JP2002177827A - 気液混合用バルブおよびこれを用いた基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスを溶存した処理液をリアルタイムに供給
する気液混合用バルブおよびそれを用いた基板処理装置
を提供する。 【解決手段】 気液混合用バルブ１を構成する下部弁箱
１ｂの胴部側面に処理液流路７が形成されており、この
処理液流路７に処理液が流通する配管が接続されるよう
になっている。処理液流路７は、ガス流路を介してガス
室３ａと接続されている。操作エア供給ポート１７から
加圧空気を導入すると、ガス流路１５の開口部がステム
５ｂから開放されるとともに、ガス供給ポート１９から
二酸化炭素を導入すると、この二酸化炭素が処理液流路
７に流通してくる純水にガス流路１５を介して微細気泡
となって混入される。したがって、配管を流通する純水
に二酸化炭素を迅速に混入して溶在させることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ、フ
ォトマスク用のガラス基板、液晶表示装置用のガラス基
板、光ディスク用の基板（以下、単に「基板」という）
に対して供給される基板洗浄用の処理液などにガスを混
入する気液混合用バルブおよびそれを用いた基板処理装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の基板洗浄装置として、基
板洗浄用の処理液などにガスを混入するための装置を基
板処理装置とは別に備えている。以下、具体的に説明す
る。例えば、半導体ウエハの処理装置においては、純水
リンス時に基板表面で純水との摩擦により発生する静電
気を抑制するために、純水に二酸化炭素（ＣＯ₂ )を混
入している。

【０００３】純水に二酸化炭素（ＣＯ₂ ) を混入するた
めに、超純水用帯電防止器を基板処理装置とは別に用い
ている。超純水用帯電防止器は、基板処理装置とは別に
配備された純水供給タンクに配設されている。そして、
超純水用帯電防止器を操作してタンク内の純水にチュー
ブなどを介して二酸化炭素を吹き込ませて混入してして
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を有する従来例の場合には、次のような問題が
ある。

【０００５】すなわち、超純水用帯電防止器は純水供給
タンクに配設される関係上、タンクと基板処理装置を接
続している配管に二酸化炭素が溶存された処理液を流通
させて基板に供給しなければならない。そのため、処理
液を長距離にわたって流通させなければならないので、
二酸化炭素が溶存した処理液を基板に迅速に供給するこ
とができないといった問題がある。

【０００６】また、タンク内の大量の純水に所定の濃度
まで二酸化炭素を溶存させるのに長時間を要するので、
この点からも処理液を迅速に供給することができない。

【０００７】また、チューブを介して純水に二酸化炭素
を混入しているので、大きな気泡が発生して溶存効率が
悪くなるといった問題もある。

【０００８】さらに、二酸化炭素を混合するための大掛
かりな装置を別途購入して配設しなければならないの
で、費用負担およびスペース確保といった不都合もあ
る。

【０００９】そこで、近年、基板処理装置全体として小
型であるとともに、適切なガスの溶存濃度を有する処理
液をリアルタイムに調整および供給できる装置が期待さ
れている。

【００１０】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、ガスを溶存させた処理液をリアルタイ
ムに供給することができる気液混合用バルブおよびそれ
を用いた基板処理装置を提供することを主たる目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、請求項１に記載の気液混合用バルブは、配管中を流
通する処理液にガスを混入して溶存させる気液混合用バ
ルブであって、前記配管に連通接続されて、処理液を流
通させる処理液流路と、ガスを導入するポートと、前記
ポートから導入されたガスを処理液に混入して微細気泡
を発生させる、前記処理液流路に連通する小径のガス流
路と、前記ガス流路の開口部を開閉する弁体とを備えた
ことことを特徴とする。

【００１２】また、請求項２に記載の基板処理装置は、
請求項１に記載の気液混合用バルブにおいて、前記ガス
流路の直径は、０．０５〜０．５ｍｍであることを特徴
とするものである。

