(57)【要約】【課題】基板が浸漬されて処理される処理液の成分濃度を精度良く変更できる、技術を提供する。【解決手段】第１成分と前記第１成分よりも高い沸点の第２成分とを含む処理液であって基板が浸漬されて処理される処理液を貯留する処理槽と、前記処理液に占める前記第２成分の濃度を調整する調整液であって前記第１成分を含む調整液を、前記処理槽に供給する調整液供給部と、前記調整液供給部を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記濃度を変更するとき、変更後の前記濃度と変更前の前記濃度との濃度差に基づき変更後の前記濃度に相当する前記処理槽における液面高さを計算し、前記計算した前記液面高さに基づき前記調整液の前記処理槽への供給を制御する、基板処理装置。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１成分と前記第１成分よりも高い沸点の第２成分とを含む処理液であって基板が浸漬されて処理される処理液を貯留する処理槽と、
前記処理液に占める前記第２成分の濃度を調整する調整液であって前記第１成分を含む調整液を、前記処理槽に供給する調整液供給部と、
前記調整液供給部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記濃度を変更するとき、変更後の前記濃度と変更前の前記濃度との濃度差に基づき変更後の前記濃度に相当する前記処理槽における液面高さを計算し、前記計算した前記液面高さに基づき前記調整液の前記処理槽への供給を制御する、基板処理装置。
【請求項２】
前記液面高さを計測する液面計を備え、
前記制御部は、前記濃度を変更するとき、変更後の前記濃度と変更前の前記濃度との濃度差に基づき変更後の前記濃度に相当する前記液面高さを計算し、前記計算した前記液面高さと前記液面計の計測値とに基づき前記調整液の前記処理槽への供給を制御する、請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記濃度を計測する濃度計を備え、
前記制御部は、前記濃度を維持するとき、前記濃度の設定値と前記濃度計の計測値との偏差に基づき前記調整液の前記処理槽への供給を制御する、請求項１または２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記液面高さを計測する液面計を備え、
前記制御部は、前記濃度の設定値と前記濃度計の計測値との偏差に基づき前記調整液の前記処理槽への供給を制御するとき、前記液面計の計測値に基づき前記濃度計の故障の有無を判定する、請求項３に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記液面高さを計測する液面計と、
前記濃度を計測する濃度計とを備え、
前記制御部は、前記濃度計の故障を検知すると、前記濃度計の計測値に基づく前記調整液の前記処理槽への供給を禁止すると共に、前記液面計の計測値に基づく前記調整液の前記処理槽への供給を実行する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記濃度計は、前記濃度の指標である前記処理液の液圧を検出する液圧計を有する、請求項３〜５のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記濃度計は、前記濃度の指標である前記処理液の屈折率を検出する屈折率計を有する、請求項３〜６のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項８】
処理槽に貯留された処理液であって第１成分と前記第１成分よりも高い沸点の第２成分とを含む処理液に、基板を浸漬して処理する工程と、
前記処理液に占める前記第２成分の濃度を調整する調整液であって前記第１成分を含む調整液を、前記処理槽に供給する工程とを有し、
前記調整液を前記処理槽に供給する工程は、前記濃度を変更する工程を含み、
前記濃度を変更する工程は、
変更後の前記濃度と変更前の前記濃度との濃度差に基づき、変更後の前記濃度に相当する、前記処理槽における液面高さを計算する工程と、
前記計算した前記液面高さに基づき、前記調整液を前記処理槽に供給する工程とを含む、基板処理方法。
【請求項９】
前記液面高さを液面計によって計測する工程を有し、
前記濃度を変更する工程は、
変更後の前記濃度と変更前の前記濃度との濃度差に基づき、変更後の前記濃度に相当する前記液面高さを計算する工程と、
前記計算した前記液面高さと前記液面計の計測値とに基づき、前記調整液を前記処理槽に供給する工程とを含む、請求項８に記載の基板処理方法。
【請求項１０】
前記濃度を濃度計によって計測する工程を有し、
前記調整液を前記処理槽に供給する工程は、前記濃度を維持する工程を含み、
前記濃度を維持する工程は、前記濃度の設定値と、前記濃度計の計測値との偏差に基づき前記調整液を前記処理槽に供給する工程を含む、請求項８または９に記載の基板処理方法。
【請求項１１】
前記液面高さを液面計によって計測する工程を有し、
前記濃度を維持する工程は、前記濃度の設定値と前記濃度計の計測値との偏差に基づき前記調整液の前記処理槽への供給を制御するとき、前記液面計の計測値に基づき前記濃度計の故障の有無を判定する工程を有する、請求項１０に記載の基板処理方法。
【請求項１２】
前記液面高さを液面計によって計測する工程と、
前記濃度を濃度計によって計測する工程とを有し、
