JP6389089B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

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Description

本発明は、基板を回転させながら基板に処理液を供給することにより基板を処理する基板処理技術に関する。処理対象の基板には、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディスプレイパネル用ガラス基板、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およびフォトマスク用基板などの各種の基板が含まれる。
このような基板の製造プロセスにおいて基板を処理する装置として、例えば、特許文献１、２には、処理液と加圧された気体とを混合して処理液の液滴の噴流を生成し、生成した液滴の噴流を基板に噴射する二流体ノズルと、処理液の連続流を基板上に吐出するノズル（「ストレートノズル」とも称する）とを備え、これらのノズルを基板の上方の同一の経路に沿って所定の間隔を隔てて一体的に走査することにより基板を処理する装置が示されている。
特許文献１の基板処理装置は、ストレートノズルから比較的少量の純水などの洗浄液の連続流を基板に向けて鉛直方向に吐出して基板表面を洗浄液で濡らした状態で、基板に向けて二流体ノズルから比較的多量の洗浄液のミストを鉛直方向に吐出して基板を洗浄する。これにより、乾いた基板に洗浄液のミストを吐出する場合に比べて基板表面からのミストの飛散を抑制することができ、飛散した洗浄液のミストが基板に付着することによるウォーターマーク状の欠陥の発生が抑制される。また、当該装置は、二流体ノズルとストレートノズルとの間に遮蔽板を備えている。これにより、当該装置は、洗浄液の連続流と、洗浄液のミストとが基板表面に達するまでの経路途中で互いに干渉することによる洗浄液のミストの飛散を抑制している。さらに、当該装置は、基板表面を濡らすための洗浄液の連続流を鉛直方向に吐出して基板上に吐出された当該連続流の水平方向の運動エネルギーを低下させることによっても、基板表面における洗浄液の飛散を抑制している。
また、特許文献１には、比較的少量の洗浄液の連続流を基板に向けて鉛直方向に吐出するストレートノズルと、当該連続流により濡れている基板に向けて斜め方向に比較的多量の洗浄液のミストを吐出する二流体ノズルとを一体的に走査する基板処理装置が変形例として示されている。当該変形例においては、ストレートノズルと二流体ノズルとの間に、斜め方向に延在する遮蔽板が設けられ、当該遮蔽板に二流体ノズルを取り付けられている。これにより、変形例の装置においても、洗浄液の連続流と洗浄液のミストとが、基板表面に達するまでの経路途中で互いに干渉して洗浄液のミストが飛散することが抑制されている。
特許文献２の基板処理装置は、ストレートノズルからオゾン水などの酸化性処理液の連続流を基板に向けて鉛直方向に吐出し、基板上に形成された酸化膜上に二流体ノズルからフッ酸などのエッチング液の液滴の噴流を基板に向けて鉛直方向に噴射することにより、基板上の異物を酸化膜とともに除去する。当該装置では、ストレートノズルと二流体ノズルとが一体的に走査されることから、酸化性処理液を吐出するストレートノズルを走査して基板上面の全域の酸化処理が完了した後に、エッチング液の液滴の噴流を噴射する二流体ノズルを走査して基板上面の全域のエッチング処理を行う場合に比べて、基板の処理時間を短縮できる。
特開２００３−２０９０８７号公報 特開２００５−８６１８１号公報
エッチング液などの化学反応によって基板上に形成された膜を処理する処理液を用いる場合には、通常、処理液が高温であるときに、処理液の反応性が高くなる。このため、エッチング処理においては、反応性が高い温度に設定された多量のエッチング液を処理対象の基板表面に供給することによって、エッチングレートの向上が図られる。また、エッチング液と膜との化学反応によって膜の表面に気泡が生ずる場合がある。気泡が生ずると、その部分は、反応が進まずにエッチング残渣が生ずる。基板上に供給されたエッチング液が高温であればエッチング液の反応性が高くなるため、気泡の発生量が多くなる。このため、エッチング処理において、エッチング残渣の発生を効果的に抑制するためには、エッチング液が基板上に形成する液膜が高温である状態で、当該液膜をかき混ぜて気泡を移動させることにより、膜の表面への気泡の停留を抑制する必要が有る。
従って、所定の温度に設定されたエッチング液の連続流が基板上に吐出された後、短い時間間隔で、当該液膜にエッチング液の液滴の噴流を噴射して液膜を撹拌するエッチング手法によって、エッチングレートを向上させるとともに、エッチング残渣の生成を効率的に抑制できる。
ここで、ストレートノズルから吐出される連続流は、気体が混合されないために流量を増やすことが容易であり、二流体ノズルから噴射される液滴の噴流は、加圧された高速の気体と処理液とが混合されているため、流速を上げることが容易である。
従って、ストレートノズルと二流体ノズルとが処理液をそれぞれ鉛直方向に吐出する特許文献１、２の装置構成を用いて上記のエッチング手法を実現する手法として、ストレートノズルと二流体ノズルとの間隔を短くし、ストレートノズルから多量のエッチング液の連続流を基板上に吐出するとともに、連続流が形成する液膜上に二流体ノズルからエッチング液の液滴の噴流を高速で噴射する手法が考えられる。
しかしながら、ストレートノズルから多量のエッチング液の連続流を基板上に吐出する場合には、吐出されたエッチング液の連続流が基板上で広がっていく過程で、基板の回転による遠心力、ノズルの走査による慣性力、基板の回転方向下流側への処理液の移動、および供給流量に応じて連続流が着液地点から周囲に拡がる力などが総合的に作用することにより、周囲の液膜よりも厚みが厚く盛り上がった液膜が基板上に形成される。二流体ノズルから高速で噴射される液滴の噴流も、基板上の着液位置から周囲に拡がっていく過程で、同様の力を受けることなどによって、周囲の液膜よりも厚みが厚く盛り上がった液膜を形成する。この状態において、エッチング液の温度が高いときに膜の表面に生ずる多数の気泡を効率良く移動させるために、エッチング液の連続流の着液位置と、エッチング液の液滴の噴流の着液位置とが近くなるように両ノズルの間隔が設定されている場合には、図７に示されるように、液滴の噴流３６１が形成する盛り上がった液膜３７１の周縁部が、連続流３６２が形成する盛り上がった液膜３７２の周縁部に乗り上げるように衝突することがある。この場合には、比較的体積が大きい液柱状の液跳ね３７０が生じる。液跳ね３７０は、その体積が、例えば、０．５ｍｌ〜数ｍｌ程度の目視可能な液滴である。液跳ねしたエッチング液は、装置内部の壁面などに付着して基板Ｗ上に落下し、基板Ｗに欠陥を発生させる。逆に、エッチング液の液滴の噴流３６１の着液位置と、エッチング液の連続流３６２の着液位置とを極端に離せば、液跳ね３７０は発生しないが、反応性が高い高温の状態でエッチング液が撹拌されないので、エッチング残渣が多く発生するといった問題が生ずる。
また、特許文献１の変形例の装置構成を用いて上記のエッチング手法を実現する場合において、基板Ｗの上面に垂直方向に窪んだトレンチ溝（基板に形成されるパターン中の溝）１１が形成されており、トレンチ溝Ｔ１に形成された膜Ｕ１を処理する場合には、図１５に示されるように、エッチング液の液滴の噴流３６１が斜めに噴射されることにより、基板Ｗに形成されたトレンチ溝Ｔ１の一方の側壁の近傍のエッチング液３５１は、十分に撹拌されない。このため、一方の側壁に気泡９９が停留してエッチング残渣が発生するといった問題がある。
