JP2016002524A - スプレーノズル、ウェット処理装置およびウェット処理装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、マニホールドに設置された個々のスプレーノズルの流量を測定し、その測定値に基づいて個々のスプレーノズルの流量を制御することによって、均一な処理を可能とする処理装置を提供することを課題とする。【解決手段】ウェット処理装置に使用されるスプレーノズル３０であって、永久磁石を使用した複数の磁極を備えた回転子２と、起電力を発生させることができるコイル４と、スプレーノズル筐体１とからなり、前記コイルは、そこに発生する起電力を測定することによって、前記回転子の回転速度を測定する事により液体流量の測定が可能であり、且つそのコイルに外部電源装置から電流を流すことによって生じる磁界によって、前記回転子に生じる制動力を制御し、前記回転子の回転数を調整することでスプレーノズルに流れる液体の流量を調整可能であることを特徴とするスプレーノズル。【選択図】図１

Description

本発明は、製造プロセスの１つである洗浄、現像、湿式エッチングなどのウェット処理装置で使用されるスプレーノズルに関する。

液晶表示装置やプラズマ表示装置用のガラス基板（ＦＰＤ基板）、タッチパネル用ガラス基板、半導体ウェハ、プリント基板および反射防止フィルム等のロールトゥロール方式の製造プロセスにおいては、種々の基板処理が行われ、それらの製造プロセスの１つとしてウェット処理がある。

このようなウェット処理を行う基板やフィルム処理装置では、スプレーノズルから液体を噴射する。例えば、洗浄装置では薬液や純水等を処理対象物である基板やフィルムに噴射することで、基板等に付着した汚染物質や異物に物理的な力を作用させたり、化学的な作用を働かせることにより、それらの汚染物質や異物などの不要物を除去する。また、現像やエッチング、剥膜処理においては、薬液を不要物に噴射し、化学反応を起こすことにより、処理が行われる。

これらの洗浄、現像、エッチング、剥膜等のウェット処理を行う処理装置は、処理対象物（ワークとも称する。）である各種の基板面に薬液などの液体を噴出させるため、マニホールドに配置された複数のスプレーノズルの列を、処理装置の中でワークが流れる方向（ワーク処理方向）に直交する方向に複数列、平行に配置した構成となっている。（図１参照）

例えば、液晶カラーフィルタの現像装置の現像ユニットや水洗ユニットには、複数個のスプレーノズルが１つのマニホールドに接続されており、そのスプレーノズルの数は、ガラス基板が大きくなるに連れて、膨大なものとなる。

製品を製造する上で品質に影響を与えるパラメータは、薬液がワーク上を流れる流量が重要なものとなる。単位時間当たりにワーク上を流れる薬液の入れ替わり、即ちワーク状の薬液の循環量）が、洗浄効果や現像されて形成される感光性レジストのパターン形状などの特性に影響を与える。

また、装置の構成上の観点からは、マニホールドが長くなるほど、個々のスプレーノズルから噴出される薬液などの液体の量はバラツキが大きくなる。対策として、個々のマニホールドに圧力計や流量計を設置して、管理しているのが現状である。例えば、特許文献１には、ウェットエッチング装置のエッチングの均一化のためにマニホールドから分岐した配管に圧力計を設置し、エッチングの均一化を達成するために、圧力計によって測定される各マニホールドごとに圧力を調整することが示されている。

しかしながら、マニホールドから分岐した配管に設置された複数のスプレーノズルにかかる圧力は、マニホールドの薬液供給側から離れるに連れて変化する。通常、薬液が噴射されていない静圧状態では、マニホールド全体で均一な圧力になるが、薬液が噴射されている場合、薬液供給側から離れるに連れて圧力が低下する。その低下の程度は、マニホールドに流れる薬液の流量や液体の粘性などによって変化するため、同じ仕様のスプレーノズルを使用しても個々のスプレーノズルの噴射量は均一にならない。

そのため、均一な処理が可能な処理装置にするための、スプレーノズルのマニホールド
における取付け位置、向き、そしてスプレーノズルの仕様などを試行錯誤によって見出すことが行われている。このようにしてより均一な処理が可能な処理装置を作ったとしても、使用する液体の粘度が変わると均一にならない問題があった。

