JP4778462B2 - 排液弁 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造工程で使用される、ウエハを洗浄するための洗浄液が中に蓄えられた洗浄槽の最下部に配設され、洗浄後洗浄液を排出する排液弁に関する発明である。

従来、半導体製造工程において、ウエハ表面を洗浄することが行われている。洗浄方法としては、純水、強酸、加酸化水素水、アルカリ液等を洗浄槽に満たし、その中にウエハをどぶ漬けして、ウエハ表面を洗浄している。洗浄後、洗浄槽の最下部に設けられた排液弁により、洗浄液を排液する。そして、ウエハを取り出して次工程に搬送する。ここで、ウエハを洗浄液から先に取り出さないのは、洗浄液の表面には、パーティクルや不純物が浮いているため、ウエハを洗浄液から取り出すと、表面に浮いているパーティクルや不純物がウエハに付着するからである。
例えば、特許文献１に記載された排液弁は、エアで駆動するピストンロッド先端に弁体を固設し、弁座と当接・離間させることにより、排液を制御している。

特許文献１に記載された排液弁では、弁体を弁座から離間させて、弁を開いたときに、洗浄槽内の洗浄液が急激に排液弁から外に排液されるため、洗浄液内に乱流が発生し、洗浄液の下層に滞留していたパーティクルが舞い上がって、再びウエハに付いてしまう問題があった。また、カートリッジに収納されているウエハが乱流により振動する問題があった。
それを防止するために、排液の始めの段階では、少量の排液を流すスローリーク方式が採用されている。スローリーク式排液弁の構造の本出願人が実施していた一例を図５に示す。洗浄槽１００の最下部には、配管接続のためのフランジ１００ａが形成されている。フランジ１００ａの中心には、開口が形成されている。フランジ１００ａには、排液弁１０１が取り付けられている。

排液弁１０１は、入力口１０２ａが形成された円形ブラケット１０２、第１エアポート１０８、第２エアポート１０９が形成された円形ブラケット１０４、及び下部排出口１１３が形成された筒型カバー１０３により、構成されている。
円形ブラケット１０４には、シリンダ１１５が形成され、シリンダ１１５は、ピストン１０６により、第１シリンダ室１１２と、第２シリンダ室１１４に分離されている。第１シリンダ室１１２には、第１エアポート１０８が接続している。第２シリンダ室１１４には、第２エアポート１０９が接続している。一端がピストン１０６に接続し、他端がシリンダ１１５の左端から突き出しているロッド１０７の先端に弁体部材１０５が固設されている。弁体部材１０５には、先端側に小径部１０５ａが形成されている。

従来の排液弁１０１の作用を説明する。図５は、排液弁１０１が閉じた状態を示している。図６は、スローリーク状態を示している。すなわち、弁体が右方向に移動して、小径部１０５ａと入力口１０２ａとで、隙間流路を形成し、そこから、洗浄液が少量ずつ排液される。次に、図７に示すように、さらに弁体１０５が右方向に移動すると、小径部１０５ａが入力口１０２ａから外れるため、大量の洗浄液が排液される。
これにより、排液開始時には、スローリークで少量の洗浄液が排液されるので、パーティクルが巻き上がるのを防止することができる。

特開２００２−２７６８４３号公報

しかしながら、図５乃至図７に示す従来の排液弁には、次のような問題があった。
すなわち、従来洗浄工程において、第１洗浄液を満たした洗浄槽にウエハ入れ、洗浄した後、洗浄槽の下部に設置した純水弁を開いて、洗浄槽内に純水を流し込み、洗浄液を洗浄槽の縁から溢れ出させて、洗浄液を純水で置換することが行われている。そして、純水への置換が終了した後、別種類の洗浄液を流入させ、別の洗浄を行うことが行われている。
純水が流入され、洗浄液を純水で置換するとき、図５の弁体１０５の小径部１０５ａと洗浄槽１００、入力口１０２ａとの隙間にある洗浄液を、純水により置換することが難かしく、洗浄液がその隙間に残留する問題があった。前の洗浄液が残留すると、次の洗浄液を流入させたときに、それに混じり合い、洗浄効果を損なう問題があった。もともと、純水で置換しているのは、前の洗浄液が残留して、後の洗浄液と混じり合わないようにするためだからである。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、スローリークが可能で、かつ純水で置換するときに洗浄液が残留することのない排液弁を提供することを目的とする。

上記問題点を解決するため、本発明の排液弁は、次のような構成を有している。
（１）ウエハを洗浄するための洗浄液が中に貯えられた洗浄槽の最下部に配設され、洗浄後の該洗浄液を排出する排液弁であって、入力口の内部に形成された弁座と、円筒形状であり、先端部が、弁座と当接または離間して、洗浄液の排出を制御する弁体と、弁体の円筒外周部と、所定距離、隙間を保持する内周部を備える絞り部材とを有する。
（２）（１）に記載する排液弁において、前記入力口、前記弁座、及び前記絞り部材が、一体的に形成されていることを特徴とする。

