JP2006179765A - 基板処理装置およびパーティクル除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板処理装置において、基板に対するダメージを抑制しつつ、基板の表面からパーティクルを効率よく除去できる技術を提供する。
【解決手段】基板処理装置１では、マイクロバブル発生部３３においてマイクロバブルを発生させ、マイクロバブルを含む純水を、処理槽１０内の基板Ｗへ供給する。また、超音波発生部５０において超音波振動を発生させ、処理槽１０内の純水を介して基板Ｗの表面まで超音波振動を伝搬させる。このため、基板Ｗの表面に付着したパーティクルは、超音波振動の衝撃によって基板Ｗの表面から遊離し、その後、マイクロバブルに吸着されて、処理槽１０外まで運搬される。また、基板Ｗの周辺にマイクロバブルを供給しつつ超音波振動を付与するため、超音波振動による過度の衝撃がマイクロバブルに吸収され、基板Ｗに対するダメージを緩和できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基板、液晶表示用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板等の基板に対して液体による処理を行う基板処理装置において、基板の表面または液体中からパーティクルを除去する技術に関する。

従来より、基板の製造工程において、基板に対して純水や薬液等の液体を供給し、所定の処理を行う基板処理装置が知られている。このような基板処理装置には、主として、処理槽内に貯留した液体に複数の基板を一度に浸漬して処理するバッチ式の基板処理装置と、１枚ずつ保持手段に保持された基板の表面に液体を吐出して処理する枚葉式の基板処理装置とがある。

これらの基板処理装置では、基板に付着したパーティクルや、液体中に浮遊するパーティクルを、適宜に除去する。通常、基板の表面に沿って液流を形成し、その液流の作用によってパーティクルを運搬して除去する。また、液体中に超音波振動を付与し、超音波振動の衝撃によって基板からパーティクルを積極的に遊離させて除去する場合もある。従来の基板処理装置において、液体中に超音波振動を付与する技術は、例えば特許文献１に開示されている。

特開平９−６９５０８号公報

上記のように、従来の基板処理装置においては、液流の作用または超音波振動の作用によって、パーティクルの除去を行っていた。しかしながら、液流の作用のみによってパーティクルを除去する場合には、その除去効率には一定の限界があった。また、超音波振動を利用する場合であっても、基板から遊離したパーティクルを効率よく運搬できる構成とはなっていなかった。また、超音波振動の衝撃によって基板にダメージを与えてしまうという問題もあった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、基板処理装置において、基板に対するダメージを抑制しつつ、基板の表面または液体中からパーティクルを効率よく除去できる技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、液体により基板の処理を行う基板処理装置であって、液体を貯留する処理槽と、前記処理槽内の液体に浸漬させた状態で基板を保持する保持手段と、前記処理槽内に液体を供給する液体供給手段と、前記処理槽内に貯留された液体に超音波振動を付与する超音波振動付与手段と、前記液体供給手段から前記処理槽内へ供給される液体にマイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生手段と、を備えることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、液体により基板の処理を行う基板処理装置であって、基板を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された基板に液体を供給する液体供給手段と、前記液体供給手段から基板へ供給される液体に超音波振動を付与する超音波振動付与手段と、前記液体供給手段から基板へ供給される液体にマイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生手段と、を備えることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の基板処理装置であって、前記液体へ所定のガスを溶解させるガス溶解手段をさらに備えることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、基板の表面からパーティクルを除去するパーティクル除去方法であって、処理槽内に貯留された液体に基板を浸漬させた状態で、前記処理槽内に貯留された液体に超音波振動を付与しつつ、前記処理槽内にマイクロバブルを発生させた液体を供給することを特徴とする。

請求項５に係る発明は、基板の表面からパーティクルを除去するパーティクル除去方法であって、保持手段に保持された基板の表面に、超音波振動が付与され、かつ、マイクロバブルを発生させた液体を供給することを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項４または５に記載のパーティクル除去方法であって、基板の表面に沿って液体の流れが形成されることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項４乃至６のいずれかに記載のパーティクル除去方法であって、前記液体には、所定のガスが溶解されていることを特徴とする。

請求項１〜７に記載の発明によれば、超音波振動の衝撃によって基板Ｗからパーティクルを遊離させ、遊離したパーティクルをマイクロバブルに吸着させて、マイクロバブルとともに除去できる。マイクロバブルは各気泡のサイズが微小であるため、全体として広い表面積を有し、パーティクルを効率よく吸着する。また、マイクロバブルは帯電性を有するため、静電的作用によってもパーティクルを引き寄せ、効率よく吸着する。また、基板の周辺にマイクロバブルを供給しつつ、超音波振動を与えることができるため、超音波振動による過度の衝撃はマイクロバブルに吸収され、基板へのダメージを緩和できる。

