JP4638402B2 - 二流体ノズル、ならびにそれを用いた基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Description

この発明は、二流体ノズル、ならびにそれを用いた基板処理装置および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などが含まれる。

半導体装置の製造工程では、半導体ウエハ（以下、「ウエハ」という。）の表面の異物（パーティクル等）を除去するための洗浄処理が不可欠である。ウエハの表面を洗浄するための基板処理装置には、たとえば、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形成し、この処理液の液滴をウエハの表面に供給して洗浄処理を行うものがある。

具体的には、前記基板処理装置は、たとえば、ウエハを水平に保持して回転させるスピンチャックと、処理液の液滴をスピンチャックに保持されたウエハの表面に向けて噴射する二流体ノズルと、スピンチャックに保持されたウエハの上方で二流体ノズルを移動（スキャン）させるノズル移動機構とを備えている。
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、ウエハの表面に付着している異物を、処理液の液滴の運動エネルギーにより、物理的に除去することができる。また、ウエハの上方で二流体ノズルをスキャンさせることにより、ウエハの表面の全域に処理液の液滴を供給することができる（たとえば、下記特許文献１参照）。
特開２００２−２７０５６４号公報

二流体ノズルから噴射された処理液の液滴がウエハの表面に供給される範囲は、ウエハの表面に対して非常に小さい範囲である。また、近年のウエハの大型化に伴って、ウエハの表面に対する液滴の供給範囲の割合は益々小さくなってきている。したがって、二流体ノズルをスキャンさせてウエハの表面全域に処理液の液滴を供給するには多くの時間がかかり、ウエハの洗浄時間が長くなるという問題がある。

この問題の解決方法としては、たとえば、二流体ノズルのスキャン速度を大きくすることが考えられる。しかしながら、二流体ノズルのスキャン速度を大きくすると、処理液の液滴が十分に供給されない箇所がウエハの表面内に生じるので、ウエハの表面を均一に洗浄できない場合や、十分な洗浄効果が得られない場合がある。
したがって、二流体ノズルのスキャン速度を大きくして、ウエハの洗浄時間を短縮するには、たとえば、ウエハの表面全域に処理液の液滴を十分に供給させつつ、十分な洗浄効果が得られるように、より大きな運動エネルギーを処理液の液滴に与えなければならない。

しかし、より大きな運動エネルギーを処理液の液滴に与えると、その運動エネルギーによってウエハの表面に形成されたパターンにダメージが生じ、パターン飛び（配線の短絡）などが発生してしまう場合がある。
この発明は、かかる背景のもとでなされたものであり、基板へのダメージを抑制しつつ、処理液による処理時間を短縮することができる二流体ノズル、ならびにそれを用いた基板処理装置および基板処理方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するための請求項１記載の発明は、処理液および気体が導入されるケーシング（２３，４５）と、前記ケーシングに形成され、気体を吐出するための環状気体吐出口（３１）と、前記環状気体吐出口の内側および外側にそれぞれ配置されて前記ケーシングに形成され、処理液を吐出するための少なくとも２つの液吐出口（３０，３４）とを含み、前記ケーシング外で前記処理液と前記気体とを混合させて処理液の液滴を形成し、この処理液の液滴を処理対象（Ｗ）に向けて吐出するようになっている、二流体ノズル（３，３ａ，３ｂ）である。

なお、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等を表す。以下、この項において同じ。
この発明によれば、ケーシングに形成された環状気体吐出口から気体を吐出させつつ、前記ケーシングに形成され、前記環状気体吐出口の内側および外側にそれぞれ配置された少なくとも２つの液吐出口から処理液を吐出させる。これにより、処理液および気体をケーシング外で混合させて処理液の液滴を形成し、形成された処理液の液滴を処理対象に向けて吐出させることができる。また、前記少なくとも２つの液吐出口を設けることにより、処理液の液滴が処理対象に供給される範囲を拡大させ、単位時間当たりに形成される処理液の液滴の数を増加させることができる。

したがって、二流体ノズルを移動（スキャン）させて処理対象の処理面の全域に処理液の液滴を供給する場合に、処理液の液滴を前記処理面に十分に供給させながら二流体ノズルをスキャンさせるときの最大スキャン速度を上げることができる。これにより、処理液による処理を処理対象に均一に施しつつ、処理液による処理時間を短縮することができる。

また、単位時間当たりに形成される処理液の液滴の数を増加させることにより、処理液による処理効率を向上させることができる。これにより、前記スキャン速度を上げても、処理液による処理効果を十分に得ることができる。また、必要以上に大きな運動エネルギーを処理液の液滴に与えなくてもよいので、処理液の液滴による処理対象へのダメージを抑制することができる。

前記環状気体吐出口は、円環状であってもよいし、多角環状であってもよい。また、環状気体吐出口の内側または／および外側に、気体を吐出する気体吐出口（４４，４７）をさらに設けてもよい。この気体吐出口は、前記環状気体吐出口と同心の円状であってもよいし、前記環状気体吐出口と同心の環状（円環状または多角環状）であってもよい。また、前記気体吐出口を複数設け、複数の気体吐出口を、前記環状気体吐出口と同心形状となるように、環状に配置してもよい。

同様に、前記液吐出口は、前記環状気体吐出口と同心の円状であってもよいし、前記環状気体吐出口と同心の円環状または多角環状であってもよい。また、複数の液吐出口が、前記環状気体吐出口と同心形状となるように、環状に配置されていてもよい。
また、前記少なくとも２つの液吐出口から吐出される処理液は、互いに異なる種類の処理液であってもよいし、同種の処理液であってもよい。さらに、前記液吐出口が３つ以上設けられている場合には、２つ以上の液吐出口から同種の処理液を吐出させ、残りの液吐出口から異なる種類の処理液を吐出させてもよい。

たとえば、請求項２記載の発明のように、前記２つの液吐出口は、同種の処理液を吐出するようにしてもよいし、請求項３記載の発明のように、前記２つの液吐出口は、互いに異なる種類の処理液を吐出するようにしてもよい。
異なる種類の処理液を吐出させることにより、これらの処理液を処理対象の上空また処理対象上で混合させて、混合処理液による処理を処理対象に施すことができる。

