JP2005294819A - 基板洗浄用２流体ノズル及び基板洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は，ガスと液体とを内部で混合し，液滴をガスと共に噴射して基板を洗浄する基板洗浄用２流体ノズルにおいて，液滴の粒径と速度を均一化させることを目的としている。
【解決手段】
基板洗浄用２流体ノズル５において，ガスを供給するガス供給路２１と，液体を供給する液体供給路２２と，内部で形成した液滴を導出する導出路２３を備え，導出路２３の先端に，液滴を外部に噴射するための噴射口２４を形成し，噴射口２４の断面積Ｓｂを，導出路２３の断面積Ｓａより小さく形成し，かつ，ガス供給路２１の出口の断面積Ｓｃを，導出路２３の断面積Ｓａより小さく形成した。
【選択図】 図３

Description

本発明は，例えば半導体基板等の表面に付着している汚染物を除去する洗浄処理に使用する基板洗浄用２流体ノズル，及び，この基板洗浄用２流体ノズルを備えた基板洗浄装置に関するものである。

例えば半導体デバイスの製造プロセスにおいては，半導体ウェハ（以下，「ウェハ」という。）を薬液や純水等の洗浄液によって洗浄し，ウェハに付着したパーティクル，有機汚染物，金属不純物のコンタミネーションを除去する基板洗浄装置が使用されている。かような基板洗浄装置の一例として，２流体ノズルを用いて洗浄液を液滴状にしてウェハの表面に噴射するものが知られている。

従来，基板洗浄用２流体ノズルとして，ノズルの内部においてガスと液体を混合して液滴を形成する内部混合型のものと，ノズルの外部においてガスと液体を混合して液滴を形成する外部混合型のものが知られている（例えば，特許文献１参照）。また，内部混合型の一例として，内部で形成した液滴とガスを直管内に通過させて液滴を加速させ，十分な速度にして気中に噴射するようにしたものが提案されている（例えば，特許文献２参照）。

特開２００３−１９７５９７号公報 特許第３３１５６１１号公報

しかしながら，従来の基板洗浄用２流体ノズルにあっては，液滴の粒径のばらつきが大きく，大粒の液滴がウェハの表面に噴射され，ウェハの表面に形成された微細なパターンに損傷を与える危険があった。特に，液滴を加速させるための直管を備えた内部混合型ノズルの場合，液滴が直管内を通過する間に，小さな液滴が集まって大粒の液滴になってしまう問題がある。また，噴射される液滴の数が多いほど汚染物除去性能が高いことが知られているが，液滴が十分に微粒化されなかったり，液滴が集まって大粒の液滴になったりすると，液滴の数が少なく，汚染物の除去性能が低くなる問題がある。また，汚染物除去性能を高めるため，ガスの流量を増加させて液滴を高速に加速させようとすると，大粒の液滴も高速で噴射されるので，ウェハの表面が損傷される。そのため，汚染物除去性能の向上に限界があった。

さらに，内部混合型ノズルにあっては，液滴の噴射速度のばらつきが大きい問題があった。高速の液滴はウェハの表面に損傷を与える危険がある。また，低速の液滴は汚染物の除去性能が低い問題がある。

本発明の目的は，液滴の粒径と速度を均一化させることができる基板洗浄用２流体ノズル，及び，かかる基板洗浄用２流体ノズルを用いて基板を好適に洗浄することができる基板洗浄装置を提供することにある。

上記目的を達成するために，本発明によれば，ガスと液体とを内部で混合し，液滴をガスと共に噴射して基板を洗浄する基板洗浄用２流体ノズルであって，ガスを供給するガス供給路と，液体を供給する液体供給路と，内部で形成した液滴を導出する導出路を備え，前記導出路の先端に，液滴を外部に噴射するための噴射口を形成し，前記噴射口の断面積Ｓｂを，前記導出路の断面積Ｓａより小さく形成し，かつ，前記ガス供給路の出口の断面積Ｓｃを，前記導出路の断面積Ｓａより小さく形成したことを特徴とする，基板洗浄用２流体ノズルが提供される。

前記導出路の断面積Ｓａと前記噴射口の断面積Ｓｂとの比Ｓａ：Ｓｂは，１：０．２５〜０．８１であっても良い。前記ガス供給路の出口の断面積Ｓｃを，前記噴射口の断面積Ｓｂと同じか，もしくは，前記噴射口の断面積Ｓｂより小さく形成しても良い。前記噴射口の断面積Ｓｂと前記ガス供給路の出口の断面積Ｓｃとの比Ｓｂ：Ｓｃを，１：０．１６〜０．８７としても良い。前記ガス供給路の出口の断面積Ｓｃを，１．１３〜６．１６ｍｍ^２としても良い。前記ガス供給路の出口の断面積Ｓｃを，１．７７〜４．９１ｍｍ^２としても良い。前記導出路を直線状に形成し，かつ，前記導出路の断面積Ｓａを一定としても良い。前記導出路の長さＬ１を，１０〜９０ｍｍとしても良い。前記噴射口の長さＬ２を，３０ｍｍ以下としても良い。

本発明の基板洗浄用２流体ノズルは，例えば，前記ガス供給路を囲む環状の液体導入路を備え，前記ガス供給路を前記導出路と同軸上に配置し，前記液体供給路を前記液体導入路の外周面に開口させ，前記液体導入路に，先端側に向かうに従い径が小さくなるテーパ部を形成し，前記テーパ部を前記ガス供給路と前記導出路の間に開口させ，前記ガス供給路から供給されたガスと前記液体導入路から導入された液体を混合させて液滴を形成し，前記液滴を前記導出路を経て導出する構成としても良い。前記噴射口を，出口側周縁の縦断面形状が直角又は鋭角になるように形成しても良い。

また本発明によれば，上記基板洗浄用２流体ノズルと，基板を略水平に保持するスピンチャックと，前記基板の上方において前記洗浄用２流体ノズルを移動させる駆動機構を備えたことを特徴とする，基板洗浄装置が提供される。

