JP4368188B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェハ等の基板を純水、薬液等の所定の処理液により洗浄等の所定の処理をする際に用いられる基板処理装置に関する。

半導体ウェハや液晶表示用ガラスなどの基板に対し、所定の処理液を用いて洗浄や剥離等の処理を行う基板処理装置であって、処理液を循環供給させつつ処理を行う装置が従来より公知である（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−９６０１２号公報

基板処理装置で処理液による基板処理を行う場合、処理の内容に応じて、種々の処理液を使用することになる。それぞれの処理液による作用を十分に発揮させるためには、溶存するガス（例えば窒素ガスなどの不活性ガス）の濃度を、それぞれの処理液について適切に設定することが好ましい。例えば、フッ化水素水溶液を処理液として用いる場合は、窒素ガスが脱気されている方が、パーティクルの発生が抑制される。また、水酸化アンモニウム、過酸化水素水、純水の混合液を処理液として用いる場合は、溶存する窒素ガスが多いほどパーティクル除去やダメージレスに効果があることが知られている。

しかしながら、特許文献１に開示されたような、従来の循環供給方式による基板処理装置においては、供給する処理液についてあらかじめ不活性ガス濃度の調整を行ったうえで処理液を供給していたとしても、揮発等による処理液の濃度変化や液性の変化などに起因して、循環供給している間に、処理液の不活性ガス濃度が変化してしまうことがある。係る状況は、当初に供給した処理液とは異なる不活性ガス濃度を有する処理液において、基板処理が行われてしまうことになる、という点で問題である。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、不活性ガス濃度を安定させて処理液を循環供給できる基板処理装置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の発明は、処理槽からオーバーフローした処理液を所定の送液手段によって前記処理槽に循環供給する循環路を備え、前記処理槽内に基板を浸漬して基板に所定の処理を行う基板処理装置であって、前記循環路に設けられ、不活性ガス濃度が調整されていない処理液の不活性ガス濃度を測定して第１測定濃度を得る第１測定手段と、前記循環路に設けられ、処理液に対して不活性ガスを溶解させる溶解手段と、処理液から不活性ガスを脱気させる脱気手段と、を有し、前記第１測定手段により不活性ガス濃度を測定された処理液の不活性ガス濃度を変化させる濃度可変手段と、前記循環路に設けられ、前記濃度可変手段により不活性ガス濃度を変化させられた処理液の不活性ガス濃度を測定して第２測定濃度を得る第２測定手段と、前記第１測定濃度と前記第２測定濃度とに基づいて、処理液の不活性ガス濃度を変化させて、処理液の不活性ガス濃度を所定の目標値になるように前記濃度可変手段を制御する制御手段と、前記溶解手段へ供給される不活性ガスの流量を調整する第１流量調整手段と、前記脱気手段から脱気される不活性ガスの流量を調整する第２流量調整手段と、を有し、前記制御手段は、前記第１測定濃度と所定の目標値との差および前記第２測定濃度と前記所定の目標値との差に基づいて前記第１流量調整手段と前記第２流量調整手段とを制御することにより、前記濃度可変手段に処理液の不活性ガス濃度を変化させることを特徴とする。

請求項２の発明は、処理槽からオーバーフローした処理液を所定の送液手段によって前記処理槽に循環供給する循環路を備え、前記処理槽内に基板を浸漬して基板に所定の処理を行う基板処理装置であって、前記循環路中の処理液に不活性ガスが溶解可能なガス溶解部を有し、前記不活性ガスの通過経路となるガス経路と、前記ガス経路中の前記不活性ガスの圧力を変更可能なガス圧可変手段であって、前記ガス経路のうちの前記ガス溶解部より上流側における圧力を変更可能な上流圧可変手段と、前記ガス経路のうちの前記ガス溶解部より下流側における圧力を変更可能な下流圧可変手段と、を備えるガス圧可変手段と、前記ガス圧可変手段を制御することにより処理液の不活性ガス濃度を調節する濃度制御手段と、を備え、前記濃度制御手段は、前記不活性ガスの圧力が、当該圧力と処理液における不活性ガス濃度との所定の相関関係から定まる目標圧力となるように、前記上流圧可変手段および前記下流圧可変手段を個別に制御して不活性ガスの圧力を制御する、ことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２に記載の基板処理装置であって、前記ガス経路において、不活性ガスの圧力を測定するガス圧測定手段をさらに備え、前記濃度制御手段が、前記ガス圧測定手段における測定結果に基づいて前記ガス圧可変手段を制御することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３に記載の基板処理装置であって、前記ガス圧測定手段が、前記ガス経路のうちの前記ガス溶解部より下流側における圧力を測定する下流圧測定手段を備え、前記濃度制御手段が、前記下流圧測定手段による圧力の測定結果に基づいて前記ガス圧可変手段を制御することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項２に記載の基板処理装置であって、前記処理液供給路のうちの前記ガス溶解部より下流側における処理液の不活性ガス濃度を測定する濃度測定手段をさらに備え、前記濃度制御手段が、前記濃度測定手段における測定結果に基づいて前記ガス圧可変手段を制御することを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項２ないし請求項５のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記上流圧可変手段が、前記ガス経路のうちの前記ガス溶解部より上流側における流量を変更可能な上流流量可変手段であり、前記下流圧可変手段が、前記ガス経路のうちの前記ガス溶解部より下流側における流量を変更可能な下流流量可変手段であり、前記濃度制御手段が、前記上流流量可変手段および前記下流流量可変手段を個別に制御して不活性ガスの流量を調節することにより不活性ガスの圧力を制御することを特徴とする。

請求項７の発明は、処理槽からオーバーフローした処理液を所定の送液手段によって前記処理槽に循環供給する循環路を備え、前記処理槽内に基板を浸漬して基板に所定の処理を行う基板処理装置であって、前記循環路中の処理液から不活性ガス濃度の異なる第１および第２処理液を生成し、前記第１および第２処理液を混合して前記処理槽へ供給する処理液供給手段、を備え、前記処理液供給手段は、前記循環路から分岐した第１の供給経路を流れる第１の供給液に対し不活性ガスを溶解させて前記第１処理液を得る溶解手段と、前記循環路から分岐した第２の供給経路を流れる第２の供給液に対し不活性ガスを脱気させて前記第２処理液を得る脱気手段と、を備えることを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項７に記載の基板処理装置であって、前記処理液供給手段は、前記第１処理液の流量である第１流量を調整する第１処理液流量調整手段と、前記第２処理液の流量である第２流量を調整する第２処理液流量調整手段と、前記第１および第２処理液流量調整手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項８に記載の基板処理装置であって、前記第１処理液中の不活性ガス濃度を測定する第１濃度測定手段と、前記第２処理液中の不活性ガス濃度を測定する第２濃度測定手段と、を備え、前記制御手段は、前記第１濃度測定手段における不活性ガス濃度の測定値である第１測定濃度と、前記第２濃度測定手段における不活性ガス濃度の測定値である第２測定濃度とに基づいて前記第１流量と前記第２流量とを制御することを特徴とする。

請求項１０の発明は、請求項９に記載の基板処理装置であって、前記第１測定濃度をＣ１、前記第２測定濃度をＣ２、前記第１流量をＸ１、前記第２流量をＸ２、混合により得られる処理液中の不活性ガス濃度の目標値をＣ、混合後の処理液の総流量をＶとするとき、前記処理液流量制御手段における制御が、Ｃ１・Ｘ１＋Ｃ２・Ｘ２＝Ｃ・Ｖなる関係を近似的に満たすように行われることを特徴とする。

請求項１１の発明は、請求項１０に記載の基板処理装置であって、前記第１処理液と前記第２処理液とが、Ｘ１＋Ｘ２＝Ｖなる関係を満たすように供給されることを特徴とする。
請求項１２の発明は、請求項１に記載の基板処理装置であって、前記循環路の前記第１測定手段よりも上流側に、前記処理槽に新規に処理液を混合する混合手段を備えることを特徴とする。
請求項１３の発明は、請求項２ないし請求項６のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記循環路の前記ガス溶解部手段よりも上流側に、前記処理槽に新規に処理液を混合する混合手段を備えることを特徴とする。
請求項１４の発明は、請求項７ないし請求項１１のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記循環路の前記処理液供給手段よりも上流側に、前記処理槽に新規に処理液を混合する混合手段を備えることを特徴とする。
請求項１５の発明は、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記循環路が、前記処理槽に新規に処理液を供給する供給経路とは別に設けられることを特徴とする。

請求項１ないし請求項１５の発明によれば、処理槽から溢出した処理液の不活性ガス濃度を所定の値に調整したうえで、処理液を再び処理槽へと供給するので、処理槽内の処理液の不活性ガス濃度を所定の値に保つことが容易になる。

