JP2012182441A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微細気泡を用いた基板処理能力低下を防止すること。
【解決手段】微細気泡を含む処理液Ｓ２を生成する微細気泡発生装置３と、微細気泡を含む処理液Ｓ２を吐出するノズル５と、微細気泡発生装置３とノズル５を接続する配管４ｂと、前記配管４ｂ途中で配管内壁に付着した気泡を取り除く排気機構を設ける。ここで、排気機構は、内側の配管４１ａ、この内側の配管４１ａと外側の配管４１ｂとの間に形成された空間Ｋ、ポンプＰ２によって構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板処理装置および基板処理方法に関する。

例えば、半導体装置や液晶表示装置などの製造工程において、半導体ウェーハや液晶用ガラス基板などの基板の表面に対して処理液を供給し、その基板表面を処理する、基板処理装置が用いられる。この基板処理装置としては、例えば、半導体ウェーハの基板表面から不要になったレジスト膜を剥離するレジスト剥離装置や、基板表面に付着したパーティクル等の異物除去を目的とした洗浄装置などが挙げられる。

このような基板処理装置では、微細気泡を多数含む液体が処理液として用いられることがある。

ここで、微細気泡とは、マイクロバブルやマイクロナノバブル、ナノバブルなどの概念を含む微細気泡である。例えば、マイクロバブルは１０μｍ〜数十μｍの直径を有する気泡であり、マイクロナノバブルは数百ｎｍ〜１０μｍの直径を有する気泡であり、ナノバブルは数百ｎｍ以下の直径を有する気泡である。このような微細な気泡は、表面張力が小さく浸透性が高く、マイナスに帯電しているという性質を持ち、この性質が、たとえば基板等の洗浄やその他の処理に効果的に作用する。

なお、マイクロバブルを含む洗浄液を用いた基板処理装置の例としては、特許文献１が挙げられる。

特開２００８−８０２３０号公報

微細気泡を含む処理液を基板に供給するにあたっては、微細気泡発生装置によって液中に微細気泡を発生させ、その微細気泡を含む処理液を処理液吐出部材の吐出口まで配管を介して供給することが必要となる。

ところが、この配管途中において、処理液中の気泡が当該配管の内壁に滞留し、この気泡が核となって気泡同士が結合し、今回の処理に必要とされるサイズより大きいサイズの気泡が生成されてしまう。このため、基板処理に必要とするサイズの微細気泡の数が減少し、それに伴って微細気泡による上述した効果も低下してしまう。

上記課題を達成するため、本発明の一実施形態の基板処理装置は、
微細気泡を含む処理液を生成する微細気泡発生装置と、
前記微細気泡を含む処理液を基板に吐出する処理液吐出部材と、
前記微細気泡発生装置と前記処理液吐出部材を接続する配管と、
前記配管途中で配管内壁に付着した気泡を取り除く排気機構と
を有することを特徴とする。

また本発明の一実施形態の基板処理方法は、
微細気泡を含む処理液を基板に供給することで、当該基板を処理する基板処理方法において、
前記微細気泡を含む処理液の供給する配管内壁に付着した気泡を取り除く排気工程を有することを特徴とする。

本発明の一実施形態によれば、微細気泡を用いた基板処理能力低下を防止できる。

本発明の第一の実施形態の洗浄装置の概略を示す図である。 本発明の第一の実施形態の洗浄装置が有する配管の断面を示す図である。

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第一の実施形態である洗浄装置の概略を示す図である。

ここに示す洗浄装置１は、洗浄液Ｓ１（たとえば純水）が貯留されたタンク２を有する。タンク２は、ナノバブルを生成する微細気泡発生装置３と配管４ａを介して接続される。配管途中にはポンプＰ１が介在される。

微細気泡発生装置３内には、ベンチュリ管が備えられ、外部から取り込んだ気体（例えば空気、窒素など）を洗浄液Ｓ１に加圧溶解し、その後この処理液Ｓ１を減圧解放することによって処理液Ｓ１内にナノバブルＢ（図２参照）を生成する。

微細気泡発生装置３を通過した洗浄液Ｓ１は、ナノバブルＢを含む洗浄液Ｓ２となり配管４ｂを流れる。配管４ｂは、微細気泡発生装置３と処理液供給部材であるノズル５とを接続している。ノズル５の下方には、搬送手段を構成する駆動ローラ６によって基板Ｗが図中左右方向に向けて搬送され、この搬送される基板Ｗの表面に向けてノズル５から洗浄液Ｓ２が供給されるようになっている。

