JP2009054755A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の粒径の微粒子を所望の速度にて基板に向けて噴射する。
【解決手段】基板処理装置では、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂから衝突位置Ｐ１に向けて純水の１次微粒子を噴射することにより、１次微粒子よりも粒径が小さい２次微粒子がカバー部４２の内部空間４２１内に生成され、気体送出部４３から衝突位置Ｐ１に向けて窒素ガスが送出されることにより、２次微粒子が基板９に噴射される。ノズルユニット４では、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂに供給される純水および窒素ガスの流量を調整することにより、各ノズル部から所望の粒径の１次微粒子が噴射されるとともに、各ノズル部からの１次微粒子の衝突により所望の粒径の２次微粒子が生成される。そして、気体送出部４３から送出される窒素ガスの流量を調整することにより、所望の粒径の２次微粒子を所望の速度にて基板９上の所望の範囲に向けて噴射することができる。
【選択図】図３．Ａ

Description

本発明は、基板を処理する基板処理装置に関する。

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基板洗浄が行われている。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。また、特許文献３は、燃料電池に利用されるミスト発生器に関するものであり、ミスト発生器では、サイフォン式の２つの２流体ノズルから噴出される小粒径ミストが２次ガス導入路内にて衝突することにより微小粒径ミストが生成され、２次ガスと混合されて加速された微小粒径ミストが２次ノズルから噴出される。特許文献３のミスト発生器では、２次ガス導入路における小粒径ミストの衝突位置の上流側（すなわち、２次ガスの流れの上流側）に、２次ガス導入路の円形断面の中央位置において２次ガス導入路を横断する流れ制御部材が配置されており、流れ制御部材により２次ガスの流れが制御される（すなわち、２次ガスの流れが２次ガス導入路の上部および下部に分けられる）ことにより、小粒径ミストの衝突が２次ガスにより妨げられることが防止されている。
特開２００６−１２８３３２号公報 特開平５−２０８１４８号公報 特開２０００−３１７３５８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、基板に噴射される液滴の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、多数の液滴を基板上に噴射する（すなわち、基板に噴射される液滴の密度を高くする）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、液滴の噴射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、ノズルに供給する液体の流量を増大しても、主に液滴の径が大きくなるだけであり、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、所望の粒径の微粒子を所望の速度にて基板上の所望の範囲に向けて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を目的としている。また、微粒子の噴出速度の均一性を向上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ノズルユニットとを備え、前記ノズルユニットが、気体を噴射するとともに液体を吐出することにより、外部にて前記気体と前記液体とを混合して前記液体の１次微粒子を所定の衝突位置に向けて噴射する第１ノズル部と、気体を噴射するとともに液体を吐出することにより、外部にて前記気体と前記液体とを混合して前記液体の１次微粒子を前記第１ノズル部とは異なる方向から前記衝突位置に向けて噴射する第２ノズル部と、前記衝突位置を含む内部空間を形成するとともに前記第１ノズル部および前記第２ノズル部がそれぞれの先端を前記内部空間内に位置させつつ固定され、前記衝突位置における前記１次微粒子の衝突により生成された前記１次微粒子よりも粒径が小さい２次微粒子が外部へと導かれる噴出口が形成されたカバー部と、前記衝突位置を挟んで前記噴出口の反対側にて前記カバー部に接続され、前記第１ノズル部および前記第２ノズル部からの前記気体の噴射速度よりも小さい速度にて気体を前記衝突位置に向けて送出する気体送出部とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基板処理装置であって、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がを混合される混合点が、前記衝突位置近傍に位置する。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の基板処理装置であって、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、前記液体の吐出口の周囲から前記気体を旋回流として噴射する。

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基板処理装置であって、前記ノズルユニットが、前記カバー部の前記噴出口に接続されるとともに前記気体送出部からの前記気体の送出方向に沿って前記保持部に向かって伸びる筒状の補助管をさらに備える。

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基板処理装置であって、前記第１ノズル部および前記第２ノズル部が、前記カバー部に対して着脱自在である。

