JPWO2014103523A1 - 処理装置とその排気切換装置並びに排気切換ユニットと切換弁ボックス - Google Patents

Abstract

１系統の排気ラインを１個の切換弁で開閉し、排気量と大気側リリーフ弁の導入量のバランスを取り、切換弁作動時の圧力変動を小さくすることができるとともに、複数種の処理流体を用いる２切換や３切換の場合には、複数の個別排気管を並列に配管し、洗浄処理に使用中の１系統のみを開放し、他は閉じる操作で処理室内の圧力変動を小さくでき、更に部品の共通化も図ることを目的とする。この目的を達成するために、複数種の処理流体で処理室（２）内の被処理体を処理する処理装置（１）において、前記処理室（２）内と接続した排気管（４）に排気切換ユニット（３）を設け、この排気切換ユニット（３）は、分配ボックス（８）と切換弁ボックス（９）と排気筒（１２）からなり、前記処理流体に対応した個数の切換弁ボックス（９）を前記分配ボックス（８）に並列状態に接続して構成した処理装置である。

Description

本発明は、処理装置とその排気切換装置、並びに排気切換ユニットと切換弁ボックスに関し、特に、処理対象となる被処理体には、半導体ウエハ、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用ガラス基板、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板、太陽電池用基板等の被処理体が含まれる処理装置に関する。

半導体装置の製造にあたっては、半導体ウエハや液晶表示パネル用ガラス基板等の被処理体に高度に清浄化した表面が求められるため、様々な方法により被処理体表面のウェット処理が行なわれている。ウェット処理の方法は、複数の被処理体を同時に処理するバッチ式及びワンバス式、一枚ずつ被処理体を処理する枚葉式に大別することができる。バッチ式処理においては、一つの処理薬液に一つの処理槽を備え、複数の被処理体からなるバッチを順次各処理槽に浸漬させて連続的に処理を行うものであり、ワンバス式の処理方法は、処理槽の中にバッチを入れ、同一の処理槽への処理薬液の注入と排出を繰り返すことにより処理を行うものである。これに対し、枚葉式処理は、被処理体一枚毎に処理薬液を供給して処理を行うものであり、バッチ式及びワンバス式の洗浄よりも優れた処理効果を得ることができる。

従来、被処理体の処理は、量産性に優れるバッチ式又はワンバス式の処理装置により行われ、パーティクル及び金属不純物の低減が図られていた。しかしながら、近年の被処理体の大型口径化、及び処理後の被処理体の表面の清浄度に対する要求の高まりにより、より優れた処理効果を得ることができる枚葉式の処理装置が使用されるようになってきている。

枚葉式の処理装置としては、被処理体を回転させつつ処理薬液を供給して被処理体の表面を処理する回転式の処理装置がある。この様な処理装置は、処理室内に被処理体を保持して回転する保持部材を備え、処理室の上部に設けたノズルから処理流体を回転する被処理体に供給して被処理体表面を処理している。被処理体の表面に供給された処理流体は、被処理体が回転していることに伴う遠心力により被処理体の表面の全体に行き渡り、表面を処理した後、外方に振り切られ飛散する。このため、被処理体を保持して回転する保持部材の周囲には、飛散した処理流体を回収するためのカップを設け、カップの底部には回収した処理流体を処理室の外部に排出する排出管が接続されている。また、処理の間には、外部から処理室内にクリーンエアを供給し、そのエアを保持部材とカップの隙間を介してカップの底壁に設けた排気管から処理室外に排気することによってカップ内に存在する処理流体の蒸発ガスやミストを処理室外に排出し、被処理体の表面にパーティクルが付着することを防止している。

この様な処理における処理流体としては、酸性薬液、アルカリ性薬液、有機溶剤などが用いられており、被処理体には処理に応じた処理流体が選択的に供給される。この場合、保持部材に保持された被処理体に異なる種類の処理流体が順番に供給されることになるが、一番目に酸性薬液が供給され、二番目にアルカリ性薬液が供給され、三番目に有機溶剤が供給されるという様な場合には、各処理流体の排気がそれぞれ異なる排気処理設備で処理されることが必要となる。このため、この様な処理装置においては、処理室からは共通の排気管により排気を行い、その後、前記共通の排気管を処理流体の種類毎の個別排気管に分岐することにより、処理室から排出された処理流体の蒸発ガスやミストを各処理流体に対応した排気処理設備に導くことができるようにしている。

枚様式の処理装置は、一度に一枚の被処理体しか処理することができないため、処理装置一台毎の単位時間当たりの処理能力がバッチ式等の処理装置よりも低い。このため、複数台の処理装置をまとめて設置し、共通の搬送機構を用いて各処理装置の処理室に被処理体を搬送し、複数枚の被処理体を並行処理することにより、単位時間当たりの処理能力を向上させている。

この様な処理装置では、処理室の共通の排気管から分岐した各個別排気管は、下流側で同じ処理流体毎の集合排気管にそれぞれ接続され、この集合排気管の下流端が各処理流体毎に適合した排気処理設備へと導かれている。また、処理室の共通の排気管から分岐した個別排気管にはバルブが設けられており、処理室に供給される処理流体の種類に対応して開閉が行なわれる。例えば、酸性薬液により処理が行われている場合には、酸性薬液の蒸発ガスやミストを排出する個別排気管のバルブのみを開放し、他の処理流体の蒸発ガスやミストを排出する個別排気管のバルブを閉止する。

また、この様な処理装置では、全ての処理室が同期して同一の処理流体による処理を行うとは限らず、ある処理室では酸性薬液による処理が行われ、別の処理室ではアルカリ性薬液による処理が行われ、他の処理室では有機溶剤による処理が行われるという様に、各処理室での処理内容が異なるのが通常である。これに対し、各処理室からの個別排気管に接続された集合排気管の排気量は一定であるため、各処理室に接続された個別排気管のバルブが処理内容に応じて開閉されることにより集合排気管と連通する処理室の数が変動すると、その集合排気管と連通している処理室内の排気圧が変動することになる。

