KR20210037641A - 기판 액처리 장치 및 기판 액처리 방법 - Google Patents

기판 액처리 장치 및 기판 액처리 방법 Download PDF

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아츠시 아나모토
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Abstract

본 발명은, 정확한 농도의 처리액을 기판에 공급하는 것을 목적으로 한다.
기판 액처리 장치는, 탱크(102)와, 순환 라인(104)과, 분기 라인(112)을 통해 순환 라인에 접속되고, 순환 라인을 흐르는 처리액을 이용하여 기판에 액처리를 실시하는 처리부(16)와, 적어도 2종류의 원료액의 각각의 공급원으로부터 공급되는 원료액을 제어된 혼합비로 혼합하여 처리액을 생성하는 처리액 생성 기구(206A, 206B, 208)와, 순환 라인을 흐르는 처리액의 농도 및 처리액 공급 라인을 흐르는 처리액의 농도를 측정하는 농도 측정 장치(212)(또는 212')와, 측정된 처리액의 농도에 기초하여 처리액 생성 기구를 제어하는 제어 장치(4)를 구비한다.

Description

기판 액처리 장치 및 기판 액처리 방법{SUBSTRATE LIQUID PROCESSING APPARATUS, AND SUBSTRATE LIQUID PROCESSING METHOD}
본 발명은, 복수의 원료액을 정해진 비율로 혼합한 처리액을 이용하여 기판에 정해진 액처리를 행하는 기판 액처리 장치에 있어서의 처리액의 농도 조절 기술에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에는, 기판에 처리액을 공급함으로써 실행되는 세정, 에칭 등의 액처리가 포함된다. 이러한 액처리를 행하기 위해서, 예컨대, 특허문헌 1에 기재된 바와 같은, 복수의 액처리 유닛을 구비한 액처리 시스템이 이용된다.
특허문헌 1에 기재된 액처리 시스템은, 처리액을 저류하는 탱크와, 탱크에 접속된 순환 라인과, 탱크 내에 저류된 처리액을 순환 라인으로 순환시키는 펌프를 갖고 있다. 순환 라인에는 복수의 액처리 유닛이 각각 분기 라인을 통해 접속되어 있고, 액처리 유닛은 순환 라인 내를 순환하고 있는 처리액을 이용하여 기판에 정해진 액처리를 행한다.
액처리에 이용되는 처리액은, 복수 종류의 원료액을 각각 독립된 원료액 공급 라인으로부터 정해진 양씩 탱크에 공급하고, 이들을 탱크 내에서 혼합함으로써 조정된다. 이와 같이 탱크 내 혼합에 의해 처리액을 조정하면, 탱크 내에서 원료액끼리가 충분히 서로 혼합되기 전에 탱크로부터 유출되어, 부적당한 농도의 처리액이 액처리 유닛에 공급되어 버리는 경우가 있다.
또한, 각 원료액 공급 라인에는 각각 액체 플로우 컨트롤러(LFC)가 설치되고, 각각의 LFC의 설정 유량 및 공급 시간에 따라 원료액이 탱크에 공급되고 있다. 처리액의 농도를 저농도로 또한 좁은 허용 범위 내에서 제어해야만 하는 경우에는, 각각의 LFC의 설정 유량 및 공급 시간에 따른 공급량 관리에서는 불충분한 경우도 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2009-172459호 공보
본 발명은, 정확한 농도의 처리액을 기판에 공급할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 적합한 일 실시형태에 있어서, 적어도 2종류의 원료액을 혼합하여 이루어지는 처리액을 저류하는 탱크와, 처리액이 상기 탱크로부터 나와 상기 탱크로 되돌아가도록 흐르는 순환 라인과, 상기 탱크 내의 처리액을 이용하여 기판에 액처리를 행하는 처리부와, 상기 적어도 2종류의 원료액의 각각의 공급원으로부터 공급되는 원료액을 제어된 혼합비로 혼합하여 처리액을 생성하는 처리액 생성 기구와, 상기 처리액 생성 기구에 의해 생성된 처리액을 상기 탱크에 공급하는 처리액 공급 라인과, 상기 순환 라인을 흐르는 처리액의 농도 및 상기 처리액 공급 라인을 흐르는 처리액의 농도를 측정하는 농도 측정 장치와, 상기 농도 측정 장치에 의해 측정된 처리액의 농도에 기초하여, 이 처리액의 농도가 미리 정해진 범위 내의 농도가 되도록 상기 처리액 생성 기구를 제어하는 제어 장치를 구비한 기판 액처리 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 적합한 일 실시형태에 있어서, 적어도 2종류의 원료액의 각각의 공급원으로부터 공급되는 원료액을 혼합하여 처리액을 생성하는 처리액 생성 기구와, 상기 처리액 생성 기구에 의해 생성된 처리액을 이용하여 기판에 액처리를 행하는 액처리부와, 상기 처리액 생성 기구에 의해 생성된 처리액을, 상기 액처리부 또는 상기 액처리부에 접속된 공급 목적 장소에 공급하는 처리액 공급 라인과, 상기 처리액 공급 라인을 흐르는 처리액의 순간 농도를 측정하는 농도 측정 장치와, 상기 처리액 생성 기구에 의해 혼합되는 원료액의 혼합비를 제어하는 제어 장치를 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 농도 측정 장치에 의해 측정된 순간 농도의 적산 평균치를 순차적으로 산출하고, 그 적산 평균치를 감시하며, 상기 적산 평균치가 목표 농도에 관한 미리 정해진 허용 범위 내에 들도록 상기 처리액 생성 기구를 제어하는 기판 액처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 적합한 일 실시형태에 있어서, 적어도 2종류의 원료액을 혼합하여 이루어지는 처리액을 저류하는 탱크와, 처리액이 상기 탱크로부터 나와 상기 탱크로 되돌아가도록 흐르는 순환 라인과, 상기 순환 라인을 흐르는 처리액을 이용하여 기판에 액처리를 행하는 처리부를 구비한 기판 액처리 장치를 이용하는 기판 액처리 방법에 있어서, 상기 순환 라인을 흐르는 처리액의 농도를 측정하는 것과, 측정된 처리액의 상기 농도에 기초하여, 상기 순환 라인 및 상기 탱크 내에 존재하는 처리액의 농도를 원하는 범위 내의 농도로 하기 위해서 상기 탱크에 추가해야 할 처리액의 농도 및 양을 구하는 것과, 구해진 상기 농도 및 상기 양의 처리액을 탱크에 공급하는 것을 포함하고, 상기 농도 및 상기 양의 처리액을 탱크에 공급하는 것은, 상기 적어도 2종류의 원료액의 각각의 공급원으로부터 공급되는 원료액을 처리액 생성 기구에 의해 혼합하여, 처리액 공급 라인을 통해 상기 탱크로 보내는 것과, 상기 처리액 공급 라인을 흐르는 처리액의 농도를 측정하는 것과, 측정된 농도에 기초하여, 상기 처리액 공급 라인을 흐르는 처리액의 농도가 구해진 상기 농도가 되도록 상기 처리액 생성 기구에 있어서의 원료액의 혼합비를 조절하는 것을 포함하는 기판 액처리 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 적합한 일 실시형태에 있어서, 적어도 2종류의 원료액의 각각의 공급원으로부터 공급되는 원료액을 혼합하여 처리액을 생성하는 처리액 생성 기구와, 상기 처리액 생성 기구에 의해 생성된 처리액을 이용하여 기판에 액처리를 행하는 액처리부와, 상기 처리액 생성 기구에 의해 생성된 처리액을, 상기 액처리부 또는 상기 액처리부에 접속된 공급 목적 장소에 공급하는 처리액 공급 라인과, 상기 처리액 공급 라인을 흐르는 처리액의 순간 농도를 측정하는 농도 측정 장치를 구비한 기판 액처리를 이용하는 기판 액처리 방법에 있어서, 상기 처리액 생성 기구에 의해 혼합되는 원료액의 혼합비를 제어하면서 처리액을 생성하고, 생성된 처리액을 상기 처리액 공급 라인에 흘리는 것과, 상기 농도 측정 장치에 의해 상기 처리액 공급 라인을 흐르는 처리액의 순간 농도를 측정하는 것과, 상기 농도 측정 장치에 의해 측정된 순간 농도의 적산 평균치를 순차적으로 산출하고, 그 적산 평균치를 감시하는 것과, 감시하고 있는 상기 적산 평균치가 상기 목표 농도에 관한 미리 정해진 허용 범위 내에 든 처리액을 상기 액처리부 또는 상기 공급 목적 장소에 흘리는 것을 포함하고, 상기 원료액의 혼합비의 제어는, 상기 적산 평균치가 목표 농도에 관한 미리 정해진 허용 범위 내에 들도록 상기 처리액 생성 기구를 제어함으로써 행해지는 기판 액처리 방법이 제공된다.
상기한 본 발명의 적합한 실시형태에 따르면, 정확한 농도의 처리액을 기판에 공급할 수 있다.
