JP5313647B2 - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハや液晶表示装置用のガラス基板（以下、単に基板と称する）にエッチング、洗浄等の所定の処理を施す基板処理装置及び基板処理方法に係り、特に、液交換を行いながら処理を行う技術に関する。

従来、この種の装置として、処理液を貯留し、基板を浸漬させるための処理槽と、処理槽に処理液を供給する処理液供給部と、処理槽から処理液を排出する処理液排出部とを備えたものが挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

例えば、基板がシリコン製である場合、基板を処理液により処理するにつれて、処理液中のシリコン濃度が高まってゆくので、処理レートが次第に低下してゆく。そこで、一定の基板の枚数を処理した時点で一部の処理液を処理液排出部から排出するとともに、排出した処理液に相当する量の処理液を供給する「部分液交換」を行っている。この部分液交換により、低下した処理レートを目標とする一定の範囲に保持するようにしている。このときの基板の所定枚数としては、予め設定されている「ライフカウント」というパラメータが利用され、基板を処理した枚数（またはロット数）を計数して、その計数値がライフカウントに達した時点で部分液交換を行っている。
特開２００１−２３９５２号公報

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、基板を処理していない最初の処理液と、ある一定の枚数の基板を処理した後の処理液とを共通のライフカウントというパラメータで管理していること、及び初期の処理レートが部分液交換後の処理レートよりも高い関係上、最初の処理液を部分液交換する際には、処理レートが目標とする一定の範囲に低下する前に行われる場合がある。したがって、その後に部分液交換を行っても、処理レートが目標範囲に入らないままで処理が継続されることになり、基板に対して不適切な処理が行われることがあるという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ライフカウントを使い分けることにより、基板に対して適切な処理を行うことができる基板処理装置及び基板処理方法を提供することを目的とする。

本発明は、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、基板を処理液で処理する基板処理装置において、処理液を貯留し、基板に対して所定の処理を行う処理槽と、前記処理槽に処理液を供給する処理液供給手段と、前記処理槽から処理液を排出する処理液排出手段と、前記処理槽に前記処理液供給手段から新たな処理液を供給する全液交換を行ってから、その処理液で基板を処理することが許容される処理回数を規定した初回ライフカウントを予め記憶する第１記憶手段と、前記初回ライフカウントに達した後、前記処理槽の処理液の一部にあたる所定量を前記処理液排出手段で排出するとともに、前記処理液供給手段から前記所定量に相当する新たな処理液を供給する部分液交換を行ってから、その処理液で基板を処理することが許容される処理回数を規定した通常ライフカウントを予め記憶する第２記憶手段と、全液交換後は前記初回ライフカウントに達するまで基板を処理させ、前記初回ライフカウントに達して部分液交換を行った後は、前記通常ライフカウントに達するごとに部分液交換を行なわせつつ基板を処理させる制御手段と、を備え、前記初回ライフカウントは、前記通常ライフカウントよりも大きく設定され、前記初回ライフカウントは、目標とする処理レートの範囲に入る基板の処理回数であることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項１に記載の発明によれば、制御手段は、処理液排出手段から処理液を全て排出させ、処理槽に処理液供給手段から新たな処理液を供給して全液交換を行った後は、初回ライフカウントが経過した時点で部分液交換を行わせ、その後は、通常ライフカウントが経過するごとに部分液交換を行って基板を処理させる。このように初回ライフカウントと通常ライフカウントとを使い分けることにより、処理液の状態に応じて基板への処理を行わせることができるので、基板に対して適切な処理を行わせることができる。

また、液交換後は、処理レートが高いので大きめの初回ライフカウント、つまり、多くの基板を処理した後に部分液交換を行い、部分液交換後は、処理レートが下がっているので、初回ライフカウントよりも小さな通常ライフカウント、つまり、通常の基板処理枚数で部分液交換を行う。これにより、処理レートを目標とする処理レートの範囲で安定させることができる。

