WO2005086214A1

WO2005086214A1 - 基板洗浄用２流体ノズル及び基板洗浄装置

Info

Publication number: WO2005086214A1
Application number: PCT/JP2005/004072
Authority: WO
Inventors: Itaru Kanno; Yusaku Hirota; Kenji Sekiguchi; Hiroshi Nagayasu; Shouichi Shimose
Original assignee: Tokyo Electron Limited
Priority date: 2004-03-09
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2005-09-15
Also published as: EP1724820A1; US8037891B2; KR20060087580A; EP1724820A4; TWI251857B; US20070141849A1; KR100760893B1; CN1930666A; TW200531145A; EP1724820B1; CN100479107C

Abstract

　本発明は，ガスと液体とを内部で混合し，液滴をガスと共に噴射して基板を洗浄する基板洗浄用２流体ノズルにおいて，液滴の粒径と速度を均一化させることを目的としている。　基板洗浄用２流体ノズルにおいて，ガスを供給するガス供給路と，液体を供給する液体供給路と，内部で形成した液滴を導出する導出路を備え，前記導出路の先端に，液滴を外部に噴射するための噴射口を形成し，前記噴射口の断面積Ｓｂを，前記導出路の断面積Ｓａより小さく形成し，かつ，前記ガス供給路の出口の断面積Ｓｃを，前記導出路の断面積Ｓａより小さく形成した。

Description

明細書

基板洗浄用 2流体ノズル及び基板洗浄装置

技術分野

[0001] 本発明は，例えば半導体基板等の表面に付着している汚染物を除去する洗浄処理に使用する基板洗浄用 2流体ノズル，及び，この基板洗浄用 2流体ノズルを備えた基板洗浄装置に関するものである。

背景技術

[0002] 例えば半導体デバイスの製造プロセスにおいては，半導体ウェハ（以下，「ウェハ」という。）を薬液や純水等の洗浄液によって洗浄し，ウェハに付着したパーティクル，有機汚染物，金属不純物のコンタミネーシヨンを除去する基板洗浄装置が使用されている。カゝような基板洗浄装置の一例として， 2流体ノズルを用いて洗浄液を液滴状にしてゥヱハの表面に噴射するものが知られて、る。

[0003] 従来，基板洗浄用 2流体ノズルとして，ノズルの内部においてガスと液体を混合して液滴を形成する内部混合型のものと，ノズルの外部においてガスと液体を混合して液滴を形成する外部混合型のものが知られている（例えば，特許文献 1参照)。また，内部混合型の一例として，内部で形成した液滴とガスを直管内に通過させて液滴を加速させ，十分な速度にして気中に噴射するようにしたものが提案されている（例えば，特許文献 2参照)。

特許文献 1：特開 2003— 197597号公報

特許文献 2：特許第 3315611号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] しカゝしながら，従来の基板洗浄用 2流体ノズルにあっては，液滴の粒径のばらつきが大きく，大粒の液滴がウェハの表面に噴射され，ウェハの表面に形成された微細なノターンに損傷を与える危険があった。特に，液滴を加速させるための直管を備えた内部混合型ノズルの場合，液滴が直管内を通過する間に，小さな液滴が集まって大粒の液滴になってしまう問題がある。また，噴射される液滴の数が多いほど汚染物除去性能が高いことが知られているが，液滴が十分に微粒化されなかったり，液滴が集まって大粒の液滴になったりすると，液滴の数が少なく，汚染物の除去性能が低くなる問題がある。また，汚染物除去性能を高めるため，ガスの流量を増加させて液滴を高速に加速させようとすると，大粒の液滴も高速で噴射されるので，ウェハの表面が損傷される。そのため，汚染物除去性能の向上に限界があった。

[0005] さらに，内部混合型ノズルにあっては，液滴の噴射速度のばらつきが大きい問題があった。高速の液滴はウェハの表面に損傷を与える危険がある。また，低速の液滴は汚染物の除去性能が低い問題がある。

[0006] 本発明の目的は，液滴の粒径と速度を均一化させることができる基板洗浄用 2流体ノズル，及び，カゝかる基板洗浄用 2流体ノズルを用いて基板を好適に洗浄することができる基板洗浄装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0007] 上記目的を達成するために，本発明によれば，ガスと液体とを内部で混合し，液滴をガスと共に噴射して基板を洗浄する基板洗浄用 2流体ノズルであって，ガスを供給するガス供給路と，液体を供給する液体供給路と，内部で形成した液滴を導出する導出路を備え，前記導出路の先端に，液滴を外部に噴射するための噴射口を形成し，前記噴射口の断面積 Sbを，前記導出路の断面積 Saより小さく形成し，かつ，前記ガス供給路の出口の断面積 Se 前記導出路の断面積 Saより小さく形成したことを特徴とする，基板洗浄用 2流体ノズルが提供される。

[0008] 前記導出路の断面積 Saと前記噴射口の断面積 Sbとの比 Sa: Sbは， 1 : 0. 25-0.

81であっても良い。前記ガス供給路の出口の断面積 Scを，前記噴射口の断面積 Sb と同じか，もしくは，前記噴射口の断面積 Sbより小さく形成しても良い。前記噴射口の断面積 Sbと前記ガス供給路の出口の断面積 Scとの比 Sb : Scを， 1 : 0. 16-0. 87としても良い。前記ガス供給路の出口の断面積 Scを， 1. 13-6. 16mm²としても良い。前記ガス供給路の出口の断面積 Scを， 1. 77-4. 91mm²としても良い。前記導出路を直線状に形成し，かつ，前記導出路の断面積 Saを一定としても良い。前記導出路の長さ L1を， 10— 90mmとしても良い。前記噴射口の長さ L2を， 30mm以下としても良い。 [0009] 本発明の基板洗浄用 2流体ノズルは，例えば，前記ガス供給路を囲む環状の液体導入路を備え，前記ガス供給路を前記導出路と同軸上に配置し，前記液体供給路を前記液体導入路の外周面に開口させ，前記液体導入路に，先端側に向かうに従 V、径が小さくなるテーパ部を形成し，前記テーパ部を前記ガス供給路と前記導出路の間に開口させ，前記ガス供給路から供給されたガスと前記液体導入路から導入された液体を混合させて液滴を形成し，前記液滴を前記導出路を経て導出する構成としても良い。前記噴射口を，出口側周縁の縦断面形状が直角又は鋭角になるように形成しても良い。