本発明では、所望の粒径の２次微粒子を所望の速度にて基板上の所望の範囲に向けて噴射することができ、これにより、２次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、２次微粒子の噴出速度の均一性を向上することもできる。

図１は、本発明の一の実施の形態に係る基板処理装置１を備える基板処理システム８の構成を示す図である。図１に示すように、基板処理システム８は、半導体基板９（例えば、シリコン基板であり、以下、単に「基板９」という。）に対して所定の処理を行う処理部８１、および、処理部８１に接続されたインデクサ部８２を備える。

インデクサ部８２は、それぞれに複数の基板９が収容された複数のカセット８２１を有するカセット保持部８２２、および、各カセット８２１に対する基板９の搬入および搬出を行うインデクサロボット８２３を備える。処理部８１は、それぞれに基板９を処理する基板処理装置１が配置された４つのユニット配置部８１１、および、４つのユニット配置部８１１に囲まれる位置に配置されてインデクサ部８２と各基板処理装置１との間で基板９を搬送する基板搬送ロボット８１２を備える。各基板処理装置１にて利用される処理流体（液体および気体）の供給および排出のための構成は、収容部８１３，８１４に収容されている。

なお、基板処理システム８では、４つのユニット配置部８１１のうち、少なくとも１つのユニット配置部８１１に後述する基板処理装置１が配置されていれば、他のユニット配置部８１１には他の装置（例えば、基板に対して薬液を付与して薬液処理を行う装置）が配置されていてもよい。

図２は、基板処理装置１の構成を示す図である。基板処理装置１は、基板９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基板洗浄装置である。図２に示すように、基板処理装置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の洗浄用の液体（すなわち、洗浄液であり、本実施の形態では、純水（脱イオン水（deionized water）））の微粒子である液滴を生成しつつ基板保持部２にて保持される基板９の主面（図２中における上側の主面であり、以下、「上面」という。）に向けて噴射するノズルユニット４、ノズルユニット４に洗浄液である純水を供給する純水供給部３１、並びに、ノズルユニット４に気体（本実施の形態では、窒素ガス（Ｎ_２））を供給する第１ガス供給部３２および第２ガス供給部３３を備え、また、これらの機構を制御する制御部を備える。

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、アーム４８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の上方においてノズルユニット４がアーム４８と共に水平方向（すなわち、基板９の上面に平行な方向）に移動可能とされる。

図３．Ａは、ノズルユニット４を拡大して示す断面図であり、基板９の一部を併せて描いている。また、図３．Ｂおよび図３．Ｃはそれぞれ、ノズルユニット４の平面図および底面図である。図３．Ａないし図３．Ｃに示すように、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純水の微粒子を先端から噴出する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ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂがそれぞれの先端を内部空間４２１（図３．Ａのみに示す。）内に位置させつつ固定されるカバー部４２を備える。

図３．Ａに示す第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂはそれぞれ、カバー部４２に形成されたノズル取り付け用の開口に螺合することによりカバー部４２に対して着脱自在に取り付けられる。本実施の形態では、第１ノズル部４１ａの中心軸Ｊ１と第２ノズル部４１ｂの中心軸Ｊ２との為す角度が９０°となるように、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂがカバー部４２に固定される。

第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂはそれぞれ、先端から気体を噴射するとともに液体を吐出することにより、各ノズル部の外部にて気体と液体とを混合して液体の微粒子を生成するとともに当該微粒子を噴射する外部混合型の２流体ノズルである。第１ノズル部４１ａは、図２に示す配管３１１，３２１を介して純水供給部３１および第１ガス供給部３２に接続され、配管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、配管３１１にはバルブ３１２と第１ノズル部４１ａとの間にて配管３１３が分岐して設けられており、配管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、配管３２１にはバルブ３２２と第１ノズル部４１ａとの間にて配管３２３が分岐して設けられており、配管３２３により第２ノズル部４１ｂが第１ガス供給部３２に接続される。

