JPWO2016104433A1 - Method and apparatus for measuring silicon concentration or etching selectivity - Google Patents

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Abstract

エッチング液中の珪素濃度をインラインで連続的に測定することができる珪素濃度の測定方法及び測定装置を提供する。また、当該測定方法に用いられ、水晶振動子の固定状態やセンサヘッドとエッチング液の温度差による影響が生じにくい珪素濃度測定用センサヘッドを提供する。窒化珪素膜/酸化珪素膜のエッチング速度の比を、インラインで連続的に、精度良く実用的な方法で測定することができるエッチング選択比の測定方法及び測定装置を提供する。基板処理装置26のエッチング液25に接触させる酸化珪素膜を被覆した水晶振動子11と、その水晶振動子11を振動させつつ振動周波数を検出する振動数検出手段21と、振動周波数の変化速度に基づいて、前記エッチング液25中の珪素濃度を算出する演算手段24とを備える。A silicon concentration measuring method and measuring apparatus capable of continuously measuring the silicon concentration in an etching solution in-line are provided. Further, the present invention provides a silicon concentration measurement sensor head that is used in the measurement method and is less likely to be affected by a fixed state of a crystal resonator or a temperature difference between the sensor head and an etching solution. An etching selectivity measuring method and a measuring apparatus capable of measuring a silicon nitride film / silicon oxide film etching rate ratio in a continuous manner in a precise manner with a practical method are provided. A quartz crystal resonator 11 coated with a silicon oxide film to be brought into contact with the etching solution 25 of the substrate processing apparatus 26, a frequency detecting means 21 for detecting the oscillation frequency while vibrating the quartz crystal resonator 11, and a change rate of the oscillation frequency. And a calculation means 24 for calculating the silicon concentration in the etching solution 25.

Description

本発明は、半導体ウエハ等をエッチングする際に珪素濃度を測定するための珪素濃度の測定方法及び測定装置、並びにこれに用いる珪素濃度測定用センサヘッドに関し、特に基板処理装置に対してインラインで連続的に珪素濃度を測定する技術として有用である。   The present invention relates to a silicon concentration measuring method and measuring apparatus for measuring a silicon concentration when etching a semiconductor wafer or the like, and a silicon concentration measuring sensor head used for the method, and more particularly to a substrate processing apparatus. In particular, it is useful as a technique for measuring the silicon concentration.

また、本発明は、このような珪素濃度の測定方法を利用して、半導体ウエハ等をエッチングする際の窒化珪素膜(Si等)と酸化珪素膜(SiO)のエッチング速度の比である選択比を測定するエッチング選択比の測定方法及び測定装置に関し、特にウエハ処理装置に対してインラインで連続的に選択比を測定する技術として有用である。In addition, the present invention uses such a silicon concentration measurement method, and the ratio of the etching rates of a silicon nitride film (Si 3 N 4 or the like) and a silicon oxide film (SiO 2 ) when a semiconductor wafer or the like is etched. In particular, the present invention is useful as a technique for continuously measuring an in-line selection ratio in-line with respect to a wafer processing apparatus.

半導体ウエハプロセスで、窒化珪素膜を燐酸溶液でエッチングする場合、ウエハ表面には、窒化珪素膜の他に酸化珪素膜がデバイス構造の絶縁膜等として存在するのが一般的である。その場合、エッチング対象は窒化珪素膜のみであり、酸化珪素膜は処理液によりほとんどエッチングされないことが一般に求められる。すなわち、酸化珪素膜の異常エッチングによって、デバイス性能が低下したり、デバイスとして機能しないなどの問題が発生するからである。いずれにしても、窒化珪素膜と酸化珪素膜のエッチング速度の比である選択比を制御することが重要となる。   When a silicon nitride film is etched with a phosphoric acid solution in a semiconductor wafer process, a silicon oxide film is generally present on the wafer surface as an insulating film having a device structure in addition to the silicon nitride film. In that case, it is generally required that only the silicon nitride film is etched, and the silicon oxide film is hardly etched by the treatment liquid. In other words, the abnormal etching of the silicon oxide film causes problems such as device performance degradation or failure to function as a device. In any case, it is important to control the selection ratio, which is the ratio of the etching rates of the silicon nitride film and the silicon oxide film.

窒化珪素膜と酸化珪素膜が高温の燐酸溶液でエッチングされるメカニズムとして、窒化珪素膜は燐酸溶液中の水によりエッチングされ、酸化珪素膜は燐酸溶液中の燐酸によりエッチングされることが知られている。また、燐酸溶液中の珪素濃度がエッチング中に変化し、これが酸化珪素膜のエッチング速度に影響を与える。   It is known that the silicon nitride film and silicon oxide film are etched by water in a phosphoric acid solution, and the silicon oxide film is etched by phosphoric acid in a phosphoric acid solution as a mechanism by which the silicon nitride film and silicon oxide film are etched by a high temperature phosphoric acid solution. Yes. Further, the silicon concentration in the phosphoric acid solution changes during the etching, which affects the etching rate of the silicon oxide film.

一方、エッチング速度を測定するために、水晶振動子に被測定材料を被覆し、該水晶振動子に被覆した該測定材料をエッチング液に接触させ、該水晶振動子の振動周波数変化から被測定材料のエッチング速度をリアルタイムで定量的に評価するエッチング速度評価方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。また、この文献には、被測定材料として酸化珪素膜を使用することが開示されている。   On the other hand, in order to measure the etching rate, a crystal resonator is coated with a material to be measured, the measurement material coated on the crystal resonator is brought into contact with an etching solution, and the material to be measured is determined from a change in vibration frequency of the crystal resonator. An etching rate evaluation method for quantitatively evaluating the etching rate in real time is known (see, for example, Patent Document 1). Further, this document discloses the use of a silicon oxide film as a material to be measured.

特開平10−92789号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-92789

しかしながら、窒化珪素膜を燐酸溶液でエッチングする場合、前述のように酸化珪素膜もエッチングされて、エッチング液中の珪素濃度が徐々に上昇するため、エッチングの選択比を制御する上で、珪素濃度を制御することが必要である。このため、特許文献1に記載された評価方法のように、酸化珪素膜のエッチング速度を知ることができても、珪素濃度が測定できないため、珪素濃度に依存するエッチング選択比を精度良く制御することは困難であるという問題があった。しかし、分光学的分析方法等を利用することが困難であったため、エッチング液中の珪素濃度をインラインでリアルタイムに測定する方法は、現在まで存在しなかった。   However, when the silicon nitride film is etched with a phosphoric acid solution, the silicon oxide film is also etched as described above, and the silicon concentration in the etching solution gradually increases. Therefore, the silicon concentration is controlled in controlling the etching selectivity. It is necessary to control. For this reason, as in the evaluation method described in Patent Document 1, even if the etching rate of the silicon oxide film can be known, the silicon concentration cannot be measured. Therefore, the etching selectivity depending on the silicon concentration is accurately controlled. There was a problem that it was difficult. However, since it is difficult to use a spectroscopic analysis method or the like, there has been no method for measuring the silicon concentration in the etching solution in-line in real time.

一方、水晶振動子に被測定材料を被覆した、従来のQCM(水晶振動子マイクロバランス法)センサでは、エッチング液に対する耐蝕性が十分考慮されていないため、エッチング液中で使用するには耐久性が低くなるという問題があった。このため水晶振動子のみをエッチング液に接触させるセンサヘッド構造が必要とされている。   On the other hand, the conventional QCM (quartz crystal microbalance method) sensor with a quartz resonator coated with the material to be measured does not fully consider the corrosion resistance against the etching solution, so it is durable when used in the etching solution. There was a problem that became low. For this reason, there is a need for a sensor head structure in which only the crystal resonator is brought into contact with the etching solution.

しかし、水晶振動子をセンサヘッドに保持する際の固定の仕方によって測定精度が変化し、また測定値がセンサヘッドとエッチング液の温度差の影響で水晶振動子の温度が安定しないという問題や、水晶振動子の破損により生じる問題が懸念されていた。   However, the measurement accuracy varies depending on how the crystal unit is fixed to the sensor head, and the temperature of the crystal unit is not stable due to the temperature difference between the sensor head and the etchant. There has been concern about problems caused by breakage of the crystal unit.

ところで、燐酸による処理の選択比を測定する目的で、特許文献1に記載された技術をそれぞれ窒化珪素膜と酸化珪素膜のエッチングに利用して、窒化珪素膜と酸化珪素膜を共にエッチングする場合、窒化珪素膜のエッチング速度が酸化珪素膜に比べて早いために、それを被覆した水晶振動子の交換を頻繁に行なう必要が生じるなど、実用的な方法とは言えなかった。また、この方法では、実用上2つの測定セルに分割せざるを得ず、測定システムが複雑化し、大型化し、高コスト化に繋がるという問題があった。   By the way, for the purpose of measuring the selectivity of treatment with phosphoric acid, the technique described in Patent Document 1 is used for etching a silicon nitride film and a silicon oxide film, respectively, and the silicon nitride film and the silicon oxide film are etched together. Since the etching rate of the silicon nitride film is faster than that of the silicon oxide film, it is not a practical method because it is necessary to frequently replace the quartz resonator covering the silicon nitride film. In addition, this method has a problem in that it must be practically divided into two measurement cells, and the measurement system becomes complicated, large, and high in cost.

一方、窒化珪素膜のエッチング速度を一定と仮定して、酸化珪素膜のエッチング速度との選択比を算出する方法も考えられるが、窒化珪素膜のエッチング速度は、エッチング液の温度と濃度の関数であり、半導体ウエハプロセスにおいてこの温度と濃度が刻々と変化するため、算出される選択比の精度が不十分であった。なお、酸化珪素膜のエッチング速度も、同様に、燐酸の温度と濃度、および、燐酸溶液中の珪素濃度の関数である。   On the other hand, assuming that the etching rate of the silicon nitride film is constant, a method of calculating the selection ratio with the etching rate of the silicon oxide film is also conceivable. However, the etching rate of the silicon nitride film is a function of the temperature and concentration of the etching solution. In the semiconductor wafer process, since the temperature and the concentration change every moment, the accuracy of the calculated selectivity is insufficient. The etching rate of the silicon oxide film is also a function of the temperature and concentration of phosphoric acid and the silicon concentration in the phosphoric acid solution.

そこで、本発明の目的は、エッチング液中の珪素濃度をインラインで連続的に測定することができる珪素濃度の測定方法及び測定装置を提供することにある。また、本発明の目的は、エッチング液中の珪素濃度をインラインで連続的に測定できる珪素濃度の測定方法に用いられ、水晶振動子の固定状態やセンサヘッドとエッチング液の温度差による影響が生じにくい珪素濃度測定用センサヘッドを提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a silicon concentration measuring method and measuring apparatus capable of continuously measuring the silicon concentration in an etching solution in-line. Another object of the present invention is to use a silicon concentration measurement method that can continuously measure the silicon concentration in an etching solution in-line, and it is affected by the fixed state of the crystal unit and the temperature difference between the sensor head and the etching solution. An object of the present invention is to provide a sensor head for measuring silicon concentration which is difficult.

また、本発明の別の目的は、燐酸による処理の窒化珪素膜/酸化珪素膜のエッチング速度の比を、インラインで連続的に、精度良く実用的な方法で測定することができるエッチング選択比の測定方法及び測定装置を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide an etching selectivity ratio that can be measured in a continuous and in-line manner with high accuracy by a practical method, in the ratio of etching rate of silicon nitride film / silicon oxide film treated with phosphoric acid. It is to provide a measuring method and a measuring apparatus.

上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。
すなわち、本発明の珪素濃度の測定方法は、水晶振動子に被覆した酸化珪素膜を基板処理装置のエッチング液に接触させ、前記水晶振動子を振動させつつ振動周波数を検出する工程と、前記振動周波数の変化速度に基づいて、前記エッチング液中の珪素濃度を算出する工程と、を含むことを特徴とする。
The above object can be achieved by the present invention as described below.
That is, the silicon concentration measuring method of the present invention includes a step of contacting a silicon oxide film coated on a crystal resonator with an etching solution of a substrate processing apparatus, detecting a vibration frequency while vibrating the crystal resonator, and the vibration. And a step of calculating a silicon concentration in the etching solution based on a frequency change rate.

本発明の珪素濃度の測定方法によると、振動周波数を検出する工程により、酸化珪素膜のエッチング状態をインラインで連続的に定量することができ、その振動周波数の変化速度と珪素濃度との相関関係に基づいて、エッチング液中の珪素濃度を算出する工程によって、リアルタイムで珪素濃度を算出することができる。その際、珪素濃度と振動周波数の変化速度との相関関係は、エッチング液の温度に影響されるが、この温度を一定に制御しつつ、または温度測定しつつ、その温度における相関関係を利用することで、精度良く珪素濃度を算出することができる。その結果、エッチング液中の珪素濃度をインラインで連続的に測定することができる珪素濃度の測定方法を提供することができる。   According to the silicon concentration measuring method of the present invention, the etching state of the silicon oxide film can be continuously quantified in-line by the step of detecting the vibration frequency, and the correlation between the change rate of the vibration frequency and the silicon concentration. Based on the above, the silicon concentration can be calculated in real time by the step of calculating the silicon concentration in the etching solution. At that time, the correlation between the silicon concentration and the change rate of the vibration frequency is influenced by the temperature of the etching solution, and the correlation at the temperature is used while controlling the temperature constant or measuring the temperature. Thus, the silicon concentration can be calculated with high accuracy. As a result, it is possible to provide a silicon concentration measuring method that can continuously measure the silicon concentration in the etching solution in-line.

エッチング液の温度を一定に制御しない場合には、前記エッチング液の温度を測定する工程を更に含み、前記エッチング液中の珪素濃度を算出する工程において、前記エッチング液の温度と前記振動周波数の変化速度とに基づいて、前記エッチング液中の珪素濃度を算出することが好ましい。   In the case where the temperature of the etching solution is not controlled to be constant, the method further includes a step of measuring the temperature of the etching solution, and in the step of calculating the silicon concentration in the etching solution, the temperature of the etching solution and the change of the vibration frequency It is preferable to calculate the silicon concentration in the etching solution based on the speed.

