JPH117324A - 希薄溶液の製造方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 濃度調整のための大きいタンクやポンプ、広
いスペースを必要とせず、低濃度の薬液の微妙な調整が
可能で、精度低下がなく、作業性よく、大量かつ安定的
に稀薄薬液を供給することのできる希薄溶液の製造方法
および装置を提供すること。 【解決手段】 主管路に段階的に流体通過面積可変のバ
ルブユニットを介して枝管を接続し、前記主管路に母液
を通過させつつ前記枝管から一定濃度の薬液を圧入して
均一に混合させ、前記薬液が前記母液に均一に混合した
領域において前記薬液の濃度を測定し、この測定結果に
基づいて、前記バルブユニットの流体通過面積を段階的
に制御することを特徴とする。薬液を母液中に間欠的に
注入し、この薬液圧入の圧入時間幅も併せて制御するよ
うにしてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造工程に
おけるシリコンウェハあるいは液晶基板製造工程におけ
るガラス基板などの洗浄に用いられる洗浄液やフォトリ
ソグラフィ技術に用いられるエッチング液のような稀薄
溶液を連続的に製造するのに用いられる希薄溶液の製造
方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子の集積度の向上に伴い
シリコンウェハの基板表面上の超微量物質の汚染が重要
な課題となってきている。このようにシリコンウェハの
表面は高度に清浄な状態を維持する必要があるため、半
導体製造工程の相当部分が洗浄工程になっており、この
洗浄工程に用いられる稀薄洗浄液の品質の維持と安定供
給が大きい課題となってきている。

【０００３】シリコンウェハの洗浄には、従来から水以
外の物質をほとんど含まない超純水が使用されてきてい
るが、超純水に微量のＨＦを添加した純水（以下「ＨＦ
ウォータ」と称する。）がより高い洗浄効果を有するこ
とがわかってきている。

【０００４】すなわち、ＨＦウォータをシリコンウェハ
の洗浄に用いた場合には、次の点で超純水より高い洗浄
効果が得られるのである。

【０００５】 シリコンウェハ表面での自然酸化膜の
成長抑制 シリコンウェハ表面の金属汚染防止効果 シリコンウェハ表面のパーティクル洗浄効果 従来、ＨＦウォータのような希薄薬液を調整する方法と
しては、一般に、タンクに母液と薬液とをポンプで供給
して混合するバッチ式混合システムが広く用いられてい
る。

【０００６】しかしながら、この方法では、濃度調整す
るための大きいタンクやポンプが必要になるため広いス
ペースを必要とし設備コストも高くなるという問題があ
った。 また、従来、タンクへの薬液の供給量の調整
は、可変コントロールバルブの開度の調整により行われ
ているが、この方法では低濃度の薬液の微妙な調整が非
常に難しいうえに、バルブの弁部分が経時的に「へた
り」を起こして実際の流体通過面積が設定値よりも大き
くなり精度が低下してしまうというの問題があった。
また、薬剤を一定容積の容器で計量してタンクに入れて
混合することも考えられるが、このような方法では、大
量かつ安定的に稀薄溶液を供給することが難しい上に、
スペースを広く必要とし、作業性も悪く、自動化が難し
いという問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したとおり、従来
の希薄溶液の製造方法では、次のような問題があり、そ
の解決が求められていた。

【０００８】(a) 濃度調整のための大きいタンクやポン
プを必要とする。 (b) 広いスペースを必要とする。 (c) 低濃度の薬液の微妙な調整が非常に難しい。 (d) バルブの弁部分が経時的に「へたり」を起こして精
度が低下してしまう。 (e) 大量かつ安定的に稀薄溶液を供給することが難し
い。 (f) 作業性が悪い。 本発明は、かかる従来の問題のない希薄溶液の製造方法
および装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、主管路に段階
的に流体通過面積可変のバルブユニットを介して枝管を
接続し、前記主管路に母液を通過させつつ前記枝管から
一定濃度の薬液を前記主管路に圧入して均一に混合さ
せ、前記枝管より下流の前記薬液が前記母液に均一に混
合した領域において前記主管内の前記薬液の濃度を測定
し、この測定結果に基づいて、前記バルブユニットの流
体通過面積を段階的に制御することを特徴とする。

【００１０】上記バルブユニットとしては、一般に、流
体通過面積比が１：２：４：８のオリフィスと、これら
のオリフィスを個々に独立的に開閉する電磁弁からなる
デジタルバルブユニットが使用される。このデジタルバ
ルブユニットは、コンピユータ制御により各オリフィス
の電磁弁の開閉を制御することにより、最小の流体通過
面積に対して１〜１５倍の流体通過面積比をとることが
できる。

