二流体ノズルおよびそれを用いた基板処理装置
【課題】気体の吐出流量を変更して処理対象に応じた処理を施すことができる二流体ノズルおよびそれをそなえた基板処理装置を提供する。
【解決手段】ＤＩＷの液滴をウエハＷに供給するための二流体ノズル３には、ＤＩＷを吐出する円状の処理液吐出口２８と、処理液吐出口２８を取り囲む第１気体吐出口２９と、第１気体吐出口２９を取り囲む第２気体吐出口３１とが形成されている。第１気体吐出口２９からは小流量で窒素ガスが吐出されるようになっており、第２気体吐出口３１からは大流量で窒素ガスが吐出されるようになっている。第１および第２気体吐出口２９，３１への窒素ガスの供給を制御装置によって制御することにより、一つの二流体ノズル３で、大流量での窒素ガスの吐出と、小流量での窒素ガスの吐出とを行うことができる。これにより、表面状態に応じた処理をウエハＷに施すことができる。
【解決手段】ＤＩＷの液滴をウエハＷに供給するための二流体ノズル３には、ＤＩＷを吐出する円状の処理液吐出口２８と、処理液吐出口２８を取り囲む第１気体吐出口２９と、第１気体吐出口２９を取り囲む第２気体吐出口３１とが形成されている。第１気体吐出口２９からは小流量で窒素ガスが吐出されるようになっており、第２気体吐出口３１からは大流量で窒素ガスが吐出されるようになっている。第１および第２気体吐出口２９，３１への窒素ガスの供給を制御装置によって制御することにより、一つの二流体ノズル３で、大流量での窒素ガスの吐出と、小流量での窒素ガスの吐出とを行うことができる。これにより、表面状態に応じた処理をウエハＷに施すことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、二流体ノズルおよびそれを用いた基板処理装置に関する。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、セラミック基板などが含まれる。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程では、半導体ウエハ（以下、「ウエハ」という。）の表面の異物（パーティクル等）を除去するための洗浄処理が不可欠である。ウエハの表面を洗浄するための基板処理装置には、たとえば、処理液（洗浄液）と気体とを混合することにより処理液の液滴を形成し、この処理液の液滴をウエハの表面に供給して洗浄処理を行うものがある。
【０００３】
具体的には、前記基板処理装置は、たとえば、ウエハを水平に保持して回転させるスピンチャックと、スピンチャックに保持されたウエハの表面に向けて処理液の液滴を噴射する二流体ノズルと、スピンチャックに保持されたウエハの上方で二流体ノズルを移動（スキャン）させるノズル移動機構とを備えている。二流体ノズルには、処理液を吐出する処理液吐出口と、気体を吐出する気体吐出口とが一つずつ形成されている。
【０００４】
二流体ノズルから噴射される処理液の液滴をウエハに衝突させることにより、ウエハの表面に付着している異物を、処理液の液滴の運動エネルギーにより、物理的に除去することができる。また、ウエハの上方で二流体ノズルをスキャンさせることにより、ウエハの表面の全域に処理液の液滴を供給することができる（たとえば、下記特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２７０５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
処理液の液滴によってウエハの表面を物理的に洗浄する場合、その表面の状態に応じた流量で前記気体吐出口から気体を吐出させたいことがある。たとえばＣＶＤ膜が形成されたウエハのように、その表面にパターンが形成されていないウエハの場合、高いパーティクル除去率を得るために気体の流量を多くすることが好ましい。一方、パターンが表面に形成されているウエハの場合、パターンへのダメージを抑制するために、気体の流量を少なくすることが好ましい。
【０００６】
気体の流量を少なくする場合には、小流量の気体で処理液の液滴を効率的に形成するために、気体吐出口の開口面積を小さくして気体の流速を高める必要がある。したがって、大流量に対応した二流体ノズルでは、小流量気体での効率的な液滴形成が困難になる。
一方、開口面積の小さい気体吐出口から大流量で気体を吐出させようとした場合、気体の圧力に損失が生じて所望の流量を得ることができないことがある。したがって、小流量に対応した二流体ノズルでは、十分なパーティクル除去性能を達成し難い。
【０００７】
このように、一つの二流体ノズルでは、ほぼ一定流量の気体での液滴吐出しか行うことができず、ウエハの表面状態に応じた適切な処理を行うことができなかった。
同様の問題は、洗浄液によってウエハを洗浄する場合だけでなく、その他の処理液（たとえば薬液やリンス液、有機溶剤など）によってウエハの表面を処理する場合にも生じていた。
【０００８】
この発明は、かかる背景のもとでなされたものであり、気体の吐出流量を変更して処理対象に応じた処理を施すことができる二流体ノズルおよびそれをそなえた基板処理装置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】
前記目的を達成するための請求項１記載の発明は、処理液および気体が導入されるケーシング（２１）と、前記ケーシングに形成され、処理液を吐出するための処理液吐出口（２８）と、前記処理液吐出口を取り囲むように前記ケーシングに形成され、気体を吐出するための環状の第１気体吐出口（２９）と、前記第１気体吐出口を取り囲むように前記ケーシングに形成され、気体を吐出するための環状の第２気体吐出口（３１）とを含み、前記処理液吐出口から処理液を吐出させつつ、前記第１および第２気体吐出口の少なくとも一方から気体を吐出させることにより、前記ケーシング外で処理液と気体とを混合させて処理液の液滴を形成し、この処理液の液滴を処理対象（Ｗ）に向けて吐出するようになっている、二流体ノズル（３）である。
【００１０】
なお、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等を表す。以下、この項において同じ。
この発明によれば、処理液吐出口を取り囲む環状の第１気体吐出口と、この第１気体吐出口を取り囲む環状の第２気体吐出口を設け、これら第１および第２気体吐出口から選択的に気体を吐出させることにより、二流体ノズルから吐出される気体の流量を変更することができる。たとえば、第１および第２気体吐出口のいずれか一方から気体を吐出させたり、第１および第２気体吐出口の両方から気体を吐出させたりして、気体の吐出流量を変更することができる。これにより、一つの二流体ノズルで、処理対象に応じた流量の気体を吐出させて、処理対象に応じた処理を行うことができる。
【００１１】
処理液としては、たとえば、薬液、リンス液、有機溶剤などを用いることができる。
請求項２記載の発明は、前記第１気体吐出口は第１流量で気体を吐出するためのものであり、前記第２気体吐出口は、前記第１流量と異なる第２流量で気体を吐出するためのもの、請求項１記載の二流体ノズルである。
この発明によれば、第１および第２気体吐出口からの気体の吐出流量を互いに異ならせることにより、第１および第２気体吐出口のいずれから気体を吐出させるかによって、二流体ノズルから吐出される気体の流量を変更することができる。たとえば前記第１流量および第２流量の一方が小流量であり、他方が大流量である場合には、第１および第２気体吐出口のいずれか一方から気体を吐出させることにより、二流体ノズルから大流量で気体を吐出させたり、小流量で気体を吐出させたりすることができる。またこの場合、第１および第２気体吐出口の両方から気体を吐出させることにより、より大流量での気体の吐出が可能である。
【００１２】
請求項３記載の発明は、前記第１流量は、前記第２流量よりも小流量である、請求項２記載の二流体ノズルである。
この発明によれば、第２気体吐出口は、第１気体吐出口よりも処理液吐出口に近い位置に形成されているので、前記第１流量が前記第２流量よりも小流量であっても、第１気体吐出口から吐出された気体と、処理液吐出口から吐出された処理液とを確実に混合させて処理液の液滴を効率的に形成することができる。したがって、前記第１流量がたとえば小流量であっても、第１気体吐出口から吐出された気体と、処理液吐出口から吐出された処理液とを確実に混合させることができる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、前記第１気体吐出口の開口面積は、前記第２気体吐出口の開口面積よりも小さくされている、請求項３記載の二流体ノズルである。
