JP2003275569A - 処理液の混合装置、混合方法及び基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は量の異なる純水とフッ酸とを均一
な濃度に混合するための混合装置を提供することにあ
る。 【解決手段】 異なる量の純水とフッ酸を混合して処理
液とする混合装置において、純水とフッ酸が混合される
混合タンク１と、この混合タンクに純水とフッ酸とをそ
れぞれ予め設定された量だけ供給する第１、第２の流量
積算計４，６と、この流量積算計によって供給量が設定
された各液体の上記混合タンクへの供給時間が同じにな
るようマスフローコントローラ９の単位時間当たりの流
量を制御する制御装置１１とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は複数種の液体を混
合して処理液を生成するための混合装置、混合方法及び
その混合装置を用いた基板処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置や液晶表示装置などを製造す
る場合、半導体ウエハやガラス基板などの基板に回路パ
ターンを形成するリソグラフィープロセスがある。この
リソグラフィープロセスは、周知のように上記基板にレ
ジストを塗布し、このレジストに回路パターンが形成さ
れたマスクを介して光を照射し、ついでレジストの光が
照射されない部分（あるいは光が照射された部分）を除
去し、除去された部分をエッチングするなどの一連の工
程を複数回繰り返すことで、上記基板に回路パターンを
形成するものである。

【０００３】上記一連の各工程においては、たとえば上
記基板の自然酸化膜の成長を抑制したり、バクテリアの
発生を防止するなどの目的のために、上記基板を処理液
で処理するということが行なわれている。そのような処
理液としては、第１の液体としてのフッ酸を第２の液体
としての純水で、フッ酸が所定の濃度になるよう希釈し
たものが用いられることがある。たとえば、濃度が５０
％のフッ酸を、純水によって１％の濃度に希釈して用い
る場合があり、その場合には、純水とフッ酸との割合は
５０：１となる。

【０００４】従来、フッ酸と純水とを混合して処理液を
形成する場合、混合タンクに予め設定された量のフッ酸
と純水とを同時に供給して混合するということが行なわ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うにフッ酸を純水で希釈し、フッ酸濃度が数％の処理液
を作る場合、混合タンクに供給されるフッ酸の量が純水
の量に比べて大幅に少なくなる。

【０００６】そのため、所定量のフッ酸と純水とを単に
混合タンクへ供給するようにしたのでは、純水の供給時
間に比べてフッ酸の供給時間が短くなるから、供給開始
後、わずかな時間でフッ酸の供給が終了し、その後は純
水だけが供給されることになる。

【０００７】その結果、混合タンク内では、フッ酸が供
給されている間はフッ酸の濃度が高い処理液が作られ、
フッ酸の供給が終わると純水だけの供給となり、フッ酸
の濃度が極端に低い処理液が作られる。それによって、
混合タンク内で作られる処理液のフッ酸濃度は経時的に
大きなばらつきが生じることになるから、フッ酸濃度の
均一な処理液を作ることが難しいということがある。

【０００８】フッ酸濃度が均一な処理液を作るために
は、たとえば混合タンク内に攪拌機構を設け、この攪拌
機構によって混合タンク内に供給されたフッ酸と純水と
を攪拌することが考えられる。

【０００９】しかしながら、上述したように混合タンク
内に供給されるフッ酸濃度が経時的に大きくばらつく
と、混合タンク内に攪拌機構を設けても、フッ酸と純水
とを均一に混合するのが難しいということがあるばかり
か、攪拌機構を設けることで混合タンクの大型化や複雑
化を招くということがある。

【００１０】この発明は、異なる量の複数種の液体を攪
拌機構を用いずに均一に混合することができるようにし
た処理液の混合装置、混合方法及びこの混合装置を用い
た基板処理装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、異な
る量の複数種の液体を混合して処理液とする混合装置に
おいて、複数種の液体が混合される混合タンクと、この
混合タンクに複数種の液体をそれぞれ予め設定された量
だけ供給する流量制御手段と、この流量制御手段によっ
て供給量が設定された各液体の上記混合タンクへの供給
時間が同じになるよう制御する供給時間制御手段と、を
具備したことを特徴とする処理液の混合装置にある。

【００１２】請求項２の発明は、上記処理液は、第１の
液体と、この第１の液体よりも少ない量の第２の液体と
を混合して形成され、上記供給時間制御手段は、上記第
２の液体の供給時間が上記第１の液体の供給時間と同じ
になるよう、上記第２の液体の供給時間を制御する流量
調整弁からなることを特徴とする請求項１記載の処理液
の混合装置にある。

