JP4652040B2

JP4652040B2 - 流体吐出ノズルおよびこれを用いた基板処理装置

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Publication number: JP4652040B2
Application number: JP2004357771A
Authority: JP
Inventors: 至菅野; 祐作広田; 宏長安
Original assignee: Renesas Electronics Corp
Current assignee: Renesas Electronics Corp
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2024-12-10
Also published as: JP2006159145A

Description

本発明は、流体吐出ノズルおよびこれを用いた基板処理装置に関し、より詳しくは、半導体ウェハ、液晶基板、ディスク基板およびフォトマスクなどの基板の表面に流体を吐出する流体吐出ノズルおよびこれを用いた基板処理装置に関する。

半導体装置の製造工程では、半導体ウェハの表面に種々の汚染物が付着する。

例えば、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法またはスパッタ法によって、半導体ウェハの上に絶縁膜または金属膜を形成する工程では、半導体ウェハの表面にパーティクル状の汚染物が付着する。また、ドライエッチングによって、半導体ウェハの上に形成された膜にパターンを形成する工程では、半導体ウェハの表面に、レジスト残渣などのエッチングによる残渣や金属汚染物が付着する。

こうした汚染物を除去する方法として、従来より、２流体吐出ノズルを用いた液滴噴射による洗浄が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この方法によれば、気体と液体を混合させて形成した液滴を気中で噴射した後、これを被洗浄物の表面に衝突させることによって洗浄が行われる。

図１９は、従来の２流体吐出ノズル１０１の断面図である。気体流入口１０２と液体流入口１０３からそれぞれ気体と液体を流入すると、混合部１０４において気体と液体が混合された後、直線状に伸びた導出路１０５で、液滴が気体の流れによって加速されるとともに液滴の粒径が小さくなる。そして、噴射口１０６から被洗浄物に向かって液滴が噴射される。

図２０は、図１９の２流体吐出ノズル１０１を備えた従来の洗浄装置の断面図である。

図２０の洗浄装置は、半導体ウェハ１０７を保持するステージ１０８と、ステージ１０８を回転させるモータ１０９と、洗浄時の液滴の飛散を防止する洗浄カップ１１０とを備える。ここで、洗浄カップ１１０には、下方から排気口１１１が接続されている。また、２流体吐出ノズル１０１の液体流入口１０３と気体流入口１０２には、それぞれ液体供給手段１１２と気体供給手段１１３が配管によって接続されている。

次に、従来の洗浄装置の動作について説明する。まず、半導体ウェハ１０７をステージ１０８の上に固定した後、モータ１０９によってステージ１０８を所定の回転数で回転させる。この状態で、気体供給手段１１３と液体供給手段１１２から気体と液体を２流体吐出ノズル１０１に供給すると、２流体吐出ノズル１０１から液滴が半導体ウェハ１０７に向かって噴射される。この際、ロボット（図示せず）を用いて、２流体吐出ノズル１０１を図の横方向に移動することにより、半導体ウェハ１０７の全面に液滴を噴射させることができる。

半導体ウェハ１０７の表面に付着した汚染物は、液滴が汚染物に衝突することによって除去される。ここで、洗浄力は液滴が衝突する角度によって変化し、垂直に衝突する場合に洗浄力は最も高くなる。このため、２流体吐出ノズル１０１は、半導体ウェハ１０７に対して垂直に配置される。除去された汚染物並びに噴射された液滴および気体は、その大部分が半導体ウェハ１０７の外周方向へ流れた後に排気口１１１から外部へと排出される。

２流体吐出ノズルから噴射された液滴の大きさ（粒径）は、数μｍ〜数１００μｍの範囲に分布している。このため、従来より、１００μｍ以上の大きな液滴が衝突すると、半導体ウェハ上に形成された微細なパターンの一部が欠けたり、消失したりするという問題があった。

微細パターンへのダメージは、半導体ウェハの表面に液滴が衝突する際の衝突速度と液滴の粒径とに依存し、衝突速度または粒径がある閾値を超えると、微細パターンにダメージが生じる。図２１は、液滴の衝突速度および粒径と、微細パターンへのダメージとの関係を示したものである。この図からも分かるように、ダメージを抑制するには、液滴の衝突速度と粒径の分布を制御することが必要になる。

液滴の噴射速度は、２流体吐出ノズルの噴射口の断面積と気体の流量によって制御可能である。また、導出路の長さを５ｍｍ以上にすると、液滴の速度分布を一定とすることができるようになる。したがって、従来の２流体吐出ノズルであっても、液滴の衝突速度をある閾値以下に制御することは可能である。

