TWI251857B - Two-fluid nozzle for cleaning substrate and substrate cleaning device - Google Patents

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TWI251857B
TWI251857B TW094107010A TW94107010A TWI251857B TW I251857 B TWI251857 B TW I251857B TW 094107010 A TW094107010 A TW 094107010A TW 94107010 A TW94107010 A TW 94107010A TW I251857 B TWI251857 B TW I251857B
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Itaru Kanno
Yusaku Hirota
Kenji Sekiguchi
Hiroshi Nagayasu
Syouichi Shimose
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Tokyo Electron Ltd
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Description

1251857 (1) ‘ 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種例如使用在用來除去附著於半導體 基板等表面之污染物的洗淨處理之基板洗淨用雙流體噴嘴 ’以及具備該基板洗淨用雙流體噴嘴之基板洗淨裝置。 【先前技術】 Φ 例如，在半導體裝置的製程中，藉由藥液或純水等的 洗淨液洗淨半導體晶圓（以下稱爲「晶圓」），使用用來 除去附著於晶圓的微粒、有機污染物、金屬雜質的污染之 基板洗淨裝置。已知使用雙流體噴嘴使洗淨液成爲液滴狀 噴射於晶圓的表面作爲這種基板洗淨裝置的一例。 以往，基板洗淨用雙流體已知有：在噴嘴的內部混合 氣體與液體形成液滴之內部混合型；及在噴嘴外部混合氣 體與液體形成液滴之外部混合型者（例如參照專利文獻1 # )。又，內部混合型之一例提案有：使形成在內部的液滴 與氣體通過直管內而使液滴加速，形成充分的速度噴射於 空氣中（例如參照專利文獻2 )。 【專利文獻1】特開2 00 3 - 1 9 75 9 7號公報 【專利文獻2】專利第3 3 1 5 6 1 1號公報 【發明內容】 〔發明所欲解決之課題〕 然而，在以往的基板洗淨用雙流體噴嘴中，液滴的粒 -5- (2) 1251857 * r 徑之偏差大，大粒的液滴噴射於晶圓的表面，有對於形成 在晶圓表面的微細圖案造成損傷之危險。特別是具備用來 加速液滴的直管之內部混合形噴嘴時，在液滴通過直管內 之間，具有導致聚集小的液滴成爲大的液滴之問題。又， 雖然已知所噴射出的液滴之數量愈多則污染物除去性能愈 高，但是當液滴無法被充分微粒化，或當液滴聚集且成爲 大的液滴時，具有液滴的數量變少，污染物的除去功能變 Φ 低的問題，另外，爲了提高污染物除去功能，當增加氣體 的流量而高速加速液滴時，由於以高速噴射大的液滴，故 損及晶圓的表面。因此在提升污染物除去性能有限。 再者，內部混合型噴嘴具有液滴的噴射速度之偏差的 大問題。筒速的液滴有在晶圓的表面造成損傷之危險。又 ，低速的液滴有污染物的除去性能低的問題。 本發明之目的在於提供一種可均一化液滴的粒徑與速 度之基板洗淨用雙流體噴嘴，及使用上述基板洗淨用雙流 • 體噴嘴而可有效洗淨基板之基板洗淨裝置。 〔用以解決課題之手段〕 爲了達成上述目的’根據本發明之基板洗淨用雙流體 噴嘴，係在內部混合氣體與液體，一起噴射液滴與氣體以 洗淨基板，其特徵在於具備有：供給氣體的氣體供給路、 供給液體的液體供給路、以及導出在內部形成的液滴之導 出路，在上述導出路的前端形成將液滴噴射至外部用的噴 射口，使上述噴射口的剖面積Sb形成小於上述導出路的剖 (3) 1251857 面積S a，且將上述氣體供給路的出口之剖面積S c形成小於 上述導出路的剖面積S a。 上述導出路的剖面積S a與上述噴射口的剖面積S b之比 Sa : Sb設爲1 : 0.25至〇.81亦可。使上述氣體供給路的出口 之剖面積Sc與上述噴射口的剖面積Sb相同’或是形成小於 上述噴射口的剖面積Sb亦可。將上述噴射口的剖面積sb與 上述氣體供給路的出口之剖面積Sc之比Sb ·· Sc設爲1 : φ 0.1 6至0 · 8 7亦可。將上述氣體供給路的出口之剖面積S c設 爲1.1 3至6.16mm2亦可。將上述氣體供給路之出口的剖面 積Sc設爲1.77至4.9 1mm2亦可。上述導出路形成直線狀且 將上述導出路之剖面積Sa設爲一定亦可。