【００１３】請求項３の発明は、上記混合タンクには、
この混合タンクに供給された複数種の液体を混合してか
ら流出する予備混合室が設けられていることを特徴とす
る請求項１記載の処理液の混合装置にある。

【００１４】請求項４の発明は、異なる量の複数種の液
体を混合タンクで混合して処理液とする混合方法におい
て、複数種の液体を上記混合タンクにそれぞれ予め設定
された量だけ供給する供給工程と、この供給工程によっ
て複数種の液体を上記混合タンクに供給するときに、量
の少ない液体の供給時間と、量の多い液体の供給時間と
を同じにする供給時間制御工程と、を具備したことを特
徴とする処理液の混合方法にある。

【００１５】請求項５の発明は、異なる量の複数種の液
体を混合することで処理液を生成する混合装置を有し、
この混合装置で生成された処理液を用いて基板を処理す
る基板処理装置において、上記混合装置は請求項１に記
載された構成であることを特徴とする基板処理装置にあ
る。

【００１６】この発明によれば、異なる量の複数種の液
体を混合タンクに同じ時間で供給するため、複数種の液
体の混合割合を、供給開始時から終了時まで一定にし、
処理液の濃度の均一化を図ることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながらこの発
明の実施の形態を説明する。

【００１８】図１はこの発明の一実施の形態に係る基板
処理装置を示し、この基板処理装置は処理液の混合装置
を構成する混合タンク１を備えている。この混合タンク
１には第１の液体としての純水を供給する純水供給管路
２と、第２の液体としてのフッ酸を供給するフッ酸供給
管路３との先端が接続されている。

【００１９】上記純水供給管路２には、流量制御手段を
構成する第１の積算流量計４と、第１の開閉制御弁５と
がこの管路２の基端側から順次設けられている。純水供
給管路２の基端は図示しない純水の供給源に接続されて
いる。したがって、上記混合タンク１には上記純水供給
管路２を通じて純水が供給されるようになっている。

【００２０】上記フッ酸供給管路３には、この管路３の
基端側から第２の積算流量計６と第２の開閉制御弁７、
バッファタンク８及び流量調製弁としてのマスフローコ
ントローラ９が順次設けられている。このフッ酸供給管
路３の基端は図示しないフッ酸の供給源に接続されてい
る。それによって、上記混合タンク１には上記フッ酸供
給管路３を通じてフッ酸を後述するごとく供給できるよ
うになっている。

【００２１】この実施の形態においては、上記第２の積
算流量計６と第２の開閉制御弁７は流量制御手段を構成
し、上記マスフローコントローラ９は供給時間制御手段
を構成している。

【００２２】上記第１の積算流量計４と第２の積算流量
計６とは、それぞれ上記各管路２，３を液体が流れるこ
とで発生するカルマン渦を検出し、そのカルマン渦の数
に応じたパルス信号を制御装置１１に出力する。つま
り、各積算流量計４，６は各管路２、３をそれぞれ流れ
る純水とフッ酸との流量に応じたパルス信号を制御装置
１１に出力するようになっている。

【００２３】各管路２、３に流れる純水とフッ酸とが予
め設定された流量に到達、つまり各積算流量計４、６か
ら制御装置１１に所定数のパルス信号が入力すると、こ
の制御装置１１からは第１、第２の開閉制御弁５，６を
閉じる信号が出力される。それによって、各管路２，３
から混合タンク１への純水とフッ酸との供給が停止され
る。

【００２４】上記フッ酸供給管路３に供給されたフッ酸
はバッファタンク８に一時的に貯えられてから、上記マ
スフローコントローラ９を通って上記混合タンク１に流
入する。このマスフローコントローラ９は、上記制御装
置１１によって制御される電空レギュレータ１２からの
空気圧によって単位時間当たりに流れるフッ酸の流量を
設定するようになっている。

【００２５】たとえば、純水供給管路２から混合タンク
１にＸリットルの純水を、単位時間当たりｘリットルで
Ｔ秒間で供給する場合、純水の供給量に比べて少ない量
である、Ｙリットルのフッ酸を、純水の供給時間と同じ
Ｔ秒で混合タンク１に供給するよう、フッ酸の単位時間
当たりの供給量が上記制御装置１１によってｙリットル
に設定される。この設定に基づき、この制御装置１１は
電空レギュレータ１２を介してマスフローコントローラ
９の開度を制御する。それによって、フッ酸が単位時間
当たりｙリットルの量で混合タンク１に供給されること
になる。

