(57)【要約】【課題】  基板へのダメージを低減しつつ、効率良く基板を処理することができる基板処理装置を提供する。【解決手段】  超音波ノズル６８から吐出される処理液に向けて、処理液と所定の間隔を隔てて配置された流体供給ノズル８０から窒素ガスを供給することによって処理液の流路を吐出方向Ｐ１から曲折方向Ｐ２へと曲折させる。これにより、基板Ｗ上に到達する超音波振動を減衰させることができ、基板Ｗへのダメージが低減される。しかも、処理液とともに基板Ｗに送り込まれるキャビテーションによる気泡により、効率良く基板を洗浄することができる。【選択図】  図２
2005203403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の被処理面に処理液を供給して前記基板に対して所定の処理を施す基板処理装置において、
処理液に超音波を付与するとともに、該処理液を吐出する超音波ノズルと、
前記超音波ノズルから吐出される処理液に流体を供給することによって、該処理液の流路を前記基板に向けて曲折させる流路曲折手段と
を備えたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記流路曲折手段は、前記処理液が超音波ノズルの外側に吐出されてから前記基板に到達するまでの間で前記処理液の流路を曲折させる請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記流路曲折手段は、前記基板の近傍で前記処理液の流路を曲折させる請求項２記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記流路曲折手段は、前記流体として気体を供給する請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記流路曲折手段は、前記超音波ノズルから吐出される処理液に向けて流体を供給する流体供給ノズルを備え、
前記流体供給ノズルは前記処理液と所定の間隔を隔てて配置されるとともに、前記超音波ノズルと連結して支持される請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記流体供給ノズルから供給される流体の幅は、前記超音波ノズルから吐出される処理液の幅に比べて同等以上である請求項５記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記超音波ノズルから吐出される処理液の吐出方向と前記基板の被処理面とのなす角θが、０°≦θ＜９０°である請求項１ないし６のいずれかに記載の基板処理装置。
【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、光ディスク用基板などの各種基板（以下、単に「基板」という）の表面に対して超音波を付与した処理液を吐出して基板に対して所定の処理を施す基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、基板表面に付着したパーティクル等の微小な異物を除去するために、処理液を基板表面に供給して洗浄処理などの基板処理を行う基板処理装置がある。ここでは、処理液による化学的洗浄に加えて、超音波振動子により処理液に物理的な振動を付与することで基板の洗浄効果を高めて洗浄（超音波洗浄）することが行われている。この超音波洗浄では、処理液中にキャビテーション（空洞現象）による気泡が発生し、発生した気泡によって微小な異物が除去されることが知られている。そこで、超音波を付与した処理液を基板表面に吐出する種々の基板処理装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１に記載の装置では、半導体基板に超音波振動が直接に当たらないように、または超音波振動による１次反射波が直接に照射されないように、超音波ノズルが構成されている。より具体的には、超音波ノズル内部における超音波振動子の配置位置ならびに超音波ノズル内部の形状を変更することで、また、超音波ノズル内部に遮蔽板を配置可能にすることで、半導体基板が受けるダメージを抑制している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−８５３８０号公報（第５頁、図１１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、超音波洗浄においては、上述したように超音波振動により処理液中に発生したキャビテーションによる気泡が、処理液とともに被処理物たる基板に運ばれ、基板表面に付着したパーティクル等の微小な異物を除去するものと考えられている。したがって、処理性能、つまりパーティクル等の除去効率を高めるためには、超音波振動子の発振出力を上げることが有効な手段となるが、基板に到達する振動エネルギーが増加することになり、基板上に形成された微細なパターンを破壊してしまい、超音波ノズル内部に遮蔽板を配置した意義が失われてしまう。
