JP6808423B2 - 基板処理装置および処理液供給方法 - Google Patents

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Description

本発明は、加熱した処理液を基板に供給して基板を処理する技術に関する。
半導体デバイスの製造工程において、半導体ウエハ等の基板（以下、単に「ウエハ」ともいう）に形成された処理対象膜の上に所定のパターンでレジスト膜が形成され、このレジスト膜をマスクとしてエッチング、イオン注入等の処理が処理対象膜に施されるようになっている。処理後、不要となったレジスト膜はウエハ上から除去される。レジスト膜の除去方法として、ＳＰＭ処理がよく用いられている。ＳＰＭ処理は、硫酸と過酸化水素水とを混合して得た高温のＳＰＭ（Sulfuric Acid Hydrogen Peroxide Mixture）液をレジスト膜に供給することにより行われる。
特許文献１には、硫酸供給路に設けられたヒータを用いて硫酸の温度調整を行うことにより所望の温度のＳＰＭ液を生成して基板に供給する基板処理装置が開示されている。ここでのヒータの運用条件は、混合する前の硫酸温度とＳＰＭノズルから吐出されるＳＰＭ液の温度との関係を実験により事前に把握し、この関係に基づいて決定されている。
特開２０１３−２０７０８０号公報
しかしながら、基板の回転数や排気流量、処理液の硫酸濃度などの処理条件が細かく異なってくると、実験により決定した運用条件のみでは、基板上に精度よく所望の温度のＳＰＭ液を供給できなくなるおそれがある。
本発明は、上述した問題点を解決するためのものであり、所望の温度のＳＰＭ液での処理をより正確に行うことができるようにすることを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明の基板処理装置は、硫酸と過酸化水素水とを混合してＳＰＭ液を生成し、生成したＳＰＭ液を基板に供給する処理液供給機構と、前記処理液供給機構から前記基板に供給されるときの前記ＳＰＭ液の温度を調整する温度調整部と、前記基板の表面上での前記ＳＰＭ液の温度情報を取得する取得部と、前記取得部により取得された前記温度情報に応じて、前記温度調整部における調整量を設定する制御部とを備え、前記温度調整部は、前記制御部により設定された調整量に基づき、前記処理液供給機構から前記基板に供給されるときの前記ＳＰＭ液の温度を調整することを特徴とする。
本発明は、所望の温度のＳＰＭ液での処理をより正確に行うことができるという効果がある。
図１は、本発明の実施形態に係る基板処理システムの概略構成を示す図である。 図２は、本発明の実施形態に係る処理ユニットの概略構成を示す図である。 図３は、第１の実施形態に係る基板処理システムにおける処理液供給系の具体的な構成例である。 図４は、本実施形態に係る処理ユニットが実行する基板処理の内容について説明する図である。 図５は、温度情報としてのウエハ上のＳＰＭ液の温度分布の一例を示す図である。 図６は、第１の実施形態におけるＳＰＭ液の温度調整の制御について説明するフローチャートである。 図７は、第２の実施形態におけるＳＰＭ液の温度調整の制御について説明するフローチャートである。 図８は、第３の実施形態に係る基板処理システムにおける処理液供給系の具体的な構成例である。 図９は、ＳＰＭ液の温度および貯留タンク内の硫酸の濃度の時間変化を示すグラフである。 図１０は、第３の実施形態におけるＳＰＭ液の温度調整の制御について説明するフローチャートである。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る基板処理システムの概略構成を示す図である。以下では、位置関係を明確にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を規定し、Ｚ軸正方向を鉛直上向き方向とする。
図１に示すように、基板処理システム１は、搬入出ステーション２と、処理ステーション３とを備える。搬入出ステーション２と処理ステーション３とは隣接して設けられる。
搬入出ステーション２は、キャリア載置部１１と、搬送部１２とを備える。キャリア載置部１１には、複数枚のウエハＷ（基板）を水平状態で収容する複数のキャリアＣが載置される。
搬送部１２は、キャリア載置部１１に隣接して設けられ、内部に基板搬送装置１３と、受渡部１４とを備える。基板搬送装置１３は、ウエハＷを保持する基板保持機構を備える。また、基板搬送装置１３は、水平方向および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能であり、基板保持機構を用いてキャリアＣと受渡部１４との間でウエハＷの搬送を行う。
処理ステーション３は、搬送部１２に隣接して設けられる。処理ステーション３は、搬送部１５と、複数の処理ユニット１６とを備える。複数の処理ユニット１６は、搬送部１５の両側に並べて設けられる。
搬送部１５は、内部に基板搬送装置１７を備える。基板搬送装置１７は、ウエハＷを保持する基板保持機構を備える。また、基板搬送装置１７は、水平方向および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能であり、基板保持機構を用いて受渡部１４と処理ユニット１６との間でウエハＷの搬送を行う。
