JP6534160B2 - 洗浄装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば半導体の洗浄工程に用いられる洗浄装置に関する。
半導体の製造工程では、シリコンウェハや薄膜に付着したパーティクルや有機物等を除去するための洗浄が行われる。半導体洗浄技術の代表的なものとしては、ＲＣＡ洗浄法がある。ＲＣＡ洗浄法とは、アンモニア・過酸化水素水による洗浄（ＳＣ１）と、塩酸・過酸化水素水による洗浄（ＳＣ２）を基本とするＳｉ基板のウェット洗浄法である。
また、オゾン水に含まれるＯＨラジカルによる有機物の分解能力を利用した半導体の洗浄方法も知られている。例えば、特許文献１には、半導体ウェハをオゾン水で洗浄する洗浄装置と、洗浄装置へオゾン水を供給するオゾン水製造装置を含む半導体ウェハ洗浄システムが開示されている。
特開２０１０−１７７５３５号公報
水中に溶解しているオゾンの濃度を長期間にわたって高く維持することは困難であると言われている。その理由は、水中に溶解しているオゾンがすぐに分解されて酸素になってしまうためである。また、水中に溶解しているオゾンが、大気中にすぐに放出されてしまうためである。
本発明者らは、オゾンを溶解させた水中にマイクロバブルを発生させることによって、オゾン水のオゾン濃度を長期間にわたって高く維持できることを発見し、オゾン水の製造装置に関する発明をこれまでに出願している（例えば、特開２０１２−１０１２２２号公報参照）。
オゾンが溶解している水中にマイクロバブルを発生させて得られた水（以下、このような水を、「マイクロバブルオゾン水」と呼ぶ場合がある）を半導体の洗浄に用いた場合、極めて高い洗浄効果が得られることを本発明者らは確認している。
しかし、従来のオゾン水製造装置を半導体の洗浄工程に適用した場合には、以下のような問題があった。
従来のオゾン水製造装置では、配管、タンク、バルブ、あるいはポンプ等の接液部に金属材料が用いられており、水中に金属イオンが溶出することがある。また、摺動部で発生した金属カスや、金属の腐食により発生した異物等が水中に混入することもある。そのため、従来のオゾン水製造装置を用いて製造されたオゾン水は、極めて高い清浄度が要求される半導体の洗浄工程に適用することが困難であった。
また、従来のオゾン水製造装置では、遠心ポンプ（例えば渦巻きポンプ）によって水とともにオゾンを吸引し、羽根車の攪拌力によって水とオゾンを混合している。しかし、遠心ポンプの羽根車の軸部には金属材料が使われているため、金属イオンの溶出や異物等の混入による洗浄水の汚染の問題を回避することが困難であった。
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、高い清浄度を有する洗浄液を得ることのできる洗浄装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段は、以下の発明である。
気体を液体に溶解させるための溶解タンクと、
前記溶解タンクに気体とともに液体を送り込むための移送ポンプと、
前記溶解タンク内に貯留されている液体を対象物に供給するための供給ノズルと、を備え、
前記移送ポンプが容積式ポンプであり、
前記溶解タンク、前記移送ポンプ、及び前記供給ノズルの液体と接触する部分がフッ素樹脂で形成されている、洗浄装置。
前記供給ノズルは、マイクロバブル発生ノズルであることが好ましい。
前記気体は、オゾンであることが好ましい。
前記液体は、水であることが好ましい。
前記移送ポンプは、ダイヤフラムポンプであり、
前記ダイヤフラムポンプのダイヤフラムがフッ素樹脂で形成されていることが好ましい。
前記溶解タンクの内部には、噴射パイプが設置されており、
前記噴射パイプの外周には、前記容積式ポンプによって送られる液体を前記溶解タンクの内壁に向けて噴射する噴射孔が設けられていることが好ましい。
前記噴射パイプの外周には、前記噴射孔が２つ設けられており、
前記２つの噴射孔は、前記噴射パイプの外周において互いに略９０度離れた位置に設けられていることが好ましい。
前記溶解タンクの上部には、前記溶解タンクの内部に蓄積した気体を外部に放出するための気体放出バルブが設置されていることが好ましい。
前記溶解タンク内に貯留されている液体の液面の高さを計測するための液面計を備え、
前記液面計によって計測される液面の高さが一定となるように、前記気体放出バルブを制御する制御手段を備えることが好ましい。
前記制御手段は、前記液面計によって計測される液面の高さが、前記溶解タンクの上底から１ｍｍ以上２０ｍｍ以下となるように前記気体放出バルブを制御することが好ましい。
