ノズル、基板処理装置、および基板処理方法
【課題】液滴が衝突する基板内の衝突位置での膜厚のばらつきを低減することにより、処理の均一性を向上させること。
【解決手段】洗浄ノズル５は、複数の噴射口３１が形成された噴射部６と、吐出口３６が形成された吐出部７とを含む。複数の噴射口３１は、複数の液滴がそれぞれ基板Ｗ内の複数の衝突位置Ｐ１に衝突するように形成されている。吐出口３６は、各衝突位置Ｐ１からの距離Ｄが等しい基板Ｗ内の着液位置Ｐ２に保護液が着液するように形成されている。洗浄ノズル５は、吐出口３６から吐出された保護液の液膜によって覆われている基板Ｗに複数の噴射口３１から噴射された複数の液滴を衝突させる。
【解決手段】洗浄ノズル５は、複数の噴射口３１が形成された噴射部６と、吐出口３６が形成された吐出部７とを含む。複数の噴射口３１は、複数の液滴がそれぞれ基板Ｗ内の複数の衝突位置Ｐ１に衝突するように形成されている。吐出口３６は、各衝突位置Ｐ１からの距離Ｄが等しい基板Ｗ内の着液位置Ｐ２に保護液が着液するように形成されている。洗浄ノズル５は、吐出口３６から吐出された保護液の液膜によって覆われている基板Ｗに複数の噴射口３１から噴射された複数の液滴を衝突させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液膜で覆われた基板に液滴を衝突させるノズル、ならびに基板を処理する基板処理装置および基板処理方法に関する。処理対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、ＦＥＤ（Field Emission Display）用基板、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、フォトマスク用基板、セラミック基板、太陽電池用基板などが含まれる。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置や液晶表示装置などの製造工程では、半導体ウエハや液晶表示装置用ガラス基板などの基板を処理する基板処理装置が用いられる。
特許文献１に記載の基板処理装置は、基板を水平に保持するスピンチャックと、複数の吐出孔から基板の上面に向けて処理液の液滴を噴射するヘッドと、基板の上面にカバーリンス液を供給するカバーリンスノズルとを備えている。
【０００３】
ヘッドは、基板の上面内の複数の衝突位置に向けて処理液の液滴を噴射する。同様に、カバーリンス液ノズルは、基板の上面内の着液位置に向けてカバーリンス液を吐出する。カバーリンス液ノズルから吐出されたカバーリンス液は、着液位置から複数の衝突位置に向かって基板上を広がる。これにより、基板上にカバーリンス液の液膜が形成され、複数の衝突位置がカバーリンス液の液膜によって覆われる。処理液の液滴は、カバーリンス液の液膜に覆われている基板の上面に向けて噴射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２９３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
基板上に形成されたカバーリンス液の液膜の厚みは、着液位置から遠ざかるほど減少する。特許文献１に記載の基板処理装置では、各衝突位置から着液位置までの距離が一定でないため、各衝突位置での膜厚（カバーリンス液の液膜の厚み）にばらつきが生じる。したがって、液滴の衝突によって基板に加わる衝撃にばらつきが生じる。具体的には、ある基板内の位置には大きな衝撃が加わり、これとは別の基板内の位置には小さな衝撃が加わる場合がある。そのため、パターンの倒壊が発生する領域と、異物が十分に除去されていない領域とが、同一の基板内に発生し、処理の均一性が低下してしまう場合がある。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、液滴が衝突する基板内の衝突位置での膜厚のばらつきを低減することにより、処理の均一性を向上させることができるノズル、基板処理装置、および基板処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するための請求項１記載の発明は、吐出口（３６、２３６、３３６、４３６）から吐出された保護液の液膜によって覆われている基板（Ｗ）に、複数の噴射口（３１、４３１）から噴射された複数の液滴を衝突させるノズルであって、前記複数の噴射口から噴射された複数の液滴がそれぞれ基板内の複数の衝突位置（Ｐ１）に衝突するように前記複数の噴射口が形成された噴射部（６）と、各衝突位置からの距離（Ｄ）が等しい基板内の着液位置（Ｐ２）に保護液が着液するように前記吐出口が形成された吐出部（７）とを含む、ノズル（５、２０５、３０５、４０５）である。
【０００８】
この構成によれば、吐出部に形成された吐出口から保護液が吐出されることにより、基板を覆う保護液の液膜が形成される。そして、複数の噴射口が形成された噴射部から複数の液滴が噴射されることにより、保護液の液膜に覆われている基板に複数の液滴が衝突する。各噴射口から噴射された液滴は、保護液が着液する基板内の着液位置からの距離が等しい基板内の衝突位置に衝突する。基板上での液膜の厚みは、着液位置からの距離に応じて変化する。したがって、各衝突位置から着液位置までの距離を等しくすることにより、各衝突位置での膜厚（保護液の液膜の厚み）のばらつきを低減できる。そのため、各衝突位置において基板に加わる衝撃のばらつきを低減できる。これにより、処理の均一性を向上させることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記複数の噴射口に処理液を供給する処理液流通路（３０）が形成された供給部（６）と、前記処理液流通路を流通する処理液に振動を付与することにより、前記複数の噴射口に供給される処理液を分断する振動付与手段（１７）とをさらに含む、請求項１に記載のノズルである。
この構成によれば、処理液流通路から複数の噴射口に供給される処理液が、振動付与手段からの振動によって分断される。これにより、噴射口の直径と概ね等しい直径を有する処理液の液柱が噴射口から噴射される。そして、この液柱は、表面張力によって球形に変化し、球形の液滴となる。たとえば、液体と気体とを衝突させて複数の液滴を生成する場合には、液滴の直径および速度が均一でなく、ばらつきが大きい。したがって、液体と気体とを衝突させて複数の液滴を生成する場合よりも、粒径および速度の均一な液滴が形成される。すなわち、各衝突位置での膜厚のばらつきを低減できることに加えて、液滴の運動エネルギーのばらつきを低減できる。そのため、液滴の衝突によって基板に加わる衝撃のばらつきを低減できる。これにより、処理の均一性を向上させることができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、各噴射口から前記吐出口までの距離（たとえば、最短距離）が等しい、請求項１または２に記載のノズルである。
この構成によれば、各噴射口から前記吐出口までの距離が等しいから、各液滴は、着液位置からの距離が等しい基板内の位置（衝突位置）に衝突する。したがって、各衝突位置での膜厚のばらつきを低減できる。これにより、処理の均一性を向上させることができる。
【００１１】
前記複数の噴射口は、基準方向（Ｄ１）から見たときに基準点（Ｘ）から等しい距離の位置に配置された複数の環状配列噴射口（３１）を含んでいてもよい。この場合、複数の環状配列噴射口は、同一平面上に配置されていてもよいし、異なる平面上に配置されていてもよい。すなわち、基準方向から見たときに基準点から各環状配列噴射口までの距離が等しければ、複数の環状配列噴射口は、同一平面上に配置されていてもよいし、異なる平面上に配置されていてもよい。
【００１２】
前記複数の噴射口が前記複数の環状配列噴射口を含む場合、請求項４に記載の発明のように、前記吐出口は、前記基準方向から見たときに前記基準点に位置するように配置された中心吐出口（３６）を含んでいてもよい。この場合、基準方向から見たときの各環状配列噴射口から吐出口までの距離が等しいので、各液滴は、着液位置からの距離が等しい基板内の位置（衝突位置）に衝突する。したがって、各衝突位置での膜厚のばらつきを低減できる。これにより、処理の均一性を向上させることができる。
【００１３】
また、前記複数の噴射口が前記複数の環状配列噴射口を含む場合、請求項５に記載の発明のように、前記吐出口は、前記基準方向から見たときに前記基準点を同軸的に取り囲んでおり、全周に亘って連続した環状吐出口（２３６、３３６）を含んでいてもよい。前記環状吐出口は、前記基準方向から見たときに前記複数の環状配列噴射口の内側で前記基準点を同軸的に取り囲んでおり、全周に亘って連続した内側環状吐出口（２３６）を含んでいてもよいし、前記基準方向から見たときに前記複数の環状配列噴射口の外側で前記基準点を同軸的に取り囲んでおり、全周に亘って連続した外側環状吐出口（３３６）を含んでいてもよい。いずれの場合においても、基準方向から見たときの各環状配列噴射口から環状吐出口までの最短距離が等しいので、各液滴は、着液位置からの距離が等しい基板内の位置（衝突位置）に衝突する。したがって、各衝突位置での膜厚のばらつきを低減できる。これにより、処理の均一性を向上させることができる。
【００１４】
また、前記複数の噴射口は、基準方向から見たときに直線状に並ぶように配置された複数の直線状配列噴射口（４３１）を含んでいてもよい。この場合、環状配列噴射口と同様に、複数の直線状配列噴射口は、同一平面上に配置されていてもよいし、異なる平面上に配置されていてもよい。
前記複数の噴射口が前記複数の直線状配列噴射口を含む場合、請求項６に記載の発明のように、前記吐出口は、前記基準方向から見たときに前記複数の直線状配列噴射口と平行なスリット状の直線状吐出口（４３６）を含んでいてもよい。この場合、基準方向から見たときの各直線状配列噴射口から直線状吐出口までの最短距離が等しいので、各液滴は、着液位置からの距離が等しい基板内の位置（衝突位置）に衝突する。したがって、各衝突位置での膜厚のばらつきを低減できる。これにより、処理の均一性を向上させることができる。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のノズルと、前記噴射部に処理液を供給する処理液供給管（１３）と、前記吐出部に保護液を供給する保護液供給管（２６）と、基板を保持する基板保持手段（２）と、前記ノズルおよび前記基板保持手段に保持されている基板の少なくとも一方を移動させることにより、前記複数の噴射口と前記吐出口との位置関係が一定に保たれた状態で前記ノズルと前記基板とを相対移動させる相対移動手段（２０）とを含む、基板処理装置（１）である。
【００１６】