特開平０５−０７５２３６号公報

上記の問題点に鑑み、本発明は、マニホールドに設置された個々のスプレーノズルの流量を測定し、その測定値に基づいて個々のスプレーノズルの流量を制御することによって、均一な処理を可能とする処理装置を提供することを課題とする。

上記の課題を解決する手段として、請求項１に記載の発明は、ウェット処理装置に使用されるスプレーノズルであって、
永久磁石を使用した複数の磁極を備えた回転子と、
前記回転子が回転することによって、起電力を発生させることができるコイルと、
前記回転子と前記コイルをその内部に包含するスプレーノズル筐体と、からなり、
前記スプレーノズル筐体は、前記スプレーノズルに液体を導入するための導入口と液体を噴出するための噴出口と前記回転子を収納するためのスプレーノズル筐体の内壁に囲まれた内部空間を備えており、
前記内部空間には、前記回転子が、液体が流れる事によって回転可能に設置され、前記スプレーノズル筐体の内壁と前記回転子によって囲まれ、前記導入口と前記噴出口に連接する空間が形成されたことで、液体の流路が形成されており、
前記コイルは、そこに発生する起電力を測定することによって、前記回転子の回転速度を測定する事により液体流量の測定が可能であり、且つそのコイルに外部電源装置から電流を流すことによって生じる磁界によって、前記回転子に生じる制動力を制御し、前記回転子の回転数を調整することでスプレーノズルに流れる液体の流量を調整可能であることを特徴とするスプレーノズルである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のスプレーノズルを使用したウェット処理装置であって、
複数の前記スプレーノズルが設置された複数のマニホールドが、処理対象物であるワークに平行に、且つその流れ方向に直交する方向に平行に配置された処理ユニットと、
全てのスプレーノズルのコイルの起電力を測定するために個々に接続された配線回路と、
前記配線回路に接続可能な電圧測定装置と、
前記全てのコイルに個別に接続された外部電源装置と、
前記配線回路と前記電圧測定装置との接続を切替えるための切替え装置と、
前記電圧測定装置の測定データから前記回転子の回転数を算出し、前記回転数から前記スプレーノズルに流れる液体の流量を決定し、その流量に基づいて、個々の全てのスプレーノズルのコイルに流すべき電流値を算出する演算装置と、
これらの処理ユニット、電圧測定装置、外部電源装置、切替え装置および演算装置を制御し、データの収集、動作指示を行うための制御装置と、を備えていることを備えていることを特徴とするウェット処理装置である。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のウェット処理装置の制御方法であって、
全てのスプレーノズルのコイルの起電力を、電圧測定装置を使用して測定する起電力測定工程と、
前記起電力測定工程から得られた起電力測定データから全てのスプレーノズルの流量を演算装置が算出する流量算出工程と、
前記流量算出工程から得られた流量データから、個々のスプレーノズルのコイルに流すべき電流値を演算装置が算出する電流値算出工程と、
全てのスプレーノズルのコイルに、外部電源装置が、個々に算出された電流値を流すことにより、全てのスプレーノズルに流れる液体の流量を調整する流量調整工程と、を備えてなり、
前記起電力測定工程から得られた起電力測定データの最大値と最小値の差が、予め設定した値に達するまで、前記起電力測定工程から流量調整工程をこの順に繰り返すことを特徴とするウェット処理装置の制御方法である。

本発明のスプレーノズルを使用したウェット処理装置とウェット処理装置の制御方法を使用することにより噴射量が均一になるので、洗浄、現像、エッチングなどのウェット処理が従来のスプレーノズルを使ったウェット処理よりも均一になる。

本発明のスプレーノズルの一例を側面から見た概略側断面図。 図２のスプレーノズルの一例を、側面に直交する平面で切断した場合の概略断面図。 本発明のウェット処理装置の処理ユニットの内部の一例を示す概略図。

