KR102450184B1 - 기판 액처리 장치 - Google Patents

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쥰이치 기타노
켄지 고토
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

처리조 내의 처리액의 온도를 보다 정확하게 제어한다. 기판 액처리 장치는, 처리액을 저류함과 함께 저류된 처리액에 기판을 침지시킴으로써 기판의 처리가 행해지는 처리조(34)와, 처리조에 접속된 순환 라인(50)과, 순환 라인에 마련되어, 처리조로부터 나와 순환 라인을 지나 처리조로 되돌아가는 상기 처리액의 흐름을 형성하는 펌프(51)와, 순환 라인에 마련되어, 처리액을 가열하는 히터(52)를 구비한다. 처리조 및 순환 라인을 포함하는 순환계 내의 서로 상이한 위치에 마련된 적어도 2 개의 온도 센서(81 ,82, 83)가 마련된다. 컨트롤러(90, 100)는, 이들 적어도 2 개의 온도 센서의 검출 온도에 기초하여, 히터의 발열량을 제어한다.

Description

기판 액처리 장치 {SUBSTRATE LIQUID PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 기판을 처리조(槽)에 저류된 처리액에 침지시킴으로써 당해 기판에 액처리를 실시하는 기판 액처리 장치에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조에 있어서, 반도체 웨이퍼 등의 기판의 표면에 형성된 질화 규소막을 웨트 에칭하기 위하여, 복수 매의 기판을 처리조에 저류된 가열된 인산 수용액 중에 침지하는 것이 행해지고 있다. 이 웨트 에칭 처리에 있어서는, 인산 수용액은, 대략 160℃로 가열되어, 비등 상태로 유지된다. 에칭을 적정하게 행하기 위해서는, 인산 수용액의 정확한 온도 관리가 필요하다.
인산 수용액의 온도 관리는, 예를 들면 특허 문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 처리조 내의 인산 수용액 중에 침지된 1 개의 온도 센서의 검출 결과에 기초하여, 처리조에 접속된 순환 라인에 마련된 히터의 발열량을 제어함으로써 행해진다.
특허 문헌 1의 온도 관리에서는, 1 개의 온도 센서의 검출 온도를 처리조 내의 인산 수용액의 대표 온도로서 제어를 행하고 있다. 이 때문에, 처리조 내의 인산 수용액의 온도 분포의 정도에 따라서는, 적정한 온도 제어를 할 수 없게 될 우려가 있다. 최근의 반도체 장치의 미세화에 의해, 에칭 레이트의 편차가 종전보다 문제가 되기 때문에, 보다 정확한 온도 제어가 요구되고 있다.
일본특허공보 제3,939,630호
본 발명은, 처리조 내의 처리액의 온도를 보다 정확하게 제어할 수 있는 기판 액처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 처리액을 저류함과 함께 저류된 상기 처리액에 기판을 침지시킴으로써 상기 기판의 처리가 행해지는 처리조와, 상기 처리조에 접속된 순환 라인과, 상기 순환 라인에 마련되어, 상기 처리조로부터 나와 상기 순환 라인을 지나 상기 처리조로 되돌아가는 상기 처리액의 흐름을 형성하는 펌프와, 상기 순환 라인에 마련되어, 상기 처리액을 가열하는 히터와, 상기 처리조 및 상기 순환 라인을 포함하는 순환계 내의 서로 상이한 위치에 마련된 적어도 2 개의 온도 센서와, 상기 적어도 2 개의 온도 센서의 검출 온도에 기초하여, 상기 히터의 발열량을 제어하는 컨트롤러를 구비한 기판 액처리 장치가 제공된다.
상기 실시 형태에 따르면, 적어도 2 개의 온도 센서의 검출 온도에 기초하여 온도 제어를 행함으로써, 처리조 내의 처리액의 온도를 보다 정확하게 제어할 수 있다.
도 1은 기판 액처리 시스템의 전체 구성을 나타내는 개략 평면도이다.
도 2는 기판 액처리 시스템에 내장된 에칭 장치의 구성을 나타내는 계통도이다.
도 3은 처리액의 온도 제어계의 제 1 실시 형태를 나타내는 블록도이다.
도 4는 처리액의 온도 제어계의 제 2 실시 형태를 나타내는 블록도이다.
도 5는 온도 센서의 배치 위치를 설명하기 위한 처리조의 길이 방향 종단면도이다.
도 6은 기판 액처리 시스템에 내장된 에칭 장치의 다른 구성을 나타내는 계통도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 우선 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 액처리 장치(에칭 처리 장치)(1)가 내장된 기판 액처리 시스템(1A) 전체에 대하여 서술한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 기판 액처리 시스템(1A)은 캐리어 반입반출부(2)와, 로트 형성부(3)와, 로트 배치부(4)와, 로트 반송부(5)와, 로트 처리부(6)와, 제어부(7)를 가진다.
이 중 캐리어 반입반출부(2)는, 복수 매(예를 들면, 25 매)의 기판(실리콘 웨이퍼)(8)을 수평 자세로 상하로 나열하여 수용한 캐리어(9)의 반입 및 반출을 행한다.
이 캐리어 반입반출부(2)에는, 복수 개의 캐리어(9)를 배치하는 캐리어 스테이지(10)와, 캐리어(9)의 반송을 행하는 캐리어 반송 기구(11)와, 캐리어(9)를 일시적으로 보관하는 캐리어 스톡(stock)(12, 13)과, 캐리어(9)를 배치하는 캐리어 배치대(14)가 마련되어 있다. 여기서, 캐리어 스톡(12)은, 제품이 되는 기판(8)을 로트 처리부(6)에서 처리하기 전에 일시적으로 보관한다. 또한, 캐리어 스톡(13)은, 제품이 되는 기판(8)을 로트 처리부(6)에서 처리한 후에 일시적으로 보관한다.
그리고, 캐리어 반입반출부(2)는, 외부로부터 캐리어 스테이지(10)로 반입된 캐리어(9)를 캐리어 반송 기구(11)를 이용하여 캐리어 스톡(12) 또는 캐리어 배치대(14)로 반송한다. 또한, 캐리어 반입반출부(2)는, 캐리어 배치대(14)에 배치된 캐리어(9)를 캐리어 반송 기구(11)를 이용하여 캐리어 스톡(13) 또는 캐리어 스테이지(10)로 반송한다. 캐리어 스테이지(10)로 반송된 캐리어(9)는 외부로 반출된다.
로트 형성부(3)는, 하나 또는 복수의 캐리어(9)에 수용된 기판(8)을 조합하여 동시에 처리되는 복수 매(예를 들면, 50 매)의 기판(8)으로 이루어지는 로트를 형성한다. 또한, 로트를 형성할 때에는, 기판(8)의 표면에 패턴이 형성되어 있는 면을 서로 대향하도록 로트를 형성해도 되고, 또한, 기판(8)의 표면에 패턴이 형성되어 있는 면이 모두 일방을 향하도록 로트를 형성해도 된다.
이 로트 형성부(3)에는, 복수 매의 기판(8)을 반송하는 기판 반송 기구(15)가 마련되어 있다. 또한, 기판 반송 기구(15)는 기판(8)의 반송 도중에 기판(8)의 자세를 수평 자세로부터 수직 자세 및 수직 자세로부터 수평 자세로 변경시킬 수 있다.
그리고, 로트 형성부(3)는 캐리어 배치대(14)에 배치된 캐리어(9)로부터 기판 반송 기구(15)를 이용하여 기판(8)을 로트 배치부(4)로 반송하고, 로트를 형성하는 기판(8)을 로트 배치부(4)에 배치한다. 또한, 로트 형성부(3)는 로트 배치부(4)에 배치된 로트를 기판 반송 기구(15)에 의해 캐리어 배치대(14)에 배치된 캐리어(9)로 반송한다. 또한, 기판 반송 기구(15)는, 복수 매의 기판(8)을 지지하기 위한 기판 지지부로서, 처리 전(로트 반송부(5)에 의해 반송되기 전)의 기판(8)을 지지하는 처리 전 기판 지지부와, 처리 후(로트 반송부(5)에 의해 반송된 후)의 기판(8)을 지지하는 처리 후 기판 지지부의 2종류를 가지고 있다. 이에 따라, 처리 전의 기판(8) 등에 부착된 파티클 등이 처리 후의 기판(8) 등에 부착되는 것을 방지한다.
로트 배치부(4)는 로트 반송부(5)에 의해 로트 형성부(3)와 로트 처리부(6)의 사이에서 반송되는 로트를 로트 배치대(16)에 일시적으로 배치(대기)시킨다.
이 로트 배치부(4)에는, 처리 전(로트 반송부(5)에 의해 반송되기 전)의 로트를 배치하는 반입측 로트 배치대(17)와, 처리 후(로트 반송부(5)에 의해 반송된 후)의 로트를 배치하는 반출측 로트 배치대(18)가 마련되어 있다. 반입측 로트 배치대(17) 및 반출측 로트 배치대(18)에는, 1 로트분의 복수 매의 기판(8)이 수직 자세로 전후로 나열하여 배치된다.