前記処理液としては、たとえば、薬液やリンス液などを用いることができる。具体的には、薬液として、たとえば、硫酸、酢酸、硝酸、塩酸、フッ酸、アンモニア水、過酸化水素水のうちの少なくとも１種以上を含む液を用いることができ、リンス液として、たとえば、純水、ＤＩＷ（脱イオン化された純水）、機能水（炭酸水、水素水、オゾン水など）などを用いることができる。

また、前記気体としては、たとえば、空気、窒素ガス、オゾンガス、炭酸ガス、水素ガスのうちの少なくとも１種以上を含む気体を用いることができる。
前記気体は加熱された状態で吐出されてもよいし、加熱されていない状態で吐出されてもよい。加熱された気体を吐出させることにより、当該気体と混合される処理液の温度の低下を抑制したり、その温度を昇温させたりすることができる。

請求項４記載の発明は、前記異なる種類の処理液は、互いに種類の異なる第１薬液および第２薬液を含む、請求項３記載の二流体ノズルである。
この発明によれば、前記２つの液吐出口のうちの一方から第１薬液を吐出させ、他方から第２薬液を吐出させる。そして、吐出された第１薬液および第２薬液は、処理対象の上空または処理対象上で液滴の状態で混合される。したがって、処理対象には、殆ど劣化のない活性の高い混合薬液が供給される。これにより、前記混合薬液による薬液処理を処理対象に効率的に施すことができる。

また、第１薬液および第２薬液の混合により反応熱が生じる場合には、この反応熱を、二流体ノズルなどの他の部材に吸熱させることなく、前記混合液の昇温に寄与させることができる。したがって、前記反応熱を利用して混合薬液による薬液処理を促進させる場合には、良好な処理を処理対象に施すことができる。さらに、第１薬液および第２薬液は、液滴の状態で互いに混ざり合うので、良好に混合された混合薬液を処理対象に供給することができる。

請求項５記載の発明は、前記異なる種類の処理液は、薬液およびリンス液を含む、請求項３記載の二流体ノズルである。
この発明によれば、前記２つの液吐出口のうちの一方から薬液を吐出させ、他方からリンス液を吐出させる。これにより、処理対象に供給される薬液の濃度を容易に調節したり、薬液による処理対象への薬液処理範囲を限定したりすることができる。

すなわち、前記２つの液吐出口のうちの、前記環状気体吐出口の内側に配置された液吐出口からリンス液を吐出させ、前記環状気体吐出口の外側に配置された液吐出口から薬液を吐出させた場合には、吐出された薬液が、薬液よりも内側から吐出されたリンス液と瞬時に混ざり合い薄められるので、薬液およびリンス液の各流量を調節することにより、処理対象に供給される薬液の濃度を容易に調節することができる。

また、前記２つの液吐出口のうちの、前記環状気体吐出口の内側に配置された液吐出口から薬液を吐出させ、前記環状気体吐出口の外側に配置された液吐出口からリンス液を吐出させた場合には、薬液よりも外側から吐出されたリンス液によって薬液を取り囲んで、薬液による処理対象への薬液処理範囲を限定することができる。したがって、処理対象の一部にのみ薬液処理を施す場合に良好な処理を施すことができる。

前記２つの液吐出口から吐出される処理液の組合せの具体例としては、硫酸および過酸化水素水、アンモニア水および過酸化水素水、塩酸および過酸化水素水、フッ酸および過酸化水素水、硝酸およびＤＩＷ、酢酸およびオゾン水、硫酸およびオゾン水などが挙げられる。
硫酸および過酸化水素水の混合液を、たとえば処理対象としての基板に供給することにより、基板上に形成されたレジスト膜を剥離して基板上から除去することができる。

アンモニア水および過酸化水素水の混合液を、たとえば処理対象としての基板に供給することにより、パーティクルなどの異物を基板上から除去することができる。
塩酸および過酸化水素水の混合液を、たとえば処理対象としての基板に供給することにより、金属汚染物などの不要物を基板上から除去することができる。
フッ酸および過酸化水素水の混合液を、たとえば処理対象としての基板に供給することにより、金属汚染物などの不要物や酸化膜を基板上から除去することができる。

硝酸およびＤＩＷの混合液を、たとえば処理対象としての基板に供給することにより、金属汚染物などの不要物や金属膜を基板上から除去することができる。
酢酸およびオゾン水の混合液や硫酸およびオゾン水の混合液を、たとえば処理対象としての基板に供給することにより、レジストなどの有機物を基板上から除去することができる。

また、前記少なくとも２つの液吐出口から吐出される処理液にオゾン水が含まれる場合には、当該オゾン水の吐出とともに、または当該オゾン水に代えて、環状気体吐出口または／および気体吐出口からオゾンガスを吐出させてもよい。オゾン水よりも高濃度でオゾンを含むオゾンガスを処理液と混合させることにより、オゾンを高濃度で含む処理液の液滴を処理対象に供給して、オゾンによる効果、たとえば、基板表面の有機物を良好に除去する効果や基板表面に酸化膜を厚く形成する効果等を確実に発揮させることができる。

また、前記少なくとも２つの液吐出口から吐出される処理液にＤＩＷが含まれる場合には、ＤＩＷに代えて、炭酸水または水素水を用いてもよい。ＤＩＷに代えて炭酸水を用いることにより、処理対象の帯電を抑制することができる。また、ＤＩＷに代えて水素水を用いることにより、パーティクルなどの異物が処理対象に付着することを低減させるとともに、処理対象が酸化されることを抑制することができる。

請求項６記載の発明は、処理対象の基板（Ｗ）を保持して回転させるための基板回転手段（２）と、前記基板回転手段によって回転されている基板の主面に、処理液の液滴を供給するための請求項１〜５のいずれか一項に記載の二流体ノズルと、前記二流体ノズルのケーシングに前記処理液を供給するための処理液供給手段（１１，１２，３７，３８）と、前記二流体ノズルのケーシングに前記気体を供給するための気体供給手段（１０）と、前記二流体ノズルを基板の主面に沿って移動させるためのノズル移動手段（１６）とを含む、基板処理装置（１，１ａ）である。

