JP2010267856A - 洗浄処理装置および洗浄処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薬液が所要の洗浄能力を維持していない状態になった場合に、これを即時に認識して不具合発生を防止することができるとともに、薬液交換のタイミングの最適化を図ることができる洗浄処理装置および洗浄処理方法を提供する。
【解決手段】薬液洗浄槽６内の薬液の劣化度合いを示すパラメータを計測する計測器２１〜２３を備える。判定部２４３は、薬液の劣化度合いを示すパラメータの計測結果が予め設定された許容範囲内であるか否かに基づいて薬液交換の要否を判定する。判定の結果が薬液交換要である場合、判定部２４３は薬液交換を実施する。また、薬液の劣化度合いを示すパラメータの計測結果が予め設定された許容範囲外であり、かつ先の薬液交換の実行時点からの経過時間が予め設定された規定時間未満である場合には、判定部２４３は、薬液交換をすることなく報知部２８に異常発生の報知を指示する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウェハなどの被処理体を洗浄処理するための洗浄処理装置に関する。

例えば、ＬＳＩ等の半導体デバイスの製造工程では、被処理体となる半導体ウェハの表面のパーティクル、有機汚染物、金属不純物等のコンタミネーションを除去するために洗浄処理を行う必要がある。従来、この種の洗浄処理を行うために各種の洗浄処理装置が使用されている。特に、ウェット型の洗浄処理装置は、パーティクルを効果的に除去でき、しかもバッチ処理が可能であるために広く採用されている。

この種のウェット型の洗浄処理装置では、所定枚数の半導体ウェハを収納したキャリアが搬送ロボットにより洗浄処理装置のローダ部に搬入され、半導体ウェハの方向合わせを行った後、ウェハ保持部において、キャリアに収納された半導体ウェハが保持具により取り出されて搬送待機状態に置かれる。そして、搬送待機状態にある半導体ウェハは、搬送装置のウェハチャックにより把持された状態で、各種の洗浄処理が行われる洗浄処理部へバッチ単位で搬送され、この洗浄処理部において所定の洗浄処理に付される。

上記の洗浄処理部は、ＡＰＭ（ammonium hydroxide-hydrogen peroxide mixture）洗浄、ＨＰＭ（hydrochloric acid-hydrogen peroxide mixture）洗浄、ＤＨＦ（diluted hydrofluoric acid）洗浄、ＳＰＭ（sulfuric acid-hydrogen peroxide mixture）洗浄などの各種の薬液洗浄を行うための１または２以上の洗浄ユニットが順次配列されて構成されており、各洗浄ユニットは、薬液洗浄を行う薬液洗浄槽と、純水洗浄（リンス）を行う水洗槽とから構成されている。

そして、搬送装置によってある洗浄ユニットに移送された半導体ウェハは、まず、薬液洗浄槽に貯留されている薬液によって薬液洗浄される。続いて、その薬液洗浄槽の下流に配された水洗槽に移送され、水洗槽において、半導体ウェハの表面に付着した薬液を純水により洗い流してから、別種の薬液による洗浄ユニットに搬送される。このようにして、一連の洗浄処理が終了した半導体ウェハは、さらに純水による最終洗浄、乾燥処理が行われた後、アンローダ部を介して装置外部に搬出される。

ところで、上記のような洗浄処理装置の薬液洗浄槽において使用される薬液は、随時循環されるとともに、フィルタにより濾過され、常に清浄な状態で槽内に供給されている。しかし、多くのロットを処理していると、フィルタによる濾過のみによっては清浄化が困難なほど汚染が進展することがある。その場合には、薬液全体を新しいものと交換する必要が生じる。また、洗浄液として数種類の薬液を混合した混合液を使用する場合には、多くのロットを処理するうちに、薬液同士が化学反応を起こし、本来の洗浄液としての機能が低下することがある。そのような場合にも、薬液全体を新しいものと交換する必要が生じる。

従来、この薬液交換作業は、新しい薬液を交換した時点からの経過時間、または処理回数を計測し、予め設定した所定の時間または処理回数に到達すると、古くなった薬液を廃液して、必要に応じて薬液洗浄槽内の洗浄を行った後、新しい薬液を導入して洗浄処理を再開するようにシステムを構成している。

ところが、例えば時間管理により薬液の交換時期を特定する構成では、薬液の交換を行った時点から次の洗浄処理を行う時点までの時間間隔が長い場合には、処理回数が少なくて薬液が未だ劣化していないにもかかわらず交換時期に到達するおそれがある。この場合、薬液の無駄が生じる。また、処理回数により薬液の交換時期を特定する構成では、薬液が薬液洗浄槽に導入されるのと同時に薬液の劣化が始まるため、薬液の交換を行った時点から洗浄処理を行う時点までの時間間隔が長い場合には、処理回数が少なくて規定回数に到達していなくても薬液の劣化が進行する。この場合、本来であれば交換すべき薬液によって洗浄処理が行われるおそれがある。