基板処理装置１では、バルブ３１２の開度を調整することにより、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部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ノズル部４１ａおよび第２ノズル部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。そして、バルブ３１２，３２２が開放されて第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂから純水が吐出されるとともに窒素ガスが噴射されることにより純水の微粒子が生成される。なお、配管３１１と配管３１３との接続位置から第１ノズル部４１ａ側および第２ノズル部４１ｂ側にそれぞれバルブが設けられ、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂに供給される純水が同じ流量に精度良く調整されてもよい（窒素ガスにおいても同様）。

ノズルユニット４では、図３．Ａに示すカバー部４２の内部空間４２１において、第１ノズル部４１ａから第１ノズル部４１ａの中心軸Ｊ１（すなわち、噴射軸）に沿って噴射された純水の微粒子と、第２ノズル部４１ｂにより第１ノズル部４１ａとは異なる方向から第２ノズル部４１ｂの中心軸Ｊ２（すなわち、噴射軸）に沿って噴射された純水の微粒子とが、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂの中心軸Ｊ１，Ｊ２の交点Ｐ１近傍において衝突する。換言すれば、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂの中心軸Ｊ１，Ｊ２の交点Ｐ１（以下、「衝突位置Ｐ１」という。）を含んで形成されたカバー部４２の内部空間４２１において、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂから衝突位置Ｐ１に向けて噴射された微粒子が衝突位置Ｐ１近傍（すなわち、衝突位置Ｐ１およびその近傍）にて衝突する。

そして、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂからの微粒子の衝突位置Ｐ１近傍における衝突により、衝突前の微粒子よりも（平均）粒径が小さい微粒子が生成され、カバー部４２の下部（すなわち、基板９側の端部）に形成されている噴出口４２２からカバー部４２の外部へと導かれる。以下の説明では、衝突位置Ｐ１における衝突前の純水の微粒子を「１次微粒子」と呼び、衝突位置Ｐ１における１次微粒子の衝突により生成された純水の微粒子を「２次微粒子」と呼ぶ。カバー部４２の噴出口４２２は平面視において円形とされ、衝突位置Ｐ１と噴出口４２２の中心とを通る直線は基板９の上面に垂直となっている。

ノズルユニット４は、また、衝突位置Ｐ１を挟んで噴出口４２２の反対側（すなわち、カバー部４２の基板９とは反対側の端部）にてカバー部４２に接続されてカバー部４２の内部空間４２１内の衝突位置Ｐ１に向けて窒素ガスを送出する筒状の気体送出部４３、および、カバー部４２の噴出口４２２に接続されるとともに気体送出部４３からの窒素ガスの送出方向に沿って基板保持部２（図２参照）上の基板９に向かって伸びる（すなわち、基板９の上面に垂直な）筒状の補助管４４をさらに備え、補助管４４の下端の開口４４１は、基板９の上面近傍に配置される。

図３．Ａおよび図３．Ｂに示す気体送出部４３の内径は４〜６ｍｍ（ミリメートル）とされ、本実施の形態では４ｍｍとされる。また、図３．Ａおよび図３．Ｃに示す補助管４４の内径は４ｍｍ〜８ｍｍとされ、本実施の形態では６ｍｍとされる。補助管４４の内径は、図３．Ａに示す第１ノズル部４１ａ、第２ノズル部４１ｂおよび気体送出部４３からカバー部４２の内部空間４２１に流入する窒素ガスの流量に基づいて、補助管４４から噴射される窒素ガスの速度が好適な範囲となるように決定される。

気体送出部４３は、図２に示す配管３３１を介して第２ガス供給部３３に接続され、配管３３１には、開度調整が可能なバルブ３３２が設けられる。基板処理装置１では、バルブ３３２の開度を調整することにより、気体送出部４３に供給される窒素ガスの流量が調整可能とされており、気体送出部４３からの窒素ガス（いわゆる、２次ガス）の噴射速度は、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂからの窒素ガス（いわゆる、１次ガス）の噴射速度よりも小さくされる。

