バブル含有液生成装置及び処理装置
【課題】バブル含有液に含まれるバブルのサイズを変えることのできるバブル含有液生成装置とその装置を用いた処理装置を提供することである。
【解決手段】バブル含有液生成装置は、気体溶存液を生成する気体溶存液生成機構（１１、１３、１４、１５）と、該気体溶存液生成機構により生成された気体溶存液と気体とを混合して霧状の液体を噴出する二流体ノズル１６と、該二流体ノズル１６に供給すべき前記気体の流量を制御する気体流量制御手段（１８、１９、２７、２５）とを有する構成となる。
【解決手段】バブル含有液生成装置は、気体溶存液を生成する気体溶存液生成機構（１１、１３、１４、１５）と、該気体溶存液生成機構により生成された気体溶存液と気体とを混合して霧状の液体を噴出する二流体ノズル１６と、該二流体ノズル１６に供給すべき前記気体の流量を制御する気体流量制御手段（１８、１９、２７、２５）とを有する構成となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細なバブルを含有する液体を生成するバブル含有液生成装置及び該バブル含有液生成装置を用いた処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液体内で微細バブルを発生させることにより生成されたバブル含有液体が様々な分野で利用されるようになっている。例えば、微細バブルと液体との界面の電位が洗浄効果や酸化作用を促し、また、物体表面に付着した微細バブルが破裂するときのエネルギーによって物体表面の汚れの剥離に寄与する等の性質を利用して、バブル含有液体を半導体ウェーハ等の基板の洗浄に利用することが提案されている。なお、微細バブルはそのバブルのサイズが小さくなるに従って、マイクロバブル、マイクロナノバブル、ナノバブルと呼ばれる。
【０００３】
従来、マイクロバブルを含有するバブル含有液を利用した基板処理装置が提案されている（特許文献１参照）。この基板処理装置では、マイクロバブル発生部により発生させられたマイクロバブルを含む純水（マイクロバブル含有液体）が処理槽内の基板に供給され、超音波発生部が前記処理槽内のマイクロバブル含有液体に対して超音波を発すると、この超音波振動の衝撃によって基板の表面からパーティクルが除去されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１７９７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、微細バブルを含有するバブル含有液による洗浄処理においては、その洗浄処理の目的に応じて、好ましいバブルのサイズがあるということが判明した。例えば、半導体ウェーハの基板の洗浄処理において、特に微細部分の洗浄には、より微細なバブル、例えば、マイクロナノバブルやナノバブルを含むバブル含有液が好ましく、そのような洗浄後の基板上に残った異物を除去（浮上分離）するためには、比較的サイズの大きいバブルを含むバブル含有液が好ましく、また、廃液の浄化処理では、ラジカル発生による有機成分除去のためにより微細なナノバブルを含むバブル含有液、異物除去後の浮上分離のためにマイクロナノバブルを含むバブル含有液がそれぞれ好ましい。
【０００６】
しかしながら、前述した従来の基板処理装置では、処理の目的に応じて、バブル含有液に含まれるバブルのサイズを変えることができない。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、バブル含有液に含まれるバブルのサイズを変えることのできるバブル含有液生成装置と、そのバブル含有液生成装置を用いた処理装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るバブル含有液生成装置は、気体溶存液を生成する気体溶存液生成機構と、該気体溶存液生成機構により生成された気体溶存液と気体とを混合して霧状の液体を噴出する二流体ノズルと、該二流体ノズルに供給すべき前記気体の流量を制御する気体流量制御手段とを有する構成となる。
【０００９】
このような構成により、気体溶存液が二流体ノズルから気体とともに噴出する際に減圧開放がなされて、霧状に飛翔する各液粒内に微細なバブルが生成され得る。そして、二流体ノズルに供給すべき気体の流量が制御されることにより、気体溶存液の減圧開放の状態が変化するとともに霧状にある各液粒のサイズが変化し得る。
【００１０】
本発明に係るバブル含有液生成装置において、前記気体溶存液生成機構は、気体と液体とを混合する気液混合機構と、前記気液混合機構により生成された気体含有液体を貯留して加圧する加圧機構とを有する構成することができる。
【００１１】
このような構成により、気体と液体とが混合されてできた気体含有液体が加圧されることにより当該気体含有液体に含まれる気体が液中に溶解し、気体溶存液が生成され得る。
【００１２】
更に、本発明に係るバブル含有液生成装置において、前記二流体ノズルから噴出される液体を貯留する貯留槽と、該貯留槽に貯留する液体に含有されるバブルの量を検出するバブル量検出手段とを有する構成とすることができる。
【００１３】
このような構成により、二流体ノズルから噴出される霧状のバブル含有液が貯液槽に貯められ、該貯液槽に貯留されたバブル含有液含まれるバブルの量をバブル量検出手段での検出結果に基づいてモニタすることができるようになる。
【００１４】
また、本発明に係るバブル含有液生成装置において、前記二流体ノズルに供給される前記気体溶存液を加熱する加熱機構を有する構成とすることができる。
【００１５】
このような構成により、二流体ノズルに供給される気体溶存液の温度を高くすることができるので、気体溶存液は、飽和溶解度が低下してよりバブルが発生し易い状態となる。その結果、気体溶存液が二流体ノズルから気体とともに噴出する際の減圧開放によって、より多くのバブルを発生させることができるようになる。
【００１６】
前記加熱機構は、前記気体溶存液生成機構から二流体ノズルに送られる途中の前記気体溶存液を加熱するヒータユニットであっても、前記二流体ノズルに供給される前記気体溶存液に加熱液体を混合させる加熱液混合機構であってもよい。
【００１７】
本発明に係る処理装置は、前述したいずれかのバブル含有液生成装置と、前記二流体ノズルから噴出される液体を処理液として被処理物に供する処理液供給機構とを有する構成となる。
【００１８】
このような構成により、前述したバブル含有液生成装置における二流体ノズルから噴出するバブル含有液が被処理物に供されるようになるので、処理目的に応じたサイズのバブルを含み得るバブル含有液により被処理物を処理することができるようになる。
【００１９】
本発明に係る処理装置において、前記処理液供給機構は、前記二流体ノズルから噴出される液体を直接前記被処理物に供する構造となる構成とすることができ、また、前記バブル含有液生成装置が前記二流体ノズルから噴出される液体を貯留する貯留槽を有する場合には、前記処理液供給機構は、前記処理物に処理液を吐射するノズルと、前記貯液槽に貯留される液体を前記ノズルに処理液として送る処理液移送機構とを有する構成とすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るバブル含有液生成装置によれば、二流体ノズルに供給すべき気体の流量が制御されることにより、該二流体ノズルに供給される気体溶存液の減圧開放の状態が変化するとともに霧状にある各液粒のサイズが変化し得るので、バブル含有液の各液粒内に含まれるバブルのサイズを変えることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る基板処理装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示すバブル含有液生成装置に用いられる二流体ノズルの断面を示す断面図である。
【図３】図１に示す基板処理装置における制御系の構成例を示す図である。
【図４】二流体ノズルに供給される気体の流量と当該二流体ノズルから吐出される液体におけるバブル含有効率との関係を示す相関図である。
【図５】二流体ノズルに供給される気体の流量と当該二流体ノズルから噴出される液体の溶存気体濃度との関係を示す相関図である。