特に、請求項６に記載の発明によれば、パーティクルを吸着したマイクロバブルを、液体の流れに乗せて積極的に運搬する。このため、より効率よくパーティクルを除去できる。

特に、請求項３，７に記載の発明によれば、液体中に所定のガスを溶解させるため、液体の帯電を抑制できる。このため、液体が装置の各部から新たなパーティクルを吸収し、基板に付着させることを防止できる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

＜１．第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態について説明する。第１実施形態は、本発明をバッチ式の基板処理装置に適用した場合の実施形態である。図１は、第１実施形態に係る基板処理装置１を、基板Ｗと平行な平面で切断した縦断面図である。図１には、併せて配管や制御系の構成も示している。図２は、基板処理装置１を基板Ｗと垂直な平面で切断した縦断面図である。

図１〜図２に示したように、基板処理装置１は、主として処理槽１０と、リフタ２０と、純水供給系３０と、排液系４０と、超音波発生部５０と、制御部６０とを備える。

処理槽１０は、処理液としての純水を貯留するための容器である。処理槽１０に貯留した純水に基板Ｗを浸漬することにより、基板に対して洗浄処理等の処理を行う。処理槽１０の底部には吐出部１１が設けられており、吐出部１１から処理槽１０内へ、図１中の矢印に示すように純水が吐出される。また、処理槽１０の上面は開放されており、その外側面の上端には、外槽１２が設けられている。吐出部１１から吐出された純水は、処理槽１０内を上方へ向かって流れ、やがて上部の開口から外槽１２へオーバーフローする。

リフタ２０は、リフタヘッド２１と保持板２２との間に、３本の保持棒２３を備えている。保持棒２３には複数の保持溝（図示省略）が刻設されており、複数の基板Ｗはその保持溝上に起立姿勢で保持される。リフタ２０には、サーボモータやタイミングベルト等を有するリフタ駆動部２４が接続されている。リフタ駆動部２４を動作させるとリフタ２０は昇降し、複数の基板Ｗは、処理槽１０内の浸漬位置と、処理槽１０上方の引き上げ位置との間で移動する。純水により基板Ｗを処理するときには、リフタ２０を降下させて基板Ｗを処理槽１０内へ浸漬し、処理しないときには、リフタ２０を上昇させて基板Ｗを処理槽１０の上方へ引き上げておく。

純水供給系３０は、吐出部１１へ純水を供給するための配管系である。純水供給系３０は、純水供給源３１と、窒素ガス供給源３２と、マイクロバブル発生部３３と、配管３４，３５と、開閉弁３６，３７とを有している。純水供給源３１からは配管３４がのびており、配管３４には開閉弁３６が介挿されている。また、窒素ガス供給源３２からは配管３５がのびており、配管３５には開閉弁３７が介挿されている。配管３５は、開閉弁３７より下流側で配管３４へ合流する。合流後の配管３４は、マイクロバブル発生部３３を介して吐出部１１へ接続されている。マイクロバブル発生部３３は、マイクロメートルオーダーの微小気泡であるマイクロバブルを発生させる装置である。マイクロバブル発生部３３は、気液混合ポンプ３３ａと、旋回加速器３３ｂと、分散器３３ｃとを、配管３４に有している。

このような構成において、開閉弁３６および開閉弁３７を開くと、純水および窒素ガスが気液混合ポンプ３３ａへ導入される。純水と窒素ガスは、気液混合ポンプ３３ａにおいて混合され、旋回加速器３３ｂへ送られる。旋回加速器３３ｂは、純水と窒素ガスとを加速して旋回させ、気液２層流を形成して、分散器３３ｃへ送り出す。分散器３３ｃは、送り込まれた気液２層流を流体力学的に剪断して、窒素ガスのマイクロバブルを形成する。そして、そのマイクロバブルを含む純水が、吐出部１１から処理槽１０内へ吐出される。なお、開閉弁３７を閉じて開閉弁３６のみを開くと、マイクロバブルを含まない純水のみが吐出口１１から処理槽１０内へ供給される。

上記の気液混合ポンプ３３ａ、旋回加速器３３ｂ、および分散器３３ｃでは、マイクロバブルを発生させる際に、純水中へ窒素ガスを激しく混合する。このため、窒素ガス供給源３２から供給された窒素ガスの一部は、純水中に溶解する。すなわち、この基板処理装置１においては、マイクロバブル発生部３３が、純水へ窒素ガスを溶解させる手段としても機能している。

排液系４０は、外槽１２と施設内の排液ラインとを結ぶ配管４１を有する。処理槽１０から外槽１２へオーバーフローした純水は、配管４１を通って排液ラインへ排出される。

超音波発生部５０は、処理槽１０の下方に配置された伝搬槽５１と、伝搬槽５１の底部の裏面に設けられた超音波振動子５２とを有している。伝搬槽５１には、超音波振動を伝搬するための伝搬液が貯留されている。超音波振動子５２を動作させると超音波振動が発生し、その超音波振動は、伝搬槽５１底部、伝搬液、処理槽１０底部、処理槽１０内の純水を順に振動させ、基板Ｗの表面まで伝搬する。

