JP2021079347A

JP2021079347A - 微小気泡個数制御システム

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Publication number: JP2021079347A
Application number: JP2019210353A
Authority: JP
Inventors: 敏史渡邉; Toshifumi Watanabe; 涛徐; To Jo
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2019-11-21
Filing date: 2019-11-21
Publication date: 2021-05-27
Anticipated expiration: 2039-11-21
Also published as: JP7304275B2

Abstract

【課題】液体中の微小気泡の個数を適切に制御することのできる微小気泡個数制御システムを提供する。【解決手段】微小気泡個数制御システム１は、液体供給源２から液体が供給される液体供給ライン３と、液体の圧力を調整する圧力調整用ポンプ４と、液体の圧力に応じて微小気泡を発生させて液体供給ライン３から供給された液体に微小気泡を混合する微小気泡発生ノズル５と、微小気泡発生ノズル５で発生させた微小気泡が混合された液体を洗浄装置１１へ送出する液体送出ライン８と、液体送出ライン８における液体中の微小気泡の個数を計測する個数計測ユニット９と、計測された微小気泡の個数に応じて液体の圧力を調整するように圧力調整用ポンプ４を制御する制御部１０を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、液体中の微小気泡の個数を制御する微小気泡個数制御システムに関する。

従来から、半導体ウェハなどの基板を洗浄するために、微小気泡を含む液体（洗浄液）が用いられている。微小気泡には、マイクロバブルやナノバブルなどが含まれるが、従来、マイクロバブルとナノバブル（マイクロナノバブル）とを可能な限り分離するために、ナノバブルの個数を把握する基板処理方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１２９７４３号公報

例えば、微小気泡が混合された液体（洗浄液）を用いて半導体ウェハなどの基板を洗浄する場合に、液体（洗浄液）中の微小気泡の個数が多すぎるとパターン倒れが発生するおそれがある。また、液体（洗浄液）中の微小気泡の個数が少なすぎると洗浄能力の低下を引き起こすおそれがある。したがって、液体（洗浄液）中の微小気泡の個数を適切に制御することは極めて重要である。しかしながら、上記従来の基板処理方法では、微小気泡の個数を制御することについて、何の提案もなされていない。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、液体中の微小気泡の個数を適切に制御することのできる微小気泡個数制御システムを提供することを目的とする。

本発明の微小気泡個数制御システムは、液体供給源から液体が供給される液体供給ラインと、前記液体供給ラインに設けられ、前記液体の圧力を調整する圧力調整用ポンプと、前記液体供給ラインに接続され、前記液体の圧力に応じて微小気泡を発生させ、前記液体供給ラインから供給された液体に前記微小気泡を混合する微小気泡発生ノズルと、前記微小気泡発生ノズルに接続され、前記微小気泡発生ノズルで発生させた微小気泡が混合された液体を送出する液体送出ラインと、前記液体送出ラインにおける液体中の微小気泡の個数を計測する個数計測ユニットと、計測された前記微小気泡の個数に応じて前記液体の圧力を調整するように、前記圧力調整用ポンプを制御する制御部と、を備えている。

この構成によれば、液体供給源から液体供給ラインに液体が供給され、液体供給ラインで液体の圧力が調整される。そして、微小気泡発生ノズルで、液体の圧力に応じて微小気泡を発生させ、液体供給ラインから供給された液体に微小気泡が混合され、液体送出ラインから、微小気泡が混合された液体が送出される。この場合、液体送出ラインにおける液体中の微小気泡の個数が計測され、計測された微小気泡の個数に応じて、液体供給ラインにおける液体の圧力が調整される。これにより、液体送出ラインから送出される液体中の微小気泡の個数を適切に制御することができる。

したがって、例えば、液体送出ラインから送出される液体が基板洗浄装置で用いられる場合に、液体中の微小気泡の個数が多すぎるときに発生するパターン倒れを防止することができる。また、液体中の微小気泡の個数が少なすぎるときに発生する洗浄能力の低下を抑制することができる。

また、本発明の微小気泡個数制御システムでは、前記個数計測ユニットは、前記液体供給ラインに設けられ、前記液体供給ラインにおける液体中の微小パーティクルの個数を計測する第１パーティクルカウンターと、前記液体送出ラインに設けられ、前記液体送出ラインにおける液体中の微小パーティクルの個数を計測する第２パーティクルカウンターと、を備え、前記第１パーティクルカウンターで計測した前記微小パーティクルの個数と、前記第２パーティクルカウンターで計測した前記微小パーティクルの個数との差分から、前記液体送出ラインにおける液体中の微小気泡の個数を計測してもよい。