將上述導出路之 長度L1設爲1〇至90mm亦可。上述噴射口之長度L2設爲 3 0 m m以下。 本發明之基板洗淨用雙流體噴嘴，例如具備包圍上述 氣體供給路的環狀之液體導入路，將上述氣體供給路配置 • 在與上述導出路相同之軸上，使上述液體供給路開口在上 述液體導入路之外周面，在上述液體導入路依朝向前端側 形成口徑變小的錐形部，使上述錐形部在上述氣體供給路 與上述導出路之間開口，混合從上述氣體供給路供給的氣 體與從上述液體導入路導入的液體而形成液滴，經由上述 導出路導出上述液滴之構成亦可。使上述噴射口形成出口 側周緣的縱剖面形狀爲直角或銳角亦可。 又’根據本發明，係提供一種具備有上述基板洗淨用 雙流體噴嘴；使基板保持爲大致水平的旋轉夾頭；以及在 -7- (4) 1251857 上述基板的上方移動上述洗淨用雙流體噴嘴之驅動機構的 基板洗淨裝置。 〔發明之效果〕 根據本發明，藉著在導出路的前端設計噴射口，使液 滴通過噴射口，可充分微粒化液滴。在導出路之途中，即 使在導出路內壁形成大粒的液滴，亦可在噴射口再度微粒 Φ 化，使液滴的粒徑均一化。又，藉著將導出路、噴射口、 液體供給路、氣體供給路之各直徑設爲適當的大小，以適 當的流量混合液體與氣體，可充分微粒化液滴而噴射。藉 著將導出路、噴射口設爲適當的長度，可以適當的速度噴 射已充分微粒化的液滴。因而，可提升基板洗淨用雙流體 噴嘴的污染物除去性能。再者，可均一化液滴的速度。又 ，根據本發明的基板洗淨裝置，不會傷及基板表面，且可 提升污染物除去性能。 【實施方式】 以下，依據構成將作爲基板之一例的晶圓W的表面清 洗之基板洗淨裝置1來說明本發明之最佳實施形態。如第1 圖所示，本發明之實施形態的基板洗淨裝置1具備有：將 大致圓板形狀的晶圓W保持爲大致水平之旋轉夾頭2 ;在 內部混合氣體與液體且同時噴射液滴與氣體之本發明實施 形態的雙流體噴嘴5 ;以及包圍保持在旋轉夾頭2的晶圓W 之周圍的杯罩6。 -8- (5) 1251857 如第2圖所示，旋轉夾頭2在上部具備3個保持構件1 〇 ，藉由使此等3個保持構件1 0分別與晶圓W的周緣3個地方 抵接以保持晶圓W。如第1圖所示，旋轉夾頭2與馬達1 2連 接。藉由該馬達1 2的驅動使旋轉夾頭2旋轉，在大致水平 面內使晶圓W與旋轉夾頭2—體旋轉。 雙流體噴嘴5係安裝於大致水平配置於保持在旋轉夾 頭2的晶圓W上方之噴嘴臂1 5的前端。噴嘴臂1 5的基端係 # 固定於在杯罩6的外側朝向大致鉛直方向配置的旋轉軸1 6 ，在旋轉軸1 6連接有驅動部1 7。在本實施形態中，使雙流 體噴嘴5移動的驅動機構1 8藉由噴嘴臂1 5、旋轉軸1 6、驅 動部17構成。藉由該驅動部17的驅動，在大致水平面內以 旋轉軸1 6爲中心旋轉噴嘴臂1 5，使雙流體噴嘴5與噴嘴臂 15—體至少從晶圓W的中央部上方移動至晶圓W的周緣上 方。又，藉由驅動部17的驅動使旋轉軸16升降，使雙流體 噴嘴5與噴嘴臂15、旋轉軸16—體升降。 ® 如第3圖所示，雙流體噴嘴5係具備有：在雙流體噴嘴 5的內部例如供給氮（Ν2 )等氣體之氣體供給路2 1 ;在雙 流體噴嘴5的內部例如供給純水（DIW )等液體之液體供 給路22 ;導出在雙流體噴嘴5內部形成的液滴D與氮氣的噴 流之導出路23之內部混合型的基板洗淨用雙流體噴嘴。在 導出路23的前端形成有將液滴D噴射至外部用的噴射口 24 〇 氣體供給路2 1配置於與導出路23相同之軸上。在氣體 供給路2 1的出口部分形成有節流部3 1。節流部3 1形成剖面 -9- (6) 1251857 積小於上游側的部分。節流部3 1的出口與導出路2 3的入口 鄰接而配置。此外，節流部3 1的剖面積從入口至出口以一 定爲佳，節流部3 1的剖面形狀例如以圓形或橢圓形等最佳 。如圖所示，節流部3 1的剖面積從入口至出口爲一定時， 氣體供給路23的出口之剖面積Sc與節流部3 1的剖面積相等 〇 在氣體供給路2 1的周圍以包圍氣體供給路2 ；[的節流部 # 31之方式形成有環狀的液體導入路32。液體供給路22與液 體導入路32連接，供給純水至液體導入路32。氣體供給路 2 1以通過液體導入路3 2的內側之方式配置。該液體導入路 3 2形成具有環狀的剖面形狀之筒狀。在液體導入路32形成 有：環狀溝3 6、以及內徑與外徑依朝向前端側（在第3圖 下側）變小的錐形部37。錐形部37形成於比環狀溝36更前 端側，錐形部3 7的出口在氣體供給路2 1的節流部3 1之出口 與導出路23的入口之間開口爲環狀。因而，導入至液體導 S 入路3 2的純水在導出路23的入口附近與從氣體供給部2 ；1的 節流部3 1所供給的氮氣混合而形成液滴D。液體導入路32 的基端側（在第3圖上側）成爲閉口。此外，錐形部3 7的 傾斜例如與氣體供給路21及導出路23相對構成約45°的角 度。 