JP5894021B2 - 噴霧液滴の電荷量測定方法、電荷量測定装置及びそれらを用いた噴霧液滴の電荷量制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハや液晶基板などの洗浄に使用される洗浄液噴射ノズルから噴射された噴霧液滴が運ぶ電荷量の測定方法、電荷量の測定装置、及びそれらを用いた噴霧液滴の電荷量制御装置に関する。

半導体ウエハや液晶基板などの製造工程では表面に付着した汚染物質を除去するために超純水、有機溶剤などの洗浄液を被洗浄物表面に向けて高速噴射する洗浄が行なわれる。高速噴射に必要な噴射ノズル、配管等は不導体であるフッ素樹脂等で製作されることが多い。不導体配管中を液体が流れる場合には摩擦により静電気が発生して液体を帯電させる。その液体が噴霧されると電荷は噴霧液滴に移る。また、静電気は液体が噴射ノズルから噴霧されて液滴になる瞬間の剥離帯電によっても発生して噴霧液滴を帯電させる。こうして帯電した液滴が被洗浄物に衝突するとその電荷が被洗浄物に移る。被洗浄物表面に移った電荷は高い電圧を発生させて被洗浄物表面に形成されている電子回路に放電破壊などの深刻なダメージを与える。

こうした問題を解決する方法として噴霧する超純水などの洗浄液に炭酸ガスを溶解させてその比抵抗を低下させる方法が採用されている（特許文献１参照）。この方法によれば噴霧液滴の帯電電荷量を減らすことができる。一方、被洗浄物側でも炭酸ガスで比抵抗を低下させたリンス純水を半導体ウエハの裏面に噴射し、被洗浄物表面に移った電荷をアースに逃がす対策が採られる（特許文献２、３参照）。こうした対策を採る場合には不必要に多くの炭酸ガスを噴霧洗浄液に溶解させる必要はない。従来は噴霧液滴の帯電電荷量を簡易に測定する方法が開発されていなかったため噴霧液滴の帯電電荷量を適正に監視、制御することかできなかった。このため不必要に多くの炭酸ガスが使用される問題も生じていた。

特許１８１９８８３号公報 特開２０００−２７７４７６号公報 特開２００７−５５８４号公報

本発明は、従来技術のこうした問題点を解決するためになされたもので、その課題は、噴射ノズルから噴射された液滴が運ぶ電荷量を測定する噴霧液滴の電荷量測定方法、電荷量測定装置及びそれらを用いた噴霧液滴の電荷量制御装置を提供することにある。

前記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、噴射ノズルから噴射された液滴が運ぶ電荷量を測定する電荷量測定方法であって、金属製噴射ノズルと該ノズルに洗浄液を供給する配管との接続部に絶縁材料で形成した絶縁ジョイントを介在させ、ノズルと接地との間に電気配線を張り渡し、該配線途中に電流計を取り付けてその電流値から液滴が運ぶ単位時間当たりの電荷量を測定する電荷量測定方法である。

このような方法によれば比較的簡単に液滴が運ぶ電荷量を測定することができる。

また、請求項２に記載の発明は、噴射ノズルから噴射された液滴が運ぶ電荷量を測定する電荷量測定装置であって、金属製噴射ノズルと、該ノズルと該ノズルに洗浄液を供給する配管との間に接続した絶縁材料で形成した絶縁ジョイントと、ノズルと接地との間に張り渡した電気配線と、該配線途中に取り付けた電流計とからなり、該電流計の電流値から液滴が運ぶ単位時間当たりの電荷量を測定する電荷量測定装置である。

このような装置を使用すれば比較的簡単に液滴が運ぶ電荷量を測定することができる。

また、請求項３に記載の発明は、噴射ノズルから噴射された液滴が運ぶ電荷量を制御する噴霧液滴の電荷量制御装置であって、金属製噴射ノズルと、該ノズルと該ノズルに洗浄液を供給する配管との間に接続した絶縁材料で形成した絶縁ジョイントと、ノズルと接地との間に張り渡した電気配線と、該配線途中に取り付けた電流計と、前記配管の途中に取り付けられて洗浄液に炭酸ガスを溶解させる炭酸ガス溶解装置とからなり、前記電流計の電流値により炭酸ガス溶解装置に供給する炭酸ガスの量を制御することを特徴とする噴霧液滴の電荷量制御装置である。

このような噴霧液滴の電荷量制御装置によれば、被洗浄物表面に流れ込む単位時間当たりの電荷量を制御できる。これにより被洗浄物上の電子回路等が過剰な静電電荷により破壊されることを防止でき、また、炭酸ガスの過剰添加が防止されて炭酸ガスの節約にもなる。

