(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を水平に保持する基板保持手段と、
前記基板保持手段に保持された基板に対して第１処理液を供給し、基板の表面に第１液膜を形成する第１液膜形成手段と、
前記基板保持手段に保持された基板に対して前記第１処理液とは異なる処理液であり、前記第１処理液よりも溶存気体量が多い第２処理液を供給し、前記第１液膜を介在させて基板の表面に第２液膜を形成する第２液膜形成手段と、
前記第１および第２液膜に対して、超音波振動を付与する超音波振動付与手段と、
を含むことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記第２処理液に対して気体を溶存させる気体溶存手段と、
前記気体溶存手段による前記第２処理液中への溶存気体量を制御する制御手段と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記第１処理液は前記第２処理液に対して不溶性であり、かつ前記第２処理液よりも比重が大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記第１液膜形成手段および前記第２液膜形成手段は、基板の表面に前記第１処理液および前記第２処理液を供給した後、所定時間経過させることにより、前記第１処理液および前記第２処理液を比重の差で分離させることによって、基板の表面に前記第１液膜および前記第２液膜を形成することを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記超音波振動付与手段は、前記第１および第２液膜が形成された基板の表面の反対側に設けられ、
前記超音波振動付与手段が設けられた側の基板の表面に、前記超音波振動付与手段による超音波振動が付与される伝播液膜を形成する伝播液膜形成手段をさらに含み、
前記超音波振動付与手段により付与された超音波振動は、前記伝播液膜および基板を透過して前記第１および第２液膜に付与されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項６】
基板を水平に保持する基板保持工程と、
前記基板保持工程で保持された基板に対して第１処理液を供給し、基板の表面に第１液膜を形成する第１液膜形成工程と、
前記基板保持工程で保持された基板に対して前記第１処理液とは異なる処理液であり、前記第１処理液よりも溶存気体量が多い第２処理液を供給し、前記第１液膜を介在させて基板の表面に第２液膜を形成する第２液膜形成工程と、
前記第１および第２液膜に対して、超音波振動を付与する超音波振動付与工程と、
を含むことを特徴とする基板処理方法。
【請求項７】
前記第２処理液に対して気体を溶存させる気体溶存工程と、
前記気体溶存工程において前記第２処理液への溶存気体量を制御する制御工程と、
をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の基板処理方法。
【請求項８】
前記第１処理液は前記第２処理液に対して不溶性であり、かつ前記第２処理液よりも比重が大きいことを特徴とする請求項６または７に記載の基板処理方法。
【請求項９】
前記第１液膜形成工程および前記第２液膜形成工程は、基板の表面に前記第１処理液および前記第２処理液を供給した後、所定時間経過させることにより、前記第１処理液および前記第２処理液を比重の差で分離させることによって、基板の表面に前記第１液膜および前記第２液膜を形成することを特徴とする請求項８に記載の基板処理方法。
【請求項１０】
第１および第２液膜が形成された基板の表面の反対側の基板の表面に、超音波振動を伝播する伝播液膜を形成する伝播液膜形成工程をさらに含み、
前記超音波振動付与工程は、超音波振動が前記伝播液膜に対して付与され、前記超音波振動は前記伝播液膜および基板を透過して前記第１および第２液膜に付与されることを特徴とする請求項６ないし９のいずれかに記載の基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板に対して処理液を用いた処理を施すための基板処理装置および基板処理方法に関する。処理対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板などが含まれる。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置や液晶表示装置の製造工程の中で、たとえば、半導体ウエハや液晶表示装置用ガラス基板などの表面に洗浄処理を施す工程は重要な工程の１つである。洗浄処理工程を実施する装置の中には、基板の表面に超音波振動が付与された洗浄液（以下「超音波洗浄液」という。）を供給し、その超音波洗浄液で基板の表面を洗浄するものがある。
【０００３】
基板を１枚ずつ超音波洗浄液で洗浄する枚葉型の超音波洗浄装置では、たとえば、基板を水平に保持して回転させるスピンチャックと、このスピンチャックに保持された基板の表面に超音波洗浄液を供給するための超音波ノズルとが備えられている。そして、スピンチャックによって基板を水平面内で回転させる一方で、超音波ノズルを基板の上方で往復移動させつつ、その超音波ノズルから基板の表面に超音波洗浄液を供給することにより、基板の表面の全域に超音波洗浄液が供給される（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３１８１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、超音波洗浄液に対して超音波振動を付与する際、超音波振動の出力コントロールが非常に難しく、基板の表面のデバイスパターンが微細化するにつれて、超音波洗浄液による洗浄処理においてデバイスパターンが倒壊するといったパターンへのダメージが増加し、半導体装置の製造工程での歩留まり低下を引き起こしていた。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、基板へのダメージを抑制しつつ、基板の表面に対して超音波による洗浄処理を施すことができる基板処理装置および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】
