JP4135780B2 - 薬液定量注入装置および方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、薬液定量注入装置に係る。より詳細には、例えば半導体デバイス製造工程において用いる枚葉式ウエハ洗浄装置に供給する超純水に無発塵で薬液を注入することが可能な薬液定量注入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの高集積化にともない洗浄工程数はますます増加の一途をたどり、洗浄の清浄度もますます完全性をもとめられている。したがって、洗浄装置に洗浄液を清浄に供給する技術に対する要求はますます厳しくなっている。
【０００３】
現在、薬液は調合・希釈・輸送のプロセスで汚染を受けており、これを防止する技術的対策は容易ではない。
【０００４】
本発明は、ウエハクリーン化の要であるクリーン薬液供給装置を開発し、洗浄装置の効果を高めて半導体デバイスの高性能化に寄与せんとするものである。
【０００５】
ますますクリーン度が要求されるサブクォーターミクロン時代に対処するには、先ずウエハ洗浄装置の革新が必要である。大口径のウエハを完全かつ均一に洗浄するにはプロセスチャンバー直結型枚葉洗浄方式が必至である。ここに、プロセスチャンバー直結型枚葉洗浄装置への薬液供給系の新しい課題が発生する。
【０００６】
従来の薬液供給技術は、「大量調製方式」である。すなわち、薬液は受け入れ槽から希釈調合糟にポンプ輸送され、所要の組成・濃度に調製され、供給槽から長距離配管によってポンプ輸送され、ウェットステーションの貯槽にポンプ輸送され、さらにポンプとフィルターを経て洗浄槽に供給される。
【０００７】
この方式では、貯槽・配管・継ぎ手・パルプ・ポンプ・フローメーター・フローレギュレーター等のすべての構成部品からの粒子汚染の防止は容易でなく、いまも解決されていない懸案課題である。
【０００８】
近年、枚葉式洗浄装置への薬液供給装置として、純水ラインに直接薬液を供給する方式が採用されはじめている。しかし、その供給装置は、切り替えバルブと混合ゾーンから構成されている。この機構では、枚葉洗浄の高スループットに対応できない。枚葉式洗浄の高スループットを達成するためには超純水ラインに供給した薬液が瞬間的に超純水と混合される必要がある。しかるに、切り替えバルブ方式では、薬液を純水ラインに供給しても薬液と純水との混合や切り替えに時間がかかってしまうからである。また、バルブからの粒子発生のために完全清浄ウエハ表面処理ができない。
【０００９】
薬液注入機構に細管を採用する新技術が、特願平８−２１１５５７号として提出されている。この技術により、前者の問題である薬液と純水の瞬間混合の問題は解決された。しかし、細管を単に薬液と純水の接点として機能させる以外に、システム機能素子として作動させることについては、この時点では未開発であった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
第一の課題は、従来のウェットステーション用の薬液供給技術である「大量調製方式」から脱皮し、プロセスチャンバー直結型枚葉式ウエハ洗浄装置の時代に移行するため、薬液供給装置をコンパクトな「直接注入方式」に革新することである。すなわち、ウエハ洗浄装置等の超純水流路に薬液原液を直接注入する方式の開発である。
【００１１】
第二の課題は、薬液注入系の「完全清浄性」である。注入系はウエハ表面と直結している。無発塵の薬液注入装置の開発が必須課題である。
【００１２】
第三の課題は、枚葉式ウエハ洗浄のスループットに対応する「瞬間応答型」に革新することである。枚葉式ウエハ洗浄では、洗浄シーケンスは数秒〜１０数秒の秒単位の間隔である。また薬液種類の切り替え、超純水洗浄への切り替えなどは１秒程度の短時間であることが要求される。
【００１３】
本発明は、ウエハ洗浄装置等の超純水流路に薬液原液を直接注入することができ、薬液供給装置のコンパクト化を図ることができる薬液定量注入装置を提供することを目的とする。
【００１４】
本発明は、無発塵で薬液を超純水に注入することができる薬液定量注入装置を提供することを目的とする。
【００１５】
本発明は、洗浄ノズルへの薬液の注入間隔を数秒〜１０数秒の秒単位に制御し、薬液種類の切り替え、超純水洗浄への切り替えなどは１秒程度の短時間で行うことを可能たらしめる薬液定量注入装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の薬液定量注入装置は、被洗浄物の表面の洗浄を枚葉的に行う枚葉洗浄装置に超純水を供給するための超純水流路に各種類の薬液を注入するための薬液定量注入装置であって、
該薬液を保有するための薬液保有部を有する薬液注入系と、
該薬液保有部の薬液の圧力を一定間隔で制御するための加減圧制御系と、 前記薬液の圧力の制御に連動して、前記薬液注入系から超純水流路への薬液の継続的な注入および混合動作と、注入停止動作とが行われるように構成された注入制御系と、
前記薬液の制御に連動して薬液源から薬液保有部に薬液を補充し得るように構成された薬液補充系と、
を有していることを特徴とする。
本発明の薬液定量注入方法は、被洗浄物の表面の洗浄を枚葉的に行う枚葉洗浄装置に超純水を供給するための超純水流路に各種類の薬液を注入し高精度で均一組成の洗浄液を洗浄ノズルに供給する薬液定量注入方法であって、
薬液保有部の薬液の圧力を一定間隔で制御し、
前記薬液の圧力の制御に連動して、薬液注入系から超純水流路への薬液の継続的な注入および混合動作と、注入停止動作とを行い、
前記薬液の制御に連動して薬液源から薬液保有部に薬液を補充することを特徴とする。
【００１７】
本発明においては、第一に、超純水流路に、薬液を一定速度および一定間隔で注入する目的で、加減圧制御系とそれに連動する薬液注入系と、薬液注入と同時に超純水と薬液を瞬間混合させる注入機構と注入断続機構を兼ねた注入制御系と、薬液補充を行う薬液補充系の４つの系を構成することにある。この４つの系の圧力バランスにより、薬液の定量注入を制御することが出来る。
【００１８】
本発明では、第二に、超純水流路への薬液の注入のオン・オフおよび薬液保有部への薬液の補充のオン・オフを行うに際しては全て圧力のバランスにより行っているためバルブなどの発塵源は一切使用していない。
【００１９】
すなわち、無発塵の加減圧制御系により薬液を圧力移動させ、無発塵の薬液の注入制御系により超純水流路に注入する。具体的には、加減圧制御系に摺動部を持たないこと、摺動部が存在するときは薬液注入系との間を遮断する間接圧力伝達型とするか、または摺動部汚染の排除機構を持つこと、および摺動部を持つ切り替えバルブを用いていないことである。
【００２０】
そのため、発塵を伴うことなく薬液を超純水流路に注入することができ、粒子などの汚染源を含まない洗浄液を洗浄ノズルあるいは洗浄槽に供給することが可能となり、ひいては、高清浄度の洗浄を達成することができる。
【００２１】
本発明においては第三に、薬液の圧力の制御に連動して、薬液注入系から超純水流路への薬液の継続的な注入および瞬間的な混合動作と、注入停止動作とが行われるように構成された注入制御系を用いることを大きな特徴とする。
【００２２】
かかる注入制御系としては、細管を用いることが好ましい。
【００２３】
薬液を超純水流路に注入する手段として、バルブを介してポンプにより薬液保有部から配管を介して薬液を超純水流路に供給する場合には、バルブのデッドスペースによる液を供給する場合の洗浄液濃度の応答の遅れがある。また、バルブの開閉によるパーティクルの発生がある
