JP2008036557A - 気体溶解装置、基板洗浄ユニット、気体溶解方法および基板洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体に気体を溶解させるにあたり、シンプルかつ安価な部材により微小径の気泡を有する液体を生成することができ、また、気泡の粒径を微小とする条件下において液体に対する気体の溶存濃度を高くすることができる気体溶解装置および気体溶解方法、ならびにこのような気泡を含む液体を用いた基板洗浄ユニットおよび基板洗浄方法を提供する。
【解決手段】気体溶解装置は、液体に気体を混合させる混合機構１８と、この混合機構１８の下流側に設けられた流路２２を備えている。流路２２は、気体が混合させられた液体が送られるようになっており、絞り部を２つ以上有している。この絞り部は、液体の流れ方向に直交する流路断面の面積がこの液体の流れ方向に沿って小さくなるよう構成されている。基板洗浄ユニットは、上述の気体溶解装置と、被処理基板Ｗの洗浄を行う基板洗浄装置３５とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、液体に気体を溶解させるための気体溶解装置およびこの気体溶解装置を備えた基板洗浄ユニット、ならびに液体に気体を溶解させるための気体溶解方法およびこの気体溶解方法により生成された、気体が溶解している液体を用いて基板の洗浄を行う基板洗浄方法に関する。

従来より、半導体ウエハ（以下、ウエハともいう）等の被処理基板の洗浄を行うにあたり、Ｎ_２ガスやオゾンガス等のガスを含有する純水や薬液（以下、洗浄液として純水を用いた場合について説明する。）にウエハを浸し、さらに超音波をこの純水に照射するような方法が知られている（例えば、特許文献１等参照）。

ここで、Ｎ_２ガスやオゾンガス等のガスを含有する純水を生成するにあたり、様々な気体溶解装置が用いられている。その一例を特許文献２、３等に示す。

特開平９−１０７１２号公報 特開２００４−１６０２９０号公報 特開平７−３０８５５６号公報

Ｎ_２ガス等を含む純水にウエハを浸し、さらに超音波をこの純水に照射するような方法を用いるにあたり、ガスが過飽和状態となっていることが好ましい。なぜならば、純水に対するガスの溶存濃度が大きくなればなるほど、超音波を照射した際におけるウエハへのダメージが小さくなるからである。この際に、ガスが過飽和状態となると、飽和しきれなかったガスは気泡となって純水の中に存在することとなる。

ここで、例えば超音波照射装置に与える出力を大きくしたりすることにより、ウエハに付着したパーティクル等の除去率を向上させることができる。しかしながら、この場合は、純水中の気泡により、ウエハのパターンに対するダメージが増加するおそれがあった。

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、液体に気体を溶解させるにあたり、シンプルかつ安価な部材により微小径の気泡を有する液体を生成することができ、また、気泡の粒径を微小とする条件下において液体に対する気体の溶存濃度を高くすることができる気体溶解装置および気体溶解方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、上述の気体溶解装置を備えていることにより、または上述の気体溶解方法により生成された液体を用いて被処理基板の洗浄を行うことにより、この被処理基板の洗浄を良好に行うことができる基板洗浄ユニットおよび基板洗浄方法を提供することを目的とする。

本発明は、液体に気体を混合させる混合機構と、前記混合機構の下流側に設けられた、気体が混合させられた液体が送られる流路であって、前記液体の流れ方向に直交する流路断面の面積が当該液体の流れ方向に沿って小さくなるような絞り部を２つ以上有する流路と、を備えたことを特徴とする気体溶解装置である。

また、本発明は、液体に気体を混合させる工程と、気体が混合させられた液体を、当該液体の流れ方向に直交する流路断面の面積が小さくなるような絞り部を２つ以上有する流路に送る工程と、を備えたことを特徴とする気体溶解方法である。

このような気体溶解装置および気体溶解方法によれば、気体が液体に混合させられた後、気泡を含む液体が複数の絞り部を有する流路を通過することにより、気泡が微小化する。なぜならば、液体が絞り部を通過することによりこの液体にかかる圧力（水圧）が大きくなるからである。ここで、流路において液体が絞り部を複数回通過するので、この液体の圧縮・膨張が繰り返し行われる。気泡を含む液体の圧縮・膨張が繰り返し行われることにより、この気泡は段階的にその径が小さくなることとなり、最終的には液体に含まれる気泡は微小化されることとなる。なお、絞り部は流路に複数設けられており、気泡は段階的にその径が小さくなるので、絞り部が一つしかなく液体に急激に圧力が加えられるような構造のものと比較して、この流路における圧力損失を小さなものとすることができる。このようにして、液体に気体を溶解させるにあたり、シンプルかつ安価な部材により微小径の気泡を有する液体を生成することができ、また、気泡の粒径を微小とする条件下において液体に対する気体の溶存濃度を高くすることができる。