この構成によれば、第１パーティクルカウンターで計測した微小パーティクルの個数と、第２パーティクルカウンターで計測した微小パーティクルの個数との差分から、液体送出ラインにおける液体中の微小気泡の個数が計測される。パーティクルカウンターでは、微小気泡以外の微小パーティクルも計測されるため、微小気泡の個数を正確に計測するためには、パーティクルカウンターで計測した微小パーティクルの個数から、微小気泡以外の微小パーティクルの個数を除外する必要がある。

この場合、微小気泡発生ノズルより上流側に配置されている第１パーティクルカウンターで計測される微小パーティクルの個数には、微小気泡発生ノズルで発生させた微小気泡の個数は含まれない。したがって、第１パーティクルカウンターで計測した微小パーティクル（微小気泡発生ノズルで発生させた微小気泡が含まれない）の個数と、第２パーティクルカウンターで計測した微小パーティクル（微小気泡発生ノズルで発生させた微小気泡が含まれる）の個数との差分から、液体送出ラインにおける液体中の微小気泡の個数を正確に計測することができる。

また、本発明の微小気泡個数制御システムでは、前記制御部は、計測された前記微小気泡の個数が所定の上限値より大きい場合には、前記液体の圧力を下げるように前記圧力調整用ポンプを制御し、計測された前記液体中の微小気泡の個数が所定の下限値より小さい場合には、前記液体の圧力を上げるように前記圧力調整用ポンプを制御してもよい。

この構成によれば、液体送出ラインから送出される液体中の微小気泡の個数を、上限値と下限値の間の適切な範囲に保つことができる。したがって、例えば、液体送出ラインから送出される液体が基板洗浄装置で用いられる場合に、液体中の微小気泡の個数が多すぎるときに発生するパターン倒れを防止することができる。また、液体中の微小気泡の個数が少なすぎるときに発生する洗浄能力の低下を抑制することができる。

また、本発明の微小気泡個数制御システムでは、前記液体送出ラインに、前記液体中の微小気泡のサイズを均一化するメッシュが設けられてもよい。

この構成によれば、液体送出ラインから送出される液体中の微小気泡のサイズが、メッシュによって均一化される。これにより、例えば、液体送出ラインから送出される液体が基板洗浄装置で用いられる場合に、液体中の微小気泡のサイズが不均一であるときに発生するパターン倒れを防止することができる。

また、本発明の微小気泡個数制御システムでは、前記メッシュの網目サイズは、前記液体中の微小気泡のサイズが所定の基準サイズより小さくなるように設定されてもよい。

この構成によれば、液体送出ラインから送出される液体中の微小気泡のサイズを小さくすることができる。これにより、例えば、液体送出ラインから送出される液体が基板洗浄装置で用いられる場合に、液体中の微小気泡のサイズが大きすぎるときに発生する洗浄能力の低下を抑制することができる。

本発明の方法は、微小気泡個数制御システムで実行される方法であって、微小気泡個数制御システムでは、液体供給源から液体供給ラインに液体が供給され、前記液体供給ラインで前記液体の圧力が調整され、前記液体供給ラインが接続された微小気泡発生ノズルで、前記液体の圧力に応じて微小気泡を発生させ、前記液体供給ラインから供給された液体に前記微小気泡が混合され、前記微小気泡発生ノズルに接続された液体送出ラインから、前記微小気泡が混合された液体が送出され、前記方法は、個数計測ユニットで、前記液体送出ラインにおける液体中の微小気泡の個数を計測し、制御部で、計測された前記微小気泡の個数に応じて、前記液体供給ラインにおける液体の圧力を調整する。

この方法によっても、上記のシステムと同様に、液体供給源から液体供給ラインに液体が供給され、液体供給ラインで液体の圧力が調整される。そして、微小気泡発生ノズルで、液体の圧力に応じて微小気泡を発生させ、液体供給ラインから供給された液体に微小気泡が混合され、液体送出ラインから、微小気泡が混合された液体が送出される。この場合、液体送出ラインにおける液体中の微小気泡の個数が計測され、計測された微小気泡の個数に応じて、液体供給ラインにおける液体の圧力が調整される。これにより、液体送出ラインから送出される液体中の微小気泡の個数を適切に制御することができる。

本発明によれば、液体中の微小気泡の個数を適切に制御することができる。

本発明の実施の形態における微小気泡個数制御システムの構成を示す説明図である。本発明の実施の形態における微小気泡のサイズの説明図である。本発明の実施の形態における微小気泡個数制御システムの動作を説明するためのフロー図である。