前記対象物は、半導体ウェハ、液晶基板、または太陽電池基板であることが好ましい。
本発明によれば、高い清浄度を有する洗浄液を得ることのできる洗浄装置を提供することができる。
第１の実施形態に係る洗浄装置のフロー図である。 洗浄装置の平面図である。 洗浄装置の正面図である。 洗浄装置の側面図である。 図１に示す溶解タンクのＡ−Ａ線断面図である。 供給ノズルの断面図である。 第２の実施形態に係る洗浄装置のフロー図である。 第３の実施形態に係る洗浄装置のフロー図である。 ディッピング式の洗浄装置を示す側面図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、第１の実施形態に係る洗浄装置のフロー図である。図２は、洗浄装置の平面図である。図３は、洗浄装置の正面図である。図４は、洗浄装置の側面図である。
図１〜図４に示すように、洗浄装置１０は、オゾン（Ｏ３）を水に溶解させるための溶解タンク２０と、溶解タンク２０に水とともにオゾン（Ｏ３）を送り込むための移送ポンプ３０と、溶解タンク２０内に貯留されている水を対象物Ｗに供給するための供給ノズル４０を備えている。溶解タンク２０、移送ポンプ３０、及び供給ノズル４０の水と接触する部分は、フッ素樹脂で形成されている。
溶解タンク２０は、ステンレス等の鋼材によって形成された円柱状の密閉タンクであり、その内部を高圧に保持できるようになっている。溶解タンク２０の水と接触する部分のすべては、フッ素樹脂によって形成されている。具体的には、溶解タンク２０の内面のすべてがフッ素樹脂によって形成されるか、フッ素樹脂によってライニングされている。フッ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）等を用いることができる。この中では、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が好ましい。
移送ポンプ３０は、遠心ポンプなどの非容積式ポンプではなく、容積式ポンプである。容積式ポンプとは、空間の容積を変化させることでその空間内の液体の圧力を上昇させるポンプである。容積式ポンプには、往復式と回転式とがあり、例えば、ダイヤフラムポンプ、ギヤポンプ、ピストンポンプ、及びプランジャポンプがある。本発明の移送ポンプ３０としては、いずれの容積式ポンプを用いることもできるが、ダイヤフラムポンプを用いることが好ましい。
移送ポンプ３０の水と接触する部分は、フッ素樹脂で形成されている。具体的には、移送ポンプ３０の少なくともケーシングの内面が、フッ素樹脂によってライニングされている。または、ケーシング自体がフッ素樹脂によって形成されている。ケーシングの内部に配置される作動部材も、フッ素樹脂で形成されている。例えば、移送ポンプ３０がダイヤフラムポンプである場合、ダイヤフラムがフッ素樹脂によって形成される。移送ポンプ３０がギヤポンプである場合、ギヤがフッ素樹脂によって形成される。移送ポンプ３０がピストンポンプである場合、ピストンがフッ素樹脂によって形成される。移送ポンプ３０がプランジャポンプである場合、プランジャがフッ素樹脂によって形成される。フッ素樹脂としては、上述したフッ素樹脂のいずれを用いることもできるが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いることが好ましい。
供給ノズル４０は、溶解タンク２０に貯留されている洗浄水を対象物Ｗに供給するためのノズルである。本実施形態では、供給ノズル４０として、マイクロバブル発生ノズルを用いている。マイクロバブル発生ノズルを用いることによって、粒径が例えば１〜５０μｍの気泡（マイクロバブル）を、オゾンが溶解している洗浄水中に発生させることができる。供給ノズル４０は、例えば、溶解タンク２０内に貯留されている水を対象物Ｗに噴射することのできる噴射ノズルであってもよい。供給ノズル４０の詳細については後述する。
供給ノズル４０を用いることによって、オゾンが溶解している洗浄水中にマイクロバブルを発生させることができる。本明細書において、マイクロバブルとは、例えば、粒径が１μｍ以上５０μｍ以下の気泡を意味する。液中におけるマイクロバブルの個数は、例えば、Particle Measuring Systems社製液中パーティクルカウンタ「ＬｉＱｕｉｌａｚ−Ｅ２０」によって計測することができる。液中におけるマイクロバブルの個数の計測には、光遮蔽式の液中パーティクルカウンタを用いることが好ましい。
