JPH11224874A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱的変形によって薬液導入弁に生じる流量特
性の変動に起因する処理液の濃度変動を抑制することが
できる基板処理装置を提供する。 【解決手段】 処理液で基板Ｗの表面処理を行う基板処
理部１と、基板処理部１と純水供給源との間に連通接続
された純水供給路２と、純水供給源から純水供給路２に
供給される純水の供給量を調節する純水圧力調節器１０
と、一端側が純水供給路２に接続され、他端側が薬液供
給源１９に接続されている薬液供給路１６と、処理液の
濃度を測定する処理液濃度センサ８と、濃度現在値ｓ１
と濃度目標値との偏差に基づき、純水圧力調節器１０を
制御して処理液の濃度を調節する制御部３０とを備えて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハや液
晶表示器用ガラス基板などの基板に対して処理液により
表面処理を施す基板処理装置に係り、特に薬液と純水と
を混合して得られる処理液の濃度を制御するための技術
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の基板処理装置として、例
えば、特開平 7-22369号公報に示すようなものがある。
この装置は、基板に表面処理を施す基板処理槽と、この
基板処理槽に処理液を供給する処理液供給部とから構成
されている。処理液供給部には、純水供給路と、この純
水供給路に薬液を導入する薬液導入弁とが設けられてい
る。

【０００３】薬液導入弁は、その入口側に薬液供給源
が、その出口側に純水供給路がそれぞれ接続されてお
り、入口側の薬液圧力と、出口側の純水圧力との差圧に
応じた流量の薬液を出口側の純水供給路に導入するよう
に構成されている。

【０００４】上記のように構成された装置では、薬液導
入弁の入口側の薬液圧力が一定になるように制御される
とともに、薬液導入弁の出口側の純水圧力が一定値に設
定されることにより、入口側の薬液圧力と出口側の純水
圧力との差圧が一定になり、その差圧に応じた流量の薬
液が純水中に導入されて、所定濃度の処理液が得られる
ようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を有する従来例の場合には、次のような問題が
ある。加熱された処理液を得るために、加熱された純水
を純水供給路に流通させることが行われるが、この場合
には薬液導入弁が熱的に変形することがある。このよう
な変形は、耐薬品性を考慮して薬液導入弁が合成樹脂で
形成されている場合に顕著に生じる。薬液導入弁が変形
すると流量特性が変化するので、薬液導入弁の入口側の
薬液圧力と、出口側の純水圧力との差圧を一定に保った
としても、純水中への薬液の導入量が変動し、その結果
として処理液の濃度が変動するという問題が生じる。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、処理液の濃度偏差を打ち消すように純
水の供給量を調節することにより、熱的変形によって薬
液導入弁に生じる流量特性、すなわち、薬液供給路から
純水供給路への薬液の注入時における流量特性の変動に
起因する処理液の濃度変動を抑制することができる基板
処理装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、請求項１に記載の基板処理装置は、基板に対して所
定の処理を施す基板処理装置であって、純水と薬液とを
混合して得られた処理液で基板の表面処理を行う基板処
理部と、前記基板処理部と純水供給源との間に連通接続
された純水供給路と、前記純水供給源から前記純水供給
路に供給される純水の供給量を調節する純水供給量調節
手段と、一端側が前記純水供給路に接続され、他端側が
薬液供給源に接続されている薬液供給路と、前記純水供
給路を流通する処理液の濃度を測定する濃度測定手段
と、前記濃度測定手段による濃度現在値と濃度目標値と
の偏差に基づき、前記純水供給量調節手段を制御する制
御手段と、を備えていることを特徴とするものである。

【０００８】また、請求項２に記載の基板処理装置は、
請求項１に記載の基板処理装置において、前記薬液供給
路から前記循環路へ注入される薬液の注入量を調節する
薬液注入量調節手段と、前記純水供給路内の純水の圧力
と前記薬液供給路内の薬液の圧力との差圧が一定となる
ように前記薬液注入量調節手段を操作する差圧一定化手
段とをさらに備えていることを特徴とするものである。

【０００９】また、請求項３に記載の基板処理装置は、
請求項１または請求項２に記載の基板処理装置におい
て、前記濃度測定手段は、前記純水供給路に配設された
濃度センサで構成されていることを特徴とするものであ
る。

【００１０】

【作用】請求項１に記載の発明の作用は次のとおりであ
る。純水供給量調節手段を介して純水供給路に供給され
た純水に、純水供給路に接続されている薬液供給路から
濃度目標値に応じた量の薬液が注入される。このように
して生成された所定濃度の処理液は、基板処理部に導入
されて基板の表面処理に使用されるが、処理液に濃度変
動が生じた場合には、濃度目標値と濃度測定手段からの
濃度現在値との偏差に基づき、制御手段がこの偏差を打
ち消すように純水供給量調節手段を制御する。つまり、
濃度現在値が濃度目標値よりも高くなった場合には、純
水の供給量を増やす方向に純水供給量調節手段を制御
し、濃度現在値が濃度目標値よりも低くなった場合に
は、純水の供給量を減らす方向に純水供給量調節手段を
制御する。したがって、薬液供給路から純水供給路への
薬液の注入時における流量特性の変動が生じて純水中へ
の薬液の注入量が変動しても、この変動分を純水供給量
の増減によって補うことができる。

【００１１】なお、純水供給量調節手段により純水の供
給量（流量、圧力）を調節すると、薬液供給路内の薬液
圧力と、純水供給路内の純水圧力との差圧が変動する。
例えば、濃度現在値と濃度目標値との関係が図６に示す
ような状態であったとすると、処理液の濃度を上げるた
めに純水の流量を下げることになる。すると、これに伴
い差圧が大きくなって薬液の流量が上昇するように変動
するが、この変動の方向は処理液の濃度が上がる方向、
すなわち濃度を調整したい方向と同じであるので、濃度
の制御を行うことができるのである。また、濃度を下げ
る場合には、純水の流量を上げると、これに伴って薬液
の流量が低下するが、この変位方向も濃度を調整したい
方向と同じであるので、濃度を上げる場合と同様に濃度
を制御できる。