本発明は、こうした問題を解決するためになされたもので、エッチング液などの化学反応によって基板を処理する処理液を、一体的に走査されるストレートノズルと二流体ノズルのそれぞれから供給して基板を処理する装置において、基板表面にトレンチ溝が形成されている場合でも、エッチング残渣等の処理残渣の発生を抑制しつつ、基板上に供給された処理液の連続流と、処理液の液滴の噴流とが基板上で衝突することによる液跳ねの発生を抑制できる技術を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、第１の態様に係る基板処理装置は、基板を水平に保持しつつ回転させる回転保持部と、処理液と加圧された気体とを混合して、前記処理液の液滴の噴流を生成し、前記液滴の噴流を前記基板の上面に向けて略鉛直方向に噴射する第１ノズルと、前記基板の上面に前記処理液の連続流を吐出する第２ノズルと、前記第１ノズルと前記第２ノズルとの位置関係を一定に保ちながら前記第１ノズルと前記第２ノズルとを前記基板の上方において一体的に移動させるノズル移動部と、を備え、前記ノズル移動部は、前記液滴の噴流の前記基板上における着液位置が前記基板の回転中心を通るように前記第１ノズルを移動させ、前記位置関係においては、前記第１ノズルが前記基板の周縁部の上方に位置するときに、前記連続流の前記基板上における着液位置が、前記液滴の噴流の着液位置よりも前記基板の回転中心側に位置し、前記基板の回転軌跡上の前記液滴の噴流の着液位置と前記連続流の着液位置との双方の移動経路と、前記連続流と前記液滴の噴流との双方の流れ方向とのうち少なくとも一方が相違し、前記双方の移動経路の相違は、前記第１ノズルが前記基板の周縁部の上方に位置するときに、前記連続流の着液位置が前記液滴の噴流の着液位置の移動経路よりも前記基板の回転方向の下流側に位置することによりもたらされ、前記双方の流れ方向の相違は、前記基板に近づくにつれて前記液滴の噴流と前記連続流との間隔が広くなるように、前記連続流の方向が鉛直方向に対して傾いていることによりもたらされる。
第２の態様に係る基板処理装置は、第１の態様に係る基板処理装置であって、前記双方の移動経路が互いに重なるとともに、前記双方の流れ方向が相違する。
第３の態様に係る基板処理方法は、基板を水平に保持しつつ回転させる第１ステップと、処理液と加圧された気体とを混合して、前記処理液の液滴の噴流を生成し、前記液滴の噴流を前記第１ステップと並行して前記基板の上面に向けて略鉛直方向に噴射する第２ステップと、前記第１および第２ステップと並行して前記基板の上面に前記処理液の連続流を吐出する第３ステップと、前記液滴の噴流と前記連続流との位置関係を一定に保ちながら前記液滴の噴流と前記連続流とを前記第１〜第３ステップと並行して前記基板上において一体的に移動させる第４ステップと、を備え、前記第４ステップは、前記液滴の噴流の前記基板上における着液位置が前記基板の回転中心を通るように前記液滴の噴流を移動させるステップであり、前記位置関係においては、前記液滴の噴流の着液位置が前記基板の周縁部に位置するときに、前記連続流の前記基板上における着液位置が、前記液滴の噴流の着液位置よりも前記基板の回転中心側に位置し、前記基板の回転軌跡上の前記液滴の噴流の着液位置と前記連続流の着液位置との双方の移動経路と、前記連続流と前記液滴の噴流との双方の流れ方向とのうち少なくとも一方が相違し、前記双方の移動経路の相違は、前記液滴の噴流の着液位置が前記基板の周縁部に位置するときに、前記連続流の着液位置が前記液滴の噴流の着液位置よりも前記基板の回転方向の下流側に位置することによりもたらされ、前記双方の流れ方向の相違は、前記基板に近づくにつれて前記液滴の噴流と前記連続流との間隔が広くなるように、前記連続流の方向が鉛直方向に対して傾いていることによりもたらされる。
第４の態様に係る基板処理方法は、第３の態様に係る基板処理方法であって、前記双方の移動経路が互いに重なるとともに、前記双方の流れ方向が相違する。
本発明によれば、第１ノズルが基板の周縁部の上方に位置するときに、処理液の液滴の噴流の着液位置よりも処理液の連続流の着液位置が、基板の回転中心側に位置し、基板の回転軌跡上の液滴の噴流の着液位置と連続流の着液位置との双方の移動経路と、連続流と液滴の噴流との双方の流れ方向とのうち少なくとも一方が相違する。双方の移動経路の相違は、第１ノズルが基板の周縁部の上方に位置するときに、連続流の着液位置が液滴の噴流の着液位置の移動経路よりも基板の回転方向の下流側に位置することによりもたらされる。これにより、液滴の噴流の着液位置における基板の回転速度ベクトルと連続流の着液位置における基板の回転速度ベクトルとが互いに離れていく方向を向く。また、双方の流れ方向の相違は、基板に近づくにつれて液滴の噴流と連続流との間隔が広くなるように、連続流の方向が鉛直方向に対して傾いていることによりもたらされる。これにより、処理液の連続流の着液位置から、当該連続流が形成する盛り上がった液膜の周縁のうち液滴の噴流の着液位置側の部分までの距離が短くなる。従って、双方の移動経路と、双方の流れ方向とのうち少なくとも一方が相違する場合には、基板上に形成された処理液の液膜が高温であるうちに液膜を撹拌するために液滴の噴流の着液位置と連続流の着液位置とを近づけたとしても、処理液の連続流が形成する液膜と、処理液の液滴の噴流が形成する液膜との基板上における衝突の発生を抑制できる。また、処理液の液滴の噴流は、鉛直方向に噴射されるのでトレンチ溝に溜まった処理液でも十分に撹拌できる。これらのことにより、基板表面にトレンチ溝が形成されている場合でも、エッチング残渣等の処理残渣の発生を抑制しつつ、基板上に供給された処理液の連続流と、処理液の液滴の噴流とが基板上で衝突することによる液跳ねの発生を抑制できる。
本発明によれば、処理液の連続流の着液位置と、処理液の液滴の噴流の着液位置との双方の移動経路が互いに重なるとともに、処理液の液滴の噴流の着液位置が、基板の回転中心を通るように第１ノズルは移動される。従って、処理液の連続流の着液位置も基板の回転中心を通ることから、基板の中央域を含む基板の各部に処理液の連続流を供給することができる。これにより、径方向における基板温度のばらつきを抑制して基板各部の処理レートのばらつきを抑制できる。
実施形態に係る基板処理装置の概略構成の一例を模式的に示す図である。 図１の２つのノズルを基板の上方から見た図である。 図２の２つのノズルが供給する処理液の着液位置の移動経路を示す図である。 図１の２つのノズルの他の位置関係を示す図である。 図４の２つのノズルが供給する処理液の着液位置の移動経路を示す図である。 図１の２つのノズルが基板上に形成する液膜を例示する断面図である。 比較技術に係る基板処理装置の２つのノズルが基板上に形成する液膜を例示する断面図である。 実施形態に係る基板処理装置の概略構成の一例を模式的に示す図である。 図８の２つのノズルを基板の上方から見た図である。 図９の２つのノズルが供給する処理液の着液位置の移動経路を示す図である。 図１０の２つのノズルの他の位置関係を示す図である。 図１１の２つのノズルが供給する処理液の着液位置の移動経路を示す図である。 処理液の着液位置と、着液位置における基板の回転速度ベクトルとを示す図である。 実施形態に係る基板処理装置の二流体ノズルから液滴の噴流がトレンチ溝に噴射されている状態を模式的に示す断面図である。 比較技術に係る基板処理装置の二流体ノズルから液滴の噴流がトレンチ溝に噴射されている状態を模式的に示す断面図である。 実施形態に係る基板処理装置により基板をエッチングしたときにチャンバーの天井に付着したパーティクル個数を表形式で示す図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図面では同様な構成および機能を有する部分に同じ符号が付され、下記説明では重複説明が省略される。また、各図面は模式的に示されたものである。また、実施形態の説明において、上下方向は、鉛直方向であり、基板Ｗ側が上で、スピンチャック１１１側が下である。
