JP7189911B2 - 基板洗浄装置、基板処理装置、基板洗浄方法およびノズル - Google Patents

基板洗浄装置、基板処理装置、基板洗浄方法およびノズル Download PDF

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Description

本発明は、基板洗浄装置、基板処理装置、基板洗浄方法およびノズルに関する。
超純水（ＤＩＷ）および窒素ガスの２流体の噴流（ジェット）で基板を洗浄（２流体ジェット洗浄）する２流体ジェット洗浄装置が広く知られている。２流体ジェット洗浄装置では、２流体ジェットを基板に供給した際に、基板表面に沿う放射流と、基板表面に沿わないスプラッシュとが発生するが、基板洗浄に主に寄与するのは前者とされている。よって、洗浄力を高くするためには、基板表面に沿う放射流を増やすことと、基板表面に沿わないスプラッシュを減らすことが考えられる。
基板上に付着したパーティクルを除去する能力を高めるためには、液滴の基板への衝突速度を高くすればよい。しかし、衝突速度が高すぎると、基板にダメージを与えてしまうおそれがある。特に、近年では基板上に形成されるデバイスの微小化が進んでおり、小さな欠陥も許容されなくなってきている。また、衝突速度を上げるには２流体ジェット洗浄装置が必要とする気体や液体の供給元圧や供給流量の要求値も高くなり、省エネルギーの観点で効率的ではない。
そこで、基板表面に沿わないスプラッシュを減らすのが有効である。スプラッシュが発生する要因は超純水の表面張力である。そのため、超純水の表面張力を低減させる作用を有するＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を加えた流体で基板を洗浄することが行われている。
例えば、特許文献１は、まず窒素ガスとＩＰＡとを混合し、次いで超純水を混合した流体で基板洗浄を行う技術を開示している。また、特許文献１は、まず超純水とＩＰＡとを混合し、次いで窒素ガスを混合した流体で基板洗浄を行う技術も開示している。
特許文献２は、処理液、窒素ガスおよび液体状態のＩＰＡから構成される流体で基板を洗浄する技術を開示している。
特許第４０１１９００号公報 特許第４３４９６０６号公報
本発明の課題は、より洗浄力が高い基板洗浄装置、および、そのような基板洗浄装置を備える基板処理装置、ならびに、より洗浄力が高い基板洗浄方法を提供することである。また、本発明の別の課題は、そのような基板洗浄装置に用いられるノズルを提供することである。
本発明の一態様によれば、処理液を供給する処理液供給部と接続された第１供給口と、ガスを供給するガス供給部と接続された第２供給口と、前記処理液の表面張力を低下させるための表面張力抑制ガスを供給する表面張力抑制ガス供給部と接続された第３供給口と、前記処理液を吐出する第１吐出口と、第１混合位置において、前記ガスと前記第１吐出口より吐出された前記処理液とを混合して第１混合流体を生成するよう、前記ガスを吐出する第２吐出口と、前記第１吐出口からの距離が前記第１混合位置よりも離れた第２混合位置において、前記第１混合流体と前記表面張力抑制ガスとを混合して第２混合流体を生成するよう、前記表面張力抑制ガスを吐出する第３吐出口と、を有するノズルを備え、前記第２混合流体の噴流で基板を洗浄する基板洗浄装置が提供される。
本発明の別の態様によれば、処理液を供給する処理液供給部と接続された第１流路と、ガスを供給するガス供給部と接続された第２流路と、前記処理液の表面張力を低下させるための表面張力抑制ガスを供給する表面張力抑制ガス供給部と接続された第３流路と、が内部に設けられたノズルを備え、前記第１流路、前記第２流路および前記第３流路は、前記第１流路から出た処理液と、前記第２流路から出たガスとが第１混合位置において混合されて第１混合流体が生成され、前記第１混合流体と前記第３流路から出た表面張力抑制ガスとが前記第１混合流体の流れにおける前記第１混合位置より下流の第２混合位置において混合されて第２混合流体が生成されるように構成され、前記第２混合流体の噴流で基板を洗浄する、基板洗浄装置が提供される。
本発明の別の態様によれば、処理液を供給する処理液供給部と接続された第１流路と、ガスを供給するガス供給部と接続された第２流路と、前記処理液の表面張力を低下させるための表面張力抑制ガスを供給する表面張力抑制ガス供給部と接続された第３流路と、前記第１流路および前記第２流路と連結されて、前記処理液と前記ガスとが混合された第１混合流体が流れる第４流路と、が内部に設けられたノズルを備え、前記第３流路および前記第４流路は、前記第４流路から出た第１混合液体と、前記第３流路から出た表面張力抑制ガスとが混合されて第２混合流体が生成されるように構成され、前記第２混合流体の噴流で基板を洗浄する、基板洗浄装置が提供される。
本発明の別の態様によれば、処理液を供給する処理液供給部と接続された第１流路と、ガスを供給するガス供給部と接続された第２流路と、前記処理液の表面張力を低下させるための表面張力抑制ガスを供給する表面張力抑制ガス供給部と接続された第３流路と、前記第１流路、前記第２流路および前記第３流路と連結された第４流路と、が内部に設けられたノズルを備え、前記第１乃至第４流路は、前記第１流路から出た処理液と、前記第２流路から出たガスとが第１混合位置において混合されて前記第４流路内で第１混合流体が生成され、前記第１混合流体と前記第３流路から出た表面張力抑制ガスとが前記第１混合流体の流れにおける前記第１混合位置より下流の第２混合位置において混合されて前記第４流路内で第２混合流体が生成されるように構成され、前記第２混合流体の噴流で基板を洗浄する、基板洗浄装置が提供される。