供給ノズル４０によって発生した気泡のすべてが、マイクロバブルである必要はない。供給ノズル４０によって発生した気泡の、好ましくは３０％以上、より好ましくは５０％以上、さらに好ましくは７０％以上、最も好ましくは９０％以上が、マイクロバブルであればよい。
つぎに、洗浄装置１０の全体の構成について詳細に説明する。
図１〜４に示すように、移送ポンプ３０の吸引口は、配管１４を介して純水タンク１２に接続されている。移送ポンプ３０は、純水タンク１２に貯留されている純水を吸引して溶解タンク２０に送り込むことができる。
移送ポンプ３０の吸引口は、配管１４から分岐した配管１５を介してオゾン発生装置（図示せず）にも接続されている。移送ポンプ３０は、配管１５を介してオゾン発生装置で発生したオゾンを吸引することができる。つまり、移送ポンプ３０は、配管１４及び配管１５を介して、純水とともにオゾンを吸引することができる。吸引された純水及びオゾンは、移送ポンプ３０の内部において混合された後、溶解タンク２０に送り込まれる。
配管１４の両端部のうち、移送ポンプ３０に接続されている側と反対側の端部は、純水タンク１２の純水中に差し込まれている。この純水中に差し込まれている側の配管１４の端部には、一方がラッパ形状に大きく開口したカップ１６が取り付けられている。このカップ１６によって、純水中に吹き込まれたオゾンガスを収集することが可能である。つまり、移送ポンプ３０は、配管１５を介してオゾンガスを吸引できるだけでなく、配管１７を介して純水タンク１２内に吹き込まれたオゾンガスを吸引することができる。カップ１６は、フッ素樹脂で形成されていることが好ましい。
溶解タンク２０の内部には、移送ポンプ３０によって送り込まれる水を溶解タンク２０の内壁に向けて噴射するための噴射パイプ２１が設置されている。噴射パイプ２１は、ほぼ垂直に設置されており、溶解タンク２０の下底部から上底部までほぼ全体にわたって伸びている。噴射パイプ２１の上端部は閉塞されている。噴射パイプ２１の上端からやや下方の部分には、２つの噴射孔２２ａ、２２ｂが設けられている。この２つの噴射孔２２ａ、２２ｂの詳細については後述する。噴射パイプ２１は、フッ素樹脂で形成されていることが好ましい。
移送ポンプ３０の吐出口は、配管１８を介して噴射パイプ２１の下端部に接続されている。移送ポンプ３０によって昇圧された純水及びオゾンガスは、噴射パイプ２１の下端部に供給された後、噴射パイプ２１の上部に形成された２つの噴射孔２２ａ、２２ｂから溶解タンク２０の内壁に向けて噴射される。なお、洗浄装置１０の通常運転時においては、２つの噴射孔２２ａ、２２ｂは、溶解タンク２０の液面２０ａよりも下方に位置している。
また、溶解タンク２０の内部には、溶解タンクに貯留されている水の液面２０ａの高さを計測することのできる液面計２３が設置されている。液面計２３には、どのような形式のものを用いてもよいが、本実施形態ではガイドパルス式の液面計を用いている。液面計２３の水と接触する部分は、フッ素樹脂によって形成されるか、フッ素樹脂によってライニングされていることが好ましい。具体的には、液面計２３の水と接触する接触子（プローブ）が、フッ素樹脂によって覆われていることが好ましい。
図５は、図１に示す溶解タンク２０のＡ−Ａ線断面図である。
図５に示すように、溶解タンク２０の中心部には液面計２３が設置されており、溶解タンク２０の壁面に近い位置には噴射パイプ２１が設置されている。断面略円形の噴射パイプ２１の外周には、２つの噴射孔２２ａ、２２ｂが周方向に略９０度離れた位置に設けられている。すなわち、噴射パイプ２１の中心と、２つの噴射孔２２ａ、２２ｂとをそれぞれ結んで得られる中心角の大きさが、略９０度となっている。例えば、２つの噴射孔２２ａ、２２ｂは、周方向に７０度〜１１０度、好ましくは８０度〜１００度、より好ましくは８５度〜９５度離れた位置に設けられている。２つの噴射孔２２ａ、２２ｂからは、水及びオゾンガスが略９０度異なる方向に噴射される。水及びオゾンガスがこのように略９０度異なる方向に噴射されることによって、溶解タンク２０の内部には逆方向に回転する少なくとも２つの旋回流が生じる。これにより、水及びオゾンガスの接触及び攪拌が促進されるため、より多くのオゾンガスを水に溶解させることができる。なお、図５では、噴射パイプ２１に２つの噴射孔２２ａ、２２ｂが設けられている例を示したが、噴射パイプ２１に１つあるいは３つ以上の噴射孔が設けられてもよい。
また、水及びオゾンガスは、噴射パイプ２１から液面計２３と反対の方向に噴射される。すなわち、図５でいえば、液面計２３の中心点と噴射パイプ２１の中心点を結んだ線に垂直な直線であって、噴射パイプ２１の中心点を通る直線によって噴射パイプ２１が２つの領域に分割される。この２つの領域のうち、液面計２３に近い方の領域内に噴射孔を設けないことによって、水及びオゾンガスが液面計２３にぶつかって液面計２３の計測値に影響を与えることが防止されている。