この発明によれば、処理液供給手段および気体供給手段からそれぞれ処理液および気体を二流体ノズルのケーシングに供給し、供給された処理液および気体を二流体ノズルから吐出させることにより、処理液および気体をケーシング外で混合させて処理液の液滴を形成し、この形成された処理液の液滴を、基板回転手段によって回転されている基板の主面に供給しつつ、ノズル移動手段によって当該二流体ノズルを基板の主面に沿って移動（スキャン）させる。これにより、基板の主面の全域に処理液の液滴を供給させることができる。

前述のように、処理対象としての基板の主面に処理液の液滴が供給される範囲は拡大されており、単位時間当たりに形成される処理液の液滴の数は増加されている。したがって、処理液の液滴を前記主面に十分に供給させながら二流体ノズルをスキャンさせるときの最大スキャン速度を上げることができる。これにより、処理液による処理を基板の主面に均一に施しつつ、処理液による基板への処理時間を短縮することができる。

また、単位時間当たりに形成される処理液の液滴の数を増加させることにより、処理液による処理効率を向上させることができる。これにより、前記スキャン速度を上げても処理液による処理効果を十分に得ることができる。また、必要以上に大きな運動エネルギーを処理液の液滴に与えなくてもよいので、処理液の液滴による基板へのダメージを抑制することができる。

請求項７記載の発明は、処理対象の基板を保持して回転させるための基板回転工程と、請求項１〜５のいずれか一項に記載の二流体ノズルのケーシングに前記処理液を供給する処理液供給工程と、前記二流体ノズルのケーシングに前記気体を供給する気体供給工程と、前記基板回転工程で回転されている基板の主面に、前記二流体ノズルから処理液の液滴を供給する液滴供給工程と、前記液滴供給工程と並行して、前記二流体ノズルを基板の主面に沿って移動させるノズル移動工程とを含む、基板処理方法である。

この発明によれば、請求項６に関連して述べた効果と同様な効果を奏することができる。

以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置１の構成を説明するための図解図である。この基板処理装置１は、処理対象の基板としての半導体ウエハＷ（以下、単に「ウエハＷ」という。）に処理液（薬液または純水その他のリンス液）による処理を施すための枚葉式の処理装置であり、ウエハ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に保持されたウエハＷの表面（上面）に処理液の液滴を供給する二流体ノズル３と、スピンチャック２に保持されたウエハＷの表面に処理液を供給する処理液ノズル４とを備えている。

スピンチャック２は、鉛直な方向に延びる回転軸５と、回転軸５の上端に水平に取り付けられた円板状のスピンベース６とを有している。スピンチャック２は、スピンベース６の上面周縁部に立設された複数本のチャックピン７によって、ウエハＷをほぼ水平に保持することができるようになっている。
すなわち、複数本のチャックピン７は、スピンベース６の上面周縁部において、ウエハＷの外周形状に対応する円周上で適当な間隔をあけて配置されており、ウエハＷの裏面（下面）周縁部を支持しつつ、ウエハＷの周面の異なる位置に当接することにより、互いに協働してウエハＷを挟持し、このウエハＷをほぼ水平に保持することができるようになっている。

また、回転軸５には、モータなどの駆動源を含むチャック回転駆動機構８が結合されている。複数本のチャックピン７でウエハＷを保持しつつ、チャック回転駆動機構８から回転軸５に駆動力を入力することにより、ウエハＷの表面の中心を通る鉛直な軸線まわりにウエハＷを回転させることができる。
なお、スピンチャック２としては、このような構成のものに限らず、たとえば、ウエハＷの裏面を真空吸着することによりウエハＷをほぼ水平な姿勢で保持し、さらにその状態でほぼ鉛直な軸線まわりに回転することにより、その保持したウエハＷを回転させることができる真空吸着式のもの（バキュームチャック）が採用されてもよい。

二流体ノズル３は、処理液と気体とを二流体ノズル３のケーシング外で混合させて処理液の液滴を形成する外部混合型の二流体ノズル３であり、その吐出口をウエハＷ側（下方）に向けた状態で、ほぼ水平に延びるアーム９の先端に取り付けられている。二流体ノズル３には、窒素ガス供給管１０、第１ＤＩＷ供給管１１および第２ＤＩＷ供給管１２が接続されており、窒素ガス供給管１０から窒素ガスが、第１ＤＩＷ供給管１１および第２ＤＩＷ供給管１２からそれぞれ処理液（リンス液）としてのＤＩＷ（脱イオン化された純水）が二流体ノズル３に供給されるようになっている。

窒素ガス供給管１０、第１ＤＩＷ供給管１１および第２ＤＩＷ供給管１２には、それぞれ、窒素ガスバルブ１３、第１ＤＩＷバルブ１４および第２ＤＩＷバルブ１５が介装されており、各バルブ１３〜１５を開閉することにより、二流体ノズル３への窒素ガスおよびＤＩＷの供給を制御することができる。
また、二流体ノズル３には、アーム９を介して二流体ノズル移動機構１６が結合されている。この二流体ノズル移動機構１６によって、スピンチャック２の外方に設けられた鉛直な揺動軸まわりにアーム９を水平揺動させることができるようになっている。これにより、アーム９の先端に取り付けられた二流体ノズル３を、スピンチャック２に保持されたウエハＷの上方に配置したり、スピンチャック２の上方から退避させたりすることができる。

また、アーム９を所定の角度範囲内で往復揺動させることにより、スピンチャック２に保持されたウエハＷの上方で二流体ノズル３を移動させて、二流体ノズル３からの処理液の供給位置をスキャン（移動）させることができる。具体的には、二流体ノズル３からの処理液の供給位置を、スピンチャック２に保持されたウエハＷの中心部から周縁部に至る範囲でスキャンさせることができる。

処理液ノズル４は、たとえば、連続流の状態で処理液を吐出するストレートノズルであり、その吐出口をウエハＷ側（下方）に向けた状態で、ほぼ水平に延びるアーム１７の先端に取り付けられている。処理液ノズル４には、薬液供給管１８および第３ＤＩＷ供給管１９が接続されており、薬液供給管１８および第３ＤＩＷ供給管１９から薬液およびＤＩＷがそれぞれ処理液ノズル４に供給されるようになっている。

