JP2009510556A - ユースポイントでのプロセス制御ブレンダーシステムおよび対応する方法 - Google Patents

Abstract

化学溶液浴を所望の濃度で維持するブレンダーシステムを提供する。ブレンダーシステムは、少なくとも２つの化合物（例えば、アンモニアおよび過酸化水素）を受けて、ブレンドし、化合物の混合物を選択された濃度で含む溶液を、化学溶液浴の選択された体積を維持するタンク（２）に送達するように構成されたブレンダーユニット（１００）を含む。さらに、ブレンダーシステムは、化学溶液浴中で少なくとも１つの化合物を選択された濃度範囲内に維持するように構成されたコントローラー（１１０）を含む。コントローラーは、タンクに送達される溶液内で、化合物の濃度を選択された濃度範囲内に維持するようにブレンダーユニットの少なくとも１つの動作、および、化学浴内の化合物の濃度が目標範囲から外れる場合は、タンクに入る溶液およびタンクから出る溶液の流速の変更を制御する。
【選択図】 図１

Description

背景
分野
この開示は、半導体製作ツールのような化学薬品送達システムへの送達のために、化学溶液の濃度を制御するユースポイントのブレンダーに関する。

関連技術
ウェーハの洗浄およびエッチングプロセスのような半導体製造産業において、化学溶液は典型的に、ウェーハの洗浄およびエッチングプロセスに使用される。試薬を所望される比率で正確に混合することは特に重要である。なせならば、化学薬品の濃度変動は、エッチング速度の不安定性を招き、したがってプロセス変動の元となるからである。

半導体製造産業のための化学溶液に使用される化合物の例は、限定されないが、フッ化水素酸（ＨＦ）、フッ化アンモニウム（ＮＨ_４Ｆ）、塩酸（ＨＣｌ）、硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）、酢酸（ＣＨ_３ＯＯＨ）、アンモニアまたは水酸化アンモニウム（ＮＨ_４ＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、エチレンジアミン（ＥＤＡ）、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）、硝酸（ＨＮＯ_３）、およびそれらの１つ以上の任意の組合せを含む。例えば、標準的なＳＣ-１タイプの洗浄溶液は、脱イオン水（ＤＩＷ）中に水酸化アンモニウムおよび過酸化水素の混合物を含む。標準的なＳＣ-２タイプの洗浄溶液は、過酸化水素と塩酸との水性混合物を含む。さらに、界面活性剤および／または他の洗浄剤をこのような洗浄溶液混合物に加えて、個々の操作のための洗浄溶液の性能を高めることができる。

洗浄溶液混合物をオフサイトで調製し、次に洗浄プロセスのエンドポイント場所またはユースポイント（例えば、洗浄浴タンクまたは半導体ウェーハ洗浄プロセスのためのタンクのようなツール）に送ることができる。

代替的に、より望ましくは、洗浄プロセスへの送達に先立ち、適当なミキサーまたはブレンダーシステムによってユースポイントにて洗浄溶液混合物を調製する。

化合物の混合物を含む化学溶液に関連した１つの問題は、ツールの中での化学溶液の使用の間に生じる分解反応のために、最終的な溶液中の１つ以上の化合物の濃度を正確に制御することが難しくなり得ることである。例えば、半導体プロセスのために不安定な化合物を使用する銅スラリー用途において、化学組成中に過硫酸アンモニウム（ＡＰＳ）のような化合物を追加することは、最終的なブレンド中のＨ_２Ｏ_２および／または他の成分の分解をもたらし得る。これは、化学溶液中の最終的な成分の濃度に望ましくない変化をもたらすであろう。

例えば、ＳＣ-１洗浄溶液を用いる通常のシステムにおいて、洗浄溶液中のこのような分解を補償することが必要なので、典型的にＨ_２Ｏ_２および／またはＮＨ_４ＯＨを直接、ツール（例えば、洗浄浴）の中に加える。しかしながら、これらの化合物の１つ以上を洗浄溶液に加えることまたは混ぜることは、洗浄溶液中で他の化合物の希釈をもたらし、したがって、プロセスを通じて最終的な洗浄溶液中の化合物の正確な濃度を保証できなくなる。

それゆえに、一緒に混合された２つ以上の化合物を含む化学溶液を、選択された濃度でプロセスに送達する一方で、最終的な溶液中の化合物の濃度を、プロセスサイクルの間に許容できるレベルまたは範囲内で正確に維持するために有効なシステムを提供することが望ましい。

概要
半導体ウェーハ洗浄プロセスのようなプロセスでの使用について選択された濃度で有効に化学溶液を送達または維持するユースポイントでのプロセス制御ブレンダーシステムおよび対応する方法をここに記載する。

化学溶液浴を所望の濃度で維持するためのブレンダーシステムは、少なくとも２つの化合物を受けてブレンドし、少なくとも１つの化学溶液浴の選択された体積を維持するタンクに、選択された濃度の化合物の混合物を含んだ溶液を送達するように構成されるブレンダーユニットを含む。さらに、ブレンダーシステムは、化学溶液浴中で少なくとも１つの化合物を選択された濃度範囲内に維持するように構成されたコントローラーを含む。コントローラーは、タンクに送達される溶液中の少なくとも１つの化合物の濃度を選択された濃度範囲内で維持するようにブレンダーユニットの少なくとも１つの操作を制御し、化学溶液浴中の少なくとも１つの化合物の濃度が目標範囲から外れる場合は、タンクへ入る溶液またはタンクから出る溶液の流量の変更を制御する。

