JP2004260099A - 処理流体供給装置およびこれを適用した基板処理装置、ならびに基板処理方法 - Google Patents
処理流体供給装置およびこれを適用した基板処理装置、ならびに基板処理方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】基板の表面にダメージを与えることなく、基板の表面に強固に付着した異物も除去する。
【解決手段】超音波／二流体スプレーノズル２２から超音波振動水流がウエハＷの表面に供給されて、ウエハＷの表面に強固に付着した異物や大きな異物などが除去された後、さらに、超音波／二流体スプレーノズル２２からＤＩＷ液滴噴流がウエハＷの表面に供給されることにより、超音波振動水流による洗浄後のウエハＷの表面に残留している異物がきれいに除去される。
【選択図】 図１
【解決手段】超音波／二流体スプレーノズル２２から超音波振動水流がウエハＷの表面に供給されて、ウエハＷの表面に強固に付着した異物や大きな異物などが除去された後、さらに、超音波／二流体スプレーノズル２２からＤＩＷ液滴噴流がウエハＷの表面に供給されることにより、超音波振動水流による洗浄後のウエハＷの表面に残留している異物がきれいに除去される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基板に対して処理流体を供給するための処理流体供給装置およびこれを適用した基板処理装置、ならびにその処理流体供給装置を用いて基板を処理するための基板処理方法に関する。処理流体の供給対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディスプレイ用ガラス基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板などが含まれる。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置や液晶表示装置の製造工程では、たとえば、基板の表面に付着したパーティクルや各種金属不純物などの異物を除去するために、基板に対する洗浄処理が行われる。基板を１枚ずつ洗浄処理する装置の中には、基板の表面に洗浄液の液滴の噴流を供給し、その液滴の噴流によって、基板の表面に付着している異物を物理的に除去するものがある。
【０００３】
この種の洗浄処理装置の構成は、たとえば、下記特許文献１（特開平７−２４５２８２号公報）に開示されている。下記特許文献１に開示された装置は、半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）をほぼ水平に保持して回転するステージと、このステージに保持されたウエハの表面（上面）に液滴の噴流を供給するためのホッパとを備えている。ホッパには、液滴を供給するためのノズルおよび乾燥空気または窒素ガスなどのガスを供給するためのガス供給手段が接続されており、ノズルからホッパ内に液滴を供給しつつ、ガス供給手段からホッパ内にガスを供給することにより、ホッパから液滴が噴流となって出射されるようになっている。ホッパからの液滴の噴流が、ステージによってほぼ水平に保持された状態で回転されているウエハの表面に衝突し、このときウエハの表面に加わる衝撃によって、ウエハの表面に付着している異物が除去される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２４５２８２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ホッパからの液滴の噴流の流速は、ホッパ内へのガスの供給圧によって制御することができる。ホッパ内へのガスの供給圧を大きくして、ホッパからの液滴の噴流の流速を大きくすることにより、液滴の噴流による異物の除去力を増大させることができる。ところが、その除去力の増大には限界があり、液滴の噴流による除去力だけでは、ウエハの表面に強固に付着した異物を除去できない場合があることがわかってきた。
【０００６】
ウエハなどの基板を１枚ずつ洗浄処理する装置の中には、基板の表面に超音波振動が付与された洗浄液を供給し、その超音波が付与された洗浄液で基板の表面を洗浄するものもある。この種の洗浄処理装置では、基板の表面に微細な凹凸パターンが形成されている場合でも、洗浄液に付与された超音波振動によって、その凹部に入り込んで強固に付着した異物まで良好に除去することができる。しかし、基板の表面全域から異物が除去されるまで超音波振動の付与された洗浄液を供給し続けると、基板の表面に形成されている微細な凹凸パターンが破壊されるなどのダメージを基板に与えるという問題を有している。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、基板の表面にダメージを与えることなく、基板の表面に強固に付着した異物も除去可能な処理流体を供給するための処理流体供給装置およびこれを適用した基板処理装置を提供することである。
また、この発明の目的は、基板の表面にダメージを与えることなく、基板の表面に強固に付着した異物も除去することができる基板処理方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板（Ｗ）に対して処理流体を供給するための処理流体供給装置（２２）であって、基板の表面処理のための処理液を吐出する処理液吐出口（２２８；７２１）を有する処理液流路（２２２；７２）と、この処理液流路を流通する処理液に超音波振動を付与するための超音波振動付与手段（２２９；７６）と、上記処理液吐出口から吐出される処理液と気体とを混合させて、処理液の液滴の噴流を形成するための液滴噴流形成手段（２２３，２２６，２２７；Ｓ１，７１，７３）とを含むことを特徴とする処理流体供給装置である。
【０００９】
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
上記の構成によれば、超音波振動が付与された処理液および処理液の液滴の噴流を処理流体として基板の表面に供給することができる。
たとえば、超音波振動が付与された処理液を基板の表面に供給して、基板の表面に強固に付着した異物や大きな異物などを除去した後、さらに処理液の液滴の噴流を基板の表面に供給することによって、超音波振動が付与された処理液による処理後の基板の表面に残留している異物を除去することができる。
【００１０】
超音波振動が付与された処理液による処理では、基板の表面に強固に付着した異物や大きな異物を除去できれば十分であり、基板の表面に付着している異物のすべてを除去する必要はないので、超音波振動が付与された処理液による処理が行われる時間（期間）は、基板の表面に付着している異物のすべてを超音波振動が付与された処理液のみによって除去するのに必要な時間よりも短く設定することができる。したがって、基板の表面に微細な凹凸パターンが形成されている場合であっても、その凹凸パターンの破壊などのダメージを基板に与えるおそれはない。
【００１１】
また、この発明に係る処理流体供給装置を基板処理装置に適用した場合、１つの処理流体供給装置から超音波振動が付与された処理液および処理液の液滴の噴流を基板の表面に供給することができるから、超音波振動が付与された処理液を基板の表面に供給するための装置と、処理液の液滴の噴流を基板の表面に供給するための装置とを別々に設けるよりも、基板処理装置の構成を簡素にすることができる。
【００１２】
上記液滴噴流形成手段は、請求項２に記載のように、上記処理液吐出口（２２８）から吐出される処理液に混合させるべき気体を吐出する気体吐出口（２２７）を有する気体流路（２２６）を備えていて、上記処理液吐出口から吐出される処理液と上記気体吐出口から吐出される気体とを上記処理流体供給装置外で混合させて、処理液の液滴の噴流を形成するものであってもよい。
また、上記液滴噴流形成手段は、請求項３に記載のように、上記処理液吐出口から吐出される処理液と気体とを混合させるための混合室（Ｓ１）を上記処理流体供給装置の内部に提供し、その混合室で処理液と気体とを混合させることによって形成した処理液の液滴を液滴噴出口（２２８）から噴出させることにより、処理液の液滴の噴流を形成するものであってもよい。具体的には、たとえば、処理液に混合させるべき気体が流通する気体流路を備えていて、この気体流路の途中部を混合室として、その混合室で処理液と気体とを混合させることによって形成した処理液の液滴を、上記気体流路の先端に形成された液滴噴出口から噴出させることにより、処理液の液滴の噴流を形成するものであってもよい。
【００１３】
請求項４記載の発明は、基板（Ｗ）に対して処理流体を供給するための処理流体供給装置（２２）であって、基板の表面処理のための処理液が流通する第１の処理液流路（５２；８２）と、この第１の処理液流路を取り囲むように形成されて、基板の表面処理のための処理液が流通する第２の処理液流路（５４；８３，８５）と、上記第１および第２の処理液流路のうちの一方の処理液流路を流通する処理液に超音波振動を付与する超音波振動付与手段（５６；８４）と、この超音波振動付与手段によって超音波振動が付与された処理液を、上記一方の処理液流路の先端に形成された吐出口（５７；８６）から吐出させることにより、超音波振動が付与された処理液を基板の表面に供給する超音波振動液供給手段（５２；８５）と、上記第１および第２の処理液流路のうちの上記一方の処理液流路とは異なる他方の処理液流路を流通する処理液に混合させるための気体が流通する気体流路（５３；８２１）と、上記他方の処理液流路を流通する処理液に上記気体流路を流通する気体を混合させて、処理液の液滴を形成し、その液滴を上記他方の処理液流路の先端に形成された吐出口（５５；８２６）から噴出させることにより、処理液の液滴の噴流を基板の表面に供給する液滴噴流供給手段（５４，；Ｓ２，８２１，８２３）とを含むことを特徴とする処理流体供給装置である。
【００１４】
この構成によれば、超音波振動が付与された処理液および処理液の液滴の噴流を処理流体として基板の表面に供給することができる。
たとえば、超音波振動が付与された処理液を基板の表面に供給して、その基板の表面に強固に付着した異物や大きな異物などを除去した後に、処理液の液滴の噴流を基板の表面に供給することによって、基板の表面に付着している小さな異物を除去し、その後さらに、超音波振動が付与された処理液および処理液の液滴の噴流を基板の表面に同時に供給することによって、基板の表面の全域から異物を残さず除去することができる。
【００１５】
この場合においても、請求項１の発明の場合と同様に、超音波振動が付与された処理液による処理が行われる時間（期間）を短時間に設定することができるから、超音波振動の付与された処理液による凹凸パターンの破壊などのダメージを基板が受けるおそれはない。
また、この発明に係る処理流体供給装置を基板処理装置に適用した場合、１つの処理流体供給装置から超音波振動が付与された処理液および処理液の液滴の噴流を基板の表面に供給することができるから、超音波振動が付与された処理液を基板の表面に供給するための装置と、処理液の液滴の噴流を基板の表面に供給するための装置とを別々に設けるよりも、基板処理装置の構成を簡素にすることができる。
【００１６】
請求項５記載の発明は、基板（Ｗ）の表面を処理流体を用いて処理する基板処理装置であって、基板を保持する基板保持手段（１）と、この基板保持手段に保持された基板の表面に処理流体を供給するための処理流体供給手段（２２）とを含み、上記処理流体供給手段として、請求項１ないし４のいずれかに記載の処理流体供給装置が適用されていることを特徴とする基板処理装置である。
この構成によれば、処理流体供給手段として請求項１ないし４のいずれかに記載の処理流体供給装置が適用されているので、請求項１または４に関連して述べた効果と同様な効果を奏することができる。
【００１７】
