JP2008145085A

JP2008145085A - 半導体薬液加熱装置

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Publication number: JP2008145085A
Application number: JP2006335564A
Authority: JP
Inventors: Junji Nakao; 順次中尾
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2006-12-13
Filing date: 2006-12-13
Publication date: 2008-06-26

Abstract

【課題】サーキュレータ方式に比較して高速かつ高精度に現像液の温度調整を実現する。
【解決手段】現像液が流通する導電性材料の発熱管１１と、この発熱管の両端部同士を電気的に短絡させる非磁性材料の短絡部材１２と、発熱管及び短絡部材を包囲するように配置し、高周波信号に応じて発熱管に対して電磁誘導電力を発生させる加熱コイル１３とを有し、短絡部材は、発熱管の電磁誘導電力に応じて短絡電流を発生し、この短絡電流に応じて発熱管を加熱し、発熱管は、短絡電流の加熱作用に応じて、同管内を流通する現像液の温度を目標温度になるように、現像液を加熱するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば半導体基板や液晶基板等の製造過程で使用される、例えば現像液等の半導体薬液を熱交換作用で目標温度まで加熱する半導体薬液加熱装置に関する。

従来、このような半導体薬液加熱装置としては、加熱装置及び冷却装置を使用して、恒温液槽及び処理液槽間で半導体薬液を循環させることで、半導体薬液の温度を調整するサーキュレータ方式の半導体薬液加熱装置が広く普及している（例えば特許文献１参照）。

特許文献１の半導体薬液加熱装置は、処理液槽から供給する半導体薬液を恒温液が収容された恒温液槽を経由して前記処理液槽に戻す処理液循環処理を実行すると共に、前記恒温液槽に収容される恒温液の温度制御に応じて前記半導体薬液の温度を調整する半導体薬液加熱装置であって、前記恒温液槽内に配設され、前記恒温液を加熱する加熱装置と、前記恒温液槽外に設けられ、前記恒温液を所定の温度になるように冷却制御する冷却装置と、前記冷却装置及び前記恒温液槽間で恒温液を循環させるための恒温液循環装置と、前記恒温液循環経路中に配設され、前記恒温液の循環の有無を切り替えるバルブと、前記循環される半導体薬液の温度を検出する温度検出装置と、前記温度検出装置の検出液温に応じて前記バルブ及び前記加熱装置を制御し、前記恒温液循環及び恒温液加熱を切替制御する切替制御装置とを備えたものである。

特許文献１の半導体薬液加熱装置によれば、半導体薬液の温度に応じて恒温液の循環又は恒温液槽の恒温液の加熱を切替選択し、恒温液槽及び処理液槽間で循環される半導体薬液を間接的に温度制御するようにしたので、半導体薬液を応答性よく高精度に温度制御することができるものである。
実公平６−１２３９４号公報（請求項１及び図１参照）

しかしながら、特許文献１のサーキュレータ方式の半導体薬液加熱装置によれば、加熱装置では電力密度が高く１℃単位で半導体薬液の加熱調整を行なうことができないため、冷却装置で加熱装置の加熱調整制御温度領域まで半導体薬液の温度を一旦下げた後、加熱装置で半導体薬液を加熱して目標温度の半導体薬液を得るようにした、すなわち加熱装置及び冷却装置を使用して恒温液槽及び処理液槽間で半導体薬液を循環して目標温度の半導体薬液を得るようにしたが、循環作用で温度を調整するようにしているために応答性が鈍く、例えば１℃単位での温度調整が必要な現像液の場合は高速かつ高精度な温度調整が要求されるため、例えば半導体薬液の温度を１秒以内で±０．１℃以下の誤差範囲で１℃上昇させるような高速かつ高精度な温度調整は極めて難しい。

また、特許文献１のサーキュレータ方式の半導体薬液加熱装置によれば、冷却装置及び恒温液循環装置等の特別な装置を設置する必要があるため、限られたスペースから同装置の設置スペースを確保しなければならず、しかも、例えば半導体薬液を現像液にした場合、この現像液を恒温化（１８℃）にするためには約５０ＫＷを超える電力を必要とし、これら冷却装置の消費電力に加えて、恒温液循環装置の消費電力を確保する必要があるため、設置スペースの確保及び電力消費量の増大によって設備コストの増大に繋がる。

また、特許文献１のサーキュレータ方式の半導体薬液加熱装置によれば、例えば半導体薬液を、高精度回路露光用の現像液とした場合、循環作用で現像液自体が酸化し、後工程で使用する露光装置に必要な温度律則「アレニウス法則」による安定した化学反応が得られず、露光安定性を確保することができない。

