(57)【要約】【課題】基板表面に形成された液膜に超音波振動を付与する基板処理装置および基板処理方法において基板へのダメージを低減する。【解決手段】基板表面Ｗｆ上にＨＦＥ液（第１処理液）の液膜ＬＦ１が形成され、さらにＨＦＥ液の液膜ＬＦ１上にＤＩＷ（第２処理液）の液膜ＬＦ２が形成される。そして、この液膜ＬＦ２に対して超音波振動が付与される。したがって、超音波振動の付与により液膜ＬＦ２で発生した衝撃波の全てが液膜ＬＦ１を介して基板表面Ｗｆに到達するのではなく、その一部は両液膜ＬＦ１、ＬＦ２の間に形成された界面ＢＦにより反射される。また、界面ＢＦを通過してきた衝撃波は液膜ＬＦ１を通過して基板表面Ｗｆに達するまでの間に減衰される。したがって、超音波振動より液膜ＬＦ２中で発生して基板表面Ｗｆに与えられる衝撃波のエネルギーが効果的に低減される。【選択図】図２
2011121009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を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の表面に向けて第１処理液を供給する第１処理液供給手段と、
前記第１処理液よりも比重が小さい第２処理液を前記基板表面に向けて供給する第２処理液供給手段と、
前記第１処理液および前記第２処理の供給により前記基板表面上で前記第１処理液の液膜の上に形成された前記第２処理液の液膜に対し、超音波振動を付与する超音波付与手段と
を備えたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記第２処理液が前記第１処理液よりも超音波振動によるキャビテーションが発生し易い液体である請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記基板表面に供給された前記第１処理液および前記第２処理液のキャビテーション係数をそれぞれα１、α２としたとき、
α１＞α２
が満足されている請求項２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記第２処理液供給手段は、前記第１処理液の液膜が形成された前記基板表面に前記第２処理液を供給して前記第１処理液の液膜上に前記第２処理液の液膜を形成する請求項１ないし３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記第１処理液および前記第２処理液は互いに混合し難い液体であり、前記基板表面に供給された後に所定時間放置されて、
前記基板表面上に前記第１処理液の液膜が形成されるとともに、前記第１処理液の液膜上に前記第２処理液の液膜が形成される請求項１ないし３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記第１処理液の液膜の厚みを制御する液膜厚制御手段をさらに備え、
前記液膜厚制御手段は前記基板表面から前記第２処理液の液膜までの高さを変更して前記キャビテーションの崩壊時に発生して前記基板表面に伝播するエネルギーを制御する請求項１ないし５のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記第１処理液がハイドロフルオロエーテルであり、前記第２処理液が脱イオン水である請求項１ないし６のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記超音波付与手段から超音波振動が付与された前記基板の表面に前記第１処理液と異なる第３処理液を供給して前記基板表面を洗浄する洗浄手段をさらに備える請求項１ないし７のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記第３処理液がアンモニア水と過酸化水素水との混合水溶液である請求項８に記載の基板処理装置。
【請求項１０】
基板の表面に向けて第１処理液と前記第１処理液よりも比重が小さい第２処理液とを同時にあるいは異なるタイミングで供給して、前記基板表面上に前記第１処理液の液膜を形成するとともに前記第１処理液の液膜上に前記第２処理液の液膜を形成した後、前記第２処理液の液膜に対して超音波振動を付与することを特徴とする基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ：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等を超音波洗浄する基板処理装置および基板処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置や液晶表示装置などの電子部品の製造工程では、基板の表面に成膜やエッチングなどの処理を繰り返し施して微細パターンを形成するプロセス工程が含まれている。ここで、微細加工を良好に行うためには基板表面を清浄な状態に保つ必要があり、必要に応じて基板表面に対して洗浄処理が行われる。そこで、従来、基板上に付着したパーティクルを除去するために、例えば特許文献１および２に記載の装置では基板表面に脱イオン水などの処理液の液膜を形成するとともに該液膜に超音波振動を付与して基板表面を洗浄している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３４９３４９２号公報（第６図、第７図）