そこで、上記のような不都合が生じるのを回避して薬液交換のタイミングの最適化を図るため、従来技術では、制御器からの薬液交換要求信号に応じて薬液洗浄槽内に貯留されている薬液を廃液する廃液手段と、その薬液洗浄槽の上流側の所定の位置に洗浄処理すべきロットが到達したことを検出する位置検出手段と、薬液洗浄槽内の薬液の廃液後、あるいは廃液後の薬液洗浄槽を純水洗浄した後に、検出位置に洗浄すべき次のロットがなければ、直ちに新しい薬液を薬液洗浄槽に導入せずに、洗浄槽を空のまま待機させる手段と、洗浄処理をすべき次のロットが、所定の位置に到達したことが分かって始めて新しい薬液を導入して洗浄処理を再開する薬液導入手段を設けて、薬液交換のタイミングの最適化を図るようにした洗浄処理装置が提供されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平８−１０２４５７号公報

しかしながら、上記従来の装置であっても、薬液交換のタイミングは、ロットの処理回数や先の薬液交換からの経過時間に基づいて決定されている。そのため、薬液交換後、最初に処理されたロット以降に処理間隔が長くなった場合には、洗浄能力が劣化しているにもかかわらず被処理体を洗浄したり、薬液が劣化していないにもかかわらず薬液交換が行われたりする。

しかも、薬液交換のタイミングをロットの処理回数や、薬液交換からの経過時間に基づいて決定する場合には、洗浄処理装置のトラブル、例えば金属元素が過度に持ち込まれるなどして薬液の汚染が急速に進展するなどの事態が発生したときでも、ロットの処理回数や薬液交換からの経過時間が予め設定された規定値に到達していない限り薬液交換は実施されない。そのため、薬液が劣化したままの状態で後続のロットが処理されることになる。その結果、後続のロットが十分に洗浄処理されない事態や、汚染物が被処理体に付着するなどの被害が拡大し、品質が劣化するなどして莫大な製品の無駄を発生させるおそれがある。

本発明は、上記のような従来の課題を解決するためになされたもので、薬液が所要の洗浄能力を維持していない状態になった場合に、これを即時に認識し、後続ロットに対する洗浄不足や汚染物質による被害拡大などの不具合発生を防止することができるとともに、薬液交換のタイミングの最適化を確実に図ることが可能な洗浄処理装置および洗浄処理方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は以下の技術的手段を採用している。まず、本発明は、被処理体を洗浄する薬液を収容した内槽および当該内槽からオーバーフローした薬液を回収する外槽を有する薬液洗浄槽と、内槽と外槽とを接続し薬液を循環させる循環路とを備える洗浄処理装置を前提としている。そして、本発明に係る洗浄処理装置は、薬液洗浄槽内の薬液の劣化度合いを示すパラメータを計測する計測器を備える。判定部は、薬液の劣化度合いを示すパラメータの計測結果が予め設定された許容範囲内であるか否かに基づいて薬液交換の要否を判定する。また、判定部は、判定の結果が薬液交換要である場合、薬液洗浄槽および循環路内の薬液を廃液するとともに薬液洗浄槽および循環路へ新たな薬液を供給する、薬液交換を実施する。例えば、廃液は、薬液洗浄槽および循環路内の薬液を排出する廃液用の切替バルブを開放することにより実施され、給液は、薬液洗浄槽および循環路に新たな薬液を供給する薬液供給用の切替バルブを開放することにより実施される。また、薬液洗浄槽内の薬液の劣化度合いを示すパラメータには、薬液中のパーティクル数、薬液中の金属元素含有量および薬液濃度のうちの少なくとも１つを採用することができる。

この構成によれば、薬液の劣化度合いに基づいて薬液交換の要否が判断されるため、薬液交換時期が適正化される。すなわち、薬液が劣化していないにもかかわらず薬液交換がなされたり、過度な汚染物の持ち込み等によって薬液の洗浄能力が急速に劣化した状態で洗浄処理が実施されたりする等の好ましくない事態の発生を防止できる。加えて、薬液劣化速度によって洗浄処理装置の装置状態を把握することもできる。

上記洗浄処理装置は、異常発生を報知する報知部をさらに備えてもよい。この構成では、判定部は、薬液の劣化度合いを示すパラメータの計測結果が予め設定された許容範囲外であり、かつ先の薬液交換の実行時点からの経過時間が予め設定された規定時間未満である場合に、薬液交換をすることなく報知部に異常発生の報知を指示する。

