JP6043600B2

JP6043600B2 - 基板処理装置及び基板処理方法

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Publication number: JP6043600B2
Application number: JP2012255056A
Authority: JP
Inventors: 清瀬　浩巳; 浩巳清瀬; 史洋上村; 晃広東
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2032-11-21
Also published as: KR20140065334A; JP2014103297A; KR101808886B1

Description

本発明は、所定温度に加熱した処理液で基板を処理する基板処理装置及び基板処理方法に関するものである。

従来より、半導体部品やフラットパネルディスプレイなどを製造する場合には、基板処理装置を用いて半導体ウエハや液晶用基板などの基板をエッチング液等の処理液で各種の処理を行っている。

たとえば、特許文献１に開示された基板処理装置（エッチング装置）では、処理槽に貯留した処理液（エッチング液）に基板を浸漬させて、基板の表面に形成した窒化膜をエッチングする処理を行っている。

この基板処理装置では、エッチング量等の処理の進行度合が処理液の温度に強く依存しているために、処理液の温度管理が重要となる。一方、エッチング液等の処理液は、侵食性が強いために、温度センサーを処理液に直接接触させて処理液の温度を測定することが困難である。

そこで、従来の基板処理装置では、図４に模式的に示すように、処理槽や配管に石英等の耐食性及び熱伝導性に優れる素材からなる加熱壁101を形成し、加熱壁101の外側にラバーヒーター102を貼着し、ラバーヒーター102に温度センサー103を取付けている。ラバーヒーター102は、金属製のヒーター104をシリコン製のカバー105で被覆しており、カバー105に温度センサー103を接着又は埋設している。そして、従来の基板処理装置では、温度センサー103で測定したカバー105の温度に基づいてヒーター104を制御し、ヒーター104で加熱した加熱壁101を介して処理液を所定温度に加熱している。

特開２００１−２３９５２号公報

上記従来の基板処理装置は、加熱壁にラバーヒーターが密着している場合には、温度センサーで測定した温度に基づいて処理液の温度を安定して管理することができる。

ところが、加熱壁からラバーヒーターが部分的に剥離してしまった場合には、ヒーターから加熱壁への熱伝達効率が低下し、ヒーター自身の温度が上昇する。それに伴って、ヒーターを被覆するカバーの温度も上昇し、その上昇した温度が温度センサーで測定される。そのため、ラバーヒーターは、ヒーター自身の温度を降下させるように制御される。その結果、ヒーター自身の温度の低下とヒーターから加熱壁への熱伝達効率の低下とが同時に起こり、加熱壁の温度が急激に低下してしまい、処理液の温度を管理することが困難となるおそれがある。

そこで、本発明では、基板を所定温度に加熱した処理液で処理する基板処理装置において、前記処理液を貯留する容器と、前記容器に形成した加熱壁にヒーターを設け、前記ヒーターで前記加熱壁を加熱することで前記処理液を前記加熱壁を介して加熱する処理液加熱手段と、前記加熱壁に設け、前記加熱壁の温度を測定する制御用温度センサーと、前記制御用温度センサーで測定した温度に基づいて前記処理液加熱手段を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記制御用温度センサーで測定した前記加熱壁の温度に基づいて前記処理液加熱手段を制御することにした。

また、前記制御用温度センサーは、前記加熱壁の前記処理液と接触する面に配置され、被覆手段で被覆されて前記処理液に直接接触しないようにした。

また、前記被覆手段は、前記処理液と前記制御用温度センサーとの間に断熱層を設けることにした。

また、前記制御手段は、前記ヒーターを被覆するカバーの温度を測定するために設けた監視用温度センサーと前記制御用温度センサーとで測定した温度の温度差に基づいて前記処理液加熱手段の異常を検知することにした。

また、本発明では、所定温度に加熱した処理液で基板を処理する基板処理方法において、前記処理液を容器に貯留するとともに、前記容器の加熱壁に設けたヒーターで前記加熱壁を加熱することで前記処理液を前記加熱壁を介して加熱し、前記加熱壁に設けた制御用温度センサーで測定した前記加熱壁の温度に基づいて前記ヒーターを制御することにした。

また、前記ヒーターを被覆するカバーの温度を測定するために設けた監視用温度センサーと前記制御用温度センサーとで測定した温度の温度差に基づいて前記ヒーターの異常を検知することにした。