他の実施態様において、タンクに化学溶液を供給する方法は、少なくとも２つの化合物をブレンダーユニットに提供して、選択された濃度の少なくとも２つの化合物の混合溶液を生成し、ブレンダーユニットからタンクへ混合溶液を提供して、タンク内に化学溶液浴を生成することを含み、化学溶液浴は選択された体積を持つ。化学溶液浴中で、少なくとも１つの化合物の濃度は、タンクに送達される溶液中の少なくとも１つの化合物の濃度を選択された濃度範囲内に維持するようにブレンダーユニットを制御すること、および化学溶液浴中の少なくとも１つの化合物の濃度が目標範囲から外れる場合に、タンクへ入る溶液またはタンクから出る溶液の流量を変更すること、のうちの少なくとも一方によって、選択された濃度範囲内に維持される。

システムおよび対応する方法は、プロセス操作の間に１つ以上のツール内で生じるかもしれない化学溶液中の化合物の分解および／または他の反応にも関わらず、許容される濃度範囲内で、半導体用途のため（例えば、水酸化アンモニウムおよび過酸化水素を含んだＳＣ−１洗浄溶液を維持するため）の化学溶液の濃度の維持に特に有用である。さらに、ユースポイントでのブレンダーシステムは、直接、または１つ以上の任意のツールに実質的に近接して実施されるか、あるいは１つ以上のプロセスツールの部材または部分として一体化されるように設計される。さらに、ブレンダーシステムを、化学溶液を正確な濃度で複数のプロセスツールに供給するように構成することができる。

上記のおよびなお更なる特徴および利点は、特に添付図と組合せた場合に以下の具体的な実施態様の詳細な説明の考察の際に明らかとなるであろう。ここで図中の同じ参照番号は同じ構成要素を示すために使われる。

詳細な説明
半導体ウェーハまたは他の構成要素の加工（例えば、洗浄）を容易にする化学浴を含む１つ以上の容器またはタンクに送達するために、少なくとも２つの化合物を受けて一緒にブレンドする少なくとも１つのブレンダーユニットを含むユースポイントでのプロセス制御ブレンダーシステムをここに記載する。化学溶液は、単数または複数のタンク内で選択された体積および温度で維持され、ブレンダーシステムは、１つ以上のタンクに化学溶液を連続的に送達できるように構成されるか、または代替的に、１つ以上のタンクに化学溶液を必要な場合のみ（後述のように）送達し、単数または複数のタンク内の化合物の濃度を所望の範囲内で維持する。

ブレンダーシステムが、選択された体積の化学浴を含んだプロセスツールに化学溶液を直接提供するように、タンクをプロセスツールの一部にしてもよい。プロセスツールは、半導体ウェーハまたは他の構成要素を加工する（例えば、エッチングプロセス、洗浄プロセスなどで）、任意の、通常のまたは他の適当なツールでもよい。代替的に、ブレンダーシステムは、１つ以上の保持または貯蔵タンクに化学溶液を提供することができ、次に単数または複数の貯蔵タンクは化学溶液を１つ以上のプロセスツールに提供する。

好ましい実施態様において、溶液中の１つ以上の化合の濃度が選択された目標範囲から外れる場合、１つ以上のタンクへの化学溶液の流量を増大させ、望ましくない単数または複数の化学溶液を単数または複数のタンクから迅速に取り除く一方で、フレッシュな化学溶液を所望の化合物濃度で単数または複数のタンクに供給するように構成される、ユースポイントでのプロセス制御ブレンダーシステムが提供される。

システム１の例示的な実施態様は、図１に示され、半導体ウェーハまたは他の構成要素の洗浄のための、洗浄タンク２の形態のプロセスツールと組み合わされた、ユースポイントでのプロセス制御ブレンダーシステム１０を含む。代替的に、先述したように、タンク２は、化合物を所望の濃度で１つ以上の半導体プロセスツールに提供する貯蔵タンクでもよい。

洗浄タンク２の入口は、フローライン４を介してブレンダーユニット１００と接続される。この実施態様において、ブレンダーユニット１００中で生成され、洗浄タンク２に提供される洗浄溶液はＳＣ−１洗浄溶液であり、水酸化アンモニウム（ＮＨ_４ＯＨ）が供給ライン１０２を介してブレンダーユニットに提供され、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）が供給ライン１０４を介してブレンダーユニットに提供され、および脱イオン水（ＤＩＷ）が供給ライン１０６を介してブレンダーユニットに提供される。しかしながら、ブレンダーシステムを任意で選択される数の（すなわち、２以上の）化合物の混合物を、選択された濃度で任意のタイプのツールに提供するように構成できることは注目される。混合物は、フッ化アンモニウム（ＮＨ_４Ｆ）、塩酸（ＨＣｌ）、硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）、酢酸（ＣＨ_３ＯＯＨ）、水酸化アンモニウム（ＮＨ_４ＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、エチレンジアミン（ＥＤＡ）、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）、および硝酸（ＨＮＯ_３）のような化合物を含むことができる。

さらに、任意の適当な界面活性剤および／または他の化学添加剤（例えば、過硫酸アンモニウムまたはＡＰＳ）を洗浄溶液と組合せて、特定の用途に対する洗浄効果を高めることができる。任意でフローライン６をブレンダーユニット１００とタンク２への入口との間でフローライン４に接続して、例えば洗浄浴において使用するための洗浄溶液への、添加剤の添加を容易にする。

タンク２は、タンク内で選択された洗浄溶液の体積を維持するように適切な大きさとし、構成する（例えば、洗浄操作のための洗浄浴を形成するのに十分な体積）。先述のように、洗浄溶液をブレンダーユニット１００からタンク２へ、１つ以上の選択された流量で連続的に提供してもよい。代替的に、洗浄溶液をブレンダーユニットからタンクへ、選択された時間のみ提供することができる（例えば、最初のタンク充填の際、およびタンク内の溶液中の１つ以上の成分が、選択されたまたは目標の濃度範囲から外れる場合）。さらにタンク２は、洗浄溶液がオーバーフローライン８を介してタンクから出ることができる一方で、洗浄溶液が以下に記載する方法で連続的にタンクに供給および／または再循環される際に、タンク内で選択された洗浄溶液の体積を維持する、オーバーフローセクションおよび出口を具備して構成される。

