JP2008159989A - ノズル、基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上における液体の微粒子の密度を増大し、微粒子の基板への到達速度を調整可能とし、かつ、ノズルの内周面に微粒子が付着することを抑制する。
【解決手段】液滴を噴射する液滴生成ノズル部４１の先端には筒状の補助ノズル部４２が取り付けられる。補助ノズル部４２では、加速ガス導入口４２６ａを介して加速ガスが導入されるとともに、下側端部４２３にて液滴の噴射範囲が制限されることにより、基板上における液滴の密度を増大しつつ、液滴の基板への到達速度が調整可能となる。また、加速ガスが、中心軸Ｊ１に垂直な方向から下側端部４２３に向かって傾斜するとともに中心軸Ｊ１から逸れた方向に沿って内周面４２４の内部へと導入されることにより、加速ガスが内周面４２４に沿って旋回し、内周面４２４に液滴が付着することが抑制される。
【選択図】図３

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、および、当該ノズルを用い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、供給される液体と気体とを混合して液滴を生成しつつ噴射する２流体ノズルを用いて、洗浄液の微小な液滴を基板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。基板洗浄に用いられる２流体ノズルとして、例えば、特許文献１では、供給される液体と気体とを混合して生成される液滴の導出路を有し、導出路の先端に、導出路の断面積よりも小さい断面積を有する噴射口を形成することにより、噴射口内を通過する液滴を再微粒化しつつ噴射するものが提案されている。また、特許文献２では、先端に円筒状の直流部を設けることにより、液滴の拡散を抑制しつつ液滴を基板上に到達させることが可能な内部混合型の２流体ノズルが開示されている。

なお、特許文献３および４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、加速ガスとが供給されることにより、液滴を加速ガスにて加速しつつ基板へと噴射する手法が開示されている。
特開２００５−２９４８１９号公報 特開２００２−２０８５７９号公報 特開２００６−１２８３３２号公報 特開２００４−２２３３７８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）を小さくしつつ、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流体ノズルと基板との間の距離をある程度長くして液滴の基板への到達速度を低くすることも可能であるが、この場合、２流体ノズルからの噴射幅が広がって基板上における液滴の密度が低くなり、異物の除去率の向上を図ることができなくなる。特許文献２の手法を用いることにより、液滴の拡散を抑制して基板上における液滴の密度を増大することも考えられるが、円筒状の直流部の設計等によっては、液滴が直流部を通過する際に内周面に付着し、大きな液滴となって吐出され、異物の除去率を向上することができなくなる場合もある。

特許文献３および４の手法を用いることにより、液滴の径を小さくして液滴の密度を増大しつつ、液滴の基板への到達速度を調整可能にすることも考えられるが、液滴を噴射する噴射ノズルとは別に液滴生成部を設ける必要が生じ、装置の構成が複雑化してしまう。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板上における液体の微粒子の密度を増大しつつ、微粒子の基板への到達速度が調整可能なノズルを提供するとともに、当該ノズルにおいて内周面に微粒子が付着することを抑制することを主たる目的とし、当該ノズルを用いて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であって、気体および液体が導入され、前記液体の微粒子を前記気体と共に噴射する微粒子生成ノズル部と、前記微粒子生成ノズル部からの前記微粒子の噴射方向に沿って伸びる筒状の内周面を有し、一方の端部が前記微粒子生成ノズル部の噴射口の周囲を囲むとともに前記微粒子生成ノズル部に接続され、他方の端部が前記微粒子の基板上における被噴射範囲を制限する補助ノズル部とを備え、前記補助ノズル部が、前記内周面の中心軸に垂直かつ前記中心軸から逸れた方向、または、前記中心軸に垂直な方向から前記他方の端部に向かって傾斜するとともに前記中心軸から逸れた方向に沿って加速ガスを前記内周面の内部へと導入する導入口を備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のノズルであって、前記中心軸と前記加速ガスの導入方向とのなす角が３０度以上９０度以下である。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のノズルであって、前記微粒子生成ノズル部からの微粒子の噴射範囲と前記内周面とが交差する位置よりも前記一方の端部側に前記導入口が配置される。

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であって、前記補助ノズル部が、前記導入口から導入される前記加速ガスの旋回に沿うように加速ガスを前記内周面の内部にさらに導入するもう１つの導入口を有する。

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ノズルであって、前記補助ノズル部の前記内周面の径が、前記他方の端部に向かうに従って漸次減小する。

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ノズルであって、前記微粒子生成ノズル部が、前記噴射口の外部にて前記気体および前記液体を混合して前記微粒子を生成する。

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ノズルであって、前記補助ノズル部が、前記微粒子生成ノズル部に対して着脱可能である。