＜実施形態について＞
＜１．実施形態に係る基板処理装置の構成と動作＞
図１は実施形態に係る基板処理装置１００Ａの概略構成の一例を模式的に示す図である。図２は、基板処理装置１００Ａの２つのノズル１２１、１２２を基板Ｗの上方から見た図である。
基板処理装置１００Ａは、処理液を用いて基板の処理を行う。具体的には、基板処理装置１００Ａは、処理液として、例えば、エッチング液を用いて半導体ウエハ等の基板Ｗの上面（「表面」とも称される）Ｓ１のエッチング処理を行って、上面Ｓ１に形成されている薄膜（不要物）の除去を行う。処理液としては、他に、例えば、洗浄液などが用いられる。なお、上面Ｓ１と反対側の下面Ｓ２は、「裏面」とも称される。基板Ｗの表面形状は略円形であり、基板Ｗの上面Ｓ１とはデバイスパターンが形成されるデバイス形成面を意味している。基板Ｗの半径は、例えば、１５０ｍｍである。
図１に示されるように、基板処理装置１００Ａは、上面Ｓ１を上方に向けた状態で基板Ｗを略水平姿勢に保持して回転させるスピンチャック（「回転保持部」）１１１を備えている。スピンチャック１１１は、円筒状の回転支軸１１３がモータを含むチャック回転機構（「回転部」）１５４の回転軸に連結されており、チャック回転機構１５４の駆動により回転軸（鉛直軸）ａ１回りに、すなわち略水平面内にて回転可能となっている。
回転支軸１１３の上端部には、円盤状のスピンベース１１５がネジなどの締結部品によって一体的に連結されている。したがって、装置全体を制御する制御部１６１からの動作指令に応じてチャック回転機構１５４が作動することによって、回転支軸１１３とスピンベース１１５とは、一体的に、回転軸ａ１を中心に回転する。また、制御部１６１はチャック回転機構１５４を制御して回転速度を調整する。制御部１６１は、例えば、ＣＰＵがメモリに記憶されたプログラムを実行することなどにより実現される。
スピンベース１１５の周縁部付近には、基板Ｗの環状の周縁部Ｓ３を把持するための複数個のチャックピン１１７が立設されている。チャックピン１１７は、円形の基板Ｗを確実に保持するために３個以上設けてあればよく、スピンベース１１５の周縁部に沿って等角度間隔で配置されている。各チャックピン１１７は、基板Ｗの周縁部Ｓ３を下方から支持する基板支持部と、基板支持部に支持された周縁部Ｓ３をその側方から基板Ｗの中心側に押圧して基板Ｗを保持する周縁保持部とを備えている。各チャックピン１１７は、周縁保持部が基板Ｗの周縁部Ｓ３を押圧する押圧状態と、周縁保持部が周縁部Ｓ３から離れる解放状態との間を切り替え可能に構成されている。
スピンベース１１５に対して基板Ｗが受渡しされる際には、基板処理装置１００Ａは、複数個のチャックピン１１７を解放状態とし、基板Ｗに対して処理液による処理を行う際には、複数個のチャックピン１１７を押圧状態とする。押圧状態とすることによって、複数個のチャックピン１１７は、基板Ｗの周縁部Ｓ３を把持して基板Ｗをスピンベース１１５から所定間隔を隔てて略水平姿勢に保持することができる。これにより、基板Ｗはその表面（パターン形成面）Ｓ１を上方に向け、下面Ｓ２を下方に向けた状態で上面Ｓ１、下面Ｓ２の中心を回転軸ａ１が通るように支持される。
基板Ｗの下方には、基板Ｗの下面Ｓ２に沿って、下面Ｓ２の中央部から周縁部に延設された下ノズル（図示省略）が設けられている。下ノズルの上面は、下面Ｓ２から一定の間隔を隔てて、下面Ｓ２に対向している。スピンベース１１５の中央部には、回転支軸１１３の貫通孔に接続された貫通孔が形成されている。下ノズルは、当該貫通孔と回転支軸１１３の貫通孔とを貫通する配管（図示省略）によって、装置外部の純水供給源（図示省略）と接続されており、純水供給源から所定の温度に加熱された純水を供給される。下ノズルの上面には、基板Ｗの下面Ｓ２の中央部および周辺部等に対向して開口する複数の吐出口が設けられている。下ノズルは、供給された純水を複数の吐出口から下面Ｓ２に吐出可能に構成されている。
基板処理装置１００Ａは、基板Ｗを保持したスピンチャック１１１をチャック回転機構１５４により回転駆動することで基板Ｗを所定の回転速度で回転させながら、下ノズルから温度調整された純水を下面Ｓ２に対して吐出することで基板Ｗの温度を調節する。そして、基板処理装置１００Ａは、後述するノズル（「第１ノズル」）１２１から処理液５１の液滴の噴流６１を基板Ｗの上面Ｓ１に噴射するとともに、後述するノズル（「第２ノズル」）１２２から処理液５１の噴流６１を上面Ｓ１に吐出することにより、基板Ｗに所定の処理（エッチング処理など）を施す。なお、基板処理装置１００Ａが下ノズルを備えておらず、上面Ｓ１に供給する処理液５１によって基板Ｗの温度を調整しつつ、処理液５１による上面Ｓ１の処理を行うとしても本発明の有用性を損なうものではない。
基板処理装置１００Ａは、処理液５１を供給する処理液供給源１４１と、ガス５４を供給するガス供給源１４４とを更に備えている。処理液５１は、エッチング液などの化学反応によって基板を処理する処理液である。処理液５１としては、例えば、アンモニア過酸化水素水（すなわち、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）と純水とが、定められた比率で混合された処理液であり、以下、「ＳＣ−１」と示す）が採用される。ＳＣ−１は、６０℃〜８０℃に温調されていることが好ましい。処理液５１として、例えば、アンモニアの水溶液が採用されてもよい。ガス５４としては、例えば、窒素ガスなどの不活性ガスが採用される。
処理液供給源１４１は、供給する処理液５１を加熱可能なヒータと、処理液５１の温度を検出可能な温度センサと、処理液５１を送出するポンプ等の送出手段（それぞれ図示省略）とを備えている。
ガス供給源１４４は、ガス５４を加熱可能なヒータと、ガス５４の温度を検出可能なセンサと、ガス５４を送出するポンプ等の送出手段（それぞれ図示省略）とを備えている。
制御部１６１は、処理液供給源１４１とガス供給源１４４とのそれぞれの各温度センサが検出した処理液５１、ガス５４の温度が同じ目標温度になるように、各ヒータの発熱量を制御して、処理液５１、ガス５４の温度を制御する。処理液供給源１４１、ガス供給源１４４には、配管３８１、３８４の一端が接続されている。制御部１６１が処理液供給源１４１、ガス供給源１４４のポンプを動作させることにより、処理液供給源１４１、ガス供給源１４４は、温度調整された処理液５１、ガス５４を配管３８１、３８４に送出する。ガス５４は、高圧に加圧された状態で送出される。
スピンチャック１１１に保持された基板Ｗの側方には、モータを備えた円柱状のノズル回転機構１５５が設けられている。ノズル回転機構１５５の動作は、制御部１６１により制御される。ノズル回転機構１５５は、その上面の中心を通り、鉛直方向に平行な回転軸ａ２を回転中心として双方向に回転可能である。ノズル回転機構１５５の上面には直方体状の基部１５６が取り付けられている。基部１５６の一側面には、剛性のある管状の配管アーム１８１、１８２がノズル回転機構１５５の回転軸ａ２を回転中心として略水平面内にて旋回可能に突設されている。配管アーム１８１、１８２は、同一水平面内で互いに平行に延設されている。配管アーム１８１、１８２のそれぞれの一端は、基部１５６の一側面から基部１５６を貫通して基部１５６の他側面に達している。これにより、配管アーム１８１、１８２は、基部１５６に保持される。配管アーム１８１、１８２のそれぞれの他端にはノズル１２１、１２２がそれぞれ接続されている。ノズル１２１、１２２は、相対的な位置関係を保ってノズル回転機構１５５により一体的に旋回される。
