JP4222876B2

JP4222876B2 - Substrate processing equipment

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Publication number: JP4222876B2
Application number: JP2003151249A
Authority: JP
Inventors: 雅伸佐藤; 貞雄平得; 周一安田
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2023-05-28
Also published as: JP2004356317A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハなどの処理対象の基板の表面に、洗浄などの処理を施すための基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程において、半導体ウエハ（以下、「ウエハ」という。）の表面にはパーティクルが付着する。このため、製造工程の適当な段階でウエハの表面を洗浄する必要がある。
ウエハ表面を洗浄するための基板処理装置には、処理液（洗浄液）と気体とを混合することにより処理液の液滴を生成して噴射する二流体ノズルを備えたものがある。二流体ノズルから噴射される処理液の液滴をウエハに衝突させることにより、ウエハを洗浄できる。
【０００３】
図７は、従来の基板処理装置に備えられた二流体ノズルの構造を示す図解的な断面図である。
この二流体ノズル５１は、ケーシングを構成する外筒５２と、その内部に嵌め込まれた内筒５３とを含んでいる。外筒５２および内筒５３は略円筒状の形状を有しており、中心軸を共有している。
内筒５３の内部空間は処理液流路５６となっており、内筒５３の一方の端部から処理液流路５６に、処理液（洗浄液）である脱イオン水(deionized water ; DIW)を導入できるようになっている。処理液流路５６は、内筒５３の他方側の端部で処理液吐出口５７として開口している。
【０００４】
外筒５２および内筒５３の軸方向に関して、処理液吐出口５７とは反対側において、内筒５３の外径と外筒５２の内径とはほぼ同じになっており、内筒５３と外筒５２と密接している。一方、外筒５２および内筒５３の軸方向に関して、中間部および処理液吐出口５７側では、内筒５３の外径は外筒５２の内径より小さく、内筒５３と外筒５２との間には、略円筒状の間隙である気体流路５４が形成されている。気体流路５４は、処理液吐出口５７のまわりに環状の気体吐出口５８として開口している。処理液吐出口５７と気体吐出口５８とは、近接して形成されている。
【０００５】
二流体ノズル５１には、外筒５２を貫通し、内部空間が気体流路５４に連通された気体導入管５５が接続されており、気体導入管５５を介して気体流路５４に高圧の窒素ガスを導入できるようになっている。
処理液流路５６に脱イオン水を導入し、同時に、気体流路５４に窒素ガスを導入すると、処理液吐出口５７から脱イオン水が吐出されるとともに、気体吐出口５８から窒素ガスが吐出される。脱イオン水と窒素ガスとは、それぞれ処理液吐出口５７近傍の処理液流路５６内、および気体吐出口５８近傍の気体流路５４内では、互いにほぼ平行に流れる。
【０００６】
処理液吐出口５７と気体吐出口５８とが近接して形成されていることにより、処理液吐出口５７から吐出される脱イオン水の液滴と、気体吐出口５８から吐出される窒素ガスとは衝突し（混合され）、脱イオン水の液滴が生成される。
処理液吐出口５７および気体吐出口５８から適当な間隔をあけてウエハＷが配置されていると、脱イオン水の液滴はウエハＷの表面に衝突する。この際、ウエハ表面に付着しているパーティクルは、脱イオン水の液滴の運動エネルギーにより、物理的に除去される。
【０００７】
このような基板処理装置は、たとえば、下記特許文献１に開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２７０５６４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、吐出される脱イオン水および窒素ガスは、処理液吐出口５７および気体吐出口５８から離れるとともに側方に大きく広がる。このため、脱イオン水と窒素ガスとが効率的に混合されず、小さな径を有する脱イオン水の液滴を効率的に生成できなかった。これにより、大きな径を有する脱イオン水の液滴がウエハＷに衝突して、ウエハＷにダメージが与えられることがあった。
【００１０】
また、気体吐出口５８から吐出される窒素ガスが側方に大きく広がりながら進むことにより、この窒素ガスの流速は、気体吐出口５８から離れるに従い急激に小さくなる。これにより、窒素ガスとともにウエハＷ表面へと運ばれる脱イオン水の液滴の速度も急激に減衰する。したがって、脱イオン水の液滴は大きな運動エネルギーを有してウエハＷに衝突されない。このため、ウエハＷの洗浄効率が悪かった。
【００１１】
また、従来の基板処理装置に備えられた二流体ノズル５１を用いた場合、気体吐出口５８から吐出される窒素ガスの方向が安定せず、このため、処理対象のウエハＷにおける脱イオン水の液滴の到達範囲が安定せず、ウエハＷを均一に処理できなかった。
そこで、この発明の目的は、処理液と気体とが効率的に混合されて処理液の液滴が生成される基板処理装置を提供することである。
【００１２】
この発明の他の目的は、基板を効率的に処理できる基板処理装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の課題を解決するための請求項１記載の発明は、処理対象の基板（Ｗ）を保持するための基板保持機構（１０）と、処理液が導入される処理液導入口（３０）と、この処理液導入口から導入される処理液と混合すべき気体が導入される気体導入口（３１）と、上記処理液導入口から導入された処理液を上記基板保持機構に保持された基板の表面に向かう所定の処理液吐出方向に沿って吐出する処理液吐出口（４１）と、この処理液吐出口に近接して配置され上記気体導入口から導入された気体を上記基板保持機構に保持された基板の表面に向けて吐出する気体吐出口（３６）とが形成され、中心軸（Ｑ）を有するケーシング（３４）を有し、このケーシング外の上記処理液吐出口の近傍で当該処理液吐出口から吐出される処理液と上記気体吐出口から吐出される気体とを混合させることによって上記処理液の液滴を生成し、この処理液の液滴を上記基板保持機構に保持された基板の表面に噴射する二流体ノズル（２）とを備え、上記二流体ノズルは、上記ケーシング内における上記気体導入口から気体吐出口に至る気体流路（４４）中に介装され上記処理液吐出口から上記処理液吐出方向に沿って吐出される処理液流を取り囲む渦巻き気流を形成するための渦巻き気流形成手段（３９Ｂ）を有し、上記二流体ノズルは、上記ケーシング内における上記処理液導入口から処理液吐出口に至る処理液流路（４０）を形成するとともに、少なくとも上記処理液吐出口の近傍における処理液の流路を上記処理液吐出方向に沿う直線流路（４０）に規制する処理液流通管部（３９）を有し、この処理液流通管部と上記ケーシングの内壁との間に上記直線流路を取り囲む略円筒状の気体流路（４４）が形成されているものであり、上記渦巻き気流形成手段は、上記略円筒状の気体流路の母線方向に沿って上記気体吐出口へと向かう気流の方向を、上記略円筒状の気体流路の円周方向に沿う成分を有する方向へと変換する気流方向変換部材（３９Ｂ）であって、上記ケーシングの中心軸に沿う方向に見て、この中心軸を中心とした径方向に対して同じ角度で斜交する複数の溝（４２）が形成された気流方向変換部材を含み、上記渦巻き気流形成手段は、上記ケーシング内における上記気流方向変換部材と上記気体吐出口との間の気体流路に配置され、上記気流方向変換部材を通過した気流を上記直線流路を中心とした旋回流へと変換して上記気体吐出口へと導く略円筒状の旋回流形成部（３８）をさらに含み、上記ケーシングの中心軸に沿う方向に見て、上記複数の溝の内方側の部分は、上記気体吐出口と重なり合うように位置していることを特徴とする基板処理装置（１）である。
請求項２記載の発明は、処理対象の基板（Ｗ）を保持するための基板保持機構（１０）と、処理液が導入される処理液導入口（３０）と、この処理液導入口から導入される処理液と混合すべき気体が導入される気体導入口（３１）と、上記処理液導入口から導入された処理液を上記基板保持機構に保持された基板の表面に向かう所定の処理液吐出方向に沿って吐出する処理液吐出口（４１）と、この処理液吐出口に近接して配置され上記気体導入口から導入された気体を上記基板保持機構に保持された基板の表面に向けて吐出する気体吐出口（３６）とが形成され、中心軸（Ｑ）を有するケーシング（３４）を有し、このケーシング外の上記処理液吐出口の近傍で当該処理液吐出口から吐出される処理液と上記気体吐出口から吐出される気体とを混合させることによって上記処理液の液滴を生成し、この処理液の液滴を上記基板保持機構に保持された基板の表面に噴射する二流体ノズル（２）とを備え、上記二流体ノズルは、上記ケーシング内における上記気体導入口から気体吐出口に至る気体流路（４４）中に介装され上記処理液吐出口から上記処理液吐出方向に沿って吐出される処理液流を取り囲む渦巻き気流を形成するための渦巻き気流形成手段（３９Ｂ）を有し、上記二流体ノズルは、上記ケーシング内における上記処理液導入口から処理液吐出口に至る処理液流路（４０）を形成するとともに、少なくとも上記処理液吐出口の近傍における処理液の流路を上記処理液吐出方向に沿う直線流路（４０）に規制する処理液流通管部（３９）を有し、この処理液流通管部と上記ケーシングの内壁との間に上記直線流路を取り囲む略円筒状の気体流路（４４）が形成されているものであり、上記渦巻き気流形成手段は、上記略円筒状の気体流路の母線方向に沿って上記気体吐出口へと向かう気流の方向を、上記略円筒状の気体流路の円周方向に沿う成分を有する方向へと変換するための複数の溝（４２，４５）が形成された気流方向変換部材（３９Ｂ）を含み、上記気流方向変換部材は、上記処理液流通管部の外面から張り出したフランジ（３９Ｂ）であって、上記複数の溝が当該フランジの外周面から内方に向かって形成されたフランジを含み、上記渦巻き気流形成手段は、上記ケーシング内における上記気流方向変換部材と上記気体吐出口との間の気体流路に配置され、上記気流方向変換部材を通過した気流を上記直線流路を中心とした旋回流へと変換して上記気体吐出口へと導く略円筒状の旋回流形成部（３８）をさらに含み、上記ケーシングの中心軸に沿う方向に見て、上記複数の溝の内方側の部分は、上記気体吐出口と重なり合うように位置していることを特徴とする基板処理装置（１）である。
請求項３記載の発明は、処理対象の基板（Ｗ）を保持するための基板保持機構（１０）と、処理液が導入される処理液導入口（３０）と、この処理液導入口から導入される処理液と混合すべき気体が導入される気体導入口（３１）と、上記処理液導入口から導入された処理液を上記基板保持機構に保持された基板の表面に向かう所定の処理液吐出方向に沿って吐出する処理液吐出口（４１）と、この処理液吐出口に近接して配置され上記気体導入口から導入された気体を上記基板保持機構に保持された基板の表面に向けて吐出する気体吐出口（３６）とが形成されたケーシング（３４）を有し、このケーシング外の上記処理液吐出口の近傍で当該処理液吐出口から吐出される処理液と上記気体吐出口から吐出される気体とを混合させることによって上記処理液の液滴を生成し、この処理液の液滴を上記基板保持機構に保持された基板の表面に噴射する二流体ノズル（２）とを備え、上記二流体ノズルは、上記ケーシング内における上記気体導入口から気体吐出口に至る気体流路（４４）中に介装され上記処理液吐出口から上記処理液吐出方向に沿って吐出される処理液流を取り囲む渦巻き気流を形成するための渦巻き気流形成手段（３９Ｂ）を有し、上記二流体ノズルは、上記ケーシング内における上記処理液導入口から処理液吐出口に至る処理液流路（４０）を形成するとともに、少なくとも上記処理液吐出口の近傍における処理液の流路を上記処理液吐出方向に沿う直線流路（４０）に規制する処理液流通管部（３９）を有し、この処理液流通管部と上記ケーシングの内壁との間に上記直線流路を取り囲む略円筒状の気体流路（４４）が形成されているものであり、上記渦巻き気流形成手段は、上記略円筒状の気体流路の母線方向に沿って上記気体吐出口へと向かう気流の方向を、上記略円筒状の気体流路の円周方向に沿う成分を有する方向へと変換する気流方向変換部材（３９Ｂ）を含み、上記渦巻き気流形成手段は、上記ケーシング内における上記気流方向変換部材と上記気体吐出口との間の気体流路に配置され、上記気流方向変換部材を通過した気流を上記直線流路を中心とした旋回流へと変換して上記気体吐出口へと導く略円筒状の旋回流形成部（３８）をさらに含み、上記略円筒状の気体流路の母線方向に見て、上記気流方向変換部材において気流の方向が変換される部分の内方側である、上記処理液の直線流路側の部分は、上記気体吐出口と重なり合うように位置していることを特徴とする基板処理装置（１）である。