請求項６記載の発明は、基板（Ｗ）の表面に処理流体を供給して基板を処理する方法であって、基板の表面処理のための処理液に超音波振動を付与する超音波振動付与工程と、超音波振動が付与された処理液を基板の表面に供給する超音波振動液供給工程と、基板の表面処理のための処理液と気体とを混合させて、処理液の液滴の噴流を形成する液滴噴流形成工程と、処理液の液滴の噴流を基板の表面に供給する液滴噴流供給工程とを含むことを特徴とする基板処理方法である。
【００１８】
この方法によれば、超音波振動が付与された処理液による処理と、処理液の液滴の噴流による処理とが行われることにより、基板の表面に強固に付着した異物も良好に除去することができる。
超音波振動が付与された処理液による処理では、基板の表面に強固に付着した異物や大きな異物を除去できれば十分であり、基板の表面に付着している異物のすべてを除去する必要はないので、超音波振動が付与された処理液による処理が行われる時間（期間）は、基板の表面に付着している異物のすべてを超音波振動が付与された処理液のみによって除去するのに必要な時間よりも短く設定することができる。したがって、たとえば、請求項７に記載のように、上記超音波振動付与工程が行われる期間を上記液滴噴流供給工程が行われる期間よりも短く設定することにより、基板の表面に微細な凹凸パターンが形成されている場合であっても、その凹凸パターンの破壊などのダメージを基板が受けることを防止することができる。
【００１９】
上記液滴噴流供給工程は、請求項８に記載のように、上記超音波振動液供給工程の後に行われてもよい。すなわち、超音波振動が付与された処理液を基板の表面に供給して、基板の表面に強固に付着した異物や大きな異物などを除去した後、さらに処理液の液滴の噴流を基板の表面に供給することによって、超音波振動が付与された処理液による処理後の基板の表面に残留している異物を除去するようにしてもよい。
【００２０】
また、請求項９に記載のように、上記超音波振動液供給工程および液滴噴流供給工程が交互に複数回繰り返して行われてもよいし、請求項１０に記載のように、上記超音波振動液供給工程および液滴噴流供給工程が並行して行われてもよい。
さらに、請求項１１に記載のように、上記超音波振動付与工程は、第１の処理液流路（５２；８２）およびこの第１の処理液流路を取り囲むように形成された第２の処理液流路（５４；８３，８５）のうちの一方の処理液流路を流通する処理液に超音波振動を付与する工程であり、上記超音波振動液供給工程は、超音波振動が付与された処理液を、上記一方の処理液流路の先端に形成された吐出口（５７；８６）から吐出させることにより、超音波振動が付与された処理液を基板の表面に供給する工程であり、上記液滴噴流形成工程は、上記第１および第２の処理液流路のうちの上記一方の処理液流路とは異なる他方の処理液流路を流通する処理液に気体を混合させて、処理液の液滴を形成し、その液滴を上記他方の処理液流路の先端に形成された吐出口（５５；８２６）から噴出させることにより、処理液の液滴の噴流を形成する工程であってもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を図解的に示す図である。この基板処理装置は、基板の一例であるウエハＷの表面に付着したパーティクルや各種金属不純物などの異物を除去するための洗浄処理に用いられる装置であり、ウエハＷをほぼ水平に保持して回転するスピンチャック１と、このスピンチャック１に保持されたウエハＷの表面（上面）に洗浄処理のための処理流体を供給する処理流体供給装置２とを備えている。
【００２２】
スピンチャック１は、たとえば、ほぼ鉛直な方向に延びたスピン軸１１と、スピン軸１１の上端に取り付けられたスピンベース１２と、このスピンベース１２の周縁部に配設された複数個の挟持部材１３とを有している。複数個の挟持部材１３は、ウエハＷの外形に対応した円周上に配置されていて、ウエハＷの周面を異なる複数の位置で挟持することにより、ウエハＷをほぼ水平な状態で保持することができる。また、モータなどの駆動源を含む回転駆動機構１４がスピン軸１１に結合されていて、複数個の挟持部材１３でウエハＷを保持した状態で、回転駆動機構１４からスピン軸１１に駆動力を入力することにより、ウエハＷをほぼ水平な姿勢で鉛直軸線まわりに回転させることができる。
【００２３】
処理流体供給装置２は、スピンチャック１の上方でほぼ水平な方向に延びたアーム２１と、このアーム２１の先端に取り付けられた超音波／二流体スプレーノズル２２と、アーム２１をほぼ水平な面内で揺動させるための揺動駆動機構２３とを備えている。
超音波／二流体スプレーノズル２２には、ＤＩＷ供給源からのＤＩＷ（純水、脱イオン水）を供給するＤＩＷ供給管２４、および窒素ガス供給源からの高圧の窒素ガスを供給する窒素ガス供給管２５が接続されている。超音波／二流体スプレーノズル２２にＤＩＷと高圧の窒素ガスとが同時に供給されると、超音波／二流体スプレーノズル２２からウエハＷの表面にＤＩＷの微細な液滴の噴流が供給される。ＤＩＷ供給管２４および窒素ガス供給管２５の途中部には、それぞれＤＩＷバルブ２６および窒素ガスバルブ２７が介装されている。
【００２４】
また、超音波／二流体スプレーノズル２２には、超音波発振器２８からの発振信号を受けて、周波数７００ｋＨｚ〜１ＭＨｚで振動する超音波振動子が組み込まれている。ＤＩＷ供給管２４から超音波／二流体スプレーノズル２２にＤＩＷが供給されつつ、超音波発振器２８から超音波振動子に発振信号が入力されると、超音波／二流体スプレーノズル２２に供給されたＤＩＷに超音波振動が付与され、この超音波振動の付与されたＤＩＷの水流が超音波／二流体スプレーノズル２２からウエハＷの表面に供給される。
【００２５】
図２は、超音波／二流体スプレーノズル２２の構成例を示す断面図である。この実施形態では、超音波／二流体スプレーノズル２２として、外部混合型の二流体スプレーノズルが採用されている。
外部混合型の二流体スプレーノズルの構成を採用した超音波／二流体スプレーノズル２２は、筒状保持体２２１と、この筒状保持体２２１に挿通されて、筒状保持体２２１と同軸上に保持された管状の液体吐出管２２２と、筒状保持体２２１の周面（側面）を貫通して設けられた気体導入管２２３とを備えていて、筒状保持体２２１および液体吐出管２２２の共通の中心軸線がスピンチャック１に保持されたウエハＷの表面にほぼ直交するように（つまり、ほぼ鉛直となるように）アーム２１に取り付けられている。液体吐出管２２２には、ＤＩＷ供給管２４が接続され、気体導入管２２３には、窒素ガス供給管２５が接続されている。
【００２６】
液体吐出管２２２の上端部付近には、環状のフランジ部２２４が側方に突出して形成されており、このフランジ部２２４に対応して、筒状保持体２２１の内周面の上端部には、筒状保持体２２１の中心軸線を中心とする環状の段部２２５が形成されている。液体吐出管２２２は、筒状保持体２２１の上面開口から挿入されて、フランジ部２２４が環状段部２２５に係止されることにより、その筒状保持体２２１の上面開口を気密に閉塞して、筒状保持体２２１内を下方に向けて延びた状態に保持されている。
【００２７】
液体吐出管２２２の下半分程度の部分は、外径が筒状保持体２２１の内径よりも小さく形成されていて、その周囲には、筒状保持体２２１の内周面との間に隙間２２６が形成されている。気体導入管２２３は、その液体吐出管２２２と筒状保持体２２１との間の隙間２２６に連通していて、窒素ガス供給管２５から供給される高圧窒素ガスは、気体導入管２２３を介して隙間２２６に供給されるようになっている。また、液体吐出管２２２の先端部の外周面は、下方ほど液体吐出管２２２の中心軸線に近づくように傾斜した断面形状を有する傾斜面（円錐台側面）に形成されており、筒状保持体２２１の下端部は、その液体吐出管２２２の先端縁に近づくように内側へ折り曲げられて、液体吐出管２２２との間に環状の微小な開口２２７を形成している。これにより、隙間２２６に供給される高圧窒素ガスは、隙間２２６を開口２２７に向けて流れ、開口２２７を通過するときに気圧がさらに高められて、開口２２７から液体吐出管２２２の先端部の外周面に沿う方向（気体導入管２２３の中心軸線上の１点に向かう方向）に高圧で吐出される。
【００２８】
ウエハＷの表面にＤＩＷの液滴の噴流を供給する際には、ＤＩＷ供給管２４から液体吐出管２２２にＤＩＷが供給され、その供給されたＤＩＷが液体吐出管２２２の下端開口からウエハＷの表面に向けて吐出される。このとき、気体導入管２２３から隙間２２６に高圧窒素ガスが供給されて、環状の開口２２７から高圧窒素ガスが吐出されると、液体吐出管２２２の下端開口２２８から吐出されるＤＩＷに高圧窒素ガスが衝突し、ハウジング外（超音波／二流体スプレーノズル２２の外部）で気液混合が生じて、その結果、ＤＩＷの微細な液滴の噴流が形成されて、この液滴の噴流がウエハＷの表面に供給される。
【００２９】
また、液体吐出管２２２には、超音波振動子２２９が埋め込まれている。ＤＩＷ供給管２４から液体吐出管２２２にＤＩＷが供給され、その一方で、超音波発振器２８から超音波振動子２２９に発振信号が入力されると、液体吐出管２２２を流れるＤＩＷに超音波振動が付与され、この超音波振動の付与されたＤＩＷの水流が液体吐出管２２２の下端開口２２８から吐出され、ウエハＷの表面に超音波振動の付与されたＤＩＷの水流が供給される。このとき、気体導入管２２３から隙間２２６への高圧窒素ガスの供給は停止されている。
【００３０】
図３は、この基板処理装置の電気的構成を示すブロック図である。この基板処理装置はさらに、たとえば、マイクロコンピュータで構成される制御装置３を備えている。
制御装置３には、回転駆動機構１４、揺動駆動機構２３、ＤＩＷバルブ２６、窒素ガスバルブ２７および超音波発振器２８が制御対象として接続されている。制御装置３は、ウエハＷの洗浄処理のために、予め定められたプログラムに従って、回転駆動機構１４、揺動駆動機構２３および超音波発振器２８の動作を制御し、また、ＤＩＷバルブ２６および窒素ガスバルブ２７の開閉を制御する。
【００３１】
図４は、洗浄処理について説明するためのタイムチャートである。処理対象のウエハＷが搬送ロボット（図示せず）によって搬入されてきて、搬送ロボットからスピンチャック１に受け渡されると、まず、回転駆動機構１４が駆動されて、スピンチャック１に保持されたウエハＷが所定速度で回転される。また、ＤＩＷバルブ２６が開かれるとともに、超音波発振器２８から発振信号が出力される。これにより、回転中のウエハＷの表面に、超音波／二流体スプレーノズル２２から超音波振動の付与されたＤＩＷの水流（以下「超音波振動水流」という。）が供給される。さらに、ウエハＷの表面に超音波振動水流が供給されている間、揺動駆動機構２３が駆動されて、アーム２１がほぼ水平な面内で往復揺動される。このアーム２１の揺動によって、超音波／二流体スプレーノズル２２からの超音波振動水流が、ウエハＷの回転中心付近から周縁部に至る範囲内を、円弧状の軌跡を描きつつ往復移動（スキャン）する。このように回転中のウエハＷの表面上で超音波振動水流をスキャンさせることにより、ウエハＷの表面の全域に隈無く超音波振動水流を供給することができ、ウエハＷの表面に強固に付着した異物や大きな異物などを、超音波振動水流が有する超音波振動エネルギーによって物理的に除去することができる。
【００３２】
この超音波振動水流によるウエハＷの洗浄（超音波洗浄）が予め定める時間Ｔ１〜Ｔ２にわたって行われると、超音波発振器２８からの発振信号の出力が停止され、次に、窒素ガスバルブ２７が開かれて、窒素ガス供給管２５から超音波／二流体スプレーノズル２２に高圧の窒素ガスが供給される。このとき、ＤＩＷバルブ２６は開かれたままで、ＤＩＷ供給管２４から超音波／二流体スプレーノズル２２へのＤＩＷの供給は続けられており、超音波／二流体スプレーノズル２２への窒素ガスの供給開始後は、超音波／二流体スプレーノズル２２から回転中のウエハＷの表面に、ＤＩＷの微細な液滴の噴流（以下「ＤＩＷ液滴噴流」という。）が供給される。また、スピンチャック１によるウエハＷの回転も続けられており、さらには、ウエハＷの表面にＤＩＷ液滴噴流が供給されている間、揺動駆動機構２３が駆動されて、アーム２１がほぼ水平な面内で往復揺動される。これにより、回転中のウエハＷの表面上をＤＩＷ液滴噴流が円弧状の軌跡を描きつつ往復移動し、ＤＩＷ液滴噴流がウエハＷの表面の全域に隈無く供給される。よって、超音波洗浄後のウエハＷの表面の全域から、その表面に残留している小さな異物などを、ＤＩＷ液滴噴流がウエハＷの表面に衝突するときの衝撃力によって物理的に除去することができる。このＤＩＷ液滴噴流によるウエハＷの洗浄の結果、ウエハＷの表面からすべての異物がきれいに除去される。