그리고, 로트 배치부(4)에서는, 로트 형성부(3)에서 형성된 로트가 반입측 로트 배치대(17)에 배치되고, 그 로트가 로트 반송부(5)를 통하여 로트 처리부(6)로 반입된다. 또한, 로트 배치부(4)에서는, 로트 처리부(6)로부터 로트 반송부(5)를 통하여 반출된 로트가 반출측 로트 배치대(18)에 배치되고, 그 로트가 로트 형성부(3)로 반송된다.
로트 반송부(5)는 로트 배치부(4)와 로트 처리부(6)의 사이 및 로트 처리부(6)의 내부간에서 로트의 반송을 행한다.
이 로트 반송부(5)에는, 로트의 반송을 행하는 로트 반송 기구(19)가 마련되어 있다. 로트 반송 기구(19)는 로트 배치부(4)와 로트 처리부(6)를 따르게 하여 배치한 레일(20)과, 복수 매의 기판(8)을 유지하면서 레일(20)을 따라 이동하는 이동체(21)로 구성된다. 이동체(21)에는, 수직 자세로 전후로 나열된 복수 매의 기판(8)을 유지하는 기판 유지체(22)가 진퇴 가능하게 마련되어 있다.
그리고, 로트 반송부(5)는, 반입측 로트 배치대(17)에 배치된 로트를 로트 반송 기구(19)의 기판 유지체(22)로 수취하고, 그 로트를 로트 처리부(6)에 전달한다. 또한, 로트 반송부(5)는, 로트 처리부(6)에서 처리된 로트를 로트 반송 기구(19)의 기판 유지체(22)로 수취하고, 그 로트를 반출측 로트 배치대(18)에 전달한다. 또한, 로트 반송부(5)는, 로트 반송 기구(19)를 이용하여 로트 처리부(6)의 내부에 있어서 로트의 반송을 행한다.
로트 처리부(6)는, 수직 자세로 전후로 나열된 복수 매의 기판(8)을 1 로트로 하여 에칭, 세정 및 건조 등의 처리를 행한다.
이 로트 처리부(6)에는, 기판(8)의 건조 처리를 행하는 건조 처리 장치(23)와, 기판 유지체(22)의 세정 처리를 행하는 기판 유지체 세정 처리 장치(24)와, 기판(8)의 세정 처리를 행하는 세정 처리 장치(25)와, 기판(8)의 에칭 처리를 행하는 2 대의 본 발명에 의한 에칭 처리 장치(기판 액처리 장치)(1)가 나열되어 마련되어 있다.
건조 처리 장치(23)는 처리조(27)와, 처리조(27)에 승강 가능하게 마련된 기판 승강 기구(28)를 가진다. 처리조(27)에는, 건조용의 처리 가스(IPA(이소프로필알코올) 등)가 공급된다. 기판 승강 기구(28)에는, 1 로트분의 복수 매의 기판(8)이 수직 자세로 전후로 나열되어 유지된다. 건조 처리 장치(23)는, 로트 반송 기구(19)의 기판 유지체(22)로부터 로트를 기판 승강 기구(28)로 수취하고, 기판 승강 기구(28)로 그 로트를 승강시킴으로써, 처리조(27)에 공급한 건조용의 처리 가스로 기판(8)의 건조 처리를 행한다. 또한, 건조 처리 장치(23)는, 기판 승강 기구(28)로부터 로트 반송 기구(19)의 기판 유지체(22)로 로트를 전달한다.
기판 유지체 세정 처리 장치(24)는, 처리조(29)를 가지고, 이 처리조(29)에 세정용의 처리액 및 건조 가스를 공급할 수 있도록 되어 있으며, 로트 반송 기구(19)의 기판 유지체(22)에 세정용의 처리액을 공급한 후, 건조 가스를 공급함으로써 기판 유지체(22)의 세정 처리를 행한다.
세정 처리 장치(25)는, 세정용의 처리조(30)와 린스용의 처리조(31)를 가지고, 각 처리조(30, 31)에 기판 승강 기구(32, 33)를 승강 가능하게 마련하고 있다. 세정용의 처리조(30)에는, 세정용의 처리액(SC-1 등)이 저류된다. 린스용의 처리조(31)에는, 린스용의 처리액(순수 등)이 저류된다.
에칭 처리 장치(1)는, 에칭용의 처리조(34)와 린스용의 처리조(35)를 가지고, 각 처리조(34, 35)에 기판 승강 기구(36, 37)가 승강 가능하게 마련되어 있다. 에칭용의 처리조(34)에는, 에칭용의 처리액(인산 수용액)이 저류된다. 린스용의 처리조(35)에는, 린스용의 처리액(순수 등)이 저류된다.
이들 세정 처리 장치(25)와 에칭 처리 장치(1)는 동일한 구성으로 되어 있다. 에칭 처리 장치(기판 액처리 장치)(1)에 대하여 설명하면, 기판 승강 기구(36)에는, 1 로트분의 복수 매의 기판(8)이 수직 자세로 전후로 나열되어 유지된다. 에칭 처리 장치(1)에 있어서, 로트 반송 기구(19)의 기판 유지체(22)로부터 로트를 기판 승강 기구(36)로 수취하고, 기판 승강 기구(36)로 그 로트를 승강시킴으로써 로트를 처리조(34)의 에칭용의 처리액에 침지시켜 기판(8)의 에칭 처리를 행한다. 그 후, 에칭 처리 장치(1)는, 기판 승강 기구(36)로부터 로트 반송 기구(19)의 기판 유지체(22)로 로트를 전달한다. 또한, 로트 반송 기구(19)의 기판 유지체(22)로부터 로트를 기판 승강 기구(37)로 수취하고, 기판 승강 기구(37)로 그 로트를 승강시킴으로써 로트를 처리조(35)의 린스용의 처리액에 침지시켜 기판(8)의 린스 처리를 행한다. 그 후, 기판 승강 기구(37)로부터 로트 반송 기구(19)의 기판 유지체(22)로 로트를 전달한다.
제어부(7)는 기판 액처리 시스템(1A)의 각 부(캐리어 반입반출부(2), 로트 형성부(3), 로트 배치부(4), 로트 반송부(5), 로트 처리부(6), 에칭 처리 장치(1))의 동작을 제어한다.
이 제어부(7)는, 예를 들면 컴퓨터로 이루어지고, 컴퓨터로 판독 가능한 기억 매체(38)를 구비한다. 기억 매체(38)에는, 기판 액처리 장치(1)에 있어서 실행되는 각종의 처리를 제어하는 프로그램이 저장된다. 제어부(7)는, 기억 매체(38)에 기억된 프로그램을 독출하여 실행함으로써 기판 액처리 장치(1)의 동작을 제어한다. 또한, 프로그램은, 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체(38)에 기억되어 있던 것으로서, 다른 기억 매체로부터 제어부(7)의 기억 매체(38)에 인스톨된 것이어도 된다. 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체(38)로서는, 예를 들면 하드 디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 콤팩트 디스크(CD), 마그넷 옵티컬 디스크(MO), 메모리 카드 등이 있다.
상술한 바와 같이 에칭 처리 장치(1)의 처리조(34)에서는, 정해진 농도의 약제(인산)의 수용액(인산 수용액)을 처리액(에칭액)으로서 이용하여 기판(8)을 액처리(에칭 처리)한다.
이어서, 에칭 처리 장치(기판 액처리 장치)(1), 특히 그 에칭용의 처리조(34)와 관련되는 구성에 대하여, 도 2를 참조하여 설명한다.
에칭 처리 장치(1)는, 처리액으로서 정해진 농도의 인산 수용액을 저류하는 상술한 처리조(34)를 가지고 있다. 처리조(34)는, 상부를 개방시킨 내측 조(34A)와, 내측 조(34A)의 주위에 마련됨과 함께 상부를 개방시킨 외측 조(34B)를 가진다. 외측 조(34B)에는, 내측 조(34A)로부터 오버플로우된 인산 수용액이 유입된다. 외측 조(34B)는, 도 2에 나타내는 바와 같이 내측 조(34A)의 상부를 포위하고 있다. 외측 조(34B)는, 그 내부에 내측 조(34A)를 수용하도록 구성되어 있어도 된다. 처리조(34)에는 인산 수용액의 보온 및 인산 수용액 비말(飛沫)의 비산 방지를 위한 덮개(70)가 부설되어 있다.
외측 조(34B)의 바닥부에는, 순환 라인(50)의 일단이 접속되어 있다. 순환 라인(50)의 타단은, 내측 조(34A) 내에 설치된 처리액 공급 노즐(49)에 접속되어 있다. 순환 라인(50)에는, 상류측으로부터 차례로, 펌프(51), 히터(52) 및 필터(53)가 개재되어 있다. 펌프(51)를 구동시킴으로써, 외측 조(34B)로부터 순환 라인(50) 및 처리액 공급 노즐(49)을 거쳐 내측 조(34A) 내로 보내져 다시 외측 조(34B)로 유출되는, 인산 수용액의 순환류가 형성된다. 내측 조(34A) 내의 처리액 공급 노즐(49)의 하방에 가스 노즐(도시하지 않음)을 마련하여, 인산 수용액의 비등 상태를 안정화시키기 위하여 불활성 가스 예를 들면 질소 가스의 버블링을 행해도 된다.