すなわち、集合排気管と連通する処理室の数が減少すると、集合排気管と連通している処理室内の排気圧は増大し、また、集合排気管と連通する処理室の数が増加すると、集合排気管と連通する処理室内の排気圧は減少することになる。従来の処理装置では、この処理室内の排気圧の変動により、処理室内の蒸発ガスやミストの排出が不十分となり、被処理体の表面にパーティクルが付着するという問題があった。このような問題に対処するため、特許文献１の基板処理装置が提案されている。

同文献には、１つの処理室における処理状況により他の処理室の排気圧が大きく変動することがなく、排気圧の変動に伴なうウエハへのパーティクルの付着を抑制することができる基板処理装置が記載されている。
この基板処理装置では、処理室からの排気は共通の排気管により排気導入室へと導かれ、排気導入室を介して個別排気管へと分岐するが、排気導入室は連通孔を介して各個別排気管と接続されており、排気導入室内に設けられた連通孔を有する回転部材が回動することにより個別排気管のうちのいずれか一つと連通する連通孔を開放し、排気連通室と個別排気管を連通させる様になっている。また、各個別排気管は、排気連通室との連通口とは別に開放口を有しており、回転部材と一緒に回動する遮断部材により、排気連通室と連通している個別排気管の開放口を閉塞するとともに、排気連通室と連通していない個別排気管の開放口を開放し、開放した開放口から空気を導入して集合排気管へ外気を供給することにより、他の処理室内の排気圧が大きく変動することを防止している。

特開２０１１−２０４９３３号公報

同文献の基板処理装置では、排気ダクトを切替える際に切換弁の開口面積や排気流量の変化が大きく、そのために排気圧が変動してパーティクルを発生し、被処理体を汚染する問題を依然有するとともに、切換弁構造が２切換用又は３切換用の専用構造であるために共通化することができず、また、排気導入室の連通孔に複数の個別配管を接続して排気切換器を構成する必要があり、この作業が複雑であるため、基板処理装置の組み立てが面倒であるという問題がある。

本発明は、上記の課題点を解決するために開発したものであり、排気ラインを切換弁で開閉し、排気量と大気側リリーフ弁の導入量のバランスを取り、切換弁作動時の圧力変動を小さくすることができるとともに、処理流体に酸性薬液、アルカリ性薬液及び有機溶剤を用いる２切換や３切換或いはその他の個数の切換の場合には、複数の個別排気管を並列に配管し、洗浄処理に使用中の処理流体の蒸発ガスやミストを排気する１系統のみを開放し、他は閉じる操作で処理室内の圧力変動を小さくすることができ、更に部品の共通化も可能とした処理装置とその排気切換装置並びに排気切換ユニットと切換弁ボックスを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、複数種の処理流体で処理室内の被処理体を処理する処理装置において、前記処理室内と接続した排気管に排気切換ユニットを設け、この排気切換ユニットは、分配ボックスと切換弁ボックスと排気筒からなり、前記処理流体に対応した個数の切換弁ボックスを前記分配ボックスに並列状態に接続した処理装置である。

請求項２に係る発明は、積層状態の複数の処理室に個別に接続管を介して接続した排気切換ユニットを多段状態に組み込んで排気切換装置を構成し、この排気切換装置の多段の切換弁ボックスには、対応した種類の処理流体を排気するための排気筒を同列の切換弁ボックスに接続した処理装置である。

請求項３に係る発明は、一側に接続部を有する分配ボックスの他側に複数の切換弁ボックスを並列状態に接続し、この切換弁ボックスには、排気方向にスイングする切換弁と排気方向と交叉する方向に大気を導入するリリーフ弁を設け、この切換弁ボックスの排気方向の端部に排気筒を設けて排気切換ユニットを構成し、この排気切換ユニットを適宜の保持体で積層状態に多段に構成した排気切換装置である。

請求項４に係る発明は、一側に排気管接続用のフランジを有する接続管と他側に切換弁ボックス接続用のフランジを設けた横長で断面矩形状の分配ボックスと、一側に分配ボックスと接続するフランジと他側に排気筒と接続するフランジを有する切換弁ボックスと、この切換弁ボックスと接続する排気筒とからなり、前記切換弁ボックスには、切換弁と大気導入用のリリーフ弁を設けた排気切換ユニットである。

請求項５に係る発明は、一次側に排気ダクトを設けたボックス本体の排気方向と交叉する方向に大気導入用の大気導入ダクトを設け、前記ボックス本体の流入側にスイング式の切換弁を設け、この切換弁で前記排気ダクトと前記大気導入ダクトを交互に開閉可能に設け、前記導入ダクトには、ダクト開口面積を開閉するシャッタを設け、このシャッタの上流側にスイング式のリリーフ弁を設けた切換弁ボックスである。

請求項６に係る発明は、シャッタは、二分割の板状部材を両開きにすることで全閉から全開まで開閉して開口面積を調整するようにした切換弁ボックスである。

請求項７に係る発明は、ボックス本体の流出側にミストトラップを着脱可能に配置した切換弁ボックスである。

請求項８に係る発明は、切換弁は、ロータリーアクチュエータで略９０°の範囲に回動自在に設け前記切換弁をスイング式に開閉させた切換弁ボックスである。

請求項１に係る発明によると、分配ボックスに処理流体の種類に対応した複数の切換弁ボックスを並列状態に接続するとともに、前記複数の切換弁ボックスに排気筒を接続することにより構成した排気切換ユニットを、処理室内と接続した共通の排気管に接続して処理装置を構成しているため、洗浄処理を実施している処理室からの処理流体の蒸発ガスやミストを排出する１系統のみを開放し、他の系統は閉じておくことができるので、切換弁作動時の処理室内の排気圧変動を小さくし、被処理体の表面へのパーティクルの付着を防止することができる処理装置を実現することができる。また、切換弁ボックスは同一構造で共通化されており、処理流体の種類に対応した複数の切換弁ボックスを並列状態に接続して排気切換ユニットを構成するため、処理装置の製造コストを押さえることができるとともに、組み立てが容易で作業性に優れている。