この構成では、薬液の異常な劣化を検出して警報を発報するため、薬液の異常劣化が発生した薬液洗浄槽に対して適切にメンテナンスを実施することができる。

一方、他の観点では、本発明は、被処理体を洗浄する薬液を収容した内槽および当該内槽からオーバーフローした薬液を回収する外槽を有する薬液洗浄槽と、内槽と外槽とを接続し薬液を循環させる循環路とを備える洗浄処理装置に適用される洗浄処理方法を提供することができる。すなわち、本発明に係る洗浄処理方法では、まず、薬液洗浄槽内の薬液の劣化度合いを示すパラメータが所定のサンプリング周期で取得される。次いで、取得された薬液の劣化度合いを示すパラメータの値が予め設定された許容範囲内であるか否かに基づいて薬液交換の要否が判定される。そして、当該判定の結果が薬液交換要である場合、薬液洗浄槽および循環路内の薬液を排出する廃液手段により薬液洗浄槽および循環路内の薬液を廃液するとともに、薬液洗浄槽および循環路に新たな薬液を供給する給液手段により当該薬液洗浄槽および循環路へ新たな薬液を供給する、薬液交換が実施される。

本発明によれば、薬液洗浄槽内の薬液の劣化度合いを示すパラメータを監視することで薬液状態が把握され、薬液の劣化度合いに応じて薬液交換が実施される。そのため、薬液の交換時期を常に適正化することができる。その結果、無駄な薬液の消費が抑制されて薬液に要する費用を軽減することが可能となる。加えて、薬液劣化速度によって設備の状態を把握することができるため、装置異常等の不具合に起因する薬液劣化を検出し、このような劣化薬液による被処理体の洗浄が継続されて不良製品が発生することを最小限に抑えることができる。

本発明の一実施形態における洗浄処理装置を示す概略構成図 本発明の一実施形態における洗浄処理装置の薬液洗浄槽を示す構成図 本発明の一実施形態における薬液交換処理を示すフロー図 ＡＰＭ洗浄における、薬液洗浄槽内の薬液の、時間経過に伴う濃度変化を測定した結果の一例を示す図 ＡＰＭ洗浄における、薬液洗浄槽内の薬液中の、時間経過に伴う汚染濃度変化を測定した結果の一例を示す図

図１は、本発明の一実施形態における洗浄処理装置の全体を示す概略構成図であり、図２は当該洗浄処理装置の薬液洗浄槽を示す構成図である。なお、本実施形態では、洗浄処理装置によって洗浄処理される被処理体が半導体ウェハ（以下、単にウェハと称する）である事例により本発明を具体化している。

本実施形態における洗浄処理装置１は、洗浄処理前のウェハをキャリア単位で収容するローダ部２と、ウェハの洗浄処理をバッチ単位で実行する洗浄処理部３と、洗浄処理後のウェハをキャリア単位で装置外に搬出するアンローダ部４との、３つのゾーンが順次配置された構成を有している。洗浄処理部３には、複数の洗浄ユニット５が一列に順次配列されており、各洗浄ユニット５は、ウェハの薬液洗浄を実施する薬液洗浄槽６と、薬液洗浄後の水洗を実施する水洗槽７とからなる。そして、ある１つの洗浄ユニット５を構成する薬液洗浄槽６においてウェハが薬液洗浄された後、当該洗浄ユニット５の水洗槽７において純水によりウェハに付着した薬液が洗浄されると、続いて、図示しないウェハ搬送装置によりさらに下流の洗浄ユニット５に移送されて、薬液洗浄と水洗とが同様に行われる。

さらに、洗浄処理部３の最下流には、純水による最終洗浄を行う最終水洗槽８と、最終水洗槽８で最終洗浄が終了したウェハを、例えば、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）等で蒸気乾燥させる乾燥処理槽９が配置されている。

各洗浄ユニット５の薬液洗浄槽６には、ウェハの表面に付着した汚染の種類、例えば有機不純物や金属不純物などに応じた薬液が導入され、薬液洗浄が施される。例えば、有機物汚染除去を目的とした洗浄処理の場合、アンモニア水と過酸化水素水の混合液により、いわゆるＡＰＭ洗浄が行われる。ウェハ表面の自然酸化膜および金属不純物の除去を目的とした洗浄処理の場合、ＤＨＦ液を使用した、いわゆるＤＨＦ洗浄が行われる。ベアシリコン基板等に付着した金属不純物を除去しながらクリーンな自然酸化膜を成長させることを目的とした洗浄処理の場合、塩酸と過酸化水素水の混合液により、いわゆるＨＰＭ洗浄が行われる。過酸化水素をベースにした典型的な洗浄法、いわゆるＲＣＡ洗浄に関していえば、ＡＰＭ洗浄、ＤＨＦ洗浄、ＨＰＭ洗浄を実施する各洗浄ユニット５を洗浄対象のウェハが搬送されることで洗浄が実施される。