図４は、第１ノズル部４１ａを示す断面図であり、図３．Ａないし図３．Ｃに示す第２ノズル部４１ｂも、図４に示す第１ノズル部４１ａと同様の構造を有する。図４では、実際には鉛直方向に対して傾斜する第１ノズル部４１ａの中心軸Ｊ１を図４中の上下方向に向けた状態で第１ノズル部４１ａを図示している（図５ないし図７においても同様）。

図４に示すように、第１ノズル部４１ａ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４中の上側）の端部は、配管３１１（第２ノズル部４１ｂにおいては、配管３１３）（図２参照）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４中の下側）の端部は、純水流路４６１に導入された純水を吐出する純水吐出口４６３として開口している。第１ノズル部４１ａ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、純水吐出口４６３から中心軸Ｊ１に沿う方向（すなわち、噴射方向）に純水が噴射される。

第１ノズル部４１ａ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の純水吐出口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、配管３２１（第２ノズル部４１ｂにおいては、配管３２３）（図２参照）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５および図６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５および図６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４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、純水吐出口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。第１ノズル部４１ａでは、各スリット４６４の側面開口４６５（図５および図６参照）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、純水吐出口４６３の周囲を囲む円環状の窒素ガス噴射口４７４として、純水吐出口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６参照）、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の中心軸Ｊ１側の部位は、窒素ガス噴射口４７４と重なっている。

第１ノズル部４１ａ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。

ここで、第１ノズル部４１ａに窒素ガスおよび純水を供給した場合における第１ノズル部４１ａのみに注目した液滴の噴射について説明する。なお、第２ノズル部４１ｂのみに窒素ガスおよび純水を供給した場合の液滴の噴射も、以下の第１ノズル部４１ａに関する説明と同様である。

第１ノズル部４１ａに窒素ガスおよび純水が供給されると、窒素ガスは、図４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６参照）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６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）側に向かって流れつつ図４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、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を通過した窒素ガスは、旋回流形成部４７３（図４参照）において中心軸Ｊ１を中心とする円周方向に沿って、図６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、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４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を介して純水吐出口４６３の周囲全周から旋回流として噴射される。純水吐出口４６３の周囲の各方向から噴射された窒素ガスは、純水吐出口４６３から吐出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および純水吐出口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（すなわち、１次微粒子）が効率よく生成されつつ、液滴および窒素ガスが中心軸Ｊ１に沿って移動する。すなわち、第１ノズル部４１ａから純水の液滴が窒素ガスと共に中心軸Ｊ１に沿って噴射される。第１ノズル部４１ａでは、窒素ガス噴射口４７４から噴出される窒素ガスの速度が大きくされることにより、生成される純水の液滴の粒径が小さくなるとともに液滴の移動速度（すなわち、噴射速度）が大きくなる。

図７は、第１ノズル部４１ａのみに注目した場合における窒素ガス噴射口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、第２ノズル部４１ｂのみに窒素ガスおよび純水を供給した場合の窒素ガスの進行方向も図７と同様である。図７中の矢印Ｎは、窒素ガスの進行方向を示す。第１ノズル部４１ａでは、旋回流形成部４７３（図４参照）において窒素ガスが純水流路４６１（図４参照）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、純水吐出口４６３から中心軸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６に示すように、第１ノズル部４１ａでは、スリット４６４が内筒先端部４６ｄの外周面（すなわち、図４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、第１ノズル部４１ａ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、純水吐出口４６３の近傍に形成される絞り部Ｌ１と、中心軸Ｊ１に沿って絞り部Ｌ１から第１ノズル部４１ａとは反対側に向かうに従って側方に（中心軸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、中心軸Ｊ１に沿う方向の各部で第１ノズル部４１ａ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第１ノズル部４１ａ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において中心軸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ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂのそれぞれでは、中心軸Ｊ１，Ｊ２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。本実施の形態では、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂにおける混合点は、各ノズル部の先端から中心軸Ｊ１，Ｊ２に沿って３ｍｍだけ離れた位置とされる。