처리조(34), 순환 라인(50) 및 순환 라인(50) 내의 기기(51, 52, 53 등)에 의해 액처리부(39)가 형성된다. 또한, 처리조(34) 및 순환 라인(50)에 의해 순환계가 구성된다.
도 2 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 기판 승강 기구(36)는, 도시하지 않은 승강 구동부에 의해 승강하는 연직 방향으로 연장되는 지지판(36A)과, 지지판(36A)에 의해 일단이 지지되는 수평 방향(전후 방향)으로 연장되는 한 쌍의 기판 지지 부재(36B)를 가지고 있다. 각 기판 지지 부재(36B)는, 수평 방향(전후 방향)으로 간격을 두고 배열된 복수(예를 들면 50 ∼ 52 개)의 기판 지지 홈(도시하지 않음)을 가지고 있다. 각 기판 지지 홈에는, 1 매의 기판(8)의 주연부가 삽입된다. 기판 승강 기구(36)는, 복수(예를 들면 50 ∼ 52 매)의 기판(8)을, 연직 자세로, 수평 방향으로 간격을 둔 상태로 유지할 수 있다. 이러한 기판 승강 기구(36)는 당해 기술 분야에 있어서 주지이며, 상세한 구조의 도시 및 설명은 생략한다.
에칭 처리 장치(1)는, 액처리부(39)에 인산 수용액을 공급하는 인산 수용액 공급부(40)와, 액처리부(39)에 순수를 공급하는 순수 공급부(41)와, 액처리부(39)에 실리콘 용액을 공급하는 실리콘 공급부(42)와, 액처리부(39)로부터 인산 수용액을 배출하는 인산 수용액 배출부(43)를 가진다.
인산 수용액 공급부(40)는, 처리조(34) 및 순환 라인(50)으로 이루어지는 순환계 내, 즉 액처리부(39) 내 중 어느 부위, 바람직하게는 도시한 바와 같이 외측 조(34B)에 정해진 농도의 인산 수용액을 공급한다. 인산 수용액 공급부(40)는, 인산 수용액을 저류하는 탱크로 이루어지는 인산 수용액 공급원(40A)과, 인산 수용액 공급원(40A)과 외측 조(34B)를 접속하는 인산 수용액 공급 라인(40B)과, 인산 수용액 공급 라인(40B)에 상류측으로부터 차례로 개재된 유량계(40C), 유량 제어 밸브(40D) 및 개폐 밸브(40E)를 가지고 있다. 인산 수용액 공급부(40)는, 유량계(40C) 및 유량 제어 밸브(40D)를 통하여, 제어된 유량으로, 인산 수용액을 외측 조(34B)에 공급할 수 있다.
순수 공급부(41)는, 인산 수용액을 가열함으로써 증발한 수분을 보급하기 위하여 순수를 공급한다. 이 순수 공급부(41)는, 정해진 온도의 순수를 공급하는 순수 공급원(41A)을 포함하고, 이 순수 공급원(41A)은 외측 조(34B)에 유량 조절기(41B)를 개재하여 접속되어 있다. 유량 조절기(41B)는, 개폐 밸브, 유량 제어 밸브, 유량계 등으로 구성할 수 있다.
실리콘 공급부(42)는, 실리콘 용액 예를 들면 콜로이드성 실리콘을 분산시킨 액을 저류하는 탱크로 이루어지는 실리콘 공급원(42A)과, 유량 조절기(42B)를 가지고 있다. 유량 조절기(42B)는, 개폐 밸브, 유량 제어 밸브, 유량계 등으로 구성할 수 있다.
인산 수용액 배출부(43)는, 처리조(34) 및 순환 라인(50)으로 이루어지는 순환계 내, 즉 액처리부(39) 내에 있는 인산 수용액을 배출하기 위하여 마련된다. 인산 수용액 배출부(43)는, 순환 라인(50)으로부터 분기되는 배출 라인(43A)과, 배출 라인(43A)에 상류측으로부터 순차 마련된 유량계(43B), 유량 제어 밸브(43C), 개폐 밸브(43D) 및 냉각 탱크(43E)를 가진다. 인산 수용액 배출부(43)는, 유량계(43B) 및 유량 제어 밸브(43C)를 통하여, 제어된 유량으로, 인산 수용액을 배출할 수 있다.
냉각 탱크(43E)는, 배출 라인(43A)을 흘러 온 인산 수용액을 일시적으로 저류함과 함께 냉각한다. 냉각 탱크(43E)로부터 유출된 인산 수용액(부호 43F를 참조)은, 공장 폐액계(도시하지 않음)에 폐기해도 되고, 당해 인산 수용액 중에 포함되는 실리콘을 재생 장치(도시하지 않음)에 의해 제거한 후에, 인산 수용액 공급원(40A)에 보내 재이용해도 된다.
도시예에서는, 배출 라인(43A)은, 순환 라인(50)(도면에서는 필터 드레인의 위치)에 접속되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 순환계 내의 다른 부위, 예를 들면 내측 조(34A)의 바닥부에 접속되어 있어도 된다.
배출 라인(43A)에는, 인산 수용액 중의 실리콘 농도를 측정하는 실리콘 농도계(43G)가 마련되어 있다. 또한, 순환 라인(50)으로부터 분기되어 외측 조(34B)에 접속된 분기 라인(55A)에, 인산 수용액 중의 인산 농도를 측정하는 인산 농도계(55B)가 개재되어 있다. 외측 조(34B)에는, 외측 조(34B) 내의 액위(液位)를 검출하는 액위계(44)가 마련되어 있다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 처리액 공급 노즐(49)은, 복수 매의 기판(8)의 배열 방향(전후 방향)으로 연장되는 통 형상체로 이루어진다. 처리액 공급 노즐(49)은, 그 둘레면에 펀칭된 복수의 토출구(도시하지 않음)로부터, 기판 승강 기구(36)에 유지된 기판(8)을 향해 처리액을 토출한다.
기판 액처리 장치(1)는, 기억 매체(38)에 기억된 프로세스 레시피에 따라 제어부(7)에서 각 부(캐리어 반입반출부(2), 로트 형성부(3), 로트 배치부(4), 로트 반송부(5), 로트 처리부(6), 에칭 처리 장치(1))의 동작을 제어함으로써, 기판(8)을 처리한다. 에칭 처리 장치(1)의 동작 부품(개폐 밸브, 유량 제어 밸브, 펌프, 히터 등)은 제어부(7)로부터 송신되는 동작 지령 신호에 기초하여 동작한다. 또한, 센서류(43G, 55B, 44 등)로부터 검출 결과를 나타내는 신호가 제어부(7)에 보내지고, 제어부(7)는 검출 결과를 동작 부품의 제어에 이용한다.
이어서, 상기 에칭 처리 장치(1)의 작용에 대하여 설명한다. 우선, 인산 수용액 공급부(40)가 인산 수용액을 액처리부(39)의 외측 조(34B)에 공급한다. 인산 수용액의 공급 개시 후에 정해진 시간이 경과하면, 순환 라인(50)의 펌프(51)가 작동하여, 상술한 순환계 내를 순환하는 순환류가 형성된다.
또한, 순환 라인(50)의 히터(52)가 작동하여, 내측 조(34A) 내의 인산 수용액이 정해진 온도(예를 들면 160℃)가 되도록 인산 수용액을 가열한다. 늦어도 히터(52)에 의한 가열 개시 시점까지, 덮개(70)가 폐쇄되고, 적어도 내측 조(34A)의 상부 개구가 덮개(70)에 의해 덮어진다. 160℃의 인산 수용액은 비등 상태가 된다. 비등에 의한 수분의 증발에 의해 인산 농도가 미리 정해진 관리 상한값을 초과한 것이 인산 농도계(55B)에 의해 검출된 경우에는, 순수 공급부(41)로부터 순수가 공급된다.
1 개의 로트의 기판(8)을 내측 조(34A) 내의 인산 수용액 중에 투입하기 전에, 순환계(내측 조(34A), 외측 조(34B) 및 순환 라인(50)을 포함함) 내에 존재하는 인산 수용액 중의 실리콘 농도(이것은 실리콘 산화막에 대한 실리콘 질화막의 에칭 선택비에 영향을 미침)의 조정이 행해진다. 실리콘 농도의 조절은, 더미 기판을 내측 조(34A) 내의 인산 수용액 중에 침지하거나, 혹은 실리콘 공급부(42)로부터 외측 조(34B)로 실리콘 용액을 공급함으로써 행할 수 있다. 순환계 내에 존재하는 인산 수용액 중의 실리콘 농도가 미리 정해진 범위 내에 있는 것을 확인하기 위하여, 배출 라인(43A)에 인산 수용액을 흘려 보내, 실리콘 농도계(43G)에 의해 실리콘 농도를 측정해도 된다.
실리콘 농도 조정의 종료 후, 덮개(70)가 개방되고, 내측 조(34A) 내에 인산 수용액 중에, 기판 승강 기구(36)에 유지된 복수 매, 즉 1 개의 로트(처리 로트 또는 배치(batch)라고도 불림)를 형성하는 복수 예를 들면 50 매의 기판(8)을 침지시킨다. 그 후 즉시, 덮개(70)가 폐쇄된다. 기판(8)을 정해진 시간 인산 수용액에 침지시킴으로써, 기판(8)에 웨트 에칭 처리(액처리)가 실시된다.