【００２４】
しかるに、バルブを用いずに細管を介して薬液保有部と超純水流路とを細管を用いて接続するのが、以上の問題を解決するのに非常に有効である。
【００２５】
ここで、細管の形状は以下の条件を満足するよう構成にするのが好ましい。
薬液注入速度： Ｖ／ｔ＝（πｒ4・Ｐ・Ｇ）／（８η・Ｌ） （１）
薬液成分拡散量： ｋ・ｃ・πｒ2／Ｌ＜１×１０-7g/sec （２）
ここで、
Ｖ／ｔ：単位時間当たりの薬液注入量（cm3/sec）、
ｒ：細管の半径 （cm）、
Ｌ：細管の長さ（cm）、
η：液体粘度（g/(cm sec)）、
Ｐ：注入圧（g/cm2）、
Ｇ：重力の加速度（cm/sec2）、
ｋ：拡散定数(cm2/sec）、
ｃ：洗浄液成分濃度（g/cm3）
【００２６】
細管による効果（１）は、瞬間応答性である。従来方式の切り替えバルブ構造および継ぎ手からなる注入機構では、注入およびその断続の秒単位時間の瞬間応答性は不可能である。これに対し、超純水流路に直結する細管による切り替えは、一切デッドスペースを持たないため、タイムラグが全くない。
【００２７】
細管による効果（２）は、瞬間混合性である。細管から超純水流路への薬液噴出速度は大きく、管内瞬間混合効果に寄与する。すなわち、混合プロセスを持つ必要なく各種薬液の均一混合が達成できる。
【００２８】
細管による効果（３）は、微量逆流である。注入停止時、細管による薬液遮断は次のように行われる。薬液注入系内圧と超純水流路の水圧との差圧により、超純水は該細管へ微量逆流する。逆流量は差圧に比例し制御可能であり、逆流による薬液希釈度は許容範囲に維持できる。この逆流により薬液注入系と超純水流路は完金に遮断される。
【００２９】
その結果、洗浄ノズルへ薬液を一定速度で注入することができ、また、異なる薬液の薬液注入系を複数設けておけば薬液種類の一定間隔切り替えが可能となり、さらに、超純水の供給と洗浄液（薬液を含んだ超純水）の供給との間の切り替えなどは１秒以内の短時間で行うことが可能となる。
【００３０】
なお、本発明において、超純水としては、例えば次の表１に示す仕様を有するものが好適に用いられる。
【００３１】
【表１】
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細を発明の実施の形態例に基づいて以下に説明する。
【００３３】
以下の全実施の形態例を通じて、本薬液供給系で薬液を注入したときの洗浄液中粒子レベルは、薬液注入点以前の超純水中粒子レベルと完全に同一であった。
【００３４】
（形態例１）
図１に実施の形態例１に係る薬液定量注入装置をに示す。
【００３５】
本例では、被洗浄物の表面の洗浄を枚葉的に行う枚葉式洗浄装置（図示せず）に超純水を供給するための超純水流路１に各種類の薬液３を注入するための薬液定量注入装置２であって、
【００３６】
薬液３を保有するための薬液保有部を有する薬液注入系４と、薬液保有部の薬液３の圧力を一定間隔で制御するための加減圧制御系５と、薬液３の圧力の制御に連動して、薬液注入系４から超純水流路１への薬液３の継続的な注入および瞬間的な混合動作と、注入停止動作とが行われるように構成された注入制御系６と、薬液３の制御に連動して薬液源７から薬液保有部に薬液を補充し得るように構成された薬液補充系８と、を有している。
【００３７】
以下に本形態例をより詳細に説明する。
【００３８】
本例では、加圧制御系５は、ガス入口９、レギュレーター１０、圧力センサー１１とそれに接続されるガス開放口１２とから構成されている。
【００３９】
レギュレーター１０としては、ガス圧力を一定の設定値に保持する機能を有するものを用いればよい。
【００４０】
また、圧力センサー１１としては、例えば、半導体圧力センサーを用いればよい。
【００４１】
なお、配管１３の薬液保有部４への接続部は、薬液保有部４の図面上の上部とすることが好ましい。また、配管１３の内径１〜３ｍｍとすることが圧力の迅速レスポンスの為に好ましい。
【００４２】
一方、加圧制御系５と配管１３により接続されて薬液注入系がある。本例では薬液注入系４は薬液保有部から構成されている。
【００４３】
薬液保有部は、用いる薬液に対して耐性を有し金属成分および粒子汚染を与えない材料で構成する容器であればよい。高純度のセラミックス、カーボン、フッ素樹脂、不動態表面処理金属などが用いられ、フッ化水素酸以外の薬液については石英も用い得る。
【００４４】
容器の大きさは特に限定されないが、例えば、長さ、５０〜３００ｍｍ、径１０〜３０ｍｍとすればよい。かかる寸法の場合、加圧制御系による圧力の制御に対する応答性が良好である。
【００４５】
本例では、薬液注入系４と超純水流路とは細管により接続されている。すなわち、注入制御系として細管１４が用いられている。
【００４６】
本例では、注入制御系が超純水流路に直結する細管であり、薬液注入時においては加減圧制御系による薬液注入系内圧と、該細管の水流抵抗と、超純水流路の水圧のバランスによる注入速度制御作用、および薬液の細管から超純水流路への噴出効果による瞬間混合作用を、また薬液注入停止時においては該細管による瞬間停止作用を、さらに薬液補充時においては薬液補充圧力と超純水流路の水圧との差圧による超純水の該細管への微量逆流効果による薬液遮断作用をもって、薬液注入が制御される。
【００４７】
細管については、前記（１）式の薬液注入速度の関係式をもちいてその寸法を選定することができる。例えば、注入速度Ｖ／ｔが１．０ｍｌ／秒のとき、注入圧力Ｐを５．３ｋｇ／ｃｍ2で制御する場合は（１）式の［ｒ4／Ｌ］の値を満足する任意の細管半径ｒ、長さＬを用いてよく、一例として細管直径２ｒ＝０．２５ｍｍ、長さＬ＝５０ｍｍが用いられる。注入圧力Ｐを低く０．２５ｋｇ／ｃｍ2で制御する場合は同じく（１）式の［ｒ4／Ｌ］の値を満足する値として細管直径２ｒ＝０．５０ｍｍ、長さＬ＝４０ｍｍが用いられる。細管の材料としては、高純度のセラミックス、カーボン、フッ素樹脂、不動態表面処理金属、石英などが用いられ、その内表面は可及的平滑であることが好ましい。
【００４８】
細管から噴出する薬液の線速度は、薬液１．０ｍｌ／秒の注入速度において、細管直径０．２５ｍｍまたは０．５０ｍｍの時に２０ｍ／秒または５ｍ／秒である。一方、６リットル／分の超純水供給を内径１０ｍｍの配管で行うときの水の線速度は約１ｍ／秒（約８０ｍｌ／秒）である。細管からの大きい噴出速度は瞬間混合効果を発揮する。
【００４９】
この効果を確認するため、超純水配管出口にＹ型分岐を設けその分岐角度を変化させながら流路を二分割し希釈濃度を分析したが、分割液間の濃度差は測定精度以内で検出不可能であり、この注入手段によれば混合のための装置は不必要であることが明らかになった。
【００５０】
薬液注入系には、薬液補充系８が接続されている。その接続は、配管１５により行われている。配管１５上には逆止弁１６が設けられている。
【００５１】
次に本薬液定量注入装置の操作手順を説明する。
【００５２】
枚薬洗浄装置を用いウエハを６０秒間隔で連続的に洗浄する場合について、薬液Ａの注入は１．０ｍｌ／秒の速度で２０秒間であり、残る４０秒間に薬液補充を行うシーケンスについて述べる。細管は直径０．２５ｍｍ、長さ５０ｍｍ、注入する超純水流路の水圧は、０．２０ｋｇ／ｃｍ2である。このときの、注入系の圧力バランスを表２に示した。すなわち、加減圧制御系の圧力レギュレーター１０および圧力センサー１１は５．５ｋｇ／ｃｍ2加圧条件に設定され、薬液注入系を２０秒間加圧し、残る４０秒間はガス開放口１２を開いて圧開放するシーケンスプログラムで作動させる。２０秒間に、薬液保有部内の薬液Ａ２０ｍｌが細管を通じて超純水流路に加圧注入される。