つまり、図8に示すように、珪素濃度が異なると振動周波数の変化速度が相違するが、両者には高い相関関係があることが判明した。そして、振動周波数の変化速度は、後に詳述するQCMの原理より、酸化珪素膜のエッチング速度(エッチングレート)と比例関係にある。また、図3に示すように、酸化珪素膜のエッチング速度と珪素濃度とは、エッチング液の温度及び燐酸濃度が一定の場合には、高い相関性を示すが、温度が相違すると相関関係も変化する。本発明は、このように、振動周波数の変化速度とエッチング液中の珪素濃度との高い相関関係を利用し、エッチング液の温度を一定に制御することにより温度影響を除外し、または温度の影響を考慮することで、エッチング液中の珪素濃度をインラインで連続的に測定できるようにしたものである。   That is, as shown in FIG. 8, it was found that the change rate of the vibration frequency is different when the silicon concentration is different, but both are highly correlated. The rate of change of the vibration frequency is proportional to the etching rate (etching rate) of the silicon oxide film based on the principle of QCM described in detail later. In addition, as shown in FIG. 3, the etching rate of the silicon oxide film and the silicon concentration show a high correlation when the temperature of the etching solution and the phosphoric acid concentration are constant, but the correlation also changes when the temperature is different. To do. As described above, the present invention uses the high correlation between the change rate of the vibration frequency and the silicon concentration in the etching solution, and excludes the temperature effect by controlling the temperature of the etching solution to be constant or the influence of the temperature. By taking this into consideration, the silicon concentration in the etching solution can be continuously measured in-line.

上記において、前記エッチング液中の燐酸濃度を測定する工程を更に含み、前記エッチング液中の珪素濃度を算出する工程において、前記エッチング液の温度及び前記燐酸濃度と前記振動周波数の変化速度とに基づいて、前記エッチング液中の珪素濃度を算出することが好ましい。珪素濃度と振動周波数の変化速度(換言すると酸化珪素膜のエッチング速度)との相関関係は、エッチング液中の燐酸濃度にも影響される。特に、エッチング液中の燐酸濃度が変化する場合には、この燐酸濃度を測定しつつ、その燐酸濃度における相関関係を利用することで、より精度良く珪素濃度を算出することができる。なお、エッチング処理槽内のエッチング液の温度と振動数検出手段部分でのエッチング液の温度に差異が生じる場合は、別途補正手段を設けてもよい。   In the above, the method further includes the step of measuring the phosphoric acid concentration in the etching solution, and the step of calculating the silicon concentration in the etching solution is based on the temperature of the etching solution, the phosphoric acid concentration, and the change rate of the vibration frequency. It is preferable to calculate the silicon concentration in the etching solution. The correlation between the silicon concentration and the change rate of the vibration frequency (in other words, the etching rate of the silicon oxide film) is also affected by the phosphoric acid concentration in the etching solution. In particular, when the phosphoric acid concentration in the etching solution changes, the silicon concentration can be calculated with higher accuracy by using the correlation in the phosphoric acid concentration while measuring the phosphoric acid concentration. If there is a difference between the temperature of the etching solution in the etching treatment tank and the temperature of the etching solution in the vibration frequency detection means, a correction means may be provided separately.

また、前記振動周波数の変化速度に基づいて、前記酸化珪素膜のエッチング速度を算出することが好ましい。酸化珪素膜のエッチング速度は、後に詳述するQCMの原理より、容易に振動周波数の変化速度に基づいて算出することができ、これをインラインで連続的に測定することで、酸化珪素膜のエッチング速度や、窒化珪素膜のエッチング速度との選択比の制御等に利用することができる。   Moreover, it is preferable to calculate the etching rate of the silicon oxide film based on the change rate of the vibration frequency. The etching rate of the silicon oxide film can be easily calculated based on the change rate of the vibration frequency based on the principle of QCM, which will be described in detail later, and the silicon oxide film is etched by continuously measuring this inline. It can be used for controlling the speed and the selectivity with respect to the etching speed of the silicon nitride film.

また、前記水晶振動子の周囲を押圧するシール部材で前記水晶振動子を液密に保持すると共に、加熱手段により前記水晶振動子を加熱するセンサヘッドを用いることが好ましい。このように、シール部材で前記水晶振動子を液密に保持する構造により、水晶振動子の固定状態による影響が小さくなり、また、加熱手段により前記水晶振動子を加熱することで、センサヘッドとエッチング液の温度差が小さくなり、水晶振動子の温度変化による影響が生じにくく、より高い精度で珪素濃度を測定できるようになる。   In addition, it is preferable to use a sensor head that holds the crystal resonator in a liquid-tight manner with a seal member that presses the periphery of the crystal resonator and heats the crystal resonator with a heating unit. As described above, the structure in which the crystal unit is held in a liquid-tight manner by the seal member reduces the influence of the fixed state of the crystal unit, and the sensor unit is heated by heating the crystal unit by heating means. The temperature difference of the etching solution is reduced, and the influence of the temperature change of the crystal resonator is less likely to occur, and the silicon concentration can be measured with higher accuracy.

一方、本発明の珪素濃度の測定装置は、基板処理装置のエッチング液に接触させる酸化珪素膜を被覆した水晶振動子と、その水晶振動子を振動させつつ振動周波数を検出する振動数検出手段と、前記水晶振動子の振動周波数変化から算出した酸化珪素膜のエッチング速度と、前記振動周波数の変化速度とに基づいて、前記エッチング液中の珪素濃度を算出する演算手段と、を含むことを特徴とする。   On the other hand, the silicon concentration measuring apparatus according to the present invention includes a quartz resonator coated with a silicon oxide film that is brought into contact with an etching solution of a substrate processing apparatus, and a frequency detector that detects a vibration frequency while vibrating the quartz resonator. And calculating means for calculating the silicon concentration in the etching solution based on the etching rate of the silicon oxide film calculated from the change in the vibration frequency of the crystal resonator and the change rate in the vibration frequency. And

本発明の珪素濃度の測定装置によると、水晶振動子と振動数検出手段により、酸化珪素膜のエッチング状態をインラインで連続的に定量することができ、その振動周波数の変化速度と珪素濃度との相関関係に基づいて、エッチング液中の珪素濃度を算出する演算手段によって、リアルタイムで珪素濃度を算出することができる。その際、珪素濃度と振動周波数の変化速度との相関関係は、エッチング液の温度に影響されるが、温度を一定に制御するまたは温度測定手段でこの温度を測定しつつ、その温度における相関関係を利用することで、精度良く珪素濃度を算出することができる。その結果、エッチング液中の珪素濃度をインラインで連続的に測定することができる珪素濃度の測定装置を提供することができる。   According to the silicon concentration measuring apparatus of the present invention, the etching state of the silicon oxide film can be continuously quantified in-line by the crystal resonator and the frequency detecting means, and the change rate of the vibration frequency and the silicon concentration can be determined. Based on the correlation, the silicon concentration can be calculated in real time by the calculation means for calculating the silicon concentration in the etching solution. At that time, the correlation between the silicon concentration and the change rate of the vibration frequency is affected by the temperature of the etching solution, but the correlation at that temperature is controlled while the temperature is controlled to be constant or measured by a temperature measuring means. Can be used to calculate the silicon concentration with high accuracy. As a result, it is possible to provide a silicon concentration measuring device capable of continuously measuring the silicon concentration in the etching solution in-line.

エッチング液の温度を一定に制御しない場合には、前記エッチング液の温度を測定する温度測定手段を更に含み、前記演算手段は、前記エッチング液の温度と前記振動周波数の変化速度とに基づいて、前記エッチング液中の珪素濃度を算出することが好ましい。   In the case where the temperature of the etching solution is not controlled to be constant, it further includes a temperature measuring unit that measures the temperature of the etching solution, and the calculation unit is based on the temperature of the etching solution and the change rate of the vibration frequency, It is preferable to calculate the silicon concentration in the etching solution.

上記において、前記エッチング液中の燐酸濃度を測定する濃度測定手段を更に含み、前記演算手段は、前記エッチング液の温度及び前記燐酸濃度と前記振動周波数の変化速度とに基づいて、前記エッチング液中の珪素濃度を算出することが好ましい。珪素濃度と酸化珪素膜のエッチング速度との相関関係は、エッチング液中の燐酸濃度にも影響されるが、燐酸濃度を測定する濃度測定手段でこれを測定しつつ、演算手段でその燐酸濃度における相関関係を利用することで、より精度良く珪素濃度を算出することができる。   In the above, it further includes a concentration measuring means for measuring the phosphoric acid concentration in the etching solution, and the computing means is based on the temperature of the etching solution and the change rate of the phosphoric acid concentration and the vibration frequency in the etching solution. It is preferable to calculate the silicon concentration. The correlation between the silicon concentration and the etching rate of the silicon oxide film is also influenced by the phosphoric acid concentration in the etching solution. While measuring this with the concentration measuring means for measuring the phosphoric acid concentration, By utilizing the correlation, the silicon concentration can be calculated with higher accuracy.

また、前記演算手段は、前記振動周波数の変化速度に基づいて、前記酸化珪素膜のエッチング速度を算出する演算を含むことが好ましい。酸化珪素膜のエッチング速度は、後に詳述するQCMの原理より、容易に振動周波数の変化速度に基づいて算出することができ、これをインラインで連続的に測定することで、酸化珪素膜と窒化珪素膜のエッチング速度の選択比の制御等に利用することができる。   Moreover, it is preferable that the said calculating means includes the calculation which calculates the etching rate of the said silicon oxide film based on the change rate of the said vibration frequency. The etching rate of the silicon oxide film can be easily calculated based on the change rate of the vibration frequency based on the principle of QCM, which will be described later in detail. This can be used for controlling the etching rate selectivity of the silicon film.

また、前記水晶振動子の周囲を押圧するシール部材で前記水晶振動子を液密に保持すると共に、加熱手段により前記水晶振動子を加熱するセンサヘッドを更に含むことが好ましい。このように、シール部材で前記水晶振動子を液密に保持する構造により、水晶振動子の固定状態による影響が小さくなり、また、加熱手段により前記水晶振動子を加熱することで、センサヘッドとエッチング液の温度差が小さくなり、水晶振動子の温度変化による影響が生じにくく、より高い精度で珪素濃度を測定できるようになる。   It is preferable that the sensor further includes a sensor head that holds the crystal resonator in a liquid-tight manner with a seal member that presses the periphery of the crystal resonator and heats the crystal resonator with a heating unit. As described above, the structure in which the crystal unit is held in a liquid-tight manner by the seal member reduces the influence of the fixed state of the crystal unit, and the sensor unit is heated by heating the crystal unit by heating means. The temperature difference of the etching solution is reduced, and the influence of the temperature change of the crystal resonator is less likely to occur, and the silicon concentration can be measured with higher accuracy.

他方、本発明の珪素濃度測定用センサヘッドは、酸化珪素膜を被覆した水晶振動子と、その水晶振動子の周囲を押圧して前記水晶振動子を液密に保持するシール部材と、前記水晶振動子を加熱する加熱手段とを備えることを特徴とする。   On the other hand, a sensor head for measuring a silicon concentration according to the present invention includes a crystal resonator coated with a silicon oxide film, a seal member that presses the periphery of the crystal resonator to hold the crystal resonator in a liquid-tight state, and the crystal And heating means for heating the vibrator.

本発明の珪素濃度測定用センサヘッドによると、シール部材で水晶振動子を液密に保持する構造により、水晶振動子の固定状態による影響(測定誤差)が小さくなり、また、加熱手段により前記水晶振動子を加熱することで、センサヘッドとエッチング液の温度差が小さくなり、水晶振動子の温度変化による影響が生じにくく、より高い精度で珪素濃度を測定できるようになる。   According to the sensor head for measuring the silicon concentration of the present invention, the influence (measurement error) due to the fixed state of the crystal unit is reduced by the structure in which the crystal unit is held in a liquid-tight manner by the seal member, and the crystal unit is heated by the heating unit. By heating the vibrator, the temperature difference between the sensor head and the etching solution is reduced, and the influence of temperature change of the crystal vibrator is less likely to occur, and the silicon concentration can be measured with higher accuracy.

上記において、前記水晶振動子の内側に連通路のみで外部に連通する内部空間と、前記連通路に設けられ前記内部空間に液体が流入した時に連通路を閉塞させる弁部材と、を備えていることが好ましい。この構成により、センサヘッドの加熱によって内部空間が膨張する際には、連通路を通じて空気を排出等することができると共に、水晶振動子が破損してセンサヘッドの内部空間にエッチング液が流入した場合には、弁部材で連通路を閉塞させることで、破損時の問題を回避することができる。   In the above, an internal space that communicates with the outside only through a communication path inside the crystal unit, and a valve member that is provided in the communication path and closes the communication path when liquid flows into the internal space. It is preferable. With this configuration, when the internal space expands due to heating of the sensor head, air can be discharged through the communication path, and when the crystal unit is damaged and the etching liquid flows into the internal space of the sensor head The problem at the time of breakage can be avoided by closing the communication path with the valve member.

一方、本発明のエッチング選択比の測定方法は、水晶振動子に被覆した酸化珪素膜を基板処理装置のエッチング液に接触させつつ、前記水晶振動子の振動周波数変化から酸化珪素膜のエッチング速度を連続的に算出する工程と、前記エッチング液の窒化珪素膜のエッチング速度を算出する工程と、算出された酸化珪素膜のエッチング速度と窒化珪素膜のエッチング速度とに基づいて、窒化珪素膜/酸化珪素膜のエッチング速度の比を連続的に算出する工程と、を含むことを特徴とする。   On the other hand, in the method for measuring the etching selectivity of the present invention, the etching rate of the silicon oxide film is determined from the change in the vibration frequency of the crystal resonator while the silicon oxide film coated on the crystal resonator is brought into contact with the etching solution of the substrate processing apparatus. The silicon nitride film / oxide is calculated based on the step of calculating continuously, the step of calculating the etching rate of the silicon nitride film of the etching solution, and the calculated etching rate of the silicon oxide film and the etching rate of the silicon nitride film. And a step of continuously calculating a ratio of etching rates of the silicon film.

本発明のエッチング選択比の測定方法によると、酸化珪素膜のエッチング速度を連続的に算出する工程と窒化珪素膜のエッチング速度を算出する工程とにより、酸化珪素膜と窒化珪素膜のエッチング速度をインラインで連続的に精度良く定量することができる。このため、エッチング速度の比を連続的に算出する工程により、選択比をインラインで連続的に精度良く測定することができる。   According to the method for measuring the etching selectivity of the present invention, the etching rate of the silicon oxide film and the silicon nitride film is increased by the step of continuously calculating the etching rate of the silicon oxide film and the step of calculating the etching rate of the silicon nitride film. It is possible to quantify continuously and accurately in-line. For this reason, the selection ratio can be continuously measured with high accuracy in-line by the step of continuously calculating the etching rate ratio.