[0010] また本発明によれば，上記基板洗浄用 2流体ノズルと，基板を略水平に保持するスピンチャックと，前記基板の上方にぉ、て前記洗浄用 2流体ノズルを移動させる駆動機構を備えたことを特徴とする，基板洗浄装置が提供される。

発明の効果

[0011] 本発明によれば，導出路の先端に噴射口を設け，液滴を噴射口に通過させることで，液滴を十分に微粒ィ匕することができる。導出路の途中，導出路内壁で大粒の液滴が形成されても，噴射口において再微粒化され，液滴の粒径が均一化する。また ,導出路，噴射口，液体供給路，ガス供給路の各直径を適切な大きさとすることで，液体とガスを適当な流量で混合し，液滴を十分に微粒ィ匕して噴射することができる。導出路，噴射口を適切な長さとすることで，十分に微粒化した液滴を，適切な速度で噴射することができる。従って，基板洗浄用 2流体ノズルの汚染物除去性能を向上させることができる。さらに，液滴の速度を均一化させることができる。また，本発明の基板洗浄装置によれば，基板表面を損傷することなく汚染物除去性能を向上させることができる。

図面の簡単な説明

[0012] [図 1]本実施の形態に力かる洗浄装置の概略縦断面図である。

[図 2]本実施の形態に力かる洗浄装置の概略平面図である。

[図 3]本実施の形態に力かる 2流体ノズルの概略縦断面図である。

[図 4]2流体ノズルの内部の構成を示す説明図である。

[図 5]ガス供給路の出口の直径 cと洗浄性能 (パーティクル除去率)の関係を示すダラフである。

[図 6]ガス供給配管と液体供給配管の説明図である。

[図 7]別の実施の形態に力かる 2流体ノズルの先端部の形状を拡大して示す縦断面図である。

圆 8]噴射口もしくは絞り部を複数の孔 (多孔）に形成した実施の形態の説明図である

[図 9]ガス供給路の出口の直径 cが 1. 5mm, 2. Omm, 3. Ommのときのミストの生成状態を示す写真である。

符号の説明

D 揿滴

W ウェハ

1 洗浄装置

2 スピンチヤッ

5 2流体ノズル

18 駆動機構

21 ガス供給路

22 液体供給路

23 導出路

24 噴射口

31 絞り部

32 液体導入路

37 テーパ部

38 絞り部

発明を実施するための最良の形態

以下，本発明の好ましい実施の形態を，基板の一例としてウェハ Wの表面を洗浄するように構成された基板洗浄装置 1に基づいて説明する。図 1に示すように，本発明の実施の形態に力かる基板洗浄装置 1は，略円板形状のウェハ Wを略水平に保持するスピンチャック 2と，ガスと液体とを内部で混合し，液滴をガスと共に噴射する本発明の実施の形態にカゝかる 2流体ノズル 5と，スピンチャック 2に保持されたウェハ Wの周囲を包囲するカップ 6を備えて!/、る。

[0015] 図 2に示すように，スピンチャック 2は，上部に 3個の保持部材 10を備えており，これら 3個の保持部材 10をウェハ Wの周縁 3箇所にそれぞれ当接させることによりウェハ Wを保持するようになっている。図 1に示すように，スピンチャック 2は，モータ 12に接続されている。このモータ 12の駆動により，スピンチャック 2を回転させ，ウェハ Wをスピンチャック 2と一体的に略水平面内で回転させるようになつている。

[0016] 2流体ノズル 5は，スピンチャック 2に保持されたウェハ Wの上方に略水平に配置されたノズルアーム 15の先端に取り付けられている。ノズルアーム 15の基端は，カップ 6の外側にお、て略鉛直方向に向けて配置された回転軸 16に固定されており，回転軸 16には駆動部 17が接続されている。本実施の形態において， 2流体ノズル 5を移動させる駆動機構 18は，ノズルアーム 15,回転軸 16,駆動部 17によって構成されている。この駆動部 17の駆動により，ノズルアーム 15を回転軸 16を中心として略水平面内で回転させ， 2流体ノズル 5をノズルアーム 15と一体的に，少なくともウェハ Wの中央部上方からウェハ Wの周縁上方まで移動させることができる。また，駆動部 17の駆動により回転軸 16を昇降させ， 2流体ノズル 5をノズルアーム 15,回転軸 16と一体的〖こ昇降させることができる。

[0017] 図 3に示すように， 2流体ノズル 5は， 2流体ノズル 5の内部に例えば窒素（N )等の

2 ガスを供給するガス供給路 21と， 2流体ノズル 5の内部に例えば純水（DIW)等の液体を供給する液体供給路 22と， 2流体ノズル 5の内部で形成した液滴 Dと窒素ガスの噴流を導出する導出路 23とを備えた，内部混合型の基板洗浄用 2流体ノズルである。導出路 23の先端には，液滴 Dを外部に噴射させるための噴射口 24が形成されている。

[0018] ガス供給路 21は導出路 23と同軸上に配置されている。ガス供給路 21の出口部分には，絞り部 31が形成されている。絞り部 31は，上流側の部分よりも断面積が小さくなるように形成されている。絞り部 31の出口は，導出路 23の入口に近接させて配置されている。なお，絞り部 31の断面積は入口から出口まで一定であることが好ましく，絞り部 31の断面形状は例えば円形又は楕円形等であることが好ましい。図示のように，絞り部 31の断面積が入口から出口まで一定である場合は，ガス供給路 23の出口の断面積 Scは，絞り部 31の断面積に等しい。

