TWI543249B - 基板處理裝置 - Google Patents

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Description

基板處理裝置
本發明係關於以處理液處理半導體晶圓、液晶顯示裝置用玻璃基板、光遮罩用玻璃基板等基板(以下，簡稱「基板」)的基板處理裝置，特別是在做為將基板浸漬於被加熱至高溫的處理液中施行處理之際，一邊以高精確度檢測處理液的濃度一邊進行濃度控制的技術方面是有用的。
以往，此種基板處理裝置，已知有例如使用高溫的磷酸(H3PO4)溶液對基板表面的氮化矽膜(SiN)進行蝕刻處理之基板處理裝置。
一般來說，例如在半導體晶圓製程中以磷酸溶液蝕刻氮化矽膜時，基板表面除了氮化矽膜外還存在有氧化矽膜(SiO2)。此時，一般期望蝕刻對象僅為氮化矽膜，氧化矽膜幾乎不會被處理液蝕刻。
就氮化矽膜與氧化矽膜被磷酸溶液蝕刻的機制而言，已知氮化矽膜會被磷酸溶液中的水蝕刻，氧化矽膜會被磷酸溶液中的磷酸蝕刻。
因此，為了以良好精確度管理氮化矽膜的蝕刻量，處理液的濃度即藥液與稀釋液的混合比例，與處理液的溫度是非常重要的。又，一般，在高溫中的磷酸溶液中，屬稀釋液之水的蒸發量多，利用水的補充所形成的濃度控制甚為重要。做為具備將處理液的溫度或濃度保持固定的手段之基板處理裝置，已知有下列專利文獻1~2所記載的裝置。
例如，專利文獻1中揭示有一種基板處理裝置，其係於利用水的補充進行磷酸浴的濃度控制時，將磷酸浴的沸騰溫 度設為設定溫度，依據現在溫度與比較現在溫度的結果，自動控制水的補充速率。此裝置中，實際控制者僅為處理液的溫度，成為仰仗處理液的濃度不會變成沸騰濃度以下之物理現象的稀釋液補充手段。
然而，在專利文獻1所記載的裝置的情況，由於對應於磷酸浴的沸騰溫度之磷酸浴濃度是固定的，所以會有一旦決定了氮化矽膜的蝕刻速率，處理液的濃度與溫度便同時被決定，因而無法分別獨立調整的問題。又，稀釋液的補充量必須補充得比原來的蒸發量略多，若補充量過剰，則會導致處理液的溫度降低、或處理液劇沸(bumping)。
又，專利文獻2中揭示一種基板處理裝置，其具備：溫度控制手段，為了將處理液的溫度設為設定溫度而操作加熱手段；補充手段，為了調整處理液的濃度而將稀釋液補充至處理槽；濃度檢測手段，藉由處理液的比重等來檢測處理液的濃度；以及濃度控制手段，以所檢測之處理液的濃度稍微高於沸點溫度的方式調整稀釋液的補充量。
然而，在專利文獻2所記載之裝置的情況，由於濃度檢測手段將自處理槽內檢測端所供給的氣體壓力換算成處理液的比重，故自處理槽內檢測端所供給的氣體壓力會因處理液的溫度、處理槽內的液量、處理槽內之處理液的流動而改變。因此，必須在處理液的溫度、處理槽內的液量、處理槽內的流動固定的情況下進行檢測。然而，在實際的運用上，為了控制處理液的濃度，將稀釋液補充至處理液之際，處理液的溫度也會改變，所以會有迄至處理液的溫度回復至設定溫度為止前無法測定正確的濃度之問題。
又，專利文獻3中揭示一種濃度測定方法以及利用該濃度測定方法之附設再生系統的蝕刻裝置，其中該濃度測定方法係做為測定磷酸水溶液中之金屬離子的濃度之方法，其係使水溶液的溫度逐漸降低，對不溶成分的析出所產生的透過率變化進行光學檢測，由析出溫度算出金屬離子的濃度。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平11-200072號公報
[專利文獻2]日本特開2004-221540號公報
[專利文獻3]日本特開2009-58306號公報
然而，在專利文獻3所記載之濃度測定方法的情況，由於必須有使水溶液的溫度逐漸降低的步驟，所以儘管是光學的檢測方法，但無法即時地進行濃度測定。
於是，本案發明人等為了能夠利用光學的檢測方法直接檢測處理液的濃度，所以開發出可進行獨立的濃度控制之基板處理裝置，並申請專利(日本特願2010-166288，本案申請時未公開)。
然而，根據本案發明人等的研究，得知在以高溫的磷酸溶液進行蝕刻的基板處理裝置中，於利用光學的檢測方法檢測處理液的濃度之際，配置於附近的透鏡會因來自測定用槽(cell)的輻射熱而產生溫度變化，受其影響而產生測定誤差。
此外，在利用光學的檢測方法之濃度測定裝置中，配置於附近的透鏡會因來自測定用槽的輻射熱而產生溫度變化並受其影響而產生測定誤差、及其因應對策，目前為止尚未知曉。
於是，本發明之目的在於提供一種基板處理裝置，其係為了可直接檢測處理液的濃度，而進行獨立的濃度控制，且因為透鏡的溫度變化所導致之測定誤差不易產生，故能以良好精確度對基板進行藥液處理。
上述目的係如下所述般可藉由本發明達成。
