(57)【要約】【課題】洗浄薬液の混合比を正確に求め、必要量の薬液補充を行うことにより薬液濃度を制御して、被エッチング膜に対するエッチング量を容易に制御する。【解決手段】薬液交換時において、薬液槽１に供給される薬液２１，２２，２３の供給流量を、それぞれの薬液流量計３１，３２，３３により測定する。測定された流量にて演算部７において供給時間が計算され、供給流量と供給時間の積分値から各薬液の総投入量を算出する。各薬液の総投入量から混合比を求めて薬液濃度を算出する。このとき算出された濃度が設定濃度と異なる場合、所望する薬液濃度となるように各薬液の補充量を演算部７で算出し、補充量を供給時間を可変させることにより調整する。演算部７で算出された供給時間にわたり、補充する薬液のみミキシングバルブ４を開いて薬液槽１に薬液を供給し、薬液濃度を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薬液を使用して半導体基板のウェットエッチング処理を行う薬液処理槽と、
前記薬液処理槽内の前記薬液を循環させるための循環ポンプと、
薬液を薬液処理槽に供給する供給流量を測定するための流量計と、
前記供給流量と供給時間から供給量を算出するための供給量演算部を備え、
前記薬液の前記投入量から前記薬液処理槽内における混合比を算出して薬液濃度を算出することを特徴とする浸漬式洗浄装置。
【請求項２】
算出された前記薬液濃度が設定濃度と異なる場合には、前記設定濃度となるよう各々の薬液の補充量を算出し、供給時間を可変することにより所望の補充量となるように薬液の供給を行うことを特徴とする請求項１に記載の浸漬式洗浄装置。
【請求項３】
前記薬液処理槽は、薬液処理槽内の薬液温度を測定するための温度計と、
循環する前記薬液の温度を制御するためのヒーターとを備え、
循環時間と薬液温度から薬液揮発量を算出するための揮発量演算部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の浸漬式洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浸漬式洗浄装置において循環使用される薬液の濃度を制御することにより、半導体基板の薬液処理によるエッチング量を所望のエッチング量に制御することのできる浸漬式洗浄装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年における半導体装置の微細化の進展に伴い半導体基板のエッチングマージンが減少しており、洗浄工程においてもできるだけ基板のエッチング量を減少させるように処理されている。エッチング量は薬液濃度により制御することが可能であり、最近では洗浄薬液の低濃度化が進み、エッチング量を減少させている。このとき処理薬液の濃度は正確に制御されなければならず、濃度が変動することによりエッチング量のばらつきが大きくなり、半導体装置の製品歩留まりを低下させる。
【０００３】
また、半導体装置の製造において金属膜は重要な役割を担っており、低抵抗であることから配線材料だけではなく、ゲート膜にも使用されるようになっている。通常、金属膜のウェットエッチング処理においては、金属溶解能力の高い酸系の薬液を用いてエッチング処理を行うが、金属によっては酸系の薬液だけでは充分なエッチング能力がないため、酸化力の高い薬液を混合させて、金属膜の酸化とエッチングを繰り返してエッチングを行っている。この場合も、エッチング処理に使用される薬液および酸化剤の濃度は正確に制御されなければならず、濃度のばらつきが大きい場合は所望のエッチング量に制御できず、意図しない金属膜のエッチングを行ってしまい、この場合も半導体装置の製品歩留まりを低下させてしまう。
【０００４】
そこで特許文献１では薬液の濃度制御する方法として、ワンバス式の洗浄装置において処理槽内に設置した濃度計で処理薬液の濃度を測定し、設定濃度と異なる場合には供給流量を可変させて薬液補充を行う洗浄方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−２８９５６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、現状の薬液濃度計において、低濃度の薬液は測定濃度ばらつきよりも薬液濃度が低くなるため、正確な濃度測定が困難であるばかりでなく、所望とする設定濃度に制御することができない。また、金属膜のエッチングに使用される薬液は、それぞれの膜種に対応した洗浄薬液を用いて洗浄しているが、この場合においても各薬液に対応する濃度計を用いなければならず、さらに従来から使用されている導電率を利用した濃度計においては測定ばらつきが大きく濃度を正確に測定できないという問題点がある。