기판(8)의 에칭 처리 중에 덮개(70)를 폐쇄함으로써, 내측 조(34A) 내의 인산 수용액의 액면 부근의 온도 저하가 억제되고, 이에 따라, 내측 조(34A) 내의 인산 수용액의 온도 분포를 작게 억제할 수 있다. 또한, 내측 조(34A)가 외측 조(34B) 내의 인산 수용액 중에 침지되어 있기 때문에, 내측 조(34A)의 벽체로부터의 방열에 의한 내측 조(34A) 내의 인산 수용액의 온도 저하가 억제되고, 또한, 내측 조(34A) 내의 인산 수용액의 온도 분포를 작게 억제할 수 있다. 따라서, 기판(8)의 에칭량의 면내 균일성 및 면간 균일성을 높게 유지할 수 있다.
1 개의 로트의 기판(8)의 처리 중에, 기판(8)으로부터 실리콘이 용출되기 때문에, 순환계 내에 존재하는 인산 수용액 중의 실리콘 농도가 상승한다. 1 개의 로트의 기판(8)의 처리 중에, 순환계 내에 존재하는 인산 수용액 중의 실리콘 농도를 유지하기 위하여, 혹은 의도적으로 변화시키기 위하여, 인산 수용액 배출부(43)에 의해 순환계 내에 있는 인산 수용액을 배출하면서, 인산 수용액 공급부(40)에 의해 인산 수용액을 공급할 수 있다.
상기한 바와 같이 하여 1 개의 로트의 기판(8)의 처리가 종료되면, 덮개(70)를 개방하여, 기판(8)을 내측 조(34A)로부터 반출한다. 반출된 기판(8)은, 이웃의 처리조(35)에 반입되고, 거기에서 린스 처리가 행해진다.
그 후, 덮개(70)를 폐쇄하고, 순환계 내에 있는 인산 수용액의 온도, 인산 농도, 실리콘 농도의 조절을 행한 후에, 상기와 동일하게 하여 다른 로트의 기판(8)의 처리를 행한다.
이어서, 도 2 및 도 3을 참조하여, 인산 수용액의 온도 제어계의 제 1 실시 형태에 대하여 설명한다.
히터(52)는 인라인 히터로서 구성되어 있다. 도시는 생략하지만, 히터(52)는, 액의 가열이 행해지는 가열 공간(예를 들면 나선 형상 유로)과, 순환 라인(50)으로부터 가열 공간으로 액을 도입하는 입구와, 가열 공간으로부터 액을 순환 라인으로 배출하는 출구와, 가열 공간에 있는 액을 가열하는 발열체(예를 들면 할로겐 램프)를 가진다.
히터(인라인 히터)(52)의 출구 근방에 있어서, 순환 라인(50)에는, 제 1 온도 센서(81)가 마련되어 있다. 제 1 온도 센서(81)는, 히터(52)의 출구 근방의 순환 라인(50)을 흐르는 인산 수용액의 온도를 검출한다. 외측 조(34B)의 출구 근방에 있어서, 순환 라인(50)에는, 제 2 온도 센서(82)가 마련되어 있다. 제 2 온도 센서(82)는, 외측 조(34B)의 출구 근방의 순환 라인(50)을 흐르는 인산 수용액의 온도를 검출한다.
내측 조(34A) 내에는, 1 개 이상(도시 예에서는 2 개)의 제 3 온도 센서(83)가 마련되어 있다. 제 3 온도 센서(83)는, 내측 조(34A) 내의 인산 수용액의 온도를 검출한다. 이 제 1 실시 형태에서는, 제 3 온도 센서(83)는, 인산 수용액의 온도 제어에는 관여하지 않고, 프로세스의 감시를 위하여 내측 조(34A) 내의 인산 수용액의 온도를 모니터하고 있을 뿐이다.
히터(52)의 발열량을 제어하기 위하여, 도 3에 나타내는 히터 컨트롤러(90)가 마련되어 있다. 히터 컨트롤러(90)는, 상술한 제어부(7)의 일부로서 구성되어 있다. 히터 컨트롤러(90)는, 제어부(7)의 지령에 기초하여 동작하는 제어부(7)와는 별개의 디바이스여도 된다. 도 3에 나타난 히터 컨트롤러(90)의 각 기능 블록(제 1 편차 연산부(91), 조작량 연산부(92) 등)은, 컴퓨터 하드웨어와 컴퓨터 하드웨어상에서 동작하는 소프트웨어에 의해 실현할 수 있다.
히터 컨트롤러(90)는, 설정 온도(Ts)(설정값(SV)) 및 제 1 온도 센서(81)의 검출 온도(T1)(측정값(PV))가 입력되고, 설정 온도(Ts)에 대한 검출 온도(T1)의 편차(Ts-T1)를 산출하는 제 1 편차 연산부(91)를 가진다. 제 1 편차 연산부(91)의 출력인 편차(Ts-T1)에 기초하여 조작량 연산부(92)가 공지의 제어 연산 예를 들면 PID 연산에 의해 조작량(MV)을 연산한다. 또한, 설정 온도(Ts)는, 예를 들면 제어부(7)에 의해 부여되는 값이다.
조작량 연산부(92)의 출력은 히터 전력 조정부(93)에 입력되고, 히터 전력 조정부(93)는 조작량(MV)에 상응하는 전력을 히터(52)에 출력한다. 히터(52)의 출력 변화에 따라, 제 1 온도 센서(81)에 의해 검출되는 히터 출구 온도(검출 온도(T1)) 및 제 2 온도 센서(82)에 의해 검출되는 외측 조 출구 온도(검출 온도(T2))가 변화된다.
히터 컨트롤러(90)는, 또한, 외측 조 출구 기준 온도(Tr)와 제 2 온도 센서(82)의 검출 온도(T2)가 입력되고, 외측 조 출구 기준 온도(Tr)에 대한 검출 온도(T2)의 편차(Tr-T2)를 산출하는 제 2 편차 연산부(94)를 가진다. 제 2 편차 연산부(94)는 필터(95)를 개재하여 제 1 편차 연산부(91)에 접속되어 있다. 필터(95)는, 편차(Tr-T2)가 양의 값인 경우에만, 제 2 편차 연산부(94)의 출력인 편차(Tr-T2)가 보정값(CV)으로서 제 1 편차 연산부(91)에 입력되는 것을 허용한다. 이 경우, 편차(Tr-T2)가 상술한 편차(Ts-T1)에 가산되고(이것은, 편차(Tr-T2)를 가산함으로써 설정값(Ts)을 보정하고 있다고도 할 수 있다.), 그 결과가 조작량 연산부(92)에 입력되며, 조작량 연산부(92)는 값[(Tr-T2)+ (Ts-T1)]에 기초하여 조작량(MV)을 연산한다. 편차(Tr-T2)가 0 이하인 경우, 편차(Tr-T2)는 제 1 편차 연산부(91)에 입력되지 않는다.
통상, 외측 조(34B)의 출구 근방의 순환 라인(50) 내에 있어서의 인산 수용액의 온도는, 방열(예를 들면 내측 조(34A) 내의 인산 수용액의 액면에 있어서의 방열, 외측 조(34B) 내의 인산 수용액의 액면 및 외측 조(34B)의 벽체에 있어서의 방열 등)에 의해, 내측 조(34A) 내에 있어서의 인산 수용액의 온도보다 낮다. 이것을 고려하여, 외측 조 출구 기준 온도(Tr)는, 설정 온도(Ts)보다 낮은 값으로 설정된다. 일례로서, 설정 온도(Ts)가 155℃일 때, 외측 조 출구 기준 온도(Tr)는 140℃로 설정된다.
처리조(34) 특히 내측 조(34A) 내에는 무시할 수 없을 정도의 온도 분포(장소에 따른 온도의 편차)가 존재한다. 온도 분포는, 좌우의 처리액 공급 노즐(49) 및 그 공급계의 개체차에 따라 양 처리액 공급 노즐(49)로부터의 인산 수용액의 토출량이 완전히 동일하지 않는 것, 내측 조(34A)의 벽체로부터의 방열, 및 내측 조(34A) 내의 인산 수용액의 액면(기액 계면)에 있어서의 방열을 원인으로서 발생한다. 이 때문에, 1 개의 온도 센서에 의해 검출된 내측 조(34A) 내의 인산 수용액의 온도를 내측 조(34A) 내의 인산 수용액의 온도의 대표값으로서 취급하는 것이 적절하지 않은 경우도 있다. 부적절한 온도 검출값에 기초하여 온도 제어를 행하면, 처리 결과에 악영향을 미치는 경우가 있다.
이에 반하여, 순환 라인(50)의 단면(라인 즉 관의 축선 방향과 직교하는 단면)에서의 온도 분포(장소에 따른 온도의 편차)는 거의 없다. 또한, 제 1 온도 센서(81)에 의해 검출된 순환 라인(50)의 히터(52)의 출구 근방에 있어서의 검출 온도(T1)는, 히터(52)의 출력에 대응하여 신속하게 변화된다. 이 때문에, 검출 온도(T1)에 기초하여 히터 출력을 제어함으로써, 안정적 또한 정확한 온도 제어를 행할 수 있다. 순환계 내의 온도가 안정되어 있을 때에는, 히터(52)의 출구의 근방의 온도(T1)와 내측 조(34A) 내의 온도는 일정한 관계가 성립하고 있으며, 제 1 온도 센서(81)의 검출 온도(T1)에 기초하여 온도 제어(피드백 제어)를 행하는 것에 의한 문제는 없다.