【００１２】また、請求項２に記載の発明によれば、濃
度の偏差を打ち消すように純水の供給量（流量、圧力）
を調整すると、純水の圧力と薬液の圧力との差圧が一定
ではなくなって薬液の流量までもが変動してしまう。し
たがって、調整量が多い場合には、純水と薬液とからな
る処理液の流量変動が大きくなり、基板処理部での処理
液の流れパターンが大きく変わって処理ムラが生じるこ
とになる。そこで、差圧一定化手段により純水供給路内
の純水の圧力と、薬液供給路内の薬液の圧力との差圧を
一定に維持することにより、純水の供給量を調整した結
果が薬液の流量に影響しなくなる。

【００１３】また、請求項３に記載の発明によれば、濃
度測定手段を濃度センサで構成し、、この濃度センサか
らの測定値を直接的に用いて制御手段が偏差に基づく制
御を行うことにより装置の構成を簡易化できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施例を説明する。本発明に係る基板処理装置の概略構
成について図１を参照して説明する。この基板処理装置
は、純水と薬液とを混合して得られた処理液で半導体ウ
エハなどの基板Ｗに対して表面処理を行うためのもので
ある。この基板処理装置は、大きく分けて処理液を貯留
して基板Ｗに対して表面処理を行うための『基板処理部
１』と、この基板処理部１に対して処理液を供給する
『処理液供給系』と、処理液供給系を制御する『制御
系』とから構成されている。

【００１５】『基板処理部１』は、処理槽１ａと外槽１
ｂとを備えており、処理槽１ａは槽底部から処理液の供
給を受け、外槽１ｂは処理槽１ａから溢れた出た処理液
を貯留して排出するようになっている。一般的には、こ
の種の基板処理装置は、複数個の基板処理部１を備え、
各基板処理部１には個別の処理液供給系統によって処理
液が供給されるように構成されている。但し、本明細書
では説明の簡単のために単一の基板処理部１を備えた基
板処理装置を例に採って説明するが、本発明は複数個の
基板処理部１を備えた装置にも適用することが可能であ
る。また、本発明は複数枚の基板Ｗを浸漬させて処理を
施す処理槽１ａを用いるものではなく、基板を１枚ずつ
処理する処理部を備えた装置であっても適用することが
可能である。

【００１６】『処理液供給系統』は、処理槽１ａの底部
に連通接続された純水供給路２と、この純水供給路２を
開閉する純水供給弁３と、純水供給路２中に注入するた
めに、薬液供給路１６が純水供給路２に連通されている
薬液注入部４とを備えている。また、上記の薬液注入部
４と処理槽１ａの底部との間、すなわち、薬液注入部４
の下流側には純水供給路２を流通する処理液の濃度を測
定するための処理液濃度センサ８（濃度測定手段）が取
り付けられており、処理液の濃度検出信号（ｓ１）が後
述する制御部（３０）に与えられる。この処理液濃度セ
ンサ８としては、例えば、処理液の透過光強度を測定し
て吸光度に基づき濃度を求めるフローセル式のものが好
ましい。

【００１７】さらに純水供給路２の純水供給弁３と薬液
注入部４の間には純水流量センサ９が取り付けられ、こ
の純水流量センサ９と薬液注入部４の間には純水の圧力
を一定に保持するための純水圧力調節器１０が、また、
薬液注入部４と処理液濃度センサ８の間には、純水供給
路２内の圧力を測定する純水圧力センサ１１が取り付け
られている。純水供給量調節手段に相当する純水圧力調
節器１０は、電空変換器１２から与えられた空気圧（以
下、パイロット圧と称する）に応じて純水圧力調節器１
０の二次側の純水圧力を調節する制御弁である。なお、
上記の純水流量センサ９と純水圧力センサ１１の取り付
け位置は好ましい例であって、特にそれらの位置に限定
されるものではない。

【００１８】純水圧力調節器１０についてより具体的に
説明すると、これはその内部にダイアフラムに連動する
弁体を備えている。このダイアフラムの一方面にパイロ
ット圧が、他方面に二次側の純水圧力がそれぞれ作用す
る。両圧力に差圧があるとダイアフラムが変形して弁体
の開度が変わり、両圧力が平衡したところで弁体が静止
する。つまり、純水圧力調節器１０の二次側の純水圧力
がパイロット圧に平衡するように弁体が変位する。した
がって、一定のパイロット圧を与えることによって純水
圧力調節器１０の二次側の純水圧力を一定にすることが
できる。

【００１９】純水圧力調節器１０を操作する電空変換器
１２は、供給された加圧空気を、後述する制御系である
制御部（３０）からの操作電圧（ｅ２）に応じた空気圧
（パイロット圧）に変換して出力する。純水流量センサ
９は純水供給路２に供給される純水の流量を検出し、そ
の純水流量検出信号（ｓ２）が後述する制御部（３０）
に入力される。また、純水圧力センサ１１は、その純水
圧力検出信号（ｓ３）を後述する制御部（３０）に対し
て出力するようになっている。

【００２０】薬液注入部４には、純水供給路２の純水中
に異なる種類の薬液を個別に導入する複数個の薬液導入
弁１５と、各薬液導入弁１５の出口側にそれぞれ接続さ
れて薬液供給路１６を開閉する薬液供給弁１７とが配設
されている。

