JP4863782B2 - 処理液供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス基板や半導体ウェーハなどの基板に処理液を供給する処理液供給装置に関する。

半導体用ポジ型レジストの現像原液であるＴＭＡＨ(テトラ・メチル・アンモニウム・ハイドロオキサイド)は、半導体フォトレジスト、ＴＦＴ液晶用現像液の原液で、需要が年々高まっているが、一方で、ＴＭＡＨ廃液の回収や再利用が課題となっている。その再利用の際に、リサイクルＴＭＡＨに含まれる不純物によって生じるフィルターの目詰まり等でディスペンス条件が不安定となるので安定したディスペンス量のコントロールが望まれている。そして、このコントロール技術として、ポンプ回転数を制御する方法と一定圧力式のポンプを使用する方法が知られている。

図４は、従来の処理液供給装置におけるポンプモータ立ち上がり特性を示したグラフであり、マニュアル運転にてサーボ回転数を固定し、モータの回転数制御のみでモータを始動した場合の瞬時流量（Ｌ／秒）と時間（秒）の関係を示している。モータが起動すると瞬時流量は１秒後に７Ｌ／秒、２秒後に９Ｌ／秒に達して設定回転数を超えているが、更に３秒後には１２Ｌ／秒以上までオーバーシュートを起こして、４秒目からは減少傾向となるが、５秒目においてもまだ８．５Ｌ／秒の瞬時流量があり、瞬間流量が８Ｌ／秒に落ち着くのに９秒かかっている。

特許文献１には図５に示すように、汚水処理施設おける流量調整槽から処理槽へ廃水を定量移送する定量性ポンプの運転制御方法が開示されている。即ち、ポンプの回転速度を制御するインバータと吐出量を実測する電磁流量計を併用し、電磁流量計からの信号を演算装置の組み込まれたインバータまたは外部制御装置にフィードバックし、前記インバータまたは外部制御装置に予め設定した吐出量一定となるよう回転速度の自動調整を行わせ、ポンプの始動直後もしくは停止直前または始動直後および停止直前の予め設定された一定時間を限り回転速度を高めたクリーニング運転を行わせる技術が開示されている。

また、特許文献２には、供給ノズルの内部をノズルの長さ方向に複数の処理液の流路を形成するように分割し、供給ノズルの移動速度を各塗布領域毎に変化させることにより、ウェーハの塗布領域毎にポンプのポンプ圧力を変化させて吐出流量を変えていても、ノズルのスキャン距離内での単位面積当たりの吐出量を合わせられるので、ウェーハの面内においてほぼ均一な量の現像液を供給する技術が開示されている。
特開２００５−９３２９号公報 特開２００３−１９７５１６号公報

特許文献１の発明においては、インバータ制御を行っており、交流モータを使い、インバータ方式によって駆動周波数を制御している。汎用モータをインバータで駆動した場合は、図５に示すように周波数−トルク特性においてピークを持ち、この例においては６０Ｈｚをピークとして、その両側、特に低周波数（回転数）においてトルク値が減少しているので起動トルクが不足する傾向がある。低回転数領域におけるトルク不足を改善する方法としては、専用のインバータモータを使う方法や、可変電圧可変周波数制御を使う方法があるが、どちらもコストが高くなるという問題がある。

特許文献２においては、流量制御は可能であるが、ポンプ圧力が小さく、現像液の単位時間あたりの吐出量が小さいので、ノズルの移動速度を小さくして所定領域にノズルがとどまる時間を長くして塗布時間を長くしないと所定現像液の吐出量を吐出できないので、時間がかかるという問題がある。

本発明は、上記の問題に鑑み、ウェーハ１枚当たりの処理時間を短縮し、しかも処理液の無駄を少なくするという処理液供給装置の課題を解決しようとするものである。

本発明においては、上記の課題を解決すべく、処理液貯留タンクと、処理液を供給するポンプと、処理液を吐出するノズルとを有する処理液供給装置において、この処理液供給装置は前記ノズルからの処理液の吐出量を定量化するために、前記ポンプとノズルの間に挿入された、ディスペンスのＯＮ／ＯＦＦ実行時にＯＮ初期吐出時から吐出される処理液の吐出量を積算する流量積算が可能な流量計を備え、この流量計はノズルからの吐出量によってポンプの回転数を可変させるフィードバックシステムを有し、このフィードバックシステムは、サーボモータ制御によってポンプ立ち上がり時の流量制御を行う際に、既定時間まではフィードバックシステムを使わずにサーボ回転数固定のマニュアル運転によって固定数制御を使い、その後に積算流量が一定となるようにフィードバック制御に切り替えてサーボモータの回転数を制御する構成とした。

