JP2018142695A - 基板液処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】処理槽内の処理液の沸騰状態をより精確に制御する。【解決手段】基板液処理装置は、沸騰状態にある処理液を貯留するとともに貯留した処理液に基板（８）を浸漬することにより基板の処理が行われる処理槽（３４Ａ）と、処理液中に含まれる薬液成分の濃度を検出する濃度センサ（５５Ｂ）と、濃度センサの検出濃度に基づいて、処理液に薬液成分を添加するかあるいは希釈液を添加することにより、処理液中に含まれる薬液成分の濃度が設定濃度となるように調整する濃度調整部（７，４０，４１）と、処理槽内の処理液の水頭圧を検出する水頭圧センサ（８６Ｂ）と、水頭圧センサの検出値に基づいて濃度調整部に与えられた設定濃度を補正する濃度設定値補正演算部（７）を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウエハ等の基板を処理槽に貯留された処理液に浸漬することにより当該基板に液処理を施す基板液処理装置に関する。

半導体装置の製造において、半導体ウエハ等の基板の表面に形成された窒化ケイ素膜をウエットエッチングするため、複数枚の基板を処理槽に貯留された加熱されたリン酸水溶液中に浸漬することが行われている。このウエットエッチング処理を効率良くかつ適正に行うためには、リン酸水溶液を適切な沸騰状態に維持することが必要である。

特許文献１には、気泡式液位計の構成を用い、検出された水頭圧（背圧）に基づいてリン酸水溶液の沸騰状態を把握し、把握された沸騰状態に基づいて、ヒータ出力または純水の注入量を制御することが記載されている。しかし、この制御方法においても、沸騰状態を十分に安定的に制御することはできない。

特許第３９３９６３０号公報

本発明は、処理槽内の処理液の沸騰状態をより精確に制御することができる基板液処理装置を提供することを目的としている。

本発明の一実施形態によれば、沸騰状態にある処理液を貯留するとともに貯留した前記処理液に基板を浸漬することにより前記基板の処理が行われる処理槽と、前記処理液中に含まれる薬液成分の濃度を検出する濃度センサと、前記濃度センサの検出濃度に基づいて、前記処理液に前記薬液成分を添加するかあるいは希釈液を添加することにより、前記処理液中に含まれる前記薬液成分の濃度が設定濃度となるように調整する濃度調整部と、前記処理槽内の前記処理液の水頭圧を検出する水頭圧センサと、前記水頭圧センサの検出値に基づいて前記濃度調整部に与えられた設定濃度を補正する濃度設定値補正演算部とを備えた基板液処理装置が提供される。

上記実施形態によれば、把握した沸騰レベルに応じて濃度調整部に与えられた設定濃度を補正するため、処理槽内の処理液の沸騰状態をより精確に制御することができる。

基板液処理システムの全体構成を示す概略平面図である。 基板液処理システムに組み込まれたエッチング装置の構成を示す系統図である。 エッチング装置を試験運転したときの、沸騰レベルの設定値と実際値、及び濃度の設定値（補正された設定値）と実際値の経時変化の一例を示すグラフである。 温度センサを、循環ラインに設けたヒータの出口に設けた変形実施形態を示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。まず本発明の一実施形態に係る基板液処理装置（エッチング処理装置）１が組込まれた基板液処理システム１Ａ全体について述べる。

図１に示すように、基板液処理システム１Ａは、キャリア搬入出部２と、ロット形成部３と、ロット載置部４と、ロット搬送部５と、ロット処理部６と、制御部７とを有する。

キャリア搬入出部２は、複数枚（たとえば、２５枚）の基板（シリコンウエハ）８を水平姿勢で上下に並べて収容したキャリア９の搬入及び搬出を行う。

キャリア搬入出部２には、複数個のキャリア９を載置するキャリアステージ１０と、キャリア９の搬送を行うキャリア搬送機構１１と、キャリア９を一時的に保管するキャリアストック１２，１３と、キャリア９を載置するキャリア載置台１４とが設けられている。キャリアストック１２は、製品となる基板８をロット処理部６で処理する前に一時的に保管する。キャリアストック１３は、製品となる基板８をロット処理部６で処理した後に一時的に保管する。

キャリア搬入出部２は、外部からキャリアステージ１０に搬入されたキャリア９を、キャリア搬送機構１１を用いてキャリアストック１２やキャリア載置台１４に搬送する。また、キャリア搬入出部２は、キャリア載置台１４に載置されたキャリア９を、キャリア搬送機構１１を用いてキャリアストック１３やキャリアステージ１０に搬送する。キャリアステージ１０に搬送されたキャリア９は、外部へ搬出される。

ロット形成部３は、１又は複数のキャリア９に収容された基板８を組合せて同時に処理される複数枚（たとえば、５０枚）の基板８からなるロットを形成する。なお、ロットを形成するときは、基板８の表面にパターンが形成されている面を互いに対向するようにロットを形成してもよく、また、基板８の表面にパターンが形成されている面がすべて一方を向くようにロットを形成してもよい。