【００２１】図２は、上述した薬液導入弁１５の構造を
示しており、薬液供給弁１７の機能も兼ね備えている。
薬液導入弁１５は、純水供給路２の途中に介在する導入
弁連結管１８に連結されている。薬液導入弁１５の底面
部と、導入弁連結管１８に穿たれた有底穴とが相まって
弁室１５ａが形成されている。この弁室１５ａは、接続
孔１５ｂを介して薬液供給路１６に連通接続されてい
る。また、弁室１５ａには、薬液導入口１５ｇを介し
て、導入弁連結管１８の純水流路１８ａに連通接続され
ている。弁室１５ａには、薬液導入口１５ｇの開閉を行
い、かつ開口度を調節する絞り弁１５ｃが設けられてい
る。絞り弁１５ｃの基端は、弁本体１５ｄ内を摺動変位
する支持体１５ｅに連結されている。この支持体１５ｅ
は、バネ１５ｈによって下方に押し付けられる。

【００２２】パイロットエア供給口１５ｉにエアを供給
しない状態では、バネ１５ｈのバネ力によって支持体１
５ｅおよび絞り弁１５ｃは下方向に押し付けられてお
り、このとき薬液導入口１５ｇは閉じられている。パイ
ロットエア供給口１５ｉにエアを供給した状態では、支
持体１５ｅおよび絞り弁１５ｃがバネ１５ｈのバネ力に
勝って上昇し、弁本体１５ｄ内にねじ込み挿入された調
整ボルト１５ｆの先端に当接して停止する。この状態で
は薬液導入口１５ｇは開いている。この調整ボルト１５
ｆのねじ込み量を手操作で調節することにより、絞り弁
１５ｃと調整ボルト１５ｆとが当接して、薬液導入口１
５ｇの開口度が調節されるようになっている。この薬液
導入弁１５によれば、出口側の純水流路１８ａを流通す
る純水の圧力が、入口側の薬液供給路１６を流通する薬
液の圧力よりも低くなるように各圧力を設定することに
より、入口側の薬液圧力と出口側の純水圧力との差圧に
応じた流量の薬液が、純水流路１８ａの純水中に導入さ
れる。

【００２３】『薬液供給系統』は、本装置で使用する処
理液の種類に応じた個数だけ設けられ、各薬液供給系統
が薬液注入部４の各薬液導入弁１５に接続されている。
各薬液供給系統は同一構成であるので、以下の説明では
図１に示した１つの薬液供給系統について説明する。

【００２４】薬液供給路１６は、その一端が薬液供給源
１９に連通接続されており、不活性ガスにより加圧され
ることによって、薬液供給路１６に薬液が供給される。
また、薬液供給源１９側から順に、薬液流量を検出する
薬液流量センサ２０と、二次側の薬液圧力を調節し、薬
液注入量調節手段となる薬液圧力調節器２１とが設けら
れている。この薬液圧力調節器２１の二次側が上述した
薬液導入弁１５に接続されている。薬液流量センサ２０
から出力される薬液流量検出信号（ｓ４）は、後述する
制御部（３０）に与えられる。薬液圧力調節器２１は、
上述した純水圧力調節器１０と同様の構成を備えた制御
弁であり、電空変換器２２から与えられたパイロット圧
に応じて、その二次側の薬液圧力を調節するように作動
する。電空変換器２２は、後述する制御部（３０）から
の操作電圧（ｅ１）に応じたパイロット圧を出力する。

【００２５】『制御系』である制御部３０はコンピュー
タ機器などによって構成されている。この制御部３０
（制御手段）を機能的に大別すると、図３に示すように
目標値設定部４０と、濃度制御調整部５０と、純水流量
帰還調整部６０と、流量−電圧変換部７０と、薬液帰還
調整部８０と、薬液操作量変換部９０と、薬液操作信号
補正部１００となる。

【００２６】目標値設定部４０は、制御量の目標値を設
定するためのものである。基板処理装置の場合、最終的
には処理液の濃度を所望の濃度にすることが目標であ
る。この処理液は純水と薬液とを混合して生成されるの
で、純水流量と薬液流量とが定まると処理液の濃度は一
義的に決まる。したがって、処理液の濃度を所望濃度に
することが目標であっても、制御量として必ずしも処理
液の濃度を選択する必要はない。つまり、「処理液濃
度」、「薬液流量」、「純水流量」のうちいずれか２つ
を制御量として設定すればよい。制御量として何を選択
するかは、管理したい項目によって決定される。例え
ば、処理液濃度，薬液流量、処理液濃度，純水流
量、薬液流量，純水流量、処理液濃度、薬液流
量、純水流量があるが、本実施例では制御量として
「処理液濃度」と「薬液流量」とを用いている。つま
り、目標値設定部４０は、制御量としての処理液濃度と
薬液流量の各目標値を設定する。

【００２７】目標値設定部４０は、変数指定部４１と、
目標値出力部４２と、目標値変換部４３とから構成され
ている。変数指定部４１は、設定しようとする目標値の
種別の指定と、指定された目標値について、その変化パ
ターンを決定するための変数を指定するためのものであ
る。目標値出力部４２は、変数指定部４１を介して指定
された変数に基づいて、時間の経過とともに変化する目
標値、ここでは薬液流量目標値ａ１と純水流量目標値ａ
２とを出力する（図４参照）。また、目標値変換部４３
は、目標値出力部４２からの目標値ａ１，ａ２に基づ
き、薬液流量目標値ａ１と濃度目標値ａ３とに変換して
出力する。

