JP6252926B1 - 微細気泡洗浄装置及び微細気泡洗浄方法 - Google Patents

Abstract

半導体や電子デバイスの洗浄にファインバブルを利用しようとしても、ファインバブルは長期間安定に存在するので、被洗浄物の表面で効率よく圧壊しない場合がある。洗浄液中に微細気泡を発生させ、気泡洗浄液を生成する微細気泡発生装置と、前記気泡洗浄液中の前記微細気泡の寿命を短くし、短寿命気泡洗浄液を生成する気泡自発圧壊装置と、前記短寿命気泡洗浄液と被洗浄物を接触させる洗浄槽を有することを特徴とする微細気泡洗浄装置は、予め微細気泡の寿命を短く設定するので、被洗浄物に到達したときに自発圧壊させ、洗浄力を高める。

Description

本発明は、微細気泡を用いた洗浄装置及び洗浄方法に係るものである。

現在、半導体や液晶の電子デバイスでは、薬液でレジストを溶解したり、エッチング加工をした後に、薬液成分の置換と同時に付着したり残存する異物を除去するため、純水などを用いた洗浄が行われている。

異物の除去能力を向上し確保するためには、物理力を加えることが重要である。具体的には、ブラシを用いる、気体と液体を同時に噴出させて液滴にする（２流体洗浄）、超音波で液に振動を加える、といった方法が多用される。更にデバイス表面の液中にある異物の再付着を防止するために、異物の表面電位を制御することが行われている。異物の表面電位の制御には、液中のｐＨをアルカリ側にコントロールすることが用いられる。

特に、センサーなどの複雑な形状のデバイスや究極まで薄膜化された電子デバイスを十分に洗浄するためには、液自体が細部まで浸透した上で溶解や物理力を発揮する必要がある。その方法の一つとして水素やオゾンのガスを溶解した機能水が有効と考えられる。しかし、水素は、溶解量が高々１ｐｐｍ程度であり、オゾンは金属材料向けに使用が困難であることから、共に洗浄能力が不十分であった。

近年、新しい洗浄方法の一つとして、マイクロ・ナノバブル（以後「ファインバブル：ＦＢ」と呼ぶ。）を混入した純水や液を用いた洗浄方法の提案がある。ＦＢを用いた洗浄では、ＦＢの物理的な衝撃やバブルが圧壊した時のエネルギーを利用して、電子デバイス表面の付着物を除去している（特許文献１）。さらに圧壊作用を有効に活用するために、基板などの被洗浄物直前に超音波を照射する方法や過熱水蒸気または温水を供給する方法が提案されている（特許文献２、特許文献３）。

特開２００８−９８４３０号公報 特開２００７−２５３１２０号公報 特開２０１０−１６５８２５号公報

しかし、ファインバブルは、数か月にわたって安定に存在することが報告されている。そのため、単にファインバブルを混入させた洗浄液では、バブルの圧壊時のエネルギーをうまく利用できない。

また、超音波を使用した場合には瞬時にバブルが消滅することが報告されている。したがって、被洗浄物の表面では、バブルの圧壊を受ける部分と受けない部分が生じる。その部分に到達する前にバブルが圧壊してしまうからである。このような事情は過熱水蒸気又は温水の供給においても同じである。言い換えると、これらの方法では、被洗浄物全体を偏在なく圧壊のエネルギーに曝すことが困難であると言える。

また、超音波や過熱水蒸気は大きなエネルギーを被洗浄物の全体に与えるので、被洗浄物に物理的なダメージが与えられるという問題も発生する。

また、過熱水蒸気または温水を供給する場合と共にワーク全体に均一に圧壊のエネルギーを分散することが困難である。本発明は、ＦＢの圧壊作用を有効に活用し、ワーク全体に均一に圧壊のエネルギーを分散することを目的とする。

本発明は上記の課題に鑑みて想到されたものであり、ファインバブルの圧壊エネルギーを被洗浄物全体に及ぼすことができる微細気泡洗浄装置および洗浄方法を提供する。

より具体的に本発明に係る微細気泡洗浄装置は、
洗浄液中に微細気泡を発生させ、気泡洗浄液を生成する微細気泡発生装置と、
前記気泡洗浄液中の前記微細気泡の寿命を短くし、短寿命気泡洗浄液を生成する気泡自発圧壊装置と、
前記短寿命気泡洗浄液と被洗浄物を接触させる洗浄槽を有し、前記気泡自発圧壊装置は、前記洗浄槽の外側に配置されていることを特徴とする。

また、本発明に係る微細気泡洗浄方法は、
洗浄液中に微細気泡を発生させ、気泡洗浄液を生成する工程と、
前記気泡洗浄液中の前記微細気泡の寿命を短くし、短寿命気泡洗浄液を生成する工程と、
前記短寿命気泡洗浄液と被洗浄物を接触させる工程を有することを特徴とする。