【特許文献２】特開２００１−８７７２５号公報（図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した洗浄方式では、超音波振動の付与により処理液の液膜中に生じたキャビテーション崩壊により衝撃波が発生し、この衝撃波のエネルギーを利用して基板上からパーティクルを効果的に離脱して除去している。このため、強いエネルギーがそのまま基板表面の微細パターンに伝播してしまうと、基板表面にダメージを与えることがある。特に、処理液の液膜のうち微細パターン近傍位置でキャビテーション崩壊が生じると、衝撃波が微細パターンに到達するまでの距離は短く、比較的大きなエネルギーを持った衝撃波が微細パターンに与えられてしまう。ここで、基板表面の近傍でキャビテーション崩壊が発生しないようにコントロールすることが可能であれば、上記ダメージの低減を図ることができるが、従来の超音波洗浄技術でこれは困難であり、基板にダメージを与えてしまうことがあった。
【０００５】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板表面に形成された液膜に超音波振動を付与する基板処理装置および基板処理方法において基板へのダメージを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明にかかる基板処理装置は、上記目的を達成するため、基板を保持する基板保持手段と、基板保持手段に保持された基板の表面に向けて第１処理液を供給する第１処理液供給手段と、第１処理液よりも比重が小さい第２処理液を基板表面に向けて供給する第２処理液供給手段と、第１処理液および第２処理の供給により基板表面上で第１処理液の液膜の上に形成された第２処理液の液膜に対し、超音波振動を付与する超音波付与手段とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
また、この発明にかかる基板処理方法は、上記目的を達成するため、基板の表面に向けて第１処理液と第１処理液よりも比重が小さい第２処理液とを同時にあるいは異なるタイミングで供給して、基板表面上に第１処理液の液膜を形成するとともに第１処理液の液膜上に第２処理液の液膜を形成した後、第２処理液の液膜に対して超音波振動を付与することを特徴としている。
【０００８】
このように構成された発明（基板処理装置および基板処理方法）では、基板表面上に第１処理液の液膜が形成され、さらに第１処理液の液膜上に第２処理液の液膜が形成されており、両液膜の間に界面が存在する二重液膜構造となっている。そして、第２処理液の液膜に対して超音波振動が付与される。この超音波振動の付与により第２処理液の液膜中にキャビテーションが発生し、それが崩壊することで衝撃波が発生して上記界面を介して第２処理液の液膜に入射される。このとき、衝撃波の一部は上記界面により反射されて衝撃波のエネルギーは減衰する。さらに、界面をすり抜けた衝撃波は第１処理液の液膜中を伝播して基板表面に到達するため、その伝播中にも衝撃波のエネルギーは減衰する。このように界面および第１処理液の液膜の存在により、超音波振動より第２処理液の液膜中で発生して基板表面に与えられる衝撃波のエネルギーは低く、その結果、基板へのダメージが低減される。
【０００９】
ここで、第２処理液が第１処理液よりも超音波振動によるキャビテーションが発生し易い液体で構成することができる。超音波振動を利用して基板表面を洗浄するためには、第２処理液の液膜中でキャビテーションを発生させる必要がある。また、第２処理液の液膜に対して超音波振動を付与すると、その超音波振動は第１処理液の液膜にも伝播されるが、第１処理液は第２処理液に比べてキャビテーションが発生し難いため、次のような作用効果が得られる。つまり、第１処理液の液膜中でキャビテーションが高頻度で発生すると、当該キャビテーションの崩壊により発生する衝撃波が直接基板表面に与えられてしまう。しかしながら、第１処理液の液膜中ではキャビテーションは第2処理液の液膜中よりも発生し難いため、第１処理液の液膜中でキャビテーション崩壊の発生頻度は低減される。その結果、基板表面へのダメージを効果的に低減することができる。例えば、基板表面に供給された第１処理液および第２処理液のキャビテーション係数をそれぞれα１、α２としたとき、
α１＞α２
が満足されるように構成することで上記した作用効果が確実に得られる。
【００１０】
