JP2005166792A - Substrate processing equipment - Google Patents

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Masanobu Sato
雅伸 佐藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide substrate processing equipment capable of performing a specified cleaning processing while sustaining the cleaning effect without causing any damage on a fine pattern. <P>SOLUTION: The substrate processing equipment is arranged such that processing liquid and gas are introduced to a two fluid nozzle 2, the processing liquid is discharged from the liquid outlet 39a of the two fluid nozzle 2, gas is sprayed to the processing liquid to create processing liquid drops, and the liquid drops are supplied toward the surface of a substrate W. The height H from the substrate W to the nozzle 2 is adjusted such that the cleaning width D of the liquid drops being supplied from the two fluid nozzle 2 falls within a range of 5.0-15.0 mm. According to the arrangement, damage onto a fine pattern formed on the substrate W can be prevented while sustaining the removal rate at substantially the same level as that of the prior art. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、処理液と気体とを混合して生成した前記処理液の液滴を、回転する基板の表面に供給することで、該基板表面に対して所定の洗浄処理を施す基板処理装置に関するものである。ここで、基板としては、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、光ディスク用基板などが含まれる。   The present invention relates to a substrate processing apparatus for performing a predetermined cleaning process on a surface of a rotating substrate by supplying droplets of the processing liquid generated by mixing the processing liquid and gas to the surface of the rotating substrate. Is. Here, the substrate includes a semiconductor wafer, a glass substrate for photomask, a glass substrate for liquid crystal display, a glass substrate for plasma display, a substrate for optical disk, and the like.

半導体装置や液晶表示装置などの電子部品の製造工程では、基板の表面に付着したパーティクルなどを除去するために、基板表面に処理液の液滴を供給している。例えば特許文献1には、処理液と気体とを混合して生成した処理液の液滴を生成し、この液滴を処理対象の基板表面に供給して基板洗浄を行う技術が記載されている。すなわち、処理液の液滴が基板表面に供給された際、基板表面への液滴の衝突による運動エネルギーによって、基板表面に付着したパーティクルなどを物理的に除去している。また、この特許文献1では、パーティクルなどの汚染物が基板表面から除去される割合(以下「除去率」という)を安定化させる上で、液滴の粒径を1μmないし100μmに設定することが効果的である旨が記載されている。   In a manufacturing process of an electronic component such as a semiconductor device or a liquid crystal display device, a droplet of a processing liquid is supplied to the surface of the substrate in order to remove particles attached to the surface of the substrate. For example, Patent Document 1 describes a technique for cleaning a substrate by generating a droplet of a processing liquid generated by mixing a processing liquid and a gas and supplying the droplet to the surface of a substrate to be processed. . That is, when a droplet of the processing liquid is supplied to the substrate surface, particles attached to the substrate surface are physically removed by kinetic energy due to the collision of the droplet with the substrate surface. In Patent Document 1, in order to stabilize the rate at which contaminants such as particles are removed from the substrate surface (hereinafter referred to as “removal rate”), the particle size of the droplets may be set to 1 μm to 100 μm. It is stated that it is effective.

特開平8−318181号公報([0043]、図5)JP-A-8-318181 ([0043], FIG. 5)

ところで、近年、基板の表面に形成される配線パターンなどは微細化され、その結果、上記粒径を有する液滴を用いて除去率の安定化を図ったとしても、微細パターンを倒壊させてしまうという別の問題が発生することがあった。すなわち、微細パターンを倒壊させることなく一定の洗浄効果を発揮させるためには、液滴の粒径ではなく、別の因子を調整することが重要となっている。   By the way, in recent years, wiring patterns and the like formed on the surface of a substrate have been miniaturized. As a result, even if the removal rate is stabilized using droplets having the above particle diameter, the fine pattern is collapsed. Another problem sometimes occurred. That is, in order to exert a certain cleaning effect without collapsing the fine pattern, it is important to adjust another factor instead of the droplet diameter.

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、洗浄効果を維持しつつ、微細パターンにダメージを与えることなく所定の洗浄処理を施すことができる基板処理装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a substrate processing apparatus capable of performing a predetermined cleaning process without damaging a fine pattern while maintaining a cleaning effect.

この発明は、その表面に微細パターンが形成された基板に対して所定の洗浄処理を施す基板処理装置であって、上記目的を達成するため、液体吐出口から処理液を吐出するとともに、該液体吐出口から吐出された処理液に気体を吹き付けて処理液の液滴を生成し、該液滴を回転する基板表面に向けて供給する二流体ノズルと、基板表面の径方向に二流体ノズルを基板に対して相対移動させる移動機構とを備え、二流体ノズルから供給される液滴の基板表面上での洗浄幅が5.0mmないし15.0mmであることを特徴としている。   The present invention is a substrate processing apparatus for performing a predetermined cleaning process on a substrate having a fine pattern formed on the surface thereof. In order to achieve the above object, a processing liquid is discharged from a liquid discharge port, and the liquid A two-fluid nozzle that generates a droplet of the processing liquid by blowing a gas onto the processing liquid discharged from the discharge port and supplies the droplet toward the rotating substrate surface, and a two-fluid nozzle in the radial direction of the substrate surface And a moving mechanism for moving the substrate relative to the substrate, and the cleaning width of the droplets supplied from the two-fluid nozzle on the substrate surface is 5.0 mm to 15.0 mm.