請求項８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７のいずれかに記載のノズルとを備える。

請求項９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７のいずれかに記載のノズル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、基板上における液体の微粒子の密度を増大しつつ、微粒子の基板への到達速度が調整可能であるとともに、加速ガスを補助ノズル部の内周面に沿って旋回させつつ微粒子を加速することにより、補助ノズル部の内周面に微粒子が付着することを抑制することができる。これにより、基板の損傷を防止しつつ液滴密度が求められる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、微粒子が補助ノズル部の内周面に到達する前に微粒子を旋回する加速ガスの流れに乗せることができ、請求項４の発明では、補助ノズル部の内周面に微粒子が付着することをさらに抑制することができ、請求項５の発明では、微粒子の加速効率を増大することができる。

また、請求項６の発明では、基板上における微粒子の密度を増大することができ、請求項７の発明では、別途設計された２流体ノズルを用いてノズルを容易に作製することができる。

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を保持する基板保持部２１、基板９を基板保持部２１と共に基板９に垂直な中心軸を中心に回転する基板回転部２２、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に向けて噴射する噴射ノズル４、噴射ノズル４に純水を供給する純水供給部３１、噴射ノズル４に窒素ガス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２１は、基板９を下側から保持する略円板状のチャック２１１を備え、チャック２１１の外周上には、基板９を把持する複数のチャックピン２１２が設けられる。チャック２１１の下面には基板回転部２２のシャフト２２１が設けられ、シャフト２２１はモータ２２２に接続される。基板９は、その中心がシャフト２２１の中心軸上に位置するようにチャック２１１に保持される。基板回転部２２では、制御部５の制御によりモータ２２２が駆動されることによりシャフト２２１が回転し、基板９がチャック２１１およびシャフト２２１と共にシャフト２２１の中心軸を中心として回転する。なお、基板保持部２１における基板９の保持は、例えば、基板９の下側（噴射ノズル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。

噴射ノズル４は、液滴生成ノズル部４１および補助ノズル部４２を有し、液滴生成ノズル部４１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に接続される。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、液滴生成ノズル部４１へと供給される純水および窒素ガスのそれぞれの流量（単位時間当たりの供給量）が調整可能とされる。また、供給管３２１にはバルブ３２２と窒素ガス供給部３２との間にて供給管３２３が分岐して設けられる。供給管３２３は窒素ガス供給部３２とは反対側にて分岐しており、一方はバルブ３２４を介して補助ノズル部４２における窒素ガスの一の導入管（後述の第１加速ガス導入管）に接続され、他方はバルブ３２５を介して補助ノズル部４２における窒素ガスの他の導入管（後述の第２加速ガス導入管）に接続される。バルブ３２４，３２５は開度調整が可能とされ、補助ノズル部４２の各導入管へと供給される窒素ガスの流量も調整可能とされる。

後述するように、液滴生成ノズル部４１は供給される液体と気体とを外部（液滴生成ノズル部４１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が開放されて液滴生成ノズル部４１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（正確には、補助ノズル部４２内にて）液滴が生成される。また、バルブ３２４，３２５が開放されて窒素ガスが補助ノズル部４２に供給されることにより、補助ノズル部４２内において液滴生成ノズル部４１にて生成される液滴が加速される。噴射ノズル４は、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の上方においてアーム４４と共に移動可能とされる。以下の説明では、液滴生成ノズル部４１に供給される窒素ガスを「液滴生成ガス」と呼び、補助ノズル部４２に供給される窒素ガスを「加速ガス」と呼ぶ。

図２は、噴射ノズル４を示す平面図であり、図３は、図２中の矢印Ａ−Ａの位置における噴射ノズル４の断面図である。なお、図２では、液滴生成ノズル部４１の図示を省略しており、図３では、説明の都合上、図２中の断面の位置を示す一点鎖線において傾斜した線分（すなわち、中心軸Ｊ１を通る線分）の位置における噴射ノズル４の断面を当該線分に垂直な方向から見たものとして図示している。以下、最初に液滴生成ノズル部４１の構成について説明し、その後、補助ノズル部４２の構成について説明する。

図３に示すように、噴射ノズル４の液滴生成ノズル部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を共有する同軸状に配置されている。

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３中の上側）の端部は、供給管３１１（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３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。液滴生成ノズル部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」という。）に純水が噴射される。基板９の処理時には、噴射ノズル４は、中心軸Ｊ１が基板９の噴射ノズル４側の主面に垂直になるように配置される。

液滴生成ノズル部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、中心軸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（図１参照）に接続される液滴生成ガス導入口４５１が形成されており、液滴生成ガスが液滴生成ガス導入口４５１を介して円筒流路４７１に導入される。