溶解タンク２０の上部には、溶解タンク２０内の液面２０ａの上方に蓄積したオゾンガスを外部に放出するための気体放出バルブ２４が設置されている。気体放出バルブ２４としては、エア作動弁を用いることが好ましい。電磁弁を用いた場合、電磁弁の金属部が腐食して溶解タンク２０内の洗浄水中に異物等が混入するおそれがあるためである。他方、洗浄装置１０に含まれる複数の機器を接続するための配管１４、１５、１７、１８、２５には、弁を設けていない。なぜなら、洗浄装置１０の構成上、これらの配管にエア作動弁を用いることは、技術的な意義が乏しいし、電磁弁を用いたとすれば、前述した異物等の混入のおそれがあるからである。
気体放出バルブ２４としては、気体の流量を調節することのできる調節弁を用いてもよく、開度を１００％と０％の間でのみ切り替えることのできる開閉弁を用いてもよい。
気体放出バルブ２４としては、例えば、ボール弁、玉形弁、ダイヤフラム弁等を用いることができるが、この中ではダイヤフラム弁を用いることが好ましい。また、気体放出バルブ２４としては、配管部分がフッ素樹脂によって形成されたバルブを用いることが好ましい。
図１に示すように、洗浄装置１０は、制御手段６０を備えている。制御手段６０は、気体放出バルブ２４及び液面計２３に電気的に接続されている。制御手段６０は、液面計２３によって計測される液面２０ａの高さが一定となるように、気体放出バルブ２４を制御することができる。具体的には、制御手段６０は、液面計２３によって計測された液面２０ａの高さと、あらかじめ設定された目標値とを比較し、比較結果に基づいて気体放出バルブ２４を制御する。制御手段６０としては、バルブ等のアクチュエータを制御することのできる公知の制御装置を用いることが可能であり、例えばシーケンサを用いることができる。
例えば、液面計２３によって計測された液面２０ａの高さが目標値よりも大幅に高い場合（HH）には、気体放出バルブ２４が完全に閉じられる（開度０％）。液面計２３によって計測された液面２０ａの高さが目標値よりも高い場合（H）には、気体放出バルブ２４がある程度閉じられる（開度３０％）。液面計２３によって計測された液面２０ａの高さが目標値よりも低い場合（L）には、気体放出バルブ２４がある程度開けられる（開度７０％）。液面計２３によって計測された液面２０ａの高さが目標値よりも大幅に低い場合（LL）には、気体放出バルブ２４が完全に開けられる（開度１００％）。
なお、気体放出バルブ２４の制御方法の一例を示したが、他の方法によって気体放出バルブ２４を制御してもよい。
図１に示すように、溶解タンク２０は、配管２５を介して供給ノズル４０と接続されている。溶解タンク２０の内部は移送ポンプ３０によって高圧（例えば０．４ＭＰａ）となっているため、供給ノズル４０からは洗浄水が勢いよく吐出される。溶解タンク２０の内部の圧力は、移送ポンプ３０の吐出圧力によって調節することができる。あるいは、溶解タンク２０の内部の圧力は、気体放出バルブ２４の開閉動作によって調節することもできる。
洗浄装置１０に含まれる複数の機器を接続するための配管１４、１５、１７、１８、２５は、フッ素樹脂によって形成されている。フッ素樹脂としては、上述したフッ素樹脂のいずれを用いることもできるが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いることが好ましい。
図６は、供給ノズル４０の断面図である。
図６に示すように、供給ノズル４０は、一端が壁部４２ａによって閉じられるとともに他端が開口した円筒状の外側部材４２、及び、一端が壁部４４ａによって閉じられるとともに他端が開口した円筒状の内側部材４４を備えている。外側部材４２の内径は、内側部材４４の外径よりも大きい。内側部材４４は、外側部材４２の内部にその軸心が一致するように配置されている。
供給ノズル４０は、略円筒状に形成されたコネクタ４６を備えている。コネクタ４６の一方の端部４６ａは、溶解タンク２０にその一端が接続された配管２５に連結している。コネクタ４６の他方の端部４６ｂには、円柱状の凹部４６ｃが形成されている。この凹部４６ｃには、内側部材４４の開口している側の端部が嵌め込まれている。コネクタ４６の端部４６ｂの外周部には、外側部材４２の開口している側の端部が嵌め込まれている。外側部材４２、内側部材４４，及びコネクタ４６は、ねじ込み等によって互いに一体的に組み付けられている。