【００５３】
２０秒後、加減圧制御系一次側のガス入口９の閉と二次側の圧力開放口１２の開により、薬液注入系が圧開放され、それに連結する薬液補充系８の逆止弁１６が開放され、加圧下に保持されているコンテナーから配管１５を経て薬液Ａが薬液保持部に流入する。コンテナーの保持圧力は０．１０ｋｇ／ｃｍ2の程度が好ましく、また配管１５は、薬液Ａ２０ｍｌが４０秒よりやや短い時間で流入するような内径と長さに調節する。液面位置が、薬液保持部上部配管１３に設置された液面センサー１７に達したとき、センサー信号によりコンテナーの加圧を開放する。
【００５４】
表２に示すように、この薬液補充時間内に超純水流路と薬液液面との差圧約０．２０ｋｇ／ｃｍ2により細管を通じて超純水が薬液保有部に流入して超純水流路から薬液を遮断する。その量は約１．５ｍｌ／４０秒と僅かであるが、これによる薬液Ａの希釈度が支障となる場合は、薬液Ａの注入速度を希釈率に等しく増加して補正する手段が採用できる。
【００５５】
【表２】
【００５６】
次に、複数の薬液の同時注入構成例を説明する。図１の構成図の配管１３に薬液種類数の分岐を設け、種類数の薬液注入系・注入制御系・薬液補給系を接続し、各注入制御系の細管を一つの超純水流路に接続する。各薬液注入時間は同一とするが、注入速度が異なるから、共通の注入圧力において、それぞれの薬液の注入速度に対応する細管を選定すべきは言うまででもない。
【００５７】
また、薬液補給形態の応用例を説明する。これは、図１に示した薬液補給系の逆止弁１６に換えてバルブを用いる例である。構成材料および開閉機構を改良した無発塵バルブを用い、その開閉制御を液面センサー信号によりおこなうことにより、前記と同様に薬液補給が実施できる。これによって、コンテナーの圧力を定常値に保持する方式が実施できる。
【００５８】
（形態例２）
本例では、図２に示すように、加減圧制御系５と薬液注入系の間に隔膜室２１を備え、その他の系は実施態様例１と同一である薬液定量注入装置を構成した。
【００５９】
隔膜室２１内はベローズ状の隔膜２２により２室に分離され、一室（薬液側室）は薬液保有部と連通し、薬液３’が保有されている。他の一室（ガス側室）は圧力センサー１１側と連通している。
【００６０】
圧力センサー１１側からガスが隔膜室２１のガス室側に導入されるとベローズ状の隔膜２２が上昇する。その結果、薬液側室内の薬液３’は配管１３を介して薬液保有部４に流れ、薬液保有部４内の薬液３を加圧状態にし、薬液３は細管１４を介して超純水流路１内に注入される。
【００６１】
ガスの導入を停止し、圧力開放口１２を開くとベローズ状の隔膜２２は下降し、薬液側室から薬液保有部４への薬液３’の流入が止まり、薬液保有部４内の薬液の加圧状態が開放され、薬液３の超純水流路１への注入も停止する。
【００６２】
本例では、ガスと薬液３，３’とは隔膜２２により完全隔離されているためガスの薬液３への混入がなく、ガスを含有しない洗浄液（薬液と超純水との混合液）を洗浄装置に供給することができる。
【００６３】
この系で、フッ化水素酸（ＨＦ５０％濃度）の定量注入を行った。隔膜により加減圧制御系内へのフッ化水素ガスの拡散を遮断することにより、フッ化水素酸注入を長期間連続しても、加減圧制御系の腐蝕はなく連続駆動できた。なお、隔膜室に液抜き口を設置し、隔膜の作動で発生する粒子が薬液注入系に及ばないようにフッ化水素酸を数ｍｌ／分の流量で排出した。
【００６４】
（形態例３）
本形態例では、図３に示すように、ガス制御系の隔膜室に換えて、不活性液体室２４を用いる他は、形態例２と同一である薬液定量供給装置を構成した。
【００６５】
ガス制御系と不活性液体室２４を接続し、薬液に全く混合性・反応性をもたない液体パーフルオロ化合物２５を充填し、配管２６によって薬液供給系と接続する。この液体の密度が薬液より大きいので、薬液供給系と注入制御系ならびに薬液補給系の接続位置を、図２とは上下逆転させている。
【００６６】
液体パーフルオロ化合物として例えば商品名フロリナート、３Ｍ社製が使用できる。
【００６７】
ガス制御系による加圧により液体パーフルオロ化合物２５は注入制御系４に流入し、その液面上の薬液を細管から超純水流路に注入する。ガス制御系圧力開放による薬液補給時は、薬液コンテナーの加圧により薬液が薬液保有部に流入するのに合わせて液体パーフルオロ化合物２５は不活性液体室２４に戻り、液面センサー１７の位置に達した信号によりコンテナー加圧を開放する。
【００６８】
このようにして、隔膜室構成と全く同様の薬液定量供給が実施できる。
【００６９】
（形態例４）
形態例４では、図４に示すように、ベローズポンプ３１からなる加減圧制御系を用いている。
【００７０】
ベローズポンプ３１は、ベローズ３２をピストンロッド３３の往復動作により伸縮せしめ、形態例２の場合と同様に薬液３’を配管１３を介して薬液保有部に導入し、薬液保有部の薬液を加圧せんとするものである。
【００７１】
その他の系は形態例１と同一である。
【００７２】
この装置は次なる特性を有している。
【００７３】
薬液注入時はベローズポンプ３１から薬液注入系に、薬液を１．０ｍｌ／秒の速度で吐出する。薬液補充時はベローズポンプ３１から薬液注入系に、薬液を１．０ｍｌ／秒の速度で吸引する。
【００７４】
なお、ベローズポンプ３１に液抜き口３４を設置することが好ましく、かかる液抜き口３４により、ベローズの作動で発生する粒子が薬液注入系に及ばないように薬液を数ｍｌ／分の流量で排出した。
【００７５】
（形態例５）
形態例５では図５に示すように、チューブポンプからなる加減圧制御系を用いその他の系は形態例１と同一である薬液定量供給装置を構成した。
まず、チューブポンプの構成と作用を説明する。チューブポンプ４１は、チューブ４２と回転体４３で構成され、回転体４３により弾性チューブ４２の圧迫変形部を移動させながらチューブの一方から液を引き込み他方に押し出す作用で送液する原理のポンプであり汎用されている。本発明では、このチューブポンプの送液原理を「正逆反転を反復する特殊条件」で用いることを特徴とする。
【００７６】
ウエハを６０秒間隔で連続的に洗浄する場合について、薬液Ａの注入は１．０ｍｌ／秒の速度で２０秒間であり、残る４０秒間に薬液補充を行うシーケンスにおいて、このチューブポンプの正逆反転動作による加減圧制御を説明する。チューブの一端を薬液注入系に接続し、他端は薬液の開放受器４４に接続する。その他の注入制御系および薬液補充系の構成は、図１〜図２と同様である。
【００７７】
チューブポンプは、６０秒間隔で２０秒間の正回転と、同じく２０秒間の逆回転のプログラムで駆動する。正回転により薬液Ａの２０ｍｌが２０秒間薬液注入系から超純水流路に注入され、逆回転により薬液Ａの２０ｍｌが２０秒間で薬液補給系の逆止弁１６を開いて薬液注入系に流入する。
【００７８】
薬液補給系コンテナーの圧力は、超純水圧力よりやや低い圧力に一定に保持すればよい。この正逆反転プログラム駆動において、時間差シーケンスが重要である。例えば、正回転２０．０秒間、逆回転２０．５秒間と０．５秒の時間差を持たせる。そのとき、チューブポンプから受器４４の側に薬液Ａ０．５ｍｌ／６０秒が排出され、これによりチューブ内を往復する薬液は約４０分毎に一回更新される。
チューブの圧迫による発塵は僅かであって、この程度の時間差で注人する薬液Ａの粒子レベル増加は全く認められなかった。時間差シーケンスは、清浄注入の目的に対する有効かつ確実な手段である。
【００７９】
（形態例６）
