JP2006322783A - 圧力センサおよび基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流体用の圧力センサにおいて耐薬品性を向上することにより長寿命化を図る。
【解決手段】圧力センサ１は、薄い円板状のダイアフラム１３、ダイアフラム１３の変形量を検出するレーザ変位計１４、レーザ変位計１４に接続される演算部１９を備える。圧力センサ１では、流入してきた流体の圧力によるダイアフラム１３の変形量がレーザ変位計１４により検出され、その変形量と演算部１９に予め記憶されている変換情報１９１ａとに基づいて流体の圧力が求められる。圧力センサ１のダイアフラム１３は、黒鉛（または、シリコン基板）を母材とし、流体に接する面には炭化珪素の被膜が形成されており、これにより、耐薬品性が向上され、金属溶出を防止しつつ圧力センサ１の長寿命化が実現される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダイアフラムを利用する圧力センサ、および、圧力センサを備える基板処理装置に関する。

従来より、流体用の圧力センサとして、流体と受圧素子との間にダイアフラムを設けたものがあり、このような圧力センサは、配管内を通る流体がダイアフラムを押し、受圧素子がその押された量を検知し、信号回路が圧力に変換するという構造を有している。

半導体処理装置や各種薬液プラントでは、酸化力等の腐蝕性の高い、あるいは、浸透性の高い薬液が多用されており、このような条件下で用いられる流体用圧力センサは、非常に高い耐薬品性、耐浸透性（耐透過性）が求められる。そこで、例えば、ダイアフラムの材料として、耐薬品性が高いフッ素樹脂を用いたものが使用されている。しかし、耐薬品性が高いと謳われている圧力センサでも、高濃度フッ酸のような腐蝕性および透過性の高い薬品を使用する場合は、寿命が約１年と短くなり、校正も頻繁に行う必要があり、半導体製造装置において、ランニングコストを上昇させる原因となっている。

このことから、腐蝕性が高く、浸透力（透過力）の高い薬液の接液部材に対して、材料の改良、受圧素子の配置の改良等が行われてきている。例えば、特許文献１では、フッ素樹脂を主成分とする材料にてハウジングを形成し、センサ素子の感圧部を耐蝕性材料にて形成し、さらに、ハウジングをダイアフラム用の部分とセンサ素子を収納する部分とに分けることにより、耐薬品性を向上させる技術が開示されている。また、特許文献２では、流体の圧力を受けるフラムに収納される作動棒の端部に保護キャップを取り付けることにより、耐蝕性に優れて長寿命化が可能な構造とした圧力計が開示されている。
特開平７−７２０２９号公報 特開２００２−３１０８２３号公報

半導体処理装置に用いられる圧力センサでは、既述のようにダイアフラム等の接液部材に耐薬品性が求められると共に金属溶出のレベルが非常に低いものが使用されなければならない。ＰＦＡ（テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）等のフッ素樹脂は、他の樹脂に比べ、耐薬品性が高く、金属溶出に関しても、その条件を満たしている。しかしながら、耐薬品性が高いとはいえ、樹脂であるがため、温度による硬さの変化の影響を受け易く、微細なクラックの発生等の劣化による機械的特性の変化、長時間の加圧による塑性変形等が生じると、所定の圧力に対するダイアフラムの変形量が変化し、正確な圧力が測定できなくなる。

また、これらの樹脂は、フッ酸等の腐蝕性の薬液を完全に透過しないわけではなく、僅かに透過してきた薬液の成分（ガス等の物質）により、受圧素子とダイアフラムとの間の接着剤が侵されて、受圧素子とダイアフラムとの密着性が低下したり、受圧素子自体が損傷すると、ダイアフラムの変形量の計測に対する信頼性や精度に大きな影響が生じてしまう。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、流体用の圧力センサにおいて耐薬品性を向上し、圧力センサを長寿命化することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、圧力センサであって、圧力が測定される流体が導入される受圧室と、前記受圧室内の流体の圧力に従って弾性変形する薄板状であり、前記流体と接する部位が炭化珪素、ガラス状炭素またはダイヤモンドにて形成されているダイアフラムと、前記ダイアフラムの変形量を検出する検出機構とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の圧力センサであって、前記ダイアフラムが、前記受圧室内の流体に接する面に炭化珪素の被膜が形成された黒鉛である。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の圧力センサであって、前記ダイアフラムが、前記受圧室内の流体に接する面に炭化珪素の被膜が形成されたシリコン基板である。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の圧力センサであって、前記検出機構が、非接触にて前記ダイアフラムの変形量を検出する。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の圧力センサであって、前記検出機構が、前記ダイアフラムに光ビームを出射し、前記ダイアフラムにて反射された光ビームの受光位置を検出することにより、前記ダイアフラムの変形量を検出する。

