JP3532330B2 - 半導体製造装置における薬液自動供給機構 - Google Patents

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、半導体製造装置
における薬液自動供給機構に関するもので、特に装置構
成を簡素化した薬液自動供給機構に関する。 【０００２】 【従来の技術】半導体製造装置における薬液自動供給機
構では、工場ライン等の薬液供給部から現像液や溶剤等
の薬液をデベロッパやスピンコータ等の薬液塗布部に供
給する。その際に常時液圧を一定に保ちながら薬液を供
給する必要がある。そのため、通常の薬液自動供給機構
では１つの薬液供給ラインに２つのバッファタンクおよ
びレギュレータを設け、バッファタンクに窒素等のエア
ーをレギュレータを介して供給することにより液圧を一
定に保ちながら薬液塗布部に薬液を供給する構成を採っ
ている。 【０００３】図５は半導体製造装置における従来の薬液
自動供給機構の一例を示した装置構成図である。この装
置では薬液供給部１０２から供給された薬液の吐出圧力
を一定にするために２式のバッファタンク１０４，１０
５を設け、バッファタンク１０４が薬液吐出部に薬液供
給を行っている間、バッファタンク１０５は薬液吐出部
への薬液供給を停止し、薬液供給部１０２から薬液を補
充される。 【０００４】そして薬液を供給中のバッファタンク１０
４の薬液の液面が補充開始位置まで下がると、バッファ
タンク１０４に設けられた液面センサの信号に従って、
図示しない制御部の制御により薬液吐出部へ薬液を供給
するバッファタンクを切換え、バッファタンク１０４か
らの薬液吐出部への薬液の供給を停止状態にするととも
に、それまでに薬液の補充が完了していたバッファタン
ク１０５を薬液の供給が可能な状態にし、バッファタン
ク１０４には薬液供給部１０２から薬液を補充してい
く。 【０００５】逆に、バッファタンク１０５の薬液の液面
が補充開始位置まで下がると、バッファタンク１０５か
らの薬液の供給を停止状態にし、バッファタンク１０４
を薬液の供給が可能な状態にし、バッファタンク１０５
に薬液を補充していく。 【０００６】このようにして、薬液供給を行うバッファ
タンクと薬液を補充されるバッファタンクを交代させな
がら、薬液吐出部に薬液を供給していく。このような構
成を採っている理由は以下の通りである。 【０００７】すなわち、薬液供給部からバッファタンク
に薬液を補充する際に、バッファタンク内の薬液の増加
に伴って液面が上昇し、薬液の液圧が上昇する。その
際、薬液の増加による液圧の上昇に対して、レギュレー
タ１０３の応答が遅く、減圧が遅れ気味になったり、逆
に減圧を行うと同様の理由により液圧が下がりすぎてし
まうといった液圧の大きな変動が発生してしまう。そこ
で、一方のバッファタンクに薬液を補充している間はそ
のバッファタンクからの薬液吐出部への薬液供給を行わ
ないで、他のバッファタンクから薬液供給を行うことに
より、薬液の補充中のバッファタンクからは薬液吐出部
へ薬液の供給を行わないようにしていたのである。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の例に
おいて示したように、従来の半導体製造装置における薬
液自動供給機構は１系統の薬液供給ラインに付きバッフ
ァタンクを２式備えていたため、それに伴う配管、レギ
ュレータ、各種バルブ等がそれぞれ２式ずつ必要であっ
た。そのため、装置構成が複雑になっていたうえに、装
置自体が大型になり設置のために大きなスペースが必要
であった。また部品数が多いためコストが多くかかって
いた。 【０００９】この発明は、従来技術における上述の問題
の克服を意図しており、薬液供給ラインの装置構成が簡
素化された薬液自動供給機構を提供することを目的とす
る。 【００１０】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明の請求項１の薬液自動供給機構は、薬液供
給部から供給される薬液が収容されたバッファタンクに
加圧系統から加圧気体を供給し、前記加圧気体の圧力に
