(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
純水と薬液を混合部で混合して生成される処理液により基板を処理する基板処理装置において、
前記混合部に純水を供給する純水供給路と、
前記混合部に薬液を供給する薬液供給路と、
前記薬液供給路における薬液の流量を調節する薬液流量調節手段と、
前記薬液供給路における薬液の流量を検出流量値として検出する薬液流量検出手段と、
純水に関連した液体の温度を主温度として測定する主温度測定手段と、
予め設定されている処理時における純水に関連した液体の標準温度と前記主温度測定手段により測定された主温度との偏差である主偏差と、予め求めておいた、主偏差に起因して変動する基板の処理量と主偏差との対応データと、予め求めてある基板の処理量と薬液流量との関係式とに基づいて前記薬液流量調節手段の薬液流量目標値を補正薬液流量目標値に補正し、前記薬液流量検出手段からの検出流量値が前記補正薬液流量目標値に一致するように前記薬液流量調節手段を調節する制御手段と、
を備えたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
純水と薬液を混合部で混合して生成される処理液により基板を処理する基板処理装置において、
前記混合部に純水を供給する純水供給路と、
前記混合部に薬液を供給する薬液供給路と、
前記薬液供給路における薬液の流量を調節する薬液流量調節手段と、
前記薬液供給路における薬液の流量を検出流量値として検出する薬液流量検出手段と、
純水に関連した液体の温度を主温度として測定する主温度測定手段と、
前記薬液供給路における薬液の温度を副温度として測定する副温度測定手段と、
予め設定されている処理時における純水に関連した液体の標準温度と前記主温度測定手段により測定された主温度との偏差である主偏差と、予め求めておいた、主偏差に起因して変動する基板の処理量と主偏差との対応データと、予め求めてある基板の処理量と薬液流量との関係式とに基づいて前記薬液流量調節手段の薬液流量目標値を補正薬液流量目標値に補正し、予め設定されている処理時における薬液の標準温度と前記副温度測定手段によって測定された副温度との偏差である副偏差と、予め求めておいた、副偏差に起因して変動する前記検出流量値と副偏差との対応データとに基づいて前記薬液流量検出手段からの検出流量値を補正流量値に補正し、前記補正流量値が前記補正薬液流量目標値に一致するように前記薬液流量調節手段を調節する制御手段と、
を備えたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の基板処理装置において、
前記主温度測定手段は前記混合部の下流側に設けられていることを特徴とする基板処理装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置において、
前記混合部はミキシングバルブであることを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハや液晶表示器用ガラス基板などの基板に対して、純水と薬液を混合部で混合して得られる処理液を供給することにより処理する基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の基板処理装置の主たる構成として、例えば、基板を収納した処理槽と、この処理槽に純水を供給する純水供給路と、純水供給路に薬液を注入して処理液を生成するミキシングバルブと、このミキシングバルブに対して薬液を供給する薬液供給路と、薬液を貯留しており、薬液供給路に薬液を供給する薬液タンクとがある。
【０００３】
これらの主たる構成に加え、さらに薬液の流量を調節する構成を備えており、その方式によって基板処理装置は以下のように大きく三種類に分類される。
【０００４】
（１）薬液タンク一定加圧方式（オープンループ）
薬液タンクを一定圧で加圧することにより薬液供給路に薬液を供給する。
【０００５】
（２）薬液圧力一定制御方式（フィードバック）
薬液タンクを加圧するが、薬液供給路内の薬液圧力を測定してその圧力が目標値で一定となるように薬液タンクに加える圧力を調節する。
【０００６】
（３）薬液流量一定値制御方式（フィードバック）
薬液タンクを加圧するが、薬液供給路の流量を測定してその流量が目標値で一定となるように薬液供給路の流量調節弁を調節する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、純水の温度が変化した場合には、これと混合されて生成される処理液の温度も変動するので、いくら上記方式（１）〜（３）により薬液の流量を制御したとしても、エッチング量などの基板に対する処理量が変動して、処理の再現性を得ることが困難となっている。