前記調整液を前記処理槽に供給する工程は、前記濃度計の故障を検知すると、前記濃度計の計測値に基づく前記調整液の前記処理槽への供給を禁止すると共に、前記液面計の計測値に基づき前記調整液を前記処理槽に供給する工程を含む、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、基板処理装置、および基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載のエッチング処理装置は、所定濃度のリン酸水溶液を用いて基板をエッチング処理する。エッチング処理装置は、リン酸水溶液を貯留する処理液貯留部と、処理液貯留部に水を供給する水供給部と、処理液貯留部に貯留されたリン酸水溶液を循環させる処理液循環部とを有する。処理液循環部は、リン酸水溶液の濃度を検出する濃度センサーを含む。エッチング処理装置は、加熱によって蒸発する水の量に相応する量の純水を水供給部によって処理液貯留部に供給する。これにより、エッチング処理装置は、処理液貯留部の処理槽に所定濃度のリン酸水溶液を貯留し、そのリン酸水溶液に基板を浸漬させることで、基板をエッチング処理する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６１１８７３９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示の一態様は、基板が浸漬されて処理される処理液の成分濃度を精度良く変更できる、技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様に係る基板処理装置は、
第１成分と前記第１成分よりも高い沸点の第２成分とを含む処理液であって基板が浸漬されて処理される処理液を貯留する処理槽と、
前記処理液に占める前記第２成分の濃度を調整する調整液であって前記第１成分を含む調整液を、前記処理槽に供給する調整液供給部と、
前記調整液供給部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記濃度を変更するとき、変更後の前記濃度と変更前の前記濃度との濃度差に基づき変更後の前記濃度に相当する前記処理槽における液面高さを計算し、前記計算した前記液面高さに基づき前記調整液の前記処理槽への供給を制御する。
【発明の効果】
【０００６】
本開示の一態様によれば、基板が浸漬されて処理される処理液の成分濃度を精度良く変更できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、一実施形態に係る基板処理装置を示す図である。
【図２】図２は、一実施形態に係る処理槽、基板保持部および移動機構部を示す図である。
【図３】図３は、一実施形態に係る処理槽の内槽と基板保持部とを示す図である。
【図４】図４は、一実施形態に係るリン酸水溶液に占めるリン酸の濃度を維持する処理を示すフローチャートである。
【図５】図５は、一実施形態に係るリン酸水溶液に占めるリン酸の濃度を維持するときのリン酸水溶液の保有量と水の蒸発量と水の供給量との関係を示す図である。
【図６】図６は、一実施形態に係るリン酸濃度を変更する処理を示すフローチャートである。
【図７】図７は、一実施形態に係るリン酸濃度を徐々に低下させるときの、外槽におけるリン酸水溶液の液面高さの時間変化と、調整液供給部からの水の供給量の時間変化とを示す図である。
【図８】図８は、一実施形態に係るリン酸濃度を徐々に増加させるときの、外槽におけるリン酸水溶液の液面高さの時間変化と、調整液供給部からの水の供給量の時間変化とを示す図である。
【図９】一実施形態に係る濃度計の故障時の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。尚、各図面において同一の又は対応する構成には同一の又は対応する符号を付し、説明を省略することがある。以下の説明において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向は互いに垂直な方向であり、Ｘ軸方向およびＹ軸方向は水平方向、Ｚ軸方向は鉛直方向である。本明細書において、下方とは鉛直方向下方を意味し、上方とは鉛直方向上方を意味する。
【０００９】
図１は、一実施形態に係る基板処理装置を示す図である。図２は、一実施形態に係る処理槽、基板保持部および移動機構部を示す図である。図３は、一実施形態に係る処理槽の内槽と基板保持部とを示す図である。
【００１０】
基板処理装置１０は、基板２を処理液３に浸漬することにより、基板２を処理する。基板２は、例えばシリコンウエハ、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜を含む。処理液３は、例えばリン酸水溶液であり、リン酸水溶液はシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜のうちシリコン窒化膜を選択的に除去するエッチング液である。基板処理装置１０は、複数枚の基板２を同時に処理してよい。基板処理装置１０は、例えば、処理槽２０と、処理液循環部３０と、原料液供給部５０と、調整液供給部６０と、基板保持部７０と、移動機構部７５と、制御部９０とを備える。
【００１１】
処理槽２０は、基板２が浸漬されて処理される処理液３を貯留する。処理液３は、例えば、第１成分と、第１成分よりも高い沸点の第２成分とを含む。処理液３がリン酸水溶液である場合、第１成分が水であり、第２成分がリン酸である。
【００１２】
処理槽２０は、例えば二重槽であって、処理液３を貯留する内槽２１と、内槽２１からオーバーフローした処理液３を回収する外槽２２とを有する。基板２は、内槽２１の内部に貯留されている処理液３に浸漬され、処理液３によって処理される。
【００１３】
