JP2013065795A - 基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パターンにダメージが発生することを抑制または防止しつつ、パーティクルの除去率を向上させること。
【解決手段】噴射ノズル５から基板Ｗの上面に向けて複数の処理液の液滴を噴射させながら、基板Ｗに対して噴射ノズル５を移動させて、基板Ｗに対する液滴の衝突位置を移動させる。基板Ｗに付着しているパーティクルは、液滴の衝突によって除去される。基板Ｗの上面に向けて噴射された液滴の断面積と液滴の数との積である総液滴衝突面積は、基板Ｗの上面の面積の１４倍以上である。
【選択図】図３

Description

この発明は、基板を処理する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、セラミック基板、太陽電池用基板などが含まれる。

半導体装置や液晶表示装置などの製造工程では、半導体ウエハや液晶表示装置用ガラス基板などの基板を処理する基板処理装置が用いられる。たとえば特許文献１には、基板を洗浄する基板洗浄装置が開示されている。この基板洗浄装置は、基板を水平に保持して回転させるスピンチャックと、複数の吐出孔から基板の上面に向けて洗浄液の液滴を噴射する洗浄ノズルとを備えている。基板の上面に付着しているパーティクルは、洗浄ノズルから噴射された多数の液滴が基板に衝突することにより除去される。

特開２０１０−５６３７６号公報

基板に対する液滴の衝突によって基板に加わる衝撃の大きさは、液滴の大きさに依存する。すなわち、液滴の速度が同じであれば、液滴が大きいほど基板に加わる衝撃が大きい。したがって、液滴を小さくすることにより、基板に形成されているパターンにダメージ（倒壊や傾き）が発生することを抑制できる。しかしながら、液滴が小さいと、基板に付着しているパーティクルに加わる衝撃も減少するから、パーティクルの除去率が低下してしまう。

そこで、この発明の目的は、ダメージの発生を抑制または防止しつつ、パーティクルの除去率を向上させることができる基板処理方法を提供することである。

前記目的を達成するための請求項１記載の発明は、処理液の液滴を基板（Ｗ）の主面に衝突させる基板処理方法であって、基板の主面に向けて噴射された液滴の断面積と前記液滴の数との積である総液滴衝突面積が、前記基板の主面の面積の１４倍以上となるように、前記基板の主面に対する液滴の衝突位置を移動させながら、複数の処理液の液滴を基板に衝突させる液滴衝突工程を含む、基板処理方法である。基板の主面は、デバイス形成面である基板の表面であってもよいし、表面とは反対の裏面であってもよい。

この方法によれば、基板の主面内の複数の領域に処理液の液滴が衝突し、これらの領域からパーティクルが除去される。すなわち、同時に噴射された複数の液滴が基板の主面に衝突する領域は、基板の主面の一部であり、液滴が衝突する衝突位置が近接しているとしても、隣接する衝突位置の間には、液滴が衝突しない領域がある。しかし、この方法では、処理液の液滴が基板の主面に衝突する面積の総数（総液滴衝突面積）が、基板の主面の面積の１４倍以上で十分に広く、さらに、基板の主面に対する液滴の衝突位置を移動させるため、基板の主面全域に処理液の液滴が衝突し、基板の主面がむらなく洗浄される。すなわち、基板の主面内のいたる所に処理液の液滴が衝突するのは当然のことながら、同じ位置に処理液の液滴が複数回衝突する。したがって、基板の主面に向けて噴射される液滴を小さくしたとしても、パーティクルの除去率を向上させることができる。これにより、ダメージの発生を抑制または防止しつつ、パーティクルの除去率を向上させることができる。

前記総液滴衝突面積は、前記基板の主面の面積の１４倍以上、かつ７３倍以下であってもよい。重複度（総液滴衝突面積／基板の主面の面積）が、１４であれば、前述のように、パーティクルの除去率を向上させることができる。さらに、後述するように、重複度が、７３以下であれば、基板の主面に液滴を衝突させて基板を洗浄する洗浄時間の増加、および処理液の液滴を噴射する複数の噴射口が形成された噴射ノズルの大型化を抑制できる。

請求項２記載の発明は、前記液滴衝突工程は、処理液の液滴を噴射する複数の噴射口（３２）に処理液を供給する処理液供給工程と、前記処理液供給工程と並行して、前記複数の噴射口から噴射される処理液に振動を付与することにより、前記複数の噴射口から噴射される処理液を分断する振動付与工程とを含む、請求項１に記載の基板処理方法である。
この方法によれば、噴射口への処理液の供給と並行して、噴射口から噴射される処理液に振動が付与される。これにより、噴射口の直径と概ね等しい直径を有する処理液の液柱が形成される。そして、この液柱は、表面張力によって球形に変化し、球形の液滴となる。たとえば、液体と気体とを衝突させて複数の液滴を生成する場合には、液滴の直径および速度が均一でなく、ばらつきが大きい。したがって、液体と気体とを衝突させて複数の液滴を生成する場合よりも、粒径および速度の均一な液滴が形成される。これにより、液滴の衝突によって基板に加わる衝撃のばらつきを低減できる。したがって、ダメージの発生を抑制または防止しつつ、パーティクルの除去率を向上させることができる。

