気液混合流体生成装置、気液混合流体生成方法、処理装置及び処理方法
【課題】最低限の圧力で送液を行い、液体に気体を溶解させる。
【解決手段】気液混合流体生成装置３は、容器３ａと、その容器３ａ内に連通し、気体が溶存した液体を容器３ａ内に供給するための液体供給流路３ｂと、容器３ａを密閉状態及び開放状態に切替可能であり、液体供給流路３ｂから容器３ａへ送液を行う間、容器３ａを開放状態にして容器３ａの内圧を、液体供給流路３ｂ内の液体を容器３ａに向かって押す圧力未満にする内圧調整部３ｄと、容器３ａ内に連通し、液体が供給された密閉状態の容器３ａ内の空間に気体を供給するための気体供給流路３ｅとを備える。
【解決手段】気液混合流体生成装置３は、容器３ａと、その容器３ａ内に連通し、気体が溶存した液体を容器３ａ内に供給するための液体供給流路３ｂと、容器３ａを密閉状態及び開放状態に切替可能であり、液体供給流路３ｂから容器３ａへ送液を行う間、容器３ａを開放状態にして容器３ａの内圧を、液体供給流路３ｂ内の液体を容器３ａに向かって押す圧力未満にする内圧調整部３ｄと、容器３ａ内に連通し、液体が供給された密閉状態の容器３ａ内の空間に気体を供給するための気体供給流路３ｅとを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、気液混合流体生成装置、気液混合流体生成方法、処理装置及び処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
気液混合流体生成装置は、液体に気体を溶解させて気液混合流体を生成する装置であり、例えば、液体中に微小気泡を発生させてその微小気泡を含む液体により処理対象物を処理する処理装置に用いられている。この処理装置は、気液混合流体生成装置に加え、例えば、基板処理装置や加工装置、浄化装置などを備えている。
【０００３】
ここで、基板処理装置は、半導体ウエハやガラス基板などの基板表面に、微小気泡を含む液体を処理液として供給し、その処理液により基板表面を処理する装置である。この基板処理装置としては、例えば、処理液により基板表面を洗浄する洗浄装置や処理液により基板表面からレジスト膜を除去するレジスト除去装置などが挙げられる。
【０００４】
また、加工装置は、ダイシングブレードやドリルなどの加工具により、金属材や基板などの被加工物を加工する装置であり、その加工具により加工される被加工物の加工箇所に、潤滑、冷却及び洗浄を目的として、微小気泡を含む液体を処理液として供給するものである。
【０００５】
また、浄化装置は、浄化対象となる液中に微小気泡を発生させ、その微小気泡を液中のフロックに付着させることで、水面上にフロックを浮上させて液中からフロックを分離したり、あるいは、水中の油分に微小気泡を付着させることで、水面上に油分を浮上させて液中から油分を分離したりする装置である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１１２５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述のような装置では、送液のために高圧ポンプなどの圧力を上げる機構が必要となるため、コストが上昇してしまい、さらに、圧力を上げる機構によって送液時に脈動が発生するため、液供給が不安定になってしまう。また、圧力を上げる機構をメンテナンスする必要も生じてしまう。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、最低限の圧力で送液を行い、液体に気体を溶解させることができる気液混合流体生成装置、気液混合流体生成方法、処理装置及び処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態に係る気液混合流体生成装置は、容器と、容器内に連通し、気体が溶存した液体を容器内に供給するための液体供給流路と、容器を密閉状態及び開放状態に切替可能であり、液体供給流路から容器へ送液を行う間、容器を開放状態にして容器の内圧を、液体供給流路内の液体を容器に向かって押す圧力未満にする内圧調整部と、容器内に連通し、液体が供給された密閉状態の容器内の空間に気体を供給するための気体供給流路とを備える。
【００１０】
本発明の実施形態に係る気液混合流体生成方法は、気体が溶存した液体を供給するための液体供給流路が連通する容器を開放状態にして容器の内圧を、液体供給流路内の液体を容器に向かって押す圧力未満にし、容器内に液体を供給する工程と、液体を供給した開放状態の容器を密閉状態にする工程と、液体を供給した密閉状態の容器内の空間に気体を供給する工程とを有する。
【００１１】
本発明の実施形態に係る処理装置は、容器と、容器内に連通し、気体が溶存した液体を容器内に供給するための液体供給流路と、容器を密閉状態及び開放状態に切替可能であり、液体供給流路から容器へ送液を行う間、容器を開放状態にして容器の内圧を、液体供給流路内の液体を容器に向かって押す圧力未満にする内圧調整部と、容器内に連通し、液体が供給された密閉状態の容器内の空間に気体を供給するための気体供給流路と、容器内に連通し、容器内の液体を処理対象物に供給するための処理液供給流路とを備える。
【００１２】
本発明の実施形態に係る処理方法は、気体が溶存した液体を供給するための液体供給流路が連通する容器を開放状態にして容器の内圧を、液体供給流路内の液体を容器に向かって押す圧力未満にし、容器内に液体を供給する工程と、液体を供給した開放状態の容器を密閉状態にする工程と、液体を供給した密閉状態の容器内の空間に気体を供給する工程と、気体を供給した容器内の液体を処理対象物に供給する工程とを有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、最低限の圧力で送液を行い、液体に気体を溶解させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の一形態に係る処理装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す処理装置が備える気液混合流体生成装置の概略構成を示す分解斜視図である。
【図３】図１に示す処理装置が備える各開閉弁の制御を説明するための説明図である。
【図４】図１に示す処理装置が備える気液混合流体生成装置が行う気液混合流体生成（給水及び加圧溶解）のタイミングを説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の一形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態に係る処理装置１は、半導体ウエハやガラス基板などの処理対象物Ｗを処理する複数（例えば、図１では四台）の基板処理装置２と、それらの基板処理装置２に気液混合流体を生成して供給する気液混合流体生成装置３と、各部を制御する制御装置４とを備えている。
【００１７】
基板処理装置２は、ステージ上の処理対象物Ｗの中心を回転中心として処理対象物Ｗを平面内で回転させながら、その回転状態の処理対象物Ｗに対して処理液を供給し、処理対象物Ｗの表面を処理する装置である。この基板処理装置２としては、例えば、処理液により処理対象物Ｗの表面を洗浄する洗浄装置や処理液により処理対象物Ｗの表面からレジスト膜を除去するレジスト除去装置などが挙げられる。
【００１８】
このような基板処理装置２は、処理対象物Ｗの表面に処理液を供給するための処理液供給流路２ａを有しており、この処理液供給流路２ａには、開閉弁２ｂや微小気泡発生部材２ｃなどが設けられている。
【００１９】
処理液供給流路２ａは、気液混合流体生成装置３から供給された気液混合流体（気体が溶存した液体）が流れる流路であり、その端部に位置する開口から処理液が吐出される。この処理液供給流路２ａとしては、例えば、パイプやチューブなどの配管を用いることが可能である。また、開閉弁２ｂは処理液供給流路２ａの開閉を制御する弁であり、圧縮空気などの空気が供給されると閉状態から開状態となる。この空気の供給は制御装置４により制御される。また、微小気泡発生部材２ｃは、処理液中に微小気泡を発生させる貫通孔を有するオリフィス部材である。この微小気泡発生部材２ｃは、貫通孔を通過する液体中の溶存気体を減圧して開放し、その液体中に多量の微小気泡を発生させる。この多量の微小気泡を含む液体が処理液として使用されることになる。
