二流体ノズル、基板処理装置、液体の液滴の生成方法、および基板処理方法
【課題】基板に噴霧される液体の液滴の噴霧範囲を広くすることができる二流体ノズル、基板処理装置、液体の液滴の生成方法、および基板処理方法を提供する。
【解決手段】二流体ノズル４０の本体部４２の下方において、ガス吐出口４６ｂから下方に吐出される旋回流の液滴生成用ガスと液体吐出口４４ｂから下方に吐出される液体とが混合されて液体の液滴が生成されるようになっている。また、ガス吐出口４６ｂから下方に吐出される液滴生成用ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整する圧力調整部が本体部４２に設けられている。
【解決手段】二流体ノズル４０の本体部４２の下方において、ガス吐出口４６ｂから下方に吐出される旋回流の液滴生成用ガスと液体吐出口４４ｂから下方に吐出される液体とが混合されて液体の液滴が生成されるようになっている。また、ガス吐出口４６ｂから下方に吐出される液滴生成用ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整する圧力調整部が本体部４２に設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の液滴の噴霧を行う二流体ノズル、この二流体ノズルを備えた基板処理装置、液体の液滴の生成方法、およびこの液体の液滴の生成方法を用いた基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程において、半導体ウエハ（以下、単にウエハともいう。）にパーティクルが付着したまま様々な処理を行うと、正常な処理を行うことができず、歩留まりが悪くなる。このため、ウエハの洗浄処理を行う必要がある。
【０００３】
ウエハに対して洗浄処理を行うような基板洗浄装置としては、例えばウエハをスピンチャック上で回転させながらその表面に純水や薬液からなる洗浄液をノズル等から供給することによりウエハを洗浄し、その後必要に応じてウエハに対してリンス処理を行い、最後にウエハを高速回転させることにより乾燥させるようなものが知られている。
【０００４】
ここで、ウエハに洗浄液を供給するノズルとして、二流体ノズルが用いられる場合がある。二流体ノズルとは、一般的にガスと液体とを混合させることにより微小な液滴を生成し、この微小な液滴を噴霧する方式のノズルのことをいう。二流体ノズルには、純水や薬液等の洗浄液、および窒素ガスやクリーンエア等の液滴生成用ガスが別々の経路から供給され、この二流体ノズルの内部や下方で液滴生成用ガスと洗浄液とが混合することにより洗浄液の液滴が生成され、この洗浄液の液滴がウエハの一部分に対して噴霧されるようになっている。また、二流体ノズルは、ウエハの表面に沿ってこの表面とわずかに距離を隔てて水平方向に移動するようになっている。ウエハが回転しているときに二流体ノズルがウエハの表面に沿って移動することにより当該二流体ノズルからウエハの表面にまんべんなく均一に洗浄液の液滴が噴霧され、ウエハの表面に洗浄液の液膜が生成されることになる。
【０００５】
また、従来の二流体ノズルとして、特許文献１には、二流体ノズルの下端部に液体吐出口が設けられるとともにそのまわりに気体吐出口が環状に設けられ、気体吐出口から下方に吐出された気体が、液体吐出口から下方に吐出された処理液流を取り囲む渦巻き気流を形成するようなものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２８８３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ウエハの洗浄処理等の様々な処理を行うにあたり、二流体ノズルとして、ウエハに噴霧される処理液の液滴の径をできるだけ小さくすることに加え、処理液の液滴の噴霧範囲をできるだけ広くすることが求められている。二流体ノズルからウエハに噴霧される処理液の液滴の噴霧範囲を広くすることができると、ウエハに対してより均一に処理液の液滴を噴霧することができるようになり、また、ウエハの洗浄処理にかかる時間を短縮することができるようになる。
【０００８】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、基板に噴霧される液体の液滴の噴霧範囲を広くすることができる二流体ノズル、この二流体ノズルを備えた基板処理装置、液体の液滴の生成方法、およびこの液体の液滴の生成方法を用いた基板処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、外部から液体および液滴生成用ガスがそれぞれ供給され、液滴生成用ガスの旋回流が内部で生成される本体部と、前記本体部の下端部に設けられ、旋回流の液滴生成用ガスが下方に吐出されるガス吐出口と、前記本体部の下端部において前記ガス吐出口よりも内側に設けられ、液体が下方に吐出される液体吐出口と、を備え、前記本体部の下方において、前記ガス吐出口から下方に吐出される旋回流の液滴生成用ガスと前記液体吐出口から下方に吐出される液体とが混合されて液体の液滴が生成されるようになっており、前記ガス吐出口から下方に吐出される液滴生成用ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整する圧力調整部が前記本体部に設けられていることを特徴とする二流体ノズルである。
【００１０】
本発明の二流体ノズルにおいては、前記圧力調整部は、前記本体部の下端部において前記液体吐出口よりも内側に設けられた前記本体部の中空部分であってもよい。
【００１１】
あるいは、前記圧力調整部は、前記本体部の下端部において前記液体吐出口よりも内側に設けられた開口を介して追加のガスを下方に吐出するガス供給部であってもよい。
【００１２】
あるいは、前記圧力調整部は、前記本体部の下端部において前記液体吐出口よりも内側に設けられた開口を介してガスを吸引するガス吸引部であってもよい。
【００１３】
本発明の二流体ノズルにおいては、前記液体吐出口は、環状に並ぶよう配置された複数の穴からなっていてもよい。
【００１４】
本発明は、上述のような二流体ノズルを備え、当該二流体ノズルから噴霧される液体の液滴により基板の処理を行うことを特徴とする基板処理装置である。
【００１５】
本発明は、二流体ノズルにおいて液体の液滴を生成する方法であって、二流体ノズルに液体および液滴生成用ガスをそれぞれ外部から供給する工程と、前記二流体ノズルの本体部の内部で液滴生成用ガスの旋回流を生成する工程と、前記本体部の下端部に設けられたガス吐出口により旋回流の液滴生成用ガスを下方に吐出するとともに、前記本体部の下端部に設けられた液体吐出口により液体を下方に吐出し、前記本体部の下方において旋回流の液滴生成用ガスと液体とを混合して液体の液滴を生成する工程と、前記ガス吐出口から下方に吐出される液滴生成用ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整する工程と、を備えたことを特徴とする液体の液滴の生成方法である。
【００１６】
本発明の液体の液滴の生成方法においては、前記本体部の下端部における前記液体吐出口よりも内側の位置において前記本体部に中空部分が設けられていることにより、前記ガス吐出口から下方に吐出される液滴生成用ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整するようになっていてもよい。
【００１７】
あるいは、前記ガス吐出口から下方に吐出される液滴生成用ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整する際に、前記本体部の下端部において前記液体吐出口よりも内側に設けられた開口を介して追加のガスを下方に吐出するようになっていてもよい。
【００１８】
あるいは、前記ガス吐出口から下方に吐出される液滴生成用ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整する際に、前記本体部の下端部において前記液体吐出口よりも内側に設けられた開口を介してガスを吸引するようになっていてもよい。
【００１９】
本発明は、基板の処理を行う基板処理方法であって、上述のような液体の液滴の生成方法により、二流体ノズルにおいて液体の液滴を生成する工程と、前記二流体ノズルにおいて生成された液体の液滴を基板に噴霧する工程と、を備えたことを特徴とする基板処理方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の二流体ノズル、基板処理装置、液体の液滴の生成方法、および基板処理方法によれば、基板に噴霧される液体の液滴の噴霧範囲を広くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一の実施の形態における基板洗浄装置の構成を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す基板洗浄装置における二流体ノズルの構成の詳細を示す縦断面図である。
【図３】図２に示す二流体ノズルのＡ−Ａ矢視による横断面図である。
【図４】図２に示す二流体ノズルのＢ−Ｂ矢視による横断面図である。
【図５】図２に示す二流体ノズルにおける旋回流生成部を上方から見たときの上面図である。
【図６】図２等に示す二流体ノズルの本体部の下端部から下方に吐出される窒素ガスの旋回流を上方から見たときの図である。
【図７】図２等に示す二流体ノズルの本体部の下端部から下方に吐出される窒素ガスの旋回流を概略的に示す斜視図である。
【図８】図２等に示す二流体ノズルの本体部の下端部から下方に吐出される窒素ガスおよび洗浄液の流れを模式的に示す図である。
【図９】図１に示す基板洗浄装置における二流体ノズルの他の構成の詳細を示す縦断面図である。
【図１０】図９に示す二流体ノズルのＣ−Ｃ矢視による横断面図である。
【図１１】図１に示す基板洗浄装置における二流体ノズルの更に他の構成の詳細を示す縦断面図である。
【図１２】図１に示す基板洗浄装置における二流体ノズルの更に他の構成の詳細を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の一の実施の形態について説明する。図１乃至図５は、本発明による二流体ノズルおよびこの二流体ノズルを備えた基板洗浄装置の一の実施の形態を示す図である。
このうち、図１は、本実施の形態における基板洗浄装置の構成を示す概略構成図であり、図２乃至５は、図１に示す基板洗浄装置における二流体ノズルの構成の詳細を示す図である。
【００２３】
まず、基板洗浄装置１の全体的な構成について図１を用いて説明する。この基板洗浄装置１は、被処理基板としての半導体ウエハ（以下、単にウエハともいう）Ｗを洗浄するためのものである。
【００２４】
基板洗浄装置１は、チャンバー１０と、このチャンバー１０内に設置された、ウエハＷを保持するためのスピンチャック１２と、を備えている。また、チャンバー１０内には、スピンチャック１２により保持されるウエハＷを覆うよう設けられた外筒１６と、スピンチャック１２により保持されるウエハＷに洗浄液の液滴を噴霧する二流体ノズル４０とが設けられている。以下、このような基板洗浄装置１の各構成要素の詳細について説明する。
【００２５】
