JPH09201557A - 超音波ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 処理液供給源の負荷を大きくすることなく、
超音波ノズルから基板へ充分な流量で処理液を供給し
て、基板処理を好適に行なう。 【解決手段】 基板に供給するための処理液に超音波振
動を付与する発振体５と、発振体５の振動面５ａに連結
される経路を持つ処理液流路６とが設けられている超音
波ノズル２において、処理液流路６の入口６ａから発振
体５への処理液の供給方向Ｙ２と、発振体５の振動面５
ａの配置方向とが交差するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波振動を付与
した処理液（純水やプリウエット液など）を、半導体ウ
エハや液晶表示装置用のガラス基板、フォトマスク、光
ディスク用の基板などの基板に供給して所定の基板処理
（基板洗浄処理や、フォトリソグラフィ工程の露光処理
後の現像処理で行なわれるプリウエット処理など）を行
なうために用いられる超音波ノズルに係り、特には、処
理液に超音波振動を付与する発振体と、発振体の振動面
に連結される経路を持つ処理液流路とが設けられている
超音波ノズルの改良技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の超音波ノズル１００は、
図５に示すように、その内部に処理液に超音波振動を付
与する発振体１０１と、発振体１０１の振動面１０１ａ
に連結される経路を持つ処理液流路１０２などが設けら
れている。

【０００３】なお、図中の符号１０３は、発振体１０１
を励振させるための高周波電圧を発振体１０１に印加す
るためのケーブルを示す。また、符号１０４は、処理液
供給管を示し、この処理液供給管１０４は、一端側が処
理液供給源１０５に連通接続され、他端側が処理液流路
１０２の入口１０２ａに連通接続されている。

【０００４】この従来装置によれば、処理液供給源１０
５から供給される処理液（純水やプリウエット液など）
が処理液供給管１０４を経て超音波ノズル１００内の処
理液流路１０２に供給され、処理液流路１０２の流路中
で、励振された発振体１０１により処理液に超音波振動
が付与された後、その処理液が処理液流路１０２の出口
から基板の表面に供給されて所定の基板処理（洗浄処理
など）が行なわれる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を有する従来例の場合には、次のような問題が
ある。図５に示すように、従来例に係る超音波ノズル１
００では、処理液供給管１０４から処理液流路１０２へ
の処理液の供給方向Ｙ１と、超音波ノズル１００内の発
振体１０１の振動面１０１ａの配置方向とが平行になる
ように構成されており、処理液流路１０２の流路中で発
振体１０１の振動面１０１ａに連結させるために、処理
液流路１０２は図５のようにクランク状に構成されてい
る。

【０００６】そのため、処理液流路１０２に多数の曲が
り部が形成されるので、処理液流路１０２内に流れる処
理液の圧力損失が大きくなるなどに起因して、超音波ノ
ズル１００から基板へ供給される処理液の流量が減少
し、基板処理を好適に行なえないという不都合があっ
た。一方、超音波ノズル１００から基板へ充分な流量で
処理液を供給するためには、処理液供給源１０５から処
理液供給管１０４への処理液の送り出し力を高めなけれ
ばならず、処理液供給源１０５の負荷が大きくなるとい
う別異の問題があった。

【０００７】また、処理液流路が曲がって形成されてい
るので、その流路が変わる時、流体中に溶在している気
体がキャビテーション作用で溶出し、発振体面に気体が
作用して発振体を破損することがあった。

【０００８】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、処理液供給源の負荷を大きくすること
なく、超音波ノズルから基板へ充分な流量で処理液を供
給して、基板処理を好適に行なうことができる超音波ノ
ズルを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、請求項１に記載の発明は、基板に供給するための処
理液に超音波振動を付与する発振体と、前記発振体の振
動面に連結される経路を持つ処理液流路とが設けられて
いる超音波ノズルにおいて、処理液流路の入口から前記
発振体への処理液の供給方向と、前記発振体の振動面の
配置方向とが交差するように構成したことを特徴とする
ものである。