よって前記薬液を前記バッファタンクから半導体製造装
置へと吐出させる薬液自動供給機構において、前記加圧
系統内に介挿されて前記バッファタンク内における前記
気体の圧力を調整するレギュレータとして、前記レギュ
レータの排気口側の前記気体を常時微量ずつリリーフす
るオリフィスを有するメカニカルレギュレータが使用さ
れ、それによって、前記薬液供給部から前記バッファタ
ンクへの薬液供給中にも前記バッファタンクの内圧が一
定に保たれるとともに、前記バッファタンクが単一とさ
れていることを特徴とする。 【００１１】 【発明の実施の形態】 【００１２】 【１．機構的全体構成と装置配列】図１はこの発明の薬
液自動供給機構の１つの実施の形態としての現像液供給
機構の全体構成図である。以下、図１を用いてこの現像
液自動供給機構の構成を説明していく。この実施の形態
の現像液自動供給機構は半導体製造装置において半導体
装置を製造する際に、スピンデベロッパ２０において配
線パターン等が露光された半導体基板（以下「基板」と
いう）上に現像液を塗布し、それによって基板を現像す
る際に、現像液供給部６から送給される現像液をスピン
デベロッパ２０内のノズル１７から一定の圧力で吐出す
るための機構である。 【００１３】この図１において一点鎖線は信号ケーブル
を表わしており、３方エアーオペレイト弁５、２方エア
ーオペレイト弁１１，１６、バッファタンク１２に備え
られた現像液の液面センサ１２ａ〜ｄ（後に詳述）、ノ
ズル１７のそれぞれと制御部１３とを接続している。 【００１４】また、図中の実線は配管を表わしており、
工場のライン等を総称した現像液供給部６から現像液を
バッファタンク１２に送給する配管ＰＡと、バッファタ
ンク１２にエアー供給部１から窒素等のエアーを送給す
る配管ＰＢと、バッファタンク１２からノズル１７に現
像液を送給する配管ＰＣの３本である。 【００１５】配管ＰＡでは、現像液供給部６から送給さ
れた現像液がトラップタンク７に一度蓄えられた後、絞
り弁８に送られ流量を制限された後、さらに現像液は逆
止め弁９、フィルター１０を介して２方エアーオペレイ
ト弁１１に送られる。この２方エアーオペレイト弁１１
は制御部１３に接続されていて、その制御信号により開
閉し現像液を送給したり停止したりしている。そして現
像液はバッファタンク１２に補充される。 【００１６】また、配管ＰＢでは、エアー供給部１から
送給されたエアーがフィルター２を通過し、メカニカル
レギュレータ３に至る。このメカニカルレギュレータ３
によりエアーの圧力は精密に制御される。その後、エア
ーは３方マニュアル弁４に至る。この３方マニュアル弁
４は予めエアー流量が所定量になるように設定されてい
る。さらに、エアーは制御部１３により制御を受けた３
方エアーオペレイト弁５において送給、停止、解放の３
つの状態に自動制御される。そして、最終的にエアーは
バッファタンク１２に至る。 【００１７】さらに、配管ＰＣでは、バッファタンク１
２から送給された現像液が絞り弁１４において流量の制
限を受ける。その後現像液はフィルター１５を通過した
後、２方エアーオペレイト弁１６において制御部１３に
より送給、停止の２つの状態について自動制御を受け、
最終的にスピンデベロッパ２０内のノズル１７から基板
上に吐出される。 【００１８】以上のような構成により、この実施の形態
の現像液自動供給機構はノズル１７から基板上に吐出さ
れる現像液の液圧を一定に保っている。 【００１９】 【２．薬液自動供給機構の処理】以下においてこの実施
の形態における現像液の液圧制御の仕組みを説明する。 【００２０】前述のように現像液は現像液供給部６から
バッファタンク１２に供給されていくが、バッファタン
ク１２には現像液の液面の高さを捉える４つの液面セン
サ１２ａ〜ｄが備えられている。 【００２１】液面センサ１２ａは現像液がバッファタン
ク１２内いっぱいに充填されて、許容される上限に達し
たかどうかを捉えるセンサであって、液面センサ１２ａ
からの信号が液面が上限位置に達していないことを示す
状態から上限位置に達したことを示す状態に変化する