本発明に係る微細気泡洗浄装置は、通常では数か月の寿命を持つ微細気泡に寿命衝撃を与えて寿命を短くし、それを被洗浄物に供給する。したがって、被洗浄物の表面で自発圧壊が進み、超音波や過熱水蒸気といった衝撃を被洗浄物に与えることなく、高い洗浄効果を得ることができる。また、自発圧壊は継続的に発生するため、被洗浄物は圧壊のエネルギーを全体にわたって受けることになる。つまり、洗浄力が被洗浄物の一部に偏在することがない。

また、微細気泡洗浄装置は、微細気泡の圧壊を時間的に制御することができるので、圧壊する時間の異なる洗浄液を送出することができる。このような洗浄液は、被洗浄物に供給するとともに長い配管の内壁も洗浄する場合に好適に利用することができる。

本発明に係る微細気泡洗浄装置１の構成を示す図である。 微細気泡の寿命を示すグラフである。 本発明に係る微細気泡洗浄装置２の構成を示す図である。 本発明に係る微細気泡洗浄装置３の構成を示す図である。 気泡自発圧壊装置の具体例を示す図である。 洗浄槽の一構成例を示す図である。 洗浄槽の他の構成例を示す図である。 本発明に係る微細気泡洗浄装置４の構成を示す図である。

以下に本発明に係る微細気泡洗浄装置および方法について図面を用いながら説明を行う。本発明に係る微細気泡洗浄装置は、主としてフォトリソグラフィによって形成される半導体や電子部品の薬液処理工程や洗浄工程で用いられる。これらの表面に付着した付着物や、薬液成分を除去若しくは置き換わることで洗浄を行うための装置である。また、例えば送液配管中の内壁の洗浄に用いることもできる。

以下の説明は本発明の一実施形態を説明するのであり、本発明は以下の説明に限定されるものではない。つまり、以下の実施形態は、本発明の主旨を逸脱しない限りにおいて、改変することができる。

（実施の形態１）
図１に本発明に係る微細気泡洗浄装置の構成について示す。本発明に係る微細気泡洗浄装置１は、微細気泡発生装置１０と、気泡自発圧壊装置１２と、洗浄槽１４とを有する。また、貯留槽１６を有していてもよい。

微細気泡発生装置１０は洗浄液Ｗ中に微細気泡Ｂを発生させ、気泡洗浄液ＷＢを生成する装置である。本発明において微細気泡Ｂは、大きさが１ｎｍ以上１００μｍ以下のいわゆるナノバブルとマイクロバブルを含めた気泡である。より好ましくは１ｎｍ以上１０μｍ以下の気泡がよい。例えば電子デバイスの配線間隔は、数μｍ〜数十μｍの大きさで形成されている場合が多い。さらに、電子デバイス表面の微細孔も数μｍ〜数十μｍの孔径である場合が多い。したがって、電子デバイスを被洗浄物とする際には、その大きさ以下の微細気泡Ｂを必要とするからである。

洗浄液Ｗは、純水、イオン交換水等が好適に利用できる。しかしその他の極性溶媒や非極性溶媒を利用してもよい。洗浄液Ｗは、図示していない洗浄水供給源から供給される。微細気泡Ｂは、空気であってよいが、Ｎ_２（窒素）、Ｏ_２（酸素）、Ｈ_２（水素）、Ａｒ（アルゴン）、Ｘｅ（キセノン）、Ｏ_３（オゾン）を単独若しくは複数種の混合ガスとして用いてもよい。

特に有機材料を膨潤させて溶解する場合には、Ｎ_２（窒素）、Ｏ_２（酸素）、Ｈ_２（水素）、Ｏ_３（オゾン）を用いることにより、酸化還元の効果が得られる。これら気体を微細気泡Ｂにして洗浄液Ｗ中に発生させたものを「気泡洗浄液ＷＢ」と呼ぶ。なお、空気以外の気体を利用する際は、気体供給源Ｇａｓが設けられてもよい。

気泡自発圧壊装置１２は、気泡洗浄液ＷＢ中の微細気泡Ｂの寿命を短くした短寿命気泡洗浄液ＷＢｓを生成する。通常大きさが１００μｍ以下のマイクロバブル（ナノバブルを含む）は、一度発生させると、数か月の間安定して存在すると言われている。ここで安定して存在するというのは、液中の微細気泡Ｂの密度がほぼ変化しないということを意味する。

しかし、発生した微細気泡Ｂは、液の温度や圧力を変化させると、より短い時間で消滅する。また、微細気泡Ｂが含まれる液を液滴にして噴霧や噴射を行う際の液滴の大きさによっても、微細気泡Ｂの寿命は影響を受ける。

これは微細気泡Ｂを含む液のエンタルピーを変化させることによって、微細気泡Ｂの表皮に変形若しくは張力が与えられ、そもそも安定して数か月も存在できる微細気泡Ｂが不安定になり、短い時間で消滅するからと考えられている。言い換えると、上記のような外部からの衝撃によって微細気泡Ｂの寿命は短くなる。

本明細書では、微細気泡Ｂの寿命を短くするきっかけを「寿命衝撃」と呼ぶ。また、微細気泡Ｂが自然に消滅する現象（自然圧壊）に対して、人為的に寿命衝撃を与えることで微細気泡Ｂが短寿命で消滅することを「自発圧壊」と呼ぶ。

