JP2008114183A - 二流体ノズル、ならびにそれを用いた基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】混合処理液による処理効率を向上させることができる二流体ノズル、ならびにそれを用いた基板処理装置および基板処理方法を提供する。
【解決手段】二流体ノズル３は、外筒２３および内筒２４を含む。内筒２４の下端には、硫酸を吐出する半円状の第１処理液吐出口３０と、過酸化水素水を吐出する半円状の第２処理液吐出口３４とが形成されている。外筒２３の下端と内筒２４の下端との間は、第１および第２処理液吐出口３０，３４を取り囲み、窒素ガスを吐出する円環状の環状気体吐出口３１となっている。第１および第２処理液吐出口３０，３４から吐出された硫酸および過酸化水素水は、環状気体吐出口３１から吐出された窒素ガスと混合されて液滴状態となり、ウエハＷの上空またはウエハＷの表面上で混合されて、活性の高いＳＰＭとしてウエハＷの表面に供給される。
【選択図】図２

Description

この発明は、二流体ノズル、ならびにそれを用いた基板処理装置および基板処理方法に関する。処理対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、ＦＥＤ（Field Emission Display）用基板、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。

半導体装置や液晶表示装置の製造工程では、半導体ウエハや液晶表示装置用ガラス基板などの基板の表面に形成されたレジスト膜を剥離するための処理（レジスト剥離処理）が行われる。
レジスト剥離処理の方式としては、複数枚の基板を一括して処理するバッチ式が従来の主流であったが、最近では、基板を１枚ずつ処理する枚葉式が注目されてきている。具体的には、枚葉式のレジスト剥離処理では、基板がその表面と直交する回転軸線まわりに一定の回転速度で回転されつつ、ノズルから基板の表面の中央部に、レジスト剥離液としてのＳＰＭ（sulfuric acid／hydrogen peroxide mixture：硫酸過酸化水素水）が供給される。

ノズルに接続された配管の途中には、ミキシングバルブおよび攪拌フィン付流通管が介装されており、このミキシングバルブおよび攪拌フィン付流通管で硫酸および過酸化水素水が混合されて反応することにより、カロ酸（ペルオキソー酸）などの強酸化力を有する成分を含むＳＰＭが生成される。
ミキシングバルブおよび攪拌フィン付流通管からノズルに供給されるＳＰＭは、配管を流れる間に、硫酸と過酸化水素水との反応熱により昇温し、ウエハの表面には、その昇温したＳＰＭが供給される（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００５−９３９２６号公報

レジスト剥離処理を効率的に行うには、たとえば、基板に供給されるＳＰＭの温度を高温にして、ＳＰＭの活性を高めることが考えられる。ところが、前述の枚葉式のレジスト剥離処理では、基板に供給されるＳＰＭの温度が常に一定ではなく、レジスト剥離処理の初期に供給されるＳＰＭの温度が低いことが明らかになってきた。したがって、レジスト剥離処理の初期における処理効率が悪くなっており、レジスト剥離処理に要する時間が長くなってしまう。

この原因としては、たとえば、レジスト剥離処理の初期においてノズルや配管の温度が低下しており、そのため、ＳＰＭの反応熱がノズルや配管に吸熱されることなどが考えられる。
同様の問題は、ＳＰＭによるレジスト剥離処理だけでなく、種類の異なる複数の処理液を混合して形成された混合処理液の反応熱を利用しつつ当該混合処理液による処理を基板に行う場合にも生じていた。

さらに処理液混合時の反応熱を利用する場合以外にも、複数の処理液を混合して調製される混合処理液を用いた基板処理においても同様の問題がある。たとえば、配管内に残留した混合処理液の活性は時間経過とともに低下するので、処理の初期において所望の基板処理効率が得られない場合がある。
この発明は、かかる背景のもとでなされたものであり、混合処理液による処理効率を向上させることができる二流体ノズル、ならびにそれを用いた基板処理装置および基板処理方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するための請求項１記載の発明は、第１処理液、第２処理液および気体が導入されるケーシング（２３）と、前記ケーシングに形成され、前記第１処理液を吐出するための第１液吐出口（３０，３０ａ，３０ｃ〜３０ｆ，３８）と、前記ケーシングに形成され、前記第２処理液を吐出するための第２液吐出口（３４，３４ａ，３４ｃ〜３４ｆ）と、前記第１および第２液吐出口を取り囲む環状（好ましくは円環状）をなすように前記ケーシングに形成され、前記気体を吐出するための環状気体吐出口（３１）とを含み、前記ケーシング外で前記第１および第２処理液ならびに前記気体を混合させて処理液の液滴を形成し、この処理液の液滴を処理対象に向けて吐出するようになっている、二流体ノズル（３）である。

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。
この発明によれば、互いに種類の異なる第１処理液および第２処理液は、それぞれ、第１液吐出口および第２液吐出口から吐出され、前記第１および第２液吐出口を取り囲む環状気体吐出口から気体が吐出される。これにより、第１および第２処理液をそれぞれケーシング外で気体と混合させて、第１処理液の液滴および第２処理液の液滴を同時に形成し、この第１および第２処理液の液滴を、処理対象の上空または処理対象上で混合させることができる。すなわち、吐出後に混合されて生成された第１および第２処理液の混合処理液を処理対象に供給することができる。

第１および第２処理液は吐出後に混合されるので、前記混合処理液が二流体ノズルや配管内に残留することはない。したがって、二流体ノズルや配管内に残留して時間経過により活性が低下した混合処理液が処理対象に供給されることを防止することができる。
したがって、たとえば、第１および第２処理液の反応により生じる反応熱は、二流体ノズルや配管などに吸熱されずに、前記混合処理液の昇温に寄与する。これにより、処理の初期であっても、十分に昇温された前記混合処理液を処理対象に供給することができる。その結果、前記混合処理液による処理の初期における処理効率を向上させることができる。