図４および図５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４および図５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、中心軸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、中心軸Ｊ１に略平行、かつ、中心軸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と中心軸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３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中心軸Ｊ１に平行な内周面を有する。液滴生成ノズル部４１では、各スリット４６４の側面開口４６５（図５参照）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からの液滴生成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との間に中心軸Ｊ１の周囲を囲む略円筒状の間隙であって、方向変更部４７２からの液滴生成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液滴生成ガス噴射口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５参照）、液滴生成ノズル部４１を基板９側から見た場合、方向変更部４７２の中心軸Ｊ１側の部位は、液滴生成ガス噴射口４７４と重なっている。

液滴生成ノズル部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、液滴生成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、「液滴生成ガス流路４７」という。）が容易に形成される。

図３の補助ノズル部４２は、中心軸Ｊ１に沿って伸びる筒状となっており、一方の端部４２１（図３中の上側の端部であり、以下、「上側端部４２１」という。）には中心軸Ｊ１側に突出する環状突出部４２２が設けられる。噴射ノズル４では、外筒４５の基板９側の部位が環状突出部４２２の内部に着脱可能に挿入されることにより、補助ノズル部４２の上側端部４２１（近傍を含む。）が液滴生成ガス噴射口４７４および純水噴射口４６３の周囲を囲むとともに液滴生成ノズル部４１に接続される。また、補助ノズル部４２の他方の端部４２３（図３中の下側の端部であり、以下、「下側端部４２３」という。）には、中心軸Ｊ１を中心とする円形の開口４２８（後述するように、液滴が噴射される開口であるため、以下、「液滴噴射口４２８」という。）が形成される。補助ノズル部４２の内周面４２４は中心軸Ｊ１に沿って伸びる筒状とされる。正確には、内周面４２４は、中心軸Ｊ１を中心とする回転面とされ、上側端部４２１側および中央の部分は直径が一定な円柱面とされ、円柱面よりも下側の部分は下側端部４２３に向かうに従って直径が漸次減小する略円錐面とされる。補助ノズル部４２内では、上側端部４２１側から下側端部４２３へと至る流路４２５が形成され、流路４２５は液滴噴射口４２８にて開口する。

図２および図３に示すように、補助ノズル部４２には、窒素ガス供給部３２（図１参照）からの加速ガスを内部へと導入する第１および第２加速ガス導入管４２６，４２７が設けられる。図３に示すように、第１および第２加速ガス導入管４２６，４２７は中心軸Ｊ１に対して傾斜した方向に伸びている。

図６は、補助ノズル部４２内における加速ガスの流れを説明するための図である。例えば、中心軸Ｊ１に垂直な面と第１加速ガス導入管４２６の中心線とのなす角（図６中にて符号θ１を付す角度であり、以下、「傾斜角θ１」という。）は５度以上３０度以下とされ、中心軸Ｊ１に垂直な面と第２加速ガス導入管４２７の中心線とのなす角（図６中にて符号θ２を付す角度であり、以下、「傾斜角θ２」という。）も５度以上３０度以下とされる。これにより、各加速ガス導入管４２６，４２７において、中心軸Ｊ１とのなす角が６０度以上８５度以下となる導入方向（図２および図６中にて、符号Ａ１，Ａ２を付す矢印にて示す方向であり、加速ガス導入管４２６，４２７の中心線上におけるものを指す。）に沿って加速ガスが流路４２５内に導入される。

また、中心軸Ｊ１に沿う方向に関して、第１加速ガス導入管４２６の内周面４２４上における開口４２６ａ（以下、「第１加速ガス導入口４２６ａ」という。）は、液滴生成ノズル部４１の噴射口（すなわち、図３中の液滴生成ガス噴射口４７４および純水噴射口４６３）の近傍に設けられ、第２加速ガス導入管４２７の内周面４２４上における開口４２７ａ（以下、「第２加速ガス導入口４２７ａ」という。）は、第１加速ガス導入口４２６ａと液滴噴射口４２８との間のほぼ中央に設けられる。本実施の形態では、中心軸Ｊ１方向に関して、液滴生成ノズル部４１の噴射口と液滴噴射口４２８との間の距離が、例えば５０ミリメートル（ｍｍ）とされ、好ましくは、第１加速ガス導入口４２６ａはその中心が液滴生成ノズル部４１の噴射口に対して図６中の上側および下側のそれぞれに１０ｍｍの範囲内に配置され、第２加速ガス導入口４２７ａはその中心と液滴生成ノズル部４１の噴射口との間の距離が２０〜３０ｍｍとなる位置に配置される。