本発明に係る噴霧液滴の電荷量制御装置の構成図である。 炭酸ガス溶解装置の構成例である。 噴霧ノズルから噴射直後の液滴による電荷の発生状況の説明図である。 液滴の移動に伴う静電誘導電荷の移動状況の説明図である。 液滴が被洗浄物の表面近くに到達したときの電荷の発生状況の説明図である。

以下、本発明に係る噴霧液滴の電荷量測定方法、電荷量測定装置及びそれらを用いた噴霧液滴の電荷量制御装置の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。図１はその電荷量測定方法、電荷量測定装置を採用した噴霧液滴の電荷量制御装置１の構成図である。電荷量制御装置１は、噴霧ノズル２、絶縁ジョイント３、洗浄液配管４、電流計５、炭酸ガス溶解装置６、炭酸ガス流量制御計７を備えて構成されている。

噴霧ノズル２は供給された洗浄液９を霧滴状にして被洗浄物１０に向けて噴霧する金属製のノズルである。噴霧ノズル２は金属製のノズルヘッド１２に取り付けられており、そのノズルヘッド１２は絶縁材料製の取付ステイ１３に固定されている。洗浄液配管４は絶縁ジョイント３を介してノズルヘッド１２に接続されている。絶縁ジョイント３は噴霧ノズル２の取り付けられたノズルヘッド１２と洗浄液配管４とを電気的に絶縁するためのもので、例えば、フッ素樹脂で製作されている。洗浄液９は洗浄液配管４、絶縁ジョイント３、ノズルヘッド１２内の孔を通って噴霧ノズル２に供給される。

洗浄液９には、その比抵抗を下げるための炭酸ガスが溶解させてある。炭酸ガスは炭酸ガス溶解装置６で溶解させる。炭酸ガス溶解装置６の構成は種々あるが、例えば、前記特許文献１に開示されている図２のような装置を用いることができる。図２における２１は処理室、２２は炭酸ガス供給管、２３は疎水性透過性膜、２４は超純水入口、２５は炭酸ガスの溶解した純水の出口である。入口２４から処理室に入った超純水は出口２５に向かって流れていく間に、炭酸ガス供給管２２から疎水性透過性膜２３を介して浸透してきた炭酸ガスを溶解させて出口２５から出て行く。

炭酸ガス溶解装置６から供給される洗浄液９中の炭酸ガス濃度は炭酸ガス流量制御計７で制御する。洗浄液として超純水１５を使用する場合、超純水１５の流量を一定に保った状態で供給する炭酸ガス２７の流量を制御して炭酸ガス濃度を制御する。あるいは、炭酸ガス溶解装置６に供給する超純水１５の流量も計測し、その流量に合わせて供給する炭酸ガス２７の流量を制御して炭酸ガス濃度を目標値に合わせるカスケード方式の制御を行なってもよい。ノズルヘッド１２とアースとの間には電流計５が接続してあり、その値がフィードバック値として炭酸ガス流量制御計７に入力される。

次に、このような電荷量制御装置１により噴霧ノズル２から噴射された液滴が被洗浄物１０表面に運ぶ電荷量を制御できる理由を説明する。図３、図４、図５は噴霧ノズル２から噴射された液滴による電荷の移動状況、静電誘導による電荷の発生とその移動状況を模式的に表したものである。簡単のため噴射された１個の液滴３０について説明する。

噴霧ノズル２から噴射された液滴３０には＋Ｑ電荷が帯電する。この電荷は液滴３０が噴霧ノズル２から離れる際の剥離帯電、及び洗浄液が洗浄液配管４、絶縁ジョイント３、噴霧ノズル２を通過する際に流路内壁との摩擦により生じた電荷である。液滴３０が＋Ｑ電荷を帯電して噴霧ノズル２から離れた直後には、静電誘導により金属製の噴霧ノズル２表面には−Ｑの電荷が誘導される。この状態では、液滴３０の＋Ｑ電荷から発する電気力線３１は、その殆どが噴霧ノズル２の−Ｑ電荷に向かう。液滴３０上の＋Ｑ電荷と噴霧ノズル２表面の−Ｑ電荷の間にはクーロン力による吸引力が働くが、液滴３０は噴霧の際に大きな運動エネルギーを得ているのでその吸引力に抗して反対方向の被洗浄物１０に向けて移動する。