本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来のサーキュレータ方式の半導体薬液加熱装置に比較して、装置全体の小型化及び消費電力量の削減を図ることで設備コストの大幅削減を実現しながら、半導体薬液に対する高速かつ高精度な安定した温度調整を実現すると共に、例えば半導体薬液を現像液にした場合、後工程に必要な露光装置の露光安定性に寄与する半導体薬液加熱装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の半導体薬液加熱装置は、半導体薬液が流通する導電性材料の発熱管と、この発熱管の両端部同士を電気的に短絡させる非磁性材料の短絡部材と、前記発熱管及び前記短絡部材を包囲するように配置し、高周波信号に応じて前記発熱管に対して電磁誘導電力を発生させる加熱コイルとを有し、前記短絡部材は、前記発熱管の電磁誘導電力に応じて短絡電流を発生し、この短絡電流に応じて前記発熱管を加熱すると共に、前記発熱管は、前記短絡電流の加熱作用に応じて、同管内を流通する前記半導体薬液の温度を目標温度になるように、前記半導体薬液を加熱するようにした。

従って、本発明の半導体薬液加熱装置によれば、前記加熱コイルが高周波信号に応じて前記発熱管に対して電磁誘導電力を発生し、この電磁誘導電力に応じて前記短絡部材に短絡電流を発生し、この短絡電流の加熱作用に応じて前記発熱管を加熱し、その結果、同管内を流通する半導体薬液の温度を目標温度になるように、半導体薬液を加熱するようにしたので、発熱管自体で均一なジュール熱交換作用を行なうことで均一な昇温効果を確保すると共に、発熱管及び短絡部材のどの部分でも同一の電力密度になるため、その電力密度を従来のサーキュレータ方式の半導体薬液加熱装置に比較して１／３未満程度に抑えることで半導体薬液の変質や改質を抑制することができ、その結果、高速かつ高精度の安定した温度調整を確保することができる。

また、本発明の半導体薬液加熱装置によれば、従来のサーキュレータ方式の半導体薬液加熱装置のような冷却装置や恒温液循環装置等の特別な装置が必要ないため、装置全体の小型化及び消費電力量の大幅削減を図り、その結果、設備コストの大幅削減を実現することができる。

また、本発明の半導体薬液加熱装置によれば、例えば半導体薬液を、高精度回路露光用の現像液としたとしても、循環作用を要することなく、現像液を高速かつ高精度な安定した温度調整を確保することで、現像液自体が酸化することなく、後工程で使用する露光装置に必要な温度律則「アレニウス法則」による安定した化学反応を得ることができるため、高精度ファインパターンを形成できるような露光安定性を確保することができる。

本発明の半導体薬液加熱装置は、前記発熱管が、その略中央部を螺旋状に捩回して構成するようにした。

従って、本発明の半導体薬液加熱装置によれば、前記発熱管が、その略中央部を螺旋状に捩回して構成するようにしたので、同発熱管内を螺旋状に半導体薬液が流通することで、同管内壁面に衝突して乱流効果及びミキシング効果を発揮することで、より一層の均一な昇温効果を確保することができる。

また、本発明の半導体薬液加熱装置は、前記加熱コイルが、ＬＣ直列共振回路で構成し、前記高周波信号に応じて前記電磁誘導電力を発生するようにした。

従って、本発明の半導体薬液加熱装置によれば、ＬＣ直列共振回路で加熱コイルを構成し、高周波信号に応じて電磁誘導電力を発生するようにしたので、簡単な回路構成で、インバータスイッチングノイズを発生することなく、高周波信号の動作周波数を変えることで電磁誘導電力の発生量を変更することができる。

また、本発明の半導体薬液加熱装置は、前記高周波信号が、前記ＬＣ直列共振回路に関わる電磁誘導電力及び動作周波数の共振曲線の内、前記電磁誘導電力の変動が小さい動作周波数領域の高周波信号を使用するようにした。

従って、本発明の半導体薬液加熱装置によれば、前記ＬＣ直列共振回路に関わる電磁誘導電力及び動作周波数の共振曲線の内、前記電磁誘導電力の変動が小さい動作周波数領域の高周波信号を前記加熱コイルに注入する高周波信号に使用するようにしたので、電磁誘導電力の変動が著しい共振点近傍の動作周波数の使用を避け、電磁誘導電力の変動が小さい動作周波数を使用することで、安定した電磁誘導電力を確保し、その結果、安定した高精度の温度調整を確保することができる。

また、本発明の半導体薬液加熱装置は、前記半導体薬液をテトラ・メチル・アンモニウム・ハイドロオキサイドの現像液とした場合、前記発熱管は、強アルカリ耐性材料の金属材料で構成するようにした。

従って、本発明の半導体薬液加熱装置によれば、前記半導体薬液をテトラ・メチル・アンモニウム・ハイドロオキサイドの現像液とした場合、前記発熱管は、強アルカリ耐性材料の金属材料で構成するようにしたので、現像液に対する発熱管の腐食耐性を大幅に向上させることができる。