【００１３】また、請求項３に記載の基板処理装置は、
処理液を基板処理部に供給して所望の基板処理を施す基
板処理装置において、前記配管に連通接続されて、処理
液を流通させる処理液流路と、ガスを導入するポート
と、前記ポートから導入されたガスを処理液に混入して
微細気泡を発生させる、前記処理液流路に連通する小径
のガス流路と、前記ガス流路の開口部を開閉する弁体と
を備えた気液混合用バルブを、前記基板処理部に向けて
処理液を流通させる配管途中に配設したことを特徴とす
るものである。

【００１４】また、請求項４に記載の基板処理装置は、
請求項３に記載の基板処理装置において、前記処理液
は、純水であることを特徴とするものである。

【００１５】さらに、請求項５に記載の基板処理装置
は、請求項４に記載の基板処理装置において、前記ガス
は、二酸化炭素（ＣＯ₂)であり、この二酸化炭素を処理
液である純水中に混入することによって、比抵抗値を下
げた純水で基板処理を施すことを特徴とするものであ
る。

【００１６】

【作用】請求項１に記載の方法発明の作用は次のとおり
である。すなわち、請求項１に記載の発明によれば、処
理液を供給する配管に気液混合用バルブを直接取り付け
ることができる。つまり、処理液が流通する配管の所望
の位置に気液混合用バルブを配備することが可能とな
る。また、小径のガス流路の開口部に設けられた弁体の
開閉を行なうことにより、配管を流通する処理液に対し
てガスの混入・停止が任意に行なわれる。したがって、
ガスを溶存させた処理液をリアルタイムに供給すること
ができる。

【００１７】また、請求項２に記載の装置発明によれ
ば、直径が０．０５〜０．５ｍｍとなるガス流路を設け
ることにより、処理液に微細なガスが混入されるので、
処理液にガスが効率よく溶け込む。

【００１８】また、請求項３に記載の装置発明によれ
ば、処理液を流通させる配管途中に気液混合バルブが配
設されている。つまり、気液混合バルブの弁体を開閉動
作させるとガス流路の開口部が弁体から開放され、ガス
流路をガスが流通して処理液流路に供給されて処理液流
路内で処理液中にガスが混入されて溶存する。このガス
の溶存した処理液は、基板処理部に供給される。したが
って、ガスを溶存させた処理液は、リアルタイムに基板
処理部に供給される。

【００１９】また、請求項４に記載の装置発明によれ
ば、純水にガスが混入されて溶存する。ガスが溶存した
純水は、基板処理部に供給される。

【００２０】また、請求項５に記載の装置発明によれ
ば、純水に二酸化炭素が混入される。つまり、純水に二
酸化炭素が溶存されたことにより比抵抗値が下げられ、
基板にこの処理液を供給したときに基板面と処理液との
摩擦により発生する静電気が抑制される。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施例を説明する。図１は本発明に係る気液混合用バル
ブの非作動状態の縦断面図、図２は作動状態の縦断面図
である。

【００２２】気液混合用バルブ１は、図１に示すよう
に、上部弁箱１ａと、下部弁箱１ｂ、および蓋材１ｃで
構成されており、これらの内部に形成されている空洞３
には、その内部周面を摺動して昇降可能なピストン５が
取り付けられている。また、下部弁箱１ｂの胴部側面に
は、処理液流路７が形成されており、この処理液流路７
には配管が接続されるとともに、処理液流路７内に流通
してきた純水に二酸化炭素が混入されるようになってい
る。以下、具体的に各部の構成および機能について説明
する。

【００２３】ピストン５は、その下部から順にピストン
ロッド５ａと、弁体に相当する円柱状のステム５ｂとが
取り付けられている。また、ピストンロッド５ａの外周
には空洞３の内壁と接して、ピストン５およびピストン
ロッド５ａの昇降領域となる空洞３と、二酸化炭素が導
入されるガス室３ａとを区分けするためのダイアフラム
５ｃが周設されている。さらに、ピストン５の外周には
シール部材９が周設されている。

【００２４】ピストン５の上部と上部弁箱１ａの天井と
の間には、圧縮コイルバネ１１が取り付けられており、
非作動時には、バネ圧によりピストン５が押さえつけら
れて下降するようになっている。