本発明によれば、加熱壁からヒーターが部分的に剥離した場合であっても基板を処理する処理液の温度を管理することができ、基板の処理を良好に行うことができる。

基板処理装置を示す断面説明図。処理液加熱手段を示す断面図（ａ）、拡大斜視図（ｂ）。他の処理液加熱手段を示す断面図。従来の処理液加熱手段を示す断面図。

以下に、本発明に係る基板処理装置及び基板処理方法の具体的な構成について図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、基板処理装置１は、基板２を処理する処理槽３に、基板２を搬送するための基板搬送手段４と、処理液を供給するための処理液供給手段５と、処理液を所定温度に加熱するための処理液加熱手段６と、基板搬送手段４や処理液供給手段５や処理液加熱手段６などを制御するための制御手段７とを設けている。なお、ここでは、処理液として薬液（たとえば、リン酸）を希釈液（たとえば、純水）で希釈した処理液（エッチング液）を用いている。

処理槽３は、上端部を開口した貯留槽８の上端外周部に上端部を開口したオーバーフロー槽９を形成している。貯留槽８は、底部に処理液流入出口10を形成している。オーバーフロー槽９は、底部に処理液流出口11を形成している。

この処理槽３は、貯留槽８に貯留した処理液に基板２を浸漬させて基板２を処理液で処理する。なお、貯留槽８に貯留された処理液は、一部が貯留槽８から溢れ出てオーバーフロー槽９へと流出し、その後、再び貯留槽８に流入する。

基板搬送手段４は、昇降自在の搬送アーム12の下端部に４本の基板保持体13を水平に取付けている。各基板保持体13は、上面に複数個（たとえば、50個）の基板保持溝14を前後に所定の間隔をあけて形成している。搬送アーム12は、基板保持溝14で複数枚の基板２を垂直状態で前後に所定の間隔をあけて平行に保持する。搬送アーム12には、基板昇降機構15が接続されている。基板昇降機構15は、制御手段７に接続されており、制御手段７によって昇降制御される。

この基板搬送手段４は、基板２を基板保持体13で保持した状態で、基板昇降機構15によって基板保持体13を降下させることで、処理槽３（貯留槽８）に基板２を搬入し、処理槽３に貯留した処理液に基板２を浸漬させて基板２の処理を行い、処理後に基板昇降機構15によって基板保持体13を上昇させることで、処理槽３から基板２を搬出する。

処理液供給手段５は、処理液循環部16と処理液排出部17と処理液補充部18とで構成している。

処理液循環部16は、オーバーフロー槽９の処理液流出口11と貯留槽８の処理液流入出口10との間に処理液循環流路19を形成し、処理液循環流路19にポンプ20とフィルター21と加熱槽22を設けている。ポンプ20は、制御手段７に接続されており、制御手段７によって駆動制御される。

この処理液循環部16は、ポンプ20によってオーバーフロー槽９の処理液流出口11から処理液を吸引し、フィルター21と加熱槽22を通して貯留槽８の処理液流入出口10へと処理液を供給する。これにより、処理液循環部16は、処理槽３に貯留した処理液を循環させ、薬液（たとえば、リン酸）と希釈液（たとえば、純水）とを撹拌混合させて、薬液を希釈液で希釈した処理液の濃度を均一に保持している。

処理液排出部17は、貯留槽８の処理液流入出口10に処理液排出流路23を介してドレン24に接続し、処理液排出流路23の中途部に流量調整器25を接続している。なお、処理液排出流路23は、上流端部が処理液循環流路19の下流端部を兼用している。流量調整器25は、制御手段７に接続されており、制御手段７によって開閉制御及び流量制御される。

この処理液排出部17は、処理槽３に貯留した処理液が劣化した場合などに、処理液循環部16を停止させた状態で流量調整器25で調整した所定量の処理液を貯留槽８の処理液流入出口10からドレン24へと排出する。

処理液補充部18は、薬液を供給する薬液供給源26を薬液補充流路27を介して貯留槽８に接続するとともに、希釈液を供給する希釈液供給源28を希釈液補充流路29を介してオーバーフロー槽９に接続している。薬液補充流路27及び希釈液補充流路29の中途部には、それぞれ流量調整器30,31を設けている。流量調整器30,31は、制御手段７に接続されており、制御手段７によって開閉制御及び流量制御される。

この処理液補充部18は、薬液供給源26から流量調整器30で調整した流量の薬液を貯留槽８に供給するとともに、希釈液供給源28から流量調整器31で調整した流量の希釈液を処理液循環部16に供給する。