このように構成された発明では、後述するように二流体ノズルから供給される液滴による基板表面上での洗浄幅が洗浄効果と微細パターンへのダメージ低減とに大きく関連しているという知見に基づき、該洗浄幅を5.0mmないし15.0mmの範囲に設定している。例えば、洗浄幅が5.0mm未満であるときには、二流体ノズルから供給される液滴が基板表面の微小領域に集中的に与えられることとなり、優れた除去率が得られるものの、微細パターンに大きなダメージを与えてしまう。また逆に、洗浄幅が15.0mmを超えると、二流体ノズルから供給される液滴が基板表面の比較的広い領域に与えられることとなり、微細パターンへのダメージを低減することができるものの、除去率が急激に低下してしまう。これに対し、洗浄幅が5.0mmないし15.0mmの範囲内であるときには、除去率を従来技術と同程度以上に維持しつつ、微細パターンへのダメージを防止することができる。   In the invention configured in this manner, as described later, the knowledge that the cleaning width on the substrate surface by the droplets supplied from the two-fluid nozzle is greatly related to the cleaning effect and the reduction of damage to the fine pattern. Based on this, the cleaning width is set in the range of 5.0 mm to 15.0 mm. For example, when the cleaning width is less than 5.0 mm, the droplets supplied from the two-fluid nozzle are concentrated on the minute area of the substrate surface, and an excellent removal rate is obtained, but the fine pattern is large. It will cause damage. Conversely, if the cleaning width exceeds 15.0 mm, droplets supplied from the two-fluid nozzle will be given to a relatively wide area of the substrate surface, which can reduce damage to the fine pattern, The removal rate will drop rapidly. On the other hand, when the cleaning width is in the range of 5.0 mm to 15.0 mm, it is possible to prevent damage to the fine pattern while maintaining the removal rate at or higher than that of the conventional technology.

ここで、高い除去率と、より良好なダメージ防止との観点から見ると、後述する実施例が示すように洗浄幅を7.0mmに設定するのが望ましい。   Here, from the viewpoint of high removal rate and better damage prevention, it is desirable to set the cleaning width to 7.0 mm as shown in the examples described later.

また、洗浄幅を調整する洗浄幅調整機構をさらに設けてもよく、洗浄幅調整機構による洗浄幅調整によって洗浄幅を常に上記範囲(5.0mmないし15.0mm)に設定することができる。したがって、洗浄処理条件(例えば処理液や気体の吐出量、処理液の種類など)が変更したり、変動したとしても、その洗浄処理条件に応じて洗浄幅を調整して常に適切な液滴供給状態で洗浄処理を行うことができる。すなわち、種々の洗浄処理条件に対応することができ、基板処理装置の汎用性を高めることができる。   Further, a cleaning width adjusting mechanism for adjusting the cleaning width may be further provided, and the cleaning width can always be set in the above range (5.0 mm to 15.0 mm) by adjusting the cleaning width by the cleaning width adjusting mechanism. Therefore, even if the cleaning processing conditions (for example, the processing liquid or gas discharge amount, the type of processing liquid, etc.) are changed or changed, the cleaning width is adjusted according to the cleaning processing conditions to always supply appropriate droplets. The cleaning process can be performed in a state. That is, it can respond to various cleaning processing conditions, and can improve the versatility of the substrate processing apparatus.

また、二流体ノズルから基板に供給される液滴のボリュームミーディアン径が5μmないし40μmの範囲内となるように構成してもよい。ここで、「ボリュームミーディアン径」とは、液滴の粒径であって、観測されたすべての液滴の体積に対するその粒径より大きな(または、小さな)液滴の体積の合計が占める割合が50%であるような粒径をいう。例えば処理液の液滴のボリュームミーディアン径がこのような範囲より大きい場合、二液体ノズルに導入される気体の流量を少なくして、処理液の液滴の運動エネルギーを小さくしなければ、処理液の液滴が基板表面に衝突することによる微細パターンのダメージを少なくすることができない。ところが、これにより除去率が低下してしまう。これに対して、処理液のボリュームミーディアン径が5μmないし40μmの範囲内となるように調整することにより、二液体ノズルに導入される気体の流量を少なくしても、基板の表面に形成された微細パターンに与える損傷を少なくすることができる。これにより、基板の処理を良好に行うことができる。   Further, the volume median diameter of the droplet supplied from the two-fluid nozzle to the substrate may be in the range of 5 μm to 40 μm. Here, the “volume median diameter” is the particle size of the droplet, and the ratio of the total volume of droplets larger (or smaller) than the particle size to the volume of all observed droplets The particle size is such that is 50%. For example, if the volume median diameter of the treatment liquid droplet is larger than this range, the flow rate of the gas introduced into the two-liquid nozzle is reduced, and the kinetic energy of the treatment liquid droplet is not reduced. It is not possible to reduce the damage to the fine pattern caused by the liquid droplets colliding with the substrate surface. However, this reduces the removal rate. On the other hand, the volume median diameter of the treatment liquid is adjusted so as to be in the range of 5 μm to 40 μm, so that it is formed on the surface of the substrate even if the flow rate of the gas introduced into the two-liquid nozzle is reduced. Damage to the fine pattern can be reduced. Thereby, the substrate can be processed satisfactorily.

また、二流体ノズルから基板に供給される液滴のボリュームミーディアン径を調整する粒径調整機構をさらに設けてもよく、この場合、粒径調整機構によるボリュームミーディアン径の調整によって液滴のボリュームミーディアン径を常に上記範囲(5μmないし40μm)に設定することができる。したがって、洗浄処理条件(例えば洗浄幅、処理液の種類など)が変更したり、変動したとしても、その洗浄処理条件に応じて液滴のボリュームミーディアン径を調整して常に適切な液滴供給状態で洗浄処理を行うことができる。すなわち、種々の洗浄処理条件に対応することができ、基板処理装置の汎用性を高めることができる。   Further, a particle size adjusting mechanism for adjusting the volume median diameter of the droplets supplied from the two-fluid nozzle to the substrate may be further provided. In this case, the droplets may be adjusted by adjusting the volume median diameter by the particle size adjusting mechanism. The volume median diameter can always be set within the above range (5 μm to 40 μm). Therefore, even if the cleaning processing conditions (for example, cleaning width, type of processing liquid, etc.) are changed or changed, the droplet volume median diameter is adjusted according to the cleaning processing conditions to always supply appropriate droplets. The cleaning process can be performed in a state. That is, it can respond to various cleaning processing conditions, and can improve the versatility of the substrate processing apparatus.