【００２５】また、蓋材１ｃの側面には、ピストン５が
作動したときの圧を逃す孔Ｐが設けられている。

【００２６】また、下部弁箱１ｂの内部底面の中央部に
は、ステム５ｂが密接した状態で当接するように円柱状
にくり抜かれた弁座１３がステム５ｂと対向するように
設けられている。さらに、この弁座１３の中央部には処
理液流路７と連通接続するガス流路１５が設けられてい
る。つまり、非作動時に下降したピストン５は、その最
下端に取り付けられたステム５ｂが弁座１３に密接する
ように当接され、ガス流路１５の開口部を閉塞するよう
になっている。なお、この円柱状にくり抜かれた弁座１
３を設けた理由は次の通りである。

【００２７】ガス流路を長くすると毛細管現象により、
処理液がガス流路内に溜まる傾向がある。つまり、処理
液が、ガス流路内に長時間溜まっていると変質すること
となる。特に、処理液に使用される純水は変質しやす
い。そのため、長いガス流路を設けると、次に気液混合
用バルブを作動したときに、多量の変質した処理液が配
管から流通してくる処理液に混入され、流通する処理液
を汚染するおそれがある。そこで本実施例では、この弁
座１３およびステム５ｂを設けることにより、ガス流路
１５の長さを１〜２ｍｍ程度に抑え、ガス流路内に溜ま
る処理液を最小限に止めるようにしている。

【００２８】本実施例装置に使用されるガス流路１５
は、フッ素系の部材により形成されたものである。ま
た、その開口径（直径）は純水の流量によっても異なる
が、二酸化炭素が純水に溶存しやすい微細気泡を発生す
る条件として０．０５〜０．５ｍｍ程度である。好まし
くは、０．１〜０．３ｍｍ程度である。

【００２９】開口径が０．０５ｍｍ未満のガス流路は、
現状の加工技術での製造が困難である。また、開口径が
０．５ｍｍ以上のガス流路は、純水にガスを混入したと
き、ガスが大きな気泡となり純水への溶存率を低下させ
てしまう。また、比抵抗値を下げるのに最適な純水と二
酸化炭素の体積比は、１０（純水）：１（二酸化炭素）
である。

【００３０】本実施例装置の場合、説明の便宜上、図１
および図２ではガス流路１５が１本となっているが、純
水の流量が増えれば、純水の流量に応じて最適な二酸化
炭素の体積比を確保するために、ガス流路１５の本数を
適宜に増やせばよい。

【００３１】なお、ガス流路１５は、フッ素系の部材に
より形成されたものに限られず、例えば、ＳｉＣ（炭化
ケイ素）により形成されたものであってもよい。

【００３２】気液混合用バルブ１の上部弁箱１ａと下部
弁箱１ｂの胴部側面には、それぞれ１つのポートが設け
られている。上部弁箱１ａの胴部側面には、ピストン５
を上昇させるための操作エア供給ポート１７が形成され
ている。この操作エア供給ポート１７から加圧空気を内
部に導入すると、図２に示すように、ピストン５を押し
上げてステム５ｂが一緒に上昇するようになっている。

【００３３】下部弁箱１ｂの処理液流路７が形成されて
いる胴部側面とは異なった胴部側面には、二酸化炭素を
ガス室３ａに導入するためのガス供給ポート１９が形成
されている。

【００３４】すなわち、操作エア供給ポート１７から加
圧空気を導入してピストン５を上昇させるとともに、ガ
ス供給ポート１９から二酸化炭素をガス室３ａに導入す
ることにより、ガス流路１５の開口部がステム５ｂから
開放されてガス流路１５に二酸化炭素が流通する。そし
て、二酸化炭素は処理液流路７を流通する純水にガス流
路１５を介して混入されることとなる。

【００３５】上記のように構成された気液混合用バルブ
１は、例えば、図３に示すように枚葉式の基板処理装置
３０などに用いられる。なお、枚葉式に限られず複数枚
の基板を同時処理するバッチ式の基板処理装置などに上
記気液混合用バルブ１を用いてもよい。