配管３８１、３８４は、基部１５６の他側面において、配管アーム１８１の一端から配管アーム１８１内に挿通されている。配管３８１、３８４のそれぞれの他端は、配管アーム１８１の他端に達してノズル１２１にそれぞれ接続されている。また、配管３８２は、基部１５６の他側面において、配管アーム１８２の一端から配管アーム１８２内に挿通されている。配管３８２の他端は、配管アーム１８２の他端に達してノズル１２２に接続されている。配管３８２は、配管３８１の経路途中で配管３８１から分岐している。処理液供給源１４１が供給する処理液５１は、この分岐点において配管３８１と配管３８２とに分配される。ノズル１２１には、配管３８１、３８４を介して、処理液５１、ガス５４が供給される。ノズル１２２には、配管３８２を介して処理液５１が供給される。
配管３８１、３８２、３８４の経路途中には、バルブ１７１、１７２、１７４が設けられている。制御部１６１は、配管３８１、３８２、３８４を介して供給される処理液５１、ガス５４の流量がそれぞれの目標流量になるように、図示省略のバルブ制御機構を介してバルブ１７１、１７２、１７４の開閉量を制御する。
ノズル１２１は、基板Ｗの上面Ｓ１に対向する噴射口を備えている。吐出口と上面Ｓ１との間隔は、例えば、６ｍｍに設定される。ノズル１２１は、ノズル回転機構１５５により基板Ｗの上方で走査されるときに、その噴射口が基板Ｗの回転中心ｃ１の上方を通過するように配管アーム１８１に取り付けられている。ノズル１２１は、噴射口に連通する流路を介して処理液５１を噴射口側に供給し、噴射口に連通する他の流路を介してガス５４を噴射口側に高速で供給する。処理液５１は、例えば、１５０ｍｌ／分の流量で供給され、ガス５４は、例えば、１２Ｌ／分の流量で供給される。ノズル１２１は、加圧されたガス５４の高速の気流と、処理液５１とを噴射口近傍で混合し、処理液５１の液滴の噴流６１を生成して、噴流６１を噴射口から基板Ｗの上面Ｓ１に向けて鉛直方向に高速で噴射する。噴流６１は、処理液５１の液滴とガス５４とが混合している流体である。ノズル１２１としてこのような二流体ノズルが用いられれば、噴流６１の流速の制御が容易となる。ノズル回転機構１５５は、噴流６１の基板Ｗ上における着液位置が基板Ｗの回転中心ｃ１を通るようにノズル１２１を走査する。
噴流６１に含まれる処理液５１の液滴の直径は、例えば、１０ｕｍ程度となり、噴流６１は、例えば、１５０ｍｌ／分の流量の処理液５１の液滴を含んで、２０〜５０ｍ／ｓｅｃの噴射速度で噴射される。なお、ノズル１２１として、例えば、１００ＭＰａ〜３００ＭＰａの高圧をかけられた処理液５１を、多数の微細孔から吐出することにより処理液の液滴の噴流を生成して吐出するノズルなどが用いられてもよい。
ノズル１２２は、一の直線状の筒状体と、他の直線上の筒状体とが斜めに交わるように一の直線状の筒状体の一端と、他の直線上の筒状体の他端とが接続された形状を有しており、例えば、耐薬性を有する樹脂チューブを折り曲げ加工することで形成される。ノズル１２２の一端は、配管アーム１８２の他端と接続されている。ノズル１２２の一端側部分は、上面Ｓ１に向かって鉛直方向に延在し、他端側部分は、配管アーム１８２の延設方向に沿って見たときに、一端側部分の延在方向、すなわち鉛直方向に対して角度θをなして延在するように一端側部分に繋がっている。これにより、ノズル１２２は、配管アーム１８２を介して処理液供給源１４１から供給される処理液５１の棒状の連続流６２を、ノズル１２２の他端側部分の先端に開口する吐出口から基板Ｗの上面Ｓ１に向けて他端側部分の延在方向に沿って吐出する。ノズル１２１の噴射口が基板Ｗの回転中心ｃ１の上方にあるときには、ノズル１２２が吐出する連続流６２の上面Ｓ１における着液位置は、位置ｄ１となる。位置ｄ１は、ノズル１２２の移動軌跡と配管アーム１８２との交点に対して、角度θとノズル１２２の吐出口の高さとに応じた距離Ｙを隔てる。吐出口の高さ、すなわち、吐出口と上面Ｓ１との間隔は、例えば、１０ｍｍに設定される。ノズル１２２は、ノズル回転機構１５５により基板Ｗの上方で走査されるときに、その吐出口から吐出される処理液５１の連続流６２が基板Ｗの回転中心ｃ１の上方を通過するように配管アーム１８１に取り付けられている。
ノズル１２２の吐出口から吐出される連続流６２の流量は、例えば、１３５０ｍｌ／分程度になる。ノズル１２２は、「ストレートノズル」とも称される。このように、ノズル１２２から多量の処理液５１を供給して、処理に必要な処理液５１の液量を確保するとともに、パターン内に入り込んだ処理液５１に向けてノズル１２１から処理液５１の液滴の噴流６１を高速で噴射して処理液５１を撹拌すれば、エッチング残渣の発生を抑制しつつ基板Ｗに形成された膜のエッチングを行うことができる。
ノズル回転機構１５５は、ノズル１２１、１２２との互いの位置関係（距離と姿勢）を一定に保ちながらノズル１２１、１２２を基板Ｗの上方において一体的に移動させる。この位置関係においては、ノズル１２１が基板Ｗの周縁部Ｓ３の上方に位置するときに、処理液５１の連続流６２の基板Ｗ上における着液位置が、処理液５１の液滴の噴流６１の着液位置よりも基板Ｗの回転中心ｃ１側に位置する。ノズル１２２から上面Ｓ１に吐出された処理液５１は、上面Ｓ１上の着液位置からその周囲に拡がって液膜を形成する。液膜には、基板Ｗの回転による遠心力が作用する。連続流６２の着液位置が噴流６１の着液位置よりも回転中心ｃ１側であれば、上面Ｓ１に吐出された連続流６２が形成する液膜は、基板Ｗの回転による遠心力によって、ノズル１２１の噴射口の下方まで拡がっていく。噴流６１は、当該液膜上に噴射されるので液膜を撹拌することができる。
また、連続流６２の吐出方向（流れ方向）は、噴流６１と連続流６２との間隔が基板Ｗに近づくにつれて広くなるように、噴流６１の噴射方向、すなわち鉛直方向に対して傾いている。すなわち、噴流６１と連続流６２との双方の流れ方向は、相違している。噴流６１と連続流６２との間隔は、噴流６１の中心軸と、連続流６２の中心軸との間隔である。
スピンベース１１５に対する基板Ｗの受渡しなどの際には、配管アーム１８１、１８２が旋回されてノズル１２１、１２２が基板Ｗの搬入経路上から退避される。また、基板処理装置１００Ａが処理液５１による膜の処理を行う際には、基板Ｗが回転している状態で、ノズル回転機構１５５が基部１５６から延設された配管アーム１８１、１８２をサーボ制御により回転駆動してノズル１２１、１２２を基板Ｗの上面Ｓ１の回転軌跡に対して相対的に往復して走査する。これにより、基板処理装置１００Ａは、連続流６２が上面Ｓ１に形成する液膜上にノズル１２１から噴流６１を噴射しつつ、基板Ｗを全体的に処理できる。このように、ノズル１２１、１２２の走査を行えば、処理の均一性が向上する。また、この走査において、ノズル１２１は、例えば、上面Ｓ１の中央域の上方と、周縁部Ｓ３の上方との間で往復して走査される。操作時のサーボ制御は、制御部１６１により行われる。従って、制御部１６１からの指令によりノズル１２１、１２２の位置を再現性良く高精度に調整することが可能となる。
