ノズル、基板処理装置および基板処理方法
【課題】基板上における液体の微粒子の密度を増大しつつ、微粒子の基板への到達速度を調整可能にするノズルを提供する。
【解決手段】噴射ノズル４は、液滴生成ガスおよび純水が導入され、液滴を噴射する液滴生成ノズル部４１を有し、液滴生成ノズル部４１の先端には、筒状の補助ノズル部４２が取り付けられる。補助ノズル部４２は、液滴生成ノズル部４１に接続される連結部４２１、および、液滴の基板上における被噴射範囲を制限する先端部４２３を有し、補助ノズル部４２の流路４２５内において液滴を加速する加速ガスが加速ガス導入口４２４から導入される。噴射ノズル４では、液滴生成ガスの流量を高くして微小な液滴を生成し、さらに、被噴射範囲を制限することにより基板上における液滴の密度を増大することができ、加速ガスの流量を制御することにより液滴の基板への到達速度が調整可能となる。
【解決手段】噴射ノズル４は、液滴生成ガスおよび純水が導入され、液滴を噴射する液滴生成ノズル部４１を有し、液滴生成ノズル部４１の先端には、筒状の補助ノズル部４２が取り付けられる。補助ノズル部４２は、液滴生成ノズル部４１に接続される連結部４２１、および、液滴の基板上における被噴射範囲を制限する先端部４２３を有し、補助ノズル部４２の流路４２５内において液滴を加速する加速ガスが加速ガス導入口４２４から導入される。噴射ノズル４では、液滴生成ガスの流量を高くして微小な液滴を生成し、さらに、被噴射範囲を制限することにより基板上における液滴の密度を増大することができ、加速ガスの流量を制御することにより液滴の基板への到達速度が調整可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に向けて液体の微粒子を噴射するノズル、および、当該ノズルを用いて基板を処理する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体基板（以下、単に「基板」という。）の製造工程において、供給される液体と気体とを混合して液滴を生成しつつ噴射する２流体ノズルを用いて、洗浄液の微小な液滴を基板に向けて噴射することにより基板の表面に付着したパーティクル等の異物を除去する（すなわち、基板を洗浄する）ことが行われている。基板洗浄に用いられる２流体ノズルとして、例えば、特許文献１では、供給される液体と気体とを混合して生成される液滴の導出路を有し、導出路の先端に、導出路の断面積よりも小さい断面積を有する噴射口を形成することにより、噴射口内を通過する液滴を再微粒化しつつ噴射するものが提案されている。また、特許文献２では、先端に円筒状の直流部を設けることにより、液滴の拡散を抑制しつつ液滴を基板上に到達させることが可能な２流体ノズルが開示されている。
【０００３】
なお、特許文献３および４では、外部の液滴生成部にて生成される液滴（および、キャリアガス）と、加速ガスとが供給されることにより、液滴を加速ガスにて加速しつつ基板へと噴射する手法が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−２９４８１９号公報
【特許文献２】特開２００２−２０８５７９号公報
【特許文献３】特開２００６−１２８３３２号公報
【特許文献４】特開２００４−２２３３７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年では、基板に形成されるパターンの微細化に伴って基板上の異物の除去率の向上、および、洗浄時における基板上のパターンへの影響の低減（すなわち、低ダメージ化）が求められている。一般的に、異物の除去率は、液滴の基板への到達速度を高くすることにより向上することが可能であるが、この場合、基板上のパターンへのダメージが増大してしまう。また、異物の除去率は、基板上に噴射される液滴の径（液滴の平均粒径）を小さくしつつ、液滴の密度（単位時間当たりに基板表面の単位面積に到達する液滴数）を高くすることによっても向上することが可能であるが、２流体ノズルから噴射される液滴の径を小さくするには、２流体ノズルに供給する気体の流量を増大しなければならず、液滴の基板への到達速度が高くなって基板上のパターンへのダメージが大きくなってしまう。さらに、２流体ノズルと基板との間の距離をある程度長くして液滴の基板への到達速度を低くすることも考えられるが、この場合、２流体ノズルからの噴射幅が広がって基板上における液滴の密度が低くなり、異物の除去率の向上を図ることができなくなる。
【０００５】
特許文献３および４の手法を用いることにより、液滴の径を小さくして液滴の密度を増大しつつ、液滴の基板への到達速度を調整可能にすることも考えられるが、液滴を噴射するノズルとは別に液滴生成部を設ける必要が生じ、装置の構成が複雑化してしまう。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板上における液体の微粒子の密度を増大しつつ、微粒子の基板への到達速度を調整可能にするノズルを提供することを主たる目的とし、当該ノズルを用いて微粒子が衝突する際における基板へのダメージを低減しつつ好ましい基板処理を容易に実現することも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、基板に向けて液体の微粒子を噴射するノズルであって、気体および液体が導入され、前記液体の微粒子を前記気体と共に噴射する微粒子生成ノズル部と、前記微粒子生成ノズル部からの前記微粒子の噴射方向に沿って伸びる筒状であり、一方の端部が前記微粒子生成ノズル部の噴射口の周囲を囲むとともに前記微粒子生成ノズル部に接続され、他方の端部が前記微粒子の基板上における被噴射範囲を制限し、前記一方の端部側から前記他方の端部に至る流路内において前記微粒子を加速する加速ガスを前記流路に導入する導入口を有する補助ノズル部とを備える。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のノズルであって、前記微粒子生成ノズル部が、前記噴射口の外部にて前記気体および前記液体を混合して前記微粒子を生成する。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のノズルであって、前記補助ノズル部の前記一方の端部と前記微粒子生成ノズル部の前記噴射口との間に間隙が設けられ、前記導入口が前記間隙に設けられ、前記加速ガスが前記導入口から前記間隙を経由して前記流路に導入される。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のノズルであって、前記補助ノズル部が、前記微粒子生成ノズル部に対して着脱可能である。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、基板を処理する基板処理装置であって、基板を保持する保持部と、前記保持部にて保持される基板の主面に向けて液体の微粒子を噴射する請求項１ないし４のいずれかに記載のノズルとを備える。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、基板を処理する基板処理方法であって、基板を保持する工程と、請求項１ないし４のいずれかに記載のノズルから前記基板の主面に向けて液体の微粒子を噴射する工程とを備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、基板上における液体の微粒子の密度を増大しつつ、微粒子の基板への到達速度を調整可能にすることができ、これにより、微粒子が衝突する際における基板へのダメージを低減しつつ好ましい基板処理を容易に実現することができる。
【００１４】
また、請求項２の発明では、基板上における微粒子の密度をさらに増大することができ、請求項３の発明では、加速ガスを流路に沿う方向に導入することができ、請求項４の発明では、別途設計された２流体ノズルを用いてノズルを容易に作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の一の実施の形態に係る基板洗浄装置１の構成を示す図である。基板洗浄装置１は、半導体基板９（以下、単に「基板９」という。）の表面を洗浄し、基板９の表面に付着したパーティクル等の異物を除去する枚葉式の装置である。