スピンチャック１２は、ウエハＷをほぼ水平に保持しながら回転するものであり、具体的には、鉛直方向に延びるよう配置された回転軸部と、この回転軸部の上端に取り付けられた円板状のスピンベースとを有している。スピンチャック１２によりウエハＷを保持する際に、当該ウエハＷはスピンベースの上面に載置されるようになっている。回転軸部にはモータ等のスピンチャック駆動機構（図示せず）が取り付けられており、このスピンチャック駆動機構は回転軸部をその中心軸のまわりに回転させることができるようになっている。このことにより、スピンチャック１２に保持されたウエハＷを水平面上で回転させることができるようになっている。また、スピンチャック１２はスピンチャック昇降機構（図示せず）により鉛直方向にも往復移動することができるようになっている。このことにより、ウエハＷをチャンバー１０内に搬入してスピンチャック１２に保持させるときや、スピンチャック１２上にあるウエハＷをチャンバー１０の外部に搬出するときには、スピンチャック１２の上端を外筒１６の上端よりも高くすることができる。一方、スピンチャック１２に保持されたウエハＷに対して二流体ノズル４０から洗浄液を供給するときには、スピンチャック１２に保持されたウエハＷの側方に外筒１６の側壁が位置するようにすることができる。
【００２６】
チャンバー１０内において、スピンチャック１２の側方を取り囲むように略円筒状の外筒１６が設けられている。外筒１６の中心軸はスピンチャック１２の回転軸部の中心軸と略一致しており、この外筒１６は、下端に底板が設けられているとともに上端は開口している。
【００２７】
外筒１６の底板には洗浄液排出管５０の一端が接続されている。ここで、ウエハＷに対する洗浄等に用いられ外筒１６の底板に送られた洗浄液は洗浄液排出管５０を介して排出される。
【００２８】
チャンバー１０内においてスピンチャック１２により保持されたときのウエハＷの上方の位置に、二流体ノズル４０が下向きに設けられている。この二流体ノズル４０は、アーム２２を介して回転軸部２４に連結されている。回転軸部２４には、当該回転軸部２４を正逆両方向に回転させるアーム駆動機構（図示せず）が設けられている。このアーム駆動機構が、回転軸部２４を中心としてアーム２２を水平方向に回転させることにより、二流体ノズル４０を、ウエハＷの中心部の上方の位置からウエハＷの周縁部の外方の位置までの範囲内で水平面に沿って往復移動させるようになっている。また、アーム駆動機構は、回転軸部２４を鉛直方向に往復移動させることができるようになっている。このことにより、二流体ノズル４０の先端と、スピンチャック１２に保持されるウエハＷとの間隔を調整することができるようになっている。
【００２９】
図１に示すように、二流体ノズル４０には洗浄液供給管２６が接続されており、この洗浄液供給管２６により二流体ノズル４０に対して洗浄液が供給されるようになっている。洗浄液供給管２６の上流側端部には洗浄液タンク３０が設けられており、この洗浄液タンク３０には純水や薬液からなる洗浄液が貯留されている。そして、ポンプ等の図示しない圧送手段により、洗浄液タンク３０から洗浄液が洗浄液供給管２６に送られるようになっている。また、洗浄液供給管２６には、開度調整が可能なバルブ３４、およびパーティクル除去用のフィルタ３８が介設されている。
【００３０】
また、二流体ノズル４０には窒素ガス供給管２８が接続されており、この窒素ガス供給管２８により二流体ノズル４０に対して液滴生成用ガスとしての窒素ガスが供給されるようになっている。なお、液滴生成用ガスとして、窒素ガスの代わりにクリーンエアを用いてもよい。窒素ガス供給管２８の上流側端部には窒素ガス供給機構３２が設けられており、この窒素ガス供給機構３２は高圧の窒素ガスを窒素ガス供給管２８に供給することができるようになっている。また、窒素ガス供給管２８にはバルブ３６が介設されている。このバルブ３６の開度を変え、二流体ノズル４０に送られる窒素ガスの圧力（流量）を変えることにより、二流体ノズル４０において生成される洗浄液の液滴の粒子径を変化させることができる。このことにより、洗浄液の液滴によるウエハＷの洗浄処理性能を変化させることができる。
【００３１】
次に、二流体ノズル４０の構成について、図２乃至図５を参照して具体的に説明する。ここで、図３および図４は、それぞれ図２に示す二流体ノズル４０のＡ−Ａ矢視、Ｂ−Ｂ矢視による横断面図である。また、図５は、図２に示す二流体ノズル４０における旋回流生成部４６ａを上方から見たときの上面図である。
【００３２】
二流体ノズルとは、前述のように、一般的にガスと液体とを混合させることにより微小な液滴を生成し、この微小な液滴を噴霧する方式のノズルのことをいう。本実施の形態においては、二流体ノズル４０には、洗浄液供給管２６から純水や薬液からなる洗浄液が供給されるとともに、窒素ガス供給管２８から窒素ガスが供給されるようになっている。二流体ノズル４０は、例えばフッ素樹脂から形成された略円柱形状の本体部４２を有しており、この本体部４２の内部には、洗浄液供給管２６から送られた洗浄液が通過する洗浄液通路４４が設けられている。また、本体部４２の内部には、窒素ガス供給管２８から送られた窒素ガスが通過するガス通路４６が設けられている。
【００３３】
図２に示すように、洗浄液通路４４は、洗浄液供給管２６から本体部４２内に送られた洗浄液が通過する第１通路４４ａと、第１通路４４ａの下流側に設けられた第２通路４４ｃとを有している。より詳細には、洗浄液供給管２６から本体部４２内に送られた洗浄液は洗浄液通路４４に沿って二流体ノズル４０の下方に向かって流れるようになっており、第２通路４４ｃは第１通路４４ａの下方に位置している。第１通路４４ａの断面は円形となっており、第２通路４４ｃの断面は図４に示すように環状形状となっている。また、第２通路４４ｃの下流側には、環状に並ぶよう配置された複数の穴４４ｂが本体部４２の下端部に設けられており（図３参照）、これらの穴４４ｂを介して二流体ノズル４０の本体部４２から洗浄液が下方に吐出されるようになっている。これらの穴４４ｂは、洗浄液を本体部４２から下方に吐出する液体吐出口として機能するようになっている。
【００３４】
図２に示すように、ガス通路４６には、窒素ガス供給管２８から送られた窒素ガスを本体部４２内で旋回させて窒素ガスの旋回流を生成する旋回流生成部４６ａが設けられている。この旋回流生成部４６ａの構成の詳細について図５を用いて説明する。旋回流生成部４６ａには、螺旋形状の複数（例えば６つ）のガス流路４６ｄが設けられている。そして、窒素ガス供給管２８から本体部４２内に送られた窒素ガスは各ガス流路４６ｄを通過することにより旋回させられて、この旋回流生成部４６ａの下流側に配置されたガス通路４６ｃでは窒素ガスの旋回流が生成されるようになっている。
【００３５】
より詳細には、図５に示すように、旋回流生成部４６ａを上方から見たときに、旋回流生成部４６ａにおける各ガス流路４６ｄの入口部分４６ｅと出口部分４６ｆは周方向にずれた箇所に位置しており、各ガス流路４６ｄを通過する窒素ガスは、旋回流生成部４６ａを上方から見たときに図５における矢印方向に流れるようになっている。このように、旋回流生成部４６ａで窒素ガスが渦巻き状に流れることにより、旋回流生成部４６ａの下流側に配置されたガス通路４６ｃでは窒素ガスの渦巻き気流が生成されることとなる。図２および図３に示すように、ガス通路４６ｃの下流側には、その断面が環状であるガス吐出口４６ｂが本体部４２の下端部に設けられており、このガス吐出口４６ｂを介して二流体ノズル４０の本体部４２から旋回流の窒素ガスが下方に吐出されるようになっている（図７参照）。
【００３６】
また、図２に示すように、本体部４２の下端部において、各穴４４ｂよりも内側（二流体ノズル４０の中心側）の位置には中空部分４８が形成されている。この中空部分４８は、本体部４２の下端面から上方に空洞部分が延びるよう形成されている。中空部分４８は、ガス吐出口４６ｂから下方に吐出される窒素ガスにおける旋回流（図７参照）の内側の圧力を調整する圧力調整部として機能するようになっている。このような圧力調整部による作用効果の詳細については後述する。
【００３７】
次に、このような構成からなる基板洗浄装置１の動作について説明する。
【００３８】
まず、スピンチャック昇降機構によりスピンチャック１２を上方に移動させた状態においてウエハＷをチャンバー１０内に搬入し、このスピンチャック１２にウエハＷを保持させる。そして、スピンチャック１２を降下させ、このスピンチャック１２の側方に外筒１６の側壁が位置するようにする。
【００３９】
次に、チャンバー１０内においてスピンチャック１２に保持されて回転するウエハＷに対して洗浄液を供給する。具体的には、バルブ３４、３６を開状態とし、二流体ノズル４０に洗浄液および窒素ガスを供給し、この二流体ノズル４０により洗浄液の液滴を生成し、回転するスピンチャック１２上のウエハＷに対して二流体ノズル４０により洗浄液の液滴を噴霧するようにする。
【００４０】
二流体ノズル４０における、洗浄液および窒素ガスが本体部４２に送られてからウエハＷに洗浄液の液滴を噴霧するまでの動作について説明する。
【００４１】
まず、洗浄液タンク３０から洗浄液供給管２６を介して本体部４２内の洗浄液通路４４に洗浄液が送られるとともに、窒素ガス供給機構３２から窒素ガス供給管２８を介して本体部４２内のガス通路４６に窒素ガスが送られる。本体部４２内の洗浄液通路４４に送られた洗浄液は、第１通路４４ａ、第２通路４４ｃを通過して、各穴４４ｂを介して二流体ノズル４０の本体部４２から下方に吐出される。また、本体部４２内のガス通路４６に送られた窒素ガスは、旋回流生成部４６ａにより旋回流とされ、ガス通路４６ｃを通過した後、ガス吐出口４６ｂを介して二流体ノズル４０の本体部４２から下方に吐出される。そして、本体部４２の下方において、ガス吐出口４６ｂから下方に吐出される旋回流の窒素ガスと、各穴４４ｂから下方に吐出される液体とが混合されて洗浄液の液滴が生成される。洗浄液の液滴は、図２における二点鎖線の内側の範囲で二流体ノズル４０から下方に噴霧される。このようにして、ウエハＷに洗浄液の液滴が噴霧されるようになる。
【００４２】
二流体ノズル４０が洗浄液の液滴をウエハＷに噴霧している間、アーム駆動機構により回転軸部２４を中心としてアーム２２を水平方向に回転させる。そうすると、このアーム２２はウエハＷの上方で、ウエハＷの略中心から周縁に向かって水平方向に移動することとなり、当該アーム２２に取り付けられた二流体ノズル４０が水平方向に移動することとなる。このように、アーム駆動機構によってウエハＷの上方でアーム２２を水平方向に移動させることにより、このアーム２２に取り付けられた二流体ノズル４０がウエハＷの上面に対してまんべんなく均一に洗浄液の液滴を噴霧し、このウエハＷの上面に洗浄液の液膜が形成されることとなる。
【００４３】
その後、二流体ノズル４０がウエハＷの外方に移動し、二流体ノズル４０からの洗浄液の噴霧を停止し、スピンチャック駆動機構がスピンチャック１２を高速回転させる。このことにより、スピンチャック１２に保持されたウエハＷも高速回転させられ、ウエハＷの乾燥が行われる。このようにして、基板洗浄装置１による一連のウエハＷの洗浄処理の動作が終了する。
【００４４】
次に、圧力調整部として、本体部４２の下端部において洗浄液吐出用の各穴４４ｂよりも内側に中空部分４８を設けることにより、ガス吐出口４６ｂから下方に吐出される窒素ガスにおける旋回流の内側の圧力が調整されるという原理について図６乃至図８を用いて説明する。図６は、二流体ノズル４０の本体部４２の下端部から下方に吐出される窒素ガスの旋回流を上方から見たときの図であり、図７は、二流体ノズル４０の本体部４２の下端部から下方に吐出される窒素ガスの旋回流を概略的に示す斜視図である。また、図８は、二流体ノズル４０の本体部４２の下端部から下方に吐出される窒素ガスおよび洗浄液の流れを模式的に示す図である。
【００４５】
二流体ノズル４０の本体部４２の下端部からガス吐出口４６ｂを介して下方に吐出された窒素ガスは旋回流であるため、図６に示すように、この吐出された窒素ガスは上方から見て二流体ノズル４０の中心線に向かって渦巻き形状を描くようになる。この際に、ガス吐出口４６ｂから吐出された直後の窒素ガスの圧力Ｐ０は、二流体ノズル４０の中心線（図７の二点鎖線参照）に達したときの窒素ガスの圧力Ｐ１よりも大きくなっている（Ｐ０＞Ｐ１）。すなわち、ガス吐出口４６ｂを介して下方に吐出された窒素ガスは、二流体ノズル４０の中心線に向かうに従ってその圧力が低下するようになっている。圧力Ｐ０と圧力Ｐ１との差である圧力低下量△Ｐと、窒素ガスにおける旋回流の内側の体積Ｖとの関係は、