【００２８】濃度制御調整部５０は、処理液の濃度が濃
度目標値ａ３と一致するようにフィードバック制御を行
うものであり、濃度帰還調整部５１が処理液濃度センサ
８により検出された濃度検出信号ｓ１（濃度現在値）と
濃度目標値ａ３との偏差ｃ１を求め、この濃度偏差ｃ１
を打ち消すような濃度操作量ｄ３を算出する。この濃度
操作量ｄ３は、濃度−流量変換部５２において新たな目
標値である更新目標値ａ４に変換されて、純水流量帰還
調整部６０に与えられる。純水流量帰還調整部６０は、
純水流量の検出信号ｓ２を用いてフィードバック制御を
行うことにより純水流量をより安定させるものであり、
純水流量検出信号ｓ２と更新目標値ａ４との偏差ｃ２を
求めて、この純水流量偏差ｃ２をゼロにするように純水
流量操作量ｄ２を調整する。このようにして求められた
純水流量操作量ｄ２は、流量−電圧変換部７０で純水流
量操作電圧ｅ２に変換されて電空変換器１２に出力され
る。

【００２９】薬液帰還調整部８０は、薬液流量目標値ａ
１に薬液流量検出信号ｓ４が一致するようにフィードバ
ック制御を行う。つまり、薬液流量目標値ａ１から薬液
流量検出信号ｓ４を減算して薬液流量偏差ｃ３を求め、
この薬液流量偏差ｃ３を打ち消すような薬液流量操作量
ｄ１を求める。この薬液流量操作量ｄ１は薬液操作量変
換部９０において薬液流量操作電圧Ｖｄ１に変換され
る。

【００３０】薬液操作信号補正部１００は、純水圧力セ
ンサ１１で検出された純水圧力検出信号ｓ３が、予め定
められた純水圧力基準値Ｐ０よりも高くなったときは、
薬液圧力を高める方向に薬液流量操作電圧Ｖｄ１を補正
し、逆に、純水圧力検出信号ｓ３が純水圧力基準値Ｐ０
よりも低くなったときは、薬液圧力を低くする方向に薬
液圧力操作電圧Ｖｄ１を補正する。このようにして補正
された薬液流量操作電圧ｅ１が電空変換器２２に出力さ
れる。

【００３１】なお、上記の薬液操作信号補正部１００
は、純水圧力基準値Ｐ０との偏差ΔＰ０に応じた電圧Δ
Ｖｐを薬液流量操作電圧Ｖｄ１に加算することによっ
て、純水の圧力変動分だけ薬液の圧力を変位させて純水
圧力と薬液圧力との差圧を一定化するように作用する。
したがって、濃度調整のために純水圧力を調節しても薬
液圧力も同様に同じ方向へ変動するのでこれらの差圧が
一定化され、薬液の注入量が変動することを防止でき
る。薬液操作信号補正部１００、純水圧力センサ１１、
薬液圧力調節器２１、電空変換器２２は、本発明におけ
る差圧一定化手段に相当する。

【００３２】次に上記のように構成された装置の動作に
ついて説明する。 （１）目標値の設定 まず、オペレータが変数指定部４１を操作することによ
り、目標値の種別（例えば、薬液流量目標値ａ１および
純水流量目標値ａ２）の指定と、これらの目標値につい
て、その変化パターンを決定するための変数を指定す
る。これらの指定に基づいて目標値出力部４２が時間の
経過とともに変化する薬液流量目標値ａ１および純水流
量目標値ａ２を出力する。目標値変換部４３は、薬液流
量目標値ａ１および純水流量目標値ａ２を濃度目標値ａ
３に変換し、濃度目標値ａ３を濃度制御調整部５０に出
力するとともに薬液流量目標値ａ１を濃度制御調整部５
０および薬液帰還調整部８０に出力する。

【００３３】濃度目標値ａ３への変換は、次の（１）式
によって行われる。 a3＝(a1 ×Creforg)／(1000 ×a2＋a1) ……… （１） 但し、 a1は、薬液流量目標値 [cc/min] a2は、純水流量目標値 [リットル/min] a3は、濃度目標値 [％] Creforg は、原薬液濃度 [％]

【００３４】上記の目標値の設定は、複数種類の処理液
を順に用いて基板の処理を行う場合には、各処理液につ
いて設定される。基板処理部１に処理液の供給を開始す
るとき、基板処理部１は純水で満たされている。これは
或る処理液を使って基板の処理を行った後に、次の処理
液で基板の処理を行う場合にも同様である。すなわち、
或る処理液を使って基板の処理が終わると、基板処理部
１に純水だけが供給され、基板処理部１内の使用済みの
処理液を一旦、純水で置換する。続いて、基板処理部１
に純水が供給されている状態で、純水中への薬液の導入
を開始することにより、新たな処理液を基板処理部１に
供給して、基板処理部１の純水を新たな処理液で置換す
る。以下では、純水が供給され続けていて基板処理部１
に純水が満たされている状態を置換の初期状態とし、こ
の状態から純水供給路２の純水中へ薬液が導入され始め
た時点が、基板処理部１への処理液の供給開始時点であ
るとして説明する。

【００３５】なお、薬液流量目標値ａ１および純水流量
目標値ａ２の時間的な変化パターンは、例えば、図４に
示すようなものである。この例では、目標値設定部４０
は、純水で満たされている基板処理部１に処理液の供給
を開始した時点から、基板処理部１内が処理液で置換さ
れ終わるまでの間において、薬液流量目標値ａ１および
純水流量目標値ａ２のそれぞれの初期目標値を、その後
のそれぞれの目標値よりも高く設定する。純水流量目標
値ａ２に対する薬液流量目標値ａ１の割合は時間的に一
定であるので、薬液流量目標値ａ１と純水流量目標値ａ
２とが設定されると、一義的に定まる処理液の濃度目標
値ａ３も時間的に一定になる。このような変化パターン
によれば、基板処理部１の置換の初期段階で、大量の処
理液が基板処理部１に供給されるので、基板処理部１の
純水が処理液で置換される速度が速くなり、置換の処理
効率を上げることができる。