特許第３３１５６１１号公報

しかしながら、従来の２流体吐出ノズルでは、気体の流量を少なくして噴射速度を低下させると、液滴の粒径が大きくなるとともにその分布も広がることが確認されている。上述したように、大きな液滴は微細パターンにダメージを生じやすいことから、このことは、従来の２流体吐出ノズルにおける大きな問題となっていた。

また、液滴が半導体ウェハに対して垂直に衝突すると、洗浄力が高くなるものの、微細パターンへのダメージも生じやすい。一方、汚染物の除去性能（洗浄性能）は、液滴の速度が速くて液滴の粒径が小さくなるほど向上する。ここで、液滴が衝突する際に生じる圧力、すなわち汚染物を除去する力は、液滴の大きさには依存しない。しかし、液滴が大きいと液滴個数が減少するので、結果として洗浄効率が低下するようになる。微細パターンへのダメージを抑えるために液滴の噴射速度を低下させると、液滴の粒径が大きくなって洗浄性能が低下してしまう。

さらに、従来の洗浄装置では、洗浄カップの排気口は下方に備えられており、２流体吐出ノズルから半導体ウェハの表面に対して垂直に噴射された液滴、気体および除去された汚染物の大部分は、この排気口より排出される。しかし、その一部は、半導体ウェハの上方へ飛散し、ある確率で半導体ウェハ表面に付着してしまうという問題もあった。

このように、従来の２流体吐出ノズルおよびこれを用いた従来の洗浄装置には、微細パターンにダメージを生じやすく且つ洗浄性能が低いという問題があった。また、被洗浄物に汚染物を再付着させるという問題もあった。本発明はこうした問題点に鑑みてなされたものである。

すなわち、本発明の目的は、ダメージを抑制しつつ基板に流体を供給することのできる流体吐出ノズルを提供することにある。

また、本発明の目的は、上記の流体吐出ノズルを用いて基板への汚染物の再付着を抑制することのできる基板処理装置を提供することにある。

本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。

本発明の流体吐出ノズルは、第１の流体流入口と第２の流体流入口とを有し、第１の流体流入口から流入した第１の流体および第２の流体流入口から流入した第２の流体を混合する混合部と、一端に混合部が接続し、混合部から供給された第１の流体および第２の流体を噴射する噴射口が他端に設けられた流体導出路と、噴射口から流体導出路の長手方向に延設された湾曲部とを備え、湾曲部が、流体導出路の中心軸から離れる方向に徐々に湾曲した形状を有することを特徴とするものである。

また、本発明の基板処理装置は、基板を載置する基板載置台と、この基板載置台を回転させる基板載置台回転手段と、基板載置台が配置され、底面に設けられた第１の排気口と側面に設けられた第２の排気口とを備えた基板処理容器と、基板の上に流体を吐出する本発明にかかる流体吐出ノズルとを有し、流体吐出ノズルが、流体導出路の中心軸を延長した線が基板処理容器の側面と交わるところに第２の排気口が位置するよう設置されることを特徴とするものである。

この発明は以上説明したように、湾曲部を設けることによって、液滴の大きさが大きくなるほど液滴速度および衝突角度を低下させることができるようになる。したがって、微小な液滴のみを基板に衝突させることが可能となるので、基板にダメージを与えることなしに流体を供給することができる。

また、本発明によれば、流体導出路の中心軸を延長した線が基板処理容器の側面と交わるところに第２の排気口が位置するように流体吐出ノズルを設置するので、流体吐出ノズルから噴射された気体の一部と大きな液滴を、第２の排気口から効率よく排気することができる。したがって、基板への汚染物の再付着を抑制することが可能となる。

実施の形態１．
図１（ａ）〜（ｃ）に、本実施の形態における流体吐出ノズルとしての２流体吐出ノズルを示す。図１（ａ）は２流体吐出ノズルの斜視図、図１（ｂ）は平面図、図１（ｃ）は断面図である。また、図２は、図１（ａ）〜（ｃ）の２流体吐出ノズルの動作を説明するための図である。

２流体吐出ノズル１では、第１の流体流入口としての気体流入口２と、第２の流体流入口としての液体流入口３から、それぞれ第１の流体としての気体と、第２の流体としての液体を流入すると、まず、混合部４でこれらが混合される。そして、流体導出路としての導出路５において、液滴は、気体の流れによって加速されるとともに粒径が小さくなる。その後、液滴は、導出路５の端部に設けられた噴射口６から半導体ウェハ７に向かって噴射される。

図１（ａ）に示すように、導出路５の長手方向の断面は矩形状を呈している。そして、本実施の形態では、２流体吐出ノズル１が、導出路５の半導体ウェハ７と対向する面１１に接続した湾曲部８を有することを特徴としている。

