(57)【要約】【課題】処理液投入量を高精度に制御でき、処理液への気泡混入および処理液の飛散を抑制できる処理液投入装置を提供する。【解決手段】薬液投入装置１２は、薬液貯留槽２８から調合槽１１へと薬液を供給する薬液投入配管２１を備えている。薬液供給配管２１は、可撓性配管で構成されており、その先端部付近に浮き部材２４が固定されている。浮き部材２４は、調合槽１１内における処理液１５の液面の上下動に追従し、薬液投入配管２１の吐出口２１ａを当該液面に位置させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理するための処理液を貯留する処理液タンクに処理液を投入するための処理液投入装置であって、
前記処理液タンク内に処理液を吐出する吐出口を先端部に有し、処理液供給源から前記処理液タンクへと処理液を供給する配管と、
前記配管の前記先端部付近に設けられ、前記配管の前記先端部付近を前記処理液タンクに貯留されている処理液の液面に位置させる浮き部材とを含む、処理液投入装置。
【請求項２】
前記配管が、前記処理液タンク内の処理液の液面に従う前記浮き部材の上下動に伴って変形する可撓性配管部を含む、請求項１記載の処理液投入装置。
【請求項３】
前記配管が、前記処理液タンク内の処理液の液面に従う前記浮き部材の上下動に伴って屈曲する屈曲部を有している、請求項１記載の処理液投入装置。
【請求項４】
前記配管が、前記処理液タンク内の処理液の液面に従う前記浮き部材の上下動に伴って伸縮する伸縮可能配管部を含む、請求項１記載の処理液投入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板処理用の処理液を処理液タンクに投入するための装置に関する。処理液による処理の対象となる基板には、たとえば、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などが含まれる。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置や液晶表示装置の製造工程では、基板（半導体ウエハやガラス基板）を処理するための基板処理装置が用いられる。基板処理装置は、基板に対して、処理液（薬液またはリンス液（脱イオン化された純水等））を供給する。
処理液として薬液を用いる場合には、その濃度や混合比が、基板処理プロセスに大きく影響するので、その管理が重要である。そこで、薬液を調合する調合槽が設けられ、この調合槽に複数種類の処理液を各所定量ずつ投入することによって、所定濃度または所定混合比の薬液が調合される。この調合された薬液が、基板へと供給されることになる。
【０００３】
調合槽に薬液を投入するための１つの従来技術は、図６に示されている。原薬液が貯留された薬液タンク１内の薬液は、薬液投入配管２を通って調合槽３に投入される。薬液投入配管２には、薬液タンク１側から順に、定量ポンプ４および逆止弁５が介装されている。定量ポンプ４は、動作回数に比例した体積の薬液を送液するポンプである。逆止弁５は、定量ポンプ４が作動したときに、確実に一定量の薬液がその下流側に押し出されるようにするための抵抗として機能し、これにより、過剰送液を防止している。逆止弁５よりも下流側の薬液投入配管２は、液溜まりをなくして、定量ポンプ４からの送液量と調合槽３への投入量とを等しくするために、いずれの箇所においても下り勾配となっている。
【０００４】
たとえば、調合槽３内で薬液を所定濃度に希釈するときには、予め、所定量の純水（脱イオン化された純水）が調合槽３内に投入され、その状態で、定量ポンプ４が予め設定した回数だけ作動させられる。これにより、所定量の薬液が調合槽３に投入され、所定濃度に希釈された薬液が得られる。
【特許文献１】特開平１１−２０７２７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