また、予め実験を行って、何枚の基板を処理すれば処理レートが目標の処理レートに収まるかを調べておき、そのときの基板の処理枚数を初回ライフカウントとして設定する。これにより、部分液交換後に目標とする処理レートの範囲に維持させることができる。

また、本発明において、前記第１記憶手段の初回ライフカウントと、前記第２記憶手段の通常ライフカウントとを設定するための設定手段をさらに備えていることが好ましい（請求項２）。処理液の処理条件や、基板の種類や表面状態によって処理レートの低下度合いが異なるので、それらに応じて設定手段から適宜に設定できるようにすることができる。

請求項３に記載の発明は、基板を処理液で処理する基板処理方法において、処理槽に新たな処理液を供給する全液交換を行う過程と、その処理液で基板を処理することが許容される処理回数を規定した初回ライフカウントに達するまで基板を処理する過程と、前記初回ライフカウントに達した後、処理槽の処理液の一部にあたる所定量を排出するとともに、前記所定量に相当する新たな処理液を供給する部分液交換を行う過程と、その処理液で基板を処理することが許容される処理回数を規定した通常ライフカウントに達するまで基板を繰り返し処理する過程と、を備え、前記初回ライフカウントは、前記通常ライフカウントよりも大きく設定され、前記初回ライフカウントは、目標とする処理レートの範囲に入る基板の処理回数であることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項３に記載の発明によれば、処理槽の処理液を全て排出させ、処理槽に新たな処理液を供給して全液交換を行った後は、その処理液による処理を行わせるとともに初回ライフカウントが経過した時点で部分液交換を行わせる。そして、その処理液による処理を行わせ、通常ライフカウントが経過したら部分液交換を行わせる処理を繰り返し行わせる。このように初回ライフカウントと通常ライフカウントとを使い分けることにより、処理液の状態に応じて基板への処理を行わせることができるので、基板に対して適切な処理を行わせることができる。また、液交換後は、処理レートが高いので大きめの初回ライフカウント、つまり、多くの基板を処理した後に部分液交換を行い、部分液交換後は、処理レートが下がっているので、初回ライフカウントよりも小さな通常ライフカウント、つまり、通常の基板処理枚数で部分液交換を行う。これにより、処理レートを目標とする処理レートの範囲で安定させることができる。また、予め実験を行って、何枚の基板を処理すれば処理レートが目標の処理レートに収まるかを調べておき、そのときの基板の処理枚数を初回ライフカウントとして設定する。これにより、部分液交換後に目標とする処理レートの範囲に維持させることができる。

本発明に係る基板処理装置によれば、制御手段は、処理液排出手段から処理液を全て排出させ、処理槽に処理液供給手段から新たな処理液を供給して全液交換を行った後は、初回ライフカウントが経過した時点で部分液交換を行わせ、その後は、通常ライフカウントが経過するごとに部分液交換を行って基板を処理させる。このように初回ライフカウントと通常ライフカウントとを使い分けることにより、処理液の状態に応じて基板への処理を行わせることができるので、基板に対して適切な処理を行わせることができる。また、液交換後は、処理レートが高いので大きめの初回ライフカウント、つまり、多くの基板を処理した後に部分液交換を行い、部分液交換後は、処理レートが下がっているので、初回ライフカウントよりも小さな通常ライフカウント、つまり、通常の基板処理枚数で部分液交換を行う。これにより、処理レートを目標とする処理レートの範囲で安定させることができる。また、予め実験を行って、何枚の基板を処理すれば処理レートが目標の処理レートに収まるかを調べておき、そのときの基板の処理枚数を初回ライフカウントとして設定する。これにより、部分液交換後に目標とする処理レートの範囲に維持させることができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
図１は、実施例に係る基板処理装置の概略構成図である。なお、以下の説明においては、処理液として燐酸（Ｈ_３ＰＯ_４）及び純水を含む燐酸溶液を例に採って説明する。

この基板処理装置は処理槽１を備え、処理槽１は、内槽３と、内槽３から溢れた燐酸溶液を回収する外槽５とを備えている。内槽３には、基板Ｗを内槽３内の処理位置と、内槽３の上方にあたる待機位置とにわたって昇降可能な保持アーム７が付設されている。この保持アーム７は、複数枚の基板Ｗを起立姿勢で当接支持する。

