JP4986793B2 - 基板処理装置、二流体ノズルおよび液滴供給方法 - Google Patents

Description

この発明は、液体と気体とを衝突させて液体の液滴を形成して供給する液滴供給方法、液滴を供給する二流体ノズルおよび液滴を基板に供給して基板処理を施す基板処理装置に関するものである。なお、基板は、例えば半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、ＦＥＤ（Field Emission Display；電界放出ディスプレイ）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などの各種基板（以下、単に「基板」という）を意味する。

半導体装置や液晶表示装置などの電子部品の製造工程では、基板の表面に成膜やエッチングなどの処理を繰り返し施して微細パターンを形成していく工程が含まれる。ここで、微細加工を良好に行うためには基板表面を清浄な状態に保つ必要がある。そこで、必要に応じて基板の洗浄処理が行われる（特許文献１参照）。この特許文献１に記載の発明では、処理液（液体）に気体を衝突させて生成した処理液の液滴を基板に供給する二流体ノズルを備えている。この二流体ノズルはいわゆる外部混合方式の二流体ノズルであり、該二流体ノズルの先端部には円形の液体吐出口のまわりに環状の気体吐出口が形成されている。そして、二流体ノズルは液体吐出口から吐出された処理液に気体吐出口から吐出された気体を衝突させることで処理液の液滴を生成し、該液滴を基板に供給している。これにより、基板表面に付着しているパーティクル（微小汚物）が基板から除去され基板の洗浄処理が行われる。

ところで、二流体ノズルを用いた洗浄処理では、次の技術事項が知られている。その技術事項とは、基板に供給される液体の液滴の数（以下、単に「液滴数」という）が多いほど、パーティクルが基板から除去される割合（以下「除去率」という）が向上することである。したがって、この知見に基づけば、液体の微粒化による液滴数の増加によって除去率を向上させることが可能である。そこで、液体の微粒化効率を高めるために、次のような二流体ノズルが提案されている。例えば、特許文献２に記載の二流体ノズルでは、液体および気体をそれぞれ環状吐出口（全体として２重の環状吐出口）から吐出させている。これにより、液体を薄膜状に吐出させて液体の微粒化効率を高めている。

また、特許文献３に記載の二流体ノズルでは、ノズル中心に形成された中心空気流路のまわりに環状の液体流路（中間環状流路）が形成されている。また、環状の液体流路の外側に環状の外側空気流路（外側環状流路）が形成されている。そして、環状の液体流路からの水（液体）が中心空気流路から噴出される空気（気体）と衝突した後、環状の外側空気流路からの空気と衝突して二流体ノズルの先端部に設けられた開口より液滴が噴射される。

特開２００４−３４９５０１号公報（図２） 特開２００５−２８８３９０号公報（図２） 特許第３３８２５７３号（図２）

上記したように従来技術では、液体および気体の吐出態様を工夫することで液滴の微細化を図っている。しかしながら、近年、基板の表面に形成される配線パターンなどは微細化され、その結果、従来技術を越える液滴の微粒化が求められている。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、液体と気体とを衝突させて液体の液滴を形成して供給する液滴供給方法、液滴を供給する二流体ノズルおよび液滴を基板に供給して基板処理を施す基板処理装置において、液滴の微粒化を高めることを目的とする。

この発明にかかる基板処理装置の第１態様は、上記目的を達成するため、基板を保持する基板保持手段と、基板保持手段に保持された基板に液滴を供給する二流体ノズルとを備え、二流体ノズルは、液体を液体吐出口から基板に向けて吐出する液体吐出部と、液体吐出口を挟み込むように設けられ、液体吐出口から吐出された液体に気体を衝突させて液滴を形成する第１および第２気体吐出部とを有し、第１および第２気体吐出部の少なくとも一方は、液体吐出口から吐出された液体の液流れに対して直角でかつ液流れに向かう方向に気体を案内して液流れに吐出することを特徴としている。

また、この発明にかかる二流体ノズルの第１態様は、液滴を供給する二流体ノズルであって、上記目的を達成するため、液体を液体吐出口から液滴供給方向に吐出する液体吐出部と、液体吐出口を挟み込むように設けられ、液体吐出口から吐出された液体に気体を衝突させて液滴を形成する第１および第２気体吐出部とを備え、第１および第２気体吐出部の少なくとも一方は、液体吐出口から吐出された液体の液流れに対して直角でかつ液流れに向かう方向に気体を案内して液流れに吐出することを特徴としている。

また、この発明にかかる液滴供給方法の第１態様は、液体に気体を衝突させて形成した液体の液滴を所定方向に供給する液滴供給方法であって、上記目的を達成するため、液体を液滴供給方向に吐出する第１工程と、互いに異なる２つの気体吐出経路で、かつ液滴供給方向に吐出される液体を挟み込むように、気体を吐出することによって液体の液滴を形成する第２工程とを備え、第２工程では、２つの気体吐出経路の少なくとも一方で、液滴供給方向に吐出される液体の液流れに対して直角でかつ液流れに向かう方向に気体が案内されて液流れに吐出されることを特徴としている。

