JP2018041928A - 処理液供給装置及び処理液供給装置の運用方法並びに記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁性の流路部材により形成された処理液供給路を介して処理液を基板に供給するにあたり、流路部材の絶縁性能の劣化を予測すること。【解決手段】ノズル１１、１２からウエハＷに対して処理液を供給する処理液供給装置において、処理液供給路２の処理液に接触するように電極をなす電極棒６１を設けると共に、この電極棒６１の表面電位を測定するための表面電位測定部７と、この表面電位測定部７により測定された測定電位を微分する微分回路部８３と、を設ける。電極棒６１の測定電位の微分値は電界の強さに対応することから、処理液供給路２内における部分放電の強度を検出することができる。従って、流路部材の内表面の劣化の程度を予測することができ、例えば流路部材からの液漏れなどの現象に至る前に対処できる。【選択図】 図２

Description

本発明は、ノズルから基板に対して処理液を供給する処理液供給装置及び処理液供給装置の運用方法並びに記憶媒体に関する。

半導体製造工程に用いられる枚葉式の液処理装置は、例えばスピンチャックに保持されている基板の表面にノズルから処理液を吐出するように構成されている。液処理としては、レジストパターンを形成するためにレジスト液を基板に塗布する処理、露光後の基板に現像液を供給する処理、あるいはリンス液を基板に供給して洗浄する処理などが挙げられる。このような処理液は、途中にバルブ、フィルタ、ポンプなどの機器を設けた配管を介してノズルに供給される。

配管や機器を含む流路は、清浄度や耐薬品性の観点からフッ素樹脂などの絶縁性材料により構成されており、流路に処理液を通流させると、流路と処理液との摩擦により静電気が発生することが知られている。処理液の種類やプロセス条件によっては帯電量が増加するおそれがあり、長期的な使用により、流路から処理液がリーク（液漏れ）する現象が稀に発生することがある。この原因は、流路内において部分的に電荷が著しく発生して微弱な放電（部分放電）が起こり、これにより流路を形成する部材の内表面が劣化し、この劣化した部位に電界が集中して、更に劣化が進むためと推察される。

従来では、装置に処理液の液漏れを検出するリークセンサや処理液の揮発成分を検出するガスセンサを設置し、処理液のリークを初期段階で検出することが行われている。しかしながら、これらは処理液のリークを検出するものであるため、処理液のリークが発生する前に、部分放電を検出して流路部材の絶縁性能の劣化を把握する手法が求められている。

特許文献１及び特許文献２には、超音波を利用して固体絶縁体中の部分放電を検出する手法が記載され、特許文献３には、 電磁波を利用して固体絶縁体中の部分放電を検出する手法が記載されている。しかしながら、これらの装置は大型であり、高価であるため、サイズやコストの観点から簡単に装置に組み込めず、また、装置内の複数の流路部品で起こる部分放電を切り分けて判別することが困難であって、本発明の課題を解決することはできない。

特開２００４−６１３５８号公報 特開２０１０−１９０６２６号公報 特開２０１２−１５１２８８号公報

本発明は、このような事情においてなされたものであり、その目的は、絶縁性の流路部材により形成された処理液供給路を介して処理液を基板に供給するにあたり、流路部材の絶縁性能の劣化を予測できる技術を提供することにある。

このため本発明の処理液供給装置は、
ノズルから基板に対して処理液を供給する処理液供給装置において、
前記ノズルに処理液を供給するための処理液供給路を形成する絶縁性の流路部材と、
前記処理液供給路の処理液に接触した電極と、
前記電極の表面電位を測定するための表面電位測定部と、
前記表面電位測定部により測定された測定電位を微分する微分回路部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の処理液供給装置の運用方法は、
絶縁性の流路部材により形成される処理液供給路からノズルを介して基板に対して処理液を供給する処理液供給装置の運用方法において、
前記処理液供給路の処理液に接触した電極の表面電位を測定する工程と、
前記工程にて測定された測定電位を微分する工程と、
前記測定電位の微分値が異常であるか否かを判定する工程と、を含むことを特徴とする。

さらに、本発明の記憶媒体は、
ノズルから基板に対して処理液を供給する処理液供給装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、前記処理液供給装置の運用方法を実行するためのステップ群を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、絶縁性の流路部材により形成された処理液供給路を介して処理液を基板に供給するにあたり、処理液に接触する電極の表面電位を測定し、この測定電位の微分値を取得している。測定電位の微分値は電界の強さに対応することから、処理液供給路内における放電（部分放電）の強度を検出することができる。従って、流路部材の内表面の劣化の程度を予測することができ、例えば流路部材からの液漏れなどの現象に至る前に対処できるなどの効果がある。

本発明の実施形態に係る処理液供給装置の構成図である。 処理液供給装置に設けられる測定部の一例を示す縦断面図である。 処理液供給装置に設けられる測定部の一例を示す外観斜視図である。 処理液供給装置の制御系の一例を示す構成図である。 処理液供給装置の作用を示すフローチャートである。 評価試験のテスト流路を示す構成図である。 測定電位と時間との関係を示す特性図である。 測定電位と時間との関係を示す特性図である。 測定電位の微分値と時間との関係を示す特性図である。