内槽３は、燐酸溶液を内槽５へ供給するための一対の噴出管９を底部に備えている。また、外槽５は、回収した燐酸溶液を排出するための排出口１１を底部に備えている。噴出管９と排出口１１とは、循環配管１３で連通接続されている。この循環配管１３には、排出口１１側から順に、ポンプ１５と、インラインヒータ１７と、フィルタ１９とが配設されている。インラインヒータ１７は、流通する燐酸溶液を加熱する機能（例えば、１２０〜１８０℃）を備え、フィルタ１９は、燐酸溶液中のパーティクル等を除去する機能を備えている。なお、循環配管１３のうち、排出口１１とポンプ１５との間には開閉弁２１が配設され、ポンプ１５とインラインヒータ１７との間には開閉弁２３が配設されている。

処理液供給源２５には、供給配管２７の一端側が連通接続されている。この処理液供給源３７は、燐酸（Ｈ_３ＰＯ_４）を常温（例えば、２５℃）で貯留しているものである。供給配管２７には、流量制御が可能な制御弁２９が配設されている。供給配管２７の他端側は、内槽３の上部にあたる供給部３１と連通接続されている。処理液供給源２５から供給された燐酸は、供給配管２７を通って、制御弁２９により設定された流量で供給部３１から内槽３に供給される。

なお、供給部３１が本発明における「処理液供給手段」に相当する。

上述した循環配管１３のうち、ポンプ１５と開閉弁２３との間には、分岐部３３が配設されている。また、上述した内槽３の底部には、内槽３内の処理液を急速に排出する際に使用する底部排出口３５が形成されている。この底部排出口３５と、ポンプ１５の上流側にあたる循環配管１３には、底部排出管３７が連通接続されている。この底部排出管３７には、開閉弁３９が配設されている。分岐部３３には、底部排出口３５及び底部排出管３７を介して排出された燐酸溶液を排液系に導くための排液管４１が配設されている。この排液管４１には、開閉弁４３が配設されている。

なお、上述した排液管４１が本発明における「処理液排出手段」に相当する。

上述した内槽３には、その内壁に沿うように濃度計４５が付設されている。この濃度計４５は、燐酸溶液中に溶出した基板Ｗの特定物質を検出する。例えば、基板Ｗがシリコン製である場合には、燐酸溶液中におけるシリコンの溶存濃度を測定するとともに、測定した濃度信号を出力する。

また、外槽５の上方には、純水供給部４７が配設されている。この純水供給部４７は、純水供給源に接続された供給管４８に連通接続されている。供給管４８には、流量を調整可能な制御弁４９が取り付けられている。

上述した各構成は、本発明における「制御手段」に相当する制御部５１によって統括的に制御される。この制御部５１には、第1メモリ５３と第２メモリ５５が接続されている。これらに記憶される内容については後述する。制御部５１には、基板Ｗの処理回数を計数するため、基板Ｗの処理枚数やロットを処理ごとに計数するカウンタ５７が接続されているとともに、装置のオペレータによって操作される設定部５９が接続されている。また、制御部５１は、カウンタ５７と、後述する第１メモリ５３及び第２メモリ５５との設定値に応じて、開閉弁４３及び制御弁２９などを操作して、後述する全液交換や部分液交換を行う。さらに、制御部５１は、濃度計４５からの濃度信号に基づいて制御弁４９などを操作し、燐酸溶液中のシリコン濃度がほぼ一定となるように適宜に制御を行う。

本発明における「第１記憶手段」に相当する第１メモリ５３は、処理槽１に供給部３１から新たな処理液を供給する全液交換を行ってから、その処理液で基板Ｗを処理することが許容される処理回数を規定した初回ライフカウントＩＬＣを予め記憶する。