処理液循環部３０は、外槽２２から内槽２１に向けて処理液３を送る循環管３１を有する。循環管３１の途中には、処理液３を送り出す循環ポンプ３２、処理液３の温度を調節する温調器３３、処理液３に含まれるパーティクルを捕集する循環フィルター３４などが設けられる。
【００１４】
温調器３３は、処理液３を加熱するヒータを含む。温調器３３は、制御部９０による制御下で、温度測定器１１の測定温度が設定温度になるように処理液３を加熱する。温度測定器１１は、内槽２１の内部に貯留されている処理液３の温度を測定する。温度測定器１１は、例えば熱電対などで構成される。処理液３がリン酸水溶液である場合、処理液３の設定温度は例えばリン酸水溶液の沸点に設定される。なお、温調器３３は、処理液３を冷却するクーラーをさらに含んでもよい。
【００１５】
処理液循環部３０は、循環管３１に接続される供給管３５を有する。供給管３５は、循環管３１から送られる処理液３を、内槽２１の内部に供給する。供給管３５は、例えば図３に示すようにＹ軸方向に間隔をおいて複数本設けられる。各供給管３５は、例えば図２に示すように内槽２１の内部に水平に設けられる水平部３６を有する。
【００１６】
水平部３６は、基板保持部７０の下方に配置され、図３に示すように鉛直方向視で基板保持部７０と重なるように設けられる。水平部３６は、Ｘ軸方向に延びており、その長手方向に間隔をおいて複数の吐出口３７を有する。複数の吐出口３７は、Ｚ軸方向視で基板保持部７０と重ならないように設けられる。
【００１７】
複数の吐出口３７は、それぞれ、真上に向けて処理液３を吐出する。これにより、カーテン状の上昇流が、内槽２１の内部に形成される。内槽２１の内部に層流が形成されるので、基板保持部７０で保持されている基板２を均一に処理できる。基板２をより均一に処理する目的で、基板２と水平部３６との距離ができるだけ近くなるように、水平部３６は内槽２１の底壁から上方に離間して配置される。
【００１８】
処理液循環部３０は、図１に示すように、循環管３１に接続される濃度計側管３８を有する。濃度計側管３８は、循環管３１から送られる処理液３を、外槽２２の内部に供給する。濃度計側管３８の途中には濃度計３９が設けられる。
【００１９】
濃度計３９は、処理液３に占める第２成分の濃度を計測する。第２成分の濃度は、例えばリン酸の濃度である。濃度計３９は、第２成分の濃度の指標である屈折率を検出する屈折率計４０を有する。第２成分の濃度と屈折率との関係は予め実験などで求められ、制御部９０の記憶媒体９２に予め記憶される。予め記憶された第２成分の濃度と屈折率との関係と、屈折率計４０によって検出された屈折率とから、第２成分の濃度が計測される。
【００２０】
なお、処理液３が２種類の成分で構成される場合、処理液３に占める第２成分の濃度を計測することは、処理液３に占める第１成分の濃度を計測することに等しい。
【００２１】
濃度計側管３８の途中には、濃度計３９を挟んで第１開閉弁４１と第２開閉弁４２とが設けられる。濃度計３９が第２成分の濃度を計測する間、第１開閉弁４１および第２開閉弁４２が処理液３の流路を開放する。処理液３が濃度計側管３８を通過し、その途中で濃度計３９が第２成分の濃度を計測する。一方、濃度計３９が第２成分の濃度を計測しない間、第１開閉弁４１および第２開閉弁４２が処理液３の流路を閉塞する。
【００２２】
濃度計３９の他に、濃度計４５が設けられてよい。濃度計４５は、第２成分の濃度の指標である液圧を検出する液圧計４６を有する。液圧計４６としては、例えば気泡式液面計が用いられる。気泡式液面計は、通常は液面高さの変位を計測する目的で使用されるが、本実施形態では第２成分の濃度を計測する目的で使用され、液面高さが一定の場所（具体的には内槽２１）に設置される。
【００２３】
液圧計４６は、気泡管４７と、パージガス供給ユニット４８と、検出器４９とを有する。気泡管４７は、内槽２１の内部に鉛直に配置され、パージガスの気泡を吐出する吐出口を下端部に有する。パージガス供給ユニット４８は、気泡管４７の吐出口からパージガスが一定の流量で吐出されるように、気泡管４７にパージガスを供給する。パージガスは、例えば窒素ガスなどの不活性ガスである。検出器４９は、気泡管４７の吐出口に印加される液圧に相当するパージガスの背圧を検出する。
【００２４】
処理液３は内槽２１から外槽２２にオーバーフローするので、内槽２１における処理液３の液面高さは一定である。処理液３の液面高さが一定であるので、処理液３の密度が大きいほど、気泡管４７の吐出口に印加される液圧が大きい。加えて、処理液３の密度は、第２成分の濃度に応じて変動する。第２成分の密度が第１成分の密度よりも大きい場合、第２成分の濃度が大きいほど、処理液３の密度が大きい。一方、第２成分の密度が第１成分の密度よりも小さい場合、第２成分の濃度が小さいほど、処理液３の密度が大きい。第２成分の濃度と液圧との関係は予め実験などで求められ、制御部９０の記憶媒体９２に予め記憶される。予め記憶された第２成分の濃度と液圧との関係と、液圧計４６によって検出された液圧とから、第２成分の濃度が計測される。
【００２５】
原料液供給部５０は、原料液を処理槽２０に供給する。原料液は、予め定められた配合比で配合された第１成分と第２成分とを含むものである。原料液は、例えばリン酸水溶液である。原料液に占める第２成分の濃度は、処理液３に占める第２成分の濃度に基づき設定される。例えば、原料液に占める第２成分の濃度は、処理液３に占める第２成分の濃度と同程度に設定される。
【００２６】