この構成によれば、保護液供給管から吐出部に供給された保護液が吐出口から吐出されることにより、基板保持手段に保持されている基板を覆う保護液の液膜が形成される。そして、処理液供給管から噴射部に供給された処理液が、複数の噴射口から噴射されることにより、保護液の液膜に覆われている基板に複数の液滴が衝突する。相対移動手段は、ノズルおよび基板保持手段に保持されている基板の少なくとも一方を移動させることにより、ノズルと基板とを相対移動させる。これにより、基板が処理液の液滴によって走査され、複数の液滴が基板の広範囲に衝突する。そのため、基板の広範囲が洗浄される。さらに、相対移動手段は、複数の噴射口と吐出口との位置関係が一定に保たれた状態でノズルと基板とを相対移動させるので、衝突位置と着液位置との位置関係が一定に保たれる。そのため、各衝突位置において基板に加わる衝撃のばらつきを低減できる。これにより、処理の均一性を向上させることができる。
【００１７】
前記相対移動手段は、基板を移動させる基板移動手段であってもよいし、ノズルを移動させるノズル移動手段であってもよいし、基板およびノズルを移動させる基板・ノズル移動手段であってもよい。
請求項８に記載の発明は、前記基板保持手段に保持されている基板の主面中央部に交差する回転軸線（Ｌ１）まわりに前記基板を回転させる基板回転手段（２）をさらに含み、前記相対移動手段は、前記ノズルが前記基板の主面中央部に対向する中心位置（Ｐｃ）と、前記ノズルと前記基板との間の距離が前記中心位置での距離よりも短くなるように、前記ノズルが前記基板の主面周縁部に対向する周縁位置（Ｐｅ１、Ｐｅ２）との間で前記ノズルを移動させる、請求項７に記載の基板処理装置である。基板の主面は、デバイス形成面である基板の表面であってもよいし、表面とは反対の裏面であってもよい。
【００１８】
この構成によれば、基板回転手段が、基板の主面中央部に交差する回転軸線まわりに基板を回転させている状態で、相対移動手段が、ノズルが基板の主面中央部に対向する中央位置と、ノズルが基板の主面周縁部に対向する周縁位置との間でノズルを移動させる。これにより、基板の主面全域が処理液の液滴によって走査され、複数の液滴が基板の主面全域に衝突する。そのため、基板の清浄度が高められる。さらに、周縁位置でのノズルと基板との間の距離が、中心位置でのノズルと基板との距離よりも短いので、基板の主面中央部に加わる衝撃は、基板の主面周縁部に加わる衝撃よりも小さい。基板の主面中央部は、基板の主面周縁部よりも面積が小さいので、基板の主面周縁部よりも高密度で液滴が供給される。そのため、基板の主面中央部に加わる衝撃を低下させることにより、基板の主面中央部に加わる衝撃のトータル量と、基板の主面周縁部に加わる衝撃のトータル量との差を低減できる。これにより、処理の均一性を向上させることができる。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、複数の噴射口からそれぞれ基板内の複数の衝突位置に向けて処理液の液滴を噴射する噴射工程と、前記噴射工程と並行して、各衝突位置からの距離が等しい基板内の着液位置に向けて吐出口から保護液を吐出することにより、前記複数の衝突位置を覆う保護液の液膜を形成する液膜形成工程とを含む、基板処理方法である。この方法によれば、請求項１の発明に関して述べた効果と同様な効果を奏することができる。
【００２０】
なお、この項において、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の第１実施形態に係る基板処理装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係る洗浄ノズルおよびこれに関連する構成の平面図である。
【図３】この発明の第１実施形態に係る洗浄ノズルの模式的な縦断面図である。
【図４】この発明の第１実施形態に係る洗浄ノズルの模式的な底面図である。
【図５Ａ】この発明の第１実施形態に係る基板処理装置によって行われる基板の処理例について説明するための図である。
【図５Ｂ】この発明の第１実施形態に係る基板処理装置によって行われる基板の処理例について説明するための図である。
【図５Ｃ】この発明の第１実施形態に係る基板処理装置によって行われる基板の処理例について説明するための図である。
【図５Ｄ】この発明の第１実施形態に係る基板処理装置によって行われる基板の処理例について説明するための図である。
【図６Ａ】この発明の第２実施形態に係る洗浄ノズルの模式的な底面図である。
【図６Ｂ】この発明の第３実施形態に係る洗浄ノズルの模式的な底面図である。
【図７Ａ】この発明の第４実施形態に係る洗浄ノズルの模式的な側面図である。
【図７Ｂ】この発明の第４実施形態に係る洗浄ノズルの模式的な底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る基板処理装置１の概略構成を示す模式図である。図２は、この発明の第１実施形態に係る洗浄ノズル５およびこれに関連する構成の平面図である。
基板処理装置１は、半導体ウエハなどの円板状の基板Ｗを１枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置である。図１に示すように、基板処理装置１は、基板Ｗを水平に保持して回転させるスピンチャック２（基板保持手段、基板回転手段）と、スピンチャック２を取り囲む筒状のカップ３と、基板Ｗの上面にリンス液を供給するリンス液ノズル４と、保護液の液膜で覆われている基板Ｗの上面に処理液の液滴を衝突させる洗浄ノズル５（ノズル）と、スピンチャック２などの基板処理装置１に備えられた装置の動作やバルブの開閉を制御する制御装置８とを備えている。洗浄ノズル５は、基板Ｗの上面に処理液の液滴を衝突させる噴射ノズル６（噴射部、供給部）と、基板Ｗに保護液（カバーリンス液）を供給する保護液ノズル７（吐出部）とを含む。図２に示すように、噴射ノズル６は、たとえば、上下方向に延びる円筒状であり、保護液ノズル７は、噴射ノズル６の中心軸線Ｌ３に沿って配置されている。噴射ノズル６および保護液ノズル７は、一体のノズルであってもよいし、互いに連結された別々のノズルであってもよい。
【００２３】
図１に示すように、スピンチャック２は、基板Ｗを水平に保持して当該基板Ｗの中心Ｃ１を通る鉛直な回転軸線Ｌ１まわりに回転可能なスピンベース９と、このスピンベース９を回転軸線Ｌ１まわりに回転させるスピンモータ１０とを含む。スピンチャック２は、基板Ｗを水平方向に挟んで当該基板Ｗを水平に保持する挟持式のチャックであってもよいし、非デバイス形成面である基板Ｗの裏面（下面）を吸着することにより当該基板Ｗを水平に保持するバキューム式のチャックであってもよい。図１および図２では、スピンチャック２が挟持式のチャックである場合が示されている。
【００２４】
図１に示すように、リンス液ノズル４は、リンス液バルブ１１が介装されたリンス液供給管１２に接続されている。リンス液バルブ１１が開かれると、基板Ｗの上面中央部に向けてリンス液ノズル４からリンス液が吐出される。その一方で、リンス液バルブ１１が閉じられると、リンス液ノズル４からのリンス液の吐出が停止される。リンス液ノズル４に供給されるリンス液としては、純水（脱イオン水）、炭酸水、電解イオン水、水素水、オゾン水や、希釈濃度（たとえば、１０〜１００ｐｐｍ程度）の塩酸水などを例示することができる。
【００２５】
噴射ノズル６は、インクジェット方式によって多数の液滴を噴射するインクジェットノズルである。図１に示すように、噴射ノズル６は、処理液供給管１３を介して処理液供給機構１４に接続されている。さらに、噴射ノズル６は、排出バルブ１５が介装された処理液排出管１６に接続されている。処理液供給機構１４は、たとえば、ポンプを含む機構である。処理液供給機構１４は、常時、所定圧力（たとえば、１０ＭＰａ以下）で処理液を噴射ノズル６に供給している。噴射ノズル６に供給される処理液としては、たとえば、純水や、炭酸水や、ＳＣ−１（ＮＨ４ＯＨとＨ２Ｏ２とを含む混合液）などが挙げられる。制御装置８は、処理液供給機構１４を制御することにより、噴射ノズル６に供給される処理液の圧力を任意の圧力に変更することができる。
【００２６】
また、図１に示すように、噴射ノズル６は、噴射ノズル６の内部に配置された圧電素子１７（piezo element：振動付与手段）を含む。圧電素子１７は、配線１８を介して電圧印加機構１９に接続されている。電圧印加機構１９は、たとえば、インバータを含む駆動回路である。電圧印加機構１９は、交流電圧を圧電素子１７に印加する。交流電圧が圧電素子１７に印加されると、印加された交流電圧の周波数に対応する周波数で圧電素子１７が振動する。制御装置８は、電圧印加機構１９を制御することにより、圧電素子１７に印加される交流電圧の周波数を任意の周波数（たとえば、数百ＫＨｚ〜数ＭＨｚ）に変更することができる。したがって、圧電素子１７の振動の周波数は、制御装置８によって制御される。
【００２７】
図１に示すように、基板処理装置１は、ノズル移動機構２０（相対移動手段）をさらに含む。ノズル移動機構２０は、洗浄ノズル５（噴射ノズル６および保護液ノズル７）を保持するノズルアーム２１と、ノズルアーム２１に接続された回動機構２２と、回動機構２２に接続された昇降機構２３とを含む。回動機構２２は、たとえば、モータを含む機構である。昇降機構２３は、ボールねじ機構と、このボールねじ機構を駆動するモータとを含む機構である。回動機構２２は、スピンチャック２の周囲に設けられた鉛直な回転軸線Ｌ２まわりにノズルアーム２１を回動させる。洗浄ノズル５は、ノズルアーム２１と共に回転軸線Ｌ２まわりに回動する。これにより、洗浄ノズル５が水平方向に移動する。一方、昇降機構２３は、回動機構２２を鉛直方向Ｄ１（基準方向）に昇降させる。洗浄ノズル５およびノズルアーム２１は、回動機構２２と共に鉛直方向Ｄ１に昇降する。これにより、洗浄ノズル５が鉛直方向Ｄ１に移動する。
【００２８】
回動機構２２は、スピンチャック２の上方を含む水平面内で洗浄ノズル５を水平に移動させる。図２に示すように、回動機構２２は、スピンチャック２に保持されている基板Ｗの上面に沿って延びる円弧状の軌跡Ｘ１に沿って洗浄ノズル５を水平に移動させる。軌跡Ｘ１は、スピンチャック２に保持されている基板Ｗの上面に垂直な垂直方向（鉛直方向Ｄ１）から見たときに基板Ｗの上面に重ならない２つの位置を結び、鉛直方向Ｄ１から見たときに基板Ｗの上面の中心Ｃ１を通る曲線である。洗浄ノズル５がスピンチャック２に保持されている基板Ｗの上方に位置する状態で、昇降機構２３が洗浄ノズル５を降下させると、洗浄ノズル５が基板Ｗの上面に近接する。処理液の液滴を基板Ｗに衝突させるときは、洗浄ノズル５が基板Ｗの上面に近接している状態で、制御装置８が、回動機構２２を制御することにより、軌跡Ｘ１に沿って洗浄ノズル５を移動させる。
【００２９】
保護液ノズル７は、ノズルアーム２１に保持されている。回動機構２２および昇降機構２３の少なくとも一方がノズルアーム２１を移動させると、噴射ノズル６および保護液ノズル７は、噴射ノズル６および保護液ノズル７の位置関係が一定に保たれた状態で移動する。したがって、回動機構２２がノズルアーム２１を回動させると、保護液ノズル７は、噴射ノズル６と共に軌跡Ｘ１に沿って水平に移動する。図１に示すように、保護液ノズル７は、保護液バルブ２４および流量調整バルブ２５が介装された保護液供給管２６に接続されている。保護液バルブ２４が開かれると、基板Ｗの上面に向けて保護液ノズル７から保護液が吐出される。その一方で、保護液バルブ２４が閉じられると、保護液ノズル７からの保護液の吐出が停止される。保護液ノズル７からの保護液の吐出速度は、制御装置８が流量調整バルブ２５の開度を調整することにより変更される。保護液ノズル７に供給される保護液としては、たとえば、リンス液や、ＳＣ−１などの薬液が挙げられる。