液體供給路22以與液體導入路32的環狀溝36相對構成 適當的角度之方式設置，在環狀溝36的外周面開口。在圖 示的例中，液體供給路22相對於與氣體供給路2 1大致平行 的環狀溝3 6之外周面，以大致垂直的角度設置。在液體供 -10- (7) 1251857 給路2 2的出口 p卩分形成有節流部3 8。節流部3 8形成剖面積 小於上游側的部分之孔狀。然後，節流部3 8的出口以在環 狀溝的內面開口的方式設置。節流部3 8的剖面積從出口至 入口爲一定較佳’節流部3 8的剖面形狀例如以圓形或橢圓 形等最佳。如圖所示，節流部3 8的剖面積從入口至出口爲 一定時’氣體供給路22的出口之剖面積以與節流部38的剖 面積相等。 φ 導出路2 3如上所述配置在與氣體供給路2 1的節流部3 1 相同之軸上，與氣體供給路21及液體導入路32連通。導出 路2 3形成直線狀，且導出路2 3的剖面積s a從入口至出口爲 一定較佳，導出路2 3的剖面積S a例如以圓形或橢圓形等較 佳。如第4圖所示，從氣體供給路2 1供給的氮氣N2與從液 體導入路32導入的純水DIW在導出路23的入口附近混合， 藉此，形成無數滴純水的液滴D，所形成的液滴D與氮氣 N2同時經由導出路23被導出。 # 噴射口 24形成剖面積小於導出路23的孔狀。如此，在 沒有剖面積小於導出路23的孔狀噴射口 24時，沿著導出路 23內壁成長的霧狀之液滴D將直接被吐出。噴射口 24的剖 面積S b從入口至出口爲一定較佳，噴射口 2 4的剖面形狀例 如以圓形或橢圓形等較佳。通過導出路23內的液滴D在通 過噴射口 24內之期間再度被微粒化而被噴射出去。因而， 即使液滴D在沿著導出路23的內壁移動之期間有很大的成 長時，藉著通過噴射口 2 4可充分使液滴D微粒化爲小的粒 徑而噴射。 11 - (8) 1251857 如第4圖所示，雙流體噴嘴5以沿著噴射口 24的出口側 周緣的部分之縱剖面形狀成爲直角的方式形成較佳。亦即 ，噴射口 24的內面與雙流體噴嘴5的前端部外側之平面以 成爲垂直的方式形成較佳。如此，從噴射口 24被噴射的液 滴D容易朝向導出路23及噴射口 24之方向直線前進。相對 於此，沿著噴射口 2 4的出口側周緣的部分之縱剖面形狀不 形成直角，當形成圓形或錐面時，液滴D沿著圓形或錐面 φ 前進，相對於噴射口 24而傾斜飛出，朝著噴射口 24的外側 之液滴D變多。藉著使噴射口 2 4的出口周緣形成直角，使 液滴的直進性變爲良好，可順勢集中地將液滴D噴射至晶 圓W，使污染物除去性能提升。此外，即使噴射口 24的出 口周緣形成銳角，同樣地亦使液滴D的直進性成爲良好。 又，如第4圖所示，雙流體噴嘴5之氣體供給路2 1、導 出路2 3、噴射口 2 4相對於保持在旋轉夾頭2的晶圓W之上 面朝向垂直方向支持於噴嘴壁1 5的前端。亦即，相對於晶 φ 圓W的上面，大致垂直噴射液滴D的噴流。 此外，當液滴D的流動方向之導出路2 3的長度L 1過長 時，沿著導出路2 3的內壁移動的液滴D彼此聚集而容易變 大粒。反之，當導出路23的長度L1過短時，在導出路23內 無法充分加速液滴D，使從噴射口 24噴出之液滴D的噴射 速度變慢，又，在噴射口 24恐無法充分進行液滴D的再微 粒化。因此，藉著使導出路23的長度L1形成適當的長度， 在液滴D被充分微粒化的狀態下必須可充分加速。例如， 導出路23的長度L1以約10至90mm左右較佳。 -12- (9) 1251857 又，當導出路23的剖面積Sa過大時，由於通過導出路 2 3的液滴D之速度變慢，故沿著導出路2 3的內壁移動的液 滴D之間容易彼此聚集而變大粒。反之，當導出路2 3的剖 面積Sa過小時，由於導出路23內的氮氣N2之流量被限制爲 較少，故導出口 2 3的入口附近之液滴D的形成無法順利進 行，亦有所形成的液滴D比期望的粒徑大之虞。因而，必 須使導出路23的剖面積Sa形成適當的大小，在充分微粒化 φ 液滴D的狀態下供給至噴射口 24。例如，當導出路23的剖 面形狀爲圓形時，導出路23的直徑a以約1至7mm較佳，以 約3至5 mm左右更佳。當導出路2 3的剖面形狀爲橢圓等圓 形以外的形狀時，導出路23的剖面積以約0.785至38.5mm2 左右較佳，以約7.07至19.6mm2左右更佳。 再者，當噴射口 24的剖面積Sb過小時，由於噴射口 24 內的氮氣N 2之流量限制爲較少，且氣體供給路2 1、導出路 2 3內的氮氣N 2之流量限制亦較少，故導出口 2 3的入口附近 # 之液滴D的形成無法順利進行，亦有所形成的液滴D比期 望的粒徑更大之虞。反之，當噴射口 24的剖面積Sb過大時 ，恐有噴射口 24的液滴D之噴射速度變慢，且無法在噴射 口 24再度充分微粒化液滴D之虞。因而，必須藉著使導出 路23的剖面積Sb形成適當的大小，在充分微粒化液滴D的 狀態下可以足夠的速度噴射。