図２に示すように、薬液洗浄槽６は、薬液を収容し、処理対象のウェハが浸漬される箱型の内槽６１と、この内槽６１の上端からオーバーフローする薬液を回収する外槽６２とを備える。複数のウェハＷがウェハ保持具１１に保持された状態で内槽６１内の薬液中に同時に浸漬される。例えば、ＡＰＭ洗浄の場合、内槽６１には、高温に加熱されたアンモニア水と過酸化水素水の混合液からなるＡＰＭ洗浄用の薬液が収容される。

また、薬液洗浄槽６は、外槽６２の底部に設けられた薬液排出口６２ａから導出された薬液を内槽６１の底部に設けられた薬液供給口６１ａへ導入する薬液循環路１２を備えている。薬液循環路１２には、循環ポンプ１４、廃液用の切替バルブ１５、フィルタ１６およびヒータ１７が順に介設されている。循環ポンプ１４の作動により、外槽６２へオーバーフローした後、フィルタ１６により清浄化されてヒータ１７により所定温度に温度調整された薬液が内槽６１へ循環供給される。また、薬液洗浄槽６は、内槽６１へ新たな薬液を導入するための薬液供給管１８を備えている。当該薬液供給管１８に介設された薬液供給用のバルブ１３を開放することで新しい薬液が薬液洗浄槽６に必要に応じて供給できる。また、廃液用の切替バルブ１５を開放することで薬液洗浄槽６内の薬液を必要に応じて廃液できるようになっている。すなわち、薬液供給用のバルブ１３と廃液用の切替バルブ１５とによって、薬液交換が実施されることになる。

さらに、薬液洗浄槽６には、当該薬液洗浄槽６内の薬液を採取するためのサンプリングポート６１ｂが設けられている。このサンプリングポート６１ｂから、図示しないアスピレータ等により採取された薬液は、薬液採取経路１９を介して薬液洗浄槽６内の薬液の状態、すなわち、薬液の劣化度合いを示すパラメータを測定する計測手段に導入される。本実施形態では、計測手段として、パーティクルカウンタ２１、金属汚染分析器２２および濃度測定器２３が接続されている。パーティクルカウンタ２１は、薬液洗浄槽６内の薬液中の不純物数の指標となるパーティクル数を計測する。金属汚染分析器２２は、薬液洗浄槽６内の薬液中の金属元素含有量を計測する。濃度測定器２３は、薬液洗浄槽６内の薬液濃度を計測する。パーティクルカウンタ２１、金属汚染分析器２２、および濃度測定器２３（以下、これらの機器を総称して単に計測手段と称する）は、それぞれ予め設定された一定のサンプリング周期で薬液洗浄槽６の薬液を採取して、薬液中のパーティクル数、金属元素含有量、薬液濃度を計測し、その計測値が後述の制御部２４へ送信される。なお、採取された薬液に気泡が含まれると、各計測手段２１〜２３が誤った計測値を出力する可能性がある。そのため、サンプリングポート６１ｂは気泡の少ない薬液洗浄槽６から薬液を採取することがより好ましいが、薬液循環路１２の途中から薬液採取経路を分岐して薬液を採取する構成を採用することも可能である。

また、サンプリングポート６１ｂから各計測手段２１〜２３までの薬液採取経路１９には薬液を冷却するための冷却水配管を巻装しておき、各計測手段２１〜２３が計測可能な温度まで薬液の温度を調節できるようにしておくことが好ましい。さらに、各計測手段２１〜２３は、随時薬液を採取して分析を実施しているため、薬液採取経路１９内や、各計測手段２１〜２３の検出部に汚染物質が蓄積される可能性がある。本実施形態では、定期的に薬液採取経路１９や各計測手段２１〜２３の検出部の洗浄を実施するため、薬液採取経路１９の途中に純水供給用の切替バルブ２６を配設するとともに、この切替バルブ２６に純水等を供給する洗浄用配管２７が接続されている。そして、定期的に切替バルブ２６を切替えることで洗浄用配管２７から純水を導入して、薬液採取経路１９内や各計測手段２１〜２３の検出部を洗浄できるようになっている。

一方、各計測手段２１〜２３から計測結果が入力される制御部２４は、入力された計測値に基づいて薬液交換の必要性の有無を判断し、薬液交換が必要と判断した場合には薬液交換を実行する。なお、本実施形態では、制御部２４が各バルブ１３、１５、２６、循環ポンプ１４およびヒータ１７の動作をそれぞれコントロールしている。また、制御部２４には、薬液の異常状態を外部に報知するための警報ブザー、ディスプレイ、警報ランプ等からなる報知部２８が接続されている。制御部２４は、例えば、専用の演算回路や、プロセッサとＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等のメモリとを備えたハードウエア、および当該メモリに格納され、プロセッサ上で動作するソフトウエア等として実現することができる。