内側部材４４の内部には、オリフィス４８、３枚の多孔板５０ａ〜５０ｃ、及び７枚のスペーサ５２ａ〜５２ｇが配置されている。これらの部材は、上流側から、オリフィス４８、スペーサ５２ａ、スペーサ５２ｂ、スペーサ５２ｃ、スペーサ５２ｄ、多孔板５０ａ、スペーサ５２ｅ、多孔板５０ｂ、スペーサ５２ｆ、多孔板５０ｃ、スペーサ５２ｇの順番で配置されている。
なお、３枚の多孔板５０ａ〜５０ｃが配置されている例を示しているが、多孔板の数は３枚に限定されない。例えば、水質等に合わせて、多孔板の数を１〜６枚の範囲で調整してもよい。多孔板の数を調整することにより、目的とする作業に適した気泡を発生させることができる。
オリフィス４８は、所定の厚みを有する円板であり、その中心には孔が開けられている。
スペーサ５２ａ、５２ｅ、５２ｆは、所定の厚み（例えば２．０ｍｍ）を有する円板である。
スペーサ５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５２ｇは、所定の厚み（例えば１．０ｍｍ）を有する円板である。
多孔板５０ａ、５０ｃは、複数の小孔（例えばφ１．０ｍｍ）が開けられた円板である。
多孔板５０ｂは、複数の小孔（例えばφ０．５ｍｍ）が開けられた円板である。
スペーサは、多孔板と多孔板の間に設置するのが好ましい。多孔板と多孔板の間には、少なくとも０．５ｍｍの空間を設けることが好ましい。多孔板と多孔板の間には、３ｍｍ〜５ｍｍの空間を設けることもできる。多孔板と多孔板の間に空間を設けることによって、気泡を効率よく発生させることができる。
供給ノズル４０を構成するこれらの部品は、好ましくはフッ素樹脂で形成される。すなわち、外側部材４２、内側部材４４、コネクタ４６、オリフィス４８、３枚の多孔板５０ａ〜５０ｃ、及び７枚のスペーサ５２ａ〜５２ｇは、好ましくはフッ素樹脂で形成される。フッ素樹脂としては、上述したフッ素樹脂のいずれを用いることもできるが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いることが好ましい。
内側部材４４の壁部４４ａとスペーサ５２ｇとの間には、第１圧力開放室５４が形成されており、この第１圧力開放室５４の周壁には複数の貫通孔５６が形成されている。外側部材４２の内壁面と内側部材４４の外壁面との間には、第２圧力開放室５７が形成されている。外側部材４２の壁部４２ａには、マイクロバブルを含む水を供給するための略円形のノズル孔５８が開けられている。
以下、供給ノズル４０によってマイクロバブルが発生するメカニズムについて説明する。
溶解タンク２０から配管２５を介して送られてくる水は、コネクタ４６の内部を通過した後、オリフィス４８を通過する。このオリフィス４８の上流と下流の圧力差によって、水中に溶解していたオゾンの一部が気泡となってバブルが発生する。
水は、オリフィス４８を通過した後、多孔板５０ａ、多孔板５０ｂ、及び多孔板５０ｃを通過する。これらの多孔板には、複数の小孔が開けられている。小孔の大きさは、上流側から順番に、φ１．０ｍｍ、φ０．５ｍｍ、φ１．０ｍｍとなっている。すなわち、隣り合う多孔板の小孔の大きさが、互いに異なっている。
水が３枚の多孔板５０ａ〜５０ｃを通過することによって、水中には極めて複雑な乱流が発生する。この乱流によって、バブルが細かく剪断されるため、バブルの粒径が小さくなる。
水は、３枚の多孔板５０ａ〜５０ｃを通過した後、第１圧力開放室５４に流入する。第１圧力開放室５４に流入した水は、次に、第１圧力開放室５４の側壁に形成された貫通孔５６を通過する。このとき、水の進行方向が９０度変化するため、バブルが乱流によってさらに剪断される。
水は、貫通孔５６を通過して外側部材４２の内壁面にぶつかる。水が外側部材４２の内壁面にぶつかることによって、バブルの粒径がさらに小さくなる。
水は、外側部材４２の内壁面にぶつかった後、第２圧力開放室５７に流入する。このとき、水の進行方向が９０度変化するため、バブルが乱流によってさらに剪断される。
第２圧力開放室５７に流入した水は、ノズル孔５８から対象物Ｗに向けて供給される。ノズル孔５８から供給される水には、上述したメカニズムによって粒径が１〜５０μｍまで小さくなった気泡（マイクロバブル）が含まれている。
つぎに、洗浄装置１０の作用及び効果について説明する。
従来の半導体洗浄装置では、タンク、配管、バルブ、及びポンプ等の水と接触する部分に金属材料が用いられていた。このため、純水中に金属イオンが溶出する、あるいは、金属の腐食により発生した異物が洗浄水中に混入することがあった。
本実施形態の洗浄装置１０によれば、溶解タンク２０、移送ポンプ３０、及び供給ノズル４０の水と接触する部分が、フッ素樹脂によって形成されている。これにより、金属イオンの溶出や異物の混入が防止されるため、より清浄度の高い洗浄水を得ることができる。