この発明によれば、第１気体吐出口の開口面積を第２気体吐出口の開口面積よりも小さくすることにより、第２気体吐出口から吐出される気体の流速を、第１気体吐出口から吐出される気体の流速よりも高めることができる。これにより、前記第１流量が前記第２流量よりも小流量であっても、処理液の液滴をより効率的に形成することができる。
【００１４】
請求項５記載の発明は、処理対象の基板（Ｗ）を保持して回転させるための基板回転手段（２）と、前記基板回転手段によって回転されている基板の主面に、処理液の液滴を供給するための請求項１〜４のいずれか一項に記載の二流体ノズルと、前記二流体ノズルのケーシングに処理液を供給するための処理液供給手段（１０）と、前記二流体ノズルのケーシングに気体を供給するための気体供給手段（１１，１２）と、前記二流体ノズルを前記基板の主面に沿って移動させるためのノズル移動手段（１６）と、前記処理液供給手段および気体供給手段を制御して、前記二流体ノズルの処理液吐出口から処理液を吐出させつつ、前記二流体ノズルの第１および第２気体吐出口の少なくとも一方から気体を吐出させるための制御手段（３３）とを含む、基板処理装置（１）である。
【００１５】
この発明によれば、処理液供給手段および気体供給手段からそれぞれ処理液および気体を二流体ノズルのケーシングに供給して、二流体ノズルから処理液および気体を吐出させることにより、処理液および気体をケーシング外で混合させて処理液の液滴を形成する。そして、この処理液の液滴を、基板回転手段によって保持され回転されている基板の主面に供給しつつ、前記二流体ノズルをノズル移動手段によって前記主面に沿って移動させることにより、前記主面の全域に処理液の液滴を供給して処理液による処理を施すことができる。
【００１６】
二流体ノズルから吐出される気体の流量は、前述のように、変更することができる。したがって、一つの二流体ノズルで、前記主面の状態に応じた処理を基板に施すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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、本発明の一実施形態に係る基板処理装置１の構成を説明するための図解図である。この基板処理装置１は、処理対象の基板としての半導体ウエハＷ（以下、単に「ウエハＷ」という。）に処理液（薬液、リンス液、有機溶剤など）による処理を施すための枚葉式の処理装置であり、ウエハＷを水平に保持して回転させるスピンチャック２と、スピンチャック２に保持されたウエハＷの表面（上面）に処理液の液滴を供給する二流体ノズル３と、スピンチャック２に保持されたウエハＷの表面に処理液を供給する処理液ノズル４とを備えている。
【００１８】
スピンチャック２は、鉛直な方向に延びる回転軸５と、回転軸５の上端に水平に取り付けられた円板状のスピンベース６とを有している。スピンチャック２は、スピンベース６の上面周縁部に立設された複数本のチャックピン７によって、ウエハＷをほぼ水平に保持することができるようになっている。
すなわち、複数本のチャックピン７は、スピンベース６の上面周縁部において、ウエハＷの外周形状に対応する円周上で適当な間隔をあけて配置されており、ウエハＷの裏面（下面）周縁部を支持しつつ、ウエハＷの周面の異なる位置に当接することにより、互いに協働してウエハＷを挟持し、このウエハＷをほぼ水平に保持することができる。
【００１９】
また、回転軸５には、モータなどの駆動源を含むチャック回転駆動機構８が結合されている。複数本のチャックピン７でウエハＷを保持しつつ、チャック回転駆動機構８から回転軸５に駆動力を入力することにより、ウエハＷの表面の中心を通る鉛直な軸線まわりにウエハＷを回転させることができる。
なお、スピンチャック２としては、このような構成のものに限らず、たとえば、ウエハＷの裏面を真空吸着することによりウエハＷをほぼ水平な姿勢で保持し、さらにその状態でほぼ鉛直な軸線まわりに回転することにより、その保持したウエハＷを回転させることができる真空吸着式のもの（バキュームチャック）が採用されてもよい。
【００２０】
二流体ノズル３は、処理液と気体とを二流体ノズル３のケーシング外で混合させて処理液の液滴を形成する外部混合型の二流体ノズル３であり、その吐出口をウエハＷ側（下方）に向けた状態で、ほぼ水平に延びるアーム９の先端に取り付けられている。二流体ノズル３には、ＤＩＷ供給管１０、第１窒素ガス供給管１１および第２窒素ガス供給管１２が接続されている。
【００２１】
ＤＩＷ供給管１０からは所定の流量（たとえば、１００〜１５０ｍＬ／ｍｉｎ）でリンス液（処理液）としてのＤＩＷ（脱イオン化された水）が二流体ノズル３に供給されるようになっている。第１窒素ガス供給管１１からは所定の小流量（たとえば、４０Ｌ／ｍｉｎ未満、好ましくは５〜４０Ｌ／ｍｉｎ。具体的には、たとえば１５Ｌ／ｍｉｎ）で窒素ガスが二流体ノズル３に供給されるようになっている。第２窒素ガス供給管１２からは所定の大流量（たとえば、５０Ｌ／ｍｉｎ以上、好ましくは５０〜１５０Ｌ／ｍｉｎ。具体的には、たとえば８０Ｌ／ｍｉｎ）で窒素ガスが二流体ノズル３に供給されるようになっている。
【００２２】
ＤＩＷ供給管１０、第１窒素ガス供給管１１および第２窒素ガス供給管１２には、それぞれ、ＤＩＷバルブ１３、第１窒素ガスバルブ１４および第２窒素ガスバルブ１５が介装されており、各バルブ１３，１４，１５を開閉することにより、二流体ノズル３へのＤＩＷおよび窒素ガスの供給を制御することができる。
また、二流体ノズル３には、アーム９を介して二流体ノズル移動機構１６が結合されている。この二流体ノズル移動機構１６によって、スピンチャック２の外方に設けられた鉛直な揺動軸まわりにアーム９を水平揺動させることができるようになっている。これにより、アーム９の先端に取り付けられた二流体ノズル３を、スピンチャック２に保持されたウエハＷの上方に配置したり、スピンチャック２の上方から退避させたりすることができる。
【００２３】
また、二流体ノズル移動機構１６によって二流体ノズル３を水平移動させることにより、二流体ノズル３からウエハＷの表面への前記液滴の供給位置を、スピンチャック２に保持されたウエハＷの表面の中心部から周縁部に至る範囲でスキャン（移動）させることができる。
処理液ノズル４は、たとえば、連続流の状態で処理液を吐出するストレートノズルであり、その吐出口をウエハＷ側（下方）に向けた状態で、ほぼ水平に延びるアーム１７の先端に取り付けられている。処理液ノズル４には、ＤＩＷ供給管１８が接続されており、ＤＩＷ供給管１８からＤＩＷが処理液ノズル４に供給されるようになっている。ＤＩＷ供給管１８には、ＤＩＷバルブ１９が介装されており、このＤＩＷバルブ１９を開閉することにより、処理液ノズル４へのＤＩＷの供給を制御することができる。
【００２４】
また、処理液ノズル４には、アーム１７を介して処理液ノズル移動機構２０が結合されている。この処理液ノズル移動機構２０によって、スピンチャック２の外方に設けられた鉛直な揺動軸まわりにアーム１７を水平揺動させることができるようになっている。これにより、アーム１７の先端に取り付けられた処理液ノズル４を、スピンチャック２に保持されたウエハＷの上方に配置したり、スピンチャック２の上方から退避させたりすることができる。
【００２５】
図２は、二流体ノズル３の構造を図解的に示す図である。図２（ａ）は、二流体ノズル３の縦断面を示し、図２（ｂ）は、スピンチャック２側から見た二流体ノズル３の底面を示している。また、図２（ｂ）において、ハッチングが施された範囲は、後述の処理液吐出口２８、第１気体吐出口２９および第２気体吐出口３１を示している。
二流体ノズル３は、ほぼ円柱状の外形を有しており、ケーシングを構成する外筒２１と、外筒２１の内部に嵌め込まれた内筒２２と、外筒２１および内筒２２の間に配置された中間筒２３とを含む。内筒２２、外筒２１および中間筒２３は、それぞれ共通の中心軸線Ｌ１上に同軸配置されており、隣接する筒同士（内筒２２と中間筒２３、中間筒２３と外筒２１）は互いに連結されている。
【００２６】
内筒２２の内部空間は、ＤＩＷ供給管１０からのＤＩＷが流通する直線状の処理液流路２４となっている。また、内筒２２と中間筒２３との間には、第１窒素ガス供給管１１からの窒素ガスが流通する円筒状の第１気体流路２５が形成されおり、中間筒２３と外筒２１との間には、第２窒素ガス供給管１２からの窒素ガスが流通する円筒状の第２気体流路２６が形成されている。
【００２７】
処理液流路２４は、内筒２２の上端で処理液導入口２７として開口しており、この処理液導入口２７を介して、ＤＩＷ供給管１０からのＤＩＷが処理液流路２４内に導入されるようになっている。また、処理液流路２４は、内筒２２の下端で、中心軸線Ｌ１上に中心を有する円状の処理液吐出口２８として開口している。処理液流路２４に導入されたＤＩＷは、この処理液吐出口２８から吐出されるようになっている。