上記構成を有する洗浄処理装置１において、バッチ単位でウェハの洗浄処理を実施する場合、まず、処理対象のウェハを所定枚数（例えば２５枚）搭載したキャリアが、図示しない搬送ロボットにより洗浄処理装置１のローダ部２に搬入される。ローダ部２に搬入されたキャリアに搭載された各ウェハは方向合わせ（オリフラ合わせ）実施後に、保持具により取り出されて搬送待機状態に置かれる。そして、搬送待機状態にあるウェハは、搬送装置のウェハチャックにより所定のバッチ単位（例えば、ロット単位）で把持された状態で、各種の洗浄処理が行われる洗浄処理部３へ搬送される。

洗浄処理部３において、例えば、上述のＲＣＡ洗浄（ＡＰＭ洗浄、ＤＨＦ洗浄、ＨＰＭ洗浄）が実施される場合、最初の洗浄ユニット５にて、ウェハチャックに把持された各ウェハは、ＡＰＭ洗浄用の薬液を収容した薬液洗浄槽６に搬入され、当該薬液洗浄槽６内で所定のＡＰＭ洗浄が行われる。続いて、最初の洗浄ユニット５の水洗槽７に搬入されて純水洗浄（リンス）が行われ、各ウェハに付着した薬液が完全に洗浄除去される。当該水洗が完了した各ウェハは、次段の洗浄ユニット５の薬液洗浄槽６に搬入され、当該薬液洗浄槽６内で所定のＤＨＦ洗浄が実施される。ＤＨＦ洗浄が完了した各ウェハは当該洗浄ユニットの水洗槽７に搬入されて純水洗浄が行われる。当該水洗が完了した各ウェハは、さらに次段の洗浄ユニット５の薬液洗浄槽６に搬入され、当該薬液洗浄槽６内で所定のＨＰＭ洗浄が実施される。ＨＰＭ洗浄が完了した各ウェハは当該洗浄ユニットの水洗槽７に搬入されて純水洗浄が行われる。その後、各ウェハは、最終水洗槽８に搬入され、当該最終水洗槽８にて純水による最終水洗処理が実施された後、乾燥処理槽９に搬入される。当該乾燥処理槽９においてＩＰＡによる蒸気乾燥処理が行われた後、各ウェハはアンローダ部４を介して装置外部に搬出される。

上記のような洗浄処理装置１の各薬液洗浄槽６において使用される各薬液は、各薬液洗浄槽６が備える薬液循環路１２を経由して随時循環されるとともに、薬液循環路１２に配置されたフィルタ１６により濾過されて清浄な状態で各薬液洗浄槽６へ供給されている。しかしながら、多くのロットの処理に伴って、上述のように、フィルタ１６による濾過のみでは清浄化が困難なほど薬液の汚染が進展し、また、洗浄液として数種類の薬液を混合した混合液を使用している場合には、多くのロットの処理に伴って、薬液同士の化学反応により本来の洗浄液としての機能が次第に低下する。そのような場合には、薬液全体を新しいものと交換する必要が生じる。また、薬液洗浄槽６内に一時に過度な汚染物が持ち込まれることによって薬液の洗浄能力が短時間で急速に劣化する場合があり、その場合にも薬液交換等の迅速な対処が必要となる。しかも、交換後の新しい薬液は、薬液洗浄槽６への薬液の導入と同時に劣化が始まる。

そこで、本実施形態の洗浄処理装置１では、各薬液洗浄槽６に新しい薬液が導入されると、制御部２４の計時部２４１が当該薬液交換時点を基点とする経過時間Ｔｍの計測を開始するとともに、各計測手段（パーティクルカウンタ２１、金属汚染分析器２２、濃度測定器２３）を介した薬液状態の監視を開始する。本実施形態では、パーティクルカウンタ２１によるパーティクル数のサンプリング周期を約３分、金属汚染分析器２２による金属元素含有量（金属汚染）のサンプリング周期を約１５分、濃度測定器２３による薬液濃度のサンプリング周期を約３０秒に設定して薬液状態を計測している。なお、各サンプリング周期は、要求される測定精度や測定対象（例えば、検出する金属元素数）に応じて適宜設定すればよい。制御部２４は、取得した経過時間Ｔｍと計測結果とを対応づけてメモリ等からなる記憶部２４２に記録する。

また、制御部２４は、各薬液洗浄槽６の薬液状態を判定する判定部２４３を備えている。判定部２４３には、各計測手段２１〜２３による計測値に基づく薬液の劣化度合いを判定する基準となる、各計測値に対応した許容範囲と、薬液を新しく交換した時点からの経過時間Ｔｍの長短を判断するための規定時間Ｔｓｈとが予め設定されている。許容範囲および規定時間Ｔｓｈは、例えば、予備実験等により定めることができる。なお、規定時間Ｔｓｈは、例えば、新たな薬液を使用して洗浄処理を連続的に実施した場合に、当該薬液に劣化が生じる時間として規定することができる。