【００２６】つまり、純水の供給時間Ｔは、Ｔ＝Ｘ／ｘ
となり、この供給状態は図３（ａ）に示すようになり、
純水の供給時間Ｔと同じに設定されるフッ酸の供給時間
Ｔは、Ｔ＝Ｙ／ｙとなり、この供給状態は図３（ｂ）に
示すようになる。

【００２７】図２に示すように、上記混合タンク１内の
上部には、上面が開口し内部空間を予備混合室１５とし
た箱型状の保持体１６が上記混合タンク１の上部壁内面
にその上面開口を上側にして設けられている。この保持
体１６はメッシュなどの透孔を有する材料によって形成
され、その内部、つまり予備混合室１５には上面が平面
をなした受け部材１７が設けられている。

【００２８】上記フッ酸供給管路３の上記マスフローコ
ントローラ９を通って混合タンク１に供給されるフッ酸
は、予備混合室１５の上記受け部材１７の上面に流出す
る。上記純水供給管路２から上記混合タンク１に供給さ
れる純水は、フッ酸と同様、上記受け部材１７の上面に
流出する。

【００２９】それによって、混合タンク１に供給された
純水とフッ酸とは、予備混合室１５の上記受け部材１７
の上面で混合されてから保持体１６を通過して混合タン
ク１内に落下する。

【００３０】上記混合タンク１には、この混合タンク１
で混合されたフッ酸と純水とからなる処理液をスピン処
理装置２１に供給する供給管２２の基端が接続されてい
る。この供給管２２の基端部には供給ポンプ２３が設け
られ、この供給ポンプ２３は上記混合タンク１で作られ
た処理液を上記供給管２２の先端が接続されたノズル体
２４に供給する。

【００３１】上記供給管２２の上記供給ポンプ２３より
も上流側には第３の開閉制御弁２５が設けられている。
この第３の開閉制御弁２５は上記制御装置１１によって
開閉制御される。つまり、第３の開閉制御弁２５は上記
ノズル体２４へ処理液を供給するときに開放され、供給
を停止するときに閉じられる。

【００３２】上記供給管２２の上記供給ポンプ２３と第
３の開閉制御弁２５との間の部分には、リリーフ弁２６
が設けられたリリーフ管２７の一端が接続されている。
このリリーフ管２７の他端は上記混合タンク１の下部に
接続され、この接続部分には後述するごとくリリーフ管
２７から混合タンクに戻る処理液を拡散する拡散部材２
８が設けられている。

【００３３】上記リリーフ弁２６には、ローディング管
２９によって上記供給ポンプ２３の吐出側の圧力が導か
れている。したがって、上記第３の開閉制御弁２５が閉
じられて上記供給ポンプ２３の吐出側の圧力が所定以上
に高くなると、上記リリーフ弁２６が開放するようにな
っている。

【００３４】つまり、上記ノズル体２４から処理液の供
給を一時的に停止するため、第３の開閉制御弁２５を閉
じることで、供給ポンプ２３の吐出側の圧力が上昇する
と、上記リリーフ弁２６が開いて供給ポンプ２３から吐
出された処理液が上記リリーフ管２７を通って上記混合
タンク１に戻される。処理液が混合タンク１に戻される
ことで、その処理液の流れによって混合タンク１内に残
留する処理液が混合されるから、処理液の純水とフッ酸
との混合状態がより一層、均一化されることになる。

【００３５】上記基板処理装置２１はカップ体３１を有
する。このカップ体３１内には駆動モータ３２によって
回転駆動される回転テーブル３３が設けられている。こ
の回転テーブル３３には半導体ウエハなどの基板Ｗが着
脱可能に保持される。

【００３６】上記カップ体３１の周壁の上部は径方向内
方に向かって傾斜しており、その傾斜部には上記ノズル
体２４を保持した保持具３４が設けられている。それに
よって、上記ノズル体２４からは回転テーブル３３に保
持された基板Ｗに向けて処理液が噴射されるようになっ
ている。