液体状態の表面張力抑制剤を気化させて前記表面張力抑制ガスを生成する気化装置を備えるのが望ましい。
前記気化装置は、インジェクション方式で、前記液体状態の表面張力抑制剤を気化させて前記表面張力抑制ガスを生成してもよい。
前記気化装置は、ベーキング方式、バブリング方式、または、ベーパライザであってもよい。
前記表面張力抑制ガスが通過するフィルタを備え、前記フィルタを通過した表面張力抑制ガスが前記第１混合流体と混合されるのが望ましい。
前記処理液を２００～４００ｍｌ／分でノズルに供給する洗浄流体供給部を備えるのが望ましい。
前記ガスを１００～２００ＳＬＭでノズルに供給する洗浄流体供給部を備えるのが望ましい。
前記処理液は、超純水または二酸化炭素含有水であり、前記ガスは、不活性ガスまたは圧縮乾燥空気であり、前記表面張力抑制ガスは、ＩＰＡガスであるのが望ましい。
前記不活性ガスは窒素ガスであるのが望ましい。
前記第２混合流体における前記ＩＰＡガスの濃度、または、前記第２混合流体における前記ＩＰＡガスおよび前記窒素ガスの合計濃度は、１０～３０％であるのが望ましい。
本発明の別の態様によれば、基板を研磨する基板研磨装置と、研磨後の基板を洗浄する、上記基板洗浄装置と、を備える基板処理装置が提供される。
本発明の別の態様によれば、
処理液と、ガスとを混合して第１混合流体を生成する第１混合工程と、前記第１混合流体が生成された後に、前記処理液の表面張力を低下させるための表面張力抑制ガスと、前記第１混合流体とを混合して第２混合流体を生成する第２混合工程と、前記第２混合流体の噴流を基板に噴射して前記基板を洗浄する洗浄工程と、を備える基板洗浄方法が提供される。
本発明の別の態様によれば、基板洗浄装置に用いられるノズルであって、前記ノズルの外面に向かって開放された第１入口と、前記ノズルの内部に設けられた第１出口と、を有する第１流路と、前記ノズルの外面に向かって開放された第２入口と、前記ノズルの内部に設けられた第２出口と、を有する第２流路と、前記ノズルの外面に向かって開放された第３入口と、前記ノズルの底面に向かって開放された第３出口と、を有する第３流路と、前記ノズルの内部において前記第１出口および前記第２出口と連結された第４入口と、前記ノズルの底面に向かって開放された第４出口と、を有する第４流路と、が前記ノズルの内部に設けられ、前記第４流路は、前記ノズルのほぼ中央にあり、少なくとも前記第４出口の近傍は、前記ノズルの底面に近づくほど径が大きく、前記第３流路は、前記第３流路より前記ノズルの径方向外側にあり、少なくとも前記第３出口の近傍は、前記ノズルの底面に近づくほど前記ノズルの中央に近づくよう傾斜している、ノズルが提供される。
洗浄力を高くできる。
一実施形態に係る基板洗浄装置１０を備える基板処理装置の概略構成図。 一実施形態に係る基板洗浄装置１０の概略構成図。 基板洗浄装置１０の主要部の上面図。 洗浄流体供給装置３０の概略構成図。 ノズル１５の概略断面図。 図４Ａのノズル１５に流体が流れる様子を模式的に示した図。 図４Ａの変形例であるノズル１５の概略断面図 図４Ａの変形例であるノズル１５の概略断面図。 図５Ａのノズル１５に流体が流れる様子を模式的に示した図。 図４Ａの変形例であるノズル１５の概略断面図。 図６Ａのノズル１５に流体が流れる様子を模式的に示した図。 一実施形態に係る基板洗浄工程図。
まず、ＩＰＡを含む流体で基板を洗浄する際、以下の理由により、液体状態のＩＰＡでなく気体状態のＩＰＡを用いるのが好適であることに本願発明者らは想到した。
通常、防爆対策や静電気対策の観点から、ＳＵＳ製の容器に充填された状態で液体状態のＩＰＡが製造メーカーから供給される。ＳＵＳ製の容器の内面からＦｅ系微粒子が溶け出すため、ＩＰＡにはそのような微粒子が含まれている。洗浄時に微粒子が基板に付着することで基板を逆汚染させてしまうことがあり、洗浄力を十分に向上させることが困難な一因となってしまう。
液体状態のＩＰＡをフィルタに通すことで微粒子を除去できる。しかし、除去できるのはフィルタの孔径と同程度以上の粒子に限られ、フィルタの孔径より小さな微粒子はほとんど除去されない。
一方、液体状態のＩＰＡを気化させた気体状態のＩＰＡをフィルタに通すことで、フィルタの孔径よりも十分に小さな微粒子も除去できる。液体状態のＩＰＡと気体状態のＩＰＡとを比較すると、後者の方が微粒子のブラウン運動や慣性運動が活発であり、かつ、微粒子とフィルタ材との付着力も大きいためである。
以上から、本願発明では、気体状態のＩＰＡ（以下、「ＩＰＡガス」という）を基板洗浄に用いることとした。なお、ＩＰＡガスはＩＰＡ蒸気とも呼ばれる。
次に、超純水、窒素ガスおよびＩＰＡから構成される流体で基板を洗浄する際、まず超純水と窒素ガスとを混合し、次いでＩＰＡガスを混合するのが好適であることに本願発明者らは想到した。予め超純水と窒素ガスとを混合することにより、超純水が微粒化される。そのため、超純水の総表面積が大きくなり、ＩＰＡガスが超純水に溶解しやすいためである。
これに対し、まず窒素ガスとＩＰＡガスとを混合し、次いで超純水を混合することも考えられる。しかし、この混合順の場合、窒素ガスとＩＰＡガスの混合によってＩＰＡ気体濃度が希釈されてしまい、その後に超純水を微粒化するため、ＩＰＡガスが超純水に十分には溶解しない。
また、まず超純水とＩＰＡとを混合し、次いで窒素ガスを混合することも考えられる。しかし、この混合順の場合、超純水が微粒化されておらず、総表面積が大きくない状態で気体ガスと混合されるので、ＩＰＡガスが超純水に十分には溶解しない。
以上から、本願発明では、まず超純水と窒素ガスとを混合し、次いでＩＰＡガスを混合した流体を洗浄に用いることとした。