また、基板に対する二流体ノズルの配設状態は任意であるが、例えば基板への液滴の供給方向が基板表面の法線方向とほぼ一致するように、二流体ノズルを配置してもよい。そして、このような配置姿勢を保ったまま、移動機構は二流体ノズルを基板表面とほぼ平行に相対移動させてもよい。これによって、二流体ノズルからの液滴を基板表面に対して所定の液滴供給状態で供給することができ、基板表面全体を均一に処理することができる。   The arrangement state of the two-fluid nozzle with respect to the substrate is arbitrary, but the two-fluid nozzle may be arranged so that, for example, the supply direction of droplets to the substrate substantially coincides with the normal direction of the substrate surface. Then, the moving mechanism may relatively move the two-fluid nozzle substantially parallel to the substrate surface while maintaining such an arrangement posture. Thereby, the droplets from the two-fluid nozzle can be supplied to the substrate surface in a predetermined droplet supply state, and the entire substrate surface can be processed uniformly.

さらに、液体吐出口からの処理液に吹き付けられる気体の供給流速を調整する流速調整機構を設け、この流速調整機構により気体の供給流速を所定値に調整するように構成してもよい。この場合、気体の供給流速を安定化させることができ、その結果、処理液の液滴の洗浄幅やボリュームミーディアン径などが変動するのを抑えることができ、液滴供給状態をさらに安定化させることができる。   Furthermore, a flow rate adjusting mechanism for adjusting the supply flow rate of the gas blown to the processing liquid from the liquid discharge port may be provided, and the gas supply flow rate may be adjusted to a predetermined value by the flow rate adjusting mechanism. In this case, it is possible to stabilize the gas supply flow rate, and as a result, it is possible to suppress fluctuations in the cleaning width and volume median diameter of the treatment liquid droplets, thereby further stabilizing the droplet supply state. Can be made.

上記のように、二流体ノズルから供給される液滴の基板表面上での洗浄幅が5.0mmないし15.0mmであるため、除去率を従来技術と同程度以上に維持するという要求と、微細パターンへのダメージを防止するという要望とを同時に達成することができる。   As described above, since the cleaning width on the substrate surface of the droplets supplied from the two-fluid nozzle is 5.0 mm to 15.0 mm, the requirement for maintaining the removal rate at least the same level as the prior art, The desire to prevent damage to the fine pattern can be achieved at the same time.

図1は本発明にかかる基板処理装置の一実施形態を示す概略図である。また、図2は図1の平面図である。この基板処理装置1は、半導体ウエハなどの基板Wの表面を洗浄するためのものであり、基板Wをほぼ水平に保持して回転するスピンチャック10と、本発明の「処理液」に相当する脱イオン水と本発明の「気体」に相当する窒素ガスとを混合させて脱イオン水の液滴を生成し、該液滴をスピンチャック10に保持された基板Wに向けて供給する二流体ノズル2と、スピンチャック10を取り囲むように配置されたカップ50とを備えている。   FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a substrate processing apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a plan view of FIG. The substrate processing apparatus 1 is for cleaning the surface of a substrate W such as a semiconductor wafer, and corresponds to the spin chuck 10 that rotates while holding the substrate W substantially horizontally, and the “processing liquid” of the present invention. Deionized water and nitrogen gas corresponding to the “gas” of the present invention are mixed to generate deionized water droplets, and the two fluids are supplied to the substrate W held by the spin chuck 10. A nozzle 2 and a cup 50 arranged so as to surround the spin chuck 10 are provided.

スピンチャック10は、鉛直方向に沿って配置された回転軸11と、その回転軸11の上端に取り付けられた円板状のスピンベース12とを備えている。また、このスピンベース12の上面端縁部には、スピンベース12の周方向に適当な間隔をあけて、複数本のチャックピン13が立設されている。そして、これらのチャックピン13が基板Wの下面端縁部を支持しつつ、基板Wの端面(周面)に当接することで、基板Wをスピンベース12から上方に離間させた状態で保持可能となっている。   The spin chuck 10 includes a rotating shaft 11 disposed along the vertical direction and a disk-shaped spin base 12 attached to the upper end of the rotating shaft 11. A plurality of chuck pins 13 are erected on the edge of the upper surface of the spin base 12 at an appropriate interval in the circumferential direction of the spin base 12. The chuck pins 13 support the lower surface edge of the substrate W and abut on the end surface (circumferential surface) of the substrate W, so that the substrate W can be held in a state of being separated upward from the spin base 12. It has become.

また、スピンチャック10の回転軸11は回転駆動機構14のモータ(図示省略)と連結されており、装置全体を制御するコントローラ20によるモータ駆動に応じて回転駆動機構14が作動するのに伴って回転する。これによって、スピンベース12の上方でチャックピン13により保持されている基板Wはスピンベース12とともに回転軸心Pa回りに回転する。   Further, the rotation shaft 11 of the spin chuck 10 is connected to a motor (not shown) of the rotation drive mechanism 14, and the rotation drive mechanism 14 is operated according to the motor drive by the controller 20 that controls the entire apparatus. Rotate. As a result, the substrate W held by the chuck pins 13 above the spin base 12 rotates around the rotation axis Pa together with the spin base 12.

こうして回転駆動される基板Wの表面に対して脱イオン水の液滴を供給すべく、二流体ノズル2がスピンベース12の上方位置に配置されている。より具体的には、二流体ノズル2から基板Wに向けて供給される脱イオン水が基板Wの法線方向(図1の上下方向)とほぼ平行となる配置姿勢で、二流体ノズル2は1本のアーム21の先端側に固着されている。一方、アーム21の基端部には、ノズル移動機構23が連結されている。そして、コントローラ20からの制御指令に応じてノズル移動機構23が作動することでアーム21を回転軸心Pb回りに揺動駆動する。したがって、配置姿勢のままノズル移動機構23は二流体ノズル2を基板表面とほぼ平行に相対移動させる。より具体的には、ノズル移動機構23を作動させてアーム21を揺動させると、ノズル2は図2の移動軌跡Ta、つまり基板の端縁位置Kaから回転中心Paを通って別の端縁位置Fbに向かう軌跡Taに沿って移動可能となっている。   The two-fluid nozzle 2 is disposed above the spin base 12 in order to supply deionized water droplets to the surface of the substrate W thus rotationally driven. More specifically, the deionized water supplied from the two-fluid nozzle 2 toward the substrate W is arranged in parallel with the normal direction (vertical direction in FIG. 1) of the substrate W, and the two-fluid nozzle 2 is It is fixed to the tip side of one arm 21. On the other hand, a nozzle moving mechanism 23 is connected to the base end portion of the arm 21. The nozzle moving mechanism 23 is actuated in response to a control command from the controller 20 to drive the arm 21 to swing around the rotation axis Pb. Therefore, the nozzle moving mechanism 23 moves the two-fluid nozzle 2 relatively in parallel with the substrate surface while maintaining the arrangement posture. More specifically, when the arm 21 is swung by operating the nozzle moving mechanism 23, the nozzle 2 moves from the movement locus Ta in FIG. 2, that is, from the edge position Ka of the substrate to the other edge through the rotation center Pa. It can move along the locus Ta toward the position Fb.