【００１４】
なお、括弧内の英字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、括弧内の数字を含め、この項において同じ。
この発明によれば、略円筒状の気体吐出口から吐出される気体は、渦巻き気流を形成して流れる。このような気体は、直進して流れる気体と比べて、側方に大きく広がることなく進むことができる。このため、処理液吐出口から所定の処理液吐出方向に沿って吐出される処理液と、気体吐出口から吐出され、処理液流を取り囲んで渦巻き気流を形成する気体とは、効率的に混合されて小さな径を有する処理液の液滴が効率的に生成される。したがって、大きな径を有する処理液の液滴が、基板保持機構に保持された処理対象の基板に衝突して基板にダメージが与えられることはない。
【００１５】
また、気体吐出口から吐出される気体が側方に大きく広がることなく進むことにより、このような気体は気体吐出口から吐出される気体により効果的に進行方向後方側から押されるので、大きく減速することはない。したがって、このような気体とともに運ばれて進む処理液の液滴は、大きな運動エネルギーを有して、処理対象の基板に衝突することができる。これにより、基板表面に大きな運動エネルギーが与えられて、基板表面は効率的に処理（たとえば、パーティクルが除去）される。
【００１６】
さらに、このような二流体ノズルにより、噴射される処理液の液滴の方向が安定するので、基板保持機構に保持された基板における処理範囲が安定する。したがって、このような基板処理装置により、均一に基板を処理できる。
処理液は、たとえば、洗浄液（たとえば、脱イオン水）であってもよい。この場合、本発明の基板処理装置により、基板表面を効率的に洗浄できる。また、処理液は、エッチング液であってもよい。この場合、本発明の基板処理装置により、基板表面を効率的にエッチングできる。
【００１７】
上記基板処理装置は、請求項４記載のように、上記基板保持機構に保持された基板における上記二流体ノズルによる処理位置を移動させるための移動機構（２３）をさらに備えていてもよい。
【００１８】
気体流路をその母線方向に沿って流れる気体は、気流方向変換部材によって、略円筒状の気体流路の円周方向に沿う成分を有する方向に流れるようになる。これにより、気体吐出口から吐出される気体は、気体吐出口付近で渦巻き気流を形成する。
上記気流方向変換部材は、請求項５記載のように、処理液流通管部に対して、その外面から張り出すように一体的に形成されていてもよい。この場合、気流方向変換部材は、たとえば、処理液流通管部の外面から張り出したフランジに溝が形成されたものとすることができ、この溝を通過することにより、気流の方向が変換されるものとすることができる。この場合、ケーシングの内部に、外面にフランジを有する処理液流通管を嵌め込むだけで、内部に気流方向変換部材が備えられた二流体ノズルを得ることができる。
【００１９】
上記気流方向変換部材は、請求項６記載のように、上記略円筒状の気体流路の円周上において間隔を開けて配置された少なくとも２箇所から、方向が変換された気流を上記気体吐出口へと導くものであってもよい。複数箇所から、方向が変換された気流を気体吐出口へと導くことにより、気体流路の周方向に関して均一な渦巻き気流を形成できる。
請求項１〜３記載のように、上記渦巻き気流形成手段は、上記ケーシング内における気流方向変換部材と上記気体吐出口との間の気体流路に配置され、上記気流方向変換部材を通過した気流を上記直線流路を中心とした旋回流へと変換して上記気体吐出口へと導く略円筒状の旋回流形成部をさらに含む。
【００２０】
これにより、気流方向変換部材により方向を変換された気体は、旋回流形成部を通過することにより、処理液が通る直線流路を中心とした旋回流を確実に形成できる。
上記二流体ノズルは、請求項７記載のように、この二流体ノズルから上記基板保持機構に保持された基板の表面に至る液滴流の輪郭が、上記処理液吐出口の近傍に形成される絞り部と、この絞り部から上記基板保持機構に保持された基板の表面に向かうに従って拡開する拡散部とを有するものであることが好ましい。
【００２１】
上記の場合、請求項７記載のように、上記絞り部は、上記処理液吐出方向に直交する横断面の面積（略円形断面の場合にはその径）が、上記処理液吐出方向に沿う各部で略一様であるか、上記基板保持機構に保持された基板に近づくほど減少する形状（略円柱形状または略逆円錐台形状）であることが好ましい。上記拡散部は、上記絞り部の上記基板保持機構側の端部に連設され、上記処理液吐出方向に直交する横断面の面積（略円形断面の場合にはその径）が上記基板保持機構に向かうに従って増大する形状（略円錐台形状）であってもよい。
【００２２】
上記絞り部では、処理液吐出口から吐出された処理液と気体吐出口から吐出された気体とは、制限された空間内で効率的に混合される（衝突する）ので、小径の処理液の液滴を確実に生成できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下では、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置の構造を示す図解的な側面図である。
この基板処理装置１は、半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗの表面を洗浄するためのものであり、ウエハＷをほぼ水平に保持して回転するスピンチャック１０と、スピンチャック１０に保持されたウエハＷに、洗浄液である脱イオン水の液滴を供給する二流体ノズル２とを含んでいる。
【００２４】
スピンチャック１０は、鉛直方向に沿って配置された回転軸１１およびその上端に垂直に取り付けられた円板状のスピンベース１２を備えている。スピンベース１２の上面周縁部には、スピンベース１２の周方向に適当な間隔をあけて、複数本のチャックピン１３が立設されている。チャックピン１３は、ウエハＷの下面周縁部を支持しつつ、ウエハＷの端面（周面）に当接し、他のチャックピン１３と協働してウエハＷを挟持できるようになっている。ウエハＷは、スピンチャック１０により、その中心が回転軸１１の中心軸上にのるように、ほぼ水平に保持されるようになっている。
【００２５】
回転軸１１には回転駆動機構１４が結合されており、回転軸１１をその中心軸のまわりに回転させることができるようになっている。これによりスピンチャック１０に保持されたウエハＷを回転させることができる。
二流体ノズル２には、処理液配管２４を介して、脱イオン水供給源から脱イオン水(deionized water ; DIW)を供給可能である。処理液配管２４には、開度調整が可能なバルブ２４Ｖが介装されており、二流体ノズル２に供給される脱イオン水の流路の開閉、および脱イオン水の流量の調節を行うことができるようになっている。
【００２６】
また、二流体ノズル２には、窒素ガス配管２５を介して、窒素ガス供給源から高圧の窒素ガスを供給可能である。窒素ガス配管２５には開度調整が可能なバルブ２５Ｖが介装されており、二流体ノズル２に供給される窒素ガスの流路の開閉、および窒素ガスの流量の調節を行うことができるようになっている。窒素ガス配管２５において、バルブ２５Ｖより下流側（バルブ２５Ｖと二流体ノズル２との間）には、圧力計２５Ｐが介装されており、二流体ノズル２に導入される窒素ガスの圧力を測定できるようになっている。
【００２７】
二流体ノズル２は、アーム２１を介してノズル移動機構２３に結合されている。ノズル移動機構２３は、鉛直方向に沿った揺動軸のまわりにアーム２１を揺動させることによって、アーム２１に結合された二流体ノズル２をウエハＷ上で移動させることができる。これにより、二流体ノズル２による処理位置を、スピンチャック１０に保持されたウエハＷの中心部から周縁部に至る各部に移動することができる。
【００２８】
バルブ２４Ｖ，２５Ｖを同時に開き、二流体ノズル２に脱イオン水および窒素ガスが同時に導入されると、二流体ノズル２により脱イオン水の液滴が生成されて噴射される。
バルブ２４Ｖ，２５Ｖの開閉、ならびに回転駆動機構１４およびノズル移動機構２３の動作はコントローラ２０により制御できるようになっている。
ウエハＷの表面を洗浄するときは、回転駆動機構１４によりスピンチャック１０に保持されたウエハＷを回転させ、ノズル移動機構２３により二流体ノズル２をウエハＷの上で移動させながら、二流体ノズル２からウエハＷの上面に向かって脱イオン水の液滴を噴射させる。二流体ノズル２は、ウエハＷの中心に対向する位置とウエハＷの周縁部に対向する位置との間で移動される。これにより、ウエハＷの上面全域が均一に処理される。
【００２９】
二流体ノズル２に高圧の窒素ガスを導入することにより、ウエハＷの表面に大きな運動エネルギーを有する脱イオン水の液滴を衝突させることができる。このとき、脱イオン水の液滴の運動エネルギーにより、ウエハＷの表面に付着したパーティクルが物理的に除去される。
バルブ２５Ｖの開度を変え、二流体ノズル２に導入される窒素ガスの圧力（流量）を変えることにより、二流体ノズル２により生成される脱イオン水の液滴の粒径を変化させることができる。これにより、脱イオン水の液滴によるウエハＷの処理特性を変化させることができる。
【００３０】
図２は、二流体ノズル２の構造を示す図解的な断面図である。
二流体ノズル２は、いわゆる、外部混合型のものであり、ケーシング外で脱イオン水に窒素ガスを衝突させて処理液の液滴を生成することができる。二流体ノズル２は、ケーシングを構成する外筒３４と、その内部に嵌め込まれた内筒３９とを含んでおり、ほぼ円柱状の外形を有している。内筒３９と外筒３４とは、中心軸Ｑを共有する同軸状に配置されている。
【００３１】
内筒３９の内部空間は、直線状の処理液流路４０となっている。処理液流路４０は、内筒３９の一方の端部で、処理液導入口３０として開口している。この内筒３９の一方の端部には、処理液配管２４が接続されており、処理液配管２４から処理液導入口３０を介して処理液流路４０に脱イオン水を導入できるようになっている。処理液流路４０は、内筒３９の他方の端部（処理液配管２４が接続されている側と反対側）で、処理液吐出口４１として開口している。
【００３２】
内筒３９により、脱イオン水の流路は中心軸Ｑに沿う直線状に規制され、処理液吐出口４１から、この直線（中心軸Ｑ）に沿う方向に脱イオン水が吐出される。ウエハＷの処理時には、中心軸ＱがウエハＷの表面に垂直になるように、二流体ノズル２が配置される。
外筒３４は、ほぼ一定の内径を有している。一方、内筒３９は、中心軸Ｑ方向に沿う各部で外径が変化する。内筒３９の中間部３９Ａは、外筒３４の内径より小さな外径を有している。
【００３３】
内筒３９の一方および他方の端部近傍には、内筒３９の外周面から張り出すように、内筒３９と一体的に形成されたフランジ３９Ｂ，３９Ｃがそれぞれ設けられている。フランジ３９Ｂ，３９Ｃは、外筒３４の内径にほぼ等しい外径を有している。このため、内筒３９は、フランジ３９Ｂ，３９Ｃの外周部で外筒３４の内壁に密接しているとともに、内筒３９の中間部３９Ａと外筒３４の内壁との間には、中心軸Ｑを中心とした略円筒状の間隙である円筒流路３５が形成されている。
【００３４】
外筒３４の長さ方向中間部には、円筒流路３５に連通した気体導入口３１が形成されている。外筒３４の側面において、気体導入口３１が形成された部分には、窒素ガス配管２５が接続されている。窒素ガス配管２５の内部空間と円筒流路３５とは連通しており、窒素ガス配管２５から気体導入口３１を介して、円筒流路３５に窒素ガスを導入できるようになっている。
内筒３９の処理液吐出口４１側に設けられたフランジ３９Ｂには、中心軸Ｑ方向にフランジ３９Ｂを貫通する気流方向変換流路４３が形成されている。
【００３５】
