JP6517113B2 - 基板処理装置および吐出ヘッド - Google Patents

Description

この発明は、基板を処理する基板処理装置および吐出ヘッドに関する。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、太陽電池用基板などが含まれる。

半導体装置や液晶表示装置などの製造工程では、半導体ウエハや液晶表示装置用ガラス基板などの基板に対して処理液を用いた処理が行われる。例えば、特許文献１に記載の基板処理装置は、基板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ている基板の上面に処理液の液滴を衝突させる液滴ノズルと、スピンチャックに保持されている基板の上面に向けて保護液を吐出する保護液ノズルとを備えて構成される。

この基板処理装置では、基板の上面に保護液膜を形成した後、基板の上面の着液領域（後述する第１着液領域）に液滴ノズルから吐出された処理液の液滴を衝突させて、この着液領域に付いていた付着物を除去する（すなわち、基板を洗浄する）。

洗浄処理の期間中において、着液領域に形成される保護液膜の膜厚が許容範囲の下限を示す第１閾値よりも小さい場合、液滴ノズルから吐出される処理液の液滴が保護液膜によって十分に干渉されないまま基板の着液領域に強力に衝突し、基板の着液領域に形成されているデバイスが破壊されるおそれが生じる。他方、洗浄処理の期間中において、保護液膜の膜厚が許容範囲の上限を示す第２閾値よりも大きい場合、液滴ノズルから吐出される処理液の液滴が保護液膜によって必要以上に緩衝されて、基板の着液領域を十分に洗浄できないおそれが生じる。したがって、着液領域には、第１閾値から第２閾値までの範囲における所定の膜厚を有する保護液膜が形成されていることが望ましい。

特開２０１２−２１６７７７号公報 特開２０１１−９６０２号公報

しかしながら、基板の回転に伴う遠心力の影響や処理液と保護液との衝突の影響があるため、基板上の着液領域に所定の膜厚を有する保護液膜を確保することは容易ではない。

そこで、特許文献２には、基板の周囲に設けた堰で保護液を堰き止め、基板上の全面に保護液膜を形成した後、液滴ノズルから処理液の液滴を吐出する技術が開示されている。この技術によれば、着液領域を含む基板上の全面に所定の膜厚を有する保護液膜を確保することが可能となる。

しかし、特許文献２の技術では、所定の膜厚を有する保護液膜を確保する必要のある着液領域だけでなく基板上の全面に所定の膜厚を有する保護液膜を確保するため、保護液の使用量が増加するという新たな課題が生じる。

本発明は、こうした問題を解決するためになされたもので、基板上の着液領域において所定の膜厚を有する保護液膜を確保しつつ保護液の使用量を抑制可能な基板処理装置および吐出ヘッドを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様にかかる基板処理装置は、基板を水平に保持する基板保持部と、前記基板保持部によって保持された前記基板の上面の第１着液領域に処理液の複数の液滴を吐出する第１ノズルと、前記第１ノズルに併設され、前記基板保持部によって保持された前記基板の上面の第２着液領域に保護液を吐出する第２ノズルと、前記基板の上方に設けられ、前記第１ノズルおよび前記第２ノズルの吐出口を収容する筒状部材と、前記筒状部材の下方開口が水平面視において前記第１着液領域および前記第２着液領域を内包し、前記下方開口が隙間を隔てて前記基板の前記上面に近接する状態で、前記筒状部材を保持する筒状部材保持部と、を備え、前記第２ノズルが前記保護液を吐出することにより、前記筒状部材の内部で前記基板の上面に前記保護液の第１液膜が形成され、前記隙間を通って前記保護液が流出した前記筒状部材の外部で前記基板の上面に前記保護膜の第２液膜が形成され、前記第１液膜が前記第２液膜よりも厚くなることを特徴とする。

本発明の第２の態様にかかる基板処理装置は、本発明の第１の態様にかかる基板処理装置であって、前記筒状部材の上方開口を覆う蓋部材、を備え、前記第１ノズルおよび前記第２ノズルは、前記蓋部材を貫通して設けられ、前記蓋部材よりも下方に吐出口を有することを特徴とする。