本発明の気体溶解装置においては、前記混合機構において、液体中に気体を過飽和状態となるよう混合させることが好ましい。あるいは、本発明の気体溶解方法においては、液体に気体を混合させる際に、液体中に気体を過飽和状態となるよう混合させることが好ましい。このことにより、被処理基板を良好に洗浄することができるような、気泡を含有する液体を生成することができる。

本発明の気体溶解装置においては、第１の流路形成部材および第２の流路形成部材を更に備え、前記流路はこれらの第１の流路形成部材および第２の流路形成部材の間に形成されており、第１の流路形成部材と第２の流路形成部材との間の距離が調整可能となっていることが好ましい。このことにより、第１の流路形成部材と第２の流路形成部材との間に形成される流路の断面積（純水の流れ方向に直交する流路断面の面積）を変更することができる。このため、この流路を通過した液体に含まれる気泡がより微小なものとなるよう、第１の流路形成部材と第２の流路形成部材との間の距離を調整することができる。
なお、この際に、前記第１の流路形成部材および第２の流路形成部材は、前記流路を形成するような互いに対向する部分においてそれぞれ階段形状となっていることがより好ましく、また、前記第１の流路形成部材と第２の流路形成部材との間の距離は、スペーサーにより調整可能となっていることがより好ましい。

本発明の気体溶解装置においては、前記流路の下流側に、液体に含まれる気泡のうち一定径以上の気泡を除去するフィルターを更に設けたことが好ましい。あるいは、本発明の気体溶解方法においては、前記流路に液体を通過させた後において、液体に含まれる気泡のうち一定径以上の気泡をフィルターにより除去する工程を更に備えたことが好ましい。このことにより、このフィルターで径の比較的大きな気泡を除去することができ、最終的に生成される液体について、この液体に含まれる気泡をその径が微小なもののみとすることができる。

本発明の気体溶解装置においては、前記混合機構と前記流路との間に、前記液体が衝突してこの液体に含まれる気泡が粉砕されるような壁部材を更に設けたことが好ましい。あるいは、本発明の気体溶解方法においては、液体に気体を混合させた後であって前記流路に当該液体を送る前において、前記液体を壁部材に衝突させてこの液体に含まれる気泡を粉砕する工程を更に備えたことが好ましい。このことにより、壁部材に液体が衝突したときに発生する衝突エネルギーによりこの液体に含まれる気泡が粉砕されてその径が小さくなるので、流路に送られる液体に含まれる気泡を、予めその径が小さなものとすることができる。

本発明は、上述の気体溶解装置と、気体が溶解している液体が前記気体溶解装置から送られ、当該液体に被処理基板を浸すことによりこの被処理基板の洗浄を行う基板洗浄装置と、を備えたことを特徴とする基板洗浄ユニットである。また、本発明は、上述の気体溶解方法により生成された、気体が溶解している液体に被処理基板を浸すことによりこの被処理基板の洗浄を行うことを特徴とする基板洗浄方法である。このような基板洗浄ユニットおよび基板洗浄方法によれば、微小径の気泡を有する水を用いて基板の洗浄を行うことにより、被処理基板の洗浄を良好に行うことができる。

本発明の基板洗浄ユニットにおいては、前記基板洗浄装置に設けられ、当該基板洗浄装置において前記被処理基板が浸された前記液体に超音波を照射する超音波照射装置を更に備えたことが好ましい。あるいは、本発明の基板洗浄方法においては、前記液体に前記被処理基板を浸す際に、この液体に超音波を照射することが好ましい。このような基板洗浄ユニットおよび基板洗浄方法によれば、被処理基板が浸された水に超音波を照射することにより、被処理基板の洗浄をより良好に行うことができる。

本発明の気体溶解装置および気体溶解方法によれば、液体に気体を溶解させるにあたり、シンプルかつ安価な部材により微小径の気泡を有する液体を生成することができ、また、気泡の粒径を微小とする条件下において液体に対する気体の溶存濃度を高くすることができる。

また、本発明の基板洗浄ユニットおよび基板洗浄方法によれば、上述の気体溶解装置を備えていることにより、または上述の気体溶解方法により生成された、微小径の気泡を有する液体を用いて被処理基板の洗浄を行うことにより、この被処理基板の洗浄を良好に行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１乃至図６は、本発明による気体溶解装置およびこの気体溶解装置を備えた基板洗浄ユニットの一の実施の形態を示す図である。
このうち、図１は、本実施の形態における気体溶解装置の構成の概略を示すブロック図であり、図２は、図１の気体溶解装置における気泡発生器の縦断面図である。また、図３は、図２の気体溶解装置のＡ−Ａ矢視断面図であり、図４は、図２の気体溶解装置において符号Ｂで示される領域の拡大図であり、図５は、図２の気体溶解装置において符号Ｃで示される領域の拡大図である。また、図６は、図１に示す気体溶解装置を備えた基板洗浄ユニットの構成の概略を示す構成図である。