【０００７】
前記目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板（Ｗ）を水平に保持する基板保持手段（１０、２００）と、前記基板保持手段に保持された基板に対して第１処理液を供給し、基板の表面に第１液膜を形成する第１液膜形成手段（２０）と、前記基板保持手段に保持された基板に対して前記第１処理液とは異なる処理液であり、前記第１処理液よりも溶存気体量が多い第２処理液を供給し、前記第１液膜を介在させて基板の表面に第２液膜を形成する第２液膜形成手段（１７）と、前記第１および第２液膜に対して、超音波振動を付与する超音波振動付与手段（１４、３、１０４、１１１）とを含むことを特徴とする基板処理装置（１、１００）である。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。
【０００８】
ここで、本発明における超音波洗浄のメカニズムについて説明する。処理液に超音波が付与されると、処理液中でキャビテーションが発生し、このキャビテーションによって基板の表面のパーティクルが除去されるなどの物理洗浄効果が得られる。このキャビテーションによる物理洗浄効果をさらに具体的に説明すると、処理液に超音波振動が付与されると、処理液中の圧力が減少することにより微小気泡が形成される。そして、この微小気泡が膨張・圧縮を繰り返すことにより気泡が成長し、その成長気泡が圧壊（瞬間的に気泡が消滅する現象）する。この気泡が圧壊するときに生じる衝撃エネルギーが基板の表面に作用することによって物理洗浄効果が得られると考えられている。しかしながら、基板の表面のデバイスパターンが微細化するにつれて、この衝撃エネルギーによって、パーティクルが除去されるといった物理洗浄効果が得られるとともにデバイスパターンが倒壊するといった、基板へのダメージが生じてしまうことがある。
【０００９】
本発明によれば、基板保持手段に保持された基板の表面に第１液膜が形成され、さらに第１液膜を介在させて第２液膜が形成される。そして、この第１および第２液膜に対して超音波振動付与手段により超音波振動が付与される。
【００１０】
そして、第１および第２液膜に対して付与した超音波振動により、第２液膜中でのみキャビテーションが発生する。ここで、第２液膜は第１液膜を介在させて基板の表面に形成されているため、このキャビテーションによって発生した衝撃エネルギーは、基板の表面に到達する前に、キャビテーションが発生しない第１液膜によって緩和される。したがって、キャビテーションによる衝撃エネルギーは、基板の表面に形成されたデバイスパターンには直接作用しないため、パターンダメージが発生することを抑制することができる。したがって、本発明によれば基板の表面のダメージを抑制しつつ、基板の表面の洗浄処理を行うことができる。
【００１１】
請求項２に係る発明は、前記第２処理液に対して気体を溶存させる気体溶存手段（１８）と、前記気体溶存手段による前記第２処理液中への溶存気体量を制御する制御手段（４）とをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置である。
【００１２】
この発明によれば、気体溶存手段によって第２処理液に気体が溶存され、さらにその溶存気体量が制御手段によって制御される。第２液膜で発生するキャビテーション量は、その液中に溶存する気体量によって変化する。したがって、第２液膜中で発生する気泡の数は、第２処理液に溶存させる気体量を制御することによって調節することができ、基板の表面に対する物理洗浄能力を調節することができる。したがって、この発明によれば、基板の表面に形成されたデバイスパターンの種類に応じて基板の表面に対する物理洗浄能力を変化させることができ、様々な種類の基板に対して、ダメージを与えることなく良好な洗浄処理を施すことができる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、前記第１処理液は前記第２処理液に対して不溶性であり、かつ前記第２処理液よりも比重が大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装置である。
【００１４】
この発明によれば、第１処理液および第２処理液が基板に供給されると、基板の表面において、第１処理液が第２処理液よりも下層に位置するように分離する。したがって、基板の表面に第１処理液による第１液膜が形成され、第１液膜を介在させるようにして第２処理液による第２液膜が形成される。
【００１５】
請求項４に係る発明は、前記第１液膜形成手段および前記第２液膜形成手段は、基板の表面に前記第１処理液および前記第２処理液を供給した後、所定時間経過させることにより、前記第１処理液および前記第２処理液を比重の差で分離させることによって、基板の表面に前記第１液膜および前記第２液膜を形成することを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置である。
【００１６】
この発明によれば、第１処理液および第２処理液が基板の表面に供給された後、所定時間経過することにより、基板の表面において、各処理液の比重の差によって第１処理液が第２処理液の下層となるように第１および第２処理液が分離して、第１液膜および第２液膜が形成される。したがって、基板の表面に第１液膜および第２液膜を容易に形成することができる。