【００３６】この基板処理装置３０は、基板Ｗを水平姿
勢で回転自在に支持する回転支持部３１と、この回転支
持部３１を囲って処理液の飛散を防止する飛散防止カッ
プ３３と、基板Ｗの上方から処理液を供給するノズル３
５と、このノズル３５に処理液を供給する供給系４０と
を備えている。

【００３７】供給系４０は、別途設けられた純水供給源
５１に連通接続された配管４１と、配管４１に連通接続
された気液混合用バルブ１とを備えている。この気液混
合用バルブ１の取り付け位置は、ノズル３５の近傍であ
り、例えば、ノズル３５から数ｍ程度離れた位置であ
る。その理由は次の通りである。

【００３８】気液混合用バルブ１の取り付け位置がノズ
ル３５に近すぎると、二酸化炭素が純水中に十分に溶け
きれない。逆に、取り付け位置が数ｍ、例えば１０ｍよ
り遙に遠い位置であると、一旦純水中に溶存した二酸化
炭素が再度気泡となって発生するからである。

【００３９】配管４１の純水供給源５１の下手には、マ
ニホールドバルブ４２が接続されている。このマニホー
ルドバルブ４２は、予め所定の流量に純水を調整するニ
ードルバルブ４２ａと、純水の供給のオン・オフ切り換
えを行なう電磁弁４２ｂとからなっている。

【００４０】また、気液混合用バルブ１の操作エア供給
ポート１７には配管４３が、ガス供給ポート１９には配
管４５がそれぞれ連通接続されている。配管４３には、
加圧空気の供給・停止を切り換える開閉弁４４を介して
加圧空気源５２が接続されている。また、配管４５に
は、その上手から順に、二酸化炭素が蓄積されたガス供
給源５３と、二酸化炭素の供給量を調整する流量調整弁
４６と、二酸化炭素の流量を確認する流量計４７と、パ
ーティクル除去用のフィルタ４８とが接続されている。

【００４１】次に、この基板処理装置３０の動作につい
て説明する。ただし、基板Ｗが回転支持部３１に支持さ
れているものとする。純水供給源５１から供給される純
水がマニホールドバルブ４２で流量調整されて配管４１
を介してノズル３５に供給開始される。このとき、気液
混合用バルブ１の操作エア供給ポート１７から、ピスト
ン５に取り付けられた圧縮コイルバネ１１のバネ圧を上
回る圧力が生じるように加圧空気が内部に供給され、ピ
ストン５が上昇してガス流路１５の開口部が開放され
る。そして、ガス供給ポート１９から二酸化炭素が供給
される。すなわち、ピストン５が上昇してガス流路１５
の開口部が開放され、配管４１を流通する純水にガス流
路１５を介して二酸化炭素が混入される。そして、二酸
化炭素が混入された純水は、配管４１を流通してノズル
３５に到達し、ノズル３５から基板Ｗに向けて供給され
る。

【００４２】所定量の処理液が供給された後、加圧空気
の供給が停止する。これに伴いピストン５がバネ圧によ
り押し戻されて下降し、ステム５ｂによりガス流路１５
の開口部が閉塞されるとともに、二酸化炭素の供給も停
止される。同時に純水の供給も停止される。

【００４３】そして、基板Ｗを高速回転させて基板面に
付着している純水を飛散し、基板面の振り切り乾燥を行
なって一連の動作が終了する。以後、上述の一連の動作
が繰り返される。

【００４４】以上のように、本実施例装置では、純水を
ノズル３５に供給する配管４１に気液混合用バルブ１が
直接取り付けられており、この気液混合用バルブ１に設
けられた微細気泡を発生しやすい径を有するガス流路１
５を介して配管４１を流通する純水に二酸化炭素を直接
混入して溶存させている。すなわち、操作エア供給ポー
ト１７から加圧空気の導入を行なうと、気液混合用バル
ブ１が作動状態に切り換わるとともに、ガス供給ポート
１９から二酸化炭素を導入すると、配管４１から処理液
流路７に流通してきた純水にガス流路１５を介して二酸
化炭素がリアルタイムに混入される。また、気液混合用
バルブ１自体は小型化が可能であり、配管４１の所望の
位置に取り付けることもできる。