湾曲部８は、噴射口６から導出路５の長手方向に延設されており、導出路５の中心軸１２から離れる方向に（すなわち、半導体ウェハ７に向かって）徐々に湾曲した形状を有する。これにより、導出路５から噴射された気体は、コアンダ効果によってこの湾曲に沿った流れを生じる。

洗浄力は、半導体ウェハ７に対して液滴が垂直に衝突するときに最も高くなることから、図２に示すように、湾曲部の先端８ａでの曲面が半導体ウェハ７に対して略垂直になるようにして、２流体吐出ノズル１を設置することが好ましい。

湾曲部の先端８ａから半導体ウェハ７の表面までの距離Ｔ_１は、２ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内であることが好ましい。Ｔ_１＜２ｍｍでは、湾曲部の先端８ａから半導体ウェハ７までの距離が近くなるために、先端８ａの近傍で気体の流れが妨げられて液滴の分級効果が低下する。一方、Ｔ_１＞３０ｍｍでは、液滴の速度が減衰して衝突速度が遅くなるため洗浄力が低下する。

また、図２において、導出路５の中心軸１２と半導体ウェハ７の表面とがなす角度（θ）は０度〜８０度の範囲内にあることが好ましく、１５度〜６０度の範囲内にあることがより好ましい。θ＜０度の場合には、噴射された気体と液滴の一部が上方へ飛散した後、ある確率で半導体ウェハの表面に付着するという問題を生じる。一方、θ＞８０度の場合は、湾曲部が短くなるために液滴の分級が十分に行われなくなる。このため、半導体ウェハの表面に大きな液滴が衝突することによって、微細パターンへ与えるダメージが大きくなる。

次に、図３を用いて、本実施の形態によって液滴が分級される様子を説明する。

噴射口６から噴射された微小な液滴９ａは、湾曲部８に沿った気体の流れとともに曲げられて、半導体ウェハ７の表面に略垂直（図のＰ方向）に衝突する。しかし、大きな液滴９ｂは、質量が大きく慣性力が強いために、噴射口６から直進した後、空気抵抗によって徐々に速度を落として、半導体ウェハ７の表面に対し斜め（図のＰ´方向）に衝突する。すなわち、本実施の形態の２流体吐出ノズルによれば、大きな液滴は、衝突速度が遅い状態で且つ衝突面に対して斜め方向に衝突するので、半導体ウェハに衝突する際の衝撃力を弱くして微細パターンにダメージを与え難くすることができる。

このように、湾曲部を設けることによって、液滴の大きさが大きくなるほど、液滴速度および衝突角度を低下させることができるようになる。一般に、液滴の大きさは数μｍから数１００μｍの幅で分布しているが、大きな液滴の衝突により微細パターンにかかる衝撃力を湾曲部を設けることによって低下させることが可能となる。

尚、本実施の形態における２流体吐出ノズルは、図１〜図３の例に限られるものではなく、図４（ａ）〜（ｃ）の形状であってもよい。

図１〜図３の例では、湾曲部８が噴射口６から離れるにしたがい徐々に湾曲している。図４（ｂ）および（ｃ）もこの点で共通しているが、これらは、導出路５の壁面１１において、噴射口６から長手方向に延設された延出部１３を有する点で図１〜図３と異なっている。ここで、図４（ｂ）の例では、延出部１３は導出路５の中心軸１２に平行である。一方、図４（ｃ）の例では、延出部１３は湾曲部８と同じ方向に湾曲している。尚、延出部１３を設けることによって、壁面１１とは反対の延出部１３端部が実質的な噴射口となる。

これに対して、図４（ａ）の例では、図１〜図３のように、湾曲部が噴射口から離れるにしたがい徐々に湾曲する形状は有していない。図４（ａ）では、湾曲部８は、噴射口６に接続し導出路５の中心軸１２に平行な第１の部分８０１と、第１の部分８０１に接続し、導出路５の中心軸１２から離れる方向に徐々に湾曲した第２の部分８０２を有する。

湾曲部８の曲率半径は、１０ｍｍ〜２００ｍｍの範囲内であることが好ましく、２０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内であることがより好ましい。曲率半径が１０ｍｍより短くなると、湾曲部８に沿って流れる気体の量が少なくなる。このため、液滴が分級され難くなる結果、大きな液滴が大きな速度および衝突角度で半導体ウェハ７に衝突するようになって、微細パターンへのダメージが大きくなる。一方、曲率半径が２００ｍｍより長い場合は、噴射口６から半導体ウェハ７の表面までの距離が遠くなるため、半導体ウェハ７に衝突する液滴の速度が低下して洗浄力の低下を招く。

