JP3844462B2 - 基板処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板等の基板(以下、単に基板と称する)を処理液で処理する基板処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の装置として、特開平9−181041号公報に示すようなものがある。この装置は、処理液を貯留する処理槽と、この処理槽から溢れた処理液を回収する回収槽と、処理槽の処理液を高温に加熱する加熱器と、濃度を調整するために、処理槽に純水を補充する補充部とを備えている。
【0003】
このような装置により、例えば、表面にシリコン窒化膜が被着された基板をエッチング処理するには、シリコン酸化膜との高エッチングレートを維持するために、処理液の温度を、その濃度に応じた沸点直前の高温(120〜170℃)で用いる。処理液としては、例えば、燐酸(H3PO4)を含むものが挙げられる。また、濃度の変動もエッチングレートに影響が生じるが、処理液を高温に加熱している関係上、水分が蒸発しやすく、処理液の濃度が上昇してしまう。そのため、濃度の上昇に応じて純水を補充部から適宜補充するようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、処理液の濃度が沸点に近い濃度に制御されている関係上、処理槽及びその周辺の状態等が変化して処理液の濃度が低い状態となった場合には、沸点もそれに応じて低下し、処理槽内の処理液が急激に沸騰する「突沸」が生じることがある。このような突沸が生じた状態では、処理液の液面が激しく乱れた状態であることから、基板に対する処理を継続すると基板がその悪影響を受けるという問題点がある。
【0005】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、突沸が生じたことを報知することにより、突沸による基板への悪影響を回避することができる基板処理装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項1に記載の発明は、加熱した処理液を処理槽に貯留し、処理液に基板を浸漬して処理を施す基板処理装置において、処理液の液面状態を検知する検知手段と、前記検知手段により検知した液面状態に基づいて処理液が突沸したこと判断する制御手段と、前記制御手段が処理液の突沸と判断した場合、その状態を報知する報知手段と、を備えていることを特徴とするものである。
【0007】
(作用・効果)突沸が生じると処理液の液面状態が変化するので、液面状態を検知手段によって検知し、制御手段がそれに基づき処理液が突沸したことを判断し、報知手段によって報知する。これにより装置のオペレータは突沸が生じたことを知ることができるので、基板への処理を停止する等の対応をとることができ、突沸状態の処理液による基板処理を継続することによる悪影響を防止することができる。
【0008】
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の基板処理装置において、基板を前記処理槽から搬出する搬出手段をさらに備え、前記制御手段が処理液の突沸と判断した場合、前記搬送手段は、基板を前記処理槽から搬出することを特徴とするものである。
【0009】
(作用・効果)処理液の突沸とともに基板を処理槽から搬出することにより、突沸した処理液によって悪影響を受ける時間を極力短くすることができる。
【0010】
また、請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の基板処理装置において、前記検知手段は、前記処理槽内の所定深さに検出端を有し、この検出端に付与される処理液の圧力を検知することを特徴とするものである。
【0011】
(作用・効果)所定深さの検出端には液面状態に応じて圧力がかかるので、この圧力を検知することで処理液の液面状態を知ることができる。
【0012】
また、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の基板処理装置において、前記検知手段は、前記検出端から気体を放出し、その放出圧力に基づいて処理液の圧力を検知することを特徴とするものである。
【0013】