단, 순환계 내의 온도 분포가 불안정한 경우, 예를 들면, 처리조(34)의 덮개(70)가 개방된 직후, 혹은, 내측 조(34A) 내에 기판(8)이 투입된 직후, 혹은, 내측 조(34A) 내의 온도가 어떠한 외란에 의해 변동된 경우, 내측 조(34A) 내의 온도 변동이 제 1 온도 센서(81)의 검출값에 영향을 미칠 때까지 어느 정도의 시간이 걸린다. 즉 제 1 온도 센서(81)의 검출 온도(T1)에 기초해서만 온도 제어를 한 것이면, 제어 지연이 발생할 수 있다. 제어 지연이 원인으로, 내측 조(34A) 내의 인산 수용액의 온도 저하, 비등의 부족이 발생할 우려가 있다.
상기의 제 1 실시 형태에서는, 제 2 온도 센서(82)의 검출 온도(T2)를 이용하여 조작량 연산부(92)로의 입력을 보정하고 있다. 내측 조(34A) 내의 온도가 하강한 것에 의한 제 2 온도 센서(82)의 검출 온도(T2)의 저하는, 제 1 온도 센서(81)의 검출 온도(T1)의 저하보다 빨리 발생한다. 제 2 온도 센서(82)의 검출 온도(T2)가 외측 조 출구 기준 온도(Tr)보다 낮아진(즉 편차(Tr-T2)가 양의 값을 취한) 것이 검출되면, 제 1 편차 연산부(91)에 있어서 편차(Tr-T2)가 편차(Ts-T1)에 가산된다. 이에 따라, 제 1 온도 센서(81)의 검출값(T1)에 내측 조(34A) 내의 온도 저하의 영향이 미치기 전에, 히터(52)의 출력이 증가한다. 따라서, 상기와 같은 제어 지연이 발생하는 경우는 없다.
이와 같이 피드백 제어에, 피드 포워드적인 제어(제 2 온도 센서(82)의 검출 온도(T2)에 기초하는 보정)를 추가함으로써, 제어 지연이 없는, 정확하고 또한 안정적인 온도 제어를 실현할 수 있다.
또한, 내측 조(34A)의 외측에서, 내측 조(34A) 내의 온도 강하의 영향이 가장 빨리 나타나는 것은 외측 조(34B)이지만, 외측 조(34B) 내에도 비교적 큰 온도 분포(장소에 따른 온도의 편차)가 있어, 온도 제어의 기초로 하는 검출 온도를 외측 조(34B) 내에서 취득하는 것은 바람직하지 않다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 외측 조(34B)의 하류측에 있어서의 순환 라인(50)에 있어서 외측 조(34B)에 가까운 외측 조(34B)의 출구의 근방에 제 2 온도 센서(82)를 설치하고 있다.
또한, 상기의 제 1 실시 형태에서는, 필터(95)에 의해, 편차(Tr-T2)가 음의 값을 취했을 때에는, 편차(Tr-T2)가 편차(Ts-T1)에 가산되지 않도록 되어 있다. 즉, 편차(Tr-T2)가 음일 때에는, 제 1 온도 센서(81)의 검출값에 기초해서만 피드백 제어가 행해지고 있다. 편차(Tr-T2)가 음일 때에 설정 온도(Ts)를 편차(Tr-T2)의 절대값 분만큼 내리도록 보정을 행하면, 내측 조(34A) 내의 과잉한 온도 저하를 초래하여, 제어가 안정되지 않게 될 우려가 있기 때문이다.
상기의 제 1 실시 형태에서는, 편차(Tr-T2)가 양의 값을 취한 것이 검출되면, 제 1 편차 연산부(91)에 있어서 편차(Tr-T2) 그것 자체가 편차(Ts-T1)에 가산되도록 되어 있지만, 이에 한정되지 않는다. 편차(Tr-T2)에 어느 양의 정수를 곱한 값을 편차(Ts-T1)에 가산해도 되고, 편차(Tr-T2)를 변수로 하는 함수(바람직하게는 편차(Tr-T2)의 증가에 대하여 단조 증가하는 함수)의 출력을 편차(Ts-T1)에 가산해도 된다.
제 1 온도 센서(81)의 위치는 히터(52)의 출구의 근방으로 하는 것이 바람직하지만, 순환 라인(50)의 히터(52)와 내측 조(34A)(처리조(34))의 사이의 구간의, 히터(52)의 출구보다 약간 하류측의 위치에 형성해도 된다. 마찬가지로, 제 2 온도 센서(82)의 위치는 외측 조(34B)(처리조(34))의 출구의 근방으로 하는 것이 바람직하지만, 순환 라인(50)의 외측 조(34B)(처리조(34))와 히터(52)의 사이의 구간의, 외측 조(34B)(처리조(34))의 출구보다 약간 하류측의 위치에 마련해도 된다.
이어서, 제 1 실시 형태에 있어서 순환계 내의 인산 수용액의 총량의 관리에 대하여 설명한다.
제어부(7)는 액위계(44)에 의해 검출된 외측 조(34B) 내의 인산 수용액의 액위가 미리 정해진 설정 액위가 되도록 제어를 행하고 있다. 이에 따라, 순환계 내에 존재하는 인산 수용액의 총량을 대략 일정하게 유지할 수 있어, 인산 수용액의 농도 제어가 용이해진다. 또한, 외측 조(34B)의 외측에 인산 수용액이 흘러 넘치는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로는, 외측 조(34B) 내의 인산 수용액의 액위가 설정 액위보다 높은 경우에는, 개폐 밸브(43D)를 개방함과 함께 필요에 따라 유량 제어 밸브(43C)의 개방도를 조절하여, 배출 라인(43A)을 통하여 순환계로부터 인산 수용액을 배출한다. 또한, 외측 조(34B) 내의 인산 수용액의 액위가 설정 액위보다 낮은 경우에는, 인산 수용액 공급부(40) 및 순수 공급부(41) 중 적어도 일방으로부터 순환계(구체적으로는 외측 조(34B))에 인산 수용액 및 순수 중 적어도 일방을 공급하고 있다. 인산 수용액 및 순수의 공급 비율에 대해서는, 순환계 내에 존재하고 있는 인산 수용액 중의 인산 농도가 설정 농도 범위로 유지되도록 결정된다. 무엇보다, 전술한 바와 같이, 비등 상태에 있는 인산 수용액으로부터는 오로지 수분이 손실되므로, 통상 운전 시에는, 순수를 공급하게 된다. 수분 보충이 행해지는 경우에도, 제어부(7)는, 외측 조(34B) 내의 액위가 설정 액위를 초과하지 않도록, 필요에 따라, 배출 라인(43A)을 통하여 순환계로부터 인산 수용액을 배출한다.
외측 조(34B) 내의 액위를 검출하는 액위계(44)로서, 임의의 방식의 것을 채용 할 수 있다. 예를 들면, 액위계(44)로서, 후술하는 기포식 액위계(180)와 동일한 방식의 것을 이용해도 되고, 액면의 상방으로부터 광학적으로 액면의 위치를 검출함으로써 액위를 검출할 수 있는 레이저 변위계를 이용해도 된다.
전술한 바와 같이, 1 개의 로트의 기판(8)의 처리 중에, 순환계 내에 존재하는 인산 수용액 중의 실리콘 농도를 유지하기 위하여, 혹은 의도적으로 변화시키기 위하여, 인산 수용액 배출부(43)에 의해 순환계 내에 있는 인산 수용액을 배출하면서, 인산 수용액 공급부(40)에 의해 인산 수용액을 공급하는 경우가 있다.
이 때, 인산 수용액 공급부(40)는 상온의 인산 수용액을 공급하기 때문에, 외측 조(34B)로부터 순환 라인(50)으로 유출되는 인산 수용액의 온도가 급격하게 저하된다. 그러면, 외측 조 출구 기준 온도(Tr)에 대한 검출 온도(T2)의 편차(Tr-T2)가 비교적 큰 양의 값을 취하기 때문에, 먼저 설명한 도 3의 제어계에 있어서, 히터(52)에 공급되는 전력이 비교적 크게 증가한다. 이 때문에, 히터(52)로의 공급 전력을 증가시킨 시점의 약간 이후의 시점부터 내측 조(34A) 내에 있어서의 비등 레벨이 상승하기 시작하고, 또한 이후의 시점에서 비등 레벨이 최대에 도달한다. 즉, 순환계 내의 인산 수용액의 온도가 목표 온도로 안정되기까지의 동안, 내측 조(34A) 내에 있어서의 비등 레벨이 일시적으로 상승하고, 그 결과, 내측 조(34A)로부터 외측 조(34B)로 유출(오버플로우)되는 액유량이 일시적으로 커져, 외측 조(34B) 내의 인산 수용액의 액위가 높아진다.