도 1은 액처리 장치의 전체 구성을 개략적으로 도시한 회로도.
도 2는 도 1에 도시된 액처리 장치에 있어서의 약액 농도 관리에 관련된 구성에 대해서 상세히 도시한 회로도.
도 3은 도 2의 대체 실시형태를 도시한 회로도.
도 4는 액 흐름 방향의 농도 분포에 대해서 설명하기 위한 도면.
도 5는 액 흐름 방향의 농도 분포에 의해 농도계의 검출치가 변동하는 모습을 도시한 그래프.
도 6은 탱크에의 처리액의 공급 가부 판단 절차에 대해서 설명하기 위한 그래프.
도 7은 탱크에의 처리액의 공급 가부 판단의 절차 및 상기 판단에 기초한 탱크에의 처리액의 공급에 대해서 설명하기 위한 흐름도.
도 8은 적산 평균 산출의 전환에 대해서 설명한 도면.
도 9는 혼합 밸브의 하류측에 인라인 믹서를 설치한 변형 실시형태에 대해서 설명한 도면.
도 10은 탱크를 갖지 않는 액처리 장치의 전체 구성을 도시한 회로도.
이하에 도면을 참조하여 발명의 실시형태에 대해서 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 액처리 장치는, 기판에 대하여 액처리를 행하는 복수의 처리 유닛(액처리 유닛)(16)과, 처리 유닛(16)에 처리액을 공급하는 처리 유체 공급원(70)을 갖고 있다.
처리 유체 공급원(70)은, 처리액을 저류하는 탱크(102)와, 탱크(102)로부터 나와 탱크(102)로 되돌아가는 순환 라인(104)을 갖고 있다. 순환 라인(104)에는 펌프(106)가 설치되어 있다. 펌프(106)는, 탱크(102)로부터 나와 순환 라인(104)을 통해 탱크(102)로 되돌아가는 순환류를 형성한다. 펌프(106)의 하류측에 있어서 순환 라인(104)에는, 처리액에 포함되는 파티클 등의 오염 물질을 제거하는 필터(108)가 설치되어 있다. 필요에 따라, 순환 라인(104)에 보기류(補機類)(예컨대 히터 등)를 더 설치하여도 좋다.
순환 라인(104)에 설정된 접속 영역(110)에, 1개 또는 복수의 분기 라인(112)이 접속되어 있다. 각 분기 라인(112)은, 순환 라인(104)을 흐르는 처리액을 대응하는 처리 유닛(16)에 공급한다. 각 분기 라인(112)에는, 필요에 따라, 유량 제어 밸브 등의 유량 조정 기구, 필터 등을 설치할 수 있다.
액처리 장치는, 탱크(102)에, 처리액 또는 처리액 구성 성분을 보충하는 탱크액 보충부(116)를 갖고 있다. 탱크(102)에는 탱크(102) 내의 처리액을 폐기하기 위한 드레인부(118)가 설치되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 액처리 장치는, 제어 장치(4)를 구비한다. 제어 장치(4)는, 예컨대 컴퓨터로서, 제어부(18)와 기억부(19)를 구비한다. 기억부(19)에는, 액처리 장치에 있어서 실행되는 각종 처리를 제어하는 프로그램이 저장된다. 제어부(18)는, 기억부(19)에 기억된 프로그램을 판독하여 실행함으로써 액처리 장치의 동작을 제어한다.
또한, 이러한 프로그램은, 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체에 기록되어 있던 것으로서, 그 기억 매체로부터 제어 장치(4)의 기억부(19)에 인스톨된 것이어도 좋다. 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체로서는, 예컨대 하드디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 컴팩트 디스크(CD), 마그넷 옵티컬 디스크(MO), 메모리 카드 등이 있다.
다음에, 도 1에 도시된 탱크액 보충부(116) 및 그것에 관련된 구성 요소에 대해서, 이들을 상세히 나타낸 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2에서는 간략화되어 있지만, 순환 라인(104)에는 도 1과 마찬가지로 접속 영역(110)이 설정되고, 거기에 1개 또는 복수의 분기 라인(112)이 접속되며, 각 분기 라인(112)에 액처리 유닛(16)이 접속되어 있다. 또한, 도 2에 있어서, 도면 부호 109는, 순환 라인(104)을 순환하고 있는 처리액을 가열하기 위한 히터이다.
탱크액 보충부(116)는, 약액 공급원(202A)으로부터 공급된 제1 원료액으로서의 약액[본 예에서는 불산(HF)]이 흐르는 약액 라인(204A)과, 희석액 공급원(202B)으로부터 약액을 희석하기 위한 제2 원료액으로서의 희석액[본 예에서는 순수(DIW)]이 흐르는 희석액 라인(204B)을 갖는다.
약액 라인(204A) 및 희석액 라인(204B)에는 각각 정압 밸브(감압 밸브)(206A, 206B)가 개재되어 있다.
정압 밸브(206A, 206B)의 하류측에 있어서, 약액 라인(204A) 및 희석액 라인(204B)은 혼합 밸브(208)에 접속되어 있다. 혼합 밸브(208)는, 그 내부에 2개의 개폐 기능이 있는 가변 스로틀 밸브(208A, 208B)를 일체화한 것에 해당하는 구성을 갖고 있다. 약액 라인(204A) 및 희석액 라인(204B)을 흐르는 액체는, 정해진 개방도로 조절된 가변 스로틀 밸브(208A, 208B)에 의해 유량이 각각 제한되며, 그 후, 합류한다. 이에 따라, 약액과 희석액을 정해진 비율로 혼합한 처리액이 생성된다. 즉, 약액 라인(204A) 및 희석액 라인(204B)에 설치된 정압 밸브(206A, 206B) 및 혼합 밸브(208)는, 처리액 생성 기구를 구성한다.
정압 밸브(206A, 206B)는, 1차측 압력의 변동에 상관없이, 2차측 압력을 지정된 일정 압력으로 유지하도록 감압 제어를 행하는 기능을 갖고 있다. 약액 공급원(202A) 및 희석액 공급원(202B)으로부터 공급되는 약액은, 통상은 압력 변동을 갖고 있다. 이 때문에 정확한 약액과 희석액과의 혼합비를 얻기 위해서는 정압 밸브(206A, 206B)의 사용이 바람직하다.
본 실시형태에서 사용하고 있는 정압 밸브(206A, 206B)는, 파일럿 포트에 도입되는 가압 공기의 압력(파일럿압)을 변화시킴으로써, 2차측 압력의 설정치를 변화시킬 수 있는 형식의 것이다. 파일럿압의 조절은, 전공(電空) 레귤레이터(EPR)(209A, 209B)에 의해 행해진다.
본 실시형태에서는, 혼합 밸브(208)에 내장된 가변 스로틀 밸브(208A, 208B)의 개방도 조절 기능은 초기 설정에만 이용하고, 운전중에는 가변 스로틀 밸브(208A, 208B)는 고정 스로틀로서 이용하고 있다. 약액 및 희석액의 유량 조절은, 정압 밸브(206A, 206B)의 2차측 압력 조절 기능을 이용하여 행한다. 정압 밸브(206A, 206B)의 2차측 압력, 즉 고정 스로틀로서의 가변 스로틀 밸브(208A, 208B)의 1차측 압력을 변화시킴으로써, 약액 라인(204A) 및 희석액 라인(204B)을 흐르는 액체의 유량을 조절할 수 있다. 가변 스로틀 밸브(208A, 208B)는, 유량 조정보다도 압력 손실 밸런스 조정 등의 목적으로 이용된다.
더욱 상세하게 설명하면, 본 실시형태에서는, 약액 라인(202A)에 있는 정압 밸브(206A)의 설정 2차측 압력은 일정하게 하고, 희석액 라인(202B)에 있는 정압 밸브(206B)의 설정 2차측 압력을 변화시킴으로써 농도 조정을 행하고 있다. 이와 같이, 상대적으로 소유량의 약액의 유량을 조정하는 것보다도 상대적으로 대유량의 희석액의 유량을 조정한 쪽이, 농도를 정밀하게 조정할 수 있으므로 바람직하다.
혼합 밸브(208)에는, 혼합 밸브(208)로 조정된 처리액을 탱크(102)에 공급하기 위한 처리액 공급 라인(210)이 접속되어 있다.
처리액 공급 라인(210)에는, 처리액 공급 라인(210)을 흐르는 처리액의 농도(처리액 중에 포함되는 약액의 농도)를 측정하는 농도계(212)가 부설되어 있다. 계측 대상으로 하는 약액의 종류, 혹은 필요로 되는 정밀도에 따라, 임의의 형식의 농도계(212), 예컨대, 도전율에 기초하여 농도 측정을 행하는 것, 초음파 전파 속도에 기초하여 농도 측정을 행하는 것 등을 이용할 수 있다.