【００１６】
図１に示すように、基板洗浄装置１は、円板状の基板９を保持する基板保持部２、基板９の洗浄用の微粒子である洗浄液（本実施の形態では、純水（脱イオン水（deionized water）））の液滴を生成しつつ基板９に向けて噴射する噴射ノズル４、噴射ノズル４に純水を供給する純水供給部３１、噴射ノズル４に窒素ガスを供給する窒素ガス供給部３２、および、これらの機構を制御する制御部５を備える。
【００１７】
基板保持部２は、基板９を下側から保持する略円板状のチャック２１を備え、チャック２１の外周上には、基板９を把持する複数のチャックピン２１１が設けられる。チャック２１の下面にはシャフト２２が設けられ、シャフト２２はモータ２３に接続される。基板９は、基板９の中心がシャフト２２の中心軸上に位置するようにチャック２１に保持される。基板保持部２では、制御部５の制御によりモータ２３が駆動されることによりシャフト２２が回転し、基板９がチャック２１およびシャフト２２と共にシャフト２２の中心軸を中心として回転する。なお、基板保持部２における基板９の保持は、例えば、基板９の下側（噴射ノズル４とは反対側）の主面の中央部のみを吸引吸着する等して実現されてもよい。
【００１８】
噴射ノズル４は、液滴生成ノズル部４１および補助ノズル部４２を有し、液滴生成ノズル部４１は、供給管３１１，３２１を介して純水供給部３１および窒素ガス供給部３２に接続される。供給管３１１，３２１には、開度調整が可能なバルブ３１２，３２２がそれぞれ設けられ、液滴生成ノズル部４１へと供給される純水および窒素ガスのそれぞれの流量（単位時間当たりの供給量）が調整可能とされる。また、供給管３２１にはバルブ３２２と窒素ガス供給部３２との間にて供給管３２３が分岐して設けられており、供給管３２３により補助ノズル部４２が窒素ガス供給部３２に接続される。供給管３２３にも開度調整が可能なバルブ３２４が設けられ、補助ノズル部４２へと供給される窒素ガスの流量が調整可能とされる。
【００１９】
後述するように、液滴生成ノズル部４１は供給される液体と気体とを外部（液滴生成ノズル部４１の外部）にて混合して液滴を生成する外部混合型の２流体ノズルであり、バルブ３１２，３２２が開放されて液滴生成ノズル部４１から純水および窒素ガスが噴射されることにより外部にて（正確には、補助ノズル部４２内にて）液滴が生成される。また、バルブ３２４が開放されて窒素ガスが補助ノズル部４２に供給されることにより、補助ノズル部４２内において液滴生成ノズル部４１にて生成される液滴が加速される。噴射ノズル４は、アーム４４を介して図示省略のノズル移動機構に接続されており、基板９の上方においてアーム４４と共に移動可能とされる。以下の説明では、液滴生成ノズル部４１に供給される窒素ガスを「液滴生成ガス」と呼び、補助ノズル部４２に供給される窒素ガスを「加速ガス」と呼ぶ。
【００２０】
図２は、噴射ノズル４を示す断面図である。図２に示すように、噴射ノズル４の液滴生成ノズル部４１は、略円筒状の外筒４５、および、外筒４５の内部に嵌め込まれた略円筒状の内筒４６を備え、外筒４５および内筒４６は、中心軸Ｊ１を共有する同軸状に配置されている。
【００２１】
内筒４６の内部空間は、直線状の純水流路４６１となっており、純水流路４６１の基板９とは反対側（図２中の上側）の端部は、供給管３１１（図１参照）に接続される純水導入口４６２として開口している。純水流路４６１の基板９側（図２中の下側）の端部は、純水流路４６１に導入された純水を噴射する純水噴射口４６３として開口している。液滴生成ノズル部４１では、内筒４６により、純水の搬送方向が中心軸Ｊ１に沿う直線状に規制され、純水噴射口４６３から中心軸Ｊ１に沿う方向（以下、「噴射方向」という。）に純水が噴射される。基板９の処理時には、噴射ノズル４は、中心軸Ｊ１が基板９の噴射ノズル４側の主面に垂直になるように配置される。
【００２２】
液滴生成ノズル部４１では、外筒４５はほぼ一定の内径を有する。一方、内筒４６は、噴射方向の各部で外径が変化し、内筒４６の噴射方向における中間部４６ａは、外筒４５の内径より小さな外径を有する。内筒４６の純水噴射口４６３側および純水導入口４６２側の端部近傍には、内筒４６の外周面から張り出すように、内筒４６と一体的に形成されたフランジ４６ｂ，４６ｃがそれぞれ設けられている。フランジ４６ｂ，４６ｃは外筒４５の内径にほぼ等しい外径を有しているため、外筒４５の内部に嵌め込まれた内筒４６は、フランジ４６ｂ，４６ｃの外周面にて外筒４５の内周面に密接する。そして、内筒４６の中間部４６ａと外筒４５の内周面との間に、中心軸Ｊ１を中心とする略円筒状の間隙である円筒流路４７１が形成される。外筒４５の噴射方向における中間近傍には、供給管３２１（図１参照）に接続される液滴生成ガス導入口４５１が形成されており、液滴生成ガスが液滴生成ガス導入口４５１を介して円筒流路４７１に導入される。
【００２３】
図３および図４は、内筒４６のフランジ４６ｂ近傍を拡大して示す正面図および底面図である。図３および図４に示すように、フランジ４６ｂは、円筒状の部位の下側に中空の円錐台が設けられた形状を有しており、中心軸Ｊ１に対して略垂直に突出している。フランジ４６ｂには、噴射方向にフランジ４６ｂを貫通する６つのスリット４６４が形成されている。各スリット４６４は、フランジ４６ｂの外周面からフランジ４６ｂの内側に向かって、中心軸Ｊ１に略平行、かつ、中心軸Ｊ１を含まない平面に沿うように、互いにほぼ等角度間隔で形成されている。各スリット４６４は、噴射方向に見て、フランジ４６ｂの外周面における開口（以下、「側面開口」という。）４６５と中心軸Ｊ１とを結ぶ径方向に対して所定の角度にて斜交しており、また、フランジ４６ｂから下方に突出して設けられた円筒状の内筒先端部４６ｄの外周面にほぼ接する。
【００２４】
図２に示すように、外筒４５は基板９側の先端に外筒先端部４５ａを備える。外筒先端部４５ａは、純水噴射口４６３側の先端に向かうに従って内径が漸次小さくなるテーパ状の内周面、および、テーパ状の内周面の下方に設けられる中心軸Ｊ１に平行な内周面を有する。液滴生成ノズル部４１では、各スリット４６４の側面開口４６５（図４参照）が外筒４５の内周面により閉塞され、側面開口４６５の下部が外筒先端部４５ａのテーパ状の内周面により閉塞されることにより、円筒流路４７１と連通するとともに円筒流路４７１からの液滴生成ガスの流れの方向を変更する方向変更部４７２が形成される。
【００２５】
また、外筒先端部４５ａの内径は内筒先端部４６ｄの外径よりも大きいため、外筒先端部４５ａと内筒先端部４６ｄとの間に中心軸Ｊ１の周囲を囲む略円筒状の間隙であって、方向変更部４７２からの液滴生成ガスが導かれて旋回流を形成する旋回流形成部４７３が形成される。旋回流形成部４７３の基板９側の先端は、純水噴射口４６３の周囲を囲む円環状の液滴生成ガス噴射口４７４として、純水噴射口４６３に近接して開口している。上述のように、スリット４６４は内筒先端部４６ｄの外周面にほぼ接するように形成されているため（図４参照）、噴射ノズル４を基板９側から見た場合、方向変更部４７２の中心軸Ｊ１側の部位は、液滴生成ガス噴射口４７４と重なっている。
【００２６】
液滴生成ノズル部４１では、周囲にスリット４６４が形成された内筒４６を外筒４５の内部に嵌め込むことにより、液滴生成ガスが流れる円筒流路４７１、方向変更部４７２および旋回流形成部４７３（以下、これらをまとめて、「液滴生成ガス流路４７」という。）が容易に形成される。
【００２７】
