KR20130006288A - 기액 혼합 유체 생성 장치, 기액 혼합 유체 생성 방법, 처리 장치 및 처리 방법 - Google Patents

기액 혼합 유체 생성 장치, 기액 혼합 유체 생성 방법, 처리 장치 및 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 최저한의 압력으로 송액하여, 액체에 기체를 용해시킬 수 있는 기액 혼합 유체 생성 장치, 기액 혼합 유체 생성 방법, 처리 장치 및 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
실시형태에 따른 기액 혼합 유체 생성 장치(3)는 용기(3a)와, 그 용기(3a) 내에 연통하고, 기체가 용존한 액체를 용기(3a) 내에 공급하기 위한 액체 공급 유로(3b)와, 용기(3a)를 밀폐 상태 및 개방 상태로 전환할 수 있으며, 액체 공급 유로(3b)로부터 용기(3a)에 송액하는 동안, 용기(3a)를 개방 상태로 하여 용기(3a)의 내압을, 액체 공급 유로(3b) 내의 액체를 용기(3a)를 향해 미는 압력 미만으로 하는 내압 조정부(3d)와, 용기(3a) 내에 연통하고, 액체가 공급된 밀폐 상태의 용기(3a) 내의 공간에 기체를 공급하기 위한 기체 공급 유로(3e)를 구비한다.

Description

기액 혼합 유체 생성 장치, 기액 혼합 유체 생성 방법, 처리 장치 및 처리 방법{APPARATUS AND METHOD FOR GENERATING GAS-LIQUID MIXED FLUID, AND PROCESSING APPARATUS AND PROCESSING METHOD}
본 발명의 실시형태는, 기액 혼합 유체 생성 장치, 기액 혼합 유체 생성 방법, 처리 장치 및 처리 방법에 관한 것이다.
기액 혼합 유체 생성 장치는, 액체에 기체를 용해시켜 기액 혼합 유체를 생성하는 장치이며, 예컨대 액체 중에 미소 기포를 발생시키고, 그 미소 기포를 포함하는 액체에 의해 처리 대상물을 처리하는 처리 장치에 이용된다. 이 처리 장치는, 기액 혼합 유체 생성 장치에 더하여, 예컨대 기판 처리 장치나 가공 장치, 정화 장치 등을 구비하고 있다.
여기서, 기판 처리 장치는, 반도체 웨이퍼나 유리 기판 등의 기판의 표면에, 미소 기포를 포함하는 액체를 처리액으로서 공급하고, 그 처리액에 의해 기판 표면을 처리하는 장치이다. 이 기판 처리 장치로서는, 예컨대 처리액에 의해 기판 표면을 세정하는 세정 장치나, 처리액에 의해 기판 표면으로부터 레지스트막을 제거하는 레지스트 제거 장치 등을 들 수 있다.
또한, 가공 장치는, 다이싱 블레이드나 드릴 등의 가공구에 의해, 금속재나 기판 등의 피가공물을 가공하는 장치이며, 그 가공구에 의해 가공되는 피가공물의 가공 지점에, 윤활, 냉각 및 세정을 목적으로 하여, 미소 기포를 포함하는 액체를 처리액으로서 공급하는 것이다.
또한, 정화 장치는, 정화 대상이 되는 액중에 미소 기포를 발생시키고, 그 미소 기포를 액중 플록(flock)에 부착시킴으로써, 수면 위에 플록을 부상시켜 액중으로부터 플록을 분리하거나, 또는 수중의 유분에 미소 기포를 부착시킴으로써, 유분을 수면 위로 부상시켜 액중으로부터 유분을 분리하는 장치이다.
그러나, 전술한 바와 같은 장치에서는, 송액을 위해 고압 펌프 등의 압력을 올리는 기구가 필요해지기 때문에, 비용이 상승해 버린다. 또한 압력을 올리는 기구에 의해 송액시에 맥동이 발생하기 때문에, 액공급이 불안정해져 버린다. 또한 압력을 올리는 기구를 메인터넌스해야 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 최저한의 압력으로 송액하여, 액체에 기체를 용해시킬 수 있는 기액 혼합 유체 생성 장치, 기액 혼합 유체 생성 방법, 처리 장치 및 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시형태에 따른 기액 혼합 유체 생성 장치는, 용기와, 용기 내에 연통하고, 기체가 용존한 액체를 용기 내에 공급하기 위한 액체 공급 유로와, 용기를 밀폐 상태 및 개방 상태로 전환할 수 있고, 액체 공급 유로로부터 용기에 송액하는 동안, 용기를 개방 상태로 하여 용기의 내압(內壓)을, 액체 공급 유로 내의 액체를 용기를 향해 미는 압력 미만으로 하는 내압 조정부와, 용기 내에 연통하고, 액체가 공급된 밀폐 상태의 용기 내의 공간에 기체를 공급하기 위한 기체 공급 유로를 구비한다.
본 발명의 실시형태에 따른 기액 혼합 유체 생성 방법은, 기체가 용존한 액체를 공급하기 위한 액체 공급 유로가 연통하는 용기를 개방 상태로 하여 용기의 내압을, 액체 공급 유로 내의 액체를 용기를 향해 미는 압력 미만으로 하여, 용기 내에 액체를 공급하는 공정과, 액체를 공급한 개방 상태의 용기를 밀폐 상태로 하는 공정과, 액체를 공급한 밀폐 상태의 용기 내의 공간에 기체를 공급하는 공정을 포함한다.