농도계(212)의 검출 신호는 농도 컨트롤러(214)에 입력된다. 농도 컨트롤러(214)는, 제어 장치(4)의 일부여도 좋다. 농도 컨트롤러(214)는, 농도계(212)로부터의 검출 신호에 따라, 전공 레귤레이터(209B)로부터 정압 밸브(206B)로 보내지는 파일럿압을 조절함으로써 정압 밸브(206B)의 2차측 압력을 조절하여, 희석액 라인(204B)을 흐르는 희석액(DIW)의 유량을 변화시키고, 이에 따라 혼합 밸브(208)로부터 유출되는 처리액의 농도가 원하는 농도가 되도록 피드백 제어를 행한다. 또한, 본 실시형태에서는, 전술한 바와 같이, 대유량의 희석액의 유량만을 조정함으로써 처리액의 농도를 조정하고 있기 때문에, 전공 레귤레이터(209A)로부터 정압 밸브(206B)로 보내지는 파일럿압은 일정하게 유지된다.
처리액 공급 라인(210)으로부터, 예비 폐기용 드레인 라인(216)이 분기되고, 드레인 라인(118)에 합류되어 있다. 드레인 라인(216)에는 개폐 밸브(216V)가 개재되어 있다. 드레인 라인(216)의 분기 포인트보다도 하류측에 있어서, 처리액 라인(210)에도 개폐 밸브(210V)가 개재되어 있다.
순환 라인(104)으로부터, 농도 계측을 위해 처리액을 취출하는 취출 라인(220)이 분기되고, 혼합 밸브(208)와 농도계(212) 사이의 합류 포인트에서 처리액 공급 라인(210)에 합류되어 있다. 취출 라인(220)에는 개폐 밸브(220V)가 개재되어 있다.
탱크(102)에는, 탱크(102) 내의 처리액의 액위(液位)를 검출하는 액위계(120)가 부설되어 있다.
다음에, 상기한 액처리 장치의 운용 방법에 대해서 설명한다. 이하의 설명에 있어서의 각 구성 요소의 동작은, 제어 장치(4)의 제어 하에서 행해진다. 농도 컨트롤러(214)는 제어 장치(4)에 의해 제어되며, 또한, 농도 컨트롤러(214)가 파악하고 있는 농도 정보는 제어 장치(4)로 전달된다.
우선, 탱크액 보충부(116)에 의해 원하는 농도의 처리액을 탱크(102)에 공급하는 기본적인 절차에 대해서 설명한다.
원하는 농도의 처리액을 얻기에 적합한 혼합 밸브(208)의 가변 스로틀(208A, 208B)의 개방도는 시험 운전에 의해 구해지고 있고, 그러한 개방도로 가변 스로틀(208A, 208B)의 개방도가 미리 설정되어 있다. 또한, 마찬가지로, 원하는 농도의 처리액을 얻기에 적합한 정압 밸브(206A, 206B)의 파일럿압도 시험 운전에 의해 구해지고 있고, 그 값은 농도 컨트롤러(214)에 제어 기준치로서 메모리되어 있다.
우선, 정압 밸브(206A, 206B)의 파일럿 포트에 정해진 파일럿압을 부여하여, 드레인 라인(216)의 개폐 밸브(216V)를 개방하고, 처리액 공급 라인(210)의 개폐 밸브(210V)를 폐쇄한 상태로 한다. 또한, 혼합 밸브(208)의 가변 스로틀(208A, 208B)을 정해진 개방도의 개방 상태로 한다. 또한, 취출 라인(220)의 개폐 밸브(220V)는 폐쇄 상태이다.
그렇게 하면, 약액 라인(204A) 및 희석액 라인(204B)으로부터 각각 혼합 밸브(208)에 정해진 유량으로 약액 및 희석액이 유입되고, 이 유량비에 대응하는 혼합비로 약액 및 희석액이 혼합 밸브(208) 내에서 혼합되어, 처리액 공급 라인(210)으로 유출되고, 드레인 라인(216)으로 유출된다. 즉, 처음에는 조정한 처리액을 탱크(102)에 공급하는 것이 아니라, 폐기하는 예비 폐기 조작을 행한다. 통상, 약액 및 희석액의 유량이 안정될 때까지 어느 정도의 시간이 필요하기 때문에, 이러한 예비 폐기 조작을 행하는 것이 바람직하다.
예비 폐기 조작 중, 농도계(212)에 의해 처리액의 농도가 감시되고, 처리액의 농도가 원하는 농도가 되도록 농도 컨트롤러(214)가 전술한 피드백 제어를 행한다. 농도계(212)에 의해 측정되는 농도가 허용 범위 내에서 안정되면, 드레인 라인(216)의 개폐 밸브(216V)를 폐쇄하고, 처리액 공급 라인(210)의 개폐 밸브(210V)를 개방하여, 탱크(102) 내에 처리액을 공급한다.
처리액 공급 라인(210)으로부터 탱크(102) 내에 처리액이 공급되고 있는 동안이나, 처리액 공급 라인(210)에 처리액을 흘리고 있는 동안은, 농도계(212)에 의해 농도가 계속적으로 감시된다. 농도 컨트롤러(214)는, 처리액의 농도가 목표치보다도 높은(낮은) 경우에는, 전공 레귤레이터(209B)로부터 정압 밸브(206B)에 공급되는 파일럿압을 변화시켜, 희석액의 유량을 증가(감소)시키고, 이에 따라 탱크(102) 내로 공급되는 처리액의 농도가 허용 범위 내에 유지되도록 한다.
이 제어는, 설정치(SV)(목표 농도)에 대한 측정치(PV)[농도계(212)의 검출치]의 편차에 기초하여 조작량(MV)[파일럿 압력, 즉 정압 밸브(206A)의 개방도]을 수정한다고 하는 피드백 제어에 의해 행해진다. 즉, 이 제어에는 유량 검출이라는 단계가 개재되어 있지 않기 때문에, 비싼 고정밀도의 유량 검출기 혹은 유량 검출기 내장형의 유량 조정기(액체 플로우 컨트롤러와 같은 것)가 필요 없다.
그런데, 통상, 농도계(212)는, 처리액 공급 라인(210)을 흐르는 처리액의 농도를, 정해진 샘플링 주기(예컨대 0.1∼0.2 ms 정도)로 측정하고 있다. 이하, 본 명세서에 있어서, 각 샘플링 시점에서의 처리액 농도를 「순간 농도」라고 부르는 경우도 있다. 상기한 예비 폐기 조작 중에 있어서의 농도계(212)에 의해 처리액의 농도 감시는, 각 샘플링 시점에서의 순간 농도치와 허용 농도 범위의 비교에 기초하여 행할 수 있다. 또한, 각 샘플링 시점에서의 순간 농도치를 측정치(PV)로 하고, 농도 목표치를 설정치(SV)로 하여, 피드백 제어를 행할 수 있다.
또한, 농도계(212)에 의해 측정되는 순간 농도는, 시간 경과와 함께 정해진 범위 내일수록 진동하기 때문에(그 이유는 후술함), 과도하게 민감한 감시 및 제어를 피하여 장치의 동작을 안정시키기 위해서, 개개의 순간 농도치 대신에 순간 농도의 이동 평균치에 기초하여 상기한 감시 및 피드백 제어를 행하여도 좋다.
탱크액 보충부(116)로부터 빈 탱크(102)(액처리 장치의 설치 직후, 탱크 내의 처리액의 전체 교환시 등)에 처리액을 공급하는 경우에는, 이하의 절차가 실행된다.
전술한 기본적 절차에 따라, 예비 폐기 조작이 정해진 시간 행해진 후, 정해진 농도로 조정된 처리액이, 처리액 공급 라인(210)으로부터 탱크(102) 내로 처리액이 공급된다. 이 때, 드레인 라인(118)의 개폐 밸브(118V) 및 취출 라인(220)의 개폐 밸브(220V)는 모두 폐쇄 상태이다.
탱크(102) 내에 어느 정도의 양의 처리액이 저장되면, 탱크(102) 내의 처리액의 액위가 정해진 높이가 될 때까지 동안 탱크(102) 내로의 처리액의 공급을 계속하면서, 펌프(106)를 동작시켜 순환 라인(104) 내에서 처리액을 순환시킨다.
탱크(102) 내에 정해진 양의 처리액이 저장되면, 처리 유닛(16)에서 기판의 처리를 시작한다. 즉, 탱크(102) 내에 저류한 처리액을 순환 라인(104)으로 순환시키고 있는 상태에서, 필요에 따라(처리 스케줄에 따라), 분기 라인(112)에 설치한 도시하지 않은 개폐 밸브, 유량 조정 밸브 등을 조작하여, 순환 라인(104)으로부터 분기 라인(112)을 통해 처리 유닛(16)으로 처리액을 보낸다. 이 처리액을 이용하여 처리 유닛(16) 내에서 기판에 정해진 처리가 행해진다.