特に、請求項１２ないし請求項１４の発明によれば、新たに供給される処理液の不活性ガス濃度が、処理槽内の処理液の不活性ガス濃度と著しく異なる場合でも、所定の値に調整したうえで、処理液を処理槽へと供給するので、処理槽内の処理液の不活性ガス濃度を所定の値に保つことが容易になる。

特に、請求項１５の発明によれば、処理液の供給と、不活性ガス濃度の調整を独立して行うことができる。また、必要な場合に限って、不活性ガス濃度を調整することができる。

また、請求項１の発明によれば、濃度を変化させた前後の不活性ガス濃度の変動をチェックしつつ、濃度可変手段を制御することができるので、処理液の不活性ガス濃度の安定性をより高めることができる。

特に、請求項１の発明によれば、処理液への不活性ガスの溶解に加えて処理液からの不活性ガスの脱気も行えるので、処理液の不活性ガス濃度の可変範囲が拡がる。

特に、請求項１の発明によれば、処理液への不活性ガスの溶解速度と、処理液からの不活性ガスの脱気速度とを調整することができる。

特に、請求項１の発明によれば、処理液への不活性ガスの溶解速度と、処理液からの不活性ガスの脱気速度とを制御することにより、不活性ガス濃度を目標濃度に保つフィードバック制御が可能となるので、不活性ガス濃度の安定性をより高めることができる。

特に、請求項１の発明によれば、濃度差の正負に応じて溶解処理と脱気処理のいずれを行うべきかが逐次判別されるので、処理液の濃度変化に応じた迅速かつ適正な濃度可変処理を行うことができる。

また、請求項２ないし請求項５の発明によれば、制御が容易な不活性ガスの圧力を制御することにより処理液の不活性ガス濃度を調節するため、処理液中の不活性ガスの濃度制御が容易となる。また、圧力と濃度は比例関係にあるので制御の応答性がよく、濃度の安定性がよい。

特に、請求項２ないし請求項４の発明によれば、不活性ガスの圧力と処理液の不活性ガス濃度との予め求められた相関関係に基づいて、目標とする処理液の不活性ガス濃度に対応する目標圧力になるように、不活性ガスの圧力を制御するため、不活性ガスの濃度制御が容易となる。

特に、請求項３および請求項４の発明によれば、不活性ガスの圧力の測定結果に基づいて不活性ガスの圧力を制御するため、監視対象と制御対象がいずれも圧力となり制御がより容易になると共に、制御の応答性が一層良好となる。

特に、請求項４の発明によれば、ガス経路のうちのガス溶解部より下流側における圧力の測定結果に基づいて不活性ガスの圧力を制御するため、上流側の圧力に基づくより正確に制御できる。

特に、請求項５の発明によれば、処理液供給路のうちのガス溶解部より下流側における処理液の不活性ガス濃度の測定結果に基づいて不活性ガスの圧力を制御するため、正確に濃度制御が行える。

特に、請求項２ないし請求項６の発明によれば、不活性ガスの上流側の圧力と下流側の圧力を個別に制御するので、より高圧やより低圧を実現でき、処理液の不活性ガス濃度のレンジが広い。

特に、請求項６の発明によれば、不活性ガスの上流側の圧力と下流側の圧力をいずれも流量調節により行うため、容易に上流側と下流側の圧力調節ができる。

また、請求項７ないし請求項１１の発明によれば、第１および第２処理液の混合量を変化させることにより、新たな不活性ガス濃度を有する処理液を供給することができる。

特に、請求項７ないし請求項１１の発明によれば、第１処理液と第２処理液の不活性ガス濃度差をより大きくして混合することができる。

特に、請求項８ないし請求項１１の発明によれば、混合により供給される処理液の不活性ガス濃度を変化させることができる。

特に、請求項９ないし請求項１１の発明によれば、第１および第２の処理液の不活性ガス濃度に変動が生じる場合であっても、所定の不活性ガス濃度を有する処理液を安定して供給することができる。

特に、請求項１０および請求項１１の発明によれば、いずれかの流量が定まることにより他の流量が定められるので、定まった流量を得るべく制御することにより、所定の不活性ガス濃度を有する処理液を安定して供給することが可能となる。

特に、請求項１１の発明によれば、第１流量および第２流量が一義的に定まるので、当該流量が得られるべく制御を行うことで、所定の不活性ガス濃度を有する処理液を安定して供給することが可能となる。

＜基板処理装置の概要＞
本発明に係る種々の実施の形態を説明するに先立って、まず、本発明に係る基板処理装置の構成を概説する。図１は、本発明に係る基板処理装置１０００の概略構成を示す模式図である。基板処理装置１０００は、所定の処理液Ｌを貯溜し、この処理液Ｌに浸漬されたウエハＷに対して、洗浄処理、剥離処理等の所定の処理を行うための処理槽１００と、この処理槽１００に隣接して配備され、処理槽１００から溢れ出た処理液Ｌを回収する外槽１１０と、この外槽１１０と処理槽１００とに連通接続され、外槽１１０に溢れ出た処理液を再び処理槽１００に戻す循環路１２０とを備えている。

なお、図１においては図示を省略するが、基板処理装置１０００には、基板処理装置１０００のオペレータが所定の操作指示をするための、例えば、タッチパネルやキーボードなどからなる入力操作部１７０（図２など参照）が備わる。窒素ガスの目標濃度も入力操作部１７０を通じて与えられる。また、基板処理装置１０００には、オペレータからの操作指示内容や、基板処理装置１０００の動作状況などを表示するための、例えばディスプレイなどからなる表示部１８０（図２など参照）も備わる。

処理槽１００の底部には、２本の処理液供給ノズル１３０が互いに平行に配置されているとともに、処理槽１００内においてウエハＷを下部を保持するためのウエハガイド１０５が設けられている。また、この循環路１２０の途中には、上流側から下流側へわたって、循環路１２０に処理液Ｌを循環させるための循環ポンプ１２１と、循環路１２０の処理液の温度を調整するヒータ１２２と、０．０５μｍ〜０．１μｍの微細孔を有してなり、循環路１２０内のパーティクルを除去するための循環フィルタ１２３と、複数種類の薬液を循環路１２０に注入するためのミキシングバルブ１２４と、循環路１２０の各部を経て処理槽１００へと供給される処理液Ｌの窒素ガス濃度を調整する調整部Ａとが、それぞれ設けられている。

処理槽１００内でウエハＷに対する処理に使用され、処理槽１００から外槽１１０へ溢れ出た処理液Ｌは、循環ポンプ１２１を作動させることにより、外槽１１０に形成された排出口１１０ａから排出される。排出された処理液Ｌは、循環路１２０内を循環して、再度、２本の処理液供給ノズル１３０から処理槽１００内へ供給されることになる。また、ミキシングバルブ１２４において、複数種類の薬液を注入して、ウエハＷを処理するための処理液Ｌが生成される。ミキシングバルブ１２４で生成された新たな処理液Ｌは、調整部Ａによって溶存する窒素ガスの濃度を所定の濃度に調整されたうえで、２本の処理液供給ノズル１３０へと供給される。

本発明によれば、新たに供給される薬液の不活性ガス濃度が、処理槽１００内の処理液の窒素ガス濃度と著しく異なる場合でも、調整部Ａによって所定の値に調整したうえで、処理液Ｌを処理槽１００へと供給するので、処理槽１００内の処理液の窒素ガス濃度を所定の値に保つことが容易になる。

本発明に係る基板処理装置１０００においては、調整部Ａを種々に構成することができる。以下の各実施の形態について説明する。

＜第１の実施の形態＞
図２は、基板処理装置１０００に備わる調整部Ａの一態様としての、第１の実施の形態に係る調整部１の構成を示す模式図である。調整部１は、循環路１２０に接続された供給経路３から供給される処理液に、工場のユーティリティー等として備わる窒素ガス供給源４から、窒素ガス供給経路５を経て供給される窒素ガスを溶解させることにより、処理液の窒素ガス濃度を所望の濃度に調整するものである。

調整部１は、循環路１２０の各部を経て供給される処理液の窒素ガス濃度を測定する第１窒素濃度計６と、処理液に窒素ガスを溶解させ、あるいは処理液から窒素ガスを脱気させる濃度可変部７と、濃度可変部７を経た処理液の窒素ガス濃度を測定する第２窒素濃度計８とを主として備えている。

第１窒素濃度計６および第２窒素濃度計８は、いずれも同一の構成及び機能を有しており、いずれも供給経路３上にインラインで配置され、一定時間ごとに窒素濃度を測定するためのものである。図３は、第１窒素濃度計６を例として、その測定原理を概念的に示すための図である。すなわち、第１窒素濃度計６は、供給経路３を矢印ＡＲ１のように流れる処理液の一部を、分岐管９０によって矢印ＡＲ２のように分岐させ、一定時間ごとに測定槽９１にサンプリングする。そして、ヒータ９２によって測定槽９１内にサンプリングされた処理液を加熱し、測定子９３によってその温度変化を測定すると、得られた温度変化のデータから、サンプリングされた処理液の熱伝導度を求められる。窒素ガスの溶解濃度が高いほど熱伝導度も高くなるので、この相関関係に基づいて、サンプリングした処理液の窒素ガス濃度が得られることになる。