【０００６】
また、特許文献１に記載の装置では、超音波ノズル内部に遮蔽板を配置しているため、超音波振動が直接にまたは超音波振動による１次反射波が基板に到達するのを防止するだけでなく、遮蔽板はキャビテーションによる気泡が基板に運ばれるのを阻害する方向に作用している。このため、必ずしも要望する除去効率が得られるというわけではなかった。すなわち、特許文献１に記載の装置では、基板へのダメージを低減しつつ、効率良く基板を処理することは事実上困難となっている。
【０００７】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板へのダメージを低減しつつ、効率良く基板を処理することができる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】
【０００８】
上記したように超音波を利用した基板処理においては、基板に到達するキャビテーションによる気泡が基板の処理効率に、基板に到達する超音波振動が基板へのダメージに密接に関連していると考えられる。したがって、如何にして基板に到達する超音波振動を減衰させつつ、キャビテーションによる気泡を基板上に送り込むことができるかが重要なポイントとなる。特に、処理液中に生じたキャビテーションによる気泡の寿命は極めて短いため、発生した気泡を効率良く基板に送り込む必要がある。そこで、本願発明者はキャビテーションによる気泡を効率良く基板に送り込みながらも、超音波振動が基板に到達することのないようにすることを目的として超音波ノズルを使用した種々の実験を行った。その結果、超音波ノズルから吐出された処理液に向けて気体等の流体を供給することで処理液の流路を曲折させることによって、高い処理効率で基板に対して所定の処理を行いながらも、基板へのダメージが低減されることを確認した。これから、次のような知見を得ることができる。すなわち、処理液の流路を曲折させることによって、流路が曲折された後に基板に向けて流れる処理液中の超音波振動を減衰させることが可能である。しかも、処理液中に発生したキャビテーションによる気泡は流路が曲折された後も処理液の流れに沿って、基板に運び込まれていることが示唆される。
【０００９】
そこで、本発明にかかる超音波ノズルでは、上記知見に基づき次のように構成している。この発明は、基板の被処理面に処理液を供給して前記基板に対して所定の処理を施す基板処理装置であって、処理液に超音波を付与するとともに、該処理液を吐出する超音波ノズルと、前記超音波ノズルから吐出される処理液に流体を供給することによって、該処理液の流路を前記基板に向けて曲折させる流路曲折手段とを備えたことを特徴としている。
【００１０】
このように構成された発明では、超音波ノズルから吐出される処理液は基板に供給される前に該処理液に向けて供給された流体により流路が曲折されて基板に供給される。そのため、処理液中を伝播して基板に到達する超音波の振動エネルギーを減衰させることができ、その結果として基板へのダメージを低減することができる。その一方で、基板に到達するキャビテーションによる気泡によって、効率良く基板処理を行うことができる。例えば、基板上に形成された微細なパターンを破壊することなく、基板表面に付着したパーティクル等の微小な異物を除去することが可能である。
【００１１】
ここで、処理液が超音波ノズルの外側に吐出されてから基板に到達するまでの間で処理液の流路を曲折させるようにすると、基板に到達する振動エネルギーを減衰させるとともに、キャビテーションによる気泡を効率良く基板に運ぶことができる。すなわち、超音波ノズル内部で振動エネルギーを減衰させてしまうと、基板へのダメージを防止するだけでなく、キャビテーションによる気泡の発生を阻害し、該気泡を消滅させることにもなるが、本発明は超音波ノズルの外側で振動エネルギーを減衰させていることより、少なくとも超音波ノズル内部においてキャビテーションによる気泡の発生を阻害することがない。しかも、処理液が曲折されるまでの間は処理液中には超音波振動が伝播しているため、発生した気泡はほとんど消滅することなく処理液とともに基板に運ばれることになる。そのため、効率良く基板を処理することができる。
【００１２】
さらに、基板の近傍で処理液の流路を曲折させるようにすると、処理液が基板の被処理面に供給される直前までキャビテーションによる気泡の発生が阻害されることがなく、発生した気泡はほとんど消滅することがない。しかも、基板の近傍で流路が曲折されることから、流路が曲折された後は発生したキャビテーションによる気泡は速やかに基板に運ばれることとなる。したがって、基板に到達する振動エネルギーを減衰させつつも、基板の被処理面に供給される直前まで処理液中にキャビテーションによる気泡を効率良く発生させるとともに、その発生した気泡を速やかに基板に送り込むことができる。
【００１３】