請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の圧力センサであって、前記検出機構が、前記ダイアフラムの前記受圧室とは反対側の面上に設けられた第１電極と、前記第１電極に対して非接触にて前記第１電極に対向して配置される第２電極との間の静電容量を利用して前記ダイアフラムの変形量を検出する。

請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の圧力センサであって、前記ダイアフラムの前記受圧室とは反対側の空間のガスを外部の空気と置換する流路をさらに備える。

請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の圧力センサであって、前記流体が、フッ酸、塩酸、硝酸、硫酸、過酸化水素水またはアンモニア水を含む。

請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載の圧力センサであって、前記ダイアフラムの変形量と前記流体の圧力との関係を示す変換情報を予め記憶し、前記検出機構にて検出された前記ダイアフラムの変形量および前記変換情報に基づいて前記流体の圧力を求める演算部をさらに備える。

請求項１０に記載の発明は、基板を処理する基板処理装置であって、処理液を貯溜するとともに基板が浸漬される処理槽と、前記処理槽に処理液を供給する処理液供給部とを備え、前記処理液供給部が、前記処理槽に供給される処理液の圧力を測定する請求項９に記載の圧力センサを備える。

請求項１１に記載の発明は、基板を処理する基板処理装置であって、基板を水平姿勢にて保持する基板保持部と、前記基板保持部を鉛直方向を向く軸を中心に回転する回転機構と、前記基板保持部に保持された基板に吐出口から処理液を供給する処理液供給部とを備え、前記処理液供給部が、前記吐出口へと導かれる処理液の圧力を測定する請求項９に記載の圧力センサを備える。

請求項１２に記載の発明は、請求項１０または１１に記載の基板処理装置であって、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、チタン、クロム、マンガン、鉄、ニッケル、銅、亜鉛、タングステンまたは鉛の前記処理液への溶出基準が１０ｐｐｂ以下とされる。

本発明では、腐蝕性の流体に対して、圧力センサを長寿命化することができる。

請求項２および３の発明では、ダイアフラムを安価に製造することができる。

請求項４ないし６の発明では、ダイアフラムの変形量を高い精度にて測定することができ、請求項５の発明では、検出機構を容易に設けることができる。

請求項７の発明では、受圧室から腐蝕性のガスがダイアフラムの受圧室とは反対側の空間に進入しても検出機構の劣化を防止することができる。

請求項１０ないし１２の発明では、圧力センサの長寿命化により、半導体基板の製造コストを低減することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る圧力センサ１の構成を示す縦断面図であり、図２は、図１中の矢印Ａ−Ａにて示す位置での横断面図である。圧力センサ１は、流体が流れる流路の途中に設けられ、流体の圧力の測定に利用される。

図１および図２に示すように、圧力センサ１は、流体の圧力に従って弾性変形する薄い円板状のダイアフラム１３、ダイアフラム１３の周縁部に下側から当接する下側固定部材１１、および、ダイアフラム１３の周縁部に上側から当接する上側固定部材１２を備え、ダイアフラム１３は周縁部が下側固定部材１１および上側固定部材１２に挟まれるようにして固定される。圧力センサ１は、図１に示すように、ダイアフラム１３の変形量を検出する検出機構であるレーザ変位計１４を備え、レーザ変位計１４のセンサ部１４１はセンサ支持部材１５により支持され、センサ部１４１はアンプ部１４２に接続される。また、下側固定部材１１の下側には、圧力センサ１を所望の場所に取り付けるためのベースプレート１６が設けられる。圧力センサ１は、さらに、レーザ変位計１４のアンプ部１４２に接続される演算部１９を備える。