さらに、第１および第２処理液は液滴状態で十分に混ざり合うので、効率的に反応熱を発生させることができる。これにより、前記混合処理液の液温をより高温とし、前記混合処理液による処理効率を向上させることができる。
前記第１および第２液吐出口は、たとえば、円形、半円形、円弧、扇形、環状（円環状または多角環状）などの形状にされていてもよい。また、前記第１および第２液吐出口は、たとえば、前記環状気体吐出口の内縁に沿って配置されていてもよいし、前記環状気体吐出口に囲まれた領域内に分散配置されていてもよい。

また、前記環状気体吐出口は、たとえば、円環状や多角環状（好ましくは円環状）であってもよい。
前記第１処理液としては、たとえば、硫酸、酢酸、硝酸、塩酸、フッ酸、アンモニア水、過酸化水素水、オゾン水、水素水、炭酸水のうちの少なくとも１種以上を含む液を用いることができる。また、前記第２処理液としては、たとえば、硫酸、酢酸、硝酸、塩酸、フッ酸、アンモニア水、過酸化水素水、オゾン水、水素水、炭酸水のうちの少なくとも１種以上を含む液を用いることができる。

前記気体としては、たとえば、窒素ガス、空気、オゾンガス、水素ガス、炭酸ガスのうちの少なくとも１種以上を含む気体を用いることができる。また、これらの気体は加熱されていてもよい。加熱された気体を吐出させることにより、当該気体と混合される処理液の温度の低下を抑制したり、その温度を昇温させたりすることができる。
請求項２記載の発明は、前記第１および第２液吐出口を含む複数の液吐出口（３０，３０ａ，３０ｃ〜３０ｆ，３４，３４ａ，３４ｃ〜３４ｆ）が前記環状気体吐出口に取り囲まれた領域において前記ケーシングに形成されており、前記複数の液吐出口は、前記環状気体吐出口の中心（Ｏ）に関して対称な位置に配置された一対または複数対の液吐出口（３０，３０ａ，３０ｃ，３０ｅ，３０ｆ，３４，３４ａ，３４ｃ，３４ｅ，３４ｆ）を含む、請求項１記載の二流体ノズルである。

この発明によれば、前記第１および第２液吐出口を含む複数の液吐出口を、前記環状気体吐出口に囲まれた領域において前記ケーシングに形成し、この複数の液吐出口から第１および第２処理液を吐出させることにより、前記第１および第２処理液と前記気体とを確実に混合させて、第１処理液の液滴および第２処理液の液滴を効率的に形成することができる。

また、前記複数の液吐出口のうちの対をなす液吐出口を、前記環状気体吐出口の中心に関して対称な位置に配置することにより、当該対をなす液吐出口から吐出される処理液同士を均一に混合させることができる。
請求項３記載の発明は、前記第１および第２液吐出口を含む複数の液吐出口が前記環状気体吐出口に取り囲まれた領域において前記ケーシングに形成されており、前記複数の液吐出口は、前記環状気体吐出口と同心形状をなすように形成された一つまたは複数の液吐出口（３０，３０ａ，３０ｃ〜３０ｆ，３４，３４ａ，３４ｃ〜３４ｆ）を含む、請求項１または２記載の二流体ノズルである。

この発明によれば、前記複数の液吐出口から第１および第２処理液を吐出させることにより、前記第１および第２処理液と前記気体とを確実に混合させて、第１および第２処理液の液滴を効率的に形成することができる。
さらに、前記環状気体吐出口と同心形状をなす液吐出口を設けることにより、当該同心形状をなす液吐出口から吐出された処理液と、前記環状気体吐出口から吐出された気体とをより確実に混合させて、処理液の液滴をより効率的に形成させることができる。

前記複数の液吐出口は、たとえば、円形、半円形、円弧、扇形、環状（円環状または多角環状）などの形状にされていてもよい。また、前記複数の液吐出口は、たとえば、前記環状気体吐出口の内縁に沿って配置されていてもよいし、前記環状気体吐出口に囲まれた領域内に分散配置されていてもよい。
前記同心形状をなすように形成された液吐出口は、たとえば、環状気体吐出口と同心の円形または環状（円環状または多角環状）であってもよいし、環状気体吐出口と同心となるように複数の液吐出口が環状に配列されたものであってもよい。

請求項４記載の発明は、前記環状気体吐出口の中心位置において前記ケーシングに形成された中心気体吐出口（４０）をさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の二流体ノズルである。
この発明によれば、前記環状気体吐出口からだけでなく、環状気体吐出口の中心位置に形成された中心気体吐出口からも気体を吐出させることにより、前記環状気体吐出口および中心気体吐出口間に形成された液吐出口から吐出される処理液と前記気体とを確実に混合させて、処理液の液滴を効率的に形成することができる。

前記中心気体吐出口は、たとえば、前記環状気体吐出口と同心となる多角形や円形などの形状にされていてもよいが、円形であることが好ましい。
請求項５記載の発明は、処理対象の基板を保持して回転させるための基板回転手段（２）と、前記基板回転手段によって回転されている基板の主面に、処理液の液滴を供給するための請求項１〜４のいずれか一項に記載の二流体ノズルと、前記二流体ノズルのケーシングに前記第１処理液および第２処理液を供給するための処理液供給手段（１１，１２）と、前記二流体ノズルのケーシングに前記気体を供給するための気体供給手段（１０）と、前記二流体ノズルを基板の主面に沿って移動させるためのノズル移動手段（１６）とを含む、基板処理装置（１）である。

