KR100875338B1

KR100875338B1 - 처리액 공급장치

Info

Publication number: KR100875338B1
Application number: KR1020070059321A
Authority: KR
Inventors: 후토시 시마이
Original assignee: 도쿄 오카 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2006-06-19
Filing date: 2007-06-18
Publication date: 2008-12-22
Also published as: CN101092957A; JP4863782B2; TWI336370B; US20070289529A1; KR20070120434A; US7717295B2; JP2007330935A; CN101092957B; TW200804682A

Abstract

과제

초기 오버슈트량을 삭감하고, 기판 대량 처리시의 현상액을 재활용하면서 기판을 대량 처리할 때에도 안정된 디스펜스 특성을 확보할 수 있는 처리액 공급장치를 제공한다.

해결수단

본 발명의 처리액 공급장치는 노즐의 근방에 적산기능을 가지는 유량계를 설치함으로써, 유량계의 변화에 대응하여 서보모터를 제어하여 펌프 회전수의 제어로 피드백시키기 때문에, 필터가 막히는 정도에 관계없이 상시 일정량을 토출하는 것이 가능해져, 현상액을 레지스트 코팅된 막 상에 필요 최저한(막두께 1 ㎜)부터 표면장력 최대치(3 ㎜)까지의 도포 가능 역역에 있어서 안정된 디스펜스가 가능해진다.

처리액 공급장치, 서보모터, 디스펜스 특성, 피드백 시스템, 토출량

Description

처리액 공급장치{Apparatus for supplying treatment liquid}

도 1은 본 발명의 처리액 공급장치의 외관도이다.

도 2는 본 발명의 처리액 공급장치의 처리액 유로의 개요이다.

도 3은 본 발명의 처리액 공급장치의 순시 유량 라이징 특성을 나타내는 그래프이다.

도 4는 종래 기술의 처리액 공급장치의 순시 유량 라이징 특성을 나타내는 그래프이다.

도 5는 범용 모터를 사용한 인버터 방식의 주파수-토크 특성을 나타내는 그래프이다.

부호의 설명

1…베이스, 2…기판 재치(載置) 스테이지, 3…노즐 승강기구, 4…노즐 베이스 플레이트, 5…탱크, 6…펌프, 7a~7c…튜브, 8…유량계, 9…슬릿 노즐, 10…제어회로, 11…오버피드, 101…오버피드, W…웨이퍼.

본 발명은 유리기판이나 반도체 웨이퍼 등의 기판에 처리액을 공급하는 처리 액 공급장치에 관한 것이다.

반도체용 포지티브형 레지스트의 현상원액인 TMAH(테트라·메틸·암모늄·하이드로옥사이드)는 반도체 포토레지스트, TFT 액정용 현상액의 원액으로 수요가 매년 높아지고 있지만, 한편으로 TMAH 폐액의 회수나 재이용이 과제가 되고 있다. 그 재이용시에, 재활용 TMAH에 포함되는 불순물에 의해서 발생하는 필터의 막힘 등으로 디스펜스 조건이 불안정해지기 때문에 안정된 디스펜스량의 컨트롤이 요망되고 있다. 그리고, 이 컨트롤 기술로서 펌프 회전수를 제어하는 방법과 일정 압력식의 펌프를 사용하는 방법이 알려져 있다.

도 4는 종래의 처리액 공급장치에 있어서의 펌프 모터 라이징 특성을 나타낸 그래프로서, 매뉴얼 운전으로 서보 회전수를 고정하고, 모터의 회전수 제어만으로 모터를 시동한 경우의 순시 유량(L/초)과 시간(초)의 관계를 나타내고 있다. 모터가 기동하면 순시 유량은 1초 후에 7 L/초, 2초 후에 9 L/초에 도달하여 설정 회전수를 초과하고 있는데, 더 나아가서 3초 후에는 12 L/초 이상까지 오버슈트를 일으키고, 4초째부터는 감소 경향으로 되지만, 5초째에 있어서도 아직 8.5 L/초의 순시 유량이 있어, 순시 유량이 8 L/초로 안정되는 데에 9초 걸리고 있다.

