パーティクル除去方法および基板処理装置
【課題】基板処理装置において基板に付着したパーティクルを効率よく除去できる技術を提供する。
【解決手段】この基板処理装置では、基板Ｗの周囲にマイクロバブルを供給し、そのマイクロバブルを超音波振動の物理的な衝撃を利用して圧壊する。そして、マイクロバブルの圧壊に伴って発散するエネルギーにより基板からパーティクルを積極的に遊離させる。また、基板から遊離したパーティクルをマイクロバブルに吸着させ、マイクロバブルととも除去する。このため、パーティクルを効率よく除去できる。
【解決手段】この基板処理装置では、基板Ｗの周囲にマイクロバブルを供給し、そのマイクロバブルを超音波振動の物理的な衝撃を利用して圧壊する。そして、マイクロバブルの圧壊に伴って発散するエネルギーにより基板からパーティクルを積極的に遊離させる。また、基板から遊離したパーティクルをマイクロバブルに吸着させ、マイクロバブルととも除去する。このため、パーティクルを効率よく除去できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板等の基板に対して液体による処理を行う基板処理装置において、基板の表面からパーティクルを除去する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、基板の製造工程において、基板に対して純水や薬液等の液体を供給し、所定の処理を行う基板処理装置が知られている。このような基板処理装置には、主として、処理槽内に貯留した液体に複数の基板を一度に浸漬して処理するバッチ式の基板処理装置と、１枚ずつ保持手段に保持された基板の表面に液体を吐出して処理する枚葉式の基板処理装置とがある。
【０００３】
これらの基板処理装置では、基板に付着したパーティクルを適宜に除去する。通常、基板の表面に沿って液流を形成し、その液流の作用によって基板の表面からパーティクルを運搬して除去する。従来の基板処理装置において、基板の表面からパーティクルを除去する技術は、たとえば特許文献１に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平０７−３２６５７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、従来の基板処理装置においては、液流の作用によってパーティクルを除去していた。しかしながら、液流の作用のみによってパーティクルを除去する場合には、その除去効率には一定の限界があった。近年においては、基板の処理において許容されるパーティクルのレベルは厳しくなっており、より効率よくパーティクルを除去できる技術が必要となっている。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、基板処理装置において基板に付着したパーティクルを効率よく除去できる技術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】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、液体により基板の処理を行う基板処理装置であって、基板の周囲に液体を供給する液体供給手段と、前記液体にマイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生手段と、前記液体中のマイクロバブルを圧壊する圧壊手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の基板処理装置であって、前記圧壊手段は、前記液体へ超音波振動を付与することによりマイクロバブルを圧壊することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の基板処理装置であって、前記圧壊手段は、前記マイクロバブル発生手段によるマイクロバブルの発生が開始され、所定時間が経過した後に、超音波振動の付与を行うことを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の基板処理装置であって、前記圧壊手段は、前記マイクロバブル発生手段によるマイクロバブルの発生が開始され、所定時間が経過した後に、超音波振動の付与と停止とを繰り返すことを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項１から４までのいずれかに記載の基板処理装置であって、前記液体は常温の純水であり、前記マイクロバブルは窒素ガスのマイクロバブルであり、前記純水中に窒素ガスを３０ｐｐｍ以上の濃度で溶解させる溶解手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項６に係る発明は、請求項１から５までのいずれかに記載の基板処理装置であって、液体を貯留する処理槽と、前記処理槽内の液体に浸漬させた状態で基板を保持する保持手段とをさらに備え、前記液体供給手段が、前記処理槽内へ液体を供給することを特徴とする。
【００１３】
請求項７に係る発明は、請求項１から５までのいずれかに記載の基板処理装置であって、基板を保持する保持手段をさらに備え、前記液体供給手段が、前記保持手段に保持された基板に液体を供給することを特徴とする。
【００１４】
請求項８に係る発明は、基板の表面からパーティクルを除去するパーティクル除去方法であって、基板の周囲に液体を供給する第１の工程と、前記液体にマイクロバブルを発生させる第２の工程と、前記液体中のマイクロバブルを圧壊する第３の工程と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
請求項９に係る発明は、請求項８に記載のパーティクル除去方法であって、前記第３の工程は、前記液体へ超音波振動を付与することによりマイクロバブルを圧壊することを特徴とする。
【００１６】
請求項１０に係る発明は、請求項９に記載のパーティクル除去方法であって、前記第３の工程は、前記第２の工程におけるマイクロバブルの発生が開始され、所定時間が経過した後に、超音波振動の付与を行うことを特徴とする。
【００１７】
請求項１１に係る発明は、請求項１０に記載のパーティクル除去方法であって、前記第３の工程は、前記第２の工程におけるマイクロバブルの発生が開始され、所定時間が経過した後に、超音波振動の付与と停止とを繰り返すことを特徴とする。
【００１８】
請求項１２に係る発明は、請求項８から１１までのいずれかに記載のパーティクル除去方法であって、前記液体は常温の純水であり、前記マイクロバブルは窒素ガスのマイクロバブルであり、前記純水中に窒素ガスを３０ｐｐｍ以上の濃度で溶解させる第４の工程をさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１〜１２に記載の発明によれば、基板の周囲にマイクロバブルを供給し、そのマイクロバブルを圧壊する。そして、マイクロバブルの圧壊に伴って発散するエネルギーにより基板からパーティクルを積極的に遊離させる。このため、基板に付着したパーティクルを効率よく除去できる。
【００２０】
特に、請求項２，９に記載の発明によれば、超音波振動の物理的な衝撃を利用してマイクロバブルを圧壊する。このため、簡易な構成で容易にマイクロバブルを圧壊できる。
【００２１】
特に、請求項３，１０に記載の発明によれば、マイクロバブルの発生が開始され、所定時間が経過した後に、超音波振動の付与を行う。これにより、基板の周囲にマイクロバブルが十分に供給された後に、マイクロバブルが圧壊される。したがって、マイクロバブルの圧壊により発散されるエネルギーが、より効率よく基板に作用する。
【００２２】
特に、請求項４，１１に記載の発明によれば、マイクロバブルの発生が開始され、所定時間が経過した後に、超音波振動の付与と停止とを繰り返す。これにより、基板の周囲において繰り返しマイクロバブルが圧壊される。したがって、マイクロバブルの圧壊により発散されるエネルギーが、より効率よく基板に作用する。
【００２３】
特に、請求項５，１２に記載の発明によれば、純水中に窒素ガスを３０ｐｐｍ以上の濃度で溶解させ、その中で窒素ガスのマイクロバブルを発生させる。このため、マイクロバブルはより激しく圧壊される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
＜１．第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態について説明する。第１実施形態は、本発明をバッチ式の基板処理装置に適用した場合の実施形態である。図１は、第１実施形態に係る基板処理装置１を、基板Ｗと平行な平面で切断した縦断面図である。図１には、併せて配管や制御系の構成も示している。図２は、基板処理装置１を基板Ｗと垂直な平面で切断した縦断面図である。
【００２６】
図１〜図２に示したように、基板処理装置１は、主として処理槽１０と、リフタ２０と、純水供給系３０と、排液系４０と、超音波発生部５０と、制御部６０とを備える。
【００２７】
処理槽１０は、液体としての純水を貯留するための容器である。処理槽１０に貯留した純水に基板Ｗを浸漬することにより、基板に対して洗浄処理等の処理を行う。処理槽１０の底部には吐出部１１が設けられており、吐出部１１から処理槽１０内へ、図１中の矢印に示すように純水が吐出される。また、処理槽１０の上面は開放されており、その外側面の上端には、外槽１２が設けられている。吐出部１１から吐出された純水は、処理槽１０内を上方へ向かって流れ、やがて上部の開口から外槽１２へオーバーフローする。
【００２８】
リフタ２０は、リフタヘッド２１と保持板２２との間に、３本の保持棒２３を備えている。保持棒２３には複数の保持溝（図示省略）が刻設されており、複数の基板Ｗはその保持溝上に起立姿勢で保持される。リフタ２０には、サーボモータやタイミングベルト等を有するリフタ駆動部２４が接続されている。リフタ駆動部２４を動作させるとリフタ２０は昇降し、複数の基板Ｗは、処理槽１０内の浸漬位置と、処理槽１０上方の引き上げ位置との間で移動する。純水により基板Ｗを処理するときには、リフタ２０を降下させて基板Ｗを処理槽１０内へ浸漬し、処理しないときには、リフタ２０を上昇させて基板Ｗを処理槽１０の上方へ引き上げておく。
【００２９】
純水供給系３０は、吐出部１１へ純水を供給するための配管系である。純水供給系３０は、純水供給源３１と、窒素ガス供給源３２と、マイクロバブル発生部３３と、配管３４，３５と、開閉弁３６，３７とを有している。純水供給源３１からは配管３４がのびており、配管３４には開閉弁３６が介挿されている。また、窒素ガス供給源３２からは配管３５がのびており、配管３５には開閉弁３７が介挿されている。配管３５は、開閉弁３７より下流側で配管３４へ合流する。合流後の配管３４は、マイクロバブル発生部３３を介して吐出部１１へ接続されている。マイクロバブル発生部３３は、マイクロメートルオーダーの微小気泡であるマイクロバブルを発生させる装置である。マイクロバブル発生部３３は、気液混合ポンプ３３ａと、旋回加速器３３ｂと、分散器３３ｃとを、配管３４に有している。
【００３０】
このような構成において、開閉弁３６および開閉弁３７を開くと、純水および窒素ガスが気液混合ポンプ３３ａへ導入される。純水と窒素ガスは、気液混合ポンプ３３ａにおいて混合され、旋回加速器３３ｂへ送られる。旋回加速器３３ｂは、純水と窒素ガスとを加速して旋回させ、気液２層流を形成して、分散器３３ｃへ送り出す。分散器３３ｃは、送り込まれた気液２層流を流体力学的に剪断して、窒素ガスのマイクロバブルを形成する。そして、そのマイクロバブルを含む純水が、吐出部１１から処理槽１０内へ吐出される。なお、開閉弁３７を閉じて開閉弁３６のみを開くと、マイクロバブルを含まない純水のみが吐出部１１から処理槽１０内へ供給される。
【００３１】