その際、前記窒化珪素膜のエッチング速度を算出する工程において、エッチング液の濃度及び/又は温度を測定しつつ、測定された濃度及び/又は温度から窒化珪素膜のエッチング速度を連続的に算出することが好ましい。エッチング液の濃度と温度とから、これらとエッチング速度との相関関係に基づいて、窒化珪素膜のエッチング速度を連続的に算出する場合、水晶振動子の交換の必要がなく、高い精度で窒化珪素膜のエッチング速度を算出することができる。その結果、窒化珪素膜/酸化珪素膜のエッチング速度の比を、インラインで連続的に、精度良く実用的な方法で測定することができるエッチング選択比の測定方法を提供することができる。   At this time, in the step of calculating the etching rate of the silicon nitride film, the etching rate of the silicon nitride film is continuously calculated from the measured concentration and / or temperature while measuring the concentration and / or temperature of the etching solution. It is preferable. When the etching rate of the silicon nitride film is continuously calculated from the concentration and temperature of the etching solution based on the correlation between the etching rate and the etching rate, there is no need to replace the crystal unit and silicon nitride is highly accurate. The etching rate of the film can be calculated. As a result, it is possible to provide an etching selectivity measurement method capable of measuring the etching rate ratio of the silicon nitride film / silicon oxide film continuously in-line with high accuracy by a practical method.

上記において、エッチング速度の比を算出する際に、水晶振動子に被覆した酸化珪素膜のエッチング速度を、基板上に形成された酸化珪素膜のエッチング速度に変換する演算処理を含むことが好ましい。水晶振動子に被覆した酸化珪素膜と、基板上に形成された酸化珪素膜との形成方法が相違する場合、エッチング速度も相違するため、このような演算処理を行なうことで、より高い精度でエッチング選択比の測定できるようになる。   In the above, when calculating the ratio of the etching rates, it is preferable to include an arithmetic process for converting the etching rate of the silicon oxide film coated on the crystal resonator into the etching rate of the silicon oxide film formed on the substrate. When the silicon oxide film coated on the crystal resonator is different from the silicon oxide film formed on the substrate, the etching rate is also different. Etching selectivity can be measured.

また、前記水晶振動子には酸化珪素膜がスパッタリングで形成されていることが好ましい。スパッタリングで形成することで、低コストで均質な酸化珪素膜が形成でき、また、エッチング速度が早くなるため、エッチング選択比の測定感度を高めることができる。なお、低コストで均質な酸化珪素膜が形成できれば、その他の成膜方法でも良く、例えば、蒸着などのPVD、化学的気相成長(CVD)(熱CVD、プラズマCVD、光CVDなど)、有機ケイ素材料の塗布・焼成などでも良い。   Further, it is preferable that a silicon oxide film is formed on the crystal resonator by sputtering. By forming by sputtering, a uniform silicon oxide film can be formed at low cost, and the etching speed can be increased, so that the measurement sensitivity of the etching selectivity can be increased. Note that other film forming methods may be used as long as a uniform silicon oxide film can be formed at low cost. For example, PVD such as vapor deposition, chemical vapor deposition (CVD) (thermal CVD, plasma CVD, photo CVD, etc.), organic Silicon material may be applied and fired.

また、算出された酸化珪素膜のエッチング速度から、エッチング液中の珪素濃度を算出することが好ましい。窒化珪素膜を燐酸溶液でエッチングする場合、酸化珪素膜もエッチングされて、エッチング液中の珪素濃度が徐々に上昇するため、エッチングの選択比を制御する上で、珪素濃度を測定して制御することが効果的なためである。   Moreover, it is preferable to calculate the silicon concentration in the etching solution from the calculated etching rate of the silicon oxide film. When etching a silicon nitride film with a phosphoric acid solution, the silicon oxide film is also etched, and the silicon concentration in the etching solution gradually increases. Therefore, the silicon concentration is measured and controlled in controlling the etching selection ratio. This is because it is effective.

一方、本発明のエッチング選択比の測定装置は、基板処理装置のエッチング液に接触させる酸化珪素膜を被覆した水晶振動子と、その水晶振動子を振動させつつ振動周波数を検出する振動数検出手段と、前記水晶振動子の振動周波数変化から算出した酸化珪素膜のエッチング速度と、窒化珪素膜のエッチング速度とに基づいて、窒化珪素膜/酸化珪素膜のエッチング速度の比を連続的に算出する演算手段と、を含むことを特徴とする。   On the other hand, the etching selectivity measuring apparatus according to the present invention includes a quartz resonator coated with a silicon oxide film to be brought into contact with an etching solution of a substrate processing apparatus, and a frequency detection means for detecting a vibration frequency while vibrating the quartz resonator. And the ratio of the etching rate of the silicon nitride film / silicon oxide film is continuously calculated based on the etching rate of the silicon oxide film and the etching rate of the silicon nitride film calculated from the vibration frequency change of the crystal resonator And an arithmetic means.

本発明のエッチング選択比の測定装置によると、水晶振動子と振動数検出手段により、酸化珪素膜のエッチング状態をインラインで連続的に定量することができ、また、窒化珪素膜のエッチング速度は、一定に制御した濃度及び温度から、あるいは濃度測定手段と温度測定手段とで測定した濃度及び温度から、定量することができる。このため、演算手段でエッチング速度の比を連続的に算出することにより、選択比をインラインで連続的に精度良く測定することができる。   According to the etching selectivity measuring apparatus of the present invention, the etching state of the silicon oxide film can be continuously quantified in-line by the crystal resonator and the frequency detecting means, and the etching rate of the silicon nitride film is It can be quantified from the concentration and temperature controlled to be constant, or from the concentration and temperature measured by the concentration measuring means and the temperature measuring means. For this reason, the selection ratio can be continuously measured with high accuracy in-line by continuously calculating the ratio of the etching rates by the calculation means.

その際、前記エッチング液の濃度を測定する濃度測定手段と前記エッチング液の温度を測定する温度測定手段の少なくとも一方を更に備え、前記演算手段では、前記水晶振動子の振動周波数変化から算出した酸化珪素膜のエッチング速度と、測定された前記エッチング液の濃度及び/又は温度とから算出した窒化珪素膜のエッチング速度とに基づいて、窒化珪素膜/酸化珪素膜のエッチング速度の比を連続的に算出することが好ましい。エッチング液の濃度と温度とから、これらとエッチング速度との相関関係に基づいて、窒化珪素膜のエッチング速度を連続的に算出する場合、水晶振動子の交換の必要がなく、高い精度で、しかもコンパクトで廉価なシステムによって、窒化珪素膜のエッチング速度を算出することができる。その結果、窒化珪素膜/酸化珪素膜のエッチング速度の比を、インラインで連続的に、精度良く実用的な方法で測定することができるエッチング選択比の測定装置を提供することができる。なお、エッチング処理槽内のエッチング液の温度と振動数検出手段部分でのエッチング液の温度に差異が生じる場合は、別途補正手段を設けてもよい。   At this time, the apparatus further includes at least one of a concentration measuring unit that measures the concentration of the etching solution and a temperature measuring unit that measures the temperature of the etching solution, and the calculation unit includes an oxidation calculated from a change in vibration frequency of the crystal resonator. Based on the etching rate of the silicon film and the etching rate of the silicon nitride film calculated from the measured concentration and / or temperature of the etching solution, the ratio of the etching rate of the silicon nitride film / silicon oxide film is continuously set. It is preferable to calculate. When the etching rate of the silicon nitride film is continuously calculated from the concentration and temperature of the etching solution based on the correlation between the etching rate and the etching rate, there is no need to replace the crystal unit, and the accuracy is high. The etching rate of the silicon nitride film can be calculated by a compact and inexpensive system. As a result, it is possible to provide an etching selectivity measuring apparatus capable of measuring the etching rate ratio of the silicon nitride film / silicon oxide film continuously in-line with high accuracy and with a practical method. If there is a difference between the temperature of the etching solution in the etching treatment tank and the temperature of the etching solution in the vibration frequency detection means, a correction means may be provided separately.

上記において、前記演算手段は、エッチング速度の比を算出する際に、水晶振動子に被覆した酸化珪素膜のエッチング速度を、基板上に形成された酸化珪素膜のエッチング速度に変換する演算処理を含むことが好ましい。水晶振動子に被覆した酸化珪素膜と、基板上に形成された酸化珪素膜との形成方法が相違する場合、エッチング速度も相違するため、このような演算処理を行なうことで、より高い精度でエッチング選択比の測定できるようになる。   In the above, the calculation means performs calculation processing for converting the etching rate of the silicon oxide film coated on the crystal resonator into the etching rate of the silicon oxide film formed on the substrate when calculating the ratio of the etching rates. It is preferable to include. When the silicon oxide film coated on the crystal resonator is different from the silicon oxide film formed on the substrate, the etching rate is also different. Etching selectivity can be measured.

また、前記水晶振動子には酸化珪素膜がスパッタリングで形成されていることが、前記の理由から好ましい。前記演算手段は、算出された酸化珪素膜のエッチング速度から、エッチング液中の珪素濃度を算出する演算処理を更に行なうことが、前記の理由から好ましい。   Further, it is preferable for the above reason that a silicon oxide film is formed on the crystal resonator by sputtering. It is preferable for the above reason that the calculation means further performs a calculation process for calculating the silicon concentration in the etching solution from the calculated etching rate of the silicon oxide film.

更に、前記水晶振動子の周囲を押圧するシール部材で前記水晶振動子を液密に保持すると共に、加熱手段からの伝熱により前記水晶振動子を加熱するセンサヘッドを更に含むことが好ましい。このように、シール部材で前記水晶振動子を液密に保持する構造により、水晶振動子の固定状態による影響が小さくなり、また、加熱手段からの伝熱により前記水晶振動子を加熱することで、センサヘッドとエッチング液の温度差が小さくなり、水晶振動子の温度変化による影響が生じにくく、より高い精度で珪素濃度を測定できるようになる。   Furthermore, it is preferable that the sensor further includes a sensor head that holds the crystal resonator in a liquid-tight manner by a seal member that presses the periphery of the crystal resonator and heats the crystal resonator by heat transfer from a heating unit. As described above, the structure in which the crystal unit is held in a liquid-tight manner by the seal member reduces the influence of the fixed state of the crystal unit, and the crystal unit is heated by heat transfer from the heating unit. The temperature difference between the sensor head and the etching solution becomes small, and the influence of the temperature change of the crystal resonator is less likely to occur, and the silicon concentration can be measured with higher accuracy.

その際、前記水晶振動子の内側に連通路のみで外部に連通する内部空間と、前記連通路に設けられ前記内部空間に液体が流入した時に連通路を閉塞させる弁部材と、を備えていることが好ましい。この構成により、センサヘッドの加熱によって内部空間が膨張する際には、連通路を通じて空気を排出等することができると共に、水晶振動子が破損してセンサヘッドの内部空間にエッチング液が流入した場合には、弁部材で連通路を閉塞させることで、破損時の問題を回避することができる。   In that case, the inside of the crystal unit is provided with an internal space that communicates with the outside only through the communication path, and a valve member that is provided in the communication path and closes the communication path when liquid flows into the internal space. It is preferable. With this configuration, when the internal space expands due to heating of the sensor head, air can be discharged through the communication path, and when the crystal unit is damaged and the etching liquid flows into the internal space of the sensor head The problem at the time of breakage can be avoided by closing the communication path with the valve member.

本発明の珪素濃度の測定装置の一例を示す概略構成図The schematic block diagram which shows an example of the measuring apparatus of the silicon concentration of this invention 本発明のエッチング選択比の測定装置の一例を示す概略構成図The schematic block diagram which shows an example of the measuring apparatus of the etching selectivity of this invention 本発明の珪素濃度の測定装置の要部の一例を示す断面図Sectional drawing which shows an example of the principal part of the measuring apparatus of the silicon concentration of this invention 本発明の珪素濃度測定用センサヘッドの一例を示す断面図Sectional drawing which shows an example of the sensor head for silicon concentration measurement of this invention 本発明の珪素濃度測定用センサヘッドの一例の分解状態を示す断面図Sectional drawing which shows the decomposition | disassembly state of an example of the sensor head for silicon concentration measurement of this invention 酸化珪素を堆積したシリコンウェーハを燐酸溶液に浸漬してエッチングし、珪素濃度と燐酸温度を変化させ、エッチング速度を測定した結果を示すグラフGraph showing silicon wafers deposited with silicon oxide immersed in a phosphoric acid solution and etched, changing the silicon concentration and phosphoric acid temperature, and measuring the etching rate 演算手段におけるデータ処理の一例を示すフローチャートThe flowchart which shows an example of the data processing in a calculating means 本発明の珪素濃度の測定装置の要部の他の例を示す断面図Sectional drawing which shows the other example of the principal part of the measuring apparatus of the silicon concentration of this invention 本発明の珪素濃度の測定装置の要部の他の例を示す平面図The top view which shows the other example of the principal part of the measuring apparatus of the silicon concentration of this invention 本発明の珪素濃度の測定装置の他の例を示す概略構成図The schematic block diagram which shows the other example of the measuring apparatus of the silicon concentration of this invention 燐酸エッチング液(温度150℃、燐酸濃度87重量%)中の珪素濃度を変えて、水晶振動子に被覆した酸化珪素膜のエッチングを行なって、水晶振動子を振動させつつ振動周波数変化量を測定した結果を示すグラフEtching the silicon oxide film coated on the crystal unit while changing the silicon concentration in the phosphoric acid etching solution (temperature 150 ° C., phosphoric acid concentration 87% by weight), and measuring the amount of change in vibration frequency while vibrating the crystal unit Graph showing the results センサヘッドを予備加熱する場合となしの場合とで、水晶振動子(QCM)の周波数、燐酸温度、水晶振動子の温度の経時変化の違いを示すグラフA graph showing the difference in the change over time in the frequency of the crystal unit (QCM), the phosphoric acid temperature, and the temperature of the crystal unit depending on whether the sensor head is preheated or not. 異なる温度(150℃、160℃、170℃)における、燐酸濃度と窒化珪素膜のエッチング速度との関係を示すグラフThe graph which shows the relationship between the phosphoric acid density | concentration and the etching rate of a silicon nitride film in different temperature (150 degreeC, 160 degreeC, 170 degreeC).

(珪素濃度の測定装置)
本発明の珪素濃度の測定装置は、図1Aに示すように、ウエハ処理装置等の基板処理装置26のエッチング液25に接触させる酸化珪素膜を被覆した水晶振動子11と、その水晶振動子11を振動させつつ振動周波数を検出する振動数検出手段21とを備えている。本実施形態では、循環配管27に測定容器10を設けて、その内部のエッチング液25に水晶振動子11を接触させる例を示す。
(Silicon concentration measuring device)
As shown in FIG. 1A, a silicon concentration measuring apparatus according to the present invention includes a crystal resonator 11 coated with a silicon oxide film to be brought into contact with an etching solution 25 of a substrate processing apparatus 26 such as a wafer processing apparatus, and the crystal resonator 11. And vibration frequency detecting means 21 for detecting the vibration frequency. In the present embodiment, an example in which the measurement container 10 is provided in the circulation pipe 27 and the crystal unit 11 is brought into contact with the etching solution 25 inside the measurement container 10 is shown.