また、導出路５の長さは、５ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内であることが好ましい。導出路５の長さが５ｍｍより短い場合は液滴の加速が不十分であり、液滴の噴射速度が遅くなることによって洗浄性能が低下する。一方、導出路５の長さが１００ｍｍより長い場合は、途中で液滴同士が凝集して大きな液滴になる割合が多くなる結果、液滴個数が減少して洗浄効率が低下する。

また、本実施の形態においては、導出路５の長手方向の断面がすべて矩形状である例について示したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導出路５の途中の形状を円形状などの他の形状とすることができる。また、導出路５の長手方向から見たときの噴射口６の形状も矩形状に限られるものではない。

本実施の形態においては、湾曲部８と接続する部分の噴射口６の形状が、導出路５の長手方向から見て直線状であることが好ましい。したがって、噴射口６の形状は、矩形状以外に、例えば、湾曲部８が接続する面に一辺を接する三角形状または半円形状などとすることもできる。

また、図１において、湾曲部８が接続する噴射口６の直線部分の長さＬ_２は、これに垂直な高さ方向の長さＬ_３より長い方が好ましい。このような形状とすることによって、液滴の分級効率を向上できるとともに、微小な水滴をより多く半導体ウェハに衝突させて洗浄効果を高めることが可能となる。

次に、図５（ａ）および（ｂ）を用いて、本実施の形態における基板処理装置としての洗浄装置について説明する。図５（ａ）は洗浄装置の断面図、図５（ｂ）は平面図である。尚、本実施の形態における基板処理装置には、本実施の形態における２流体吐出ノズルが適用される。

本実施の形態における洗浄装置は、半導体ウェハ１８を載置する基板載置台（ステージ）１９と、基板載置台１９を回転させる基板載置台回転手段（モータ）２０と、洗浄時の液滴の飛散を防止する基板処理容器（洗浄カップ）１５とを備える。ここで、基板処理容器１５には、下方から排気口１６が接続されている。また、２流体吐出ノズル１の液体流入口（図示せず）と気体流入口（図示せず）には、それぞれ液体供給手段２１と気体供給手段２２が配管によって接続されている。

基板処理容器１５は、底面に設けられた第１の排気口１６に加えて、側面に設けられた第２の排気口１７を有する。そして、２流体吐出ノズル１は、導出路５の中心軸を延長した線１２が基板処理容器１５の側面と交わるところに第２の排気口１７が位置するように設置する。このようにすることによって、２流体吐出ノズル１から噴射された気体の一部と大きな液滴は、第２の排気口１７から効率よく排気される。尚、図１（ａ）では第１の排気口を２個所に設けているが、これに限られるものではなく、第１の排気口の個数は洗浄装置に応じて適宜変更可能である。

第１の排気口１６だけを設けた場合には、斜め横方向に噴射された気体や液滴が基板処理容器１５から排出され難く、一部が半導体ウェハ１８の上方へ飛散した後、ある確率で半導体ウェハ１８の表面に付着するという問題を生じる。これに対して、第２の排気口１７を設けることによって、半導体ウェハ１８の上方へ飛散した気体や液滴も効率よく排出できるようになる。

次に、図５（ａ）および（ｂ）を用いて、本実施の形態における洗浄装置の動作について説明する。

まず、半導体ウェハ１８を基板載置台１９の上に固定した後、基板載置台回転手段２０を用いて、基板載置台１９を所定の回転数で図５（ａ）の矢印の方向に回転させる。この状態で、液体供給手段２１と気体供給手段２２によって２流体吐出ノズル１に液体と気体を供給すると、２流体吐出ノズル１から液滴（図示せず）が半導体ウェハ１８に向かって噴射される。この際、ロボット（図示せず）を用いて、２流体吐出ノズル１を図５（ｂ）の矢印の方向に移動することにより、半導体ウェハ１８の全面に渡って液滴を噴射させることができる。尚、気体としては窒素ガスまたは乾燥空気などが使用され、液体としては純水や各種薬液などが使用される。

半導体ウェハ１８の表面に付着した汚染物（図示せず）は、液滴が汚染物に衝突することによって除去される。そして、除去された汚染物並びに噴射された液滴および気体は、第１の排気口１６および第２の排気口１７から効率よく外部へ排出される。