薬液投入配管２の先端である吐出口２ａが、図６に示すように、調合槽３に貯留された処理液６の液中に位置していると、吐出口２ａが処理液６によって閉塞されるので、逆止弁５と吐出口２ａとの間の薬液投入配管２内に空気溜まりが生じる。この空気溜まりは、薬液のスムーズな落下を妨げ、その結果、調合槽３に実際に投入される薬液量の精度を悪化させる原因となる。
【０００６】
逆止弁５の直下流部における圧力は、定量ポンプ４の吐出圧力から逆止弁５のクラッキング圧力を減じた値となるが、これよりも下流側の薬液投入配管２内では圧力が降下する。そのため、定量ポンプ４を作動させても、前述の空気溜まりを解消することができない。定量ポンプ４を繰り返し作動させることによって空気溜まりよりも上流側に薬液が溜まって空気溜まりを押し下げ、或る程度の薬液が溜まると、この薬液はその自重によって落下し、これに伴って空気溜まりが元の高さまで復帰する。これが、現実に観測される現象であり、調合槽３内へと向かう薬液のスムーズな流れを形成することができない。
【０００７】
一方、図７に示すように、薬液投入配管２の吐出口２ａが調合槽３に貯留された処理液６の液面よりも上方に配置すれば、上記の問題は解決される。ところが、この場合には、吐出口２ａから吐出される薬液が処理液６の液面に衝突するときの衝撃によって、無数の微小な気泡が処理液６中に混入する。大きな気泡は速やかに解消するのに対して、微小気泡は容易には解消しない。そのため、微小気泡が混入した処理液６が基板に供給されることになり、高品質な基板処理が阻害される。しかも、処理液６に混入した気泡により、処理液６が酸化してしまうという問題もある。
【０００８】
それだけでなく、薬液が処理液６の液面に衝突することによって、微小な飛沫となった薬液が周囲に飛び散って調合槽３の内壁面に付着し、やがて結晶化する。薬液結晶は、調合槽３において処理液の調合を繰り返すうちに、調合槽３の外部にはみ出すほどに成長することになる。これを抑制または防止するためには、調合槽３をたびたび洗浄しなければならず、メンテナンスが煩雑であるばかりか、基板処理装置の運転停止時間が長くなり、生産性にも大きな影響を及ぼす。
【０００９】
そこで、この発明の目的は、処理液投入量を高精度に制御できる処理液投入装置を提供することである。
また、この発明の他の目的は、処理液への気泡混入および処理液の飛散を抑制できる処理液投入装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板を処理するための処理液を貯留する処理液タンク（１１）に処理液を投入するための処理液投入装置（１２）であって、前記処理液タンク内に処理液を吐出する吐出口（２１ａ）を先端部に有し、処理液供給源（２８）から前記処理液タンクへと処理液を供給する配管（２１）と、前記配管の前記先端部付近に設けられ、前記配管の前記先端部付近を前記処理液タンクに貯留されている処理液の液面に位置させる浮き部材（２４）とを含む、処理液投入装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
【００１１】
この構成によれば、浮き部材は、処理液の液面に従って上下動し、配管の先端部を液面に位置させる。これにより、吐出口が液面に位置することになる。
そのため、吐出口が処理液によって閉塞されにくくなるので、配管内に空気溜まりが形成されることを抑制または防止できる。こうして、配管内で処理液を円滑に流すことができるので、処理液タンク内への処理液の供給を良好に行うことができ、たとえば、処理液タンクへの処理液投入量を高精度に制御できる。
【００１２】
また、吐出口が液面に位置することにより、吐出口から吐出された処理液が処理液内に貯留されている処理液の液面に激しく衝突することを抑制または防止できる。その結果、処理液中への微小気泡の混入や処理液飛沫の飛散に伴う結晶成長の問題を抑制または防止できる。
請求項２記載の発明は、前記配管が、前記処理液タンク内の処理液の液面に従う前記浮き部材の上下動に伴って変形（曲がり変形）する可撓性配管部を含む、請求項１記載の処理液投入装置である。
【００１３】
この構成により、浮き部材の上下動に伴って可撓性配管部が変形し、その結果、配管の先端部を液面に位置させることができる。