エッチング液25の種類としては、珪素濃度に応じて酸化珪素膜のエッチング速度が変化するものであれば、何れでもよく、例えば燐酸と水等の希釈液との混合液、硫酸と水等の希釈液との混合液、フッ酸、緩衝フッ酸などが挙げられる。本実施形態では、燐酸と水との高温混合液を用いて、基板(例えば半導体用シリコンウエハ、図示省略)を浸漬して、窒化珪素膜をエッチングする場合の例を示す。   The etching solution 25 may be of any type as long as the etching rate of the silicon oxide film changes according to the silicon concentration. For example, a mixed solution of phosphoric acid and a diluted solution such as water, or a diluted solution of sulfuric acid and water, etc. Examples thereof include a mixed solution with a liquid, hydrofluoric acid, buffered hydrofluoric acid and the like. In this embodiment, an example in which a silicon nitride film is etched by immersing a substrate (for example, a silicon wafer for semiconductor, not shown) using a high-temperature mixed solution of phosphoric acid and water is shown.

水晶振動子11には、酸化珪素膜が被覆されているが、平板状の水晶板の表面に設けられた電極の一方又は両方に対して酸化珪素膜を形成することができる。本実施形態では、水晶振動子11がセンサヘッド12に保持されており、電極の一方に対して酸化珪素膜が形成されている例を示す。   The quartz oscillator 11 is covered with a silicon oxide film, but a silicon oxide film can be formed on one or both of the electrodes provided on the surface of a flat plate-like quartz plate. In the present embodiment, an example in which the crystal resonator 11 is held by the sensor head 12 and a silicon oxide film is formed on one of the electrodes is shown.

酸化珪素膜の形成は、スパッタ、反応性スパッタ、真空蒸着など行なうことが可能であるが、スパッタ等で形成することで、エッチング速度を高めることができ、エッチング速度の検出感度を向上させることができる。なお、低コストで均質な酸化珪素膜が形成できれば、その他の成膜方法でも良く、例えば、化学的気相成長(CVD)(熱CVD、プラズマCVD、光CVDなど)、有機ケイ素材料の塗布・焼成などでも良い。   The silicon oxide film can be formed by sputtering, reactive sputtering, vacuum deposition, or the like. However, by forming the silicon oxide film by sputtering, the etching rate can be increased, and the detection sensitivity of the etching rate can be improved. it can. If a uniform silicon oxide film can be formed at low cost, other film forming methods may be used. For example, chemical vapor deposition (CVD) (thermal CVD, plasma CVD, photo CVD, etc.), application of organic silicon material, It may be fired.

酸化珪素膜の形成は、厚み500nmまで行なうことができ、酸化珪素膜のエッチング速度が0.25nm/分程度である場合、1回の使用が10分であると、200回ほど測定に使用することができる。酸化珪素膜を被覆した水晶振動子11は、酸化珪素膜の消費の程度に応じて交換される。   The formation of the silicon oxide film can be performed up to a thickness of 500 nm. When the etching rate of the silicon oxide film is about 0.25 nm / min, if it is used for 10 minutes, it is used for measurement about 200 times. be able to. The quartz crystal resonator 11 covered with the silicon oxide film is replaced according to the consumption level of the silicon oxide film.

本発明ではQCM(水晶振動子マイクロバランス法)の原理を利用して、酸化珪素膜のエッチング速度を測定することができる。QCMとは、水晶振動子11の表面に付着する物質の質量に応じて、共振周波数が変化するという性質を利用して、付着量を測定する質量センサである。水晶振動子11は、図2Aに示すように、測定容器10の内部のセンサヘッド12に保持されていることが好ましい。センサヘッド12を含む測定容器10については、後に詳述する。   In the present invention, the etching rate of the silicon oxide film can be measured using the principle of QCM (quartz crystal microbalance method). The QCM is a mass sensor that measures the amount of adhesion using the property that the resonance frequency changes according to the mass of the substance adhering to the surface of the crystal unit 11. As shown in FIG. 2A, the crystal unit 11 is preferably held by a sensor head 12 inside the measurement container 10. The measurement container 10 including the sensor head 12 will be described in detail later.

振動数検出手段21は、水晶振動子11と電気的に接続されており、水晶振動子11を振動させつつ振動周波数を検出する。QCMセンサは、各種のものが市販されており、これを振動させる発振回路や、QCMセンサを用いて質量測定を行なうための測定装置も市販されている。これらの装置は、QCMの原理を利用したものであり、特開平10−92789号公報、特表2002−500828号公報などに、エッチング速度の測定に応用した例が開示されている。   The frequency detector 21 is electrically connected to the crystal unit 11 and detects the vibration frequency while vibrating the crystal unit 11. Various types of QCM sensors are commercially available, and an oscillation circuit that vibrates the QCM sensor and a measuring device for performing mass measurement using the QCM sensor are also commercially available. These apparatuses utilize the principle of QCM, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-92789 and Japanese Translation of PCT International Application No. 2002-500828 disclose examples applied to the measurement of the etching rate.

QCMの原理を利用した水晶振動子11は、下記のザウエルブレイ式に示すように、その振動周波数の変化から、付着した物質の質量変化量を算出することができる。このため、所定の時間間隔で振動周波数の変化量を測定することにより、単位時間当たりのこの質量変化量、すなわちエッチング速度を求めることができる。また、この式より、振動周波数の変化速度とエッチング速度とは、比例関係にあることが理解できる。   The quartz crystal resonator 11 using the QCM principle can calculate the mass change amount of the adhered substance from the change in the vibration frequency, as shown in the following Zawelbray equation. Therefore, by measuring the change amount of the vibration frequency at a predetermined time interval, this mass change amount per unit time, that is, the etching rate can be obtained. Further, from this equation, it can be understood that the change rate of the vibration frequency and the etching rate are in a proportional relationship.

Figure 2016104433
Figure 2016104433

本発明の珪素濃度の測定装置は、図1Aに示すように、エッチング液25の温度を一定に制御する手段または温度を測定する温度測定手段22を備えていることが好ましい。温度測定手段22は温度センサ22aを備えており、温度センサ22aとしては熱電対、測温抵抗体等が用いられる。
なお、エッチング液の温度及び濃度を一定に制御する方法としては、特開平11−154665号公報の従来技術の項目に記載される方法等が挙げられる。例えばエッチング液が燐酸水溶液の場合は、燐酸水溶液の沸点以上のヒーターパワーを有する加熱装置を用い、加熱を継続しながら燐酸水溶液温度が沸点温度を維持するように純水の投入量を制御することにより、燐酸水溶液の温度及び燐酸濃度を一定に保つ方法である。
As shown in FIG. 1A, the silicon concentration measuring apparatus of the present invention preferably includes means for controlling the temperature of the etching solution 25 to be constant or temperature measuring means 22 for measuring the temperature. The temperature measuring means 22 includes a temperature sensor 22a, and a thermocouple, a resistance temperature detector, or the like is used as the temperature sensor 22a.
As a method for controlling the temperature and concentration of the etching solution to be constant, a method described in the item of the prior art in JP-A-11-154665 can be cited. For example, when the etching solution is a phosphoric acid aqueous solution, use a heating device having a heater power equal to or higher than the boiling point of the phosphoric acid aqueous solution, and control the amount of pure water input so that the temperature of the phosphoric acid aqueous solution maintains the boiling temperature while continuing heating. Thus, the temperature and phosphoric acid concentration of the phosphoric acid aqueous solution are kept constant.

また、本発明の珪素濃度の測定装置は、演算手段24を備えており、演算手段24が、エッチング液25の温度と振動周波数の変化速度とに基づいて、前記エッチング液25中の珪素濃度を算出する。その際、振動周波数の変化速度と珪素濃度との相関関係を利用することができるが(図8参照)、水晶振動子11の振動周波数変化から算出した酸化珪素膜のエッチング速度と、珪素濃度と酸化珪素膜のエッチング速度との相関関係に基づいて、エッチング液25中の珪素濃度を算出することも可能である。このとき利用する相関関係は、少なくともエッチング液25の温度を考慮した相関関係が使用される。   In addition, the silicon concentration measuring device of the present invention is provided with a calculating means 24, which calculates the silicon concentration in the etching liquid 25 based on the temperature of the etching liquid 25 and the change rate of the vibration frequency. calculate. At that time, the correlation between the change rate of the vibration frequency and the silicon concentration can be used (see FIG. 8). However, the etching rate of the silicon oxide film calculated from the change of the vibration frequency of the crystal resonator 11 and the silicon concentration It is also possible to calculate the silicon concentration in the etching solution 25 based on the correlation with the etching rate of the silicon oxide film. As the correlation used at this time, a correlation considering at least the temperature of the etching solution 25 is used.

図3は、酸化珪素を堆積したシリコンウェーハを燐酸(燐酸濃度が87.4重量%の水溶液)に浸漬してエッチングし、珪素濃度と燐酸温度を変化させ、エッチング速度を測定した結果を示すグラフである。この結果が示すように、珪素濃度と酸化珪素膜のエッチング速度とは、高い相関関係を有しており、エッチング液25の温度により、相関関係が異なっている。   FIG. 3 is a graph showing the results of etching by immersing a silicon wafer on which silicon oxide is deposited in phosphoric acid (aqueous solution having a phosphoric acid concentration of 87.4% by weight), changing the silicon concentration and the phosphoric acid temperature, and measuring the etching rate. It is. As this result shows, the silicon concentration and the etching rate of the silicon oxide film have a high correlation, and the correlation differs depending on the temperature of the etching solution 25.

図3のグラフは、燐酸濃度が87.4重量%の場合の測定結果であるが、燐酸濃度を変えた場合は、各々の燐酸濃度において、エッチング液25の温度における珪素濃度と酸化珪素膜のエッチング速度との相関関係が異なる。   The graph of FIG. 3 shows the measurement results when the phosphoric acid concentration is 87.4% by weight. When the phosphoric acid concentration is changed, the silicon concentration at the temperature of the etching solution 25 and the silicon oxide film at each phosphoric acid concentration are shown. The correlation with the etching rate is different.

このため、本発明では、特に、エッチング液25中の燐酸濃度が変化する場合には、エッチング液25の温度に加えて、燐酸濃度を考慮した相関関係を利用することが好ましい。このため、本発明では、エッチング液中の燐酸濃度を測定する濃度測定手段23を更に含むことが好ましい。本実施形態では、濃度測定手段23が測定セル23aを備えており、循環配管27に測定セル23aを設ける例を示す。濃度測定手段23については、後に詳述する。   Therefore, in the present invention, in particular, when the phosphoric acid concentration in the etching solution 25 changes, it is preferable to use a correlation that takes into account the phosphoric acid concentration in addition to the temperature of the etching solution 25. For this reason, in this invention, it is preferable to further contain the density | concentration measurement means 23 which measures the phosphoric acid density | concentration in etching liquid. In the present embodiment, an example in which the concentration measuring unit 23 includes a measurement cell 23a and the measurement cell 23a is provided in the circulation pipe 27 is shown. The concentration measuring means 23 will be described in detail later.

従って、本実施形態では、演算手段24が、エッチング液25の温度及び燐酸濃度における珪素濃度と振動周波数の変化速度(又は酸化珪素膜のエッチング速度)との相関関係に基づいて、エッチング液25中の珪素濃度を算出する場合の例を示す。   Therefore, in the present embodiment, the calculation means 24 is based on the correlation between the silicon concentration at the temperature and the phosphoric acid concentration of the etching solution 25 and the change rate of the vibration frequency (or the etching rate of the silicon oxide film). An example of calculating the silicon concentration is shown.

演算手段24としては、マイコン、パソコン等が使用でき、記憶装置に保存した相関データ24aを利用して、上記のような演算を行なうことができる。相関データ24aとしては、図3に示すような相関関係を数式化した関数を利用することができる。このような関数は、エッチング液25の温度及び燐酸濃度に応じて設定される。また、図8に示すようなグラフから、珪素濃度と振動周波数の変化速度の相関関係を求めておき、これを数式化した関数を利用することができる。   As the calculation means 24, a microcomputer, a personal computer, or the like can be used, and the above calculation can be performed using the correlation data 24a stored in the storage device. As the correlation data 24a, a function obtained by formulating the correlation as shown in FIG. 3 can be used. Such a function is set according to the temperature of the etching solution 25 and the phosphoric acid concentration. Further, from the graph as shown in FIG. 8, the correlation between the silicon concentration and the change rate of the vibration frequency is obtained, and a function obtained by formulating this can be used.

演算手段24による演算は、コンピュータプログラムに従って、例えば、図4に示すような流れで実行される。この例では、演算手段24が一定時間隔で、サンプリングデータを取り込んで演算するフローとなっている。   The calculation by the calculation means 24 is executed according to the computer program, for example, according to the flow shown in FIG. In this example, the calculation means 24 fetches sampling data at a fixed time interval and calculates.

ステップS1では、予め設定されたサンプリングの時間間隔にしたがって、以下のステップS2〜S5を行なうための時間待機がなされる。サンプリングの時間間隔としては、例えば60〜600秒が設定される。   In step S1, a time standby for performing the following steps S2 to S5 is performed in accordance with a preset sampling time interval. For example, 60 to 600 seconds are set as the sampling time interval.

ステップS2では、振動数検出手段21による振動数のサンプリングを行なう。振動数検出手段21からは、振動数やこれに対応した値が出力されるが、付着した物質の質量を算出してこれを出力することも可能である。このような値が一定の時間間隔で出力されることで、単位時間当たりの振動周波数の変化速度、及び/又はエッチング速度を、演算手段25で求めることができる。   In step S2, the frequency is sampled by the frequency detection means 21. The frequency detection means 21 outputs a frequency and a value corresponding to the frequency, but it is also possible to calculate and output the mass of the adhered substance. By outputting such values at regular time intervals, the calculation means 25 can determine the rate of change of the vibration frequency per unit time and / or the etching rate.

ステップS3では、温度測定手段22による温度のサンプリングを行なう。温度測定手段22からは、温度やこれに対応した値が出力される。このような値が一定の時間間隔で出力されることで、その時間における温度に対応する相関データ24aを、演算手段25に取り込むことができる。   In step S3, temperature sampling is performed by the temperature measuring means 22. The temperature measuring means 22 outputs a temperature and a value corresponding to the temperature. By outputting such values at regular time intervals, the correlation data 24a corresponding to the temperature at that time can be taken into the computing means 25.

ステップS4では、濃度測定手段23による燐酸濃度のサンプリングを行なう。濃度測定手段23からは、燐酸濃度やこれに対応した値が出力される。このような値が一定の時間間隔で出力されることで、その時間における燐酸濃度に対応する相関データ24aを、演算手段25に取り込むことができる。   In step S4, the phosphoric acid concentration is sampled by the concentration measuring means 23. The concentration measuring means 23 outputs a phosphoric acid concentration and a value corresponding to this. By outputting such values at regular time intervals, the correlation data 24a corresponding to the phosphoric acid concentration at that time can be taken into the computing means 25.