【図６】気体溶存液の減圧開放によって発生するバブルの粒径と液中におけるバブル含有効率との関係を示す相関図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る基板処理装置の構成を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る基板処理装置の構成を示す図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態に係る基板処理装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２３】
本発明の第１の実施の形態に係る基板処理装置は、図１に示すように構成される。
【００２４】
図１に示す基板処理装置１００は、バブル含有液生成装置を構成する第１貯液槽１１、第１ガス供給部１３、第１ポンプ１４、加圧槽１５、二流体ノズル１６、第２ガス供給部１８、ガス流量調整弁２７、及びガス流量調整弁２７を駆動させるアクチュエータ１９を備えるとともに、半導体ウェーハ５０を洗浄処理するために用いられる第２貯液槽２１、第２ポンプ２３及び洗浄室１０１を備えている。前記バブル含有液生成装置では、液体、例えば、純水ＤＩＷを貯留する第１貯液槽１１と加圧槽１５とが送通管１２にて連結され、この送通管１２にポンプ１４が設けられている。そして、第１貯液槽１１からの純水ＤＩＷが通る送通管１２の第１貯液槽１１と第１ポンプ１４との間に、第１ガス供給部１３からの気体（例えば、窒素ガス、酸素ガス等）が開閉弁２０を介して供給されるようになっている（気液混合機構）。
【００２５】
第１ガス供給部１３からの気体が混在した純水ＤＩＷ（以下、適宜、気体含有液体という）が、第１ポンプ１４により送通管１２を通って加圧槽１５（加圧機構）に圧送され、その気体含有液体が加圧槽１５に一時的に貯められる。加圧槽１５では、貯留される気体含有液体が加圧され、気体含有液体内の気体が液体中に溶融して、液中の気体濃度が上昇し、過飽和あるいはそれに近い状態となった気体溶存液Ｗが生成される（気体溶存液生成機構）。なお、加圧槽１５内の圧力は、圧力調整器２６によって調整することができる。
【００２６】
加圧槽１５と二流体ノズル１６とが送通管１７によって連結され、加圧槽１５内の気体溶存液Ｗがその加圧された状態を維持しつつ送通管１７を通って二流体ノズル１６に供給される。二流体ノズル１６には、第２ガス供給部１８からの気体（例えば、空気）がガス流量調整弁２７を介して供給されている。ガス流量調整弁２７はアクチュエータ１９によって駆動されることによりその開度が調整され、その開度に応じた流量にて第２ガス供給部１８からの気体が二流体ノズル１６に供給される。二流体ノズル１６は、加圧槽１５から供給される気体溶存液Ｗと第２ガス供給部１８からの気体とを混合して霧状の液体（微細な液粒）を噴出する。二流体ノズル１６から霧状に噴出される液体は、後述するように微細なバブル（マイクロバブル、マイクロナノバブル、ナノバブル）の含まれたバブル含有液ＢＷとなっており、そのバブル含有液が第２貯液槽２１に貯められる。
【００２７】
第２貯液槽２１と洗浄室１０１内の洗浄ノズルユニット１１０とが送通管２２によって連結され、その送通管２２の途中に第２ポンプ２３が設けられている。第２ポンプ２３により、第２貯液槽２１内に貯められたバブル含有液ＢＷが送通管２２を通って洗浄ノズルユニット１１０に処理液（洗浄液）として供給される（処理液移送機構）。洗浄室１０１内には、洗浄ノズルユニット１１０の下方に配置されるように被洗浄物となる半導体ウェーハ５０を支持する機構が設けられている。具体的には、駆動ユニット１１３の回転軸１１２に固定されたテーブル１１１上に半導体ウェーハ５０が支持され、駆動ユニット１１３によるテーブル１１１の回転にともなって半導体ウェーハ５０が回転するようになっている。第２貯液槽２１から第２ポンプ２３によって洗浄ノズルユニット１１０に供給されたバブル含有液ＢＷが、その洗浄ノズルユニット１１０から回転する半導体ウェーハ５０の表面に処理液として吹き付けられる（処理液供給機構）。半導体ウェーハ５０の表面は、その吹き付けられる処理液によって洗浄される。なお、半導体ウェーハ５０等の被洗浄物（被処理物）は、上述のように洗浄ノズルユニット１１０の下方において回転させる他、搬送機構によって洗浄ノズルユニット１１０の下方を所定速度で移動させるようにしてもよい。
【００２８】
前述した二流体ノズル１６は、例えば、図２に示すように構成されている。
【００２９】
図２において、この二流体ノズル１６は、ユニット本体１６０の略中央部に上下方向に延びる気体通路１６１が形成された構造となっている。気体通路１６１の上端部が気体導入口１６１ａとして開口するとともに、気体通路１６１の下端部がノズル孔１６１ｂとして開口している。また、ユニット本体１６０の外側面から気体通路１６１に至るように液体通路１６２が形成されている。
【００３０】
このような二流体ノズル１６では、液体通路１６２の口部に加圧槽１５から続く送通管１７の端部が接続され、加圧槽１５（図１参照）からの気体溶存液Ｗが液体通路１６２を通って気体通路１６１に導かれるようになっている。また、第２ガス供給部１８からの気体（例えば、空気）Ｇがガス流量調整弁２７を介してユニット本体１６０の気体導入口１６１ａから気体通路１６１に供給され、ガス流量調整弁２７の開度に応じた流量の気体Ｇが気体通路１６１を通過する。気体通路１６１を通過する気体Ｇ中に液体通路１６２からの気体溶存液Ｗが供給されることにより、気体Ｇと気体溶存液Ｗとが混合されて、その気体溶存液Ｗがノズル孔１６１ｂから霧状（微細な液粒）となって飛出する。
【００３１】
加圧された状態の気体溶存液Ｗが二流体ノズル１６のノズル孔１６１ｂから噴出する際に当該気体溶存液Ｗの減圧開放がなされ、その液中に微細なバブルが発生する。これにより、二流体ノズル１６から霧状となって飛出する液体（液粒）は、微細なバブルを含むバブル含有液ＢＷとなる。
【００３２】
上述したような構造の基板処理装置１００における処理系は、例えば、図３に示すように構成されている。
【００３３】
図３において、処理ユニット２５には、第２貯液槽２１に設けられたパーティクルカウンタ２８、ガス流量調整弁２７を駆動するアクチュエータ１９、及び加圧槽１５に設けられた圧力調整器２６が接続されている。パーティクルカウンタ２８は、第２貯液槽２１内に貯められたバブル含有液ＢＷ中の単位体積当たりのバブルの数に応じた検出信号をそのバブル含有液ＢＷ中のバブルの量を表す信号として出力する（バブル量検出手段）。
【００３４】
ところで、二流体ノズル１６において、供給される気体の流量と、噴出後の液体（液粒）に含まれるバブルの量との関係は、例えば、図４に示すグラフのようになることが判明した。図４に示すグラフでは、縦軸が二流体ノズル１６から噴出される液体（液粒）に含まれるバブルの個数割合（％）で定義されるバブル含有効率を表し、横軸が二流体ノズル１６に供給される気体の流量（Ｌ／ｍｉｎ）を表している。また、第２ガス供給部１８から供給される気体の流量と、噴出後の液体（液粒）中の溶存気体濃度（ｍｇ／Ｌ）との関係が図５に示すグラフのようになる。図４及び図５に示す関係によれば、第２ガス供給部１８から二流体ノズル１６に供給される気体の流量が多くなるほど、噴出後の液体（液粒）中のバブルの含有割合（バブル含有効率）は大きくなり、その結果、噴出後の液体（液粒）の気体溶存濃度が低下することが分かる。これは、二流体ノズル１６に供給される気体溶存液Ｗ中の溶存気体のより多くの量が気化されてより多くのバブルに変わったものと考えられる。また、気体溶存液Ｗの減圧開放によって発生するバブルの粒径（μｍ）と発生するバブルの量（バブル含有効率）との関係が図６に示すグラフのようになる。この関係によれば、前述したように、液体中のバブルの個数割合（バブル含有効率）が大きくなるということは、含まれるバブルのサイズが小さくなることを意味する。従って、図４に示す関係は、二流体ノズル１６に供給される気体の流量が多くなるほど、二流体ノズル１６から霧状に噴出される液体（液粒）に含まれるバブルの大きさが、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように小さくなることを表しているといい得る。液中に含まれるバブルのサイズが大きくなるほど（例えば、図４の（ａ）、（ｂ））、その液体の白濁の程度が大きくなり、液中に含まれるバブルのサイズが小さくなるほど（例えば、図４の（ｃ）、（ｄ）参照）、液体の透明の度合いが大きくなる。
【００３５】