図２に示すように、各加速ガス導入管４２６，４２７は、加速ガス導入口４２６ａ，４２７ａの位置における内周面４２４の接線にほぼ平行となるように補助ノズル部４２に設けられる。詳細には、中心軸Ｊ１に垂直な断面上において、加速ガス導入管４２６，４２７から導入される加速ガスの流れの下流側における加速ガス導入口４２６ａ，４２７ａのエッジ（図２中にて符号Ｐ１，Ｐ２を付して示す位置）での内周面４２４の接線と、加速ガス導入管４２６，４２７の中心線（または、加速ガスの導入方向Ａ１，Ａ２）とのなす角が、３０度以下（好ましくは１５度以下）とされる。

以上のように、図２および図６に示す加速ガス導入口４２６ａ，４２７ａでは、中心軸Ｊ１に垂直な方向から下側端部４２３に向かって傾斜するとともに、中心軸Ｊ１から逸れた方向に沿って加速ガスが内周面４２４の内部へと導入されることとなる。したがって、補助ノズル部４２内において第１および第２加速ガス導入口４２６ａ，４２７ａからの加速ガスは、図２および図６中に符号Ａ３，Ａ４を付す細い破線の矢印にてそれぞれ簡略化して示すように（後述の図９および図１０において同様。ただし、図２および図１０では矢印Ａ３のみを示している。）、およそ螺旋状に旋回しつつ流路４２５に沿って基板９側へと導かれ、液滴噴射口４２８から噴射される。

図７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、外部の搬送装置により図１に示す基板保持部２１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２２２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、液滴生成ノズル部４１に純水と液滴生成ガスとが供給される。

液滴生成ガスは、図３に示す円筒流路４７１内を液滴生成ガス流路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５参照）の外周側において下方へと流れる液滴生成ガスが、外筒先端部４５ａのテーパ状の内周面に沿って図５中の矢印Ｋにて示すフランジ４６ｂの中心軸Ｊ１側に向かって流れつつ図３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、液滴生成ガスの向き（すなわち、液滴生成ガスが流れる方向）が噴射方向から、中心軸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を通過した液滴生成ガスは、旋回流形成部４７３において中心軸Ｊ１を中心とする円周方向に沿って、図５中における反時計回りに旋回しつつ下方へと流れる。液滴生成ガスは、中心軸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３に示す旋回流形成部４７３を通過した液滴生成ガスは、液滴生成ガス噴射口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液滴生成ガスは、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、液滴生成ノズル部４１の噴射口（すなわち、液滴生成ガス噴射口４７４および純水噴射口４６３）の外部かつ補助ノズル部４２の内部にて純水と液滴生成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、液滴および液滴生成ガスが中心軸Ｊ１に沿って基板９側に向かって移動する。すなわち、液滴生成ノズル部４１から純水の液滴が液滴生成ガスと共に中心軸Ｊ１に沿う噴射方向に噴射される。

実際には、液滴生成ガスの流量を可能な範囲で高くする（例えば、液滴生成ノズル部４１である２流体ノズルの仕様における上限値に近い流量とする）ことにより、液滴生成ノズル部４１にて微小な径（平均粒径）の液滴が生成される。このように、液滴生成ガスの流量を高くする場合でも、液滴生成ノズル部４１の液滴生成ガス噴射口４７４と基板９との間には、補助ノズル部４２を配置するための十分に長い距離が設けられるとともに、液滴生成ガス噴射口４７４から噴射される液滴生成ガスは補助ノズル部４２の内周面に衝突して減速することにより（正確には、液滴生成ガスのうち高速の部分が減速され、速度が均一化される。）、液滴生成ガス噴射口４７４からの液滴生成ガスにより基板９上のパターンが損傷することはない。

また、図１のバルブ３２４，３２５を開放することにより、液滴生成ノズル部４１からの液滴の噴射と並行して、加速ガスが窒素ガス供給部３２から図６の第１および第２加速ガス導入口４２６ａ，４２７ａを介して補助ノズル部４２内へと導入される。このとき、第１加速ガス導入口４２６ａからの加速ガスは液滴生成ノズル部４１から噴射された直後の液滴および液滴生成ガスの周囲を囲むように旋回しつつ基板９側へと移動する。また、第２加速ガス導入口４２７ａからの加速ガスは第１加速ガス導入口４２６ａからの加速ガスの旋回に沿うように（すなわち、中心軸Ｊ１を中心とする旋回方向が同じとなるように）補助ノズル部４２の内周面４２４の内部に導入される。したがって、液滴生成ノズル部４１から噴射されて内周面４２４へと向かう液滴の大部分は、旋回する加速ガスにより内周面４２４に付着することなく液滴噴射口４２８側へと運ばれるとともに、仮に、液滴が内周面４２４に付着した場合でも、内周面４２４に沿うように移動する加速ガスにより内周面４２４上から直ぐに剥離される。