また、流路曲折手段から供給する流体として気体を用いると、処理液の流路を曲折させつつも、処理液中に発生したキャビテーションによる気泡に対する影響を小さくすることができる。例えば、流路を曲折させるときにキャビテーションによる気泡を消滅させるようなことがない。しかも、気体を用いることで、超音波ノズルから吐出される処理液に応じて該処理液に向けて供給する流体の供給条件を任意にしかも容易に設定することができる。例えば、処理液の種類ならびに流量等に応じて、流体（気体）の供給位置、供給方向、および供給流量等を容易に設定できるため、精度良く処理液の流路の曲折を調整することができる。なお、気体としては、入手の容易性、処理液に対する化学的反応性の観点から空気または窒素ガスが適している。
【００１４】
また、前記流路曲折手段は、前記超音波ノズルから吐出される処理液に向けて流体を供給する流体供給ノズルを備え、前記流体供給ノズルは前記処理液と所定の間隔を隔てて配置されるとともに、前記超音波ノズルと連結して支持されるように構成してもよい。これにより、超音波ノズルから吐出される処理液と流体供給ノズルとの配置関係が常に一定となり、処理液に流体を供給する位置、方向を安定して、しかも正確にコントロールすることができる。これにより、基板に到達する振動エネルギーを減衰させながらも、基板上の所望の位置にキャビテーションによる気泡を供給することができる。
【００１５】
ここで、流体供給ノズルから供給される流体の幅は、超音波ノズルから吐出される処理液の幅に比べて同等以上であることが望ましい。こうすることで、確実に超音波ノズルから吐出される処理液の流路を所望の位置、方向に曲折させることができる。そのため、基板上の所望の位置にキャビテーションによる気泡を供給しつつ、基板に到達する振動エネルギーを確実に減衰させることができる。
【００１６】
また、前記超音波ノズルから吐出される処理液の吐出方向と前記基板の被処理面とのなす角θが、０°≦θ＜９０°となるようにしてもよい。このように、前記超音波ノズルから吐出される処理液の吐出方向を基板の被処理面に対して垂直な方向より傾けることで、さらに基板に到達する振動エネルギーを減衰させることができる。これにより、さらに基板へのダメージを低減することができる。
【００１７】
また、本発明において用いられる処理液としては、処理液中にキャビテーションを効率的に発生させる観点から、処理用の純水に窒素を５ｐｐｍ以上溶解させる、望ましくは１０ｐｐｍ以上で飽和溶解濃度までの範囲（常温常圧では最大約２０ｐｐｍ）に設定するのがよい。もしくは、純水に薬液を５０ｐｐｍ以上溶解させて処理を行うことが好ましい。例えば、ＳＣ１（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｃｌｅａｎ １）溶液として、アンモニア（ＮＨ４ＯＨ）：過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）：水（Ｈ２Ｏ）を１：１：２００で用いるとよい。
【００１８】
また、超音波を用いてさらに洗浄効果を高めるためには、上記した処理液を用いて超音波処理を行う前にエッチング作用のある薬液を用いた薬液処理を行うとよい。もしくは、上記した処理液に代えてエッチング作用のある薬液を用いて超音波処理を行ってもよい。ここで、処理液としてエッチング作用のある薬液を用いる場合は、超音波ノズルは前記薬液に対して耐薬品性を有する材料で形成する必要がある。なお、エッチング作用のある薬液としては、ＳＣ１（ＮＨ４ＯＨ／Ｈ２Ｏ２／Ｈ２Ｏ）、希フッ酸、ＨＦ／ＨＣｌ等がある。これにより、基板とパーティクル等の微小な異物との付着力を弱めることができ、パーティクル等の除去を容易にすることができる。
【００１９】
このように、エッチング作用のある薬液を併用することによって高いパーティクル除去性能を得ることができるので、超音波振動子の発振出力を低減することができる。換言すれば、より低い発振出力で、エッチング作用のある薬液を併用しない場合のパーティクル除去効率と同等の結果を得ることができる。そのため、基板上に形成された微細なパターンが破壊するのをさらに効果的に防止することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように本発明によれば、超音波ノズルから吐出される処理液の流路を流体により曲折させて基板に供給しているので、処理液中に発生したキャビテーションによる気泡を基板に送り込むことともに、基板に到達する超音波の振動エネルギーを減衰させることができる。従って、基板上に形成された微細なパターンへのダメージを低減しつつ、効率良く基板を処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
＜基板処理装置の全体構成＞