制御部６０は、リフタ駆動部２４、マイクロバブル発生部３３、開閉弁３６，３７、超音波振動子５２等と電気的に接続されており、これらの動作を制御する。

続いて、このような構成を有する基板処理装置１の動作について、以下に説明する。図３〜図６は、基板処理装置１の各段階の動作の様子を示した図である。これらの動作は、制御部６０が、リフタ駆動部２４、マイクロバブル発生部３３、開閉弁３６，３７、超音波振動子５２等を制御することにより進行する。

まず、図３のように、リフタ２０を降下させ、処理槽１０内に予め貯留された純水へ複数の基板Ｗを浸漬する。なお、リフタ２０を先に降下させ、その後に開閉弁３６（図１参照）を開いて処理槽１０内へ純水を貯留してもよい。

次に、図４のように、超音波振動の付与とマイクロバブルの供給を行う。超音波振動は、超音波振動子５２を動作させることにより発生させ、図４の破線矢印のように伝搬槽５１内の伝搬液を媒体として処理槽１０へ向けて伝搬させる。処理槽１０内では、超音波振動は、純水を経由して基板Ｗの表面まで伝搬する。一方、マイクロバブルは、開閉弁３６，３７（図１参照）を開くとともにマイクロバブル発生部３３（図１参照）を動作させることにより発生させる。発生したマイクロバブルは、純水とともに吐出部１１から吐出され、基板Ｗの周辺を処理槽１０の上方へ向けて浮上して、やがて純水とともに外槽１２へオーバーフローする。

このとき、基板Ｗに付着したパーティクルは、超音波振動子５２からの超音波振動の衝撃を受けて基板Ｗの表面から遊離する。また、処理槽１０内では、処理槽１０の上方へ向かう純水の流れが形成されており、その中でマイクロバブルが処理槽１０の上方へ向かって浮上している。このため、基板Ｗの表面から遊離したパーティクルは、マイクロバブルに吸着し、マイクロバブルとともに処理槽１０の上方へ運搬される。マイクロバブルは各気泡のサイズが微小であるため、全体として広い表面積（気液界面の面積）を有する。このため、基板Ｗから遊離したパーティクルを効率よく吸着する。また、マイクロバブルは帯電性を有するため、静電的作用によってもパーティクルを引き寄せ、効率よく吸着させる。このようにして、パーティクルを吸着したマイクロバブルは、純水とともに処理槽１０の上部から外槽１２へオーバーフローし、配管４１（図１参照）を通って排液ラインへ排出される。

超音波振動の付与とマイクロバブルの供給を所定時間継続した後、超音波振動子５２の動作を停止させ、図５のように、マイクロバブルの供給のみを継続する。純水中に残存するパーティクルは、マイクロバブルに吸着されて処理槽１０外へ除去される。これにより、処理槽１０内に残存するパーティクルが基板Ｗへ再付着することを防止する。

その後、図６のように、リフタ２０を上昇させ、処理槽１０内から基板Ｗを引き上げる。基板処理装置１における基板Ｗの処理は、以上で終了する。なお、基板Ｗを処理槽１０の上方に引き上げた状態で、または基板Ｗを他装置へ搬送した後に、基板Ｗに対して乾燥処理が行われる。

以上のように、この基板処理装置１では、超音波振動の衝撃によって基板Ｗからパーティクルを遊離させ、遊離したパーティクルをマイクロバブルに吸着させて、効率よく除去できる。また、基板Ｗの周辺にマイクロバブルを供給しつつ、超音波振動を与えているので、マイクロバブルが超音波振動の衝撃を吸収し、基板Ｗに対する過度の衝撃を和らげることができる。すなわち、基板Ｗに対するダメージを緩和しつつ、基板Ｗからパーティクルを遊離できる。

また、この基板処理装置１では、マイクロバブル発生部３３において、窒素ガスの一部が純水中に溶解する。したがって、基板Ｗ周辺には、窒素ガスを溶存させた純水が供給される。純水（特に、超純水）は絶縁性が高く、配管の内壁等との摩擦により静電気を帯びることがあるが、窒素ガスを溶解させた場合には、そのような純水の帯電を低下できる。このため、純水自体が配管や処理槽１０の各部から静電的効果によりパーティクルを吸収し、純水中のパーティクル数を増加させることを防止できる。したがって、基板Ｗへ新たなパーティクルが付着することを防止でき、パーティクルの除去効率を向上できる。

また、窒素ガスを溶存させた純水は、脱気状態の純水よりも、超音波振動を効率よく伝搬する性質を有する。このため、この基板処理装置１では、超音波振動が効率よく基板Ｗの表面まで到達し、基板Ｗの表面からパーティクルを効率よく遊離させることができる。