さらに、配管１４，１５，１７，１８，２５、カップ１６、噴射パイプ２１、及び液面計２３の水と接触する部分も、フッ素樹脂によって形成されている。これにより、洗浄水が金属によって汚染されることがより効果的に防止される。
さらに、移送ポンプ３０がダイヤフラムポンプである場合、ダイヤフラムがフッ素樹脂によって形成される。これにより、洗浄水が金属によって汚染されることがさらに効果的に防止される。
移送ポンプ３０によって純水タンク１２から吸引された純水は、溶解タンク２０に送り込まれる。溶解タンク２０の内部は、高圧に維持されている。具体的には、溶解タンク２０の液面２０ａの上方の空間２０ｂの圧力が、０．２〜０．６ＭＰａ、好ましくは０．３〜０．５ＭＰａ、より好ましくは０．４ＭＰａに維持されている。これにより、溶解タンク２０の内部において、より多くの量のオゾンガスを水中に溶解させることができる。また、供給ノズル４０においてより多くの量のマイクロバブルを発生させることができる。
洗浄水のオゾン濃度を高めるためには、移送ポンプ３０によって過剰の量のオゾンガスを溶解タンク２０に送り込む必要がある。このため、溶解タンク２０の液面２０ａの上方の空間２０ｂには、水中から放出されたオゾンガスが蓄積している。
移送ポンプ３０が例えばダイヤフラムポンプである場合、ダイヤフラムポンプによって移送される水の圧力に変動（脈動）が生じてしまう。この場合、供給ノズル４０から供給される洗浄水の量が一定とならないため、洗浄水を半導体ウェハ等の洗浄に用いた場合に、洗浄ムラが発生してしまうという問題があった。このため、従来のオゾン水の製造装置では、水及びオゾンをタンクに送り込むためのポンプとして、容積式ポンプ（ダイヤフラムポンプ）を用いることはできないと考えられていた。
本実施形態の洗浄装置１０によれば、溶解タンク２０の液面２０ａの上方には空間２０ｂが確保されており、この空間２０ｂによって移送ポンプ３０による圧力変動を吸収することができる。したがって、水及びオゾンを送り込むためのポンプとして容積式ポンプを用いた場合であっても、供給ノズル４０から供給される洗浄水の量が一定に保たれる。
溶解タンク２０の液面２０ａの高さは、溶解タンク２０の上底２０ｃから、１ｍｍ以上１００ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以上７０ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以上５０ｍｍ以下、さらに好ましくは１ｍｍ以上３０ｍｍ以下、最も好ましくは１ｍｍ以上２０ｍｍ以下に維持される。液面２０ａの高さが上底２０ｃから１ｍｍよりも上の位置にある場合、空間２０ｂの容積が小さすぎるため、移送ポンプ３０による圧力変動を十分に吸収できなくなる。液面２０ａの高さが上底２０ｃから１００ｍｍよりも下の位置にある場合、空間２０ｂの容積が大きすぎるため、供給ノズル４０から供給される洗浄水の流量を一定に制御することが困難になる。
したがって、制御手段６０は、液面計２３によって計測される液面２０ａの高さが、溶解タンク２０の上底２０ｃから１ｍｍ以上１００ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以上７０ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以上５０ｍｍ以下、さらに好ましくは１ｍｍ以上３０ｍｍ以下、最も好ましくは１ｍｍ以上２０ｍｍ以下となるように、気体放出バルブ２４を制御することが好ましい。液面２０ａの高さが一定となるように気体放出バルブ２４を制御する方法は、上述した通りである。
本実施形態の洗浄装置１０によれば、極めて清浄度の高い洗浄水を対象物Ｗに供給することができる。洗浄水中にはマイクロバブルが含まれており、このマイクロバブルは洗浄水中に長期間にわたって残存する。オゾン及びマイクロバブルによる洗浄効果は絶大であり、対象物Ｗを極めて高度に洗浄することができる。
図７は、本発明の第２の実施形態に係る洗浄装置のフロー図である。図７において、第１の実施形態と同様の要素には、同一の符号を付けている。
図７に示す洗浄装置１１は、溶解タンク２０に貯留されている洗浄水を純水タンク１２に返流するための返流配管２６を備えている。返流配管２６の端部は、純水タンク１２に貯留されている純水中に差し込まれている。この純水中に差し込まれている側の返流配管２６の端部には、マイクロバブルを発生させるための供給ノズル４１が取り付けられている。返流配管２６及び供給ノズル４１は、フッ素樹脂で形成されている。
