(57)【要約】【課題】この発明はナノバブルよりも大径な気泡を含んでいない処理液を供給することができる処理液の製造装置を提供することにある。【解決手段】ナノバブルだけを含む処理液を作る処理液の製造装置であって、  上記処理液に微細気泡を発生させるナノバブル発生器５と、ナノバブル発生器によって微細化された気泡を含む処理液を貯える貯液槽１と、貯液槽に貯えられた処理液に含まれる微細化された気泡のうち、ナノバブルよりも大きな気泡を分離除去する分離籠２及び遠心分離器２３とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノバブルだけを含む処理液を作る処理液の製造装置であって、
上記処理液に微細気泡を発生させる微細気泡発生手段と、
この気泡を含む処理液を貯える貯液槽と、
この貯液槽に貯えられた処理液に含まれる上記気泡のうち、ナノバブルよりも大きな気泡を分離する気泡分離手段と
を具備したことを特徴とする処理液の製造装置。
【請求項２】
上記気泡分離手段は、上記貯液槽内に上下動可能に設けられ周壁が上記ナノバブルだけを通過する多孔質部材によって形成された分離籠であることを特徴とする請求項１記載の処理液の製造装置。
【請求項３】
上記貯液槽には、この貯液槽に貯えられた処理液を加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の処理液の製造装置。
【請求項４】
上記気泡分離手段は、上記貯液槽に貯えられた処理液に遠心力を与え、その遠心力によって上記処理液に含まれるナノバブルとナノバブルよりも大きな気泡を分離する遠心分離器であることを特徴とする請求項１記載の処理液の製造装置。
【請求項５】
ナノバブルだけを含む処理液を作る処理液の製造方法であって、
上記処理液に微細気泡を発生させる工程と、
微細化された気泡を含む処理液を貯える工程と、
貯えられた処理液に含まれる微細化された気泡のうち、ナノバブルよりも大きな気泡を分離する工程と
を具備したことを特徴とする処理液の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はたとえば半導体ウエハや液晶セルのガラス基板などを処理する処理液に含まれる気泡を微細化するための処理液の製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置や液晶表示装置などを製造する場合、半導体ウエハやガラス基板などの基板に回路パタ−ンを形成するリソグラフィープロセスがある。このリソグラフィープロセスは、周知のように上記基板にレジストを塗布し、このレジストに回路パターンが形成されたマスクを介して光を照射する。
【０００３】
ついで、レジストの光が照射されない部分あるいは光が照射された部分を除去し、基板のレジストが除去された部分をエッチングする。そして、エッチング後にレジストを除去するという一連の工程を複数回繰り返すことで、上記基板に回路パターンを形成する。
【０００４】
このようなリソグラフィープロセスにおいては、上記基板に現像液、エッチング液或いはエッチング後にレジストを除去する剥離液などによって基板を処理する工程、さらに洗浄液によって洗浄する工程、洗浄後に基板を乾燥する工程が必要となる。
【０００５】
最近では、処理液を加圧気体で単に加圧するだけでなく、気体を微細なバブルにして処理液中に混合させることで、上記処理液による処理効率を向上させるということが行なわれている。特許文献１には処理液中にマイクロバブルを混合させることで、処理効率の向上を図るようにした処理装置が示されている。
【０００６】
特許文献１に示された処理装置は純水及び窒素ガスが導入される気液混合ポンプを有する。純水と窒素ガスは気液混合ポンプにおいて混合され、マイクロバブル発生部を構成する旋回加速器に送られる。旋回加速器は純水と窒素ガスを加速して旋回させ、気液２層流を形成して分散器へ送り出す。分散器は、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、マイクロバブルを含む純水が処理槽に送られて基板を処理するというものである。
