rate is calculated by the
このとき算出された濃度が設定濃度と異なる場合、所望する薬液濃度となるように各薬液の補充量が演算部7で算出され、補充量は供給時間を可変させることにより調整する。演算部7で算出された供給時間にわたり補充する薬液のみミキシングバルブ4が開き薬液槽1に薬液が供給され、薬液濃度が調整される。
When the concentration calculated at this time is different from the set concentration, the replenishment amount of each chemical solution is calculated by the
また、薬液を循環ポンプ8により循環させているときの薬液濃度の制御方法について図2〜図4に従って説明する。 A method for controlling the chemical concentration when the chemical is circulated by the circulation pump 8 will be described with reference to FIGS.
図2に示すように、半導体基板の処理時、非処理時に拠らず薬液が揮発により濃度変化する場合においては、経過時間にわたって薬液濃度が低下し、半導体基板6を洗浄する状況によって薬液濃度は異なる。薬液の揮発量は薬液温度に大きく依存することから、薬液槽1に設置された処理槽温度計5によって常時測定される薬液温度と、その温度で使用される場合の単位時間当たりの薬液揮発量および薬液交換後から薬液槽1内で循環された時間から、演算部7において各薬液の揮発量が算出される。さらに各薬液の揮発量から薬液交換時の投入量との差分が算出され、混合比から薬液濃度が求められる。
As shown in FIG. 2, when the concentration of a chemical solution changes due to volatilization regardless of whether the semiconductor substrate is processed or not, the concentration of the chemical solution decreases over time, and the concentration of the chemical solution depends on the situation of cleaning the semiconductor substrate 6. Different. Since the volatilization amount of the chemical solution greatly depends on the chemical solution temperature, the chemical solution temperature constantly measured by the treatment tank thermometer 5 installed in the chemical solution tank 1 and the chemical solution volatilization amount per unit time when used at that temperature Further, the amount of volatilization of each chemical solution is calculated in the
このとき薬液濃度が設定濃度から大きく異なる場合は、揮発量から演算部7で薬液補充量を算出し、補充する薬液のみのミキシングバルブ4が開き薬液槽1内に供給される。この時の補充量は薬液の供給流量から演算部7において供給時間が決定される。決定された供給時間においてミキシングバルブ4が開き所望の補充量で薬液補充が行われる。
At this time, if the chemical solution concentration is significantly different from the set concentration, the chemical solution replenishment amount is calculated from the volatilization amount by the
このときの薬液補充はできるだけ半導体基板6が薬液槽1に投入され洗浄処理される直前において行われることが望ましく、処理直前までの揮発量が演算部7で算出され薬液補充が行われることにより半導体基板6処理時の薬液濃度を設定濃度と同一にすることができるため、薬液によるエッチング量を制御することができる。
The chemical replenishment at this time is preferably performed immediately before the semiconductor substrate 6 is put into the chemical liquid tank 1 and cleaned as much as possible. The volatilization amount immediately before the processing is calculated by the
以降において同一薬液で揮発による濃度変化に対して薬液補充を行う場合は、前回補充時からの経過時間と処理槽温度から揮発量が演算部7において算出され、必要な補充量が決定される。このように薬液の濃度を一定にすることが可能となるため、薬液交換の頻度を減少させることができる。 Thereafter, when chemical solution replenishment is performed for the concentration change due to volatilization with the same chemical solution, the volatilization amount is calculated from the elapsed time since the previous replenishment and the processing bath temperature, and the necessary replenishment amount is determined. As described above, since the concentration of the chemical solution can be made constant, the frequency of the chemical solution exchange can be reduced.
また、図3に示すように薬液が半導体基板6により消費されて濃度変化する場合においては、薬液槽1において半導体基板6の洗浄処理が行われた直後もしくは次回の洗浄処理直前において、半導体基板1枚において消費される薬液量と処理された半導体基板の枚数から消費量が演算部7により算出され、消費量と同量の薬液補充が行われる。いずれの場合においても、補充される薬液のみミキシングバルブ4が開き、補充すべき量と供給流量から演算部7において算出された供給時間において薬液の供給が行われる。
Also, as shown in FIG. 3, when the chemical solution is consumed by the semiconductor substrate 6 and changes in concentration, the semiconductor substrate 1 immediately after the cleaning treatment of the semiconductor substrate 6 in the chemical bath 1 or immediately before the next cleaning treatment. The consumption amount is calculated by the
さらに、図4に示すように揮発および半導体基板の消費により濃度変化する場合は揮発量と消費量のそれぞれを算出して補充を行ってもよい。この場合においても半導体基板6が処理槽1内に投入される直前に薬液補充が行われることが望ましい。 Furthermore, as shown in FIG. 4, when the concentration changes due to volatilization and consumption of the semiconductor substrate, replenishment may be performed by calculating both the volatilization amount and the consumption amount. Also in this case, it is desirable that the chemical solution is replenished immediately before the semiconductor substrate 6 is put into the processing tank 1.