【００１７】
請求項５に係る発明は、前記超音波振動付与手段は、前記第１および第２液膜が形成された基板の表面の反対側に設けられ、前記超音波振動付与手段が設けられた側の基板の表面に、前記超音波振動付与手段による超音波振動が付与される伝播液膜を形成する伝播液膜形成手段（１５）をさらに含み、前記超音波振動付与手段により付与された超音波振動は、前記伝播液膜および基板を透過して前記第１および第２液膜に付与されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置である。
【００１８】
この発明によれば、超音波振動付与手段が設けられた側の基板の表面には伝播液膜が形成される。そして、超音波振動付与手段から発せられた超音波振動は、この伝播液膜と基板を透過して第１および第２液膜に付与される。これにより、超音波振動が第２液膜に直接付与されないので、第２液膜で発生するキャビテーションが抑制され、パターンダメージの発生をさらに抑制することができる。
【００１９】
請求項６に係る発明は、基板を水平に保持する基板保持工程（Ｓ１、Ｓ１０１）と、前記基板保持工程で保持された基板に対して第１処理液を供給し、基板の表面に第１液膜を形成する第１液膜形成工程（Ｓ４、Ｓ６、Ｓ１０４、Ｓ１０６）と、前記基板保持工程で保持された基板に対して前記第１処理液とは異なる処理液であり、前記第１処理液よりも溶存気体量が多い第２処理液を供給し、前記第１液膜を介在させて基板の表面に第２液膜を形成する第２液膜形成工程（Ｓ４、Ｓ６、Ｓ１０４、Ｓ１０６）と、前記第１および第２液膜に対して、超音波振動を付与する超音波振動付与工程（Ｓ８、Ｓ１０８）とを含むことを特徴とする基板処理方法である。
【００２０】
この発明によれば、請求項１に関連して述べた効果と同様な効果を奏することができる。
【００２１】
請求項７に係る発明は、前記第２処理液に対して気体を溶存させる気体溶存工程（Ｓ４、Ｓ１０４）と、前記気体溶存工程において前記第２処理液への溶存気体量を制御する制御工程（Ｓ４、Ｓ１０４）と、をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の基板処理方法である。
【００２２】
この発明によれば、請求項２に関連して述べた効果と同様な効果を奏することができる。
【００２３】
請求項８に係る発明は、前記第１処理液は前記第２処理液に対して不溶性であり、かつ前記第２処理液よりも比重が大きいことを特徴とする請求項６または７に記載の基板処理方法である。
【００２４】
この発明によれば、請求項３に関連して述べた効果と同様な効果を奏することができる。
【００２５】
請求項９に係る発明は、前記第１液膜形成工程および前記第２液膜形成工程は、基板の表面に前記第１処理液および前記第２処理液を供給した後、所定時間経過させることにより、前記第１処理液および前記第２処理液を比重の差で分離させることによって、基板の表面に前記第１液膜および前記第２液膜を形成することを特徴とする請求項８に記載の基板処理方法である。
【００２６】
この発明によれば、請求項４に関連して述べた効果と同様な効果を奏することができる。
【００２７】
請求項１０に係る発明は、第１および第２液膜が形成された基板の表面の反対側の基板の表面に、超音波振動を伝播する伝播液膜を形成する伝播液膜形成工程（Ｓ２）をさらに含み、前記超音波振動付与工程は、超音波振動が前記伝播液膜に対して付与され、前記超音波振動は前記伝播液膜および基板を透過して前記第２液膜に付与されることを特徴とする請求項６ないし９のいずれかに記載の基板処理方法である。
【００２８】
この発明によれば、請求項５に関連して述べた効果と同様な効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば基板の表面のダメージを抑制しつつ、基板の表面の洗浄処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る基板処理装置の図解的な断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るスピンチャックの斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る基板処理装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る基板処理装置による処理動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１実施形態に係る基板処理装置による洗浄処理のメカニズムを説明する図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る基板処理装置の図解的な側面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る基板処理装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る基板処理装置による処理動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、この発明の第１実施形態に係る基板処理装置１の構成を説明するための図解的な断面図である。基板処理装置１は、基板Ｗを水平に保持して回転させるスピンチャック１０と、スピンチャック１０に保持された基板Ｗの上面に第１処理液、第２処理液をそれぞれ供給する第１処理液供給ノズル２０、第２処理液供給ノズル１７を備えている。
【００３２】