例如，當噴射口 24的剖面形 狀爲圓形時，噴射口 24的直徑b以約〇.5至6mm左右較佳， 以約2至4mm左右更佳。當噴射口 24的剖面形狀爲橢圓等 圓形以外的形狀時，噴射口 24的剖面積Sb以約0.996至 -13- (10) 1251857 28.3mm2左右較佳，以約3·14至12.6 mm2左右更佳。又， 當導出路23的剖面形狀及噴射口 24的剖面形狀分別爲圓形 時，導出路23的直徑a與噴射口 24的直徑b之比例爲：a : b=l : 0.5至0.9左右較佳。當b<0.5a時，導出路23內壁的 大徑之霧雖被微細化，但因節流過度而使通過導出路2 3的 速度與噴射口 24之際的速度差過大。霧的速度追不上該速 度差（無法加速），結果使霧的速度不平均，較不理想 φ 。另外，在使用上因爲N2流量的控制更猛烈，較不理想。 此外，當b > 0.9a時，雖然霧速度的均一性高，但因爲節 流緩慢使霧的再微粒化困難。藉此，大量吐出大徑的霧。 因此使霧數量減少，結果使洗淨性能降低，較不理想。相 對於此，當b = 0.5 a至0.9 a時，爲了適度的節流，使霧的再 微粒化、霧速度的均一性平衡較佳。導出路23的剖面形狀 、噴射口 24的剖面形狀中任一個爲橢圓等圓形以外的形狀 時，導出路23的剖面積與噴射口 24的剖面積之比率以1 : # 0.25至0.81左右較佳。 液滴D的流動方向之噴射口 24的長度L2與導出路23的 長度L1比較形成較短。當該噴射口 24的長度L2過長時，沿 著噴射口 24的內壁移動的液滴D彼此聚集而恐有變大粒之 虞。因此，噴射口 24的長度L2必須爲適當的長度。噴射口 24的長度L2以約30mm以下較佳。 另外，在氣體供給路2 1中，當氣體供給路2 1的出口之 剖面積Sc即當節流部3 1的剖面積過小時，從節流部3 1流出 的氮氣>}2之流量限制較少，故在導出路23內無法充分加速 -14- (11) 1251857 液滴D，導致從噴射口 2 4噴出之液滴D的噴射速度變慢。 反之，當氣體供給路21的出口之剖面積Sc過大時，由於通 過導出路23的入口附近之液滴D的形成無法順利進行，而 有所形成的液滴D比期望的粒徑更大之虞。因此，必須藉 著將氣體供給路2 1的出口之剖面積Sc形成適當的大小，在 充分微粒化液滴D的狀態下成爲可充分加速。再者，氣體 供給路21的出口之剖面積Sc形成比導出路23的剖面積Sa小 # 較佳。若氣體供給路2 1之出口的剖面積Sc形成小於導出路 23的剖面積Sa，則在通過氣體供給路2 1的出口（節流部3 1 )之際，使氮氣N2的流速變快，提高從液體導入路32所導 入的純水DIW之霧化效果。又，亦有均一化霧速度的效果 。例如，當氣體供給路2 1之出口的剖面形狀爲圓形時，氣 體供給路21的出口（節流部31)之直徑c以約1.2至2.8mm 左右較佳，以約1.5至2.5 mm左右更佳。第5圖表示在後述 的實施例中調查，當氣體供給路2 1之出口的剖面形狀爲圓 0 形時，直徑c與洗淨性能（微粒除去性能）之關係的圖表 。可得知直徑c約1.2至2.8mm左右，更在約1.5至2.5mm左 右的範圍內洗淨性能高。當氣體供給路2 1的出口之剖面形 狀爲橢圓等圓形以外的形狀時，氣體供給路2 1的出口（節 流部31)之剖面積Sc以約1.1 3至6.1 6mm2左右較佳，以1.77 至4 · 1 9 mm2左右更佳。又，氣體供給路2〗的出口（節流部 31 )之剖面積Sc與噴射口 24之剖面積Sb相同，或是形成小 於噴射口 24的剖面積Sb較佳。爲了微粒化液滴D且使霧速 度均一化，將氣體供給路2 1的出口（節流部3 1 )之剖面積 -15- (12) 1251857
Sc設爲噴射口 24之剖面積Sb以下，可在氮氣N2與純水DIW 的混合部有效提升N2流速。特別是對於被微細化的圖案之 洗淨等，必須使霧速度下降，根據這種狀況可更有效。氣 體供給路2 1的出口之剖面形狀及噴射口 2 4的剖面形狀分別 爲圓形時，氣體供給路2 1的出口（節流部3 1 )之直徑c與 噴射口 24的直徑b之比率以b ·· c=l : 0.4至0.93左右較佳。 例如，將噴射口 24的直徑b設爲3mm時，當c < 0.4b時，N2 # 供給壓力在一般使用範圍，由於在節流部3 1的壓力損失增 大’故無法增加N2流量，使吐出部的煙霧速度流速變慢， 無法獲得充分的洗淨力而較不理想。另外，當氣體供給路 21的出口（節流部3 1 )之直徑c > 0.93b時，由於混合部的 N2流速變慢，故水滴的微細化不足，較不理想。相對於此 ，當c = 0.4b至0.93b時，成爲適當的N2之流速，對於微細霧 生成及霧速度的均一較佳。當氣體供給路2 1的出口之剖面 形狀、噴射口 24的剖面形狀中任一個爲橢圓等圓形以外的 Φ 形狀時，噴射口 24的剖面積Sb與氣體供給路21的出口（節 流部31)之剖面積Sc的比率爲：Sb: Sc=l: 0.16至0.87左 右較佳。 