본 발명의 실시형태에 따른 처리 장치는, 용기와, 용기 내에 연통하고, 기체가 용존한 액체를 용기 내에 공급하기 위한 액체 공급 유로와, 용기를 밀폐 상태 및 개방 상태로 전환할 수 있으며, 액체 공급 유로로부터 용기에 송액하는 동안, 용기를 개방 상태로 하여 용기의 내압을, 액체 공급 유로 내의 액체를 용기를 향해 미는 압력 미만으로 하는 내압 조정부와, 용기 내에 연통하고, 액체가 공급된 밀폐 상태의 용기 내의 공간에 기체를 공급하기 위한 기체 공급 유로와, 용기 내에 연통하고, 용기 내의 액체를 처리 대상물에 공급하기 위한 처리액 공급 유로를 구비한다.
본 발명의 실시형태에 따른 처리 방법은, 기체가 용존한 액체를 공급하기 위한 액체 공급 유로가 연통하는 용기를 개방 상태로 하여 용기의 내압을, 액체 공급 유로 내의 액체를 용기를 향해 미는 압력 미만으로 하고, 용기 내에 액체를 공급하는 공정과, 액체를 공급한 개방 상태의 용기를 밀폐 상태로 하는 공정과, 액체를 공급한 밀폐 상태의 용기 내의 공간에 기체를 공급하는 공정과, 기체를 공급한 용기 내의 액체를 처리 대상물에 공급하는 공정을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 처리 장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 2는 도 1에 도시하는 처리 장치가 구비하는 기액 혼합 유체 생성 장치의 개략 구성을 도시하는 분해 사시도.
도 3은 도 1에 도시하는 처리 장치가 구비하는 각 개폐 밸브의 제어를 설명하기 위한 설명도.
도 4는 도 1에 도시하는 처리 장치가 구비하는 기액 혼합 유체 생성 장치가 행하는 기액 혼합 유체 생성(급수 및 가압 용해)의 타이밍을 설명하기 위한 설명도.
본 발명의 일 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 처리 장치(1)는, 반도체 웨이퍼나 유리 기판 등의 처리 대상물(W)을 처리하는 복수(예컨대 도 1에서는 4대)의 기판 처리 장치(2)와, 이들 기판 처리 장치(2)에 기액 혼합 유체를 생성하여 공급하는 기액 혼합 유체 생성 장치(3)와, 각 부분을 제어하는 제어 장치(4)를 구비하고 있다.
기판 처리 장치(2)는, 스테이지 위의 처리 대상물(W)의 중심을 회전 중심으로 하여 처리 대상물(W)을 평면 내에서 회전시키면서, 그 회전 상태의 처리 대상물(W)에 대하여 처리액을 공급하여, 처리 대상물(W)의 표면을 처리하는 장치이다. 이 기판 처리 장치(2)로서는, 예컨대 처리액에 의해 처리 대상물(W)의 표면을 세정하는 세정 장치나, 처리액에 의해 처리 대상물(W)의 표면으로부터 레지스트막을 제거하는 레지스트 제거 장치 등을 들 수 있다.
이러한 기판 처리 장치(2)는, 처리 대상물(W)의 표면에 처리액을 공급하기 위한 처리액 공급 유로(2a)를 갖고 있고, 이 처리액 공급 유로(2a)에는, 개폐 밸브(2b)나 미소 기포 발생 부재(2c) 등이 설치되어 있다.
처리액 공급 유로(2a)는, 기액 혼합 유체 생성 장치(3)로부터 공급된 기액 혼합 유체(기체가 용존한 액체)가 흐르는 유로이며, 그 단부에 위치하는 개구로부터 처리액이 토출된다. 이 처리액 공급 유로(2a)로서는, 예컨대 파이프나 튜브 등의 배관을 이용하는 것이 가능하다. 또한, 개폐 밸브(2b)는 처리액 공급 유로(2a)의 개폐를 제어하는 밸브이고, 압축 공기 등의 공기가 공급되면 폐쇄 상태로부터 개방 상태가 된다. 이 공기의 공급은 제어 장치(4)에 의해 제어된다. 또한, 미소 기포 발생 부재(2c)는, 처리액 중에 미소 기포를 발생시키는 관통 구멍을 갖는 오리피스 부재이다. 이 미소 기포 발생 부재(2c)는, 관통 구멍을 통과하는 액체를 감압하여 개방하고, 감압 상태에서는 액체 중에 용존하고 있던 기체가 개방되는 것에 의해 기포로 되어 석출되어, 다량의 미소 기포를 발생시킨다. 이 다량의 미소 기포를 포함하는 액체가 처리액으로서 사용되게 된다.
여기서, 미소 기포는 마이크로버블(MB)이나 마이크로 나노버블(MNB), 나노버블(NB) 등의 개념을 포함하는 기포이다. 예컨대 마이크로버블은 10 ㎛∼수십 ㎛의 직경을 갖는 기포이고, 마이크로 나노버블은 수백 ㎚∼10 ㎛의 직경을 갖는 기포이며, 나노버블은 수백 ㎚ 이하의 직경을 갖는 기포이다.
또한 본 실시형태에서는, 전술한 미소 기포 발생 부재(2c)로서 오리피스 부재를 이용하고 있지만, 이것으로 한정되지 않고, 예컨대 벤투리관 등을 이용하는 것이 가능하고, 액체 중에 미소 기포를 발생시키는 것이 가능한 구조의 부재를 이용하면 좋으며, 그 구조가 특별히 한정되는 것은 아니다.