【００３６】（２）濃度制御調整部５０の動作 目標値設定部４０から出力された濃度目標値ａ３は減算
器５１ａと加算器５１ｂとに与えられる。減算器５１ａ
は、濃度目標値ａ３から、処理液の現在濃度値ｓ１を差
し引くことによって処理液の濃度偏差ｃ１を求める。こ
の濃度偏差ｃ１は、ＰＩＩ² Ｄ演算部５１ｃに与えられ
る。

【００３７】ＰＩＩ² Ｄ演算部５１ｃは、減算器５１ａ
から与えられた処理液の濃度偏差ｃ１に比例して濃度操
作量を決定する比例動作（Ｐ動作）と、濃度偏差ｃ１の
積分に比例して濃度操作量を決定する積分動作（Ｉ動
作）と、濃度偏差ｃ１の二重積分に比例して濃度操作量
を決定する二重積分動作（Ｉ² 動作）、濃度偏差ｃ１の
微分に比例して濃度操作量を決定する微分動作（Ｄ動
作）とを含む制御則によって、処理液の濃度偏差ｃ１を
打ち消すような処理液の濃度制御操作量を算出する。こ
の濃度制御操作量はスイッチ５１ｄを介して加算器５１
ｂに与えられる。

【００３８】加算器５１ｂは、目標値設定部４０から与
えられた処理液の濃度目標値ａ３に、スイッチ５１ｄを
介してＰＩＩ² Ｄ演算部５１ｃから与えられた処理液の
濃度制御操作量を加算する。濃度目標値ａ３と濃度制御
操作量とを加算して得られた処理液の濃度操作量ｄ３は
濃度−流量変換部５２に与えられる。

【００３９】スイッチ５１ｄは、純水供給路２の純水中
に薬液が導入され始めた時点から一定時間の間、ＯＦＦ
状態となってＰＩＩ² Ｄ演算部５１ｃの出力を禁止し
（ＰＩＩ² Ｄ演算部５１ｃを非作動にし）、一定時間経
過後にＯＮ状態に切り換わってＰＩＩ² Ｄ演算部５１ｃ
の出力を許す（ＰＩＩ² Ｄ演算部５１ｃを作動させ
る）。このスイッチ５１ｄの動作タイミングは、例え
ば、図５のタイムチャートのように、純水中に薬液の注
入を開始した時点（図５中の注入開始）より後になる。
この図中において、ＰＩＩ² Ｄ演算部５１ｃの出力を許
すのは濃度帰還オンから濃度帰還オフまでの間である。
このようなスイッチ５１ｄを設ける理由は以下のとおり
である。

【００４０】純水供給弁３が開放されて純水供給路２に
純水が流通している置換の初期状態に続いて、薬液供給
弁１７が開放されて薬液供給路１６から薬液が注入され
始めた処理液の供給開始当初（図５中に注入開始で示す
時点）、薬液供給路１６内の薬液流量の立ち上がりは緩
慢なので、処理液濃度センサ８で検出される濃度現在値
ｓ１は濃度目標値ａ３よりも相当に低い値を示す。その
結果、濃度偏差ｃ１が大きくなり、これを打ち消そうと
してＰＩＩ² Ｄ演算部５１ｃが大きな濃度制御操作量を
出力する。そのため、濃度操作量ｄ３が大きくなり過ぎ
て過剰に純水の供給量が減じられ、いわゆるオーバーシ
ュートが発生する。このような処理液の供給開始当初の
オーバーシュートを回避するためにスイッチ５１ｄを設
けて、処理液の供給開始当初は処理液の濃度目標値ａ３
だけで処理液の濃度を制御するようにしている。本実施
例において、スイッチ５１ｄはプログラムタイマで制御
されるが、処理液の濃度偏差ｃ１の値に応じてスイッチ
５１ｄを切り換えるようにしてもよい。

【００４１】濃度−流量変換部５２は、濃度操作量ｄ３
を更新目標値ａ４に変換するが、その変換に、目標値変
換部４３からの薬液流量目標値ａ１を用いるか、薬液流
量センサ２０からの薬液流量検出信号ｓ４を用いるかを
切り換えスイッチ５３により選択可能となっている。こ
の切り換えスイッチ５３を切り換えるタイミングは、上
述したスイッチ５１ｄのオン／オフ（濃度帰還のオン／
オフ，図５を参照）と同時でよいが、薬液流量目標値ａ
１を用いる側に固定しておいてもよい。なお、一般的に
は、薬液流量検出信号ｓ４を用いる方がより正確な制御
が可能であるが、薬液流量の変動が大きい場合には薬液
流量目標値ａ１を用いる方が制御が安定する場合があ
る。

【００４２】濃度−流量変換部５２は、（２）式によっ
て更新目標値ａ４を算出している。 a4＝a1×(Creforg─d3) ／(1000 ×d3) ……… （２） ただし、 a1は、薬液流量目標値 [cc/min] （または、a1に代えて薬液流量s4 [cc/min] ） d3は、濃度操作量 [％] a4は、更新目標値 [リットル/min] Creforg は、原薬液濃度 [％]

【００４３】このようにして算出された更新目標値ａ４
に基づいて、以下のように純水の流量を制御して処理液
の濃度を調整する。図６の純水，薬液の流量と濃度の関
係を示したグラフを参照する。例えば、濃度現在値ｓ１
が濃度目標値ａ３より低い場合には、濃度制御調整部５
０の動作により更新目標値ａ４が減少されて純水（図中
の実線）の流量が減少される。すると純水流量の低下に
伴って純水の圧力が低下するので、純水と薬液の差圧が
大きくなり、薬液の流量（図中の点線）が増加するが、
これは処理液の濃度を上げる方向（図中の右側方向）で
あって、純水の濃度操作方向と同一方向である。したが
って、純水流量を調節することによって処理液の濃度を
制御することができる。