ステップS5では、演算手段25に取り込まれた相関データ24aが、その時間でのエッチング液25の温度及び燐酸濃度における珪素濃度と振動周波数の変化速度、及び/又は酸化珪素膜のエッチング速度との相関関係として利用される。演算手段25では、この相関関係に基づいて、振動周波数の変化速度、及び/又はエッチング速度からエッチング液25中の珪素濃度を算出する。   In step S5, the correlation data 24a taken into the calculation means 25 is correlated with the temperature of the etching solution 25 and the change rate of the vibration frequency and / or the etching rate of the silicon oxide film at the time of the phosphoric acid concentration. Used as a relationship. Based on this correlation, the calculation means 25 calculates the silicon concentration in the etching solution 25 from the change rate of the vibration frequency and / or the etching rate.

ステップS6では、ステップS5で演算手段25により行なわれた結果が出力される。出力の形態としては、表示装置による表示、印刷などでもよいが、珪素濃度、エッチング速度等を制御するための操作信号として出力してもよい。その場合、珪素濃度、エッチング速度やこれらに対応した値が出力される。   In step S6, the result obtained by the calculation means 25 in step S5 is output. The output form may be display on a display device, printing, or the like, but it may be output as an operation signal for controlling the silicon concentration, the etching rate, or the like. In that case, the silicon concentration, the etching rate, and values corresponding to these are output.

(エッチング選択比の測定装置)
本発明のエッチング選択比の測定装置は、以上のような本発明の珪素濃度の測定方法を利用して、エッチング選択比を測定するものである。本発明のエッチング選択比の測定装置は、図1Bに示すように、基板処理装置26のエッチング液25に接触させる酸化珪素膜を被覆した水晶振動子11と、その水晶振動子11を振動させつつ振動周波数を検出する振動数検出手段21とを備えている。本実施形態では、循環配管27に測定容器10を設けて、その内部のエッチング液25に水晶振動子11を接触させる例を示す。
(Etching selectivity measurement device)
The etching selectivity measuring apparatus of the present invention measures the etching selectivity using the method for measuring the silicon concentration of the present invention as described above. As shown in FIG. 1B, the etching selectivity measuring apparatus of the present invention has a crystal resonator 11 coated with a silicon oxide film to be brought into contact with the etching solution 25 of the substrate processing apparatus 26, and vibrates the crystal resonator 11. And a frequency detection means 21 for detecting the vibration frequency. In the present embodiment, an example in which the measurement container 10 is provided in the circulation pipe 27 and the crystal unit 11 is brought into contact with the etching solution 25 inside the measurement container 10 is shown.

エッチング液25の種類としては、窒化珪素膜と酸化珪素膜のエッチングが生じるものであれば、何れでもよく、例えば燐酸と水等の希釈液との混合液、硫酸と水等の希釈液との混合液などが挙げられる。   The type of the etching solution 25 may be any as long as etching of the silicon nitride film and the silicon oxide film occurs. For example, a mixed solution of phosphoric acid and a diluted solution such as water, or a diluted solution such as sulfuric acid and water. A mixed liquid etc. are mentioned.

本発明のエッチング選択比の測定装置は、図1Bに示すように、エッチング液中の燐酸濃度を測定する濃度測定手段23を備えていることが好ましい。本実施形態では、濃度測定手段23が測定セル23aを備えており、循環配管27に測定セル23aを設ける例を示す。濃度測定手段23については、後に詳述する。   As shown in FIG. 1B, the etching selectivity measuring apparatus of the present invention preferably includes a concentration measuring means 23 for measuring the phosphoric acid concentration in the etching solution. In the present embodiment, an example in which the concentration measuring unit 23 includes a measurement cell 23a and the measurement cell 23a is provided in the circulation pipe 27 is shown. The concentration measuring means 23 will be described in detail later.

また、本発明のエッチング選択比の測定装置は、エッチング液25の温度を測定する温度測定手段22を備えていることが好ましい。温度測定手段22は温度センサ22aを備えており、温度センサ22aとしては熱電対、測温抵抗体等が用いられる。   Moreover, it is preferable that the apparatus for measuring an etching selectivity of the present invention includes a temperature measuring unit 22 that measures the temperature of the etching solution 25. The temperature measuring means 22 includes a temperature sensor 22a, and a thermocouple, a resistance temperature detector, or the like is used as the temperature sensor 22a.

また、本発明のエッチング選択比の測定装置は、演算手段24を備えており、演算手段24が、水晶振動子11の振動周波数変化から算出した酸化珪素膜のエッチング速度と、測定された又は一定に制御されたエッチング液25の濃度及び温度とから算出した窒化珪素膜のエッチング速度とに基づいて、窒化珪素膜/酸化珪素膜のエッチング速度の比を連続的に算出する。その際、エッチング液25の濃度と温度とから、これらと窒化珪素膜のエッチング速度との相関関係に基づいて、窒化珪素膜のエッチング速度を連続的に算出することが好ましい。なお、エッチング液の温度及び濃度を一定に制御する方法としては、特開平11−154665号公報の従来技術の項目に記載される方法等が挙げられる。例えばエッチング液が燐酸水溶液の場合は、燐酸水溶液の沸点以上のヒーターパワーを有する加熱装置を用い、加熱を継続しながら燐酸水溶液温度が沸点温度を維持するように純水の投入量を制御することにより、燐酸水溶液の温度及び燐酸濃度を一定に保つ方法である。   In addition, the etching selectivity measurement apparatus of the present invention includes a calculation unit 24, and the calculation unit 24 measures the etching rate of the silicon oxide film calculated from the change in the vibration frequency of the quartz crystal resonator 11, and is measured or constant. On the basis of the etching rate of the silicon nitride film calculated from the concentration and temperature of the etching solution 25 controlled to the above, the ratio of the etching rate of the silicon nitride film / silicon oxide film is continuously calculated. At this time, it is preferable that the etching rate of the silicon nitride film is continuously calculated from the concentration and temperature of the etching solution 25 based on the correlation between the etching rate of the silicon nitride film and these. As a method for controlling the temperature and concentration of the etching solution to be constant, a method described in the item of the prior art in JP-A-11-154665 can be cited. For example, when the etching solution is a phosphoric acid aqueous solution, use a heating device having a heater power equal to or higher than the boiling point of the phosphoric acid aqueous solution, and control the amount of pure water input so that the temperature of the phosphoric acid aqueous solution maintains the boiling temperature while continuing heating. Thus, the temperature and phosphoric acid concentration of the phosphoric acid aqueous solution are kept constant.

本発明では、演算手段24により、算出された酸化珪素膜のエッチング速度から、エッチング液25中の珪素濃度を算出する演算処理を更に行なうことが好ましい。但し、珪素濃度の算出は、振動周波数の変化速度と珪素濃度との相関関係に基づいて、算出することもできる。   In the present invention, it is preferable to further perform calculation processing for calculating the silicon concentration in the etching solution 25 from the calculated etching rate of the silicon oxide film by the calculation means 24. However, the silicon concentration can also be calculated based on the correlation between the change rate of the vibration frequency and the silicon concentration.

つまり、図8に示すように、珪素濃度が異なると振動周波数の変化速度が相違するが、両者には高い相関関係があることが判明した。そして、振動周波数の変化速度は、QCMの原理より、酸化珪素膜のエッチング速度(エッチングレート)と比例関係にある。また、図3に示すように、酸化珪素膜のエッチング速度と珪素濃度とは、エッチング液の温度及び燐酸濃度が一定の場合には、高い相関性を示すが、温度が相違すると相関関係も変化する。本発明は、このように、振動周波数の変化速度とエッチング液中の珪素濃度との高い相関関係を利用し、その際に、エッチング液の温度の影響を考慮することで、エッチング液中の珪素濃度をインラインで連続的に測定できる。   That is, as shown in FIG. 8, it was found that the change rate of the vibration frequency is different when the silicon concentration is different, but both are highly correlated. The change rate of the vibration frequency is proportional to the etching rate (etching rate) of the silicon oxide film based on the principle of QCM. In addition, as shown in FIG. 3, the etching rate of the silicon oxide film and the silicon concentration show a high correlation when the temperature of the etching solution and the phosphoric acid concentration are constant, but the correlation also changes when the temperature is different. To do. In this way, the present invention utilizes the high correlation between the change rate of the vibration frequency and the silicon concentration in the etching solution, and in this case, the influence of the temperature of the etching solution is taken into consideration, thereby Concentration can be measured continuously in-line.

一方、水晶振動子11の振動周波数変化から算出した酸化珪素膜のエッチング速度と、珪素濃度と酸化珪素膜のエッチング速度との相関関係に基づいて、エッチング液25中の珪素濃度を算出することも可能である。このとき利用する相関関係は、少なくともエッチング液25の温度を考慮した相関関係が使用される。   On the other hand, the silicon concentration in the etching solution 25 can be calculated based on the correlation between the etching rate of the silicon oxide film calculated from the change in the vibration frequency of the quartz crystal resonator 11 and the etching rate of the silicon concentration and the silicon oxide film. Is possible. As the correlation used at this time, a correlation considering at least the temperature of the etching solution 25 is used.

演算手段24としては、マイコン、パソコン等が使用でき、記憶装置に保存した相関データ24aを利用して、上記のような演算を行なうことができる。相関データ24aとしては、窒化珪素膜のエッチング速度を算出するための相関データと、エッチング液25中の珪素濃度を算出するための相関データとを含んでいる。   As the calculation means 24, a microcomputer, a personal computer, or the like can be used, and the above calculation can be performed using the correlation data 24a stored in the storage device. The correlation data 24a includes correlation data for calculating the etching rate of the silicon nitride film and correlation data for calculating the silicon concentration in the etching solution 25.

珪素濃度を算出するための相関データとしては、図3等に示すような相関関係を数式化した関数を利用することができる。このような関数は、エッチング液25の温度及び燐酸濃度に応じて設定される。また、図8に示すようなグラフから、珪素濃度と振動周波数の変化速度の相関関係を求めておき、これを数式化した関数を利用することができる。   As correlation data for calculating the silicon concentration, a function obtained by formulating the correlation as shown in FIG. 3 and the like can be used. Such a function is set according to the temperature of the etching solution 25 and the phosphoric acid concentration. Further, from the graph as shown in FIG. 8, the correlation between the silicon concentration and the change rate of the vibration frequency is obtained, and a function obtained by formulating this can be used.

窒化珪素膜のエッチング速度を算出するための相関データとしては、図10に示すような相関関係を数式化した関数を利用することができる。図10は、異なる温度(150℃、160℃、170℃)における、燐酸濃度と窒化珪素膜のエッチング速度との関係を示すグラフであり、エッチング液25の濃度と温度とから、これらと窒化珪素膜のエッチング速度との相関関係に基づいて、窒化珪素膜のエッチング速度を算出できることが理解できる。   As correlation data for calculating the etching rate of the silicon nitride film, a function obtained by formulating the correlation as shown in FIG. 10 can be used. FIG. 10 is a graph showing the relationship between the phosphoric acid concentration and the etching rate of the silicon nitride film at different temperatures (150 ° C., 160 ° C., and 170 ° C.). It can be understood that the etching rate of the silicon nitride film can be calculated based on the correlation with the etching rate of the film.

演算手段24による演算は、コンピュータプログラムに従って、例えば、図4に示すような流れで実行される。この例では、演算手段24が一定時間隔で、サンプリングデータを取り込んで演算するフローとなっている。各ステップS1〜S6における処理は、前述の通りである。   The calculation by the calculation means 24 is executed according to the computer program, for example, according to the flow shown in FIG. In this example, the calculation means 24 fetches sampling data at a fixed time interval and calculates. The processing in each step S1 to S6 is as described above.

特に、ステップS5では、演算手段25に取り込まれた相関データ24aが、その時間でのエッチング液25の濃度と温度とから、窒化珪素膜のエッチング速度を算出するための相関関係として利用される。これにより算出された窒化珪素膜のエッチング速度と、前述のようにして算出される酸化珪素膜のエッチング速度とに基づいて、窒化珪素膜/酸化珪素膜のエッチング速度の比を連続的に算出する。   In particular, in step S5, the correlation data 24a captured by the computing means 25 is used as a correlation for calculating the etching rate of the silicon nitride film from the concentration and temperature of the etching solution 25 at that time. Based on the calculated etching rate of the silicon nitride film and the etching rate of the silicon oxide film calculated as described above, the ratio of the etching rate of the silicon nitride film / silicon oxide film is continuously calculated. .

また、相関データ24aは、その時間でのエッチング液25の温度及び燐酸濃度における珪素濃度と振動周波数の変化速度、及び/又は酸化珪素膜のエッチング速度との相関関係として利用される。演算手段25では、この相関関係に基づいて、振動周波数の変化速度、及び/又はエッチング速度からエッチング液25中の珪素濃度を算出することができる。   Further, the correlation data 24a is used as a correlation between the temperature of the etching solution 25 and the change rate of the vibration frequency and / or the etching rate of the silicon oxide film at the temperature and the phosphoric acid concentration of the time. Based on this correlation, the calculation means 25 can calculate the silicon concentration in the etching solution 25 from the change rate of the vibration frequency and / or the etching rate.

本発明では、エッチング速度の比を算出する際に、水晶振動子11に被覆した酸化珪素膜のエッチング速度を、基板上に形成された酸化珪素膜のエッチング速度に変換する演算処理を含むことが好ましい。この演算処理は、予め求めておいた酸化珪素膜のエッチング速度と基板上に形成された酸化珪素膜のエッチング速度との相関関係に基づいて行なうことができる。通常、両者は比例関係にあるため、相関関係としては、特定の比例定数が使用できる。   In the present invention, the calculation of the ratio of the etching rates may include a calculation process for converting the etching rate of the silicon oxide film coated on the crystal unit 11 into the etching rate of the silicon oxide film formed on the substrate. preferable. This arithmetic processing can be performed based on the correlation between the etching rate of the silicon oxide film obtained in advance and the etching rate of the silicon oxide film formed on the substrate. Since both are normally in a proportional relationship, a specific proportional constant can be used as the correlation.

ステップS6では、ステップS5で演算手段25により行なわれた結果が出力される。出力の形態としては、表示装置による表示、印刷などでもよいが、エッチング選択比、珪素濃度、エッチング速度等を制御するための操作信号として出力してもよい。その場合、エッチング選択比、珪素濃度、エッチング速度やこれらに対応した値が出力される。   In step S6, the result obtained by the calculation means 25 in step S5 is output. The output form may be display by a display device, printing, or the like, but it may be output as an operation signal for controlling the etching selection ratio, silicon concentration, etching rate, and the like. In that case, an etching selection ratio, a silicon concentration, an etching rate, and values corresponding to these are output.