【００３７】つぎに、上記構成の基板処理装置によって
基板Ｗを処理液によって処理する手順について説明す
る。

【００３８】まず、基板Ｗの処理に先立って混合装置の
混合タンク１で所定のフッ酸濃度の処理液を作る。その
場合、最初に混合タンク１の容積に応じた量の処理液を
作るために純水とフッ酸との供給量を設定し、その設定
値を制御装置１１に入力する。

【００３９】純水とフッ酸との供給量Ｘ、Ｙが設定され
ると、制御装置１１は供給圧力や管径によって定まる純
水の単位時間当たりの供給量ｘから供給時間Ｔを算出す
る。ついで、この供給時間Ｔ内にフッ酸が均等に供給さ
れるよう、フッ酸の単位時間当たりの供給量ｙを設定す
る。

【００４０】つまり、制御装置１１は電空レギュレータ
１２を介してマスフローコントローラ９の開度を、フッ
酸が単位時間当たり供給量ｙで供給されるように設定す
る。上記マスフローコントローラ９の開度は、フッ酸の
供給圧力、つまりバッファタンク８からの供給圧力に応
じて設定される。

【００４１】このように、純水とフッ酸との時間Ｔ内に
おける供給量Ｘ、Ｙ及び単位時間当たりの供給量ｘ、ｙ
が設定されたならば、純水供給管路２に設けられた第１
の開閉制御弁５と、フッ酸供給管路３に設けられた第２
の開閉制御弁７とを開き、純水とフッ酸とを混合タンク
１に供給する。

【００４２】フッ酸の供給量Ｙは純水の供給量Ｘに比べ
て少ないが、図３（ａ），（ｂ）に示すように、純水の
単位時間当たりの供給量ｘに比べてフッ酸の単位時間当
たりの供給量ｙを少なくすることで、これら両者の供給
時間Ｔは同じに設定される。つまり、フッ酸は供給時間
Ｔの最初から最後の間にわたって均等な単位時間当たり
の供給量ｙで供給される。

【００４３】そのため、供給時間Ｔにおいて、混合タン
ク１で作られる処理液の濃度も一定となる。つまり、純
水に対して量の少ないフッ酸を純水が供給される供給時
間Ｔの間、むらなく均等に供給するため、混合タンク１
で混合される処理液の濃度にもむらが生じるのを防止で
きる。

【００４４】供給時間Ｔが経過し、所定量の純水とフッ
酸が供給されたことが第１、第２の流量積算計４，６で
検出され、その検出信号が制御装置１１に入力される
と、第１、第２の開閉制御弁５，７が閉じられて純水と
フッ酸との供給が停止する。それによって、混合タンク
１の容積に応じた量の処理液が作られる。

【００４５】混合タンク１に供給される純水とフッ酸と
は、混合タンク１に設けられた予備混合室１５の受け部
材１７の上面に吐出し、この上面で混合してから予備混
合室１５から流出する。つまり、混合タンク１に供給さ
れる純水とフッ酸とは受け部材１７で混合されてから保
持体１６の網目を通って混合タンク１内へ落下すること
になるから、そのことによっても純水とフッ酸との混合
状態が均一な処理液を得ることができる。

【００４６】このようにして作られた処理液によってス
ピン処理装置２１の回転テーブル３３に保持された基板
Ｗを処理する場合、制御装置１１によって供給ポンプ２
３を作動させるとともに第３の開閉制御弁２５を開放す
る。それによって、混合タンク１内の処理液は供給管２
２を通じてノズル体２４に供給され、このノズル体２４
から回転テーブル３３に保持された基板Ｗに向けて噴射
されるから、基板Ｗを処理液によって処理することがで
きる。

【００４７】基板Ｗを処理液によって所定時間処理した
ならば、回転テーブル３３から処理された基板Ｗを取り
出し、未処理の基板Ｗを供給する。この間、つまり基板
Ｗの交換時は供給ポンプ２３を停止させず、第３の開閉
弁２５だけを閉にする。

【００４８】第３の開閉弁２５を閉じてノズル体２４か
らの処理液の供給を停止すると、供給ポンプ2２３の吐
出側の圧力が上昇してリリーフ弁２６が開くから、混合
タンク１から供給ポンプ２３によって吐出された処理液
はリリーフ管２７を通り、拡散部材２８で拡散されて混
合タンク１へ戻る。

【００４９】このようにして、処理液が混合タンク１に
戻ることで、混合タンク１内に残留する処理液が混合さ
れるから、このことによっても処理液の純水とフッ酸と
の混合状態が均一化される。なお、処理液を拡散部材２
８によって拡散せずに戻すようにしても、処理液の混合
状態を均一化することが可能である。