と、制御部１３は図示しない警報器を作動させオペレー
ターにバッファタンク１２があふれる危険を報知する。 【００２２】液面センサ１２ｂはバッファタンク１２へ
現像液の補充時にその液面が補充停止位置ＳＥに達して
いるかどうかを捉えるセンサであって、液面センサ１２
ｂからの信号が液面が補充停止位置に達していないこと
を示す状態から補充停止位置に達したことを示す状態に
変化すると、制御部１３は２方エアーオペレイト弁１１
を閉じて現像液供給部６からの現像液の送給を停止す
る。 【００２３】液面センサ１２ｃはバッファタンク１２の
現像液の液面が補充開始位置ＳＳにまで達しているかど
うかを捉えるセンサであって、液面センサ１２ｃからの
信号が液面が補充開始位置に達していることを示す状態
から補充開始位置に達していないことを示す状態に変化
すると、制御部１３は２方エアーオペレイト弁１１を開
いて現像液供給部６からの現像液の送給を開始する。 【００２４】液面センサ１２ｄはバッファタンク１２内
の現像液がほとんどなくなって、許容される下限を越え
たかどうかを捉えるセンサであって、液面センサ１２ｄ
からの信号が液面が下限位置以上であることを示す状態
から下限位置未満に低下したことを示す状態に変化する
と、制御部１３は図示しない警報器を作動させオペレー
ターにバッファタンク１２が空になる危険を報知する。 【００２５】このようにバッファタンク１２には液面セ
ンサ１２ａ〜ｄが設けられているが、これらのうちこの
薬液自動供給機構の正常な動作時には液面センサ１２
ｂ，ｃの２つのセンサの信号に従って現像液の供給の制
御が行われるため、現像液の液面は補充開始位置ＳＳか
ら補充停止位置ＳＥの間で変化することとなる。この現
像液の液面の制御は以下のように行われる。 【００２６】すなわち、現像液がノズル１７から基板上
に吐出されるにつれ、バッファタンク１２内の現像液の
液面が徐々に低下していき、その液面が補充開始位置Ｓ
Ｓにまで低下すると上述のように液面センサ１２ｃから
の信号によって制御部１３が２方エアーオペレイト弁１
１を開いて現像液供給部６からバッファタンク１２への
現像液の補充を開始する。なお、３方エアーオペレイト
弁５はこの薬液自動供給機構が動作中は常にエアーの供
給状態になっていて、現像液のバッファタンク１２への
補充時にもバッファタンク１２内の現像液の液面上昇に
よるエアー圧の上昇を、メカニカルレギュレータ３がエ
アーを放出する（後に詳述）ことにより抑え、それによ
りバッファタンク１２内および配管ＰＣ内の現像液の液
圧を高精度で一定に保ちながら現像液を補充していく。 【００２７】このようにして現像液をバッファタンク１
２に補充している間もノズル１７から基板上に吐出され
る現像液の液圧は一定に保たれる。 【００２８】そして、バッファタンク１２に現像液を補
充していくにつれてバッファタンク１２内の現像液の液
面が上昇して補充停止位置ＳＥに達すると、前述のよう
に液面センサ１２ｂからの信号により制御部１３が２方
エアーオペレイト弁１１を閉じて現像液供給部６からバ
ッファタンク１２への現像液の補充を停止する。この際
にも、メカニカルレギュレータ３は作動しており、エア
ー圧を制御することによりバッファタンク１２内および
配管ＰＣ内の現像液の液圧を一定に保つ。そのため、バ
ッファタンク１２への現像液の供給を停止した際にもノ
ズル１７から基板上に吐出している現像液の液圧を一定
に保つことができる。 【００２９】そして、ノズル１７から現像液を吐出して
いくのに伴い、再びバッファタンク１２内の現像液の液
面が低下していき補充開始位置ＳＳまで達すると、再度
現像液の補充が開始され、以下このような循環が繰返さ
れていく。 【００３０】以上のようにして、この薬液自動供給機構
ではノズル１７から吐出される現像液の液圧を常時一定
に保ちながらバッファタンク１２への現像液の補充およ
びその停止が可能である。 【００３１】 【３．メカニカルレギュレータの機構的概略構成】図２
はこの実施の形態の薬液自動供給機構のメカニカルレギ
ュレータ３の縦断面の断面図であり、図３は図２のＡ−