(珪素濃度の測定方法)
本発明の珪素濃度の測定方法は、以上のような本発明の珪素濃度の測定装置を用いて好適に実施することができる。つまり、本発明の珪素濃度の測定方法は、水晶振動子11に被覆した酸化珪素膜を基板処理装置のエッチング液25に接触させ、水晶振動子11を振動させつつ振動周波数を検出する工程と、振動周波数の変化速度に基づいて、エッチング液25中の珪素濃度を算出する工程と、を含むものである。前述の実施形態では、エッチング液25の温度を測定する工程を更に含み、エッチング液25の温度と振動周波数の変化速度とに基づいて、エッチング液25中の珪素濃度を算出する例を示した。
(Measurement method of silicon concentration)
The silicon concentration measuring method of the present invention can be preferably carried out using the silicon concentration measuring apparatus of the present invention as described above. That is, the method for measuring the silicon concentration of the present invention includes a step of contacting a silicon oxide film coated on the crystal resonator 11 with the etching solution 25 of the substrate processing apparatus and detecting the vibration frequency while vibrating the crystal resonator 11; And a step of calculating the silicon concentration in the etching solution 25 based on the change rate of the vibration frequency. In the above-described embodiment, the step of measuring the temperature of the etching solution 25 is further included, and the silicon concentration in the etching solution 25 is calculated based on the temperature of the etching solution 25 and the change rate of the vibration frequency.

酸化珪素膜のエッチング速度を算出する工程は、前述したように、図1に示すような基板処理装置26、水晶振動子11、振動数検出手段21、演算手段24を用いて実施することができる。また、エッチング液の温度を測定する工程は、温度測定手段22を用いて実施することができる。更に、珪素濃度を算出する工程は、演算手段24を用いて、例えば図4に示すような流れで実施することができる。   As described above, the step of calculating the etching rate of the silicon oxide film can be performed using the substrate processing apparatus 26, the crystal resonator 11, the frequency detecting means 21, and the calculating means 24 as shown in FIG. . Further, the step of measuring the temperature of the etching solution can be performed using the temperature measuring means 22. Furthermore, the step of calculating the silicon concentration can be performed using the calculation means 24 in the flow as shown in FIG.

本発明では、前述の実施形態のように、エッチング液25中の燐酸濃度を測定する工程を更に含み、エッチング液25中の珪素濃度を算出する工程において、エッチング液25の温度及び燐酸濃度と振動周波数の変化速度とに基づいて、エッチング液25中の珪素濃度を算出することが好ましい。燐酸濃度を測定する工程は、燐酸濃度を測定する濃度測定手段23を用いて実施することができる。また、振動周波数の変化速度に基づいて、酸化珪素膜のエッチング速度を算出する工程を含むことが好ましい。更に、本発明の珪素濃度の測定方法は、後述するような、本発明のセンサヘッド12を用いて実施することが好ましい。   The present invention further includes a step of measuring the phosphoric acid concentration in the etching solution 25 as in the above-described embodiment, and in the step of calculating the silicon concentration in the etching solution 25, the temperature, phosphoric acid concentration and vibration of the etching solution 25 are calculated. It is preferable to calculate the silicon concentration in the etching solution 25 based on the frequency change rate. The step of measuring the phosphoric acid concentration can be performed using the concentration measuring means 23 for measuring the phosphoric acid concentration. Moreover, it is preferable to include the step of calculating the etching rate of the silicon oxide film based on the change rate of the vibration frequency. Furthermore, it is preferable to implement the silicon concentration measuring method of the present invention using the sensor head 12 of the present invention as described later.

(エッチング選択比の測定方法)
本発明のエッチング選択比の測定方法は、以上のような本発明のエッチング選択比の測定装置を用いて好適に実施することができる。つまり、本発明のエッチング選択比の測定方法は、水晶振動子11に被覆した酸化珪素膜を基板処理装置のエッチング液25に接触させつつ、水晶振動子11の振動周波数変化から酸化珪素膜のエッチング速度を連続的に算出する工程と、エッチング液25の窒化珪素膜のエッチング速度を連続的に算出する工程と、算出された酸化珪素膜のエッチング速度と窒化珪素膜のエッチング速度とに基づいて、窒化珪素膜/酸化珪素膜のエッチング速度の比を連続的に算出する工程とを含むものである。その際、エッチング液25の濃度及び温度を測定しつつ、測定された濃度及び温度から窒化珪素膜のエッチング速度を連続的に算出することが好ましい。
(Measurement method of etching selectivity)
The method for measuring the etching selectivity of the present invention can be preferably carried out using the etching selectivity measuring apparatus of the present invention as described above. That is, the method for measuring the etching selectivity of the present invention etches the silicon oxide film from the change in the vibration frequency of the crystal unit 11 while bringing the silicon oxide film coated on the crystal unit 11 into contact with the etching solution 25 of the substrate processing apparatus. Based on the step of continuously calculating the rate, the step of continuously calculating the etching rate of the silicon nitride film of the etching solution 25, and the calculated etching rate of the silicon oxide film and the etching rate of the silicon nitride film, And a step of continuously calculating an etching rate ratio of the silicon nitride film / silicon oxide film. At this time, it is preferable to continuously calculate the etching rate of the silicon nitride film from the measured concentration and temperature while measuring the concentration and temperature of the etching solution 25.

酸化珪素膜のエッチング速度を算出する工程は、前述したように、図1に示すような基板処理装置26、水晶振動子11、振動数検出手段21、演算手段24を用いて実施することができる。また、窒化珪素膜のエッチング速度を算出する工程は、前述したように、図1に示すような温度測定手段22、濃度測定手段23、演算手段24を用いて実施することができる。更に、エッチング速度の比を算出する工程と珪素濃度を算出する工程とは、演算手段24を用いて、例えば図4に示すような流れで実施することができる。   As described above, the step of calculating the etching rate of the silicon oxide film can be performed using the substrate processing apparatus 26, the crystal resonator 11, the frequency detecting means 21, and the calculating means 24 as shown in FIG. . Further, as described above, the step of calculating the etching rate of the silicon nitride film can be performed using the temperature measuring means 22, the concentration measuring means 23, and the calculating means 24 as shown in FIG. Further, the step of calculating the ratio of the etching rates and the step of calculating the silicon concentration can be performed using the calculation means 24 in the flow as shown in FIG.

本発明では、前述の実施形態のように、エッチング液25中の燐酸濃度を測定する工程を更に含み、エッチング液25中の珪素濃度を算出する工程において、エッチング液25の温度及び燐酸濃度と振動周波数の変化速度とに基づいて、エッチング液25中の珪素濃度を算出することが好ましい。燐酸濃度を測定する工程は、燐酸濃度を測定する濃度測定手段23を用いて実施することができる。更に、本発明のエッチング選択比の測定方法は、後述するような、センサヘッド12を用いて実施することが好ましい。   The present invention further includes a step of measuring the phosphoric acid concentration in the etching solution 25 as in the above-described embodiment, and in the step of calculating the silicon concentration in the etching solution 25, the temperature, phosphoric acid concentration and vibration of the etching solution 25 are calculated. It is preferable to calculate the silicon concentration in the etching solution 25 based on the frequency change rate. The step of measuring the phosphoric acid concentration can be performed using the concentration measuring means 23 for measuring the phosphoric acid concentration. Furthermore, the method for measuring the etching selectivity of the present invention is preferably carried out using a sensor head 12 as described later.

(珪素濃度測定用センサヘッド)
本発明のエッチング選択比の測定方法に用いるセンサヘッド12は、図2A〜図2Cに示すように、酸化珪素膜を被覆した水晶振動子11と、その水晶振動子11の周囲を押圧して水晶振動子11を液密に保持するシール部材13と、水晶振動子11を伝熱により加熱する加熱手段14とを備えている。
(Sensor head for silicon concentration measurement)
As shown in FIGS. 2A to 2C, the sensor head 12 used in the method for measuring the etching selectivity of the present invention includes a crystal resonator 11 coated with a silicon oxide film and a crystal by pressing the periphery of the crystal resonator 11. A seal member 13 that holds the vibrator 11 in a liquid-tight manner and a heating unit 14 that heats the quartz vibrator 11 by heat transfer are provided.

図9に示すように、センサヘッド12を予備加熱しない場合には、センサヘッド12とエッチング液25の温度差により、水晶振動子11の温度が安定せず、その影響で周波数も安定しない。これに対して、センサヘッド12を予備加熱する場合には、センサヘッド12とエッチング液25の温度差が小さくなり、水晶振動子11の温度が早く安定し、その影響で周波数も早期に安定することが判明した。   As shown in FIG. 9, when the sensor head 12 is not preheated, the temperature of the crystal unit 11 is not stabilized due to the temperature difference between the sensor head 12 and the etching solution 25, and the frequency is not stabilized under the influence. On the other hand, when the sensor head 12 is preheated, the temperature difference between the sensor head 12 and the etching solution 25 becomes small, the temperature of the crystal unit 11 stabilizes quickly, and the frequency stabilizes early due to the influence. It has been found.

このように加熱手段14からの伝熱により水晶振動子11を加熱することで、センサヘッド12とエッチング液25の温度差が小さくなり、水晶振動子11の温度変化による影響(測定誤差)が生じにくく、より高い精度で珪素濃度を測定できるようになる。   By heating the crystal unit 11 by heat transfer from the heating means 14 in this way, the temperature difference between the sensor head 12 and the etching solution 25 is reduced, and the influence (measurement error) due to the temperature change of the crystal unit 11 occurs. It is difficult to measure the silicon concentration with higher accuracy.

図2Cに示すように、図示した例では、シール部材13が外側シール部材13aと内側シール部材13bとで構成されている。内側シール部材13bは、L字型断面を有しており、外側シール部材13aがこれに内嵌される際に、水晶振動子11の周囲が外側シール部材13aと内側シール部材13bとで押圧される。シール部材13は、PTFE等のフッ素樹脂やフッ素ゴムなどの耐蝕性の材料で形成される。なお、本発明においては、エッチング液温度が高く、耐熱性も高いPTFE等のフッ素樹脂やパーフロ系の材料で形成されることが好ましい。   As shown in FIG. 2C, in the illustrated example, the seal member 13 includes an outer seal member 13a and an inner seal member 13b. The inner seal member 13b has an L-shaped cross section, and when the outer seal member 13a is fitted therein, the periphery of the crystal unit 11 is pressed by the outer seal member 13a and the inner seal member 13b. The The seal member 13 is formed of a corrosion-resistant material such as a fluororesin such as PTFE or fluororubber. In the present invention, it is preferably formed of a fluororesin such as PTFE or a perflo-based material having a high etching solution temperature and high heat resistance.

また、シール部材13は、内側シール部材13bが枠部材15に内嵌されることで、枠部材15に保持される。この構造により、水晶振動子11を破損等することなく、センサヘッド12から容易に交換することができる。枠部材15は、PTFE等のフッ素樹脂やガラスエポキシ樹脂、FRP、CFRP、ガラス状カーボンなどの材料で形成される。   Further, the seal member 13 is held by the frame member 15 when the inner seal member 13 b is fitted into the frame member 15. With this structure, the sensor unit 12 can be easily replaced without damaging the crystal unit 11. The frame member 15 is formed of a material such as a fluorine resin such as PTFE, a glass epoxy resin, FRP, CFRP, or glassy carbon.

枠部材15は、センサ台16に内嵌されて保持される。枠部材15とセンサ台16とを分離可能にすることにより、水晶振動子11を交換する際に、枠部材15ごと破損しないで安全に交換することができる。センサ台16は、PTFE等のフッ素樹脂やガラスエポキシ樹脂、FRP、CFRP、ガラス状カーボンなどの材料で形成される。   The frame member 15 is fitted and held in the sensor base 16. By making the frame member 15 and the sensor base 16 separable, when the crystal unit 11 is replaced, the entire frame member 15 can be safely replaced without being damaged. The sensor base 16 is made of a material such as fluororesin such as PTFE, glass epoxy resin, FRP, CFRP, or glassy carbon.

内側シール部材13b、枠部材15、センサ台16には、ピン17を貫通させるための貫通口16a等が設けられている。ピン17を貫通させることで、水晶振動子11の電極端子にピン17を電気的に接続することができる。   The inner seal member 13b, the frame member 15, and the sensor base 16 are provided with a through hole 16a for allowing the pin 17 to pass therethrough. By penetrating the pin 17, the pin 17 can be electrically connected to the electrode terminal of the crystal unit 11.

加熱手段14は、面ヒータ等で構成され、第2ハンジング19bの雄ネジ部19dを第1ハンジング19aの雌ネジ部19cに締結することで、センサヘッド12に固定される。第2ハンジング19bは、ピン等を貫通させて加熱手段14と電気的な接続を行なうための貫通口19fを有している。この場合の面ヒータ等は、ラバーヒータやカプトンヒータなどに代表される外装が、耐熱・耐薬ゴム、耐熱・耐薬フィルムなどのヒータが望ましい。   The heating means 14 is constituted by a surface heater or the like, and is fixed to the sensor head 12 by fastening the male screw portion 19d of the second hanging 19b to the female screw portion 19c of the first hanging 19a. The second handling 19b has a through-hole 19f for penetrating a pin or the like for electrical connection with the heating means 14. In this case, the surface heater or the like is preferably a heater such as a heat-resistant / chemical-resistant rubber or a heat-resistant / chemical-resistant film, such as a rubber heater or a Kapton heater.

センサ台16は、ナット部材18の雄ネジ部18aを第2ハンジング19bの雌ネジ部19eに締結することで、センサヘッド12に固定される。その際、水晶振動子11を液密に保持するシール部材13は、第1ハンジング19aの内面と密着して、センサヘッド12に固定される。ナット部材18は、PTFE等のフッ素樹脂やPEEKなどの材料で形成される。   The sensor base 16 is fixed to the sensor head 12 by fastening the male threaded portion 18a of the nut member 18 to the female threaded portion 19e of the second hanging 19b. At that time, the seal member 13 that holds the crystal resonator 11 in a liquid-tight manner is in close contact with the inner surface of the first hanging 19 a and is fixed to the sensor head 12. The nut member 18 is made of a fluororesin such as PTFE or a material such as PEEK.

ナット部材18の内側には、ピン17の挿入口31aを有するソケットホルダ31が挿入される。挿入口31aはO−リングを有しており、ピン17が液密状態で挿入され、ソケットピン31bと電気的に接続される。ソケットホルダ31の外周面と外壁面にも、O−リングが保持されており、センサヘッド12内に液体が侵入しない構造となっている。   Inside the nut member 18, a socket holder 31 having an insertion opening 31 a for the pin 17 is inserted. The insertion port 31a has an O-ring, and the pin 17 is inserted in a liquid-tight state and is electrically connected to the socket pin 31b. An O-ring is also held on the outer peripheral surface and the outer wall surface of the socket holder 31, so that liquid does not enter the sensor head 12.