기액 혼합 유체 생성 장치(3)는, 탱크 등의 용기(3a)와, 그 용기(3a) 내에 액체를 공급하기 위한 액체 공급 유로(3b)와, 그 액체 공급 유로(3b)를 통과하는 액체에 기체를 혼합하는 기액 혼합기(3c)와, 용기(3a)의 내압을 조정하는 내압 조정부(3d)와, 용기(3a) 내 및 기액 혼합기(3c) 내에 기체를 공급하기 위한 기체 공급 유로(3e)와, 용기(3a) 내의 액체(기체가 용존한 액체)를 배출하기 위한 액체 배출 유로(3f)를 구비하고 있다.
용기(3a)는, 액체를 저류하는 용기이다. 이 용기(3a) 내에는, 액량을 검출하는 복수(예컨대 도 1에서는 2개)의 액량 검출 스위치(11, 12)가 설치되어 있다. 이들 액량 검출 스위치(11, 12)는 제어 장치(4)에 전기적으로 접속되어 있고, 그 검출 신호가 제어 장치(4)에 입력된다. 예컨대 액량 검출 스위치(11)는, 액량이 가득찬 상태인 정해진 양 이상이 되면, 온 상태가 되어 가득찬 상태를 알리기 위한 검출 신호를 제어 장치(4)에 송신한다. 또한, 액량 검출 스위치(12)는, 액량이 빈 상태인 정해진 양 이하가 되면, 온 상태가 되어 빈 상태를 알리기 위한 검출 신호를 제어 장치(4)에 송신한다. 또한, 용기(3a) 내에는, 액체 공급 유로(3b)로부터 공급되는 액체의 기세를 억제하는 판재(13)가 액체 공급 유로(3b)의 개구에 대향하여 설치되어 있다.
액체 공급 유로(3b)는, 액체 저류부[예컨대 공장 내에서 순수(DIW)를 저류하고 있는 액체 저류부 등]와 용기(3a)를 접속하는 유로이다. 이 액체 공급 유로(3b)의 일단이 용기(3a)의 하면(바닥면)에 접속되어 있고, 용기(3a) 내에 연통하고 있다. 또한 액체 공급 유로(3b)로서는, 예컨대 파이프나 튜브 등의 배관을 이용하는 것이 가능하다. 이러한 액체 공급 유로(3b)에는, 개폐 밸브(21)가 기액 혼합기(3c)보다 상류측에 설치되어 있고, 또한 체크 밸브(22)가 기액 혼합기(3c)보다 하류측에 설치되어 있다. 개폐 밸브(21)는 액체 공급 유로(3b)의 개폐를 제어하는 밸브이며, 압축 공기 등의 공기가 공급되면 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 된다. 이 공기의 공급은 제어 장치(4)에 의해 제어된다. 체크 밸브(22)는, 용기(3a)측으로부터 기액 혼합기(3c)에 액체가 역류하는 것을 방지하는 밸브이다.
기액 혼합기(3c)는, 액체 공급 유로(3b)의 유로 도중에 설치되어 있고, 그 내부를 통과하는 액체에, 기체 공급 유로(3e)를 통해 공급된 기체를 혼합하는 것이다. 이 기액 혼합기(3c)로서는, 예컨대 T자 관이나 아스피레이터 등을 이용하는 것이 가능하지만, 액체에 기체를 혼합하는 것이 가능한 구조이면 되고, 그 구조가 특별히 한정되는 것은 아니다.
내압 조정부(3d)는, 용기(3a) 내에 연통하고, 그 용기(3a) 내의 기체를 배기하는 기체 배출 유로(31)를 갖고 있다. 이 기체 배출 유로(31)에는, 개폐 밸브(32)나 스로틀 밸브(33)가 설치되어 있다. 개폐 밸브(32)는 기체 배출 유로(31)의 개폐를 제어하는 밸브이며, 압축 공기 등의 공기가 공급되면 폐쇄 상태로부터 개방 상태가 된다. 이 공기의 공급은 제어 장치(4)에 의해 제어된다. 스로틀 밸브(33)는, 기체 배출 유로(31)를 흐르는 기체의 유량을 조정하기 위한 밸브이다. 이 기체의 유량은, 개폐 밸브(32)가 개방 상태가 되면 용기(3a)의 내압이 원하는 내압이 되도록 정해진 값으로 설정되어 있다. 또한 원하는 내압은, 액체 공급 유로(3b) 내의 액체를 용기(3a)를 향해 미는 압력(예컨대 공장 내의 액체 저류부로부터 액체가 송액되는 경우의 송액력) 미만으로 설정되어 있다.
여기서, 용기(3a) 내에의 액체의 공급 시간(급수 시간)을 단축하기 위해서는, 용기(3a)의 내압과 송액력의 차를 크게 한다[예컨대 용기(3a)의 내압을 대기압(예컨대 0.1 MPa)으로 함]. 한편, 급수중, 기액 혼합기(3c)에 의해 액체에 포함된 기체의 용해량(즉 기체의 용해도)을 가능한 한 감소시키지 않고 유지하기 위해서는, 용기(3a)의 내압은 송액력보다 작고, 가능한 한 그 송액력에 가까운 압력인 것이 바람직하다. 예컨대 송액력이 0.2 MPa인 경우에는, 용기(3a)의 내압은 0.2 MPa보다 작고, 가능한 한 그 0.2 MPa에 가까운 압력인 것이 바람직하다.
이러한 내압 조정부(3d)에서는, 개폐 밸브(32)가 개방 상태가 되고, 기체 배출 유로(31)가 개방되면, 액체를 수용한 용기(3a) 내의 공간에 존재하는 기체가 기체 배출 유로(31)를 통해 배출된다. 이 때문에, 용기(3a)의 내압이, 액체 공급 유로(3b) 내의 액체를 용기(3a)를 향해 미는 압력 미만이 되고, 액체 공급 유로(3b) 내의 액체는 용기(3a) 내에 유입된다. 이와 같이 액체가 용기(3a) 내에 공급되게 된다. 또한 내압 조정부(3d)는 개폐 밸브(32)의 제어에 의해 용기(3a)를 밀폐 상태 및 개방 상태로 전환하는 것이 가능하다.