この発明によれば、処理液供給手段からケーシングに第１および第２処理液を供給し、気体供給手段からケーシングに気体を供給して、第１処理液、第２処理液および気体を二流体ノズルから吐出させ、この吐出された第１および第２処理液と、気体とをケーシング外で混合させて、第１処理液の液滴および第２処理液の液滴を形成させる。
そして、この第１および第２処理液の液滴を、二流体ノズルから基板回転手段によって回転されている基板の主面に供給しつつ、ノズル移動手段によって当該二流体ノズルを基板の主面に沿って移動させる。これにより、前記第１および第２処理液の液滴が基板の上空また基板の主面上で混合されて、第１および第２処理液の混合処理液が生成され、この混合処理液が基板の主面全域に供給される。その結果、前記混合処理液による処理が基板の主面全域に施される。

第１および第２処理液は吐出後に混合されるので、前記混合処理液が二流体ノズルや配管内に残留することはない。したがって、二流体ノズルや配管内に残留して時間経過により活性が低下した混合処理液が基板の主面に供給されることを防止することができる。
たとえば、第１および第２処理液は、吐出後に混合されているので、第１および第２処理液の反応により生じる反応熱は、二流体ノズルや配管などに吸熱されることなく、前記混合処理液の昇温に寄与する。これにより、前記混合処理液による処理の初期であっても、十分に昇温された前記混合処理液を処理対象に供給し、前記混合処理液による処理効率を向上させることができる。

請求項６記載の発明は、処理対象の基板を保持して回転させる基板回転工程と、請求項１〜４のいずれか一項に記載の二流体ノズルのケーシングに前記第１処理液および第２処理液を供給する処理液供給工程と、前記二流体ノズルのケーシングに前記気体を供給する気体供給工程と、前記基板回転工程で回転されている基板の主面に、前記二流体ノズルから生成される処理液の液滴を供給する液滴供給工程と、前記液滴供給工程と並行して、前記二流体ノズルを基板の主面に沿って移動させるノズル移動工程とを含む、基板処理方法である。

この発明によれば、請求項５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。

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、本発明の一実施形態に係る基板処理装置１の構成を説明するための図解図である。この基板処理装置１は、処理対象の基板としての半導体ウエハＷ（以下、単に「ウエハＷ」という。）に処理液（薬液または純水その他のリンス液）による処理を施すための枚葉式の処理装置であり、ウエハＷを水平に保持して回転させるスピンチャック２と、スピンチャック２に保持されたウエハＷの表面（上面）に処理液の液滴を供給する二流体ノズル３と、スピンチャック２に保持されたウエハＷの表面に処理液を供給する処理液ノズル４とを備えている。

スピンチャック２は、鉛直な方向に延びる回転軸５と、回転軸５の上端に水平に取り付けられた円板状のスピンベース６とを有している。スピンチャック２は、スピンベース６の上面周縁部に立設された複数本のチャックピン７によって、ウエハＷをほぼ水平に保持することができるようになっている。
すなわち、複数本のチャックピン７は、スピンベース６の上面周縁部において、ウエハＷの外周形状に対応する円周上で適当な間隔をあけて配置されており、ウエハＷの裏面（下面）周縁部を支持しつつ、ウエハＷの周面の異なる位置に当接することにより、互いに協働してウエハＷを挟持し、このウエハＷをほぼ水平に保持することができるようになっている。

また、回転軸５には、モータなどの駆動源を含むチャック回転駆動機構８が結合されている。複数本のチャックピン７でウエハＷを保持しつつ、チャック回転駆動機構８から回転軸５に駆動力を入力することにより、ウエハＷの表面の中心を通る鉛直な軸線まわりにウエハＷを回転させることができる。
なお、スピンチャック２としては、このような構成のものに限らず、たとえば、ウエハＷの裏面を真空吸着することによりウエハＷをほぼ水平な姿勢で保持し、さらにその状態でほぼ鉛直な軸線まわりに回転することにより、その保持したウエハＷを回転させることができる真空吸着式のもの（バキュームチャック）が採用されてもよい。

二流体ノズル３は、処理液と気体とを二流体ノズル３のケーシング外で混合させて処理液の液滴を形成する外部混合型の二流体ノズル３であり、その吐出口をウエハＷ側（下方）に向けた状態で、ほぼ水平に延びるアーム９の先端に取り付けられている。二流体ノズル３には、窒素ガス供給管１０、硫酸供給管１１および過酸化水素水供給管１２が接続されており、窒素ガス供給管１０から窒素ガスが、硫酸供給管１１から第１処理液としての硫酸が、過酸化水素水供給管１２から第２処理液としての過酸化水素水が二流体ノズル３に供給されるようになっている。

窒素ガス供給管１０、硫酸供給管１１および過酸化水素水供給管１２には、それぞれ、窒素ガスバルブ１３、硫酸バルブ１４および過酸化水素水バルブ１５が介装されており、各バルブ１３〜１５を開閉することにより、二流体ノズル３への窒素ガス、硫酸および過酸化水素水の供給を制御することができる。
また、二流体ノズル３には、アーム９を介して二流体ノズル移動機構１６が結合されている。この二流体ノズル移動機構１６によって、スピンチャック２の外方に設けられた鉛直な揺動軸まわりにアーム９を水平揺動させることができるようになっている。これにより、アーム９の先端に取り付けられた二流体ノズル３を、スピンチャック２に保持されたウエハＷの上方に配置したり、スピンチャック２の上方から退避させたりすることができる。

また、アーム９を所定の角度範囲内で往復揺動させることにより、スピンチャック２に保持されたウエハＷの上方で二流体ノズル３を移動させて、二流体ノズル３からの処理液の供給位置をスキャン（移動）させることができる。具体的には、二流体ノズル３からの処理液の供給位置を、スピンチャック２に保持されたウエハＷの中心部から周縁部に至る範囲でスキャンさせることができる。

処理液ノズル４は、たとえば、連続流の状態で処理液を吐出するストレートノズルであり、その吐出口をウエハＷ側（下方）に向けた状態で、ほぼ水平に延びるアーム１７の先端に取り付けられている。処理液ノズル４には、ＤＩＷ供給管１９が接続されており、ＤＩＷ供給管１９からリンス液としてのＤＩＷ（脱イオン化された純水）が処理液ノズル４に供給されるようになっている。