図６〜図１４に、本実施の形態における２流体吐出ノズルの変形例を示す。尚、これらの図において、図１〜図３と同じ符号を付した部分は同じものであることを示している。

図６は、噴射口２７に、導出路２５の長手方向の断面積を変化させる絞り部２６を備えた２流体吐出ノズルの断面図である。絞り部２６を設けることによって、噴射口２７の面積Ａが導出路５の長手方向の断面積Ｂより小さくなるようにしている。この場合、断面積Ｂを１とすると、面積Ａの比率は０．１〜０．９の範囲内であることが好ましく、０．４〜０．８の範囲内であることがより好ましい。面積Ａが０．１未満では、気体の流れが妨げられることによって液滴の微粒化が低下する。一方、面積Ａが０．９より大きい場合には、液滴の微粒化の効果が少なくなる。

一般に、導出路の内部では、一部の液滴同士がある割合で凝集することによって、大きな液滴が形成される。噴射口の断面積を小さくすることにより、この部分での気体の流速を速くすることができるので、液滴を再微粒化してより微細な液滴を噴射することが可能となる。したがって、微細パターンへのダメージを一層抑制できるとともに、高い洗浄性能を得ることができる。

図７は、導出路２８の途中に、導出路２８の長手方向の断面積を変化させる絞り部２９を備えた２流体吐出ノズルの断面図である。絞り部２９を設けることによって、液滴の再微粒化を促進するとともに液滴を加速できるので、より高速で微小な液滴を噴射して高い洗浄性能を得ることができる。

図８は、噴射口３０付近（図８の領域Ａ）での導出路３１の長手方向の断面積が、噴射口３１に向かって徐々に小さくなるようにした２流体吐出ノズルの断面図である。このような形状とすることによって、液滴の再微粒化を促進するとともに液滴を加速できるので、より高速で微小な液滴を噴射して高い洗浄性能を得ることができる。

図９は、導出路３２の長手方向の断面積が噴射口３３に向かって徐々に小さくなる２流体吐出ノズルの断面図である。図８と異なる点は、導出路３２の全体に渡って長手方向の断面積が変化する点にある。このような形状であっても、液滴の再微粒化を促進するとともに液滴を加速できるので、より高速で微小な液滴を噴射して高い洗浄性能を得ることができる。

図１０は、導出路３４の途中に複数の絞り部３５，３６を備えた２流体吐出ノズルの断面図である。絞り部３５，３６を複数設けることによって、導出路３４の長手方向の断面積を複数段階で変化させることができる。したがって、液滴の再微粒化を更に促進するとともに液滴を加速できるので、一層高速で微小な液滴を噴射して高い洗浄性能を得ることができる。尚、図１０の例では、２つの絞り部３５，３６を設けることによって、導出路３４の長手方向の断面積を２段階に変化させているが、３つ以上の絞り部を設けた場合にも同様の効果が得られる。

このように、導出路の長手方向の断面積を変えることによって、この中を流れる気体の流速を変えることができる。したがって、噴射口または噴射口付近での導出路の長手方向の断面積が、他の部分での断面積より小さくなるようにすることによって、液滴の再微粒化を促進するとともに液滴を加速できるので、より微細な液滴を噴射して高い洗浄性能を得ることができる。ここで、噴射口の面積をＡとし、導出路の長手方向の断面積をＢとすると、断面積Ｂに対する面積Ａの比率は０．１〜０．９の範囲内であることが好ましく、０．４〜０．８の範囲内であることがより好ましい。面積Ａが０．１未満では、気体の流れが妨げられることによって液滴の微粒化が低下する。一方、面積Ａが０．９より大きい場合には、液滴の微粒化の効果が少なくなる。

図１１は、湾曲部３７の曲率半径が噴射口６から離れるにしたがって徐々に小さくなるようにした２流体吐出ノズルの断面図である。すなわち、図１１において、噴射口６の近傍における湾曲部の曲率半径Ｌ_４と、噴射口６と反対の湾曲部３７端部の近傍における曲率半径Ｌ_５との間にはＬ_４＞Ｌ_５の関係がある。湾曲部の曲率半径をこのように変化させることによって、液滴を分級する効率を高めて、より微小な液滴をより多く半導体ウェハに衝突させることが可能となる。

図１２は、噴射口６と反対の湾曲部３８の端部に連接して、半導体ウェハ４０に対し実質的に垂直な垂直部３９が設けられた２流体吐出ノズルの断面図である。この場合、湾曲部３８の曲率半径は、噴射口６からの距離にかかわらず一定であってもよいし、噴射口６から離れるにしたがって徐々に小さくなるように変化していてもよい。

湾曲部３８に接続する垂直部３９を設けることによって、液滴の運動（流れ）を半導体ウェハ４０に垂直な方向へ安定させることができる。したがって、より多くの液滴を半導体ウェハの表面に垂直に衝突させることが可能となるので、より高い洗浄性能を得ることができる。