処理ユニット１６は、基板搬送装置１７によって搬送されるウエハＷに対して所定の基板処理を行う。
また、基板処理システム１は、制御装置４を備える。制御装置４は、たとえばコンピュータであり、制御部１８と記憶部１９とを備える。記憶部１９には、基板処理システム１において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部１８は、記憶部１９に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって基板処理システム１の動作を制御する。
なお、かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御装置４の記憶部１９にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体としては、たとえばハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリカードなどがある。
上記のように構成された基板処理システム１では、まず、搬入出ステーション２の基板搬送装置１３が、キャリア載置部１１に載置されたキャリアＣからウエハＷを取り出し、取り出したウエハＷを受渡部１４に載置する。受渡部１４に載置されたウエハＷは、処理ステーション３の基板搬送装置１７によって受渡部１４から取り出されて、処理ユニット１６へ搬入される。
処理ユニット１６へ搬入されたウエハＷは、処理ユニット１６によって処理された後、基板搬送装置１７によって処理ユニット１６から搬出されて、受渡部１４に載置される。そして、受渡部１４に載置された処理済のウエハＷは、基板搬送装置１３によってキャリア載置部１１のキャリアＣへ戻される。
次に、処理ユニット１６の概略構成について図２を参照して説明する。図２は、処理ユニット１６の概略構成を示す図である。本実施形態の処理ユニット１６は、硫酸と過酸化水素水の混合液であるＳＰＭ（Sulfuric Acid Hydrogen Peroxide Mixture）をウエハＷに供給する。図２に示すように、処理ユニット１６は、チャンバ２０と、基板保持機構３０と、ノズル４０と、回収カップ５０とを備える。
チャンバ２０は、基板保持機構３０とノズル４０と回収カップ５０とを収容する。チャンバ２０の天井部には、ＦＦＵ（Fan Filter Unit）２１が設けられる。ＦＦＵ２１は、チャンバ２０内にダウンフローを形成する。
基板保持機構３０は、保持部３１と、支柱部３２と、駆動部３３とを備える。保持部３１は、ウエハＷを水平に保持する。支柱部３２は、鉛直方向に延在する部材であり、基端部が駆動部３３によって回転可能に支持され、先端部において保持部３１を水平に支持する。駆動部３３は、支柱部３２を鉛直軸まわりに回転させる。かかる基板保持機構３０は、駆動部３３を用いて支柱部３２を回転させることによって支柱部３２に支持された保持部３１を回転させ、これにより、保持部３１に保持されたウエハＷを回転させる。
ノズル４０は、ウエハＷに対してＳＰＭ液を供給する。ノズル４０は、処理液供給機構７０に接続される。
回収カップ５０は、保持部３１を取り囲むように配置され、保持部３１の回転によってウエハＷから飛散するＳＰＭ液を捕集する。回収カップ５０の底部には、排液口５１が形成されており、回収カップ５０によって捕集されたＳＰＭ液は、かかる排液口５１から処理ユニット１６の外部へ排出される。また、回収カップ５０の底部には、ＦＦＵ２１から供給される気体を処理ユニット１６の外部へ排出する排気口５２が形成される。
次に、第１の実施形態に係る基板処理システム１における処理液供給系の具体的な構成例について図３を参照して説明する。図３は、第１の実施形態に係る基板処理システム１における処理液供給系の具体的な構成例を示す図である。
処理液供給機構７０は、硫酸の供給系として、硫酸供給源３０１と、硫酸供給経路（第１経路）３０２と、温度調整部としてのヒータ３０３と、バルブ３０４を備える。硫酸供給源３０１は常温（室温）の硫酸を供給するものである。バルブ３０４が閉状態から開状態へと駆動することで硫酸供給経路３０２は硫酸供給源３０１からの硫酸を通流し、ヒータ３０３は硫酸供給経路３０２を通流する硫酸を加熱する。
本実施形態での硫酸の目標温度の初期設定は９０度である。硫酸供給源３０１から供給される硫酸は約２５度であるので、温度調整部として加熱のみの機能を有するヒータ３０３を用いている。しかし、予め高温に保たれた硫酸を供給する場合等は目標温度へと液温を下げる必要性も生じるので、温度調整部として冷却機能を有するクールニクス等を追加するようにしても良い。
処理液供給機構７０は、また、過酸化水素水の供給系として、過酸化水素水供給源３０５と、過酸化水素水供給経路（第２経路）３０６と、バルブ３０７を備える。過酸化水素水供給源３０５は常温（室温）の過酸化水素水を供給するものである。バルブ３０７が閉状態から開状態へと駆動することにより過酸化水素水供給経路３０６は過酸化水素水供給源３０５からの過酸化水素水を通流する。