気泡自発圧壊装置１２は、上記のように、気泡洗浄液ＷＢに寿命衝撃を与えるものである。より詳しくは気泡洗浄液ＷＢの温度や圧力、液滴にした際の大きさを調整する装置である。気泡自発圧壊装置１２の具体的な構成は後程説明する。ここで、重要なことは、寿命衝撃を与えられた微細気泡Ｂは、寿命衝撃より小さい衝撃で圧壊することであり、これが微細気泡Ｂの圧壊作用を有効に活用し、被洗浄物全体に均一に圧壊のエネルギーを分散できるポイントとなる。

洗浄槽１４は、短寿命気泡洗浄液ＷＢｓと被洗浄物Ｐｒｏを接触させる容器である。接触させるとは、被洗浄物Ｐｒｏに短寿命気泡洗浄液ＷＢｓを吹き付けたり（吐出：シャワーも含む）、被洗浄物Ｐｒｏを短寿命気泡洗浄液ＷＢｓ中に浸漬させる（ディップ）といった方法がとられる。

また洗浄槽１４はフォトリソグラフィでの製造工程において、露光が終わった被洗浄物Ｐｒｏを薬液処理する薬液処理装置が含まれていてもよい。薬液処理の後に連続して洗浄処理が行われるからである。なお、ここで薬液処理とは、現像が終了した被洗浄物Ｐｒｏからレジストを除去する処理をいう。

また、ここでは、露光が終わった半導体基板若しくは電子デバイスを被洗浄物としたが、配線などをフォトリソグラフィー法とエッチング法で形成した電子デバイスの素子が形成されているＳｉなどの半導体基板や、ガラスなどの絶縁物の基板も洗浄の対象として効果がある。

以下では、フォトリソグラフィでの製造工程を例に説明するが、工程の対象は、薬液処理後のリンス洗浄や、エッチングなどの薬液を用いない異物除去の純水をベースとした洗浄する工程にも適用できる。

本発明に係る微細気泡洗浄装置１は、以上の微細気泡発生装置１０と気泡自発圧壊装置１２と、洗浄槽１４で機能する。しかし、さらに貯留槽１６、第１バブルモニタ２０、第２バブルモニタ２２、制御装置３０を備えることができる。

貯留槽１６は、微細気泡発生装置１０が生成した気泡洗浄液ＷＢを貯留する容器である。貯留槽１６の容積は、微細気泡洗浄装置１の規模によって適宜決めることができる。第１バブルモニタ２０と第２バブルモニタ２２は、短寿命気泡洗浄液ＷＢｓ中の微細気泡Ｂの密度を測定する装置である。これは、レーザーを使って単位体積中の微細気泡Ｂの数、すなわち微細気泡Ｂの密度を測定する装置である。レーザー以外には、配管ｒ２と帰還用配管ｒ３のある一定距離間での温度などの熱やエネルギーを測定する装置で、測定した値の差分から単位体積中の微細気泡Ｂの数すなわち微細気泡Ｂの密度を測定することができる。

制御装置３０はＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）とメモリで構成されるコンピュータが好適に利用できる。制御装置３０は、第１バブルモニタ２０と第２バブルモニタ２２に接続されている。また、さらに気泡自発圧壊装置１２および流量を決めるポンプ等に接続されていてもよい。微細気泡発生装置１０に接続されていてもよい。なお、気泡自発圧壊装置１２および各ポンプはその動きを制御装置３０からの信号で制御できるように構成される。

次に各要素の連通関係を説明する。貯留槽１６には循環配管ｒ１が設けられる。この循環配管ｒ１には、微細気泡発生装置１０が配設されている。また、微細気泡発生装置１０には、気体供給源Ｇａｓが接続されていてもよい。循環配管ｒ１には、気泡洗浄液ＷＢの循環量を決めるポンプＰ１が設けられる。

貯留槽１６と洗浄槽１４の間には、貯留されていた気泡洗浄液ＷＢが通過する配管ｒ２が配設される。なお、配管ｒ２の途中に気泡自発圧壊装置１２が設けられる。したがって、配管ｒ２は貯留槽１６から気泡自発圧壊装置１２までの部分を配管ｒ２１とし、気泡自発圧壊装置１２から洗浄槽１４までの間の部分を配管ｒ２２としてもよい。

配管ｒ２１には気泡洗浄液ＷＢが流れ、配管ｒ２２には短寿命気泡洗浄液ＷＢｓが流れる。配管ｒ２１には、短寿命気泡洗浄液ＷＢｓの供給量を決めるポンプＰ２が設けられる。また、配管ｒ２２には、第１バブルモニタ２０が設けられる。配管ｒ２２がある場合は、第１バブルモニタ２０は配管ｒ２２に設けるのが望ましい。寿命を短くされた微細気泡Ｂの密度を直接測定できるからである。

なお、本発明に係る微細気泡洗浄装置では、気泡自発圧壊装置は洗浄槽１４の外側に設けられる。従来の微細気泡Ｂを利用した洗浄装置と違い、被洗浄物Ｐｒｏの近傍で微細気泡Ｂに衝撃を与える必要がないからである。

