JP5893592B2 - 液処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、基板に所定の液処理を施す液処理装置において、液処理ユニットに供給される処理液の流量を調節する技術に関するものである。
半導体装置の製造においては、半導体ウエハ等の基板に、洗浄処理、ウエットエッチング処理等の液処理が施される。このような液処理を実行するために複数の液処理モジュール（液処理ユニット）を備えた液処理システムが用いられる。このような液処理システムは、処理液貯留タンクと、処理液貯留タンクから出て処理液貯留タンクに戻る循環ラインと、循環ラインに加圧された処理液の流れを形成するポンプを有している。循環ラインから複数の分岐ラインが並列に分岐し、これらの分岐ラインから液処理モジュールにそれぞれ処理液が供給される。各分岐ラインには流量計および流量制御弁が介設されており、この流量計の検出値に基づいて、液処理モジュールにて基板に供給される処理液の流量が所望の値となるように流量制御弁のフィードバック制御が行われる（例えば特許文献１を参照）。
フィードバック制御において流量制御弁の弁体が頻繁に移動すると、流量制御弁の内部でパーティクルが発生する可能性がある。発生したパーティクルは分岐ラインを通る処理液と一緒に基板に供給される。ここで、パーティクルが問題となるレベルであれば、パーティクルを除去するためのフィルタを設ける必要がある。しかし、フィルタを設けると、フィルタの定期的なメンテナンスが必要となるという問題が生じる。
本発明は、液処理ユニットに供給される処理液の流量調節のための制御弁から発生しうるパーティクルが液処理ユニットに供給されることのない液処理装置を提供するものである。
好適な一実施形態において本発明は、処理液供給源に接続された第１ラインと、前記処理液供給源から前記第１ラインに処理液を送るポンプと、前記第１ラインに接続され、前記第１ラインを流れる処理液が流入する複数の第２ラインと、前記各第２ライン上の分岐点に接続された分岐ラインと、前記各分岐ラインを介して供給される処理液により基板に処理を施す液処理ユニットと、前記各第２ライン上の前記分岐点よりも上流側に設けられたオリフィスと、前記各第２ライン上の前記分岐点よりも下流側に設けられた第１制御弁と、を備え、前記第１制御弁は、前記第１制御弁よりも下流側に流す処理液の量を変化させることにより対応する前記第２ラインの前記オリフィスと前記第１制御弁との間の区間内の処理液の圧力を制御し、対応する前記分岐ラインを通って対応する前記液処理ユニットに供給される処理液の流量を制御する、液処理装置を提供する。
本発明によれば、分岐ラインに流量調整のための制御弁を介在させる必要がなくなるので、このような制御弁から発生し得るパーティクルが液処理ユニットに流れることがなくなる。
以下に添付図面を参照して発明の実施形態について説明する。まず、第１実施形態について説明する。
液処理装置は、処理液供給源としてのタンク１０２を有している。処理液タンク１０２には主ライン（第１ライン）１０４が接続されている。主ライン１０４には、上流側から順に、ポンプ１０６、フィルタ１０８及びヒータ１１０が介設されている。ポンプ１０６は、タンク１０２に貯留されている処理液を、主ライン１０４の下流側に向けて加圧した状態で送り出す。フィルタ１０８は、処理液からパーティクル等の汚染物質粒子を除去する。ヒータ１１０は、処理液を所定の温度に加熱する。ヒータ１１０は、処理液を常温で使用する場合には、設けなくてもよい。タンク１０２には、補充装置１１２から、必要に応じて、処理液または処理液構成成分が補充される。タンク１０２内の処理液は、開閉弁１１６が介設されたドレンライン１１４を介して排出することができる。説明の便宜上、「主ライン（第１ライン）」とは、太線で表示された部分を意味するものとする。
主ライン１０４に設定された複数の接続点１１８において、主ライン１０４に複数の副ライン（第２ライン）１２１が接続されている。副ライン１２１の下流端は、タンク１０２に接続されている。図１に示した実施形態では、複数の副ライン１２１の下流端が互いに合流した後にタンク１０２に接続されているが、複数の副ライン１２１の下流端が別々にタンク１０２に接続されていてもよい。
