JP2008140799A - ノズルユニット、基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微小な粒径の多数の微粒子を基板上に低速にて噴射する。
【解決手段】ノズルユニットでは、外部混合型の２流体ノズルである第１ノズル部４１ａと、第１ノズル部４１ａと同様の構造であって第１ノズル部４１ａの近傍に設けられる第２ノズル部４１ｂとが、双方の噴射軸Ｊ１ａ，Ｊ１ｂが所定位置にて交わるように互いに傾斜して設けられる。そして、基板上における液滴の粒径が、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂのそれぞれが単体にて噴射する場合における液滴の粒径よりも小さくなるように、各ノズル部４１ａ，４１ｂに純水および窒素ガスが所定の流量にて供給され、微小な粒径の多数の液滴を各ノズル部４１ａ，４１ｂにおける窒素ガスの噴射速度よりも低速にて基板上に噴射することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、基板に向けて液体の微粒子を噴射するノズルユニット、および、当該ノズルユニットを用いて基板を処理する技術に関する。

従来より、半導体製品の製造工程において、供給される液体と気体とを混合して液滴を生成する２流体ノズルを用いて、洗浄液の微小な液滴を半導体基板（以下、単に「基板」という。）に向けて噴射することにより基板の表面に付着したパーティクル等の異物を除去する（すなわち、基板を洗浄する）ことが行われている。また、特許文献１では、外部の液滴生成部にて生成される液滴（および、キャリアガス）と、加速ガスとが外部混合型の２流体ノズルに供給されることにより、液滴の噴射口の周囲から旋回流として噴射される加速ガスにて液滴を加速しつつ基板へと噴射する手法が開示されている。

なお、噴霧用ではあるが、特許文献２では、単頭ノズル部の噴口部を対向配置した多頭型ノズルであって、各単頭ノズル部の噴口部から液体および気体を噴射して、超微霧を発生するものが開示されている。
特開２００６−１２８３３２号公報 特開平５−２０８１４８号公報

ところで、近年では、基板に形成されるパターンの微細化に伴って基板上の異物の除去率の向上、および、洗浄時における基板上のパターンへの影響の低減（すなわち、低ダメージ化）が求められている。一般的に、異物の除去率は、液滴の基板への到達速度を高くすることにより向上することが可能であるが、この場合、基板上のパターンへのダメージが増大してしまう。また、異物の除去率は、基板上に噴射される液滴の径（液滴の平均粒径）を小さくして、多数の液滴を基板上に噴射することによっても向上することが可能であるが、２流体ノズルから噴射される液滴の径を小さくするには、２流体ノズルに供給する気体の流量を増大しなければならず、液滴の基板への到達速度が高くなって基板上のパターンへのダメージが大きくなってしまう。さらに、２流体ノズルに供給する液体の流量を増大することも考えられるが、実際には、液滴の径が大きくなってしまい、異物の除去率の向上を図ることはできない。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、微小な粒径の多数の微粒子を基板上に低速にて噴射することを主たる目的とし、微粒子が衝突する際における基板へのダメージを低減しつつ、好ましい基板処理を容易に実現することも目的としている。

請求項１に記載の発明は、基板に向けて液体の微粒子を噴射するノズルユニットであって、気体および液体が導入され、外部にて前記気体と前記液体とを混合して前記液体の微粒子を前記気体と共に所定の噴射軸に沿って噴射する第１ノズル部と、前記第１ノズル部と同様の構造であり、噴射軸が前記第１ノズル部の前記噴射軸と所定位置にて交わるとともに、前記第１ノズル部の近傍に設けられる第２ノズル部とを備え、基板上における微粒子の粒径が、前記第１ノズル部および前記第２ノズル部のそれぞれが単体にて噴射する場合における微粒子の粒径よりも小さい。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のノズルユニットであって、前記第１ノズル部および前記第２ノズル部のそれぞれにおいて、前記液体と前記気体とを混合する前記噴射軸上の混合点が前記所定位置近傍に配置される。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のノズルユニットであって、前記第１ノズル部の前記噴射軸と前記第２ノズル部の前記噴射軸とのなす角を調整する角度調整機構をさらに備える。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のノズルユニットであって、前記第１ノズル部および前記第２ノズル部のそれぞれが、前記液体の噴射口の周囲から前記気体を旋回流として噴射する。

請求項５に記載の発明は、基板を処理する基板処理装置であって、基板を保持する保持部と、前記保持部にて保持される基板の主面に向けて液体の微粒子を噴射する請求項１ないし４のいずれかに記載のノズルユニットとを備える。

請求項６に記載の発明は、基板を処理する基板処理方法であって、基板を保持する工程と、請求項１ないし４のいずれかに記載のノズルユニットから前記基板の主面に向けて液体の微粒子を噴射する工程とを備える。

本発明によれば、微小な粒径の多数の微粒子を各ノズル部における気体の噴射速度よりも低速にて基板上に噴射することができ、これにより、微粒子が衝突する際における基板へのダメージを低減しつつ、好ましい基板処理を容易に実現することができる。