次に、上記構成を有する排液弁の作用及び効果について説明する。
本発明の排液弁は、入力口の内部に形成された弁座と、円筒形状であり、先端部が、弁座と当接または離間して、洗浄液の排出を制御する弁体と、弁体の円筒外周部と、所定距離、隙間を保持する内周部を備える絞り部材とを有するので、弁体が動き始めてからしばらくの間は、絞り部材により、流路が隙間状態に保持されるため、スローリークが実現できる。すなわち、洗浄槽から排液される洗浄液が少量であるため、パーティクルが巻き上がることなく、ウエハにパーティクルが再度付着するのを防止することができる。また、カートリッジに収納されたウエハが振動することを防止することができる。
一方、１つの洗浄液による洗浄が終了し、別種の洗浄液による洗浄を行うときに、洗浄槽の下部から純水を流入させて、洗浄液と純水とを置換する。このときに、排液弁の弁体と入力口とでは、隙間がないため、置換すべき洗浄液が、残留することがなく、後洗浄の洗浄液に不純物が混入することなく、別種の洗浄液により適正な洗浄を行うことができる。
また、入力口、弁座が、及び絞り部材が一体的に形成されているので、全体をコンパクトにすることができる。

本発明の一実施の形態である排液弁について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図８に、排液弁１１が取り付けられる洗浄システムの全体構成を示す。洗浄槽３１の中に洗浄液Ａが８分目まで満たされている。洗浄液Ａ内には、図示しないカートリッジに収納されたウエハ３２が装着されている。洗浄槽３１の下部には、純水を流入させるための純水弁３０が接続されている。洗浄槽３１の最下端には、排液弁１１が設置されている。洗浄槽３１、排液弁１１の下には、全体を受けて排液槽３４が設置されている。排液槽３４は、洗浄槽３１の縁からあふれ出した洗浄液Ａを受けることができるように設けられている。排液槽３４の最下部には、排液槽弁３３が設置されている。

次に、排液弁１１の構造について説明する。
洗浄槽３１の最下部には、配管接続のためのフランジ３１ａが形成されている。フランジ３１ａの中心には、開口が形成されている。フランジ３１ａには、排液弁１１が取り付けられている。
排液弁１１は、中心孔である入力口１２ｂの奥側端面に弁座１２ａが形成された円形ブラケット１２、第１エアポート１８、第２エアポート１９が形成され、シリンダ２６が形成されたシリンダブラケット１４、及び下部排出口２０が形成された筒型カバー１３により、構成されている。

シリンダブラケット１４、シリンダ２６の周辺の拡大断面図を図４に示す。シリンダブラケット１４には、中空形状のシリンダ２６が一体的に形成されている。シリンダ２６の中空部は、ピストン１６により、第１シリンダ室２２と、第２シリンダ室２３に分離されている。第１シリンダ室２２には、第１エアポート１８が接続している。第２シリンダ室２３には、第２エアポート１９が、エア流路２１を介して接続している。シリンダ２６の左端は、中央に孔が形成されたエンドブラケット２５により塞がれている。
一端がピストン１６に接続し、他端がシリンダ２６のエンドブラケット２５の中心孔から突き出しているロッド２４の先端にネジ部２４ａが形成されている。ロッド２４の先端のネジ部２４ａには、弁体部材１５が取り付けられている。弁体部材１５には、先端側に傾斜面であり、弁座１２ａと当接または離間する弁体部１５ａが形成されている。
円形ブラケット１２の内側には、絞り部材１７が設けられている。本実施例では、円形ブラケット１２と絞り部材１７とは、一体的に構成されている。絞り部材１７の内周面には、弁体１５の円筒外周面と、所定距離、所定の隙間を保持する内周部１７ａを備えている。

次に、排液弁１１の作用について説明する。図１は、排液弁１１が閉じた状態を示している。図２は、スローリーク状態を示している。図３は、全開状態を示している。
図８において、排液弁１１は図１の状態である。排液弁１１が閉じた状態で、洗浄槽３１内に洗浄液Ａが８分目まで満たされ、カートリッジに収納されたウエハがどぶ漬けされ、ウエハ表面が洗浄液により洗浄されている。パーティクル等は、比重の小さいものは洗浄液表面に浮かび上がり、比重の大きいものは洗浄槽３１の下層に沈殿する。このとき、図１に示すように、排液弁１１の弁体部材１５の弁体部１５ａが、円形ブラケット１２の弁座１２ａに当接している。このとき、洗浄液Ａが滞留するような隙間はない。