１つの副ライン１２１には、上流側から順に、開閉弁１２２と、オリフィス１２３と、後に詳述する第１制御弁１２４とが順次介設されている。副ライン１２１のオリフィス１２３の下流側であってかつ第１制御弁１２４の上流側に設定された分岐点１２５において、副ライン１２１に分岐ライン１２６が接続されている。分岐ライン１２６には、上流側から順に、流量計１２７および開閉弁１２８が介設されている。分岐ライン１２６の下流端は、液処理ユニット１２９（液処理モジュールとも呼ぶ）に設けられた処理液ノズル１３０に接続されている。オリフィス１２３と分岐点１２５との間において、副ライン１２１に温度計１３１が設けられている。
液処理ユニット１２９は、半導体ウエハ等の基板に処理液ノズル１３０から処理液を供給することにより、当該基板の所定の処理を施すことができるように構成されている。液処理ユニット１２９は、例えば、基板を保持して回転させるスピンチャック（図示せず）、基板の周囲を囲んで基板から飛散する処理液を回収する回収カップ（図示せず）を含んでいる。
各副ライン１２１に関連して設けられる構成要素（参照符号１２１〜１３０で示した上記の部材）は互いに同じである。各副ライン１２１に関連する構成要素１２１〜１３０の組が参照符号１２０で示される。
第１制御弁１２４は、その入口側（上流側）圧力が所定の目標圧力に維持されるように、第１制御弁１２４の出口側（下流側）に流す処理液の量を変化させる機能を有する任意の形式の弁とすることができる。例えば、第１制御弁１２４は背圧弁とすることができる。
液処理装置は、制御装置４を備える。制御装置４は、たとえばコンピュータであり、制御部１８と記憶部１９とを備える。記憶部１９には、液処理装置において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部１８は、記憶部１９に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって液処理装置の動作を制御する。
なお、かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御装置４の記憶部１９にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体としては、たとえばハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリカードなどがある。
次に、図２を参照して、作用について説明する。以下において、別の組に属する同じ構成要素を互いに区別するために、必要に応じて参照符号の末尾にＡ，Ｂ，Ｃを添付するものとする。図２は、図１に示す処理液回路から、構成要素組１２０Ａ，１２０Ｂに関連する部分のみを抜き出して示したものである。ここで、液処理ユニット１２９Ａ，１２９Ｂにおいて基板に対して同じ液処理が行われるものとする。開閉弁１２２は、液処理装置の通常動作時には常時開状態であり、メンテナンス等の特別な場合にのみ閉状態となる。
ここで、副ライン１２１Ａのオリフィス１２３Ａより上流側の圧力Ｐ１Ａが１４０ｋＰａであるものとする。また、副ライン１２１Ｂのオリフィス１２３Ｂより上流側の圧力Ｐ１Ｂが１５０ｋＰａであるものとする。このような圧力Ｐ１Ａと圧力Ｐ１Ｂとの差は、例えば、液処理ユニット１２９Ａ，１２９Ｂが設置されている高さ位置の相違により、接続点１１８Ａ，１１８Ｂ付近における水頭圧が異なることに起因して生じる。
各液処理ユニット１２９Ａ，１２９Ｂの処理液ノズル１３０Ａ，１３０Ｂから吐出される処理液の目標流量（Ｑ１３０Ａ，Ｑ１３０Ｂ）は同じで、かつ一定であるとする。ここでは、例えば、Ｑ１３０Ａ＝Ｑ１３０Ｂ＝２．５Ｌ／ｍｉｎであるものとする。図示例では、各組１２０Ａ，１２０Ｂの分岐ライン１２６Ａ、１２６Ｂに可変の流量調整手段が設けられていない。従って、処理液ノズル１３０Ａ，１３０Ｂから吐出される処理液の流量は、副ライン１２１Ａ，１２１Ｂのオリフィス１２３Ａ，１２３Ｂと第１制御弁１２４Ａ，１２４Ｂとの間の領域の圧力Ｐ２Ａ，Ｐ２Ｂの増加（減少）に伴い単調増加（減少）する。
Ｑ１３０Ａ＝Ｑ１３０Ｂ＝２．５Ｌ／ｍｉｎを実現するために必要な圧力Ｐ２Ａ及び圧力Ｐ２Ｂすなわち目標圧力は互いに同じであり、ここでは１００ｋＰａであるものとする。この場合、オリフィス１２３Ａで１４０−１００＝４０ｋＰａの圧力降下が生じればよく、また、オリフィス１２３Ｂで１５０−１００＝５０ｋＰａの圧力降下が生じればよいことになる。オリフィス１２３Ａ，１２３Ｂの入口側と出口側の圧力差（Ｐ１Ａ−Ｐ２Ａ，Ｐ１Ｂ−Ｐ２Ｂ）はオリフィス１２３Ａ，１２３Ｂを通過する処理液の流量Ｑ１２３Ａ，Ｑ１２３Ｂの増加（減少）に伴い単調増加（減少）する。実際圧力Ｐ２Ａ，Ｐ２Ｂと目標圧力１００ｋＰａとの差が大きければ大きいほど、背圧弁として構成された第１制御弁１２４Ａ，１２４Ｂを通過する処理液の流量Ｑ１２４Ａ，Ｑ１２４Ｂは大きくなる。そして、この流量Ｑ１２４Ａ，Ｑ１２４Ｂが大きくなることにより、オリフィス１２３Ａ，１２３Ｂを通過する処理液の流量Ｑ１２３Ａ，Ｑ１２３Ｂも大きくなるので、圧力Ｐ２Ａ及び圧力Ｐ２Ｂは自動的に目標圧力に収束する。図２には、記載された各種数値は、圧力Ｐ２Ａ及び圧力Ｐ２Ｂが自動的に目標圧力である１００ｋＰａに収束した後のものであり、あくまで一例であるが、流量Ｑ１２４Ａ＝０．５Ｌ／ｍｉｎ，流量Ｑ１２４Ｂ＝１．０Ｌ／ｍｉｎ，流量Ｑ１２３Ａ＝３．０Ｌ／ｍｉｎ，流量Ｑ１２３Ｂ＝３．５Ｌ／ｍｉｎである。