まず、気体溶解装置の構成について図１乃至図５を用いて説明する。
図１に示すように、気体溶解装置は、気泡発生器１０と、この気泡発生器１０の下流側に設けられたフィルター３０とを備えている。気泡発生器１０には、流量計１２を介して純水が送られ、また流量調整バルブ１４を介してＮ_２ガスが送られるようになっており、当該気泡発生器１０において純水にＮ_２ガスが溶解させられるようになっている。この気泡発生器１０は、図２に示すように、略円筒形状のケーシング１６と、ケーシング１６内において純水にＮ_２ガスを混合させるガス導入管１８と、ケーシング１６内においてガス導入管１８の下流側に設けられ、当該ケーシング１６内で流れる純水が衝突するような壁部材２０と、ケーシング１６内において壁部材２０の下流側に設けられ、ガス導入管１８によりＮ_２ガスが溶解させられた純水が送られる流路２２と、を備えている。なお、図１乃至図５において、純水にＮ_２ガスを溶解させる気体溶解装置について説明しているが、純水の代わりに薬液等の他の洗浄用の液体を用いてもよく、また、Ｎ_２ガスの代わりにＯ_２ガス、Ｏ_３ガス、ＣＯ_２ガス等の他の気体を用いてもよい。

以下、上述した気体溶解装置の各構成要素について、以下に詳述する。

ケーシング１６は、前述のように略円筒形状となっており、図２に示すようにその中空部分の一端から純水が供給されるようになっている。この純水は、図１に示すように流量計１２を介して外部の純水供給部から送られるものである。当該ケーシング１６は例えば熱硬化性プラスチック、具体的には例えばＰＥＥＫ（商標登録、ポリエーテルエーテルケトン）から形成されている。なお、このケーシング１６として、耐薬品性を有し、かつ、金属を溶出しない材料、例えばフッ素樹脂（ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体））、石英（天然石英、合成石英）等を用いてもよい。また、ケーシング１６の全体がこのような材料から構成される必要はなく、少なくとも純水（薬液）が接する部分においてこのような材料が用いられていればよい。また、このケーシング１６内の中空部分には、当該ケーシング１６と同軸である略円柱形状の芯棒部材１７が設置されている。

ガス導入管１８は、図２に示すようにケーシング１６の外方から当該ケーシング１６内の中空部分までこのケーシング１６を貫通するよう配設されている。図１および図２に示すように、このガス導入管１８は流路に対して垂直方向に配設されている。ガス導入管１８の一端は流量調整バルブ１４を介してＮ_２ガス供給部に接続されており、このＮ_２ガス供給部からＮ_２ガスがガス導入管１８に供給されるようになっている。また、ガス導入管１８の他端におけるケーシング１６内の部分には当該ガス導入管１８の長手方向に沿って所定の間隔で非常に小さな貫通孔１８ａが多数形成されており、この貫通孔１８ａを介してガス導入管１８の内部からＮ_２ガスが当該ガス導入管１８の外方へ気泡として放出され、このＮ_２ガスの気泡はケーシング１６内の純水と混合させられるようになっている。この際に、ガス導入管１８が流路に対して垂直方向に配設され、当該ガス導入管１８の長手方向に沿って所定の間隔で非常に小さな貫通孔１８ａが多数形成されているので、純水にＮ_２ガスを均一に混合させることができる。また、ガス導入管１８からは、ケーシング１６内の純水に対してＮ_２ガスが過飽和状態となるよう、Ｎ_２ガスが供給されるようになっている。

壁部材２０は、ケーシング１６内においてガス導入管１８の下流側に設けられている。この壁部材２０は、図２および図３に示すように芯棒部材１７の周囲に取り付けられており、ケーシング１６内の中空部分を塞ぐような略円盤形状のものとなっている。図３に示すように、壁部材２０には複数の貫通孔２０ａが同心円状に形成されており、この貫通孔２０ａを通過してケーシング１６内の純水が図２の右方に流れるようになっている。ここで、ケーシング１６内の純水が壁部材２０の貫通孔２０ａを通過する際に、この純水は壁部材２０の表面２０ｂに衝突し、この衝突エネルギーにより純水に含まれるＮ_２ガスの気泡が粉砕されて当該気泡の径が小さくなるようになっている。図３に示すように、壁部材２０に貫通孔２０ａが同心円状に形成されていることにより、Ｎ_２ガスの気泡を各貫通孔２０ａに均等に分配することができる。