Ａ横断面の拡大断面図である。以下、これらの図を用い
てメカニカルレギュレータ３の概略構成を示す。 【００３２】図２において、ボディー３０には中心軸Ｃ
Ｌを中心に回転自在に調圧スクリュー３３が係合されて
おり、さらに調圧スクリュー３３の上部にはハンドル３
２がネジ３１によって固定されている。また、環状の調
圧バネ押圧部材３４はその内周面に雌ねじのネジ溝が刻
まれており、この雌ねじが調圧スクリュー３３の下部に
刻まれた雄ねじのネジ溝に螺合するように調圧バネ押圧
部材３４は調圧スクリュー３３に係合されている。 【００３３】また、調圧バネ３５は中心軸ＣＬを中心と
して、調圧バネ押圧部材３４の下方に位置しており、さ
らにダイヤフラムシェル３６上に載置されている。そし
て、ダイヤフラムシェル３６にはその中心に貫通孔ＳＨ
が設けられていて、その貫通孔ＳＨを貫くようにダイヤ
フラム押圧部材３８が嵌合されると共に、ダイヤフラム
シェル３６とダイヤフラム押圧部材３８の間に、弾性の
あるダイヤフラム３７が挟持されている。ダイヤフラム
押圧部材３８は弁３９上に載置されており、さらに弁３
９とボディー３０との間には弁バネ４０が挟持されてい
る。 【００３４】さらに、このメカニカルレギュレータ３に
は図３に示すようにボディー３０に吸気口４１，排気口
４２，リリーフポート４３およびゲージポート４４が設
けられている。吸気口４１から吸入されたエアーは圧力
調節を受け排気口４２から排出される。 【００３５】また、リリーフポート４３はこのメカニカ
ルレギュレータ３によるエアーの圧力制御の精度を高め
るために設けられており、その詳細は後述する。 【００３６】さらに、ゲージポート４４はエアーの圧力
を表示するための図示しない気圧計が取り付けられ、オ
ペレーターはこの気圧計の表示を見ながら図２のハンド
ル３２を回転させて、エアーの圧力が予め定めた設定値
になるように調節する。 【００３７】 【４．メカニカルレギュレータの動作原理】つぎに、図
２および図３を用いてこのメカニカルレギュレータ３の
動作原理を説明していく。 【００３８】まず図２を用いて説明していく。オペレー
ターがハンドル３２を回すことにより調圧スクリュー３
３が回転し、その回転によって調圧バネ押圧部材３４
が、その内周面に設けられたネジ溝のために下方へ移動
する。それによって調圧バネ３５が下方に押圧され、そ
の力がダイヤフラムシェル３６に伝わりダイヤフラム３
７が変形して中央部が下方に下がった状態になる。さら
にその力がダイヤフラム押圧部材３８を介して弁３９に
伝わり、弁３９が下方に押圧される。これにより弁バネ
４０が圧縮され、上方からの調圧バネ３５による下方へ
の力に対抗する上方への抗力を弁３９に与える。これに
より、弁３９が図２の状態よりさらに下方に下がった状
態で平衡状態になるためボディー３０と弁３９との間に
空隙ＳＡが形成される。この状態でエアーは吸気口４１
から吸入されると空隙ＳＡを通って排気口４２に抜ける
と共に通気孔ＤＨを通って空隙ＳＢに充満する。 【００３９】そして排気口４２側のエアーの圧力が設定
値より低い間は調圧バネ３５による下方への力が空隙Ｓ
Ｂ内のエアーの圧力および弁バネ４０による上方への力
に打ち勝って、空隙ＳＡを通って吸気口４１側から排気
口４２側にエアーの流入が続く。しかし、排気口４２側
のエアーの圧力が設定値と等しくなると調圧バネ３５に
よる下方への力と空隙ＳＢ内のエアーの圧力および弁バ
ネ４０による上方への力との差がなくなってバランス状
態になるとダイヤフラム３７は押し上げられ、それに伴
い弁３９も上昇することになり空隙ＳＡが閉じる。これ
らの機構により排気口４２側のエアーの圧力が設定値よ
り低くなった場合には設定値に戻ることになる。 【００４０】さらに、空隙ＳＢ内のエアーの圧力が設定
値以上になった場合にはダイヤフラム３７がバランス位
置よりさらに押し上げられる。ところが弁３９はさらに
上方には移動できないため、その上部の先端部ＴＶがダ
イヤフラム押圧部材３８の底部ＢＤから離れ、それによ
りダイヤフラム押圧部材３８の中心に設けられた通気孔
ＴＨから空隙ＳＢ内のエアーが抜け、さらにボディー３