前記流量計は、ノズルからの吐出量によってポンプの回転数を可変させるようなフィードバックシステムを有し、前記フィードバックシステムにおけるサーボモータ制御のポンプ立ち上がり時の流量制御において、サーボモータ制御によってポンプ立ち上がり時の流量制御を行う際に、既定時間（例えば３秒後）まではフィードバックシステムを使わずにサーボ回転数固定のマニュアル運転によって固定数制御を使い、その後に積算流量が一定となるようにフィードバック制御に切り替えてサーボモータの回転数を制御するフィードバック制御に切り替えるようにした。

本発明の処理液供給装置は、流量計の変化に対応してポンプ回転数の制御にフィードバックさせるので、フィルターの目詰まり度合いに関係なく常時一定量を吐出することが可能となり、現像液をレジストコーティングされた膜上に必要最低限（膜厚１ｍｍ）から最大値（３ｍｍ）までの塗布可能領域において安定したディスペンスが可能となることから、現像液を無駄にすることなくコストダウンし、しかも現像液のリサイクルも容易となる。

また、フィードバック制御を行うことで、ポンプ、フィルター、ノズル、電磁弁などの経年劣化や機器個体差に関係なく安定した吐出量の処理液供給が可能となる。

更に、ディスペンス開始時において、初期吐出時のポンプモータの立ち上がり時に発生するオーバーシュートによる吐出過剰を抑え、立ち上がりから設定流量値に安定するまでの時間を短縮することにより、処理液供給におけるムラを防止できる。

半導体や液晶ディスプレイなどの製造工程で現像液のリサイクル品を使う上で、追従性に劣るインバータを使わずに、しかもインバータよりも経年変化のない処理液供給が可能な装置を提供できる。

以下に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一機能を有するものは同一の符号とし、その繰り返しの説明は省略する。

図１は、本発明に係る処理液供給装置の外観図である。ベース１には基板載置ステージ２が取り付けられ、その上に処理されるウェーハＷが載置されている。ノズル昇降機構３でスリットノズル９がウェーハＷに適当な距離まで接近させられてから処理液の塗布が開始される。ウェーハＷの処理で使われる処理液は、タンク５からチューブ７ａからポンプ６に供給される。ポンプ６は図２に図示される制御回路１０からの制御信号によって固定数／サーボ回路を使って駆動される。ポンプ６から排出される処理液は、チューブ７ｂから流量計８を経由してチューブ７ｃよりスリットノズル９に供給される。

図２にはタンク５からスリットノズル９までの処理液の流路の概要が図示されている。タンク５に貯蔵される処理液は、チューブ７ａからポンプ６によって吸い込まれる。ポンプ６としては、例えば（株）イワキ製のケミカルギアポンプＧＭ−２５Ｘ型などが使えるが、これに限定されるものではない。ポンプ６の駆動源としては、ＤＣサーボモータやＡＣサーボモータが使えるほか、ステッピングモータを使うことも考えられる。

ポンプ６から移送された処理液はチューブ７ｂ内を流れ、流量計８の中を通過してからチューブ７ｃを通ってからスリットノズル９に注入される。流量計としては、積算機能を持つことが必須条件であり、前記積算機能は流量計本体に備わっていても良いし、外部制御装置の機能であっても良い。