またタンクは、ドレーンライン１０と接続されるドレーン出口を具備する。ここでドレーンライン１０は、以下に記載するような選択された時間の間、タンクからより速い速度で洗浄溶液の排出および除去を容易にするように選択的に制御されるバルブ１２を含む。ドレーンバルブ１２は、好ましくは、コントローラー１１０（以下でさらに詳細を記載する）によって自動的に制御される電子バルブである。オーバーフローラインおよびドレーンライン８および１０は、中に配置されたポンプ１５を含むフローライン１４に接続され、再循環ライン２６および／または収集サイトまたは以下に記載するようなさらなるプロセスサイトへの、タンク２から移された洗浄溶液の送達を容易にする。

濃度モニターユニット１６は、フローライン１４中でポンプ１５の下流の位置に配置される。濃度モニターユニット１６は、洗浄溶液がライン１４を通って流れる際に洗浄溶液中の１つ以上の化合物（例えば、Ｈ_２Ｏ_２および／またはＮＨ_４ＯＨ）の濃度を測定するように構成された少なくとも１つのセンサーを含む。濃度モニターユニット１６の単数または複数のセンサーは、洗浄溶液中の関心のある１つ以上の化合物の正確な濃度測定を容易にする任意の適当なタイプでよい。好ましくは、システムに使用される濃度センサーは、限定しないが、ＧＬＩ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｃ．（コロラド）からモデル３７００シリーズの下で商業的に入手可能なタイプのようなＡＣトロイダルコイルセンサー、Ｓｗａｇｅｌｏｋ Ｃｏｍｐａｎｙ（オハイオ）からモデルＣＲ−２８８の下で商業的に入手可能なタイプのようなＲＩディテクタ、およびＭｅｓａ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ， Ｉｎｃ．（コロラド）から商業的に入手可能なタイプのような音響認識（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）センサーを含む、無電極導電率プローブおよび／または屈折率（ＲＩ）ディテクタである。

フローライン２２は、濃度モニターユニット１６の出口と三方バルブ２４の入口を接続する。好ましくは、三方バルブは以下に記載する方法で、ユニット１６によって提供される濃度測定値に基づき、コントローラー１１０によって自動的に制御される電子バルブである。再循環ライン２６は、バルブ２４の出口と接続し、タンク２の入口まで延び、（以下に記載するような）通常のシステム動作の間にオーバーフローライン８からタンクに戻る溶液の再循環を容易にする。ドレーンライン２８は、バルブ２４の他の出口から延び、溶液内の１つ以上の成分濃度が目標範囲から外れる場合に、タンク２からの溶液の除去（ライン８および／またはライン１４を介して）を容易にする。

再循環フローライン２６は、任意の適当な数およびタイプの温度、圧力および／または流量センサー、ならびにタンク２に再循環して戻る際の溶液の加熱、温度および流量の制御を容易にする１つ以上の適当な熱交換器を含んでもよい。再循環ラインは、システム動作の間にタンク内の溶液浴温度の制御に有用である。さらに、任意の適当な数のフィルターおよび／またはポンプ（例えば、ポンプ１５に加えて）をフローライン２６の途中に提供し、タンク２に再循環して戻る溶液の濾過および流量の制御を容易にすることができる。

プロセス制御ブレンダーシステム１０は、濃度モニターユニット１６によって得られる濃度測定値に基づいてブレンダーユニットの構成要素およびドレーンバルブ１２を自動的に制御するコントローラー１１０を含む。以下に示すように、コントローラーは、濃度モニターユニット１６によって測定される、タンク２から出る洗浄溶液中の１つ以上の化合物の濃度に依存して、ブレンダーユニット１００からの洗浄溶液の流量、およびタンク２からの洗浄溶液の排出または取り出しを制御する。

コントローラー１１０は（図１中に破線で示すように）、ドレーンバルブ１２、濃度モニターユニット１６、およびバルブ２４、およびブレンダーユニット１００の或る構成要素と、任意の適当な電気配線または無線通信リンクを介して通信しており、濃度モニターユニットから受けとる測定データに基づいてブレンダーユニットおよびドレーンバルブの制御を容易にする。コントローラーは、比例−積分−微分（ＰＩＤ）フィードバック制御のような任意の１つ以上の適当なタイプのプロセス制御を実行するようにプログラム可能なプロセッサーを含んでもよい。プロセス制御ブレンダーシステムにおける用途に適当な典型的なコントローラーは、Ｓｉｅｍｅｎｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ジョージア）から商業的に入手可能なＰＬＣ Ｓｉｍａｔｉｃ Ｓ７−３００システムである。

先述のように、ブレンダーユニット１００は、水酸化アンモニウム、過酸化水素および脱イオン水（ＤＩＷ）の供給流を独立に受け、これらは所望の濃度のこれらの化合物を持ったＳＣ−１洗浄溶液を得るために適当な濃度および流量で互いに混合される。コントローラー１１０は、ブレンダーユニット１００内でこれらの化合物それぞれの流を制御し、所望の最終的な濃度を達成し、さらにＳＣ−１洗浄溶液の流量を制御して、タンク２中に洗浄浴を生成する。

ブレンダーユニットの典型的な実施態様を図２に示す。特に、ＮＨ_４ＯＨ、Ｈ_２Ｏ_２およびＤＩＷをブレンダーユニット１００に供給するための供給ライン１０２、１０４および１０６それぞれは、逆止めバルブ１１１、１１３、１１５および逆止めバルブの下流に配置された電子バルブ１１２、１１４、１１６を含む。それぞれの供給ラインのための電子バルブはコントローラー１１０と通信して（例えば、電子配線または無線リンクを介して）、システム操作の間にコントローラーによる電子バルブの自動制御を容易にする。各ＮＨ_４ＯＨおよびＨ_２Ｏ_２の供給ライン１０２および１０４はそれぞれ、コントローラー１１０と通信し（電子配線または無線リンクを介して）、かつ第１の電子バルブ１１２、１１４の下流に配置される電子三方バルブ１１８、１２０と接続される。