本発明における「第２記憶手段」に相当する第２メモリ５５は、初回ライフカウントＩＬＣに達した後、処理槽１の処理液の一部にあたる所定量を排液管４１から排出するとともに、供給部３１から所定量に相当する新たな処理液を供給する部分液交換を行ってから、その処理液で基板Ｗを処理することが許容される処理回数を規定した通常ライフカウントＮＬＣを予め記憶する。

上述した初回ライフカウントＩＬＣ及び通常ライフカウントＮＬＣは、本発明における「設定手段」に相当する設定部５９を介して、装置のオペレータなどによって設定される。

次に、図２を参照して、上述した初回ライフカウントＩＬＣ及び通常ライフカウントＮＬＣについて説明する。なお、図２は、液交換のタイミングを模式的に示したタイムチャートである。

処理の最初、または、液の劣化に伴って全液を交換する場合には、制御部５１は燐酸を供給部３１から処理槽１に供給する。このタイミングは、図２におけるｔ１時点である。そして、制御部５１は、カウンタ５７からの処理数が初回ライフカウントＩＬＣに一致したと判断した場合には部分液交換を行う。概略的には、開閉弁４３を開放して、処理槽１から所定量の燐酸溶液を排出するとともに、開閉弁４３を閉止してその排出量とほぼ同じ量の燐酸を供給部３１から供給する。このタイミングは、図２におけるｔ２時点である。これ以降、制御部５１は、カウンタ５７からの処理数が通常ライフカウントＮＬＣに一致するごとに部分液交換を実施する（ｔ３，ｔ４時点）。

上述した初回ライフカウントＩＬＣ及び通常ライフカウントＮＬＣは、予め次のようにして決定されている。

まず、本装置で処理する基板Ｗと同じ種類及び同じ処理を経た基板Ｗを用意する。そして、同じ処理条件、例えば、同時に処理する基板Ｗの枚数、燐酸溶液の濃度・温度、基板Ｗを燐酸溶液に浸漬させる時間などを実際の製品である基板Ｗに合わせる。そして、処理条件を合わせた基板Ｗを同条件で処理した後、処理レートを測定する。この処理レートとは、例えば、酸化膜や窒化膜のエッチングレートである。ここで、目標エッチングレートは、図２におけるエッチングレートＥＲ２〜ＥＲ５の間にあるものとする。そして、複数の基板Ｗを処理した結果、目標エッチングレートＥＲ２〜ＥＲ５から余裕をみて、目標エッチングレートの下限よりややレートが高いエッチングレートＥＲ４まで低下する処理回数を求める。そのときの処理回数が初回ライフカウントＩＬＣとして第１メモリ５３に設定される。また、その後の部分液交換によってエッチングレートが高くなるが、そのレートが目標エッチングレートの上限であるエッチングレートＥＲ２よりややレートが低いエッチングレートＥＲ３となるように、部分液交換の排出量及び供給量を設定しておく。さらに、部分液交換後、上述したように条件を合わせた基板Ｗを同条件で処理した後、エッチングレートを測定し、エッチングレートＥＲ４まで低下する処理回数を求める。これが通常ライフカウントＮＬＣとして第２メモリ５５に設定される。

なお、具体的には、初回ライフカウントＩＬＣが、例えば、３０〜４０ロットであり、通常ライフカウントＮＬＣが、例えば、２０ロット程度である。設定部５９を備えているので、上述したような実験結果に応じて初回ライフカウントＩＬＣと通常ライフカウントＮＬＣを適切な値に設定することができる。したがって、処理条件が異なる処理であっても、エッチングレートを目標範囲に収めて処理を継続的に行わせることができる。

次に、図３を参照して、上述した装置の動作について説明する。図３は、動作を示すフローチャートである。なお、開始時には、処理槽１に燐酸溶液が貯留されていない空の状態であるとする。

ステップＳ１
制御部５１は、各部を操作して全液交換を行わせる。但し、処理槽１は空であるので、開閉弁２１，２３を開放させるとともに開閉弁３９，４３を閉止させ、制御弁２９を開放させて供給部３１から内槽３に燐酸を供給させる。そしてポンプ１５を作動させるとともに、インラインヒータ１７を作動させて燐酸溶液を循環させつつ所要の処理条件（例えば、１８０℃の温度）の燐酸溶液を生成させる。また、制御弁４９を開放させて、純水供給部４７から純水を希釈液として適宜に供給させて、燐酸濃度を調整して初期の処理条件を整える。さらに、カウンタ５７をリセットして、処理回数の積算値をゼロにする。この状態は、図２の時点ｔ１にあたる。