図１は、本発明にかかる基板処理装置の一実施形態を示す図である。この基板処理装置は、半導体ウエハ（より具体的にはシリコンウエハ）である基板Ｗに対する洗浄処理を行う枚葉式の基板処理装置である。基板処理装置は、主として、基板Ｗを保持して回転するスピンベース１０と、超音波振動を付与したアルカリ性処理液をスピンベース１０上に保持された基板Ｗに供給するアルカリ性処理液用の超音波ノズル６８と、酸性処理液をスピンベース１０上に保持された基板Ｗに供給する酸性処理液用の超音波ノズル７８と、純水をスピンベース上に保持された基板Ｗに供給する純水ノズル３６と、使用後の処理液（アルカリ性処理液、酸性処理液、純水など）等を廃棄または回収する排液槽等を構成する受け部材２６と、スピンベース１０上に保持されて回転する基板Ｗから振り切られた処理液を受けるためのスプラッシュガード５０と、装置全体の動作をコントロールする制御部９０とを備えている。
【００２２】
スピンベース１０は中心部に開口を有する円板状の部材であって、その上面には円形の基板Ｗの周縁部を把持するための複数個のチャックピン１４が立設されている。チャックピン１４は、円形の基板Ｗを確実に保持するために３個以上（例えば、６個）設けてあればよく、スピンベース１０の周縁部に沿って等角度間隔（例えば、６０°間隔）で配置されている。チャックピン１４のそれぞれは、基板Ｗの周縁部を下方から支持する基板支持部１４ａと、基板支持部１４ａに支持された基板Ｗの外周端面を押圧して基板Ｗを保持する基板保持部１４ｂとを備えている。各チャックピン１４は、基板保持部１４ｂが基板Ｗの外周端面を押圧する押圧状態と、基板保持部１４ｂが基板Ｗの外周端面から離れる開放状態との間を切り替え可能に構成されている。
【００２３】
スピンベース１０に対する基板Ｗの受け渡し時には、複数個のチャックピン１４を解放状態とし、基板Ｗに対する諸処理を行う時には、複数個のチャックピン１４を押圧状態とする。押圧状態とすることによって、複数個のチャックピン１４は基板Ｗの周縁部を把持してその基板Ｗをスピンベース１０から所定間隔を隔てて略水平姿勢に保持することができる。基板Ｗは、その表面（電子回路パターンの形成面）ＷＳ１を上面側に向け、裏面ＷＳ２を下面側に向けた状態で保持される。
【００２４】
スピンベース１０の中心部下面側には、回転軸１１が垂設されている。回転軸１１は中空の円筒状部材であって、その内側の中空部分には裏面（ＷＳ２）処理液ノズル１５が挿設されている。回転軸１１の下端付近には、ベルト駆動機構２１を介して電動モータ２０が連動連結されている。すなわち、回転軸１１の外周に固設された従動プーリ２１ａと電動モータ２０の回転軸に連結された主動プーリ２１ｂとの間にベルト２１ｃが巻き掛けられている。電動モータ２０を駆動することにより、その駆動力をベルト駆動機構２１を介して回転軸１１に伝達し、回転軸１１、スピンベース１０とともにチャックピン１４に保持された基板Ｗを水平面内にて鉛直方向に沿った回転軸Ｊを中心として回転させることができる。以上の回転軸１１、ベルト駆動機構２１、電動モータ２０等は、ベース部材２４上に設けられた有蓋円筒状のケーシング２５内に収容されている。
【００２５】
裏面処理液ノズル１５は回転軸１１を貫通しており、その先端部１５ａはスピンベース１０上に保持された基板Ｗの中心部直下に位置し、基板Ｗの裏面ＷＳ２の中心部付近にアルカリ性処理液（ここでは、希アンモニア水）、酸性処理液（ここでは、希塩酸）、および純水を選択的に切り換えて吐出し、供給することができる。また、回転軸１１の中空部分の内壁と裏面処理液ノズル１５の外壁との間の隙間は、気体供給路１９となっている。この気体供給路１９の先端部１９ａは環状開口となっており、基板Ｗの裏面ＷＳ２中心部に向けて不活性ガス（ここでは窒素ガス）を供給することができる。
【００２６】
スピンベース１０上に保持された基板Ｗの上部には、アルカリ性処理液用の超音波ノズル６８が配置されており、基板Ｗの表面ＷＳ１に希アンモニア水を供給することができるようになっている。アルカリ性処理液用の超音波ノズル６８は、凸字に屈曲したリンク部材６６を介してノズル移動機構６５と連結されている。ノズル移動機構６５は、鉛直方向に沿った回転軸を有する電動モータ６５ａを備えており、その回転軸の周りにリンク部材６６およびリンク部材６６に接続されたアルカリ性処理液用の超音波ノズル６８を回転させることができる。これにより、アルカリ性処理液用の超音波ノズル６８は、スピンベース１０に保持された基板Ｗの表面ＷＳ１に対向する対向位置と、対向位置から側方にスプラッシュガード５０の外側まで退避した退避位置との間を、回転運動により移動することができる。また、対向位置においても、アルカリ性処理液用の超音波ノズル６８はスピンベース１０に保持された基板Ｗの表面ＷＳ１の中心部から周縁部に至る各部に対向することができる。さらに、ノズル移動機構６５はノズル昇降機構６９に接続されており、ノズル移動機構６５とともにアルカリ性処理液用の超音波ノズル６８を昇降できる構成となっている。これにより、スプラッシュガード５０を回避して、アルカリ性処理液用の超音波ノズル６８を退避位置と対向位置との間で移動させることができる。