処理ユニット２５は、二流体ノズル１６に供給すべき気体の流量を調整するガス流量構成弁２７のアクチュエータ１９を制御する。具体的には、処理ユニット２５は、図４に示すような二流体ノズル１６に供給される気体の流量と、二流体ノズル１６から噴出される液体（液粒）中に含まれるバブルの量（バブル含有効率）、及び図６に示すようなバブル含有効率とバブルの大きさとの関係に基づいて作成された、二流体ノズル１６に供給される気体の流量と、二流体ノズル１６から噴出されるバブルの大きさとの関係についての参照テーブルを備えている。この参照テーブルは、二流体ノズル１６に供給される気体の流量が多くなるに従って、二流体ノズル１６から霧状に噴出する液体（液粒）に含まれるバブルのサイズが小さくなる関係を示すことになる（図４及び図６参照）。例えば、操作部（図示略）の操作によって、二流体ノズル１６から噴出されるべきバブル含有液ＢＷに含まれるバブルの大きさについての指示がなされると、処理ユニット２５は、参照テーブル（図４及び図６に示す関係参照）に基づいて前記指示されたバブルの大きさに対応する気体の流量を決定し、二流体ノズル１６に供給される気体の流量がその決定した流量になるように、アクチュエータ１９を制御してガス流量調整弁２７の開度を調整する。また、処理ユニット２５は、パーティクルカウンタ２６からの検出信号を入力し、第２貯液槽２１に貯められたバブル含有液ＢＷ中の単位体積当たりのバブルの個数、即ち、バブル含有液ＢＷ中のバブルの大きさをモニタしている。
【００３６】
このような基板処理装置１００での半導体ウェーハ５０（被処理物）の洗浄処理について説明する。
【００３７】
例えば、半導体ウェーハ５０の微細部分までも良好に洗浄するために、できるだけ細かいバブル（例えば、ナノバブル）を含むバブル含有液ＢＷを生成するための指示がなされると、処理ユニット２５は、参照テーブル（図４及び図６に示す関係）に基づいて、二流体ノズル１６に供給される気体の流量が比較的大きな値となるように（図４（ｄ）参照）、アクチュエータ１９を駆動してガス流量調整弁２７の開度を制御する。これにより、二流体ノズル１６に対して加圧槽１５から加圧状態の気体溶存液Ｗが供給されるとともに、第２ガス供給部１８からの気体が比較的大きい流量にて供給される。その結果、極めて微細なバブル（例えば、ナノバブル）を含むバブル含有液ＢＷが霧状となって二流体ノズル１６から噴出されて第２貯液槽２１に貯められる。
【００３８】
そして、このように第２貯液槽２１に貯められた極めて微細なバブルを含むバブル含有液ＢＷは、ポンプ２３によって洗浄ノズルユニット１１０に供給され、そのバブル含有液ＢＷが処理液（洗浄液）として洗浄ノズルユニット１１０から回転する半導体ウェーハ５０の表面に吹き付けられる。このナノバブルのような極めて微細なバブルを含む洗浄液にて半導体ウェーハ５０の表面が洗浄され、微細な構造部分に付着した異物も極めて微細なバブルの作用によってその表面から良好に剥離することができる。
【００３９】
前述したように極めて微細なバブルを含む洗浄液にて洗浄された半導体ウェーハ５０の表面に残った異物を除去（浮上分離）するためには、比較的サイズの大きいバブルを含むバブル含有液ＢＷが好ましい。このため、微細バブルのなかでも比較的大サイズの大きいバブル（例えば、マイクロバブル）を含むバブル含有液ＢＷを生成するための指示がなされると、処理ユニット２５は、参照テーブル（図４及び図６に示す関係）に基づいて、二流体ノズル１６に供給される気体の流量が比較的小さな値となるように（図４（ａ）参照）、アクチュエータ１９を駆動してガス流量調整弁２７の開度を制御する。これにより、二流体ノズル１６に対して加圧槽１５から加圧状態の気体溶存液Ｗが供給されるとともに、第２ガス供給部１８からの気体が比較的小さい流量にて供給される。その結果、微細バブルであっても比較的大きいサイズのバブル（例えば、マイクロバブル）を含むバブル含有液ＢＷが霧状となって二流体ノズル１６から噴出されて第２貯液槽２１に貯められる。
【００４０】
そして、このように第２貯液槽２１に貯められた比較的サイズの大きいバブル（例えば、マクロバブル）を含むバブル含有液ＢＷは、ポンプ２３によって洗浄ノズルユニット１１０に供給され、そのバブル含有液ＢＷが洗浄液として洗浄ノズルユニット１１０から回転する半導体ウェーハ５０の表面に吹き付けられる。微細バブルでもそのサイズが比較的大きいマイクロバブルのようなバブルを含む処理液にて半導体ウェーハ５０の表面が洗浄され、表面に付着した異物がそのバブルの作用によって当該表面から浮上分離されて、その異物を良好に半導体ウェーハ５０の表面から洗い流すことができる。
【００４１】
なお、処理ユニット２５は、前述した処理の過程で、第２貯液槽２１に設けられたパーティクルカウンタ２８からの検出信号にて表されるバブルの量（単位体積当たりの数）から換算されるバブルのサイズと指示されたバブルのサイズとの差が所定値以内であるか否かを判定している。その差が前記所定値を越える場合、バブル含有液生成装置に異常があるとして、警報や装置停止等の処理を行うことができる。
【００４２】
前述したような処理装置１００に用いられるバブル含有液生成装置によれば、加圧槽１５から加圧状態で供給される気体溶存液Ｗが二流体ノズル１６から気体とともに噴出する際に減圧開放がなされて、霧状に飛翔する各液粒内に微細なバブルが生成される。そして、二流体ノズル１６に供給すべき気体の流量が制御されることにより、該二流体ノズル１６に供給される気体溶存液Ｗの減圧開放の状態が変化するとともに霧状にある各液粒のサイズが変化し得るので、バブル含有液の各液粒内に含まれるバブルのサイズを変えることができるようになる。
【００４３】
また、このようなバブル含有液生成装置を用いた処理装置１００によれば、処理液として用いられるバブル含有液ＢＷ中に含まれる微細バブルのサイズを制御することができるので、その処理に適したサイズのバブルを含む処理液（洗浄液）にて半導体ウェーハ５０等の被処理物の処理（洗浄処理等）を行うことができるようになる。その結果、被処理物をより良好に処理することができるようになる。
【００４４】
本発明の第２の実施の形態に係る基板処理装置は、図７に示すように構成される。この基板処理装置２００は、二流体ノズル３６から噴出する霧状のバブル含有液を、前述した第１の実施の形態（図１参照）のように第２貯液槽２１（図１参照）に貯めることなく、直接、被処理物である半導体ウェーハ５０に処理液として吹き付けるようになっている。
【００４５】
図７において、この処理装置２００は、第１の実施の形態と同様に、バブル含有液生成装置を構成する貯液槽３１、第１ガス供給部３３、貯液槽３１と送通管３２によって連結される加圧槽３５、送通管３２に設けられたポンプ３４、加圧槽３５と送通管３７によって連結される二流体ノズル３６（構造は図２参照）、第２ガス供給部３８、ガス流量調整弁４７、及びガス流量調整弁４７を駆動させるアクチュエータ３９を有している。このバブル含有液生成装置では、更に、加圧槽３５と二流体ノズル３６とを連結する送通管３７に絞り弁４２が設けられるとともに、第１ガス供給部３３から供給される気体の流量を計測するための流量計４１ａ、加圧槽３５から二流体ノズル３６に向けて流出する気体溶存液Ｗの流量を計測するための流量計４１ｂ、及び第２ガス供給部３８から二流体ノズル３６に供給される気体の流量を計測するための流量計４１ｃが設けられている。
【００４６】
なお、この処理装置２００は、図示されてはいないが、第１の実施の形態（図３参照）と同様に、圧力調整器４６及びアクチュエータ３９を制御する処理ユニットを有している。その処理ユニットは、各流量計４１ａ、４１ｂ、４１ｃで計測される気体及び気体溶存液Ｗの流量をモニタしている。
【００４７】
このようなバブル含有液生成装置では、ポンプ３４によって貯液槽３１から加圧槽３５に送通管３２を通して送られる純水ＤＩＷに、第１ガス供給部３３から気体（例えば、窒素ガス、酸素ガス等）が開閉弁４０を介して供給され、加圧槽３５には、気体含有液体が貯められる。圧力調整器４６によって圧力調整のなされる加圧槽３５において、気体含有液体の気体が液中に溶融して、過飽和またはそれに近い状態の気体溶存液が生成される。加圧槽３５から送通管３７を通って送られる加圧状態の気体溶存液が絞り弁４２を介して二流体ノズル３６に供給される。二流体ノズル３６には第２ガス供給部３８からの気体（例えば、空気）がガス流量調整弁４７を介して供給されている。
【００４８】
二流体ノズル３６は、加圧された状態で供給される前記気体溶存液Ｗと第２ガス供給部３８からの気体とを混合して霧状の液体（微細な液粒）を噴出する。そして、第１の実施の形態の場合と同様に、加圧された状態の前記気体溶存液Ｗが二流体ノズル３６から気体とともに噴出する際に当該気体溶存液の減圧開放がなされ、その液中に微細なバブルが発生する。これにより、二流体ノズル１６から霧状となって飛出する液体（液粒）は、微細なバブルを含むバブル含有液ＢＷとなる。