形態例６では、図６に示すように、チューブポンプ４１からなる加減圧制御系を用いその他の系は形態例１と同一である薬液定量注入装置を構成した。
【００８０】
本例ではチューブポンプ４１内には、パーフルオロ化合物溶液２５を充填してある。パーフルオロ化合物溶液は、完全非反応性で水溶液とは混合しないため薬液と境界層を形成する。それにより、チューブポンプ駆動による粒子発生の影響はなく、薬液注入系の清浄性は完全に保持された。なお、パーフルオロ化合物２５に替えて、さらに密度の大きい水溶液をチューブポンプ４１の充填液に用い、薬液との境界層にパーフルオロ化合物層と存在せしめる三層構成を用いてもよい。
【００８１】
（形態例７）
形態例７では、図７に示すように、細管１４および逆止弁６１との組み合わせからなる注入制御系を持つ薬液定量注入装置を構成した。この組み合わせにより次の２つの作用を兼備することができる。
【００８２】
▲１▼薬液注入時における細管１４の噴出作用による薬液３と超純水流路１中の超純水との瞬間混合作用と、▲２▼薬液補給時における超純水圧による逆止弁６１の閉鎖による薬液注入停止作用である。
【００８３】
細管１４は内径０．５０ｍｍ、長さ４０ｍｍのものを用いた場合この細管１４の細管抵抗は、水溶液が１．００ｍｌ／秒の流速で通過する時０．２５ｋｇ／ｃｍ3であった。薬液３の超純水流路１への注入停止は逆止弁６１が作用するので、細管抵抗を低く設定することが出来る。
【００８４】
（形態例８）
枚葉洗浄装置に小容積の直接注入装置を接続し各種類の洗浄組成によるウエハ洗浄を実施した。
【００８５】
すなわち、一つの超純水流路に、図１〜６に示した薬液定量注入装置のいずれかを薬液の種類数接続し、それぞれの薬液の注入量を制御して洗浄液組成の調合を行う方式により、必要に応じて洗浄処方を任意に変更することが出来た。薬液をあらかじめ大量調製して供給することなく、常に清浄な薬液を直接注入して使用することが出来た。
【００８６】
薬液供給装置に用いる種々の構成材料として、金属材料が使用できることの意義は極めて大きい。金属材料は、強度と精密加工性において他の材料とは格段の有用性を持つ。しかし、極限まで清浄性が必要とされる薬液供給系においては、薬液および薬液から発生するガス成分による化学作用から完全に不動態化されていなければならない。現在フッ化不動態処理技術の進歩により、ステンレススチール・アルミニウム合金・ニッケルなどの表面に、フッ化鉄・フッ化アルミニウム・フッ化アルミニウム−マグネシウム・フッ化ニッケルなどの緻密な膜を形成し、腐蝕性気体・液体に対し完全バリヤーを形成することが出来る。
【００８７】
本発明においては、このフッ化不動態処理表面を持つ金属材料を採用して、発明の効果を高めている。例えば、加減圧制御系のガス供給系材料の接ガス表面をフッ化不動態処理アルミニウム合金あるいはフッ化不動態処理ステンレススチールを用いた。この加減圧制御系により、フッ化水素酸溶液注入の制御をおこう時、ＨＦ５０％のＨＦ蒸気圧は数Ｔｏｒｒでありガス系は強度の腐蝕雰囲気となるが長期連続稼動に支障なく、また注入したフッ化水素酸溶液に金属汚染はｐｐｔレベルで観測されない。
【００８８】
また、内径０．５ｍｍのアルミニウム合金細管を作製し、その表面に無電解ニッケルメッキによりニッケル層を形成させ、さらにニッケル層表面に約１０００Åのフッ化ニッケル膜を形成させた。ニッケル層の膜厚をμｍ桁で調節することにより、細管内径を０．２−０．５ｍｍにわたって任意に調節した。フッ化ニッケル膜は、苛性ソーダのような強アルカリ溶液を除くあらゆる薬液に完金に耐蝕性であり、注入した薬液にニッケル汚染はｐｐｔレベルで観測されない。
【００８９】
さらに、薬液注入系および薬液補充系にもちいる逆止弁を、ステンレススチールボールおよびステンレススチール弁座で作製し、表面を鏡面研磨したのち約５００Åのフッ化鉄層を形成させて用いた。ステンレススチールの精密加工精度とフッ化鉄層の強度およびフッ化不動態処理の耐蝕効果により、シール効果の完全性と無汚染性は充分であった。
特に、ステンレススチール製配管および継ぎ手をフッ化不動態処理して用いるとき顕著な効果は、薬液供給装置サイズ縮小化とリークの安全性に現れた。従来の樹脂配管・樹脂継ぎ手は強度上体積が不可欠であり、なお完全無リークにできない。
【００９０】
【発明の効果】
本発明によれば次の諸々の効果が達成される。
【００９１】
超純水流路に直接薬液を注入でき、薬液供給装置のコンパクト化を図ることができる。
【００９２】
無発塵で薬液を超純水に注入することができる。
【００９３】
洗浄ノズルへの薬液の一定速度注入を数秒〜１０数秒間隔で、薬液種類の切り替え、超純水洗浄への切り替えなどは１秒程度の短時間で行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態例１に係る薬液定量注入装置の概念システム図である。
【図２】実施の形態例２に係る薬液定量注入装置の概念システム図である。
【図３】実施の形態例３に係る薬液定量注入装置の概念システム図である。
【図４】実施の形態例４における加減圧制御系を示す断面図である。
【図５】実施の形態例５における加減圧制御系を示す断面図である。
【図６】実施の形態例６における加減圧制御系を示す断面図である。
【図７】実施の形態例７に係る薬液定量注入装置の概念システム図である。
【符号の説明】
１ 超純水流路、
２ 薬液定量注入装置、
３ 薬液、
４ 薬液注入系、
５ 加減圧制御系、
６ 注入制御系、
７ 薬液源、
８ 薬液補充系、
９ ガス入り口、
１０ レギュレーター、
１１ 圧力センサー、
１２ 圧力開放口
１３ 配管、
１４ 細管、
１５ 配管、
１６ 逆止弁、
１７ 液面センサー
２１ 隔膜室、
２２ 隔膜、
２３ 液抜き、
２４ 不活性液体室、
２５ 不活性液体、
２６ 配管、
３１ ベローズポンプ、
３２ ベローズ、
３３ ピストンロッド、
３４ 液抜き口、
４１ チューブポンプ、
４２ チューブ、
４３ 回転体、
４４ 容器、
６１ 逆止弁。
【産業上の利用分野】
本発明は、薬液定量注入装置に係る。より詳細には、例えば半導体デバイス製造工程において用いる枚葉式ウエハ洗浄装置に供給する超純水に無発塵で薬液を注入することが可能な薬液定量注入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの高集積化にともない洗浄工程数はますます増加の一途をたどり、洗浄の清浄度もますます完全性をもとめられている。したがって、洗浄装置に洗浄液を清浄に供給する技術に対する要求はますます厳しくなっている。
【０００３】
現在、薬液は調合・希釈・輸送のプロセスで汚染を受けており、これを防止する技術的対策は容易ではない。
【０００４】
本発明は、ウエハクリーン化の要であるクリーン薬液供給装置を開発し、洗浄装置の効果を高めて半導体デバイスの高性能化に寄与せんとするものである。
【０００５】
ますますクリーン度が要求されるサブクォーターミクロン時代に対処するには、先ずウエハ洗浄装置の革新が必要である。大口径のウエハを完全かつ均一に洗浄するにはプロセスチャンバー直結型枚葉洗浄方式が必至である。ここに、プロセスチャンバー直結型枚葉洗浄装置への薬液供給系の新しい課題が発生する。
【０００６】
従来の薬液供給技術は、「大量調製方式」である。すなわち、薬液は受け入れ槽から希釈調合糟にポンプ輸送され、所要の組成・濃度に調製され、供給槽から長距離配管によってポンプ輸送され、ウェットステーションの貯槽にポンプ輸送され、さらにポンプとフィルターを経て洗浄槽に供給される。
【０００７】
