バブリング装置及び方法
【課題】ミスト成分が十分に除去された液体原料の蒸気を生成することが可能なバブリング装置を提供する。
【解決手段】バブリング装置１０は、液体原料１７を収容する容器１１と、液体原料１７が供給される液体原料供給口１２と、キャリアガスが供給されるキャリアガス供給口１３と、容器１１内のガスを排出するガス排出口１４と、キャリアガスを用いて液体原料１７をバブリングさせる下部フィルタ１５と、バブリングによって得られた液体原料１７の蒸気を含むキャリアガスから液体原料１７のミスト成分を除去する上部フィルタ１６とを備えている。
【解決手段】バブリング装置１０は、液体原料１７を収容する容器１１と、液体原料１７が供給される液体原料供給口１２と、キャリアガスが供給されるキャリアガス供給口１３と、容器１１内のガスを排出するガス排出口１４と、キャリアガスを用いて液体原料１７をバブリングさせる下部フィルタ１５と、バブリングによって得られた液体原料１７の蒸気を含むキャリアガスから液体原料１７のミスト成分を除去する上部フィルタ１６とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バブリング装置及び方法に関し、特に、フッ酸等の液体原料を気化させるためのバブリング装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウェーハの洗浄にはフッ酸（ＨＦ）が用いられている。一般にフッ酸を用いた洗浄ではフッ化水素の水溶液が用いられるが、表面張力等の問題から微小欠陥内の洗浄が非常に難しい。洗浄が不十分であると、微細構造におけるＨＦ洗浄／エッチング処理ができないという問題がある。そこで最近は、フッ酸の蒸気（フッ化水素ガス）を用いてウェーハを洗浄する試みがなされている。
【０００３】
液体原料を蒸発させる方法の一つとしてバブリングが知られている。例えば特許文献１では、高粘性の液体原料をキャリアガスに同伴させて大流量でＣＶＤ装置に供給する方法が提案されている。液体原料をバブリング容器に封入し、容器内の圧力を大気圧以下に保った状態で液体原料中に設けられたノズルからキャリアガスを吹き込み、液体原料内に溶解させた後、微小な気泡として発生させ、キャリアガスに原料を同伴させる。
【０００４】
また特許文献２及び３には、液体原料の気化装置が開示されている。特許文献２に記載の装置は導入パイプの先端部に取り付けられたバブリングノズルを備えている。バブリングノズルは複数の細管によって構成され、略均等間隔かつ放射状に配置されているので、きめ細かい気泡を連続的かつ均一に発生させることができ、液体原料の気化効率を向上させることができる。また特許文献３に記載の装置はバブリング室と静止液面室との間に設けられた仕切り板を備えている。静止液面室の液面はバブリング中であっても仕切り板によって波立たず、センサによって液面レベルを正確に検知できる。
【０００５】
特許文献４には、キャリアガスを用いたバブリングによる液体原料（液体化学品）の気化をモニタする方法が開示されている。この方法は、液体原料が収容されるコンテナへ移相されるキャリアガスの圧力の順々の値を求める決定ステップと、この決定ステップで求められたキャリアガスの圧力の順々の値に基づき、液体原料から蒸気の質量流量を算出する計算ステップを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２４４１２１号公報
【特許文献２】特開平６−２６７８５２号公報
【特許文献３】特開平７−１４７７０号公報
【特許文献４】特表２００１−５１５２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来のバブリング方法はいずれもフッ酸を対象とするものではないが、これらの方法を用いてフッ酸をバブリングする場合、フッ酸を高濃度で気化させることが難しいという問題がある。また、バブリングはフッ酸の蒸気のみならずミストを発生させるため、キャリアガスがフッ酸のミスト成分を含んだ状態のまま洗浄プロセスに移送されてしまうおそれがある。キャリアガスがフッ酸のミストを含んでいると、ウェーハに付着したミストにフッ酸の蒸気がさらに溶け込み、ミスト中のフッ酸の濃度が非常に高くなり、ウェーハが不均一に洗浄されるという問題がある。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、フッ酸等の液体原料を蒸発させて、ミスト成分が除去された高濃度な蒸気を安定して発生させることが可能なバブリング装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明によるバブリング装置は、液体原料を収容する容器と、キャリアガスを用いて前記液体原料をバブリングさせる第１フィルタと、前記バブリングによって前記容器内で気化した原料及び前記液体原料のミスト成分を含むキャリアガスから前記液体原料のミスト成分を除去する第２フィルタとを備え、前記容器は、前記液体原料が供給される液体原料供給口と、前記キャリアガスが供給されるキャリアガス供給口と、前記ミスト成分が除去された前記キャリアガスをガス排出口とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による液体原料のバブリング方法は、容器内の液体原料に浸漬された第１フィルタにキャリアガスを送り込むことにより前記液体原料をバブリングさせ、前記バブリングによって得られた前記液体原料の蒸気を含むキャリアガスを前記容器から取り出す際、第２フィルタを用いて前記液体原料のミスト成分を除去することを特徴とする。
【００１１】
本発明において、前記容器は、垂直方向に細長い円筒形状を有し、前記第１フィルタは、前記容器内の下端部に設けられており、前記第２フィルタは、前記容器内の上端部に設けられていることが好ましい。この構成によれば、キャリアガスの気泡がフッ酸液中を浮上して液面に達するまでの距離を十分に確保することができると共に、容器内の上部に十分なガス収容スペースを確保することができる。さらに、液面から第２フィルタまでの距離を十分に確保することができる。よって、ミスト濃度の薄い空間で第２フィルタによるミスト除去を行うことができ、第２フィルタの負荷を軽減することができる。