ＤＩＷ供給管１９には、ＤＩＷバルブ２１が介装されており、このＤＩＷバルブ２１を開閉することにより、処理液ノズル４へのＤＩＷの供給を制御することができる。
また、処理液ノズル４には、アーム１７を介して処理液ノズル移動機構２２が結合されている。この処理液ノズル移動機構２２によって、スピンチャック２の外方に設けられた鉛直な揺動軸まわりにアーム１７を水平揺動させることができるようになっている。これにより、アーム１７の先端に取り付けられた処理液ノズル４を、スピンチャック２に保持されたウエハＷの上方に配置したり、スピンチャック２の上方から退避させたりすることができる。

図２は、二流体ノズル３の構造を図解的に示す図である。図２（ａ）は、二流体ノズル３の縦断面を示し、図２（ｂ）は、スピンチャック２側から見た二流体ノズル３の底面を示している。また、図２（ｂ）において、ハッチングが施された範囲は、後述の第１処理液吐出口３０、環状気体吐出口３１および第２処理液吐出口３４を示している。
二流体ノズル３は、ほぼ円柱状の外形を有しており、ケーシングを構成する外筒２３と、外筒２３の内部に嵌め込まれた内筒２４とを含む。内筒２４および外筒２３は、共通の中心軸線Ｌ１上に同軸配置されており、互いに連結されている。また、内筒２４の内部には、鉛直な方向に延びる板状の仕切り壁３７が配置されており、この仕切り壁３７によって、円柱状をなす内筒２４の内部空間がほぼ二等分となるように縦に仕切られている。

仕切り壁３７で仕切られた内筒２４の内部空間の一方は、硫酸供給管１１からの硫酸が流通する断面半円状の第１処理液流路２６となっており、他方は、過酸化水素水供給管１２からの過酸化水素水が流通する断面半円状の第２処理液流路２８となっている。また、内筒２４と外筒２３との間には、窒素ガス供給管１０からの窒素ガスが流通する円筒状の気体流路２７が形成されている。

第１処理液流路２６は、内筒２４の上端で、第１処理液導入口２９として開口しており、この第１処理液導入口２９を介して、硫酸供給管１１からの硫酸が第１処理液流路２６に導入されるようになっている。また、第１処理液流路２６は、内筒２４の下端で、半円状の第１処理液吐出口３０（第１液吐出口）として開口している。第１処理液流路２６に導入された硫酸は、この第１処理液吐出口３０から吐出されるようになっている。

第２処理液流路２８は、内筒２４の上端で、第２処理液導入口３５として開口しており、この第２処理液導入口３５を介して、過酸化水素水供給管１２からの過酸化水素水が第２処理液流路２８に導入されるようになっている。また、第２処理液流路２８は、内筒２４の下端で、半円状の第２処理液吐出口３４（第２液吐出口）として開口している。第２処理液流路２８に導入された過酸化水素水は、この第２処理液吐出口３４から吐出されるようになっている。

気体流路２７は、中心軸線Ｌ１と共通の中心軸線を有する円筒状の間隙であり、内筒２４および外筒２３の上端部で閉塞され、内筒２４および外筒２３の下端で、中心軸線Ｌ１上に中心Ｏを有し、第１および第２処理液吐出口３０，３４を取り囲む円環状の環状気体吐出口３１として開口している。また、気体流路２７の下端部は、気体流路２７の長さ方向における中間部よりも流路面積が小さくされており、下方に向かって小径にされている。

具体的には、内筒２４の上端部の外壁面と、外筒２３の上端部の内壁面とはほぼ同じ形状にされており、互いに密接されている。また、内筒２４および外筒２３の長さ方向における中間部間には、一定の間隔が設けられている。また、内筒２４の下端部には、その中間部よりも外方に張り出したフランジ部３２が設けられており、外筒２３の下端部の内壁面は、前記一定の間隔よりも小さい間隔を隔ててフランジ部３２に沿うような形状になっている。内筒２４および外筒２３の下端部の先端部には、それぞれ、下方に向かって小径となるテーパ状の外壁面および内壁面が設けられており、これにより、気体流路２７が下方に向かって小径にされている。

また、外筒２３の中間部には、気体流路２７に連通する気体導入口３３が形成されている。気体導入口３３には、窒素ガス供給管１０が外筒２３を貫通した状態で接続されており、窒素ガス供給管１０の内部空間と気体流路２７とは連通されている。窒素ガス供給管１０からの窒素ガスは、この気体導入口３３を介して、気体流路２７に導入され、環状気体吐出口３１から吐出されるようになっている。

第１および第２処理液吐出口３０，３４は、環状気体吐出口３１の中心Ｏに関して対称な位置に配置されており、対をなす液吐出口となっている。また、それぞれ半円形の第１および第２処理液吐出口３０，３４は、環状気体吐出口３１と同心形状となっており、これら第１および第２処理液吐出口３０，３４の円弧部分は、環状気体吐出口３１の円周状内周円縁に対向配置されている。

第１処理液吐出口３０、第２処理液吐出口３４および環状気体吐出口３１から硫酸、過酸化水素水および窒素ガスを吐出させると、吐出された硫酸および過酸化水素水と、窒素ガスとが、各吐出口３０，３１，３４の近傍で衝突（混合）して、硫酸の液滴および過酸化水素水の液滴が形成される。
このとき、第１および第２処理液吐出口３０，３４が環状気体吐出口３１の内周縁に対向して、すなわち隣接して配置されているので、硫酸および過酸化水素水は、窒素ガスと確実に混ざり合い、硫酸の液滴および過酸化水素水の液滴となる。また、硫酸および過酸化水素水は窒素ガスに引き寄せられて確実に窒素ガスと混ざり合う。