以下、本発明の実施の形態の微小気泡個数制御システムについて、図面を用いて説明する。本実施の形態では、半導体ウェハなどの基板の洗浄等に用いられる微小気泡個数制御システムの場合を例示する。

本発明の実施の形態の微小気泡個数制御システムの構成を、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の微小気泡個数制御システムの構成を示す説明図である。本実施の形態では、基板を洗浄する液体（洗浄液）としてオゾン水が用いられる例について説明するが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。

図１に示すように、微小気泡個数制御システム１は、オゾン水製造装置２で製造されたオゾン水が供給されるオゾン水供給ライン３と、オゾン水供給ライン３に設けられる圧力調整用ポンプ４と、オゾン水供給ライン３に接続される微小気泡発生ノズル５を備えている。圧力調整用ポンプ４は、オゾン水の圧力を調整する機能を備えている。なお、オゾン水製造装置２には、オゾン水をドレンから排出するためのオゾン水排出ライン６が設けられており、オゾン水供給ライン３とオゾン水排水ラインには、それぞれバルブ７が設けられている。

微小気泡発生ノズル５は、オゾン水の圧力に応じて微小気泡を発生させる機能を備えている。微小気泡発生ノズル５によって、オゾン水供給ライン３から供給されたオゾン水に微小気泡が混合される。微小気泡発生ノズル５は、例えば、流路にオリフィスが設けられ、ガス溶解液がそのオリフィスを通過する際の圧力解放によって微小気泡が発生する構造で、マイクロバブルやナノバブルと呼ばれる気泡を発生させることが可能なノズルである。

また、微小気泡個数制御システム１は、微小気泡発生ノズル５に接続されるオゾン水送出ライン８と、オゾン水送出ライン８におけるオゾン水中の微小気泡の個数を計測する個数計測ユニット９と、個数計測ユニット９で計測された微小気泡の個数に応じてオゾン水の圧力を調整するように圧力調整用ポンプ４を制御する制御部１０を備えている。微小気泡発生ノズル５で発生させた微小気泡が混合されたオゾン水は、オゾン水送出ライン８から洗浄装置１１に送られる。

個数計測ユニット９は、オゾン水供給ライン３に設けられる第１パーティクルカウンター１２と、オゾン水送出ライン８に設けられる第２パーティクルカウンター１３を備えている。第１パーティクルカウンター１２は、オゾン水供給ライン３におけるオゾン水中の微小パーティクルの個数を計測する機能を備えている。また、第２パーティクルカウンター１３は、オゾン水送出ライン８におけるオゾン水中の微小パーティクルの個数を計測する機能を備えている。第１パーティクルカウンター１２や第２パーティクルカウンター１３としては、例えばインライン光学顕微鏡などを用いることができる。

個数計測ユニット９は、第１パーティクルカウンター１２で計測した微小パーティクルの個数Ｎ１と、第２パーティクルカウンター１３で計測した微小パーティクルの個数Ｎ２との差分Ｎ２−Ｎ１を、オゾン水送出ライン８におけるオゾン水中の微小気泡の個数として計測する。

制御部１０は、個数計測ユニット９で計測された微小気泡の個数Ｎ２−Ｎ１が所定の上限値Ｎｍａｘより大きい場合には、オゾン水の圧力を下げるように圧力調整用ポンプ４を制御する。また、制御部１０は、個数計測ユニット９で計測されたオゾン水中の微小気泡の個数Ｎ２−Ｎ１が所定の下限値Ｎｍｉｎより小さい場合には、オゾン水の圧力を上げるように圧力調整用ポンプ４を制御する。

さらに、オゾン水送出ライン８には、オゾン水中の微小気泡のサイズを均一化するメッシュ１４が設けられている。メッシュ１４の網目サイズは、オゾン水送出ライン８におけるオゾン水中の微小気泡のサイズＤが所定の基準サイズＤｍａｘより小さくなるように設定されている。基準サイズＤｍａｘは、例えば、洗浄する基板に形成されているパターンの間隔に設定される。

図２は、微小気泡のサイズの説明図である。図２（ａ）に示すように、微小気泡ＭＢのサイズが不均一であると、それに起因して基板のパターンＰが倒れる、いわゆるパターン倒れが発生するおそれがある。また、図２（ｂ）に示すように、微小気泡ＭＢのサイズが基板のパターンＰの間隔より大きいと、微小気泡ＭＢがパターンＰの間に入り込まず、洗浄能力の低下が発生するおそれがある。本実施の形態では、メッシュ１４を用いることにより、図２（ｃ）に示すように、微小気泡ＭＢのサイズが、小さいサイズで均一化されている。