ケーシング１６内において壁部材２０の下流側には流路２２が形成されている。この流路２２は、ケーシング１６の一部である第１の流路形成部材１６ａと、芯棒部材１７の外周に取り付けられた第２の流路形成部材１７ａとの間に形成されている。ここで、第１の流路形成部材１６ａおよび第２の流路形成部材１７ａは以下のような形状となっている。すなわち、第１の流路形成部材１６ａと第２の流路形成部材１７ａの間に形成される流路２２について、純水の流れ方向に直交する流路２２の断面の面積がこの純水の流れに沿って徐々に小さくなるような絞り部が２つ以上設けられるよう、第１の流路形成部材１６ａおよび第２の流路形成部材１７ａの形状が定められている。

第１の流路形成部材１６ａと第２の流路形成部材１７ａの間に形成される流路２２について、図４および図５を用いて更に詳細に説明する。
壁部材２０の下流側における流路２２は、それぞれがいわゆる段差方式となっている２つの気泡粉砕部Ｂ、Ｃ（図２参照）を有している。ここで、気泡粉砕部Ｂの詳細について図４を用いて説明する。図４に示すように、流路２２を形成する部分における第１の流路形成部材１６ａおよび第２の流路形成部材１７ａはそれぞれ階段形状となっており、純水はケーシング１６の長手方向（図４の左右方向）に対して斜め方向（図４の左上方向）に流れるようになっている。具体的には、この階段形状部分を通過する純水は、図４の二点鎖線に示す方向に流れるようになっている。
この際に、気泡粉砕部Ｂにおいて流路２２を通過する純水の流れ方向に直交する流路断面は、図４の矢印Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ等で示される。すなわち、気泡粉砕部Ｂにおいて流路２２を通過する純水は、まず図４において矢印Ａで示される流路断面を直交するよう通過し、次に矢印Ｂで示される流路断面を直交するよう通過し、その後順次矢印Ｃ、Ｄ、Ｅ等で示される流路断面を直交するよう通過する。

ここで、第１の流路形成部材１６ａおよび第２の流路形成部材１７ａがそれぞれ階段形状となっているので、図４に示すように矢印Ｂで示す流路断面は矢印Ａで示す流路断面よりも小さくなっており、また矢印Ｄで示す流路断面は矢印Ｃで示す流路断面よりも小さくなっている。このため、純水が矢印Ａで示す流路断面から矢印Ｂで示す流路断面まで流れる際に、この純水は圧縮されることとなる。ここで、矢印Ａで示す流路断面から矢印Ｂで示す流路断面までの間の流路を、「絞り部」という。同様に、矢印Ｃで示す流路断面から矢印Ｄで示す流路断面までの間の流路にも絞り部が形成されている。図４に示すように、気泡粉砕部Ｂには合計で３つの絞り部が設けられている。

同様に、気泡粉砕部Ｃ（図２参照）の詳細について図５を用いて説明すると、流路２２を形成する部分における第１の流路形成部材１６ａおよび第２の流路形成部材１７ａはそれぞれ階段形状となっており、純水はケーシング１６の長手方向（図５の左右方向）に対して斜め方向（図５の右下方向）に流れるようになっている。具体的には、この階段形状部分を通過する純水は、図５の二点鎖線に示す方向に流れるようになっている。
この際に、気泡粉砕部Ｃにおいて流路２２を通過する純水の流れ方向に直交する流路断面は、図５の矢印Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ等で示される。

ここで、第１の流路形成部材１６ａおよび第２の流路形成部材１７ａがそれぞれ階段形状となっているので、図５に示すように矢印Ｆで示す流路断面は矢印Ｅで示す流路断面よりも小さくなっており、また矢印Ｈで示す流路断面は矢印Ｇで示す流路断面よりも小さくなっている。このため、純水が矢印Ｅで示す流路断面から矢印Ｆで示す流路断面まで流れる際に、この純水は圧縮されることとなる。すなわち、矢印Ｅで示す流路断面から矢印Ｆで示す流路断面までの間の流路に絞り部が形成されている。同様に、矢印Ｇで示す流路断面から矢印Ｈで示す流路断面までの間の流路にも絞り部が形成されている。図５に示すように、気泡粉砕部Ｃにも合計で３つの絞り部が設けられている。

ケーシング１６内において流路２２を通過した、Ｎ_２ガスが溶解された純水は、図２に示すようにこのケーシング１６の他端から外部へ送られ、具体的には図１に示すようにこの純水はフィルター３０に送られるようになっている。フィルター３０は例えば１ミクロンのメッシュ状のものからなり、純水の中に含まれるＮ_２ガスの気泡のうち一定径、例えば１ミクロン以上の気泡を除去するようになっている。

