JP2013173118A - 微細気泡発生装置、微細気泡発生方法、基板処理装置、および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の旋回式をはじめとする微細気泡発生の方法よりも、より細かくより多量の、洗浄等の処理に適する微細気泡を発生させる。
【解決手段】円筒状の上面が開口したケーシング６ａと、前記ケーシング６ａ上面を蓋するように形成され、複数の吐出孔６１を有する多孔板６２と、前記ケーシング６ａと前記多孔板６２によって形成された液受部６４と、前記液受部６４に液体に気体が溶存した気体溶存液を供給する気体溶存液供給配管７と、前記気体溶存液供給配管７に上下摺動可能に設けられ、前記多孔板６２に対向して前記吐出孔６１を覆うように備えられたカバー６３とを有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、微細気泡発生装置、微細気泡発生方法、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、切削加工などで使用した液を清浄にする工程、家庭用の浴槽などにおいて、気体と液体とを旋回させることによって発生させた微細気泡を含んだ液体が用いられる。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は、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等が挙げられる。

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、ナノバブル等の概念を含む気泡である。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。このような微細気泡は、その気泡がイオンの核に守られて液中に存在するもので、表面張力が非常に小さく、浸透力が高いという性質を持ち、既述の分野において、効果を発揮する。中でも、半導体ウェーハ等の基板表面の洗浄工程においては、微細気泡を用いた洗浄液を用いることで、浸透力の高い微細気泡がパーティクルを吸着、除去することによって、洗浄能力が向上する。

特開２００８−２６１６１３号公報

半導体ウェーハ等の基板表面を洗浄する工程においては、直径の小さなサイズの微細気泡が必要である。従来から用いられている、旋回している液体によって気体を剪断させる方式で気泡を発生させると、生成された気泡を含む液中には、直径の大きな気泡も含まれてしまう。

本発明による微細気泡発生装置は、
上面が開口したケーシングと、
前記ケーシングと前記ケーシング上面を蓋するように形成され、複数の吐出孔を有する多孔板と、
前記ケーシングと前記多孔板によって形成された液受部と、
前記液受部に液体に気体が溶存した気体溶存液を供給する気体溶存液供給配管と、
前記多孔板を保持する軸と、
前記軸に上下摺動可能に設けられ、前記多孔板に対向して前記吐出孔を覆うように備えられたカバーと、
を有することを特徴とする。
本発明の基板処理装置は、
上面が開口したケーシングと、
前記ケーシングと前記ケーシング上面を蓋するように形成され、複数の吐出孔を有する多孔板と、
前記ケーシングと前記多孔板によって形成された液受部と、
前記液受部に液体に気体が溶存した気体溶存液を供給する気体溶存液供給配管と、
前記多孔板を保持する軸と、
前記軸に上下摺動可能に設けられ、前記多孔板に対向して前記吐出孔を覆うように備えられたカバーと、
を有することを特徴とする微細気泡発生装置を有し、
前記微細気泡発生装置にて生成された微細気泡を含む処理液を貯め置くタンクと、
前記タンクの処理液を処理対象物である基板に供給するノズルと、
処理対象物である基板を保持する基板保持部と、
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、より微細な気泡をより多量に含む処理液を生成することができる。

本発明の第１の実施形態による基板処理装置の概略を示す図。 本発明の第１の実施形態による基板処理装置の微細気泡発生装置の概略図（多孔板とカバーとの間の空間が広い状態）。 本発明の第１の実施形態による基板処理装置の微細気泡発生装置の概略図（多孔板とカバーとの間の空間が狭い状態）。 本発明の第１、第２の実施形態による微細気泡発生装置ノズルの平断面図。 本発明の第２の実施形態による基板処理装置の概略を示す図。