又，當從氣體供給路2 1的出口（節流部3 1 )供給的氮 氣N 2之流量少時，難以充分微粒化液滴D，導致液滴D的 平均粒徑變大。當從氣體供給路2 1的出口（節流部3 1 )供 給的氮氣N2之流量多時，無法充分進行第1圖所示的杯罩6 內的排氣，而有微粒再附著於晶圓W的問題。從氣體供給 路2 1的出口（節流部3 1 )流出的氮氣N2之流量例如約5至 -16- (13) 1251857 200L/min(normal)左右較佳，更佳爲約 10 至 100L/min( normal )爲宜。再者，從氣體供給路21的出口（節流部31 )供給的氮氣N2之流量，當相對於從硬體供給路22的出口 (節流部3 8 )供給的純水DIW之流量少時，難以充分微粒 化液滴D，使液滴D的平均粒徑變大。從氣體供給路2 1的 出口（節流部3 1 )供給的氮氣N2之流量約爲從液體供給路 22的出口（節流部38)供給的純水DIW之流量50倍以上較 # 佳，以約1〇〇倍以上更佳。 在液體供給路22中，當液體供給路22的出口之剖面積 Sd即節流部38的剖面積過小時，由於從節流部38流出的純 水DIW之流量限制少，故所形成的液滴D之個數變少。反 之，當液體供給路22的出口之剖面積Sd過大時，所形成的 液滴D恐將大於期望之粒徑。因而，必須藉著將液體供給 路22的出口（節流部38 )之剖面積Sd形成適當的大小，以 期望的個數與粒徑形成液滴D。例如，當液體供給路22的 # 出口（節流部3 8 )之剖面形狀爲圓形時，液體供給路22的 出口（節流部38 )的直徑d爲約0.5至5mm左右較佳，以約1 至3 mm左右更佳。當液體供給路22的出口（節流部38 )之 剖面形狀爲橢圓等圓形以外的形狀時，液體供給路22的出 口（節流部38)之剖面積Sd約爲0.196至1 9.625mm2左右較 佳，以約0.7 8 5至7.065 mm2左右更佳。又，當液體供給路 22的出口（節流部38 )之剖面形狀及噴射口 24的剖面形狀 分別爲圓形時，液體供給路22的出口（節流部3 8 )之直徑 d及噴射口 24的直徑b之比率爲：d : b=l : 1至3左右較理想 -17- (14) 1251857 。當液體供給路22的出口（節流部3 8 )之剖面形狀及噴射 口 24的剖面形狀中任一個爲橢圓等圓形以外的形狀時，液 體供給路2 2的出口（節流部3 8 )之剖面積S d與噴射口 2 4的 剖面積Sb之比率爲：Sd: Sb=l : 1至9左右較佳。 當從節流部38 (液體供給路22 )供給的純水DIW之流 量少時，由於液滴D之個數少，因此洗淨效果低。當從節 流部38供給的純水DIW之流量多時，由於難以充分微粒化 # 液滴D，導致液低D的平均粒徑變大。從節流部3 8供給的 純水DIW之流量例如以設爲約2〇至5 00 mL/m in左右較佳， 以約100至200mL/min左右更佳。 如第3圖所示，雙流體噴嘴5藉由以下構件所構成：液 體供給路22、液體導入路32、導出路23、形成有噴射口 24 的噴嘴本體4 1、及與形成有氣體供給路2 1的噴嘴本體4 1卡 合的卡合構件42。在噴嘴本體4 1的基端側形成有形成剖面 圓形狀且在噴嘴本體4 1的基端側之外面開口的空洞部4 3。 # 在噴嘴本體4 1的前端側形成有導出路23。空洞部43形成在 與導出路23相同之軸上。空洞部43的前端與導出路23的入 口之間形成從空洞部43側依朝向導出路23側變窄的錐面45 。又，在空洞部43的開口側形成有螺紋46。液體供給路22 在錐面45與螺紋46之間的空洞部43的內面開口。 卡合構件42藉由插入至空洞部43的插入體51、配置於 噴嘴本體41的基端側之頭體52所構成。插入體51例如具備 有：以與空洞部4 3的內徑相同大小的外徑所形成的圓柱狀 之大圓柱部5 3 ;以小於設置在大圓柱部5 3的前端側之空洞 -18- (15) 1251857 部43的內徑之外徑所形成的圓柱狀之小圓柱部54 ;以及形 成在比小圓柱部5 4更前端側且形成愈朝向前端側愈窄的圓 錐台狀之圓錐台部5 5。又，在大圓柱部5 3的外面設置有與 空洞部43的螺紋46螺合的螺紋56。頭體52係形成大於空洞 部4 3的內徑、大圓柱部5 3的外徑之外徑。氣體供給路2 1以 從頭體52的基端側之面貫通大圓柱部53、小圓柱部54、及 圓錐台部5 5之各中央部的方式設置，節流部3〗的出口以在 ® 圓錐台部5 5的前端部之平面開口的方式形成。 將卡合構件42的插入體51插入至空洞部43，在螺合螺 紋46與螺紋56之狀態下，在小圓柱部54的外面與空洞部43 的內面之間形成圓環狀的間隙亦即液體導入路3 2。又，在 圓錐台部5 5的外面與錐面4 5之間形成有環狀的間隙即錐形 部37。頭體52阻塞空洞部43且與空洞部43的開口之周圍的 面密接。 此外，構成雙流體噴嘴5之噴嘴本體4 1與卡合構件42 ^ 的材質例如以使用PTFE (聚四氟乙烯）等的氟系樹脂等較 佳。 