JP6404792B2

JP6404792B2 - 薬液タンク

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Publication number: JP6404792B2
Application number: JP2015179869A
Authority: JP
Inventors: 昌人栗田
Original assignee: Toshiba Memory Corp
Current assignee: Kioxia Corp
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2015-09-11
Publication date: 2018-10-17
Anticipated expiration: 2035-09-11
Also published as: US20170074712A1; US10478752B2; JP2017055063A

Description

本発明の実施形態は、薬液タンクに関する。

半導体製造装置では、ウエハを加工処理した後に、種々の薬液を用いて洗浄処理を行う。薬液は、界面活性剤などの泡立ちやすい材料を用いたものが多い。薬液は、所望の濃度になるように、調合タンク内で薬液と純水を調合する。このとき、薬液によっては、大量の泡が発生してしまう。

調合タンク内の薬液の液面の高さは、超音波式のセンサで計測することが多い。センサにて計測した結果に応じて、調合タンクに供給する薬液や純水の量を制御している。

しかしながら、調合タンク内で泡が発生してしまうと、センサが液面の高さを誤認識するおそれがある。より具体的には、センサからの超音波が泡で反射されると、実際の液面で反射されるよりも短時間で超音波がセンサに受信されることになり、液面が実際の液面よりも高いと誤認識してしまう。あるいは、センサからの超音波が泡を透過し減衰してしまい、センサで超音波が受信されなかったり、超音波が受信されるまでに多大の時間がかかる場合がありうる。この場合、センサは、調合タンクが空であると誤認識してしまう。

このように、泡立ちやすい薬液を調合タンクに収納する場合には、調合タンク内の薬液の液面の高さを精度よく計測するのが困難になる。

また、同様の問題は、調合タンクからの薬液を保管して半導体製造装置に供給する供給タンクでも起こりうる。

特開平９−１６４３７４号公報特開２００７−２０３１４０号公報特開２００４−２７３８３０号公報

本発明の実施形態は、容器に収納された薬液の液面の高さを精度よく計測可能な薬液タンクを提供するものである。

本実施形態によれば、薬液を収納する容器と、
前記容器に収納された薬液に超音波を照射して、薬液の液面から反射された反射波が受信されるまでの時間により、液面の高さを計測するセンサと、
前記容器内の前記超音波の照射位置を含む液面の一部領域に向けて気体を噴出する気体噴出部と、を備える薬液タンクが提供される。

一実施形態による薬液タンクを備えた薬液供給装置の概略構成を示す図。調合タンクを上方から見た平面図。一実施形態の容器内の薬液量の時間変化を示すグラフ。一比較例の容器内の薬液量の時間変化を示すグラフ。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。

図１は一実施形態による薬液タンク１を備えた薬液供給装置２の概略構成を示す図である。図１の薬液供給装置２は、例えば半導体製造装置３０に洗浄用の薬液を供給するものである。なお、薬液供給装置２からの薬液の供給先は、必ずしも半導体製造装置３０には限定されない。また、薬液の種類も問わない。

図１の薬液供給装置２は、１種類以上の原液ボトル３と、第１ポンプ４と、秤量タンク５と、調合タンク６と、第２ポンプ７と、供給タンク８と、第３ポンプ９とを備えている。

原液ボトル３は、耐薬品性の容器に薬液の原液を収納したものである。原液ボトル３には、必要に応じて、適量の純水２０が供給される。原液ボトル３の数には特に制限はない。

第１ポンプ４は、原液ボトル３からの原液を秤量タンク５に移送する。秤量タンク５は、原料ボトル３から移送された原液の量を秤量する。秤量タンク５に保管された原液は、調合タンク６に移送される。

調合タンク６は、秤量タンク５からの原液と純水２０とを調合して薬液２１を生成する。調合タンク６の排出口には、第２ポンプ７が取り付けられており、第２ポンプ７は、調合タンク６から薬液２１を排出させて、再び調合タンク６に戻す循環動作を定期的に行う。これにより、調合タンク６内の薬液２１の濃度を略均一にしている。

調合タンク６と供給タンク８との間には不図示のバルブが設けられており、このバルブを開けると、調合タンク６内の薬液２１が供給タンク８に移送される。供給タンク８の排出口には第３ポンプ９が取り付けられており、第３ポンプ９は、供給タンク８内の薬液２１を排出させて、再び供給タンク８に戻す循環動作を定期的に行う。これにより、供給タンク８内の薬液２１の濃度を略均一にしている。

調合タンク６と供給タンク８は、本実施形態による薬液タンク１に対応している。調合タンク６と供給タンク８はともに、容器１１と、センサ１２と、気体噴出部１３とを有する。調合タンク６と供給タンク８の構造はほぼ同様であるため、以下では、代表して、調合タンク６について主に説明する。