특허문헌 1에는 도 5에 나타내는 바와 같이, 오수 처리시설에 있어서의 유량 조정조로부터 처리조로 폐수를 정량 이송하는 정량성 펌프의 운전 제어방법이 개시되어 있다. 즉, 펌프의 회전속도를 제어하는 인버터와 토출량을 실측하는 전자(電磁) 유량계를 병용하여, 전자 유량계로부터의 신호를 연산장치가 내장된 인버터 또는 외부 제어장치에 피드백하고, 상기 인버터 또는 외부 제어장치에 미리 설정된 토출량이 일정해지도록 회전속도의 자동조정을 행하게 하고, 펌프의 시동 직후 또는 정지 직전 또는 시동 직후 및 정지 직전의 미리 설정된 일정 시간을 한정하여 회전속도를 높인 클리닝 운전을 행하게 하는 기술이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 2에는 공급 노즐의 내부를 노즐의 길이방향으로 복수의 처리액의 유로를 형성하도록 분할하고, 공급 노즐의 이동 속도를 각 도포 역영 마다 변화시킴으로써, 웨이퍼의 도포 영역 마다 펌프의 펌프 압력을 변화시켜서 토출 유량을 변화시키고 있어도 노즐의 스캔 거리 내에서의 단위 면적당 토출량이 합쳐지기 때문에, 웨이퍼면 내에 있어서 거의 균일한 양의 현상액을 공급하는 기술이 개시되어 있다.

[특허문헌 1] 일본국 특허공개 제2005-9329호 공보

[특허문헌 2] 일본국 특허공개 제2003-197516호 공보

특허문헌 1의 발명에 있어서는 인버터 제어를 행하고 있어, 교류 모터를 사용하여 인버터 방식에 의해서 구동 주파수를 제어하고 있다. 범용 모터를 인버터로 구동한 경우는, 도 5에 나타내는 바와 같이 주파수-토크 특성에 있어서 피크를 가지고, 이 예에 있어서는 60 ㎐를 피크로서 그 양측, 특히 저주파수(회전수)에 있어서 토크값이 감소하고 있기 때문에 기동 토크가 부족한 경향이 있다. 저회전수 영역에 있어서의 토크 부족을 개선하는 방법으로서는, 전용 인버터 모터를 사용하는 방법이나, 가변 전압 가변 주파수 제어를 사용하는 방법이 있지만, 어느 쪽도 비용이 높아진다고 하는 문제가 있다.

특허문헌 2에 있어서는, 유량 제어는 가능하지만, 펌프 압력이 작고, 현상액의 단위 시간당 토출량이 작기 때문에, 노즐의 이동속도를 작게 하여, 소정 영역에 노즐이 머무는 시간을 길게 해서 도포 시간을 길게 하지 않으면 소정 현상액의 토출량을 토출할 수 없기 때문에, 시간이 걸린다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 상기의 문제에 비추어 웨이퍼 한장당 처리시간을 단축하고, 또한 처리액의 낭비를 적게 한다고 하는 처리액 공급장치의 과제를 해결하고자 하는 것이다.

본 발명에 있어서는 상기의 과제를 해결하기 위해, 처리액 저류 탱크, 처리액을 공급하는 펌프, 처리액을 토출하는 노즐을 가지는 처리액 공급장치에 있어서, 이 처리액 공급장치는 상기 노즐로부터의 처리액의 토출량을 정량화하기 위해, 디스펜스의 ON/OFF 실행시에 ON 초기 토출시부터 토출되는 처리액의 토출량을 적산하는 유량 적산이 가능한 유량계를 구비하고, 이 유량계는 노즐로부터의 토출량에 따라서 펌프의 회전수를 가변시키는 피드백 시스템을 가지는 구성으로 하였다.

상기 유량계는 노즐로부터의 토출량에 따라서 펌프의 회전수를 가변시키는 피드백 시스템을 가지고, 상기 피드백 시스템에 있어서의 서보모터 제어의 펌프 상승시의 유량제어에 있어서, 기정시간(예를 들면 3초 후)까지는 고정수 제어를 사용하고, 그 후에 적산유량이 일정해지도록 피드백 제어로 전환하도록 하였다.