如第6圖所示，氣體供給路2 1連接有從氮氣供給源6 1 供給氮氣之氣體供給配管62。在氣體供給配管62從氮氣供 給源6 1側依序介設有：流量計63、流量調節閥65、及過濾 器66。又，在液體供給路22連接有用來供給從純水供給源 7 1供給純水的液體供給配管72。在液體供給配管72從純水 供給源7 1側依序介設有：流量計7 3、流量調節閥7 5、及過 '濾、器7 6。 -19- (16) 1251857 又，設置有輸出用來操作流量調節閥65與流量調節閥 7 5之指令的控制部8 〇。以流量計6 3、7 3檢測出的流量係藉 由控制部8 Ο I視。控制部8 〇係依據流量計6 3的流量檢測値 ’在氣體供給配管62內以期望的流量使氮氣流動，輸出用 來調節流量調節閥65的開度之指令。而且，控制部8〇依據 流量計73的流量檢測値，使純水以期望的流量在液體供給 配管72內流動，輸出用來調節流量調節閥75的開度之指令 •。 且’在該洗淨裝置1中，首先藉由未圖示的搬送臂將 未洗淨的晶圓W搬入至洗淨裝置1內，如第〗圖所示，將晶 圓W送至旋轉夾頭2。此時，晶圓W以表面（形成圖案的面 )作爲上面，保持在旋轉夾頭2。當晶圓w送到旋轉夾頭2 時’在第2圖中以兩點鏈線表示，使雙流體噴嘴5及噴嘴臂 1 5退避至杯罩6的外側。若晶圓W送到旋轉夾頭2，則驅動 驅動部1 7並旋轉噴嘴臂1 5，在第2圖中以實線表示，使雙 ♦ 流體噴嘴5移動至晶圓W的上方，開始液滴D的噴射。另外 ，藉由第1圖所示的馬達1 2之驅動使旋轉夾頭2旋轉，使晶 圓W的旋轉開始。然後，從晶圓w的中央部上方使雙流體 噴嘴5 —邊朝向晶圓w的周緣部上方移動，一邊朝向正在 旋轉的晶圓W之表面噴射噴流。藉此，在晶圓W的表面整 體噴射噴流，除去附著在晶圓W表面的污染物。 噴流係以如下說明之方式形成。首先，打開流量調節 閥65使從氮氣供給源61供給的氮氣N2在氣體供給配管62、 氣體供給路2 1流通。氣體供給配管6 2內的氮氣N 2之流量藉 -20- (17) 1251857 由控制部8 0的指令，依據流量計6 3的檢測値調節流量調節 閥6 5，控制在期望的値。因而，可以適當的流量供給氮氣 Ν 2至氣體供給路2 1。通過氣體供給路2 1的氮氣Ν2如第4圖 所示，從節流部3 1放出並流入至導出路23的入口。 如此，除了供給氮氣Ν2之外，打開流量調節閥7 5 ’使 從純水供給源7 1供給的純水DIW在液體供給配管72、液體 供給路22流通。液體供給配管72內的純水DIW之流量藉由 • 控制部80的指令，依據流量計73的檢測値調節流量調節閥 7 5，控制在期望的値。因而，可以適當的流量供給純水 DIW至液體供給路22。通過液體供給路22的純水DIW如第4 圖所示，從節流部38朝向液體導入路32的環狀溝36而於大 致垂直方向被放出並流入至環狀溝3 6，從節流部3 8的出口 沿著環狀溝36的內面並擴展爲環狀，更使純水DIW環狀流 入至錐形部37整體。然後，從錐形部37朝向導出路23的入 口，傾斜放出純水DI W。 • 通過氣體供給路2 1的氮氣Ν2與通過錐形部3 7的純水 DIW分別放出至導出路23的入口形成混合。氮氣Ν2從氣體 供給路2 1的節流部3 1朝向導出路2 3直線放出，純水朝向導 出路2 3的入口’從導出路2 3的入口之周圍整體傾斜放出。 混合氮氣Ν2與純水DIW之結果，使與氮氣ν 2撞擊之純水 DIW成爲微粒子狀’形成純水D IW之液滴D。氮氣Ν 2與純 水DI W之液滴D以相當小的粒徑形成足夠數量，節流部3 j 形成足夠的個數’分別從節流部3 1與錐形部3 7供給適當的 流量。 •21 - (18) 1251857 液滴D與氮氣N 2之噴流係經由導出路2 3內導出，朝向 噴射口 24。液滴D係在通過導出路23內之期間藉由氮氣N2 的流動加速。導出路2 3的長度L 1成爲可充分加速液滴D之 長度，又，由於氮氣N2以可充分加速液滴D之適當的流量 供給至導出路23，因此將液滴D加速至足夠的速度，從噴 射口 2 4噴射，撞擊晶圓W之表面。因而，可從晶圓表面有 效除去污染物。又，導出路2 3的長度L 1形成適當的長度以 • 抑制在通過導出路23內之期間液滴D彼此聚集變大粒，使 液滴D以微粒子狀導出至噴射口 24。 在通過導出路23內的噴流中恐有包含：在混合純水 DIW與氮氣N2之際無法以相當小之粒徑形成的液滴D ;或 通過導出路23內之期間沿著導出路23的內壁成長變大的液 滴D之虞。即使混合此等大粒的液滴D，由於在通過噴射 口 24之期間再度微粒子化而分裂爲相當小的液滴D，因此 可防止大粒的液滴D撞擊晶圓W的表面。因而，可防止晶 • 圓的表面損傷。又，大粒的液滴D在噴射口 24中由於分裂 爲複數個液滴D，因此使液滴D的數量增加。因而，由於 可使多數微粒子狀的液滴D撞擊晶圓W表面，因此可從晶 圓W的表面有效除去污染物。