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
図１は、一実施形態に係る基板洗浄装置１０を備える基板処理装置の概略構成図である。本基板処理装置は、直径３００ｍｍあるいは４５０ｍｍの半導体ウエハ、フラットパネル、イメージセンサなど、種々の基板を処理する。
基板処理装置は、略矩形状のハウジング１と、多数の基板をストックする基板カセットが載置されるロードポート２と、１または複数（図１に示す態様では４つ）の基板研磨装置３と、複数（図１に示す態様では２つ）の基板洗浄装置１０と、基板乾燥装置４と、搬送機構５ａ～５ｄと、制御部６とを備えている。
基板研磨装置３はロードポート２から投入される基板を研磨する。例示的な一実施態様においては、基板研磨装置３における研磨処理は、化学的機械的研磨処理（ＣＭＰ処理）であってもよい。例示的な別の一実施態様においては、基板研磨装置３における研磨処理は、ベベル研磨処理や全面裏面研磨処理であってもよく、あるいは、基板表面の状態を乾燥させたままで研削処理を行う処理であってもよい。基板洗浄装置１０は研磨された基板を洗浄する。例示的な一実施態様においては、基板洗浄装置１０に導入される基板は、基板研磨装置３で研磨され基板表面が湿った状態を維持したまま基板研磨装置３から搬出されて、基板洗浄装置１０に導入される。基板乾燥装置４は洗浄された基板を乾燥させる。搬送機構５ａ～５ｄは各装置間で基板を搬送する。制御部６は基板処理装置の各機器の動きを制御する。制御部６は、所定のプログラムを格納したメモリと、メモリのプログラムを実行するＣＰＵ（Central processing Unit）と、ＣＰＵがプログラムを実行することで実現される制御モジュールとを有してもよい。
図２Ａは、一実施形態に係る基板洗浄装置１０の概略構成図である。図２Ｂは、基板洗浄装置１０の主要部の上面図である。この基板洗浄装置１０は、２流体ジェット洗浄、すなわち、超純水と窒素ガスの噴流を基板に噴射することで基板洗浄を行うものである。
図２Ａに示すように、基板洗浄装置１０は、スピンチャック１１（基板保持部）と、ステージ回転軸１２と、ステージ昇降・回転駆動機構１３と、制御部１４とを備えている。なお、この制御部１４は図１の制御部６であってもよいし、これとは別個に設けられてもよい。
スピンチャック１１は洗浄対象の基板Ｗを水平方向に保持する。スピンチャック１１は鉛直方向に延びるステージ回転軸１２に取り付けられている。よって、ステージ回転軸１２の回転に伴ってスピンチャック１１に保持された基板Ｗが水平面内で回転する。ステージ回転軸１２はステージ昇降・回転駆動機構１３によって昇降したり、回転したりする。ステージ昇降・回転駆動機構１３は制御部１４によって制御される。
また、基板洗浄装置１０は、洗浄流体供給装置３０と、ノズル１５と、洗浄アーム１６と、洗浄アーム揺動軸１７と、洗浄アーム昇降・揺動機構１８と、薬液供給機構１９と、超純水供給機構２０とを備えている。
洗浄流体供給装置３０はノズル１５に洗浄流体を供給する。より具体的には、洗浄流体供給装置３０の超純水供給管３１、窒素ガス供給管３２およびＩＰＡガス供給管３３から、それぞれ超純水、窒素ガスおよびＩＰＡガスがノズル１５に供給される。ノズル１５は、回転する基板Ｗの上面に、超純水、窒素ガスおよびＩＰＡガスを含む洗浄流体を供給する。洗浄流体供給装置３０およびノズル１５の構成例については後述する。
ノズル１５の上端は洗浄アーム１６の先端近傍に取り付けられている。洗浄アーム１６の他端側は鉛直方向に延びる洗浄アーム揺動軸１７に取り付けられている。よって、洗浄アーム揺動軸１７の回転に伴って、洗浄アーム揺動軸１７を中心として洗浄アーム１６が揺動し、これによってノズル１５が揺動する。洗浄アーム揺動軸１７は洗浄アーム昇降・揺動機構１８によって昇降したり、揺動したりする。洗浄アーム昇降・揺動機構１８は制御部１４によって制御される。
薬液供給機構１９および超純水供給機構２０は、回転する基板Ｗの上面に、薬液および超純水をそれぞれ供給する。
図２Ｂに示すように、洗浄を行わない時はノズル１５は退避位置Ｐ１にある。洗浄時、ノズル１５は洗浄流体を噴射しながら基板Ｗの中心付近Ｐ２と端付近Ｐ３との間（あるいは端付近と反対側の端付近との間）を揺動する。
図２Ａに戻り、基板洗浄装置１０は、プロセスカップ２１と、排液パイプ２２と、フィルタファンユニット２３と、排気ダクト２４とを備えている。
プロセスカップ２１はスピンチャック１１に保持された基板Ｗの側方を覆う。洗浄に用いられる薬液や超純水といった液体は、プロセスカップ２１の外側に飛散することなく排液パイプ２２に導かれ、排液ユーティリティに流れる。
また、基板洗浄装置１０の上部にフィルタファンユニット２３が設置され、清浄な空気がフィルタファンユニット２３を介して基板洗浄装置１０内に導かれる。そして、空気は排気ダクト２４から排液ユーティリティへ流れる。
図３は、洗浄流体供給装置３０の概略構成図である。
洗浄流体供給装置３０は、超純水供給部３４と、フィルタ３５と、電磁弁３６と、超純水供給管３１とを有する。フィルタ３５および電磁弁３６を介して、超純水供給部３４からの超純水が超純水供給管３１からノズル１５に供給される。超純水がフィルタ３５を通ることにより超純水中の微粒子が除去される。ノズル１５への超純水の供給量や供給のオン・オフが電磁弁３６によって制御される。
また、洗浄流体供給装置３０は、窒素ガス供給部３７と、フィルタ３８と、電磁弁３９と、窒素ガス供給管３２とを有する。フィルタ３８および電磁弁３９を介して、窒素ガス供給部３７からの窒素ガスが窒素ガス供給管３２からノズル１５に供給される。窒素ガスがフィルタ３８を通ることにより窒素ガス中の微粒子が除去される。ノズル１５への窒素ガスの供給量や供給のオン・オフが電磁弁３９によって制御される。
