JP2015087112A

JP2015087112A - 薬液温度計測装置

Info

Publication number: JP2015087112A
Application number: JP2013223065A
Authority: JP
Inventors: 真徳三浦; Masanori Miura
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2015-05-07

Abstract

【課題】シリコンウェーハの加工工程における薬液処理中の薬液の温度を正確に計測する、薬液温度計測装置を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる薬液温度計測装置１００は、半導体素子の製造工程において、シリコンウェーハ２の上面に塗布された薬液３が放射する赤外線のうちシリコンウェーハ２を透過してシリコンウェーハ２の下面より放射される特定波長の光の輝度を計測する温度計測部１０と、特定波長の光がシリコンウェーハを透過するときの透過率を予め計測する分光輝度計測部１３と、特定波長の光の輝度と透過率に基づいてシリコンウェーハ２と薬液３との境界面の温度を演算し出力する温度出力部１４と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は薬液温度計測装置に関し、特にシリコンウェーハ上に塗布された薬液の温度を非接触で計測する薬液温度計測装置に関する。

半導体素子の製造において、シリコンウェーハ表面上を薬液によって加工する工程が多く存在する。例えば、シリコンウェーハ上に回路パターンを形成するため、露光、現像、ウェットエッチング等の工程で薬液を用いている。ウェーハの品質を保証しつつ、安定的に製造するためには、薬液による反応速度を精度よく制御する必要がある。

薬液による反応速度は、薬液温度に大きく左右されるため、工程能力を保証するためには薬液タンク内での薬液温度管理や雰囲気の温度管理、ウェーハの温度管理等を厳密に行う必要がある。
しかし、薬液やタンク内の空調温度、ウェーハの温度管理を厳密に行っても、それぞれの微小な温度変動や装置内の気流の乱れ、ポンプやモータからの発熱などにより薬液温度は変動する。また、薬液自体の化学反応でも温度が変化するため、ウェーハ上の薬液温度そのものを計測する必要がある。

特許文献１は、装置に設置した複数の温度センサを用いて装置内の温度計測を行い、ウェーハの加工工程における温度管理方法を開示している。

特開２０１１−２１１０９２号公報

特許文献１のように、薬液温度を計測するための恒温水温度と気温を計測する方法では、ウェーハの表面における現像液やエッチング液等の反応性の高い液体の化学反応等による突発的な不具合に対応できない。

一方、薬液の温度変化を計測するために温度センサ等を薬液に接触させる方法は、ウェーハ上の薬液が数μｍ〜数十μｍ程度の膜厚しかないため、適していない。
また、ウェーハに温度センサを埋め込んで温度計測する方法は、計測に手間がかかり、現像液やエッチング液のような反応性の高い液体には適用が困難である。そして、温度計測用の専用のウェーハを必要とし、温度を常時モニタリングすることが困難である。

さらにまた、赤外線を用いた温度計測方法は、ウェーハ上面から計測するため、薬液の液面の乱れなどに大きく影響を受けるため、正確な計測が困難である。そして、この方法で計測できるのは薬液の表面温度であるため、実際に化学反応が起こっているウェーハと薬液との界面の温度を直接計測することができない。
本発明は、シリコンウェーハの加工工程における薬液処理中の薬液の温度を正確に計測できる、薬液温度計測装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様にかかる薬液温度計測装置は、半導体素子の製造工程において、シリコンウェーハの上面に塗布された薬液が放射する赤外線のうち前記シリコンウェーハを透過して前記シリコンウェーハの下面より放射される特定波長の光の輝度を計測する温度計測部と、前記特定波長の光が前記シリコンウェーハを透過するときの透過率を予め計測する分光輝度計測部と、前記特定波長の光の輝度と前記透過率に基づいて前記シリコンウェーハと前記薬液との境界面の温度を演算し出力する温度出力部と、を備える。

本発明によると、シリコンウェーハの加工工程における薬液処理中の薬液の温度を正確に計測する、薬液温度計測装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１にかかる薬液温度計測装置を示した概要図である。本発明の実施の形態１にかかるシリコンウェーハ２を透過する赤外線２１を撮像したときの概要図である。本発明の実施の形態１にかかる薬液温度計測装置１００がシリコンウェーハ２に塗布された薬液３の温度を出力する処理を示したフローチャートである。。本発明の実施の形態２にかかる薬液温度計測装置２００を示した概要図である。本発明の実施の形態２にかかる温度校正部１２の構成を示した概要図である。本発明の実施の形態２にかかる分光輝度計測部１３を用いて計測した薬液３の温度とシリコンウェーハを透過した薬液３からの放射光輝度との関係を示すグラフである。本発明の実施の形態２にかかる薬液温度計測装置２００がシリコンウェーハ２に塗布された薬液３の温度を出力する処理を示したフローチャートである。本発明の実施の形態３にかかる薬液温度計測装置３００を示した概要図である。本発明の実施の形態３にかかる薬液温度と加工時間との関連を示すグラフである。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１にかかる薬液温度計測装置１００を示した概要図である。薬液温度計測装置１００は、温度計測部１０と、光フィルタ部１１と、温度校正部１２と、分光輝度計測部１３と、温度出力部１４とを備える。即ち、薬液温度計測装置１００は、半導体素子製造工程においてウェーハ保持部４に保持されたワーク１の薬液の温度を計測する装置である。