上記の気液混合ポンプ３３ａ、旋回加速器３３ｂ、および分散器３３ｃでは、マイクロバブルを発生させる際に、純水中へ窒素ガスを激しく混合する。このため、窒素ガス供給源３２から供給された窒素ガスの一部は、純水中に溶解する。すなわち、この基板処理装置１においては、マイクロバブル発生部３３が、純水へ窒素ガスを溶解させる手段としても機能している。
【００３２】
排液系４０は、外槽１２と施設内の排液ラインとを結ぶ配管４１を有する。処理槽１０から外槽１２へオーバーフローした純水は、配管４１を通って排液ラインへ排出される。
【００３３】
超音波発生部５０は、処理槽１０の下方に配置された伝搬槽５１と、伝搬槽５１の底部の裏面に設けられた超音波振動子５２とを有している。伝搬槽５１には、超音波振動を伝搬するための伝搬液が貯留されている。超音波振動子５２を動作させると超音波振動が発生し、その超音波振動は、伝搬槽５１底部、伝搬液、処理槽１０底部、処理槽１０内の純水を順に振動させ、基板Ｗの表面まで伝搬する。
【００３４】
制御部６０は、リフタ駆動部２４、マイクロバブル発生部３３、開閉弁３６，３７、超音波振動子５２等と電気的に接続されており、これらの動作を制御する。
【００３５】
続いて、このような構成を有する基板処理装置１の動作について、以下に説明する。図３は、基板処理装置１による処理の流れを示したフローチャートである。また、図４〜図７は、基板処理装置１による各段階の動作の様子を示した図である。これらの動作は、制御部６０が、リフタ駆動部２４、マイクロバブル発生部３３、開閉弁３６，３７、超音波振動子５２等を制御することにより進行する。
【００３６】
基板処理装置１は、まずリフタ２０を降下させ、処理槽１０内に貯留された純水へ複数の基板Ｗを浸漬する（ステップＳ１，図４の状態）。なお、リフタ２０を先に降下させ、その後に開閉弁３６（図１参照）を開いて処理槽１０内へ純水を貯留してもよい。
【００３７】
次に、基板処理装置１は、開閉弁３６，３７（図１参照）を開くとともにマイクロバブル発生部３３（図１参照）を動作させる。これにより、純水供給源３１（図１参照）から供給される純水中にマイクロバブルが発生する。マイクロバブルを含む純水は、吐出部１１から処理槽１０内へ吐出され、基板Ｗの周囲に供給される（ステップＳ２，図５の状態）。マイクロバブルは気泡径が微小であるため、純水中を通常の気泡よりゆっくりと浮上する。基板Ｗの周囲は、供給されたマイクロバブルにより、外見上白濁する。なお、マイクロバブルを含む純水の供給は、以下のステップＳ４が終了するまで継続される。
【００３８】
マイクロバブルを含む純水の供給が開始され、所定時間が経過すると、基板処理装置１は超音波振動子５２を動作させる。これにより、超音波振動子５２から超音波振動が発生し、伝搬液を介して処理槽１０内の純水へ超音波振動が付与される（ステップＳ３，図６の状態）。
【００３９】
処理槽１０内の純水へ超音波振動が付与されると、超音波振動の物理的な衝撃により、処理槽１０内のマイクロバブルが圧壊する。また、吐出部１１から吐出される後続のマイクロバブルも、処理槽１０内に吐出されると同様に圧壊する。このように、処理槽１０内のマイクロバブルは超音波振動が付与されたことにより圧壊して消滅し、白濁していた基板Ｗの周辺は再び透明化する。
【００４０】
純水中においてマイクロバブルが圧壊するときには、マイクロバブルの縮小とともにマイクロバブル内部の圧力が急激に上昇する。このとき、マイクロバブルの内部は断熱圧縮に近い圧縮変化を起こすため、マイクロバブルの内部の温度も急激に上昇する。そして、マイクロバブルは、高温（たとえば数千℃）、高圧（たとえば数千気圧）の微小領域（いわゆるホットスポット）となって消滅する。ステップＳ３では、このようにして形成されたホットスポットから発散されるエネルギーが基板Ｗに作用し、基板Ｗの表面からパーティクルを遊離する。
【００４１】
その後、基板処理装置１は、超音波振動子５２を停止させる。超音波振動の付与が停止されると、新たに供給されるマイクロバブルは圧壊されず、処理槽１０内には再びマイクロバブルが現れる（ステップＳ４，図５の状態）。マイクロバブルは処理槽１０内の純水中をゆっくりと浮上する。基板Ｗから遊離されて純水中を浮遊しているパーティクルは、マイクロバブルに吸着し、処理槽１０の上方へ運搬される。
【００４２】
マイクロバブルは各気泡のサイズが微小であるため、全体として広い表面積（気液界面の面積）を有する。このため、純水中に浮遊するパーティクルを効率よく吸着する。また、マイクロバブルは帯電性を有するため、静電的作用によってもパーティクルを引き寄せ、効率よく吸着する。このようにしてパーティクルを吸着したマイクロバブルは、純水とともに処理槽１０の上部から外槽１２へオーバーフローし、配管４１（図１参照）を通って廃液ラインへ排出される。
【００４３】
超音波振動の付与が停止され、所定時間が経過すると、マイクロバブル発生部３３（図１参照）を停止させるとともに開閉弁３６，３７を閉じ、マイクロバブルを含む純水の供給を停止する。その後、基板処理装置１は、リフタ２０を上昇させ、処理槽１０から基板Ｗを引き上げる（ステップＳ５，図７の状態）。基板処理装置１における基板Ｗの処理は、以上で終了する。なお、基板Ｗを処理槽１０の上方に引き上げた状態で、または基板Ｗを他装置へ搬送した後に、基板Ｗに対して乾燥処理が行われる。
【００４４】
以上のように、この基板処理装置１では、基板Ｗの周囲にマイクロバブルを供給し、そのマイクロバブルを超音波振動の物理的な衝撃を利用して圧壊する。そして、マイクロバブルの圧壊に伴って発散するエネルギーにより基板Ｗからパーティクルを積極的に遊離させる。また、基板Ｗから遊離したパーティクルをマイクロバブルに吸着させ、マイクロバブルととも除去する。このため、パーティクルを効率よく除去できる。
【００４５】
＜２．第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態も、本発明をバッチ式の基板処理装置に適用した場合の実施形態である。図８は、第２実施形態に係る基板処理装置２を、基板Ｗと平行な平面で切断した縦断面図である。この基板処理装置２は、マイクロバブル発生部７１とポンプ７２の構成が上記の基板処理装置１と異なり、その他の部位は上記の基板処理装置１と同等である。このため、マイクロバブル発生部７１とポンプ７２以外の部位については、図８中に図１と同一の符号を付し、以下では重複説明を省略する。基板処理装置２を基板Ｗと垂直な平面で切断した縦断面図は、図２と同等である。
【００４６】
基板処理装置２のマイクロバブル発生部７１は、脱気部７１ａと、ガス溶解部７１ｂと、ヒータ７１ｃとを、配管３４に有している。これらの脱気部７１ａ、ガス溶解部７１ｂ、ヒータ７１ｃは、制御部６０と電気的に接続される。また、ガス溶解部７１ｂは、配管３５を介して窒素ガス供給源３２と接続されている。
【００４７】
このような構成において、開閉弁３６を開き、ポンプ７２を動作させると、純水供給源３１から脱気部７１ａへ純水が導入される。脱気部７１ａにおいては、純水中に溶解している余分な気体が減圧等により除去され、脱気後の純水はガス溶解部７１ｂへ送られる。一方、開閉弁３７を開くと、窒素ガス供給源３２からガス溶解部７１ｂへ、窒素ガスが導入される。ガス溶解部７１ｂにおいては、導入された窒素ガスが、純水中へ加圧溶解される。
【００４８】
ガス溶解部７１ｂ内は、純水中へ窒素ガスを加圧溶解させるために、高圧環境となっている。しかし、窒素ガス溶解後の純水がガス溶解部７１ｂを出るときには、純水の周囲の圧力は常圧まで低下する。このため、高圧環境のガス溶解部７１ｂにおいて、常圧における飽和溶解濃度以上に窒素ガスを純水へ溶解させると、ガス溶解部７１ｂを出たときの圧力低下により過飽和となり、溶けきれなくなった窒素ガスが微小なマイクロバブルとなって発生する。図９は、常圧（大気圧）における純水に対する窒素ガスの飽和溶解濃度を示している。純水中の窒素ガス濃度が図９の飽和溶解濃度よりも高くなるように、ガス溶解部７１ｂにおいて加圧溶解を行えば、ガス溶解部７１ｂを出たときの圧力低下によって、マイクロバブルが発生することとなる。ここで発生するマイクロバブルの量は、ガス溶解部７１ｂにおける圧力値と、窒素ガスの供給量とによって、調節される。
【００４９】
ガス溶解部７１ｂを出た純水は、窒素ガスを溶存するとともに、一部の窒素ガスをマイクロバブルとして含んだ状態で、ヒータ７１ｃへ導入される。ヒータ７１ｃでは、導入された純水が加熱される。図９に示したように、窒素ガスの飽和溶解濃度は、温度の上昇とともに低下する。このため、窒素ガスを溶存した純水は、温度の上昇によって再び過飽和となり、溶けきれなくなった窒素ガスがマイクロバブルとして発生する。ここで発生するマイクロバブルの量は、ヒータの設定温度により調節される。
【００５０】
このように、本実施形態のマイクロバブル発生部７１では、純水がガス溶解部７１ｂを出るときの圧力低下によって第１の過飽和の状態を作り、第１のマイクロバブルを発生させる。また、ヒータ７１ｃを通過するときの純水の温度の上昇によって第２の過飽和の状態を作り、第２のマイクロバブルを発生させる。この第１および第２のマイクロバブルは、共に発生させるようにしてもよく、一方のみを発生させるようにしてもよい。例えば、純水を加熱することなく供給すべき場合には、ヒータ７１ｃは動作させずに、第１のマイクロバブルのみを発生させてもよい。
【００５１】
図８においては、マイクロバブル発生部７１の構成要素である脱気部７１ａおよびガス溶解部７１ｂを、ブロックにより概念的に示した。この脱気部７１ａおよびガス溶解部７１ｂは、具体的には、図１０に示すようなユニット７１０を利用して実現できる。図１０のユニット７１０は、略円筒形状のケーシング７１１の中に、その軸心を貫通する送水管７１２と、送水管７１２の周囲を取り囲む送気路７１３とが形成された構成となっている。送水管７１２と送気路７１３の内部では、純水と窒素ガスが、それぞれ図中の矢印の向きに流れる。送水管７１２と送気路７１３との間は、気体透過性および液体不透過性を有する中空子分離膜７１４により仕切られている。また、ユニット７１０の気体導入口７１５は、圧力計３５１、レギュレータ３５２、開閉弁３７を介して窒素ガス供給源３２と接続され、ユニット７１０の気体排出口７１６は、圧力計３５３、レギュレータ３５４を介して、真空ポンプへ接続される。圧力計３５１，３５３、レギュレータ３５２，３５４は、上記の制御部６０と電気的に接続される。
【００５２】
このようなユニット７１０では、開閉弁３７を開け、圧力計３５１，３５３の出力に基づいてレギュレータ３５２，３５４を制御すると、送気路７１３を流れる窒素ガスの圧力を調節することができ、ケーシング７１１内を加減圧できる。ケーシング７１１内を減圧した場合には、送水管７１２を流れる純水から余分な気体が過飽和となって析出し、その気体は中空子分離膜７１４を通って送気路７１３へ流出する。一方、ケーシング７１１内を加圧した場合には、送気路７１３を流れる窒素ガスが、中空子分離膜７１４を通って送水管７１２内の純水中へ加圧溶解する。
【００５３】
すなわち、このユニット７１０は、ケーシング７１１内を減圧した場合には、上記の脱気部７１ａとして使用でき、ケーシング７１１内を加圧した場合には、上記のガス溶解部７１ｂとして使用できる。
【００５４】
この基板処理装置２は、マイクロバブル発生部７１の構成が上記のように第１実施形態とは異なるものの、第１実施形態と同様に基板の処理を行う。すなわち、図３および図４〜図７に示したように、基板Ｗを処理槽１０内の純水へ浸漬した後（ステップＳ１）、処理槽１０内にマイクロバブルを含む純水を供給し（ステップＳ２）、所定時間後に処理槽１０内の純水へ超音波振動を付与し（ステップＳ３）、超音波振動を停止して（ステップＳ４）、処理槽１０から基板Ｗを引き上げる（ステップＳ５）。
【００５５】