さらに、洗浄流体供給装置３０は、液体ＩＰＡ供給部３Ａと、フィルタ３Ｂと、窒素ガス供給部３Ｃと、フィルタ３Ｄと、気化装置３Ｅと、フィルタ３Ｆと、ヒーターまたは保温材３Ｇと、ＩＰＡガス供給管３３とを有する。
液体ＩＰＡ供給部３Ａからの液体ＩＰＡはフィルタ３Ｂを介して気化装置３Ｅに流入する。液体ＩＰＡガスがフィルタ３Ｄを通ることにより、液体ＩＰＡ中の比較的大きな微粒子が除去される。より具体的には、液体ＩＰＡには上述したＳＵＳ製の容器に由来するＦｅ系微粒子などが含まれている。そのような微粒子のうち、フィルタ３Ｂの孔径と同程度の微粒子がフィルタ３Ｂによって除去される。一方、フィルタ３Ｂの孔径より小さな微粒子はフィルタ３Ｂを通過するため、液体ＩＰＡに含まれたまま気化装置３Ｅに流入する。
また、窒素ガス供給部３Ｃからの窒素ガスはフィルタ３Ｄを介して気化装置３Ｅに流入する。窒素ガスがフィルタ３８を通ることにより窒素ガス中の微粒子が除去される。
そして、気化装置３Ｅは、窒素ガスをキャリアガスとして、液体ＩＰＡを気化して気体ＩＰＡを生成する。
気体ＩＰＡはフィルタ３Ｆを介してＩＰＡガス供給管３３からノズル１５に供給される。気体ＩＰＡガスがフィルタ３Ｆを通ることにより、気体ＩＰＡ中の含まれていた小さな微粒子も除去される。なお、気体ＩＰＡが小さな微粒子を含まない場合、フィルタ３Ｆを省略することもできる。
気体ＩＰＡが通る部分、すなわち気化装置３Ｅ、フィルタ３Ｆ、気化装置３Ｅとフィルタ３Ｆの間の配管、および、ＩＰＡガス供給管３３の少なくとも一部は、気化したＩＰＡが液体に戻るのを抑制すべく、ヒーターまたは保温材３Ｇが設けられるのが望ましい。
なお、気化装置３Ｅの構成に特に制限はない。例えば、気化装置３Ｅは、液体ＩＰＡが充填された容器の液層内にキャリアガスとしての窒素ガスを通過させ、窒素ガス中に気体ＩＰＡを混合させるバブリング方式で液体ＩＰＡを気化させてもよい。バブリング方式によれば、混合後の気体における気体ＩＰＡの濃度は飽和蒸気圧によって決まり、室温では約４％である。
また、気化装置３Ｅは、予め液体ＩＰＡを加熱し、その後に圧力を下げるインジェクション方式で液体ＩＰＡを気化させてもよい。例えば、株式会社堀場エステック （HORIBA STEC, Co., Ltd.）製の液体材料気化システムＭＶ－２０００シリーズを気化装置３Ｅとして適用できる。なお、インジェクション方式として、キャリアガスを使用しないタイプ（例えば、同社製ダイレクトインジェクションＶＣシリーズ）もあり、その場合、窒素ガス供給部３Ｃおよびフィルタ３Ｄは不要である。インジェクション方式の場合、混合後の気体における気体ＩＰＡの濃度を室温で約２０％まで高くすることができる。
その他、気化装置３Ｅとして、ベーキング方式（例えば、コンパクトベーキングシステ ムＬＳＣシリーズ）、ベーパライザ（例えば、同社製大流量ベーパライザＬＥシリーズ ）を適用してもよい。
図４Ａは、ノズル１５の概略断面図である。また、図４Ｂは、図４Ａのノズル１５に流体が流れる様子を模式的に示した図である。このノズル１５は、超純水と窒素ガスとの混合をノズル１５の外側（下流）で行い、これらの混合流体とＩＰＡガスとの混合もノズル１５の外側（下流）で行うものである。
ノズル１５には、超純水が通る流路４１と、窒素ガスが通る流路４２と、ＩＰＡガスが通る流路４３とが内部に設けられている。また、ノズル１５内の側壁４４によって流路４１と流路４２とが隔てられ、側壁４５によって流路４２と流路４３とが隔てられる。
流路４１はノズル１５のほぼ中心に位置する。流路４１の水平方向（基板Ｗと平行な方向）の断面は概略円形である。流路４１は鉛直方向に延びており、ノズル１５の上面から下面に達している。
流路４１の上端である入口４１Ｉはノズル１５の外面上方に向かって開放されており、流路４１の下端である出口４１Ｏはノズル１５の底面に向かって開放されている。そして、流路４１の入口４１Ｉには超純水供給管３１が接続され、例えば２００～４００ｍｌ／分で超純水が流路４１に供給される。そして、超純水は流路４１の出口４１Ｏから出る。なお、入口４１Ｉは供給口とも言える。他の入口も同様である。
流路４２は流路４１の外側において、流路４１と同心状に位置する。流路４２の水平方向の断面は概略環状である。流路４２は、ノズル１５の上面から下面近傍まで延びる上部分４２ａと、当該下面近傍部分からノズル１５の下面まで達する下部分４２ｂとを有する。下部分４２ｂの内面（側壁４４側）は鉛直方向に延びている。一方、下部分４２ｂの外面（側壁４５側）は先細であり、下方がノズル１５の中心に向かうよう傾斜している。
流路４２の上端である入口４２Ｉはノズル１５の外面上方に向かって開放されており、流路４２の下端である出口４２Ｏはノズル１５の底面に向かって開放されている。そして、流路４２の入口４２Ｉには窒素ガス供給管３２が接続され、例えば１００～２００ＳＬＭ（Standard Litter per Minute）で窒素ガスが流路４２に供給される。そして、窒素ガスは流路４２の出口４２Ｏから出る。なお、出口４２Ｏは吐出口とも言える。他の出口も同様である。
流路４３は流路４２の外側において、流路４２および流路４１と同心状に位置する。流路４３の水平方向の断面は概略環状である。流路４３は、ノズル１５の上面から下面近傍まで延びる上部分４３ａと、当該下面近傍部分からノズル１５の下面まで達する下部分４３ｂとを有する。下部分４３ｂは下方がノズル１５の中心に向かうよう傾斜している。流路４３の下端と流路４２の下端は同一平面上にあってよい。