【００２８】
第１気体流路２５は、中心軸線Ｌ１と共通の中心軸線を有する円筒状の間隙であり、内筒２２および中間筒２３の上端部で閉塞され、内筒２２および中間筒２３の下端で、中心軸線Ｌ１上に中心を有し、処理液吐出口２８を取り囲む円環状の第１気体吐出口２９として開口している。第１気体流路２５の下端部は、第１気体流路２５の長さ方向における中間部よりも流路面積が小さくされ、下方に向かって小径となっている。
【００２９】
また、中間筒２３の中間部には、第１気体流路２５に連通する第１気体導入口３０が形成されている。第１気体導入口３０には、中間筒２３および外筒２１を貫通した状態で第１窒素ガス供給管１１が接続されており、第１窒素ガス供給管１１の内部空間と第１気体流路２５とは連通されている。第１窒素ガス供給管１１からの窒素ガスは、この第１気体導入口３０を介して第１気体流路２５に導入され、第１気体吐出口２９から吐出されるようになっている。
【００３０】
第２気体流路２６は、中心軸線Ｌ１と共通の中心軸線を有する円筒状の間隙であり、中間筒２３および外筒２１の上端部で閉塞され、中間筒２３および外筒２１の下端で、中心軸線Ｌ１上に中心を有し、処理液吐出口２８および第１気体吐出口２９を取り囲む円環状の第２気体吐出口３１として開口している。第２気体流路２６の下端部は、下方に向かって小径となっている。
【００３１】
また、外筒２１の中間部には、第２気体流路２６に連通する第２気体導入口３２が形成されている。第２気体導入口３２には、外筒２１を貫通した状態で第２窒素ガス供給管１２が接続されており、第２窒素ガス供給管１２の内部空間と第２気体流路２６とは連通されている。第２窒素ガス供給管１２からの窒素ガスは、この第２気体導入口３２を介して第２気体流路２６に導入され、第２気体吐出口３１から吐出されるようになっている。
【００３２】
第１気体吐出口２９の開口面積は、第２気体吐出口３１の開口面積よりも小さくされている。具体的には、たとえば、第１気体吐出口２９の幅ａ１（＝（外径−内径）／２）が０．１ｍｍ以下にされ、第２気体吐出口３１の幅ｂ１（＝（外径−内径）／２）が０．１ｍｍを超える値にされている。以下に、第１気体吐出口２９の幅ａ１、第２気体吐出口３１の幅ｂ１、処理液吐出口２８の直径ｃ１の具体的な数値を例示する。
【００３３】
（例１）第１気体吐出口２９の幅ａ１＝０．３ｍｍ、第２気体吐出口３１の幅ｂ１＝０．５ｍｍ、処理液吐出口２８の直径ｃ１＝２．６ｍｍ
（例２）第１気体吐出口２９の幅ａ１＝０．２ｍｍ、第２気体吐出口３１の幅ｂ１＝０．４ｍｍ、処理液吐出口２８の直径ｃ１＝２．４ｍｍ
処理液吐出口２８からＤＩＷを吐出させつつ、第１および第２気体吐出口２９，３１の少なくとも一方から窒素ガスを吐出させることにより、ケーシング（外筒２１）外でＤＩＷに窒素ガスを衝突（混合）させてＤＩＷの液滴を形成することができる。そして、このＤＩＷの液滴は、噴流となって、二流体ノズル３の下方に配置されたウエハＷの表面に衝突する。これにより、ウエハＷの表面に付着しているパーティクル等の異物がＤＩＷの液滴の運動エネルギーによって物理的に除去される。
【００３４】
図３は、前記基板処理装置１の電気的構成を説明するためのブロック図である。この基板処理装置１は、制御装置３３を備えている。この制御装置３３は、チャック回転駆動機構８、二流体ノズル移動機構１６および処理液ノズル移動機構２０の動作を制御する。また、制御装置３３は、ＤＩＷバルブ１３、第１窒素ガスバルブ１４、第２窒素ガスバルブ１５およびＤＩＷバルブ１９の開閉を制御する。
【００３５】
図４は、前記基板処理装置１によるウエハＷの処理の一例について説明するための図である。以下では、図１〜図４を参照しつつ、ウエハＷの処理の一例について説明する。
処理対象のウエハＷは、図示しない搬送ロボットによって搬送されてきて、搬送ロボットからスピンチャック２へと受け渡される。ウエハＷがスピンチャック２に受け渡されると、制御装置３３は、チャック回転駆動機構８を制御して、スピンチャック２に保持されたウエハＷを所定の回転速度（たとえば、５００〜１５００ｒｐｍ）で回転させる。また、制御装置３３は、処理液ノズル移動機構２０を制御して、処理液ノズル４を水平移動させることにより、処理液ノズル４をウエハＷの表面の中心に対向させる。
【００３６】
その後、制御装置３３は、ＤＩＷバルブ１３、第１窒素ガスバルブ１４および第２窒素ガスバルブ１５を閉じるとともに、ＤＩＷバルブ１９を開いて、図４（ａ）に示すように、回転されているウエハＷの表面の回転中心付近に処理液ノズル４からＤＩＷを供給させる。ウエハＷの表面に供給されたＤＩＷは、ウエハＷの回転による遠心力を受けてウエハＷの表面全域に行き渡る。これにより、ウエハＷの表面全域にプリウェット処理が施される。
【００３７】
ＤＩＷの供給が所定のプリウェット処理時間（たとえば、５〜６０ｓｅｃ）に亘って行われると、制御装置３３は、チャック回転駆動機構８を制御して、スピンチャック２に保持されたウエハＷの回転速度を所定の回転速度（たとえば、５００〜２５００ｒｐｍ）に変更させる。そして、制御装置３３は、処理液ノズル移動機構２０を制御して、処理液ノズル４からＤＩＷを吐出させつつ処理液ノズル４を水平移動させることにより、処理液ノズル４をウエハＷの表面の中心以外（たとえば、中心付近）に対向させる。
【００３８】
その後、制御装置３３は、二流体ノズル移動機構１６を制御して、処理液ノズル４と二流体ノズル３とが干渉しないウエハＷの上方に二流体ノズル３を配置させる。そして、制御装置３３は、ＤＩＷバルブ１３を開き、第１および第２窒素ガスバルブ１４，１５の少なくとも一方を開いて、図４（ｂ）に示すように、二流体ノズル３からＤＩＷおよび窒素ガスを吐出させる。吐出されたＤＩＷは、窒素ガスと混合されてＤＩＷの液滴となり、ウエハＷの表面に衝突する。これにより、二流体ノズル３からのＤＩＷの液滴と、処理液ノズル４からのカバーリンス液としてのＤＩＷ（液滴と同種の液体）とがウエハＷの表面に同時に供給される。
【００３９】
また、制御装置３３は、二流体ノズル３からウエハＷの表面にＤＩＷの液滴を供給しつつ、二流体ノズル移動機構１６を制御して、二流体ノズル３を水平移動させることにより、ウエハＷの表面へのＤＩＷの液滴の供給位置を、ウエハＷの表面の中心部から周縁部に至る範囲でスキャンさせる。これにより、ウエハＷの表面全域にＤＩＷの液滴が均一に供給され、パーティクルなどの異物がウエハＷの表面から物理的に除去される（液滴処理）。
【００４０】
処理対象がその表面にパターンが形成されているウエハＷである場合、前記液滴処理において、制御装置３３によってＤＩＷバルブ１３および第１窒素ガスバルブ１４を開き、第２窒素ガスバルブ１５を閉じて、処理液吐出口２８からＤＩＷを吐出させつつ、第１気体吐出口２９のみから窒素ガスを前記小流量で吐出させてもよい。これにより、パターンのダメージを抑制しつつ、ウエハＷの表面から異物を良好に除去することができる。第１気体吐出口２９の開口面積は小さくされている（幅ａ１が０.１以下ｍｍにされている）ので、窒素ガスの吐出流量が前記小流量であっても、吐出される窒素ガスの流速を高めてＤＩＷの液滴を効率的に形成することができる。また、第１気体吐出口２９は、第２気体吐出口３１よりも処理液吐出口２８の近くに形成されている（処理液吐出口２８を取り囲むように隣接して形成されている）ので、第２気体吐出口３１のみから前記小流量で窒素ガスを吐出させるよりも、効率的にＤＩＷの液滴を形成することができる。
【００４１】
一方、処理対象がその表面にパターンが形成されていないウエハＷである場合、前記液滴処理において、制御装置３３によってＤＩＷバルブ１３および第２窒素ガスバルブ１５を開き、第１窒素ガスバルブ１４は閉じて、処理液吐出口２８からＤＩＷを吐出させつつ、第２気体吐出口３１のみから窒素ガスを前記大流量で吐出させてもよい。また、制御装置３３によってＤＩＷバルブ１９、ならびに第１および第２窒素ガスバルブ１４，１５を開いて、処理液吐出口２８からＤＩＷを吐出させつつ、第１および第２気体吐出口２９，３１の両方から大流量（前記小流量＋前記大流量）で窒素ガスを吐出させてもよい。これにより、高いパーティクル除去率（異物除去率）でウエハＷの表面から異物を除去することができる。
【００４２】