以下に本発明のスプレーノズル、そのスプレーノズルを用いたウェット処理装置、そしてそのウェット処理装置の制御方法について図を用いて説明する。
＜スプレーノズル＞
図１に、本発明のスプレーノズルの一例の概略側断面を示した。本発明のスプレーノズルは、スプレーノズル筐体１の内部に形成された空間に、磁力源として永久磁石を使用した回転子２を備えている。回転子２は、その回転軸８に沿って、その両側に備えられた２つの回転軸軸受け３によって回転可能に支持されている。また、スプレーノズル筐体１には、液体を導入するための液体導入口７と液体がスプレーノズルから噴出するための噴出口６が備えられている。液体は、液体導入口７から入り、回転子２の周囲を流れ、噴出口６から噴出される。回転子２の周囲を液体が流れる時に、液体が回転子２の表面に形成されているブレード５に力を及ぼすことで回転子２が回転するように、ブレード５が設置されている。図１は回転子２を回転させるための手段として、ブレード５が採用された例を示したが、これに限定する必要はない。例えば、スクリューや羽根車のようなものが、回転軸に直結されたようなものであっても良く、その場合、液体の流速に比例して回転数が変化する手段を使用する。

また、回転子２には磁力源として永久磁石を使用しており、例えば表面磁石構造の同期モータ（ＳＰＭＳＭ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ）の回転子と同等の構造である。図２は、図１に示した本発明のスプレーノズルの例をその側面に直交する平面で切断した場合の概略断面図である。この例は、磁極の数が４極である場合示しており、４つの永久磁石がＮ極とＳ極を相互に９０°だけ空間的に位相がずれた位置に配置されている。個々の永久磁石は、Ｎ極とＳ極が一対になっていて、そのうちの例えばＮ極を回転子２の中心から外に向かって配置することで、Ｎ極として機能する。一方、そのＳ極側には、珪素鋼板などの磁性体を配置した構造である。通常の表面磁石構造の同期モータの回転子は、そのような構造で、本発明の回転子２は、更にその表面を電気絶縁性の樹脂やセラミックやそれらの混合物で被覆またはその中に埋め込む構造としている。そのようにすることで、酸やアルカリを含む処理液である液体に永久磁石や珪素鋼板などが溶解したり、腐食したりすることを防いでいる。

また、回転子２が収納されているスプレーノズル筐体１の内部に形成された空間の内壁面と回転子２によって囲まれた空間に液体の流路９が形成されており、ここを液体導入口７から入った液体が通り、噴出口６から噴出される。図１に示した流体経路は、液体の流路９の全体イメージを示したものである。

スプレーノズル筐体１には、その中に埋め込まれたコイル４を備えているが、図１には、回転子２の外周部に沿ってコイル４が備えられている状況を示している。コイル４は、回転子２が回転することによって発生する磁束の変化を効率良く捉えることができるように設置されていることが望ましい。そのため、液体の流路９が狭すぎて液体が流れ難くならない範囲で可能な限り、回転子２に近接した構成とするのが望ましい。

このコイル４の役割の１つは、回転子２が回転することによって発生するコイル４における磁束の時間的変化によりコイル４に起電力が発生することで、スプレーノズルに流れる液体の流量を計測することである。もう１つは、コイル４に電流を流すことによって形成される磁場によって、回転子２に制動力を働かせ、ひいては液体の流量を低下させたり、逆に制動力を弱めて流量を増加させることにより、スプレーノズルを流れる液体の流量を制御する事である。

コイル４に電流を流すことによって形成される磁場によって、回転子２に制動力を働かせる場合、起電力の測定結果に対応して、個々のコイル４に流すべき電流値を予め設定する方法で演算処理することによって算出し決定することができる。これは実験的データを集積することによって、使用する処理液ごとに決めることが望ましい。

＜ウェット処理装置＞
以下に、本発明のウェット処理装置について説明する。
図３は本発明のウェット処理装置の処理ユニットの内部４０の一例を示した概略俯瞰図である。従来のウェット処理装置と同様に、ウェット処理のための液体が同時にマニホールド１０に供給され、個々のスプレーノズル３０から噴出される。複数のマニホールド１０が、ウェット処理の対象物であるワーク２０の処理方向（搬送される方向と同じ意味）に直交する方向で、且つワーク２０の平面に平行な面内で、相互に平行に配置されている。各マニホールド１０の間隔は、同じ仕様のスプレーノズル３０を使用する場合は等間隔に配置されるが、処理の均一化を達成するために、必ずしも等間隔の配置でなくても良い。