下側固定部材１１および上側固定部材１２は、高い耐薬品性を有する樹脂（例えば、フッ素樹脂）で形成される。下側固定部材１１には、上流側の配管に接続される流路１１１および下流側の配管に接続される流路１１２が形成されており、ダイアフラム１３の下側には流路１１１，１１２に接続されて圧力が測定される流体が導入される受圧室１１３が設けられる。

ダイアフラム１３は、受圧室１１３内の流体に接する部位である下面（接液面）に炭化珪素（ＳｉＣ）の被膜が数百μｍの厚さにて形成された薄板状の黒鉛であり、炭化珪素の被膜により腐蝕性の流体に対して、高い耐腐蝕性（すなわち耐薬品性）および耐浸透性を有する。炭化珪素の被膜は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）やスパッタリング等で製作され、これにより、緻密で結晶性の良い被膜とされる。なお、受圧室１１３内の流体に接する面に炭化珪素の被膜が形成される他の好ましい母材としてはシリコン基板が用いられてもよい。この場合も、ＣＶＤやスパッタリングにより炭化珪素の被膜を容易に形成することができる。また、耐腐蝕性および耐浸透性に優れるダイアフラム１３の好ましい他の材料としては、ガラス状炭素（グラシックカーボン）の薄板を挙げることができ、この場合は、炭化珪素の被膜が形成される必要はない。また、炭化珪素そのものをダイアフラム１３の材料とすることも可能である。

図１および図２に示すように、下側固定部材１１とダイアフラム１３とが重なる領域にはリング状の溝が形成されており、溝内にはフッ素ゴム製のＯリング１１４が配置される。これにより、受圧室１１３がダイアフラム１３の上側の空間に対してシールされる。

センサ支持部材１５は、フッ素樹脂もしくはＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）製とされ、センサ支持部材１５により、センサ部１４１がダイアフラム１３の上方にダイアフラム１３とは非接触の状態（例えば、３ｍｍ以上の隙間を開けて）で支持される。ダイアフラム１３の変形量を非接触にて検出する検出機構としてレーザをダイアフラム１３に照射するレーザ変位計１４を利用することにより、ダイアフラム１３と検出機構とを完全に分離することができるため、検出機構を容易に設けることができる。なお、センサ支持部材１５は、上側固定部材１２と一体化されてもよい。

上側固定部材１２とセンサ支持部材１５との間には、ダイアフラム１３の上方の空間を外部と連絡する複数の通気口１２１が設けられる。既述のように、ダイアフラム１３は腐蝕性の流体のガス等の成分を透過しないが、流体の種類によっては、Ｏリング１１４を介して僅かではあるが腐蝕性のガスが透過する。圧力センサ１では、通気口１２１は、ダイアフラム１３の受圧室１１３とは反対側の空間に進入してきた腐蝕性のガスを、外部の空気と置換する流路となっている。また、通気口１２１を複数（本実施の形態では２つ）設けることで、効率よく自然にガスの交換（すなわち、換気）がなされる。

圧力センサ１において最も下側のベースプレート１６は樹脂製（例えば、ＰＶＣ製）の板であり、圧力センサ１は、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）または金属製の締め付けねじ１７とベースプレート１６とで、上側固定部材１２、下側固定部材１１、および、センサ支持部材１５を締結し、これにより、ダイアフラム１３が上側固定部材１２と下側固定部材１１との間に挟み込まれる。

圧力センサ１が使用される際には、上流側の流路１１１から受圧室１１３を経て、下流側の流路１１２に流体が継続的に流される。なお、圧力センサ１の使用態様によっては、流路１１２の先端が塞がれ、流路１１１、受圧室１１３および流路１１２に流体が満たされるのみでもよい。ダイアフラム１３は受圧室１１３内の流体の圧力により僅かに変形し、ダイアフラム１３の変形量は、流体からの圧力に比例する（後述の数１参照）。なお、ダイアフラム１３の変形量とはダイアフラム１３の特定の部位の変位を指し、出力される圧力値の精度を向上するために、圧力センサ１では変形量が最大となるダイアフラム１３の中心に対してレーザ変位計１４による測定が行われる。以下の説明おけるダイアフラム１３の変形量とは、ダイアフラム１３の中央の変位量を指すものとする。