このように構成された発明（基板処理装置、二流体ノズルおよび液滴供給方法）では、液体が所定方向に吐出されるとともに、この液体を挟み込むように互いに異なる２つの経路で気体が吐出され、液体と気体との衝突によって液体の液滴が形成される。このように互いに異なる２経路で気体が液体の液流れに吐出されて液体に対してせん断力が作用する。しかも、２つの気体経路の少なくとも一方では気体が液体の液流れに対して直角に吐出されるため、上記せん断力がさらに高められる。その結果、微細な液滴を形成することが可能となっている。

この発明にかかる基板処理装置の第２態様は、上記目的を達成するため、基板を保持する基板保持手段と、基板保持手段に保持された基板に液滴を供給する二流体ノズルとを備え、二流体ノズルは、液体を液体吐出口から基板に向けて吐出する液体吐出部と、液体吐出口を挟み込むように設けられ、液体吐出口から吐出された液体に気体を衝突させて液滴を形成する第１および第２気体吐出部とを有し、第１および第２気体吐出部はともに液体吐出口から吐出された液体の液流れに対して直角に気体を吐出することを特徴としている。
また、この発明にかかる二流体ノズルの第２態様は、液滴を供給する二流体ノズルであって、上記目的を達成するため、液体を液体吐出口から液滴供給方向に吐出する液体吐出部と、液体吐出口を挟み込むように設けられ、液体吐出口から吐出された液体に気体を衝突させて液滴を形成する第１および第２気体吐出部とを備え、第１および第２気体吐出部はともに液体吐出口から吐出された液体の液流れに対して直角に気体を吐出することを特徴としている。
また、この発明にかかる液滴供給方法の第２態様は、液体に気体を衝突させて形成した液体の液滴を所定方向に供給する液滴供給方法であって、上記目的を達成するため、 液体を液滴供給方向に吐出する第１工程と、互いに異なる２つの気体吐出経路で、かつ液滴供給方向に吐出される液体を挟み込むように、気体を吐出することによって液体の液滴を形成する第２工程とを備え、第２工程では、２つの気体吐出経路の各々で、液滴供給方向に吐出される液体の液流れに対して気体が直角に吐出されることを特徴としている。
このように構成された発明（基板処理装置、二流体ノズルおよび液滴供給方法）では、二流体ノズルを構成する第１および第２気体吐出部がともに液体吐出口から吐出された液体の液流れに対して直角に気体を吐出するように構成しているので、液滴の微粒化と密接に関連するせん断力を高めることができる。その結果、微細な液滴を形成することが可能となっている。

また、二流体ノズルにおいて、気体を吐出する第１および第２気体吐出口ならびに液体吐出口を環状に形成してもよく、第１気体吐出口を環状液体吐出口の内側に設ける一方、第２気体吐出口を環状液体吐出口の外側に設けてもよい。例えば第１気体吐出口、液体吐出口および第２気体吐出口を同心円状に配置してもよい。このように液体吐出口を環状に形成することで液体吐出口のスリット径を小さくすることができ、液滴化が容易となる。また、液体吐出口を内側および外側から環状の気体吐出口で挟み込んでいるため、液体吐出口から吐出された液体を均一に液滴化することができ、液滴の均一化を図ることができる。

また、環状液体吐出口の内側に位置する第１気体吐出口から吐出される気体を液流れに対して直角に吐出させる場合、第１気体吐出部を次のように構成してもよい。すなわち、第１気体吐出部が、液体吐出口からの液体の吐出方向と平行に気体を第１気体吐出口に案内する第１気体流路と、第１気体流路と直交するように第１気体吐出口に対向して設けられて第１気体吐出口から吐出された気体を第１気体流路と直交する全方位に案内する第１ガイド部材とを有するように構成することができる。

一方、環状液体吐出口の外側に位置する第２気体吐出口から吐出される気体を液流れに対して直角に吐出させる場合、第２気体吐出部を次のように構成してもよい。すなわち、第２気体吐出部が、第２気体吐出口から吐出された気体の流れを液体の液流れに対して直交する方向に変更しながら気体を液流れに案内する第２ガイド部材を有するように構成することができる。

さらに、液体吐出部が液体吐出口を複数個有するように構成してもよい。これによって、液体吐出口から吐出された時点で液体が複数に分離されており、液滴の微粒化に好適である。