スピンチャック１０は、鉛直方向に沿って配置された回転軸１１と、この回転軸１１の上端にほぼ水平に固定されて処理対象の基板Ｗに対向する円板状のベース部材１２と、このベース部材１２の周縁部に立設されたほぼ円筒形状の堰部材１３と、この堰部材１３の内方において、ベース部材１２の表面に配置された超音波振動板１４と、超音波振動板１４の上面に設けられ、処理対象の基板Ｗ（たとえば半導体ウエハのような円形基板）を保持するための基板支持部材１６とを備えている。
【００３３】
回転軸１１は中空軸であって、この回転軸１１の内部を挿通するように、伝播液供給ノズル１５が配置されている。この伝播液供給ノズル１５は、ベース部材１２および超音波振動板１４にそれぞれ形成された貫通孔を貫通していて、超音波振動板１４の上面中央から露出して上方（処理対象の基板Ｗの下面中央）に向けられた吐出口１５ａを有している。なお、本実施形態では、伝播液として純水が用いられている。伝播液供給ノズル１５には、伝播液供給源としての純水供給源３０からの純水が、脱気ユニット２４および伝播液供給バルブ２３を介して供給されるようになっている。脱気ユニット２４は、純水供給源３０から供給された純水中に溶存している気体を純水中から除去する。これにより、脱気ユニット２４から伝播液供給ノズル１５へ供給される純水は、溶存気体を含まない純水となる。
【００３４】
また、回転軸１１は、モータ等を含む回転駆動機構２に結合されている。この回転駆動機構２によって回転軸１１を鉛直軸線まわりに回転駆動させているので、ベース部材１２、堰部材１３および超音波振動板１４を、基板支持部材１６に保持された基板Ｗとともに鉛直軸線まわりに回転させることができる。
【００３５】
堰部材１３は、処理対象の基板Ｗを内部に収容することができる筒状に形成されている。たとえば、基板Ｗが半導体ウエハのような円形基板である場合には、堰部材１３は円筒状に形成されることが好ましい。また、基板Ｗが液晶表示装置用ガラス基板のような角形基板であれば、それに応じて、堰部材１３は平面視における形状が矩形の四角筒状に形成されることが好ましい。この実施形態では、図２に示されているように、堰部材１３は円形基板に対応した円筒状に形成されている。この円筒状の堰部材１３の上端より所定距離だけ下方の付近には、堰部材１３内の伝播液を堰部材１３の外部へ排出させるための切欠き１３ａが形成されている。この実施形態では、堰部材１３の上端より所定距離だけ下方の付近には、周方向に間隔をあけて複数個（図２の例では等角度間隔で４個）の切欠き１３ａが形成されている。また、この切欠き１３ａの下端の高さは、基板支持部材１６に保持された基板Ｗの下面の高さより低くされている。
【００３６】
堰部材１３の内周面であって、超音波振動板１４の上面には、処理対象の基板Ｗ（たとえば半導体ウエハのような円形基板）の下面の周縁部に接触して、この基板Ｗを超音波振動板１４の上面から一定距離だけ離隔した位置に保持するための基板支持部材１６が設けられている。この基板支持部材１６は、たとえば、基板Ｗの周縁部に複数箇所で接触するように、堰部材１３の周方向に間隔をあけて、複数箇所（たとえば３箇所）に設けられている。
【００３７】
超音波振動板１４は石英で構成されており、その内部には、超音波振動子１４ａが内蔵されている。超音波振動子１４ａには、この超音波振動子１４ａに給電して超音波振動を発生させるためのドライバ回路３が接続されている。
【００３８】
この基板支持部材１６によって保持されることになる基板Ｗの上方には、第１処理液供給ノズル２０が配置されている。この第１処理液供給ノズル２０は、基板Ｗのほぼ中心に向けて第１処理液を吐出するように配置されている。本実施形態では、第１処理液としてたとえばＨＦＥ（ハイドロフルオロエーテル）が用いられている。第１処理液供給ノズル２０には、第１処理液供給源としてのＨＦＥ供給源２２からのＨＦＥが、第１処理液供給バルブ２１を介して供給されるようになっている。
【００３９】
この基板支持部材１６によって保持されることになる基板Ｗの上方には、さらに第２処理液供給ノズル１７が配置されている。この第２処理液供給ノズル１７は、基板Ｗのほぼ中心に向けて第２処理液を吐出するように配置されている。本実施形態では、第２処理液として純水が用いられている。第２処理液供給ノズル１７には、第２処理液供給源としての純水供給源３０からの純水が、第２処理液供給バルブ１９および気体溶存ユニット１８を介して供給されるようになっている。気体溶存ユニット１８は、純水供給源３０から供給され、一旦脱気した純水に、図示しない気体供給源からの気体（例えば、窒素ガス）を所定量溶存させる。これにより、気体溶存ユニット１８から第２処理液供給ノズル１７へ供給される純水は、気体を所定量溶存した気体溶存水となる。なお、この気体溶存ユニット１８は、後述の制御装置４によって、第２処理液中に溶存される溶存気体量を所望の値に制御することが可能である。
【００４０】
図３は、この基板処理装置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、たとえば、マイクロコンピュータで構成される制御装置４を備えている。制御装置４は、回転駆動機構２、ドライバ回路３、気体溶存ユニット１８および脱気ユニット２４の動作を制御し、第１処理液供給バルブ２１、第２処理液供給バルブ１９および伝播液供給バルブ２３の開閉を制御する。
【００４１】
上述の基板処理装置１によって基板Ｗの処理が行われる際には、図示しない基板搬送手段によって、基板支持部材１６上に基板Ｗが裏面（トランジスタなどの機能素子（デバイス）が形成されていない側の面）を下方に向けた状態で受け渡される。この状態で、伝播液供給バルブ２３が開かれると、超音波振動板１４の上面と、これに対向する基板Ｗの下面との間に伝播液膜２５が形成される。なお、伝播液膜２５の厚みは、基板支持部材１６の高さを調節することによって調節される。また、第１処理液供給バルブ２１および第２処理液供給バルブ１９が開かれることによって、基板の上面（トランジスタなどの機能素子（デバイス）が形成されている側の面）に対して、第１処理液および第２処理液が供給され、後述のように基板Ｗの上面に第１液膜が形成され、その上層に第２液膜が形成される。この状態で、ドライバ回路３から超音波振動子１４ａに給電されることによって、超音波振動板１４から超音波振動が第１および第２液膜に付与される。