図１３（ａ）は、湾曲部４１に側壁部４２，４３が設けられた２流体吐出ノズルの斜視図である。また、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）で長手方向の断面図である。尚、図１３（ｂ）では、説明のために側壁部４２，４３を点線で示している。

側壁４２，４３を設けることによって噴流の分散が抑えられるので、湾曲部４１に沿った気体の流れが形成されやすくなり、液滴の分級効果を高めることができる。

図１４（ａ）は、導出路５の湾曲部４４が接続する面１０と同一面上であって、噴射口６と反対の湾曲部４４の先に遮蔽板４５が設けられた２流体吐出ノズルの斜視図である。また、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）で長手方向の断面図である。遮蔽板４５は、湾曲部４４に設けられた側壁部４６，４７によって固定される。尚、図１３（ｂ）では、側壁部４６，４７を点線で示している。

導出路５を通過した液滴は湾曲部４４によって分級された後、微小な液滴が、湾曲部４４と遮蔽板４５の間に設けられた開口部４８から半導体ウェハ（図示せず）の表面に略垂直に衝突する。一方、大きな液滴は、質量が大きく慣性力が強いために、噴射口６から直進して小さな液滴より遠くに落ちようとする。しかし、遮蔽版４５があることによって、大きな液滴は、遮蔽版４５に遮られ、半導体ウェハ上に落下するのを妨げられる。すなわち、遮蔽板４５によって気体の流れが区切られるので、遮蔽板４５を設けない場合に比較して液滴を分級する効果を高めることができる。このように、図１４（ａ）および（ｂ）に示す２流体吐出ノズルによれば、ある大きさ以下の微小な液滴のみを選別して半導体ウェハに衝突させることができるので、微細パターンへのダメージを一層抑制することが可能となる。

図１５〜図１７は、図１４と同様の遮蔽板を設けた２流体吐出ノズルの変形例である。

図１５の例は、遮蔽板５０を噴射口６と反対の湾曲部５１の先に設ける点で図１４（ａ），（ｂ）と共通するが、さらに遮蔽板５０を導出路５の中心軸１２を延長した線上に設ける点でこれらの図と異なる。換言すると、遮蔽板５０は、導出路５の中心軸１２を延長した線上に、開口部４９を挟んで湾曲部５１に隣接して設けられる。ここで、遮蔽板５０は、半導体ウェハ５２と実質的に平行となる位置に設けることが好ましい。

図１５に示す構造とすることによって、導出路５から直線状に噴射した大きな液滴は遮蔽板５０に衝突し、半導体ウェハ５２の表面には直接衝突しなくなる。したがって、微細パターンへのダメージを一層抑制することが可能となる。

図１６の例は、半導体ウェハ５３と反対の遮蔽板５４の対向面に整流板５５を設けた２流体吐出ノズルの断面図である。遮蔽板５４は、導出路５の中心軸１２を延長した線上に、開口部５９を挟んで湾曲部５６に隣接して設けられる。すなわち、図１５とは、遮蔽板５４を噴射口６と反対の湾曲部５６の先に設ける点で共通しているが、さらに整流板５５を設ける点で異なる。尚、整流板５０は、遮蔽板５４とともに、湾曲部５６に設けられた側壁部５７，５８（図１６の点線で囲まれた部分）によって固定される。

整流板５５を設けることによって、導出路５から噴射した気体の一部と大きな液滴は、遮蔽板５４と整流板５５の間を通るようになる。したがって、気体の流れがスムーズになり、液滴が遮蔽板５４に衝突して上方へ飛び散るのを防ぐことができる。また、図５（ａ）において、２流体吐出ノズル１に代えて、図１６の２流体吐出ノズルを設置する場合、遮蔽板５４と整流板５５によって囲まれる空間を基板処理容器１５の側面に投影した部分に第２の排気口１７がくるようにすることが好ましい。このようにすることによって、排気効率を高めて洗浄能力を向上させることが可能となる。

また、図１７の例は、導出路５の湾曲部６０が接続する面１０に対向する導出路５の壁面１１と整流板６１とによって囲まれた開口部６２に、遮蔽板６４と反対の方向に突出する突出部６３を設けた２流体吐出ノズルの断面図である。図１６とは、遮蔽板６４の対向面に整流板６１を設ける点で共通するが、さらに突出部６３を設ける点で異なる。尚、整流板６１は、遮蔽板６４とともに、湾曲部６０に設けられた側壁部６５，６６（図１７の点線で囲まれた部分）によって固定される。

