JP2008153322A - 二流体ノズル、基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二流体ノズルにおいて簡単な構造で液滴を効率よく帯電させる。
【解決手段】基板処理装置は、基板に処理液である純水の液滴を噴出する二流体ノズル３を備え、ノズル３は内筒部材３２および外筒部材３３を備える。ガスは気体流路である内筒部材３２内を流れ、処理液は内筒部材３２と外筒部材３３とにより構成される処理液流路を下方へと流れる。内筒部材３２の下端部３２１の下方は混合領域３０２となっており、混合領域３０２でガスと処理液とが混合されて微細な液滴が生成され、外筒部材３３の下端の噴出口３１から噴出される。気体流路内には第１電極６１が設けられ、処理液流路内には第２電極６２が設けられ、第１電極６１と第２電極６２との間に電位差が付与されることにより処理液に電荷が誘導され、帯電した液滴が生成される。ノズル３では簡単な構造で第１電極６１を処理液から隔離しつつ液滴を効率よく帯電させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、液滴を噴出する二流体ノズルに関し、特に、処理液の液滴を基板に噴射して処理する際に使用される二流体ノズルおよび二流体ノズルを使用して基板を処理する技術に関する。

従来より、半導体基板（以下、単に「基板」という。）の製造工程において、基板に処理液を噴射して様々な処理が行われている。例えば、基板の洗浄処理では、基板に対して純水等の洗浄液を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が除去される。

ところで、このような洗浄処理では、表面に絶縁膜が形成された基板と比抵抗が高い純水との接触により、基板の表面全体が帯電することが知られている。例えば、基板表面に酸化膜が形成されている場合には基板はマイナスに帯電し、基板表面にレジスト膜が形成されている場合にはプラスに帯電する。ここで、基板の帯電量が大きくなると、洗浄中や洗浄後におけるパーティクルの再付着や放電による配線の損傷等が発生する恐れがある。そこで、基板処理装置において基板の帯電を抑制する様々な技術が提案されている。

例えば、特許文献１では、回転する基板上に洗浄液を供給して洗浄する洗浄装置において、イオン化した窒素ガスを基板上の処理空間にパージした状態で洗浄を行うことにより、基板表面の帯電を抑制する技術が開示されている。また、特許文献２では、洗浄液が貯溜された処理槽に基板を浸漬して洗浄する洗浄装置において、洗浄液の交換時に基板に噴射する液体を、純水に炭酸ガスを溶解させた炭酸ガス溶解水とすることにより、基板表面の帯電を抑制する技術が開示されている。

特許文献３では、純水をノズルから高速にて噴出してノズルとの流動摩擦により帯電した純水の微小液滴を生成し、当該液滴を帯電した物質と接触させることにより、帯電物質の静電気を除去する除電装置が開示されており、当該除電装置の適用対象として、洗浄後の帯電した半導体基板が挙げられている。

一方、非特許文献１では、ノズルから噴出された純水のジェットがシリコンウエハに衝突したときに発生する帯電霧の発生機構に関する実験について記載されている。当該実験に利用される装置では、純水の噴出経路に誘導電極を配置してジェットの帯電量を制御することにより、帯電霧の帯電量が変更される。
特開２００２−１８４６６０号公報 特開２００５−１８３７９１号公報 特開平１０−１４９８９３号公報 浅野一明、下川博文，「水噴流とシリコンウエハの衝突による帯電霧」，静電気学会講演論文集’００（２０００．３），静電気学会，２０００年３月，ｐｐ．２５−２６

ところで、特許文献１のようにイオン化したガス雰囲気における洗浄処理では、基板表面に対してイオン化ガスを継続して効率良く供給することが難しく、洗浄処理中の基板の帯電抑制に限界がある。一方、特許文献２および特許文献３の装置では、洗浄処理中における基板の帯電を抑制することはできない。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、処理液を基板に供給して処理する基板処理装置において、処理中における基板の帯電を抑制することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、処理対象に向けて処理液の液滴を噴出する二流体ノズルであって、処理液が流れる処理液流路と、気体が流れる気体流路と、前記処理液流路からの前記処理液と前記気体流路からの前記気体とを混合して液滴を生成し、前記液滴を前記気体と共に所定の噴出方向へと噴出する液滴生成部と、前記液滴生成部近傍にて前記気体流路内に設けられた第１電極と、前記処理液流路または前記液滴生成部内にて前記処理液に接し、前記第１電極との間で電位差が付与される第２電極とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の二流体ノズルであって、前記液滴生成部が、前記処理液と前記気体との混合領域を覆うとともに噴出口を有するカバーを備え、前記第２電極が前記カバー内に設けられる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の二流体ノズルであって、前記気体流路から前記混合領域の中央に向かって前記気体が噴出され、前記混合領域において前記気体の流れの周囲に前記処理液流路からの前記処理液が供給され、前記第２電極が、前記気体の前記流れを囲む環状である。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の二流体ノズルであって、前記カバーおよび前記第２電極が、一体的に形成された導電性の部材である。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の二流体ノズルであって、前記第２電極が、導電性樹脂または導電性カーボンにより形成されている。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の二流体ノズルであって、前記処理液と前記気体との混合領域と前記第１電極との間の距離が５ｃｍ以下である。

