JP3747174B2 - 半導体処理装置の薬液濃度制御装置 - Google Patents

半導体処理装置の薬液濃度制御装置 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体処理装置において、処理用の薬液の濃度を一定に保つと共に、半導体の処理に必要な薬液の液面高さを維持する半導体処理装置の薬液濃度制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ウエットステーション等の半導体処理装置は、処理槽からウェーハを搬出する場合や薬液の蒸発等により薬液の濃度が変化したり、液量が減少したりする。このため、定期的に薬液を補充して薬液の濃度、液量を維持する必要がある。
【0003】
図5は、従来の半導体処理装置の薬液の濃度制御を行う装置のブロック図を示す図である。図5に示すように、薬液の濃度や液面高さを維持するために、薬液の濃度を濃度計7で測定する。補充制御装置40は、濃度計7の濃度データが基準濃度範囲内であるかをチェックして、基準濃度範囲内時と基準濃度範囲外時の各々の補充設定値を選択して、補充部28の補充ポンプ(図示せず)に信号を出力して、薬液の補充を行う。図5に示す半導体処理装置の薬液の濃度制御を行う装置は、濃度計7で測定した濃度データを基準濃度範囲と比較して、薬液の濃度が基準濃度範囲になるように制御する濃度フィードバック制御系を形成している。
【0004】
薬液の補充制御は、図6に示すように、補充制御装置40に内蔵された一定の周期を発生する補充間隔タイマと、補充間隔タイマに同期して起動される各薬液の補充タイマにより、定められた量の薬液が補充される。なお、図6は、3種類(A薬液、B薬液、C薬液)の薬液の補充制御のタイミングチャートを示す図である。
【0005】
図6に示すように、補充制御装置40の補充間隔タイマからの信号により、A薬液補充タイマ、B薬液補充タイマ、C薬液補充タイマが起動される。A薬液補充タイマのタイマ時間はT1、B薬液補充タイマのタイマ時間はT2、C薬液補充タイマのタイマ時間はT3であり、各薬液毎に備えられた補充ポンプを時間T1,T2,T3の間作動させて一定量の薬液を補充する。この薬液補充タイマの時間を濃度に応じて、例えば、A薬液濃度が基準濃度範囲より高く、B薬液濃度が基準濃度範囲より低い時は、A薬液は補充小の設定値、B薬液は補充大の設定値を選択して補充する。このように、従来の半導体処理装置は、薬液の濃度を維持するために、予め設定された一定量の薬液を補充するようになっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の補充制御装置40による濃度計の濃度データと目標値としての基準濃度範囲との比較による薬液の補充制御では、薬液が混合する時間や濃度計の測定時間の影響により、図7に示すように、t=0で薬液を補充した後に、t=m2で濃度データ(P)が確定するため、濃度フィードバック制御系でのむだ時間m2(図8に図示)が生ずる。
【0007】
このため、図8に示すように、薬液の濃度を基準濃度範囲内になるように制御しようとした場合に、むだ時間m2の影響により、基準濃度範囲の上限値を超過したり、基準濃度範囲の下限値を下まわったりすることがあるため、濃度がばらついてしまうことがある。同様に、PID(比例・積分・微分)制御を行った場合でも、むだ時間m2の影響により濃度を高精度に制御することができないおそれがある。薬液の濃度が変動することにより、洗浄、エッチング等の処理が安定しないため、半導体の歩留まりの低下を招くことがある。このため、半導体処理装置の薬液の濃度を一定に維持することが求められている。
【0008】
そこで、本発明は、従来の半導体処理装置の薬液濃度の補充制御装置が有する課題に鑑みてなされたものであり、補充する液量を前もって基準補充量として設定しておき、基準補充量に対する各薬液の補充量を演算して、演算した各薬液の補充量に基づいて薬液を補充することにより、処理用の薬液の濃度を一定に保つと共に、処理に必要な液面高さを維持することが可能な半導体処理装置の薬液濃度制御装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明による半導体処理装置の薬液濃度制御装置は、薬液の濃度を測定する濃度測定手段と、濃度フィードバック制御系のむだ時間経過後の濃度のドリフト量を観測するドリフト観測手段と、薬液の補充量を演算する補充量演算手段と、前記補充量演算手段で得られた各薬液の補充量の総和を、前もって設定した基準補充量となるように各薬液の補充量を処理する定量補充処理手段と、前記定量補充処理手段で処理された補充量を補充したときに到達する濃度を予測する濃度予測手段と、前記定量補充処理手段で処理された補充量で薬液の補充を制御する補充制御手段とを備え、前記補充量演算手段は、前記濃度予測手段で算出した濃度予測データと、ドリフト観測手段で算出したドリフト量により補正濃度データを算出し、この算出した補正濃度データにより各薬液の補充量を演算処理するものである。