【００３０】
図３は、この発明の第１実施形態に係る洗浄ノズル５の模式的な縦断面図である。図４は、この発明の第１実施形態に係る洗浄ノズル５の模式的な底面図である。
前述のように、洗浄ノズル５は、基板Ｗの上面に処理液の液滴を衝突させる噴射ノズル６と、基板Ｗに保護液を供給する保護液ノズル７とを含む。図３に示すように、噴射ノズル６は、たとえば、上下方向に延びる円筒状であり、保護液ノズル７は、噴射ノズル６の中心軸線Ｌ３（洗浄ノズル５の中心軸線Ｌ３）に沿って配置されている。噴射ノズル６の外径は、基板Ｗの直径よりも小さい。噴射ノズル６および保護液ノズル７は、図示しないステーによって連結されている。
【００３１】
図３に示すように、噴射ノズル６は、上下方向に延びる円筒状の本体２７と、本体２７の内部に配置された前述の圧電素子１７とを含む。配線１８の端部は、本体２７の内部で圧電素子１７に接続されている。本体２７は、耐薬性を有する耐薬性材料によって形成されている。本体２７は、たとえば、石英によって形成されている。本体２７は、高圧に耐えうる強度を有している。
【００３２】
図３に示すように、本体２７は、処理液が供給される供給口２８と、供給口２８に供給された処理液を排出する排出口２９と、供給口２８と排出口２９とを接続する処理液流通路３０と、処理液流通路３０に接続された複数の噴射口３１（環状配列噴射口）とを含む。処理液流通路３０は、供給口２８に接続された上流路３２と、排出口２９に接続された下流路３３と、上流路３２と下流路３３とを接続する２つの分岐路３４と、分岐路３４に接続された複数の接続路３５とを含む。上流路３２および下流路３３は、鉛直方向Ｄ１に延びており、分岐路３４は、上流路３２の下端から下流路３３の下端まで水平に延びている。図４に示すように、２つの分岐路３４は、噴射ノズル６の中心軸線Ｌ３上に中心点Ｘ（基準点）を有する円Ｃに沿って配置されている。図３に示すように、複数の接続路３５は、各分岐路３４から下方に延びている。複数の噴射口３１は、それぞれ、複数の接続路３５に接続されている。したがって、噴射口３１は、接続路３５を介して処理液流通路３０に接続されている。噴射口３１および接続路３５の流路面積は、分岐路３４の流路面積よりも小さい。
【００３３】
噴射口３１は、たとえば数μｍ〜数十μｍの直径を有する微細孔である。図３に示すように、本体２７の下面２７ａは、たとえば、水平な平坦面であり、複数の噴射口３１は、本体２７の下面２７ａで開口している。したがって、複数の噴射口３１は、同じ高さに配置されている。さらに、図４に示すように、複数の噴射口３１は、噴射ノズル６の中心軸線Ｌ３（洗浄ノズル５の中心軸線Ｌ３）上に中心点Ｘを有する水平な円Ｃに沿って等間隔で配列されている。保護液ノズル７の吐出口３６（中心吐出口）は、中心点Ｘを通る鉛直軸線（噴射ノズル６の中心軸線Ｌ３）上に配置されている。したがって、吐出口３６は、全周に亘って複数の噴射口３１に取り囲まれている。各噴射口３１から吐出口３６までの距離（最短距離）は等しい。吐出口３６は、複数の噴射口３１と同じ高さに配置されていてもよいし、複数の噴射口３１とは異なる高さに配置されていてもよい。吐出口３６は、たとえば、円形の開口である。保護液ノズル７は、吐出口３６から鉛直下方に保護液を吐出する。同様に、噴射ノズル６は、各噴射口３１から鉛直下方に液滴を噴射する。したがって、噴射ノズル６および保護液ノズル７は、互いに平行な方向に液体を吐出する。
【００３４】
図３に示すように、処理液供給管１３および処理液排出管１６は、それぞれ、供給口２８および排出口２９に接続されている。したがって、処理液供給機構１４（図１参照）は、処理液供給管１３を介して供給口２８に接続されている。処理液供給機構１４は、常時、高圧で処理液を噴射ノズル６に供給している。処理液供給機構１４から供給口２８に供給された処理液は、処理液流通路３０に供給される。排出バルブ１５が閉じられている状態では、処理液流通路３０での処理液の圧力（液圧）が高い。そのため、この状態では、液圧によって各噴射口３１から処理液が噴射される。さらに、この状態で、交流電圧が圧電素子１７に印加されると、処理液流通路３０を流れる処理液が圧電素子１７からの振動によって分断され、噴射口３１の直径と概ね等しい直径を有する処理液の液柱が噴射口３１から噴射される。そして、この液柱は、表面張力によって球形に変化する。そのため、噴射口３１の直径よりも大きい直径（たとえば、１５μｍ〜２００μｍ）を有する球状の液滴が基板Ｗに向かって飛散する。
【００３５】
一方、排出バルブ１５が開かれている状態では、処理液流通路３０に供給された処理液が、排出口２９から処理液排出管１６に排出される。すなわち、排出バルブ１５が開かれている状態では、処理液流通路３０での液圧が十分に上昇していない。噴射口３１が微細孔であるから、噴射口３１から処理液を噴射させるには、処理液流通路３０の液圧を所定値以上に上昇させる必要がある。しかしながら、排出バルブ１５が開かれている状態では、処理液流通路３０の液圧が低圧であるので、処理液流通路３０の処理液は、噴射口３１から噴射されずに、排出口２９から処理液排出管１６に排出される。このように、噴射口３１からの処理液の噴射は、排出バルブ１５の開閉により制御される。制御装置８（図１参照）は、洗浄ノズル５を基板Ｗの処理に使用しない間（洗浄ノズル５の待機中）は、排出バルブ１５を開いている。そのため、洗浄ノズル５の待機中であっても、噴射ノズル６の内部で処理液が流通している状態が維持される。
【００３６】
制御装置８は、基板Ｗの上面に処理液の液滴を衝突させるときに、ノズル移動機構２０（図１参照）によって洗浄ノズル５を移動させることにより、噴射ノズル６の下面（本体２７の下面２７ａ）を基板Ｗの上面に近接させる。そして、制御装置８は、噴射ノズル６に設けられた複数の噴射口３１と、保護液ノズル７に設けられた吐出口３６とが、基板Ｗの上面に対向している状態で、保護液バルブ２４を開いて、吐出口３６から保護液を吐出させる。さらに、制御装置８は、この状態で、排出バルブ１５を閉じて処理液流通路３０の圧力を上昇させると共に、圧電素子１７を駆動することにより、処理液流通路３０内の処理液に振動を加える。これにより、粒径が均一な多数の処理液の液滴が均一な速度で同時に噴射される。具体的には、平均値に対する粒径および速度のばらつきが１０％以内の均一な液滴が基板Ｗの上面に向けて噴射される。
【００３７】
図３に示すように、処理液の液滴は、複数の噴射口３１からそれぞれ基板Ｗの上面内の複数の衝突位置Ｐ１に向けて噴射される。また、保護液は、吐出口３６から基板Ｗの上面内の着液位置Ｐ２に向けて吐出される。衝突位置Ｐ１および着液位置Ｐ２の位置関係は、噴射口３１および吐出口３６を鉛直方向Ｄ１から見たときの噴射口３１および吐出口３６の位置関係と等しい。前述のように、各噴射口３１から吐出口３６までの距離は等しい。したがって、各衝突位置Ｐ１から着液位置Ｐ２までの距離Ｄ（最短距離）は等しい。
【００３８】
図５Ａ〜図５Ｄは、この発明の第１実施形態に係る基板処理装置１によって行われる基板Ｗの処理例について説明するための図である。以下では、図１および図２を参照する。図５Ａ〜図５Ｄについては適宜参照する。
未処理の基板Ｗは、図示しない搬送ロボットによって搬送され、デバイス形成面である表面をたとえば上に向けてスピンチャック２上に載置される。そして、制御装置８は、スピンチャック２によって基板Ｗを保持させる。その後、制御装置８は、スピンモータ１０を制御することにより、スピンチャック２に保持されている基板Ｗを回転させる。
【００３９】
次に、リンス液の一例である純水をリンス液ノズル４から基板Ｗに供給して、基板Ｗの上面を純水で覆う第１カバー工程が行われる。具体的には、制御装置８は、スピンチャック２によって基板Ｗを回転させながら、リンス液バルブ１１を開いて、図５Ａに示すように、リンス液ノズル４からスピンチャック２に保持されている基板Ｗの上面中央部に向けて純水を吐出させる。リンス液ノズル４から吐出された純水は、基板Ｗの上面中央部に供給され、基板Ｗの回転による遠心力を受けて基板Ｗの上面に沿って外方に広がる。これにより、基板Ｗの上面全域に純水が供給され、基板Ｗの上面全域を覆う純水の液膜が形成される。そして、リンス液バルブ１１が開かれてから所定時間が経過すると、制御装置８は、リンス液バルブ１１を閉じてリンス液ノズル４からの純水の吐出を停止させる。
【００４０】
次に、処理液の一例である炭酸水の液滴を噴射ノズル６から基板Ｗに供給して基板Ｗを洗浄する洗浄工程と、保護液の一例であるＳＣ−１を保護液ノズル７から基板Ｗに供給して基板Ｗの上面をＳＣ−１で覆う第２カバー工程とが並行して行われる。具体的には、制御装置８は、ノズル移動機構２０を制御することにより、洗浄ノズル５（噴射ノズル６および保護液ノズル７）をスピンチャック２の上方に移動させると共に、洗浄ノズル５の下面（本体２７の下面２７ａ）を基板Ｗの上面に近接させる。その後、制御装置８は、スピンチャック２によって基板Ｗを回転させながら、保護液バルブ２４を開いて、図５Ｂに示すように、保護液ノズル７からＳＣ−１を吐出させる。これにより、基板Ｗの上面を覆うＳＣ−１の液膜が形成される。
【００４１】
一方、制御装置８は、保護液ノズル７からのＳＣ−１の吐出と並行して、噴射ノズル６から炭酸水の液滴を噴射させる。具体的には、制御装置８は、洗浄ノズル５の下面が基板Ｗの上面に近接しており、保護液ノズル７からＳＣ−１が吐出されている状態で、排出バルブ１５を閉じると共に、電圧印加機構１９によって所定の周波数の交流電圧を圧電素子１７に印加させる。さらに、制御装置８は、一定の回転速度で基板Ｗを回転させながら、ノズル移動機構２０によって、洗浄ノズル５を軌跡Ｘ１に沿って往復移動させる。これにより、図５Ｂに示すように、噴射ノズル６から複数の液滴が噴射され、これらの液滴が、ＳＣ−１の液膜によって覆われている基板Ｗの上面に衝突する。そして、制御装置８は、液滴の噴射が所定時間に亘って行われた後、排出バルブ１５を開いて、噴射ノズル６からの液滴の噴射を停止させる。さらに、制御装置８は、保護液バルブ２４を閉じて、保護液ノズル７からのＳＣ−１の吐出を停止させる。その後、制御装置８は、ノズル移動機構２０によって、洗浄ノズル５を基板Ｗの上方から退避させる。
【００４２】
制御装置８は、洗浄工程において、洗浄ノズル５が基板Ｗの上面周縁部に対向する周縁位置Ｐｅ１（図５Ｂ参照）から洗浄ノズル５が基板Ｗの上面周縁部に対向する周縁位置Ｐｅ２（図５Ｂ参照）まで洗浄ノズル５を軌跡Ｘ１に沿って移動させるフルスキャンを行ってもよいし、洗浄ノズル５が基板Ｗの上面中央部に対向する中心位置Ｐｃ（図５Ｂ参照）から周縁位置Ｐｅ１まで洗浄ノズル５を軌跡Ｘ１に沿って移動させるハーフスキャンを行ってもよい。また、フルスキャンおよびハーフスキャンのいずれが行われる場合でも、制御装置８は、鉛直方向Ｄ１への洗浄ノズル５と基板Ｗとの距離を一定に保った状態で洗浄ノズル５を移動させてもよいし、洗浄ノズル５と基板Ｗとの距離を変化させながら洗浄ノズル５を移動させてもよい。たとえば図５Ｂに示すように、制御装置８は、周縁位置Ｐｅ１および周縁位置Ｐｅ２での洗浄ノズル５と基板Ｗとの距離が、中心位置Ｐｃでの洗浄ノズル５と基板Ｗとの距離より短くなるように、洗浄ノズル５を移動させてもよい。