図１は、本発明の実施形態に係る処理液供給装置を示したものである。処理液供給装置は、ノズル１１、１２から基板例えば半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗに対して処理液例えば現像液を供給するものであり、ノズル１１、１２に処理液を供給するための処理液供給路２を備えている。処理液供給路２は絶縁性の流路部材により形成され、その上流端には図示しない処理液供給源が接続される。流路部材は、例えばＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素樹脂製の配管により構成される。図１は処理液供給路２における処理液供給源の下流側を示しており、バルブやポンプなどの供給機器と、処理液供給路２内の放電を検出する機器とを備えている。

先ず、バルブやポンプなどの供給機器について説明すると、処理液供給路２には、上流側から順に、第１のバルブＶ１と、レギュレータ３１と、圧力検出部３０と、が設けられている。第１のバルブＶ１は、処理液供給源側から処理液供給装置に処理液を供給するためのバルブであり、第１のバルブＶ１の上流側にはベント用のバルブＶ２を備えた分岐路１０が接続されている。レギュレータ３１は、その上流側の処理液供給路２を通流する処理液の圧力を減圧調整する機器であり、例えばダイヤフラムと、ダイヤフラムと連動するバルブと、を備え、バルブの開度により圧力損失を調整するように構成されている。

レギュレータ３１の下流側において、処理液供給路２は例えば２本の供給路２０１、２０２に分岐しており、一方の供給路２０１には第１のポンプユニット３２、他方の供給路２０２には第２のポンプユニット３３が夫々設けられている。第１のポンプユニット３２は、例えばダイヤフラムポンプからなるポンプ３２０と、処理液をポンプ３２０に供給するための供給用バルブＶ３１と、ポンプ３２０から供給路２０１を介して下流側に処理液を排出するための排出用バルブＶ４１と、を備えている。第２のポンプユニット３３は第１のポンプユニット３２と同様に構成され、ポンプ３３０と、供給路２０２に夫々設けられた供給用バルブＶ３２及び排出用バルブＶ４２と、を備え、供給路２０１、２０２は排出用バルブＶ４１、Ｖ４２の下流側にて合流している。また、ポンプ３２０、３３０には、夫々ドレイン用のバルブＶ５１、Ｖ５２を備えると共に、互いに合流するドレイン路３２１、３３１が接続されている。

この例における処理液供給路２は、排出用バルブＶ４２の下流側にて分岐部２０を介して例えば２本に分岐しており、分岐された各処理液供給路を第１の流路２１、第２の流路２２とする。第１の流路２１、第２の流路２２の下流端には、夫々ノズル１１、１２が設けられている。これらノズル１１、１２は液処理モジュール１００に搬送されたウエハに例えば同じ種類の処理液を供給するものである。液処理モジュール１００は、例えばウエハＷを鉛直軸まわりに回転自在に保持するための基板保持部１１０を備えている。

第１の流路２１、第２の流路２２には、夫々上流側から順にフィルタ３４、流量検出部３５、ディスペンスバルブ（液吐出用バルブ）Ｖ６が設けられている。ディスペンスバルブＶ６は、予め設定された液量の処理液を吐出する機能を備えた機器である。フィルタ３４は、処理液中に含まれるパーティクルを除去するためのものであり、ベント用のバルブＶ７を備えたベント路３４１が接続されている。なお、第１の流路２１、第２の流路２２には、供給機器が同様に設けられているので、符号を共通化している。

また、処理液供給路２には、第１の流路２１及び第２の流路２２におけるフィルタ３４の下流側の処理液を、夫々第１のポンプユニット３２の上流側に戻すための第１の循環路５１及び第２の循環路５２が設けられている。この例では、第１の循環路５１及び第２の循環路５２の一端側は、夫々第１のポンプユニット３２の下流側、例えば圧力検出部３０と第１のポンプユニット３２との間に接続される。また、第１の循環路５１及び第２の循環路５２の他端側は、夫々第１の流路２１及び第２の流路２２におけるフィルタ３４の下流側、例えば流量検出部３５とディスペンスバルブＶ６との間に接続される。これら第１の循環路５１及び第２の循環路５２には、第１及び第２の循環バルブＶ８１、Ｖ８２が夫々設けられており、この例において各バルブＶ１〜Ｖ８２は、例えばエアオペレートバルブより構成される。

続いて、処理液供給路２内の放電を検出する機器について説明する。先ず、第１のバルブＶ１の上流側には第１の測定部４１が設けられ、第１の流路２１及び第２の流路２２におけるフィルタ３４の下流側、例えば第１の循環路５１及び第２の循環路５２には、夫々第２の測定部４２及び第３の測定部４３が設けられている。さらに、例えばディスペンスバルブＶ６とノズル１１、１２との間には、夫々第４の測定部４４及び第５の測定部４５が設けられている。