ＤＩＷの液滴の供給が所定の液滴処理時間（たとえば、５〜６０ｓｅｃ）に亘って行われると、制御装置３３は、チャック回転駆動機構８を制御して、スピンチャック２に保持されたウエハＷの回転速度を所定の回転速度（たとえば、５００〜１５００ｒｐｍ）に変更させる。そして、制御装置３３は、ＤＩＷバルブ１３、第１窒素ガスバルブ１４および第２窒素ガスバルブ１５を閉じて、二流体ノズル３からのＤＩＷおよび窒素ガスの吐出を停止させる。その後、制御装置３３は、二流体ノズル移動機構１６を制御して、二流体ノズル３をウエハＷの上方から退避させる。
【００４３】
二流体ノズル３がウエハＷの上方から退避させられると、制御装置３３は、図４（ｃ）に示すように、処理液ノズル移動機構２０を制御して、処理液ノズル４からＤＩＷを吐出させつつ処理液ノズル４を水平移動させることにより、再び、処理液ノズル４をウエハＷの表面の中心に対向させる。これにより、処理液ノズル４からウエハＷの表面の回転中心付近にＤＩＷが供給され、ウエハＷの表面全域にリンス処理が施される。
【００４４】
ＤＩＷの供給が所定のリンス処理時間（たとえば、５〜６０ｓｅｃ）に亘って行われると、制御装置３３は、ＤＩＷバルブ１９を閉じて、処理液ノズル４からのＤＩＷの吐出を停止させる。その後、制御装置３３は、処理液ノズル移動機構２０を制御して、処理液ノズル４をウエハＷの上方から退避させる。そして、制御装置３３は、図４（ｄ）に示すように、チャック回転駆動機構８を制御して、スピンチャック２に保持されたウエハＷの回転速度を所定の高回転速度（たとえば、２５００〜４０００ｒｐｍ）に変更させる。これにより、ウエハＷの表面に付着しているＤＩＷが、ウエハＷの回転による遠心力を受けてウエハＷの周囲に振り切られ、ウエハＷの表面が乾燥する（スピンドライ処理）。
【００４５】
スピンドライ処理が所定のスピンドライ処理時間（たとえば、２０〜６０ｓｅｃ）に亘って行われると、制御装置３３は、チャック回転駆動機構８を制御して、ウエハＷの回転を停止させる。そして、図示しない搬送ロボットによって、スピンチャック２から処理後のウエハＷが搬送されていく。
図５は、前記基板処理装置１を用いてウエハＷを処理した場合における窒素ガスの吐出流量とパーティクル除去率との関係を示す図である。パーティクル除去率は、処理前後のウエハＷの表面に付着しているパーティルの数をそれぞれ測定することにより求めた。また、二流体ノズル３は、処理液吐出口２８、第１気体吐出口２９および第２気体吐出口３１が前記例１の寸法に設定されているものを用いた。
【００４６】
図５に示すように、前記大流量で窒素ガスを吐出させることにより、約８０％以上の高パーティクル除去率を得ることができた。
また、前記小流量で窒素ガスを吐出させることにより、パーティクル除去率を所定範囲内に維持しつつ、パターンのダメージを抑制することができた。
以上のように本実施形態では、第１および第２気体吐出口２９，３１から選択的に窒素ガスを吐出させることにより、大流量での窒素ガスの吐出と、小流量での窒素ガスの吐出とを、一つの二流体ノズル３で行わせることができる。したがって、ウエハＷの表面状態に応じて窒素ガスの吐出流量を選択することができるので、表面状態に応じた処理をウエハＷに施すことができる。
【００４７】
この発明は、以上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、二流体ノズル３および処理液ノズル４から吐出される処理液としてリンス液（ＤＩＷ）を例示したが、リンス液に限らず、薬液や有機溶剤などを処理液として吐出させてもよい（図１参照）。また、リンス液はＤＩＷに限らず、その他のリンス液を用いてもよい。さらに、これらの処理液は加熱されていてもよい。この場合、たとえば、ＤＩＷ供給管１０，１８のそれぞれに温調ユニット３４を介装し（図１参照）、この温調ユニット３４を制御装置３３によって制御することにより（図３参照）、ＤＩＷ供給管１０，１８を流通する処理液（ＤＩＷ）を加熱してもよい。
【００４８】
前記薬液としては、たとえば、ＳＣ１（アンモニアと過酸化水素水との混合液）、ＳＣ２（塩酸と過酸化水素水との混合液）、ポリマー除去液、ＤＨＦ（希フッ酸）、王水（濃塩酸と濃硝酸との混合液）、硫酸、ＴＭＡＨ（テトラ・メチル・アンモニウム・ハイドロオキサイド：水酸化テトラメチルアンモニウム）などが挙げられる。
前記有機溶剤としては、たとえば、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）、アセトン、シクロヘキサン、エチレンカーボネートなどが挙げられる。
【００４９】
前記その他のリンス液としては、たとえば、オゾン水、アンモニア水、水素水などが挙げられる。
また、前述の実施形態では、二流体ノズル３から吐出される気体として、窒素ガスを例示したが、窒素ガスに限らず、窒素ガスと水素ガスとの混合ガス、アルゴンガス、炭酸ガス、ヘリウムガス、酸素ガスなどを用いてもよい。また、これらの気体は加熱されていてもよい。この場合、たとえば、第１および第２窒素ガス供給管１１，１２のそれぞれに温調ユニット３５を介装し（図１参照）、この温調ユニット３５を制御装置３３によって制御することにより（図３参照）、第１および第２窒素ガス供給管１１，１２を流通する気体（窒素ガス）を加熱してもよい。
【００５０】
また、前述実施形態では、ほぼ水平に保持され回転させられているウエハＷの表面に処理液を供給して当該ウエハＷを処理するものを取り上げたが、回転していない状態（非回転状態）のウエハＷの表面に処理液を供給してウエハＷを処理するものであってもよい。なお、前記非回転状態のウエハＷとは、回転も移動もしていない状態（静止状態）のウエハＷであってもよいし、回転せずに所定の方向に移動している状態（移動状態）のウエハＷであってもよい。
【００５１】
また、前述実施形態では、処理対象の基板として半導体ウエハＷを取り上げたが、半導体ウエハＷに限らず、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、ＦＥＤ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、セラミック基板などの他の種類の基板が処理対象とされてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための図解図である。
【図２】二流体ノズルの構造を図解的に示す図である。
【図３】前記基板処理装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。
【図４】前記基板処理装置によるウエハの処理の一例について説明するための図である。
【図５】前記基板処理装置を用いてウエハを処理した場合における窒素ガスの吐出流量とパーティクル除去率との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 基板処理装置
２ スピンチャック（基板回転手段）
３ 二流体ノズル
１０ ＤＩＷ供給管（処理液供給手段）
１１ 第１窒素ガス供給管（気体供給手段）
１２ 第２窒素ガス供給管（気体供給手段）
１６ 二流体ノズル移動機構（ノズル移動手段）
２１ 外筒（ケーシング）
２８ 処理液吐出口
２９ 第１気体吐出口
３１ 第２気体吐出口
３３ 制御装置（制御手段）
Ｗ ウエハ（基板、処理対象）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、二流体ノズルおよびそれを用いた基板処理装置に関する。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、セラミック基板などが含まれる。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程では、半導体ウエハ（以下、「ウエハ」という。）の表面の異物（パーティクル等）を除去するための洗浄処理が不可欠である。ウエハの表面を洗浄するための基板処理装置には、たとえば、処理液（洗浄液）と気体とを混合することにより処理液の液滴を形成し、この処理液の液滴をウエハの表面に供給して洗浄処理を行うものがある。
【０００３】
具体的には、前記基板処理装置は、たとえば、ウエハを水平に保持して回転させるスピンチャックと、スピンチャックに保持されたウエハの表面に向けて処理液の液滴を噴射する二流体ノズルと、スピンチャックに保持されたウエハの上方で二流体ノズルを移動（スキャン）させるノズル移動機構とを備えている。二流体ノズルには、処理液を吐出する処理液吐出口と、気体を吐出する気体吐出口とが一つずつ形成されている。
【０００４】
二流体ノズルから噴射される処理液の液滴をウエハに衝突させることにより、ウエハの表面に付着している異物を、処理液の液滴の運動エネルギーにより、物理的に除去することができる。また、ウエハの上方で二流体ノズルをスキャンさせることにより、ウエハの表面の全域に処理液の液滴を供給することができる（たとえば、下記特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２７０５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