기체 공급 유로(3e)는, 기체 저류부[예컨대 공장 내에서 기체(Gas)를 저류하고 있는 기체 저류부]와, 용기(3a) 및 기액 혼합기(3c)를 접속하는 유로이다. 이 기체 공급 유로(3e)로서는, 예컨대 파이프나 튜브 등의 배관을 이용하는 것이 가능하다. 이러한 기체 공급 유로(3e)는, 도중에서 2개로 분기되고, 그 2개 중 한쪽의 제1 기체 공급 유로(3e1)가 용기(3a)에 접속되어 있으며, 다른 한쪽의 제2 기체 공급 유로(3e2)가 기액 혼합기(3c)에 접속되어 있다. 또한 제1 기체 공급 유로(3e1)의 일단이 용기(3a)의 상면(천정면)에 접속되어 있고, 용기(3a) 내에 연통하고 있다.
제1 기체 공급 유로(3e1)에는, 에어 레귤레이터(41)나 개폐 밸브(42)가 설치되어 있다. 에어 레귤레이터(41)는, 기체의 압력을 조정하기 위한 레귤레이터이며, 기체의 압력을 정해진 값(예컨대 0.4 MPa)으로 유지한다. 이 정해진 값은, 용기(3a) 내의 액체에 원하는 압력을 가하는 값으로 설정되어 있다. 개폐 밸브(42)는, 제1 기체 공급 유로(3e1)의 개폐를 제어하는 밸브이고, 압축 공기 등의 공기가 공급되면 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 된다. 이 공기의 공급은 제어 장치(4)에 의해 제어된다.
여기서, 용기(3a)가 밀폐 상태인 경우에, 개폐 밸브(42)가 개방되면, 기체가 제1 기체 공급 유로(3e1)를 통해, 액체를 수용한 용기(3a) 내의 공간에 유입된다. 이 때, 용기(3a) 내의 액체에는, 기체에 의한 압이 가해져, 용기(3a) 내의 액체의 압력이 상승한다. 이 가압에 의해, 액체에 대한 기체의 용해도가 증가하게 되고, 결과로서, 기체의 용해량이 증가하게 된다.
제2 기체 공급 유로(3e2)에는, 에어 레귤레이터(51)나 개폐 밸브(52), 스로틀 밸브(53), 유량계(54), 체크 밸브(55)가 설치되어 있다. 에어 레귤레이터(51)는, 기체의 압력을 조정하기 위한 레귤레이터이며, 기체의 압력을 정해진 값으로 유지한다. 개폐 밸브(52)는, 제2 기체 공급 유로(3e2)의 개폐를 제어하는 밸브이며, 압축 공기 등의 공기가 공급되면 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 된다. 이 공기의 공급은 제어 장치(4)에 의해 제어된다. 스로틀 밸브(53)는, 제2 기체 공급 유로(3e2)를 흐르는 기체의 유량을 조정하기 위한 밸브이다. 유량계(54)는, 제2 기체 공급 유로(3e2)를 흐르는 기체의 유량을 계측한다. 체크 밸브(55)는, 기액 혼합기(3c)측으로부터 유량계(54)에 액체가 역류하는 것을 방지하는 밸브이다. 또한 기체의 압력 및 유량은, 기액 혼합기(3c)에 의해 원하는 양의 기체가 액체중에 혼합되도록 정해진 값으로 설정되어 있다.
여기서, 기체로서는, 예컨대 공기, 또는 질소(N2) 등의 불활성가스, 또한 산소(O2) 등의 산화성가스 등의 각종 가스를 이용하는 것이 가능하다. 또한 본 실시형태에서는, 제1 기체 공급 유로(3e1)에 의해 용기(3a) 내에 직접 공급하는 기체와, 기액 혼합기(3c)에 공급하는 기체로서는, 동일한 종류의 기체를 이용하고 있지만, 이것으로 한정되지 않고, 상이한 종류의 기체를 이용하도록 하여도 좋다. 예컨대 용기(3a) 내에 직접 공급하는 기체로서는, 질소를 이용하여도 좋고, 기액 혼합기(3c)에 공급하는 기체로서는, 산소를 이용하도록 하여도 좋다.
액체 배출 유로(3f)는, 용기(3a) 내와 각 기판 처리 장치(2)를 접속하는 유로이다. 이 액체 배출 유로(3f)의 일단이 용기(3a)의 하면(바닥면)에 접속되어 있고, 용기(3a) 내에 연통하고 있다. 또한 액체 배출 유로(3f)로서는, 예컨대 파이프나 튜브 등의 배관을 이용하는 것이 가능하다. 이러한 액체 배출 유로(3f)에는, 각 기판 처리 장치(2)의 모든 처리액 공급 유로(2a)가 접속되어 있다. 이것에 의해, 용기(3a) 내의 가압 용해 후의 액체(기체가 용존한 액체, 즉 기액 혼합 유체)는 액체 배출 유로(3f)를 통해 각 기판 처리 장치(2)의 처리액 공급 유로(2a)에 유입하게 된다.