△Ｐ×Ｖ＝一定
の式で表される。
なお、この体積Ｖは、もし本体部４２の下端部に中空部分４８が設けられていない場合には、概ね、本体部４２の下端面と、窒素ガスにおける旋回流との間に形成される空間の体積となる。すなわち、体積Ｖは、概ね、図７における点線で描く三角錐の体積となる。
【００４６】
図８において、横方向に延びる点線ａは二流体ノズル４０の本体部４２の下端面を示しており、縦方向に延びる点線ｂは二流体ノズル４０の中心線を示している。図８において、本体部４２の下端部に中空部分４８が設けられていない場合における、当該本体部４２の下端部からガス吐出口４６ｂを介して下方に吐出された窒素ガスの流れを点線ｃで示す。図８に示すように、ガス吐出口４６ｂから吐出された直後の窒素ガス（点線ａ上にある窒素ガス）の圧力は圧力Ｐ０であり、二流体ノズル４０の中心線に達したときの窒素ガス（点線ｂ上にある窒素ガス）の圧力はＰ１である。
【００４７】
また、各穴４４ｂを介して二流体ノズル４０の下方に吐出される洗浄液の流れは図８における二点鎖線ｄで示される。二流体ノズル４０の下方に吐出される洗浄液について、その周囲にある旋回流の窒素ガスの圧力が所定の値より大きい場合には、この洗浄液は窒素ガスの旋回流に沿って二流体ノズル４０の中心線に向かうような渦巻き形状を描くよう流れる（図８の二点鎖線ｄ参照）。しかし、洗浄液の周囲にある旋回流の窒素ガスの圧力が所定の値より小さくなった場合には、洗浄液の流れはもはや窒素ガスの旋回流に沿うことはなく、図８の点線ｅに示すように外方に拡散するようになる。このように、ガス吐出口４６ｂから吐出された直後の窒素ガスの圧力Ｐ０が二流体ノズル４０の中心線ｂに向かうに従って徐々に低下することにより、ある程度まで窒素ガスが二流体ノズル４０の中心線ｂに近づくと、洗浄液の流れは窒素ガスの旋回流に沿うことはなくなり、洗浄液の液滴が外方に拡散するようになる。このときに、点線ｅの範囲内の箇所に、洗浄液の液滴が噴霧されるようになる。ここで、図８に示すように、洗浄液の液滴が外方に拡散され始める箇所ｆは、窒素ガスの流れｃおよび洗浄液の流れｄに基づいて定めることができるようになっている。
【００４８】
また、洗浄液の液滴の質量をｍとしたときに、この液滴にかかる遠心力Ｆは、Ｆ＝ｍｒω２で表される。ここで、ｒは、二流体ノズル４０の中心線ｂからの液滴の距離であり、ωは液滴の角速度である。また、遠心力の大きさＦは一定となっている。
【００４９】
ところで、二流体ノズル４０の本体部４２の下端部において洗浄液吐出用の各穴４４ｂよりも内側（二流体ノズル４０の中心側）に中空部分４８を設けた場合には、窒素ガスにおける旋回流の内側の体積Ｖは、この中空部分４８の体積分だけ大きくなる。ここで、前述のように△Ｐ×Ｖ＝一定であるため、体積Ｖが増加すると、圧力低下量△Ｐが減少する。この場合には、ガス吐出口４６ｂから吐出された直後の窒素ガスの圧力は圧力Ｐ０で一定であるため、二流体ノズル４０の中心線ｂに達したときの窒素ガスの圧力Ｐ２は、中空部分４８が設けられていない場合の圧力Ｐ１よりも大きくなり、窒素ガスは図８における実線ｇに沿って流れるようになる。この場合には、図８に示すように、洗浄液の液滴が外方に拡散され始める箇所ｈは、中空部分４８を設けない場合の箇所ｆよりも上方に位置するようになる。このため、中空部分４８を設けた場合における洗浄液の液滴の噴霧範囲ｉは、中空部分４８を設けない場合における噴霧範囲ｅよりも大きくなる。
【００５０】
このように、本体部４２の下端部において洗浄液吐出用の各穴４４ｂよりも内側（二流体ノズル４０の中心側）に中空部分４８を設けることにより、ガス吐出口４６ｂから下方に吐出される窒素ガスにおける旋回流の内側の圧力が調整されるようになる。具体的には、二流体ノズル４０の中心線ｂに達したときの窒素ガスの圧力Ｐ２が、中空部分４８が設けられていない場合の圧力Ｐ１よりも大きくなる。そして、このことにより、ウエハＷからの距離を従来技術の二流体ノズルと同じにして比較したときに、本願発明の二流体ノズル４０では、洗浄液の液滴が外方に拡散され始める箇所ｈが、中空部分４８を設けない場合の箇所ｆよりも上方に位置するようになるので、洗浄液の液滴の噴霧範囲ｉを、中空部分４８を設けない場合の液滴の噴霧範囲ｅよりも大きくすることができる。
【００５１】
また、本体部４２の下端部において洗浄液吐出用の各穴４４ｂよりも内側に中空部分４８を設けることにより、洗浄液吐出用の各穴４４ｂから吐出された洗浄液が本体部４２の下端面の中心に向かって流れることを抑制することができる。より詳細には、中空部分４８が設けられていない場合には、洗浄液吐出用の各穴４４ｂよりも内側における本体部４２の下端面は平坦な面となるので、表面張力により各穴４４ｂから吐出された洗浄液が本体部４２の下端面の中心に向かって流れ込むおそれがある。しかしながら、本体部４２の下端部に中空部分４８を設けることにより、このような表面張力が発生しなくなり、洗浄液吐出用の各穴４４ｂから吐出された洗浄液はこれらの各穴４４ｂ近くで窒素ガスと接触することができるようになる。このため、洗浄液吐出用の各穴４４ｂから吐出された洗浄液についてより迅速に微粒子化が図られるようになり、洗浄液の液滴の噴霧範囲をより大きくすることができる。
【００５２】
以上のように、本実施の形態の二流体ノズル４０および液体の液滴の生成方法によれば、圧力調整部（具体的には中空部分４８）により、ガス吐出口４６ｂから吐出される窒素ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整することにより、洗浄液の液滴が外方に拡散され始める箇所をより上方に位置させることができるので、二流体ノズル４０からウエハＷに噴霧される洗浄液の液滴の噴霧範囲を広くすることができる。このことにより、ウエハＷに対してより均一に洗浄液の液滴を噴霧することができるようになり、また、ウエハＷの洗浄処理にかかる時間を短縮することができるようになる。
【００５３】
また、本実施の形態の二流体ノズル４０および液体の液滴の生成方法においては、洗浄液の吐出口は、環状に並ぶよう配置された複数の穴４４ｂから構成されている。このことにより、複数の穴４４ｂから吐出された洗浄液について、窒素ガスとの接触面積を増加させることができ、このため、二流体ノズル４０から吐出される洗浄液の液滴をより微粒化することができる。洗浄液の液滴が微粒化されると、前述のように液滴の遠心力Ｆの大きさは一定であるので、液滴の角速度ωが大きくなり、洗浄液の液滴はより一層外方に拡散されるようになる。
【００５４】
なお、本発明による二流体ノズルおよび液体の液滴の生成方法は、上記の態様に限定されるものではなく、様々の変更を加えることができる。
【００５５】
例えば、洗浄液の吐出口として、図３に示すように複数の穴４４ｂを設ける代わりに、スリット形状の穴を環状に設けてもよい。
【００５６】
また、図２乃至図５に示すような二流体ノズル４０の代わりに、図９および図１０に示すような二流体ノズル４０ａを用いてもよい。図９は、図１に示す基板洗浄装置１における二流体ノズルの他の構成の詳細を示す縦断面図であり、図１０は、図９に示す二流体ノズルのＣ−Ｃ矢視による横断面図である。また、図９および図１０に示すような二流体ノズル４０ａにおいて、図２乃至図５に示すような二流体ノズル４０と同じ構成要素については同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００５７】
図９および図１０に示すような二流体ノズル４０ａにおいては、中空部分４８は二流体ノズル４０ａを貫通して延び、その上端部は二流体ノズル４０ａの上方に開放されている。このような中空部分４８を本体部４２に設けた場合でも、図２等に示すような二流体ノズル４０に中空部分４８を設けた場合と同様に、中空部分４８は、ガス吐出口４６ｂから吐出される窒素ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整する圧力調整部として機能することができるようになる。このことにより、ウエハＷからの距離を従来技術の二流体ノズルと同じにして比較したときに、図９および図１０に示すような二流体ノズル４０ａでは、洗浄液の液滴が外方に拡散され始める箇所をより上方に位置させることができるようになり、二流体ノズル４０ａからウエハＷに噴霧される洗浄液の液滴の噴霧範囲を広くすることができる。
【００５８】
また、図２乃至図５に示すような二流体ノズル４０の代わりに、図１１に示すような二流体ノズル４０ｂを用いてもよい。図１１に示す二流体ノズル４０ｂにおいては、ガス吐出口４６ｂから下方に吐出される窒素ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整する圧力調整部として、二流体ノズルの本体部４２に設けられた中空部分４８を用いる代わりに、二流体ノズル４０ｂに追加の窒素ガスを供給するガス供給部を設けている。図１１に示すような二流体ノズル４０ｂにおいて、図２乃至図５に示すような二流体ノズル４０と同じ構成要素については同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００５９】
図１１に示すような二流体ノズル４０ｂにおいては、本体部４２の内部における中心近傍に追加のガス通路６２が設けられており、この追加のガス通路６２の下端には開口６２ａが形成されている。この開口６２ａは、本体部４２の下端面において洗浄液吐出用の各穴４４ｂの内側に配置されている。また、追加のガス通路６２は本体部４２を長手方向（図１１における上下方向）に貫通するよう設けられている。また、ガス通路６２の上端には窒素ガス供給管６１が接続されており、この窒素ガス供給管６１には窒素ガス供給機構６０が接続されている。窒素ガス供給機構６０は高圧の窒素ガスを窒素ガス供給管６１に供給することができるようになっており、窒素ガス供給管６１から二流体ノズル４０ｂのガス通路６２に窒素ガスが送られるようになっている。
【００６０】
次に、図１１に示すような二流体ノズル４０ｂにおける、洗浄液および窒素ガスが本体部４２に送られてからウエハＷに洗浄液の液滴を噴霧するまでの動作について説明する。
【００６１】
まず、洗浄液タンク３０から洗浄液供給管２６を介して本体部４２内の洗浄液通路４４に洗浄液が送られるとともに、窒素ガス供給機構３２から窒素ガス供給管２８を介して本体部４２内のガス通路４６に窒素ガスが送られる。さらに、窒素ガス供給機構６０から窒素ガス供給管６１を介して本体部４２内のガス通路６２に窒素ガスが送られる。本体部４２内の洗浄液通路４４に送られた洗浄液は、第１通路４４ａ、第２通路４４ｃを通過して、各穴４４ｂを介して二流体ノズル４０ｂの本体部４２から下方に吐出される。また、本体部４２内のガス通路４６に送られた窒素ガスは、旋回流生成部４６ａにより旋回流とされ、ガス通路４６ｃを通過した後、ガス吐出口４６ｂを介して二流体ノズル４０ｂの本体部４２から下方に吐出される。さらに、本体部４２内のガス通路６２に送られた窒素ガスは、当該ガス通路６２を通って本体部４２内を流れ、開口６２ａから下方に吐出される。
【００６２】
このように、図１１に示すような二流体ノズル４０ｂによれば、洗浄液吐出用の各穴４４ｂの内側に配置された開口６２ａから下方に窒素ガスが追加的に吐出されるようになっているので、ガス吐出口４６ｂから下方に吐出される窒素ガスにおける旋回流の内側の圧力が増加する。すなわち、前述のように、ガス吐出口４６ｂから下方に吐出された窒素ガスは、二流体ノズル４０ｂの中心線に向かうに従ってその圧力が低下するが、その圧力低下の度合いが小さくなる。このことにより、ウエハＷからの距離を従来技術の二流体ノズルと同じにして比較したときに、上述のような二流体ノズル４０ｂでも、洗浄液の液滴が外方に拡散され始める箇所を、開口６２ａから窒素ガスを下方に吐出しない場合の箇所よりも上方に位置させることができるようになる。このため、洗浄液の液滴の噴霧範囲は、開口６２ａから窒素ガスを下方に吐出しない場合の噴霧範囲よりも大きくなる。
