JP3796332B2 - ミキシングによる純水温度の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、半導体製造工程においてウェハを洗浄するために使用される純水の温度の制御装置に係り、特に詳しくは、ミキシングにより純水温度を制御するようにした制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造工程においては、ウェハ上に粉塵等の粒子（パーティクル）が付着していると、トランジスタ等の微細な素子を含む回路を加工する上で障害となる。このため、パーティクルを含まない洗浄水でウェハ等が洗浄されることになる。
【０００３】
一方、半導体の回路加工の一環として、写真露光後に行われる湿式エッチングで使われる酸はフッ酸等の強酸であることから、ウェハ上への残留は好ましくない。このため、エッチング後には、ウェハの洗浄が必ず行われることになる。これら洗浄水には、パーティクルを含まないことばかりでなく、金属イオン等の一切の不純物を含まないことが要求される。このような不純物は、極微量といえどもウェハに付着すると、電気的特性に大きな影響を与え、半導体製品の歩留まりを悪化させることになる。
【０００４】
そこで、このような場合には、洗浄水として、純水と言われる極度に高純度な水が使われる。半導体製造設備は専用の純水製造装置を備え、洗浄装置及び湿式エッチング装置へ純水を送るようにしている。この種の純水製造装置では、その配管途中で不純物が混入することも避けられるべきである。
【０００５】
ところで、半導体製造設備で使用される純水には、温度管理の必要性があり、純水を所定温度に制御することが必要な場合がある。ここで、洗浄水の温度制御の方法としては、常温水と温水とをミキシングし、両者の割合を変えることにより、洗浄水の温度を所定温度に制御する方法がある。一般に、給湯器等においては、ボールバルブを内蔵した三方弁を使用して温水と常温水とのミキシングが行われている。この種の三方弁には、モータ駆動式のものが採用されることがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、半導体製造工程で使用される純水を、上記従来の装置を使用して温度制御を行おうとした場合、幾つかの問題がある。即ち、通常、三方弁の配管接合部は金属であることから、その金属イオンが溶出して純水を汚染させるおそれがある。或いは、三方弁がモータ駆動式のボールバルブである場合には、ボールの摺動部でパーティクルが発生し、同様に純水を汚染させるおそれがある。
【０００７】
一方、モータ駆動式の三方弁では、ギア等の機構部に金属が使われることになる。特に、半導体製造工程では、この種の三方弁が酸による腐食性雰囲気中に配置されることがあり、金属機構部を含む三方弁を使用することができないという問題もある。
【０００８】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、純水を汚染させることなく温度制御を行うと共に、腐食性雰囲気中での使用を図ることを可能としたミキシングによる純水温度の制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、温純水と常温純水とを三方弁によりミキシングすることにより純水の温度を制御するようにした純水温度の制御装置において、三方弁が、空気圧の作用を受けて作動することにより、温純水と常温純水とのミキシング割合を調整するようにしたエアオペレートバルブにより構成されることと、エアーオペレートバルブが、ケーシングと、そのケーシングに移動可能に設けられた弁体と、その弁体を空気圧により駆動するためのダイアフラムとを含むことと、ケーシング及び弁体が樹脂より構成され、ダイアフラムがゴムより構成されて純水と非接触に配置されることとを備えたことを趣旨とする。
【００１０】
上記の構成によれば、三方弁において温純水と常温純水とがミキシングされることにより、純水の温度が制御される。ここで、三方弁が空気圧の作用を受けて作動するエアーオペレートバルブで構成され、ギア等の金属機構を含むモータ駆動式のものでないことから、酸による腐食性雰囲気中の使用が許容される。更に、エアオペレートバルブのケーシング及び弁体が樹脂より構成され、ダイアフラムがゴムより構成されて純水と非接触に配置されることから、エアーオペレートバルブを通る純水中に金属イオンやパーティクルが入ることがない。
【００１１】
上記の目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１の発明の構成において、エアオペレートバルブに作用する空気圧を比例的に調整するために電気的に駆動される電空レギュレータと、エアオペレートバルブでミキシングされた純水の温度を検出するための温度検出手段と、検出された純水温度が所定の設定温度となるようエアオペレートバルブの開度を決定すべく電空レギュレータを制御するための制御手段とを備えたことを趣旨とする。