第１〜第５の測定部４１〜４５は同様に構成されており、その一例について、第２の測定部４２を例にして図２及び図３に示す。図２中６は電極ユニットであり、この電極ユニット６は、電極をなす電極棒６１及び接液領域形成部材６２を備えている。電極棒６１は例えば断面形状が円形の棒状体であり、その上端は例えば円形の平面状に形成されている。

電極棒６１の接液部分は、例えばステンレスなどの金属の表面に、メタルコンタミネーションの発生を抑えるために導電性材料をコーティングすることにより構成され、導電性材料は、処理液が金属領域に浸透しないように厚膜例えば３００μｍの厚さで形成されている。導電性材料としては、ＥＣシリーズ（日本フッソ工業社製）などの導電性または静電気拡散性（≦１０^９Ω）のフッ素樹脂、ＡＣ１４０Ｓ（日清紡ケミカル社製）、ＡＣ１４０（日清紡ケミカル社製）などのガラス状カーボン、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などを用いることができる。また電極棒６１の接液部分は、例えばステンレスなどの金属の表面を電解研磨処理したものであってもよい。

接液領域形成部材６２は流路部材の途中部分をなすものであって、例えば処理液供給路２に着脱自在に設けられ、例えば処理液供給路２を形成する流路部材と同じ絶縁性の材料により構成される。接液領域形成部材６２は、電極棒６１を保持すると共に、電極棒６１と処理液との接液領域を形成するものであり、電極棒６１は、その一端側が接液領域形成部材６２を貫通して当該接液領域形成部材６２の流路内に位置し、その他端側が接液領域形成部材６２の外に位置するように構成される。

例えば接液領域形成部材６２は、処理液供給路２に沿って形成され、処理液が通流する通流部６２１と、通流部６２１と例えば一体に構成され、電極棒６１を保持する保持部６２２と、を備えている。保持部６２２は通流部６２１の長さ方向の略中央部から通流部６２１に対して略鉛直に設けられ、上端は電極棒６１の挿入口６２３として形成されている。保持部６２２は例えばその内面が電極棒６１の外面と互いに接触し、電極棒６１が保持部６２２に挿入されたときに、例えば電極棒６１の先端部が通流部６２１を通流する処理液と接触するように構成される。

電極棒６１は、例えばネジ式の継ぎ手部６１１により保持部６２２に接続され、こうして電極棒６１は、この例では処理液供給路２の処理液及び流路部材に接触するように設けられる。このような接液領域形成部材６２は、例えばネジ式の継ぎ手部６３１、６３２により処理液供給路２に接続され、流路部材の一部として機能する。継手部６１１、６３１、６３２は、例えば処理液供給路２と同じ材質の絶縁性のフッ素樹脂により構成される。

電極棒６１の上面には例えば円板状の導電板６４が設けられている。導電板６４は電極棒６１の一部を成すものであって、例えばその中心部が電極棒６１の横断面の中心部と揃うように構成され、その上面には例えば円筒形状の支持体６５を介して遮蔽用導電体６６が設けられている。支持体６５は例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）などの絶縁部材よりなり、導電板６４及び遮蔽用導電体６６は例えばＳＵＳ３１６Ｌなどのステンレス鋼材により構成される。なお遮蔽用導電体６６は外部の電場を遮蔽するために接地されている。

遮蔽用導電体６６は、電極棒６１の側方の周囲を空間を介して覆うように例えば円筒体形状に構成され、その上端は内側に屈曲し、上方から見たときに、その中央部が例えば円形に開口するリング形状の上面部６６１として形成されている。上面部６６１の裏面側は支持体６５の上端に接続されており、上面部６６１の中央の開口部６６２は例えば導電板６４と同心円状に形成されている。

後述のように、処理液供給路２に処理液を通流させると、処理液はプラス、流路部材はマイナスに帯電し、これらに接触する電極棒６１を介して、これらの電荷による電気力線が電極棒６１、導電板６４及び遮蔽用導電体６６により囲まれた領域内にて収束する。

図２中７は表面電位測定部７であり、測定対象の被測定物との間の静電容量に対応した電圧を誘起し、測定電極を周期的に振動させることで交流変調した信号を取り出し、この信号から表面電位を把握するように構成されている。この例における表面電位測定部７は、例えば導電板６４と対向する測定電極である測定端７１を備え、例えば測定端７１が遮蔽用導電体６６の上面部６６１の直近上方において開口部６６２に向けて水平に伸びるように構成されている。表面電位測定部７としては、例えばオムロン社のＺＪ−ＳＤなどの表面電位計を用いることができる。

この表面電位測定部７及び開口部６６２は例えば導電体よりなるカバー体７２により囲まれている。カバー体７２及び遮蔽用導電体６６は、電極棒６１と測定端７１の周囲を囲むシールド部材を構成するものである。この例のカバー体７２にはガス供給孔７３が形成され、パージガス供給部７４から不活性ガス例えば窒素（Ｎ_２）ガスが供給されて、シールド部材により囲まれている空間がＮ_２ガスによりパージされるように構成されている。パージガス供給部７４は例えば不活性ガスの供給源及び供給路を備えている。