＜２．第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態も、本発明をバッチ式の基板処理装置に適用した場合の実施形態である。図７は、第２実施形態に係る基板処理装置２を、基板Ｗと平行な平面で切断した縦断面図である。この基板処理装置２は、マイクロバブル発生部７１とポンプ７２の構成が上記の基板処理装置１と異なり、その他の部位は上記の基板処理装置１と同等である。このため、マイクロバブル発生部７１とポンプ７２以外の部位については、図７中に図１と同一の符号を付し、以下では重複説明を省略する。基板処理装置２を基板Ｗと垂直な平面で切断した縦断面図は、図２と同等である。

基板処理装置２のマイクロバブル発生部７１は、脱気部７１ａと、ガス溶解部７１ｂと、ヒータ７１ｃとを、配管３４に有している。これらの脱気部７１ａ、ガス溶解部７１ｂ、ヒータ７１ｃは、制御部６０と電気的に接続される。また、ガス溶解部７１ｂは、配管３５を介して窒素ガス供給源３２と接続されている。

このような構成において、開閉弁３６を開き、ポンプ７２を動作させると、純水供給源３１から脱気部７１ａへ純水が導入される。脱気部７１ａにおいては、純水中に溶解している余分な気体が減圧等により除去され、脱気後の純水はガス溶解部７１ｂへ送られる。一方、開閉弁３７を開くと、窒素ガス供給源３２からガス溶解部７１ｂへ、窒素ガスが導入される。ガス溶解部７１ｂにおいては、導入された窒素ガスが、純水中へ加圧溶解される。

ガス溶解部７１ｂ内は、純水中へ窒素ガスを加圧溶解させるために、高圧環境となっている。しかし、窒素ガス溶解後の純水がガス溶解部７１ｂを出るときには、純水の周囲の圧力は常圧まで低下する。このため、高圧環境のガス溶解部７１ｂにおいて、常圧における飽和溶解濃度以上に窒素ガスを純水へ溶解させると、ガス溶解部７１ｂを出たときの圧力低下により過飽和となり、溶けきれなくなった窒素ガスが微小なマイクロバブルとなって発生する。図８は、常圧（大気圧）における純水に対する窒素ガスの飽和溶解濃度を示している。純水中の窒素ガス濃度が図８の飽和溶解濃度よりも高くなるように、ガス溶解部７１ｂにおいて加圧溶解を行えば、ガス溶解部７１ｂを出たときの圧力低下によって、マイクロバブルが発生することとなる。ここで発生するマイクロバブルの量は、ガス溶解部７１ｂにおける圧力値と、窒素ガスの供給量とによって、調節される。

ガス溶解部７１ｂを出た純水は、窒素ガスを溶存するとともに、一部の窒素ガスをマイクロバブルとして含んだ状態で、ヒータ７１ｃへ導入される。ヒータ７１ｃでは、導入された純水が加熱される。図８に示したように、窒素ガスの飽和溶解濃度は、温度の上昇とともに低下する。このため、窒素ガスを溶存した純水は、温度の上昇によって再び過飽和となり、溶けきれなくなった窒素ガスがマイクロバブルとして発生する。ここで発生するマイクロバブルの量は、ヒータの設定温度により調節される。

このように、本実施形態のマイクロバブル発生部７１では、純水がガス溶解部７１ｂを出るときの圧力低下によって第１の過飽和の状態を作り、第１のマイクロバブルを発生させる。また、ヒータ７１ｃを通過するときの純水の温度の上昇によって第２の過飽和の状態を作り、第２のマイクロバブルを発生させる。この第１および第２のマイクロバブルは、共に発生させる様にしてもよく、一方のみを発生させるようにしてもよい。例えば、純水を加熱することなく供給すべき場合には、ヒータ７１ｃは動作させずに、第１のマイクロバブルのみを発生させてもよい。

図７においては、マイクロバブル発生部７１の構成要素である脱気部７１ａおよびガス溶解部７１ｂを、ブロックにより概念的に示した。この脱気部７１ａおよびガス溶解部７１ｂは、具体的には、図９に示すようなユニット７１０を利用して実現できる。図９のユニット７１０は、略円筒形状のケーシング７１１の中に、その軸心を貫通する送水管７１２と、送水管７１２の周囲を取り囲む送気路７１３とが形成された構成となっている。送水管７１２と送気路７１３の内部では、純水と窒素ガスが、それぞれ図中の矢印の向きに流れる。送水管７１２と送気路７１３との間は、気体透過性および液体不透過性を有する中空子分離膜７１４により仕切られている。また、ユニット７１０の気体導入口７１５は、圧力計３５１、レギュレータ３５２、開閉弁３７を介して窒素ガス供給源３２と接続され、ユニット７１０の気体排出口７１６は、圧力計３５３、レギュレータ３５４を介して、真空ポンプへ接続される。圧力計３５１，３５３、レギュレータ３５２，３５４は、上記の制御部６０と電気的に接続される。