また、流量センサーとしては、測定流体を羽根車に当てその回転数を流量値に換算する羽根車式、鉛直方向に設置されたパイプ中の浮きの上昇度合いで流量を検出する浮き子式、ファラデーの法則を応用した電磁式など多様な検出原理があり、主流は機械式と電気式である。しかし、機械式は、ゴミの詰まりや配管内汚れ（スケール）により誤動作して信頼性に乏しいので、機械式ではなく、本実施例ではファラデーの電磁誘導法則を利用した電磁式センサー（電気式）又は超音波式を使うこととした。なお、超音波式センサーを使う場合は、パルスドップラー方式と伝搬時間差方式があり、どちらを使うことも可能であるが、現像液のような清浄な液体の流量計測においては、計測対象の成分、温度、圧力などがふらついて音速が変化しても、流速演算に影響しないため安定した計測が可能な伝搬時間差方式が好ましい。

図３は、本発明による処理液供給装置の瞬時流量立ち上がり特性を示す図である。運転方法は、サーボ回転数固定のマニュアル運転とし、直径１５ｍｍの管径を持つ電磁流量計をダンピング時間１秒に設定して使っている。従来例の図４と比較すると、立ち上がり波形のピーク値と安定回転数領域（８Ｌ／秒に安定する領域）で比較すると、従来例で突出値が１．４Ｌ／秒であったものが、本実施例では０．９Ｌ／秒となり、約３６％の特性改善が見られた。

また、モータ起動時から瞬時流量が安定するまでの時間も、図４では約９秒かかっていたものが、本実施例では６秒となり、３３％の改善が見られ、立ち上がりから８Ｌ／秒に達した時点からピークを経て再び８Ｌ／秒に安定する時間を比較すると、図４の従来例では７秒かかっていたものが、本実施例においては４．５秒となり３６％の改善が見られた。即ち、本発明にあっては安定時間が長くなるので積算量が正確になる。

本発明の特徴として、現像液リサイクル時におけるディスペンス特性の安定性がある。例えば、１０００枚の基板（１１００ｍｍ×１３００ｍｍ；厚さ０．７ｍｍ）を処理した場合の本発明による図３と従来例の図４との比較をすると、初期値として１０秒で３０００ｃｃとし、実流量２３００〜３０００ｃｃのディスペンス設定に対し下記の結果を得た。

上記の通り、従来装置ではフィルターの目詰まりが検知出来ないので、１０００枚目では下限値で−２０％、上限値で−１７％の変動が見られた。これに対し、本実施例においては、流量計を使ったサーボ制御で流量を安定させているので変動は見られなかった。

本発明に係る処理液供給装置の外観図 本発明に係る処理液供給装置の処理液の流路の概要 本発明に係る処理液供給装置の瞬時流量立ち上がり特性を示すグラフ 従来技術の処理液供給装置の瞬時流量立ち上がり特性を示すグラフ 汎用モータを使ったインバータ方式の周波数−トルク特性を示すグラフ

符号の説明

１…ベース、 ２…基板載置ステージ、 ３…ノズル昇降機構、 ４…ノズルベースプレート、 ５…タンク、 ６…ポンプ、 ７ａ〜７ｃ…チューブ、 ８…流量計、 ９…スリットノズル、 １０…制御回路、 １１…オーバーフィード、 １０１…オーバーフィード、 Ｗ…ウェーハ。

Claims (2)

1. 処理液貯留タンクと、マニュアル運転とサーボ制御の切替可能な固定数／サーボ回路を使って処理液を供給するポンプと、処理液を吐出するノズルとを有する処理液供給装置において、この処理液供給装置は前記ノズルからの処理液の吐出量を定量化するために、
   前記ポンプとノズルの間に挿入された、ディスペンスのＯＮ／ＯＦＦ実行時にＯＮ初期吐出時から吐出される処理液の吐出量を積算する流量積算が可能な流量計を備え、この流量計はノズルからの吐出量によってポンプの回転数を可変させるフィードバックシステムを有し、
   このフィードバックシステムは、サーボモータ制御によってポンプ立ち上がり時の流量制御を行う際に、既定時間まではフィードバックシステムを使わずにサーボ回転数固定のマニュアル運転によって固定数制御を使い、その後に積算流量が一定となるようにフィードバック制御に切り替えてサーボモータの回転数を制御することを特徴とする処理液供給装置。
2. 請求項１に記載の処理液供給装置において、前記流量計は電磁式、超音波式、回転式のいずれかであることを特徴とする処理液供給装置。