請求項２に係る発明によると、積層状態の複数の処理室に、排気切換ユニットを多段状態に組み込み、対応した種類の処理流体を排気するための排気筒を同列の切換弁ボックスに接続した排気切換装置を、個別の共通の排気管を介して接続することにより処理装置を構成しているので、大きな処理能力を有する処理装置を簡単、かつ、空間を有効に利用した小スペースで構成することができる。

請求項３に係る発明によると、一側に共通の排気管との接続部を有する分配ボックスの他側に、排気ダクト及び大気導入ダクト開閉用の切換弁と大気導入用のリリーフ弁を備えた複数の切換弁ボックスを並列状態で接続し、この切換ボックスの排気方向の端部に排気筒を接続することにより、一の処理室に対応する弁切換時の排気圧変動を防止することができる排気切換ユニットを構成し、この排気切換ユニットを適宜の保持体によって積層状態で多段に保持することにより、積層状態で多段に配置された複数の処理室に対応する排気切換装置を簡単に構成することができる。また、適宜の保持体によって排気切換ユニットを積層状態で多段に保持した排気切換装置を事前に準備しておき、処理装置の組み立て現場に持ち込み、積層状態で多段に配置された複数の処理室と接続することにより、処理装置の組み立てが極めて容易になる。さらに保持体の積層段数を増加させて処理室と排気切換装置を積み増すことにより、処理装置の処理能力をさらに向上させることも容易に行うことができる。

請求項４に係る発明によると、処理室内で使用する処理流体の種類毎に排気を処理装置の外に排出する排気系統を構成するにあたり、分配ボックスと、処理流体の種類に応じた複数の切換弁ボックスと、各切換弁ボックスに対応する排気筒とを各々に設けたフランジにより接続するだけで、複雑な配管作業を行うことなく、処理室からの排気を処理流体の種類毎に分けて排出する排気切換ユニットを簡単に構成することができる。また、分配ボックスは断面矩形であるため、小型でも大きな流路断面積を確保することができるとともに、取扱い及び排気切換装置の構成が容易である。切換弁ボックスは、排気ダクト、大気導入ダクトを交互に開閉する切換弁と大気導入用のリリーフ弁とを備えているので、切換弁の開閉に対応して大気導入用のリリーフ弁が開閉して大気を導入することにより、その切換弁ボックスが接続されている排気筒に接続されている他の処理室内の排気圧の変動を防止することができる。

請求項５に係る発明によると、切換弁ボックスの流入側に排気ダクトを開閉するスイング式の切換弁を設け、また、前記ボックス本体の排気方向と交叉する方向に大気導入用ダクトを設けるとともに、前記ダクトの外部位置に大気導入用のリリーフ弁を設けているので、処理室内での処理状況に応じて切換弁で排気ダクトを開閉することができるだけでなく、切換弁が排気流路を閉鎖する位置にある場合には、排気筒の吸引により切換弁ボックス内が負圧となるため、リリーフ弁が自動的に内側に開くことにより大気が内部に導入されるので、大気導入用ダクトに設けたシャッタの開口面積を適切に調整しておくことにより、切換弁が排気流路を開放する位置にあった場合と同量の大気を大気導入用ダクトから取り込んで排気筒に供給することができ、その切換弁ボックスが接続されている排気筒に接続されている他の処理室内の排気圧の変動を防止することができる。また、処理室内での処理状況に応じ、切換弁が排気ダクトを開放する位置にあるときは、大気導入用ダクトが切換弁により閉鎖されるため、リリーフ弁は排気筒の吸引による負圧の影響を受けなくなり、自動的に大気の取り込みを停止するので、排気筒へは処理室からの排気のみが供給され、その切換弁ボックスが接続されている排気筒に接続されている他の処理室内の排気圧の変動を防止することができる。

請求項６に係る発明によると、シャッタの二分割の板状部材の開度を変更して大気導入ダクトの開口面積を調整することにより、切換弁が排気流路を閉鎖する位置にあるときに、大気導入用のリリーフ弁から切換弁ボックス内に取り込まれる大気の導入量を切換弁が排気流路を開放する位置にあるときの排気量に応じて、或いは全体の排気バランスに応じて同じ量に調整し、その切換弁ボックスが接続されている排気筒に接続されている他の処理室内の排気圧の変動を防止することができる。

請求項７に係る発明によると、処理室内から処理流体の排気とともに排出されてきた処理流体のミストを処理流体の排気から分離して切換弁ボックス内に捕集することができるので、処理流体のミストが切換弁ボックスより下流に達することがなく、処理装置の整備作業が容易になる。また、切換弁がスイングする際に、切換弁とミストトラップとにより、排気ダクト及び大気導入ダクトの流路面積よりも大きい中間流路を形成することにより切換弁ボックス内の流量変化を小さくし、その切換弁ボックスが接続されている処理室内の排気圧の変動を防止することができる。

請求項８に係る発明によると、切換弁をロータリーアクチュエータで略９０°回動させて排気ダクトと大気導入ダクトを交互に開閉し、排気ダクトを開放して排気を流すときには大気導入ダクトを閉鎖して大気を導入せず、排気ダクトを閉鎖して排気を流さない時には大気導入ダクトを開放して大気を導入することにより、切換弁ボックスを流れる排気量と大気導入量のバランスを取り、その切換弁ボックスが接続されている排気筒に接続されている他の処理室内の排気圧力の変動を防止することができる。

本発明における処理装置の構成を示す模式図である。 本発明における排気切換装置の平面を示す模式図である。 前記排気切換装置の側断面を示す模式図である。 前記排気切換装置の排気系統を示す説明図である。 本発明における排気ユニットが積層状態で保持体に搭載され、排気切換装置を構成した状態の側面図である。 前記排気ユニットが積層状態で保持体に搭載され、排気切換装置を構成した状態の平面図である。 本発明における切換弁ボックスの縦断面図である。 前記切換弁ボックスの一部部品を取外した状態の平面図である。 前記切換弁ボックスの内部を下流側から見た状態を示す側面図である。

以下、図面に基づいて、本発明を、例えば半導体ウエハを洗浄する場合の実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明における処理装置１の構成を概念的に示している。この処理装置１は、処理流体として酸性薬液、アルカリ性薬液、有機溶剤を用いて一枚ずつ半導体ウエハの表面を洗浄し、不純物を除去するための装置である。