図７に示す洗浄装置１１によれば、返流配管２６を介して、溶解タンク２０に貯留されている洗浄水を、純水タンク１２に返流することができる。これにより、洗浄水中の気体の濃度やマイクロバブルの濃度が所定の値に到達するまでの間、溶解タンク２０と純水タンク１２の間で洗浄水を循環させることが可能になる。
図７に示すように、洗浄水の温度を制御するための温度制御装置２７を配管２５の途中に設置してもよい。温度制御装置２７によって、供給ノズル４０に送り込まれる洗浄水の温度を任意の温度に制御することができる。例えば、供給ノズル４０に送り込まれる洗浄水の温度を、対象物Ｗを洗浄するのに効果的な温度に加温（または冷却）することができる。
洗浄装置１０は、マイクロバブルオゾン水によって対象物Ｗを洗浄する装置である。対象物Ｗの例としては、高度の洗浄が要求される半導体ウェハ、液晶基板、太陽電池基板、ガラス基板、マスクブランクなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本発明の洗浄装置１０は、半導体ウェハ等の洗浄以外にも、例えば、医療分野（内臓洗浄等）に適用できる可能性がある。
上述の例では、水に溶解させる気体がオゾンである例を示したが、それ以外の気体を水に溶解させる場合であっても、本発明を適用することができる。例えば、水に溶解させる気体は、酸素（Ｏ２）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）等であっても、本発明を適用することができる。また、複数種類の気体を水に溶解させる場合であっても、本発明を適用することができる。例えば、二酸化炭素及びオゾンを水に溶解させる場合であっても、本発明を適用することができる。二酸化炭素及びオゾンを水に溶解させた場合、オゾン水中のオゾンの溶存時間を延長することができる。
上述の例では、気体を溶解させる液体が水である例を示したが、本発明はその他の液体に適用することも可能である。例えば、有機溶媒、硫酸水溶液、アンモニア水溶液、スラリー等の液体であっても、本発明を適用することができる。
上述の例では、洗浄装置１０に設けられた供給ノズル４０が１つである例を示したが、供給ノズル４０は２つ以上であってもよい。
上述の例では、１台の洗浄装置１０を単独で設置する例を示したが、複数台の洗浄装置１０を並列に設置してもよい。
図８は、本発明の第３の実施形態に係る洗浄装置のフロー図である。図８において、第１及び第２の実施形態と同様の要素には、同一の符号を付けている。
図８に示す洗浄装置１００は、溶解タンク２０に貯留されているオゾン水（洗浄水）を循環タンク１０２に返流するための返流配管１０４を備えている。溶解タンク２０に貯留されているオゾン水は、返流配管１０４を介して、溶解タンク２０と循環タンク１０２との間を循環することができる。オゾン水を溶解タンク２０と循環タンク１０２との間で循環させることによって、溶解タンク２０中のオゾン水の濃度を高めることができる。なお、循環タンク１０２には、循環タンク１０２中に純水を補給するための純水供給配管１０６が接続している。
図８に示す洗浄装置１００は、オゾン製造装置１０５を備えている。循環タンク１０２に貯留されているオゾン水は、移送ポンプ３０によって、溶解タンク２０の下部に送り込まれる。オゾン製造装置１０５によって製造されたオゾン（Ｏ３）は、移送ポンプ３０によって、循環タンク１０２に貯留されているオゾン水とともに溶解タンク２０の下部に送り込まれる。これにより、溶解タンク２０中のオゾン水の濃度をさらに高めることができる。
図８に示す洗浄装置１００は、オゾン水を加熱するためのヒータ１０８を備えている。ヒータ１０８は、供給ノズル４０の直前の位置に設置されている。すなわち、ヒータ１０８は、溶解タンク２０内で製造されたオゾン水が対象物Ｗに供給される直前に、オゾン水を加熱することができる。これにより、溶解タンク２０で製造されたオゾン水の濃度が、ヒータ１０８で加熱されることで対象物Ｗに供給される前に低下することを抑制することができる。
オゾン水をヒータ１０８で加熱することによって、オゾン水による洗浄効果をさらに高めることができる。ヒータ１０８によるオゾン水の加熱温度は、例えば、３０℃以上８０℃以下であり、好ましくは４０℃以上７０℃以下であり、より好ましくは５０℃以上６０℃以下である。オゾン水を加熱するためのヒータ１０８としては、どのような形式のヒータを用いることもできる。オゾン水を加熱するためのヒータ１０８としては、例えば、株式会社テクノビジョン製「スーパークリーンヒータ」を用いることができる。