외측 조(34B) 내의 액위 상승이 액위계(44)에 의해 검출되면, 제어부(7)는, 외측 조(34B) 내의 인산 수용액의 액위를 설정 액위로 유지하기 위하여, 개폐 밸브(43D)를 개방하여, 순환계로부터 배출 라인(43A)을 통하여 인산 수용액을 배출한다. 그러나, 내측 조(34A) 내에 있어서의 비등 레벨의 상승은 일시적인 것이며, 시간 경과와 함께 비등 레벨은 통상 레벨까지 저하되고, 이에 따라, 내측 조(34A)로부터 외측 조(34B)로의 인산 수용액의 오버 플로우 유량도 통상 레벨까지 저하된다. 이 때문에, 외측 조(34B) 내의 액위는 설정 액위보다 낮아진다(다소의 제어 지연이 있기 때문). 외측 조(34B) 내의 액위가 설정 액위보다 낮아진 것이 액위계(44)에 의해 검출되면, 제어부(7)는, 외측 조(34B) 내의 액위를 설정 액위로 복귀시키기 위하여, 다시, 인산 수용액 공급부(40) 및 순수 공급부(41) 중 적어도 일방으로부터 순환계(구체적으로는 외측 조(34B))로 인산 수용액 및 순수 중 적어도 일방을 공급하게 된다. 이로써 외측 조 출구 기준 온도(Tr)에 대한 검출 온도(T2)의 편차(Tr-T2)가 비교적 큰 양의 값을 취하게 된다. 따라서, 상기의 제어가 복수 회 반복되는 것이 되어, 인산 수용액의 비등 레벨 및 순환계 내의 인산 수용액의 총량이 안정되기까지 시간이 걸린다. 또한, 이와 같이, 인산 수용액 또는 순수의 보충을 반복하면, 원래의 목적이었던 인산 수용액 중의 실리콘 농도의 정확한 조정이 곤란해진다.
상기의 문제를 해결하기 위하여, 편차(Tr-T2)가 양의 값이 된 것(혹은 편차(Tr-T2)가 정해진 양의 임계값보다 커진 것)이 검출된 경우, 제어부(7)는, 외측 조(34B) 내의 인산 수용액의 설정 액위를 변경하여, 설정 액위를 상승시키도록 되어 있다. 이 경우, 변경 후의 설정 액위는, 편차(Tr-T2)의 증대에 따른 연속적 또는 단속적으로 증대하는 함수 예를 들면 1 차 함수에 따라 결정해도 되고, 편차(Tr-T2)의 증감에 따라 변화되지 않는 일정한 액위로 해도 된다. 혹은, 변경 후의 설정 액위를, 인산 수용액 중의 실리콘 농도의 조정을 위하여 순환계로 공급되는 인산 수용액의 총량의 함수로 해도 된다. 예를 들면, 공급되는 인산 수용액의 총량에 비등하여 증가하는 인산 수용액의 체적을 더한 양에 기초하여 액위를 설정해도 된다.
상기한 바와 같이 설정 액위를 변경함으로써, 상술한 내측 조(34A) 내에 있어서의 일시적인 비등 레벨의 상승에 따라 외측 조(34B) 내의 액위가 일시적으로 높아졌다고 해도, 인산 수용액 배출부(43)를 통한 인산 수용액의 배출이 행해지지 않거나, 행해졌다고 해도 배출량은 적다. 이 때문에, 내측 조(34A) 내에 있어서의 비등 레벨이 통상 레벨로 되돌아갔을 때에, 외측 조(34B) 내의 액위는 설정 액위로부터 크게 벗어나는 경우는 없다. 이 때문에, 인산 수용액의 총량 및 비등 레벨을 단시간에 통상 상태로 복원할 수 있고, 또한, 인산 수용액 중의 실리콘 농도의 조정을 정확하게 행할 수 있다. 또한, 상기의 액위의 제어는 제어부(7)의 일부를 이루는 액위 제어부에 의해 실행할 수 있다.
이어서, 도 2 및 도 4를 참조하여, 인산 수용액의 온도 제어계의 제 2 실시 형태에 대하여 설명한다. 제 2 실시 형태에서는, 2 개 이상(도시예에서는 2 개)의 제 3 온도 센서(83)(이하, '조 내 온도 센서(83)'라고 부름)의 검출 온도에 기초해서만 인산 수용액의 온도 제어가 행해진다. 제 1 온도 센서(81) 및 제 2 온도 센서(82)는 생략해도 되고, 프로세스의 감시를 위하여 남겨 두어도 된다.
복수의 조 내 온도 센서(83)는, 내측 조(34A) 내의 상이한 위치에 마련되고, 각각의 설치 위치에 있어서의 인산 수용액의 온도를 검출한다. 조 내 온도 센서(83)를 서로 구별할 필요가 있을 때에는, 하이픈이 있는 첨자를 부여하여, '83-1, 83-2, …, 83-N(N은 2 이상의 자연수임)'으로 표시한다.
히터(52)의 발열량을 제어하기 위하여, 도 4에 나타내는 히터 컨트롤러(100)가 마련되어 있다. 히터 컨트롤러(90)와 마찬가지로, 히터 컨트롤러(100)는, 상술한 제어부(7)의 일부여도 되고, 제어부(7)의 지령에 기초하여 동작하는 제어부(7)와 별개인 디바이스여도 된다.
히터 컨트롤러(100)는, 설정 온도(Ts)(설정값(SV)) 및 후술의 대표 온도 연산부(104)에 의해 계산된 대표 온도(Tm)(측정값(PV))가 입력되어, 설정 온도(Ts)에 대한 대표 온도(Tm)의 편차(Ts-Tm)를 산출하는 편차 연산부(101)를 가진다. 편차 연산부(101)의 출력인 편차(Ts-Tm)에 기초하여 조작량 연산부(102)가 공지의 제어 연산 예를 들면 PID 연산에 의해 조작량(MV)을 연산한다.
조작량 연산부(102)의 출력은 히터 전력 조정부(103)에 입력되고, 히터 전력 조정부(103)는 조작량(MV)에 상응하는 전력을 히터(52)에 출력한다. 히터(52)의 출력 변화에 따라, 각 조 내 온도 센서(83-1, 83-2, …, 83-N)의 검출 온도(T3-1, T3-2, …, T3-N)가 변화된다.
대표 온도 연산부(104)는, 검출 온도(T3-1, T3-2, …, T3-N)에 기초하여, 내측 조(34A) 내에 있는 인산 수용액의 온도의 대표값인 대표 온도(Tm)를 계산한다.
대표 온도(Tm)는, 검출 온도(T3-1, T3-2, …, T3-N)의 단순 평균으로 할 수 있다.
기판 승강 기구(36) 및 이것에 유지된 기판(8)의 승강 시의 이동 범위 내에는 조 내 온도 센서(83)를 설치하는 것이 불가능하거나, 혹은 곤란하다. 이 때문에, 바람직한 일 실시 형태에 있어서는, 도 2 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 기판 승강 기구(36)의 지지판(36A)의 좌우 양편의 동일한 높이 위치에 2 개의 온도 센서(83-1, 83-2)가 마련되고, 온도 센서(83-1, 83-2)의 검출 온도(T3-1, T3-2)의 평균값이, 대표 온도(Tm)가 된다.
4 개 이상의 짝수 개의 온도 센서(83)를 내측 조(34A) 내의 좌우 대칭인 위치에 배치하고, 이들 온도 센서(83)의 검출 온도의 평균값을 대표 온도(Tm)로 해도 된다.
인접하는 기판(8) 사이를 흐르는 인산 수용액의 실제 온도(Ta)와 검출 온도(T3-1, T3-2, …, T3-N)의 사이의 관계를 나타내는 함수(Ta=f(T3-1, T3-2, …, T3-N))를 구해도 된다. 이 경우, 대표 온도(Tm=Ta=f(T3-1, T3-2, …, T3-N))로 할 수도 있다.
상기의 실시 형태에 따르면, 내측 조(34A) 내 중 적어도 2 개의 상이한 장소에 설치된 온도 센서(83)에 있어서의 검출 온도(T3-1, T3-2, …, T3-N)에 기초하여 대표 온도(Tm)가 구해지고, 이 대표 온도를 측정값(PV)으로 하여 피드백 제어가 행해진다. 하나만의 온도 센서의 검출 온도에 기초하여 피드백 제어를 행하는 경우에는 내측 조(34A) 내의 온도 분포 때문에 적절한 온도 제어를 할 수 없게 될 우려가 있다. 그러나, 상기 실시 형태에 따르면, 내측 조(34A) 내의 온도 분포에 의한 제어 정밀도에 대한 악영향을 작게 할 수 있어, 보다 적절한 온도 제어를 행할 수 있다.
이어서, 도 6을 참조하여, 에칭 처리 장치의 다른 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 6에 나타내는 에칭 처리 장치는, 도 2에 나타내는 에칭 장치에 대하여, 내측 조(34A)에 기포식 액위계(180)가 부설되어 있는 점이 상이하고, 다른 부분의 구성은 동일하다. 도 6에 나타내는 에칭 처리 장치에 있어서, 도 2에 나타내는 에칭 장치의 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 중복 설명은 생략한다.
