(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薬液の濃度を測定する濃度測定手段と、
濃度フィードバック制御系のむだ時間経過後の濃度のドリフト量を観測するドリフト観測手段と、
薬液の補充量を演算する補充量演算手段と、
前記補充量演算手段で得られた各薬液の補充量の総和を、前もって設定した基準補充量となるように各薬液の補充量を処理する定量補充処理手段と、
前記定量補充処理手段で処理された補充量を補充したときに到達する濃度を予測する濃度予測手段と、
前記定量補充処理手段で処理された補充量で薬液の補充を制御する補充制御手段とを備え、
前記補充量演算手段は、前記濃度予測手段で算出した濃度予測データと、ドリフト観測手段で算出したドリフト量により補正濃度データを算出し、この算出した補正濃度データにより各薬液の補充量を演算処理すること
を特徴とする半導体処理装置の薬液濃度制御装置。
【請求項２】
前記定量補充処理手段は、各薬液の補充量を薬液の補充優先順位に基づいて処理することを特徴とする請求項１記載の半導体処理装置の薬液濃度制御装置。
【請求項３】
前記補充制御手段は、薬液の液面の位置が所定の位置より低下した場合に薬液の補充を行うことを特徴とする請求項１記載の半導体処理装置の薬液濃度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体処理装置において、処理用の薬液の濃度を一定に保つと共に、半導体の処理に必要な薬液の液面高さを維持する半導体処理装置の薬液濃度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ウエットステーション等の半導体処理装置は、処理槽からウェーハを搬出する場合や薬液の蒸発等により薬液の濃度が変化したり、液量が減少したりする。このため、定期的に薬液を補充して薬液の濃度、液量を維持する必要がある。
【０００３】
図５は、従来の半導体処理装置の薬液の濃度制御を行う装置のブロック図を示す図である。図５に示すように、薬液の濃度や液面高さを維持するために、薬液の濃度を濃度計７で測定する。補充制御装置４０は、濃度計７の濃度データが基準濃度範囲内であるかをチェックして、基準濃度範囲内時と基準濃度範囲外時の各々の補充設定値を選択して、補充部２８の補充ポンプ（図示せず）に信号を出力して、薬液の補充を行う。図５に示す半導体処理装置の薬液の濃度制御を行う装置は、濃度計７で測定した濃度データを基準濃度範囲と比較して、薬液の濃度が基準濃度範囲になるように制御する濃度フィードバック制御系を形成している。
【０００４】
薬液の補充制御は、図６に示すように、補充制御装置４０に内蔵された一定の周期を発生する補充間隔タイマと、補充間隔タイマに同期して起動される各薬液の補充タイマにより、定められた量の薬液が補充される。なお、図６は、３種類（Ａ薬液、Ｂ薬液、Ｃ薬液）の薬液の補充制御のタイミングチャートを示す図である。
【０００５】
図６に示すように、補充制御装置４０の補充間隔タイマからの信号により、Ａ薬液補充タイマ、Ｂ薬液補充タイマ、Ｃ薬液補充タイマが起動される。Ａ薬液補充タイマのタイマ時間はＴ１、Ｂ薬液補充タイマのタイマ時間はＴ２、Ｃ薬液補充タイマのタイマ時間はＴ３であり、各薬液毎に備えられた補充ポンプを時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の間作動させて一定量の薬液を補充する。この薬液補充タイマの時間を濃度に応じて、例えば、Ａ薬液濃度が基準濃度範囲より高く、Ｂ薬液濃度が基準濃度範囲より低い時は、Ａ薬液は補充小の設定値、Ｂ薬液は補充大の設定値を選択して補充する。このように、従来の半導体処理装置は、薬液の濃度を維持するために、予め設定された一定量の薬液を補充するようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の補充制御装置４０による濃度計の濃度データと目標値としての基準濃度範囲との比較による薬液の補充制御では、薬液が混合する時間や濃度計の測定時間の影響により、図７に示すように、ｔ＝０で薬液を補充した後に、ｔ＝ｍ２で濃度データ（Ｐ）が確定するため、濃度フィードバック制御系でのむだ時間ｍ２（図８に図示）が生ずる。