このようなユニット７１０では、開閉弁３７を開け、圧力計３５１，３５３の出力に基づいてレギュレータ３５２，３５４を制御すると、送気路７１３を流れる窒素ガスの圧力を調節することができ、ケーシング７１１内を加減圧できる。ケーシング７１１内を減圧した場合には、送水管７１２を流れる純水から余分な気体が過飽和となって析出し、その気体は中空子分離膜７１４を通って送気路７１３へ流出する。一方、ケーシング７１１内を加圧した場合には、送気路７１３を流れる窒素ガスが、中空子分離膜７１４を通って送水管７１２内の純水中へ加圧溶解する。

すなわち、このユニット７１０は、ケーシング７１１内を減圧した場合には、上記の脱気部７１ａとして使用でき、ケーシング７１１内を加圧した場合には、上記のガス溶解部７１ｂとして使用できる。

この基板処理装置２は、マイクロバブル発生部７１の構成が上記のように第１実施形態とは異なるものの、第１実施形態と同様に、図３〜図６のような動作を行うことができる。すなわち、基板Ｗを処理槽１０内の純水へ浸漬した後、超音波振動の付与と、マイクロバブルの供給とを行うことができる。

したがって、この基板処理装置２でも、超音波振動の衝撃によって基板Ｗからパーティクルを遊離させ、遊離したパーティクルをマイクロバブルに吸着させて除去する効果を得ることができる。また、マイクロバブルによって超音波振動による過度の衝撃を和らげる効果も得ることができる。

また、この基板処理装置２でも、ガス溶解部７１ｂにおいて純水中に溶解した窒素ガスの一部は、マイクロバブルとして発生することなく、純水中に溶存し続ける。このため、第１実施形態と同じように、純水自体の帯電を低下させる効果や、超音波振動の伝搬効率を向上させる効果を得ることができる。

このような基板処理装置２において、実際に所定時間の処理を行い、処理前後における基板Ｗからのパーティクル除去率を調べたところ、図１０に示すような結果が得られた。図１０の条件１〜４は、それぞれ以下の通りである。（１）条件１は、純水中へ窒素ガスを供給せず、ヒータ７１ｃによる加熱も行わない場合である。（２）条件２は、ガス溶解部７１ｂにおける窒素ガス溶解濃度を１７．１ｐｐｍとし、ヒータ７１ｃにおける加熱は行わない場合である。条件２においては、窒素ガス溶解濃度が飽和溶解濃度に達しないため、マイクロバブルは発生しない。（３）条件３は、ガス溶解部７１ｂにおける窒素ガス溶解濃度を２０．０ｐｐｍとし、ヒータ７１ｃにより４１℃まで加熱した場合である。条件３においては、溶解した窒素ガスの一部が、過飽和によりマイクロバブルとして発生する。（４）条件４は、ガス溶解部７１ｂにおける窒素ガス溶解濃度を２３．０ｐｐｍとし、ヒータ７１ｃによる加熱は行わない場合である。条件４においても、溶解した窒素ガスの一部が、過飽和によりマイクロバブルとして発生する。なお、条件１〜４のいずれにおいても、超音波振動子５２は動作させている。

条件１の結果と条件２の結果とを比較すると、純水中に窒素ガスを溶解させたことによって、パーティクルの除去効率が飛躍的に向上したことが分かる。また、条件２の結果と条件３，４の結果とを比較すると、マイクロバブルを発生させたことにより、パーティクルの除去効率がさらに向上したことが分かる。

＜３．第３実施形態＞
続いて、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態は、本発明を枚葉式の基板処理装置に適用した場合の実施形態である。図１１は、第３実施形態に係る基板処理装置３の縦断面図である。図１１には、併せて配管や制御系の構成も示している。

図１１に示したように、基板処理装置３は、主として基板保持部１１０と、純水吐出部１２０と、純水供給系１３０と、純水回収部１４０と、制御部１５０とを備える。

基板保持部１１０は、円板形状のベース部材１１１と、その上面に立設した複数のチャックピン１１２とを有する。チャックピン１１２は、円形の基板Ｗを保持するために、ベース部材１１１の周縁部に沿って３箇所以上設けられている。基板Ｗは、複数のチャックピン１１２の基板支持部１１２ａ上に載置され、外側面をチャック部１１２ｂに押圧されて、保持される。ベース部材１１１の下面側中心部には、回転軸１１３が垂設されている。回転軸１１３の下端は電動モータ１１４に連結されており、電動モータ１１４を駆動させると、回転軸１１３、ベース部材１１１、およびベース部材１１１上に保持された基板Ｗは、一体的に回転する。