このロット形成部３には、複数枚の基板８を搬送する基板搬送機構１５が設けられている。なお、基板搬送機構１５は、基板８の搬送途中で基板８の姿勢を水平姿勢から垂直姿勢及び垂直姿勢から水平姿勢に変更させることができる。

ロット形成部３は、キャリア載置台１４に載置されたキャリア９から基板搬送機構１５を用いて基板８をロット載置部４に搬送し、ロットを形成する基板８をロット載置部４に載置する。また、ロット形成部３は、ロット載置部４に載置されたロットを基板搬送機構１５でキャリア載置台１４に載置されたキャリア９へ搬送する。なお、基板搬送機構１５は、複数枚の基板８を支持するための基板支持部として、処理前（ロット搬送部５で搬送される前）の基板８を支持する処理前基板支持部と、処理後（ロット搬送部５で搬送された後）の基板８を支持する処理後基板支持部の２種類を有している。これにより、処理前の基板８等に付着したパーティクル等が処理後の基板８等に転着するのを防止する。

ロット載置部４は、ロット搬送部５によってロット形成部３とロット処理部６との間で搬送されるロットをロット載置台１６で一時的に載置（待機）する。

このロット載置部４には、処理前（ロット搬送部５で搬送される前）のロットを載置する搬入側ロット載置台１７と、処理後（ロット搬送部５で搬送された後）のロットを載置する搬出側ロット載置台１８とが設けられている。搬入側ロット載置台１７及び搬出側ロット載置台１８には、１ロット分の複数枚の基板８が垂直姿勢で前後に並べて載置される。

ロット載置部４では、ロット形成部３で形成したロットが搬入側ロット載置台１７に載置され、そのロットがロット搬送部５を介してロット処理部６に搬入される。また、ロット載置部４では、ロット処理部６からロット搬送部５を介して搬出されたロットが搬出側ロット載置台１８に載置され、そのロットがロット形成部３に搬送される。

ロット搬送部５は、ロット載置部４とロット処理部６との間やロット処理部６の内部間でロットの搬送を行う。

このロット搬送部５には、ロットの搬送を行うロット搬送機構１９が設けられている。ロット搬送機構１９は、ロット載置部４とロット処理部６に沿わせて配置したレール２０と、複数枚の基板８を保持しながらレール２０に沿って移動する移動体２１とで構成する。移動体２１には、垂直姿勢で前後に並んだ複数枚の基板８を保持する基板保持体２２が進退自在に設けられている。

ロット搬送部５は、搬入側ロット載置台１７に載置されたロットをロット搬送機構１９の基板保持体２２で受取り、そのロットをロット処理部６に受け渡す。また、ロット搬送部５は、ロット処理部６で処理されたロットをロット搬送機構１９の基板保持体２２で受取り、そのロットを搬出側ロット載置台１８に受け渡す。さらに、ロット搬送部５は、ロット搬送機構１９を用いてロット処理部６の内部においてロットの搬送を行う。

ロット処理部６は、垂直姿勢で前後に並んだ複数枚の基板８を１ロットとしてエッチングや洗浄や乾燥などの処理を行う。

このロット処理部６には、基板８の乾燥処理を行う乾燥処理装置２３と、基板保持体２２の洗浄処理を行う基板保持体洗浄処理装置２４と、基板８の洗浄処理を行う洗浄処理装置２５と、基板８のエッチング処理を行う２台の本発明によるエッチング処理装置（基板液処理装置）１とが並べて設けられている。

乾燥処理装置２３は、処理槽２７と、処理槽２７に昇降自在に設けられた基板昇降機構２８とを有する。処理槽２７には、乾燥用の処理ガス（ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）等）が供給される。基板昇降機構２８には、１ロット分の複数枚の基板８が垂直姿勢で前後に並べて保持される。乾燥処理装置２３は、ロット搬送機構１９の基板保持体２２からロットを基板昇降機構２８で受取り、基板昇降機構２８でそのロットを昇降させることで、処理槽２７に供給した乾燥用の処理ガスで基板８の乾燥処理を行う。また、乾燥処理装置２３は、基板昇降機構２８からロット搬送機構１９の基板保持体２２にロットを受け渡す。

基板保持体洗浄処理装置２４は、処理槽２９を有し、この処理槽２９に洗浄用の処理液及び乾燥ガスを供給できるようになっており、ロット搬送機構１９の基板保持体２２に洗浄用の処理液を供給した後、乾燥ガスを供給することで基板保持体２２の洗浄処理を行う。

洗浄処理装置２５は、洗浄用の処理槽３０とリンス用の処理槽３１とを有し、各処理槽３０，３１に基板昇降機構３２，３３を昇降自在に設けている。洗浄用の処理槽３０には、洗浄用の処理液（ＳＣ−１等）が貯留される。リンス用の処理槽３１には、リンス用の処理液（純水等）が貯留される。

エッチング処理装置１は、エッチング用の処理槽３４とリンス用の処理槽３５とを有し、各処理槽３４，３５に基板昇降機構３６，３７が昇降自在に設けられている。エッチング用の処理槽３４には、エッチング用の処理液（リン酸水溶液）が貯留される。リンス用の処理槽３５には、リンス用の処理液（純水等）が貯留される。