薬液供給管１８および第３ＤＩＷ供給管１９には、それぞれ、薬液バルブ２０および第３ＤＩＷバルブ２１が介装されており、各バルブ２０，２１を開閉することにより、処理液ノズル４への薬液およびＤＩＷの供給を制御することができる。
また、処理液ノズル４には、アーム１７を介して処理液ノズル移動機構２２が結合されている。この処理液ノズル移動機構２２によって、スピンチャック２の外方に設けられた鉛直な揺動軸まわりにアーム１７を水平揺動させることができるようになっている。これにより、アーム１７の先端に取り付けられた処理液ノズル４を、スピンチャック２に保持されたウエハＷの上方に配置したり、スピンチャック２の上方から退避させたりすることができる。

図２は、二流体ノズル３の構造を図解的に示す図である。図２（ａ）は、二流体ノズル３の縦断面を示し、図２（ｂ）は、スピンチャック２側から見た二流体ノズル３の底面を示している。また、図２（ｂ）において、ハッチングが施された範囲は、後述の第１処理液吐出口３０、気体吐出口３１および第２処理液吐出口３４を示している。
二流体ノズル３は、ほぼ円柱状の外形を有しており、ケーシングを構成する外筒２３と、外筒２３の内部に嵌め込まれた内筒２４と、外筒２３および内筒２４の間に配置された中間筒２５とを含む。内筒２４、外筒２３および中間筒２５は、それぞれ共通の中心軸線Ｌ１上に同軸配置されており、隣接する筒同士（内筒２４と中間筒２５、中間筒２５と外筒２３）は互いに連結されている。

内筒２４の内部空間は、第１ＤＩＷ供給管１１からのＤＩＷが流通する直線状の第１処理液流路２６となっている。また、内筒２４と中間筒２５との間には、窒素ガス供給管１０からの窒素ガスが流通する円筒状の気体流路２７が形成されおり、中間筒２５と外筒２３との間には、第２ＤＩＷ供給管１２からのＤＩＷが流通する円筒状の第２処理液流路２８が形成されている。

第１処理液流路２６は、内筒２４の上端で第１処理液導入口２９として開口しており、この第１処理液導入口２９を介して、第１ＤＩＷ供給管１１からのＤＩＷが第１処理液流路２６内に導入されるようになっている。また、第１処理液流路２６は、内筒２４の下端で、中心軸線Ｌ１上に中心を有する円状の第１処理液吐出口３０（２つの液吐出口の一方）として開口している。第１処理液流路２６に導入されたＤＩＷは、この第１処理液吐出口３０から吐出されるようになっている。

気体流路２７は、中心軸線Ｌ１と共通の中心軸線を有する円筒状の間隙であり、内筒２４および中間筒２５の上端部で閉塞され、内筒２４および中間筒２５の下端で、中心軸線Ｌ１上に中心を有し、第１処理液吐出口３０を取り囲む円環状の気体吐出口３１（環状気体吐出口）として開口している。また、気体流路２７の下端部は、気体流路２７の長さ方向における中間部よりも流路面積が小さくされており、下方に向かって小径にされている。

具体的には、内筒２４の上端部の外壁面と、中間筒２５の上端部の内壁面とはほぼ同じ形状にされており、互いに密接されている。また、内筒２４および中間筒２５の長さ方向における中間部間には、一定の間隔が設けられている。また、内筒２４の下端部には、その中間部よりも外方に張り出したフランジ部３２が設けられており、中間筒２５の下端部の内壁面は、前記一定の間隔よりも小さい間隔を隔ててフランジ部３２に沿うような形状になっている。内筒２４および中間筒２５の下端部の先端部には、それぞれ、下方に向かって小径となるテーパ状の外壁面および内壁面が設けられており、これにより、気体流路２７が下方に向かって小径にされている。

また、中間筒２５の中間部には、気体流路２７に連通する気体導入口３３が形成されている。気体導入口３３には、窒素ガス供給管１０が中間筒２５および外筒２３を貫通した状態で接続されており、窒素ガス供給管１０の内部空間と気体流路２７とは連通されている。窒素ガス供給管１０からの窒素ガスは、この気体導入口３３を介して、気体流路２７に導入され、気体吐出口３１から吐出されるようになっている。

第２処理液流路２８は、中心軸線Ｌ１と共通の中心軸線を有する円筒状の間隙であり、中間筒２５および外筒２３の上端部で閉塞され、中間筒２５および外筒２３の下端で、中心軸線Ｌ１上に中心を有し、第１処理液吐出口３０および気体吐出口３１を取り囲む円環状の第２処理液吐出口３４（２つの液吐出口の他方）として開口している。また、第２処理液流路２８の下端部は、下方に向かって小径となっている。

具体的には、中間筒２５の上端部の外壁面と、外筒２３の上端部の内壁面とはほぼ同じ形状にされており、互いに密接されている。また、中間筒２５および外筒２３の長さ方向における中間部間には、一定の間隔が設けられている。また、中間筒２５および外筒２３の下端部には、それぞれ、下方に向かって小径となるテーパ状の外壁面および内壁面が設けられており、これら外壁面および内壁面の間隔は前記一定の間隔に保たれている。

また、外筒２３の中間部には、第２処理液流路２８に連通する第２処理液導入口３５が形成されている。第２処理液導入口３５には、第２ＤＩＷ供給管１２が外筒２３を貫通した状態で接続されており、第２ＤＩＷ供給管１２の内部空間と第２処理液流路２８とは連通されている。第２ＤＩＷ供給管１２からのＤＩＷは、この第２処理液導入口３５を介して、第２処理液流路２８に導入され、第２処理液吐出口３４から吐出されるようになっている。