濃度可変部７は、気体透過性および液体不透過性を有する中空糸分離膜を介して、処理液への窒素ガスの溶解および処理液からの窒素ガスの脱気を行うことにより、処理液の窒素ガス濃度を変化させるためのものである。濃度可変部７に窒素ガスを供給する窒素ガス供給経路５上には、窒素ガス供給源４から供給される窒素ガスの圧力を測定する第１圧力計９と、その流量を測定する流量計１０と、窒素ガスの供給流量を調整可能な第１バルブ１１とが配置されている。さらに、調整部１には、濃度可変部７から窒素ガスを脱気する目的のために真空排気可能な真空ポンプ１２が備わっており、濃度可変部７から真空ポンプ１２への窒素ガス脱気経路１３上には、真空ポンプ１２によって得られる圧力、すなわち真空度を測定する第２圧力計１４と、真空度を調整可能な第２バルブ１５とが配置されている。第１バルブ１１および第２バルブ１５の開閉度を調整することにより、窒素ガス流量および真空度を調整でき、さらには処理液への不活性ガスの溶解速度と、処理液からの不活性ガスの脱気速度とを調整することが可能となる。

図４は、濃度可変部７の構成を模式的に示す図である。図４に示すように、濃度可変部７は、濃度可変処理を担う本体部２５と、第１端部２８ａに備えられ、供給経路３（図２）から図示を省略する給水口を介して本体部２５内へ供給される処理液を矢印ＡＲ３に示すように送出する送出口２４と、本体部２５の側面に備えられ、濃度可変処理がなされた処理液を矢印ＡＲ７に示すように送出する送出口３１と、第１端部２８ａおよび第２端部２８ｂに備えられ、それぞれが独立に気体を供給あるいは排気可能な第１気体出入部２９ａ、２９ｂおよび第２気体出入部３０ａ、３０ｂとを主として備えている。なお、本実施の形態の場合は、第１気体出入部２９ａ、２９ｂからは矢印ＡＲ５に示すように窒素ガスが加圧供給され、第２気体出入部３０ａ、３０ｂにおいては矢印ＡＲ６に示すように真空排気がなされる。

本体部２５の長手方向の中心には、送出口２４と接続され、処理液をその周囲に矢印ＡＲ４のように供給可能な給水管２７が備わっている。また給水管２７の周囲には、細筒状の中空糸分離膜２６が多数、本体部２５の給水管２７に沿って同心円上に配置されている。なお、詳細な図示は省略するが、中空糸分離膜２６には、その端部が第１気体出入部２９ａ、２９ｂと接続されている第１中空糸分離膜２６ａと、第２気体出入部３０ａ、３０ｂと接続されている第２中空糸分離膜２６ｂとがある。

本実施の形態においては、上述のように第１気体出入部２９ａ、２９ｂからは窒素ガスが加圧供給されているので、給水管２７から供給される処理液で本体部２５内部が満たされると、第１中空糸分離膜２６ａにおいては、内外の圧力差によって窒素ガス分子のみが第１中空糸分離膜２６ａ外へと透過して処理液内に溶解する。また、第２気体出入部３０ａ、３０ｂにおいては、真空排気がなされているので、第２中空糸分離膜２６ｂ内部は減圧されており、内外の圧力差によって、処理液内の溶存気体分子と処理液の気体成分が第２中空糸分離膜２６ｂ外から透過して脱気される。

このように、本体部２５において窒素ガスの溶解および脱気を施されて、窒素ガス濃度を変化せしめられた処理液が、送出口３１から矢印ＡＲ７のように送出されることとなる。

また、調整部１は、処理液の窒素ガス濃度を目標濃度に保つために、所定の制御を行う制御部１６を備えている。制御部１６は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭその他のメモリなどから構成されている。所定のプログラムが読み込まれ、実行されることにより、制御部１６が、第１窒素濃度計６、第２窒素濃度計８、第１圧力計９、第２圧力計１４などで得られる測定値に基づいて、第１バルブ１１および第２バルブ１５の開閉を制御すると、目標とする窒素ガス濃度を有する処理液が得られることとなる。

＜窒素ガス濃度の制御＞
次に、調整部１における処理液の窒素ガス濃度の制御について説明する。本実施の形態においては、循環路１２０の各部を経て供給される処理液の窒素ガス濃度を第１窒素濃度計６により、濃度可変部７を経た処理液を第２窒素濃度計８によりそれぞれ逐次測定し、それらの測定の結果に基づいて、制御部１６が、濃度可変部７における窒素ガスの溶解あるいは脱気をフィードバック制御する。具体的には、窒素ガス供給経路５上に備えられた第１バルブ１１と、窒素ガス脱気経路１３上に備えられた第２バルブ１５の開閉が制御の対象となる。

いま、第１窒素濃度計６における窒素ガス濃度の測定値を第１測定値Ｃ１、第２窒素濃度計８における窒素ガス濃度の測定値を第２測定値Ｃ２、目標とする窒素ガス濃度を目標値Ｃｔ、目標値Ｃｔに対する第１測定値Ｃ１の差を濃度差ΔＣ１、目標値Ｃｔに対する第２測定値Ｃ２の差を濃度差ΔＣ２とすると、時刻τにおいて、
Ｆ１（τ）＝ｆ１（ΔＣ１，ΔＣ２） （式１）
Ｆ２（τ）＝ｆ２（ΔＣ１，ΔＣ２） （式２）
なる関係を満たす窒素ガス供給経路５を流れる窒素ガス流量Ｆ１、および窒素ガス脱気経路１３を流れる窒素ガス流量Ｆ２が与えられるように、第１バルブ１１および第２バルブ１５の開閉が制御される。式１は、第２測定値Ｃ２が目標値Ｃｔよりも小さいとき、すなわちΔＣ２＜０のときに用いられ、式２は、第２測定値Ｃ２が目標値Ｃｔよりも大きいとき、すなわちΔＣ２＞０のときに用いられる。また、ここで、関数ｆ１およびｆ２は、圧力−溶存窒素ガス濃度関係、圧力−流量関係、圧力−圧力昇圧時間関係などから定まる関数である。なお、式１および式２においてΔＣ１が変数とされているのは、循環路１２０の各部を経て供給される処理液の窒素ガス濃度、すなわち第１測定値Ｃ１には変動があり、従ってΔＣ１の値も変化するので、制御部１６による第１バルブ１１の調整は、このΔＣ１の変動をも加味して行われる必要があるからである。

図５は、第１測定値Ｃ１、第２測定値Ｃ２、および目標値Ｃｔの関係と、それに応じてなされるべき制御について説明するための図である。図５に示すように、それぞれの値の関係は、次の４つの場合に大別される。

（ａ）Ｃｔ＞Ｃ１かつＣｔ≧Ｃ２；
（ｂ）Ｃ２＞Ｃｔ≧Ｃ１；
（ｃ）Ｃ１＞ＣｔかつＣ２≧Ｃｔ；
（ｄ）Ｃ１≧Ｃｔ＞Ｃ２
図５（ａ）においては、第１測定値Ｃ１、および第２測定値Ｃ２は、いずれも目標値Ｃｔに比べ小さい。この場合は、さらに処理液の窒素ガス濃度を高める必要があるので、式１を満たしつつ、差ΔＣ２が０となるまで第２測定値Ｃ２を増加させる制御が行われる。具体的には、式１を満たしつつ、濃度可変部７における窒素ガス供給圧力が高まるように制御部１６が第１バルブ１１を調整することによって、窒素ガスの処理液への溶解が促進されることになる。

一方、既述したように、窒素ガス濃度の測定は、測定原理上一定の時間間隔をおいてなされるので、測定と測定との間で、濃度可変部７における処理液への窒素ガスの溶解が進んだ場合や、ミキシングバルブ１２４から窒素ガス濃度が高い処理液が混合された場合など、第１測定値Ｃ１が増加した場合などは、図５（ａ）の状態から図５（ｂ）に示すような、第２測定値Ｃ２が目標値Ｃｔをオーバーシュートする場合が生じうる。この場合はΔＣ２＞０となるので、制御部１６は速やかに、濃度可変部７において式２に従った脱気処理が行われるように、第１バルブ１１および第２バルブ１５の制御を行う。

図５（ｃ）は、第１測定値Ｃ１、および第２測定値Ｃ２が、いずれも目標値Ｃｔに比べ大きい場合である。この場合は、処理液の窒素ガス濃度を低減する必要があるので、式２を満たしつつ、差ΔＣ２が０となるまで第２測定値Ｃ２を減少させる制御が行われる。具体的には、式２を満たしつつ制御部１６が第２バルブ１５を調整することによって、窒素ガスの処理液からの脱気が促進されることになる。