これら洗浄処理装置２５とエッチング処理装置１は、同様の構成となっている。エッチング処理装置（基板液処理装置）１について説明すると、基板昇降機構３６には、１ロット分の複数枚の基板８が垂直姿勢で前後に並べて保持される。エッチング処理装置１において、ロット搬送機構１９の基板保持体２２からロットを基板昇降機構３６で受取り、基板昇降機構３６でそのロットを昇降させることでロットを処理槽３４のエッチング用の処理液に浸漬させて基板８のエッチング処理を行う。その後、エッチング処理装置１は、基板昇降機構３６からロット搬送機構１９の基板保持体２２にロットを受け渡す。また、ロット搬送機構１９の基板保持体２２からロットを基板昇降機構３７で受取り、基板昇降機構３７でそのロットを昇降させることでロットを処理槽３５のリンス用の処理液に浸漬させて基板８のリンス処理を行う。その後、基板昇降機構３７からロット搬送機構１９の基板保持体２２にロットを受け渡す。

制御部７は、基板液処理システム１Ａの各部（キャリア搬入出部２、ロット形成部３、ロット載置部４、ロット搬送部５、ロット処理部６、エッチング処理装置１）の動作を制御する。

この制御部７は、たとえばコンピュータからなり、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体３８を備える。記憶媒体３８には、基板液処理装置１において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部７は、記憶媒体３８に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって基板液処理装置１の動作を制御する。なお、プログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体３８に記憶されていたものであって、他の記憶媒体から制御部７の記憶媒体３８にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体３８としては、たとえばハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリカードなどがある。

上述のようにエッチング処理装置１の処理槽３４では、所定濃度の薬剤（リン酸）の水溶液（リン酸水溶液）を処理液（エッチング液）として用いて基板８を液処理（エッチング処理）する。

次に、エッチング処理装置（基板液処理装置）１、特にそのエッチング用の処理槽３４に関連する構成について、図２を参照して説明する。

エッチング処理装置１は、処理液として所定濃度のリン酸水溶液を貯留する前述した処理槽３４を有している。処理槽３４は、上部を開放させた内槽３４Ａと、内槽３４Ａの周囲に設けられるとともに上部を開放させた外槽３４Ｂとを有する。外槽３４Ｂには、内槽３４Ａからオーバーフローしたリン酸水溶液が流入する。外槽３４Ｂは、図２に示すように内槽３４Ａの上部を包囲している。外槽３４Ｂは、その内部に内槽３４Ａを収容するように構成されていてもよい。処理槽３４には、リン酸水溶液の保温及びリン酸水溶液飛沫の飛散防止のために、少なくとも内槽３４Ａの上部開口を覆う開閉可能な蓋７０が付設される。

外槽３４Ｂの底部には、循環ライン５０の一端が接続されている。循環ライン５０の他端は、内槽３４Ａ内に設置された処理液供給ノズル４９に接続されている。循環ライン５０には、上流側から順に、ポンプ５１、ヒータ５２及びフィルタ５３が介設されている。ポンプ５１を駆動することにより、外槽３４Ｂから循環ライン５０及び処理液供給ノズル４９を経て内槽３４Ａ内に送られて再び外槽３４Ｂへと流出する、リン酸水溶液の循環流が形成される。内槽３４Ａ内の処理液供給ノズル４９の下方にガスノズル（図示せず）を設け、リン酸水溶液の沸騰状態を安定化させるために不活性ガス例えば窒素ガスのバブリングを行ってもよい。

処理槽３４、循環ライン５０及び循環ライン５０内の機器（５１，５２，５３等）により液処理部３９が形成される。また、処理槽３４及び循環ライン５０により循環系が構成される。

エッチング処理装置１は、液処理部３９にリン酸水溶液を供給するリン酸水溶液供給部４０と、液処理部３９に純水を供給する純水供給部４１と、液処理部３９にシリコン溶液を供給するシリコン供給部４２と、液処理部３９からリン酸水溶液を排出するリン酸水溶液排出部４３とを有する。

リン酸水溶液供給部４０は、処理槽３４及び循環ライン５０からなる循環系内、すなわち液処理部３９内のいずれかの部位、好ましくは図示したように外槽３４Ｂに所定濃度のリン酸水溶液を供給する。リン酸水溶液供給部４０は、リン酸水溶液を貯留するタンクからなるリン酸水溶液供給源４０Ａと、リン酸水溶液供給源４０Ａと外槽３４Ｂとを接続するリン酸水溶液供給ライン４０Ｂと、リン酸水溶液供給ライン４０Ｂに上流側から順に介設された流量計４０Ｃ、流量制御弁４０Ｄ及び開閉弁４０Ｅとを有している。リン酸水溶液供給部４０は、流量計４０Ｃ及び流量制御弁４０Ｄを介して、制御された流量で、リン酸水溶液を外槽３４Ｂに供給することができる。