また、本発明の半導体薬液加熱装置は、前記発熱管出口近傍を流通する前記半導体薬液の現在温度を検出する温度検出装置と、前記温度検出装置にて検出した前記半導体薬液の現在温度が前記目標温度になるように、この半導体薬液加熱装置を制御すべく、前記高周波信号を出力制御する高周波信号出力装置とを外部接続し、前記半導体薬液を加熱する半導体薬液加熱システムを構成するようにした。

従って、本発明の半導体薬液加熱装置によれば、前記発熱管出口近傍を流通する前記半導体薬液の現在温度を検出する温度検出装置と、前記温度検出装置にて検出した前記半導体薬液の現在温度が前記目標温度になるように、この半導体薬液加熱装置を制御すべく、前記高周波信号を出力制御する高周波信号出力装置とを外部接続し、前記半導体薬液を加熱する半導体薬液加熱システムを構成するようにしたので、従来のサーキュレータ方式の半導体薬液加熱装置に比較して、システム全体の小型化及び消費電力の削減を図ることで設備コストの大幅削減を実現し、更には発熱管自体で均一なジュール熱交換作用を行なうことで均一な昇温効果を確保すると共に、発熱管及び短絡部材のどの部分でも同一の電力密度になるため、その電力密度を従来のサーキュレータ方式の半導体薬液加熱装置に比較して１／３未満程度に抑えることで半導体薬液の変質や改質を抑制することができ、その結果、高速かつ高精度の安定した温度調整を確保することができる。

上記のように構成された本発明の半導体薬液加熱装置によれば、前記加熱コイルが高周波信号に応じて前記発熱管に対して電磁誘導電力を発生し、この電磁誘導電力に応じて前記短絡部材に短絡電流を発生し、この短絡電流の加熱作用に応じて前記発熱管を加熱し、その結果、同管内を流通する半導体薬液の温度を目標温度になるように、半導体薬液を加熱するようにしたので、発熱管自体で均一なジュール熱交換作用を行なうことで均一な昇温効果を確保すると共に、発熱管及び短絡部材のどの部分でも同一の電力密度になるため、その電力密度を従来のサーキュレータ方式の半導体薬液加熱装置に比較して１／３未満程度に抑えることで半導体薬液の変質や改質を抑制することができ、その結果、高速かつ高精度の安定した温度調整を確保することができる。

以下、図面に基づいて本発明の半導体薬液加熱装置に関わる実施の形態を示す現像液加熱システムについて説明する。図１は本実施の形態を示す現像液加熱システム内部の概略構成を示すブロック図である。

図１に示す現像液加熱システム１は、半導体基板や液晶基板等の原板を配置した処理槽２と、この処理槽２に配置した原板に塗布するためのテトラ・メチル・アンモニウム・ハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）等の現像液を収容した現像液タンク３と、この現像液タンク３から第１導通管４Ａを通じて現像液を供給して同現像液を加熱し、この加熱した現像液を、第２導通管４Ｂを通じて処理槽２に排出するヒータユニット５と、現像液の目標温度を設定する温度調節ユニット６と、ヒータユニット５の流出口１１Ｂ近傍に配置し、この流出口１１Ｂから排出する現像液の現在温度を検出する温度センサ７と、この温度センサ７にて検出した現像液の現在温度と温度調節ユニット６にて設定した目標温度とを比較し、この比較結果に基づいて、ヒータユニット５に対して現像液の目標温度までの加熱量に相当する電圧パルスを出力するＰＬＣユニット８と、このＰＬＣユニット８の電圧パルスに基づいて、ヒータユニット５に対して現像液の目標温度までの加熱量に相当する高周波信号を出力するドライバユニット９とを有している。

温度調節ユニット６は、後工程で使用する露光装置に必要な温度律則「アレニウス法則」による安定した化学反応を得るための目標温度を設定するものである。

図２はヒータユニット５内部の略断面構造を示す説明図である。

図２に示すヒータユニット５は、第１導通管４Ａ及び第２導通管４Ｂ間を連結し、現像液タンク３からの現像液を流通する、導電性材料の発熱管１１と、この発熱管１１の流入口１１Ａ及び流出口１１Ｂ近傍同士を電気的に短絡させる非磁性材料の短絡部材１２と、発熱管１１及び短絡部材１２を包囲するように配置し、高周波信号に応じて発熱管１１に対して電磁誘導電力を発生する加熱コイル１３と、この加熱コイル１３にて発生した電磁誘導電力の外部漏れを防止すべく、加熱コイル１３を収容する磁気遮蔽材料の磁気遮蔽カバー１４とを有し、短絡部材１２は、発熱管１１の電磁誘導電力に応じて短絡電流を発生し、この短絡電流に応じて発熱管１１を加熱し、発熱管１１は、短絡電流の加熱作用に応じて、同管内を流通する現像液の温度を目標温度になるように、この現像液を加熱するものである。