したがって、この基板処理装置２においても、基板Ｗの周囲に供給されたマイクロバブルを超音波振動によって圧壊する。そして、マイクロバブルの圧壊に伴って発散するエネルギーにより基板Ｗからパーティクルを積極的に遊離させる。また、基板Ｗから遊離したパーティクルをマイクロバブルに吸着させ、マイクロバブルとともに除去する。このため、パーティクルを効率よく除去できる。
【００５６】
図１１は、上記の基板処理装置２において、マイクロバブルの圧壊現象について調査した結果を示した図である。この調査は、ガス溶解部７１ｂにおいて純水に加圧溶解させる窒素ガスの濃度を変え、そのときの処理槽１０内におけるマイクロバブルの圧壊を観察して評価したものである。なお、純水の温度は常温（２０〜３０℃）の範囲で調査を行った。この調査によると、窒素ガスの溶解濃度を２３．０ｐｐｍ以下としたときには、マイクロバブルの圧壊は肉眼で観察できない程度のものであった。しかしながら、窒素ガスの溶解濃度を３０．０ｐｐｍ以上としたときには、マイクロバブルにより白濁した処理槽１０内の純水が明確に透明化するほど、マイクロバブルが激しく圧壊した。この結果より、ガス溶解部７１ｂにおいて所定値以上に窒素ガスを加圧溶解させたときにマイクロバブルが激しく圧壊することが判り、その所定値は２３．０ｐｐｍから３０．０ｐｐｍまでの値であることが判った。今回の結果からは、窒素ガスの溶解濃度を少なくとも３０．０ｐｐｍ以上とすれば、マイクロバブルは激しく圧壊することが判った。
【００５７】
図１２は、上記の基板処理装置２において、処理前後における基板Ｗからのパーティクル除去率を調査した結果である。この調査においては、ステップＳ３の超音波振動の付与を省略した場合（条件１）と、ステップＳ３の超音波振動の付与を行った場合（条件２）とで、それぞれ基板Ｗからのパーティクルの除去率を評価した。なお、いずれの条件においても、ガス溶解部７１ｂにおける窒素ガスの溶解濃度は３０．０ｐｐｍとし、純水の温度は常温とした。したがって、条件２においては、超音波振動によってマイクロバブルが激しく圧壊した。また、除去対象のパーティクルとしては、非常に除去困難なナイトライドシリコン（ＳｉＮ）を使用した。条件１の結果と条件２の結果とを比較すると、条件１における除去率が０．０％であるのに対し、条件２における除去率は３９．６％と飛躍的に向上した。これにより、超音波振動を付与してマイクロバブルを圧壊すると、パーティクルの除去率が向上することが確認された。
【００５８】
＜３．第３実施形態＞
続いて、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態は、本発明を枚葉式の基板処理装置に適用した場合の実施形態である。図１３は、第３実施形態に係る基板処理装置３の縦断面図である。図１３には、併せて配管や制御系の構成も示している。
【００５９】
図１３に示したように、基板処理装置３は、主として基板保持部１１０と、純水吐出部１２０と、純水供給系１３０と、純水回収部１４０と、制御部１５０とを備える。
【００６０】
基板保持部１１０は、円板形状のベース部材１１１と、その上面に立設した複数のチャックピン１１２とを有する。チャックピン１１２は、円形の基板Ｗを保持するために、ベース部材１１１の周縁部に沿って３箇所以上設けられている。基板Ｗは、複数のチャックピン１１２の基板支持部１１２ａ上に載置され、外側面をチャック部１１２ｂに押圧されて、保持される。ベース部材１１１の下面側中心部には、回転軸１１３が垂設されている。回転軸１１３の下端は電動モータ１１４に連結されており、電動モータ１１４を駆動させると、回転軸１１３、ベース部材１１１、およびベース部材１１１上に保持された基板Ｗは、一体的に回転する。
【００６１】
純水吐出部１２０は、基板Ｗの上面に純水を吐出するためのノズル１２１を有する。ノズル１２１の上部には超音波振動子１２２が貼付されており、超音波振動子１２２を動作させると、ノズル１２１内の純水に超音波振動が付与される。ノズル１２１は、リンク部材１２３を介して回転軸１２４に接続され、回転軸１２４の下端は電動モータ１２５に連結されている。このため、電動モータ１２５を駆動させると、回転軸１２４、リンク部材１２３、およびノズル１２１は、一体的に回動し、ノズル１２１は、基板Ｗの中心部から周縁部に至る各部に対して、純水を吐出可能となる。
【００６２】
純水供給系１３０は、純水吐出部１２０へ純水を供給するための配管系である。純水供給系１３０は、純水供給源１３１と、窒素ガス供給源１３２と、マイクロバブル発生部１３３と、配管１３４，１３５と、開閉弁１３６，１３７とを有している。純水供給源１３１からは配管１３４がのびており、配管１３４には開閉弁１３６が介挿されている。また、窒素ガス供給源１３２からは配管１３５がのびており、配管１３５には開閉弁１３７が介挿されている。配管１３５は、開閉弁１３７の先で配管１３４へ合流する。合流後の配管１３４は、マイクロバブル発生部１３３を介してノズル１２１へ接続されている。なお、配管１３４は、少なくともノズル１２１近傍においては可撓性を有する部材により構成され、ノズル１２１の回動に追従できる構成となっている。
【００６３】
マイクロバブル発生部１３３は、マイクロメートルオーダーの微小気泡であるマイクロバブルを発生させる装置である。マイクロバブル発生部１３３の構成は、第１実施形態のマイクロバブル発生部３３と同等であり、気液混合ポンプ１３３ａと、旋回加速器１３３ｂと、分散器１３３ｃとを、配管１３４に有している。
【００６４】
このような構成において、開閉弁１３６および開閉弁１３７を開くと、純水および窒素ガスが気液混合ポンプ１３３ａへ導入される。純水と窒素ガスは、気液混合ポンプ１３３ａにおいて混合され、旋回加速器１３３ｂへ送られる。旋回加速器１３３ｂは、純水と窒素ガスとを加速して旋回させ、気液２層流を形成して、分散器１３３ｃへ送り出す。分散器１３３ｃは、送り込まれた気液２層流を流体力学的に剪断して、窒素ガスのマイクロバブルを形成する。そして、そのマイクロバブルを含む純水が、ノズル１２１から基板Ｗの上面へ吐出される。なお、開閉弁１３７を閉じて開閉弁１３６のみを開くと、マイクロバブルを含まない純水のみが基板Ｗの上面へ供給される。
【００６５】
上記の気液混合ポンプ１３３ａ、旋回加速器１３３ｂ、および分散器１３３ｃでは、マイクロバブルを発生させる際には、純水中へ窒素ガスを激しく混合する。このため、窒素ガス供給源１３２から供給された窒素ガスの一部は、純水中に溶解する。すなわち、この基板処理装置３においては、マイクロバブル発生部１３３が、純水へ窒素ガスを溶解させる手段としても機能している。
【００６６】
純水回収部１４０は、ベース部材１１１上に保持された基板Ｗの周囲を取り囲むガード部材１４１を備えている。ガード部材１４１は、内方にくの字形に開いた断面形状を有しており、基板Ｗから周囲に飛散した純水を、内壁面に受けるようになっている。ガード部材１４１の底面の一部には排液口１４２が設けられている。ガード部材１４１に受けられた純水は、ガード部材１４１の内壁面を伝って排液口１４２から排液ラインへ排出される。
【００６７】
制御部１５０は、チャックピン１１２、電動モータ１１４，１２５、超音波振動子１２２、マイクロバブル発生部１３３、開閉弁１３６，１３７等と電気的に接続されており、これらの動作を制御する。
【００６８】
続いて、このような構成を有する基板処理装置３の動作について、以下に説明する。図１４は、基板処理装置３による処理の流れを示したフローチャートである。また、図１５〜図１７は、基板処理装置３による各段階の動作の様子を示した図である。これらの動作は、制御部１５０が、チャックピン１１２、電動モータ１１４，１２５、超音波振動子１２２、マイクロバブル発生部１３３、開閉弁１３６，１３７等を制御することにより進行する。
【００６９】
基板処理装置３は、まず基板Ｗをベース部材１１１上に載置し、チャックピン１１２により基板Ｗを把持する。そして、電動モータ１１４を駆動させ、ベース部材１１１とともに基板Ｗを回転させる（ステップＳ１１，図１５の状態）。
【００７０】
次に、基板処理装置３は、開閉弁１３６，１３７（図１３参照）を開くとともにマイクロバブル発生部１３３（図１３参照）を動作させる。これにより、純水供給源１３１（図１３参照）から供給される純水中にマイクロバブルが発生する。マイクロバブルを含む純水は、ノズル１２１から基板Ｗの上面に供給される（ステップＳ１２，図１６の状態）。基板Ｗの上面に供給された純水は、基板Ｗの回転に伴う遠心力によって外方へ振り切られ、ガード部材１４１（図１３参照）へ受けられた後、排液口１４２（図１３参照）を経由して廃液ラインへ排出される。なお、マイクロバブル発生部１３３は、以下のステップＳ４が終了するまでマイクロバブルの発生を継続し、マイクロバブルを含む純水をノズル１２１へ供給し続ける。
【００７１】
マイクロバブルを含む純水の供給が開始され、所定時間が経過すると、基板処理装置３は超音波振動子１２２を動作させる。これにより、超音波振動子１２２から超音波振動が発生し、ノズル１２１から吐出される純水に超音波振動が付与される（ステップＳ１３，図１７の状態）。超音波振動子１２２から超音波振動が付与されると、超音波振動の物理的な衝撃により、純水中のマイクロバブルが圧壊する。また、ノズル１２１へ供給される後続のマイクロバブルも、超音波振動の衝撃を受けて同様に圧壊する。このように、ノズル１２１内および基板Ｗの上面に供給されたマイクロバブルは、超音波振動が付与されたことにより圧壊して消滅する。
【００７２】
純水中においてマイクロバブルが圧壊するときには、マイクロバブルの縮小とともにマイクロバブル内部の圧力が急激に上昇する。このとき、マイクロバブルの内部は断熱圧縮に近い圧縮変化を起こすため、マイクロバブルの内部の温度も急激に上昇する。そして、マイクロバブルは、高温（たとえば数千℃）、高圧（たとえば数千気圧）の微小領域（いわゆるホットスポット）となって消滅する。ステップＳ１３では、このようにして形成されたホットスポットから発散されるエネルギーが基板Ｗに作用し、基板Ｗの表面からパーティクルを遊離する。
【００７３】
その後、基板処理装置３は、超音波振動子１２２を停止させる。超音波振動の付与が停止されると、新たに供給されるマイクロバブルは圧壊されず、基板Ｗの上面に供給される純水中には、再びマイクロバブルが現れる（ステップＳ１４，図１６の状態）。基板Ｗの表面には、マイクロバブルを含む純水の外方へ向かう流れが形成されている。このため、基板Ｗの表面から遊離したパーティクルは、マイクロバブルに吸着し、マイクロバブルとともに外方へ運搬される。
【００７４】
マイクロバブルは各気泡のサイズが微小であるため、全体として広い表面積（気液界面の面積）を有する。このため、純水中に浮遊するパーティクルを効率よく吸着する。また、マイクロバブルは帯電性を有するため、静電的作用によってもパーティクルを引き寄せ、効率よく吸着する。このようにして、パーティクルは、マイクロバブルとともに外方へ振り切られ、ガード部材１４１（図１３参照）を経て廃液ラインへ排出される。
【００７５】
超音波振動の付与が停止され、所定時間が経過すると、マイクロバブル発生部１３３（図１３参照）を停止させるとともに開閉弁１３６，１３７（図１３参照）を閉じ、マイクロバブルを含む純水の供給を停止する。そして、電動モータ１１４の回転数を上げ、基板Ｗを高速回転する。これにより、基板Ｗの上面に残存する純水を外方へ振り切って、基板Ｗを乾燥させる（ステップＳ１５）。以上で、基板処理装置３における基板Ｗの処理は終了する。
【００７６】
以上のように、この基板処理装置３では、基板Ｗの表面に供給されるマイクロバブルを超音波振動の物理的な衝撃を利用して圧壊する。そして、マイクロバブルの圧壊に伴って発散するエネルギーにより基板Ｗからパーティクルを積極的に遊離させる。また、基板Ｗから遊離したパーティクルをマイクロバブルに吸着させ、マイクロバブルととも除去する。このため、パーティクルを効率よく除去できる。