そして、この硫酸および過酸化水素水の液滴は、噴流となって、二流体ノズル３の下方に配置されたウエハＷの表面に衝突するとともに、ウエハＷの上空またはウエハＷの表面上で混ざり合ってＳＰＭとなる。すなわち、ウエハＷの表面には、二流体ノズル３から吐出された後に硫酸および過酸化水素水が混合されて生成されたレジスト剥離液としてのＳＰＭが供給される。

したがって、ウエハＷの表面には、生成されてから殆ど時間が経っていない活性の高い状態のＳＰＭが供給される。また、硫酸および過酸化水素水は液滴状態で十分に混ざり合うので、効率的に反応熱が生成され、この反応熱は、二流体ノズルなどの部材に吸熱されることなく、ＳＰＭの昇温に寄与する。さらに、硫酸および過酸化水素水の液滴は、第１および第２処理液吐出口３０，３４が環状気体吐出口３１の中心Ｏに関して対称な位置に配置されているので、均一に混ざり合う。

図３は、前記基板処理装置１の電気的構成を説明するためのブロック図である。この基板処理装置１は、制御装置３６を備えている。この制御装置３６は、チャック回転駆動機構８、二流体ノズル移動機構１６および処理液ノズル移動機構２２の動作を制御する。また、制御装置３６は、窒素ガスバルブ１３、硫酸バルブ１４、過酸化水素水バルブ１５およびＤＩＷバルブ２１の開閉を制御する。

図４は、前記基板処理装置１によるウエハＷの処理の一例について説明するための図である。以下では、図１〜図４を参照しつつ、表面にレジスト膜が形成されたウエハＷにＳＰＭを供給して、レジスト剥離処理を施す場合について説明する。
処理対象のウエハＷは、図示しない搬送ロボットによって搬送されてきて、搬送ロボットからスピンチャック２へと受け渡される（ステップＳ１）。

ウエハＷがスピンチャック２に受け渡されると、制御装置３６は、チャック回転駆動機構８を制御して、スピンチャック２に保持されたウエハＷを所定の回転速度で回転させる。また、制御装置３６は、二流体ノズル移動機構１６を制御して、二流体ノズル３を、スピンチャック２に保持されたウエハＷの上方に配置させる。
その後、制御装置３６は、窒素ガスバルブ１３、硫酸バルブ１４および過酸化水素水バルブ１５を開くとともに、ＤＩＷバルブ２１を閉じて、二流体ノズル３からウエハＷの表面に向けて窒素ガス、硫酸および過酸化水素水を吐出させる。

吐出された硫酸および過酸化水素水は、吐出された窒素ガスと各吐出口３０，３１，３４の近傍で衝突して、硫酸の液滴および過酸化水素水の液滴となる。そして、この硫酸および過酸化水素水の混合液滴は、噴流となって、ウエハＷの表面に衝突する（ステップＳ２）。
また、ウエハＷへの硫酸および過酸化水素水の液滴の供給とともに、制御装置３６は、二流体ノズル移動機構１６を制御して、ウエハＷの上方で二流体ノズル３を移動（スキャン）させる。具体的には、ウエハＷの表面の回転中心に対向する位置と、ウエハＷの表面の周縁部に対向する位置との間で二流体ノズル３をスキャンさせる。これにより、ウエハＷへの硫酸および過酸化水素水の液滴の供給位置が移動され、ウエハＷの表面全域に硫酸および過酸化水素水の液滴が供給される。

このとき、硫酸および過酸化水素水の液滴は、ウエハＷの上空またはウエハＷの表面上で混合されてＳＰＭとなり、殆ど劣化がなく活性の高いＳＰＭとしてウエハＷの表面に供給される。また、硫酸および過酸化水素水の反応により生じる反応熱は、二流体ノズル３などの部材に吸熱されることなくＳＰＭの昇温に寄与する。したがって、ウエハＷの表面には、殆ど劣化がなく、かつ、高温となった非常に活性の高いＳＰＭが供給される。すなわち、レジスト剥離処理の初期から終期に亘って、非常に活性の高いＳＰＭをウエハＷに供給して、効率的なレジスト剥離処理をウエハＷの表面に施すことができる。これにより、ウエハＷの表面からレジスト膜を良好に剥離して除去することができる。

ＳＰＭの供給が所定のレジスト剥離処理時間に亘って行われると、制御装置３６は、窒素ガスバルブ１３、硫酸バルブ１４および過酸化水素水バルブ１５を閉じさせる。その後、制御装置３６は、二流体ノズル移動機構１６を制御して、二流体ノズル３をウエハＷの上方から退避させるとともに、処理液ノズル移動機構２２を制御して、処理液ノズル４をウエハＷの上方に配置させる。そして、制御装置３６は、ＤＩＷバルブ２１を開いて、回転されているウエハＷの表面の回転中心付近に処理液ノズル４からＤＩＷを供給させる（ステップＳ３）。

ウエハＷの表面に供給されたＤＩＷは、ウエハＷの回転による遠心力を受けてウエハＷの表面全域に行き渡る。これにより、ウエハＷの表面に付着しているＳＰＭがＤＩＷによって洗い流され、ウエハＷの表面にリンス処理が施される。
ＤＩＷの供給が所定のリンス処理時間に亘って行われると、制御装置３６は、ＤＩＷバルブ２１を閉じて、処理液ノズル４からのＤＩＷの吐出を停止させるとともに、処理液ノズル移動機構２２を制御して、処理液ノズル４をウエハＷの上方から退避させる。そして、制御装置３６は、チャック回転駆動機構８を制御して、スピンチャック２に保持されたウエハＷを所定の高回転速度で回転させる（ステップＳ４）。これにより、ウエハＷの表面に付着しているＤＩＷが、ウエハＷの回転による遠心力を受けてウエハＷの周囲に振り切られ、ウエハＷの表面が乾燥する（スピンドライ処理）。