【０００６】
そこで本発明では、従来の濃度計による濃度制御を行わず、各薬液の供給流量や非処理時の薬液揮発量、および処理ウェーハによる消費量から薬液成分の変化量を算出することにより、洗浄薬液の混合比を正確に求め、必要量の薬液補充を行うことにより薬液濃度を制御して、被エッチング膜に対するエッチング量を容易に制御することのできる、浸漬式洗浄装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明に係る浸漬式洗浄装置は、薬液を使用して半導体基板のウェットエッチング処理を行う薬液処理槽と、薬液処理槽内の薬液を循環させるための循環ポンプと、薬液を薬液処理槽に供給する供給流量を測定するための流量計と、供給流量と供給時間から供給量を算出するための供給量演算部を備え、薬液の投入量から薬液処理槽内における混合比を算出して薬液濃度を算出することを特徴とするものである。
【０００８】
また、算出された薬液濃度が設定濃度と異なる場合には、設定濃度となるよう各々の薬液の補充量を算出し、供給時間を可変することにより所望の補充量となるように薬液の供給を行うことを特徴とするものである。
【０００９】
また、薬液処理槽は、薬液処理槽内の薬液温度を測定するための温度計と、循環する薬液の温度を制御するためのヒーターとを備え、循環時間と薬液温度から薬液揮発量を算出するための揮発量演算部を備えていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の浸漬式洗浄装置を用いれば、処理槽内の洗浄薬液濃度を設定値に制御することが可能となり、薬液による基板もしくは金属膜のエッチング量を制御することができる。
【００１１】
また、洗浄薬液によらず混合量から濃度を算出することが可能なため、洗浄薬液それぞれに対応した濃度計を必要とせず、本発明によりさまざまな洗浄薬液の濃度制御が可能となるため、被エッチング膜によらず洗浄処理を行うことができる。
【００１２】
また、薬液の濃度を安定させることにより、薬液交換の頻度を減少させることができ、薬液コストを低下させるばかりでなく、薬液交換等の非生産時間を減少させることが可能となるため、生産性を向上させることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態に係る浸漬式洗浄装置について、図面を参照して説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の浸漬式洗浄装置の概略図である。薬液交換時において、薬液槽１に供給される薬液２１，２２，２３は、それぞれの薬液流量計３１，３２，３３により供給流量が測定される。このとき供給される薬液の種類や数は問わない。測定された流量は演算部７において供給時間が計算され、供給流量と供給時間の積分値から各薬液の総投入量が算出される。各薬液の総投入量から混合比が求められ薬液濃度が算出される。
【００１５】
このとき算出された濃度が設定濃度と異なる場合、所望する薬液濃度となるように各薬液の補充量が演算部７で算出され、補充量は供給時間を可変させることにより調整する。演算部７で算出された供給時間にわたり補充する薬液のみミキシングバルブ４が開き薬液槽１に薬液が供給され、薬液濃度が調整される。
【００１６】
また、薬液を循環ポンプ８により循環させているときの薬液濃度の制御方法について図２〜図４に従って説明する。
【００１７】
図２に示すように、半導体基板の処理時、非処理時に拠らず薬液が揮発により濃度変化する場合においては、経過時間にわたって薬液濃度が低下し、半導体基板６を洗浄する状況によって薬液濃度は異なる。薬液の揮発量は薬液温度に大きく依存することから、薬液槽１に設置された処理槽温度計５によって常時測定される薬液温度と、その温度で使用される場合の単位時間当たりの薬液揮発量および薬液交換後から薬液槽１内で循環された時間から、演算部７において各薬液の揮発量が算出される。さらに各薬液の揮発量から薬液交換時の投入量との差分が算出され、混合比から薬液濃度が求められる。
【００１８】