純水吐出部１２０は、基板Ｗの上面に純水を吐出するためのノズル１２１を有する。ノズル１２１の上部には超音波振動子１２２が貼付されており、超音波振動子１２２を動作させると、ノズル１２１内の純水に超音波振動が付与される。ノズル１２１は、リンク部材１２３を介して回転軸１２４に接続され、回転軸１２４の下端は電動モータ１２５に連結されている。このため、電動モータ１２５を駆動させると、回転軸１２４、リンク部材１２３、およびノズル１２１は、一体的に回動し、ノズル１２１は、基板Ｗの中心部から周縁部に至る各部に対して、純水を吐出可能となる。

純水供給系１３０は、純水吐出部１２０へ純水を供給するための配管系である。純水供給系１３０は、純水供給源１３１と、窒素ガス供給源１３２と、マイクロバブル発生部１３３と、配管１３４，１３５と、開閉弁１３６，１３７とを有している。純水供給源１３１からは配管１３４がのびており、配管１３４には開閉弁１３６が介挿されている。また、窒素ガス供給源１３２からは配管１３５がのびており、配管１３５には開閉弁１３７が介挿されている。配管１３５は、開閉弁１３７の先で配管１３４へ合流する。合流後の配管１３４は、マイクロバブル発生部１３３を介してノズル１２１へ接続されている。なお、配管１３４は、少なくともノズル１２１近傍においては可撓性を有する部材により構成され、ノズル１２１の回動に追従できる構成となっている。

マイクロバブル発生部１３３は、マイクロメートルオーダーの微小気泡であるマイクロバブルを発生させる装置である。マイクロバブル発生部１３３の構成は、第１実施形態のマイクロバブル発生部３３と同等であり、気液混合ポンプ１３３ａと、旋回加速器１３３ｂと、分散器１３３ｃとを、配管１３４に有している。

このような構成において、開閉弁１３６および開閉弁１３７を開くと、純水および窒素ガスが気液混合ポンプ１３３ａへ導入される。純水と窒素ガスは、気液混合ポンプ１３３ａにおいて混合され、旋回加速器１３３ｂへ送られる。旋回加速器１３３ｂは、純水と窒素ガスとを加速して旋回させ、気液２層流を形成して、分散器１３３ｃへ送り出す。分散器１３３ｃは、送り込まれた気液２層流を流体力学的に剪断して、窒素ガスのマイクロバブルを形成する。そして、そのマイクロバブルを含む純水が、ノズル１２１から基板Ｗの上面へ吐出される。なお、開閉弁１３７を閉じて開閉弁１３６のみを開くと、マイクロバブルを含まない純水のみが基板Ｗの上面へ供給される。

上記の気液混合ポンプ１３３ａ、旋回加速器１３３ｂ、および分散器１３３ｃでは、マイクロバブルを発生させる際には、純水中へ窒素ガスを激しく混合する。このため、窒素ガス供給源１３２から供給された窒素ガスの一部は、純水中に溶解する。すなわち、この基板処理装置３においては、マイクロバブル発生部１３３が、純水へ窒素ガスを溶解させる手段としても機能している。

純水回収部１４０は、ベース部材１１１上に保持された基板Ｗの周囲を取り囲むガード部材１４１を備えている。ガード部材１４１は、内方にくの字形に開いた断面形状を有しており、基板Ｗから周囲に飛散した純水を、内壁面に受けるようになっている。ガード部材１４１の底面の一部には排液口１４２が設けられている。ガード部材１４１に受けられた純水は、ガード部材１４１の内壁面を伝って排液口１４２から排液ラインへ排出される。

制御部１５０は、チャックピン１１２、電動モータ１１４，１２５、超音波振動子１２２、マイクロバブル発生部１３３、開閉弁１３６，１３７等と電気的に接続されており、これらの動作を制御する。

続いて、このような構成を有する基板処理装置３の動作について、以下に説明する。図１２〜図１３は、基板処理装置３の各段階の動作の様子を示した図である。これらの動作は、制御部１５０が、チャックピン１１２、電動モータ１１４，１２５、超音波振動子１２２、マイクロバブル発生部１３３、開閉弁１３６，１３７等を制御することにより進行する。

まず、図１２のように、基板Ｗをベース部材１１１上に載置し、チャックピン１１２により基板Ｗを把持する。そして、電動モータ１１４を駆動させ、ベース部材１１１とともに基板Ｗを回転させる。

次に、開閉弁１３６，１３７（図１１参照）を開くとともにマイクロバブル発生部１３３（図１１参照）を動作させ、図１３のように、マイクロバブルを含む純水を、基板Ｗの上面に吐出する。また、超音波振動子１２２を動作させ、ノズル１２１から吐出される純水に、超音波振動を与える。基板Ｗの上面に吐出された純水は、基板Ｗの回転に伴う遠心力によって外方へ振り切られ、ガード部材１４１（図１１参照）へ受けられた後、排液口１４２（図１１参照）を経由して排液ラインへ排出される。