請求項３記載の発明は、前記液滴衝突工程は、直径３０μｍ以下、好ましくは、２１μｍ以下、さらに好ましくは、１５μｍ以下の処理液の液滴を基板の主面に衝突させる工程である、請求項１または２に記載の基板処理方法である。
この方法によれば、基板の主面に向けて噴射される液滴の直径が３０μｍ以下であり、小さいので、液滴の衝突によって基板の主面に加わる衝撃が小さい。したがって、基板の主面に形成されているパターンにダメージが生じることを確実に抑制または防止できる。さらに、前述のように、総液滴衝突面積が基板の主面に対して十分に広いので、基板の主面をむらなく洗浄して、パーティクルの除去率を向上させることができる。

前記液滴衝突工程は、基板の主面を通る回転軸線（Ｌ１）まわりに基板を回転させる基板回転工程と、前記基板回転工程と並行して、処理液の液滴を噴射する複数の噴射口が形成された噴射ノズル（５）を基板に対して移動させることにより、基板の主面に対する液滴の衝突位置を移動させる衝突位置移動工程を含んでいてもよい。前記衝突位置移動工程は、基板の主面中央部と主面周縁部との間で前記衝突位置を移動させる工程（ハーフスキャン工程）であってもよいし、前記衝突位置が基板の主面中央部と２つの主面周縁部とを通るように前記衝突位置を移動させる工程（フルスキャン工程）であってもよい。さらに、前記衝突位置移動工程は、前記衝突位置を等速で移動させる工程であってもよい。これらの場合、衝突位置によって基板の主面が走査され、基板の主面全域に確実に処理液の液滴が供給される。これにより、基板の主面をむらなく洗浄して、パーティクルの除去率を向上させることができる。

なお、この項において、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の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

この発明の一実施形態に係る基板処理装置の概略構成を示す模式図である。 この発明の一実施形態に係る噴射ノズルおよびこれに関連する構成の平面図である。 この発明の一実施形態に係る噴射ノズルの模式的な側面図である。 この発明の一実施形態に係る噴射ノズルの本体の模式的な平面図である。 この発明の一実施形態に係る基板処理装置によって行われる基板の処理例について説明するための図である。 総液滴衝突面積とパーティクルの除去率との関係を示すグラフである。 液滴の大きさと噴射口の数との関係を示すグラフである。 パーティクルの除去率とダメージの発生数との関係を示すグラフである。

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、この発明の一実施形態に係る基板処理装置１の概略構成を示す模式図である。図２は、この発明の一実施形態に係る噴射ノズル５およびこれに関連する構成の平面図である。
基板処理装置１は、半導体ウエハなどの円板状の基板Ｗを１枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置である。図１に示すように、基板処理装置１は、基板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を取り囲む筒状のカップ３と、基板Ｗにリンス液を供給するリンス液ノズル４と、基板Ｗに処理液の液滴を衝突させる噴射ノズル５と、基板Ｗに保護液（カバーリンス液）を供給する保護液ノズル６と、スピンチャック２などの基板処理装置１に備えられた装置の動作やバルブの開閉を制御する制御装置７とを備えている。

図１に示すように、スピンチャック２は、基板Ｗを水平に保持して当該基板Ｗの中心Ｃ１を通る鉛直な回転軸線Ｌ１まわりに回転可能なスピンベース８と、このスピンベース８を回転軸線Ｌ１まわりに回転させるスピンモータ９とを含む。スピンチャック２は、基板Ｗを水平方向に挟んで当該基板Ｗを水平に保持する挟持式のチャックであってもよいし、非デバイス形成面である基板Ｗの裏面（下面）を吸着することにより当該基板Ｗを水平に保持するバキューム式のチャックであってもよい。図１および図２では、スピンチャック２が挟持式のチャックである場合が示されている。

図１に示すように、リンス液ノズル４は、リンス液バルブ１０が介装されたリンス液供給管１１に接続されている。リンス液バルブ１０が開かれると、基板Ｗの上面中央部に向けてリンス液ノズル４からリンス液が吐出される。その一方で、リンス液バルブ１０が閉じられると、リンス液ノズル４からのリンス液の吐出が停止される。リンス液ノズル４に供給されるリンス液としては、純水（脱イオン水）、炭酸水、電解イオン水、水素水、オゾン水や、希釈濃度（たとえば、１０〜１００ｐｐｍ程度）の塩酸水などを例示することができる。