ステップＳ２，Ｓ３
カウンタ５７の処理回数をインクリメントさせる。そして、処理回数が初期ライフカウントＩＬＣと一致しているか否かにより処理を分岐する。具体的には、それらが一致している場合には、ステップＳ６に移行して部分液交換を行う。なお、一致の状態は、図２の時点ｔ２にあたる。一方、不一致である場合には、ステップＳ４に移行する。ここでは、まず不一致であったとして説明する。なお、不一致の状態は、図２の時点ｔ１から時点ｔ２の間にあたる。

ステップＳ４，Ｓ５
保持アーム７に基板Ｗを保持させ、保持アーム７を処理位置にまで下降させ、所定時間の処理を行わせる。処理を終えたら、保持アーム７を上昇させて基板Ｗを搬出させる。そして、上述したステップＳ２に戻って処理を繰り返し行わせる。

ステップＳ６
処理回数と初期ライフカウントＩＬＣとが一致した場合、制御部５１は、各部を操作して部分液交換を行わせる。まず、インラインヒータ１７を停止させる。そして、開閉弁３９，２３を閉止させるとともに、開閉弁４３を開放させ、さらに開閉弁２１を開放させる。そして、ポンプ１５を所定時間だけ動作させて、所定量の燐酸溶液を処理槽１から排出させる。次に、開放弁４３を閉止させるとともに、開閉弁２３を開放させる。そして、制御弁２９を開放させて、排出させた量に相当する量の燐酸を供給部２７から内槽３に供給させるとともに、ポンプ１５及びインラインヒータ１７を作動させて、部分液交換後の燐酸溶液を処理条件に調整させる。さらに、カウンタ５７をリセットして、処理回数の積算値をゼロにする。なお、この状態は、図２の時点ｔ２にあたる。

ステップＳ７，Ｓ８
カウンタ５７の処理回数をインクリメントさせる。そして、処理回数が通常ライフカウントＮＬＣと一致しているか否かにより処理を分岐する。具体的には、それらが一致している場合には、ステップＳ６に戻って部分液交換を行う。なお、一致の状態は、図２の時点ｔ３にあたる。一方、不一致である場合には、ステップＳ９に移行する。ここでは、まず不一致であったとして説明する。なお、不一致の状態は、図２の時点ｔ２から時点ｔ３の間にあたる。

ステップＳ９，Ｓ１０
保持アーム７に基板Ｗを保持させ、保持アーム７を処理位置にまで下降させ、所定時間の処理を行わせる。処理を終えたら、保持アーム７を上昇させて基板Ｗを搬出させる。

ステップＳ１１
生成された処理液が総ライフカウント（初回・通常ライフカウントを合わせた最大使用可能な処理回数）を越えたか否かに応じて処理を分岐する。なお、総ライフカウントは、図示しない総ライフカウンタにより計数されている。総ライフカウント未満である場合には、ステップＳ７に戻って次の処理を行わせ、総ライフカウント以上の場合には、上述した一連の処理を終える。

上述したように、本実施例によると、制御部５１は、排液管４１から燐酸溶液を全て排出させ、処理槽１に供給部３１から新たな燐酸を供給して全液交換を行った後は、初回ライフカウントＩＬＣが経過した時点で部分液交換を行わせ、その後は、通常ライフカウントＮＬＣが経過するごとに部分液交換を行って基板Ｗを処理させる。このように初回ライフカウントＩＬＣと通常ライフカウントＮＬＣとを使い分けることにより、燐酸溶液の状態に応じて基板Ｗへの処理を行わせることができるので、基板Ｗに対して適切な処理を行わせることができる。