次に、このような気体溶解装置を備えた基板洗浄ユニットについて図６を用いて説明する。この基板洗浄ユニットは、図１乃至図５に示すような気体溶解装置と、半導体ウエハ（以下、ウエハともいう）Ｗ等の被処理基板の洗浄を行うための基板洗浄装置３５とを備えている。

基板洗浄装置３５は、図６に示すように、ウエハＷが収容される洗浄槽４０と、洗浄槽４０内に設けられウエハＷを保持する保持具４２と、純水供給管４６を介して気体溶解装置のフィルター３０に接続され、洗浄槽４０内にこのフィルター３０から送られた純水を供給する各々左右一対の上方供給部４４ａ、中央供給部４４ｂおよび下方供給部４４ｃとを備えている。上方供給部４４ａ、中央供給部４４ｂおよび下方供給部４４ｃの切り換えは、各供給部に対応するよう純水供給管４６に設けられた各バルブ４８ａ、４８ｂ、４８ｃにより行われるようになっている。また、洗浄槽４０の周囲にはオーバーフロー槽５０が設置されており、洗浄槽４０からオーバーフロー槽５０に流出した純水は、ドレン槽５２に送られるようになっている。

さらに、基板洗浄装置３５の洗浄槽４０の下方には、この洗浄槽４０内の純水に超音波を照射する超音波照射装置６０が取り付けられている。この超音波照射装置６０は、洗浄槽４０内の純水に向かって図６の上方に超音波を照射するようになっている。

次に、このような構成からなる気体溶解装置および基板洗浄ユニットの動作について説明する。

まず、図２に示すような気泡発生器１０に対して、純水およびＮ_２ガスが供給される。具体的には、気泡発生器１０の円筒形のケーシング１６内の中空部分に純水が送られ、この純水は図２において右方に流れる。一方、Ｎ_２ガスはガス導入管１８によりケーシング１６内の純水に混入させられる。更に具体的には、Ｎ_２ガスはガス導入管１８に形成された多数の非常に小さな貫通孔１８ａを介してケーシング１６内の純水に送られ、この貫通孔１８ａを通過する際に気泡となる。なお、ガス導入管１８からは、ケーシング１６内の純水に対してＮ_２ガスが過飽和状態となるよう、Ｎ_２ガスが供給される。このため、この純水の中には飽和しきれなかった気泡が残ることとなる。この際に、ガス導入管１８が流路に対して垂直方向に配設され、当該ガス導入管１８の長手方向に沿って所定の間隔で非常に小さな貫通孔１８ａが多数形成されているので、純水にＮ_２ガスを均一に混合させることができる。

次に、気泡を含む純水は壁部材２０の表面２０ｂに衝突する。この衝突により発生する衝突エネルギーにより、Ｎ_２ガスの気泡が粉砕されて当該気泡の径が小さくなる。具体的には、気泡は例えば１ミリメートル以下の大きさとなるよう粉砕される。ここで、図３に示すように、壁部材２０に貫通孔２０ａが同心円状に形成されていることにより、Ｎ_２ガスの気泡を各貫通孔２０ａに均等に分配することができる。

その後、気泡を含む純水は流路２２に送られる。ここで、流路２２には絞り部が複数設けられている。なお、絞り部とは、前述のように純水の流れ方向に直交する流路断面の面積がこの純水の流れ方向に沿って小さくなるような部分のことをいい、具体的には、例えば図４における矢印Ａで示す流路断面から矢印Ｂで示す流路断面までの間の流路や、矢印Ｃで示す流路断面から矢印Ｄで示す流路断面までの間の流路のことを指す。気泡を含む純水が複数の絞り部を有する流路２２を通過することにより、気泡が更に微小化する。なぜならば、純水が絞り部を通過することによりこの純水にかかる圧力（水圧）が大きくなるからである。図２に示すような気体溶解装置においては、第１の流路形成部材１６ａおよび第２の流路形成部材１７ａが階段形状となっており、流路２２において純水が絞り部を複数回通過するので、この純水の圧縮・膨張が繰り返し行われる。気泡を含む純水の圧縮・膨張が繰り返し行われることにより、この気泡は段階的にその径が小さくなることとなり、最終的には純水に含まれる気泡は微小化されることとなる。

