JP6383254B2 - 処理装置および処理方法 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、処理装置および処理方法に関する。
半導体装置やフラットパネルディスプレイなどの電子デバイスの製造においては、バッファードフッ酸(BHF;buffered hydrogen fluoride)を用いたエッチング処理や洗浄処理などが行われている。
バッファードフッ酸を用いた処理においては、微細化に対応するために、バッファードフッ酸の処理レート(例えば、エッチング処理におけるエッチングレートや洗浄処理における除去レートなど)を低めに設定するようになってきている。
また、バッファードフッ酸を用いた処理においては、使用済みのバッファードフッ酸を回収して再利用するようになってきている。
ところが、同じバッファードフッ酸を繰り返し用いるようにすると、処理レートが次第に高くなるという問題がある。
処理レートが次第に高くなると、酸化膜などの除去量が次第に増加するなどして電子デバイスの品質がばらつく要因となる。
そのため、バッファードフッ酸を再利用する場合であっても処理レートの変動を抑制することができる技術の開発が望まれていた。
特開2005−251936号公報
本発明が解決しようとする課題は、バッファードフッ酸を再利用する場合であっても処理レートの変動を抑制することができる処理装置および処理方法を提供することである。
実施形態に係る処理装置は、バッファードフッ酸を収納する収納部と、前記バッファードフッ酸を用いて処理物の処理を行う処理部と、前記収納部に収納された前記バッファードフッ酸を前記処理部に供給する供給部と、前記処理部において使用された前記バッファードフッ酸を回収して前記収納部に供給する回収部と、前記バッファードフッ酸の蒸発量を演算する演算部と、アンモニアと、水と、を含み、前記演算されたバッファードフッ酸の蒸発量と同じ量の補充液を前記バッファードフッ酸に供給する補充液供給部と、を備えている。前記補充液のアンモニアの濃度は、2wt%以上、4wt%以下である。
本実施の形態に係る処理装置1を例示するための模式図である。 処理液100の蒸発量と、エッチングレート(処理レート)との関係を例示するためのグラフ図である。 補充液110のアンモニアの濃度と、エッチングレートとの関係を例示するためのグラフ図である。
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。
図1は、本実施の形態に係る処理装置1を例示するための模式図である。
図1に示すように、処理装置1には、処理部2、処理液供給回収部3、補充液供給部4、および制御部5が設けられている。
処理部2は、バッファードフッ酸(以下、処理液100と称する)を用いて処理物の処理を行う。
処理部2は、処理液100を用いるエッチング装置や洗浄装置などとすることができる。
処理部2は、枚葉式の装置(例えば、回転させた処理物に処理液100を供給する装置)、バッチ式の装置(例えば、複数の処理物を処理液100の中に浸漬させる装置)、ローラなどにより搬送される処理物に処理液100を供給する装置などとすることができる。
なお、処理部2には、既知のエッチング装置や洗浄装置などを用いることができるので詳細な説明は省略する。
処理液供給回収部3は、処理部2に処理液100を供給し、処理部2において使用された処理液100を回収する。
処理液供給回収部3には、収納部31、検出部32、供給部33、および回収部34が設けられている。
収納部31は、処理液100を収納する。
検出部32は、処理液100の液面100aの位置を検出する。
後述するように、処理液100の液面100aの位置の変化を検出すれば、処理液100の蒸発量を直接的に求めることができる。
なお、蒸発量は、重量であってもよいし、体積であってもよい。
検出部32は、例えば、投光部と受光部とを有する光電センサなどとすることができる。