判定部２４３は、例えば、各計測手段２１〜２３で得られる計測値が対応する許容範囲外であり、かつ経過時間Ｔｍが規定時間Ｔｓｈ以上である場合、時間経過あるいは処理回数の増加に伴う通常の薬液の劣化（以下、通常劣化という）が発生していると判断する。また、各計測手段２１〜２３で得られる計測値が対応する許容範囲外であり、かつ経過時間Ｔｍが規定時間Ｔｓｈ未満である場合、薬液が短時間の内に異常に劣化している（以下、異常劣化という）と判断する。異常劣化が発生した場合は、薬液交換を実行しても異常劣化が再発する事態が想定されるため、制御部２４の判定部２４３は、薬液交換を実施することなく、報知部２８に対して警報発報を指示する。当該指示を受けた報知部２８は、指示とともに受信した、いずれの薬液洗浄槽６において薬液異常が生じているかを示す情報を作業者に通知する。

図３は本実施形態における薬液交換処理を示すフロー図である。上述の洗浄処理装置１において１つの薬液洗浄槽６に新しい洗浄処理用の薬液が導入されると、前述したような洗浄処理が実施される（ステップＳ１）。当該洗浄処理の過程で、制御部２４は、上述のように所定のサンプリング周期で計測手段２１〜２３から計測値を取得し、計時部２４１が計測した経過時間Ｔｍと対応づけて記憶部２４２に記憶する（ステップＳ２）。判定部２４３は、記憶部２４２に格納された情報に基づいて、薬液状態が許容範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ３）。判定部２４３は、例えば、記憶部２４２にデータが格納される都度、格納された各計測値が予め設定された対応する許容範囲内にあるか否かを判定する。例えば、判定部２４３は、パーティクルカウンタ２１がパーティクル数を取得した際には、当該パーティクル数とパーティクル数の上限規格値とを比較し、上限規格値を超えている場合に許容範囲外と判定する。金属汚染分析器２２が金属元素含有量を取得した際には、当該金属元素含有量と金属元素含有量の上限規格値とを比較し、上限規格値を超えている場合に許容範囲外と判定する。濃度測定器２３が薬液濃度を取得した際には、当該薬液濃度と薬液濃度の上限および下限規格値とを比較し、上限および下限規格値の間にない場合に許容範囲外と判定する。各比較において、計測値が予め設定された許容範囲内にあれば、判定部２４３は特に何もせず、洗浄処理が継続して実施される（ステップＳ３Ｙｅｓ、Ｓ１）。なお、同一のタイミングで複数の計測値が取得された場合は、判定部２４３は、そのとき取得された全ての測定値と対応する許容範囲とを比較する。この場合、全ての計測値が許容範囲内である場合に洗浄処理が継続して実施されることになる。

一方、各計測手段２１〜２３で得られる計測値の少なくとも少なくとも１つが許容範囲外であった場合、判定部２４３は薬液劣化が発生していると判定し、次いで、その薬液洗浄槽６において実施された直近の薬液交換からの経過時間Ｔｍと予め設定した規定時間Ｔｓｈとを比較する（ステップＳ３Ｎｏ、Ｓ４）。このとき経過時間Ｔｍが規定時間Ｔｓｈ以上であれば（Ｔｍ≧Ｔｓｈ）、薬液洗浄槽６内の薬液は通常劣化により薬液交換時期に至ったと判断できる。そのため、判定部２４３は、廃液用の切替バルブ１５に対して薬液廃棄信号を出力する。当該信号を受信した切替バルブ１５は開放状態になり、自動的に廃液が実行される（ステップＳ４Ｙｅｓ、Ｓ５）。切替バルブ１５や廃液ラインに設けられた、図示しないセンサ等により廃液完了が検知されると、本実施形態では、続いて、純水による薬液洗浄槽６の洗浄が実施される（ステップＳ６）。当該薬液洗浄槽６の純水洗浄は必要に応じて実施されればよく、本発明において必須の要素ではない。なお、洗浄用の純水は、例えば、薬液供給管１８等を介して導入することが可能である。

切替バルブ１５や廃液ラインに設けられたセンサ等により薬液洗浄槽６の水洗完了が検知されると、判定部２４３は、薬液供給用のバルブ１３に対して薬液供給信号を出力する。当該信号を受信したバルブ１３は開放状態となり、薬液供給管１８を通じて新たな薬液が薬液洗浄槽６内へ投入される（ステップＳ７）。このようにして、薬液交換が完了すると、洗浄処理が継続して行われる（ステップＳ１）。なお、薬液交換は、薬液劣化が検出されたときに直ちに実施されることが好ましいが、洗浄処理を中断することに起因して洗浄処理中であった各ウェハが不良品になる等の不具合が発生する場合には、薬液劣化検出時に洗浄中であった各ウェハの洗浄処理が完了した後、直ちに薬液交換が実施される構成にしてもよい。この場合、薬液劣化に起因して各ウェハに対する薬液洗浄槽６での洗浄が不足している可能性があるため、水洗槽７での洗浄を通常よりも時間を延長して実施することが好ましい。