【００４３】
多数の炭酸水の液滴が噴射ノズル６から下方に噴射されることにより、ＳＣ−１の液膜によって覆われている基板Ｗの上面に多数の炭酸水の液滴が吹き付けられる。また、フルスキャンおよびハーフスキャンのいずれが行われる場合でも、洗浄ノズル５が中心位置Ｐｃと周縁位置Ｐｅ１とを通過するので、炭酸水の液滴によって基板Ｗの上面全域が走査され、炭酸水の液滴が基板Ｗの上面全域に衝突する。したがって、基板Ｗの上面に付着しているパーティクルなどの異物は、基板Ｗに対する液滴の衝突によって物理的に除去される。また、基板Ｗに対する異物の付着力は、ＳＣ−１が基板Ｗを溶融させることにより弱められる。したがって、異物がより確実に除去される。しかも、基板Ｗの上面全域が液膜によって覆われている状態で、炭酸水の液滴が基板Ｗの上面に吹き付けられるので、基板Ｗに対する異物の再付着が抑制または防止される。このようにして、第２カバー工程と並行して洗浄工程が行われる。
【００４４】
次に、リンス液の一例である純水をリンス液ノズル４から基板Ｗに供給して、基板Ｗに付着している液体や異物を洗い流すリンス工程が行われる。具体的には、制御装置８は、スピンチャック２によって基板Ｗを回転させながら、リンス液バルブ１１を開いて、図５Ｃに示すように、リンス液ノズル４からスピンチャック２に保持されている基板Ｗの上面中央部に向けて純水を吐出させる。リンス液ノズル４から吐出された純水は、基板Ｗの上面中央部に供給され、基板Ｗの回転による遠心力を受けて基板Ｗの上面に沿って外方に広がる。これにより、基板Ｗの上面全域に純水が供給され、基板Ｗに付着している液体や異物が洗い流される。そして、リンス液バルブ１１が開かれてから所定時間が経過すると、制御装置８は、リンス液バルブ１１を閉じてリンス液ノズル４からの純水の吐出を停止させる。
【００４５】
次に、基板Ｗを乾燥させる乾燥工程（スピンドライ）が行われる。具体的には、制御装置８は、スピンモータ１０を制御して、基板Ｗを高回転速度（たとえば数千ｒｐｍ）で回転させる。これにより、基板Ｗに付着している純水に大きな遠心力が作用し、図５Ｄに示すように、基板Ｗに付着している純水が基板Ｗの周囲に振り切られる。このようにして、基板Ｗから純水が除去され、基板Ｗが乾燥する。そして、乾燥工程が所定時間にわたって行われた後は、制御装置８は、スピンモータ１０を制御することにより、スピンチャック２による基板Ｗの回転を停止させる。その後、処理済みの基板Ｗが搬送ロボットによってスピンチャック２から搬出される。
【００４６】
以上のように本実施形態では、吐出口３６から保護液が吐出されることにより、基板Ｗを覆う保護液の液膜が形成される。そして、複数の噴射口３１から複数の液滴が噴射されることにより、保護液の液膜に覆われている基板Ｗに複数の液滴が衝突する。各噴射口３１から噴射された液滴は、保護液が着液する基板Ｗ内の着液位置Ｐ２からの距離Ｄが等しい基板Ｗ内の衝突位置Ｐ１に衝突する。基板Ｗ上での液膜の厚みは、着液位置Ｐ２からの距離に応じて変化する。したがって、各衝突位置Ｐ１から着液位置Ｐ２までの距離を等しくすることにより、各衝突位置Ｐ１での膜厚（保護液の液膜の厚み）のばらつきを低減できる。そのため、各衝突位置Ｐ１において基板Ｗに加わる衝撃のばらつきを低減できる。さらに、基板Ｗに向けて噴射される液滴の粒径および速度が均一なので、均一な運動エネルギーを有する液滴が基板Ｗに衝突する。これにより、液滴の衝突によって基板Ｗに加わる衝撃のばらつきをさらに低減できる。したがって、処理の均一性を向上させることができる。
【００４７】
この発明の実施形態の説明は以上であるが、この発明は、前述の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
たとえば、前述の実施形態では、吐出口３６が、円形であり、鉛直方向Ｄ１から見たときに洗浄ノズル５の中心軸線Ｌ３上に位置するように配置されている場合について説明した。しかし、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、吐出口３６は、全周に亘って連続した環状であり、鉛直方向Ｄ１から見たときに洗浄ノズル５の中心軸線Ｌ３を同軸的に取り囲むように配置されていてもよい。この場合、吐出口３６は、図６Ａに示す洗浄ノズル２０５の内側環状吐出口２３６（環状吐出口）のように、複数の噴射口３１の内側に配置されていてもよいし、図６Ｂに示す洗浄ノズル３０５の外側環状吐出口３３６（環状吐出口）のように、複数の噴射口３１の外側に配置されていてもよい。
【００４８】
また、前述の実施形態では、複数の噴射口３１が、洗浄ノズル５の中心軸線Ｌ３上に中心点Ｘを有する水平な円Ｃに沿って配置されている場合について説明した。しかし、複数の噴射口３１が、洗浄ノズル５の中心軸線Ｌ３上に中心を有する水平な円弧に沿って配置されていてもよい。すなわち、複数の噴射口３１は、全周に亘って吐出口３６を取り囲んでいなくてもよい。
【００４９】
また、前述の実施形態では、複数の噴射口３１が環状に配列されている場合について説明した。しかし、複数の噴射口３１は、直線状に配列されていてもよい。具体的には、図７Ａおよび図７Ｂに示す洗浄ノズル４０５のように、複数の噴射口４３１（直線状配列噴射口）が直線状に等間隔で配列されており、吐出口４３６（直線状吐出口）が、複数の噴射口４３１と平行なスリット状であってもよい。吐出口４３６の長さ（長手方向への長さ）は、複数の噴射口４３１の一端から他端までの長さと等しい。この場合、吐出口４３６からの保護液の吐出方向は、噴射口４３１からの液滴の噴射方向と平行でなくてもよい。
【００５０】
また、前述の実施形態では、複数の噴射口３１が同一の高さに配置されている場合について説明した。しかし、複数の噴射口３１は、それぞれ異なる高さに配置されていてもよい。すなわち、複数の噴射口３１は、鉛直方向Ｄ１から見たときに洗浄ノズル５の中心軸線Ｌ３から等しい距離の位置に配置されていればよい。
また、前述の実施形態では、洗浄ノズル５が、インクジェット方式によって多数の液滴を噴射するインクジェットノズル（噴射ノズル６）を含む場合について説明した。しかし、洗浄ノズル５は、液体と気体とを衝突させて液滴を生成する二流体ノズルを含んでいてもよい。たとえば、洗浄液ノズル５は、環状に配置された複数の二流体ノズルと、複数の二流体ノズルの中心に配置された保護液ノズル７とを含んでいてもよい。
【００５１】
また、前述の実施形態では、１つの洗浄ノズル５を用いて基板Ｗを処理する場合について説明したが、複数の洗浄ノズル５を用いて基板Ｗを処理してもよい。すなわち、共通のスピンチャック２に対応する洗浄ノズル５が複数設けられてもよい。
また、前述の実施形態では、基板処理装置１が、円板状の基板Ｗを処理する装置である場合について説明したが、基板処理装置１は、液晶表示装置用基板などの多角形の基板を処理する装置であってもよい。
【００５２】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１ ：基板処理装置
２ ：スピンチャック（基板保持手段、基板回転手段）
５ ：洗浄ノズル（ノズル）
６ ：噴射ノズル（噴射部、供給部）
７ ：保護液ノズル（吐出部）
１３ ：処理液供給管
１７ ：圧電素子（振動付与手段）
２０ ：ノズル移動機構（相対移動手段）
２６ ：保護液供給管
３０ ：処理液流通路
３１ ：噴射口（環状配列噴射口）
３６ ：吐出口（中心吐出口）
２０５ ：洗浄ノズル（ノズル）
２３６ ：内側環状吐出口（環状吐出口）
３０５ ：洗浄ノズル（ノズル）
３３６ ：外側環状吐出口（環状吐出口）
４０５ ：洗浄ノズル（ノズル）
４３１ ：噴射口（直線状配列噴射口）
４３６ ：吐出口（直線状吐出口）
Ｄ１ ：鉛直方向（基準方向）
Ｐｃ ：中心位置
Ｐｅ１ ：周縁位置
Ｐｅ２ ：周縁位置
Ｌ１ ：回転軸線
Ｘ ：中心点（基準点）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液膜で覆われた基板に液滴を衝突させるノズル、ならびに基板を処理する基板処理装置および基板処理方法に関する。処理対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、ＦＥＤ（Field Emission Display）用基板、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、フォトマスク用基板、セラミック基板、太陽電池用基板などが含まれる。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置や液晶表示装置などの製造工程では、半導体ウエハや液晶表示装置用ガラス基板などの基板を処理する基板処理装置が用いられる。
特許文献１に記載の基板処理装置は、基板を水平に保持するスピンチャックと、複数の吐出孔から基板の上面に向けて処理液の液滴を噴射するヘッドと、基板の上面にカバーリンス液を供給するカバーリンスノズルとを備えている。
【０００３】
ヘッドは、基板の上面内の複数の衝突位置に向けて処理液の液滴を噴射する。同様に、カバーリンス液ノズルは、基板の上面内の着液位置に向けてカバーリンス液を吐出する。カバーリンス液ノズルから吐出されたカバーリンス液は、着液位置から複数の衝突位置に向かって基板上を広がる。これにより、基板上にカバーリンス液の液膜が形成され、複数の衝突位置がカバーリンス液の液膜によって覆われる。処理液の液滴は、カバーリンス液の液膜に覆われている基板の上面に向けて噴射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２９３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
基板上に形成されたカバーリンス液の液膜の厚みは、着液位置から遠ざかるほど減少する。特許文献１に記載の基板処理装置では、各衝突位置から着液位置までの距離が一定でないため、各衝突位置での膜厚（カバーリンス液の液膜の厚み）にばらつきが生じる。したがって、液滴の衝突によって基板に加わる衝撃にばらつきが生じる。具体的には、ある基板内の位置には大きな衝撃が加わり、これとは別の基板内の位置には小さな衝撃が加わる場合がある。そのため、パターンの倒壊が発生する領域と、異物が十分に除去されていない領域とが、同一の基板内に発生し、処理の均一性が低下してしまう場合がある。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、液滴が衝突する基板内の衝突位置での膜厚のばらつきを低減することにより、処理の均一性を向上させることができるノズル、基板処理装置、および基板処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するための請求項１記載の発明は、吐出口（３６、２３６、３３６、４３６）から吐出された保護液の液膜によって覆われている基板（Ｗ）に、複数の噴射口（３１、４３１）から噴射された複数の液滴を衝突させるノズルであって、前記複数の噴射口から噴射された複数の液滴がそれぞれ基板内の複数の衝突位置（Ｐ１）に衝突するように前記複数の噴射口が形成された噴射部（６）と、各衝突位置からの距離（Ｄ）が等しい基板内の着液位置（Ｐ２）に保護液が着液するように前記吐出口が形成された吐出部（７）とを含む、ノズル（５、２０５、３０５、４０５）である。