収納部31の側壁には、透光性を有するフッ素樹脂などから形成された計測部31aが接続されている。計測部31aは、管状体から形成することができる。計測部31aは、収納部31の高さ方向に伸び、上端側と下端側が収納部31の内部と繋がっている。計測部31aの上端は、液面100aよりは上方に位置している。計測部31aの下端は液面100aよりは下方に位置している。そのため、収納部31の内部における液面100aの位置と、計測部31aの内部における液面100aの位置とが同じになる。
検出部32は、計測部31aが伸びる方向に沿って複数設けることができる。例えば、検出部32は、計測部31aが伸びる方向に沿って等間隔に並べて設けることができる。 処理液100の屈折率と、空気などの気体の屈折率とは異なるため、処理液100の有無により屈折角が変化する。そのため、計測部31aから出射する光の進行方向が変化する。計測部31aから出射する光の進行方向が変化すると、受光部に入射する光の量が変化するので、計測部31aが伸びる方向に沿って設けられた複数の検出部32のそれぞれの受光部からの出力により液面100aの位置を検出することができる。
なお、計測部31aは必ずしも必要ではないが、計測部31aを設けるようにすれば、液面100aのうねりなどを除去することができる。
また、液面100aの位置を直接検出する場合を例示したが、浮子などを検出することで間接的に液面100aの位置を検出することもできる。
また、検出部32が光電センサである場合を例示したが、例えば、検出部32は近接センサや超音波センサなどであってもよい。
以上は、処理液100の液面100aの位置の変化に基づいて、処理液100の蒸発量を求める場合である。
処理液100の蒸発量は、例えば、処理液100の重量の変化に基づいて、直接的に求めることもできる。
また、処理液100の蒸発量は、例えば、処理液100の粘度の変化や、処理液100の水素イオン指数の変化に基づいて、間接的に求めることもできる。
そのため、検出部32は、処理液100の液面100aの位置、処理液100の重量、処理液100の粘度、処理液100の水素イオン指数などを検出するものとすることができる。
処理液100の重量は、例えば、収納部31の下方に重量計やロードセルなどを設け、計測値から、予め求められた収納部31の重量を引くことで求めることができる。
また、処理液100には、蒸発し易い成分と、蒸発し難い成分とが含まれている。
そのため、処理液100が蒸発する際に蒸発し易い成分が多く蒸発するため、処理液100の蒸発により、処理液100の組成比が変化する。
例えば、バッファードフッ酸である処理液100には、フッ酸(フッ化水素酸)、アンモニア、水が含まれている。この場合、アンモニアおよび水はフッ酸よりも蒸発し易いので、処理液100が蒸発すると処理液100に含まれるフッ酸の濃度が高くなる。
処理液100の組成比の変化は、処理液100の粘度や水素イオン指数などを計測することで求めることができる。そして、処理液100の組成比の変化と、処理液100の蒸発量との間には相関関係があるので、処理液100の粘度や水素イオン指数などから、処理液100の蒸発量を間接的に求めることができる。
処理液100の粘度は、例えば、既知の粘度計により計測することができる。
処理液100の水素イオン指数は、例えば、既知のpHセンサにより計測することができる。
なお、処理液100の粘度や水素イオン指数は、収納部31の内部において計測することもできるし、収納部31の外部(例えば、供給部33や回収部34など)において計測することもできる。
また、電子デバイスの製造においては、温度や圧力などの環境条件が所定の範囲内となるように制御されている。
そのため、処理液100の蒸発量と、処理時間との間には相関関係がある。
そこで、予め実験やシミュレーションなどにより求められた処理液100の蒸発量と処理時間との間の関係と、計測された処理時間とから処理液100の蒸発量を求めることもできる。
この様にすれば、検出部32や計測部31aなどを省くことができる。
供給部33は、収納部31に収納された処理液100を処理部2に供給する。
供給部33には、配管33a、開閉弁33b、配管33c、ポンプ33d、および配管33eが設けられている。
配管33aの一端は、収納部31に収納された処理液100の中に設けられている。