基板Ｗの表面に純水が吐出されると、基板Ｗに付着したパーティクルは、純水が帯びている超音波振動の衝撃を受けて、基板Ｗの表面から遊離する。また、基板Ｗの表面には、マイクロバブルを含む純水の外方へ向かう流れが形成されている。このため、超音波振動の衝撃によって基板Ｗの表面から遊離したパーティクルは、マイクロバブルに吸着し、マイクロバブルとともに外方へ運搬される。マイクロバブルは各気泡のサイズが微小であるため、全体として広い表面積を有し、パーティクルを効率よく吸着する。また、マイクロバブルは帯電性を有するため、静電的作用によっても、パーティクルを効率よく吸着する。このようにして、パーティクルは、マイクロバブルとともに外方へ振り切られ、ガード部材１４１（図１１参照）を経て廃液ラインへ排出される。

このような純水の吐出を所定時間継続した後、超音波振動子１２２およびマイクロバブル発生部１３３（図１１参照）を停止させるとともに開閉弁１３６，１３７（図１１参照）を閉じ、純水の吐出を停止する。そして、電動モータ１１４の回転数を上げ、基板Ｗを高速回転する。これにより、基板Ｗの上面に残存する純水を外方へ振り切って、基板Ｗを乾燥させる。以上で、基板処理装置３における基板Ｗの処理は終了する。

以上のように、この基板処理装置３では、超音波振動の衝撃によって基板Ｗからパーティクルを遊離させ、遊離したパーティクルをマイクロバブルに吸着させて、効率よく除去できる。また、基板Ｗの周辺にマイクロバブルを供給しつつ、超音波振動を与えているので、マイクロバブルが超音波振動の衝撃を吸収し、基板Ｗに対する過度の衝撃を和らげることができる。このため、基板Ｗに対するダメージを緩和しつつ、基板Ｗからパーティクルを遊離できる。

また、この基板処理装置３では、マイクロバブル発生部３３において、窒素ガスの一部が純水中に溶解する。このため、純水の帯電を低下でき、純水自体が配管や処理槽１０の各部からパーティクルを吸収することを防止できる。また、純水中に窒素ガスを溶解させているため、超音波振動を効率よく基板Ｗへ伝搬できる。

＜４．第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態も、本発明を枚葉式の基板処理装置に適用した場合の実施形態である。図１４は、第４実施形態に係る基板処理装置４の縦断面図である。この基板処理装置４は、マイクロバブル発生部１６１およびポンプ１６２の構成が上記の基板処理装置１と異なり、その他の部位は上記の基板処理装置３と同等である。このため、マイクロバブル発生部１６１とポンプ１６２以外の部位については、図１４中に図１１と同一の符号を付し、以下では重複説明を省略する。

基板処理装置４のマイクロバブル発生部１６１は、第２実施形態のマイクロバブル発生部７１と同等の構成であり、脱気部１６１ａと、ガス溶解部１６１ｂと、ヒータ１６１ｃとを、配管１３４上に有している。これらの脱気部１６１ａ、ガス溶解部１６１ｂ、ヒータ１６１ｃは、上記の制御部１５０と電気的に接続される。また、ガス溶解部１６１ｂは、配管１３５を介して窒素ガス供給源１３２と接続されている。

マイクロバブル発生部１６１は、第２実施形態のマイクロバブル発生部７１と同じように、マイクロバブルを発生させる。すなわち、純水がガス溶解部１６１ｂを出るときの圧力低下によって第１の過飽和の状態を作り、第１のマイクロバブルを発生させる。また、ヒータ１６１ｃを通過するときの純水の温度の上昇によって第２の過飽和の状態を作り、第２のマイクロバブルを発生させる。

なお、マイクロバブル発生部１６１の構成要素である脱気部１６１ａおよびガス溶解部１６１ｂも、図９に示すようなユニット７１０を利用することができる。

この基板処理装置４は、マイクロバブル発生部１６１の構成が上記のように第３実施形態とは異なるものの、第３実施形態と同様に、図１２〜図１３のような動作を行うことができる。すなわち、ベース部材上で回転する基板Ｗの上面に、マイクロバブルを含むとともに超音波振動を帯びた純水を吐出できる。

したがって、この基板処理装置４でも、超音波振動の衝撃によって基板Ｗからパーティクルを遊離させ、遊離したパーティクルをマイクロバブルに吸着させて除去する効果を得ることができる。また、マイクロバブルによって超音波振動による過度の衝撃を和らげる効果も得ることができる。

また、この基板処理装置４でも、ガス溶解部１６１ｂにおいて純水中に溶解した窒素ガスの一部は、マイクロバブルとして発生することなく、純水中に溶存し続ける。このため、第３実施形態と同じように、純水自体の帯電を低下させる効果や、超音波振動の伝搬効率を向上させる効果を得ることができる。