【００４４】以上のように濃度制御調整部５０は、処理
液の濃度目標値ａ３と濃度現在値ｓ１との偏差ｃ１を打
ち消すように更新目標値ａ４を設定しているので、例え
ば、薬液導入弁１５に加熱された薬液や純水が流通する
ことにより熱的変形を受け、純水中に導入される薬液量
が変化して処理液の濃度が変動したとしても、その濃度
変動を速やかに抑制することができる。

【００４５】（３）純水流量帰還調整部６０の動作 濃度−流量変換部５２からの更新目標値ａ４は、純水流
量帰還調整部６０の減算器６０ａと加算器６０ｂに与え
られる。減算器６０ａは、更新目標値ａ４から純水流量
センサ９で検出された純水流量ｓ２を差し引いて純水流
量偏差ｃ２を求める。この純水流量偏差ｃ２は、ＰＩＤ
演算部６０ｃに与えられる。ＰＩＤ演算部６０ｃは、減
算器６０ａから与えられた純水流量偏差ｃ２に比例して
純水流量操作量を決定する比例動作（Ｐ動作）と、純水
流量偏差ｃ２の積分に比例して純水流量操作量を決定す
る積分動作（Ｉ動作）と、純水流量偏差ｃ２の微分に比
例して純水流量操作量を決定する微分動作（Ｄ動作）と
を含む制御則によって、純水流量偏差ｃ２を打ち消すよ
うな純水流量制御操作量を算出する。この純水流量制御
操作量はスイッチ６０ｄを介して加算器６０ｂに与えら
れる。

【００４６】スイッチ６０ｄは、図５のタイムチャート
に示すように、純水供給弁３が開放されて純水供給路２
に純水が流通され始めた時点から一定時間の間、ＯＦＦ
状態となってＰＩＤ演算部６０ｃの出力を禁止し（ＰＩ
Ｄ演算部６０ｃを非作動にし）、一定時間経過後にＯＮ
状態（図中の純水帰還オン）に切り換わってＰＩＤ演算
部６０ｃの出力を許す（ＰＩＤ演算部６０ｃを作動させ
る）。スイッチ６０ｄは、純水供給路２へ純水が供給さ
れ始めた初期段階のオーバーシュートを回避するために
設けられている。

【００４７】加算器６０ｂは、濃度制御調整部５０から
の更新目標値ａ４に、スイッチ６０ｄを介してＰＩＤ演
算部６０ｃから与えられた純水流量制御操作量を加算す
る。更新目標値ａ４と純水流量制御操作量とを加算して
得られた純水流量操作量ｄ２は流量−電圧変換部７０に
出力される。

【００４８】流量−電圧変換部７０は、純水流量帰還調
整部６０から与えられた純水流量操作量ｄ２を、式
（３）に基づき純水流量操作電圧ｅ２に変換する。 e2＝（d2−Cc）／Dc ……… （３） ただし、 e2は、純水流量操作電圧〔Ｖ〕 d2は、純水流量操作量〔リットル／min 〕 CcおよびDcは、電空変換器１２および純水圧力調節器１
０の各仕様と、純水供給路２の抵抗係数から決まる定数 上記の定数Cc、Dcは実験により求めることができる。

【００４９】この純水流量操作電圧ｅ２は電空変換器１
２に与えられ、電空変換器１２は純水流量操作電圧ｅ２
に応じたパイロット圧を純水圧力調節器１０に与える。
純水圧力調節器１０は、このパイロット圧に一致させる
ように、二次側の純水供給路２内の純水圧力（結果とし
て純水流量）を調節する。

【００５０】なお、純水流量センサ９に代えて純水圧力
センサ１１を用いることにより、上記の純水流量操作量
ｄ２を求めることも可能である。つまり、純水圧力セン
サ１１で検出される純水圧力を純水流量に変換する。こ
の変換は、次の関係式（４）に基づいて行う。 p2 ＝Ac2 ×b2² ＋Bc2 ×b2＋Cc2 ……… （４） ただし、 b2は、純水流量〔リットル／min 〕 p2は、純水圧力〔kgf ／cm² 〕 Ac2 ，Bc2 は、純水供給路２の抵抗によってきまる定数 Cc2 は、純水圧力基準値Ｐ０や純水圧力調節器１０の仕
様から決まる定数

【００５１】この関係式（４）から、純水流量ｂ２は、
次の式（５）のようになる。 b2 ＝（−Bc2 ＋√（Bc2²−４×Ac2 ×（Cc2 −p2）））／（2 ×Ac2 ） ……… （５）

【００５２】しかしながら、純水圧力センサ１１を用い
る場合には、純水圧力調節器９より下流の純水供給路２
の流路抵抗が変動すれば純水流量が変動するという誤差
が生じるので、純水流量センサ９を採用することが好ま
しい。

【００５３】（４）薬液帰還調整部８０の動作 薬液帰還調整部８０の減算器８０ａは、目標値設定部４
０で設定された薬液流量目標値ａ１から、薬液流量セン
サ２０で検出された薬液流量検出信号ｓ４を差し引くこ
とによって薬液流量偏差ｃ３を算出する。この薬液流量
偏差ｃ３はＰＩＤ演算部８０ｃに与えられる。ＰＩＤ演
算部８０ｃは、減算器８０ａから与えられた薬液流量偏
差ｃ３に比例して薬液流量操作量を決定する比例動作
（Ｐ動作）と、薬液流量偏差ｃ３の積分に比例して薬液
流量操作量を決定する積分動作（Ｉ動作）と、薬液流量
偏差ｃ３の微分に比例して薬液流量操作量を決定する微
分動作（Ｄ動作）とを含む制御則によって、薬液流量偏
差ｃ３を打ち消すような薬液流量制御操作量を算出す
る。この薬液流量制御操作量はスイッチ８０ｄを介して
加算器８０ｂに与えられる。