ノズルユニット４では、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂのそれぞれの混合点が、図３．Ａに示す衝突位置Ｐ１近傍（好ましくは、衝突位置Ｐ１から３ｍｍの範囲内）に位置するように第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂが配置されている。後述する実際の基板洗浄の際には、第１ノズル部４１ａから中心軸Ｊ１に沿って移動する純水および窒素ガスが第１ノズル部４１ａの混合点において混合されて１次微粒子が生成され、また、第２ノズル部４１ｂから中心軸Ｊ２に沿って移動する同量の純水および窒素ガスが第２ノズル部４１ｂの混合点において混合されて１次微粒子が生成された後、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂからの１次微粒子が衝突位置Ｐ１近傍にて衝突して１次微粒子よりも微小な粒径の２次微粒子が生成される。

そして、気体送出部４３から衝突位置Ｐ１に向けて送出される窒素ガスにより、カバー部４２の内部空間４２１内にて生成された２次微粒子が噴出口４２２を介して補助管４４へと送出され、補助管４４に沿って基板９側へと導かれて補助管４４の開口４４１から基板９の上面に向けて噴射される。このとき、基板処理装置１から送出される窒素ガスの速度が、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂからの窒素ガスの噴射速度よりも小さくされることにより、衝突位置Ｐ１近傍における１次微粒子の衝突が阻害されることなく、２次微粒子が効率良く生成されて補助管４４へと送出される。

ノズルユニット４では、基板９に向けて噴射される２次微粒子の噴射速度は、気体送出部４３から送出される窒素ガスの流量に大きく依存しており、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂから噴出される１次微粒子の噴射速度の影響は小さい。したがって、基板処理装置１では、気体送出部４３からの窒素ガスの送出速度が調整されることにより、２次微粒子の噴射速度が、１次微粒子および２次微粒子の粒径とは無関係に、要求される洗浄処理の程度に合わせて調整される。

なお、ノズルユニット４では、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂのそれぞれの混合点が衝突位置Ｐ１上に位置するように第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂが配置されてもよい。この場合、第１ノズル部４１ａからの純水および窒素ガスと、第２ノズル部４１ｂからの純水および窒素ガスとが、衝突位置Ｐ１にて混合されて２次微粒子が生成される。換言すれば、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂによる１次微粒子の生成および衝突位置Ｐ１に向けての噴射、並びに、衝突位置Ｐ１における１次微粒子の衝突による２次微粒子の生成が、ほぼ並行して行われる。

ところで、ノズルユニット４において生成されて基板９に噴射される２次微粒子の粒径は、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂに供給される窒素ガスの流量に依存する。次に、２次微粒子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、基板９に噴射される２次微粒子の平均粒径と、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂに供給される窒素ガスの流量との関係を示す表である。

表１では、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂに供給され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、ノズルユニット４にて生成される２次微粒子の平均粒径（すなわち、ノズルユニット４から基板９上に噴射される液滴の平均粒径）を「液滴の平均粒径」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、カバー部４２、気体送出部４３および補助管４４を省略するとともに第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂのうちの一方のみを、その中心軸を基板に垂直に配置した比較例のノズルユニット（すなわち、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂと同様の構造を有する単体配置された２流体ノズル）から基板上に噴射される液滴の平均粒径を「液滴の平均粒径」と記す欄の下に「シングルノズル」と記して示す。なお、表１に示す液適の平均粒径は、レーザ光散乱方式による粒度分布測定器（東日コンピュータアプリケーションズ株式会社製のＬＤＳＡ−１３００Ａ型）を使用して測定したものである。

表１に示すように、ノズル部から噴射される窒素ガスの流量を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（２次微粒子）の平均粒径が、比較例のノズルユニットにて生成される液滴の平均粒径よりも大きくなっているが、窒素ガスの流量を２５Ｌ／ｍｉｎ，４０Ｌ／ｍｉｎとした場合（すなわち、窒素ガスの流量を純水の流量の２５０倍，４００倍とした場合）には、ノズルユニット４にて生成される液滴の平均粒径が１０μｍ以下となり、比較例のノズルユニットにて生成される液滴の平均粒径よりも小さくなる（すなわち、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である１次微粒子の平均粒径よりも小さくなる）。