【００２７】
また、スピンベース１０上に保持された基板Ｗの上部には、酸性処理液用の超音波ノズル７８が配置されており、基板Ｗの表面ＷＳ１に希塩酸を供給することができるようになっている。なお、酸性処理液用の超音波ノズル７８周辺の構成は、アルカリ性処理液用の超音波ノズル６８周辺の構成と同様であり、説明を省略する。上記した２種の超音波ノズル６８、７８の構成及び作用については後で詳述する。
【００２８】
スピンベース１０上に保持された基板Ｗの上方には、円盤状の雰囲気遮断板３０と、雰囲気遮断板３０の上面中央部に垂設された環状の回転軸３５と、回転軸３５の内部に挿通された純水ノズル３６とが、一体として昇降可能に配置されている。
【００２９】
雰囲気遮断板３０の中心部には、回転軸３５の内径にほぼ等しい開口が設けられており、回転軸３５の内側の中空部分には純水ノズル３６が挿設されている。純水ノズル３６は、回転軸３５を貫通しており、その先端部３６ａはスピンベース１０上に保持された基板Ｗの中心部直上に位置し、基板Ｗの表面ＷＳ１の中心部に向けて純水を供給することができる。また、回転軸３５の中空部分の内壁および雰囲気遮断板３０の中心の開口の内壁と純水ノズル３６の外壁との間の隙間は、気体供給路４５となっている。この気体供給路４５の先端部４５ａは環状開口となっており、基板Ｗの表面ＷＳ１の中心部に向けて窒素ガスを供給することができる。
【００３０】
回転軸３５は、支持アーム４０にベアリングを介して回転自在に支持されているとともに、ベルト駆動機構４１を介して、支持アーム４０に取り付けられた電動モータ４２に連結されている。すなわち、回転軸３５の外周に固設された従動プーリ４１ａと電動モータ４２の回転軸に連結された主動プーリ４１ｂとの間にベルト４１ｃが巻き掛けられている。電動モータ４２を駆動することにより、その駆動力をベルト駆動機構４１を介して回転軸３５に伝達し、回転軸３５および雰囲気遮断板３０を水平面内にて鉛直方向に沿った回転軸Ｊを中心として回転させることができる。雰囲気遮断板３０は基板Ｗとほぼ同じ回転数にて回転する。なお、ベルト駆動機構４１は支持アーム４０内に収容されている。
【００３１】
さらに、支持アーム４０はアーム昇降機構４９に接続され、昇降可能となっている。アーム昇降機構としては、ボールネジを用いた送りネジ機構やエアシリンダを用いた機構等、種々の公知の機構を採用することができる。アーム昇降機構４９は、支持アームを昇降させることによって、それに連結された回転軸３５および雰囲気遮断板３０を昇降させることができ、雰囲気遮断板３０を、スピンベース上に保持された基板Ｗの表面ＷＳ１に近接する位置と、基板Ｗの上方に離間して退避した位置との間で移動させることができる。図１では、雰囲気遮断板３０は退避した位置にある。
【００３２】
ベース部材２４上のケーシング２５の周囲には受け部材２６が固定的に取り付けられている。受け部材２６には、円筒状の仕切部材２７ａ，２７ｂが立設されている。ケーシング２５および仕切部材２７ａを側壁として、第１排液槽２８が形成されており、仕切部材２７ａおよび仕切部材２７ｂを側壁として、第２排液槽２９が形成されている。第１排液槽２８の底部にはＶ溝が形成されており、Ｖ溝中央部の一部には廃棄ドレイン２８ｂに連通接続された排出口２８ａが設けられている。第１排液槽２８の排出口２８ａからは使用済みの純水および気体を廃棄ドレイン２８ｂへ排出し、気液分離後、それぞれ所定の手続きに従って廃棄することができる。一方、第２排液槽２９の底部にはＶ溝が形成されており、Ｖ溝中央部の一部には回収ドレイン２９ｂに連通接続された排出口２９ａが設けられ
ている。第２排液槽２９の排出口２９ａからは使用済みの薬液を回収ドレイン２９ｂへ排出し、図外の回収タンクに回収することができる。
【００３３】
スピンベース１０およびそれに保持された基板Ｗの周囲を取り囲むように、筒状のスプラッシュガード５０が配置されている。スプラッシュガード５０の内面上部には、断面くの字形で内方に開いた溝状の第１案内部５１が形成されている。また、スプラッシュガード５０の下部には、内方および下方に開いた断面４分の１円弧状の第２案内部５２と、第２案内部５２の内側に円環状の溝５３が形成されている。スプラッシュガード５０は、リンク部材５６を介してガード昇降機構５５と連結されており、ガード昇降機構５５によって昇降自在とされている。ガード昇降機構５５としては、ボールネジを用いた送りネジ機構やエアシリンダを用いた機構など、種々の公知の機構を採用することができる。
【００３４】
ガード昇降機構５５がスプラッシュガード５０を下降させているときには、仕切部材２７ａが溝５３に遊嵌するとともに、スピンベース１０およびそれに保持された基板Ｗの周囲に第１案内部５１が位置する。この状態はリンス処理時およびスピン乾燥時の状態であり、回転する基板Ｗ等から飛散した純水を第１案内部５１によって受け止め、その傾斜に沿って第１排液槽２８に流し込み、排出口２８ａから廃棄ドレイン２８ｂへと排出できる状態となる。