また、図５（ｄ）は、図５（ｃ）の場合から、第２測定値Ｃ２が目標値Ｃｔをオーバーシュートした場合に相当する。この場合はΔＣ２＜０となるので、制御部１６は速やかに、濃度可変部７において式１に従った溶解処理が行われるように、第１バルブ１１および第２バルブ１５の制御を行う。

以上のような制御を行うことにより、本実施の形態においては、処理槽１００に対し循環供給すべき処理液の窒素ガス濃度を、所定の目標濃度に保つことができる。

＜第２の実施の形態＞
第１の実施の形態は、調整部１における処理液への窒素ガスの溶解、および処理液からの脱気を、一の濃度可変部７において行う態様であったが、処理液中の窒素ガス濃度を、所定の目標濃度に保つための態様はこれに限定されない。本実施の形態においては、溶解および脱気の処理を独立した処理部で行う態様について説明する。

図６は、第２の実施の形態に係る調整部２０１の構成を示す模式図である。調整部２０１の各部の構成要素の多くは、第１の実施の形態に係る調整部１と共通しており、それらの構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

調整部２０１も、第１の実施の形態に係る調整部１と同様に、循環路１２０から供給経路３を経て供給される処理液に、工場のユーティリティー等として備わる窒素ガス供給源４から、窒素ガス供給経路５を経て供給される窒素ガスを溶解させることにより、処理液の窒素ガス濃度を所定の濃度に調整し、処理槽１００へと供給する。

また、調整部２０１は、第１の実施の形態に係る調整部１と同様に、第１窒素濃度計６と、濃度可変部２０７と、第２窒素濃度計８とを主として備えているが、濃度可変部２０７の構成において、第１の実施の形態に係る濃度可変部７と相違する。

すなわち、本実施の形態に係る濃度可変部２０７は、処理液からの窒素ガスの脱気のみを担う脱気部２０７ａと、処理液への窒素ガスの溶解のみを担う溶解部２０７ｂを備えており、供給経路３において、上流側に脱気部２０７ａが、下流側に溶解部２０７ｂが配置されるように、両者が直列に配置されている。また、脱気部２０７ａは窒素ガス脱気経路１３を通じて真空ポンプ１２と接続され、その経路１３上には第２圧力計１４と、真空度を調整可能な第２バルブ１５とが備わっている。また、溶解部２０７ｂは窒素ガス供給源４と窒素ガス供給経路５を通じて接続され、その経路５上には、第１圧力計９と、流量計１０と、第１バルブ１１とが配置されている。また、溶解部２０７ｂは、窒素ガス脱気経路２１を通じて真空ポンプ２０と接続され、その経路２１上には、第３圧力計２２と、真空度を調整可能な第３バルブ２３とが備わっている。

脱気部２０７ａおよび溶解部２０７ｂのそれぞれの構成は、図４に示した第１の実施の形態に係る濃度可変部７の構成と基本的に同一であるので、構成要素の詳細な説明は省略する。ただし、脱気部２０７ａにおいては、第１気体出入部２９および第２気体出入部３０のいずれからも脱気が行われ、溶解部２０７ｂにおいては、第１気体出入部２９ａ、２９ｂおよび第２気体出入部３０ａ、３０ｂのいずれにおいても溶解が行われる態様となっている点で、第１の実施の形態に係る濃度可変部７とは相違している。

制御部１６、入力操作部１７０，および表示部１８０については、第１の実施の形態と同様である。

＜窒素ガス濃度の制御＞
次に、第２の実施の形態における処理液の窒素ガス濃度の制御について説明する。本実施の形態においても、循環路１２０から供給される処理液の窒素ガス濃度を第１窒素濃度計６により、濃度可変部２０７を経た処理液を第２窒素濃度計８によりそれぞれ逐次測定し、それらの測定の結果に基づいて、制御部１６が、脱気部２０７ａにおける窒素ガスの脱気、および溶解部２０７ｂにおける窒素ガスの溶解をフィードバック制御する。具体的には、窒素ガス供給経路５上に備わる第１バルブ１１と、窒素ガス脱気経路１３上に備わる第２バルブ１５の開閉が制御の対象となる。

本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、第１測定値Ｃ１、第２測定値Ｃ２、目標値Ｃｔ、目標値Ｃｔに対する第１測定値Ｃ１の差を濃度差ΔＣ１、目標値Ｃｔに対する第２測定値Ｃ２の差を濃度差ΔＣ２とすると、時刻τにおいて、
Ｆ３（τ）＝ｇ１（ΔＣ１，ΔＣ２） （式３）
Ｆ４（τ）＝ｇ２（ΔＣ１，ΔＣ２） （式４）
なる関係を満たす窒素ガス供給経路５を流れる窒素ガス流量Ｆ３、および窒素ガス脱気経路１３を流れる窒素ガス流量Ｆ４が与えられるように、第１バルブ１１および第２バルブ１５の開閉が制御される。関数ｇ１およびｇ２は、関数ｆ１およびｆ２と同様に定まる関数である。

従って、図４にて示した実施の形態１の場合と同様に、本実施の形態においても、第１測定値Ｃ１、第２測定値Ｃ２、および目標値Ｃｔの関係に従って、脱気あるいは溶解が脱気部２０７ａあるいは溶解部２０７ｂにて行うことができる。

さらに、本実施の形態においては、脱気部２０７ａおよび溶解部２０７ｂが独立して備わっていることから、それぞれを同時に機能させつつ、目標値Ｃｔへと第２測定値Ｃ２を近づけることも可能である。図７は、これを例示的に示す図である。図７において、曲線Ｌ０および曲線Ｌ１はいずれも、目標値Ｃｔに対し、窒素ガス濃度を増加させつつ近づける場合の、第２測定値Ｃ２の時間変化を表している。曲線Ｌ０は、溶解部２０７ｂにおける窒素ガスの溶解のみを行う場合に相当する。一方、曲線Ｌ１は、区間Ｉにおいては溶解部２０７ｂにおける窒素ガスの溶解処理のみを行い、区間IIにおいては、脱気部２０７ａにおける脱気処理を併せて実行する場合に相当する。前者に比べ、後者の変化は急峻であり、早期に目標値Ｃｔへと到達している。前者の場合は、急激に溶解を進めると、オーバーシュートが生じるおそれがあるのに対し、後者の場合は、脱気処理を組み合わせることで、急速に窒素ガスの溶解速度をより変化させることができるので、窒素ガス濃度を早期に目標値Ｃｔへと導くことができている。このように、溶解処理と脱気処理とを組み合わせることで、より複雑な窒素ガス濃度の制御が可能となっている。

あるいは、本実施の形態においては、上流側に脱気部２０７ａを備えているので、処理液供給源２から供給される処理液から、いったん脱気能力の限界まで十分に窒素ガスを脱気した後に、溶解部２０７ｂへと供し、目標値Ｃｔを目指して窒素ガスを溶解させることも可能である。この場合、脱気部２０７ａにおける制御が単純化されるだけでなく、循環路１２０に起因する第１測定値Ｃ１の変動をキャンセルすることができるので、溶解部２０７ｂにおける制御も容易となる。

＜第３の実施の形態＞
第２の実施の形態においては、脱気部２０７ａを上流側に、溶解部２０７ｂを下流側に配置していたが、これらの配置を入れ替えても、一部を除き同様の効果を得ることができる。図８は、この態様に対応する第３の実施の形態に係る調整部３０１の構成を示す模式図である。第１あるいは第２の実施の形態と共通する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。本実施の形態に係る調整部３０１においては、濃度可変部３０７において、溶解部３０７ｂが上流側に、脱気部３０７ａが下流側に配置されている。この場合、第１測定値Ｃ１の変動をキャンセルする効果は得られないが、他の制御に関しては第１および第２の実施の形態と同様に可能であるので、処理液中の窒素ガス濃度を所定の目標値Ｃｔに保つよう、制御することができる。

＜第４の実施の形態＞
第１ないし第３の実施の形態は、処理液への窒素ガスの溶解、および処理液からの脱気を第１濃度計および第２濃度計による濃度計測結果に基づいて窒素ガス流量を調節することにより行う態様であったが、処理液中の窒素ガス濃度を、所定の目標濃度に保つための態様はこれに限定されない。本実施の形態においては、処理液の窒素ガス濃度調節を、供給される窒素ガスの圧力の調節により行う態様について説明する。

図９は、第４の実施の形態に係る調整部４０１の構成を示す模式図である。調整部４０１の各部の構成要素の多くは、第２の実施の形態に係る調整部２０１と共通しており、それらの構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

調整部４０１は、循環路１２０から供給経路３を経て供給される処理液に、工場のユーティリティー等として備わる窒素ガス供給源４から、窒素ガス供給経路５を経て供給される窒素ガスを溶解させることにより、処理液の窒素ガス濃度を所定の濃度に調整する。