カバー体７２内にＮ_２ガスを供給すると、シールド部材を構成する構造体の隙間からカバー体７２内の空気が外部へ押し出されて、その内部雰囲気がＮ_２ガスにより置換される。これにより測定端７１の周囲では酸素（Ｏ_２）濃度が低下するので、着火が抑制され、安全性が確保できる。７５は後述する第１のコントローラ８１に対して検出信号を送信するための伝送ケーブルである。

こうして表面電位測定部７を設けることにより、処理液及び流路部材の帯電量に対応する電位が、電極棒６１の表面電位として測定される。このときの表面電位は処理液の帯電状態と流路部材の帯電状態とを合成した帯電状態に対応するものであり、その測定値は伝送ケーブル７５を介して後述する第１のコントローラ８１に送信される。帯電量の把握については、処理液の帯電量に対応する電位を検出すれば足りるが、この例では電極棒６１が流路部材と密着した構成を採用していることから、処理液及び流路部材の各帯電量の和に対応する電位が電極棒６１の表面電位として測定されることになる。

第１の測定部４１は、処理液供給源側から処理液供給装置に供給される処理液の帯電状態を把握するために第１のバルブＶ１の上流側に設けられている。また、第２の測定部４２及び第３の測定部４３は、夫々第１の流路２１及び第２の流路２２におけるフィルタ３４を通過した後の処理液の帯電状態を把握するために、フィルタ３４の下流側における第１の循環路５１及び第２の循環路５２に夫々設けられている。さらに、第４の測定部４４及び第５の測定部４５は、ノズル１１、１２に供給される処理液の帯電状態を把握するために、ノズル１１、１２の上流側直近に設けられている。

この例においては、図１において一点鎖線にて囲まれた、ディスペンスバルブＶ６を含み、当該ディスペンスバルブＶ６の下流側が、液処理モジュール１００を備えた処理ブロックＢ１を成し、ディスペンスバルブＶ６よりも上流側が、処理液の供給機器を備えた機器ブロックＢ２を成している。図１及び図４に示すように、機器ブロックＢ２に設けられた第１〜第３の測定部４１〜４３の伝送ケーブル７５は、例えば共通の第１のコントローラ８１に接続され、処理ブロックＢ１に設けられた第４及び第５の測定部４４、４５の伝送ケーブル７５は、例えば共通の第２のコントローラ８２に接続されている。以下では、第１〜第５の測定部４１〜４５を測定部４１〜４５、第１及び第２のコントローラ８１、８２をコントローラ８１、８２と記載する場合がある。

図４を参照して、第１〜第５の測定部４１〜４５の制御系について説明する。第１のコントローラ８１及び第２のコントローラ８２は、対応する測定部４１〜４５の伝送ケーブル７５により夫々接続された微分回路部８３と、各微分回路部８３の後段に夫々設けられたアナログ／ディジタル変換部（Ａ／Ｄ変換部）８４と、通信部８５と、を備えている。

微分回路部８３は、表面電位測定部７により得られた測定電位の微分（時間微分）を行うものである。電位の時間に対する変化量の大きさが電界の強さに対応することから、測定電位を微分することにより、電界の強さが把握できる。測定部４１〜４５の測定電位（アナログ値）は、コントローラ８１、８２の微分回路部８３において微分され、Ａ／Ｄ変換部８４においてディジタル値に変換される。こうして得られた微分データは通信部８５を介して、制御部９の通信部９１に対して送信されるように構成されている。なお、微分回路部８３は、測定電位のディジタル値から演算により微分値を求めるものを含む。

制御部９はコンピュータからなり、通信部９１と、ＣＰＵ９２と、プログラム格納部９３と、メモリ９４と、警報出力部をなすアラーム出力部９５と、表示部９６と、を備えている。プログラム格納部９３には、命令が組まれた、例えばソフトウェアからなる各種のプログラムが格納され、例えば後述する判定部をなすプログラム、及び液処理モジュール１００における液処理用のプログラムも含まれる。

これらプログラムが制御部９に読み出されることで、制御部９は処理液供給装置及び液処理モジュールの各部に制御信号を出力する。それによって、バルブＶ１〜Ｖ８２の開閉や第１及び第２のポンプユニット３２、３３の駆動、測定電位の微分値の取得、異常判定、ノズル１１、１２の移動、基板保持部１１０の駆動などの各動作が制御され、後述する処理が行われるようになっている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスクまたはメモリーカードなどの記憶媒体に収納された状態でプログラム格納部に格納される。

判定部は、微分回路部８３により得られた微分値が異常であるか否かを判定するものである。この例の判定部は、通信部９１を介して取得された、例えば第１〜第５の測定部４１〜４５にて検出された測定電位の微分値が閾値以内であるかを判定すると共に、閾値を越えた回数をカウントし、この回数が設定回数に達したときに異常であると判定するように構成されている。表示部９６は、例えば第１〜第５の測定部４１〜４５にて検出された測定電位の微分値を表示するものである。また、アラーム出力部９５は、判定部により異常であると判定されたときに警報を出力するものであり、例えば、表示部９６への表示、アラーム音の発生やアラームランプの点灯などが行われる。測定電位の微分値の閾値及び設定回数については後述する。