処理液供給機構７０は、さらに、混合部３０８を備える。混合部３０８は、硫酸供給経路３０２から供給される硫酸と、過酸化水素水供給経路３０６から供給される過酸化水素水とを予め設定された混合比で混合して混合液であるＳＰＭ液を生成する。生成されたＳＰＭ液は処理ユニット１６へと供給され、ノズル４０（吐出部の一例）から吐出される。
混合部３０８は制御部１８からの指示に応じて混合比を変更する機能を有する。本実施形態での混合比の初期設定は、硫酸：過酸化水素水＝２：１、である。
次に、本実施形態に係る処理ユニット１６が実行する基板処理の内容について図４を参照して説明する。図４は、第１の実施形態に係る処理ユニット１６が実行する基板処理の手順の一例を示すフローチャートである。図４に示す各処理手順は、制御部１８の制御に従って実行される。
まず、処理ユニット１６では、ウエハＷの搬入処理が行われる（ステップＳ１０１）。具体的には、基板搬送装置１７（図１参照）によって処理ユニット１６のチャンバ２０（図２参照）内にウエハＷが搬入されて保持部３１に保持される。その後、処理ユニット１６は、保持部３１を所定の回転速度（たとえば、５０ｒｐｍ）で回転させる。
つづいて、処理ユニット１６では、ＳＰＭ供給処理が行われる（ステップＳ１０２）。ＳＰＭ供給処理では、バルブ３０４およびバルブ３０７が所定時間（たとえば、３０秒間）開放されることによって、ノズル４０からウエハＷの上面へＳＰＭが供給される。ウエハＷに供給されたＳＰＭは、ウエハＷの回転に伴う遠心力によってウエハＷの表面に塗り広げられる。
かかるＳＰＭ供給処理では、ＳＰＭに含まれるカロ酸の強い酸化力と、硫酸と過酸化水素水との反応熱とを利用し、例えば、ウエハＷの上面に形成されたレジストを除去する。
なお、硫酸および過酸化水素水の流量は、硫酸および過酸化水素水の混合比に従って決定される。ＳＰＭに占める硫酸の比率は過酸化水素水よりも高いため、硫酸の流量は、過酸化水素水よりも多い流量に設定される。
ステップＳ１０２のＳＰＭ供給処理を終えると、処理ユニット１６では、リンス処理が行われる（ステップＳ１０３）。かかるリンス処理では、不図示のリンス液供給部からウエハＷの上面へリンス液（例えば、ＤＩＷ）が供給される。ウエハＷに供給されたＤＩＷは、ウエハＷの回転に伴う遠心力によってウエハＷの表面に塗り広げられる。これにより、ウエハＷに残存するＳＰＭがＤＩＷによって洗い流される。
つづいて、処理ユニット１６では、乾燥処理が行われる（ステップＳ１０４）。かかる乾燥処理では、ウエハＷを所定の回転速度（たとえば、１０００ｒｐｍ）で所定時間回転させる。これにより、ウエハＷに残存するＤＩＷが振り切られて、ウエハＷが乾燥する。その後、ウエハＷの回転が停止する。
そして、処理ユニット１６では、搬出処理が行われる（ステップＳ１０５）。搬出処理では、保持部３１に保持されたウエハＷが基板搬送装置１７へ渡される。かかる搬出処理が完了すると、１枚のウエハＷについての基板処理が完了する。
次に、温度センサ８０（取得部）を用いたウエハＷ上のＳＰＭ液の温度情報の取得について説明する。温度センサ８０は、照射光として赤外線を照射しウエハＷの表面からの反射光を受光する。温度センサ８０によって受光される反射光は、ウエハＷ上に存在するＳＰＭ液に反射する成分が支配的であるとし、反射光の強度値はＳＰＭ液の情報として扱えるものとする。
温度センサ８０は、受光した反射光の強度値を温度値に変換し、ウエハＷを含む平面領域に関する温度分布を温度情報として取得する。本実施形態において温度センサ８０が取得する温度分布の分解能は１０ｍｍ×１０ｍｍであるとする。取得された温度情報は所定の時間間隔（例えば１秒）で制御部１８に連続的に送信される。制御部１８は、温度センサ８０から送信された温度情報を受信し、記憶部１９に蓄積する。
図５は、制御部１８が、後述する温度調整処理を行うために用いるＳＰＭ液の温度情報を説明するための図である。本実施形態では、制御部１８は、温度センサ８０から取得した温度情報を後述の差分値演算を行い易くするために２１個の領域に単純化する。具体的には、ウエハＷの位置に対応させて、１個の中心領域、８個の中間領域、１２個の周縁領域を規定する。図５（ａ）において、中心領域を“Ｃ”、中間領域を“Ｍ”、周縁領域を“Ｅ”と示している。それぞれの領域は６０ｍｍ×６０ｍｍの大きさを持ち、温度センサ８０から受信して蓄積している１０ｍｍ×１０ｍｍごとの温度値の３６個分に相当する。制御部１８は、対応する領域毎に３６個の温度値の平均値を演算し、各領域で１つの温度値を求める。
図５（ｂ）は、ノズル４０による供給位置をウエハＷの中心（中心領域Ｃの中心）に固定した場合におけるウエハＷの表面上のＳＰＭ液の温度分布特性を示す図である。
供給されたＳＰＭ液が着液する中心領域Ｃが最も温度が高く（１５８度）、中間領域Ｍ、周縁領域Ｅに向かうに従って温度が低下する傾向が見られる。その理由は、ウエハ周縁部ではウエハＷの周速が高いためウエハＷの周辺の空気によりウエハ周縁部が冷えやすくなること、ＳＰＭ液の単位体積当たりの処理面積が広いこと、ＳＰＭ液が遠心力で周縁部に広がる過程においてレジストと反応して劣化したりウエハＷに熱を奪われたりすること等が考えられる。