再者，與沒有設計噴射口 24 之情況比較，有均一化液滴D的粒徑與噴射速度之效果。 亦即’可減少噴射速度變慢且與除去污染物無關的液滴D 、或噴射速度過快有傷及晶圓W表面之虞的液滴D、或大 粒的液滴D，以最適合除去污染物的噴射速度噴射多數液 滴D。因而’可一邊提升污染物除去性能，一邊防止大粒 -22- (19) 1251857 的液滴D或局速的液滴D對晶圓W表面造成損傷。此外，爲 了不傷及晶圓W的表面而除去污染物，液滴D的粒徑以1 0 0 // m以下左右較佳，速度以約80m/sec以下左右較佳。更以 液滴D的粒徑之平均値約5 0 // m以下左右，且最大粒徑約 1 00 // m以下左右，液滴D的速度平均値約40m/sec以上，約 80m/sec以下左右最佳。 由於噴射口 24的出口側周緣之縱剖面形狀成爲直角， # 因此液滴D的直進性佳，由於大量的液滴D順勢撞擊晶圓W 的表面’故可從晶圓W的表面有效除去污染物。 如以上之方法，在雙流體噴嘴5中生成液滴D的噴流， 藉由噴流洗淨晶圓W的表面整體，藉由控制部80的指令關 閉流量調節閥65與流量節閥75，停止來自雙流體噴嘴5的 噴流之噴射。然後，在第2圖中，如兩點鏈線表示，使雙 流體噴嘴5與噴嘴臂15退避至杯罩6之外側。又，停止馬達 I 2的驅動，使旋轉噴頭2與晶圓W之旋轉停止。繼而，使 # 搬送臂（未圖示）進入洗淨裝置1內，藉由搬送臂（未圖 示）從旋轉夾頭2接受晶圓W，從洗淨裝置1搬出。如此， 結束在洗淨裝置1之處理。 根據上述雙流體噴嘴5，在導出路23的前端設置孔狀 的噴射口 24，藉著使液滴D通過噴射口 24，使液滴D再微 粒化爲相當小的粒徑之粒子狀而噴射。即使形成大粒的液 滴D，由於在噴射口 2 4中再微粒化，因此可使液滴D均一 化爲小的粒徑而噴射。因而，可防止大粒的液滴D撞擊晶 圓W的表面，防止晶圓w的表面損傷。再者，藉由再微粒 -23- (20) 1251857 化形成多數個微粒子狀的液滴D，由於可使多數個液滴D 撞擊晶圓W的表面，因此提升污染物的除去性能。又，藉 著將導出路23、噴射口 24設爲適當的長度，可使充分微粒 化的液滴D以適當的速度噴射。因而，可獲得良好的污染 物除去性能。再者，可均一化液滴D的速度。亦即，由於 可以適當的噴射速度噴射多數滴液滴D，因此一邊可提升 污染物除去性能，一邊防止晶圓W的表面之損傷。又，根 • 據本發明的洗淨裝置1，不會傷及晶圓W的表面，可提升 污染物除去性能。 以上，雖表示本發明之最佳實施形態的一例，惟不限 定於在此所說明的形態。例如，在本實施形態中，雖然液 體爲純水，氣體爲氮氣，但不限定於此，液體亦可爲洗淨 用的藥液等，氣體亦可爲空氣等。又，基板不限於半導體 基板，其他之LCD基板用玻璃或CD基板、印刷基板、陶瓷 基板等亦可。 # 氣體供給路21、液體供給路22、液體導入路32之配置 或形狀不限定於實施形態所示者。又，在本實施形態中， 雖說明藉由噴嘴本體41與卡合構件42所構成，在噴嘴本體 4 1的小圓柱部5 4與噴嘴本體4 1的空洞部4 3之間形成有液體 導入路3 2者作爲雙流體噴嘴5的構造之一例，惟雙流體噴 嘴5的構成不限定於上述之構成。 在本實施形態中，雖然沿著噴射口 24的出口側周緣之 部分的縱剖面形狀以成爲直角之方式形成，但是沿著噴射 口 24的出口側周緣之部分的縱剖面形狀如第7圖所示，亦 -24- (21) 1251857 可爲銳角。例如，外徑依朝向前端而變小的方式形成縱剖 面大致圓形的噴射口 24之周圍，沿著噴射口 24的出口之周 圍而形成大致圓錐台面。此時，從噴射口 24噴射出的液滴 D朝向導出路23及噴射口 24之方向容易直線前進，以大量 的液滴D順勢集中噴射晶圓W，可提升污染物除去性能。 又，噴射口 24的剖面形狀與節流部3 1的剖面形狀雖以 任一種圓形進行說明，但是此等形狀不限定爲圓形，可採 • 任意的形狀。例如第8圖所示，在噴射口 24或節流部3 1形 成複數個孔（多孔）形成亦可。 【實施例1】 導出路23的直徑a、噴射口 24的直徑b、節流部31的直 徑c、節流部3 8的直徑d如表1所示，設爲a : b = 1 : 0.7 5，b :c=l ： 0.67 » a ： c=l ： 0.5，d ： b=l ： 3。此外，導出路 23 的剖面形狀、噴射口 24的剖面形狀、節流部3 1的剖面形狀 # 、節流部3 8的剖面形狀皆可爲圓形。使用該雙流體噴嘴5 進行晶圓W之洗淨實驗，確認雙流體噴嘴5之污染物除去 性能。結果，不會損及晶圓W之表面，可獲得良好的污染 物除去性能。 -25- (22) 1251857 比率項目 比率（實施例1) 最佳比率 a : b 1:0.75 1 :0·5〜0.9 b : c 1:0.67 1:0·4〜0.93 a : c 1:0.5 1 :0.5〜1 ·0 d : b 1 :3 1 : 1 ·0〜3 ·0 # 【實施例2】 在實施例1所使用的雙流體噴嘴5中，使氣體供給路2 1 的出口（節流部3 1 )之直徑c變化，調查直徑c與洗淨性能 (微粒除去率）之關係。