なお、流路２２に設けられる絞り部について、この流路２２内における上流側ではその断面面積が大きく、下流側に進むに従って絞り部の断面面積が徐々に小さくなることが好ましい。具体的には、気泡粉砕部Ｂにおける矢印Ａで示す流路断面から矢印Ｂで示す流路断面までの間の絞り部が最も大きく、下流側に進むに従って絞り部が徐々に小さくなり、気泡粉砕部Ｃにおける矢印Ｇで示す流路断面から矢印Ｈで示す流路断面までの間の絞り部が最も小さくなっていることが好ましい。このことにより、純水に含まれる気泡をより微小化させることができるようになる。

流路２２を通過した純水はフィルター３０に送られる。このフィルター３０において、純水の中に含まれるＮ_２ガスの気泡のうち一定径、例えば１ミクロン以上の気泡が除去される。一方、微小径の気泡は純水の中に溶存したままの状態となる。

このようにして気体溶解装置において形成された気泡を含む純水は、図６に示すように純水供給管４６を介して各供給部４４ａ、４４ｂ、４４ｃから洗浄槽４０内に供給される。ここで、洗浄されるべきウエハＷの位置により、バルブ４８ａ、４８ｂ、４８ｃの切り換えが行われ、対応する所望の供給部４４ａ、４４ｂ、４４ｃから洗浄槽４０内に気泡を含む純水が供給されることとなる。洗浄槽４０内に気泡を含む純水が満たされた状態で、ウエハＷがこの洗浄槽４０内に浸けられて保持具４２により保持される。更に、超音波照射装置６０により洗浄槽４０内の純水に超音波が照射され、この超音波によってウエハＷが振動させられることにより当該ウエハＷ上のパーティクルが除去される。ここで、純水の中に微小径の気泡が含まれるので、ウエハ上の微細なパターンへ大きなダメージを与えることなくこのパーティクルの除去性能を向上させることができる。

より具体的に説明すると、洗浄槽４０に送られる純水に含まれる気泡の粒径を、超音波の半波長（λ／２＝Ｖ／２ｆ）以下、好ましくは半波長の１０分の１（Ｖ／２０ｆ）以下とすると超音波の伝播が阻害されにくくなるため、超音波照射装置の出力を過度に大きくする必要がなくなり、パターンへのダメージが低減される。なお、上記式において、λ（Ｖ／ｆ）は超音波の波長であり、ｆは周波数であり、Ｖは水中における音速（約１５００ｍ／ｓｅｃ）である。具体例を用いて説明すると、周波数が例えば１ＭＨｚの場合、気泡の粒径は０．７５ｍｍ以下であることが好ましく、０．０７５ｍｍ（７５ミクロン）以下であることがより好ましい。この場合、フィルター３０のメッシュの大きさも例えば０．７５ｍｍ以下であることが好ましく、０．０７５ｍｍ以下であることがより好ましい。

以上のように本実施の形態の気体溶解装置および気体溶解方法によれば、ガス導入管１８により純水にＮ_２ガスを混合させた後、絞り部を２つ以上有するような流路２２に対してＮ_２ガスが混合させられた純水を送るようになっており、この絞り部は純水の流れ方向に直交する流路断面の面積がこの純水の流れ方向に沿って小さくなるよう構成されている。このように、Ｎ_２ガスが純水に混合させられた後、このＮ_２ガスの気泡を含む純水が複数の絞り部を有する流路２２を通過することにより、気泡が微小化する。なぜならば、純水が絞り部を通過することによりこの純水にかかる圧力（水圧）が大きくなるからである。ここで、流路２２において純水が絞り部を複数回通過するので、この純水の圧縮・膨張が繰り返し行われる。気泡を含む純水の圧縮・膨張が繰り返し行われることにより、この気泡は段階的にその径が小さくなることとなり、最終的には純水に含まれる気泡は微小化されることとなる。なお、絞り部は流路２２に複数設けられており、気泡は段階的にその径が小さくなるので、絞り部が一つしかなく純水に急激に圧力が加えられるような構造のものと比較して、この流路２２における圧力損失を小さなものとすることができる。このようにして、純水にＮ_２ガスを溶解させるにあたり、シンプルかつ安価な部材により微小径の気泡を有する純水を生成することができ、また、気泡の粒径を微小とする条件下において純水に対するＮ_２ガスの溶存濃度を高くすることができる。

また、流路２２の下流側に、純水に含まれる気泡のうち一定径以上の気泡を除去するフィルター３０を更に設けたことにより、このフィルター３０で径の比較的大きな気泡を除去することができ、最終的に生成される純水について、この純水に含まれる気泡をその径が微小なもののみとすることができる。

また、ガス導入管１８と流路２２との間に、純水が衝突してこの純水に含まれる気泡が粉砕されるような壁部材２０を更に設けたことにより、この壁部材２０に純水が衝突したときに発生する衝突エネルギーによりこの純水に含まれる気泡が粉砕されてその径が小さくなるので、流路２２に送られる純水に含まれる気泡を、予めその径が小さなものとすることができる。