第１処理液吐出口３０、第２処理液吐出口３４および気体吐出口３１からＤＩＷおよび窒素ガスを吐出させると、吐出されたＤＩＷおよび窒素ガスが、各吐出口３０，３１，３４の近傍で衝突（混合）して、ＤＩＷの液滴が形成される。そして、このＤＩＷの液滴は、噴流となって、二流体ノズル３の下方に配置されたウエハＷの表面に衝突する。これにより、ウエハＷの表面に付着しているパーティクル等の異物がＤＩＷの液滴の運動エネルギーによって物理的に除去される。

また、ＤＩＷの液滴がウエハＷの表面に供給される範囲は、スポット状の範囲となっており、その範囲の大きさは、第１処理液吐出口３０からだけでなく第２処理液吐出口３４からもＤＩＷを吐出させることにより、拡大されている。さらに、第２処理液吐出口３４からもＤＩＷを吐出させることにより、単位時間当たりに形成されるＤＩＷの液滴の数が増加されている。

図３は、前記基板処理装置１の電気的構成を説明するためのブロック図である。この基板処理装置１は、制御装置３６を備えている。この制御装置３６は、チャック回転駆動機構８、二流体ノズル移動機構１６および処理液ノズル移動機構２２の動作を制御する。また、制御装置３６は、窒素ガスバルブ１３、第１ＤＩＷバルブ１４、第２ＤＩＷバルブ１５、薬液バルブ２０および第３ＤＩＷバルブ２１の開閉を制御する。

図４は、前記基板処理装置１によるウエハＷの処理の一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４を参照しつつ、ウエハＷの処理の一例について説明する。
処理対象のウエハＷは、図示しない搬送ロボットによって搬送されてきて、搬送ロボットからスピンチャック２へとウエハＷが受け渡される（ステップＳ１）。

ウエハＷがスピンチャック２に受け渡されると、制御装置３６は、チャック回転駆動機構８を制御して、スピンチャック２に保持されたウエハＷを所定の回転速度で回転させる。また、制御装置３６は処理液ノズル移動機構２２を制御して、処理液ノズル４を、スピンチャック２に保持されたウエハＷの上方に配置させる。
その後、制御装置３６は、薬液バルブ２０を開くとともに、第１ＤＩＷバルブ１４、第２ＤＩＷバルブ１５、第３ＤＩＷバルブ２１、窒素ガスバルブ１３を閉じて、回転されているウエハＷの表面の回転中心付近に処理液ノズル４から薬液を供給させる（ステップＳ２）。ウエハＷの表面に供給された薬液は、ウエハＷの回転による遠心力を受けてウエハＷの表面全域に行き渡る。これにより、ウエハＷに表面全域に薬液処理が施される。

薬液の供給が所定の薬液処理時間に亘って行われると、制御装置３６は、薬液バルブ２０を閉じるとともに、第３ＤＩＷバルブ２１を開いて、回転されているウエハＷの表面の回転中心付近に処理液ノズル４からＤＩＷを供給させる（ステップＳ３）。ウエハＷの表面に供給されたＤＩＷは、ウエハＷの回転による遠心力を受けてウエハＷの表面全域に行き渡る。これにより、ウエハＷの表面に付着している薬液がＤＩＷによって洗い流され、ウエハＷの表面にリンス処理が施される。

ＤＩＷの供給が所定のリンス処理時間に亘って行われると、制御装置３６は、第３ＤＩＷバルブ２１を閉じさせる。その後、制御装置３６は、処理液ノズル移動機構２２を制御して、処理液ノズル４をウエハＷの上方から退避させるとともに、二流体ノズル移動機構１６を制御して、二流体ノズル３をウエハＷの上方に配置させる。そして、制御装置３６は、第１ＤＩＷバルブ１４、第２ＤＩＷバルブ１５および窒素ガスバルブ１３を開いて、二流体ノズル３からウエハＷに向けてＤＩＷおよび窒素ガスを吐出させる。

このとき、第１処理液吐出口３０および第２処理液吐出口３４からは、それぞれ所定の流量でＤＩＷが吐出されており、気体吐出口３１からは、第１処理液吐出口３０および第２処理液吐出口３４からのＤＩＷの合計流量に応じた流量の窒素ガスが吐出さている。
具体的には、第１処理液吐出口３０から、たとえば３０〜１５０ｍｌ／ｍｉｎの流量でＤＩＷが吐出されており、第２処理液吐出口３４から、たとえば３０〜１５０ｍｌ／ｍｉｎの流量でＤＩＷが吐出されている。また、気体吐出口３１からは、たとえば５〜１００ｍｌ／ｍｉｎの流量で窒素ガスが吐出されている。第１処理液吐出口３０および第２処理液吐出口３４からのそれぞれのＤＩＷの流量は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

吐出されたＤＩＷおよび窒素ガスは、前述のように、各吐出口３０，３１，３４の近傍で衝突し、これにより、ＤＩＷの液滴が形成される。そして、このＤＩＷの液滴は、噴流となって、ウエハＷの表面に衝突する（ステップＳ４）。
また、制御装置３６は、ウエハＷへのＤＩＷの液滴の供給とともに、二流体ノズル移動機構１６を制御して、ウエハＷの上方で二流体ノズル３を所定のスキャン速度で移動させる。具体的には、ウエハＷの表面の回転中心に対向する位置と、ウエハＷの表面の周縁部に対向する位置との間で二流体ノズル３を往復して移動させたり、ウエハＷの表面の周縁部に対向する位置からウエハＷの表面の回転中心に対向する位置を通って反対側の周縁部に対向する位置まで二流体ノズル３を往復して移動させる。これにより、ウエハＷへのＤＩＷの液滴の供給位置が移動され、ウエハＷの表面全域にＤＩＷの液滴が供給される。その結果、ウエハＷの表面に付着しているパーティクル等の異物がウエハＷの表面全域から物理的に除去される。

ここで、前記スキャン速度は、ウエハＷの表面全域にＤＩＷの液滴が十分に供給される速度に設定されている。また、このスキャン速度は、ウエハＷの表面へのＤＩＷの液滴の供給範囲が拡大されているので、前記供給範囲が拡大されていない従来の構成の場合よりも速くされている。したがって、ウエハＷの表面全域にＤＩＷの液滴を供給するのに要する時間が短縮されている。