【００３３】
ＤＩＷ液滴噴流によるウエハＷの洗浄（二流体スプレー洗浄）が予め定める時間Ｔ２〜Ｔ３にわたって行われると、揺動駆動機構２３が駆動停止されるとともに、ＤＩＷバルブ２６および窒素ガスバルブ２７が閉じられる。その後は、スピンチャック１によるウエハＷの回転速度が予め定める高回転速度（たとえば、３０００ｒｐｍ）まで上げられて、洗浄後のウエハＷの表面に付着しているＤＩＷを遠心力で振り切って乾燥させる工程が行われる。この乾燥工程は、予め定める時間Ｔ３〜Ｔ４にわたって行われる。乾燥工程の開始から時間Ｔ３〜Ｔ４が経過すると、スピンチャック１によるウエハＷの回転が止められて、搬送ロボットによって、スピンチャック１から処理後のウエハＷが搬出されていく。
【００３４】
以上のように、超音波振動水流がウエハＷの表面に供給されて、ウエハＷの表面に強固に付着した異物や大きな異物などが除去された後、さらにＤＩＷ液滴噴流がウエハＷの表面に供給されることにより、超音波振動水流による洗浄後のウエハＷの表面に残留している異物が除去される。これにより、ウエハＷの表面からすべての異物をきれいに除去することができる。
超音波振動水流によるウエハＷの洗浄では、ウエハＷの表面に強固に付着した異物や大きな異物を除去できれば十分であり、ウエハＷの表面に付着している異物のすべてを除去する必要はないので、超音波振動水流によるウエハＷの洗浄が行われる時間Ｔ１〜Ｔ２は、超音波振動水流によってウエハＷの表面に付着している異物のすべてを除去するのに必要な時間よりも短く設定されている。したがって、ウエハＷの表面に微細な凹凸パターンが形成されている場合に、超音波振動水流が時間Ｔ１〜Ｔ２にわたってウエハＷの表面に供給されても、そのことによって、凹凸パターンの破壊などのダメージをウエハＷが受けるおそれはない。
【００３５】
また、この実施形態に係る構成では、超音波振動水流とＤＩＷ液滴噴流とが同じ超音波／二流体スプレーノズル２２からウエハＷの表面に供給されるようになっている。ウエハＷの表面にダメージを与えることなく、そのウエハＷの表面に付着した異物をきれいに除去するという効果は、超音波振動水流とＤＩＷ液滴噴流とを別々のノズルからウエハＷの表面に供給する構成によっても達成できるが、この実施形態に係る構成を採用することにより、ノズルの個数を少なく抑えることができるうえ、超音波振動水流を形成するのに必要なＤＩＷを供給するための配管系統とＤＩＷ液滴噴流を形成するのに必要なＤＩＷを供給するための配管系統とを１系統にすることができ、配管構成を簡素化することができる。
【００３６】
図５は、超音波／二流体スプレーノズル２２の他の構成例を示す断面図である。上記の実施形態では、超音波／二流体スプレーノズル２２として、外部混合型の二流体スプレーノズルを採用した場合について説明したが、超音波／二流体スプレーノズル２２には、この図５に示すような内部混合型の二流体スプレーノズルが採用されてもよい。
内部混合型の二流体スプレーノズルは、たとえば、筒状の外筒体５１と、この外筒体５１に挿通された管状の内管５２と、外筒体５１の周面（側面）を貫通して設けられた気体導入管５３とを備えている。外筒体５１と内管５２とは、それぞれの中心軸線が一致するように配置されており、この内部混合型の二流体スプレーノズルは、外筒体５１と内管５２とに共通の中心軸線がスピンチャック１に保持されたウエハＷの表面にほぼ直交するようにアーム２１に取り付けられる。
【００３７】
内管５２は、外径が外筒体５１の内径よりも小さく形成されていて、その周囲には、外筒体５１の内周面との間に隙間５４が形成されている。内管５２および隙間５４には、それぞれＤＩＷ供給管２４Ａ，２４Ｂを接続して、ＤＩＷ供給管２４Ａ，２４ＢからＤＩＷを供給するようになっている。また、気体導入管５３が隙間５４に連通しており、気体導入管５３に窒素ガス供給管２５を接続して、窒素ガス供給管２５から高圧の窒素ガスを供給すると、その高圧の窒素ガスが気体導入管５３を通って隙間５４に噴出されるようになっている。外筒体５１の下端部は、内管５２の先端縁に近づくように内側へ折り曲げられて、内管５２との間に環状の開口５５を形成しており、隙間５４は、その開口５５を介して外部と連通している。
【００３８】
ウエハＷの表面にＤＩＷの液滴の噴流を供給する際には、ＤＩＷ供給管２４Ｂから隙間５４にＤＩＷが供給されるとともに、気体導入管５３から隙間５４に高圧窒素ガスが供給される。すると、隙間５４でＤＩＷと窒素ガスとが混合されて、隙間５４にＤＩＷの微細な液滴の流れが形成される。この液滴の流れは、開口５５を通過するときに流圧（流速）が高められることにより、ＤＩＷ液滴噴流となって、ウエハＷの表面に向けて供給される。ＤＩＷ供給管２４Ｂには、ＤＩＷバルブ２６Ｂが介装されている。
【００３９】
また、内管５２には、超音波振動子５６が埋め込まれている。ＤＩＷ供給管２４Ａから内管５２にＤＩＷが供給され、その一方で、超音波発振器２８から超音波振動子５６に発振信号が入力されると、内管５２を流れるＤＩＷに超音波振動が付与され、この超音波振動の付与されたＤＩＷの水流が内管５２の下端開口５７から吐出され、ウエハＷの表面に超音波振動の付与されたＤＩＷの水流が供給される。ＤＩＷ供給管２４Ａには、ＤＩＷバルブ２６Ａが介装されている。
【００４０】
図６は、超音波／二流体スプレーノズル２２として、図５に示す内部混合型の二流体スプレーノズルを採用した場合における洗浄処理について説明するためのタイムチャートである。処理対象のウエハＷが搬送ロボット（図示せず）によって搬入されてきて、搬送ロボットからスピンチャック１に受け渡されると、まず、スピンチャック１に保持されたウエハＷが所定速度で回転される。また、ＤＩＷバルブ２６Ａが開かれるとともに、超音波発振器２８から発振信号が出力される。これにより、回転中のウエハＷの表面に、超音波／二流体スプレーノズル２２から超音波振動水流が供給される。さらに、ウエハＷの表面に超音波振動水流が供給されている間、アーム２１がほぼ水平な面内で往復揺動される。このアーム２１の揺動によって、超音波振動水流が回転中のウエハＷの表面上を円弧状の軌跡を描きつつ往復移動し、その結果、超音波振動水流がウエハＷの表面の全域に隈無く供給される。よって、ウエハＷの表面に強固に付着した異物や大きな異物などを、超音波振動水流が有する超音波振動エネルギーによって物理的に除去することができる。
【００４１】
この超音波振動水流によるウエハＷの洗浄（超音波洗浄）が予め定める時間Ｔ５〜Ｔ６にわたって行われると、ＤＩＷバルブ２６Ａが閉じられるとともに、超音波発振器２８からの発振信号の出力が停止される。そして、ＤＩＷバルブ２６Ｂおよび窒素ガスバルブ２７が開かれて、超音波／二流体スプレーノズル２２から回転中のウエハＷの表面にＤＩＷ液滴噴流が供給される。このとき、ウエハＷの回転およびアーム２１の往復揺動が続けられている。これにより、回転中のウエハＷの表面上をＤＩＷ液滴噴流が円弧状の軌跡を描きつつ往復移動し、ＤＩＷ液滴噴流がウエハＷの表面の全域に隈無く供給される。よって、超音波洗浄後のウエハＷの表面の全域から、その表面に付着している小さな異物などを、ＤＩＷ液滴噴流がウエハＷの表面に衝突するときの衝撃力によって物理的に除去することができる。
【００４２】
ＤＩＷ液滴噴流によるウエハＷの洗浄（二流体スプレー洗浄）が予め定める時間Ｔ６〜Ｔ７にわたって行われると、ＤＩＷバルブ２６Ａが再び開かれるとともに、超音波発振器２８から発振信号が再び出力される。このとき、ＤＩＷバルブ２６Ｂおよび窒素ガスバルブ２７は開かれたままであり、また、ウエハＷの回転およびアーム２１の往復揺動が続けられている。これにより、超音波／二流体スプレーノズル２２からウエハＷの表面に超音波振動水流およびこれを取り囲むようにＤＩＷ液滴噴流が吐出され、その超音波振動水流およびＤＩＷ液滴噴流が回転中のウエハＷの表面上を円弧状の軌跡を描きつつ往復移動し、超音波振動水流およびＤＩＷ液滴噴流がウエハＷの表面の全域に隈無く供給される。こうして超音波振動水流およびＤＩＷ液滴噴流がウエハＷの表面に同時に供給されることによって、ウエハＷの表面に異物が残留している場合に、その残留している異物がきれいに除去される。
【００４３】
超音波振動水流およびＤＩＷ液滴噴流によるウエハＷの洗浄（超音波洗浄＋二流体スプレー洗浄）が予め定める時間Ｔ７〜Ｔ８にわたって行われると、アーム２１が停止されるとともに、ＤＩＷバルブ２６Ａ，２６Ｂおよび窒素ガスバルブ２７が閉じられる。その後は、スピンチャック１によるウエハＷの回転速度が予め定める高回転速度（たとえば、３０００ｒｐｍ）まで上げられて、洗浄後のウエハＷの表面に付着しているＤＩＷを遠心力で振り切って乾燥させる工程が行われる。この乾燥工程は、予め定める時間Ｔ８〜Ｔ９にわたって行われる。乾燥工程の開始から時間Ｔ８〜Ｔ９が経過すると、スピンチャック１によるウエハＷの回転が止められて、搬送ロボットによって、スピンチャック１から処理後のウエハＷが搬出されていく。
【００４４】
以上のように、超音波／二流体スプレーノズル２２として内部混合型の二流体スプレーノズルを採用した場合には、たとえば、超音波振動水流をウエハＷの表面に供給して、ウエハＷの表面に強固に付着した異物や大きな異物などを除去した後に、ＤＩＷ液滴噴流をウエハＷの表面に供給することにより、ウエハＷの表面に付着している小さな異物を除去し、その後さらに、超音波振動水流およびＤＩＷ液滴噴流をウエハＷの表面に同時に供給することによって、ウエハＷの表面の全域から異物を残さず除去することができる。
【００４５】
この場合であっても、超音波振動水流がウエハＷの表面に供給される時間Ｔ５〜Ｔ６，Ｔ７〜Ｔ８を短時間に設定することができるから、超音波振動水流による凹凸パターンの破壊などのダメージをウエハＷが受けるおそれはない。
図７は、内部混合型の二流体スプレーノズルの他の構成を示す断面図である。この図７に示す内部混合型の二流体スプレーノズルは、たとえば、液体（ＤＩＷ）と気体（窒素ガス）とを混合するための混合室Ｓ１を内部に提供する混合管７１と、この混合管７１の側面に接続された液体導入管７２と、混合管７１の先端に接続された液滴吐出管７３と、液滴吐出管７３を保持する保持体７４とを備えており、液滴吐出管７３の中心軸線がスピンチャック１に保持されたウエハＷの表面にほぼ直交するように、保持体７４がアーム２１（図１参照）に取り付けられる。
【００４６】
混合管７１の上端に窒素ガス供給管２５を接続して、窒素ガス供給管２５から高圧の窒素ガスを供給すると、その高圧の窒素ガスが混合室Ｓ１に噴出されるようになっている。また、液体導入管７２は、接続口７２１を介して混合室Ｓ１に連通しており、液体導入管７２にＤＩＷ供給管２４を接続して、ＤＩＷ供給管２４からＤＩＷを供給すると、そのＤＩＷが液体導入管７２を通って混合室Ｓ１内に流入するようになっている。
【００４７】
混合室Ｓ１内にＤＩＷおよび高圧の窒素ガスが同時に供給されると、混合室Ｓ１内において、液体導入管７２から供給されるＤＩＷに上方から高圧窒素ガスが吹きつけられて、混合室Ｓ１内を上方から下方へと向かうＤＩＷの微細な液滴の流れが形成される。液滴吐出管７３は、下方ほど内径が小さく形成されたテーパ部７３１と、このテーパ部７３１の下端に連なり、内径が一様な直管形状のストレート部７３２とを有していて、混合室Ｓ１内で形成されたＤＩＷの微細な液滴の流れは、混合室Ｓ１から液滴吐出管７３に進入し、液滴吐出管７３のテーパ部７３１を通るときに流圧（流速）が高められることにより、ＤＩＷ液滴噴流となって、液滴吐出管７３の下端開口７５からウエハＷの表面に向けて供給される。