補助ノズル部４２では、中心軸Ｊ１に沿う方向に関して各加速ガス導入口４２６ａ，４２７ａと液滴噴射口４２８との間の距離を考慮しつつ傾斜角θ１，θ２が５度以上３０度以下とされていることにより、加速ガス導入口４２６ａ，４２７ａからの加速ガスは中心軸Ｊ１を中心として内周面４２４に沿って少なくとも１周するようになっており、内周面４２４の全周にて液滴の付着が抑制される。実際には、第１加速ガス導入口４２６ａからの加速ガスの旋回は必ずしも液滴噴射口４２８まで持続されるわけではないが、中心軸Ｊ１方向に関して第１加速ガス導入口４２６ａと液滴噴射口４２８との間のほぼ中央に第２加速ガス導入口４２７ａが設けられることにより、内周面４２４において中心軸Ｊ１方向のほぼ全体にて液滴の付着が抑制される。

噴射ノズル４では、補助ノズル部４２の流路４２５内における窒素ガス（加速ガスおよび液滴生成ノズル部４１からの液滴生成ガス）は液滴生成ガスのみの速度よりも高速にて移動する。このように、流路４２５内において液滴が加速ガスにより加速されつつ液滴噴射口４２８から基板９の噴射ノズル４側の主面に向けて噴射される（ステップＳ１３）。このとき、補助ノズル部４２の下側端部４２３により、基板９上における液滴の被噴射範囲が制限されるため（被噴射範囲の制限については後述する。）、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）を高くすることができる。また、バルブ３２４，３２５の開度を調整する（すなわち、加速ガスの流量を調整する）ことにより、液滴の基板への到達速度（または、液滴噴射口４２８における噴射速度）も調整可能とされる。実際には、加速ガスの流量は、基板９上のパターンが損傷せず、かつ、基板９上の異物を効率よく除去することが可能な大きさとされる。本実施の形態では、例えば、液滴噴射口４２８の直径は３〜１０ｍｍ（好ましくは、４〜６ｍｍ）とされ、液滴の噴射速度は毎秒１５〜８０メートル（ｍ）とされる。

基板９への液滴の噴射が開始されると、図１に示す基板回転部２２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噴射ノズル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、噴射ノズル４からの液滴の噴出および噴射ノズル４の往復移動が所定時間だけ継続されると、噴射ノズル４に対する純水、液滴生成ガスおよび加速ガスの供給が停止され、噴射ノズル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）。

次に、補助ノズル部４２が外されて液滴生成ノズル部４１のみとされた比較例の噴射ノズルから噴射される液滴の基板９上における被噴射範囲について説明する。図８は、比較例の噴射ノズル９０の液滴生成ガス噴射口４７４から噴射される液滴生成ガスの進行方向を示す斜視図である。図８中の矢印Ｎは、液滴生成ガスの理想的な進行方向を示す。比較例の噴射ノズル９０では、旋回流形成部４７３（図３参照）において液滴生成ガスが純水流路４６１の周囲を均一に旋回しつつ流れることにより、液滴生成ガス噴射口４７４から噴射される液滴生成ガスが、液滴生成ガス噴射口４７４近傍にて旋回方向に均一な渦巻き気流となり、純水噴射口４６３から中心軸Ｊ１に沿って噴射される純水と混合され、純水の液滴が生成される。

図５に示すように、液滴生成ノズル部４１では、スリット４６４が内筒先端部４６ｄの外周面（すなわち、図３に示す液滴生成ガス噴射口４７４の内周）にほぼ接するように形成されているため、液滴生成ガスが液滴生成ガス噴射口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８に示すように、比較例の噴射ノズル９０から噴射された純水の液滴および液滴生成ガスが流れる領域の輪郭（図８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、絞り部Ｌ１から基板９の表面に向かうに従って側方に広がる拡散部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、噴射方向に沿う各部で基板９に近づく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では、液滴生成ガスは純水噴射口４６３からの純水と衝突して流れが乱されるが、絞り部Ｌ１の基板９側において、噴射方向に直交する略円形断面の径が基板９に近づくに従って漸次増大するように、液滴および液滴生成ガスが広がることとなる（すなわち、拡散部Ｍ１が略円錐台形状を有する。）。このように、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。比較例の噴射ノズル９０を有する基板洗浄装置では、液滴生成ガスにより運ばれる液滴が、基板９上の略円状の被噴射範囲Ｎ１に衝突する。そして、被噴射範囲Ｎ１において、基板９に付着しているパーティクル等の異物が除去される（すなわち、基板９の被噴射範囲Ｎ１が洗浄される）。