제어 장치(4)는, 각 부분을 집중적으로 제어하는 마이크로 컴퓨터 등의 제어부와, 기판 처리에 관한, 기판 처리 정보나 각종 프로그램 등을 기억하는 기억부를 구비하고 있다. 이 제어 장치(4)는, 기판 처리 정보나 각종 프로그램에 기초하여, 기액 혼합 유체 생성 장치(3)를 제어하고, 기액 혼합 유체를 생성하며, 그 생성한 기액 혼합 유체를 각 기판 처리 장치(2)에 공급하고, 각 기판 처리 장치(2)를 개별적으로 제어하여, 기판 처리를 행한다. 이 기판 처리에서는, 기판 처리 장치(2)의 개폐 밸브(2b)가 개방되면, 처리액 공급 유로(2a)가 개방 상태가 되고, 처리액은 그 처리액 공급 유로(2a)를 흘러, 그 일단의 개구로부터, 회전하는 처리 대상물(W)의 표면에 공급된다. 이 처리액은, 미소 기포 발생 부재(2c)를 통과하며, 다량의 미소 기포를 포함하는 액체이다.
여기서, 기액 혼합 유체 생성 장치(3)의 각 부분의 배치에 대해서 설명한다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 용기(3a)는 지지대(14)의 상면에 설치되어 있다. 이 용기(3a)의 상면에는, 각 개폐 밸브(32, 42, 52)가 일렬로 설치되고, 또한 각 에어 레귤레이터(41, 51)도 설치된다. 또한, 용기(3a)의 외주 근방에는, 유량계(54)가 설치된다. 지지대(14)의 하면(이면)에는, 기액 혼합기(3c) 및 개폐 밸브(21)가 설치된다. 이들 각 부는 각 유로, 즉 액체 공급 유로(3b), 기체 공급 유로(3e)[제1 기체 공급 유로(3e1) 및 제2 기체 공급 유로(3e2)] 및 액체 배출 유로(3f)에 의해 접속된다. 이와 같이 하여 기액 혼합 유체 생성 장치(3)가 구성된다.
다음에, 전술한 처리 장치(1)가 행하는 처리 동작, 즉 미소 기포 발생 동작(기액 혼합 유체 생성 동작도 포함)에 대해서 설명한다. 또한 설명의 간략화를 위해, 개폐 밸브(21)를 개폐 밸브(V1)로 하고, 개폐 밸브(52)를 개폐 밸브(V2)로 하며, 개폐 밸브(32)를 개폐 밸브(V3)로 하고, 개폐 밸브(42)를 개폐 밸브(V4)로 하며, 각 개폐 밸브(2b)를 개폐 밸브(V5)로서 설명한다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 각 개폐 밸브(V1∼V5)의 개폐가 제어되어, 급수, 가압 및 송액이 순서대로 실행된다. 또한 각 개폐 밸브(V1∼V5)는 제어 장치(4)에 의한 공기의 공급 제어에 따라 개방 상태와 폐쇄 상태로 전환된다.
우선, 급수에서는, 각 개폐 밸브(V1, V2, V3)가 개방되고, 각 개폐 밸브(V4, V5)가 폐쇄된다(도 1 및 도 3 참조). 개폐 밸브(V3)가 개방되면, 기체 배출 유로(31)가 개방 상태가 되어, 액체를 수용한 용기(3a) 내의 공간의 기체가 기체 배출 유로(31)를 통해 배출된다. 이것에 의해, 용기(3a) 내의 내압은 원하는 내압까지 감압되고, 이 감압에 의해 액체가 액체 공급 유로(3b)를 흐른다. 또한 개폐 밸브(V3)와 동시에 개폐 밸브(V2)가 개방되면, 제2 기체 공급 유로(3e2)가 개방 상태가 되어, 기체가 제2 기체 공급 유로(3e2)를 통해 기액 혼합기(3c)에 공급된다. 이 때, 액체는 액체 공급 유로(3b)를 흘러, 기액 혼합기(3c)를 통과하기 때문에, 그 기액 혼합기(3c)에 의해 액체에는 기체가 용해되고, 그 후, 기체가 용존한 액체가 용기(3a) 내에 유입된다. 그 액체가 용기(3a) 내에 정해진 양(액량이 가득찬 상태인 정해진 양) 이상으로 공급되면, 액량 검출 스위치(11)가 온 상태가 되고, 검출 신호가 제어 장치(4)에 송신된다. 이것에 따라, 제어 장치(4)는 급수가 완료한 것을 판단하고, 다음의 가압을 행한다.
가압에서는, 각 개폐 밸브(V1, V2, V3)가 폐쇄되고, 개폐 밸브(V4)가 개방되며, 개폐 밸브(V5)는 폐쇄 상태로 유지된다(도 1 및 도 3 참조). 개폐 밸브(V3)가 폐쇄되면, 용기(3a)는 밀폐 상태가 되고, 개폐 밸브(V4)가 개방되면, 제1 기체 공급 유로(3e1)가 개방 상태가 되어, 기체가 제1 기체 공급 유로(3e1)를 통해, 액체를 수용한 용기(3a) 내의 공간에 유입된다. 이 때, 용기(3a) 내의 액체에는, 기체에 의한 압이 가해져, 용기(3a) 내의 액체의 압력이 상승하기 때문에, 액체에 대한 기체의 용해도, 즉 기체의 용해량이 증가하게 된다. 이 가압 용해에 의해, 기체의 용해량이 증가한 액체(기액 혼합 유체)를 얻는 것이 가능해진다. 제어 장치(4)는 가압 시작으로부터 정해진 시간이 경과했는지의 여부를 판단하여, 가압 시작으로부터 정해진 시간 경과했다고 판단한 경우, 액체 배출 유로(3f)에 송액한다.