また、この実施形態では、ノズル移動機構23は単にアーム21を揺動駆動してノズル2を基板Wに対して相対移動させるのみならず、アーム21を上下方向に昇降移動させて基板Wからノズル2までの高さH(図3参照)を変更可能となっている。このように高さHを変更することで、後述するようにノズル2から基板Wに向けて供給される液滴による基板表面での洗浄幅Dを調整可能となっている。つまり、この実施形態では、ノズル移動機構23は本発明の「移動機構」として機能するのみならず、本発明の「洗浄幅調整機構」としても機能する。   In this embodiment, the nozzle moving mechanism 23 not only simply swings and drives the arm 21 to move the nozzle 2 relative to the substrate W, but also moves the arm 21 up and down to move the nozzle from the substrate W to the nozzle. The height H up to 2 (see FIG. 3) can be changed. By changing the height H in this way, the cleaning width D on the substrate surface by the droplets supplied from the nozzle 2 toward the substrate W can be adjusted as will be described later. That is, in this embodiment, the nozzle moving mechanism 23 not only functions as a “moving mechanism” of the present invention but also functions as a “cleaning width adjusting mechanism” of the present invention.

ノズル2は図1に示すように処理液配管24を介して脱イオン水供給源と接続されており、脱イオン水供給源から脱イオン水(deionized Water;DIW)の供給を受けている。この処理液配管24には、開度調整が可能なバルブ24Vが介装されており、コントローラ20からの指令に応じて、二流体ノズル2に供給される脱イオン水の流路の開閉、および脱イオン水の流量・流速の調節を行うことができるようになっている。また、処理液配管24において、バルブ24Vより下流側(バルブ24Vと二流体ノズル2との間)には、流量計24Fが介装されており、この流量計24Fにより二流体ノズル2に導入される処理液の流量を測定可能となっている。   As shown in FIG. 1, the nozzle 2 is connected to a deionized water supply source via a treatment liquid pipe 24 and receives deionized water (DIW) from the deionized water supply source. The processing liquid pipe 24 is provided with a valve 24V capable of adjusting the opening degree, and in response to a command from the controller 20, the flow path of deionized water supplied to the two-fluid nozzle 2 is opened and closed. The flow rate and flow rate of deionized water can be adjusted. Further, a flow meter 24F is interposed downstream of the valve 24V (between the valve 24V and the two-fluid nozzle 2) in the processing liquid pipe 24, and is introduced into the two-fluid nozzle 2 by the flow meter 24F. The flow rate of the processing liquid can be measured.

また、二流体ノズル2は、窒素ガス配管25を介して窒素ガス供給源から高圧の窒素ガスの供給を受けている。この窒素ガス配管25には開度調整が可能なバルブ25Vが介装されており、コントローラ20からの指令に応じて、二流体ノズル2に供給される窒素ガスの流路の開閉、および窒素ガスの流量・流速の調節を行うことができるようになっている。なお、窒素ガス配管25において、バルブ25Vより下流側(バルブ25Vと二流体ノズル2との間)には、圧力計25Pおよび流量計25Fが介装されており、二流体ノズル2に導入される窒素ガスの圧力および流量。流速を測定できるようになっている。   The two-fluid nozzle 2 is supplied with high-pressure nitrogen gas from a nitrogen gas supply source via a nitrogen gas pipe 25. The nitrogen gas pipe 25 is provided with a valve 25V whose opening degree can be adjusted, and in response to a command from the controller 20, the flow of the nitrogen gas supplied to the two-fluid nozzle 2 is opened and closed, and the nitrogen gas It is possible to adjust the flow rate and flow velocity of the. In the nitrogen gas pipe 25, a pressure gauge 25P and a flow meter 25F are interposed downstream of the valve 25V (between the valve 25V and the two-fluid nozzle 2) and introduced into the two-fluid nozzle 2. Nitrogen gas pressure and flow rate. The flow rate can be measured.

このように、コントローラ20がバルブ24V、25Vを制御することでノズル2に供給される脱イオン水および窒素ガスの流量・流速を調整可能となっている。そして、ノズル2は流量調整された脱イオン水および窒素ガスの供給を受けて脱イオン水の液滴を生成し、該液滴を基板Wに向けて供給可能となっている。   As described above, the controller 20 controls the valves 24V and 25V, so that the flow rate and flow rate of deionized water and nitrogen gas supplied to the nozzle 2 can be adjusted. The nozzle 2 is supplied with deionized water and nitrogen gas whose flow rates are adjusted, generates droplets of deionized water, and can supply the droplets toward the substrate W.

図3は図1の基板処理装置で採用された二流体ノズルの構成を示す図である。この実施形態では、ノズル2は、いわゆる外部混合型のものであり、ケーシング外で脱イオン水に窒素ガスを衝突させて処理液(脱イオン水)の液滴を生成することができる。二流体ノズル2は、ケーシングを構成する外管34と、その内部に嵌め込まれた内管39とを含んでおり、ほぼ円柱状の外形を有している。内管39と外管34とは、中心軸Qを共有する同軸状に配置されている。これらの要素のうち内管39の内部は液体供給孔39bとなっている。また、内管39と外管34との間は中心軸Qを有する環状間隙となっており、気体供給孔34bとなっている。   FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a two-fluid nozzle employed in the substrate processing apparatus of FIG. In this embodiment, the nozzle 2 is of a so-called external mixing type and can generate droplets of the processing liquid (deionized water) by colliding nitrogen gas with deionized water outside the casing. The two-fluid nozzle 2 includes an outer tube 34 constituting a casing and an inner tube 39 fitted therein, and has a substantially cylindrical outer shape. The inner tube 39 and the outer tube 34 are arranged coaxially sharing the central axis Q. Among these elements, the inside of the inner tube 39 is a liquid supply hole 39b. Further, an annular gap having a central axis Q is formed between the inner tube 39 and the outer tube 34, and a gas supply hole 34b is formed.