【００１２】
上記の構成によれば、請求項１の発明の作用に加え、エアオペレートバルブでミキシングされる純水の温度は温度検出手段により検出さ、その検出温度に基づいて制御手段が電空レギュレータを制御する。即ち、検出された純水温度が所定の設定温度になるようにエアオペレートバルブの開度を決定するために、制御手段が電空レギュレータをフィードバック制御し、これによって純水温度が設定温度に収束するように調整される。
【００１３】
上記の目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項２の発明の構成において、温度検出手段は、樹脂でコートされた白金抵抗体よりなることを趣旨とする。
【００１４】
上記の構成によれば、請求項２の発明の作用に加え、ミキシングされた純水の温度を検出するための手段が樹脂（例えば「フッ素樹脂」）でコートされた白金抵抗体で構成されることから、純水に金属イオンが流出することがない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のミキシングによる純水温度の制御装置を具体化した一実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
この実施の形態では、半導体製造工程でウェハを洗浄するために使用される洗浄装置において、本発明の純水温度の制御装置が適用される。
【００１７】
図１は純水温度の制御装置１の概念構成を示す。この制御装置１は、温純水と常温純水とを、三方弁としてのエアオペレートバルブ（以下、［ＡＶ」と表す。）２によりミキシングすることにより純水の温度を制御するようにしたものである。この制御装置１は、ＡＶ２の他に、電空レギュレータ３、温度検出手段としての白金抵抗体４及び制御手段としての温度コントローラ５を備える。
【００１８】
ＡＶ２は、空気圧の作用を受けて作動することにより、温純水と常温純水とのミキシング割合を調整するようにしたものである。ＡＶ２は温純水を導入するための第１の導入ポート６と、常温純水を導入するための第２の導入ポート７と、ミキシングされた純水を導出するための導出ポート８とを有する。ＡＶ２は、更に、空気圧により駆動される駆動部９を有する。第１の導入ポート６には、二方弁よりなるＡＶ１０により調節される温純水が導入される。この温純水の温度は、例えば「８０〜９０℃」程度である。第２の導入ポート７には、二方弁よりなる別のＡＶ１１により調節される常温純水が導入される。この常温純水の温度は、例えば「２０〜２５℃」程度である。
【００１９】
電空レギュレータ３は、ＡＶ２の駆動部９に作用する空気圧、即ち操作圧を比例的に調整するために電気的に駆動されるものである。図２は電空レギュレータ３の空気回路構成と電気回路構成を示す。このレギュレータ３は、給気用の給気比例弁２１、排気用の排気比例弁２２、圧力センサ２３及びＰＩＤ回路２４を有する。各比例弁２１，２２は、電磁弁よりなる。給気比例弁２１の入力ポートは、ＡＶ２を操作するための操作圧の供給源（図示しない）に接続される。排気比例弁２２の出力ポートは、排気管（図示しない）に接続される。給気比例弁２１の出力ポート及び排気比例弁２２の入力ポートはＡＶ２の駆動部９及び圧力センサ２３の入力ポートにそれぞれ接続される。ＰＩＤ回路２４は温度コントローラ５に接続される。ＰＩＤ回路２４には、ＡＶ２の駆動部９に対する操作圧を所定の目標値に調整するために、温度コントローラ５のコマンド信号が入力される。そして、ＰＩＤ回路２４は、ＡＶ２の駆動部９に作用する操作圧を、目標値に調整するために、各比例弁２１，２２を制御する。このとき、ＰＩＤ回路２４は、圧力センサ２３の検出値を監視し、その検出値が目標値になるように両比例弁２１，２２を制御する。このＰＩＤ回路２４は、温度コントローラ５からのコマンド信号に基づいて上記制御を実行し、ＡＶ２の開度を調整するために各比例弁２１，２２を制御する。そのために、このＰＩＤ回路２４は、所定の制御プログラムをそのメモリに記憶している。
【００２０】
白金抵抗体４はフッ素樹脂でコートされている。白金抵抗体４は、ＡＶ２においてミキシングされた純水の温度を検出するためのものであり、その一部がＡＶ２の導出ポート８において純水中に配置される。温度コントローラ５は、白金抵抗体４で検出された純水温度が所定の設定温度となるようＡＶ２の開度を決定すべく電空レギュレータ３を制御するためのものである。このコントローラ５には、任意の設定温度がユーザにより入力されるようになっている。このコントローラ５は、白金抵抗体４の検出値を監視し、その検出値が設定温度となるように電空レギュレータ３のフィードバック制御を実行する。そのために、このコントローラ５は、所定の制御プログラムをそのメモリに予め記憶している。
【００２１】