また、発熱管１１は、螺旋状に巻回した流通路である螺旋状部１１Ｃで構成し、その一端を流入口１１Ａとして第１導通管４Ａに連結し、その他端を流出口１１Ｂとして第２導通管４Ｂに連結して構成し、螺旋状部１１Ｃで構成する挿通孔１１Ｄにフェライト等の強磁性部材１５を配置するものである。尚、強磁性部材１５は、螺旋状部の長さ方向に対して同螺旋状部１１Ｃの長さよりも若干長くなるように配置するものである。

また、発熱管１１は、例えばハステロイ、ステンレス、インコネル、チタン等の導電性材料で構成し、発熱管１１に流通する現像液がＴＭＡＨの場合、例えば強アルカリ耐性材料等の腐食耐性を備えたハステロイＣ２２で構成することが望ましい。

また、加熱コイル１３は、表皮効果抑制のためリッツ線板状電線等のコイルで構成するものである。さらに、磁気遮蔽カバー１４は、アルミニウム等の磁気遮蔽材料で構成するものである。

図３は現像液加熱システム１に関わるヒータユニット５、ＰＬＣユニット８及びドライバユニット９内部の構成を電気的見地から示す説明図である。

図３に示すＰＬＣユニット８は、温度センサ７にて検出した現像液の現在温度と温度調節ユニット６にて設定した目標温度とを比較する温度比較部２１と、この温度比較部２１の比較結果に基づいて目標温度までの加熱量に相当する電圧パルスを生成する電圧パルス生成部２２と、この電圧パルス生成部２２にて生成した電圧パルスをドライバユニット９に供給する電圧パルス出力部２３とを有している。

また、ドライバユニット９は、商用電源３１から交流電力を整流する整流回路３２と、この整流回路３２にて整流した電力を平滑化する平滑コンデンサ３３と、この平滑コンデンサ３３で平滑化した電力を直流電力としてドライバユニット９全体に供給する補助電源３４と、ヒータユニット５内部の加熱コイル１３に供給する高周波信号を生成する高周波信号生成部３５と、高周波信号生成部３５を駆動制御する駆動制御部３６とを有し、駆動制御部３６は、ＰＬＣユニット８内部の電圧パルス出力部２３からの目標温度までの加熱量に相当する電圧パルスを検出すると、この電圧パルスに対応した高周波信号を生成するように、高周波信号生成部３５を駆動制御するものである。

高周波信号生成部３５は、２個のＩＧＢＴ素子で構成する第１素子群３７Ａと、２個のＩＧＢＴ素子で構成する第２素子群３７Ｂとで構成するフルブリッジ回路で構成し、駆動制御部３６の駆動制御に応じて各素子群３７Ａ及び３７ＢをＯＮ・ＯＦＦ駆動し、これら各素子群３７Ａ、３７Ｂの駆動内容に応じて目標温度までの加熱量に相当する高周波信号を生成し、この高周波信号をヒータユニット５内部の加熱コイル１３に供給するものである。尚、第１素子群３７Ａ及び第２素子群３７Ｂは同時にＯＮ駆動しないものである。

また、第１素子群３７Ａ及び第２素子群３７Ｂは、ＩＧＢＴ素子で構成するようにしたが、例えばパワートランジスタやパワーＭＯＳＦＥＴ等で構成するようにしても良い。また、高周波信号生成部３５は、フルブリッジ回路で構成するようにしたが、一石式インバータで構成するようにしても良い。

ヒータユニット５は、加熱コイル１３に相当するＬＣ直列共振回路４１（一次側コイル４１Ａ及びコンデンサ４１Ｂ）と、発熱管１１に相当する二次側コイル４２と、短絡部材１２に相当する抵抗４３とで構成し、ＬＣ直列共振回路４１は、ドライバユニット９内部の高周波信号生成部３５からの高周波信号に応じて二次側コイル４２（発熱管１１）に電磁誘導電力を発生し、抵抗４３（短絡部材１２）では、電磁誘導電力に応じて短絡電流を発生し、この短絡電流に応じて二次側コイル４２（発熱管１１）を加熱するものである。その結果、発熱管１１は、短絡電流の加熱作用に応じて、同管内を流通する現像液の温度を目標温度になるように、現像液を加熱するものである。

尚、加熱コイル１３に相当するＬＣ直列共振回路４１の一次側コイル４１Ａ及び、発熱管１１に相当する二次側コイル４２間はトランス結合であるものの、一般的な密結合ではなく、粗結合である。なぜならば、加熱コイル１３及び発熱管１１間を密結合とすると、発熱管１１の加熱時に発熱管１１自体が伸縮変化して同密結合を崩すことになるからである。従って、発熱管１１自体の伸縮変化に対応すべく、発熱管１１及び加熱コイル１３間のトランス結合は粗結合ということになる。