【００１２】
本発明において、第１フィルタは、ポアサイズが１μｍ以下のフッ素系樹脂製フィルタであることが好ましく、第２フィルタもまた、ポアサイズが１μｍ以下のフッ素系樹脂製フィルタであることが好ましい。このようなフィルタを用いた場合、フッ酸内で非常に微細な気泡を発生させることができ、フッ酸を高濃度で気化させることができる。
【００１３】
本発明において、第１及び第２フィルタは同一の形状、構造及びサイズを有することが好ましい。この構成によれば、部品の共通化が可能であり、低コストで安定した運用が期待できる。
【００１４】
本発明によるバブリング装置は、容器内の液体原料の液面レベルを検出するレベルセンサをさらに備えることが好ましい。この場合において、前記レベルセンサは、バブリング中における前記液面レベルの最適範囲の下限レベルを検出する第１レベルセンサと、バブリング中における前記液面レベルの最適範囲の上限レベルを検出する第２レベルセンサと、前記第１レベルセンサよりも下方に位置する第３レベルセンサと、前記第２レベルセンサよりも上方に位置する第４レベルセンサとを備えることが好ましい。さらに、前記第３レベルセンサは前記第１フィルタよりも上方に位置することが好ましく、前記第４レベルセンサは前記第２フィルタよりも下方に位置することが好ましい。この構成によれば、バブリング中における液面レベルを常に最適範囲に維持することができ、信頼性の高い液面レベルの監視体制を確保することできる。
【００１５】
本発明によるバブリング装置は、前記容器内に供給される液体原料の濃度及びバブリングによって前記容器内に充満する液体原料のミストの濃度を測定する濃度計をさらに備えることが好ましい。この構成によれば、バブリング開始前のフッ酸液の濃度やバブリングによってガスを発生させた後のフッ酸液の濃度変化を測定することができ、バブリング処理の信頼性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、フッ酸等の液体原料を気化させて、ミスト成分が除去された高濃度な原料ガスを安定して発生させることが可能なバブリング装置及び方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の好ましい実施形態によるバブリング装置の主要部の構成を示す略斜視図である。
【図２】図１に示したバブリング装置１０の側面断面図である。
【図３】バブリング装置１０のシステム全体を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の好ましい実施形態によるバブリング装置１０の主要部の構成を示す略斜視図である。また図２は、図１に示したバブリング装置１０の側面断面図である。
【００２０】
図１及び図２に示すように、このバブリング装置１０は、フッ酸液１７が収容される容器１１と、容器１１内にフッ酸液１７を供給するための液体原料供給口１２と、容器１１内にキャリアガスを供給するためのキャリアガス供給口１３と、容器１１内で発生したフッ酸の蒸気（フッ化水素ガス）をキャリアガスと共に排出するためのガス排出口１４と、容器１１内の下端部に設けられた下部フィルタ１５（第１フィルタ）と、容器１１内の上端部に設けられた上部フィルタ１６（第２フィルタ）とを備えている。
【００２１】
容器１１は垂直方向に細長い円筒形状を有し、支持台１１ａ上に設置されている。容器１１の高さが十分に高ければ容器１１の上方においてフッ酸のミスト成分が少ないガス雰囲気を得ることができるが、高すぎると装置が大型化するため好ましくない。よって容器１１の高さは１〜３ｍ程度であることが好ましい。
【００２２】
液体原料供給口１２は容器１１の下端部の側面に設けられており、液体原料供給口１２から供給されるフッ酸液１７は容器１１内にチャージされる。キャリアガス供給口１３は容器１１の下端部であって容器１１の中心軸から見て液体原料供給口１２とは反対側の側面に設けられている。キャリアガス供給口１３は容器１１内に設けられた下部フィルタ１５に接続されており、キャリアガス供給口１３より供給されるキャリアガスは必ず下部フィルタ１５を経由して容器１１内に供給される。キャリアガスとしてはＮ２ガスが好ましいが、Ｈ２ガス、Ａｒガス等の他の不活性ガスを用いてもよい。
【００２３】
下部フィルタ１５は容器１１内の下端部に設けられている。下部フィルタ１５は、キャリアガス供給口１３から注入されるキャリアガスをきめ細かな気泡に変換して容器１１内のフッ酸液１７中に放出する。下部フィルタ１５は耐薬品性（耐フッ酸性）に優れたフッ素樹脂製メンブレンフィルタであることが好ましい。特に、ポアサイズが１μｍ以下のＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）のろ材を用いることが好ましい。ＰＴＦＥのろ材は極めて微細な連続多孔質体であることから、キャリアガスを非常に微細な気泡に変換することができる。
【００２４】
上部フィルタ１６は容器１１内の上端部に設けられている。上部フィルタ１６は、ガス排出口１４に送り出されるフッ化水素ガスを含むキャリアガスに含まれるフッ酸のミストを除去し、フッ酸の蒸気を含むキャリアガスのみをガス排出口１４に送り込む。上部フィルタ１６は、耐薬品性（耐フッ酸性）に優れたフッ素樹脂製メンブレンフィルタであることが好ましい。特に、ポアサイズが１μｍ以下のＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）のろ材を用いることが好ましい。ポアサイズが１μｍ以下であればフッ酸のミストを確実に除去することができ、しかも下部フィルタ１５と共通のろ材を使用することができる。
【００２５】