このように、ノズルユニット４では、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂから適切な流量にて窒素ガスを噴出することにより、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（すなわち、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平均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良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、液滴の平均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、生成された液滴がノズルユニット（すなわち、２流体ノズル）からの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、液滴との衝突により基板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ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂからの窒素ガスが衝突位置Ｐ１近傍にて互いに衝突することにより減速され、さらに、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂからの窒素ガスの噴射速度よりも小さい速度にて気体送出部４３から送出される窒素ガスにより２次微粒子が基板９に向けて送出されるため、基板９上のパターンのダメージが低減される。

図８は、基板処理装置１による基板９の洗浄の流れを示す図である。基板９が洗浄される際には、まず、図１に示す基板搬送ロボット８１２により基板９が基板処理装置１へと搬入され、図２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が制御部により駆動されて基板９の回転が開始される（ステップＳ１２）。

次に、バルブ３１２，３２２が開放されることにより、ノズルユニット４の第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂに純水と窒素ガスとが供給され、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂから噴射された１次微粒子が衝突位置Ｐ１近傍において衝突することにより１次微粒子よりも粒径が小さい２次微粒子が生成される。また、バルブ３３２が開放されることにより、気体送出部４３から衝突位置Ｐ１に向けて窒素ガスが送出され、２次微粒子がカバー部４２の噴出口４２２を介して補助管４４へと導かれて補助管４４の開口４４１から基板９の上面に向けて噴射される（ステップＳ１３）。そして、基板９上の異物が２次微粒子との衝突により効率良く除去される。

ノズルユニット４では、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂにそれぞれ供給される窒素ガスの流量は、好ましくは、２２Ｌ／ｍｉｎ以上３０Ｌ／ｍｉｎ以下とされ、本実施の形態では、２５Ｌ／ｍｉｎとされる。また、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂからの窒素ガスの噴射速度はそれぞれ、好ましくは、毎秒１００メートル（すなわち、１００ｍ／ｓｅｃ）以上、かつ、１２０ｍ／ｓｅｃ以下とされ、本実施の形態では、１１０ｍ／ｓｅｃとされる。

気体送出部４３に供給される窒素ガスの流量は、好ましくは、２０Ｌ／ｍｉｎ以上１００Ｌ／ｍｉｎ以下とされ、本実施の形態では、３０Ｌ／ｍｉｎとされる。また、気体送出部４３から送出される窒素ガスの速度は、好ましくは、約１０ｍ／ｓｅｃ以上、かつ、１２０ｍ／ｓｅｃ未満とされ、本実施の形態では約４０ｍ／ｓｅｃとされる。そして、補助管４４から噴射される窒素ガスの速度（すなわち、基板９に向けて噴射される２次微粒子の速度）は、好ましくは、３０ｍ／ｓｅｃ以上６０ｍ／ｓｅｃとされ、本実施の形態では約４５ｍ／ｓｅｃとされる。

基板９への２次微粒子の噴射が開始されると、図２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２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２次微粒子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）。

基板処理装置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。

以上に説明したように、基板処理装置１では、ノズルユニット４において互いに傾斜して配置された第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂから衝突位置Ｐ１に向けて純水の１次微粒子を噴射することにより、１次微粒子よりも粒径が小さい２次微粒子がカバー部４２の内部空間４２１内に生成され、さらに、気体送出部４３から衝突位置Ｐ１に向けて窒素ガスが送出されることにより、２次微粒子がカバー部４２の噴出口４２２および補助管４４を介して基板９の上面に噴射される。