【００７７】
＜４．第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態も、本発明を枚葉式の基板処理装置に適用した場合の実施形態である。図１８は、第４実施形態に係る基板処理装置４の縦断面図である。この基板処理装置４は、マイクロバブル発生部１６１およびポンプ１６２の構成が上記の基板処理装置３と異なり、その他の部位は上記の基板処理装置３と同等である。このため、マイクロバブル発生部１６１とポンプ１６２以外の部位については、図１８中に図１３と同一の符号を付し、以下では重複説明を省略する。
【００７８】
基板処理装置４のマイクロバブル発生部１６１は、第２実施形態のマイクロバブル発生部７１と同等の構成であり、脱気部１６１ａと、ガス溶解部１６１ｂと、ヒータ１６１ｃとを、配管１３４上に有している。これらの脱気部１６１ａ、ガス溶解部１６１ｂ、ヒータ１６１ｃは、上記の制御部１５０と電気的に接続される。また、ガス溶解部１６１ｂは、配管１３５を介して窒素ガス供給源１３２と接続されている。
【００７９】
マイクロバブル発生部１６１は、第２実施形態のマイクロバブル発生部７１と同じように、マイクロバブルを発生させる。すなわち、純水がガス溶解部１６１ｂを出るときの圧力低下によって第１の過飽和の状態を作り、第１のマイクロバブルを発生させる。また、ヒータ１６１ｃを通過するときの純水の温度の上昇によって第２の過飽和の状態を作り、第２のマイクロバブルを発生させる。なお、マイクロバブル発生部１６１の構成要素である脱気部１６１ａおよびガス溶解部１６１ｂも、図１０に示すようなユニット７１０を利用することができる。
【００８０】
この基板処理装置４は、マイクロバブル発生部１６１の構成が上記のように第３実施形態とは異なるものの、第３実施形態と同様に基板の処理を行う。すなわち、図１４および図１５〜図１７に示したように、基板Ｗを回転させ（ステップＳ１１）、基板Ｗの上面にマイクロバブルを含む純水を供給し（ステップＳ１２）、所定時間後に純水へ超音波振動を付与し（ステップＳ１３）、超音波振動を停止して（ステップＳ１４）、基板Ｗを乾燥させる（ステップＳ１５）。
【００８１】
したがって、この基板処理装置４においても、基板Ｗの表面に供給されるマイクロバブルを超音波振動によって圧壊する。そして、マイクロバブルの圧壊に伴って発散するエネルギーにより基板Ｗからパーティクルを積極的に遊離させる。また、基板Ｗから遊離したパーティクルをマイクロバブルに吸着させ、マイクロバブルとともに除去する。このため、パーティクルを効率よく除去できる。
【００８２】
＜５．変形例＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の例に限定されるものではない。たとえば、上記の基板処理装置１または２は、図１９に示したような手順で処理を行ってもよい。図１９の処理においては、超音波振動を停止し（ステップＳ４）、所定時間経過した後に、再び超音波振動を付与する（ステップＳ３）。そして、このような超音波振動の付与と停止とを、所定回数繰り返して実行する。このようにすれば、超音波振動を停止したときには、処理槽１０内の基板Ｗの周りにマイクロバブルが供給され、超音波振動を付与したときには、基板Ｗの周囲に存在するマイクロバブルが圧壊される。したがって、基板Ｗの周囲において繰り返しマイクロバブルが圧壊されることとなり、圧壊により発散されるエネルギーをより効率よく基板Ｗに作用させることができる。
【００８３】
同様に、上記の基板処理装置３または４は、図２０に示したような手順で処理を行ってもよい。図２０の処理においては、超音波振動を停止し（ステップＳ１４）、所定時間経過した後に、再び超音波振動を付与する（ステップＳ３）。そして、このような超音波振動の付与と停止とを、所定回数繰り返して実行する。このようにすれば、超音波振動を停止したときには、基板Ｗの表面にマイクロバブルが供給され、超音波振動を付与したときには、基板Ｗの表面になるべく近い位置でマイクロバブルが圧壊される。したがって、基板Ｗの表面に近い位置においてマイクロバブルが繰り返し圧壊されることとなり、圧壊により発散されるエネルギーをより効率よく基板Ｗに作用させることができる。
【００８４】
また、上記の各実施形態では、マイクロバブルを圧壊するために、超音波振動の衝撃を利用した。しかしながら、他の手段を利用してマイクロバブルに物理的な刺激を与え、マイクロバブルを圧壊してもよい。たとえば、水中放電により発生する衝撃波を利用してマイクロバブルを圧壊させてもよい。また、純水の流動により生じる圧縮や膨張を利用してマイクロバブルを圧壊させてもよい。
【００８５】
また、上記の各実施形態では、基板処理装置１〜４の動作について、パーティクルの除去処理に関する動作のみを説明したが、本発明の基板処理装置は、他の種々の動作も行うように構成されていてもよい。
【００８６】
また、上記の各実施形態では、基板Ｗへ供給する液体が純水である場合について説明したが、基板Ｗへ供給する液体は他の液体であってもよい。
【００８７】
また、上記の各実施形態では、液体へ溶解させる気体と、マイクロバブルを構成する気体が、いずれも窒素ガスである場合について説明したが、二酸化炭素やオゾンなどの他の気体を利用してもよい。
【００８８】
また、上記の第１実施形態および第２実施形態では、外槽へオーバーフローした純水を排液ラインへ排出する場合について説明したが、外槽へオーバーフローした純水からマイクロバブルおよびパーティクルを除去し、再び処理槽１０内へ循環させる構成であってもよい。そのような構成とすれば、使用する純水の量を節約しつつ、パーティクルの除去を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】第１実施形態に係る基板処理装置を、基板と平行な平面で切断した縦断面図である。
【図２】第１実施形態に係る基板処理装置を、基板と垂直な平面で切断した縦断面図である。
【図３】第１実施形態に係る処理の流れを示したフローチャートである。
【図４】第１実施形態に係る基板処理装置の動作の様子を示した図である。
【図５】第１実施形態に係る基板処理装置の動作の様子を示した図である。
【図６】第１実施形態に係る基板処理装置の動作の様子を示した図である。
【図７】第１実施形態に係る基板処理装置の動作の様子を示した図である。
【図８】第２実施形態に係る基板処理装置を、基板と平行な平面で切断した縦断面図である。
【図９】純水に対する窒素ガスの飽和溶解濃度を示したグラフである。
【図１０】脱気部またはガス溶解部として利用可能なユニットを示した図である。
【図１１】マイクロバブルの圧壊現象について調査した結果を示した図である。
【図１２】基板からのパーティクルの除去率を調査した結果を示した図である。
【図１３】第３実施形態に係る基板処理装置の縦断面図である。
【図１４】第３実施形態に係る処理の流れを示したフローチャートである。
【図１５】第３実施形態に係る基板処理装置の動作の様子を示した図である。
【図１６】第３実施形態に係る基板処理装置の動作の様子を示した図である。
【図１７】第３実施形態に係る基板処理装置の動作の様子を示した図である。
【図１８】第４実施形態に係る基板処理装置の縦断面図である。
【図１９】変形例に係る処理の流れを示したフローチャートである。
【図２０】変形例に係る処理の流れを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００９０】
１，２，３，４ 基板処理装置
１０ 処理槽
１１ 吐出部
１２ 外槽
２０ リフタ
３０，１３０ 純水供給系
３３，７１，１３３，１６１ マイクロバブル発生部
３３ａ，１３３ａ 気液混合ポンプ
３３ｂ，１３３ｂ 旋回加速器
３３ｃ，１３３ｃ 分散器
５０ 超音波発生部
５２，１２２ 超音波振動子
６０，１５０ 制御部
７１ａ，１６１ａ 脱気部
７１ｂ，１６１ｂ ガス溶解部
７１ｃ，１６１ｃ ヒータ
１１０ 基板保持部
１２０ 純水吐出部
１２１ ノズル
７１０ ユニット
Ｗ 基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板等の基板に対して液体による処理を行う基板処理装置において、基板の表面からパーティクルを除去する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、基板の製造工程において、基板に対して純水や薬液等の液体を供給し、所定の処理を行う基板処理装置が知られている。このような基板処理装置には、主として、処理槽内に貯留した液体に複数の基板を一度に浸漬して処理するバッチ式の基板処理装置と、１枚ずつ保持手段に保持された基板の表面に液体を吐出して処理する枚葉式の基板処理装置とがある。
【０００３】
これらの基板処理装置では、基板に付着したパーティクルを適宜に除去する。通常、基板の表面に沿って液流を形成し、その液流の作用によって基板の表面からパーティクルを運搬して除去する。従来の基板処理装置において、基板の表面からパーティクルを除去する技術は、たとえば特許文献１に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平０７−３２６５７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、従来の基板処理装置においては、液流の作用によってパーティクルを除去していた。しかしながら、液流の作用のみによってパーティクルを除去する場合には、その除去効率には一定の限界があった。近年においては、基板の処理において許容されるパーティクルのレベルは厳しくなっており、より効率よくパーティクルを除去できる技術が必要となっている。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、基板処理装置において基板に付着したパーティクルを効率よく除去できる技術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】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、液体により基板の処理を行う基板処理装置であって、基板の周囲に液体を供給する液体供給手段と、前記液体にマイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生手段と、前記液体中のマイクロバブルを圧壊する圧壊手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の基板処理装置であって、前記圧壊手段は、前記液体へ超音波振動を付与することによりマイクロバブルを圧壊することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の基板処理装置であって、前記圧壊手段は、前記マイクロバブル発生手段によるマイクロバブルの発生が開始され、所定時間が経過した後に、超音波振動の付与を行うことを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の基板処理装置であって、前記圧壊手段は、前記マイクロバブル発生手段によるマイクロバブルの発生が開始され、所定時間が経過した後に、超音波振動の付与と停止とを繰り返すことを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項１から４までのいずれかに記載の基板処理装置であって、前記液体は常温の純水であり、前記マイクロバブルは窒素ガスのマイクロバブルであり、前記純水中に窒素ガスを３０ｐｐｍ以上の濃度で溶解させる溶解手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項６に係る発明は、請求項１から５までのいずれかに記載の基板処理装置であって、液体を貯留する処理槽と、前記処理槽内の液体に浸漬させた状態で基板を保持する保持手段とをさらに備え、前記液体供給手段が、前記処理槽内へ液体を供給することを特徴とする。