また、コンデンサ４１Ｂは、高周波信号に対して誘電損失が少ないフィルムコンデンサを使用することが望ましく、更に電圧・電流耐性をも考慮するのであれば、直並列構成で構成するようにしても良い。

また、発熱管１１は、その発熱管１１自体が均一なジュール熱交換作用を行なうことで均一な昇温効果を確保すると共に、発熱管１１及び短絡部材１２のどの部分でも同一の電力密度になるため、その電力密度を従来のサーキュレータ方式の半導体薬液加熱装置に比較して１／３未満程度に抑えることで現像液の変質や改質を抑制することができるものである。

図４はＬＣ直列共振回路４１に関わる電磁誘導電力及び動作周波数の共振曲線を示す説明図である。

ＬＣ直列共振回路４１は、図４に示す通り、共振周波数を中心とした付近において電磁誘導電力の変動が激しく、動作周波数に応じて電磁誘導電力が不安定な状態で上下することが解る。これに対して、共振曲線の裾野にある動作周波数Ａ及びＢ間の周波数領域及び、動作周波数Ｃ及びＤ間の周波数領域では、動作周波数に対する電磁誘導電力の変動が安定している。

そこで、ドライバユニット９内部の高周波信号生成部３５では、動作周波数Ａ及びＢ間の周波数領域又は動作周波数Ｃ及びＤ間の周波数領域を使用した高周波信号を出力し、ＬＣ直列共振回路４１にて安定した電磁誘導電力を発生することができるものである。

また、図５はヒータユニット５内部の加熱コイル１３及び発熱管１１の等価回路を示す説明図である。

図５において一次側コイルＬ１（４１Ａ）は加熱コイル１３、二次側コイルＬ２（４２）は発熱管１１、抵抗Ｒｓは短絡部材１２、Ｌｅ１は一次漏れインダクタンス、Ｌｅ２は二次漏れインダクタンス、Ｎ１は一次側コイルＬ１（４１Ａ）の巻線数、Ｎ２は二次側コイルＬ２（４２）の巻線数に相当し、二次漏れインダクタンスＬｅ２は（Ｎ１²／Ｎ２²）に相当するものである。

ヒータユニット５を製造するにあたって、発熱管１１に発生させる電磁誘導電力を増加させるためには、二次漏れインダクタンスＬｅ２を一定限度維持しながら、一次側コイルＬ１（４１Ａ）及び二次側コイルＬ２（４２）の巻線比（Ｎ１／Ｎ２）を増加することで電磁誘導電力を増加することができるものである。

そこで、二次側コイル４２（Ｌ２）は発熱管１１で構成していることから、二次側コイル４２のインダクタンスを増加する必要がある。その方法としては、長岡係数モデルを活用し、二次側コイル４２のインダクタンスは増加するために発熱管１１の螺旋状部１１Ｃの巻数を増やすことも考えられるが、螺旋状部１１Ｃの巻数を増やすと、大型化してしまう。

そこで、本実施の形態においては、発熱管１１の長さ方向に対して、同発熱管１１の長さよりも長く、同発熱管１１の螺旋状部１１Ｃの挿通孔１１Ｄに強磁性部材１５を内挿配置するようにしたので、大型化することなく、二次側コイル４２のインダクタンスは増加することができ、その結果、電磁誘導電力の発生量を増加したヒータユニット５を提供することができるものである。

また、発熱管１１の螺旋状部１１Ｃは、管内を流通する現像液が管内壁面に衝突することで乱流効果及びミキシング効果を発揮し、この螺旋状部１１Ｃに現像液が流通することで、図６に示すような昇温効果を発揮するものである。

従って、従来のサーキュレータ方式の半導体薬液加熱装置では、１分間で２．３℃しか加熱することができないのに対し、本実施の形態のヒータユニット５では、１秒間で１．４℃加熱できるといった昇温効果が得られるものである。

尚、請求項記載の半導体薬液加熱装置はヒータユニット５、発熱管は発熱管１１、短絡部材は短絡部材１２、加熱コイルは加熱コイル１３、ＬＣ直列共振回路はＬＣ直列共振回路４１、発熱管出口は流出口１１Ｂ、温度検出装置は温度センサ７、高周波信号出力装置はＰＬＣユニット８及びドライバユニット９、半導体薬液加熱システムは現像液加熱システム１に相当するものである。

次に本実施の形態を示す現像液加熱システム１の動作について説明する。

まず、温度センサ７は、ヒータユニット５の流出口１１Ｂから排出された現像液の現在温度を検出し、この現在温度をＰＬＣユニット８に通知する。

また、ＰＬＣユニット８内部の温度比較部２１では、温度センサ７にて現像液の現在温度を検出すると、この現在温度と、温度調節ユニット６で設定した現像液の目標温度とを比較する。