＜基板処理システム＞
図１はこの発明にかかる基板処理装置の一実施形態を装備した基板処理システムを示す平面レイアウト図である。基板処理システムは、半導体ウエハ等の基板Ｗに付着したパーティクルや各種金属不純物などの汚染物質を除去するための洗浄処理に用いられる枚葉式の基板処理システムである。この基板処理システムは、基板処理部ＰＳと、この基板処理部ＰＳに結合されたインデクサ部ＩＤとを備えている。インデクサ部ＩＤは、複数枚の基板Ｗを収納したカセットＣ（複数の基板Ｗを密閉した状態で収容するＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）、ＳＭＩＦ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｉｎｔｅｒ Ｆａｃｅ）ポッド、ＯＣ（Ｏｐｅｎ Ｃａｓｓｅｔｔｅ）など）から処理を行うべき基板Ｗを１枚ずつ搬出するとともに処理を終えた基板Ｗを再度カセットＣ内に搬入するためのインデクサロボット１１を備えている。各カセットＣは、複数枚の基板Ｗを微小な間隔をあけて上下方向に積層して保持するための複数段の棚（図示省略）を備えており、各段の棚に１枚ずつ基板Ｗを保持することができるようになっている。各段の棚は、基板Ｗの下面の周縁部に接触し、基板Ｗを下方から保持する構成となっており、基板Ｗはほぼ水平な姿勢でカセットＣに収容されている。

基板処理部ＰＳは、平面視においてほぼ中央に配置された基板搬送ロボット１２と、この基板搬送ロボット１２が取付けられたフレーム１００とを有している。また、このフレーム１００には、基板搬送ロボット１２を取り囲むように、複数個（この実施形態では４個）の基板処理装置１０が設けられている。これらの基板処理装置１０は後述するように同一構成を有しており、二流体ノズルから吐出される噴霧状の洗浄液（液滴）により基板洗浄を行う。

基板搬送ロボット１２は、４個の基板処理装置１０に対して基板Ｗを搬送することが可能となっている。また、基板搬送ロボット１２はインデクサ部ＩＤに配置されたインデクサロボット１１から未処理の基板Ｗを受け取るとともに、インデクサロボット１１に処理済の基板Ｗを受け渡すように動作する。このため、未処理の基板Ｗはインデクサロボット１１および基板搬送ロボット１２によって基板処理装置１０のいずれかに搬入されて当該基板処理装置１０による基板洗浄処理を受け、また洗浄処理済の基板Ｗは基板搬送ロボット１２によって基板処理装置１０から搬出された後にインデクサロボット１１を介してカセットＣに戻される。

＜基板処理装置＞
図２はこの発明にかかる基板処理装置の一実施形態を示す側面概要図である。この基板処理装置１０は、基板を回転可能に支持するスピンチャック１１１と、このスピンチャック１１１に支持された基板Ｗの周囲に昇降可能に配設された洗浄液の飛散防止用カップ１１２と、スピンチャック１１１に支持された基板Ｗに液体と気体とが混合した噴霧状の洗浄液を供給する二流体ノズル３０１と、二流体ノズル３０１を基板Ｗの表面に沿って移動させる移動機構２００とを備える。

スピンチャック１１１は、モータ１２１の駆動により鉛直方向を向く軸を中心に回転する構成となっている。またスピンチャック１１１には、基台１２０上に複数の支持ピン１２２が本発明の「基板保持手段」として設けられて基板Ｗを保持可能となっている。そして、この基板Ｗの表面に沿って二流体ノズル３０１が移動機構２００により水平移動する。

移動機構２００は、二流体ノズル３０１を支持する支持アーム２０２と、支持アーム２０２を軸２０３周りに回動させる駆動部とを有している。すなわち、スピンチャック１１１の上方位置で二流体ノズル３０１が支持アーム２０２の先端部に支持されている。また、支持アーム２０２の基端部は軸２０３の上端に一体回転可能に連結されている。そして、正逆回転可能なモータ２０４が制御部１５０からの信号に応じて作動することで支持アーム２０２が軸２０３周りに回動する。これにより、二流体ノズル３０１は、飛散防止用カップ１１２の側方の待機位置と、スピンチャック１１１に保持された基板Ｗ上との間で水平移動する。

ここで、基板Ｗに対する二流体ノズル３０１の配設状態は任意であるが、基板Ｗへの液滴の供給方向が基板Ｗの表面の法線方向とほぼ一致するように、二流体ノズル３０１を配置してもよい。そして、このような配置姿勢を保ったまま、移動機構２００は二流体ノズル３０１を基板Ｗの表面とほぼ平行に相対移動させてもよい。これによって、二流体ノズル３０１からの液滴を基板Ｗの表面に対して所定の液滴供給状態で供給することができ、基板Ｗの表面全体を均一に処理することができる。なお、二流体ノズル３０１の構成および動作については後で詳述する。

モータ２０４には、ロータリエンコーダ２０５が付設されている。このロータリエンコーダ２０５は、例えば、軸２０３周りの回転に伴う支持アーム２０２の絶対角度θを監視するための情報を制御部１５０に出力する。また、支持アーム２０２の絶対角度θと、基板Ｗ上における二流体ノズル３０１の位置とは相互に対応するため、支持アーム２０２の絶対角度θを監視することによって基板洗浄中における二流体ノズル３０１の位置を監視することができる。