配管33aの他端は、開閉弁33bに接続されている。
開閉弁33bは、例えば、処理液100に対する耐性を有するエアオペレートバルブなどとすることができる。
配管33cの一端は、開閉弁33bに接続されている。配管33cの他端は、ポンプ33dに接続されている。
ポンプ33dは、例えば、処理液100に対する耐性を有するケミカルポンプなどとすることができる。
配管33eの一端は、ポンプ33dに接続されている。配管33eの他端は、処理部2に接続されている。
配管33a、配管33c、および配管33eは、例えば、フッ素樹脂などから形成されたものとすることができる。
なお、供給部33として、ポンプ33dを備えたものを例示したがこれに限定されるわけではない。例えば、ポンプ33dを設けずに、収納部31の内部にガスを供給するものを設けることができる。この場合、収納部31の内部に供給されたガスにより、収納部31の内部に収納された処理液100が加圧され、処理液100が処理部2に供給される。収納部31の内部に供給されるガスは、例えば、窒素ガス、ヘリウムガスなどの不活性ガス、空気、これらを含む混合ガスなどとすることができる。
回収部34は、処理部2において使用された処理液100を回収して、収納部31に供給する。
回収部34には、配管34a、開閉弁34b、配管34c、フィルタ34d、配管34e、ポンプ34f、および配管34gが設けられている。
配管34aの一端は、処理部2に接続されている。配管34aの他端は、開閉弁34bに接続されている。
開閉弁34bは、例えば、処理液100に対する耐性を有するエアオペレートバルブなどとすることができる。
配管34cの一端は、開閉弁34bに接続されている。配管34cの他端は、フィルタ34dに接続されている。
フィルタ34dは、例えば、使用済みの処理液100に含まれる不溶性のフッ化物などを捕捉するものとすることができる。また、金属イオンを除去するフィルタをさらに設けることもできる。
配管34eの一端は、フィルタ34dに接続されている。配管34eの他端は、ポンプ34fに接続されている。
ポンプ34fは、例えば、処理液100に対する耐性を有するケミカルポンプなどとすることができる。
配管34gの一端は、ポンプ34fに接続されている。配管34gの他端は、収納部31に接続されている。
配管34a、配管34c、配管34e、および配管34gは、例えば、フッ素樹脂などから形成されたものとすることができる。
前述した様に、処理液100が蒸発すると処理液100の組成比が変化する。そのため、処理液100の蒸発に伴い、処理レートが変化する。例えば、バッファードフッ酸である処理液100に含まれるアンモニアおよび水はフッ酸よりも蒸発し易い。そのため、処理液100が蒸発すると処理液100に含まれるフッ酸の濃度が高くなるので、処理レートが高くなる。
補充液供給部4は、蒸発により処理レートが変化した処理液100に補充液110を供給して、処理レートの変化が抑制されるようにする。
この場合、補充液供給部4は、処理液100の蒸発量と同じ量の補充液110を処理液100に供給する。
補充液供給部4には、収納部41および供給部42が設けられている。
収納部41は、補充液110を収納する。
補充液110は、アンモニアと水を含む。後述するように、補充液110は、2wt%以上、4wt%以下のアンモニアの濃度を有するアンモニア水とすることができる。
なお、補充液110に関する詳細は後述する。
供給部42は、収納部41に収納された補充液110を処理液供給回収部3の収納部31に供給する。
供給部42には、配管42a、開閉弁42b、配管42c、ポンプ42d、および配管42eが設けられている。
配管42aの一端は、収納部41に収納された補充液110の中に設けられている。配管42aの他端は、開閉弁42bに接続されている。
開閉弁42bは、例えば、補充液110に対する耐性を有するエアオペレートバルブなどとすることができる。
配管42cの一端は、開閉弁42bに接続されている。配管42cの他端は、ポンプ42dに接続されている。
ポンプ42dは、補充液110に対する耐性を有する可変吐出量型ポンプなどとすることができる。