噴射ノズル５は、インクジェット方式によって多数の液滴を噴射するインクジェットノズルである。図１に示すように、噴射ノズル５は、処理液供給管１２を介して処理液供給機構１３に接続されている。さらに、噴射ノズル５は、排出バルブ１４が介装された処理液排出管１５に接続されている。処理液供給機構１３は、たとえば、ポンプを含む機構である。処理液供給機構１３は、常時、所定圧力（たとえば、１０ＭＰａ以下）で処理液を噴射ノズル５に供給している。噴射ノズル５に供給される処理液としては、たとえば、純水や、炭酸水や、ＳＣ−１（ＮＨ_４ＯＨとＨ_２Ｏ_２とを含む混合液）などが挙げられる。制御装置７は、処理液供給機構１３を制御することにより、噴射ノズル５に供給される処理液の圧力を任意の圧力に変更することができる。

また、図１に示すように、噴射ノズル５は、噴射ノズル５の内部に配置された圧電素子１６（piezo element）を含む。圧電素子１６は、配線１７を介して電圧印加機構１８に接続されている。電圧印加機構１８は、たとえば、インバータを含む機構である。電圧印加機構１８は、交流電圧を圧電素子１６に印加する。交流電圧が圧電素子１６に印加されると、印加された交流電圧の周波数に対応する周波数で圧電素子１６が振動する。制御装置７は、電圧印加機構１８を制御することにより、圧電素子１６に印加される交流電圧の周波数を任意の周波数（たとえば、数百ＫＨｚ〜数ＭＨｚ）に変更することができる。したがって、圧電素子１６の振動の周波数は、制御装置７によって制御される。

図１に示すように、基板処理装置１は、ノズル移動機構１９をさらに含む。ノズル移動機構１９は、噴射ノズル５を保持するノズルアーム２０と、ノズルアーム２０に接続された回動機構２１と、回動機構２１に接続された昇降機構２２とを含む。回動機構２１は、たとえば、モータを含む機構である。昇降機構２２は、ボールねじ機構と、このボールねじ機構を駆動するモータとを含む機構である。回動機構２１は、スピンチャック２の周囲に設けられた鉛直な回転軸線Ｌ２まわりにノズルアーム２０を回動させる。噴射ノズル５は、ノズルアーム２０と共に回転軸線Ｌ２まわりに回動する。これにより、噴射ノズル５が水平方向に移動する。一方、昇降機構２２は、回動機構２１を鉛直方向に昇降させる。噴射ノズル５およびノズルアーム２０は、回動機構２１と共に鉛直方向に昇降する。これにより、噴射ノズル５が鉛直方向に移動する。

回動機構２１は、スピンチャック２の上方を含む水平面内で噴射ノズル５を水平に移動させる。図２に示すように、回動機構２１は、スピンチャック２に保持された基板Ｗの上面に沿って延びる円弧状の軌跡Ｘ１に沿って噴射ノズル５を水平に移動させる。軌跡Ｘ１は、スピンチャック２に保持された基板Ｗの上面に垂直な垂直方向（鉛直方向）から見たときに基板Ｗの上面に重ならない２つの位置を結び、鉛直方向から見たときに基板Ｗの上面の中心Ｃ１を通る曲線である。噴射ノズル５がスピンチャック２に保持された基板Ｗの上方に位置する状態で、昇降機構２２が噴射ノズル５を降下させると、噴射ノズル５が基板Ｗの上面に近接する。処理液の液滴を基板Ｗに衝突させるときは、噴射ノズル５が基板Ｗの上面に近接している状態で、制御装置７が、回動機構２１を制御することにより、軌跡Ｘ１に沿って噴射ノズル５を水平に移動させる。

また、保護液ノズル６は、ノズルアーム２０に保持されている。回動機構２１および昇降機構２２の少なくとも一方がノズルアーム２０を移動させると、噴射ノズル５および保護液ノズル６は、噴射ノズル５および保護液ノズル６の位置関係が一定に保たれた状態で移動する。したがって、回動機構２１がノズルアーム２０を回動させると、保護液ノズル６は、噴射ノズル５と共に軌跡Ｘ１に沿って水平に移動する。図１に示すように、保護液ノズル６は、保護液バルブ２３および流量調整バルブ２４が介装された保護液供給管２５に接続されている。保護液バルブ２３が開かれると、基板Ｗの上面に向けて保護液ノズル６から保護液が吐出される。その一方で、保護液バルブ２３が閉じられると、保護液ノズル６からの保護液の吐出が停止される。保護液ノズル６からの保護液の吐出速度は、制御装置７が流量調整バルブ２４の開度を調整することにより変更される。保護液ノズル６に供給される保護液としては、たとえば、リンス液や、ＳＣ−１などの薬液が挙げられる。