上述したモータ２０４とロータリエンコーダ２０５は昇降ベース２０６上に支持されている。この昇降ベース２０６は鉛直方向を向くガイド軸２０７に摺動自在に嵌め付けられているとともに、ガイド軸２０７に並設されているボールネジ２０８に螺合されている。このボールネジ２０８は昇降モータ２０９の回転軸に連動連結されている。なお、昇降モータ２０９の回転量はロータリエンコーダ２１１によって検出される。二流体ノズル３０１が基板Ｗの上方にあたる洗浄位置にある際に昇降モータ２０９を駆動すると、二流体ノズル３０１が昇降されて、基板Ｗ面からの二流体ノズル３０１の吐出孔の高さが調節される。これにより、二流体ノズル３０１と基板Ｗとの間隔が規定される。

移動機構２００は昇降モータ２０９により二流体ノズル３０１と基板Ｗとの間隔を所定の間隔（例えば６ｍｍ）に規定した状態でモータ２０４の駆動により二流体ノズル３０１を基板Ｗに対して水平移動させる。このように二流体ノズル３０１を基板Ｗの表面上で移動させることによって、基板Ｗの表面各部に安定した状態で液滴（噴霧状の洗浄液）を供給することができ、基板Ｗの表面を良好に洗浄することができる。

二流体ノズル３０１は、気体としての窒素ガスを導入する配管３０２と、液体としての純水を供給する配管３１１とが連通接続された二流体ノズルを構成する。配管３０２は窒素ガス供給部３０３に接続されている。また、この配管３０２には、そこを流通する空気の圧力を制御部１５０から入力された制御信号に対応する圧力に調整する電空レギュレータ３０４と、そこを流通する空気の圧力を検出する圧力センサ３０５と、そこを流通する空気の流量を検出する流量センサ３０６とが配設されている。なお、窒素ガスの代わりに他の不活性ガスや空気を使用してもよい。

また、配管３１１は、ＤＩＷ（deionized water：脱イオン水）などの純水の供給源として機能する純水供給部３０７に接続されている。また、この配管３１１には、そこを流通する純水の圧力を制御部１５０から入力された制御信号に対応する圧力に調整する電空レギュレータ３０８と、そこを流通する純水の圧力を検出する圧力センサ３０９と、そこを流通する純水の流量を検出する流量センサ３１０とが配設されている。なお、純水の代わりに超純水や薬液等を使用してもよい。

＜二流体ノズルの構成＞
図３は二流体ノズルの内部構造を模式的に示す図である。同図（ａ）は二流体ノズルの縦断面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、同図（ｃ）は二流体ノズルの部分拡大図である。二流体ノズル３０１は、外径寸法が互いに異なる３種類の筒状部材、つまり外径寸法が大きい順に「外筒３２１」、「中間筒３２２」および「内筒３２３」を有している。

これらのうち外筒３２１には、基端部（上方端部）の内径が先端部（下方端部）のそれよりも大きい貫通孔が形成されている。これにより外筒３２１の貫通孔に段差部が形成されている。また、外筒３２１の中空形状に対応する外径寸法で中間筒３２２が設けられている。より具体的には、中間筒３２２の基端部（上方端部）の外径が外筒３２１の基端部内径とほぼ同一に仕上げられるとともに、中間筒３２２の先端部（下方端部）の外径が外筒３２１の先端部内径よりも若干小さく仕上げられている。こうして、中間筒３２２の外側面に段差部が形成されている。そして、中間筒３２２が外筒３２１の基端部側から挿入され、中間筒３２２の段差部が外筒３２１の貫通孔に形成された段差部に係合して位置決めされるとともに、その段差部の上方側で外筒３２１と中間筒３２２とが相互に固定される。このようにして外筒３２１に対して中間筒３２２が位置決め固定されると、外筒３２１の先端側と中間筒３２２の先端部との間に環状の気体流路３３１が形成されるとともに、気体流路３３１の先端（下端）が円環状で且つスリット状に開口した気体吐出口３４３となっている。

この中間筒３２２にも外筒３２１と同様の形状を有する貫通孔が設けられている。すなわち、中間筒３２２には、基端部（上方端部）の内径が先端部（下方端部）のそれよりも大きい貫通孔が形成されている。これにより中間筒３２２の貫通孔に段差部が形成されている。また、中間筒３２２の中空形状に対応する外径寸法で内筒３２３が設けられている。より具体的には、内筒３２３の基端部（上方端部）の外径が中間筒３２２の基端部内径とほぼ同一に仕上げられるとともに、内筒３２３の先端部（下方端部）の外径が中間筒３２２の先端部内径よりも若干小さく仕上げられている。こうして、内筒３２３の外側面に段差部が形成されている。そして、内筒３２３が中間筒３２２の基端部側から挿入され、内筒３２３の段差部が中間筒３２２の貫通孔に形成された段差部に係合して位置決めされるとともに、その段差部の上方側で中間筒３２２と内筒３２３とが相互に固定される。このようにして中間筒３２２に対して内筒３２３が位置決め固定されると、中間筒３２２の先端側と内筒３２３の先端部との間に環状の液体流路３３２が形成されるとともに、液体流路３３２の先端（下端）が円環状で且つスリット状に開口した液体吐出口３４２となっている。