また、上記した二重液膜構造（第１処理液の液膜−界面−第２処理液の液膜）を得るためには、例えば第１処理液の液膜が形成された基板表面に対して第２処理液供給手段により第２処理液を供給して第１処理液の液膜上に第２処理液の液膜を形成してもよい。また、第１処理液および第２処理液が互いに混合し難い液体である場合には、標準物質（通常、４゜Cの水）に対する第１処理液の比重と、同標準物質に対する第２処理液の比重との差を利用してもよい。すなわち、第２処理液が第１処理液よりも比重が小さいために両処理液を基板表面に供給した後に所定時間放置することで上記二重液膜構造（第１処理液の液膜−界面−第２処理液の液膜）が得られる。
【００１１】
また、二重液膜構造を形成する本発明では、第１処理液の液膜の厚みを制御することで基板表面から第２処理液の液膜までの高さを変更することができ、その結果、基板へのダメージおよび超音波洗浄力のバランスを適正化することができる。つまり、液膜厚制御手段により第１処理液の液膜を比較的厚くすると、第２処理液の液膜が基板表面から離れ、キャビテーションが基板表面から比較的遠い位置で発生するため、当該キャビテーションの崩壊時に発生して基板表面に伝播するエネルギーが小さくなり、基板表面のダメージを大幅に低減することができる。逆に、液膜厚制御手段により第１処理液の液膜を比較的薄くすると、第２処理液の液膜が基板表面に近づき、キャビテーションが基板表面から比較的近い位置で発生するため、当該キャビテーションの崩壊時に発生して基板表面に伝播するエネルギーは界面および第１処理液の液膜で幾分減衰されるものの基板洗浄に十分なエネルギーが基板表面に与えられて超音波洗浄効果を高めることができる。
【００１２】
また、上記した第１処理液としては例えばハイドロフルオロエーテルを用いることができ、また第２処理液として脱イオン水を用いることができる。
【００１３】
さらに、上記のように超音波振動を付与する第２処理液以外にダメージ低減のために第１処理液の液膜を形成しているため、超音波振動の付与後に第１処理液を基板表面から確実に除去するのが望まれる。そこで、超音波付与手段から超音波振動が付与された基板の表面に第１処理液と異なる第３処理液を供給して基板表面を洗浄する洗浄手段をさらに設けてもよい。例えば、第３処理液としてアンモニア水と過酸化水素水との混合水溶液（ＳＣ１溶液）を用いてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、基板表面上に形成された第１処理液の液膜の上に第２処理液の液膜を形成するとともに、この第２処理液の液膜に対して超音波振動を付与するように構成しているため、超音波振動付加による基板へのダメージを効果的に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明にかかる基板処理装置の第１実施形態を示す図である。
【図２】図１の基板処理装置で用いられる超音波付与ヘッドの構成を示す断面図である。
【図３】図１に示す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】図１に示す基板処理装置により実行される超音波洗浄動作を模式的に示す図である。
【図５】この発明にかかる基板処理装置の第２実施形態を示す図である。
【図６】図５に示す基板処理装置により実行される超音波洗浄動作を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１はこの発明にかかる基板処理装置の第１実施形態を示す図である。また、図２は図１の基板処理装置で用いられる超音波付与ヘッドの構成を示す断面図である。さらに、図３は図１に示す基板処理装置の電気的構成を示すブロック図である。この基板処理装置は、半導体ウエハ等の基板Ｗの表面Ｗｆに付着したパーティクルなどの汚染物質を除去するための洗浄処理に用いられる枚葉式の基板処理装置である。より具体的には、デバイスパターンが形成された基板表面Ｗｆに対して第１処理液および第２処理液を供給して二重液膜構造の液膜ＬＦ（＝ＬＦ１+ＬＦ２）を形成した後に、表層側の液膜（第２処理液の液膜ＬＦ２）に対して超音波振動を付与して基板Ｗを超音波洗浄する装置である。
【００１７】
この基板処理装置は、基板Ｗよりも若干大きな平面サイズを有するスピンベース１１を有している。このスピンベース１１の上面周縁には、複数の支持ピン１２が配置されている。そして、各支持ピン１２が基板Ｗの端部と当接することによって、基板Ｗの基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で、かつ略水平状態で基板Ｗは保持される。このように本実施形態では、スピンベース１１と支持ピン１２が本発明の「基板保持手段」として機能している。なお、基板を保持するための構成（基板保持手段）はこれに限定されるものではなく、例えば基板Ｗをスピンチャックなどの吸着方式により保持するようにしてもよい。
【００１８】