スピンドライ処理後は、ウエハＷの回転速度が減速されてウエハＷの回転が停止し、図示しない搬送ロボットによって、スピンチャック２から処理後のウエハＷが搬送されていく（ステップＳ５）。
図５は、本発明の他の実施形態に係る二流体ノズル３の底面の一部を示す図である。この図５において、ハッチングが施された範囲は、前述の環状気体吐出口３１ならびに後述の第１処理液吐出口３０ａ、第２処理液吐出口３４ａおよび中心処理液吐出口３８を示している。

また、この図５において、図２に示す各部に相当する部分には、それら各部と同一の参照符号が付されている。また、以下では、その同一の参照符号を付した各部についての詳細な説明を省略する。
この図５に示す二流体ノズル３では、内筒２４の下端に、それぞれほぼ同一形状の円形をなす、複数の第１処理液吐出口３０ａと、複数の第２処理液吐出口３４ａと、中心処理液吐出口３８とが形成されており、これら第１処理液吐出口３０ａ、第２処理液吐出口３４ａおよび中心処理液吐出口３８は、環状気体吐出口３１に囲まれた領域において互いに等間隔を隔てて分散配置されている。

具体的には、環状気体吐出口３１の中心位置に、環状気体吐出口３１と同心である中心処理液吐出口３８が形成されており、中心処理液吐出口３８と環状気体吐出口３１との間に、複数の第１および第２処理液吐出口３０ａ，３４ａが環状気体吐出口３１と同心形状となるように互い違いとなって環状に配列されている。
本実施形態では、中心処理液吐出口３８から硫酸が吐出されるようになっている。また、中心処理液吐出口３８を挟んで対向する第１および第２処理液吐出口３０ａ，３４ａは、環状気体吐出口３１の中心Ｏに関して対称な位置に配置されており、対をなす液吐出口となっている。

この実施形態では、環状気体吐出口３１に囲まれた領域に、複数の第１処理液吐出口３０ａ、複数の第２処理液吐出口３４ａおよび中心処理液吐出口３８を分散配置することにより、第1および第2処理液吐出口３０ａ，３４ａならびに中心処理液吐出口３８から吐出された硫酸および過酸化水素水を窒素ガスと確実に混合させて、硫酸および過酸化水素水の液滴を効率的に形成することができる。これにより、活性の高いＳＰＭをウエハＷの表面に供給して、レジスト剥離処理をウエハＷの表面に効率的に施すことができる。

図６は、本発明のさらに他の実施形態に係る二流体ノズル３の底面の一部を示す図である。この図６において、ハッチングが施された範囲は、前述の環状気体吐出口３１、第１処理液吐出口３０ａおよび第２処理液吐出口３４ａならびに後述の第１処理液吐出口３０ｂおよび第２処理液吐出口３４ｂを示している。
また、この図６において、図２および図５に示す各部に相当する部分には、それら各部と同一の参照符号が付されている。また、以下では、その同一の参照符号を付した各部についての詳細な説明を省略する。

この図６における二流体ノズル３の構成と、図５における二流体ノズル３の構成との主要な相違点は、環状気体吐出口３１の外縁に沿って、複数の第１処理液吐出口３０ｂおよび複数の第２処理液吐出口３４ｂが設けられていることにある。
複数の第１および第２処理液吐出口３０ｂ，３４ｂは、それぞれほぼ同一形状の円形をなし、環状気体吐出口３１と同心形状となるように互い違いとなって環状に配列されている。また、環状気体吐出口３１を挟んで対向する第１および第２処理液吐出口３０ｂ，３４ｂは、環状気体吐出口３１の中心Ｏに関して対称な位置に配置されている。さらに、複数の第１および第２処理液吐出口３０ｂ，３４ｂは、環状気体吐出口３１の内側に形成された複数の第１および第２処理液吐出口３０ａ，３４ａと環状気体吐出口３１を挟んで対向するように配置されている。

この実施形態では、環状気体吐出口３１の外側に複数の第１および第２処理液吐出口３０ｂ，３４ｂを設けることにより、硫酸および過酸化水素水の液滴がウエハＷの表面に供給される範囲を拡大させることができる。したがって、レジスト剥離処理に要する時間を短縮することができる。
図７は、本発明のさらに他の実施形態に係る二流体ノズル３の底面の一部を示す図である。この図７において、ハッチングが施された範囲は、前述の環状気体吐出口３１ならびに後述の第１処理液吐出口３０ｃおよび第２処理液吐出口３４ｃを示している。

また、この図７において、図２に示す各部に相当する部分には、それら各部と同一の参照符号が付されている。また、以下では、その同一の参照符号を付した各部についての詳細な説明を省略する。
この図７に示す二流体ノズル３では、内筒２４の下端に、それぞれほぼ同一形状の扇形をなす、複数（たとえば２つ）の第１処理液吐出口３０ｃと、複数（たとえば２つ）の第２処理液吐出口３４ｃとが形成されており、合計４つの第１および第２処理液吐出口３０ｃ，３４ｃが環状気体吐出口３１と同心形状となるように互い違いとなって環状に配列されている。また、環状気体吐出口３１の中心Ｏを挟んで対向する処理液吐出口（第１処理液吐出口３０ｃ同士と第２処理液吐出口３４ｃ同士）は、中心Ｏに関して対称な位置に配置されており、対をなす液吐出口となっている。

この実施形態では、ほぼ同一形状の扇形をなす複数の第１および第２処理液吐出口３０ｃ，３４ｃから吐出された硫酸および過酸化水素水を窒素ガスと確実に混合させて、硫酸および過酸化水素水の液滴を効率的に形成することができる。
図８は、本発明のさらに他の実施形態に係る二流体ノズル３の底面の一部を示す図である。この図８において、ハッチングが施された範囲は、前述の環状気体吐出口３１ならびに後述の第１処理液吐出口３０ｄおよび第２処理液吐出口３４ｄを示している。