請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の二流体ノズルであって、前記第１電極および前記第２電極のいずれか一方が接地される。

請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の二流体ノズルであって、前記処理液が純水に炭酸ガスを溶解させた液体である。

請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載の二流体ノズルであって、前記処理液の比抵抗が１×１０^２Ωｍ以上４×１０^３Ωｍ以下である。

請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の二流体ノズルであって、前記処理液が非導電性である。

請求項１１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、前記基板の主面に向けて処理液の液滴を噴出する請求項１ないし１０のいずれかに記載の二流体ノズルと、前記第１電極と前記第２電極との間に電位差を付与する電源とを備える。

請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の基板処理装置であって、前記基板の前記主面における電位を測定する表面電位計と、前記二流体ノズルからの前記液滴の噴出と並行して前記表面電位計からの出力に基づいて前記第１電極と前記第２電極との間の電位差を制御する制御部とをさらに備える。

請求項１３に記載の発明は、基板を処理する基板処理方法であって、ａ）処理液が流れる処理液流路と、気体が流れる気体流路と、前記処理液流路からの前記処理液と前記気体流路からの前記気体とを混合して液滴を生成し、前記液滴を前記気体と共に所定の噴出方向へと噴出する液滴生成部とを備える二流体ノズルから基板の主面に向けて前記処理液の液滴を噴出する工程と、ｂ）前記液滴生成部近傍にて前記気体流路内に設けられた第１電極と、前記処理液流路または前記液滴生成部内にて前記処理液に接する第２電極との間に電位差を付与することにより、前記ａ）工程と並行して前記液滴に電荷を誘導する工程とを備える。

請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の基板処理方法であって、前記ａ）工程および前記ｂ）工程と並行して、ｃ）前記基板の前記主面における電位を測定し、前記電位に基づいて前記第１電極と前記第２電極との間の電位差を制御する工程をさらに備える。

請求項１５に記載の発明は、請求項１３または１４に記載の基板処理方法であって、前記ａ）工程が行われている間、前記ｂ）工程が継続的に行われる。

請求項１ないし１０の発明では、簡単な構造で第１電極を処理液から隔離しつつ処理液の液滴を効率よく帯電させることができる。

また、請求項３の発明では、液滴全体の電荷のムラを低減することができ、請求項４の発明では、ノズルの構造を簡素化することができ、請求項５の発明では処理液の汚染を防止することができる。請求項８および９の発明では、処理対象の帯電をさらに抑制することができる。

請求項１１、１３および１５の発明では、処理中における基板の帯電を抑制することができ、請求項１２および１４の発明では、帯電を効率よく抑制することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る基板処理装置１を示す図である。基板処理装置１は、表面に絶縁膜である酸化膜が形成された半導体基板９（以下、単に「基板９」という。）に非導電性の純水（以下、「処理液」という。）を供給して洗浄処理を行うことにより、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基板洗浄装置である。

図１に示すように、基板処理装置１は、処理対象である基板９を下側から保持する基板保持部２、基板９の上方に配置されて上側の主面（以下、「上面」という。）に向けて処理液の液滴を噴出する二流体ノズル（以下、「ノズル」という。）３、ノズル３に処理液供給管４１を介して処理液を供給する処理液供給源４２、処理液供給源４２とは別にノズル３にガス供給管５１を介してキャリアガスである窒素ガスや空気等を導くガス供給源５２、ノズル３内の後述する電極に電位を与える電源６、および、ノズル３を基板９の上面に平行に基板９に対して相対的に移動するノズル移動機構７を備える。図１では、図示の都合上、基板保持部２の一部を断面にて描いている。

基板保持部２は、略円板状の基板９を下側および外周側から保持するチャック２１、基板９を回転する回転機構２２、および、チャック２１の外周を覆う処理カップ２３を備える。回転機構２２はチャック２１の下側に接続されるシャフト２２１、および、シャフト２２１を回転するモータ２２２を備え、モータ２２２が駆動されることにより、シャフト２２１およびチャック２１と共に基板９が回転する。処理カップ２３は、チャック２１の外周に配置されて基板９上に供給された処理液の周囲への飛散を防止する側壁２３１、および、処理カップ２３の下部に設けられて基板９上に供給された処理液を排出する排出口２３２を備える。