洗浄槽１４には、ドレイン管ｒｘが設けられる。また、洗浄槽１４には、貯留槽１６までの間に短寿命気泡洗浄液ＷＢｓが流れる帰還用配管ｒ３が設けられていてもよく、洗浄液を循環使用する際に用いることができる。帰還用配管ｒ３には、帰還量を決めるポンプＰ３が設けられる。また、帰還用配管ｒ３には、第２バブルモニタ２２も設けられる。

なお、すでに説明したように、制御装置３０は、第１バブルモニタ２０、第２バブルモニタ２２と接続されており、これらの測定装置からの信号Ｓ１、Ｓ２を受信する。また、ポンプＰ１、ポンプＰ２、ポンプＰ３には、指示信号ＣＰ１、ＣＰ２、Ｃｐ３をそれぞれ送信することで、それぞれのポンプの流量Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を制御する。また、気泡自発圧壊装置１２には、指示信号ＣＢ１を送信し、気泡洗浄液ＷＢ中の微細気泡Ｂの寿命を制御する。

以上の構成を有する微細気泡洗浄装置１の動作について説明する。貯留槽１６中の洗浄液Ｗは、循環配管ｒ１を流れ、循環的に微細気泡発生装置１０を通過し微細気泡Ｂが混入され気泡洗浄液ＷＢとなる。気泡洗浄液ＷＢ中の微細気泡Ｂはこのままでは数か月程度の長い寿命を持っている。貯留槽１６の気泡洗浄液ＷＢは、ポンプＰ２によって洗浄槽１４に向かって配管ｒ２中を流れる。

気泡洗浄液ＷＢは、気泡自発圧壊装置１２に到達すると、微細気泡Ｂに寿命衝撃が付与される。結果、微細気泡Ｂは、不安定となる。そして、微細気泡Ｂの寿命は短くなる。微細気泡Ｂの寿命とは、微細気泡Ｂの密度で計測される。寿命を短くされた微細気泡Ｂの時間に対する密度変化は時間とともに減少する。図２にその概念をグラフにしたものを示す。

図２を参照して、横軸は時刻（ｔ）であり、縦軸は気泡密度Ｄ（個／ｃｍ３）である。時刻Ｔ０の時に寿命衝撃があたえられたとすると、時間の経過に従って、気泡密度は徐々に減少する。この関係は、一般的には「Ｄ＝ａ・ｅｘｐ（−ｂｔ）：ａ、ｂは実数、Ｄは気泡密度、ｔは時刻Ｔ０からの経過時間」という関係で表される。なお、ａ、ｂは洗浄液Ｗの種類、衝撃の種類と程度、付与方法によって変化する。微細気泡Ｂの寿命ＴＬは、例えば、寿命衝撃を受けてから寿命衝撃を付与される前の気泡の密度が半分になる時間とすることもできる。

再び図１を参照し、気泡自発圧壊装置１２では、気泡洗浄液ＷＢ中の微細気泡Ｂの寿命ＴＬを、短寿命気泡洗浄液ＷＢｓが洗浄槽１４中の被洗浄物Ｐｒｏと会合する程度の時間に設定する。なお、気泡の寿命ＴＬの設定方法については、気泡自発圧壊装置１２の構成でそれぞれ異なる。

より具体的には付与する寿命衝撃の種類（圧力、温度、液滴径）によって異なる。しかし、それぞれの気泡自発圧壊装置１２毎に予めどの程度の寿命衝撃で寿命ＴＬがどの程度になるか検量線を測定しておくことで、制御装置３０の指示信号ＣＢ１よって寿命ＴＬを制御することができる。

微細気泡Ｂの寿命を短くされた短寿命気泡洗浄液ＷＢｓは、洗浄槽１４に送られ被洗浄物Ｐｒｏと会合する。寿命を短くされた微細気泡Ｂは、被洗浄物Ｐｒｏと会合するまでは、ほとんど密度が減らない。短寿命気泡洗浄液ＷＢｓは、被洗浄物Ｐｒｏと会合すると、被洗浄物Ｐｒｏの表面の隅々にまでいきわたる。そして、短寿命気泡洗浄液ＷＢｓ中の微細気泡Ｂは被洗浄物Ｐｒｏとの接触や衝突といったわずかな衝撃によって自発圧壊が進む。寿命衝撃を受けたために、壊れやすくなっているからである。そして、圧壊の際に発生するエネルギーで異物を除去することができる。

ここで、微細気泡Ｂの自発圧壊は、外部から超音波や局所的な熱や圧力を加えられたものではないので、被洗浄物Ｐｒｏの表面にダメージを与えることがない。また、短寿命気泡洗浄液ＷＢｓ中の微細気泡Ｂは、連続的に自発圧壊を続けるので、被洗浄物Ｐｒｏの表面のどの場所であっても、短寿命気泡洗浄液ＷＢｓの微細気泡Ｂは自発圧壊を続けている。

したがって、被洗浄物Ｐｒｏを均一に洗浄することができる。つまり、洗浄槽１４の中での短寿命気泡洗浄液ＷＢｓの供給口の近くでよく洗浄でき、遠い部分では洗浄力が低下するといったことはない。

