1292170 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、內容、實施方式及圖式簡單說明） (一） 發明所屬之技術領域 本發明有關於「半導體處理裝置之藥液濃度控制裝置 」，在半導體處理裝置，既保持固定的處理用藥液的濃度 ，又維持半導體處理上必須的藥液液面高度。 (二） 先前技術 於濕式洗滌站等的半導體處理裝置，由於從處理槽搬 出晶圓以及藥液的蒸發等，導致或者藥液的濃度產生變化 、或者液量減少。因此，必須定期補充藥液以維持藥液的 濃度、液量。 第5圖顯示習知「半導體處理裝置之藥液濃度控制裝 置」的方塊圖。如第5圖所示，爲了維持藥液的濃度以及 液面的高度，以濃度計7測定藥液的濃度。補充控制裝置 40檢查濃度計7之濃度數據是否在基準濃度範圍之內，以 選擇基準濃度範圍內時及基準濃度範圍外時個別的補充設 定値，對補充部28的補充泵（未圖示）輸出信號，以進行藥 液的補充。第5圖顯示的「半導體處理裝置之藥液濃度控 制裝置」，形成一濃度回饋控制系統，將濃度計7所測定 的濃度數據與基準濃度範圍相比較，控制藥液的濃度在基 準濃度範圍之內。 藥液之補充控制如第6圖所示，藉由補充控制裝置40 內藏會產生固定週期的補充間隔計時器，及與補充間隔計 -6- 1292170 時器同步起動的各藥液的補充計時器，來補充定量的藥液 。又，第6圖顯示3種（A藥液、B藥液、C藥液）藥液的補 充控制的時序圖。 如第6圖所示，補充控制裝置40的補充間隔計時器的 信號，起動了 A藥液補充計時器、B藥液補充計時器、及C 藥液補充計時器。A藥液補充計時器的計時器時間爲T 1，B 藥液補充計每器的計時器時間爲T2，C藥液補充計時器的 計時器時間爲T3，各藥液所備有之補充泵在ΤΙ、T2、T3 的時間內運轉，以補充固定量的藥液。該藥液補充計時器 的時間按濃度而定，例如，A藥液濃度高於基準濃度範圍 、B藥液濃度低於基準濃度範圍時，A藥液選擇小補充的 設定値、B藥液選擇大補充的設定値，加以補充。似此， 習知之半導體處理裝置，爲維持藥液的濃度，以事先設定 的固定量的藥液補充之。 (三）發明內容： 發明所欲解決的課顆 然而，藉由比較濃度計之濃度數據與目標値之基準濃 度範圍，習知補充控制裝置40所爲之藥液之補充控制，由 於藥液的混合時間及濃度計的測定時間的影響，如第7圖 / 所示，t二0補充藥液後，到t二m2確定濃度數據（p)，產 生了濃度回饋控制系統裏的遲延時間m2 (圖示於第8圖）。 因此，如第8圖所示，欲控制藥液的濃度於基準濃度 範圍內時，因遲延時間m2的影響，或超過基準濃度範圍的 上限値，或低於基準濃度範圍的下限値，濃度變得零散。 -Ί 一 1292170 同樣地，即使是PID (比例•積分•微分）控制的場合，由於 遲延時間m 2的影響恐也不能高精度地控制濃度。藥液的濃 度變動，使得洗滌、蝕刻等處理不穩定，導致半導體的良 率低下。因此，維持固定的半導體處理裝置的藥液的濃度 ，成眾所追求之事。 因此，鑒於習知半導體處理裝置的藥液濃度的補充控 制裝置存在的問題，本發明之目的在於提供一種「半導體 處理裝置之藥液濃度控制裝置」，事先設定補充的液量做 爲基準補充量，再計算相對於基準補充量的各藥液的補充 量，根據計算所得各藥液的補充量來補充藥液，既保持固 定的處理用藥液的濃度，又可維持在處理上必須的液面高 度。 . 用以解決課題的手段 本發明之「半導體處理裝置之藥液濃度控制裝置」，. 包括：濃度測定機構，用以測定藥液的濃度；偏移觀測機 構，用以觀測濃度回饋控制系統在經過遲延時間之後的濃 度的變化量；補充量演算機構，用以演算藥液的補充量； 定量補充處理機構，用以處理各藥液之補充量，使該補充 量演算機構所得之各藥液補充量之總和與事前設定好的基 準補充量相等；濃度預測機構，用以預測當補充了該定量 補充處理機構所處理的補充量之後所達到的濃度；以及補 充控制機構，以該定量補充處理機構所處理的補充量對藥 液的補充作控制。 