【００１３】
請求項７に係る発明は、請求項１から５までのいずれかに記載の基板処理装置であって、基板を保持する保持手段をさらに備え、前記液体供給手段が、前記保持手段に保持された基板に液体を供給することを特徴とする。
【００１４】
請求項８に係る発明は、基板の表面からパーティクルを除去するパーティクル除去方法であって、基板の周囲に液体を供給する第１の工程と、前記液体にマイクロバブルを発生させる第２の工程と、前記液体中のマイクロバブルを圧壊する第３の工程と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
請求項９に係る発明は、請求項８に記載のパーティクル除去方法であって、前記第３の工程は、前記液体へ超音波振動を付与することによりマイクロバブルを圧壊することを特徴とする。
【００１６】
請求項１０に係る発明は、請求項９に記載のパーティクル除去方法であって、前記第３の工程は、前記第２の工程におけるマイクロバブルの発生が開始され、所定時間が経過した後に、超音波振動の付与を行うことを特徴とする。
【００１７】
請求項１１に係る発明は、請求項１０に記載のパーティクル除去方法であって、前記第３の工程は、前記第２の工程におけるマイクロバブルの発生が開始され、所定時間が経過した後に、超音波振動の付与と停止とを繰り返すことを特徴とする。
【００１８】
請求項１２に係る発明は、請求項８から１１までのいずれかに記載のパーティクル除去方法であって、前記液体は常温の純水であり、前記マイクロバブルは窒素ガスのマイクロバブルであり、前記純水中に窒素ガスを３０ｐｐｍ以上の濃度で溶解させる第４の工程をさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１〜１２に記載の発明によれば、基板の周囲にマイクロバブルを供給し、そのマイクロバブルを圧壊する。そして、マイクロバブルの圧壊に伴って発散するエネルギーにより基板からパーティクルを積極的に遊離させる。このため、基板に付着したパーティクルを効率よく除去できる。
【００２０】
特に、請求項２，９に記載の発明によれば、超音波振動の物理的な衝撃を利用してマイクロバブルを圧壊する。このため、簡易な構成で容易にマイクロバブルを圧壊できる。
【００２１】
特に、請求項３，１０に記載の発明によれば、マイクロバブルの発生が開始され、所定時間が経過した後に、超音波振動の付与を行う。これにより、基板の周囲にマイクロバブルが十分に供給された後に、マイクロバブルが圧壊される。したがって、マイクロバブルの圧壊により発散されるエネルギーが、より効率よく基板に作用する。
【００２２】
特に、請求項４，１１に記載の発明によれば、マイクロバブルの発生が開始され、所定時間が経過した後に、超音波振動の付与と停止とを繰り返す。これにより、基板の周囲において繰り返しマイクロバブルが圧壊される。したがって、マイクロバブルの圧壊により発散されるエネルギーが、より効率よく基板に作用する。
【００２３】
特に、請求項５，１２に記載の発明によれば、純水中に窒素ガスを３０ｐｐｍ以上の濃度で溶解させ、その中で窒素ガスのマイクロバブルを発生させる。このため、マイクロバブルはより激しく圧壊される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
＜１．第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態について説明する。第１実施形態は、本発明をバッチ式の基板処理装置に適用した場合の実施形態である。図１は、第１実施形態に係る基板処理装置１を、基板Ｗと平行な平面で切断した縦断面図である。図１には、併せて配管や制御系の構成も示している。図２は、基板処理装置１を基板Ｗと垂直な平面で切断した縦断面図である。
【００２６】
図１〜図２に示したように、基板処理装置１は、主として処理槽１０と、リフタ２０と、純水供給系３０と、排液系４０と、超音波発生部５０と、制御部６０とを備える。
【００２７】
処理槽１０は、液体としての純水を貯留するための容器である。処理槽１０に貯留した純水に基板Ｗを浸漬することにより、基板に対して洗浄処理等の処理を行う。処理槽１０の底部には吐出部１１が設けられており、吐出部１１から処理槽１０内へ、図１中の矢印に示すように純水が吐出される。また、処理槽１０の上面は開放されており、その外側面の上端には、外槽１２が設けられている。吐出部１１から吐出された純水は、処理槽１０内を上方へ向かって流れ、やがて上部の開口から外槽１２へオーバーフローする。
【００２８】
リフタ２０は、リフタヘッド２１と保持板２２との間に、３本の保持棒２３を備えている。保持棒２３には複数の保持溝（図示省略）が刻設されており、複数の基板Ｗはその保持溝上に起立姿勢で保持される。リフタ２０には、サーボモータやタイミングベルト等を有するリフタ駆動部２４が接続されている。リフタ駆動部２４を動作させるとリフタ２０は昇降し、複数の基板Ｗは、処理槽１０内の浸漬位置と、処理槽１０上方の引き上げ位置との間で移動する。純水により基板Ｗを処理するときには、リフタ２０を降下させて基板Ｗを処理槽１０内へ浸漬し、処理しないときには、リフタ２０を上昇させて基板Ｗを処理槽１０の上方へ引き上げておく。
【００２９】
純水供給系３０は、吐出部１１へ純水を供給するための配管系である。純水供給系３０は、純水供給源３１と、窒素ガス供給源３２と、マイクロバブル発生部３３と、配管３４，３５と、開閉弁３６，３７とを有している。純水供給源３１からは配管３４がのびており、配管３４には開閉弁３６が介挿されている。また、窒素ガス供給源３２からは配管３５がのびており、配管３５には開閉弁３７が介挿されている。配管３５は、開閉弁３７より下流側で配管３４へ合流する。合流後の配管３４は、マイクロバブル発生部３３を介して吐出部１１へ接続されている。マイクロバブル発生部３３は、マイクロメートルオーダーの微小気泡であるマイクロバブルを発生させる装置である。マイクロバブル発生部３３は、気液混合ポンプ３３ａと、旋回加速器３３ｂと、分散器３３ｃとを、配管３４に有している。
【００３０】
このような構成において、開閉弁３６および開閉弁３７を開くと、純水および窒素ガスが気液混合ポンプ３３ａへ導入される。純水と窒素ガスは、気液混合ポンプ３３ａにおいて混合され、旋回加速器３３ｂへ送られる。旋回加速器３３ｂは、純水と窒素ガスとを加速して旋回させ、気液２層流を形成して、分散器３３ｃへ送り出す。分散器３３ｃは、送り込まれた気液２層流を流体力学的に剪断して、窒素ガスのマイクロバブルを形成する。そして、そのマイクロバブルを含む純水が、吐出部１１から処理槽１０内へ吐出される。なお、開閉弁３７を閉じて開閉弁３６のみを開くと、マイクロバブルを含まない純水のみが吐出部１１から処理槽１０内へ供給される。
【００３１】
上記の気液混合ポンプ３３ａ、旋回加速器３３ｂ、および分散器３３ｃでは、マイクロバブルを発生させる際に、純水中へ窒素ガスを激しく混合する。このため、窒素ガス供給源３２から供給された窒素ガスの一部は、純水中に溶解する。すなわち、この基板処理装置１においては、マイクロバブル発生部３３が、純水へ窒素ガスを溶解させる手段としても機能している。
【００３２】
排液系４０は、外槽１２と施設内の排液ラインとを結ぶ配管４１を有する。処理槽１０から外槽１２へオーバーフローした純水は、配管４１を通って排液ラインへ排出される。
【００３３】
超音波発生部５０は、処理槽１０の下方に配置された伝搬槽５１と、伝搬槽５１の底部の裏面に設けられた超音波振動子５２とを有している。伝搬槽５１には、超音波振動を伝搬するための伝搬液が貯留されている。超音波振動子５２を動作させると超音波振動が発生し、その超音波振動は、伝搬槽５１底部、伝搬液、処理槽１０底部、処理槽１０内の純水を順に振動させ、基板Ｗの表面まで伝搬する。
【００３４】
制御部６０は、リフタ駆動部２４、マイクロバブル発生部３３、開閉弁３６，３７、超音波振動子５２等と電気的に接続されており、これらの動作を制御する。
【００３５】
続いて、このような構成を有する基板処理装置１の動作について、以下に説明する。図３は、基板処理装置１による処理の流れを示したフローチャートである。また、図４〜図７は、基板処理装置１による各段階の動作の様子を示した図である。これらの動作は、制御部６０が、リフタ駆動部２４、マイクロバブル発生部３３、開閉弁３６，３７、超音波振動子５２等を制御することにより進行する。
【００３６】
基板処理装置１は、まずリフタ２０を降下させ、処理槽１０内に貯留された純水へ複数の基板Ｗを浸漬する（ステップＳ１，図４の状態）。なお、リフタ２０を先に降下させ、その後に開閉弁３６（図１参照）を開いて処理槽１０内へ純水を貯留してもよい。
【００３７】
次に、基板処理装置１は、開閉弁３６，３７（図１参照）を開くとともにマイクロバブル発生部３３（図１参照）を動作させる。これにより、純水供給源３１（図１参照）から供給される純水中にマイクロバブルが発生する。マイクロバブルを含む純水は、吐出部１１から処理槽１０内へ吐出され、基板Ｗの周囲に供給される（ステップＳ２，図５の状態）。マイクロバブルは気泡径が微小であるため、純水中を通常の気泡よりゆっくりと浮上する。基板Ｗの周囲は、供給されたマイクロバブルにより、外見上白濁する。なお、マイクロバブルを含む純水の供給は、以下のステップＳ４が終了するまで継続される。
【００３８】
マイクロバブルを含む純水の供給が開始され、所定時間が経過すると、基板処理装置１は超音波振動子５２を動作させる。これにより、超音波振動子５２から超音波振動が発生し、伝搬液を介して処理槽１０内の純水へ超音波振動が付与される（ステップＳ３，図６の状態）。
【００３９】
処理槽１０内の純水へ超音波振動が付与されると、超音波振動の物理的な衝撃により、処理槽１０内のマイクロバブルが圧壊する。また、吐出部１１から吐出される後続のマイクロバブルも、処理槽１０内に吐出されると同様に圧壊する。このように、処理槽１０内のマイクロバブルは超音波振動が付与されたことにより圧壊して消滅し、白濁していた基板Ｗの周辺は再び透明化する。
【００４０】
純水中においてマイクロバブルが圧壊するときには、マイクロバブルの縮小とともにマイクロバブル内部の圧力が急激に上昇する。このとき、マイクロバブルの内部は断熱圧縮に近い圧縮変化を起こすため、マイクロバブルの内部の温度も急激に上昇する。そして、マイクロバブルは、高温（たとえば数千℃）、高圧（たとえば数千気圧）の微小領域（いわゆるホットスポット）となって消滅する。ステップＳ３では、このようにして形成されたホットスポットから発散されるエネルギーが基板Ｗに作用し、基板Ｗの表面からパーティクルを遊離する。
【００４１】
その後、基板処理装置１は、超音波振動子５２を停止させる。超音波振動の付与が停止されると、新たに供給されるマイクロバブルは圧壊されず、処理槽１０内には再びマイクロバブルが現れる（ステップＳ４，図５の状態）。マイクロバブルは処理槽１０内の純水中をゆっくりと浮上する。基板Ｗから遊離されて純水中を浮遊しているパーティクルは、マイクロバブルに吸着し、処理槽１０の上方へ運搬される。
【００４２】
マイクロバブルは各気泡のサイズが微小であるため、全体として広い表面積（気液界面の面積）を有する。このため、純水中に浮遊するパーティクルを効率よく吸着する。また、マイクロバブルは帯電性を有するため、静電的作用によってもパーティクルを引き寄せ、効率よく吸着する。このようにしてパーティクルを吸着したマイクロバブルは、純水とともに処理槽１０の上部から外槽１２へオーバーフローし、配管４１（図１参照）を通って廃液ラインへ排出される。