上述したように、オリフィス１２３Ａ，１２３Ｂと背圧弁として形成された第１制御弁１２４との協働作用により、圧力Ｐ２Ａ及び圧力Ｐ２Ｂを目標圧力に維持し、処理液ノズル１３０Ａ，１３０Ｂから供給される処理液の流量を目標流量に制御することができる。
第１制御弁１２４Ａ，１２４Ｂを通過した処理液はタンク１０２に戻され、再びタンク１０２から主ライン１０４に送り出される。
液処理ユニット１２９に処理液を供給する必要が無い場合、具体的には例えば液処理ユニット１２９が液処理を行っていない時（別の処理液回路から供給される処理液を用いた処理を行っている時、基板の乾燥を行っている時、基板の入れ替えを行っている時等）には、その液処理ユニット１２９が属する構成要素組（１２０Ａ〜１２０Ｃ）の開閉弁１２８を閉じた状態とすればよい。すると、処理液ノズル１３０には処理液が流れなくなる代わりに、概ねその分だけ第１制御弁１２４を通過して流れる処理液の量が増加する。例えば、図２に示す例において、例えば構成要素組１２０Ａの開閉弁１２８Ａを閉じれば、処理液ノズル１３０Ａには処理液が流れなくなる代わりに、概ねその分だけ第１制御弁１２４Ａを通過して流れる処理液の量が増加し、概ね３．０Ｌ／ｍｉｎとなる。なお、このときも、オリフィス１２３Ａと第１制御弁１２４Ａとの間の圧力は、背圧弁として形成された第１制御弁１２４Ａにより前記の目標圧力（１００ｋＰａ）に維持される。
上記より明らかなように、ある構成要素組（１２０Ａ〜１２０Ｃ）に属する液処理ユニット１２９への処理液の供給の有無に関わらず、主ライン１０４から副ライン１２１に流入する処理液の量が概ね同一になる。このため、ポンプ１０２が主ライン１０４に送出すべき処理液の量を、各構成要素組１２０Ａ〜１２０Ｃの処理ユニット１２９の稼働状態に依存して変更する必要がないので、ポンプ１０２を安定的に動作させることができる。なお、構成要素組１２０Ｃに関する作用の説明は省略したが、構成要素組１２０Ａ、１２０Ｂと同様に作用することは勿論である。
上記実施形態では、第１制御弁１２４は背圧弁であったが、これに代えて、第１制御弁１２４として、通過する処理液の流量を制御する機能を有する可変絞り弁とすることができる。この場合、可変絞り弁（１２４）の開度は、副ライン１２１の可変絞り弁（１２４）とオリフィス１２３との間の区間の圧力Ｐ２を測定する圧力計（図示せず）を設け、この圧力計の検出圧力が目標値（例えば前述した１００ｋＰａ）となるように例えば制御装置４を介してフィードバック制御することができる。
また、上記に代えて、流量計１２７の検出流量に基づいて、例えば制御装置４を介して、当該検出流量が目標値（例えば前述した２．５Ｌ／ｍｉｎ）となるように可変絞り弁（１２４）の開度を調節することにより、処理液ノズル１３０から供給される処理液の流量を目標流量に制御することができる。この場合に行っていることは、原理的には、上述した実施形態と全く同じである。すなわち、圧力Ｐ２が目標圧力より高い（低い）と流量計１２７の検出流量は目標流量より大きく（小さく）なるので、この場合には、可変絞り弁（１２４）の開度を大きく（小さく）することにより、可変絞り弁を通過する処理液の流量が増加し（減少し）、これに伴い、オリフィス１２３Ａを通過する処理液の流量が増加し（減少し）、圧力Ｐ２が目標圧力に収束するようになる。
但し、この場合には、可変絞り弁（１２４）が属する構成要素組に属する液処理ユニット１２９が基板の液処理を行っていないときに、当該構成要素組に属する副ライン１２１を流れる処理液の量を概ね一定の目標流量に維持したいのであれば、例えば、以下のような手段を講じる必要がある。第１の手段としては、副ライン１２１上に流量計を設けて、この流量計の検出値が前記目標流量となるように、例えば制御装置４を介して、可変絞り弁（１２４）の開度をフィードバック制御する。第２の手段としては、（流量に多少のばらつきが生じることになるが）、可変絞り弁（１２４）が属する構成要素組に属する液処理ユニット１２９が基板の液処理を行っていないときに、可変絞り弁（１２４）が一定開度となるような指令を、例えば制御装置１００から、可変絞り弁（１２４）に与える。