ノズル移動機構７は、先端にノズル３が固定されるアーム７１、および、アーム７１を揺動するモータ７２を備える。基板処理装置１では、モータ７２が駆動されることにより、ノズル３がアーム７１と共に基板９の上面に平行に直線に近い円弧状に往復移動する。

図２は、ノズル３の縦断面図である。ノズル３は内部混合型の二流体ノズルであり、ノズル３の中心軸３０（噴出口３１の中心軸でもある。）を中心とする筒状の内筒部材３２および外筒部材３３を備える。内筒部材３２はフッ素系の樹脂にて形成され、外筒部材３３は石英にて形成されるが、これらの部材は他の材料にて形成されてもよい。内筒部材３２の上端はガス供給管５１に接続され、下端からガスが噴出される。すなわち、ガス供給管５１および内筒部材３２がノズル３において気体が流れる気体流路を構成する。内筒部材３２の下端近傍の部位（以下、「下端部３２１」と呼ぶ。）はガスが勢いよく噴出されるように径が小さくなっている。

また、内筒部材３２の内壁面には、メッキにより導電層である第１電極６１が形成されており、第１電極６１はノズル３の外に設けられた電源６のマイナス極に接続される。なお、後述するように内筒部材３２の下端部３２１の下でガスと処理液との混合が行われるようになっており、この処理液が第１電極６１に付着することを防止するために、第１電極６１は内筒部材３２の下端の開口から僅かに上方の位置またはさらに上方に設けられる。

外筒部材３３は、上部において内筒部材３２と接しており、内筒部材３２の下端部３２１の外周との間に環状の間隙３０１が形成される。そして、下端部３２１の下方で径が減少し、下端が噴出口３１となっている。間隙３０１の上部には側方から処理液供給管４１が接続され、処理液供給源４２（図１参照）からの処理液が間隙３０１へと供給されて下方へと流れる。このように、ノズル３では、処理液供給管４１並びに間隙３０１を形成する内筒部材３２および外筒部材３３が、処理液が流れる処理液流路を構成する。下端部３２１の下方の混合領域３０２では、気体流路から混合領域３０２の中央に向かってガスが噴出され、この気体の流れの周囲に処理液流路からの処理液が供給されることにより、処理液とガスとが混合されて微細な液滴が生成される。外筒部材３３の一部はこの混合領域３０２を覆うと共に噴出口３１を有するカバー３３１となっていることから、生成された液滴はガスと共に噴出口３１から中心軸３０に沿う下方である噴出方向と勢いよく噴出される。以下の説明では、液滴を生成するとともに噴出方向を決定する下端部３２１およびその周囲のカバー３３１を「液滴生成部３０３」と呼ぶ。

カバー３３１内には中心軸３０を中心とする環状の第２電極６２が埋め込まれており、第２電極６２は接地される。これにより、第１電極６１と第２電極６２との間に電源６による電位差が付与される。第２電極６２は処理液に接することから、この電位差により処理液がプラスに帯電し、噴出口３１からはプラスに帯電した微細な液滴が噴出されることとなる。換言すれば、ノズル３では、内部の第１電極６１が処理液に電荷を誘導する誘導電極としての役割を果たしている。なお、第２電極６２は処理液流路または液滴生成部３０３内にて処理液に接する他の位置に設けられてもよい。

第２電極６２はアモルファスカーボンやグラッシカーボン等のガラス状の導電性カーボンにより形成される。ガラス状カーボンは、均質かつ緻密な構造を有する硬質な炭素材料であることから、導電性や耐薬品性、耐熱性等に優れる。第２電極６２は導電性樹脂（例えば、導電性ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）や導電性ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）により形成されてもよい。

次に、基板処理装置１による基板９の洗浄について説明する。図３は、基板９の洗浄の流れを示す図である。図１に示す基板処理装置１では、まず、基板９が基板保持部２のチャック２１により保持された後、回転機構２２のモータ２２２が駆動されて基板９の回転が開始される（ステップＳ１１，Ｓ１２）。続いて、第１電極６１と第２電極６２との間に電位差が付与される（ステップＳ１３）。本実施の形態では、第１電極６１に対しておよそ（−１０００）Ｖの電位が与えられる。

