JP6037649B2 - 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

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。

また、切削加工等の機械加工を施す機械加工装置において、被加工部に切り込むブレード等の加工具の切削液に微細気泡を含ませることがある。微細気泡を含む切削液を用いることによって、微細気泡がクッションの役割を果たし加工具と被加工物との間の摩擦が低減され、加工具の長寿命化が図れるほか、切削液に含まれる微細気泡によって加工具や被加工物に付着した切削屑が吸着、除去されることにより、チッピング防止等の効果が得られる。

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、ナノバブルなど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を含む処理液を用いる処理においては、必要とする量の微細気泡が処理液内に含まれていることが重要となる。このため、処理開始前に、処理液中における微細気泡の含有量を確認しているが、従来、この確認する計測器として濁度計等を用いていた。

特開２００８−１０４６０８号公報

一般的に濃度計は高価であり、また処理液中における微細気泡の含有量や含有濃度（以下これらを総称して「濃度」ということもある。）を確認する装置は、基板処理装置や、機械加工装置など、処理を行う装置に対してあくまで付属的に設置されるものであることから、できるだけ安価なものが求められる。

本発明の微細気泡発生装置は、微細気泡を含む処理液を貯留する貯留タンクと、前記貯留タンクの側壁に２箇所を開口させた状態で接続された検出用配管と、前記検出用配管を挟んで対向して設けられるカラー検出手段および背景色パネルと、前記カラー検出手段によって検出される検出結果に基づき前記処理液に含まれる微細気泡の濃度を検知する制御部と、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、処理液中における微細気泡の濃度を、安価な装置を用いて計測することができる。

本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置の概略図。 微細気泡発生手段への気体供給量とカラー検出手段の検出結果との関係を示したグラフ。 本発明の第２の実施形態に係る基板処理装置の概略図。 本発明の第３の実施形態に係る基板処理装置の概略図。 本発明の第４の実施形態に係る基板処理装置の概略図。

［第１の実施形態］
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に示すように、基板処理装置１は、微細気泡発生装置３０と、基板処理部１０によって構成されている。

微細気泡発生装置３０は、貯留タンク２を有しており、この貯留タンク２には、貯留タンク２内に備えられた微細気泡発生手段３から供給される処理液Ｌが貯留されている。微細気泡発生手段３は、供給配管４ａを介して加圧タンク５に接続されており、加圧タンク５の上流には、液体供給源６、気体供給源７が備えられている。また、貯留タンク２は、戻り配管４ｂを介して加圧タンク５に接続されている。

なお、液体供給源６および気体供給源７には図示しない流量調整弁が備えられており、それぞれ液体と気体の供給量が制御部８によって制御される。

貯留タンク２の側壁面に対向する位置には、図示しない保持手段によって、背景色パネルＰが備えられており、この背景色パネルＰの色を検出できる位置（本実施形態では、貯留タンク２を挟んで背景色パネルＰに対向する位置）にカラー検出手段Ｃが設置されている。なお、カラー検出手段Ｃは、前述の制御部８に電気的に接続されている。このカラー検出手段Ｃおよび背景色パネルＰによって、カラーセンサが構成される。なお貯留タンク２において、少なくともカラー検出手段Ｃの検出光の通過経路は透明部材で形成されている。

貯留タンク２は、配管９を介して基板処理部１０に接続されている。基板処理部１０は、例えば被処理物である半導体ウェーハＷを洗浄処理するためのユニットであり、半導体ウェーハＷの表面に処理液Ｌを供給するためのノズル１１と、半導体ウェーハＷを保持する保持手段１２を備えている。なお、配管９には、バルブＢが備えられており、この開閉は制御部８によって制御されている。

次に、基板処理装置１の処理動作について、説明する。

加圧タンク５は、液体供給源６からの液体に気体供給源７からの気体を加圧溶解することによって、気体溶存液体を生成する。本実施形態では、液体として純水、気体として窒素ガスが用いられる。この、純水と窒素ガスの供給量は、制御部８によって制御されている。加圧タンク５で生成された、窒素ガスを溶存した純水は、供給配管４ａを通って貯留タンク２内の微細気泡発生手段３へと供給される。