[0019] ガス供給路 21の周囲には，ガス供給路 21の絞り部 31を囲むように環状に形成された液体導入路 32が形成されて、る。液体供給路 22は液体導入路 32に接続されており，液体導入路 32に純水を供給するようになっている。ガス供給路 21は，液体導入路 32の内側を通過するように配置されている。この液体導入路 32は，環状の断面形状を有する筒状に形成されている。液体導入路 32には，環状溝 36と，先端側（図 3におヽて下側）に向かうに従い内径及び外径が小さくなるように形成されたテーパ部 37が形成されている。テーパ部 37は環状溝 36より先端側に形成されており，テーパ部 37の出口は，ガス供給路 21の絞り部 31の出口と導出路 23の入口の間に，環状に開口している。従って，液体導入路 32に導入された純水は，導出路 23の入口付近において，ガス供給路 21の絞り部 31から供給された窒素ガスと混合し，液滴 D を形成するようになっている。液体導入路 32の基端側（図 3において上側）は閉口になっている。なお，テーパ部 37の傾斜は，例えばガス供給路 21及び導出路 23に対して約 45°程度の角度をなすようにすると良！、。

[0020] 液体供給路 22は，液体導入路 32の環状溝 36に対して適宜の角度をなすように設けられており，環状溝 36の外周面に開口している。図示の例では，液体供給路 22は ,ガス供給路 21と略平行な環状溝 36の外周面に対して，略垂直な角度で設けられている。液体供給路 22の出口部分には，絞り部 38が形成されている。絞り部 38は，上流側の部分よりも断面積が小さいオリフィス状に形成されている。そして，絞り部 38 の出口が環状溝 36の内面に開口するように設けられて、る。絞り部 38の断面積は入口から出口まで一定であることが好ましく，絞り部 38の断面形状は例えば円形又は楕円形等であることが好ましい。図示のように，絞り部 38の断面積が入口から出口まで一定である場合は，液体供給路 22の出口の断面積 Sdは，絞り部 38の断面積に等しい。

[0021] 導出路 23は，前述のようにガス供給路 21の絞り部 31と同軸上に配置され，ガス供給路 21と液体導入路 32に連通している。導出路 23は直線状に形成され，かつ，導出路 23の断面積 Saは入口から出口まで一定であることが好ましく，導出路 23の断面形状は例えば円形又は楕円形等であることが好ましい。図 4に示すように，ガス供給路 21から供給された窒素ガス Nと液体導入路 32から導入された純水 DIWは，導

2

出路 23の入口付近において混合し，これにより，純水の液滴 Dが無数に形成され，形成された液滴 Dが窒素ガス Nと共に導出路 23を経て導出されるようになってヽる。

2

[0022] 噴射口 24は，導出路 23よりも断面積が小さ、オリフィス状に形成されて、る。このように導出路 23よりも断面積が小さ、オリフィス状の噴射口 24がな、場合は，導出路 23内壁に沿って成長したミスト状の液滴 Dがそのまま吐出されてしまう。噴射口 24の断面積 Sbは入口から出口まで一定であることが好ましく，噴射口 24の断面形状は例えば円形又は楕円形等であることが好ましい。導出路 23内を通過した液滴 Dは，噴射口 24内を通過する間に再び微粒化されて噴射される。従って，液滴 Dが導出路 2 3の内壁に沿って移動する間に大きく成長してしまった場合でも，噴射口 24を通過させることで液滴 Dを十分に小さな粒径に微粒ィ匕して噴射することができるようになっている。

[0023] 図 4に示すように， 2流体ノズル 5は，噴射口 24の出口側周縁に沿った部分の縦断面形状が直角になるように形成されていることが好ましい。即ち，噴射口 24の内面と 2流体ノズル 5の先端部外側の平面が垂直になるように形成されていることが好ましい。このようにすると，噴射口 24から噴射される液滴 Dが，導出路 23及び噴射口 24 が向力う方向に向かって直進しやすい。これに対し，噴射口 24の出口側周縁に沿つた部分の縦断面形状が直角に形成されておらず，丸みやテーパ面が形成されていると，液滴 Dが丸みやテーパ面に沿って進み，噴射口 24に対して斜めに飛び出し，噴射口 24の外方に向力液滴 Dが多くなる。噴射口 24の出口周縁を直角に形成することで，液滴 Dの直進性が良好になり，ウェハ Wに対して液滴 Dを勢い良く集中的に噴射することができ，汚染物除去性能を向上させることができる。なお，噴射口 24 の出口周縁を鋭角に形成してもも，同様に，液滴 Dの直進性が良好となる。

[0024] また，図 4に示すように， 2流体ノズル 5は，ガス供給路 21,導出路 23,噴射口 24が ,スピンチャック 2に保持されたウェハ Wの上面に対して垂直方向に向力うようにしてノズルアーム 15の先端に支持されている。即ち，ウェハ Wの上面に対して，液滴 Dの噴流を略垂直に噴射するようになっている。 [0025] なお，液滴 Dの流れ方向における導出路 23の長さ LIが長すぎると，導出路 23の内壁に沿って移動する液滴 D同士が集まって大粒になりやすい。逆に導出路 23の長さ L1が短すぎると，導出路 23内で液滴 Dを十分に加速させることができず，噴射口 24力もの液滴 Dの噴射速度が遅くなり，また，噴射口 24にお、て液滴 Dの再微粒化が十分に行われないおそれがある。従って，導出路 23の長さ L1を適切な長さに形成することで，液滴 Dを十分に微粒化された状態で十分に加速できるようにする必要がある。例えば，導出路 23の長さ L1は，約 10— 90mm程度が良い。

[0026] また，導出路 23の断面積 Saが大きすぎると，導出路 23を通過する液滴 Dの速度が遅くなるため，導出路 23の内壁に沿って移動する液滴 D同士が集まって大粒になりやすい。逆に導出路 23の断面積 Saが小さすぎると，導出路 23内の窒素ガス Nの流

2 量が少なく制限されるため，導出路 23の入口付近における液滴 Dの形成が好適に行われず，形成される液滴 Dが望ましい粒径よりも大粒になるおそれがある。従って，導出路 23の断面積 Saを適切な大きさに形成し，液滴 Dを十分に微粒化された状態で噴射口 24に供給できるようにする必要がある。例えば，導出路 23の断面形状が円形である場合，導出路 23の直径 aは，約 1一 7mm程度が良く，さらに好ましくは，約 3 一 5mm程度が良い。導出路 23の断面形状が楕円等，円形以外の形状である場合 ,導出路 23の断面積は，約 0. 785— 38. 5mm²程度が良く，さらに好ましくは，約 7 . 07— 19. 6mm²程度が良い。