センサヘッド本体32には、雌ネジ部32aが設けられており、第2ハンジング19bの雄ネジ部19dを螺合することで、全体がセンサヘッド本体32に固定される。センサヘッド本体32の外壁面にもO−リングが保持されており、これが第1ハンジング19aの内壁面と密着して、液密な構造となる。第1ハンジング19a、第2ハンジング19b、ソケットホルダ31は、ガラス状カーボンなどの耐熱性、耐薬性、良熱伝導性の材料で形成される。   The sensor head main body 32 is provided with a female screw portion 32a, and the whole is fixed to the sensor head main body 32 by screwing the male screw portion 19d of the second hanging 19b. An O-ring is also held on the outer wall surface of the sensor head main body 32, which is in close contact with the inner wall surface of the first hanging 19a, resulting in a liquid-tight structure. The first hanging 19a, the second hanging 19b, and the socket holder 31 are made of a heat-resistant, chemical-resistant, and good heat-conductive material such as glassy carbon.

センサヘッド12は、図2Bに示すように(図2Cでは図示省略)、水晶振動子11の内側に連通路16cのみで外部に連通する内部空間16bと、連通路16cに設けられ内部空間16bに液体が流入した時に連通路16cを閉塞させる弁部材16dと、を備えていることが好ましい。   As shown in FIG. 2B (not shown in FIG. 2C), the sensor head 12 includes an internal space 16b that communicates with the inside of the crystal unit 11 only through the communication path 16c, and an internal space 16b that is provided in the communication path 16c. It is preferable to include a valve member 16d that closes the communication path 16c when the liquid flows in.

本実施形態では、連通路16cの拡径した空間に、弁部材16dが球形の浮遊体として設けられている例を示す。この浮遊体は、通常は拡径した空間の下部に位置するため、センサヘッド12の加熱によって内部空間16bが膨張する際には、連通路16cを通じて空気を排出等することができる。また、水晶振動子11が破損してセンサヘッド12の内部空間16bにエッチング液25が流入した場合には、浮遊体で連通路16cを閉塞させることで、破損時の薬液により発生する腐食などによる電気回路上の問題を回避することができる。   In the present embodiment, an example in which the valve member 16d is provided as a spherical floating body in the space where the diameter of the communication path 16c is expanded is shown. Since this floating body is usually located in the lower part of the expanded space, when the internal space 16b expands due to the heating of the sensor head 12, air can be discharged through the communication path 16c. In addition, when the crystal unit 11 is damaged and the etching solution 25 flows into the internal space 16b of the sensor head 12, the communication path 16c is blocked by a floating body, which is caused by corrosion generated by the chemical solution at the time of damage. Problems in the electric circuit can be avoided.

浮遊体としては、エッチング液25より比重が軽い材料のものや中空のボール形状のものが使用できる。また、連通路16cと拡径した空間との境界は、弁座として機能する。本発明では、このような浮遊体に代えて、液体の流入圧により作動して連通路16cを閉塞させる弁部材16dを設けてもよい。   As the floating body, a material having a specific gravity lighter than the etching solution 25 or a hollow ball shape can be used. Further, the boundary between the communication path 16c and the expanded space functions as a valve seat. In this invention, it may replace with such a floating body and may provide the valve member 16d which act | operates by the inflow pressure of a liquid and obstruct | occludes the communicating path 16c.

図2Aに示すように、センサヘッド本体32は、側面が開放した容器であり、側面には、第1ハンジング19a等が設けられることで、密閉された構造となる。センサヘッド本体32は、配線24を通すための連結部23を介して測定容器10に固定されており、これにより測定容器10の内部にセンサヘッド12が設けられる。センサヘッド本体32は、PEEKやPTFE等のフッ素樹脂などの材料で形成される。   As shown in FIG. 2A, the sensor head main body 32 is a container having an open side surface, and a first housing 19a and the like are provided on the side surface to form a sealed structure. The sensor head main body 32 is fixed to the measurement container 10 via the connecting portion 23 for passing the wiring 24, and thereby the sensor head 12 is provided inside the measurement container 10. The sensor head main body 32 is formed of a material such as a fluororesin such as PEEK or PTFE.

図1に示すように、測定容器10には、エッチング液25の循環配管27に設けられている。循環配管27には循環を行なうためのポンプ27aが設けられている。これにより、よりリアルタイムにエッチング速度を測定できる。   As shown in FIG. 1, the measurement container 10 is provided in a circulation pipe 27 for the etching solution 25. The circulation pipe 27 is provided with a pump 27a for performing circulation. Thereby, the etching rate can be measured in more real time.

測定容器10には、エッチング液25の導入部29と排出部35とが設けられ、初期の排気のための排気部36も備えている。また、測定容器10内の温度計測と温度制御のための熱電対の導入部33、34が設けられている。   The measurement container 10 is provided with an introduction portion 29 and a discharge portion 35 for the etching solution 25, and also includes an exhaust portion 36 for initial exhaust. In addition, thermocouple introduction portions 33 and 34 for temperature measurement and temperature control in the measurement container 10 are provided.

また、容器本体25の外周には、内部を加熱するためのラバーヒータ26が設けられ、その外周には断熱材27が設けられている。容器本体25の上面は開放しており、センサヘッド12が連結部23を介して取付られた蓋体28によって、密閉される。蓋体28は、ボルト等によって、容器本体25に締結される。   Further, a rubber heater 26 for heating the inside is provided on the outer periphery of the container body 25, and a heat insulating material 27 is provided on the outer periphery thereof. The upper surface of the container body 25 is open, and the sensor head 12 is hermetically sealed by a lid body 28 attached via a connecting portion 23. The lid body 28 is fastened to the container body 25 by bolts or the like.

また、水晶振動子11は、おおよそ30MHzまでの高振動周波数のものが好適で、このため測定系には多種多様な外的なノイズが侵入する。主なノイズは、外部からの電磁波によるもの、電解質であるエッチング液25の高温、温度変化、および、流動によるものなどの多種多様なものがある。このため、前述の部材は、導電体にして、アースする必要がある。例えば、第1ハンジング19a、および、第2ハンジング19bは導電体であるガラス状カーボンのままで良いが、センサヘッド本体32などの部材は、カーボン繊維などの導電体を混入した導電性フッ素樹脂や、CFRP(カーボン樹脂強化プラスチック)などにし、珪素濃度測定用センサヘッド12を構成する外装部材を全て導電体にして、アースすれば良い。また、珪素濃度測定用センサヘッド12と振動数検出手段21との間の配線は、外部ノイズに強い同軸ケーブルであり、それを更に導電体を形成した配線用被覆で覆い、この導電体を、アースすれば良い。このようにすると、測定系へ多種多様な外的なノイズが侵入することを防止でき、より高精度の周波数測定が可能になる。   Further, the crystal unit 11 preferably has a high vibration frequency up to about 30 MHz, so that various external noises enter the measurement system. The main noise includes a wide variety of noises such as those caused by electromagnetic waves from the outside and those caused by high temperature, temperature change, and flow of the etching solution 25 that is an electrolyte. For this reason, the above-mentioned member needs to be grounded as a conductor. For example, the first hanging 19a and the second hanging 19b may be glassy carbon as a conductor, but members such as the sensor head body 32 may be made of conductive fluororesin mixed with a conductor such as carbon fiber. CFRP (carbon resin reinforced plastic) or the like, and all exterior members constituting the sensor head 12 for measuring the silicon concentration may be made into a conductor and grounded. Further, the wiring between the silicon concentration measuring sensor head 12 and the frequency detecting means 21 is a coaxial cable that is resistant to external noise, which is further covered with a wiring coating on which a conductor is formed. It only has to be grounded. In this way, it is possible to prevent a wide variety of external noises from entering the measurement system, and it is possible to perform more accurate frequency measurement.

(燐酸濃度の濃度測定手段)
燐酸濃度の濃度測定手段23としては、エッチング液25の吸光特性を測定することでエッチング液25の濃度を測定する分光学的測定手段が好ましい。これにより、エッチング液25中の燐酸濃度をインラインでリアルタイムに測定することができ、その燐酸濃度における相関関係を利用することで、より精度良く珪素濃度を算出することができる。また、燐酸濃度は、窒化珪素膜のエッチング速度の算出にも利用される。
(Measuring means for phosphoric acid concentration)
The phosphoric acid concentration measuring means 23 is preferably a spectroscopic measuring means for measuring the concentration of the etching solution 25 by measuring the light absorption characteristics of the etching solution 25. Thereby, the phosphoric acid concentration in the etching solution 25 can be measured in-line in real time, and the silicon concentration can be calculated with higher accuracy by utilizing the correlation in the phosphoric acid concentration. The phosphoric acid concentration is also used for calculating the etching rate of the silicon nitride film.

エッチング液25の吸光特性は、透過光の強度値により測定できるが、具体的には、測定対象の燐酸溶液を測定セル25aの光透過部に導入し、光透過部に対して異なる波長の光を透過させ、透過光の強度値を測定し、強度値から吸光度を演算し、吸光度と検量線式を用いて、上記燐酸溶液中の酸の濃度を決定することができる。   The light absorption characteristic of the etching solution 25 can be measured by the intensity value of the transmitted light. Specifically, the phosphoric acid solution to be measured is introduced into the light transmitting part of the measuring cell 25a, and light having a different wavelength with respect to the light transmitting part. Then, the intensity value of the transmitted light is measured, the absorbance is calculated from the intensity value, and the concentration of the acid in the phosphoric acid solution can be determined using the absorbance and the calibration curve equation.

検量線式は、既知濃度の燐酸溶液のサンプルを光透過用のセル等に導入し、測定セル25a等に対して赤外線波長域の異なる波長の光を透過させ、透過光の強度値を測定し、この測定を複数のサンプルについて繰返し、上記の複数のサンプルの強度値から吸光度を演算することで、吸光度と燐酸溶液中の酸濃度の間の検量線式として求めることができる。   The calibration curve type is a method in which a sample of a phosphoric acid solution having a known concentration is introduced into a light transmission cell or the like, and light having a different wavelength in the infrared wavelength region is transmitted to the measurement cell 25a and the like, and the intensity value of the transmitted light is measured. By repeating this measurement for a plurality of samples and calculating the absorbance from the intensity values of the plurality of samples, a calibration curve equation between the absorbance and the acid concentration in the phosphoric acid solution can be obtained.

このような分光学的な燐酸濃度の濃度測定手段については、特開2013−51334号公報、特開2012−028580号公報などに詳細が説明されており、本発明はこれらを利用して実施することができる。   Details of such spectroscopic phosphoric acid concentration measuring means are described in JP2013-51334A, JP2012-028580A, and the like, and the present invention is implemented using these. be able to.

[別の実施形態]
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、以下のように実施形態を変更することが可能である。
[Another embodiment]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the embodiment can be modified as follows.

(1)前記の実施形態では、基板処理装置26の循環配管27に測定容器10を設けて、その内部のエッチング液25に水晶振動子11を接触させる例を示したが、本発明では、基板処理装置26のエッチング液25の連続廃液配管に測定容器10を設けることも可能である。   (1) In the above embodiment, the measurement container 10 is provided in the circulation pipe 27 of the substrate processing apparatus 26, and the crystal resonator 11 is brought into contact with the etching solution 25 therein. It is also possible to provide the measurement container 10 in the continuous waste liquid piping of the etching liquid 25 of the processing device 26.

また、図5〜図6に示すように、配管37内にフローセル38を設けて、その内部のエッチング液25に水晶振動子11を接触させるようにしてもよい。その場合、前記の実施形態と同様のセンサヘッド12が設けられるが、このセンサヘッド12に対応して、平面視が円形のフローセル38とするのが好ましい。また、図示したように、水晶振動子11が水平となるようにセンサヘッド12が配置される場合、内部空間に液体が流入した時に連通路を閉塞させる浮遊体の移動方向が上下方向になるように、拡径した空間を形成することが好ましい。   Further, as shown in FIGS. 5 to 6, a flow cell 38 may be provided in the pipe 37, and the crystal unit 11 may be brought into contact with the etching solution 25 therein. In that case, the sensor head 12 similar to that of the above-described embodiment is provided, but it is preferable that the flow cell 38 has a circular shape in plan view corresponding to the sensor head 12. Further, as shown in the figure, when the sensor head 12 is arranged so that the crystal resonator 11 is horizontal, the moving direction of the floating body that closes the communication path when the liquid flows into the internal space becomes vertical. In addition, it is preferable to form a space having an enlarged diameter.

(2)前記の実施形態では、エッチング選択比測定用のセンサヘッドを用いる例を示したが、図7に示すように、市販のQCMセンサをそのまま用いて、本発明を実施することも可能である。その場合、酸化珪素膜を被覆したQCMセンサをそのままの状態で、エッチング液25に浸漬したり、同様に、温度測定手段22の温度センサ22aなどをエッチング液25に浸漬することも可能である。   (2) In the above-described embodiment, the example using the sensor head for measuring the etching selectivity is shown. However, as shown in FIG. 7, the present invention can be implemented using a commercially available QCM sensor as it is. is there. In that case, the QCM sensor coated with the silicon oxide film can be immersed in the etching solution 25 as it is, or the temperature sensor 22a of the temperature measuring means 22 can be immersed in the etching solution 25 in the same manner.

(3)前記の実施形態では、エッチング液25中の燐酸濃度を測定する濃度測定手段23を更に含み、演算手段24が、エッチング液25の温度及び燐酸濃度と振動周波数の変化速度とに基づいて、エッチング液25中の珪素濃度を算出する例を示したが、本発明では、珪素濃度を算出する際に、燐酸濃度の測定を省略することも可能である。その場合は、例えば測定期間において、平均的なエッチング液の温度を用いた相関関係を利用すればよい。   (3) The above embodiment further includes a concentration measuring means 23 for measuring the phosphoric acid concentration in the etching solution 25, and the computing means 24 is based on the temperature of the etching solution 25, the phosphoric acid concentration, and the change rate of the vibration frequency. In the present invention, the silicon concentration in the etching solution 25 is calculated. However, in the present invention, the measurement of the phosphoric acid concentration can be omitted when the silicon concentration is calculated. In that case, for example, a correlation using an average etching solution temperature may be used in the measurement period.

(4)前記の実施形態では、半導体ウエハプロセスで、窒化珪素膜を燐酸溶液でエッチングする場合の例を示したが、本発明では、フッ酸、緩衝フッ酸などを用いて、酸化珪素膜をエッチングする場合にも、同様に実施することができる。つまり、これらのエッチング液中におけるエッチング速度と珪素濃度も一定の相関関係を有しており、これがエッチング液の温度に依存する。その場合、燐酸濃度を測定する濃度測定手段は省略される。   (4) In the above embodiment, an example in which a silicon nitride film is etched with a phosphoric acid solution in a semiconductor wafer process has been described. However, in the present invention, a silicon oxide film is formed using hydrofluoric acid, buffered hydrofluoric acid, or the like. The same can be applied to the etching. That is, the etching rate and the silicon concentration in these etching solutions also have a certain correlation, which depends on the temperature of the etching solution. In that case, the concentration measuring means for measuring the phosphoric acid concentration is omitted.