【００４９】
前述したようなバブル含有液生成装置を含む処理装置２００では、二流体ノズル３６の下方に、駆動ユニット１１３の回転軸１１２に固定されたテーブル１１１上に載置された被処理物としての半導体ウェーハ５０が配置されている。これにより、二流体ノズル３６から霧状に噴出されるバブル含有液ＢＷが処理液として回転する半導体ウェーハ５０の表面に吹き付けられ、当該バブル含有液ＢＷ（処理液）によって半導体ウェーハ５０の表面が処理（洗浄）される。
【００５０】
この場合も、半導体ウェーハ５０の処理目的（異物の剥離、異物の浮上分離等）に応じて、例えば、図４及び図６に示す関係に基づいて、ガス流量調整弁４７の開度をアクチュエータ３９によって制御して二流体ノズル３６に供給される気体の流量を制御することにより、二流体ノズル３６から霧状に噴出される液粒に含まれるバブルの大きさを制御する。これにより、第１の実施の形態の場合と同様に、処理に適したサイズのバブルを含む処理液（洗浄液）にて半導体ウェーハ５０等の被処理物の処理（洗浄処理等）を行うことができるようになる。
【００５１】
本発明の第３の実施の形態に係る基板処理装置は、図８に示すように構成される。この基板処理装置２００は、前述した第２の実施の形態に係る基板処理装置（図７参照）と同様に、二流体ノズル３６から噴出する霧状のバブル含有液を、被処理物である半導体ウェーハ５０に処理液として吹き付けるようになっている。そして、この基板処理装置２００は、そのバブル含有液生成装置において加圧槽３５から二流体ノズル３６まで延びる送通管３７の絞り弁４２と二流体ノズル３６との間の部分にヒータユニット４８（加熱機構）が設けられており、それ以外の構成は、前述した第２の実施の形態に係る基板処理装置（図７参照）と同じである。
【００５２】
このような基板処理装置２００（バブル含有液生成装置）では、加圧槽３５から送通管３７を通って送られる加圧状態の気体溶存液がヒータユニット４８によって加熱されて二流体ノズル３６に供給される。このような加熱により気体溶存液の温度が上昇すると、当該気体溶存液における気体の飽和溶解度が下がってバブルがより発生し易い状態になる。二流体ノズル３６は、このようにバブルがより発生し易い状態となった加圧状態の前記気体溶存液と第２ガス供給部３８からの気体とを混合して霧状の液体（微細な液粒）を噴出する。この場合、前記加熱されてバブルの発生し易い状態となった気体溶存液の二流体ノズル３６から噴出する際の減圧開放によって霧状に噴出される液体（微細な液粒）にはより多くの微細バブルが含まれるようになる。
【００５３】
本発明の第３の実施の形態に係る基板処理装置２００では、二流体ノズル３６から噴出する霧状の液体（微細な液粒）に効率的に微細バブルを生じさせることができるようになり、より多くの微細バブルを含む霧状の液体を処理液として被処理物である半導体ウェーハ５０に吹き付けることができるようになる。また、二流体ノズル３６に供給される気体溶存液の温度を制御することにより、噴出する霧状の液体に含まれる微細バブルの量を制御することが可能になる。
【００５４】
更に、二流体ノズル３６から半導体ウェーハ５０に処理液（洗浄液）として吹き付けられる霧状の液体が比較的高温となるので、比較的高い洗浄効果を得ることができるようになる。
【００５５】
本発明の第４の実施の形態に係る基板処理装置は、図９に示すように構成される。この基板処理装置２００では、前述した第３の実施の形態に係る基板処理装置（図８参照）のヒータユニット４８に代えて、アスピレータ６０、液体（例えば、純水）を加熱した状態で貯めおく加熱槽６１及び開閉弁６２が設けられている。
【００５６】
このような基板処理装置２００（バブル含有液生成装置）では、加圧槽３５から送通管３７を通って送られる加圧状態の気体溶存液がアスピレータ６０を通って二流体ノズル３６に供給されている。また加熱槽６１にて加熱された状態となった液体が開放された開閉弁６２を介してアスピレータ６０の吸引導入部に供給されている。加圧槽３６からの気体溶存液がアスピレータ６０を高速に通過する際に内部で発生する負圧状態によって吸引導入部に供給される加熱された液体がアスピレータ６０内に引き込まれる。そして、アスピレータ６０内で加圧槽３５からの気体溶存液と加熱槽６１からの高温の液体とが混合して全体として比較的高い温度の気体溶存液となって二流体ノズル３６に供給される。
【００５７】
このように、二流体ノズル３６に供給される気体溶存液が比較的高い温度となるので、前述した第３の実施の形態の場合と同様に、二流体ノズル３６は、比較的温度が高くてバブルがより発生し易い状態となった加圧状態の前記気体溶存液と第２ガス供給部３８からの気体とを混合して霧状の液体（微細な液粒）を噴出する。そして、そのバブルの発生し易い状態となった気体溶存液の二流体ノズル３６から噴出する際の減圧開放によって霧状に噴出される液体（微細な液粒）にはより多くの微細バブルが含まれるようになる。その結果、二流体ノズル３６から噴出する霧状の液体（微細な液粒）に効率的に微細バブルを生じさせることができるようになり、より多くの微細バブルを含む霧状の液体を処理液として被処理物である半導体ウェーハ５０に吹き付けることができるようになる。
【００５８】
前述した本発明の各実施の形態では、半導体ウェーハ５０の表面を洗浄する処理装置であったが、被処理物は、半導体ウェーハ５０に限られるものではなく、他の板状物や他の形状の個体を被処理物にすることが可能であることは勿論、更に、例えば、廃液浄化等、液体を被処理物とすることもできる。
【符号の説明】
【００５９】
１１ 第１貯液槽
１２、１７、２２、３２、３７ 送通管
１３、３３ 第１ガス供給部
１４ 第１のポンプ
１５、３５ 加圧槽 （加圧機構）
１６ 二流体ノズル
１６０ ユニット本体
１６１ 気体通路
１６１ａ 気体導入口
１６１ｂ ノズル孔
１６２ 液体導入部
１８ ３８ 第２ガス供給部
１９、３９ アクチュエータ
２１ 第２貯液槽
２０、４０ 開閉弁
２２ 第２ポンプ
２５ 処理ユニット
２６ ４６ 圧力調整器
２７、４７ ガス流量調整弁
２８ バブルカウンター
３１ 貯液槽
３４ ポンプ
３６ 二流体ノズル
４１ａ ４１ｂ ４１ｃ 流量計
４２ 圧力開放部
４８ ヒータユニット（加熱機構）
５０ 半導体ウェーハ（被処理物）
６０ アスピレータ
６１ 加熱槽
６２ 開閉弁
１００ ２００ バブル生成装置
１０１ 洗浄室
１１０ 洗浄ノズルユニット
１１１ テーブル
１１２ 回転軸
１１３ 駆動ユニット
１６０ ユニット本体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細なバブルを含有する液体を生成するバブル含有液生成装置及び該バブル含有液生成装置を用いた処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液体内で微細バブルを発生させることにより生成されたバブル含有液体が様々な分野で利用されるようになっている。例えば、微細バブルと液体との界面の電位が洗浄効果や酸化作用を促し、また、物体表面に付着した微細バブルが破裂するときのエネルギーによって物体表面の汚れの剥離に寄与する等の性質を利用して、バブル含有液体を半導体ウェーハ等の基板の洗浄に利用することが提案されている。なお、微細バブルはそのバブルのサイズが小さくなるに従って、マイクロバブル、マイクロナノバブル、ナノバブルと呼ばれる。
【０００３】
従来、マイクロバブルを含有するバブル含有液を利用した基板処理装置が提案されている（特許文献１参照）。この基板処理装置では、マイクロバブル発生部により発生させられたマイクロバブルを含む純水（マイクロバブル含有液体）が処理槽内の基板に供給され、超音波発生部が前記処理槽内のマイクロバブル含有液体に対して超音波を発すると、この超音波振動の衝撃によって基板の表面からパーティクルが除去されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１７９７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、微細バブルを含有するバブル含有液による洗浄処理においては、その洗浄処理の目的に応じて、好ましいバブルのサイズがあるということが判明した。例えば、半導体ウェーハの基板の洗浄処理において、特に微細部分の洗浄には、より微細なバブル、例えば、マイクロナノバブルやナノバブルを含むバブル含有液が好ましく、そのような洗浄後の基板上に残った異物を除去（浮上分離）するためには、比較的サイズの大きいバブルを含むバブル含有液が好ましく、また、廃液の浄化処理では、ラジカル発生による有機成分除去のためにより微細なナノバブルを含むバブル含有液、異物除去後の浮上分離のためにマイクロナノバブルを含むバブル含有液がそれぞれ好ましい。