続いて、本実施形態の作用について説明する。処理液供給路２には、第１のバルブＶ１を開くことにより、処理液供給源側から処理液が予め設定された圧力で供給される。先ず、ノズル１１、１２に処理液を供給する前の処理液の流れについて説明する。ディスペンスバルブＶ６を閉じた状態で、第１のバルブＶ１、第１のポンプユニット３２の供給用バルブＶ３１を開き、処理液を貯留するように第１のポンプユニット３２を作動させて、処理液供給路２及び供給路２０１を介してポンプ３２０内に一定量の処理液を貯める。

次いで、例えば第１の循環路５１を介して処理液を循環させる。即ち、排出用バルブＶ４１、第１の循環バルブＶ８１、供給用バルブＶ３２を開き、供給用バルブＶ３１を閉じて、処理液を排出するように第１のポンプユニット３２を作動させると共に、処理液を貯留するように第２のポンプユニット３３を作動させる。これにより、第１のポンプユニット３２から分岐部２０を介して第１の流路２１に供給された処理液は、フィルタ３４を介して第１の循環路５１を通流していき、供給路２０２を介して第２のポンプユニット３３に貯留される。

続いて、例えば第２の循環路５１を介して処理液を通流させる。即ち、排出用バルブＶ４２、第２の循環バルブＶ８２、供給用バルブＶ３１を開き、供給用バルブＶ３２を閉じて、処理液を排出するように第２のポンプユニット３３を作動させると共に、処理液を貯留するように第１のポンプユニット３２を作動させるこれにより、第２のポンプユニット３３から分岐部２０を介して第２の流路２２に供給された処理液は、フィルタ３４を介して第２の循環路５２を通流していき、第１のポンプユニット３２内に貯留される。こうして、第１及び第２の流路２１、２２に処理液を供給し、夫々のフィルタ３４を介して、第１及び第２の循環路５１、５２を通流させることにより、処理液内のパーティクルを除去する。

一方、ノズル１１、１２から処理液を吐出するときには、例えば第１及び第２のポンプユニット３２、３３の一方に処理液を貯留しておき、当該処理液が貯留されているポンプユニット３２、３３を処理液を排出するように作動させる。そして、分岐部２０により、第１の流路２１、第２の流路２２の少なくとも一方に処理液を供給し、対応するディスペンスバルブＶ６を所定時間開く。これにより液処理モジュール１００では、ノズル１１、１２の少なくとも一方からウエハＷに対して所定時間処理液の吐出が行われ、液処理が実行される。ノズル１１、１２から処理液の吐出を停止するときには、ディスペンスバルブＶ６を閉じる。

続いて、第１〜第５の測定部４１〜４５の作用について説明するが、先ず、処理液供給路２における処理液のリークの発生原因について記す。処理液供給路２を形成する絶縁性の流路部材はマイナスへ帯電しやすく、例えば酢酸ブチルなどの体積抵抗率が高く、絶縁性が大きい処理液はプラスに帯電しやすい。このため処理液供給路２内に処理液を通流させると、流路部材と処理液との摩擦により静電気が発生し、処理液供給路２において、レギュレータ３１やフィルタ３４等の高圧損部では電荷が著しく発生する。

そして、多量の電荷を含む処理液が下流側に移動していくと、処理液の流れの滞留部において電界が集中し、プロセス条件によっては微弱な放電（部分放電）が起こる。これにより流路の内表面が劣化すると、この劣化箇所において部分放電が繰り返し発生し、結果的に流路を構成する部材が絶縁破壊してピンホールが形成されるものと推察される。実際にリークが発生した部品を分解観察した結果、処理液の流れの滞留部とピンホールの形成部とは対応しており、流れの滞留部において部分放電が繰り返し発生することが裏付けられる。

本発明者は、処理液供給路２の処理液に電極棒６１を接触させ、その表面電位を表面電位測定部７により測定することにより、後述の評価試験からも明らかなように、処理液供給路２を通流する処理液の帯電状態を高い精度で把握できることを確認している。なお、既述のように本実施形態では、電極棒６１は、その装着構造により処理液及び流路部材に接触している。
さらに表面電位測定部７による測定電位の微分値が放電信号と対応することを把握している。流路部材のある個所で放電が起こるということは、当該個所で電界が集中しているということであり、当該個所から離れた部位においても前記放電により電位が急激に変化する。このため、測定電位の微分により電界の強さが把握でき、放電（部分放電）を検出できる。

即ち、例えば予め放電が発生するときの測定電位の微分値の大きさを閾値として取得しておくことにより、測定電位の微分値が閾値を越えるときに部分放電が発生すると捉えることができる。なお、後述の評価試験から明らかなように、測定電位はプラスとマイナスの間で振動しているため、閾値としてはプラス側の閾値とマイナス側の閾値を設けておく。そして、測定電位の微分値がプラス側の閾値を越えて大きくなる（プラス側に大きくなる）ときに閾値を越えるとし、測定電位の微分値がマイナス側の閾値を越えて小さくなる（マイナス側に大きくなる）ときに閾値を越えるとする。