また、調整部４０１は、濃度調節部４０７と、濃度計８とを主として備えており、濃度調節部４０７は、脱気部４０７ａと溶解部４０７ｂを備えている。そして、供給経路３において、上流側に脱気部４０７ａが、下流側に溶解部４０７ｂが配置されるように、供給経路３において両者が直列に配置されている。また、脱気部４０７ａと溶解部４０７ｂとの間において供給経路３から分岐して伝播水を取り出す伝搬水流通経路５８が設けられている。

脱気部４０７ａの排気口７５（後述）は、窒素ガス脱気経路１３を通じて濃度調節部４０７から窒素ガスを脱気する目的のための真空排気可能な真空ポンプ１２に接続され、その経路１３上には、排気される窒素ガスの圧力を測定する圧力計９と、真空度を調節可能なバルブ１１とが備わっている。

溶解部４０７ｂの給気口７４（後述）は、窒素ガス供給源４と窒素ガス供給経路５を通じて接続され、その経路５上には、窒素ガス供給源４側から順に、窒素ガス供給源４から供給される窒素ガスの圧力を測定する第１圧力計４０と、溶解部４０７ｂに供給する窒素ガスの圧力を目標値に調節する第１レギュレータ４１と、窒素ガスの単位時間当たりの流量（以下単に流量という）を測定するニードル付きの流量計４２と、窒素ガス供給経路５の開閉のための第１バルブ４３と、溶解部４０７ｂに供給される直前の窒素ガスの圧力を監視する第２圧力計４４とが配置されている。なお、流量計４２の代わりにマスフローコントローラーを設けても良い。

また、溶解部４０７ｂの排気口７５（後述）は、窒素ガス排気経路５１を通じて真空ポンプ２０と接続され、その経路５１上には、溶解部４０７ｂ側から順に、溶解部４０７ｂ通過直後の圧力を監視する第３圧力計５２と、排出される窒素ガス中に存在する処理液成分を捕集するミストトラップ５３、窒素ガスの排気圧を微調整するための真空圧用ニードル調整機能付のオリフィス５４と、窒素ガスの排気圧を調節するための第２レギュレータ５５と、真空ポンプ２０の不図示の吸引口に設けられるとともにその動作が正常であるか否かを監視するための第４圧力計５６とが備わっている。ここで、第３第３圧力計５２は、大気圧に対して陽圧と陰圧の両方が測定可能であり、第４圧力計５６は、大気圧に対して陰圧が測定可能な態様とされている。

図１０は溶解部４０７ｂの概略構成と、それに接続された各部の配置を示す図である。図１０に示すように、溶解部４０７ｂは、処理液に気体を溶解する濃度調節処理を担う本体部７１と、本体部７１の第１端部７１ａに設けられ、供給経路３（図９）から供給される処理液を矢印ＡＲ１１に示すように取り込む取水口７２と、本体部７１の第２端部７１ｂに設けられ、濃度調節処理がなされた処理液を矢印ＡＲ１２に示すように送出する送出口７３と、第２端部７１ｂ近傍の側面に設けられ、気体を供給可能な給気口７４と、第１端部７１ａ近傍の側面に設けられ、給気口７４からの気体の供給とは独立に排気可能な排気口７５とを主として備えている。そして、溶解部４０７ｂは第１端部７１ａを下に、第２端部７１ｂを上にしてその長手方向が鉛直方向となるように設置されている。給気口７４からは矢印ＡＲ１３に示すように窒素ガスが加圧供給され、排気口７５からは矢印ＡＲ１４に示すように真空排気がなされる。

円筒状の本体部７１にはその中心軸と同軸に、それより細い円筒状の給水管７６が設けられ、給水管７６は取水口７２、送出口７３と接続され、処理液を矢印ＡＲ１５のように供給可能となっている。給水管７６側面には、処理液はそのままでは通過できないが、窒素ガスは通過できる気体透過性および液体不透過性を有する中空糸分離膜からなる溶解膜７６ａが備わる。また、給水管７６と本体部７１との間は中空の給気経路となっており、窒素ガスの供給方向が矢印ＡＲ１６のように、溶解膜７６ａを挟んで給水方向（ＡＲ１５）と逆向きとなっている。なお、この溶解膜７６ａおよびこれと接する給気経路の空間とが本発明のガス溶解部に相当し、その空間と窒素ガス供給経路５および窒素ガス排気経路５１を併せたものが本発明のガス経路に相当する。

本実施の形態においては、上述のように給気口７４からは窒素ガスが加圧供給され、逆に排気口７５からは真空排気がなされているので、窒素ガスの供給量と排気量とのバランスにより本体部７１内の気相の気圧を、大気圧に対して陰圧にも陽圧にも制御することが可能となっている。すなわち、窒素ガスの供給量と排気量とのバランスにより、溶解部４０７ｂ内をあたかも密閉系であるかのような圧力制御（semi-closed-systemによるガス圧制御）を行うことができる。

そして、陽圧の場合には、取水口７２から供給される処理液で給水管７６内部が満たされると、溶解膜７６ａ内外の圧力差によって窒素ガス分子のみが当該溶解膜７６ａ内へと透過して処理液内に溶解する。逆に、陰圧の場合には、溶解膜７６ａ内外の圧力差によって、処理液内の溶存気体分子が当該溶解膜７６ａ外に透過して脱気される。

脱気部４０７ａは溶解部４０７ｂと全く同様の構造となっているが、溶解部４０７ｂにおいては給気口７４とされていた箇所も、排気口７５と同様に窒素ガス脱気経路１３に接続され、排気のみを行うことができるものとなっている。そのため、排気を行っている間は常に本体部７１内は陰圧となり、取水口７２から供給される処理液で給水管７６内部が満たされると、溶解膜７６ａ内外の圧力差によって、常に脱気処理が行われるものとなっている。

従って、脱気部４０７ａの本体部７１において脱気された処理液は矢印ＡＲ１１のように取水口７２から溶解部４０７ｂの本体部７１に至り、そこで窒素ガスの溶解または脱気が行われて、所定の窒素ガス濃度に調節された処理液が、送出口７３から矢印ＡＲ１２のように送出されることとなる。

また、図１０に示すように、この基板処理装置４００では、溶解部４０７ｂからの窒素ガス排気経路５１において、溶解部４０７ｂの排気口７５の設置高さＨ１（例えば、各部の設置場所での床面からの高さ。以下同様）、ミストトラップ５３の給気口（図示省略）の設置高さＨ２および真空ポンプ２０の吸引口の設置高さＨ３が順に低くなるように設置されている。すなわち、式５を満たすようになっている。

Ｈ１＞Ｈ２＞Ｈ３ または Ｈ１＞Ｈ３＞Ｈ２ （式５）
濃度計８は、供給経路３上にインラインで配置され、一定時間ごとに処理液の窒素濃度を測定するためのものであり、第１の実施の形態における第１窒素濃度計６および第２窒素濃度計８と同様の構造を有している。

また、調整部４０１は、処理液の窒素ガス濃度を目標濃度に保つための所定の制御を行う制御部１６（濃度制御手段に相当）を備えている。制御部１６は、不図示のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭその他のメモリなどから構成されている。また、制御部１６は、通信線により入力操作部１７０、濃度計８、圧力計９、第１圧力計４０、流量計４２、第２圧力計４４、第３圧力計５２および第４圧力計５６とそれぞれ接続され、それらから信号を受信可能であるとともに、通信線により表示部１８０、バルブ１１、第１レギュレータ４１、第１バルブ４３、オリフィス５４、および第２レギュレータ５５とそれぞれ接続され、それらの動作を制御可能となっている。特に、制御部１６は所定のプログラムが読み込まれ、実行されることにより、第２圧力計４４の圧力測定値に基づいて第１レギュレータ４１の開閉を制御し、第３圧力計５２の圧力測定値に基づいて、オリフィス５４の開閉を制御することにより、この基板処理装置４００においては溶解部４０７ｂにおいて目標とする窒素ガス濃度を有する処理液が得られる。

＜窒素ガス濃度の制御＞
次に、本実施の形態における処理液の窒素ガス濃度の制御について説明する。本実施の形態においては、溶解部４０７ｂにおいて、目標とする処理液の窒素ガス濃度（目標濃度）を、これと対応する圧力である目標圧力に維持することによって得るものとなっている。以下、その制御手順および原理について説明する。

まず、オペレータが表示部１８０の表示を見ながら、入力操作部１７０により、目標濃度を入力設定するとともに、処理開始を指示する。

次に、設定された目標濃度を表す信号が制御部１６に送られ、これを受けた制御部１６では目標圧力を求める。

この実施の形態の基板処理装置４００では、溶解部４０７ｂの窒素ガスの圧力、より詳細には、溶解部４０７ｂの排気口７５の近傍に配置されている、第３圧力計５２により計測される圧力値（排気圧）を、目標圧力に維持するよう各部の制御を行うものとなっている。一般に窒素ガスの圧力とその窒素ガスに接した処理液への窒素ガスの溶解濃度とはほぼ比例関係にあるといえる。すなわち、窒素ガスの圧力Ｘと窒素の処理液への溶解濃度Ｙとの関係は近似的に式６の一次関数によって表される。