【００１１】表１は、流体通過面積が１：２：４：８の
オリフィスＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの開閉により、１〜１５の流
体通過面積を取り得ることを示している。

【００１２】

【表１】 したがって、このデジタルバルブユニットは、例えばオ
リフィスＡの流体通過面積を主管路の１／１００にして
おけば、薬液：母液の混合比を１：１００〜１５：１０
０の範囲で調節することができる。

【００１３】さらに、このデジタルバルブユニットは、
オリフィスＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの開放する組合わせを所定の
開度となるように設定した上で、この所定の組合わせに
設定されたオリフィスを間欠的に開閉させて、開閉の時
間幅の比率から薬液の添加量を調節することもできる。
開と閉の時間幅の比を複数設定して選択できるようにし
ておけば、薬液：母液の混合比の範囲を広めるとともに
精度（段階）を高めることができる。なお、オリフィス
を開閉する弁の開閉速度は１回／０．２秒程度まで早く
することができる。

【００１４】例えば、オリフィスＡの流体通過面積を主
管路の１／１００にしておき、オリフィスの開と閉の時
間幅の比を、１：３，１：１，３：１の３通りに選択で
きるようにしておけば、薬液：母液の混合比を１／４０
０〜３５／４００の範囲で調節することができて供給精
度を３倍にすることができる。なお、オリフィスの開閉
サイクルは、開閉の頻度が高すぎると弁の傷みが早くな
り、遅過ぎると母液と薬液の混合が均一に行われるまで
に時間がかかって、濃度調節の応答時間が長くなるの
で、１０〜１５０回（開閉）／分程度であることが望ま
しい。

【００１５】本発明においては、通常、オリフィスの開
と閉の時間幅の比は、予め、設定しておき、この設定さ
れた開閉のタイミング内で、開放させるオリフィスの組
合わせを変化させることにより、薬液の供給量の制御が
行われる。

【００１６】なお、図２に示すように、主管路１に接続
した枝管２に、デジタルバルブユニット３を介挿させて
このデジタルバルブユニット３のみによって薬液の注入
量を制御するようにしてもよいが、図３に示すように、
デジタルバルブユニット３と可変コントロールバルブ４
とを並列に接続して用い、薬液の基本的な注入量の設定
を可変コントロールバルブ４の開度の調整で行い、デジ
タルバルブユニット３は、後述する濃度センサと協働し
たフィードバック制御用に用いるようにしてもよい。

【００１７】本発明で用いるバルブユニットの材質は、
通水する薬液の化学的影響やバルブユニットを開閉する
ことによる物理的影響を受けるため、それらの影響を受
けにくいテフロンのようなフッ素樹脂が適している。

【００１８】本発明においては、枝管の下流の適当な位
置に濃度センサが配置される。

【００１９】濃度センサは、使用する薬液の種類により
各種のものが使用されるが、薬液が電解質の場合には導
電率センサが適している。

【００２０】導電センサの検出結果は、一定時間ごとに
コンピュータに取り込まれる。

【００２１】本発明においては、導電センサの検出結果
に応じて、例えば、次のように、コンピュータによるバ
ルブユニットの制御が行われる。

【００２２】まず、コンピュータは、導電センサの測定
結果を取り込み、予め設定された値（濃度）と比較す
る。その結果が予め認められた誤差範囲内であれば、バ
ルブユニットの制御は行われない。比較結果が予め認め
られた誤差範囲を越えている場合は、コンピュータはバ
ルブユニットの制御機構に流体通過面積を一段下げる指
令を出し、逆に、比較結果が予め認められた誤差範囲を
割って濃度が低いときには、コンピュータはバルブユニ
ットの制御機構に流体通過面積を一段上げる（広くす
る）指令を出す。

【００２３】なお、薬液の供給を間欠的に行っている場
合において、バルブユニットの開度が全開あるいは全閉
近くで行われるようになった場合には、薬液の供給時間
幅を増減させる制御を合わせて行うようにする。

【００２４】さらに、本発明においては、主管路を開放
系にしておいて母液を定量的に供給するようにしてもよ
く、また、主管路を循環系にしておきユースポイントで
の使用量に応じて消費された稀薄薬液の量に応じて母液
を循環系に供給するようにしてもよい。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施例について詳細に説明する。

【００２６】図１は、本発明の一実施例の希薄薬液（フ
ッ酸）供給装置の構成を示した図である。

【００２７】図１において、主管路１には、自動バルブ
５、手動バルブ６を介して、一定流量が供給されてい
る。この主管路１には超純水の流量、水圧、比抵抗を測
定する流量センサ７、圧力センサ８、比抵抗（導電率）
計［指示・アラーム］９が設けられている。比抵抗計９
は常時は超純水の比抵抗を指示しているが、フッ酸の逆
流などにより低い比抵抗を検出し場合にアラームを発す
るものである。なお、比抵抗計９と枝管２の間の主管路
１には、フッ酸の逆流を防止するための逆止弁１０と手
動弁１１が介挿されている。