[0027] さらに，噴射口 24の断面積 Sbが小さすぎると，噴射口 24内の窒素ガス Nの流量

2 が少なく制限され，ガス供給路 21,導出路 23内の窒素ガス Nの流量も少なく制限さ

2

れるため，導出路 23の入口付近における液滴 Dの形成が好適に行われず，形成される液滴 Dが望ましい粒径よりも大粒になるおそれがある。逆に噴射口 24の断面積 S bが大きすぎると，噴射口 24からの液滴 Dの噴射速度が遅くなり，また，噴射口 24において液滴 Dが十分に再微粒ィ匕されないおそれがある。従って，噴射口 24の断面積 Sbを適切な大きさに形成することで，液滴 Dを十分に小さく微粒化された状態で十分な速度で噴射できるようにする必要がある。例えば，噴射口 24の断面形状が円形である場合，噴射口 24の直径 bは，約 0. 5— 6mm程度が良く，さらに好ましくは，約 2— 4mm程度が良い。噴射口 24の断面形状が楕円等，円形以外の形状である場合，噴射口 24の断面積 Sbは，約 0. 996— 28. 3mm²程度が良く，さらに好ましくは ,約 3. 14— 12. 6mm²程度が良い。また，導出路 23の断面形状，及び，噴射口 24 の断面形状がそれぞれ円形である場合，導出路 23の直径 aと噴射口 24の直径 bとの比率は， a :b= l : 0. 5-0. 9程度であることが好ましい。 b< 0. 5aであると，導出路 23内壁の大径ミストは微細化されるが，絞りがきっすぎることにより導出路 23での速度と噴射口 24を通過する際の速度差が大きすぎる。この速度差にミスト速度が追!、つかず (加速できない），結果的にミスト速度がばらついてしまい，好ましくない。また使用上， N流量の制御がよりシビアとなる為好ましくない。一方， b >0. 9aのときは，

2

ミスト速度の均一性は高いが，絞りが緩い為ミストの再微粒ィ匕が困難となる。これにより大径ミストが多く吐出される。このためミスト数が減ることとなり，結果的に洗浄性能が低下し，好ましくない。これに対して， b=0. 5a— 0. 9aのときは，適度な絞りの為，ミストの再微粒化，ミスト速度の均一性のバランスが良い。導出路 23の断面形状，噴射口 24の断面形状のいずれかが楕円等，円形以外の形状である場合は，導出路 2 3の断面積と噴射口 24の断面積との比率は， 1 : 0. 25-0. 81程度であることが好ましい。

[0028] 液滴 Dの流れ方向における噴射口 24の長さ L2は，導出路 23の長さ L1と比較して短く形成されている。この噴射口 24の長さ L2が長すぎると，噴射口 24の内壁に沿つて移動する液滴 D同士が集まって大粒になってしまうおそれがある。そのため，噴射口 24の長さ L2は適切な長さにする必要がある。噴射口 24の長さ L2は，約 30mm以下であることが好ましい。

[0029] 一方，ガス供給路 21においては，ガス供給路 21の出口の断面積 Sc,即ち絞り部 3 1の断面積が小さすぎると，絞り部 31から流出する窒素ガス Nの流量が少なく制限さ

2

れるため，導出路 23内で液滴 Dを十分に加速させることができず，噴射口 24からの液滴 Dの噴射速度が遅くなつてしまう。逆に，ガス供給路 21の出口の断面積 Scが大きすぎると，導出路 23の入口付近における液滴 Dの形成が好適に行われず，形成される液滴 Dが望ましい粒径よりも大粒になるおそれがある。従って，ガス供給路 21の出口の断面積 Scを適切な大きさに形成することで，液滴 Dを十分に小さく微粒ィ匕された状態で十分に加速できるようにする必要がある。さらに，ガス供給路 21の出口の断面積 Scは，導出路 23の断面積 Saよりも小さく形成することが好ましい。ガス供給路 21の出口の断面積 Scを，導出路 23の断面積 Saよりも小さく形成すれば，ガス供給路 21の出口（絞り部 31)を通過する際に，窒素ガス Nの流速が早くなり，液体導

2

入路 32から導入された純水 DIWをミストイ匕する効果が高くなる。また，ミスト速度を均一化する効果もある。例えば，ガス供給路 21の出口の断面形状が円形である場合，ガス供給路 21の出口（絞り部 31)の直径 cは，約 1. 2-2. 8mm程度が良く，さらに好ましくは，約 1. 5-2. 5mm程度が良い。図 5は，後述する実施例において調べた ,ガス供給路 21の出口の断面形状が円形である場合の直径 cと洗浄性能 (パーティクル除去性能）の関係を示すグラフである。直径 cが約 1. 2-2. 8mm程度，好ましくは，約 1. 5-2. 5mm程度の範囲において，洗浄性能が高いことが分る。ガス供給路 21の出口の断面形状が楕円等，円形以外の形状である場合，ガス供給路 21の出口（絞り部 31)の断面積 Scは，約 1. 13-6. 16mm²程度が良く，さらに好ましくは，約 1. 77-4. 19mm²程度が良い。また，ガス供給路 21の出口（絞り部 31)の断面積 Scは，噴射口 24の断面積 Sbと同じ力，もしくは，噴射口 24の断面積 Sbより小さく形成することが好ましい。液滴 Dを微粒ィ匕し，ミスト速度を均一化させるためには，ガス供給路 21の出口（絞り部 31)の断面積 Scを，噴射口 24の断面積 Sb以下として，窒素ガス Nと純水 DIWとの混合部で N流速を上げることが効果的である。特に微細化