この例では、微分回路部８３により得られた微分値が異常であるか否かを判定する判定部を設け、この判定部により、電極棒６１の測定電位の微分値が閾値を越えた回数をカウントし、設定回数に達したときに異常であると判定している。この設定回数は、例えば流路部材の内表面の劣化の程度を予測し、絶縁破壊の発生を抑制するために設定されるものである。例えば部分放電が発生する可能性があるプロセス条件において、予め流路部材を構成する部品毎に耐久試験を行い、部分放電の回数と絶縁破壊が起こるまでの寿命との相関関係を把握することにより設定される。このように測定電位の微分値の閾値や、閾値を越える設定回数は、予め試験によりプロセス毎に取得されるものであり、例えば第１〜第３の測定部４１〜４５には共通の閾値及び設定回数が用いられる。

具体的には、第１〜第５の測定部４１〜４５では、処理液が通流しているときには、常時、第１及び第２のコントローラ８１、８２において処理液の測定電位の微分値を取得し、所定時間毎にそのデータを制御部９に通信する。測定電位のサンプリング周期は例えば２０ｍｓである。そして、制御部９の判定部では、図５のフローチャートに示すように、例えばステップＳ１においてカウント数ｎを０として測定電位の微分値を読み込み（ステップＳ２）、この微分値が閾値を越えているか判定する（ステップＳ３）。

閾値を越えていなければステップＳ２に進み、再び測定電位の微分値の読み込みを行う。一方、閾値を越えていればステップＳ４において、カウント数ｎに１を足し（ｎ＝ｎ＋１）、ステップＳ５において、ｎが設定回数に達したか否かを判定する。そして、設定回数に達していなければステップＳ２に進み、再び測定電位の微分値の読み込みを行う。一方、設定回数に達していればステップＳ６においてアラーム出力を行い、作業者に異常を報知する。また、アラームランプやアラーム音等のアラーム出力に換えて、表示部９６に、異常が発生していることの表示、例えば測定電位の微分値が閾値を越えた回数が設定回数に達しているというコメントなどを表示するようにしてもよい。

例えば第１の測定部４１では、処理液供給源（工場）側から、電荷が多く含まれた処理液が供給され、測定電位の変動が大きい場合にアラームを出力する。この場合には、例えば処理液供給源側で処理液の電荷を適正範囲に抑えるための対策などが採られる。処理液の体積抵抗率は製造時期などによりばらつきがあり、電荷が多く含まれる処理液が供給されると、図１に記載した処理液供給路２を構成する流路部材や、ポンプユニット、フィルタ、バルブ等の部品が全て劣化するおそれがあることから、第１の測定部４１において、処理液の帯電状態の監視を行っている。

また、処理液供給源から供給される処理液の帯電量が正常であっても、フィルタ３４を介して処理液を循環させることにより処理液の電荷が多くなり、レギュレータ３１や第１及び第２のポンプユニット３２、３３の通過によっても、処理液の電荷が多くなる。こうして、第２の測定部４２及び第３の測定部４３では、フィルタ３４通過後の処理液の帯電状態の監視を行い、測定電位の変動が大きい場合に、アラームを出力する。さらに、第４の測定部４４及び第５の測定部４５は、ノズル１１、１２の近傍に設けられているので、ウエハＷに供給する処理液の電荷が多く、測定電位の変動が大きい場合にアラームを出力する。

第２〜第５の測定部４２〜４５においてアラームが出力されたときには、図１における圧力検出部３０の下流側の処理液供給路（流路部材）２に設けられた部品、例えば第１及び第２のポンプユニット３２、３３、バルブＶ３１、Ｖ３２、Ｖ４１、Ｖ４２、ディスペンスバルブＶ６等の各種バルブ、フィルタ３４や配管などの内表面が劣化するおそれがある。このため、例えば処理液の流量や第１及び第２のポンプユニット３２、３３による送液時の圧力などを調整したり、処理液流路２に設けられた部品等の点検作業や、新たなアース箇所の形成などの、処理液供給路２の絶縁破壊を未然に防止する対策を講じる。

上述の実施形態によれば、絶縁性の流路部材により形成された処理液供給路２を介して処理液をウエハＷに供給するにあたり、処理液に接触する電極棒６１の表面電位を測定し、この測定電位の微分値を取得している。測定電位の微分値は電界の強さに対応することから、処理液供給路２内における放電（部分放電）の強度を検出することができる。従って、流路部材の内表面の劣化の程度を予測することができ、例えば流路部材からの液漏れなどの現象に至る前に対処できる。