突出部６３を設けることによって、遮蔽板６４と整流板６１の間を通る気体の流れ（図１７の矢印の方向の流れ）を一層スムーズにすることができるようになる。

尚、上述の例における流体吐出ノズルでは、いずれも導出路が、混合部に接続する端部より噴射口のある端部の方が半導体ウェハとの距離が小さくなるように設置される。しかしながら、本発明においては、導出路が上記の例と反対向きになるようにしてもよい。

例えば、図１８に示すように、２流体吐出ノズルを、導出路７１の噴射口７２のある端部より混合部７３に接続する端部の方が、半導体ウェハ７４との距離が小さくなるようにして設置してもよい。この場合、導出路７１を通過する気体の噴射方向は図で斜め上方向になる。

図１８の構造とすることによって、噴射口７２から噴射された大きな液滴は整流板７５に衝突した後、気体の一部とともに開口部７６から排出される。一方、小さな液滴は、湾曲部７７に沿った気体の流れに沿って曲げられて、開口部７８から半導体ウェハ７４の表面に略垂直に衝突する。尚、整流板７５は、遮蔽板７９とともに、湾曲部７７に設けられた側壁部８０，８１（図１８の点線で囲まれた部分）によって固定される。

図１８の構造によれば、湾曲部７７を長くとることができるので、液滴を分級する効果を高めて、より微小な液滴のみを半導体ウェハ７４の表面に衝突させることができる。したがって、微細パターンへのダメージを更に抑制することが可能となる。

以上述べたように、本発明によれば、大きさが１００μｍ以下である微小な液滴のみを半導体ウェハに衝突させることが可能となる。したがって、微細パターンにダメージを与えることなしに高い洗浄性能を得ることができる。

尚、本発明においては、上記の変形例を適宜組み合わせて実施することも可能である。

また、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。

例えば、上記実施の形態においては、半導体ウェハを洗浄する例について述べたが、本発明はこれに限られるものではない。半導体ウェハ以外の液晶基板、ディスク基板およびフォトマスクなどの他の基板にも本発明を適用することが可能である。さらに、基板に処理液を吐出する用途であれば、洗浄以外の他の処理にも本発明を適用することができる。

本実施の形態における２流体吐出ノズルの（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は断面図である。図１（ａ）〜（ｃ）の２流体吐出ノズルの動作説明図である。図１（ａ）〜（ｃ）の２流体吐出ノズルの動作説明図である。（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態における２流体吐出ノズルの変形例である。本実施の形態における洗浄装置の（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。本実施の形態における２流体吐出ノズルの変形例である。本実施の形態における２流体吐出ノズルの変形例である。本実施の形態における２流体吐出ノズルの変形例である。本実施の形態における２流体吐出ノズルの変形例である。本実施の形態における２流体吐出ノズルの変形例である。本実施の形態における２流体吐出ノズルの変形例である。本実施の形態における２流体吐出ノズルの変形例である。本実施の形態における２流体吐出ノズルの変形例である。本実施の形態における２流体吐出ノズルの変形例である。本実施の形態における２流体吐出ノズルの変形例である。本実施の形態における２流体吐出ノズルの変形例である。本実施の形態における２流体吐出ノズルの変形例である。本実施の形態における２流体吐出ノズルの変形例である。従来の２流体吐出ノズルの断面図である。従来の２流体吐出ノズルを備えた従来の洗浄装置の断面図である。液滴の衝突速度および粒径と、微細パターンへのダメージとの関係を示す図である。

符号の説明

１２流体吐出ノズル
２気体流入口
３液体流入口
４混合部
５導出路
６噴射口
７半導体ウェハ
８湾曲部
１２中心軸
１５基板処理容器
１６第１の排気口
１７第２の排気口
１８半導体ウェハ
１９基板載置台
２０基板載置台回転手段
２１液体供給手段
２２気体供給手段