また、本実施の形態の基板洗浄ユニットは、上述の気体溶解装置と、Ｎ_２ガスが溶解している純水がこの気体溶解装置から送られ、当該純水にウエハＷを浸すことによりこのウエハＷの洗浄を行う基板洗浄装置３５とを備えている。また、本実施の形態の基板洗浄方法は、上述の気体溶解方法により生成された、Ｎ_２ガスが溶解している純水にウエハＷを浸すことによりこのウエハＷの洗浄を行う。このため、ウエハＷの洗浄に使用される純水に含まれる気泡を、その径が微小なもののみとすることができ、ウエハＷの洗浄を確実に行うことができる。

なお、本実施の形態による気体溶解装置および気体溶解方法は、上記の態様に限定されるものではなく、様々の変更を加えることができる。例えば、図７（ａ）（ｂ）に示すように、略円柱形状の芯棒部材１７に対する第２の流路形成部材１７ａの取り付け位置を、スペーサー１７ｓにより自在に変更することができるようになっていてもよい。具体的には、略円柱形状の芯棒部材１７に対する第２の流路形成部材１７ａの取り付け位置を調整するためのスペーサー１７ｓは、図７（ａ）（ｂ）に示すように薄い輪状のものからなり、芯棒部材１７に嵌めることができるような大きさとなっている。このスペーサー１７ｓは複数枚（図７では例えば６枚）設けられており、第２の流路形成部材１７ａに対する上流側（図７の左側）および下流側（図７の右側）のスペーサー１７ｓの設置枚数を変更することにより、芯棒部材１７に対する第２の流路形成部材１７ａの取り付け位置を変更することができる。

具体的には、図７（ａ）においては第２の流路形成部材１７ａの上流側（図７の左側）にスペーサー１７ｓが６枚設置されており、第１の流路形成部材１６ａと第２の流路形成部材１７ａとの間の距離は比較的大きくなっている。一方、図７（ｂ）に示すように、第２の流路形成部材１７ａの上流側にスペーサー１７ｓを２枚、下流側にスペーサー１７ｓを４枚設置するようスペーサー１７ｓの配置を変更すると、第１の流路形成部材１６ａと第２の流路形成部材１７ａとの間の距離を小さくすることができる。

而して、このようなスペーサー１７ｓを用いることにより、第１の流路形成部材１６ａと第２の流路形成部材１７ａとの間の距離が調整可能となっているので、これらの間に形成される流路２２の断面積（純水の流れ方向に直交する流路断面の面積）を変更することができる。このため、この流路２２を通過した後の純水に含まれる気泡がより微小なものとなるよう、第１の流路形成部材１６ａと第２の流路形成部材１７ａとの間の距離を調整することができる。

また、本実施の形態の他の変形例について図８を用いて説明する。図２に示すような気体溶解装置の気泡発生器１０においては、流路２２を形成する部分における第１の流路形成部材１６ａおよび第２の流路形成部材１７ａがそれぞれ階段形状となっており、これらの間に形成される流路２２は２つの多段式の気泡粉砕部Ｂ、Ｃを有するようになっているが、気体溶解装置に設けられる流路はこのような態様に限定されることはない。

すなわち、例えば図８に示すように、第１の流路形成部材１６ｂおよび第２の流路形成部材１７ｂについて、これらの間に形成される流路２２ａが２つのみの絞り部を有するような形状となっていてもよい。具体的には、図８に示す気泡発生器１０ａには流路２２ａが形成されており、この流路２２ａを通過する純水の流れ方向に直交する流路断面は、図８の矢印Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ等で示される。ここで、図８に示すように矢印Ｂで示す流路断面は矢印Ａで示す流路断面よりも小さくなっており、また矢印Ｄで示す流路断面は矢印Ｃで示す流路断面よりも小さくなっている。このため、流路２２ａは、矢印Ａで示す流路断面から矢印Ｂで示す流路断面までの間の第１の絞り部と、矢印Ｃで示す流路断面から矢印Ｄで示す流路断面までの間の第２の絞り部とを有することとなる。

このことにより、純水が流路２２ａを通過する際に、第１の絞り部および第２の絞り部でそれぞれこの純水は圧縮されることとなる。このように、流路２２ａが２つの絞り部を有していることにより、図８に示すような気泡発生器１０ａを備えた気体溶解装置は、図２に示すような気泡発生器１０を備えた気体溶解装置と同様の作用効果を得ることができる。

上述のように、本発明において、気体溶解装置について流路が２つ以上の絞り部を有するものであれば、その流路の形状は図２に示すようなものに限定されることはなく、様々の変更を行ってもよい。