또한, 처리액의 전체 교환을 행하는 경우에, 탱크에 처리액을 저장하기 전에 탱크 및 순환 라인을 포함하는 순환계를 플러싱액(예컨대 순수)에 의해 세정하여도 좋다. 이 경우, 플러싱액이 순환계에 남아, 처리액에 의한 프리워싱(pre-washing, 共洗い)으로도 완전히 제거되지 않는다고 하는 우려가 있으면, 처리를 시작하기 전에 후술하는 농도 감시의 절차에 따라 순환계 내에 있는 처리액의 농도를 확인하고, 이상이 있다면 후술하는 농도 보정의 절차에 따라 처리액의 농도 보정을 행하여도 좋다.
탱크(102) 내의 처리액은, 처리 유닛(16)에서 행해지는 액처리에 의해 소비됨으로써, 시간 경과와 함께 양이 감소된다. 그 때문에, 처리액이 정해진 양 감소되면, 탱크액 보충부(116)로부터 탱크(102) 내로 처리액을 보충한다. 처리액을 보충하고 있는 동안에도 액처리는 계속되고 있다. 또한, 탱크(102) 및 순환 라인(104)을 포함하는 순환계에 포함되는 처리액은, 용매(희석액)의 증발, 분해 등에 따라 시간과 함께 농도가 변화된다. 예컨대 처리액이 고온의 DHF(희불산)인 경우에는, DHF 중의 HF 농도는 시간의 경과와 함께 서서히 저하되어 가는 경우가 있다.
이 때문에, 처리액의 보충을 행할 때에, 탱크(102) 및 순환 라인(104)을 포함하는 순환계에 포함되는 처리액의 농도 보정이 행해진다. 예컨대, 측정된 처리액의 농도가 목표치보다 낮았다면, 목표치보다도 고농도의 처리액을 탱크(102)에 보충함으로써, 순환계에 존재하는 처리액의 농도를 목표치에 가까워지도록 한다.
농도 보정을 행하는 타이밍은, 장치의 운전 상황, 처리액이 시간 경과에 따라 변화되기 쉬운 것이지 여부, 「처리 허용 농도 범위(후술)」의 폭 등을 종합적으로 감안하여 정하면 좋지만, 예컨대 이하와 같이 설정할 수 있다.
(1) 액위계(120)에 의해 검출되는 탱크(102) 내의 액위가 어떤 임계치까지 저하되었을 때에, 처리액의 보충을 행하고, 이 때에, 농도 보정을 행한다(정기적인 농도 보정).
(2) 항상 또는 정기적으로(혹은 장치의 장기간 정지된 후 등의 농도 변화의 우려가 있을 때에) 순환계 내의 처리액의 농도를 감시하고, 농도가 「보정 기준 농도 범위(후술)」를 벗어났을 때에, 농도 보정을 행한다(감시에 기초한 농도 보정).
또한, 「보정 기준 농도 범위」는 이하와 같이 정의된다. 「보정 기준 농도 범위」를 설정하는 전제로서 「처리 허용 농도 범위」가 있다. 「처리 허용 농도 범위」란, 이 범위를 벗어난 농도의 처리액에 의해 기판의 처리를 행한 경우에 허용할 수 없는 문제가 생길 수 있는 범위를 의미한다. 또한, 「처리 허용 농도 범위」를 벗어난 경우에는, 액처리 장치는 즉시 비상 정지된다. 「보정 개시 농도 범위」는, 「처리 허용 농도 범위」보다도 좁은 농도 범위로서, 이 범위를 벗어난 상태에서 어느 정도의 시간 동안 액처리 장치의 운전을 계속하여도 용이하게 「처리 허용 농도 범위」를 벗어나는 일이 없는 안전 마진을 가지며 설정된다. 또한, 농도의 「목표치」란 예컨대, 「보정 개시 농도 범위」의 중앙치이다.
상기 (1)의 경우에 있어서도, 처리액의 보충 전에 적어도 한 번은 순환계 내의 처리액의 농도를 감시할 필요가 있다. 보충할 처리액의 양 및 농도를 결정하기 위함이다.
순환계 내의 처리액 농도의 감시를 행할 때에는, 펌프(106)를 동작시킨 채로, 개폐 기능을 이용하여 혼합 밸브(208)의 가변 스로틀 밸브(208A, 208B)를 폐쇄 상태로 하고, 취출 라인(220)의 개폐 밸브(220V)를 개방하고, 처리액 공급 라인(210)의 개폐 밸브(210V)를 개방한다. 또한, 드레인 라인(216)의 개폐 밸브(216)는 폐쇄해 둔다. 그렇게 하면, 순환 라인(104)의 접속 영역(110)보다도 약간 상류에서 흐르는 처리액의 일부가, 취출 라인(220)을 통해 처리액 공급 라인(210)으로 유입되고, 탱크(102)에 흐르게 된다. 따라서, 처리액 공급 라인(210)에 부설된 농도계(212)에 의해 순환 라인(104)을 통해 흐르는 처리액의 농도를 계측할 수 있다.
상기한 「(1) 정기적인 농도 보정」의 경우에는, 탱크(102) 내의 액위가 어떤 임계치까지 저하되었을 때에 처리액의 보충을 행하기 때문에, 처리액의 보충을 시작하는 시점에 있어서의 순환계 내에 존재하는 처리액의 총량은 기지이며, 따라서 탱크(102) 내의 처리액의 액위를 통상 상한 높이로 하기 때문에 보충해야 할 처리 액량은 알 수 있다. 따라서, 보충 전에 순환계 내에 존재하는 처리액의 농도를 알고 있으면, 보충 후에 순환계 내에 존재하는 처리액의 농도를 목표치로 하기 위해서 필요로 되는 보충할 처리액의 농도는 계산에 의해 용이하게 구할 수 있다. 이러한 계산은, 제어부(4)에 의해 행할 수 있다. 보충해야 할 농도를 알 수 있으면, 상기한 기본적 절차에 기초하여, 그 농도의 처리액을 탱크액 보충부(116)로부터 탱크(102)에 공급하면 좋다.
상기한 「(2) 감시에 기초한 농도 보정」의 경우에는, 드레인 라인(118)의 개폐 밸브(118V)를 개방하고, 액위계(120)에 의해 탱크(102)의 처리액의 액위를 모니터링하면서, 액위가 정해진 높이가 될 때까지 탱크(102) 내의 처리액을 배액(排液)한다. 그 후에는 「(1) 정기적인 농도 보정」과 동일한 절차를 실행하면 된다.
상기 실시형태에 따르면, 탱크(102)에 정해진 농도로 조정된 처리액이 공급되기 때문에, 탱크(102)로부터 순환 라인(104)으로 유출되는 처리액의 농도가 안정되어, 프로세스의 안정성을 향상시킬 수 있다. 탱크(102)에 복수 종의 원료액을 따로따로 공급하면, 이들 원료액이 탱크(102) 내에서 충분히 서로 혼합되기 전에 순환 라인(104)으로 유출되고, 그것이 처리 유닛에 의해 기판으로 공급되어 버릴 가능성이 있을 수 있지만, 상기 실시형태에서는 그와 같은 일은 없다.
또한, 상기 실시형태에 따르면, 처리액 농도의 제어는, 처리액 공급 라인(201)에 부설된 농도계(212)의 검출치에 기초한 밸브 개방도[정압 밸브(206B)의 개방도]의 피드백 제어에 의해 행해지기 때문에, 원료액의 혼합액인 처리액의 농도를 원료액의 유량 제어에 의해 간접적으로 제어하는 경우와 비교하여, 처리액 농도를 보다 신속하게, 또한 보다 정확하게 제어할 수 있다. 또한, 농도계(212)의 검출치에 기초하여 LFC(액체 플로우 컨트롤러)를 제어하는 경우에 필요로 되는, 농도로부터 필요 유량의 연산이라는 번거로운 계산을 생략할 수 있다.
상기 실시형태에 따르면, 탱크액 보충부(116)로부터 탱크(102)로 공급되는 처리액의 농도와, 순환 라인(104)을 통해 흐르는 처리액의 농도 양쪽 모두가, 공통의 하나의 농도계(212)를 포함하는 농도 측정 장치에 의해 측정할 수 있도록 되어 있기 때문에, 비싼 농도계의 수를 삭감할 수 있어, 액처리 장치의 비용을 저감할 수 있다.
그러나, 농도 측정 장치를 2개의 농도계로 구성하여도 좋다. 구체적으로는, 예컨대 도 3에 도시된 바와 같이, 순환 라인(104)을 흐르는 처리액의 농도를 측정하기 위한 농도계(212')를, 탱크액 보충부(116)로부터 탱크(102)로 공급되는 처리액의 농도를 측정하기 위한 농도계(212)와 별개로 설치하여도 좋다. 도 3에 도시된 대체 실시형태에 있어서는, 취출 라인(220')이 순환 라인(104)으로부터 분기되어 탱크(102) 내까지 연장되어 있고, 이 취출 라인(220')에 농도계(212')가 부설되어 있다. 또한, 취출 라인(220')을 설치하지 않고 순환 라인(104)에 농도계(212')를 직접 부착하는 것도 가능하다. 또한, 도 3에 있어서, 도 2에 도시된 부재와 동일한 부재에는 동일한 참조 부호가 붙여져 있다.