(作用・効果)検出端から気体を放出する際の放出圧力は、処理液の液面状態に応じて変化するので、これを検知することで液面状態を知ることができる。
【0014】
また、請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の基板処理装置において、前記制御手段は、前記検知手段の検知した処理液の圧力が低下したことに基づいて判断することを特徴とするものである。
【0015】
(作用・効果)処理液が突沸すると液面が激しく乱れて液面が低下する。したがって、検出端からの放出圧力が低下するので、これに基づいて制御手段は突沸を判断することができる。
【0016】
また、請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の基板処理装置において、前記制御手段は、前記検知手段による検知を所定のサンプリング周期で行わせ、所定回数分の圧力の平均値に基づいて判断することを特徴とするものである。
【0017】
(作用・効果)例えば、処理槽に基板が収容される際に液面状態が乱れるように、液面状態は突沸以外の要因によっても瞬時的に変動する場合があるが、所定回数分の圧力の平均値に基づいて判断することによって、誤判断を防止することができる。
【0018】
また、請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の基板処理装置において、前記制御手段は、圧力の前回平均値と圧力の今回平均値との差に基づき判断することを特徴とするものである。
【0019】
(作用・効果)検知手段による液面状態の圧力の平均値がある基準から変動した絶対変位量ではなく、圧力の今回平均値と圧力の前回平均値との差がある閾値を越えるか否かの相対変位量で判断する。例えば、基板の浸漬時に生じる液面の乱れ等が生じた状態で突沸が生じると、まず圧力の前回平均値が低下した状態となり、次に今回平均値が低下するような現象が生じる。したがって、最初の平均値低下は突沸ではなく次の平均値低下で突沸と判断するために、圧力の平均値の相対的な変位量に着目する。この変位を捉えることにより、突沸以外の要因による誤判断を抑制するとともに、突沸を正確に判断することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。
図1はこの発明の一実施例に係り、図1は実施例に係る基板処理装置の概略構成を示すブロック図である。
【0021】
この基板処理装置は、保持アーム1と、処理槽3と、処理液配管5とを備えている。保持アーム1は、処理対象である複数枚の基板Wを保持し、処理槽3の上方位置と、図1に示す浸漬位置(処理位置)との間を昇降可能に、また上方位置から他の処理槽3の上方位置への水平移動が可能に構成されている。処理槽3は、その底部に、処理液を注入する注入管7を備えている。また、その上部周囲には、溢れた処理液を回収して排出する回収槽9を備えている。注入管7には、処理液配管5が連通接続されている。
【0022】
処理液配管5は、流通する処理液の流量及び開閉を制御する制御弁10と、フィルタ11と、加熱器13と、ミキシングバルブ14と、このミキシングバルブ14に連通された第1供給配管15及び第2供給配管17と、循環ポンプ18とを備えている。
【0023】
フィルタ11は処理液中のパーティクル等を除去するものであり、加熱器13は薬液及び純水を含む処理液を所定の温度に昇温するとともに一定温度となるように調節する。第1供給配管15には純水供給源が連通接続され、その流量と開閉を制御する制御弁19が取り付けられている。第2供給配管17には薬液供給源が連通接続され、その流量と開閉を制御する制御弁21が取り付けられている。
【0024】
処理槽3と回収槽9との境界付近の上方には、補充ノズル23が配備されている。この補充ノズル23には、純水供給源に連通接続された第3供給配管25が接続されている。第3供給配管25における流量及び開閉は、制御弁27によって制御される。また、処理槽3及び回収槽9の外側面には、ヒータ29が付設されている。
【0025】
処理槽3には、本発明における検知手段に相当する圧力測定部31が配備されている。