【０００７】
このため、図８に示すように、薬液の濃度を基準濃度範囲内になるように制御しようとした場合に、むだ時間ｍ２の影響により、基準濃度範囲の上限値を超過したり、基準濃度範囲の下限値を下まわったりすることがあるため、濃度がばらついてしまうことがある。同様に、ＰＩＤ（比例・積分・微分）制御を行った場合でも、むだ時間ｍ２の影響により濃度を高精度に制御することができないおそれがある。薬液の濃度が変動することにより、洗浄、エッチング等の処理が安定しないため、半導体の歩留まりの低下を招くことがある。このため、半導体処理装置の薬液の濃度を一定に維持することが求められている。
【０００８】
そこで、本発明は、従来の半導体処理装置の薬液濃度の補充制御装置が有する課題に鑑みてなされたものであり、補充する液量を前もって基準補充量として設定しておき、基準補充量に対する各薬液の補充量を演算して、演算した各薬液の補充量に基づいて薬液を補充することにより、処理用の薬液の濃度を一定に保つと共に、処理に必要な液面高さを維持することが可能な半導体処理装置の薬液濃度制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による半導体処理装置の薬液濃度制御装置は、薬液の濃度を測定する濃度測定手段と、濃度フィードバック制御系のむだ時間経過後の濃度のドリフト量を観測するドリフト観測手段と、薬液の補充量を演算する補充量演算手段と、前記補充量演算手段で得られた各薬液の補充量の総和を、前もって設定した基準補充量となるように各薬液の補充量を処理する定量補充処理手段と、前記定量補充処理手段で処理された補充量を補充したときに到達する濃度を予測する濃度予測手段と、前記定量補充処理手段で処理された補充量で薬液の補充を制御する補充制御手段とを備え、前記補充量演算手段は、前記濃度予測手段で算出した濃度予測データと、ドリフト観測手段で算出したドリフト量により補正濃度データを算出し、この算出した補正濃度データにより各薬液の補充量を演算処理するものである。
【００１１】
また、本発明による半導体処理装置の薬液濃度制御装置の前記定量補充処理手段は、各薬液の補充量を薬液の補充優先順位に基づいて処理するものである。
【００１２】
また、本発明による半導体処理装置の薬液濃度制御装置の前記補充制御手段は、薬液の液面の位置が所定の位置より低下した場合に薬液の補充を行うものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明による半導体処理装置の薬液濃度制御装置について説明する。図１は、薬液濃度制御装置を備えた半導体処理装置の構成を示すブロック図、図２は、本発明による半導体処理装置の薬液濃度制御装置の制御部の構成を示すブロック図、図３は、半導体処理装置の薬液濃度制御装置の濃度制御のフローチャートを示す図、図４は、液面計を使用した半導体処理装置の薬液濃度制御装置の構成を示すブロック図である。
【００１４】
図１に示すように、半導体処理装置は、基板等のウエハーを薬液に浸漬して洗浄等の処理を行う処理槽２と、処理槽２からオーバーフローした薬液を貯留するオーバーフロー槽３と、オーバーフロー槽３より薬液を循環させて処理槽２に送る薬液循環経路４と、補充部２８としての補充用の薬液を貯える薬液タンク９及びオーバーフロー槽３に薬液を補充する補充ポンプ１０と、濃度の管理、制御を行う制御部１５を有する。
【００１５】
薬液を循環させる薬液循環経路４には、薬液をフィルタリングするフィルター５と、薬液を循環させる循環用ポンプ６と、薬液の濃度を測定する濃度測定手段としての濃度計７とが配設されている。なお、濃度測定手段としての濃度計７は、複数の薬液を混合して用いる場合には、薬液毎の濃度データを出力するように構成されている。
【００１６】