処理液の液滴によってウエハの表面を物理的に洗浄する場合、その表面の状態に応じた流量で前記気体吐出口から気体を吐出させたいことがある。たとえばＣＶＤ膜が形成されたウエハのように、その表面にパターンが形成されていないウエハの場合、高いパーティクル除去率を得るために気体の流量を多くすることが好ましい。一方、パターンが表面に形成されているウエハの場合、パターンへのダメージを抑制するために、気体の流量を少なくすることが好ましい。
【０００６】
気体の流量を少なくする場合には、小流量の気体で処理液の液滴を効率的に形成するために、気体吐出口の開口面積を小さくして気体の流速を高める必要がある。したがって、大流量に対応した二流体ノズルでは、小流量気体での効率的な液滴形成が困難になる。
一方、開口面積の小さい気体吐出口から大流量で気体を吐出させようとした場合、気体の圧力に損失が生じて所望の流量を得ることができないことがある。したがって、小流量に対応した二流体ノズルでは、十分なパーティクル除去性能を達成し難い。
【０００７】
このように、一つの二流体ノズルでは、ほぼ一定流量の気体での液滴吐出しか行うことができず、ウエハの表面状態に応じた適切な処理を行うことができなかった。
同様の問題は、洗浄液によってウエハを洗浄する場合だけでなく、その他の処理液（たとえば薬液やリンス液、有機溶剤など）によってウエハの表面を処理する場合にも生じていた。
【０００８】
この発明は、かかる背景のもとでなされたものであり、気体の吐出流量を変更して処理対象に応じた処理を施すことができる二流体ノズルおよびそれをそなえた基板処理装置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】
前記目的を達成するための請求項１記載の発明は、処理液および気体が導入されるケーシング（２１）と、前記ケーシングに形成され、処理液を吐出するための処理液吐出口（２８）と、前記処理液吐出口を取り囲むように前記ケーシングに形成され、気体を吐出するための環状の第１気体吐出口（２９）と、前記第１気体吐出口を取り囲むように前記ケーシングに形成され、気体を吐出するための環状の第２気体吐出口（３１）とを含み、前記処理液吐出口から処理液を吐出させつつ、前記第１および第２気体吐出口の少なくとも一方から気体を吐出させることにより、前記ケーシング外で処理液と気体とを混合させて処理液の液滴を形成し、この処理液の液滴を処理対象（Ｗ）に向けて吐出するようになっている、二流体ノズル（３）である。
【００１０】
なお、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等を表す。以下、この項において同じ。
この発明によれば、処理液吐出口を取り囲む環状の第１気体吐出口と、この第１気体吐出口を取り囲む環状の第２気体吐出口を設け、これら第１および第２気体吐出口から選択的に気体を吐出させることにより、二流体ノズルから吐出される気体の流量を変更することができる。たとえば、第１および第２気体吐出口のいずれか一方から気体を吐出させたり、第１および第２気体吐出口の両方から気体を吐出させたりして、気体の吐出流量を変更することができる。これにより、一つの二流体ノズルで、処理対象に応じた流量の気体を吐出させて、処理対象に応じた処理を行うことができる。
【００１１】
処理液としては、たとえば、薬液、リンス液、有機溶剤などを用いることができる。
請求項２記載の発明は、前記第１気体吐出口は第１流量で気体を吐出するためのものであり、前記第２気体吐出口は、前記第１流量と異なる第２流量で気体を吐出するためのもの、請求項１記載の二流体ノズルである。
この発明によれば、第１および第２気体吐出口からの気体の吐出流量を互いに異ならせることにより、第１および第２気体吐出口のいずれから気体を吐出させるかによって、二流体ノズルから吐出される気体の流量を変更することができる。たとえば前記第１流量および第２流量の一方が小流量であり、他方が大流量である場合には、第１および第２気体吐出口のいずれか一方から気体を吐出させることにより、二流体ノズルから大流量で気体を吐出させたり、小流量で気体を吐出させたりすることができる。またこの場合、第１および第２気体吐出口の両方から気体を吐出させることにより、より大流量での気体の吐出が可能である。
【００１２】
請求項３記載の発明は、前記第１流量は、前記第２流量よりも小流量である、請求項２記載の二流体ノズルである。
この発明によれば、第２気体吐出口は、第１気体吐出口よりも処理液吐出口に近い位置に形成されているので、前記第１流量が前記第２流量よりも小流量であっても、第１気体吐出口から吐出された気体と、処理液吐出口から吐出された処理液とを確実に混合させて処理液の液滴を効率的に形成することができる。したがって、前記第１流量がたとえば小流量であっても、第１気体吐出口から吐出された気体と、処理液吐出口から吐出された処理液とを確実に混合させることができる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、前記第１気体吐出口の開口面積は、前記第２気体吐出口の開口面積よりも小さくされている、請求項３記載の二流体ノズルである。
この発明によれば、第１気体吐出口の開口面積を第２気体吐出口の開口面積よりも小さくすることにより、第２気体吐出口から吐出される気体の流速を、第１気体吐出口から吐出される気体の流速よりも高めることができる。これにより、前記第１流量が前記第２流量よりも小流量であっても、処理液の液滴をより効率的に形成することができる。
【００１４】
請求項５記載の発明は、処理対象の基板（Ｗ）を保持して回転させるための基板回転手段（２）と、前記基板回転手段によって回転されている基板の主面に、処理液の液滴を供給するための請求項１〜４のいずれか一項に記載の二流体ノズルと、前記二流体ノズルのケーシングに処理液を供給するための処理液供給手段（１０）と、前記二流体ノズルのケーシングに気体を供給するための気体供給手段（１１，１２）と、前記二流体ノズルを前記基板の主面に沿って移動させるためのノズル移動手段（１６）と、前記処理液供給手段および気体供給手段を制御して、前記二流体ノズルの処理液吐出口から処理液を吐出させつつ、前記二流体ノズルの第１および第２気体吐出口の少なくとも一方から気体を吐出させるための制御手段（３３）とを含む、基板処理装置（１）である。
【００１５】
この発明によれば、処理液供給手段および気体供給手段からそれぞれ処理液および気体を二流体ノズルのケーシングに供給して、二流体ノズルから処理液および気体を吐出させることにより、処理液および気体をケーシング外で混合させて処理液の液滴を形成する。そして、この処理液の液滴を、基板回転手段によって保持され回転されている基板の主面に供給しつつ、前記二流体ノズルをノズル移動手段によって前記主面に沿って移動させることにより、前記主面の全域に処理液の液滴を供給して処理液による処理を施すことができる。
【００１６】
二流体ノズルから吐出される気体の流量は、前述のように、変更することができる。したがって、一つの二流体ノズルで、前記主面の状態に応じた処理を基板に施すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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、本発明の一実施形態に係る基板処理装置１の構成を説明するための図解図である。この基板処理装置１は、処理対象の基板としての半導体ウエハＷ（以下、単に「ウエハＷ」という。）に処理液（薬液、リンス液、有機溶剤など）による処理を施すための枚葉式の処理装置であり、ウエハＷを水平に保持して回転させるスピンチャック２と、スピンチャック２に保持されたウエハＷの表面（上面）に処理液の液滴を供給する二流体ノズル３と、スピンチャック２に保持されたウエハＷの表面に処理液を供給する処理液ノズル４とを備えている。
【００１８】
スピンチャック２は、鉛直な方向に延びる回転軸５と、回転軸５の上端に水平に取り付けられた円板状のスピンベース６とを有している。スピンチャック２は、スピンベース６の上面周縁部に立設された複数本のチャックピン７によって、ウエハＷをほぼ水平に保持することができるようになっている。