ＰＬＣユニット８内部の電圧パルス生成部２２は、温度比較部２１の比較結果に基づいて、目標温度までの加熱量に相当する電圧パルスを生成し、電圧パルス出力部２３を通じて同電圧パルスをドライバユニット９に出力する。

ドライバユニット９内部の駆動制御部３６は、ＰＬＣユニット８からの電圧パルスに基づいて、目標温度までの加熱量に相当する駆動制御信号を高周波信号生成部３５に供給する。

高周波信号生成部３５は、駆動制御信号に応じて第１素子群３７Ａ及び第２素子群３７Ｂを駆動制御し、この駆動内容に応じて、目標温度までの加熱量に相当する高周波信号を生成し、この高周波信号をヒータユニット５内部のＬＣ直列共振回路４１（加熱コイル１３）に供給する。尚、高周波信号は、図４に示す動作周波数Ａ及びＢ間の周波数領域若しくは動作周波数Ｃ及びＤ間の周波数領域内の動作周波数を使用するものである。

ＬＣ直列共振回路４１（加熱コイル１３）は、高周波信号に応じて発熱管１１（二次側コイル４２）に対して電磁誘導電力を発生する。

短絡部材１２は、発熱管１１の電磁誘導電力に応じて短絡電流を発生し、この短絡電流に応じて発熱管１１を加熱する。その結果、発熱管１１は、短絡電流の加熱作用に応じて同管内を流通する現像液を加熱することになる。

この際、発熱管１１は、それ自体が均一なジュール熱交換作用を行なうと共に、その螺旋状部１１Ｃの管内を流通する現像液が管内壁面に衝突して乱流効果及びミキシング効果を発揮することで、均一な昇温効果を得ることになる。

さらには高周波信号の動作周波数に応じて電磁誘導電力の発生量、さらには、電磁誘導電力の発生量に応じて加熱量を認識することができるため、例えば１秒以内で±０．１℃の誤差範囲で１℃単位の加熱を実現することができ、所謂、高速かつ高精度な温度調整を実現することができることになる。

このように現像液加熱システム１では、現像液の現在温度を検出し、この検出した現在温度及び目標温度に基づき、目標温度までの加熱量に相当する高周波信号を生成し、この高周波信号に応じて発熱管１１を流通する現像液を加熱するフィードバック制御を継続することで、高速かつ高精度にヒータユニット５の流出口１１Ｂから目標温度の現像液を排出し、この目標温度の現像液を、第２導通管４Ｂを通じて処理槽２内のターゲットに塗布することになる。その結果、後工程の露光装置では、目標温度の現像液であることから、この現像液自体が酸化することなく、温度律則「アレニウス法則」による安定した化学反応を得ることができるため、高精度ファインパターンを形成できるような露光安定性を確保することができる。

本実施の形態によれば、加熱コイル１３が高周波信号に応じて発熱管１１に対して電磁誘導電力を発生し、この電磁誘導電力に応じて短絡部材１２に短絡電流を発生し、この短絡電流の加熱作用に応じて発熱管１１を加熱し、その結果、同管内を流通する半導体薬液の温度を目標温度になるように、現像液を加熱するようにしたので、発熱管１１自体で均一なジュール熱交換作用を行なうことで均一な昇温効果を確保すると共に、発熱管１１及び短絡部材１２のどの部分でも同一の電力密度になるため、その電力密度を従来のサーキュレータ方式の半導体薬液加熱装置に比較して１／３未満程度に抑えることで現像液の変質や改質を抑制することができ、その結果、高速かつ高精度の安定した温度調整を確保することができる。

また、本実施の形態によれば、従来のサーキュレータ方式の半導体薬液加熱装置のような冷却装置や恒温液循環装置等の特別な装置が必要ないため、システム全体の小型化及び消費電力量の大幅削減を図り、その結果、設備コストの大幅削減を実現することができる。

また、本実施の形態によれば、循環作用を要することなく、現像液を高速かつ高精度な安定した温度調整を確保することで、現像液自体が酸化することなく、後段の露光装置に必要な温度律則「アレニウス法則」による安定した化学反応を得ることができるため、高精度ファインパターンを形成できるような露光安定性を確保することができる。

本実施の形態によれば、発熱管１１が、その略中央部を螺旋状に捩回して構成するようにしたので、同発熱管１１内を螺旋状に現像液が流通することで、同管内壁面に衝突して乱流効果及びミキシング効果を発揮することで、より一層の均一な昇温効果を確保することができる。

本実施の形態によれば、ＬＣ直列共振回路４１で加熱コイル１３を構成し、高周波信号に応じて電磁誘導電力を発生するようにしたので、簡単な回路構成で、インバータスイッチングノイズを発生することなく、高周波信号の動作周波数を変えることで電磁誘導電力の発生量を変更することができる。