【００４２】
超音波振動が効率的に第１および第２液膜に付与されるためには、超音波振動が超音波振動板１４、伝播液膜２５、基板Ｗを効率的に透過する必要がある。ここで、超音波振動が超音波振動板１４を透過するためには、超音波の周波数と超音波振動板１４の上面の板厚が下記の条件式（１）を満たしていればよい。
【００４３】
周波数（Ｈｚ）＝音速（ｍ／ｓ）／板厚（ｍ）×１／２                （１）
なお、音速は超音波振動板１４の材質（本実施例では石英）によって決まる固有値である。
【００４４】
本実施形態では、この条件式（１）を満たすように、超音波振動板１４の板厚および超音波の周波数が設定される。たとえば、超音波の周波数が１ＭＨｚの場合は、超音波振動板１４の板厚は約４ｍｍに設定される。伝播液膜２５、基板Ｗについても同様であり、条件式（１）の板厚は伝播液膜２５および基板Ｗの厚みに相当し、音速はそれぞれの材質によって決まる固有値である。したがって、伝播液膜２５の厚みおよび超音波振動の周波数が条件式（１）を満たすように調節されることによって、超音波振動が効率的に第１および第２液膜に付与される。伝播液膜２５の厚みは基板支持部材１６の高さによって調節される。超音波振動の周波数は、ドライバ回路３によって調節される。
【００４５】
次に、この基板処理装置１による基板Ｗの処理動作を説明する。図４は、この基板処理装置１による基板Ｗの処理動作のフローチャートである。基板Ｗに対する処理を開始する前に、制御装置４は、回転駆動機構２を停止させて、スピンチャック１０を停止状態にする。また、第１処理液供給バルブ２１、第２処理液供給バルブ１９、および伝播液供給バルブ２３は全て閉じられている。そして、図示しない基板搬送手段によって、未処理の基板Ｗが基板支持部材１６上に搬入される（ステップＳ１）。
【００４６】
次に、制御装置４は、伝播液供給バルブ２３、脱気ユニット２４を制御して、伝播液供給ノズル１５の吐出口１５ａから基板支持部材１６に保持された基板Ｗの下面に向けて伝播液を供給させる（ステップＳ２）。これにより、基板Ｗの下面と超音波振動板１４の間が伝播液で満たされることとなり、伝播液膜２５が形成される。
【００４７】
次に、制御装置４は、回転駆動機構２を制御して、スピンチャック１０の回転を開始させる（ステップＳ３）。また、制御装置４は、第１処理液供給バルブ２１、第２処理液供給バルブ１９および気体溶存ユニット１８を制御して、第１処理液供給ノズル２０および第２処理液供給ノズル２０から回転中の基板Ｗの中心位置に向けてＨＦＥおよび気体溶存水を供給させる（ステップＳ４）。この際、気体溶存水に溶存される気体の溶存量は、気体溶存ユニット１８と制御装置４によって所望の値に制御されている。基板Ｗの中心位置に供給されたＨＦＥおよび気体溶存水は、基板Ｗの回転による遠心力により基板Ｗの周縁部に向けて拡がり、基板Ｗの上面全体に供給される。
【００４８】
基板Ｗの上面全体にＨＦＥおよび気体溶存水が供給された後、制御装置４は回転駆動機構２を制御して基板Ｗの回転を停止させる（ステップＳ５）。これにより、基板Ｗの上面全域には、ＨＦＥおよび気体溶存水の混合液がパドル（液盛り）された状態となる。この状態で、基板Ｗを所定時間静止させる。ＨＦＥは純水に対して不溶性であり、かつ純水よりも比重が大きいため、基板Ｗ上のＨＦＥおよび気体溶存水は、時間が経過するにつれて、基板Ｗ上で分離し、下層にＨＦＥの液膜（第１液膜）が形成され、上層に気体溶存水の液膜（第２液膜）が形成される（ステップＳ６）。その後、制御装置４は、回転駆動機構２を制御して、基板Ｗを低速（基板Ｗ上のＨＦＥおよび気体溶存水の液膜がくずれない程度の速度で、たとえば１０〜２０ｒｐｍ）で回転させる（ステップＳ７）。
【００４９】
次に、制御装置４は、ドライバ回路３を制御することにより、超音波振動板１４から超音波振動を発生させる。前述の通り、超音波振動板１４で発生した超音波振動は、伝播液膜２５、基板Ｗを透過して第１液膜（ＨＦＥ）および第２液膜（気体溶存水）に付与される（ステップＳ８）。なお、伝播液膜２５は、脱気ユニット２４によって脱気された純水であるため、超音波振動が付与されても伝播液膜２５中で気泡が発生することはなく、効率的に超音波振動を透過させることができる。また、伝播液膜は、前述の通り、超音波振動を効率的に透過させる厚みに設定されているため、超音波振動板１４から発生した超音波振動は効率的に第１液膜（ＨＦＥ）および第２液膜（気体溶存水）に付与される。このように、超音波振動が所定時間付与されることによって、基板Ｗの上面の洗浄処理が行われる。この洗浄処理のメカニズムの詳細については後述する。
【００５０】
超音波振動付与工程（ステップＳ８）が終了した後、制御装置４は、伝播液供給バルブ２３を制御して伝播液の供給を停止させ、回転駆動機構２を制御して、基板Ｗを高速回転させる（ステップＳ９）。これにより、基板Ｗの上面の第１液膜（ＨＦＥ）、第２液膜（気体溶存水）、および基板Ｗ下面の伝播液膜が振り切られる。
【００５１】
その後、基板Ｗの上面の中心位置に第２処理液供給ノズル１７からリンス液（たとえば純水）が供給されることにより、リンス処理が行われる（ステップＳ１０）。なお、基板Ｗへのリンス液の供給は、気体溶存ユニット１８を動作させることなく、第２処理液供給ノズル１７から純水を供給させる構成でもよいし、別途、リンス処理に用いる純水を供給するためのリンスノズルを設けて、このリンスノズルから純水を供給させる構成としてもよい。
