JP4906766B2 - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板処理方法および基板処理装置に関する。

エッチングレートが高い状態で基板処理を行うための方法として、「沸点コントロール方式」が知られている。沸点コントロール方式について、図４を用いて説明する。

図４は、従来における薬液の温度と時間との関係を示すグラフである。処理槽内の薬液は、ヒーターなどによって加熱される。沸点コントロール方式とは、加熱により薬液の温度が純水補充開始温度（ｔ１）まで上昇すると純水投入を開始し、その温度が下降して純水補充停止温度（ｔ２）になったところで純水投入を停止するといったサイクルを繰り返し行って沸点を制御する方法である。このとき、純水補充開始温度を薬液の沸点とすることで、薬液の温度を沸点に近づけると同時に薬液の濃度を一定範囲内にすることができる。これにより、薬液の温度が沸点付近に維持されてエッチングレートが高い状態がえられる。

しかしながら、薬液を加熱するヒーターなどが劣化すると、薬液の温度が上昇しにくくなり、薬液の温度が沸点付近に維持されない場合があった。図４において、Ｔ２５以降は、ヒーターが劣化した場合の薬液の温度変化を示している。図４に示すように、Ｔ２１からＴ２２まで（正常時）の時間に対して、劣化時のＴ２３からＴ２４まで（劣化時）の時間が長くなる。これにより、一定時間におけるサイクル数が不足して薬液のエッチングレートが高い状態（正常時）が低減し、十分なエッチング量が得られないままエッチング処理がおこなわれるといった問題があった。

このようなエッチング量の減少を機械的に検出することは困難であった。また、薬液のエッチングレートが高い状態（薬液の温度および濃度）の制御には、ヒーターの発熱量（電圧・電流）等の微小な変動を監視することによる、高精度のインターロック制御を行う必要があり、このような制御は、ヒーターの個体差等が原因で実施できなかった。

また、処理槽の薬液温度が設定範囲外となった場合に、インターロック制御をかける方法もあるが、薬液温度が設定範囲内での温度上昇時間については監視ができないものとなっている。そのため、十分なエッチング量を設定できないプロセスでは、窒化膜残りが発生する可能性が高かった。さらに、このような問題を機械的に検出することが困難であったため、基板処理を継続してしまいエッチング量が不十分な基板が増大するという問題があった。

一方、適切なエッチング処理がされた基板を得るために特許文献１および２には、以下のことが提案されている。

特許文献１には、処理槽内への半導体基板の投入から一定時間後の処理液の温度について、所定温度との温度差を計測し、半導体基板のエッチング量を確保するためのエッチング処理時間を算出することが記載されている。また、エッチング処理時間が長くなりしきい値を超えた場合には異常であると判断し、フィルター目詰まりのアラームを発報している。

また、特許文献２には、基板の薬液処理と薬液処理された基板の洗浄処理を同じ処理槽内で行う装置について、薬液及び純水の積算流量から薬液の濃度に変換し、且つ薬液の温度を計測することで、基板の処理時間を算出することが記載されている。

特開２００６−１１４５９０号公報 特開２００１−２０５１５８号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、処理槽へウエハを投入した直後の温度変化のみに着目しており、設定温度到達後の温度変化の監視は行っていない。また温度のみからエッチング量を算出しているが、実際は燐酸（または純水）濃度がエッチング量を決める要因として重要なものとなっている。ウエハ投入後の温度変化が正常時と差が無い場合でも、燐酸濃度に異常があるとエッチングレートは低下し、ウエハに膜残りが発生してしまうが、特許文献１では濃度異常によるエッチングレートの低下を検出できない問題がある。

また、特許文献２に記載された技術では、濃度と温度からエッチング量を算出するものとなっているが、１つの処理槽でウエハの薬液処理、純水洗浄を行う装置に限定されている。特許文献２ではウエハ処理中に計測することで処理時間算出のみを行っている。窒化膜エッチング処理で使用の燐酸槽は、ウエハ処理と純水洗浄槽は分離されており、且つウエハ処理中のみではなく槽内にウエハが存在しないときの濃度管理が必要となる。またウエハ処理時間の算出のみでは異常な状態を継続することになり、異常を発報する機能を持っていない問題もある。

このようにいずれの特許文献においても、一定の時間における薬液のエッチングレートが高い状態（正常時）が低減し、十分なエッチング量が得られないままエッチング処理がおこなわれるといった問題を解決することはできなかった。