このとき薬液濃度が設定濃度から大きく異なる場合は、揮発量から演算部７で薬液補充量を算出し、補充する薬液のみのミキシングバルブ４が開き薬液槽１内に供給される。この時の補充量は薬液の供給流量から演算部７において供給時間が決定される。決定された供給時間においてミキシングバルブ４が開き所望の補充量で薬液補充が行われる。
【００１９】
このときの薬液補充はできるだけ半導体基板６が薬液槽１に投入され洗浄処理される直前において行われることが望ましく、処理直前までの揮発量が演算部７で算出され薬液補充が行われることにより半導体基板６処理時の薬液濃度を設定濃度と同一にすることができるため、薬液によるエッチング量を制御することができる。
【００２０】
以降において同一薬液で揮発による濃度変化に対して薬液補充を行う場合は、前回補充時からの経過時間と処理槽温度から揮発量が演算部７において算出され、必要な補充量が決定される。このように薬液の濃度を一定にすることが可能となるため、薬液交換の頻度を減少させることができる。
【００２１】
また、図３に示すように薬液が半導体基板６により消費されて濃度変化する場合においては、薬液槽１において半導体基板６の洗浄処理が行われた直後もしくは次回の洗浄処理直前において、半導体基板１枚において消費される薬液量と処理された半導体基板の枚数から消費量が演算部７により算出され、消費量と同量の薬液補充が行われる。いずれの場合においても、補充される薬液のみミキシングバルブ４が開き、補充すべき量と供給流量から演算部７において算出された供給時間において薬液の供給が行われる。
【００２２】
さらに、図４に示すように揮発および半導体基板の消費により濃度変化する場合は揮発量と消費量のそれぞれを算出して補充を行ってもよい。この場合においても半導体基板６が処理槽１内に投入される直前に薬液補充が行われることが望ましい。
【００２３】
（実施の形態２）
また、図５に示すように薬液の揮発により濃度変化する場合、薬液種により揮発する温度が異なるため、処理槽温度計５で測定される薬液温度に対して、ヒーター９で温度を制御することにより薬液の揮発量を制御してもよい。薬液槽１内で半導体基板の洗浄が行われていない間にヒーター９により薬液温度を下げることにより薬液の揮発量を抑制することができるため、補充量を減少させることが可能となる。
【００２４】
また、処理薬液に含まれる薬液成分のうち数種類にわたって揮発させたい場合は、処理槽温度を上昇させてもよく、所望の揮発量を得ることができるため薬液の混合量を調整することができる。
【００２５】
（実施の形態３）
また、被エッチングが金属膜である場合、半導体基板６が薬液槽１に投入される直前に過酸化水素水やオゾン水等の酸化剤を供給して、金属を酸化させることにより効果的に金属膜のエッチングを行ってもよい。
【００２６】
このとき図６に示すように半導体基板１枚あたりの消費量と、薬液槽１に投入され洗浄処理される半導体基板６の枚数から演算部７において酸化剤の投入量を決定してもよく、金属膜のエッチングが進行し、薬液中の酸化剤が全て消費された時点で金属膜のエッチングが停止するため、必要以上のエッチングが行われることがなくなり、所望のエッチング量に制御することができる。半導体基板洗浄後は、薬液中に酸化剤が含まれていないため酸化剤の補充は行わない。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明に係る浸漬式洗浄装置は、循環する薬液の濃度を制御することができるため、半導体基板のエッチングを安定して実施することができるものとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の浸漬式洗浄装置の断面図
【図２】本発明の実施形態１に係る経過時間と薬液濃度との関係を示す図
【図３】本発明の実施形態１に係る経過時間と薬液濃度との関係を示す図
【図４】本発明の実施形態１に係る経過時間と薬液濃度との関係を示す図
【図５】本発明の実施形態２に係る経過時間と薬液濃度およびヒーター温度との関係を示す図
【図６】本発明の実施形態３に係る経過時間と薬液濃度との関係を示す図
【符号の説明】
【００２９】
１  薬液槽
２１〜２３  洗浄薬液
３１〜３３  薬液流量計
４  ミキシングバルブ
５  処理槽温度計
６  半導体基板
７  演算部
８  循環ポンプ
９  ヒーター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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