外筒３４の処理液吐出口４１側の端部は、先端に向かうに従って内径が小さくなるテーパ状内壁面を有する遮蔽部３４Ａとなっている。中心軸Ｑ方向に関して、フランジ３９Ｂの端部からは短筒部３９Ｄが突出している。短筒部３９Ｄは、遮蔽部３４Ａのほぼ中心に配置されている。遮蔽部３４Ａの内径は短筒部３９Ｄの外径より大きい。このため、遮蔽部３４Ａと短筒部３９Ｄとの間に、中心軸Ｑを取り囲む略円筒状の間隙である旋回流形成流路３８が形成されている。
【００３６】
円筒流路３５、気流方向変換流路４３、および旋回流形成流路３８は連通しており、気体流路４４を形成している。旋回流形成流路３８は、処理液吐出口４１のまわりに環状の気体吐出口３６として開口している。このような構成により、窒素ガス配管２５を介して円筒流路３５に導入された窒素ガスは、気体吐出口３６から吐出される。
気流方向変換流路４３は、気体吐出口３６の近傍に形成されている。処理液吐出口４１と気体吐出口３６とは、近接して形成されている。
【００３７】
ウエハＷ洗浄時の基板処理装置１において、二流体ノズル２は、処理液吐出口４１および気体吐出口３６がスピンチャック１０に保持されたウエハＷ側（下方）に向くようになっている。
図３（ａ）は内筒３９の図解的な側面図であり、図３（ｂ）は内筒３９の図解的な底面図である。図３（ａ）には、フランジ３９Ｂ近傍の部分のみを示している。
【００３８】
フランジ３９Ｂは、かさ状の形状を有しており、中心軸Ｑに対して側方にほぼ垂直に突出している。フランジ３９Ｂには、６つの溝４２が形成されている。各溝４２は、フランジ３９Ｂの外周面からフランジ３９Ｂの内方に向かって、中心軸Ｑにほぼ平行、かつ、中心軸Ｑ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。
いずれの溝４２も、中心軸Ｑに沿う方向に見て、フランジ３９Ｂの外周における開口位置と中心軸Ｑとを結ぶ径方向に対して、ほぼ同じ角度で斜交しており、短筒部３９Ｄ外周の接線に沿うように形成されている（図３（ｂ）参照）。したがって、二流体ノズル２において、溝４２は、中心軸Ｑに沿う方向に見て、気体吐出口３６（旋回流形成流路３８）の接線方向に沿うように形成されている。
【００３９】
二流体ノズル２において、溝４２の外周側は外筒３４の内壁で塞がれており、これにより、６つの気流方向変換流路４３が形成されている。また、フランジ３９Ｂの短筒部３９Ｄ側周縁部において、溝４２の開口部は遮蔽部３４Ａで覆われている（図２参照）。一方、溝４２の内方側の部分は、中心軸Ｑに沿う方向に見て、気体吐出口３６と重なり合うように位置している。
以上のように、内部に気流方向変換流路４３が形成された二流体ノズル２は、外筒３４内に、周囲に溝４２が形成された内筒３９を嵌め込むだけで得ることができる。
【００４０】
窒素ガス配管２５から円筒流路３５に窒素ガスを導入すると、窒素ガスは、円筒流路３５をその母線方向に沿って気流方向変換流路４３側へと流れ、気流方向変換流路４３へと導かれる。気流方向変換流路４３内を流れる窒素ガスのうち、フランジ３９Ｂの外周側を流れるものは、旋回流形成流路３８側で、遮蔽部３４Ａの内壁に沿って、フランジ３９Ｂの内方側に向かって流れる（窒素ガスが流れる方向を図３（ｂ）に矢印Ｋで示す。）。このとき、窒素ガスが流れる方向は、気体流路４４の母線方向から、気体流路４４（旋回流形成流路３８）の円周方向に沿う成分を有する方向へと変換される。
【００４１】
旋回流形成流路３８内では、窒素ガスは旋回流形成流路３８の円周方向に沿って自由に流れることができる。このため、気流方向変換流路４３から旋回流形成流路３８に導かれた窒素ガスは、中心軸Ｑ（処理液流路４０）のまわりを、図３（ｂ）において反時計回りに旋回するように流れ、気体吐出口３６へと導かれる。
６つの気流方向変換流路４３が形成されていることにより、略円筒状の気体流路４４の円周上において間隔を開けて配置された６箇所から、方向が変換された気流が旋回流形成流路３８（気体吐出口３６側）へと導かれる。これにより、旋回流形成流路３８の円周方向（旋回方向）に関して均一な旋回流が形成される。
【００４２】
図４は、二流体ノズル２の気体吐出口３６から吐出される窒素ガスの進行方向を示す図解的な斜視図である。図４において、窒素ガスの進行方向を矢印Ｎで示す。
旋回流形成流路３８において、窒素ガスが処理液流路４０のまわりに旋回するように流れることにより、気体吐出口３６から吐出される窒素ガスは、気体吐出口３６付近で渦巻き気流を形成する。窒素ガスは、旋回流形成流路３８で旋回流が形成された後、気体吐出口３６から吐出されるので、この渦巻き気流は周方向に関して均一なものになる。窒素ガスの渦巻き気流は、処理液吐出口４１から中心軸Ｑに沿って吐出される脱イオン水を取り囲むように形成される。
【００４３】
中心軸Ｑに沿う方向に見て、溝４２が気体吐出口３６の接線方向に沿うように形成されていることにより、気体吐出口３６から吐出される窒素ガスは、気体吐出口３６の接線方向の成分を有する方向に進む。このため、二流体ノズル２から窒素ガスとともにウエハＷ上に運ばれる脱イオン水の液滴流の輪郭は、処理液吐出口４１の近傍に形成される絞り部Ｌ１と、絞り部Ｌ１からスピンチャック１０に保持されたウエハＷの表面に向かうに従って拡開する拡散部Ｍ１とを有する。
【００４４】
絞り部Ｌ１は、脱イオン水の吐出方向に直交する横断面の面積（略円形断面の径）が、脱イオン水の吐出方向に沿う各部で、スピンチャック１０に保持されたウエハＷに近づくほど減少する形状（略逆円錐台形状）を有している。拡散部Ｍ１は、絞り部Ｌ１のスピンチャック１０側の端部に連設され、脱イオン水の吐出方向に直交する横断面の面積（略円形断面の径）がスピンチャック１０に向かうに従って増大する形状（略円錐台形状）を有している。したがって、絞り部Ｌ１と拡散部Ｍ１とにより、鼓型の形状が形成されている。
【００４５】
二流体ノズル２から噴射される脱イオン水の液滴の主たる進行方向（渦巻き気流の中心軸方向）は、ウエハＷに対してほぼ垂直である。
図５は、二流体ノズル２の気体吐出口３６から吐出される窒素ガスの進行方向の他の例を示す図解的な斜視図である。図５において、窒素ガスの進行方向を矢印Ｎで示す。
二流体ノズル２から窒素ガスとともにウエハＷ上に運ばれる脱イオン水の液滴流の輪郭は、処理液吐出口４１の近傍に形成される絞り部Ｌ２と、絞り部Ｌ２からスピンチャック１０に保持されたウエハＷの表面に向かうに従って拡開する拡散部Ｍ２とを有する。
【００４６】
この例では、絞り部Ｌ２は、脱イオン水の吐出方向に直交する横断面の面積（略円形断面の径）が、脱イオン水の吐出方向に沿う各部で略一様である形状（略円柱形状）を有している。拡散部Ｍ２は、絞り部Ｌ２のスピンチャック１０側の端部に連設され、脱イオン水の吐出方向に直交する横断面の面積（略円形断面の径）がスピンチャック１０に向かうに従って増大する形状（略円錐台形状）を有している。
【００４７】
以上のように、気体吐出口３６からウエハＷへと向かって流れる窒素ガスは、絞り部Ｌ１，Ｌ２では、側方に広がるように流れない。これにより、処理液吐出口４１から吐出される脱イオン水は、狭い領域に閉じ込められるので、脱イオン水と窒素ガスとは効率的に混合され（衝突し）、小さな径を有する脱イオン水の液滴が効率的に生成される。
また、このように途中部が絞られて流れる窒素ガスは、気体吐出口３６から吐出される窒素ガスに後ろから効果的に押されて流れるので、大きく減速することなくウエハＷに到達することができる。脱イオン水の液滴は、気体吐出口３６から吐出される窒素ガスとともに運ばれて進むので、脱イオン水の液滴も大きく減速することなく、ウエハＷに到達することができる。
【００４８】
すなわち、脱イオン水の液滴は、大きな運動エネルギーを有してウエハＷに衝突することができる。これにより、ウエハＷ表面に付着しているパーティクルに大きな運動エネルギーが与えられて、パーティクルが除去されるので、ウエハＷ表面は効率的に洗浄される。
さらに、このような二流体ノズル２により、噴射される脱イオン水の液滴の方向が安定するので、スピンチャック１０に保持されたウエハＷにおける処理範囲が安定する。したがって、このような基板処理装置１により、均一にウエハＷを洗浄できる。
【００４９】
図６（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る基板処理装置に備えられた二流体ノズルが有する内筒の構造を示す図解的な側面図であり、図６（ｂ）はその図解的な底面図である。この内筒４６は、図２に示す二流体ノズル２の内筒３９の代わりに使用することができる。図３に示す構成要素等に対応する構成要素等には、同じ参照符号を付して説明を省略する。
内筒４６の一方のフランジ３９Ｂには、６つの溝４５が形成されている。各溝４５は、フランジ３９Ｂの外周面からフランジ３９Ｂの内方に向かって、互いにほぼ等角度間隔で形成されている。各溝４５は、中心軸Ｑと斜交する平面に沿うように形成されており、フランジ３９Ｂの短筒部３９Ｄ側の面においては、フランジ３９Ｂの径方向に沿って開口しているとともに、フランジ３９Ｂの側面において、中心軸Ｑに斜行して延びるように開口している。
【００５０】
内筒４６が外筒３４に嵌め込まれると、溝４５においてフランジ３９Ｂの外周側開口が外筒３４の内壁に塞がれて、６つの気流方向変換流路が形成される。
気流方向変換流路に導入される窒素ガスの方向（円筒流路３５の母線方向）は、この気流方向変換流路のほぼ全領域において、流体流路４４の円周方向の成分を有する方向に変換される。すなわち、この二流体ノズルでは、窒素ガスは溝４５において遮蔽部３４Ａ近傍以外の部分でも、気体流路４４の周方向の成分を有する方向に流れる。
【００５１】
本発明に係る実施形態の説明は以上の通りであるが、本発明は他の形態でも実施できる。たとえば、脱イオン水の代わりに、蒸留水などイオン交換以外の方法により得られた純水が用いられてもよく、目的により不純物の種類および含有量が適当なものを使用することができる。
二流体ノズル２から吐出される処理液は、純水（洗浄液）に限られず、たとえば、エッチング液であってもよい。この場合、二流体ノズル２により、エッチング液と窒素ガスとが効率的に混合されて、粒径の小さなエッチング液の液滴が生成される。これにより、ウエハＷにダメージを与えずにウエハＷの表面をエッチングできる。
【００５２】
また、気体吐出口３６から吐出された窒素ガスが側方に大きく広がって進まないため、大きな運動エネルギーを有するエッチング液の液滴をウエハＷの表面に衝突させて、ウエハＷの表面を効率的にエッチングできる。
二流体ノズル２から噴射される脱イオン水の液滴の主たる進行方向（渦巻き気流の中心軸方向）が、ウエハＷに対して斜めになるように、二流体ノズル２の中心軸ＱとウエハＷの法線とが斜交するような姿勢で二流体ノズル２が配置されていてもよい。
【００５３】
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変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る基板処理装置の構造を示す図解的な側面図である。
【図２】二流体ノズルの構造を示す図解的な断面図である。
【図３】内筒の図解的な側面図および底面図である。
【図４】二流体ノズルの気体吐出口から吐出される窒素ガスの進行方向を示す図解的な斜視図である。
【図５】二流体ノズルの気体吐出口から吐出される窒素ガスの進行方向を示す図解的な斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る基板処理装置に備えられた二流体ノズルに備えられた内筒の構造を示す図解的な側面図である。
【図７】従来の基板処理装置に備えられた二流体ノズルの構造を示す図解的な断面図である。
【符号の説明】
１基板処理装置
２二流体ノズル
１０スピンチャック
３０処理液導入口
３１気体導入口
３４外筒
３５円筒流路
３６気体吐出口
３８旋回流形成流路
３９内筒
３９Ｂフランジ
４０処理液流路
４１処理液吐出口
４２，４５溝
４３気流方向変換流路
４４気体流路
Ｌ１，Ｌ２絞り部
Ｍ１，Ｍ２拡散部
Ｗウエハ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate processing apparatus for performing processing such as cleaning on the surface of a substrate to be processed such as a semiconductor wafer.
[0002]
[Prior art]