温度計測部１０は、半導体製造プロセスでシリコンウェーハ２の表面に常温近辺の薬液を保持させているワーク１の温度を計測する。特に、温度計測部１０は、シリコンウェーハ上部に塗布された薬液から放射される赤外線２０、２１のうちシリコンウェーハ２下部より透過する赤外線２１、特に薬液が放射した特定波長の光の輝度を計測する。

常温近辺のシリコンウェーハ２は可視光を透過しないという性質を持つ。しかし、常温近辺でシリコンウェーハ２は、波長が１〜６μｍの長波長の光を透過するという性質を持つ。従って、薬液から放射される波長１〜６μｍの光はシリコンウェーハ２をすり抜け、シリコンウェーハ２の裏面に到達する。図２は、ホットプレート３０表面から１０ｃｍ離した空間に、下面に薬液を塗布したシリコンウェーハ２を上面側から赤外線撮影し、透過する赤外線２１を撮像したときの図である。

光フィルタ部１１は、シリコンウェーハ２の裏面に到達した光を特定波長のみに限定して透過させる。即ち、光フィルタ部１１は、温度計測部１０が波長１〜６μｍの光を計測できるようシリコンウェーハ２の裏面から放射された光の波長を限定して透過させ、温度計測部１０に到達させる。光フィルタ部１１は、光学フィルタや分光器等を用いることができる。

分光輝度計測部１３は、温度計測部１０が計測した温度から薬液の温度を演算するときの補正に用いる値を計測する。分光輝度計測部１３は、特定波長の光がシリコンウェーハ２を透過するときの透過率を計測する。温度計測部１０が計測する透過光はシリコンウェーハ２において減衰し、その影響が残存している。

分光輝度計測部１３を用いて特定波長の光がシリコンウェーハ２を透過するときの透過率を予め計測することにより、温度計測部１０が計測する光のシリコンウェーハ２による減衰影響を温度の演算時に補正することができる。
温度出力部１３は、温度計測部１０が計測した透過赤外線２１の輝度と分光輝度計測部１３が計測した透過率に基づいてシリコンウェーハ２と薬液３との境界面の温度を演算し出力する。

次に、薬液温度計測装置１００が出力するシリコンウェーハ２と薬液３との境界面の温度を演算する処理について図を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態１にかかる薬液温度計測装置１００が、シリコンウェーハ２に塗布された薬液３の温度を出力する処理を示したフローチャートである。温度計測部１０は、薬液３が上面に塗布されたシリコンウェーハ２の下面側から、シリコンウェーハ２を透過して放射される赤外線２１を計測する（Ｓ１００）。

分光輝度計測部１３は、特定波長の光がシリコンウェーハ２を透過するときの透過率を計測する（Ｓ１０１）。温度出力部１３は、温度計測部１０が計測した透過赤外線２１の輝度と分光輝度計測部１３が計測した透過率に基づいてシリコンウェーハ２と薬液３との境界面の温度を演算し出力する（Ｓ１０２）。以上の処理により、薬液温度計測装置１００は、シリコンウェーハ２と薬液３との境界面（ウェーハの反応面）の温度を計測することができる。

本発明の実施の形態１にかかる薬液温度計測装置１００によると、半導体素子の製造過程において、シリコンウェーハ２上に塗布された薬液３の温度、特にシリコンウェーハ２と薬液３との境界面の温度を非接触でかつ経時的に出力することができる。

実施の形態２
以下、図面を参照して本発明の実施の形態２について説明する。図４は、本発明の実施の形態２にかかる薬液温度計測装置２００を示した概要図である。薬液温度計測装置２００の基本的な構成は実施の形態１にかかる、薬液温度計測装置１００の構成と同様であり、重複する部分は適宜省略する。また、装置の構成で同一の部分は同一の符号を用いる。薬液温度計測装置２００は、実施の形態１にかかる、薬液温度計測装置１００の分光輝度計測部１３の部分が温度校正部１２に置き換わっている。

図５は、温度校正部１２の構成を示した概要図である。温度校正部１２は、温度計測部１０が計測した温度から薬液の温度を演算するときの補正に用いる値を計測する。温度校正部１２は、ハーフミラー４０と、光フィルタ部４１と、温調槽４３と、シリコンウェーハ４５と、薬液４６とを備える。シリコンウェーハ４５及び薬液４６は、計測対象となるワーク１におけるシリコンウェーハ２及び薬液３と同じ材料である。シリコンウェーハ４５は薬液４６が接触した状態で保持されている。シリコンウェーハ４５に接触する薬液４６は、温調槽４３内部に循環し、温度管理されている。温度校正部１２内部に光フィルタ部４１を備えた場合、温度計測部１０の前に光フィルタ部１１を備えなくてもよい。