【００４５】本発明は、上記実施例に限られず、次のよ
うに変形実施することもできる。 （１）上記実施例では、気液混合用バルブ１の上手に流
量調整弁４６を設けて二酸化炭素の流量を調整している
が、ステム５ｂと弁座１３の側壁に互いに異なった角度
を持たせてニードルバルブを形成し、このニードルバル
ブにより二酸化炭素の流量制御を行なうようにしてもよ
い。

【００４６】（２）また、弁座の開閉は電磁弁を用いて
行なってもよい。

【００４７】（３）上記実施例では、処理液に純水を用
いていたが、純水に限定されるものではなく、他の処理
液、例えば、酸性、アルカリ性の洗浄液を用いてもよ
い。

【００４８】（４）上記実施例では、混入するガスとし
て二酸化炭素を用いていたが、二酸化炭素に限定される
ものではなく、例えば、窒素ガスやオゾンガスなどを用
いてもよい。

【００４９】（５）上記実施例では、ガス流路１５を気
液混合用バルブ１に直接設けているが、ガス流路１５が
形成されたブロックを用いて、自由に交換できるように
しもよい。

【００５０】さらに、本願発明の気液混合用バルブは上
記実施例に限定されるものではなく、以下に例示する工
程などにも組み合わせて採用することも可能である。

【００５１】近年の半導体製造ラインの各工程では静電
気の防止が不可欠となっている。ダイシングでは、ごみ
の発生量が多く、チップの切断時に発生する静電気によ
り、ごみがボンディングパットに付着する。この再付着
防止や静電破壊の防止に、この気液混合用バルブが効果
をあげることとなる。

【００５２】一般的に比抵抗値が０．５〜１．０ＭΩ・
ｃｍとなるように使用されるケースが多い。しかし、静
電破壊を起こしやすいチップについては、より低い比抵
抗値で使用されている。そのためダイシング工程におい
て、静電気の発生を抑えることは必要不可欠となりつつ
ある。

【００５３】また、回路パターンの微細化、高集積化に
つれて半導体の製造工程も増えるに伴って、パーティク
ルや金属不純物、さらに、表面吸着有機物など微細な汚
染物質がデバイスの歩留りや、信頼性に大きく影響を与
えることとなっているのも事実である。このため、製造
工程のクリーン化が一段と高まり、ディップ型洗浄より
は、洗浄度の高い枚葉型スピン洗浄の採用が多くなって
いる。

【００５４】スピン洗浄にスクラバ、高圧ジェット、メ
ガソニックなどの組み合わせに、さらに、本発明の気液
混合用バルブを組み合わせることにより、洗浄効果をよ
り一層向上を図ることができる。特に、ＣＭＰ（Chemic
al Mechanical Polishing ）の後の洗浄においても微粒
子除去に効果を発揮する。

【００５５】さらに、マスク・レチクル洗浄は、半導体
製造工程の中でも最も静電気の影響を受けやすい工程で
ある。超純水洗浄での静電気の影響はパターンの消失、
およびごみの再付着である。ガラス上に形成される回路
パターンは静電気が溜まりやすい構造になっているた
め、静電気の影響を直接的に強く受けてしまう。特に、
マスクブランクの製造工程での洗浄および露光工程の前
後でも静電気の防止は必要不可欠となっている。そこ
で、本発明の気液混合用バルブを用いることにより静電
気の防止に一層効果を発揮することができる。

【００５６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に記載の発明によれば、処理液の流通する配管に気液
混合用バルブを直接取り付けることができる。また、小
径のガス流路の開口部に設けられた弁体の開放動作を行
なうことにより、配管から流通してくる処理液に対して
ガスの混入・停止を任意に行なうことができる。したが
って、ガスを溶存させた処理液をリアルタイムに供給す
ることができる。また、気液混合用バルブは小型である
ので配管の所望の位置に直接取り付けることができる。