【００２０】
ここで、微小気泡は、マイクロバブル（ＭＢ）やマイクロナノバブル（ＭＮＢ）、ナノバブル（ＮＢ）などの概念を含む気泡である。例えば、マイクロバブルは１０μｍ〜数十μｍの直径を有する気泡であり、マイクロナノバブルは数百ｎｍ〜１０μｍの直径を有する気泡であり、ナノバブルは数百ｎｍ以下の直径を有する気泡である。
【００２１】
なお、本実施形態では、前述の微小気泡発生部材２ｃとしてオリフィス部材を用いているが、これに限るものではなく、例えば、ベンチュリ管などを用いることが可能であり、液体中に微小気泡を発生させることが可能な構造の部材を用いれば良く、その構造は特に限定されるものではない。
【００２２】
気液混合流体生成装置３は、タンクなどの容器３ａと、その容器３ａ内に液体を供給するための液体供給流路３ｂと、その液体供給流路３ｂを通過する液体に気体を混合する気液混合器３ｃと、容器３ａの内圧を調整する内圧調整部３ｄと、容器３ａ内及び気液混合器３ｃ内に気体を供給するための気体供給流路３ｅと、容器３ａ内の液体（気体が溶存した液体）を排出するための液体排出流路３ｆとを備えている。
【００２３】
容器３ａは、液体を貯留する容器である。この容器３ａ内には、液量を検出する複数（例えば、図１では二個）の液量検出スイッチ１１、１２が設けられている。これらの液量検出スイッチ１１、１２は制御装置４に電気的に接続されており、その検出信号が制御装置４に入力される。例えば、液量検出スイッチ１１は、液量が満杯状態である所定量以上になると、オン状態となって満杯状態を知らせるための検出信号を制御装置４に送信する。また、液量検出スイッチ１２は、液量が空状態である所定量以下になると、オン状態となって空状態を知らせるための検出信号を制御装置４に送信する。また、容器３ａ内には、液体供給流路３ｂから供給される液体の勢いを抑止する板材１３が液体供給流路３ｂの開口に対向させて設けられている。
【００２４】
液体供給流路３ｂは、液体貯留部（例えば、工場内で純水（ＤＩＷ）を貯留している液体貯留部など）と容器３ａとを接続する流路である。この液体供給流路３ｂの一端が容器３ａの下面（底面）に接続されており、容器３ａ内に連通している。なお、液体供給流路３ｂとしては、例えば、パイプやチューブなどの配管を用いることが可能である。このような液体供給流路３ｂには、開閉弁２１が気液混合器３ｃより上流側に位置付けられて設けられており、さらに、逆止弁２２が気液混合器３ｃより下流側に位置付けられて設けられている。開閉弁２１は液体供給流路３ｂの開閉を制御する弁であり、圧縮空気などの空気が供給されると閉状態から開状態となる。この空気の供給は制御装置４により制御される。逆止弁２２は、容器３ａ側から気液混合器３ｃに液体が逆流することを防止する弁である。
【００２５】
気液混合器３ｃは、液体供給流路３ｂの流路途中に設けられており、その内部を通過する液体中に、気体供給流路３ｅを介して供給された気体を混合するものである。この気液混合器３ｃとしては、例えば、Ｔ字管やアスピレータなどを用いることが可能であるが、液体中に気体を混合することが可能な構造であれば良く、その構造は特に限定されるものではない。
【００２６】
内圧調整部３ｄは、容器３ａ内に連通し、その容器３ａ内の気体を排気する気体排出流路３１を有している。この気体排出流路３１には、開閉弁３２や絞り弁３３が設けられている。開閉弁３２は気体排出流路３１の開閉を制御する弁であり、圧縮空気などの空気が供給されると閉状態から開状態となる。この空気の供給は制御装置４により制御される。絞り弁３３は、気体排出流路３１を流れる気体の流量を調整するための弁である。この気体の流量は、開閉弁３２が開状態となると容器３ａの内圧が所望の内圧となるように所定値に設定されている。なお、所望の内圧は、液体供給流路３ｂ内の液体を容器３ａに向かって押す圧力（例えば、工場内の液体貯留部から液体が送液される場合の送液力）未満に設定されている。
【００２７】
ここで、容器３ａ内への液体の供給時間（給水時間）を短縮するためには、容器３ａの内圧と送液力との差を大きくする（例えば、容器３ａの内圧を大気圧（例えば、０．１ＭＰａ）とする）。一方、給水中、気液混合器３ｃにより液体に含まれた気体の溶解量、すなわち気体の溶解度をできるだけ減少させずに維持するためには、容器３ａの内圧は送液力より小さく、できるだけその送液力に近い圧力であることが望ましい。例えば、送液力が０．２ＭＰａである場合には、容器３ａの内圧は０．２ＭＰａより小さく、できるだけその０．２ＭＰａに近い圧力であることが望ましい。
【００２８】
このような内圧調整部３ｄでは、開閉弁３２が開状態となり、気体排出流路３１が開かれると、液体を収容した容器３ａ内の空間に存在する気体が気体排出流路３１を介して排出される。このため、容器３ａの内圧が液体供給流路３ｂ内の液体を容器３ａに向かって押す圧力未満になり、液体供給流路３ｂ内の液体は容器３ａ内に流入する。このように液体が容器３ａ内に供給されることになる。なお、内圧調整部３ｄは開閉弁３２の制御により容器３ａを密閉状態及び開放状態に切り替えることが可能である。
【００２９】
気体供給流路３ｅは、気体貯留部（例えば、工場内で気体（Ｇａｓ）を貯留している気体貯留部）と、容器３ａ及び気液混合器３ｃとを接続する流路である。この気体供給流路３ｅとしては、例えば、パイプやチューブなどの配管を用いることが可能である。このような気体供給流路３ｅは、途中で二本に分岐され、その二本のうち一方の第１の気体供給流路３ｅ１が容器３ａに接続されており、もう一方の第２の気体供給流路３ｅ２が気液混合器３ｃに接続されている。なお、第１の気体供給流路３ｅ１の一端が容器３ａの上面（天井面）に接続されており、容器３ａ内に連通している。
【００３０】
第１の気体供給流路３ｅ１には、エアレギュレータ４１や開閉弁４２が設けられている。エアレギュレータ４１は、気体の圧力を調整するためのレギュレータであり、気体の圧力を所定値（例えば、０．４ＭＰａ）に維持する。この所定値は、容器３ａ内の液体に所望の圧力をかける値に設定されている。開閉弁４２は、第１の気体供給流路３ｅ１の開閉を制御する弁であり、圧縮空気などの空気が供給されると閉状態から開状態となる。この空気の供給は制御装置４により制御される。
【００３１】
ここで、容器３ａが密閉状態である場合に、開閉弁４２が開けられると、気体が第１の気体供給流路３ｅ１を介して、液体を収容した容器３ａ内の空間に流入する。このとき、容器３ａ内の液体には、気体による圧が加わり、容器３ａ内の液体の圧力が上昇する。この加圧溶解により、液体に対する気体の溶解度が増加することになり、結果として、気体の溶解量が増加することになる。
【００３２】
第２の気体供給流路３ｅ２には、エアレギュレータ５１や開閉弁５２、絞り弁５３、流量計５４、逆止弁５５が設けられている。エアレギュレータ５１は、気体の圧力を調整するためのレギュレータであり、気体の圧力を所定値に維持する。開閉弁５２は、第２の気体供給流路３ｅ２の開閉を制御する弁であり、圧縮空気などの空気が供給されると閉状態から開状態となる。この空気の供給は制御装置４により制御される。絞り弁５３は、第２の気体供給流路３ｅ２を流れる気体の流量を調整するための弁である。流量計５４は、第２の気体供給流路３ｅ２を流れる気体の流量を計測する。逆止弁５５は、気液混合器３ｃ側から流量計５４に液体が逆流することを防止する弁である。なお、気体の圧力及び流量は、気液混合器３ｃにより所望量の気体が液体中に混合されるように所定値に設定されている。
【００３３】
ここで、気体としては、例えば、空気、あるいは、窒素（Ｎ２）などの不活性ガス、また、酸素（Ｏ２）などの酸化性ガスなど、各種のガスを用いることが可能である。また、本実施形態では、第１の気体供給流路３ｅ１により容器３ａ内に直接供給する気体と、気液混合器３ｃに供給する気体としては、同じ種類の気体を用いているが、これに限るものではなく、異なる種類の気体を用いるようにしても良い。例えば、容器３ａ内に直接供給する気体としては、窒素を用い、気液混合器３ｃに供給する気体としては、酸素を用いるようにしても良い。
【００３４】