また、この図８において、図２に示す各部に相当する部分には、それら各部と同一の参照符号が付されている。また、以下では、その同一の参照符号を付した各部についての詳細な説明を省略する。
この図８に示す二流体ノズル３では、内筒２４の内部に、内筒２４と同軸である中心筒３９が配置され、円柱状をなす中心筒３９の内部空間が、硫酸が流通する第１処理液流路２６ａとなっており、内筒２４と中心筒３９との間に、過酸化水素水が流通する円筒状の第２処理液流路２８ａが形成されている。

第１処理液流路２６ａは、中心筒３９の下端で、環状気体吐出口３１と同心となる円状の第１処理液吐出口３０ｄとして開口しており、第２処理液流路２８ａは、内筒２４および中心筒３９の下端で、環状気体吐出口３１と同心であり、第１処理液吐出口３０ｄを取り囲む円環状の第２処理液吐出口３４ｄとして開口している。
この実施形態では、円状の第１処理液吐出口３０ｄおよび円環状の第２処理液吐出口３４ｄを、環状気体吐出口３１と同心となるように環状気体吐出口３１の内側に配置することにより、第１および第２処理液吐出口３０ｄ，３４ｄから吐出された硫酸および過酸化水素水を窒素ガスと均一に混合させて硫酸および過酸化水素水の液滴を形成することができ、さらに、この硫酸および過酸化水素水の液滴を均一に混合させることができる。これにより、均一に混合されたＳＰＭをウエハＷの表面に供給させて、レジスト剥離処理をウエハＷの表面に均一に施すことができる。

図９は、本発明のさらに他の実施形態に係る二流体ノズル３の底面の一部を示す図である。この図９において、ハッチングが施された範囲は、前述の環状気体吐出口３１ならびに後述の第１処理液吐出口３０ｅ、第２処理液吐出口３４ｅおよび中心気体吐出口４０を示している。
また、この図９において、図２に示す各部に相当する部分には、それら各部と同一の参照符号が付されている。また、以下では、その同一の参照符号を付した各部についての詳細な説明を省略する。

この図９に示す二流体ノズル３では、環状気体吐出口３１の中心位置に、環状気体吐出口３１と同心である円形の中心気体吐出口４０が形成されており、環状気体吐出口３１と中心気体吐出口４０との間に、ほぼ同一形状の半円弧状をなす第１処理液吐出口３０ｅおよび第２処理液吐出口３４ｅが形成されている。第１および第２処理液吐出口３０ｅ，３４ｅは、環状気体吐出口３１と同心形状となるように中心気体吐出口４０を挟んで対向配置されている。また、第１および第２処理液吐出口３０ｅ，３４ｅは、環状気体吐出口３１の中心Ｏに関して対称な位置に配置されており、対をなす液吐出口となっている。

この実施形態では、半円弧状の第１および第２処理液吐出口３０ｅ，３４ｅを設けることにより、第１および第２処理液吐出口３０ｅ，３４ｅから吐出された硫酸および過酸化水素水を窒素ガスと確実に混合させて、硫酸および過酸化水素水の液滴を効率的に形成することができる。
また、環状気体吐出口３１の中心位置に中心気体吐出口４０を設けることにより、環状気体吐出口３１および中心気体吐出口４０の間に形成された第１および第２処理液吐出口３０ｅ，３４ｅから吐出された硫酸および過酸化水素水と、環状気体吐出口３１および中心気体吐出口４０から吐出された窒素ガスとをより確実に混合させて、硫酸および過酸化水素水の液滴をより効率的に形成することができる。

図１０は、本発明のさらに他の実施形態に係る二流体ノズル３の底面の一部を示す図である。この図１０において、ハッチングが施された範囲は、前述の環状気体吐出口３１および中心気体吐出口４０ならびに後述の第１処理液吐出口３０ｆおよび第２処理液吐出口３４ｆを示している。
また、この図１０において、図２および図９に示す各部に相当する部分には、それら各部と同一の参照符号が付されている。また、以下では、その同一の参照符号を付した各部についての詳細な説明を省略する。

この図１０に示す二流体ノズル３では、内筒２４の下端に、それぞれほぼ同一形状の円弧状をなす、複数（たとえば２つ）の第１処理液吐出口３０ｆと、複数（たとえば２つ）の第２処理液吐出口３４ｆとが形成されており、合計４つの第１および第２処理液吐出口３０ｆ，３４ｆが、環状気体吐出口３１と同心形状となるように互い違いとなって環状に配列されている。また、環状気体吐出口３１の中心Ｏを挟んで対向する処理液吐出口（第１処理液吐出口３０ｆ同士と第２処理液吐出口３４ｆ同士）は、中心Ｏに関して対称な位置に配置されており、対をなす液吐出口となっている。

この実施形態では、ほぼ同一形状の円弧状をなす複数の第１および第２処理液吐出口３０ｆ，３４ｆから吐出された硫酸および過酸化水素水と、環状気体吐出口３１および中心気体吐出口気体３９から吐出された窒素ガスとを確実に混合させて、硫酸および過酸化水素水の液滴を効率的に形成することができる。
この発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。たとえば、前述の実施形態では、第１処理液として硫酸が用いられ、第２処理液として過酸化水素水が用いられている例について説明したが、硫酸以外の処理液を第１処理液として用いてもよいし、過酸化水素水以外の処理液を第２処理液として用いてもよい。

たとえば、第１処理液として、硫酸、酢酸、硝酸、塩酸、フッ酸、アンモニア水、過酸化水素水、オゾン水、水素水、炭酸水のうちの少なくとも１種以上を含む液を用いてもよいし、第２処理液として、硫酸、酢酸、硝酸、塩酸、フッ酸、アンモニア水、過酸化水素水、オゾン水、水素水、炭酸水のうちの少なくとも１種以上を含む液を用いてもよい。なお、これらの処理液は、あらかじめ室温以上、たとえば３０〜１００℃程度に加熱しておいてから用いてもよい。