(実施の形態2)
また、図5に示すように薬液の揮発により濃度変化する場合、薬液種により揮発する温度が異なるため、処理槽温度計5で測定される薬液温度に対して、ヒーター9で温度を制御することにより薬液の揮発量を制御してもよい。薬液槽1内で半導体基板の洗浄が行われていない間にヒーター9により薬液温度を下げることにより薬液の揮発量を抑制することができるため、補充量を減少させることが可能となる。
(Embodiment 2)
In addition, when the concentration changes due to the volatilization of the chemical solution as shown in FIG. 5, the temperature for volatilization varies depending on the type of the chemical solution. The volatilization amount of the chemical solution may be controlled by the above. Since the amount of volatilization of the chemical solution can be suppressed by lowering the chemical solution temperature by the heater 9 while the semiconductor substrate is not cleaned in the chemical solution tank 1, the replenishment amount can be reduced.
また、処理薬液に含まれる薬液成分のうち数種類にわたって揮発させたい場合は、処理槽温度を上昇させてもよく、所望の揮発量を得ることができるため薬液の混合量を調整することができる。 Moreover, when it is desired to volatilize several kinds of chemical liquid components contained in the processing chemical liquid, the processing tank temperature may be increased, and a desired volatilization amount can be obtained, so that the mixing amount of the chemical liquid can be adjusted.
(実施の形態3)
また、被エッチングが金属膜である場合、半導体基板6が薬液槽1に投入される直前に過酸化水素水やオゾン水等の酸化剤を供給して、金属を酸化させることにより効果的に金属膜のエッチングを行ってもよい。
(Embodiment 3)
Further, when the etching target is a metal film, the metal substrate is effectively oxidized by supplying an oxidizing agent such as hydrogen peroxide water or ozone water immediately before the semiconductor substrate 6 is put into the chemical bath 1. The film may be etched.
このとき図6に示すように半導体基板1枚あたりの消費量と、薬液槽1に投入され洗浄処理される半導体基板6の枚数から演算部7において酸化剤の投入量を決定してもよく、金属膜のエッチングが進行し、薬液中の酸化剤が全て消費された時点で金属膜のエッチングが停止するため、必要以上のエッチングが行われることがなくなり、所望のエッチング量に制御することができる。半導体基板洗浄後は、薬液中に酸化剤が含まれていないため酸化剤の補充は行わない。
At this time, as shown in FIG. 6, the amount of oxidant input may be determined in the
本発明に係る浸漬式洗浄装置は、循環する薬液の濃度を制御することができるため、半導体基板のエッチングを安定して実施することができるものとして有用である。 Since the immersion type cleaning apparatus according to the present invention can control the concentration of the circulating chemical solution, it is useful as one that can stably carry out etching of a semiconductor substrate.
1 薬液槽
21〜23 洗浄薬液
31〜33 薬液流量計
4 ミキシングバルブ
5 処理槽温度計
6 半導体基板
7 演算部
8 循環ポンプ
9 ヒーター
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chemical tank 21-23 Cleaning chemical liquid 31-33 Chemical flow meter 4 Mixing valve 5 Processing tank thermometer 6
Claims (3)
前記薬液処理槽内の前記薬液を循環させるための循環ポンプと、
薬液を薬液処理槽に供給する供給流量を測定するための流量計と、
前記供給流量と供給時間から供給量を算出するための供給量演算部を備え、
前記薬液の前記投入量から前記薬液処理槽内における混合比を算出して薬液濃度を算出することを特徴とする浸漬式洗浄装置。 A chemical treatment tank for performing a wet etching process on a semiconductor substrate using a chemical,
A circulation pump for circulating the chemical solution in the chemical solution treatment tank;
A flow meter for measuring the supply flow rate for supplying the chemical solution to the chemical treatment tank;
A supply amount calculation unit for calculating the supply amount from the supply flow rate and the supply time,
An immersion type cleaning apparatus that calculates a chemical concentration by calculating a mixing ratio in the chemical treatment tank from the input amount of the chemical.
循環する前記薬液の温度を制御するためのヒーターとを備え、
循環時間と薬液温度から薬液揮発量を算出するための揮発量演算部を備えていることを特徴とする請求項1に記載の浸漬式洗浄装置。 The chemical treatment tank is a thermometer for measuring a chemical temperature in the chemical treatment tank,
A heater for controlling the temperature of the circulating chemical solution,
The immersion cleaning apparatus according to claim 1, further comprising a volatilization amount calculation unit for calculating the chemical volatilization amount from the circulation time and the chemical liquid temperature.
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