液体排出流路３ｆは、容器３ａ内と各基板処理装置２とを接続する流路である。この液体排出流路３ｆの一端が容器３ａの下面（底面）に接続されており、容器３ａ内に連通している。なお、液体排出流路３ｆとしては、例えば、パイプやチューブなどの配管を用いることが可能である。このような液体排出流路３ｆには、各基板処理装置２の全ての処理液供給流路２ａが接続されている。これにより、容器３ａ内の加圧溶解後の液体（気体が溶存した液体、すなわち気液混合流体）は液体排出流路３ｆを介して各基板処理装置２の処理液供給流路２ａに流入することになる。
【００３５】
制御装置４は、各部を集中的に制御するマイクロコンピュータなどの制御部と、基板処理に関する基板処理情報や各種プログラムなどを記憶する記憶部とを備えている。この制御装置４は、基板処理情報や各種プログラムに基づいて、気液混合流体生成装置３を制御し、気液混合流体を生成し、その生成した気液混合流体を各基板処理装置２に供給し、各基板処理装置２を個別に制御し、基板処理を行う。この基板処理では、基板処理装置２の開閉弁２ｂが開けられると、処理液供給流路２ａが開状態となり、処理液はその処理液供給流路２ａを流れ、その一端の開口から回転する処理対象物Ｗの表面に供給される。この処理液は、微小気泡発生部材２ｃを通過し、多量の微小気泡を含む液体である。
【００３６】
ここで、気液混合流体生成装置３の各部の配置について説明する。
【００３７】
図２に示すように、容器３ａは支持台１４の上面に設置されている。この容器３ａの上面には、各開閉弁３２、４２、５２が一列に設置され、さらに、各エアレギュレータ４１、５１も設置される。また、容器３ａの外周近傍には、流量計５４が設けられる。支持台１４の下面（裏面）には、気液混合器３ｃ及び開閉弁２１が設置される。これらの各部は各流路、すなわち液体供給流路３ｂ、気体供給流路３ｅ（第１の気体供給流路３ｅ１及び第２の気体供給流路３ｅ２）及び液体排出流路３ｆにより接続される。このようにして気液混合流体生成装置３が構成される。
【００３８】
次に、前述の処理装置１が行う処理動作、すなわち微小気泡発生動作（気液混合流体生成動作も含む）について説明する。なお、説明の簡略化のため、開閉弁２１を開閉弁Ｖ１とし、開閉弁５２を開閉弁Ｖ２とし、開閉弁３２を開閉弁Ｖ３とし、開閉弁４２を開閉弁Ｖ４とし、各開閉弁２ｂを開閉弁Ｖ５として説明する。
【００３９】
図３に示すように、各開閉弁Ｖ１〜Ｖ５の開閉が制御され、給水、加圧及び送液が順番に実行される。なお、各開閉弁Ｖ１〜Ｖ５は制御装置４による空気の供給制御に応じて開状態と閉状態に切り替えられる。
【００４０】
まず、給水では、各開閉弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が開けられ、各開閉弁Ｖ４、Ｖ５が閉じられる（図１及び図３参照）。開閉弁Ｖ３が開けられると、気体排出流路３１が開状態となり、液体を収容した容器３ａ内の空間の気体が気体排出流路３１を介して排出される。これにより、容器３ａ内の内圧は所望の内圧まで減圧され、この減圧により液体が液体供給流路３ｂを流れる。さらに、開閉弁Ｖ３と同時に開閉弁Ｖ２が開けられると、第２の気体供給流路３ｅ２が開状態となり、気体が第２の気体供給流路３ｅ２を介して気液混合器３ｃに供給される。このとき、液体は液体供給流路３ｂを流れ、気液混合器３ｃを通過するため、その気液混合器３ｃにより液体には気体が溶解され、その後、気体が溶存した液体が容器３ａ内に流入する。その液体が容器３ａ内に所定量（液量が満杯状態である所定量）以上に供給されると、液量検出スイッチ１１がオン状態となり、検出信号が制御装置４に送信される。これに応じて、制御装置４は給水が完了したことを判断し、次の加圧を行う。
【００４１】
加圧では、各開閉弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が閉じられ、開閉弁Ｖ４が開けられ、開閉弁Ｖ５は閉状態に維持される（図１及び図３参照）。開閉弁Ｖ３が閉じられると、容器３ａは密閉状態となり、開閉弁Ｖ４が開けられると、第１の気体供給流路３ｅ１が開状態となり、気体が第１の気体供給流路３ｅ１を介して、液体を収容した容器３ａ内の空間に流入する。このとき、容器３ａ内の液体には、気体による圧が加わり、容器３ａ内の液体の圧力が上昇するため、液体に対する気体の溶解度、すなわち気体の溶解量が増加することになる。この加圧溶解により、気体の溶解量が増加した液体（気液混合流体）を得ることが可能となる。制御装置４は加圧開始から所定時間が経過したか否かを判断し、加圧開始から所定時間経過したと判断した場合、次の送液を行う。
【００４２】
送液では、各開閉弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は閉状態に維持され、開閉弁Ｖ４が開状態に維持され、各開閉弁Ｖ５が個別に開けられる（図１及び図３参照）。容器３ａ内の加圧溶解後の液体、すなわち気液混合流体は、容器３ａ内の空間に供給された気体の圧力により、液体排出流路３ｆを介して、各基板処理装置２の処理液供給流路２ａに流入する。開閉弁Ｖ５が開けられると、処理液供給流路２ａは開状態となり、その処理液供給流路２ａに流入した液体は微小気泡発生部材２ｃを通過し、処理液供給流路２ａの開口から吐出され、処理対象物Ｗの表面に供給される。ただし、液体が微小気泡発生部材２ｃを通過する際には、貫通孔を通過する液体中の溶存気体が減圧されて開放され、その液体中に多量の微小気泡が発生する。この多量の微小気泡を含む液体が処理液として処理液供給流路２ａの開口から吐出される。
【００４３】
なお、微小気泡発生部材２ｃと処理液供給流路２ａの開口との離間距離、すなわちその部分の配管長さを調整することによって、開口から吐出される微小気泡の大きさを調整することが可能である。例えば、その配管長さを長くすると、処理液供給流路２ａの開口から吐出される液体の微小気泡の大きさを大きくすることが可能である。これは、微小気泡を含む液体が処理液供給流路２ａを流れる最中に、その微小気泡同士がくっついて一体となることがあるためである。一方、配管長さを短くすると、処理液供給流路２ａの開口から吐出される液体の微小気泡の大きさを発生時の小さいサイズと同程度に維持することができる。
【００４４】
また、気液混合器３ｃに供給される気体の圧力が液体の圧力より大きい場合には、自動給水を実現することが可能であり、開閉弁２１及び開閉弁５２は不要となるので、構成を簡略化することができる。
【００４５】
ここで、前述の給水及び加圧（加圧溶解）を実行するタイミングについて説明する。
【００４６】
図４に示すように、各基板処理装置２（例えば、第１から第４の四台）は順次洗浄及び乾燥を繰り返す。このとき、各基板処理装置２では、洗浄開始タイミングが所定時間だけ順次ずれているが、洗浄時間及び乾燥時間は同じである。また、処理対象物Ｗ、例えばウエハの出し入れ（ウエハ出入）や着脱（チャック及びアンチャック）などに要する時間も同じである。
【００４７】
まず、処理済のウエハが基板処理装置２内から出され、次に、処理前のウエハが基板処理装置２内に入れられ、吸着機構や静電機構などの固定機構によりステージ上に固定される（チャック）。その後、ステージが平面内で回転し、前述の微小気泡を含む液体が処理液としてステージ上のウエハ表面に供給され、ウエハの洗浄が行われる。所定の洗浄時間後、ステージの回転が維持された状態で、処理液の供給が止められ、ステージの回転によるウエハの乾燥が行われる。所定の乾燥時間後、ステージの回転が止められる。このような洗浄及び乾燥が、ウエハの出し入れ（ウエハ出入）及び着脱（チャック及びアンチャック）を介して繰り返される。
【００４８】
ここで、前述の洗浄が各基板処理装置２によって行われている最中には、各基板処理装置２に対して気液混合流体を供給する必要があるため、第１の基板処理装置２の洗浄開始（処理開始）から第４の基板処理装置２の洗浄終了（処理終了）までの洗浄期間（処理期間）、気液混合流体が各基板処理装置２に供給されており、前述の給水及び加圧溶解は実行されない。一方、第４の基板処理装置２の洗浄終了から次の第１の基板処理装置２の洗浄開始までの期間では、気液混合流体の生成、すなわち給水及び加圧溶解が実行される。その後、再び、第１の基板処理装置２の洗浄開始から第４の基板処理装置２の洗浄終了までの洗浄期間では、前述と同様に、気液混合流体が各基板処理装置２に供給されており、前述の給水及び加圧溶解は実行されない。このように、気液混合流体の供給と、気液混合流体の生成（給水及び加圧溶解）とが繰り返される。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態によれば、容器３ａを開放状態にしてその容器３ａの内圧を、液体供給流路３ｂ内の液体を容器３ａに向かって押す圧力未満にし、その後、液体が供給された密閉状態の容器３ａ内の空間に気体を供給する。すなわち、内圧調整部３ｄにより容器３ａが開放状態にされると、容器３ａの内圧が、液体供給流路３ｂ内の液体を容器３ａに向かって押す圧力未満になる。これにより、気体が溶存した液体が液体供給流路３ｂを介して容器３ａ内に供給される。その後、前述の液体が供給された密閉状態の容器３ａ内の空間に、気体が第１の気体供給流路３ｅ１を介して供給される。これにより、容器３ａ内の液体には、気体による圧が加わり、容器３ａ内の液体の圧力が上昇する。このため、液体に対する気体の溶解度が増加することになり、結果として、気体の溶解量が増加することから、液体に対する気体の溶解効率を向上させることができる。