【００６３】
また、洗浄液吐出用の各穴４４ｂの内側に配置された開口６２ａから下方に窒素ガスを追加的に吐出させることにより、各穴４４ｂから吐出された洗浄液について、窒素ガスとの接触面積を増加させることができ、このため、洗浄液の液滴をより微粒化することができる。洗浄液の液滴が微粒化されると、前述のように液滴の遠心力Ｆの大きさは一定であるので、液滴の角速度ωが大きくなり、洗浄液の液滴はより一層外方に拡散されるようになる。
【００６４】
以上のように、ガス吐出口４６ｂから下方に吐出される窒素ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整する圧力調整部として、本体部４２の下端部において洗浄液吐出用の各穴４４ｂよりも内側に設けられた開口６２ａを介して追加のガスを下方に供給するガス供給部を用いることもできる。具体的には、窒素ガス供給機構６０、窒素ガス供給管６１、および本体部４２内のガス通路６２によりガス供給部が構成されることとなる。そして、このようなガス供給部を用いた場合でも、本体部４２に中空部分４８を設けた場合と同様に、二流体ノズル４０ｂからウエハＷに噴霧される洗浄液の液滴の噴霧範囲を広くすることができる。このことにより、ウエハＷに対してより均一に洗浄液の液滴を噴霧することができるようになり、また、ウエハＷの洗浄処理にかかる時間を短縮することができるようになる。
【００６５】
また、図２乃至図５に示すような二流体ノズル４０の代わりに、図１２に示すような二流体ノズル４０ｃを用いてもよい。図１２に示す二流体ノズル４０ｃにおいては、ガス吐出口４６ｂから下方に吐出される窒素ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整する圧力調整部として、二流体ノズルの本体部４２に設けられた中空部分４８を用いる代わりに、本体部４２の下端面において洗浄液吐出用の各穴４４ｂよりも内側に設けられた開口を介してガスを吸引するガス吸引部を設けている。図１２に示すような二流体ノズル４０ｃにおいて、図２乃至図５に示すような二流体ノズル４０と同じ構成要素については同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００６６】
図１２に示すような二流体ノズル４０ｃにおいては、本体部４２の内部における中心近傍に追加のガス通路７２が設けられており、この追加のガス通路７２の下端には開口７２ａが形成されている。この開口７２ａは、本体部４２の下端面において洗浄液吐出用の各穴４４ｂの内側に配置されている。また、追加のガス通路７２は本体部４２を長手方向（図１２における上下方向）に貫通するよう設けられている。また、ガス通路７２の上端にはガス吸引管７１が接続されており、このガス吸引管７１にはガス吸引機構７０が接続されている。ガス吸引機構７０はガス吸引管７１を介してガス通路７２からガスを吸引するようになっている。
【００６７】
次に、図１２に示すような二流体ノズル４０ｃにおける、洗浄液および窒素ガスが本体部４２に送られてからウエハＷに洗浄液の液滴を噴霧するまでの動作について説明する。
【００６８】
まず、洗浄液タンク３０から洗浄液供給管２６を介して本体部４２内の洗浄液通路４４に洗浄液が送られるとともに、窒素ガス供給機構３２から窒素ガス供給管２８を介して本体部４２内のガス通路４６に窒素ガスが送られる。本体部４２内の洗浄液通路４４に送られた洗浄液は、第１通路４４ａ、第２通路４４ｃを通過して、各穴４４ｂを介して二流体ノズル４０ｃの本体部４２から下方に吐出される。また、本体部４２内のガス通路４６に送られた窒素ガスは、旋回流生成部４６ａにより旋回流とされ、ガス通路４６ｃを通過した後、ガス吐出口４６ｂを介して二流体ノズル４０ｃの本体部４２から下方に吐出される。
【００６９】
また、図１２に示すような二流体ノズル４０ｃにおいては、窒素ガス吸引機構７０により窒素ガス吸引管７１およびガス通路７２を介して本体部４２の下端面に設けられた開口７２ａからガスが吸引されるようになっている。このことにより、ガス吐出口４６ｂから下方に吐出される窒素ガスにおける旋回流の内側において、開口７２ａ近傍の空気圧が低下することにより、この開口７２ａに向かうような上向きの追加の渦巻き流を生成することができるようになる。そして、このような上向きの追加の渦巻き流により、各穴４４ｂから吐出された洗浄液について、窒素ガスとの接触面積を増加させることができ、このため、各穴４４ｂから下方に吐出される洗浄液の液滴を微粒化することができる。洗浄液の液滴が微粒化されると、前述のように液滴の遠心力Ｆの大きさは一定であるので、液滴の角速度ωが大きくなる。このことにより、ウエハＷからの距離を従来技術の二流体ノズルと同じにして比較したときに、上述のような二流体ノズル４０ｃでは、洗浄液の液滴はより一層外方に拡散されるようになる。
【００７０】
以上のように、ガス吐出口４６ｂから下方に吐出される窒素ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整する圧力調整部として、本体部４２の下端部において洗浄液吐出用の各穴４４ｂよりも内側に設けられた開口７２ａを介してガスを吸引するガス吸引部を用いることもできる。具体的には、ガス吸引機構７０、ガス吸引管７１、および本体部４２内のガス通路７２によりガス吸引部が構成されることとなる。そして、このようなガス吸引部を用いた場合でも、本体部４２に中空部分４８を設けた場合と同様に、二流体ノズル４０ｃからウエハＷに噴霧される洗浄液の液滴の噴霧範囲を広くすることができる。このことにより、ウエハＷに対してより均一に洗浄液の液滴を噴霧することができるようになり、また、ウエハＷの洗浄処理にかかる時間を短縮することができるようになる。
【００７１】
また、本発明による二流体ノズル、および液体の液滴の生成方法においては、純水や薬液からなる洗浄液の液滴をウエハＷに噴霧するようなウエハＷの洗浄処理に用いられることに限定されることはない。ウエハＷのエッチング処理やレジストマスクの現像処理等の、他の種類のウエハＷの処理に、本発明による二流体ノズル、および液体の液滴の生成方法を用いてもよい。
【００７２】
また、本発明による基板処理装置、および基板処理方法においては、純水や薬液からなる洗浄液の液滴をウエハＷに噴霧するようなウエハＷの洗浄処理を行うものに限定されることはない。ウエハＷのエッチング処理やレジストマスクの現像処理等の、他の種類のウエハＷの処理に、本発明による基板処理装置、および基板処理方法を用いてもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１ 基板洗浄装置
１０ チャンバー
１２ スピンチャック
１６ 外筒
２２ アーム
２４ 回転軸部
２６ 洗浄液供給管
２８ 窒素ガス供給管
３０ 洗浄液タンク
３２ 窒素ガス供給機構
３４ バルブ
３６ バルブ
３８ フィルタ
４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ 二流体ノズル
４２ 本体部
４４ 洗浄液通路
４４ａ 第１通路
４４ｂ 穴
４４ｃ 第２通路
４６ ガス通路
４６ａ 旋回流生成部
４６ｂ ガス吐出口
４６ｃ ガス通路
４６ｄ ガス流路
４６ｅ 入口部分
４６ｆ 出口部分
４８ 中空部分
５０ 洗浄液排出管
６０ 窒素ガス供給機構
６１ 窒素ガス供給管
６２ ガス通路
６２ａ 開口
７０ ガス吸引機構
７１ ガス吸引管
７２ ガス通路
７２ａ 開口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の液滴の噴霧を行う二流体ノズル、この二流体ノズルを備えた基板処理装置、液体の液滴の生成方法、およびこの液体の液滴の生成方法を用いた基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程において、半導体ウエハ（以下、単にウエハともいう。）にパーティクルが付着したまま様々な処理を行うと、正常な処理を行うことができず、歩留まりが悪くなる。このため、ウエハの洗浄処理を行う必要がある。
【０００３】
ウエハに対して洗浄処理を行うような基板洗浄装置としては、例えばウエハをスピンチャック上で回転させながらその表面に純水や薬液からなる洗浄液をノズル等から供給することによりウエハを洗浄し、その後必要に応じてウエハに対してリンス処理を行い、最後にウエハを高速回転させることにより乾燥させるようなものが知られている。
【０００４】
ここで、ウエハに洗浄液を供給するノズルとして、二流体ノズルが用いられる場合がある。二流体ノズルとは、一般的にガスと液体とを混合させることにより微小な液滴を生成し、この微小な液滴を噴霧する方式のノズルのことをいう。二流体ノズルには、純水や薬液等の洗浄液、および窒素ガスやクリーンエア等の液滴生成用ガスが別々の経路から供給され、この二流体ノズルの内部や下方で液滴生成用ガスと洗浄液とが混合することにより洗浄液の液滴が生成され、この洗浄液の液滴がウエハの一部分に対して噴霧されるようになっている。また、二流体ノズルは、ウエハの表面に沿ってこの表面とわずかに距離を隔てて水平方向に移動するようになっている。ウエハが回転しているときに二流体ノズルがウエハの表面に沿って移動することにより当該二流体ノズルからウエハの表面にまんべんなく均一に洗浄液の液滴が噴霧され、ウエハの表面に洗浄液の液膜が生成されることになる。
【０００５】
また、従来の二流体ノズルとして、特許文献１には、二流体ノズルの下端部に液体吐出口が設けられるとともにそのまわりに気体吐出口が環状に設けられ、気体吐出口から下方に吐出された気体が、液体吐出口から下方に吐出された処理液流を取り囲む渦巻き気流を形成するようなものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２８８３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ウエハの洗浄処理等の様々な処理を行うにあたり、二流体ノズルとして、ウエハに噴霧される処理液の液滴の径をできるだけ小さくすることに加え、処理液の液滴の噴霧範囲をできるだけ広くすることが求められている。二流体ノズルからウエハに噴霧される処理液の液滴の噴霧範囲を広くすることができると、ウエハに対してより均一に処理液の液滴を噴霧することができるようになり、また、ウエハの洗浄処理にかかる時間を短縮することができるようになる。
【０００８】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、基板に噴霧される液体の液滴の噴霧範囲を広くすることができる二流体ノズル、この二流体ノズルを備えた基板処理装置、液体の液滴の生成方法、およびこの液体の液滴の生成方法を用いた基板処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、外部から液体および液滴生成用ガスがそれぞれ供給され、液滴生成用ガスの旋回流が内部で生成される本体部と、前記本体部の下端部に設けられ、旋回流の液滴生成用ガスが下方に吐出されるガス吐出口と、前記本体部の下端部において前記ガス吐出口よりも内側に設けられ、液体が下方に吐出される液体吐出口と、を備え、前記本体部の下方において、前記ガス吐出口から下方に吐出される旋回流の液滴生成用ガスと前記液体吐出口から下方に吐出される液体とが混合されて液体の液滴が生成されるようになっており、前記ガス吐出口から下方に吐出される液滴生成用ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整する圧力調整部が前記本体部に設けられていることを特徴とする二流体ノズルである。