【特許文献１】特開２００６−１７９７６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述したマイクロバブルは直径が１０〜１００μｍであり、処理液に通常の状態で含まれる気泡に比べて十分に微細である。しかしながら、たとえば直径が１μｍ以下のナノバブルに比べると非常に大きいバブルである。直径の大きなマイクロバブルが基板の表面に滞留すると、処理液による基板の処理を阻害するということがある。たとえば、処理液がエッチング液、剥離液或いは洗浄液などの場合、基板の表面に滞留する気泡によって処理ムラが生じるということがあり、好ましくない。
【０００８】
そこで、処理液に含まれる気泡をマイクロバブルに比べてさらに微細なナノバブルにし、処理液による処理ムラなどの発生を防止するということが考えられている。処理液に含まれる気泡をナノバブルにする場合、特許文献１に示されたマイクロバブル発生部の旋回加速器から分散器に送り込まれる気液２層流の旋回速度を適宜設定、たとえば旋回速度差を大きくするなどのことで、気液２層流を流体力学的に剪断する剪断力を大きくしてナノバブルの生成を可能にすることができる。
【０００９】
しかしながら、そのようにしてナノバブルを生成したとしても、気液２層流に含まれる気体が全てナノバブルとなるものではない。そのため、処理液にはナノバブルだけでなく、マイクロバブル或いはそれ以上に直径の大きなバブルも含まれることになるから、基板を処理する際に、そのマイクロバブルによって処理ムラが発生するということがある。
【００１０】
この発明は、処理液に種々のサイズのバブルが含まれている場合に、ナノバブルよりも直径の大きなバブルを効率よく分離除去することができるようにした処理液の製造装置及び製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は、ナノバブルだけを含む処理液を作る処理液の製造装置であって、
上記処理液に微細気泡を発生させる微細気泡発生手段と、
この気泡を含む処理液を貯える貯液槽と、
この貯液槽に貯えられた処理液に含まれる上記気泡のうち、ナノバブルよりも大きな気泡を分離する気泡分離手段と
を具備したことを特徴とする処理液の製造装置にある。
【００１２】
上記気泡分離手段は、上記貯液槽内に上下動可能に設けられ周壁が上記ナノバブルだけを通過する多孔質材料によって形成された分離籠であることが好ましい。
【００１３】
上記貯液槽には、この貯液槽に貯えられた処理液を加熱する加熱手段が設けられていることが好ましい。
【００１４】
上記気泡分離手段は、上記貯液槽に貯えられた処理液に遠心力を与え、その遠心力によって上記処理液に含まれるナノバブルとナノバブルよりも大きな気泡を分離する遠心分離器であることが好ましい。
【００１５】
この発明は、ナノバブルだけを含む処理液を作る処理液の製造方法であって、
上記処理液に微細気泡を発生させる工程と、
微細化された気泡を含む処理液を貯える工程と、
貯えられた処理液に含まれる微細化された気泡のうち、ナノバブルよりも大きな気泡を分離する工程と
を具備したことを特徴とする処理液の製造方法にある。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、処理液に含まれる気泡を微細化したならば、その処理液に含まれる気泡のうち、ナノバブルよりも大きな気泡を分離除去することができるため、ナノバブルだけを含む処理液を供給することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の一実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１に示す処理液の製造装置は貯液槽１を備えている。この貯液槽１内には第１の気泡分離手段を構成する分離籠２が設けられている。この分離籠２は上面が開放した箱型状に形成されていて、リニアモータやシリンダなどの上下駆動手段３によって矢印で示す上下方向に駆動可能となっている。