【００５４】スイッチ８０ｄは、薬液供給弁１７が開放
されて純水供給路２に薬液が注入され始めた時点から一
定時間の間、ＯＦＦ状態となってＰＩＤ演算部８０ｃの
出力を禁止し（ＰＩＤ演算部８０ｃを非作動にし）、一
定時間経過後にＯＮ状態に切り換わってＰＩＤ演算部８
０ｃの出力を許す（ＰＩＤ演算部８０ｃを作動させ
る）。図５のタイムチャート中に薬液帰還オン／薬液帰
還オフと示しているのが、スイッチ８０ｄのオン／オフ
動作タイミングを例示している。このスイッチ８０ｄ
は、濃度帰還調整部５１で説明したスイッチ５１ｄと同
様に、純水供給路２へ薬液が注入された始めた初期段階
のオーバーシュートを回避するために設けられている。

【００５５】加算器８０ｂは、目標値設定部４０から与
えられた薬液流量目標値ａ１に、スイッチ８０ｄを介し
てＰＩＤ演算部８０ｃから与えられた薬液流量制御操作
量を加算する。薬液流量目標値ａ１と薬液流量制御操作
量とを加算して得られた薬液流量操作量ｄ１は薬液操作
量変換部９０に与えられる。

【００５６】薬液操作量変換部９０は、加算器８０ｂか
ら与えられた薬液流量操作量ｄ１を、式（６）に基づき
薬液流量操作電圧Ｖｄ１に変換する。 Vd1 ＝ Ac ×d1² ＋Bc×d1＋Cc ……… （６） ただし、 Vd1 は、薬液流量操作電圧〔Ｖ〕 d1は、薬液流量操作量〔cc／min 〕 Ac，Bcは、電空変換器２２および薬液圧力調節器２１の
各仕様と、薬液導入弁１５の流量特性と弁開度から決ま
る定数 Ccは、後述する純水圧力基準値Ｐ０，薬液圧力調節器２
１の仕様から決まる定数 上記の定数Ac，Bc，Ccは実験により求めることができ
る。

【００５７】なお、上記の二次式に代えて以下の（７）
式を採用してもよい。 Vd1 ＝ Dc ×d1＋Ec ……… （７） ただし、 Vd1 は、薬液流量操作電圧〔Ｖ〕 d1は、薬液流量操作量〔cc／min 〕 Dcは、電空変換器２２および薬液圧力調節器２１の各仕
様と、薬液導入弁１５の流量特性と弁開度から決まる定
数 Ecは、後述する純水圧力基準値Ｐ０，薬液圧力調節器２
１の仕様から決まる定数 上記の定数Dc，Ecは実験により求めることができる。

【００５８】（５）薬液操作信号補正部１００の動作 薬液操作信号補正部１００の減算器１００ａは、純水圧
力センサ１１で検出された純水圧力ｓ３から、予め定め
られた純水圧力基準値Ｐ０を差し引くことにより、純水
圧力ｓ３の圧力変動値ΔＰ０を求める。この純水圧力基
準値Ｐ０は、基準となる流量の純水を純水供給路２に流
したときの純水圧力を実験的に求めて決定される。

【００５９】減算器１００ａで得られた圧力変動値ΔＰ
０は、圧力−電圧変換部１００ｂに与えられる。圧力−
電圧変換部１００ｂは、電空変換器２２の仕様などに関
連して実験的に求められた一次式を用いて、薬液流量操
作電圧Ｖｄ１を補正するための電圧ΔＶｐに圧力変動値
ΔＰ０を変換する。薬液操作量変換部９０からの薬液流
量操作電圧Ｖｄ１と、前記補正電圧ΔＶｐとが加算器１
００ｃで加算されることによって補正された薬液流量操
作電圧ｅ１が得られ、この薬液流量操作電圧ｅ１が電空
変換器２２に与えられる。電空変換器２２は薬液流量操
作電圧ｅ１に応じたパイロット圧を薬液圧力調節器２１
に与える。薬液圧力調節器２１は、このパイロット圧に
一致させるように、二次側の薬液供給路１６内の薬液圧
力（結果として薬液流量）を調節する。

【００６０】なお、純水圧力センサ１１に代えて純水流
量センサ９を用いてもよい。この場合には、次の関係式
（８）により流量Ｑを圧力Ｐに変換する必要がある。 P ＝ Aconst×Q² ……… （８） ただし、 Aconstは、純水供給配管２の流路抵抗によって決まる係
数

【００６１】この薬液操作信号補正部１００は、純水供
給路２内の純水圧力が変動すると、その圧力変動に追随
して薬液流量操作電圧ｅ１を変化させる。その結果、純
水供給路２の純水圧力が高くなると、これに追随して薬
液供給路１６の薬液圧力が高くなり、逆に純水圧力が低
くなると、これに追随して薬液圧力が低くなる。つま
り、濃度制御のために純水供給路２内の純水圧力を調節
したことにより、薬液導入弁１５の入口側の薬液圧力と
出口側の純水圧力との差圧に変化が生じて、純水中に導
入される薬液流量が変動したとしても、薬液供給路１６
の薬液圧力を速やかに調節して、薬液導入弁１５の入口
側と出口側との差圧を所定値に戻すので、濃度制御に伴
って薬液の流量が変動することを抑制できる。したがっ
て、濃度の調整量が多い場合に生じ得る、基板処理部１
での流れパターンが大きく変わって処理ムラを生じる不
都合を防止できる。