前記可撓性配管部は、可撓性素材からなるものであることが好ましい。また、前記配管の少なくとも吐出口から所定長の部分が前記可撓性配管部とされていることが好ましい。
請求項３記載の発明は、前記配管が、前記処理液タンク内の処理液の液面に従う前記浮き部材の上下動に伴って屈曲する屈曲部（４５）を有している、請求項１記載の処理液投入装置である。この構成により、浮き部材の上下動に伴って屈曲部が屈曲し、その結果、配管の先端部を液面に位置させることができる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、前記配管が、前記処理液タンク内の処理液の液面に従う前記浮き部材の上下動に伴って伸縮する伸縮可能配管部（５０）を含む、請求項１記載の処理液投入装置である。この構成により、浮き部材の上下動に伴って伸縮可能配管部が伸縮し、その結果、配管の先端部を液面に位置させることができる。
前記処理液投入装置は、さらに、前記配管に介装され、前記処理液供給源からの処理液を前記処理液タンクへ向けて送り出すポンプ（２２）を含むことが好ましい。このポンプは、定量ポンプであることが好ましい。また、前記配管には、ポンプと吐出口との間に逆止弁（２３）が介装されていることが好ましい。
【００１５】
また、前記配管は、前記ポンプから処理液吐出口までの間が、液溜まりが生じないように単調な下り勾配形状に設計されていることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の第１の実施形態に係る処理液投入装置を適用した処理液供給装置の構成を説明するための概念図である。この処理液供給装置１０は、処理液タンクとしての調合槽１１と、薬液投入装置１２と、純水投入装置１３と、処理液供給配管１４とを含み、調合槽１１内の処理液１５を、処理液供給配管１４を介して基板処理ユニット１６へと処理液を供給するものである。調合槽１１には、液面センサ１７，１８，１９が付設されている。これらの液面センサ１７，１８，１９は、調合槽１１内に貯留された処理液１５の液面を検出する。これらの液面センサ１７，１８，１９は、異なる液面高さを検出するようになっており、これらの出力に基づいて、薬液投入装置１２および純水投入装置１３の制御、ならびに警報発生の制御などが行われるようになっている。
【００１７】
薬液投入装置１２は、薬液供給源からの薬液が薬液供給配管２０を介して供給される薬液貯留槽２８（処理液供給源）と、この薬液貯留槽２８から調合槽１１へと薬液を導いて投入する薬液投入配管２１と、この薬液投入配管２１に介装された定量ポンプ２２と、同じく薬液投入配管２１に介装された逆止弁２３と、薬液投入配管２１の先端部に取り付けられた浮き部材２４とを備えている。
【００１８】
薬液投入配管２１は、たとえば、軟質フッ素樹脂チューブ等の可撓性素材で作製された可撓性配管である。この薬液投入配管２１の先端は、薬液を吐出する吐出口２１ａとなっている。この吐出口２１ａの近傍である薬液投入配管２１の先端部の外周面に浮き部材２４が固定されている。
浮き部材２４は、図２に拡大して示すように、中空円筒状に形成されており、その軸線方向に沿う中央孔２５に薬液投入配管２１が挿通されて固定されている。
【００１９】
この浮き部材２４は、図１に示すように、調合槽１１内の処理液１５の増加とともに可撓性配管からなる薬液投入配管２１を曲げ変形させて、この薬液投入配管２１の先端部を処理液１５の液面に位置させるのに十分な浮力を発生するものである。より具体的には、浮き部材２４は、吐出口２１ａが処理液１５によって閉塞されることのないように、処理液１５の液面に位置させるように設計され、かつ、その薬液投入配管２１への取り付け位置が選択されている。
【００２０】
定量ポンプ２２は、動作回数に比例した量（体積）の薬液を、薬液貯留槽２８から吐出口２１ａへ向けて送り出す。逆止弁２３は、薬液投入配管２１において定量ポンプ２２の近くの下流側にあって、定量ポンプ２２が作動したときに、確実に一定量の薬液がその下流側に押し出されるようにするための抵抗として機能し、これにより、過剰送液を防止している。