微細気泡発生手段３を通過した液体は、純水中の窒素ガスが微細な気泡として析出され、微細な窒素ガスの気泡を含む純水（処理液Ｌ）として貯留タンク２内に供給される（微細気泡発生工程）。貯留タンク２内に貯留された処理液Ｌは、戻り配管４ｂを介して再び加圧タンク５に戻すことができるようになっており、貯留タンク２と加圧タンク５との間を循環する。

貯留タンク２内の処理液Ｌは、カラー検出手段Ｃによって色の検出がなされている（カラー検出工程）。ここでカラーセンサの検出動作について説明する。

カラー検出手段Ｃは、特定の色を検出したときの測定値を最大測定値として設定することにより、検出した色が予め設定した特定の色に近いか，そうではないかを測定値によって示す機能を有する。測定値が高ければ記憶させた色により近く、測定値が低ければ記憶させた色とは異なる。

カラー検出手段Ｃの測定値は、制御部８へ送られる。制御部８は、カラー検出手段Ｃの検出結果である測定値を、予め設定した閾値Ｔより高いか低いかによって微細気泡の濃度を判断する（濃度判断工程）。この閾値Ｔは、予め実験によって求め、設定される。

なお、本実施形態においては、予め白を検出したときの測定値を最大測定値として設定する。カラー検出手段Ｃからの測定値より、処理液Ｌの色が白に近いかどうかが判別でき、測定値が高ければ高いほど、白いということになる。背景色パネルＰは、本実施形態においては、赤いパネルを用いる。

貯留タンク２内の処理液Ｌは、微細気泡を多く含めば含むほど、白濁してくる。まず、微細気泡を含まない状態（気体供給量が０）でカラー検出手段Ｃが貯留タンク２内の処理液の色（この場合は背景色パネルＰそのものの色）を検出した場合は、図２に示すとおり、背景色パネルＰの赤を検出した結果、測定値は閾値Ｔに対し、かけ離れた測定値となる。この測定結果は、制御部８に送られ、制御部８は、窒素ガス供給量を増加させる（制御工程）。処理液Ｌ中に存在する微細気泡が増え始めると、処理液Ｌは白濁し、カラー検出手段Ｃの測定値も徐々に上昇していく。カラー検出手段Ｃの測定値が予め設定した閾値Ｔ以上となるとき、制御部８は、処理液Ｌ中の微細気泡の濃度がその後の処理工程において最適な濃度に達したと判断し、次工程である基板処理部１０への送液に移る（送液工程）。

貯留タンク２内の処理液Ｌが、処理工程に最適な濃度の微細気泡を有する処理液Ｌとなると、制御部８はバルブＢを開状態にし、配管９を介して基板処理部１０へ供給する。基板処理部１０のノズル１１は、保持装置１２によって保持された半導体ウェーハＷの表面に対して処理液Ｌを吐出し、半導体ウェーハＷを洗浄処理する。

このような実施形態によれば、安価で簡易な構成で微細気泡濃度を制御し、処理に対して最適な濃度で発生させた微細気泡を含む処理液を被処理物に供給することができる。
［第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施形態による基板処理装置１００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、説明を省略する。

第１の実施形態との違いは、背景色パネルＰとカラー検出手段Ｃが、ノズル１１を挟んで対向する位置に備えられている点である。カラー検出手段Ｃは、ノズル１１から吐出された処理液Ｌに含まれる微細気泡の濃度を、吐出された処理液Ｌの色を検出することによって測定する。この検出結果は、第１の実施形態と同様、制御部８に送られ、制御部８によって、予め実験により求められた最適な閾値Ｔと比較される。制御部８は、この比較結果に基づき、気体供給源７からの気体供給量について、フィードバック制御する。すなわち、微細気泡の発生濃度が閾値Ｔより低い場合には、気体供給源６から加圧タンク５へ供給する窒素ガスの供給量を増やす。