【００３５】
一方、ガード昇降機構５５がスプラッシュガード５０を上昇させているときには、仕切部材２７ａが溝５３から離間するとともに、スピンベース１０およびそれに保持された基板Ｗの周囲に第２案内部５２が位置することとなる（図１の状態）。この状態はアルカリ性処理液または酸性処理液を用いた洗浄処理時の状態であり、回転する基板Ｗから飛散したアルカリ性処理液または酸性処理液を第２案内部５２によって受け止め、その曲面に沿って第２排液槽２９に流し込み、排出口２９ａから回収ドレイン２９ｂへと排出できる状態となる。
【００３６】
＜超音波ノズル＞
次に、超音波ノズルの構成について図２を参照しつつ詳述する。なお、アルカリ性処理液用の超音波ノズル６８と酸性処理液用の超音波ノズル７８の基本的な構成は同様であるので、ここでは、アルカリ性処理液用の超音波ノズル６８のみについて説明する。
【００３７】
超音波ノズル６８は、胴部６８１ａと該胴部６８１ａの下部に縦断面の形状が略Ｖ字形をなすノズル先端部６８１ｂとを有する有蓋円筒形状の本体６８１を備えている。この本体６８１は内部に処理液を充填可能な充填空間ＦＳを有している。ノズル先端部６８１ｂには充填空間ＦＳ内に供給された処理液を基板Ｗの表面ＷＳ１（被処理面）に向けて吐出する吐出口６８３が設けられている。また、吐出口６８３の開口面積は、胴部６８１ａの横断面（処理液の吐出方向と略直交する断面）の面積に比べて小さくなっている。そのため、ノズル先端部６８１ｂの横断面の面積は、上部（胴部６８１ａの横断面）から下部（吐出口６８３の開口面）にかけて徐々に小さくなっている。胴部６８１ａの側面には充填空間ＦＳに処理液を供給する供給口６８２が設けられており、配管３７を介してアルカリ性処理液の供給源（図示省略）と連通接続されている。したがって、この配管３７を介して処理液が充填空間ＦＳに供給されると、充填空間ＦＳから吐出口６８３を介して吐出方向Ｐ１とほぼ平行な流路で処理液が流れる。
【００３８】
また、本体６８１の内部には、吐出口６８３と対向して胴部６８１ａの上壁面に超音波振動子６８４が固設されている。超音波振動子６８４には、ケーブル６７が電気的に接続されており、ケーブル６７は、超音波発振器（図示省略）に電気的に接続されている。超音波振動子６８４は、充填空間ＦＳ内の処理液に向けて超音波を発振することができ、該処理液に超音波を付与することができる。超音波振動子６８４の表面には、石英もしくは高純度ＳｉＣ（炭化珪素）の薄板が貼り付けられている。なお、本体６８１は、耐薬品性の観点からＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）もしくは石英で形成されているが、胴部６８１ａをＰＴＦＥとし、ノズル先端部６８１ｂ（または吐出口６８３の周辺部のみ）を石英として組み合わせて構成してもよい。
【００３９】
次に、超音波ノズル６８から吐出された処理液の流路曲折手段について説明する。超音波ノズル６８の処理液の吐出側には、流体供給ノズル８０が設けられている。流体供給ノズル８０の先端部は超音波ノズル６８の吐出口６８３から吐出される処理液と所定の間隔を隔てて配置されており、流体供給源（図示省略）から窒素ガスが供給されると、該処理液に向けて窒素ガスが吐出される。これにより、処理液の流路を曲折させることができる。なお、窒素ガスの流量はマスフローコントローラ等の流量制御手段により、流量制御されて処理液に向けて供給される。また、流体供給ノズル８０は支持アーム８１を介して超音波ノズル６８の本体６８１と連結して支持されている。支持アーム８１は伸縮自在に構成されており、吐出口６８３から吐出される処理液が基板Ｗの表面ＷＳ１に供給されるまでの任意の位置で、該処理液の流路を曲折させることができる。また、流体供給ノズル８０は、支持アーム８１に対して傾動可能に連結されており、処理液に対する窒素ガスの供給方向Ｆを可変することができる。このように、窒素ガスの供給位置、供給方向、および流量によって処理液の流路の曲折を調整することができる。なお、窒素ガスの供給位置、供給方向を可変する必要のない場合には、支持アームの伸縮機構を不要とし、ならびに流体供給ノズル８０と支持アーム８１は固定して連結すればよい。この場合は、窒素ガスの流量を制御することによって、処理液の流路の曲折が調整される。また、処理液の液幅に応じて、窒素ガスの供給幅（窒素ガスの広がり具合）を調整するために流体供給ノズル８０は支持アーム８１から脱着して交換することも可能である。
【００４０】
図２に示すように、供給口６８２より充填空間ＦＳ内に供給された処理液は、吐出口６８３を介して吐出方向Ｐ１とほぼ平行な流路で吐出される。このとき、処理液には超音波振動子６８４により超音波振動が付与されることで、処理液中にキャビテーションが引き起こされて気泡が発生する。そして、発生したキャビテーションによる気泡は、処理液とともに基板Ｗに運ばれることになるが、処理液中には同時に超音波振動が伝播している。したがって、そのまま処理液が基板Ｗに供給された場合（吐出方向Ｐ１で基板Ｗに供給された場合）には、気泡により基板Ｗの表面ＷＳ１に付着しているパーティクル等を除去するとともに、基板Ｗに到達する超音波振動により基板Ｗの表面ＷＳ１に形成された微細なパターンがダメージを受けることになる。