【００１０】また、請求項２に記載の発明は、上記請求
項１に記載の超音波ノズルにおいて、処理液流路の入口
から前記発振体までの処理液流路部分を直線状に構成す
るとともに、前記発振体から処理液流路の出口までの処
理液流路部分を直線状に構成したことを特徴とするもの
である。

【００１１】

【作用】本発明の作用は次のとおりである。すなわち、
請求項１に記載の発明によれば、処理液流路の入口から
前記発振体への処理液の供給方向と、発振体の振動面の
配置方向とが交差するように超音波ノズルを構成してい
るので、処理液流路の入口から発振体までの処理液流路
に曲がり部を形成することなく、発振体から処理液に超
音波振動を付与させることができる。従って、処理液流
路に曲がり部が少なくなり、それだけ、処理液流路内に
流れる処理液の圧力損失を減少させることができる。

【００１２】請求項２に記載の発明によれば、処理液流
路の入口から前記発振体への処理液の供給方向と、発振
体の振動面の配置方向とが交差するように構成し、その
上で、処理液流路の入口から発振体までの処理液流路部
分を直線状に構成するとともに、発振体から処理液流路
の出口までの処理液流路部分を直線状に構成したので、
処理液流路の曲がり部が発振体部分の１個所になり、処
理液流路内に流れる処理液の圧力損失を減少させること
ができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１を参照
して説明する。図中の符号１は、基板処理装置に備えら
れる処理液供給機構を示し、この処理液供給機構１は、
本発明に係る超音波ノズル２や処理液供給管３、処理液
供給源４などを備えている。超音波ノズル２はその内部
に、処理液に超音波振動を付与する発振体５と、発振体
５の振動面５ａに連結（例えば、図示しないパッキンな
どを介して連結）される経路を持つ処理液流路６などが
設けられている。

【００１４】発振体５にはケーブル７が接続されてい
て、このケーブル７を介して高周波電圧が発振体５に印
加されることで、発振体５は、超音波と呼ばれる周波数
で振動されるように励振される。そして、この発振体５
の超音波振動が処理液流路６内に流れる処理液に付与さ
れ、超音波振動が付与された処理液が処理液流路６の出
口６ｂから基板の表面に供給され所定の基板処理が行な
われる。

【００１５】なお、発振体５は、圧電効果や電気ひずみ
効果を有する材料を、所望の機械共振周波数（例えば、
１．５ＭＨｚ程度の超音波と呼ばれる周波数）を得られ
るような形状に成形したもので、例えば、圧電効果の大
きな結晶や、電気ひずみ効果の大きなチタン酸ジルコン
酸鉛磁器などのセラミックなどで構成されている。

【００１６】また、処理液供給管３は、一端側が処理液
供給源４に連通接続され、他端側が処理液流路６の入口
６ａ側に連通接続されている。なお、処理液供給源４
は、処理液貯留タンクからポンプで処理液を送り出すよ
うに構成されたり、処理液貯留タンクからガス圧で処理
液を圧送するように構成される。

【００１７】さて、本発明では、処理液流路６の入口６
ａから発振体５への処理液の供給方向Ｙ２と、発振体５
の振動面５ａの配置方向とが交差するように、超音波ノ
ズル２を、例えば、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように構
成している。

【００１８】図１（ａ）では、発振体５の振動面５ａの
配置方向が図のＨ方向（例えば、水平方向）に平行にな
るように発振体５が超音波ノズル２内に設けられてい
る。また、処理液供給管３から処理液流路６への処理液
の供給方向Ｙ１がＨ方向に対して斜め下方から斜め上方
に向くように処理液供給管３が処理液流路６の入口６ａ
（超音波ノズル２）に連通接続され、処理液流路６の入
口６ａから発振体５までの処理液流路部分が、処理液供
給管３と平行に連なるように配されている。これによ
り、処理液流路６の入口６ａから発振体５への処理液の
供給方向Ｙ２と、発振体５の振動面５ａの配置方向とを
交差させている。