以上のように構成された微小気泡個数制御システム１について、その動作を説明する。

本実施の形態の微小気泡個数制御システム１では、オゾン水製造装置２からオゾン水供給ライン３にオゾン水が供給される。オゾン水の圧力は、圧力調整用ポンプ４で調整される。微小気泡発生ノズル５では、オゾン水の圧力に応じて微小気泡を発生させてオゾン水供給ライン３から供給されたオゾン水に微小気泡が混合される。そして、微小気泡が混合されたオゾン水が、オゾン水送出ライン８から洗浄装置１１に送出される。このとき、メッシュ１４によって微小気泡のサイズが、小さいサイズに均一化される。

この微小気泡個数制御システム１において、オゾン水中の微小気泡の個数を制御する場合には、図３に示すように、まず、第１パーティクルカウンター１２でオゾン水供給ライン３におけるオゾン水中の微小パーティクルの個数Ｎ１を計測し（Ｓ１）、第２パーティクルカウンター１３でオゾン水送出ライン８におけるオゾン水中の微小パーティクルの個数Ｎ２を計測する（Ｓ２）。第１パーティクルカウンター１２で計測した微小パーティクルの個数Ｎ１と、第２パーティクルカウンター１３で計測した微小パーティクルの個数Ｎ２との差分Ｎ２−Ｎ１を、オゾン水送出ライン８におけるオゾン水中の微小気泡の個数として算出する（Ｓ３）。

計測された微小気泡の個数Ｎ２−Ｎ１が所定の上限値Ｎｍａｘより大きい場合には（Ｓ４）、オゾン水の圧力を下げるように圧力調整用ポンプ４を制御する（Ｓ５）。また、計測されたオゾン水中の微小気泡の個数Ｎ２−Ｎ１が所定の下限値Ｎｍｉｎより小さい場合には（Ｓ６）、オゾン水の圧力を上げるように圧力調整用ポンプ４を制御する（Ｓ７）。

このような本実施の形態の微小気泡個数制御システム１によれば、オゾン水製造装置２からオゾン水供給ライン３にオゾン水が供給され、オゾン水供給ライン３でオゾン水の圧力が調整される。そして、微小気泡発生ノズル５で、オゾン水の圧力に応じて微小気泡を発生させ、オゾン水供給ライン３から供給されたオゾン水に微小気泡が混合され、オゾン水送出ライン８から、微小気泡が混合されたオゾン水が送出される。この場合、オゾン水送出ライン８におけるオゾン水中の微小気泡の個数が計測され、計測された微小気泡の個数に応じて、オゾン水供給ライン３におけるオゾン水の圧力が調整される。これにより、オゾン水送出ライン８から送出されるオゾン水中の微小気泡の個数を適切に制御することができる。

したがって、例えば、オゾン水送出ライン８から送出されるオゾン水が基板の洗浄装置１１で用いられる場合に、オゾン水中の微小気泡の個数が多すぎるときに発生するパターン倒れを防止することができる。また、オゾン水中の微小気泡の個数が少なすぎるときに発生する洗浄能力の低下を抑制することができる。

また、本実施の形態では、第１パーティクルカウンター１２で計測した微小パーティクルの個数Ｎ１と、第２パーティクルカウンター１３で計測した微小パーティクルの個数Ｎ２との差分から、オゾン水送出ライン８におけるオゾン水中の微小気泡の個数Ｎ２−Ｎ１が計測される。パーティクルカウンターでは、微小気泡以外の微小パーティクルも計測されるため、微小気泡の個数を正確に計測するためには、パーティクルカウンターで計測した微小パーティクルの個数から、微小気泡以外の微小パーティクルの個数を除外する必要がある。

この場合、微小気泡発生ノズル５より上流側に配置されている第１パーティクルカウンター１２で計測される微小パーティクルの個数Ｎ１には、微小気泡発生ノズル５で発生させた微小気泡の個数は含まれない。したがって、第１パーティクルカウンター１２で計測した微小パーティクル（微小気泡発生ノズル５で発生させた微小気泡が含まれない）の個数Ｎ１と、第２パーティクルカウンター１３で計測した微小パーティクル（微小気泡発生ノズル５で発生させた微小気泡が含まれる）の個数Ｎ２との差分から、オゾン水送出ライン８におけるオゾン水中の微小気泡の個数を正確に計測することができる。

また、本実施の形態では、オゾン水送出ライン８から送出されるオゾン水中の微小気泡の個数を、上限値Ｎｍａｘと下限値Ｎｍｉｎの間の適切な範囲に保つことができる。したがって、例えば、オゾン水送出ライン８から送出されるオゾン水が基板洗浄装置１１で用いられる場合に、オゾン水中の微小気泡の個数が多すぎるときに発生するパターン倒れを防止することができる。また、オゾン水中の微小気泡の個数が少なすぎるときに発生する洗浄能力の低下を抑制することができる。