図８に示す洗浄装置１００は、洗浄水（オゾン水）を対象物Ｗに供給するための供給ノズル４０を備えている。第３の実施形態において、供給ノズル４０は、オゾン水の吐出方向が横向き（水平方向）となるように設置されている。供給ノズル４０が横向きに設置されることによって、オゾン水の供給を停止した際に、供給ノズル４０内に残存するオゾン水が、対象物Ｗに落下することを防止することができる。これにより、対象物Ｗへのオゾン水の供給時間を精密に制御することができる。また、供給ノズル４０内に残存するオゾン水が対象物Ｗに落下することを防止する観点から、供給ノズル４０から吐出されるオゾン水の方向は上向き（鉛直方向）であってもよく、横向き（水平方向）から上向き（鉛直方向）にかけての任意の角度であってもよい。これらは、供給ノズル４０の向きをオゾン水の吐出方向と一致させることによって達成できる。なお、供給ノズル４０の側部に、供給ノズル４０の内部に残存するオゾン水を真空吸引するための配管を設置してもよい。供給ノズル４０の内部に残存するオゾン水を吸引することによって、対象物Ｗへのオゾン水の供給時間をより精密に制御することができる。
本発明の洗浄装置は、半導体基板の洗浄に用いることができる。例えば、本発明の洗浄装置は、半導体基板を一枚ずつ洗浄する枚葉式洗浄装置に適用することができる。また、本発明の洗浄装置は、図９に示すように、複数の半導体基板を洗浄槽１１０内に一度に侵漬させる方式の洗浄装置（ディッピング式洗浄装置）に適用することもできる。
１０、１１ 洗浄装置
１２ 純水タンク
１４，１５，１７，１８，２５ 配管
２０ａ 液面
２０ｂ 空間
２０ｃ 上底
２０ 溶解タンク
２１ 噴射パイプ
２２ａ，２２ｂ 噴射孔
２３ 液面計
２４ 気体放出バルブ
２６ 返流配管
３０ 移送ポンプ
４０、４１ 供給ノズル
６０ 制御手段
Ｗ 対象物
１００ 洗浄装置
１０２ 循環タンク
１０４ 返流配管
１０５ オゾン製造装置
１０６ 純水供給配管
１０８ ヒータ
１１０ 洗浄槽

Claims (9)

  1. 気体を液体に溶解させるための溶解タンクと、
    前記溶解タンクに気体とともに液体を送り込むための移送ポンプと、
    前記溶解タンク内に貯留されている液体を対象物に供給するための供給ノズルと、を備え、
    前記移送ポンプが容積式ポンプであり、
    前記溶解タンク、前記移送ポンプ、及び前記供給ノズルの液体と接触する部分がフッ素樹脂で形成されており、
    前記供給ノズルは、マイクロバブル発生ノズルであり、
    前記溶解タンクの内部には、噴射パイプが設置されており、
    前記噴射パイプの外周には、前記容積式ポンプによって送られる液体を前記溶解タンクの内壁に向けて噴射する噴射孔が設けられており、
    前記噴射孔は、前記溶解タンクの液面よりも下方に位置している、洗浄装置。
  2. 前記気体は、オゾンである、請求項１記載の洗浄装置。
  3. 前記液体は、水である、請求項１または請求項２に記載の洗浄装置。
  4. 前記移送ポンプは、ダイヤフラムポンプであり、
    前記ダイヤフラムポンプのダイヤフラムがフッ素樹脂で形成されている、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の洗浄装置。
  5. 前記噴射パイプの外周には、前記噴射孔が２つ設けられており、
    前記２つの噴射孔は、前記噴射パイプの外周において互いに略９０度離れた位置に設けられている、請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の洗浄装置。
  6. 前記溶解タンクの上部には、前記溶解タンクの内部に蓄積した気体を外部に放出するための気体放出バルブが設置されている、請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載の洗浄装置。
  7. 前記溶解タンク内に貯留されている液体の液面の高さを計測するための液面計を備え、
    前記液面計によって計測される液面の高さが一定となるように、前記気体放出バルブを制御する制御手段を備える、請求項６記載の洗浄装置。
  8. 前記制御手段は、前記液面計によって計測される液面の高さが、前記溶解タンクの上底から１ｍｍ以上２０ｍｍ以下となるように前記気体放出バルブを制御する、請求項７記載の洗浄装置。
  9. 前記対象物は、半導体ウェハ、液晶基板、または太陽電池基板である、請求項１から請求項８のうちいずれか１項に記載の洗浄装置。
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