本発明による半導体処理装置の薬液濃度制御装置は、薬液の濃度を測定する濃度測定手段としての濃度計７と、濃度の管理、制御を行う制御部１５とを備えている。半導体処理装置の薬液濃度制御装置は、補充する液量を前もって基準補充量として設定しておき、基準補充量に対する各薬液の混合比を変えることにより制御を行うものである。なお、基準補充量は、液面高さを維持するために必要な量に設定されている。
【００１７】
薬液の濃度を測定する濃度測定手段としての濃度計７は、図１に示すように、循環用ポンプ６の２次側から分岐された配管経路に接続されている。濃度計７は、制御部１５に測定した各薬液の濃度データを出力するように構成されている。
【００１８】
薬液濃度制御装置の制御部１５は、濃度計７の濃度データより薬液の必要な補充量を演算して、演算した補充量を補充部２８の補充ポンプ１０に出力するように構成されている。補充部２８の補充ポンプ１０は、制御部１５から出力された補充量を所定のタイミングで処理槽２に補充するようになっている。また、制御部１５は、ウエハー処理工程を管理する上位制御部３５（図２に示す）である上位コンピュータと接続されており、上位コンピュータからの指令により薬液の補充の制御処理を行うようになっている。図１に示す薬液濃度制御装置を備えた半導体処理装置は、濃度測定手段としての濃度計７で測定した濃度データより薬液の必要な補充量を演算して、演算した補充量を補充ポンプ１０により補充して所定の濃度になるように制御する濃度フィードバック制御系を形成している。
【００１９】
次に、薬液濃度制御装置の制御部１５について、図２に示すブロック図を用いて説明する。
【００２０】
図２に示すように、薬液濃度制御装置の制御部１５は、薬液の濃度を測定する濃度測定手段としての濃度計７からの濃度データをサンプリング処理する入力部２０と、濃度予測手段としての濃度予測部２４で算出した濃度予測データと、ドリフト観測手段としてのドリフト観測部２６で算出したドリフト量により補正濃度データを算出し、この算出した補正濃度データにより各薬液の補充量を演算処理する補充量演算手段としての補充量演算部２１と、制御部１５が動作禁止から動作許可になった時すなわち薬液補充動作の影響がない区間を利用して濃度フィードバック制御系のむだ時間経過後の濃度計７の濃度データのドリフト量（変化量）を測定するドリフト観測手段としてのドリフト観測部２６と、補充量演算部２１で得られた各薬液の補充量の総和を基準補充量となるように処理する定量補充処理手段としての定量補充処理部２７と、一定周期で薬液の補充の間隔を計時する補充間隔タイマ２２と、補充間隔タイマ２２の一定周期の信号毎に定量補充処理部２７で演算された補充量で補充部２８を制御する補充制御手段としての補充制御部２３と、定量補充処理部２７で演算された補充量を補充したときに到達する濃度を予測する濃度予測手段としての濃度予測部２４と、上位制御部３５の上位コンピュータからの動作許可・禁止の制御信号の受付、キーボード、タッチパネル等の入力装置からのパラメータの設定、上位制御部３５へのモニタリングのための濃度データの出力等を行う設定入出力部２５とから構成されている。
【００２１】
濃度計７からの濃度データをサンプリング処理する入力部２０は、濃度計７からの濃度データを一定の周期でサンプリングを行って、ノイズ除去のための移動平均処理または単純平均処理等を行い、移動平均処理または単純平均処理を行ったデータを濃度データとするようにしている。
【００２２】
ドリフト観測手段としてのドリフト観測部２６は、上位制御部３５からの制御信号により制御部１５が動作禁止から動作許可になった時に、濃度の変化量を測定するものである。すなわち、薬液は、加熱して使用される場合があり、蒸発により一定の勾配で薬液の濃度の減少が発生する。また、薬液の減少の割合は薬液により異なるため、蒸発しやすい薬液と蒸発しにくい薬液が混合されている場合に、前者の薬液の濃度は減少し、後者の薬液の濃度は増加する。この変化量は、薬液の補充動作による影響がないタイミング、すなわち、制御部１５の動作が禁止状態から動作許可状態になった時にドリフト観測部２６で観測される。ドリフト観測部２６で観測した観測データは、制御周期間のドリフト量に換算されて、補充量演算部２１に於ける濃度データのオフセットデータとして使用される。これにより、薬液の温度による濃度変化の影響を抑えることができる。