原料液供給部５０は、例えば、原料液を処理槽２０に供給するノズル５１を有する。ノズル５１は、開閉弁５２および流量調整弁５３を介して、供給源５４に接続される。開閉弁５２が原料液の流路を開くと、原料液がノズル５１から外槽２２に供給される。一方、開閉弁５２が原料液の流路を閉じると、原料液のノズル５１から外槽２２への供給が停止される。流量調整弁５３は、ノズル５１からの原料液の流量を調整する。供給源５４は、ノズル５１に原料液を供給する。
【００２７】
調整液供給部６０は、調整液を処理槽２０に供給する。調整液は、処理液３に占める第２成分の濃度を調整するものであって、第１成分を含むものである。調整液に占める第２成分の濃度は、処理液３に占める第２成分の濃度よりも低く設定される。調整液は、例えば、第１成分のみを含む。調整液は、例えばＤＩＷ（Deionized Water）などの水である。第１成分は、第２成分に比べて、低い沸点を有し、蒸発しやすい。調整液供給部６０は、処理液３からの第１成分の蒸発速度と同じ速さで調整液を処理槽２０に供給することで、処理液３に占める第２成分の濃度を維持する。
【００２８】
調整液供給部６０は、処理液３からの第１成分の蒸発速度よりも大きな速度で調整液を処理槽２０に供給することで、処理液３に占める第２成分の濃度を低減することも可能である。また、調整液供給部６０は、処理液３からの第１成分の蒸発速度よりも小さな速度で調整液を処理槽２０に供給することで、処理液３に占める第２成分の濃度を増加することも可能である。
【００２９】
調整液供給部６０は、調整液を処理槽２０に供給するノズル６１を有する。ノズル６１は、開閉弁６２および流量調整弁６３を介して、供給源６４に接続される。開閉弁６２が調整液の流路を開くと、調整液がノズル６１から外槽２２に供給される。一方、開閉弁６２が調整液の流路を閉じると、調整液のノズル６１から外槽２２への供給が停止される。流量調整弁６３は、ノズル６１からの調整液の流量を調整する。供給源６４は、ノズル６１に原料液を供給する。
【００３０】
なお、調整液供給部６０が調整液を供給する位置は、外槽２２には限定されない。例えば、調整液供給部６０が調整液を供給する位置は、循環管３１の途中であってもよい。調整液と処理液３とを混ぜれば、処理液３に占める第２成分の濃度を調整できる。
【００３１】
基板保持部７０は、基板２を保持する。基板保持部７０は、複数枚の基板２を同時に保持してよい。基板保持部７０は、例えば図３に示すように、Ｙ軸方向に間隔をおいて複数本の基板保持棒７２を有する。各基板保持棒７２にはＸ軸方向に間隔をおいて複数の溝が形成されており、各溝に基板２が挿入される。これにより、基板保持部７０は、複数枚の基板２を、吐出口３７の配列方向（本実施形態ではＸ軸方向）に間隔をおいて保持する。
【００３２】
移動機構部７５（図２参照）は、基板保持部７０を内槽２１に対し移動させる。移動機構部７５は、例えば、内槽２１に対し固定されるガイド７６と、ガイド７６に沿って移動するスライダ７７とを有する。スライダ７７には基板保持部７０が固定され、基板保持部７０はスライダ７７と共に移動する。スライダ７７を駆動する駆動源としては例えば電動モータが用いられ、電動モータの回転運動はボールねじ等の運動変換機構によってスライダ７７の直線運動に変換される。
【００３３】
移動機構部７５は、基板保持部７０を、図２に実線で示す処理位置と、図２に二点鎖線で示す待機位置との間で移動させる。待機位置は、処理位置の上方に設定される。基板保持部７０が処理位置にあるとき、基板保持部７０に保持されている複数の基板２のそれぞれの全体が処理液３に浸漬される。一方、基板保持部７０が待機位置にあるとき、基板保持部７０に保持されている複数の基板２のそれぞれの全体が外気に曝される。基板保持部７０は、待機位置で処理前の基板２を外部搬送装置から受け取り、次いで処理位置まで下降され、所定時間経過後に再び待機位置まで上昇され、待機位置で処理後の基板２を外部搬送装置に引き渡す。その後、同じ動作が繰り返される。
【００３４】
制御部９０（図１参照）は、例えばコンピュータで構成され、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９１と、メモリなどの記憶媒体９２とを備える。記憶媒体９２には、基板処理装置１０において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部９０は、記憶媒体９２に記憶されたプログラムをＣＰＵ９１に実行させることにより、基板処理装置１０の動作を制御する。また、制御部９０は、入力インターフェース９３と、出力インターフェース９４とを備える。制御部９０は、入力インターフェース９３で外部からの信号を受信し、出力インターフェース９４で外部に信号を送信する。
【００３５】
かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記憶されていたものであって、その記憶媒体から制御部９０の記憶媒体９２にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体としては、例えば、ハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどが挙げられる。なお、プログラムは、インターネットを介してサーバからダウンロードされ、制御部９０の記憶媒体９２にインストールされてもよい。
【００３６】
次に、基板処理装置１０を用いた基板処理方法について説明する。以下の説明において、処理液３はリン酸水溶液であるので、第１成分は水であり、第２成分はリン酸である。また、以下の説明において、調整液は、ＤＩＷなどの水であるので、第１成分である水のみを含み、第２成分であるリン酸を含まない。
【００３７】