次に、ノズル移動機構７が駆動されてノズル３の移動（すなわち、揺動）が開始され（ステップＳ１４）、処理液供給源４２からの処理液の供給およびガス供給源５２からのガスの供給が開始されることにより、液滴生成部３０３にて処理液とガスとが混合されて微小な液滴が生成され、液滴が基板９の上面に向かって噴出される（ステップＳ１５）。そして、既述のように、第１電極６１と第２電極６２との間に電位差が付与されることにより、液滴生成部３０３にて液滴化される直前の処理液にプラスの電荷が誘導され、液滴がプラスに帯電する。

ノズル３は、回転する基板９の上面に向けて液滴を噴出する間に基板９の上面に平行に基板９の中心と周縁部との間において直線に近い円弧状に一定速度にて往復移動を繰り返し、これにより、基板９の上面全体に対して処理液である純水の液滴が噴射され、上面に付着しているパーティクル等の異物が除去される。基板処理装置１では、基板９に対する液滴の噴出が行われている間、ノズル３内の処理液への電荷の誘導が並行して継続的に行われる。

基板９への噴射が所定時間継続されて上面全体が洗浄されると、ノズル３からの液滴の噴出およびノズル３の基板９に対する相対移動が停止され、第１電極６１と第２電極との間への電位差の付与（すなわち、ノズル３内の処理液への電荷の誘導）も停止される（ステップＳ１６）。その後、基板９の回転を継続して基板９を乾燥させた後に基板９の回転が停止され（ステップＳ１７）、基板９が基板処理装置１から搬出されて基板９に対する洗浄処理が終了する（ステップＳ１８）。

基板処理装置１では、基板９の上面に処理液の微小な液滴を高速にて衝突させることにより、上面に形成された微細なパターンを損傷することなく、上面に付着している有機物等の微小なパーティクルを効率良く除去することができる。また、基板処理装置１では、ノズル３として二流体ノズルを利用することにより、処理液の液滴を容易に生成することができるとともに、液滴の生成および噴出に係る機構を小型化することもできる。

さらに、基板処理装置１では、仮に処理液である純水に電荷を誘導することなく洗浄を行った場合に基板９が帯電する極性とは逆極性の電荷（すなわち、プラスの電荷）を液滴化直前の処理液に誘導し、帯電した液滴を用いて基板９を洗浄することにより、洗浄中および洗浄後における基板９の帯電を抑制することができる。

基板処理装置１では、また、基板９に対する洗浄が行われている間、ノズル３に対する電荷の誘導が継続的に行われることにより、基板９の帯電をより一層抑制することができる。さらに、第２電極６２が混合領域３０２の中心へと向かうガスの流れを囲む環状とされることにより、液滴全体の電荷のムラを低減することができる。その結果、基板９の周方向に関して基板９の帯電をほぼ均等に抑制することができる。

ここで、図２に示すように、ノズル３では第１電極６１が気体流路の一部である内筒部材３２内に設けられ、第２電極６２が処理液流路の一部である外筒部材３３の処理液に接する箇所に設けられるため、特別な工夫（例えば、第１電極６１を誘電体で覆う等）を行うことなく簡単な構造で第１電極６１を処理液から隔離することができ、かつ、第２電極６２を確実に処理液に接触させることができる。その結果、簡単な構造で処理液に電荷を誘導することができる。加えて、内筒部材３２の下端部３２１は液滴生成部３０３に極めて近いため、処理液への電荷の誘導を極めて効率よく行うことができる。

また、第２電極６２が導電性樹脂または導電性カーボンにより形成されることにより、金属にて形成される場合と異なり、接液部における導電性を確保しつつ、処理液への金属粉等の混入や金属の溶出による処理液の汚染を防止することができる。これにより、基板９の処理の質を向上することができる。なお、効率よく電荷を液滴に与えるという観点からは、図２のように混合領域３０２を覆うカバー３３１内に第２電極６２が配置されることが最も好ましい。

図４はノズル３の他の例を示す図であり、図４のノズル３では第１電極６１および第２電極６２の配置が図２のノズル３から変更されている。図４のノズル３では、ガス供給管５１が内筒部材３２の内部へと入り込み、ガス供給管５１の内側面に環状の第１電極６１が埋め込まれる。また、第２電極６２は処理液供給管４１内の外筒部材３３の近傍に設けられる。このように、第１電極６１は液滴生成部３０３近傍にて気体流路内に設けられるのであれば様々な態様にて設けられてよく、これにより、処理液の液滴を効率よく帯電させることができる。第２電極６２も必ずしもノズル３を構成する部材に設けられる必要はなく、実質的にノズル３の一部とみなせる他の部位に設けられてよい。

なお、第１電極６１および第２電極６２は液滴生成部３０３内の混合領域３０２に近いほど電荷の誘導効率は向上するが、設計の都合により第１電極６１が内筒部材３２の下端部３２１内に配置できない場合であっても、混合領域３０２と第１電極６１との間の距離は５ｃｍ以下とされることが好ましい。