【０００６】
しかしながら、前述した従来の基板処理装置では、処理の目的に応じて、バブル含有液に含まれるバブルのサイズを変えることができない。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、バブル含有液に含まれるバブルのサイズを変えることのできるバブル含有液生成装置と、そのバブル含有液生成装置を用いた処理装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るバブル含有液生成装置は、気体溶存液を生成する気体溶存液生成機構と、該気体溶存液生成機構により生成された気体溶存液と気体とを混合して霧状の液体を噴出する二流体ノズルと、該二流体ノズルに供給すべき前記気体の流量を制御する気体流量制御手段とを有する構成となる。
【０００９】
このような構成により、気体溶存液が二流体ノズルから気体とともに噴出する際に減圧開放がなされて、霧状に飛翔する各液粒内に微細なバブルが生成され得る。そして、二流体ノズルに供給すべき気体の流量が制御されることにより、気体溶存液の減圧開放の状態が変化するとともに霧状にある各液粒のサイズが変化し得る。
【００１０】
本発明に係るバブル含有液生成装置において、前記気体溶存液生成機構は、気体と液体とを混合する気液混合機構と、前記気液混合機構により生成された気体含有液体を貯留して加圧する加圧機構とを有する構成することができる。
【００１１】
このような構成により、気体と液体とが混合されてできた気体含有液体が加圧されることにより当該気体含有液体に含まれる気体が液中に溶解し、気体溶存液が生成され得る。
【００１２】
更に、本発明に係るバブル含有液生成装置において、前記二流体ノズルから噴出される液体を貯留する貯留槽と、該貯留槽に貯留する液体に含有されるバブルの量を検出するバブル量検出手段とを有する構成とすることができる。
【００１３】
このような構成により、二流体ノズルから噴出される霧状のバブル含有液が貯液槽に貯められ、該貯液槽に貯留されたバブル含有液含まれるバブルの量をバブル量検出手段での検出結果に基づいてモニタすることができるようになる。
【００１４】
また、本発明に係るバブル含有液生成装置において、前記二流体ノズルに供給される前記気体溶存液を加熱する加熱機構を有する構成とすることができる。
【００１５】
このような構成により、二流体ノズルに供給される気体溶存液の温度を高くすることができるので、気体溶存液は、飽和溶解度が低下してよりバブルが発生し易い状態となる。その結果、気体溶存液が二流体ノズルから気体とともに噴出する際の減圧開放によって、より多くのバブルを発生させることができるようになる。
【００１６】
前記加熱機構は、前記気体溶存液生成機構から二流体ノズルに送られる途中の前記気体溶存液を加熱するヒータユニットであっても、前記二流体ノズルに供給される前記気体溶存液に加熱液体を混合させる加熱液混合機構であってもよい。
【００１７】
本発明に係る処理装置は、前述したいずれかのバブル含有液生成装置と、前記二流体ノズルから噴出される液体を処理液として被処理物に供する処理液供給機構とを有する構成となる。
【００１８】
このような構成により、前述したバブル含有液生成装置における二流体ノズルから噴出するバブル含有液が被処理物に供されるようになるので、処理目的に応じたサイズのバブルを含み得るバブル含有液により被処理物を処理することができるようになる。
【００１９】
本発明に係る処理装置において、前記処理液供給機構は、前記二流体ノズルから噴出される液体を直接前記被処理物に供する構造となる構成とすることができ、また、前記バブル含有液生成装置が前記二流体ノズルから噴出される液体を貯留する貯留槽を有する場合には、前記処理液供給機構は、前記処理物に処理液を吐射するノズルと、前記貯液槽に貯留される液体を前記ノズルに処理液として送る処理液移送機構とを有する構成とすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るバブル含有液生成装置によれば、二流体ノズルに供給すべき気体の流量が制御されることにより、該二流体ノズルに供給される気体溶存液の減圧開放の状態が変化するとともに霧状にある各液粒のサイズが変化し得るので、バブル含有液の各液粒内に含まれるバブルのサイズを変えることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る基板処理装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示すバブル含有液生成装置に用いられる二流体ノズルの断面を示す断面図である。
【図３】図１に示す基板処理装置における制御系の構成例を示す図である。
【図４】二流体ノズルに供給される気体の流量と当該二流体ノズルから吐出される液体におけるバブル含有効率との関係を示す相関図である。
【図５】二流体ノズルに供給される気体の流量と当該二流体ノズルから噴出される液体の溶存気体濃度との関係を示す相関図である。
【図６】気体溶存液の減圧開放によって発生するバブルの粒径と液中におけるバブル含有効率との関係を示す相関図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る基板処理装置の構成を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る基板処理装置の構成を示す図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態に係る基板処理装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２３】
本発明の第１の実施の形態に係る基板処理装置は、図１に示すように構成される。
【００２４】
図１に示す基板処理装置１００は、バブル含有液生成装置を構成する第１貯液槽１１、第１ガス供給部１３、第１ポンプ１４、加圧槽１５、二流体ノズル１６、第２ガス供給部１８、ガス流量調整弁２７、及びガス流量調整弁２７を駆動させるアクチュエータ１９を備えるとともに、半導体ウェーハ５０を洗浄処理するために用いられる第２貯液槽２１、第２ポンプ２３及び洗浄室１０１を備えている。前記バブル含有液生成装置では、液体、例えば、純水ＤＩＷを貯留する第１貯液槽１１と加圧槽１５とが送通管１２にて連結され、この送通管１２にポンプ１４が設けられている。そして、第１貯液槽１１からの純水ＤＩＷが通る送通管１２の第１貯液槽１１と第１ポンプ１４との間に、第１ガス供給部１３からの気体（例えば、窒素ガス、酸素ガス等）が開閉弁２０を介して供給されるようになっている（気液混合機構）。
【００２５】
第１ガス供給部１３からの気体が混在した純水ＤＩＷ（以下、適宜、気体含有液体という）が、第１ポンプ１４により送通管１２を通って加圧槽１５（加圧機構）に圧送され、その気体含有液体が加圧槽１５に一時的に貯められる。加圧槽１５では、貯留される気体含有液体が加圧され、気体含有液体内の気体が液体中に溶融して、液中の気体濃度が上昇し、過飽和あるいはそれに近い状態となった気体溶存液Ｗが生成される（気体溶存液生成機構）。なお、加圧槽１５内の圧力は、圧力調整器２６によって調整することができる。
【００２６】
加圧槽１５と二流体ノズル１６とが送通管１７によって連結され、加圧槽１５内の気体溶存液Ｗがその加圧された状態を維持しつつ送通管１７を通って二流体ノズル１６に供給される。二流体ノズル１６には、第２ガス供給部１８からの気体（例えば、空気）がガス流量調整弁２７を介して供給されている。ガス流量調整弁２７はアクチュエータ１９によって駆動されることによりその開度が調整され、その開度に応じた流量にて第２ガス供給部１８からの気体が二流体ノズル１６に供給される。二流体ノズル１６は、加圧槽１５から供給される気体溶存液Ｗと第２ガス供給部１８からの気体とを混合して霧状の液体（微細な液粒）を噴出する。二流体ノズル１６から霧状に噴出される液体は、後述するように微細なバブル（マイクロバブル、マイクロナノバブル、ナノバブル）の含まれたバブル含有液ＢＷとなっており、そのバブル含有液が第２貯液槽２１に貯められる。
【００２７】