2 2

されたパターンの洗浄などに対してはミスト速度を落とす必要があるが，そのような場合により効果的である。ガス供給路 21の出口の断面形状，及び，噴射口 24の断面形状がそれぞれ円形である場合，ガス供給路 21の出口（絞り部 31)の直径 cと噴射口 24の直径 bとの比率は， b : c= l : 0. 4-0. 93程度であることが好ましい。例えば ,噴射口 24の直径 bを 3mmとした場合， cく 0. 4bのときは， N供給圧力が通常使用

2

範囲では，絞り部 31での圧力損失が増大するため， N流量を多くできずに吐出部の

2

ミスト流速が遅くなり，充分な洗浄力が得られず好ましくない。一方，ガス供給路 21の出口（絞り部 31)の直径 c >0. 93bのときは，混合部での N流速が遅いため，水滴

2

の微細化が不十分であり，好ましくない。これに対して， c = 0. 4b— 0. 93bのときは ,適度な Nの流速となり，微細ミスト生成およびミスト速度の均一に好ましい。ガス供

2

給路 21の出口の断面形状，噴射口 24の断面形状のいずれ力が楕円等，円形以外の形状である場合は，噴射口 24の断面積 Sbとガス供給路 21の出口（絞り部 31)の断面積 Scとの比率は， Sb : Sc = l : 0. 16-0. 87程度であることが好ましい。

[0030] また，ガス供給路 21の出口（絞り部 31)から供給する窒素ガス Nの流量が少ないと

2

,液滴 Dを十分に微粒化させにくく，液滴 Dの平均粒径が大きくなつてしまう。ガス供給路 21の出口（絞り部 31)から供給する窒素ガス Nの流量が多いと，図 1に示した力

2

ップ 6内の排気が十分に行われず，パーティクルがウェハ Wに再付着する問題がある。ガス供給路 21の出口（絞り部 31)から流出させる窒素ガス Nの流量は，例えば約 5

2

一 200LZmin.(normal)程度にすることが好ましく，さらに好ましくは，約 10— 100L Zmin.(normal)程度が良い。さらに，ガス供給路 21の出口（絞り部 31)から供給する窒素ガス Nの流量が，液体供給路 22の出口（絞り部 38)から供給する純水 DIW

2

の流量に対して少ないと，液滴 Dを十分に微粒ィ匕させにくく，液滴 Dの平均粒径が大きくなつてしまう。ガス供給路 21の出口（絞り部 31)から供給する窒素ガス Nの流量

2 は，液体供給路 22の出口（絞り部 38)から供給する純水 DIWの流量の約 50倍以上であることが好ましく，さらに好ましくは，約 100倍以上が良い。

[0031] 液体供給路 22においては，液体供給路 22の出口の断面積 Sd,即ち絞り部 38の断面積が小さすぎると，絞り部 38から流出する純水 DIWの流量が少なく制限されるため，形成される液滴 Dの個数が少なくなる。逆に，液体供給路 22の出口の断面積 Sdが大きすぎると，形成される液滴 Dが望ましい粒径よりも大粒になるおそれがある。従って，液体供給路 22の出口（絞り部 38)の断面積 Sdを適切な大きさに形成することで，液滴 Dを望ましい個数と粒径で形成できるようにする必要がある。例えば，液体供給路 22の出口（絞り部 38)の断面形状が円形である場合，液体供給路 22の出口（絞り部 38)の直径 dは，約 0. 5— 5mm程度が良く，さらに好ましくは，約 1一 3mm程度が良い。液体供給路 22の出口（絞り部 38)の断面形状が楕円等，円形以外の形状である場合，液体供給路 22の出口（絞り部 38)の断面積 Sdは，約 0. 196— 19. 6 25mm²程度が良く，さらに好ましくは，約 0. 785— 7. 065mm²程度が良い。また，液体供給路 22の出口（絞り部 38)の断面形状，及び，噴射口 24の断面形状がそれぞれ円形である場合，液体供給路 22の出口（絞り部 38)の直径 dと噴射口 24の直径 bとの比率は， d:b = 1 : 1— 3程度であることが好ましい。液体供給路 22の出口（絞り部 38)の断面形状，噴射口 24の断面形状のいずれかが楕円等，円形以外の形状である場合は，液体供給路 22の出口（絞り部 38)の断面積 Sdと噴射口 24の断面積 Sb との比率は， Sd: Sb = l : l— 9程度であることが好ましい。

[0032] また，絞り部 38 (液体供給路 22)力も供給する純水 DIWの流量が少な、と，液滴 D の個数が少な!/、ため洗浄効果が低くなる。絞り部 38から供給する純水 DIWの流量が多いと，液滴 Dを十分に微粒ィ匕させにくく，液滴 Dの平均粒径が大きくなつてしまう。絞り部 38から供給する純水 DIWの流量は，例えば約 20— 500mLZmin.程度にすることが好ましく，さらに好ましくは，約 100— 200mLZmin.程度が良い。

[0033] 図 3に示すように， 2流体ノズル 5は，液体供給路 22,液体導入路 32,導出路 23, 噴射口 24が形成されたノズル本体 41と，ガス供給路 21が形成されノズル本体 41に係合される係合部材 42によって構成されている。ノズル本体 41の基端側には，断面円形状に形成されノズル本体 41の基端側の外面に開口する空洞部 43が形成されている。ノズル本体 41の先端側には，導出路 23が形成されている。空洞部 43は，導出路 23と同軸上に形成されている。空洞部 43の先端と導出路 23の入口の間は，空洞部 43側力も導出路 23側に向かうに従い窄むように形成されたテーパ面 45になつている。また，空洞部 43の開口側には，ネジ溝 46が形成されている。液体供給路 22 は，テーパ面 45とネジ溝 46の間において，空洞部 43の内面に開口している。