【００１９】図１（ｂ）では、発振体５の振動面５ａの
配置方向がＶ方向（例えば、垂直方向）に平行になるよ
うに発振体５が超音波ノズル２内に設けられ、処理液供
給管３から処理液流路６への処理液の供給方向Ｙ１がＨ
方向になるように処理液供給管３が処理液流路６の入口
６ａに連通接続され、処理液流路６の入口６ａから発振
体５までの処理液流路部分を、処理液供給管３と平行に
連なるように配させ、これにより、処理液流路６の入口
６ａから発振体５への処理液の供給方向Ｙ２と、発振体
５の振動面５ａの配置方向とを交差させている。

【００２０】図１（ｃ）では、発振体５の振動面５ａの
配置方向がＨ方向（Ｖ方向）に対して傾斜するように発
振体５が超音波ノズル２内に設けられ、処理液供給管３
から処理液流路６への処理液の供給方向Ｙ１がＨ方向に
なるように処理液供給管３が処理液流路６の入口６ａに
連通接続され、処理液流路６の入口６ａから発振体５ま
での処理液流路部分を、処理液供給管３と平行に連なる
ように配させ、これにより、処理液流路６の入口６ａか
ら発振体５への処理液の供給方向Ｙ２と、発振体５の振
動面５ａの配置方向とを交差させている。

【００２１】そして、各図の構成においては、処理液流
路６の入口６ａから発振体５までの処理液流路部分が、
処理液供給管３と平行に連なるように配され、その処理
液流路部分が直線状になるように構成され、処理液流路
６が発振体５部分で折り返され、発振体５から処理液流
路６の出口６ｂまでの処理液流路部分がＶ方向に平行に
連なるように配され、その出口側の処理液流路部分も直
線状になるように構成されている。

【００２２】図１に示した構成によれば、処理液流路６
の曲がり部が発振体５部分の１個所になり、処理液流路
６内に流れる処理液の圧力損失を減少させることがで
き、処理液供給源４の負荷を大きくすることなく、超音
波ノズル２から基板へ充分な流量で処理液を供給するこ
とができ、基板処理を好適に行なうことができる。ま
た、処理液流路６の曲がり部が少なくなったので、流体
中に溶在する気体の溶出が起き難くなり、発振体５の破
損を軽減させることもできるようになった。

【００２３】なお、図１に示した構成は、本発明の一例
を示すものであり、その他の構成で実現することも可能
である。

【００２４】次に、上記した本発明に係る超音波ノズル
２を含む処理液供給機構１を備えた基板処理装置の一実
施例を説明する。

【００２５】

【実施例】図２は、基板処理装置の一つである基板洗浄
装置の構成を示す縦断面図であり、図３は、その平面図
である。なお、この実施例では、基板の一つである半導
体ウエハの洗浄装置を例示しているが、その他の基板
（液晶表示装置用のガラス基板やフォトマスク、光ディ
スク用の基板など）を洗浄するための基板洗浄装置にも
本発明に係る超音波ノズルは同様に適用することができ
る。

【００２６】この実施例装置は、図２、図３に示すよう
に、基板（半導体ウエハ）Ｗを水平姿勢で保持して鉛直
軸回りに回転するメカニカルスピンチャック１０や、こ
のメカニカルスピンチャック１０の上方に位置して水平
移動掃引可能に設けられ、メカニカルスピンチャック１
０に保持された基板Ｗの上面に超音波振動が付与された
処理液（例えば、純水などの洗浄液）を供給する処理液
供給機構１、メカニカルスピンチャック１０に保持され
た基板Ｗを囲うように設けられ、洗浄液を回収するとと
もに、図示しない強制排気機構に連通され流下気流を形
成するように構成された飛散防止カップ１１などを備え
て構成されている。

【００２７】メカニカルスピンチャック１０は、複数個
（図では５個）の基板支持部２１を略円形に配置して立
設した回転台２２や、飛散防止カップ１１の底壁４１の
中央部を貫通して回転台２２を鉛直軸回りに軸支する支
軸２３、支軸２３を回転駆動する図示しない駆動モータ
ーなどを備えて構成されている。なお、基板支持部２１
は、基板Ｗの端部を下面から支持する鉛直支持部２１ａ
と、基板Ｗの水平位置を規制する水平規制部２１ｂとで
構成され、水平規制部２１ｂは、基板Ｗの外周端縁に当
接し、回転台２２の回転を基板Ｗに有効に伝達するよう
にしている。