【００５０】
特に、内圧調整部３ｄによる容器３ａの内圧調整により、液体が容器３ａ内に供給されるため、容器３ａ内に液体を送るための高圧ポンプが不要となり、最低限の圧力で液体を容器３ａ内に供給し、その容器３ａ内の液体に気体を溶解させることができる。また、高圧ポンプが不要となるため、コストを抑えることができ、さらに、送液時の脈動を抑止し、その脈動による他の装置などの損傷を防止することが可能になったり、脈動による液供給のむらを防止することが可能になったりする。加えて、高圧ポンプが有するような駆動部分が存在しないため、消耗品が発生することを防止し、メンテナンスフリーを実現することができる。
【００５１】
なお、前述のように、内圧調整部３ｄによる容器３ａの内圧調整により、ポンプ無しで容器３ａ内に液体を供給することが可能であるが、送液のため、内圧調整に加え、ポンプを用いるようにしても良い。この場合には、高圧ポンプ以外の最低限のもの、例えば、低圧のポンプを用いることが可能となる。このときも、送液時の脈動が抑止されるので、その脈動によるポンプの損傷を防止することができる。
【００５２】
また、第１の気体供給流路３ｅ１から容器３ａ内の空間に流入した気体により、液体排出流路３ｆから容器３ａ内の液体を排出させることから、容器３ａ内の液体は気体による圧により液体排出流路３ｆを流れることになるため、容器３ａ内の液体を送液するための高圧ポンプなどが不要となる。これにより、コストを抑えることができ、さらに、高圧ポンプによる脈動を防止することができる。加えて、高圧ポンプが有するような駆動部分が存在しないため、消耗品が発生することを防止することができる。
【００５３】
また、気体の供給開始から所定時間が経過したか否かを判断する判断部として機能する制御装置４を設け、その制御装置４により気体の供給開始から所定時間が経過したと判断された場合、第１の気体供給流路３ｅ１から容器３ａ内の空間に流入した気体により、液体排出流路３ｆから容器３ａ内の液体を排出させることから、容器３ａ内の液体には気体による圧が十分に加えられ、液体に対する気体の溶解度、すなわち気体の溶解量が確実に増加することになる。これにより、気体の溶解量が増加した液体を確実に得ることが可能となるので、微小気泡発生部材２ｃにより液体中に微小気泡を所望量発生させることができる。
【００５４】
また、内圧調整部３ｄは、容器３ａ内の液体が供給される複数の処理対象物Ｗのうち最後の処理完了から次の最初の処理開始までの間に、容器３ａを開放状態にして容器３ａの内圧を、液体供給流路３ｂ内の液体を容器３ａに向かって押す圧力より小さくすることから、前述の最後の処理完了から次の最初の処理開始までの間に、気体が溶存した液体が液体供給流路３ｂを介して容器３ａ内に供給される。これにより、容器３ａに対する給水のために処理が停止することが無くなり、全体の処理時間を短縮することができる。
【００５５】
また、液体供給流路３ｂを流れる液体に溶存した気体と、第１の気体供給流路３ｅ１を流れる気体として、異なる種類の気体を用いた場合には、用途に応じて、処理液として用いる液体に様々な気体を溶解させることができる。
【００５６】
なお、前述の実施の形態においては、基板処理装置２を例に説明したが、これに限るものではなく、その基板処理装置２にかえて加工装置や浄化装置（例えば、背景技術に記載したような加工装置や浄化装置）であってもよい。
【００５７】
また、液体供給流路３ｂ内から液体が供給される際の容器３ａの内圧は、前述のとおり、気体の溶解度をできるだけ減少させずに維持するため、送液される力未満であって、その送液力に近い圧力であることが望ましい。しかし、その内圧は、液体供給路３ｂの液体を容器３ａに向かって押す圧力未満であればよく、容器３ａを開放した状態で液供給を行ってもよい。
【００５８】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５９】
１ 処理装置
２ａ 処理液供給流路
３ 気液混合流体生成装置
３ａ 容器
３ｂ 液体供給流路
３ｄ 内圧調整部
３ｅ 気体供給流路
３ｆ 液体排出流路
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、気液混合流体生成装置、気液混合流体生成方法、処理装置及び処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
気液混合流体生成装置は、液体に気体を溶解させて気液混合流体を生成する装置であり、例えば、液体中に微小気泡を発生させてその微小気泡を含む液体により処理対象物を処理する処理装置に用いられている。この処理装置は、気液混合流体生成装置に加え、例えば、基板処理装置や加工装置、浄化装置などを備えている。
【０００３】
ここで、基板処理装置は、半導体ウエハやガラス基板などの基板表面に、微小気泡を含む液体を処理液として供給し、その処理液により基板表面を処理する装置である。この基板処理装置としては、例えば、処理液により基板表面を洗浄する洗浄装置や処理液により基板表面からレジスト膜を除去するレジスト除去装置などが挙げられる。
【０００４】
また、加工装置は、ダイシングブレードやドリルなどの加工具により、金属材や基板などの被加工物を加工する装置であり、その加工具により加工される被加工物の加工箇所に、潤滑、冷却及び洗浄を目的として、微小気泡を含む液体を処理液として供給するものである。
【０００５】
また、浄化装置は、浄化対象となる液中に微小気泡を発生させ、その微小気泡を液中のフロックに付着させることで、水面上にフロックを浮上させて液中からフロックを分離したり、あるいは、水中の油分に微小気泡を付着させることで、水面上に油分を浮上させて液中から油分を分離したりする装置である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１１２５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述のような装置では、送液のために高圧ポンプなどの圧力を上げる機構が必要となるため、コストが上昇してしまい、さらに、圧力を上げる機構によって送液時に脈動が発生するため、液供給が不安定になってしまう。また、圧力を上げる機構をメンテナンスする必要も生じてしまう。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、最低限の圧力で送液を行い、液体に気体を溶解させることができる気液混合流体生成装置、気液混合流体生成方法、処理装置及び処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態に係る気液混合流体生成装置は、容器と、容器内に連通し、気体が溶存した液体を容器内に供給するための液体供給流路と、容器を密閉状態及び開放状態に切替可能であり、液体供給流路から容器へ送液を行う間、容器を開放状態にして容器の内圧を、液体供給流路内の液体を容器に向かって押す圧力未満にする内圧調整部と、容器内に連通し、液体が供給された密閉状態の容器内の空間に気体を供給するための気体供給流路とを備える。
【００１０】
本発明の実施形態に係る気液混合流体生成方法は、気体が溶存した液体を供給するための液体供給流路が連通する容器を開放状態にして容器の内圧を、液体供給流路内の液体を容器に向かって押す圧力未満にし、容器内に液体を供給する工程と、液体を供給した開放状態の容器を密閉状態にする工程と、液体を供給した密閉状態の容器内の空間に気体を供給する工程とを有する。