In the manufacturing process of a semiconductor device, particles adhere to the surface of a semiconductor wafer (hereinafter referred to as “wafer”). For this reason, it is necessary to clean the wafer surface at an appropriate stage of the manufacturing process.
2. Description of the Related Art Some substrate processing apparatuses for cleaning a wafer surface include a two-fluid nozzle that generates and ejects processing liquid droplets by mixing a processing liquid (cleaning liquid) and a gas. The wafer can be cleaned by causing the droplet of the processing liquid ejected from the two-fluid nozzle to collide with the wafer.
[0003]
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a two-fluid nozzle provided in a conventional substrate processing apparatus.
The two-fluid nozzle 51 includes an outer cylinder 52 that constitutes a casing, and an inner cylinder 53 that is fitted therein. The outer cylinder 52 and the inner cylinder 53 have a substantially cylindrical shape and share a central axis.
The inner space of the inner cylinder 53 serves as a processing liquid channel 56, and deionized water (DIW), which is a processing liquid (cleaning liquid), is supplied from one end of the inner cylinder 53 to the processing liquid channel 56. It can be introduced. The processing liquid flow path 56 opens as a processing liquid discharge port 57 at the other end of the inner cylinder 53.
[0004]
With respect to the axial direction of the outer cylinder 52 and the inner cylinder 53, the outer diameter of the inner cylinder 53 and the inner diameter of the outer cylinder 52 are substantially the same on the side opposite to the processing liquid discharge port 57. 52 and close. On the other hand, with respect to the axial direction of the outer cylinder 52 and the inner cylinder 53, the outer diameter of the inner cylinder 53 is smaller than the inner diameter of the outer cylinder 52 on the intermediate portion and the treatment liquid discharge port 57 side. Is formed with a gas flow path 54 which is a substantially cylindrical gap. The gas flow channel 54 is opened as an annular gas discharge port 58 around the processing liquid discharge port 57. The treatment liquid discharge port 57 and the gas discharge port 58 are formed close to each other.
[0005]
The two-fluid nozzle 51 is connected to a gas introduction pipe 55 that penetrates the outer cylinder 52 and has an internal space communicated with the gas flow path 54. High-pressure nitrogen is introduced into the gas flow path 54 through the gas introduction pipe 55. Gas can be introduced.
When deionized water is introduced into the treatment liquid channel 56 and nitrogen gas is introduced into the gas channel 54 at the same time, deionized water is ejected from the treatment liquid outlet 57 and nitrogen gas is ejected from the gas outlet 58. Is done. The deionized water and the nitrogen gas flow in substantially parallel to each other in the processing liquid channel 56 near the processing liquid discharge port 57 and in the gas channel 54 near the gas discharge port 58, respectively.
[0006]
Since the treatment liquid discharge port 57 and the gas discharge port 58 are formed close to each other, deionized water droplets discharged from the treatment liquid discharge port 57 and nitrogen gas discharged from the gas discharge port 58 Collide (mixed) and produce deionized water droplets.
When the wafer W is disposed at an appropriate interval from the processing liquid discharge port 57 and the gas discharge port 58, the deionized water droplets collide with the surface of the wafer W. At this time, particles adhering to the wafer surface are physically removed by the kinetic energy of the deionized water droplets.
[0007]
Such a substrate processing apparatus is disclosed, for example, in Patent Document 1 below.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2002-270564 A
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, the discharged deionized water and nitrogen gas are separated from the processing liquid discharge port 57 and the gas discharge port 58 and greatly spread laterally. For this reason, deionized water and nitrogen gas were not efficiently mixed, and deionized water droplets having a small diameter could not be efficiently generated. Thereby, deionized water droplets having a large diameter may collide with the wafer W and damage the wafer W.
[0010]
Further, as the nitrogen gas discharged from the gas discharge port 58 advances while spreading widely to the side, the flow rate of this nitrogen gas rapidly decreases as the distance from the gas discharge port 58 increases. As a result, the velocity of the deionized water droplets carried to the surface of the wafer W together with the nitrogen gas is also rapidly attenuated. Accordingly, the deionized water droplet has a large kinetic energy and does not collide with the wafer W. For this reason, the cleaning efficiency of the wafer W was poor.
[0011]
In addition, when the two-fluid nozzle 51 provided in the conventional substrate processing apparatus is used, the direction of the nitrogen gas discharged from the gas discharge port 58 is not stable, and therefore, deionized water in the wafer W to be processed. The reach of the droplets was not stable, and the wafer W could not be processed uniformly.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus in which a processing liquid and a gas are efficiently mixed to generate a processing liquid droplet.