この内筒３２３にも外筒３２１および中間筒３２２と同様の形状を有する貫通孔が設けられている。すなわち、内筒３２３には、基端部（上方端部）の内径が先端部（下方端部）のそれよりも大きい貫通孔が形成されている。これにより内筒３２３の貫通孔に段差部が形成されている。また、内筒３２３の中空形状に対応する外径寸法でセンターシャフト３２４が設けられている。より具体的には、センターシャフト３２４の基端部（上方端部）の外径が内筒３２３の基端部内径とほぼ同一に仕上げられるとともに、センターシャフト３２４の先端部（下方端部）の外径が内筒３２３の先端部内径よりも若干小さく仕上げられている。こうして、センターシャフト３２４の外側面に段差部が形成されている。そして、センターシャフト３２４が内筒３２３の基端部側から挿入され、センターシャフト３２４の段差部が内筒３２３の貫通孔に形成された段差部に係合して位置決めされるとともに、その段差部の上方側でセンターシャフト３２４と内筒３２３とが相互に固定される。このようにして内筒３２３に対してセンターシャフト３２４が位置決め固定されると、センターシャフト３２４の先端側と内筒３２３の先端部との間に環状の気体流路３３３が形成されるとともに、気体流路３３３の先端（下端）が円環状で且つスリット状に開口した気体吐出口３４１となっている。

これら３つの筒状部材のうち中間筒３２２の側面中央部には、液体導入ポート３５２が設けられている。そして、この液体導入ポート３５２を介して液体流路３３２が純水供給部３０７と接続されている。したがって、純水供給部３０７から二流体ノズル３０１に純水が圧送されると、液体導入ポート３５２を介して液体流路３３２を流れ込み、液体吐出口３４２から支持ピン１２２に保持された基板Ｗに向けて吐出される。この吐出方向Ｘが本発明の「液体の吐出方向」や「液滴供給方向」に相当している。

残りの筒状部材、つまり外筒３２１および内筒３２３の側面中央部には、ガス導入ポート３５１、３５３が設けられている。そして、ガス導入ポート３５１、３５３を介して気体流路３３１、３３３が窒素ガス供給部３０３と接続されている。したがって、窒素ガス供給部３０３から二流体ノズル３０１に窒素ガスが圧送されると、ガス導入ポート３５１、３５３を介して気体流路３３１、３３３を流れ込む。そして、純水の吐出方向（図３の上下方向）Ｘと平行に窒素ガスが気体吐出口３４１、３４３に圧送され、各気体吐出口３４１、３４３から吐出される。

このように、本実施形態では、１つの環状液体吐出口３４２と、２つの環状気体吐出口３４１、３４３を有しているが、その配置関係は次のようなものとなっている。すなわち、図３（ｂ）に示すように、環状液体吐出口３４２の内側に環状気体吐出口３４１が配置されるとともに、環状液体吐出口３４２の外側に環状気体吐出口３４３が配置されている。換言すると、２つの環状気体吐出口３４１、３４３は環状液体吐出口３４２を挟み込むように設けられている。したがって、気体吐出口３４１が本発明の「第１気体吐出口」に相当し、気体吐出口３４３が本発明の「第２気体吐出口」に相当する。

さらに、この実施形態では、各吐出口３４１、３４２、３４３の近傍にガイド部材３６１、３６２が設けられている。同図（ｃ）に示すように、ガイド部材３６１は内筒３２３の外径よりも若干小さな外径を有する円盤部位３６１ａを有し、その円盤部位３６１ａの上面中央部から上方に連結部位３６１ｂが突設されている。そして、連結部位３６１ｂがセンターシャフト３２４の先端部と当接するとともに円盤部位３６１ａの上面周縁部が内筒３２３の先端部から下方に隙間を空けた状態でボルト３７１によりガイド部材３６１がセンターシャフト３２４に固定されている。このため、円盤部位３６１ａの上面周縁部が気体流路３３３に対して直交しながら気体吐出口３４１に対向している。したがって、気体吐出口３４１から吐出された窒素ガスは気体流路３３３と直交する全方位（図３（ｂ）における紙面全体）に案内されて液体吐出口３４２から吐出された純水の液流れに対して直角に吐出する。