図３は、この発明の一実施形態に係る噴射ノズル５の模式的な側面図である。図４は、この発明の一実施形態に係る噴射ノズル５の本体２６の模式的な平面図である。
図３に示すように、噴射ノズル５は、処理液の液滴を噴射する本体２６と、本体２６を覆うカバー２７と、カバー２７によって覆われた圧電素子１６と、本体２６とカバー２７との間に介在するシール２８とを含む。本体２６およびカバー２７は、いずれも耐薬性を有する材料によって形成されている。本体２６は、たとえば、石英によって形成されている。カバー２７は、たとえば、フッ素系の樹脂によって形成されている。シール２８は、弾性材料によって形成されている。本体２６は、高圧に耐えうる強度を有している。本体２６の一部と圧電素子１６とは、カバー２７の内部に収容されている。配線１７の端部は、たとえば半田（solder）によって、カバー２７の内部で圧電素子１６に接続されている。カバー２７の内部は、シール２８によって密閉されている。

図３および図４に示すように、本体２６は、処理液が供給される供給口２９と、供給口２９に供給された処理液を排出する排出口３０と、供給口２９と排出口３０とを接続する処理液流通路３１と、処理液流通路３１に接続された複数の噴射口３２とを含む。処理液流通路３１は、本体２６の内部に設けられている。処理液流通路３１は、供給口２９に接続された上流路３３と、排出口３０に接続された下流路３４と、上流路３３と下流路３４とをそれぞれ接続する複数の分岐路３５と、複数の分岐路３５に接続された複数の接続路３６とを含む。複数の噴射口３２は、それぞれ、複数の接続路３６に接続されている。したがって、噴射口３２は、接続路３６を介して処理液流通路３１に接続されている。供給口２９、排出口３０、および噴射口３２は、本体２６の表面で開口している。供給口２９および排出口３０は、噴射口３２よりも上方に位置している。本体２６の下面５ａは、たとえば、水平な平坦面であり、噴射口３２は、本体２６の下面５ａで開口している。

図４に示すように、複数の噴射口３２は、複数（たとえば、４つ）の列Ｌを構成している。各列Ｌは、等間隔で配列された多数（たとえば、１０個以上）の噴射口３２によって構成されている。各列Ｌは、水平な長手方向Ｄ１に沿って直線状に延びている。各列Ｌは、直線状に限らず、曲線状であってもよい。４つの列Ｌは、平行である。４つの列Ｌのうちの２つの列Ｌは、長手方向Ｄ１に直交する水平な方向に隣接している。同様に、残り２つの列Ｌも、長手方向Ｄ１に直交する水平な方向に隣接している。隣接する２つの列Ｌは、対をなしている。対の列Ｌにおいて、一方の列Ｌを構成する複数の噴射口３２（図４の噴射口３２ａ）と、他方の列Ｌを構成する複数の噴射口３２（図４の噴射口３２ｂ）とは、長手方向Ｄ１にずれている。噴射ノズル５は、鉛直方向から見たときに、たとえば、４つの列Ｌが軌跡Ｘ１に交差するようにノズルアーム２０に保持されている（図２参照）。

図３に示すように、処理液供給管１２および処理液排出管１５は、それぞれ、供給口２９および排出口３０に接続されている。したがって、処理液供給機構１３（図１参照）は、処理液供給管１２を介して供給口２９に接続されている。処理液供給機構１３は、常時、高圧で処理液を噴射ノズル５に供給している。処理液供給機構１３から供給口２９に供給された処理液は、処理液流通路３１に供給される。排出バルブ１４が閉じられている状態では、処理液流通路３１での処理液の圧力（液圧）が高い。そのため、この状態では、液圧によって各噴射口３２から処理液が噴射される。さらに、この状態で、交流電圧が圧電素子１６に印加されると、処理液流通路３１を流れる処理液に圧電素子１６の振動が付与され、各噴射口３２から噴射される処理液が、この振動によって分断される。そのため、処理液の液滴が各噴射口３２から噴射される。すなわち、接続路３６を流れる処理液が振動によって分断され、噴射口３２の直径と概ね等しい直径を有する処理液の液柱が形成される。この液柱は、表面張力によって球形に変化する。そのため、噴射口３２の直径よりも大きい直径（たとえば、１５μｍ〜２００μｍ）を有する球状の液滴が基板Ｗに向かって飛散する。

一方、排出バルブ１４が開かれている状態では、処理液流通路３１に供給された処理液が、排出口３０から処理液排出管１５に排出される。すなわち、排出バルブ１４が開かれている状態では、処理液流通路３１での液圧が十分に上昇していない。噴射口３２が微細孔であるから、噴射口３２から処理液を噴射させるには、処理液流通路３１の液圧を所定値以上に上昇させる必要がある。しかしながら、排出バルブ１４が開かれている状態では、処理液流通路３１の液圧が低圧であるので、処理液流通路３１の処理液は、噴射口３２から噴射されずに、排出口３０から処理液排出管１５に排出される。このように、噴射口３２からの処理液の噴射は、排出バルブ１４の開閉により制御される。制御装置７（図１参照）は、噴射ノズル５を基板Ｗの処理に使用しない間（噴射ノズル５の待機中）は、排出バルブ１４を開いている。そのため、噴射ノズル５の待機中であっても、噴射ノズル５の内部で処理液が流通している状態が維持される。