この気体供給孔34bは、二流体ノズル2の一方の端部では、環状の気体吐出口34aとして開口しており、二流体ノズル2の他方の端部では、内管39と外管34とが接しており開口は形成されていない。気体供給孔34bは、二流体ノズル2の軸方向中央部では径がほぼ一定であるが、気体吐出口34a近傍では、気体吐出口34aから一定距離離れた点に収束するように、端部に向かって径が小さくなっている。   The gas supply hole 34b is opened as an annular gas discharge port 34a at one end of the two-fluid nozzle 2, and an inner tube 39 and an outer tube 34 are formed at the other end of the two-fluid nozzle 2. It is in contact and no opening is formed. The gas supply hole 34b has a substantially constant diameter at the central portion in the axial direction of the two-fluid nozzle 2, but in the vicinity of the gas discharge port 34a, the end of the gas supply hole 34b is converged to a point away from the gas discharge port 34a. The diameter is getting smaller.

一方、液体供給孔39bは、気体吐出口34aの中心部近傍に液体吐出口39aとして開口している。基板処理装置1において、二流体ノズル2は、液体吐出口39aおよび気体吐出口34aが下方に向くように取り付けられている。   On the other hand, the liquid supply hole 39b opens as a liquid discharge port 39a in the vicinity of the center of the gas discharge port 34a. In the substrate processing apparatus 1, the two-fluid nozzle 2 is attached so that the liquid discharge port 39a and the gas discharge port 34a face downward.

また、二流体ノズル2の液体吐出口39a側とは反対側の端部には、処理液配管24が接続されている。この処理液配管24の内部空間は液体供給孔39bと連通しており、液体供給孔39bに処理液を導入できるようになっている。また、二流体ノズル2の側面で中心軸Q方向のほぼ中間部には、窒素ガス配管25が接続されている。窒素ガス配管25の内部空間と気体供給孔39bとは連通しており、気体供給孔34bに窒素ガスを導入できるようになっている。   Further, a processing liquid pipe 24 is connected to the end of the two-fluid nozzle 2 opposite to the liquid discharge port 39a side. The internal space of the processing liquid pipe 24 communicates with the liquid supply hole 39b so that the processing liquid can be introduced into the liquid supply hole 39b. Further, a nitrogen gas pipe 25 is connected to a substantially middle portion in the direction of the central axis Q on the side surface of the two-fluid nozzle 2. The internal space of the nitrogen gas pipe 25 and the gas supply hole 39b communicate with each other so that nitrogen gas can be introduced into the gas supply hole 34b.

そして、処理液配管24から二流体ノズル2に処理液を供給すると、処理液は液体吐出口39aから吐出される。また、窒素ガス配管25から二流体ノズル2に窒素ガスを供給すると、窒素ガスは気体吐出口34aから吐出される。このため、吐出された処理液はほぼ直進するが、環状に吐出された窒素ガスはケーシング(外管34)外の収束点に向かって収束するように進む。このため、処理液と窒素ガスとが同時に供給されると、窒素ガスと処理液とは収束点で衝突して混合され、処理液は液滴にされて進む。すなわち、処理液の液滴の噴流が形成される。   When the processing liquid is supplied from the processing liquid pipe 24 to the two-fluid nozzle 2, the processing liquid is discharged from the liquid discharge port 39a. Further, when nitrogen gas is supplied from the nitrogen gas pipe 25 to the two-fluid nozzle 2, the nitrogen gas is discharged from the gas discharge port 34a. For this reason, the discharged processing liquid advances substantially straight, but the nitrogen gas discharged in an annular shape advances so as to converge toward a convergence point outside the casing (outer tube 34). For this reason, when the processing liquid and the nitrogen gas are supplied simultaneously, the nitrogen gas and the processing liquid collide and mix at the convergence point, and the processing liquid proceeds as droplets. That is, a jet of droplets of the processing liquid is formed.

図1を参照して、基板Wの表面を洗浄するときは、回転駆動機構14によりスピンチャック10に保持された基板Wを回転させ、ノズル移動機構23により二流体ノズル2を基板Wの上で移動させながら、二流体ノズル2から基板Wの上面に向かって処理液の液滴を噴射させる。また、こうして処理液の液滴を基板Wの表面に供給しながら、二流体ノズル2は基板Wの中心に対向する位置と基板Wの周縁部に対向する位置との間で移動される。これにより、基板Wの上面全域が均一に処理される。すなわち、二流体ノズル2に高圧の窒素ガスを導入することにより、基板Wの表面に大きな運動エネルギーを持つ処理液の液滴を衝突させることができる。このとき、処理液の液滴の運動エネルギーにより、基板Wの表面に付着したパーティクルが物理的に除去される。   Referring to FIG. 1, when cleaning the surface of the substrate W, the substrate W held on the spin chuck 10 is rotated by the rotation driving mechanism 14, and the two-fluid nozzle 2 is moved on the substrate W by the nozzle moving mechanism 23. While moving, droplets of the processing liquid are ejected from the two-fluid nozzle 2 toward the upper surface of the substrate W. Further, the two-fluid nozzle 2 is moved between a position facing the center of the substrate W and a position facing the peripheral edge of the substrate W while supplying droplets of the processing liquid to the surface of the substrate W. Thereby, the entire upper surface of the substrate W is processed uniformly. That is, by introducing high-pressure nitrogen gas into the two-fluid nozzle 2, it is possible to cause a droplet of a processing liquid having a large kinetic energy to collide with the surface of the substrate W. At this time, particles adhering to the surface of the substrate W are physically removed by the kinetic energy of the droplets of the processing liquid.