[0012]
Another object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of efficiently processing a substrate.
[0013]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
 The invention according to claim 1 for solving the above-described problems includes a substrate holding mechanism (10) for holding a substrate (W) to be processed, a processing liquid introduction port (30) into which a processing liquid is introduced, and A gas introduction port (31) through which a gas to be mixed with the treatment liquid introduced from the treatment liquid introduction port is introduced, and a substrate in which the treatment liquid introduced from the treatment liquid introduction port is held by the substrate holding mechanism A processing liquid discharge port (41) that discharges along a predetermined processing liquid discharge direction toward the surface of the substrate and gas introduced from the gas introduction port that is disposed in proximity to the processing liquid discharge port to the substrate holding mechanism A gas discharge port (36) for discharging toward the surface of the held substrate is formed., With central axis (Q)The processing liquid is provided by mixing a processing liquid discharged from the processing liquid discharge opening and a gas discharged from the gas discharge opening in the vicinity of the processing liquid discharge opening outside the casing. And a two-fluid nozzle (2) for injecting the droplet of the processing liquid onto the surface of the substrate held by the substrate holding mechanism, and the two-fluid nozzle includes the gas in the casing. A swirl airflow for forming a swirl airflow that is interposed in the gas flow path (44) extending from the introduction port to the gas discharge port and surrounds the treatment liquid flow discharged from the treatment liquid discharge port along the treatment liquid discharge direction. With forming means (39B)The two-fluid nozzle forms a treatment liquid flow path (40) from the treatment liquid introduction port to the treatment liquid discharge port in the casing, and at least a treatment liquid flow path in the vicinity of the treatment liquid discharge port. The processing liquid circulation pipe part (39) which restricts to the straight flow path (40) along the processing liquid discharge direction has an abbreviation that surrounds the straight flow path between the processing liquid circulation pipe part and the inner wall of the casing. A cylindrical gas flow path (44) is formed, and the spiral air flow forming means determines the direction of the air flow toward the gas discharge port along the generatrix direction of the substantially cylindrical gas flow path. An airflow direction conversion member (39B) that converts the direction of the substantially cylindrical gas flow path to a direction having a component along the circumferential direction, and the central axis is seen in the direction along the central axis of the casing. Same for central radial direction An airflow direction changing member in which a plurality of grooves (42) obliquely intersecting with each other are formed, and the spiral airflow forming means is a gas flow path between the airflow direction changing member and the gas outlet in the casing. And a substantially cylindrical swirl flow forming portion (38) that converts the air flow that has passed through the air flow direction changing member into a swirl flow centered on the straight flow path and guides it to the gas discharge port. The inner side portions of the plurality of grooves are positioned so as to overlap the gas discharge ports when viewed in the direction along the central axis of the casing.The substrate processing apparatus (1) is characterized by the above.
The invention described in claim 2 is a substrate holding mechanism (10) for holding the substrate (W) to be processed, a processing liquid introduction port (30) into which the processing liquid is introduced, and the processing liquid introduction port. A gas introduction port (31) into which a gas to be mixed with the treatment liquid to be mixed is introduced, and a predetermined treatment liquid that is directed from the treatment liquid introduction port toward the surface of the substrate held by the substrate holding mechanism A treatment liquid discharge port (41) that discharges along the discharge direction, and a gas that is disposed near the treatment liquid discharge port and that is introduced from the gas introduction port is directed toward the surface of the substrate held by the substrate holding mechanism. And a gas discharge port (36) for discharging, and has a casing (34) having a central axis (Q), and is discharged from the processing liquid discharge port in the vicinity of the processing liquid discharge port outside the casing. Gas discharged from treatment liquid and gas outlet A two-fluid nozzle (2) that generates a droplet of the processing liquid by mixing the liquid and sprays the droplet of the processing liquid onto the surface of the substrate held by the substrate holding mechanism. Is a spiral that surrounds the treatment liquid flow that is interposed in the gas flow path (44) from the gas introduction port to the gas discharge port in the casing and is discharged from the treatment liquid discharge port along the treatment liquid discharge direction. A spiral airflow forming means (39B) for forming an airflow is formed, and the two-fluid nozzle forms a processing liquid flow path (40) from the processing liquid introduction port to the processing liquid discharge port in the casing. And a processing liquid flow pipe section (39) for restricting the flow path of the processing liquid at least in the vicinity of the processing liquid discharge port to a straight flow path (40) along the processing liquid discharge direction. And above A substantially cylindrical gas flow path (44) surrounding the straight flow path is formed between the inner wall of the casing and the spiral airflow forming means is in the direction of the generatrix of the substantially cylindrical gas flow path The direction of the air flow toward the gas discharge port along the direction is changed to a direction having a component along the circumferential direction of the substantially cylindrical gas flow path. An airflow direction changing member (39B) in which a plurality of grooves (42, 45) are formed, and the airflow direction changing member is a flange (39B) protruding from the outer surface of the processing liquid circulation pipe portion. The plurality of grooves include a flange formed inward from the outer peripheral surface of the flange, and the spiral airflow forming means is a gas between the airflow direction changing member and the gas discharge port in the casing. A substantially cylindrical swirl flow forming portion (38) disposed in the flow path and converting the air flow that has passed through the air flow direction changing member into a swirl flow centered on the straight flow path and leading to the gas discharge port. In addition, the substrate processing apparatus (1) is characterized in that, when viewed in a direction along the central axis of the casing, inner portions of the plurality of grooves are positioned so as to overlap the gas discharge ports. It is.
The invention described in claim 3 includes a substrate holding mechanism (10) for holding the substrate (W) to be processed, a processing liquid introduction port (30) through which the processing liquid is introduced, and an introduction from the processing liquid introduction port. A gas introduction port (31) into which a gas to be mixed with the treatment liquid to be mixed is introduced, and a predetermined treatment liquid that is directed from the treatment liquid introduction port toward the surface of the substrate held by the substrate holding mechanism A treatment liquid discharge port (41) that discharges along the discharge direction, and a gas that is disposed near the treatment liquid discharge port and that is introduced from the gas introduction port is directed toward the surface of the substrate held by the substrate holding mechanism. And a processing liquid discharged from the processing liquid discharge port in the vicinity of the processing liquid discharge port outside the casing and the gas discharge port. Mixing with the gas discharged from And a two-fluid nozzle (2) for generating droplets of the processing liquid and ejecting the droplets of the processing liquid onto the surface of the substrate held by the substrate holding mechanism. A spiral airflow surrounding the processing liquid flow discharged along the processing liquid discharge direction from the processing liquid discharge port is formed in a gas flow path (44) from the gas introduction port to the gas discharge port in the casing. The two-fluid nozzle forms a processing liquid flow path (40) from the processing liquid inlet to the processing liquid discharge port in the casing, and at least the above-mentioned A treatment liquid flow pipe section (39) that restricts the flow path of the treatment liquid in the vicinity of the treatment liquid discharge port to a straight flow path (40) along the treatment liquid discharge direction. The treatment liquid flow pipe section and the casing With the inner wall A substantially cylindrical gas flow path (44) surrounding the straight flow path is formed, and the spiral airflow forming means is configured to discharge the gas along the generatrix direction of the substantially cylindrical gas flow path. An airflow direction changing member (39B) for changing the direction of the airflow toward the outlet into a direction having a component along the circumferential direction of the substantially cylindrical gas flow path, and the spiral airflow forming means includes the casing The gas is disposed in a gas flow path between the air flow direction changing member and the gas discharge port in the inside, and the air flow that has passed through the air flow direction changing member is converted into a swirl flow centered on the straight flow path. A portion of the airflow direction conversion member that changes the direction of the airflow as seen in the generatrix direction of the substantially cylindrical gas flow path is further included in the substantially cylindrical swirl flow forming portion (38) leading to the discharge port. Straight line of the above processing solution on the inner side The flow path side portion is a substrate processing apparatus (1) characterized in that it is positioned so as to overlap the gas discharge port.
[0014]
Note that the alphabetic characters in parentheses indicate corresponding components in the embodiments described later. The same applies to this section, including the numbers in parentheses.
According to this invention, the gas discharged from the substantially cylindrical gas discharge port forms a spiral airflow and flows. Such a gas can travel without greatly spreading laterally compared to a gas that flows straight. For this reason, the processing liquid discharged from the processing liquid discharge port along the predetermined processing liquid discharge direction and the gas discharged from the gas discharge port and surrounding the processing liquid flow to form a spiral airflow are efficiently mixed. Thus, droplets of the processing liquid having a small diameter are efficiently generated. Therefore, the droplets of the processing liquid having a large diameter do not collide with the substrate to be processed held by the substrate holding mechanism and damage the substrate.
[0015]
Further, since the gas discharged from the gas discharge port advances without spreading sideways, such a gas is effectively pushed from the rear side in the traveling direction by the gas discharged from the gas discharge port, so that the speed is greatly reduced. Never do. Therefore, the droplet of the processing liquid that is carried along with such a gas has a large kinetic energy and can collide with the substrate to be processed. Thereby, a large kinetic energy is given to the substrate surface, and the substrate surface is efficiently processed (for example, particles are removed).
[0016]
Furthermore, since the direction of the droplet of the processing liquid ejected is stabilized by such a two-fluid nozzle, the processing range of the substrate held by the substrate holding mechanism is stabilized. Therefore, the substrate can be processed uniformly by such a substrate processing apparatus.
The treatment liquid may be, for example, a cleaning liquid (for example, deionized water). In this case, the substrate surface can be efficiently cleaned by the substrate processing apparatus of the present invention. Further, the processing liquid may be an etching liquid. In this case, the substrate surface can be efficiently etched by the substrate processing apparatus of the present invention.
[0017]
 The substrate processing apparatus includes:As claimed in claim 4,The apparatus may further include a moving mechanism (23) for moving the processing position of the two-fluid nozzle on the substrate held by the substrate holding mechanism..
[0018]
spiritThe gas flowing in the body channel along the generatrix direction flows in a direction having a component along the circumferential direction of the substantially cylindrical gas channel by the airflow direction conversion member. Thereby, the gas discharged from the gas discharge port forms a spiral airflow in the vicinity of the gas discharge port.