図４は、一実施形態に係るリン酸水溶液に占めるリン酸の濃度を維持する処理を示すフローチャートである。図４に示す処理は、制御部９０による制御下で、所定時間ごとに繰り返し行われる。
【００３８】
先ず、制御部９０は、濃度維持指示を受けたか否かを判定する工程Ｓ１０１を実行する。濃度維持指示は、処理液３に占める第２成分の濃度を予め定めた設定値に維持する指示である。例えば、濃度維持指示は、リン酸水溶液に占めるリン酸の濃度Ｃを予め定めた設定値に維持する指示である。濃度維持指示は、例えば外部コントローラによって作成される。
【００３９】
濃度維持指示は、濃度変更指示を受けるまで有効に設定される。濃度変更指示は、処理液３に占める第２成分の濃度を変更する指示である。例えば、濃度変更指示は、リン酸水溶液に占めるリン酸の濃度Ｃを変更する指示である。濃度変更指示は、例えば外部コントローラによって作成される。
【００４０】
外部コントローラは、異なるタイミングで濃度維持指示と濃度変更指示とを制御部９０に送る。外部コントローラが制御部９０に濃度変更指示を送るタイミングは、処理液３に基板２を浸漬して基板２を処理する工程中でもよいし、処理液３から基板２を引き上げる工程の後であって別の基板２を処理液３に浸漬する工程の前でもよい。
【００４１】
制御部９０は、濃度維持指示を受けていない場合（Ｓ１０１、Ｎｏ）、リン酸水溶液に占めるリン酸の濃度Ｃを維持する処理を実施しないので、今回の処理を終了する。以下、リン酸水溶液に占めるリン酸の濃度Ｃを、単にリン酸濃度Ｃとも呼ぶ。
【００４２】
一方、制御部９０は、濃度維持指示を受けた場合（Ｓ１０１、Ｙｅｓ）、リン酸濃度Ｃを維持する処理を実施すべく、濃度計３９でリン酸濃度Ｃを計測する工程Ｓ１０２を実行する。
【００４３】
濃度計３９は屈折率計４０を有するものである。濃度計３９の代わりに、濃度計４５が用いられてもよい。濃度計４５は液圧計４６を有するものである。なお、２つの濃度計３９、４５でリン酸濃度Ｃを測定してもよい。
【００４４】
次に、制御部９０は、リン酸濃度Ｃの設定値とリン酸濃度Ｃの計測値との偏差に基づき、調整液供給部６０から外槽２２に調整液としての水を供給する工程Ｓ１０３を実行する。リン酸濃度Ｃの設定値は、濃度維持指示に従って決められる。一方、リン酸濃度Ｃの計測値は、工程Ｓ１０２において計測される。
【００４５】
例えば、制御部９０は、リン酸濃度Ｃの設定値とリン酸濃度Ｃの計測値との偏差がゼロになるように、水の供給量をフィードバック制御する。フィードバック制御としては、例えば、ＰＩ制御（Proportional Integral Control）またはＰＩＤ制御（Proportional Integral Differential Control）が用いられる。
【００４６】
制御部９０は、調整液としての水を供給する工程Ｓ１０３の後、今回の処理を終了する。
【００４７】
図５は、一実施形態に係るリン酸水溶液に占めるリン酸の濃度を維持するときのリン酸水溶液の保有量と水の蒸発量と水の供給量との関係を示す図である。リン酸水溶液の保有量Ｖは、処理槽２０と処理液循環部３０とが保有するリン酸水溶液の体積である。
【００４８】
処理槽２０のうち内槽２１が保有するリン酸水溶液の体積Ｖ１（不図示）は、一定であり、制御部９０の記憶媒体９２に予め記憶される。また、処理液循環部３０が保有するリン酸水溶液の体積Ｖ３（不図示）は、一定であり、制御部９０の記憶媒体９２に予め記憶される。
【００４９】
一方、処理槽２０のうち外槽２２が保有するリン酸水溶液の体積Ｖ２（不図示）は、外槽２２におけるリン酸水溶液の液面高さＨ（図１参照）に応じて変動する。この液面高さＨは、液面計１２によって計測する。液面計１２は、一般的なものであってよい。
【００５０】
液面高さＨと体積Ｖ２との関係は、予め実験などで求められ、制御部９０の記憶媒体９２に予め記憶される。制御部９０は、予め記憶された液面高さＨと体積Ｖ２との関係と、液面高さＨの計測値とに基づき、体積Ｖ２を算出する。
【００５１】
制御部９０は、液面高さＨから算出される体積Ｖ２と、記憶媒体９２に記憶された体積Ｖ１、Ｖ３との和（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３）を、リン酸水溶液の保有量Ｖとして求める。リン酸水溶液はリン酸と水とで構成されるので、図５に示すようにリン酸水溶液の保有量Ｖはリン酸の保有量ＶＰと水の保有量ＶＷとの和（ＶＰ＋ＶＷ）に等しい。
【００５２】
制御部９０は、リン酸の保有量ＶＰを、リン酸水溶液の保有量Ｖとリン酸濃度Ｃの計測値とに基づき算出する。また、制御部９０は、水の保有量ＶＷを、リン酸水溶液の保有量Ｖとリン酸濃度Ｃの計測値とに基づき算出する。ここで、リン酸濃度Ｃは、濃度計３９または濃度計４５によって計測される。
【００５３】
制御部９０は、リン酸の保有量ＶＰまたは水の保有量ＶＷを算出する過程で、リン酸濃度Ｃの単位を質量％から体積％へ変換する。この変換には、水の密度とリン酸の密度とが用いられる。水の密度とリン酸の密度とは、制御部９０の記憶媒体９２に予め記憶され、ＶＰまたはＶＷの算出時に読み出して用いられる。
【００５４】
ところで、リン酸は、リン酸濃度Ｃを維持する処理の間、原料液供給部５０および調整液供給部６０から処理槽２０に供給されない。また、リン酸は、水に比べて高い沸点を有するので、蒸発によって処理槽２０から失われない。従って、リン酸濃度Ｃを維持する処理の間、リン酸の保有量ＶＰは一定である。
【００５５】
一方、水は、リン酸濃度Ｃを維持する処理の間、蒸発によって処理槽２０から失われると共に、調整液供給部６０から処理槽２０に供給される。制御部９０は、水の蒸発速度と同じ速さで水を処理槽２０に供給することで、リン酸濃度Ｃを維持する。水の単位時間当たりの蒸発量と、水の単位時間当たりの供給量とが同じであると、リン酸濃度Ｃが一定に維持される。