この方式では、貯槽・配管・継ぎ手・パルプ・ポンプ・フローメーター・フローレギュレーター等のすべての構成部品からの粒子汚染の防止は容易でなく、いまも解決されていない懸案課題である。
【０００８】
近年、枚葉式洗浄装置への薬液供給装置として、純水ラインに直接薬液を供給する方式が採用されはじめている。しかし、その供給装置は、切り替えバルブと混合ゾーンから構成されている。この機構では、枚葉洗浄の高スループットに対応できない。枚葉式洗浄の高スループットを達成するためには超純水ラインに供給した薬液が瞬間的に超純水と混合される必要がある。しかるに、切り替えバルブ方式では、薬液を純水ラインに供給しても薬液と純水との混合や切り替えに時間がかかってしまうからである。また、バルブからの粒子発生のために完全清浄ウエハ表面処理ができない。
【０００９】
薬液注入機構に細管を採用する新技術が、特願平８−２１１５５７号として提出されている。この技術により、前者の問題である薬液と純水の瞬間混合の問題は解決された。しかし、細管を単に薬液と純水の接点として機能させる以外に、システム機能素子として作動させることについては、この時点では未開発であった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
第一の課題は、従来のウェットステーション用の薬液供給技術である「大量調製方式」から脱皮し、プロセスチャンバー直結型枚葉式ウエハ洗浄装置の時代に移行するため、薬液供給装置をコンパクトな「直接注入方式」に革新することである。すなわち、ウエハ洗浄装置等の超純水流路に薬液原液を直接注入する方式の開発である。
【００１１】
第二の課題は、薬液注入系の「完全清浄性」である。注入系はウエハ表面と直結している。無発塵の薬液注入装置の開発が必須課題である。
【００１２】
第三の課題は、枚葉式ウエハ洗浄のスループットに対応する「瞬間応答型」に革新することである。枚葉式ウエハ洗浄では、洗浄シーケンスは数秒〜１０数秒の秒単位の間隔である。また薬液種類の切り替え、超純水洗浄への切り替えなどは１秒程度の短時間であることが要求される。
【００１３】
本発明は、ウエハ洗浄装置等の超純水流路に薬液原液を直接注入することができ、薬液供給装置のコンパクト化を図ることができる薬液定量注入装置を提供することを目的とする。
【００１４】
本発明は、無発塵で薬液を超純水に注入することができる薬液定量注入装置を提供することを目的とする。
【００１５】
本発明は、洗浄ノズルへの薬液の注入間隔を数秒〜１０数秒の秒単位に制御し、薬液種類の切り替え、超純水洗浄への切り替えなどは１秒程度の短時間で行うことを可能たらしめる薬液定量注入装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の薬液定量注入装置は、被洗浄物の表面の洗浄を枚葉的に行う枚葉洗浄装置に超純水を供給するための超純水流路に各種類の薬液を注入するための薬液定量注入装置であって、
該薬液を保有するための薬液保有部を有する薬液注入系と、
該薬液保有部の薬液の圧力を一定間隔で制御するための加減圧制御系と、 前記薬液の圧力の制御に連動して、前記薬液注入系から超純水流路への薬液の継続的な注入および混合動作と、注入停止動作とが行われるように構成された注入制御系と、
前記薬液の制御に連動して薬液源から薬液保有部に薬液を補充し得るように構成された薬液補充系と、
を有していることを特徴とする。
本発明の薬液定量注入方法は、被洗浄物の表面の洗浄を枚葉的に行う枚葉洗浄装置に超純水を供給するための超純水流路に各種類の薬液を注入し高精度で均一組成の洗浄液を洗浄ノズルに供給する薬液定量注入方法であって、
薬液保有部の薬液の圧力を一定間隔で制御し、
前記薬液の圧力の制御に連動して、薬液注入系から超純水流路への薬液の継続的な注入および混合動作と、注入停止動作とを行い、
前記薬液の制御に連動して薬液源から薬液保有部に薬液を補充することを特徴とする。
【００１７】
本発明においては、第一に、超純水流路に、薬液を一定速度および一定間隔で注入する目的で、加減圧制御系とそれに連動する薬液注入系と、薬液注入と同時に超純水と薬液を瞬間混合させる注入機構と注入断続機構を兼ねた注入制御系と、薬液補充を行う薬液補充系の４つの系を構成することにある。この４つの系の圧力バランスにより、薬液の定量注入を制御することが出来る。
【００１８】
本発明では、第二に、超純水流路への薬液の注入のオン・オフおよび薬液保有部への薬液の補充のオン・オフを行うに際しては全て圧力のバランスにより行っているためバルブなどの発塵源は一切使用していない。
【００１９】
すなわち、無発塵の加減圧制御系により薬液を圧力移動させ、無発塵の薬液の注入制御系により超純水流路に注入する。具体的には、加減圧制御系に摺動部を持たないこと、摺動部が存在するときは薬液注入系との間を遮断する間接圧力伝達型とするか、または摺動部汚染の排除機構を持つこと、および摺動部を持つ切り替えバルブを用いていないことである。
【００２０】
そのため、発塵を伴うことなく薬液を超純水流路に注入することができ、粒子などの汚染源を含まない洗浄液を洗浄ノズルあるいは洗浄槽に供給することが可能となり、ひいては、高清浄度の洗浄を達成することができる。
【００２１】
本発明においては第三に、薬液の圧力の制御に連動して、薬液注入系から超純水流路への薬液の継続的な注入および瞬間的な混合動作と、注入停止動作とが行われるように構成された注入制御系を用いることを大きな特徴とする。
【００２２】
かかる注入制御系としては、細管を用いることが好ましい。
【００２３】
薬液を超純水流路に注入する手段として、バルブを介してポンプにより薬液保有部から配管を介して薬液を超純水流路に供給する場合には、バルブのデッドスペースによる液を供給する場合の洗浄液濃度の応答の遅れがある。また、バルブの開閉によるパーティクルの発生がある
【００２４】
しかるに、バルブを用いずに細管を介して薬液保有部と超純水流路とを細管を用いて接続するのが、以上の問題を解決するのに非常に有効である。
【００２５】
ここで、細管の形状は以下の条件を満足するよう構成にするのが好ましい。
薬液注入速度： Ｖ／ｔ＝（πｒ4・Ｐ・Ｇ）／（８η・Ｌ） （１）
薬液成分拡散量： ｋ・ｃ・πｒ2／Ｌ＜１×１０-7g/sec （２）
ここで、
Ｖ／ｔ：単位時間当たりの薬液注入量（cm3/sec）、
ｒ：細管の半径 （cm）、
Ｌ：細管の長さ（cm）、
η：液体粘度（g/(cm sec)）、
Ｐ：注入圧（g/cm2）、
Ｇ：重力の加速度（cm/sec2）、
ｋ：拡散定数(cm2/sec）、
ｃ：洗浄液成分濃度（g/cm3）
【００２６】
細管による効果（１）は、瞬間応答性である。従来方式の切り替えバルブ構造および継ぎ手からなる注入機構では、注入およびその断続の秒単位時間の瞬間応答性は不可能である。これに対し、超純水流路に直結する細管による切り替えは、一切デッドスペースを持たないため、タイムラグが全くない。
【００２７】
細管による効果（２）は、瞬間混合性である。細管から超純水流路への薬液噴出速度は大きく、管内瞬間混合効果に寄与する。すなわち、混合プロセスを持つ必要なく各種薬液の均一混合が達成できる。
【００２８】
細管による効果（３）は、微量逆流である。注入停止時、細管による薬液遮断は次のように行われる。薬液注入系内圧と超純水流路の水圧との差圧により、超純水は該細管へ微量逆流する。逆流量は差圧に比例し制御可能であり、逆流による薬液希釈度は許容範囲に維持できる。この逆流により薬液注入系と超純水流路は完金に遮断される。
【００２９】