ダイアフラム１３の上面の中央（非接液面）には、レーザの反射効率を向上するために、蒸着、メッキ、スパッタリング等の方法で、プラチナ等の貴金属の鏡面被膜が必要に応じて形成されている。センサ部１４１内の光ビーム出射部１４１１からはダイアフラム１３の鏡面被膜に向けて光ビームが傾斜しつつ出射される。図１中に破線の矢印にて示すように鏡面被膜に入射して反射された光ビームは、センサ部１４１内の受光部１４１２にて受光され、このとき、受光位置はダイアフラム１３の変形量に従って変化する。受光部１４１２は受光位置を検出して電圧として出力するようになっており、この電圧はアンプ部１４２に出力され、アンプ部１４２にて増幅されるとともにデジタル化されて変形量を示す値に変換される。そして、変形量を示す値が演算部１９に出力される。

演算部１９には、予め変形量と圧力との関係式、もしくは相関表が変換情報１９１ａとして入力されてメモリ１９１に記憶されており、レーザ変位計１４にて検出された変形量を示す値が、関係式または相関表により流体の圧力値に変換され、この圧力値が別途設けられた表示部等に出力される。

以上、圧力センサ１の構造および動作について説明したが、次に、ダイアフラム１３の形状の設計例について説明する。

まず、流体から圧力を受けた際の周縁部が固定されたダイアフラム１３の変形量は、外周が固定された円板に等分布荷重がかかった時の変位量ω（ｍ）とみなすことができ、この変位量ωは数１で表される。

ここで、ｐは流体からの圧力（Ｐａ）、ａはダイアフラム１３の受圧領域の半径（ｍ）、Ｄはダイアフラム１３の曲げ剛性（Ｐａ・ｍ^３）、ｒは変位量（変形量）が検出される位置の中心からの距離（ｍ）、ｈはダイアフラム１３の厚さ（ｍ）、Ｅはダイアフラム１３のヤング率（Ｐａ）、νはダイアフラム１３のポアソン比を示す。また、曲げ剛性Ｄ（Ｐａ・ｍ^３）は、数２で表される。

このときのダイアフラム１３に生じる最大応力σ（Ｐａ）は数３で表される。

例えば、ＣＶＤ等の手法により作成された炭化珪素の薄板にて製作された、受圧領域の直径３０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのダイアフラムを用いて、最大測定圧力が３００ｋＰａである圧力センサを製作する場合、ダイアフラムに生じる最大応力は、数３より２０２．５ＭＰａとなる。これは、炭化珪素の曲げ強さである５９０ＭＰａの５０％以下となることから、ダイアフラムに最大測定圧力の２倍の圧力がかけられたとしても、ダイアフラムは破断しない。

ここで、１ｋＰａあたりのダイアフラムの変形量は、数１および数２より、０．１６５μｍとなる。使用されるレーザ変位計の測定精度を±０．２μｍとすると、圧力値には真の値に対して最大±１．２１ｋＰａの誤差が生じる。圧力センサの最大測定圧力に対するこの誤差の割合は±０．４０３％となり、従来の圧力センサと同等か、それ以上の精度となる。

なお、上記計算では、設計例の説明の都合上、炭化珪素のみにてダイアフラムが形成されているものとしているが、既述のように、ダイアフラムは黒鉛やシリコン基板に炭化珪素の被膜が形成されたものが好ましいため、実際には、母材となる黒鉛やシリコン基板の厚さを増したり半径を減少させる等して検出精度の低下を抑えつつ最大応力の低減が図られる。

以上に説明したように、圧力センサ１では、黒鉛（または、シリコン基板）を母材としたダイアフラム１３の受圧室１１３内の流体に接する面に、炭化珪素の被膜が形成されていることにより（または、ダイアフラム１３の他の好ましい材料としてガラス状炭素や炭化珪素そのものが使用されることにより）、半導体処理装置で使用される腐蝕性の流体の圧力を直接測定しつつ流体から腐蝕性ガス等の物質がダイアフラム１３を透過してしまうことを防止することができ、検出機構の劣化を抑制して圧力センサ１の信頼性を向上し、長寿命化を図ることができる。特に、フッ酸、塩酸、硝酸、硫酸、過酸化水素水またはアンモニア水を含む流体（これらの混合物を含む。）の圧力測定に圧力センサ１は適している。なお、これらの薬品の全てに対して耐腐蝕性を持たせることにより、半導体製造の任意のプロセスにて圧力センサ１を使用することができる。また、黒鉛やシリコン基板等の母材上に炭化珪素の被膜を形成してダイアフラムを製造することにより、炭化珪素のみで製造する場合に比べ、安価にダイアフラムを製造することができる。