＜５．その他＞
上記の各実施形態では、基板処理装置１〜４の動作について、パーティクルの除去処理に関する動作のみを説明したが、本発明の基板処理装置は、他の種々の動作も行うように構成されていてもよい。

また、上記の各実施形態では、基板Ｗへ供給する液体が純水である場合について説明したが、基板Ｗへ供給する液体は他の液体であってもよい。

また、上記の各実施形態では、液体へ溶解させる気体と、マイクロバブルを構成する気体が、いずれも窒素ガスである場合について説明したが、二酸化炭素やオゾンなどの他の気体を利用してもよい。また、液体へ溶解させる気体と、マイクロバブルを構成する気体は、別種の気体であってもよい。

また、上記の第１実施形態および第２実施形態では、外槽へオーバーフローした純水を排液ラインへ排出する場合について説明したが、外槽へオーバーフローした純水からマイクロバブルおよびパーティクルを除去し、再び処理槽１０内へ循環させる構成であってもよい。そのような構成とすれば、使用する純水の量を節約しつつ、パーティクルの除去を行うことができる。

第１実施形態に係る基板処理装置を、基板と平行な平面で切断した縦断面図である。 第１実施形態に係る基板処理装置を、基板と垂直な平面で切断した縦断面図である。 第１実施形態に係る基板処理装置の動作の様子を示した図である。 第１実施形態に係る基板処理装置の動作の様子を示した図である。 第１実施形態に係る基板処理装置の動作の様子を示した図である。 第１実施形態に係る基板処理装置の動作の様子を示した図である。 第２実施形態に係る基板処理装置を、基板と平行な平面で切断した縦断面図である。 純水に対する窒素ガスの飽和溶解濃度を示したグラフである。 脱気部またはガス溶解部として利用可能なユニットを示した図である。 基板からのパーティクルの除去率を示したグラフである。 第３実施形態に係る基板処理装置の縦断面図である。 第３実施形態に係る基板処理装置の動作の様子を示した図である。 第３実施形態に係る基板処理装置の動作の様子を示した図である。 第４実施形態に係る基板処理装置の縦断面図である。

符号の説明

１，２，３，４ 基板処理装置
１０ 処理槽
１１ 吐出部
１２ 外槽
３０，１３０ 純水供給系
３３，７１，１３３，１６１ マイクロバブル発生部
３３ａ，１３３ａ 気液混合ポンプ
３３ｂ，１３３ｂ 旋回加速器
３３ｃ，１３３ｃ 分散器
５０ 超音波発生部
５２，１２２ 超音波振動子
６０，１５０ 制御部
７１ａ，１６１ａ 脱気部
７１ｂ，１６１ｂ ガス溶解部
７１ｃ，１６１ｃ ヒータ
１２０ 純水吐出部
７１０ ユニット
Ｗ 基板

Claims (7)

1. 液体により基板の処理を行う基板処理装置であって、
   液体を貯留する処理槽と、
   前記処理槽内の液体に浸漬させた状態で基板を保持する保持手段と、
   前記処理槽内に液体を供給する液体供給手段と、
   前記処理槽内に貯留された液体に超音波振動を付与する超音波振動付与手段と、
   前記液体供給手段から前記処理槽内へ供給される液体にマイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生手段と、
   を備えることを特徴とする基板処理装置。
2. 液体により基板の処理を行う基板処理装置であって、
   基板を保持する保持手段と、
   前記保持手段に保持された基板に液体を供給する液体供給手段と、
   前記液体供給手段から基板へ供給される液体に超音波振動を付与する超音波振動付与手段と、
   前記液体供給手段から基板へ供給される液体にマイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生手段と、
   を備えることを特徴とする基板処理装置。
3. 請求項１または２に記載の基板処理装置であって、
   前記液体へ所定のガスを溶解させるガス溶解手段をさらに備えることを特徴とする基板処理装置。
4. 基板の表面からパーティクルを除去するパーティクル除去方法であって、
   処理槽内に貯留された液体に基板を浸漬させた状態で、前記処理槽内に貯留された液体に超音波振動を付与しつつ、前記処理槽内にマイクロバブルを発生させた液体を供給することを特徴とするパーティクル除去方法。
5. 基板の表面からパーティクルを除去するパーティクル除去方法であって、
   保持手段に保持された基板の表面に、超音波振動が付与され、かつ、マイクロバブルを発生させた液体を供給することを特徴とするパーティクル除去方法。
6. 請求項４または５に記載のパーティクル除去方法であって、
   基板の表面に沿って液体の流れが形成されることを特徴とするパーティクル除去方法。
7. 請求項４乃至６のいずれかに記載のパーティクル除去方法であって、
   前記液体には、所定のガスが溶解されていることを特徴とするパーティクル除去方法。
   

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