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１の実施形態である基板処理装置の概略を示す図である。

基板処理装置１は、基板Ｗを回転可能に載置する基板保持部２と、基板保持部２に保持された基板Ｗに向けて洗浄液Ｌを供給する洗浄液供給部３を有している。洗浄液供給部３は、洗浄液供給配管４を介して洗浄液貯留タンク５と接続されており、洗浄液貯留タンク５には、微細気泡発生装置ノズル６から供給される微細気泡を含む洗浄液Ｌが貯留される。微細気泡発生装置ノズル６は、気体溶存液供給配管７から気体溶存液が供給される。

図２および図３は、微細気泡発生装置ノズル６の概略を示す図であり、図４は、微細気泡発生装置ノズル６の平断面を示す図である。

微細気泡発生装置ノズル６は、気体溶存液供給配管７の先端部に設けられたオリフィス部７ａからの気体溶存液を吐出する複数の吐出孔６１が形成された円盤状の多孔板６２を上面に備えた円筒状のケーシング６ａを有している。ケーシング６ａとそれを蓋するようにして多孔板６２が配置されることにより、ケーシング６ａ内には、液受部６４が形成される。多孔板６２は、気体溶存液供給配管７に固定支持されており、多孔板６２と対向するように設置されているカバー６３も、気体溶存液供給配管７に摺動可能に支持されている。カバー６３は円盤状の形状を有しており、外周にケーシング６ａおよび多孔板６２の外径よりも大きい外径を有するスカート部６３ａを有していて、気体溶存液供給配管７に対し上下摺動可能に設置されている。

次に、この基板処理装置１を用いた基板の処理動作について説明する。

まず、図示しないタンクにて図示しない液体供給源から供給される純水に図示しない気体供給源から供給される窒素ガスを溶解させる。ここで生成された気体溶存液は図示しないポンプによって加圧されながら気体溶存液供給配管７を圧送され、オリフィス部７ａからノズル６内の液受部６４に供給され、一旦貯留される。オリフィス部７ａを通過するとき、気体溶存液は加圧状態から開放され、窒素の微細気泡を含む純水となる。

液受部６４に一旦貯留された微細気泡を含む純水は、吐出孔６１を通過することによって、再度、加圧状態から開放され、純水中に微細気泡を生成する。こうして微細気泡を含む純水が生成され、その後、多孔板６２とカバー６３との間の空間Ｇ（図２参照）、ケーシング６ａとスカート部６３ａとの間（図２参照）を通過して、ノズル６よりタンク５へ洗浄液Ｌとなって供給される（図１参照）。

タンク５に貯め置かれた洗浄液Ｌは、配管４を介して洗浄液供給部３へ送液される。洗浄液供給部３から吐出される洗浄液Ｌには、直径の非常に小さな微細気泡が多く含まれており、これが基板Ｗに供給される。基板Ｗ上に到達した微細気泡は、基板Ｗの表面に付着していたパーティクルを吸着・除去し、基板Ｗを洗浄する。基板Ｗは基板保持部２によって回転可能に保持されており、上記のような洗浄処理中においては、基板Ｗを図１に示す矢印Ａ方向に回転させている。

次に、図２、図３および図４を用いて、本発明の第１の実施形態に係る微細気泡発生装置ノズル６の動作について説明する。

図２は、微細気泡発生装置ノズル６の概略図であり、多孔板６２とカバー６３との間の空間Ｇが広い状態を示した図である。一方、図３は、微細気泡発生装置ノズルの概略図であり、多孔板６２とカバー６３との間の空間Ｇが狭い状態を示した図である。図４は、図２、図３に示す微細気泡発生装置ノズル６の平断面図である。

カバー６３は既述の通り、気体溶存液供給配管７に上下摺動可能に設置されており、吐出孔６１から微細気泡を含む純水が吐出されないときは、その自重によって多孔板６２に形成された吐出孔６１を塞ぐ。吐出孔６１から純水が吐出されると、その純水の力によって押し上げられる。カバー６３のＺ方向（図２、図３に示す）の位置、すなわち空間Ｇの広さは、吐出孔６１から吐出される微細気泡を含む純水の流量に依存する。吐出孔６１から吐出される微細気泡を含む純水の流量が多ければ、空間Ｇを流れる液体の流速は速くなり、それによって、ベルヌーイの定理による現象が起きるため、空間Ｇに負圧が生じ、カバー６３が多孔板６２側に近づく（図３）。一方、吐出孔６１からの吐出量が少なければ、カバー６３は、多孔板６２から少し離れた状態で保たれる（図２）。また、吐出量がゼロになれば、カバー６３を押し上げる力を失うため、カバー６３はその自重によって多孔板６２に密着する。