なお、上記のように第１制御弁１２４として可変絞り弁（一次側目標圧力を電気的制御により可変の背圧弁でもよい）を採用した場合には、加熱された処理液を用いるときに、ある副ライン１２１が属する構成要素組（１２０Ａ〜１２０Ｃ）に属する液処理ユニット１２９に処理液が供給されていないときに当該副ライン１２１を流れる処理液の流量を調整することにより、当該副ライン１２１の温度調整を行うこともできる。この場合、温度計１３１により計測された温度が所定値よりも低い（高い）場合には当該副ライン１２１を流れる処理液の流量を、例えば制御装置４を介した可変絞り弁（１２４）の開度調節によって増加させる（減少させる）ようにする。
他の実施形態として、図３に示すように、主ライン１０４をタンク１０２から出発してタンク１０２に戻る循環ラインとして形成してもよい。この場合、主ライン１０４の最も下流側で主ライン１０４に接続されている副ライン１２１の主ライン１０４に対する接続点１１８よりも下流側に第２制御弁１３４を設けることが好ましい。この第２制御弁１３４は、第２制御弁１３４よりも下流側に流す処理液の量を変化させることにより第２制御弁１３４よりも上流側の主ライン１０４内の圧力を調整する機能を有する。第２制御弁１３４は、例えば、背圧弁とすることができ、例えば当該背圧弁の入口側の主ライン１０４内の圧力を１５０ｋＰａに維持する。第２制御弁１３４は、可変絞り弁であってもよい。この図３に示す構成によれば、主ライン１０４内の圧力をより安定させることができる。
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、基板は、ガラス基板、セラミック基板等の半導体ウエハ以外の基板であってもよい。構成要素組の数は、図示された３つに限定されるものではなく、１以上の任意の数とすることができる。
１０２ 処理液供給源（タンク）
１０４ 第１ライン
１０６ ポンプ
１２０ 構成要素の組
１２１ 第２ライン
１２３ オリフィス
１２４ 第１制御弁
１２５ 分岐点
１２６ 分岐ライン
１２９ 液処理ユニット
１３４ 第２制御弁
１０４ 第１ライン
１０６ ポンプ
１２０ 構成要素の組
１２１ 第２ライン
１２３ オリフィス
１２４ 第１制御弁
１２５ 分岐点
１２６ 分岐ライン
１２９ 液処理ユニット
１３４ 第２制御弁
Claims (5)
- 処理液供給源に接続された第１ラインと、
前記処理液供給源から前記第１ラインに処理液を送るポンプと、
前記第１ラインに接続され、前記第１ラインを流れる処理液が流入する複数の第２ラインと、
前記各第２ライン上の分岐点に接続された分岐ラインと、
前記各分岐ラインを介して供給される処理液により基板に処理を施す液処理ユニットと、
前記各第２ライン上の前記分岐点よりも上流側に設けられたオリフィスと、
前記各第２ライン上の前記分岐点よりも下流側に設けられた第１制御弁と、を備え、
前記第１制御弁は、前記第１制御弁よりも下流側に流す処理液の量を変化させることにより対応する前記第２ラインの前記オリフィスと前記第１制御弁との間の区間内の処理液の圧力を制御し、対応する前記分岐ラインを通って対応する前記液処理ユニットに供給される処理液の流量を制御する、液処理装置。 - 前記各分岐ラインに設けられた流量計と、
前記流量計による検出流量に基づいて、対応する前記第１制御弁を制御して対応する分岐ラインに流れる処理液の流量を制御する制御部と、
をさらに備えた、請求項１記載の液処理装置。 - 前記処理液供給源は処理液を貯留するタンクであり、前記各第２ラインの前記分岐点よりも下流側の部分は前記タンクに連通している、請求項１記載の液処理装置。
- 前記処理液供給源は処理液を貯留するタンクであり、前記第１ラインは、前記タンクから出て前記タンクに戻る循環ラインとして形成されている、請求項１記載の液処理装置。
- 前記第１ラインの最も下流側で前記第１ラインに接続されている前記第２ラインの前記第１ラインに対する接続点よりも下流側において、前記第１ラインに第２制御弁が設けられ、当該第２制御弁よりも下流側に流す処理液の量を変化させることにより当該第２制御弁よりも上流側の前記第１ライン内の圧力が調整可能となっている、請求項４記載の液処理装置。
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