すなわち、複数本のチャックピン７は、スピンベース６の上面周縁部において、ウエハＷの外周形状に対応する円周上で適当な間隔をあけて配置されており、ウエハＷの裏面（下面）周縁部を支持しつつ、ウエハＷの周面の異なる位置に当接することにより、互いに協働してウエハＷを挟持し、このウエハＷをほぼ水平に保持することができる。
【００１９】
また、回転軸５には、モータなどの駆動源を含むチャック回転駆動機構８が結合されている。複数本のチャックピン７でウエハＷを保持しつつ、チャック回転駆動機構８から回転軸５に駆動力を入力することにより、ウエハＷの表面の中心を通る鉛直な軸線まわりにウエハＷを回転させることができる。
なお、スピンチャック２としては、このような構成のものに限らず、たとえば、ウエハＷの裏面を真空吸着することによりウエハＷをほぼ水平な姿勢で保持し、さらにその状態でほぼ鉛直な軸線まわりに回転することにより、その保持したウエハＷを回転させることができる真空吸着式のもの（バキュームチャック）が採用されてもよい。
【００２０】
二流体ノズル３は、処理液と気体とを二流体ノズル３のケーシング外で混合させて処理液の液滴を形成する外部混合型の二流体ノズル３であり、その吐出口をウエハＷ側（下方）に向けた状態で、ほぼ水平に延びるアーム９の先端に取り付けられている。二流体ノズル３には、ＤＩＷ供給管１０、第１窒素ガス供給管１１および第２窒素ガス供給管１２が接続されている。
【００２１】
ＤＩＷ供給管１０からは所定の流量（たとえば、１００〜１５０ｍＬ／ｍｉｎ）でリンス液（処理液）としてのＤＩＷ（脱イオン化された水）が二流体ノズル３に供給されるようになっている。第１窒素ガス供給管１１からは所定の小流量（たとえば、４０Ｌ／ｍｉｎ未満、好ましくは５〜４０Ｌ／ｍｉｎ。具体的には、たとえば１５Ｌ／ｍｉｎ）で窒素ガスが二流体ノズル３に供給されるようになっている。第２窒素ガス供給管１２からは所定の大流量（たとえば、５０Ｌ／ｍｉｎ以上、好ましくは５０〜１５０Ｌ／ｍｉｎ。具体的には、たとえば８０Ｌ／ｍｉｎ）で窒素ガスが二流体ノズル３に供給されるようになっている。
【００２２】
ＤＩＷ供給管１０、第１窒素ガス供給管１１および第２窒素ガス供給管１２には、それぞれ、ＤＩＷバルブ１３、第１窒素ガスバルブ１４および第２窒素ガスバルブ１５が介装されており、各バルブ１３，１４，１５を開閉することにより、二流体ノズル３へのＤＩＷおよび窒素ガスの供給を制御することができる。
また、二流体ノズル３には、アーム９を介して二流体ノズル移動機構１６が結合されている。この二流体ノズル移動機構１６によって、スピンチャック２の外方に設けられた鉛直な揺動軸まわりにアーム９を水平揺動させることができるようになっている。これにより、アーム９の先端に取り付けられた二流体ノズル３を、スピンチャック２に保持されたウエハＷの上方に配置したり、スピンチャック２の上方から退避させたりすることができる。
【００２３】
また、二流体ノズル移動機構１６によって二流体ノズル３を水平移動させることにより、二流体ノズル３からウエハＷの表面への前記液滴の供給位置を、スピンチャック２に保持されたウエハＷの表面の中心部から周縁部に至る範囲でスキャン（移動）させることができる。
処理液ノズル４は、たとえば、連続流の状態で処理液を吐出するストレートノズルであり、その吐出口をウエハＷ側（下方）に向けた状態で、ほぼ水平に延びるアーム１７の先端に取り付けられている。処理液ノズル４には、ＤＩＷ供給管１８が接続されており、ＤＩＷ供給管１８からＤＩＷが処理液ノズル４に供給されるようになっている。ＤＩＷ供給管１８には、ＤＩＷバルブ１９が介装されており、このＤＩＷバルブ１９を開閉することにより、処理液ノズル４へのＤＩＷの供給を制御することができる。
【００２４】
また、処理液ノズル４には、アーム１７を介して処理液ノズル移動機構２０が結合されている。この処理液ノズル移動機構２０によって、スピンチャック２の外方に設けられた鉛直な揺動軸まわりにアーム１７を水平揺動させることができるようになっている。これにより、アーム１７の先端に取り付けられた処理液ノズル４を、スピンチャック２に保持されたウエハＷの上方に配置したり、スピンチャック２の上方から退避させたりすることができる。
【００２５】
図２は、二流体ノズル３の構造を図解的に示す図である。図２（ａ）は、二流体ノズル３の縦断面を示し、図２（ｂ）は、スピンチャック２側から見た二流体ノズル３の底面を示している。また、図２（ｂ）において、ハッチングが施された範囲は、後述の処理液吐出口２８、第１気体吐出口２９および第２気体吐出口３１を示している。
二流体ノズル３は、ほぼ円柱状の外形を有しており、ケーシングを構成する外筒２１と、外筒２１の内部に嵌め込まれた内筒２２と、外筒２１および内筒２２の間に配置された中間筒２３とを含む。内筒２２、外筒２１および中間筒２３は、それぞれ共通の中心軸線Ｌ１上に同軸配置されており、隣接する筒同士（内筒２２と中間筒２３、中間筒２３と外筒２１）は互いに連結されている。
【００２６】
内筒２２の内部空間は、ＤＩＷ供給管１０からのＤＩＷが流通する直線状の処理液流路２４となっている。また、内筒２２と中間筒２３との間には、第１窒素ガス供給管１１からの窒素ガスが流通する円筒状の第１気体流路２５が形成されおり、中間筒２３と外筒２１との間には、第２窒素ガス供給管１２からの窒素ガスが流通する円筒状の第２気体流路２６が形成されている。
【００２７】
処理液流路２４は、内筒２２の上端で処理液導入口２７として開口しており、この処理液導入口２７を介して、ＤＩＷ供給管１０からのＤＩＷが処理液流路２４内に導入されるようになっている。また、処理液流路２４は、内筒２２の下端で、中心軸線Ｌ１上に中心を有する円状の処理液吐出口２８として開口している。処理液流路２４に導入されたＤＩＷは、この処理液吐出口２８から吐出されるようになっている。
【００２８】
第１気体流路２５は、中心軸線Ｌ１と共通の中心軸線を有する円筒状の間隙であり、内筒２２および中間筒２３の上端部で閉塞され、内筒２２および中間筒２３の下端で、中心軸線Ｌ１上に中心を有し、処理液吐出口２８を取り囲む円環状の第１気体吐出口２９として開口している。第１気体流路２５の下端部は、第１気体流路２５の長さ方向における中間部よりも流路面積が小さくされ、下方に向かって小径となっている。
【００２９】
また、中間筒２３の中間部には、第１気体流路２５に連通する第１気体導入口３０が形成されている。第１気体導入口３０には、中間筒２３および外筒２１を貫通した状態で第１窒素ガス供給管１１が接続されており、第１窒素ガス供給管１１の内部空間と第１気体流路２５とは連通されている。第１窒素ガス供給管１１からの窒素ガスは、この第１気体導入口３０を介して第１気体流路２５に導入され、第１気体吐出口２９から吐出されるようになっている。
【００３０】
第２気体流路２６は、中心軸線Ｌ１と共通の中心軸線を有する円筒状の間隙であり、中間筒２３および外筒２１の上端部で閉塞され、中間筒２３および外筒２１の下端で、中心軸線Ｌ１上に中心を有し、処理液吐出口２８および第１気体吐出口２９を取り囲む円環状の第２気体吐出口３１として開口している。第２気体流路２６の下端部は、下方に向かって小径となっている。
【００３１】
また、外筒２１の中間部には、第２気体流路２６に連通する第２気体導入口３２が形成されている。第２気体導入口３２には、外筒２１を貫通した状態で第２窒素ガス供給管１２が接続されており、第２窒素ガス供給管１２の内部空間と第２気体流路２６とは連通されている。第２窒素ガス供給管１２からの窒素ガスは、この第２気体導入口３２を介して第２気体流路２６に導入され、第２気体吐出口３１から吐出されるようになっている。
【００３２】
第１気体吐出口２９の開口面積は、第２気体吐出口３１の開口面積よりも小さくされている。具体的には、たとえば、第１気体吐出口２９の幅ａ１（＝（外径−内径）／２）が０．１ｍｍ以下にされ、第２気体吐出口３１の幅ｂ１（＝（外径−内径）／２）が０．１ｍｍを超える値にされている。以下に、第１気体吐出口２９の幅ａ１、第２気体吐出口３１の幅ｂ１、処理液吐出口２８の直径ｃ１の具体的な数値を例示する。
【００３３】
（例１）第１気体吐出口２９の幅ａ１＝０．３ｍｍ、第２気体吐出口３１の幅ｂ１＝０．５ｍｍ、処理液吐出口２８の直径ｃ１＝２．６ｍｍ
（例２）第１気体吐出口２９の幅ａ１＝０．２ｍｍ、第２気体吐出口３１の幅ｂ１＝０．４ｍｍ、処理液吐出口２８の直径ｃ１＝２．４ｍｍ
処理液吐出口２８からＤＩＷを吐出させつつ、第１および第２気体吐出口２９，３１の少なくとも一方から窒素ガスを吐出させることにより、ケーシング（外筒２１）外でＤＩＷに窒素ガスを衝突（混合）させてＤＩＷの液滴を形成することができる。そして、このＤＩＷの液滴は、噴流となって、二流体ノズル３の下方に配置されたウエハＷの表面に衝突する。これにより、ウエハＷの表面に付着しているパーティクル等の異物がＤＩＷの液滴の運動エネルギーによって物理的に除去される。