処理液加熱手段６は、処理槽３（貯留槽８）や加熱槽22にラバーヒーター32を取付けている。ラバーヒーター32は、制御手段７に接続されており、制御手段７によって駆動制御される。

この処理液加熱手段６は、図２に示すように、処理槽３（貯留槽８）や加熱槽22を容器として用い、容器の壁に石英等の耐食性及び熱伝導性に優れる素材からなる加熱壁33を形成し、加熱壁33の外側にラバーヒーター32を貼着している。ラバーヒーター32は、金属製のヒーター34の外側をシリコン製のカバー35で被覆している。そして、ラバーヒーター32のヒーター34によって加熱壁33を加熱することで、加熱壁33の内側で接触する処理液を加熱壁33を介して加熱する。なお、容器としては、加熱する処理液を一時的に貯留できればよく、槽形状のものに限られず管形状のものであってもよい。

この処理液加熱手段６には、加熱壁33の温度を測定するための制御用温度センサー36と、ラバーヒーター32（カバー35）の温度を測定するための監視用温度センサー37とが設けられている。

制御用温度センサー36は、加熱壁33の内側面（処理液と接触する面）においてラバーヒーター32と対向する位置に固定具38で取付けられている。この制御用温度センサー36は、制御手段７にリード線39を介して接続されている。リード線39は、加熱壁33の内側面に沿って固定具40で取付けられており、加熱壁33に形成した貫通孔41から外部に引き出されている。

制御用温度センサー36及びリード線39は、被覆手段42で被覆されており、処理液に直接接触しないようにしている。被覆手段42は、制御用温度センサー36及びリード線39を半円管状のガラス製のカバー43で覆うとともに、カバー43の内部を樹脂製の断熱材で充填することでカバー43の内部に断熱層44を形成している。これにより、制御用温度センサー36やリード線39が処理液によって侵食されて破損するのを防止することができるとともに、処理液自身の液温の影響を受けずに加熱壁33の温度を精度良く測定することができる。なお、断熱層44は、断熱材で形成した場合に限られず、空気層等で形成してもよい。

ここで、制御用温度センサー36は、図２に示すように、カバー43で被覆した場合に限られず、図３（ａ）に示すように、接着剤45で被覆してもよい。また、制御用温度センサー36は、加熱壁33の内側面（処理液と接触する面）に配置した場合に限られず、図３（ｂ）に示すように、加熱壁33の内部に形成した中空部46に配置してもよく、図３（ｃ）に示すように、加熱壁33の外側面（ラバーヒーター32と接触する面）に形成した溝47に配置してもよい。

監視用温度センサー37は、ラバーヒーター32のカバー35に接着されている。この監視用温度センサー37は、制御手段７にリード線48を介して接続されている。

制御手段７は、コンピュータからなり、コンピュータが読み取り可能な記録媒体49に記録した基板処理プログラムにしたがって基板処理装置１を制御して、基板２の処理を行う。なお、記録媒体49は、基板処理プログラム等の各種プログラムを記録できる媒体であればよく、ＲＯＭやＲＡＭなどの半導体メモリー型の記録媒体であってもハードディスクやＣＤ−ＲＯＭなどのディスク型の記録媒体であってもよい。

基板処理装置１は、以上に説明したように構成しており、制御手段７が制御用温度センサー36や監視用温度センサー37で測定した温度に基づいて処理液加熱手段６のラバーヒーター32（ヒーター34）を制御することで処理液の温度を所定温度に管理している。

すなわち、制御手段７は、制御用温度センサー36で測定した加熱壁33の温度が予め設定した温度よりも低い場合には、処理液加熱手段６のラバーヒーター32（ヒーター34）を駆動させて、加熱壁33を加熱することで加熱壁33を介して処理液を加熱し、制御用温度センサー36で測定した加熱壁33の温度が予め設定した温度よりも高い場合には、ラバーヒーター32の駆動を停止させる。なお、制御手段７によるラバーヒーター32の制御は、On-Off制御に限られず、強弱制御であってもよい。