洗浄槽１４中で被洗浄物Ｐｒｏを洗浄した短寿命気泡洗浄液ＷＢｓは、帰還用配管ｒ３を通じて貯留槽１６に戻される。帰還用配管ｒ３の途中には、短寿命気泡洗浄液ＷＢｓ内の不純物を取り除くフィルタ（図示せず）が設けられる。設置個所は洗浄槽１４から第２バブルモニタ２２までの間が好ましい。なぜなら、第２バブルモニタ２２やポンプＰ３に不純物の影響を抑えられるからである。また一部はドレイン管ｒｘを通じて廃棄されてもよい。

次に制御装置３０の動作について説明する。制御装置３０は、配管ｒ２に配置されている第１バブルモニタ２０で、寿命が短くされた微細気泡Ｂを含む短寿命気泡洗浄液ＷＢｓ中の微細気泡Ｂの気泡密度Ｄ１を測定する。なお、「寿命が短くされた微細気泡Ｂ」とは、「寿命衝撃を受けた微細気泡Ｂ」と言ってもよい。そして、洗浄槽１４から排出される帰還用配管ｒ３に配設されている第２バブルモニタ２２で、排出された短寿命気泡洗浄液ＷＢｓ中の微細気泡Ｂの気泡密度Ｄ２を測定する。これらの測定値は信号Ｓ１、Ｓ２によって制御装置３０に通知される。

ここで、第１バブルモニタ２０で微細気泡Ｂの気泡密度Ｄ１を測定する工程は第１監視工程と呼んでもよい。また、第２バブルモニタ２２で短寿命気泡洗浄液ＷＢｓ中の微細気泡Ｂの気泡密度Ｄ２を測定する工程を第２監視工程と呼んでもよい。

そして、洗浄槽１４に供給された短寿命気泡洗浄液ＷＢｓ中の気泡密度Ｄ１と、洗浄槽１４から排出された短寿命気泡洗浄液ＷＢｓ中の気泡密度Ｄ２が適切な値になっていなければ、気泡自発圧壊装置１２への指示信号ＣＢ１で寿命ＴＬを調整する。また、洗浄槽１４への供給流量をポンプＰ２でさらに調整してもよい。さらに微細気泡発生装置１０が間欠運転の場合は連続運転に切り替えてもよい。なお、微細気泡発生装置１０は、制御装置３０からの指示信号ＣＢ０によって制御される。

より具体的には、Ｄ１とＤ２の差Ｄｓが所定の値より少ない場合は、洗浄槽１４中で自発圧壊する微細気泡Ｂの数が少ないということである。これは、洗浄力が低いことにつながる。したがって、微細気泡Ｂの寿命ＴＬを短くするように気泡自発圧壊装置１２へ指示信号ＣＢ１を送信する。

また、寿命ＴＬを短くすると、短寿命気泡洗浄液ＷＢｓが洗浄槽１４に到達するまでに気泡の多くが自発圧壊してしまう。そこで洗浄槽１４への短寿命気泡洗浄液ＷＢｓの供給速度を早くするようにポンプＰ２に指示信号ＣＰ２を送信してもよい。

一方、洗浄槽１４へ送る短寿命気泡洗浄液ＷＢｓの寿命ＴＬが短すぎると、洗浄槽１４内で自発圧壊する微細気泡Ｂの量が少なくなる。この場合は、微細気泡Ｂの寿命ＴＬを長くするように気泡自発圧壊装置１２に指示信号ＣＢ１を送信する。また、洗浄槽１４へ供給する供給速度を早くするように、ポンプＰ２に指示信号ＣＰ２を送信してもよい。

図３には、気泡自発圧壊装置の配置が図１とは異なる微細気泡洗浄装置２の構成を示す。図３において、気泡自発圧壊装置１３は、貯留槽１６に対して循環するように配置された循環配管ｒ４に配置されている。循環配管ｒ４には、ポンプＰ４が備えられる。

図１に示す微細気泡洗浄装置１は、気泡洗浄液ＷＢを生成しておき、洗浄槽１４に投入する直前に微細気泡Ｂを短寿命にする。したがって、短寿命気泡洗浄液ＷＢｓの寿命ＴＬの制御は比較的短時間で行うことができる。

一方、図３に示す微細気泡洗浄装置２では、貯留槽１６中の気泡洗浄液ＷＢの大部分を短寿命気泡洗浄液ＷＢｓに変換してから洗浄槽１４に送液する。したがって、寿命ＴＬの変更には時間がかかる。しかし、貯留槽１６の容量が比較的小さく、気泡自発圧壊装置１３の単位時間当たりの処理能力が高ければ、微細気泡洗浄装置２のような構成であっても問題はない。

図４には２つの気泡自発圧壊装置１２および気泡自発圧壊装置１３を備えた微細気泡洗浄装置３を示す。気泡自発圧壊装置が２つ配置されているので、寿命ＴＬの異なる２種類の気泡を短寿命気泡洗浄液ＷＢｓ中に含ませることができる。寿命の異なる気泡を混在させることで、有機物を分解して除去するような洗浄困難な付着物と、落下異物のように単に表面に付着しているだけで簡単に除去できる付着物が混在しているような被洗浄物Ｐｒｏの場合に効果的である。