このような実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、安価で簡易な構成で微細気泡濃度を制御し、処理に対して最適な濃度で発生させた微細気泡を含む処理液を被処理物に供給することができる。
［第３の実施形態］
図４は、本発明の第３の実施形態による微細気泡発生装置３０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、説明を省略する。第一の実施形態との違いは、貯留タンク２の側壁に検出用配管２１が、設けられ、検出用配管２１を挟んで対向する位置に背景色パネルＰとカラー検出手段Ｃが備えられている点である。

検出用配管２１は、貯留タンク２の側壁の上下部２箇所を開口させた状態で接続させた配管である。検出用配管２１の配管内には、貯留タンク２に貯留されている処理液と同じ処理液が貯留されている。検出用配管２１は透明部材から構成される。

カラー検出手段Ｃは、検出用配管２１内の処理液Ｌの色を検出する。第一の実施形態と同様、処理液Ｌに微細気泡が含まれていないときは、検出用配管２１を挟んで対向して配置される背景色パネルＰの赤色を検出するため、測定値０となる。処理液Ｌ中の微細気泡が増加すると検出用配管２１内の処理液は白濁し、カラー検出手段Ｃの測定値が上昇する。第一の実施形態と同様、閾値Ｔ以上となると、制御部８は、次工程である基板処理部１０へ送液するため、バルブＢを開状態とする。

このような実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、安価で簡易な構成で微細気泡濃度を制御し、処理に対して最適な濃度で発生させた微細気泡を含む処理液を被処理物に供給することができる。
［第４の実施形態］
図５は、本発明の第４の実施形態による基板処理装置２００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、説明を省略する。第１の実施形態との違いは、供給配管４ａが分岐し、分岐供給配管４１ａを形成している点と、ノズル１１の代わりに、微細気泡発生手段を備えたノズル３１を有している点である。分岐供給配管４１ａは、ノズル３１に接続されている。供給配管４ａが分岐供給配管４１ａに分岐する分岐点には、バルブＢ１（三方弁）が備えられている。

まず、供給配管４ａを通して微細気泡発生手段３に供給された処理液Ｌは、第１の実施形態同様、戻り配管４ｂによって加圧タンク５と貯留タンク２とを循環しながら、徐々に白濁していく（微細気泡の濃度が高くなる）。このときバルブＢ１の分岐供給配管４１ａ側は閉状態となっており、この開閉制御は制御部８によって行われる。第１の実施形態同様、カラー検出手段Ｃの測定値が閾値より高くなると、制御部８は、バルブＢ１の分岐供給配管４１ａ側を開状態、貯留タンク２に供給する側を閉状態にする。循環を繰り返し、白濁した貯留タンク２内の処理液Ｌは、微細気泡を多量に含むとともに、多量の気体を溶存した状態になっている。この状態を保ったまま、微細気泡発生手段３を通過することなく、加圧タンク５内の処理液Ｌを分岐供給配管４１ａを介して微細気泡発生手段を備えたノズル３１に供給することによって、微細気泡発生手段３１から吐出される処理液Ｌには、微細気泡が多量に含まれる。

このような実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得られるのみならず、微細気泡発生手段３１にて発生させた微細気泡が配管途中で消滅せずに多量に含まれたままの状態で、被処理物に供給される。
［他の実施形態］
なお、上記実施形態においては、液体供給源からの液体を純水、気体供給源からの気体を窒素ガスとして説明したが、これに限らず、アンモニア水、アルカリ水、酸素ガス、など処理に適する液体、気体を使用することができる。

また、上記実施形態においては、被処理物を半導体ウェーハＷとし、基板処理装置を半導体ウェーハ洗浄工程に用いる洗浄装置としての例を説明したが、これに限らず、被処理物を機械加工する機械加工装置であっても良い。このとき、処理液Ｌは、被処理物、および加工部材を冷却する冷却液、切削に用いる切削液として機能する。