【００１１】
本発明の実施形態に係る処理装置は、容器と、容器内に連通し、気体が溶存した液体を容器内に供給するための液体供給流路と、容器を密閉状態及び開放状態に切替可能であり、液体供給流路から容器へ送液を行う間、容器を開放状態にして容器の内圧を、液体供給流路内の液体を容器に向かって押す圧力未満にする内圧調整部と、容器内に連通し、液体が供給された密閉状態の容器内の空間に気体を供給するための気体供給流路と、容器内に連通し、容器内の液体を処理対象物に供給するための処理液供給流路とを備える。
【００１２】
本発明の実施形態に係る処理方法は、気体が溶存した液体を供給するための液体供給流路が連通する容器を開放状態にして容器の内圧を、液体供給流路内の液体を容器に向かって押す圧力未満にし、容器内に液体を供給する工程と、液体を供給した開放状態の容器を密閉状態にする工程と、液体を供給した密閉状態の容器内の空間に気体を供給する工程と、気体を供給した容器内の液体を処理対象物に供給する工程とを有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、最低限の圧力で送液を行い、液体に気体を溶解させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の一形態に係る処理装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す処理装置が備える気液混合流体生成装置の概略構成を示す分解斜視図である。
【図３】図１に示す処理装置が備える各開閉弁の制御を説明するための説明図である。
【図４】図１に示す処理装置が備える気液混合流体生成装置が行う気液混合流体生成（給水及び加圧溶解）のタイミングを説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の一形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態に係る処理装置１は、半導体ウエハやガラス基板などの処理対象物Ｗを処理する複数（例えば、図１では四台）の基板処理装置２と、それらの基板処理装置２に気液混合流体を生成して供給する気液混合流体生成装置３と、各部を制御する制御装置４とを備えている。
【００１７】
基板処理装置２は、ステージ上の処理対象物Ｗの中心を回転中心として処理対象物Ｗを平面内で回転させながら、その回転状態の処理対象物Ｗに対して処理液を供給し、処理対象物Ｗの表面を処理する装置である。この基板処理装置２としては、例えば、処理液により処理対象物Ｗの表面を洗浄する洗浄装置や処理液により処理対象物Ｗの表面からレジスト膜を除去するレジスト除去装置などが挙げられる。
【００１８】
このような基板処理装置２は、処理対象物Ｗの表面に処理液を供給するための処理液供給流路２ａを有しており、この処理液供給流路２ａには、開閉弁２ｂや微小気泡発生部材２ｃなどが設けられている。
【００１９】
処理液供給流路２ａは、気液混合流体生成装置３から供給された気液混合流体（気体が溶存した液体）が流れる流路であり、その端部に位置する開口から処理液が吐出される。この処理液供給流路２ａとしては、例えば、パイプやチューブなどの配管を用いることが可能である。また、開閉弁２ｂは処理液供給流路２ａの開閉を制御する弁であり、圧縮空気などの空気が供給されると閉状態から開状態となる。この空気の供給は制御装置４により制御される。また、微小気泡発生部材２ｃは、処理液中に微小気泡を発生させる貫通孔を有するオリフィス部材である。この微小気泡発生部材２ｃは、貫通孔を通過する液体中の溶存気体を減圧して開放し、その液体中に多量の微小気泡を発生させる。この多量の微小気泡を含む液体が処理液として使用されることになる。
【００２０】
ここで、微小気泡は、マイクロバブル（ＭＢ）やマイクロナノバブル（ＭＮＢ）、ナノバブル（ＮＢ）などの概念を含む気泡である。例えば、マイクロバブルは１０μｍ〜数十μｍの直径を有する気泡であり、マイクロナノバブルは数百ｎｍ〜１０μｍの直径を有する気泡であり、ナノバブルは数百ｎｍ以下の直径を有する気泡である。
【００２１】
なお、本実施形態では、前述の微小気泡発生部材２ｃとしてオリフィス部材を用いているが、これに限るものではなく、例えば、ベンチュリ管などを用いることが可能であり、液体中に微小気泡を発生させることが可能な構造の部材を用いれば良く、その構造は特に限定されるものではない。
【００２２】
気液混合流体生成装置３は、タンクなどの容器３ａと、その容器３ａ内に液体を供給するための液体供給流路３ｂと、その液体供給流路３ｂを通過する液体に気体を混合する気液混合器３ｃと、容器３ａの内圧を調整する内圧調整部３ｄと、容器３ａ内及び気液混合器３ｃ内に気体を供給するための気体供給流路３ｅと、容器３ａ内の液体（気体が溶存した液体）を排出するための液体排出流路３ｆとを備えている。
【００２３】
容器３ａは、液体を貯留する容器である。この容器３ａ内には、液量を検出する複数（例えば、図１では二個）の液量検出スイッチ１１、１２が設けられている。これらの液量検出スイッチ１１、１２は制御装置４に電気的に接続されており、その検出信号が制御装置４に入力される。例えば、液量検出スイッチ１１は、液量が満杯状態である所定量以上になると、オン状態となって満杯状態を知らせるための検出信号を制御装置４に送信する。また、液量検出スイッチ１２は、液量が空状態である所定量以下になると、オン状態となって空状態を知らせるための検出信号を制御装置４に送信する。また、容器３ａ内には、液体供給流路３ｂから供給される液体の勢いを抑止する板材１３が液体供給流路３ｂの開口に対向させて設けられている。
【００２４】
液体供給流路３ｂは、液体貯留部（例えば、工場内で純水（ＤＩＷ）を貯留している液体貯留部など）と容器３ａとを接続する流路である。この液体供給流路３ｂの一端が容器３ａの下面（底面）に接続されており、容器３ａ内に連通している。なお、液体供給流路３ｂとしては、例えば、パイプやチューブなどの配管を用いることが可能である。このような液体供給流路３ｂには、開閉弁２１が気液混合器３ｃより上流側に位置付けられて設けられており、さらに、逆止弁２２が気液混合器３ｃより下流側に位置付けられて設けられている。開閉弁２１は液体供給流路３ｂの開閉を制御する弁であり、圧縮空気などの空気が供給されると閉状態から開状態となる。この空気の供給は制御装置４により制御される。逆止弁２２は、容器３ａ側から気液混合器３ｃに液体が逆流することを防止する弁である。
【００２５】
気液混合器３ｃは、液体供給流路３ｂの流路途中に設けられており、その内部を通過する液体中に、気体供給流路３ｅを介して供給された気体を混合するものである。この気液混合器３ｃとしては、例えば、Ｔ字管やアスピレータなどを用いることが可能であるが、液体中に気体を混合することが可能な構造であれば良く、その構造は特に限定されるものではない。
【００２６】
内圧調整部３ｄは、容器３ａ内に連通し、その容器３ａ内の気体を排気する気体排出流路３１を有している。この気体排出流路３１には、開閉弁３２や絞り弁３３が設けられている。開閉弁３２は気体排出流路３１の開閉を制御する弁であり、圧縮空気などの空気が供給されると閉状態から開状態となる。この空気の供給は制御装置４により制御される。絞り弁３３は、気体排出流路３１を流れる気体の流量を調整するための弁である。この気体の流量は、開閉弁３２が開状態となると容器３ａの内圧が所望の内圧となるように所定値に設定されている。なお、所望の内圧は、液体供給流路３ｂ内の液体を容器３ａに向かって押す圧力（例えば、工場内の液体貯留部から液体が送液される場合の送液力）未満に設定されている。
【００２７】
ここで、容器３ａ内への液体の供給時間（給水時間）を短縮するためには、容器３ａの内圧と送液力との差を大きくする（例えば、容器３ａの内圧を大気圧（例えば、０．１ＭＰａ）とする）。一方、給水中、気液混合器３ｃにより液体に含まれた気体の溶解量、すなわち気体の溶解度をできるだけ減少させずに維持するためには、容器３ａの内圧は送液力より小さく、できるだけその送液力に近い圧力であることが望ましい。例えば、送液力が０．２ＭＰａである場合には、容器３ａの内圧は０．２ＭＰａより小さく、できるだけその０．２ＭＰａに近い圧力であることが望ましい。
【００２８】