本発明の第３の態様にかかる基板処理装置は、本発明の第１の態様または第２の態様にかかる基板処理装置であって、前記第２ノズルは、前記筒状部材の内壁を伝って前記保護液を前記基板の上面に供給することを特徴とする。

本発明の第４の態様にかかる基板処理装置は、本発明の第１の態様ないし第３の態様のいずれかにかかる基板処理装置であって、前記筒状部材を昇降する筒状部材昇降部、を備えることを特徴とする。

本発明の第５の態様にかかる基板処理装置は、本発明の第４の態様にかかる基板処理装置であって、前記第１ノズルを昇降する第１ノズル昇降部と、前記第２ノズルを昇降する第２ノズル昇降部と、を備え、前記筒状部材昇降部、前記第１ノズル昇降部、および、前記第２ノズル昇降部は、互いに独立して駆動可能であることを特徴とする。

本発明の第６の態様にかかる基板処理装置は、本発明の第４の態様または第５の態様にかかる基板処理装置であって、前記第１液膜の膜厚を検知する検知部、を備えることを特徴とする。

本発明の第７の態様にかかる基板処理装置は、本発明の第１の態様ないし第５の態様のいずれかにかかる基板処理装置であって、前記筒状部材の側面のある高さ位置において少なくとも１つの開口が設けられることを特徴とする。

本発明の第８の態様にかかる基板処理装置は、本発明の第１の態様ないし第７の態様のいずれかにかかる基板処理装置であって、前記第１ノズルは、気体と前記処理液とを混合して吐出する２流体方式のノズルであることを特徴とする。

本発明の第９の態様にかかる基板処理装置は、本発明の第１の態様ないし第７の態様のいずれかにかかる基板処理装置であって、前記第１ノズルは、前記処理液をインクジェット方式で微滴化して吐出するノズルであることを特徴とする。

本発明の第１０の態様にかかる基板処理装置は、本発明の第１の態様ないし第９の態様のいずれかにかかる基板処理装置であって、前記第１ノズル、前記第２ノズル、および、前記筒状部材を一体的に水平方向に移動させる水平移動部と、前記基板の中心を通り鉛直方向に伸びる軸回りに、前記基板保持部に保持された前記基板を回転する基板回転部と、を備えることを特徴とする。

本発明の第１１の態様にかかる吐出ヘッドは、水平に保持された基板の上面に液体を吐出するための吐出ヘッドであって、下方に向けて処理液の複数の液滴を吐出する第１ノズルと、前記第１ノズルに併設され、下方に向けて保護液を吐出する第２ノズルと、前記第１ノズルおよび第２ノズルの吐出口を収容するとともに、これらの吐出口から下方に離隔した位置に下方開口を有する筒状部材と、を備えることを特徴とする。

本発明の第１の態様ないし第１０の態様では、筒状部材の下方開口が水平面視において第１着液領域および第２着液領域を内包し、下方開口が隙間を隔てて基板の上面に近接している。そして、筒状部材が第２ノズルから供給される保護液を堰き止めることによって、筒状部材の内部に形成される保護液の第１液膜が形成され、第１液膜の膜厚は筒状部材の外部に形成される第２液膜の膜厚よりも厚くなる。

したがって、本発明の第１の態様ないし第１０の態様では、筒状部材を用いず単に保護液を供給することのみによって基板の上面に保護液の液膜を形成する他の態様に比べ、第１着液領域上に確実に所定膜厚の第１液膜を形成することができる。また、筒状部材内に保護液を堰き止める本発明の第１の態様ないし第１０の態様では、筒状部材による保護液の堰き止めを行わない他の態様に比べ、洗浄処理における保護液の使用量を削減することができる。