【００４８】
また、液体導入管７２には、超音波振動子７６が埋め込まれている。ＤＩＷ供給管２４から液体導入管７２にＤＩＷが供給され、その一方で、超音波発振器２８から超音波振動子７６に発振信号が入力されると、液体導入管７２を流れるＤＩＷに超音波振動が付与され、この超音波振動の付与されたＤＩＷの水流が、液体導入管７２から液滴吐出管７３に供給される。そして、液滴吐出管７３を通って、その液滴吐出管７３の下端開口７５から吐出されることにより、ウエハＷの表面に超音波振動水流が供給される。
【００４９】
この図７に示す内部混合型の二流体スプレーノズルを超音波／二流体スプレーノズル２２として採用した場合であっても、たとえば、図２に示す外部混合型の二流体スプレーノズルを採用した場合と同様に各部を制御することにより、ウエハＷの表面にダメージを与えることなく、そのウエハＷの表面に付着した異物をきれいに除去することができる。また、ノズルの個数を少なく抑えることができるうえ、超音波振動水流を形成するのに必要なＤＩＷを供給するための配管系統とＤＩＷ液滴噴流を形成するのに必要なＤＩＷを供給するための配管系統とを１系統にすることができる。
【００５０】
図８は、内部混合型の二流体スプレーノズルのさらに他の構成を示す断面図である。この図８に示す外部混合型の二流体スプレーノズルは、たとえば、筒状保持体８１と、この筒状保持体８１に挿通されて保持された液滴形成部材８２と、筒状保持体８１の周面（側面）を貫通して設けられた第１液体導入管８３と、第１液体導入管８３に埋め込まれた超音波振動子８４とを備えている。
液滴形成部材８２は、液体（ＤＩＷ）と気体（窒素ガス）とを混合するための混合室Ｓ２を内部に提供する混合管８２１と、筒状保持体８１の側面を貫通して、混合管８２１の側面に接続された第２液体導入管８２２と、混合管８２１の先端に接続された液滴吐出管８２３とを含む構成である。この二流体スプレーノズルは、液滴吐出管８２３の中心軸線がスピンチャック１に保持されたウエハＷの表面にほぼ直交するようにアーム２１（図１参照）に取り付けられる。
【００５１】
液滴形成部材８２の周囲には、筒状保持体８１の内周面との間に隙間８５が形成されている。第１液体導入管８３は、隙間８５に連通しており、第１液体導入管８３にＤＩＷ供給管２４Ａを接続して、ＤＩＷ供給管２４ＡからＤＩＷを供給すると、そのＤＩＷが第１液体導入管８３を通って隙間８５内に流入するようになっている。また、第２液体導入管８２２は、混合室Ｓ２に連通しており、第２液体導入管８２２にＤＩＷ供給管２４Ｂを接続して、ＤＩＷ供給管２４ＢからＤＩＷを供給すると、そのＤＩＷが第２液体導入管８２２を通って混合室Ｓ２内に流入するようになっている。ＤＩＷ供給管２４Ａ，２４Ｂには、それぞれＤＩＷバルブ２６Ａ，２６Ｂが介装されている。
【００５２】
混合管８２１の上端に窒素ガス供給管２５を接続して、窒素ガス供給管２５から高圧の窒素ガスを供給すると、その高圧の窒素ガスが混合室Ｓ２に噴出されるようになっている。混合室Ｓ２に高圧窒素ガスが供給され、その一方で、第２液体導入管８２２から混合室Ｓ２にＤＩＷが供給されると、混合室Ｓ２内において、第２液体導入管８２２から供給されるＤＩＷに上方から高圧窒素ガスが吹きつけられて、混合室Ｓ２内を上方から下方へと向かうＤＩＷの微細な液滴の流れが形成される。液滴吐出管８２３は、下方ほど内径が小さく形成されたテーパ部８２４と、このテーパ部８２４の下端に連なり、内径が一様な直管形状のストレート部８２５とを有していて、混合室Ｓ２内で形成されたＤＩＷの微細な液滴の流れは、混合室Ｓ２から液滴吐出管８２３に進入し、液滴吐出管８２３のテーパ部８２４およびストレート部８２５を通るときに流圧（流速）が高められることにより、ＤＩＷ液滴噴流となって、液滴吐出管８２３の下端開口８２６からウエハＷの表面に向けて供給される。
【００５３】
筒状保持体８１の下端部は、液滴形成部材８２の下端に近づくように内側へ折り曲げられて、液滴形成部材８２の下端との間に環状の開口８６を形成している。筒状保持体８１の内周面と液滴形成部材８２との間の隙間８５は、環状の開口８６を介して外部と連通している。
ＤＩＷ供給管２４Ａから第１液体導入管８３にＤＩＷが供給され、その一方で、超音波発振器２８から超音波振動子８４に発振信号が入力されると、第１液体導入管８３を流れるＤＩＷに超音波振動が付与され、この超音波振動の付与されたＤＩＷの水流が第１液体導入管８３から隙間８５に流入する。そして、その隙間８５を通って、環状の開口８６から吐出されることにより、ウエハＷの表面に超音波振動水流が供給される。
【００５４】
この図８に示す内部混合型の二流体スプレーノズルを超音波／二流体スプレーノズル２２として採用した場合であっても、たとえば、図５に示す内部混合型の二流体スプレーノズルを採用した場合と同様に各部を制御することにより、ウエハＷの表面にダメージを与えることなく、そのウエハＷの表面に付着した異物をきれいに除去することができる。
以上、この発明のいくつかの実施形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することもできる。たとえば、図２に示す外部混合型の二流体スプレーノズルを超音波／二流体スプレーノズル２２として採用した場合において、図５に示す内部混合型の二流体スプレーノズルを採用した場合と同様に、超音波振動水流をウエハＷの表面に供給して、ウエハＷの表面に強固に付着した異物や大きな異物などを除去した後に、ＤＩＷ液滴噴流をウエハＷの表面に供給することにより、ウエハＷの表面に付着している小さな異物を除去し、その後さらに、超音波振動水流およびＤＩＷ液滴噴流をウエハＷの表面に同時に供給することによって、ウエハＷの表面の全域から異物を残さず除去するようにしてもよい。こうした場合であっても、ウエハＷの表面にダメージを与えることなく、そのウエハＷの表面に付着した異物をきれいに除去することができる。
【００５５】
また、図５に示す内部混合型の二流体スプレーノズルを超音波／二流体スプレーノズル２２として採用した場合において、図２に示す外部混合型の二流体スプレーノズルを採用した場合と同様に、超音波振動水流をウエハＷの表面に供給して、ウエハＷの表面に強固に付着した異物や大きな異物などを除去した後、さらにＤＩＷ液滴噴流をウエハＷの表面に供給することにより、超音波振動水流による洗浄後のウエハＷの表面に残留している異物を除去するようにしてもよい。こうした場合であっても、ウエハＷの表面にダメージを与えることなく、そのウエハＷの表面に付着した異物をきれいに除去することができる。
【００５６】
さらに、図２、図５、図７および図８に示す二流体スプレーノズルのいずれを採用した場合であっても、ウエハＷに対する処理の期間中、ウエハＷの表面に超音波振動水流およびＤＩＷ液滴噴流を同時に供給し続けてもよい。この場合、超音波振動水流のみによってウエハＷの表面に付着している異物のすべてを除去するのに要する時間よりも短い時間で、ウエハＷの表面に付着している異物を残すことなく除去することができるから、ウエハＷに対する処理の期間を短く設定することにより、超音波振動水流による凹凸パターンの破壊などのダメージをウエハＷに与えることを防止できる。
【００５７】
さらには、超音波振動水流によるウエハＷの洗浄（超音波洗浄）とＤＩＷ液滴噴流によるウエハＷの洗浄（二流体スプレー洗浄）とが交互に複数回繰り返されてもよい。
また、ウエハＷに洗浄処理を施すための処理液としては、ＤＩＷに限らず、たとえば、フッ酸、塩酸、硫酸、リン酸、硝酸、酢酸、アンモニアおよびこれらの過酸化水素水溶液などの薬液が用いられてもよいし、イオン水、還元水（水素水）または磁気水などの機能水が用いられてもよい。
【００５８】
さらに、処理液に混合させるべき気体は、窒素ガスに限らず、たとえば、ヘリウムガスやアルゴンガスなどの他の不活性ガスであってもよい。
さらにまた、処理対象の基板は、ウエハＷに限らず、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディプレイパネル用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板および磁気／光ディスク用基板などの他の種類の基板であってもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を図解的に示す図である。
【図２】上記基板処理装置に備えられた超音波／二流体スプレーノズルの構成例（外部混合型の二流体スプレーノズル）を示す断面図である。
【図３】上記基板処理装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図４】洗浄処理について説明するためのタイムチャートである。
【図５】超音波／二流体スプレーノズルの他の構成例（内部混合型の二流体スプレーノズル）を示す断面図である。
【図６】超音波／二流体スプレーノズルとして、図５に示す内部混合型の二流体スプレーノズルを採用した場合における洗浄処理について説明するためのタイムチャートである。
【図７】内部混合型の二流体スプレーノズルの他の構成を示す断面図である。
【図８】内部混合型の二流体スプレーノズルのさらに他の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ スピンチャック
２ 処理流体供給装置
２２ 超音波／二流体スプレーノズル
２２１ 筒状保持体
２２２ 液体吐出管
２２３ 気体導入管
２２６ 隙間
２２７ 開口
２２８ 下端開口
２２９ 超音波振動子
２８ 超音波発振器
５１ 外筒体
５２ 内管
５３ 気体導入管
５４ 隙間
５５ 開口
５６ 超音波振動子
５７ 下端開口
７１ 混合管
７２ 液体導入管
７２１ 接続口
７３ 液滴吐出管
７５ 下端開口
７６ 超音波振動子
８１ 筒状保持体
８２ 液滴形成部材
８２１ 混合管
８２３ 液滴吐出管
８２６ 下端開口
８３ 第１液体導入管
８４ 超音波振動子
８５ 隙間
８６ 開口
Ｓ１ 混合室
Ｓ２ 混合室
Ｗ ウエハ
【発明の属する技術分野】
この発明は、基板に対して処理流体を供給するための処理流体供給装置およびこれを適用した基板処理装置、ならびにその処理流体供給装置を用いて基板を処理するための基板処理方法に関する。処理流体の供給対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディスプレイ用ガラス基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板などが含まれる。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置や液晶表示装置の製造工程では、たとえば、基板の表面に付着したパーティクルや各種金属不純物などの異物を除去するために、基板に対する洗浄処理が行われる。基板を１枚ずつ洗浄処理する装置の中には、基板の表面に洗浄液の液滴の噴流を供給し、その液滴の噴流によって、基板の表面に付着している異物を物理的に除去するものがある。
【０００３】