この圧力測定部31は、検出管33と、レギュレータ35と、圧力検出部37と、ADC39とを備えている。処理液に耐性を有するフッ素樹脂等の材料で構成された検出管33は、その検出端(先端部)が処理槽3の所定深さに位置するように設けられている。レギュレータ35は、窒素ガス供給源からの窒素ガスを一定流量にして検出管33に供給する。すると、定常状態においては、窒素ガスの放出圧力は、処理槽3の液面から所定深さにおける液圧にほぼ等しいものとみなすことができる。圧力検出部37は、この検出管33内の窒素ガス圧力を測定する圧力センサを備えている。したがって、この圧力検出部37からの出力信号は、処理槽3の液面からの所定深さにおける液圧であるとみなすことができる。
【0026】
ADC39は、圧力検出部37から出力される、液圧に応じた出力信号、具体的には、電圧をデジタル化して制御部41に対して出力する。このときのサンプリング周期は、制御部41によって予め設定されている。サンプリング周期は、本実施例装置においては比較的遅く、例えば、数十秒から数十分程度、本実施例では一例として30秒に設定されている。本発明における制御手段に相当する制御部41は、予め記憶しておいた、圧力測定部31からの圧力に応じた電圧と濃度との対応関係を表した検量線データと、上述した圧力測定部31からの圧力に応じた電圧とに基づいて処理槽3内に貯留している処理液の濃度を求める。
【0027】
具体的な濃度算出手法は、特開平11−219931号公報に詳述されているが、簡単に説明すると以下のようなものである。
すなわち、電圧と液圧とは所定の関数関係を有し、液圧は、液面から検出管33の検出端までの距離(深さ)と、処理液の比重との積に比例する値に大気圧を加えたものとしても表すことができる。したがって、検出端における液圧は、処理液の濃度と、検出端の深さとを変数とする関数で表現することができる。このため濃度及び深さは、圧力測定部31が出力した電圧との間に一定の関係が成り立つ。この関係から、所定深さに対して濃度と電圧との関係を予め求めておくことにより、圧力測定部31からの電圧に基づいて処理液の濃度を求めることができる。
【0028】
また、制御部41は、上記の圧力検出部37からの電圧に基づいて、処理槽3内の処理液の液面状態に基づいて処理液が突沸したか否かについて判断する。突沸であると判断した場合には、報知部43を作動させてオペレータ等に突沸が生じたことを報知する報知動作を行わせる。定常状態では、処理槽3の液面が安定しているが、処理液が急激に沸騰してしまう突沸が生じた場合には、検出管33の検出端から窒素ガスを放出する際の放出圧力が、処理液の液面状態に応じて変化する。制御部41は、これを検知して処理槽3の液面状態を判断する(詳細後述)。
【0029】
本発明における報知手段に相当する報知部43は、例えば、ランプを備えている場合には点灯または点滅させ、ブザーを備えている場合は音声等を発生させ、CRTなどの表示部を備えている場合は特殊表示等を行わせるように動作する。また、制御部41は、報知部43に報知動作を行わせるとともに、処理位置から保持アーム1を退避させ、例えば、純水を貯留している他の処理槽に基板Wを移動させる退避動作を行わせる。
【0030】
制御部41は、制御弁19,21を制御して薬液を所定濃度とする処理液を生成し、これを処理槽3に所定流量で供給・循環させつつ貯留させる。さらに、加熱器13及びヒータ29を制御して、処理槽3に貯留する処理液の温度を、その濃度に応じた沸点直前(以下、『サブ沸点』と称する)の高温に維持しようとする。ここでは薬液として燐酸(H3PO4)を含む処理液を例に採って説明する。その場合、温度調節の目標としては、例えば、濃度に応じて120〜170℃の範囲の所定値に設定される。また、濃度の変動もエッチングレートに影響が生じるが、処理液を高温に加熱している関係上、水分が蒸発しやすく、処理液の濃度が上昇してしまう。そのため、制御部41は、圧力測定部31からの電圧に基づく濃度に応じて、制御弁27を制御して純水を処理槽3及び回収槽9に対して適宜補充し、処理液の濃度を調整してサブ沸点に保つように制御する。
【0031】