基板Ｗの上面に処理液の液滴を衝突させるときは、制御装置７が、ノズル移動機構１９（図１参照）によって噴射ノズル５を移動させることにより、噴射ノズル５の下面５ａ（本体２６の下面５ａ）を基板Ｗの上面に近接させる。そして、制御装置７は、噴射ノズル５の下面５ａが基板Ｗの上面に対向している状態で、排出バルブ１４を閉じて処理液流通路３１の圧力を上昇させると共に、圧電素子１６を駆動することにより、処理液流通路３１内の処理液に振動を加える。これにより、粒径が均一な多数の処理液の液滴が均一な速度で同時に噴射される。具体的には、平均値に対する粒径および速度のばらつきが１０％以内の均一な液滴が基板Ｗの上面に向けて噴射される。そして、図３に示すように、噴射ノズル５から噴射された多数の液滴は、基板Ｗの上面内の複数の領域に衝突する。

図５は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置１によって行われる基板Ｗの処理例について説明するための図である。以下では、図１、図２、および図５を参照する。
未処理の基板Ｗは、図示しない搬送ロボットによって搬送され、デバイス形成面である表面をたとえば上に向けてスピンチャック２上に載置される。そして、制御装置７は、スピンチャック２によって基板Ｗを保持させる。その後、制御装置７は、スピンモータ９を制御して、スピンチャック２に保持されている基板Ｗを回転させる。

次に、リンス液の一例である純水をリンス液ノズル４から基板Ｗに供給して、基板Ｗの上面を純水で覆う第１カバー工程が行われる。具体的には、制御装置７は、スピンチャック２によって基板Ｗを回転させながら、リンス液バルブ１０を開いて、図５（ａ）に示すように、リンス液ノズル４からスピンチャック２に保持されている基板Ｗの上面中央部に向けて純水を吐出させる。リンス液ノズル４から吐出された純水は、基板Ｗの上面中央部に供給され、基板Ｗの回転による遠心力を受けて基板Ｗの上面に沿って外方に広がる。これにより、基板Ｗの上面全域に純水が供給され、基板Ｗの上面全域を覆う純水の液膜が形成される。そして、リンス液バルブ１０が開かれてから所定時間が経過すると、制御装置７は、リンス液バルブ１０を閉じてリンス液ノズル４からの純水の吐出を停止させる。

次に、処理液の一例である炭酸水の液滴を噴射ノズル５から基板Ｗに供給して基板Ｗを洗浄する洗浄工程と、保護液の一例であるＳＣ−１を保護液ノズル６から基板Ｗに供給して基板Ｗの上面をＳＣ−１で覆う第２カバー工程とが並行して行われる。具体的には、制御装置７は、ノズル移動機構１９を制御することにより、噴射ノズル５および保護液ノズル６をスピンチャック２の上方に移動させると共に、噴射ノズル５の下面５ａを基板Ｗの上面に近接させる。その後、制御装置７は、スピンチャック２によって基板Ｗを回転させながら、保護液バルブ２３を開いて、図５（ｂ）に示すように、保護液ノズル６からＳＣ−１を吐出させる。これにより、基板Ｗの上面を覆うＳＣ−１の液膜が形成される。

一方、制御装置７は、保護液ノズル６からのＳＣ−１の吐出と並行して、噴射ノズル５から炭酸水の液滴を噴射させる。具体的には、制御装置７は、噴射ノズル５の下面５ａが基板Ｗの上面に近接しており、保護液ノズル６からＳＣ−１が吐出されている状態で、排出バルブ１４を閉じるとともに、電圧印加機構１８によって所定の周波数の交流電圧を噴射ノズル５の圧電素子１６に印加させる。さらに、図５（ｂ）に示すように、制御装置７は、一定の回転速度で基板Ｗを回転させながら、ノズル移動機構１９によって、中心位置Ｐｃと周縁位置Ｐｅとの間で噴射ノズル５を軌跡Ｘ１に沿って複数回往復させる（ハーフスキャン）。図２において実線で示すように、中心位置Ｐｃは、平面視において噴射ノズル５と基板Ｗの上面中央部とが重なる位置であり、図２において二点鎖線で示すように、周縁位置Ｐｅは、平面視において噴射ノズル５と基板Ｗの上面周縁部とが重なる位置である。