この処理装置１は、半導体ウエハを洗浄する処理室（チャンバ）２と、処理室２内で使用する処理流体に対応して処理室２からの排気の排出先を切換える排気切換ユニット３とを共通の排気管４で接続して構成されている。また、排気管４の途中には気液分離器５が設けられており、処理室２からの排気に含まれる処理流体を分離している。排気切換ユニット３を経由した排気は、排気処理設備６へと送られて処理される。

図２は上面から見た排気切換ユニット３の構成を、図３は排気切換ユニット３を多段状態に組み込んだ排気切換装置７の側断面を模式的に示している。本実施例における排気切換ユニット３は、樹脂材料で形成されており、ユニット３の内部を確認できるように透明又は半透明で製造している。

図２に示すように、排気切換ユニット３は、分配ボックス８に処理流体の種類に対応する複数の切換弁ボックス９を並列状態で接続し、各切換弁ボックス９の分配ボックス８に接続した側の端部１０とは反対側の端部１１に排気筒１２を接続して構成している。

分配ボックス８は、横長の断面矩形状に構成されており、一側に排気管４との接続部１３を有し、他側には使用する処理流体の種類に対応した複数の切換弁ボックス９を並列状態で接続する接続部１４を有している。分配ボックス８は、断面矩形状に構成されているため、断面円形状に構成した場合と比較すると、同一の外形寸法では流路断面積を大きく確保することができるとともに、取扱い及び排気切換ユニット３の構成が容易である。また、分配ボックス８は、内部に接続部１３と複数の接続部１４を連通する流路を有しており、処理室２から排気管４を介して導入された排気１５を各切換弁ボックス９へ導くことができる。

切換弁ボックス９は、図３に示すように、内部に排気方向にスイングする切換弁１６と、大気１７を導入するリリーフ弁１８を排気方向と交叉する方向に設けており、一側の端部１０を分配ボックス８の接続部１４に接続するとともに、排気方向の端部１１を排気筒１２に接続している。

排気筒１２は、接続している切換弁ボックス９から供給される排気１５を図示しない排気処理設備６へと導いている。

以上のように構成された排気切換ユニット３では、処置室２からの排気１５は、分配ボックス８に並列状態で接続された複数の切換弁ボックス９まで達するが、処理室２内で使用されていない処理流体に対応する切換弁ボックス９の切換弁１６は排気流れを閉止する位置にあるため、排気１５はその切換弁ボックス９に流入することができない。一方、処理室２内で使用されている処理流体に対応する切換弁ボックス９の切換弁１６は排気の流れを開放する位置にあるため、排気１５はその切換弁ボックス９に流入し、その切換弁ボックス９に接続された排気筒１２を経由し、その処理流体用の排気処理設備６へと導かれる。

また、切換弁１６が排気流路を閉止する位置にある切換弁ボックス９では、処理室２からの排気１５が遮断されるとともに、排気筒１２により切換弁ボックス９内部の空気が吸引されることにより、切換弁ボックス９内部が負圧となる。このため、リリーフ弁１８が大気圧により自動的に開放され、大気１７が切換弁ボックス９の内部に導入されて排気筒１２に供給される。

排気切換ユニット３は、分配ボックス８に処理流体の種類に対応した個数だけ、同一構造の切換弁ボックス９を並列状態で接続すれば構成することができるため、組み立ての作業性に優れるとともに、部品の共通化により装置の製造コストを抑えることができる。

図３に示す排気切換装置７では、排気切換ユニット３を多段状態に組み込んで構成しているため、対応した種類の処理流体を排気する排気筒１２を同列の切換弁ボックス９に接続し、排気筒１２を対応した種類の処理流体毎に一体化して構成している。この様な構成とすることで、排気切換装置７に使用する排気筒の本数を削減し、排気切換装置７をコンパクトに構成することができる。

図４は、積層状態の複数の処理室２に個別に排気管４を介し、排気切換ユニット３を多段状態に組み込んで構成した排気切換装置７を接続して構成した処理装置１の排気系統を模式的に示す。本図では、処理流体として酸性薬液、アルカリ性薬液、有機溶剤の３種が使用される３系統排気用の排気切換ユニット３を例として図示している。処理室２からの排気は分配ボックス８によりその分配ボックス８に並列状態で接続された三つの切換弁ボックス９に供給される。今、最上段の処理室２内で酸性薬液を使用した洗浄処理が行われているとすると、酸性排気を処理する排気筒１２に接続されている切換弁ボックス９内の切換弁１６は排気の流れを開放する位置にあり、アルカリ排気を処理する排気筒１２に接続されている切換弁ボックス９内の切換弁１６は排気の流れを閉止する位置に、また、有機排気を処理する排気筒１２に接続している切換弁ボックス９内の切換弁１６も排気の流れを閉止する位置にある。酸性薬液を使用した洗浄処理が終了し、アルカリ性薬液を使用する洗浄処理に移行するときには、酸性排気を処理する排気筒１２に接続している切換弁ボックス９内の切換弁１６は排気の流れを閉止する位置となり、アルカリ排気を処理する排気筒１２に接続している切換弁ボックス９内の切換弁１６が排気の流れを開放する位置となる。この様に、排気切換ユニット３により排気系統を切換えることにより、処理室２からの排気をその処理流体の処理に適した排気処理設備６に確実に導き、適切に処理することができる。
また、本図に示すように、各処理室２からの排気１５は、排気切換ユニット３を介して酸性薬液の排気は酸性薬液用の排気筒１２に、アルカリ性薬液の排気はアルカリ性薬液用の排気筒１２に、有機溶剤の排気は有機溶剤用の排気筒１２に分岐されるので、処理室２毎に使用する処理流体の種類に対応する本数の排気筒１２を設ける必要がなく、複数の処理室２を多段状態に組み込んだ単位毎に使用する処理流体の種類に対応する本数の排気筒１２を設置すれば足りるので、処理装置の製造コストを押さえることができるとともに、空間を有効に利用した小スペースで構成することができる。