次に、図2から図7を参照して、突沸の検出手法について説明する。なお、図2は燐酸濃度、温度とシリコン窒化膜エッチングレートとの関係を示すグラフであり、図3はロットイン・ロットアウトに伴う電圧変化例を示すグラフであり、図4はロットイン・ロットアウト及び突沸に伴う電圧変化例を示すグラフであり、図5はロットイン・ロットアウトに伴う電圧変化の他の例を示すグラフであり、図6は突沸していない状態における電圧変化例を示すグラフであり、図7はある処理を実施中における電圧変化例を示すグラフである。
【0032】
図2に示すように、沸点BPは、燐酸濃度が高くなるほどそれにつれて高くなる性質を有する。また、本実施例では、制御部41が温度を一定に保つように制御していることから、シリコン窒化膜のエッチング時の選択比(エッチングレート)は、濃度の変動に応じて、温度ごとのエッチングレート曲線ERCに沿って移動することになる。ここでは、温度150℃の場合を曲線ERC1とし、温度160℃の場合を曲線ERC2とし、温度170℃の場合を曲線ERC3としている。
【0033】
この図2から明らかなように、沸点BP境界の乱域TZ側に位置するサブ沸点SBPに維持することでエッチングレートを最も高く維持することができる。したがって、温度一定に維持したまま、高温に伴う水分蒸発に起因して濃度が上昇した場合には、上述したようにして純水を補充する。しかしながら、その補充が過度になったり、あるいは図示しない処理槽3上方の開閉扉に付着した水分が処理槽3内に落下したり、処理槽3の周囲環境が変動したりする等の外乱が生じると、濃度が制御目標よりも低下してしまうことになる。この場合には、エッチングレート曲線ERCの左側に移動する。つまり処理液の温度がサブ沸点SBPから沸点BPに移動することになる。すると処理槽3内の処理液が突沸し、液面が大きく乱れることになる。
【0034】
このような突沸が生じたことを圧力測定部31からの情報に基づいて制御部41が判断するが、液面の乱れが突沸以外の場合にも存在するので、これらの場合を回避して突沸を判断する必要がある。以下に、突沸・突沸以外の要因で生じる液面の乱れ等によって生じる電圧の変動例について説明する。
【0035】
『ロットイン・ロットアウト』
保持アーム1に基板Wを保持した状態で、保持アーム1を上方位置から処理位置に下降させるロットイン、保持アーム1を処理位置から上方位置に上昇させるロットアウトの際には、処理槽3の処理液の液面が乱れる。このときの圧力測定部31からの電圧をプロットしたのが図3のグラフである。
【0036】
このようにロットインLI時には液面が上昇すること、及び図示しない開閉扉が閉止されて水分蒸発量が低下すること等に起因して濃度、液圧が上昇し、これに伴い電圧も上昇していることがわかる。そして、暫くすると、濃度上昇を抑制するための純水補充等によって濃度・液圧が元の状態に向かって回復し、これに伴い電圧も元に回復してゆく。その一方、ロットアウトLO時には液面が下降すること、及びロットアウトLO時に開放された開閉扉から水分が蒸発して濃度・液圧が低下し、これに伴い電圧が大幅に低下していることがわかる。そして、暫くすると、濃度・液圧が元の状態に向かって回復し、これに伴い電圧も元に回復してゆく。これらの現象から、制御部41は、ロットイン・ロットアウトの際に突沸か否かの判断を行わないようにする必要がある。
【0037】
『ロットイン後に突沸が生じた場合』
上記のようにロットイン・ロットアウト時には、圧力測定部31からの電圧が変動するが、ロットインLIの後に突沸が生じた場合の電圧変動例を示したのが図4のグラフである。上述した理由によりロットインLI時に電圧が上昇するが、その後徐々に下降し(図中の矢印)、ある程度の安定時間を経て、急激に電圧が下降する。この時点を突沸と判断する必要があるので、ある固定的な電圧からの電圧の変位量で判断することはできず、ある程度の時間間隔をおいて測定された前の電圧からの変位量で判断する必要がある。
【0038】
上述した理由によりロットインLI時及びロットアウトLO時に電圧変動が生じるが、図5のグラフに示すように、ロットインLI時の電圧と、ロットアウトLO時の電圧との差は、およそ0.2Vにもなる。また、図6のグラフに示すように、突沸ほどの激しい液面の乱れは生じていないが、さざ波程度の乱れが生じている場合は、およそ0.15Vの電圧差が繰り返し生じる。
【0039】
したがって、上記理由と同様に、ある固定基準値との差分に基づいて突沸を判断することはできない。そこで、次のように平均間隔の差を考慮して突沸か否かを判断する。