図３は、図２に示されるノズル１２１、１２２がノズル回転機構１５５によって走査されつつ、基板Ｗの上面Ｓ１に処理液５１の液滴の噴流６１と、処理液５１の連続流６２とを供給するときの、噴流６１と連続流６２とのそれぞれの着液位置の移動経路Ｌ１ａ、Ｌ２ａを示す図である。ノズル１２１、１２２の走査と並行して、基板Ｗは、スピンチャック１１１に保持されて回転している。
噴流６１と連続流６２とのそれぞれの基板Ｗ上における着液位置の移動経路Ｌ１ａ、Ｌ２ａは互いに重なっている。また、ノズル１２２の先端部分の角度が鉛直方向に対して傾いていることから、噴流６１と連続流６２とのそれぞれの流れ方向は相違している。移動経路Ｌ１ａ、Ｌ２ａは、ノズル回転機構１５５の回転軸ａ２を回転中心とし、基板Ｗの回転中心ｃ１を通る円弧である。
ノズル１２１の噴射口が基板Ｗの回転中心ｃ１の上方に位置して噴流６１の着液位置が回転中心ｃ１にあるときには、連続流６２の着液位置は、位置ｄ１にある。ノズル１２１の噴射口が基板Ｗの周縁部Ｓ３の上方に位置して噴流６１の着液位置が周縁部Ｓ３の位置ｃ２にあるときには、連続流６２の着液位置は、位置ｃ２よりも回転中心ｃ１側の位置ｄ２にある。位置ｃ２、ｄ２は、移動経路Ｌ１ａ、Ｌ２ａの一端であり、回転中心ｃ１と位置ｄ１とは、移動経路Ｌ１ａ、Ｌ２ａの他端である。ノズル１２１、１２２は、互いの位置関係を保って走査されるので、回転中心ｃ１と位置ｄ１との間隔は、位置ｃ２と位置ｄ２との間隔と等しい。この間隔は、例えば、５０ｍｍに設定される。
図４は、ノズル１２１、１２２の位置関係と配管アーム１８１、１８２の位置関係の他の例を示す図である。配管アーム１８１、１８２は、同一水平面において、互いに並行に延在している。図４に示される配管アーム１８１、１８２と、ノズル１２１、１２２とは、図２に示される配管アーム１８１、１８２と、ノズル１２１、１２２とを、回転軸ａ１、ａ２を含む鉛直面に対して反転させた位置（面対称の位置）に配置されている。
図５は、図４の２つのノズル１２１、１２２が供給する処理液５１、すなわち噴流６１と連続流６２とのそれぞれの着液位置の移動経路Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂを示す図である。ノズル１２１の噴射口が基板Ｗの回転中心ｃ１の上方に位置して噴流６１の着液位置が回転中心ｃ１にあるときには、連続流６２の着液位置は、位置ｄ３にある。ノズル１２１の噴射口が基板Ｗの周縁部Ｓ３の上方に位置して噴流６１の着液位置が周縁部Ｓ３の位置ｃ４にあるときには、連続流６２の着液位置は、位置ｃ４よりも回転中心ｃ１側の位置ｄ４にある。回転中心ｃ１、位置ｄ３は、移動経路Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂの一端であり、位置ｃ４、ｄ４は、移動経路Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂの他端である。ノズル１２１、１２２は、互いの位置関係を保って走査されるので、回転中心ｃ１と位置ｄ３との間隔は、位置ｃ４と位置ｄ４との間隔と等しい。また、図５に示される移動経路Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂと、図３に示される移動経路Ｌ１ａ、Ｌ２ａとは、回転軸ａ１、ａ２を含む鉛直面に対して面対称の関係となる。
ノズル１２１、１２２および配管アーム１８１、１８２が図４に示される位置関係である場合においても、ノズル回転機構１５５は、ノズル１２１、１２２の位置関係を一定に保ちながらノズル１２１、１２２を基板Ｗの上方において一体的に移動させる。この一体的な移動において、ノズル１２１が噴射する液滴の噴流６１の基板Ｗ上における着液位置は、基板Ｗの回転中心ｃ１を通る。また、ノズル１２１が基板Ｗの周縁部Ｓ３の上方に位置するときには、連続流６２の基板Ｗ上における着液位置は、液滴の噴流６１の着液位置よりも基板Ｗの回転中心ｃ１側に位置する。さらに、連続流６２の吐出方向は、噴流６１と連続流６２との間隔が基板Ｗに近づくにつれて広くなるように、噴流６１の噴射方向、すなわち鉛直方向に対して傾いている。
図６は、図２、図４に示されるノズル１２１、１２２から基板Ｗの上面Ｓ１に供給される処理液５１の液滴の噴流６１と、処理液５１の連続流６２とが上面Ｓ１上で形成する盛り上がった液膜７１、７２を例示する断面図である。
連続流６２の吐出方向（流れ方向）は、噴流６１と連続流６２との間隔が基板Ｗに近づくにつれて広くなるように、噴流６１の噴射方向、すなわち鉛直方向に対して傾いている。従って、連続流６２の着液位置から噴流６１の着液位置に近づく処理液５１の液量は、連続流６２が鉛直方向に吐出される場合に比べて減少する。そして、連続流６２が基板Ｗ上に形成する処理液５１の液膜７２のうち連続流６２の着液位置から噴流６１の着液位置側の周縁までの距離は、連続流６２が鉛直方向に吐出される場合に比べて短くなる。エッチング残渣等の処理残渣の発生を抑制するためには、液滴の噴流６１の着液位置と連続流６２の着液位置とを近づけることによって基板Ｗ上に形成された処理液５１の液膜（より詳細には、盛り上がった液膜７２の周囲に形成され、液膜７２よりも膜厚が薄い処理液５１の液膜）が高温であるうちに当該液膜を噴流６１によって撹拌する必要が有る。一方、噴流６１と連続流６２とのそれぞれの着液位置を近づけすぎると、噴流６１が形成する盛り上がった液膜７１と連続流６２が形成する液膜７２とがぶつかり合って液跳ねが生ずる。しかしながら、基板処理装置１００Ａにおいては、液膜７２のうち連続流６２の着液位置から噴流６１の着液位置側の周縁までの距離が、上述のように減少するので、液膜７２と、液膜７１との基板Ｗ上における衝突の発生を抑制できる。また、液膜７１と液膜７２とがぶつかるとしても、連続流６２の着液位置から噴流６１の着液位置に近づく処理液５１の液量が減少するので、液膜７１と液膜７２とが、ぶつかる際の勢いを弱めることができる。従って、処理液５１による処理残渣の発生を抑制しつつ、基板Ｗ上に供給された噴流６１と連続流６２とが基板Ｗ上で衝突することによる液跳ねの発生を抑制できる。
図１４は、基板処理装置１００Ａのノズル１２１から処理液５１の液滴の噴流６１がトレンチ溝Ｔ１に噴射されている状態を模式的に示す断面図である。トレンチ溝Ｔ１の側壁は、基板Ｗの上面Ｓ１に垂直な鉛直面であり、ノズル１２１が噴射する噴流６１は、鉛直方向に噴射される。トレンチ溝Ｔ１の側壁に形成された膜Ｕ１と、処理液５１との反応によって、当該膜Ｕ１上に気泡９９が停留している場合でも、トレンチ溝Ｔ１内部に溜まっている処理液５１は、噴流６１によって十分にかき混ぜられる。この結果、気泡９９は、移動されて、膜Ｕ１上の同じ箇所への気泡９９の停留が抑制される。従って、基板Ｗの上面Ｓ１にトレンチ溝が形成されている場合でも、エッチング残渣等の処理残渣の発生を抑制できる。
なお、ノズル回転機構１５５および配管アーム１８１、１８２に代えて、例えば、ノズル１２１、１２２の位置関係を保ちつつ、ノズル１２１、１２２を、上面Ｓ１の上方で直線的に走査する走査機構が採用されてもよい。また、ノズル１２１、１２２が、配管アーム１８１、１８２を備えて一体的に形成された長尺部材の先端に設けられて一体的に走査されてもよい。また、静止して保持されたノズル１２１、１２２に対して、回転する基板Ｗが走査されてもよい。
上述したように、基板処理装置１００Ａが処理液５１による基板Ｗの処理を行う際には、スピンチャック１１１による基板Ｗの回転と、ノズル１２１による基板Ｗの上面Ｓ１への処理液５１の液滴の噴流６１の噴射と、ノズル１２２による上面Ｓ１への処理液５１の連続流６２の吐出と、ノズル回転機構１５５によるノズル１２１、１２２の走査とは、互いに並行して行われる。