亦即，本發明的基板處理裝置，其係具備：處理槽，其係儲存將磷酸與稀釋液混合而成的處理液，並將基板浸漬於該處理液中以進行處理；加熱手段，其係加熱處理液；補充手段，其係將稀釋液補充至處理液；濃度檢測手段，其係藉由測定處理液的吸光特性來檢測處理液的濃度；及濃度控制手段，其係操作前述補充手段，以使得藉由該濃度檢測手段所測得之檢測濃度接近設定濃度；其中，前述濃度檢測手段具備：光透射部，其係將前述處理液導入內部並使其流通；發光部，其係對前述光透射部照射指定波長的光；受光部，其係經由前述光透射部接收來自前述發光部的光；第1透鏡，其係設置於前述發光部與前述光透射部之間，使得發射自前述發光部的光聚集於前述光透射部；第2透鏡，其係設置於前述光透射部與前述受光部之間，使得發射自前述發光部而通過前述光透射部的光聚集於前述受光部；及冷卻機 構，其係冷卻前述第1透鏡或前述第2透鏡中之至少任一者。
根據本發明的基板處理裝置，由於濃度檢測手段係藉由測定處理液的吸光特性來直接檢測處理液的濃度，故可在幾乎不會受到處理液溫度的影響下進行獨立的濃度控制。再者，由於濃度檢測手段具備冷卻透鏡的冷卻機構，故因透鏡的溫度變化所導致的測定誤差不易產生，且由於能以更高的精確度檢測處理液的濃度，所以能以良好的精確度對基板進行藥液處理。又，例如，即使在處理液的溫度因基板晶圓的浸漬而降低等的情況下，亦可進行或停止用以維持處理液濃度之水的補充，其結果，可穩定地進行氮化矽膜的蝕刻。又，根據本發明，可將藥液與稀釋液的混合比例，在藥液的沸點濃度以上的範圍自由地控制，例如，亦可藉由使磷酸溶液的濃度相對於沸點濃度升高，而使氮化矽膜的蝕刻量減少，使氧化矽膜的蝕刻量增多。
上述中，較佳為具備保持前述第1透鏡的第1透鏡保持部、和保持前述第2透鏡的第2透鏡保持部，且前述冷卻機構係經由前述第1透鏡保持部或第2透鏡保持部的至少任一者，進行前述冷卻。藉此構成，由於可經由透鏡保持部間接地進行透鏡的冷卻，故可提高冷卻的效率、均一性。此外，由於在第1、第2透鏡保持部設有冷卻機構，故不僅可冷卻透鏡，亦可冷卻第1、第2透鏡保持部本身。其結果，由於可防止透鏡保持部因熱而變形膨脹，所以可將透鏡的保持位置維持在固定的位置，可以高精確度來測定磷酸濃度。
又，前述冷卻機構較佳為具備：設置於前述第1透鏡保持部或第2透鏡保持部的流路；和將冷卻用流體供給至該流路的手段。依此構成，藉由供給至透鏡保持部的冷卻用流體，可以良好效率進行透鏡的冷卻。
此時，較佳為以包圍前述第1透鏡或第2透鏡周圍的全部或一部分之方式，設置於前述第1透鏡保持部或第2透鏡保持部。藉此構成，由於可將冷卻用流體供給至包圍透鏡保持部之透鏡的部分，故可進一步提高冷卻的效率、均一性。
又，較佳為具備支持前述第1透鏡保持部與第2透鏡保持部的基底部，並在該基底部設置有冷卻機構。藉由冷卻基底部，可防止因基底部的熱所致之變形的影響，並可縮小由流通槽部(flow cell portion)經由基底部直接傳達到透鏡保持部之熱的影響，因此能以更高的精確度進行濃度測定。
再者，較佳為進一步具備：溫度檢測手段，其係檢測前述處理液的溫度；和溫度控制手段，其係操作前述加熱手段，以使得藉由該溫度檢測手段所檢測的溫度接近設定溫度。依此構成，溫度檢測手段檢測處理液的溫度，溫度控制手段操作加熱手段，藉此除了可進行濃度控制外，還可進行溫度控制。
[用以實施發明的形態]
本發明的基板處理裝置是使用在例如：將混合磷酸和稀釋液而成的處理液加熱，並將基板浸漬於該處理液中以施行處理的情形。本實施形態中，是以處理液為含有做為藥液的磷酸和做為稀釋液的水之磷酸溶液，一邊加熱該磷酸溶液， 一邊將基板(例如半導體用矽晶圓)浸漬於該磷酸溶液中以進行蝕刻處理的裝置為例來作說明。
該基板處理裝置具有處理槽1，其係一邊儲存將磷酸和稀釋液混合而成的處理液，一邊將基板浸漬於該處理液中以進行處理。本實施形態中，如圖1所示，顯示在處理槽1的周圍設有用以將從處理槽1溢出之磷酸溶液加以回收的回收槽1a之例子。回收槽1a所回收的磷酸溶液經由循環配管1b返回處理槽1。
該上述循環配管1b設有循環泵9、加熱手段3、及過濾器10，且與設在處理槽1底部的噴出管連接。
加熱手段3係使用電加熱器等。過濾器10係為了將粒子從返回處理槽1的磷酸溶液加以去除而設置者。做為過濾器10，可使用由氟系樹脂等所構成的多孔質膜等。
於處理槽1和回收槽1a設有用以加熱槽內的磷酸溶液之加熱手段2，可使用電加熱器等。循環配管1b的加熱手段3及槽用的加熱手段2相當於本發明的加熱手段。利用加熱手段的加熱係以例如110℃以上的溫度進行。