そして、何らかの原因で加熱壁33からラバーヒーター32が部分的に剥離してしまった場合には、ヒーター34から加熱壁33への熱伝達効率が低下し、ヒーター34の温度が上昇する。従来であれば、温度センサー（本実施形態では監視用温度センサー37に相当。）で測定される温度（カバー35の温度に相当。）が上昇するために、制御手段７は、ヒーター34の温度を低下させるように制御し、その結果、加熱壁33の温度が低下し、処理液の温度も低下していた。しかし、本実施形態では、制御用温度センサー36で加熱壁33の温度を測定しているために、ヒーター34から加熱壁33への熱伝達効率の低下に伴って制御用温度センサー36で測定される温度が低下すると、制御手段７は、ヒーター34の温度を上昇させるように制御する。その結果、加熱壁33の温度低下が抑制され、処理液の温度低下も抑制される。

ラバーヒーター32の剥離が進行すると、ヒーター34から加熱壁33への熱伝達効率がさらに低下することになり、それに伴って、制御手段７は、ヒーター34の温度をさらに上昇させるように制御する。その結果、制御用温度センサー36で測定される加熱壁33の温度はほぼ一定に維持されるが、監視用温度センサー37で測定されるラバーヒーター32のカバー35の温度は上昇する。そのため、制御用温度センサー36で測定される温度と監視用温度センサー37で測定される温度との間の温度差が増大する。

そこで、制御手段７は、制御用温度センサー36で測定される温度と監視用温度センサー37で測定される温度との間の温度差に基づいて処理液加熱手段６のラバーヒーター32（ヒーター34）の異常を検知し、オペレーターに報知するようにしている。たとえば、制御用温度センサー36で測定される温度と監視用温度センサー37で測定される温度との間の温度差が50℃以上となったことを検知した時にラバーヒーター32の剥離に対する注意を促す報知を行い、さらに温度差が70℃以上となったことを検知した時にラバーヒーター32の交換を促す報知を行う。このように、制御用温度センサー36で測定される温度と監視用温度センサー37で測定される温度との間の温度差を用いることで、ラバーヒーター32の剥離を正確に検知することができる。

以上に説明したように、上記基板処理装置１では、処理液を貯留する容器の加熱壁33に設けた制御用温度センサー36で測定した加熱壁33の温度に基づいて処理液加熱手段６のラバーヒーター32（ヒーター34）を制御しているために、加熱壁33からラバーヒーター32（ヒーター34）が部分的に剥離した場合であっても基板２を処理する処理液の温度を管理することができ、処理液の温度低下による劣化を防止して、基板２の処理を良好に行うことができる。

１基板処理装置
２基板
３処理槽
４基板搬送手段
５処理液供給手段
６処理液加熱手段
７制御手段
22 加熱槽
32 ラバーヒーター
33 加熱壁
34 ヒーター
35 カバー
36 制御用温度センサー
37 監視用温度センサー

Claims

基板を所定温度に加熱した処理液で処理する基板処理装置において、
前記処理液を貯留する容器と、
前記容器に形成した加熱壁にヒーターを設け、前記ヒーターで前記加熱壁を加熱することで前記処理液を前記加熱壁を介して加熱する処理液加熱手段と、
前記加熱壁に設け、前記加熱壁の温度を測定する制御用温度センサーと、
前記制御用温度センサーで測定した温度に基づいて前記処理液加熱手段を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記制御用温度センサーで測定した前記加熱壁の温度に基づいて前記処理液加熱手段を制御することを特徴とする基板処理装置。
前記制御用温度センサーは、前記加熱壁の前記処理液と接触する面に配置され、被覆手段で被覆されて前記処理液に直接接触しないようにしたことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
前記被覆手段は、前記処理液と前記制御用温度センサーとの間に断熱層を設けたことを特徴とする請求項２に記載の基板処理装置。
前記制御手段は、前記ヒーターを被覆するカバーの温度を測定するために設けた監視用温度センサーと前記制御用温度センサーとで測定した温度の温度差に基づいて前記処理液加熱手段の異常を検知することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の基板処理装置。
基板を所定温度に加熱した処理液で処理する基板処理方法において、
前記処理液を容器に貯留するとともに、前記容器の加熱壁に設けたヒーターで前記加熱壁を加熱することで前記処理液を前記加熱壁を介して加熱し、前記加熱壁に設けた制御用温度センサーで測定した前記加熱壁の温度に基づいて前記ヒーターを制御することを特徴とする基板処理方法。
前記ヒーターを被覆するカバーの温度を測定するために設けた監視用温度センサーと前記制御用温度センサーとで測定した温度の温度差に基づいて前記ヒーターの異常を検知することを特徴とする請求項５に記載の基板処理方法。