また、図３に示すように、切換弁ボックス９にはリリーフ弁１８が設けられており、切換弁１６が排気の流れを閉止する位置にあるときには、排気筒１２の吸引による負圧によりリリーフ弁１８が開放され、大気１７を切換弁ボックス９内に導入して排気筒１２へと流す。上述した様に、本図に示した最上段の処理室２で酸性薬液により洗浄処置が行われ、中段及び下段の処理室２、２では他の処理流体による処理が行われている場合には、酸性排気を処理する排気筒１２に接続されていない切換弁ボックス９、９内の切換弁１６、１６は排気の流れを閉止する位置にある。従って、この時、排気筒１２と連通している処理室２は、最上段の排気切換ユニット３の切換弁ボックス９に接続された処理室２のみである。一方、排気筒１２の排気量は連通する処理室の数に関わらず一定であるため、最上段の処理室２には、中段及び下段の処理室２、２も酸性排気を処理する排気筒１２に連通している場合より大きな負圧が作用することも考えられるが、上述した様に、中段及び下段にある切換弁ボックス９、９ではリリーフ弁１８、１８が開放して大気を導入し、酸性排気を処理する排気筒１２に流すので、排気筒１２を流れる流量は常に一定となり、最上段の処理室２内に排気筒１２の吸引による負圧が大きく作用することはない。

図５は、排気切換ユニット３を保持体１９で積層状態に多段に構成した排気切換装置２０の側面図を、図６は同排気切換装置２０の平面図を示す。図５に示すように、排気切換装置２０各段の排気切換ユニット３は、一側に排気管４接続用のフランジ２１を有する接続管２２と他側に切換弁ボックス９接続用のフランジ２３を設けた分配ボックス８と、一側に分配ボックス８と接続するフランジ２４と他側に排気筒１２と接続するフランジ２５を有する切換弁ボックス９と、この切換弁ボックス９と接続するフランジ２６を有する排気筒１２とを接続して構成している。なお、排気筒１２は各段に個別に設けるのではなく、対応した種類の処理流体を排気するための排気筒を同列の切換弁ボックス９に縦方向に接続して一体化しており、内部の流路２７は上下方向に連通している。排気筒１２の上部には、排気を排気処理設備６へと導く配管（図示せず）を接続するためのフランジ２８が設けられている。また、図６に示すように、分配ボックス８の内部の流路２９は横方向に連通しており、排気１５を並列状態で接続されている複数の切換弁ボックス９に導くことができる。

排気切換装置２０は、保持体１９で排気切換ユニット３を多段に積層して保持しているため、強度、安定性に優れている。保持体１９の素材及び形状は任意であるが、適宜な寸法の等辺アングル又は不等辺アングル鋼材を溶接、又はボルト止めすることにより製作することができる。このような、排気切換ユニット３を保持体１９で積層状態に多段に構成した排気切換装置２０を事前に製作して準備しておくことにより、処理装置の組み立てを短時間で済ませることができる。また、図５に示すように、保持体１９の下部にキャスタ３０を取付けておくと、排気切換装置２０の移動を簡便に行うことができる。さらに、保持体１９の下部に取付金具３１を取付けておき、設置場所の床面にボルト３２で固定可能にしておくと、半導体製造現場において排気切換装置２０を確実に床面に固定し、安定させて使用することができる。

図７は本発明における切換弁ボックスの縦断面図を、図８は平面図を示す。切換弁ボックス９は、断面矩形のボックス本体３３の一次側に排気ダクト３４と、ボックス本体３３の排気方向と交叉する方向に大気導入用の大気導入ダクト３５を設けるとともに、ボックス本体３３の流入側に排気ダクト３４と大気導入ダクト３５を交互に開閉可能なスイング式の切換弁１６を、大気導入ダクト３５にはダクト開口面積を二分割の板状部材で開閉するシャッタ３６を、また、シャッタ３６の上流側に一対のスイング式のリリーフ弁１８、１８を設けている。また、ボックス本体３３の底面３７は傾斜を有するように形成されており、後述するミストトラップにより捕集された処理流体のミストを切換弁ボックス９の排気筒１２接続側の端部１１に集め、回収し易くしている。ボックス本体３３を断面矩形に形成しているため、円筒形に形成した場合よりも内部流路面積を大きく確保することができるとともに、製作及び取扱いも容易である。

排気ダクト３４の上流側端部には、分配ボックス８のフランジ２３と結合するためのフランジ２４を設けており、ボックス本体３３の下流側端部には、排気筒１２のフランジ２６と結合するためのフランジ２５を設けている。このフランジ２４、２５により切換弁ボックス９を分配ボックス８及び排気筒１２に取付け、排気切換ユニット３を構成することができる。

また、ボックス本体３３の内部には、切換弁ボックス９に流入した排気１５に含まれるミストと排気とを分離するミストトラップ３８、３９を着脱可能に設けている。ミストトラップ３８は単に排気に含まれるミストを分離するだけでなく、ミストトラップ３８とスイングする切換弁１６の先端部４０との間で、排気ダクト３４に連続して排気ダクト３４の流路面積よりも大きい中間流路４１を形成するとともに、切換弁１６がミストトラップ３８の上端部４２を超えて作動すると、排気ダクト３４や前記中間流路４１よりも流路面積が大きい中間流路４３が形成されるように設けられている。このため、切換弁１６がスイングして排気ダクト３４又は大気導入ダクト３５を開閉する際に、開く側と閉じられる側の流路面積の変化が少なくなり、切換弁１６の開閉動作による切換弁ボックス９内の排気又は導入大気の流量変化を小さくし、処理室２内の排気圧の変動を抑制している。