【００５２】
リンス処理が終了した後、制御装置４は、回転駆動機構２を制御して、基板Ｗを高速で回転させることにより、振り切り乾燥を行う（ステップＳ１１）。その後、図示しない基板搬送手段によって、基板支持部材１６に保持された基板Ｗが搬出される（ステップＳ１２）。
【００５３】
ここで、ステップＳ８における洗浄処理のメカニズムについて図５を用いて説明する。図５は、ステップＳ８における基板Ｗ表面に形成されている液膜の状態を図解的に表した図である。ステップＳ８では図５（ａ）に示すように、超音波振動板１４および基板Ｗの下面との間には伝播液膜２５が形成されており、基板Ｗの上面には第１液膜としてＨＦＥの液膜が形成され、さらにその上層に第２液膜として気体溶存水の液膜が形成された状態となっている。この状態で、超音波振動板１４から超音波振動が発せられると、超音波振動は、伝播液膜２５、基板Ｗを透過してＨＦＥおよび気体溶存水に付与される。
【００５４】
気体溶存水に超音波振動が付与されると、図５（ｂ）に示すように、気体溶存水中の圧力が減少することにより気体溶存水中に微小気泡が形成される。そして、この微小気泡が膨張・圧縮を繰り返すことにより気泡が成長し、その成長気泡が圧壊（瞬間的に気泡が消滅する現象）する。すなわち、キャビテーションが発生する。この成長気泡が圧壊するときに生じる衝撃エネルギーが基板Ｗの表面に作用することによって、パーティクルが除去されるといった物理洗浄効果が得られる。ここで、気体溶存水の下層にはＨＦＥの液膜が存在している。したがって、気体溶存水で発生したキャビテーションによる衝撃エネルギーは、基板Ｗの上面に到達する前に、ＨＦＥの液膜によって緩和される。なお、ＨＦＥは気体溶存水よりも溶存気体量が少なく、その液中にほとんど気体が溶存していないため、超音波振動が付与されてもほとんどキャビテーションが発生することはない。したがって、ＨＦＥの液膜が存在することによって、キャビテーションによる衝撃エネルギーにより基板Ｗにダメージが発生してしまうことを抑制しつつ、基板Ｗの表面の洗浄処理を行うことができる。
【００５５】
なお、気体溶存水で発生する衝撃エネルギーの大きさは、気体溶存水の液膜の厚み、気体の溶存量、超音波の周波数や強度を調節することによって制御することができる。また、基板Ｗに到達する衝撃エネルギーの大きさは、ＨＦＥの液膜の厚みを調節することによって制御することができる。ここで、液膜の厚みは、基板Ｗへの供給流量と基板Ｗの回転数を変えることによって調節することができ、気体溶存水中の溶存気体量は、溶存気体ユニットによって調節することができる。
【００５６】
以上のように、本実施形態によれば、スピンチャック１０に保持された基板Ｗの上面に第１液膜としてＨＦＥの液膜が形成され、さらにこの第１液膜を介在して第２液膜として気体溶存水の液膜が形成される。そして、この第１および第２液膜に対して超音波振動板１４からの超音波振動が付与される。したがって、気体溶存水でのみ発生したキャビテーションによる衝撃エネルギーは、基板Ｗの表面に到達する前に、ＨＦＥの液膜によって緩和される。したがって、キャビテーションによる衝撃エネルギーは、基板Ｗの表面に形成されたデバイスパターンに直接作用しないため、パターンダメージが発生することを抑制することができる。したがって、基板Ｗの表面のダメージを抑制しつつ、基板Ｗの表面の洗浄処理を行うことができる。
【００５７】
次に、この発明の第２実施形態を図６、図７および図８を参照して詳細に説明する。この図６および図７において、前述の図１〜図５に示された各部と同等の構成部分については、図１〜図５と同一の参照符号を付してその説明を省略する。図６は、本発明の第２実施形態に係る基板処理装置１００の概略構成を示す模式的な側面図である。図７は、本発明の第２実施形態に係る基板処理装置の電気的構成を示すブロック図である。第２実施形態では、スピンチャックの構成と基板Ｗに超音波振動を付与する機構が第１実施形態とは異なる。
【００５８】
基板処理装置１００は、基板Ｗを水平に保持して回転させるスピンチャック２００と、スピンチャック２００に保持された基板Ｗの上面に第１処理液、第２処理液をそれぞれ供給する第１処理液供給ノズル２０、第２処理液供給ノズル１７と、基板Ｗの上面に超音波振動を付与する超音波振動付与機構３００を備えている。また、スピンチャック２００の周囲には、基板Ｗの上面に供給された処理液が基板Ｗ上から排出されるのを阻止するためのリング１１０が配置されている。
【００５９】
スピンチャック２００は、鉛直方向に延びる回転軸１０１と、この回転軸１０１の上端に取り付けられて、基板Ｗを水平な姿勢でその下面（裏面）を吸着して保持する吸着ベース１０２とを備えている。また、回転軸１０１は、モータ等を含む回転駆動機構１０９に連結されている。この回転駆動機構１０９によって回転軸１０１を鉛直軸線まわりに回転駆動することによって、吸着ベース１０２に基板Ｗを吸着保持させた状態で基板Ｗの中心を通る鉛直軸線まわりに基板Ｗを回転させることができる。回転駆動機構１０９は、制御装置４によって制御される（図７参照）。
【００６０】
リング１１０は、側面が下端部から上端部に向けて径が徐々に大きくなるように曲面状とされた円筒状の部材である。リング１１０は、鉛直方向に沿う円筒状の内周面１１０ａを有している。リング１１０は、スピンチャック２００に保持された基板Ｗと同軸になるように水平姿勢でシリンダ１０３によって下方から支持されている。シリンダ１０３は、本体部１０３ａと、本体部１０３ａに対して進退するロッド１０３ｂとを有している。シリンダ１０３は、ロッド１０３ｂを２つの位置（上死点および下死点）の間で移動させることができる。この実施形態では、前記２つの位置でロッド１０３ｂを停止させることができ、中間位置でロッド１０３ｂを停止させることができないものがシリンダ１０３として用いられている。シリンダ１０３は、たとえば処理液に対する耐性を有する材料（たとえば合成樹脂）によって形成されている。したがって、処理液がシリンダ１０３に付着しても、シリンダ１０３が腐食等することが抑制または防止されている。