[0034] 係合部材 42は，空洞部 43に挿入させる挿入体 51と，ノズル本体 41の基端側に配置する頭体 52によって構成されている。挿入体 51は，例えば，空洞部 43の内径とほぼ同じ大きさの外径で形成された円柱状をなす大円柱部 53と，大円柱部 53の先端側に設けられ空洞部 43の内径より小さな外径で形成された円柱状をなす小円柱部 5 4と，小円柱部 54より先端側に形成され先端側に向力ほど窄むように形成された円錐台状をなす円錐台部 55を備えている。また，大円柱部 53の外面には，空洞部 43 のネジ溝 46と螺合するネジ溝 56が設けられている。頭体 52は，空洞部 43の内径，大円柱部 53の外径より大きな外径で形成されている。ガス供給路 21は，頭体 52の基端側の面から大円柱部 53,小円柱部 54,円錐台部 55の各中央部を貫通するように設けられ，絞り部 31の出口が円錐台部 55の先端部の平面に開口するように形成されている。 [0035] 係合部材 42の挿入体 51を空洞部 43に挿入して，ネジ溝 46とネジ溝 56を螺合させた状態では，小円柱部 54の外面と空洞部 43の内面との間に円環状の隙間，即ち液体導入路 32が形成されるようになっている。また，円錐台部 55の外面とテーパ面 45 の間に，環状の隙間，即ちテーパ部 37が形成されるようになっている。頭体 52は，空洞部 43を塞ぎ，空洞部 43の開口の周囲の面に密接するように備えられる。

[0036] なお， 2流体ノズル 5を構成するノズル本体 41と係合部材 42の材質としては，例えば PTFE (ポリテトラフルォロエチレン)等のフッ素系の榭脂等を使用することが好ましい。

[0037] 図 6に示すように，ガス供給路 21には，窒素ガス供給源 61から窒素ガスを供給するガス供給配管 62が接続されている。ガス供給配管 62には，フローメーター 63,流量調節弁 65,及びフィルター 66が，窒素ガス供給源 61側力もこの順に介設されている。また，液体供給路 22には，純水供給源 71から純水を供給する液体供給配管 72が接続されている。液体供給配管 72には，フローメーター 73,流量調節弁 75,及びフィルター 76が，純水供給源 71側力もこの順に介設されている。

[0038] また，流量調節弁 65と流量調節弁 75を操作する指令を出力する制御部 80が設けられている。フローメーター 63, 73で検出される流量は，制御部 80によって監視される。制御部 80は，フローメーター 63の流量検出値に基づいて，ガス供給配管 62内に窒素ガスが所望の流量で流れるように，流量調節弁 65の開度を調節する指令を出力する。また，制御部 80は，フローメーター 73の流量検出値に基づいて，液体供給配管 72内に純水が所望の流量で流れるように，流量調節弁 75の開度を調節する指令を出力するようになって、る。

[0039] さて，この洗浄装置 1においては，先ず図示しない搬送アームにより未だ洗浄されて、な、ウェハ Wを洗浄装置 1内に搬入し，図 1に示すようにウエノ、 Wをスピンチヤック 2に受け渡す。このときウェハ Wは表面 (パターンが形成されて、る面）を上面として ,スピンチャック 2に保持される。ウェハ Wをスピンチャック 2に受け渡すときは，図 2において二点鎖線で示すように， 2流体ノズル 5及びノズルアーム 15をカップ 6の外側に退避させておく。ウェハ Wがスピンチャック 2に受け渡されたら，駆動部 17を駆動させてノズルアーム 15を回転させ，図 2において実線で示すように， 2流体ノズル 5をゥェハ Wの上方に移動させ，液滴 Dの噴射を開始する。一方，図 1に示したモータ 12 の駆動によりスピンチャック 2を回転させ，ウェハ Wの回転を開始させる。そして， 2流体ノズル 5をウェハ Wの中央部上方からウェハ Wの周縁部上方に向かって移動させながら，回転しているウェハ Wの表面に向力つて噴流を噴射する。これにより，ウェハ Wの表面全体に噴流が噴射され，ウェハ Wの表面に付着していた汚染物が除去される。

[0040] 噴流は，以下に説明するようにして形成される。先ず，流量調節弁 65を開いてガス供給配管 62,ガス供給路 21に窒素ガス供給源 61から供給される窒素ガス Nを通流

2 させる。ガス供給配管 62内の窒素ガス Nの流量は，制御部 80の指令によりフローメ

2

一ター 63の検出値に基づいて流量調節弁 65が調節されることで，所望の値に制御される。従って，ガス供給路 21に適切な流量で窒素ガス Nを供給することができる。

2

ガス供給路 21を通過した窒素ガス Nは，図 4に示すように絞り部 31から放出されて

2

導出路 23の入口に流入する。

[0041] このように窒素ガス Nを供給する一方で，流量調節弁 75を開、て液体供給配管 7

2

2,液体供給路 22に純水供給源 71から供給される純水 DIWを通流させる。液体供給配管 72内の純水 DIWの流量は，制御部 80の指令によりフローメーター 73の検出値に基づいて流量調節弁 75が調節されることで，所望の値に制御される。従って，液体供給路 22に適切な流量で純水 DIWを供給することができる。液体供給路 22を通過した純水 DIWは，図 4に示すように絞り部 38から液体導入路 32の環状溝 36に向かって略垂直方向に放出されて環状溝 36に流入し，絞り部 38の出口から環状溝 36の内面に沿って環状に広がり，さらにテーパ部 37全体に純水 DIWが環状に流入する。そして，テーパ部 37から導出路 23の入口に向力つて，純水 DIWが斜めに放出される。

[0042] ガス供給路 21を通過した窒素ガス N2と，テーパ部 37を通過した純水 DIWは，導出路 23の入口にそれぞれ放出され混合する。窒素ガス N2は，ガス供給路 21の絞り部 31から導出路 23に向力つて直線的に放出され，純水は，導出路 23の入口に向かつて，導出路 23の入口の周囲全体力も斜めに放出される。窒素ガス N2と純水 DIW が混合した結果，窒素ガス N2に衝突した純水 DIWが微粒子状になり，純水 DIWの液滴 Dが形成される。窒素ガス N2と純水 DIWは，液滴 Dが十分に小さい粒径で十分な個数で形成されるように，絞り部 31とテーパ部 37からそれぞれ適切な流量で供給される。