切換弁１６は、ボックス本体３３の外部側面に設けたロータリーアクチュエータ４４により約１秒間で略９０°自在にスイングし、排気ダクト３４の出口４５と大気導入ダクト３５の出口４６を開閉する。このため、排気ダクト３４の出口４５が開放されているときには、切換弁１６は大気導入ダクト３５の出口４６を閉止する位置にあり、処理室２からの排気１５はボックス本体３３内に流入し、排気筒１２へと排出される。切換弁１６がロータリーアクチュエータ４４により約９０°スイングし、排気ダクト３４の出口４５が閉止されたときには、大気導入ダクト３５の出口４６は開放され、排気筒１２の吸引による負圧によりリリーフ弁１８が内側にスイングして開き、大気がボックス本体３３内に流入し、排気筒１２へと排出される。なお、切換弁１６が排気ダクト３４の出口４５又は大気導入ダクト３５の出口４６を閉止する位置にあっても、切換弁１６により出口４５又は出口４６が完全に閉鎖されることはなく、本例においては、切換弁１６と出口４５又は出口４６の間には４ｍｍ程度の隙間が設けられている。また、出口４５及び出口４６にはシール材を設けていないので、常時、若干量排気されている。

図８に示すロータリーアクチュエータ４４は、図示しないシーケンサー等のコントロールを受けて切換弁１６を回動させ、切換弁ボックス９の排気ダクト３４の出口４５と、大気導入ダクト３５の出口４６を交互に開閉する動作を、処理室２内の被処理体の処理のタイミングを考慮して実施する。

大気導入ダクト３５は、切換弁１６が排気ダクト３４の出口４５を閉鎖した状態において、排気ダクト３４の排気量と同量の大気を切換弁ボックス９内に導入することができるようにするため、排気ダクト３４と同等の流路面積を有している。また、大気導入ダクト３５のダクト開口部４７の面積を調整するために設けたシャッタ３６は、二分割の板状部材を両開きにすることで、大気導入ダクト３５の流路面積を０〜１００％の範囲で調整し、大気導入量を調整することができる。流路面積の調整が終了した後は、締付ボルト４８によりシャッタ３６をボックス本体３３の上部外表面に押圧して固定することができる。

リリーフ弁１８は、大気導入ダクト３５を覆うようにボックス本体３３上部に設けた大気導入ボックス４９の内部に、上部を取付軸５０で回動自在に軸着して取付けられているため、導入大気から受ける風圧により容易にスイングする。大気導入ボックス４９の形状は、アクチュエータを有しないスイング式のリリーフ弁１８が、自動的に大気取入口５１を閉鎖することができるようにするため、断面を逆台形形状に形成している。大気導入ボックス４９を断面逆台形形状に形成し、内部にリリーフ弁１８を回動自在に軸着しているので、大気取入口５１から大気の導入がない場合には、リリーフ弁１８は、重力の作用により取付軸５０の真下の位置に回動しようとするため、大気取入口５１は自動的に閉鎖される。

この様に、リリーフ弁１８が傾斜した状態で大気取入口５１を閉鎖する位置にあるため、リリーフ弁１８には常時弁閉の方向に回動させる重力が作用するので、大気導入時には弁開の抵抗になる。このため、大気導入時に大流量の導入が可能となる様に、大気導入ボックス４９にはリリーフ弁１８と大気取入口５１を２組設け、リリーフ弁１８、１８と大気取入口５１、５１が形成する二か所の開口面積の合計が大気導入ダクト３５の流路面積と同じになるようにして圧損を小さくしている。本実施例では、リリーフ弁１８が弁開度で３０°程度開放すると、リリーフ弁１８と大気取入口５１が形成する二か所の開口面積の合計が、大気導入ダクト３５の流路面積と同程度となる。

なお、大気取入口を一つだけ設け、その面積を大気導入ダクトの流路面積と同等に設定した場合には、リリーフ弁は開度９０°まで開く必要があり、大気導入時の風圧ではこの角度まで開放させることはできない。また、リリーフ弁と大気取入口を一組とした場合には、大気取入口の面積が２倍必要となり、装置の大型化を招くことになる。

図８は、大気導入ボックス４９を取り除いた状態の切換弁ボックス９の平面図である。大気導入ダクト３５の上部には、大気導入ダクト３５の開口部４７の面積を調整するため二分割の板状部材からなるシャッタ３６、３６が設けられている。大気導入ダクト３５の開口部４７の面積を調整するにあたっては、シャッタ３６の上面端部に凹部形成されている指掛５２を利用し、両開きのシャッタ３６、３６を開口部４７の面積の０〜１００％の範囲で移動させ、大気導入量が排気量と略等しくなるようにする。また、大気導入ダクト３５は、排気ダクト流路断面を矩形に形成し、同一の外形寸法で円形に形成した場合よりも大きな流路断面積を確保し、切換弁ボックス９を小型化している。

図９は、切換弁１６、大気導入ダクト３５、ミストトラップ３８、３９を取り除いた状態の切換弁ボックス９の内部をフランジ２５側から見た状態を示している。切換弁ボックス９のボックス本体３３内に分配ボックス８から排気１５を導入する排気ダクト３４は、流路断面を矩形に形成することにより、同一の外形寸法で流路断面を円形に形成した場合よりも大きな流路断面積を確保している。このため、流路断面を円形に形成した場合に比べ、同等の排気能力を有する排気切換装置７をより小型化して構成することができる。

本実施例においては、分配ボックス、排気切換弁ボックス、排気筒は合成樹脂により形成したが、処理流体又は使用環境等により、これ以外にステンレス等の金属材料を使用して形成することも可能である。

続いて、上述した処理装置の構成方法及び動作を説明する。
処理装置を構成するにあたっては、所要数の排気切換ユニット３を準備し、これを適宜の材料で作成した保持体１９に多段状態で積層した排気切換装置２０を構成しておく。