또한, 상기 피드백 시스템은 토출시의 펌프 회전수를 제어하는 경우에 상승, 일정속, 하강시에 있어서 일정 속도의 순시 유량과 전체 토출량의 적산량을 인식 및 계수하도록 하였다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하에 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를 도면을 토대로 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 동일한 기능을 가지는 것은 동일한 부호로 하고, 그 반복 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 처리액 공급장치의 외관도이다. 베이스(1)에는 기판 재치 스테이지(2)가 취부(取付)되고, 그 위에 처리될 웨이퍼(W)가 올려놓아져 있다. 노즐 승강기구(3)으로 슬릿 노즐(9)가 웨이퍼(W)에 적당한 거리까지 접근된 후에 처리액의 도포가 개시된다. 웨이퍼(W)의 처리에서 사용되는 처리액은 탱크(5)로부터 튜브(7a)를 통해 펌프(6)에 공급된다. 펌프(6)은 도 2에 도시되는 제어회로(10)으로부터의 제어신호에 의해서 고정수/서보회로를 사용하여 구동된다. 펌프(6)으로부터 배출되는 처리액은 튜브(7b)로부터 유량계(8)을 경유하여 튜브(7c)로부터 슬릿 노즐(9)에 공급된다.

도 2에는 탱크(5)로부터 슬릿 노즐(9)까지의 처리액 유로의 개요가 도시되어 있다. 탱크(5)에 저장되는 처리액은 튜브(7a)로부터 펌프(6)에 의해서 흡입된다. 펌프(6)으로서는, 예를 들면 (주)이와키제의 케미컬 기어펌프 GM-25X형 등을 사용할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 펌프(6)의 구동원으로서는 DC 서보모터나 AC 서보모터를 사용할 수 있는 외에, 스테핑모터를 사용하는 것도 생각할 수 있다.

펌프(6)으로부터 이송된 처리액은 튜브(7b) 내를 흘러서, 유량계(8) 안을 통 과한 후에 튜브(7c)를 통해서 슬릿 노즐(9)에 주입된다. 유량계로서는 적산기능을 가지는 것이 필수 조건이고, 상기 적산기능은 유량계 본체에 구비되어 있어도 되고, 외부 제어장치의 기능이어도 된다.

또한, 유량 센서로서는 측정 유체를 날개바퀴에 대어서 그 회전수를 유량값으로 환산하는 날개바퀴식, 연직방향에 설치된 파이프 중의 부표의 상승 정도로 유량을 검출하는 부표식, 패러데이의 법칙을 응용한 전자식 등 다양한 검출원리가 있으며, 주류는 기계식과 전기식이다. 그러나, 기계식은 먼지의 막힘이나 배관 내 오염(스케일)에 의해 오동작하여 신뢰성이 부족하기 때문에, 기계식이 아니라, 본 실시예에서는 패러데이의 전자유도 법칙을 이용한 전자식 센서(전기식) 또는 초음파식을 사용하는 것으로 하였다. 또한, 초음파식 센서를 사용하는 경우는, 펄스 도플러 방식과 전반 시간차 방식이 있으며, 어느 쪽도 사용할 수 있지만, 현상액과 같은 청정한 액체의 유량계측에 있어서는 계측 대상의 성분, 온도, 압력 등이 흔들려서 음속이 변화해도 유속 연산에 영향을 끼치지 않기 때문에, 안정된 계측이 가능한 전반 시간차 방식이 바람직하다.

도 3은 본 발명에 의한 처리액 공급장치의 순시 유량 라이징 특성을 나타내는 도면이다. 운전 방법은 서보 회전수 고정의 매뉴얼 운전으로 하고, 직경 15 ㎜의 관 직경을 가지는 전자 유량계를 덤핑 시간 1초로 설정하여 사용하고 있다. 종래예의 도 5와 비교하면, 상승 파형의 피크값과 안정 회전수 영역(8 L/초로 안정된 영역)으로 비교하면, 종래예에서 돌출값이 1.4 L/초였던 것이, 본 실시예에서는 0.9 L/초가 되어 약 36%의 특성 개선이 보여졌다.

또한, 모터 기동시부터 순시 유량이 안정될 때까지의 시간도, 도 4에서는 약 9초 걸렸던 것이 본 실시예에서는 6초가 되어 33%의 개선이 보여지고, 상승부터 8L/초에 도달한 시점부터 피크를 거쳐 다시 8 L/초로 안정되는 시간을 비교하면, 도 4의 종래예에서는 7초 걸렸던 것이, 본 실시예에 있어서는 4.5초가 되어 36%의 개선이 보여졌다. 즉, 본 발명에 있어서는 안정 시간이 길어지기 때문에 적산량이 정확해진다.

본 발명의 특징으로서, 현상액 재활용시에 있어서의 디스펜스 특성의 안정성이 있다. 예를 들면 1000장의 기판(1100 ㎜×1300 ㎜; 두께 0.7 ㎜)을 처리한 경우의 본 발명에 의한 도 3과 종래예의 도 4의 비교를 하면 초기값으로서 10초에서 3000 ㏄로 하고, 실유량 2300~3000 ㏄의 디스펜스 설정에 대해 하기의 결과를 얻었다.