また、請求項３の発明では、第１ノズル部の噴射軸と第２ノズル部の噴射軸とのなす角を調整することにより、微粒子の基板上における到達速度を調整することができ、請求項４の発明では、微小な粒径の微粒子を効率よく生成することができる。

図１は、本発明の一の実施の形態に係る基板洗浄装置１の構成を示す図である。基板洗浄装置１は、半導体基板９（以下、単に「基板９」という。）の表面を洗浄し、基板９の表面に付着したパーティクル等の異物を除去する枚葉式の装置である。

図１に示すように、基板洗浄装置１は、円板状の基板９を水平に保持する基板保持部２、基板９の洗浄用の微粒子である洗浄液（本実施の形態では、純水（脱イオン水（deionized water）））の液滴を生成しつつ基板９に向けて噴射するノズルユニット４、ノズルユニット４に純水を供給する純水供給部３１、ノズルユニット４に窒素ガス（Ｎ_２）を供給する窒素ガス供給部３２、および、これらの機構を制御する制御部５を備える。

基板保持部２は、基板９を下側から保持する略円板状のチャック２１を備え、チャック２１の外周上には、基板９を把持する複数のチャックピン２１１が設けられる。チャック２１の下面にはシャフト２２が設けられ、シャフト２２はモータ２３に接続される。基板９は、基板９の中心がシャフト２２の中心軸上に位置するようにチャック２１に保持される。基板保持部２では、制御部５の制御によりモータ２３が駆動されることによりシャフト２２が回転し、基板９がチャック２１およびシャフト２２と共にシャフト２２の中心軸を中心として回転する。なお、基板保持部２における基板９の保持は、例えば、基板９の下側（ノズルユニット４とは反対側）の主面の中央部のみを吸引吸着する等して実現されてもよい。

ノズルユニット４は、基板９に垂直な面に関して対称となるように互いに近接して配置されるとともに、互いに同様の構造である２つのノズル部４１ａ，４１ｂ（以下、それぞれ「第１ノズル部４１ａ」および「第２ノズル部４１ｂ」という。）、並びに、第１および第２ノズル部４１ａ，４１ｂを保持するノズル保持部４２を有する。第１ノズル部４１ａは、供給管３１１，３２１を介して純水供給部３１および窒素ガス供給部３２に接続され、供給管３１１，３２１には、開度調整が可能なバルブ３１２，３２２がそれぞれ設けられる。また、供給管３１１にはバルブ３１２と第１ノズル部４１ａとの間にて供給管３１３が分岐して設けられており、供給管３１３により第２ノズル部４１ｂが純水供給部３１に接続される。同様に、供給管３２１にはバルブ３２２と第１ノズル部４１ａとの間にて供給管３２３が分岐して設けられており、供給管３２３により第２ノズル部４１ｂが窒素ガス供給部３２に接続される。基板洗浄装置１では、バルブ３１２の開度を調整することにより、第１および第２ノズル部４１ａ，４１ｂの双方へとほぼ同じ量だけ供給される純水の流量（単位時間当たりの供給量）が調整可能とされ、バルブ３２２の開度を調整することにより、第１および第２ノズル部４１ａ，４１ｂの双方へとほぼ同じ量だけ供給される窒素ガスの流量が調整可能とされる。なお、供給管３１１と供給管３１３との接続位置から各ノズル部４１ａ，４１ｂ側にバルブが設けられ、第１および第２ノズル部４１ａ，４１ｂに供給される純水が同じ流量に精度よく調整されてもよい（窒素ガスにおいて同様）。

後述するように、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂのそれぞれは、導入される液体と気体とを外部（各ノズル部４１ａ，４１ｂの外部）にて混合して液滴を生成する外部混合型の２流体ノズルであり、バルブ３１２，３２２が開放されて各ノズル部４１ａ，４１ｂから純水および窒素ガスが噴射されることにより外部にて（実際には、第１および第２ノズル部４１ａ，４１ｂの双方でほぼ同じ位置にて）液滴が生成される。

図２は、第１および第２ノズル部４１ａ，４１ｂの一方のノズル部を示す断面図であり、図２では、当該ノズル部に符号４１を付すとともに、実際には鉛直方向に対して傾斜するノズル部４１（図１参照）の中心軸Ｊ１を図２中の上下方向に向けてノズル部４１を図示している。

図２に示すように、ノズル部４１は、略円筒状の外筒４５、および、外筒４５の内部に嵌め込まれた略円筒状の内筒４６を備え、外筒４５および内筒４６は、中心軸Ｊ１を共有するように配置されている。内筒４６の内部空間は、直線状の純水流路４６１となっており、純水流路４６１の基板９とは反対側（図２中の上側）の端部は、供給管３１１または供給管３１３（図１参照）に接続される純水導入口４６２として開口している。純水流路４６１の基板９側（図２中の下側）の端部は、純水流路４６１に導入された純水を噴射する純水噴射口４６３として開口している。ノズル部４１では、内筒４６により、純水の搬送方向が中心軸Ｊ１に沿う直線状に規制され、純水噴射口４６３から中心軸Ｊ１に沿う方向（以下、「噴射方向」と呼び、中心軸Ｊ１を噴射軸Ｊ１とも呼ぶ。）に純水が噴射される。