도 3에 도시된 대체 실시형태에 따르면, 순환 라인(104) 내를 흐르는 처리액의 농도와, 탱크액 보충부(116)로부터 공급되는 처리액의 농도를 동시에 측정하는 것이 가능하기 때문에, 처리액의 농도 변동에 대하여 신속하게 대처하는 것이 가능해지고, 또한, 정확한 농도 제어가 가능해진다.
다음에, 농도계(212)를 이용하여, 처리액 공급 라인(210)으로부터 탱크(102) 내에 공급되는[혹은 드레인 라인(216)에 폐기되는] 처리액의 농도를 감시하고, 또한 제어하는 방법의 다른 적합한 실시형태에 대해서 이하에 상세히 설명한다.
도 4에 혼합 밸브(208) 내의 약액 라인(204A)과 희석액 라인(204B)의 합류 부분의 구성의 일례를 나타낸다. 이 예에서는, 희석액인 DIW의 직선적인 흐름에 대하여, 이 흐름과 대략 직각인 방향으로 약액인 HF를 주입하고 있다. 액체(DIW 및 HF)는 모두 펌프에 의해 보내지고 있기 때문에, 액 흐름에는 불가피하게 약간의 압력 변동이 발생한다. 즉, 액의 유속을 정점 관측하면, 압력 변동과 연동하여 액의 유속이 (미시적으로 보면) 변동하고 있게 된다. 이 때문에, 도 4에 모식적으로 나타낸 바와 같은 액 흐름 방향의 약액 농도 분포(해칭 부분이 진한)가 발생한다. 또한, 실제로는 DIW 및 HF의 양쪽에 상기한 압력 변동이 있기 때문에, 실제의 약액 농도 분포는 더욱 복잡하다.
농도계(212)는 처리액 공급 라인(210)을 흐르는 처리액의 농도를, 정해진 샘플링 주기(예컨대 0.1∼0.2 ms 정도)로 측정하고 있다. 상기한 액 흐름 방향의 약액 농도 분포에 기인하여, 농도계(212)의 측정치는, 예컨대 도 5의 그래프에 도시된 바와 같이 심하게 진동한다. 도 5의 그래프에 있어서, 종축은 처리액(HF+DIW) 중의 HF 농도이고, 횡축은 시간 경과이다. 여기서는, HF 농도의 목표치는 0.0023%이며, 이 목표치가, 그래프 중에 있어서 실선의 수평선으로 나타내어진다. 또한, HF 농도의 목표치에 대한 변동의 허용 범위는 0.2%이며, 이 허용 범위는 2 라인의 파선의 수평선으로 나타내어진다.
도 5의 그래프에 도시된 바와 같은 농도계(212)의 측정치의 진동은, 처리액 공급 라인(210)을 흐르는 처리액의 탱크(102)에의 공급 가부를 판단(농도 감시)하는 데에 있어서, 장애가 된다. 또한, 혼합비의 피드백 제어도 불안정해진다. 전술한 바와 같이 검출치의 변동은, 불가피한 압력 변동에 의해 발생하므로, 농도계(212)의 측정치가 안정되어 허용 범위 내에 들어가는 일은 없기 때문이다. 전술한 실시형태에서는, 농도 감시 및 피드백 제어를 순간 농도치 또는 순간 농도치의 이동 평균에 기초하여 행하는 것으로 하였다. 그러나, 농도 목표치에 대하여 처리액을 보다 정확한 농도로 기판에 공급하는 경우에는, 순간 농도치의 이동 평균을 이용한 감시 및 제어에서는 충분하지 않아, 한층 더 개선의 여지가 있었다.
본 실시형태에서는, 미시적인 농도의 변동은 처리 결과에 아무런 악영향을 미치지 않는 것에 착안하여, 처리액의 농도의 평균치(여기서는 후술하는 바와 같이 적산 평균치)에 기초하여, 혼합비의 피드백 제어를 행하고, 처리액의 탱크(102)에의 공급 가부를 판단하는 것으로 하고 있다. 이하에, 판단 절차 및 상기 판단에 기초한 처리액의 공급에 대해서 도 6의 그래프 및 도 7의 흐름도를 참조하여 설명한다.
도 6의 그래프에 있어서, 종축은 처리액(HF+DIW) 중의 HF 농도이고, 횡축은 시간 경과이다. 높이 방향 중앙에 있는 수평인 실선(CT)이 농도 목표치이고, 이것은 도 5의 실선의 수평선에 대응한다. 2 라인의 수평인 일점쇄선(CS1, CS2) 사이에 있는 영역이, 적산 농도 감시 개시 기준 범위(±1%)이고, 2 라인의 수평인 파선(CA1, CA2) 사이에 있는 영역이, 농도 허용 범위[탱크(102)에 흘리는 것이 허용되고 있는 처리액의 농도 범위)(±0.2%)이고, 이것은 도 5의 파선의 수평선에 대응한다. 또한, 도 6에서는, 농도계(212)에 의해 검출되는 농도의 변동 파형이 단순한 톱형(鋸型)이지만, 이것은 도면의 간략화를 위함이며, 실제의 농도 변화는 도 5에 도시된 바와 같은 것이다.
앞서도 설명한 바와 같이, 우선, 약액 라인(204A) 및 희석액 라인(204B)으로부터 각각 혼합 밸브(208)에 농도 컨트롤러(214)에 의해 제어된 유량으로 약액 및 희석액이 유입되고, 그 유량비에 대응하는 혼합비로 약액 및 희석액이 혼합 밸브(208) 내에서 혼합되어, 처리액(혼합액)의 생성이 시작된다. 처리액의 생성의 개시 직후부터, 생성된 처리액(희석 약액)을 드레인 라인(216)에 유출시키는 예비 폐기 조작이 행해진다. 이 예비 폐기 조작의 개시 시점이, 도 6의 그래프에 있어서의 시점 T0에 대응하고, 도 7의 흐름도에 있어서의 단계 S1의 개시 시점에 대응한다. 즉, 시점 T0에서부터 순간 농도[농도계(212)에 의해 측정된 처리액의 농도의 개개의 생 데이터(raw data)]의 감시가 시작된다(단계 S1).
도 6의 예에서는, 예비 폐기 조작 개시 시점에 있어서의 희석 약액(HF+DIW=DHF), 즉 처리액의 농도가 목표치(CT)보다 높게 되어 있다(물론 낮은 경우도 있을 수 있음). 이 조건 하에서 농도 컨트롤러(214)에 의한 농도 제어가 시작되면, 희석액 라인(204B)을 흐르는 희석액의 유량이 증가해 나가고, 그 결과, 희석 약액의 농도가 목표치(CT)에 가까워져 간다. 이 때에도, 전술한 이유에 의해, 농도계(212)에 의해 검출되는 순간 농도치는, 심하게 진동하고 있다.
순간 농도치가 수평선[C1H(제1 상한치에 대응), C1L(제1 하한치에 대응)] 사이에 있는 적산 평균 감시 개시 기준 범위에 들면(도 6의 시점 T1, 도 7의 단계 S2의 Yes), 순간 농도의 적산 평균의 연산 처리 및 적산 평균치의 감시가 시작된다(도 6의 시점 T1, 도 7의 단계 S3). 예컨대, 연속되는 복수 개(예컨대 10개 정도)의 순간 농도치(데이터)가 적산 평균 감시 개시 기준 범위 내에 있는 것으로, 혹은 순간 농도치가 적산 평균 감시 개시 기준 범위 내에 일단 들어간 후에 정해진 시간 동안, 적산 평균 감시 개시 기준 범위를 벗어나지 않은 것으로 하여금, 「순간 농도가 적산 평균 감시 개시 기준 범위에 든」것이라고 판단할 수 있다. 도 6의 그래프의 예에서는, 시점 T1에 있어서, 연속되는 3개의 순간 농도치(데이터)가 적산 평균 감시 개시 기준 범위 내에 들고 있다.
이 명세서에 있어서 용어 「적산 평균」이란, 평균치 산출을 위해 최초로(즉, 여기서는 시점 T1에) 취득한 데이터 X1로부터 마지막으로 취득한 데이터 Xn까지의 모든 데이터의 상가평균((X1+X2+···Xn)/n)을 의미하고 있다. 따라서, 시간적으로 나중에 산출된 것일수록, 보다 많은 데이터의 평균치가 된다. 상기한 점에서, 「적산 평균」은, 평균 산출의 대상이 되는 데이터의 수가 항상 동일하고, 또한, 평균 산출의 대상이 되는 데이터 취득 기간이 서서히 시간적으로 늦은 쪽으로 시프트해 나가는 「이동 평균」과는 상이하다.