[0043] 液滴 Dと窒素ガス Nの噴流は，導出路 23内を経て導出され，噴射口 24に向かう。

2

液滴 Dは，導出路 23内を通過する間に窒素ガス Nの流れによって加速される。導出

2

路 23の長さ L1は，液滴 Dを十分に加速できる長さになっており，また，窒素ガス N

2 は，液滴 Dを十分に加速できる適切な流量で導出路 23に供給されるので，液滴 Dを十分な速度に加速して噴射口 24から噴射させ，ウェハ Wの表面に衝突させることができる。従って，ウェハ Wの表面力も汚染物を好適に除去することができる。また，導出路 23の長さ L1は，導出路 23内を通過する間に液滴 D同士が集まって大粒になることを抑制するように適当な長さになっており，液滴 Dが微粒子状のまま噴射口 24に導出されるようになっている。

[0044] 導出路 23内を通過する噴流中には，純水 DIWと窒素ガス Nを混合させた際に十

2

分に小さな粒径で形成されな力た液滴 Dや，導出路 23内を通過する間に導出路 2 3の内壁に沿って大粒に成長した液滴 Dが含まれているおそれがある。これらの大粒の液滴 Dが混在していても，噴射口 24を通過する間に再び微粒子化され，十分に小さ、液滴 Dに分裂するようになって!/、るので，ウェハ Wの表面に大粒の液滴 Dが衝突することを防止できる。従って，ウェハ Wの表面が損傷することを防止できる。また，大粒の液滴 Dが噴射口 24にお、て複数の液滴 Dに分裂するので，液滴 Dの数が増加する。従って，多数の微粒子状の液滴 Dをウェハ Wの表面に衝突させることができるので，ウェハ Wの表面力も汚染物を好適に除去することができる。さらに，噴射口 24 を設けない場合と比較して，液滴 Dの粒径と噴射速度が均一化する効果がある。即ち，噴射速度が遅く汚染物除去に関与しない液滴 Dや，噴射速度が速すぎてウェハ Wの表面を損傷するおそれがある液滴 Dや，大粒の液滴 Dを減少させることができ，多数の液滴 Dを汚染物除去に好適な噴射速度で噴射させることができる。従って，汚染物除去性能を向上させながらも，大粒の液滴 Dや高速の液滴 Dによるウェハ W の表面の損傷を防止することができる。なお，ウェハ Wの表面を損傷せずに汚染物を除去するためには，液滴 Dの粒径が約 100 m以下程度であることが好ましく，速度が約 80mZsec以下程度であることが好ましい。さらに好ましくは，液滴 Dの粒径の平均値が約 50 /z m以下程度，かつ，最大粒径が約 100 /z m以下程度であり，液滴 Dの速度の平均値が約 40mZsec以上，約 80mZsec以下程度になるようにすることが好ましい。

[0045] 噴射口 24の出口側周縁の縦断面形状は直角になっているので，液滴 Dの直進性が良く，ウェハ Wの表面に対して液滴 Dが勢い良く衝突するため，ウェハ Wの表面から汚染物を好適に除去することができる。

[0046] 以上のようにして 2流体ノズル 5において液滴 Dの噴流を生成し，噴流によってゥェハ Wの表面全体を洗浄したら，制御部 80の指令により流量調節弁 65と流量調節弁 75を閉じ， 2流体ノズル 5からの噴流の噴射を停止させる。そして，図 2において二点鎖線で示すように， 2流体ノズル 5及びノズルアーム 15をカップ 6の外側に退避させる。また，モータ 12の駆動を停止させ，スピンチャック 2とウエノ、 Wの回転を停止させる。そして，搬送アーム（図示せず)を洗浄装置 1内に進入させ，搬送アーム（図示せず）によってウェハ Wをスピンチャック 2から受け取り，洗浄装置 1から搬出する。こうして，洗浄装置 1における処理が終了する。

[0047] 力かる 2流体ノズル 5によれば，導出路 23の先端にオリフィス状の噴射口 24を設け ,液滴 Dを噴射口 24に通過させることで，液滴 Dを十分に小さな粒径の粒子状に再微粒ィ匕して噴射させることができる。大粒の液滴 Dが形成されても，噴射口 24において再微粒ィ匕されるので，液滴 Dの粒径を小さな粒径に均一化させて噴射させることができる。従って，ウェハ Wの表面に大粒の液滴 Dが衝突することを防止でき，ウェハ W の表面が損傷することを防止できる。さらに，再微粒ィ匕によって多数の微粒子状の液滴 Dが形成され，多数の液滴 Dをウェハ Wの表面に衝突させることができるので，汚染物の除去性能が向上する。また，導出路 23,噴射口 24を適切な長さとすることで ,十分に微粒ィ匕した液滴 Dを，適切な速度で噴射させることができる。従って，良好な汚染物除去性能が得られる。さらに，液滴 Dの速度を均一化させることができる。即ち ,多数の液滴 Dを適切な噴射速度で噴射させることができるので，汚染物除去性能を向上させながらもウェハ Wの表面の損傷を防止することができる。また，本発明の洗浄装置 1によれば，ウェハ Wの表面を損傷することなく汚染物除去性能を向上させることがでさる。

[0048] 以上，本発明の好適な実施の形態の一例を示したが，本発明はここで説明した形態に限定されない。例えば，本実施の形態においては，液体は純水とし，ガスは窒素ガスとしたが，かかるものに限定されず，液体は洗浄用の薬液等であっても良く，ガスは空気等であっても良い。また，基板は半導体ウェハに限らず，その他の LCD 基板用ガラスや CD基板，プリント基板，セラミック基板などであっても良い。

[0049] ガス供給路 21,液体供給路 22,液体導入路 32の配置や形状は，実施の形態に示したものに限定されない。また，本実施の形態では， 2流体ノズル 5の構造の一例として，ノズル本体 41と係合部材 42によって構成され，ノズル本体 41の小円柱部 54とノズル本体 41の空洞部 43との間に液体導入路 32が形成されているものを説明したが , 2流体ノズル 5の構成は力かるものに限定されない。