【００３４】
図３は、前記基板処理装置１の電気的構成を説明するためのブロック図である。この基板処理装置１は、制御装置３３を備えている。この制御装置３３は、チャック回転駆動機構８、二流体ノズル移動機構１６および処理液ノズル移動機構２０の動作を制御する。また、制御装置３３は、ＤＩＷバルブ１３、第１窒素ガスバルブ１４、第２窒素ガスバルブ１５およびＤＩＷバルブ１９の開閉を制御する。
【００３５】
図４は、前記基板処理装置１によるウエハＷの処理の一例について説明するための図である。以下では、図１〜図４を参照しつつ、ウエハＷの処理の一例について説明する。
処理対象のウエハＷは、図示しない搬送ロボットによって搬送されてきて、搬送ロボットからスピンチャック２へと受け渡される。ウエハＷがスピンチャック２に受け渡されると、制御装置３３は、チャック回転駆動機構８を制御して、スピンチャック２に保持されたウエハＷを所定の回転速度（たとえば、５００〜１５００ｒｐｍ）で回転させる。また、制御装置３３は、処理液ノズル移動機構２０を制御して、処理液ノズル４を水平移動させることにより、処理液ノズル４をウエハＷの表面の中心に対向させる。
【００３６】
その後、制御装置３３は、ＤＩＷバルブ１３、第１窒素ガスバルブ１４および第２窒素ガスバルブ１５を閉じるとともに、ＤＩＷバルブ１９を開いて、図４（ａ）に示すように、回転されているウエハＷの表面の回転中心付近に処理液ノズル４からＤＩＷを供給させる。ウエハＷの表面に供給されたＤＩＷは、ウエハＷの回転による遠心力を受けてウエハＷの表面全域に行き渡る。これにより、ウエハＷの表面全域にプリウェット処理が施される。
【００３７】
ＤＩＷの供給が所定のプリウェット処理時間（たとえば、５〜６０ｓｅｃ）に亘って行われると、制御装置３３は、チャック回転駆動機構８を制御して、スピンチャック２に保持されたウエハＷの回転速度を所定の回転速度（たとえば、５００〜２５００ｒｐｍ）に変更させる。そして、制御装置３３は、処理液ノズル移動機構２０を制御して、処理液ノズル４からＤＩＷを吐出させつつ処理液ノズル４を水平移動させることにより、処理液ノズル４をウエハＷの表面の中心以外（たとえば、中心付近）に対向させる。
【００３８】
その後、制御装置３３は、二流体ノズル移動機構１６を制御して、処理液ノズル４と二流体ノズル３とが干渉しないウエハＷの上方に二流体ノズル３を配置させる。そして、制御装置３３は、ＤＩＷバルブ１３を開き、第１および第２窒素ガスバルブ１４，１５の少なくとも一方を開いて、図４（ｂ）に示すように、二流体ノズル３からＤＩＷおよび窒素ガスを吐出させる。吐出されたＤＩＷは、窒素ガスと混合されてＤＩＷの液滴となり、ウエハＷの表面に衝突する。これにより、二流体ノズル３からのＤＩＷの液滴と、処理液ノズル４からのカバーリンス液としてのＤＩＷ（液滴と同種の液体）とがウエハＷの表面に同時に供給される。
【００３９】
また、制御装置３３は、二流体ノズル３からウエハＷの表面にＤＩＷの液滴を供給しつつ、二流体ノズル移動機構１６を制御して、二流体ノズル３を水平移動させることにより、ウエハＷの表面へのＤＩＷの液滴の供給位置を、ウエハＷの表面の中心部から周縁部に至る範囲でスキャンさせる。これにより、ウエハＷの表面全域にＤＩＷの液滴が均一に供給され、パーティクルなどの異物がウエハＷの表面から物理的に除去される（液滴処理）。
【００４０】
処理対象がその表面にパターンが形成されているウエハＷである場合、前記液滴処理において、制御装置３３によってＤＩＷバルブ１３および第１窒素ガスバルブ１４を開き、第２窒素ガスバルブ１５を閉じて、処理液吐出口２８からＤＩＷを吐出させつつ、第１気体吐出口２９のみから窒素ガスを前記小流量で吐出させてもよい。これにより、パターンのダメージを抑制しつつ、ウエハＷの表面から異物を良好に除去することができる。第１気体吐出口２９の開口面積は小さくされている（幅ａ１が０.１以下ｍｍにされている）ので、窒素ガスの吐出流量が前記小流量であっても、吐出される窒素ガスの流速を高めてＤＩＷの液滴を効率的に形成することができる。また、第１気体吐出口２９は、第２気体吐出口３１よりも処理液吐出口２８の近くに形成されている（処理液吐出口２８を取り囲むように隣接して形成されている）ので、第２気体吐出口３１のみから前記小流量で窒素ガスを吐出させるよりも、効率的にＤＩＷの液滴を形成することができる。
【００４１】
一方、処理対象がその表面にパターンが形成されていないウエハＷである場合、前記液滴処理において、制御装置３３によってＤＩＷバルブ１３および第２窒素ガスバルブ１５を開き、第１窒素ガスバルブ１４は閉じて、処理液吐出口２８からＤＩＷを吐出させつつ、第２気体吐出口３１のみから窒素ガスを前記大流量で吐出させてもよい。また、制御装置３３によってＤＩＷバルブ１９、ならびに第１および第２窒素ガスバルブ１４，１５を開いて、処理液吐出口２８からＤＩＷを吐出させつつ、第１および第２気体吐出口２９，３１の両方から大流量（前記小流量＋前記大流量）で窒素ガスを吐出させてもよい。これにより、高いパーティクル除去率（異物除去率）でウエハＷの表面から異物を除去することができる。
【００４２】
ＤＩＷの液滴の供給が所定の液滴処理時間（たとえば、５〜６０ｓｅｃ）に亘って行われると、制御装置３３は、チャック回転駆動機構８を制御して、スピンチャック２に保持されたウエハＷの回転速度を所定の回転速度（たとえば、５００〜１５００ｒｐｍ）に変更させる。そして、制御装置３３は、ＤＩＷバルブ１３、第１窒素ガスバルブ１４および第２窒素ガスバルブ１５を閉じて、二流体ノズル３からのＤＩＷおよび窒素ガスの吐出を停止させる。その後、制御装置３３は、二流体ノズル移動機構１６を制御して、二流体ノズル３をウエハＷの上方から退避させる。
【００４３】
二流体ノズル３がウエハＷの上方から退避させられると、制御装置３３は、図４（ｃ）に示すように、処理液ノズル移動機構２０を制御して、処理液ノズル４からＤＩＷを吐出させつつ処理液ノズル４を水平移動させることにより、再び、処理液ノズル４をウエハＷの表面の中心に対向させる。これにより、処理液ノズル４からウエハＷの表面の回転中心付近にＤＩＷが供給され、ウエハＷの表面全域にリンス処理が施される。
【００４４】
ＤＩＷの供給が所定のリンス処理時間（たとえば、５〜６０ｓｅｃ）に亘って行われると、制御装置３３は、ＤＩＷバルブ１９を閉じて、処理液ノズル４からのＤＩＷの吐出を停止させる。その後、制御装置３３は、処理液ノズル移動機構２０を制御して、処理液ノズル４をウエハＷの上方から退避させる。そして、制御装置３３は、図４（ｄ）に示すように、チャック回転駆動機構８を制御して、スピンチャック２に保持されたウエハＷの回転速度を所定の高回転速度（たとえば、２５００〜４０００ｒｐｍ）に変更させる。これにより、ウエハＷの表面に付着しているＤＩＷが、ウエハＷの回転による遠心力を受けてウエハＷの周囲に振り切られ、ウエハＷの表面が乾燥する（スピンドライ処理）。
【００４５】
スピンドライ処理が所定のスピンドライ処理時間（たとえば、２０〜６０ｓｅｃ）に亘って行われると、制御装置３３は、チャック回転駆動機構８を制御して、ウエハＷの回転を停止させる。そして、図示しない搬送ロボットによって、スピンチャック２から処理後のウエハＷが搬送されていく。
図５は、前記基板処理装置１を用いてウエハＷを処理した場合における窒素ガスの吐出流量とパーティクル除去率との関係を示す図である。パーティクル除去率は、処理前後のウエハＷの表面に付着しているパーティルの数をそれぞれ測定することにより求めた。また、二流体ノズル３は、処理液吐出口２８、第１気体吐出口２９および第２気体吐出口３１が前記例１の寸法に設定されているものを用いた。
【００４６】
図５に示すように、前記大流量で窒素ガスを吐出させることにより、約８０％以上の高パーティクル除去率を得ることができた。
また、前記小流量で窒素ガスを吐出させることにより、パーティクル除去率を所定範囲内に維持しつつ、パターンのダメージを抑制することができた。
以上のように本実施形態では、第１および第２気体吐出口２９，３１から選択的に窒素ガスを吐出させることにより、大流量での窒素ガスの吐出と、小流量での窒素ガスの吐出とを、一つの二流体ノズル３で行わせることができる。したがって、ウエハＷの表面状態に応じて窒素ガスの吐出流量を選択することができるので、表面状態に応じた処理をウエハＷに施すことができる。
【００４７】