【００１０】
本発明の二流体ノズルにおいては、前記圧力調整部は、前記本体部の下端部において前記液体吐出口よりも内側に設けられた前記本体部の中空部分であってもよい。
【００１１】
あるいは、前記圧力調整部は、前記本体部の下端部において前記液体吐出口よりも内側に設けられた開口を介して追加のガスを下方に吐出するガス供給部であってもよい。
【００１２】
あるいは、前記圧力調整部は、前記本体部の下端部において前記液体吐出口よりも内側に設けられた開口を介してガスを吸引するガス吸引部であってもよい。
【００１３】
本発明の二流体ノズルにおいては、前記液体吐出口は、環状に並ぶよう配置された複数の穴からなっていてもよい。
【００１４】
本発明は、上述のような二流体ノズルを備え、当該二流体ノズルから噴霧される液体の液滴により基板の処理を行うことを特徴とする基板処理装置である。
【００１５】
本発明は、二流体ノズルにおいて液体の液滴を生成する方法であって、二流体ノズルに液体および液滴生成用ガスをそれぞれ外部から供給する工程と、前記二流体ノズルの本体部の内部で液滴生成用ガスの旋回流を生成する工程と、前記本体部の下端部に設けられたガス吐出口により旋回流の液滴生成用ガスを下方に吐出するとともに、前記本体部の下端部に設けられた液体吐出口により液体を下方に吐出し、前記本体部の下方において旋回流の液滴生成用ガスと液体とを混合して液体の液滴を生成する工程と、前記ガス吐出口から下方に吐出される液滴生成用ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整する工程と、を備えたことを特徴とする液体の液滴の生成方法である。
【００１６】
本発明の液体の液滴の生成方法においては、前記本体部の下端部における前記液体吐出口よりも内側の位置において前記本体部に中空部分が設けられていることにより、前記ガス吐出口から下方に吐出される液滴生成用ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整するようになっていてもよい。
【００１７】
あるいは、前記ガス吐出口から下方に吐出される液滴生成用ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整する際に、前記本体部の下端部において前記液体吐出口よりも内側に設けられた開口を介して追加のガスを下方に吐出するようになっていてもよい。
【００１８】
あるいは、前記ガス吐出口から下方に吐出される液滴生成用ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整する際に、前記本体部の下端部において前記液体吐出口よりも内側に設けられた開口を介してガスを吸引するようになっていてもよい。
【００１９】
本発明は、基板の処理を行う基板処理方法であって、上述のような液体の液滴の生成方法により、二流体ノズルにおいて液体の液滴を生成する工程と、前記二流体ノズルにおいて生成された液体の液滴を基板に噴霧する工程と、を備えたことを特徴とする基板処理方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の二流体ノズル、基板処理装置、液体の液滴の生成方法、および基板処理方法によれば、基板に噴霧される液体の液滴の噴霧範囲を広くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一の実施の形態における基板洗浄装置の構成を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す基板洗浄装置における二流体ノズルの構成の詳細を示す縦断面図である。
【図３】図２に示す二流体ノズルのＡ−Ａ矢視による横断面図である。
【図４】図２に示す二流体ノズルのＢ−Ｂ矢視による横断面図である。
【図５】図２に示す二流体ノズルにおける旋回流生成部を上方から見たときの上面図である。
【図６】図２等に示す二流体ノズルの本体部の下端部から下方に吐出される窒素ガスの旋回流を上方から見たときの図である。
【図７】図２等に示す二流体ノズルの本体部の下端部から下方に吐出される窒素ガスの旋回流を概略的に示す斜視図である。
【図８】図２等に示す二流体ノズルの本体部の下端部から下方に吐出される窒素ガスおよび洗浄液の流れを模式的に示す図である。
【図９】図１に示す基板洗浄装置における二流体ノズルの他の構成の詳細を示す縦断面図である。
【図１０】図９に示す二流体ノズルのＣ−Ｃ矢視による横断面図である。
【図１１】図１に示す基板洗浄装置における二流体ノズルの更に他の構成の詳細を示す縦断面図である。
【図１２】図１に示す基板洗浄装置における二流体ノズルの更に他の構成の詳細を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の一の実施の形態について説明する。図１乃至図５は、本発明による二流体ノズルおよびこの二流体ノズルを備えた基板洗浄装置の一の実施の形態を示す図である。
このうち、図１は、本実施の形態における基板洗浄装置の構成を示す概略構成図であり、図２乃至５は、図１に示す基板洗浄装置における二流体ノズルの構成の詳細を示す図である。
【００２３】
まず、基板洗浄装置１の全体的な構成について図１を用いて説明する。この基板洗浄装置１は、被処理基板としての半導体ウエハ（以下、単にウエハともいう）Ｗを洗浄するためのものである。
【００２４】
基板洗浄装置１は、チャンバー１０と、このチャンバー１０内に設置された、ウエハＷを保持するためのスピンチャック１２と、を備えている。また、チャンバー１０内には、スピンチャック１２により保持されるウエハＷを覆うよう設けられた外筒１６と、スピンチャック１２により保持されるウエハＷに洗浄液の液滴を噴霧する二流体ノズル４０とが設けられている。以下、このような基板洗浄装置１の各構成要素の詳細について説明する。
【００２５】
スピンチャック１２は、ウエハＷをほぼ水平に保持しながら回転するものであり、具体的には、鉛直方向に延びるよう配置された回転軸部と、この回転軸部の上端に取り付けられた円板状のスピンベースとを有している。スピンチャック１２によりウエハＷを保持する際に、当該ウエハＷはスピンベースの上面に載置されるようになっている。回転軸部にはモータ等のスピンチャック駆動機構（図示せず）が取り付けられており、このスピンチャック駆動機構は回転軸部をその中心軸のまわりに回転させることができるようになっている。このことにより、スピンチャック１２に保持されたウエハＷを水平面上で回転させることができるようになっている。また、スピンチャック１２はスピンチャック昇降機構（図示せず）により鉛直方向にも往復移動することができるようになっている。このことにより、ウエハＷをチャンバー１０内に搬入してスピンチャック１２に保持させるときや、スピンチャック１２上にあるウエハＷをチャンバー１０の外部に搬出するときには、スピンチャック１２の上端を外筒１６の上端よりも高くすることができる。一方、スピンチャック１２に保持されたウエハＷに対して二流体ノズル４０から洗浄液を供給するときには、スピンチャック１２に保持されたウエハＷの側方に外筒１６の側壁が位置するようにすることができる。
【００２６】
チャンバー１０内において、スピンチャック１２の側方を取り囲むように略円筒状の外筒１６が設けられている。外筒１６の中心軸はスピンチャック１２の回転軸部の中心軸と略一致しており、この外筒１６は、下端に底板が設けられているとともに上端は開口している。
【００２７】
外筒１６の底板には洗浄液排出管５０の一端が接続されている。ここで、ウエハＷに対する洗浄等に用いられ外筒１６の底板に送られた洗浄液は洗浄液排出管５０を介して排出される。
【００２８】
チャンバー１０内においてスピンチャック１２により保持されたときのウエハＷの上方の位置に、二流体ノズル４０が下向きに設けられている。この二流体ノズル４０は、アーム２２を介して回転軸部２４に連結されている。回転軸部２４には、当該回転軸部２４を正逆両方向に回転させるアーム駆動機構（図示せず）が設けられている。このアーム駆動機構が、回転軸部２４を中心としてアーム２２を水平方向に回転させることにより、二流体ノズル４０を、ウエハＷの中心部の上方の位置からウエハＷの周縁部の外方の位置までの範囲内で水平面に沿って往復移動させるようになっている。また、アーム駆動機構は、回転軸部２４を鉛直方向に往復移動させることができるようになっている。このことにより、二流体ノズル４０の先端と、スピンチャック１２に保持されるウエハＷとの間隔を調整することができるようになっている。
【００２９】
図１に示すように、二流体ノズル４０には洗浄液供給管２６が接続されており、この洗浄液供給管２６により二流体ノズル４０に対して洗浄液が供給されるようになっている。洗浄液供給管２６の上流側端部には洗浄液タンク３０が設けられており、この洗浄液タンク３０には純水や薬液からなる洗浄液が貯留されている。そして、ポンプ等の図示しない圧送手段により、洗浄液タンク３０から洗浄液が洗浄液供給管２６に送られるようになっている。また、洗浄液供給管２６には、開度調整が可能なバルブ３４、およびパーティクル除去用のフィルタ３８が介設されている。
【００３０】
また、二流体ノズル４０には窒素ガス供給管２８が接続されており、この窒素ガス供給管２８により二流体ノズル４０に対して液滴生成用ガスとしての窒素ガスが供給されるようになっている。なお、液滴生成用ガスとして、窒素ガスの代わりにクリーンエアを用いてもよい。窒素ガス供給管２８の上流側端部には窒素ガス供給機構３２が設けられており、この窒素ガス供給機構３２は高圧の窒素ガスを窒素ガス供給管２８に供給することができるようになっている。また、窒素ガス供給管２８にはバルブ３６が介設されている。このバルブ３６の開度を変え、二流体ノズル４０に送られる窒素ガスの圧力（流量）を変えることにより、二流体ノズル４０において生成される洗浄液の液滴の粒子径を変化させることができる。このことにより、洗浄液の液滴によるウエハＷの洗浄処理性能を変化させることができる。
【００３１】
次に、二流体ノズル４０の構成について、図２乃至図５を参照して具体的に説明する。ここで、図３および図４は、それぞれ図２に示す二流体ノズル４０のＡ−Ａ矢視、Ｂ−Ｂ矢視による横断面図である。また、図５は、図２に示す二流体ノズル４０における旋回流生成部４６ａを上方から見たときの上面図である。
【００３２】
二流体ノズルとは、前述のように、一般的にガスと液体とを混合させることにより微小な液滴を生成し、この微小な液滴を噴霧する方式のノズルのことをいう。本実施の形態においては、二流体ノズル４０には、洗浄液供給管２６から純水や薬液からなる洗浄液が供給されるとともに、窒素ガス供給管２８から窒素ガスが供給されるようになっている。二流体ノズル４０は、例えばフッ素樹脂から形成された略円柱形状の本体部４２を有しており、この本体部４２の内部には、洗浄液供給管２６から送られた洗浄液が通過する洗浄液通路４４が設けられている。また、本体部４２の内部には、窒素ガス供給管２８から送られた窒素ガスが通過するガス通路４６が設けられている。
【００３３】
図２に示すように、洗浄液通路４４は、洗浄液供給管２６から本体部４２内に送られた洗浄液が通過する第１通路４４ａと、第１通路４４ａの下流側に設けられた第２通路４４ｃとを有している。より詳細には、洗浄液供給管２６から本体部４２内に送られた洗浄液は洗浄液通路４４に沿って二流体ノズル４０の下方に向かって流れるようになっており、第２通路４４ｃは第１通路４４ａの下方に位置している。第１通路４４ａの断面は円形となっており、第２通路４４ｃの断面は図４に示すように環状形状となっている。また、第２通路４４ｃの下流側には、環状に並ぶよう配置された複数の穴４４ｂが本体部４２の下端部に設けられており（図３参照）、これらの穴４４ｂを介して二流体ノズル４０の本体部４２から洗浄液が下方に吐出されるようになっている。これらの穴４４ｂは、洗浄液を本体部４２から下方に吐出する液体吐出口として機能するようになっている。