また、判定部２４３は薬液劣化が発生していると判定し、かつ経過時間Ｔｍが規定時間Ｔｓｈ未満であった場合（Ｔｍ＜Ｔｓｈ）、薬液洗浄槽６への過度な汚染物の持ち込み等によって薬液の洗浄能力が急速に劣化したと判断できる。この場合、判定部２４３は、報知部２８に対して警告の発報を指示する（ステップＳ４Ｎｏ、Ｓ８）。すなわち、この異常劣化では、通常の薬液交換を実施して一旦正常な状態に戻ったとしても、異常劣化が再発する事態が想定されるため、警報信号を出力して警報ブザーを発報する等により作業者に異常劣化の発生を報知する。なお、このとき、報知部２８は、上記指示とともに受信した、いずれの薬液洗浄槽６において薬液の異常劣化が発生しているかを示す情報をディスプレイ等に表示する構成であることが好ましい。また、このとき判定部２４３は、少なくとも異常劣化が発生した薬液洗浄槽６における新たなロットの洗浄処理を禁止する（ステップＳ９）。あわせて、洗浄処理装置１が属する半導体製造ラインの生産を管理する上位ホストコンピュータに、洗浄処理装置１へのロット搬入禁止を通知する。これにより、異常状態であるにもかかわらず洗浄処理が継続されることを確実に防止することができる。なお、異常劣化が発生した薬液洗浄槽６は、当該警告を受けた作業者等により点検等の必要なメンテナンスが行われることになる。

図４は、ＡＰＭ洗浄における、薬液洗浄槽内の薬液の、時間経過に伴う濃度変化を測定した結果の一例を示す図であり、図５は、薬液洗浄槽内の薬液中の、時間経過に伴う汚染濃度変化を測定した結果の一例を示す図である。図４、図５において、図４（ａ）、図５（ａ）は従来技術を適用した場合を示し、図４（ｂ）、図５（ｂ）は本発明を適用した場合を示している。また、図４、図５において横軸は時間に対応する。図４において左縦軸は薬液濃度に対応し、図５において左縦軸は金属汚染濃度に対応する。また、図４、図５において右縦軸は、薬液交換後のウェハの累積処理枚数に対応する。なお、図４、図５において黒丸で示すデータが薬液濃度または金属汚染濃度に対応し、白丸で示すデータがウェハの累積処理枚数に対応する。

図４（ａ）に示すように、従来技術では、薬液の実際の濃度変化を計測するのではなく、一定の時間周期Ｔ₀で薬液交換（廃液および新液投入）が行われる。そのため、図４（ａ）の例では周期的に全７回の薬液交換が行われた結果、薬液が多量に消費されている。これに対して、図４（ｂ）に示すように、本発明では、薬液の現実の濃度変化を計測して、薬液濃度が予め設定された許容範囲（規格下限と規格上限との間の範囲）外になった時点で初めて薬液交換が行われる。そのため、図４（ａ）に示したデータと同一量のウェハに対して洗浄処理を実施しているにもかかわらず、同一の期間内で１回の薬液交換だけしか実施されない。すなわち、薬液の無駄な消費が極力抑えられていることが理解できる。

また、図５に示すように、従来技術では、薬液の実際の汚染濃度の変化を計測するのではなく、一定の時間周期Ｔ₀で薬液交換（廃液および新液投入）が行われる。そのため、、図４（ａ）の例では、図中の時刻ｔａの時点で金属元素が薬液中に過度に持ち込まれて汚染が急速に進展した場合でも、時刻ｔｂに達するまでは薬液交換が行われない。その結果、時刻ｔａから時刻ｔｂまでの期間Ｔ₀内では、全てのロットが汚染されて意図した洗浄が行われない事態が発生している。これに対して、図５（ｂ）に示すように、本発明では、薬液の現実の汚染濃度の変化を計測して、汚染濃度が予め設定された許容範囲外（規格上限を超える）になった時点（時刻ｔｃ）で直ちに薬液交換が行われる。そのため、薬液中の金属元素の含有量が正常な状態に復帰され、ロットの汚染が拡大する状態が即座に解消されることが理解できる。また、本発明では、さらに、このような金属汚染が先の薬液交換から規定時間内に発生した場合には薬液の異常劣化と判定し、メンテナンスが実行されることになるため、薬液交換後にすぐに金属汚染が再発することも確実に防止できることになる。