ノズルユニット４では、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂに供給される純水および窒素ガスの流量を調整することにより、各ノズル部から所望の粒径の１次微粒子が噴射されるとともに、各ノズル部からの１次微粒子の衝突により所望の粒径の２次微粒子が生成される。そして、気体送出部４３から送出される窒素ガスの流量を調整することにより、所望の粒径の２次微粒子を所望の速度にて基板９に向けて噴射することができる。その結果、２次微粒子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、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂがカバー部４２に固定され、両ノズル部からの１次微粒子の衝突位置Ｐ１が、カバー部４２の内部空間４２１内に位置することにより、生成された２次微粒子が広い範囲に拡散してしまうことが防止され、さらに、カバー部４２に形成された比較的小さい噴出口４２２のみから２次微粒子を噴出することにより、基板９上の所望の範囲に高密度の２次微粒子を噴射することができる。その結果、基板９上に噴射される２次微粒子の密度（すなわち、単位時間当たりに基板上面の単位面積に到達する２次微粒子の個数）を高くすることができ、基板９上の異物の除去率をより向上することができる。

さらには、気体送出部４３が１次微粒子の衝突位置Ｐ１を挟んでカバー部４２の噴出口４２２の反対側に設けられ、気体送出部４３からの窒素ガスが衝突位置Ｐ１に向けて送出されることにより、生成直後の高密度の２次微粒子が噴出口４２２に向けて滑らかに移動されるため、噴出口４２２から噴出される２次微粒子の速度の均一性を向上することができる。その結果、基板９へのダメージの更なる低減および異物の除去率の更なる向上（すなわち、洗浄処理の質の更なる向上）を実現することができる。

ノズルユニット４では、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂのそれぞれが、純水吐出口４６３の周囲から窒素ガスを旋回流として噴出することにより、微小な粒径の１次微粒子を効率良く生成することができる。これにより、２次微粒子の生成も効率良く行われ、基板９が効率良く洗浄される。また、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂのそれぞれにおいて、純水と窒素ガスとが混合される混合点が、１次微粒子の衝突位置Ｐ１近傍に位置することにより、各ノズル部から噴射された１次微粒子が広い範囲に拡散してしまう前にこれらの１次微粒子を衝突させることができるため、２次微粒子をより効率良く生成することができるとともに２次微粒子の粒径をより小さくすることができる。その結果、基板９上の異物の除去率をより向上することができる。

基板処理装置１では、カバー部４２の噴出口４２２に接続された補助管４４により、噴出口４２２から２次微粒子と共に噴出される窒素ガスが拡散して速度が低下することが抑制される。これにより、噴出口４２２から噴出される２次微粒子の速度低下を抑制することができる。換言すれば、ノズルユニット４では、補助管４４が設けられることにより、ノズルユニット４に補助管４４が設けられない場合に比べて、噴出口４２２から噴出される２次微粒子を加速することができる。すなわち、補助管４４は、２次微粒子を加速する加速管の役割を果たす。その結果、基板９に対する２次微粒子の噴射速度を維持しつつ、気体送出部４３からの気体の送出量を低減することができる。

また、補助管４４により、噴出口４２２から噴出された２次微粒子の拡散（すなわち、２次微粒子の移動範囲が側方に広がってしまうこと）が防止され、基板９上における２次微粒子の被噴射範囲が制限されるため、基板９上に噴射される２次微粒子の密度をより高くすることができる。その結果、基板９上の異物の除去率をさらに向上することができる。

ノズルユニット４では、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂがカバー部４２に対して着脱自在とされることにより、別途設計された２流体ノズルである第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂをカバー部４２に取り付けるのみでノズルユニット４を容易に作成することができる。また、ノズルユニット４のメンテナンスの際には第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂを取り外して各ノズル部、並びに、カバー部４２、気体送出部４３および補助管４４の洗浄等の作業を容易に行うことができる。

さらに、内径が異なる補助管を有する他のカバー部に第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂを取り付けることにより、基板９上に噴射される２次微粒子の速度および密度を容易に変更して基板９上の異物の除去率を容易に変更することもできる。なお、ノズルユニット４では、気体送出部４３および補助管４４がそれぞれ、カバー部４２に着脱自在に取り付けられていてもよい。これにより、ノズルユニット４のメンテナンスや除去率の変更が更に容易とされる。