【0011】
また、本発明による半導体処理装置の薬液濃度制御装置の前記定量補充処理手段は、各薬液の補充量を薬液の補充優先順位に基づいて処理するものである。
【0012】
また、本発明による半導体処理装置の薬液濃度制御装置の前記補充制御手段は、薬液の液面の位置が所定の位置より低下した場合に薬液の補充を行うものである。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明による半導体処理装置の薬液濃度制御装置について説明する。図1は、薬液濃度制御装置を備えた半導体処理装置の構成を示すブロック図、図2は、本発明による半導体処理装置の薬液濃度制御装置の制御部の構成を示すブロック図、図3は、半導体処理装置の薬液濃度制御装置の濃度制御のフローチャートを示す図、図4は、液面計を使用した半導体処理装置の薬液濃度制御装置の構成を示すブロック図である。
【0014】
図1に示すように、半導体処理装置は、基板等のウエハーを薬液に浸漬して洗浄等の処理を行う処理槽2と、処理槽2からオーバーフローした薬液を貯留するオーバーフロー槽3と、オーバーフロー槽3より薬液を循環させて処理槽2に送る薬液循環経路4と、補充部28としての補充用の薬液を貯える薬液タンク9及びオーバーフロー槽3に薬液を補充する補充ポンプ10と、濃度の管理、制御を行う制御部15を有する。
【0015】
薬液を循環させる薬液循環経路4には、薬液をフィルタリングするフィルター5と、薬液を循環させる循環用ポンプ6と、薬液の濃度を測定する濃度測定手段としての濃度計7とが配設されている。なお、濃度測定手段としての濃度計7は、複数の薬液を混合して用いる場合には、薬液毎の濃度データを出力するように構成されている。
【0016】
本発明による半導体処理装置の薬液濃度制御装置は、薬液の濃度を測定する濃度測定手段としての濃度計7と、濃度の管理、制御を行う制御部15とを備えている。半導体処理装置の薬液濃度制御装置は、補充する液量を前もって基準補充量として設定しておき、基準補充量に対する各薬液の混合比を変えることにより制御を行うものである。なお、基準補充量は、液面高さを維持するために必要な量に設定されている。
【0017】
薬液の濃度を測定する濃度測定手段としての濃度計7は、図1に示すように、循環用ポンプ6の2次側から分岐された配管経路に接続されている。濃度計7は、制御部15に測定した各薬液の濃度データを出力するように構成されている。
【0018】
薬液濃度制御装置の制御部15は、濃度計7の濃度データより薬液の必要な補充量を演算して、演算した補充量を補充部28の補充ポンプ10に出力するように構成されている。補充部28の補充ポンプ10は、制御部15から出力された補充量を所定のタイミングで処理槽2に補充するようになっている。また、制御部15は、ウエハー処理工程を管理する上位制御部35(図2に示す)である上位コンピュータと接続されており、上位コンピュータからの指令により薬液の補充の制御処理を行うようになっている。図1に示す薬液濃度制御装置を備えた半導体処理装置は、濃度測定手段としての濃度計7で測定した濃度データより薬液の必要な補充量を演算して、演算した補充量を補充ポンプ10により補充して所定の濃度になるように制御する濃度フィードバック制御系を形成している。
【0019】
次に、薬液濃度制御装置の制御部15について、図2に示すブロック図を用いて説明する。
【0020】
図2に示すように、薬液濃度制御装置の制御部15は、薬液の濃度を測定する濃度測定手段としての濃度計7からの濃度データをサンプリング処理する入力部20と、濃度予測手段としての濃度予測部24で算出した濃度予測データと、ドリフト観測手段としてのドリフト観測部26で算出したドリフト量により補正濃度データを算出し、この算出した補正濃度データにより各薬液の補充量を演算処理する補充量演算手段としての補充量演算部21と、制御部15が動作禁止から動作許可になった時すなわち薬液補充動作の影響がない区間を利用して濃度フィードバック制御系のむだ時間経過後の濃度計7の濃度データのドリフト量(変化量)を測定するドリフト観測手段としてのドリフト観測部26と、補充量演算部21で得られた各薬液の補充量の総和を基準補充量となるように処理する定量補充処理手段としての定量補充処理部27と、一定周期で薬液の補充の間隔を計時する補充間隔タイマ22と、補充間隔タイマ22の一定周期の信号毎に定量補充処理部27で演算された補充量で補充部28を制御する補充制御手段としての補充制御部23と、定量補充処理部27で演算された補充量を補充したときに到達する濃度を予測する濃度予測手段としての濃度予測部24と、上位制御部35の上位コンピュータからの動作許可・禁止の制御信号の受付、キーボード、タッチパネル等の入力装置からのパラメータの設定、上位制御部35へのモニタリングのための濃度データの出力等を行う設定入出力部25とから構成されている。