また、上記実施形態においては、微細気泡の発生方法を、加圧タンク、発生手段を有する加圧溶解方式として記載しているが、これに限らず、旋回方式、ベンチュリ方式、多孔質膜方式等、微細気泡が発生する構成を有していれば良い。

また、上記実施形態においては、いずれも貯留タンク２に一度処理液Ｌを貯留してから基板処理部へ供給する例を挙げて説明したが、第２の実施形態においてはこれに限らず、貯留タンク２を介さずに加圧タンク５から基板処理部１０（このときは、第４の実施形態の微細気泡発生手段を備えたノズル３１を使用する）へ処理液Ｌを供給するようにしても良い。

また、上記実施形態においては、背景色パネルＰの色を赤としたが、これに限らず、カラー検出手段が処理液の色を検出するときに、微細気泡を含む白濁した処理液の色と区別して検出することができる色であれば良い（従って、白と区別しやすい色の方が好ましい）。

また、上記実施形態においては、カラー検出手段Ｃによって検出された測定値を制御手段８が閾値Ｔより高いか否かで処理液Ｌ中の微細気泡の濃度を判断し、その後の制御を行っている。しかし、これに限らず、図２のグラフに示すような気体供給量や、微細気泡の発生量、あるいは濃度に対するカラー検出手段測定値を予め求めておき、これを制御部に記憶させておくことで、カラー検出手段Ｃからの測定値に基づいて気体供給量を制御し、最終的に処理液中における微細気泡の濃度を制御するようにしても良い。

また、上記第２の実施形態においては、ノズル１１から吐出した処理液の色をカラー検出手段Ｃが検出する例を挙げて説明したが、ノズル１１において処理液が通過する部分を透ける素材にし、ノズル１１吐出前の処理液を検出するようにしても良い。

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 基板処理装置
２ 貯留タンク
３ 微細気泡発生手段
３０ 微細気泡発生装置
４ａ 供給配管
４ｂ 戻り配管
５ 加圧タンク
６ 液体供給源
７ 気体供給源
８ 制御部
９ 配管
１０ 基板処理部
１１ ノズル
１２ 保持手段
１００ 基板処理装置
Ｌ 処理液
Ｂ バルブ
Ｐ 背景色パネル
Ｃ カラー検出手段

Claims (5)

1. 微細気泡を含む処理液を貯留する貯留タンクと、
   前記貯留タンクの側壁に２箇所を開口させた状態で接続された検出用配管と、
   前記検出用配管を挟んで対向して設けられるカラー検出手段および背景色パネルと、
   前記カラー検出手段によって検出される検出結果に基づき前記処理液に含まれる微細気泡の濃度を検知する制御部と、
   を有することを特徴とする微細気泡発生装置。
2. 微細気泡を含む処理液を被処理物に供給するノズルと、
   前記ノズルを挟んで対向して設けられるカラー検出手段および背景色パネルと、
   前記カラー検出手段によって検出される検出結果に基づき前記処理液に含まれる微細気泡の濃度を検知する制御部と、
   を有することを特徴とする微細気泡発生装置。
3. 前記貯留タンクに微細気泡を供給する微細気泡発生手段をさらに有し、前記制御部は、前記カラー検出手段の検出結果に基づき、前記微細気泡発生手段に供給する気体の量を制御することを特徴とする請求項１に記載の微細気泡発生装置。
4. 請求項１に記載の微細気泡発生装置と、
   前記貯留タンクから前記微細気泡を含む処理液を基板に供給するノズルと、
   を有することを特徴とする基板処理装置。
5. 請求項３に記載の微細気泡発生装置によって処理液中に微細気泡を発生させる微細気泡発生工程と、
   前記カラー検出手段によって検出される検出結果に基づき前記処理液に含まれる微細気泡の濃度を検知する濃度判断工程と、
   前記濃度判断工程にて微細気泡の濃度が基板処理工程にて使用可能であると判断されたときに基板に送液する送液工程と、
   を有することを特徴とする基板処理方法。

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