【００１９】
上記貯液槽１の上記分離籠２内には、後述する微細気泡発生手段としてのナノバブル発生器５によって、気泡が微細化された処理液Ｌが供給されるようになっている。上記分離籠２の周壁、この実施の形態では周壁のうちの底部は、処理液Ｌに含まれる気泡のうち、直径が１μｍ以下のナノバブルを通過させ、直径が１０〜１００μｍのマイクロバブルやそれ以上の大きさの気泡の通過を阻止する大きさの微細孔を有する、たとえばセラミックなどの材料によって形成された多孔質部材２ａによって形成されている。
【００２０】
上記ナノバブル発生器５は図２に示すように内部に剪断室６が形成された中空状の本体７を有する。上記剪断室６は、一端が上記本体７の軸方向先端面に形成された噴射口８に連通し、他端が上記本体７の後端面に形成された気体供給口９に連通している。
【００２１】
上記剪断室６は、上記気体供給口９に連通する後端から後端部中途部に向かって拡径した円錘台形状の後部空間部６ａと、この後部空間部６ａから先端に向かって徐々に縮径形成された円錘台形状の前部空間部６ｂとによって形成されていて、上記剪断室６の後部空間部６ａと前部空間部６ｂの境界部分には上記本体７の外周面に開口する液体供給口１０が形成されている。
【００２２】
上記気体供給口９には気体旋回用口金１１が設けられている。この気体旋回用口金１１には一端が気体供給ポンプ１２に接続された気体供給管１３の他端が接続されている。この気体供給管１３の中途部には第１の開閉弁１４が設けられている。上記気体供給ポンプ１２の吸引側は図示しない高圧ボンベなどの気体供給源に接続されている。この気体供給源は気体としてたとえば酸素を供給するようになっている。
【００２３】
上記気体旋回用口金１１の詳細は図示しないが、この気体旋回用口金１１は内部に螺旋溝が形成されている。それによって、上記第１の開閉弁１４を開けば、上記気体供給管１３を通じて上記気体供給ポンプ１２から供給された酸素を旋回させて上記剪断室６の後部空間部６ａから前部空間部６ｂに向かって噴出させ、上記剪断室６内に図２に鎖線で示すように酸素の気体空洞部１５を形成するようになっている。この実施の形態では、気体旋回用口金１１の螺旋溝は、上記気体を上記本体７の後端側から見て反時計方向に旋回させるようになっている。気体の旋回方向を図２に矢印ａで示す。
【００２４】
上記液体供給口１０には液体供給口金１６が本体７の周方向に対して図３に示すように時計方向にθ１の角度で傾斜し、しかも図２に示すように軸線方向に対して後端側に向かってθ２の角度で傾斜して接続されている。
【００２５】
上記液体供給口金１６には一端が液体供給ポンプ１７に接続された液体供給管１８の他端が接続されている。この液体供給管１８の中途部には第２の開閉弁１９が設けられている。上記液体供給ポンプ１７の吸引側は処理液Ｌとなる液体、たとえば純水の図示しない供給源に接続されている。
【００２６】
それによって、上記第２の開閉弁１９を開けば、上記液体供給管１８を通じて上記液体供給ポンプ１７によって上記ナノバブル発生器５に処理液Ｌが供給される。ナノバブル発生器５に供給された処理液Ｌは、上記液体供給口金１６の傾斜角度θ１によって上記酸素と同様、反時計径方向に旋回し、しかも上記液体供給口金１６の傾斜角度θ２によって前部空間部７ｂ側に向かって進行する方向に流れる。
【００２７】
上記気体供給ポンプ１２によって酸素の供給圧力はＰ１に設定され、上記液体供給ポンプ１７によって処理液Ｌの供給圧力はＰ２に設定されている。Ｐ１＜Ｐ２になるよう設定されている。それによって、上記本体７の剪断室６に供給される酸素の旋回速度Ｖ１と処理液Ｌの旋回速度Ｖ２の関係は、Ｖ１＜Ｖ２となる。
【００２８】
この実施の形態では、酸素の旋回速度Ｖ１は毎秒４００回転、処理液Ｌの旋回速度Ｖ２は毎秒６００回転になるよう、酸素の供給圧力Ｐ１と処理液Ｌの供給圧力Ｐ２が設定されている。
【００２９】