なお、補充液110の供給流量を測定する流量計を設け、流量計からの出力に基づいて補充液110の供給量を制御することもできる。
配管42eの一端は、ポンプ42dに接続されている。配管42eの他端は、処理液供給回収部3の収納部31に接続されている。
配管42a、配管42c、および配管42eは、例えば、フッ素樹脂などから形成されたものとすることができる。
制御部5は、処理装置1に設けられた各要素の動作を制御する。
制御部5は、例えば、開閉弁33bおよびポンプ33dを制御して、処理部2への処理液100の供給や供給の停止を行わせる。
制御部5は、例えば、開閉弁34bおよびポンプ34fを制御して、処理部2において使用された処理液100を回収させ、回収させた処理液100を収納部31に供給させる。
制御部5は、処理液100の蒸発量を演算する演算部としての機能を有する。
制御部5は、例えば、収納部31における処理液100の液面100aの位置、収納部31における処理液100の重量、処理液100の粘度、および処理液100の水素イオン指数からなる群より選ばれた少なくとも1つに基づいて、処理液100の蒸発量を演算する。
また、制御部5は、処理時間と、予め求められた処理液100の蒸発量と処理時間との関係と、から処理液100の蒸発量を演算するようにすることもできる。
制御部5は、例えば、開閉弁42bおよびポンプ42dを制御して、求められた処理液100の蒸発量と同じ量の補充液110を収納部31の内部にある処理液100に供給させる。
次に、補充液110についてさらに説明する。
図2は、処理液100の蒸発量と、エッチングレート(処理レート)との関係を例示するためのグラフ図である。
図2中の210はシリコンの熱酸化膜の場合、220はTEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)膜の場合である。
熱酸化膜210とTEOS膜220は、ともにシリコン酸化膜であるが膜質が異なるため、エッチングレートは異なるものとなる。
前述した様に、バッファードフッ酸である処理液100には、フッ酸、アンモニア、および水が含まれているが、アンモニアおよび水はフッ酸よりも蒸発し易い。そのため、蒸発するものの大部分は、アンモニアおよび水となる。
アンモニアおよび水が蒸発すると、処理液100に含まれるフッ酸の濃度が高くなる。 そのため、蒸発量が多くなるほどフッ酸の濃度が高くなるので、図2から分かるように、エッチングレートが高くなる。
ここで、前述した処理液供給回収部3などを設けて使用済みの処理液100を再利用すると、同じ処理液100を繰り返し用いることになる。同じ処理液100を繰り返し用いると、処理時間の経過とともに処理液100の蒸発量が増加してフッ酸の濃度が高くなる。
この場合、フッ酸は処理に伴い消費されるが、アンモニアおよび水の蒸発量に比べて僅かなものとなる。
そのため、処理時間の経過とともにエッチングレートが徐々に高くなる。この様なエッチングレートの変動は、製造される電子デバイスの品質がばらつく要因となる。近年の電子デバイスにおいては微細化が進んでいるため、エッチングレートの変動が電子デバイスの品質に大きな影響を与えるおそれがある。
そのため、本実施の形態に係る処理装置1においては、補充液供給部4を設け、補充液110を処理液100に供給して、蒸発したアンモニアと水を補うようにしている。
この場合、補充液110の供給量を処理液100の蒸発量より多くすると、未使用の処理液100におけるフッ酸の濃度よりも低いフッ酸の濃度を有する処理液100となる。 補充液110の供給量を処理液100の蒸発量より少なくすると、未使用の処理液100におけるフッ酸の濃度よりも高いフッ酸の濃度を有する処理液100となる。
そのため、処理液100の蒸発量と同じ量の補充液110を処理液100に供給するようにしている。
次に、補充液110におけるアンモニアの濃度について説明する。
処理液100が蒸発する場合、アンモニアの蒸発量と水の蒸発量は、ほぼ一定の割合となるものと考えられる。