図５はノズル３のさらに他の例を示す図である。図５のノズル３では、外筒部材３３が導電性樹脂または導電性カーボンにて形成されて接地され、第２電極６２が省略されるという点で図２に示すものと相違する。このように、混合領域３０２のカバーとしての役割を果たす外筒部材３３と図２に示す第２電極６２とは一体的に形成された導電性の部材として設けられてもよく、これにより、ノズル３の構造を簡素化することができる。

図６は、図２に示すノズル３と同様の機能を有する外部混合型の二流体ノズル３ａを示す図である。ノズル３ａも中心軸３０を中心とする内筒部材３４および外筒部材３５を有するが、内筒部材３４は処理液供給管４１に接続され、外筒部材３５がガス供給管５１に接続される。処理液供給管４１からの処理液は内筒部材３４を通って下方の吐出口３１ａから吐出される。内筒部材３４と外筒部材３５との間には中心軸３０を中心とする環状の間隙３０１が形成され、ガス供給管５１から供給されたガスは間隙３０１を下方へと進み、下方の環状の噴出口３１ｂから中心軸３０に向かって傾斜する方向に噴出される。このように、ノズル３ａでは処理液供給管４１および内筒部材３４が処理液が流れる処理液流路を構成し、ガス供給管５１、外筒部材３５および内筒部材３４が気体が流れる気体流路を構成する。

吐出口３１ａから吐出された処理液は、吐出直後に噴出口３１ｂからのガスと衝突し、微細な液滴となって中心軸３０に沿う噴出方向へと噴出される。すなわち、内筒部材３４の下部と外筒部材３５の下部とが処理液とガスとを混合して液滴を生成し、液滴をガスと共に噴出方向へと噴出する液滴生成部となっており、吐出口３１ａの下方が混合領域３０２となっている。

外筒部材３５の内側面の下部には第１電極６１が埋め込まれ、内筒部材３４の内側面の下部には第２電極６２が埋め込まれる。第１電極６１は電源６に接続され、第２電極６２は接地される。ノズル３ａでは図２のノズル３と同様に、第１電極６１が気体流路内に設けられることから、第１電極６１に処理液が付着してしまうことを容易に防止することができる。また、第２電極６２が処理液流路内に設けられることから処理液に容易に接触させることができ、さらに、第１電極６１が図２の場合と同様に気体流路の開口端近傍（すなわち、液滴生成部近傍）に設けられることにより、簡単な構造で第１電極６１を処理液から隔離しつつ効率よく液滴を帯電させることができる。ノズル３ａにおいても第１電極６１は中心軸３０を中心とする環状とされ、これにより、液滴全体の電荷の分布を周方向において均一化することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る基板処理装置１ａについて図７を参照して説明する。基板処理装置１ａでは、図１に示す基板処理装置１の構成に加えて、基板９の上面の電位を測定する表面電位計７３、および、第１電極６１に与えられる電位（すなわち、第１電極６１と第２電極６２との間の電位差）を制御する制御部６３をさらに備える。表面電位計７３は図示を省略するノズル移動機構（図１の符号７参照）に取り付けられ、基板９上の液滴が噴射される領域近傍の電位を測定する。なお、表面電位計７３の位置は固定されてもよく、この場合、表面電位計７３の測定結果は基板９の帯電の程度を示す値として参照される。基板処理装置１ａの他の構成は図１および図２と同様であり、以下の説明において同符号を付す。

図８は、基板処理装置１ａによる基板９の洗浄の流れの一部を示す図である。基板処理装置１ａでは、図３中のステップＳ１５に代えて図８中のステップＳ１５ａが行われ、ステップＳ１５ａの前後の動作はそれぞれ、図３中のステップＳ１１〜Ｓ１４、並びに、ステップＳ１６〜Ｓ１８と同様である。

基板処理装置１ａにより基板９の洗浄が行われる際には、第１の実施の形態と同様に、基板９が基板保持部２に保持された後、基板９の回転が開始される（図３：ステップＳ１１，Ｓ１２）。続いて、第１電極６１（図２参照）と第２電極６２との間に電位差が付与され（ステップＳ１３）、ノズル３の揺動が開始され（ステップＳ１４）、処理液供給管４１およびガス供給管５１からの処理液およびガスの供給によりノズル３から処理液の微小な液滴が基板９の上面に向けて噴出される。このとき、第１電極６１および第２電極６２により処理液に電荷が誘導され、帯電した液滴が生成される。