又，本發明「半導體處理裝置之藥液濃度控制裝置」 -8- 1292170 的該補充量演算機構，係根據由該濃度測定機構所測定的 濃度數據，及由該偏移觀測機構所觀測的濃度的變化量， 以及由該濃度預測機構所預測的濃度預測數據，演算藥液 的補充量。 、 又，本發明「半導體處理裝置之藥液濃度控制裝置」 的該定量補充.處理機構，係根據藥液的補充優先順序來處 理各藥液的補充量。 又，本發明「半導體處理裝置之藥液濃度控制裝置」 的該補充控制機構，係當藥液的液面位置比既定的位置還 低的時候，進行藥液的補充。 (四）實施方式 以下參照圖面，說明本發明之「半導體處理裝置之藥 液濃度控制裝置」。第1圖係方塊圖，顯示備有藥液濃度 控制裝置的半導體處理裝置的構成，第2圖係方塊圖，顯 示本發明「半導體處理裝置之藥液濃度控制裝置」的控制 部的構成，第3圖係流程圖，顯示「半導體處理裝置之藥 液濃度控制裝置」的濃度控制，第4圖係方塊圖，顯示液 面計使用下「半導體處理裝置之藥液濃度控制裝置」的構 成。 如第1圖所示，半導體處理裝置，包括：處理槽2, 將基板等晶圓浸漬在藥液內以進行洗滌等處理；溢流槽3 ，存積處理槽2溢流出來的藥液；藥液循環路徑4，讓藥 液從溢流槽3循環至處理槽2 ;補充部2 8的藥液箱9，儲 存補充用的藥液；補充部2 8的補充泵1 〇，對溢流槽3補 一 9 一 1292170 充藥液；以及控制部1 5，進行濃度的管理及控制。 藥液循環的藥液循環路徑4上配設有：過濾藥液用的 過濾器5 ;令藥液循環的循環用泵6 ;測定藥液濃度的濃度 測定機構即濃度計7。並且，濃度測定機構的濃度計7之 構成’係當混合使用複數藥液時，可輸出每個藥液的濃度 數據。 本發明「半導體處理裝置之藥液濃度控制裝置」，包 括：測定藥液的濃度的濃度測定機構即濃度計7，以及執 行濃度管理、控制的控制部15。「半導體處理裝置之藥液 濃度控制裝置」，係事先設定補充的液量做爲基準補充量 ’再改變各藥液對基準補充量的混合比，以進行控制。並 且’基準補充量係設定於維持液面高度上的需要量。 測定藥液的濃度的濃度測定機構即濃度計7，如第1 圖所示，連接到從循環用泵6的下游側分岔出來的管線路 徑。濃度計7之構成，可將測得之各藥液的濃度數據輸出 給控制部1 5。 藥液濃度控制裝置的控制部1 5的構成，係依據濃度計 7之濃度數據算出藥液的必須補充量，將算出來的補充量 輸出給補充部2 8的補充泵1 〇。補充部2 8的補充泵1 〇，則 按既定時機對處理槽2補充由控制部1 5所輸出的補充量。 又，控制部1 5，與管理晶圓製程的上位控制部3 5 (示於第 2圖）即上位電腦相連接，依上位電腦的指令，進行藥液補 充的控制處理。備有第1圖所示之藥液濃度控制裝置的半 導體處理裝置，形成濃度回饋控制系統，做如下控制，依 -10- 1292170 據濃度測定機構的濃度計7所測定的濃度數據計算出藥液 的必須補充量，由補充泵丨〇補充所計算出來的補充量以達 到既定之濃度。 其次’用第2圖所示之方塊圖，說明藥液濃度控制裝 置的控制部1 5。 