【００２１】
逆止弁２３よりも下流側の薬液投入配管２１は、液溜まりをなくして、定量ポンプ２２からの送液量と調合槽１１への投入量とを等しくするために、いずれの箇所においても下り勾配（垂直の場合を含む）となっている。薬液投入配管２１は、この実施形態では、調合槽１１の天板部の貫通部２７を貫通し、調合槽１１内に処理液１５が貯留されていない状態では、図１において二点鎖線で示すように、鉛直方向に沿って垂下して、その下端である吐出口２１ａが調合槽１１の内底面付近に達するように配置されている。
【００２２】
処理液１５の液面の上昇によって浮き部材２４が上昇し、調合槽１１の内部で薬液投入配管２１が変形したとき（図１の実線で示す状態）にも、この調合槽１１の内部の薬液投入配管２１は全体として単調な下り勾配をなすことが好ましい。浮き部材２４が調合槽１１内で水平方向および垂直方向に移動することによって、このような下り勾配の形成が可能になる。したがって、調合槽１１内には、浮き部材２４の上記のような移動を許容する処理液貯留空間が確保されていることが好ましい。
【００２３】
一方、純水投入装置１３は、純水供給源からの純水（脱イオン化された純水）が純水供給配管３０を介して供給される純水貯留槽３８と、この純水貯留槽３８から調合槽１１へと純水を導いて投入する純水投入配管３１と、この純水投入配管３１に介装された純水バルブ３２と、純水貯留槽３８内に立設された摺り切り秤量管３３とを備えている。
摺り切り秤量管３３は、この実施形態では、純水貯留槽３８の底部を貫通した直管形状を有している。この摺り切り秤量管３３は、調合槽１１に投入すべき純水の量に対応した所定高さ（純水貯留槽３８の内底面からの高さ）の位置に液導入口３４を有し、この液導入口３４から導入された純水を純水貯留槽３８外へと排出させるオーバーフロー排出管である。したがって、純水バルブ３２を閉じた状態で、摺り切り秤量管３３から純水がオーバーフローするのに十分な量の純水を、純水供給配管３０を介して純水貯留槽３８に供給すれば、必要量の純水を秤量できる。
こうして秤量された純水は、純水バルブ３２を開くことによって、純水投入配管３１から調合槽１１へと投入される。この実施形態では、純水投入配管３１は、その下端の吐出口３１ａが、調合槽１１の内底面付近に達している。この純水投入配管３１は、この実施形態では、調合槽１１内の処理液１５の液面が上下動してもその形状が保持される剛性を有する配管素材で構成されている。
【００２４】
前述の定量ポンプ２２および純水バルブ３２は、マイクロコンピュータ等を含む制御装置４０によって制御される。調合槽１１における処理液１５の調合のために、制御装置４０は次のように動作する。
まず、制御装置４０は、純水バルブ３２を閉状態として、純水供給配管３０を介して、純水貯留槽３８に純水を供給させ、摺り切り秤量管３３から純水がオーバーフローした後に純水の供給を停止させる。これにより、純水の秤量が完了する。このとき、定量ポンプ２２は停止状態とされている。
【００２５】
次に、制御装置４０は、純水バルブ３２を開き、純水貯留槽３８内の全ての純水を、純水投入配管３１を通して、調合槽１１へと投入する。その後、純水バルブ３２を閉じる。
次いで、制御装置４０は、定量ポンプ２２を所定回数（所定時間）だけ作動させる。これにより、所望の希釈比に対応した量の薬液が、薬液貯留槽２８から薬液投入配管２１を介して調合槽１１に投入される。これにより、薬液および純水が所望の混合比で混合され、所望の濃度に希釈された薬液が得られる。
【００２６】
純水および薬液の調合槽１１への投入に伴って、調合槽１１内の処理液１５の液面が上昇すると、浮き部材２４がこれに追随して上昇して、薬液投入配管２１の曲がり変形を生じさせながら、その吐出口２１ａを液面に保持する。そのため、吐出口２１ａが処理液１５によって継続的に閉塞された状態とはならないので、逆止弁２３よりも下流側の薬液投入配管２１内に、薬液の滞留を引き起こす空気溜まりが生じることを効果的に抑制または防止できる。その結果、定量ポンプ２２によって逆止弁２３の下流側に送り出された薬液は、薬液投入配管２１内の単調な下り勾配流路に沿ってスムーズに流下し、吐出口２１ａから流れ出て、調合槽１１内の処理液１５に穏やかに合流する。