基板処理装置１ａでは、電位差の付与およびノズル３からの液滴の噴出と並行して、表面電位計７３により基板９の上面における電位が測定され、表面電位計７３からの出力（すなわち、表面電位計７３により測定された電位であり、以下、「測定電位」という。）に基づいて電源６からの出力が制御部６３により制御されることにより、第１電極６１と第２電極６２との間の電位差が制御され、液滴に付与される電荷量が調整される（ステップＳ１５ａ）。

制御部６３による電位差の制御には、比例制御やＰＩＤ制御等が利用され、基板９の上面における帯電量が大きくなる（すなわち、測定電位の絶対値が大きくなる）に従って上記電位差を大きくすることにより、処理液に誘導される電荷量を大きくして基板９の帯電が効率良く抑制される。また、過剰な電荷誘導によって基板９を逆電位に帯電させてしまうことも防止される。基板９に対する洗浄が終了すると、基板９の乾燥後に回転が停止され、基板処理装置１ａから基板９が搬出される（ステップＳ１６〜Ｓ１８）。

図９は、本発明の第３の実施の形態に係る基板処理装置１ｂの構成を示す図である。第３の実施の形態では、純水以外の処理液を使用して洗浄が可能な基板９に対して洗浄が行われ、具体的には、炭酸ガス（ＣＯ_２）を溶解させた炭酸ガス溶解水が処理液として用いられる。なお、図９ではノズル３を基板９の上面に平行に基板９に対して相対的に移動するノズル移動機構（図１の符号７参照）の図示を省略している。

基板処理装置１ｂの構成は、図１の処理液供給源４２に代えて処理液供給部４２ａが設けられ、処理液供給部４２ａは、気液混合器４２１、純水供給源４２２および炭酸ガス供給源４２３を備える。気液混合器４２１は純水供給源４２２および炭酸ガス供給源４２３にそれぞれ接続され、気液混合器４２１の内部には、中空糸分離膜等により形成された気体透過性および液体不透過性のガス溶解膜が設けられる。気液混合器４２１内部では、ガス溶解膜により隔てられた２つの供給室に純水および炭酸ガスがそれぞれ個別に供給され、炭酸ガスの圧力が純水の圧力よりも高くされることにより、炭酸ガスがガス溶解膜を透過して純水中に溶解して炭酸ガス溶解水が生成される。そして、炭酸ガス溶解水は、処理液供給管４１を介して処理液としてノズル３に供給される。なお、純水中に溶解している不要なガスは、図示省略の真空ポンプにより脱気される。

気液混合器４２１では、炭酸ガス溶解水の比抵抗が所定の値となるように炭酸ガスや純水の供給圧等が制御される。炭酸ガス溶解水の比抵抗は、好ましくは、１×１０^２Ωｍ以上４×１０^３Ωｍ以下（気液混合器４２１の簡素化等の観点からは、より好ましくは、５×１０^２Ωｍ以上４×１０^３Ωｍ以下）とされ、本実施の形態では、約１×１０^３Ωｍとされる。

基板処理装置１ｂでは、第１の実施の形態と同様に、ノズル３に処理液供給部４２ａから処理液が供給され、ガス供給源５２からキャリアガスが供給されることにより、ノズル３内部にて処理液の液滴が生成されて噴出口３１から基板９の上面に向けて噴出される。このとき、電源６によりノズル３内の第１電極６１（図２参照）と第２電極６２との間に電位差が付与されることにより、帯電した液滴が基板９に噴射される。基板処理装置１ｂの全体動作は図３と同様であり、液滴が基板９に向けて噴射される間に基板９が基板保持部２により回転するとともにノズル３が揺動することにより、基板９の全体が洗浄される。また、液滴の噴出が行われている間、ノズル３内における処理液への電荷の誘導が継続的に行われる。

基板処理装置１ｂでは、純水に比べて比抵抗が低い炭酸ガス溶解水を処理液として、さらに、電位差を付与せずに洗浄した場合の洗浄後の基板電位とは逆極性の電荷（すなわち、プラスの電荷）が誘導された処理液の液滴により基板９を洗浄することにより、第１の実施の形態よりもさらに効率よく洗浄処理による基板９の帯電を抑制することができる。洗浄液に溶解している炭酸ガスは、洗浄後の乾燥工程において基板９上から除去されるため、基板９のリンス処理が不要となり、基板９の洗浄処理を簡素化することができる。

基板処理装置１ｂでは、炭酸ガス溶解水に代えて、キセノン（Ｘｅ）等の希ガスやメタンガス等のガスを純水に溶解させた液体が処理液として用いられてもよい。この場合も、処理液の比抵抗は純水に比べて低くなり、電荷が誘導された当該処理液の液滴により基板９を洗浄することにより、洗浄処理による基板９の帯電を抑制することができる。また、処理液に溶解しているガスは、洗浄後の乾燥工程において基板９上から除去されるため、基板９のリンス処理が不要となり、基板９の洗浄処理を簡素化することができる。