ＤＩＷ供給ライン１０６は、電子バルブ１１６の下流に配置された圧力レギュレーター１２２を含み、システム１００に入るＤＩＷの圧力および流量を制御し、さらにライン１０６はレギュレーター１２２の下流で３つのフローラインに分岐する。メインライン１０６から延びる分岐したライン１２４は、分岐したラインの途中に配置され、かつ任意でコントローラー１１０によって制御される流量制御バルブ１２５を含み、さらにライン１２４は第１の静的ミキサー１３４と接続する。第２の分岐したライン１２６は、メインライン１０６から、ＮＨ_４ＯＨフローライン１０２とも接続された三方バルブ１１８の入口へと延びる。さらに、第３の分岐したライン１２８は、メインライン１０６から、Ｈ_２Ｏ_２フラーライン１０４とも接続された三方バルブ１２０の入口へと延びる。したがって、ＮＨ_４ＯＨおよびＨ_２Ｏ_２フローラインのそれぞれのための三方バルブは、これらの流それぞれへのＤＩＷの追加を容易にし、操作の間かつブレンダーユニットの静的ミキサーにおける互いの混合に先立って、蒸留水中の水酸化アンモニウムおよび過酸化水素の濃度を選択的に調節する。

ＮＨ_４ＯＨフローライン１３０は、水酸化アンモニウム供給ラインのための三方バルブの出口１１８と脱イオン水供給ラインの第１の分岐ライン１２４との間に、バルブ１２５と静的ミキサー１３４との間の位置で接続される。任意で、フローライン１３０は、コントローラー１１０によって自動的に制御され得る流量制御バルブ１３２を含み、第１の静的ミキサーに供給される水酸化アンモニウムの流量制御を向上させてもよい。第１の静的ミキサー１３４に供給される水酸化アンモニウムおよび脱イオン水はミキサー中で合併されて、混合され、かつ全体に均質な溶液を得る。フローライン１３５は第１の静的ミキサーの出口に接続されて延び、第２の静的ミキサー１４２と接続する。

溶液中の水酸化アンモニウムの濃度を決定する１つ以上の適当な濃度センサー１３６（例えば、先述した任意のタイプの１つ以上の無電極センサーまたはＲＩディテクタ）がフローライン１３５の途中に配置されている。濃度センサー１３６は、コントローラー１１０と通信され、第１の静的ミキサーから出てくる溶液中の水酸化アンモニウムの測定された濃度を提供する。これは今度は、第２の静的ミキサー１４２への送達に先立ち、コントローラーによるＮＨ_４ＯＨおよびＤＩＷ供給ラインの一方および両方における任意のバルブの選択的かつ自動的な操作によって、この溶液中の水酸化アンモニウムの濃度の制御を容易にする。

Ｈ_２Ｏ_２フローライン１３８は、Ｈ_２Ｏ_２供給ラインと接続された三方バルブ１２０の出口と接続する。フローライン１３８は三方バルブ１２０から延び、単数または複数の濃度センサー１３６と第２の静的ミキサー１４２との間の位置でフローライン１３５と接続する。任意で、フローライン１３８は、コントローラー１１０によって自動的に制御され得る流量制御バルブ１４０を含み、第２の静的ミキサーに供給される過酸化水素の流量制御を向上させることができる。第２の静的ミキサーは、第１の静的ミキサー１３４から受けたＤＩＷ希釈ＮＨ_４ＯＨ溶液と、Ｈ_２Ｏ_２供給ラインから流れてくるＨ_２Ｏ_２溶液とを混合し、混合され、かつ全体に均質な水酸化アンモニウム、過酸化水素および脱イオン水のＳＣ−１洗浄溶液を生成する。フローライン１４４は、混合された洗浄溶液を第２の静的ミキサーから受け、電子三方バルブ１４８の入口と接続する。

洗浄溶液中の過酸化水素および水酸化アンモニウムのうちの少なくとも一方の濃度を測定する少なくとも１つの適当な濃度センサー１４６（例えば、先述した任意のタイプの１つ以上の無電極センサーまたはＲＩディテクタ）がバルブ１４８の上流で、フローライン１４４の途中に配置されている。単数または複数の濃度センサー１４６もコントローラー１１０と通信し、コントローラーによるＮＨ_４ＯＨ、Ｈ_２Ｏ_２およびＤＩＷ供給ラインの１つ以上における任意のバルブの選択的かつ自動的な操作によって、今度は洗浄溶液中の水酸化アンモニウムおよび／または過酸化水素の濃度の制御を容易にするコントローラーに、測定された濃度情報を提供する。任意で、圧力レギュレーター１４７を、フローライン１４４の途中でセンサー１４６とバルブ１４８との間に配置し、洗浄溶液の圧力および流速を制御することができる。

ドレーンライン１５０は、三方バルブ１４８の出口と接続する一方で、フローライン１５２は三方バルブ１４８の他の出口ポートから延びる。三方バルブはコントローラー１１０によって選択的かつ自動的に操作され、タンク２への送達のためにブレンダーから出る洗浄溶液の量、およびドレーンライン１５０へ送達される量の制御を容易にする。さらに、電子バルブ１５４はフローライン１５２の途中に配置されてコントローラー１１０によって自動的に制御され、さらにブレンダーユニットからタンク２への洗浄溶液の流を制御する。フローライン１５２は、タンク２へのＳＣ−１洗浄溶液の送達のための図１に示すようなフローライン４となる。

コントローラー１１０と組み合わされたブレンダーユニット１００内に配置された一連の電子バルブおよび濃度センサーは、システム操作の間に変動する洗浄溶液の流量にて、タンクへの洗浄溶液の流量、および、洗浄溶液中の過酸化水素および過酸化アンモニウムの濃度の正確な制御を容易にする。さらに、タンク２のためのドレーンライン１４の途中に配置される濃度モニターユニット１６は、過酸化水素および過酸化アンモニウムの一方または両方の濃度が洗浄溶液について許容できる範囲から外れる場合、コントローラーに指示を与える。