図２の補助ノズル部４２は、中心軸Ｊ１に沿って伸びる筒状（本実施の形態では、中心軸Ｊ１を中心とする円筒状）となっている。補助ノズル部４２は、外筒４５の基板９側の部位が着脱可能に挿入されることにより液滴生成ガス噴射口４７４および純水噴射口４６３の周囲を囲むとともに液滴生成ノズル部４１と接続される連結部４２１、連結部４２１に接続するとともに基板９側に向かうに従って内周面の直径が漸次減小する傾斜部４２２、および、傾斜部４２２の基板９側の部位から中心軸Ｊ１に沿って一定の直径にて基板９側へと伸びる先端部４２３を有する。補助ノズル部４２内では、一方の端部である連結部４２１側から、傾斜部４２２を経由して他方の端部である先端部４２３へと至る流路４２５が形成される。
【００２８】
連結部４２１の傾斜部４２２側の部位と、液滴生成ノズル部４１の液滴生成ガス噴射口４７４の周囲の部位（すなわち、外筒４５の基板９側の端部）との間には間隙４８が形成されており、供給管３２３（図１参照）に接続される加速ガス導入口４２４が間隙４８に設けられる（正確には、間隙４８に向かって開口するように、補助ノズル部４２に設けられる。）。間隙４８の基板９とは反対側は閉塞されており、加速ガス導入口４２４からの加速ガスは、間隙４８を経由して流路４２５へと導入される。これにより、加速ガスが流路４２５に沿って基板９側へと導かれ、先端部４２３の開口である液滴噴射口４２６から噴射される。
【００２９】
図５は、基板洗浄装置１が基板９を洗浄する処理の流れを示す図である。基板９を洗浄する際には、まず、外部の搬送装置により図１に示す基板保持部２上に基板９が載置されて保持される（ステップＳ１１）。続いて、モータ２３が制御部５により駆動されて基板９の回転が開始され（ステップＳ１２）、その後、バルブ３１２，３２２が開放されることにより、液滴生成ノズル部４１に純水と液滴生成ガスとが供給される。
【００３０】
液滴生成ガスは、図２に示す円筒流路４７１内を液滴生成ガス流路４７の母線方向（すなわち、噴射方向）に沿って下方に流れ、方向変更部４７２へと導かれる。方向変更部４７２では、各スリット４６４（図４参照）の外周側において下方へと流れる液滴生成ガスが、外筒先端部４５ａのテーパ状の内周面に沿って図４中の矢印Ｋにて示すフランジ４６ｂの中心軸Ｊ１側に向かって流れつつ図２に示す旋回流形成部４７３へと導かれる。このように、方向変更部４７２では、液滴生成ガスの向き（すなわち、液滴生成ガスが流れる方向）が噴射方向から、中心軸Ｊ１を中心とする円周方向に沿う成分を有する方向へと変換される。
【００３１】
方向変更部４７２の６つのスリット４６４を通過した液滴生成ガスは、旋回流形成部４７３において中心軸Ｊ１を中心とする円周方向に沿って、図４中における反時計回りに旋回しつつ下方へと流れる。液滴生成ガスは、中心軸Ｊ１を中心とする円周上において互いにほぼ等角度間隔に配列された６つのスリット４６４から旋回流形成部４７３へと導かれるため、円周方向（すなわち、旋回方向）に関して均一な旋回流となる。
【００３２】
図２に示す旋回流形成部４７３を通過した液滴生成ガスは、液滴生成ガス噴射口４７４を介して純水噴射口４６３の周囲全周から旋回流として噴射される。純水噴射口４６３の周囲の各方向から噴射された液滴生成ガスは、純水噴射口４６３から噴射される純水の移動経路上において互いに衝突する。これにより、液滴生成ガス噴射口４７４および純水噴射口４６３の外部かつ補助ノズル部４２の内部にて純水と液滴生成ガスとが混合されて純水の液滴が効率よく生成されつつ、液滴および液滴生成ガスが中心軸Ｊ１に沿って基板９側に向かって移動する。すなわち、液滴生成ノズル部４１から純水の液滴が液滴生成ガスと共に噴射方向に噴射される。
【００３３】
実際には、液滴生成ガスの流量を可能な範囲で高くする（例えば、液滴生成ノズル部４１である２流体ノズルの仕様における上限値に近い流量とする）ことにより、液滴生成ノズル部４１にて微小な径（平均粒径）の液滴が生成される。このように、液滴生成ガスの流量を高くする場合でも、液滴生成ノズル部４１の液滴生成ガス噴射口４７４と基板９との間には、補助ノズル部４２を配置するための十分に長い距離が設けられるとともに、液滴生成ガス噴射口４７４から噴射される液滴生成ガスは補助ノズル部４２の内周面に衝突して減速することにより（正確には、液滴生成ガスのうち高速の部分が減速され、速度が均一化される。）、液滴生成ガス噴射口４７４からの液滴生成ガスにより基板９上のパターンが損傷することはない。
【００３４】
また、バルブ３２４を開放することにより、液滴生成ノズル部４１からの液滴の噴射と並行して、加速ガスが窒素ガス供給部３２から補助ノズル部４２に供給され、補助ノズル部４２の流路４２５内における窒素ガス（加速ガスおよび液滴生成ノズル部４１からの液滴生成ガス）は液滴生成ガスのみの速度よりも高速にて移動する。このようにして、流路４２５内において液滴が加速ガスにより加速されつつ液滴噴射口４２６から基板９の噴射ノズル４側の主面に向けて噴射される（ステップＳ１３）。このとき、補助ノズル部４２の先端部４２３により、基板９上における液滴の被噴射範囲が制限されるため（被噴射範囲の制限については後述する。）、基板９上における液滴の密度（単位時間当たりに基板表面の単位面積に到達する液滴数）を高くすることができる。また、バルブ３２４の開度を調整する（すなわち、加速ガスの流量を調整する）ことにより、液滴の基板への到達速度も調整可能とされる。実際には、加速ガスの流量は、基板９上のパターンが損傷せず、かつ、基板９上の異物を効率よく除去することが可能な大きさとされる。
【００３５】
基板９への液滴の噴射が開始されると、図１に示す基板保持部２により回転する基板９の上方において、ノズル移動機構により噴射ノズル４が移動を開始し、基板９の中心と外周上の１点との間の上方にて、すなわち、図１中に実線にて示す位置と二点鎖線にて示す位置との間にて、往復移動を繰り返して基板９の上面全体（あるいは、所定の範囲）の洗浄が行われる。このようにして、噴射ノズル４からの液滴の噴出および噴射ノズル４の往復移動が所定時間だけ継続されると、噴射ノズル４に対する純水、液滴生成ガスおよび加速ガスの供給が停止され、噴射ノズル４の移動および基板９の回転も停止されて基板９の洗浄処理が終了する（ステップＳ１４）。
【００３６】
次に、液滴生成ノズル部４１のみが設けられる比較例の噴射ノズルから噴射される液滴の基板９上における被噴射範囲について説明する。図６は、比較例の噴射ノズル９０の液滴生成ガス噴射口４７４から噴射される液滴生成ガスの進行方向を示す斜視図である。図６中の矢印Ｎは、液滴生成ガスの進行方向を示す。比較例の噴射ノズル９０では、旋回流形成部４７３（図２参照）において液滴生成ガスが純水流路４６１の周囲を均一に旋回しつつ流れることにより、液滴生成ガス噴射口４７４から噴射される液滴生成ガスが、液滴生成ガス噴射口４７４近傍にて旋回方向に均一な渦巻き気流となり、純水噴射口４６３から中心軸Ｊ１に沿って噴射される純水の液滴の周囲を囲みつつ純水と混合され、純水の液滴が生成される。
【００３７】
図４に示すように、液滴生成ノズル部４１では、スリット４６４が内筒先端部４６ｄの外周面（すなわち、図２に示す液滴生成ガス噴射口４７４の内周）にほぼ接するように形成されているため、液滴生成ガスが液滴生成ガス噴射口４７４の接線方向の成分を有する方向に向けて噴射される。その結果、図６に示すように、比較例の噴射ノズル９０から噴射された純水の液滴および液滴生成ガスが流れる領域の輪郭（図６中において二点鎖線にて示す。）は、純水噴射口４６３の近傍に形成される絞り部Ｌ１と、絞り部Ｌ１から基板９の表面に向かうに従って側方に広がる拡散部Ｍ１とを有する形状となる。絞り部Ｌ１は、液滴の噴射方向に直交する略円形断面の径が、噴射方向に沿う各部で基板９に近づくに従って漸次減少する略逆円錐台形状を有している。拡散部Ｍ１は、絞り部Ｌ１の基板９側において、噴射方向に直交する略円形断面の径が基板９に近づくに従って漸次増大する略円錐台形状を有している。換言すれば、絞り部Ｌ１と拡散部Ｍ１とにより、いわゆる鼓型の形状が形成される。比較例の噴射ノズル９０を有する基板洗浄装置では、液滴生成ガスにより運ばれる液滴が、基板９上の略円状の被噴射範囲Ｎ１に衝突する。そして、被噴射範囲Ｎ１において、基板９に付着しているパーティクル等の異物が除去される（すなわち、基板９の被噴射範囲Ｎ１が洗浄される）。