排気切換ユニット３は、処理装置が使用する処理流体の種類に対応する個数の切換弁ボックス９を接続することができる分配ボックス８に、処理流体に対応する個数の切換弁ボックス９を並列状態で接続し、各切換弁ボックス９に排気筒１２を接続したものが一組となる。例えば、３種類の処理流体を使用する場合には、３個の接続部１４を有する分配ボックス８を１個と、切換弁ボックス９を３個準備し、分配ボックスに８に切換弁ボックス９を接続する。次いで、排気筒１２は、切換ユニット３を保持体１９に多段状態で積層した後に、同一の処理流体を排気する同列の切換ボックス９に取付ける。排気切換ユニット３を保持体１９に多段状態で積層した後、同一の処理流体を排気するための排気筒１２を同列の切換弁ボックス９の端部１１に接続すると、排気切換装置２０が構成される。分配ボックス８と切換弁ボックス９、切換弁ボックス９と排気筒１２の結合は、各々の接続部に設けられたフランジ同士をボルト締めするだけで簡単に行うことができる。なお、処理液の種類に対応するとは、酸性薬液、アルカリ性薬液、有機溶剤といった処理液の種類毎に区分する場合だけでなく、例えば、フッ酸を含む酸性薬液とフッ酸を含まない酸性薬液のように、同一の排気処理設備で処理することができない場合には酸性薬液であっても別の種類として扱い、また、一般的な酸性薬液及びアルカリ性薬液のように同一の排気処理設備で処理することができる場合には同一の種類として扱うというように、同一の排気処理設備で処理可能な処理液の種類毎に区分する場合も含むものである。

このようにして構成した排気切換装置２０を、同様に適宜な保持体により多段状態で積層してある処理室２の近傍に運び、各処理室２の排気管４と、対応する排気切換ユニット３の分配ボックス８の接続部１３とを接続すると処理装置１が完成する。

処理装置１が組み上がった後には、個々の切換弁ボックス９毎に大気導入ダクト３５の上部に設けられている両開きのシャッタ３６、３６の開度を調整し、排気量と導入大気量を調整する。この調整は、実際に排気系統を作動させ、排気量と導入大気量を計測しつつ全体の排気バランスをみて調整を行う。

また、個々の切換弁ボックス９のシャッタ３６、３６の開度を調整し、排気量と導入大気量が等しくなるように調整しても、複数の切換弁ボックス９で圧力変動が発生する場合には、個々の切換弁ボックス９毎にロータリーアクチュエータ４４を調整し、切換弁１６のスイング角度を略９０°から若干変更することにより、切換弁１６と出口４５又は出口４６との間の隙間を、例えば、１０ｍｍ、８ｍｍ、５ｍｍ等に調整することで、処理室２内の圧力変動が最小になるように調整することができる。

図１及び図２において、処理室２内で半導体ウエハの洗浄処理が行われると、処理室２の排気管４に接続された分配ボックス８には、処理室２からの排気１５が流入してくる。図６において、分配ボックス８の内部には横方向に連通した流路２９が形成されているため、排気１５は分配ボックス８に並列状態で接続されている全ての切換弁ボックス９に分配される。

今、例えば、処理室２内で酸性薬液による半導体ウエハの洗浄処理が行われており、図６において、最上段で示した切換弁ボックス９に排気が流入しているとすると、中段及び下段で示した切換弁ボックス９では、切換弁１６が排気ダクト３４の出口４６を閉止する位置にあるため、排気１５は中段及び下段で示した切換弁ボックス９内に流入することができない。したがって、分配ボックス８で分配された排気１５は、最上段で示した切換弁ボックス９にのみ流入することになる。

図７に示すように、処理室２からの排気１５が流入している切換弁ボックス９では、切換弁１６はロータリーアクチュエータ４４により上側にスイングされており、排気ダクト３４の出口４５を開放し、大気導入ダクト３５の出口４６を閉鎖する位置にある。また、リリーフ弁１８には重力が作用し、大気取入口５１を閉鎖する位置にある。排気ダクト３４から切換弁ボックス９のボックス本体３３内に流入した排気１５の流れは、ミストトラップ３８により上向きに流れを変更されるとともに、排気中に含まれていた処理流体のミストが分離される。上向きになった排気の流れは、切換弁１６及びミストトラップ３９により流れの方向を変えられながら、切換弁ボックス９の下流側の端部１１に接続された排気筒１２へと排出される。この時、排気１５が流れたボックス本体３３内の流路面積は排気ダクト３４の流路面積と略同じであるため、圧損は生じない。

処理室２内での酸性薬液による半導体ウエハの洗浄処理が終了し、次はアルカリ性薬液による洗浄処理が始まった場合には、酸性薬液の排気系統の切換弁ボックス９の切換弁１６は、排気ダクト３４の出口４５を閉止する位置に下向きにスイングし、大気導入ダクト３５の出口４６は開放される。一方、この排気切換弁ボックス９が接続された排気筒１２は、一定の排気量で排気しているため、排気ダクト３４の出口４５を閉鎖したことにより、この切換弁ボックス９のボックス本体３３内及び大気導入ボックス４９内は排気筒１２による吸引により負圧になり、大気の圧力により重力の作用に抗してリリーフ弁１８、１８が内側に開き、大気１７をボックス本体３３内に導入し、排気筒１２へと排出する。処理装置１の構成時に実施したシャッタ３６、３６の開口調整により、大気流入量は排気量と等しくなるように調整されているので、この切換弁ボックス９から流出する排気と導入大気の流量は同じであり、この切換弁ボックス９から排出される排気と大気の流量は同量であり変化しないため、この切換弁ボックス９に接続された排気筒１２と連通している他の処理室２内の排気圧変動を抑制することができるので、他の処理室２内で処理されている被処理体へのパーティクルの付着を大幅に減少させることができる。

また、切換弁１６が下向きにスイングして大気導入ダクト３５を開放する際に形成される中間流路４１、４３の流路面積は、排気ダクト３４及び大気導入ダクト３５の流路面積よりも大きいため、切換弁１６がスイングすることによる切換弁ボックス９内の流量変化は小さく、この切換弁ボックス９が接続された処理室２内の排気圧の変動を防止することができる。

再度、処理室２内で酸性薬液による半導体ウエハの洗浄処理を行う場合には、それまでアルカリ性薬液の排気を取り込んでいた切換弁ボックス９の切換弁１６は、ロータリーアクチュエータ４４により上向きにスイングし、大気導入ダクト３５の出口４６を閉鎖する。この結果、大気導入ボックス４９内の負圧は解消されるため、大気の導入はされなくなり、リリーフ弁１８、１８に大気の圧力は作用しなくなるので、リリーフ弁１８、１８は重力の作用により大気取入口５１、５１を閉鎖する位置に回動する。大気導入ダクト３５からの大気の導入がないので、排気筒１２による負圧は、排気ダクト３４から排気を吸引することに使用され、処理室２からの排気１５は切換弁ボックス９内を経由して排気筒１２へと排出される。