スピンベース１１には、図１に示すように、回転軸３１が連結されている。この回転軸３１はベルト３２を介してモータ３３の出力回転軸３４と連結されている。そして、制御ユニット２からの制御信号に基づきモータ３３が作動すると、そのモータ駆動に伴って回転軸３１が回転する。これによって、スピンベース１１の上方で支持ピン１２により保持されている基板Ｗはスピンベース１１とともに回転軸心Ｐａ回りに回転する。
【００１９】
こうして回転駆動される基板Ｗの表面Ｗｆに対して第１処理液およびリンス液を供給するための第１ノズルＮ１と、同表面Ｗｆに対して第２処理液をミスト状に供給する第２ノズルＮ２とがスピンベース１１の上方位置に配置されている。この実施形態では、第１処理液としてＨＦＥ（Hydrofluoroether：ハイドロフルオロエーテル）液が供給され、第２処理液およびリンス液としてＤＩＷ（deionized water：脱イオン水）が供給可能となっている。
【００２０】
すなわち、第１ノズルＮ１に対してＨＦＥ液供給部４１が開閉バルブ４２を介して接続されるとともに、ＤＩＷ供給部４３が開閉バルブ４４を介して接続されている。これらの開閉バルブ４２、４４は常時閉成されており、後述するように基板ＷへのＨＥＦ液の液膜形成時には制御ユニット２からの開指令に応じて開閉バルブ４２が開成する。
【００２１】
これにより、ＨＦＥ液供給部４１からＨＦＥ液が開閉バルブ４２を介して第１ノズルＮ１に圧送されて第１ノズルＮ１からＨＦＥ液が基板表面Ｗｆに向けて吐出される。一方、後述するようにリンス処理時には制御ユニット２からの開指令に応じて開閉バルブ４４が開成する。これにより、ＤＩＷ供給部４３からＤＩＷが開閉バルブ４４を介して第１ノズルＮ１に圧送されて第１ノズルＮ１からＤＩＷが基板表面Ｗｆに向けて吐出される。
【００２２】
なお、「ＨＦＥ液」として例えば住友スリーエム株式会社製の商品名ノベック（登録商標）シリーズのＨＦＥを用いることができる。具体的には、ＨＦＥとして、例えば化学式：Ｃ４Ｆ９ＯＣＨ３）、化学式：Ｃ４Ｆ９ＯＣ２Ｈ５、化学式：Ｃ６Ｆ１３ＯＣＨ３、化学式：Ｃ３ＨＦ６−ＣＨ（ＣＨ３）Ｏ−Ｃ３ＨＦ６、化学式：Ｃ２ＨＦ４ＯＣＨ３などを用いることができる。これらのＨＦＥ液の密度は１４３０〜１６６０（ｋｇ／ｍ３）であり、水に対する比重は「１」よりも大きい。したがって、本発明の「第２処理液」として使用するＤＩＷは本発明の「第１処理液」として使用するＨＦＥ液よりも比重が小さい。このように、本実施形態では、ＨＦＥ液供給部４１およびＤＩＷ供給部４３がそれぞれ本発明の「第１処理液供給手段」および「第２処理液供給手段」に相当している。
【００２３】
また、ＤＩＷ供給部４３は開閉バルブ４５を介して第２ノズルＮ２にも接続されている。この開閉バルブ４５も開閉バルブ４２、４４と同様に常時閉成されており、後述するように基板ＷへのＤＩＷ液の液膜形成時には制御ユニット２からの開指令に応じて開閉バルブ４５が開成する。これにより、ＤＩＷ供給部４３からＤＩＷが開閉バルブ４５を介して第２ノズルＮ２に圧送されて第２ノズルＮ２からミスト状のＤＩＷが基板表面Ｗｆに向けて吐出される。
【００２４】
第１処理液（ＨＦＥ液）およびリンス液（ＤＩＷ）を吐出する第１ノズルＮ１の上端は水平ビーム４６により第１ノズル駆動機構５１と接続されている。この第１ノズル駆動機構５１は後述するヘッド駆動機構７３と同様に構成されており、制御ユニット２からの制御信号に応じて作動することでノズルＮ１を水平ビーム４６とともに一体的に昇降移動し、また供給位置（回転軸心Ｐａ上で、かつスピンベース１１の上方位置）と退避位置（スピンベース１１から側方に離れた位置）との間を往復移動するように構成されている。そして、第１処理液（ＨＦＥ液）およびリンス液（ＤＩＷ）を吐出する際には、第１ノズルＮ１は退避位置から供給位置に移動されるとともに、制御ユニット２から与えられた高さ位置指令に応じた高さ位置に位置決めされる。
【００２５】
また、もう一方の第２ノズルＮ２は水平ビーム４７により第２ノズル駆動機構５２と接続されており、第１ノズルＮ１と同様に、水平ビーム４７とともに一体的に昇降移動され、また供給位置と退避位置との間を往復移動される。そして、第２処理液（ミスト状のＤＩＷ）を吐出する際には、第２ノズルＮ２は退避位置から供給位置に移動されるとともに、制御ユニット２から与えられた高さ位置指令に応じた高さ位置に位置決めされる。
【００２６】
また、ノズルＮ１、Ｎ２から吐出された液体（ＨＦＥ液、ＤＩＷ）が基板Wおよびスピンベース１１の周辺に飛散するのを防止するために、スピンベース１１の周囲に飛散防止カップ６１が配備されている。すなわち、制御ユニット２からの制御信号に応じてカップ昇降駆動機構６２がカップ６１を上昇させると、図１に示すようにカップ６１はスピンベース１１および支持ピン１２で保持された基板Ｗを側方位置から取り囲み、スピンベース１１および基板Ｗから飛散するＨＦＥ液やＤＩＷを捕集可能となっている。一方、図示していない搬送ユニットが未処理の基板Ｗをスピンベース１１上の支持ピン１２に載置したり、処理済の基板Ｗを支持ピン１２から受け取ったり、次に説明する超音波付与ユニット７のヘッド７１を振動付与位置と退避位置の間を移動させる際には、制御ユニット２からの制御信号に応じてカップ昇降駆動機構６２がカップ６１を下方に駆動する。