기포식 액위계(180)는, 내측 조(34A) 내의 인산 수용액 중에 삽입되는 기포관(181)과, 기포관(181)에 퍼지 가스(여기서는 질소 가스)를 공급하는 퍼지 세트(182)를 가지고 있다. 기포관(181)은, 인산 수용액에 대한 내성을 가지는 재료 예를 들면 석영에 의해 형성되어 있다.
퍼지 세트(182)는, 감압 밸브, 스로틀 및 로터미터(모두 도시하지 않음) 등을 구비하여 구성되어 있다. 퍼지 세트(182)는, 가압 가스 공급원(183)(예를 들면 공장의 용력계)으로부터 공급된 퍼지 가스가, 인산 수용액 중에 삽입된 기포관(181)의 선단으로부터 일정 유량으로 방출되도록 제어를 행한다.
기포관(181)과 퍼지 세트(182)를 연결하는 가스 라인(184)에는 검출 라인(185)이 접속되고, 또한 이 검출 라인(185)이 2개의 분기 검출 라인, 즉 제 1 분기 검출 라인(185A) 및 제 2 분기 검출 라인(185B)으로 분기되어 있다. 제 1 및 제 2 분기 검출 라인(185A, 185B)에는 각각, 제 1 검출기(186A) 및 제 2 검출기(186B)가 접속되어 있다. 제 1 및 제 2 검출기(186A, 186B)는, 기포관(181)의 선단에 인가되어 있는 수두압(水頭壓)(내측 조(34A) 내의 인산 수용액의 수두압)에 상당하는 퍼지 가스의 배압을 측정한다.
가스 라인(184)에는 상시 퍼지 가스가 흐르기 때문에, 가스 라인(184), 검출 라인(185), 제 1 분기 검출 라인(185A) 및 제 2 분기 검출 라인(185B)을 석영으로 제조할 필요는 없고, 적당한 내식성 수지 예를 들면 PTFE, PFA 등으로 제조할 수 있다.
제 1 검출기(186A) 및 제 2 검출기(186B)에는 동일한 압력이 인가된다. 그러나, 제 1 검출기(186A) 및 제 2 검출기(186B)의 검출 범위는 서로 상이하다.
제 1 검출기(186A)는, 내측 조(34A) 내의 인산 수용액의 액위가 최저위(내측 조(34A)가 빈 상태)일 때에 기포관(181)의 선단에 인가되는 수두압으로부터, 최고위(내측 조(34A)로부터 외측 조(34B)로 인산 수용액이 오버플로우하고 있는 상태)일 때에 기포관(181)의 선단에 인가되는 수두압까지 이르는 범위의 압력을 검출할 수 있게 설정되어 있다. 즉, 제 1 검출기(186A)는, 내측 조(34A) 내의 인산 수용액의 액위를 측정하기 위하여 마련되어 있다.
제 2 검출기(186B)는, 내측 조(34A) 내의 인산 수용액의 액위가 최고위에 있을 때에 있어서(즉 내측 조(34A)로부터 외측 조(34B)로의 오버 플로우가 발생하고 있을 때), 인산 수용액의 비등 레벨이 최대일 때에 기포관(181)의 선단에 인가되는 수두압으로부터, 인산 수용액이 전혀 비등하고 있지 않을 때에 기포관(181)의 선단에 인가되는 수두압까지 이르는 범위(검출 대상 범위)의 압력을 검출할 수 있도록 설정되어 있다.
비등 레벨(비등 상태)이 변화되면, 인산 수용액 중의 기포의 양이 변화되기 때문에, 기포관(181)의 선단에 인가되는 수두압도 변동된다. 즉, 비등 레벨이 높아지면 수두압이 감소하고, 비등 레벨이 낮아지면 수두압이 증가한다. 비등 레벨은, 인산 수용액 중의 기포의 사이즈 및 수량, 및 인산 수용액의 액면 상태('평탄', '크게 물결치고 있음' 등)를 육안 또는 화상 해석에 의해 파악함으로써, 수치화할 수 있다(예를 들면 비등 레벨 1 ∼ 5의 5 단계로). 실험에 의해, 수두압(HP)과 비등 레벨(BL)의 관계를 파악할 수 있고, 이 관계를 함수(BL=f(HP))의 형식으로 표현할 수 있다. 다소의 편차는 있지만, 비등 레벨(BL)의 증대에 따라 수두압(HP)은 단조 감소한다.
상기의 함수는, 예를 들면 제어부(7)의 기억 매체(38)에 보존된다. 이에 따라, 제 2 검출기(186B)에 의해 검출되는 수두압에 기초하여 내측 조(34A) 내의 인산 수용액의 비등 레벨(비등 상태)을 파악할 수 있게 된다.
바람직하게는, 제 2 검출기(186B)는, 제 2 검출기(186B)의 센서 출력을 처리하는 전기 회로(예를 들면, 하이 패스 필터 기능 및 증폭 기능을 가짐)에 의해, 혹은 소프트웨어에 의한 연산 처리에 의해, 상술한 검출 대상 범위 외의 압력에 대하여 불감(不感)이 되고, 한편, 검출 대상 범위 내의 압력 검출 분해능을 향상시키고 있다. 이에 따라, 제 2 검출기(186B)는 내측 조(34A) 내의 인산 수용액의 액위 검출 능력을 실질적으로 잃어버리지만, 그 대신에 비등 상태를 보다 고정밀도로 검출하는 것이 가능해진다.
구체적으로는 예를 들면, 인산 수용액이 전혀 비등하고 있지 않을 때의 제 2 검출기(186B) 내의 압력 센서(도시하지 않음)의 출력 전압(수두압의 변화에 대응하여 변화됨)이 5V이며, 인산 수용액의 비등 레벨이 최고 레벨이었을 때의 제 2 검출기(186B)의 출력 전압이 4V였던 것으로 한다. 이 경우, 제 2 검출기(186B)에 마련된 검출 회로는, 압력 센서의 출력 전압으로부터 4V를 감한 값(실제로는 적당한 마진이 설정됨)에 정해진 게인(정수)을 곱한 값이 출력되도록 구성된다.
제어부(7)는, 제 2 검출기(186B)에 의해 검출된 수두압에 기초하여 파악되는 내측 조(34A) 내의 인산 수용액의 비등 레벨이, 최적 레벨(예를 들면 비등 레벨 4)로부터 벗어났을 때, 또는 벗어날 것 같으면, 설정 농도를 보정한다. 예를 들면, 비등 레벨이 최적 레벨보다 낮아졌을 때, (예를 들면 인산 수용액 중의 기포가 적은 상태 및 작은 상태 중 적어도 하나의 상태) 혹은 낮아질 것 같으면, 설정 농도를 저하시킨다. 한편, 비등 레벨이 최적 레벨보다 높아 졌을 때(예를 들면 인산 수용액 중의 표면이 격렬하게 물결치고 있는 상태) 혹은 높아질 것 같으면, 설정 농도를 상승시킨다. 이와 같이 하여 내측 조(34A) 내의 인산 수용액의 비등 레벨을 최적 레벨로 유지할 수 있다.
인산 수용액의 온도, 인산 수용액의 농도 및 인산 수용액의 비등 레벨은 밀접한 상관 관계를 가지고 있다. 따라서, 인산 수용액의 비등 레벨이 최적 레벨에서 안정되지 않는(최적 레벨로부터 벗어나 있음) 경우에는, 도 3의 제어계에 있어서 측정값(PV)를 검출하고 있는 제 1 온도 센서(81)에 이상이 있을 가능성이 있거나, 혹은, 인산 농도계(55B)에 이상이 있을 가능성이 있다. 예를 들면, 제 1 온도 센서(81)의 검출 온도가 실제 온도보다 낮으면, 인산 수용액의 비등 레벨은 최적 레벨보다 높아진다. 또한 예를 들면 인산 농도계(55B)의 검출 농도가 실제 농도보다 높으면, 인산 수용액의 비등 레벨은 최적 레벨보다 높아진다. 제어부(7)는, 인산 수용액의 비등 레벨이 최적 레벨에서 안정되지 않는 상태가 미리 정해진 시간 이상에 걸쳐 이어지면, 오퍼레이터에게 제 1 온도 센서(81) 또는 인산 농도계(55B)에 이상이 발생하고 있을 가능성이 있는 것을 경고하는 알람을 발생시켜, 오퍼레이터에게 제 1 온도 센서(81) 또는 인산 농도계(55B)의 검사를 촉구한다. 또한 제어부(7)는, 그 때에 처리되고 있던 로트의 기판(8)에 처리 불량이 발생하고 있는 의심이 있는 것을 오퍼레이터에게 경고 해도 된다.
인산 수용액의 비등 레벨이 최적 레벨에서 안정되지 않는 경우에는, 순수 공급부(41)의 순수의 공급량의 제어에 이상이 발생하고 있을 가능성도 있다. 예를 들면, 순수의 공급량이 과대한 경우, 인산 수용액의 비등 레벨은 최적 레벨보다 높아진다. 제어부(7)는, 순수 공급부(41)의 이상의 가능성에 대해서도, 오퍼레이터에게 경고해도 된다.