ノズル部４１では、外筒４５はほぼ一定の内径を有する。一方、内筒４６は、噴射方向の各部で外径が変化し、内筒４６の噴射方向における中間部４６ａは、外筒４５の内径より小さな外径を有する。内筒４６の純水噴射口４６３側および純水導入口４６２側の端部近傍には、内筒４６の外周面から張り出すように、内筒４６と一体的に形成されたフランジ４６ｂ，４６ｃがそれぞれ設けられている。フランジ４６ｂ，４６ｃは外筒４５の内径にほぼ等しい外径を有しているため、外筒４５の内部に嵌め込まれた内筒４６は、フランジ４６ｂ，４６ｃの外周面にて外筒４５の内周面に密接する。そして、内筒４６の中間部４６ａと外筒４５の内周面との間に、噴射軸Ｊ１を中心とする略円筒状の間隙である円筒流路４７１が形成される。外筒４５の噴射方向における中間近傍には、供給管３２１または供給管３２３（図１参照）に接続される窒素ガス導入口４５１が形成されており、窒素ガスが窒素ガス導入口４５１を介して円筒流路４７１に導入される。

図３および図４は、内筒４６のフランジ４６ｂ近傍を拡大して示す正面図および底面図である。図３および図４に示すように、フランジ４６ｂは、円筒状の部位の下側に中空の円錐台が設けられた形状を有しており、噴射軸Ｊ１に対して略垂直に突出している。フランジ４６ｂには、噴射方向にフランジ４６ｂを貫通する６つのスリット４６４が形成されている。各スリット４６４は、フランジ４６ｂの外周面からフランジ４６ｂの内側に向かって、噴射軸Ｊ１に略平行、かつ、噴射軸Ｊ１を含まない平面に沿うように、互いにほぼ等角度間隔で形成されている。各スリット４６４は、噴射方向に見て、フランジ４６ｂの外周面における開口（以下、「側面開口」という。）４６５と噴射軸Ｊ１とを結ぶ径方向に対して所定の角度にて斜交しており、また、フランジ４６ｂから下方に突出して設けられた円筒状の内筒先端部４６ｄの外周面にほぼ接する。

図２に示すように、外筒４５は基板９側の先端に外筒先端部４５ａを備える。外筒先端部４５ａは、純水噴射口４６３側の先端に向かうに従って内径が漸次小さくなるテーパ状の内周面、および、テーパ状の内周面の下方に設けられる噴射軸Ｊ１に平行な内周面を有する。ノズル部４１では、各スリット４６４の側面開口４６５（図４参照）が外筒４５の内周面により閉塞され、側面開口４６５の下部が外筒先端部４５ａのテーパ状の内周面により閉塞されることにより、円筒流路４７１と連通するとともに円筒流路４７１からの窒素ガスの流れの方向を変更する方向変更部４７２が形成される。

また、外筒先端部４５ａの内径は内筒先端部４６ｄの外径よりも大きいため、外筒先端部４５ａと内筒先端部４６ｄとの間に噴射軸Ｊ１の周囲を囲む略円筒状の間隙であって、方向変更部４７２からの窒素ガスが導かれて旋回流を形成する旋回流形成部４７３が形成される。旋回流形成部４７３の基板９側の先端は、純水噴射口４６３の周囲を囲む円環状の窒素ガス噴射口４７４として、純水噴射口４６３に近接して開口している。上述のように、スリット４６４は内筒先端部４６ｄの外周面にほぼ接するように形成されているため（図４参照）、ノズルユニット４を基板９側から見た場合、方向変更部４７２の噴射軸Ｊ１側の部位は、窒素ガス噴射口４７４と重なっている。

ノズル部４１では、周囲にスリット４６４が形成された内筒４６を外筒４５の内部に嵌め込むことにより、窒素ガスが流れる円筒流路４７１、方向変更部４７２および旋回流形成部４７３（以下、これらをまとめて、「窒素ガス流路４７」という。）が容易に形成される。