この種の洗浄処理装置の構成は、たとえば、下記特許文献１（特開平７−２４５２８２号公報）に開示されている。下記特許文献１に開示された装置は、半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）をほぼ水平に保持して回転するステージと、このステージに保持されたウエハの表面（上面）に液滴の噴流を供給するためのホッパとを備えている。ホッパには、液滴を供給するためのノズルおよび乾燥空気または窒素ガスなどのガスを供給するためのガス供給手段が接続されており、ノズルからホッパ内に液滴を供給しつつ、ガス供給手段からホッパ内にガスを供給することにより、ホッパから液滴が噴流となって出射されるようになっている。ホッパからの液滴の噴流が、ステージによってほぼ水平に保持された状態で回転されているウエハの表面に衝突し、このときウエハの表面に加わる衝撃によって、ウエハの表面に付着している異物が除去される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２４５２８２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ホッパからの液滴の噴流の流速は、ホッパ内へのガスの供給圧によって制御することができる。ホッパ内へのガスの供給圧を大きくして、ホッパからの液滴の噴流の流速を大きくすることにより、液滴の噴流による異物の除去力を増大させることができる。ところが、その除去力の増大には限界があり、液滴の噴流による除去力だけでは、ウエハの表面に強固に付着した異物を除去できない場合があることがわかってきた。
【０００６】
ウエハなどの基板を１枚ずつ洗浄処理する装置の中には、基板の表面に超音波振動が付与された洗浄液を供給し、その超音波が付与された洗浄液で基板の表面を洗浄するものもある。この種の洗浄処理装置では、基板の表面に微細な凹凸パターンが形成されている場合でも、洗浄液に付与された超音波振動によって、その凹部に入り込んで強固に付着した異物まで良好に除去することができる。しかし、基板の表面全域から異物が除去されるまで超音波振動の付与された洗浄液を供給し続けると、基板の表面に形成されている微細な凹凸パターンが破壊されるなどのダメージを基板に与えるという問題を有している。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、基板の表面にダメージを与えることなく、基板の表面に強固に付着した異物も除去可能な処理流体を供給するための処理流体供給装置およびこれを適用した基板処理装置を提供することである。
また、この発明の目的は、基板の表面にダメージを与えることなく、基板の表面に強固に付着した異物も除去することができる基板処理方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板（Ｗ）に対して処理流体を供給するための処理流体供給装置（２２）であって、基板の表面処理のための処理液を吐出する処理液吐出口（２２８；７２１）を有する処理液流路（２２２；７２）と、この処理液流路を流通する処理液に超音波振動を付与するための超音波振動付与手段（２２９；７６）と、上記処理液吐出口から吐出される処理液と気体とを混合させて、処理液の液滴の噴流を形成するための液滴噴流形成手段（２２３，２２６，２２７；Ｓ１，７１，７３）とを含むことを特徴とする処理流体供給装置である。
【０００９】
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
上記の構成によれば、超音波振動が付与された処理液および処理液の液滴の噴流を処理流体として基板の表面に供給することができる。
たとえば、超音波振動が付与された処理液を基板の表面に供給して、基板の表面に強固に付着した異物や大きな異物などを除去した後、さらに処理液の液滴の噴流を基板の表面に供給することによって、超音波振動が付与された処理液による処理後の基板の表面に残留している異物を除去することができる。
【００１０】
超音波振動が付与された処理液による処理では、基板の表面に強固に付着した異物や大きな異物を除去できれば十分であり、基板の表面に付着している異物のすべてを除去する必要はないので、超音波振動が付与された処理液による処理が行われる時間（期間）は、基板の表面に付着している異物のすべてを超音波振動が付与された処理液のみによって除去するのに必要な時間よりも短く設定することができる。したがって、基板の表面に微細な凹凸パターンが形成されている場合であっても、その凹凸パターンの破壊などのダメージを基板に与えるおそれはない。
【００１１】
また、この発明に係る処理流体供給装置を基板処理装置に適用した場合、１つの処理流体供給装置から超音波振動が付与された処理液および処理液の液滴の噴流を基板の表面に供給することができるから、超音波振動が付与された処理液を基板の表面に供給するための装置と、処理液の液滴の噴流を基板の表面に供給するための装置とを別々に設けるよりも、基板処理装置の構成を簡素にすることができる。
【００１２】
上記液滴噴流形成手段は、請求項２に記載のように、上記処理液吐出口（２２８）から吐出される処理液に混合させるべき気体を吐出する気体吐出口（２２７）を有する気体流路（２２６）を備えていて、上記処理液吐出口から吐出される処理液と上記気体吐出口から吐出される気体とを上記処理流体供給装置外で混合させて、処理液の液滴の噴流を形成するものであってもよい。
また、上記液滴噴流形成手段は、請求項３に記載のように、上記処理液吐出口から吐出される処理液と気体とを混合させるための混合室（Ｓ１）を上記処理流体供給装置の内部に提供し、その混合室で処理液と気体とを混合させることによって形成した処理液の液滴を液滴噴出口（２２８）から噴出させることにより、処理液の液滴の噴流を形成するものであってもよい。具体的には、たとえば、処理液に混合させるべき気体が流通する気体流路を備えていて、この気体流路の途中部を混合室として、その混合室で処理液と気体とを混合させることによって形成した処理液の液滴を、上記気体流路の先端に形成された液滴噴出口から噴出させることにより、処理液の液滴の噴流を形成するものであってもよい。
【００１３】
請求項４記載の発明は、基板（Ｗ）に対して処理流体を供給するための処理流体供給装置（２２）であって、基板の表面処理のための処理液が流通する第１の処理液流路（５２；８２）と、この第１の処理液流路を取り囲むように形成されて、基板の表面処理のための処理液が流通する第２の処理液流路（５４；８３，８５）と、上記第１および第２の処理液流路のうちの一方の処理液流路を流通する処理液に超音波振動を付与する超音波振動付与手段（５６；８４）と、この超音波振動付与手段によって超音波振動が付与された処理液を、上記一方の処理液流路の先端に形成された吐出口（５７；８６）から吐出させることにより、超音波振動が付与された処理液を基板の表面に供給する超音波振動液供給手段（５２；８５）と、上記第１および第２の処理液流路のうちの上記一方の処理液流路とは異なる他方の処理液流路を流通する処理液に混合させるための気体が流通する気体流路（５３；８２１）と、上記他方の処理液流路を流通する処理液に上記気体流路を流通する気体を混合させて、処理液の液滴を形成し、その液滴を上記他方の処理液流路の先端に形成された吐出口（５５；８２６）から噴出させることにより、処理液の液滴の噴流を基板の表面に供給する液滴噴流供給手段（５４，；Ｓ２，８２１，８２３）とを含むことを特徴とする処理流体供給装置である。
【００１４】
この構成によれば、超音波振動が付与された処理液および処理液の液滴の噴流を処理流体として基板の表面に供給することができる。
たとえば、超音波振動が付与された処理液を基板の表面に供給して、その基板の表面に強固に付着した異物や大きな異物などを除去した後に、処理液の液滴の噴流を基板の表面に供給することによって、基板の表面に付着している小さな異物を除去し、その後さらに、超音波振動が付与された処理液および処理液の液滴の噴流を基板の表面に同時に供給することによって、基板の表面の全域から異物を残さず除去することができる。
【００１５】
この場合においても、請求項１の発明の場合と同様に、超音波振動が付与された処理液による処理が行われる時間（期間）を短時間に設定することができるから、超音波振動の付与された処理液による凹凸パターンの破壊などのダメージを基板が受けるおそれはない。
また、この発明に係る処理流体供給装置を基板処理装置に適用した場合、１つの処理流体供給装置から超音波振動が付与された処理液および処理液の液滴の噴流を基板の表面に供給することができるから、超音波振動が付与された処理液を基板の表面に供給するための装置と、処理液の液滴の噴流を基板の表面に供給するための装置とを別々に設けるよりも、基板処理装置の構成を簡素にすることができる。
【００１６】
請求項５記載の発明は、基板（Ｗ）の表面を処理流体を用いて処理する基板処理装置であって、基板を保持する基板保持手段（１）と、この基板保持手段に保持された基板の表面に処理流体を供給するための処理流体供給手段（２２）とを含み、上記処理流体供給手段として、請求項１ないし４のいずれかに記載の処理流体供給装置が適用されていることを特徴とする基板処理装置である。
この構成によれば、処理流体供給手段として請求項１ないし４のいずれかに記載の処理流体供給装置が適用されているので、請求項１または４に関連して述べた効果と同様な効果を奏することができる。
【００１７】
請求項６記載の発明は、基板（Ｗ）の表面に処理流体を供給して基板を処理する方法であって、基板の表面処理のための処理液に超音波振動を付与する超音波振動付与工程と、超音波振動が付与された処理液を基板の表面に供給する超音波振動液供給工程と、基板の表面処理のための処理液と気体とを混合させて、処理液の液滴の噴流を形成する液滴噴流形成工程と、処理液の液滴の噴流を基板の表面に供給する液滴噴流供給工程とを含むことを特徴とする基板処理方法である。
【００１８】
この方法によれば、超音波振動が付与された処理液による処理と、処理液の液滴の噴流による処理とが行われることにより、基板の表面に強固に付着した異物も良好に除去することができる。
超音波振動が付与された処理液による処理では、基板の表面に強固に付着した異物や大きな異物を除去できれば十分であり、基板の表面に付着している異物のすべてを除去する必要はないので、超音波振動が付与された処理液による処理が行われる時間（期間）は、基板の表面に付着している異物のすべてを超音波振動が付与された処理液のみによって除去するのに必要な時間よりも短く設定することができる。したがって、たとえば、請求項７に記載のように、上記超音波振動付与工程が行われる期間を上記液滴噴流供給工程が行われる期間よりも短く設定することにより、基板の表面に微細な凹凸パターンが形成されている場合であっても、その凹凸パターンの破壊などのダメージを基板が受けることを防止することができる。
【００１９】
上記液滴噴流供給工程は、請求項８に記載のように、上記超音波振動液供給工程の後に行われてもよい。すなわち、超音波振動が付与された処理液を基板の表面に供給して、基板の表面に強固に付着した異物や大きな異物などを除去した後、さらに処理液の液滴の噴流を基板の表面に供給することによって、超音波振動が付与された処理液による処理後の基板の表面に残留している異物を除去するようにしてもよい。
【００２０】
また、請求項９に記載のように、上記超音波振動液供給工程および液滴噴流供給工程が交互に複数回繰り返して行われてもよいし、請求項１０に記載のように、上記超音波振動液供給工程および液滴噴流供給工程が並行して行われてもよい。
さらに、請求項１１に記載のように、上記超音波振動付与工程は、第１の処理液流路（５２；８２）およびこの第１の処理液流路を取り囲むように形成された第２の処理液流路（５４；８３，８５）のうちの一方の処理液流路を流通する処理液に超音波振動を付与する工程であり、上記超音波振動液供給工程は、超音波振動が付与された処理液を、上記一方の処理液流路の先端に形成された吐出口（５７；８６）から吐出させることにより、超音波振動が付与された処理液を基板の表面に供給する工程であり、上記液滴噴流形成工程は、上記第１および第２の処理液流路のうちの上記一方の処理液流路とは異なる他方の処理液流路を流通する処理液に気体を混合させて、処理液の液滴を形成し、その液滴を上記他方の処理液流路の先端に形成された吐出口（５５；８２６）から噴出させることにより、処理液の液滴の噴流を形成する工程であってもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を図解的に示す図である。この基板処理装置は、基板の一例であるウエハＷの表面に付着したパーティクルや各種金属不純物などの異物を除去するための洗浄処理に用いられる装置であり、ウエハＷをほぼ水平に保持して回転するスピンチャック１と、このスピンチャック１に保持されたウエハＷの表面（上面）に洗浄処理のための処理流体を供給する処理流体供給装置２とを備えている。