下部フィルタ１５及び上部フィルタ１６を通過可能なガスの流量は５０〜２００ＮＬ／ｍｉｎ程度であることが好ましい。流量範囲はプロセスとの兼ね合いで適宜決定されるが、ある程度の流量を確保できないとフッ酸の蒸気を充分に供給できないからである。そのためには、ポアサイズが極端に小さくないほうがよく、ポアサイズのみならずフィルタ面積を考慮する必要があるが、例えば、半径約６０ｍｍ、高さ約７６ｍｍ（約３インチ）の円筒形のフィルタの場合、０．１μｍ以上のポアサイズであれば上記流量の確保が可能である。
【００２６】
本実施形態においては、上部フィルタ１６は下部フィルタ１５と同一製品（形状、構造及びサイズが同一）であることが特に好ましい。下部フィルタ１５と上部フィルタ１６の使用目的は異なるが、上記のフッ素樹脂製メンブレンフィルタを用いた場合には同一製品を用いて異なる目的を達成することができる。よって、部品の共通化が可能であり、低コストで安定した運用が期待できる。
【００２７】
ガス排出口１４は容器１１の上端部の側面に設けられている。キャリアガスは必ず上部フィルタ１６を経由してガス排出口１４に供給され、ガス排出口１４から容器１１の外部に排出され、図示しないプロセスチャンバーに移送される。プロセスチャンバーではウェーハの洗浄等の各種プロセスが実施される。
【００２８】
図３は、バブリング装置１０を含むバブリングシステム全体の構成を示すブロック図である。
【００２９】
図３に示すように、このバブリングシステムは、本実施形態によるバブリング装置１０と、フッ酸液が蓄えられた薬液タンク２０と、キャリアガスが蓄えられたキャリアガスタンク３０と、フッ酸の濃度を測定するＨＦ濃度計４０とを備えている。薬液タンク２０は、ポンプ２１及びバルブ２２を介してバブリング装置１０の液体原料供給口１２に接続されており、フッ酸液の供給量はポンプ２１及びバルブ２２の動作によって制御される。キャリアガスタンク３０は、レギュレータ３１及びマスフローコントローラ３２を介してキャリアガス供給口１３に接続されており、キャリアガスタンク３０から圧送されてくるキャリアガスの流量はマスフローコントローラ３２によって制御される。
【００３０】
バブリング装置１０内のフッ酸液の液面レベル１７Ｓはレベルセンサ２５〜２８によって監視されている。配管２９の両端はバブリング装置１０の上端部及び下端部（フッ酸液供給系統）にそれぞれ接続されており、配管２９内のフッ酸液の液面レベルは容器１１内の液面レベル１７Ｓと一致している。配管２９の適所に設けられたレベルセンサ２５〜２８は、フッ酸液の液面の最低レベル、最適範囲の下限レベル、最適範囲の上限レベル、最高レベルをそれぞれ監視する。特に、レベルセンサ２５は下部フィルタ１５よりも少し上方に位置し、下部フィルタ１５がフッ酸液に完全に浸漬されているかの判定に用いられる。またレベルセンサ２８は、ＨＦ濃度計４０と容器１１とを接続する配管４１の容器１１側の接続位置４１ａとほぼ同じ高さに設けられており、ＨＦ濃度計４０によるフッ酸蒸気含有ガスの濃度測定が可能か否かの判定に用いられる。
【００３１】
レベルセンサ２５〜２８の出力信号は、システム全体を制御する制御盤（不図示）に供給され、制御盤はレベルセンサ２５〜２８の検出結果に基づいてポンプ２１及びバルブ２２の動作を制御し、これによりフッ酸液の供給量を制御する。フッ酸液の液面レベルがレベルセンサ２６を下回った場合、液体原料供給口１２からフッ酸液が追加チャージされ、追加チャージによって液面レベルがレベルセンサ２７を上回った場合、追加チャージが停止される。したがって、バブリング中において液面レベルを一定範囲内に維持することができる。
【００３２】
液面レベルの制御は基本的に中間の２つのレベルセンサ２６、２７を用いれば足りるが、もしレベルセンサ２６、２７が正常に動作しなかった場合には、容器１１中のフッ酸液が不足したり容器１１から溢れたりすることが考えられる。このような不測の事態を防止するため、レベルセンサ２５、２８を設けて信頼性の向上を図っている。
【００３３】
ＨＦ濃度計４０は、配管４１を介して容器１１の上部空間に接続されており、さらに配管４３を介してフッ酸液供給系統に接続されている。そのため、ＨＦ濃度計４０は、容器１１内に充満するフッ酸液のミストの濃度と、薬液タンク２０から容器１１内に供給されるフッ酸液の濃度の両方を測定可能である。これにより、ガスを発生させた後のフッ酸液の濃度変化を測定することができる。また特に、配管内を純水で置換（洗浄）した後にフッ酸液を流したとき、配管内に残った純水によってフッ酸液の濃度が変化することも考えられる。このような不測の状況を確実に把握するため、容器１１内に供給されるフッ酸液の濃度の測定も可能としている。
【００３４】
容器１１内のフッ酸液のミストの濃度を測定する場合、バルブ４４を閉じた状態でバルブ４２を開放して配管４１から容器１１内のミスト成分を取り込む。また、フッ酸液の濃度を測定する場合、バルブ４２を閉じた状態でバルブ４４を開放して配管４３からフッ酸液を取り込む。したがって、１つのＨＦ濃度計４０を用いてフッ酸ミストとフッ酸原料液の両方を効率良く測定することができる。
【００３５】
フッ酸液のバブリングでは、まず空の容器１１内にフッ酸液をチャージする。このとき、図１に示すように、下部フィルタ１５が十分に浸漬されるようにフッ酸液１７をチャージする必要がある。フッ酸液１７のチャージ量が少ないと、下部フィルタ１５から放出された気泡がすぐに液面１７Ｓに到達してしまい、フッ酸の蒸気を気泡中に十分に含ませることができず、フッ酸蒸気含有ガスの濃度が低くなるからである。ただし、フッ酸液のチャージ量が多すぎるとガス雰囲気の占有空間が狭くなり、フッ酸のミスト濃度が濃くなり過ぎるため注意が必要である。容器１１内に所定量のフッ酸液をチャージすると、容器１１の下部空間はフッ酸液の貯留空間となり、容器１１の上部空間はキャリアガスが充満した空間となる。以上により、バブリングの準備が完了する。
【００３６】