如第2圖所示，藥液濃度控制裝置的控制部1 5，其構 成包括··輸入部20，用以對測定藥液濃度的濃度測定機構 即濃度計7的濃度數據作採樣處理；補充量演算部2 1，即 補充量演算機構，根據輸入部20所採樣的濃度測定機構的 濃度計7的濃度數據，及偏移觀測機構的偏移觀測部26所 觀測的濃度的變化量，及濃度預測機構的濃度預測部24所 預測的濃度預測數據，計算出藥液的補充量；偏移觀測部 2 6 ’即偏移觀測機構，利用控制部1 5從動作禁止轉變爲動 作許可時亦即利用不受藥液補充動作影響的區間，測定濃 度回饋控制系統在經過遲延時間後的濃度計7的濃度數據 的變化量；定量補充處理部2 7，即定量補充處理機構，處 理使得補充量演算部21所得之各藥液補充量之總和與基準 補充量相等；補充間隔計時器22，按固定週期計時藥液的 補充的間隔；補充控制部2 3，即補充控制機構，依補充間 隔計時器22的每一個固定週期的信號，按定量補充處理部 27所算出的補充量來控制補充部28 ;濃度預測部24，即 濃度測定機構，用以預測依定量補充處理部2 7所算之補充 量補充後所達到的濃度；設定輸出入部25，接受上位控制 部3 5的上位電腦的動作許可、禁止的控制信號，設定鍵盤 - 1 1 - 1292170 、觸摸面板等輸入裝置所輸入的參數，對上位控制部3 5輸 出監視用濃度數據等。 對濃度計7的濃度數據作採樣處理的輸入部20，依固 定週期對濃度計7的濃度數據採樣，爲消除雜訊而進行移 動平均處理或單純平均處理等，並以移動平均處理或單純 平均處理所得之數據做爲濃度數據。 偏移觀測機構的偏移觀測部2 6，當控制部15依上位 控制部3 5的控制信號從動作禁止轉變爲動作許可時，測定 濃度的變化量。亦即，藥液因加熱使用而蒸發，會依一定 的斜率減少藥液的濃度。又，藥液的減少的比例因藥液而 異’故容易蒸發的藥液與不容易蒸發的藥液相混合時，前 者的藥液的濃度減少，而後者的藥液的濃度增加。該變化 量’在不受藥液的補充動作的影響的時機，亦即，控制部 1 5從動作禁止狀態轉變爲動作許可狀態時時，由偏移觀測 部26觀測之。偏移觀測部26觀測所得之觀測數據，換算 成控制週期的變化量，做爲補充量演算部2 1濃度數據的補 償數據使用。據此，能夠抑制藥液的溫度對濃度變化的影 響。 偏移觀測部26，當控制部1 5從動作禁止狀態轉變爲 動作許可時讀入輸入部20的濃度數據（PVDn(O))並記憶之 ’其次，經過事先設定的濃度回饋控制系統的遲延時間m2 之後，再讀入輸入部20的濃度數據（PVDn(m))。則，偏移 觀測部26，因觀測開始時機及觀測區間未受補充動作的影 響，故可正確地觀測變化量。其中，η代表藥液的種類。 - 12- 1292170 在經過遲延時間後的濃度的變化量（PVDn)，設控制週 期爲Tent，依下式算出。 PVDn - (PVDn(m)- PVDn(0))x ( T c n t / m 2 ) ... ( ι ) 所算出之各藥液的變化量（PVDn)，從偏移觀測部％輸出至 補充量演算部2 1。 補充量演算機構的補充量演算部2 1，依據基準補充量 、各藥液的目標濃度、各藥液的濃度數據、藥液的原液濃 度、藥液的混和容積比、藥液的比重等數據，算出各藥液 的補充量。 基準補充量、各藥液的目標濃度、藥液的原液濃度、 藥液的混和容積比、藥液的比重等各數據，係由上位控制 部35輸出至設定輸出入部25，再從設定輸出入部25輸入 於補充量演算部21做爲參數。又，各藥液的濃度，係依據 輸入部20過來的濃度計7之濃度數據、偏移觀測部％的 變化量、及濃度預測部24的濃度預測數據捕證而得。 亦即’各藥液的經補正之濃度（ PVn )(以下，稱之爲補 正濃度），依下式算出 PVn = PVn - + FVn - SVn+ PVDn + IntDPV…（2) 其中’ PVn表示補正濃度，PVn -表示輸入部2〇採樣的濃度 計7的濃度數據，FVn表示濃度預測部24的濃度預測數據 ’ SVn表示目標濃度，PVDll表示偏移觀測部觀測的變化 量，IntDPV係（pVn ' 一 Svn)的積分値，表示濃度計7之濃 度數據對目標濃度的偏差的積分。 