本発明によれば，導出路の先端に噴射口を設け，液滴を噴射口に通過させることで，液滴を十分に微粒化することができる。導出路の途中，導出路内壁で大粒の液滴が形成されても，噴射口において再微粒化され，液滴の粒径が均一化する。また，導出路，噴射口，液体供給路，ガス供給路の各直径を適切な大きさとすることで，液体とガスを適当な流量で混合し，液滴を十分に微粒化して噴射することができる。導出路，噴射口を適切な長さとすることで，十分に微粒化した液滴を，適切な速度で噴射することができる。従って，基板洗浄用２流体ノズルの汚染物除去性能を向上させることができる。さらに，液滴の速度を均一化させることができる。また，本発明の基板洗浄装置によれば，基板表面を損傷することなく汚染物除去性能を向上させることができる。

以下，本発明の好ましい実施の形態を，基板の一例としてウェハＷの表面を洗浄するように構成された基板洗浄装置１に基づいて説明する。図１に示すように，本発明の実施の形態にかかる基板洗浄装置１は，略円板形状のウェハＷを略水平に保持するスピンチャック２と，ガスと液体とを内部で混合し，液滴をガスと共に噴射する本発明の実施の形態にかかる２流体ノズル５と，スピンチャック２に保持されたウェハＷの周囲を包囲するカップ６を備えている。

図２に示すように，スピンチャック２は，上部に３個の保持部材１０を備えており，これら３個の保持部材１０をウェハＷの周縁３箇所にそれぞれ当接させることによりウェハＷを保持するようになっている。図１に示すように，スピンチャック２は，モータ１２に接続されている。このモータ１２の駆動により，スピンチャック２を回転させ，ウェハＷをスピンチャック２と一体的に略水平面内で回転させるようになっている。

２流体ノズル５は，スピンチャック２に保持されたウェハＷの上方に略水平に配置されたノズルアーム１５の先端に取り付けられている。ノズルアーム１５の基端は，カップ６の外側において略鉛直方向に向けて配置された回転軸１６に固定されており，回転軸１６には駆動部１７が接続されている。本実施の形態において，２流体ノズル５を移動させる駆動機構１８は，ノズルアーム１５，回転軸１６，駆動部１７によって構成されている。この駆動部１７の駆動により，ノズルアーム１５を回転軸１６を中心として略水平面内で回転させ，２流体ノズル５をノズルアーム１５と一体的に，少なくともウェハＷの中央部上方からウェハＷの周縁上方まで移動させることができる。また，駆動部１７の駆動により回転軸１６を昇降させ，２流体ノズル５をノズルアーム１５，回転軸１６と一体的に昇降させることができる。

図３に示すように，２流体ノズル５は，２流体ノズル５の内部に例えば窒素（Ｎ_２）等のガスを供給するガス供給路２１と，２流体ノズル５の内部に例えば純水（ＤＩＷ）等の液体を供給する液体供給路２２と，２流体ノズル５の内部で形成した液滴Ｄと窒素ガスの噴流を導出する導出路２３とを備えた，内部混合型の基板洗浄用２流体ノズルである。導出路２３の先端には，液滴Ｄを外部に噴射させるための噴射口２４が形成されている。

ガス供給路２１は導出路２３と同軸上に配置されている。ガス供給路２１の出口部分には，絞り部３１が形成されている。絞り部３１は，上流側の部分よりも断面積が小さくなるように形成されている。絞り部３１の出口は，導出路２３の入口に近接させて配置されている。なお，絞り部３１の断面積は入口から出口まで一定であることが好ましく，絞り部３１の断面形状は例えば円形又は楕円形等であることが好ましい。図示のように，絞り部３１の断面積が入口から出口まで一定である場合は，ガス供給路２３の出口の断面積Ｓｃは，絞り部３１の断面積に等しい。

ガス供給路２１の周囲には，ガス供給路２１の絞り部３１を囲むように環状に形成された液体導入路３２が形成されている。液体供給路２２は液体導入路３２に接続されており，液体導入路３２に純水を供給するようになっている。ガス供給路２１は，液体導入路３２の内側を通過するように配置されている。この液体導入路３２は，環状の断面形状を有する筒状に形成されている。液体導入路３２には，環状溝３６と，先端側（図３において下側）に向かうに従い内径及び外径が小さくなるように形成されたテーパ部３７が形成されている。テーパ部３７は環状溝３６より先端側に形成されており，テーパ部３７の出口は，ガス供給路２１の絞り部３１の出口と導出路２３の入口の間に，環状に開口している。従って，液体導入路３２に導入された純水は，導出路２３の入口付近において，ガス供給路２１の絞り部３１から供給された窒素ガスと混合し，液滴Ｄを形成するようになっている。液体導入路３２の基端側（図３において上側）は閉口になっている。なお，テーパ部３７の傾斜は，例えばガス供給路２１及び導出路２３に対して約４５゜程度の角度をなすようにすると良い。

液体供給路２２は，液体導入路３２の環状溝３６に対して適宜の角度をなすように設けられており，環状溝３６の外周面に開口している。図示の例では，液体供給路２２は，ガス供給路２１と略平行な環状溝３６の外周面に対して，略垂直な角度で設けられている。液体供給路２２の出口部分には，絞り部３８が形成されている。絞り部３８は，上流側の部分よりも断面積が小さいオリフィス状に形成されている。そして，絞り部３８の出口が環状溝３６の内面に開口するように設けられている。絞り部３８の断面積は入口から出口まで一定であることが好ましく，絞り部３８の断面形状は例えば円形又は楕円形等であることが好ましい。図示のように，絞り部３８の断面積が入口から出口まで一定である場合は，液体供給路２２の出口の断面積Ｓｄは，絞り部３８の断面積に等しい。