＜２．他の実施形態に係る基板処理装置の構成と動作＞
図８は、実施形態に係る基板処理装置１００Ｂの概略構成の一例を模式的に示す図である。図９は、図８の２つのノズル１２１、１３２を基板Ｗの上方から見た図である。図１０は、図９の２つのノズル１２１、１３２が供給する処理液５１（噴流６１、連続流６２）の着液位置の移動経路Ｌ１ｃ、Ｌ２ｃを示す図である。
基板処理装置１００Ｂは、基板処理装置１００Ａのノズル１２２に代えてノズル１３２を備えることと、ノズル１２１を保持する配管アーム１８１と、ノズル１３２を保持する配管アーム１８２との長さが互いに異なることを除いて、基板処理装置１００Ａと同様の構成を備え、同様の動作を行う。以下では、基板処理装置１００Ｂの構成および動作のうち基板処理装置１００Ａの構成および動作と異なる部分について説明し、同様の構成および動作については、異なる部分と関連するものを除いて説明を省略する。
基板処理装置１００Ｂの配管アーム１８１は、基板処理装置１００Ａの配管アーム１８１と同じ長さであり、同じ構成を備えている。従って、ノズル（「第１ノズル」）１２１は、配管アーム１８１に保持された状態でノズル回転機構１５５によって、基板Ｗの回転中心ｃ１の上方を通る円弧状の経路に沿って、基板Ｗの中央部の上方と、周縁部Ｓ３の上方との間で往復走査される。
基板処理装置１００Ｂの配管アーム１８２は、配管アーム１８１に比べて長い。配管アーム１８２と配管アーム１８１との長さの差Ｘは、例えば１５ｍｍに設定される。従って、配管アーム１８２の先端（他端）に設けられているノズル１３２も、ノズル１２１よりも差Ｘの長さ分だけ基部１５６から遠方に位置する。基板処理装置１００Ｂの配管アーム１８１、１８２の間隔は、例えば、４０ｍｍに設定される。
基板処理装置１００Ｂのノズル（「第２ノズル」）１３２は、基板処理装置１００Ａのノズル１２２と同様に、処理液供給源１４１から供給される処理液５１の棒状の連続流６２を基板Ｗの上面Ｓ１に吐出する。ノズル１２２は、その先端側部分（他端側部分）が鉛直方向に対して傾斜していたが、ノズル１３２は、配管アーム１８２の先端から基板Ｗの上面Ｓ１に向かって鉛直方向に延在している。ノズル１３２の内部流路と、配管アーム１８２の内部流路とは互いに連通している。ノズル１３２の内部流路は、ノズル１３２の先端において開口し、吐出口を形成している。吐出口は、上面Ｓ１に対向しており、上面Ｓ１と吐出口との間隔は、例えば、１０ｍｍに設定される。ノズル１３２は、吐出口から処理液５１の連続流６２を鉛直方向に吐出する。
基板処理装置１００Ｂが処理液５１による基板Ｗの処理を行う際には、基板処理装置１００Ａと同様に、スピンチャック１１１による基板Ｗの回転と、ノズル１２１による基板Ｗの上面Ｓ１への処理液５１の液滴の噴流６１の噴射と、ノズル１３２による上面Ｓ１への処理液５１の連続流６２の吐出と、ノズル回転機構１５５によるノズル１２１、１３２の走査とは、互いに並行して行われる。
基板処理装置１００Ｂのノズル回転機構１５５は、ノズル１２１、１３２の位置関係（距離と姿勢）を一定に保ちながらノズル１２１、１３２を基板Ｗの上方において一体的に走査する。この走査において、ノズル１２１は、基板処理装置１００Ａのノズル１２１と同様に、基板Ｗの回転中心ｃ１の上方を通るように、すなわち、処理液５１の液滴の噴流６１の基板Ｗにおける着液位置が回転中心ｃ１を通るように走査される。
ノズル１２１とノズル１３２との位置関係において、ノズル１２１が基板Ｗの周縁部Ｓ３の上方に位置するときに、ノズル１３２が吐出する連続流６２の基板Ｗ上における着液位置が、処理液５１の液滴の噴流６１の着液位置よりも基板Ｗの回転中心ｃ１側に位置する。
具体的には、図１０に示されるように、ノズル１２１が基板Ｗの周縁部Ｓ３の上方に位置し、ノズル１２１が噴射する噴流６１の上面Ｓ１における着液位置が位置ｃ６であるときには、ノズル１３２が吐出する連続流６２の上面Ｓ１における着液位置は、位置ｃ６よりも回転中心ｃ１側の位置ｄ６である。また、ノズル１２１が基板Ｗの回転中心ｃ１の上方に位置し、噴流６１の着液位置が回転中心ｃ１であるときには、ノズル１３２が吐出する連続流６２の吐出位置は位置ｄ５である。
基板Ｗの回転軌跡上の噴流６１の着液位置と、連続流６２の着液位置との双方の移動経路Ｌ１ｃ，Ｌ２ｃは、相違している。移動経路Ｌ１ｃ，Ｌ２ｃの相違は、ノズル１２１が基板Ｗの周縁部Ｓ３の上方に位置するときに、連続流６２の着液位置が噴流６１の着液位置よりも基板Ｗの回転方向の下流側に位置することによりもたらされる。噴流６１、連続流６２は、ノズル１２１、１３２から鉛直方向に供給されるので、ノズル回転機構１５５の回転軸ａ２を通る直線方向の移動経路Ｌ１ｃ、Ｌ２ｃの相互間の位置の差異は、配管アーム１８１、１８２の相互間の長さの差Ｘとなる。
図１１は、基板処理装置１００Ｂのノズル１２１、１２２の位置関係と配管アーム１８１、１８２の位置関係の他の例を示す図である。図１１に示される配管アーム１８１、１８２も、同一水平面において、互いに並行に延在している。図１１に示される配管アーム１８２は、図９の配管アーム１８２とは逆に、配管アーム１８１よりも短い。
図１２は、図１１の２つのノズル１２１、１３２が供給する処理液５１、すなわち噴流６１と連続流６２とのそれぞれの着液位置の移動経路Ｌ１ｄ、Ｌ２ｄを示す図である。ノズル１２１の噴射口が基板Ｗの回転中心ｃ１の上方に位置して噴流６１の着液位置が回転中心ｃ１にあるときには、連続流６２の着液位置は、位置ｄ７にある。ノズル１２１の噴射口が基板Ｗの周縁部Ｓ３の上方に位置して噴流６１の着液位置が周縁部Ｓ３の位置ｃ８にあるときには、連続流６２の着液位置は、位置ｃ８よりも回転中心ｃ１側の位置ｄ８にある。回転中心ｃ１、位置ｄ７は、移動経路Ｌ１ｄ、Ｌ２ｄの一端であり、位置ｃ８、ｄ８は、移動経路Ｌ１ｄ、Ｌ２ｄの他端である。ノズル１２１、１３２は、互いの位置関係を保って走査されるので、回転中心ｃ１と位置ｄ７との間隔は、位置ｃ８と位置ｄ８との間隔と等しい。
また、図１０に示される、移動経路Ｌ２ｃは、移動経路Ｌ１ｃに対して、図９の配管アーム１８１、１８２の間隔に応じた回転移動と、配管アーム１８１、１８２の長さの差に応じた平行移動とを順次に施すことにより得られる経路となっている。同様に、図１２に示される移動経路Ｌ２ｄは、移動経路Ｌ１ｄに対して、図１１の配管アーム１８１、１８２の間隔に応じた回転移動と、配管アーム１８１、１８２の長さの差に応じた平行移動とを順次に施すことにより得られる経路となっている。
ノズル１２１、１３２および配管アーム１８１、１８２が図１１に示される位置関係である場合においても、ノズル回転機構１５５は、ノズル１２１、１３２の位置関係を一定に保ちながらノズル１２１、１３２を基板Ｗの上方において一体的に移動させる。この一体的な移動において、ノズル１２１が噴射する液滴の噴流６１の基板Ｗ上における着液位置は、基板Ｗの回転中心ｃ１を通る。また、ノズル１２１が基板Ｗの周縁部Ｓ３の上方に位置するときには、連続流６２の基板Ｗ上における着液位置は、液滴の噴流６１の着液位置よりも基板Ｗの回転中心ｃ１側に位置する。さらに、ノズル１２１が基板Ｗの周縁部Ｓ３の上方に位置するときに、連続流６２の着液位置が噴流６１の着液位置よりも基板Ｗの回転方向の下流側に位置する。
図１３は、基板Ｗの上面Ｓ１における噴流６１の着液位置Ｐ０、Ｐ１０と、着液位置Ｐ０、Ｐ１０における基板Ｗの回転速度ベクトルｖ０、ｖ１０、ならびに連続流６２の着液位置Ｑ１〜Ｑ４、Ｑ１３と、着液位置Ｑ１〜Ｑ４、Ｑ１３における基板Ｗの回転速度ベクトルｖ１〜ｖ４、ｖ１３を示す図である。着液位置Ｐ０、Ｐ１０は、基板Ｗの回転中心を通る移動経路Ｌ１０上に位置する。着液位置Ｑ１、Ｑ２は、移動経路Ｌ１１上に位置し、着液位置Ｑ３、Ｑ４、Ｑ１３は、移動経路Ｌ１２上に位置する。