송액에서는, 각 개폐 밸브(V1, V2, V3)는 폐쇄 상태로 유지되고, 개폐 밸브(V4)가 개방 상태로 유지되며, 각 개폐 밸브(V5)가 개별적으로 개방된다(도 1 및 도 3 참조). 용기(3a) 내의 가압 용해 후의 액체, 즉 기액 혼합 유체는, 용기(3a) 내의 공간에 공급된 기체의 압력에 의해, 액체 배출 유로(3f)를 통해, 각 기판 처리 장치(2)의 처리액 공급 유로(2a)에 유입된다. 개폐 밸브(V5)가 개방되면, 처리액 공급 유로(2a)는 개방 상태가 되어, 그 처리액 공급 유로(2a)에 유입된 액체는 미소 기포 발생 부재(2c)를 통과하고, 처리액 공급 유로(2a)의 개구로부터 토출되며, 처리 대상물(W)의 표면에 공급된다. 단, 액체가 미소 기포 발생 부재(2c)를 통과할 때는, 관통 구멍을 통과하는 액체가 감압되어 개방되고, 감압 상태에서는 액체중에 용존하고 있던 기체가 개방되는 것에 의해 기포로 되어 석출되어, 다량의 미소 기포가 발생한다. 이 다량의 미소 기포를 포함하는 액체가 처리액으로서 처리액 공급 유로(2a)의 개구로부터 토출된다.
또한, 미소 기포 발생 부재(2c)와 처리액 공급 유로(2a)의 개구의 이격 거리, 즉 그 부분의 배관 길이를 조정하는 것에 의해, 개구로부터 토출되는 미소 기포의 크기를 조정하는 것이 가능하다. 예컨대 그 배관 길이를 길게 하면, 처리액 공급 유로(2a)의 개구로부터 토출되는 액체의 미소 기포의 크기를 크게 하는 것이 가능하다. 이것은, 미소 기포를 포함하는 액체가 처리액 공급 유로(2a)를 한창 흐르는 중에, 그 미소 기포끼리가 달라붙어 일체가 되는 경우가 있기 때문이다. 한편, 배관 길이를 짧게 하면, 처리액 공급 유로(2a)의 개구로부터 토출되는 액체의 미소 기포의 크기를 발생시의 작은 사이즈와 같은 정도로 유지할 수 있다.
또한, 기액 혼합기(3c)에 공급되는 기체의 압력이, 공급되는 액체의 압력보다 큰 경우에는, 기체의 압력에 의해 액체가 자동으로 인입되어, 자동 급수를 실현하는 것이 가능하고, 개폐 밸브(21) 및 개폐 밸브(52)는 불필요해지기 때문에, 구성을 간략화할 수 있다.
여기서, 전술한 급수 및 가압(가압 용해)을 실행하는 타이밍에 대해서 설명한다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 각 기판 처리 장치(2)(예컨대 제1 내지 제4의 4대)는 순차 세정 및 건조를 반복한다. 이 때, 각 기판 처리 장치(2)에서는, 세정 시작 타이밍이 정해진 시간만큼 순차 어긋나 있지만, 세정 시간 및 건조 시간은 동일하다. 또한, 처리 대상물(W), 예컨대 웨이퍼의 출납(웨이퍼 출입)이나 착탈(척 고정 및 척 고정 해제) 등에 요하는 시간도 동일하다.
우선, 처리 완료된 웨이퍼가 기판 처리 장치(2) 내로부터 반출되고, 다음에, 처리 전의 웨이퍼가 기판 처리 장치(2) 내에 반입되어, 흡착 기구나 정전 기구 등의 고정 기구에 의해 스테이지 위에 고정된다(척 고정). 그 후, 스테이지가 평면 내에서 회전하고, 전술한 미소 기포를 포함하는 액체가 처리액으로서 스테이지 위의 웨이퍼 표면에 공급되어, 웨이퍼의 세정이 행해진다. 정해진 세정 시간 후, 스테이지의 회전이 유지된 상태로, 처리액의 공급이 멈춰지고, 스테이지의 회전에 의한 웨이퍼의 건조가 행해진다. 정해진 건조 시간 후, 스테이지의 회전이 멈춰진다. 이러한 세정 및 건조가, 웨이퍼의 출납(웨이퍼 출입) 및 착탈(척 고정 및 척 고정 해제)을 통해 반복된다.
여기서, 전술한 세정이 각 기판 처리 장치(2)에 의해 한창 행해지고 있는 중에는, 각 기판 처리 장치(2)에 대하여 기액 혼합 유체를 공급해야 하기 때문에, 제1 기판 처리 장치(2)의 세정 시작(처리 시작)부터 제4 기판 처리 장치(2)의 세정 종료(처리 종료)까지의 세정 기간(처리 기간)에는, 기액 혼합 유체가 각 기판 처리 장치(2)에 공급되고, 전술한 급수 및 가압 용해는 실행되지 않는다. 한편, 제4 기판 처리 장치(2)의 세정 종료부터 다음의 제1 기판 처리 장치(2)의 세정 시작까지의 기간에서는, 기액 혼합 유체의 생성, 즉 급수 및 가압 용해가 실행된다. 그 후, 다시, 제1 기판 처리 장치(2)의 세정 시작부터 제4 기판 처리 장치(2)의 세정 종료까지의 세정 기간에서는, 전술한 바와 마찬가지로, 기액 혼합 유체가 각 기판 처리 장치(2)에 공급되고, 전술한 급수 및 가압 용해는 실행되지 않는다. 이와 같이, 기액 혼합 유체의 공급과, 기액 혼합 유체의 생성(급수 및 가압 용해)이 반복된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 용기(3a)를 개방 상태로 하여 그 용기(3a)의 내압을, 액체 공급 유로(3b) 내의 액체를 용기(3a)를 향해 미는 압력 미만으로 하고, 그 후, 액체가 공급된 밀폐 상태의 용기(3a) 내의 공간에 기체를 공급한다. 즉, 내압 조정부(3d)에 의해 용기(3a)가 개방 상태로 되면, 용기(3a)의 내압이, 액체 공급 유로(3b) 내의 액체를 용기(3a)를 향해 미는 압력 미만으로 된다. 이것에 의해, 기체가 용존한 액체가 액체 공급 유로(3b)를 통해 용기(3a) 내에 공급된다. 그 후, 전술한 액체가 공급된 밀폐 상태의 용기(3a) 내의 공간에, 기체가 제1 기체 공급 유로(3e1)를 통해 공급된다. 이것에 의해, 용기(3a) 내의 액체에는, 기체에 의한 압이 가해져, 용기(3a) 내의 액체의 압력이 상승한다. 이 때문에, 액체에 대한 기체의 용해도가 증가하게 되고, 결과로서, 기체의 용해량이 증가하기 때문에, 액체에 대한 기체의 용해 효율을 향상시킬 수 있다.