本発明の実施の形態における気体溶解装置の構成の概略を示すブロック図である。 図１の気体溶解装置の縦断面図である。 図２の気体溶解装置のＡ−Ａ矢視断面図である。 図２の気体溶解装置において符号Ｂで示される領域の拡大図である。 図２の気体溶解装置において符号Ｃで示される領域の拡大図である。 図１に示す気体溶解装置を備えた基板洗浄ユニットの構成の概略を示す構成図である。 （ａ）（ｂ）は、本実施の形態における気体溶解装置の他の構成を示す部分縦断面図である。 本実施の形態における気体溶解装置の更に他の構成を示す縦断面図である。

符号の説明

１０、１０ａ 気泡発生器
１２ 流量計
１４ 流量調整バルブ
１６ ケーシング
１６ａ、１６ｂ 第１の流路形成部材
１７ 芯棒部材
１７ａ、１７ｂ 第２の流路形成部材
１７ｓ スペーサー
１８ ガス導入管
１８ａ 貫通孔
２０ 壁部材
２０ａ 貫通孔
２０ｂ 表面
２２、２２ａ 流路
３０ フィルター
３５ 基板洗浄装置
４０ 洗浄槽
４２ 保持具
４４ａ 上方供給部
４４ｂ 中央供給部
４４ｃ 下方供給部
４６ 純水供給管
４８ａ、４８ｂ、４８ｃ バルブ
５０ オーバーフロー槽
５２ ドレン槽
６０ 超音波照射装置

Claims (15)

1. 液体に気体を混合させる混合機構と、
   前記混合機構の下流側に設けられた、気体が混合させられた液体が送られる流路であって、前記液体の流れ方向に直交する流路断面の面積が当該液体の流れ方向に沿って小さくなるような絞り部を２つ以上有する流路と、
   を備えたことを特徴とする気体溶解装置。
2. 前記混合機構において、液体中に気体を過飽和状態となるよう混合させることを特徴とする請求項１記載の気体溶解装置。
3. 第１の流路形成部材および第２の流路形成部材を更に備え、前記流路はこれらの第１の流路形成部材および第２の流路形成部材の間に形成されており、
   第１の流路形成部材と第２の流路形成部材との間の距離が調整可能となっていることを特徴とする請求項１または２記載の気体溶解装置。
4. 前記第１の流路形成部材および第２の流路形成部材は、前記流路を形成するような互いに対向する部分においてそれぞれ階段形状となっていることを特徴とする請求項３記載の気体溶解装置。
5. 前記第１の流路形成部材と第２の流路形成部材との間の距離は、スペーサーにより調整可能となっていることを特徴とする請求項３または４記載の気体溶解装置。
6. 前記流路の下流側に、液体に含まれる気泡のうち一定径以上の気泡を除去するフィルターを更に設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の気体溶解装置。
7. 前記混合機構と前記流路との間に、前記液体が衝突してこの液体に含まれる気泡が粉砕されるような壁部材を更に設けたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の気体溶解装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の気体溶解装置と、
   気体が溶解している液体が前記気体溶解装置から送られ、当該液体に被処理基板を浸すことによりこの被処理基板の洗浄を行う基板洗浄装置と、
   を備えたことを特徴とする基板洗浄ユニット。
9. 前記基板洗浄装置に設けられ、当該基板洗浄装置において前記被処理基板が浸された前記液体に超音波を照射する超音波照射装置を更に備えたことを特徴とする請求項８記載の基板洗浄ユニット。
10. 液体に気体を混合させる工程と、
    気体が混合させられた液体を、当該液体の流れ方向に直交する流路断面の面積が小さくなるような絞り部を２つ以上有する流路に送る工程と、
    を備えたことを特徴とする気体溶解方法。
11. 液体に気体を混合させる際に、液体中に気体を過飽和状態となるよう混合させることを特徴とする請求項１０記載の気体溶解方法。
12. 前記流路に液体を通過させた後において、液体に含まれる気泡のうち一定径以上の気泡をフィルターにより除去する工程を更に備えたことを特徴とする請求項１０または１１記載の気体溶解方法。
13. 液体に気体を混合させた後であって前記流路に当該液体を送る前において、前記液体を壁部材に衝突させてこの液体に含まれる気泡を粉砕する工程を更に備えたことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の気体溶解方法。
14. 請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載の気体溶解方法により生成された、気体が溶解している液体に被処理基板を浸すことによりこの被処理基板の洗浄を行うことを特徴とする基板洗浄方法。
15. 前記液体に前記被処理基板を浸す際に、この液体に超音波を照射することを特徴とする請求項１４記載の基板洗浄方法。

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