流路４３の上端である入口４３Ｉはノズル１５の外面上方に向かって開放されており、流路４３の下端である出口４３Ｏはノズル１５の底面に向かって開放されている。そして、流路４３の入口４３ＩにはＩＰＡガス供給管３３が接続され、ＩＰＡガスが流路４３に供給される。そして、ＩＰＡガスは４３Ｉの出口４３Ｏから出る。
以上の構成のノズル１５において、流路４１の出口４１Ｏから出た超純水と、流路４２の出口４２Ｏから出た窒素ガスは、ノズル１５の直下（第１混合位置）で混合される（図４Ｂ参照）。これにより、超純水と窒素ガスの混合流体、より具体的には窒素ガスによって超純水が微粒化された流体が生成される。この流体はまだＩＰＡガスを含んでいない。
その後、この混合流体と、流路４３の出口４３Ｏから出たＩＰＡガスとが、基板Ｗの上方（第２混合位置）にて混合される。この混合流体の噴流が基板Ｗ上に到達し、洗浄に用いられる。混合流体におけるＩＰＡガスの濃度（あるいは窒素ガスとＩＰＡガスの合計濃度）は１０～３０％程度であるのが望ましい。なお、第２混合位置は出口４１０からの距離が第１混合位置よりも離れている。
なお、ノズル１５や流路４１～４３の形状などは図４Ａに示すものに限られない。すなわち、流路４１から出た超純水と、流路４２から出た窒素ガスとが混合されて混合流体が生成され、その混合流体と流路４３から出たＩＰＡガスとが混合されて洗浄用の混合流体が生成されるよう、流路４１～４３が構成されればよい。
また、図４Ａでは、流路４１の出口４１Ｏが流路４２の出口４２Ｏより下方に位置する。言い換えると、流路４１はノズル１５の下面から突出している。この場合、窒素ガスは側壁４４に沿って流れるので、窒素ガスが超純水に直角に近い方向で当たる成分が少ない。そのため、混合流体の直進性がよく、速度があまり低下することなく基板Ｗに到達する。よって、付着力が強い異物を基板Ｗから除去できる。
一方、図４Ｃに示すように、流路４１の出口４１Ｏと流路４２の出口４２Ｏが同一平面上にあってもよい。この場合、窒素ガスは開放空間に吐出されるので、超純水に対して直角に近い（水平方向）方向で当たる成分がある。そのため、超純水の液滴（ミスト）が拡散し、基板Ｗの広い範囲に洗浄液を供給できる。よって、付着力がそれほど強くない異物を基板Ｗから効率よく除去できる。
図５Ａは、図４Ａの変形例であるノズル１５の概略断面図である。また、図５Ｂは、図５Ａのノズル１５に流体が流れる様子を模式的に示した図である。このノズル１５は、超純水と窒素ガスとの混合をノズル１５内で行い、これらの混合流体とＩＰＡガスとの混合をノズル１５の外側（下流）で行うものである。
ノズル１５には、超純水が通る流路５１と、窒素ガスが通る流路５２と、超純水と窒素ガスとの混合流体が流れる流路５３と、ＩＰＡガスが通る流路５４とが内部に設けられている。また、ノズル１５内の側壁５５によって流路５１と流路５２とが隔てられ、側壁５６によって流路５３と流路５４とが隔てられる。
流路５１はノズル１５のほぼ中心に位置する。流路５１の水平方向の断面は概略円形である。流路５１はノズル１５の上面から鉛直方向に延びているが、ノズル１５の下面には達していない。
流路５１の上端である入口５１Ｉはノズル１５の外面上方に向かって開放されているが、流路５１の下端である出口５１Ｏはノズル１５の内部に設けられる。そして、流路５１の入口５１Ｉには超純水供給管３１が接続され、例えば２００～４００ｍｌ／分で超純水が流路５１に供給される。そして、超純水は流路５１の出口５１Ｏから出る。
流路５２は、水平部分５２ａ、上部分５２ｂ、中部分５２ｃおよび下部分５２ｄから構成される。水平部分５２ａはノズル１５の側面から水平方向に延びて、上部分５２ｂの側面に達している。流路５２の上部分５２ｂ、中部分５２ｃおよび下部分５２ｄは、流路５１の外側において流路５１と同心状に位置しており、これらの水平方向の断面は概略環状である。上部分５２ｂは鉛直方向に延びる。中部分５２ｃは先細であり、下方がノズル１５の中心に向かうよう傾斜している。下部分５２ｄは鉛直方向に延びているが、ノズル１５の下面には達していない。流路５２の下面（すなわち、出口５２Ｏ）は流路５１の下面（すなわち、出口５１Ｏ）とほぼ同一平面上にあってよい。
流路５２の一端である入口５２Ｉはノズル１５の外面側方に向かって開放されているが、流路５２の下端である出口５２Ｏはノズル１５の内部に設けられる。そして、水平部分５２ａの入口５２Ｉには窒素ガス供給管３２が接続され、例えば１００～２００ＳＬＭで窒素ガスが流路５２に供給される。そして、窒素ガスは流路５２の出口５２Ｏから出る。
流路５３は流路５１および流路５２の下方に位置する。そして、流路５３の上端は流路５１および流路５２と連結される。流路５３は鉛直方向に延びて、下端はノズル１５の下面に達している。流路５３の水平方向の断面は概略円形である。また、流路５３は全体あるいは少なくとも下端の近傍が末広がりとなっており、下面ほど径が大きくなっている。このような形状により、流路５３内で、流路３１から供給される超純水と、流路５２から供給される窒素ガスとが十分に混合されて混合流体が形成される。
流路５３の上端である入口５３Ｉはノズル１５の内部に設けられるが、流路５３の下端である出口５３Ｏはノズル１５の底面に向かって開放されている。そして、流路５３の上端において、流路５１から超純水が流れ込み、流路５２から窒素ガスが流れ込む。そして、超純水と窒素ガスの混合流体は、流路５３の出口５３Ｏから出る。