図５は、ノズルユニット４のノズル保持部４２を示す正面図であり、図５では第１および第２ノズル部４１ａ，４１ｂの外形を二点鎖線にて図示している。図５に示すように、ノズル保持部４２は矩形の板状のベース部材４２１、および、４つの同じ長さの細長い板状のプレート４３１〜４３４を有し、プレート４３１，４３３の端部は、ピン部材４３５により回転可能にベース部材４２１に対して固定される。プレート４３１には、ピン部材４３５から所定の距離だけ離れた位置にプレート４３４の端部が回転可能に取り付けられ、プレート４３３にも、ピン部材４３５から同じ距離だけ離れた位置にプレート４３２の端部が回転可能に取り付けられる。プレート４３１のピン部材４３５とは反対側の端部、および、プレート４３２のプレート４３３とは反対側の端部は、プレート４３１とプレート４３２とが平行となり、かつ、プレート４３３と第１ノズル部４１ａの噴射軸（図５中にて符号Ｊ１ａを付す。）とが平行となるように第１ノズル部４１ａに回転可能に固定される。すなわち、プレート４３１，４３２，４３３および第１ノズル部４１ａにより、平行四辺形のリンク機構が構成される。プレート４３３のピン部材４３５とは反対側の端部、および、プレート４３４のプレート４３１とは反対側の端部も、プレート４３３とプレート４３４とが平行となり、かつ、プレート４３１と第２ノズル部４１ｂの噴射軸（図５中にて符号Ｊ１ｂを付す。）とが平行となるように第２ノズル部４１ｂに回転可能に固定され、プレート４３１，４３３，４３４および第２ノズル部４１ｂにより、平行四辺形のリンク機構が構成される。このような構造により、ノズル保持部４２では、プレート４３１，４３３、第１ノズル部４１ａの噴射軸Ｊ１ａ、および、第２ノズル部４１ｂの噴射軸Ｊ１ｂが交わる位置を頂点とする菱形が維持されることとなる。

また、ベース部材４２１には、ピン部材４３５を中心とする円弧状の２つの溝４２２ａ，４２２ｂが、ピン部材４３５の位置を通って上下方向を向く線Ｊ２に関して左右対称に形成されている。線Ｊ２は基板９の法線方向に平行であり、以下、「基準線Ｊ２」という。各プレート４３１，４３３には固定プレート４３６，４３７が取り付けられ、固定プレート４３６，４３７はネジ４３８，４３９により溝４２２ａ，４２２ｂに対してスライド可能に固定される。実際には、２つのプレート４３１，４３３が基準線Ｊ２に対して互いに反対側に配置され、かつ、ピン部材４３５から斜め下方に伸びるように固定プレート４３６，４３７がベース部材４２１に対して固定される。また、プレート４３１，４３３と基準線Ｊ２とのなす角は９０度未満の同じ角度とされる。これにより、図５および図６に示すように、プレート４３１，４３３、噴射軸Ｊ１ａおよび噴射軸Ｊ１ｂにより形成される菱形において、ピン部材４３５に対向する基板９側の頂点（図５および図６中の符号Ｐ１を付す点）を、基準線Ｊ２上に常に位置させた状態で、噴射軸Ｊ１ａと噴射軸Ｊ１ｂとのなす角（図５および図６中にて符号θを付して示す角度）が所定の範囲内で調整可能とされる。噴射軸Ｊ１ａと噴射軸Ｊ１ｂとのなす角θは、好ましくは３０度以上１５０度以下とされるが、０度よりも大きく１８０度未満であれば他の角度に設定可能とされてもよい。

ノズルユニット４では、プレート４３１，４３２はプレート４３３，４３４のベース部材４２１側に位置し、第１ノズル部４１ａは、プレート４３３，４３４とほぼ同じ厚さのスペーサ（図示省略）を介してプレート４３１，４３２に固定されるため、第１ノズル部４１ａの噴射軸Ｊ１ａと第２ノズル部４１ｂの噴射軸Ｊ１ｂとが、基準線Ｊ２に平行な線（すなわち、基板９の法線に平行な線）上の点Ｐ１と同位置にて正確に交わることとなる。噴射軸Ｊ１ａ，Ｊ１ｂは基板９に垂直な同一平面に含まれることから、以下の説明では、点Ｐ１が当該平面上に存在するとみなして点Ｐ１を「軸交点Ｐ１」と呼ぶ。また、第１ノズル部４１ａの噴射軸Ｊ１ａと第２ノズル部４１ｂの噴射軸Ｊ１ｂとのなす角θに依存することなく、第１ノズル部４１ａの先端（純水噴射口４６３（図２参照））と軸交点Ｐ１との間の距離Ｄ１、および、第２ノズル部４１ｂの先端と軸交点Ｐ１との間の距離Ｄ２は一定となる。

以上のように、ノズル保持部４２では、各ノズル部４１ａ，４１ｂの先端から一定距離の位置にて噴射軸Ｊ１ａ，Ｊ１ｂを交わらせつつ、第１ノズル部４１ａの噴射軸Ｊ１ａと第２ノズル部４１ｂの噴射軸Ｊ１ｂとのなす角θを調整する角度調整機構４３が、プレート４３１〜４３４、固定プレート４３６，４３７、ネジ４３８，４３９、ピン部材４３５および溝４２２ａ，４２２ｂにより構築される。なお、角度調整機構４３は、第１ノズル部４１ａの噴射軸Ｊ１ａと第２ノズル部４１ｂの噴射軸Ｊ１ｂとのなす角θを調整することが可能であるならば、図５に示す構成以外により実現されてもよい。