さらに、処理液は液体同士を混合することにより生成されてもよい。この場合、気液混合器４２１に代えてミキシングバルブが設けられ、炭酸ガス供給源４２３に代えて薬液供給源が設けられる。薬液供給源からは、例えば、希塩酸がミキシングバルブへと供給され、ミキシングバルブにおいて純水に対して微量の希塩酸が混合されることにより、純水に比べて比抵抗が低い処理液が生成されて処理液供給管４１を介してノズル３に供給される。処理液の比抵抗は１×１０^２Ωｍ以上４×１０^３Ωｍ以下（より好ましくは、５×１０^２Ωｍ以上４×１０^３Ωｍ以下）とされる。

処理液の比抵抗が１×１０^２Ωｍ以上（好ましくは、５×１０^２Ωｍ以上）とされることにより、処理液の酸性が過剰に強くなることを防止し、処理液との接触による基板９の配線の損傷等の影響を防止することができる。また、処理液の比抵抗が４×１０^３Ωｍ以下とされることにより、基板９の帯電をより一層抑制することができる。基板処理装置１ｂでは、希塩酸に代えて、アンモニア水溶液や過酸化水素水等の薬液を純水に僅かに混合した水溶液が処理液として利用されてもよい。

以上のように、基板処理装置１ｂは、非導電性の処理液以外の処理液が使用可能な基板９の処理に適した装置となっている。

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、様々な変更が可能である。

例えば、基板処理装置では、複数の基板９に対して上記の洗浄処理が連続的に行われてもよい。この場合、基板９の搬出入時において、第１電極６１と第２電極６２との間の電位差は維持されてもよい。また、電位差の付与は、例えば、第１電極６１を接地して第２電極６２を電源６に接続することにより行われてもよく、電源６の両極をそれぞれ、第１電極６１および第２電極６２に接続することにより行われてもよい。ただし、基板処理装置およびノズル３の構造の簡素化の観点からは、第１電極６１および第２電極６２のいずれか一方が接地されることが好ましい。

上記実施の形態に係る基板処理装置では、洗浄により生じる基板の電位の極性および帯電量は、基板の種類（例えば、半導体基板の上面における絶縁膜の種類や配線金属の種類、およびそれらの組み合わせ）によって異なるため、基板処理装置において第１電極６１と第２電極６２との間に付与される電位差は、基板の種類に合わせて様々に変更される。例えば、基板上にレジスト膜が形成されている場合、洗浄により基板の上面がプラスに帯電するため、第１電極６１には第２電極６２に対してプラスとなる電圧が与えられ、処理液にマイナスの電荷が誘導される。

第１および第２の実施の形態では、非導電性の処理液として純水以外の液体が利用されてもよく、例えば、フッ素系洗浄液である日本ゼオン株式会社のゼオローラ（登録商標）や、スリーエム社のノベック（登録商標）ＨＦＥが洗浄液として利用されてもよい。

第１の実施の形態では第１電極６１はメッキにより形成されているが、第１電極６１は金属の圧入や埋め込みにより設けられてもよい。また、第１電極６１は導電性樹脂や導電性カーボンにより形成されてもよく、処理液が金属等と接してよい場合は、第２電極６２や図５の外筒部材３３は金属や他の導電性部材にて形成されてもよい。さらに、第１電極６１および第２電極６２は中心軸３０を中心とする環状とされなくてもよい。

第３の実施の形態に係る基板処理装置１ｂでは、処理液を生成する気液混合器４２１やミキシングバルブは必ずしも設けられる必要はなく、他の装置にて生成された処理液がノズル３に供給されてもよい。また、第３の実施の形態においても第２の実施の形態と同様に基板９の表面電位が測定されて第１電極６１と第２電極６２との間の電位差が制御されてよい。

上記実施の形態に係る基板処理装置は、基板の洗浄以外の様々な処理に利用されてもよく、例えば、薬液洗浄された後の基板のリンス処理に利用されてもよい。この場合、純水等のリンス液が基板に供給される処理液として用いられる。また、基板処理装置における処理対象は、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ものであってもよい。