これに対し、図３の噴射ノズル４では、液滴生成ノズル部４１に補助ノズル部４２が取り付けられ、補助ノズル部４２が、比較例の噴射ノズル９０における基板９上の被噴射範囲Ｎ１よりも小さい断面積（噴射方向に垂直な断面積）の下側端部４２３を有し、下側端部４２３により液滴生成ノズル部４１から噴射される液滴の基板９上における被噴射範囲が、比較例の噴射ノズル９０における被噴射範囲Ｎ１よりも小さくされる（すなわち、被噴射範囲が制限される）。これにより、噴射ノズル４と比較例の噴射ノズル９０とで同じ量の液滴が噴出されると仮定した場合に、噴射ノズル４において基板９上における液滴の密度を比較例の噴射ノズル９０よりも高くすることが可能となる。実際には、補助ノズル部４２内において、液滴生成ノズル部４１から噴射される液滴および液滴生成ガスが流れる領域の輪郭は図６中に二点鎖線にて示すように広がり、液滴生成ノズル部４１からの液滴の噴射範囲と内周面４２４とが交差する位置（図６中にて符号Ｐ３を付して示す位置）よりも上側端部４２１側に第１加速ガス導入口４２６ａが配置されることにより、液滴が内周面４２４に到達する前に液滴を旋回する加速ガスの流れに乗せることが可能となる。

また、通常の使用方法による２流体ノズル（すなわち、比較例の噴射ノズル）では、純水に混合される液滴生成用のガスの流量により液滴の粒径が決定され、さらに、基板９上における液滴の到達速度が決定される。一方、図１に示す基板洗浄装置１では、液滴の粒径は、噴射ノズル４の液滴生成ノズル部４１に供給する液滴生成ガスの流量によりほぼ決定され、基板９上における液滴の到達速度の制御は、制御部５によりバルブ３２４，３２５が制御されて補助ノズル部４２に対する加速ガスの流量が変更されることにより行われる。その結果、基板９上における液滴の到達速度を遅くして基板９上のパターンの損傷を抑制する場合に、比較例の噴射ノズル９０では液滴の平均粒径が大きくなっていくのに対し、噴射ノズル４では液滴の粒径を微小かつほぼ一定の大きさに維持することができる。

以上に説明したように、基板洗浄装置１の噴射ノズル４では、液滴生成ノズル部４１により生成した純水の液滴を、補助ノズル部４２を介して加速ガスにて加速しつつ基板９に向けて噴射することにより、基板９上における液滴の到達速度にほとんど依存することなく、液滴の粒径を微小な大きさにて均一化することができるとともに、噴射ノズル４と基板９との間において液滴の流れる領域が側方に大きく広がって基板９上における液滴の密度が低下してしまうことが抑制される。このように、基板洗浄装置１では、噴射ノズル４を用いて基板９上における液滴の密度を増大しつつ、液滴の基板への到達速度を調整可能にすることにより、基板９上の異物の除去率を向上するとともに、液滴が衝突する際に基板９に与える衝撃を軽減して基板９上のパターンへのダメージを低減する（すなわち、パターンへの影響を抑制する）ことが容易に実現される。

また、噴射ノズル４では、仮に、補助ノズル部４２の内周面４２４に多くの液滴が付着してしまうと、大きな液滴が基板上に吐出されてしまうが、補助ノズル部４２において、中心軸Ｊ１に垂直な方向から下側端部４２３に向かって傾斜するとともに中心軸Ｊ１から逸れた方向に沿って加速ガスを導入することにより、加速ガスを補助ノズル部４２の内周面４２４に沿って旋回させつつ液滴を加速することができ、これにより、補助ノズル部４２の内周面４２４に液滴が付着することを抑制することができる。

噴射ノズル４では、補助ノズル部４２が液滴生成ノズル部４１に対して着脱可能とされていることにより、別途設計された２流体ノズルである液滴生成ノズル部４１に補助ノズル部４２を取り付けるのみで噴射ノズル４を容易に作製することができるとともに、噴射ノズル４のメンテナンスの際には補助ノズル部４２を取り外して液滴生成ノズル部４１および補助ノズル部４２の洗浄等の作業を容易に行うことができる。なお、噴射ノズルの設計によっては、液滴生成ノズル部と補助ノズル部とが一体的に形成されてもよい。

図９は、噴射ノズルの他の例を示す図である。図９の噴射ノズル４ａでは、下側端部４２３における内周面４２４の直径が、上側端部４２１におけるものと同じとされる。このように、図９の噴射ノズル４ａでは内周面４２４の直径が一定とされる（例えば、２５ｍｍにて一定とされる。）ことにより、図３の噴射ノズル４に比べて、液滴生成ノズル部４１から噴射されて内周面４２４近傍へと到達する液滴の量が少なくなる。また、内周面４２４に沿って旋回する加速ガスにより、内周面４２４近傍へと到達する液滴が内周面４２４に付着することを抑制することができる。