図５には、気泡自発圧壊装置１２の具体例を示す。図５（ａ）は、寿命衝撃として圧力を使う場合の気泡自発圧壊装置１２ａの構成である。タンク４０には、気泡洗浄液ＷＢが投入される配管ｒｉｎと、タンク４０内の短寿命気泡洗浄液ＷＢｓを排出する配管ｒｏｕｔが接続されている。なお、図１の構成の微細気泡洗浄装置１においては、配管ｒｉｎは配管ｒ２１であり、配管ｒｏｕｔは配管ｒ２２である。また、図３の構成の微細気泡洗浄装置２においては、配管ｒｉｎおよび配管ｒｏｕｔはともに循環配管ｒ４である。

タンク４０には、また圧力調節装置４２が接続されている。圧力調節装置４２は、タンク４０内を加圧状態若しくは減圧状態にすることができる。

図５（ａ）の構成を有する気泡自発圧壊装置１２ａの動作について説明する。気泡洗浄液ＷＢは配管ｒｉｎによってタンク４０内に供給される。タンク４０内が所定量の気泡洗浄液ＷＢで満たされたら、気泡洗浄液ＷＢの供給を一度止める。そして、タンク４０を密閉し、タンク４０内の圧力を圧力調節装置４２によって加圧若しくは減圧状態にする。

微細気泡Ｂは加圧されても減圧されても寿命は短くなる。しかし、どの程度の圧力変化で寿命ＴＬがどの程度になるかは、実際に用いる洗浄液Ｗと微細気泡洗浄装置１で確認しておくのが望ましい。

なお、気泡自発圧壊装置１２ａは、一定の気泡洗浄液ＷＢごとに寿命を短くする。したがって、バッチ処理となるので、連続的に短寿命気泡洗浄液ＷＢｓを送出することはできない。連続的に送出するには、気泡自発圧壊装置１２ａを２つ設け、処理が終了する毎に切り替えるようにすればよい。

図５（ｂ）は寿命衝撃として温度を用いるタイプの気泡自発圧壊装置１２ｂである。気泡自発圧壊装置１２ｂもタンク５０に気泡洗浄液ＷＢを注入する配管ｒｉｎと短寿命処理を行った短寿命気泡洗浄液ＷＢｓを送出する配管ｒｏｕｔを有する。なお、短寿命処理とは寿命衝撃を付与することである。タンク５０の中には温度調節装置５２に接続された熱交換部５４が配設されている。したがって、タンク５０中の液体の温度を所定の温度に加熱若しくは冷却することができる。

気泡自発圧壊装置１２ｂも、まずタンク５０を気泡洗浄液ＷＢで満たし、次いで、気泡洗浄液ＷＢの温度を変化させる。タンク５０中の気泡洗浄液ＷＢの温度はできるだけ均一にしかも短時間で変化させることが望ましい。タンク５０中の気泡洗浄液ＷＢの微細気泡Ｂの寿命ＴＬを均一化するためである。

また、気泡自発圧壊装置１２ｂもバッチ処理となる。したがって、連続的に短寿命気泡洗浄液ＷＢｓを送出できるようにするためには、２つの装置を切り替えるようにするのが望ましい。

図５（ｃ）は、寿命衝撃として気泡洗浄液ＷＢを分割して液滴にするタイプの気泡自発圧壊装置１２ｃを示す。気泡自発圧壊装置１２ｃはタンク６０に気泡洗浄液ＷＢを導入する際に、ミストノズル６２で気泡洗浄液ＷＢを所定の大きさの液滴に分割する。

したがって、ミストノズル６２は自動交換できる機構を有するのが望ましい。より具体的には、複数のミストノズル６２が回転できるようになっており、制御装置３０からの指示信号ＣＢ１によって配管ｒｉｎに接続されたミストノズル６２が切り替わるといった構造である。なお、図５には、ミストノズル６２が交換可能な構成を有する点については記載を省略している。

気泡自発圧壊装置１２ｃは、バッチ処理ではなく、連続的に短寿命気泡洗浄液ＷＢｓを生成することができる。

以上のように、気泡自発圧壊装置１２は、圧力、温度、液滴分割といった寿命衝撃を気泡洗浄液ＷＢに付与するためいくつかの構成の異なる装置とすることができる。これらの装置は、複数を組み合わせて用いてもよい。具体的には、気泡自発圧壊装置１２ａと気泡自発圧壊装置１２ｃを連続して組み合わせてもよい。

また微細気泡洗浄装置において、利用される気泡自発圧壊装置１２と気泡自発圧壊装置１３にもそれぞれ異なるタイプの気泡自発圧壊装置１２ａ〜１２ｃを使用することができる。

図６には、洗浄槽１４の中身を具体的に例示する。図６では、洗浄槽１４中に枚葉式の薬液装置７０が含まれる洗浄槽１４を示す。被洗浄物Ｐｒｏはフォトリソグラフィで作製される半導体基板若しくは電子デバイスで、露光を終了したものである。薬液装置７０は、被洗浄物Ｐｒｏが吸引固定されるディスク７１と、薬液を被洗浄物Ｐｒｏに吐出する薬液ノズル７２と、薬液ノズル７２に薬液を供給する薬液タンク７３、およびポンプ７４、フィルタ７５で形成される。