【００６１】
制御装置４は、シリンダ１０３を制御して(図７参照)、リング１１０がスピンチャック２００に保持された基板Ｗの周囲に位置する上位置（図６において二点鎖線で示すリング１１０の位置）と、スピンチャック２００に保持された基板Ｗよりも下方に位置する下位置（図６において実線で示すリング１１０の位置）との間で、リング１１０を鉛直方向に昇降させることができる。スピンチャック２００に基板Ｗが保持された状態でリング１１０を上位置に移動させると、基板Ｗの周囲がリング１１０によって取り囲まれる。リング１１０の内周面１１０ａの径は、基板Ｗの直径よりもわずかに大きくなるように設定されている。
【００６２】
超音波振動付与機構３００は、基板Ｗの回転範囲外に配置され、鉛直方向に延びる支柱１０７と、支柱１０７の上端に配置された回転軸１０７ａに支持されて、スピンチャック２００による基板Ｗの保持位置よりも上方で略水平に延びる揺動アーム１０６と、この揺動アーム１０６の先端部から下方に延びる支持部材１０５によって支持され、基板Ｗの上面に超音波振動を付与する超音波振動板１０４と、揺動アーム１０６を回転軸１０７ａを中心として水平方向に揺動させる揺動駆動機構１０８とを備えている。超音波振動板１０４には超音波振動子（図示せず）が内蔵されており、この超音波振動子に給電して超音波振動を発生させるためのドライバ回路１１１が接続されている。揺動駆動機構１０８、ドライバ回路１１１は制御装置４によって制御される（図７参照）。
【００６３】
超音波振動板１０４は、基板Ｗのほぼ半径分の長さを有する直方体の石英部材で構成されている。また、超音波振動板１０４は、その下面がスピンチャック２００に保持された基板Ｗの上面よりも高く、かつ基板Ｗの上面に形成された液膜に接するような高さ位置に設けられている。制御装置４は、揺動アーム１０６を水平方向に揺動させることによって、回転軸１０７ａを中心とした円弧状の軌跡に沿って超音波振動板１０４を水平移動させることができる。これにより、超音波振動板１０４は、スピンチャック２００に保持された基板Ｗの上面に沿う方向に揺動する。
【００６４】
次に、第２実施形態に係る基板処理装置１００による基板Ｗの処理動作を説明する。図８は、この基板処理装置による基板Ｗの処理動作のフローチャートである。基板Ｗに対する処理を開始する前に、制御装置４は、回転駆動機構１０９を停止させて、スピンチャック２００を停止状態にする。また、第１処理液供給バルブ２１、第２処理液供給バルブ１９は全て閉じられている。そして、図示しない基板搬送手段によって、未処理の基板Ｗが吸着ベース１０２上に搬入される（ステップＳ１０１）。
【００６５】
次に、制御装置４は、シリンダ１０３を制御して、リング１１０をスピンチャック２００に保持された基板Ｗの周囲に位置する上位置（図６において二点鎖線で示すリング１１０の位置）まで鉛直方向に上昇させる（ステップＳ１０２）。
【００６６】
その後、制御装置４は、回転駆動機構１０９を制御して、スピンチャック２００の回転を開始させる（ステップＳ１０３）。また、第１処理液供給バルブ２１、第２処理液供給バルブ１９および気体溶存ユニット１８を制御して、第１処理液供給ノズル２０および第２処理液供給ノズル１７から回転中の基板Ｗの中心位置に向けてＨＦＥおよび気体溶存水を供給させる（ステップＳ１０４）。この際、気体溶存水に溶存される気体の溶存量は、気体溶存ユニット１８と制御装置４によって所望の値に制御されている。基板Ｗの中心位置に供給されたＨＦＥおよび気体溶存水は、基板Ｗの回転による遠心力により基板Ｗの周縁部に向けて拡がり、基板Ｗの上面全体に供給される。ここで、基板Ｗの周囲にはリング１１０が配置されているため、基板Ｗの上面に供給されたＨＦＥおよび気体溶存水は、基板Ｗの周端部から排出されずに基板Ｗの上面に留まり液膜を形成する。
【００６７】
基板Ｗの上面全体にＨＦＥおよび気体溶存水が供給された後、制御装置４は、回転駆動機構１０９を制御して基板Ｗの回転を停止させる（ステップＳ１０５）。これにより、基板Ｗの上面全域には、ＨＦＥおよび気体溶存水の混合液がパドル（液盛り）された状態となる。この状態で、基板Ｗを所定時間静止させる。ＨＦＥは純水に対して不溶性であり、かつ純水よりも比重が大きいため、基板Ｗ上のＨＦＥおよび気体溶存水は、時間が経過するにつれて、基板Ｗ上で分離し、下層にＨＦＥの液膜（第１液膜）が形成され、上層に気体溶存水の液膜（第２液膜）が形成される（ステップＳ１０６）。その後、制御装置４は、回転駆動機構１０９を制御して、基板Ｗを低速（基板Ｗ上のＨＦＥおよび気体溶存水の液膜がくずれない程度の速度で、たとえば１０〜２０ｒｐｍ）で回転させる（ステップＳ１０７）。
【００６８】
次に、制御装置４は、揺動駆動機構１０８を制御することにより、揺動アーム１０６を揺動させて、超音波振動板１０４の下面を基板Ｗの上面に形成された第２液膜（気体溶存水）に接液させる。そして、ドライバ回路１１１を制御することにより、超音波振動板１０４から超音波振動を発生させて、第２液膜（すなわち気体溶存水）に対して超音波振動を付与させる。また、揺動アーム１０６を揺動させることにより、超音波振動板１０４を回転軸１０７ａを中心とした円弧状の軌跡に沿って揺動させる（ステップＳ１０８）。これにより、基板Ｗの上面全域に対して、超音波振動を付与することができる。また、超音波振動板１０４を揺動させることにより、基板Ｗの回転中心付近に集中的に超音波振動が付与されることが防止される。このように、超音波振動が所定時間第１および第２液膜に付与されることにより、第１実施形態と同様の洗浄メカニズムにより、基板Ｗの上面全域に対して洗浄処理を行うことができる。また、この実施形態では、第２液膜に超音波振動板１０４を接触させることにより、超音波振動板１０４から第２液膜に超音波振動を直接付与することができるため、超音波振動を第２液膜に効率的に付与することができる。