本発明による基板処理方法は、
基板をロット毎に順次処理する基板処理方法において、
処理槽内に貯留された薬液に前記基板を浸漬させる工程と、
薬液を加熱する工程と、
薬液を加熱した状態で、当該薬液の温度がｔ１になると処理槽に純水の供給を開始し、当該薬液の温度がｔ２（ｔ１＞ｔ２）まで降温すると当該純水の供給を停止するサイクルを複数回繰り返す純水供給工程と、
所定時間内の前記サイクル数を算出する工程と、
を含み、
前記サイクル数が予め設定した回数の範囲外である場合に、前記サイクル数が予め設定した回数の範囲外であることを報知しつつ、後続のロットの基板処理の開始を停止することを特徴とする。

本発明による基板処理装置は、
基板を薬液に浸漬してロット毎に順次処理する基板処理装置において、
薬液を貯留する処理槽と、
薬液を加熱する加熱手段と、
前記処理槽内の薬液の温度を測定する温度測定手段と、
前記処理槽内への純水の供給をする純水供給手段と、
前記純水供給手段が、薬液が加熱された状態で、前記温度測定手段によって測定される温度がｔ１になると前記処理槽内への純水の供給を開始し、ｔ２（ｔ１＞ｔ２）まで降温すると前記処理槽への当該純水の供給を停止するサイクルを複数回繰り返すように制御する制御手段と、
所定時間内の前記サイクル数を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された前記サイクル数が予め設定した回数の範囲外である場合に、前記サイクル数が予め設定した回数の範囲外であることを報知する報知手段と、
前記報知手段の報知に基づいて、後続のロットの基板処理の開始を停止する停止手段と、
を有することを特徴とする。

この基板処理においては、ロット毎に、薬液のエッチングレートが高い状態を維持するための純水の供給および停止を繰り返すサイクル数を所定時間内で算出し、そのサイクル数が予め設定した回数の範囲外である場合に、そのことを報知するように構成されている。
かかる構成の基板処理方法および基板処理装置によれば、所定時間内のサイクル数により基板処理のエッチング量の適否を検知するため、エッチング不良のロットを精度よく発見できると同時に、後続のエッチング不良のロットの発生を抑制できる。

本発明によれば、エッチング不良のロットを精度よく発見できると同時に、後続のエッチング不良のロットの発生を抑制できる構造の基板処理方法および基板処理装置が実現される。

以下、図面を参照しつつ、本発明によるウエハ処理方法およびウエハ処理装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明によるウエハ処理装置を模式的に示す断面図である。
図１に示すように、ウエハ処理装置１００は、
燐酸１０を貯留する処理槽１１と、燐酸１０を加熱するヒーター１３（加熱部）と、処理槽１１内の燐酸１０の温度を測定する温度センサ１５（温度測定部）と、処理槽１１内への純水の供給をする純水供給バルブ１６（純水供給部）と、制御部１８と、算出部１９と、報知部２０と、を備える。
さらに、ウエハ処理装置１００は、フィルター１２、ポンプ１４、およびソレノイドバルブ１７を備えている。

ウエハ処理装置１００は、ウエハを燐酸１０に浸漬してロット毎に順次処理する。ウエハ上に形成された窒化膜は、燐酸１０（薬液）によりエッチング処理される。

燐酸１０は、処理槽１１に貯留されている。

ポンプ１４は、処理槽１１から溢れた燐酸１０を吸引して、ヒーター１３へ送液し、ヒーター１３で加熱された燐酸１０を、フィルター１２で濾過して、再び処理槽１１に戻す動作（薬液循環）をする。

ヒーター１３は、ポンプ１４により循環する燐酸１０を加熱する。

温度センサ１５は、処理槽１１内の燐酸１０の温度を測定する。

制御部１８は、ウエハ処理装置１００全体の動作を制御する。各部からの情報などに基づいて信号を発信したり、情報に基づいて判別をおこなうことができる。制御部１８は、例えば、以下のように動作することができる。

制御部１８は、純水供給バルブ１６が、燐酸１０が加熱された状態で、温度センサ１５によって測定される温度がｔ１になると処理槽１１への純水の供給を開始し、ｔ２（ｔ１＞ｔ２）降温すると処理槽１１への純水の供給を停止するサイクルを複数回繰り返すように制御する。

詳細には、制御部１８は、温度センサ１５による測定値がｔ１になると、ソレノイドバルブ１７へ信号を送り、ソレノイドバルブ１７から純水供給バルブ１６へエアを供給して純水供給バルブ１６を操作し、純水供給バルブ１６から処理槽１１に純水が供給する。また、制御部１８は、温度センサ１５による測定値がｔ２になると、ソレノイドバルブ１７へ信号を送り、ソレノイドバルブ１７から純水供給バルブ１６へエアの供給を停止して純水供給バルブ１６を操作し、純水供給バルブ１６から処理槽１１への純水の供給を停止する。

さらに、制御部１８は、温度センサ１５による測定に基づいて、ヒーター１３を用いて燐酸１０を加熱して、処理槽１１内の燐酸１０の温度を制御することもできる。また、報知部２０の報知に基づき、停止部２１に後続のロットの開始を停止させることもできる。これにより、エッチング不良のロットの発生が拡大するのを防止できる。