【００２８】なお、回転台２２はカップ１１が図に示す
上昇位置において基板Ｗを保持して回転させ、その基板
Ｗの洗浄が行なわれ、一方、図示しないカップ１１の下
降位置で基板Ｗを図示しない基板搬送機構との間で受け
渡すように構成されている。

【００２９】処理液供給機構１は、例えば、図１で説明
した構成のものが用いられている。なお、図２、図３
中、図１と共通する部分は図１と同一符号を付してその
詳述は省略する。この実施例装置では、処理液供給機構
１の超音波ノズル２は、ノズルアーム３１の先端部に取
り付けられている。ノズルアーム３１の基端部はアーム
支軸３２に水平揺動自在に軸支され、アーム支軸３２は
ロータリーアクチュエータ３３により鉛直軸回りに回転
可能に構成されている。これにより、超音波ノズル２
が、メカニカルスピンチャック１０に保持された基板Ｗ
の端部から中心部にかけての範囲を往復移動掃引するよ
うになっている。

【００３０】また、図３において、符号１２〜１４は、
超音波振動を付与しない純水などの洗浄液を基板Ｗに供
給して超音波洗浄と異なる方法で洗浄を行なうときに、
それぞれ選択的に用いられる副洗浄液ノズルである。

【００３１】飛散防止カップ１１は、カップ本体４２と
上側カップ４３とからなり、メカニカルスピンチャック
１０に保持された基板Ｗを囲うように設けられている。
上側カップ４３は上部に外気取入口４３ａが開口され、
周壁に基板Ｗの回転による洗浄液の飛沫を下方に案内す
る傾斜面４３ｂを有している。また、カップ本体４２
は、その周壁の段差部４４で上側カップ４３を支持し、
カップ本体４２の底壁４１には排気・排液用に複数の開
口４５が形成されている。これら開口４５は、図示しな
い排気ダクト、排液ドレインを介して強制排気機構や排
液回収タンクに連通されている。これにより、洗浄液を
回収するとともに、均一な流下気流を形成するようにな
っている。

【００３２】次に、上記実施例装置の動作を説明する。
上記装置を始動させると、基板Ｗを保持したメカニカル
スピンチャック１０が回転駆動され、それとともに、上
記処理液供給機構１の超音波ノズル２が、超音波振動を
付与した洗浄液を供給しながら基板Ｗの端部外から基板
Ｗの中心部へ向かって、移動軌跡Ｒに沿って水平移動
し、回転している基板Ｗの上面を水平移動掃引するよう
に変移する。

【００３３】次に、超音波ノズル２は基板Ｗの中心部か
ら端部まで、あるいは、端部から端部へ水平移動掃引す
る。この超音波ノズル２の往復動作が複数回繰り返さ
れ、１枚の基板Ｗの洗浄工程が終了する。洗浄終了後に
は、カップ１１が下降して、図示しない下降位置にて洗
浄を終えた基板Ｗを図示しない基板搬送機構に引渡し、
カップ１１が別の基板Ｗを基板搬送機構から受け取った
後、図２で示すカップ１１が上昇位置まで上昇し、上記
洗浄処理をその基板Ｗに対して行なう。

【００３４】本発明に係る超音波ノズル２を含む処理液
供給機構１を備えていれば、上記洗浄工程において、超
音波ノズル２から基板Ｗへ充分な流量で洗浄液を供給す
ることができ、基板洗浄処理を好適に行なうことができ
る。

【００３５】なお、上記実施例では、メカニカルスピン
チャック１０を備えて基板Ｗを水平姿勢で保持するとと
もに、鉛直軸回りで回転させるように構成しているが、
基板Ｗの下面を真空吸着により保持し、鉛直軸回りで回
転させる吸引式スピンチャックを備えた基板洗浄装置
（基板処理装置）であっても本発明を適用することは可
能である。