圧力センサ１では、検出機構にレーザ変位計１４を使用することにより、機械的な抵抗を受けることなく、非接触にて精度よくダイアフラム１３の変形量を検出することができる。また、ダイアフラムと検出機構とを完全に分離することができるため、検出機構を容易に設けることができる。さらに、既述のようにＯリング１１４を介して腐蝕性のガスが検出機構側へと進入したとしても通気口１２１から排出されるため、検出機構の劣化を防止することができ、圧力センサ１の信頼性および寿命が確実に向上する。

表１は、ダイアフラム１３の材料として従来から用いられているＰＦＡ、圧力センサ１に用いられる炭化珪素およびガラス状炭素、並びに、比較用の材料であるサファイアガラスに対して、半導体製造装置に圧力センサ１を利用した場合と同様の環境にて５０％フッ酸中で金属溶出試験を行った結果を示している。表１より、炭化珪素およびガラス状炭素は、ほとんどの金属において金属溶出量が検出限界以下であり、ＰＦＡと同等の性能を有しており、ダイアフラム１３の材料として優れていることが判る。なお、サファイアガラスは腐蝕性物質に対して不透過性を有するという点で優れているが、１０ｐｐｂ以上のアルミニウムが溶出されるため、半導体処理装置の圧力センサに用いることはできない。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る圧力センサ１ａについて説明する。図３は、圧力センサ１ａの構成を示す縦断面図である。図３に示すように、圧力センサ１ａでは、図１に示す圧力センサ１のレーザ変位計１４に代えて、ダイアフラム１３の変形量を検出する検出機構である静電容量型の変位計１４ａが設けられ、図１のセンサ支持部材１５に代えて回路支持部材１５ａが設けられる。その他の構成は図１とほぼ同様であり、図３において同符号を付している。

変位計１４ａのセンサ部１４１は、互いに対向する第１電極１４１５および第２電極１４１６、並びに、回路部１４１７を備える。圧力センサ１ａでは、さらに、ダイアフラム１３の上方に上側固定部材１２の上部開口端の内側で固定される電極台座であるプレート１２２が設けられ、上側固定部材１２と回路支持部材１５ａとの間には、ダイアフラム１３の上方の空間を外部と連絡する複数の通気口１２１が設けられる。なお、プレート１２２は通気口１２１よりも下側に位置し、プレート１２２には複数の穴１２２ａが形成されている。

第１の実施の形態と同様に、ダイアフラム１３は周縁部が上側固定部材１２および下側固定部材１１とにより挟まれて固定され、第１電極１４１５は、ダイアフラム１３の受圧室１１３とは反対側の面上に直接設けられる。第２電極１４１６はプレート１２２の下面に形成されており、第１電極１４１５に対して非接触にて第１電極１４１５に対向して平行に配置される。回路部１４１７は、回路支持部材１５ａの内側の面であってプレート１２２の上方に取り付けられ、第１電極１４１５および第２電極１４１６は配線にて回路部１４１７に電気的に接続される。

圧力センサ１が使用される際には、第１電極１４１５と第２電極１４１６との間の静電容量が継続的に回路部１４１７によりモニタされ、受圧室１１３内の流体の圧力によりダイアフラム１３が僅かに変形すると、ダイアフラム１３の変形により変化する第１電極１４１５と第２電極１４１６との間の静電容量が回路部１４１７から電圧としてアンプ部１４２へと出力される。そして、この電圧がアンプ部１４２にて増幅されるとともにデジタル化されてダイアフラム１３の変形量を示す値に変換され、演算部１９に出力される。演算部１９では、第１の実施の形態と同様に、予め入力されてメモリ１９１に記憶されている変形量と圧力との関係式、もしくは相関表である変換情報１９１ａにより、変位計１４ａにて検出された変形量を示す値が圧力値に変換され、この圧力値が別途設けられた表示部等に出力される。