この発明は、以上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、二流体ノズル３および処理液ノズル４から吐出される処理液としてリンス液（ＤＩＷ）を例示したが、リンス液に限らず、薬液や有機溶剤などを処理液として吐出させてもよい（図１参照）。また、リンス液はＤＩＷに限らず、その他のリンス液を用いてもよい。さらに、これらの処理液は加熱されていてもよい。この場合、たとえば、ＤＩＷ供給管１０，１８のそれぞれに温調ユニット３４を介装し（図１参照）、この温調ユニット３４を制御装置３３によって制御することにより（図３参照）、ＤＩＷ供給管１０，１８を流通する処理液（ＤＩＷ）を加熱してもよい。
【００４８】
前記薬液としては、たとえば、ＳＣ１（アンモニアと過酸化水素水との混合液）、ＳＣ２（塩酸と過酸化水素水との混合液）、ポリマー除去液、ＤＨＦ（希フッ酸）、王水（濃塩酸と濃硝酸との混合液）、硫酸、ＴＭＡＨ（テトラ・メチル・アンモニウム・ハイドロオキサイド：水酸化テトラメチルアンモニウム）などが挙げられる。
前記有機溶剤としては、たとえば、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）、アセトン、シクロヘキサン、エチレンカーボネートなどが挙げられる。
【００４９】
前記その他のリンス液としては、たとえば、オゾン水、アンモニア水、水素水などが挙げられる。
また、前述の実施形態では、二流体ノズル３から吐出される気体として、窒素ガスを例示したが、窒素ガスに限らず、窒素ガスと水素ガスとの混合ガス、アルゴンガス、炭酸ガス、ヘリウムガス、酸素ガスなどを用いてもよい。また、これらの気体は加熱されていてもよい。この場合、たとえば、第１および第２窒素ガス供給管１１，１２のそれぞれに温調ユニット３５を介装し（図１参照）、この温調ユニット３５を制御装置３３によって制御することにより（図３参照）、第１および第２窒素ガス供給管１１，１２を流通する気体（窒素ガス）を加熱してもよい。
【００５０】
また、前述実施形態では、ほぼ水平に保持され回転させられているウエハＷの表面に処理液を供給して当該ウエハＷを処理するものを取り上げたが、回転していない状態（非回転状態）のウエハＷの表面に処理液を供給してウエハＷを処理するものであってもよい。なお、前記非回転状態のウエハＷとは、回転も移動もしていない状態（静止状態）のウエハＷであってもよいし、回転せずに所定の方向に移動している状態（移動状態）のウエハＷであってもよい。
【００５１】
また、前述実施形態では、処理対象の基板として半導体ウエハＷを取り上げたが、半導体ウエハＷに限らず、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、ＦＥＤ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、セラミック基板などの他の種類の基板が処理対象とされてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための図解図である。
【図２】二流体ノズルの構造を図解的に示す図である。
【図３】前記基板処理装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。
【図４】前記基板処理装置によるウエハの処理の一例について説明するための図である。
【図５】前記基板処理装置を用いてウエハを処理した場合における窒素ガスの吐出流量とパーティクル除去率との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 基板処理装置
２ スピンチャック（基板回転手段）
３ 二流体ノズル
１０ ＤＩＷ供給管（処理液供給手段）
１１ 第１窒素ガス供給管（気体供給手段）
１２ 第２窒素ガス供給管（気体供給手段）
１６ 二流体ノズル移動機構（ノズル移動手段）
２１ 外筒（ケーシング）
２８ 処理液吐出口
２９ 第１気体吐出口
３１ 第２気体吐出口
３３ 制御装置（制御手段）
Ｗ ウエハ（基板、処理対象）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理液および気体が導入されるケーシングと、
前記ケーシングに形成され、処理液を吐出するための処理液吐出口と、
前記処理液吐出口を取り囲むように前記ケーシングに形成され、気体を吐出するための環状の第１気体吐出口と、
前記第１気体吐出口を取り囲むように前記ケーシングに形成され、気体を吐出するための環状の第２気体吐出口とを含み、
前記処理液吐出口から処理液を吐出させつつ、前記第１および第２気体吐出口の少なくとも一方から気体を吐出させることにより、前記ケーシング外で処理液と気体とを混合させて処理液の液滴を形成し、この処理液の液滴を処理対象に向けて吐出するようになっている、二流体ノズル。
【請求項２】
前記第１気体吐出口は第１流量で気体を吐出するためのものであり、前記第２気体吐出口は、前記第１流量と異なる第２流量で気体を吐出するためのものである、請求項１記載の二流体ノズル。
【請求項３】
前記第１流量は、前記第２流量よりも小流量である、請求項２記載の二流体ノズル。
【請求項４】
前記第１気体吐出口の開口面積は、前記第２気体吐出口の開口面積よりも小さくされている、請求項３記載の二流体ノズル。
【請求項５】
処理対象の基板を保持して回転させるための基板回転手段と、
前記基板回転手段によって回転されている基板の主面に、処理液の液滴を供給するための請求項１〜４のいずれか一項に記載の二流体ノズルと、
前記二流体ノズルのケーシングに処理液を供給するための処理液供給手段と、
前記二流体ノズルのケーシングに気体を供給するための気体供給手段と、
前記二流体ノズルを前記基板の主面に沿って移動させるためのノズル移動手段と、
前記処理液供給手段および気体供給手段を制御して、前記二流体ノズルの処理液吐出口から処理液を吐出させつつ、前記二流体ノズルの第１および第２気体吐出口の少なくとも一方から気体を吐出させるための制御手段とを含む、基板処理装置。
【請求項１】
処理液および気体が導入されるケーシングと、
前記ケーシングに形成され、処理液を吐出するための処理液吐出口と、
前記処理液吐出口を取り囲むように前記ケーシングに形成され、気体を吐出するための環状の第１気体吐出口と、
前記第１気体吐出口を取り囲むように前記ケーシングに形成され、気体を吐出するための環状の第２気体吐出口とを含み、
前記処理液吐出口から処理液を吐出させつつ、前記第１および第２気体吐出口の少なくとも一方から気体を吐出させることにより、前記ケーシング外で処理液と気体とを混合させて処理液の液滴を形成し、この処理液の液滴を処理対象に向けて吐出するようになっている、二流体ノズル。
【請求項２】
前記第１気体吐出口は第１流量で気体を吐出するためのものであり、前記第２気体吐出口は、前記第１流量と異なる第２流量で気体を吐出するためのものである、請求項１記載の二流体ノズル。
【請求項３】
前記第１流量は、前記第２流量よりも小流量である、請求項２記載の二流体ノズル。
【請求項４】
前記第１気体吐出口の開口面積は、前記第２気体吐出口の開口面積よりも小さくされている、請求項３記載の二流体ノズル。
【請求項５】
処理対象の基板を保持して回転させるための基板回転手段と、
前記基板回転手段によって回転されている基板の主面に、処理液の液滴を供給するための請求項１〜４のいずれか一項に記載の二流体ノズルと、
前記二流体ノズルのケーシングに処理液を供給するための処理液供給手段と、
前記二流体ノズルのケーシングに気体を供給するための気体供給手段と、
前記二流体ノズルを前記基板の主面に沿って移動させるためのノズル移動手段と、
前記処理液供給手段および気体供給手段を制御して、前記二流体ノズルの処理液吐出口から処理液を吐出させつつ、前記二流体ノズルの第１および第２気体吐出口の少なくとも一方から気体を吐出させるための制御手段とを含む、基板処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−１０８８２９（Ｐ２００８−１０８８２９Ａ）
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２８８８２２（Ｐ２００６−２８８８２２）
【出願日】平成１８年１０月２４日（２００６．１０．２４）
【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５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月２４日（２００６．１０．２４）
【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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