ところで、図９の噴射ノズル４ａでは、内周面４２４の直径が一定とされることにより、液滴噴射口４２８ａの開口面積（中心軸Ｊ１に垂直な面における面積）が図３の噴射ノズル４の液滴噴射口４２８よりも大きくなるため、双方の噴射ノズル４，４ａに同量の窒素ガス（液適生成ガスおよび加速ガス）を導入する場合に、図３の噴射ノズル４よりも液滴の噴射速度が低くなる。したがって、液滴が内周面４２４に付着することを抑制しつつ液滴の加速効率（噴射ノズル４に導入される窒素ガスの流量に対する液滴の噴射速度の比率）を増大するには、図３の噴射ノズル４や、図１０に示す噴射ノズル４ｂのように、補助ノズル部４２の内周面４２４の径を下側端部４２３に向かうに従って漸次減小させることにより、加速ガスを内周面４２４に沿いつつ基板９側に向かって円滑に旋回可能とするとともに、液滴噴射口４２８の開口面積を液滴生成ノズル部４１の噴射口の近傍における内周面４２４の断面積（中心軸Ｊ１に垂直な断面積）よりも小さくすることが必要となる。この場合、液滴の被噴射範囲もさらに制限されることにより、基板９上における液滴の密度をさらに増大することができる。なお、図１０の噴射ノズル４ｂでは、１つの加速ガス導入口４２６ａのみが設けられるが、もちろん、複数の加速ガス導入口が設けられることにより、補助ノズル部４２の内周面４２４に液滴が付着することがさらに抑制されてもよい。噴射ノズル４に導入される窒素ガスの流量調整用のバルブには、通常、流量の上限があるため、それぞれがバルブを有する供給管に接続される複数の加速ガス導入管を設けることにより、液滴の噴射速度を容易に増大することもできる。

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。

噴射ノズル４，４ａ，４ｂでは、第１加速ガス導入口４２６ａが液滴生成ノズル部４１の噴射口の近傍に配置されるが、加速ガス導入口を液滴生成ノズル部４１の噴射口よりも上側（基板９とは反対側）に配置することも可能である。この場合に、仮に、加速ガスが中心軸Ｊ１に向かって導入されると、加速ガスが液滴生成ノズル部４１に衝突して加速ガスの流れが乱されてしまい、補助ノズル部４２の設計によっては、液滴が補助ノズル部４２の内周面４２４に付着し易くなることがある。これに対し、加速ガス導入口を液滴生成ノズル部４１の噴射口よりも上側に配置する場合においても、中心軸Ｊ１から逸れた方向に沿って加速ガスが導入されるように加速ガス導入管を設けることにより、液滴生成ノズル部４１により加速ガスの流れが乱されることを防止し、液滴が補助ノズル部４２の内周面４２４に付着することを抑制することができる。

上記実施の形態では、加速ガス導入管４２６，４２７が中心軸Ｊ１に垂直な面に対して傾斜することにより、加速ガスが中心軸Ｊ１に沿って円滑に流れるが、噴射ノズルの設計によっては加速ガス導入管を中心軸Ｊ１に垂直な面に平行に設ける（すなわち、図６中の各傾斜角θ１，θ２を０度とする）場合でも、液滴が補助ノズル部４２の内周面４２４に付着することは抑制される。以上のように、加速ガスを補助ノズル部４２の内周面４２４に沿って旋回させつつ液滴を加速するには、内周面４２４の中心軸Ｊ１に垂直かつ中心軸Ｊ１から逸れた方向、または、中心軸Ｊ１に垂直な方向から下側端部４２３に向かって傾斜するとともに中心軸Ｊ１から逸れた方向に沿って加速ガスを内周面４２４の内部へと導入する加速ガス導入口が補助ノズル部４２に設けられることが必要となる。

ただし、加速ガス導入管の傾斜角θ１，θ２が必要以上に大きくなると、噴射ノズルの製造工程が煩雑となる。したがって、補助ノズル部を容易に製造するには、加速ガス導入管の傾斜角θ１，θ２が０度以上６０度以下、すなわち、中心軸Ｊ１と加速ガスの導入方向とのなす角が３０度以上９０度以下とされることが好ましい。また、θ１，θ２が０度以上３０度以下、すなわち、中心軸Ｊ１と加速ガスの導入方向とのなす角が６０度以上９０度以下とされることがさらに好ましい。