本発明の第１１の態様にかかる吐出ヘッドは、本発明の第１の態様ないし第１０の態様にかかる基板処理装置に好適に用いられる。

図１は、基板処理装置の概略構成を示す模式図である。 図２は、吐出ヘッドおよびその周辺部の構成を示す平面図である。 図３は、吐出ヘッドおよびその周辺部の構成を示す縦断面図である。 図４は、吐出ヘッドおよびその周辺部の構成を示す縦断面図である。 図５は、吐出ヘッドおよびその周辺部の構成を示す縦断面図である。 図６は、吐出ヘッドおよびその周辺部の構成を示す縦断面図である。 図７は、第２実施形態において、吐出ヘッドおよびその周辺部の構成を示す縦断面図である。 図８は、第３実施形態において、吐出ヘッドおよびその周辺部の構成を示す縦断面図である。

＜１ 第１実施形態＞
＜１．１ 基板処理装置１の構成＞
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、基板処理装置１の概略構成を示す模式図である。図２は、吐出ヘッド１００およびこれに関連する構成の上面図である。図３は、吐出ヘッド１００およびその周辺部を示す縦断面図である。

基板処理装置１は、半導体ウエハなどの円板状の基板Ｗを１枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置である。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２（基板保持部、基板回転部）と、スピンチャック２を取り囲む筒状のカップ３と、基板Ｗにリンス液を供給するリンス液ノズル４と、基板Ｗに処理液および保護液を供給する吐出ヘッド１００と、スピンチャック２などの基板処理装置１に備えられた装置の動作やバルブの開閉を制御する制御装置７とを備えている。

スピンチャック２は、基板Ｗを水平に保持して当該基板Ｗの中心Ｃ１を通る鉛直な回転軸線Ｌ１まわりに回転可能なスピンベース８と、このスピンベース８を回転軸線Ｌ１まわりに回転させるスピンモータ９とを含む。スピンチャック２は、基板Ｗを水平方向に挟んで当該基板Ｗを水平に保持する挟持式のチャックであってもよいし、非デバイス形成面である基板Ｗの裏面（下面）を吸着することにより当該基板Ｗを水平に保持するバキューム式のチャックであってもよい。第１実施形態では、スピンチャック２は、挟持式のチャックである。

リンス液ノズル４は、リンス液バルブ１０が介装されたリンス液供給管１１に接続されている。リンス液バルブ１０が開かれると、基板Ｗの上面中央部に向けてリンス液ノズル４からリンス液が吐出される。その一方で、リンス液バルブ１０が閉じられると、リンス液ノズル４からのリンス液の吐出が停止される。リンス液ノズル４に供給されるリンス液としては、純水（脱イオン水）、炭酸水、電解イオン水、水素水、オゾン水や、希釈濃度（たとえば、１０〜１００ｐｐｍ程度）の塩酸水などを例示することができる。

吐出ヘッド１００は、下方に向けて処理液の複数の液滴を吐出する液滴ノズル５（第１ノズル）と、液滴ノズル５に併設され下方に向けて保護液を吐出する保護液ノズル６（第２ノズル）と、液滴ノズル５の複数の吐出口３２および保護液ノズル６の吐出口６２を収容するとともにこれらの吐出口から下方に離隔した位置に下方開口５１を有する筒状部材５０と、筒状部材５０内に形成される液膜の膜厚を検知する検知部５７と、を備える。

液滴ノズル５は、処理液をインクジェット方式で微滴化して吐出するインクジェットノズルである。液滴ノズル５は、処理液供給管１２を介して処理液供給機構１３に接続されている。さらに、液滴ノズル５は、排出バルブ１４が介装された処理液排出管１５に接続されている。処理液供給機構１３は、たとえば、ポンプを含む。処理液供給機構１３は、常時、所定圧力（たとえば、１０ＭＰａ以下）で処理液を液滴ノズル５に供給している。液滴ノズル５に供給される処理液としては、たとえば、純水や、炭酸水や、ＳＣ−１（ＮＨ_４ＯＨとＨ_２Ｏ_２とを含む混合液）などが挙げられる。制御装置７は、処理液供給機構１３を制御することにより、液滴ノズル５に供給される処理液の圧力を任意の圧力に変更することができる。