センサ１２と気体噴出部１３は、例えば調合タンク６の容器１１の上蓋２２の互いに異なる場所に取り付けられている。センサ１２は、調合タンク６内の薬液２１の液面２３の高さを計測するものであり、例えば、上蓋２２の中央部付近に取り付けられている。センサ１２は、容器１１内の薬液２１の液面２３の法線方向に略平行に、超音波を液面２３に向けて照射する。センサ１２は、超音波を照射してから、液面２３で反射された反射波が受信されるまでの時間により、液面２３の高さを計測する。液面２３の高さが予め定めた上限に達した場合には、秤量タンク５から容器１１への薬液２１の移送が停止される。また、液面２３の高さが予め定めた下限に達した場合には、秤量タンク５から容器１１への薬液２１の移送が開始される。

一方、供給タンク８では、同じく上蓋２２に取り付けられたセンサ１２により、調合タンク６内の薬液２１の液面２３の高さが上限に達したことが検出されると、調合タンク６から供給タンク８への移送が停止される。また、センサ１２により液面２３の高さが下限に達したことが検出されると、調合タンク６から供給タンク８への移送が開始される。

調合タンク６用の気体噴出部１３は、調合タンク６内の超音波の照射位置およびその周辺を含む液面２３の一部領域に向けて気体２５を噴出する。液面２３に気体２５を吹きかけることで、液面２３の一部領域付近の泡２４は、超音波の照射位置から遠ざかる。この状態で、センサ１２にて液面２３に超音波を照射して液面２３の高さを計測すれば、泡２４の影響を極力受けることなく、精度よく液面２３の高さを計測することができる。気体噴出部１３は、噴出する気体の圧力、噴出時間、および噴出角度の少なくとも一つを任意に設定可能にするのが望ましい。

気体噴出部１３は、常に気体２５を噴出している必要はないが、センサ１２にて液面２３の高さを計測している最中は気体２５を継続して噴出するのが望ましい。

図２は調合タンク６を上方から見た平面図である。図２の例では、容器１１は円筒状であり、気体噴出部１３は、上蓋２２の周縁部に取り付けられている。図２に示すように、気体噴出部１３は、例えば、直径１ｍｍのノズル１４を１ｃｍ間隔で複数個配置させたものである。なお、ノズル１４の径や数には特に制限はない。また、ノズル１４から噴出する気体２５の種類も特に問わないが、薬液２１と化学反応を起こさない気体２５である必要がある。よって、薬液２１の種類との関係で気体２５の材料を選定するのが望ましい。気体２５の具体例としては、例えば、窒素、空気、不活性ガスなどである。ノズル１４の角度は任意に設定可能にしてもよい。

図２に示すように、ノズル１４には、気体２５の開閉バルブ２６が接続されており、この開閉バルブ２６を通過する気体２５の圧力は、圧力調整弁２７により制御される。圧力調整弁２７は、例えば０．１Ｍｐａ〜０．５Ｍｐａの範囲で気体２５の圧力を調整する。薬液２１の種類や液面２３の高さ、泡２４の量などにより、ノズル１４から噴出する気体２５の圧力を調整する必要があるため、圧力調整弁２７にて気体２５の圧力を可変できるようにしている。なお、圧力調整弁２７を省略して、ノズル１４から常に一定の圧力の気体２５を噴出するようにしてもよい。

図１および図２に示すように、容器１１は、泡排出ガイド（ガイド部材）１５を設けた二重構造体であってもよい。泡排出ガイド１５は、容器１１の外壁面１６よりも内側に設けられる円筒状の内壁面１７を有する。この内壁面１７は、上端部から下端部まで延在する所定の幅の切欠部１８を有する。この切欠部１８は、容器１１内に発生した泡２４を泡排出ガイド１５に導くためのものである。泡排出ガイド１５の内壁面１７と容器１１の外壁面１６との距離は、泡２４がスムーズに内壁面１７に沿って移動する程度の長さを確保する必要がある。

気体噴出部１３は、容器１１内の超音波の照射位置周辺の泡２４が切欠部１８に向かうように気体２５を噴出する。すなわち、気体噴出部１３からの気体２５の噴出方向は、超音波の照射位置周辺の液面２３から切欠部１８に向かう方向である。

これにより、容器１１内の泡２４のうち、少なくとも超音波の照射位置の泡２４は、切欠部１８を通って、泡排出ガイド１５の内壁面１７に沿って移動する。図２に示すように、容器１１は、略円筒形状であり、泡排出ガイド１５の内壁面１７は周状に配置されている。このため、切欠部１８を通過した泡２４は、内壁面１７に沿って周状に移動し、時間が経過するにつれて泡２４は小さくなり、やがて消滅する。

泡排出ガイド１５は必須ではないが、泡排出ガイド１５がない場合、気体噴出部１３から噴出された気体２５に押されて容器１１の壁面まで達した泡２４は、壁面で反射されて、壁面付近に溜まる泡２４が多くなり、その量が過多になると、センサ１２の照射位置にも再び泡２４が流れ込むおそれがある。よって、泡排出ガイド１５によって泡２４の待避場所を用意するのが望ましい。

また、容器１１に泡排出ガイド１５が備わっている場合には、気体噴出部１３から継続的に気体２５を噴出しなくても、泡２４を容器１１内から除去できるため、気体噴出部１３から気体２５を噴出する量と時間を低減でき、気体２５の使用量と消費電力の削減を図れる。