次に配管４ｂの構造について説明する。

図２は、本発明の第一の実施形態の洗浄装置１が有する配管４ｂの断面を示す図である。

配管４ｂは、微細気泡発生装置３で生成されたナノバブルＢを含む洗浄液Ｓ２が流れる内側の配管４１ａと、内側の配管４１ａを覆う外側の配管４１ｂにより、二重構造を有している。そして、内側の配管４１ａの外面と外側の配管４１ｂの内面との間には空間Ｋが形成され、その空間Ｋ内をポンプＰ２によって排気するようになっている。

ここで、内側の配管４１ａは、気体のみを透過させ、液体は透過させない気液分離膜によって構成される。この気体分離膜の例としては、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系樹脂、ポリウレタン等のウレタン系樹脂からなる多孔膜により形成される。

なお、この実施形態では、ポンプＰ２、空間Ｋ、内側の配管４１ａで排気機構を構成する。

次に、この洗浄装置１を用いた基板の洗浄動作について説明する。

まず、ポンプＰ１とＰ２を駆動させる。ポンプＰ１の駆動により、タンク２に貯留されている洗浄液Ｓが配管４ａを介して微細気泡発生装置３に供給される。微細気泡発生装置３にてナノバブルを含む洗浄液Ｓ２が生成されて、配管４ｂ側に送液される。配管４ｂは前述のとおり内側の配管４１ａ、外側の配管４１ｂの二重構造となっており、洗浄液Ｓ２は、内側の配管４１ａを通る。

ところで、内側の配管４１ａ内を通過する洗浄液Ｓ２の流速は、管摩擦抵抗によって、配管４１ａの内壁側に近づくに従い、徐々にゼロに近くなる。そしてこれが起因して、内側の配管４１ａの内壁近くを流れる洗浄液Ｓ２中のナノバブルＢは、滞留しやすくなり、内側の配管４１ｂの内壁に付着しやすくなる。

ところがポンプＰ２が駆動されていることにより、配管４ｂに形成された空間Ｋは、減圧状態となっている。このため、内側の配管４１ａの内壁に付着したナノバブルＢは、内側の配管４１ａの壁を通り抜け、空間Ｋに排出され、取り除かれる。

ポンプＰ２の吸引力（吸気能力）は、図示しない制御部によって制御される。ポンプＰ２の吸引力が強すぎて空間Ｋの減圧度合い（減圧度）が高すぎると、内側の配管４１ａの内壁に付着していないナノバブルＢまでもが空間Ｋに排出されてしまう。一方、空間Ｋの減圧度合いが低すぎると、内側の配管４１ａの内壁に付着したナノバブルＢを効率的に除去することができない。従ってポンプＰ２による空間Ｋの減圧度合いの決定に際しては、上記したことを考慮しつつ、また処理液Ｓ２の流量、流速、微細気泡の量等なども変動要因として考慮に入れ実験で求めるようにしている。

またこのようにして設定された減圧度においては、排気機構によって排気されることにより減少する処理液Ｓ２中の微細気泡の量は、従来のように気泡が結合して大きな泡に成長することにより減少していた微細気泡の量よりもはるかに少ないことも確認された。

このように、第一の実施形態によれば、ナノバブルより大きな気泡となる原因の核となる配管内壁に付着するナノバブルＢを除去することができるので、微細気泡発生装置３で発生させたナノバブルＢが減少する量を最小限に抑えながら基板Ｗに供給することができる。

したがって、基板Ｗに吐出される洗浄液中に含まれるナノバブルが減少することに起因する基板Ｗの洗浄効果の低下を防止することができる。
（他の実施の形態）
本発明は、上記の実施態様に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

基板Ｗは、半導体ウェーハ、液晶ガラス基板など、処理液を基板に供給する工程が必要な基板であればよい。

また、基板を駆動ローラ等の搬送手段で搬送しながら洗浄するものを例に挙げたが、基板Ｗを回転させながら洗浄液を供給するものでもよい。

また、微細気泡発生装置としてはベンチュリ管を備えたものを例に挙げて説明したが、ナノバブル等の微細気泡を生成することのできるものであればよく、旋回式、多孔膜式等、微細気泡を発生させる種々の方式を採用することができる。

また、処理液として使用される液体は純水を例に挙げて説明したが、これに限らず、レジスト剥離液、クーラント液等を用いることもできる。

また、微細気泡の発生源として使用される気体は大気または窒素を例に挙げて説明したが、これに限らず、酸素、オゾンガス、アルゴンガス等の他の気体を用いることもできる。

また、ポンプＰ２の吸気によって排出した気体、あるいは、排気手段７によって排出した気体を微細気泡発生装置３に供給し、ナノバブルを生成する際に再利用するようにしてもよい。用いる気体が特殊なものである場合等は、気体を無駄にすることなく、効率的に使用することができる。