図３はＡＶ２の構造を示す断面図である。ＡＶ２はケーシング３１と、そのケーシング３１の内部に往復動可能に設けられた弁体３２と、前述した駆動部９とを備える。駆動部９は、弁体３２を空気圧により駆動するためのダイアフラム３３を含む。ケーシング３１は、前述した第１及び第２の導入ポート６，７、並びに導出ポート８を有する。ケーシング３１は、更に、各ポート６〜８を互いに連通させる弁孔３４を有する。導出ポート８には、前述した白金抵抗体４が配置される。
【００２２】
弁孔３４の上下両側には、弁室３５，３６がそれぞれ設けられる。この弁孔３４に設けられる弁体３２は、ロッド３７と、その上下両端に設けられた上弁部３８及び下弁部３９とを有する。各弁部３８，３９は、それぞれ対応する弁室３５，３６に配置される。各弁部３８，３９は、対応する各弁室３５，３６を上下に区画する。
【００２３】
図３において、上弁部３８より上側が、前述した駆動部９を構成する。同図において、上弁部３８の上端には、ダイアフラム受け４０が設けられ、このダイアフラム受け４０上に前述したダイアフラム３３が固定される。このダイアフラム３３により、駆動部９の内部が上側の加圧室４１と、下側の大気室４２とに区画される。加圧室４１には、電空レギュレータ３により調整される操作圧が、加圧ポート４３を通じて導入される。大気室４２には、大気ポート４４を通じて大気が導入される。
【００２４】
図３において、下弁部３９により区画された下側が、スプリング室４５を構成する。同図において、下弁部３９の下端には、スプリングガイド４６が設けられ、このガイド４６には、スプリング室４５に配置されたスプリング４７が係合する。このスプリング４７は、弁体３２を図面上方へ付勢する。スプリング室４５には、大気ポート４８を通じて大気が導入される。
【００２５】
上側の弁室３５において、弁孔３４の開口部は、上弁部３８に対応する上弁座４９を構成する。下側の弁室３６において、弁孔３４の開口部は、下弁部３９に対応する下弁座５１を構成する。従って、図３に示すように、弁体３２が上動することにより、下弁部３９が下弁座５１に当接し、上弁部３８が上弁座５１から離れる。その逆に、弁体３２が下動することにより、上弁部３８が上弁座４９に当接し、下弁部３９が下弁座５１から離れる。このような動きにより、ＡＶ２の開度が変えられる。この実施の形態では、弁体３２と弁孔３４とは、基本的には、各弁座４９，５１と対応する各弁部３８，３９とが互いに当接するだけであり、ロッド３７と弁孔３４とが互いに摺動することもない。このように、ＡＶ２では、その内部における各部材間の接触部分が極力少ないものになっている。
【００２６】
図３において、ケーシング３１は樹脂としてのポリプロピレンにより構成され、両弁部３８，３９を含む弁体３２はフッ素樹脂より構成される。ダイアフラム３３はゴムより構成されて純水と非接触に配置される。
【００２７】
次に、上記のように構成した純水温度の制御装置１の動作を説明する。上記の構成によれば、三方弁により温純水と常温純水とがミキシングされることにより、純水の温度が制御される。ここで、三方弁が空気圧の作用を受けて作動するＡＶ２で構成され、ギア等の金属機構を含むモータ駆動式のものでないことから、そのＡＶ２の酸による腐食性雰囲気中での使用が許容される。このため、腐食性雰囲気中においてもＡＶ２につき、使用を図ることができるようになる。
【００２８】
この実施の形態では、ＡＶ２のケーシング３１及び弁体３２が樹脂より構成される。特に、ケーシング３１はポリプロピレンにより構成され、弁体３２の両弁部３８，３９がフッ素樹脂で構成される。更に、弁体３２を作動させるためのダイアフラム３３がゴムより構成され、純水と非接触に配置される。従って、ＡＶ２を通る純水中に金属イオンやパーティクルが入ることがない。この結果、純水を汚染させることなくその温度を制御することができるようになる。
【００２９】
加えて、この実施の形態では、ＡＶ２でミキシングされる純水の温度が白金抵抗体４により検出さ、その検出温度に基づいて温度コントローラ５により電空レギュレータ３が制御される。即ち、ＡＶ２でミキシングされた純水の温度は、白金抵抗体４により検出される。検出される純水温度は、温度コントローラ５が電空レギュレータ３を制御するために監視される。つまり、検出された純水温度が所定の設定温度となるようにＡＶ２の開度を決定すべく、温度コントローラ５が電空レギュレータ３をフィードバック制御するのである。ここで、電空レギュレータ３はＡＶ１の駆動部９の加圧室４１に導入される操作圧の大きさを制御する。これにより、弁体３２が上下に移動し、上弁座４９と上弁部３８との間の流路面積と、下弁座５１と下弁部３９との間の流路面積との比率が変わる。これにより、ＡＶ２に導入される温純水と常温純水とのミキシング割合が変えられる。これにより、ミキシングされた純水の温度が設定温度に収束するように調整されることになる。この結果、純水温度を精密に、かつ速やかに設定温度に制御することができるようになる。つまり、純水温度の制御につき、高い精度、高い応答性を実現することができるのである。