적산 평균치의 산출 및 산출 결과에 기초한 처리액의 공급 제어를 위해, 제어 장치(4)는, 농도계(212)로부터 보내져 오는 순간 농도 데이터를 축적하는 메모리를 갖고 있다.
농도 제어가 정상적으로 행해지고 있으면, 적산 평균치는 목표치로 수속해 나간다. 적산 평균치가 2 라인의 수평인 파선(CA1, CA2) 사이에 있는 농도 허용 범위 내에 들면(도 6의 시점 T2, 도 7의 단계 S4의 Yes), 제어 장치(4)는, 개폐 밸브(216V)를 폐쇄하고, 개폐 밸브(210V)를 개방한다. 이에 따라, 처리액(희석 약액)의 예비 폐기가 종료되고, 처리액 공급 라인(210)으로부터 탱크(102) 내로의 처리액(희석 약액)의 공급이 시작된다(도 7의 단계 S5). 예컨대 연속되는 복수 개(n)(예컨대 10개 정도)의 적산 평균치가 농도 허용 범위 내에 있는 것으로 하여금, 혹은, 적산 평균치가 농도 허용 범위 내에 일단 들어간 후에 정해진 시간(t) 적산 평균 허용 범위로부터 벗어나지 않는 것으로 하여금, 「적산 평균치가 농도 허용 범위 내에 든」것이라고 판단할 수 있다.
탱크(102) 내로의 처리액의 공급이 시작됨과 동시에(시점 T2), 제어 장치(4)는, 새로운 적산 평균치의 산출을 시작한다. 여기서 도 8을 참조하여, 새로운 적산 평균치의 산출 방법에 대해서 설명한다. 도 8에 있어서, 시점 T2에서는 100번째의 순간 농도 데이터가 취득되어, 시점 T2에 있어서의 (오래된) 적산 평균치는 (X1+X2+···X100)/100이다. 새로운 적산 평균치를 식(X100+X101+···XN)/(N-100+1)에 의해 산출하는 것도 가능하지만, 이와 같이 하면, 시점 T2의 직후의 단시간에 얻어지는 새로운 적산 평균치가 심하게 진동할 가능성이 높아, 이것을 판단 기준으로서 이용하는 것은, 판단의 안정성에 있어서 바람직하지 못하다.
그래서, 본 실시형태에서는, 새로운 적산 평균치의 산정을, 시점 T2에서부터 정해진 시간만큼 거슬러 올라간 시점 T2’에 취득된 순간 농도 데이터를 이용했다. 여기서는 순간 농도 데이터 X96을, 새로운 적산 평균치를 산출하기 위한 최초의 순간 농도 데이터로 한다. 즉, 새로운 적산 평균치는 식(X96+X97+···XN)/(N-100+5)에 기초하여 산출한다. 즉, 제어 장치(4)는, 시점 T2 후에 산출되는 적산 평균치의 산출에 이용되는 순간 농도의 데이터로부터, 시점 T2보다 전에 취득된 순간 농도의 데이터의 일부(시점 T1로부터, 시점 T2’직전의 시점까지 취득한 데이터)를 제외하고 계속해서 적산 평균을 계산하고 있는 것이라고 간주할 수도 있다. 또한, 시점 T2’에 있어서는, 연속되는 복수 개(상기 n보다도 적은 적당한 수, 예컨대 5개 정도)의 적산 평균치가 이미 농도 허용 범위 내에 있는 것, 혹은, 적산 평균치가 농도 허용 범위 내에 일단 들어간 후에 정해진 시간(상기 t보다 작은 적당한 시간) 농도 허용 범위로부터 벗어나 있지 않은 것이 바람직하다.
시점 T2 후, 제어 장치(4)는, 새로운 적산 평균치를 계속적으로 감시하고, 적산 평균치가 전술한 적산 평균 허용 범위를 벗어나면(도 7의 단계 S6의 Yes) 즉시, 개폐 밸브(216V)를 개방하고 개폐 밸브(210V)를 폐쇄한다. 이에 따라, 탱크(102) 내로의 처리액의 공급이 정지되고, 다시 드레인 라인(216)으로의 처리액의 예비 폐기가 행해지게 된다(도 7의 단계 S9).
이 재차의 예비 폐기의 개시 후, 단계 S1로 되돌아가도 좋다. 이 때, 단계 S2의 판단이 No인 상태가 계속되거나, 혹은 단계 S4의 판단이 No인 상태가 계속된다면, 어느 구성 기기에 이상이 있는 것으로 추정되기 때문에, 제어 장치(4)는 미리 설정된 시간을 경과한 후에 알람을 발생시킨다.
도 7의 단계 S6의 판단이 No로 되어 있는 상태가 유지되고 있다면, 필요한 양의 처리액이 탱크(102)에 저류될 때까지, 탱크(102)로의 처리액의 공급이 계속된다(도 7의 단계 S7, S8).
또한, 순간 농도치가 수평선 C1H(제1 상한치에 대응), C1L(제1 하한치에 대응) 사이에 있는 적산 평균 감시 개시 기준 범위에 들면(도 6의 시점 T1, 도 7의 단계 S2의 Yes에 대응), 범위에 든 시점에서 미리 정해진 시간(예컨대 1초)이 경과된 후에, 혼합비의 피드백 제어에 있어서의 측정치(PV)가, 농도의 적산 평균치로 전환되고, 피드백 제어가 목표 농도치(설정치 SV)에 대한 순간 농도치의 적산 평균치의 편차에 기초하여 행해지게 된다. 전환 전에 있어서의 피드백 제어에 있어서의 측정치(PV)로서는, 예컨대 순간 농도치의 이동 평균을 이용할 수 있다(설정치 SV는 동일 목표 농도치라도 좋음). 이와 같이 함으로써, 안정된 제어를 행할 수 있다. 또한, 탱크(102) 내로의 처리액의 공급이 시작됨과 동시에(시점 T2), 피드백 제어에 있어서의 측정치(PV)가, 전술한 것과 동일한 새로운 적산 평균치로 전환된다.
전술한 바와 같이 적산 평균을 이용하여 처리액의 농도의 제어 및 감시를 행함으로써, 장치의 농도 제어의 불안정함을 회피하면서, 탱크(102)에 의해 정확한 농도의 처리액을 공급할 수 있다. 실제로, 발명자의 시험에 따르면, 탱크(102)에 공급된 후에 순환 라인(104)을 흘러 충분히 균질화된 후의 처리액의 농도를 측정한 바, 처리액의 농도 허용 범위 내에 들어가 있었다. 순간 농도치 또는 그 이동 평균에 기초하여 혼합비의 제어 및 탱크(102)로의 처리액의 공급 개시의 가부를 판단하는 것도 가능하다. 그러나, 처리액 공급의 가부 판단에 비교적 복잡한 로직을 이용할 필요가 있게 되고, 또한, 판단에 긴 시간이 걸리는 경우도 있다. 또한, 제어가 불안정해져서 처리액의 농도가 허용 범위 내에서 안정될 때까지 매우 시간이 걸리는 경우도 있다. 판단 및 농도의 안정까지 장시간을 필요로 하면, 액처리 장치의 가동 효율이 저하되고, 또한, 예비 폐기로 버려지는 처리액의 양이 증가하기 때문에 경제적이지 못하다. 이것에 대하여, 적산 평균을 이용함으로써, 판단을 매우 단순한 로직에 기초하여 행할 수 있어, 탱크(102)로의 처리액의 공급 개시의 가부의 판단을 단시간에 행할 수 있다. 따라서, 기판에 정확한 농도의 처리액을 단시간에 공급할 수 있다.
다음에, 탱크(102) 및 순환 라인(104)을 포함하는 순환계 내에 있는 처리액을 전부 교체하는 데 있어서, 탱크(102)에 처리액을 모으기 전에 탱크 및 순환 라인을 포함하는 순환계를 플러싱액(예컨대 순수)에 의해 세정한 후에, 탱크(102)에 처리액을 공급하는 적합한 실시형태에 대해서 설명한다. 이 경우, 어느 정도의 양의 플러싱액이 순환계에 불가피하게 잔류하기 때문에, 정확한 농도의 처리액이 탱크(102)에 저류되도록 하는 것은 일반적으로 곤란하다.
이 실시형태에서는, 1회로 탱크(102)에 처리액을 만액(滿液) 상태가 될 때까지 공급하는 것은 아니며, 적어도 2회에 나누어 탱크(102)에 처리액을 공급한다. 1회째에는, 탱크(102)의 정격 용량의 대략 절반의 양의 처리액을 공급한다. 탱크(102)로의 처리액의 공급량은, 액위계(120)의 검출치에 기초하여 제어한다. 도 2에는 상세하게 기재하지 않지만, 액위계(120)는, 예컨대, 복수의 액위 센서(도시하지 않음), 예컨대 하한 액위(LL), 저액위(L), 고액위(H), 상한 액위(HH)를 각각 검출하는 4개의 액위 센서를 구비하여 구성되어 있다. 고액위(H)라고 하는 것은, 탱크(102)의 정격 용량의 처리액이 탱크(102) 내에 있을 때의 액위이며, 저액위(L)라고 하는 것은, 처리액의 소비에 의해 해당 저액위(L)보다도 액위가 낮아진 경우에 처리액의 보충이 요구되는 액위이다. 이 실시형태에서는, 제1 회째 처리액 공급에 의해, 탱크(102)에 저액위(L)까지 처리액을 공급하고, 제2 회째 처리액 공급에 의해 고액위(H)까지 처리액을 공급하는 것으로 한다.