또한, 상술한 도 2 또는 도 5의 실시 형태에 있어서, 순환계 내의 서로 상이한 위치에 마련한 제 1 온도 센서(81), 제 2 온도 센서(82) 및 제 3 온도 센서(83)의 검출값에 기초하여, 이들 온도 센서(81 ∼ 83) 중 어느 하나에 이상이 발생하고 있을 가능성을 검출할 수도 있다. 인산 수용액의 상태(온도, 농도, 비등 레벨)가 안정되어 있을 때에는, 이들 온도 센서의 검출값은 각각 정해진 범위 내의 값(예를 들면 제 1 온도 센서(81)의 검출값이 정해진 범위(T1 ± Δt1), 제 2 온도 센서(82)의 검출값이 정해진 범위(T2 ± Δt2), 제 3 온도 센서(83)의 검출값이 정해진 범위(T3 ± Δt3))이 된다 (예를 들면 T1 > T2 > T3). 가령, 인산 수용액의 상태가 안정되어 있을 때에, 3 개의 온도 센서 중 1 개의 온도 센서, 예를 들면 제 3 온도 센서(83)의 검출값이 상기 정해진 범위를 벗어나고 있고, 또한 나머지 온도 센서, 예를 들면 제 1 온도 센서(81) 및 제 2 온도 센서(82)의 검출값이 상기 각각의 정해진 범위 내인 경우에는, 제 3 온도 센서(83)에 이상이 발생하고 있을 가능성이 있다. 이 경우, 제어부(7)는, 오퍼레이터에게 제 3 온도 센서(83)에 이상이 발생하고 있을 가능성이 있는 것을 경고하는 알람을 발생시켜, 오퍼레이터에게 제 3 온도 센서(83)의 검사를 촉구한다.
또한, 상기의 온도 센서의 이상의 추정은, 제 1 온도 센서(81), 제 2 온도 센서(82) 및 제 3 온도 센서(83)의 검출값에 기초하여 행하는 것에 한정되지 않고, 예를 들면 이들 3 개의 온도 센서 중 2 개만의 검출값에 기초하여 행해도 되고, 또한 제 1 온도 센서(81), 제 2 온도 센서(82) 및 제 3 온도 센서(83)의 검출값에 더해 또한 별도의 온도 센서(도시하지 않음)의 검출값에 기초하여 행해도 된다.
상기한 바와 같이, 서로 관련되는 파라미터를 검출하는 복수의 센서 중 적어도 하나의 센서의 이상값에 기초하여, 당해 이상값이 나타난 센서 또는 다른 센서의 이상을 추정할 수 있다. 이와 같이 하여 복수의 센서의 건전성을 감시함으로써, 보다 신뢰성이 높은 장치의 운용을 행할 수 있다.
상기 실시 형태에서는 처리액이 인산 수용액이었지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 가열된 상태에서 이용되는 임의의 종류의 처리액이어도 된다. 기판도 실리콘 웨이퍼(반도체 웨이퍼)에 한정되지 않고, 다른 임의의 종류의 기판, 예를 들면 유리 기판, 세라믹 기판이어도 된다.
7 : 제어부, 액위 제어부
34 : 처리조
34A : 내측 조
34B : 외측 조
43 : 처리액 배출부(인산 수용액 배출부)
44 : 액위계
50 : 순환 라인
51 : 펌프
52 : 히터
81 : 온도 센서(제 1 온도 센서)
82 : 온도 센서(제 2 온도 센서)
83-1, 83-2, …, 83-N : 온도 센서(조 내 온도 센서)
90, 100 : 컨트롤러(히터 컨트롤러)

Claims (13)

  1. 처리액을 저류함과 함께 저류된 상기 처리액에 기판을 침지시킴으로써 상기 기판의 처리가 행해지는 처리조와,
    상기 처리조에 접속된 순환 라인과,
    상기 순환 라인에 마련되어, 상기 처리조로부터 나와 상기 순환 라인을 지나 상기 처리조로 되돌아가는 상기 처리액의 흐름을 형성하는 펌프와,
    상기 순환 라인에 마련되어, 상기 처리액을 가열하는 히터와,
    상기 처리조 및 상기 순환 라인을 포함하는 순환계 내의 서로 상이한 위치에 마련된 적어도 2 개의 온도 센서와,
    상기 히터의 발열량을 제어하는 컨트롤러를 구비하고,
    상기 적어도 2 개의 온도 센서는 순환 라인 내에 마련된 제 1 온도 센서 및 제 2 온도 센서를 가지고, 상기 제 1 온도 센서는 상기 처리액의 흐름 방향에서 볼 때, 상기 히터보다 하류측으로서 상기 처리조보다 상류측의 제 1 위치에 마련되며, 상기 제 2 온도 센서는 상기 처리액의 흐름 방향에서 볼 때 상기 처리조보다 하류측으로서 상기 히터보다 상류측의 제 2 위치에 마련되어 있고, 상기 컨트롤러는 상기 제 1 온도 센서 및 상기 제 2 온도 센서의 검출 온도에 기초하여 상기 히터의 발열량을 제어하는 기판 액처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 센서는, 상기 히터의 출구의 근방에 마련되고, 상기 제 2 온도 센서는, 상기 처리조의 출구의 근방에 마련되어 있는 기판 액처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리조는 상기 처리액을 저류함과 함께 저류된 상기 처리액에 기판을 침지시킴으로써 상기 기판의 처리가 행해지는 내측 조와, 상기 내측 조로부터 오버플로우하는 상기 처리액을 수용하는 외측 조를 가지고, 상기 제 1 온도 센서는 상기 히터의 출구의 근방에 마련되며, 상기 제 2 온도 센서는 상기 외측 조의 출구의 근방에 마련되어 있는 기판 액처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    설정 온도에 대한 상기 제 1 온도 센서의 검출 온도의 편차에 기초하여, 상기 제 1 온도 센서의 검출 온도가 상기 설정 온도로 유지되도록 상기 히터의 출력을 피드백 제어하는 피드백 제어부와,
    기준 온도에 대한 상기 제 2 온도 센서의 검출 온도의 편차에 기초하여, 상기 설정 온도를 보정하는 보정부를 가지고 있는 기판 액처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 보정부는 상기 기준 온도에서 상기 제 2 온도 센서의 검출 온도를 감산함으로써 얻어진 값이 양의 값을 취할 때에만 상기 설정 온도를 보정하는 기판 액처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 보정부는 상기 기준 온도에서 상기 제 2 온도 센서의 검출 온도를 감산함으로써 얻어진 값을 상기 설정 온도에 더하는 기판 액처리 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 처리액을 저류함과 함께 저류된 상기 처리액에 기판을 침지시킴으로써 상기 기판의 처리가 행해지는 처리조와,
    상기 처리조에 접속된 순환 라인과,
    상기 순환 라인에 마련되어, 상기 처리조로부터 나와 상기 순환 라인을 지나 상기 처리조로 되돌아가는 상기 처리액의 흐름을 형성하는 펌프와,
    상기 순환 라인에 마련되어, 상기 처리액을 가열하는 히터와,
    상기 처리조 및 상기 순환 라인을 포함하는 순환계 내의 서로 상이한 위치에 마련된 적어도 2 개의 온도 센서와,
    상기 히터의 발열량을 제어하는 컨트롤러를 구비하고,
    상기 적어도 2 개의 온도 센서는, 상기 처리조 내에 마련되어 있는 적어도 2 개의 처리조 내 온도 센서를 포함하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 적어도 2 개의 처리조 내 온도 센서의 검출 온도에 기초하여 구해진 상기 처리조 내의 온도를 대표하는 대표 온도에 기초하여, 상기 대표 온도가 설정값이 되도록 상기 히터의 발열량을 피드백 제어하도록 구성되어 있고,
    상기 대표 온도는, 상기 적어도 2 개의 처리조 내 온도 센서의 검출 온도의 평균값인 기판 액처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 적어도 2 개의 처리조 내 온도 센서는 짝수 개이며, 이들 짝수 개의 처리조 내 온도 센서는 상기 처리조 내에 좌우 대칭인 위치에 마련되어 있는 기판 액처리 장치.
  12. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외측 조 내에 있는 처리액의 액위를 검출하는 액위계와,
    상기 순환계 내에 있는 처리액을 배출하기 위한 처리액 배출부와,
    상기 액위계의 검출 결과에 기초하여 처리액 배출부를 제어함으로써, 상기 외측 조 내에 있는 처리액의 액위를 제어하는 액위 제어부를 더 구비하고,
    상기 액위 제어부는, 상기 액위계에 의해 검출된 액위가 미리 정해진 설정 액위보다 높은 경우에, 상기 처리액 배출부에 의해 상기 순환계로부터 처리액을 배출시키고, 또한, 상기 보정부가 상기 기준 온도에 대한 상기 제 2 온도 센서의 검출 온도의 편차에 기초하여 상기 설정 온도를 보정할 때에, 상기 설정 액위가 높아지도록 상기 설정 액위를 변경하는 기판 액처리 장치.
  13. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 7 항 및 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 적어도 2 개의 온도 센서의 검출값에 기초하여, 상기 적어도 2 개의 온도 센서 중 1 개의 온도 센서에 이상이 발생하고 있을 가능성이 있는 것을 판정하는 기능을 가지는 기판 액처리 장치.
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