【００６９】
超音波振動付与工程（ステップＳ１０８）が終了した後、制御装置４は、シリンダ１０３を制御して、リング１１０をスピンチャック２００に保持された基板Ｗよりも下方に位置する下位置（図６において実線で示すリング１１０の位置）まで下降させる（ステップＳ１０９）。
【００７０】
その後、制御装置４は回転駆動機構１０９を制御して、基板Ｗを高速回転させる（ステップＳ１１０）。これにより、基板Ｗ上の第１液膜（ＨＦＥ）および第２液膜（気体溶存水）が振り切られる。
【００７１】
その後、基板Ｗの上面の中心位置に第２処理液供給ノズル１７からリンス液（たとえば純水）が供給されることにより、リンス処理が行われる（ステップＳ１１１）。なお、基板Ｗへのリンス液の供給は、気体溶存ユニット１８を動作させることなく、第２処理液供給ノズル１７から純水を供給させる構成でもよいし、別途、リンス処理に用いる純水を供給するためのリンスノズルを設けて、リンスノズルから純水を供給させる構成としてもよい。
【００７２】
リンス処理が終了した後、制御装置４は、回転駆動機構１０９を制御して、基板Ｗを高速で回転させることにより、振り切り乾燥を行う（ステップＳ１１２）。その後、図示しない基板搬送手段によって基板Ｗが搬出される（ステップＳ１１３）。
【００７３】
このように、第２実施形態では、基板Ｗの上面に超音波振動板１０４が配置されて、超音波振動板１０４を第２液膜に接液させることにより、超音波振動が第２液膜に付与される。したがって、第１実施形態のように、超音波振動が伝播液膜、基板Ｗを透過することなく、直接第２液膜に付与されるので、超音波振動板１０４から発せられた超音波振動が効率的に第２液膜に付与される。
【００７４】
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の第１、第２実施形態では超音波振動付与工程（ステップＳ８、Ｓ１０８）が終了して、基板Ｗを高速回転させた後、純水によるリンス処理（ステップＳ１０、Ｓ１１１）を行わせているが、リンス処理は必ずしも行われなくてもよい。
【００７５】
また、前述の第１、第２実施形態では、第１液膜および第２液膜を形成する工程（ステップＳ６、Ｓ１０６）において、基板Ｗの上面に第１処理液および第２処理液が同時に供給されているが、第１処理液と第２処理液は順に基板Ｗに供給されてもよい。すなわち、まず、第２処理液である気体溶存水が基板Ｗ上面全域に供給された後に第１処理液であるＨＦＥが基板Ｗに供給されるようにしてもよい。また、その逆で先にＨＦＥが基板Ｗの上面全域に供給された後に気体溶存水が供給されてもよい。
【００７６】
また、前述の第２実施形態では、基板Ｗの半径分の長さを有する直方体形状の超音波振動板１０４が用いられているが、超音波振動板１０４の形状は基板Ｗの直径分の長さを有する直方体形状であってもよいし、基板Ｗの上面に対向する下面が基板Ｗの回転中心から拡がるような扇形を有する扇形状のものであってもよい。また、基板Ｗとほぼ同一径を有する円板形状のものであってもよい。この場合は超音波振動板を基板Ｗ上で揺動させなくても基板Ｗの上面全域に超音波振動を付与することができる。
【００７７】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１、１００        基板処理装置
２、１０９        回転駆動機構
３、１１１        ドライバ回路
４                制御装置
１０、２００      スピンチャック
１１、１０１      回転軸
１２              ベース部材
１３              堰部材
１４、１０４      超音波振動板
１４ａ            超音波振動子
１５              伝播液供給ノズル
１５ａ            吐出口
１６              基板支持部材
１７              第２処理液供給ノズル
１８              気体溶存ユニット
１９              第２処理液供給バルブ
２０              第１処理液供給ノズル
２１              第１処理液供給バルブ
２２              ＨＦＥ供給源
２３              伝播液供給バルブ
２４              脱気ユニット
２５              伝播液膜
３０              純水供給源
１０２            吸着ベース
１０３            シリンダ
１０３ａ          本体部
１０３ｂ          ロッド
１０５            支持部材
１０６            揺動アーム
１０７            支柱
１０８            揺動駆動機構
１１０            リング
１１０ａ          内周面
３００            超音波振動付与機構
【図１】
0005449953.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0005449953.tif 000006
【図６】
0005449953.tif 000007
【図７】
0005449953.tif 000008
【図８】
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