このような内圧調整部３ｄでは、開閉弁３２が開状態となり、気体排出流路３１が開かれると、液体を収容した容器３ａ内の空間に存在する気体が気体排出流路３１を介して排出される。このため、容器３ａの内圧が液体供給流路３ｂ内の液体を容器３ａに向かって押す圧力未満になり、液体供給流路３ｂ内の液体は容器３ａ内に流入する。このように液体が容器３ａ内に供給されることになる。なお、内圧調整部３ｄは開閉弁３２の制御により容器３ａを密閉状態及び開放状態に切り替えることが可能である。
【００２９】
気体供給流路３ｅは、気体貯留部（例えば、工場内で気体（Ｇａｓ）を貯留している気体貯留部）と、容器３ａ及び気液混合器３ｃとを接続する流路である。この気体供給流路３ｅとしては、例えば、パイプやチューブなどの配管を用いることが可能である。このような気体供給流路３ｅは、途中で二本に分岐され、その二本のうち一方の第１の気体供給流路３ｅ１が容器３ａに接続されており、もう一方の第２の気体供給流路３ｅ２が気液混合器３ｃに接続されている。なお、第１の気体供給流路３ｅ１の一端が容器３ａの上面（天井面）に接続されており、容器３ａ内に連通している。
【００３０】
第１の気体供給流路３ｅ１には、エアレギュレータ４１や開閉弁４２が設けられている。エアレギュレータ４１は、気体の圧力を調整するためのレギュレータであり、気体の圧力を所定値（例えば、０．４ＭＰａ）に維持する。この所定値は、容器３ａ内の液体に所望の圧力をかける値に設定されている。開閉弁４２は、第１の気体供給流路３ｅ１の開閉を制御する弁であり、圧縮空気などの空気が供給されると閉状態から開状態となる。この空気の供給は制御装置４により制御される。
【００３１】
ここで、容器３ａが密閉状態である場合に、開閉弁４２が開けられると、気体が第１の気体供給流路３ｅ１を介して、液体を収容した容器３ａ内の空間に流入する。このとき、容器３ａ内の液体には、気体による圧が加わり、容器３ａ内の液体の圧力が上昇する。この加圧溶解により、液体に対する気体の溶解度が増加することになり、結果として、気体の溶解量が増加することになる。
【００３２】
第２の気体供給流路３ｅ２には、エアレギュレータ５１や開閉弁５２、絞り弁５３、流量計５４、逆止弁５５が設けられている。エアレギュレータ５１は、気体の圧力を調整するためのレギュレータであり、気体の圧力を所定値に維持する。開閉弁５２は、第２の気体供給流路３ｅ２の開閉を制御する弁であり、圧縮空気などの空気が供給されると閉状態から開状態となる。この空気の供給は制御装置４により制御される。絞り弁５３は、第２の気体供給流路３ｅ２を流れる気体の流量を調整するための弁である。流量計５４は、第２の気体供給流路３ｅ２を流れる気体の流量を計測する。逆止弁５５は、気液混合器３ｃ側から流量計５４に液体が逆流することを防止する弁である。なお、気体の圧力及び流量は、気液混合器３ｃにより所望量の気体が液体中に混合されるように所定値に設定されている。
【００３３】
ここで、気体としては、例えば、空気、あるいは、窒素（Ｎ２）などの不活性ガス、また、酸素（Ｏ２）などの酸化性ガスなど、各種のガスを用いることが可能である。また、本実施形態では、第１の気体供給流路３ｅ１により容器３ａ内に直接供給する気体と、気液混合器３ｃに供給する気体としては、同じ種類の気体を用いているが、これに限るものではなく、異なる種類の気体を用いるようにしても良い。例えば、容器３ａ内に直接供給する気体としては、窒素を用い、気液混合器３ｃに供給する気体としては、酸素を用いるようにしても良い。
【００３４】
液体排出流路３ｆは、容器３ａ内と各基板処理装置２とを接続する流路である。この液体排出流路３ｆの一端が容器３ａの下面（底面）に接続されており、容器３ａ内に連通している。なお、液体排出流路３ｆとしては、例えば、パイプやチューブなどの配管を用いることが可能である。このような液体排出流路３ｆには、各基板処理装置２の全ての処理液供給流路２ａが接続されている。これにより、容器３ａ内の加圧溶解後の液体（気体が溶存した液体、すなわち気液混合流体）は液体排出流路３ｆを介して各基板処理装置２の処理液供給流路２ａに流入することになる。
【００３５】
制御装置４は、各部を集中的に制御するマイクロコンピュータなどの制御部と、基板処理に関する基板処理情報や各種プログラムなどを記憶する記憶部とを備えている。この制御装置４は、基板処理情報や各種プログラムに基づいて、気液混合流体生成装置３を制御し、気液混合流体を生成し、その生成した気液混合流体を各基板処理装置２に供給し、各基板処理装置２を個別に制御し、基板処理を行う。この基板処理では、基板処理装置２の開閉弁２ｂが開けられると、処理液供給流路２ａが開状態となり、処理液はその処理液供給流路２ａを流れ、その一端の開口から回転する処理対象物Ｗの表面に供給される。この処理液は、微小気泡発生部材２ｃを通過し、多量の微小気泡を含む液体である。
【００３６】
ここで、気液混合流体生成装置３の各部の配置について説明する。
【００３７】
図２に示すように、容器３ａは支持台１４の上面に設置されている。この容器３ａの上面には、各開閉弁３２、４２、５２が一列に設置され、さらに、各エアレギュレータ４１、５１も設置される。また、容器３ａの外周近傍には、流量計５４が設けられる。支持台１４の下面（裏面）には、気液混合器３ｃ及び開閉弁２１が設置される。これらの各部は各流路、すなわち液体供給流路３ｂ、気体供給流路３ｅ（第１の気体供給流路３ｅ１及び第２の気体供給流路３ｅ２）及び液体排出流路３ｆにより接続される。このようにして気液混合流体生成装置３が構成される。
【００３８】
次に、前述の処理装置１が行う処理動作、すなわち微小気泡発生動作（気液混合流体生成動作も含む）について説明する。なお、説明の簡略化のため、開閉弁２１を開閉弁Ｖ１とし、開閉弁５２を開閉弁Ｖ２とし、開閉弁３２を開閉弁Ｖ３とし、開閉弁４２を開閉弁Ｖ４とし、各開閉弁２ｂを開閉弁Ｖ５として説明する。
【００３９】
図３に示すように、各開閉弁Ｖ１〜Ｖ５の開閉が制御され、給水、加圧及び送液が順番に実行される。なお、各開閉弁Ｖ１〜Ｖ５は制御装置４による空気の供給制御に応じて開状態と閉状態に切り替えられる。
【００４０】
まず、給水では、各開閉弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が開けられ、各開閉弁Ｖ４、Ｖ５が閉じられる（図１及び図３参照）。開閉弁Ｖ３が開けられると、気体排出流路３１が開状態となり、液体を収容した容器３ａ内の空間の気体が気体排出流路３１を介して排出される。これにより、容器３ａ内の内圧は所望の内圧まで減圧され、この減圧により液体が液体供給流路３ｂを流れる。さらに、開閉弁Ｖ３と同時に開閉弁Ｖ２が開けられると、第２の気体供給流路３ｅ２が開状態となり、気体が第２の気体供給流路３ｅ２を介して気液混合器３ｃに供給される。このとき、液体は液体供給流路３ｂを流れ、気液混合器３ｃを通過するため、その気液混合器３ｃにより液体には気体が溶解され、その後、気体が溶存した液体が容器３ａ内に流入する。その液体が容器３ａ内に所定量（液量が満杯状態である所定量）以上に供給されると、液量検出スイッチ１１がオン状態となり、検出信号が制御装置４に送信される。これに応じて、制御装置４は給水が完了したことを判断し、次の加圧を行う。
【００４１】
加圧では、各開閉弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が閉じられ、開閉弁Ｖ４が開けられ、開閉弁Ｖ５は閉状態に維持される（図１及び図３参照）。開閉弁Ｖ３が閉じられると、容器３ａは密閉状態となり、開閉弁Ｖ４が開けられると、第１の気体供給流路３ｅ１が開状態となり、気体が第１の気体供給流路３ｅ１を介して、液体を収容した容器３ａ内の空間に流入する。このとき、容器３ａ内の液体には、気体による圧が加わり、容器３ａ内の液体の圧力が上昇するため、液体に対する気体の溶解度、すなわち気体の溶解量が増加することになる。この加圧溶解により、気体の溶解量が増加した液体（気液混合流体）を得ることが可能となる。制御装置４は加圧開始から所定時間が経過したか否かを判断し、加圧開始から所定時間経過したと判断した場合、次の送液を行う。
【００４２】