また、切換弁１６が上向きにスイングして排気導入ダクト３４を開放する場合でも、前述した理由により、切換弁１６がスイングすることによる切換弁ボックス９内の流量変化が小さいので、この切換弁ボックス９が接続された処理室２内の排気圧の変動を防止することができる。

処理装置を作動させる際の複数の切換弁ボックスの切換弁の切換は、シーケンサー等により、排気を取り込んでいる切換弁ボックス及び排気を取り込んでいない切換弁ボックスの開閉タイミング、並びに全体の排気バランスを考慮して行う。

以上の説明は、３種の処理流体を使用して半導体ウエハを洗浄する３系統の処理装置を例に行ったが、３系統以外の複数系統の処理装置にも、また単系統の処理装置に対しても適用することができる。

以上説明したとおり、本発明に係る処理装置とその排気切換装置並びに排気切換ユニットと切換弁ボックスは、１系統の排気ラインを１個の切換弁で開閉し、排気量と大気側リリーフ弁の大気導入量のバランスを取り、切換弁作動時の圧力変動を小さくすることができるとともに、使用する処理流体の数に対応して系統を増やす場合には、共通化された部品で構成された複数の個別排気管を並列に配管するだけで、切換弁作動時に処理室内の圧力変動を小さくすることができる処理装置を得ることができるため、その利用価値は極めて大きなものがある。また、本発明に係る処理装置とその排気切換装置並びに排気切換ユニットと切換弁ボックスは、実施例で説明した半導体ウエハ製造装置の排気系処理装置以外に、例えば、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用ガラス基板等の製造装置の排気系処理装置にも適用することができるのはもちろんである。

１ 処理装置
２ 処理室
３ 排気切換ユニット
７、２０ 排気切換装置
８ 分配ボックス
９ 切換弁ボックス
１２ 排気筒
１６ 切換弁
１８ リリーフ弁
３４ 排気ダクト
３５ 大気導入ダクト
３６ シャッタ
３８、３９ ミストトラップ
４１、４３ 中間流路

枚葉式の処理装置は、一度に一枚の被処理体しか処理することができないため、処理装置一台毎の単位時間当たりの処理能力がバッチ式等の処理装置よりも低い。このため、複数台の処理装置をまとめて設置し、共通の搬送機構を用いて各処理装置の処理室に被処理体を搬送し、複数枚の被処理体を並行処理することにより、単位時間当たりの処理能力を向上させている。

請求項３に係る発明によると、一側に共通の排気管との接続部を有する分配ボックスの他側に、排気ダクト及び大気導入ダクト開閉用の切換弁と大気導入用のリリーフ弁を備えた複数の切換弁ボックスを並列状態で接続し、この切換弁ボックスの排気方向の端部に排気筒を接続することにより、一の処理室に対応する弁切換時の排気圧変動を防止することができる排気切換ユニットを構成し、この排気切換ユニットを適宜の保持体によって積層状態で多段に保持することにより、積層状態で多段に配置された複数の処理室に対応する排気切換装置を簡単に構成することができる。また、適宜の保持体によって排気切換ユニットを積層状態で多段に保持した排気切換装置を事前に準備しておき、処理装置の組み立て現場に持ち込み、積層状態で多段に配置された複数の処理室と接続することにより、処理装置の組み立てが極めて容易になる。さらに保持体の積層段数を増加させて処理室と排気切換装置を積み増すことにより、処理装置の処理能力をさらに向上させることも容易に行うことができる。

Claims (8)

1. 複数種の処理流体で処理室内の被処理体を処理する処理装置において、前記処理室内と接続した排気管に排気切換ユニットを設け、この排気切換ユニットは、分配ボックスと切換弁ボックスと排気筒からなり、前記処理流体に対応した個数の切換弁ボックスを前記分配ボックスに並列状態に接続したことを特徴とする処理装置。
2. 積層状態の複数の処理室に個別に接続管を介して接続した排気切換ユニットを多段状態に組み込んで排気切換装置を構成し、この排気切換装置の多段の切換弁ボックスには、対応した種類の処理流体を排気するための排気筒を同列の切換弁ボックスに接続した請求項１に記載の処理装置。
3. 一側に接続部を有する分配ボックスの他側に複数の切換弁ボックスを並列状態に接続し、この切換弁ボックスには、排気方向にスイングする切換弁と排気方向と交叉する方向に大気を導入するリリーフ弁を設け、この切換弁ボックスの排気方向の端部に排気筒を設けて排気切換ユニットを構成し、この排気切換ユニットを適宜の保持体で積層状態に多段に構成したことを特徴とする排気切換装置。
4. 一側に排気管接続用のフランジを有する接続管と他側に切換弁ボックス接続用のフランジを設けた横長で断面矩形状の分配ボックスと、一側に分配ボックスと接続するフランジと他側に排気筒と接続するフランジを有する切換弁ボックスと、この切換弁ボックスと接続する排気筒とからなり、前記切換弁ボックスには、切換弁と大気導入用のリリーフ弁を設けたことを特徴とする排気切換ユニット。
5. 一次側に排気ダクトを設けたボックス本体の排気方向と交叉する方向に大気導入用の大気導入ダクトを設け、前記ボックス本体の流入側にスイング式の切換弁を設け、この切換弁で前記排気ダクトと前記大気導入ダクトを交互に開閉可能に設け、前記導入ダクトには、ダクト開口面積を開閉するシャッタを設け、このシャッタの上流側にスイング式のリリーフ弁を設けたことを特徴とする切換弁ボックス。
6. 前記シャッタは、二分割の板状部材を両開きにすることで全閉から全開まで開閉して開口面積を調整するようにした請求項５に記載の切換弁ボックス。
7. 前記ボックス本体の流出側にミストトラップを着脱可能に配置した請求項５又は６に記載の切換弁ボックス。
8. 前記切換弁は、ロータリーアクチュエータで略９０°の範囲に回動自在に設けて前記切換弁をスイング式に開閉させた請求項５乃至７の何れか１項に記載の切換弁ボックス。

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