この様な温度分布特性を示す場合、ＳＰＭ液の温度を中心領域Ｃに最適化して調整すると、周縁領域Ｅは規定された処理時間内に十分なレジスト除去ができなくなってしまう。したがって、周縁領域Ｅのうち最も温度が低い領域を基準に温度調整を行うことが好ましい。具体的には、図５（ｂ）の周縁領域Ｅのうち１５１度を示す領域があり、この領域が最も温度が低く、所望とするＳＰＭ液の温度（１６０度）から９度の差異があると求められる。したがって、制御部１８は、硫酸の温度調整の目標値を９０度から少なくとも９９度以上の値に変更する。
ここで、ＳＰＭ液におけるカロ酸濃度及び反応温度について説明する。まず、カロ酸濃度について述べる。カロ酸（Ｈ２ＳＯ５）は反応式「Ｈ２ＳＯ４ ＋ Ｈ２Ｏ２ → Ｈ２ＳＯ５ ＋ Ｈ２Ｏ・・・（式１）」に従い生成される。ＳＰＭ液中のカロ酸濃度が高くなると、ＳＰＭ液のレジスト膜剥離能力は高くなる。カロ酸濃度が高くなっても、ウエハＷへのダメージはあまり増大しない（ＳＰＭ液の温度が高くなった場合、水分量が増えた場合と比較して）。従って、カロ酸濃度を可能な限り高めた状態で、ＳＰＭ液をウエハＷに供給することが望ましい。カロ酸濃度は、硫酸と過酸化水素水とを混合した後に時間経過とともに上昇し、ピークを迎えた後、カロ酸が分解することにより減少してゆく。
装置設計の際は、混合部３０８での混合比と混合前の硫酸の温度を一定とし硫酸と過酸化水素水の流速も一定とした場合、カロ酸濃度がピーク（最大値）に近い状態でウエハＷにＳＰＭ液が吐出されるようノズル４０と混合部３０８との距離を最適化することができる。
一方、ＳＰＭ液の温度も、カロ酸濃度の変化と同様の傾向を示し、硫酸と過酸化水素水とを混合した後に時間経過とともに上昇し、ピークを迎えた後、供給路壁面を介した放熱によって徐々に低下してゆく。但し、カロ酸濃度ピークに至るまでの時間と、ＳＰＭ温度ピークに至るまでの時間が一致しているわけではない。
本実施形態における図５（ｂ）の温度分布特性は、ＳＰＭ液の温度がピーク（最大値）に近い状態でＳＰＭ液が吐出されるようノズル４０と混合部３０８との距離を最適化している。その結果、ＳＰＭ液の吐出後における反応熱は序々に弱くなり、液が周縁領域Ｅに向かっていく影響も伴って、ＳＰＭ液の温度は序々に低下していく。
図５（ｂ）の例の場合、中心領域Ｃは、着液した直後の全てのＳＰＭ液が通過し、かつウエハＷの周速も最小な領域なので、最も信頼性の高い温度情報を得ることができる。したがって、予め周縁に向けての温度低下量が予測できるのであれば、制御部１８は、中心領域Ｃの温度値に基づき硫酸の温度調整の目標値を決めても良い。例えば、中心領域Ｃの温度値が１５８度であり、周縁領域Ｅでの予測温度低下量が８度であれば、温度調整の目標値＝９０＋（１６０−（１５８−８））＝１００度となる。
図５（ｃ）は、ノズル４０によるＳＰＭ液の供給位置をウエハＷの中心と周縁との間で反復移動させる場合における、ウエハＷの表面上におけるＳＰＭ液の温度分布特性を示す図である。
本実施形態では、ノズル４０の反復周期は２秒（中心→周縁：１秒、周縁→中心：１秒）とする。図５（ｃ）では、中心領域Ｃ、中間領域Ｍ、及び周縁領域Ｅとの間では特に大きな違いは見られない。これは、ノズル４０の位置変化によって、様々な経過時間の状態にあるＳＰＭ液がウエハＷ上で混合されているためである。
したがって、図５（ｃ）の場合は、１つの手法としては、２１個の全ての領域に関する温度値の平均値を求め、求めた平均値を基準に温度調整を行えばよい。具体的には、図５（ｃ）では、平均値は１５８度と計算されるので、所望のＳＰＭ液の温度から２度の差異がある。制御部１８は、硫酸の温度調整の目標値を９０度から少なくとも９２度以上の値に変更する。他の手法としては、２１個の全ての領域のうち最も低い温度値を特定し、その温度値を基準に温度調整を行えばよい。具体的には、図５（ｃ）では、最低値は１５６度と特定されるので、所望のＳＰＭ液の温度から４度の差異がある。制御部１８は、硫酸の温度調整の目標値を９０度から少なくとも９４度以上の値に変更する。
なお、例えば、ノズル４０の位置が往復移動するが外側の領域に向けて温度低下する傾向が残るのであれば、周縁領域Ｅのうち最もＳＰＭ液の温度が低い領域の温度と全ての領域の温度の平均値とを所定の重み付け（例えば、２：１）で加重平均し、その演算値と所望とするＳＰＭ液の温度との差を差分値として特定しても良い。この例に限らず、レシピに応じて、図５（ｂ）及び（ｃ）を用いて説明した温度値に所定の重み付けを行って得られた値を演算に用いてもよい。
本実施形態に係る制御部１８が実行するＳＰＭ液の温度調整の制御について図６のフローチャートを参照して説明する。
まず、図４のフローチャートにおけるＳ１０２のＳＰＭ供給処理が開始されウエハＷの表面上にＳＰＭ液の液膜が形成された状態で、制御部１８は、温度センサ８０により取得した温度情報に基づき図５で示したＳＰＭ液の温度分布特性を算出する（ステップＳ２０１）。
次に所望のＳＰＭ液の温度からの差分値を特定する（ステップＳ２０２）。図５を用いて説明したように、本実施形態では、差分値は、ウエハＷの中央領域Ｃの温度値、周縁領域Ｅの温度値、全領域の平均値、全領域の最低温度値の４つのうち少なくとも１つの値を用いて求めることができる。どの求め方を用いるかは、処理ユニット１６及び処理液供給機構７０の構造（液経路の長さ等）、ＳＰＭ処理のレシピ設定の内容等から決めれば良い。