また、前述のように、単位時間当たりに形成されるＤＩＷの液滴の数は増加されている。したがって、ＤＩＷの液滴による前記異物の除去効率が向上されている。これにより、前記スキャン速度で二流体ノズル３を移動させても、ウエハＷの表面に付着している異物を確実に除去して、ＤＩＷの液滴による十分な除去効果を得ることができる。また、必要以上に大きな運動エネルギーをＤＩＷの液滴に与えなくてもよいので、ＤＩＷの液滴によるウエハＷへのダメージを抑制することができる。

ＤＩＷの液滴の供給が所定の液滴処理時間に亘って行われると、制御装置３６は、第１ＤＩＷバルブ１４、第２ＤＩＷバルブ１５および窒素ガスバルブ１３を閉じて、二流体ノズル３からのＤＩＷおよび窒素ガスの吐出を停止させるとともに、二流体ノズル移動機構１６を制御して、二流体ノズル３をウエハＷの上方から退避させる。そして、制御装置３６は、チャック回転駆動機構８を制御して、スピンチャック２に保持されたウエハＷを所定の高回転速度で回転させる（ステップＳ５）。これにより、ウエハＷの表面に付着しているＤＩＷが、ウエハＷの回転による遠心力を受けてウエハＷの周囲に振り切られ、ウエハＷの表面が乾燥する（スピンドライ処理）。

スピンドライ処理後は、ウエハＷの回転速度が減速されてウエハＷの回転が停止し、図示しない搬送ロボットによって、スピンチャック２から処理後のウエハＷが搬送されていく（ステップＳ６）。
図５は、本発明の第２の実施形態に係る基板処理装置１ａの構成を説明するための図解図である。この図５において、図１に示す各部に相当する部分には、それら各部と同一の参照符号が付されている。また、以下では、その同一の参照符号を付した各部についての詳細な説明を省略する。

この図５に示す第２の実施形態に係る基板処理装置１ａは、レジストの薄膜が表面に形成されたウエハＷにレジスト剥離液を供給して、ウエハＷの表面からレジストを剥離して除去するレジスト剥離処理を施すための枚葉式の処理装置であり、二流体ノズル３には、第１薬液としての硫酸を供給するための硫酸供給管３７と、第２薬液としての過酸化水素水を供給するための過酸化水素水供給管３８とが接続されている。二流体ノズル３からは、硫酸、過酸化水素水および窒素ガスが吐出されるようになっている。

硫酸供給管３７および過酸化水素水供給管３８には、それぞれ、硫酸バルブ３９および過酸化水素水バルブ４０が介装されており、各バルブ３９，４０を開閉することにより、二流体ノズル３への硫酸および過酸化水素水の供給を制御することができる。また、硫酸バルブ３９および過酸化水素水バルブ４０の開閉は、制御装置３６によって制御することができる（図３参照）。

硫酸、過酸化水素水および窒素ガスが二流体ノズル３から吐出されると、吐出された硫酸および過酸化水素水が二流体ノズル３の近傍で窒素ガスと衝突（混合）して、硫酸の液滴および過酸化水素水の液滴が形成される。そして、この硫酸の液滴および過酸化水素水の液滴は、ウエハＷの上空またウエハＷの表面上で良好に混合されて、カロ酸（ペルオキソー酸）などの強酸化力を有する成分を含むＳＰＭ（sulfuric acid／hydrogen peroxide mixture：硫酸過酸化水素水）となる。すなわち、ウエハＷの表面には、レジスト剥離液としてのＳＰＭが供給される。

供給されたＳＰＭは、当該ＳＰＭを構成する硫酸および過酸化水素水が二流体ノズル３から吐出された後に混合されているので、殆ど劣化がなく活性の高い状態になっている。また、硫酸および過酸化水素水の反応により生じる反応熱は、二流体ノズル３や配管などに吸熱されることなく、ＳＰＭの昇温に寄与する。したがって、ウエハＷの表面には、殆ど劣化がなく、かつ、高温となった非常に活性の高いＳＰＭが供給される。これにより、ウエハＷの表面からレジストを良好に剥離して除去することができる。

さらに、二流体ノズル３や配管内にＳＰＭが残留することがないので、時間経過により活性が低下したＳＰＭが、レジスト剥離処理の初期にウエハＷに供給されることを防止することができる。
図６は、本発明の第３の実施形態に係る二流体ノズル３ａの構造を示す図である。図６（ａ）は、二流体ノズル３ａの縦断面を示し、図６（ｂ）は、スピンチャック２側から見た二流体ノズル３ａの底面を示している。また、図６（ｂ）において、ハッチングが施された範囲は、前述の第１処理液吐出口３０、気体吐出口３１および第２処理液吐出口３４、ならびに後述の中心吐出口４４を示している。

この図６において、図２に示す各部に相当する部分には、それら各部と同一の参照符号が付されている。以下では、その同一の参照符号を付した各部についての詳細な説明を省略する。
この図６に示す第３の実施形態に係る二流体ノズル３ａでは、第１処理液流路２６に、中心軸線Ｌ１と共通の中心軸線を有する中心筒４１が配置されており、中心筒４１の内部空間は、窒素ガスが流通する直線状の中心流路４２となっている。この中心流路４２は、中心筒４１の上端で中心導入口４３として開口しており、中心筒４１の下端で、中心軸線Ｌ１上に中心を有し、第１処理液吐出口３０に取り囲まれた円状の中心吐出口４４として開口している。

本実施形態にかかる二流体ノズル３ａでは、気体吐出口３１からだけではなく、中心吐出口４４からも窒素ガスが吐出される。これにより、第１処理液吐出口３０および第２処理液吐出口３４から吐出されたＤＩＷと窒素ガスとを確実に衝突させて、効率的にＤＩＷの液滴を形成することができる。
また、第１処理液吐出口３０からのＤＩＷの流量と、第２処理液吐出口３４からのＤＩＷの流量とは、第１処理液吐出口３０と第２処理液吐出口３４との面積比や、気体吐出口３１および中心吐出口４４から吐出される窒素ガスの流量に応じて設定されるようになっている。これにより、ＤＩＷおよび窒素ガスを二流体ノズル３ａからバランスよく吐出してＤＩＷの液滴を効率的に形成することができる。