【0021】
濃度計7からの濃度データをサンプリング処理する入力部20は、濃度計7からの濃度データを一定の周期でサンプリングを行って、ノイズ除去のための移動平均処理または単純平均処理等を行い、移動平均処理または単純平均処理を行ったデータを濃度データとするようにしている。
【0022】
ドリフト観測手段としてのドリフト観測部26は、上位制御部35からの制御信号により制御部15が動作禁止から動作許可になった時に、濃度の変化量を測定するものである。すなわち、薬液は、加熱して使用される場合があり、蒸発により一定の勾配で薬液の濃度の減少が発生する。また、薬液の減少の割合は薬液により異なるため、蒸発しやすい薬液と蒸発しにくい薬液が混合されている場合に、前者の薬液の濃度は減少し、後者の薬液の濃度は増加する。この変化量は、薬液の補充動作による影響がないタイミング、すなわち、制御部15の動作が禁止状態から動作許可状態になった時にドリフト観測部26で観測される。ドリフト観測部26で観測した観測データは、制御周期間のドリフト量に換算されて、補充量演算部21に於ける濃度データのオフセットデータとして使用される。これにより、薬液の温度による濃度変化の影響を抑えることができる。
【0023】
ドリフト観測部26は、制御部15が動作禁止状態から動作許可になったときの入力部20からの濃度データ(PVDn(0))を読み込んで記憶しておき、次に、予め設定されている濃度フィードバック制御系のむだ時間m2が経過した後、入力部20からの濃度データ(PVDn(m))を読み込むようになっている。このようにドリフト観測部26は、観測開始タイミング及び観測区間は補充動作の影響を受けないので正確にドリフト量を観測することが可能となる。但し、nは薬液の種類を表したものである。
【0024】
むだ時間経過後の濃度のドリフト量(PVDn)は、制御周期をTcntとすると、
PVDn=(PVDn(m)−PVDn(0))×(Tcnt/m2)・・・(1)
により算出される。薬液毎に算出されたドリフト量(PVDn)は、ドリフト観測部26から補充量演算部21に出力される。
【0025】
補充量演算手段としての補充量演算部21は、基準補充量、各薬液の目標濃度、各薬液の濃度データ、薬液の原液濃度、薬液の混合容積比、薬液の比重等のデータより、各薬液の補充量を算出する。
【0026】
基準補充量、各薬液の目標濃度、薬液の原液濃度、薬液の混合容積比、薬液の比重等の各データは、上位制御部35から設定入出力部25に出力されて、設定入出力部25からパラメータとして補充量演算部21に入力される。また、各薬液の濃度は、入力部20からの濃度計7の濃度データ、ドリフト観測部26のドリフト量及び濃度予測部24の濃度予測データにより補正したものである。
【0027】
すなわち、各薬液の補正された濃度(PVn)(以後、補正濃度と称する)は、
PVn=PVn’+FVn−SVn+PVDn+IntDPV ・・・ (2)
より算出される。但し、PVnは補正濃度を、PVn’は入力部20でサンプリングした濃度計7の濃度データを、FVnは濃度予測部24の濃度予測データを、SVnは目標濃度を、PVDnはドリフト観測部26で観測したドリフト量を、IntDPVは、(PVn’−SVn)の積分値であり目標濃度に対する濃度計7の濃度データとの偏差の積分をそれぞれ示す。
【0028】
補充量演算部21は、補正濃度(PVn)に基づいて、基準補充量、目標濃度、各薬液の比重、処理槽2内の総液量より各薬液の補充量を演算する。補充量演算部21で算出された各薬液の補充量のデータは定量補充処理手段としての定量補充処理部27に送られて、定量補充処理部27は、処理に使用する各薬液の濃度を維持するように、予め、設定入出力部25により設定されている基準補充量に対する各薬液の比率を演算して、各薬液の補充量の総和が基準補充量と等しくなるように処理するものである。
【0029】
例えば、補充量演算部21で薬液A、B、Cの演算結果として基準補充量の50%、40%、30%が得られた場合に、定量補充処理部27は、設定入出力部25により設定されている薬液の補充優先順位に基づいて各薬液の補充量を処理する。例えば、薬液の補充優先順位を薬液A,B,Cとすると、薬液Aを50%、薬液Bを40%、薬液Cを残りである10%として各薬液の補充量の総和が基準補充量と等しくなるように処理する。