導出路２３は，前述のようにガス供給路２１の絞り部３１と同軸上に配置され，ガス供給路２１と液体導入路３２に連通している。導出路２３は直線状に形成され，かつ，導出路２３の断面積Ｓａは入口から出口まで一定であることが好ましく，導出路２３の断面形状は例えば円形又は楕円形等であることが好ましい。図４に示すように，ガス供給路２１から供給された窒素ガスＮ_２と液体導入路３２から導入された純水ＤＩＷは，導出路２３の入口付近において混合し，これにより，純水の液滴Ｄが無数に形成され，形成された液滴Ｄが窒素ガスＮ_２と共に導出路２３を経て導出されるようになっている。

噴射口２４は，導出路２３よりも断面積が小さいオリフィス状に形成されている。このように導出路２３よりも断面積が小さいオリフィス状の噴射口２４がない場合は，導出路２３内壁に沿って成長したミスト状の液滴Ｄがそのまま吐出されてしまう。噴射口２４の断面積Ｓｂは入口から出口まで一定であることが好ましく，噴射口２４の断面形状は例えば円形又は楕円形等であることが好ましい。導出路２３内を通過した液滴Ｄは，噴射口２４内を通過する間に再び微粒化されて噴射される。従って，液滴Ｄが導出路２３の内壁に沿って移動する間に大きく成長してしまった場合でも，噴射口２４を通過させることで液滴Ｄを十分に小さな粒径に微粒化して噴射することができるようになっている。

図４に示すように，２流体ノズル５は，噴射口２４の出口側周縁に沿った部分の縦断面形状が直角になるように形成されていることが好ましい。即ち，噴射口２４の内面と２流体ノズル５の先端部外側の平面が垂直になるように形成されていることが好ましい。このようにすると，噴射口２４から噴射される液滴Ｄが，導出路２３及び噴射口２４が向かう方向に向かって直進しやすい。これに対し，噴射口２４の出口側周縁に沿った部分の縦断面形状が直角に形成されておらず，丸みやテーパ面が形成されていると，液滴Ｄが丸みやテーパ面に沿って進み，噴射口２４に対して斜めに飛び出し，噴射口２４の外方に向かう液滴Ｄが多くなる。噴射口２４の出口周縁を直角に形成することで，液滴Ｄの直進性が良好になり，ウェハＷに対して液滴Ｄを勢い良く集中的に噴射することができ，汚染物除去性能を向上させることができる。なお，噴射口２４の出口周縁を鋭角に形成しても，同様に，液滴Ｄの直進性が良好となる。

また，図４に示すように，２流体ノズル５は，ガス供給路２１，導出路２３，噴射口２４が，スピンチャック２に保持されたウェハＷの上面に対して垂直方向に向かうようにしてノズルアーム１５の先端に支持されている。即ち，ウェハＷの上面に対して，液滴Ｄの噴流を略垂直に噴射するようになっている。

なお，液滴Ｄの流れ方向における導出路２３の長さＬ１が長すぎると，導出路２３の内壁に沿って移動する液滴Ｄ同士が集まって大粒になりやすい。逆に導出路２３の長さＬ１が短すぎると，導出路２３内で液滴Ｄを十分に加速させることができず，噴射口２４からの液滴Ｄの噴射速度が遅くなり，また，噴射口２４において液滴Ｄの再微粒化が十分に行われないおそれがある。従って，導出路２３の長さＬ１を適切な長さに形成することで，液滴Ｄを十分に微粒化された状態で十分に加速できるようにする必要がある。例えば，導出路２３の長さＬ１は，約１０〜９０ｍｍ程度が良い。

また，導出路２３の断面積Ｓａが大きすぎると，導出路２３を通過する液滴Ｄの速度が遅くなるため，導出路２３の内壁に沿って移動する液滴Ｄ同士が集まって大粒になりやすい。逆に導出路２３の断面積Ｓａが小さすぎると，導出路２３内の窒素ガスＮ_２の流量が少なく制限されるため，導出路２３の入口付近における液滴Ｄの形成が好適に行われず，形成される液滴Ｄが望ましい粒径よりも大粒になるおそれがある。従って，導出路２３の断面積Ｓａを適切な大きさに形成し，液滴Ｄを十分に微粒化された状態で噴射口２４に供給できるようにする必要がある。例えば，導出路２３の断面形状が円形である場合，導出路２３の直径ａは，約１〜７ｍｍ程度が良く，さらに好ましくは，約３〜５ｍｍ程度が良い。導出路２３の断面形状が楕円等，円形以外の形状である場合，導出路２３の断面積は，約０．７８５〜３８．５ｍｍ^２程度が良く，さらに好ましくは，約７．０７〜１９．６ｍｍ^２程度が良い。

さらに，噴射口２４の断面積Ｓｂが小さすぎると，噴射口２４内の窒素ガスＮ_２の流量が少なく制限され，ガス供給路２１，導出路２３内の窒素ガスＮ_２の流量も少なく制限されるため，導出路２３の入口付近における液滴Ｄの形成が好適に行われず，形成される液滴Ｄが望ましい粒径よりも大粒になるおそれがある。逆に噴射口２４の断面積Ｓｂが大きすぎると，噴射口２４からの液滴Ｄの噴射速度が遅くなり，また，噴射口２４において液滴Ｄが十分に再微粒化されないおそれがある。従って，噴射口２４の断面積Ｓｂを適切な大きさに形成することで，液滴Ｄを十分に小さく微粒化された状態で十分な速度で噴射できるようにする必要がある。例えば，噴射口２４の断面形状が円形である場合，噴射口２４の直径ｂは，約０．５〜６ｍｍ程度が良く，さらに好ましくは，約２〜４ｍｍ程度が良い。噴射口２４の断面形状が楕円等，円形以外の形状である場合，噴射口２４の断面積Ｓｂは，約０．９９６〜２８．３ｍｍ^２程度が良く，さらに好ましくは，約３．１４〜１２．６ｍｍ^２程度が良い。また，導出路２３の断面形状，及び，噴射口２４の断面形状がそれぞれ円形である場合，導出路２３の直径ａと噴射口２４の直径ｂとの比率は，ａ：ｂ＝１：０．５〜０．９程度であることが好ましい。ｂ＜０．５ａであると，導出路２３内壁の大径ミストは微細化されるが，絞りがきつすぎることにより導出路２３での速度と噴射口２４を通過する際の速度差が大きすぎる。この速度差にミスト速度が追いつかず（加速できない），結果的にミスト速度がばらついてしまい，好ましくない。また使用上，Ｎ_２流量の制御がよりシビアとなる為好ましくない。一方，ｂ＞０．９ａのときは，ミスト速度の均一性は高いが，絞りが緩い為ミストの再微粒化が困難となる。これにより大径ミストが多く吐出される。このためミスト数が減ることとなり，結果的に洗浄性能が低下し，好ましくない。これに対して，ｂ=０．５ａ〜０．９ａのときは，適度な絞りの為，ミストの再微粒化，ミスト速度の均一性のバランスが良い。導出路２３の断面形状，噴射口２４の断面形状のいずれかが楕円等，円形以外の形状である場合は，導出路２３の断面積と噴射口２４の断面積との比率は，１：０．２５〜０．８１程度であることが好ましい。