 The airflow direction changing member isAs claimed in claim 5,You may form integrally with respect to a process liquid distribution pipe part so that it may protrude from the outer surface. In this case, for example, the airflow direction conversion member can have a groove formed in a flange projecting from the outer surface of the treatment liquid circulation pipe portion, and the direction of the airflow is converted by passing through the groove. Can be. In this case, it is possible to obtain a two-fluid nozzle provided with an airflow direction changing member inside only by fitting a treatment liquid flow pipe having a flange on the outer surface thereof into the casing.
[0019]
 The airflow direction changing member isAs claimed in claim 6,The air flow whose direction has been changed may be guided to the gas discharge port from at least two places arranged at intervals on the circumference of the substantially cylindrical gas flow path. A uniform spiral airflow can be formed in the circumferential direction of the gas flow path by guiding the airflow whose direction is changed from a plurality of locations to the gas discharge port.
 As described in claims 1 to 3,The spiral airflow forming means is disposed in a gas flow path between the airflow direction changing member and the gas discharge port in the casing, and the airflow passing through the airflow direction changing member is swirled around the straight flow path. A substantially cylindrical swirl flow forming section that converts the flow into a flow and guides it to the gas discharge port.Mu
[0020]
 ThisByThe gas whose direction has been changed by the airflow direction changing member can reliably form a swirling flow centered on the straight flow path through which the processing liquid passes by passing through the swirling flow forming portion.
 The two-fluid nozzle isAs claimed in claim 7,The outline of the droplet flow from the two-fluid nozzle to the surface of the substrate held by the substrate holding mechanism is held in the vicinity of the processing liquid discharge port, and the holding portion holds the substrate holding mechanism from the throttle portion. It is preferable to have a diffusion portion that expands toward the surface of the substrate.
[0021]
 In the above case, as described in claim 7,The narrowed portion has a cross-sectional area perpendicular to the processing liquid discharge direction (or a diameter in the case of a substantially circular cross section) that is substantially uniform in each part along the processing liquid discharge direction, or the substrate holding mechanism. It is preferable that the shape is reduced (substantially cylindrical shape or substantially inverted frustoconical shape) as it approaches the substrate held on the substrate. The diffusion unit is connected to an end of the diaphragm unit on the substrate holding mechanism side, and an area of a cross section perpendicular to the processing liquid discharge direction (the diameter in the case of a substantially circular cross section) is the substrate holding mechanism. It may be a shape (substantially frustoconical shape) that increases as it goes to.
[0022]
In the throttle unit, the processing liquid discharged from the processing liquid discharge port and the gas discharged from the gas discharge port are efficiently mixed (collised) in a limited space. Droplets can be reliably generated.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic side view showing the structure of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
The substrate processing apparatus 1 is for cleaning the surface of a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as “wafer”) W. The spin chuck 10 rotates while holding the wafer W substantially horizontally, and the spin chuck 10. And a two-fluid nozzle 2 for supplying deionized water droplets as a cleaning liquid to the wafer W held in the chamber.
[0024]
The spin chuck 10 includes a rotating shaft 11 disposed along a vertical direction and a disk-shaped spin base 12 attached vertically to an upper end thereof. A plurality of chuck pins 13 are erected on the periphery of the upper surface of the spin base 12 with appropriate intervals in the circumferential direction of the spin base 12. The chuck pins 13 are in contact with the end surface (peripheral surface) of the wafer W while supporting the peripheral edge of the lower surface of the wafer W, and can hold the wafer W in cooperation with other chuck pins 13. The wafer W is held substantially horizontally by the spin chuck 10 so that the center thereof is on the central axis of the rotating shaft 11.
[0025]
A rotary drive mechanism 14 is coupled to the rotary shaft 11 so that the rotary shaft 11 can be rotated around its central axis. As a result, the wafer W held on the spin chuck 10 can be rotated.
Deionized water (DIW) can be supplied from the deionized water supply source to the two-fluid nozzle 2 via the treatment liquid pipe 24. The processing liquid pipe 24 is provided with a valve 24V capable of adjusting the opening, and opens and closes the flow path of the deionized water supplied to the two-fluid nozzle 2 and adjusts the flow rate of the deionized water. Can be done.
[0026]
The two-fluid nozzle 2 can be supplied with high-pressure nitrogen gas from a nitrogen gas supply source via a nitrogen gas pipe 25. The nitrogen gas pipe 25 is provided with a valve 25V whose opening degree can be adjusted so that the flow path of the nitrogen gas supplied to the two-fluid nozzle 2 can be opened and closed and the flow rate of the nitrogen gas can be adjusted. It has become. In the nitrogen gas pipe 25, a pressure gauge 25P is interposed downstream of the valve 25V (between the valve 25V and the two-fluid nozzle 2), and the pressure of the nitrogen gas introduced into the two-fluid nozzle 2 is measured. It can be done.
[0027]
The two-fluid nozzle 2 is coupled to the nozzle moving mechanism 23 via the arm 21. The nozzle moving mechanism 23 can move the two-fluid nozzle 2 coupled to the arm 21 on the wafer W by swinging the arm 21 about the swing axis along the vertical direction. Thereby, the processing position by the two-fluid nozzle 2 can be moved to each part from the center part to the peripheral part of the wafer W held by the spin chuck 10.
[0028]
When the valves 24V and 25V are simultaneously opened and deionized water and nitrogen gas are simultaneously introduced into the two-fluid nozzle 2, deionized water droplets are generated and jetted by the two-fluid nozzle 2.
The controller 20 can control the opening and closing of the valves 24V and 25V and the operations of the rotation driving mechanism 14 and the nozzle moving mechanism 23.
When cleaning the surface of the wafer W, the wafer W held on the spin chuck 10 is rotated by the rotation driving mechanism 14, and the two-fluid nozzle 2 is moved on the wafer W by the nozzle moving mechanism 23. A droplet of deionized water is ejected from 2 toward the upper surface of the wafer W. The two-fluid nozzle 2 is moved between a position facing the center of the wafer W and a position facing the peripheral edge of the wafer W. Thereby, the entire upper surface of the wafer W is processed uniformly.
[0029]
By introducing a high-pressure nitrogen gas into the two-fluid nozzle 2, a deionized water droplet having a large kinetic energy can collide with the surface of the wafer W. At this time, particles adhering to the surface of the wafer W are physically removed by the kinetic energy of the deionized water droplets.
By changing the opening of the valve 25V and changing the pressure (flow rate) of nitrogen gas introduced into the two-fluid nozzle 2, the particle size of the deionized water droplets generated by the two-fluid nozzle 2 can be changed. it can. Thereby, the processing characteristic of the wafer W by the droplet of deionized water can be changed.
[0030]
FIG. 2 is a schematic sectional view showing the structure of the two-fluid nozzle 2.
The two-fluid nozzle 2 is a so-called external mixing type, and can generate droplets of the processing liquid by colliding nitrogen gas against deionized water outside the casing. The two-fluid nozzle 2 includes an outer cylinder 34 constituting a casing and an inner cylinder 39 fitted therein, and has a substantially columnar outer shape. The inner cylinder 39 and the outer cylinder 34 are arranged coaxially sharing the central axis Q.
[0031]
The inner space of the inner cylinder 39 is a straight processing liquid channel 40. The processing liquid channel 40 opens as a processing liquid inlet 30 at one end of the inner cylinder 39. A treatment liquid pipe 24 is connected to one end of the inner cylinder 39 so that deionized water can be introduced from the treatment liquid pipe 24 into the treatment liquid flow path 40 through the treatment liquid inlet 30. ing. The processing liquid flow path 40 opens as a processing liquid discharge port 41 at the other end of the inner cylinder 39 (on the side opposite to the side where the processing liquid piping 24 is connected).
[0032]
The flow path of the deionized water is regulated in a straight line along the central axis Q by the inner cylinder 39, and the deionized water is discharged from the treatment liquid discharge port 41 in a direction along the straight line (the central axis Q). When the wafer W is processed, the two-fluid nozzle 2 is disposed so that the central axis Q is perpendicular to the surface of the wafer W.
The outer cylinder 34 has a substantially constant inner diameter. On the other hand, the outer diameter of the inner cylinder 39 changes in each part along the central axis Q direction. The intermediate portion 39 A of the inner cylinder 39 has an outer diameter smaller than the inner diameter of the outer cylinder 34.
[0033]
In the vicinity of one and the other end of the inner cylinder 39, flanges 39B and 39C formed integrally with the inner cylinder 39 are provided so as to protrude from the outer peripheral surface of the inner cylinder 39, respectively. The flanges 39 B and 39 C have an outer diameter substantially equal to the inner diameter of the outer cylinder 34. Therefore, the inner cylinder 39 is in close contact with the inner wall of the outer cylinder 34 at the outer peripheral portions of the flanges 39B and 39C, and the central axis Q is between the intermediate portion 39A of the inner cylinder 39 and the inner wall of the outer cylinder 34. A cylindrical flow path 35 is formed, which is a substantially cylindrical gap with respect to the center.
[0034]
A gas introduction port 31 communicating with the cylindrical flow path 35 is formed in the middle portion in the length direction of the outer cylinder 34. A nitrogen gas pipe 25 is connected to a portion of the side surface of the outer cylinder 34 where the gas introduction port 31 is formed. The internal space of the nitrogen gas pipe 25 and the cylindrical flow path 35 communicate with each other, and nitrogen gas can be introduced into the cylindrical flow path 35 from the nitrogen gas pipe 25 through the gas inlet 31.
An airflow direction changing flow path 43 that penetrates the flange 39B in the central axis Q direction is formed in the flange 39B provided on the processing liquid discharge port 41 side of the inner cylinder 39.
[0035]
The end portion of the outer cylinder 34 on the processing liquid discharge port 41 side is a shielding portion 34A having a tapered inner wall surface whose inner diameter becomes smaller toward the tip. With respect to the central axis Q direction, a short cylindrical portion 39D protrudes from the end of the flange 39B. The short cylinder portion 39D is disposed substantially at the center of the shielding portion 34A. The inner diameter of the shielding part 34A is larger than the outer diameter of the short cylinder part 39D. Therefore, a swirl flow forming flow path 38 that is a substantially cylindrical gap surrounding the central axis Q is formed between the shielding portion 34A and the short cylindrical portion 39D.
[0036]
The cylindrical flow path 35, the airflow direction changing flow path 43, and the swirl flow forming flow path 38 communicate with each other to form a gas flow path 44. The swirl flow forming flow path 38 is opened as an annular gas discharge port 36 around the treatment liquid discharge port 41. With such a configuration, the nitrogen gas introduced into the cylindrical flow path 35 via the nitrogen gas pipe 25 is discharged from the gas discharge port 36.