於處理槽1的上部亦可設置開閉自如的蓋。屬處理對象的複數片基板係以直立姿勢等間隔地保持於昇降自如的保持臂，當保持臂位於槽外時，蓋關閉。將基板群保持於保持臂並投入槽內時，蓋會被開啟。在基板群投入槽內並實施蝕刻處理的期間，蓋再度關閉。
於回收槽1a等配設有供給磷酸的磷酸供給部(省略圖示)。又，於處理槽1配設有用以補充純水等的水之水補充部6a。水補充部6a具有：噴嘴，其配設於處理槽1的邊緣 附近；配管，其將該噴嘴與水供給源連通連接；及流量調整閥6b，其存在於該配管之間。此等構件相當於本發明的補充手段。
本實施形態中，顯示在處理槽1內設置有檢測磷酸溶液的溫度之溫度檢測手段4的例子。做為溫度檢測手段4，係使用利用熱電偶等的溫度感測器等。溫度檢測手段4的檢測信號被傳送至溫度控制手段5。溫度控制手段5係依據該檢測信號操作加熱手段2、3，以使得檢測溫度接近設定溫度。此時的控制可為PID(比例‧積分‧微分)控制或ON/OFF控制等。具體而言，例如以使磷酸溶液的溫度位在159~161℃範圍的方式操作加熱手段2、3來進行控制。
本發明的基板處理裝置係如圖1所示，具有藉由測定處理液的吸光特性來檢測處理液的濃度之濃度檢測手段7。該濃度檢測手段7係如圖2或圖6所示，具有：光透射部151，其係將處理液導入內部並使其流通；發光部152，其係對光透射部151照射指定波長的光；受光部153，其係經由光透射部151接收來自發光部152的光；第1透鏡154，其係設置於發光部152與光透射部151之間，使得發射自發光部152的光聚集於光透射部151；第2透鏡155，其係設置於光透射部151與受光部153之間，使得發射自發光部152而通過光透射部151的光聚集於受光部153；及冷卻機構160，其係冷卻第1透鏡154或第2透鏡155之至少任一者。
本實施形態中，如圖6所示，顯示設置有冷卻機構160的例子，其中第1透鏡154及第2透鏡155係由第1透鏡保 持部164及第2透鏡保持部165所保持，且其係藉由冷卻第1透鏡保持部164及第2透鏡保持部165來間接冷卻第1透鏡154及第2透鏡155。本發明中，這樣的冷卻機構160較佳為經由第1透鏡保持部164或第2透鏡保持部165中之至少任一者來進行冷卻。
做為第1透鏡保持部164或第2透鏡保持部165的材質，對此設置冷卻機構160時，基於熱傳導性的觀點，較佳為使用無機材料，更佳為使用鋁、銅、不鏽鋼、恆範鋼(鎳-鐵合金)等金屬。
圖示的例子中，為了提高冷卻效率，第1透鏡154及第2透鏡155係藉由第1透鏡保持部164及第2透鏡保持部165直接保持。此乃因若於其等之間設置橡膠、樹脂等熱傳導性差的材料，透鏡的溫度會上升之故。此外，就提高冷卻效率且以良好精確度保持透鏡的觀點而言，第1透鏡154與第1透鏡保持部164較佳為以相對於透鏡整體的表面積之5~30%的面積、特別是10~30%的面積相接觸。這點，第2透鏡155與第2透鏡保持部165的關係亦是同樣的情形。
於第1透鏡保持部164及第2透鏡保持部165設置有流路164a、165a，冷卻機構160具有用以將冷卻用流體供給至流路164a、165a的手段。供給冷卻用流體的手段，亦可為僅只是供給自來水、離子交換水、純水等的手段(此時，冷卻用流體在使用後被排出系統外)，亦可設置使冷卻至一定溫度以下的液體循環的手段。冷卻用流體的溫度只要是可使透鏡的溫度降低之溫度即可，較佳為30℃以下，更佳為20℃以下。
做為進行循環類型的冷卻機構160而言，可例舉具有：泵等的送液手段、循環配管、和用以將冷卻用流體冷卻的熱交換器(一般為構成冷凍循環的熱交換器)之構成。循環配管等係與第1透鏡保持部164的流路連接部164b連接。關於第2透鏡保持部165亦同樣。
本發明中，使冷卻用流體流動的流路164a、165a較佳為以包圍第1透鏡154或第2透鏡155周圍的全部或一部分的方式，設置於第1透鏡保持部164或第2透鏡保持部165。圖例中，雖顯示透鏡全周有50%以上被流路164a、165a所圍繞，但較佳為80%以上被流路164a、165a所圍繞。
又，本實施形態中，顯示第1透鏡保持部164及第2透鏡保持部165係被基底部161所支持而形成一體化，且該基底部161經由分岐配管1c保持有光透射部151的例子。基底部161亦可使用與第1透鏡保持部164及第2透鏡保持部165相同的材料，而為了隔絕來自分岐配管1c的熱，較佳為使用樹脂、陶瓷等。在使用金屬做為基底部161的情況，較佳為如圖例所示形成隔著由橡膠、樹脂等所構成的隔熱材162來保持分岐配管1c之構造。
做為第1透鏡154或第2透鏡155，係以不易受到熱的影響之材質為佳，可例舉石英、藍寶石、玻璃等。做為光透射部151，可使用由石英、藍寶石玻璃、透明樹脂等所構成的槽(cell)之任一者，惟較佳為石英槽(quartz cell)。第1透鏡154與第2透鏡155所形成的聚光程度，係取決於光照射在做為測定對象之處理液的面積。