液滴Ｄの流れ方向における噴射口２４の長さＬ２は，導出路２３の長さＬ１と比較して短く形成されている。この噴射口２４の長さＬ２が長すぎると，噴射口２４の内壁に沿って移動する液滴Ｄ同士が集まって大粒になってしまうおそれがある。そのため，噴射口２４の長さＬ２は適切な長さにする必要がある。噴射口２４の長さＬ２は，約３０ｍｍ以下であることが好ましい。

一方，ガス供給路２１においては，ガス供給路２１の出口の断面積Ｓｃ，即ち絞り部３１の断面積が小さすぎると，絞り部３１から流出する窒素ガスＮ_２の流量が少なく制限されるため，導出路２３内で液滴Ｄを十分に加速させることができず，噴射口２４からの液滴Ｄの噴射速度が遅くなってしまう。逆に，ガス供給路２１の出口の断面積Ｓｃが大きすぎると，導出路２３の入口付近における液滴Ｄの形成が好適に行われず，形成される液滴Ｄが望ましい粒径よりも大粒になるおそれがある。従って，ガス供給路２１の出口の断面積Ｓｃを適切な大きさに形成することで，液滴Ｄを十分に小さく微粒化された状態で十分に加速できるようにする必要がある。さらに，ガス供給路２１の出口の断面積Ｓｃは，導出路２３の断面積Ｓａよりも小さく形成することが好ましい。ガス供給路２１の出口の断面積Ｓｃを，導出路２３の断面積Ｓａよりも小さく形成すれば，ガス供給路２１の出口（絞り部３１）を通過する際に，窒素ガスＮ_２の流速が早くなり，液体導入路３２から導入された純水ＤＩＷをミスト化する効果が高くなる。また，ミスト速度を均一化する効果もある。例えば，ガス供給路２１の出口の断面形状が円形である場合，ガス供給路２１の出口（絞り部３１）の直径ｃは，約１．２〜２．８ｍｍ程度が良く，さらに好ましくは，約１．５〜２．５ｍｍ程度が良い。図５は，後述する実施例において調べた，ガス供給路２１の出口の断面形状が円形である場合の直径ｃと洗浄性能（パーティクル除去性能）の関係を示すグラフである。直径ｃが約１．２〜２．８ｍｍ程度，好ましくは，約１．５〜２．５ｍｍ程度の範囲において，洗浄性能が高いことが分る。ガス供給路２１の出口の断面形状が楕円等，円形以外の形状である場合，ガス供給路２１の出口（絞り部３１）の断面積Ｓｃは，約１．１３〜６．１６ｍｍ^２程度が良く，さらに好ましくは，約１．７７〜４．１９ｍｍ^２程度が良い。また，ガス供給路２１の出口（絞り部３１）の断面積Ｓｃは，噴射口２４の断面積Ｓｂと同じか，もしくは，噴射口２４の断面積Ｓｂより小さく形成することが好ましい。液滴Ｄを微粒化し，ミスト速度を均一化させるためには，ガス供給路２１の出口（絞り部３１）の断面積Ｓｃを，噴射口２４の断面積Ｓｂ以下として，窒素ガスＮ_２と純水ＤＩＷとの混合部でＮ_２流速を上げることが効果的である。特に微細化されたパターンの洗浄などに対してはミスト速度を落とす必要があるが，そのような場合により効果的である。ガス供給路２１の出口の断面形状，及び，噴射口２４の断面形状がそれぞれ円形である場合，ガス供給路２１の出口（絞り部３１）の直径ｃと噴射口２４の直径ｂとの比率は，ｂ：ｃ＝１：０．４〜０．９３程度であることが好ましい。例えば，噴射口２４の直径ｂを３ｍｍとした場合，ｃ＜０．４ｂのときは，Ｎ_２供給圧力が通常使用範囲では，絞り部３１での圧力損失が増大するため，Ｎ_２流量を多くできずに吐出部のミスト流速が遅くなり，充分な洗浄力が得られず好ましくない。一方，ガス供給路２１の出口（絞り部３１）の直径ｃ＞０．９３ｂのときは，混合部でのＮ_２流速が遅いため，水滴の微細化が不十分であり，好ましくない。これに対して，ｃ＝０．４ｂ〜０．９３ｂのときは，適度なＮ_２の流速となり，微細ミスト生成およびミスト速度の均一に好ましい。ガス供給路２１の出口の断面形状，噴射口２４の断面形状のいずれかが楕円等，円形以外の形状である場合は，噴射口２４の断面積Ｓｂとガス供給路２１の出口（絞り部３１）の断面積Ｓｃとの比率は，Ｓｂ：Ｓｃ＝１：０．１６〜０．８７程度であることが好ましい。