流路５４は、水平部分５４ａ、上部分５４ｂおよび下部分５４ｃから構成される。水平部分５４ａはノズル１５の側面から水平方向に延びて、上部分５４ｂの側面に達している。流路５４の上部分５４ｂおよび下部分５４ｃは、流路５３の外側において流路５３と同心状に位置しており、これらの水平方向の断面は概略環状である。上部分５４ｂは鉛直方向に延びる。下部分５４ｃは下方がノズル１５の中心に向かうよう傾斜している。このような形状により、ＩＰＡガスと、超純水および窒素ガスの混合流体と、の混合流体が速やかに形成され、下方に噴射される。流路５４の下端と流路５３の下端は同一平面上にあってよい。
流路５４の入口５４Ｉはノズル１５の外面側方に向かって開放されているが、流路５４の下端である出口５４Ｏはノズル１５の底面に向かって開放されている。そして、水平部分５４ａの一端である入口５４ＩにはＩＰＡガス供給管３３が接続され、ＩＰＡガスが流路５４に供給される。そして、ＩＰＡガスは５４の出口５４Ｏから出る。
以上の構成のノズル１５において、流路５１の出口５１Ｏから出た超純水と、流路５２の出口５２Ｏから出た窒素ガスは、流路５３内の所定の位置（第１混合位置）で混合される（図５Ｂ参照）。これにより、超純水と窒素ガスの混合流体、より具体的には窒素ガスによって超純水が微粒化された流体が生成される。流路５３内の流体はまだＩＰＡガスを含んでいない。
その後、流路５３の出口５３Ｏから出たこの混合流体と、流路５４の出口５４Ｏから出たＩＰＡガスと、がノズル１５の下方かつ基板Ｗの上方（第２混合位置）で混合される。この混合流体の噴流が基板Ｗ上に到達し、洗浄に用いられる。なお、第２混合位置は出口５１０からの距離が第１混合位置よりも離れている。
なお、ノズル１５や流路５１～５４の形状などは図５Ａに示すものに限られない。すなわち、流路５１から出た超純水と流路５２から出た窒素ガスとがノズル１５内の流路５３で混合され、かつ、流路５３から出たこの混合流体と、流路５４から出たＩＰＡガスとがノズル１５の下方で混合されて洗浄用の混合流体が生成されるよう、流路５１～５４が構成されればよい。
また、流路５４を設けずに、ＩＰＡガスを吐出するノズルをノズル１５とは別に設けて、流路５３から出たこの混合流体と、ＩＰＡガスとがノズル１５の下方で混合されるようにしてもよい。
このような構成のノズル１５によれば、窒素ガスの圧力および流量の影響をあまり受けることなく、超純水と窒素ガスとの混合流体にＩＰＡガスを混合させることができる。
図６Ａは、図４Ａの変形例であるノズル１５の概略断面図である。また、図６Ｂは、図６Ａのノズル１５に流体が流れる様子を模式的に示した図である。このノズル１５は、超純水と窒素ガスとの混合をノズル１５内で行い、これらの混合流体とＩＰＡガスとの混合もノズル１５内で行うものである。
ノズル１５には、超純水が通る流路６１と、窒素ガスが通る流路６２と、ＩＰＡガスが通る流路６３と、超純水と窒素ガスとＩＰＡガスとの混合流体が流れる流路６４とが内部に設けられている。また、ノズル１５内の側壁６５によって流路６１と流路６２とが隔てられる。流路６１，６２の構成は図５Ａの流路５１，５２と同様であるため、詳細な説明を省略する。
流路６３は、水平部分６３ａ、上部分６３ｂおよび下部分６３ｃから構成される。水平部分６３ａはノズル１５の側面から水平方向に延びて、上部分６３ｂの側面に達している。流路６３の上部分６３ｂよび下部分６３ｃは、流路６４の外側において流路６４と同心状に位置しており、これらの水平方向の断面は概略環状である。上部分６３ｂは鉛直方向に延びる。下部分６３ｃは下方が流路６４に向かうよう傾斜している。そして、下部分６３ｃの出口６３Ｏは流路６４に連結されている。
流路６３の入口６３Ｉはノズル１５の外面側方に向かって開放され、流路６３の出口６３Ｏはノズル１５の内部に設けられる。そして、水平部分６３ａの一端である入口６３ＩにはＩＰＡガス供給管３３が接続され、ＩＰＡガスが流路６３に供給される。そして、ＩＰＡガスは流路６３の出口６３Ｏから出る。
流路６４は流路６１および流路６２の下方に位置する。そして、流路６３の上端は流路６１および流路６２と連結される。また、流路６４は、上端と下端との間の位置において、流路６３と連結される。流路６４は鉛直方向に延びて、下端はノズル１５の下面に達している。流路６４の水平方向の断面は概略円形である。また、流路６４は末広がりとなっており、下面ほど径が大きくなっている。
流路６４の上端において、流路６１から超純水が流れ込み、流路６２から窒素ガスが流れ込む。さらに、流路６４には流路６３からＩＰＡガスが流れ込み、超純水と窒素ガスとの混合流体に対して、さらにＩＰＡガスが混合される。そして、超純水と窒素ガスとＩＰＡガスの混合流体は、流路６４の下端である出口６４Ｏから出る。
以上の構成のノズル１５において、流路６１の出口６１Ｏから出た超純水と、流路６２の出口６２Ｏから出た窒素ガスは、流路６３の上部（第１混合位置）で混合される。これにより、超純水と窒素ガスの混合流体、より具体的には窒素ガスによって超純水が微粒化された流体が生成される。この時点の流体はまだＩＰＡガスを含んでいない。
その後、さらに流路６３の出口６３Ｏから出たＩＰＡガスが流路６４に流れ込み、流路６４内の所定位置（第２混合位置）において、超純水と窒素ガスとの混合流体に、ＩＰＡガスが混合される。この混合流体の噴流が流路６４の下端である出口６４Ｏから出て基板Ｗ上に到達し、洗浄に用いられる。なお、第２混合位置は出口６１０からの距離が第１混合位置よりも離れている。
なお、ノズル１５や流路６１～６４の形状などは図６Ａに示すものに限られない。すなわち、まず、流路６１から出た超純水と、流路６２から出た窒素ガスとが混合されて流路６４内で混合流体が生成され、その後、この混合流体と流路６３から出たＩＰＡガスとが混合されて流路６４内で洗浄用の混合流体が生成されるよう、流路６１～６４が構成されればよい。言い換えると、流路６４には、ある位置において流路６１，６２が連結され、その下流の位置において流路６３が連結されればよい。