【００５０】なお、上記一実施の形態では混合タンク内
に予備混合室を設け、この予備混合室に設けられた受け
部材の上面にフッ酸と純水とを吐出させることで、混合
タンク内に供給された純水とフッ酸とを良好に混合でき
るようにしたが、予備混合室に受け部材を設けず、純水
とフッ酸とを予備混合室で衝突させてこの予備混合室か
ら流出させるようにしても、純水とフッ酸とを良好に混
合させることが可能である。要は、純水とフッ酸とを混
合タンクへ別々に供給せず、予備混合室で予め混合して
から供給すれば、これらの混合状態の均一化を図ること
ができる。

【００５１】また、上記一実施の形態では第１の液体と
して純水、第２の液体としてフッ酸を用いた処理液につ
いて説明したが、第１、第２の液体としてはそれ以外の
ものであってもよく、さらに混合する液体の種類は２つ
に限られず、たとえば塩酸、過酸化水素水及び純水を異
なる割合で混合する場合などのように３つ以上であって
も、それらの液体を同じ時間で供給タンクに供給すれば
よく、要は異なる量の複数種の液体を均一に混合する必
要がある場合に、この発明を適用することができる。

【００５２】なお、本実施の形態では積算流量計４,６
としてカルマン渦式のものを用いたが、これに限定され
るものでなく、たとえば所定の流量ごとにパルス出力す
るものであれば、他の原理の積算流量計であっても適用
可能であること言うまでもない。

【００５３】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、異なる
量の複数種の液体を混合タンクに同じ時間で供給するよ
うにした。

【００５４】そのため、複数種の液体の混合割合が供給
開始時から終了時まで一定になるから、処理液の濃度の
均一化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態に係る基板処理装置の
概略的構成図。

【図２】図１の基板処理装置に用いられる混合タンクの
拡大断面図。

【図３】所定の供給時間内における純水とフッ酸との供
給状態を説明するための図。

【符号の説明】

１…混合タンク ２…純水供給管路 ３…フッ酸供給管路 ４…第１の積算流量計 ５…第１の開閉制御弁 ６…第２の積算流量計 ７…第２の開閉制御弁 ９…マスフローコントローラ １１…制御装置 １２…電空レギュレータ １５…予備混合室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 角掛 泰洋 神奈川県川崎市川崎区富士見１丁目６番３ 号 トキコ株式会社内 Ｆターム(参考） 4G035 AB04 AE02 AE13 4G037 BA03 BB06 BC02 BD04 BD10 EA01 5F043 BB22 EE31

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 異なる量の複数種の液体を混合して処理
   液とする混合装置において、 複数種の液体が混合される混合タンクと、 この混合タンクに複数種の液体をそれぞれ予め設定され
   た量だけ供給する流量制御手段と、 この流量制御手段によって供給量が設定された各液体の
   上記混合タンクへの供給時間が同じになるよう制御する
   供給時間制御手段と、 を具備したことを特徴とする処理液の混合装置。
2. 【請求項２】 上記処理液は、第１の液体と、この第１
   の液体よりも少ない量の第２の液体とを混合して形成さ
   れ、 上記供給時間制御手段は、上記第２の液体の供給時間が
   上記第１の液体の供給時間と同じになるよう、上記第２
   の液体の供給時間を制御する流量調整弁からなることを
   特徴とする請求項１記載の処理液の混合装置。
3. 【請求項３】 上記混合タンクには、この混合タンクに
   供給された複数種の液体を混合してから流出する予備混
   合室が設けられていることを特徴とする請求項１記載の
   処理液の混合装置。
4. 【請求項４】 異なる量の複数種の液体を混合タンクで
   混合して処理液とする混合方法において、 複数種の液体を上記混合タンクにそれぞれ予め設定され
   た量だけ供給する供給工程と、 この供給工程によって複数種の液体を上記混合タンクに
   供給するときに、量の少ない液体の供給時間と、量の多
   い液体の供給時間とを同じにする供給時間制御工程と、 を具備したことを特徴とする処理液の混合方法。
5. 【請求項５】 異なる量の複数種の液体を混合すること
   で処理液を生成する混合装置を有し、この混合装置で生
   成された処理液を用いて基板を処理する基板処理装置に
   おいて、 上記混合装置は請求項１に記載された構成であることを
   特徴とする基板処理装置。