結果，獲得第5圖、第9圖。此外 ，在第5圖中，將洗淨性能最高的直徑c = 2.Omm時的微粒除 去率設爲1，以相對於除去率1的比例表示各直徑c時的微 粒除去率。如第5圖所示，氣體供給路2 1的出口（節流部 31 )的直徑c在1.2至2.8mm的範圍中可確保有效的微粒除 Φ 去率。特別是在直徑c爲1.5至2.5 mm的範圍中，可確保較 佳的微粒除去率。又，當氣體供給路2 1的出口（節流部3 1 )的直徑c愈小，則霧徑愈小，亦使速度分布均一化。特 別是以低流量微細化霧，當直徑c愈小則愈有利。如第9圖 所示，與直徑c爲1.5mm與2.0mm時相比，直徑c爲3.0mm時 ，難以生成微細霧。 【產業上利用的可能性】 本發明係適合利用在例如附著在半導體基板等表面的 污染物之除去等。 -26- (23) 1251857 【圖式簡要說明】 第1圖係本實施形態例之洗淨裝置的槪略縱剖面圖。 第2圖係本實施形態例之洗淨裝置的槪略平面圖。 第3圖係本實施形態例之雙流體噴嘴的槪略縱剖面圖 〇 第4圖係構成雙流體噴嘴的內部之構成的說明圖。 • 第5圖係表示氣體供給路之出口的直徑c與洗淨性能（ 微粒除去率）之關係圖表。 第6圖係氣體供給配管與液體供給配管的說明圖。 第7圖係放大其他實施形態的雙流體噴嘴之前端部的 形狀之縱剖面圖。 第8圖係將噴射口或節流部形成複數個孔（多孔）的 實施形態說明圖。 第9圖係氣體供給路的出口之直徑〇爲5 mm、2.0mm Φ 、3 · 0mm時的霧之生成狀態的照片。 【主要元件符號說明】 D 液滴 W 晶圓 1 洗淨裝置 2 旋轉夾頭 5 雙流體噴嘴 18 驅動機構 -27- 1251857 ) 氣體供給路 液體供給路 導出路 噴射口 節流部 液體導入路 錐形部 節流部 -28

Claims (1)

  1. (1) 1251857 十、申請專利範圍 1. 一種基板洗淨用雙流體噴嘴，係在內部混合氣體 與液體’一起噴射液滴與氣體以洗淨基板，其特徵在於具 備有： 供給氣體的氣體供給路、供給液體的液體供給路、以 及導出在內部形成的液滴之導出路， 在上述導出路的前端形成將液滴噴射至外部用的噴射 • 口， 使上述噴射口的剖面積Sb形成小於上述導出路的剖面 積Sa，且將上述氣體供給路的出口之剖面積Sc形成小於上 述導出路的剖面積S a。 2. 如申請專利範圍第1項之基板洗淨用雙流體噴嘴， 其中，將上述導出路的剖面積Sa與上述噴射口的剖面積Sb 之比 Sa: Sb設爲 1: 0.25 至 0.81。 3 ·如申請專利範圍第1項之基板洗淨用雙流體噴嘴， # 其中，更使上述氣體供給路的剖面積Sc與上述噴射口的剖 面積Sb相同，或是形成小於上述噴射口的剖面積Sb。 4.如申請專利範圍第3項之基板洗淨用雙流體噴嘴， 其中，將上述噴射口的剖面積Sb與上述氣體供給路的出口 之剖面積Sc之比Sb : Sc設爲1 : 0.1 6至0.87。 5 ·如申請專利範圍第4項之基板洗淨用雙流體噴嘴， 其中，將上述氣體供給路的出口之剖面積S c設爲1 . 1 3至 6.16mm2。 6.如申請專利範圍第4項之基板洗淨用雙流體噴嘴， -29- (2) 1251857 其中，將上述氣體供給路之出口的剖面積Sc設爲1.7 7至 4.91mm2。 7.如申請專利範圍第1項之基板洗淨用雙流體噴嘴， 其中’上述導出路形成直線狀，且將上述導出路之剖面積 Sa設爲一定。 8 ·如申請專利範圍第1項之基板洗淨用雙流體噴嘴， 其中，將上述導出路之長度L1設爲10至90mm。 _ 9 ·如申請專利範圍第1項之基板洗淨用雙流體噴嘴， 其中，上述噴射口之長度L2設爲3 0mm以下。 1 〇.如申請專利範圍第1項之基板洗淨用雙流體噴嘴 ，其中，具備包圍上述氣體供給路的環狀之液體導入路， 將上述氣體供給路配置在與上述導出路相同之軸上， 使上述液體供給路開口在上述液體導入路之外周面， 在上述液體導入路依朝向前端側形成口徑變小的錐形 部， # 使上述錐形部在上述氣體供給路與上述導出路之間開 □， 混合從上述氣體供給路供給的氣體與從上述液體導入 路導入的液體而形成液滴，經由上述導出路導出上述液滴 之構成。 11·如申請專利範圍第1項之基板洗淨用雙流體噴嘴 ’其中，使上述噴射口形成出口側周緣的縱剖面形狀爲直 角或銳角。 1 2 . —種基板洗淨裝置，其特徵在於具備有： -30- (3) 1251857 申請專利範圍第1項之基板洗淨用雙流體噴嘴； 使基板保持爲大致水平的旋轉夾頭；以及 在上述基板的上方移動上述洗淨用雙流體噴嘴之驅動 機構。
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