【００４１】
ここで、流体供給ノズル８０から処理液に向けて窒素ガスを供給することにより、処理液の流路が吐出方向Ｐ１から曲折方向Ｐ２へと曲折される。これにより、曲折方向Ｐ２に流れる処理液中を伝播する超音波振動を減衰させることができる。一方で、キャビテーションによる気泡は、処理液の流れとともに吐出方向Ｐ１から曲折方向Ｐ２へと運ばれる。したがって、基板Ｗの表面ＷＳ１にはキャビテーションによる気泡を包含しつつ、超音波の振動エネルギーを減衰させた処理液が供給されることになる。その結果、基板Ｗの表面ＷＳ１に形成された微細なパターンを破壊することなく、パーティクル等の微小な異物を効率良く除去することができる。
【００４２】
次に、図３を参照しつつ、窒素ガスの供給条件について説明する。図３は、処理液と該処理液に向けて供給される窒素ガスの関係を示す図である。窒素ガスの供給に際しては、処理液の流路を吐出方向Ｐ１から曲折方向Ｐ２に確実に曲折させるために、窒素ガスの供給幅（本発明の流体の幅に相当）Ｂは、処理液の幅（処理液の断面の直径）Ｄに対して同等かそれより広い幅を有することが望ましい。そのため、流体供給ノズル８０のノズル径は処理液の幅Ｄ以上であることが必要とされる。特に、処理液の流量の変動を考慮して最大流量時の処理液の幅を考慮してノズル径を選択する必要がある。
【００４３】
処理液に対する窒素ガスの供給方向Ｆは処理液の吐出方向Ｐ１と窒素ガスの供給方向Ｆとが対向するなどして処理液が飛散することがない限りにおいては任意である。処理液が飛散する状況であれば、超音波振動の減衰とともにキャビテーションによる気泡も飛散あるいは消滅することとなるからである。さらに、処理液に薬液を用いる場合には、薬液の飛散によりミストが発生し、発生したミストが汚染源となるからである。
【００４４】
また、窒素ガスの供給位置は処理液が基板Ｗの表面ＷＳ１に供給される直前、すなわち基板Ｗの近傍であることが望ましい。処理液が曲折されるまでは処理液中を伝播する超音波振動により処理液中にキャビテーションによる気泡が発生している。その一方で、処理液が曲折された後においては振動エネルギーは減衰され、処理液中にキャビテーションによる気泡の発生はほとんどみられず、発生した気泡は消滅する一方である。そのため、処理液が基板Ｗの表面ＷＳ１に供給される直前までは処理液中に超音波振動を伝播させておくとともに、処理液の流路を曲折させた（振動エネルギーを減衰させた）後は速やかに処理液を基板Ｗの表面ＷＳ１に供給することが望ましい。これにより、基板に到達する振動エネルギーを減衰させつつも、処理液中にキャビテーションによる気泡を効率良く発生させるとともに、その発生した気泡を速やかに基板に送り込むことができる。
【００４５】
基板Ｗに到達する振動エネルギーについては、処理液の流路の曲折角度γ（吐出方向Ｐ１と曲折方向Ｐ２とのなす角）が大きいほど、超音波振動エネルギーの減衰量が大きくなる。そのため、窒素ガス供給の観点からみると、ガスの供給流量を多くするほど処理液の曲折を大きくすることができ、振動エネルギーの減衰量が大きくなる。また、超音波ノズル６８から吐出される処理液の観点からみると、処理液の液流速が速く、液流量が多いほどキャビテーションによる気泡の発生量を多く、かつ発生した気泡を速やかに基板Ｗに運ぶことができる。その一方で、処理液の液流速が速く、液流量が多くなると処理液の流路の曲折が困難になる。そのため、パーティクル等の除去効率と基板Ｗへの超音波のダメージを考慮して、処理液ならび窒素ガスの供給条件が決定される。
【００４６】
上記構成の基板処理装置では、次のようにして基板Ｗが洗浄される。図外の搬送装置によりスピンベース１０に基板Ｗが受け渡されると、まず、アルカリ性処理液用の超音波ノズル６８により基板Ｗの表面ＷＳ１に向けて超音波振動を付与したアルカリ性処理液が供給される。次に、酸性処理液用の超音波ノズル７８から超音波振動を付与した酸性処理液が基板Ｗの表面ＷＳ１に向けて供給される。そして、最後に、純水ノズル３６から純水が供給され、基板Ｗの表面ＷＳ１上の処理液が除去されるリンス工程が行われる。この洗浄工程に続いて、純水ノズル３６からの純水供給が停止された後に、スピンベース１０を高速回転する乾燥工程が行われる。基板Ｗの表面ＷＳ１の液が振り切られると、回転を停止、基板Ｗが搬送装置によって運び出される。
【００４７】