液滴ノズル５は、液滴ノズル５の内部に配置された圧電素子１６（piezo element）を含む。圧電素子１６は、配線１７を介して電圧印加機構１８に接続されている。電圧印加機構１８は、たとえば、インバータを含む。電圧印加機構１８は、交流電圧を圧電素子１６に印加する。交流電圧が圧電素子１６に印加されると、印加された交流電圧の周波数に対応する周波数で圧電素子１６が振動する。制御装置７は、電圧印加機構１８を制御することにより、圧電素子１６に印加される交流電圧の周波数を任意の周波数（たとえば、数百ＫＨｚ〜数ＭＨｚ）に変更することができる。したがって、圧電素子１６の振動の周波数は、制御装置７によって制御される。

液滴ノズル５は、処理液の液滴を吐出する本体２６と、本体２６を覆うカバー２７と、カバー２７によって覆われた圧電素子１６と、本体２６とカバー２７との間に介在するシール２８とを含む。本体２６およびカバー２７は、いずれも耐薬性を有する材料によって形成されている。本体２６は、たとえば、石英によって形成されている。カバー２７は、たとえば、フッ素系の樹脂によって形成されている。シール２８は、たとえば、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエンゴム）などの弾性材料によって形成されている。本体２６は、高圧に耐えうる強度を有している。本体２６の一部と圧電素子１６とは、カバー２７の内部に収容されている。配線１７の端部は、たとえば半田（solder）によって、カバー２７の内部で圧電素子１６に接続されている。カバー２７の内部は、シール２８によって密閉されている。

本体２６は、処理液が供給される供給口２９と、供給口２９に供給された処理液を排出する排出口３０と、供給口２９と排出口３０とを接続する処理液流通路３１と、処理液流通路３１に接続された複数の吐出口３２とを含む。処理液流通路３１は、本体２６の内部に設けられている。供給口２９、排出口３０、および吐出口３２は、本体２６の表面で開口している。供給口２９および排出口３０は、吐出口３２よりも上方に位置している。本体２６の下面５ａは、たとえば、水平な平坦面であり、吐出口３２は、本体２６の下面５ａで開口している。吐出口３２は、たとえば数μｍ〜数十μｍの直径を有する微細孔である。処理液供給管１２および処理液排出管１５は、それぞれ、供給口２９および排出口３０に接続されている。

処理液供給機構１３は、常時、高圧で処理液を液滴ノズル５に供給している。処理液供給管１２を介して処理液供給機構１３から供給口２９に供給された処理液は、処理液流通路３１に供給される。排出バルブ１４が閉じられている状態では、処理液流通路３１での処理液の圧力（液圧）が高い。そのため、排出バルブ１４が閉じられている状態では、液圧によって各吐出口３２から処理液が吐出される。さらに、排出バルブ１４が閉じられている状態で、交流電圧が圧電素子１６に印加されると、処理液流通路３１を流れる処理液に圧電素子１６の振動が付与され、各吐出口３２から吐出される処理液が、この振動によって分断される。そのため、排出バルブ１４が閉じられている状態で、交流電圧が圧電素子１６に印加されると、処理液の液滴が各吐出口３２から吐出される。これにより、粒径が均一な多数の処理液の液滴が均一な速度で同時に吐出される。

一方、排出バルブ１４が開かれている状態では、処理液流通路３１に供給された処理液が、排出口３０から処理液排出管１５に排出される。すなわち、排出バルブ１４が開かれている状態では、処理液流通路３１での液圧が十分に上昇していないため、処理液流通路３１に供給された処理液は、径の小さい各吐出口３２から吐出されずに、排出口３０から処理液排出管１５に排出される。したがって、各吐出口３２からの処理液の吐出は、排出バルブ１４の開閉により制御される。制御装置７は、液滴ノズル５を基板Ｗの処理に使用しない間（液滴ノズル５の待機中）は、排出バルブ１４を開いている。そのため、液滴ノズル５の待機中であっても、液滴ノズル５の内部で処理液が流通している状態が維持される。