【０００８】
そこで上記の問題を解決するために、純水の温度制御を行う設備をさらに備えて純水の温度を一定に保つことも考えられる。しかし、このためには多大な投資が必要となることや、純水の温度制御を行ったとしてもある程度の温度変動が発生する。そのため処理の再現性はかなり改善されるものの多大な投資のわりには効果が小さい。
【０００９】
なお、温度変動は、設備側の要因である純水供給設備の運転状態、季節的な純水の温度変動、クリーンルーム温調設備の運転状態、季節的なクリーンルーム内雰囲気の温度変動、隣接する装置の高温システムの運転状態などによって日々刻々と発生するものである。
【００１０】
また、処理の再現性を改善するために処理時間を調整することも考えられるが、処理に要する時間が変動することになって前後のロットやプロセスに少なからず影響を与える。そのため、通常このような時間調整は行わず一定の処理時間で処理するようにしている。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、純水に関連する温度変動に応じて薬液の流量を調節することにより、基板に対する処理量を安定させ、処理の再現性を良好に得ることができる基板処理装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の基板処理装置は、純水と薬液を混合部で混合して生成される処理液により基板を処理する基板処理装置において、前記混合部に純水を供給する純水供給路と、前記混合部に薬液を供給する薬液供給路と、前記薬液供給路における薬液の流量を調節する薬液流量調節手段と、前記薬液供給路における薬液の流量を検出流量値として検出する薬液流量検出手段と、純水に関連した液体の温度を主温度として測定する主温度測定手段と、予め設定されている処理時における純水に関連した液体の標準温度と前記主温度測定手段により測定された主温度との偏差である主偏差と、予め求めておいた、主偏差に起因して変動する基板の処理量と主偏差との対応データと、予め求めてある基板の処理量と薬液流量との関係式とに基づいて前記薬液流量調節手段の薬液流量目標値を補正薬液流量目標値に補正し、前記薬液流量検出手段からの検出流量値が前記補正薬液流量目標値に一致するように前記薬液流量調節手段を調節する制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項２に記載の基板処理装置は、純水と薬液を混合部で混合して生成される処理液により基板を処理する基板処理装置において、前記混合部に純水を供給する純水供給路と、前記混合部に薬液を供給する薬液供給路と、前記薬液供給路における薬液の流量を調節する薬液流量調節手段と、前記薬液供給路における薬液の流量を検出流量値として検出する薬液流量検出手段と、純水に関連した液体の温度を主温度として測定する主温度測定手段と、前記薬液供給路における薬液の温度を副温度として測定する副温度測定手段と、予め設定されている処理時における純水に関連した液体の標準温度と前記主温度測定手段により測定された主温度との偏差である主偏差と、予め求めておいた、主偏差に起因して変動する基板の処理量と主偏差との対応データと、予め求めてある基板の処理量と薬液流量との関係式とに基づいて前記薬液流量調節手段の薬液流量目標値を補正薬液流量目標値に補正し、予め設定されている処理時における薬液の標準温度と前記副温度測定手段によって測定された副温度との偏差である副偏差と、予め求めておいた、副偏差に起因して変動する前記検出流量値と副偏差との対応データとに基づいて前記薬液流量検出手段からの検出流量値を補正流量値に補正し、前記補正流量値が前記補正薬液流量目標値に一致するように前記薬液流量調節手段を調節する制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項３に記載の基板処理装置は、請求項１または２に記載の基板処理装置において、前記主温度測定手段は前記混合部の下流側に設けられていることを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項４に記載の基板処理装置は、請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置において、前記混合部はミキシングバルブであることを特徴とするものである。
【００１６】
【作用】
請求項１に記載の発明の作用は次のとおりである。