純水供給部４１は、リン酸水溶液を加熱することにより蒸発した水分を補給するために純水を供給する。この純水供給部４１は、所定温度の純水を供給する純水供給源４１Ａを含み、この純水供給源４１Ａは外槽３４Ｂに流量調節器４１Ｂを介して接続されている。流量調節器４１Ｂは、開閉弁、流量制御弁、流量計などから構成することができる。

シリコン供給部４２は、シリコン溶液例えばコロイダルシリコンを分散させた液を貯留するタンクからなるシリコン供給源４２Ａと、流量調節器４２Ｂとを有している。流量調節器４２Ｂは、開閉弁、流量制御弁、流量計などから構成することができる。

リン酸水溶液排出部４３は、液処理部３９及び循環ライン５０からなる循環系内、すなわち液処理部３９内にあるリン酸水溶液を排出するために設けられる。リン酸水溶液排出部４３は、循環ライン５０から分岐する排出ライン４３Ａと、排出ライン４３Ａに上流側から順次設けられた流量計４３Ｂ、流量制御弁４３Ｃ、開閉弁４３Ｄ及び冷却タンク４３Ｅとを有する。リン酸水溶液排出部４３は、流量計４３Ｂ及び流量制御弁４３Ｃを介して、制御された流量で、リン酸水溶液を排出することができる。

冷却タンク４３Ｅは、排出ライン４３Ａを流れてきたリン酸水溶液を一時的に貯留するとともに冷却する。冷却タンク４３Ｅから流出したリン酸水溶液（符号４３Ｆを参照）は、工場廃液系（図示せず）に廃棄してもよいし、当該リン酸水溶液中に含まれるシリコンを再生装置（図示せず）により除去した後に、リン酸水溶液供給源４０Ａに送り再利用してもよい。

図示例では、排出ライン４３Ａは、循環ライン５０（図ではフィルタドレンの位置）に接続されているが、これには限定されず、循環系内の他の部位、例えば内槽３４Ａの底部に接続されていてもよい。

排出ライン４３Ａには、リン酸水溶液中のシリコン濃度を測定するシリコン濃度計４３Ｇが設けられている。また、循環ライン５０から分岐して外槽３４Ｂに接続された分岐ライン５５Ａ（この分岐ライン５５Ａも循環系の一部と見なすことができる）に、リン酸水溶液中のリン酸濃度を測定するリン酸濃度計５５Ｂが介設されている。外槽３４Ｂには、外槽３４Ｂ内の液位を検出する液位計４４が設けられている。

内槽３４Ａ内には、内槽３４Ａ内のリン酸水溶液の温度を検出する温度センサ６０が設けられている。温度センサ６０は、循環系内の内槽３４Ａ内以外の場所、例えば循環ライン５０のヒータ５２の出口近傍に設けてもよい。

内槽３４Ａには気泡式液位計８０が付設されている。気泡式液位計８０は、内槽３４Ａ内のリン酸水溶液中に挿入される気泡管８１と、気泡管８１にパージガス（ここでは窒素ガス）を供給するパージセット８２とを有している。気泡管８１は、リン酸水溶液に対する耐性を有する材料例えば石英により形成されている。

パージセット８２は、減圧弁、絞り及びロータメータ（いずれも図示せず）などを備えて構成されている。パージセット８２は、加圧ガス供給源８３（例えば工場の用力系）から供給されたパージガスが、リン酸水溶液中に挿入された気泡管８１の先端から一定流量で放出されるように制御を行う。

気泡管８１とパージセット８２とを結ぶガスライン８４には検出ライン８５接続され、更にこの検出ライン８５が２つの分岐検出ライン、つまり第１分岐検出ライン８５Ａ及び第２分岐検出ライン８５Ｂに分岐している。第１及び第２分岐検出ライン８５Ａ，８５Ｂにはそれぞれ、第１検出器８６Ａ及び第２検出器８６Ｂが接続されている。第１及び第２検出器８６Ａ，８６Ｂは、気泡管８１の先端に印加されている水頭圧（内槽３４Ａ内のリン酸水溶液の水頭圧）に相当するパージガスの背圧を測定する。

ガスライン８４には常時パージガスが流されるため、ガスライン８４、検出ライン８５、第１分岐検出ライン８５Ａ及び第２分岐検出ライン８５Ｂを石英で製造する必要はなく、適当な耐食性樹脂例えばＰＴＦＥ，ＰＦＡ等で製造することができる。

第１検出器８６Ａ及び第２検出器８６Ｂには同じ圧力が印加される。しかしながら、第１検出器８６Ａ及び第２検出器８６Ｂの検出範囲は互いに異なっている。

第１検出器８６Ａは、内槽３４Ａ内のリン酸水溶液の液位が最低位（内槽３４Ａが空の状態）のときに気泡管８１の先端に印加される水頭圧から、最高位（内槽３４Ａから外槽３４Ｂへとリン酸水溶液がオーバーフローしている状態）のときに気泡管８１の先端に印加される水頭圧までに至る範囲の圧力を検出しうるように設定されている。すなわち、第１検出器８６Ａは、内槽３４Ａ内のリン酸水溶液の液位を測定するために設けられている。