濃度モニターユニット１６によってコントローラー１１０に提供される濃度測定値に基づいて、コントローラーは好ましくはタンクへの洗浄溶液の流量の変更を実行するように、そして、浴中のＳＣ−１洗浄溶液の迅速な排出を容易にする一方、フレッシュなＳＣ−１洗浄溶液をタンクに供給し、かくして洗浄溶液浴を規格または目標濃度範囲内に可及的速やかにもたらすためにドレーンバルブ１２を開けるようにプログラムされる。過酸化水素および／または水酸化アンモニウムの濃度が許容される範囲（濃度モニターユニット１６によって測定される）になるように一旦洗浄溶液がタンクから十分に排出されると、コントローラーはドレーンバルブ１２を閉じるように、そして流速を減じる（または止める）一方で、タンク２に送達される洗浄溶液中で所望の化合物濃度を維持するためにブレンダーユニットを制御するようにプログラムされる。

先述の、および図１および２に示したシステムを操作する方法の典型的な実施態様を以下に示す。この典型的な実施態様において、洗浄溶液を連続的にタンクに提供するか、または代替的に、選択された時間だけ（例えば、洗浄溶液がタンクから排出されたとき）タンクに提供してもよい。およそ０．０１〜２９重量％の範囲、好ましくはおよそ１．０重量％の濃度の水酸化アンモニウム、およびおよそ０．０１〜３１重量％の範囲、好ましくはおよそ５．５重量％の濃度の過酸化水素を有するＳＣ−1洗浄溶液が、ブレンダーユニット１００中で調製され、タンク２に提供される。洗浄タンク２は、およそ３０リットルの洗浄溶液浴をタンク内でおよそ２５℃ないしおよそ１２５℃の範囲の温度にて維持するように構成される。

操作に当り、タンク２を洗浄溶液で最大限まで充填したら、システム動作の間にブレンダーが連続的に、または代替的に選択された時間で溶液を提供できる場合は、コントローラー１１０はブレンダーユニット１００を制御し、およそ０〜１０リットル／分（ＬＰＭ）の第１の流量にて、フローライン４を介してタンク２へ洗浄溶液を提供する。溶液が連続的に提供される場合、典型的な第１の流量はおよそ０．００１ＬＰＭないしおよそ０．２５ＬＰＭ、好ましくはおよそ０．２ＬＰＭである。水酸化アンモニウム供給ライン１０２は、およそ２９〜３０重量％のＮＨ_４ＯＨの仕込み供給をブレンダーユニットに提供する一方で、過酸化水素供給ライン１０４は、およそ３０重量％のＨ_２Ｏ_２の仕込み供給をブレンダーユニットに提供する。およそ０．２ＬＰＭの流量において、ブレンダーユニットの供給ラインの流量は、所望の水酸化アンモニウムおよび過酸化水素の濃度を持った洗浄溶液を提供することを保証するために次の通りに設定することができる：およそ０．１６３ＬＰＭのＤＩＷ、およそ０．００６ＬＰＭのＮＨ_４ＯＨ、およびおよそ０．０３１ＬＰＭのＨ_２Ｏ_２。

任意で、添加剤（例えば、ＡＰＳ）を供給ライン６を介して添加してもよい。この操作の段階において、フレッシュなＳＣ−１洗浄溶液の連続的な流を、ブレンダーユニット１００からタンク２へ第１の流量で提供することができる一方で、洗浄浴からの洗浄溶液を、オーバーフローライン８を介して一般的に同じ流量（すなわち、およそ０．２ＬＰＭ）にてタンク２から出すことができる。したがって、タンクへの、およびタンクからの洗浄溶液の、同じまたは一般的に同様の流量により、洗浄溶液浴の体積は比較的一定に維持される。オーバーフローした洗浄溶液はドレーンライン１４に流入し、濃度モニターユニット１６を通り、ここで、洗浄溶液中の１つ以上の化合物（例えば、Ｈ_２Ｏ_２および／またはＮＨ_４ＯＨ）の濃度測定が、連続的または選択された時間で測定され、その濃度測定値はコントローラー１１０に提供される。

任意で、タンク２から流れる洗浄溶液が再循環ライン２６を通って流れ、選択された流量（例えば、およそ２０ＬＰＭ）でタンクに戻るようにバルブ２４を調節することによって洗浄溶液を循環させてもよい。このような操作において、洗浄溶液中の１つ以上の化合物の濃度が選択された目標範囲から外れない限りは、洗浄溶液がブレンダーユニットからタンクへ全く送達されないようにブレンダーユニット１００を制御してもよい。代替的に、ライン２６を通した洗浄溶液の再循環と組合せて、ブレンダーユニットによって選択された流量（例えば、およそ０．２０ＬＰＭ）にて、洗浄溶液を提供してもよい。この代替的な操作の実施態様において、三方バルブ２４を調節して（例えば、コントローラー１１０によって自動的に）、ブレンダーユニットによってタンクに提供される洗浄溶液とおよそ等しい流量で、ライン２８への洗浄溶液の除去を容易にする一方で、洗浄溶液をなお再循環ライン２６を通して流すことができる。さらなる代替案においては、バルブ２４を閉じて、ライン２６を通る流体のあらゆる再循環を防ぐことができる一方で、ブレンダーユニット１００によって（例えば、およそ０．２０ＬＰＭにて）洗浄溶液をタンク２に連続的に提供する。この応用において、溶液は、ブレンダーユニットからタンクへ入る流体の流量とおよそ等しいか、または同じような流量にて、ライン８を介してタンクから出る。