本発明のウェット処理装置は、処理対象物を搬送する機構と、複数のスプレーノズルと、ウェット処理する液体を複数のスプレーノズルに供給するマニホールドを備えた、図示しない処理ユニットと、個々のスプレーノズルのコイル４に発生する起電力を測定するための図示しない電圧測定装置と、個々のスプレーノズルのコイル４に同時に且つ個々に制御された電流を流し保持するための図示しない外部電源装置と、全てのスプレーノズルのコイル４と個別に接続された配線を切替えて、順次、起電力を測定するための図示しない切替え装置と、個々のコイル４の起電力の測定データに基づき、予め設定したスプレーノズルからの噴出量との差が予め設定した範囲内におさまるように当該コイル４に流すべき電流値を算出する図示しない演算装置と、これらの全ての装置を制御する制御装置を備えている。

また全数のスプレーノズル３０を同時に使用するため、個々のスプレーノズル３０のコ
イル４に発生する起電力の計測や個々のコイル４にそれぞれ異なった大きさの電流を流せる様に、１つのスプレーノズル３０のコイル４に接続されている配線に、１つの外部電源装置に接続されている必要がある。

例えばスプレーノズル３０の数が１００個の場合、単純に１００個のスプレーノズル３０のコイルから出てくるそれぞれ２本の配線を１００台の外部電源装置に接続する。また、個々のコイル４に接続する配線を電圧測定装置に接続するにあたって、１台の図示しない電圧測定装置を使用して、個々のコイル４に接続する配線を図示しない切り替え装置により時経列で切り替え、測定する。その場合は、個々のコイル４からの全ての配線を切り替え装置の端子に接続し、切り替え装置の電圧測定装置との接続端子に電圧測定装置を接続することで、切り替え装置が、予め設定した手順に従って、順次、測定対象のコイルを切替えることにより、個々のコイル４の起電力を測定する。そして測定した起電力のデータは、電圧測定装置の記録手段、または図示しない制御装置の記録手段に記録する。

一方で、外部電源装置は、個々の全てのコイル４と個別に接続されているので図示しない記録手段に記録したデータから、予め設定した手法に従って決定された電流値を、個々の全てのコイル４についてそれぞれ異なる電流値を、次に変更する時まで、保持し続ける。

また、電圧測定装置の測定値に基づいてコイル４に流すべき電流値を決定することは、図示しない制御装置とその制御装置によって制御された図示しない演算装置が実施する。初期状態におけるスプレーノズル３０から噴出される液体の流量が、個々のスプレーノズル３０から噴出される液体の流量のバラツキを予め設定した値以内に制御すべく、図示しない制御装置が個々のコイルに流す直流電流値を決定し、図示しない外部電源装置を制御する。このようにして、本発明のウェット処理装置は、予め設定した個々のスプレーノズルからの液体の噴出量を、初期状態からスタートし、個々のスプレーノズルの液体の実際の噴出量との差を、予め設定した範囲内に入れる方向に制御する。ここでバラツキは、全スプレーノズルの液体の実際の噴出量の最大値と最小値の差を指す。

図示しない制御装置により処理が開始されると、スプレーノズルにある量の液体が流れることによって、回転子が回転し、コイルから交流電流が得られる。

次に、図示しない電圧測定装置は、交流電圧を測定し、スプレーノズルに流れる液体の流量に換算する。こうするためには、個々のスプレーノズルに対して、実験的に求めなければならない。即ち、実測した流量とコイルに発生する起電力の大きさの関係を、使用する液体の種類ごとに実験的に求めておくことによって、コイルに発生する起電力から流量を換算することができる。また測定される交流電圧の振幅の代わりに実効電圧や実効電力の大きさを使用することができる。

さらに、個々のコイルは、図示しない外部電源装置のそれぞれのコイルに対応した専用の端子に接続されており、全てのコイル４に個別にその値を設定し、且つ同時に、直流電圧を出力し、直流電流を流せるように構成されている。また、図示しない外部電源装置とコイル４を接続する専用の端子にて電圧を測定することによって、その端子間の交流電圧成分だけを測定することが可能である。またコイルに流れる直流電流は外部電源装置において測定可能に構成されている。