圧力センサ１ａでは、ダイアフラム１３の変形量を検出する検出機構として、変形量を静電容量に変換する静電容量型の変位計１４ａが利用され、変位計１４ａの第１電極１４１５がダイアフラム１３の受圧室１１３とは反対側の面上に直接設けられるため、高い精度にて流体の圧力を測定することができる。また、通気口１２１がプレート１２２の穴１２２ａを介してダイアフラム１３の上方の空間に接続されてこの空間内のガスが外部の空気に置換されるため、Ｏリング１１４を介して僅かに進入してきた腐蝕性の物質により第１電極１４１５および第２電極１４１６が劣化してしまうことが防止され、圧力センサ１ａの信頼性を向上し、長寿命化を図ることができる。

次に、本発明の第３の実施の形態として図１に示す圧力センサ１（または図３に示す圧力センサ１ａ、以下本実施の形態において同様）を備える基板処理装置２について図４を参照して説明する。基板処理装置２は、複数の半導体基板９（以下、単に「基板９」という。）に対して同時にエッチングを行ういわゆるバッチ式の装置である。

図４に示すように、基板処理装置２では、処理液供給部２１、および、処理液供給部２１から処理液が供給されて貯溜するとともに略円盤状の基板９が起立姿勢で複数浸漬される処理槽２３が設けられる。なお、図４において基板９は紙面に垂直な方向に平行に配列される。処理液供給部２１は、処理液が貯溜される加圧容器２１１を備え、加圧容器２１１と処理槽２３とは配管２１２により接続される。加圧容器２１１はレギュレータ２１３を介して窒素（Ｎ_２）ガス供給部２１４に接続される。処理液供給部２１は、配管２１２の途中に圧力センサ１を備え、圧力センサ１は、配管２１２を流れて処理槽２３に供給される処理液の供給圧力を測定する。

図４に示す基板処理装置２では、窒素ガス供給部２１４から加圧容器２１１に窒素ガスが供給され、加圧容器２１１内の圧力により処理液が配管２１２へ送出される。このとき、レギュレータ２１３が窒素ガスの供給圧力（すなわち、処理液の供給圧力）を調整することにより、処理液の単位時間当たりの供給量が調整される。配管２１２を流れる処理液は、処理槽２３に底部から供給され、処理槽２３では、処理槽２３内に保持された複数の基板９が処理槽２３に貯溜される処理液に下側から徐々に浸漬されることにより、基板９に対するエッチングが行われる。

基板処理装置２では、基板９の処理時において、圧力センサ１による処理液の供給圧力の監視が行われる。そして、処理液の供給圧力に変動が確認されるとレギュレータ２１３により処理液の供給圧力が調整され、一定の供給圧力で処理液が処理槽２３に供給されることにより、基板９上のシリコン酸化膜のエッチングレートが高精度に制御される。なお、圧力制御ではＰＩＤ制御といった高度なフィードバック制御が行われてもよい。また、供給圧力の監視は、処理液の供給圧力の異常な変動を警報により作業者に通知するのみであってもよい。

基板処理装置２では、用いられる圧力センサ１の長寿命化により、圧力センサ１の頻繁な校正や寿命による交換の回数を減らすことができるため、ダウンタイムおよびランニングコストが抑えられ、半導体基板の製造コストを低減することができる。また、半導体処理装置では、半導体デバイスを劣化させる物質であるナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、チタン、クロム、マンガン、鉄、ニッケル、銅、亜鉛、タングステンまたは鉛の処理液である流体への溶出基準が１０ｐｐｂ以下とされるが、既述のように（表１参照）、圧力センサ１におけるダイアフラム１３からの金属溶出が、上記基準を満たす非常に低いレベルに抑えられることから、処理される半導体基板の品質低下を抑制することができ、歩留まりを向上することができる。

次に、第４の実施の形態として図１に示す圧力センサ１（または図３に示す圧力センサ１ａ、以下本実施の形態において同様）を備える他の基板処理装置２ａについて図５を参照して説明する。基板処理装置２ａは、１つの基板９に対してエッチングを行ういわゆる枚葉式の装置であり、図４に示す基板処理装置２の処理槽２３に代えて基板回転部２４が設けられ、また、基板回転部２４の上方には、基板９上に処理液を吐出して供給する吐出口２１５ａを有するノズル２１５が処理液供給部２１の一部として設けられる。その他の構成は図４と同様であり、以下の説明において同符号を付す。