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。

ノズルユニット４では、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂから旋回流として噴射される窒素ガスは、必ずしも純水吐出口４６３の周囲全周から噴射される必要はない。図９は、第１ノズル部４１ａの他の例を示す底面図である。図９に示す例では、純水吐出口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、純水吐出口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（第２ノズル部４１ｂにおいても同様）。このように、各ノズル部において、純水吐出口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１次微粒子および２次微粒子を効率良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。

ノズルユニット４では、補助管４４が省略され、カバー部４２の内部空間４２１にて生成された２次微粒子が、基板９に近接して配置された噴出口４２２から基板９の上面に直接噴射されてもよい。この場合であっても、カバー部４２により２次微粒子の拡散が防止されるとともに噴出口４２２のみから２次微粒子が噴出されることにより、上記実施の形態と同様に、所望の粒径の２次微粒子を所望の速度にて基板９上の所望の範囲に向けて噴射することができる。また、２次微粒子の速度の均一性を向上することができる。

ノズルユニット４では、第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部４１ｂに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い。また、各ノズル部および気体送出部４３に供給される気体も、窒素ガス以外の他の気体であってもよい。

基板処理装置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、上述の基板処理装置１は、基板表面へ様々な処理液の微粒子（すなわち、液滴）を噴射して基板に対して様々な処理を行う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の第１ノズル部４１ａおよび第２ノズル部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。いずれの場合であっても、基板処理装置では、所望の粒径の多数の微粒子を所望の速度にて基板上の所望の範囲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。

基板処理装置を備える基板処理システムの構成を示す図である。 基板処理装置の構成を示す図である。 ノズルユニットを拡大して示す断面図である。 ノズルユニットの平面図である。 ノズルユニットの底面図である。 第１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。 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 基板処理装置
２ 基板保持部
４ ノズルユニット
９ 基板
４１ａ 第１ノズル部
４１ｂ 第２ノズル部
４２ カバー部
４３ 気体送出部
４４ 補助管
４２１ 内部空間
４２２ 噴出口
４６３ 純水吐出口
Ｐ１ 衝突位置
Ｓ１１〜Ｓ１４ 上記ステップ

Claims (5)

1. 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ノズルユニットと、
   を備え、
   前記ノズルユニットが、
   気体を噴射するとともに液体を吐出することにより、外部にて前記気体と前記液体とを混合して前記液体の１次微粒子を所定の衝突位置に向けて噴射する第１ノズル部と、
   気体を噴射するとともに液体を吐出することにより、外部にて前記気体と前記液体とを混合して前記液体の１次微粒子を前記第１ノズル部とは異なる方向から前記衝突位置に向けて噴射する第２ノズル部と、
   前記衝突位置を含む内部空間を形成するとともに前記第１ノズル部および前記第２ノズル部がそれぞれの先端を前記内部空間内に位置させつつ固定され、前記衝突位置における前記１次微粒子の衝突により生成された前記１次微粒子よりも粒径が小さい２次微粒子が外部へと導かれる噴出口が形成されたカバー部と、
   前記衝突位置を挟んで前記噴出口の反対側にて前記カバー部に接続され、前記第１ノズル部および前記第２ノズル部からの前記気体の噴射速度よりも小さい速度にて気体を前記衝突位置に向けて送出する気体送出部と、
   を備えることを特徴とする基板処理装置。
2. 請求項１に記載の基板処理装置であって、
   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がを混合される混合点が、前記衝突位置近傍に位置することを特徴とする基板処理装置。
3. 請求項１または２に記載の基板処理装置であって、
   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、前記液体の吐出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基板処理装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置であって、
   前記ノズルユニットが、前記カバー部の前記噴出口に接続されるとともに前記気体送出部からの前記気体の送出方向に沿って前記保持部に向かって伸びる筒状の補助管をさらに備えることを特徴とする基板処理装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置であって、
   前記第１ノズル部および前記第２ノズル部が、前記カバー部に対して着脱自在であることを特徴とする基板処理装置。

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