第２貯液槽２１と洗浄室１０１内の洗浄ノズルユニット１１０とが送通管２２によって連結され、その送通管２２の途中に第２ポンプ２３が設けられている。第２ポンプ２３により、第２貯液槽２１内に貯められたバブル含有液ＢＷが送通管２２を通って洗浄ノズルユニット１１０に処理液（洗浄液）として供給される（処理液移送機構）。洗浄室１０１内には、洗浄ノズルユニット１１０の下方に配置されるように被洗浄物となる半導体ウェーハ５０を支持する機構が設けられている。具体的には、駆動ユニット１１３の回転軸１１２に固定されたテーブル１１１上に半導体ウェーハ５０が支持され、駆動ユニット１１３によるテーブル１１１の回転にともなって半導体ウェーハ５０が回転するようになっている。第２貯液槽２１から第２ポンプ２３によって洗浄ノズルユニット１１０に供給されたバブル含有液ＢＷが、その洗浄ノズルユニット１１０から回転する半導体ウェーハ５０の表面に処理液として吹き付けられる（処理液供給機構）。半導体ウェーハ５０の表面は、その吹き付けられる処理液によって洗浄される。なお、半導体ウェーハ５０等の被洗浄物（被処理物）は、上述のように洗浄ノズルユニット１１０の下方において回転させる他、搬送機構によって洗浄ノズルユニット１１０の下方を所定速度で移動させるようにしてもよい。
【００２８】
前述した二流体ノズル１６は、例えば、図２に示すように構成されている。
【００２９】
図２において、この二流体ノズル１６は、ユニット本体１６０の略中央部に上下方向に延びる気体通路１６１が形成された構造となっている。気体通路１６１の上端部が気体導入口１６１ａとして開口するとともに、気体通路１６１の下端部がノズル孔１６１ｂとして開口している。また、ユニット本体１６０の外側面から気体通路１６１に至るように液体通路１６２が形成されている。
【００３０】
このような二流体ノズル１６では、液体通路１６２の口部に加圧槽１５から続く送通管１７の端部が接続され、加圧槽１５（図１参照）からの気体溶存液Ｗが液体通路１６２を通って気体通路１６１に導かれるようになっている。また、第２ガス供給部１８からの気体（例えば、空気）Ｇがガス流量調整弁２７を介してユニット本体１６０の気体導入口１６１ａから気体通路１６１に供給され、ガス流量調整弁２７の開度に応じた流量の気体Ｇが気体通路１６１を通過する。気体通路１６１を通過する気体Ｇ中に液体通路１６２からの気体溶存液Ｗが供給されることにより、気体Ｇと気体溶存液Ｗとが混合されて、その気体溶存液Ｗがノズル孔１６１ｂから霧状（微細な液粒）となって飛出する。
【００３１】
加圧された状態の気体溶存液Ｗが二流体ノズル１６のノズル孔１６１ｂから噴出する際に当該気体溶存液Ｗの減圧開放がなされ、その液中に微細なバブルが発生する。これにより、二流体ノズル１６から霧状となって飛出する液体（液粒）は、微細なバブルを含むバブル含有液ＢＷとなる。
【００３２】
上述したような構造の基板処理装置１００における処理系は、例えば、図３に示すように構成されている。
【００３３】
図３において、処理ユニット２５には、第２貯液槽２１に設けられたパーティクルカウンタ２８、ガス流量調整弁２７を駆動するアクチュエータ１９、及び加圧槽１５に設けられた圧力調整器２６が接続されている。パーティクルカウンタ２８は、第２貯液槽２１内に貯められたバブル含有液ＢＷ中の単位体積当たりのバブルの数に応じた検出信号をそのバブル含有液ＢＷ中のバブルの量を表す信号として出力する（バブル量検出手段）。
【００３４】
ところで、二流体ノズル１６において、供給される気体の流量と、噴出後の液体（液粒）に含まれるバブルの量との関係は、例えば、図４に示すグラフのようになることが判明した。図４に示すグラフでは、縦軸が二流体ノズル１６から噴出される液体（液粒）に含まれるバブルの個数割合（％）で定義されるバブル含有効率を表し、横軸が二流体ノズル１６に供給される気体の流量（Ｌ／ｍｉｎ）を表している。また、第２ガス供給部１８から供給される気体の流量と、噴出後の液体（液粒）中の溶存気体濃度（ｍｇ／Ｌ）との関係が図５に示すグラフのようになる。図４及び図５に示す関係によれば、第２ガス供給部１８から二流体ノズル１６に供給される気体の流量が多くなるほど、噴出後の液体（液粒）中のバブルの含有割合（バブル含有効率）は大きくなり、その結果、噴出後の液体（液粒）の気体溶存濃度が低下することが分かる。これは、二流体ノズル１６に供給される気体溶存液Ｗ中の溶存気体のより多くの量が気化されてより多くのバブルに変わったものと考えられる。また、気体溶存液Ｗの減圧開放によって発生するバブルの粒径（μｍ）と発生するバブルの量（バブル含有効率）との関係が図６に示すグラフのようになる。この関係によれば、前述したように、液体中のバブルの個数割合（バブル含有効率）が大きくなるということは、含まれるバブルのサイズが小さくなることを意味する。従って、図４に示す関係は、二流体ノズル１６に供給される気体の流量が多くなるほど、二流体ノズル１６から霧状に噴出される液体（液粒）に含まれるバブルの大きさが、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように小さくなることを表しているといい得る。液中に含まれるバブルのサイズが大きくなるほど（例えば、図４の（ａ）、（ｂ））、その液体の白濁の程度が大きくなり、液中に含まれるバブルのサイズが小さくなるほど（例えば、図４の（ｃ）、（ｄ）参照）、液体の透明の度合いが大きくなる。
【００３５】
処理ユニット２５は、二流体ノズル１６に供給すべき気体の流量を調整するガス流量構成弁２７のアクチュエータ１９を制御する。具体的には、処理ユニット２５は、図４に示すような二流体ノズル１６に供給される気体の流量と、二流体ノズル１６から噴出される液体（液粒）中に含まれるバブルの量（バブル含有効率）、及び図６に示すようなバブル含有効率とバブルの大きさとの関係に基づいて作成された、二流体ノズル１６に供給される気体の流量と、二流体ノズル１６から噴出されるバブルの大きさとの関係についての参照テーブルを備えている。この参照テーブルは、二流体ノズル１６に供給される気体の流量が多くなるに従って、二流体ノズル１６から霧状に噴出する液体（液粒）に含まれるバブルのサイズが小さくなる関係を示すことになる（図４及び図６参照）。例えば、操作部（図示略）の操作によって、二流体ノズル１６から噴出されるべきバブル含有液ＢＷに含まれるバブルの大きさについての指示がなされると、処理ユニット２５は、参照テーブル（図４及び図６に示す関係参照）に基づいて前記指示されたバブルの大きさに対応する気体の流量を決定し、二流体ノズル１６に供給される気体の流量がその決定した流量になるように、アクチュエータ１９を制御してガス流量調整弁２７の開度を調整する。また、処理ユニット２５は、パーティクルカウンタ２６からの検出信号を入力し、第２貯液槽２１に貯められたバブル含有液ＢＷ中の単位体積当たりのバブルの個数、即ち、バブル含有液ＢＷ中のバブルの大きさをモニタしている。
【００３６】
このような基板処理装置１００での半導体ウェーハ５０（被処理物）の洗浄処理について説明する。
【００３７】
例えば、半導体ウェーハ５０の微細部分までも良好に洗浄するために、できるだけ細かいバブル（例えば、ナノバブル）を含むバブル含有液ＢＷを生成するための指示がなされると、処理ユニット２５は、参照テーブル（図４及び図６に示す関係）に基づいて、二流体ノズル１６に供給される気体の流量が比較的大きな値となるように（図４（ｄ）参照）、アクチュエータ１９を駆動してガス流量調整弁２７の開度を制御する。これにより、二流体ノズル１６に対して加圧槽１５から加圧状態の気体溶存液Ｗが供給されるとともに、第２ガス供給部１８からの気体が比較的大きい流量にて供給される。その結果、極めて微細なバブル（例えば、ナノバブル）を含むバブル含有液ＢＷが霧状となって二流体ノズル１６から噴出されて第２貯液槽２１に貯められる。
【００３８】
そして、このように第２貯液槽２１に貯められた極めて微細なバブルを含むバブル含有液ＢＷは、ポンプ２３によって洗浄ノズルユニット１１０に供給され、そのバブル含有液ＢＷが処理液（洗浄液）として洗浄ノズルユニット１１０から回転する半導体ウェーハ５０の表面に吹き付けられる。このナノバブルのような極めて微細なバブルを含む洗浄液にて半導体ウェーハ５０の表面が洗浄され、微細な構造部分に付着した異物も極めて微細なバブルの作用によってその表面から良好に剥離することができる。
【００３９】