【００５６】
リン酸濃度Ｃを維持する処理の間、水の単位時間当たりの蒸発量と水の単位時間当たりの供給量とは同じである。それゆえ、リン酸濃度Ｃを維持する処理の間、リン酸水溶液の保有量Ｖが一定であるので、液面高さＨも一定である。
【００５７】
そこで、制御部９０は、リン酸濃度Ｃの制御に濃度計３９を用いるとき、液面計１２の計測値に基づき濃度計３９の故障の有無を判定してよい。濃度計３９の計測値に異常がなければ、液面高さＨは予定された範囲内に収まる。
【００５８】
例えば、制御部９０は、液面計１２の計測値が第１閾値ＨＴ１を下回るか、または液面計１２の計測値が第２閾値ＨＴ２（ＨＴ２＞ＨＴ１）を上回ると、濃度計３９に故障が有ると判定する。また、制御部８０は、液面計１２の計測値が第１閾値ＨＴ１以上、第２閾値以下であると、濃度計３９に故障が無いと判定する。
【００５９】
第１閾値ＨＴ１および第２閾値ＨＴ２は、それぞれ、リン酸濃度Ｃに応じて変動してよい。リン酸濃度Ｃが小さくなるほど、第１閾値ＨＴ１および第２閾値ＨＴ２が大きくなる。第１閾値ＨＴ１および第２閾値ＨＴ２のそれぞれと、リン酸濃度Ｃとの関係は、予め実験などで定められ、制御部９０の記憶媒体９２に予め記憶される。
【００６０】
なお、上述の如く、リン酸濃度Ｃの制御に濃度計４５が用いられてもよく、濃度計４５の故障の判定に液面計１２の計測値が用いられてもよい。
【００６１】
ところで、制御部９０は、水の蒸発速度よりも大きな速度で水を処理槽２０に供給することで、リン酸水溶液のリン酸濃度Ｃを低減することも可能である。また、制御部９０は、水の蒸発速度よりも小さな速度で水を処理槽２０に供給することで、リン酸水溶液のリン酸濃度Ｃを増加することも可能である。
【００６２】
調整液供給部６０が水を処理槽２０に供給すると、供給した水が拡散してリン酸と均一に混じり合うまで時間がかかる。それゆえ、仮に制御部９０が濃度計３９、４５でリン酸濃度Ｃを監視しながらリン酸濃度Ｃを変更すべく調整液供給部６０からの水の供給量を制御すると、水の供給量が過多または過少になることがある。従って、リン酸濃度Ｃが変更後の濃度で安定化するまでに時間がかかることがある。
【００６３】
そこで、制御部９０は、リン酸濃度Ｃを変更する指示を受けると、変更後のリン酸濃度ＣＡと変更前のリン酸濃度ＣＢとの濃度差ΔＣ（ΔＣ＝ＣＡ−ＣＢ）に基づき変更後のリン酸濃度ＣＡに相当する液面高さＨＡを算出する。また、制御部９０は、算出した液面高さＨＡに基づき調整液供給部６０からの水の供給量を制御する。
【００６４】
変更後のリン酸濃度ＣＡに相当する液面高さＨＡは、水が拡散してリン酸と均一に混じり合う前も後も、同じである。それゆえ、液面高さＨＡに基づき水の供給量を制御すれば、リン酸濃度ＣをＣＢからＣＡに精度良く変更でき、リン酸濃度ＣがＣＡで安定するまでの時間を短縮できる。
【００６５】
図６は、一実施形態に係るリン酸濃度を変更する処理を示すフローチャートである。図６に示す処理は、例えば、図７に示す時刻ｔ１から時刻ｔ２まで行われる。また、図６に示す処理は、図８に示す時刻ｔ１から時刻ｔ２まで行われる。図７は、一実施形態に係るリン酸濃度を徐々に低下させるときの、外槽におけるリン酸水溶液の液面高さの時間変化と、調整液供給部からの水の供給量の時間変化とを示す図である。図８は、一実施形態に係るリン酸濃度を徐々に増加させるときの、外槽におけるリン酸水溶液の液面高さの時間変化と、調整液供給部からの水の供給量の時間変化とを示す図である。
【００６６】
先ず、制御部９０は、濃度変更指示を受けたか否かを判定する工程Ｓ２０１を実行する。濃度変更指示は、例えば、リン酸濃度Ｃを変更する指示である。
【００６７】
制御部９０は、濃度変更指示を受けていない場合（Ｓ２０１、Ｎｏ）、リン酸濃度を変更する処理を実施しないので、今回の処理を終了する。
【００６８】
一方、制御部９０は、濃度変更指示を受けた場合（Ｓ２０１、Ｙｅｓ）、濃度変更後のリン酸濃度ＣＡと濃度変更前のリン酸濃度ＣＢとの濃度差ΔＣ（ΔＣ＝ＣＡ−ＣＢ）を算出する工程Ｓ２０２を実行する。
【００６９】
ここで、リン酸は、リン酸濃度ＣをＣＢからＣＡに変更する処理中に、蒸発によって処理槽２０から失われないし、原料液供給部５０および調整液供給部６０から処理槽２０に供給されない。従って、リン酸濃度ＣをＣＢからＣＡに変更する処理中に、リン酸保有量ＶＰは一定である。
【００７０】
リン酸保有量ＶＰが一定であるので、水保有量ＶＷとリン酸濃度Ｃとが１：１で対応する。つまり、水保有量ＶＷが決まるとリン酸濃度Ｃが決まり、リン酸濃度Ｃが決まると水保有量ＶＷが決まる。水保有量ＶＷが多いほど、リン酸濃度Ｃが小さくなる。
【００７１】
そこで、制御部９０は、工程Ｓ２０２で算出した濃度差ΔＣに相当する、水保有量ＶＷの変化量ΔＶＷ（ΔＶＷ＝ＶＡＷ−ＶＢＷ）を算出する工程Ｓ２０３を実行する。ＶＡＷは変更後のリン酸濃度ＣＡに相当する水保有量ＶＷであり、ＶＢＷは変更前のリン酸濃度ＣＢに相当する水保有量ＶＷである。
【００７２】
制御部９０は、ΔＣに相当するΔＶＷを算出する過程で、リン酸濃度Ｃの単位を質量％から体積％に変換する。この変換には、水の密度とリン酸の密度とが用いられる。水の密度とリン酸の密度とは、制御部９０の記憶媒体９２に予め記憶され、ΔＶＷの算出時に読み出して用いられる。
【００７３】
次に、制御部９０は、算出した水保有量ＶＷの変化量ΔＶＷに相当する、外槽２２における液面高さＨの変化量ΔＨ（ΔＨ＝ＨＡ−ＨＢ）を算出する工程Ｓ２０４を実行する。ＨＡは変更後のリン酸濃度ＣＡに相当する液面高さＨであり、ＨＢは変更前のリン酸濃度ＣＢに相当する液面高さＨである。制御部９０は、例えば、水保有量ＶＷの変化量ΔＶＷと液面の面積Ｓとに基づき、液面高さＨの変化量ΔＨ（ΔＨ＝ΔＶＷ／Ｓ）を算出する。