上記剪断室６の軸方向後端から供給された酸素は矢印ａで示すように旋回する気体空洞部１５となって噴射口８に向かって進行する。上記剪断室６の外周面から供給された処理液Ｌは旋回する酸素の気体空洞部１５の外周面を旋回しながら上記噴射口８に向かって進行する。処理液の旋回方向を図２に矢印ｂで示す。
【００３０】
酸素の旋回速度Ｖ１は処理液Ｌの旋回速度Ｖ２よりも遅くなるよう設定されている。そのため、酸素と処理液Ｌとの旋回速度の差により、酸素が処理液Ｌによって流体力学的に剪断されるから、その剪断作用によって酸素のナノバブルが発生することになる。そして、上記剪断室６の先端の噴射口８からは酸素のナノバブルを含む処理液Ｌが噴射されることになる。
【００３１】
酸素と処理液Ｌとの旋回速度の差によってナノバブルを生成するようにした場合、気体空洞部１５を形成する気体の全てに流体力学的に同じ剪断力が作用するものでないから、上記噴射口８から噴射されて貯液槽１に供給される処理液Ｌにはナノバブルだけでなく、ナノバブルよりも径の大きなマイクロバブル、或いはそれ以上に大径なバブルも含まれる。
【００３２】
上記ナノバブル発生器５によって気体がナノバブル化された処理液Ｌは、上記噴射口８から第１の処理液供給管２０によって上記分離籠２の内部に供給される。分離籠２を介して上記貯液槽１内に処理液Ｌが十分に溜まったならば、上記分離籠２を上下駆動手段３によって上昇方向に駆動させる。
【００３３】
処理液Ｌに含まれるナノバブルはマイクロバブルに比べて浮力が小さい。それによって、マイクロバブルは処理液Ｌの上部に浮上するが、ナノバブルは浮上せずに処理液Ｌ内に滞留する。しかも、上記分離籠２の底壁はナノバブルだけを通過させる微細孔を有する多孔質部材２ａによって形成されている。
【００３４】
そのため、上記分離籠２を上昇させると、分離籠２内のマイクロバブルは処理液Ｌ内を浮上して大気に放散されるが、マイクロバブルは微細であるためほとんど浮力がないから、処理液Ｌ内を浮上せずに、分離籠２の低部の多孔質部材２ａの微細孔を通過して外部に流出することになる。
【００３５】
上記貯液槽１の底部には第２の処理液供給管２１の一端が接続されている。この第２の処理液供給管２１の他端は処理液供給ポンプ２２の吸入側に接続され、この処理液供給ポンプ２２の吐出側には第２の気泡分離手段としての遠心分離器２３が第１の接続管２４によって接続されている。
【００３６】
上記遠心分離器２３は図４に示すように分離器本体２５を有する。この分離器本体２５は中空状であって、円錐形状部２５ａと、この円錐形状部２５ａの大径部側に接続された円柱形状部２５ｂからなる。円錐形状部２５ａの小径部側の周壁には供給口体２６が設けられ、この供給口体２６には上記第１の接続管２４が接続されている。
【００３７】
上記円柱形状部２５ｂの周壁には第１の吐出口体２７が接続され、端面には第２の吐出口体２８が接続されている。上記第１の吐出口体２７には第２の接続管２９の一端が接続され、この第２の接続管２９の他端はたとえば半導体ウエハや液晶表示用のガラス基板などの図示しない基板を処理する処理装置３１に接続されている。上記第２の接続管２９には戻り管３２の一端が接続され、この戻り管３２の他端は貯液槽１に通じている。
【００３８】
上記処理液供給ポンプ２２から所定の圧力で上記遠心分離器２３の供給口体２６に供給された処理液Ｌは、分離器本体２５内の円錐形状部２５ａ及び円柱形状部２５ｂを旋回して流れる。処理液Ｌが旋回させられることで遠心力が発生すると、この処理液Ｌに含まれるナノバブルとマイクロバブルのうち、比重の重いナノバブルは図４に鎖線の矢印Ａで示すように旋回流の外周に移動して分離器本体２５の内周面に沿って旋回して流れ、比重の軽いマイクロバブルは矢印Ｂで示すように旋回流の中心部を第２の吐出口体２８に向かって流れる。
【００３９】
それによって、ナノバブルを含む処理液は第１の吐出口体２７から吐出し、第２の接続管２９を通じて処理装置３１に供給される。マイクロバブルを含む処理液Ｌは第２の吐出口体２８から吐出し、戻り管２９を通じて貯液槽１に戻されることになる。