The airflow direction changing flow path 43 is formed in the vicinity of the gas discharge port 36. The treatment liquid discharge port 41 and the gas discharge port 36 are formed close to each other.
[0037]
In the substrate processing apparatus 1 when cleaning the wafer W, the two-fluid nozzle 2 faces the wafer W side (downward) where the processing liquid discharge port 41 and the gas discharge port 36 are held by the spin chuck 10.
FIG. 3A is a schematic side view of the inner cylinder 39, and FIG. 3B is a schematic bottom view of the inner cylinder 39. FIG. 3A shows only the portion near the flange 39B.
[0038]
The flange 39 B has a bevel shape and protrudes substantially perpendicularly to the side with respect to the central axis Q. Six grooves 42 are formed in the flange 39B. The grooves 42 are formed from the outer peripheral surface of the flange 39B inward of the flange 39B so as to be substantially parallel to the central axis Q and along a plane not including the central axis Q at substantially equal angular intervals. Yes.
All the grooves 42 are obliquely crossed at substantially the same angle with respect to the radial direction connecting the opening position on the outer periphery of the flange 39B and the central axis Q when viewed in the direction along the central axis Q, and the short cylindrical portion 39D. It is formed along the outer tangent (see FIG. 3B). Accordingly, in the two-fluid nozzle 2, the groove 42 is formed along the tangential direction of the gas discharge port 36 (the swirl flow forming flow path 38) when viewed in the direction along the central axis Q.
[0039]
In the two-fluid nozzle 2, the outer peripheral side of the groove 42 is closed by the inner wall of the outer cylinder 34, thereby forming six air flow direction changing flow paths 43. Moreover, the opening part of the groove | channel 42 is covered with the shielding part 34A in the short cylinder part 39D side peripheral part of the flange 39B (refer FIG. 2). On the other hand, the inner portion of the groove 42 is positioned so as to overlap the gas discharge port 36 when viewed in the direction along the central axis Q.
As described above, the two-fluid nozzle 2 in which the airflow direction changing flow path 43 is formed can be obtained simply by fitting the inner cylinder 39 in which the groove 42 is formed in the outer cylinder 34.
[0040]
When nitrogen gas is introduced from the nitrogen gas pipe 25 into the cylindrical flow path 35, the nitrogen gas flows through the cylindrical flow path 35 toward the airflow direction conversion flow path 43 along the generatrix direction, and to the airflow direction conversion flow path 43. Led. Of the nitrogen gas flowing in the airflow direction changing flow path 43, the nitrogen gas flowing on the outer peripheral side of the flange 39B is directed toward the inner side of the flange 39B along the inner wall of the shielding portion 34A on the swirl flow forming flow path 38 side. (The direction in which nitrogen gas flows is indicated by an arrow K in FIG. 3B). At this time, the direction in which the nitrogen gas flows is converted from the generatrix direction of the gas channel 44 to a direction having a component along the circumferential direction of the gas channel 44 (the swirl flow forming channel 38).
[0041]
In the swirl flow forming channel 38, the nitrogen gas can freely flow along the circumferential direction of the swirl flow forming channel 38. For this reason, the nitrogen gas guided from the airflow direction changing flow path 43 to the swirl flow forming flow path 38 swirls around the central axis Q (treatment liquid flow path 40) counterclockwise in FIG. And flow to the gas discharge port 36.
By forming the six airflow direction changing flow paths 43, the airflow whose direction has been changed is formed from the six locations arranged at intervals on the circumference of the substantially cylindrical gas flow path 44. It is guided to the flow path 38 (gas discharge port 36 side). Thereby, a uniform swirl flow is formed in the circumferential direction (swirl direction) of the swirl flow forming flow path 38.
[0042]
FIG. 4 is a schematic perspective view showing the traveling direction of nitrogen gas discharged from the gas discharge port 36 of the two-fluid nozzle 2. In FIG. 4, the traveling direction of the nitrogen gas is indicated by an arrow N.
In the swirl flow forming flow path 38, the nitrogen gas flows so as to swirl around the processing liquid flow path 40, so that the nitrogen gas discharged from the gas discharge port 36 forms a swirl airflow in the vicinity of the gas discharge port 36. . Since the nitrogen gas is discharged from the gas discharge port 36 after the swirl flow is formed in the swirl flow forming flow path 38, the spiral air flow becomes uniform in the circumferential direction. A swirling air flow of nitrogen gas is formed so as to surround deionized water discharged along the central axis Q from the treatment liquid discharge port 41.
[0043]
When the groove 42 is formed along the tangential direction of the gas discharge port 36 as viewed in the direction along the central axis Q, the nitrogen gas discharged from the gas discharge port 36 is tangential to the gas discharge port 36. Proceed in the direction that has the component. For this reason, the outline of the droplet flow of deionized water carried on the wafer W together with nitrogen gas from the two-fluid nozzle 2 is expressed by a throttle portion L1 formed in the vicinity of the processing liquid discharge port 41 and a spin chuck from the throttle portion L1 And a diffusing portion M1 that expands toward the surface of the wafer W held on the substrate 10.
[0044]
The narrowed portion L1 has a cross-sectional area (diameter of a substantially circular cross section) orthogonal to the deionized water discharge direction, and is closer to the wafer W held by the spin chuck 10 at each portion along the deionized water discharge direction. It has a decreasing shape (substantially inverted truncated cone shape). The diffusing portion M1 is connected to the end portion on the spin chuck 10 side of the constricting portion L1, and the cross-sectional area perpendicular to the discharge direction of the deionized water (substantially circular cross-sectional diameter) increases toward the spin chuck 10. It has a shape (substantially truncated cone shape). Therefore, the diaphragm portion L1 and the diffusion portion M1 form a drum shape.
[0045]
The main traveling direction of the deionized water droplets ejected from the two-fluid nozzle 2 (the direction of the central axis of the spiral airflow) is substantially perpendicular to the wafer W.
FIG. 5 is a schematic perspective view showing another example of the traveling direction of nitrogen gas discharged from the gas discharge port 36 of the two-fluid nozzle 2. In FIG. 5, the traveling direction of the nitrogen gas is indicated by an arrow N.
The contour of the droplet flow of deionized water carried on the wafer W together with nitrogen gas from the two-fluid nozzle 2 is held in the spin chuck 10 from the throttle portion L2 formed near the processing liquid discharge port 41 and the throttle portion L2. And a diffusion portion M2 that expands toward the surface of the wafer W.
[0046]
In this example, the throttle portion L2 has a shape (substantially cylindrical) in which the cross-sectional area orthogonal to the deionized water discharge direction (substantially circular cross section diameter) is substantially uniform in each part along the deionized water discharge direction. Shape). The diffusing portion M2 is connected to the end portion on the spin chuck 10 side of the constricting portion L2, and the area of the cross section perpendicular to the discharge direction of the deionized water (the diameter of the substantially circular cross section) increases as it goes to the spin chuck 10. It has a shape (substantially truncated cone shape).
[0047]
As described above, the nitrogen gas flowing from the gas discharge port 36 toward the wafer W does not flow so as to spread laterally at the throttle portions L1 and L2. Thereby, since the deionized water discharged from the treatment liquid discharge port 41 is confined in a narrow region, the deionized water and the nitrogen gas are efficiently mixed (collised), and the deionized water having a small diameter. Droplets are generated efficiently.
Further, since the nitrogen gas flowing while being narrowed in the middle is effectively pushed from behind by the nitrogen gas discharged from the gas discharge port 36 and flows, it can reach the wafer W without greatly decelerating. it can. Since the deionized water droplets are carried along with the nitrogen gas discharged from the gas discharge port 36, the deionized water droplets can reach the wafer W without greatly decelerating.
[0048]
That is, the deionized water droplets can collide with the wafer W with a large kinetic energy. Thereby, a large kinetic energy is given to the particles adhering to the surface of the wafer W, and the particles are removed, so that the surface of the wafer W is efficiently cleaned.
Furthermore, since the direction of the droplet of the deionized water sprayed is stabilized by such a two-fluid nozzle 2, the processing range of the wafer W held on the spin chuck 10 is stabilized. Therefore, the wafer W can be uniformly cleaned by such a substrate processing apparatus 1.
[0049]
 FIG. 6A is an illustrative side view showing the structure of the inner cylinder of the two-fluid nozzle provided in the substrate processing apparatus according to the second embodiment of the present invention, and FIG. It is an illustration bottom view. This inner cylinder 46 can be used in place of the inner cylinder 39 of the two-fluid nozzle 2 shown in FIG. Components and the like corresponding to the components and the like shown in FIG.
 Six grooves 45 are formed in one flange 39 B of the inner cylinder 46. The grooves 45 are formed at substantially equal angular intervals from the outer peripheral surface of the flange 39B toward the inside of the flange 39B. Each groove 45 is formed along a plane oblique to the central axis Q, and the surface on the short cylindrical portion 39D side of the flange 39B opens along the radial direction of the flange 39B. On the side of 39B, an opening is made so as to extend obliquely to the central axis Q.HaveThe
[0050]
When the inner cylinder 46 is fitted into the outer cylinder 34, the opening on the outer peripheral side of the flange 39 B is blocked by the inner wall of the outer cylinder 34 in the groove 45, and six airflow direction conversion flow paths are formed.
The direction of the nitrogen gas introduced into the airflow direction changing flow path (the generatrix direction of the cylindrical flow path 35) is a direction having a component in the circumferential direction of the fluid flow path 44 in almost the entire region of the airflow direction changing flow path. Converted. That is, in this two-fluid nozzle, the nitrogen gas flows in a direction having a component in the circumferential direction of the gas flow path 44 even in a portion of the groove 45 other than the vicinity of the shielding portion 34A.
[0051]
Although the embodiments according to the present invention have been described above, the present invention can be implemented in other forms. For example, pure water obtained by a method other than ion exchange, such as distilled water, may be used in place of deionized water, and those having appropriate types and contents of impurities can be used depending on the purpose.
The processing liquid discharged from the two-fluid nozzle 2 is not limited to pure water (cleaning liquid), and may be, for example, an etching liquid. In this case, the etchant and nitrogen gas are efficiently mixed by the two-fluid nozzle 2, and droplets of the etchant having a small particle size are generated. Thereby, the surface of the wafer W can be etched without damaging the wafer W.