將第1透鏡保持部164及第2透鏡保持部165固定於基底部161時，亦可設置用以調整透鏡的焦點距離或焦點位置之固定位置調整機構。同樣地，將光透射部151或分岐配管1c保持於基底部161時，亦可設置用以調整光透射部151或分岐配管1c的固定位置之固定位置調整機構。
濃度檢測手段7係藉由測定處理液的吸光特性來檢測處理液的濃度。吸光特性可藉由處理液之透射光的強度值測定，具體而言，將測定對象的磷酸溶液導入光透射部，使不同波長的光通過光透射部，測定透射光的強度值，由強度值演算吸光度，使用吸光度與標準曲線公式，可決定上述磷酸溶液中之酸的濃度。
標準曲線公式係將已知濃度之磷酸溶液的樣本導入光透射用槽等，使紅外線波長區域不同波長的光透過槽等，測定透射光的強度值，針對複數個樣本反覆進行該測定，由上述複數個樣本的強度值演算吸光度，藉此求得做為吸光度與磷酸溶液中之氧濃度間的標準曲線公式。
再者，不是使用特定槽來作成標準曲線公式，而是導入所使用的光透射部來作成，藉此可將光透射部中與固有性狀相關的資訊列入標準曲線，在處理液的循環路徑或其分岐路徑測定直接濃度，可在不會產生時間差、溫度差的情況下，連續地檢測處理液的濃度。
本發明中，濃度檢測手段7的測定部較佳為在連接至處理槽1的循環配管1b或由該循環配管1b分岐的分岐配管1c所設置的光透射部151，設置有測定部。本實施形態中， 是顯示濃度檢測手段7的測定部被設置在由循環配管1b分岐之分岐配管1c的光透射部151的例子。
濃度檢測手段7的測定部被設置在連接至處理槽1的循環配管1b或由該循環配管1b分岐的分岐配管1c所設置的光透射部151時，可減少對光透射部151之材質的限制等，又，相較於將樣本旁通至濃度測定裝置內部的槽之情況，就測定的時間差與溫度差兩者觀點來看可增加真實性，可進一步提高於處理槽1內循環之處理液的濃度檢測精確度。藉此，能以更良好的精確度對基板進行藥液處理。
濃度檢測手段7較佳為如圖2所示，具備：光透射用光透射部151，其係供測定對象的磷酸溶液導入；光源，其係照射紅外線波長區域的光；受光手段，其係檢測照射來自光源的光所獲得之透射光不同波長的光強度；記憶手段，其係記憶顯示磷酸溶液中之酸的濃度與吸光度的關係之標準曲線公式；及濃度演算手段，其係由上述受光手段輸出的光強度信號演算吸光度，由上述吸光度依據上述標準曲線公式決定磷酸溶液中之酸的濃度。
以光源而言，係使用產生800~1600nm左右之波長的紅外光的鎢燈、鹵素燈等的燈100，測定時係使用800~2000nm，更佳係使用800~1600nm的紅外光。使用此波長區域，係因為可以良好精確度測定對於磷酸溶液中的水分濃度的變化、與水分溫度的變化之吸收量的變化之故。例如，980nm左右之水的吸收帶，對於水分濃度的變化觀測為其吸收的大小的變化，對於水分溫度的變化則觀測為吸收波峰的位移，所以藉由同時測定980nm左右的波長與1100nm 左右的波長之吸收特性，可區別因水分濃度所致之吸光特性與因水分溫度所致之吸光特性。
紅外線燈100所放射出的紅外線藉由第1凸透鏡102聚光，並通過配置於第1凸透鏡102之焦點位置的光圈104與干渉過濾器(interference filter)106。旋轉圓板108係將複數片(例如8片)干渉過濾器106以等角度間隔保持在圓周方向，且藉由驅動馬達110以指定的旋轉數(例如1000rpm)被旋轉驅動。在此，干渉過濾器106係將通過光圈104的紅外線分光成上述波長區域內之指定波長的紅外線。由干渉過濾器106所分光的紅外線係藉由第2凸透鏡112聚光，並導入投光用光纖113的入口端。
關於使用光纖的紅外線分光裝置，其詳細內容記載於日本特開平6-11442號公報中。投光用光纖113係於光纖113b的出口側具有投光頭113a(相當於發光部152)。又，受光用光纖114係於光纖114b的入口側具有受光頭114a(相當於受光部153)。
光透射部151可為連接至配管的流通槽，也可直接使用光透射性配管。就槽的材料而言，因為一般所使用的石英在處理液為磷酸的情況下會被蝕刻，或附著處理液中溶解的矽化合物而容易產生污點，所以本發明中，較佳為使用由光透射性樹脂構成的配管。就構成此種配管的光透射性樹脂而言，基於耐化學性、耐熱性、矽化合物的附著性等觀點，宜為PFA等的氟系樹脂。就光透射部151而言，在使用由光透射性樹脂所構成之配管的情況，透鏡的聚光程度較佳為成為槽之配管直徑的一半直徑左右。