図７は、本発明の第４の実施形態に係る二流体ノズル３ｂの底面図である。この図７において、ハッチングが施された範囲は、前述の第１処理液吐出口３０、気体吐出口３１および第２処理液吐出口３４、ならびに後述の最外郭吐出口４７を示している。
また、この図７において、図２に示す各部に相当する部分には、それら各部と同一の参照符号が付されている。以下では、その同一の参照符号を付した各部についての詳細な説明を省略する。

この図７に示す第４の実施形態に係る二流体ノズル３ｂでは、外筒２３のさらに外側に、中心軸線Ｌ１と共通の中心軸線を有する最外郭筒４５が設けられ、外筒２３と最外郭筒４５との間に、窒素ガスが流通する最外郭流路４６が形成されている。この最外郭流路４６は、外筒２３および最外郭筒４５の下端において、中心軸線Ｌ１上に中心を有し、第２処理液吐出口３４を取り囲む最外郭吐出口４７として開口している。また、本実施形態では、最外郭筒４５が二流体ノズル３ｂのケーシングを構成している。

本実施形態にかかる二流体ノズル３ｂでは、気体吐出口３１からだけではなく、最外郭吐出口４７からも窒素ガスが吐出される。これにより、第１処理液吐出口３０および第２処理液吐出口３４から吐出されたＤＩＷと窒素ガスとを確実に衝突させて、効率的にＤＩＷの液滴を形成することができる。
この発明は、以上の第１〜第４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、前述の第１の実施形態におけるウエハＷの処理の一例では、ウエハＷの表面にリンス処理が行われた後に液滴処理が行われる例について説明したが、リンス処理と液滴処理とが同時に行われる期間があってもよい。

また、前述の第１の実施形態におけるウエハＷの処理の一例では、ウエハＷの表面に液滴処理が施された後、スピンドライ処理が行われる例について説明したが、液滴処理とスピンドライ処理との間に、処理液ノズル４からウエハＷの表面にＤＩＷ（リンス液）を供給するリンス処理をさらに行ってもよい。
また、前述の第２の実施形態では、第１薬液および第２薬液としてそれぞれ硫酸および過酸化水素水を例示したが、硫酸および過酸化水素水の組合せに限らず、アンモニア水および過酸化水素水、塩酸および過酸化水素水、フッ酸および過酸化水素水などを第１薬液および第２薬液として用いてもよい。

アンモニア水および過酸化水素水を二流体ノズル３，３ａ，３ｂから吐出させて、これらの混合液をウエハＷの表面に供給することにより、パーティクルなどの異物をウエハＷの表面からより確実に除去することができる。
塩酸および過酸化水素水を二流体ノズル３，３ａ，３ｂから吐出させて、これらの混合液をウエハＷの表面に供給することにより、金属汚染物などの不要物をウエハＷの表面から除去することができる。

フッ酸および過酸化水素水を二流体ノズル３，３ａ，３ｂから吐出させて、これらの混合液をウエハＷの表面に供給することにより、金属汚染物などの不要物や酸化膜をウエハＷの表面から除去することができる。
また、前述の第１および第２の実施形態では、ほぼ水平に保持され回転されているウエハＷの表面に処理液を供給して当該ウエハＷを処理するものを取り上げたが、回転していない状態（非回転状態）のウエハＷの表面に処理液を供給してウエハＷを処理するものであってもよい。なお、前記非回転状態のウエハＷとは、回転も移動もしていない状態（静止状態）のウエハＷであってもよいし、回転せずに所定の方向に移動している状態（移動状態）のウエハＷであってもよい。

また、前述の第１、第３および第４の実施形態では、二流体ノズル３，３ａ，３ｂからウエハＷの表面にＤＩＷが供給される例ついて説明したが、ＤＩＷに限らず、純水、機能水（炭酸水、水素水、オゾン水など）などのその他のリンス液を用いてもよい。
また、前述の第１〜第４の実施形態では、同種の処理液や互いに種類の異なる薬液が二流体ノズル３，３ａ，３ｂから吐出される例について説明したが、薬液およびリンス液を二流体ノズル３，３ａ，３ｂから吐出させてもよい。

このとき、気体吐出口３１の内側に配置された第１処理液吐出口３０からリンス液を吐出させ、気体吐出口３１の外側に配置された第２処理液吐出口３４から薬液を吐出させてもよいし、第１処理液吐出口３０から薬液を吐出させ、第２処理液吐出口３４からリンス液を吐出させてもよい。
第１処理液吐出口３０からリンス液を吐出させ、第２処理液吐出口３４から薬液を吐出させた場合には、吐出された薬液が、薬液よりも内側から吐出されたリンス液と瞬時に混ざり合い薄められるので、ウエハＷに供給される薬液の濃度を容易に調節することができる。

また、第１処理液吐出口３０から薬液を吐出させ、第２処理液吐出口３４からリンス液を吐出させた場合には、薬液よりも外側から吐出されたリンス液によって薬液を取り囲んで、薬液によるウエハＷへの薬液処理範囲を限定することができる。したがって、たとえばベベルエッチングなどのようにウエハＷの一部に薬液処理を施す場合に良好な処理を施すことができる。

前記薬液としては、たとえば、硫酸、酢酸、硝酸、塩酸、フッ酸、アンモニア水、過酸化水素水のうちの少なくとも１種以上を含む液を用いることができる。なお、これらの薬液は、あらかじめ室温以上、たとえば３０〜１００℃程度に加熱しておいてから用いてもよい、
前記リンス液としては、たとえば、純水、ＤＩＷ、機能水（炭酸水、水素水、オゾン水など）などを用いることができる。なお、これらのリンス液は、あらかじめ室温以上、たとえば３０〜１００℃程度に加熱しておいてから用いてもよい、
前記薬液およびリンス液の組合せの具体例としては、硝酸およびＤＩＷ、酢酸およびオゾン水、硫酸およびオゾン水などが挙げられる。