以上説明したように、この実施形態によれば、超音波ノズル６８から吐出される処理液は基板Ｗに到達する前に流路が曲折されるため、基板Ｗに到達する超音波の振動エネルギーを減衰させることができる。しかも、超音波ノズル６８の外側で処理液の流路を曲折させているため、キャビテーションによる気泡の発生を阻害することなく、発生した気泡を基板Ｗに送り込むことができる。したがって、基板Ｗの表面ＷＳ１に形成された微細なパターンへのダメージを低減しつつ、パーティクル等の微小な異物を効率良く除去することができる。
【００４８】
また、上記実施形態では、超音波ノズル６８から吐出される処理液の吐出方向Ｐ１を鉛直方向としているが、これに限らない。例えば、処理液の吐出方向Ｐ１と基板Ｗの表面ＷＳ１（被処理面）とのなす角θが、０°≦θ＜９０°となるように超音波ノズル６８を配置するようにしてもよい。
【００４９】
図４は超音波ノズルの変形形態を示す図である。同図（ａ）は、超音波ノズル６８からの処理液の吐出方向Ｐ１と基板Ｗの表面ＷＳ１とのなす角θが０°＜θ＜９０°にある角度に設定した場合を示している。同図（ｂ）は、超音波ノズル６８からの処理液の吐出方向Ｐ１と基板Ｗの表面ＷＳ１とのなす角θを０°、すなわち、吐出方向Ｐ１と基板Ｗの表面ＷＳ１を平行にした場合を示している。
【００５０】
これらの実施形態によれば、処理液の吐出方向を基板Ｗに垂直（θ＝９０°）とした場合に比べて基板Ｗに到達する超音波の振動エネルギーをさらに減衰させることができる。さらに、窒素ガスを供給して処理液の流路を吐出方向Ｐ１から曲折方向Ｐ２へと曲折させることで、流路を曲折させない場合（吐出方向Ｐ１で吐出された処理液が自重によって流れ落ちる場合）に比べて基板Ｗの表面ＷＳ１に供給されるまでの流路を短縮することができる。これにより、発生したキャビテーションによる気泡を速やかに基板Ｗ上に送り込むことができる。
【００５１】
＜その他＞
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、上記実施形態ではいずれも処理液の流路を曲折させるために窒素ガスを供給しているが、これに限らない。例えば、窒素ガスに代えて空気その他の気体を用いることができる。また、気体に限らず、処理液中に発生したキャビテーションによる気泡に影響を与えない限りにおいては液体を用いることができる。
【００５２】
また、上記実施形態における超音波ノズル６８には、いわゆるホーン型形状の超音波ノズルを使用しているがこれに限らない。例えば、図５に示すような帯状に処理液が吐出される超音波ノズルに対しても適用することができる。なお、この場合においても、ノズルの幅方向にわたって吐出される処理液の流路を吐出方向Ｐ１から曲折方向Ｐ２へと確実に曲折させるために、流体供給ノズル１０２のノズル幅は超音波ノズル１０１から吐出される処理液の幅よりも広い幅を有することが必要である。
【００５３】
また、上記実施形態においては、処理液として、アルカリ性処理液や酸性処理液を基板Ｗの表面ＷＳ１に向けて供給しているが、基板の洗浄方法としてこれに限らない。例えば、処理液として純水に窒素を５ｐｐｍ以上溶解させる、望ましくは１０ｐｐｍ以上で飽和溶解濃度までの範囲（常温常圧では最大約２０ｐｐｍ）に設定するようにしてもよい。この場合の基板洗浄工程は、図外の搬送装置によりスピンベース１０に基板Ｗが受け渡されると、まず、基板Ｗの表面ＷＳ１に向けて超音波振動を付与した処理液が供給される。次に、この超音波洗浄工程に続いて、スピンベース１０を高速回転する乾燥工程が行われる。また、リンス工程を介して乾燥工程を実施するようにしてもよい。そして、基板Ｗの表面ＷＳ１の液が振り切られると、回転を停止、基板Ｗが搬送装置によって運び出される。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
超音波を付与した処理液を、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、光ディスク用基板などの被処理体の表面に吐出させて基板処理を施す基板処理装置、特に基板洗浄装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明にかかる基板処理装置の一実施形態を示す図である。
【図２】超音波ノズルの構成を示す図である。
【図３】処理液と該処理液に向けて供給される窒素ガスの関係を示す図である。
【図４】図２の超音波ノズルの変形形態を示す図である。
【図５】超音波ノズルの他の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
６８…アルカリ性処理液用の超音波ノズル
７８…酸性処理液用の超音波ノズル
８０…流体供給ノズル（流路曲折手段）
Ｂ…流体の幅
Ｄ…処理液の幅
Ｐ１…吐出方向
Ｗ…基板
ＷＳ１…基板の表面（基板の被処理面）
【図１】
2005203403.tif 000003
【図２】
2005203403.tif 000004
【図３】
2005203403.tif 000005
【図４】
2005203403.tif 000006
【図５】
2005203403.tif 000007