本發明中，藉由使用流通槽、配管做為光透射部151，可在管線內連續地進行濃度測定。照射至光透射部151之紅外線的一部分被磷酸溶液所吸收，剩餘的部分透過光透射部151。透過光透射部151而被導入受光用光纖114的紅外線，係從受光用光纖114的出口端被導出。導出的光藉由第3凸透鏡116聚光而射入受光元件118。
當旋轉圓板108藉由驅動馬達110旋轉驅動時，受光元件118便產生對應於複數片干渉過濾器106的透射波長之各紅外線之與對應於磷酸溶液的透過度成比例所形成的信號，其中該複數片干渉過濾器106係保持於旋轉圓板。受光元件118將所射入的紅外線轉換成與其強度對應的光電流。
保持於旋轉圓板108的各干渉過濾器106具有依據測定對象而彼此相異的透射波長。旋轉圓板108一旋轉，各干渉過濾器106便依序插入第1凸透鏡102與第2凸透鏡112的光軸。然後，紅外線燈100所放射出的紅外線被干渉過濾器106分光後，透過光透射部151內的樣本(一部分被吸收)，藉由第3凸透鏡116聚光而射入受光元件118。
藉此，受光元件118輸出因應各波長之紅外線的光強度之電性信號。放大器120將由受光元件118所輸出之光透射部151的透射光強度信號放大，A/D轉換器122將由放大器120輸出的類比信號轉換成數位信號。
接著，說明資料處理部130的具體構成。資料處理部130係由A/D轉換器122接收屬數位信號的透射光強度信號，並由該信號演算各波長的紅外線的吸光度。接著，依據 所演算之各波長的紅外線的吸光度、和預先記憶的標準曲線公式，演算磷酸溶液的水或磷酸的濃度。
標準曲線公式係針對該等濃度為已知的複數個樣本測定複數波長的光之吸光度，並使用包含吸光度與各成分的濃度之間的定數項之吸光度的多次多項式，利用多變量解析法(multivariate analysis)事先求得，然後記憶於記憶裝置(RAM 136)。
受光元件118所生成的各信號經放大器120放大後，藉由A/D轉換器122轉換成數位信號，而輸入資料處理部130的微處理器132。資料處理部130為例如具備微處理器132的個人電腦。微處理器132連接有：記憶程式等的ROM 134、屬工作區的RAM 136、輸入資料或各種命令的鍵盤，滑鼠等的輸入裝置138及將信號輸出到外部的輸出裝置140等。ROM 134儲存有用以使微處理器132作動的程式等。RAM 136記憶有標準曲線公式或各種資料。微處理器132由所輸入的數位信號演算各波長的吸光度，由所演算之各波長的光的吸光度使用標準曲線公式，演算磷酸溶液的濃度。輸出裝置140係用以輸出資料處理的結果之印表機、顯示器、資料輸出介面等。
圖4及圖5係顯示微處理器132的處理流程。首先，當開始進行已知濃度之樣本的測定時(S10)，便與旋轉圓板108的旋轉同步地由光測定系的A/D轉換器122輸入複數波長的光強度資料(S12)。然後，由光強度資料演算吸光度並加以記憶(S14)。若有下一個已知濃度的樣本(S16中為YES)，則重複進行上述處理。如無下一個已知濃度的樣本 (S16中為NO)，則演算吸光度與濃度之間的標準曲線公式(S18)，記憶於RAM 136(S20)。
當開始進行未知濃度之樣本的測定時(S22)，便與旋轉圓板108的旋轉同步地由光測定系的A/D轉換器122輸入複數波長的光強度資料(S24)。然後，由光強度資料演算吸光度(S26)。由吸光度與標準曲線公式演算濃度(S28)，記憶於RAM 136(S30)。在此，判斷測定結束與否(S32)，若未結束，則返回步驟24，繼續進行濃度測定。
圖4所示之微處理器132的處理中之光強度資料的處理方法，係與使用於近紅外線波長區域的分光測定之本案發明人在日本特開平6-265471號公報所記載者相同。資料處理的具體內容說明如下。
首先，對所輸入之光強度的數位信號，執行利用下列數學式1的演算處理，演算吸光度Ai。
《數學式1》Ai=-log10(Ri-Di)/(Bi-Di)
此式子中，i係所分光之複數個紅外線波長的順序或編號(例如1~8)，Ri係屬測定對象之磷酸溶液之第i個波長之紅外線的透射強度值，Bi係被導入光透射部151內之基準濃度的磷酸溶液之第i個波長之紅外線的透射強度值，Di係將光透射部151遮光時之第i個波長之紅外線的透射強度值。此外，Bi及Di係預先測定的資料，被儲存於資料處理裝置的RAM 136。
接著，對藉由數學式1的演算處理所得到的吸光度Ai，進行下列數學式2的轉換。
《數學式2》Si=Ai-Ai+1
進行數學式2之轉換的理由如下。藉由數學式1所演算的吸光度Ai會因紅外線燈100之發光強度的變動、受光元件11的感度變動、光學系的變形等而變化。然而，此變化不太有波長依存性，與各波長之紅外線的各吸光度資料以同相、同等級重疊。因此，如數學式2所示，藉由取得各波長間的差，可抵消此變化。