＜ウェット処理装置の制御方法＞
以下に、本発明のウェット処理装置の制御方法を説明する。
コイル４に直流電流が流れていない初期状態からスタートし、例えば１００個のスプレーノズル３０がある場合、スプレーノズル３０に安定した液体が流れている状態にて、順次、各スプレーノズル３０のコイル４の端子電圧を図示しない電圧測定装置にて測定し、その測定値に基づいて、予め設定した手法を使用して演算処理した結果から導出した当該コイル４に流すべき直流電流値になるように図示しない外部電源装置を制御する事を繰り返し、それを１００個全てのスプレーノズル３０に対して行う。このようにして、１００個全てのスプレーノズル３０に流れる液体の噴出量について初期状態から修正された状態になるが、この状態での噴出量の最大値と最小値の差が、予め設定した範囲に入っているかどうか、および個々の噴出量の平均値が予め設定した範囲に入っているかどうか、を確認し、両方とも範囲に入っていれば、その状態を保持する。

１・・・スプレーノズル筐体
２・・・回転子
３・・・回転軸軸受け
４・・・コイル
５・・・ブレード
６・・・噴出口
７・・・液体導入口
８・・・回転軸
９・・・液体の流路
１０・・・マニホールド
２０・・・ワーク
３０・・・スプレーノズル
４０・・・処理ユニットの内部

Claims (3)

1. ウェット処理装置に使用されるスプレーノズルであって、
   永久磁石を使用した複数の磁極を備えた回転子と、
   前記回転子が回転することによって、起電力を発生させることができるコイルと、
   前記回転子と前記コイルをその内部に包含するスプレーノズル筐体と、からなり、
   前記スプレーノズル筐体は、前記スプレーノズルに液体を導入するための導入口と液体を噴出するための噴出口と前記回転子を収納するためのスプレーノズル筐体の内壁に囲まれた内部空間を備えており、
   前記内部空間には、前記回転子が、液体が流れる事によって回転可能に設置され、前記スプレーノズル筐体の内壁と前記回転子によって囲まれ、前記導入口と前記噴出口に連接する空間が形成されたことで、液体の流路が形成されており、
   前記コイルは、そこに発生する起電力を測定することによって、前記回転子の回転速度を測定する事により液体流量の測定が可能であり、且つそのコイルに外部電源装置から電流を流すことによって生じる磁界によって、前記回転子に生じる制動力を制御し、前記回転子の回転数を調整することでスプレーノズルに流れる液体の流量を調整可能であることを特徴とするスプレーノズル。
2. 請求項１に記載のスプレーノズルを使用したウェット処理装置であって、
   複数の前記スプレーノズルが設置された複数のマニホールドが、処理対象物であるワークに平行に、且つその流れ方向に直交する方向に平行に配置された処理ユニットと、
   全てのスプレーノズルのコイルの起電力を測定するために個々に接続された配線回路と、
   前記配線回路に接続可能な電圧測定装置と、
   前記全てのコイルに個別に接続された外部電源装置と、
   前記配線回路と前記電圧測定装置との接続を切替えるための切替え装置と、
   前記電圧測定装置の測定データから前記回転子の回転数を算出し、前記回転数から前記スプレーノズルに流れる液体の流量を決定し、その流量に基づいて、個々の全てのスプレーノズルのコイルに流すべき電流値を算出する演算装置と、
   これらの処理ユニット、電圧測定装置、外部電源装置、切替え装置および演算装置を制御し、データの収集、動作指示を行うための制御装置と、を備えていることを備えていることを特徴とするウェット処理装置。
3. 請求項２に記載のウェット処理装置の制御方法であって、
   全てのスプレーノズルのコイルの起電力を、電圧測定装置を使用して測定する起電力測定工程と、
   前記起電力測定工程から得られた起電力測定データから全てのスプレーノズルの流量を演算装置が算出する流量算出工程と、
   前記流量算出工程から得られた流量データから、個々のスプレーノズルのコイルに流すべき電流値を演算装置が算出する電流値算出工程と、
   全てのスプレーノズルのコイルに、外部電源装置が、個々に算出された電流値を流すことにより、全てのスプレーノズルに流れる液体の流量を調整する流量調整工程と、を備えてなり、
   前記起電力測定工程から得られた起電力測定データの最大値と最小値の差が、予め設定した値に達するまで、前記起電力測定工程から流量調整工程をこの順に繰り返すことを特徴とするウェット処理装置の制御方法。

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