[0050] 本実施の形態では，噴射口 24の出口側周縁に沿った部分の縦断面形状が直角になるように形成されていることとしたが，噴射口 24の出口側周縁に沿った部分の縦断面形状は，図 7に示すように，鋭角であっても良い。例えば，断面略円形をなす噴射口 24の周囲を，先端に向カゝうに従い外径が小さくなるように形成し，噴射口 24の出口の周囲に沿って略円錐台面が形成されるようにする。この場合も，噴射口 24から噴射される液滴 Dが，導出路 23及び噴射口 24が向力方向に向力つて直進しやすく，ウェハ Wに対して液滴 Dを勢い良く集中的に噴射することができ，汚染物除去性能を向上させることができる。

[0051] また，噴射口 24の断面形状と絞り部 31の断面形状は，いずれも円形のものについて説明したが，これらの形状は，円形に限らず，任意の形状を採りえる。例えば図 8に示すように，噴射口 24や絞り部 31を複数の孔（多孔）に形成しても良い。

実施例 1

[0052] 導出路 23の直径 a,噴射口 24の直径 b,絞り部 31の直径 c,絞り部 38の直径 dにつヽて，表： Uこ示すよう【こ， a:b = l : 0. 75, b : c = l : 0. 67, a: c = l : 0. 5, d:b = l : 3 とした。なお，導出路 23の断面形状，噴射口 24の断面形状，絞り部 31の断面形状，絞り部 38の断面形状は，いずれも円形である。この 2流体ノズル 5を用いてウェハ W の洗浄実験を行い， 2流体ノズル 5の汚染物除去性能を確認した。その結果，ウェハ wの表面を損傷することなく，良好な汚染物除去性能が得られた。

[0053] [表 1]

実施例 2

[0054] 実施例 1で用いた 2流体ノズル 5において，ガス供給路 21の出口（絞り部 31)の直径 cを変化させ，直径 cと洗浄性能 (パーティクル除去率)の関係を調べた。その結果 ,図 5,図 9を得た。なお，図 5では，最も洗浄性能が高力つた直径 c = 2. Ommのときのパーティクル除去率を 1として，各直径 cのときのパーティクル除去率を，除去率 1 に対する比率で示した。図 5に示されるように，ガス供給路 21の出口（絞り部 31)の直径 cが 1. 2-2. 8mmの範囲では，有効なパーティクル除去率を確保できた。特に，直径 cが 1. 5-2. 5mmの範囲では，最適と思われるパーティクル除去率を確保できた。また，ガス供給路 21の出口（絞り部 31)の直径 cが小さいほど，ミスト径が小さくなり，速度分布も均一化することがわ力つた。特に低流量でミストを微細化するには，直径 cが小さいほど有利であった。図 9に示されるように，直径 cが 1. 5mmと 2. Ommのときに比べ，直径 cが 3. Ommのときは，微細ミスト生成が困難となった。

産業上の利用可能性

[0055] 本発明は，例えば半導体基板等の表面に付着している汚染物の除去などに好適に利用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] ガスと液体とを内部で混合し，液滴をガスと共に噴射して基板を洗浄する基板洗浄用 2流体ノズルであって，

ガスを供給するガス供給路と，液体を供給する液体供給路と，内部で形成した液滴を導出する導出路を備え，

前記導出路の先端に，液滴を外部に噴射するための噴射口を形成し，前記噴射口の断面積 Sbを，前記導出路の断面積 Saより小さく形成し，かつ，前記ガス供給路の出口の断面積 Se 前記導出路の断面積 Saより小さく形成したことを特徴とする，基板洗浄用 2流体ノズル。

[2] 前記導出路の断面積 Saと前記噴射口の断面積 Sbとの比 Sa: Sbを， 1 : 0. 25-0. 8

1としたことを特徴とする，請求項 1に記載の基板洗浄用 2流体ノズル。

[3] さらに，前記ガス供給路の出口の断面積 Scを，前記噴射口の断面積 Sbと同じか，もしくは，前記噴射口の断面積 Sbより小さく形成したことを特徴とする，請求項 1に記載の基板洗浄用 2流体ノズル。

[4] 前記噴射口の断面積 Sbと前記ガス供給路の出口の断面積 Scとの比 Sb : Scを， 1 : 0

. 16-0. 87としたことを特徴とする，請求項 3に記載の基板洗浄用 2流体ノズル。

[5] 前記ガス供給路の出口の断面積 Scを， 1. 13-6. 16mm²としたことを特徴とする，請求項 4に記載の基板洗浄用 2流体ノズル。

[6] 前記ガス供給路の出口の断面積 Scを， 1. 77-4. 9 lmm²としたことを特徴とする，請求項 4に記載の基板洗浄用 2流体ノズル。

[7] 前記導出路を直線状に形成し，かつ，前記導出路の断面積 Saを一定としたことを特徴とする，請求項 1に記載の基板洗浄用 2流体ノズル。

[8] 前記導出路の長さ L1を， 10— 90mmとしたことを特徴とする，請求項 1に記載の基板洗浄用 2流体ノズル。

[9] 前記噴射口の長さ L2を， 30mm以下としたことを特徴とする，請求項 1に記載の基板洗浄用 2流体ノズル。

[10] 前記ガス供給路を囲む環状の液体導入路を備え，

前記ガス供給路を前記導出路と同軸上に配置し，前記液体供給路を前記液体導入路の外周面に開口させ，

前記液体導入路に，先端側に向かうに従い径カ、さくなるテーパ部を形成し，前記テーパ部を前記ガス供給路と前記導出路の間に開口させ，

前記ガス供給路から供給されたガスと前記液体導入路から導入された液体を混合させて液滴を形成し，前記液滴を前記導出路を経て導出する構成としたことを特徴とする，請求項 1に記載の基板洗浄用 2流体ノズル。

[11] 前記噴射口を，出口側周縁の縦断面形状が直角又は鋭角になるように形成したことを特徴とする，請求項 1に記載の基板洗浄用 2流体ノズル。

[12] 請求項 1に記載の基板洗浄用 2流体ノズルと，

基板を略水平に保持するスピンチャックと，

前記基板の上方において前記洗浄用 2流体ノズルを移動させる駆動機構を備えたことを特徴とする，基板洗浄装置。