０に設けられた通気孔ＵＨから大気中に放出される。そ
して、それに伴い排気口４２側のエアーの圧力が低下す
る。このように、排気口４２側のエアーの圧力が設定値
より高くなった場合にも設定値に戻ることになる。 【００４１】さらにこのメカニカルレギュレータ３には
図３に示したように、上述のエアーの圧力の設定値から
の微妙な変化に対する制御を行うためにリリーフポート
４３が設けられている。このリリーフポート４３はオリ
フィス（微細な通気孔）ＲＨを介して排気口４２に通じ
ている。そのため、排気口４２側のエアーはリリーフポ
ート４３のオリフィスＲＨを通じて常時、微量ずつ外気
中に放出されている。そのため排気口４２側のエアーの
圧力が設定値からずれた際に、上述のような設定値に戻
す機構の動作より敏速にリリーフポート４３から外気中
に放出されるエアーの微量の増減が起きる。これにより
微量ではあるがエアーの圧力を設定値に近づける効果が
ある。 【００４２】すなわち、排気口４２側のエアーの圧力が
設定値より高くなると、リリーフポート４３を通じて外
気中に放出されるエアーの量が増加し、排気口４２側の
エアーの圧力が微量ではあるが敏速に下がる。 【００４３】逆に排気口４２側のエアーの圧力が設定値
より低くなると、リリーフポート４３を通じて外気中に
放出されるエアーの量が減少し、排気口４２側のエアー
の圧力が微量ではあるが敏速に上がる。 【００４４】これらによる微量であるが敏速なエアーの
圧力制御に加えて、前述の各部材の動作によるエアーの
圧力制御が行われることにより、このメカニカルレギュ
レータ３は全体として敏速で十分な圧力制御が行える。 【００４５】以上のようなメカニカルレギュレータ３を
用いることによって、この実施の形態の薬液自動供給機
構は１系統の薬液供給ラインにバッファタンク１式のみ
を備える構成で、吐出される現像液の液圧を常時一定に
保つことが可能である。 【００４６】 【５．変形例】この実施の形態の薬液自動供給機構で
は、レギュレータとしてメカニカルレギュレータ３を用
いているが、その代わりに以下に示すような電空レギュ
レータ（排出口側の圧力を捉えて電気的なフィードバッ
ク制御により圧力を微調整するレギュレータ）を用いて
もよい。 【００４７】図４は電空レギュレータ５０の縦断面の断
面図である。以下、この電空レギュレータ５０の動作原
理について説明する。 【００４８】電空レギュレータ５０はコントローラ５１
にはエアー圧力の設定値を与える入力信号がオペレータ
ーによって入力される。この入力信号による設定値が増
大すると圧電素子で構成したフラッパ５２が排気ノズル
５３を閉じるように下方にたわむ。それによりノズル背
圧室５４の圧力が上昇し、その圧力がダイヤフラム５５
の上部に作用し、排気弁５６を押し下げる。それによ
り、排気弁５６と連動しているインナバルブ５７が下方
に動き、空隙ＳＡが開く。そして吸気口５８側の圧力の
一部は空隙ＳＡを通って、排気口５９側の圧力となる。
この排気口５９側の圧力は圧力センサ６０を介して電気
信号に変換され、コントローラ５１にフィードバックさ
れる。そして排気口５９側の圧力が入力信号に見合った
値になるまで訂正動作が働くため、常に入力信号と比例
した出力エアー圧が得られる。 【００４９】そのため、実施の形態の薬液自動供給機構
において、メカニカルレギュレータ３の代わりに電空レ
ギュレータ５０を用いてもバッファタンク１２内の現像
液の液圧を精密に制御でき、したがってノズル１７から
吐出される現像液の液圧を一定に保つことができる。 【００５０】また、この実施の形態の半導体製造装置に
おける薬液自動供給機構では、単一のバッファタンク１
２への現像液の供給ラインを１系統備える構成とした
が、それを２系統以上備える構成とすることも可能であ
る。 【００５１】また、この実施の形態の薬液自動供給機構
では、基板上に現像液を吐出するノズル１７およびそれ
に通じる配管ＰＣによる吐出系統を１式備える構成とし
たが、２式以上備える構成としてもよい。 【００５２】さらに、この実施の形態の薬液自動供給機
構では、基板上に現像液を吐出するものとしたが、現像