洗浄溶液が連続的にタンクに提供される用途については、濃度モニターユニット１６によって提供される測定された濃度が許容されるな範囲内である限りは、コントローラー１１０は、ブレンダーユニット１００からタンク２への洗浄溶液の流量を第１の流速で、ならびに過酸化水素および水酸化アンモニウムの濃度を選択された範囲内で維持する。洗浄溶液がブレンダーユニットからタンクに連続的に提供されない用途については、過酸化水素および／または水酸化アンモニウムの濃度が選択された濃度範囲から外れるまで、コントローラー１１０はこの状態の操作（例えば、ブレンダーユニットからタンクへの洗浄溶液が全く無い）を維持する。

濃度モニターユニット１６によって測定される過酸化水素および水酸化アンモニウムのうちの少なくとも一方の濃度が、許容される範囲から外れる場合（例えば、測定されたＮＨ_４ＯＨの濃度が目標濃度と比較しておよそ１％の範囲から外れ、および／または測定されたＨ_２Ｏ_２の濃度が目標濃度と比較しておよそ１％の範囲から外れる）、コントローラーは先述のブレンダーユニット１００における任意の１つ以上のバルブを調節または操作し、（洗浄溶液中のＮＨ_４ＯＨおよびＨ_２Ｏ_２の濃度を選択された範囲内で維持する一方で）ブレンダーユニットからタンク２への洗浄溶液の流量を第２の流量まで開始または増大させる。

第２の流量はおよそ０．００１ＬＰＮないしおよそ２０ＬＰＭの範囲内にあり得る。連続的な洗浄溶液操作について、典型的な第２の流量はおよそ２．５ＬＰＭである。さらに、コントローラーはタンク２においてドレーンバルブ１２を開き、およそ等しい速度でタンクからの洗浄溶液の流れを容易にする。およそ２．５ＬＰＭの流量において、ブレンダーユニットの供給ラインの流量は、所望の濃度の水酸化アンモニウムおよび過酸化水素を持った洗浄溶液が提供されることを保証するために次の通りに設定することができる：およそ２．０４ＬＰＭのＤＩＷ、およそ０．０７０ＬＰＭのＮＨ_４ＯＨ、およびおよそ０．３８７ＬＰＭのＨ_２Ｏ_２。

代替的に、洗浄溶液をライン２８に逸らせてライン２６には全く流入しないようにし、ブレンダーユニットが第２の流量を選択されたレベル（例えば、２０ＬＰＭ）に調節し、等しいまたは同じような流量で流体の除去を補うように、三方バルブ２４を調節することによって、選択された流量（例えば、およそ２０ＬＰＭ）でタンクに再循環される洗浄溶液をシステムから除去する。かくして、タンクへの、およびタンクからの洗浄溶液の流量の増大の間に、タンク２内の洗浄溶液浴の体積を、比較的一定に維持することができる。さらに、タンク内のプロセス温度および循環流パラメータを、タンク内で選択された体積の溶液を置換するプロセスの間に維持することができる。

コントローラーは、濃度モニターユニット１６がコントローラーに対して許容できる範囲内の濃度測定値を与えるまで、第２の流量でタンク２への洗浄溶液の送達を維持する。濃度モニターユニット１６による濃度測定値が許容できる範囲内にある場合、洗浄溶液浴は再び所望の洗浄化合物濃度に対応する。次にコントローラーはブレンダーユニット１００を制御し、洗浄溶液をタンク２に第１の流量で提供し（または、ブレンダーユニットからタンクへ洗浄溶液を提供しない）、さらにコントローラーはドレーンバルブ１２を閉位置に操作し、タンクからオーバーフローライン８のみを介した洗浄溶液の流れを容易にする。再循環ラインを使用する用途において、コントローラーは、洗浄溶液がライン１４からライン２６に流入しタンク２に戻るように三方バルブを操作する。

したがって、先述のユースポイントでのプロセス制御ブレンダーシステムは、タンク中の化学溶液濃度を変更させるかもしれない潜在的な分解および／または他の反応に関わらず、処理またはプロセスの間に化学溶液タンク（例えば、ツールまたは溶液タンク）に送達される洗浄溶液中の少なくとも２つの化合物の濃度を有効かつ正確に制御することができる。システムは、タンク内の化学溶液が、望ましくないまたは許容されない１つ以上の化合物の濃度を持つと決定された場合は、フレッシュな化学溶液をタンクへ第１の流量で連続的に提供し、フレッシュな化学溶液によって、タンクの化学溶液を第１の流量よりも速い第２の流量で置換する。

先述のユースポイントでのプロセス制御ブレンダーシステムは、先述のならびに図１および２に示した典型的な実施態様に限定されない。むしろ、このようなシステムを用いて、先述のタイプのような任意の２つ以上の混合物を、任意の半導体プロセスタンクまたは他の選択されたツールに化学溶液を提供する一方で、洗浄処理の間に化学溶液内の化合物の濃度を許容される範囲内で維持することができる。

さらに、プロセス制御ブレンダーシステムを、任意に選択した数の単数または複数の溶液タンクおよび／または半導体プロセスツールの用途のために実施することができる。例えば、先述のコントローラーおよびブレンダーユニットを実施し、２つ以上の化合物の正確な濃度を持った化学溶液混合物を、２つ以上のプロセスツールに直接供給することができる。代替的に、コントローラーおよびブレンダーユニットを実施して、１つ以上の保持または貯蔵タンクに、このような化学溶液を供給してもよく、ここで貯蔵タンクは化学溶液を１つ以上のプロセスツールに供給するプロセス制御ブレンダーシステムは、単数または複数のタンク内で単数または複数の溶液の濃度をモニターし、溶液濃度が目標範囲から外れる場合は、溶液を置換するか、または当該タンクに補充することにより化学溶液中の化合物の濃度の正確な制御を提供する。