液滴３０が図４に示すように噴霧ノズル２と被洗浄物１０との中間位置に移動すると、液滴３０の＋Ｑ電荷から噴霧ノズル２に向かう電気力線３１は減少し、減少分は接地された被洗浄物１０の表面に向かう。噴霧ノズル２に終端する電気力線３１の減少と共に噴霧ノズル２上の静電誘導による電荷は減少し、例えば、−１／２・Ｑに減少する。電気力線３１の減少分は被洗浄物１０に向かい、被洗浄物１０の表面には−１／２・Ｑの電荷が誘導される。噴霧ノズル２は絶縁ジョイント３により接地から絶縁されているため、減少する−１／２・Ｑ電荷は噴霧ノズル２と接地間の配線を通って接地に流れる。その途中で電流計５を通過する。接地に流れた−１／２・Ｑ電荷は被洗浄物１０の表面に現れる。即ち、噴霧ノズル２に存在した−１／２・Ｑ電荷は電流計５を通って被洗浄物１０の表面に移動したことになる。

液滴３０が図５に示すように被洗浄物１０の表面近くまで移動すると、＋Ｑ電荷からの電気力線３１は全て被洗浄物１０に向かい被洗浄物１０表面には−Ｑ電荷が誘導される。噴霧ノズル２に向かう電気力線は無くなり、残っていた−１／２・Ｑ電荷は電流計５を通って被洗浄物１０の表面に移動する。最終的に液滴３０が被洗浄物１０表面に到達すると液滴３０の＋Ｑ電荷と被洗浄物１０表面の−Ｑ電荷は結合して消滅する。

以上の過程を総括すると、液滴３０は＋Ｑ電荷を噴霧ノズル２から被洗浄物１０表面に運んだことになり、噴霧ノズル２の表面に最初に誘起された−Ｑ電荷は電流計５を通って被洗浄物１０の表面に移動じたことになる。従って、電流計５を通った電荷を積算すれば噴霧ノズル２から噴射された無数の液滴により被洗浄物１０にもたらされた電荷の総量を測定できる。噴霧ノズル２が連続的に液滴を噴射している状態では、電流計５の読みは単位時間当たりに被洗浄物１０表面に流れ込む電荷の総量を表す。噴霧ノズル２と被洗浄物１０間の空間に存在する液滴の量を推定して、その量で電荷総量を割算すれば、空間に漂う液滴の単位重量あたりの帯電電荷量を計算できる。

半導体洗浄装置等で問題になるのは単位時間当たりに被洗浄物１０表面に流れ込む電荷の総量である。従って、電流計５の読みが所定値になるよう、その値をフィードバック値として炭酸ガス流量制御計７に入力し、炭酸ガス溶解装置６に供給する炭酸ガスの流量を制御すれば被洗浄物１０表面に流れ込む電荷の総量を制御できることになる。

このような噴霧液滴の電荷量測定方法、電荷量測定装置は比較的簡単な方法、簡単な装置である。また、本実施形態の噴霧液滴の電荷量制御装置１によれば、被洗浄物１０表面に流れ込む単位時間当たりの電荷総量を所定値に制御できる。これにより被洗浄物上の電子回路等が過剰な静電電荷により破壊されることを防止でき、また、炭酸ガスの過剰添加が防止されて炭酸ガスの節約にもなる。

図面中、１は電荷量制御装置、２は噴射ノズル、３は絶縁ジョイント、４は配管、５は電流計、６は炭酸ガス溶解装置、９は洗浄液、１０は被洗浄物、３０は液滴を示す。

Claims (3)

1. 噴射ノズルから噴射された液滴が運ぶ電荷量を測定する電荷量測定方法であって、
   金属製噴射ノズルと該ノズルに洗浄液を供給する配管との接続部に絶縁材料で形成した絶縁ジョイントを介在させ、前記ノズルと接地との間に電気配線を張り渡し、該配線途中に電流計を取り付けてその電流値から液滴が運ぶ単位時間当たりの電荷量を測定する電荷量測定方法。
2. 噴射ノズルから噴射された液滴が運ぶ電荷量を測定する電荷量測定装置であって、
   金属製噴射ノズルと、該ノズルと該ノズルに洗浄液を供給する配管との間に接続した絶縁材料で形成した絶縁ジョイントと、前記ノズルと接地との間に張り渡した電気配線と、該配線途中に取り付けた電流計とからなり、該電流計の電流値から液滴が運ぶ単位時間当たりの電荷量を測定する電荷量測定装置。
3. 噴射ノズルから噴射された液滴が運ぶ電荷量を制御する噴霧液滴の電荷量制御装置であって、
   金属製噴射ノズルと、該ノズルと該ノズルに洗浄液を供給する配管との間に接続した絶縁材料で形成した絶縁ジョイントと、前記ノズルと接地との間に張り渡した電気配線と、該配線途中に取り付けた電流計と、前記配管の途中に取り付けられて前記洗浄液に炭酸ガスを溶解させる炭酸ガス溶解装置とからなり、
   前記電流計の電流値により前記炭酸ガス溶解装置に供給する炭酸ガスの量を制御することを特徴とする噴霧液滴の電荷量制御装置。