予め設定されている処理時における純水に関連した液体の標準温度と、純水に関連した液体の温度としての主温度との偏差を求めてこれを主偏差とする。そして、液体の温度を変えて主偏差を変えながら各主偏差と基板の処理量とを対応付けたデータを対応データとして予め収集しておく。なお、純水に関連した液体とは、例えば、純水そのものや、純水と薬液とを混合してなる処理液のことである。
【００１７】
次に、実際の基板処理時においては、純水供給路から混合部に純水を供給し、薬液供給路から所定の濃度となるように薬液流量調節手段によって流量を調節しながら薬液を混合部に供給する。そして、主温度測定手段で測定された主温度に応じた主偏差を求め、この主偏差と対応データと、予め求めてある基板の処理量と薬液流量との関係式とに基づき制御手段が薬液流量調節手段の薬液流量目標値を補正薬液流量値に補正する。これにより薬液流量目標値が主偏差に応じて補正される。
【００１８】
また、請求項２に記載の発明によれば、薬液の温度が変動すると、薬液供給路に配備された薬液流量検出手段の検出精度が変動する。そこで、予め設定されている処理時における薬液の標準温度と、副温度測定手段で測定された副温度との偏差である副偏差と、薬液流量検出手段の検出流量値との対応データを基板処理に先立って予め求めておく。
【００１９】
実際の基板の処理時には、副温度測定手段により測定された副温度に応じた副偏差を求め、この副偏差と対応データとに基づき、制御手段が薬液流量検出手段による検出流量値を補正流量値に補正する。そして、薬液流量調節手段の補正薬液流量目標値に補正流量値が一致するように薬液流量調節手段を調節する。
【００２０】
また、請求項３に記載の発明によれば、主温度測定手段を混合部の下流側に設けて処理液の温度を測定することにより、純水の温度に関連した液体の温度を測定できる。
【００２１】
また、請求項４に記載の発明によれば、混合部をミキシングバルブとした構成であってもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
図１は本発明に係る基板処理装置の概略構成図である。
【００２３】
この基板処理装置は、純水と薬液などを混合して生成される処理液で基板Ｗに対して表面処理を行うものである。薬液としては、例えばフッ酸(HF)が例示され、これにより生成される処理液（希釈ＨＦ液）は基板Ｗ表面に形成されている熱酸化膜(SiO2)をエッチングする処理に使用される。
【００２４】
処理槽１は、処理対象である基板Ｗを複数枚収容する。その底部には処理液が供給され、処理槽１から溢れた処理液は排液として処理される。処理液の供給は、純水供給路３から行われる。この純水供給路３の端部には、純水供給源が接続されている。純水の流量の調節は、純水供給路３に取り付けられた流量調節弁５によって行われる。
【００２５】
純水供給路３のうち流量調節弁５の下流側には、本発明の混合部に相当するミキシングバルブ７が取り付けられている。また、ミキシングバルブ７と処理槽１との間には、温度測定器９が取り付けられている。温度測定器９は、純水供給路３を流れる処理液の温度を測定する。
【００２６】
なお、温度測定器９は、本発明における主温度測定手段に相当する。
【００２７】
ミキシングバルブ７には薬液供給路１１の一端側が接続されており、純水供給路３を流通する純水に対して薬液が注入される。薬液供給路１１の他端側は、薬液貯留タンク１３に接続されている。
【００２８】
この薬液貯留タンク１３は、例えば、窒素ガスにより一定圧力で加圧されている。具体的には、耐薬レギュレータ１５を通して一定圧力の窒素ガスが供給されることにより加圧され、その圧力設定は電空変換器１７から与えられた空気圧（パイロット圧）により行われる。電空変換器１７は、供給された加圧空気を、外部から与えられる指令電圧に応じた空気圧に変換して出力する。したがって、電空変換器１７に与える指令電圧を可変すると、薬液貯留タンク１３に加える圧力を調整することができるが、この構成では一定圧力を加えておけばよいので、電空変換器１７に与える指令電圧は一定である。
【００２９】
薬液供給路１１には、薬液の温度を測定する温度測定器１９と、流量を測定する流量計２１と、流量を調節する流量調節弁２３とが取り付けられている。なお、温度測定器１９は本発明における副温度測定手段に相当し、流量計２１は薬液流量検出手段に相当し、流量調節弁２３は薬液流量調節手段に相当するものである。
【００３０】
制御手段に相当する流量コントローラ２５は、処理液の温度を測定する温度測定器９の検出温度を『主温度』ＴDIW として入力し、薬液の温度を測定する温度測定器１９の検出温度を『副温度』ＴCHEMとして入力する。また、流量計２１が検出した流量を『検出流量値』Ｆとして入力する。