【００２７】
図２は超音波付与ヘッドの構成を示す断面図である。この超音波付与ユニット７は、超音波付与ヘッド７１と、超音波付与ヘッド７１を保持するアーム部材７２と、超音波付与ヘッド７１を移動させるヘッド駆動機構７３とを有している。
【００２８】
超音波付与ヘッド７１では、例えば４ふっ化テフロン（登録商標）（poly tetra fluoro ethylene）などのフッ素樹脂からなる本体部７１１の底面側開口に振動板７１２が取り付けられている。この振動板７１２は平面視で円盤形状を有しており、その底面が振動面ＶＦとなっている。また、振動板７１２の上面には、振動子７１３が貼り付けられている。そして、制御ユニット２からの制御信号に基づき超音波発振器７１４からパルス信号が振動子７１３に出力されると、振動子７１３が超音波振動する。
【００２９】
超音波付与ヘッド７１はアーム部材７２の一方端で保持されている。また、このアーム部材７２の他方端にはヘッド駆動機構７３が連結されている。このヘッド駆動機構７３は図１に示すように回転モータ７３１を有している。そして、回転モータ７３１の回転軸７３２がアーム部材７２の他方端に連結されており、制御ユニット２からの制御信号に応じて回転モータ７３１が作動すると、回転中心Ｐｂの周りにアーム部材７２が揺動して超音波付与ヘッド７１を振動付与位置と退避位置との間で往復移動させる。
【００３０】
回転モータ７３１を搭載している昇降ベース７３４は、立設されたガイド７３５に摺動自在に嵌め付けられているとともに、ガイド７３５に並設されているボールネジ７３６に螺合されている。このボールネジ７３６は、昇降モータ７３７の回転軸に連動連結されている。また、この昇降モータ７３７は制御ユニット２からの制御信号に応じて作動してボールネジ７３６を回転させてヘッド７１を上下方向に昇降させる。このように、ヘッド駆動機構７３は超音波付与ヘッド７１を昇降および往復移動させて振動付与位置に位置決めする機構である。
【００３１】
また、ヘッド駆動機構７３により超音波付与ヘッド７１が振動付与位置に位置決めされたとき、振動面ＶＦと基板表面Ｗｆとの間隔、つまり基板対向間隔は昇降モータ７３７の駆動制御によって高精度に行われる。そして、この接液状態で制御ユニット２が超音波付与ヘッド７１を作動させると、液膜ＬＦに超音波振動が付与される。なお、本実施形態では後述するように二重液膜構造の液膜ＬＦ（＝ＬＦ１＋ＬＦ２）が形成され、その表層側の液膜ＬＦ２に対して振動面ＶＦが接液するように構成されている。
【００３２】
なお、装置全体を制御する制御ユニット２は、主として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）２２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）２３と、モータ３３、ＨＦＥ液供給部４１などを駆動制御する駆動制御部２４とを有している。これらのうちＲＯＭ２３は、いわゆる不揮発性の記憶部であり、装置各部を制御するためのプログラムを格納している。そして、ＣＰＵ２１がＲＯＭ２３に格納されているプログラムに従って装置各部を制御することによって装置は次に説明する基板洗浄動作を実行する。
【００３３】
この基板処理装置では、図示を省略する搬送ユニットにより支持ピン１２上に未処理の基板Ｗが搬送されて支持ピン１２に保持される。そして、搬送ユニットが基板処理装置から退避した後、制御ユニット２のＣＰＵ２１が装置各部を制御して超音波洗浄を実行する。なお、この時点では第１ノズルＮ１、第２ノズルＮ２および超音波付与ヘッド７１はそれぞれスピンベース１１から水平方向に離れた退避位置に位置決めされている。
【００３４】
先ず、基板Ｗの回転が開始される。続いて、第１ノズルＮ１が退避位置から供給位置（回転軸心Ｐａ上で、かつスピンベース１１の上方位置）に移動された後、図４（ａ）に示すように第１ノズルＮ１からＨＦＥ液が吐出されて基板表面Ｗｆに供給される。これによって、基板表面Ｗｆ上にＨＦＥ液の液膜ＬＦ１が形成される（ＨＦＥ液膜の形成動作）。そして、基板Ｗの回転速度を調整することによって液膜ＬＦ１の膜厚が高精度に調整される（同図（ｂ））。
【００３５】
例えば基板Ｗの回転速度を液膜形成時よりも高い回転速度、例えば５００ｒｐｍに設定することで基板表面Ｗｆに当該回転速度に対応する厚みＴＨ（図２参照）の液膜ＬＦ１を形成することができる。また、制御ユニット２から基板Ｗの回転速度に関連する回転速度指令に応じてモータ３３が作動して基板Ｗの回転速度を変更すると、ＨＦＥ液の液膜ＬＦ１の厚みＴＨはその回転速度に応じた値に調整される。このように、本実施形態ではモータ３３が本発明の「液膜厚制御手段」として機能している。なお、第１ノズルＮ１は基板表面ＷｆへのＨＦＥ液の供給完了後に退避位置に移動される。