【００２３】
ドリフト観測部２６は、制御部１５が動作禁止状態から動作許可になったときの入力部２０からの濃度データ（ＰＶＤｎ（０））を読み込んで記憶しておき、次に、予め設定されている濃度フィードバック制御系のむだ時間ｍ２が経過した後、入力部２０からの濃度データ（ＰＶＤｎ（ｍ））を読み込むようになっている。このようにドリフト観測部２６は、観測開始タイミング及び観測区間は補充動作の影響を受けないので正確にドリフト量を観測することが可能となる。但し、ｎは薬液の種類を表したものである。
【００２４】
むだ時間経過後の濃度のドリフト量（ＰＶＤｎ）は、制御周期をＴcntとすると、
ＰＶＤｎ＝（ＰＶＤｎ（ｍ）−ＰＶＤｎ（０））×（Ｔcnt／ｍ２）・・・（１）
により算出される。薬液毎に算出されたドリフト量（ＰＶＤｎ）は、ドリフト観測部２６から補充量演算部２１に出力される。
【００２５】
補充量演算手段としての補充量演算部２１は、基準補充量、各薬液の目標濃度、各薬液の濃度データ、薬液の原液濃度、薬液の混合容積比、薬液の比重等のデータより、各薬液の補充量を算出する。
【００２６】
基準補充量、各薬液の目標濃度、薬液の原液濃度、薬液の混合容積比、薬液の比重等の各データは、上位制御部３５から設定入出力部２５に出力されて、設定入出力部２５からパラメータとして補充量演算部２１に入力される。また、各薬液の濃度は、入力部２０からの濃度計７の濃度データ、ドリフト観測部２６のドリフト量及び濃度予測部２４の濃度予測データにより補正したものである。
【００２７】
すなわち、各薬液の補正された濃度（ＰＶｎ）（以後、補正濃度と称する）は、
ＰＶｎ＝ＰＶｎ’＋ＦＶｎ−ＳＶｎ＋ＰＶＤｎ＋IntＤＰＶ    ・・・  （２）
より算出される。但し、ＰＶｎは補正濃度を、ＰＶｎ’は入力部２０でサンプリングした濃度計７の濃度データを、ＦＶｎは濃度予測部２４の濃度予測データを、ＳＶｎは目標濃度を、ＰＶＤｎはドリフト観測部２６で観測したドリフト量を、ＩｎｔＤＰＶは、（ＰＶｎ’−ＳＶｎ）の積分値であり目標濃度に対する濃度計７の濃度データとの偏差の積分をそれぞれ示す。
【００２８】
補充量演算部２１は、補正濃度（ＰＶｎ）に基づいて、基準補充量、目標濃度、各薬液の比重、処理槽２内の総液量より各薬液の補充量を演算する。補充量演算部２１で算出された各薬液の補充量のデータは定量補充処理手段としての定量補充処理部２７に送られて、定量補充処理部２７は、処理に使用する各薬液の濃度を維持するように、予め、設定入出力部２５により設定されている基準補充量に対する各薬液の比率を演算して、各薬液の補充量の総和が基準補充量と等しくなるように処理するものである。
【００２９】
例えば、補充量演算部２１で薬液Ａ、Ｂ、Ｃの演算結果として基準補充量の５０％、４０％、３０％が得られた場合に、定量補充処理部２７は、設定入出力部２５により設定されている薬液の補充優先順位に基づいて各薬液の補充量を処理する。例えば、薬液の補充優先順位を薬液Ａ，Ｂ，Ｃとすると、薬液Ａを５０％、薬液Ｂを４０％、薬液Ｃを残りである１０％として各薬液の補充量の総和が基準補充量と等しくなるように処理する。
【００３０】
定量補充処理部２７の各薬液の補充量のデータは、補充制御部１５及び濃度予測部２４に送られる。補充制御部１５は、補充間隔タイマ２２からの信号により、タイマを起動して所定の量の薬液を補充するように補充部２８を制御する。なお、補充部２８は、タイマ制御でなく、積算流量計を使用したり、補充ポンプ１０のショット数を計数するようにして、補充量の制御を行うようにしてもよい。
【００３１】