Ｙ＝ａＸ＋ｂ （式６）
ここで、ａ，ｂは定数である。実際には、予め実験等により定数ａ，ｂを求めておき、制御部１６内のＲＯＭに記憶しておく。そして、実際の制御時には、制御部１６は、その定数ａ，ｂを読み出し、オペレータにより設定された目標濃度を式６のＹに代入し、得られたＸの値を、第３圧力計５２における目標圧力としてＲＡＭに一時記憶する。目標圧力よりも第３圧力計５２の圧力測定値が低い場合には、オリフィス５４の開度を上げて流量を増やし、逆に、目標給気圧より圧力測定値が高い場合、第１レギュレータ４１の開度を下げて流量を減らすよう制御が行われる。

次に、制御部１６は目標圧力を基に、溶解部４０７ｂにおける目標となる給気圧である目標給気圧を求める。供給される窒素ガスの圧力である給気圧は、溶解部４０７ｂにおいて目標圧力を実現すべく、目標圧力と対応した目標給気圧となるように調整される。目標給気圧は、目標圧力が定まれば一意に定まる。そのため、予めこの対応関係を表す対応テーブルを実験等により求めておき、それをＲＯＭに記憶しておく。そして、実際の処理の際には、目標圧力および目標濃度から、上記対応テーブルを参照して、それに対応する給気圧を目標給気圧として求める。溶解部４０７ｂにおける窒素ガスの流量と窒素ガスの圧力との間にも比例関係がある。よって、実際の制御においては、目標給気圧より第２圧力計４４の圧力測定値が低い場合、第１レギュレータ４１の不図示のバルブの開度を上げて流量を上げ、逆に、目標給気圧より圧力測定値が高い場合、第１レギュレータ４１のバルブの開度を下げて流量を下げるような制御を行う。

すなわち、本実施の形態では、排気圧と給気圧とをバランスさせつつ溶解部４０７ｂの内部の窒素ガス圧力を所定の値に保つことにより、処理液の窒素ガス濃度が目標濃度に調整される。

処理槽１００において所定の基板処理が行われている間、常時、第２圧力計４４の測定値を基に、その値が目標給気圧に近づくように第１レギュレータ４１をフィードバック制御するとともに、第３圧力計５２の測定値を基に、その値が目標圧力に近づくようにオリフィス５４をフィードバック制御する。

すなわち、本実施の形態では、排気圧と給気圧とをバランスさせつつ溶解部４０７ｂの内部の窒素ガス圧力を所定の値に保つことにより、処理液の窒素ガス溶解濃度が目標濃度に調整される。処理槽１００における基板処理時には、このようにして調節された処理液が供給される。

また、この実施の形態の基板処理装置４００によれば、溶解部４０７ｂへの窒素ガスの供給圧と排気圧の両方を制御することにより、窒素ガス供給源からの窒素ガス供給量は従前のままで、溶解部４０７ｂに大気圧より高い圧力の窒素ガスの供給を実現でき、従来、大気圧下では製造困難であった常温での飽和溶解度１５ｐｐｍを越え、２０ｐｐｍ程度までの高濃度の窒素ガス溶解水も製造できるとともに、溶解部４０７ｂの窒素ガス圧を陰圧にもすることができるので、より低濃度の窒素ガス溶解水をも製造できる。すなわち、製造可能な窒素ガス溶解水の濃度レンジが広く、しかも低濃度から高濃度までの窒素ガス溶解水を安定して製造可能である。

さらに、この実施の形態の基板処理装置４００によれば、オリフィス５４、第２レギュレータ５５はミストトラップ５３より真空ポンプ２０側に設けてあるので、オリフィス５４、第２レギュレータ５５に至る水蒸気量を抑えて、水蒸気による流量調節機能の悪化を抑え、処理液の窒素ガス溶解濃度制御への悪影響を抑えることができる。

＜第４の実施の形態の変形例＞
以上、本発明の第４の実施の形態について説明したが、本発明の基板処理装置および不活性ガス濃度制御方法はこれに限られない。

例えば、この実施の形態では目標濃度に対応する目標圧力を関数により求めるものとしたが、窒素ガスの圧力と窒素ガスの処理液への溶解濃度との関係を表す圧濃度変換テーブルを制御部１６のＲＯＭ等に記憶しておき、その変換テーブルを用いて目標濃度から目標圧力を求めるものとしてもよい。

また、第４の実施の形態では、窒素ガスの圧力の制御を第３圧力計５２の圧力測定結果を基準に行うものとしたが、濃度計８による処理液における窒素ガスの濃度測定結果を基準に窒素ガスの圧力制御を行うものとしてもよい。この場合、装置構成としては第４の実施の形態とほぼ同様であるが、第３圧力計５２のみ不要となる。以下、具体的な制御方法について説明する。

まず、第４の実施の形態と同様にオペレータが目標濃度を入力設定し、処理開始を指示する。

次に、設定された目標濃度の信号を受けた制御部１６が目標圧力を求める。その変換の際に用いる窒素ガスの圧力と窒素の処理液への溶解濃度との関係は、第３の実施の形態と同様に式６の一次関数でも、上記圧濃度変換テーブルでもよい。

次に、制御部１６は第３の実施の形態と同様に、目標圧力を基に、溶解部４０７ｂにおける目標給気圧を求める。

処理槽１００において所定の基板処理が行われている間、常時、第２圧力計４４の測定値を基に、その値が目標給気圧に近づくように第１レギュレータ４１をフィードバック制御するとともに、濃度計８の濃度測定値を基に、それに対応する排気圧を求め、その値が目標圧力に近づくようにオリフィス５４をフィードバック制御する。その際、濃度測定値から、それに対応する排気圧を求めるには上記窒素ガスの圧力と窒素の処理液への溶解濃度との関係を用いる。なお、第１レギュレータ４１およびオリフィス５４の制御そのものは第３の実施の形態と同様である。すなわち、オリフィス５４の制御の基準となる測定値が、圧力計の測定値ではなく、濃度計８の測定値であることが異なるのみである。

また、第４の実施の形態では溶解部４０７ｂをその長手方向が鉛直方向となるように縦置きするものとしたが、その長手方向がほぼ水平方向となるように横置きしてもよい。その場合には給気口７４も排気口７５も鉛直方向に対して真下を向くように設置する。その場合にも処理液の流れる方向と窒素ガスの流れる方向は逆向きとなるように設置する。

さらに、第４の実施の形態においては、窒素ガスの溶解濃度の制御において、排気口７５からの排気圧が目標圧力と等しくなるように制御するものとしたが、溶解部４０７ｂの本体部７１と溶解膜７６ａとの間の気体の流通空間内に別途、圧力計を設けて、溶解部の気相内の圧力が目標圧力と一致するように制御する等、圧力制御の基準となる圧力の測定位置をガス経路内のその他の位置としてもよい。

＜第５の実施の形態＞
第１ないし第４の実施の形態は、調整部において窒素ガスの溶解および脱気を同時にあるいは直列に行う態様であったが、それぞれを並列して行う態様について、第５の実施の形態として説明する。

図１１は、第５の実施の形態に係る調整部５０１の構成を示す模式図である。調整部５０１の各部の構成要素の多くも、上述の実施の形態に係る調整部１と共通しており、それらの構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。調整部５０１は、循環路１２０から供給経路３を経て供給される処理液の窒素ガス濃度を所定の濃度に調整し、再び処理槽１００へと供給するためのものである。

調整部５０１は、処理液（第１供給液）に窒素ガスを溶解させる溶解部５０４と、処理液（第２供給液）から窒素ガスを脱気させる脱気部５０５と、溶解部５０４を経た処理液の窒素ガス濃度を測定する第１窒素濃度計５０６と、脱気部５０５を経た処理液の窒素ガス濃度を測定する第２窒素濃度計５０７とを主として備えている。また、調整部５０１においては、供給経路３を、溶解部５０４を経由する第１供給経路３ａと脱気部５０５を経由する第２供給経路３ｂとの２系統にいったん分岐し、その後再び合流するように、配管が接続されている。

溶解部５０４および脱気部５０５は、それぞれ、第２の実施の形態に係る溶解部２０７ｂおよび脱気部２０７ａと同一の機構的構成を有しており、気体透過性および液体不透過性を有する中空糸分離膜を介して、処理液への窒素ガスの溶解および処理液からの窒素ガスの脱気を行うことにより、処理液の窒素ガス濃度を変化させるためのものである。

溶解部５０４に対しては、工場のユーティリティー等として備わる窒素ガス供給源５０８から、窒素ガス供給経路５０９を通じて窒素ガスが供給される。窒素ガス供給経路５０９上には、供給される窒素ガスの圧力を測定する第１ガス圧力計５１０と、その流量を測定する窒素ガス流量計５１１と、窒素ガスの供給流量を調整可能な第１ガスバルブ５１２とが配置されている。