プロセス制御ブレンダーシステムの設計および構成は、システムから化学溶液を提供される１つ以上の化学溶液タンクおよび／またはプロセスツールと実質的に極めて近接したシステムの配置を容易にする。特に、プロセス制御ブレンダーシステムを、製造施設（ｆａｂ）またはクリーンルームの中もしくは近く、または代替的に、サブ−ファブ（ｓｕｂ−ｆａｂ）ルーム中ではあるが、溶液タンクおよび／またはツールがクリーンルーム中に位置するところに近接して設置することができる。例えば、ブレンダーユニットおよびコントローラーを含むプロセス制御ブレンダーシステムを、溶液タンクまたはプロセスツールからおよそ３０メートル以内、好ましくはおよそ１５メートル以内、およびより好ましくはおよそ３メートル以内に設置することができる。さらに、プロセス制御ブレンダーシステムを１つ以上のツールと統合して、プロセスブレンダーシステムおよび単数または複数のツールを含んだ単一のユニットを形成してもよい。

化学溶液をプロセスのために所望の濃度レベルで送達および維持する、新規なユースポイントでのプロセス制御ブレンダーシステムおよび関連する方法を記載したが、他の修飾、変形および変更は、ここで明らかにする教示の参照において、当業者に示唆されるであろうと思われる。それゆえに、全てのこのような変形、修飾および変更は、添付の請求項によって規定される範囲内であると信じられると解する。

図１は、洗浄プロセスの間に洗浄溶液を調製して洗浄浴に送達するユースポイントでのプロセス制御ブレンダーシステムに接続される洗浄浴を含む半導体ウェーハ洗浄システムの典型的な実施態様の模式図である。 図２は、図１のプロセス制御ブレンダーシステムの典型的な実施態様の模式図である。

Claims (27)