【００４３】
超音波振動の付与が停止され、所定時間が経過すると、マイクロバブル発生部３３（図１参照）を停止させるとともに開閉弁３６，３７を閉じ、マイクロバブルを含む純水の供給を停止する。その後、基板処理装置１は、リフタ２０を上昇させ、処理槽１０から基板Ｗを引き上げる（ステップＳ５，図７の状態）。基板処理装置１における基板Ｗの処理は、以上で終了する。なお、基板Ｗを処理槽１０の上方に引き上げた状態で、または基板Ｗを他装置へ搬送した後に、基板Ｗに対して乾燥処理が行われる。
【００４４】
以上のように、この基板処理装置１では、基板Ｗの周囲にマイクロバブルを供給し、そのマイクロバブルを超音波振動の物理的な衝撃を利用して圧壊する。そして、マイクロバブルの圧壊に伴って発散するエネルギーにより基板Ｗからパーティクルを積極的に遊離させる。また、基板Ｗから遊離したパーティクルをマイクロバブルに吸着させ、マイクロバブルととも除去する。このため、パーティクルを効率よく除去できる。
【００４５】
＜２．第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態も、本発明をバッチ式の基板処理装置に適用した場合の実施形態である。図８は、第２実施形態に係る基板処理装置２を、基板Ｗと平行な平面で切断した縦断面図である。この基板処理装置２は、マイクロバブル発生部７１とポンプ７２の構成が上記の基板処理装置１と異なり、その他の部位は上記の基板処理装置１と同等である。このため、マイクロバブル発生部７１とポンプ７２以外の部位については、図８中に図１と同一の符号を付し、以下では重複説明を省略する。基板処理装置２を基板Ｗと垂直な平面で切断した縦断面図は、図２と同等である。
【００４６】
基板処理装置２のマイクロバブル発生部７１は、脱気部７１ａと、ガス溶解部７１ｂと、ヒータ７１ｃとを、配管３４に有している。これらの脱気部７１ａ、ガス溶解部７１ｂ、ヒータ７１ｃは、制御部６０と電気的に接続される。また、ガス溶解部７１ｂは、配管３５を介して窒素ガス供給源３２と接続されている。
【００４７】
このような構成において、開閉弁３６を開き、ポンプ７２を動作させると、純水供給源３１から脱気部７１ａへ純水が導入される。脱気部７１ａにおいては、純水中に溶解している余分な気体が減圧等により除去され、脱気後の純水はガス溶解部７１ｂへ送られる。一方、開閉弁３７を開くと、窒素ガス供給源３２からガス溶解部７１ｂへ、窒素ガスが導入される。ガス溶解部７１ｂにおいては、導入された窒素ガスが、純水中へ加圧溶解される。
【００４８】
ガス溶解部７１ｂ内は、純水中へ窒素ガスを加圧溶解させるために、高圧環境となっている。しかし、窒素ガス溶解後の純水がガス溶解部７１ｂを出るときには、純水の周囲の圧力は常圧まで低下する。このため、高圧環境のガス溶解部７１ｂにおいて、常圧における飽和溶解濃度以上に窒素ガスを純水へ溶解させると、ガス溶解部７１ｂを出たときの圧力低下により過飽和となり、溶けきれなくなった窒素ガスが微小なマイクロバブルとなって発生する。図９は、常圧（大気圧）における純水に対する窒素ガスの飽和溶解濃度を示している。純水中の窒素ガス濃度が図９の飽和溶解濃度よりも高くなるように、ガス溶解部７１ｂにおいて加圧溶解を行えば、ガス溶解部７１ｂを出たときの圧力低下によって、マイクロバブルが発生することとなる。ここで発生するマイクロバブルの量は、ガス溶解部７１ｂにおける圧力値と、窒素ガスの供給量とによって、調節される。
【００４９】
ガス溶解部７１ｂを出た純水は、窒素ガスを溶存するとともに、一部の窒素ガスをマイクロバブルとして含んだ状態で、ヒータ７１ｃへ導入される。ヒータ７１ｃでは、導入された純水が加熱される。図９に示したように、窒素ガスの飽和溶解濃度は、温度の上昇とともに低下する。このため、窒素ガスを溶存した純水は、温度の上昇によって再び過飽和となり、溶けきれなくなった窒素ガスがマイクロバブルとして発生する。ここで発生するマイクロバブルの量は、ヒータの設定温度により調節される。
【００５０】
このように、本実施形態のマイクロバブル発生部７１では、純水がガス溶解部７１ｂを出るときの圧力低下によって第１の過飽和の状態を作り、第１のマイクロバブルを発生させる。また、ヒータ７１ｃを通過するときの純水の温度の上昇によって第２の過飽和の状態を作り、第２のマイクロバブルを発生させる。この第１および第２のマイクロバブルは、共に発生させるようにしてもよく、一方のみを発生させるようにしてもよい。例えば、純水を加熱することなく供給すべき場合には、ヒータ７１ｃは動作させずに、第１のマイクロバブルのみを発生させてもよい。
【００５１】
図８においては、マイクロバブル発生部７１の構成要素である脱気部７１ａおよびガス溶解部７１ｂを、ブロックにより概念的に示した。この脱気部７１ａおよびガス溶解部７１ｂは、具体的には、図１０に示すようなユニット７１０を利用して実現できる。図１０のユニット７１０は、略円筒形状のケーシング７１１の中に、その軸心を貫通する送水管７１２と、送水管７１２の周囲を取り囲む送気路７１３とが形成された構成となっている。送水管７１２と送気路７１３の内部では、純水と窒素ガスが、それぞれ図中の矢印の向きに流れる。送水管７１２と送気路７１３との間は、気体透過性および液体不透過性を有する中空子分離膜７１４により仕切られている。また、ユニット７１０の気体導入口７１５は、圧力計３５１、レギュレータ３５２、開閉弁３７を介して窒素ガス供給源３２と接続され、ユニット７１０の気体排出口７１６は、圧力計３５３、レギュレータ３５４を介して、真空ポンプへ接続される。圧力計３５１，３５３、レギュレータ３５２，３５４は、上記の制御部６０と電気的に接続される。
【００５２】
このようなユニット７１０では、開閉弁３７を開け、圧力計３５１，３５３の出力に基づいてレギュレータ３５２，３５４を制御すると、送気路７１３を流れる窒素ガスの圧力を調節することができ、ケーシング７１１内を加減圧できる。ケーシング７１１内を減圧した場合には、送水管７１２を流れる純水から余分な気体が過飽和となって析出し、その気体は中空子分離膜７１４を通って送気路７１３へ流出する。一方、ケーシング７１１内を加圧した場合には、送気路７１３を流れる窒素ガスが、中空子分離膜７１４を通って送水管７１２内の純水中へ加圧溶解する。
【００５３】
すなわち、このユニット７１０は、ケーシング７１１内を減圧した場合には、上記の脱気部７１ａとして使用でき、ケーシング７１１内を加圧した場合には、上記のガス溶解部７１ｂとして使用できる。
【００５４】
この基板処理装置２は、マイクロバブル発生部７１の構成が上記のように第１実施形態とは異なるものの、第１実施形態と同様に基板の処理を行う。すなわち、図３および図４〜図７に示したように、基板Ｗを処理槽１０内の純水へ浸漬した後（ステップＳ１）、処理槽１０内にマイクロバブルを含む純水を供給し（ステップＳ２）、所定時間後に処理槽１０内の純水へ超音波振動を付与し（ステップＳ３）、超音波振動を停止して（ステップＳ４）、処理槽１０から基板Ｗを引き上げる（ステップＳ５）。
【００５５】
したがって、この基板処理装置２においても、基板Ｗの周囲に供給されたマイクロバブルを超音波振動によって圧壊する。そして、マイクロバブルの圧壊に伴って発散するエネルギーにより基板Ｗからパーティクルを積極的に遊離させる。また、基板Ｗから遊離したパーティクルをマイクロバブルに吸着させ、マイクロバブルとともに除去する。このため、パーティクルを効率よく除去できる。
【００５６】
図１１は、上記の基板処理装置２において、マイクロバブルの圧壊現象について調査した結果を示した図である。この調査は、ガス溶解部７１ｂにおいて純水に加圧溶解させる窒素ガスの濃度を変え、そのときの処理槽１０内におけるマイクロバブルの圧壊を観察して評価したものである。なお、純水の温度は常温（２０〜３０℃）の範囲で調査を行った。この調査によると、窒素ガスの溶解濃度を２３．０ｐｐｍ以下としたときには、マイクロバブルの圧壊は肉眼で観察できない程度のものであった。しかしながら、窒素ガスの溶解濃度を３０．０ｐｐｍ以上としたときには、マイクロバブルにより白濁した処理槽１０内の純水が明確に透明化するほど、マイクロバブルが激しく圧壊した。この結果より、ガス溶解部７１ｂにおいて所定値以上に窒素ガスを加圧溶解させたときにマイクロバブルが激しく圧壊することが判り、その所定値は２３．０ｐｐｍから３０．０ｐｐｍまでの値であることが判った。今回の結果からは、窒素ガスの溶解濃度を少なくとも３０．０ｐｐｍ以上とすれば、マイクロバブルは激しく圧壊することが判った。
【００５７】
図１２は、上記の基板処理装置２において、処理前後における基板Ｗからのパーティクル除去率を調査した結果である。この調査においては、ステップＳ３の超音波振動の付与を省略した場合（条件１）と、ステップＳ３の超音波振動の付与を行った場合（条件２）とで、それぞれ基板Ｗからのパーティクルの除去率を評価した。なお、いずれの条件においても、ガス溶解部７１ｂにおける窒素ガスの溶解濃度は３０．０ｐｐｍとし、純水の温度は常温とした。したがって、条件２においては、超音波振動によってマイクロバブルが激しく圧壊した。また、除去対象のパーティクルとしては、非常に除去困難なナイトライドシリコン（ＳｉＮ）を使用した。条件１の結果と条件２の結果とを比較すると、条件１における除去率が０．０％であるのに対し、条件２における除去率は３９．６％と飛躍的に向上した。これにより、超音波振動を付与してマイクロバブルを圧壊すると、パーティクルの除去率が向上することが確認された。
【００５８】
＜３．第３実施形態＞
続いて、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態は、本発明を枚葉式の基板処理装置に適用した場合の実施形態である。図１３は、第３実施形態に係る基板処理装置３の縦断面図である。図１３には、併せて配管や制御系の構成も示している。
【００５９】
図１３に示したように、基板処理装置３は、主として基板保持部１１０と、純水吐出部１２０と、純水供給系１３０と、純水回収部１４０と、制御部１５０とを備える。
【００６０】
基板保持部１１０は、円板形状のベース部材１１１と、その上面に立設した複数のチャックピン１１２とを有する。チャックピン１１２は、円形の基板Ｗを保持するために、ベース部材１１１の周縁部に沿って３箇所以上設けられている。基板Ｗは、複数のチャックピン１１２の基板支持部１１２ａ上に載置され、外側面をチャック部１１２ｂに押圧されて、保持される。ベース部材１１１の下面側中心部には、回転軸１１３が垂設されている。回転軸１１３の下端は電動モータ１１４に連結されており、電動モータ１１４を駆動させると、回転軸１１３、ベース部材１１１、およびベース部材１１１上に保持された基板Ｗは、一体的に回転する。
【００６１】
純水吐出部１２０は、基板Ｗの上面に純水を吐出するためのノズル１２１を有する。ノズル１２１の上部には超音波振動子１２２が貼付されており、超音波振動子１２２を動作させると、ノズル１２１内の純水に超音波振動が付与される。ノズル１２１は、リンク部材１２３を介して回転軸１２４に接続され、回転軸１２４の下端は電動モータ１２５に連結されている。このため、電動モータ１２５を駆動させると、回転軸１２４、リンク部材１２３、およびノズル１２１は、一体的に回動し、ノズル１２１は、基板Ｗの中心部から周縁部に至る各部に対して、純水を吐出可能となる。
【００６２】