次に、バブリング装置１０にキャリアガスを供給する。容器１１内に送り込まれたキャリアガスは下部フィルタ１５を通過した後、フッ酸液中に放出される。下部フィルタ１５を通過したキャリアガスは微細な気泡に変換される。下部フィルタ１５はフッ酸液中に気泡を発生させ、この気泡はフッ酸液中を浮上する。このとき、気泡はある量のフッ化水素を気相状態で有しており、この気泡はフッ酸液の液面１７Ｓに達した後、容器１１内の上部空間（蒸気スペース）に放出され、容器１１内のガス雰囲気中に拡散する。
【００３７】
キャリアガス供給口１３から容器１１内にキャリアガスが送り込まれると、容器１１内に存在するガス雰囲気は順に送り出される。容器１１内のガス雰囲気はキャリアガス及びフッ酸の蒸気を含んでいるが、バブリングによって発生したフッ酸のミスト成分も含んでいる。しかし、フッ酸のミスト成分は上部フィルタ１６によって除去されるので、上部フィルタ１６を通過したガスにはフッ酸のミスト成分は含まれておらず、ガス排出口１４からは主にフッ酸の蒸気のみを含んだキャリアガスが得られる。
【００３８】
フッ酸の蒸気を含んだキャリアガスはウェーハ洗浄プロセスに移送される。キャリアガスがフッ酸のミスト成分を含まないので、フッ酸が高濃度に溶け込んだミストによってウェーハが不均一に洗浄されるという問題は生じない。また、フッ酸の蒸気はウェーハの表面に形成された微小欠陥の内部まで深く入り込むので、微小欠陥内に形成されたシリコン酸化膜を除去することが可能である。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態によるバブリング装置は、下部フィルタ１５を用いてキャリアガスの気泡サイズを十分に小さくしたので、気泡中により多くのフッ酸の蒸気を含ませることができる。したがって、飽和濃度のフッ酸蒸気含有ガスを効率的に発生させることができる。また、容器１１内のフッ酸液の濃度、フッ酸液のチャージ量、キャリアガスの流量等を変化させることにより、ガス排出口１４から得られるフッ酸蒸気含有ガスの濃度を調整することができる。
【００４０】
また、本実施形態によるバブリング装置は、フッ酸液をバブリングするための下部フィルタ１５と、フッ酸の蒸気を含有するキャリアガスからフッ酸のミスト成分を除去する上部フィルタ１６とを備えているので、ガス排出口１４からフッ酸の蒸気だけを安定的に取り出すことができる。そのため、フッ酸の蒸気を用いたシリコンウェーハの洗浄工程において、濃縮されたフッ酸のミストの影響を受けることなくムラのない均一な洗浄処理を行うことができる。
【００４１】
本発明は以上の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形を加えることが可能であり、それらも本発明の範囲に包含されるものであることは言うまでもない。
【００４２】
例えば、上記実施形態においては、垂直方向に細長い略円筒状の容器１１を用いたが、容器１１の形状は特に限定されず、例えば略直方体の容器１１であってもよく、略球体の容器１１であってもよい。但し、円筒状の容器１１を用いた場合には高濃度のフッ酸蒸気を比較的容易に生成することができる。また、上記実施形態においては、下部フィルタ１５と上部フィルタ１６が同一製品である場合について説明したが、下部フィルタ１５と上部フィルタ１６のサイズ、構成、形状、材質等を異ならせても構わない。
【００４３】
また、上記実施形態においては、フッ酸液のバブリングを例に挙げたが、本発明によるバブリング装置はフッ酸液のバブリングに限定されるものではなく、種々の液体原料を対象とすることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０ バブリング装置
１１ 容器
１１ａ 支持台
１２ 液体原料供給口
１３ キャリアガス供給口
１４ ガス排出口
１５ 下部フィルタ
１６ 上部フィルタ
１７ フッ酸液
１７Ｓ フッ酸液の液面
２０ 薬液タンク
２１ ポンプ
２２ バルブ
２５〜２８ レベルセンサ
２９ 配管
３０ キャリアガスタンク
３１ レギュレータ
３２ マスフローコントローラ
４０ ＨＦ濃度計
４１，４３ 配管
４１ａ 配管４１の容器１１側の一端
４２，４４ バルブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バブリング装置及び方法に関し、特に、フッ酸等の液体原料を気化させるためのバブリング装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウェーハの洗浄にはフッ酸（ＨＦ）が用いられている。一般にフッ酸を用いた洗浄ではフッ化水素の水溶液が用いられるが、表面張力等の問題から微小欠陥内の洗浄が非常に難しい。洗浄が不十分であると、微細構造におけるＨＦ洗浄／エッチング処理ができないという問題がある。そこで最近は、フッ酸の蒸気（フッ化水素ガス）を用いてウェーハを洗浄する試みがなされている。
【０００３】
液体原料を蒸発させる方法の一つとしてバブリングが知られている。例えば特許文献１では、高粘性の液体原料をキャリアガスに同伴させて大流量でＣＶＤ装置に供給する方法が提案されている。液体原料をバブリング容器に封入し、容器内の圧力を大気圧以下に保った状態で液体原料中に設けられたノズルからキャリアガスを吹き込み、液体原料内に溶解させた後、微小な気泡として発生させ、キャリアガスに原料を同伴させる。
【０００４】
また特許文献２及び３には、液体原料の気化装置が開示されている。特許文献２に記載の装置は導入パイプの先端部に取り付けられたバブリングノズルを備えている。バブリングノズルは複数の細管によって構成され、略均等間隔かつ放射状に配置されているので、きめ細かい気泡を連続的かつ均一に発生させることができ、液体原料の気化効率を向上させることができる。また特許文献３に記載の装置はバブリング室と静止液面室との間に設けられた仕切り板を備えている。静止液面室の液面はバブリング中であっても仕切り板によって波立たず、センサによって液面レベルを正確に検知できる。