次に、純水弁３０を開いて、洗浄槽３１内に純水を流入する。洗浄液Ａは、純水の流入に伴ない、洗浄槽３１の上縁からあふれ出して、排液槽３４内に流れ込む。これにより、洗浄液Ａの表面に浮かんでいたパーティクルや不純物が排液槽３４へと流し出される。
純水を流入し続けることにより、洗浄液Ａを純水に完全に置換する。従来の排液弁１０１では、図５に示すように、弁体１０５の小径部１０５ａと洗浄槽１００、入力口１０２ａとの隙間にある洗浄液を、純水により置換することが難かしく、洗浄液がその隙間に残留する問題があった。前の洗浄液が残留すると、次の洗浄液を流入させたときに、それに混じりあい、洗浄効果を損なう問題があった。
それと比較して、本発明の排液弁１１では、弁体部材１５と円形ブラケット１２、洗浄槽３１との間に隙間がないため、洗浄液Ａが残留することなく、速やかに全て純水に置換される。
そして、新たな種類の洗浄液を洗浄槽３１内に流入する。このとき、前の洗浄液が残留していないので、後の洗浄液の機能を損なう恐れがない。

次に、洗浄液Ａの排液作用について説明する。何度かの洗浄工程が終了した後、洗浄槽３１から洗浄液Ａを排液して、ウエハ３２を取り出す。このときの排液作用を説明する。
すなわち、図４において、第１エアポート１８への圧縮エアの供給を遮断し、第２エアポート１９に圧縮エアを供給する。それにより、第２シリンダ室２３のエア圧力が高まり、第１シリンダ室２２のエア圧力が低下するため、ピストン１６が右方向に移動を開始する。
そして、徐々に図２の状態となる。図２の状態においては、弁体１５の円筒外周部と絞り部材１７の内周部１７ａとの隙間が十分小さいので、排液が少しずつ流れ出るため、洗浄液Ａ中のパーティクルが巻き上がることがない。すなわち、スローリーク排液を実現できる。
さらに、第２シリンダ室２３に圧縮エアを供給することにより、図３の状態まで弁体１５が移動する。この状態では、排液弁１１は、全開状態であり、短時間で全ての洗浄液Ａを排液することができる。

以上、詳細に説明したように、本実施例の排液弁１１によれば、入力口１２ｂの内部に形成された弁座１２ａと、円筒形状であり、弁体部１５ａが、弁座１２ａと当接または離間して、洗浄液Ａの排出を制御する弁体部材１５と、弁体部材１５の円筒外周部と、所定距離、隙間を保持する内周部１７ａを備える絞り部材１７とを有するので、弁体部材１５が動き始めてからしばらくの間は、絞り部材１７により、流路が隙間状態に保持されるため、スローリークが実現できる。すなわち、洗浄槽３１から排液される洗浄液Ａが少量であるため、パーティクルが巻き上がることなく、ウエハ３２にパーティクルが再度付着するのを防止することができる。また、カートリッジに収納されたウエハ３２が振動することを防止することができる。
一方、洗浄が終了し、洗浄槽の下部から純水を流入させて、洗浄液Ａと純水とを置換するときに、排液弁１１の弁体部材１５と入力口１２ｂと形成される隙間がないため、置換すべき洗浄液Ａが、残留することがなく、後洗浄の洗浄液に不純物が混入することなく、適正な洗浄を行うことができる。
また、入力口１２ｂ、弁座１２ａ、及び絞り部材１７が一体的に形成されているので、全体をコンパクトにすることができる。

なお、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
例えば、本実施例では、弁体部１５ａを弁体部材１５の先端傾斜部として構成しているが、段差部として構成しても良い。
また、本実施例では、シリンダ２６をシリンダブラケット１４と一体に構成しているが、市販の標準的なシリンダを用いても良い。
また、本実施例では、絞り部材１７を円形ブラケット１２とを一体に構成しているが、絞り部材１７と円形ブラケット１２とを別体として構成しても良い。

本発明の排液弁１１の全閉状態を示す断面図である。 本発明の排液弁１１のスローリーク状態を示す断面図である。 本発明の排液弁１１の全開時様態を示す断面図である。 排液弁１１のシリンダ１５の構造を示す断面図である。 従来の排液弁１０１の全閉状態を示す断面図である。 従来の排液弁１０１のスローリーク状態を示す断面図である。 従来の排液弁１０１の全開状態を示す断面図である。 本発明の排液弁１１が取り付けられる排液システムの構成を示す図である。

符号の説明

１１ 排液弁
１５ 弁体部材
１５ａ 弁体部
１６ ピストン
１７ 絞り部材
１７ａ 内周部
２６ シリンダ
３１ 洗浄槽

Claims (2)

1. ウエハを洗浄するための洗浄液が中に貯えられた洗浄槽の最下部に配設され、洗浄後の該洗浄液をその自重により排出する排液弁において、
   入力口の内部に形成された弁座と、
   円筒形状であり、先端部が、前記弁座と当接または離間して、前記洗浄液の排出を制御する弁体と、
   前記弁体の円筒外周部と、所定距離、隙間を保持する内周部を備える絞り部材とを有すること、
   前記弁体の先端部は、閉弁方向へ縮径したテーパ面を有する断面台形状の台形部であり、前記テーパ面を前記弁座に当接させて閉弁すること、
   を特徴とする排液弁。
2. 請求項１に記載する排液弁において、
   前記入力口、前記弁座、及び前記絞り部材が、一体的に形成されていることを特徴とする排液弁。

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