【００３６】
こうしてＨＦＥ液の液膜ＬＦ１が形成された後、基板Ｗの回転速度は例えば１０ｒｐｍ程度まで減速される。また、第２ノズルＮ２が退避位置から供給位置（回転軸心Ｐａ上で、かつスピンベース１１の上方位置）に移動した後、図４（ｃ）に示すように第２ノズルＮ２からＤＩＷがミスト状に吐出されて基板表面Ｗｆに向けて供給される。これによって、基板表面Ｗｆ上のＨＦＥ液の液膜ＬＦ１上にＤＩＷの液膜ＬＦ２が形成される（ＤＩＷ膜の形成動作）。これにより二重液膜構造（ＨＦＥ液の液膜ＬＦ１−界面ＢＦ−ＤＩＷの液膜ＬＦ２）が得られる。また、ＨＦＥ液とＤＩＷとは互いに混合し難く、しかもＤＩＷはＨＦＥ液よりも比重が小さいため、上記した二重液膜構造は安定したものとなっており、次に説明する超音波振動の付加時にも二重液膜構造が安定的に維持される。なお、第２ノズルＮ２は二重液膜構造の形成完了後に退避位置に移動される。
【００３７】
そして、基板Ｗの回転速度を二重液膜構造の形成時よりも高めるとともに、超音波付与ヘッド７１が退避位置から振動付与位置に移動されて位置決めされる。これにより振動面ＶＦが液膜ＬＦ２と接液する。それに続いて、超音波発振器７１４からパルス信号が振動子７１３に出力されて振動子７１３が超音波振動する（同図（ｄ））。これにより液膜ＬＦ２に対して超音波振動が付与されて液膜ＬＦ２中でキャビテーションの発生および崩壊が生じ、衝撃波が発生する。この衝撃波の一部は液膜ＬＦ１、ＬＦ２の界面ＢＦで反射される。一方、界面ＢＦを通過した衝撃波は液膜ＬＦ１を通過して基板表面Ｗｆに伝播され、この衝撃波のエネルギーによりパーティクルなどの付着物が基板表面Ｗｆから離脱して液膜ＬＦに遊離する。
【００３８】
この超音波付与後、超音波振動が停止される。また、超音波付与ヘッド７１が退避位置に移動されるのと入れ替わりに第１ノズルＮ１が再び退避位置から供給位置に移動され、同図（ｅ）に示すように第１ノズルＮ１からリンス液（ＤＩＷ）が吐出されて基板表面Ｗｆに対してリンス処理が施される。これにより、超音波振動の付与により基板表面Ｗｆから遊離された付着物が液膜ＬＦ（ＬＦ１＋ＬＦ２）とともに基板表面Ｗｆから除去される。
【００３９】
こうしてリンス処理が完了すると、基板Ｗの回転速度を増大させて基板Ｗ上に残っている洗浄液に遠心力を作用させて基板Ｗからリンス液を除去し、乾燥させる（図４（ｆ）：スピン乾燥）。そして、一連の処理が完了すると、搬送ユニットにより処理済みの基板Ｗを基板処理装置から搬出する。
【００４０】
以上のように、本発明の第１実施形態では、基板表面Ｗｆ上にＨＦＥ液（第１処理液）の液膜ＬＦ１を形成し、さらにＨＦＥ液の液膜ＬＦ１上にＤＩＷ（第２処理液）の液膜ＬＦ２を形成し、この液膜ＬＦ２に対して超音波振動を付与して超音波洗浄を実行している。したがって、超音波振動の付与により液膜ＬＦ２で発生した衝撃波の全てが基板表面Ｗｆに到達するのではなく、その一部は両液膜ＬＦ１、ＬＦ２の間に形成された界面ＢＦにより反射される。また、界面ＢＦを通過した衝撃波は液膜ＬＦ１を通過して基板表面Ｗｆに達するまでの間に減衰される。したがって、超音波振動より液膜ＬＦ２中で発生して基板表面Ｗｆに与えられる衝撃波のエネルギーが効果的に低減されて基板表面Ｗｆへのダメージを抑制することができる。
【００４１】
また、上記第１実施形態では、基板表面Ｗｆ上に液膜ＬＦ１、ＬＦ２を形成した状態で超音波振動を付与しており、この時のＨＦＥ液とＤＩＷとのキャビテーション係数をそれぞれα１、α２としたとき、
α１＞α２
が満足されている、つまりＤＩＷはＨＦＥ液よりも超音波振動によるキャビテーションが発生し易い液体である。したがって、超音波振動を付与することでＤＩＷ（第２処理液）の液膜中でキャビテーションが発生して超音波洗浄に必要な衝撃波を形成することができる（ただし、本実施形態では、上記したように液膜ＬＦ２で発生した衝撃波のエネルギーを界面ＢＦおよびＨＦＥ液の液膜ＬＦ１により減衰して適切なエネルギーに調整している）。
【００４２】
また、上記のようにＨＦＥ液の液膜ＬＦ１でのキャビテーション発生頻度が液膜ＬＦ２でのそれよりも低いため、次の作用効果が得られる。すなわち、基板表面Ｗｆ上に直接形成された液膜ＬＦ１中でのキャビテーションの発生および崩壊により発生する衝撃波が直接基板表面Ｗｆに与えられるため、当該液膜ＬＦ１中でキャビテーションが高頻度で発生すると、基板表面Ｗｆに対して多大なダメージを与えてしまう。しかしながら、本実施形態では、本発明の「第１処理液」としてＨＦＥ液を用いることで液膜ＬＦ１中でのキャビテーションの発生を抑制して液膜ＬＦ１中で衝撃波の発生を低減させている。その結果、基板表面Ｗｆへのダメージを効果的に低減することができる。
【００４３】