【０００５】
特許文献４には、キャリアガスを用いたバブリングによる液体原料（液体化学品）の気化をモニタする方法が開示されている。この方法は、液体原料が収容されるコンテナへ移相されるキャリアガスの圧力の順々の値を求める決定ステップと、この決定ステップで求められたキャリアガスの圧力の順々の値に基づき、液体原料から蒸気の質量流量を算出する計算ステップを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２４４１２１号公報
【特許文献２】特開平６−２６７８５２号公報
【特許文献３】特開平７−１４７７０号公報
【特許文献４】特表２００１−５１５２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来のバブリング方法はいずれもフッ酸を対象とするものではないが、これらの方法を用いてフッ酸をバブリングする場合、フッ酸を高濃度で気化させることが難しいという問題がある。また、バブリングはフッ酸の蒸気のみならずミストを発生させるため、キャリアガスがフッ酸のミスト成分を含んだ状態のまま洗浄プロセスに移送されてしまうおそれがある。キャリアガスがフッ酸のミストを含んでいると、ウェーハに付着したミストにフッ酸の蒸気がさらに溶け込み、ミスト中のフッ酸の濃度が非常に高くなり、ウェーハが不均一に洗浄されるという問題がある。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、フッ酸等の液体原料を蒸発させて、ミスト成分が除去された高濃度な蒸気を安定して発生させることが可能なバブリング装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明によるバブリング装置は、液体原料を収容する容器と、キャリアガスを用いて前記液体原料をバブリングさせる第１フィルタと、前記バブリングによって前記容器内で気化した原料及び前記液体原料のミスト成分を含むキャリアガスから前記液体原料のミスト成分を除去する第２フィルタとを備え、前記容器は、前記液体原料が供給される液体原料供給口と、前記キャリアガスが供給されるキャリアガス供給口と、前記ミスト成分が除去された前記キャリアガスをガス排出口とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による液体原料のバブリング方法は、容器内の液体原料に浸漬された第１フィルタにキャリアガスを送り込むことにより前記液体原料をバブリングさせ、前記バブリングによって得られた前記液体原料の蒸気を含むキャリアガスを前記容器から取り出す際、第２フィルタを用いて前記液体原料のミスト成分を除去することを特徴とする。
【００１１】
本発明において、前記容器は、垂直方向に細長い円筒形状を有し、前記第１フィルタは、前記容器内の下端部に設けられており、前記第２フィルタは、前記容器内の上端部に設けられていることが好ましい。この構成によれば、キャリアガスの気泡がフッ酸液中を浮上して液面に達するまでの距離を十分に確保することができると共に、容器内の上部に十分なガス収容スペースを確保することができる。さらに、液面から第２フィルタまでの距離を十分に確保することができる。よって、ミスト濃度の薄い空間で第２フィルタによるミスト除去を行うことができ、第２フィルタの負荷を軽減することができる。
【００１２】
本発明において、第１フィルタは、ポアサイズが１μｍ以下のフッ素系樹脂製フィルタであることが好ましく、第２フィルタもまた、ポアサイズが１μｍ以下のフッ素系樹脂製フィルタであることが好ましい。このようなフィルタを用いた場合、フッ酸内で非常に微細な気泡を発生させることができ、フッ酸を高濃度で気化させることができる。
【００１３】
本発明において、第１及び第２フィルタは同一の形状、構造及びサイズを有することが好ましい。この構成によれば、部品の共通化が可能であり、低コストで安定した運用が期待できる。
【００１４】
本発明によるバブリング装置は、容器内の液体原料の液面レベルを検出するレベルセンサをさらに備えることが好ましい。この場合において、前記レベルセンサは、バブリング中における前記液面レベルの最適範囲の下限レベルを検出する第１レベルセンサと、バブリング中における前記液面レベルの最適範囲の上限レベルを検出する第２レベルセンサと、前記第１レベルセンサよりも下方に位置する第３レベルセンサと、前記第２レベルセンサよりも上方に位置する第４レベルセンサとを備えることが好ましい。さらに、前記第３レベルセンサは前記第１フィルタよりも上方に位置することが好ましく、前記第４レベルセンサは前記第２フィルタよりも下方に位置することが好ましい。この構成によれば、バブリング中における液面レベルを常に最適範囲に維持することができ、信頼性の高い液面レベルの監視体制を確保することできる。
【００１５】
本発明によるバブリング装置は、前記容器内に供給される液体原料の濃度及びバブリングによって前記容器内に充満する液体原料のミストの濃度を測定する濃度計をさらに備えることが好ましい。この構成によれば、バブリング開始前のフッ酸液の濃度やバブリングによってガスを発生させた後のフッ酸液の濃度変化を測定することができ、バブリング処理の信頼性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、フッ酸等の液体原料を気化させて、ミスト成分が除去された高濃度な原料ガスを安定して発生させることが可能なバブリング装置及び方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の好ましい実施形態によるバブリング装置の主要部の構成を示す略斜視図である。
【図２】図１に示したバブリング装置１０の側面断面図である。