送液では、各開閉弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は閉状態に維持され、開閉弁Ｖ４が開状態に維持され、各開閉弁Ｖ５が個別に開けられる（図１及び図３参照）。容器３ａ内の加圧溶解後の液体、すなわち気液混合流体は、容器３ａ内の空間に供給された気体の圧力により、液体排出流路３ｆを介して、各基板処理装置２の処理液供給流路２ａに流入する。開閉弁Ｖ５が開けられると、処理液供給流路２ａは開状態となり、その処理液供給流路２ａに流入した液体は微小気泡発生部材２ｃを通過し、処理液供給流路２ａの開口から吐出され、処理対象物Ｗの表面に供給される。ただし、液体が微小気泡発生部材２ｃを通過する際には、貫通孔を通過する液体中の溶存気体が減圧されて開放され、その液体中に多量の微小気泡が発生する。この多量の微小気泡を含む液体が処理液として処理液供給流路２ａの開口から吐出される。
【００４３】
なお、微小気泡発生部材２ｃと処理液供給流路２ａの開口との離間距離、すなわちその部分の配管長さを調整することによって、開口から吐出される微小気泡の大きさを調整することが可能である。例えば、その配管長さを長くすると、処理液供給流路２ａの開口から吐出される液体の微小気泡の大きさを大きくすることが可能である。これは、微小気泡を含む液体が処理液供給流路２ａを流れる最中に、その微小気泡同士がくっついて一体となることがあるためである。一方、配管長さを短くすると、処理液供給流路２ａの開口から吐出される液体の微小気泡の大きさを発生時の小さいサイズと同程度に維持することができる。
【００４４】
また、気液混合器３ｃに供給される気体の圧力が液体の圧力より大きい場合には、自動給水を実現することが可能であり、開閉弁２１及び開閉弁５２は不要となるので、構成を簡略化することができる。
【００４５】
ここで、前述の給水及び加圧（加圧溶解）を実行するタイミングについて説明する。
【００４６】
図４に示すように、各基板処理装置２（例えば、第１から第４の四台）は順次洗浄及び乾燥を繰り返す。このとき、各基板処理装置２では、洗浄開始タイミングが所定時間だけ順次ずれているが、洗浄時間及び乾燥時間は同じである。また、処理対象物Ｗ、例えばウエハの出し入れ（ウエハ出入）や着脱（チャック及びアンチャック）などに要する時間も同じである。
【００４７】
まず、処理済のウエハが基板処理装置２内から出され、次に、処理前のウエハが基板処理装置２内に入れられ、吸着機構や静電機構などの固定機構によりステージ上に固定される（チャック）。その後、ステージが平面内で回転し、前述の微小気泡を含む液体が処理液としてステージ上のウエハ表面に供給され、ウエハの洗浄が行われる。所定の洗浄時間後、ステージの回転が維持された状態で、処理液の供給が止められ、ステージの回転によるウエハの乾燥が行われる。所定の乾燥時間後、ステージの回転が止められる。このような洗浄及び乾燥が、ウエハの出し入れ（ウエハ出入）及び着脱（チャック及びアンチャック）を介して繰り返される。
【００４８】
ここで、前述の洗浄が各基板処理装置２によって行われている最中には、各基板処理装置２に対して気液混合流体を供給する必要があるため、第１の基板処理装置２の洗浄開始（処理開始）から第４の基板処理装置２の洗浄終了（処理終了）までの洗浄期間（処理期間）、気液混合流体が各基板処理装置２に供給されており、前述の給水及び加圧溶解は実行されない。一方、第４の基板処理装置２の洗浄終了から次の第１の基板処理装置２の洗浄開始までの期間では、気液混合流体の生成、すなわち給水及び加圧溶解が実行される。その後、再び、第１の基板処理装置２の洗浄開始から第４の基板処理装置２の洗浄終了までの洗浄期間では、前述と同様に、気液混合流体が各基板処理装置２に供給されており、前述の給水及び加圧溶解は実行されない。このように、気液混合流体の供給と、気液混合流体の生成（給水及び加圧溶解）とが繰り返される。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態によれば、容器３ａを開放状態にしてその容器３ａの内圧を、液体供給流路３ｂ内の液体を容器３ａに向かって押す圧力未満にし、その後、液体が供給された密閉状態の容器３ａ内の空間に気体を供給する。すなわち、内圧調整部３ｄにより容器３ａが開放状態にされると、容器３ａの内圧が、液体供給流路３ｂ内の液体を容器３ａに向かって押す圧力未満になる。これにより、気体が溶存した液体が液体供給流路３ｂを介して容器３ａ内に供給される。その後、前述の液体が供給された密閉状態の容器３ａ内の空間に、気体が第１の気体供給流路３ｅ１を介して供給される。これにより、容器３ａ内の液体には、気体による圧が加わり、容器３ａ内の液体の圧力が上昇する。このため、液体に対する気体の溶解度が増加することになり、結果として、気体の溶解量が増加することから、液体に対する気体の溶解効率を向上させることができる。
【００５０】
特に、内圧調整部３ｄによる容器３ａの内圧調整により、液体が容器３ａ内に供給されるため、容器３ａ内に液体を送るための高圧ポンプが不要となり、最低限の圧力で液体を容器３ａ内に供給し、その容器３ａ内の液体に気体を溶解させることができる。また、高圧ポンプが不要となるため、コストを抑えることができ、さらに、送液時の脈動を抑止し、その脈動による他の装置などの損傷を防止することが可能になったり、脈動による液供給のむらを防止することが可能になったりする。加えて、高圧ポンプが有するような駆動部分が存在しないため、消耗品が発生することを防止し、メンテナンスフリーを実現することができる。
【００５１】
なお、前述のように、内圧調整部３ｄによる容器３ａの内圧調整により、ポンプ無しで容器３ａ内に液体を供給することが可能であるが、送液のため、内圧調整に加え、ポンプを用いるようにしても良い。この場合には、高圧ポンプ以外の最低限のもの、例えば、低圧のポンプを用いることが可能となる。このときも、送液時の脈動が抑止されるので、その脈動によるポンプの損傷を防止することができる。
【００５２】
また、第１の気体供給流路３ｅ１から容器３ａ内の空間に流入した気体により、液体排出流路３ｆから容器３ａ内の液体を排出させることから、容器３ａ内の液体は気体による圧により液体排出流路３ｆを流れることになるため、容器３ａ内の液体を送液するための高圧ポンプなどが不要となる。これにより、コストを抑えることができ、さらに、高圧ポンプによる脈動を防止することができる。加えて、高圧ポンプが有するような駆動部分が存在しないため、消耗品が発生することを防止することができる。
【００５３】
また、気体の供給開始から所定時間が経過したか否かを判断する判断部として機能する制御装置４を設け、その制御装置４により気体の供給開始から所定時間が経過したと判断された場合、第１の気体供給流路３ｅ１から容器３ａ内の空間に流入した気体により、液体排出流路３ｆから容器３ａ内の液体を排出させることから、容器３ａ内の液体には気体による圧が十分に加えられ、液体に対する気体の溶解度、すなわち気体の溶解量が確実に増加することになる。これにより、気体の溶解量が増加した液体を確実に得ることが可能となるので、微小気泡発生部材２ｃにより液体中に微小気泡を所望量発生させることができる。
【００５４】
また、内圧調整部３ｄは、容器３ａ内の液体が供給される複数の処理対象物Ｗのうち最後の処理完了から次の最初の処理開始までの間に、容器３ａを開放状態にして容器３ａの内圧を、液体供給流路３ｂ内の液体を容器３ａに向かって押す圧力より小さくすることから、前述の最後の処理完了から次の最初の処理開始までの間に、気体が溶存した液体が液体供給流路３ｂを介して容器３ａ内に供給される。これにより、容器３ａに対する給水のために処理が停止することが無くなり、全体の処理時間を短縮することができる。
【００５５】
また、液体供給流路３ｂを流れる液体に溶存した気体と、第１の気体供給流路３ｅ１を流れる気体として、異なる種類の気体を用いた場合には、用途に応じて、処理液として用いる液体に様々な気体を溶解させることができる。
【００５６】
なお、前述の実施の形態においては、基板処理装置２を例に説明したが、これに限るものではなく、その基板処理装置２にかえて加工装置や浄化装置（例えば、背景技術に記載したような加工装置や浄化装置）であってもよい。
【００５７】
また、液体供給流路３ｂ内から液体が供給される際の容器３ａの内圧は、前述のとおり、気体の溶解度をできるだけ減少させずに維持するため、送液される力未満であって、その送液力に近い圧力であることが望ましい。しかし、その内圧は、液体供給路３ｂの液体を容器３ａに向かって押す圧力未満であればよく、容器３ａを開放した状態で液供給を行ってもよい。