また，ガス供給路２１の出口（絞り部３１）から供給する窒素ガスＮ_２の流量が少ないと，液滴Ｄを十分に微粒化させにくく，液滴Ｄの平均粒径が大きくなってしまう。ガス供給路２１の出口（絞り部３１）から供給する窒素ガスＮ_２の流量が多いと，図１に示したカップ６内の排気が十分に行われず，パーティクルがウェハＷに再付着する問題がある。ガス供給路２１の出口（絞り部３１）から流出させる窒素ガスＮ_２の流量は，例えば約５〜２００Ｌ／ｍｉｎ.(ｎｏｒｍａｌ)程度にすることが好ましく，さらに好ましくは，約１０〜１００Ｌ／ｍｉｎ.(ｎｏｒｍａｌ)程度が良い。さらに，ガス供給路２１の出口（絞り部３１）から供給する窒素ガスＮ_２の流量が，液体供給路２２の出口（絞り部３８）から供給する純水ＤＩＷの流量に対して少ないと，液滴Ｄを十分に微粒化させにくく，液滴Ｄの平均粒径が大きくなってしまう。ガス供給路２１の出口（絞り部３１）から供給する窒素ガスＮ_２の流量は，液体供給路２２の出口（絞り部３８）から供給する純水ＤＩＷの流量の約５０倍以上であることが好ましく，さらに好ましくは，約１００倍以上が良い。

液体供給路２２においては，液体供給路２２の出口の断面積Ｓｄ，即ち絞り部３８の断面積が小さすぎると，絞り部３８から流出する純水ＤＩＷの流量が少なく制限されるため，形成される液滴Ｄの個数が少なくなる。逆に，液体供給路２２の出口の断面積Ｓｄが大きすぎると，形成される液滴Ｄが望ましい粒径よりも大粒になるおそれがある。従って，液体供給路２２の出口（絞り部３８）の断面積Ｓｄを適切な大きさに形成することで，液滴Ｄを望ましい個数と粒径で形成できるようにする必要がある。例えば，液体供給路２２の出口（絞り部３８）の断面形状が円形である場合，液体供給路２２の出口（絞り部３８）の直径ｄは，約０．５〜５ｍｍ程度が良く，さらに好ましくは，約１〜３ｍｍ程度が良い。液体供給路２２の出口（絞り部３８）の断面形状が楕円等，円形以外の形状である場合，液体供給路２２の出口（絞り部３８）の断面積Ｓｄは，約０．１９６〜１９．５ｍｍ^２程度が良い。また，液体供給路２２の出口（絞り部３８）の断面形状，及び，噴射口２４の断面形状がそれぞれ円形である場合，液体供給路２２の出口（絞り部３８）の直径ｄと噴射口２４の直径ｂとの比率は，ｄ：ｂ＝１：１〜３程度であることが好ましい。液体供給路２２の出口（絞り部３８）の断面形状，噴射口２４の断面形状のいずれかが楕円等，円形以外の形状である場合は，液体供給路２２の出口（絞り部３８）の断面積Ｓｄと噴射口２４の断面積Ｓｂとの比率は，Ｓｄ：Ｓｂ＝１：１〜９程度であることが好ましい。

また，絞り部３８（液体供給路２２）から供給する純水ＤＩＷの流量が少ないと，液滴Ｄの個数が少ないため洗浄効果が低くなる。絞り部３８から供給する純水ＤＩＷの流量が多いと，液滴Ｄを十分に微粒化させにくく，液滴Ｄの平均粒径が大きくなってしまう。絞り部３８から供給する純水ＤＩＷの流量は，例えば約２０〜５００ｍＬ／ｍｉｎ.程度にすることが好ましく，さらに好ましくは，約１００〜２００ｍＬ／ｍｉｎ.程度が良い。

図３に示すように，２流体ノズル５は，液体供給路２２，液体導入路３２，導出路２３，噴射口２４が形成されたノズル本体４１と，ガス供給路２１が形成されノズル本体４１に係合される係合部材４２によって構成されている。ノズル本体４１の基端側には，断面円形状に形成されノズル本体４１の基端側の外面に開口する空洞部４３が形成されている。ノズル本体４１の先端側には，導出路２３が形成されている。空洞部４３は，導出路２３と同軸上に形成されている。空洞部４３の先端と導出路２３の入口の間は，空洞部４３側から導出路２３側に向かうに従い窄むように形成されたテーパ面４５になっている。また，空洞部４３の開口側には，ネジ溝４６が形成されている。液体供給路２２は，テーパ面４５とネジ溝４６の間において，空洞部４３の内面に開口している。

係合部材４２は，空洞部４３に挿入させる挿入体５１と，ノズル本体４１の基端側に配置する頭体５２によって構成されている。挿入体５１は，例えば，空洞部４３の内径とほぼ同じ大きさの外径で形成された円柱状をなす大円柱部５３と，大円柱部５３の先端側に設けられ空洞部４３の内径より小さな外径で形成された円柱状をなす小円柱部５４と，小円柱部５４より先端側に形成され先端側に向かうほど窄むように形成された円錐台状をなす円錐台部５５を備えている。また，大円柱部５３の外面には，空洞部４３のネジ溝４６と螺合するネジ溝５６が設けられている。頭体５２は，空洞部４３の内径，大円柱部５３の外径より大きな外径で形成されている。ガス供給路２１は，頭体５２の基端側の面から大円柱部５３，小円柱部５４，円錐台部５５の各中央部を貫通するように設けられ，絞り部３１の出口が円錐台部５５の先端部の平面に開口するように形成されている。

係合部材４２の挿入体５１を空洞部４３に挿入して，ネジ溝４６とネジ溝５６を螺合させた状態では，小円柱部５４の外面と空洞部４３の内面との間に円環状の隙間，即ち液体導入路３２が形成されるようになっている。また，円錐台部５５の外面とテーパ面４５の間に，環状の隙間，即ちテーパ部３７が形成されるようになっている。頭体５２は，空洞部４３を塞ぎ，空洞部４３の開口の周囲の面に密接するように備えられる。

なお，２流体ノズル５を構成するノズル本体４１と係合部材４２の材質としては，例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素系の樹脂等を使用することが好ましい。