ところで、すでに「発明が解決しようとする課題」の項で説明したように、基板Wには、その表面に微細な配線パターンなどが形成されたものがあり、微細パターンに対してダメージを与えることなく、優れた除去率で洗浄処理を実行する必要がある。この実施形態では、二流体ノズル2から供給される液滴の基板表面上での洗浄幅D(図3)を、5.0mmないし15.0mmの範囲に設定している。これは、後で説明する実施例により得られた知見に基づくものである。すなわち、洗浄幅が5.0mm未満であるときには、二流体ノズル2から供給される液滴が基板表面の微小領域に集中的に与えられるため、微細パターンに大きなダメージを与えてしまい、実使用に耐えられない。逆に、洗浄幅が15.0mmを超えると、二流体ノズル2から供給される液滴が基板表面の比較的広い領域に与えられることとなり、微細パターンへのダメージを低減することができるものの、除去率が急激に低下してしまう。これに対し、洗浄幅Dを上記範囲に収めると、除去率を従来技術と同程度以上に維持しつつ、微細パターンへのダメージを防止することができる。なお、これらの点については、後の実施例に基づき詳述する。   By the way, as already described in the section “Problems to be Solved by the Invention”, some of the substrates W have fine wiring patterns formed on the surface thereof, and damage the fine patterns. There is no need to perform the cleaning process with an excellent removal rate. In this embodiment, the cleaning width D (FIG. 3) on the substrate surface of the droplets supplied from the two-fluid nozzle 2 is set in the range of 5.0 mm to 15.0 mm. This is based on the knowledge obtained by the examples described later. That is, when the cleaning width is less than 5.0 mm, the liquid droplets supplied from the two-fluid nozzle 2 are concentrated on the micro area on the substrate surface, so that the micro pattern is seriously damaged and is actually used. Intolerable. Conversely, when the cleaning width exceeds 15.0 mm, the droplets supplied from the two-fluid nozzle 2 are given to a relatively wide area on the surface of the substrate, which can reduce damage to the fine pattern, The removal rate will drop rapidly. On the other hand, when the cleaning width D is within the above range, it is possible to prevent damage to the fine pattern while maintaining the removal rate at or above the same level as in the prior art. These points will be described in detail based on later examples.

また、この実施形態では、ノズル移動機構23によりアーム21を上下方向に昇降移動させて基板Wからノズル2までの高さH(図3参照)を変更可能となっている。このように高さHを変更することで、洗浄幅Dを調整することが可能となっている。そのため、洗浄処理条件(例えば処理液や気体の吐出量、処理液の種類など)が変更したり、変動したとしても、その洗浄処理条件に応じてノズル移動機構23がアーム21を昇降移動させて基板Wからノズル2までの高さHを調整して洗浄幅Dを上記範囲に収めることができる。その結果、常に適切な液滴供給状態で洗浄処理を行うことができ、基板処理装置の汎用性を高めることができる。   In this embodiment, the height 21 (see FIG. 3) from the substrate W to the nozzle 2 can be changed by moving the arm 21 up and down by the nozzle moving mechanism 23 in the vertical direction. By changing the height H in this way, the cleaning width D can be adjusted. Therefore, even if the cleaning processing conditions (for example, the processing liquid or gas discharge amount, the type of processing liquid) are changed or changed, the nozzle moving mechanism 23 moves the arm 21 up and down according to the cleaning processing conditions. The height H from the substrate W to the nozzle 2 can be adjusted to keep the cleaning width D in the above range. As a result, the cleaning process can always be performed in an appropriate droplet supply state, and the versatility of the substrate processing apparatus can be improved.

また、この実施形態では、洗浄幅Dに加えて液滴のボリュームミーディアン径が5μmないし40μmの範囲内となるように設定しているので、より確実に本発明の目的(洗浄効果を維持しつつ、微細パターンにダメージを与えることなく所定の洗浄処理を施す)を達成することができる。ここで、「ボリュームミーディアン径」とは、液滴の粒径であって、観測されたすべての液滴の体積に対するその粒径より大きな(または、小さな)液滴の体積の合計が占める割合が50%であるような粒径をいう。このようなボリュームミーディアン径を有する処理液の液滴を基板Wに衝突させることにより、基板W表面に形成された微細パターンをほとんど破壊することなく、基板Wに付着したパーティクルを効果的に除去できる。   Further, in this embodiment, since the volume median diameter of the droplet is set within the range of 5 μm to 40 μm in addition to the cleaning width D, the object of the present invention (maintaining the cleaning effect is more reliably maintained). On the other hand, a predetermined cleaning process can be performed without damaging the fine pattern. Here, the “volume median diameter” is the particle size of the droplet, and the ratio of the total volume of droplets larger (or smaller) than the particle size to the volume of all observed droplets The particle size is such that is 50%. By causing droplets of the processing liquid having such a volume median diameter to collide with the substrate W, particles attached to the substrate W are effectively removed without substantially destroying the fine pattern formed on the surface of the substrate W. it can.

ここで、二流体ノズル2により生成される液滴のボリュームミーディアン径は、二流体ノズル2に導入される窒素ガスの流量(バルブ25V)や処理液の流量(バルブ24V)により調整できる。すなわち、この実施形態では、バルブ24V,25Vが本発明の「粒径調整機構」に相当し、コントローラ20によるバルブ24V,25Vの開度や開閉調整によって二流体ノズル2から噴射される液滴のボリュームミーディアン径が5μmないし40μmとなるように、調整することが可能となっている。   Here, the volume median diameter of the droplet generated by the two-fluid nozzle 2 can be adjusted by the flow rate of the nitrogen gas introduced into the two-fluid nozzle 2 (valve 25V) and the flow rate of the processing liquid (valve 24V). In other words, in this embodiment, the valves 24V and 25V correspond to the “particle size adjusting mechanism” of the present invention, and the droplets ejected from the two-fluid nozzle 2 by adjusting the opening and opening / closing of the valves 24V and 25V by the controller 20 are used. The volume median diameter can be adjusted to 5 μm to 40 μm.