前述したように極めて微細なバブルを含む洗浄液にて洗浄された半導体ウェーハ５０の表面に残った異物を除去（浮上分離）するためには、比較的サイズの大きいバブルを含むバブル含有液ＢＷが好ましい。このため、微細バブルのなかでも比較的大サイズの大きいバブル（例えば、マイクロバブル）を含むバブル含有液ＢＷを生成するための指示がなされると、処理ユニット２５は、参照テーブル（図４及び図６に示す関係）に基づいて、二流体ノズル１６に供給される気体の流量が比較的小さな値となるように（図４（ａ）参照）、アクチュエータ１９を駆動してガス流量調整弁２７の開度を制御する。これにより、二流体ノズル１６に対して加圧槽１５から加圧状態の気体溶存液Ｗが供給されるとともに、第２ガス供給部１８からの気体が比較的小さい流量にて供給される。その結果、微細バブルであっても比較的大きいサイズのバブル（例えば、マイクロバブル）を含むバブル含有液ＢＷが霧状となって二流体ノズル１６から噴出されて第２貯液槽２１に貯められる。
【００４０】
そして、このように第２貯液槽２１に貯められた比較的サイズの大きいバブル（例えば、マクロバブル）を含むバブル含有液ＢＷは、ポンプ２３によって洗浄ノズルユニット１１０に供給され、そのバブル含有液ＢＷが洗浄液として洗浄ノズルユニット１１０から回転する半導体ウェーハ５０の表面に吹き付けられる。微細バブルでもそのサイズが比較的大きいマイクロバブルのようなバブルを含む処理液にて半導体ウェーハ５０の表面が洗浄され、表面に付着した異物がそのバブルの作用によって当該表面から浮上分離されて、その異物を良好に半導体ウェーハ５０の表面から洗い流すことができる。
【００４１】
なお、処理ユニット２５は、前述した処理の過程で、第２貯液槽２１に設けられたパーティクルカウンタ２８からの検出信号にて表されるバブルの量（単位体積当たりの数）から換算されるバブルのサイズと指示されたバブルのサイズとの差が所定値以内であるか否かを判定している。その差が前記所定値を越える場合、バブル含有液生成装置に異常があるとして、警報や装置停止等の処理を行うことができる。
【００４２】
前述したような処理装置１００に用いられるバブル含有液生成装置によれば、加圧槽１５から加圧状態で供給される気体溶存液Ｗが二流体ノズル１６から気体とともに噴出する際に減圧開放がなされて、霧状に飛翔する各液粒内に微細なバブルが生成される。そして、二流体ノズル１６に供給すべき気体の流量が制御されることにより、該二流体ノズル１６に供給される気体溶存液Ｗの減圧開放の状態が変化するとともに霧状にある各液粒のサイズが変化し得るので、バブル含有液の各液粒内に含まれるバブルのサイズを変えることができるようになる。
【００４３】
また、このようなバブル含有液生成装置を用いた処理装置１００によれば、処理液として用いられるバブル含有液ＢＷ中に含まれる微細バブルのサイズを制御することができるので、その処理に適したサイズのバブルを含む処理液（洗浄液）にて半導体ウェーハ５０等の被処理物の処理（洗浄処理等）を行うことができるようになる。その結果、被処理物をより良好に処理することができるようになる。
【００４４】
本発明の第２の実施の形態に係る基板処理装置は、図７に示すように構成される。この基板処理装置２００は、二流体ノズル３６から噴出する霧状のバブル含有液を、前述した第１の実施の形態（図１参照）のように第２貯液槽２１（図１参照）に貯めることなく、直接、被処理物である半導体ウェーハ５０に処理液として吹き付けるようになっている。
【００４５】
図７において、この処理装置２００は、第１の実施の形態と同様に、バブル含有液生成装置を構成する貯液槽３１、第１ガス供給部３３、貯液槽３１と送通管３２によって連結される加圧槽３５、送通管３２に設けられたポンプ３４、加圧槽３５と送通管３７によって連結される二流体ノズル３６（構造は図２参照）、第２ガス供給部３８、ガス流量調整弁４７、及びガス流量調整弁４７を駆動させるアクチュエータ３９を有している。このバブル含有液生成装置では、更に、加圧槽３５と二流体ノズル３６とを連結する送通管３７に絞り弁４２が設けられるとともに、第１ガス供給部３３から供給される気体の流量を計測するための流量計４１ａ、加圧槽３５から二流体ノズル３６に向けて流出する気体溶存液Ｗの流量を計測するための流量計４１ｂ、及び第２ガス供給部３８から二流体ノズル３６に供給される気体の流量を計測するための流量計４１ｃが設けられている。
【００４６】
なお、この処理装置２００は、図示されてはいないが、第１の実施の形態（図３参照）と同様に、圧力調整器４６及びアクチュエータ３９を制御する処理ユニットを有している。その処理ユニットは、各流量計４１ａ、４１ｂ、４１ｃで計測される気体及び気体溶存液Ｗの流量をモニタしている。
【００４７】
このようなバブル含有液生成装置では、ポンプ３４によって貯液槽３１から加圧槽３５に送通管３２を通して送られる純水ＤＩＷに、第１ガス供給部３３から気体（例えば、窒素ガス、酸素ガス等）が開閉弁４０を介して供給され、加圧槽３５には、気体含有液体が貯められる。圧力調整器４６によって圧力調整のなされる加圧槽３５において、気体含有液体の気体が液中に溶融して、過飽和またはそれに近い状態の気体溶存液が生成される。加圧槽３５から送通管３７を通って送られる加圧状態の気体溶存液が絞り弁４２を介して二流体ノズル３６に供給される。二流体ノズル３６には第２ガス供給部３８からの気体（例えば、空気）がガス流量調整弁４７を介して供給されている。
【００４８】
二流体ノズル３６は、加圧された状態で供給される前記気体溶存液Ｗと第２ガス供給部３８からの気体とを混合して霧状の液体（微細な液粒）を噴出する。そして、第１の実施の形態の場合と同様に、加圧された状態の前記気体溶存液Ｗが二流体ノズル３６から気体とともに噴出する際に当該気体溶存液の減圧開放がなされ、その液中に微細なバブルが発生する。これにより、二流体ノズル１６から霧状となって飛出する液体（液粒）は、微細なバブルを含むバブル含有液ＢＷとなる。
【００４９】
前述したようなバブル含有液生成装置を含む処理装置２００では、二流体ノズル３６の下方に、駆動ユニット１１３の回転軸１１２に固定されたテーブル１１１上に載置された被処理物としての半導体ウェーハ５０が配置されている。これにより、二流体ノズル３６から霧状に噴出されるバブル含有液ＢＷが処理液として回転する半導体ウェーハ５０の表面に吹き付けられ、当該バブル含有液ＢＷ（処理液）によって半導体ウェーハ５０の表面が処理（洗浄）される。
【００５０】
この場合も、半導体ウェーハ５０の処理目的（異物の剥離、異物の浮上分離等）に応じて、例えば、図４及び図６に示す関係に基づいて、ガス流量調整弁４７の開度をアクチュエータ３９によって制御して二流体ノズル３６に供給される気体の流量を制御することにより、二流体ノズル３６から霧状に噴出される液粒に含まれるバブルの大きさを制御する。これにより、第１の実施の形態の場合と同様に、処理に適したサイズのバブルを含む処理液（洗浄液）にて半導体ウェーハ５０等の被処理物の処理（洗浄処理等）を行うことができるようになる。
【００５１】
本発明の第３の実施の形態に係る基板処理装置は、図８に示すように構成される。この基板処理装置２００は、前述した第２の実施の形態に係る基板処理装置（図７参照）と同様に、二流体ノズル３６から噴出する霧状のバブル含有液を、被処理物である半導体ウェーハ５０に処理液として吹き付けるようになっている。そして、この基板処理装置２００は、そのバブル含有液生成装置において加圧槽３５から二流体ノズル３６まで延びる送通管３７の絞り弁４２と二流体ノズル３６との間の部分にヒータユニット４８（加熱機構）が設けられており、それ以外の構成は、前述した第２の実施の形態に係る基板処理装置（図７参照）と同じである。
【００５２】
このような基板処理装置２００（バブル含有液生成装置）では、加圧槽３５から送通管３７を通って送られる加圧状態の気体溶存液がヒータユニット４８によって加熱されて二流体ノズル３６に供給される。このような加熱により気体溶存液の温度が上昇すると、当該気体溶存液における気体の飽和溶解度が下がってバブルがより発生し易い状態になる。二流体ノズル３６は、このようにバブルがより発生し易い状態となった加圧状態の前記気体溶存液と第２ガス供給部３８からの気体とを混合して霧状の液体（微細な液粒）を噴出する。この場合、前記加熱されてバブルの発生し易い状態となった気体溶存液の二流体ノズル３６から噴出する際の減圧開放によって霧状に噴出される液体（微細な液粒）にはより多くの微細バブルが含まれるようになる。
【００５３】
本発明の第３の実施の形態に係る基板処理装置２００では、二流体ノズル３６から噴出する霧状の液体（微細な液粒）に効率的に微細バブルを生じさせることができるようになり、より多くの微細バブルを含む霧状の液体を処理液として被処理物である半導体ウェーハ５０に吹き付けることができるようになる。また、二流体ノズル３６に供給される気体溶存液の温度を制御することにより、噴出する霧状の液体に含まれる微細バブルの量を制御することが可能になる。