【００７４】
次に、制御部９０は、工程Ｓ２０４で算出した液面高さＨの変化量ΔＨと、変更前のリン酸濃度ＣＢに相当する液面高さＨＢとに基づき、変更後のリン酸濃度ＣＡに相当する液面高さＨＡ（ＨＡ＝ΔＨ＋ＨＢ）を算出する工程Ｓ２０５を実行する。ここで、変更前のリン酸濃度ＣＢに相当する液面高さＨＢは、リン酸濃度ＣがＣＢであるときに液面計１２によって計測した計測値を用いる。
【００７５】
次に、制御部９０は、液面高さＨの時間変化を設定する工程Ｓ２０６を実行する。例えば、制御部９０は、図７および図８に実線で示すように、リン酸濃度Ｃの設定をＣＢからＣＡまで連続的に変更すべく、液面高さＨの設定をＨＢからＨＡまで連続的に変更する。あるいは、制御部９０は、図７および図８に一点鎖線で示すように、リン酸濃度Ｃの設定をＣＢからＣＡまで段階的に変更すべく、液面高さＨの設定をＨＢからＨＡまで段階的に変更する。
【００７６】
次に、制御部９０は、液面計１２で液面高さを計測する工程Ｓ２０７を実行し、続いて、工程Ｓ２０７で計測した液面高さＨがＨＡであるか否かを判定する工程Ｓ２０８を実行する。
【００７７】
工程Ｓ２０７で計測した液面高さＨがＨＡではない場合（Ｓ２０８、Ｎｏ）、リン酸濃度ＣがＣＡではない。そこで、制御部９０は、工程Ｓ２０６で設定した液面高さＨの設定値と、工程Ｓ２０７で計測した液面高さＨの計測値との偏差に基づき、水を供給する工程Ｓ２０９を実行する。
【００７８】
例えば、制御部９０は、液面高さＨの設定値と液面高さＨの計測値との偏差がゼロになるように、水の供給量をフィードバック制御する。フィードバック制御としては、例えば、ＰＩ制御（Proportional Integral Control）またはＰＩＤ制御（Proportional Integral Differential）が用いられる。その後、制御部９０は、工程Ｓ２０７以降の処理を再度実行する。
【００７９】
一方、工程Ｓ２０７で計測した液面高さＨがＨＡである場合（Ｓ２０８、Ｙｅｓ）、リン酸濃度ＣがＣＡである。そこで、制御部９０は今回の処理を終了する。その後、制御部９０は、リン酸濃度Ｃを変更後のＣＡに維持すべく、図４に示す処理を実施する。
【００８０】
なお、本実施形態の制御部９０は液面高さＨＡの算出を易化する目的でリン酸濃度ＣをＣＢからＣＡに変更する処理中に原料液供給部５０および調整液供給部６０からリン酸を処理槽２０に供給しないが、本開示の技術はこれに限定されない。制御部９０は、リン酸濃度ＣをＣＢからＣＡに変更する処理中に、原料液供給部５０または調整液供給部６０からリン酸を処理槽２０に供給してもよい。制御部９０は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までのリン酸の総供給量に基づき、変更後のリン酸濃度ＣＡに相当する液面高さＨＡを補正可能である。
【００８１】
以上説明したように、制御部９０は、工程Ｓ２０５で計算した液面高さＨＡと、工程Ｓ２０７で計測した液面計１２の計測値とに基づき、調整液供給部６０からの水の供給を制御する。制御部９０は、液面計１２の計測値を監視しながら調整液供給部６０からの水の供給を制御するので、液面高さＨをＨＡに正確に合わせることができる。制御部９０は、液面計１２の計測値を監視するので、リン酸濃度Ｃの変更に起因する水の蒸発速度の変動に対応できる。
【００８２】
なお、本実施形態の制御部９０は液面計１２の計測値を監視しながら調整液供給部６０からの水の供給を制御するが、本開示の技術はこれに限定されない。制御部９０は、工程Ｓ２０５で計算した液面高さＨＡに基づき、調整液供給部６０からの水の供給を制御すればよく、液面計１２の計測値を監視しなくてもよい。
【００８３】
例えば、制御部９０は、工程Ｓ２０４で算出した変化量ΔＨに基づき、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの水の総供給量（ｍＬ）を算出し、算出した総供給量の水を調整液供給部６０から処理槽２０に供給してもよい。ここで、水の総供給量は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの水の総蒸発量を加味して算出される。
【００８４】
水の総蒸発量は、水の蒸発速度を時間積分することで求められる。水の蒸発速度は、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで、一定と仮定されてよい。水の蒸発速度は、例えば、時刻ｔ１よりも前の、リン酸濃度ＣをＣＢで一定に維持する処理中の、水の供給速度と同じと仮定されてよい。
【００８５】
また、本実施形態の制御部９０はリン酸濃度Ｃを変更する処理中に濃度計３９の計測値に基づく調整液供給部６０からの水の供給を禁止するが、本開示の技術はこれに限定されない。制御部９０は、工程Ｓ２０５で計算した液面高さＨＡと、濃度計３９の計測値とに基づき調整液供給部６０からの水の供給を制御してもよい。
【００８６】
例えば、制御部９０は、濃度計３９の計測値を監視しながら、工程Ｓ２０５で計算した液面高さＨＡに基づく調整液供給部６０からの水の供給を制御してよい。工程Ｓ２０５で計算した液面高さＨＡに基づく水の供給の制御結果を評価できる。
【００８７】
ところで、リン酸濃度Ｃの制御中に、リン酸濃度Ｃの制御に用いる濃度計３９が故障することがある。そこで、以下、濃度計３９が故障した場合の処理について説明する。なお、リン酸濃度Ｃの制御には濃度計４５が用いられてもよい。濃度計４５が故障した場合の処理は、濃度計３９が故障した場合の処理と同様であるので、説明を省略する。