多数の炭酸水の液滴が噴射ノズル５から下方に噴射されることにより、ＳＣ−１の液膜によって覆われている基板Ｗの上面に多数の炭酸水の液滴が吹き付けられる。また、制御装置７が、基板Ｗを回転させながら、中心位置Ｐｃと周縁位置Ｐｅとの間で噴射ノズル５を移動させるので、炭酸水の液滴によって基板Ｗの上面が走査され、炭酸水の液滴が基板Ｗの上面全域に衝突する。したがって、基板Ｗの上面に付着しているパーティクルなどの異物は、基板Ｗに対する液滴の衝突によって物理的に除去される。また、異物と基板Ｗとの結合力は、ＳＣ−１が基板Ｗを溶融させることにより弱められる。したがって、異物がより確実に除去される。また、基板Ｗの上面全域が液膜によって覆われている状態で、炭酸水の液滴が基板Ｗの上面に吹き付けられるので、基板Ｗに対する異物の再付着が抑制または防止される。このようにして、第２カバー工程と並行して洗浄工程が行われる。そして、洗浄工程および第２カバー工程が所定時間に亘って行われると、制御装置７は、排出バルブ１４を開いて、噴射ノズル５からの液滴の噴射を停止させる。さらに、制御装置７は、保護液バルブ２３を閉じて、保護液ノズル６からのＳＣ−１の吐出を停止させる。

次に、リンス液の一例である純水をリンス液ノズル４から基板Ｗに供給して、基板Ｗに付着している液体や異物を洗い流すリンス工程が行われる。具体的には、制御装置７は、スピンチャック２によって基板Ｗを回転させながら、リンス液バルブ１０を開いて、図５（ｃ）に示すように、リンス液ノズル４からスピンチャック２に保持されている基板Ｗの上面中央部に向けて純水を吐出させる。リンス液ノズル４から吐出された純水は、基板Ｗの上面中央部に供給され、基板Ｗの回転による遠心力を受けて基板Ｗの上面に沿って外方に広がる。これにより、基板Ｗの上面全域に純水が供給され、基板Ｗに付着している液体や異物が洗い流される。そして、リンス液バルブ１０が開かれてから所定時間が経過すると、制御装置７は、リンス液バルブ１０を閉じてリンス液ノズル４からの純水の吐出を停止させる。

次に、基板Ｗを乾燥させる乾燥工程（スピンドライ）が行われる。具体的には、制御装置７は、スピンモータ９を制御して、基板Ｗを高回転速度（たとえば数千ｒｐｍ）で回転させる。これにより、基板Ｗに付着している純水に大きな遠心力が作用し、図５（ｄ）に示すように、基板Ｗに付着している純水が基板Ｗの周囲に振り切られる。このようにして、基板Ｗから純水が除去され、基板Ｗが乾燥する。そして、乾燥工程が所定時間にわたって行われた後は、制御装置７は、スピンモータ９を制御することにより、スピンチャック２による基板Ｗの回転を停止させる。その後、処理済みの基板Ｗが搬送ロボットによってスピンチャック２から搬出される。

図６は、総液滴衝突面積とパーティクルの除去率との関係を示すグラフである。図７は、液滴の大きさと噴射口３２の数との関係を示すグラフである。
図６に示すパーティクルの除去率は、噴射ノズル５を用いて、直径３００ｍｍの円形基板Ｗを洗浄したときの測定値である。この測定では、洗浄のパワー（液滴の大きさおよび速度）を一定にし、基板Ｗの上面に向けて噴射された液滴の断面積（Ｓ）と基板Ｗの上面に向けて噴射された液滴の数（Ｎ）との積である総液滴衝突面積（Ｔ）を変化させた。総液滴衝突面積は、液滴の断面積と液滴の数との積であるから、液滴の断面積および／または液滴の数が変化すると、総液滴衝突面積も変化する。以下に説明するように、噴射口３２の直径が一定であれば、液滴の断面積は一定である。一方、液滴の数は、噴射ノズル５に形成されている噴射口３２の数、および／または噴射ノズル５からの液滴の噴射時間によって変化する。図６に示すパーティクルの除去率は、洗浄のパワーと、噴射口３２の数および直径とを一定にし、噴射ノズル５からの液滴の噴射時間を変化させたときの測定値である。

前述のように、噴射口３２から噴射された液滴は、概ね球形である。したがって、液滴の直径が分かれば、液滴の断面積および体積が求められる。液滴の直径は、液滴の噴射状況を撮影した画像から測定してもよいが、液滴の直径と噴射口３２の直径とが一定の関係にあるので、噴射口３２の直径から液滴の直径を求めてもよい。たとえば、噴射口３２の直径が１０μｍのとき、液滴の直径は、１５μｍであり、噴射口３２の直径が１５μｍのとき、液滴の直径は、２１μｍである。したがって、噴射口３２の直径から液滴の断面積および体積が求められる。さらに、噴射ノズル５から噴射された液滴の数は、噴射ノズル５への処理液の供給量を液滴の体積によって割ることにより求められる。したがって、噴射口３２の直径と、噴射ノズル５への処理液の供給量とから、液滴の断面積（Ｓ）と液滴の数（Ｎ）とが求められる。これにより、総液滴衝突面積（Ｔ）が求められる。