(5)前記の実施形態では、窒化珪素膜のエッチング速度を算出する工程において、エッチング液の濃度及び温度を測定しつつ、測定された濃度及び温度から窒化珪素膜のエッチング速度を連続的に算出する例を示したが、エッチング液の濃度及び/又は温度を一定にする制御を行ないつつ、そのエッチング液の濃度及び/又は温度から窒化珪素膜のエッチング速度を連続的に算出することも可能である。エッチング液の濃度及び/又は温度を一定に制御する方法としては、温度指示調節計(TIC)などの指示調節計を用いる方法の他、エッチング液の濃度及び/又は温度を検出する手段と、濃度及び/又は温度を操作する手段と、検出手段からの検出信号に基づいて、検出値が設定値に近づくように操作手段を操作する制御手段とで行なう方法が挙げられる。制御手段の制御としては、PID(比例・積分・微分)制御、又はON/OFF制御などが可能である。   (5) In the above embodiment, in the step of calculating the etching rate of the silicon nitride film, the etching rate of the silicon nitride film is continuously calculated from the measured concentration and temperature while measuring the concentration and temperature of the etching solution. However, it is also possible to continuously calculate the etching rate of the silicon nitride film from the concentration and / or temperature of the etching solution while controlling the concentration and / or temperature of the etching solution to be constant. is there. As a method for controlling the concentration and / or temperature of the etching solution to be constant, in addition to a method using an indicating controller such as a temperature indicating controller (TIC), means for detecting the concentration and / or temperature of the etching solution, and a concentration And / or a method for operating the temperature and a control unit for operating the operating unit so that the detected value approaches the set value based on a detection signal from the detecting unit. As control of the control means, PID (proportional / integral / derivative) control, ON / OFF control, or the like is possible.

11 水晶振動子
12 センサヘッド(珪素濃度測定用センサヘッド)
13 シール部材
14 加熱手段
16b 内部空間
16c 連通路
16d 弁部材
21 振動数検出手段
22 温度測定手段
23 濃度測定手段
24 演算手段
25 エッチング液
11 Crystal resonator 12 Sensor head (Sensor head for silicon concentration measurement)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 Seal member 14 Heating means 16b Internal space 16c Communication path 16d Valve member 21 Frequency detection means 22 Temperature measurement means 23 Concentration measurement means 24 Calculation means 25 Etching solution

Claims (22)

水晶振動子に被覆した酸化珪素膜を基板処理装置のエッチング液に接触させ、前記水晶振動子を振動させつつ振動周波数を検出する工程と、
前記振動周波数の変化速度に基づいて、前記エッチング液中の珪素濃度を算出する工程と、
を含む珪素濃度の測定方法。
A step of contacting a silicon oxide film coated on a crystal resonator with an etching solution of a substrate processing apparatus and detecting a vibration frequency while vibrating the crystal resonator;
Calculating the silicon concentration in the etchant based on the change rate of the vibration frequency;
Method for measuring silicon concentration containing
前記エッチング液の温度を測定する工程を更に含み、
前記エッチング液中の珪素濃度を算出する工程において、前記エッチング液の温度と前記振動周波数の変化速度とに基づいて、前記エッチング液中の珪素濃度を算出する請求項1に記載の珪素濃度の測定方法。
Further comprising measuring the temperature of the etchant;
The silicon concentration measurement according to claim 1, wherein in the step of calculating the silicon concentration in the etching solution, the silicon concentration in the etching solution is calculated based on the temperature of the etching solution and the change rate of the vibration frequency. Method.
前記エッチング液中の燐酸濃度を測定する工程を更に含み、
前記エッチング液中の珪素濃度を算出する工程において、前記エッチング液の温度及び前記燐酸濃度と前記振動周波数の変化速度とに基づいて、前記エッチング液中の珪素濃度を算出する請求項1又は2に記載の珪素濃度の測定方法。
Further comprising measuring a phosphoric acid concentration in the etching solution;
The step of calculating the silicon concentration in the etching solution calculates the silicon concentration in the etching solution based on the temperature of the etching solution, the phosphoric acid concentration, and the change rate of the vibration frequency. The measuring method of silicon concentration as described.
前記振動周波数の変化速度に基づいて、前記酸化珪素膜のエッチング速度を算出する工程を含む請求項1〜3のいずれかに記載の珪素濃度の測定方法。   The method for measuring a silicon concentration according to claim 1, further comprising a step of calculating an etching rate of the silicon oxide film based on a change rate of the vibration frequency. 前記水晶振動子の周囲を押圧するシール部材で前記水晶振動子を液密に保持すると共に、加熱手段により前記水晶振動子を加熱するセンサヘッドを用いる請求項1〜4いずれかに記載の珪素濃度の測定方法。   The silicon concentration according to any one of claims 1 to 4, wherein a sensor head that holds the crystal resonator in a liquid-tight manner by a sealing member that presses the periphery of the crystal resonator and heats the crystal resonator by a heating unit. Measuring method. 基板処理装置のエッチング液に接触させる酸化珪素膜を被覆した水晶振動子と、
その水晶振動子を振動させつつ振動周波数を検出する振動数検出手段と、
前記振動周波数の変化速度に基づいて、前記エッチング液中の珪素濃度を算出する演算手段と、
を含む珪素濃度の測定装置。
A quartz resonator coated with a silicon oxide film to be in contact with an etching solution of a substrate processing apparatus;
A frequency detecting means for detecting a vibration frequency while vibrating the crystal resonator;
Calculation means for calculating the silicon concentration in the etching solution based on the change rate of the vibration frequency;
A silicon concentration measuring device.
前記エッチング液の温度を測定する温度測定手段を更に含み、
前記演算手段は、前記エッチング液の温度と前記振動周波数の変化速度とに基づいて、前記エッチング液中の珪素濃度を算出する請求項6に記載の珪素濃度の測定装置。
A temperature measuring means for measuring the temperature of the etching solution;
The silicon concentration measuring apparatus according to claim 6, wherein the calculation unit calculates a silicon concentration in the etching solution based on a temperature of the etching solution and a change speed of the vibration frequency.
前記エッチング液中の燐酸濃度を測定する濃度測定手段を更に含み、
前記演算手段は、前記エッチング液の温度及び前記燐酸濃度と前記振動周波数の変化速度とに基づいて、前記エッチング液中の珪素濃度を算出する請求項6又は7に記載の珪素濃度の測定装置。
A concentration measuring means for measuring a phosphoric acid concentration in the etching solution;
The silicon concentration measuring apparatus according to claim 6 or 7, wherein the calculation means calculates the silicon concentration in the etching solution based on the temperature of the etching solution, the phosphoric acid concentration, and the change rate of the vibration frequency.
前記演算手段は、前記振動周波数の変化速度に基づいて、前記酸化珪素膜のエッチング速度を算出する演算を含む請求項6〜8のいずれかに記載の珪素濃度の測定装置。   The silicon concentration measuring apparatus according to claim 6, wherein the calculation means includes a calculation for calculating an etching rate of the silicon oxide film based on a change rate of the vibration frequency. 前記水晶振動子の周囲を押圧するシール部材で前記水晶振動子を液密に保持すると共に、加熱手段により前記水晶振動子を加熱するセンサヘッドを更に含む請求項6〜9いずれかに記載の珪素濃度の測定装置。   10. The silicon according to claim 6, further comprising a sensor head that holds the crystal resonator in a liquid-tight manner by a sealing member that presses the periphery of the crystal resonator and that heats the crystal resonator by a heating unit. Concentration measuring device. 酸化珪素膜を被覆した水晶振動子と、その水晶振動子の周囲を押圧して前記水晶振動子を液密に保持するシール部材と、前記水晶振動子を加熱する加熱手段とを備える珪素濃度測定用センサヘッド。   A silicon concentration measurement comprising: a quartz resonator coated with a silicon oxide film; a seal member that presses around the quartz resonator to hold the quartz resonator in a liquid-tight manner; and a heating unit that heats the quartz resonator Sensor head. 前記水晶振動子の内側に連通路のみで外部に連通する内部空間と、前記連通路に設けられ前記内部空間に液体が流入した時に連通路を閉塞させる弁部材と、を備えている請求項11に記載の珪素濃度測定用センサヘッド。   12. An internal space that communicates with the outside only through a communication path inside the crystal unit, and a valve member that is provided in the communication path and closes the communication path when liquid flows into the internal space. 2. A sensor head for measuring a silicon concentration according to 1. 水晶振動子に被覆した酸化珪素膜を基板処理装置のエッチング液に接触させつつ、前記水晶振動子の振動周波数変化から酸化珪素膜のエッチング速度を連続的に算出する工程と、
前記エッチング液の窒化珪素膜のエッチング速度を算出する工程と、
算出された酸化珪素膜のエッチング速度と窒化珪素膜のエッチング速度とに基づいて、窒化珪素膜/酸化珪素膜のエッチング速度の比を連続的に算出する工程と、
を含むエッチング選択比の測定方法。
A step of continuously calculating an etching rate of the silicon oxide film from a change in vibration frequency of the crystal resonator while contacting the silicon oxide film coated on the crystal resonator with an etching solution of the substrate processing apparatus;
Calculating an etching rate of the silicon nitride film of the etchant;
A step of continuously calculating a silicon nitride film / silicon oxide film etching rate ratio based on the calculated etching rate of the silicon oxide film and the etching rate of the silicon nitride film;
A method for measuring an etching selectivity including:
前記窒化珪素膜のエッチング速度を算出する工程において、エッチング液の濃度及び/又は温度を測定しつつ、測定された濃度及び/又は温度から窒化珪素膜のエッチング速度を連続的に算出する、請求項13に記載のエッチング選択比の測定方法。   The step of calculating the etching rate of the silicon nitride film continuously calculates the etching rate of the silicon nitride film from the measured concentration and / or temperature while measuring the concentration and / or temperature of the etching solution. 14. The method for measuring an etching selectivity according to 13. エッチング速度の比を算出する際に、水晶振動子に被覆した酸化珪素膜のエッチング速度を、基板上に形成された酸化珪素膜のエッチング速度に変換する演算処理を含む請求項13又は14に記載のエッチング選択比の測定方法。   15. The calculation method according to claim 13, further comprising an arithmetic process for converting an etching rate of the silicon oxide film coated on the crystal resonator into an etching rate of the silicon oxide film formed on the substrate when calculating the ratio of the etching rates. Method for measuring the etching selectivity. 算出された酸化珪素膜のエッチング速度から、エッチング液中の珪素濃度を算出する工程を含む請求項13〜15いずれかに記載のエッチング選択比の測定方法。   The method for measuring an etching selectivity according to any one of claims 13 to 15, further comprising a step of calculating a silicon concentration in the etching solution from the calculated etching rate of the silicon oxide film. 基板処理装置のエッチング液に接触させる酸化珪素膜を被覆した水晶振動子と、
その水晶振動子を振動させつつ振動周波数を検出する振動数検出手段と、
前記水晶振動子の振動周波数変化から算出した酸化珪素膜のエッチング速度と、窒化珪素膜のエッチング速度とに基づいて、窒化珪素膜/酸化珪素膜のエッチング速度の比を連続的に算出する演算手段と、
を含むエッチング選択比の測定装置。
A quartz resonator coated with a silicon oxide film to be in contact with an etching solution of a substrate processing apparatus;
A frequency detecting means for detecting a vibration frequency while vibrating the crystal resonator;
Calculation means for continuously calculating the ratio of the silicon nitride film / silicon oxide film etching rate based on the etching rate of the silicon oxide film and the etching rate of the silicon nitride film calculated from the change in the vibration frequency of the crystal resonator When,
An etching selectivity measurement apparatus including:
前記エッチング液の濃度を測定する濃度測定手段と前記エッチング液の温度を測定する温度測定手段の少なくとも一方を更に備え、
前記演算手段では、前記水晶振動子の振動周波数変化から算出した酸化珪素膜のエッチング速度と、測定された前記エッチング液の濃度及び/又は温度とから算出した窒化珪素膜のエッチング速度とに基づいて、窒化珪素膜/酸化珪素膜のエッチング速度の比を連続的に算出する請求項17に記載のエッチング選択比の測定装置。
It further comprises at least one of a concentration measuring means for measuring the concentration of the etching solution and a temperature measuring means for measuring the temperature of the etching solution,
Based on the etching rate of the silicon oxide film calculated from the change in the vibration frequency of the crystal resonator and the etching rate of the silicon nitride film calculated from the measured concentration and / or temperature of the etching solution. The apparatus for measuring an etching selectivity according to claim 17, wherein the ratio of the etching rate of the silicon nitride film / silicon oxide film is continuously calculated.
前記演算手段は、エッチング速度の比を算出する際に、水晶振動子に被覆した酸化珪素膜のエッチング速度を、基板上に形成された酸化珪素膜のエッチング速度に変換する演算処理を含む請求項17又は18記載のエッチング選択比の測定装置。   The calculation means includes calculation processing for converting an etching rate of a silicon oxide film coated on a crystal resonator into an etching rate of a silicon oxide film formed on a substrate when calculating a ratio of etching rates. An apparatus for measuring an etching selectivity according to 17 or 18. 前記演算手段は、算出された酸化珪素膜のエッチング速度から、エッチング液中の珪素濃度を算出する演算処理を更に行なう請求項17〜19いずれかに記載のエッチング選択比の測定装置。   20. The etching selectivity measuring apparatus according to claim 17, wherein the arithmetic means further performs arithmetic processing for calculating a silicon concentration in the etching solution from the calculated etching rate of the silicon oxide film. 前記水晶振動子の周囲を押圧するシール部材で前記水晶振動子を液密に保持すると共に、加熱手段からの伝熱により前記水晶振動子を加熱するセンサヘッドを含む請求項17〜20いずれかに記載のエッチング選択比の測定装置。   21. The sensor head according to any one of claims 17 to 20, further comprising: a sensor head that holds the crystal resonator in a liquid-tight manner by a seal member that presses the periphery of the crystal resonator and heats the crystal resonator by heat transfer from a heating unit. The apparatus for measuring the etching selectivity described in the above. 前記センサヘッドは、前記水晶振動子の内側に連通路のみで外部に連通する内部空間と、前記連通路に設けられ前記内部空間に液体が流入した時に連通路を閉塞させる弁部材と、を備えている請求項21に記載のエッチング選択比の測定装置。

The sensor head includes an internal space that communicates with the outside only through a communication path inside the crystal unit, and a valve member that is provided in the communication path and closes the communication path when liquid flows into the internal space. The apparatus for measuring an etching selectivity according to claim 21.

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