例えば予め放電が発生するときの測定電位の微分値の大きさを把握することにより、処理液供給路２内において、部分放電が発生するか否かの予測や、部分放電の発生の検出などを行うことができる。また、予め処理液供給路２に設けられる部品の耐久試験を行い、絶縁破壊を起こすまでの放電の大きさや放電回数を把握して測定電位の微分値のデータに反映させることにより、部品の内表面の劣化の程度の把握や、部品の寿命の予測を行うことができる。

また、判定部を設け、測定電位の微分値が異常であるか否かを判定し、異常であると判定されたときに警報を出力することにより、処理液供給路２の帯電状態の異常を早期に検知することができる。このため、処理液供給路２の内表面の劣化が進行する前に作業者が適切な対応をとれるため、処理液供給装置において、処理液の供給を滞りなく行うことができる。

また、第１〜第５の測定部４１〜４５は電極棒６１を含む電極ユニット６と、表面電位測定部７と、微分回路部８３と、を設けるという簡易な構成であるので、処理液供給路２のどの部位にも設置しやすく、処理液供給装置に容易に組み込むことができる。本発明者は、プロセス条件が同じ場合であっても、処理液自体の帯電性のばらつきや、処理液の供給サイクルなどの装置の稼働状態が異なると、部分放電の発生の有無や、部分放電を発生する場合の頻度が異なることを知得している。このため、処理液供給装置毎に処理液の帯電状態を把握する要請があり、本発明の測定部のように簡単に組み込むことができる構成は有効である。

さらにまた、測定部４１〜４５は処理液供給路２に着脱自在に設けられているので、処理液供給路２のどの部位に対しても簡単に装着でき、当該部位における帯電状態を高い精度で把握できる。このように、処理液供給路２の複数個所で帯電状態を把握できるので、放電が発生しやすい部位の特定なども容易に行うことができる。また、シールド部材により、電極棒６１及び表面電位測定部７の測定端７１の周囲を囲んでいるので、外部の電界の影響を遮蔽でき、処理液の帯電状態を精度よく検出できる。また、シールド部材の内部に窒素ガスを導入してパージすることができるので、既述のように安全性を確保することができる。

一般的な放電の検出方法としては、超音波や電磁波を観測する手法が知られているが、検出装置が大掛かりとなり、処理液供給装置に簡易に組み込むことができない。また、例えば処理液供給路２の外側に導線よりなるアンテナを設け、このアンテナにより放電時に発生する電磁波を検出する手法も考えられる。この手法では、例えば放電がないときの信号レベルを把握し、この信号レベルよりも設定されたレベル以上大きい信号を放電信号と認識するものである。しかしながら、電磁波の検出では、アンテナが他の部位の放電を拾うおそれがあり、測定部位の放電のみを切り分けて精度よく検出することは難しい。

以上においては、電極の構成は上述の実施形態に限らず、処理液と接触する構成であればよく、表面電位測定部は、電極よりなる導電体の表面電位を測定するものであれば、上述の構成には限らない。また、判定部は、測定電位の微分値が閾値を越えたときに、異常であると判定するように構成してもよい。さらにまた、上述の処理液供給路２は、少なくとも電極の表面電位（測定電位）の測定を行う表面電位測定部と、測定電位の微分を行う微分回路部を備える構成であればよく、測定電位の微分値が異常であるか否かは、作業者が表示部に表示されたデータを目視して判定してもよい。さらにまた、表面電位の測定を行う測定部の設置個所及び個数は上述の例には限らない。本発明は、上述に説明した現像液を供給する処理液供給装置に限定されず、例えばレジストや反射防止膜用の薬液を供給する装置、洗浄液を供給する装置や、絶縁膜の前駆物質を含む薬液を供給する装置にも適用できる。

（評価試験）
図６に示すテスト流路を用いて評価試験を行った。このテスト流路は、第１のポンプＰ１と第２のポンプＰ２を備えると共に、これら第１及び第２のポンプＰ１、Ｐ２の下流側に、流量検出部Ｍと、フィルタＦと、バルブＶと、測定部４と、を備えたものである。測定部４は上述の第１〜第５の測定部４１〜４５と同様に構成されている。そして、処理液を、第１のポンプユニットＰ１→フィルタＦ→測定部４→第２のポンプユニットＰ２→フィルタＦ→測定部４→第１のポンプユニットＰ１のルートで循環させて、電極棒６１の表面電位を測定し、この測定電位の微分値（時間微分）を取得した。処理液としては酢酸ブチル（体積抵抗率：３．４×１０^１１Ω・ｃｍ）を用い、処理液の流速はｍａｘ２０００ｍｌ／ｍｉｎ、ポンプサイクルは１５秒×４０回、サンプリング周期は２０ｍｓとした。

また、静電気放電（ＥＳＤ：Electro-Static Discharge）を検出する検出装置３００を設け、放電信号を検出した。この検出装置３００は、例えば同軸ケーブルの先端部のシールドを剥がし、当該先端部を巻回してなるアンテナと、検出部と、を備え、アンテナは、バルブＶの外側に貼付した。検出部としてはキーエンス社製のＮＲ６００を用い、サンプリング周期は２０μｓとして、放電による電磁波を検出した。さらに、測定部４の近傍において、テスト流路を構成する配管の外側に表面電位測定部７のみを配置して、配管の表面電位を測定した。