【００４０】
それによって、上記遠心分離器２３の第１の吐出口体２７から吐出された処理液Ｌは上記処理装置３１に設けられた基板に適宜の処理を行なうことになる。なお、戻り管２９によって貯液槽１に戻される処理液Ｌは分離籠２の内部に戻すことが望ましいが、分離籠２の外部に戻すようにしてもよい。
【００４１】
すなわち、貯液槽１内に第１の気泡分離手段としての分離籠２を設けてマイクロバブルを捕捉し、この分離籠２で捕捉しきれずに外部に流出するマイクロバブルがあるならば、そのマイクロバブルを第２の気泡分離手段としての遠心分離器２３によってナノバブルと分離し、処理液Ｌにはナノバブルだけが含まれるようにして処理装置３１に供給するようにした。つまり、遠心分離器２３から吐出されて処理装置３１に供給される処理液Ｌにはナノバブルだけが含まれ、マイクロバブルが含まれることがない。
【００４２】
上記貯液槽１の外底面には加熱手段としてのヒータ３４が設けられている。ヒータ３４は、貯液槽１内に貯留される処理液Ｌを加熱する。処理液Ｌが加熱されると、この処理液Ｌに含まれる気泡のうち、直径の大きなマイクロバブルの浮力が増大する。それによって、処理液Ｌに含まれるマイクロバブルが上昇し易くなるため、処理液Ｌ内からマイクロバブルが消失し易くなるばかりか、処理液供給ポンプ２２によって遠心分離器２３に供給される処理液Ｌに含まれるマイクロバブルの量を減少させることができる。
【００４３】
つまり、加熱手段としての上記ヒータ３４は、上記分離籠２や遠心分離器２３とともに、処理液Ｌからマイクロバブルを除去する第３の気泡分離手段として機能することになる。したがって、気泡分離手段としては上記分離籠２や遠心分離器２３に代わって上記ヒータ３４を用いるようにしてもよい。
【００４４】
このような構成の製造装置によって作られた処理液Ｌを基板の処理装置３１に供給して基板を処理するようにすれば、処理液Ｌにはマイクロバブルが含まれず、直径が微細なナノバブルだけが含まれる。
【００４５】
処理液Ｌにナノバブルだけが含まれることで、その処理液Ｌの表面張力が低下して、界面活性効果が向上するから、たとえば処理液Ｌが基板を洗浄処理する洗浄液のときには洗浄効果を高めることができるばかりか、マイクロバブルを含む場合のように洗浄ムラが生じるのを防止することができる。  
処理液Ｌがエッチング液や現像液などの場合にも、洗浄液の場合と同様、処理効果の向上や処理ムラの発生を防止することができる。
【００４６】
上記一実施の形態では処理液に含まれるナノバブルとマイクロバブルのうち、マイクロバブルを分離除去する気泡分離手段として貯液槽に分離籠を設けるとともに、貯液槽の外部に遠心分離器を設け、これら両者によって処理液に含まれるマイクロバブルを分離除去するようにしたが、分離籠と遠心分離器とのどちらか一方だけによって処理液に含まれるマイクロバブルを分離除去するようにしてもよい。  
気泡分離手段として遠心分離器だけを用いるようにした場合、ナノバブル発生器を貯液槽の内部に設けるようにしてもよい。
【００４７】
また、分離籠の周壁のうち、底部だけに多孔質部材を設けるようにしたが、底部と側壁のうち、少なくともどちらか一方が多孔質部材であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】この発明の一実施の形態を示す処理液の製造装置の概略的構成図。
【図２】ナノバブル発生器の断面図。
【図３】ナノバブル発生器を後方から見た側面図。
【図４】遠心分離器の斜視図。
【符号の説明】
【００４９】
１…貯液槽、２…分離籠（第１の気泡分離手段）、２ａ…多孔質部材、５…ナノバブル発生器（気泡微細化手段）、２３…遠心分離器（第２の気泡分離手段）、２６…ヒータ（加熱手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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