濃度予測手段としての濃度予測部２４は、定量補充処理部２７の各薬液の補充量のデータより補充量を補充したときに到達する濃度を予測するものであり、濃度計７のむだ時間を補正するものである。濃度予測部２４で演算された濃度予測データは、むだ時間経過後の補充量を演算する時の補正データとして使用される。すなわち、濃度予測データ（ＦＶｎ）が目標濃度（ＳＶｎ）より大きい場合は、式（２）より補正濃度（ＰＶｎ）の値が増加して、処理槽２内の薬液の濃度が減少するように補正し、濃度予測データが目標濃度（ＳＶｎ）より小さい場合には、補正濃度（ＰＶｎ）の値を小さくして、処理槽２内の薬液の濃度が増加するように補正する。これにより、濃度フィードバック制御系のむだ時間による薬液濃度の制御の行き過ぎを抑えることができる。
【００３２】
以下に、半導体処理装置の薬液濃度制御装置の濃度制御の動作を図３に示すフローチャートを使用して説明する。
【００３３】
図３に示すように、最初に、上位制御部３５からの基準補充量、各薬液の目標濃度、薬液の原液濃度、薬液の混合容積比、薬液の比重等の各データを設定入出力部２５に設定する（ステップＳ１）。
【００３４】
次に、入力部２０は、濃度計７の濃度データをサンプリングする（ステップＳ２）。サンプリングした濃度計７の濃度データを設定入出力部２５より上位制御部３５へ出力する（ステップＳ３）。
【００３５】
制御部１５は、上位制御部３５からの動作許可の信号が出力されているかをチェックする（ステップＳ４）。動作許可の信号が出力されていない場合には、ステップＳ２からの動作を繰り返す。動作許可の信号が出力されている場合には、動作禁止から動作許可の状態であるかをチェックする（ステップＳ５）。動作禁止から動作許可の状態でない場合は、ステップＳ９に移行する。動作禁止から動作許可の状態の場合は、ドリフト観測部２６は、入力部２０からの濃度データ（ＰＶＤｎ（０））を読み込み、読み込んだ濃度データを記憶する（ステップＳ６）。予め設定されている濃度フィードバック制御系のむだ時間ｍ２が経過したかをチェックする（ステップＳ７）。むだ時間ｍ２が経過していない場合は、ステップＳ９に移行する。むだ時間ｍ２が経過した場合は、入力部２０からの濃度データ（ＰＶＤｎ（ｍ））を読み込み、式（１）よりドリフト量（ＰＶＤｎ）を算出して、補充量演算部２１に出力する（ステップＳ８）。
【００３６】
次に、補充量演算部２１は、ステップＳ１２による濃度予測部２４で算出した濃度予測データと、ドリフト観測部２６で算出したドリフト量により、式（２）から補正濃度データを算出する（ステップＳ９）。算出した補正濃度データより補充量演算部２１は各薬液の補充量を演算する（ステップＳ１０）。定量補充処理部２７は補充量演算部２１で得られた各薬液の補充量の総和を基準補充量となるように処理する（ステップＳ１１）。
【００３７】
濃度予測部２４は、定量補充処理部２７で処理された各薬液の補充量のデータより、薬液を補充したときに到達する濃度予測データを演算して、補充量演算部２１に濃度予測データを出力する（ステップＳ１２）。補充制御部２３は補充間隔タイマ２２が補充タイミングであるかをチェックして（ステップＳ１３）、補充タイミングでない場合は、ステップＳ２に移行して、ステップＳ２からの動作処理を繰り返す。補充タイミングである場合は、補充制御部２３は、定量補充処理部２７で処理された各薬液の補充量から補充部２８を制御して、所定の量の薬液を処理槽２に補充する（ステップＳ１４）。
【００３８】
このように、各薬液の濃度に応じて、基準補充量が各薬液に配分されるようにする。処理槽２に基準補充量を補充することにより、処理槽の濃度を一定に保ち、また、処理槽の液量を一定にすることができる。これにより、処理に必要な液面高さを維持することができる。また、補充間隔タイマ２２による補充制御に代えて、液面センサ３０を用いて、処理槽２の薬液の液面が所定の液面位置の範囲外になったときに補充するようにしてもよい。
【００３９】