【０００８】
この構成によれば、吐出部に形成された吐出口から保護液が吐出されることにより、基板を覆う保護液の液膜が形成される。そして、複数の噴射口が形成された噴射部から複数の液滴が噴射されることにより、保護液の液膜に覆われている基板に複数の液滴が衝突する。各噴射口から噴射された液滴は、保護液が着液する基板内の着液位置からの距離が等しい基板内の衝突位置に衝突する。基板上での液膜の厚みは、着液位置からの距離に応じて変化する。したがって、各衝突位置から着液位置までの距離を等しくすることにより、各衝突位置での膜厚（保護液の液膜の厚み）のばらつきを低減できる。そのため、各衝突位置において基板に加わる衝撃のばらつきを低減できる。これにより、処理の均一性を向上させることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記複数の噴射口に処理液を供給する処理液流通路（３０）が形成された供給部（６）と、前記処理液流通路を流通する処理液に振動を付与することにより、前記複数の噴射口に供給される処理液を分断する振動付与手段（１７）とをさらに含む、請求項１に記載のノズルである。
この構成によれば、処理液流通路から複数の噴射口に供給される処理液が、振動付与手段からの振動によって分断される。これにより、噴射口の直径と概ね等しい直径を有する処理液の液柱が噴射口から噴射される。そして、この液柱は、表面張力によって球形に変化し、球形の液滴となる。たとえば、液体と気体とを衝突させて複数の液滴を生成する場合には、液滴の直径および速度が均一でなく、ばらつきが大きい。したがって、液体と気体とを衝突させて複数の液滴を生成する場合よりも、粒径および速度の均一な液滴が形成される。すなわち、各衝突位置での膜厚のばらつきを低減できることに加えて、液滴の運動エネルギーのばらつきを低減できる。そのため、液滴の衝突によって基板に加わる衝撃のばらつきを低減できる。これにより、処理の均一性を向上させることができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、各噴射口から前記吐出口までの距離（たとえば、最短距離）が等しい、請求項１または２に記載のノズルである。
この構成によれば、各噴射口から前記吐出口までの距離が等しいから、各液滴は、着液位置からの距離が等しい基板内の位置（衝突位置）に衝突する。したがって、各衝突位置での膜厚のばらつきを低減できる。これにより、処理の均一性を向上させることができる。
【００１１】
前記複数の噴射口は、基準方向（Ｄ１）から見たときに基準点（Ｘ）から等しい距離の位置に配置された複数の環状配列噴射口（３１）を含んでいてもよい。この場合、複数の環状配列噴射口は、同一平面上に配置されていてもよいし、異なる平面上に配置されていてもよい。すなわち、基準方向から見たときに基準点から各環状配列噴射口までの距離が等しければ、複数の環状配列噴射口は、同一平面上に配置されていてもよいし、異なる平面上に配置されていてもよい。
【００１２】
前記複数の噴射口が前記複数の環状配列噴射口を含む場合、請求項４に記載の発明のように、前記吐出口は、前記基準方向から見たときに前記基準点に位置するように配置された中心吐出口（３６）を含んでいてもよい。この場合、基準方向から見たときの各環状配列噴射口から吐出口までの距離が等しいので、各液滴は、着液位置からの距離が等しい基板内の位置（衝突位置）に衝突する。したがって、各衝突位置での膜厚のばらつきを低減できる。これにより、処理の均一性を向上させることができる。
【００１３】
また、前記複数の噴射口が前記複数の環状配列噴射口を含む場合、請求項５に記載の発明のように、前記吐出口は、前記基準方向から見たときに前記基準点を同軸的に取り囲んでおり、全周に亘って連続した環状吐出口（２３６、３３６）を含んでいてもよい。前記環状吐出口は、前記基準方向から見たときに前記複数の環状配列噴射口の内側で前記基準点を同軸的に取り囲んでおり、全周に亘って連続した内側環状吐出口（２３６）を含んでいてもよいし、前記基準方向から見たときに前記複数の環状配列噴射口の外側で前記基準点を同軸的に取り囲んでおり、全周に亘って連続した外側環状吐出口（３３６）を含んでいてもよい。いずれの場合においても、基準方向から見たときの各環状配列噴射口から環状吐出口までの最短距離が等しいので、各液滴は、着液位置からの距離が等しい基板内の位置（衝突位置）に衝突する。したがって、各衝突位置での膜厚のばらつきを低減できる。これにより、処理の均一性を向上させることができる。
【００１４】
また、前記複数の噴射口は、基準方向から見たときに直線状に並ぶように配置された複数の直線状配列噴射口（４３１）を含んでいてもよい。この場合、環状配列噴射口と同様に、複数の直線状配列噴射口は、同一平面上に配置されていてもよいし、異なる平面上に配置されていてもよい。
前記複数の噴射口が前記複数の直線状配列噴射口を含む場合、請求項６に記載の発明のように、前記吐出口は、前記基準方向から見たときに前記複数の直線状配列噴射口と平行なスリット状の直線状吐出口（４３６）を含んでいてもよい。この場合、基準方向から見たときの各直線状配列噴射口から直線状吐出口までの最短距離が等しいので、各液滴は、着液位置からの距離が等しい基板内の位置（衝突位置）に衝突する。したがって、各衝突位置での膜厚のばらつきを低減できる。これにより、処理の均一性を向上させることができる。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のノズルと、前記噴射部に処理液を供給する処理液供給管（１３）と、前記吐出部に保護液を供給する保護液供給管（２６）と、基板を保持する基板保持手段（２）と、前記ノズルおよび前記基板保持手段に保持されている基板の少なくとも一方を移動させることにより、前記複数の噴射口と前記吐出口との位置関係が一定に保たれた状態で前記ノズルと前記基板とを相対移動させる相対移動手段（２０）とを含む、基板処理装置（１）である。
【００１６】
この構成によれば、保護液供給管から吐出部に供給された保護液が吐出口から吐出されることにより、基板保持手段に保持されている基板を覆う保護液の液膜が形成される。そして、処理液供給管から噴射部に供給された処理液が、複数の噴射口から噴射されることにより、保護液の液膜に覆われている基板に複数の液滴が衝突する。相対移動手段は、ノズルおよび基板保持手段に保持されている基板の少なくとも一方を移動させることにより、ノズルと基板とを相対移動させる。これにより、基板が処理液の液滴によって走査され、複数の液滴が基板の広範囲に衝突する。そのため、基板の広範囲が洗浄される。さらに、相対移動手段は、複数の噴射口と吐出口との位置関係が一定に保たれた状態でノズルと基板とを相対移動させるので、衝突位置と着液位置との位置関係が一定に保たれる。そのため、各衝突位置において基板に加わる衝撃のばらつきを低減できる。これにより、処理の均一性を向上させることができる。
【００１７】
前記相対移動手段は、基板を移動させる基板移動手段であってもよいし、ノズルを移動させるノズル移動手段であってもよいし、基板およびノズルを移動させる基板・ノズル移動手段であってもよい。
請求項８に記載の発明は、前記基板保持手段に保持されている基板の主面中央部に交差する回転軸線（Ｌ１）まわりに前記基板を回転させる基板回転手段（２）をさらに含み、前記相対移動手段は、前記ノズルが前記基板の主面中央部に対向する中心位置（Ｐｃ）と、前記ノズルと前記基板との間の距離が前記中心位置での距離よりも短くなるように、前記ノズルが前記基板の主面周縁部に対向する周縁位置（Ｐｅ１、Ｐｅ２）との間で前記ノズルを移動させる、請求項７に記載の基板処理装置である。基板の主面は、デバイス形成面である基板の表面であってもよいし、表面とは反対の裏面であってもよい。
【００１８】
この構成によれば、基板回転手段が、基板の主面中央部に交差する回転軸線まわりに基板を回転させている状態で、相対移動手段が、ノズルが基板の主面中央部に対向する中央位置と、ノズルが基板の主面周縁部に対向する周縁位置との間でノズルを移動させる。これにより、基板の主面全域が処理液の液滴によって走査され、複数の液滴が基板の主面全域に衝突する。そのため、基板の清浄度が高められる。さらに、周縁位置でのノズルと基板との間の距離が、中心位置でのノズルと基板との距離よりも短いので、基板の主面中央部に加わる衝撃は、基板の主面周縁部に加わる衝撃よりも小さい。基板の主面中央部は、基板の主面周縁部よりも面積が小さいので、基板の主面周縁部よりも高密度で液滴が供給される。そのため、基板の主面中央部に加わる衝撃を低下させることにより、基板の主面中央部に加わる衝撃のトータル量と、基板の主面周縁部に加わる衝撃のトータル量との差を低減できる。これにより、処理の均一性を向上させることができる。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、複数の噴射口からそれぞれ基板内の複数の衝突位置に向けて処理液の液滴を噴射する噴射工程と、前記噴射工程と並行して、各衝突位置からの距離が等しい基板内の着液位置に向けて吐出口から保護液を吐出することにより、前記複数の衝突位置を覆う保護液の液膜を形成する液膜形成工程とを含む、基板処理方法である。この方法によれば、請求項１の発明に関して述べた効果と同様な効果を奏することができる。
【００２０】
なお、この項において、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の第１実施形態に係る基板処理装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係る洗浄ノズルおよびこれに関連する構成の平面図である。
【図３】この発明の第１実施形態に係る洗浄ノズルの模式的な縦断面図である。
【図４】この発明の第１実施形態に係る洗浄ノズルの模式的な底面図である。
【図５Ａ】この発明の第１実施形態に係る基板処理装置によって行われる基板の処理例について説明するための図である。
【図５Ｂ】この発明の第１実施形態に係る基板処理装置によって行われる基板の処理例について説明するための図である。
【図５Ｃ】この発明の第１実施形態に係る基板処理装置によって行われる基板の処理例について説明するための図である。
【図５Ｄ】この発明の第１実施形態に係る基板処理装置によって行われる基板の処理例について説明するための図である。
【図６Ａ】この発明の第２実施形態に係る洗浄ノズルの模式的な底面図である。
【図６Ｂ】この発明の第３実施形態に係る洗浄ノズルの模式的な底面図である。
【図７Ａ】この発明の第４実施形態に係る洗浄ノズルの模式的な側面図である。