図６に示すように、洗浄のパワーが同じであれば、パーティクルの除去率は、総液滴衝突面積に依存する。具体的には、総液滴衝突面積が１．０ｍ^２未満の範囲では、総液滴衝突面積の増加に伴ってパーティクルの除去率が増加している。その一方で、総液滴衝突面積が１．０ｍ^２以上の範囲では、総液滴衝突面積が増加しても、パーティクルの除去率が殆ど増加せず、約８０％で安定している。さらに、総液滴衝突面積が１．３ｍ^２以上の範囲では、パーティクルの除去率が８０％以上の値で安定している。総液滴衝突面積が１．０ｍ^２以上の範囲でパーティクルの除去率が安定しているのは、処理液の液滴が基板Ｗの上面全域に衝突することにより、この洗浄パワーで除去できるパーティクルが全て除去されており、この洗浄パワーでは除去できないパーティクルだけが残っているためと考えられる。

このように、総液滴衝突面積が１．０ｍ^２以上であれば、約８０％の高い除去率を確保できる。したがって、総液滴衝突面積は、１．０ｍ^２以上であることが好ましい。また、総液滴衝突面積を大きくして、基板Ｗを過剰に洗浄したとしても、パーティクルの除去率は増加する傾向にあるので、総液滴衝突面積の上限値は、１．０ｍ^２以上のどのような値であってもよい。しかし、以下の理由により、総液滴衝突面積の上限値は、５．２ｍ^２であることが好ましい。

すなわち、液滴の大きさと、噴射ノズル５に形成されている噴射口３２の数とが一定の場合に、総液滴衝突面積を増加させるには、噴射ノズル５からの液滴の噴射時間を増加させて、１つの噴射口３２から噴射される液滴の数を増加させる必要がある。しかしながら、基板Ｗの製造工程では、１つの工程に費やすことのできる時間が限られているから、液滴の噴射時間は、この制限時間内（たとえば、２分以内）でしか増加させることができない。

また、液滴の大きさと、噴射ノズル５からの液滴の噴射時間が一定の場合に、総液滴衝突面積を増加させるには、噴射口３２の数を増加させて噴射ノズル５から同時に噴射される液滴の数を増加させる必要がある。しかしながら、噴射口３２の数が多いと、噴射ノズル５が大型化してしまう。したがって、噴射口３２の数を極端に増加させることは好ましくない。

以上の２つの理由、すなわち、噴射時間と噴射ノズル５の大きさとを考慮すると、総液滴衝突面積の上限値は、５．２ｍ^２であることが好ましい。したがって、総液滴衝突面積は、１．０ｍ^２以上、５．２ｍ^２以下であることが好ましい。直径３００ｍｍの円形基板Ｗの上面の面積は、約０．０７ｍ^２である。総液滴衝突面積が１．０ｍ^２のときの重複度（総液滴衝突面積／基板Ｗの上面の面積）は、約１４であり、総液滴衝突面積が５．２ｍ^２のときの重複度は、約７３である。したがって、重複度は、１４以上、７３以下であることが好ましい。図６に示すように、重複度がこの範囲内であれば、約８０％の高い除去率を確保できる。

前述の処理例において、総液滴衝突面積を１．０ｍ^２以上、５．２ｍ^２以下に設定する場合には、たとえば、噴射口３２の数が８０〜１６０個（一つの列Ｌで、２０〜４０個）で、噴射口３２の直径が１０μｍに設定された噴射ノズル５から直径１５μｍの液滴を２０〜６０ｍ／ｓで噴射させる共に、基板Ｗを３００〜６００ｒｐｍで回転させる。そして、この状態で、片道５秒で周縁位置Ｐｅと中心位置Ｐｃとの間を等速で複数回往復させる。このようにして、噴射ノズル５から基板Ｗの上面に向けて複数の処理液の液滴を３２秒間噴射させる。また、この条件において、総液滴衝突面積を１．３ｍ^２に設定する場合には、噴射口３２の数が１２８個に設定された噴射ノズル５から直径１５μｍの液滴を５０ｍ／ｓで噴射させる共に、基板Ｗを５００ｒｐｍで回転させる。

噴射ノズル５から噴射される液滴の大きさ（直径）は、１５μｍに限らず、２００μｍ以下の大きさであってもよい。しかし、液滴の大きさが変わると、総液滴衝突面積が変化するので、噴射口３２の数および／または噴射時間を変更して、総液滴衝突面積を調整する必要がある。たとえば、噴射口３２の数を変更する場合には、図７に示す曲線上または曲線より上側の領域の値を採用すればよい。図７に示す曲線は、噴射時間が一定の場合に、総液滴衝突面積が１．０ｍ^２になるときの液滴の大きさと噴射口３２の数との関係を示している。したがって、噴射口３２の数をｙとし、液滴の直径をｘとすると、ｙ≧１６８２．４Ｘ^{−１．０００４}の関係が成立していればよい。