その結果、洗浄ノズルへ薬液を一定速度で注入することができ、また、異なる薬液の薬液注入系を複数設けておけば薬液種類の一定間隔切り替えが可能となり、さらに、超純水の供給と洗浄液（薬液を含んだ超純水）の供給との間の切り替えなどは１秒以内の短時間で行うことが可能となる。
【００３０】
なお、本発明において、超純水としては、例えば次の表１に示す仕様を有するものが好適に用いられる。
【００３１】
【表１】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細を発明の実施の形態例に基づいて以下に説明する。
【００３３】
以下の全実施の形態例を通じて、本薬液供給系で薬液を注入したときの洗浄液中粒子レベルは、薬液注入点以前の超純水中粒子レベルと完全に同一であった。
【００３４】
（形態例１）
図１に実施の形態例１に係る薬液定量注入装置をに示す。
【００３５】
本例では、被洗浄物の表面の洗浄を枚葉的に行う枚葉式洗浄装置（図示せず）に超純水を供給するための超純水流路１に各種類の薬液３を注入するための薬液定量注入装置２であって、
【００３６】
薬液３を保有するための薬液保有部を有する薬液注入系４と、薬液保有部の薬液３の圧力を一定間隔で制御するための加減圧制御系５と、薬液３の圧力の制御に連動して、薬液注入系４から超純水流路１への薬液３の継続的な注入および瞬間的な混合動作と、注入停止動作とが行われるように構成された注入制御系６と、薬液３の制御に連動して薬液源７から薬液保有部に薬液を補充し得るように構成された薬液補充系８と、を有している。
【００３７】
以下に本形態例をより詳細に説明する。
【００３８】
本例では、加圧制御系５は、ガス入口９、レギュレーター１０、圧力センサー１１とそれに接続されるガス開放口１２とから構成されている。
【００３９】
レギュレーター１０としては、ガス圧力を一定の設定値に保持する機能を有するものを用いればよい。
【００４０】
また、圧力センサー１１としては、例えば、半導体圧力センサーを用いればよい。
【００４１】
なお、配管１３の薬液保有部４への接続部は、薬液保有部４の図面上の上部とすることが好ましい。また、配管１３の内径１〜３ｍｍとすることが圧力の迅速レスポンスの為に好ましい。
【００４２】
一方、加圧制御系５と配管１３により接続されて薬液注入系がある。本例では薬液注入系４は薬液保有部から構成されている。
【００４３】
薬液保有部は、用いる薬液に対して耐性を有し金属成分および粒子汚染を与えない材料で構成する容器であればよい。高純度のセラミックス、カーボン、フッ素樹脂、不動態表面処理金属などが用いられ、フッ化水素酸以外の薬液については石英も用い得る。
【００４４】
容器の大きさは特に限定されないが、例えば、長さ、５０〜３００ｍｍ、径１０〜３０ｍｍとすればよい。かかる寸法の場合、加圧制御系による圧力の制御に対する応答性が良好である。
【００４５】
本例では、薬液注入系４と超純水流路とは細管により接続されている。すなわち、注入制御系として細管１４が用いられている。
【００４６】
本例では、注入制御系が超純水流路に直結する細管であり、薬液注入時においては加減圧制御系による薬液注入系内圧と、該細管の水流抵抗と、超純水流路の水圧のバランスによる注入速度制御作用、および薬液の細管から超純水流路への噴出効果による瞬間混合作用を、また薬液注入停止時においては該細管による瞬間停止作用を、さらに薬液補充時においては薬液補充圧力と超純水流路の水圧との差圧による超純水の該細管への微量逆流効果による薬液遮断作用をもって、薬液注入が制御される。
【００４７】
細管については、前記（１）式の薬液注入速度の関係式をもちいてその寸法を選定することができる。例えば、注入速度Ｖ／ｔが１．０ｍｌ／秒のとき、注入圧力Ｐを５．３ｋｇ／ｃｍ2で制御する場合は（１）式の［ｒ4／Ｌ］の値を満足する任意の細管半径ｒ、長さＬを用いてよく、一例として細管直径２ｒ＝０．２５ｍｍ、長さＬ＝５０ｍｍが用いられる。注入圧力Ｐを低く０．２５ｋｇ／ｃｍ2で制御する場合は同じく（１）式の［ｒ4／Ｌ］の値を満足する値として細管直径２ｒ＝０．５０ｍｍ、長さＬ＝４０ｍｍが用いられる。細管の材料としては、高純度のセラミックス、カーボン、フッ素樹脂、不動態表面処理金属、石英などが用いられ、その内表面は可及的平滑であることが好ましい。
【００４８】
細管から噴出する薬液の線速度は、薬液１．０ｍｌ／秒の注入速度において、細管直径０．２５ｍｍまたは０．５０ｍｍの時に２０ｍ／秒または５ｍ／秒である。一方、６リットル／分の超純水供給を内径１０ｍｍの配管で行うときの水の線速度は約１ｍ／秒（約８０ｍｌ／秒）である。細管からの大きい噴出速度は瞬間混合効果を発揮する。
【００４９】
この効果を確認するため、超純水配管出口にＹ型分岐を設けその分岐角度を変化させながら流路を二分割し希釈濃度を分析したが、分割液間の濃度差は測定精度以内で検出不可能であり、この注入手段によれば混合のための装置は不必要であることが明らかになった。
【００５０】
薬液注入系には、薬液補充系８が接続されている。その接続は、配管１５により行われている。配管１５上には逆止弁１６が設けられている。
【００５１】
次に本薬液定量注入装置の操作手順を説明する。
【００５２】
枚薬洗浄装置を用いウエハを６０秒間隔で連続的に洗浄する場合について、薬液Ａの注入は１．０ｍｌ／秒の速度で２０秒間であり、残る４０秒間に薬液補充を行うシーケンスについて述べる。細管は直径０．２５ｍｍ、長さ５０ｍｍ、注入する超純水流路の水圧は、０．２０ｋｇ／ｃｍ2である。このときの、注入系の圧力バランスを表２に示した。すなわち、加減圧制御系の圧力レギュレーター１０および圧力センサー１１は５．５ｋｇ／ｃｍ2加圧条件に設定され、薬液注入系を２０秒間加圧し、残る４０秒間はガス開放口１２を開いて圧開放するシーケンスプログラムで作動させる。２０秒間に、薬液保有部内の薬液Ａ２０ｍｌが細管を通じて超純水流路に加圧注入される。
【００５３】
２０秒後、加減圧制御系一次側のガス入口９の閉と二次側の圧力開放口１２の開により、薬液注入系が圧開放され、それに連結する薬液補充系８の逆止弁１６が開放され、加圧下に保持されているコンテナーから配管１５を経て薬液Ａが薬液保持部に流入する。コンテナーの保持圧力は０．１０ｋｇ／ｃｍ2の程度が好ましく、また配管１５は、薬液Ａ２０ｍｌが４０秒よりやや短い時間で流入するような内径と長さに調節する。液面位置が、薬液保持部上部配管１３に設置された液面センサー１７に達したとき、センサー信号によりコンテナーの加圧を開放する。
【００５４】
表２に示すように、この薬液補充時間内に超純水流路と薬液液面との差圧約０．２０ｋｇ／ｃｍ2により細管を通じて超純水が薬液保有部に流入して超純水流路から薬液を遮断する。その量は約１．５ｍｌ／４０秒と僅かであるが、これによる薬液Ａの希釈度が支障となる場合は、薬液Ａの注入速度を希釈率に等しく増加して補正する手段が採用できる。
【００５５】
【表２】
次に、複数の薬液の同時注入構成例を説明する。図１の構成図の配管１３に薬液種類数の分岐を設け、種類数の薬液注入系・注入制御系・薬液補給系を接続し、各注入制御系の細管を一つの超純水流路に接続する。各薬液注入時間は同一とするが、注入速度が異なるから、共通の注入圧力において、それぞれの薬液の注入速度に対応する細管を選定すべきは言うまででもない。
【００５７】
また、薬液補給形態の応用例を説明する。これは、図１に示した薬液補給系の逆止弁１６に換えてバルブを用いる例である。構成材料および開閉機構を改良した無発塵バルブを用い、その開閉制御を液面センサー信号によりおこなうことにより、前記と同様に薬液補給が実施できる。これによって、コンテナーの圧力を定常値に保持する方式が実施できる。