また、本実施の形態では、オゾン水送出ライン８から送出されるオゾン水中の微小気泡のサイズが、メッシュ１４によって均一化される。これにより、例えば、オゾン水送出ライン８から送出されるオゾン水が基板洗浄装置１１で用いられる場合に、オゾン水中の微小気泡のサイズが不均一であるときに発生するパターン倒れを防止することができる（図２（ａ）（ｃ）参照）。

また、本実施の形態では、オゾン水送出ライン８から送出されるオゾン水中の微小気泡のサイズを小さくすることができる。これにより、例えば、オゾン水送出ライン８から送出されるオゾン水が基板洗浄装置１１で用いられる場合に、オゾン水中の微小気泡のサイズが大きすぎるときに発生する洗浄能力の低下を抑制することができる（図２（ｂ）（ｃ）参照）。

以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。

以上のように、本発明にかかる微小気泡個数制御システムは、液体中の微小気泡の個数を適切に制御することができるという効果を有し、基板の洗浄等に用いられ、有用である。

１微小気泡個数制御システム
２オゾン水製造装置（液体供給源）
３オゾン水供給ライン（液体供給ライン）
４圧力調整用ポンプ
５微小気泡発生ノズル
６オゾン水排出ライン
７バルブ
８オゾン水送出ライン（液体送出ライン）
９個数計測ユニット
１０制御部
１１洗浄装置
１２第１パーティクルカウンター
１３第２パーティクルカウンター
１４メッシュ

Claims

液体供給源から液体が供給される液体供給ラインと、
前記液体供給ラインに設けられ、前記液体の圧力を調整する圧力調整用ポンプと、
前記液体供給ラインに接続され、前記液体の圧力に応じて微小気泡を発生させ、前記液体供給ラインから供給された液体に前記微小気泡を混合する微小気泡発生ノズルと、
前記微小気泡発生ノズルに接続され、前記微小気泡発生ノズルで発生させた微小気泡が混合された液体を送出する液体送出ラインと、
前記液体送出ラインにおける液体中の微小気泡の個数を計測する個数計測ユニットと、
計測された前記微小気泡の個数に応じて前記液体の圧力を調整するように、前記圧力調整用ポンプを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする微小気泡個数制御システム。
前記個数計測ユニットは、
前記液体供給ラインに設けられ、前記液体供給ラインにおける液体中の微小パーティクルの個数を計測する第１パーティクルカウンターと、
前記液体送出ラインに設けられ、前記液体送出ラインにおける液体中の微小パーティクルの個数を計測する第２パーティクルカウンターと、
を備え、
前記第１パーティクルカウンターで計測した前記微小パーティクルの個数と、前記第２パーティクルカウンターで計測した前記微小パーティクルの個数との差分から、前記液体送出ラインにおける液体中の微小気泡の個数を計測する、請求項１に記載の微小気泡個数制御システム。
前記制御部は、
計測された前記微小気泡の個数が所定の上限値より大きい場合には、前記液体の圧力を下げるように前記圧力調整用ポンプを制御し、
計測された前記液体中の微小気泡の個数が所定の下限値より小さい場合には、前記液体の圧力を上げるように前記圧力調整用ポンプを制御する、請求項１または請求項２に記載の微小気泡個数制御システム。
前記液体送出ラインには、前記液体中の微小気泡のサイズを均一化するメッシュが設けられている、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の微小気泡個数制御システム。
前記メッシュの網目サイズは、前記液体中の微小気泡のサイズが所定の基準サイズより小さくなるように設定されている、請求項４に記載の微小気泡個数制御システム。
微小気泡個数制御システムで実行される方法であって、
微小気泡個数制御システムでは、
液体供給源から液体供給ラインに液体が供給され、前記液体供給ラインで前記液体の圧力が調整され、
前記液体供給ラインが接続された微小気泡発生ノズルで、前記液体の圧力に応じて微小気泡を発生させ、前記液体供給ラインから供給された液体に前記微小気泡が混合され、
前記微小気泡発生ノズルに接続された液体送出ラインから、前記微小気泡が混合された液体が送出され、
前記方法は、
個数計測ユニットで、前記液体送出ラインにおける液体中の微小気泡の個数を計測し、
制御部で、計測された前記微小気泡の個数に応じて、前記液体供給ラインにおける液体の圧力を調整することを特徴とする方法。