【００５４】
更に、二流体ノズル３６から半導体ウェーハ５０に処理液（洗浄液）として吹き付けられる霧状の液体が比較的高温となるので、比較的高い洗浄効果を得ることができるようになる。
【００５５】
本発明の第４の実施の形態に係る基板処理装置は、図９に示すように構成される。この基板処理装置２００では、前述した第３の実施の形態に係る基板処理装置（図８参照）のヒータユニット４８に代えて、アスピレータ６０、液体（例えば、純水）を加熱した状態で貯めおく加熱槽６１及び開閉弁６２が設けられている。
【００５６】
このような基板処理装置２００（バブル含有液生成装置）では、加圧槽３５から送通管３７を通って送られる加圧状態の気体溶存液がアスピレータ６０を通って二流体ノズル３６に供給されている。また加熱槽６１にて加熱された状態となった液体が開放された開閉弁６２を介してアスピレータ６０の吸引導入部に供給されている。加圧槽３６からの気体溶存液がアスピレータ６０を高速に通過する際に内部で発生する負圧状態によって吸引導入部に供給される加熱された液体がアスピレータ６０内に引き込まれる。そして、アスピレータ６０内で加圧槽３５からの気体溶存液と加熱槽６１からの高温の液体とが混合して全体として比較的高い温度の気体溶存液となって二流体ノズル３６に供給される。
【００５７】
このように、二流体ノズル３６に供給される気体溶存液が比較的高い温度となるので、前述した第３の実施の形態の場合と同様に、二流体ノズル３６は、比較的温度が高くてバブルがより発生し易い状態となった加圧状態の前記気体溶存液と第２ガス供給部３８からの気体とを混合して霧状の液体（微細な液粒）を噴出する。そして、そのバブルの発生し易い状態となった気体溶存液の二流体ノズル３６から噴出する際の減圧開放によって霧状に噴出される液体（微細な液粒）にはより多くの微細バブルが含まれるようになる。その結果、二流体ノズル３６から噴出する霧状の液体（微細な液粒）に効率的に微細バブルを生じさせることができるようになり、より多くの微細バブルを含む霧状の液体を処理液として被処理物である半導体ウェーハ５０に吹き付けることができるようになる。
【００５８】
前述した本発明の各実施の形態では、半導体ウェーハ５０の表面を洗浄する処理装置であったが、被処理物は、半導体ウェーハ５０に限られるものではなく、他の板状物や他の形状の個体を被処理物にすることが可能であることは勿論、更に、例えば、廃液浄化等、液体を被処理物とすることもできる。
【符号の説明】
【００５９】
１１ 第１貯液槽
１２、１７、２２、３２、３７ 送通管
１３、３３ 第１ガス供給部
１４ 第１のポンプ
１５、３５ 加圧槽 （加圧機構）
１６ 二流体ノズル
１６０ ユニット本体
１６１ 気体通路
１６１ａ 気体導入口
１６１ｂ ノズル孔
１６２ 液体導入部
１８ ３８ 第２ガス供給部
１９、３９ アクチュエータ
２１ 第２貯液槽
２０、４０ 開閉弁
２２ 第２ポンプ
２５ 処理ユニット
２６ ４６ 圧力調整器
２７、４７ ガス流量調整弁
２８ バブルカウンター
３１ 貯液槽
３４ ポンプ
３６ 二流体ノズル
４１ａ ４１ｂ ４１ｃ 流量計
４２ 圧力開放部
４８ ヒータユニット（加熱機構）
５０ 半導体ウェーハ（被処理物）
６０ アスピレータ
６１ 加熱槽
６２ 開閉弁
１００ ２００ バブル生成装置
１０１ 洗浄室
１１０ 洗浄ノズルユニット
１１１ テーブル
１１２ 回転軸
１１３ 駆動ユニット
１６０ ユニット本体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体溶存液を生成する気体溶存液生成機構と、
該気体溶存液生成機構により生成された気体溶存液と気体とを混合して霧状の液体を噴出する二流体ノズルと、
該二流体ノズルに供給すべき前記気体の流量を制御する気体流量制御手段とを有するバブル含有液生成装置。
【請求項２】
前記気体溶存液生成機構は、
気体と液体とを混合する気液混合機構と、
前記気液混合機構により生成された気体含有液体を貯留して加圧する加圧機構とを有する請求項１記載のバブル含有液生成装置。
【請求項３】
前記二流体ノズルから噴出される液体を貯留する貯留槽と、
該貯留槽に貯留する液体に含有されるバブルの量を検出するバブル量検出手段とを有する請求項１または２記載のバブル含有液生成装置。
【請求項４】
前記二流体ノズルに供給される前記気体溶存液を加熱する加熱機構を有する請求項１乃至３のいずれかに記載のバブル含有液生成装置。
【請求項５】
前記加熱機構は、前記気体溶存液生成機構から二流体ノズルに送られる途中の前記気体溶存液を加熱するヒータユニットを有する請求項４バブル含有液生成装置。
【請求項６】
前記加熱機構は、前記二流体ノズルに供給される前記気体溶存液に加熱液体を混合させる加熱液混合機構を有する請求項４記載のバブル含有液生成
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載のバブル含有液生成装置と、
前記二流体ノズルから噴出される液体を処理液として被処理物に供する処理液供給機構とを有する処理装置。
【請求項８】
前記バブル含有液生成装置は、請求項１また２記載のバブル含有生成装置であって、
前記処理液供給機構は、前記二流体ノズルから噴出される液体を直接前記被処理物に供する構造となる請求項５記載の処理装置。
【請求項９】
前記バブル含有液生成装置は、請求項３に記載されるバブル含有液生成装置であって、
前記処理液供給機構は、前記処理物に処理液を吐射するノズルと、
前記貯液槽に貯留される液体を前記ノズルに処理液として送る処理液移送機構とを有する請求項７記載の処理装置。
【請求項１】
気体溶存液を生成する気体溶存液生成機構と、
該気体溶存液生成機構により生成された気体溶存液と気体とを混合して霧状の液体を噴出する二流体ノズルと、
該二流体ノズルに供給すべき前記気体の流量を制御する気体流量制御手段とを有するバブル含有液生成装置。
【請求項２】
前記気体溶存液生成機構は、
気体と液体とを混合する気液混合機構と、
前記気液混合機構により生成された気体含有液体を貯留して加圧する加圧機構とを有する請求項１記載のバブル含有液生成装置。
【請求項３】
前記二流体ノズルから噴出される液体を貯留する貯留槽と、
該貯留槽に貯留する液体に含有されるバブルの量を検出するバブル量検出手段とを有する請求項１または２記載のバブル含有液生成装置。
【請求項４】
前記二流体ノズルに供給される前記気体溶存液を加熱する加熱機構を有する請求項１乃至３のいずれかに記載のバブル含有液生成装置。
【請求項５】
前記加熱機構は、前記気体溶存液生成機構から二流体ノズルに送られる途中の前記気体溶存液を加熱するヒータユニットを有する請求項４バブル含有液生成装置。
【請求項６】
前記加熱機構は、前記二流体ノズルに供給される前記気体溶存液に加熱液体を混合させる加熱液混合機構を有する請求項４記載のバブル含有液生成
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載のバブル含有液生成装置と、
前記二流体ノズルから噴出される液体を処理液として被処理物に供する処理液供給機構とを有する処理装置。
【請求項８】
前記バブル含有液生成装置は、請求項１また２記載のバブル含有生成装置であって、
前記処理液供給機構は、前記二流体ノズルから噴出される液体を直接前記被処理物に供する構造となる請求項５記載の処理装置。
【請求項９】
前記バブル含有液生成装置は、請求項３に記載されるバブル含有液生成装置であって、
前記処理液供給機構は、前記処理物に処理液を吐射するノズルと、
前記貯液槽に貯留される液体を前記ノズルに処理液として送る処理液移送機構とを有する請求項７記載の処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−５８０（Ｐ２０１２−５８０Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３８９６９（Ｐ２０１０−１３８９６９）
【出願日】平成２２年６月１８日（２０１０．６．１８）
【出願人】（０００００２４２８）芝浦メカトロニクス株式会社 (907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１８日（２０１０．６．１８）
【出願人】（０００００２４２８）芝浦メカトロニクス株式会社 (907)
【Ｆターム（参考）】
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