【００３６】また、本発明が適用できるその他の実施例
としては、フォトリソグラフィ工程の露光処理後の現像
処理でプリウエット処理を行なう現像装置を挙げること
ができる。

【００３７】フォトリソグラフィ工程は、大まかに言っ
て、基板表面にフォトレジストの薄膜を形成するレジス
ト塗布工程の後、硬化処理（いわゆるソフトベーク）が
行なわれ、その後所定パターンの露光が行なわれる。そ
して、露光処理後に露光されたパターンを得るために現
像処理が行なわれる。

【００３８】この現像処理では、フォトレジストの薄膜
が形成され、所定のパターンが露光された基板表面に現
像液を供給（または、現像液中に基板を浸漬）して行な
われるが、フォトレジストの薄膜が疏水性を示すことが
多く、このような場合には、現像液が基板表面（フォト
レジストの薄膜表面）で弾かれ均一な現像液の供給など
が行なえず、そのため、現像ムラが発生してしまう。そ
こで、現像液の供給などに先立って基板表面にプリウエ
ット液を供給して、基板表面を疏水性から親水性に改質
するプリウエット処理が行なわれることがある。

【００３９】しかしながら、プリウエット液を単に基板
表面に供給するだけでは、基板表面にプリウエット液を
供給する際に、プリウエット液内に数μｍ〜数十μｍ程
度の微小気泡が発生してフォトレジストの薄膜表面に付
着し、この状態で現像液の供給などを行なうと前記微小
気泡付近のフォトレジストの薄膜に現像液が供給され
ず、その部分に現像不良が発生することがある。そこ
で、プリウエット処理において、基板表面に供給するプ
リウエット液に超音波振動を付与することで、前記微小
気泡を基板表面に残留させることなく、その表面を親水
性に改質する技術が本願出願人によって開発されてい
る。

【００４０】この超音波振動を付与したプリウエット液
を供給するプリウエット処理を行なう現像装置に本発明
に係る超音波ノズルを含む（例えば、図１に示す）処理
液供給機構を採用することができる。

【００４１】この現像装置は、例えば、図４に示すよう
に、基板Ｗを水平姿勢で保持し、鉛直軸周りに回転可能
に構成されたスピンチャック５０や、スピンチャック５
０の周囲に設けられ、現像液やリンス液が周囲へ飛散す
るのを防止するための現像装置用の飛散防止カップ６
０、超音波振動を付与したプリウエット液や、現像液、
リンス液などを供給する機構７０などを備えて構成され
る。

【００４２】スピンチャック５０は、図では吸引式スピ
ンチャックを示しているが、上記基板洗浄装置で説明し
たのと同様のメカニカルスピンチャックで構成してもよ
い。

【００４３】また、超音波振動を付与したプリウエット
液は、図１などに示す処理液供給機構１によって基板Ｗ
の表面に供給される。この装置においては、処理液供給
源４（図１参照）は、プリウエット液を超音波ノズル２
に供給する。この装置においても、図２の基板洗浄装置
と同様に、ロータリーアクチュエータ３３で回転される
支軸３２に水平揺動可能に軸支されたノズルアーム３１
の先端部に超音波ノズル２が取り付けられ、基板Ｗの表
面上で水平移動され、超音波ノズル２が基板Ｗの表面の
端部外の待機位置と、基板Ｗの表面の中心部の処理位置
との間で変移されるように構成される。また、この装置
では、例えば、ノズルアーム３１の先端部に現像液やリ
ンス液を選択切替えして供給するためのノズル７１も付
設される。なお、図中の符号７２はノズル７１に現像液
を供給するための管であり、符号７３はノズル７１にリ
ンス液（純水など）を供給するための管である。

【００４４】そして、露光処理が終了した基板Ｗがスピ
ンチャック５０に保持されると、基板Ｗが鉛直軸周りに
回転され、超音波ノズル２が基板Ｗの表面の中心部の処
理位置に移動され、その位置で超音波振動が付与された
プリウエット液が基板Ｗの表面（所定のパターンが露光
されたフォトレジストの薄膜表面）に供給され、プリウ
エット処理が行なわれる。このプリウエット処理におい
ても、充分な流量でプリウエット液が基板Ｗの表面に供
給され、好適にプリウエット処理を行なうことができ
る。