図５に示すように、基板処理装置２ａの処理液供給部２１は、第３の実施の形態と同様に、フッ酸等の処理液が貯溜される加圧容器２１１、レギュレータ２１３を介して加圧容器２１１に接続される窒素ガス供給部２１４、および、加圧容器２１１からの配管２１２の途中に設けられる圧力センサ１を備え、配管２１２の先端にはノズル２１５が取り付けられる。

基板回転部２４は、略円板状の水平姿勢の基板９を下側および外周側から保持する基板保持部であるチャック２４１、チャック２４１を回転させる回転機構２４２、および、チャック２４１の外周を覆うカップ２４３を備える。

回転機構２４２は、チャック２４１の下側に接続されるシャフト２４２１、および、シャフト２４２１を回転させるモータ２４２２を備え、モータ２４２２が駆動されることにより、シャフト２４２１およびチャック２４１と共に基板９が鉛直方向を向く軸を中心に回転する。カップ２４３は、チャック２４１に保持された基板の外周を覆う側壁２４３１、および、側壁２４３１の下部に接続される排出口２４３２を備える。

基板処理装置２ａでは、ノズル２１５が基板９の上方に配置され、チャック２４１に保持された基板９が回転されつつ処理液が圧力センサ１を介してノズル２１５から基板９に供給される。処理液は遠心力により基板９の上面を外周側へと広がって基板９のエッチングが行われる。基板９の外縁まで移動した処理液は、基板９から飛散してカップ２４３の側壁２４３１により受けられ、あるいは、カップ２４３の底部へと直接落下して排出口２４３２から排出される。このとき、圧力センサ１により吐出口２１５ａへと導かれる処理液の圧力が測定され、測定された圧力に基づいて処理液の吐出圧が高精度に調整される。所望の吐出圧にて処理液がノズル２１５から吐出されことにより、基板９に対するエッチングレートを高精度に制御して適切な処理を行うことができる。なお、圧力センサ１による吐出圧の監視では作業者に異常の通知が行われるのみでもよい。

また、基板処理装置２ａにおいても、第３の実施の形態と同様に、長寿命の圧力センサ１を用いることにより、半導体基板の製造コストを低減し、また、半導体製造装置の上述の金属の溶出基準を満たすことにより品質低下を抑制することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

例えば、第１および第２の実施の形態に係る圧力センサ１，１ａのダイアフラム１３では、炭化珪素の被膜が形成された黒鉛板もしくはシリコン基板、または、被膜が不要な板状のガラス状炭素または炭化珪素が用いられると説明したが、他の好ましい例としては、ダイヤモンドの被膜が形成された黒鉛板、シリコン基板または金属板を挙げることができる。すなわち、流体と接する部位が炭化珪素、ガラス状炭素またはダイヤモンドにて形成されることにより、ダイアフラム１３の耐腐蝕性および耐透過性が高められ、圧力センサの長寿命化が実現される。

第１の実施の形態に係る圧力センサ１ではレーザ変位計１４が用いられるが、非接触にてダイアフラム１３の変形量を測定する方法として他の光学的方法が採用されてもよい。例えば、ダイアフラム１３への入射光と反射光との干渉を測定することにより、容易にダイアフラム１３の変形量を検出することができる。また、光学的にダイアフラム１３の変形量を検出することにより、ダイアフラム１３と検出機構との間の距離を容易に開ける（例えば５ｍｍ以上開ける）ことができ、検出機構への腐蝕性ガスの進入を容易に防止することができる。

また、圧力センサ１，１ａでは、ダイアフラム１３の上方の空間のガスの置換が通気口１２１を介して自然に行われるが、強制的に換気が行われてもよい。

さらに、圧力センサ１，１ａでは、アンプ部１４２とセンサ部１４１（圧力センサ１ａの場合は、回路部１４１７）とが一体化、もしくは、アンプ部１４２と演算部１９とが一体化されていてもよく、または、これら３つの要素が一体化されていてもよい。

第４の実施の形態に係る基板処理装置では、吐出口２１５ａの形状は他の様々なものとされてもよく、例えば、スプレー方式にて、あるいは、スリットからの吐出により処理液が基板９に供給されてもよい。

上記実施の形態では、圧力センサによる流体の圧力測定について説明したが、このような圧力センサは、差圧式流量計に使用される圧力センサとして利用されてもよい。この場合、例えば、測定された流量をフィードバック制御することにより高精度な流量制御が実現される。