吸光度Ai會因為磷酸溶液本身的溫度變動或劣化，以及折射率變動或污濁的增加而發生變動等，但此等變動可藉由習知的方法去除。本發明中，較佳為濃度檢測手段7係依據處理液的溫度來進行檢測濃度的溫度校正，特別是，較佳為濃度檢測手段7係藉由檢測複數個波長的吸光特性，來檢測因處理液的溫度所致之誤差變動經去除後的濃度。進行溫度校正時之溫度相關的資訊，若事先反映在標準曲線公式則不需另外取得，但也可在濃度檢測手段7的測定部附近等另外設置溫度檢測手段，並利用該溫度檢測手段來進行溫度校正。
在濃度檢測手段7所獲得的磷酸溶液的檢測濃度之相關信號被傳送到濃度控制手段8。濃度控制手段8係以利用濃度檢測手段7所得的檢測濃度接近設定濃度的方式操作補充手段6的流量調整閥6b，以調整水的補充量。具體而言，濃度控制手段8係依據磷酸溶液的檢測濃度藉由PID(比例‧積分‧微分)控制來操作流量調整閥6b。例如，控制成當 處理液的檢測濃度超過設定濃度時補充稀釋液，當處理液的檢測濃度低於設定濃度時停止稀釋液的補充。
本發明中，為了管理基板處理裝置整體，亦可設置主控制部。具體而言，主控制部可對溫度控制手段5賦予磷酸溶液之設定溫度的指令，並對濃度控制手段8賦予磷酸溶液之目標濃度的指令及磷酸之流量調整閥的操作指令等。
其次，說明關於基板處理裝置的動作。首先，開啟磷酸的流量調整閥，將磷酸供給到回收槽1a。被供給到回收槽1a的磷酸，在經由循環配管1b輸送到處理槽1的期間會受到加熱手段3所加熱，導入處理槽1的磷酸亦會受到加熱手段2所加熱。
處理槽1內之磷酸的溫度係藉由溫度檢測手段4檢測，其信號被傳送到溫度控制手段5。溫度控制手段5係在相對於設定溫度160℃在例如±1℃的範圍內進行溫度管理。具體而言，當液體溫度未滿159℃時，持續進行利用加熱手段2、3的加熱。當液體溫度超過161C時，停止利用加熱手段2、3的加熱，藉由自然冷卻來降低液體溫度。
從處理槽1內受到循環配管1b與分岐配管1c所引導的處理液的濃度，係藉由濃度檢測手段7逐一進行檢測。濃度控制手段8係以該檢測濃度接近預設之目標濃度的方式，藉由PID控制等操作流量調整閥6b並將水補充到處理槽1。該目標濃度係設定為較對應於磷酸溶液的設定溫度之沸點濃度稍高，或設定為較該濃度高的濃度。
當處理槽1內之磷酸溶液的檢測濃度超過目標濃度範圍時，持續進行水的補充，當檢測濃度低於目標濃度範圍時， 停止水的補充。一旦水的補充停止，磷酸溶液中的水便會因磷酸溶液的加熱而蒸發，磷酸溶液的濃度會自然上升。
當處理槽1內的磷酸容易位在目標濃度範圍而穩定時，保持於保持臂的基板群會被投入處理槽1內，開始進行基板群的蝕刻處理。重覆進行溫度控制及濃度控制，直到經過預定的處理時間為止。當經過處理時間時，基板群會從槽內被拉起，移送至下一個處理槽。
接著，參照圖3，說明本發明之磷酸溶液的溫度控制與濃度控制的關係。圖3為顯示磷酸溶液的濃度及溫度、與氮化矽膜蝕刻速率的關係之圖表。該圖中，各溫度的蝕刻速率係以實線顯示為蝕刻速率曲線，又，因濃度變化而改變的沸點係以點線顯示為沸點曲線。如該圖所示，磷酸溶液的沸點具有隨著磷酸溶液的濃度增加而變高的性質。
此外，本發明中，由於溫度控制手段5係控制成將磷酸溶液的溫度保持固定，所以氮化矽膜的蝕刻速率會因應濃度的變動，而沿著各溫度的蝕刻速率曲線移動。此處，顯示溫度150℃、溫度160℃、溫度170℃的情況。在先前的控制下，磷酸溶液的設定溫度為160℃，所以藉由使濃度的設定值改變，可沿著對應的曲線使蝕刻速率改變。
此時，藉由事先將磷酸溶液之濃度的設定值設成高於設定溫度的沸點，可預先防止因水的補充所導致之磷酸溶液的劇沸。又，對於在蝕刻氮化矽膜之同時亦蝕刻氧化矽膜的技術，可自由地選擇氮化矽膜與氧化矽膜的蝕刻選擇比。
[其他實施形態]
本發明不僅限於上述實施形態，亦可如下述般變更實施形態。
(1)前述實施形態中，顯示將冷卻機構設置於透鏡保持部以間接進行冷卻的例子，本發明中，也可直接冷卻透鏡。此時，可使用冷卻用氣體來進行。就冷卻用氣體而言，可對透鏡供給冷風(低溫的空氣)或低溫的氮氣等，供給用噴嘴等可設置在透鏡的附近做為冷卻機構。
(2)前述的實施形態中，顯示將冷卻機構設置於透鏡保持部的例子，但也可將冷卻機構設置於基底部，或將冷卻機構設置於透鏡保持部與基底部。將冷卻機構設置於基底部時，較佳為使用金屬做為其材質。做為設置於基底部的冷卻機構，可採用與透鏡保持部同樣的構成。此外，將冷卻機構設置於透鏡保持部時，亦可僅在第1或第2透鏡保持部之任一者，設置冷卻機構。