【0030】
定量補充処理部27の各薬液の補充量のデータは、補充制御部15及び濃度予測部24に送られる。補充制御部15は、補充間隔タイマ22からの信号により、タイマを起動して所定の量の薬液を補充するように補充部28を制御する。なお、補充部28は、タイマ制御でなく、積算流量計を使用したり、補充ポンプ10のショット数を計数するようにして、補充量の制御を行うようにしてもよい。
【0031】
濃度予測手段としての濃度予測部24は、定量補充処理部27の各薬液の補充量のデータより補充量を補充したときに到達する濃度を予測するものであり、濃度計7のむだ時間を補正するものである。濃度予測部24で演算された濃度予測データは、むだ時間経過後の補充量を演算する時の補正データとして使用される。すなわち、濃度予測データ(FVn)が目標濃度(SVn)より大きい場合は、式(2)より補正濃度(PVn)の値が増加して、処理槽2内の薬液の濃度が減少するように補正し、濃度予測データが目標濃度(SVn)より小さい場合には、補正濃度(PVn)の値を小さくして、処理槽2内の薬液の濃度が増加するように補正する。これにより、濃度フィードバック制御系のむだ時間による薬液濃度の制御の行き過ぎを抑えることができる。
【0032】
以下に、半導体処理装置の薬液濃度制御装置の濃度制御の動作を図3に示すフローチャートを使用して説明する。
【0033】
図3に示すように、最初に、上位制御部35からの基準補充量、各薬液の目標濃度、薬液の原液濃度、薬液の混合容積比、薬液の比重等の各データを設定入出力部25に設定する(ステップS1)。
【0034】
次に、入力部20は、濃度計7の濃度データをサンプリングする(ステップS2)。サンプリングした濃度計7の濃度データを設定入出力部25より上位制御部35へ出力する(ステップS3)。
【0035】
制御部15は、上位制御部35からの動作許可の信号が出力されているかをチェックする(ステップS4)。動作許可の信号が出力されていない場合には、ステップS2からの動作を繰り返す。動作許可の信号が出力されている場合には、動作禁止から動作許可の状態であるかをチェックする(ステップS5)。動作禁止から動作許可の状態でない場合は、ステップS9に移行する。動作禁止から動作許可の状態の場合は、ドリフト観測部26は、入力部20からの濃度データ(PVDn(0))を読み込み、読み込んだ濃度データを記憶する(ステップS6)。予め設定されている濃度フィードバック制御系のむだ時間m2が経過したかをチェックする(ステップS7)。むだ時間m2が経過していない場合は、ステップS9に移行する。むだ時間m2が経過した場合は、入力部20からの濃度データ(PVDn(m))を読み込み、式(1)よりドリフト量(PVDn)を算出して、補充量演算部21に出力する(ステップS8)。
【0036】
次に、補充量演算部21は、ステップS12による濃度予測部24で算出した濃度予測データと、ドリフト観測部26で算出したドリフト量により、式(2)から補正濃度データを算出する(ステップS9)。算出した補正濃度データより補充量演算部21は各薬液の補充量を演算する(ステップS10)。定量補充処理部27は補充量演算部21で得られた各薬液の補充量の総和を基準補充量となるように処理する(ステップS11)。
【0037】
濃度予測部24は、定量補充処理部27で処理された各薬液の補充量のデータより、薬液を補充したときに到達する濃度予測データを演算して、補充量演算部21に濃度予測データを出力する(ステップS12)。補充制御部23は補充間隔タイマ22が補充タイミングであるかをチェックして(ステップS13)、補充タイミングでない場合は、ステップS2に移行して、ステップS2からの動作処理を繰り返す。補充タイミングである場合は、補充制御部23は、定量補充処理部27で処理された各薬液の補充量から補充部28を制御して、所定の量の薬液を処理槽2に補充する(ステップS14)。
【0038】
このように、各薬液の濃度に応じて、基準補充量が各薬液に配分されるようにする。処理槽2に基準補充量を補充することにより、処理槽の濃度を一定に保ち、また、処理槽の液量を一定にすることができる。これにより、処理に必要な液面高さを維持することができる。また、補充間隔タイマ22による補充制御に代えて、液面センサ30を用いて、処理槽2の薬液の液面が所定の液面位置の範囲外になったときに補充するようにしてもよい。
【0039】