第１の実施の形態に係る圧力センサの構成を示す縦断面図である。 図１中の矢印Ａ−Ａにて示す位置での横断面図である。 第２の実施の形態に係る圧力センサの構成を示す縦断面図である。 第３の実施の形態に係る基板処理装置の構成を示す図である。 第４の実施の形態に係る基板処理装置の構成を示す図である。

符号の説明

１，１ａ 圧力センサ
２，２ａ 基板処理装置
９ 基板
１３ ダイアフラム
１４ レーザ変位計
１４ａ （静電容量型の）変位計
１９ 演算部
２２ 処理液供給部
２３ 処理槽
１１３ 受圧室
１２１ 通気口
１９１ａ 変換情報
２１５ａ 吐出口
２４１ チャック
２４２ 回転機構
１４１５ 第１電極
１４１６ 第２電極

Claims (12)

1. 圧力センサであって、
   圧力が測定される流体が導入される受圧室と、
   前記受圧室内の流体の圧力に従って弾性変形する薄板状であり、前記流体と接する部位が炭化珪素、ガラス状炭素またはダイヤモンドにて形成されているダイアフラムと、
   前記ダイアフラムの変形量を検出する検出機構と、
   を備えることを特徴とする圧力センサ。
2. 請求項１に記載の圧力センサであって、
   前記ダイアフラムが、前記受圧室内の流体に接する面に炭化珪素の被膜が形成された黒鉛であることを特徴とする圧力センサ。
3. 請求項１に記載の圧力センサであって、
   前記ダイアフラムが、前記受圧室内の流体に接する面に炭化珪素の被膜が形成されたシリコン基板であることを特徴とする圧力センサ。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の圧力センサであって、
   前記検出機構が、非接触にて前記ダイアフラムの変形量を検出することを特徴とする圧力センサ。
5. 請求項４に記載の圧力センサであって、
   前記検出機構が、前記ダイアフラムに光ビームを出射し、前記ダイアフラムにて反射された光ビームの受光位置を検出することにより、前記ダイアフラムの変形量を検出することを特徴とする圧力センサ。
6. 請求項４に記載の圧力センサであって、
   前記検出機構が、前記ダイアフラムの前記受圧室とは反対側の面上に設けられた第１電極と、前記第１電極に対して非接触にて前記第１電極に対向して配置される第２電極との間の静電容量を利用して前記ダイアフラムの変形量を検出することを特徴とする圧力センサ。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の圧力センサであって、
   前記ダイアフラムの前記受圧室とは反対側の空間のガスを外部の空気と置換する流路をさらに備えることを特徴とする圧力センサ。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の圧力センサであって、
   前記流体が、フッ酸、塩酸、硝酸、硫酸、過酸化水素水またはアンモニア水を含むことを特徴とする圧力センサ。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の圧力センサであって、
   前記ダイアフラムの変形量と前記流体の圧力との関係を示す変換情報を予め記憶し、前記検出機構にて検出された前記ダイアフラムの変形量および前記変換情報に基づいて前記流体の圧力を求める演算部をさらに備えることを特徴とする圧力センサ。
10. 基板を処理する基板処理装置であって、
    処理液を貯溜するとともに基板が浸漬される処理槽と、
    前記処理槽に処理液を供給する処理液供給部と、
    を備え、
    前記処理液供給部が、前記処理槽に供給される処理液の圧力を測定する請求項９に記載の圧力センサを備えることを特徴とする基板処理装置。
11. 基板を処理する基板処理装置であって、
    基板を水平姿勢にて保持する基板保持部と、
    前記基板保持部を鉛直方向を向く軸を中心に回転する回転機構と、
    前記基板保持部に保持された基板に吐出口から処理液を供給する処理液供給部と、
    を備え、
    前記処理液供給部が、前記吐出口へと導かれる処理液の圧力を測定する請求項９に記載の圧力センサを備えることを特徴とする基板処理装置。
12. 請求項１０または１１に記載の基板処理装置であって、
    ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、チタン、クロム、マンガン、鉄、ニッケル、銅、亜鉛、タングステンまたは鉛の前記処理液への溶出基準が１０ｐｐｂ以下とされることを特徴とする基板処理装置。

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