【００２２】
スピンチャック１は、たとえば、ほぼ鉛直な方向に延びたスピン軸１１と、スピン軸１１の上端に取り付けられたスピンベース１２と、このスピンベース１２の周縁部に配設された複数個の挟持部材１３とを有している。複数個の挟持部材１３は、ウエハＷの外形に対応した円周上に配置されていて、ウエハＷの周面を異なる複数の位置で挟持することにより、ウエハＷをほぼ水平な状態で保持することができる。また、モータなどの駆動源を含む回転駆動機構１４がスピン軸１１に結合されていて、複数個の挟持部材１３でウエハＷを保持した状態で、回転駆動機構１４からスピン軸１１に駆動力を入力することにより、ウエハＷをほぼ水平な姿勢で鉛直軸線まわりに回転させることができる。
【００２３】
処理流体供給装置２は、スピンチャック１の上方でほぼ水平な方向に延びたアーム２１と、このアーム２１の先端に取り付けられた超音波／二流体スプレーノズル２２と、アーム２１をほぼ水平な面内で揺動させるための揺動駆動機構２３とを備えている。
超音波／二流体スプレーノズル２２には、ＤＩＷ供給源からのＤＩＷ（純水、脱イオン水）を供給するＤＩＷ供給管２４、および窒素ガス供給源からの高圧の窒素ガスを供給する窒素ガス供給管２５が接続されている。超音波／二流体スプレーノズル２２にＤＩＷと高圧の窒素ガスとが同時に供給されると、超音波／二流体スプレーノズル２２からウエハＷの表面にＤＩＷの微細な液滴の噴流が供給される。ＤＩＷ供給管２４および窒素ガス供給管２５の途中部には、それぞれＤＩＷバルブ２６および窒素ガスバルブ２７が介装されている。
【００２４】
また、超音波／二流体スプレーノズル２２には、超音波発振器２８からの発振信号を受けて、周波数７００ｋＨｚ〜１ＭＨｚで振動する超音波振動子が組み込まれている。ＤＩＷ供給管２４から超音波／二流体スプレーノズル２２にＤＩＷが供給されつつ、超音波発振器２８から超音波振動子に発振信号が入力されると、超音波／二流体スプレーノズル２２に供給されたＤＩＷに超音波振動が付与され、この超音波振動の付与されたＤＩＷの水流が超音波／二流体スプレーノズル２２からウエハＷの表面に供給される。
【００２５】
図２は、超音波／二流体スプレーノズル２２の構成例を示す断面図である。この実施形態では、超音波／二流体スプレーノズル２２として、外部混合型の二流体スプレーノズルが採用されている。
外部混合型の二流体スプレーノズルの構成を採用した超音波／二流体スプレーノズル２２は、筒状保持体２２１と、この筒状保持体２２１に挿通されて、筒状保持体２２１と同軸上に保持された管状の液体吐出管２２２と、筒状保持体２２１の周面（側面）を貫通して設けられた気体導入管２２３とを備えていて、筒状保持体２２１および液体吐出管２２２の共通の中心軸線がスピンチャック１に保持されたウエハＷの表面にほぼ直交するように（つまり、ほぼ鉛直となるように）アーム２１に取り付けられている。液体吐出管２２２には、ＤＩＷ供給管２４が接続され、気体導入管２２３には、窒素ガス供給管２５が接続されている。
【００２６】
液体吐出管２２２の上端部付近には、環状のフランジ部２２４が側方に突出して形成されており、このフランジ部２２４に対応して、筒状保持体２２１の内周面の上端部には、筒状保持体２２１の中心軸線を中心とする環状の段部２２５が形成されている。液体吐出管２２２は、筒状保持体２２１の上面開口から挿入されて、フランジ部２２４が環状段部２２５に係止されることにより、その筒状保持体２２１の上面開口を気密に閉塞して、筒状保持体２２１内を下方に向けて延びた状態に保持されている。
【００２７】
液体吐出管２２２の下半分程度の部分は、外径が筒状保持体２２１の内径よりも小さく形成されていて、その周囲には、筒状保持体２２１の内周面との間に隙間２２６が形成されている。気体導入管２２３は、その液体吐出管２２２と筒状保持体２２１との間の隙間２２６に連通していて、窒素ガス供給管２５から供給される高圧窒素ガスは、気体導入管２２３を介して隙間２２６に供給されるようになっている。また、液体吐出管２２２の先端部の外周面は、下方ほど液体吐出管２２２の中心軸線に近づくように傾斜した断面形状を有する傾斜面（円錐台側面）に形成されており、筒状保持体２２１の下端部は、その液体吐出管２２２の先端縁に近づくように内側へ折り曲げられて、液体吐出管２２２との間に環状の微小な開口２２７を形成している。これにより、隙間２２６に供給される高圧窒素ガスは、隙間２２６を開口２２７に向けて流れ、開口２２７を通過するときに気圧がさらに高められて、開口２２７から液体吐出管２２２の先端部の外周面に沿う方向（気体導入管２２３の中心軸線上の１点に向かう方向）に高圧で吐出される。
【００２８】
ウエハＷの表面にＤＩＷの液滴の噴流を供給する際には、ＤＩＷ供給管２４から液体吐出管２２２にＤＩＷが供給され、その供給されたＤＩＷが液体吐出管２２２の下端開口からウエハＷの表面に向けて吐出される。このとき、気体導入管２２３から隙間２２６に高圧窒素ガスが供給されて、環状の開口２２７から高圧窒素ガスが吐出されると、液体吐出管２２２の下端開口２２８から吐出されるＤＩＷに高圧窒素ガスが衝突し、ハウジング外（超音波／二流体スプレーノズル２２の外部）で気液混合が生じて、その結果、ＤＩＷの微細な液滴の噴流が形成されて、この液滴の噴流がウエハＷの表面に供給される。
【００２９】
また、液体吐出管２２２には、超音波振動子２２９が埋め込まれている。ＤＩＷ供給管２４から液体吐出管２２２にＤＩＷが供給され、その一方で、超音波発振器２８から超音波振動子２２９に発振信号が入力されると、液体吐出管２２２を流れるＤＩＷに超音波振動が付与され、この超音波振動の付与されたＤＩＷの水流が液体吐出管２２２の下端開口２２８から吐出され、ウエハＷの表面に超音波振動の付与されたＤＩＷの水流が供給される。このとき、気体導入管２２３から隙間２２６への高圧窒素ガスの供給は停止されている。
【００３０】
図３は、この基板処理装置の電気的構成を示すブロック図である。この基板処理装置はさらに、たとえば、マイクロコンピュータで構成される制御装置３を備えている。
制御装置３には、回転駆動機構１４、揺動駆動機構２３、ＤＩＷバルブ２６、窒素ガスバルブ２７および超音波発振器２８が制御対象として接続されている。制御装置３は、ウエハＷの洗浄処理のために、予め定められたプログラムに従って、回転駆動機構１４、揺動駆動機構２３および超音波発振器２８の動作を制御し、また、ＤＩＷバルブ２６および窒素ガスバルブ２７の開閉を制御する。
【００３１】
図４は、洗浄処理について説明するためのタイムチャートである。処理対象のウエハＷが搬送ロボット（図示せず）によって搬入されてきて、搬送ロボットからスピンチャック１に受け渡されると、まず、回転駆動機構１４が駆動されて、スピンチャック１に保持されたウエハＷが所定速度で回転される。また、ＤＩＷバルブ２６が開かれるとともに、超音波発振器２８から発振信号が出力される。これにより、回転中のウエハＷの表面に、超音波／二流体スプレーノズル２２から超音波振動の付与されたＤＩＷの水流（以下「超音波振動水流」という。）が供給される。さらに、ウエハＷの表面に超音波振動水流が供給されている間、揺動駆動機構２３が駆動されて、アーム２１がほぼ水平な面内で往復揺動される。このアーム２１の揺動によって、超音波／二流体スプレーノズル２２からの超音波振動水流が、ウエハＷの回転中心付近から周縁部に至る範囲内を、円弧状の軌跡を描きつつ往復移動（スキャン）する。このように回転中のウエハＷの表面上で超音波振動水流をスキャンさせることにより、ウエハＷの表面の全域に隈無く超音波振動水流を供給することができ、ウエハＷの表面に強固に付着した異物や大きな異物などを、超音波振動水流が有する超音波振動エネルギーによって物理的に除去することができる。
【００３２】
この超音波振動水流によるウエハＷの洗浄（超音波洗浄）が予め定める時間Ｔ１〜Ｔ２にわたって行われると、超音波発振器２８からの発振信号の出力が停止され、次に、窒素ガスバルブ２７が開かれて、窒素ガス供給管２５から超音波／二流体スプレーノズル２２に高圧の窒素ガスが供給される。このとき、ＤＩＷバルブ２６は開かれたままで、ＤＩＷ供給管２４から超音波／二流体スプレーノズル２２へのＤＩＷの供給は続けられており、超音波／二流体スプレーノズル２２への窒素ガスの供給開始後は、超音波／二流体スプレーノズル２２から回転中のウエハＷの表面に、ＤＩＷの微細な液滴の噴流（以下「ＤＩＷ液滴噴流」という。）が供給される。また、スピンチャック１によるウエハＷの回転も続けられており、さらには、ウエハＷの表面にＤＩＷ液滴噴流が供給されている間、揺動駆動機構２３が駆動されて、アーム２１がほぼ水平な面内で往復揺動される。これにより、回転中のウエハＷの表面上をＤＩＷ液滴噴流が円弧状の軌跡を描きつつ往復移動し、ＤＩＷ液滴噴流がウエハＷの表面の全域に隈無く供給される。よって、超音波洗浄後のウエハＷの表面の全域から、その表面に残留している小さな異物などを、ＤＩＷ液滴噴流がウエハＷの表面に衝突するときの衝撃力によって物理的に除去することができる。このＤＩＷ液滴噴流によるウエハＷの洗浄の結果、ウエハＷの表面からすべての異物がきれいに除去される。
【００３３】
ＤＩＷ液滴噴流によるウエハＷの洗浄（二流体スプレー洗浄）が予め定める時間Ｔ２〜Ｔ３にわたって行われると、揺動駆動機構２３が駆動停止されるとともに、ＤＩＷバルブ２６および窒素ガスバルブ２７が閉じられる。その後は、スピンチャック１によるウエハＷの回転速度が予め定める高回転速度（たとえば、３０００ｒｐｍ）まで上げられて、洗浄後のウエハＷの表面に付着しているＤＩＷを遠心力で振り切って乾燥させる工程が行われる。この乾燥工程は、予め定める時間Ｔ３〜Ｔ４にわたって行われる。乾燥工程の開始から時間Ｔ３〜Ｔ４が経過すると、スピンチャック１によるウエハＷの回転が止められて、搬送ロボットによって、スピンチャック１から処理後のウエハＷが搬出されていく。
【００３４】
以上のように、超音波振動水流がウエハＷの表面に供給されて、ウエハＷの表面に強固に付着した異物や大きな異物などが除去された後、さらにＤＩＷ液滴噴流がウエハＷの表面に供給されることにより、超音波振動水流による洗浄後のウエハＷの表面に残留している異物が除去される。これにより、ウエハＷの表面からすべての異物をきれいに除去することができる。
超音波振動水流によるウエハＷの洗浄では、ウエハＷの表面に強固に付着した異物や大きな異物を除去できれば十分であり、ウエハＷの表面に付着している異物のすべてを除去する必要はないので、超音波振動水流によるウエハＷの洗浄が行われる時間Ｔ１〜Ｔ２は、超音波振動水流によってウエハＷの表面に付着している異物のすべてを除去するのに必要な時間よりも短く設定されている。したがって、ウエハＷの表面に微細な凹凸パターンが形成されている場合に、超音波振動水流が時間Ｔ１〜Ｔ２にわたってウエハＷの表面に供給されても、そのことによって、凹凸パターンの破壊などのダメージをウエハＷが受けるおそれはない。
【００３５】
また、この実施形態に係る構成では、超音波振動水流とＤＩＷ液滴噴流とが同じ超音波／二流体スプレーノズル２２からウエハＷの表面に供給されるようになっている。ウエハＷの表面にダメージを与えることなく、そのウエハＷの表面に付着した異物をきれいに除去するという効果は、超音波振動水流とＤＩＷ液滴噴流とを別々のノズルからウエハＷの表面に供給する構成によっても達成できるが、この実施形態に係る構成を採用することにより、ノズルの個数を少なく抑えることができるうえ、超音波振動水流を形成するのに必要なＤＩＷを供給するための配管系統とＤＩＷ液滴噴流を形成するのに必要なＤＩＷを供給するための配管系統とを１系統にすることができ、配管構成を簡素化することができる。