Claims

第１の流体流入口と第２の流体流入口とを有し、前記第１の流体流入口から流入した第１の流体および前記第２の流体流入口から流入した第２の流体を混合する混合部と、
一端に前記混合部が接続し、前記混合部から供給された前記第１の流体および前記第２の流体を噴射する噴射口が他端に設けられた流体導出路と、
前記噴射口から前記流体導出路の長手方向に延設された湾曲部とを備え、
前記湾曲部は、前記流体導出路の中心軸から離れる方向に徐々に湾曲した形状を有することを特徴とする流体吐出ノズル。
前記流体導出路は前記長手方向に矩形状の断面を有する請求項１に記載の流体吐出ノズル。
前記噴射口の形状が前記長手方向から見て矩形状である請求項２に記載の流体吐出ノズル。
前記湾曲部は、前記噴射口から離れるにしたがい徐々に湾曲している請求項１〜３に記載の流体吐出ノズル。
前記流体導出路の前記湾曲部が接続する面の対向面に、前記噴射口から前記長手方向に延設された延出部を有する請求項４に記載の流体吐出ノズル。
前記延出部は前記流体導出路の中心軸に平行である請求項５に記載の流体吐出ノズル。
前記延出部は、前記湾曲部と同じ方向に湾曲している請求項５に記載の液体吐出ノズル。
前記湾曲部は、前記噴射口に接続して前記流体導出路の中心軸に平行な第１の部分と、
前記第１の部分に接続し、前記流体導出路の中心軸から離れる方向に徐々に湾曲した第２の部分とを有する請求項１〜３に記載の流体吐出ノズル。
前記湾曲部の曲率半径が１０ｍｍ〜２００ｍｍの範囲内である請求項１〜８に記載の流体吐出ノズル。
前記湾曲部の曲率半径が２０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内である請求項９に記載の流体吐出ノズル。
前記流体導出路の前記長手方向の長さが５ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内である請求項１〜１０に記載の流体吐出ノズル。
前記噴射口に前記流体導出路の前記長手方向の断面積を変化させる絞り部が設けられている請求項１〜１１に記載の流体吐出ノズル。
前記流体導出路の途中に前記流体導出路の前記長手方向の断面積を変化させる絞り部が設けられている請求項１〜１１に記載の流体吐出ノズル。
前記流体導出路は、前記噴射口に向かって前記長手方向の断面積が徐々に小さくなる形状を有する請求項１〜１１に記載の流体吐出ノズル。
前記噴射口の付近において前記長手方向の断面積が徐々に小さくなる請求項１４に記載の流体吐出ノズル。
前記流体導出路の全体に渡って前記長手方向の断面積が徐々に小さくなる請求項１４に記載の流体吐出ノズル。
前記流体導出路の前記長手方向の断面積に対する前記噴射口の面積の比率が０．１〜０．９の範囲内である請求項１２〜１６に記載の流体吐出ノズル。
前記流体導出路の前記長手方向の断面積に対する前記噴射口の面積の比率が０．４〜０．８の範囲内である請求項１７に記載の流体吐出ノズル。
前記湾曲部の曲率半径が前記噴射口から離れるにしたがって徐々に小さくなる請求項１〜１８に記載の流体吐出ノズル。
前記湾曲部に沿うようにして前記噴射口に接続する側壁部を有する請求項１〜１９に記載の流体吐出ノズル。
前記流体導出路の前記湾曲部が接続する面と同一面上に、開口部を挟んで前記湾曲部に隣接する遮蔽板を有する請求項２０に記載の流体吐出ノズル。
前記流体導出路の中心軸を延長した線上に、開口部を挟んで前記湾曲部に隣接する遮蔽板を有する請求項２０に記載の流体吐出ノズル。
前記遮蔽板の対向面に整流板を有する請求項２１または２２に記載の流体吐出ノズル。
前記整流板と、前記流体導出路の前記湾曲部が接続する面の対向面との間に設けられた開口部に、前記遮蔽板と反対の方向に突出する突出部を有する請求項２３に記載の流体吐出ノズル。
基板を載置する基板載置台と、
前記基板載置台を回転させる基板載置台回転手段と、
前記基板載置台が配置され、底面に設けられた第１の排気口と側面に設けられた第２の排気口とを備えた基板処理容器と、
前記基板の上に流体を吐出する請求項１〜２４に記載の流体吐出ノズルとを有し、
前記流体吐出ノズルは、前記流体導出路の中心軸を延長した線が前記基板処理容器の側面と交わるところに前記第２の排気口が位置するよう設置されることを特徴とする基板処理装置。
前記流体吐出ノズルに、前記噴射口と反対の前記湾曲部の端部に連接して、前記基板に対して実質的に垂直な垂直部が設けられている請求項２５に記載の基板処理装置。
前記湾曲部の先端から前記基板の表面までの距離が２ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内である請求項２５または２６に記載の基板処理装置。
前記流体導出路の中心軸と前記基板の表面とがなす角度が０度〜８０度の範囲内である請求項２５〜２７に記載の基板処理装置。
前記流体導出路の中心軸と前記基板の表面とがなす角度が１５度〜６０度の範囲内である請求項２８に記載の基板処理装置。
前記流体吐出ノズルは、前記流体導出路の前記混合部に接続する端部より前記噴射口が設けられた端部の方が前記基板との距離が小さくなるように設置される請求項２５〜２９に記載の基板処理装置。
前記流体吐出ノズルは、前記流体導出路の前記噴射口が設けられた端部より前記混合部に接続する端部の方が前記基板との距離が小さくなるように設置される請求項２５〜２９に記載の基板処理装置。