(3)前述的實施形態中，顯示供給冷卻用流體來進行冷卻的冷卻機構之例子，惟亦可使用帕耳帖元件等的冷卻用構件，在不使用冷卻用流體的情況下進行冷卻。此時，冷卻用構件可直接設置於透鏡的周圍部，也可設置於透鏡保持部。
(4)前述的實施形態中，顯示在由連接至處理槽的循環配管分岐之分岐配管的光透射部，設置濃度檢測手段的測定部之例子，惟亦可在連接至處理槽的循環配管設置光透射部，而設置測定部。
(5)前述的實施形態中，顯示使用投光用光纖與受光用光纖，在與濃度檢測手段的光學系分離的位置，配置濃度檢 測手段的測定部之例子，但也可將光學系配置在配管的光透射部附近。
(6)前述的實施形態中，顯示濃度檢測手段係利用反映溫度資訊的標準曲線公式，在藉此在不會對處理液的溫度造成影響的情況下進行檢測濃度的測定之情況例，但亦可設成濃度控制手段係依據處理液的溫度進行檢測濃度的溫度校正。於此情況，例如，只要作成事先記憶記錄有對於各溫度的檢測濃度之校正值的表格(table)，並利用該表格，進行依據檢測溫度算出校正值之演算即可。又，亦可使用事先作成的校正用函數，算出檢測溫度之檢測濃度的校正值。
(7)前述的實施形態中，顯示濃度檢測手段依據設置測定部之光透射部的性狀，進行檢測濃度的性狀校正之情況例，惟亦可作成濃度控制手段依據光透射部的性狀，進行檢測濃度的性狀校正。於此情況，例如，只要作成事先記憶記錄有對於各材質(材質、厚度等)的檢測濃度之校正值的表格，並利用該表格，進行依據性狀算出校正值的演算即可。又，亦可使用事先作成的校正用函數，算出針對各性狀之檢測濃度的校正值。
(8)前述的實施形態中，顯示溫度檢測手段藉由使用熱電偶的溫度感測器來進行的情況例，但亦可利用處理液的吸光特性做為溫度檢測手段。此時，亦可另外設置藉由測定處理液的吸光特性來檢測處理液溫度的溫度檢測手段，但較佳為利用濃度檢測手段，而兼用溫度檢測手段。此時，只要預先測定溫度不同之已知濃度的處理液之吸光度並加入標準曲線，算出處理液的濃度與溫度兩者即可。
《實施例》
為了研究、確認本發明的效果，而進行如次之實驗。
實驗例1(透鏡的溫度上升對光學特性變化的影響)
使用具有圖6所示之光學系的實驗裝置，不使用測定用槽，在設定為25℃的恆溫室內，調查濃度零%的測定值在透鏡溫度自25℃起的變化下如何變化。光學系之光軸調整係以在使用雷射而分離2m處軸偏移為1mm以下的方式進行調整。測定時，使供給至流路(流量1.9L/分)之溫水的溫度以每次5℃的方式逐漸變化至30℃~50℃，測定此時透鏡的溫度，並以圖2所示的裝置測定對應於各溫度之濃度(%)的變化。將其結果顯示於圖7。
由此結果明顯可確認，當透鏡溫度從室溫(25℃)升高10℃以上時，測定誤差變大。因此，為了將透鏡或透鏡保持部的溫度上升所導致的濃度變動抑制在0.03wt%以內，較佳為將透鏡的溫度上升抑制在15℃以下。
實驗例2(透鏡保持部的溫度上升對光軸變化的影響)
可構成圖6所示的光學系，再者，對一透鏡保持部，使用具有固定位置調整部(XYZ台)的實驗裝置，不使用測定用槽，在設定為25℃的恆溫室內，調查濃度零%的測定值在透鏡溫度自25℃起的變化下如何變化。光學系之光軸的調整係以在使用雷射而分離2m處，基本位置的軸偏移為1mm以下的方式進行調整。測定時，由基準位置(XYZ皆為0mm的位置)，在與光軸垂直的水平方向X(-0.2mm~0.2mm)、高度方向Y(-0.2mm~0.2mm)、與光軸平行的水平方向Z(-1.0mm~12.5mm)，分別調整固定位置，且以圖 2所示的裝置測定對應於各位置之濃度(%)的變化。將其結果顯示於圖8。
由該結果得知以下各點。由基準位置至光軸偏移所導致之濃度變動達0.02wt%時，光軸的偏移在XY平面內必須為0.2mm以上。
在透鏡保持部的高度(Y方向)為10cm、鋁的線膨張係數為23×10-6[1/℃]時，每1℃的變動為0.0023mm/℃，產生上述濃度變動時，溫度上升必須為85℃以上。因此，可判斷應抑制的誤差要因為透鏡的溫度特性，而非軸偏移。
實驗例3(冷卻水對冷卻的影響)
使用具有圖6所示之光學系的實驗裝置，使用測定用石英槽，一邊使溫度120℃、濃度67.80重量%的磷酸水溶液流通(流量1.5L/分)，一邊調查濃度的測定值在有無冷卻水的情況下如何變化。光學系之光軸的調整，係以使用雷射在遠離2m處，軸偏移為1mm以下的方式進行調整。測定時，連續地測定各部分的溫度，並以圖2所示的裝置測定各時間之濃度(%)的變化。將其結果顯示於圖9。在此，圖中的點係表示濃度的測定值。以各部分的溫度而言，係顯示第1透鏡保持部164的內側(槽側)與外側(光纖側)、基底部161的槽保持部分、槽的出口部之測定值。