もう一方のガイド部材３６２は外筒３２１と同一外径を有する円環部材であり、その内径は中間筒３２２の貫通孔よりも若干広くなっている。このガイド部材３６２の上面外周縁部３６２ａは外筒３２１の先端部と係合する形状に仕上げられている。そして、同図（ｃ）に示すように、上面外周縁部３６２ａが外筒３２１の先端部と当接するとともにガイド部材３６２の上面内周縁部３６２ｂが中間筒３２２の先端部から下方に隙間を空けた状態でボルト３７２によりガイド部材３６２が外筒３２１に固定されている。このため、ガイド部材３６２の上面内周縁部３６２ｂが気体流路３３に対して直交しながら気体吐出口３４３に対向している。したがって、気体吐出口３４３から吐出された窒素ガスは気体流路３３３と直交し、しかも液体吐出口３４２から吐出された純水の液流れに向かう方位に案内されて純水の液流れに対して直角に吐出する。なお、本実施形態では、ガイド部材３６１、３６２をボルト３７１、３７２によりセンターシャフト３２４，外筒３２１に取り付けているが、取付方式や取付態様はこれに限定されるものではない。例えばガイド部材３６２と外筒３２１を一体的に成形してもよい。

このように純水の液流れに対して窒素ガスが吐出され、純水と窒素ガスとの衝突によって純水の液滴が形成される。そして、ガイド部材３６１、３６２の環状の隙間３８１から液滴が基板Ｗに向けて供給される。

以上のように、この実施形態によれば、純水が所定の液滴供給方向に吐出されるとともに、この純水を挟み込むように互いに異なる２つの経路、つまり図３（ｃ）の１点鎖線で示す２つの気体吐出経路で窒素ガスが吐出され、純水と窒素ガスとの衝突によって純水の液滴が形成される。このように互いに異なる２経路で、しかも挟み込むように窒素ガスが純水の液流れに吐出されて純水に対してせん断力が作用する。しかも、この実施形態では、２つの気体吐出経路のいずれにおいても、窒素ガスが純水の液流れに対して直角に吐出されるため、上記せん断力がさらに高められる。その結果、微細な液滴が形成され、該液滴により基板Ｗに対して洗浄処理を行うため、基板Ｗに対してダメージを与えることなく、優れた除去率で基板洗浄を良好に行うことができる。

また、窒素ガスが純水の液流れに対して直角に吐出されるため、液体吐出口３４２の直近で液滴形成が行われる。そして、こうして形成された液滴を直ちに基板Ｗに供給することができる。したがって、二流体ノズルと基板Ｗとの距離を近づけることができ、基板Ｗへのダメージを大幅に抑制することができる。

なお、本実施形態では、中間筒３２２および内筒３２３により純水を液体吐出口３４２から液滴供給方向Ｘに吐出させる「液体吐出部」が構成されている。また、液体吐出口３４２の内側に本発明の「第１気体吐出部」が設けられている。この実施形態では、内筒３２３、センターシャフト３２４およびガイド部材３６１により第１気体吐出部が構成されており、ガイド部材３６１が本発明の「第１ガイド部材」に相当している。さらに、液体吐出口３４２の外側に本発明の「第２気体吐出部」が設けられている。この実施形態では、外筒３２１、内筒３２３およびガイド部材３６２により第２気体吐出部が構成されており、ガイド部材３６２が本発明の「第２ガイド部材」に相当している。

ここで、上記実施形態による液滴の微粒化効果を検証するために、次のような実験を行った。すなわち、上記実施形態にかかる二流体ノズル３０１として、液体吐出口３４２の開口幅（スリット幅）を０．１ｍｍに設定する一方、気体吐出口３４１、３４３の開口幅（スリット幅）を０．３ｍｍに設定したものを準備した。また、比較例として、純水（液体）への窒素ガスの吐出角α（図４参照）が３０゜である点を除き、実施形態と同一構成の二流体ノズルを準備した。そして、表１に示すように、窒素ガスの流量（気体流量）と純水の流量（液体流量）を種々に設定しながら、各設定条件での液滴平均速度、ザウター平均径、算術平均径をＬａｖｉｓｉｏｎ社製のＳｉｚｉｎｇＭａｓｔｅｒを用いて測定した。それらの結果を同表にまとめている。また、液滴平均速度とザウター平均径との関係をグラフにプロットしている（図４参照）。

同表および図４から明らかなように、液流れに対して直交、つまり吐出角αを９０゜に設定することによって液滴を微粒化することができる。また、直交吐出により、液滴平均速度が比較的遅くなるように液体流量や気体流量を設定したとしても、液滴を十分に微粒化することができる。このように液滴平均速度を抑制することは基板Ｗのダメージ抑制を図る上で好適であり、ダメージ抑制を達成しながらも液滴の微粒化によってパーティクル除去率を高めることができるという優れた作用効果が得られる。