【００４５】プリウエット処理に続いて現像液を基板Ｗ
の表面に供給し、所定の現像処理が行なわれ、現像処理
後に基板Ｗの表面にリンス液が供給され、現像液の洗い
流しなどが行なわれる。

【００４６】なお、この種のプリウエット処理に使用さ
れるプリウエット液としては、例えば、純水や、使用す
る現像液を純水などで希釈して現像能力を低下させた
液、その他、例えば、ポジ型フォトレジストの薄膜に対
してはアルカリ性の水溶液、界面活性剤などが使用され
る。

【００４７】また、基板Ｗの表面に形成された薄膜の膜
厚やフォトレジスト液の種類によっては、超音波振動を
付与したプリウエット液がその薄膜面に損傷を与える恐
れもあるので、その膜厚やフォトレジスト液の種類に応
じて適宜の振幅の高周波電圧を発振体５に印加できるよ
うに構成することが好ましい。

【００４８】なお、上述した各装置に限らず、超音波振
動を付与した処理液を基板に供給して所定の基板処理を
行なう基板処理装置に本発明に係る超音波ノズルを用い
ることができる。

【００４９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に記載の発明によれば、処理液流路の入口から発振体
への処理液の供給方向と、発振体の振動面の配置方向と
が交差するように構成しているので、処理液流路の入口
から発振体までの処理液流路部分に曲がり部を形成する
必要がなくなり、処理液流路内に流れる処理液の圧力損
失を減少させることができ、超音波ノズルに処理液を供
給する処理液供給源の負荷を大きくすることなく、超音
波ノズルから基板へ充分な流量で処理液を供給して、基
板処理を好適に行なうことができる。さらに、処理液流
路部分に曲がり部が少なくなったので、流体中に溶在し
ている気体の溶出が起き難くなり、発振体の破損を軽減
することもできる。

【００５０】また、請求項２に記載の発明によれば、上
記請求項１に記載の発明の構成に加えて、処理液流路の
入口から発振体までの処理液流路部分を直線状に構成す
るとともに、発振体から処理液流路の出口までの処理液
流路部分を直線状に構成したので、処理液流路の曲がり
部が発振体部分の１個所になり、処理液流路内に流れる
処理液の圧力損失を減少させることができ、流体中に溶
在している気体の溶出が起き難くし、発振体の破損を軽
減させることができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す一部断面図である。

【図２】本発明に係る超音波ノズルを含む処理液供給機
構を用いる基板処理装置の一つである基板洗浄装置の構
成を示す縦断面図である。

【図３】図２の装置の平面図である。

【図４】本発明に係る超音波ノズルを含む処理液供給機
構を用いる他の基板処理装置の構成を示す縦断面図と平
面図である。

【図５】従来例に係る超音波ノズルの構成を示す一部断
面図である。

【符号の説明】

１ … 処理液供給機構 ２ … 超音波ノズル ３ … 処理液供給管 ４ … 処理液供給源 ５ … 発振体 ５ａ … 発振体の振動面 ６ … 処理液流路 ６ａ … 処理液流路の入口 ６ｂ … 処理液流路の出口 Ｙ１ … 処理液供給管から処理液流路への処理液の供
給方向 Ｙ２ … 処理液流路の入口から発振体への処理液の供
給方向 Ｗ … 基板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に供給するための処理液に超音波振
   動を付与する発振体と、前記発振体の振動面に連結され
   る経路を持つ処理液流路とが設けられている超音波ノズ
   ルにおいて、 処理液流路の入口から前記発振体への処理液の供給方向
   と、前記発振体の振動面の配置方向とが交差するように
   構成したことを特徴とする超音波ノズル。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の超音波ノズルにおい
   て、 処理液流路の入口から前記発振体までの処理液流路部分
   を直線状に構成するとともに、前記発振体から処理液流
   路の出口までの処理液流路部分を直線状に構成したこと
   を特徴とする超音波ノズル。