図１に示すように、ノズル保持部４２は、基準線Ｊ２が基板９と直交する状態にてアーム４４を介して図示省略のノズル移動機構に接続されており、基板９の上方において第１および第２ノズル部４１ａ，４１ｂがアーム４４と共に移動可能とされる。基板洗浄装置１では、必要に応じてノズル保持部４２を昇降する機構が設けられ、第１および第２ノズル部４１ａ，４１ｂの傾斜角の変更に伴う軸交点Ｐ１の移動に合わせてノズル保持部４２の基板９に対する高さが変更されてもよい。

ここで、参考例として、仮に第１および第２ノズル部４１ａ，４１ｂのうちの１つのノズル部４１のみに窒素ガスおよび純水を供給した場合における当該ノズル部４１からの液滴の噴射について述べる。ノズル部４１に窒素ガスおよび純水が供給されると、窒素ガスは、図２に示す円筒流路４７１内を窒素ガス流路４７の母線方向（すなわち、噴射方向）に沿って下方に流れ、方向変更部４７２へと導かれる。方向変更部４７２では、各スリット４６４（図４参照）の外周側において下方へと流れる窒素ガスが、外筒先端部４５ａのテーパ状の内周面に沿って図４中の矢印Ｋにて示すフランジ４６ｂの中心軸Ｊ１（すなわち、噴射軸Ｊ１）側に向かって流れつつ図２に示す旋回流形成部４７３へと導かれる。このように、方向変更部４７２では、窒素ガスの向き（すなわち、窒素ガスが流れる方向）が噴射方向から、噴射軸Ｊ１を中心とする円周方向に沿う成分を有する方向へと変換される。

方向変更部４７２の６つのスリット４６４を通過した窒素ガスは、旋回流形成部４７３において噴射軸Ｊ１を中心とする円周方向に沿って、図４中における反時計回りに旋回しつつ下方へと流れる。窒素ガスは、噴射軸Ｊ１を中心とする円周上において互いにほぼ等角度間隔に配列された６つのスリット４６４から旋回流形成部４７３へと導かれるため、円周方向（すなわち、旋回方向）に関して均一な旋回流となる。

図２に示す旋回流形成部４７３を通過した窒素ガスは、窒素ガス噴射口４７４を介して純水噴射口４６３の周囲全周から旋回流として噴射される。純水噴射口４６３の周囲の各方向から噴射された窒素ガスは、純水噴射口４６３から噴射される純水の移動経路上において互いに衝突する。これにより、窒素ガス噴射口４７４および純水噴射口４６３の外部にて純水と窒素ガスとが混合されて純水の液滴が効率よく生成されつつ、液滴および窒素ガスが噴射軸Ｊ１に沿って移動する。すなわち、ノズル部４１から純水の液滴が窒素ガスと共に噴射軸Ｊ１に沿って噴射される。

図７は、１つのノズル部４１のみに窒素ガスおよび純水を供給した場合における当該ノズル部４１の窒素ガス噴射口４７４から噴射される窒素ガスの進行方向を示す斜視図であり、図７では噴射軸Ｊ１を上下方向に向けてノズル部４１を図示している。図７中の矢印Ｎは、窒素ガスの進行方向を示す。ノズル部４１では、旋回流形成部４７３（図２参照）において窒素ガスが純水流路４６１の周囲を均一に旋回しつつ流れることにより、窒素ガス噴射口４７４から噴射される窒素ガスが、窒素ガス噴射口４７４近傍にて旋回方向に均一な渦巻き気流となり、既述のように、純水噴射口４６３から噴射軸Ｊ１に沿って噴射される純水の液滴の周囲を囲みつつ純水と混合され、純水の液滴が生成される。

図４に示すように、ノズル部４１では、スリット４６４が内筒先端部４６ｄの外周面（すなわち、図２に示す窒素ガス噴射口４７４の内周）にほぼ接するように形成されているため、窒素ガスが窒素ガス噴射口４７４の接線方向の成分を有する方向に向けて噴射される。その結果、図７に示すように、ノズル部４１から噴射された純水の液滴および窒素ガスが流れる領域の輪郭（図７中において二点鎖線にて示す。）は、純水噴射口４６３の近傍に形成される絞り部Ｌ１と、噴射軸Ｊ１に沿って絞り部Ｌ１からノズル部４１とは反対側に向かうに従って側方に（噴射軸Ｊ１から離れる方向に）広がる拡散部Ｍ１とを有する形状となる。絞り部Ｌ１は、液滴の噴射方向に直交する略円形断面の径が、噴射軸Ｊ１に沿う方向の各部でノズル部４１から離れるに従って漸次減少する略逆円錐台形状を有している。拡散部Ｍ１は、噴射方向に直交する略円形断面の径がノズル部４１から離れるに従って漸次増大する略円錐台形状を有している。換言すれば、絞り部Ｌ１と拡散部Ｍ１とにより、いわゆる鼓型の形状が形成される。なお、図７では、拡散部Ｍ１において噴射軸Ｊ１に垂直な一の断面の外形をＮ１を付す実線にて示している。