一方、調整部５０１には、脱気部５０５において窒素ガスを脱気する目的のために真空排気可能な真空ポンプ５１３が備わっており、脱気部５０５から真空ポンプ５１３への窒素ガス脱気経路５１４上には、真空ポンプ５１３によって得られる圧力、すなわち真空度を測定する第２ガス圧力計５１５と、真空度を調整可能な第２ガスバルブ５１６とが配置されている。

第１ガスバルブ５１２の開閉度を調整することにより、窒素ガス流量が調整でき、第１供給液への不活性ガスの溶解速度を調整することが可能となる。また、第２ガスバルブ５１６の開閉度を調整することにより、真空度が調整でき、第２供給液からの不活性ガスの脱気速度とを調整することが可能となる。

第１窒素濃度計５０６および第２窒素濃度計５０７は、いずれも、第１の実施の形態に係る第１窒素濃度計６あるいは第２窒素濃度計８同一の構成及び機能を有しており、前者は第１供給経路３ａおよび第２供給経路３ｂ上に配置され、一定時間ごとに窒素濃度を測定するためのものである。

また、調整部５０１は、第１供給経路３ａ上の第１窒素濃度計５０６よりも下流側に、第１供給経路３ａにおける処理液の水圧を測定するための第１水圧計５１７と、その流量を測定するための第１処理液流量計５１８と、流量を調整するための第１処理液バルブ５１９とを備えている。さらには、第２供給経路３ｂ上の第２窒素濃度計５０７よりも下流側に、第２供給経路３ｂにおける処理液の水圧を測定するための第２水圧計５２０と、その流量を測定するための第２処理液流量計５２１と、流量を調整するための第２処理液バルブ５２２とを備えている。なお、第１供給経路３ａと第２供給経路３ｂとは、第１処理液バルブ５１９および第２処理液バルブ５２２を経た後に再び合流し、一の供給経路３となって循環路１２０に接続される。

さらに、調整部５０１は、処理液の窒素ガス濃度を目標濃度に保つために、所定の制御を行う制御部５２３を備えている。制御部５２３は、第１の実施の形態に係る制御部１６と同様の構成を有している。所定のプログラムが読み込まれ、実行されることにより、制御部５２３が、第１窒素濃度計５０６、第２窒素濃度計５０７、第１処理液流量計５１８、第２処理液流量計５２１などで得られる測定値に基づいて、第１処理液バルブ５１９および第２処理液バルブ５２２を開閉を制御する。これにより、目標とする窒素ガス濃度を有する処理液が得られ、処理槽１００へと供されることとなる。

＜窒素ガス濃度の制御＞
次に、調整部５０１における処理液の窒素ガス濃度の制御について説明する。本実施の形態においては、循環路１２０を経て供給される、窒素ガス濃度が調整されていない処理液を２系統に分岐して、一方に窒素ガスを溶解させてより高い窒素ガス濃度を有する処理液（高濃度処理液）を生成し、他方では逆に窒素ガスを脱気してより低い窒素ガス濃度を有する処理液（低濃度処理液）を生成し、これらを所定量ずつ混合することで、所定の窒素ガス濃度を有する処理液を得ることとなっている。

そのために、本実施の形態では、溶解部５０４で窒素ガス溶解を施された高濃度処理液の窒素ガス濃度を第１窒素濃度計５０６により、脱気部５０５で窒素ガス脱気を施された低濃度処理液を第２窒素濃度計５０７によりそれぞれ逐次測定し、それらの測定の結果に基づいて、制御部５２３が、所定の窒素ガス濃度の処理液を得るために必要な高濃度処理液および低濃度処理液の流量を制御する。

具体的には、第１供給経路３ａ上に備わる第１処理液バルブ５１９と、第２供給経路３ｂ上に備わる第２処理液バルブ５２２の開閉を調整することによって、高濃度処理液および低濃度処理液の流量が制御される。いま、供給経路３を経て供給される処理液の総流量をＶ、そのうち、第１供給経路３ａへと分岐供給される処理液の流量である第１流量をＸ１、第２供給経路３ｂへと分岐供給される処理液の流量である第２流量をＸ２、第１窒素濃度計６における窒素ガス濃度の測定値である第１測定濃度をＣ１、第２窒素濃度計５０７における窒素ガス濃度の測定値である記第２測定濃度をＣ２、処理槽１００に対し供給する処理液の窒素ガス濃度の目標値をＣとすると、制御部５２３は、これらの値の間に、
Ｃ１・Ｘ１＋Ｃ２・Ｘ２＝Ｃ・Ｖ （式７）
かつ、
Ｘ１＋Ｘ２＝Ｖ （式８）
が近似的に成り立つように、第１処理液バルブ５１９と、第２処理液バルブ５２２とを制御すればよいことになる。

ここで、総流量Ｖおよび目標濃度Ｃは、あらかじめ一定値として設定され、第１測定濃度Ｃ１および第２測定濃度Ｃ２は、一定時間ごとに測定がなされるので、いずれも既知の値として得られる。よって、窒素ガス濃度を測定する度に、式１および式２を満たす第１流量Ｘ１および第２流量Ｘ２が定まるので、制御部２３は、これらの第１流量Ｘ１および第２流量Ｘ２が得られるように、第１処理液バルブ５１９および第２処理液バルブ５２２の開閉を調整し、所定の窒素ガス濃度の処理液の供給を実現する。万一、いずれか一方の流量が何らかの要因で固定される場合であっても、式７により、もう一方の流量を一義的に定めることができる。

なお、循環路１２０を経て供給される未調整の処理液の窒素ガス濃度には、処理液供給源２に起因する要員により変動があるが、目標濃度Ｃが必ず第１測定濃度Ｃ１と第２測定濃度Ｃ２の間にあるように、溶解部５０４においては目標濃度Ｃよりも十分高いとみなせる窒素ガス濃度を有する高濃度処理液を生成し、脱気部５においては目標濃度Ｃよりも十分小さい窒素ガス濃度を有する低純度処理液を生成することで、そうした変動の影響はキャンセルされ、さらには必ず式７および式８を満たす第１流量Ｘ１および第２流量Ｘ２が得られることとなる。また、溶解あるいは脱気後の窒素ガス濃度に基づいて、混合すべき流量が定まるので、溶解部５０４および脱気部５０５における溶解および脱気を逐次制御せずとも、所定の窒素ガス濃度を有する処理液を得ることができる。

また、処理槽１００における処理対象の変更などによって、目標濃度Ｃが変更された場合であっても、式７および式８を満たすことにより、速やかに新たな条件における第１流量Ｘ１および第２流量Ｘ２が得られるので、速やかに高濃度処理液および低濃度処理液の混合量を変更することが可能である。

以上、説明したように、本実施の形態に係る調整部５０１は、所定の値に窒素ガス濃度が保たれた処理液を、安定して処理槽１００へと供給することができる。

＜変形例＞
上記の各実施の形態は、本発明に係る基板処理装置１０００の調整部Ａの種々の態様を説明するものであったが、循環供給されている処理液の窒素ガス濃度を調整する態様は、これらに限られるものではない。図１２は、基板処理装置１０００とは異なる態様にて、窒素ガス濃度の調整を実現する基板処理装置２０００の概略構成を示す模式図である。ただし、基板処理装置２０００の構成の構成の一部は、基板処理装置１０００の構成と共通するものであるので、同一の作用を奏する構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。

基板処理装置２０００は、循環路１２０に調整部Ａを有していない代わりに、処理液の窒素ガス濃度を調整するための専用の循環路１４０を有している点で、基板処理装置１０００と相違する。循環路１４０は、外槽１１０と処理槽１００とに連通接続され、外槽１１０に溢れ出た処理液を再び処理槽１００に戻す作用を奏する。この循環路１４０の途中には、上流側から下流側へわたって、循環路１４０に処理液Ｌを循環させるための循環ポンプ１４１と、処理液Ｌの窒素ガス濃度を調整する調整部Ｂとが設けられている。また、処理槽１００の底部には、循環路１４０を経た処理液を処理槽１００へと供給する２本の処理液供給ノズル１５０が互いに平行に配置されている。

そして、係る構成を有する基板処理装置２０００の調整部Ｂに、上述の第１ないし第５の実施の形態に係る調整部１、２０１、３０１、４０１、および５０１をそれぞれ適用することによっても、本発明の目的を達成することができる。係る場合、処理液の供給と、窒素ガス濃度の調整を独立して行うことができる。また、窒素ガス濃度の調整を行う必要がある場合に限って、循環路１４０を用いた処理液の循環を行うこともできる。

上記各実施の形態では処理液に溶解させる不活性ガスとして窒素ガスを用いたが、キセノン（Ｘｅ）などの希ガス、炭酸ガス、メタンガスなどあらゆるガス種に対しても適用可能であり、また、処理液としては、フッ酸水溶液やその他の処理液に対しても適用可能である。