この結果を図７に夫々示す。図中横軸は時間、左縦軸は表面電位測定部７にて測定される表面電位（Surface potential）、右縦軸は検出装置３００にて得られる放電信号（ESD Signal:ＥＳＤ信号）である。図７においては、縦軸中央にて電極棒６１の表面電位（測定電位）、縦軸上側にて配管の表面電位、縦軸下側にて検出装置３００のＥＳＤ信号を夫々示している。検出装置３００では、例えば放電がないときは、波高値±０．１Ｖ未満程度の交流信号であり、放電があるときは、±０．２Ｖ以上のスパイク性の信号が重なって観測される。このスパイク性の信号はサンプリング周期の速いオシロスコープを用いると、ピーク幅がｎｓオーダーの減衰振動波として観測されるもので、サンプリング周期２０μｓでは、確率的に捕らえたものであると考えられる。ここでは、例えば放電がないときの信号レベルを０として、これよりも設定されたレベル以上大きい信号と、小さい（マイナス側に大きい）信号を放電信号と認識としており、マイナスのＥＳＤ信号のみを示している。図８は、図７の１８０秒〜３００秒までの２分間における電極棒６１の測定電位とＥＳＤ信号を夫々示す拡大図である。

図９は、図８に示す電極棒６１の測定電位と、測定電位の微分値を夫々示すものである。図９中横軸は時間、左縦軸は電極棒６１の表面電位の指標である電荷量（electrical charge）、右縦軸は測定電位の微分値（Differential calculus level）である。図９においては、縦軸上側にて電極棒６１の測定電位、縦軸下側にて測定電位の微分値を夫々示している。

この結果、図７から、電極棒６１の測定電位データから、処理液供給路２内の測定部位において、処理液はプラス側とマイナス側への帯電を繰り返しており、その振幅（変動）が大きいことが認められた。また、配管の表面電位データに比べて細かい波形が得られたことから、感度よく処理液の帯電を測定できることが理解される。

さらに、図９から、測定電位の変曲点において微分値が大きくなり、測定電位の微分値は電界の強さに対応することが認められた。これにより、測定電位からは放電が検出できないが、測定電位の微分値に基づいて放電が検出できること、また、電界の強さは放電の強さに対応することから、放電の強度が検出できることが理解される。また、サンプリング周期は電磁波の検出装置３００よりも長いためデータ量が少ないが、放電イベントの回数を同等程度に検出できることが認められた。

Ｗ 半導体ウエハ
１００ 液処理モジュール
１１、１２ ノズル
２ 処理液供給路
６１ 電極棒
７ 表面電位測定部
７１ 測定端
８１ 第１のコントローラ
８２ 第２のコントローラ
９ 制御部

Claims (9)

1. ノズルから基板に対して処理液を供給する処理液供給装置において、
   前記ノズルに処理液を供給するための処理液供給路を形成する絶縁性の流路部材と、
   前記処理液供給路の処理液に接触した電極と、
   前記電極の表面電位を測定するための表面電位測定部と、
   前記表面電位測定部により測定された測定電位を微分する微分回路部と、を備えたことを特徴とする処理液供給装置。
2. 前記微分回路部により得られた測定電位の微分値が異常であるか否かを判定する判定部と、
   前記判定部により異常であると判定されたときに警報を出力する警報出力部と、
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の処理液供給装置。
3. 前記判定部は、前記微分値が閾値を越えた回数が設定回数に達した時に異常であると判定するように構成されていることを特徴とする請求項２記載の処理液供給装置。
4. 前記流路部材の途中部分が当該流路部材における途中部分以外の部位に対して着脱自在に設けられ、
   前記電極は、一端側が前記途中部分を貫通して当該途中部分の流路内に位置し、他端側が当該途中部分の外に位置するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の処理液供給装置。
5. 前記電極及び前記表面電位測定部の測定端の周囲は、シールド部材により囲まれていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の処理液供給装置。
6. 前記シールド部材により囲まれている空間を不活性ガスによりパージするためのパージガス供給部が設けられていることを特徴とする請求項５記載の処理液供給装置
7. 絶縁性の流路部材により形成される処理液供給路からノズルを介して基板に対して処理液を供給する処理液供給装置の運用方法において、
   前記処理液供給路の処理液に接触した電極の表面電位を測定する工程と、
   前記工程にて測定された測定電位を微分する工程と、
   前記測定電位の微分値が異常であるか否かを判定する工程と、を含むことを特徴とする処理液供給装置の運用方法。
8. 前記判定する工程により異常であると判定されたときに警報を出力することを特徴とする請求項７記載の処理液供給装置の運用方法。
9. ノズルから基板に対して処理液を供給する処理液供給装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体であって、
   前記コンピュータプログラムは、請求項７または８に記載の処理液供給装置の運用方法を実行するためのステップ群を備えていることを特徴とする記憶媒体。

Images