ノズルユニット４の第１および第２ノズル部４１ａ，４１ｂのそれぞれでは、噴射軸Ｊ１ａ，Ｊ１ｂ上において、絞り部Ｌ１にて略円形断面の径が最も小さくなる位置が純水と窒素ガスとが高密度にて混合される混合点とされており、一般的な２流体ノズル（液滴および窒素ガスが流れる領域の輪郭において、噴射軸に垂直な断面の径の最小位置が不明瞭なものも含む。）では、混合点の位置はノズルの仕様として定められている。ノズルユニット４では、各ノズル部４１ａ，４１ｂの混合点が図５に示す軸交点Ｐ１に配置され、後述する実際の基板洗浄の際には、噴射軸Ｊ１ａに沿って移動する第１ノズル部４１ａからの純水および窒素ガスと、噴射軸Ｊ１ｂに沿って移動する第２ノズル部４１ｂからの同量の純水および窒素ガスとが、軸交点Ｐ１にて混合され、微小な粒径（平均粒径）の液滴が生成されるとともに、基準線Ｊ２に平行な方向（すなわち、基板９に対して垂直な方向）に基板９に向かって移動する。なお、本実施の形態では、各ノズル部４１ａ，４１ｂにおいて混合点はノズル部４１ａ，４１ｂの先端から噴射軸Ｊ１ａ，Ｊ１ｂに沿って６ミリメートル（ｍｍ）だけ離れた位置とされる（すなわち、図５中の距離Ｄ１，Ｄ２が共に６ｍｍとされる。）。

図８は、基板洗浄装置１が基板９を洗浄する処理の流れを示す図である。基板９を洗浄する際には、まず、図５の角度調整機構４３において、第１ノズル部４１ａの噴射軸Ｊ１ａと第２ノズル部４１ｂの噴射軸Ｊ１ｂとのなす角θが、操作者により所定の角度（以下、「設定角度」という。）に調整される（ステップＳ１０）。なお、噴射軸Ｊ１ａと噴射軸Ｊ１ｂとのなす角θが既に設定角度に調整されている場合（後述するように、複数の基板９に対して洗浄処理を順次施す際に、２枚目以降の基板９を処理する場合等）には、ステップＳ１０の処理はスキップされる。また、外部の搬送装置により図１に示す基板保持部２上に基板９が載置されて保持される（ステップＳ１１）。続いて、モータ２３が制御部５により駆動されて基板９の回転が開始され（ステップＳ１２）、その後、バルブ３１２，３２２が開放されることにより、第１および第２ノズル部４１ａ，４１ｂの双方に純水と窒素ガスとが供給される。

既述のように、ノズルユニット４では、第１および第２ノズル部４１ａ，４１ｂにおいて、噴射軸Ｊ１ａ，Ｊ１ｂが互いに軸交点Ｐ１にて交わっており、第１および第２ノズル部４１ａ，４１ｂにより生成される液滴同士の衝突や第１および第２ノズル部４１ａ，４１ｂからの窒素ガスの流れの乱れ等が生じて、軸交点Ｐ１近傍にて微小な粒径の液滴が生成されるとともに、生成された液滴が窒素ガスと共に基板９側へと向かって移動する。このようにして、微小な液滴がノズルユニット４から基板９の上側の主面に向けて噴射され、基板９上の異物が効率よく除去される（ステップＳ１３）。実際には、基板９上に到達する液滴の粒径は供給される窒素ガスの流量に依存するが、液滴の粒径と窒素ガスの流量との関係については後述する。また、第１および第２ノズル部４１ａ，４１ｂから噴射される窒素ガスは軸交点Ｐ１近傍にて互いに衝突することにより、窒素ガス噴射口４７４における噴射速度から設定角度に応じて減速した後に、基板９側へと向かうこととなる。これにより、窒素ガスにより運ばれる液滴により基板９上のパターンが損傷することが抑制される。

基板９への液滴の噴射が開始されると、図１に示す基板保持部２により回転する基板９の上方において、ノズル移動機構によりノズルユニット４が移動を開始し、基板９の中心と外周上の１点との間の上方にて、すなわち、図１中に実線にて示す位置と二点鎖線にて示す位置との間にて、往復移動を繰り返して基板９の上面全体（あるいは、所定の範囲）の洗浄が行われる。このようにして、ノズルユニット４からの液滴の噴射およびノズルユニット４の往復移動が所定時間だけ継続されると、ノズルユニット４に対する純水および窒素ガスの供給が停止され、ノズルユニット４の移動および基板９の回転も停止されて基板９の洗浄処理が終了する（ステップＳ１４）。基板洗浄装置１では、複数の基板９に対して上記の洗浄処理が順次繰り返されてもよい（ただし、図８では、繰り返しに係る工程は図示していない。）。この場合、洗浄後の基板９が次の洗浄対象の基板９に交換された後（ステップＳ１１）、上記ステップＳ１２〜Ｓ１４の処理が行われる（すなわち、ステップＳ１０の処理はスキップされる。）。