本発明者らの得た知見によれば、2wt%以上、4wt%以下のアンモニアの濃度を有する補充液110を処理液100の蒸発量と同じ量だけ処理液100に供給すれば、処理レートの変動を抑制することができる。
図3は、補充液110のアンモニアの濃度と、エッチングレートとの関係を例示するためのグラフ図である。
図3中の210aは、未使用の処理液100を用いてシリコンの熱酸化膜をエッチング処理した際のエッチングレートを表す線である。すなわち、補充液110を供給してエッチングレートの変動を抑制する際に目標となるエッチングレートの値を表す線である。
「◆」は、1.3wt%の処理液100が蒸発し、処理液100の蒸発量と同じ量の補充液110を処理液100に供給した場合のシリコンの熱酸化膜に対するエッチングレートを表している。
「▲」210cは、5.1wt%の処理液100が蒸発し、処理液100の蒸発量と同じ量の補充液110を処理液100に供給した場合のシリコンの熱酸化膜に対するエッチングレートを表している。
220aは、未使用の処理液100を用いてTEOS膜をエッチング処理した際のエッチングレートを表す線である。すなわち、補充液110を供給してエッチングレートの変動を抑制する際に目標となるエッチングレートの値を表す線である。
「□」は、1.3wt%の処理液100が蒸発し、処理液100の蒸発量と同じ量の補充液110を処理液100に供給した場合のTEOS膜に対するエッチングレートを表している。
「●」は、5.1wt%の処理液100が蒸発し、処理液100の蒸発量と同じ量の補充液110を処理液100に供給した場合のTEOS膜に対するエッチングレートを表している。
図3から分かるように、2wt%以上、4wt%以下のアンモニアの濃度を有する補充液110を処理液100の蒸発量と同じ量だけ処理液100に供給すれば、未使用の処理液100を用いる場合のエッチングレートとほぼ同じエッチングレートとなるようにすることができる。
すなわち、補充液110は、2wt%以上、4wt%以下のアンモニアの濃度を有するアンモニア水とすればよい。
この様にすれば、所定のアンモニアの濃度を有する補充液110を処理液100の蒸発量と同じ量だけ処理液100に供給すればよいので、処理作業の簡易化や生産効率の向上などを図ることもできる。
次に、処理装置1の作用とともに本実施の形態に係る処理方法について例示をする。
まず、処理部2の内部に処理物が搬入される。
次に、処理液供給回収部3の供給部33により、収納部31に収納されている処理液100が処理部2に供給される。
処理部2は、供給された処理液100を用いて、処理物のエッチング処理や洗浄処理などを行う。
処理が済んだ処理物は処理部2から搬出され、次の処理物が処理部2の内部に搬入される。以降、同様にして、複数の処理物が順次処理される。
処理部2において使用された処理液100は、回収部34により回収され、フィルタ34dにより不純物が取り除かれた後に収納部31に供給される。
以降、同様にして、処理液100を循環させて使用する。
次に、処理液100の蒸発量を求める。
例えば、処理作業開始前の処理液100の量と、処理液100を循環させて使用した際の処理液100の量との差から処理液100の蒸発量を求める。
この場合、処理液100を循環させて使用した際の処理液100の量は、処理液100の液面100aの位置を検出したり、処理液100の重量を検出したり、処理液100の粘度を検出したり、処理液100の水素イオン指数を検出したりして求めることができる。 また、処理液100の蒸発量は、処理時間を計測し、予め求められた処理液100の蒸発量と処理時間との関係から求めることもできる。
次に、補充液供給部4の供給部42により、収納部41に収納されている補充液110を処理液100の蒸発量と同じ量だけ収納部31に供給する。
すなわち、2wt%以上、4wt%以下のアンモニアの濃度を有する補充液110を処理液100の蒸発量と同じ量だけ処理液100に供給する。
この様にすれば、処理液100を再利用するようにしても処理レートの変動を抑制することができる。
以上に説明したように、本実施の形態に係る処理方法は、以下の工程を備えることができる。
処理液100を用いて処理物の処理を行う工程。