【0040】
すなわち、サンプリング周期ごとに測定された電圧Cnに基づき、次の(1)式によって平均値の差分を求める。なお、aは平均値を求める範囲を決める平均間隔であり、a回のサンプリングを行った時点でのa回分のサンプリングデータの平均値を求め、前回と今回のそれらの差分Cdを求める。
【0041】
【数1】
【0042】
ここで上記計算式において、平均間隔a=3とした場合の例を以下に示す。
【0043】
前回の平均値Am-1=(Cn-1+Cn-2+Cn-3)/3
今回の平均値Am=(Cn+Cn+1+Cn+2)/3
差分Cd=Am-1−Am
これらを模式的に図7中のグラフに示す。
【0044】
制御部41は、前回の平均値Am-1と今回の平均値Amとの差分Cdに基づき突沸を判断する。具体的には、差分Cdの絶対値が変動許容値Pdを越えているか否かで判断する。
【0045】
|差分Cd|>変動許容値Pd …… (2)
【0046】
上記の(2)式が成立する場合には、制御部41は突沸が生じていると判断して、上述したように報知動作と退避動作を行わせる。
【0047】
上述したように突沸を判断するので、例えば、ロットイン・ロットアウト時以外においても、また、さざ波程度に液面状態が乱れることがあっても、所定回数分の平均値に基づいて判断することにより誤判断を防止することができる。また、液面状態の平均値がある基準から変動した絶対変位量ではなく、今回の平均値と前回の平均値との差がある閾値を越えるか否かの相対変位量で判断するので、突沸以外の要因による誤判断を抑制するとともに突沸を正確に判断することができる。
【0048】
次に、上述した構成の装置における動作について、図8を参照して説明する。なお、図8は、上述した構成の基板処理装置における処理の流れを示すフローチャートである。ここでは、温度が既に所定値に調整されて循環され、その温度におけるサブ沸点に応じた濃度に調整されているものとする。
【0049】
ステップS1
処理対象である複数枚の基板Wを保持アーム1に保持し、上方位置から処理位置に移動させる。これによって複数枚の基板Wが処理槽3の処理液に浸漬される。この時点では、図7のグラフ中においてロットインLI付近の電圧変動を示すが、上述した理由により、制御部41はロットインLIに伴う電圧低下の変動を無視する。
【0050】
ステップS2
エッチング処理に応じた時間だけ保持アーム1を処理位置に保持するが、高温にされた処理液の水分蒸発に起因して濃度が高くなるので、サブ沸点に応じた濃度にするために補充ノズル23から純水を適宜注入する。
【0051】
ステップS3
制御部41は、圧力測定部31からの電圧に基づいて差分Cdを求め、上記(2)式を満たしているか否かを判断する。満たしてない場合は突沸が生じていないので、ステップS4に移行し、満たしている場合は突沸が生じているので、ステップS6に処理を移行する。
【0052】
ステップS4
エッチング処理に応じた所定時間が経過したか否かで処理を分岐する。所定時間が経過すればステップS5に移行して保持アーム1を上方位置に移動し、所定時間内であれば保持アーム1を処理位置に維持したままステップS2に戻って処理を繰り返す。ステップS2からS4を繰り返す間、図7のロットインLIからロットアウトLOまでの範囲のような電圧変動を生じる。
【0053】
ステップS6
上記ステップS3において上記(2)式を満たしていると制御部41が判断した場合には、本ステップS6に移行する。まず、制御部41は、報知部43を作動させてアラーム発報を行い、オペレータに対して突沸が生じたことを報知する。さらに、本発明における搬送手段に相当する保持アーム1を処理位置から上方位置へと移動させるとともに、他の処理槽3に移動させる退避動作を行わせて処理を停止させる。
【0054】
なお、ステップS7を自動で行うのではなく、報知によって突沸を知らされたオペレータが手動で装置を停止させるようにしてもよい。
【0055】
このように突沸に起因する処理液の液面状態の乱れを検知し、これに基づき制御部41が突沸したことを判断して報知部43によって報知する。したがって、装置のオペレータは突沸が生じたことを知ることができるので、基板Wへの継続的な処理を停止する等の対応をとることができ、突沸状態の処理液による基板処理を継続することによる悪影響を防止できる。