	초기값	1000장째
종래의 장치	2500~3000	2000~2500
본 발명	2985~3015	2985~3015

상기와 같이, 종래 장치에서는 필터의 막힘을 검지할 수 없기 때문에, 1000장째에서는 하한값으로 -20%, 상한값으로 -17%의 변동이 보여졌다. 이에 대해, 본 실시예에 있어서는 유량계를 사용한 서보 제어로 유량을 안정시키고 있기 때문에 변동은 보이지 않았다.

본 발명의 처리액 공급장치는 유량계의 변화에 대응하여 펌프 회전수의 제어로 피드백시키기 때문에, 필터의 막힘 정도에 관계없이 상시 일정량을 토출하는 것이 가능해지고, 현상액을 레지스트 코팅된 막 상에 필요 최저한(막두께 1 ㎜)부터 최대치(3 ㎜)까지의 도포 가능 영역에 있어서 안정된 디스펜스가 가능해지기 때문에 현상액을 낭비하지 않아 비용을 낮추고, 또한 현상액의 재활용도 용이해진다.

또한, 피드백 제어를 행함으로써, 펌프, 필터, 노즐, 전자 밸브 등의 경년노화나 기기 개체 차에 관계없이 안정된 토출량의 처리액 공급이 가능해진다.

또한, 디스펜스 개시시에 있어서, 초기 토출시의 펌프 모터의 상승시에 발생하는 오버슈트에 의한 토출 과잉을 억제하여, 상승부터 설정 유량값으로 안정될 때까지의 시간을 단축함으로써, 처리액 공급에 있어서의 불균일을 방지할 수 있다.

반도체나 액정 디스플레이 등의 제조공정에서 현상액의 재활용품을 사용하는데 있어서, 추종성(followability)이 떨어지는 인버터를 사용하지 않고, 또한 인버터 보다도 경년 변화가 없는 처리액 공급이 가능한 장치를 제공할 수 있다.

Claims

처리액 저류탱크, 처리액을 공급하는 펌프, 처리액을 토출하는 노즐을 가지는 처리액 공급장치에 있어서, 이 처리액 공급장치는 상기 노즐로부터의 처리액의 토출량을 정량화하기 위해, 디스펜스의 ON/OFF 실행시에 ON 초기 토출시부터 토출되는 처리액의 토출량을 적산하는 유량 적산이 가능한 유량계를 구비하고, 이 유량계는 노즐로부터의 토출량에 따라서 펌프의 회전수를 가변시키는 피드백 시스템을 가지며,

상기 피드백 시스템은 서보모터 제어에 의해서 펌프 상승시의 유량제어를 행할 때, 기정 시간까지는 PID 고정수 제어를 사용하고, 그 후에 적산유량이 일정해지도록 서보모터의 회전수를 제어하며, 토출시의 펌프 회전수를 제어하는 경우에, 상승, 일정속, 하강시에 있어서 일정 속도의 순시 유량과 전체 토출량의 적산량을 인식 및 계수하는 것을 특징으로 하는 처리액 공급장치.
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처리액 저류탱크, 처리액을 공급하는 펌프, 처리액을 토출하는 노즐을 가지는 처리액 공급장치에 있어서, 이 처리액 공급장치는 상기 노즐로부터의 처리액의 토출량을 정량화하기 위해, 디스펜스의 ON/OFF 실행시에 ON 초기 토출시부터 토출되는 처리액의 토출량을 적산하는 유량 적산이 가능한 유량계를 구비하고, 이 유량계는 노즐로부터의 토출량에 따라서 펌프의 회전수를 가변시키는 피드백 시스템을 가지며,

상기 피드백 시스템은 서보모터 제어에 의해서 펌프 상승시의 유량제어를 행할 때, 기정 시간까지는 PID 고정수 제어를 사용하고, 그 후에 적산유량이 일정해지도록 서보모터의 회전수를 제어하며, 탱크와 노즐 사이에 필터를 설치하고, 상기 필터에 처리액 통과시의 저항이 변동되어 디스펜스량이 변동되었을 때, 필터 등의 교환시기를 자동 인식할 수 있는 시스템을 병용한 것을 특징으로 하는 처리액 공급장치.
제1항의 처리액 공급장치에 있어서, 상기 유량계는 전자식, 초음파식, 회전식 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 처리액 공급장치.