次に、制御部１８は、ステップＳ２０２で求めた差分値に基づき、ヒータ３０３の設定温度を変更する（ステップＳ２０３）。上述したように、次の目標値を現在の目標値に差分値を加えた値以上に変更すれば良いが、その度合いは、後述するフィードバック制御のインターバル時間やヒータ３０３の性能等に応じて最適な量に設定すればよい。
次に、制御部１８は、ステップＳ２０３の温度設定を行ったタイミングから予め決められたインターバル時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ２０４）。
前述したように、ヒータ３０３により加熱された硫酸が混合部３０８で混合され、ノズル４０から吐出されるまでには所定時間を有するので、設定変更がなされた後、フィードバック制御の作業が確認できる程度まで待つようにしている。例えば、ヒータ３０３からノズル４０まで到達するまでの時間を１秒、吐出されたＳＰＭ液がノズル中心から周縁まで到達する時間が１秒であるとすると、インターバル時間は２秒以上の値、例えば５秒が設定される。
そして、インターバル時間を経過したと判断したら（ステップＳ２０４，Ｙｅｓ）、レシピ上設定されたＳＰＭ処理のプロセス設定時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ２０５）。プロセス設定時間が経過していないと判断した場合は（ステップＳ２０５，Ｎｏ）、温度センサ８０により取得しているウエハＷ上のＳＰＭ液の温度情報を用いて、ステップＳ２０１からの処理を繰り返す。
一方、プロセス設定時間を経過していると判断した場合は（ステップＳ２０５，Ｙｅｓ）、温度調整を終了し、次のリンス処理に移行する。
本実施形態では、ウエハＷの表面上でのＳＰＭ液の温度情報を温度センサ８０で取得し、制御部１８が、取得されたＳＰＭ液の温度情報に応じて、硫酸を加熱するヒータ３０３における加熱量を設定するようにした。これにより、所望の温度のＳＰＭ液での処理を正確に行うことができるという効果がある。
また、本実施形態では、混合部３０８での混合前の硫酸供給経路３０２を通流する硫酸をヒータ３０３により加熱しているので、混合部３０８での混合後のＳＰＭ液を加熱するためのヒータを処理ユニット１６内に設ける必要がなく、装置の複雑化を防ぐことができる。
さらに、本実施形態では、ＳＰＭ液によるプロセス設定時間よりも短いインターバル時間の単位でフィードバック制御を行うので、リアルタイムなウエハＷ上の温度情報に基づきＳＰＭ液の温度調整が可能となる。
本実施形態では、温度センサ８０から取得した温度情報から求めた温度分布特性に基づき、所望のＳＰＭ液の温度とウエハＷ上のＳＰＭ液の温度との差分値を算出し、算出した差分値に基づいてヒータ３０３の目標温度を決めるようにした。これにより、ウエハＷ上のＳＰＭ液のうちの中心領域Ｃの温度値、周縁領域Ｅの温度値、全面の平均値、及び全面の最低値等、装置構造やプロセスのレシピ内容に応じて柔軟に目標温度を特定して温度調整することができるようになる。
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、温度調整部としてヒータ３０３を用いる例を説明した。しかし、温度調整部としては、加熱又は冷却機能を有するものに限定されない。本実施形態では、温度調整部として、混合部３０８を利用する例について説明する。
具体的には、硫酸に対する過酸化水素水の比率を上げることによって反応温度を上昇させる。本実施形態では、過酸化水素水は常温（室温）、硫酸は９０度で加熱しているため、硫酸の混合比を低下させることにより混合された時点でのＳＰＭの液温はむしろその前よりも低下するが、その後の過酸化水素水と硫酸との反応熱の増加分のほうが温度調整において支配的になる。
本実施形態に係る制御部１８が実行するＳＰＭ液の温度調整の制御について図７のフローチャートを参照して説明する。図７においてＳ３０３以外のステップはそれぞれ図６のステップＳ２０１〜Ｓ２０５と同様の処理を行うものなのでここでは説明を省略する。
ステップＳ３０３では、制御部１８は、ステップＳ３０３で求めた差分値に基づき、混合部３０８の混合比を変更する（ステップＳ３０３）。
混合部３０８の初期混合比が２：１であったとする。そして、ステップＳ３０３で求めた差分値が５度（低い）であったとする。この場合、制御部１８は、混合部３０８の混合比を、相対的に５度程度の温度上昇が見込まれる混合比、例えば３：２に変更する。
本実施形態では予め実験により、他の条件を同一として混合比のみを変化させた場合のウエハＷ上（例えば、中心領域Ｃ）のＳＰＭ液の温度値を計測し、混合比とウエハＷ上でのＳＰＭ液の温度の関係を求めて記憶部１９に記憶している。したがって、制御部１８はこの温度関係に応じて、どの程度混合比を変化させれば良いかを設定することができる。
本実施形態では第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、混合部３０８を用いて制御した場合はヒータ３０３等を用いるよりも実際の温度変化が迅速なので、フィードバック制御におけるインターバル時間を相対的に短くして応答性の良いきめ細やかな温度調整が可能になる。