吐出流量に基づいて、カバー６３の位置は決まり、これによって、吐出孔６１とカバー６３との間の空間Ｇの広さが決まる。吐出孔６１から吐出された純水には微細気泡が含まれているが、その後、ノズル６から排出される純水に含まれる微細気泡の直径およびその数は、吐出孔６１の径や、気体供給源から供給される気体の量、さらには、吐出孔６１通過後の流路の広さ（たとえば、空間Ｇの広さ、ケーシング６ａとスカート部６３ａとの間の広さ）によって決まる。吐出孔を通過した後の流路が狭いと、流路内にてさらに微細気泡を含む純水は加圧され、また流路内にて乱流が発生するため、その後ノズル６から排出される洗浄液Ｌにはより多くの微細気泡が含まれることになる。

しかし、空間Ｇが狭すぎると、吐出すべき量の純水が吐出されなくなってしまう。十分な量が吐出されなければ、基板Ｗの洗浄を効率的に行うことができない。この点につき、本実施形態のカバー６３は、ベルヌーイの定理のメカニズムで、多孔板６２との間の空間Ｇの距離を調整するので、流量に応じてその位置が自ずと変わり、この空間Ｇには液膜層が形成される。この空間Ｇの距離は、常に吐出流量に応じた最少の距離に保たれることになり、より微細な気泡を含む洗浄液Ｌをノズル６から供給することが可能になる。なお、図２、図３に示す空間Ｇは、その動作を説明するために、その他の箇所と比較して誇張して表示しているが、実際は、もっと狭い空間である。

従来のような構成によって、直径の大きな気泡も含む処理液を用いていた場合、例えば基板の洗浄工程においては、大きな気泡はウォーターマークを生じさせる原因の一つとなってしまうが、第１の実施形態によれば、より微細な気泡をより多量に生成することができるため、例えば基板の洗浄工程等において、直径の小さな多量の微細気泡を基板Ｗに供給することができ、効率的にパーティクル等を除去することができる。また、洗浄工程以外のレジスト剥離等の工程においても、レジスト残渣を吸着除去する効率が向上する。その他、切削工程で用いる切削液として用いても切削工具の砥粒間に微細気泡が多量に入り込むことによって切削屑を効果的に除去し、切削工具の磨耗を抑制することができる。

図５は、本発明の第２の実施形態である基板処理装置の概略を示す図である。なお、前述の第１の実施形態と同一の部品については、同一の符号を用いて説明を省略する。

第１の実施形態との違いは、基板Ｗが回転した状態で処理を行っていたのに対して、基板保持部２０によって保持された状態で、浸漬タンク８に浸漬された状態で処理されることである。浸漬タンク８内には、第１の実施形態と同様の動作によって生成された洗浄液Ｌが貯留されている。

第２の実施形態によれば、より微細な気泡をより多量に生成することができるため、例えば基板の洗浄工程等において、直径の小さな多量の微細気泡を基板Ｗを浸漬している浸漬タンク８に供給することができ、効率的にパーティクル等を除去することができる等、第１の実施形態と同一の効果を得ることができる。
（その他の実施形態）
なお、上記実施形態において、ケーシング６ａおよびその上面開口部を蓋するように取り付けられた多孔板６２は、円筒状である例を説明したが、これに限らず、底面が矩形の筒状のものであってもよく、液受部６４が形成できる形のものであれば良い。

また、上記実施形態において、カバー６３は円盤状である例を説明したが、これに限らず、矩形のものであっても良く、ケーシング６ａの開口部を蓋できるように設置されていれば良い。