【００３８】
これに対し、図２の噴射ノズル４では、液滴生成ノズル部４１に補助ノズル部４２が取り付けられ、補助ノズル部４２が、比較例の噴射ノズル９０における基板９上の被噴射範囲Ｎ１よりも小さい断面積（噴射方向に垂直な断面積）の先端部４２３を有することにより、液滴生成ノズル部４１から噴射される液滴の基板９上における被噴射範囲が、比較例の噴射ノズル９０における被噴射範囲Ｎ１よりも小さくされる（すなわち、被噴射範囲が制限される）。これにより、噴射ノズル４と比較例の噴射ノズル９０とで同じ量の液滴が噴出されると仮定した場合に、噴射ノズル４において基板９上における液滴の密度を比較例の噴射ノズル９０よりも高くすることが可能となる。
【００３９】
また、通常の使用方法による２流体ノズル（すなわち、比較例の噴射ノズル）では、純水に混合される液滴生成用のガスの流量により液滴の粒径が決定され、さらに、基板９上における液滴の到達速度が決定される。一方、図１に示す基板洗浄装置１では、液滴の粒径は、噴射ノズル４の液滴生成ノズル部４１に供給する液滴生成ガスの流量によりほぼ決定され、基板９上における液滴の到達速度の制御は、制御部５によりバルブ３２４が制御されて補助ノズル部４２に対する加速ガスの流量が変更されることにより行われる。その結果、基板９上における液滴の到達速度を遅くして基板９上のパターンの損傷を抑制する場合に、比較例の噴射ノズル９０では液滴の平均粒径が大きくなっていくのに対し、噴射ノズル４では液滴の粒径を微小かつほぼ一定の大きさに維持することができる。
【００４０】
以上に説明したように、基板洗浄装置１の噴射ノズル４では、液滴生成ノズル部４１により生成した純水の液滴を、補助ノズル部４２を介して加速ガスにて加速しつつ基板９に向けて噴射することにより、基板９上における液滴の到達速度にほとんど依存することなく、液滴の粒径を微小な大きさにて均一化することができるとともに、噴射ノズル４と基板９との間において液滴の流れる領域が側方に大きく広がって基板９上における液滴の密度が低下してしまうことが抑制される。このように、基板洗浄装置１では、噴射ノズル４を用いて基板９上における液滴の密度を増大しつつ、液滴の基板への到達速度を調整可能にすることにより、基板９上の異物の除去率を向上するとともに、液滴が衝突する際に基板９に与える衝撃を軽減して基板９上のパターンへのダメージを低減する（すなわち、パターンへの影響を抑制する）ことが容易に実現される。
【００４１】
また、図２の噴射ノズル４では、加速ガス導入口４２４が補助ノズル部４２の基板９とは反対側の端部と、液滴生成ノズル部４１の液滴生成ガス噴射口４７４の周囲の部位との間の間隙４８に設けられることにより、加速ガスを補助ノズル部４２内の流路４２５に沿う方向に容易に導入することができ、液滴を液滴噴射口４２６から滑らかに噴射することができる。さらに、補助ノズル部４２が液滴生成ノズル部４１に対して着脱可能とされていることにより、別途設計された２流体ノズルである液滴生成ノズル部４１に補助ノズル部４２を取り付けるのみで噴射ノズル４を容易に作製することができるとともに、噴射ノズル４のメンテナンスの際には補助ノズル部４２を取り外して液滴生成ノズル部４１および補助ノズル部４２の洗浄等の作業を容易に行うことができる。なお、噴射ノズルの設計によっては、加速ガス導入口は液滴生成ガス噴射口および純水噴射口よりも基板９側に設けられてもよく、また、液滴生成ノズル部と補助ノズル部とが一体的に形成されてもよい。
【００４２】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【００４３】
図２の噴射ノズル４では、液滴生成ノズル部４１が外部混合型の２流体ノズルとされるが、内部混合型の２流体ノズルに補助ノズル部４２を取り付けることにより、噴射ノズルが作製されてもよい。ただし、一般的には、外部混合型の２流体ノズルでは、内部混合型の２流体ノズルよりも微小な粒径の液滴が生成可能であるため、外部混合型の２流体ノズルを液滴生成ノズル部４１として用いることにより、基板９上における液滴の密度をさらに増大して、基板９上の異物の洗浄効率をより向上することが可能となる。
【００４４】
液滴生成ノズル部４１では、純水以外の液体が供給されることにより、当該液体の微粒子が生成されてもよく、さらに、液滴生成ノズル部４１および補助ノズル部４２に供給される気体も、窒素ガス以外であってもよい。もちろん、液滴生成ノズル部４１と補助ノズル部４２とに異なる気体が供給されてもよい。
【００４５】
基板洗浄装置１は、プリント配線基板やフラットパネル表示装置に使用されるガラス基板等、半導体基板以外の様々な基板の洗浄に利用されてよい。なお、基板の種類や大きさ等に合わせて、基板の洗浄時における回転は省略されてもよい。
【００４６】
上記実施の形態では、基板を洗浄する基板洗浄装置について説明したが、上述の構成を備える装置は、基板表面へ様々な処理液の液滴を噴射して基板に処理を行う基板処理装置として利用されてよい。例えば、基板処理装置により、基板表面の露光済みのレジスト膜を現像する現像液の塗布が行われる場合、図１に示す噴射ノズル４には現像液、液滴生成ガスおよび加速ガスが供給され、現像液の微粒子が加速ガスと共に基板９に対して噴射されて基板９の現像が行われる。また、基板処理装置は、液体の微粒子の噴射による表面処理等に利用されてもよい。噴射ノズル４を有する基板処理装置では、基板上における液体の微粒子の密度を増大しつつ、微粒子の基板への到達速度が調整可能となるため、微粒子が衝突する際における基板へのダメージを低減しつつ好ましい基板処理を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】基板洗浄装置の構成を示す図である。
【図２】噴射ノズルを示す断面図である。
【図３】内筒のフランジ近傍を拡大して示す正面図である。
【図４】内筒のフランジ近傍を拡大して示す底面図である。
【図５】基板を洗浄する処理の流れを示す図である。
【図６】比較例の噴射ノズルから噴射される液滴生成ガスの進行方向を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４８】
１ 基板洗浄装置
２ 基板保持部
４ 噴射ノズル
９ 基板
４１ 液滴生成ノズル部
４２ 補助ノズル部
４８ 間隙
４２１ 連結部
４２３ 先端部
４２４ 加速ガス導入口
４２５ 流路
４７４ 液滴生成ガス噴射口
Ｓ１１，Ｓ１３ ステップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に向けて液体の微粒子を噴射するノズル、および、当該ノズルを用いて基板を処理する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体基板（以下、単に「基板」という。）の製造工程において、供給される液体と気体とを混合して液滴を生成しつつ噴射する２流体ノズルを用いて、洗浄液の微小な液滴を基板に向けて噴射することにより基板の表面に付着したパーティクル等の異物を除去する（すなわち、基板を洗浄する）ことが行われている。基板洗浄に用いられる２流体ノズルとして、例えば、特許文献１では、供給される液体と気体とを混合して生成される液滴の導出路を有し、導出路の先端に、導出路の断面積よりも小さい断面積を有する噴射口を形成することにより、噴射口内を通過する液滴を再微粒化しつつ噴射するものが提案されている。また、特許文献２では、先端に円筒状の直流部を設けることにより、液滴の拡散を抑制しつつ液滴を基板上に到達させることが可能な２流体ノズルが開示されている。
【０００３】
なお、特許文献３および４では、外部の液滴生成部にて生成される液滴（および、キャリアガス）と、加速ガスとが供給されることにより、液滴を加速ガスにて加速しつつ基板へと噴射する手法が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−２９４８１９号公報
【特許文献２】特開２００２−２０８５７９号公報
【特許文献３】特開２００６−１２８３３２号公報