【００５８】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５９】
１ 処理装置
２ａ 処理液供給流路
３ 気液混合流体生成装置
３ａ 容器
３ｂ 液体供給流路
３ｄ 内圧調整部
３ｅ 気体供給流路
３ｆ 液体排出流路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器と、
前記容器内に連通し、気体が溶存した液体を前記容器内に供給するための液体供給流路と、
前記容器を密閉状態及び開放状態に切替可能であり、前記液体供給流路から前記容器へ送液を行う間、前記容器を開放状態にして前記容器の内圧を、前記液体供給流路内の前記液体を前記容器に向かって押す圧力未満にする内圧調整部と、
前記容器内に連通し、前記液体が供給された密閉状態の前記容器内の空間に気体を供給するための気体供給流路と、
を備えることを特徴とする気液混合流体生成装置。
【請求項２】
前記容器内に連通し、前記容器内の前記液体を排出するための液体排出流路を備え、
前記気体供給流路から前記容器内の空間に流入した前記気体により、前記液体排出流路から前記容器内の前記液体を排出させることを特徴とする請求項１記載の気液混合流体生成装置。
【請求項３】
前記気体の供給開始から所定時間が経過したか否かを判断する判断部を備え、
前記判断部により前記気体の供給開始から前記所定時間が経過したと判断された場合、前記気体供給流路から前記容器内の空間に流入した前記気体により、前記液体排出流路から前記容器内の前記液体を排出させることを特徴とする請求項２記載の気液混合流体生成装置。
【請求項４】
前記内圧調整部は、前記容器内の前記液体により処理される複数の処理対象物のうち最後の処理完了から次の最初の処理開始までの間に、前記容器を開放状態にして前記容器の内圧を、前記液体供給流路内の前記液体を前記容器に向かって押す圧力より小さくすることを特徴とする請求項１、２又は３記載の気液混合流体生成装置。
【請求項５】
前記液体供給流路を流れる前記液体に溶存する前記気体と、前記気体供給流路を流れる前記気体とは、異なる種類の気体であることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の気液混合流体生成装置。
【請求項６】
気体が溶存した液体を供給するための液体供給流路が連通する容器を開放状態にして前記容器の内圧を、前記液体供給流路内の前記液体を前記容器に向かって押す圧力未満にし、前記容器内に前記液体を供給する工程と、
前記液体を供給した開放状態の前記容器を密閉状態にする工程と、
前記液体を供給した密閉状態の前記容器内の空間に気体を供給する工程と、
を有することを特徴とする気液混合流体生成方法。
【請求項７】
容器と、
前記容器内に連通し、気体が溶存した液体を前記容器内に供給するための液体供給流路と、
前記容器を密閉状態及び開放状態に切替可能であり、前記液体供給流路から前記容器へ送液を行う間、前記容器を開放状態にして前記容器の内圧を、前記液体供給流路内の前記液体を前記容器に向かって押す圧力未満にする内圧調整部と、
前記容器内に連通し、前記液体が供給された密閉状態の前記容器内の空間に気体を供給するための気体供給流路と、
前記容器内に連通し、前記容器内の前記液体を処理対象物に供給するための処理液供給流路と、
を備えることを特徴とする処理装置。
【請求項８】
気体が溶存した液体を供給するための液体供給流路が連通する容器を開放状態にして前記容器の内圧を、前記液体供給流路内の前記液体を前記容器に向かって押す圧力未満にし、前記容器内に前記液体を供給する工程と、
前記液体を供給した開放状態の前記容器を密閉状態にする工程と、
前記液体を供給した密閉状態の前記容器内の空間に気体を供給する工程と、
前記気体を供給した前記容器内の前記液体を処理対象物に供給する工程と、
を有することを特徴とする処理方法。
【請求項１】
容器と、
前記容器内に連通し、気体が溶存した液体を前記容器内に供給するための液体供給流路と、
前記容器を密閉状態及び開放状態に切替可能であり、前記液体供給流路から前記容器へ送液を行う間、前記容器を開放状態にして前記容器の内圧を、前記液体供給流路内の前記液体を前記容器に向かって押す圧力未満にする内圧調整部と、
前記容器内に連通し、前記液体が供給された密閉状態の前記容器内の空間に気体を供給するための気体供給流路と、
を備えることを特徴とする気液混合流体生成装置。
【請求項２】
前記容器内に連通し、前記容器内の前記液体を排出するための液体排出流路を備え、
前記気体供給流路から前記容器内の空間に流入した前記気体により、前記液体排出流路から前記容器内の前記液体を排出させることを特徴とする請求項１記載の気液混合流体生成装置。
【請求項３】
前記気体の供給開始から所定時間が経過したか否かを判断する判断部を備え、
前記判断部により前記気体の供給開始から前記所定時間が経過したと判断された場合、前記気体供給流路から前記容器内の空間に流入した前記気体により、前記液体排出流路から前記容器内の前記液体を排出させることを特徴とする請求項２記載の気液混合流体生成装置。
【請求項４】
前記内圧調整部は、前記容器内の前記液体により処理される複数の処理対象物のうち最後の処理完了から次の最初の処理開始までの間に、前記容器を開放状態にして前記容器の内圧を、前記液体供給流路内の前記液体を前記容器に向かって押す圧力より小さくすることを特徴とする請求項１、２又は３記載の気液混合流体生成装置。
【請求項５】
前記液体供給流路を流れる前記液体に溶存する前記気体と、前記気体供給流路を流れる前記気体とは、異なる種類の気体であることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の気液混合流体生成装置。
【請求項６】
気体が溶存した液体を供給するための液体供給流路が連通する容器を開放状態にして前記容器の内圧を、前記液体供給流路内の前記液体を前記容器に向かって押す圧力未満にし、前記容器内に前記液体を供給する工程と、
前記液体を供給した開放状態の前記容器を密閉状態にする工程と、
前記液体を供給した密閉状態の前記容器内の空間に気体を供給する工程と、
を有することを特徴とする気液混合流体生成方法。
【請求項７】
容器と、
前記容器内に連通し、気体が溶存した液体を前記容器内に供給するための液体供給流路と、
前記容器を密閉状態及び開放状態に切替可能であり、前記液体供給流路から前記容器へ送液を行う間、前記容器を開放状態にして前記容器の内圧を、前記液体供給流路内の前記液体を前記容器に向かって押す圧力未満にする内圧調整部と、
前記容器内に連通し、前記液体が供給された密閉状態の前記容器内の空間に気体を供給するための気体供給流路と、
前記容器内に連通し、前記容器内の前記液体を処理対象物に供給するための処理液供給流路と、
を備えることを特徴とする処理装置。
【請求項８】
気体が溶存した液体を供給するための液体供給流路が連通する容器を開放状態にして前記容器の内圧を、前記液体供給流路内の前記液体を前記容器に向かって押す圧力未満にし、前記容器内に前記液体を供給する工程と、
前記液体を供給した開放状態の前記容器を密閉状態にする工程と、
前記液体を供給した密閉状態の前記容器内の空間に気体を供給する工程と、
前記気体を供給した前記容器内の前記液体を処理対象物に供給する工程と、
を有することを特徴とする処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−１７９１６（Ｐ２０１３−１７９１６Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５１１７６（Ｐ２０１１−１５１１７６）
【出願日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【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２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【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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