なお、上記実施形態においては、微細気泡発生装置ノズル６は、タンク内に設置し、吐出した洗浄液Ｌをいったんタンクに貯め置いてから基板Ｗに供給する例について述べたが、これに限らず、ノズル６から直接洗浄液Ｌを基板Ｗに供給するようにしても良い。

また、上記第１の実施形態においては、基板Ｗは基板保持部によって回転させながら処理を行う例について述べたが、これに限らず、基板Ｗを搬送させる機構の上に載置して、搬送をさせながら処理を行うものでも良いし、基板Ｗを動かすことなく処理を行うものでも良い。

また、上記実施形態においては、多孔板６２およびカバー６３は、軸としての気体溶存液供給配管７に支持されているが、これに限らず、別の軸を設けて多孔板６２、カバー６３を保持し、図２および図３に示す微細気泡発生装置ノズル６の下部に気体溶存液を供給するための機構を有するようにしても良い。

また、上記実施形態においては、オリフィス部７ａを通過することによって微細気泡が発生する例を説明したが、これに限らず、オリフィス部７ａの代わりにメッシュを通過させるようにしても良い。また、微細気泡を発生させるための機構は、吐出孔６１にも備わっているため、気体溶存液供給配管の先端部分は、必ずしもオリフィスやメッシュが必要ではなく、ノズル６から供給される際に基板の処理に必要なだけの十分な量と小さな径を有する微細気泡が発生させられれば良い。

また、上記実施形態においては、基板Ｗの洗浄工程の例について述べたが、これに限らず、レジスト剥離工程、切削工程、液浄化工程等、微細気泡を含む処理液を用いて効果のあるものであれば良い。

また、上記実施形態においては、液体供給源から供給される液体を純水、気体供給源から供給される気体を窒素ガスとして説明したが、これに限らず、アルカリ水等の純水以外の液体であっても良いし、空気、酸素ガス、二酸化炭素ガス、オゾンガス等の窒素ガス以外のガスであっても良く、処理に適する液体、ガスを選択的に使用することができる。

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、例として提示されたものであり、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 基板処理装置
２ 基板保持部
３ 洗浄液供給部
４ 供給配管
５ 洗浄液貯留タンク
６ 微細気泡発生装置ノズル
６ａ ケーシング
７ 気体溶存液供給配管
７ａ オリフィス部
８ 浸漬タンク
６１ 吐出孔
６２ 多孔板
６３ カバー
６３ａ スカート部
６４ 液受部
Ａ 基板回転方向
Ｇ 多孔板とカバーとの間の空間
Ｌ 洗浄液
Ｗ 基板

Claims (11)