次に、液滴の粒径と窒素ガスの流量との関係について述べる。表１は、液滴の粒径と窒素ガスの流量との関係を示しており、ノズルユニット４において、設定角度を９０度とし、各ノズル部４１ａ，４１ｂに供給する純水の流量を毎分１００ミリリットル（すなわち、１００ｍＬ／ｍｉｎ）にて一定とし、窒素ガスの流量を毎分２０リットル（すなわち、２０Ｌ／ｍｉｎ）、２５Ｌ／ｍｉｎ、４０Ｌ／ｍｉｎのそれぞれに変更した場合に、基板９上に噴射される液滴の粒径を表１中の「液滴の粒径」と記す欄の下に「ツインノズル」と記して示している。また、表１では、第１および第２ノズル部４１ａ，４１ｂのうちの１つのノズル部４１のみを、その噴射軸Ｊ１を基板に垂直に配置した比較例のノズルユニットを用いた場合に、基板上に噴射される液滴の粒径を「液滴の粒径」と記す欄の下に「シングルノズル」と記して示し、参考として、基板９上における液滴の到達速度を「到達速度」と記して示している。

表１に示すように、窒素ガスの流量を２０Ｌ／ｍｉｎとした場合には、ノズルユニット４にて生成される液滴の粒径が、比較例のノズルユニットにて生成される液滴の粒径よりも大きくなっているが、窒素ガスの流量を２５Ｌ／ｍｉｎ以上とした場合には、ノズルユニット４における液滴の粒径が、比較例のノズルユニットにおける液滴の粒径よりも小さくなる。このように、本実施の形態におけるノズルユニット４では、窒素ガスの流量を純水の流量の２５０倍以上とすることにより、基板９上における液滴の粒径が、１０μｍ以下となって第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂのそれぞれが単体にて噴射する場合における液滴の粒径よりも小さくなる。したがって、ノズルユニット４では、１つのノズル部のみを有する比較例のノズルユニットにて基板上に噴射される液滴の個数の２倍よりも多い個数の液滴を、２つのノズル部４１ａ，４１ｂを用いて基板９上に噴射することができ、基板９上における液滴の密度（単位時間当たりに基板表面の単位面積に到達する液滴数）を高くして、基板９上の異物の除去率を向上することができる。なお、ノズルユニット４には、比較例のノズルユニットに供給される純水の２倍の流量の純水が供給されているが、仮に、比較例のノズルユニットに供給される純水の流量を２倍にした場合、基板上に噴射される液滴の粒径はさらに大きくなってしまうため、基板上の異物を効率よく除去することができなくなる。

また、比較例のノズルユニットにおいても、窒素ガスの流量を４０Ｌ／ｍｉｎとすることにより、液滴の粒径をノズルユニット４にて窒素ガスの流量を２５Ｌ／ｍｉｎとした場合におけるものと同等にすることが可能であるが、この場合、生成された液滴が窒素ガスの噴射速度に近い速度にて基板９上に到達するため、基板９上のパターンが損傷する場合がある。これに対し、ノズルユニット４では、第１および第２ノズル部４１ａ，４１ｂからの窒素ガスが軸交点Ｐ１近傍にて互いに衝突することにより、液滴の基板９上における到達速度が各ノズル部４１ａ，４１ｂにおける窒素ガスの噴射速度よりも低くなり（実際には、設定角度が大きくなるに従って低くなり）、基板９上のパターンのダメージが抑制される。

以上に説明したように、基板洗浄装置１のノズルユニット４では、外部混合型の２流体ノズルである第１ノズル部４１ａと、第１ノズル部４１ａと同様の構造であって第１ノズル部４１ａの近傍に設けられる第２ノズル部４１ｂとが、双方の噴射軸Ｊ１ａ，Ｊ１ｂが所定位置にて交わるように互いに傾斜して設けられる。そして、各ノズル部４１ａ，４１ｂに純水および窒素ガスが所定の流量にて供給されることにより、微小な粒径の多数の液滴を各ノズル部４１ａ，４１ｂにおける窒素ガスの噴射速度よりも低速にて基板９上に噴射することができ、液滴が衝突する際における基板９へのダメージを低減しつつ、基板９上の異物の除去率を向上することが容易に実現される。また、角度調整機構４３にて第１ノズル部４１ａの噴射軸Ｊ１ａと第２ノズル部４１ｂの噴射軸Ｊ１ｂとのなす角を調整することにより、液滴の基板９上における到達速度を容易に調整することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

ノズルユニット４では、各ノズル部４１ａ，４１ｂから旋回流として噴射される窒素ガスは、必ずしも純水噴射口４６３の周囲全周から噴射される必要はない。図９は、ノズル部４１の他の例を示す底面図である。図９に示す例では、純水噴射口４６３の周囲を囲む互いに離れた３箇所に窒素ガス噴射口４７４が設けられ、純水噴射口４６３から噴出される純水が３方向から窒素ガスに囲まれて窒素ガスと混合される。このように、各ノズル部４１において、純水噴射口４６３の周囲から（好ましくは、３以上の方向から）窒素ガスが旋回流として噴射されることにより、上記実施の形態と同様に、微小な粒径の液滴を効率よく生成することができ、基板９の洗浄を効率良く行うことができる。もちろん、ノズルユニット４の設計によっては、窒素ガスを旋回させずに噴射するものを用いることも可能である。