【００３４】
図２に示すように、ガス通路４６には、窒素ガス供給管２８から送られた窒素ガスを本体部４２内で旋回させて窒素ガスの旋回流を生成する旋回流生成部４６ａが設けられている。この旋回流生成部４６ａの構成の詳細について図５を用いて説明する。旋回流生成部４６ａには、螺旋形状の複数（例えば６つ）のガス流路４６ｄが設けられている。そして、窒素ガス供給管２８から本体部４２内に送られた窒素ガスは各ガス流路４６ｄを通過することにより旋回させられて、この旋回流生成部４６ａの下流側に配置されたガス通路４６ｃでは窒素ガスの旋回流が生成されるようになっている。
【００３５】
より詳細には、図５に示すように、旋回流生成部４６ａを上方から見たときに、旋回流生成部４６ａにおける各ガス流路４６ｄの入口部分４６ｅと出口部分４６ｆは周方向にずれた箇所に位置しており、各ガス流路４６ｄを通過する窒素ガスは、旋回流生成部４６ａを上方から見たときに図５における矢印方向に流れるようになっている。このように、旋回流生成部４６ａで窒素ガスが渦巻き状に流れることにより、旋回流生成部４６ａの下流側に配置されたガス通路４６ｃでは窒素ガスの渦巻き気流が生成されることとなる。図２および図３に示すように、ガス通路４６ｃの下流側には、その断面が環状であるガス吐出口４６ｂが本体部４２の下端部に設けられており、このガス吐出口４６ｂを介して二流体ノズル４０の本体部４２から旋回流の窒素ガスが下方に吐出されるようになっている（図７参照）。
【００３６】
また、図２に示すように、本体部４２の下端部において、各穴４４ｂよりも内側（二流体ノズル４０の中心側）の位置には中空部分４８が形成されている。この中空部分４８は、本体部４２の下端面から上方に空洞部分が延びるよう形成されている。中空部分４８は、ガス吐出口４６ｂから下方に吐出される窒素ガスにおける旋回流（図７参照）の内側の圧力を調整する圧力調整部として機能するようになっている。このような圧力調整部による作用効果の詳細については後述する。
【００３７】
次に、このような構成からなる基板洗浄装置１の動作について説明する。
【００３８】
まず、スピンチャック昇降機構によりスピンチャック１２を上方に移動させた状態においてウエハＷをチャンバー１０内に搬入し、このスピンチャック１２にウエハＷを保持させる。そして、スピンチャック１２を降下させ、このスピンチャック１２の側方に外筒１６の側壁が位置するようにする。
【００３９】
次に、チャンバー１０内においてスピンチャック１２に保持されて回転するウエハＷに対して洗浄液を供給する。具体的には、バルブ３４、３６を開状態とし、二流体ノズル４０に洗浄液および窒素ガスを供給し、この二流体ノズル４０により洗浄液の液滴を生成し、回転するスピンチャック１２上のウエハＷに対して二流体ノズル４０により洗浄液の液滴を噴霧するようにする。
【００４０】
二流体ノズル４０における、洗浄液および窒素ガスが本体部４２に送られてからウエハＷに洗浄液の液滴を噴霧するまでの動作について説明する。
【００４１】
まず、洗浄液タンク３０から洗浄液供給管２６を介して本体部４２内の洗浄液通路４４に洗浄液が送られるとともに、窒素ガス供給機構３２から窒素ガス供給管２８を介して本体部４２内のガス通路４６に窒素ガスが送られる。本体部４２内の洗浄液通路４４に送られた洗浄液は、第１通路４４ａ、第２通路４４ｃを通過して、各穴４４ｂを介して二流体ノズル４０の本体部４２から下方に吐出される。また、本体部４２内のガス通路４６に送られた窒素ガスは、旋回流生成部４６ａにより旋回流とされ、ガス通路４６ｃを通過した後、ガス吐出口４６ｂを介して二流体ノズル４０の本体部４２から下方に吐出される。そして、本体部４２の下方において、ガス吐出口４６ｂから下方に吐出される旋回流の窒素ガスと、各穴４４ｂから下方に吐出される液体とが混合されて洗浄液の液滴が生成される。洗浄液の液滴は、図２における二点鎖線の内側の範囲で二流体ノズル４０から下方に噴霧される。このようにして、ウエハＷに洗浄液の液滴が噴霧されるようになる。
【００４２】
二流体ノズル４０が洗浄液の液滴をウエハＷに噴霧している間、アーム駆動機構により回転軸部２４を中心としてアーム２２を水平方向に回転させる。そうすると、このアーム２２はウエハＷの上方で、ウエハＷの略中心から周縁に向かって水平方向に移動することとなり、当該アーム２２に取り付けられた二流体ノズル４０が水平方向に移動することとなる。このように、アーム駆動機構によってウエハＷの上方でアーム２２を水平方向に移動させることにより、このアーム２２に取り付けられた二流体ノズル４０がウエハＷの上面に対してまんべんなく均一に洗浄液の液滴を噴霧し、このウエハＷの上面に洗浄液の液膜が形成されることとなる。
【００４３】
その後、二流体ノズル４０がウエハＷの外方に移動し、二流体ノズル４０からの洗浄液の噴霧を停止し、スピンチャック駆動機構がスピンチャック１２を高速回転させる。このことにより、スピンチャック１２に保持されたウエハＷも高速回転させられ、ウエハＷの乾燥が行われる。このようにして、基板洗浄装置１による一連のウエハＷの洗浄処理の動作が終了する。
【００４４】
次に、圧力調整部として、本体部４２の下端部において洗浄液吐出用の各穴４４ｂよりも内側に中空部分４８を設けることにより、ガス吐出口４６ｂから下方に吐出される窒素ガスにおける旋回流の内側の圧力が調整されるという原理について図６乃至図８を用いて説明する。図６は、二流体ノズル４０の本体部４２の下端部から下方に吐出される窒素ガスの旋回流を上方から見たときの図であり、図７は、二流体ノズル４０の本体部４２の下端部から下方に吐出される窒素ガスの旋回流を概略的に示す斜視図である。また、図８は、二流体ノズル４０の本体部４２の下端部から下方に吐出される窒素ガスおよび洗浄液の流れを模式的に示す図である。
【００４５】
二流体ノズル４０の本体部４２の下端部からガス吐出口４６ｂを介して下方に吐出された窒素ガスは旋回流であるため、図６に示すように、この吐出された窒素ガスは上方から見て二流体ノズル４０の中心線に向かって渦巻き形状を描くようになる。この際に、ガス吐出口４６ｂから吐出された直後の窒素ガスの圧力Ｐ０は、二流体ノズル４０の中心線（図７の二点鎖線参照）に達したときの窒素ガスの圧力Ｐ１よりも大きくなっている（Ｐ０＞Ｐ１）。すなわち、ガス吐出口４６ｂを介して下方に吐出された窒素ガスは、二流体ノズル４０の中心線に向かうに従ってその圧力が低下するようになっている。圧力Ｐ０と圧力Ｐ１との差である圧力低下量△Ｐと、窒素ガスにおける旋回流の内側の体積Ｖとの関係は、
△Ｐ×Ｖ＝一定
の式で表される。
なお、この体積Ｖは、もし本体部４２の下端部に中空部分４８が設けられていない場合には、概ね、本体部４２の下端面と、窒素ガスにおける旋回流との間に形成される空間の体積となる。すなわち、体積Ｖは、概ね、図７における点線で描く三角錐の体積となる。
【００４６】
図８において、横方向に延びる点線ａは二流体ノズル４０の本体部４２の下端面を示しており、縦方向に延びる点線ｂは二流体ノズル４０の中心線を示している。図８において、本体部４２の下端部に中空部分４８が設けられていない場合における、当該本体部４２の下端部からガス吐出口４６ｂを介して下方に吐出された窒素ガスの流れを点線ｃで示す。図８に示すように、ガス吐出口４６ｂから吐出された直後の窒素ガス（点線ａ上にある窒素ガス）の圧力は圧力Ｐ０であり、二流体ノズル４０の中心線に達したときの窒素ガス（点線ｂ上にある窒素ガス）の圧力はＰ１である。
【００４７】
また、各穴４４ｂを介して二流体ノズル４０の下方に吐出される洗浄液の流れは図８における二点鎖線ｄで示される。二流体ノズル４０の下方に吐出される洗浄液について、その周囲にある旋回流の窒素ガスの圧力が所定の値より大きい場合には、この洗浄液は窒素ガスの旋回流に沿って二流体ノズル４０の中心線に向かうような渦巻き形状を描くよう流れる（図８の二点鎖線ｄ参照）。しかし、洗浄液の周囲にある旋回流の窒素ガスの圧力が所定の値より小さくなった場合には、洗浄液の流れはもはや窒素ガスの旋回流に沿うことはなく、図８の点線ｅに示すように外方に拡散するようになる。このように、ガス吐出口４６ｂから吐出された直後の窒素ガスの圧力Ｐ０が二流体ノズル４０の中心線ｂに向かうに従って徐々に低下することにより、ある程度まで窒素ガスが二流体ノズル４０の中心線ｂに近づくと、洗浄液の流れは窒素ガスの旋回流に沿うことはなくなり、洗浄液の液滴が外方に拡散するようになる。このときに、点線ｅの範囲内の箇所に、洗浄液の液滴が噴霧されるようになる。ここで、図８に示すように、洗浄液の液滴が外方に拡散され始める箇所ｆは、窒素ガスの流れｃおよび洗浄液の流れｄに基づいて定めることができるようになっている。
【００４８】
また、洗浄液の液滴の質量をｍとしたときに、この液滴にかかる遠心力Ｆは、Ｆ＝ｍｒω２で表される。ここで、ｒは、二流体ノズル４０の中心線ｂからの液滴の距離であり、ωは液滴の角速度である。また、遠心力の大きさＦは一定となっている。
【００４９】
ところで、二流体ノズル４０の本体部４２の下端部において洗浄液吐出用の各穴４４ｂよりも内側（二流体ノズル４０の中心側）に中空部分４８を設けた場合には、窒素ガスにおける旋回流の内側の体積Ｖは、この中空部分４８の体積分だけ大きくなる。ここで、前述のように△Ｐ×Ｖ＝一定であるため、体積Ｖが増加すると、圧力低下量△Ｐが減少する。この場合には、ガス吐出口４６ｂから吐出された直後の窒素ガスの圧力は圧力Ｐ０で一定であるため、二流体ノズル４０の中心線ｂに達したときの窒素ガスの圧力Ｐ２は、中空部分４８が設けられていない場合の圧力Ｐ１よりも大きくなり、窒素ガスは図８における実線ｇに沿って流れるようになる。この場合には、図８に示すように、洗浄液の液滴が外方に拡散され始める箇所ｈは、中空部分４８を設けない場合の箇所ｆよりも上方に位置するようになる。このため、中空部分４８を設けた場合における洗浄液の液滴の噴霧範囲ｉは、中空部分４８を設けない場合における噴霧範囲ｅよりも大きくなる。
【００５０】
このように、本体部４２の下端部において洗浄液吐出用の各穴４４ｂよりも内側（二流体ノズル４０の中心側）に中空部分４８を設けることにより、ガス吐出口４６ｂから下方に吐出される窒素ガスにおける旋回流の内側の圧力が調整されるようになる。具体的には、二流体ノズル４０の中心線ｂに達したときの窒素ガスの圧力Ｐ２が、中空部分４８が設けられていない場合の圧力Ｐ１よりも大きくなる。そして、このことにより、ウエハＷからの距離を従来技術の二流体ノズルと同じにして比較したときに、本願発明の二流体ノズル４０では、洗浄液の液滴が外方に拡散され始める箇所ｈが、中空部分４８を設けない場合の箇所ｆよりも上方に位置するようになるので、洗浄液の液滴の噴霧範囲ｉを、中空部分４８を設けない場合の液滴の噴霧範囲ｅよりも大きくすることができる。
【００５１】
また、本体部４２の下端部において洗浄液吐出用の各穴４４ｂよりも内側に中空部分４８を設けることにより、洗浄液吐出用の各穴４４ｂから吐出された洗浄液が本体部４２の下端面の中心に向かって流れることを抑制することができる。より詳細には、中空部分４８が設けられていない場合には、洗浄液吐出用の各穴４４ｂよりも内側における本体部４２の下端面は平坦な面となるので、表面張力により各穴４４ｂから吐出された洗浄液が本体部４２の下端面の中心に向かって流れ込むおそれがある。しかしながら、本体部４２の下端部に中空部分４８を設けることにより、このような表面張力が発生しなくなり、洗浄液吐出用の各穴４４ｂから吐出された洗浄液はこれらの各穴４４ｂ近くで窒素ガスと接触することができるようになる。このため、洗浄液吐出用の各穴４４ｂから吐出された洗浄液についてより迅速に微粒子化が図られるようになり、洗浄液の液滴の噴霧範囲をより大きくすることができる。