図６に示すように，ガス供給路２１には，窒素ガス供給源６１から窒素ガスを供給するガス供給配管６２が接続されている。ガス供給配管６２には，フローメーター６３，流量調節弁６５，及びフィルター６６が，窒素ガス供給源６１側からこの順に介設されている。また，液体供給路２２には，純水供給源７１から純水を供給する液体供給配管７２が接続されている。液体供給配管７２には，フローメーター７３，流量調節弁７５，及びフィルター７６が，純水供給源７１側からこの順に介設されている。

また，流量調節弁６５と流量調節弁７５を操作する指令を出力する制御部８０が設けられている。フローメーター６３，７３で検出される流量は，制御部８０によって監視される。制御部８０は，フローメーター６３の流量検出値に基づいて，ガス供給配管６２内に窒素ガスが所望の流量で流れるように，流量調節弁６５の開度を調節する指令を出力する。また，制御部８０は，フローメーター７３の流量検出値に基づいて，液体供給配管７２内に純水が所望の流量で流れるように，流量調節弁７５の開度を調節する指令を出力するようになっている。

さて，この洗浄装置１においては，先ず図示しない搬送アームにより未だ洗浄されていないウェハＷを洗浄装置１内に搬入し，図１に示すようにウェハＷをスピンチャック２に受け渡す。このときウェハＷは表面（パターンが形成されている面）を上面として，スピンチャック２に保持される。ウェハＷをスピンチャック２に受け渡すときは，図２において二点鎖線で示すように，２流体ノズル５及びノズルアーム１５をカップ６の外側に退避させておく。ウェハＷがスピンチャック２に受け渡されたら，駆動部１７を駆動させてノズルアーム１５を回転させ，図２において実線で示すように，２流体ノズル５をウェハＷの上方に移動させ，液滴Ｄの噴射を開始する。一方，図１に示したモータ１２の駆動によりスピンチャック２を回転させ，ウェハＷの回転を開始させる。そして，２流体ノズル５をウェハＷの中央部上方からウェハＷの周縁部上方に向かって移動させながら，回転しているウェハＷの表面に向かって噴流を噴射する。これにより，ウェハＷの表面全体に噴流が噴射され，ウェハＷの表面に付着していた汚染物が除去される。

噴流は，以下に説明するようにして形成される。先ず，流量調節弁６５を開いてガス供給配管６２，ガス供給路２１に窒素ガス供給源６１から供給される窒素ガスＮ_２を通流させる。ガス供給配管６２内の窒素ガスＮ_２の流量は，制御部８０の指令によりフローメーター６３の検出値に基づいて流量調節弁６５が調節されることで，所望の値に制御される。従って，ガス供給路２１に適切な流量で窒素ガスＮ_２を供給することができる。ガス供給路２１を通過した窒素ガスＮ_２は，図４に示すように絞り部３１から放出されて導出路２３の入口に流入する。

このように窒素ガスＮ_２を供給する一方で，流量調節弁７５を開いて液体供給配管７２，液体供給路２２に純水供給源７１から供給される純水ＤＩＷを通流させる。液体供給配管７２内の純水ＤＩＷの流量は，制御部８０の指令によりフローメーター７３の検出値に基づいて流量調節弁７５が調節されることで，所望の値に制御される。従って，液体供給路２２に適切な流量で純水ＤＩＷを供給することができる。液体供給路２２を通過した純水ＤＩＷは，図４に示すように絞り部３８から液体導入路３２の環状溝３６に向かって略垂直方向に放出されて環状溝３６に流入し，絞り部３８の出口から環状溝３６の内面に沿って環状に広がり，さらにテーパ部３７全体に純水ＤＩＷが環状に流入する。そして，テーパ部３７から導出路２３の入口に向かって，純水ＤＩＷが斜めに放出される。

ガス供給路２１を通過した窒素ガスＮ_２と，テーパ部３７を通過した純水ＤＩＷは，導出路２３の入口にそれぞれ放出され混合する。窒素ガスＮ_２は，ガス供給路２１の絞り部３１から導出路２３に向かって直線的に放出され，純水は，導出路２３の入口に向かって，導出路２３の入口の周囲全体から斜めに放出される。窒素ガスＮ_２と純水ＤＩＷが混合した結果，窒素ガスＮ_２に衝突した純水ＤＩＷが微粒子状になり，純水ＤＩＷの液滴Ｄが形成される。窒素ガスＮ_２と純水ＤＩＷは，液滴Ｄが十分に小さい粒径で十分な個数で形成されるように，絞り部３１とテーパ部３７からそれぞれ適切な流量で供給される。

液滴Ｄと窒素ガスＮ_２の噴流は，導出路２３内を経て導出され，噴射口２４に向かう。液滴Ｄは，導出路２３内を通過する間に窒素ガスＮ_２の流れによって加速される。導出路２３の長さＬ１は，液滴Ｄを十分に加速できる長さになっており，また，窒素ガスＮ_２は，液滴Ｄを十分に加速できる適切な流量で導出路２３に供給されるので，液滴Ｄを十分な速度に加速して噴射口２４から噴射させ，ウェハＷの表面に衝突させることができる。従って，ウェハＷの表面から汚染物を好適に除去することができる。また，導出路２３の長さＬ１は，導出路２３内を通過する間に液滴Ｄ同士が集まって大粒になることを抑制するように適当な長さになっており，液滴Ｄが微粒子状のまま噴射口２４に導出されるようになっている。