[0052]
In addition, since the nitrogen gas discharged from the gas discharge port 36 spreads to the side and does not advance, an etching liquid droplet having a large kinetic energy collides with the surface of the wafer W, so that the surface of the wafer W is efficiently Can be etched.
The central axis Q of the two-fluid nozzle 2 and the wafer W are arranged such that the main traveling direction of the deionized water droplets ejected from the two-fluid nozzle 2 (the central axis direction of the spiral airflow) is oblique to the wafer W. The two-fluid nozzle 2 may be arranged in such a posture that the normal line is oblique.
[0053]
In addition, various modifications can be made within the scope of the matters described in the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic side view showing the structure of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a two-fluid nozzle.
FIG. 3 is a schematic side view and bottom view of an inner cylinder.
FIG. 4 is a schematic perspective view showing a traveling direction of nitrogen gas discharged from a gas discharge port of a two-fluid nozzle.
FIG. 5 is a schematic perspective view showing a traveling direction of nitrogen gas discharged from a gas discharge port of a two-fluid nozzle.
FIG. 6 is an illustrative side view showing a structure of an inner cylinder provided in a two-fluid nozzle provided in a substrate processing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a structure of a two-fluid nozzle provided in a conventional substrate processing apparatus.
[Explanation of symbols]
1 Substrate processing equipment
2 Two-fluid nozzle
10 Spin chuck
30 Treatment liquid inlet
31 Gas inlet
34 outer cylinder
35 Cylindrical channel
36 Gas outlet
38 Swirling flow forming channel
39 inner cylinder
39B Flange
40 Treatment liquid flow path
41 Treatment liquid outlet
42, 45 groove
43 Airflow direction change flow path
44 Gas flow path
L1, L2 restrictor
M1, M2 diffuser
W wafer

Claims

A substrate holding mechanism for holding a substrate to be processed;
The treatment liquid introduction port into which the treatment liquid is introduced, the gas introduction port into which the gas to be mixed with the treatment liquid introduced from the treatment liquid introduction port, and the treatment liquid introduced from the treatment liquid introduction port are described above. A processing liquid discharge port that discharges along a predetermined processing liquid discharge direction toward the surface of the substrate held by the substrate holding mechanism, and a gas introduced from the gas introduction port that is disposed in the vicinity of the processing liquid discharge port. A gas discharge port that discharges toward the surface of the substrate held by the substrate holding mechanism, has a casing having a central axis, and the treatment liquid discharge port in the vicinity of the treatment liquid discharge port outside the casing The processing liquid discharged from the gas and the gas discharged from the gas discharge port are mixed to generate a droplet of the processing liquid, and the surface of the substrate on which the processing liquid droplet is held by the substrate holding mechanism Two fluid nose spraying on It equipped with a door,
The two-fluid nozzle is interposed in a gas flow path from the gas introduction port to the gas discharge port in the casing and surrounds the treatment liquid flow discharged along the treatment liquid discharge direction from the treatment liquid discharge port. It has a spiral air current formation means for forming a vortex air flow,
The two-fluid nozzle forms a processing liquid flow path from the processing liquid introduction port to the processing liquid discharge port in the casing, and at least discharges the processing liquid flow path in the vicinity of the processing liquid discharge port. A processing liquid flow pipe portion that regulates the straight flow path along the direction, and a substantially cylindrical gas flow path surrounding the straight flow path is formed between the processing liquid flow pipe portion and the inner wall of the casing. Is,
The spiral airflow forming means has a component along the circumferential direction of the substantially cylindrical gas flow path in the direction of the airflow toward the gas discharge port along the generatrix direction of the substantially cylindrical gas flow path. An airflow direction conversion member that converts into a direction is formed with a plurality of grooves that are oblique at the same angle with respect to a radial direction centered on the central axis when viewed in a direction along the central axis of the casing. Including an airflow direction changing member,
The spiral airflow forming means is disposed in a gas flow path between the airflow direction changing member and the gas discharge port in the casing, and the airflow that has passed through the airflow direction changing member is centered on the straight flow path. It further includes a substantially cylindrical swirl flow forming portion that converts into a swirl flow and leads to the gas discharge port,
The substrate processing apparatus, wherein the inner side portions of the plurality of grooves are positioned so as to overlap the gas discharge ports when viewed in the direction along the central axis of the casing .

  A substrate holding mechanism for holding a substrate to be processed;
  A treatment liquid introduction port through which the treatment liquid is introduced, a gas introduction port through which a gas to be mixed with the treatment liquid introduced from the treatment liquid introduction port is introduced, and the treatment liquid introduced from the treatment liquid introduction port A processing liquid discharge port that discharges along a predetermined processing liquid discharge direction toward the surface of the substrate held by the substrate holding mechanism, and a gas introduced from the gas introduction port that is disposed in the vicinity of the processing liquid discharge port. A gas discharge port that discharges toward the surface of the substrate held by the substrate holding mechanism, has a casing having a central axis, and the treatment liquid discharge port near the treatment liquid discharge port outside the casing The processing liquid discharged from the gas and the gas discharged from the gas discharge port are mixed to generate a droplet of the processing liquid, and the surface of the substrate on which the processing liquid droplet is held by the substrate holding mechanism Two fluid nose spraying on It equipped with a door,
  The two-fluid nozzle is interposed in a gas flow path from the gas introduction port to the gas discharge port in the casing and surrounds the treatment liquid flow discharged along the treatment liquid discharge direction from the treatment liquid discharge port. A spiral airflow forming means for forming a spiral airflow;
  The two-fluid nozzle forms a processing liquid flow path from the processing liquid introduction port to the processing liquid discharge port in the casing, and at least discharges the processing liquid flow path in the vicinity of the processing liquid discharge port. A processing liquid flow pipe portion that regulates the straight flow path along the direction, and a substantially cylindrical gas flow path surrounding the straight flow path is formed between the processing liquid flow pipe portion and the inner wall of the casing. And
  The spiral air flow forming means has a component along the circumferential direction of the substantially cylindrical gas flow path in the direction of the air flow toward the gas discharge port along the generatrix direction of the substantially cylindrical gas flow path. Including an airflow direction changing member formed with a plurality of grooves for converting into a direction,
  The airflow direction changing member is a flange protruding from the outer surface of the processing liquid circulation pipe part, and includes a flange in which the plurality of grooves are formed inward from the outer peripheral surface of the flange,
  The spiral airflow forming means is disposed in a gas flow path between the airflow direction changing member and the gas discharge port in the casing, and the airflow that has passed through the airflow direction changing member is centered on the straight flow path. It further includes a substantially cylindrical swirl flow forming portion that converts into a swirl flow and leads to the gas discharge port,
  The substrate processing apparatus, wherein the inner side portions of the plurality of grooves are positioned so as to overlap the gas discharge ports when viewed in the direction along the central axis of the casing.

  A substrate holding mechanism for holding a substrate to be processed;
  A treatment liquid introduction port through which the treatment liquid is introduced, a gas introduction port through which a gas to be mixed with the treatment liquid introduced from the treatment liquid introduction port is introduced, and the treatment liquid introduced from the treatment liquid introduction port A processing liquid discharge port that discharges along a predetermined processing liquid discharge direction toward the surface of the substrate held by the substrate holding mechanism, and a gas introduced from the gas introduction port that is disposed in the vicinity of the processing liquid discharge port. A casing formed with a gas discharge port for discharging toward the surface of the substrate held by the substrate holding mechanism, and discharged from the processing liquid discharge port in the vicinity of the processing liquid discharge port outside the casing; The treatment liquid and the gas discharged from the gas discharge port are mixed to generate a droplet of the treatment liquid, and the treatment liquid droplet is ejected onto the surface of the substrate held by the substrate holding mechanism. A fluid nozzle,
  The two-fluid nozzle is interposed in a gas flow path from the gas introduction port to the gas discharge port in the casing and surrounds the treatment liquid flow discharged along the treatment liquid discharge direction from the treatment liquid discharge port. A spiral airflow forming means for forming a spiral airflow;
  The two-fluid nozzle forms a processing liquid flow path from the processing liquid introduction port to the processing liquid discharge port in the casing, and at least discharges the processing liquid flow path in the vicinity of the processing liquid discharge port. A processing liquid flow pipe portion that regulates the straight flow path along the direction, and a substantially cylindrical gas flow path surrounding the straight flow path is formed between the processing liquid flow pipe portion and the inner wall of the casing. And
  The spiral air flow forming means has a component along the circumferential direction of the substantially cylindrical gas flow path in the direction of the air flow toward the gas discharge port along the generatrix direction of the substantially cylindrical gas flow path. Including an airflow direction changing member that converts into a direction,
  The spiral airflow forming means is disposed in a gas flow path between the airflow direction changing member and the gas discharge port in the casing, and the airflow that has passed through the airflow direction changing member is centered on the straight flow path. It further includes a substantially cylindrical swirl flow forming portion that converts into a swirl flow and leads to the gas discharge port,
  When viewed in the generatrix direction of the substantially cylindrical gas flow path, the portion on the straight flow channel side of the treatment liquid, which is the inner side of the portion where the direction of the air flow is converted in the air flow direction conversion member, A substrate processing apparatus, wherein the substrate processing apparatus is positioned so as to overlap with an outlet.

The substrate processing apparatus according to claim 1, further comprising a moving mechanism for moving a processing position of the two-fluid nozzle on the substrate held by the substrate holding mechanism.

5. The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the airflow direction changing member is integrally formed so as to protrude from an outer surface of the processing liquid circulation pipe portion.

The airflow direction changing member guides the airflow whose direction has been changed from at least two places arranged at intervals on the circumference of the substantially cylindrical gas flow path to the gas discharge port. The substrate processing apparatus according to claim 1.

The two-fluid nozzle includes a throttle portion in which a contour of a droplet flow from the two-fluid nozzle to the surface of the substrate held by the substrate holding mechanism is formed in the vicinity of the processing liquid discharge port, A droplet of the processing liquid is generated and ejected so as to have a diffusion portion that expands toward the surface of the substrate held by the substrate holding mechanism,
The narrowed portion has a shape in which the cross-sectional area perpendicular to the processing liquid discharge direction is substantially uniform in each part along the processing liquid discharge direction, or decreases as the substrate is held by the substrate holding mechanism. The substrate processing apparatus according to claim 1.