第２検出器８６Ｂは、内槽３４Ａ内のリン酸水溶液の液位が最高位にあるときにおいて（つまり内槽３４Ａから外槽３４Ｂへのオーバーフローが生じているとき）、リン酸水溶液の沸騰レベルが最大のときに気泡管８１の先端に印加される水頭圧から、リン酸水溶液が全く沸騰していないときに気泡管８１の先端に印加される水頭圧までに至る範囲（検出対象範囲）の圧力を検出しうるように設定されている。

沸騰レベル（沸騰状態）が変化すると、リン酸水溶液中の気泡の量が変化するため、気泡管８１の先端に印加される水頭圧も変動する。つまり、沸騰レベルが高くなると水頭圧が減少し、沸騰レベルが低くなると水頭圧が増加する。沸騰レベルは、リン酸水溶液中の気泡のサイズ及び数量、並びにリン酸水溶液の液面状態（「平坦」、「大きく波打っている」等）を目視または画像解析により把握することにより、数値化することができる（例えば沸騰レベル１〜５の５段階で）。実験により、水頭圧（ＨＰ）と沸騰レベル（ＢＬ）との関係を把握することができ、この関係を関数ＢＬ＝ｆ（ＨＰ）の形式で表現することができる。多少のばらつきはあるが、沸騰レベル（ＢＬ）の増大に伴い水頭圧（ＨＰ）は単調減少する。

上記の関数は、例えば制御部７の記憶媒体３８に保存される。これにより、第２検出器８６Ｂにより検出される水頭圧に基づいて内槽３４Ａ内のリン酸水溶液の沸騰レベル（沸騰状態）を把握することができるようになる。すなわち、気泡式液位計８０は、沸騰レベルセンサとして作用する。

好ましくは、第２検出器８６Ｂは、第２検出器８６Ｂのセンサ出力を処理する電気回路（例えばハイパスフィルタ機能及び増幅機能を有する）により、あるいはソフトウエアによる演算処理より、上述した検出対象範囲外の圧力に対して不感とされ、その一方で、検出対象範囲内の圧力検出分解能を向上させている。これにより、第２検出器８６Ｂは内槽３４Ａ内のリン酸水溶液の液位検出能力を実質的に失うが、その代わりに沸騰状態をより高精度で検出することが可能となる。

具体的には例えば、リン酸水溶液が全く沸騰していないときの第２検出器８６Ｂ内の圧力センサ（図示せず）の出力電圧（水頭圧の変化に対応して変化する）が５Ｖで、リン酸水溶液の沸騰レベルが最高レベルであったときの第２検出器８６Ｂの出力電圧が４Ｖであったとする。この場合、第２検出器８６Ｂに設けられた検出回路は、圧力センサの出力電圧から４Ｖを減じた値（実際には適当なマージンが設定される）に所定のゲイン（定数）を乗じた値が出力されるように構成される。

基板液処理装置１は、記憶媒体３８に記憶されたプロセスレシピに従い制御部７で各部（キャリア搬入出部２、ロット形成部３、ロット載置部４、ロット搬送部５、ロット処理部６、エッチング処理装置１）の動作を制御することで、基板８を処理する。エッチング処理装置１の動作部品（開閉弁、流量制御弁、ポンプ、ヒータ等）は制御部７から送信される動作指令信号に基づき動作する。また、センサ類（４３Ｇ、５５Ｂ、８６Ａ、８６Ｂ等）から検出結果を示す信号が制御部７に送られ、制御部７は検出結果を動作部品の制御に利用する。

次に上記エッチング処理装置１の作用について説明する。まず、リン酸水溶液供給部４０がリン酸水溶液を液処理部３９の外槽３４Ｂに供給する。リン酸水溶液の供給開始後に所定時間が経過すると、循環ライン５０のポンプ５１が作動し、上述した循環系内を循環する循環流が形成される。

さらに、循環ライン５０のヒータ５２が作動して、内槽３４Ａ内のリン酸水溶液が所定温度（例えば１６０℃）となるようにリン酸水溶液を加熱する。遅くともヒータ５２による加熱開始時点までに、蓋７０が閉じられ、少なくとも内槽３４Ａの上部開口が蓋７０により覆われる。１６０℃のリン酸水溶液は沸騰状態となる。

１つのロットの基板８を内槽３４Ａ内のリン酸水溶液中に投入する前に、循環系（内槽３４Ａ、外槽３４Ｂ及び循環ライン５０を含む）内に存在するリン酸水溶液中のシリコン濃度（これはシリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜のエッチング選択比に影響を及ぼす）の調整が行われる。シリコン濃度の調節は、ダミー基板を内槽３４Ａ内のリン酸水溶液中に浸漬すること、あるいはシリコン供給部４２から外槽３４Ｂにシリコン溶液を供給することにより行うことができる。循環系内に存在するリン酸水溶液中のシリコン濃度が予め定められた範囲内にあることを確認するために、排出ライン４３Ａにリン酸水溶液を流し、シリコン濃度計４３Ｇによりシリコン濃度を測定してもよい。