【００５７】また、請求項２に記載の発明によれば、直
径が０．０５〜０．５ｍｍのガス流路を設けることによ
り、微細なガスを混入することができる。すなわち、処
理液に効率よくガスを溶存させることができる。

【００５８】また、請求項３に記載の発明によれば、気
液混合バルブを処理液の配管に直接取り付けることによ
り、基板処理装置とは別にガスを混入するための大掛か
りな装置類を処理液用のタンクに設ける必要がない。し
たがって、基板処理装置を小型化することができる。ま
た、ガスを供給するときに要する時間を特に考慮するこ
となく、ガスを溶存させた処理液をリアルタイムに基板
処理部に供給することができる。

【００５９】また、請求項４に記載の発明によれば、純
水に比抵抗値を下げるガスを混入して使用することがき
る。

【００６０】さらに、請求項５に記載の発明によれば、
処理液に二酸化炭素を混合して処理液の比抵抗値を下げ
ることにより、基板面に向けて処理液を吐出したときに
発生する静電気を抑制することができる。したがって、
基板面へのパーティクル（微細塵）の再付着や、パター
ン破壊を回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る気液混合用バルブの非作動状態の
縦断面図である。

【図２】実施例に係る気液混合用バルブの作動状態の縦
断面図である。

【図３】気液混合用バルブを備えた基板処理装置の概略
構成図である。

【符号の説明】

Ｗ … ウエハ Ｐ … 孔 １ … 気液混合用バルブ ３ … 空洞 ３ａ… ガス室 ５ … ピストン ５ａ… ピストンロッド ５ｂ… ステム ５ｃ… ダイアフラム ７ … 処理液流路 ９ … シール部材 １１ … 圧縮コイルバネ １３ … 弁座 １５ … ガス流路 １７ … 操作エア供給ポート １９ … ガス供給ポート ３１ … 回転支持部 ３３ … 飛散防止カップ ３５ … ノズル ４１ … 配管（処理液用） ４２ … マニホールドバルブ ４３ … 配管（加圧空気用） ４５ … 配管（二酸化炭素用） ４６ … 流量調整弁 ４７ … 流量計 ４８ … フィルタ ５１ … 純水供給源 ５２ … 加圧空気源 ５３ … ガス供給源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/304 ６４８ Ｈ０１Ｌ 21/304 ６４８Ｌ 21/30 ５６９Ｃ Ｆターム(参考） 3B201 AA03 AB01 AB34 BB22 BB90 BB92 BB93 BB98 CB01 CC13 CD33 4F033 QA09 QB02X QB03X QB11X QB15X QD03 QD16 QE06 5F046 LA03

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 配管中を流通する処理液にガスを混入し
   て溶存させる気液混合用バルブであって、 前記配管に連通接続されて、処理液を流通させる処理液
   流路と、 ガスを導入するポートと、 前記ポートから導入されたガスを処理液に混入して微細
   気泡を発生させる、前記処理液流路に連通する小径のガ
   ス流路と、 前記ガス流路の開口部を開閉する弁体とを備えたことを
   特徴とする気液混合用バルブ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の気液混合用バルブにお
   いて、 前記ガス流路の直径は、０．０５〜０．５ｍｍであるこ
   とを特徴とする気液混合用バルブ。
3. 【請求項３】 処理液を基板処理部に供給して所望の基
   板処理を施す基板処理装置において、 前記配管に連通接続されて、処理液を流通させる処理液
   流路と、 ガスを導入するポートと、 前記ポートから導入されたガスを処理液に混入して微細
   気泡を発生させる、前記処理液流路に連通する小径のガ
   ス流路と、 前記ガス流路の開口部を開閉する弁体とを備えた気液混
   合用バルブを、前記基板処理部に向けて処理液を流通さ
   せる配管途中に配設したことを特徴とする基板処理装
   置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の基板処理装置におい
   て、 前記処理液は、純水であることを特徴とする基板処理装
   置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の基板処理装置におい
   て、 前記ガスは、二酸化炭素（ＣＯ₂)であり、この二酸化炭
   素を処理液である純水中に混入することによって、比抵
   抗値を下げた純水で基板処理を施すことを特徴とする基
   板処理装置。