1. 上面が開口したケーシングと、
   前記ケーシングと前記ケーシング上面を蓋するように形成され、複数の吐出孔を有する多孔板と、
   前記ケーシングと前記多孔板によって形成された液受部と、
   前記液受部に液体に気体が溶存した気体溶存液を供給する気体溶存液供給配管と、
   前記多孔板を保持する軸と、
   前記軸に上下摺動可能に設けられ、前記多孔板に対向して前記吐出孔を覆うように備えられたカバーと、
   を有することを特徴とする微細気泡発生装置。
2. 上面が開口したケーシングと、
   前記ケーシングと前記ケーシング上面を蓋するように形成され、複数の吐出孔を有する多孔板と、
   前記ケーシングと前記多孔板によって形成された液受部と、
   前記液受部に液体に気体が溶存した気体溶存液を供給する気体溶存液供給配管と、
   前記気体溶存液供給配管より前記液受部に気体溶存液を供給するオリフィス部と、
   前記多孔板を保持する軸と、
   前記軸に上下摺動可能に設けられ、前記多孔板に対向して前記吐出孔を覆うように備えられたカバーと、
   を有することを特徴とする微細気泡発生装置。
3. 前記気体溶存液供給配管が前記軸を兼ねていることを特徴とする請求項１または２に記載の微細気泡発生装置。
4. 前記カバーの外周部分がスカート状になっていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の微細気泡発生装置。
5. 上面が開口したケーシングと、
   前記ケーシングと前記ケーシング上面を蓋するように形成され、複数の吐出孔を有する多孔板と、
   前記ケーシングと前記多孔板によって形成された液受部と、
   前記液受部に液体に気体が溶存した気体溶存液を供給する気体溶存液供給配管と、
   前記多孔板を保持する軸と、
   前記軸に上下摺動可能に設けられ、前記多孔板に対向して前記吐出孔を覆うように備えられたカバーと、
   を有することを特徴とする微細気泡発生装置を有し、
   前記微細気泡発生装置にて生成された微細気泡を含む処理液を貯め置くタンクと、
   前記タンクの処理液を処理対象物である基板に供給するノズルと、
   処理対象物である基板を保持する基板保持部と、
   を有することを特徴とする基板処理装置。
6. 上面が開口したケーシングと、
   前記ケーシングと前記ケーシング上面を蓋するように形成され、複数の吐出孔を有する多孔板と、
   前記ケーシングと前記多孔板によって形成された液受部と、
   前記液受部に液体に気体が溶存した気体溶存液を供給する気体溶存液供給配管と、
   前記気体溶存液供給配管より前記液受部に気体溶存液を供給するオリフィス部と、
   前記多孔板を保持する軸と、
   前記軸に上下摺動可能に設けられ、前記多孔板に対向して前記吐出孔を覆うように備えられたカバーと、
   を有することを特徴とする微細気泡発生装置を有し、
   前記微細気泡発生装置にて生成された微細気泡を含む処理液を貯め置くタンクと、
   前記タンクの処理液を処理対象物である基板に供給するノズルと、
   処理対象物である基板を保持する基板保持部と、
   を有することを特徴とする基板処理装置。
7. 前記カバーの外周部分がスカート状になっていることを特徴とする請求項５または６に記載の基板処理装置。
8. 液体に気体を溶存させる気体溶存液生成工程と、
   前記気体溶存液生成工程で生成された気体溶存液を、上面が開口したケーシングと前記ケーシングの上面を蓋するように形成された多孔板によって形成された液受部に圧送する工程と、
   前記多孔板に形成された吐出孔を通過させて気体溶存液を吐出することによって微細気泡を発生させる工程と、
   前記吐出孔から吐出させた液体を、前記多孔板と前記多孔板の上面側に軸を介して上下摺動可能に設けられたカバーとの間通過させることによって前記微細気泡を細かく砕断させる工程と、
   を有することを特徴とする微細気泡発生方法。
9. 請求項８に記載の微細気泡発生方法において、
   前記カバーの外周部分に形成されたスカート部と、前記ケーシングとの間の空間に前記微細気泡を含む液体を通過させることによって、前記微細気泡をより細かく砕断することを特徴とする微細気泡発生方法。
10. 液体に気体を溶存させる気体溶存液生成工程と、
    前記気体溶存液生成工程で生成された気体溶存液を、上面が開口したケーシングと前記ケーシングの上面を蓋するように形成された多孔板によって形成された液受部に圧送する工程と、
    前記多孔板に形成された吐出孔を通過させて気体溶存液を吐出することによって微細気泡を発生させる工程と、
    前記吐出孔から吐出させた液体を、前記多孔板と前記多孔板の上面側に軸を介して上下摺動可能に設けられたカバーとの間通過させることによって前記微細気泡を細かく砕断させる工程と、
    前記微細気泡を発生させる工程によって生成された微細気泡を含む液体を処理対象物である基板に供給する工程と、
    を有することを特徴とする基板処理方法。
11. 請求項１０に記載の基板処理方法において、
    前記カバーの外周部分に形成されたスカート部と、前記ケーシングとの間の空間に前記微細気泡を含む液体を通過させることによって、前記微細気泡をより細かく砕断することを特徴とする基板処理方法。

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