以上、３つのノズル１５を例示したが、洗浄流体供給の態様はこれらに限られるものではない。例えば、ノズル１５の上流において、超純水と窒素ガスとが混合された混合流体がノズル１５に供給され、ノズル１５の内部（あるいはノズル１５の下流）でさらに気体ＩＰＡが混合されるような構成であってもよい。あるいは、ノズル１５の上流において、超純水と窒素ガスとが混合された混合流体がノズル１５に供給され、さらに気体ＩＰＡが混合された混合流体がノズル１５に供給されるような構成であってもよい。ただし、十分な勢いで基板Ｗに洗浄流体を供給するためには、ノズル１５内あるいはノズル１５の下流で混合が行われるのが望ましい。
図７は、一実施形態に係る基板洗浄工程図である。まず、超純水と窒素ガスとを混合する（ステップＳ１）。基板洗浄装置１０は超純水と窒素ガスとを混合する第１混合手段を備えているとも言える。この混合は、ノズル１５に入る前に行われてもよいし、ノズル１５内で行われてもよいし（例えば、図５Ｂおよび図６Ｂ）、ノズル１５から出た後で行われてもよい（例えば、図４Ｂ）。
その後、ステップＳ１で生成された流体（第１混合流体）に、ＩＰＡガスを混合する（ステップＳ２）。基板洗浄装置１０は第１混合流体とＩＰＡガスとを混合する第２混合手段を備えているとも言える。この混合はステップＳ１での混合より下流側で行われればよく、ノズル１５に入る前に行われてもよいし、ノズル１５内で行われてもよいし（例えば、図６Ｂ）、ノズル１５から出た後で行われてもよい（例えば、図４Ｂおよび図５Ｂ）。
そして、ステップＳ２で生成された流体（第２混合流体）の噴流が基板Ｗの表面に供給され、基板Ｗが洗浄される（ステップＳ３）。
このように、本実施形態では、液体状態のＩＰＡでなく、ＩＰＡガスを用いる。ＩＰＡを気体状態にしてフィルタ３Ｆ（図３）を通すことで、ＳＵＳ製の容器から溶け出したＦｅ系微粒子などを除去できるため、逆汚染が抑制されて洗浄力が向上する。
また、本実施形態では、まず超純水と窒素ガスとを混合し、その後にＩＰＡを混合する。予め超純水と窒素ガスとを混合することにより、超純水が微粒化される。そのため、超純水の総表面積が大きくなり、より多くのＩＰＡガスが均一に超純水に溶解する。これにより、超純水の表面張力を抑えることができる。したがって、洗浄流体を基板Ｗに供給した際に、基板表面に沿わないスプラッシュを減らし、基板表面に沿う放射流を増やすことができ、洗浄力が向上する。
なお、以上説明した実施形態において、超純水は処理液の一例にすぎず、例えば二酸化炭素ガスを含有する液体（例えば、純水に二酸化炭素ガスを含有させたもの）を処理液として用いることもできる。二酸化炭素ガスを含有する液体を用いることで、基板Ｗの帯電を抑制できる。ただし、ＩＰＡも帯電抑制作用を有するため、二酸化炭素ガスの量は少なくてよい。また、二酸化炭素ガスを含有する液体はある種の配線材料を腐食させる例があることが知られており、その代わりに、同様に帯電抑制作用を有する希釈アンモニア水（例えば、純水にアンモニアガスを含有させたもの）を処理液として用いることもできる。希釈アンモニア水を用いることで、基板Ｗの帯電を抑制できる。ただし、ＩＰＡも帯電抑制作用を有するため、アンモニアガスの量は少なくてよい。
また、窒素ガスは不活性ガスの一例にすぎず、他の不活性ガスを用いてもよい。あるいは、例えば基板表面に露出した材料が空気中の酸素により酸化されるなどの懸念が少ない場合は、ＣＤＡ（圧縮乾燥空気）などを不活性ガスの代替として用いることもできる。さらに、ＩＰＡガスは表面張力抑制ガスの一例にすぎず、例えばメタノールなどの各種のアルコール類など、処理液の表面張力を抑制させる任意の気体を表面張力抑制ガスとして用いることができる。
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。
１ ハウジング
２ ロードポート
３ 基板研磨装置
４ 基板乾燥装置
５ａ～５ｄ 搬送機構
６ 制御部
１０ 基板洗浄装置
１１ スピンチャック
１２ ステージ回転軸
１３ ステージ昇降・回転駆動機構１３
１４ 制御部
１５ ノズル
１６ 洗浄アーム
１７ 洗浄アーム揺動軸
１８ 洗浄アーム昇降・揺動機構
１９ 薬液供給機構
２０ 超純水供給機構
２１ プロセスカップ
２２ 排液パイプ
２３ フィルタファンユニット
２４ 排気ダクト
３０ 洗浄流体供給装置
３１ 超純水供給管
３２ 窒素ガス供給管
３３ ＩＰＡガス供給管
３４ 純水供給部
３５，３８，３Ｂ，３Ｄ，３Ｆ フィルタ
３６，３９ 電磁弁
３７，３Ｃ 窒素ガス供給部
３Ａ 液体ＩＰＡ供給部
３Ｅ 気化装置
３Ｇ ヒーターまたは保温材
４１～４３，５１～５４，６１～６４ 流路
４４，４５，５５，５６，６５ 側壁

Claims (16)

  1. 処理液を供給する処理液供給部と接続された第１供給口と、
    ガスを供給するガス供給部と接続された第２供給口と、
    前記処理液の表面張力を低下させるための表面張力抑制ガスを供給する表面張力抑制ガス供給部と接続された第３供給口と、
    前記処理液を吐出する第１吐出口と、
    第１混合位置において、前記ガスと前記第１吐出口より吐出された前記処理液とを混合して第１混合流体を生成するよう、前記ガスを吐出する第２吐出口と、
    前記第１吐出口からの距離が前記第１混合位置よりも離れた第２混合位置において、前記第１混合流体と前記表面張力抑制ガスとを混合して第２混合流体を生成するよう、前記表面張力抑制ガスを吐出する第３吐出口と、を有するノズルを備え、
    前記第２混合流体の噴流で基板を洗浄する基板洗浄装置。
  2. 処理液を供給する処理液供給部と接続された第１流路と、