導出路２３内を通過する噴流中には，純水ＤＩＷと窒素ガスＮ_２を混合させた際に十分に小さな粒径で形成されなかった液滴Ｄや，導出路２３内を通過する間に導出路２３の内壁に沿って大粒に成長した液滴Ｄが含まれているおそれがある。これらの大粒の液滴Ｄが混在していても，噴射口２４を通過する間に再び微粒子化され，十分に小さい液滴Ｄに分裂するようになっているので，ウェハＷの表面に大粒の液滴Ｄが衝突することを防止できる。従って，ウェハＷの表面が損傷することを防止できる。また，大粒の液滴Ｄが噴射口２４において複数の液滴Ｄに分裂するので，液滴Ｄの数が増加する。従って，多数の微粒子状の液滴ＤをウェハＷの表面に衝突させることができるので，ウェハＷの表面から汚染物を好適に除去することができる。さらに，噴射口２４を設けない場合と比較して，液滴Ｄの粒径と噴射速度が均一化する効果がある。即ち，噴射速度が遅く汚染物除去に関与しない液滴Ｄや，噴射速度が速すぎてウェハＷの表面を損傷するおそれがある液滴Ｄや，大粒の液滴Ｄを減少させることができ，多数の液滴Ｄを汚染物除去に好適な噴射速度で噴射させることができる。従って，汚染物除去性能を向上させながらも，大粒の液滴Ｄや高速の液滴ＤによるウェハＷの表面の損傷を防止することができる。なお，ウェハＷの表面を損傷せずに汚染物を除去するためには，液滴Ｄの粒径が約１００μｍ以下程度であることが好ましく，速度が約８０ｍ／ｓｅｃ以下程度であることが好ましい。さらに好ましくは，液滴Ｄの粒径の平均値が約５０μｍ以下程度，かつ，最大粒径が約１００μｍ以下程度であり，液滴Ｄの速度の平均値が約４０ｍ／ｓｅｃ以上，約８０ｍ／ｓｅｃ以下程度になるようにすることが好ましい。

噴射口２４の出口側周縁の縦断面形状は直角になっているので，液滴Ｄの直進性が良く，ウェハＷの表面に対して液滴Ｄが勢い良く衝突するため，ウェハＷの表面から汚染物を好適に除去することができる。

以上のようにして２流体ノズル５において液滴Ｄの噴流を生成し，噴流によってウェハＷの表面全体を洗浄したら，制御部８０の指令により流量調節弁６５と流量調節弁７５を閉じ，２流体ノズル５からの噴流の噴射を停止させる。そして，図２において二点鎖線で示すように，２流体ノズル５及びノズルアーム１５をカップ６の外側に退避させる。また，モータ１２の駆動を停止させ，スピンチャック２とウェハＷの回転を停止させる。そして，搬送アーム（図示せず）を洗浄装置１内に進入させ，搬送アーム（図示せず）によってウェハＷをスピンチャック２から受け取り，洗浄装置１から搬出する。こうして，洗浄装置１における処理が終了する。

かかる２流体ノズル５によれば，導出路２３の先端にオリフィス状の噴射口２４を設け，液滴Ｄを噴射口２４に通過させることで，液滴Ｄを十分に小さな粒径の粒子状に再微粒化して噴射させることができる。大粒の液滴Ｄが形成されても，噴射口２４において再微粒化されるので，液滴Ｄの粒径を小さな粒径に均一化させて噴射させることができる。従って，ウェハＷの表面に大粒の液滴Ｄが衝突することを防止でき，ウェハＷの表面が損傷することを防止できる。さらに，再微粒化によって多数の微粒子状の液滴Ｄが形成され，多数の液滴ＤをウェハＷの表面に衝突させることができるので，汚染物の除去性能が向上する。また，導出路２３，噴射口２４を適切な長さとすることで，十分に微粒化した液滴Ｄを，適切な速度で噴射させることができる。従って，良好な汚染物除去性能が得られる。さらに，液滴Ｄの速度を均一化させることができる。即ち，多数の液滴Ｄを適切な噴射速度で噴射させることができるので，汚染物除去性能を向上させながらもウェハＷの表面の損傷を防止することができる。また，本発明の洗浄装置１によれば，ウェハＷの表面を損傷することなく汚染物除去性能を向上させることができる。

以上，本発明の好適な実施の形態の一例を示したが，本発明はここで説明した形態に限定されない。例えば，本実施の形態においては，液体は純水とし，ガスは窒素ガスとしたが，かかるものに限定されず，液体は洗浄用の薬液等であっても良く，ガスは空気等であっても良い。また，基板は半導体ウェハに限らず，その他のＬＣＤ基板用ガラスやＣＤ基板，プリント基板，セラミック基板などであっても良い。

ガス供給路２１，液体供給路２２，液体導入路３２の配置や形状は，実施の形態に示したものに限定されない。また，本実施の形態では，２流体ノズル５の構造の一例として，ノズル本体４１と係合部材４２によって構成され，ノズル本体４１の小円柱部５４とノズル本体４１の空洞部４３との間に液体導入路３２が形成されているものを説明したが，２流体ノズル５の構成はかかるものに限定されない。

本実施の形態では，噴射口２４の出口側周縁に沿った部分の縦断面形状が直角になるように形成されていることとしたが，噴射口２４の出口側周縁に沿った部分の縦断面形状は，図７に示すように，鋭角であっても良い。例えば，断面略円形をなす噴射口２４の周囲を，先端に向かうに従い外径が小さくなるように形成し，噴射口２４の出口の周囲に沿って略円錐台面が形成されるようにする。この場合も，噴射口２４から噴射される液滴Ｄが，導出路２３及び噴射口２４が向かう方向に向かって直進しやすく，ウェハＷに対して液滴Ｄを勢い良く集中的に噴射することができ，汚染物除去性能を向上させることができる。

また，噴射口２４の断面形状と絞り部３１の断面形状は，いずれも円形のものについて説明したが，これらの形状は，円形に限らず，任意の形状を採りえる。例えば図８に示すように，噴射口２４や絞り部３１を複数の孔（多孔）に形成しても良い。

導出路２３の直径ａ，噴射口２４の直径ｂ，絞り部３１の直径ｃ，絞り部３８の直径ｄについて，表１に示すように，ａ：ｂ＝１：０．７５，ｂ：ｃ＝１：０．６７，ａ：ｃ＝１：０．５，ｄ：ｂ＝１：３とした。なお，導出路２３の断面形状，噴射口２４の断面形状，絞り部３１の断面形状，絞り部３８の断面形状は，いずれも円形である。この２流体ノズル５を用いてウェハＷの洗浄実験を行い，２流体ノズル５の汚染物除去性能を確認した。その結果，ウェハＷの表面を損傷することなく，良好な汚染物除去性能が得られた。