図4は、液面計を使用して処理に必要な液量を検出する半導体処理装置の構成をブロック図で示す図である。図4に示すように、液面センサ30は、オーバーフロー槽3の上部取り付けられており、液面センサ30の検出チューブ30aが処理槽2内に位置するようになっている。液面センサ30は、検出チューブ30a内の検出ノズルに発生する水頭圧を検出して、処理槽2内の複数の液面の位置を検出するように構成されている。液面センサ30は、図4に示すように、液面の検出位置を上限位置、定量位置、補充要求位置、下限位置の4個所に指定して、液面センサ30が上限位置及び定量位置で“OFF”、補充要求位置で“OFF”した場合には、補充部28より薬液を補充するようにする。なお、オーバーフロー槽3で液面を監視するのは、薬液は常に循環して処理槽2からオーバーフローさせているので処理槽2の液面は一定であるが、オーバーフロー槽3の液面が液量により上下するためである。
【0040】
液面センサ30により処理に必要な液量を検出して、液面センサ30からの信号により薬液を補充することにより、処理に必要な液量を一定範囲内に制御することができる。
【0041】
本発明による導体処理装置の薬液濃度制御装置は、薬液が3液混合の場合や2液混合の場合にも適用でき、また、水も含めて薬液として扱うことができる。
【0042】
以上述べたように、本発明の半導体処理装置の薬液濃度制御装置は、濃度計のむだ時間を考慮して補充量を演算しているため、薬液の濃度を一定に保つことが可能となる。また、液面センサを併用することにより、処理に必要な液量を維持することが可能となる。
【0043】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の半導体処理装置の薬液濃度制御装置によれば、処理用の薬液の濃度を一定に保つと共に、処理に必要な液量を維持することが可能となるため、半導体処理装置での洗浄等の処理を安定して行うことができ、また、均一な処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】薬液濃度制御装置を備えた半導体処理装置の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明による半導体処理装置の薬液濃度制御装置の制御部の構成を示すブロック図である。
【図3】半導体処理装置の薬液濃度制御装置の濃度制御のフローチャートを示す図である。
【図4】液面計を使用した半導体処理装置の薬液濃度制御装置の構成を示すブロック図である。
【図5】従来の半導体処理装置の薬液の濃度制御を行う装置のブロック図を示す。
【図6】補充間隔タイマと、これに同期して起動される補充タイマにより、薬液を補充するタイミングを示す図である。
【図7】濃度の制御に於ける濃度データの変化を示す図である。
【図8】濃度計の濃度データの変化を示す図である。
【符号の説明】
2 処理槽
3 オーバーフロー槽
4 薬液循環経路
5 フィルター
6 循環用ポンプ
7 濃度計
9 薬液タンク
10 補充ポンプ
15 制御部
20 入力部
21 補充量演算部
22 補充間隔タイマ
23 補充制御部
24 濃度予測部
25 設定入出力部
26 ドリフト観測部
27 定量補充処理部
28 補充部
30 液面センサ
30a 検出チューブ
35 上位制御部
40 補充制御装置

Claims (3)

  1. 薬液の濃度を測定する濃度測定手段と、
    濃度フィードバック制御系のむだ時間経過後の濃度のドリフト量を観測するドリフト観測手段と、
    薬液の補充量を演算する補充量演算手段と、
    前記補充量演算手段で得られた各薬液の補充量の総和を、前もって設定した基準補充量となるように各薬液の補充量を処理する定量補充処理手段と、
    前記定量補充処理手段で処理された補充量を補充したときに到達する濃度を予測する濃度予測手段と、
    前記定量補充処理手段で処理された補充量で薬液の補充を制御する補充制御手段とを備え、
    前記補充量演算手段は、前記濃度予測手段で算出した濃度予測データと、ドリフト観測手段で算出したドリフト量により補正濃度データを算出し、この算出した補正濃度データにより各薬液の補充量を演算処理すること
    を特徴とする半導体処理装置の薬液濃度制御装置。
  2. 前記定量補充処理手段は、各薬液の補充量を薬液の補充優先順位に基づいて処理することを特徴とする請求項1記載の半導体処理装置の薬液濃度制御装置。
  3. 前記補充制御手段は、薬液の液面の位置が所定の位置より低下した場合に薬液の補充を行うことを特徴とする請求項1記載の半導体処理装置の薬液濃度制御装置。
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