【００８８】
図９は、一実施形態に係る濃度計の故障時の処理を示すフローチャートである。図９に示す処理は、制御部９０による制御下で、所定時間ごとに繰り返し行われ、図４に示すリン酸濃度を維持する処理中、および図６に示すリン酸濃度を変更する処理中に行われる。
【００８９】
先ず、制御部９０は、濃度計３９の故障の指示を受けたか否かを判定する工程Ｓ３０１を実行する。濃度計３９の故障とは、濃度計３９の計測値を示す信号に異常が認められたことを意味する。例えば、濃度計３９の計測値を示す信号が予め設定された時間以上途絶えたときに、故障の指示が作成される。また、濃度計３９の計測値が第１閾値ＣＴ１を予め設定された時間以上連続して下回るときに、故障の指示が作成される。また、濃度計３９の計測値が第２閾値ＣＴ２（ＣＴ２＞ＣＴ１）を予め設定された時間以上連続して上回るときに、故障の指示が作成される。故障の指示は例えば外部コントローラによって作成され、外部コントローラが故障の指示を制御部９０に送る。
【００９０】
制御部９０は、濃度計３９の故障の指示を受けていない場合（Ｓ３０１、Ｎｏ）、濃度計３９に故障が無いと判定し、今回の処理を終了する。
【００９１】
一方、制御部９０は、濃度計３９の故障の指示を受けた場合（Ｓ３０１、Ｙｅｓ）、濃度計３９に故障が有ると判定し、濃度計３９の計測値に基づく調整液供給部６０からの水の供給を禁止する工程Ｓ３０２を実行する。
【００９２】
次に、制御部９０は、液面計１２によって液面高さＨを計測する工程Ｓ３０３を実行する。
【００９３】
次に、制御部９０は、工程Ｓ３０３で計測した液面高さＨの計測値と液面高さＨの設定値との偏差に基づき、調整液供給部６０から外槽２２に調整液としての水を供給する工程Ｓ３０４を実行し、今回の処理を終了する。
【００９４】
制御部９０は、リン酸濃度Ｃを維持する処理中に濃度計３９の故障の指示を受けた場合、その指示を受ける直前の液面高さＨの計測値を、工程Ｓ３０４での液面高さＨの設定値として採用する。
【００９５】
一方、制御部９０は、リン酸濃度Ｃを変更する処理中に濃度計３９の故障の指示を受けた場合、図６に示す工程Ｓ２０６で決めた液面高さＨの設定値を、工程Ｓ３０４での液面高さＨの設定値として採用する。
【００９６】
以上説明したように、制御部９０は、濃度計３９の故障を検知すると、濃度計３９の計測値に基づく水の処理槽２０への供給を禁止し、液面計１２の計測値に基づく水の処理槽２０への供給を実行する。これにより、濃度計３９に故障が発生した場合に、リン酸濃度Ｃを精度良く制御できる。
【００９７】
以上、本開示に係る基板処理装置および基板処理方法の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態などに限定されない。特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、および組合わせが可能である。それらについても当然に本開示の技術的範囲に属する。
【００９８】
上記実施形態の処理槽２０は二重槽であるが、本開示の技術は単槽の処理槽にも適用可能である。処理槽が単槽である場合、液面計１２は単槽に貯留されている処理液３の液面高さを計測する。
【００９９】
上記実施形態の処理液３はリン酸水溶液であり、第１成分が水であり、第２成分がリン酸であるが、本開示の技術はリン酸水溶液以外の処理液にも適用可能である。例えば、処理液３はアンモニア水であってもよい。この場合、第１成分がアンモニアであり、第２成分が水である。
【０１００】
処理液３がリン酸水溶液である場合、第１成分である水が溶媒であり第２成分であるリン酸が溶質である。一方、処理液３がアンモニア水である場合、第１成分であるアンモニアが溶質であり第２成分である水が溶媒である。このように、第１成分と第２成分のどちらが溶質であってもよい。第１成分が溶質であって第２成分が溶媒である場合、濃度計３９、４５は処理液３に占める第１成分の濃度を計測してよい。濃度計３９、４５は溶質の濃度を計測すればよい。
【０１０１】
上記実施形態の処理液３は２種類の成分で構成されるが、本開示の処理液は３種類以上の成分で構成されてもよい。例えば、処理液３はＳＣ−１（水酸化アンモニウムと過酸化水素と水とを含む洗浄液）であってもよい。
【０１０２】
上記実施形態の処理液３の溶媒は水であるが、処理液３の溶媒は有機溶媒であってもよい。
【０１０３】
上記実施形態の基板２はシリコンウエハ、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜を含むが、基板２の構成は特に限定されない。例えば、基板２は、シリコンウエハの代わりに、炭化珪素基板、サファイア基板、ガラス基板などを含んでもよい。
【符号の説明】
【０１０４】
２    基板
３    処理液
１０  基板処理装置
１２  液面計
２０  処理槽
２１  内槽
２２  外槽
３９  濃度計
４０  屈折率計
４５  濃度計
４６  液圧計
６０  調整液供給部
９０  制御部
【図１】
2020004898.tif 000003
【図２】
2020004898.tif 000004
【図３】
2020004898.tif 000005
【図４】
2020004898.tif 000006
【図５】
2020004898.tif 000007
【図６】
2020004898.tif 000008
【図７】
2020004898.tif 000009
【図８】
2020004898.tif 000010
【図９】
2020004898.tif 000011