1. 化学溶液浴を所望の濃度で維持するブレンダーシステムであって、前記システムは、
   少なくとも２つの化合物を受けてブレンドし、選択された濃度の化合物の混合物を含む溶液を、化学溶液浴の選択された体積を維持する少なくとも１つのタンクに送達するように構成されたブレンダーユニットと、
   前記化学溶液浴中で前記少なくとも１つの化合物を選択された濃度範囲内に維持するように構成されたコントローラーと
   を含み、前記コントローラーは、
   前記タンクへ送達される溶液中で前記少なくとも１つの化合物の濃度を選択された濃度範囲内に維持するブレンダーユニットの動作、および
   前記化学溶液浴内の前記少なくとも１つの化合物の濃度が目標範囲から外れる場合における、タンクに出入りする溶液の流量の変更
   のうちの少なくとも一方を制御するブレンダーシステム。
2. 請求項１のシステムであって、システムの動作中に前記ブレンダーユニットが溶液を前記タンクに連続的に送達するシステム。
3. 請求項１のシステムであって、前記コントローラーが、化学溶液浴中の少なくとも１つの化合物の濃度が前記目標の範囲から外れる場合に、前記ブレンダーユニットから前記タンクへの溶液の流量を増大させ、前記タンクからの化学溶液浴の流量の増大を容易にして、前記タンク内の溶液浴の選択された体積を維持するように構成されているシステム。
4. 請求項３のシステムであって、前記コントローラーが、前記ブレンダーユニットから前記タンクへの溶液の流量が増大する間に、前記タンクに接続されたドレーンバルブの操作を制御して、前記タンクからの化学溶液の流量を増大させ、タンク内の化学溶液浴の選択された体積を維持するように構成されているシステム。
5. 請求項３のシステムであって、前記コントローラーと通信した濃度センサーをさらに含み、前記濃度センサーは、前記化学溶液浴の少なくとも１つの化合物の濃度を測定して、前記化学溶液浴中の少なくとも１つの化合物の濃度が前記目標範囲から外れる場合に、コントローラーに指示を与えるシステム。
6. 請求項３のシステムであって、前記コントローラーが、化学溶液浴中の少なくとも１つの化合物の濃度が前記目標範囲内である場合は、前記溶液中に前記少なくとも１つの化合物を選択された濃度範囲内で含む溶液を、ブレンダーから第１の流量でタンクに提供するように構成され、前記コントローラーが、化学溶液浴中の少なくとも１つの化合物の濃度が目標範囲から外れる場に、前記溶液中に前記少なくとも１つの化合物を選択された濃度範囲内で含む溶液を、前記ブレンダーから前記第１の流量よりも大きな第２の流量でタンクに提供するように構成されているシステム。
7. 請求項６のシステムであって、さらに、
   過酸化水素を前記ブレンダーユニットに送達する第１の供給源と、
   水酸化アンモニウムを前記ブレンダーユニットに送達する第２の供給源と
   を含み、前記コントローラーは、前記ブレンダーユニットが溶液を前記タンクに第１および第２の流量で提供する一方で、前記タンクに送達される溶液中で、過酸化水素を第１の濃度範囲内で、および水酸化アンモニウムを第２の濃度範囲内で維持するように、前記ブレンダーユニットへの過酸化水素および水酸化アンモニウムの送達を、選択された濃度かつ異なる流量で制御するように構成されているシステム。
8. 請求項７のシステムであって、前記第１の流量がおよそ１０リットル／分以下であり、前記第２の流量がおよそ２０リットル／分以下であるシステム。
9. 請求項７のシステムであって、前記コントローラーは、前記化学溶液浴中で過酸化水素を第１の目標濃度からおよそ１％の範囲内で維持し、前記化学溶液浴中で過酸化アンモニウムを第２の目標濃度からおよそ１％の範囲内で維持するように、前記ブレンダーユニットならびに前記タンクへの溶液および前記タンクからの化学溶液の流量を制御するように構成されているシステム。
10. 請求項９のシステムであって、前記化学溶液浴中の過酸化水素の第１の目標濃度が、前記化学溶液浴のおよそ５．５重量％であり、前記化学溶液浴中の水酸化アンモニウムの第２の目標濃度が、前記化学溶液浴のおよそ１重量％であるシステム。
11. 請求項７によるシステムであって、さらに、
    第３の化合物を前記化学溶液浴に送達する第３の供給源
    を含み、前記第３の化合物が、過酸化水素および水酸化アンモニウムのうちの少なくとも一方を分解するシステム。
12. 請求項１のシステムであって、前記ブレンダーユニットが、選択された濃度の化合物の混合物を複数のタンクに提供するように構成されているシステム。
13. タンクを含む半導体ツールであって、前記半導体ツールは半導体構成要素を加工するように構成されているものと、
    ブレンダーシステムであって、
    少なくとも２つの化合物を受けてブレンドし、選択された濃度の化合物の混合物を含む溶液をタンクに送達するように構成され、前記タンクが化学溶液浴の選択された体積を維持するところのブレンダーユニット、および
    前記化学溶液浴中で少なくとも１つの化合物を選択された濃度範囲内に維持するように構成されたコントローラー
    を含み、前記コントローラーは、
    前記タンクへ送達される溶液中で前記少なくとも１つの化合物の濃度を選択された濃度範囲内に維持する前記ブレンダーユニットの動作、および
    前記化学溶液浴中の少なくとも１つの化合物の濃度が目標範囲から外れる場合における、前記タンクに出入りする溶液の流量の変更
    のうちの少なくとも一方を制御する
    ブレンダーシステムと
    を含む半導体加工システム。
14. 請求項１３のシステムであって、前記ブレンダーシステムが前記プロセスツールと実質的に極めて近接しているシステム。
15. 化学溶液をタンクに提供する方法であって、
    少なくとも２つの化合物をブレンダーユニットに提供して、前記少なくとも２つの化合物の混合溶液を選択された濃度で生成し、
    前記混合溶液を前記ブレンダーユニットからタンクに提供して、前記タンク内に化学溶液浴を生成し、ここで、前記化学溶液浴は選択された体積を持ち、
    前記化学溶液浴中の少なくとも１つの化合物の濃度を、
    前記タンクに送達される溶液中で前記少なくとも１つの化合物の濃度を選択された濃度範囲内に維持するように前記ブレンダーユニットを制御すること、および、
    前記化学溶液浴中の前記少なくとも１つの化合物の濃度が目標範囲から外れる場合は、前記タンクに出入りする溶液の流量を変更すること
    のうちの少なくとも一方によって、選択された濃度範囲に維持する
    ことを含む方法。
16. 請求項１５の方法であって、システム動作の間に前記ブレンダーユニットが溶液を前記タンクに連続的に送達する方法。
17. 請求項１６の方法であって、前記化学溶液浴中の前記少なくとも１つの化合物の濃度が前記目標範囲から外れる場合に、前記ブレンダーユニットを制御して前記ブレンダーユニットから前記タンクへの溶液の流量を増大させ、そして前記タンクからの化学溶液浴の流量を増大させて、前記タンク内の化学溶液浴の前記選択された体積を維持する方法。
18. 請求項１７の方法であって、前記タンクに接続されたドレーンバルブを開くことによって、前記タンクからの化学溶液浴の流量を増大させる方法。
19. 請求項１７の方法であって、さらに、
    前記化学溶液浴の少なくとも１つの化合物の濃度を測定し、
    前記化学溶液浴の少なくとも１つの化合物の測定された濃度に基づいて、前記化学溶液浴中の少なくとも１つの化合物を選択された濃度範囲内に維持するように、ブレンダーユニットと、タンクからの化学溶液浴の流速とを自動的に制御する
    ことを含む方法。
20. 請求項１７による方法であって、前記化学溶液浴中の少なくとも１つの化合物の濃度が前記目標範囲内である場合は、溶液中に少なくとも１つの化合物を選択された濃度範囲内で含む溶液を第１の流量で前記タンクに提供するように前記ブレンダーユニットを制御し、前記化学溶液浴中の少なくとも１つの化合物の濃度が前記目標範囲から外れる場合は、溶液中に少なくとも１つの化合物を選択された濃度範囲内で含む溶液を前記第１の流量よりも大きな第２の流速で前記タンクに提供するように前記ブレンダーユニットを制御する方法。
21. 請求項２０の方法であって、前記ブレンダーユニットに少なくとも２つの化合物を提供することが、
    前記ブレンダーユニットに過酸化水素を提供し、
    前記ブレンダーユニットに水酸化アンモニウムを提供する
    ことを含み、溶液を前記タンクに第１および第２の流量で提供する一方で、前記タンクへ送達される溶液中で、過酸化水素を第１の濃度範囲内で、および水酸化アンモニウムを第２の濃度範囲内で維持するように前記ブレンダーユニットへの過酸化水素および水酸化アンモニウムの送達ならびに前記ブレンダーユニットの動作を制御する方法。
22. 請求項２１の方法であって、前記第１の流量がおよそ１０リットル／分以下であり、前記第２の流量がおよそ２０リットル／分以下である方法。
23. 請求項２１の方法であって、前記化学溶液浴中の過酸化水素を第１の目標濃度からおよそ１％の範囲内で維持し、化学溶液浴内で過酸化アンモニウムを第２の目標濃度からおよそ１％の範囲内で維持するように、前記ブレンダーユニットならびに前記タンクへの溶液および前記タンクからの化学溶液浴の流量を制御する方法。
24. 請求項２１の方法であって、前記化学溶液浴中の過酸化水素の前記第１の目標濃度が、前記化学溶液浴のおよそ５．５重量％であり、前記化学溶液浴中の水酸化アンモニウムの前記第２の目標濃度が、前記化学溶液浴のおよそ１重量％である方法。
25. 請求項２０の方法であって、さらに、
    前記化学溶液浴に第３の化合物を配送する
    ことを含み、前記第３の化合物は過酸化水素および水酸化アンモニウムのうちの少なくとも一方を分解する方法。
26. 請求項１５の方法であって、前記タンクが半導体プロセスツールを含む方法。
27. 請求項２６の方法であって、前記ブレンダーユニットが実質的にプロセスツールと極めて近接している方法。

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