被洗浄物Ｐｒｏはディスク７１上に吸引または被洗浄物Ｐｒｏ外周のガイド機構で固定される。そして高速で回転されながら薬液が薬液ノズル７２から被洗浄物Ｐｒｏ上に供給される。そして薬液は、エッチング後に残留しているレジストを剥離する。ディスク７１は集液枠７９で囲われている。したがって、レジストを剥離した薬液は、バルブ７３ｂを介して薬液タンク７３に回収される。そして、フィルタ７５を通過し異物を除去した後、再び被洗浄物Ｐｒｏに吐出される。

レジストの除去が終了したら、次に洗浄ノズル１４ａから短寿命気泡洗浄液ＷＢｓが被洗浄物Ｐｒｏに吐出される。短寿命気泡洗浄液ＷＢｓ中の微細気泡Ｂの自発圧壊はすでに始まっているので、微細気泡Ｂは壊れやすくなっている。したがって、どのようなタイミングで被洗浄物Ｐｒｏと接触しても、被洗浄物Ｐｒｏは短寿命気泡洗浄液ＷＢｓ中の微細気泡Ｂの自発圧壊の洗浄作用を受けることとなる。

洗浄が終わった短寿命気泡洗浄液ＷＢｓは、バルブ７３ｂから帰還用配管ｒ３に流れ、貯留槽１６に戻る。なお、短寿命気泡洗浄液ＷＢｓの一部は、バルブ１４ｅｂを通じてドレイン管ｒｘから廃棄されてもよい。

図７には、洗浄槽１４中にバス式薬液装置８０が含まれている。バス式薬液装置８０は、薬液が循環している薬液バス８１中に現像が終了した被洗浄物Ｐｒｏが浸漬される。被洗浄物Ｐｒｏの表面のレジストは薬液によって剥離分解される。なお、薬液は、ポンプ８２によってフィルタ８３を介しながら薬液バス８１中を循環する。

レジストが剥離された被洗浄物Ｐｒｏは、洗浄バス１４ｂに浸漬される。ここには、短寿命気泡洗浄液ＷＢｓが供給されている。短寿命気泡洗浄液ＷＢｓ中の微細気泡Ｂは自発圧壊し続けているので、非常に圧壊しやすい。被洗浄物Ｐｒｏは、浸漬されている間中、微細気泡Ｂの自発圧壊による洗浄効果を受ける。

以上にように、本発明に係る微細気泡洗浄装置は、被洗浄物Ｐｒｏの洗浄に好適に利用することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、被洗浄物を配管とした場合の例について示す。本発明に係る微細気泡洗浄装置は、寿命ＴＬを制御した微細気泡Ｂを含む短寿命気泡洗浄液ＷＢｓを作ることができる。したがって、自発圧壊する時間の異なる微細気泡Ｂを生成することができる。そこで、長い配管に寿命ＴＬの異なる短寿命気泡洗浄液ＷＢｓを流すことで、配管の異なる部分を順次洗浄することができる。

図８を参照して、微細気泡洗浄装置４には、被洗浄物として長い配管ｒＬが接続されている。なお、微細気泡洗浄装置４は気泡自発圧壊装置１２の位置は微細気泡洗浄装置１と同じである。気泡自発圧壊装置１２の後段の配管ｒ２２に長い配管ｒＬが接続されている。配管ｒＬの末端は、貯留槽１６に戻してもよい。

次に、微細気泡洗浄装置４の動作について説明する。制御装置３０の指示により、気泡自発圧壊装置１２は、寿命ＴＬが長い短寿命気泡洗浄液ＷＢｓＬを所定量流す。次に寿命ＴＬが短い短寿命気泡洗浄液ＷＢｓＳを所定量流す。この操作は複数回繰り返してもよい。

例えば、短寿命気泡洗浄液ＷＢｓＬの寿命ＴＬを配管の後ろ半分の中間点に合わせ、短寿命気泡洗浄液ＷＢｓＳの寿命ＴＬを配管ｒＬの前半分の中間点に合わせる。このようにすることで、配管の内壁を均一に洗浄することができる。