【図３】バブリング装置１０のシステム全体を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の好ましい実施形態によるバブリング装置１０の主要部の構成を示す略斜視図である。また図２は、図１に示したバブリング装置１０の側面断面図である。
【００２０】
図１及び図２に示すように、このバブリング装置１０は、フッ酸液１７が収容される容器１１と、容器１１内にフッ酸液１７を供給するための液体原料供給口１２と、容器１１内にキャリアガスを供給するためのキャリアガス供給口１３と、容器１１内で発生したフッ酸の蒸気（フッ化水素ガス）をキャリアガスと共に排出するためのガス排出口１４と、容器１１内の下端部に設けられた下部フィルタ１５（第１フィルタ）と、容器１１内の上端部に設けられた上部フィルタ１６（第２フィルタ）とを備えている。
【００２１】
容器１１は垂直方向に細長い円筒形状を有し、支持台１１ａ上に設置されている。容器１１の高さが十分に高ければ容器１１の上方においてフッ酸のミスト成分が少ないガス雰囲気を得ることができるが、高すぎると装置が大型化するため好ましくない。よって容器１１の高さは１〜３ｍ程度であることが好ましい。
【００２２】
液体原料供給口１２は容器１１の下端部の側面に設けられており、液体原料供給口１２から供給されるフッ酸液１７は容器１１内にチャージされる。キャリアガス供給口１３は容器１１の下端部であって容器１１の中心軸から見て液体原料供給口１２とは反対側の側面に設けられている。キャリアガス供給口１３は容器１１内に設けられた下部フィルタ１５に接続されており、キャリアガス供給口１３より供給されるキャリアガスは必ず下部フィルタ１５を経由して容器１１内に供給される。キャリアガスとしてはＮ２ガスが好ましいが、Ｈ２ガス、Ａｒガス等の他の不活性ガスを用いてもよい。
【００２３】
下部フィルタ１５は容器１１内の下端部に設けられている。下部フィルタ１５は、キャリアガス供給口１３から注入されるキャリアガスをきめ細かな気泡に変換して容器１１内のフッ酸液１７中に放出する。下部フィルタ１５は耐薬品性（耐フッ酸性）に優れたフッ素樹脂製メンブレンフィルタであることが好ましい。特に、ポアサイズが１μｍ以下のＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）のろ材を用いることが好ましい。ＰＴＦＥのろ材は極めて微細な連続多孔質体であることから、キャリアガスを非常に微細な気泡に変換することができる。
【００２４】
上部フィルタ１６は容器１１内の上端部に設けられている。上部フィルタ１６は、ガス排出口１４に送り出されるフッ化水素ガスを含むキャリアガスに含まれるフッ酸のミストを除去し、フッ酸の蒸気を含むキャリアガスのみをガス排出口１４に送り込む。上部フィルタ１６は、耐薬品性（耐フッ酸性）に優れたフッ素樹脂製メンブレンフィルタであることが好ましい。特に、ポアサイズが１μｍ以下のＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）のろ材を用いることが好ましい。ポアサイズが１μｍ以下であればフッ酸のミストを確実に除去することができ、しかも下部フィルタ１５と共通のろ材を使用することができる。
【００２５】
下部フィルタ１５及び上部フィルタ１６を通過可能なガスの流量は５０〜２００ＮＬ／ｍｉｎ程度であることが好ましい。流量範囲はプロセスとの兼ね合いで適宜決定されるが、ある程度の流量を確保できないとフッ酸の蒸気を充分に供給できないからである。そのためには、ポアサイズが極端に小さくないほうがよく、ポアサイズのみならずフィルタ面積を考慮する必要があるが、例えば、半径約６０ｍｍ、高さ約７６ｍｍ（約３インチ）の円筒形のフィルタの場合、０．１μｍ以上のポアサイズであれば上記流量の確保が可能である。
【００２６】
本実施形態においては、上部フィルタ１６は下部フィルタ１５と同一製品（形状、構造及びサイズが同一）であることが特に好ましい。下部フィルタ１５と上部フィルタ１６の使用目的は異なるが、上記のフッ素樹脂製メンブレンフィルタを用いた場合には同一製品を用いて異なる目的を達成することができる。よって、部品の共通化が可能であり、低コストで安定した運用が期待できる。
【００２７】
ガス排出口１４は容器１１の上端部の側面に設けられている。キャリアガスは必ず上部フィルタ１６を経由してガス排出口１４に供給され、ガス排出口１４から容器１１の外部に排出され、図示しないプロセスチャンバーに移送される。プロセスチャンバーではウェーハの洗浄等の各種プロセスが実施される。
【００２８】
図３は、バブリング装置１０を含むバブリングシステム全体の構成を示すブロック図である。
【００２９】
図３に示すように、このバブリングシステムは、本実施形態によるバブリング装置１０と、フッ酸液が蓄えられた薬液タンク２０と、キャリアガスが蓄えられたキャリアガスタンク３０と、フッ酸の濃度を測定するＨＦ濃度計４０とを備えている。薬液タンク２０は、ポンプ２１及びバルブ２２を介してバブリング装置１０の液体原料供給口１２に接続されており、フッ酸液の供給量はポンプ２１及びバルブ２２の動作によって制御される。キャリアガスタンク３０は、レギュレータ３１及びマスフローコントローラ３２を介してキャリアガス供給口１３に接続されており、キャリアガスタンク３０から圧送されてくるキャリアガスの流量はマスフローコントローラ３２によって制御される。
【００３０】
バブリング装置１０内のフッ酸液の液面レベル１７Ｓはレベルセンサ２５〜２８によって監視されている。配管２９の両端はバブリング装置１０の上端部及び下端部（フッ酸液供給系統）にそれぞれ接続されており、配管２９内のフッ酸液の液面レベルは容器１１内の液面レベル１７Ｓと一致している。配管２９の適所に設けられたレベルセンサ２５〜２８は、フッ酸液の液面の最低レベル、最適範囲の下限レベル、最適範囲の上限レベル、最高レベルをそれぞれ監視する。特に、レベルセンサ２５は下部フィルタ１５よりも少し上方に位置し、下部フィルタ１５がフッ酸液に完全に浸漬されているかの判定に用いられる。またレベルセンサ２８は、ＨＦ濃度計４０と容器１１とを接続する配管４１の容器１１側の接続位置４１ａとほぼ同じ高さに設けられており、ＨＦ濃度計４０によるフッ酸蒸気含有ガスの濃度測定が可能か否かの判定に用いられる。