また、上記した二重液膜構造（液膜ＬＦ１−界面ＢＦ−液膜ＬＦ２）を構成するためには、図４（ｃ）に示すように、ＨＦＥ液の液膜ＬＦ１が形成された基板表面Ｗｆに対してＤＩＷをミスト状に供給して液膜ＬＦ２を形成しているため、二重液膜構造を安定して形成することができる。さらに第１実施形態では、ＤＩＷ供給と同時に基板Ｗを回転させているため、液膜ＬＦ２および界面ＢＦを平坦に、かつ均一に形成することができる。その結果、界面ＢＦによる衝撃波の低減を均一に行うことができ、超音波洗浄の面内均一性を高めることができる。
【００４４】
また、上記第１実施形態では、基板Ｗの回転速度を変更することでＨＦＥ液の液膜ＬＦ１の厚みＴＨを調整してＤＩＷ（第２処理液）の液膜ＬＦ２中で発生するキャビテーションの基板表面Ｗｆからの高さを変更することが可能となっており、この厚み調整によって液膜ＬＦ１を通過する際の衝撃波の減衰量をコントロールすることができる。つまり、モータ３３による基板Ｗの回転速度を比較的低速に設定することで比較的厚い液膜ＬＦ１が形成され、ＤＩＷの液膜ＬＦ２が基板表面Ｗｆから離れ、キャビテーションが基板表面Ｗｆから比較的遠い位置で発生する。このようにキャビテーションが基板表面Ｗｆから離れることによって、当該キャビテーションの崩壊時に発生して基板表面Ｗｆに伝播するエネルギーは小さくなり、基板表面Ｗｆのダメージを大幅に低減することができる。逆に、基板Ｗの回転速度を比較的高速に設定すると、液膜ＬＦ１は薄くなり、基板表面Ｗｆから比較的近い位置でキャビテーションがＤＩＷの液膜ＬＦ２中で発生するため、キャビテーションが基板表面Ｗｆに近づくことによって、当該キャビテーションの崩壊時に発生して基板表面Ｗｆに伝播するエネルギーが大きくなり、界面ＢＦおよびＨＦＥ液の液膜ＬＦ１で幾分減衰されるものの基板洗浄に十分なエネルギーが基板表面Ｗｆに与えられて超音波洗浄効果を高めることができる。このように第１実施形態では、モータ３３は本発明の「液膜厚制御手段」として機能して基板Ｗへのダメージおよび超音波洗浄力のバランスを適正化することができる。
【００４５】
さらに、上記第１実施形態では、二重液膜構造の液膜ＬＦを形成した後、基板Ｗの回転速度を高めて超音波振動を付与しているので、界面ＢＦの乱れを抑えて超音波洗浄の面内均一性をさらに高めることができる。
【００４６】
図５はこの発明にかかる基板処理装置の第２実施形態を示す図である。また、図６は図５に示す基板処理装置により実行される超音波洗浄動作を模式的に示す図である。この第２実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、ＨＦＥ液（第１処理液）およびＤＩＷ（第２処理液）の供給態様および二重液膜構造の形成態様であり、その他の構成および動作は基本的に第１実施形態と同一である。したがって、以下においては相違点を中心に説明し、同一構成については同一符号を付して説明を省略する。
【００４７】
この第２実施形態では、第２ノズルＮ２を用いることなく、第１処理液としてＨＦＥ液を、第２処理液としてＤＩＷを、またリンス液としてＤＩＷをそれぞれ以下のようにして第１ノズルＮ１から基板表面Ｗｆに向けて吐出して二重液膜構造の液膜ＬＦ（＝ＬＦ１＋ＬＦ２）を形成している。すなわち、図示を省略する搬送ユニットにより支持ピン１２上に未処理の基板Ｗが搬送されて支持ピン１２に保持されると、基板Ｗの回転とともに第１ノズルＮ１が退避位置から供給位置（回転軸心Ｐａ上で、かつスピンベース１１の上方位置）に移動される。そして、開閉バルブ４２、４４が開いてＨＦＥ液およびＤＩＷが同時に第１ノズルＮ１に対して圧送され、ＨＦＥ液およびＤＩＷを含む液体が第１ノズルＮ１から基板表面Ｗｆに向けて吐出される（図６（ａ））。なお、第２実施形態では、ＨＦＥ液（第１処理液）の供給手段たるＨＦＥ液供給部４１は制御ユニット２からの指令により供給流量を調整可能であり、上記のようにして第１ノズルＮ１から吐出される液体におけるＨＦＥ液の重量％を調整可能となっている。
【００４８】
こうして基板表面Ｗｆに対してＨＦＥ液とＤＩＷが同時に供給されると、基板Ｗの回転速度は例えば１０ｒｐｍ程度まで減速されてＨＦＥ液とＤＩＷがパドル状に基板表面Ｗｆにとどまる。このとき、ＨＦＥ液とＤＩＷは互いに混合し難い液体であり、しかもＤＩＷがＨＦＥ液よりも比重が小さいために、同図（ｂ）に示すようにパドル形成中に二重液膜構造（ＨＦＥ液の液膜ＬＦ１−界面ＢＦ−ＤＩＷの液膜ＬＦ２）が得られる。
【００４９】
なお、二重液膜構造の液膜ＬＦ（＝ＬＦ１＋ＬＦ２）の形成と、第１ノズルＮ１の退避位置への移動完了後に、第１実施形態と同様に、超音波付与ヘッド７１が退避位置から振動付与位置に移動されて位置決めされて液膜ＬＦ２に対して超音波振動が付与され（同図（ｃ））、さらにリンス処理（同図（ｄ））およびスピン乾燥（同図（ｅ））が実行される。
【００５０】