また、本実施の形態によれば、ＬＣ直列共振回路４１に関わる電磁誘導電力及び動作周波数の共振曲線の内、電磁誘導電力の変動が小さい動作周波数領域の高周波信号を加熱コイル１３に注入する高周波信号に使用するようにしたので、電磁誘導電力の変動が著しい共振点近傍の動作周波数の使用を避けることで、安定した動作周波数領域の高周波信号を使用して安定した電磁誘導電力を確保し、その結果、安定した高精度の温度調整を確保することができる。

また、本実施の形態によれば、発熱管１１の流出口１１Ｂ近傍で現像液の現在温度を検出し、この検出した現在温度及び目標温度に基づき、目標温度までの加熱量に相当する高周波信号を生成し、この高周波信号に応じて発熱管１１を流通する現像液を加熱するフィードバック制御を継続し、高速かつ高精度にヒータユニット５の流出口１１Ｂから目標温度の現像液を排出するようにしたので、従来のサーキュレータ方式のシステムに比較して、システム全体の小型化及び消費電力の削減を図ることで設備コストの大幅削減を実現し、更には発熱管１１自体で均一なジュール熱交換作用を行なうことで均一な昇温効果を確保すると共に、発熱管１１及び短絡部材１２のどの部分でも同一の電力密度になるため、その電力密度を従来のサーキュレータ方式の半導体薬液加熱装置に比較して１／３未満程度に抑えることで現像液の変質や改質を抑制することができ、その結果、高速かつ高精度の安定した温度調整を確保することができる。

また、本実施の形態によれば、そのヒータユニット５の製造工程で発熱管１１に発生させる電磁誘導電力の発生量を増加させるためには、加熱コイル１３がＬＣ直列共振回路４１で構成していることから、二次漏れインダクタンスＬｅ２を一定限度維持しながら、一次側コイルＬ１（４１Ａ）及び二次側コイルＬ２（４２）の巻線比を増加、すなわち二次側コイルＬ２（４２）のインダクタンスを大きくすれば良く、この場合、二次側コイル４２に相当する発熱管１１の螺旋状部１１Ｃの巻数増加や、同発熱管１１の螺旋状部１１Ｃの挿通孔１１Ｄへの強磁性部材１５の内挿配置等で二次側コイル４２のインダクタンスが大きくなるため、その結果、簡単に発熱管１１に発生する電磁誘導電力の発生量を増加したヒータユニット５を提供することができる。

尚、上記実施の形態においては、半導体薬液としてＴＭＡＨ等の現像液を例に挙げて説明したが、半導体薬液として、例えばＲＣＡ洗浄液、レジスト液、剥離液、純水、アルコール等を採用したとしても同様の効果を得ることができ、例えばＲＣＡ洗浄液の場合、ＳＣ−１（ＮＨ₄ＯＨ／Ｈ₂Ｏ₂／Ｈ₂Ｏ）、ＳＣ−２（ＨＣｌ／Ｈ₂Ｏ₂／Ｈ₂Ｏ）、ＳＰＭ（Ｈ₂ＳＯ₄／Ｈ₂Ｏ₂）やＤＨＦ（ＨＦ／Ｈ₂Ｏ）等があるが、これらＳＣ−１，ＳＣ−２，ＳＰＭやＤＨＦの何れかのＲＣＡ洗浄液を半導体薬液として採用し、そのイオン濃度（ＰＨ）が７を超えた場合、発熱管１１はアルカリ系耐性材料の金属材料で構成し、そのイオン濃度（ＰＨ）が７以下の場合、発熱管１１が酸系耐性材料の金属材料で構成することが望ましい。尚、アルカリ系耐性材料の金属材料としては、例えばハステロイＣ２２、酸系耐性材料の金属材料としては、例えばハステロイＣ２７６，チタン、ハステロイＣ２２，モネルやインコネル等がある。

また、半導体薬液としてアルカリ系レジスト液を採用した場合、発熱管１１はアルカリ系耐性材料、半導体薬液としてアルカリ系剥離液を採用した場合、発熱管１１はアルカリ系耐性材料、酸系剥離液を採用した場合、発熱管１１は酸系耐性材料、オゾン水等の洗浄液を採用した場合、発熱管１１は酸系耐性材料の金属材料で構成することが望ましい。

また、上記実施の形態においては、現像液の目標温度を設定する温度調節ユニット６をＰＬＣユニット８と別個に配置するようにしたが、当然ながら、温度調節ユニット６をＰＬＣユニット８に内蔵したとしても同様の効果が得られることは言うまでもない。