【００２８】枝管２には５０％のフッ酸（ＨＦ）が圧送
され、手動弁１２、逆止弁１３、流体通過面積比が１：
２：４：８のオリフィスと各オリフィスを個々に開閉す
る弁機構からなるデジタルバルブユニット１４、さらに
逆止弁１５を経て、このフッ酸が主管路１に注入され
る。デジタルバルブ１４は主管路１の超純水の流量に応
じて、予め５％のＨＦウォータが得られるように、各オ
リフィスの開閉パターン及び開放オリフィスの開閉時間
比が設定されている。

【００２９】枝管２の下流の主管路１には、センサチャ
ンバー１６が配置されている。センサチャンバー１５は
一定時間ごとに稀薄薬液を採取し濃度センサ１７は、そ
の濃度（比抵抗）を測定して、その結果をプロセスコン
トローラ１８内の演算装置に供給する。１９は、０．１
μフィルタであり、ここで濾過された稀薄薬液は手動バ
ルブ２１、自動バルブ２２を経て、ユースポイント２３
に供給される。２４は試料採取用の枝管であり、２５は
手動弁である。

【００３０】このように構成された本発明の実施例で
は、次のようにして濃度の一定した稀薄薬液が連続的に
製造される。

【００３１】まず、電磁バルブ５と手動バルブ６が開放
されて超純水が、主管路１に一定供給量で供給される
と、流量センサ７と圧力センサ８が、その流量、圧力を
検知してプロセスコントローラ１８に測定結果を送る。

【００３２】流量、圧力が予め設定した値よりも高すぎ
るか、低すぎる場合には、超純水を供給するポンプ（図
示せず。）の供給圧力が制御されて所定の流量、圧力で
超純水が供給されるように制御される。

【００３３】枝管２からは、主管路より高い圧力で５０
％フッ酸がデジタルバルブユニット１４を介して主管路
１に注入される。濃度センサ１７は、このようにして濃
度調整されたＨＦウォータの濃度（比抵抗）を測定し
て、その結果をプロセスコントラー１８内の演算装置に
供給する。演算装置は、この濃度データを予め設定され
た濃度の値（例えば５％フッ酸）と比較し、測定結果が
所定の誤差範囲を越えて高い場合には、プロセスコント
ローラ１８はデジタルバルブユニット１４の開度を１段
階低くし、逆に測定結果が所定の誤差範囲を越えて低い
場合には、プロセスコントローラ１８はデジタルバルブ
ユニット１４の開度を１段階高くして、５％濃度のＨＦ
ウオータがユースポイント２３に供給されるようにす
る。

【００３４】したがって、この実施例によれば、常に一
定の濃度のＨＦウオータをユースポイントに供給するこ
とができる。

【００３５】なお、以上の実施例においては、デジタル
バルブの流体通過面積のみを制御する例について説明し
たが、流体通過面積（オリフィスの開閉パターン）の制
御に加えて開放オリフィスの開閉の時間幅を制御するよ
うにしてもよい。

【００３６】また、以上の実施例では、ＨＦウォータの
製造に本発明を適用した例について説明したが、本発明
はかかる実施例に限定されるものではなく、半導体製造
ラインや液晶基板製造ラインで用いられるＡＰＭ（ＮＨ
₄ ＯＨ＋Ｈ₂ Ｏ₂ ）、ＨＰＭ（ＨＣｌ＋Ｈ₂ Ｏ₂ ）のよ
うな洗浄液やエッチング液の調整にも効果的に適用する
ことができる。

【００３７】（実験例）図１に示した装置で、５０％フ
ッ酸を設定濃度を１．０％として主管路（内径１２ｍｍ
φ）に注入し、濃度センサ１７（４０ｃｍ下流に設置）
で稀薄フッ酸の濃度を測定した。測定結果を図４に示
す。図から明らかななように、本発明の装置によれば濃
度の安定した稀薄薬液を供給することができる。

【００３８】次に、この装置でフッ酸の設定濃度を段階
的に変化させて、濃度センサ１７で稀薄フッ酸濃度を測
定した。測定結果を図５に示す。図から明らかなよう
に、本発明によれば設定濃度を変えると直にバルブユニ
ットの制御が働いて所定の濃度の稀薄薬液を得ることが
できる。

【００３９】さらに、この装置でフッ酸の設定濃度を一
定にして、純水の流量を変化させて濃度センサ１７で稀
薄フッ酸濃度を測定した。測定結果を図６に示す。図か
ら明らかなように、本発明によれば純水流量が急激に変
化しても直ちにバルブユニットの制御が働いて設定濃度
を維持することができる。