以上説明したように、本発明によれば、薬液洗浄槽内の薬液の状態を示すパラメータ（薬液中の不純物の指標となるパーティクル数、金属元素含有量、薬液濃度など）を監視することで薬液の劣化度合いを把握し、薬液の劣化度合いに応じて薬液交換が実施される。そのため、薬液の交換時期を常に適正化することができる。したがって、薬液が劣化していないにもかかわらず薬液交換が実行されたり、過度な汚染物の持ち込み等によって薬液の洗浄能力が急速に劣化したにもかかわらず被処理体がそのまま洗浄されたりする等の好ましくない事態が発生することを最小限に抑えることができる。その結果、無駄な薬液の消費が抑制されて薬液に要する費用を軽減することが可能となる。加えて、薬液劣化速度によって設備の状態を把握することができるため、装置異常等の不具合に起因する薬液劣化を検出し、このような劣化薬液による被処理体の洗浄が継続されて不良製品が発生する等の不具合発生を最小限に抑えることができる。

なお、上記の実施形態では、洗浄ユニットが１つの薬液洗浄槽と１つの水洗槽から構成されている事例について説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。また、上記の実施形態では、薬液中のパーティクル数、金属元素含有量、薬液濃度を薬液の劣化度合いを判断するための計測パラメータとして採用しているが、計測対象はこれらの計測パラメータに限定されるものではなく、薬液の洗浄能力に影響するものであれば、他の計測パラメータを計測対象としてもよい。さらに、上記の実施形態では、洗浄処理装置によって洗浄処理される被処理体がウェハである場合を例にとって説明したが、洗浄対象はこのようなウェハに限らず、他の半導体基板を洗浄処理する場合についても本発明を適用することができるのは勿論である。

本発明は、薬液が所要の洗浄能力を維持していない状態になった場合に、これを即時に認識して不具合発生を防止することができるとともに、薬液交換のタイミングの最適化を確実に図ることができるという効果を有し、洗浄処理装置および洗浄処理方法として有用である。

１ 洗浄処理装置
２ ローダ部
３ 洗浄処理部
４ アンローダ部
５ 洗浄ユニット
６ 薬液洗浄槽
７ 水洗槽
８ 最終水洗槽
９ 乾燥処理槽
１２ 循環路
１３ 薬液供給用バルブ（給液バルブ）
１５ 廃液用切替バルブ（廃液バルブ）
２１ パーティクルカウンタ
２２ 金属汚染分析器
２３ 濃度測定器
２４ 制御部
２４１ 計時部
２４３ 判定部
２８ 報知部

Claims (4)

1. 被処理体を洗浄する薬液を収容した内槽および前記内槽からオーバーフローした薬液を回収する外槽を有する薬液洗浄槽と、前記内槽と前記外槽とを接続し前記薬液を循環させる循環路とを備える洗浄処理装置において、
   前記薬液洗浄槽および循環路内の薬液を排出する廃液手段と、
   前記薬液洗浄槽および循環路に新たな薬液を供給する給液手段と、
   前記薬液洗浄槽内の薬液の劣化度合いを示すパラメータを計測する手段と、
   前記薬液の劣化度合いを示すパラメータの計測結果が予め設定された許容範囲内であるか否かに基づいて薬液交換の要否を判定する手段と、
   前記判定の結果が薬液交換要である場合、前記廃液手段により前記薬液洗浄槽および循環路内の薬液を廃液するとともに、前記給液手段により当該薬液洗浄槽および循環路へ新たな薬液を供給する、薬液交換を実施する手段と、
   を備えることを特徴とする洗浄処理装置。
2. 前記薬液の劣化度合いを示すパラメータは、前記薬液中のパーティクル数、前記薬液中の金属元素含有量および薬液濃度のうちの少なくとも１つである、請求項１記載の洗浄処理装置。
3. 異常発生を報知する手段をさらに備え、
   前記判定手段は、
   前記薬液の劣化度合いを示すパラメータの計測結果が予め設定された許容範囲外であり、かつ先の薬液交換の実行時点からの経過時間が予め設定された規定時間未満である場合に、薬液交換をすることなく前記報知手段に異常発生の報知を指示する、請求項１または２記載の洗浄処理装置。
4. 被処理体を洗浄する薬液を収容した内槽および前記内槽からオーバーフローした薬液を回収する外槽を有する薬液洗浄槽と、前記内槽と前記外槽とを接続し前記薬液を循環させる循環路とを備える洗浄処理装置に適用される洗浄処理方法であって、
   前記薬液洗浄槽内の薬液の劣化度合いを示すパラメータを所定のサンプリング周期で取得するステップと、
   前記取得された薬液の劣化度合いを示すパラメータの値が予め設定された許容範囲内であるか否かに基づいて薬液交換の要否を判定するステップと、
   前記判定の結果が薬液交換要である場合、前記薬液洗浄槽および循環路内の薬液を排出する廃液手段により前記薬液洗浄槽および循環路内の薬液を廃液するとともに、前記薬液洗浄槽および循環路に新たな薬液を供給する給液手段により当該薬液洗浄槽および循環路へ新たな薬液を供給する、薬液交換を実施するステップと、
   を有することを特徴とする洗浄処理方法。

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