噴流６１の着液位置が位置Ｐ０である場合には、位置Ｑ１、Ｑ４は、位置Ｐ０よりも基板Ｗの回転中心ｃ１側の位置であり、位置Ｑ２、Ｑ３は、位置ｐ０よりも基板Ｗの周縁部Ｓ３側の位置である。
また、位置Ｑ１、Ｑ２は、位置Ｐ０（移動経路Ｌ１０）よりも基板Ｗの回転方向の下流側の位置である。位置Ｑ３、Ｑ４は、位置Ｐ０（移動経路Ｌ１０）よりも基板Ｗの回転方向の上流側の位置である。この場合、位置Ｐ０、Ｑ１から回転速度ベクトルｖ０、ｖ１に沿って進む２つの仮想点の位置は、時間が経過する程、互いに離れる。同様に、位置Ｐ０、Q３から回転速度ベクトルｖ０、ｖ３に沿って進む２つの仮想点の位置も、時間が経過する程、互いに離れる。一方、位置Ｐ０、Q２から回転速度ベクトルｖ０、ｖ２に沿って進む２つの仮想点の位置は、時間が経過する程、互いに近づく。また、位置Ｐ０、Ｑ４から回転速度ベクトルｖ０、ｖ４に沿って進む２つの仮想点の位置も、時間が経過する程、互いに近づく。
すなわち、位置Ｐ０、Ｑ１に供給された噴流６１、連続流６２は、粘性によって上面Ｓ１の回転方向に引っ張られることにより、互いに離れ合う力を受ける。位置Ｐ０、Ｑ３に供給された噴流６１、連続流６２も同様に、互いに離れ合う力を受ける。一方、位置Ｐ０、Ｑ２に供給された噴流６１、連続流６２は、互いに近づき合う力を受ける。位置Ｐ０、Ｐ４に供給された噴流６１、連続流６２も同様に、互いに近づき合う力を受ける。
従って、噴流６１と連続流６２とが上面Ｓ１に形成する液膜同士の衝突を抑制する観点では、噴流６１が位置Ｐ０に噴射される場合には、連続流６２は、位置Ｑ１〜Ｑ４の中で位置Ｑ１、Ｑ３に吐出されることが好ましい。
一方で、上面Ｓ１に供給された処理液５１は、基板Ｗの回転による遠心力の作用によって、基板Ｗの周縁側に移動する。上述したように、処理残渣を抑制しつつ、基板Ｗの上面Ｓ１に形成された膜にエッチング等の処理を行うためには、連続流６２が形成する液膜が、ノズル１２１の下方に移動した状態で、ノズル１２１から当該液膜に噴流６１を噴射して、液膜を撹拌する必要が有る。従って、連続流６２が形成する液膜を遠心力によってノズル１２１の下方に送り込むという観点では、噴流６１が位置Ｐ０に噴射される場合には、連続流６２は、位置Ｑ１〜Ｑ４の中で位置Ｑ１、Ｑ４に吐出されることが好ましい。
従って、噴流６１、連続流６２が形成する液膜同士の基板Ｗ上での衝突を抑制しつつ、処理残渣の発生を抑制するためには、上面Ｓ１に供給された噴流６１、連続流６２のそれぞれの液膜が、粘性によって基板Ｗの回転方向に引っ張られて互いに離れ合う力を受けるとともに、連続流６２の液膜が基板Ｗの回転による遠心力によってノズル１２１の下方により多く移動して、噴流６１を噴射されることが望まれる。
噴流６１が位置Ｐ０に噴射される場合において、連続流６２が位置Ｑ１〜Ｑ４のうち位置Ｑ１に吐出される場合には、この条件は満たされる。同様に、噴流６１が位置Ｐ１０に噴射される場合において、連続流６２が位置Ｑ１３に吐出されれば、この条件が満たされる。
ノズル１２１、ノズル１３２は位置関係を保って走査されるので、噴流６１が位置Ｐ０（Ｐ１０）に噴射され、連続流６２が位置Ｑ１（Ｑ１３）に吐出される場合には、ノズル１２１が基板Ｗの周縁部Ｓ３の上方に位置するときに、連続流６２の着液位置は、噴流６１の着液位置よりも基板Ｗの回転中心ｃ１側に位置するとともに、連続流６２の着液位置が噴流６１の着液位置よりも基板Ｗの回転方向の下流側に位置する。
従って、基板処理装置１００Ｂのノズル１２１、１３２の位置関係が保持されて、ノズル１２１、１３２が一体的に移動されれば、噴流６１と連続流６２とがそれぞれ形成する液膜同士の衝突による液跳ねの発生を抑制しつつ、処理残渣の発生を抑制できる。
基板処理装置１００Ｂにおいても、処理液５１の液滴の噴流６１は、略水平面内で回転する基板Ｗに対して鉛直方向に噴射されるので、基板Ｗの上面Ｓ１にトレンチ溝が形成されている場合でも、エッチング残渣の発生を抑制できる。
上記の基板処理装置１００Ａにおいて、基板処理装置１００Ｂと同様に、ノズル１２１が基板Ｗの周縁部Ｓ３の上方に位置するときに、ノズル１２２が吐出する連続流６２の着液位置が噴流６１の着液位置よりも基板Ｗの回転方向の下流側に位置する。
基板処理装置１００Ａにおけるノズル１２１、１２２の位置関係が、基板処理装置１００Ｂにおけるノズル１２１、１３２と同様の位置関係をさらに備えてもよいし、基板処理装置１００Ｂにおけるノズル１２１、ノズル１３２の位置関係が、基板処理装置１００Ａにおけるノズル１２１、１２２と同様の位置関係をさらに備えてもよい。
すなわち、実施形態に係る基板処理装置は、基板Ｗを水平に保持しつつ回転させるスピンチャック１１１と、処理液５１と加圧されたガス５４とを混合して、処理液５１の液滴の噴流６１を生成し、噴流６１を基板Ｗの上面Ｓ１に向けて略鉛直方向に噴射する第１ノズル（ノズル１２１）と、基板Ｗの上面Ｓ１に処理液５１の連続流６２を吐出する第２ノズル（ノズル１２２、１３２）とを備える。また、基板処理装置は、第１ノズルと第２ノズルとの位置関係を一定に保ちながら第１ノズルと第２ノズルとを基板Ｗの上方において一体的に移動させるノズル回転機構１５５をさらに備える。ノズル回転機構１５５は、噴流６１の基板Ｗ上における着液位置が基板Ｗの回転中心ｃ１を通るように第１ノズルを移動させる。上記の位置関係においては、第１ノズルが基板Ｗの周縁部Ｓ３の上方に位置するときに、連続流６２の基板Ｗ上における着液位置が、噴流６１の着液位置よりも回転中心ｃ１側に位置する。そして、基板Ｗの回転軌跡上の噴流６１の着液位置と連続流６２の着液位置との双方の移動経路と、噴流６１と連続流６２との双方の流れ方向とのうち少なくとも一方が相違する。双方の移動経路の相違は、第１ノズルが基板Ｗの周縁部Ｓ３の上方に位置するときに、連続流６２の着液位置が噴流６１の着液位置よりも基板Ｗの回転方向の下流側に位置することによりもたらされる。双方の流れ方向の相違は、基板Ｗに近づくにつれて噴流６１と連続流６２との間隔が広くなるように、連続流６２の方向が鉛直方向に対して傾いていることによりもたらされる。
図１６は、実施形態に係る基板処理装置により基板Ｗをエッチングしたときに基板処理装置を格納するチャンバーの天井に付着したパーティクル個数を表形式で示す図である。
図１６における距離Ｘは、図９、図１０に示されるように、配管アーム１８１と配管アーム１８２との長さの差である。距離Ｘは、５通り、すなわち、０、５、１０、１２．５、１５（何れの単位も［ｍｍ］）に設定されている。また、距離Ｙは、図２に示されるように、第２ノズル（ノズル１２２）の移動軌跡と配管アーム１８２との交点と、第２ノズルが吐出する連続流６２の上面Ｓ１における着液位置ｄ１との間隔であり、第２ノズルの先端側が鉛直方向に対して傾いていることによって生じている。距離Ｙは、３通り、すなわち、０、１２．５、２５（何れの単位も［ｍｍ］）に設定されている。基板Ｗの回転数は、６００ｒｐｍであり、連続流６２の流量は、１５００ｍｌ／分であり、ガス５４（窒素ガス）の流量は、３５Ｌ／分である。また、ノズルの走査速度は、基板中心側から周縁側への走査と、逆方向の走査との何れにおいても、１．５秒でノズルが走査される速度である。
図１６においては、Ｘ、Ｙによって定められる第１ノズルと第２ノズルとの各位置関係において、基板Ｗを処理したときのパーティクル個数が測定されて示されている。なお、網点を附されている測定では、３回処理が行われて、各処理に対して、パーティクル個数が測定されている。