【００５８】
（形態例２）
本例では、図２に示すように、加減圧制御系５と薬液注入系の間に隔膜室２１を備え、その他の系は実施態様例１と同一である薬液定量注入装置を構成した。
【００５９】
隔膜室２１内はベローズ状の隔膜２２により２室に分離され、一室（薬液側室）は薬液保有部と連通し、薬液３’が保有されている。他の一室（ガス側室）は圧力センサー１１側と連通している。
【００６０】
圧力センサー１１側からガスが隔膜室２１のガス室側に導入されるとベローズ状の隔膜２２が上昇する。その結果、薬液側室内の薬液３’は配管１３を介して薬液保有部４に流れ、薬液保有部４内の薬液３を加圧状態にし、薬液３は細管１４を介して超純水流路１内に注入される。
【００６１】
ガスの導入を停止し、圧力開放口１２を開くとベローズ状の隔膜２２は下降し、薬液側室から薬液保有部４への薬液３’の流入が止まり、薬液保有部４内の薬液の加圧状態が開放され、薬液３の超純水流路１への注入も停止する。
【００６２】
本例では、ガスと薬液３，３’とは隔膜２２により完全隔離されているためガスの薬液３への混入がなく、ガスを含有しない洗浄液（薬液と超純水との混合液）を洗浄装置に供給することができる。
【００６３】
この系で、フッ化水素酸（ＨＦ５０％濃度）の定量注入を行った。隔膜により加減圧制御系内へのフッ化水素ガスの拡散を遮断することにより、フッ化水素酸注入を長期間連続しても、加減圧制御系の腐蝕はなく連続駆動できた。なお、隔膜室に液抜き口を設置し、隔膜の作動で発生する粒子が薬液注入系に及ばないようにフッ化水素酸を数ｍｌ／分の流量で排出した。
【００６４】
（形態例３）
本形態例では、図３に示すように、ガス制御系の隔膜室に換えて、不活性液体室２４を用いる他は、形態例２と同一である薬液定量供給装置を構成した。
【００６５】
ガス制御系と不活性液体室２４を接続し、薬液に全く混合性・反応性をもたない液体パーフルオロ化合物２５を充填し、配管２６によって薬液供給系と接続する。この液体の密度が薬液より大きいので、薬液供給系と注入制御系ならびに薬液補給系の接続位置を、図２とは上下逆転させている。
【００６６】
液体パーフルオロ化合物として例えば商品名フロリナート、３Ｍ社製が使用できる。
【００６７】
ガス制御系による加圧により液体パーフルオロ化合物２５は注入制御系４に流入し、その液面上の薬液を細管から超純水流路に注入する。ガス制御系圧力開放による薬液補給時は、薬液コンテナーの加圧により薬液が薬液保有部に流入するのに合わせて液体パーフルオロ化合物２５は不活性液体室２４に戻り、液面センサー１７の位置に達した信号によりコンテナー加圧を開放する。
【００６８】
このようにして、隔膜室構成と全く同様の薬液定量供給が実施できる。
【００６９】
（形態例４）
形態例４では、図４に示すように、ベローズポンプ３１からなる加減圧制御系を用いている。
【００７０】
ベローズポンプ３１は、ベローズ３２をピストンロッド３３の往復動作により伸縮せしめ、形態例２の場合と同様に薬液３’を配管１３を介して薬液保有部に導入し、薬液保有部の薬液を加圧せんとするものである。
【００７１】
その他の系は形態例１と同一である。
【００７２】
この装置は次なる特性を有している。
【００７３】
薬液注入時はベローズポンプ３１から薬液注入系に、薬液を１．０ｍｌ／秒の速度で吐出する。薬液補充時はベローズポンプ３１から薬液注入系に、薬液を１．０ｍｌ／秒の速度で吸引する。
【００７４】
なお、ベローズポンプ３１に液抜き口３４を設置することが好ましく、かかる液抜き口３４により、ベローズの作動で発生する粒子が薬液注入系に及ばないように薬液を数ｍｌ／分の流量で排出した。
【００７５】
（形態例５）
形態例５では図５に示すように、チューブポンプからなる加減圧制御系を用いその他の系は形態例１と同一である薬液定量供給装置を構成した。
まず、チューブポンプの構成と作用を説明する。チューブポンプ４１は、チューブ４２と回転体４３で構成され、回転体４３により弾性チューブ４２の圧迫変形部を移動させながらチューブの一方から液を引き込み他方に押し出す作用で送液する原理のポンプであり汎用されている。本発明では、このチューブポンプの送液原理を「正逆反転を反復する特殊条件」で用いることを特徴とする。
【００７６】
ウエハを６０秒間隔で連続的に洗浄する場合について、薬液Ａの注入は１．０ｍｌ／秒の速度で２０秒間であり、残る４０秒間に薬液補充を行うシーケンスにおいて、このチューブポンプの正逆反転動作による加減圧制御を説明する。チューブの一端を薬液注入系に接続し、他端は薬液の開放受器４４に接続する。その他の注入制御系および薬液補充系の構成は、図１〜図２と同様である。
【００７７】
チューブポンプは、６０秒間隔で２０秒間の正回転と、同じく２０秒間の逆回転のプログラムで駆動する。正回転により薬液Ａの２０ｍｌが２０秒間薬液注入系から超純水流路に注入され、逆回転により薬液Ａの２０ｍｌが２０秒間で薬液補給系の逆止弁１６を開いて薬液注入系に流入する。
【００７８】
薬液補給系コンテナーの圧力は、超純水圧力よりやや低い圧力に一定に保持すればよい。この正逆反転プログラム駆動において、時間差シーケンスが重要である。例えば、正回転２０．０秒間、逆回転２０．５秒間と０．５秒の時間差を持たせる。そのとき、チューブポンプから受器４４の側に薬液Ａ０．５ｍｌ／６０秒が排出され、これによりチューブ内を往復する薬液は約４０分毎に一回更新される。
チューブの圧迫による発塵は僅かであって、この程度の時間差で注人する薬液Ａの粒子レベル増加は全く認められなかった。時間差シーケンスは、清浄注入の目的に対する有効かつ確実な手段である。
【００７９】
（形態例６）
形態例６では、図６に示すように、チューブポンプ４１からなる加減圧制御系を用いその他の系は形態例１と同一である薬液定量注入装置を構成した。
【００８０】
本例ではチューブポンプ４１内には、パーフルオロ化合物溶液２５を充填してある。パーフルオロ化合物溶液は、完全非反応性で水溶液とは混合しないため薬液と境界層を形成する。それにより、チューブポンプ駆動による粒子発生の影響はなく、薬液注入系の清浄性は完全に保持された。なお、パーフルオロ化合物２５に替えて、さらに密度の大きい水溶液をチューブポンプ４１の充填液に用い、薬液との境界層にパーフルオロ化合物層と存在せしめる三層構成を用いてもよい。
【００８１】
（形態例７）
形態例７では、図７に示すように、細管１４および逆止弁６１との組み合わせからなる注入制御系を持つ薬液定量注入装置を構成した。この組み合わせにより次の２つの作用を兼備することができる。
【００８２】
▲１▼薬液注入時における細管１４の噴出作用による薬液３と超純水流路１中の超純水との瞬間混合作用と、▲２▼薬液補給時における超純水圧による逆止弁６１の閉鎖による薬液注入停止作用である。
【００８３】
細管１４は内径０．５０ｍｍ、長さ４０ｍｍのものを用いた場合この細管１４の細管抵抗は、水溶液が１．００ｍｌ／秒の流速で通過する時０．２５ｋｇ／ｃｍ3であった。薬液３の超純水流路１への注入停止は逆止弁６１が作用するので、細管抵抗を低く設定することが出来る。
【００８４】
（形態例８）
枚葉洗浄装置に小容積の直接注入装置を接続し各種類の洗浄組成によるウエハ洗浄を実施した。
【００８５】
すなわち、一つの超純水流路に、図１〜６に示した薬液定量注入装置のいずれかを薬液の種類数接続し、それぞれの薬液の注入量を制御して洗浄液組成の調合を行う方式により、必要に応じて洗浄処方を任意に変更することが出来た。薬液をあらかじめ大量調製して供給することなく、常に清浄な薬液を直接注入して使用することが出来た。