【００３１】
また、流量コントローラ２５は、後述する二種類の『対応データ』と、基板の処理量と薬液流量（薬液濃度）の『関係式』を処理に先立って予め記憶しており、これらと主温度、副温度や検出流量値などの入力値とに基づいて、電空変換器２７への指示電圧ＶI を調節する。これによって、そのパイロット圧を調節して流量調節弁２３による薬液流量を調節する。
【００３２】
図２を参照する。図２は、処理に先立って求めておいた処理液温度とエッチング量の対応データの一例を示した模式図である。
【００３３】
例えば、所定濃度（１：２００）の処理液（希釈ＨＦ液）に、ある熱酸化膜を有する基板Ｗを所定の処理時間（８分間）だけ浸漬し、そのときの処理量（エッチング量）を測定する。このとき処理液の温度は、純水の温度に関連した液体の温度であって処理の基準となる標準温度であり、これを標準主温度Ｔ１DIW （２３℃）とする。そして、温度が変動する予測される範囲内で処理液の温度を標準主温度からずらし、同様に処理を施してそのときの処理量を測定する。その結果、得られたデータをグラフ化したものが対応データである。この対応データは、標準主温度Ｔ１DIW での処理時はエッチング量が１００オングストロームであるが、偏差が『＋１℃』の場合には１０８オングストロームになり、偏差が『−１℃』の場合には９２オングストロームになることを示している。
【００３４】
図３を参照する。この図は、処理に先立って求めておいた薬液温度と検出流量値の対応データの一例を示した模式図である。
【００３５】
例えば、上記のような処理時における薬液の標準温度を標準副温度Ｔ１CHEM（２３℃）とする。そして、温度が変動するであろうと予測される範囲内で薬液の温度を標準副温度からずらし、処理時に設定する薬液の流量（後述する薬液流量目標値Ｇ）と同じだけ一定流量で薬液を実際に流通させた場合における流量計２１の検出流量値を測定する。その結果、得られたデータをグラフ化したものが対応データである。この対応データは、標準副温度Ｔ１CHEMにおいては検出流量値が実際の流量と同じ１００[ml/min]となるが、偏差が『−３℃』の場合には検出流量値が１０３[ml/min]になり、偏差が『＋３℃』の場合には検出流量値が９７[ml/min]になることを示している。これは流量計２１の検出流量値の温度依存性を示しており、薬液の温度が変動した場合には、流量計２１の検出流量値を補正しないと正しく薬液の流量を判断できないことを示している。
【００３６】
次に、図４を参照して処理時における流量コントローラ２５の動作について説明する。
【００３７】
薬液流量目標値Ｇは、処理毎に予め設定されているものであり、処理時における目標濃度に応じて一定である。この薬液流量目標値Ｇは、主補正部２５ａに与えられる。主補正部２５ａは、標準主温度Ｔ１DIW と主温度ＴDIW から求められた偏差εDIW と、上述した対応データ（図２）とに基づき、薬液流量目標値Ｇを補正薬液流量目標値Ｇ’に補正する。
【００３８】
例えば、主偏差εDIW が『＋１℃』であった場合には目標とするエッチング量が目標値である１００オングストロームよりも大なる１０８オングストームとなるので、処理液の濃度を低くするため薬液流量目標値Ｇより低い補正薬液流量目標値Ｇ’に補正することになる。この補正の際には、予め求めてある基板の処理量と薬液流量の関係式も用いる。
【００３９】
このように処理液の温度偏差である主偏差εDIW に応じて補正された補正薬液流量目標値Ｇ’には、次のようにして流量計２１の検出値に対して温度補正が施される。
【００４０】
まず、標準副温度Ｔ１CHEMと、温度測定器１９からの副温度ＴCHEMとから求められた副偏差εCHEMとを副補正部２５ｂに与える。ここでは、流量計２１からの検出流量値Ｆを、副偏差εCHEMと対応データ（図３）とから補正流量値Ｆ’に補正する。これにより流量計２１で検出された流量値が正確に補正されたことになる。
【００４１】
例えば、副偏差εCHEMが『＋３℃』である場合には、実際の流量が１００[ml/min]であっても検出流量値Ｆ＝９７[ml/min]として検出されるので、補正流量値Ｆ’を１００[ml/min]にするのである。
【００４２】
次に、補正薬液流量目標値Ｇ’と、上記のようにして補正された補正流量値Ｆ’との偏差を求め、この流量偏差εF をＰＩＤ演算部２５ｃに与える。このＰＩＤ演算部２５ｃは、流量偏差εF に比例して薬液流量操作量を決定する比例動作（Ｐ動作）と、流量偏差εF の積分に比例して薬液流量操作量を決定する積分動作（Ｉ動作）と、流量偏差εF の微分に比例して薬液流量操作量を決定する微分動作（Ｄ動作）とを含む制御則によって、流量偏差εF を打ち消すような指令電圧ＶI を算出する。