    ガスを供給するガス供給部と接続された第２流路と、
    前記処理液の表面張力を低下させるための表面張力抑制ガスを供給する表面張力抑制ガス供給部と接続された第３流路と、が内部に設けられたノズルを備え、
    前記第１流路、前記第２流路および前記第３流路は、前記第１流路から出た処理液と、前記第２流路から出たガスとが第１混合位置において混合されて第１混合流体が生成され、前記第１混合流体と前記第３流路から出た表面張力抑制ガスとが前記第１混合流体の流れにおける前記第１混合位置より下流の第２混合位置において混合されて第２混合流体が生成されるように構成され、
    前記第２混合流体の噴流で基板を洗浄する、基板洗浄装置。
  3. 処理液を供給する処理液供給部と接続された第１流路と、
    ガスを供給するガス供給部と接続された第２流路と、
    前記処理液の表面張力を低下させるための表面張力抑制ガスを供給する表面張力抑制ガス供給部と接続された第３流路と、
    前記第１流路および前記第２流路と連結されて、前記処理液と前記ガスとが混合された第１混合流体が流れる第４流路と、が内部に設けられたノズルを備え、
    前記第３流路および前記第４流路は、前記第４流路から出た第１混合液体と、前記第３流路から出た表面張力抑制ガスとが混合されて第２混合流体が生成されるように構成され、
    前記第２混合流体の噴流で基板を洗浄する、基板洗浄装置。
  4. 処理液を供給する処理液供給部と接続された第１流路と、
    ガスを供給するガス供給部と接続された第２流路と、
    前記処理液の表面張力を低下させるための表面張力抑制ガスを供給する表面張力抑制ガス供給部と接続された第３流路と、
    前記第１流路、前記第２流路および前記第３流路と連結された第４流路と、が内部に設けられたノズルを備え、
    前記第１乃至第４流路は、前記第１流路から出た処理液と、前記第２流路から出たガスとが第１混合位置において混合されて前記第４流路内で第１混合流体が生成され、前記第１混合流体と前記第３流路から出た表面張力抑制ガスとが前記第１混合流体の流れにおける前記第１混合位置より下流の第２混合位置において混合されて前記第４流路内で第２混合流体が生成されるように構成され、
    前記第２混合流体の噴流で基板を洗浄する、基板洗浄装置。
  5. 液体状態の表面張力抑制剤を気化させて前記表面張力抑制ガスを生成する気化装置を備える、請求項１乃至４のいずれかに記載の基板洗浄装置。
  6. 前記気化装置は、インジェクション方式で、前記液体状態の表面張力抑制剤を気化させて前記表面張力抑制ガスを生成する、請求項５に記載の基板洗浄装置。
  7. 前記気化装置は、ベーキング方式、バブリング方式、または、ベーパライザである、請求項５に記載の基板洗浄装置。
  8. 前記表面張力抑制ガスが通過するフィルタを備え、
    前記フィルタを通過した表面張力抑制ガスが前記第１混合流体と混合される、請求項１乃至７のいずれかに記載の基板洗浄装置。
  9. 前記処理液を２００～４００ｍｌ／分でノズルに供給する洗浄流体供給部を備える、請求項１乃至８のいずれかに記載の基板洗浄装置。
  10. 前記ガスを１００～２００ＳＬＭでノズルに供給する洗浄流体供給部を備える、請求項１乃至８のいずれかに記載の基板洗浄装置。
  11. 前記処理液は、超純水または二酸化炭素含有水であり、
    前記ガスは、不活性ガスまたは乾燥空気であり、
    前記表面張力抑制ガスは、ＩＰＡガスである、請求項１乃至１０のいずれかに記載の基板洗浄装置。
  12. 前記不活性ガスは窒素ガスである、請求項１１に記載の基板洗浄装置。
  13. 前記第２混合流体における前記ＩＰＡガスの濃度、または、前記第２混合流体における前記ＩＰＡガスおよび前記窒素ガスの合計濃度は、１０～３０％である、請求項１２に記載の基板洗浄装置。
  14. 基板を研磨する基板研磨装置と、
    研磨後の基板を洗浄する、請求項１乃至１３のいずれかに記載の基板洗浄装置と、を備える基板処理装置。
  15. 処理液と、ガスとを混合して第１混合流体を生成する第１混合工程と、
    前記第１混合流体が生成された後に、前記処理液の表面張力を低下させるための表面張力抑制ガスと、前記第１混合流体とを混合して第２混合流体を生成する第２混合工程と、
    前記第２混合流体の噴流を基板に噴射して前記基板を洗浄する洗浄工程と、を備える基板洗浄方法。
  16. 基板洗浄装置に用いられるノズルであって、
    前記ノズルの外面に向かって開放された第１入口と、前記ノズルの内部に設けられた第１出口と、を有する第１流路と、
    前記ノズルの外面に向かって開放された第２入口と、前記ノズルの内部に設けられた第２出口と、を有する第２流路と、
    前記ノズルの外面に向かって開放された第３入口と、前記ノズルの底面に向かって開放された第３出口と、を有する第３流路と、
    前記ノズルの内部において前記第１出口および前記第２出口と連結された第４入口と、前記ノズルの底面に向かって開放された第４出口と、を有する第４流路と、が前記ノズルの内部に設けられ、
    前記第４流路は、前記ノズルのほぼ中央にあり、少なくとも前記第４出口の近傍は、前記ノズルの底面に近づくほど径が大きく、
    前記第３流路は、前記第４流路より前記ノズルの径方向外側にあり、前記第３流路からの流体と前記第４流路からの流体との混合流体が形成されるよう、少なくとも前記第３出口の近傍は、前記ノズルの底面に近づくほど前記ノズルの中央に近づくよう傾斜している、ノズル。
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