【００３６】
図５は、超音波／二流体スプレーノズル２２の他の構成例を示す断面図である。上記の実施形態では、超音波／二流体スプレーノズル２２として、外部混合型の二流体スプレーノズルを採用した場合について説明したが、超音波／二流体スプレーノズル２２には、この図５に示すような内部混合型の二流体スプレーノズルが採用されてもよい。
内部混合型の二流体スプレーノズルは、たとえば、筒状の外筒体５１と、この外筒体５１に挿通された管状の内管５２と、外筒体５１の周面（側面）を貫通して設けられた気体導入管５３とを備えている。外筒体５１と内管５２とは、それぞれの中心軸線が一致するように配置されており、この内部混合型の二流体スプレーノズルは、外筒体５１と内管５２とに共通の中心軸線がスピンチャック１に保持されたウエハＷの表面にほぼ直交するようにアーム２１に取り付けられる。
【００３７】
内管５２は、外径が外筒体５１の内径よりも小さく形成されていて、その周囲には、外筒体５１の内周面との間に隙間５４が形成されている。内管５２および隙間５４には、それぞれＤＩＷ供給管２４Ａ，２４Ｂを接続して、ＤＩＷ供給管２４Ａ，２４ＢからＤＩＷを供給するようになっている。また、気体導入管５３が隙間５４に連通しており、気体導入管５３に窒素ガス供給管２５を接続して、窒素ガス供給管２５から高圧の窒素ガスを供給すると、その高圧の窒素ガスが気体導入管５３を通って隙間５４に噴出されるようになっている。外筒体５１の下端部は、内管５２の先端縁に近づくように内側へ折り曲げられて、内管５２との間に環状の開口５５を形成しており、隙間５４は、その開口５５を介して外部と連通している。
【００３８】
ウエハＷの表面にＤＩＷの液滴の噴流を供給する際には、ＤＩＷ供給管２４Ｂから隙間５４にＤＩＷが供給されるとともに、気体導入管５３から隙間５４に高圧窒素ガスが供給される。すると、隙間５４でＤＩＷと窒素ガスとが混合されて、隙間５４にＤＩＷの微細な液滴の流れが形成される。この液滴の流れは、開口５５を通過するときに流圧（流速）が高められることにより、ＤＩＷ液滴噴流となって、ウエハＷの表面に向けて供給される。ＤＩＷ供給管２４Ｂには、ＤＩＷバルブ２６Ｂが介装されている。
【００３９】
また、内管５２には、超音波振動子５６が埋め込まれている。ＤＩＷ供給管２４Ａから内管５２にＤＩＷが供給され、その一方で、超音波発振器２８から超音波振動子５６に発振信号が入力されると、内管５２を流れるＤＩＷに超音波振動が付与され、この超音波振動の付与されたＤＩＷの水流が内管５２の下端開口５７から吐出され、ウエハＷの表面に超音波振動の付与されたＤＩＷの水流が供給される。ＤＩＷ供給管２４Ａには、ＤＩＷバルブ２６Ａが介装されている。
【００４０】
図６は、超音波／二流体スプレーノズル２２として、図５に示す内部混合型の二流体スプレーノズルを採用した場合における洗浄処理について説明するためのタイムチャートである。処理対象のウエハＷが搬送ロボット（図示せず）によって搬入されてきて、搬送ロボットからスピンチャック１に受け渡されると、まず、スピンチャック１に保持されたウエハＷが所定速度で回転される。また、ＤＩＷバルブ２６Ａが開かれるとともに、超音波発振器２８から発振信号が出力される。これにより、回転中のウエハＷの表面に、超音波／二流体スプレーノズル２２から超音波振動水流が供給される。さらに、ウエハＷの表面に超音波振動水流が供給されている間、アーム２１がほぼ水平な面内で往復揺動される。このアーム２１の揺動によって、超音波振動水流が回転中のウエハＷの表面上を円弧状の軌跡を描きつつ往復移動し、その結果、超音波振動水流がウエハＷの表面の全域に隈無く供給される。よって、ウエハＷの表面に強固に付着した異物や大きな異物などを、超音波振動水流が有する超音波振動エネルギーによって物理的に除去することができる。
【００４１】
この超音波振動水流によるウエハＷの洗浄（超音波洗浄）が予め定める時間Ｔ５〜Ｔ６にわたって行われると、ＤＩＷバルブ２６Ａが閉じられるとともに、超音波発振器２８からの発振信号の出力が停止される。そして、ＤＩＷバルブ２６Ｂおよび窒素ガスバルブ２７が開かれて、超音波／二流体スプレーノズル２２から回転中のウエハＷの表面にＤＩＷ液滴噴流が供給される。このとき、ウエハＷの回転およびアーム２１の往復揺動が続けられている。これにより、回転中のウエハＷの表面上をＤＩＷ液滴噴流が円弧状の軌跡を描きつつ往復移動し、ＤＩＷ液滴噴流がウエハＷの表面の全域に隈無く供給される。よって、超音波洗浄後のウエハＷの表面の全域から、その表面に付着している小さな異物などを、ＤＩＷ液滴噴流がウエハＷの表面に衝突するときの衝撃力によって物理的に除去することができる。
【００４２】
ＤＩＷ液滴噴流によるウエハＷの洗浄（二流体スプレー洗浄）が予め定める時間Ｔ６〜Ｔ７にわたって行われると、ＤＩＷバルブ２６Ａが再び開かれるとともに、超音波発振器２８から発振信号が再び出力される。このとき、ＤＩＷバルブ２６Ｂおよび窒素ガスバルブ２７は開かれたままであり、また、ウエハＷの回転およびアーム２１の往復揺動が続けられている。これにより、超音波／二流体スプレーノズル２２からウエハＷの表面に超音波振動水流およびこれを取り囲むようにＤＩＷ液滴噴流が吐出され、その超音波振動水流およびＤＩＷ液滴噴流が回転中のウエハＷの表面上を円弧状の軌跡を描きつつ往復移動し、超音波振動水流およびＤＩＷ液滴噴流がウエハＷの表面の全域に隈無く供給される。こうして超音波振動水流およびＤＩＷ液滴噴流がウエハＷの表面に同時に供給されることによって、ウエハＷの表面に異物が残留している場合に、その残留している異物がきれいに除去される。
【００４３】
超音波振動水流およびＤＩＷ液滴噴流によるウエハＷの洗浄（超音波洗浄＋二流体スプレー洗浄）が予め定める時間Ｔ７〜Ｔ８にわたって行われると、アーム２１が停止されるとともに、ＤＩＷバルブ２６Ａ，２６Ｂおよび窒素ガスバルブ２７が閉じられる。その後は、スピンチャック１によるウエハＷの回転速度が予め定める高回転速度（たとえば、３０００ｒｐｍ）まで上げられて、洗浄後のウエハＷの表面に付着しているＤＩＷを遠心力で振り切って乾燥させる工程が行われる。この乾燥工程は、予め定める時間Ｔ８〜Ｔ９にわたって行われる。乾燥工程の開始から時間Ｔ８〜Ｔ９が経過すると、スピンチャック１によるウエハＷの回転が止められて、搬送ロボットによって、スピンチャック１から処理後のウエハＷが搬出されていく。
【００４４】
以上のように、超音波／二流体スプレーノズル２２として内部混合型の二流体スプレーノズルを採用した場合には、たとえば、超音波振動水流をウエハＷの表面に供給して、ウエハＷの表面に強固に付着した異物や大きな異物などを除去した後に、ＤＩＷ液滴噴流をウエハＷの表面に供給することにより、ウエハＷの表面に付着している小さな異物を除去し、その後さらに、超音波振動水流およびＤＩＷ液滴噴流をウエハＷの表面に同時に供給することによって、ウエハＷの表面の全域から異物を残さず除去することができる。
【００４５】
この場合であっても、超音波振動水流がウエハＷの表面に供給される時間Ｔ５〜Ｔ６，Ｔ７〜Ｔ８を短時間に設定することができるから、超音波振動水流による凹凸パターンの破壊などのダメージをウエハＷが受けるおそれはない。
図７は、内部混合型の二流体スプレーノズルの他の構成を示す断面図である。この図７に示す内部混合型の二流体スプレーノズルは、たとえば、液体（ＤＩＷ）と気体（窒素ガス）とを混合するための混合室Ｓ１を内部に提供する混合管７１と、この混合管７１の側面に接続された液体導入管７２と、混合管７１の先端に接続された液滴吐出管７３と、液滴吐出管７３を保持する保持体７４とを備えており、液滴吐出管７３の中心軸線がスピンチャック１に保持されたウエハＷの表面にほぼ直交するように、保持体７４がアーム２１（図１参照）に取り付けられる。
【００４６】
混合管７１の上端に窒素ガス供給管２５を接続して、窒素ガス供給管２５から高圧の窒素ガスを供給すると、その高圧の窒素ガスが混合室Ｓ１に噴出されるようになっている。また、液体導入管７２は、接続口７２１を介して混合室Ｓ１に連通しており、液体導入管７２にＤＩＷ供給管２４を接続して、ＤＩＷ供給管２４からＤＩＷを供給すると、そのＤＩＷが液体導入管７２を通って混合室Ｓ１内に流入するようになっている。
【００４７】
混合室Ｓ１内にＤＩＷおよび高圧の窒素ガスが同時に供給されると、混合室Ｓ１内において、液体導入管７２から供給されるＤＩＷに上方から高圧窒素ガスが吹きつけられて、混合室Ｓ１内を上方から下方へと向かうＤＩＷの微細な液滴の流れが形成される。液滴吐出管７３は、下方ほど内径が小さく形成されたテーパ部７３１と、このテーパ部７３１の下端に連なり、内径が一様な直管形状のストレート部７３２とを有していて、混合室Ｓ１内で形成されたＤＩＷの微細な液滴の流れは、混合室Ｓ１から液滴吐出管７３に進入し、液滴吐出管７３のテーパ部７３１を通るときに流圧（流速）が高められることにより、ＤＩＷ液滴噴流となって、液滴吐出管７３の下端開口７５からウエハＷの表面に向けて供給される。
【００４８】
また、液体導入管７２には、超音波振動子７６が埋め込まれている。ＤＩＷ供給管２４から液体導入管７２にＤＩＷが供給され、その一方で、超音波発振器２８から超音波振動子７６に発振信号が入力されると、液体導入管７２を流れるＤＩＷに超音波振動が付与され、この超音波振動の付与されたＤＩＷの水流が、液体導入管７２から液滴吐出管７３に供給される。そして、液滴吐出管７３を通って、その液滴吐出管７３の下端開口７５から吐出されることにより、ウエハＷの表面に超音波振動水流が供給される。
【００４９】
この図７に示す内部混合型の二流体スプレーノズルを超音波／二流体スプレーノズル２２として採用した場合であっても、たとえば、図２に示す外部混合型の二流体スプレーノズルを採用した場合と同様に各部を制御することにより、ウエハＷの表面にダメージを与えることなく、そのウエハＷの表面に付着した異物をきれいに除去することができる。また、ノズルの個数を少なく抑えることができるうえ、超音波振動水流を形成するのに必要なＤＩＷを供給するための配管系統とＤＩＷ液滴噴流を形成するのに必要なＤＩＷを供給するための配管系統とを１系統にすることができる。
【００５０】
図８は、内部混合型の二流体スプレーノズルのさらに他の構成を示す断面図である。この図８に示す外部混合型の二流体スプレーノズルは、たとえば、筒状保持体８１と、この筒状保持体８１に挿通されて保持された液滴形成部材８２と、筒状保持体８１の周面（側面）を貫通して設けられた第１液体導入管８３と、第１液体導入管８３に埋め込まれた超音波振動子８４とを備えている。
液滴形成部材８２は、液体（ＤＩＷ）と気体（窒素ガス）とを混合するための混合室Ｓ２を内部に提供する混合管８２１と、筒状保持体８１の側面を貫通して、混合管８２１の側面に接続された第２液体導入管８２２と、混合管８２１の先端に接続された液滴吐出管８２３とを含む構成である。この二流体スプレーノズルは、液滴吐出管８２３の中心軸線がスピンチャック１に保持されたウエハＷの表面にほぼ直交するようにアーム２１（図１参照）に取り付けられる。
【００５１】
液滴形成部材８２の周囲には、筒状保持体８１の内周面との間に隙間８５が形成されている。第１液体導入管８３は、隙間８５に連通しており、第１液体導入管８３にＤＩＷ供給管２４Ａを接続して、ＤＩＷ供給管２４ＡからＤＩＷを供給すると、そのＤＩＷが第１液体導入管８３を通って隙間８５内に流入するようになっている。また、第２液体導入管８２２は、混合室Ｓ２に連通しており、第２液体導入管８２２にＤＩＷ供給管２４Ｂを接続して、ＤＩＷ供給管２４ＢからＤＩＷを供給すると、そのＤＩＷが第２液体導入管８２２を通って混合室Ｓ２内に流入するようになっている。ＤＩＷ供給管２４Ａ，２４Ｂには、それぞれＤＩＷバルブ２６Ａ，２６Ｂが介装されている。
【００５２】