【００２７】
このようにして、この実施形態によれば、逆止弁２３の下流側における薬液の滞留を抑制または防止できる。これにより、所定量の薬液を高精度で調合槽１１に供給することができるので、処理液の高精度な調合が可能になり、基板処理の品質を向上することができる。
また、投入される薬液が調合槽１１内の処理液１５に激しく衝突することを抑制または防止できる。これにより、処理液中に微小気泡が混入することを抑制または防止できるので、微小気泡に起因する基板処理品質の悪化や、処理液の酸化の問題を抑制できる。さらには、薬液の飛び散りに起因する調合槽１１内外での薬液結晶成長を抑制できるから、調合槽１１の洗浄等の面倒なメンテナンス作業を軽減でき、その頻度を少なくすることにより、基板処理装置の稼働停止期間を短縮して、基板処理の生産性を向上することができる。
【００２８】
図３は、この発明の第２の実施形態に係る薬液投入装置の構成を説明するための概念図である。この図３において、前述の図１に対応する部分には、同一の参照符号を付して示す。
この実施形態では、薬液投入配管２１は、その形状を自己保持できる剛性を有する配管素材（たとえば、フッ素樹脂）で構成されており、調合槽１１内の途中部に、屈曲部としての関節部４５を備えている。この関節部４５から下流側の可動配管部４６は、関節部４５を回動中心として回動可能とされており、この実施形態では直管状に形成されている。そして、この可動配管部４６の先端部に浮き部材２４が固定されている。
【００２９】
関節部４５は、たとえば、管用の自在継手で構成することもできるし、可撓性管部材（たとえば、軟質フッ素樹脂からなるもの）で構成することもできる。
このような構成によって、調合槽１１内における処理液１５の液面の上下動に伴い、浮き部材２４が、可動配管部４６を関節部４５まわりに回動させながら上下動し、薬液投入配管２１の吐出口２１ａを液面に追従させる。このようにして、前述の第１の実施形態の場合と同様の効果を達成することができる。
【００３０】
図４(a)および図４(b)は、この発明の第３の実施形態に係る薬液投入装置の構成を説明するための概念図である。この図４において、前述の図１に示された各部に対応する部分には、同一の参照符号を付して示す。
この実施形態では、薬液投入配管２１は、その形状を自己保持できる剛性を有する配管素材（たとえば、フッ素樹脂）で構成されており、調合槽１１内の部分は、伸縮可能配管部５０となっている。伸縮可能配管部５０は、いわゆるテレスコープ構造を有しており、径の異なる複数の直管部５１，５２，５３が入れ子構造をなしてスライド自在に結合されて構成されている。すなわち、最大径の直管部５１内に、次に径の大きな直管部５２が挿入され、この直管部５２が、所定のストローク範囲で直管部５１に対して相対的に軸方向スライド可能とされているとともに、脱落を防止するように直管部５１に結合されている。同様に、直管部５２内にそれよりも径の小さな直管部５３が挿入され、この直管部５３が、所定のストローク範囲で直管部５２に対して相対的に軸方向スライド可能とされているとともに、脱落を防止するように直管部５２に結合されている。
【００３１】
直管部５１は、その上方の配管部５５に結合（この実施形態では一体化）されており、したがって、直管部５３の下端部が薬液投入配管２１の先端部となって、上下動するようになっている。この直管部５３の下端部に、浮き部材２４が固定されている。この構成により、調合槽１１内の処理液１５の液面の上下動に伴って、浮き部材２４は伸縮可能配管部５０を伸縮させながら上下動し、直管部５３の下端の吐出口を液面に追従させる。これにより、前述の２つの実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００３２】