【００４０】の追随性を変化そのとの測定濃度がの注入
から所定の濃度となるまでの

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、濃度調整のための大き
いタンク、ポンプが不要となり、広いスペースの必要も
なくなる。

【００４２】また、段階的に流体通過面積可変のバルブ
ユニット（デジタルバルブユニット）を用いるので、低
濃度の薬液の微妙な調整が可能となり、作業性も向上
し、大量かつ安定的に稀薄薬液を供給することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の希薄薬液供給装置の一実施例を示し
た図。

【図２】 本発明の流体通過面積可変のバルブユニット
の使用状況を説明する図。

【図３】 本発明の流体通過面積可変のバルブユニット
の他の使用状況を説明する図。

【図４】 本発明の希薄薬液供給装置を用いた場合の稀
薄薬液の濃度安定性を示すグラフ。

【図５】 本発明の希薄薬液供給装置を用いて稀薄薬液
の設定濃度を段階的に変化させたときの設定濃度に対す
る追随性を示すグラフ。

【図６】 本発明の希薄薬液供給装置で設定濃度を一定
にして、純水の流量を変化させたときの稀薄薬液の濃度
安定性を示すグラフ。

【符号の説明】

１……主管路、２……枝管、３……デジタルバルブユニ
ット、４……可変コントロールバルブ、５……自動バル
ブ、６……手動バルブ、７……流量センサ、８……圧力
センサ、９……比抵抗（導電率）計、１０……逆止弁、
１１……手動弁、１２……手動弁、１３……逆止弁、１
４……デジタルバルブユニット、１５……逆止弁、１６
……センサチャンバー、１７……濃度センサ、１９……
プロセスコントラー、２０……０．１μフィルタ、２１
……手動バルブ、２２……自動バルブ、２３……ユース
ポイント、２４……試料採取用の枝管、２５……手動弁

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主管路に段階的に流体通過面積可変のバ
   ルブユニットを介して枝管を接続し、前記主管路に母液
   を通過させつつ前記枝管から一定濃度の薬液を前記主管
   路に圧入して均一に混合させ、前記枝管より下流の前記
   薬液が前記母液に均一に混合した領域において前記主管
   内の前記薬液の濃度を測定し、この測定結果に基づい
   て、前記バルブユニットの流体通過面積を段階的に制御
   することを特徴とする希薄溶液の製造方法。
2. 【請求項２】 主管路に段階的に流体通過面積可変のバ
   ルブユニットを介して枝管を接続し、前記主管路に母液
   を通過させつつ前記枝管から一定濃度の薬液を前記主管
   路に間欠的に圧入して均一に混合させ、前記薬液が前記
   母液に均一に混合した領域において前記主管内の前記薬
   液の濃度を測定し、この測定結果に基づいて前記バルブ
   ユニットの流体通過面積を段階的に制御するとともに、
   前記薬液圧入の圧入時間幅を制御することを特徴とする
   希薄溶液の製造方法。
3. 【請求項３】 母液の流れる主配管と、一定濃度に調整
   された薬液を加圧して前記主配管に設けた枝管を介して
   前記母液中に注入する薬液供給装置と、前記枝管に介挿
   された段階的に流体通過面積可変のバルブユニットと、
   前記枝管より下流の前記主配管に介挿された前記母液中
   の薬液濃度を測定する濃度センサと、前記濃度センサの
   濃度に基づいて前記バルブユニットの流体通過面積を段
   階的に制御する制御装置とを有すること希薄溶液の製造
   装置。
4. 【請求項４】 母液の流れる主配管と、一定濃度に調整
   された薬液を加圧して前記主配管に設けた枝管を介して
   前記母液中に間欠的に注入する薬液供給装置と、前記枝
   管に介挿された段階的に流体通過面積可変のバルブユニ
   ットと、前記枝管より下流の前記主配管に介挿された前
   記母液中の薬液濃度を測定する濃度センサと、前記濃度
   センサの濃度に基づいて前記バルブユニットの流体通過
   面積を段階的に制御するとともに前記薬液圧入の圧入時
   間幅を制御する制御装置とを有すること希薄溶液の製造
   装置。
5. 【請求項５】 前記流体通過面積可変のバルブユニット
   は、流体通過面積の異なる複数のオリフィスと各オリフ
   ィスを開閉する弁機構とを有し、前記各オリフィスを開
   閉する弁機構の制御により開度を段階的に制御すること
   を特徴とする請求項１もしくは２記載の希薄溶液の製造
   方法又は請求項３もしくは４記載の希薄溶液の製造装
   置。