純水供給系１３０は、純水吐出部１２０へ純水を供給するための配管系である。純水供給系１３０は、純水供給源１３１と、窒素ガス供給源１３２と、マイクロバブル発生部１３３と、配管１３４，１３５と、開閉弁１３６，１３７とを有している。純水供給源１３１からは配管１３４がのびており、配管１３４には開閉弁１３６が介挿されている。また、窒素ガス供給源１３２からは配管１３５がのびており、配管１３５には開閉弁１３７が介挿されている。配管１３５は、開閉弁１３７の先で配管１３４へ合流する。合流後の配管１３４は、マイクロバブル発生部１３３を介してノズル１２１へ接続されている。なお、配管１３４は、少なくともノズル１２１近傍においては可撓性を有する部材により構成され、ノズル１２１の回動に追従できる構成となっている。
【００６３】
マイクロバブル発生部１３３は、マイクロメートルオーダーの微小気泡であるマイクロバブルを発生させる装置である。マイクロバブル発生部１３３の構成は、第１実施形態のマイクロバブル発生部３３と同等であり、気液混合ポンプ１３３ａと、旋回加速器１３３ｂと、分散器１３３ｃとを、配管１３４に有している。
【００６４】
このような構成において、開閉弁１３６および開閉弁１３７を開くと、純水および窒素ガスが気液混合ポンプ１３３ａへ導入される。純水と窒素ガスは、気液混合ポンプ１３３ａにおいて混合され、旋回加速器１３３ｂへ送られる。旋回加速器１３３ｂは、純水と窒素ガスとを加速して旋回させ、気液２層流を形成して、分散器１３３ｃへ送り出す。分散器１３３ｃは、送り込まれた気液２層流を流体力学的に剪断して、窒素ガスのマイクロバブルを形成する。そして、そのマイクロバブルを含む純水が、ノズル１２１から基板Ｗの上面へ吐出される。なお、開閉弁１３７を閉じて開閉弁１３６のみを開くと、マイクロバブルを含まない純水のみが基板Ｗの上面へ供給される。
【００６５】
上記の気液混合ポンプ１３３ａ、旋回加速器１３３ｂ、および分散器１３３ｃでは、マイクロバブルを発生させる際には、純水中へ窒素ガスを激しく混合する。このため、窒素ガス供給源１３２から供給された窒素ガスの一部は、純水中に溶解する。すなわち、この基板処理装置３においては、マイクロバブル発生部１３３が、純水へ窒素ガスを溶解させる手段としても機能している。
【００６６】
純水回収部１４０は、ベース部材１１１上に保持された基板Ｗの周囲を取り囲むガード部材１４１を備えている。ガード部材１４１は、内方にくの字形に開いた断面形状を有しており、基板Ｗから周囲に飛散した純水を、内壁面に受けるようになっている。ガード部材１４１の底面の一部には排液口１４２が設けられている。ガード部材１４１に受けられた純水は、ガード部材１４１の内壁面を伝って排液口１４２から排液ラインへ排出される。
【００６７】
制御部１５０は、チャックピン１１２、電動モータ１１４，１２５、超音波振動子１２２、マイクロバブル発生部１３３、開閉弁１３６，１３７等と電気的に接続されており、これらの動作を制御する。
【００６８】
続いて、このような構成を有する基板処理装置３の動作について、以下に説明する。図１４は、基板処理装置３による処理の流れを示したフローチャートである。また、図１５〜図１７は、基板処理装置３による各段階の動作の様子を示した図である。これらの動作は、制御部１５０が、チャックピン１１２、電動モータ１１４，１２５、超音波振動子１２２、マイクロバブル発生部１３３、開閉弁１３６，１３７等を制御することにより進行する。
【００６９】
基板処理装置３は、まず基板Ｗをベース部材１１１上に載置し、チャックピン１１２により基板Ｗを把持する。そして、電動モータ１１４を駆動させ、ベース部材１１１とともに基板Ｗを回転させる（ステップＳ１１，図１５の状態）。
【００７０】
次に、基板処理装置３は、開閉弁１３６，１３７（図１３参照）を開くとともにマイクロバブル発生部１３３（図１３参照）を動作させる。これにより、純水供給源１３１（図１３参照）から供給される純水中にマイクロバブルが発生する。マイクロバブルを含む純水は、ノズル１２１から基板Ｗの上面に供給される（ステップＳ１２，図１６の状態）。基板Ｗの上面に供給された純水は、基板Ｗの回転に伴う遠心力によって外方へ振り切られ、ガード部材１４１（図１３参照）へ受けられた後、排液口１４２（図１３参照）を経由して廃液ラインへ排出される。なお、マイクロバブル発生部１３３は、以下のステップＳ４が終了するまでマイクロバブルの発生を継続し、マイクロバブルを含む純水をノズル１２１へ供給し続ける。
【００７１】
マイクロバブルを含む純水の供給が開始され、所定時間が経過すると、基板処理装置３は超音波振動子１２２を動作させる。これにより、超音波振動子１２２から超音波振動が発生し、ノズル１２１から吐出される純水に超音波振動が付与される（ステップＳ１３，図１７の状態）。超音波振動子１２２から超音波振動が付与されると、超音波振動の物理的な衝撃により、純水中のマイクロバブルが圧壊する。また、ノズル１２１へ供給される後続のマイクロバブルも、超音波振動の衝撃を受けて同様に圧壊する。このように、ノズル１２１内および基板Ｗの上面に供給されたマイクロバブルは、超音波振動が付与されたことにより圧壊して消滅する。
【００７２】
純水中においてマイクロバブルが圧壊するときには、マイクロバブルの縮小とともにマイクロバブル内部の圧力が急激に上昇する。このとき、マイクロバブルの内部は断熱圧縮に近い圧縮変化を起こすため、マイクロバブルの内部の温度も急激に上昇する。そして、マイクロバブルは、高温（たとえば数千℃）、高圧（たとえば数千気圧）の微小領域（いわゆるホットスポット）となって消滅する。ステップＳ１３では、このようにして形成されたホットスポットから発散されるエネルギーが基板Ｗに作用し、基板Ｗの表面からパーティクルを遊離する。
【００７３】
その後、基板処理装置３は、超音波振動子１２２を停止させる。超音波振動の付与が停止されると、新たに供給されるマイクロバブルは圧壊されず、基板Ｗの上面に供給される純水中には、再びマイクロバブルが現れる（ステップＳ１４，図１６の状態）。基板Ｗの表面には、マイクロバブルを含む純水の外方へ向かう流れが形成されている。このため、基板Ｗの表面から遊離したパーティクルは、マイクロバブルに吸着し、マイクロバブルとともに外方へ運搬される。
【００７４】
マイクロバブルは各気泡のサイズが微小であるため、全体として広い表面積（気液界面の面積）を有する。このため、純水中に浮遊するパーティクルを効率よく吸着する。また、マイクロバブルは帯電性を有するため、静電的作用によってもパーティクルを引き寄せ、効率よく吸着する。このようにして、パーティクルは、マイクロバブルとともに外方へ振り切られ、ガード部材１４１（図１３参照）を経て廃液ラインへ排出される。
【００７５】
超音波振動の付与が停止され、所定時間が経過すると、マイクロバブル発生部１３３（図１３参照）を停止させるとともに開閉弁１３６，１３７（図１３参照）を閉じ、マイクロバブルを含む純水の供給を停止する。そして、電動モータ１１４の回転数を上げ、基板Ｗを高速回転する。これにより、基板Ｗの上面に残存する純水を外方へ振り切って、基板Ｗを乾燥させる（ステップＳ１５）。以上で、基板処理装置３における基板Ｗの処理は終了する。
【００７６】
以上のように、この基板処理装置３では、基板Ｗの表面に供給されるマイクロバブルを超音波振動の物理的な衝撃を利用して圧壊する。そして、マイクロバブルの圧壊に伴って発散するエネルギーにより基板Ｗからパーティクルを積極的に遊離させる。また、基板Ｗから遊離したパーティクルをマイクロバブルに吸着させ、マイクロバブルととも除去する。このため、パーティクルを効率よく除去できる。
【００７７】
＜４．第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態も、本発明を枚葉式の基板処理装置に適用した場合の実施形態である。図１８は、第４実施形態に係る基板処理装置４の縦断面図である。この基板処理装置４は、マイクロバブル発生部１６１およびポンプ１６２の構成が上記の基板処理装置３と異なり、その他の部位は上記の基板処理装置３と同等である。このため、マイクロバブル発生部１６１とポンプ１６２以外の部位については、図１８中に図１３と同一の符号を付し、以下では重複説明を省略する。
【００７８】
基板処理装置４のマイクロバブル発生部１６１は、第２実施形態のマイクロバブル発生部７１と同等の構成であり、脱気部１６１ａと、ガス溶解部１６１ｂと、ヒータ１６１ｃとを、配管１３４上に有している。これらの脱気部１６１ａ、ガス溶解部１６１ｂ、ヒータ１６１ｃは、上記の制御部１５０と電気的に接続される。また、ガス溶解部１６１ｂは、配管１３５を介して窒素ガス供給源１３２と接続されている。
【００７９】
マイクロバブル発生部１６１は、第２実施形態のマイクロバブル発生部７１と同じように、マイクロバブルを発生させる。すなわち、純水がガス溶解部１６１ｂを出るときの圧力低下によって第１の過飽和の状態を作り、第１のマイクロバブルを発生させる。また、ヒータ１６１ｃを通過するときの純水の温度の上昇によって第２の過飽和の状態を作り、第２のマイクロバブルを発生させる。なお、マイクロバブル発生部１６１の構成要素である脱気部１６１ａおよびガス溶解部１６１ｂも、図１０に示すようなユニット７１０を利用することができる。
【００８０】
この基板処理装置４は、マイクロバブル発生部１６１の構成が上記のように第３実施形態とは異なるものの、第３実施形態と同様に基板の処理を行う。すなわち、図１４および図１５〜図１７に示したように、基板Ｗを回転させ（ステップＳ１１）、基板Ｗの上面にマイクロバブルを含む純水を供給し（ステップＳ１２）、所定時間後に純水へ超音波振動を付与し（ステップＳ１３）、超音波振動を停止して（ステップＳ１４）、基板Ｗを乾燥させる（ステップＳ１５）。
【００８１】
したがって、この基板処理装置４においても、基板Ｗの表面に供給されるマイクロバブルを超音波振動によって圧壊する。そして、マイクロバブルの圧壊に伴って発散するエネルギーにより基板Ｗからパーティクルを積極的に遊離させる。また、基板Ｗから遊離したパーティクルをマイクロバブルに吸着させ、マイクロバブルとともに除去する。このため、パーティクルを効率よく除去できる。
【００８２】
＜５．変形例＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の例に限定されるものではない。たとえば、上記の基板処理装置１または２は、図１９に示したような手順で処理を行ってもよい。図１９の処理においては、超音波振動を停止し（ステップＳ４）、所定時間経過した後に、再び超音波振動を付与する（ステップＳ３）。そして、このような超音波振動の付与と停止とを、所定回数繰り返して実行する。このようにすれば、超音波振動を停止したときには、処理槽１０内の基板Ｗの周りにマイクロバブルが供給され、超音波振動を付与したときには、基板Ｗの周囲に存在するマイクロバブルが圧壊される。したがって、基板Ｗの周囲において繰り返しマイクロバブルが圧壊されることとなり、圧壊により発散されるエネルギーをより効率よく基板Ｗに作用させることができる。
【００８３】
同様に、上記の基板処理装置３または４は、図２０に示したような手順で処理を行ってもよい。図２０の処理においては、超音波振動を停止し（ステップＳ１４）、所定時間経過した後に、再び超音波振動を付与する（ステップＳ３）。そして、このような超音波振動の付与と停止とを、所定回数繰り返して実行する。このようにすれば、超音波振動を停止したときには、基板Ｗの表面にマイクロバブルが供給され、超音波振動を付与したときには、基板Ｗの表面になるべく近い位置でマイクロバブルが圧壊される。したがって、基板Ｗの表面に近い位置においてマイクロバブルが繰り返し圧壊されることとなり、圧壊により発散されるエネルギーをより効率よく基板Ｗに作用させることができる。
【００８４】
また、上記の各実施形態では、マイクロバブルを圧壊するために、超音波振動の衝撃を利用した。しかしながら、他の手段を利用してマイクロバブルに物理的な刺激を与え、マイクロバブルを圧壊してもよい。たとえば、水中放電により発生する衝撃波を利用してマイクロバブルを圧壊させてもよい。また、純水の流動により生じる圧縮や膨張を利用してマイクロバブルを圧壊させてもよい。