シリコン濃度調整の終了後、蓋７０が開かれ、内槽３４Ａ内にリン酸水溶液中に、基板昇降機構３６に保持された複数枚、すなわち１つのロット（処理ロットまたはバッチとも呼ばれる）を形成する複数例えば５０枚の基板８を浸漬させる。その後直ちに、蓋７０が閉じられる。基板８を所定時間リン酸水溶液に浸漬することにより、基板８にウエットエッチング処理（液処理）が施される。

基板８にウエットエッチング処理が施されている間、制御部７により、以下の制御が行われる。

［温度制御］
制御部７は、温度センサ６０により検出される内槽３４Ａ内のリン酸水溶液の温度が設定温度となるように、ヒータ５２の出力をフィードバック制御する。このフィードバック制御において、設定温度が設定値ＳＶ、温度センサ６０の検出温度が測定値（ＰＶ）、ヒータ５２の出力が操作量ＭＶである。制御部７及びヒータ５２により温度調整部が構成される。

なお、本実施形態においては、リン酸水溶液の設定温度は、リン酸濃度の変化あるいはリン酸濃度の設定濃度の変化に応じて変更されることはなく、プロセスレシピにおいて予め定められた値に維持される。

［濃度制御］
制御部７は、リン酸濃度計５５Ｂ（濃度センサ）により検出される循環系内のリン酸水溶液（処理液）中のリン酸（薬液成分）の濃度が設定濃度となるように、必要に応じて、純水供給部４１から循環系（図示例では外槽３４Ｂ）への純水（希釈液）の供給量、あるいはリン酸水溶液供給部４０から循環系（図示例では外槽３４Ｂ）へのリン酸供給量をフィードバック制御する。このフィードバック制御において、設定濃度が設定値ＳＶ、リン酸濃度計５５Ｂの検出濃度が測定値（ＰＶ）、純水供給部４１から循環系（図示例では外槽３４Ｂ）への純水（希釈液）の供給量、あるいはリン酸水溶液供給部４０から循環系（図示例では外槽３４Ｂ）へのリン酸供給量が操作量ＭＶである。制御部７、純水供給部４１及びリン酸水溶液供給部４０により濃度調整部が構成される。設定濃度は、プロセスレシピにおいて予め定められた値が初期値として使用されるが、後述する沸騰レベル制御により補正される。

本実施形態においては、処理液としてリン酸水溶液が用いられ、かつ、基板８の処理中にはリン酸水溶液は常時沸騰しているので、リン酸水溶液中の純水含有量は常時減少傾向にあり、リン酸濃度は常時増加傾向にある。このため、濃度制御のために循環系内に供給されるものは専ら純水である。

［沸騰レベル制御］
リン酸水溶液（処理液）中のリン酸（薬液成分）の設定濃度にはプロセスレシピにおいて初期値が設定されている。制御開始当初は、設定濃度の初期値に基づいて上述した濃度制御が行われる。

制御部７は、第２検出器８６Ｂにより検出された水頭圧に基づいて把握される内槽３４Ａ内のリン酸水溶液の沸騰レベルが、最適レベル（例えば沸騰レベル４）から外れたとき、あるいは外れそうになったら、設定濃度を補正する。例えば、沸騰レベルが最適レベルより低くなったとき、（例えばリン酸水溶液中の気泡が少ない及び／又は小さい状態）あるいは低くなりそうになったら、設定濃度を低下させる。一方、沸騰レベルが最適レベルより高くなったとき（例えばリン酸水溶液中の表面が激しく波打っている状態）あるいは高くなりそうになったら、設定濃度を上昇させる。

沸騰レベルが最適レベルを外れることは好ましくないため、沸騰レベルが最適レベルから外れそうになることを予見できる水頭圧変化が確認された時点で、その水頭圧変化を打ち消すことように設定濃度を補正するような制御を行うことが好ましい。

例えば、最適沸騰レベル（例えば沸騰レベル４）のときの第２検出器８６Ｂのセンサの出力電圧の中央値が４Ｖであり、最適沸騰レベルが第２検出器８６Ｂのセンサの出力電圧が４Ｖ±０．２Ｖのときに最適沸騰レベルが達成できるものとする。このとき例えば、第２検出器８６Ｂのセンサの出力電圧が４Ｖから４．１Ｖに増加したときに、この変化に関わらず最適沸騰レベルが維持されていたとしても、設定濃度を微少量変化させ、出力電圧が４．２Ｖにそれ以上接近することを防止するように設定濃度を補正する制御を行うことが好ましい。一例として、濃度設定値の初期値は約８８％であり、濃度設定値は０．０２ｗｔ％刻みで補正することができる。

なお、制御部７は、沸騰レベルのハンチング防止のため、制御にはヒステリシス（制御の不感帯）をもたせて制御を行うことが好ましい。また、沸騰レベルが最適レベルより高い場合と低い場合では、濃度変更幅が沸騰レベルに与える影響度が異なるため、その変更幅はそれぞれの最適値で補正することが好ましい。変更幅の最適値は、プロセスレシピに使用する薬液温度、濃度、沸騰状態により決定され、プロセスレシピ毎に設定されるユニークな値となる。