【００８６】
薬液供給装置に用いる種々の構成材料として、金属材料が使用できることの意義は極めて大きい。金属材料は、強度と精密加工性において他の材料とは格段の有用性を持つ。しかし、極限まで清浄性が必要とされる薬液供給系においては、薬液および薬液から発生するガス成分による化学作用から完全に不動態化されていなければならない。現在フッ化不動態処理技術の進歩により、ステンレススチール・アルミニウム合金・ニッケルなどの表面に、フッ化鉄・フッ化アルミニウム・フッ化アルミニウム−マグネシウム・フッ化ニッケルなどの緻密な膜を形成し、腐蝕性気体・液体に対し完全バリヤーを形成することが出来る。
【００８７】
本発明においては、このフッ化不動態処理表面を持つ金属材料を採用して、発明の効果を高めている。例えば、加減圧制御系のガス供給系材料の接ガス表面をフッ化不動態処理アルミニウム合金あるいはフッ化不動態処理ステンレススチールを用いた。この加減圧制御系により、フッ化水素酸溶液注入の制御をおこう時、ＨＦ５０％のＨＦ蒸気圧は数Ｔｏｒｒでありガス系は強度の腐蝕雰囲気となるが長期連続稼動に支障なく、また注入したフッ化水素酸溶液に金属汚染はｐｐｔレベルで観測されない。
【００８８】
また、内径０．５ｍｍのアルミニウム合金細管を作製し、その表面に無電解ニッケルメッキによりニッケル層を形成させ、さらにニッケル層表面に約１０００Åのフッ化ニッケル膜を形成させた。ニッケル層の膜厚をμｍ桁で調節することにより、細管内径を０．２−０．５ｍｍにわたって任意に調節した。フッ化ニッケル膜は、苛性ソーダのような強アルカリ溶液を除くあらゆる薬液に完金に耐蝕性であり、注入した薬液にニッケル汚染はｐｐｔレベルで観測されない。
【００８９】
さらに、薬液注入系および薬液補充系にもちいる逆止弁を、ステンレススチールボールおよびステンレススチール弁座で作製し、表面を鏡面研磨したのち約５００Åのフッ化鉄層を形成させて用いた。ステンレススチールの精密加工精度とフッ化鉄層の強度およびフッ化不動態処理の耐蝕効果により、シール効果の完全性と無汚染性は充分であった。
特に、ステンレススチール製配管および継ぎ手をフッ化不動態処理して用いるとき顕著な効果は、薬液供給装置サイズ縮小化とリークの安全性に現れた。従来の樹脂配管・樹脂継ぎ手は強度上体積が不可欠であり、なお完全無リークにできない。
【００９０】
【発明の効果】
本発明によれば次の諸々の効果が達成される。
【００９１】
超純水流路に直接薬液を注入でき、薬液供給装置のコンパクト化を図ることができる。
【００９２】
無発塵で薬液を超純水に注入することができる。
【００９３】
洗浄ノズルへの薬液の一定速度注入を数秒〜１０数秒間隔で、薬液種類の切り替え、超純水洗浄への切り替えなどは１秒程度の短時間で行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態例１に係る薬液定量注入装置の概念システム図である。
【図２】実施の形態例２に係る薬液定量注入装置の概念システム図である。
【図３】実施の形態例３に係る薬液定量注入装置の概念システム図である。
【図４】実施の形態例４における加減圧制御系を示す断面図である。
【図５】実施の形態例５における加減圧制御系を示す断面図である。
【図６】実施の形態例６における加減圧制御系を示す断面図である。
【図７】実施の形態例７に係る薬液定量注入装置の概念システム図である。
【符号の説明】
１ 超純水流路、
２ 薬液定量注入装置、
３ 薬液、
４ 薬液注入系、
５ 加減圧制御系、
６ 注入制御系、
７ 薬液源、
８ 薬液補充系、
９ ガス入り口、
１０ レギュレーター、
１１ 圧力センサー、
１２ 圧力開放口
１３ 配管、
１４ 細管、
１５ 配管、
１６ 逆止弁、
１７ 液面センサー
２１ 隔膜室、
２２ 隔膜、
２３ 液抜き、
２４ 不活性液体室、
２５ 不活性液体、
２６ 配管、
３１ ベローズポンプ、
３２ ベローズ、
３３ ピストンロッド、
３４ 液抜き口、
４１ チューブポンプ、
４２ チューブ、
４３ 回転体、
４４ 容器、
６１ 逆止弁。
Claims (11)
- 被洗浄物の表面の洗浄を枚葉的に行う枚葉洗浄装置に超純水を供給するための超純水流路に各種類の薬液を注入し高精度で均一組成の洗浄液を洗浄ノズルに供給するための薬液定量注入装置であって、
該薬液を保有するための薬液保有部を有する薬液注入系と、
該薬液保有部の薬液の圧力を一定間隔で制御するための加減圧制御系と、
前記薬液の圧力の制御に連動して、前記薬液注入系から超純水流路への薬液の継続的な注入および混合動作と、注入停止動作とが行われるように構成された注入制御系と、
前記薬液の制御に連動して薬液源から薬液保有部に薬液を補充し得るように構成された薬液補充系と、
を有していることを特徴とする薬液定量注入装置。 - 前記加減圧制御系が、ガスレギュレーター、圧力センサーおよび圧力開放弁からなるガス制御系により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の薬液定量注入装置。
- 前記ガス制御系と薬液注入系の中間に隔膜室または不活性液体室を備えることを特徴とする請求項２に記載の薬液定量注入装置。
- 前記加減圧制御系が、弾性動作膜を液圧により変位動作させることによる容積変化機構により、薬液注入系を加減圧制御するものであることを特徴とする請求項１に記載の薬液定量注入装置。
- 前記加減圧制御系が、弾性チューブと該弾性チューブ外側を回転体で圧迫して送液する方向を正逆反転させながら薬液注入系を加減圧制御するものであり、該液体が薬液または不活性液体であることを特徴とする請求項１に記載の薬液定量注入装置。
- 前記注入制御系は薬液保有部と超純水流路とを直結する細管からなることを特徴とする請求項１記載の薬液定量注入装置。
- 前記細管上に逆止弁が介在せしめてあることを特徴とする請求項６記載の薬液定量注入装置。
- 前記薬液補充系は、薬液源と薬液注入系とを結ぶ配管と、該配管上に設けられた逆止弁あるいはバルブとからなることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項記載の薬液定量注入装置。
- 前記薬液定量注入装置を構成する金属材料のガスあるいは液の接触表面が、フッ化不動態処理されていることを特徴とする請求項１に記載の薬液定量注入装置。
- 被洗浄物の表面の洗浄を枚葉的に行う枚葉洗浄装置に超純水を供給するための超純水流路に各種類の薬液を注入し高精度で均一組成の洗浄液を洗浄ノズルに供給する薬液定量注入方法であって、
薬液保有部の薬液の圧力を一定間隔で制御し、
前記薬液の圧力の制御に連動して、薬液注入系から超純水流路への薬液の継続的な注入および混合動作と、注入停止動作とを行い、
前記薬液の制御に連動して薬液源から薬液保有部に薬液を補充することを特徴とする薬液定量注入方法。 - 請求項１ないし９のいずれか１項記載の薬液定量注入装置を用い、
該薬液を保有するための薬液保有部を有する薬液注入系の該薬液保有部の薬液の圧力を一定間隔で加減圧制御系で制御し、
前記薬液の圧力の制御に連動して、前記薬液注入系から超純水流路への薬液の継続的な注入および混合動作と、注入停止動作とを注入制御系で行い、
前記薬液の制御に連動して薬液源から薬液保有部に薬液を薬液補充系により補充することを特徴とする薬液定量注入方法。
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