【００４３】
このように温度測定器９で測定された主温度ＴDIW に応じた主偏差εDIW を求め、この主偏差εDIW と対応データとに基づき流量コントローラ２５が薬液流量目標値Ｇを補正するので、薬液流量の目標値Ｇが温度変動に応じて調節される。そのため純水の温度変動に起因する処理の再現性を良好にすることができ、処理を安定して施すことができる。
【００４４】
また、温度計測器１９により測定された副温度ＴCHEMに応じた副偏差εCHEMを求め、この副偏差εCHEMと対応データとに基づき流量コントローラ２５が検出流量値Ｆを補正する。そして、補正薬液流量目標値Ｇ’と補正流量値Ｆ’との流量偏差εF に基づいて薬液の流量を流量調節弁２３によって調節するので、流量計２１の温度補償を行うことができ、さらに処理の再現性を良好にすることができる。
【００４５】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下のように変形実施が可能である。
【００４６】
（１）基板処理装置としては上記のような非循環式でなく、処理液を循環させる循環式であってもよい。
【００４７】
（２）薬液流量検出手段の温度補償は必須ではなく、薬液流量目標値に対する補正だけを行うように構成してもよい。
【００４８】
（３）主温度測定手段は上記のように処理液の温度を測定する他に、直接純水の温度を測定してもよい。
【００４９】
（４）本発明における混合部としては上述したミキシングバルブだけに限定されるものではない。例えば、純水供給路と薬液供給路とから供給された純水と薬液が、処理槽とは別体に設けられた計量槽で混合され、ここで生成された処理液が処理槽に供給される構成における計量槽であってもよい。この場合には、計量槽の処理液あるいは純水供給路の純水の温度を測定すればよい。
【００５０】
（５）上述した説明においては、純水に混合する薬液としてフッ酸（ＨＦ）を例に採って説明したが、これ以外に基板処理用の処理液に利用される各種薬液を用いてもよい。
【００５１】
（６）混合部で純水に一種類の薬液だけを混合するのではなく、複数種の薬液を混合してなる処理液を用いてもよい。この場合には、各薬液について流量を補正すればよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１に記載の発明によれば、主温度測定手段で測定された主温度に応じた主偏差を求め、この主偏差と対応データと、予め求めてある基板の処理量と薬液流量との関係式とに基づき制御手段が目標値を補正するので、薬液流量の目標値が温度変動に応じて調節される。したがって、純水の温度変動に起因する悪影響を抑制して、処理時間を一定に維持したまま処理の再現性を良好にすることができる。
【００５３】
また、請求項２に記載の発明によれば、副温度測定手段により測定された副温度に応じた副偏差を求め、この副偏差と対応データとに基づき制御手段が検出流量値を補正する。そして、補正薬液流量目標値と補正流量値との流量偏差に基づいて薬液の流量を薬液流量調節手段によって調節するので、薬液流量検出手段の温度補償ができ、さらに処理の再現性を良好にすることができる。
【００５４】
また、請求項３に記載の発明によれば、主温度測定手段を混合部の下流側に設けて処理液の温度を測定しても純水の温度に関連した液体の温度を測定することができる。
【００５５】
また、請求項４に記載の発明によれば、混合部をミキシングバルブとした構成であっても同様の効果を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る基板処理装置の概略構成図である。
【図２】処理液温度とエッチング量の対応データの一例を示した模式図である。
【図３】薬液温度と検出流量値の対応データの一例を示した模式図である。
【図４】流量制御の流れを示したフローである。
【符号の説明】
Ｗ  …  基板
１  …  処理槽
３  …  純水供給路
５  …  流量調節弁
７  …  ミキシングバルブ
９，１９  …  温度測定器
１１  …  薬液供給路
２１  …  流量計
２３  …  流量調節弁
２５  …  流量コントローラ
２７  …  電空変換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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