【００５２】
以上のように、本実施の形態の二流体ノズル４０および液体の液滴の生成方法によれば、圧力調整部（具体的には中空部分４８）により、ガス吐出口４６ｂから吐出される窒素ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整することにより、洗浄液の液滴が外方に拡散され始める箇所をより上方に位置させることができるので、二流体ノズル４０からウエハＷに噴霧される洗浄液の液滴の噴霧範囲を広くすることができる。このことにより、ウエハＷに対してより均一に洗浄液の液滴を噴霧することができるようになり、また、ウエハＷの洗浄処理にかかる時間を短縮することができるようになる。
【００５３】
また、本実施の形態の二流体ノズル４０および液体の液滴の生成方法においては、洗浄液の吐出口は、環状に並ぶよう配置された複数の穴４４ｂから構成されている。このことにより、複数の穴４４ｂから吐出された洗浄液について、窒素ガスとの接触面積を増加させることができ、このため、二流体ノズル４０から吐出される洗浄液の液滴をより微粒化することができる。洗浄液の液滴が微粒化されると、前述のように液滴の遠心力Ｆの大きさは一定であるので、液滴の角速度ωが大きくなり、洗浄液の液滴はより一層外方に拡散されるようになる。
【００５４】
なお、本発明による二流体ノズルおよび液体の液滴の生成方法は、上記の態様に限定されるものではなく、様々の変更を加えることができる。
【００５５】
例えば、洗浄液の吐出口として、図３に示すように複数の穴４４ｂを設ける代わりに、スリット形状の穴を環状に設けてもよい。
【００５６】
また、図２乃至図５に示すような二流体ノズル４０の代わりに、図９および図１０に示すような二流体ノズル４０ａを用いてもよい。図９は、図１に示す基板洗浄装置１における二流体ノズルの他の構成の詳細を示す縦断面図であり、図１０は、図９に示す二流体ノズルのＣ−Ｃ矢視による横断面図である。また、図９および図１０に示すような二流体ノズル４０ａにおいて、図２乃至図５に示すような二流体ノズル４０と同じ構成要素については同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００５７】
図９および図１０に示すような二流体ノズル４０ａにおいては、中空部分４８は二流体ノズル４０ａを貫通して延び、その上端部は二流体ノズル４０ａの上方に開放されている。このような中空部分４８を本体部４２に設けた場合でも、図２等に示すような二流体ノズル４０に中空部分４８を設けた場合と同様に、中空部分４８は、ガス吐出口４６ｂから吐出される窒素ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整する圧力調整部として機能することができるようになる。このことにより、ウエハＷからの距離を従来技術の二流体ノズルと同じにして比較したときに、図９および図１０に示すような二流体ノズル４０ａでは、洗浄液の液滴が外方に拡散され始める箇所をより上方に位置させることができるようになり、二流体ノズル４０ａからウエハＷに噴霧される洗浄液の液滴の噴霧範囲を広くすることができる。
【００５８】
また、図２乃至図５に示すような二流体ノズル４０の代わりに、図１１に示すような二流体ノズル４０ｂを用いてもよい。図１１に示す二流体ノズル４０ｂにおいては、ガス吐出口４６ｂから下方に吐出される窒素ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整する圧力調整部として、二流体ノズルの本体部４２に設けられた中空部分４８を用いる代わりに、二流体ノズル４０ｂに追加の窒素ガスを供給するガス供給部を設けている。図１１に示すような二流体ノズル４０ｂにおいて、図２乃至図５に示すような二流体ノズル４０と同じ構成要素については同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００５９】
図１１に示すような二流体ノズル４０ｂにおいては、本体部４２の内部における中心近傍に追加のガス通路６２が設けられており、この追加のガス通路６２の下端には開口６２ａが形成されている。この開口６２ａは、本体部４２の下端面において洗浄液吐出用の各穴４４ｂの内側に配置されている。また、追加のガス通路６２は本体部４２を長手方向（図１１における上下方向）に貫通するよう設けられている。また、ガス通路６２の上端には窒素ガス供給管６１が接続されており、この窒素ガス供給管６１には窒素ガス供給機構６０が接続されている。窒素ガス供給機構６０は高圧の窒素ガスを窒素ガス供給管６１に供給することができるようになっており、窒素ガス供給管６１から二流体ノズル４０ｂのガス通路６２に窒素ガスが送られるようになっている。
【００６０】
次に、図１１に示すような二流体ノズル４０ｂにおける、洗浄液および窒素ガスが本体部４２に送られてからウエハＷに洗浄液の液滴を噴霧するまでの動作について説明する。
【００６１】
まず、洗浄液タンク３０から洗浄液供給管２６を介して本体部４２内の洗浄液通路４４に洗浄液が送られるとともに、窒素ガス供給機構３２から窒素ガス供給管２８を介して本体部４２内のガス通路４６に窒素ガスが送られる。さらに、窒素ガス供給機構６０から窒素ガス供給管６１を介して本体部４２内のガス通路６２に窒素ガスが送られる。本体部４２内の洗浄液通路４４に送られた洗浄液は、第１通路４４ａ、第２通路４４ｃを通過して、各穴４４ｂを介して二流体ノズル４０ｂの本体部４２から下方に吐出される。また、本体部４２内のガス通路４６に送られた窒素ガスは、旋回流生成部４６ａにより旋回流とされ、ガス通路４６ｃを通過した後、ガス吐出口４６ｂを介して二流体ノズル４０ｂの本体部４２から下方に吐出される。さらに、本体部４２内のガス通路６２に送られた窒素ガスは、当該ガス通路６２を通って本体部４２内を流れ、開口６２ａから下方に吐出される。
【００６２】
このように、図１１に示すような二流体ノズル４０ｂによれば、洗浄液吐出用の各穴４４ｂの内側に配置された開口６２ａから下方に窒素ガスが追加的に吐出されるようになっているので、ガス吐出口４６ｂから下方に吐出される窒素ガスにおける旋回流の内側の圧力が増加する。すなわち、前述のように、ガス吐出口４６ｂから下方に吐出された窒素ガスは、二流体ノズル４０ｂの中心線に向かうに従ってその圧力が低下するが、その圧力低下の度合いが小さくなる。このことにより、ウエハＷからの距離を従来技術の二流体ノズルと同じにして比較したときに、上述のような二流体ノズル４０ｂでも、洗浄液の液滴が外方に拡散され始める箇所を、開口６２ａから窒素ガスを下方に吐出しない場合の箇所よりも上方に位置させることができるようになる。このため、洗浄液の液滴の噴霧範囲は、開口６２ａから窒素ガスを下方に吐出しない場合の噴霧範囲よりも大きくなる。
【００６３】
また、洗浄液吐出用の各穴４４ｂの内側に配置された開口６２ａから下方に窒素ガスを追加的に吐出させることにより、各穴４４ｂから吐出された洗浄液について、窒素ガスとの接触面積を増加させることができ、このため、洗浄液の液滴をより微粒化することができる。洗浄液の液滴が微粒化されると、前述のように液滴の遠心力Ｆの大きさは一定であるので、液滴の角速度ωが大きくなり、洗浄液の液滴はより一層外方に拡散されるようになる。
【００６４】
以上のように、ガス吐出口４６ｂから下方に吐出される窒素ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整する圧力調整部として、本体部４２の下端部において洗浄液吐出用の各穴４４ｂよりも内側に設けられた開口６２ａを介して追加のガスを下方に供給するガス供給部を用いることもできる。具体的には、窒素ガス供給機構６０、窒素ガス供給管６１、および本体部４２内のガス通路６２によりガス供給部が構成されることとなる。そして、このようなガス供給部を用いた場合でも、本体部４２に中空部分４８を設けた場合と同様に、二流体ノズル４０ｂからウエハＷに噴霧される洗浄液の液滴の噴霧範囲を広くすることができる。このことにより、ウエハＷに対してより均一に洗浄液の液滴を噴霧することができるようになり、また、ウエハＷの洗浄処理にかかる時間を短縮することができるようになる。
【００６５】
また、図２乃至図５に示すような二流体ノズル４０の代わりに、図１２に示すような二流体ノズル４０ｃを用いてもよい。図１２に示す二流体ノズル４０ｃにおいては、ガス吐出口４６ｂから下方に吐出される窒素ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整する圧力調整部として、二流体ノズルの本体部４２に設けられた中空部分４８を用いる代わりに、本体部４２の下端面において洗浄液吐出用の各穴４４ｂよりも内側に設けられた開口を介してガスを吸引するガス吸引部を設けている。図１２に示すような二流体ノズル４０ｃにおいて、図２乃至図５に示すような二流体ノズル４０と同じ構成要素については同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００６６】
図１２に示すような二流体ノズル４０ｃにおいては、本体部４２の内部における中心近傍に追加のガス通路７２が設けられており、この追加のガス通路７２の下端には開口７２ａが形成されている。この開口７２ａは、本体部４２の下端面において洗浄液吐出用の各穴４４ｂの内側に配置されている。また、追加のガス通路７２は本体部４２を長手方向（図１２における上下方向）に貫通するよう設けられている。また、ガス通路７２の上端にはガス吸引管７１が接続されており、このガス吸引管７１にはガス吸引機構７０が接続されている。ガス吸引機構７０はガス吸引管７１を介してガス通路７２からガスを吸引するようになっている。
【００６７】
次に、図１２に示すような二流体ノズル４０ｃにおける、洗浄液および窒素ガスが本体部４２に送られてからウエハＷに洗浄液の液滴を噴霧するまでの動作について説明する。
【００６８】
まず、洗浄液タンク３０から洗浄液供給管２６を介して本体部４２内の洗浄液通路４４に洗浄液が送られるとともに、窒素ガス供給機構３２から窒素ガス供給管２８を介して本体部４２内のガス通路４６に窒素ガスが送られる。本体部４２内の洗浄液通路４４に送られた洗浄液は、第１通路４４ａ、第２通路４４ｃを通過して、各穴４４ｂを介して二流体ノズル４０ｃの本体部４２から下方に吐出される。また、本体部４２内のガス通路４６に送られた窒素ガスは、旋回流生成部４６ａにより旋回流とされ、ガス通路４６ｃを通過した後、ガス吐出口４６ｂを介して二流体ノズル４０ｃの本体部４２から下方に吐出される。
【００６９】
また、図１２に示すような二流体ノズル４０ｃにおいては、窒素ガス吸引機構７０により窒素ガス吸引管７１およびガス通路７２を介して本体部４２の下端面に設けられた開口７２ａからガスが吸引されるようになっている。このことにより、ガス吐出口４６ｂから下方に吐出される窒素ガスにおける旋回流の内側において、開口７２ａ近傍の空気圧が低下することにより、この開口７２ａに向かうような上向きの追加の渦巻き流を生成することができるようになる。そして、このような上向きの追加の渦巻き流により、各穴４４ｂから吐出された洗浄液について、窒素ガスとの接触面積を増加させることができ、このため、各穴４４ｂから下方に吐出される洗浄液の液滴を微粒化することができる。洗浄液の液滴が微粒化されると、前述のように液滴の遠心力Ｆの大きさは一定であるので、液滴の角速度ωが大きくなる。このことにより、ウエハＷからの距離を従来技術の二流体ノズルと同じにして比較したときに、上述のような二流体ノズル４０ｃでは、洗浄液の液滴はより一層外方に拡散されるようになる。