【００６２】以上のように上述した構成の装置によれ
ば、濃度制御調整部５０は処理液の濃度変動を抑制する
ように更新目標値ａ４を設定し、純水流量帰還調整部６
０は更新目標値ａ４と純水流量ｓ２との偏差を打ち消す
ように純水流量操作電圧ｅ２を設定する。一方、薬液帰
還調整部８０は、薬液流量の変動を抑制するように薬液
流量操作電圧Ｖｄ１を設定する。また、薬液操作信号補
正部１００は、純水圧力の変動に応じて設定された薬液
流量操作電圧Ｖｄ１を補正する。したがって、本実施例
装置によれば、処理液の濃度を精度良く目標値に一致さ
せることができる。

【００６３】＜変形例＞上述した各装置では、薬液圧力
調節器２１により薬液の圧力を調節して薬液の注入量を
調節し、純水圧力調節器１０により純水の圧力を調節し
て純水の流量を調節する構成としたが、図８に示すよう
に、開閉弁と流量調節弁の機能を兼ね備えた薬液流量調
節弁２３と、純水流量調節弁２４とにより構成するよう
にしてもよい。

【００６４】薬液流量調節弁２３により開口度を変化さ
せて薬液の流量を調節しても薬液の注入量を調節するこ
とができ、また、純水流量調節弁２４により開口度を変
化させて純水の流量を調節しても純水の供給量を調節す
ることができる。係る構成でも上述した構成と同様の効
果を得ることができる。

【００６５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に記載の発明によれば、測定された濃度現在値と濃度
目標値との偏差を打ち消すように純水の供給量を調整す
るので、純水供給路への薬液の注入時における流量特性
の変動が生じて純水中への薬液の注入量が変動した場合
であっても、その変動分を補うことができる。したがっ
て、流量特性の変動に起因する処理液の濃度変動を抑制
することができ、精度良く濃度制御を行うことができ
る。

【００６６】また、請求項２に記載の発明によれば、差
圧一定化手段により純水供給路内の純水の圧力と、薬液
供給路内の薬液の圧力との差圧を一定に維持するように
したので、純水の供給量を調整した結果が薬液の流量に
影響することを防止できる。したがって、処理液の流量
変動を最小限にして処理ムラを防止することができる。

【００６７】また、請求項３に記載の発明によれば、濃
度センサの出力を直接的に用いて制御を行うことにより
装置の構成を簡易化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る基板処理装置の概略構成を示すブ
ロック図である。

【図２】薬液導入弁の構造を示す縦断面図である。

【図３】制御部の構成を示すブロック図である。

【図４】目標値の変化パターンの一例を示す図である。

【図５】帰還を行うスイッチのタイミングを示すタイム
チャートである。

【図６】純水，薬液の流量と濃度の関係を示すグラフで
ある。

【図７】変形例装置の概略構成を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

Ｗ … 基板 １ … 基板処理部 ２ … 純水供給路 ３ … 純水供給弁 ４ … 薬液注入部 ８ … 処理液濃度セ
ンサ ９ … 純水流量センサ １０ … 処理液圧力調
節器 １１ … 純水圧力センサ １５ … 薬液導入弁 １７ … 薬液供給弁 ２０ … 薬液流量セ
ンサ ２１ … 薬液圧力調節器 ２２ … 電空変換器 ３０ … 制御部 ４０ … 目標値設定
部 ５０ … 濃度制御調整部 ６０ … 純水流量帰
還調整部 ７０ … 流量−電圧変換部 ８０ … 薬液帰還調
整部 ９０ … 薬液操作量変換部 １００ … 薬液操作
信号補正部 ａ１ … 薬液流量目標値 ａ２ … 純水流量目
標値 ａ３ … 濃度目標値 ａ４ … 更新目標値 ｃ１ … 濃度偏差 ｃ２ … 純水流量偏
差 ｃ３ … 薬液流量偏差 ｄ１ … 薬液流量操作量 ｄ２ … 純水流量操
作量 ｄ３ … 濃度操作量 ｓ１ … 濃度検出信号 ｓ２ … 純水流量検
出信号 ｓ３ … 純水圧力検出信号 ｓ４ … 薬液流量検
出信号 ｅ１ … 薬液流量操作電圧 ｅ２ … 純水流量操
作電圧

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に対して所定の処理を施す基板処理
   装置であって、 純水と薬液とを混合して得られた処理液で基板の表面処
   理を行う基板処理部と、 前記基板処理部と純水供給源との間に連通接続された純
   水供給路と、 前記純水供給源から前記純水供給路に供給される純水の
   供給量を調節する純水供給量調節手段と、 一端側が前記純水供給路に接続され、他端側が薬液供給
   源に接続されている薬液供給路と、 前記純水供給路を流通する処理液の濃度を測定する濃度
   測定手段と、 前記濃度測定手段による濃度現在値と濃度目標値との偏
   差に基づき、前記純水供給量調節手段を制御する制御手
   段と、 を備えていることを特徴とする基板処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の基板処理装置におい
   て、前記薬液供給路から前記循環路へ注入される薬液の
   注入量を調節する薬液注入量調節手段と、前記純水供給
   路内の純水の圧力と前記薬液供給路内の薬液の圧力との
   差圧が一定となるように前記薬液注入量調節手段を操作
   する差圧一定化手段とをさらに備えていることを特徴と
   する基板処理装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の基板処
   理装置において、前記濃度測定手段は、前記純水供給路
   に配設された濃度センサで構成されていることを特徴と
   する基板処理装置。