このように、容器１１を二重構造体にして、容器１１の外壁面１６よりも内側に、切欠部１８を有する内壁面１７を有する泡排出ガイド１５を設けることで、泡２４が再び超音波の照射位置に集まるおそれが軽減される。

なお、容器１１内の泡２４の発生量がそれほど多くない場合は、泡排出ガイド１５がなくても、気体噴出部１３で継続的に超音波の照射位置周辺の液面２３の泡２４を吹き飛ばしていれば、センサ１２による液面２３の高さ計測を精度よく行うことができる。

図３Ａは図１の調合タンク６においてセンサ１２で検出された液面２３の高さに基づいて検出された調合タンク６内の薬液量の時間変化を示すグラフである。また、図３Ｂは気体噴出部１３を備えていない一比較例の調合タンク６内の薬液量の時間変化を示すグラフである。図３Ｂの調合タンク６は、気体噴出部１３を備えていないことを除いて、図３Ａの調合タンク６と同様である。

図３Ａに示すように、本実施形態の場合は、泡２４の量によらず、センサ１２では正しい液面２３の高さを計測できるため、検出された薬液量の変動もほとんど起きない。これに対して、気体噴出部１３を備えていない一比較例の調合タンク６では、泡２４に影響されて、センサ１２は液面２３の高さを正確に計測できない。このため、検出された薬液量も大きく変動する。

上記では、主に調合タンク６の液面高さの計測について説明したが、供給タンク８についても同様である。供給タンク８に設けられた気体噴出部１３から気体を噴出させて泡を吹き飛ばした状態で、センサ１２にて液面の高さを精度よく計測できる。

また、図１では、調合タンク６と供給タンク８の双方に、気体噴出部１３を設ける例を示したが、調合タンク６と供給タンク８のいずれか一方では泡２４が発生しやすく、他方では泡２４が発生しにくいのであれば、泡２４が発生しやすいタンクのみに気体噴出部１３を設けてもよい。また、泡２４の発生しやすい薬液２１を容器１１内に収納する場合と、泡２４が発生しにくい薬液２１を容器１１内に収納する場合とがありうる場合には、泡２４の発生しやすい薬液２１を容器１１に収納する場合のみ、気体噴出部１３から気体２５を噴出すればよい。

このように、本実施形態では、容器１１内の薬液２１の液面２３の高さを、超音波を送受信するセンサ１２にて計測する場合、容器１１内の超音波の照射位置を含む液面２３の一部領域に向けてに気体２５を噴出するため、泡２４の影響を極力受けずに液面２３の高さを計測でき、計測精度を向上させることができる。また、本実施形態によれば、液面２３の高さを精度よく計測できることから、センサ１２の誤認識により薬液供給装置２の動作を停止せざるを得なくなる事態が少なくなり、薬液供給装置２を用いた半導体製造装置３０の生産性向上が図れる。

また、容器１１を二重構造にして、容器１１の外壁面１６の内側に泡排出ガイド１５を設けることにより、気体２５で吹き飛ばした泡２４を泡排出ガイド１５に導くことができ、気体２５で吹き飛ばした泡２４が容器１１の壁面に当たって超音波の照射位置に戻るという不具合を抑制できる。

上述した実施形態では、薬液供給装置２内に薬液タンク１を設ける例を説明したが、本実施形態による薬液タンク１は、薬液供給装置２内で用いられるものに限らない。例えば、半導体製造装置の排出系で本実施形態による薬液タンク１を用いてもよい。あるいは、半導体製造装置以外で、本実施形態による薬液タンク１を用いてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１薬液タンク、２薬液供給装置、３原液ボトル、４第１ポンプ、５秤量タンク、６調合タンク、７第２ポンプ、８供給ポンプ、９第３ポンプ、１１容器、１２センサ、１３気体噴出部、２１薬液、２２上蓋、２３液面、２４泡

Claims

薬液を収納する容器と、
前記容器に収納された薬液に超音波を照射して、薬液の液面から反射された反射波が受信されるまでの時間により、液面の高さを計測するセンサと、
前記容器内の前記超音波の照射位置を含む液面の一部領域に向けて気体を噴出する気体噴出部と、
前記容器の外壁面よりも内側に設けられ、前記容器内で発生した泡を待避させるガイド部材と、を備える薬液タンク。
前記容器の外壁面は、円筒形状であり、
前記ガイド部材は、前記外壁面から間隔を隔てて内側に配置された円筒形状の内壁面を有し、
前記内壁面は、上端部から下端部まで延在する所定の幅の切欠部を有する請求項１に記載の薬液タンク。
前記気体噴出部は、前記容器内の前記一部領域の泡が前記切欠部に向かうように気体を噴出する請求項２に記載の薬液タンク。
前記ガイド部材は、前記気体に押されて前記切欠部に到達した泡を、前記内壁面に沿って案内する請求項３に記載の薬液タンク。
前記気体噴出部から噴出される気体は、窒素、空気および不活性ガスのいずれかである請求項１乃至４のいずれか１項に記載の薬液タンク。