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、基板Wからノズル2までの高さHを調整して洗浄幅Dを所定範囲に設定しているが、他の方法(例えば吐出口34a,39aの形状や大きさなど)によって洗浄幅Dが所定範囲となるように構成してもよい。また、ノズル移動機構23によって洗浄幅Dを可変調整することができるように構成しているが、可変調整すること自体は本発明の必須構成要件ではなく、洗浄幅Dが所定範囲内となるように予め固定的に設定しておいてもよい。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, the cleaning width D is set to a predetermined range by adjusting the height H from the substrate W to the nozzle 2, but other methods (for example, the shapes and sizes of the discharge ports 34a and 39a, etc.) ), The cleaning width D may be in a predetermined range. Further, the cleaning width D can be variably adjusted by the nozzle moving mechanism 23. However, the variable adjustment itself is not an essential component of the present invention, and the cleaning width D is within a predetermined range. It may be fixed in advance.

また、上記実施形態では、バルブ24V,25Vによって液滴のボリュームミーディアン径を調整しているが、一方のみによりボリュームミーディアン径を調整するようにしてもよい。すなわち、外部混合型の二液体ノズルでは、開放された空間で内管39から吐出される液体(処理液)に外管34から吐出される気体(窒素ガス)を吹き付けて液滴を生成しているため、二流体ノズル2に導入される気体の圧力と液体の圧力とは互いに影響を及ぼさない。したがって、二流体ノズル2に導入される気体の流量と液体の流量とを独立に調整できる。   In the above embodiment, the volume median diameter of the droplet is adjusted by the valves 24V and 25V. However, the volume median diameter may be adjusted by only one of them. That is, in the external mixing type two-liquid nozzle, a gas (nitrogen gas) discharged from the outer tube 34 is sprayed on a liquid (processing liquid) discharged from the inner tube 39 in an open space to generate droplets. Therefore, the pressure of the gas introduced into the two-fluid nozzle 2 and the pressure of the liquid do not affect each other. Therefore, the flow rate of the gas introduced into the two-fluid nozzle 2 and the flow rate of the liquid can be adjusted independently.

次に本発明の実施例を示すが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。   Next, examples of the present invention will be shown. However, the present invention is not limited to the following examples as a matter of course, and it is of course possible to implement the invention with appropriate modifications within a range that can be adapted to the gist of the preceding and following descriptions. These are all included in the technical scope of the present invention.

この実施例では、図1に示す基板処理装置を用いて、基板Wの洗浄試験を行った。より具体的には、脱イオン水を「処理液」とし、その流量を100(ml/min)に設定するとともに、窒素ガスを「気体」とし、その流量を100(l/min)に設定して処理液の液滴を生成し、500rpmで回転する基板Wの表面に供給した。なお、ここでは、基板Wとして、その表面に0.25μm幅の配線パターンが形成され、しかも径が0.1μm以上のシリコン(Si)粒子がおよそ10000個付着されたものを用いた。   In this example, a cleaning test of the substrate W was performed using the substrate processing apparatus shown in FIG. More specifically, deionized water is used as the “treatment liquid”, the flow rate is set to 100 (ml / min), the nitrogen gas is set to “gas”, and the flow rate is set to 100 (l / min). Then, a droplet of the treatment liquid was generated and supplied to the surface of the substrate W rotating at 500 rpm. Here, as the substrate W, a substrate on which a wiring pattern having a width of 0.25 μm is formed and about 10,000 silicon (Si) particles having a diameter of 0.1 μm or more are attached is used.

また、基板Wからノズル2までの高さHを多段階で変更設定して基板表面での液滴の洗浄幅Dを「3.5mm」、「5.0mm」、「7.0mm」、「15.0mm」、「20.0mm」にそれぞれ設定し、各洗浄幅Dにおけるパーティクルの除去率および微細パターンへのダメージを評価した。なお、「パーティクルの除去率」については、洗浄試験前後の基板Wに付着しているシリコンの粒子の数をそれぞれ測定することにより求めた。   Further, the height H from the substrate W to the nozzle 2 is changed and set in multiple stages, and the cleaning width D of the droplets on the substrate surface is set to “3.5 mm”, “5.0 mm”, “7.0 mm”, “ It was set to “15.0 mm” and “20.0 mm”, and the particle removal rate and the damage to the fine pattern in each cleaning width D were evaluated. The “particle removal rate” was determined by measuring the number of silicon particles adhering to the substrate W before and after the cleaning test.

図4は、二流体ノズルから供給される液滴の基板表面上での洗浄幅と、除去率との関係を示すグラフである。同グラフから明らかなように、洗浄幅Dが15mm以下となっている場合には、従来技術と同程度(除去率=97%)以上の洗浄効果が得られるが、それを超えると急激に除去率が低下してしまう。これは、二流体ノズル2から供給される液滴が基板表面の比較的広い領域に分散してしまうためと考えられる。   FIG. 4 is a graph showing the relationship between the cleaning width of the droplets supplied from the two-fluid nozzle on the substrate surface and the removal rate. As is clear from the graph, when the cleaning width D is 15 mm or less, a cleaning effect equal to or higher than that of the conventional technique (removal rate = 97%) can be obtained. The rate will drop. This is presumably because the droplets supplied from the two-fluid nozzle 2 are dispersed over a relatively wide area of the substrate surface.

また、微細パターンへのダメージについては、表1にまとめているように、洗浄幅が5.0mmで実使用に耐える程度にダメージを抑えることができるものの、それ未満では、実使用に耐えることができない程度まで微細パターンが損壊してしまう。これは、洗浄幅Dが狭まることで二流体ノズル2から供給される液滴が基板表面の微小領域に集中してしまうためと考えられる。   As for damage to fine patterns, as summarized in Table 1, although the cleaning width is 5.0 mm, damage can be suppressed to the extent that it can withstand actual use, but if it is less than that, it can withstand actual use. The fine pattern is damaged to the extent that it cannot be done. This is presumably because the droplets supplied from the two-fluid nozzle 2 are concentrated in a minute region on the substrate surface as the cleaning width D is narrowed.