【００７０】
以上のように、ガス吐出口４６ｂから下方に吐出される窒素ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整する圧力調整部として、本体部４２の下端部において洗浄液吐出用の各穴４４ｂよりも内側に設けられた開口７２ａを介してガスを吸引するガス吸引部を用いることもできる。具体的には、ガス吸引機構７０、ガス吸引管７１、および本体部４２内のガス通路７２によりガス吸引部が構成されることとなる。そして、このようなガス吸引部を用いた場合でも、本体部４２に中空部分４８を設けた場合と同様に、二流体ノズル４０ｃからウエハＷに噴霧される洗浄液の液滴の噴霧範囲を広くすることができる。このことにより、ウエハＷに対してより均一に洗浄液の液滴を噴霧することができるようになり、また、ウエハＷの洗浄処理にかかる時間を短縮することができるようになる。
【００７１】
また、本発明による二流体ノズル、および液体の液滴の生成方法においては、純水や薬液からなる洗浄液の液滴をウエハＷに噴霧するようなウエハＷの洗浄処理に用いられることに限定されることはない。ウエハＷのエッチング処理やレジストマスクの現像処理等の、他の種類のウエハＷの処理に、本発明による二流体ノズル、および液体の液滴の生成方法を用いてもよい。
【００７２】
また、本発明による基板処理装置、および基板処理方法においては、純水や薬液からなる洗浄液の液滴をウエハＷに噴霧するようなウエハＷの洗浄処理を行うものに限定されることはない。ウエハＷのエッチング処理やレジストマスクの現像処理等の、他の種類のウエハＷの処理に、本発明による基板処理装置、および基板処理方法を用いてもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１ 基板洗浄装置
１０ チャンバー
１２ スピンチャック
１６ 外筒
２２ アーム
２４ 回転軸部
２６ 洗浄液供給管
２８ 窒素ガス供給管
３０ 洗浄液タンク
３２ 窒素ガス供給機構
３４ バルブ
３６ バルブ
３８ フィルタ
４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ 二流体ノズル
４２ 本体部
４４ 洗浄液通路
４４ａ 第１通路
４４ｂ 穴
４４ｃ 第２通路
４６ ガス通路
４６ａ 旋回流生成部
４６ｂ ガス吐出口
４６ｃ ガス通路
４６ｄ ガス流路
４６ｅ 入口部分
４６ｆ 出口部分
４８ 中空部分
５０ 洗浄液排出管
６０ 窒素ガス供給機構
６１ 窒素ガス供給管
６２ ガス通路
６２ａ 開口
７０ ガス吸引機構
７１ ガス吸引管
７２ ガス通路
７２ａ 開口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から液体および液滴生成用ガスがそれぞれ供給され、液滴生成用ガスの旋回流が内部で生成される本体部と、
前記本体部の下端部に設けられ、旋回流の液滴生成用ガスが下方に吐出されるガス吐出口と、
前記本体部の下端部において前記ガス吐出口よりも内側に設けられ、液体が下方に吐出される液体吐出口と、
を備え、
前記本体部の下方において、前記ガス吐出口から下方に吐出される旋回流の液滴生成用ガスと前記液体吐出口から下方に吐出される液体とが混合されて液体の液滴が生成されるようになっており、
前記ガス吐出口から下方に吐出される液滴生成用ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整する圧力調整部が前記本体部に設けられていることを特徴とする二流体ノズル。
【請求項２】
前記圧力調整部は、前記本体部の下端部において前記液体吐出口よりも内側に設けられた前記本体部の中空部分であることを特徴とする請求項１記載の二流体ノズル。
【請求項３】
前記圧力調整部は、前記本体部の下端部において前記液体吐出口よりも内側に設けられた開口を介して追加のガスを下方に吐出するガス供給部であることを特徴とする請求項１記載の二流体ノズル。
【請求項４】
前記圧力調整部は、前記本体部の下端部において前記液体吐出口よりも内側に設けられた開口を介してガスを吸引するガス吸引部であることを特徴とする請求項１記載の二流体ノズル。
【請求項５】
前記液体吐出口は、環状に並ぶよう配置された複数の穴からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の二流体ノズル。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の二流体ノズルを備え、
当該二流体ノズルから噴霧される液体の液滴により基板の処理を行うことを特徴とする基板処理装置。
【請求項７】
二流体ノズルにおいて液体の液滴を生成する方法であって、
二流体ノズルに液体および液滴生成用ガスをそれぞれ外部から供給する工程と、
前記二流体ノズルの本体部の内部で液滴生成用ガスの旋回流を生成する工程と、
前記本体部の下端部に設けられたガス吐出口により旋回流の液滴生成用ガスを下方に吐出するとともに、前記本体部の下端部に設けられた液体吐出口により液体を下方に吐出し、前記本体部の下方において旋回流の液滴生成用ガスと液体とを混合して液体の液滴を生成する工程と、
前記ガス吐出口から下方に吐出される液滴生成用ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整する工程と、
を備えたことを特徴とする液体の液滴の生成方法。
【請求項８】
前記本体部の下端部における前記液体吐出口よりも内側の位置において前記本体部に中空部分が設けられていることにより、前記ガス吐出口から下方に吐出される液滴生成用ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整することを特徴とする請求項７記載の液体の液滴の生成方法。
【請求項９】
前記ガス吐出口から下方に吐出される液滴生成用ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整する際に、前記本体部の下端部において前記液体吐出口よりも内側に設けられた開口を介して追加のガスを下方に吐出することを特徴とする請求項７記載の液体の液滴の生成方法。
【請求項１０】
前記ガス吐出口から下方に吐出される液滴生成用ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整する際に、前記本体部の下端部において前記液体吐出口よりも内側に設けられた開口を介してガスを吸引することを特徴とする請求項７記載の液体の液滴の生成方法。
【請求項１１】
基板の処理を行う基板処理方法であって、
請求項７乃至１０のいずれか一項の液体の液滴の生成方法により、二流体ノズルにおいて液体の液滴を生成する工程と、
前記二流体ノズルにおいて生成された液体の液滴を基板に噴霧する工程と、
を備えたことを特徴とする基板処理方法。
【請求項１】
外部から液体および液滴生成用ガスがそれぞれ供給され、液滴生成用ガスの旋回流が内部で生成される本体部と、
前記本体部の下端部に設けられ、旋回流の液滴生成用ガスが下方に吐出されるガス吐出口と、
前記本体部の下端部において前記ガス吐出口よりも内側に設けられ、液体が下方に吐出される液体吐出口と、
を備え、
前記本体部の下方において、前記ガス吐出口から下方に吐出される旋回流の液滴生成用ガスと前記液体吐出口から下方に吐出される液体とが混合されて液体の液滴が生成されるようになっており、
前記ガス吐出口から下方に吐出される液滴生成用ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整する圧力調整部が前記本体部に設けられていることを特徴とする二流体ノズル。
【請求項２】
前記圧力調整部は、前記本体部の下端部において前記液体吐出口よりも内側に設けられた前記本体部の中空部分であることを特徴とする請求項１記載の二流体ノズル。
【請求項３】
前記圧力調整部は、前記本体部の下端部において前記液体吐出口よりも内側に設けられた開口を介して追加のガスを下方に吐出するガス供給部であることを特徴とする請求項１記載の二流体ノズル。
【請求項４】
前記圧力調整部は、前記本体部の下端部において前記液体吐出口よりも内側に設けられた開口を介してガスを吸引するガス吸引部であることを特徴とする請求項１記載の二流体ノズル。
【請求項５】
前記液体吐出口は、環状に並ぶよう配置された複数の穴からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の二流体ノズル。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の二流体ノズルを備え、
当該二流体ノズルから噴霧される液体の液滴により基板の処理を行うことを特徴とする基板処理装置。
【請求項７】
二流体ノズルにおいて液体の液滴を生成する方法であって、
二流体ノズルに液体および液滴生成用ガスをそれぞれ外部から供給する工程と、
前記二流体ノズルの本体部の内部で液滴生成用ガスの旋回流を生成する工程と、
前記本体部の下端部に設けられたガス吐出口により旋回流の液滴生成用ガスを下方に吐出するとともに、前記本体部の下端部に設けられた液体吐出口により液体を下方に吐出し、前記本体部の下方において旋回流の液滴生成用ガスと液体とを混合して液体の液滴を生成する工程と、
前記ガス吐出口から下方に吐出される液滴生成用ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整する工程と、
を備えたことを特徴とする液体の液滴の生成方法。
【請求項８】
前記本体部の下端部における前記液体吐出口よりも内側の位置において前記本体部に中空部分が設けられていることにより、前記ガス吐出口から下方に吐出される液滴生成用ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整することを特徴とする請求項７記載の液体の液滴の生成方法。
【請求項９】
前記ガス吐出口から下方に吐出される液滴生成用ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整する際に、前記本体部の下端部において前記液体吐出口よりも内側に設けられた開口を介して追加のガスを下方に吐出することを特徴とする請求項７記載の液体の液滴の生成方法。
【請求項１０】
前記ガス吐出口から下方に吐出される液滴生成用ガスにおける旋回流の内側の圧力を調整する際に、前記本体部の下端部において前記液体吐出口よりも内側に設けられた開口を介してガスを吸引することを特徴とする請求項７記載の液体の液滴の生成方法。
【請求項１１】
基板の処理を行う基板処理方法であって、
請求項７乃至１０のいずれか一項の液体の液滴の生成方法により、二流体ノズルにおいて液体の液滴を生成する工程と、
前記二流体ノズルにおいて生成された液体の液滴を基板に噴霧する工程と、
を備えた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７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１５１８０（Ｐ２０１２−１５１８０Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４７８４８（Ｐ２０１０−１４７８４８）
【出願日】平成２２年６月２９日（２０１０．６．２９）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２９日（２０１０．６．２９）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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