특히, 내압 조정부(3d)에 의한 용기(3a)의 내압 조정에 의해, 액체가 용기(3a) 내에 공급되기 때문에, 용기(3a) 내에 액체를 보내기 위한 고압 펌프가 불필요해져, 최저한의 압력으로 액체를 용기(3a) 내에 공급하고, 그 용기(3a) 내의 액체에 기체를 용해시킬 수 있다. 또한, 고압 펌프가 불필요해지기 때문에, 비용을 억제할 수 있고, 또한 송액시의 맥동을 억제하며, 그 맥동에 의한 다른 장치 등의 손상을 방지하는 것이 가능해지고, 맥동에 의한 액공급의 불균일을 방지하는 것이 가능해진다. 추가로, 고압 펌프가 갖는 구동 부분이 존재하지 않기 때문에, 소모품이 발생하는 것을 방지하여, 메인터넌스의 저감을 실현할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 내압 조정부(3d)에 의한 용기(3a)의 내압 조정에 의해, 펌프 없이 용기(3a) 내에 액체를 공급하는 것이 가능하지만, 송액을 위해, 내압 조정에 더하여, 펌프를 이용하도록 하여도 좋다. 이 경우에는, 고압 펌프 이외의 최저한의 것, 예컨대 저압의 펌프를 이용하는 것이 가능해진다. 이 때도, 송액시의 맥동이 억제되기 때문에, 그 맥동에 의한 펌프의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 제1 기체 공급 유로(3e1)로부터 용기(3a) 내의 공간에 유입된 기체에 의해, 액체 배출 유로(3f)로부터 용기(3a) 내의 액체를 배출시키기 때문에, 용기(3a) 내의 액체는 기체에 의한 압에 의해 액체 배출 유로(3f)를 흐르게 되므로, 용기(3a) 내의 액체를 송액하기 위한 고압 펌프 등이 불필요해진다. 이것에 의해, 비용을 억제할 수 있고, 또한 고압 펌프에 의한 맥동을 방지할 수 있다. 추가로, 고압 펌프가 갖는 구동 부분이 존재하지 않기 때문에, 소모품이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 기체의 공급 시작으로부터 정해진 시간이 경과했는지의 여부를 판단하는 판단부로서 기능하는 제어 장치(4)를 설치하고, 그 제어 장치(4)에 의해 기체의 공급 시작으로부터 정해진 시간이 경과했다고 판단된 경우, 제1 기체 공급 유로(3e1)로부터 용기(3a) 내의 공간에 유입된 기체에 의해, 액체 배출 유로(3f)로부터 용기(3a) 내의 액체를 배출시키기 때문에, 용기(3a) 내의 액체에는 기체에 의한 압이 충분히 가해져, 액체에 대한 기체의 용해도, 즉 기체의 용해량이 확실하게 증가하게 된다. 이것에 의해, 기체의 용해량이 증가한 액체를 확실하게 얻는 것이 가능해지기 때문에, 미소 기포 발생 부재(2c)에 의해 액체중에 미소 기포를 원하는 양으로 발생시킬 수 있다.
또한, 내압 조정부(3d)는, 용기(3a) 내의 액체가 공급되는 복수의 처리 대상물(W) 중 최후의 처리 완료로부터 다음의 최초의 처리 시작까지의 사이에, 용기(3a)를 개방 상태로 하여 용기(3a)의 내압을, 액체 공급 유로(3b) 내의 액체를 용기(3a)를 향해 미는 압력보다 작게 하기 때문에, 전술한 최후의 처리 완료로부터 다음의 최초의 처리 시작까지의 사이에, 기체가 용존한 액체가 액체 공급 유로(3b)를 통해 용기(3a) 내에 공급된다. 이것에 의해, 급수를 위해 용기(3a)에서의 처리를 정지하지 않아도 되므로, 전체 처리 시간을 단축할 수 있다.
또한, 액체 공급 유로(3b)를 흐르는 액체에 용존한 기체와, 제1 기체 공급 유로(3e1)를 흐르는 기체로서, 상이한 종류의 기체를 이용한 경우에는, 용도에 따라서, 처리액으로서 이용하는 액체에 여러 가지 기체를 용해시킬 수 있다.
또한 전술한 실시형태에서는, 기판 처리 장치(2)를 예로 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 그 기판 처리 장치(2) 대신에 가공 장치나 정화 장치(예컨대 배경기술에 기재한 바와 같은 가공 장치나 정화 장치)여도 좋다.