このような作用効果は吐出角αを８０゜程度まで変更した場合にも得られることが検証されており、本願における「液体の液流れに対して直角」とは、吐出角αが８０゜〜９０゜の範囲を意味している。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、２つの気体吐出経路のいずれにおいても、純水の液流れに対して窒素ガスを直角に吐出しているが、いずれか一方のみにおいて直角吐出させるように構成してもよい。例えば図５に示すように、液体吐出口３４２を挟み込むように第１および第２気体吐出部を設けながらも、液体吐出口３４２の外側に設けられた第２気体吐出部のみが液体吐出口３４２から吐出された純水の液流れに対して窒素ガスを直角に吐出させている。逆に、図６に示す実施形態では、液体吐出口３４２の内側に設けられた第１気体吐出部のみが液体吐出口３４２から吐出された純水の液流れに対して窒素ガスを直角に吐出させている。これらの構成を採用した二流体ノズル３０１においても、上記実施形態と同様の作用効果が得られる。

また、上記実施形態では、第１気体吐出部の気体流路３３１と、第２気体吐出部の気体流路３３３とが配管３０２に接続されて同一流量の窒素ガスが供給されるように構成されているが、異なる流量の窒素ガスを供給するように構成してもよい。この場合、各気体吐出部に供給される窒素ガスをコントロールすることで隙間３８１から供給される液滴の供給特性（例えば液滴の広がり方、液滴平均速度など）を調整することができる。

また、上記実施形態では、１つの液体吐出口３４２から純水を吐出させているが、液体吐出部が液体吐出口を複数個有するように構成してもよい。これによって、液体吐出口から吐出された時点で液体が複数に分離されており、液滴の微粒化に好適である。

また、上記実施形態では、純水による基板洗浄を行う基板処理装置に本発明を適用しているが、二流体ノズルを用いて基板に液滴を供給して所定の基板処理を施す基板処理装置全般に本発明を適用することができる。さらに、本発明にかかる二流体ノズルおよび液滴供給方法については、上記したように基板処理装置に適用するのが好適であるが、その適用対象はこれに限定されるものではなく、液体に気体を衝突させて形成した液体の液滴を所定方向に供給する二流体ノズルおよび液滴供給方法全般に適用することができる。

この発明は、液体と気体とを衝突させて液体の液滴を形成して供給する液滴供給方法および液滴を供給する二流体ノズルに適用することができる。また、液滴供給方法や二流体ノズルを用いて基板に液体の液滴を供給して所定の基板処理を施す基板処理装置に適用することができる。

この発明にかかる基板処理装置の一実施形態を装備した基板処理システムを示す平面レイアウト図である。 この発明にかかる基板処理装置の一実施形態を示す側面概要図である。 二流体ノズルの内部構造を模式的に示す図である。 図３の二流体ノズルによる作用効果を示すグラフである。 この発明にかかる二流体ノズルの他の実施形態を示す図である。 この発明にかかる二流体ノズルの別の実施形態を示す図である。

符号の説明

１０…基板処理装置
１２２…支持ピン（基板保持手段）
３０１…二流体ノズル
３２１…外筒
３２２…中間筒
３２３…内筒
３２４…センターシャフト
３３１…第１気体流路
３３２…液体流路
３３３…第２気体流路
３４１…第１気体吐出口
３４２…液体吐出口
３４３…第２気体吐出口
３６１…第１ガイド部材
３６２…第２ガイド部材
Ｗ…基板
Ｘ…純水の吐出方向（液滴吐出方向、液滴供給方向）

Claims (15)