図８は、パーティクルの除去率とダメージの発生数との関係を示すグラフである。
図８において◆で示す測定値は、直径２１μｍの液滴を３８ｍ／ｓおよび５０ｍ／ｓの速度で基板Ｗに衝突させたときの値である。また、図８において■で示す測定値は、直径１５μｍの液滴を３８ｍ／ｓおよび５０ｍ／ｓの速度で基板Ｗに衝突させたときの値である。いずれの測定値も、総液滴衝突面積が１．０ｍ^２以上、５．２ｍ^２以下になるように、直径３００ｍｍの円形基板Ｗに処理液の液滴を衝突させて、この基板Ｗを洗浄したときの値である。すなわち、各測定値は、重複度が１４以上、７３以下のときの測定値である。図８におけるパーティクルの除去率は、図６におけるパーティクルの除去率より低い。これは、基板Ｗに付着しているパーティクルが異なるためである。

図８において液滴の速度が３８ｍ／ｓのときの２つの測定値を見ると分かるように、速度が同じであれば、パーティクルの除去率は、粒径（液滴の直径）が大きい程高い。これは、速度が同じであれば、粒径が大きいほど、液滴の運動エネルギーが大きく、基板Ｗに加わる衝撃が大きいためと考えられる。しかしながら、基板Ｗに加わる衝撃が大きいと、基板Ｗに形成されているパターンにダメージが発生し易くなる。具体的には、図８に示すように、粒径が２１μｍの場合、速度が３８ｍ／ｓのときにはダメージが発生していないが、速度が３８ｍ／ｓより高い範囲では、ダメージが発生している。

一方、図８に示すように、粒径が１５μｍの場合、速度が、３８ｍ／ｓより高い範囲でも、ダメージが発生していない。すなわち、粒径が小さいと、液滴の運動エネルギーが小さく、基板Ｗに加わる衝撃が小さい。そのため、ダメージが発生し難い。さらに、図８の測定値では、総液滴衝突面積が１．０ｍ^２以上、５．２ｍ^２以下に設定されており、基板Ｗの上面がくまなく洗浄されているので、粒径が１５μｍであっても、高い除去率が得られている。すなわち、粒径が２１μｍのときには、ダメージが発生しない速度の上限値が３８ｍ／ｓであり、そのときのパーティクルの除去率が約２５％であるのに対し、粒径が１５μｍのときには、速度が５０ｍ／ｓでもダメージが発生しておらず、約４５％（２５％の２倍弱）の除去率が得られている。したがって、重複度を１４以上、７３以下に設定することにより、ダメージの発生を抑制または防止しつつ、パーティクルの除去率を向上させることができる。

以上のように本実施形態では、噴射ノズル５から基板Ｗの上面に向けて複数の処理液の液滴が噴射される。これにより、基板Ｗの上面内の複数の領域に処理液の液滴が衝突し、これらの領域からパーティクルが除去される。すなわち、同時に噴射された複数の液滴が基板Ｗの上面に衝突する領域は、基板Ｗの上面の一部であり、液滴が衝突する衝突位置が近接しているとしても、隣接する衝突位置の間には、液滴が衝突しない領域がある。しかし、本実施形態では、処理液の液滴が基板Ｗの上面に衝突する面積の総数（総液滴衝突面積）が、基板Ｗの上面の面積の１４倍以上で十分に広く、さらに、基板Ｗの上面に対する液滴の衝突位置を移動させるため、基板Ｗの上面全域に処理液の液滴が衝突し、基板Ｗの上面がむらなく洗浄される。したがって、基板Ｗの上面に向けて噴射される液滴を小さくしたとしても、パーティクルの除去率を向上させることができる。これにより、ダメージの発生を抑制または防止しつつ、パーティクルの除去率を向上させることができる。

この発明の実施の形態の説明は以上であるが、この発明は、前述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、基板処理装置１が、円板状の基板Ｗを処理する装置である場合について説明したが、基板処理装置１は、液晶表示装置用基板などの多角形の基板を処理する装置であってもよい。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

５ 噴射ノズル
３２ 噴射口
Ｌ１ 回転軸線
Ｗ 基板

Claims (3)

1. 処理液の液滴を基板の主面に衝突させる基板処理方法であって、
   基板の主面に向けて噴射された液滴の断面積と前記液滴の数との積である総液滴衝突面積が、前記基板の主面の面積の１４倍以上となるように、前記基板の主面に対する液滴の衝突位置を移動させながら、複数の処理液の液滴を基板に衝突させる液滴衝突工程を含む、基板処理方法。
2. 前記液滴衝突工程は、処理液の液滴を噴射する複数の噴射口に処理液を供給する処理液供給工程と、前記処理液供給工程と並行して、前記複数の噴射口から噴射される処理液に振動を付与することにより、前記複数の噴射口から噴射される処理液を分断する振動付与工程とを含む、請求項１に記載の基板処理方法。
3. 前記液滴衝突工程は、直径３０μｍ以下の処理液の液滴を基板の主面に衝突させる工程である、請求項１または２に記載の基板処理方法。

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