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る基板処理システム１における処理液供給系の具体的な構成例について図８を参照して説明する。図８は、第３の実施形態に係る基板処理システム１における処理液供給系の具体的な構成例を示す図である。
図８に示すように、処理液供給機構７０は、硫酸の供給系として、硫酸を貯留する貯留タンク１０２と、貯留タンク１０２から出て貯留タンク１０２に戻る循環経路１０４と、循環経路１０４から分岐して各処理ユニット１６に接続される複数の分岐経路１１２とを有している。
貯留タンク１０２には、液面センサＳ１が設けられる。液面センサＳ１は、たとえば貯留タンク１０２の側方に配置され、貯留タンク１０２に貯留された硫酸の液面を検知する。具体的には、液面センサＳ１は、貯留タンク１０２内における下限液面を検知するためのセンサである。液面センサＳ１による検知結果は、制御部１８へ出力される。
循環経路１０４には、上流側から順に、ポンプ１０６、フィルタ１０８、ヒータ１０９および濃度計１１０が設けられる。ポンプ１０６は、貯留タンク１０２から出て循環経路１０４を通り貯留タンク１０２に戻る循環流を形成する。フィルタ１０８は、硫酸に含まれるパーティクル等の汚染物質を除去する。ヒータ１０９は、制御部１８によって制御され、循環経路１０４を循環する硫酸を設定された温度に加熱する。濃度計１１０は、循環経路１０４を循環する硫酸の濃度を検出して、検出結果を制御部１８へ出力する。
循環経路１０４における濃度計１１０よりも下流側には、複数の分岐経路１１２が接続される。各分岐経路１１２は、各処理ユニット１６の後述する混合部４５に接続され、循環経路１０４を流れる硫酸を各混合部４５に供給する。各分岐経路１１２には、バルブ１１３が設けられる。
また、処理液供給機構７０は、過酸化水素水の供給系として、過酸化水素水供給経路１６０と、バルブ１６１と、過酸化水素水供給源１６２とを備える。過酸化水素水供給経路１６０の一端は、バルブ１６１を介して過酸化水素水供給源１６２に接続され、他端は処理ユニット１６の後述する混合部４５に接続される。処理液供給機構７０は、過酸化水素水供給源１６２から供給される過酸化水素水を過酸化水素水供給経路１６０を介して処理ユニット１６の混合部４５へ供給する。
また、処理液供給機構７０は、供給経路１７０と、バルブ１７１と、硫酸供給源１７２とを備える。供給経路１７０の一端は、バルブ１７１を介して硫酸供給源１７２に接続され、他端は貯留タンク１０２に接続される。硫酸供給源１７２は、硫酸を供給する。処理液供給機構７０は、硫酸供給源１７２から供給される硫酸を供給経路１７０を介して貯留タンク１０２へ供給する。
なお、ここでは、図示を省略するが、処理液供給機構７０は、処理ユニット１６に対してリンス液を供給するためのリンス液供給経路を備える。リンス液としては、例えば、ＤＩＷ（純水）を用いることができる。
処理液供給機構７０は、混合部４５を備える。混合部４５は、分岐経路１１２から供給される硫酸と、過酸化水素水供給経路１６０から供給される過酸化水素水とを混合して混合液であるＳＰＭ液を生成し、生成したＳＰＭ液をノズル４０（図２参照）へ供給する。
また、各処理ユニット１６の排液口５１は、分岐経路５３を介して排出経路５４に接続される。各処理ユニット１６において使用されたＳＰＭ液は、排液口５１から分岐経路５３を介して排出経路５４へ排出される。
なお、ここでは、ＳＰＭ液の供給とリンス液の供給とをノズル４０を用いて行うこととするが、処理ユニット１６は、リンス液を供給するためのノズルを別途備えていてもよい。
基板処理システム１は、切替部９０と、回収経路１１４と、廃棄経路１１５とをさらに備える。切替部９０は、排出経路５４、回収経路１１４および廃棄経路１１５に接続されており、制御部１８の制御に従って、排出経路５４を流れる使用済みＳＰＭ液の流入先を回収経路１１４と廃棄経路１１５との間で切り替える。
回収経路１１４は、一端が切替部９０に接続され、他端が回収タンク１１６に接続される。回収経路１１４には、上流側から順に、回収タンク１１６と、ポンプ１１７と、フィルタ１１８とが設けられる。回収タンク１１６は、使用済みＳＰＭ液を一時的に貯留する。ポンプ１１７は、回収タンク１１６に貯留された使用済みＳＰＭ液を貯留タンク１０２へ送る流れを形成する。フィルタ１１８は、使用済みＳＰＭ液に含まれるパーティクル等の汚染物質を除去する。
廃棄経路１１５は、切替部９０に接続され、排出経路５４から切替部９０を介して流入する使用済みＳＰＭ液を基板処理システム１の外部へ排出する。
本実施形態の基板処理システム１では、ウエハＷ上のＳＰＭ液の温度が一定に保たれるように、ヒータ１０９を制御して循環経路１０４を循環する硫酸の温度を調整する循環温度調整処理を行う。
図９（ａ）は、循環温度調整処理を行わない場合における、ＳＰＭ液の温度および貯留タンク１０２内の硫酸の濃度の時間変化を示すグラフである。また、図９（ｂ）は、循環温度調整処理を行った場合における、ＳＰＭ液の温度および貯留タンク１０２内の硫酸の濃度の時間変化を示すグラフである。