【図７Ｂ】この発明の第４実施形態に係る洗浄ノズルの模式的な底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る基板処理装置１の概略構成を示す模式図である。図２は、この発明の第１実施形態に係る洗浄ノズル５およびこれに関連する構成の平面図である。
基板処理装置１は、半導体ウエハなどの円板状の基板Ｗを１枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置である。図１に示すように、基板処理装置１は、基板Ｗを水平に保持して回転させるスピンチャック２（基板保持手段、基板回転手段）と、スピンチャック２を取り囲む筒状のカップ３と、基板Ｗの上面にリンス液を供給するリンス液ノズル４と、保護液の液膜で覆われている基板Ｗの上面に処理液の液滴を衝突させる洗浄ノズル５（ノズル）と、スピンチャック２などの基板処理装置１に備えられた装置の動作やバルブの開閉を制御する制御装置８とを備えている。洗浄ノズル５は、基板Ｗの上面に処理液の液滴を衝突させる噴射ノズル６（噴射部、供給部）と、基板Ｗに保護液（カバーリンス液）を供給する保護液ノズル７（吐出部）とを含む。図２に示すように、噴射ノズル６は、たとえば、上下方向に延びる円筒状であり、保護液ノズル７は、噴射ノズル６の中心軸線Ｌ３に沿って配置されている。噴射ノズル６および保護液ノズル７は、一体のノズルであってもよいし、互いに連結された別々のノズルであってもよい。
【００２３】
図１に示すように、スピンチャック２は、基板Ｗを水平に保持して当該基板Ｗの中心Ｃ１を通る鉛直な回転軸線Ｌ１まわりに回転可能なスピンベース９と、このスピンベース９を回転軸線Ｌ１まわりに回転させるスピンモータ１０とを含む。スピンチャック２は、基板Ｗを水平方向に挟んで当該基板Ｗを水平に保持する挟持式のチャックであってもよいし、非デバイス形成面である基板Ｗの裏面（下面）を吸着することにより当該基板Ｗを水平に保持するバキューム式のチャックであってもよい。図１および図２では、スピンチャック２が挟持式のチャックである場合が示されている。
【００２４】
図１に示すように、リンス液ノズル４は、リンス液バルブ１１が介装されたリンス液供給管１２に接続されている。リンス液バルブ１１が開かれると、基板Ｗの上面中央部に向けてリンス液ノズル４からリンス液が吐出される。その一方で、リンス液バルブ１１が閉じられると、リンス液ノズル４からのリンス液の吐出が停止される。リンス液ノズル４に供給されるリンス液としては、純水（脱イオン水）、炭酸水、電解イオン水、水素水、オゾン水や、希釈濃度（たとえば、１０〜１００ｐｐｍ程度）の塩酸水などを例示することができる。
【００２５】
噴射ノズル６は、インクジェット方式によって多数の液滴を噴射するインクジェットノズルである。図１に示すように、噴射ノズル６は、処理液供給管１３を介して処理液供給機構１４に接続されている。さらに、噴射ノズル６は、排出バルブ１５が介装された処理液排出管１６に接続されている。処理液供給機構１４は、たとえば、ポンプを含む機構である。処理液供給機構１４は、常時、所定圧力（たとえば、１０ＭＰａ以下）で処理液を噴射ノズル６に供給している。噴射ノズル６に供給される処理液としては、たとえば、純水や、炭酸水や、ＳＣ−１（ＮＨ４ＯＨとＨ２Ｏ２とを含む混合液）などが挙げられる。制御装置８は、処理液供給機構１４を制御することにより、噴射ノズル６に供給される処理液の圧力を任意の圧力に変更することができる。
【００２６】
また、図１に示すように、噴射ノズル６は、噴射ノズル６の内部に配置された圧電素子１７（piezo element：振動付与手段）を含む。圧電素子１７は、配線１８を介して電圧印加機構１９に接続されている。電圧印加機構１９は、たとえば、インバータを含む駆動回路である。電圧印加機構１９は、交流電圧を圧電素子１７に印加する。交流電圧が圧電素子１７に印加されると、印加された交流電圧の周波数に対応する周波数で圧電素子１７が振動する。制御装置８は、電圧印加機構１９を制御することにより、圧電素子１７に印加される交流電圧の周波数を任意の周波数（たとえば、数百ＫＨｚ〜数ＭＨｚ）に変更することができる。したがって、圧電素子１７の振動の周波数は、制御装置８によって制御される。
【００２７】
図１に示すように、基板処理装置１は、ノズル移動機構２０（相対移動手段）をさらに含む。ノズル移動機構２０は、洗浄ノズル５（噴射ノズル６および保護液ノズル７）を保持するノズルアーム２１と、ノズルアーム２１に接続された回動機構２２と、回動機構２２に接続された昇降機構２３とを含む。回動機構２２は、たとえば、モータを含む機構である。昇降機構２３は、ボールねじ機構と、このボールねじ機構を駆動するモータとを含む機構である。回動機構２２は、スピンチャック２の周囲に設けられた鉛直な回転軸線Ｌ２まわりにノズルアーム２１を回動させる。洗浄ノズル５は、ノズルアーム２１と共に回転軸線Ｌ２まわりに回動する。これにより、洗浄ノズル５が水平方向に移動する。一方、昇降機構２３は、回動機構２２を鉛直方向Ｄ１（基準方向）に昇降させる。洗浄ノズル５およびノズルアーム２１は、回動機構２２と共に鉛直方向Ｄ１に昇降する。これにより、洗浄ノズル５が鉛直方向Ｄ１に移動する。
【００２８】
回動機構２２は、スピンチャック２の上方を含む水平面内で洗浄ノズル５を水平に移動させる。図２に示すように、回動機構２２は、スピンチャック２に保持されている基板Ｗの上面に沿って延びる円弧状の軌跡Ｘ１に沿って洗浄ノズル５を水平に移動させる。軌跡Ｘ１は、スピンチャック２に保持されている基板Ｗの上面に垂直な垂直方向（鉛直方向Ｄ１）から見たときに基板Ｗの上面に重ならない２つの位置を結び、鉛直方向Ｄ１から見たときに基板Ｗの上面の中心Ｃ１を通る曲線である。洗浄ノズル５がスピンチャック２に保持されている基板Ｗの上方に位置する状態で、昇降機構２３が洗浄ノズル５を降下させると、洗浄ノズル５が基板Ｗの上面に近接する。処理液の液滴を基板Ｗに衝突させるときは、洗浄ノズル５が基板Ｗの上面に近接している状態で、制御装置８が、回動機構２２を制御することにより、軌跡Ｘ１に沿って洗浄ノズル５を移動させる。
【００２９】
保護液ノズル７は、ノズルアーム２１に保持されている。回動機構２２および昇降機構２３の少なくとも一方がノズルアーム２１を移動させると、噴射ノズル６および保護液ノズル７は、噴射ノズル６および保護液ノズル７の位置関係が一定に保たれた状態で移動する。したがって、回動機構２２がノズルアーム２１を回動させると、保護液ノズル７は、噴射ノズル６と共に軌跡Ｘ１に沿って水平に移動する。図１に示すように、保護液ノズル７は、保護液バルブ２４および流量調整バルブ２５が介装された保護液供給管２６に接続されている。保護液バルブ２４が開かれると、基板Ｗの上面に向けて保護液ノズル７から保護液が吐出される。その一方で、保護液バルブ２４が閉じられると、保護液ノズル７からの保護液の吐出が停止される。保護液ノズル７からの保護液の吐出速度は、制御装置８が流量調整バルブ２５の開度を調整することにより変更される。保護液ノズル７に供給される保護液としては、たとえば、リンス液や、ＳＣ−１などの薬液が挙げられる。
【００３０】
図３は、この発明の第１実施形態に係る洗浄ノズル５の模式的な縦断面図である。図４は、この発明の第１実施形態に係る洗浄ノズル５の模式的な底面図である。
前述のように、洗浄ノズル５は、基板Ｗの上面に処理液の液滴を衝突させる噴射ノズル６と、基板Ｗに保護液を供給する保護液ノズル７とを含む。図３に示すように、噴射ノズル６は、たとえば、上下方向に延びる円筒状であり、保護液ノズル７は、噴射ノズル６の中心軸線Ｌ３（洗浄ノズル５の中心軸線Ｌ３）に沿って配置されている。噴射ノズル６の外径は、基板Ｗの直径よりも小さい。噴射ノズル６および保護液ノズル７は、図示しないステーによって連結されている。
【００３１】
図３に示すように、噴射ノズル６は、上下方向に延びる円筒状の本体２７と、本体２７の内部に配置された前述の圧電素子１７とを含む。配線１８の端部は、本体２７の内部で圧電素子１７に接続されている。本体２７は、耐薬性を有する耐薬性材料によって形成されている。本体２７は、たとえば、石英によって形成されている。本体２７は、高圧に耐えうる強度を有している。
【００３２】
図３に示すように、本体２７は、処理液が供給される供給口２８と、供給口２８に供給された処理液を排出する排出口２９と、供給口２８と排出口２９とを接続する処理液流通路３０と、処理液流通路３０に接続された複数の噴射口３１（環状配列噴射口）とを含む。処理液流通路３０は、供給口２８に接続された上流路３２と、排出口２９に接続された下流路３３と、上流路３２と下流路３３とを接続する２つの分岐路３４と、分岐路３４に接続された複数の接続路３５とを含む。上流路３２および下流路３３は、鉛直方向Ｄ１に延びており、分岐路３４は、上流路３２の下端から下流路３３の下端まで水平に延びている。図４に示すように、２つの分岐路３４は、噴射ノズル６の中心軸線Ｌ３上に中心点Ｘ（基準点）を有する円Ｃに沿って配置されている。図３に示すように、複数の接続路３５は、各分岐路３４から下方に延びている。複数の噴射口３１は、それぞれ、複数の接続路３５に接続されている。したがって、噴射口３１は、接続路３５を介して処理液流通路３０に接続されている。噴射口３１および接続路３５の流路面積は、分岐路３４の流路面積よりも小さい。
【００３３】
噴射口３１は、たとえば数μｍ〜数十μｍの直径を有する微細孔である。図３に示すように、本体２７の下面２７ａは、たとえば、水平な平坦面であり、複数の噴射口３１は、本体２７の下面２７ａで開口している。したがって、複数の噴射口３１は、同じ高さに配置されている。さらに、図４に示すように、複数の噴射口３１は、噴射ノズル６の中心軸線Ｌ３（洗浄ノズル５の中心軸線Ｌ３）上に中心点Ｘを有する水平な円Ｃに沿って等間隔で配列されている。保護液ノズル７の吐出口３６（中心吐出口）は、中心点Ｘを通る鉛直軸線（噴射ノズル６の中心軸線Ｌ３）上に配置されている。したがって、吐出口３６は、全周に亘って複数の噴射口３１に取り囲まれている。各噴射口３１から吐出口３６までの距離（最短距離）は等しい。吐出口３６は、複数の噴射口３１と同じ高さに配置されていてもよいし、複数の噴射口３１とは異なる高さに配置されていてもよい。吐出口３６は、たとえば、円形の開口である。保護液ノズル７は、吐出口３６から鉛直下方に保護液を吐出する。同様に、噴射ノズル６は、各噴射口３１から鉛直下方に液滴を噴射する。したがって、噴射ノズル６および保護液ノズル７は、互いに平行な方向に液体を吐出する。
【００３４】
図３に示すように、処理液供給管１３および処理液排出管１６は、それぞれ、供給口２８および排出口２９に接続されている。したがって、処理液供給機構１４（図１参照）は、処理液供給管１３を介して供給口２８に接続されている。処理液供給機構１４は、常時、高圧で処理液を噴射ノズル６に供給している。処理液供給機構１４から供給口２８に供給された処理液は、処理液流通路３０に供給される。排出バルブ１５が閉じられている状態では、処理液流通路３０での処理液の圧力（液圧）が高い。そのため、この状態では、液圧によって各噴射口３１から処理液が噴射される。さらに、この状態で、交流電圧が圧電素子１７に印加されると、処理液流通路３０を流れる処理液が圧電素子１７からの振動によって分断され、噴射口３１の直径と概ね等しい直径を有する処理液の液柱が噴射口３１から噴射される。そして、この液柱は、表面張力によって球形に変化する。そのため、噴射口３１の直径よりも大きい直径（たとえば、１５μｍ〜２００μｍ）を有する球状の液滴が基板Ｗに向かって飛散する。