【００３１】
レベルセンサ２５〜２８の出力信号は、システム全体を制御する制御盤（不図示）に供給され、制御盤はレベルセンサ２５〜２８の検出結果に基づいてポンプ２１及びバルブ２２の動作を制御し、これによりフッ酸液の供給量を制御する。フッ酸液の液面レベルがレベルセンサ２６を下回った場合、液体原料供給口１２からフッ酸液が追加チャージされ、追加チャージによって液面レベルがレベルセンサ２７を上回った場合、追加チャージが停止される。したがって、バブリング中において液面レベルを一定範囲内に維持することができる。
【００３２】
液面レベルの制御は基本的に中間の２つのレベルセンサ２６、２７を用いれば足りるが、もしレベルセンサ２６、２７が正常に動作しなかった場合には、容器１１中のフッ酸液が不足したり容器１１から溢れたりすることが考えられる。このような不測の事態を防止するため、レベルセンサ２５、２８を設けて信頼性の向上を図っている。
【００３３】
ＨＦ濃度計４０は、配管４１を介して容器１１の上部空間に接続されており、さらに配管４３を介してフッ酸液供給系統に接続されている。そのため、ＨＦ濃度計４０は、容器１１内に充満するフッ酸液のミストの濃度と、薬液タンク２０から容器１１内に供給されるフッ酸液の濃度の両方を測定可能である。これにより、ガスを発生させた後のフッ酸液の濃度変化を測定することができる。また特に、配管内を純水で置換（洗浄）した後にフッ酸液を流したとき、配管内に残った純水によってフッ酸液の濃度が変化することも考えられる。このような不測の状況を確実に把握するため、容器１１内に供給されるフッ酸液の濃度の測定も可能としている。
【００３４】
容器１１内のフッ酸液のミストの濃度を測定する場合、バルブ４４を閉じた状態でバルブ４２を開放して配管４１から容器１１内のミスト成分を取り込む。また、フッ酸液の濃度を測定する場合、バルブ４２を閉じた状態でバルブ４４を開放して配管４３からフッ酸液を取り込む。したがって、１つのＨＦ濃度計４０を用いてフッ酸ミストとフッ酸原料液の両方を効率良く測定することができる。
【００３５】
フッ酸液のバブリングでは、まず空の容器１１内にフッ酸液をチャージする。このとき、図１に示すように、下部フィルタ１５が十分に浸漬されるようにフッ酸液１７をチャージする必要がある。フッ酸液１７のチャージ量が少ないと、下部フィルタ１５から放出された気泡がすぐに液面１７Ｓに到達してしまい、フッ酸の蒸気を気泡中に十分に含ませることができず、フッ酸蒸気含有ガスの濃度が低くなるからである。ただし、フッ酸液のチャージ量が多すぎるとガス雰囲気の占有空間が狭くなり、フッ酸のミスト濃度が濃くなり過ぎるため注意が必要である。容器１１内に所定量のフッ酸液をチャージすると、容器１１の下部空間はフッ酸液の貯留空間となり、容器１１の上部空間はキャリアガスが充満した空間となる。以上により、バブリングの準備が完了する。
【００３６】
次に、バブリング装置１０にキャリアガスを供給する。容器１１内に送り込まれたキャリアガスは下部フィルタ１５を通過した後、フッ酸液中に放出される。下部フィルタ１５を通過したキャリアガスは微細な気泡に変換される。下部フィルタ１５はフッ酸液中に気泡を発生させ、この気泡はフッ酸液中を浮上する。このとき、気泡はある量のフッ化水素を気相状態で有しており、この気泡はフッ酸液の液面１７Ｓに達した後、容器１１内の上部空間（蒸気スペース）に放出され、容器１１内のガス雰囲気中に拡散する。
【００３７】
キャリアガス供給口１３から容器１１内にキャリアガスが送り込まれると、容器１１内に存在するガス雰囲気は順に送り出される。容器１１内のガス雰囲気はキャリアガス及びフッ酸の蒸気を含んでいるが、バブリングによって発生したフッ酸のミスト成分も含んでいる。しかし、フッ酸のミスト成分は上部フィルタ１６によって除去されるので、上部フィルタ１６を通過したガスにはフッ酸のミスト成分は含まれておらず、ガス排出口１４からは主にフッ酸の蒸気のみを含んだキャリアガスが得られる。
【００３８】
フッ酸の蒸気を含んだキャリアガスはウェーハ洗浄プロセスに移送される。キャリアガスがフッ酸のミスト成分を含まないので、フッ酸が高濃度に溶け込んだミストによってウェーハが不均一に洗浄されるという問題は生じない。また、フッ酸の蒸気はウェーハの表面に形成された微小欠陥の内部まで深く入り込むので、微小欠陥内に形成されたシリコン酸化膜を除去することが可能である。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態によるバブリング装置は、下部フィルタ１５を用いてキャリアガスの気泡サイズを十分に小さくしたので、気泡中により多くのフッ酸の蒸気を含ませることができる。したがって、飽和濃度のフッ酸蒸気含有ガスを効率的に発生させることができる。また、容器１１内のフッ酸液の濃度、フッ酸液のチャージ量、キャリアガスの流量等を変化させることにより、ガス排出口１４から得られるフッ酸蒸気含有ガスの濃度を調整することができる。
【００４０】
また、本実施形態によるバブリング装置は、フッ酸液をバブリングするための下部フィルタ１５と、フッ酸の蒸気を含有するキャリアガスからフッ酸のミスト成分を除去する上部フィルタ１６とを備えているので、ガス排出口１４からフッ酸の蒸気だけを安定的に取り出すことができる。そのため、フッ酸の蒸気を用いたシリコンウェーハの洗浄工程において、濃縮されたフッ酸のミストの影響を受けることなくムラのない均一な洗浄処理を行うことができる。
【００４１】
本発明は以上の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形を加えることが可能であり、それらも本発明の範囲に包含されるものであることは言うまでもない。
【００４２】