また、前述の実施形態では、気体として窒素ガスを例示したが、窒素ガスに限らず、窒素ガス、空気、オゾンガス、水素ガス、炭酸ガスのうちの少なくとも１種以上を含む気体を用いてもよい。
また、前記気体は、加熱されていてもよい。加熱された気体を吐出させることにより、当該気体と混合される処理液の温度の低下を抑制したり、その温度を昇温させたりすることができる。これにより、混合処理液（ＳＰＭ）の活性をさらに高めて、混合処理液による処理効率をさらに向上させることができる。

また、前述の実施形態では、環状気体吐出口３１が円環状にされている場合について説明したが、環状気体吐出口３１は、多角環状などのその他の環状にされていてもよい。
また、図９および図１０を参照して説明した実施形態では、環状気体吐出口３１の中心位置に中心気体吐出口４０が設けられている例について説明したが、中心気体吐出口４０が設けられていない構成としてもよい。

一方、図２および図５〜図８を参照して説明した実施形態において、環状気体吐出口３１の中心位置に対応する内筒２４の下端に、中心気体吐出口４０を形成してもよい。
また、前述の実施形態では、ほぼ水平に保持され回転されているウエハＷの表面に処理液を供給して当該ウエハＷを処理するものを取り上げたが、回転していない状態（非回転状態）のウエハＷの表面に処理液を供給してウエハＷを処理するものであってもよい。なお、前記非回転状態のウエハＷとは、回転も移動もしていない状態（静止状態）のウエハＷであってもよいし、回転せずに所定の方向に移動している状態（移動状態）のウエハＷであってもよい。

また、前述の実施形態では、処理対象の基板として半導体ウエハＷを取り上げたが、半導体ウエハＷに限らず、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、ＦＥＤ用基板、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の他の種類の基板が処理対象とされてもよい。

本発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための図解図である。 二流体ノズルの構造を図解的に示す図である。 前記基板処理装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。 前記基板処理装置によるウエハの処理の一例について説明するための図である。 本発明の他の実施形態に係る二流体ノズルの底面の一部を示す図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る二流体ノズルの底面の一部を示す図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る二流体ノズルの底面の一部を示す図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る二流体ノズルの底面の一部を示す図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る二流体ノズルの底面の一部を示す図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る二流体ノズルの底面の一部を示す図である。

符号の説明

１ 基板処理装置
２ スピンチャック（基板回転手段）
３ 二流体ノズル
１０ 窒素ガス供給管（気体供給手段）
１１ 硫酸供給管（処理液供給手段）
１２ 過酸化水素水供給管（処理液供給手段）
１６ 二流体ノズル移動機構（ノズル移動手段）
２３ 外筒（ケーシング）
３０，３０ａ，３０ｃ〜３０ｆ 第１処理液吐出口（第１液吐出口、複数の液吐出口）
３１ 環状気体吐出口
３４，３４ａ，３４ｃ〜３４ｆ 第２処理液吐出口（第２液吐出口、複数の液吐出口）
３８ 中心処理液吐出口（第１液吐出口）
４０ 中心気体吐出口
Ｏ 中心（環状気体吐出口の中心）

Claims (6)

1. 第１処理液、第２処理液および気体が導入されるケーシングと、
   前記ケーシングに形成され、前記第１処理液を吐出するための第１液吐出口と、
   前記ケーシングに形成され、前記第２処理液を吐出するための第２液吐出口と、
   前記第１および第２液吐出口を取り囲む環状をなすように前記ケーシングに形成され、前記気体を吐出するための環状気体吐出口とを含み、
   前記ケーシング外で前記第１および第２処理液ならびに前記気体を混合させて処理液の液滴を形成し、この処理液の液滴を処理対象に向けて吐出するようになっている、二流体ノズル。
2. 前記第１および第２液吐出口を含む複数の液吐出口が前記環状気体吐出口に取り囲まれた領域において前記ケーシングに形成されており、前記複数の液吐出口は、前記環状気体吐出口の中心に関して対称な位置に配置された一対または複数対の液吐出口を含む、請求項１記載の二流体ノズル。
3. 前記第１および第２液吐出口を含む複数の液吐出口が前記環状気体吐出口に取り囲まれた領域において前記ケーシングに形成されており、前記複数の液吐出口は、前記環状気体吐出口と同心形状をなすように形成された一つまたは複数の液吐出口を含む、請求項１または２記載の二流体ノズル。
4. 前記環状気体吐出口の中心位置において前記ケーシングに形成された中心気体吐出口をさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の二流体ノズル。
5. 処理対象の基板を保持して回転させるための基板回転手段と、
   前記基板回転手段によって回転されている基板の主面に、処理液の液滴を供給するための請求項１〜４のいずれか一項に記載の二流体ノズルと、
   前記二流体ノズルのケーシングに前記第１処理液および第２処理液を供給するための処理液供給手段と、
   前記二流体ノズルのケーシングに前記気体を供給するための気体供給手段と、
   前記二流体ノズルを基板の主面に沿って移動させるためのノズル移動手段とを含む、基板処理装置。
6. 処理対象の基板を保持して回転させる基板回転工程と、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の二流体ノズルのケーシングに前記第１処理液および第２処理液を供給する処理液供給工程と、
   前記二流体ノズルのケーシングに前記気体を供給する気体供給工程と、
   前記基板回転工程で回転されている基板の主面に、前記二流体ノズルから生成される処理液の液滴を供給する液滴供給工程と、
   前記液滴供給工程と並行して、前記二流体ノズルを基板の主面に沿って移動させるノズル移動工程とを含む、基板処理方法。

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