混合管８２１の上端に窒素ガス供給管２５を接続して、窒素ガス供給管２５から高圧の窒素ガスを供給すると、その高圧の窒素ガスが混合室Ｓ２に噴出されるようになっている。混合室Ｓ２に高圧窒素ガスが供給され、その一方で、第２液体導入管８２２から混合室Ｓ２にＤＩＷが供給されると、混合室Ｓ２内において、第２液体導入管８２２から供給されるＤＩＷに上方から高圧窒素ガスが吹きつけられて、混合室Ｓ２内を上方から下方へと向かうＤＩＷの微細な液滴の流れが形成される。液滴吐出管８２３は、下方ほど内径が小さく形成されたテーパ部８２４と、このテーパ部８２４の下端に連なり、内径が一様な直管形状のストレート部８２５とを有していて、混合室Ｓ２内で形成されたＤＩＷの微細な液滴の流れは、混合室Ｓ２から液滴吐出管８２３に進入し、液滴吐出管８２３のテーパ部８２４およびストレート部８２５を通るときに流圧（流速）が高められることにより、ＤＩＷ液滴噴流となって、液滴吐出管８２３の下端開口８２６からウエハＷの表面に向けて供給される。
【００５３】
筒状保持体８１の下端部は、液滴形成部材８２の下端に近づくように内側へ折り曲げられて、液滴形成部材８２の下端との間に環状の開口８６を形成している。筒状保持体８１の内周面と液滴形成部材８２との間の隙間８５は、環状の開口８６を介して外部と連通している。
ＤＩＷ供給管２４Ａから第１液体導入管８３にＤＩＷが供給され、その一方で、超音波発振器２８から超音波振動子８４に発振信号が入力されると、第１液体導入管８３を流れるＤＩＷに超音波振動が付与され、この超音波振動の付与されたＤＩＷの水流が第１液体導入管８３から隙間８５に流入する。そして、その隙間８５を通って、環状の開口８６から吐出されることにより、ウエハＷの表面に超音波振動水流が供給される。
【００５４】
この図８に示す内部混合型の二流体スプレーノズルを超音波／二流体スプレーノズル２２として採用した場合であっても、たとえば、図５に示す内部混合型の二流体スプレーノズルを採用した場合と同様に各部を制御することにより、ウエハＷの表面にダメージを与えることなく、そのウエハＷの表面に付着した異物をきれいに除去することができる。
以上、この発明のいくつかの実施形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することもできる。たとえば、図２に示す外部混合型の二流体スプレーノズルを超音波／二流体スプレーノズル２２として採用した場合において、図５に示す内部混合型の二流体スプレーノズルを採用した場合と同様に、超音波振動水流をウエハＷの表面に供給して、ウエハＷの表面に強固に付着した異物や大きな異物などを除去した後に、ＤＩＷ液滴噴流をウエハＷの表面に供給することにより、ウエハＷの表面に付着している小さな異物を除去し、その後さらに、超音波振動水流およびＤＩＷ液滴噴流をウエハＷの表面に同時に供給することによって、ウエハＷの表面の全域から異物を残さず除去するようにしてもよい。こうした場合であっても、ウエハＷの表面にダメージを与えることなく、そのウエハＷの表面に付着した異物をきれいに除去することができる。
【００５５】
また、図５に示す内部混合型の二流体スプレーノズルを超音波／二流体スプレーノズル２２として採用した場合において、図２に示す外部混合型の二流体スプレーノズルを採用した場合と同様に、超音波振動水流をウエハＷの表面に供給して、ウエハＷの表面に強固に付着した異物や大きな異物などを除去した後、さらにＤＩＷ液滴噴流をウエハＷの表面に供給することにより、超音波振動水流による洗浄後のウエハＷの表面に残留している異物を除去するようにしてもよい。こうした場合であっても、ウエハＷの表面にダメージを与えることなく、そのウエハＷの表面に付着した異物をきれいに除去することができる。
【００５６】
さらに、図２、図５、図７および図８に示す二流体スプレーノズルのいずれを採用した場合であっても、ウエハＷに対する処理の期間中、ウエハＷの表面に超音波振動水流およびＤＩＷ液滴噴流を同時に供給し続けてもよい。この場合、超音波振動水流のみによってウエハＷの表面に付着している異物のすべてを除去するのに要する時間よりも短い時間で、ウエハＷの表面に付着している異物を残すことなく除去することができるから、ウエハＷに対する処理の期間を短く設定することにより、超音波振動水流による凹凸パターンの破壊などのダメージをウエハＷに与えることを防止できる。
【００５７】
さらには、超音波振動水流によるウエハＷの洗浄（超音波洗浄）とＤＩＷ液滴噴流によるウエハＷの洗浄（二流体スプレー洗浄）とが交互に複数回繰り返されてもよい。
また、ウエハＷに洗浄処理を施すための処理液としては、ＤＩＷに限らず、たとえば、フッ酸、塩酸、硫酸、リン酸、硝酸、酢酸、アンモニアおよびこれらの過酸化水素水溶液などの薬液が用いられてもよいし、イオン水、還元水（水素水）または磁気水などの機能水が用いられてもよい。
【００５８】
さらに、処理液に混合させるべき気体は、窒素ガスに限らず、たとえば、ヘリウムガスやアルゴンガスなどの他の不活性ガスであってもよい。
さらにまた、処理対象の基板は、ウエハＷに限らず、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディプレイパネル用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板および磁気／光ディスク用基板などの他の種類の基板であってもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を図解的に示す図である。
【図２】上記基板処理装置に備えられた超音波／二流体スプレーノズルの構成例（外部混合型の二流体スプレーノズル）を示す断面図である。
【図３】上記基板処理装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図４】洗浄処理について説明するためのタイムチャートである。
【図５】超音波／二流体スプレーノズルの他の構成例（内部混合型の二流体スプレーノズル）を示す断面図である。
【図６】超音波／二流体スプレーノズルとして、図５に示す内部混合型の二流体スプレーノズルを採用した場合における洗浄処理について説明するためのタイムチャートである。
【図７】内部混合型の二流体スプレーノズルの他の構成を示す断面図である。
【図８】内部混合型の二流体スプレーノズルのさらに他の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ スピンチャック
２ 処理流体供給装置
２２ 超音波／二流体スプレーノズル
２２１ 筒状保持体
２２２ 液体吐出管
２２３ 気体導入管
２２６ 隙間
２２７ 開口
２２８ 下端開口
２２９ 超音波振動子
２８ 超音波発振器
５１ 外筒体
５２ 内管
５３ 気体導入管
５４ 隙間
５５ 開口
５６ 超音波振動子
５７ 下端開口
７１ 混合管
７２ 液体導入管
７２１ 接続口
７３ 液滴吐出管
７５ 下端開口
７６ 超音波振動子
８１ 筒状保持体
８２ 液滴形成部材
８２１ 混合管
８２３ 液滴吐出管
８２６ 下端開口
８３ 第１液体導入管
８４ 超音波振動子
８５ 隙間
８６ 開口
Ｓ１ 混合室
Ｓ２ 混合室
Ｗ ウエハ
Claims (11)
- 基板に対して処理流体を供給するための処理流体供給装置であって、
基板の表面処理のための処理液を吐出する処理液吐出口を有する処理液流路と、
この処理液流路を流通する処理液に超音波振動を付与するための超音波振動付与手段と、
上記処理液吐出口から吐出される処理液と気体とを混合させて、処理液の液滴の噴流を形成するための液滴噴流形成手段と
を含むことを特徴とする処理流体供給装置。 - 上記液滴噴流形成手段は、上記処理液吐出口から吐出される処理液に混合させるべき気体を吐出する気体吐出口を有する気体流路を備えていて、上記処理液吐出口から吐出される処理液と上記気体吐出口から吐出される気体とを上記処理流体供給装置外で混合させて、処理液の液滴の噴流を形成するものであることを特徴とする請求項１記載の処理流体供給装置。
- 上記液滴噴流形成手段は、上記処理液吐出口から吐出される処理液と気体とを混合させるための混合室を上記処理流体供給装置の内部に提供し、その混合室で処理液と気体とを混合させることによって形成した処理液の液滴を液滴噴出口から噴出させることにより、処理液の液滴の噴流を形成するものであることを特徴とする請求項１記載の処理流体供給装置。
- 基板に対して処理流体を供給するための処理流体供給装置であって、
基板の表面処理のための処理液が流通する第１の処理液流路と、
この第１の処理液流路を取り囲むように形成されて、基板の表面処理のための処理液が流通する第２の処理液流路と、
上記第１および第２の処理液流路のうちの一方の処理液流路を流通する処理液に超音波振動を付与する超音波振動付与手段と、
この超音波振動付与手段によって超音波振動が付与された処理液を、上記一方の処理液流路の先端に形成された吐出口から吐出させることにより、超音波振動が付与された処理液を基板の表面に供給する超音波振動液供給手段と、
上記第１および第２の処理液流路のうちの上記一方の処理液流路とは異なる他方の処理液流路を流通する処理液に混合させるための気体が流通する気体流路と、
上記他方の処理液流路を流通する処理液に上記気体流路を流通する気体を混合させて、処理液の液滴を形成し、その液滴を上記他方の処理液流路の先端に形成された吐出口から噴出させることにより、処理液の液滴の噴流を基板の表面に供給する液滴噴流供給手段と
を含むことを特徴とする処理流体供給装置。 - 基板の表面を処理流体を用いて処理する基板処理装置であって、
基板を保持する基板保持手段と、
この基板保持手段に保持された基板の表面に処理流体を供給するための処理流体供給手段とを含み、
上記処理流体供給手段として、請求項１ないし４のいずれかに記載の処理流体供給装置が適用されていることを特徴とする基板処理装置。 - 基板の表面に処理流体を供給して基板を処理する方法であって、
基板の表面処理のための処理液に超音波振動を付与する超音波振動付与工程と、
超音波振動が付与された処理液を基板の表面に供給する超音波振動液供給工程と、
基板の表面処理のための処理液と気体とを混合させて、処理液の液滴の噴流を形成する液滴噴流形成工程と、
処理液の液滴の噴流を基板の表面に供給する液滴噴流供給工程と
を含むことを特徴とする基板処理方法。 - 上記超音波振動付与工程が行われる期間は、上記液滴噴流供給工程が行われる期間よりも短いことを特徴とする請求項６記載の基板処理方法。
- 上記液滴噴流供給工程は、上記超音波振動液供給工程の後に行われることを特徴とする請求項６または７記載の基板処理方法。
- 上記超音波振動液供給工程および液滴噴流供給工程が交互に複数回繰り返して行われることを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の基板処理方法。
- 上記超音波振動液供給工程および液滴噴流供給工程が並行して行われることを特徴とする請求項６または７記載の基板処理方法。
- 上記超音波振動付与工程は、第１の処理液流路およびこの第１の処理液流路を取り囲むように形成された第２の処理液流路のうちの一方の処理液流路を流通する処理液に超音波振動を付与する工程であり、
上記超音波振動液供給工程は、超音波振動が付与された処理液を、上記一方の処理液流路の先端に形成された吐出口から吐出させることにより、超音波振動が付与された処理液を基板の表面に供給する工程であり、
上記液滴噴流形成工程は、上記第１および第２の処理液流路のうちの上記一方の処理液流路とは異なる他方の処理液流路を流通する処理液に気体を混合させて、処理液の液滴を形成し、その液滴を上記他方の処理液流路の先端に形成された吐出口から噴出させることにより、処理液の液滴の噴流を形成する工程であることを特徴とする請求項６ないし１０のいずれかに記載の基板処理方法。
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