第１の実施の形態に係る基板処理装置を示す図である。 ノズルの縦断面図である。 基板の洗浄の流れを示す図である。 ノズルの他の例を示す図である。 ノズルのさらに他の例を示す図である。 ノズルのさらに他の例を示す図である。 第２の実施の形態に係る基板処理装置を示す図である。 基板の洗浄の流れの一部を示す図である。 第３の実施の形態に係る基板処理装置を示す図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ 基板処理装置
２ 基板保持部
３ ノズル
６ 電源
９ 基板
３１ 噴出口
３２，３４ 内筒部材
３３，３５ 外筒部材
４１ 処理液供給管
５１ ガス供給管
６１ 第１電極
６２ 第２電極
６３ 制御部
７３ 表面電位計
３０２ 混合領域
３０３ 液滴生成部
３３１ カバー
Ｓ１３，Ｓ１５，Ｓ１５ａ ステップ

Claims (15)

1. 処理対象に向けて処理液の液滴を噴出する二流体ノズルであって、
   処理液が流れる処理液流路と、
   気体が流れる気体流路と、
   前記処理液流路からの前記処理液と前記気体流路からの前記気体とを混合して液滴を生成し、前記液滴を前記気体と共に所定の噴出方向へと噴出する液滴生成部と、
   前記液滴生成部近傍にて前記気体流路内に設けられた第１電極と、
   前記処理液流路または前記液滴生成部内にて前記処理液に接し、前記第１電極との間で電位差が付与される第２電極と、
   を備えることを特徴とする二流体ノズル。
2. 請求項１に記載の二流体ノズルであって、
   前記液滴生成部が、前記処理液と前記気体との混合領域を覆うとともに噴出口を有するカバーを備え、
   前記第２電極が前記カバー内に設けられることを特徴とする二流体ノズル。
3. 請求項２に記載の二流体ノズルであって、
   前記気体流路から前記混合領域の中央に向かって前記気体が噴出され、
   前記混合領域において前記気体の流れの周囲に前記処理液流路からの前記処理液が供給され、
   前記第２電極が、前記気体の前記流れを囲む環状であることを特徴とする二流体ノズル。
4. 請求項２または３に記載の二流体ノズルであって、
   前記カバーおよび前記第２電極が、一体的に形成された導電性の部材であることを特徴とする二流体ノズル。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の二流体ノズルであって、
   前記第２電極が、導電性樹脂または導電性カーボンにより形成されていることを特徴とする二流体ノズル。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の二流体ノズルであって、
   前記処理液と前記気体との混合領域と前記第１電極との間の距離が５ｃｍ以下であることを特徴とする二流体ノズル。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の二流体ノズルであって、
   前記第１電極および前記第２電極のいずれか一方が接地されることを特徴とする二流体ノズル。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の二流体ノズルであって、
   前記処理液が純水に炭酸ガスを溶解させた液体であることを特徴とする二流体ノズル。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の二流体ノズルであって、
   前記処理液の比抵抗が１×１０^２Ωｍ以上４×１０^３Ωｍ以下であることを特徴とする二流体ノズル。
10. 請求項１ないし７のいずれかに記載の二流体ノズルであって、
    前記処理液が非導電性であることを特徴とする二流体ノズル。
11. 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、
    前記基板の主面に向けて処理液の液滴を噴出する請求項１ないし１０のいずれかに記載の二流体ノズルと、
    前記第１電極と前記第２電極との間に電位差を付与する電源と、
    を備えることを特徴とする基板処理装置。
12. 請求項１１に記載の基板処理装置であって、
    前記基板の前記主面における電位を測定する表面電位計と、
    前記二流体ノズルからの前記液滴の噴出と並行して前記表面電位計からの出力に基づいて前記第１電極と前記第２電極との間の電位差を制御する制御部と、
    をさらに備えることを特徴とする基板処理装置。
13. 基板を処理する基板処理方法であって、
    ａ）処理液が流れる処理液流路と、気体が流れる気体流路と、前記処理液流路からの前記処理液と前記気体流路からの前記気体とを混合して液滴を生成し、前記液滴を前記気体と共に所定の噴出方向へと噴出する液滴生成部とを備える二流体ノズルから基板の主面に向けて前記処理液の液滴を噴出する工程と、
    ｂ）前記液滴生成部近傍にて前記気体流路内に設けられた第１電極と、前記処理液流路または前記液滴生成部内にて前記処理液に接する第２電極との間に電位差を付与することにより、前記ａ）工程と並行して前記液滴に電荷を誘導する工程と、
    を備えることを特徴とする基板処理方法。
14. 請求項１３に記載の基板処理方法であって、
    前記ａ）工程および前記ｂ）工程と並行して、
    ｃ）前記基板の前記主面における電位を測定し、前記電位に基づいて前記第１電極と前記第２電極との間の電位差を制御する工程をさらに備えることを特徴とする基板処理方法。
15. 請求項１３または１４に記載の基板処理方法であって、
    前記ａ）工程が行われている間、前記ｂ）工程が継続的に行われることを特徴とする基板処理方法。

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