図４は、液面計を使用して処理に必要な液量を検出する半導体処理装置の構成をブロック図で示す図である。図４に示すように、液面センサ３０は、オーバーフロー槽３の上部取り付けられており、液面センサ３０の検出チューブ３０ａが処理槽２内に位置するようになっている。液面センサ３０は、検出チューブ３０ａ内の検出ノズルに発生する水頭圧を検出して、処理槽２内の複数の液面の位置を検出するように構成されている。液面センサ３０は、図４に示すように、液面の検出位置を上限位置、定量位置、補充要求位置、下限位置の４個所に指定して、液面センサ３０が上限位置及び定量位置で“ＯＦＦ”、補充要求位置で“ＯＦＦ”した場合には、補充部２８より薬液を補充するようにする。なお、オーバーフロー槽３で液面を監視するのは、薬液は常に循環して処理槽２からオーバーフローさせているので処理槽２の液面は一定であるが、オーバーフロー槽３の液面が液量により上下するためである。
【００４０】
液面センサ３０により処理に必要な液量を検出して、液面センサ３０からの信号により薬液を補充することにより、処理に必要な液量を一定範囲内に制御することができる。
【００４１】
本発明による導体処理装置の薬液濃度制御装置は、薬液が３液混合の場合や２液混合の場合にも適用でき、また、水も含めて薬液として扱うことができる。
【００４２】
以上述べたように、本発明の半導体処理装置の薬液濃度制御装置は、濃度計のむだ時間を考慮して補充量を演算しているため、薬液の濃度を一定に保つことが可能となる。また、液面センサを併用することにより、処理に必要な液量を維持することが可能となる。
【００４３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の半導体処理装置の薬液濃度制御装置によれば、処理用の薬液の濃度を一定に保つと共に、処理に必要な液量を維持することが可能となるため、半導体処理装置での洗浄等の処理を安定して行うことができ、また、均一な処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】薬液濃度制御装置を備えた半導体処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明による半導体処理装置の薬液濃度制御装置の制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】半導体処理装置の薬液濃度制御装置の濃度制御のフローチャートを示す図である。
【図４】液面計を使用した半導体処理装置の薬液濃度制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】従来の半導体処理装置の薬液の濃度制御を行う装置のブロック図を示す。
【図６】補充間隔タイマと、これに同期して起動される補充タイマにより、薬液を補充するタイミングを示す図である。
【図７】濃度の制御に於ける濃度データの変化を示す図である。
【図８】濃度計の濃度データの変化を示す図である。
【符号の説明】
２        処理槽
３        オーバーフロー槽
４        薬液循環経路
５        フィルター
６        循環用ポンプ
７        濃度計
９        薬液タンク
１０      補充ポンプ
１５      制御部
２０      入力部
２１      補充量演算部
２２      補充間隔タイマ
２３      補充制御部
２４      濃度予測部
２５      設定入出力部
２６      ドリフト観測部
２７      定量補充処理部
２８      補充部
３０      液面センサ
３０ａ    検出チューブ
３５      上位制御部
４０      補充制御装置
【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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【図７】
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【図８】
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