本実施形態では、検出された沸騰レベルに応じて補正するのは設定濃度だけであり、設定温度は補正しない。リン酸水溶液の実際温度は、上記温度制御により高精度に、例えば設定温度±０．１〜０．２℃程度の範囲内に制御することが可能である。

図３は、上記制御方法に基づいてエッチング装置を試験運転したときの、沸騰レベルの設定値（線Ａ）と実際値（線Ｂ）、及び濃度の設定値（補正された設定値）（線Ｃ）と実際値（線Ｄ）の経時変化の一例を示している。左側の縦軸は第２検出器８６Ｂのセンサの出力電圧であり、最適沸騰状態が実現されているときの出力電圧の中央値（これが目標値となる）が４Ｖである。左側の縦軸はリン酸水溶液中のリン酸濃度である。横軸は経過時間（単位秒）である。リン酸濃度の目標値（設定濃度）は０．０２ｗｔ％刻みで補正されている。図３に示すように、５００秒から５５００秒の間、安定した沸騰状態が得られていたことがわかる。なお、図３には表示されていないが、５００秒から５５００秒の間、リン酸水溶液の温度は１６０℃±０．１〜０．２℃程度の範囲内に維持されていた。

上記の３つのフィードバック制御に加えて、基板８にウエットエッチング処理が施されている間に、リン酸水溶液中のシリコン濃度の制御を行ってもよい。１つのロットの基板８の処理中に、基板８からシリコンが溶出するため、循環系内に存在するリン酸水溶液中のシリコン濃度が上昇する。１つのロットの基板８の処理中に、循環系内に存在するリン酸水溶液中のシリコン濃度を維持するために、あるいは意図的に変化させるために、リン酸水溶液排出部４３により循環系内にあるリン酸水溶液を排出しながら、リン酸水溶液供給部４０によりリン酸水溶液（新液）を供給することができる。シリコン供給部４２からシリコン溶液を供給してもよい。但し、シリコン濃度をリアルタイムでフィードバック制御することは困難であるため、シリコン濃度の制御は、プロセスレシピにより予め定められたタイミングで液の排出及び供給を行うことにより実行することが望ましい。

上記のようにして一つのロットの基板８の処理が終了したら、蓋７０を開き、基板８を内槽３４Ａから搬出する。搬出された基板８は、隣の処理槽３５に搬入され、そこでリンス処理が行われる。

その後、蓋７０を閉じ、循環系内にあるリン酸水溶液の温度、リン酸濃度、シリコン濃度の調節を行った後に、上記と同様にして別のロットの基板８の処理を行う。

上記の実施形態においては、制御部７が、濃度調整部、温度調整部及び濃度設置値補正演算部の制御機能を担っているが、これには限定されず、濃度調整部、温度調整部及び濃度設置値補正演算部うちの少なくとも一つの制御機能が別のコンピュータにより実現されていてもよい。

上記実施形態によれば、水頭圧センサである第２検出器８６Ｂの検出値に基づいて内槽３４Ａ内のリン酸水溶液の沸騰状態（沸騰レベル）を把握し、この沸騰状態が目標状態に維持されるように設定濃度を補正し、この補正した設定濃度に基づいて濃度のフィードバック制御が行うため、内槽３４Ａ内のリン酸水溶液の沸騰レベルを最適な状態に維持することが容易となる。また、濃度補正により沸騰レベルを制御することで、プロセス性能に影響を与える濃度についても同時に管理することができる。

次に、沸騰レベルセンサ（気泡式液位計８０）の健全性を評価する方法について説明する。

リン酸水溶液の温度、リン酸水溶液の濃度及びリン酸水溶液の沸騰レベルは密接な相関関係を有している。従って、リン酸水溶液の温度を検出している温度センサ（例えば温度センサ６０）の検出値が設定温度（詳細には設定温度を基準とした許容範囲内の温度）で安定しない場合には、沸騰レベルセンサに異常がある可能性がある。

また、リン酸濃度計５５Ｂの検出濃度が設定濃度（詳細には設定濃度を基準とした許容範囲内の濃度）で安定しない場合には、沸騰レベルセンサに異常がある可能性がある。

さらには、純水供給部４１の純水の供給量が過大または過小である場合には、沸騰レベルセンサに異常がある可能性がある。つまり、処理条件、具体的には循環系内にあるリン酸水溶液の温度及び沸騰レベルが適正に制御されているならば、単位時間当たりに沸騰による蒸発によって失われる水の量は概ね一定であり、従って、純水供給部４１から循環系に補充される単位時間当たりの純水の量は所定範囲内に収まるはずである（なお、純水供給部４１からは、純水が連続的に循環系に補充される場合もあるし、断続的に循環系に補充される場合もある。）従って、純水供給部４１から単位時間当たりの純水の供給量が上記所定範囲から外れる場合には、沸騰レベルセンサに異常がある可能性があることになる。