実施例１で用いた２流体ノズル５において，ガス供給路２１の出口（絞り部３１）の直径ｃを変化させ，直径ｃと洗浄性能（パーティクル除去率）の関係を調べた。その結果，図５，図９を得た。なお，図５では，最も洗浄性能が高かった直径ｃ＝２．０ｍｍのときのパーティクル除去率を１として，各直径ｃのときのパーティクル除去率を，除去率１に対する比率で示した。図５に示されるように，ガス供給路２１の出口（絞り部３１）の直径ｃが１．２〜２．８ｍｍの範囲では，有効なパーティクル除去率を確保できた。特に，直径ｃが１．５〜２．５ｍｍの範囲では，最適と思われるパーティクル除去率を確保できた。また，ガス供給路２１の出口（絞り部３１）の直径ｃが小さいほど，ミスト径が小さくなり，速度分布も均一化することがわかった。特に低流量でミストを微細化するには，直径ｃが小さいほど有利であった。図９に示されるように，直径ｃが１．５ｍｍと２．０ｍｍのときに比べ，直径ｃが３．０ｍｍのときは，微細ミスト生成が困難となった。

本発明は，例えば半導体基板等の表面に付着している汚染物の除去などに好適に利用することができる。

本実施の形態にかかる洗浄装置の概略縦断面図である。 本実施の形態にかかる洗浄装置の概略平面図である。 本実施の形態にかかる２流体ノズルの概略縦断面図である。 ２流体ノズルの内部の構成を示す説明図である。 ガス供給路の出口の直径ｃと洗浄性能（パーティクル除去率）の関係を示すグラフである。 ガス供給配管と液体供給配管の説明図である。 別の実施の形態にかかる２流体ノズルの先端部の形状を拡大して示す縦断面図である。 噴射口もしくは絞り部を複数の孔（多孔）に形成した実施の形態の説明図である。 ガス供給路の出口の直径ｃが１．５ｍｍ，２．０ｍｍ，３．０ｍｍのときのミストの生成状態を示す写真である。

符号の説明

Ｄ 液滴
Ｗ ウェハ
１ 洗浄装置
２ スピンチャック
５ ２流体ノズル
１８ 駆動機構
２１ ガス供給路
２２ 液体供給路
２３ 導出路
２４ 噴射口
３１ 絞り部
３２ 液体導入路
３７ テーパ部
３８ 絞り部

Claims (12)

1. ガスと液体とを内部で混合し，液滴をガスと共に噴射して基板を洗浄する基板洗浄用２流体ノズルであって，
   ガスを供給するガス供給路と，液体を供給する液体供給路と，内部で形成した液滴を導出する導出路を備え，
   前記導出路の先端に，液滴を外部に噴射するための噴射口を形成し，
   前記噴射口の断面積Ｓｂを，前記導出路の断面積Ｓａより小さく形成し，かつ，前記ガス供給路の出口の断面積Ｓｃを，前記導出路の断面積Ｓａより小さく形成したことを特徴とする，基板洗浄用２流体ノズル。
2. 前記導出路の断面積Ｓａと前記噴射口の断面積Ｓｂとの比Ｓａ：Ｓｂを，１：０．２５〜０．８１としたことを特徴とする，請求項１に記載の基板洗浄用２流体ノズル。
3. さらに，前記ガス供給路の出口の断面積Ｓｃを，前記噴射口の断面積Ｓｂと同じか，もしくは，前記噴射口の断面積Ｓｂより小さく形成したことを特徴とする，請求項１または２に記載の基板洗浄用２流体ノズル。
4. 前記噴射口の断面積Ｓｂと前記ガス供給路の出口の断面積Ｓｃとの比Ｓｂ：Ｓｃを，１：０．１６〜０．８７としたことを特徴とする，請求項３に記載の基板洗浄用２流体ノズル。
5. 前記ガス供給路の出口の断面積Ｓｃを，１．１３〜６．１６ｍｍ^２としたことを特徴とする，請求項４に記載の基板洗浄用２流体ノズル。
6. 前記ガス供給路の出口の断面積Ｓｃを，１．７７〜４．９１ｍｍ^２としたことを特徴とする，請求項４に記載の基板洗浄用２流体ノズル。
7. 前記導出路を直線状に形成し，かつ，前記導出路の断面積Ｓａを一定としたことを特徴とする，請求項１〜６のいずれかに記載の基板洗浄用２流体ノズル。
8. 前記導出路の長さＬ１を，１０〜９０ｍｍとしたことを特徴とする，請求項１〜７のいずれかに記載の基板洗浄用２流体ノズル。
9. 前記噴射口の長さＬ２を，３０ｍｍ以下としたことを特徴とする，請求項１〜８のいずれかに記載の基板洗浄用２流体ノズル。
10. 前記ガス供給路を囲む環状の液体導入路を備え，
    前記ガス供給路を前記導出路と同軸上に配置し，
    前記液体供給路を前記液体導入路の外周面に開口させ，
    前記液体導入路に，先端側に向かうに従い径が小さくなるテーパ部を形成し，
    前記テーパ部を前記ガス供給路と前記導出路の間に開口させ，
    前記ガス供給路から供給されたガスと前記液体導入路から導入された液体を混合させて液滴を形成し，前記液滴を前記導出路を経て導出する構成としたことを特徴とする，請求項１〜９のいずれかに記載の基板洗浄用２流体ノズル。
11. 前記噴射口を，出口側周縁の縦断面形状が直角又は鋭角になるように形成したことを特徴とする，請求項１〜１０のいずれかに記載の基板洗浄用２流体ノズル。
12. 請求項１〜１１のいずれかに記載の基板洗浄用２流体ノズルと，
    基板を略水平に保持するスピンチャックと，
    前記基板の上方において前記洗浄用２流体ノズルを移動させる駆動機構を備えたことを特徴とする，基板洗浄装置。

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