제1 회째 처리액 공급에 대응하여, 우선, 탱크(102)에 저류해야 할 처리액의 목표 농도를 농도 컨트롤러(214)의 제어 목표치로서 설정한다. 이 제어 목표치로서의 농도는, 탱크(102)에 저류해야 할 처리액의 목표 농도와 완전히 같아도 좋지만, 플러싱 후에 순환계에 잔류하고 있는 플러싱액(여기서는 희석액과 동일한 순수)의 양을 고려하여 탱크(102)에 저류해야 할 처리액의 농도보다도 약간 높은 농도로 설정하여도 좋다. 이 상태에서, 도 7의 흐름도에 기재된 단계 S1∼S8의 절차를 실행한다. 단계 S5에서 탱크(102)에 처리액의 공급을 시작한 후, 탱크(102) 내에 어느 정도의 처리액이 저장되면[예컨대 하한 액위(LL)를 초과하면], 펌프(106)를 동작시켜, 순환 라인(104) 내에 처리액을 순환시킨다. 단계 S7에 있어서의 「처리액을 필요량 탱크에 공급했나?」는, 「탱크(102) 내의 처리액의 액위가 저액위(L)로 되었나?」로 고쳐 읽으면 된다.
단계 S1의 예비 폐기 조작을 행할 때에, 희석액 라인(204B)에 희석액을 흘리기 시작하고 나서부터 정해진 지연 시간의 경과 후에, 약액 라인(204A)에 약액을 흘리기 시작하는 것이 바람직하다. 지연 시간 동안에, 예컨대 농도계(212)의 건전성 확인을 행할 수 있다.
제1 회째의 처리액 공급의 단계(S8)가 종료되면, 개폐 기능을 이용하여 가변 스로틀 밸브(208A, 208B)를 폐쇄하고, 개폐 밸브(220V)를 개방하여, 취출 라인(220)을 통해 순환 라인(104) 내를 흐르고 있는 처리액을 처리액 공급 라인(210)에 흘리고, 농도계(212)에 의해 탱크(102) 및 순환 라인(104)을 포함하는 순환계 내에 있는 처리액의 농도를 측정한다(도 2의 구성이 채용되고 있는 경우). 측정 종료 후, 적당한 타이밍에, 개폐 기능을 이용하여 가변 스로틀 밸브(208A, 208B)를 개방하고, 개폐 밸브(220V)를 폐쇄한다.
농도 측정 결과에 기초하여, 제2 회째의 처리액 공급을 위한 농도 컨트롤러(214)의 제어 목표치를 결정한다. 즉, 측정된 농도가 탱크(102)에 저류해야 할 처리액의 목표 농도보다도 낮(높)으면, 상기 목표 농도보다도 높은(낮은) 농도를 농도 컨트롤러(214)의 제어 목표치로서 설정한다. 농도 목표치의 설정은, 현시점에서 순환계에 존재하고 있는 처리액의 양과, 제2 회째의 처리액 공급에 의해 공급되는 처리액의 비율이 기지이므로, 용이하게 산출할 수 있다. 이 제어 목표치의 연산은, 제어 장치(4)에 저장된 연산 프로그램에 의해 실행할 수 있다.
도 7의 흐름도에 기재된 단계 S1∼S8의 절차를 다시 실행한다. 늦어도 단계 S5의 개시 시점에서는 순환 라인(104) 내에 처리액이 순환하고 있는 것이 바람직하다. 단계 S7에 있어서의 「처리액을 필요량 탱크에 공급했나?」는, 「탱크(102) 내의 처리액의 액위가 고액위(H)가 되었나?」로 고쳐 읽으면 된다.
제2 회째의 처리액 공급이 종료되면, 제1 회째의 처리액 공급 후와 동일하게 하여, 농도계(212)에 의해 탱크(102) 및 순환 라인(104)을 포함하는 순환계 내에 있는 처리액의 농도를 측정한다. 측정된 농도가 목표 농도에 대한 허용 범위 내에 들어가 있으면, 탱크(102)로의 처리액의 공급 조작이 완료된다. 그 후, 임의의 시기에, 처리액을 처리 유닛(16)에 공급하여 기판의 처리를 행할 수 있다.
예컨대, 플러싱 후에 순환계에 잔류하고 있는 플러싱액의 양이 예상보다 상당히 많고, 이 때문에, 제1 회째의 처리액 공급 후에 측정된 순환계 내의 처리액의 농도가, 목표 농도보다 대폭 낮은 경우를 생각할 수 있다. 이 경우, 제2 회째의 처리액 공급에 있어서 공급하는 처리액의 농도(제어 목표치)를 대폭 높게 하고, 2회째의 처리액 공급 후에 있어서의 순환계 내의 처리액의 농도를 목표 농도에 대한 허용 범위 내에 넣는 것도 생각할 수 있다.
그러나, 목표 농도로부터 크게 벗어난 처리액을 생성하고자 하는 것은, 농도 제어 정밀도의 관점에서 바람직하지 못하다. 따라서, 제어 목표치의 허용 범위(상한치 및 하한치)를 설정하고, 제2 회째(3회째 이후도)의 처리액 공급시에 있어서의 농도 컨트롤러(214)의 제어 목표치를 허용 범위 내에서 설정한다. 그렇게 하면, 제2 회째의 처리액 공급이 종료된 후에 있어서도 또한, 순환계 내에 있는 처리액의 농도 목표 농도에 대한 허용 범위 내에 들지 않는 경우도 있다.
이 경우, 제2 회째의 처리액 공급의 완료 후에, 개폐 밸브(118V)를 개방하고, 탱크(102)로부터 정해진 양의 처리액을 배출하며[예컨대 탱크(102) 내의 액위가 저액위(L)가 될 때까지 배출함], 그 후, 제3 회째의 처리액 공급을 행한다.
제2 회째의 처리액 공급 후의 순환계 내의 처리액의 농도 측정을 행한 후, 제2 회째와 동일하게 하여 제3 회째의 처리액 공급을 위한 농도 컨트롤러(214)의 제어 목표치를 결정하고, 도 7의 흐름도에 기재된 단계 S1∼S8의 절차를 다시 실행한다. 액처리 장치의 운전 효율을 향상시킨다는 관점에서, 단계 S5까지의 절차를, 제2 회째의 처리액 공급 후의 탱크(102)로부터의 처리액의 배출과 병행하여 행하는 것이 바람직하다. 또한, 제3 회째의 처리액 공급이 종료된 후에 있어서도 또한, 순환계 내에 있는 처리액의 농도 목표 농도에 대한 허용 범위 내에 들지 않을 때에는, 제3 회째와 동일한 절차에 의해, 제4 회째 혹은 또한 그 이후의 처리액 공급을 행하여도 좋다.
도 2 및 도 3에 도시된 실시형태에 있어서, 도 9에 도시된 바와 같이, 혼합 밸브(208)의 하류측에, [상세하게는 약액 라인(204A) 및 희석액 라인(204B)의 합류점과, 처리액 공급 라인(210)으로의 농도계(212)의 접속점 사이의 위치에], 적어도 하나의 인라인 믹서(241, 242)를 설치하는 것이 바람직하다. 적어도 하나의 인라인 믹서는, (통상의) 스태틱 믹서(241)와, 시간차식 믹서(242)와의 조합으로 할 수 있다. 바람직하게는 스태틱 믹서(241)가 상류측에 설치되고, 시간 분할식 믹서(242)는 하류측에 설치된다. 여기서 「시간차식 믹서」라고 하는 용어는, 믹서 내에 유입되어 온 유체를 유로 길이가 상이한 복수의 유로로 분기시켜 흐르게 하여 그 후 다시 합류시키는 형식의 것을 의미한다. 「(통상의) 스태틱 믹서」라고 하는 용어는, 상기한 「시간차식 믹서」의 구성을 갖고 있지 않은 것으로, 믹서 내에 유입되어 온 유체를 분할, 전환, 반전시키는 형식의 것을 의미한다. 스태틱 믹서는 관 단면 방향의 농도 균일성이 우수한 혼합을 실현하기 쉬운 경향이 있고, 시간 분할식 믹서는 관 축선 방향의 농도 균일성이 우수한 혼합을 실현하기 쉬운 경향이 있다. 이러한 장점을 갖는 믹서를 조합함으로써, 관 단면 방향 및 관 축선 방향의 농도 균일성이 높은 희석 약액을 생성할 수 있다. 이러한 인라인 믹서를 설치함으로써, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 농도계(212)의 검출치의 진동이 완화되어, 처리액의 공급 가부의 판단을 보다 빠른 시점에서 행할 수 있다.