図１６に示されるように、距離Ｘが０ｍｍである場合には、距離Ｙの値に拘わらず、パーティクル数は、５０個越えの値となっている。距離Ｘが１２．５ｍｍまたは１５ｍｍであるときは、距離Ｙが０ｍｍであっても、パーティクル数は、３回の測定の何れにおいても０個となっている。距離Ｘが１０ｍｍの場合において、距離Ｙが０ｍｍの場合には、１２個のパーティクルが測定されているが、距離Ｙを１２．５ｍｍにすれば、パーティクル数は、３回の測定の何れにおいても０個となっている。測定結果から、距離Ｘを１５ｍｍに設定することが好ましいことが判る。
以上のように構成された実施形態に係る基板処理装置によれば、ノズル１２１（第１ノズル）が基板Ｗの周縁部Ｓ３の上方に位置するときに、処理液５１の液滴の噴流６１の着液位置よりも処理液５１の連続流６２の着液位置が、基板Ｗの回転中心ｃ１側に位置し、基板Ｗの回転軌跡上の噴流６１の着液位置と連続流６２の着液位置との双方の移動経路と、噴流６１と連続流６２との双方の流れ方向とのうち少なくとも一方が相違する。双方の移動経路の相違は、ノズル１２１が基板Ｗの周縁部Ｓ３の上方に位置するときに、連続流６２の着液位置が噴流６１の着液位置よりも基板Ｗの回転方向の下流側に位置することによりもたらされる。これにより、噴流６１の着液位置における基板Ｗの回転速度ベクトルと連続流６２の着液位置における基板Ｗの回転速度ベクトルとが互いに離れていく方向を向く。また、双方の流れ方向の相違は、基板Ｗに近づくにつれて噴流６１と連続流６２との間隔が広くなるように、連続流６２の方向が鉛直方向に対して傾いていることによりもたらされる。これにより、連続流６２の着液位置から、連続流６２が形成する盛り上がった液膜の周縁のうち噴流６１の着液位置側の部分までの距離が短くなる。従って、双方の移動経路と、双方の流れ方向とのうち少なくとも一方が相違する場合には、基板Ｗ上に形成された処理液５１の液膜が高温であるうちに液膜を撹拌するために、噴流６１の着液位置と連続流６２の着液位置とを近づけたとしても、噴流６１、連続流６２がそれぞれ形成する液膜同士の基板Ｗ上における衝突の発生を抑制できる。また、噴流６１は、鉛直方向に噴射されるのでトレンチ溝に溜まった処理液５１でも十分に撹拌できる。これらのことにより、基板Ｗの表面にトレンチ溝が形成されている場合でも、エッチング残渣等の処理残渣の発生を抑制しつつ、基板Ｗ上に供給された連続流６２と、噴流６１とが基板Ｗ上で衝突することによる液跳ねの発生を抑制できる。
また、以上のように構成された実施形態に係る基板処理装置によれば、処理液５１の連続流６２の着液位置と、処理液５１の液滴の噴流６１の着液位置との双方の移動経路が互いに重なるとともに、噴流６１の着液位置が、基板Ｗの回転中心ｃ１を通るようにノズル１２１が移動される。従って、連続流６２の着液位置も基板Ｗの回転中心ｃ１を通ることから、基板Ｗの中央域を含む基板Ｗの各部に連続流６２を供給することができる。これにより、径方向における基板温度のばらつきを抑制して基板Ｗの各部の処理レートのばらつきを抑制できる。
本発明は詳細に示され記述されたが、上記の記述は全ての態様において例示であって限定的ではない。したがって、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
１００Ａ，１００Ｂ 基板処理装置
５１ 処理液
５４ ガス
６１ 噴流
６２ 連続流
１１１ スピンチャック（回転保持部）
１１３ 回転支軸
１１５ スピンベース
１１７ チャックピン
１２１ ノズル（第１ノズル）
１２２ ノズル（第２ノズル）
１４１ 処理液供給源
１４４ ガス供給源
１５５ ノズル回転機構（ノズル移動部）
１５６ 基部
１７１，１７２，１７４ バルブ
１８１，１８２ 配管アーム

Claims (4)

  1. 基板を水平に保持しつつ回転させる回転保持部と、
    処理液と加圧された気体とを混合して、前記処理液の液滴の噴流を生成し、前記液滴の噴流を前記基板の上面に向けて略鉛直方向に噴射する第１ノズルと、
    前記基板の上面に前記処理液の連続流を吐出する第２ノズルと、
    前記第１ノズルと前記第２ノズルとの位置関係を一定に保ちながら前記第１ノズルと前記第２ノズルとを前記基板の上方において一体的に移動させるノズル移動部と、
    を備え、
    前記ノズル移動部は、前記液滴の噴流の前記基板上における着液位置が前記基板の回転中心を通るように前記第１ノズルを移動させ、
    前記位置関係においては、前記第１ノズルが前記基板の周縁部の上方に位置するときに、前記連続流の前記基板上における着液位置が、前記液滴の噴流の着液位置よりも前記基板の回転中心側に位置し、
    前記基板の回転軌跡上の前記液滴の噴流の着液位置と前記連続流の着液位置との双方の移動経路と、前記連続流と前記液滴の噴流との双方の流れ方向とのうち少なくとも一方が相違し、
    前記双方の移動経路の相違は、
    前記第１ノズルが前記基板の周縁部の上方に位置するときに、前記連続流の着液位置が前記液滴の噴流の着液位置の移動経路よりも前記基板の回転方向の下流側に位置することによりもたらされ、
    前記双方の流れ方向の相違は、
    前記基板に近づくにつれて前記液滴の噴流と前記連続流との間隔が広くなるように、前記連続流の方向が鉛直方向に対して傾いていることによりもたらされる、基板処理装置。
  2. 請求項１に記載の基板処理装置であって、
    前記双方の移動経路が互いに重なるとともに、前記双方の流れ方向が相違する、基板処理装置。
  3. 基板を水平に保持しつつ回転させる第１ステップと、
    処理液と加圧された気体とを混合して、前記処理液の液滴の噴流を生成し、前記液滴の噴流を前記第１ステップと並行して前記基板の上面に向けて略鉛直方向に噴射する第２ステップと、
    前記第１および第２ステップと並行して前記基板の上面に前記処理液の連続流を吐出する第３ステップと、
    前記液滴の噴流と前記連続流との位置関係を一定に保ちながら前記液滴の噴流と前記連続流とを前記第１〜第３ステップと並行して前記基板上において一体的に移動させる第４ステップと、
    を備え、
    前記第４ステップは、前記液滴の噴流の前記基板上における着液位置が前記基板の回転中心を通るように前記液滴の噴流を移動させるステップであり、
    前記位置関係においては、前記液滴の噴流の着液位置が前記基板の周縁部に位置するときに、前記連続流の前記基板上における着液位置が、前記液滴の噴流の着液位置よりも前記基板の回転中心側に位置し、
    前記基板の回転軌跡上の前記液滴の噴流の着液位置と前記連続流の着液位置との双方の移動経路と、前記連続流と前記液滴の噴流との双方の流れ方向とのうち少なくとも一方が相違し、
    前記双方の移動経路の相違は、
    前記液滴の噴流の着液位置が前記基板の周縁部に位置するときに、前記連続流の着液位置が前記液滴の噴流の着液位置よりも前記基板の回転方向の下流側に位置することによりもたらされ、
    前記双方の流れ方向の相違は、
    前記基板に近づくにつれて前記液滴の噴流と前記連続流との間隔が広くなるように、前記連続流の方向が鉛直方向に対して傾いていることによりもたらされる、基板処理方法。
  4. 請求項３に記載の基板処理方法であって、
    前記双方の移動経路が互いに重なるとともに、前記双方の流れ方向が相違する、基板処理方法。
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