【００３５】
一方、排出バルブ１５が開かれている状態では、処理液流通路３０に供給された処理液が、排出口２９から処理液排出管１６に排出される。すなわち、排出バルブ１５が開かれている状態では、処理液流通路３０での液圧が十分に上昇していない。噴射口３１が微細孔であるから、噴射口３１から処理液を噴射させるには、処理液流通路３０の液圧を所定値以上に上昇させる必要がある。しかしながら、排出バルブ１５が開かれている状態では、処理液流通路３０の液圧が低圧であるので、処理液流通路３０の処理液は、噴射口３１から噴射されずに、排出口２９から処理液排出管１６に排出される。このように、噴射口３１からの処理液の噴射は、排出バルブ１５の開閉により制御される。制御装置８（図１参照）は、洗浄ノズル５を基板Ｗの処理に使用しない間（洗浄ノズル５の待機中）は、排出バルブ１５を開いている。そのため、洗浄ノズル５の待機中であっても、噴射ノズル６の内部で処理液が流通している状態が維持される。
【００３６】
制御装置８は、基板Ｗの上面に処理液の液滴を衝突させるときに、ノズル移動機構２０（図１参照）によって洗浄ノズル５を移動させることにより、噴射ノズル６の下面（本体２７の下面２７ａ）を基板Ｗの上面に近接させる。そして、制御装置８は、噴射ノズル６に設けられた複数の噴射口３１と、保護液ノズル７に設けられた吐出口３６とが、基板Ｗの上面に対向している状態で、保護液バルブ２４を開いて、吐出口３６から保護液を吐出させる。さらに、制御装置８は、この状態で、排出バルブ１５を閉じて処理液流通路３０の圧力を上昇させると共に、圧電素子１７を駆動することにより、処理液流通路３０内の処理液に振動を加える。これにより、粒径が均一な多数の処理液の液滴が均一な速度で同時に噴射される。具体的には、平均値に対する粒径および速度のばらつきが１０％以内の均一な液滴が基板Ｗの上面に向けて噴射される。
【００３７】
図３に示すように、処理液の液滴は、複数の噴射口３１からそれぞれ基板Ｗの上面内の複数の衝突位置Ｐ１に向けて噴射される。また、保護液は、吐出口３６から基板Ｗの上面内の着液位置Ｐ２に向けて吐出される。衝突位置Ｐ１および着液位置Ｐ２の位置関係は、噴射口３１および吐出口３６を鉛直方向Ｄ１から見たときの噴射口３１および吐出口３６の位置関係と等しい。前述のように、各噴射口３１から吐出口３６までの距離は等しい。したがって、各衝突位置Ｐ１から着液位置Ｐ２までの距離Ｄ（最短距離）は等しい。
【００３８】
図５Ａ〜図５Ｄは、この発明の第１実施形態に係る基板処理装置１によって行われる基板Ｗの処理例について説明するための図である。以下では、図１および図２を参照する。図５Ａ〜図５Ｄについては適宜参照する。
未処理の基板Ｗは、図示しない搬送ロボットによって搬送され、デバイス形成面である表面をたとえば上に向けてスピンチャック２上に載置される。そして、制御装置８は、スピンチャック２によって基板Ｗを保持させる。その後、制御装置８は、スピンモータ１０を制御することにより、スピンチャック２に保持されている基板Ｗを回転させる。
【００３９】
次に、リンス液の一例である純水をリンス液ノズル４から基板Ｗに供給して、基板Ｗの上面を純水で覆う第１カバー工程が行われる。具体的には、制御装置８は、スピンチャック２によって基板Ｗを回転させながら、リンス液バルブ１１を開いて、図５Ａに示すように、リンス液ノズル４からスピンチャック２に保持されている基板Ｗの上面中央部に向けて純水を吐出させる。リンス液ノズル４から吐出された純水は、基板Ｗの上面中央部に供給され、基板Ｗの回転による遠心力を受けて基板Ｗの上面に沿って外方に広がる。これにより、基板Ｗの上面全域に純水が供給され、基板Ｗの上面全域を覆う純水の液膜が形成される。そして、リンス液バルブ１１が開かれてから所定時間が経過すると、制御装置８は、リンス液バルブ１１を閉じてリンス液ノズル４からの純水の吐出を停止させる。
【００４０】
次に、処理液の一例である炭酸水の液滴を噴射ノズル６から基板Ｗに供給して基板Ｗを洗浄する洗浄工程と、保護液の一例であるＳＣ−１を保護液ノズル７から基板Ｗに供給して基板Ｗの上面をＳＣ−１で覆う第２カバー工程とが並行して行われる。具体的には、制御装置８は、ノズル移動機構２０を制御することにより、洗浄ノズル５（噴射ノズル６および保護液ノズル７）をスピンチャック２の上方に移動させると共に、洗浄ノズル５の下面（本体２７の下面２７ａ）を基板Ｗの上面に近接させる。その後、制御装置８は、スピンチャック２によって基板Ｗを回転させながら、保護液バルブ２４を開いて、図５Ｂに示すように、保護液ノズル７からＳＣ−１を吐出させる。これにより、基板Ｗの上面を覆うＳＣ−１の液膜が形成される。
【００４１】
一方、制御装置８は、保護液ノズル７からのＳＣ−１の吐出と並行して、噴射ノズル６から炭酸水の液滴を噴射させる。具体的には、制御装置８は、洗浄ノズル５の下面が基板Ｗの上面に近接しており、保護液ノズル７からＳＣ−１が吐出されている状態で、排出バルブ１５を閉じると共に、電圧印加機構１９によって所定の周波数の交流電圧を圧電素子１７に印加させる。さらに、制御装置８は、一定の回転速度で基板Ｗを回転させながら、ノズル移動機構２０によって、洗浄ノズル５を軌跡Ｘ１に沿って往復移動させる。これにより、図５Ｂに示すように、噴射ノズル６から複数の液滴が噴射され、これらの液滴が、ＳＣ−１の液膜によって覆われている基板Ｗの上面に衝突する。そして、制御装置８は、液滴の噴射が所定時間に亘って行われた後、排出バルブ１５を開いて、噴射ノズル６からの液滴の噴射を停止させる。さらに、制御装置８は、保護液バルブ２４を閉じて、保護液ノズル７からのＳＣ−１の吐出を停止させる。その後、制御装置８は、ノズル移動機構２０によって、洗浄ノズル５を基板Ｗの上方から退避させる。
【００４２】
制御装置８は、洗浄工程において、洗浄ノズル５が基板Ｗの上面周縁部に対向する周縁位置Ｐｅ１（図５Ｂ参照）から洗浄ノズル５が基板Ｗの上面周縁部に対向する周縁位置Ｐｅ２（図５Ｂ参照）まで洗浄ノズル５を軌跡Ｘ１に沿って移動させるフルスキャンを行ってもよいし、洗浄ノズル５が基板Ｗの上面中央部に対向する中心位置Ｐｃ（図５Ｂ参照）から周縁位置Ｐｅ１まで洗浄ノズル５を軌跡Ｘ１に沿って移動させるハーフスキャンを行ってもよい。また、フルスキャンおよびハーフスキャンのいずれが行われる場合でも、制御装置８は、鉛直方向Ｄ１への洗浄ノズル５と基板Ｗとの距離を一定に保った状態で洗浄ノズル５を移動させてもよいし、洗浄ノズル５と基板Ｗとの距離を変化させながら洗浄ノズル５を移動させてもよい。たとえば図５Ｂに示すように、制御装置８は、周縁位置Ｐｅ１および周縁位置Ｐｅ２での洗浄ノズル５と基板Ｗとの距離が、中心位置Ｐｃでの洗浄ノズル５と基板Ｗとの距離より短くなるように、洗浄ノズル５を移動させてもよい。
【００４３】
多数の炭酸水の液滴が噴射ノズル６から下方に噴射されることにより、ＳＣ−１の液膜によって覆われている基板Ｗの上面に多数の炭酸水の液滴が吹き付けられる。また、フルスキャンおよびハーフスキャンのいずれが行われる場合でも、洗浄ノズル５が中心位置Ｐｃと周縁位置Ｐｅ１とを通過するので、炭酸水の液滴によって基板Ｗの上面全域が走査され、炭酸水の液滴が基板Ｗの上面全域に衝突する。したがって、基板Ｗの上面に付着しているパーティクルなどの異物は、基板Ｗに対する液滴の衝突によって物理的に除去される。また、基板Ｗに対する異物の付着力は、ＳＣ−１が基板Ｗを溶融させることにより弱められる。したがって、異物がより確実に除去される。しかも、基板Ｗの上面全域が液膜によって覆われている状態で、炭酸水の液滴が基板Ｗの上面に吹き付けられるので、基板Ｗに対する異物の再付着が抑制または防止される。このようにして、第２カバー工程と並行して洗浄工程が行われる。
【００４４】
次に、リンス液の一例である純水をリンス液ノズル４から基板Ｗに供給して、基板Ｗに付着している液体や異物を洗い流すリンス工程が行われる。具体的には、制御装置８は、スピンチャック２によって基板Ｗを回転させながら、リンス液バルブ１１を開いて、図５Ｃに示すように、リンス液ノズル４からスピンチャック２に保持されている基板Ｗの上面中央部に向けて純水を吐出させる。リンス液ノズル４から吐出された純水は、基板Ｗの上面中央部に供給され、基板Ｗの回転による遠心力を受けて基板Ｗの上面に沿って外方に広がる。これにより、基板Ｗの上面全域に純水が供給され、基板Ｗに付着している液体や異物が洗い流される。そして、リンス液バルブ１１が開かれてから所定時間が経過すると、制御装置８は、リンス液バルブ１１を閉じてリンス液ノズル４からの純水の吐出を停止させる。
【００４５】
次に、基板Ｗを乾燥させる乾燥工程（スピンドライ）が行われる。具体的には、制御装置８は、スピンモータ１０を制御して、基板Ｗを高回転速度（たとえば数千ｒｐｍ）で回転させる。これにより、基板Ｗに付着している純水に大きな遠心力が作用し、図５Ｄに示すように、基板Ｗに付着している純水が基板Ｗの周囲に振り切られる。このようにして、基板Ｗから純水が除去され、基板Ｗが乾燥する。そして、乾燥工程が所定時間にわたって行われた後は、制御装置８は、スピンモータ１０を制御することにより、スピンチャック２による基板Ｗの回転を停止させる。その後、処理済みの基板Ｗが搬送ロボットによってスピンチャック２から搬出される。
【００４６】
以上のように本実施形態では、吐出口３６から保護液が吐出されることにより、基板Ｗを覆う保護液の液膜が形成される。そして、複数の噴射口３１から複数の液滴が噴射されることにより、保護液の液膜に覆われている基板Ｗに複数の液滴が衝突する。各噴射口３１から噴射された液滴は、保護液が着液する基板Ｗ内の着液位置Ｐ２からの距離Ｄが等しい基板Ｗ内の衝突位置Ｐ１に衝突する。基板Ｗ上での液膜の厚みは、着液位置Ｐ２からの距離に応じて変化する。したがって、各衝突位置Ｐ１から着液位置Ｐ２までの距離を等しくすることにより、各衝突位置Ｐ１での膜厚（保護液の液膜の厚み）のばらつきを低減できる。そのため、各衝突位置Ｐ１において基板Ｗに加わる衝撃のばらつきを低減できる。さらに、基板Ｗに向けて噴射される液滴の粒径および速度が均一なので、均一な運動エネルギーを有する液滴が基板Ｗに衝突する。これにより、液滴の衝突によって基板Ｗに加わる衝撃のばらつきをさらに低減できる。したがって、処理の均一性を向上させることができる。
【００４７】
この発明の実施形態の説明は以上であるが、この発明は、前述の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