例えば、上記実施形態においては、垂直方向に細長い略円筒状の容器１１を用いたが、容器１１の形状は特に限定されず、例えば略直方体の容器１１であってもよく、略球体の容器１１であってもよい。但し、円筒状の容器１１を用いた場合には高濃度のフッ酸蒸気を比較的容易に生成することができる。また、上記実施形態においては、下部フィルタ１５と上部フィルタ１６が同一製品である場合について説明したが、下部フィルタ１５と上部フィルタ１６のサイズ、構成、形状、材質等を異ならせても構わない。
【００４３】
また、上記実施形態においては、フッ酸液のバブリングを例に挙げたが、本発明によるバブリング装置はフッ酸液のバブリングに限定されるものではなく、種々の液体原料を対象とすることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０ バブリング装置
１１ 容器
１１ａ 支持台
１２ 液体原料供給口
１３ キャリアガス供給口
１４ ガス排出口
１５ 下部フィルタ
１６ 上部フィルタ
１７ フッ酸液
１７Ｓ フッ酸液の液面
２０ 薬液タンク
２１ ポンプ
２２ バルブ
２５〜２８ レベルセンサ
２９ 配管
３０ キャリアガスタンク
３１ レギュレータ
３２ マスフローコントローラ
４０ ＨＦ濃度計
４１，４３ 配管
４１ａ 配管４１の容器１１側の一端
４２，４４ バルブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体原料を収容する容器と、
キャリアガスを用いて前記液体原料をバブリングさせる第１フィルタと、
前記バブリングによって前記容器内で気化した原料及び前記液体原料のミスト成分を含むキャリアガスから前記液体原料のミスト成分を除去する第２フィルタとを備え、
前記容器は、前記液体原料が供給される液体原料供給口と、前記キャリアガスが供給されるキャリアガス供給口と、前記ミスト成分が除去された前記キャリアガスを排出するガス排出口とを備えることを特徴とするバブリング装置。
【請求項２】
前記容器は、垂直方向に細長い円筒形状を有し、
前記第１フィルタは、前記容器内の下端部に設けられており、
前記第２フィルタは、前記容器内の上端部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のバブリング装置。
【請求項３】
前記第１フィルタはポアサイズが１μｍ以下のフッ素系樹脂製フィルタであることを特徴とする請求項１又は２に記載のバブリング装置。
【請求項４】
前記第２フィルタはポアサイズが１μｍ以下のフッ素系樹脂製フィルタであることを特徴とする請求項１又は２に記載のバブリング装置。
【請求項５】
前記第１及び第２フィルタは共にポアサイズが１μｍ以下のフッ素系樹脂製フィルタであり、同一の形状、構造及びサイズを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のバブリング装置。
【請求項６】
容器内の液体原料に浸漬された第１フィルタにキャリアガスを送り込むことにより前記液体原料をバブリングさせ、
前記バブリングによって得られた前記液体原料の蒸気を含むキャリアガスを前記容器から取り出す際、第２フィルタを用いて前記液体原料のミスト成分を除去することを特徴とするバブリング方法。
【請求項１】
液体原料を収容する容器と、
キャリアガスを用いて前記液体原料をバブリングさせる第１フィルタと、
前記バブリングによって前記容器内で気化した原料及び前記液体原料のミスト成分を含むキャリアガスから前記液体原料のミスト成分を除去する第２フィルタとを備え、
前記容器は、前記液体原料が供給される液体原料供給口と、前記キャリアガスが供給されるキャリアガス供給口と、前記ミスト成分が除去された前記キャリアガスを排出するガス排出口とを備えることを特徴とするバブリング装置。
【請求項２】
前記容器は、垂直方向に細長い円筒形状を有し、
前記第１フィルタは、前記容器内の下端部に設けられており、
前記第２フィルタは、前記容器内の上端部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のバブリング装置。
【請求項３】
前記第１フィルタはポアサイズが１μｍ以下のフッ素系樹脂製フィルタであることを特徴とする請求項１又は２に記載のバブリング装置。
【請求項４】
前記第２フィルタはポアサイズが１μｍ以下のフッ素系樹脂製フィルタであることを特徴とする請求項１又は２に記載のバブリング装置。
【請求項５】
前記第１及び第２フィルタは共にポアサイズが１μｍ以下のフッ素系樹脂製フィルタであり、同一の形状、構造及びサイズを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のバブリング装置。
【請求項６】
容器内の液体原料に浸漬された第１フィルタにキャリアガスを送り込むことにより前記液体原料をバブリングさせ、
前記バブリングによって得られた前記液体原料の蒸気を含むキャリアガスを前記容器から取り出す際、第２フィルタを用いて前記液体原料のミスト成分を除去することを特徴とするバブリング方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１９４３１３（Ｐ２０１１−１９４３１３Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６３１５４（Ｐ２０１０−６３１５４）
【出願日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【出願人】（３０２００６８５４）株式会社ＳＵＭＣＯ (1,197)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【出願人】（３０２００６８５４）株式会社ＳＵＭＣＯ (1,197)
【Ｆターム（参考）】
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