基板処理装置１０００の概略構成を示す模式図である。 第１の実施の形態に係る調整部１の構成を示す模式図である。 第１窒素濃度計６および第２窒素濃度計８の測定原理を概念的に示すための図である。 濃度可変部７の構成を模式的に示す図である。 第１測定値Ｃ１、第２測定値Ｃ２、および目標値Ｃｔの関係と、それに応じてなされるべき制御について説明するための図である。 第２の実施の形態に係る調整部２０１の構成を示す模式図である。 脱気部２０７ａと溶解部２０７ｂとを同時に機能させる制御について例示する図である。 第３の実施の形態に係る調整部３０１の構成を示す模式図である。 第４の実施の形態に係る調整部４０１の構成を示す模式図である。 溶解部４０７ｂの概略構成と、それに接続された各部の配置を示す図である。 第５の実施の形態に係る調整部５０１の構成を示す模式図である。 基板処理装置２０００の概略構成を示す模式図である。

符号の説明

１、２０１、３０１、４０１、５０１ 調整部
１０５ ウエハガイド
１００ 処理槽
１１０ 外槽
１１０ａ 排出口
１２０、１４０ 循環路
１２１、１４１ 循環ポンプ
１２２ ヒータ
１２３ 循環フィルタ
１２４ ミキシングバルブ
１３０、１５０ 処理液供給ノズル
１０００、２０００ 基板処理装置
Ａ、Ｂ 調整部

Claims (15)

1. 処理槽からオーバーフローした処理液を所定の送液手段によって前記処理槽に循環供給する循環路を備え、前記処理槽内に基板を浸漬して基板に所定の処理を行う基板処理装置であって、
   前記循環路に設けられ、不活性ガス濃度が調整されていない処理液の不活性ガス濃度を測定して第１測定濃度を得る第１測定手段と、
   前記循環路に設けられ、処理液に対して不活性ガスを溶解させる溶解手段と、処理液から不活性ガスを脱気させる脱気手段と、を有し、前記第１測定手段により不活性ガス濃度を測定された処理液の不活性ガス濃度を変化させる濃度可変手段と、
   前記循環路に設けられ、前記濃度可変手段により不活性ガス濃度を変化させられた処理液の不活性ガス濃度を測定して第２測定濃度を得る第２測定手段と、
   前記第１測定濃度と前記第２測定濃度とに基づいて、処理液の不活性ガス濃度を変化させて、処理液の不活性ガス濃度を所定の目標値になるように前記濃度可変手段を制御する制御手段と、
   前記溶解手段へ供給される不活性ガスの流量を調整する第１流量調整手段と、
   前記脱気手段から脱気される不活性ガスの流量を調整する第２流量調整手段と、を有し、
   前記制御手段は、前記第１測定濃度と所定の目標値との差および前記第２測定濃度と前記所定の目標値との差に基づいて前記第１流量調整手段と前記第２流量調整手段とを制御することにより、前記濃度可変手段に処理液の不活性ガス濃度を変化させることを特徴とする基板処理装置。
2. 処理槽からオーバーフローした処理液を所定の送液手段によって前記処理槽に循環供給する循環路を備え、前記処理槽内に基板を浸漬して基板に所定の処理を行う基板処理装置であって、
   前記循環路中の処理液に不活性ガスが溶解可能なガス溶解部を有し、前記不活性ガスの通過経路となるガス経路と、
   前記ガス経路中の前記不活性ガスの圧力を変更可能なガス圧可変手段であって、
   前記ガス経路のうちの前記ガス溶解部より上流側における圧力を変更可能な上流圧可変手段と、
   前記ガス経路のうちの前記ガス溶解部より下流側における圧力を変更可能な下流圧可変手段と、を備えるガス圧可変手段と、
   前記ガス圧可変手段を制御することにより処理液の不活性ガス濃度を調整する濃度制御手段と、
   を備え、
   前記濃度制御手段は、前記不活性ガスの圧力が、当該圧力と処理液における不活性ガス濃度との所定の相関関係から定まる目標圧力となるように、前記上流圧可変手段および前記下流圧可変手段を個別に制御して不活性ガスの圧力を制御することを特徴とする基板処理装置。
3. 請求項２に記載の基板処理装置であって、
   前記ガス経路において、不活性ガスの圧力を測定するガス圧測定手段をさらに備え、
   前記濃度制御手段が、前記ガス圧測定手段における測定結果に基づいて前記ガス圧可変手段を制御することを特徴とする基板処理装置。
4. 請求項３に記載の基板処理装置であって、
   前記ガス圧測定手段が、前記ガス経路のうちの前記ガス溶解部より下流側における圧力を測定する下流圧測定手段を備え、
   前記濃度制御手段が、前記下流圧測定手段による圧力の測定結果に基づいて前記ガス圧可変手段を制御することを特徴とする基板処理装置。
5. 請求項２に記載の基板処理装置であって、
   前記処理液供給路のうちの前記ガス溶解部より下流側における処理液の不活性ガス濃度を測定する濃度測定手段をさらに備え、
   前記濃度制御手段が、前記濃度測定手段における測定結果に基づいて前記ガス圧可変手段を制御することを特徴とする基板処理装置。
6. 請求項２ないし請求項５のいずれかに記載の基板処理装置であって、
   前記上流圧可変手段が、前記ガス経路のうちの前記ガス溶解部より上流側における流量を変更可能な上流流量可変手段であり、
   前記下流圧可変手段が、前記ガス経路のうちの前記ガス溶解部より下流側における流量を変更可能な下流流量可変手段であり、
   前記濃度制御手段が、前記上流流量可変手段および前記下流流量可変手段を個別に制御して不活性ガスの流量を調整することにより不活性ガスの圧力を制御することを特徴とする基板処理装置。
7. 処理槽からオーバーフローした処理液を所定の送液手段によって前記処理槽に循環供給する循環路を備え、前記処理槽内に基板を浸漬して基板に所定の処理を行う基板処理装置であって、
   前記循環路中の処理液から不活性ガス濃度の異なる第１および第２処理液を生成し、前記第１および第２処理液を混合して前記処理槽へ供給する処理液供給手段、
   を備え、
   前記処理液供給手段は、
   前記循環路から分岐した第１の供給経路を流れる第１の供給液に対し不活性ガスを溶解させて前記第１処理液を得る溶解手段と、
   前記循環路から分岐した第２の供給経路を流れる第２の供給液に対し不活性ガスを脱気させて前記第２処理液を得る脱気手段と、
   を備えることを特徴とする基板処理装置。
8. 請求項７に記載の基板処理装置であって、
   前記処理液供給手段は、
   前記第１処理液の流量である第１流量を調整する第１処理液流量調整手段と、
   前記第２処理液の流量である第２流量を調整する第２処理液流量調整手段と、
   前記第１および第２処理液流量調整手段を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする基板処理装置。
9. 請求項８に記載の基板処理装置であって、
   前記第１処理液中の不活性ガス濃度を測定する第１濃度測定手段と、
   前記第２処理液中の不活性ガス濃度を測定する第２濃度測定手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記第１濃度測定手段における不活性ガス濃度の測定値である第１測定濃度と、前記第２濃度測定手段における不活性ガス濃度の測定値である第２測定濃度とに基づいて前記第１流量と前記第２流量とを制御することを特徴とする基板処理装置。
10. 請求項９に記載の基板処理装置であって、
    前記第１測定濃度をＣ１、前記第２測定濃度をＣ２、前記第１流量をＸ１、前記第２流量をＸ２、混合により得られる処理液中の不活性ガス濃度の目標値をＣ、混合後の処理液の総流量をＶとするとき、前記処理液流量制御手段における制御が、
    Ｃｌ・Ｘ１＋Ｃ２・Ｘ２＝Ｃ・Ｖ
    なる関係を近似的に満たすように行われることを特徴とする基板処理装置。
11. 請求項１０に記載の基板処理装置であって、
    前記第１処理液と前記第２処理液とが、
    Ｘ１＋Ｘ２＝Ｖ
    なる関係を満たすように供給されることを特徴とする基板処理装置。
12. 請求項１に記載の基板処理装置であって、
    前記循環路の前記第１測定手段よりも上流側に、前記処理槽に新親に処理液を混合する混合手段を備えることを特徴とする基板処理装置。
13. 請求項２ないし請求項６のいずれかに記載の基板処理装置であって、
    前記循環路の前記ガス溶解部よりも上流側に、前記処理槽に新規に処理液を混合する混合手段を備えることを特徴とする基板処理装置。
14. 請求項７ないし請求項１１のいずれかに記載の基板処理装置であって、
    前記循環路の前記処理液供給手段よりも上流側に、前記処理槽に新規に処理液を混合する混合手段を備えることを特徴とする基板処理装置。
15. 請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の基板処理装置であって、
    前記循環路が、前記処理槽に新規に処理液を供給する供給経路とは別に設けられることを特徴とする基板処理装置。

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