なお、ここでは、寿命ＴＬを２つに分けて交互に被洗浄物である配管ｒＬ中を流したが、３つ以上の寿命ＴＬに分けることもできる。

本発明に係る微細気泡洗浄装置は、半導体や電子デバイスの洗浄工程に好適に利用することができる。また、配管等の内壁の洗浄にも好適に利用することができる。

１ 微細気泡洗浄装置
２ 微細気泡洗浄装置
３ 微細気泡洗浄装置
４ 微細気泡洗浄装置
１０ 微細気泡発生装置
１２ 気泡自発圧壊装置
１３ 気泡自発圧壊装置
１４ 洗浄槽
１４ａ 洗浄ノズル
１４ｂ 洗浄バス
１６ 貯留槽
２０ 第１バブルモニタ
２２ 第２バブルモニタ
３０ 制御装置
１２ａ 気泡自発圧壊装置
４０ タンク
４２ 圧力調節装置
１２ｂ 気泡自発圧壊装置
５０ タンク
５２ 温度調節装置
５４ 熱交換部
１２ｃ 気泡自発圧壊装置
６０ タンク
６２ ミストノズル
７０ 薬液装置
７１ ディスク
７２ 薬液ノズル
７３ 薬液タンク
７４ ポンプ
７５ フィルタ
７９ 集液枠
７３ｂ バルブ
１４ｅｂ バルブ
８０ バス式薬液装置
８１ 薬液バス
８２ ポンプ
８３ フィルタ
Ｗ 洗浄液
Ｂ 微細気泡
ＷＢ 気泡洗浄液
Ｇａｓ 気体供給源
ＷＢｓ 短寿命気泡洗浄液
Ｐｒｏ 被洗浄物
ｒ１ 循環配管
ｒ２ 配管
ｒ２１ 配管
ｒ２２ 配管
ｒｘ ドレイン管
ｒ３ 帰還用配管
ｒ４ 循環配管
ｒｉｎ 配管
ｒｏｕｔ 配管
ｒＬ 配管
ＴＬ 寿命
ＷＢｓＬ 寿命ＴＬが長い短寿命気泡洗浄液
ＷＢｓＳ 寿命ＴＬが短い短寿命気泡洗浄液
Ｄ１ 気泡密度
Ｄ２ 気泡密度
Ｐ１ ポンプ
Ｐ２ ポンプ
Ｐ３ ポンプ
Ｐ４ ポンプ

Claims (12)

1. 洗浄液中に微細気泡を発生させ、気泡洗浄液を生成する微細気泡発生装置と、
   前記気泡洗浄液中の前記微細気泡の寿命を短くし、短寿命気泡洗浄液を生成する気泡自発圧壊装置と、
   前記短寿命気泡洗浄液と被洗浄物を接触させる洗浄槽を有し、前記気泡自発圧壊装置は、前記洗浄槽の外側に配置されていることを特徴とする微細気泡洗浄装置。
2. 前記洗浄槽に投入される前記短寿命気泡洗浄液中の気泡密度を監視する第１バブルモニタと、
   前記洗浄槽から排出される前記短寿命気泡洗浄液中の気泡密度を監視する第２バブルモニタと、
   前記第１バブルモニタと前記第２バブルモニタからの信号に基づいて前記気泡自発圧壊装置を制御する制御装置をさらに有することを特徴とする請求項１に記載された微細気泡洗浄装置。
3. 前記洗浄槽の上流側に前記気泡洗浄液を貯留する貯留槽をさらに有し、前記気泡自発圧壊装置は、前記貯留槽から前記洗浄槽の間に設けられていることを特徴とする請求項１または２のいずれかの請求項に記載された微細気泡洗浄装置。
4. 前記洗浄槽の上流側に前記気泡洗浄液を貯留する貯留槽をさらに有し、前記気泡自発圧壊装置は、前記貯留槽に設けられていることを特徴とする請求項１または２のいずれかの請求項に記載された微細気泡洗浄装置。
5. 前記気泡自発圧壊装置は、前記気泡洗浄液の圧力を加圧若しくは減圧する圧力調整装置であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一の請求項に記載された微細気泡洗浄装置。
6. 前記気泡自発圧壊装置は、前記気泡洗浄液の温度を加熱若しくは冷却する温度調節装置であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一の請求項に記載された微細気泡洗浄装置。
7. 前記気泡自発圧壊装置は、前記気泡洗浄液を所定の大きさの液滴に分割するシャワー装置であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一の請求項に記載された微細気泡洗浄装置。
8. 洗浄液中に微細気泡を発生させ、気泡洗浄液を生成する工程と、
   前記気泡洗浄液中の前記微細気泡の寿命を短くし、短寿命気泡洗浄液を生成する工程と、
   前記短寿命気泡洗浄液と被洗浄物を接触させる工程を有することを特徴とする微細気泡洗浄方法。
9. 前記被洗浄物と接触させる前の前記短寿命気泡洗浄液中の気泡密度を監視する第１の監視工程と、
   前記被洗浄物と接触した後の前記短寿命気泡洗浄液中の気泡密度を監視する第２の監視工程と、
   前記第１の監視工程と前記第２の監視工程の結果に基づいて前記気泡洗浄液中の前記微細気泡の寿命を制御する工程をさらに有することを特徴とする請求項８に記載された微細気泡洗浄方法。
10. 前記気泡洗浄液中の前記微細気泡の寿命を変化させながら前記被洗浄物に接触させることを特徴とする請求項８または９のいずれかの請求項に記載された微細気泡洗浄方法。
11. 請求項１から７のいずれかに記載の微細気泡洗浄装置を有することを特徴とする半導体基板または電子デバイスを製造する製造装置。
12. 請求項８から１０のいずれかに記載の微細気泡洗浄方法を用いた半導体基板または電子デバイスを洗浄する洗浄工程を有することを特徴とする半導体基板または電子デバイスを製造する製造方法。
    
    

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