1. 基板を保持する基板保持手段と、
   前記基板保持手段に保持された基板に液滴を供給する二流体ノズルとを備え、
   前記二流体ノズルは、
   液体を液体吐出口から前記基板に向けて吐出する液体吐出部と、
   前記液体吐出口を挟み込むように設けられ、前記液体吐出口から吐出された液体に気体を衝突させて前記液滴を形成する第１および第２気体吐出部とを有し、
   前記第１および第２気体吐出部の少なくとも一方は、前記液体吐出口から吐出された前記液体の液流れに対して直角でかつ前記液流れに向かう方向に気体を案内して前記液流れに吐出する
   ことを特徴とする基板処理装置。
2. 基板を保持する基板保持手段と、
   前記基板保持手段に保持された基板に液滴を供給する二流体ノズルとを備え、
   前記二流体ノズルは、
   液体を液体吐出口から前記基板に向けて吐出する液体吐出部と、
   前記液体吐出口を挟み込むように設けられ、前記液体吐出口から吐出された液体に気体を衝突させて前記液滴を形成する第１および第２気体吐出部とを有し、
   前記第１および第２気体吐出部はともに前記液体吐出口から吐出された前記液体の液流れに対して直角に前記気体を吐出する
   ことを特徴とする基板処理装置。
3. 前記第１気体吐出部は前記気体を吐出する第１気体吐出口を有し、前記第２気体吐出部は前記気体を吐出する第２気体吐出口を有しており、
   前記基板保持手段に保持された基板側から見た、前記第１および第２気体吐出口ならびに前記液体吐出口の形状は環状であり、
   前記第１気体吐出口は前記環状液体吐出口の内側に設けられる一方、前記第２気体吐出口は前記環状液体吐出口の外側に設けられている請求項１または２記載の基板処理装置。
4. 前記第１気体吐出部は、前記液体吐出口からの前記液体の吐出方向と平行に気体を前記第１気体吐出口に案内する第１気体流路と、前記第１気体流路と直交するように前記第１気体吐出口に対向して設けられて前記第１気体吐出口から吐出された気体を前記第１気体流路と直交する全方位に案内する第１ガイド部材とを有する請求項３記載の基板処理装置。
5. 前記第２気体吐出部は、前記第２気体吐出口から吐出された気体の流れを前記液体の液流れに対して直交する方向に変更しながら前記気体を前記液流れに案内する第２ガイド部材を有する請求項３または４記載の基板処理装置。
6. 前記液体吐出部は前記液体吐出口を複数個有している請求項１ないし５のいずれかに記載の基板処理装置。
7. 液滴を供給する二流体ノズルにおいて、
   液体を液体吐出口から液滴供給方向に吐出する液体吐出部と、
   前記液体吐出口を挟み込むように設けられ、前記液体吐出口から吐出された液体に気体を衝突させて前記液滴を形成する第１および第２気体吐出部とを備え、
   前記第１および第２気体吐出部の少なくとも一方は、前記液体吐出口から吐出された前記液体の液流れに対して直角でかつ前記液流れに向かう方向に気体を案内して前記液流れに吐出する
   ことを特徴とする二流体ノズル。
8. 液滴を供給する二流体ノズルにおいて、
   液体を液体吐出口から液滴供給方向に吐出する液体吐出部と、
   前記液体吐出口を挟み込むように設けられ、前記液体吐出口から吐出された液体に気体を衝突させて前記液滴を形成する第１および第２気体吐出部とを備え、
   前記第１および第２気体吐出部はともに前記液体吐出口から吐出された前記液体の液流れに対して直角に前記気体を吐出する
   ことを特徴とする二流体ノズル。
9. 前記第１気体吐出部は前記気体を吐出する第１気体吐出口を有し、前記第２気体吐出部は前記気体を吐出する第２気体吐出口を有しており、
   前記液滴供給方向の下流側から上流側を見た、前記第１および第２気体吐出口ならびに前記液体吐出口の形状は環状であり、
   前記第１気体吐出口は前記環状液体吐出口の内側に設けられる一方、前記第２気体吐出口は前記環状液体吐出口の外側に設けられている請求項７または８記載の二流体ノズル。
10. 前記第１気体吐出部は、前記液滴供給方向と平行に気体を前記第１気体吐出口に案内する第１気体流路と、前記第１気体流路と直交するように前記第１気体吐出口に対向して設けられて前記第１気体吐出口から吐出された気体を前記第１気体流路と直交する全方位に案内する第１ガイド部材とを有する請求項９記載の二流体ノズル。
11. 前記第２気体吐出部は、前記第２気体吐出口から吐出された気体の流れを前記液体の液流れに対して直交する方向に変更しながら前記気体を前記液流れに案内する第２ガイド部材を有する請求項９または１０記載の二流体ノズル。
12. 前記液体吐出部は前記液体吐出口を複数個有している請求項７ないし１１のいずれかに記載の二流体ノズル。
13. 液体に気体を衝突させて形成した前記液体の液滴を所定方向に供給する液滴供給方法であって、
    前記液体を液滴供給方向に吐出する第１工程と、
    互いに異なる２つの気体吐出経路で、かつ前記液滴供給方向に吐出される前記液体を挟み込むように、前記気体を吐出することによって前記液体の液滴を形成する第２工程とを備え、
    前記第２工程では、前記２つの気体吐出経路の少なくとも一方で、前記液滴供給方向に吐出される前記液体の液流れに対して直角でかつ前記液流れに向かう方向に気体が案内されて前記液流れに吐出される
    ことを特徴とする液滴供給方法。
14. 液体に気体を衝突させて形成した前記液体の液滴を所定方向に供給する液滴供給方法であって、
    前記液体を液滴供給方向に吐出する第１工程と、
    互いに異なる２つの気体吐出経路で、かつ前記液滴供給方向に吐出される前記液体を挟み込むように、前記気体を吐出することによって前記液体の液滴を形成する第２工程とを備え、
    前記第２工程では、前記２つの気体吐出経路の各々で、前記液滴供給方向に吐出される前記液体の液流れに対して気体が直角に吐出される
    ことを特徴とする液滴供給方法。
15. 前記第１および第２工程前に、前記液滴供給方向の下流側に基板を設ける第３工程を備え、
    前記第１工程では、前記液体として、前記基板を洗浄する処理液を吐出する請求項１３または１４記載の液滴供給方法。

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