補充量演算部2 1，根據補正濃度（PVn )，由基準補充 1292170 量、目標濃度、各藥液的比重、處理槽2內的總液量，算 出各藥液的補充量。補充量演算部.2 1算出之各藥液之補充 量的數據送往定量補充處理機構的定量補充處理部27，定 量補充處理部27之處理，係算出各藥液對事先經設定輸出 入部2 5設定的基準補充量的比率，以維持處理用各藥液的 濃度，讓各藥液補充量之總和等於基準補充量。 例如’假設補充量演算部2 1的演算結果得到藥液A、 B、C各爲基準補充量的5 0 %、4 0 %、3 0 %時，定量補充處理 部27根據由設定輸出入部25設定的藥液的補充優先順序 ’處理各藥液的補充量。例如，假設藥液的補充優先順序 爲藥液A、B、C，則其處理爲藥液A爲50%、藥液B爲40% 、藥液C爲剩餘的1 〇%，使各藥液補充量之總和等於基準 補充量。 定量補充處理部27的各藥液之補充量的數據，均送往 補充控制部23及濃度預測部24。補充控制部23則依據補 充間隔計時器22過來的信號，控制補充部28，啓動計時 器補充既定量的藥液。又，補充部2 8亦可不利用計時器控 制’而使甩積分流量計，或計算補充泵1〇的shot數，以 控制補充量。 濃度測定機構的濃度預測部24，預測在依據定量補充 處理部27的各藥液之補充量的數據將補充量補充之後所達 到的濃度’並補正濃度計7的遲延時間。濃度預測部2 4所 算出的濃度預測數據，用來做爲計算經過遲延時間後的補 充量時的補正數據。亦即，當濃度預測數據（FVn )大於目標 1292170 濃度（S V η )時，由式（2 )，補正濃度（ρν η )的値增加，其補正 係減少處理槽2內的藥液的濃度，當濃度預測數據小於目 標濃度（SVn)時，補正濃度（pvn)的値小，其補正係增加處 理槽2內的藥液的濃度。據此，能夠抑制濃度回饋控制系 統的遲延時間所導致的藥液濃度的過度控制。 以下，用第3圖所示之流程圖，說明「半導體處理裝 置之藥液濃度控制裝置」的濃度控制的動作。 如第3圖所示，一開始，由上位控制部3 5過來的基準 補充量、各藥液的目標濃度、藥液的原液濃度、藥液的混 和容積比、藥液的比重等各數據均設定於設定輸出入部2 5 ( 步驟1 )。 其次，輸入部20對濃度計7之濃度數據採樣（步驟S2) 。採樣所得之濃度計7之濃度數據透過設定輸出入部2 5輸 出給上位控制部3 5 (步驟S 3 )。 控制部1 5檢查上位控制部3 5是否有輸出動作許可的 信號（步驟S4 )。如動作許可的信號沒有輸出，則反復步驟 S2起的動作。如動作許可的信號有輸出，則檢查是否處於 從動作禁止轉變爲動作許可的狀態（步驟S 5 )。如非從動作 禁止轉變爲動作許可的狀態，則移至步驟S 9。如爲從動作 禁止轉變爲動作許可的狀態，則偏移觀測部26讀入輸入部 20的濃度數據（pvDn ( 0 ))，並記憶所讀入的濃度數據（步驟 S6 )。檢查是否已經過事先設定的濃度回饋控制系統的遲延 時間m2(步驟S7)。如尙未經過遲延時間m2，則移至步驟S9 。如已經過遲延時間m2，則讀入輸入部20的濃度數據 -15 - 1292170 (PVDn(m))，依式（1 )算出變化量（PVDn)，並輸出給補充量 演算部2 1 (步驟S 8 )。 其次，補充量演算部2 1，依據步驟1 2濃度預測部2 4 所算出的濃度預測數據，及偏移觀測部26所算出的變化量 ’依式（2 )算出補正濃度數據（步驟S9 )。依據所算出之補 正濃度數據，補充量演算部21計算各藥液之補充量（步驟 1 〇 )。定量補充處理部2 7則處理使得補充量演算部2 1所得 之各藥液補充量之總和與基準補充量相等（步驟丨丨）。 濃度預測部2 4，依據經過定量補充處理部2 7處理的 各藥液的補充量的數據，算出當藥液經過補充之後可達到 的濃度預測數據，並將濃度預測數據輸出給補充量演算部 2 1 (步驟1 2 )。