【0056】
本発明は、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のように種々変形実施が可能である。
【0057】
(1)検知手段としては、処理槽から引き出した分岐管の液面レベル変動を検知する構成としてもよい。処理槽内部では処理液が沸点直前にあり、蒸気が多く発生しているとともに、処理液の飛沫が付着するが、引き出した分岐管を用いることにより、それらの影響を受けにくくすることができる。
【0060】
(2)上記の実施例では、燐酸を含む処理液を例に採って説明したが、硫酸等の他の薬液であっても本発明を適用することができる。
【0061】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、突沸に起因する処理液の液面状態の乱れを検知手段によって検知し、これに基づき制御手段が突沸したことを判断して報知手段により報知する。したがって、装置のオペレータは突沸が生じたことを知ることができるので、基板への継続的な処理を停止する等の対応をとることができ、突沸状態の処理液による基板処理を継続することによる悪影響を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例に係る基板処理装置の概略構成を示すブロック図である。
【図2】燐酸濃度、温度とシリコン窒化膜エッチングレートとの関係を示すグラフである。
【図3】ロットイン・ロットアウトに伴う電圧変化例を示すグラフである。
【図4】ロットイン・ロットアウト及び突沸に伴う電圧変化例を示すグラフである。
【図5】ロットイン・ロットアウトに伴う電圧変化の他の例を示すグラフである。
【図6】突沸していない状態における電圧変化例を示すグラフである。
【図7】ある処理を実施中における電圧変化例を示すグラフである。
【図8】処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
W … 基板
1 … 保持アーム
3 … 処理槽
5 … 処理液配管
7 … 注入管
9 … 回収槽
23 … 補充ノズル
31 … 圧力測定部(検知手段)
33 … 検出管
35 … レギュレータ
37 … 圧力検出部
39 … ADC
41 … 制御部(制御手段)
43 … 報知部(報知手段)
BP … 沸点
ERC(ERC1〜3) … エッチングレート曲線
SBP … サブ沸点
LI … ロットイン
LO … ロットアウト
BL … 突沸
Cd … 差分
Claims (7)
- 加熱した処理液を処理槽に貯留し、処理液に基板を浸漬して処理を施す基板処理装置において、
処理液の液面状態を検知する検知手段と、
前記検知手段により検知した液面状態に基づいて処理液が突沸したこと判断する制御手段と、
前記制御手段が処理液の突沸と判断した場合、その状態を報知する報知手段と、
を備えていることを特徴とする基板処理装置。 - 請求項1に記載の基板処理装置において、
基板を前記処理槽から搬出する搬出手段をさらに備え、
前記制御手段が処理液の突沸と判断した場合、前記搬送手段は、基板を前記処理槽から搬出することを特徴とする基板処理装置。 - 請求項1または2に記載の基板処理装置において、
前記検知手段は、前記処理槽内の所定深さに検出端を有し、この検出端に付与される処理液の圧力を検知することを特徴とする基板処理装置。 - 請求項3に記載の基板処理装置において、
前記検知手段は、前記検出端から気体を放出し、その放出圧力に基づいて処理液の圧力を検知することを特徴とする基板処理装置。 - 請求項4に記載の基板処理装置において、
前記制御手段は、前記検知手段の検知した処理液の圧力が低下したことに基づいて判断することを特徴とする基板処理装置。 - 請求項5に記載の基板処理装置において、
前記制御手段は、前記検知手段による検知を所定のサンプリング周期で行わせ、所定回数分の圧力の平均値に基づいて判断することを特徴とする基板処理装置。 - 請求項6に記載の基板処理装置において、
前記制御手段は、圧力の前回平均値と圧力の今回平均値との差に基づき判断することを特徴とする基板処理装置。
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