吐出口２１ａが処理液１５によって閉塞されることを確実に防止するためには、図５に拡大した一部分解斜視図を示すように、吐出口２１ａの周縁部の一部に、上方に後退した切り欠き５７を形成しておくことが好ましい。さらに、この切り欠き５７に対向する位置において、浮き部材２４の下面の一部に、上方に後退した切り欠き部５８を形成しておくことが好ましい。
【００３３】
以上、この発明の３つの実施形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の第１の実施形態の構成において、薬液投入配管２１は、その全体が可撓性配管で構成されてもよいが、少なくとも、調合槽１１内の部分（より厳密には、最高液面から所定高さだけ上方の位置から下流側の部分）が可撓性配管とされればよい。
【００３４】
また、前述の第１および第２の実施形態において、処理液１５による吐出口２１ａの閉塞をより確実に防止するためには、図５に示した切り欠き５７のような切り欠きを吐出口２１ａの周縁部に形成しておくこととしてもよい。
さらに、前述の実施形態では、２種類の処理液（薬液および純水）が調合槽１１において調合される例について説明したが、３種類以上の処理液（たとえば、２種類の薬液および純水）が調合槽１１で調合される場合にも、この発明を容易に適用することができる。
【００３５】
また、前述の実施形態では、浮き部材２４が筒状に形成されている例について説明したが、筒状以外の任意の形状の浮き部材を薬液投入配管２１の先端部に固定しても同様の効果が得られる。また、浮き部材２４は、必ずしも中空構造である必要はなく、処理液１５に比較して十分に比重の小さな素材を用いる場合には、中実構造の浮き部材を適用することも可能である。
【００３６】
さらに、前述の実施形態では、薬液投入装置にこの発明が適用された例について説明したが、この発明は、純水等の薬液以外の処理液を処理液タンクに秤量して投入する構成に対しても同様に適用可能である。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る処理液投入装置を適用した処理液供給装置の構成を説明するための概念図である。
【図２】浮き部材の構造を説明するための図解的な部分拡大斜視図である。
【図３】この発明の第２の実施形態に係る薬液投入装置の構成を説明するための概念図である。
【図４】この発明の第３の実施形態に係る薬液投入装置の構成を説明するための概念図である。
【図５】薬液投入配管の吐出口近傍の構成を示す部分拡大斜視図である。
【図６】調合槽に薬液を投入するための従来技術を説明するための概念図である。
【図７】他の従来技術を説明するための概念図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    薬液タンク
２    薬液投入配管
２ａ  吐出口
３    調合槽
４    定量ポンプ
５    逆止弁
６    処理液
１０    処理液供給装置
１１    調合槽
１２    薬液投入装置
１３    純水投入装置
１４    処理液供給配管
１５    処理液
１６    基板処理ユニット
１７，１８，１９    液面センサ
２０    薬液供給配管
２１    薬液投入配管
２１ａ  吐出口
２２    定量ポンプ
２３    逆止弁
２４    浮き部材
２５    中央孔
２７    貫通部
２８    薬液貯留槽
３０    純水供給配管
３１    純水投入配管
３１ａ  吐出口
３２    純水バルブ
３３    擦り切り秤量管
３４    液導入口
３８    純水貯留槽
４０    制御装置
４５    関節部
４６    可動配管部
５０    伸縮可能配管部
５１，５２，５３    直管部
５５    配管部
５７    切り欠き
５８    切り欠き部
【図１】
2007260562.tif 000003
【図２】
2007260562.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2007260562.tif 000007
【図６】
2007260562.tif 000008
【図７】
2007260562.tif 000009