算出部１９は、所定時間内のサイクル数を算出する。詳細は、後述する。

所定時間とは、算出部１９がサイクル数のカウントをおこなう時間（監視時間）であり、予め設定することができる。また、監視時間の開始時点は、条件に応じて設定することができる。

報知部２０は、算出部１９により算出されたサイクル数が所定範囲外である場合に、サイクル数が所定範囲外であることを報知する。報知としては、警告音の発生、警告の表示などが挙げられる。

次に図１に示したウエハ処理装置１００の動作について、図２および３を用いて説明する。本実施形態では、エッチングレートが高い状態でウエハ処理を行うために「沸点コントロール方式」を用いる。

図２は、本発明における薬液の温度と時間との関係を示すグラフである。図２において、ｔ０は処理槽１１内の燐酸１０の設定温度、ｔ１は純水補充開始温度、ｔ２は純水補充停止温度を示す。処理槽１１内の燐酸１０は、ヒーター１３によって加熱される。
純水は、本実施形態において一定のサイクルがえられるものであればよく、不純物を含んでいてもよい。

沸点コントロール方式とは、加熱により燐酸１０の温度がｔ１まで上昇すると純水投入を開始し、その温度が下降してｔ２になったところで純水投入を停止するといったサイクルを繰り返して沸点を制御する方法である。

このとき、ｔ１を燐酸１０の沸点とすることで、燐酸１０の温度ｔ１からｔ２の範囲内にすると同時に燐酸１０の濃度を一定範囲内にすることができる。すなわち、燐酸１０の温度が沸点付近に維持されると同時に好ましい濃度が維持されるため、エッチングレートが高い状態がえられるようになる。

このような沸点コントロールにおいて、ｔ１からｔ２までの時間（Ｔ１−Ｔ２）は、ほぼ一定なものとなっている。そこでＴ３−Ｔ４までを１サイクルとし、単位時間当たりのサイクル数（繰り返し回数）（回／ｈｒ）を算出することができる。

算出部１９は、純水供給バルブ１６を操作するソレノイドバルブ１７のＯＮ／ＯＦＦを１サイクルとしてカウントし、単位時間当たりのサイクル数（回／ｈｒ）に変換し、サイクル数（回／ｈｒ）から、所定時間内のサイクル数を算出する。すなわち、算出部１９は監視時間内のサイクル数を算出することができる。また、カウントは、シーケンサー、マイコン等を用いることができる。

一方、この監視時間に対して、「不監視時間」を設定することができる。不監視時間は、算出部１９が動作しない時間である。以下、「不監視時間」について説明する。

図２に示すように、処理槽１１へロットが入った直後は、燐酸１０の液温が急激に低下し、再び設定温度（ｔ０）に昇温するまでの時間（Ｔ５−Ｔ６）を要する。このため、Ｔ５（ロットイン）からＴ６までを「不監視時間」として、算出部１９の動作を開始しないようにすることもできる。いいかえると、基板処理を開始して燐酸１０にウエハを浸漬させた時点から最初に燐酸１０の温度が設定温度（ｔ０）まで昇温する時点までの時間を「不監視時間」として設定することができる。
これにより、エッチングレートが低い状態での処理をより精度高く監視することができる。

サイクル数（回／ｈｒ）は、サイクル数「ｎ」、許容範囲「±α」として、予め設定することができる。サイクル数が予め設定された数の範囲内であることより、エッチング量が充分な基板処理が行われ、エッチング不良ウエハの発生を低減することができる。る。また、サイクル数が予め設定された範囲の下限以上であることより、より確実なエッチング量が確保される。なお、好ましいサイクル数の所定範囲は、処理槽１１内のロットの有無で変動するため、処理槽１１内へロットが入っている状態と、ロットが処理槽１１内に無い状態のときでそれぞれのサイクル数「ｎ」のデータを採取し、その平均値及びばらつきより求めることができる。ただし、サイクル数は、加熱部の出力、薬液の種類などによって変動するため、データを採取して、適宜設定することが好ましい。

次に、図３を用いて、算出部１９および制御部１８の動作を説明する。図３は、本発明によるウエハ処理手順を説明するためのフローチャートである。

算出部１９は、動作を開始する（Ｓ１０１）とまず処理槽１１内のロットの有無を検出する（Ｓ１０２）。ロットを検出した場合、不監視時間か監視時間かを判断し（Ｓ１０６）、監視時間であると判断した場合、サイクル数のカウントを行う（Ｓ１０３）。不監視時間であると判断した場合、算出部１９は次のロットを検出して監視時間と判断するまで、サイクル数の算出をしない。