【特許文献４】特開２００４−２２３３７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年では、基板に形成されるパターンの微細化に伴って基板上の異物の除去率の向上、および、洗浄時における基板上のパターンへの影響の低減（すなわち、低ダメージ化）が求められている。一般的に、異物の除去率は、液滴の基板への到達速度を高くすることにより向上することが可能であるが、この場合、基板上のパターンへのダメージが増大してしまう。また、異物の除去率は、基板上に噴射される液滴の径（液滴の平均粒径）を小さくしつつ、液滴の密度（単位時間当たりに基板表面の単位面積に到達する液滴数）を高くすることによっても向上することが可能であるが、２流体ノズルから噴射される液滴の径を小さくするには、２流体ノズルに供給する気体の流量を増大しなければならず、液滴の基板への到達速度が高くなって基板上のパターンへのダメージが大きくなってしまう。さらに、２流体ノズルと基板との間の距離をある程度長くして液滴の基板への到達速度を低くすることも考えられるが、この場合、２流体ノズルからの噴射幅が広がって基板上における液滴の密度が低くなり、異物の除去率の向上を図ることができなくなる。
【０００５】
特許文献３および４の手法を用いることにより、液滴の径を小さくして液滴の密度を増大しつつ、液滴の基板への到達速度を調整可能にすることも考えられるが、液滴を噴射するノズルとは別に液滴生成部を設ける必要が生じ、装置の構成が複雑化してしまう。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板上における液体の微粒子の密度を増大しつつ、微粒子の基板への到達速度を調整可能にするノズルを提供することを主たる目的とし、当該ノズルを用いて微粒子が衝突する際における基板へのダメージを低減しつつ好ましい基板処理を容易に実現することも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、基板に向けて液体の微粒子を噴射するノズルであって、気体および液体が導入され、前記液体の微粒子を前記気体と共に噴射する微粒子生成ノズル部と、前記微粒子生成ノズル部からの前記微粒子の噴射方向に沿って伸びる筒状であり、一方の端部が前記微粒子生成ノズル部の噴射口の周囲を囲むとともに前記微粒子生成ノズル部に接続され、他方の端部が前記微粒子の基板上における被噴射範囲を制限し、前記一方の端部側から前記他方の端部に至る流路内において前記微粒子を加速する加速ガスを前記流路に導入する導入口を有する補助ノズル部とを備える。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のノズルであって、前記微粒子生成ノズル部が、前記噴射口の外部にて前記気体および前記液体を混合して前記微粒子を生成する。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のノズルであって、前記補助ノズル部の前記一方の端部と前記微粒子生成ノズル部の前記噴射口との間に間隙が設けられ、前記導入口が前記間隙に設けられ、前記加速ガスが前記導入口から前記間隙を経由して前記流路に導入される。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のノズルであって、前記補助ノズル部が、前記微粒子生成ノズル部に対して着脱可能である。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、基板を処理する基板処理装置であって、基板を保持する保持部と、前記保持部にて保持される基板の主面に向けて液体の微粒子を噴射する請求項１ないし４のいずれかに記載のノズルとを備える。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、基板を処理する基板処理方法であって、基板を保持する工程と、請求項１ないし４のいずれかに記載のノズルから前記基板の主面に向けて液体の微粒子を噴射する工程とを備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、基板上における液体の微粒子の密度を増大しつつ、微粒子の基板への到達速度を調整可能にすることができ、これにより、微粒子が衝突する際における基板へのダメージを低減しつつ好ましい基板処理を容易に実現することができる。
【００１４】
また、請求項２の発明では、基板上における微粒子の密度をさらに増大することができ、請求項３の発明では、加速ガスを流路に沿う方向に導入することができ、請求項４の発明では、別途設計された２流体ノズルを用いてノズルを容易に作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の一の実施の形態に係る基板洗浄装置１の構成を示す図である。基板洗浄装置１は、半導体基板９（以下、単に「基板９」という。）の表面を洗浄し、基板９の表面に付着したパーティクル等の異物を除去する枚葉式の装置である。
【００１６】
図１に示すように、基板洗浄装置１は、円板状の基板９を保持する基板保持部２、基板９の洗浄用の微粒子である洗浄液（本実施の形態では、純水（脱イオン水（deionized water）））の液滴を生成しつつ基板９に向けて噴射する噴射ノズル４、噴射ノズル４に純水を供給する純水供給部３１、噴射ノズル４に窒素ガスを供給する窒素ガス供給部３２、および、これらの機構を制御する制御部５を備える。
【００１７】
基板保持部２は、基板９を下側から保持する略円板状のチャック２１を備え、チャック２１の外周上には、基板９を把持する複数のチャックピン２１１が設けられる。チャック２１の下面にはシャフト２２が設けられ、シャフト２２はモータ２３に接続される。基板９は、基板９の中心がシャフト２２の中心軸上に位置するようにチャック２１に保持される。基板保持部２では、制御部５の制御によりモータ２３が駆動されることによりシャフト２２が回転し、基板９がチャック２１およびシャフト２２と共にシャフト２２の中心軸を中心として回転する。なお、基板保持部２における基板９の保持は、例えば、基板９の下側（噴射ノズル４とは反対側）の主面の中央部のみを吸引吸着する等して実現されてもよい。
【００１８】
噴射ノズル４は、液滴生成ノズル部４１および補助ノズル部４２を有し、液滴生成ノズル部４１は、供給管３１１，３２１を介して純水供給部３１および窒素ガス供給部３２に接続される。供給管３１１，３２１には、開度調整が可能なバルブ３１２，３２２がそれぞれ設けられ、液滴生成ノズル部４１へと供給される純水および窒素ガスのそれぞれの流量（単位時間当たりの供給量）が調整可能とされる。また、供給管３２１にはバルブ３２２と窒素ガス供給部３２との間にて供給管３２３が分岐して設けられており、供給管３２３により補助ノズル部４２が窒素ガス供給部３２に接続される。供給管３２３にも開度調整が可能なバルブ３２４が設けられ、補助ノズル部４２へと供給される窒素ガスの流量が調整可能とされる。
【００１９】
後述するように、液滴生成ノズル部４１は供給される液体と気体とを外部（液滴生成ノズル部４１の外部）にて混合して液滴を生成する外部混合型の２流体ノズルであり、バルブ３１２，３２２が開放されて液滴生成ノズル部４１から純水および窒素ガスが噴射されることにより外部にて（正確には、補助ノズル部４２内にて）液滴が生成される。また、バルブ３２４が開放されて窒素ガスが補助ノズル部４２に供給されることにより、補助ノズル部４２内において液滴生成ノズル部４１にて生成される液滴が加速される。噴射ノズル４は、アーム４４を介して図示省略のノズル移動機構に接続されており、基板９の上方においてアーム４４と共に移動可能とされる。以下の説明では、液滴生成ノズル部４１に供給される窒素ガスを「液滴生成ガス」と呼び、補助ノズル部４２に供給される窒素ガスを「加速ガス」と呼ぶ。
【００２０】