基板Ｗの上面に処理液の液滴を衝突させるときは、制御装置７が、移動機構１９によって吐出ヘッド１００を移動させることにより、液滴ノズル５の下面５ａ（本体２６の下面５ａ）を基板Ｗの上面に近接させる。そして、制御装置７は、液滴ノズル５の下面５ａが基板Ｗの上面に対向している状態で、排出バルブ１４を閉じて処理液流通路３１の圧力を上昇させると共に、圧電素子１６を駆動することにより、処理液流通路３１内の処理液に振動を加える。これにより、粒径が均一な多数の処理液の液滴が均一な速度で同時に吐出される。そして、液滴ノズル５の吐出口３２から吐出された多数の液滴は、基板Ｗの上面における第１着液領域５５に衝突する。この衝突により、基板Ｗの第１着液領域５５に付着していた付着物が除去される（言い換えると、基板Ｗの第１着液領域５５が洗浄される）。

保護液ノズル６は、液滴ノズル５に併設されている。保護液ノズル６は、保護液バルブ２３および流量調整バルブ２４が介装された保護液供給管２５に接続されている。保護液バルブ２３が開かれると、基板Ｗの上面に向けて保護液ノズル６から保護液が吐出される。その一方で、保護液バルブ２３が閉じられると、保護液ノズル６からの保護液の吐出が停止される。保護液ノズル６からの保護液の吐出速度は、制御装置７が流量調整バルブ２４の開度を調整することにより変更される。保護液ノズル６に供給される保護液としては、たとえば、リンス液や、ＳＣ−１などの薬液が挙げられる。

保護液ノズル６は、保護液を吐出する１つの吐出口６２を有している。吐出口６２の口径は各吐出口３２の口径よりも大きく、保護液ノズル６の吐出口６２から吐出された保護液は、基板Ｗの上面における第２着液領域６５に着液する。後述する洗浄処理では、液滴ノズル５から処理液の液滴が吐出されることに先立って、保護液ノズル６から保護液が吐出され、第１着液領域５５を含む範囲に予め保護液の液膜が形成される。これにより、該液膜が処理液の液滴と第１着液領域５５との衝突を緩衝する役割を果たし、基板Ｗの上面に形成されたデバイスを保護しつつ該デバイスに付着する付着物が除去される。

筒状部材５０は、上方と下方にそれぞれ開口を有する円筒形状の部材（例えば、直径８０ｍｍの円筒形状の部材）で構成される。筒状部材５０は、スピンチャック２に保持される基板Ｗの上方に設けられ、液滴ノズル５の複数の吐出口３２および保護液ノズル６の吐出口６２を収容する。筒状部材５０の上方開口は蓋部材５２で覆われており、液滴ノズル５および保護液ノズル６は蓋部材５２を上下方向に貫通して設けられ蓋部材５２よりも下方に吐出口を有する。筒状部材５０の下方開口５１を構成する端縁は水平面に沿って平坦であり、基板Ｗの上面に対して筒状部材５０の下方開口５１を対向させたとき基板Ｗと筒状部材５０との隔離距離が均一となる。液滴ノズル５、保護液ノズル６、および、筒状部材５０のそれぞれは、一体的に移動可能に構成されても構わないし、独立して移動可能に構成されてもよい。以下では、液滴ノズル５および保護液ノズル６が筒状部材５０に固設され、後述する移動機構１９によって、液滴ノズル５、保護液ノズル６、および、筒状部材５０が一体的に移動される構成について説明する。

検知部５７は、筒状部材５０内に形成される液膜の膜厚を検知する部分であり、制御装置７と電気的に接続されている。検知部５７は、例えば、レーザー測長器によって構成される。制御装置７は、検知部５７による検知結果を基に、後述する移動機構１９の駆動を制御する。

基板処理装置１は、さらに、筒状部材５０を保持するアーム２０と、アーム２０を水平方向または鉛直方向に移動させる移動機構１９と、を備える。

アーム２０（筒状部材保持部）は、下方開口５１が水平面視において第１着液領域５５および第２着液領域６５を内包し、下方開口５１が隙間１０１を隔てて基板Ｗの上面に近接する状態で、筒状部材５０を保持する。上述のように筒状部材５０には液滴ノズル５および保護液ノズル６が固設されているため、筒状部材５０を保持するアーム２０の移動に伴って、吐出ヘッド１００が移動される。