【００８５】
また、上記の各実施形態では、基板処理装置１〜４の動作について、パーティクルの除去処理に関する動作のみを説明したが、本発明の基板処理装置は、他の種々の動作も行うように構成されていてもよい。
【００８６】
また、上記の各実施形態では、基板Ｗへ供給する液体が純水である場合について説明したが、基板Ｗへ供給する液体は他の液体であってもよい。
【００８７】
また、上記の各実施形態では、液体へ溶解させる気体と、マイクロバブルを構成する気体が、いずれも窒素ガスである場合について説明したが、二酸化炭素やオゾンなどの他の気体を利用してもよい。
【００８８】
また、上記の第１実施形態および第２実施形態では、外槽へオーバーフローした純水を排液ラインへ排出する場合について説明したが、外槽へオーバーフローした純水からマイクロバブルおよびパーティクルを除去し、再び処理槽１０内へ循環させる構成であってもよい。そのような構成とすれば、使用する純水の量を節約しつつ、パーティクルの除去を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】第１実施形態に係る基板処理装置を、基板と平行な平面で切断した縦断面図である。
【図２】第１実施形態に係る基板処理装置を、基板と垂直な平面で切断した縦断面図である。
【図３】第１実施形態に係る処理の流れを示したフローチャートである。
【図４】第１実施形態に係る基板処理装置の動作の様子を示した図である。
【図５】第１実施形態に係る基板処理装置の動作の様子を示した図である。
【図６】第１実施形態に係る基板処理装置の動作の様子を示した図である。
【図７】第１実施形態に係る基板処理装置の動作の様子を示した図である。
【図８】第２実施形態に係る基板処理装置を、基板と平行な平面で切断した縦断面図である。
【図９】純水に対する窒素ガスの飽和溶解濃度を示したグラフである。
【図１０】脱気部またはガス溶解部として利用可能なユニットを示した図である。
【図１１】マイクロバブルの圧壊現象について調査した結果を示した図である。
【図１２】基板からのパーティクルの除去率を調査した結果を示した図である。
【図１３】第３実施形態に係る基板処理装置の縦断面図である。
【図１４】第３実施形態に係る処理の流れを示したフローチャートである。
【図１５】第３実施形態に係る基板処理装置の動作の様子を示した図である。
【図１６】第３実施形態に係る基板処理装置の動作の様子を示した図である。
【図１７】第３実施形態に係る基板処理装置の動作の様子を示した図である。
【図１８】第４実施形態に係る基板処理装置の縦断面図である。
【図１９】変形例に係る処理の流れを示したフローチャートである。
【図２０】変形例に係る処理の流れを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００９０】
１，２，３，４ 基板処理装置
１０ 処理槽
１１ 吐出部
１２ 外槽
２０ リフタ
３０，１３０ 純水供給系
３３，７１，１３３，１６１ マイクロバブル発生部
３３ａ，１３３ａ 気液混合ポンプ
３３ｂ，１３３ｂ 旋回加速器
３３ｃ，１３３ｃ 分散器
５０ 超音波発生部
５２，１２２ 超音波振動子
６０，１５０ 制御部
７１ａ，１６１ａ 脱気部
７１ｂ，１６１ｂ ガス溶解部
７１ｃ，１６１ｃ ヒータ
１１０ 基板保持部
１２０ 純水吐出部
１２１ ノズル
７１０ ユニット
Ｗ 基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体により基板の処理を行う基板処理装置であって、
基板の周囲に液体を供給する液体供給手段と、
前記液体にマイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生手段と、
前記液体中のマイクロバブルを圧壊する圧壊手段と、
を備えたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板処理装置であって、
前記圧壊手段は、前記液体へ超音波振動を付与することによりマイクロバブルを圧壊することを特徴とする基板処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の基板処理装置であって、
前記圧壊手段は、前記マイクロバブル発生手段によるマイクロバブルの発生が開始され、所定時間が経過した後に、超音波振動の付与を行うことを特徴とする基板処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載の基板処理装置であって、
前記圧壊手段は、前記マイクロバブル発生手段によるマイクロバブルの発生が開始され、所定時間が経過した後に、超音波振動の付与と停止とを繰り返すことを特徴とする基板処理装置。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれかに記載の基板処理装置であって、
前記液体は常温の純水であり、
前記マイクロバブルは窒素ガスのマイクロバブルであり、
前記純水中に窒素ガスを３０ｐｐｍ以上の濃度で溶解させる溶解手段をさらに備えたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれかに記載の基板処理装置であって、
液体を貯留する処理槽と、
前記処理槽内の液体に浸漬させた状態で基板を保持する保持手段とをさらに備え、
前記液体供給手段は、前記処理槽内へ液体を供給することを特徴とする基板処理装置。
【請求項７】
請求項１から５までのいずれかに記載の基板処理装置であって、
基板を保持する保持手段をさらに備え、
前記液体供給手段は、前記保持手段に保持された基板に液体を供給することを特徴とする基板処理装置。
【請求項８】
基板の表面からパーティクルを除去するパーティクル除去方法であって、
基板の周囲に液体を供給する第１の工程と、
前記液体にマイクロバブルを発生させる第２の工程と、
前記液体中のマイクロバブルを圧壊する第３の工程と、
を含むことを特徴とするパーティクル除去方法。
【請求項９】
請求項８に記載のパーティクル除去方法であって、
前記第３の工程は、前記液体へ超音波振動を付与することによりマイクロバブルを圧壊することを特徴とするパーティクル除去方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のパーティクル除去方法であって、
前記第３の工程は、前記第２の工程におけるマイクロバブルの発生が開始され、所定時間が経過した後に、超音波振動の付与を行うことを特徴とするパーティクル除去方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載のパーティクル除去方法であって、
前記第３の工程は、前記第２の工程におけるマイクロバブルの発生が開始され、所定時間が経過した後に、超音波振動の付与と停止とを繰り返すことを特徴とするパーティクル除去方法。
【請求項１２】
請求項８から１１までのいずれかに記載のパーティクル除去方法であって、
前記液体は常温の純水であり、
前記マイクロバブルは窒素ガスのマイクロバブルであり、
前記純水中に窒素ガスを３０ｐｐｍ以上の濃度で溶解させる第４の工程をさらに含むことを特徴とするパーティクル除去方法。
【請求項１】
液体により基板の処理を行う基板処理装置であって、
基板の周囲に液体を供給する液体供給手段と、
前記液体にマイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生手段と、
前記液体中のマイクロバブルを圧壊する圧壊手段と、
を備えたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板処理装置であって、
前記圧壊手段は、前記液体へ超音波振動を付与することによりマイクロバブルを圧壊することを特徴とする基板処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の基板処理装置であって、
前記圧壊手段は、前記マイクロバブル発生手段によるマイクロバブルの発生が開始され、所定時間が経過した後に、超音波振動の付与を行うことを特徴とする基板処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載の基板処理装置であって、
前記圧壊手段は、前記マイクロバブル発生手段によるマイクロバブルの発生が開始され、所定時間が経過した後に、超音波振動の付与と停止とを繰り返すことを特徴とする基板処理装置。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれかに記載の基板処理装置であって、
前記液体は常温の純水であり、
前記マイクロバブルは窒素ガスのマイクロバブルであり、
前記純水中に窒素ガスを３０ｐｐｍ以上の濃度で溶解させる溶解手段をさらに備えたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれかに記載の基板処理装置であって、
液体を貯留する処理槽と、
前記処理槽内の液体に浸漬させた状態で基板を保持する保持手段とをさらに備え、
前記液体供給手段は、前記処理槽内へ液体を供給することを特徴とする基板処理装置。
【請求項７】
請求項１から５までのいずれかに記載の基板処理装置であって、
基板を保持する保持手段をさらに備え、
前記液体供給手段は、前記保持手段に保持された基板に液体を供給することを特徴とする基板処理装置。
【請求項８】
基板の表面からパーティクルを除去するパーティクル除去方法であって、
基板の周囲に液体を供給する第１の工程と、
前記液体にマイクロバブルを発生させる第２の工程と、
前記液体中のマイクロバブルを圧壊する第３の工程と、
を含むことを特徴とするパーティクル除去方法。
【請求項９】
請求項８に記載のパーティクル除去方法であって、
前記第３の工程は、前記液体へ超音波振動を付与することによりマイクロバブルを圧壊することを特徴とするパーティクル除去方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のパーティクル除去方法であって、
前記第３の工程は、前記第２の工程におけるマイクロバブルの発生が開始され、所定時間が経過した後に、超音波振動の付与を行うことを特徴とするパーティクル除去方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載のパーティクル除去方法であって、
前記第３の工程は、前記第２の工程におけるマイクロバブルの発生が開始され、所定時間が経過した後に、超音波振動の付与と停止とを繰り返すことを特徴とするパーティクル除去方法。
【請求項１２】
請求項８から１１までのいずれかに記載のパーティクル除去方法であって、
前記液体は常温の純水であり、
前記マイクロバブルは窒素ガスのマイクロバブルであり、
前記純水中に窒素ガスを３０ｐｐｍ以上の濃度で溶解させる第４の工程をさらに含むことを特徴とするパーティクル除去方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００６−３１０４５６（Ｐ２００６−３１０４５６Ａ）
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１２９６０６（Ｐ２００５−１２９６０６）
【出願日】平成１７年４月２７日（２００５．４．２７）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月２７日（２００５．４．２７）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
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