図９（ａ）に示すように、循環経路１０４を循環する硫酸の温度（循環温度）が一定となるようにヒータ１０９を制御した場合、貯留タンク１０２内の硫酸の濃度低下によって硫酸と過酸化水素水との反応熱が低下した分だけ、ＳＰＭ液の温度が低下することとなる。
そこで、制御部１８は、図９（ｂ）に示すように、ＳＰＭ液の温度が一定となるようにヒータ１０９を制御する。言い換えれば、制御部１８は、貯留タンク１０２内の硫酸の濃度が低くなるほど循環温度が高くなるように、ヒータ１０９を制御する。これにより、硫酸の濃度低下に伴うＳＰＭ処理の性能低下を抑えることができる。
図９（ｂ）の制御手法を実現するために、例えば、９（ａ）に示す時間経過とＳＰＭ温度との関係を予め実験により求めて記憶しておき、その関係を加熱処理の温度設定に用いることができる。しかしながら、この温度情報は、実際にウエハＷに供給されるときのＳＰＭ液の温度情報とは差異が生じることがある。
本実施形態では、制御部１８は、ウエハＷ上のＳＰＭ液の温度を計測する温度センサ８０から温度情報を取得し、取得した温度情報に応じてヒータ１０９の目標温度を設定するようにした。ここで、処理ユニット１６は複数存在するが、本実施形態では、全ての処理ユニット１６から取得された温度情報に基づき、ヒータ１０９の目標温度の設定を行う。
本実施形態に係る制御部１８が実行するＳＰＭ液の温度調整の制御について図１０のフローチャートを参照して説明する。
本フローチャートは、キャリア載置部１１に載置された２５枚のウエハＷが収容されたキャリアＣから、複数の処理ユニット１６へとウエハＷが連続的に搬送され、最初のウエハＷが処理ユニット１６でＳＰＭ処理が開始されたときから開始する。
図１０においてステップＳ４０１及びＳ４０２は、第１の実施形態のステップＳ２０１及びＳ２０２と同様の処理を行う。ただし、ステップＳ４０１では、全ての処理ユニット１６のうち、ＳＰＭ処理が行われている複数の処理ユニット１６のみから温度情報を取得する。ステップＳ４０２では、ＳＰＭ処理が行われている複数の処理ユニット１６に関して算出した複数の差分値のうち、最低値を代表の差分値として特定する。最低値を代表の差分値とすることで、温度調整後、全てのユニットで所望の温度以上のＳＰＭ液での処理が可能となる。
その後、ステップＳ４０２で特定した代表の差分値を用いてヒータ１０９の目標温度を決定する（ステップＳ４０３）。ここでの目標温度の決め方は第１の実施形態の手法と同様であり、ここでは説明を省略する。
ステップＳ４０４は、第１の実施形態のステップＳ２０４と同様の処理である。本実施形態では循環経路１０４に温度調整部としてのヒータ１０９が設けられているため、第１の実施形態よりもノズル４０に至るまでの経路長が長く、インターバル時間も相対的に長く設定するほうが好ましい。また、複数の処理ユニット１６でＳＰＭ処理が同時並行で実行されているので、インターバル時間は、個別のプロセス設定時間やタイミングに依存することなく決めて良い。
ステップＳ４０５では、キャリアＣに収容された所定枚数（ここでは、２５枚）のウエハＷに対するＳＰＭ処理が終了したら（ステップＳ４０５，Ｙｅｓ）、温度調整の制御を終了する。
以上説明したように、第３の実施形態では、制御部１８は、温度センサ８０により取得した温度情報に基づいて、ヒータ１０９が循環経路１０４を循環する硫酸の温度を加熱する温度を設定するようにした。
これにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第１及び第２の実施形態で説明したようにユニットを個別に制御する必要が無くなり、制御を複雑化させることなく一括した温度調整が可能となる。さらに、全てのユニットに同様の温度のＳＰＭ液を供給するので、回収されるＳＰＭ液の温度も予測可能となり、リサイクルのための温度管理を行い易いという利点がある。
第３の実施形態では、複数の処理ユニット１６での実際の処理対象のウエハＷから温度情報を取得したがこの手法に限定するものではない。例えば、処理ユニット１６のうち、１つのユニットをダミーウエハ用として規定し、キャリアＣに収容されたウエハとは異なるダミーウエハ上にＳＰＭ液を供給して、このユニットの温度センサ８０からのみ温度情報を取得するようにしても良い。これにより、キャリアＣから搬出された各ウエハＷの処理タイミングに関係なく、常に温度分布特性を取得することができるので、温度調整の精度を向上させることができる。
以上、本発明に係る実施の形態を説明したが、第３の実施形態で説明した循環システムにおいて第１及び第２の実施形態の温度調整部を追加で設けても良い。また、第１〜第３の実施形態に限らず、他のシステムにおいても本発明は適用可能である。
１６ 処理ユニット
１８ 制御部
７０ 処理液供給機構
８０ 温度センサ
１０２ 貯留タンク
１０９ ヒータ
３０３ ヒータ
３０８ 混合部

Claims (9)

  1. 硫酸と過酸化水素水とを混合してＳＰＭ液を生成し、生成した前記ＳＰＭ液を吐出部から基板に供給する処理液供給機構と、
    前記処理液供給機構から前記基板に供給されるときの前記ＳＰＭ液の温度を調整する温度調整部と、