上記実施の形態における噴射ノズル４では、液滴生成ノズル部４１の先端が環状突出部４２２よりも下側に突出しているが、環状突出部４２２が液滴生成ノズル部４１の先端の極近傍に位置するように、補助ノズル部４２が液滴生成ノズル部４１に固定されてもよい。

図３の噴射ノズル４では、液滴生成ノズル部４１が外部混合型の２流体ノズルとされるが、内部混合型の２流体ノズルに補助ノズル部４２を取り付けることにより、噴射ノズルが作製されてもよい。ただし、一般的には、外部混合型の２流体ノズルでは、内部混合型の２流体ノズルよりも微小な粒径の液滴が生成可能であるため、外部混合型の２流体ノズル（もちろん、図３に示す構成以外のものであってもよい。）を液滴生成ノズル部４１として用いることにより、基板９上における液滴の密度をさらに増大して、基板９上の異物の除去効率をより向上することが可能となる。

液滴生成ノズル部４１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、液滴生成ノズル部４１および補助ノズル部４２に供給される気体も、窒素ガス以外であってもよい。もちろん、液滴生成ノズル部４１と補助ノズル部４２とに異なる気体が供給されてもよい。

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に示す噴射ノズル４には現像液、液滴生成ガスおよび加速ガスが供給され、現像液の微粒子が加速ガスと共に基板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。噴射ノズル４を有する基板処理装置では、基板上における液体の微粒子の密度を増大しつつ、微粒子の基板への到達速度が調整可能となり、さらに、補助ノズル部の内周面に微粒子が付着することが抑制されるため、基板の損傷を防止しつつ液滴密度が求められる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。 噴射ノズルを示す平面図である。 噴射ノズル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。 補助ノズル部内における加速ガスの流れを説明するための図である。 基板を洗浄する処理の流れを示す図である。 比較例の噴射ノズルから噴射される液滴生成ガスの進行方向を示す斜視図である。 噴射ノズルの他の例を示す図である。 噴射ノズルのさらに他の例を示す図である。

符号の説明

１ 基板洗浄装置
４，４ａ，４ｂ 噴射ノズル
９ 基板
２１ 基板保持部
４１ 液滴生成ノズル部
４２ 補助ノズル部
４２１ 上側端部
４２３ 下側端部
４２４ 内周面
４２６ａ，４２７ａ 加速ガス導入口
４６３ 純水噴射口
４７４ 液滴生成ガス噴射口
Ａ１，Ａ２ 導入方向
Ｊ１ 中心軸
Ｓ１１，Ｓ１３ ステップ
θ１，θ２ 傾斜角

Claims (9)

1. 基板に向けて液体の微粒子を噴射するノズルであって、
   気体および液体が導入され、前記液体の微粒子を前記気体と共に噴射する微粒子生成ノズル部と、
   前記微粒子生成ノズル部からの前記微粒子の噴射方向に沿って伸びる筒状の内周面を有し、一方の端部が前記微粒子生成ノズル部の噴射口の周囲を囲むとともに前記微粒子生成ノズル部に接続され、他方の端部が前記微粒子の基板上における被噴射範囲を制限する補助ノズル部と、
   を備え、
   前記補助ノズル部が、前記内周面の中心軸に垂直かつ前記中心軸から逸れた方向、または、前記中心軸に垂直な方向から前記他方の端部に向かって傾斜するとともに前記中心軸から逸れた方向に沿って加速ガスを前記内周面の内部へと導入する導入口を備えることを特徴とするノズル。
2. 請求項１に記載のノズルであって、
   前記中心軸と前記加速ガスの導入方向とのなす角が３０度以上９０度以下であることを特徴とするノズル。
3. 請求項１または２に記載のノズルであって、
   前記微粒子生成ノズル部からの微粒子の噴射範囲と前記内周面とが交差する位置よりも前記一方の端部側に前記導入口が配置されることを特徴とするノズル。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のノズルであって、
   前記補助ノズル部が、前記導入口から導入される前記加速ガスの旋回に沿うように加速ガスを前記内周面の内部にさらに導入するもう１つの導入口を有することを特徴とするノズル。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のノズルであって、
   前記補助ノズル部の前記内周面の径が、前記他方の端部に向かうに従って漸次減小することを特徴とするノズル。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のノズルであって、
   前記微粒子生成ノズル部が、前記噴射口の外部にて前記気体および前記液体を混合して前記微粒子を生成することを特徴とするノズル。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載のノズルであって、
   前記補助ノズル部が、前記微粒子生成ノズル部に対して着脱可能であることを特徴とするノズル。
8. 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７のいずれかに記載のノズルと、
   を備えることを特徴とする基板処理装置。
9. 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７のいずれかに記載のノズル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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