또한, 액체 공급 유로(3b) 내로부터 액체가 공급될 때의 용기(3a)의 내압은, 전술한 바와 같이, 기체의 용해도를 가능한 한 감소시키지 않고 유지하기 때문에, 송액되는 힘 미만이며, 그 송액력에 가까운 압력인 것이 바람직하다. 그러나, 그 내압은, 액체 공급로(3b)의 액체를 용기(3a)를 향해 미는 압력 미만이면 되고, 용기(3a)를 개방한 상태로 액공급을 하여도 좋다.
이상, 본 발명의 일 실시형태를 설명했지만, 이 실시형태는, 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것으로 의도되지 않는다. 이들 신규한 실시형태는, 그 외 여러 가지 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 여러 가지의 생략, 치환, 변경을 할 수 있다. 이들 실시형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함되고, 특허청구범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.

Claims (8)

  1. 용기와,
    상기 용기 내에 연통하고, 기체가 용존한 액체를 상기 용기 내에 공급하기 위한 액체 공급 유로와,
    상기 용기를 밀폐 상태 및 개방 상태로 전환할 수 있으며, 상기 액체 공급 유로로부터 상기 용기에 송액하는 동안, 상기 용기를 개방 상태로 하여 상기 용기의 내압을, 상기 액체 공급 유로 내의 상기 액체를 상기 용기를 향해 미는 압력 미만으로 하는 내압 조정부와,
    상기 용기 내에 연통하고, 상기 액체가 공급된 밀폐 상태의 상기 용기 내의 공간에 기체를 공급하기 위한 기체 공급 유로
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 기액 혼합 유체 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 용기 내에 연통하고, 상기 용기 내의 상기 액체를 배출하기 위한 액체 배출 유로를 구비하며,
    상기 기체 공급 유로로부터 상기 용기 내의 공간에 유입된 상기 기체에 의해, 상기 액체 배출 유로로부터 상기 용기 내의 상기 액체를 배출시키는 것을 특징으로 하는 기액 혼합 유체 생성 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 기체의 공급 시작으로부터 정해진 시간이 경과했는지의 여부를 판단하는 판단부를 구비하고,
    상기 판단부에 의해 상기 기체의 공급 시작으로부터 상기 정해진 시간이 경과했다고 판단된 경우, 상기 기체 공급 유로로부터 상기 용기 내의 공간에 유입된 상기 기체에 의해, 상기 액체 배출 유로로부터 상기 용기 내의 상기 액체를 배출시키는 것을 특징으로 하는 기액 혼합 유체 생성 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내압 조정부는, 상기 용기 내의 상기 액체에 의해 처리되는 복수의 처리 대상물 중 최후의 처리 완료부터 다음의 최초의 처리 시작까지의 사이에, 상기 용기를 개방 상태로 하여 상기 용기의 내압을, 상기 액체 공급 유로 내의 상기 액체를 상기 용기를 향해 미는 압력보다 작게 하는 것을 특징으로 하는 기액 혼합 유체 생성 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 공급 유로를 흐르는 상기 액체에 용존하는 상기 기체와, 상기 기체 공급 유로를 흐르는 상기 기체는, 상이한 종류의 기체인 것을 특징으로 하는 기액 혼합 유체 생성 장치.
  6. 기체가 용존한 액체를 공급하기 위한 액체 공급 유로가 연통하는 용기를 개방 상태로 하여 상기 용기의 내압을, 상기 액체 공급 유로 내의 상기 액체를 상기 용기를 향해 미는 압력 미만으로 하여, 상기 용기 내에 상기 액체를 공급하는 공정과,
    상기 액체를 공급한 개방 상태의 상기 용기를 밀폐 상태로 하는 공정과,
    상기 액체를 공급한 밀폐 상태의 상기 용기 내의 공간에 기체를 공급하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 기액 혼합 유체 생성 방법.
  7. 용기와,
    상기 용기 내에 연통하고, 기체가 용존한 액체를 상기 용기 내에 공급하기 위한 액체 공급 유로와,
    상기 용기를 밀폐 상태 및 개방 상태로 전환할 수 있으며, 상기 액체 공급 유로로부터 상기 용기에 송액하는 동안, 상기 용기를 개방 상태로 하여 상기 용기의 내압을, 상기 액체 공급 유로 내의 상기 액체를 상기 용기를 향해 미는 압력 미만으로 하는 내압 조정부와,
    상기 용기 내에 연통하고, 상기 액체가 공급된 밀폐 상태의 상기 용기 내의 공간에 기체를 공급하기 위한 기체 공급 유로와,
    상기 용기 내에 연통하고, 상기 용기 내의 상기 액체를 처리 대상물에 공급하기 위한 처리액 공급 유로
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  8. 기체가 용존한 액체를 공급하기 위한 액체 공급 유로가 연통하는 용기를 개방 상태로 하여 상기 용기의 내압을, 상기 액체 공급 유로 내의 상기 액체를 상기 용기를 향해 미는 압력 미만으로 하여, 상기 용기 내에 상기 액체를 공급하는 공정과,
    상기 액체를 공급한 개방 상태의 상기 용기를 밀폐 상태로 하는 공정과,
    상기 액체를 공급한 밀폐 상태의 상기 용기 내의 공간에 기체를 공급하는 공정과,
    상기 기체를 공급한 상기 용기 내의 상기 액체를 처리 대상물에 공급하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
KR1020120061309A 2011-07-07 2012-06-08 기액 혼합 유체 생성 장치, 기액 혼합 유체 생성 방법, 처리 장치 및 처리 방법 KR101385412B1 (ko)

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