また、上記実施の形態においては、ＰＬＣユニット８にて現像液の現在温度と目標温度とを比較し、この比較結果に基づいて、ヒータユニット５に対して現像液の目標温度までの加熱量に相当する電圧パルスを出力し、ドライバユニット９は電圧パルスに基づいて、現像液の目標温度までの加熱量に相当する高周波信号を出力するようにしたが、例えばＰＬＣユニット８にて電圧パルスではなく、ヒータユニット５に対して現像液の目標温度までの加熱量に相当する電流を出力し、ドライバユニット９が電流に基づき、現像液の目標温度までの加熱量に相当する高周波信号を出力するようにしても同様の効果が得られることは言うまでもない。

また、上記実施の形態においては、そのヒータユニット５の製造において電磁誘導電力の発生量を増加するために発熱管１１に相当する二次側コイル４２のインダクタンスを増加すべく、発熱管１１の螺旋状部１１Ｃで構成する挿通孔１１Ｄに強磁性部材１５を配置するようにしたが、インダクタンスの増加量は若干減るものの、挿通孔１１Ｄに配置することなく、発熱管１１の両端部にフェライト等の強磁性部材を夫々配置するようにしても、ある程度、発熱管１１のインダクタンスを増加して電磁誘導電力の発生量を増加することができるヒータユニット５を提供することができる。

本発明の半導体薬液加熱装置によれば、加熱コイルが高周波信号に応じて発熱管に対して電磁誘導電力を発生し、この電磁誘導電力に応じて短絡部材に短絡電流を発生し、この短絡電流の加熱作用に応じて前記発熱管を加熱し、その結果、同管内を流通する半導体薬液の温度を目標温度になるように、半導体薬液を加熱するようにしたので、発熱管自体で均一なジュール熱交換作用を行なうことで均一な昇温効果を確保し、その結果、高速かつ高精度の安定した温度調整を確保することができるため、例えば高速かつ高精度な温度調整が要求される現像液を加熱する現像液加熱処理システムに有用である。

本発明の半導体薬液加熱装置に関わる実施の形態を示す現像液加熱システム内部の概略構成を示すブロック図である。本実施の形態に関わるヒータユニット内部の略断面構造を示す説明図である。本実施の形態に関わるＰＬＣユニット、ドライバユニット及びヒータユニット内部の構成を電気的見地から示す説明図である。本実施の形態に関わるヒータユニット内部のＬＣ直列共振回路に関わる電磁誘導電力及び動作周波数の共振曲線を示す説明図である。本実施の形態に関わるヒータユニット内部の加熱コイル及び発熱管の等価回路を示す説明図である。本実施の形態に関わるヒータユニットに関わる現像液の昇温効果を端的に示す説明図である。

符号の説明

１現像液加熱システム（半導体薬液加熱システム）
５ヒータユニット（半導体薬液加熱装置）
７温度センサ（温度検出装置）
８ＰＬＣユニット（高周波信号出力装置）
９ドライバユニット（高周波信号出力装置）
１１発熱管
１１Ｂ流出口
１２短絡部材
１３加熱コイル
４１ＬＣ直列共振回路

Claims

半導体薬液が流通する導電性材料の発熱管と、この発熱管の両端部同士を電気的に短絡させる非磁性材料の短絡部材と、前記発熱管及び前記短絡部材を包囲するように配置し、高周波信号に応じて前記発熱管に対して電磁誘導電力を発生させる加熱コイルとを有し、
前記短絡部材は、
前記発熱管の電磁誘導電力に応じて短絡電流を発生し、この短絡電流に応じて前記発熱管を加熱すると共に、
前記発熱管は、
前記短絡電流の加熱作用に応じて、同管内を流通する前記半導体薬液の温度を目標温度になるように、前記半導体薬液を加熱することを特徴とする半導体薬液加熱装置。
前記発熱管は、その略中央部を螺旋状に捩回して構成することを特徴とする請求項１記載の半導体薬液加熱装置。
前記加熱コイルは、
ＬＣ直列共振回路で構成し、前記高周波信号に応じて前記電磁誘導電力を発生することを特徴とする請求項１又は２記載の半導体薬液加熱装置。
前記高周波信号は、
前記ＬＣ直列共振回路に関わる電磁誘導電力及び動作周波数の共振曲線の内、前記電磁誘導電力の変動が小さい動作周波数領域の高周波信号を使用することを特徴とする請求項３記載の半導体薬液加熱装置。
前記半導体薬液をテトラ・メチル・アンモニウム・ハイドロオキサイドの現像液とした場合、前記発熱管は、強アルカリ耐性材料の金属材料で構成することを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の半導体薬液加熱装置。
前記発熱管出口近傍を流通する前記半導体薬液の現在温度を検出する温度検出装置と、
前記温度検出装置にて検出した前記半導体薬液の現在温度が前記目標温度になるように、この半導体薬液加熱装置を制御すべく、前記高周波信号を出力制御する高周波信号出力装置とを外部接続し、前記半導体薬液を加熱する半導体薬液加熱システムを構成することを特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載の半導体薬液加熱装置。