補充控制部23檢查補充間隔計時器22是否 爲補充時機（步驟1 3 )，如不爲補充時機，則移至步驟s 2， 反復步驟S2起的動作處理。如爲補充時機，則補充控制部 23依定量補充處理部27處理過的各藥液的補充量來控制 補充部28，對處理槽2補充既定量的藥液（步驟1 4 )。 似此，按各藥液的濃度，將基準補充量分配給各藥液 。將基準補充量補充於處理槽2，能夠保持固定的處理槽 的濃度，並且能夠維持固定的處理槽的液量。據此，能夠 維持在處理上必須的液面高度。另外，亦可不用補充間隔 計時器22的補充控制，而代之以，使用液面感測器3 0， 當處理槽2的藥液的液面處於既定液面位置的範圍之外時 即進行補充。 第4圖以方塊圖顯示半導體處理裝置的構成，使用液 一 16- 1292170 面計偵測在處理上必須的液量。如第4圖所示，液面感測 器30裝設於溢流槽3的上部，液面感測器30的偵測管30a 位於處理槽2之內。液面感測器30之構成，係偵測發生在 偵測管3 0 a內的偵測嘴的液體靜壓力，偵測在處理槽2內 複數液面的位置。液面感測器3 0，如第4圖所示，液面的 偵測位置指定於上限位置、定量位置、補充要求位置、下 限位置等4個處所，當液面感測器30處於上限位置及定量 位置爲“OFF” ，補充要求位置爲“OFF”的狀態時，即由補 充部2 8補充藥液。又，在溢流槽3監視液面的理由，是因 爲藥液經常循環並溢流至處理槽2故處理槽2的液面爲固 定，但溢流槽3的液面則隨液量而有上有下。 利用液面感測器3 0偵測在處理上必須的液量，並依液 面感測器3 0的信號補充藥液，即能夠控制在處理上必須的 液量於一定範圍內。 本發明的「半導體處理裝置之藥液濃度控制裝置」， 可適用於3種藥液混合的場合及2種藥液混合的場合，又 ，也能夠把水當作藥液加以處理。 如以上所述，本發明的「半導體處理裝置之藥液濃度 控制裝置」，由於把濃度計的遲延時間考慮在內計算補充 量，故可保持固定的藥液的濃度。又，并用液面感測器， 使得維持處理上必須的液量成爲可能。 發明效果 如以上所述，根據本發明「半導體處理裝置之藥液濃 度控制裝置」，既可保持固定的處理用藥液的濃度，又可 - 1 7- 1292170 維持處理上必須的液量，故能夠穩定地進行半導體處理裝 置上的洗滌等處理，且能夠進行均勻的處理。 (五）圖式簡蜇說明 第1圖係方塊圖，顯示具備藥液濃度控制裝置的半導 體處理裝置的構成。 第2圖係方塊圖，顯示本發明「半導體處理裝置之藥 液濃度控制裝置」的控制部的構成。 第3圖係顯示「半導體處理裝置之藥液濃度控制裝置 」的濃度控制的流程圖。 第4圖係方塊圖，顯示使用液面計的「半導體處理裝 置之藥液濃度控制裝置」的構成。 第5圖顯示進行習知半導體處理裝置之藥液濃度控制 的裝置的方塊圖。 第6圖顯示藉由補充間隔計時器及受其同步啓動的補 充計時器，進行藥液補充的時機。 第7圖顯示濃度控制上濃度數據的變化。 第8圖顯示濃度計之濃度數據的變化。 主_£元件符號說明 2 處理槽 3 溢流槽 4 藥液循環路徑 5 過濾器 6 循環用泵 7 濃度計 - 1 8 - 1292170 9 藥 液 箱 10 補 充 泵 15 控 制部 20 輸 入 部 21 補 充 量 演 算 部 22 補 充 間 隔 計 時 器 23 補 充 控 制 部 24 濃 度 預 測 部 25 設 定 輸 出 入 部 26 偏 移 觀 測 部 27 定 量 補 充 處 理 部 28 補 充 部 30a 偵 測 管 30 液 面 感 測 器 35 上 位 控 制 部 40 補 充 控 制 裝 置
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