図２は、噴射ノズル４を示す断面図である。図２に示すように、噴射ノズル４の液滴生成ノズル部４１は、略円筒状の外筒４５、および、外筒４５の内部に嵌め込まれた略円筒状の内筒４６を備え、外筒４５および内筒４６は、中心軸Ｊ１を共有する同軸状に配置されている。
【００２１】
内筒４６の内部空間は、直線状の純水流路４６１となっており、純水流路４６１の基板９とは反対側（図２中の上側）の端部は、供給管３１１（図１参照）に接続される純水導入口４６２として開口している。純水流路４６１の基板９側（図２中の下側）の端部は、純水流路４６１に導入された純水を噴射する純水噴射口４６３として開口している。液滴生成ノズル部４１では、内筒４６により、純水の搬送方向が中心軸Ｊ１に沿う直線状に規制され、純水噴射口４６３から中心軸Ｊ１に沿う方向（以下、「噴射方向」という。）に純水が噴射される。基板９の処理時には、噴射ノズル４は、中心軸Ｊ１が基板９の噴射ノズル４側の主面に垂直になるように配置される。
【００２２】
液滴生成ノズル部４１では、外筒４５はほぼ一定の内径を有する。一方、内筒４６は、噴射方向の各部で外径が変化し、内筒４６の噴射方向における中間部４６ａは、外筒４５の内径より小さな外径を有する。内筒４６の純水噴射口４６３側および純水導入口４６２側の端部近傍には、内筒４６の外周面から張り出すように、内筒４６と一体的に形成されたフランジ４６ｂ，４６ｃがそれぞれ設けられている。フランジ４６ｂ，４６ｃは外筒４５の内径にほぼ等しい外径を有しているため、外筒４５の内部に嵌め込まれた内筒４６は、フランジ４６ｂ，４６ｃの外周面にて外筒４５の内周面に密接する。そして、内筒４６の中間部４６ａと外筒４５の内周面との間に、中心軸Ｊ１を中心とする略円筒状の間隙である円筒流路４７１が形成される。外筒４５の噴射方向における中間近傍には、供給管３２１（図１参照）に接続される液滴生成ガス導入口４５１が形成されており、液滴生成ガスが液滴生成ガス導入口４５１を介して円筒流路４７１に導入される。
【００２３】
図３および図４は、内筒４６のフランジ４６ｂ近傍を拡大して示す正面図および底面図である。図３および図４に示すように、フランジ４６ｂは、円筒状の部位の下側に中空の円錐台が設けられた形状を有しており、中心軸Ｊ１に対して略垂直に突出している。フランジ４６ｂには、噴射方向にフランジ４６ｂを貫通する６つのスリット４６４が形成されている。各スリット４６４は、フランジ４６ｂの外周面からフランジ４６ｂの内側に向かって、中心軸Ｊ１に略平行、かつ、中心軸Ｊ１を含まない平面に沿うように、互いにほぼ等角度間隔で形成されている。各スリット４６４は、噴射方向に見て、フランジ４６ｂの外周面における開口（以下、「側面開口」という。）４６５と中心軸Ｊ１とを結ぶ径方向に対して所定の角度にて斜交しており、また、フランジ４６ｂから下方に突出して設けられた円筒状の内筒先端部４６ｄの外周面にほぼ接する。
【００２４】
図２に示すように、外筒４５は基板９側の先端に外筒先端部４５ａを備える。外筒先端部４５ａは、純水噴射口４６３側の先端に向かうに従って内径が漸次小さくなるテーパ状の内周面、および、テーパ状の内周面の下方に設けられる中心軸Ｊ１に平行な内周面を有する。液滴生成ノズル部４１では、各スリット４６４の側面開口４６５（図４参照）が外筒４５の内周面により閉塞され、側面開口４６５の下部が外筒先端部４５ａのテーパ状の内周面により閉塞されることにより、円筒流路４７１と連通するとともに円筒流路４７１からの液滴生成ガスの流れの方向を変更する方向変更部４７２が形成される。
【００２５】
また、外筒先端部４５ａの内径は内筒先端部４６ｄの外径よりも大きいため、外筒先端部４５ａと内筒先端部４６ｄとの間に中心軸Ｊ１の周囲を囲む略円筒状の間隙であって、方向変更部４７２からの液滴生成ガスが導かれて旋回流を形成する旋回流形成部４７３が形成される。旋回流形成部４７３の基板９側の先端は、純水噴射口４６３の周囲を囲む円環状の液滴生成ガス噴射口４７４として、純水噴射口４６３に近接して開口している。上述のように、スリット４６４は内筒先端部４６ｄの外周面にほぼ接するように形成されているため（図４参照）、噴射ノズル４を基板９側から見た場合、方向変更部４７２の中心軸Ｊ１側の部位は、液滴生成ガス噴射口４７４と重なっている。
【００２６】
液滴生成ノズル部４１では、周囲にスリット４６４が形成された内筒４６を外筒４５の内部に嵌め込むことにより、液滴生成ガスが流れる円筒流路４７１、方向変更部４７２および旋回流形成部４７３（以下、これらをまとめて、「液滴生成ガス流路４７」という。）が容易に形成される。
【００２７】
図２の補助ノズル部４２は、中心軸Ｊ１に沿って伸びる筒状（本実施の形態では、中心軸Ｊ１を中心とする円筒状）となっている。補助ノズル部４２は、外筒４５の基板９側の部位が着脱可能に挿入されることにより液滴生成ガス噴射口４７４および純水噴射口４６３の周囲を囲むとともに液滴生成ノズル部４１と接続される連結部４２１、連結部４２１に接続するとともに基板９側に向かうに従って内周面の直径が漸次減小する傾斜部４２２、および、傾斜部４２２の基板９側の部位から中心軸Ｊ１に沿って一定の直径にて基板９側へと伸びる先端部４２３を有する。補助ノズル部４２内では、一方の端部である連結部４２１側から、傾斜部４２２を経由して他方の端部である先端部４２３へと至る流路４２５が形成される。
【００２８】
連結部４２１の傾斜部４２２側の部位と、液滴生成ノズル部４１の液滴生成ガス噴射口４７４の周囲の部位（すなわち、外筒４５の基板９側の端部）との間には間隙４８が形成されており、供給管３２３（図１参照）に接続される加速ガス導入口４２４が間隙４８に設けられる（正確には、間隙４８に向かって開口するように、補助ノズル部４２に設けられる。）。間隙４８の基板９とは反対側は閉塞されており、加速ガス導入口４２４からの加速ガスは、間隙４８を経由して流路４２５へと導入される。これにより、加速ガスが流路４２５に沿って基板９側へと導かれ、先端部４２３の開口である液滴噴射口４２６から噴射される。
【００２９】
図５は、基板洗浄装置１が基板９を洗浄する処理の流れを示す図である。基板９を洗浄する際には、まず、外部の搬送装置により図１に示す基板保持部２上に基板９が載置されて保持される（ステップＳ１１）。続いて、モータ２３が制御部５により駆動されて基板９の回転が開始され（ステップＳ１２）、その後、バルブ３１２，３２２が開放されることにより、液滴生成ノズル部４１に純水と液滴生成ガスとが供給される。
【００３０】
液滴生成ガスは、図２に示す円筒流路４７１内を液滴生成ガス流路４７の母線方向（すなわち、噴射方向）に沿って下方に流れ、方向変更部４７２へと導かれる。方向変更部４７２では、各スリット４６４（図４参照）の外周側において下方へと流れる液滴生成ガスが、外筒先端部４５ａのテーパ状の内周面に沿って図４中の矢印Ｋにて示すフランジ４６ｂの中心軸Ｊ１側に向かって流れつつ図２に示す旋回流形成部４７３へと導かれる。このように、方向変更部４７２では、液滴生成ガスの向き（すなわち、液滴生成ガスが流れる方向）が噴射方向から、中心軸Ｊ１を中心とする円周方向に沿う成分を有する方向へと変換される。
【００３１】
方向変更部４７２の６つのスリット４６４を通過した液滴生成ガスは、旋回流形成部４７３において中心軸Ｊ１を中心とする円周方向に沿って、図４中における反時計回りに旋回しつつ下方へと流れる。液滴生成ガスは、中心軸Ｊ１を中心とする円周上において互いにほぼ等角度間隔に配列された６つのスリット４６４から旋回流形成部４７３へと導かれるため、円周方向（すなわち、旋回方向）に関して均一な旋回流となる。
【００３２】
図２に示す旋回流形成部４７３を通過した液滴生成ガスは、液滴生成ガス噴射口４７４を介して純水噴射口４６３の周囲全周から旋回流として噴射される。純水噴射口４６３の周囲の各方向から噴射された液滴生成ガスは、純水噴射口４６３から噴射される純水の移動経路上において互いに衝突する。これにより、液滴生成ガス噴射口４７４および純水噴射口４６３の外部かつ補助ノズル部４２の内部にて純水と液滴生成ガスとが混合されて純水の液滴が効率よく生成されつつ、液滴および液滴生成ガスが中心軸Ｊ１に沿って基板９側に向かって移動する。すなわち、液滴生成ノズル部４１から純水の液滴が液滴生成ガスと共に噴射方向に噴射される。