    前記基板の表面上での前記ＳＰＭ液の温度分布を計測する温度センサである取得部と、
    前記取得部により計測された前記温度分布に基づいて前記温度調整部における調整量を設定する制御部と
    を備え、
    前記制御部は、
    前記吐出部による前記ＳＰＭ液の吐出位置を前記基板の中心と周縁との間で反復移動させている状態において、前記基板の全面の前記ＳＰＭ液の温度値の平均値を算出し、算出した前記平均値に基づいて前記調整量を設定すること
    を特徴とする基板処理装置。
  2. 前記制御部は、
    算出した前記平均値と所望のＳＰＭの温度との差分値を算出し、算出した前記差分値に基づいて前記調整量を設定すること
    を特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記温度分布は、
    前記基板の中心を含む中心領域と、前記基板の周縁を含む周縁領域とを含む複数の領域に分けられており、
    前記制御部は、
    前記周縁領域に属する複数の温度値のうち最も低い温度値と前記平均値とを加重平均して得られた値と所望のＳＰＭ液の温度との差分値を算出し、算出した前記差分値に基づいて前記調整量を設定すること
    を特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
  4. 前記処理液供給機構は、
    硫酸を通流する第１経路と、
    過酸化水素水を通流する第２経路と、
    前記第１経路からの硫酸と前記第２経路からの過酸化水素水を所定の混合比で混合して前記ＳＰＭ液を生成する混合部と、
    前記混合部により生成された前記ＳＰＭ液を前記基板に対して吐出する前記吐出部と
    を有し、
    前記温度調整部は、
    通流する硫酸の温度を調整するように前記第１経路に設けられていること
    を特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の基板処理装置。
  5. 前記処理液供給機構は、
    硫酸を通流する第１流路と、
    過酸化水素水を通流する第２流路と、
    前記第１流路からの硫酸と前記第２流路からの過酸化水素水を所定の混合比で混合して前記ＳＰＭ液を生成する混合部と、
    前記混合部により生成された前記ＳＰＭ液を前記基板に対して吐出する前記吐出部と
    を有し、
    前記温度調整部は前記混合部であり、前記混合比を変更することにより前記ＳＰＭ液の温度を調整すること
    を特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の基板処理装置。
  6. 前記取得部は、
    １枚の基板に前記ＳＰＭ液を供給しているときに前記温度分布を計測し、
    前記制御部は、
    前記１枚の基板に前記ＳＰＭ液を供給しているときに前記調整量を制御すること
    を特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の基板処理装置。
  7. 前記処理液供給機構は、
    硫酸を貯留する貯留部と、
    前記貯留部の硫酸を循環させる循環経路と、
    前記循環経路から分岐して硫酸を通流させる分岐経路と、
    前記分岐経路を通流する硫酸と過酸化水素水を所定の混合比で混合して前記ＳＰＭ液を生成する混合部と、
    前記混合部によって生成された前記ＳＰＭ液を前記基板に対して吐出する前記吐出部と
    を有し、
    前記温度調整部は、
    前記循環経路を通流する硫酸の温度を調整すること
    を特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
  8. 前記処理液供給機構から前記基板に供給された前記ＳＰＭ液を回収して前記貯留部に戻す回収経路と、
    前記処理液供給機構から前記基板に供給された前記ＳＰＭ液を廃棄する廃棄経路と、
    前記処理液供給機構から前記基板に供給された前記ＳＰＭ液の流入先を前記回収経路と前記廃棄経路との間で切り替える切替部と
    を備えることを特徴とする請求項７に記載の基板処理装置。
  9. 硫酸と過酸化水素水とを混合してＳＰＭ液を生成し、生成した前記ＳＰＭ液を吐出部から基板に供給する供給工程と、
    前記基板の表面上での前記ＳＰＭ液の温度分布を計測する計測工程と、
    前記計測工程において計測された前記ＳＰＭ液の温度分布に基づいて前記基板に供給されるときの前記ＳＰＭ液の温度の調整量を設定する設定工程と、
    前記設定工程において設定された前記調整量に基づき、前記基板に供給されるときの前記ＳＰＭ液の温度を調整する調整工程と
    を含み、
    前記設定工程は、
    前記供給工程において前記吐出部による前記ＳＰＭ液の吐出位置を前記基板の中心と周縁との間で反復移動させている状態において、前記基板の全面の前記ＳＰＭ液の温度値の平均値を算出し、算出した前記平均値に基づいて前記調整量を設定すること
    を特徴とする処理液供給方法。
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