以上のように、本発明の第２実施形態においても、基板表面Ｗｆ上にＨＦＥ液（第１処理液）の液膜ＬＦ１を形成し、さらにＨＦＥ液の液膜ＬＦ１上にＤＩＷ（第２処理液）の液膜ＬＦ２を形成し、この液膜ＬＦ２に対して超音波振動を付与して超音波洗浄を実行しているため、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。また、ＨＦＥ液とＤＩＷとを同時に吐出しているため、第２ノズルＮ２が不要となり、しかも第１実施形態よりも少ない工程数で超音波洗浄処理を行うことができ、スループットを高めることができる。
【００５１】
また、この第２実施形態では、ＨＦＥ液供給部４１からのＨＦＥ液の供給流量を調整して第１ノズルＮ１から吐出される液体におけるＨＦＥ液の重量％を調整しているので、基板表面Ｗｆ上に形成されるＨＦＥ液の液膜ＬＦ１の厚みＴＨを調整することが可能となっている。したがって、当該厚み調整によってＤＩＷ（第２処理液）の液膜ＬＦ２中で発生するキャビテーションの基板表面Ｗｆからの高さを変更して液膜ＬＦ１を通過する際の衝撃波の減衰量をコントロールすることができる。つまり、第１ノズルＮ１から吐出される液体におけるＨＦＥ液の重量％を、ＨＦＥ液供給部４１によるＨＦＥ液の供給流量により高めると、比較的厚い液膜ＬＦ１が形成され、ＤＩＷの液膜ＬＦ２が基板表面Ｗｆから離れ、キャビテーションが基板表面Ｗｆから比較的遠い位置で発生する。
【００５２】
このようにキャビテーションが基板表面Ｗｆから離れることによって、当該キャビテーションの崩壊時に発生して基板表面Ｗｆに伝播するエネルギーは小さくなり、基板表面Ｗｆのダメージを大幅に低減することができる。逆に、ＨＦＥ液供給部４１によるＨＦＥ液の供給流量に抑えてＨＦＥ液の重量％を低減させると、液膜ＬＦ１は薄くなり、基板表面Ｗｆから比較的近い位置でキャビテーションがＤＩＷの液膜ＬＦ２中で発生するため、当該キャビテーションの崩壊時に発生して基板表面Ｗｆに伝播するエネルギーが大きくなり、基板表面Ｗｆにダメージが付与される可能性は高まるものの超音波洗浄効果を高めることができる。このように第２実施形態では、ＨＦＥ液供給部４１が本発明の「第１処理液供給手段」としてのみならず、「液膜厚制御手段」としても機能して基板Ｗへのダメージおよび超音波洗浄力のバランスを適正化することができる。
【００５３】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば上記第２実施形態において、ＨＦＥ液の供給流量の調整とともにあるいはＨＦＥ液の供給流量を一定に保ちながら、ＤＩＷの供給流量を制御して第１ノズルＮ１から吐出される液体におけるＨＦＥ液の重量％を調整してもよい。この場合、ＤＩＷ供給部４３は本発明の「第２液供給手段」としてのみならず、「液膜厚制御手段」としても機能して基板Ｗへのダメージおよび超音波洗浄力のバランスを適正化することができる。
【００５４】
また、上記各実施形態では、超音波振動を付与した後にリンス処理を実行しているが、超音波振動の付与後で、かつリンス処理前にＳＣ１溶液（アンモニア水と過酸化水素水との混合水溶液）などの基板洗浄に用いられる第３処理液を基板表面Ｗｆに供給して付着力の弱ったパーティクルなどを除去してもよい。このようにＳＣ１溶液などの洗浄薬液を用いることでＨＦＥ液による基板表面Ｗｆの有機物汚染も除去することができる。
【００５５】
また、上記各実施形態では、第１処理液としてＨＦＥ液を用いているが、第２処理液よりも比重の重い処理液、例えばジメチルスルホキシド（dimethyl sulfoxide、ＤＭＳＯ）を用いることができる。
【００５６】
また、上記各実施形態では、第１ノズルＮ１からＨＦＥ液およびＤＩＷを吐出しているが、ＨＦＥ液とＤＩＷとを互いに異なるノズルから吐出するように構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
この発明は、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、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などを含む基板全般の表面を超音波洗浄する基板処理装置および基板処理方法に適用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
７…超音波付与ユニット（超音波付与手段）
１１…スピンベース（基板保持手段）
１２…支持ピン（基板保持手段）
４１…ＨＦＥ液供給部（第１処理液供給手段）
４３…ＤＩＷ供給部（第２処理液供給手段）
７１…超音波付与ヘッド（超音波付与手段）
ＢＦ…界面
ＬＦ…液膜
ＬＦ１…（第１処理液の）液膜
ＬＦ２…（第２処理液の）液膜
Ｗ…基板
Ｗｆ…基板表面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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