処理物の処理を行う工程において使用された処理液100を回収して再利用する工程。
処理液100の蒸発量を求める工程。
アンモニアと、水と、を含み、求められた処理液100の蒸発量と同じ量の補充液110を再利用する処理液100に供給する工程。
この場合、補充液110のアンモニアの濃度は、2wt%以上、4wt%以下とすることができる。
また、処理液100の蒸発量を求める工程において、処理時間と、予め求められた処理液100の蒸発量と処理時間との関係と、から処理液100の蒸発量を求めるようにすることができる。
また、処理液100の蒸発量を求める工程において、再利用する処理液100の液面100aの位置、再利用する処理液100の重量、再利用する処理液100の粘度、および再利用する処理液100の水素イオン指数からなる群より選ばれた少なくとも1つに基づいて、処理液100の蒸発量を求めるようにすることができる。
なお、各工程における内容は、前述したものと同様とすることができるので詳細な説明は省略する。
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
1 処理装置、2 処理部、3 処理液供給回収部、4 補充液供給部、5 制御部、31 収納部、31a 計測部、32 検出部、33 供給部、33b 開閉弁、33d ポンプ、34 回収部、34b 開閉弁、34d フィルタ、34f ポンプ、41 収納部、42 供給部、42b 開閉弁、42d ポンプ、100 処理液、100a 液面、110 補充液

Claims (6)

  1. バッファードフッ酸を収納する収納部と、
    前記バッファードフッ酸を用いて処理物の処理を行う処理部と、
    前記収納部に収納された前記バッファードフッ酸を前記処理部に供給する供給部と、
    前記処理部において使用された前記バッファードフッ酸を回収して前記収納部に供給する回収部と、
    前記バッファードフッ酸の蒸発量を演算する演算部と、
    アンモニアと、水と、を含み、前記演算されたバッファードフッ酸の蒸発量と同じ量の補充液を前記バッファードフッ酸に供給する補充液供給部と、
    を備え
    前記補充液のアンモニアの濃度は、2wt%以上、4wt%以下である処理装置。
  2. 前記演算部は、処理時間と、予め求められた前記バッファードフッ酸の蒸発量と前記処理時間との関係と、から前記バッファードフッ酸の蒸発量を演算する請求項1載の処理装置。
  3. 前記演算部は、前記収納部における前記バッファードフッ酸の液面の位置、前記収納部における前記バッファードフッ酸の重量、前記バッファードフッ酸の粘度、および前記バッファードフッ酸の水素イオン指数からなる群より選ばれた少なくとも1つに基づいて、前記バッファードフッ酸の蒸発量を演算する請求項1載の処理装置。
  4. バッファードフッ酸を用いて処理物の処理を行う工程と、
    前記処理物の処理を行う工程において使用された前記バッファードフッ酸を回収して再利用する工程と、
    前記バッファードフッ酸の蒸発量を求める工程と、
    アンモニアと、水と、を含み、前記求められたバッファードフッ酸の蒸発量と同じ量の補充液を前記再利用するバッファードフッ酸に供給する工程と、
    を備え
    前記補充液のアンモニアの濃度は、2wt%以上、4wt%以下である処理方法。
  5. 前記バッファードフッ酸の蒸発量を求める工程において、処理時間と、予め求められた前記バッファードフッ酸の蒸発量と前記処理時間との関係と、から前記バッファードフッ酸の蒸発量を求める請求項記載の処理方法。
  6. 前記バッファードフッ酸の蒸発量を求める工程において、前記再利用するバッファードフッ酸の液面の位置、前記再利用するバッファードフッ酸の重量、前記再利用するバッファードフッ酸の粘度、および前記再利用するバッファードフッ酸の水素イオン指数からなる群より選ばれた少なくとも1つに基づいて、前記バッファードフッ酸の蒸発量を求める請求項記載の処理方法。
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