Figure 2005166792
Figure 2005166792

これらの結果から、二流体ノズル2から供給される液滴による基板表面上での洗浄幅Dが洗浄効果と微細パターンへのダメージ低減との大きく関連していることがわかるとともに、該洗浄幅を5.0mmないし15.0mmの範囲に設定することで除去率を従来技術と同程度以上に維持しつつ、微細パターンへのダメージを防止することができることがわかる。また、より高い除去率と、より良好なダメージ防止との観点から見ると、洗浄幅Dを7.0mmに設定するのが望ましい。   From these results, it can be seen that the cleaning width D on the substrate surface by the droplets supplied from the two-fluid nozzle 2 is greatly related to the cleaning effect and the reduction of damage to the fine pattern. It can be seen that by setting the thickness within the range of 5.0 mm to 15.0 mm, it is possible to prevent damage to the fine pattern while maintaining the removal rate at the same level or higher as that of the prior art. Further, from the viewpoint of higher removal rate and better damage prevention, it is desirable to set the cleaning width D to 7.0 mm.

以上のように、上記実施形態では、「処理液」として脱イオン水を用いて「所定の処理」として洗浄処理を実行しているが、処理液の種類はこれに限定されず、例えばエッチング液を「処理液」として用いて「所定の処理」としてエッチング処理を行う基板処理装置に対して本発明を適用することができる。また、「処理液」としては、アンモニア、過酸化水素水、および水の混合溶液などの薬液であってもよい。また、「気体」としては窒素ガスに限定されず、不活性ガスや空気などの気体成分を用いることができる。   As described above, in the above-described embodiment, the cleaning process is performed as the “predetermined process” using deionized water as the “process liquid”. However, the type of the process liquid is not limited to this. For example, the etchant The present invention can be applied to a substrate processing apparatus that performs an etching process as a “predetermined process” using the “process liquid”. The “treatment liquid” may be a chemical solution such as a mixed solution of ammonia, hydrogen peroxide solution, and water. Further, the “gas” is not limited to nitrogen gas, and gas components such as inert gas and air can be used.

本発明にかかる基板処理装置の一実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows one Embodiment of the substrate processing apparatus concerning this invention. 図1の平面図である。It is a top view of FIG. 図1の基板処理装置で採用された二流体ノズルの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the two-fluid nozzle employ | adopted with the substrate processing apparatus of FIG. 二流体ノズルから供給される液滴による基板表面上での洗浄幅と、除去率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the washing | cleaning width on the substrate surface by the droplet supplied from a two-fluid nozzle, and a removal rate.

符号の説明Explanation of symbols

1…基板処理装置
2…二流体ノズル
23…ノズル移動機構(移動機構、洗浄幅調整機構)
24V,25V…バルブ(粒径調整機構)
39a…液体吐出口
D…(液滴による)洗浄幅
W…基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate processing apparatus 2 ... Two-fluid nozzle 23 ... Nozzle movement mechanism (movement mechanism, cleaning width adjustment mechanism)
24V, 25V ... Valve (particle size adjustment mechanism)
39a ... Liquid discharge port D ... Cleaning width (by droplet) W ... Substrate

Claims (7)

その表面に微細パターンが形成された基板に対して所定の洗浄処理を施す基板処理装置において、
液体吐出口から前記処理液を吐出するとともに、該液体吐出口から吐出された処理液に気体を吹き付けて前記処理液の液滴を生成し、該液滴を回転する前記基板表面に向けて供給する二流体ノズルと、
前記基板表面の径方向に前記二流体ノズルを前記基板に対して相対移動させる移動機構とを備え、
前記二流体ノズルから供給される液滴による前記基板表面上での洗浄幅が5.0mmないし15.0mmであることを特徴とする基板処理装置。
In a substrate processing apparatus that performs a predetermined cleaning process on a substrate having a fine pattern formed on its surface,
The processing liquid is discharged from the liquid discharge port, and a gas is sprayed on the processing liquid discharged from the liquid discharge port to generate a droplet of the processing liquid, and the droplet is supplied toward the rotating substrate surface. A two-fluid nozzle,
A moving mechanism for moving the two-fluid nozzle relative to the substrate in the radial direction of the substrate surface;
The substrate processing apparatus, wherein a cleaning width on the substrate surface by droplets supplied from the two-fluid nozzle is 5.0 mm to 15.0 mm.
前記洗浄幅が7.0mmである請求項1記載の基板処理装置。   The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the cleaning width is 7.0 mm. 前記洗浄幅を調整する洗浄幅調整機構をさらに備えた請求項1記載の基板処理装置。   The substrate processing apparatus according to claim 1, further comprising a cleaning width adjusting mechanism that adjusts the cleaning width. 前記二流体ノズルから前記基板に供給される液滴のボリュームミーディアン径が5μmないし40μmである請求項1ないし3のいずれかに記載の基板処理装置。   The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein a volume median diameter of a droplet supplied from the two-fluid nozzle to the substrate is 5 μm to 40 μm. 前記二流体ノズルから前記基板に供給される液滴のボリュームミーディアン径を調整する粒径調整機構をさらに備えた請求項4記載の基板処理装置。   The substrate processing apparatus according to claim 4, further comprising a particle size adjusting mechanism that adjusts a volume median diameter of a droplet supplied from the two-fluid nozzle to the substrate. 前記基板への前記液滴の供給方向が前記基板表面の法線方向とほぼ一致するように、前記二流体ノズルが配置されるとともに、その配置姿勢のまま前記移動機構は前記二流体ノズルを前記基板表面とほぼ平行に相対移動させる請求項1ないし5のいずれかに記載の基板処理装置。   The two-fluid nozzle is arranged so that the supply direction of the droplets to the substrate substantially coincides with the normal direction of the substrate surface, and the moving mechanism keeps the two-fluid nozzle in the arrangement posture. 6. The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the substrate processing apparatus is relatively moved in parallel with the substrate surface. 前記液体吐出口から吐出された処理液に吹き付けられる気体の供給流速を所定値に調整する流速調整機構をさらに備える請求項1ないし6のいずれかに記載の基板処理装置。   The substrate processing apparatus according to claim 1, further comprising a flow rate adjusting mechanism that adjusts a supply flow rate of a gas blown to the processing liquid discharged from the liquid discharge port to a predetermined value.
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