【００３３】
実際には、液滴生成ガスの流量を可能な範囲で高くする（例えば、液滴生成ノズル部４１である２流体ノズルの仕様における上限値に近い流量とする）ことにより、液滴生成ノズル部４１にて微小な径（平均粒径）の液滴が生成される。このように、液滴生成ガスの流量を高くする場合でも、液滴生成ノズル部４１の液滴生成ガス噴射口４７４と基板９との間には、補助ノズル部４２を配置するための十分に長い距離が設けられるとともに、液滴生成ガス噴射口４７４から噴射される液滴生成ガスは補助ノズル部４２の内周面に衝突して減速することにより（正確には、液滴生成ガスのうち高速の部分が減速され、速度が均一化される。）、液滴生成ガス噴射口４７４からの液滴生成ガスにより基板９上のパターンが損傷することはない。
【００３４】
また、バルブ３２４を開放することにより、液滴生成ノズル部４１からの液滴の噴射と並行して、加速ガスが窒素ガス供給部３２から補助ノズル部４２に供給され、補助ノズル部４２の流路４２５内における窒素ガス（加速ガスおよび液滴生成ノズル部４１からの液滴生成ガス）は液滴生成ガスのみの速度よりも高速にて移動する。このようにして、流路４２５内において液滴が加速ガスにより加速されつつ液滴噴射口４２６から基板９の噴射ノズル４側の主面に向けて噴射される（ステップＳ１３）。このとき、補助ノズル部４２の先端部４２３により、基板９上における液滴の被噴射範囲が制限されるため（被噴射範囲の制限については後述する。）、基板９上における液滴の密度（単位時間当たりに基板表面の単位面積に到達する液滴数）を高くすることができる。また、バルブ３２４の開度を調整する（すなわち、加速ガスの流量を調整する）ことにより、液滴の基板への到達速度も調整可能とされる。実際には、加速ガスの流量は、基板９上のパターンが損傷せず、かつ、基板９上の異物を効率よく除去することが可能な大きさとされる。
【００３５】
基板９への液滴の噴射が開始されると、図１に示す基板保持部２により回転する基板９の上方において、ノズル移動機構により噴射ノズル４が移動を開始し、基板９の中心と外周上の１点との間の上方にて、すなわち、図１中に実線にて示す位置と二点鎖線にて示す位置との間にて、往復移動を繰り返して基板９の上面全体（あるいは、所定の範囲）の洗浄が行われる。このようにして、噴射ノズル４からの液滴の噴出および噴射ノズル４の往復移動が所定時間だけ継続されると、噴射ノズル４に対する純水、液滴生成ガスおよび加速ガスの供給が停止され、噴射ノズル４の移動および基板９の回転も停止されて基板９の洗浄処理が終了する（ステップＳ１４）。
【００３６】
次に、液滴生成ノズル部４１のみが設けられる比較例の噴射ノズルから噴射される液滴の基板９上における被噴射範囲について説明する。図６は、比較例の噴射ノズル９０の液滴生成ガス噴射口４７４から噴射される液滴生成ガスの進行方向を示す斜視図である。図６中の矢印Ｎは、液滴生成ガスの進行方向を示す。比較例の噴射ノズル９０では、旋回流形成部４７３（図２参照）において液滴生成ガスが純水流路４６１の周囲を均一に旋回しつつ流れることにより、液滴生成ガス噴射口４７４から噴射される液滴生成ガスが、液滴生成ガス噴射口４７４近傍にて旋回方向に均一な渦巻き気流となり、純水噴射口４６３から中心軸Ｊ１に沿って噴射される純水の液滴の周囲を囲みつつ純水と混合され、純水の液滴が生成される。
【００３７】
図４に示すように、液滴生成ノズル部４１では、スリット４６４が内筒先端部４６ｄの外周面（すなわち、図２に示す液滴生成ガス噴射口４７４の内周）にほぼ接するように形成されているため、液滴生成ガスが液滴生成ガス噴射口４７４の接線方向の成分を有する方向に向けて噴射される。その結果、図６に示すように、比較例の噴射ノズル９０から噴射された純水の液滴および液滴生成ガスが流れる領域の輪郭（図６中において二点鎖線にて示す。）は、純水噴射口４６３の近傍に形成される絞り部Ｌ１と、絞り部Ｌ１から基板９の表面に向かうに従って側方に広がる拡散部Ｍ１とを有する形状となる。絞り部Ｌ１は、液滴の噴射方向に直交する略円形断面の径が、噴射方向に沿う各部で基板９に近づくに従って漸次減少する略逆円錐台形状を有している。拡散部Ｍ１は、絞り部Ｌ１の基板９側において、噴射方向に直交する略円形断面の径が基板９に近づくに従って漸次増大する略円錐台形状を有している。換言すれば、絞り部Ｌ１と拡散部Ｍ１とにより、いわゆる鼓型の形状が形成される。比較例の噴射ノズル９０を有する基板洗浄装置では、液滴生成ガスにより運ばれる液滴が、基板９上の略円状の被噴射範囲Ｎ１に衝突する。そして、被噴射範囲Ｎ１において、基板９に付着しているパーティクル等の異物が除去される（すなわち、基板９の被噴射範囲Ｎ１が洗浄される）。
【００３８】
これに対し、図２の噴射ノズル４では、液滴生成ノズル部４１に補助ノズル部４２が取り付けられ、補助ノズル部４２が、比較例の噴射ノズル９０における基板９上の被噴射範囲Ｎ１よりも小さい断面積（噴射方向に垂直な断面積）の先端部４２３を有することにより、液滴生成ノズル部４１から噴射される液滴の基板９上における被噴射範囲が、比較例の噴射ノズル９０における被噴射範囲Ｎ１よりも小さくされる（すなわち、被噴射範囲が制限される）。これにより、噴射ノズル４と比較例の噴射ノズル９０とで同じ量の液滴が噴出されると仮定した場合に、噴射ノズル４において基板９上における液滴の密度を比較例の噴射ノズル９０よりも高くすることが可能となる。
【００３９】
また、通常の使用方法による２流体ノズル（すなわち、比較例の噴射ノズル）では、純水に混合される液滴生成用のガスの流量により液滴の粒径が決定され、さらに、基板９上における液滴の到達速度が決定される。一方、図１に示す基板洗浄装置１では、液滴の粒径は、噴射ノズル４の液滴生成ノズル部４１に供給する液滴生成ガスの流量によりほぼ決定され、基板９上における液滴の到達速度の制御は、制御部５によりバルブ３２４が制御されて補助ノズル部４２に対する加速ガスの流量が変更されることにより行われる。その結果、基板９上における液滴の到達速度を遅くして基板９上のパターンの損傷を抑制する場合に、比較例の噴射ノズル９０では液滴の平均粒径が大きくなっていくのに対し、噴射ノズル４では液滴の粒径を微小かつほぼ一定の大きさに維持することができる。
【００４０】
以上に説明したように、基板洗浄装置１の噴射ノズル４では、液滴生成ノズル部４１により生成した純水の液滴を、補助ノズル部４２を介して加速ガスにて加速しつつ基板９に向けて噴射することにより、基板９上における液滴の到達速度にほとんど依存することなく、液滴の粒径を微小な大きさにて均一化することができるとともに、噴射ノズル４と基板９との間において液滴の流れる領域が側方に大きく広がって基板９上における液滴の密度が低下してしまうことが抑制される。このように、基板洗浄装置１では、噴射ノズル４を用いて基板９上における液滴の密度を増大しつつ、液滴の基板への到達速度を調整可能にすることにより、基板９上の異物の除去率を向上するとともに、液滴が衝突する際に基板９に与える衝撃を軽減して基板９上のパターンへのダメージを低減する（すなわち、パターンへの影響を抑制する）ことが容易に実現される。
【００４１】
また、図２の噴射ノズル４では、加速ガス導入口４２４が補助ノズル部４２の基板９とは反対側の端部と、液滴生成ノズル部４１の液滴生成ガス噴射口４７４の周囲の部位との間の間隙４８に設けられることにより、加速ガスを補助ノズル部４２内の流路４２５に沿う方向に容易に導入することができ、液滴を液滴噴射口４２６から滑らかに噴射することができる。さらに、補助ノズル部４２が液滴生成ノズル部４１に対して着脱可能とされていることにより、別途設計された２流体ノズルである液滴生成ノズル部４１に補助ノズル部４２を取り付けるのみで噴射ノズル４を容易に作製することができるとともに、噴射ノズル４のメンテナンスの際には補助ノズル部４２を取り外して液滴生成ノズル部４１および補助ノズル部４２の洗浄等の作業を容易に行うことができる。なお、噴射ノズルの設計によっては、加速ガス導入口は液滴生成ガス噴射口および純水噴射口よりも基板９側に設けられてもよく、また、液滴生成ノズル部と補助ノズル部とが一体的に形成されてもよい。