また、排気手段７を配管の途中の３箇所に設ける例を示したが、設置箇所数が限定されるものではない。

また、微細気泡発生装置３はタンク２とノズル５の間の配管途中に備えたものを例として説明したが、これに限らず、タンク２内にて微細気泡を発生させるものであってもよい。

また、配管４１ａ中に含まれる気泡の濃度（径と量）を測定可能な測定器を設置しておき、この測定器の測定結果に基づき、径の大きい気泡の濃度が高いときには、ポンプＰ２による吸気能力（排気機構の排気能力）を強めるようにしたり、反対に吸気をしすぎて処理液中におけるナノバブルＢの量が必要とする量に比して不足しているときは、微細気泡発生装置３に供給される気体の圧力を高めるようにしたり、といった制御を図示しない制御部にてフィードバック制御できるようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、本発明を基板洗浄装置に適用した例を説明したが、洗浄以外の処理にも適用できることは当然である。例えば、切削、ダイシング、研磨、研削等の機械加工処理を行う基板処理装置が挙げられる。

このような機械加工を行う基板処理装置においては、その加工を行うブレード等の部材に、マイクロバブルを含ませた処理液（冷却液、切削液）を供給することが行なわれている。こうすることにより、基板とブレードの間にマイクロバブルを含んだ処理液が入り込み、基板とブレードの相対的な運動などによりマイクロバブルが破壊する。マイクロバブルが破壊されると、マイクロジェット流が発生する。このマイクロジェット流が持つエネルギーを利用して被加工物及びブレードに付着した切削物を除去する。また、除去された切削物は、マイクロバブルの持つ吸着力により外部に出すことができる。このような作用によって、ブレードと基板との摩擦を低減し、ひいてはチッピングが防止される。

さらにブレードの砥粒と砥粒の間に入り込むサイズの微細気泡を多量に含む冷却液を用いると、微細気泡がブレードとウェーハとの間のクッション材としての役割を果たし、ブレードの砥粒間に切りくずが入り込むことを防止し、チッピングを防ぐことができるようになる。このとき、ブレードの砥粒間は非常に微細な空間であるため、ナノバブルサイズの小さい径の気泡が用いられることが好ましい。

このような処理装置に本発明を適用した場合、大きく成長した気泡が除去されるため、加工点に必要なサイズの気泡が多量に供給される。これによって加工効率が向上する。また、特に研磨装置、研削機械等の処理を行う際には、大きな気泡が供給されると加工の邪魔になってしまうことが知られているが、本発明を適用すれば、大きな気泡が基板に供給されるまでに排気機構にて除去されるため、大きな気泡が加工の邪魔になることを防ぐこともできる。

また、処理液吐出部材としてノズルを例に取ったが、ノズルは円形でもスリット状でも構わない。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 洗浄装置
２ タンク
３ 微細気泡発生装置
４ａ、４ｂ 配管
４１ａ 内側の配管
４１ｂ 外側の配管
５ ノズル
６ 搬送手段
Ｗ 基板
Ｓ１ 洗浄液
Ｓ２ 微細気泡を含む洗浄液
Ｐ１ ポンプ
Ｐ２ ポンプ
Ｋ 空間
Ｂ ナノバブル

Claims (8)

1. 微細気泡を含む処理液を生成する微細気泡発生装置と、
   前記微細気泡を含む処理液を基板に吐出する処理液吐出部材と、
   前記微細気泡発生装置と前記処理液吐出部材を接続する配管と、
   前記配管途中で配管内壁に付着した気泡を取り除く排気機構と
   を有することを特徴とする基板処理装置。
2. 前記排気機構が、前記配管が二重構造を有し、その内側の配管と外側の配管との間の空間を排気する手段を有することによって構成される請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記排気機構で排気した余剰な気体を前記微細気泡発生装置に供給することによって、再利用することを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装置。
4. 前記処理液中の微細気泡の濃度を測定する測定器と、この測定器からの測定結果に基づき、前記排気機構の吸気能力を制御する制御部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかひとつに記載の基板処理装置。
5. 微細気泡を含む処理液を基板に供給することで、当該基板を処理する基板処理方法において、
   前記微細気泡を含む処理液の供給する配管内壁に付着した気泡を取り除く排気工程を有することを特徴とする基板処理方法。
6. 前記配管が二重構造を有し、その内側の配管と外側の配管との間の空間を排気する工程を有する請求項５に記載の基板処理方法。
7. 前記排気工程で排気した余剰な気体を前記微細気泡発生装置に供給することによって、再利用することを特徴とする請求項５または６に記載の基板処理方法。
8. 前記処理液中の微細気泡の濃度を測定することによって、前記排気工程の排気能力を制御する工程を有することを特徴とする請求項５乃至７のいずれかひとつに記載の基板処理方法。

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