シリコンウェーハ４５を透過した赤外線は、シャッター４４を通過し、ハーフミラー４０で反射され、温度計測部１０で輝度が計測される。このとき、温調槽４３の温度を変化させることにより、薬液４６とシリコンウェーハ４５を透過した赤外線の輝度との関係を示す校正カーブを得ることができる。図６は、分光輝度計測部１３を用いて計測した薬液３の温度とシリコンウェーハを透過した薬液３からの放射光輝度との関係を示すグラフである。温度校正カーブを温度計測部１０に取り込んだ後、シャッター４４をワーク１側に切り替えてワーク１の温度計測を行う。計測で得られた校正カーブを用いると、赤外線２１がシリコンウェーハ２を透過するときの透過率を用いること無く、直接計測対象であるワーク１の温度を出力することができる。

次に、薬液温度計測装置２００が出力するシリコンウェーハ２と薬液３との境界面の温度を演算する処理について図を用いて説明する。図７は、本発明の実施の形態２にかかる薬液温度計測装置２００がシリコンウェーハ２に塗布された薬液３の温度を出力する処理を示したフローチャートである。

温度校正部１２は、シリコンウェーハ４５に接触する薬液４６の温度を温調槽４３を用いて変化させる（Ｓ２００）。温度計測部１０は、温度校正部１２から出力される赤外線を計測し、薬液温度とシリコンウェーハ４５を透過した放射光輝度との関係を示す校正カーブを得る（Ｓ２０１）。温度校正部１２がシャッター４４を切り替え、温度計測部１０は、薬液３が上面に塗布されたシリコンウェーハ２の下面側から、シリコンウェーハ２を透過して放射される赤外線２１を計測する（Ｓ２０２）。

温度出力部１３は、温度計測部１０が計測した透過赤外線２１の輝度と校正カーブに基づいてシリコンウェーハ２と薬液３との境界面の温度を演算し出力する（Ｓ２０３）。以上の処理により、薬液温度計測装置２００は、シリコンウェーハ２と薬液３との境界面（ウェーハの反応面）の温度を、赤外線２１のシリコンウェーハ２の透過率を用いること無く演算することができる。

本発明の実施の形態２にかかる薬液温度計測装置２００によると、半導体素子の製造過程において、シリコンウェーハ２上に塗布された薬液３の温度、特にシリコンウェーハ２と薬液３との境界面の温度を非接触でかつ経時的に出力することができる。

実施の形態３
以下、図面を参照して本発明の実施の形態３について説明する。図８は、本発明の実施の形態３にかかる薬液温度計測装置３００を示した概要図である。薬液温度計測装置３００の基本的な構成は実施の形態１または実施の形態２にかかる、薬液温度計測装置１００または薬液温度計測装置２００の構成と同様であり、重複する部分は適宜省略する。また、装置の構成で同一の部分は同一の符号を用いる。薬液温度計測装置３００においては、薬液温度の演算時に分光輝度計測部１３または温度校正部１２のいずれかを用いても良い。薬液温度計測装置３００は、薬液温度計測装置１００または薬液温度計測装置２００の構成要件に、さらに加工時間演算部１５を備える。

薬液温度計測装置３００は、実施の形態１または実施の形態２の方法により薬液温度を計測した後、ワーク１の品質を安定的に維持するため、加工時間を決定する。
加工時間演算部１５は、温度出力部１４が出力した温度データと予め計測しておいた薬液温度とレジスト寸法との関係から最適な加工時間を決定する。図９は、薬液温度と加工時間との関連を示すグラフである。加工時間演算部１５は、例えば、薬液温度が高い場合、薬液３の反応が進むため加工時間を減らし、ワーク１の品質が図９の良品範囲に含まれるよう最適な加工時間を決定する。

本発明の実施の形態３にかかる薬液温度計測装置３００によると、半導体素子の製造過程において、薬液３の温度に左右されることなく、常に一定の製品の品質を保つことができるようになるため、光学な空調装置または薬液３やシリコンウェーハ２の温度を維持する温調装置が不要なシンプルな装置が実現できる。

１ワーク
２シリコンウェーハ
３薬液
４ウェーハ保持部
１０温度計測部
１１光フィルタ部
１２温度校正部
１３分光輝度計測部
１４温度出力部
１５加工時間演算部
２０赤外線
２１透過赤外線
３０ホットプレート
４０ハーフミラー
４１光フィルタ部
４３温調槽
４４シャッター
４５シリコンウェーハ
４６薬液
１００薬液温度計測装置
２００薬液温度計測装置
３００薬液温度計測装置

Claims

半導体素子の製造工程において、シリコンウェーハの上面に塗布された薬液が放射する赤外線のうち前記シリコンウェーハを透過して前記シリコンウェーハの下面より放射される特定波長の光の輝度を計測する温度計測部と、
前記特定波長の光が前記シリコンウェーハを透過するときの透過率を予め計測する分光輝度計測部と、
前記特定波長の光の輝度と前記透過率に基づいて前記シリコンウェーハと前記薬液との境界面の温度を演算し出力する温度出力部と、
を備える、薬液温度計測装置。