이상, 본 발명의 적합한 실시형태에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
상기한 실시형태에서는, 탱크액 보충부(116)가, 순환 라인(104)을 통해 처리 유닛(16)에 접속된 탱크(102)에 처리액을 공급하고 있지만[즉 처리액 생성 기구(206A, 206B, 208)가 생성된 처리액의 공급 목적 장소가 탱크(102)이지만], 이것에는 한정되지 않는다. 예컨대, 도 10에 도시된 바와 같이, 탱크액 보충부(116)와 동일 구성의 탱크액 보충부(116’)가, 탱크를 사이에 두지 않고 처리 유닛(16)에 처리액을 공급하여도 좋다. 도 10의 실시형태에서는, 처리액 공급 라인(210)의 접속 영역(110’)에 분기 라인(112)을 통해 하나 또는 복수의 처리 유닛(16)이 접속되어 있다. 탱크액 보충부(116’)에 의한 처리액의 공급 절차는, 탱크액 보충부(116)에 의한 처리액의 공급 절차와 동일하다. 즉, 예컨대 도 7의 흐름도에 기재된 절차가 실행되고, 단계 S4에 있어서의 판단 결과가 Yes가 되면, 개폐 밸브(216V)를 폐쇄하고 개폐 밸브(210V)를 개방함으로써, 드레인 라인(216)을 통한 예비 폐기 조작을 종료하고, 처리 유닛(16)으로의 처리액의 공급을 시작한다. 이들의 복수의 처리 유닛(16)에 순차적으로 기판을 투입하고, 기판에 처리액을 공급할 때에는, 각 처리 유닛(16)의 처리 스케줄에 따라, 개폐 밸브(112V)를 개방함으로써 대응하는 처리 유닛(16)에 처리액을 공급한다. 이 경우, 예컨대, 접속 영역(110’) 내의 압력의 안정화를 위해, 접속 영역(110’)보다 하류측의 처리액 공급 라인(210)의 말단 부분(210’)에 릴리프 밸브(300)를 설치하여도 좋다. 예비 폐기 조작은, 접속 영역(110’)보다 하류측의 처리액 공급 라인(210)의 말단 부분(210’)을 통해 행하여도 좋지만[이 경우, 도 10에 도시된 릴리프 밸브(300)는 설치하지 않거나, 말단 부분(210’)으로부터 분기되는 드레인 라인을 설치함], 본 실시형태와 같이 공급 목적 장소보다도 상류측에 있는 드레인 라인(216)을 통해 행함으로써, 예비 폐기하는 처리액의 양을 줄일 수 있어, 단시간에 기판에 처리액을 공급할 수 있다.
또한, 예컨대, 농도계(212)가 설치되어 있는 위치보다도 상류측에 설치되는 디바이스(즉 처리액 생성 기구를 구성하는 디바이스)는, 도 2 및 도 3에 도시된 정압 밸브와 가변 스로틀 밸브의 조합에 한정되지 않고, 농도계(212)의 검출치에 기초하여 원하는 정밀도로 농도 조절을 행할 수 있는 것이라면, 임의이다. 예컨대, 정압 밸브와 가변 스로틀 밸브의 조합 대신에, LFC 등의 유량 제어기를 설치하여도 좋다.
또한, 예컨대, 정압 밸브와 가변 스로틀 밸브의 조합에 있어서, 정압 밸브의 설정을 고정하여(2차측 압력을 변화시키지 않음), 가변 스로틀 밸브의 개방도 조절에 의해, 혼합부로 유입되는 원료액의 흐름을 제어하여도 좋다.
또한, 예컨대, 대유량의 원료액(DIW)의 흐름을 조절하는 대신에, 소유량의 원료액(HF)의 흐름을 조절함으로써, 처리액의 농도를 조절하여도 좋다.
상기한 실시형태에 있어서, 처리 유닛(16)으로 처리되는 기판은, 반도체 웨이퍼, LCD용 유리 기판, 세라믹 기판 등, 반도체 장치 제조의 기술 분야에서 이용되는 임의의 기판으로 할 수 있다.
4 : 제어 장치 16 : 액처리부(처리 유닛)
102 : 탱크 104 : 순환 라인
112 : 분기 라인
206A, 206B : 정압 밸브(처리액 생성 기구)
208 : 혼합 밸브(처리액 생성 기구) 210 : 처리액 공급 라인
210V, 216V : 전환 기구 212 : 농도 측정 장치
212, 212’ : 농도 측정 장치(제1 농도 측정부, 제2 농도 측정부)
216 : 드레인 라인

Claims (5)

  1. 적어도 2종류의 원료액의 각각의 공급원으로부터 공급되는 원료액을 혼합하여 처리액을 생성하는 처리액 생성 기구와,
    상기 처리액 생성 기구에 의해 생성된 처리액을 이용하여 기판에 액처리를 실시하는 액처리부와,
    상기 처리액 생성 기구에 의해 생성된 처리액을, 상기 액처리부 또는 상기 액처리부에 접속된 공급 목적 장소에 공급하는 처리액 공급 라인과,
    상기 처리액 공급 라인을 흐르는 처리액의 순간 농도를 측정하는 농도 측정 장치와,
    상기 처리액 생성 기구에 의해 혼합되는 원료액의 혼합비를 제어하는 제어 장치
    를 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 농도 측정 장치에 의해 측정된 순간 농도의 적산 평균치를 순차적으로 산출하고, 그 적산 평균치를 감시하며, 상기 적산 평균치가 목표 농도에 관한 미리 정해진 허용 범위 내에 들도록 상기 처리액 생성 기구를 제어하는 것을 특징으로 하는 것인 기판 액처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 처리액 공급 라인 상의 분기점에서 상기 처리액 공급 라인으로부터 분기되고, 상기 처리액 공급 라인으로부터 처리액을 배출하기 위한 드레인 라인과,
    상기 처리액 생성 기구에 의해 생성된 처리액이 상기 드레인 라인에 흐르도록 하는 제1 상태와, 상기 처리액 생성 기구에 의해 생성된 처리액이 상기 액처리부 또는 상기 공급 목적 장소에 공급되도록 하는 제2 상태 사이에서 전환을 행할 수 있는 전환 기구
    를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 적산 평균치가 상기 미리 정해진 허용 범위 내일 때에는, 상기 전환 기구를 제2 상태로 하고, 상기 적산 평균치가 상기 미리 정해진 허용 범위로부터 벗어났을 때에는, 상기 전환 기구를 상기 제1 상태로 하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 것인 기판 액처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어 장치는, 전환 기구가 상기 제1 상태로부터 상기 제2 상태로 전환되었을 때에, 그 후에 산출되는 적산 평균치의 산출에 이용되는 순간 농도의 데이터로부터, 전환 기구가 상기 제1 상태로부터 상기 제2 상태로 전환되기 전에 취득된 순간 농도의 데이터의 일부를 제외하는 것인 기판 액처리 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공급 목적 장소가, 상기 액처리부에 순환 라인을 통해 접속된 처리액을 저류하기 위한 탱크인 것인 기판 액처리 장치.
  5. 적어도 2종류의 원료액의 각각의 공급원으로부터 공급되는 원료액을 혼합하여 처리액을 생성하는 처리액 생성 기구와, 상기 처리액 생성 기구에 의해 생성된 처리액을 이용하여 기판에 액처리를 실시하는 액처리부와, 상기 처리액 생성 기구에 의해 생성된 처리액을, 상기 액처리부 또는 상기 액처리부에 접속된 공급 목적 장소에 공급하는 처리액 공급 라인과, 상기 처리액 공급 라인을 흐르는 처리액의 순간 농도를 측정하는 농도 측정 장치를 구비한 기판 액처리 장치를 이용하는 기판 액처리 방법에 있어서,
    상기 처리액 생성 기구에 의해 혼합되는 원료액의 혼합비를 제어하면서 처리액을 생성하고, 생성된 처리액을 상기 처리액 공급 라인에 흘리는 것과,
    상기 농도 측정 장치에 의해 상기 처리액 공급 라인을 흐르는 처리액의 순간 농도를 측정하는 것과,
    상기 농도 측정 장치에 의해 측정된 순간 농도의 적산 평균치를 순차적으로 산출하고, 그 적산 평균치를 감시하는 것과,
    감시하고 있는 상기 적산 평균치가 목표 농도에 관한 미리 정해진 허용 범위 내에 든 처리액을 상기 액처리부 또는 상기 공급 목적 장소에 흘리는 것
    을 포함하고,
    상기 원료액의 혼합비의 제어는, 상기 적산 평균치가 상기 목표 농도에 관한 미리 정해진 허용 범위 내에 들도록 상기 처리액 생성 기구를 제어함으로써 행해지는 것인 기판 액처리 방법.
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