【００４２】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【００４３】
図２の噴射ノズル４では、液滴生成ノズル部４１が外部混合型の２流体ノズルとされるが、内部混合型の２流体ノズルに補助ノズル部４２を取り付けることにより、噴射ノズルが作製されてもよい。ただし、一般的には、外部混合型の２流体ノズルでは、内部混合型の２流体ノズルよりも微小な粒径の液滴が生成可能であるため、外部混合型の２流体ノズルを液滴生成ノズル部４１として用いることにより、基板９上における液滴の密度をさらに増大して、基板９上の異物の洗浄効率をより向上することが可能となる。
【００４４】
液滴生成ノズル部４１では、純水以外の液体が供給されることにより、当該液体の微粒子が生成されてもよく、さらに、液滴生成ノズル部４１および補助ノズル部４２に供給される気体も、窒素ガス以外であってもよい。もちろん、液滴生成ノズル部４１と補助ノズル部４２とに異なる気体が供給されてもよい。
【００４５】
基板洗浄装置１は、プリント配線基板やフラットパネル表示装置に使用されるガラス基板等、半導体基板以外の様々な基板の洗浄に利用されてよい。なお、基板の種類や大きさ等に合わせて、基板の洗浄時における回転は省略されてもよい。
【００４６】
上記実施の形態では、基板を洗浄する基板洗浄装置について説明したが、上述の構成を備える装置は、基板表面へ様々な処理液の液滴を噴射して基板に処理を行う基板処理装置として利用されてよい。例えば、基板処理装置により、基板表面の露光済みのレジスト膜を現像する現像液の塗布が行われる場合、図１に示す噴射ノズル４には現像液、液滴生成ガスおよび加速ガスが供給され、現像液の微粒子が加速ガスと共に基板９に対して噴射されて基板９の現像が行われる。また、基板処理装置は、液体の微粒子の噴射による表面処理等に利用されてもよい。噴射ノズル４を有する基板処理装置では、基板上における液体の微粒子の密度を増大しつつ、微粒子の基板への到達速度が調整可能となるため、微粒子が衝突する際における基板へのダメージを低減しつつ好ましい基板処理を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】基板洗浄装置の構成を示す図である。
【図２】噴射ノズルを示す断面図である。
【図３】内筒のフランジ近傍を拡大して示す正面図である。
【図４】内筒のフランジ近傍を拡大して示す底面図である。
【図５】基板を洗浄する処理の流れを示す図である。
【図６】比較例の噴射ノズルから噴射される液滴生成ガスの進行方向を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４８】
１ 基板洗浄装置
２ 基板保持部
４ 噴射ノズル
９ 基板
４１ 液滴生成ノズル部
４２ 補助ノズル部
４８ 間隙
４２１ 連結部
４２３ 先端部
４２４ 加速ガス導入口
４２５ 流路
４７４ 液滴生成ガス噴射口
Ｓ１１，Ｓ１３ ステップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に向けて液体の微粒子を噴射するノズルであって、
気体および液体が導入され、前記液体の微粒子を前記気体と共に噴射する微粒子生成ノズル部と、
前記微粒子生成ノズル部からの前記微粒子の噴射方向に沿って伸びる筒状であり、一方の端部が前記微粒子生成ノズル部の噴射口の周囲を囲むとともに前記微粒子生成ノズル部に接続され、他方の端部が前記微粒子の基板上における被噴射範囲を制限し、前記一方の端部側から前記他方の端部に至る流路内において前記微粒子を加速する加速ガスを前記流路に導入する導入口を有する補助ノズル部と、
を備えることを特徴とするノズル。
【請求項２】
請求項１に記載のノズルであって、
前記微粒子生成ノズル部が、前記噴射口の外部にて前記気体および前記液体を混合して前記微粒子を生成することを特徴とするノズル。
【請求項３】
請求項１または２に記載のノズルであって、
前記補助ノズル部の前記一方の端部と前記微粒子生成ノズル部の前記噴射口との間に間隙が設けられ、前記導入口が前記間隙に設けられ、
前記加速ガスが前記導入口から前記間隙を経由して前記流路に導入されることを特徴とするノズル。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のノズルであって、
前記補助ノズル部が、前記微粒子生成ノズル部に対して着脱可能であることを特徴とするノズル。
【請求項５】
基板を処理する基板処理装置であって、
基板を保持する保持部と、
前記保持部にて保持される基板の主面に向けて液体の微粒子を噴射する請求項１ないし４のいずれかに記載のノズルと、
を備えることを特徴とする基板処理装置。
【請求項６】
基板を処理する基板処理方法であって、
基板を保持する工程と、
請求項１ないし４のいずれかに記載のノズルから前記基板の主面に向けて液体の微粒子を噴射する工程と、
を備えることを特徴とする基板処理方法。
【請求項１】
基板に向けて液体の微粒子を噴射するノズルであって、
気体および液体が導入され、前記液体の微粒子を前記気体と共に噴射する微粒子生成ノズル部と、
前記微粒子生成ノズル部からの前記微粒子の噴射方向に沿って伸びる筒状であり、一方の端部が前記微粒子生成ノズル部の噴射口の周囲を囲むとともに前記微粒子生成ノズル部に接続され、他方の端部が前記微粒子の基板上における被噴射範囲を制限し、前記一方の端部側から前記他方の端部に至る流路内において前記微粒子を加速する加速ガスを前記流路に導入する導入口を有する補助ノズル部と、
を備えることを特徴とするノズル。
【請求項２】
請求項１に記載のノズルであって、
前記微粒子生成ノズル部が、前記噴射口の外部にて前記気体および前記液体を混合して前記微粒子を生成することを特徴とするノズル。
【請求項３】
請求項１または２に記載のノズルであって、
前記補助ノズル部の前記一方の端部と前記微粒子生成ノズル部の前記噴射口との間に間隙が設けられ、前記導入口が前記間隙に設けられ、
前記加速ガスが前記導入口から前記間隙を経由して前記流路に導入されることを特徴とするノズル。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のノズルであって、
前記補助ノズル部が、前記微粒子生成ノズル部に対して着脱可能であることを特徴とするノズル。
【請求項５】
基板を処理する基板処理装置であって、
基板を保持する保持部と、
前記保持部にて保持される基板の主面に向けて液体の微粒子を噴射する請求項１ないし４のいずれかに記載のノズルと、
を備えることを特徴とする基板処理装置。
【請求項６】
基板を処理する基板処理方法であって、
基板を保持する工程と、
請求項１ないし４のいずれかに記載のノズルから前記基板の主面に向けて液体の微粒子を噴射する工程と、
を備えることを特徴とする基板処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−１３０６４３（Ｐ２００８−１３０６４３Ａ）
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１１２１３（Ｐ２００６−３１１２１３）
【出願日】平成１８年１１月１７日（２００６．１１．１７）
【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２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１７日（２００６．１１．１７）
【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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