制御部７は、上述した温度センサの検出値の異常、リン酸濃度計５５Ｂの検出値の異常、純水供給部４１の純水の供給量の異常のいずれかが認められるか、あるいは異常が予め定められた時間以上にわたって続いたら、基板処理装置のオペレータに、沸騰レベルセンサ（気泡式液位計８０）に異常が発生している可能性があることを警告するアラームを発生させ、オペレータに沸騰レベルセンサの検査を促す。また制御部７は、そのときに処理されていたロットの基板８に処理不良が生じている疑いがあることをオペレータに警告してもよい。

なお、図４に示すように、ヒータ５２の出口に温度センサ６０Ａを設け、この温度センサ６０Ａの検出値に基づいて、ヒータ５２の出力（ヒータ５２への供給電力）を制御してもよい。この場合には、温度センサ６０Ａの検出値が設定温度（詳細には設定温度を基準とした許容範囲内の温度）で安定しない場合に、沸騰レベルセンサに異常がある可能性があると判断してもよい。

なお、沸騰レベルセンサ（気泡式液位計８０）の健全性は、ヒータ温度が比較的安定しているとき、具体的には例えば処理槽３４内で基板８の処理を行っていないときに評価することが好ましい。

上記実施形態では、処理液はリン酸水溶液であったが、これには限定されない。処理液は、沸騰により濃度が変化し、かつ、沸騰状態に依存して基板の処理状態が変化するものであればよい。また、基板は半導体ウエハに限定されるものでなく、ガラス基板、セラミック基板等の他の種類の基板であってもよい。

７ 濃度設定値補正演算部
７，５２ 温度調整部
７, ４０，４１ 濃度調整部
３４ 処理槽
３４Ａ 内槽
３４Ｂ 外槽
５０ 循環ライン
５１ ポンプ
５２ ヒータ
５５Ｂ 濃度センサ（リン酸濃度計）
６０，６０Ａ 温度センサ
８６Ｂ 水頭圧センサ（第２検出器）

Claims (12)

1. 沸騰状態にある処理液を貯留するとともに貯留した前記処理液に基板を浸漬することにより前記基板の処理が行われる処理槽と、
   前記処理液中に含まれる薬液成分の濃度を検出する濃度センサと、
   前記濃度センサの検出濃度に基づいて、前記処理液に前記薬液成分を添加するかあるいは希釈液を添加することにより、前記処理液中に含まれる前記薬液成分の濃度が設定濃度となるように調整する濃度調整部と、
   前記処理槽内の前記処理液の水頭圧を検出する水頭圧センサと、
   前記水頭圧センサの検出値に基づいて前記濃度調整部に与えられた設定濃度を補正する濃度設定値補正演算部と、
   を備えた基板液処理装置。
2. 前記水頭圧センサは、前記処理槽内の前記処理液の液位を測定する検出範囲よりも狭い範囲の圧力を検出しうるように設定されている、請求項１記載の基板液処理装置。
3. 前記処理液の温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサの検出温度に基づいて、ヒータの出力を調整することにより、前記処理液の温度が設定温度となるように調整する温度調整部と、
   をさらに備えた、請求項１記載の基板液処理装置。
4. 前記処理槽に接続された循環ラインと、
   前記循環ラインに設けられ、前記処理槽から出て前記循環ラインを通って前記処理槽に戻る前記処理液の流れを形成するポンプと、
   を更に備え、
   前記温度センサは、前記処理槽及び前記循環ラインを含む循環系内のいずれかの場所に設けられ、
   前記ヒータは、前記循環ラインに設けられている、請求項３記載の基板液処理装置。
5. 前記濃度センサは、前記循環ラインに設けられている、請求項４記載の基板液処理装置。
6. 前記処理槽は、前記処理液を貯留するとともに貯留した前記処理液に基板を浸漬することにより前記基板の処理が行われる内槽と、前記内槽からオーバーフローする前記処理液をうける外槽とを有している、請求項１から５のうちのいずれか一項に記載の基板液処理装置。
7. 前記濃度調整部は、前記外槽内にある前記処理液に前記薬液成分を添加するかあるいは希釈液を添加するように構成されている、請求項６記載の基板液処理装置。
8. 前記濃度センサで検出される薬液成分の濃度が前記設定濃度で安定しない場合に、前記水頭圧センサに異常が生じている可能性を警告するアラームを発生させる制御部をさらに備えた、請求項１記載の基板液処理装置。
9. 単位時間当たりに前記濃度調整部から前記処理液に添加される前記希釈液の量が、処理条件に相応する量でない場合に、前記水頭圧センサに異常が生じている可能性を警告するアラームを発生させる制御部をさらに備えた、請求項１記載の基板液処理装置。
10. 前記温度センサで検出される前記処理液の温度が前記検出温度で安定しない場合に、前記水頭圧センサに異常が生じている可能性を警告するアラームを発生させる制御部をさらに備えた、請求項３から５のうちのいずれか一項に記載の基板液処理装置。
11. 前記温度センサは、前記循環ラインの前記ヒータの出口に設けられている、請求項４に従属する請求項１０に記載の基板液処理装置。
12. 前記処理液は、リン酸水溶液であり、前記薬液成分はリン酸であり、前記希釈液は純水である、請求項１から１１のうちのいずれか一項に記載の基板液処理装置。

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