なお、従来は、上述した一連の処理の間、通常ライフカウントＮＬＣで固定であるので、図２に点線で示すように、目標エッチングレートの範囲にエッチングレートが入ることなく部分液交換が行われてしまい、基板Ｗに対して不適切な処理が行われることがある。

本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した実施例では、燐酸溶液を例に採って説明したが、これ以外の処理液、例えば、フッ化水素酸溶液などによる処理であっても本発明を適用することができる。

（２）上述した実施例では、設定部５９を備えて適宜に初期及び通常ライフカウントを設定できるように構成しているが、これを省略してもよい。その場合には、処理対象の基板Ｗや処理条件に応じて予め条件出しを行っておき、基板処理装置の設置の際に第１メモリ５３及び第２メモリ５５に初回ライフカウントＩＬＣ及び通常ライフカウントＮＬＣを書き込むようにすればよい。これにより不用意な書き換えによるトラブルを防止できるとともに、装置コストを抑制することができる。

（３）上述した実施例では、循環配管１３を備えて処理液を循環させつつ処理を行っているが、処理液を処理槽１に貯留した状態で処理を行う装置であっても同様の効果を奏する。

実施例に係る基板処理装置の概略構成図である。 液交換のタイミングを模式的に示したタイムチャートである。 動作を示すフローチャートである。

符号の説明

Ｗ … 基板
１ … 処理槽
３ … 内槽
５ … 外槽
７ … 保持アーム
２５ … 処理液供給源
３１ … 供給部
４７ … 純水供給部
５１ … 制御部
５３ … 第１メモリ
５５ … 第２メモリ
５７ … カウンタ
５９ … 設定部
ＩＬＣ … 初回ライフカウント
ＮＬＣ … 通常ライフカウント

Claims (3)

1. 基板を処理液で処理する基板処理装置において、
   処理液を貯留し、基板に対して所定の処理を行う処理槽と、
   前記処理槽に処理液を供給する処理液供給手段と、
   前記処理槽から処理液を排出する処理液排出手段と、
   前記処理槽に前記処理液供給手段から新たな処理液を供給する全液交換を行ってから、その処理液で基板を処理することが許容される処理回数を規定した初回ライフカウントを予め記憶する第１記憶手段と、
   前記初回ライフカウントに達した後、前記処理槽の処理液の一部にあたる所定量を前記処理液排出手段で排出するとともに、前記処理液供給手段から前記所定量に相当する新たな処理液を供給する部分液交換を行ってから、その処理液で基板を処理することが許容される処理回数を規定した通常ライフカウントを予め記憶する第２記憶手段と、
   全液交換後は前記初回ライフカウントに達するまで基板を処理させ、前記初回ライフカウントに達して部分液交換を行った後は、前記通常ライフカウントに達するごとに部分液交換を行なわせつつ基板を処理させる制御手段と、
   を備え、
   前記初回ライフカウントは、前記通常ライフカウントよりも大きく設定され、
   前記初回ライフカウントは、目標とする処理レートの範囲に入る基板の処理回数であることを特徴とする基板処理装置。
2. 請求項１に記載の基板処理装置において、
   前記第１記憶手段の初回ライフカウントと、前記第２記憶手段の通常ライフカウントとを設定するための設定手段をさらに備えていることを特徴とする基板処理装置。
3. 基板を処理液で処理する基板処理方法において、
   処理槽に新たな処理液を供給する全液交換を行う過程と、
   その処理液で基板を処理することが許容される処理回数を規定した初回ライフカウントに達するまで基板を処理する過程と、
   前記初回ライフカウントに達した後、処理槽の処理液の一部にあたる所定量を排出するとともに、前記所定量に相当する新たな処理液を供給する部分液交換を行う過程と、
   その処理液で基板を処理することが許容される処理回数を規定した通常ライフカウントに達するまで基板を繰り返し処理する過程と、
   を備え、
   前記初回ライフカウントは、前記通常ライフカウントよりも大きく設定され、
   前記初回ライフカウントは、目標とする処理レートの範囲に入る基板の処理回数であることを特徴とする基板処理方法。

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