また、ノズルユニット４では、各ノズル部４１ａ，４１ｂの噴射軸Ｊ１ａ，Ｊ１ｂ上の混合点は、必ずしも軸交点Ｐ１に配置される必要はないが、微小な液滴を効率よく生成するには、各ノズル部４１ａ，４１ｂの混合点は軸交点Ｐ１近傍に配置される（例えば、各混合点が軸交点Ｐ１から７ｍｍの範囲内に配置される）ことが好ましい。

ノズルユニット４では、純水以外の液体が供給されることにより、当該液体の微粒子が生成されてもよく、さらに、ノズルユニット４に供給される気体も、窒素ガス以外であってもよい。

基板洗浄装置１は、プリント配線基板やフラットパネル表示装置に使用されるガラス基板等、半導体基板以外の様々な基板の洗浄に利用されてよい。なお、基板の種類や大きさ等に合わせて、基板の洗浄時における回転は省略されてもよい。

上記実施の形態では、基板を洗浄する基板洗浄装置について説明したが、上述の構成を備える装置は、基板表面へ様々な処理液の液滴を噴射して基板に処理を行う基板処理装置として利用されてよい。例えば、基板処理装置により、基板表面の露光済みのレジスト膜を現像する現像液の塗布が行われる場合、図１に示すノズルユニット４の各ノズル部４１ａ，４１ｂには現像液および窒素ガスが供給され、現像液の微粒子が窒素ガスと共に基板９に対して噴射されて基板９の現像が行われる。また、基板処理装置は、液体の微粒子の噴射による表面処理等に利用されてもよい。ノズルユニット４を有する基板処理装置では、微小な粒径の多数の微粒子を各ノズル部４１ａ，４１ｂにおける気体の噴射速度よりも低速にて基板上に噴射することができ、これにより、微粒子が衝突する際における基板へのダメージを低減しつつ好ましい基板処理を容易に実現することができる。

基板洗浄装置の構成を示す図である。 ノズル部を示す断面図である。 内筒のフランジ近傍を拡大して示す正面図である。 内筒のフランジ近傍を拡大して示す底面図である。 ノズル保持部を示す正面図である。 角度調整機構の動作を説明するための図である。 １つのノズル部のみから噴射される窒素ガスの進行方向を示す斜視図である。 基板を洗浄する処理の流れを示す図である。 ノズル部の他の例を示す底面図である。

符号の説明

１ 基板洗浄装置
２ 基板保持部
４ ノズルユニット
９ 基板
４１，４１ａ，４１ｂ ノズル部
４３ 角度調整機構
４６３ 純水噴射口
Ｊ１，Ｊ１ａ，Ｊ１ｂ 噴射軸
Ｐ１ 軸交点
Ｓ１１，Ｓ１３ ステップ

Claims (6)

1. 基板に向けて液体の微粒子を噴射するノズルユニットであって、
   気体および液体が導入され、外部にて前記気体と前記液体とを混合して前記液体の微粒子を前記気体と共に所定の噴射軸に沿って噴射する第１ノズル部と、
   前記第１ノズル部と同様の構造であり、噴射軸が前記第１ノズル部の前記噴射軸と所定位置にて交わるとともに、前記第１ノズル部の近傍に設けられる第２ノズル部と、
   を備え、
   基板上における微粒子の粒径が、前記第１ノズル部および前記第２ノズル部のそれぞれが単体にて噴射する場合における微粒子の粒径よりも小さいことを特徴とするノズルユニット。
2. 請求項１に記載のノズルユニットであって、
   前記第１ノズル部および前記第２ノズル部のそれぞれにおいて、前記液体と前記気体とを混合する前記噴射軸上の混合点が前記所定位置近傍に配置されることを特徴とするノズルユニット。
3. 請求項１または２に記載のノズルユニットであって、
   前記第１ノズル部の前記噴射軸と前記第２ノズル部の前記噴射軸とのなす角を調整する角度調整機構をさらに備えることを特徴とするノズルユニット。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のノズルユニットであって、
   前記第１ノズル部および前記第２ノズル部のそれぞれが、前記液体の噴射口の周囲から前記気体を旋回流として噴射することを特徴とするノズルユニット。
5. 基板を処理する基板処理装置であって、
   基板を保持する保持部と、
   前記保持部にて保持される基板の主面に向けて液体の微粒子を噴射する請求項１ないし４のいずれかに記載のノズルユニットと、
   を備えることを特徴とする基板処理装置。
6. 基板を処理する基板処理方法であって、
   基板を保持する工程と、
   請求項１ないし４のいずれかに記載のノズルユニットから前記基板の主面に向けて液体の微粒子を噴射する工程と、
   を備えることを特徴とする基板処理方法。

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