次に、制御部１８は、監視時間内におけるサイクル数が予め設定された回数の範囲（ｎ±α回）であるかを判断する（Ｓ１０４）。予め設定された回数の範囲内であると判断すると、ウエハ処理を終了する（Ｓ１０５）。また、予め設定された回数の範囲外であると判断すると、報知部２０によりアラームを出力させ、予め設定された回数の範囲外であることを報知する（Ｓ１０７）。さらに、アラームを出力させた場合、処理中のロットは警告ロットとし、待機中の後続のロットはそのまま処理槽１１へ移動させず、ウエハ処理を停止する。このように、サイクル数が所定範囲外である場合に、自動的にインターロックをかける。

本実施形態の効果を説明する。
本実施形態のウエハ処理においては、ロット毎に、燐酸１０のエッチングレートが高い状態を維持するための純水の供給および停止サイクルを繰り返し、さらにそのサイクル数を監視時間内で算出し、算出されたサイクル数が予め設定した回数の範囲外である場合に、そのことを報知するように構成されている。
かかる構成のウエハ処理装置１００およびウエハ処理方法によれば、監視時間内のサイクル数によりウエハ処理のエッチング量の適否を検知できるため、エッチング不良のロットを精度よく発見できると同時に、後続のエッチング不良のロットの発生を抑制できる。

さらに、不監視時間を設けることにより、エッチングレートが低い状態で処理されたロットをより精度高く検出することができる。

本発明による基板処理装置および基板処理方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

本発明によるウエハ処理装置を模式的に示す断面図である。 本発明における薬液の温度と時間との関係を示すグラフである。 本発明によるウエハ処理手順を説明するためのフローチャートである。 従来における薬液の温度と時間との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ 燐酸
１１ 処理槽
１２ フィルター
１３ ヒーター
１４ ポンプ
１５ 温度センサ
１６ 純水供給バルブ
１７ ソレノイドバルブ
１８ 制御部
１９ 算出部
２０ 報知部
２１ 停止部
１００ ウエハ処理装置

Claims (6)

1. 基板をロット毎に順次処理する基板処理方法において、
   処理槽内に貯留された薬液に前記基板を浸漬させる工程と、
   薬液を加熱する工程と、
   薬液を加熱した状態で、当該薬液の温度がｔ１になると前記処理槽に純水の供給を開始し、当該薬液の温度がｔ２（ｔ１＞ｔ２）まで降温すると当該純水の供給を停止するサイクルを複数回繰り返す純水供給工程と、
   所定時間内の前記サイクル数を算出する工程と、
   を含み、
   前記サイクル数が予め設定した回数の範囲外である場合に、前記サイクル数が予め設定した回数の範囲外であることを報知しつつ、後続のロットの基板処理の開始を停止することを特徴とする基板処理方法。
2. 請求項１に記載の基板処理方法において、
   前記所定時間は、基板処理を開始して薬液に前記基板を浸漬させた時点から最初に当該薬液の温度が設定温度に昇温する時点までの時間を除くことを特徴とする基板処理方法。
3. 請求項１または２に記載の基板処理方法において、
   前記ｔ１は薬液の所定の濃度に対応する沸点であって、当該薬液の温度がｔ１からｔ２の範囲内になることによって、当該薬液の濃度の変化を所定範囲内とすることを特徴とする基板処理方法。
4. 基板を薬液に浸漬してロット毎に順次処理する基板処理装置において、
   薬液を貯留する処理槽と、
   薬液を加熱する加熱手段と、
   前記処理槽内の薬液の温度を測定する温度測定手段と、
   前記処理槽内への純水の供給をする純水供給手段と、
   前記純水供給手段が、薬液が加熱された状態で、前記温度測定手段によって測定される温度がｔ１になると前記処理槽内への純水の供給を開始し、ｔ２（ｔ１＞ｔ２）まで降温すると前記処理槽への当該純水の供給を停止するサイクルを複数回繰り返すように制御する制御手段と、
   所定時間内の前記サイクル数を算出する算出手段と、
   前記算出手段により算出された前記サイクル数が予め設定した回数の範囲外である場合に、前記サイクル数が予め設定した回数の範囲外であることを報知する報知手段と、
   前記報知手段の報知に基づいて、後続のロットの基板処理の開始を停止する停止手段と、
   を備えることを特徴とする基板処理装置。
5. 請求項４に記載の基板処理装置において、
   前記所定時間は、基板処理を開始して薬液に前記基板を浸漬させた時点から最初に当該薬液の温度が設定温度まで昇温する時点までの時間を除くことを特徴とする基板処理装置。
6. 請求項４または５に記載の基板処理装置において、
   前記ｔ１は薬液の所定の濃度に対応する沸点であって、当該薬液の温度がｔ１からｔ２の範囲内になることによって、当該薬液の濃度の変化を所定範囲内とすることを特徴とする基板処理装置。

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