【００３０】
併せて、この実施の形態では、純水温度をフィードバック制御するのに欠かせない温度検出のために、フッ素樹脂でコートされた白金抵抗体４が使用される。従って、ＡＶ２でミキシングされる純水中に白金抵抗体４の一部が配置されていても、白金抵抗体４が直に純水に接触することがなく、白金抵抗体４から純水中に金属イオンが流出することがない。この意味でも、純水を汚染させることなく純水温度をフィードバック制御することができるようになる。
【００３１】
尚、この発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で構成を適宜に変更して実施することもできる。
【００３２】
例えば、前記実施の形態では、ミキシングに使用される温純水及び常温純水の温度をそれぞれ「８０〜９０℃」、「２０〜２５℃」としたが、これ以外の温度とすることもできる。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明の構成によれば、三方弁をエアオペレートバルブにより構成し、エアーオペレートバルブのケーシング及び弁体を樹脂より構成し、同じくダイアフラムをゴムより構成して純水と非接触に配置している。従って、エアーオペレートバルブがモータ駆動式のものでないことから、酸による腐食性雰囲気中の使用が許容され、エアーオペレートバルブを通る純水中に金属イオンやパーティクルが入ることがない。このため、純水を汚染させることなくその温度を制御することができると共に、腐食性雰囲気中においても使用することができるという効果を発揮する。
【００３４】
請求項２に記載の発明の構成によれば、請求項１の発明の構成において、エアオペレートバルブに対する空気圧を調整する電空レギュレータと、ミキシングされた純水の温度を検出する温度検出手段と、検出純水温度が設定温度となるようエアオペレートバルブの開度を決定すべく電空レギュレータを制御する制御手段とを備えている。従って、請求項１の作用及び効果に加え、純水温度が設定温度に収束するように調整される。このため、純水温度の制御につき、高い精度、高い応答性を実現することができるという効果を発揮する。
【００３５】
請求項３に記載の発明の構成によれば、請求項２の発明の構成において、温度検出手段を樹脂でコートされた白金抵抗体により構成している。従って、請求項２の発明の作用及び効果に加え、白金抵抗体から純水に金属イオンが流出することがなく、この意味でも、純水を汚染させることなくその温度を制御することができるという効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態に係り、純水温度の制御装置を示す概念構成図である。
【図２】同じく、電空レギュレータの空気回路と電気回路を示す回路図である。
【図３】同じく、エアオペレートバルブ（ＡＶ）の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 純水温度の制御装置
２ エアーオペレートバルブ（ＡＶ）
３ 電空レギュレータ
４ 白金抵抗体（温度検出手段を構成する。）
５ 温度コントローラ（制御手段を構成する。）
３１ ケーシング
３２ 弁体
３３ ダイアフラム

Claims (3)

1. 温純水と常温純水とを三方弁によりミキシングすることにより純水の温度を制御するようにした純水温度の制御装置において、
   前記三方弁が、空気圧の作用を受けて作動することにより、前記温純水と前記常温純水とのミキシング割合を調整するようにしたエアオペレートバルブにより構成されることと、
   前記エアーオペレートバルブが、ケーシングと、そのケーシングに移動可能に設けられた弁体と、その弁体を前記空気圧により駆動するためのダイアフラムとを含むことと、
   前記ケーシング及び前記弁体が樹脂より構成され、前記ダイアフラムがゴムより構成されて前記純水と非接触に配置されることと
   を備えたことを特徴とするミキシングによる純水温度の制御装置。
2. 請求項１に記載の純水温度の制御装置において、
   前記エアオペレートバルブに作用する前記空気圧を比例的に調整するために電気的に駆動される電空レギュレータと、
   前記エアオペレートバルブでミキシングされた純水の温度を検出するための温度検出手段と、
   前記検出された純水温度が所定の設定温度となるよう前記エアオペレートバルブの開度を決定すべく前記電空レギュレータを制御するための制御手段と
   を備えたことを特徴とするミキシングによる純水温度の制御装置。
3. 請求項２に記載の純水温度の制御装置において、
   前記温度検出手段は、樹脂でコートされた白金抵抗体よりなることを特徴とするミキシングによる純水温度の制御装置。

Images