たとえば、前述の実施形態では、吐出口３６が、円形であり、鉛直方向Ｄ１から見たときに洗浄ノズル５の中心軸線Ｌ３上に位置するように配置されている場合について説明した。しかし、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、吐出口３６は、全周に亘って連続した環状であり、鉛直方向Ｄ１から見たときに洗浄ノズル５の中心軸線Ｌ３を同軸的に取り囲むように配置されていてもよい。この場合、吐出口３６は、図６Ａに示す洗浄ノズル２０５の内側環状吐出口２３６（環状吐出口）のように、複数の噴射口３１の内側に配置されていてもよいし、図６Ｂに示す洗浄ノズル３０５の外側環状吐出口３３６（環状吐出口）のように、複数の噴射口３１の外側に配置されていてもよい。
【００４８】
また、前述の実施形態では、複数の噴射口３１が、洗浄ノズル５の中心軸線Ｌ３上に中心点Ｘを有する水平な円Ｃに沿って配置されている場合について説明した。しかし、複数の噴射口３１が、洗浄ノズル５の中心軸線Ｌ３上に中心を有する水平な円弧に沿って配置されていてもよい。すなわち、複数の噴射口３１は、全周に亘って吐出口３６を取り囲んでいなくてもよい。
【００４９】
また、前述の実施形態では、複数の噴射口３１が環状に配列されている場合について説明した。しかし、複数の噴射口３１は、直線状に配列されていてもよい。具体的には、図７Ａおよび図７Ｂに示す洗浄ノズル４０５のように、複数の噴射口４３１（直線状配列噴射口）が直線状に等間隔で配列されており、吐出口４３６（直線状吐出口）が、複数の噴射口４３１と平行なスリット状であってもよい。吐出口４３６の長さ（長手方向への長さ）は、複数の噴射口４３１の一端から他端までの長さと等しい。この場合、吐出口４３６からの保護液の吐出方向は、噴射口４３１からの液滴の噴射方向と平行でなくてもよい。
【００５０】
また、前述の実施形態では、複数の噴射口３１が同一の高さに配置されている場合について説明した。しかし、複数の噴射口３１は、それぞれ異なる高さに配置されていてもよい。すなわち、複数の噴射口３１は、鉛直方向Ｄ１から見たときに洗浄ノズル５の中心軸線Ｌ３から等しい距離の位置に配置されていればよい。
また、前述の実施形態では、洗浄ノズル５が、インクジェット方式によって多数の液滴を噴射するインクジェットノズル（噴射ノズル６）を含む場合について説明した。しかし、洗浄ノズル５は、液体と気体とを衝突させて液滴を生成する二流体ノズルを含んでいてもよい。たとえば、洗浄液ノズル５は、環状に配置された複数の二流体ノズルと、複数の二流体ノズルの中心に配置された保護液ノズル７とを含んでいてもよい。
【００５１】
また、前述の実施形態では、１つの洗浄ノズル５を用いて基板Ｗを処理する場合について説明したが、複数の洗浄ノズル５を用いて基板Ｗを処理してもよい。すなわち、共通のスピンチャック２に対応する洗浄ノズル５が複数設けられてもよい。
また、前述の実施形態では、基板処理装置１が、円板状の基板Ｗを処理する装置である場合について説明したが、基板処理装置１は、液晶表示装置用基板などの多角形の基板を処理する装置であってもよい。
【００５２】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１ ：基板処理装置
２ ：スピンチャック（基板保持手段、基板回転手段）
５ ：洗浄ノズル（ノズル）
６ ：噴射ノズル（噴射部、供給部）
７ ：保護液ノズル（吐出部）
１３ ：処理液供給管
１７ ：圧電素子（振動付与手段）
２０ ：ノズル移動機構（相対移動手段）
２６ ：保護液供給管
３０ ：処理液流通路
３１ ：噴射口（環状配列噴射口）
３６ ：吐出口（中心吐出口）
２０５ ：洗浄ノズル（ノズル）
２３６ ：内側環状吐出口（環状吐出口）
３０５ ：洗浄ノズル（ノズル）
３３６ ：外側環状吐出口（環状吐出口）
４０５ ：洗浄ノズル（ノズル）
４３１ ：噴射口（直線状配列噴射口）
４３６ ：吐出口（直線状吐出口）
Ｄ１ ：鉛直方向（基準方向）
Ｐｃ ：中心位置
Ｐｅ１ ：周縁位置
Ｐｅ２ ：周縁位置
Ｌ１ ：回転軸線
Ｘ ：中心点（基準点）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出口から吐出された保護液の液膜によって覆われている基板に、複数の噴射口から噴射された複数の液滴を衝突させるノズルであって、
前記複数の噴射口から噴射された複数の液滴がそれぞれ基板内の複数の衝突位置に衝突するように前記複数の噴射口が形成された噴射部と、
各衝突位置からの距離が等しい基板内の着液位置に保護液が着液するように前記吐出口が形成された吐出部とを含む、ノズル。
【請求項２】
前記複数の噴射口に処理液を供給する処理液流通路が形成された供給部と、
前記処理液流通路を流通する処理液に振動を付与することにより、前記複数の噴射口に供給される処理液を分断する振動付与手段とをさらに含む、請求項１に記載のノズル。
【請求項３】
各噴射口から前記吐出口までの距離が等しい、請求項１または２に記載のノズル。
【請求項４】
前記複数の噴射口は、基準方向から見たときに基準点から等しい距離の位置に配置された複数の環状配列噴射口を含み、
前記吐出口は、前記基準方向から見たときに前記基準点に位置するように配置された中心吐出口を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のノズル。
【請求項５】
前記複数の噴射口は、基準方向から見たときに基準点から等しい距離の位置に配置された複数の環状配列噴射口を含み、
前記吐出口は、前記基準方向から見たときに前記基準点を取り囲むように配置されており、全周に亘って連続した環状吐出口を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のノズル。
【請求項６】
前記複数の噴射口は、基準方向から見たときに直線状に並ぶように配置された複数の直線状配列噴射口を含み、
前記吐出口は、前記基準方向から見たときに前記複数の直線状配列噴射口と平行なスリット状の直線状吐出口を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のノズル。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のノズルと、
前記噴射部に処理液を供給する処理液供給管と、
前記吐出部に保護液を供給する保護液供給管と、
基板を保持する基板保持手段と、
前記ノズルおよび前記基板保持手段に保持されている基板の少なくとも一方を移動させることにより、前記複数の噴射口と前記吐出口との位置関係が一定に保たれた状態で前記ノズルと前記基板とを相対移動させる相対移動手段とを含む、基板処理装置。
【請求項８】
前記基板保持手段に保持されている基板の主面中央部に交差する回転軸線まわりに前記基板を回転させる基板回転手段をさらに含み、
前記相対移動手段は、前記ノズルが前記基板の主面中央部に対向する中心位置と、前記ノズルと前記基板との間の距離が前記中心位置での距離よりも短くなるように、前記ノズルが前記基板の主面周縁部に対向する周縁位置との間で前記ノズルを移動させる、請求項７に記載の基板処理装置。
【請求項９】
複数の噴射口からそれぞれ基板内の複数の衝突位置に向けて処理液の液滴を噴射する噴射工程と、
前記噴射工程と並行して、各衝突位置からの距離が等しい基板内の着液位置に向けて吐出口から保護液を吐出することにより、前記複数の衝突位置を覆う保護液の液膜を形成する液膜形成工程とを含む、基板処理方法。
【請求項１】
吐出口から吐出された保護液の液膜によって覆われている基板に、複数の噴射口から噴射された複数の液滴を衝突させるノズルであって、
前記複数の噴射口から噴射された複数の液滴がそれぞれ基板内の複数の衝突位置に衝突するように前記複数の噴射口が形成された噴射部と、
各衝突位置からの距離が等しい基板内の着液位置に保護液が着液するように前記吐出口が形成された吐出部とを含む、ノズル。
【請求項２】
前記複数の噴射口に処理液を供給する処理液流通路が形成された供給部と、
前記処理液流通路を流通する処理液に振動を付与することにより、前記複数の噴射口に供給される処理液を分断する振動付与手段とをさらに含む、請求項１に記載のノズル。
【請求項３】
各噴射口から前記吐出口までの距離が等しい、請求項１または２に記載のノズル。
【請求項４】
前記複数の噴射口は、基準方向から見たときに基準点から等しい距離の位置に配置された複数の環状配列噴射口を含み、
前記吐出口は、前記基準方向から見たときに前記基準点に位置するように配置された中心吐出口を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のノズル。
【請求項５】
前記複数の噴射口は、基準方向から見たときに基準点から等しい距離の位置に配置された複数の環状配列噴射口を含み、
前記吐出口は、前記基準方向から見たときに前記基準点を取り囲むように配置されており、全周に亘って連続した環状吐出口を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のノズル。
【請求項６】
前記複数の噴射口は、基準方向から見たときに直線状に並ぶように配置された複数の直線状配列噴射口を含み、
前記吐出口は、前記基準方向から見たときに前記複数の直線状配列噴射口と平行なスリット状の直線状吐出口を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のノズル。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のノズルと、
前記噴射部に処理液を供給する処理液供給管と、
前記吐出部に保護液を供給する保護液供給管と、
基板を保持する基板保持手段と、
前記ノズルおよび前記基板保持手段に保持されている基板の少なくとも一方を移動させることにより、前記複数の噴射口と前記吐出口との位置関係が一定に保たれた状態で前記ノズルと前記基板とを相対移動させる相対移動手段とを含む、基板処理装置。
【請求項８】
前記基板保持手段に保持されている基板の主面中央部に交差する回転軸線まわりに前記基板を回転させる基板回転手段をさらに含み、
前記相対移動手段は、前記ノズルが前記基板の主面中央部に対向する中心位置と、前記ノズルと前記基板との間の距離が前記中心位置での距離よりも短くなるように、前記ノズルが前記基板の主面周縁部に対向する周縁位置との間で前記ノズルを移動させる、請求項７に記載の基板処理装置。
【請求項９】
複数の噴射口からそれぞれ基板内の複数の衝突位置に向けて処理液の液滴を噴射する噴射工程と、
前記噴射工程と並行して、各衝突位置からの距離が等しい基板内の着液位置に向けて吐出口から保護液を吐出することにより、前記複数の衝突位置を覆う保護液の液膜を形成する液膜形成工程とを含む、基板処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【公開番号】特開２０１３−７７５９７（Ｐ２０１３−７７５９７Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１４９３５（Ｐ２０１１−２１４９３５）
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
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