由此結果明顯可確認，因停止冷卻水，使得透鏡的溫度上升25℃左右，藉此，濃度變化0.2重量%左右。又，可確認一旦再度開始水的冷卻時，濃度便返回大致原來的值。因此，可理解透鏡的冷卻在抑制因溫度變化所導致之測定誤差上是很重要的。
1‧‧‧處理槽
1a‧‧‧回收槽
1b‧‧‧循環配管
1c‧‧‧分岐配管
2‧‧‧加熱器(加熱手段)
3‧‧‧加熱器(加熱手段)
4‧‧‧溫度檢測手段
5‧‧‧溫度控制手段
6‧‧‧補充手段
7‧‧‧濃度檢測手段
8‧‧‧濃度控制手段
9‧‧‧循環泵
10‧‧‧過濾器
100‧‧‧紅外線燈
102‧‧‧第1凸透鏡
104‧‧‧光圈
106‧‧‧干渉過濾器
108‧‧‧旋轉圓板
110‧‧‧驅動馬達
112‧‧‧第2凸透鏡
113‧‧‧投光用光纖
113a‧‧‧投光頭
113b‧‧‧光纖
114‧‧‧受光用光纖
114a‧‧‧受光頭
114b‧‧‧光纖
122‧‧‧A/D轉換器
130‧‧‧資料處理部
132‧‧‧微處理器
134‧‧‧ROM
136‧‧‧RAM
138‧‧‧輸入裝置
140‧‧‧輸出裝置
151‧‧‧光透射部
152‧‧‧發光部
153‧‧‧受光部
154‧‧‧第1透鏡
155‧‧‧第2透鏡
160‧‧‧冷卻機構
161‧‧‧基底部
162‧‧‧隔熱材
164‧‧‧第1透鏡保持部
164a‧‧‧流路
164b‧‧‧流路連接部
165‧‧‧第2透鏡保持部
165a‧‧‧流路
圖1為顯示本發明之基板處理裝置的一例之示意構成圖。
圖2為顯示本發明之基板處理裝置的主要部分的一例之示意構成圖。
圖3為顯示磷酸溶液的濃度及溫度、與氮化矽膜蝕刻速率的關係之圖表。
圖4為顯示微處理器之資料處理的流程圖。
圖5為顯示微處理器之資料處理的流程圖。
圖6為顯示本發明之基板處理裝置的主要部分的一例之圖，(a)為縱剖面圖，(b)為右側面圖。
圖7為顯示在實驗例1所測定之濃度的變化之圖表。
圖8為顯示在實驗例2所測定之濃度的變化之圖表。
圖9為顯示在實驗例3所測定之濃度及溫度的變化之圖表。
1c‧‧‧分岐配管
151‧‧‧光透射部
154‧‧‧第1透鏡
155‧‧‧第2透鏡
160‧‧‧冷卻機構
161‧‧‧基底部
162‧‧‧隔熱材
164‧‧‧第1透鏡保持部
164a‧‧‧流路
164b‧‧‧流路連接部
165‧‧‧第2透鏡保持部
165a‧‧‧流路

Claims (6)

  1. 一種基板處理裝置，其係具備：處理槽，其係儲存將磷酸與稀釋液混合而成的處理液，並將基板浸漬於該處理液中以進行處理；加熱手段，其係加熱處理液；補充手段，其係將稀釋液補充至處理液；濃度檢測手段，其係藉由測定處理液的吸光特性來檢測處理液的濃度；及濃度控制手段，其係操作前述補充手段，以使得藉由該濃度檢測手段所測得之檢測濃度接近設定濃度；其中前述濃度檢測手段具備：光透射部，其係將前述處理液導入內部並使其流通；發光部，其係將藉由光纖而被引導的指定波長的光照射於前述光透射部；受光部，其係經由前述光透射部接收來自前述發光部的光且將其導至光纖；第1透鏡，其係設置於前述發光部與前述光透射部之間，使得發射自前述發光部的光聚集於前述光透射部；第2透鏡，其係設置於前述光透射部與前述受光部之間，使得發射自前述發光部而通過前述光透射部的光聚集於前述受光部；及冷卻機構，其係冷卻前述第1透鏡或前述第2透鏡中之至少任一者。
  2. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其係具備用以保持前述第1透鏡的第1透鏡保持部、和用以保持前述第2透鏡的第2透鏡保持部，並且前述冷卻機構經由前述第1 透鏡保持部或前述第2透鏡保持部中之至少任一者來進行前述冷卻。
  3. 如申請專利範圍第2項之基板處理裝置，其中前述冷卻機構具備：設置於前述第1透鏡保持部或前述第2透鏡保持部的流路；以及將冷卻用流體供給至該流路的手段。
  4. 如申請專利範圍第3項之基板處理裝置，其中前述流路係以包圍前述第1透鏡或前述第2透鏡之周圍的全部或一部分的方式，設置於前述第1透鏡保持部或前述第2透鏡保持部。
  5. 如申請專利範圍第2項之基板處理裝置，其係具備用以支持前述第1透鏡保持部與前述第2透鏡保持部的基底部，並且於該基底部設置有冷卻機構。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之基板處理裝置，其中進一步具備：溫度檢測手段，其係檢測前述處理液的溫度；以及溫度控制手段，其係操作前述加熱手段，以使得藉由該溫度檢測手段所測得之檢測溫度接近設定溫度。
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