液の代わりに溶剤等の他の薬液であってもよい。 【００５３】 【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明で
は薬液供給部に排出側の圧力変動に対する応答が敏速な
メカニカルレギュレータを備えることにより、薬液供給
部からバッファタンクに薬液を補充する際に、バッファ
タンク内の薬液の増加に伴う液面の上昇による液圧の上
昇を精密に制御することができる。そのため、薬液供給
部にさらに単一のバッファタンクを備えることにより、
簡素化された装置構成を実現することができ、それによ
り設置スペースが少なくて済み、装置部品にかかるコス
トを抑えることができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】この実施の形態の薬液自動供給機構の全体構成
図である。 【図２】この実施の形態の薬液自動供給機構のメカニカ
ルレギュレータ３の縦断面の断面図である。 【図３】この実施の形態の薬液自動供給機構のメカニカ
ルレギュレータ３の横断面の断面図である。 【図４】この実施の形態における変形例の薬液自動供給
機構の電空レギュレータの縦断面の断面図である。 【図５】従来例の薬液自動供給機構の全体構成図であ
る。 【符号の説明】 １ エアー供給部 ２ フィルター ３ メカニカルレギュレータ ４ ３方マニュアル弁 ５ ３方エアーオペレイト弁 ６ 現像液供給部 ７ トラップタンク ８ 絞り弁 ９ 逆止め弁 １０ フィルター １１ ２方エアーオペレイト弁 １２ バッファタンク １２ａ〜ｄ 液面センサ １３ 制御部 １４ 絞り弁 １５ フィルター １６ ２方エアーオペレイト弁 １７ ノズル ２０ スピンデベロッパ ３０ ボディー ３１ ネジ ３２ ハンドル ３３ 調圧スクリュー ３４ 調圧バネ押圧部材 ３５ 調圧バネ ３６ ダイヤフラムシェル ３７ ダイヤフラム ３８ ダイヤフラム押圧部材 ３９ 弁 ４０ 弁バネ ４１ 吸気口 ４２ 排気口 ４３ リリーフポート ４４ ゲージポート ＣＬ 中心軸 ＰＡ〜ＰＣ 配管 ＳＥ 補充停止位置 ＳＳ 補充開始位置 ＲＨ オリフィス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 一平 京都市伏見区羽束師古川町322番地 大 日本スクリーン製造株式会社 洛西事業 所内 (56)参考文献 特開 平３−43700（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−288100（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−294538（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−22369（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−116818（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 H01L 21/304 B67D 5/54

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 薬液供給部から供給される薬液が収容さ
   れたバッファタンクに加圧系統から加圧気体を供給し、
   前記加圧気体の圧力によって前記薬液を前記バッファタ
   ンクから半導体製造装置へと吐出させる薬液自動供給機
   構において、 前記加圧系統内に介挿されて前記バッファタンク内にお
   ける前記気体の圧力を調整するレギュレータとして、前
   記レギュレータの排気口側の前記気体を常時微量ずつリ
   リーフするオリフィスを有するメカニカルレギュレータ
   が使用され、 それによって、前記薬液供給部から前記バッファタンク
   への薬液供給中にも前記バッファタンクの内圧が一定に
   保たれるとともに、 前記バッファタンクが単一とされていることを特徴とす
   る、半導体製造装置における薬液自動供給機構。