硝酸およびＤＩＷを二流体ノズル３，３ａ，３ｂから吐出させて、これらの混合液をウエハＷの表面に供給することにより、金属汚染物などの不要物や金属膜をウエハＷの表面から除去することができる。
酢酸およびオゾン水を二流体ノズル３，３ａ，３ｂから吐出させて、これらの混合液をウエハＷの表面に供給することにより、レジストなどの有機物をウエハＷの表面から除去することができる。

また、リンス液としてＤＩＷを用いる場合には、ＤＩＷに代わって、炭酸水または水素水を用いてもよい。ＤＩＷに代わって炭酸水を用いることにより、ウエハＷの帯電を抑制することができる。また、ＤＩＷに代わって水素水を用いることにより、パーティクルなどの異物がウエハＷの表面に付着することを低減させるとともに、ウエハＷの表面が酸化されることを抑制することができる。

また、前述の第１〜第４の実施形態では、二流体ノズル３，３ａ，３ｂから吐出される気体として窒素ガスを例示したが、窒素ガスに限らず、空気、窒素ガス、オゾンガス、炭酸ガス、水素ガスのうちの少なくとも１種以上を含むその他の気体を用いてもよい。
二流体ノズル３，３ａ，３ｂからオゾン水を吐出させる場合に、当該オゾン水の吐出とともに、または当該オゾン水に代わって、オゾン水よりも高濃度でオゾンを含むオゾンガスを二流体ノズル３，３ａ，３ｂから吐出させることにより、オゾンを高濃度で含む処理液の液滴を形成し、オゾンによる効果、たとえば、ウエハＷ表面の有機物を良好に除去する効果やウエハＷ表面に酸化膜を厚く形成する効果等を確実に発揮させることができる。

また、前記気体は、加熱された状態で吐出されてもよいし、加熱されていない状態で吐出されてもよい。加熱された気体を吐出させることにより、当該気体と混合される処理液の温度の低下を抑制したり、その温度を昇温させたりすることができる。
また、前述の第１〜第４の実施形態では、同一中心上に配置された円環状の液吐出口（第１処理液吐出口３０、第２処理液吐出口３４）が２つ設けられ、同一中心上に配置された円状または円環状の気体吐出口（気体吐出口３１、中心吐出口４４、最外郭吐出口４７）が１つまたは２つ設けられている例について説明したが、同一中心上に配置された３つ以上の液吐出口を設けてもよいし、同一中心上に配置された３つ以上の気体吐出口を設けてもよい。

さらに、前記液吐出口は、円環状だけでなく、多角環状などの環状や円状であってもよいし、複数の液吐出口が設けられ、これら複数の液吐出口が前記気体吐出口と同心形状となる環状に配置されていてもよい。同様に、前記気体吐出口は、円状または円環状だけでなく、多角環状などの環状であってもよいし、複数の気体吐出口が設けられ、これら複数の気体吐出口が前記液吐出口と同心形状となる環状に配置されていてもよい。

また、前述の第１〜第４の実施形態では、処理対象の基板として半導体ウエハＷを取り上げたが、半導体ウエハＷに限らず、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、ＦＥＤ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などの他の種類の基板が処理対象とされてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための図解図である。 二流体ノズルの構造を図解的に示す図である。 前記基板処理装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。 前記基板処理装置によるウエハの処理の一例について説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための図解図である。 本発明の第３の実施形態に係る二流体ノズルの構造を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る二流体ノズルの底面図である。

符号の説明

１，１ａ 基板処理装置
２ スピンチャック（基板回転手段）
３，３ａ，３ｂ 二流体ノズル
１０ 窒素ガス供給管（気体供給手段）
１１ 第１ＤＩＷ供給管（処理液供給手段）
１２ 第２ＤＩＷ供給管（処理液供給手段）
１６ 二流体ノズル移動機構（ノズル移動手段）
２３ 外筒（ケーシング）
３０ 第１処理液吐出口（液吐出口）
３１ 気体吐出口（環状気体吐出口）
３４ 第２処理液吐出口（液吐出口）
３７ 硫酸供給管（処理液供給手段）
３８ 過酸化水素水供給管（処理液供給手段）
４５ 最外郭筒（ケーシング）
Ｗ ウエハ（基板、処理対象）

Claims (7)

1. 処理液および気体が導入されるケーシングと、
   前記ケーシングに形成され、気体を吐出するための環状気体吐出口と、
   前記環状気体吐出口の内側および外側にそれぞれ配置されて前記ケーシングに形成され、処理液を吐出するための少なくとも２つの液吐出口とを含み、
   前記ケーシング外で前記処理液と前記気体とを混合させて処理液の液滴を形成し、この処理液の液滴を処理対象に向けて吐出するようになっている、二流体ノズル。
2. 前記２つの液吐出口は、同種の処理液を吐出する、請求項１記載の二流体ノズル。
3. 前記２つの液吐出口は、互いに異なる種類の処理液を吐出する、請求項１記載の二流体ノズル。
4. 前記異なる種類の処理液は、互いに種類の異なる第１薬液および第２薬液を含む、請求項３記載の二流体ノズル。
5. 前記異なる種類の処理液は、薬液およびリンス液を含む、請求項３記載の二流体ノズル。
6. 処理対象の基板を保持して回転させるための基板回転手段と、
   前記基板回転手段によって回転されている基板の主面に、処理液の液滴を供給するための請求項１〜５のいずれか一項に記載の二流体ノズルと、
   前記二流体ノズルのケーシングに前記処理液を供給するための処理液供給手段と、
   前記二流体ノズルのケーシングに前記気体を供給するための気体供給手段と、
   前記二流体ノズルを基板の主面に沿って移動させるためのノズル移動手段とを含む、基板処理装置。
7. 処理対象の基板を保持して回転させるための基板回転工程と、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の二流体ノズルのケーシングに前記処理液を供給する処理液供給工程と、
   前記二流体ノズルのケーシングに前記気体を供給する気体供給工程と、
   前記基板回転工程で回転されている基板の主面に、前記二流体ノズルから処理液の液滴を供給する液滴供給工程と、
   前記液滴供給工程と並行して、前記二流体ノズルを基板の主面に沿って移動させるノズル移動工程とを含む、基板処理方法。

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