移動機構１９は、アーム２０に接続された回動機構２１と、回動機構２１に接続された昇降機構２２とを含む。回動機構２１は、たとえば、モータを含む。昇降機構２２は、たとえば、ボールねじ機構と、このボールねじ機構を駆動するモータとを含む。回動機構２１は、スピンチャック２の周囲に設けられた鉛直な回転軸線Ｌ２まわりにアーム２０を回動させる。アーム２０の回動に伴って、吐出ヘッド１００も回転軸線Ｌ２まわりに回動し水平方向に移動する。昇降機構２２は、回動機構２１を鉛直方向に昇降させる。回動機構２１の昇降に伴って、アーム２０および吐出ヘッド１００も鉛直方向に沿って昇降する。

図２に示すように、回動機構２１（水平移動部）は、スピンチャック２に保持された基板Ｗの上面に沿って延びる円弧状の軌跡Ｘ１に沿って吐出ヘッド１００を水平に移動させる。軌跡Ｘ１は、水平面視において基板Ｗの上面に重ならない２つの位置を結び、基板Ｗの上面の中心Ｃ１を通る曲線である。

＜１．２ 基板処理装置１の動作＞
図４〜図６は、基板処理の各過程において、吐出ヘッド１００および周辺部を示す縦断面図である。

未処理の基板Ｗは、図示しない搬送ロボットによって搬送され、デバイス形成面である表面を上に向けてスピンチャック２上に載置される。そして、制御装置７は、スピンチャック２によって基板Ｗを保持させる。その後、制御装置７は、スピンモータ９を制御して、スピンチャック２に保持されている基板Ｗを回転させる。

次に、リンス液（例えば、純水）をリンス液ノズル４から基板Ｗに供給して、基板Ｗの上面を純水で覆う工程が行われる。具体的には、制御装置７は、スピンチャック２によって基板Ｗを回転させながら、リンス液バルブ１０を開いて、リンス液ノズル４からスピンチャック２に保持されている基板Ｗの上面中央部に向けて純水を吐出させる。リンス液ノズル４から吐出された純水は、基板Ｗの上面中央部に供給され、基板Ｗの回転による遠心力を受けて基板Ｗの上面に沿って外方に広がる。これにより、基板Ｗの上面全域に純水が供給され、基板Ｗの上面全域を覆う純水の液膜が形成される。そして、リンス液バルブ１０が開かれてから所定時間が経過すると、制御装置７は、リンス液バルブ１０を閉じてリンス液ノズル４からの純水の吐出を停止させる。

次に、保護液（例えば、ＳＣ−１液）を保護液ノズル６から基板Ｗに供給して、筒状部材５０の内部で基板Ｗの上面に保護液の第１液膜６３を形成する液膜形成工程が行われる。具体的には、制御装置７は、スピンチャック２によって基板Ｗを回転させながら、保護液バルブ２３および流量調整バルブ２４を開いて、保護液ノズル６からスピンチャック２に保持されている基板Ｗの上面に向けて保護液を吐出させる。また、制御装置７は、昇降機構２２によって、隙間１０１の間隔が十分に短い間隔（例えば、０．２ｍｍ）となるよう吐出ヘッド１００を下降させる。これにより、筒状部材５０内に短時間で第１液膜６３が形成される。また、隙間１０１を通って保護液が流出した筒状部材５０の外部で、基板Ｗの上面に第２液膜６４が形成される。筒状部材５０が保護液ノズル６から供給される保護液を堰き止める役割をするため、第１液膜６３の膜厚は第２液膜６４の膜厚よりも厚くなる。図４は、この時点における、吐出ヘッド１００および周辺部を示す縦断面図である。

検知部５７によって第１液膜６３の膜厚が所定の膜厚（例えば、０．８ｍｍ）に達したことが検知されると、制御装置７は、昇降機構２２によって、隙間１０１の間隔を洗浄処理に適した間隔（例えば、０．６ｍｍ）となるよう吐出ヘッド１００を上昇させる。図５は、この時点における、吐出ヘッド１００および周辺部を示す縦断面図である。そして、洗浄処理を開始する。

洗浄処理では、処理液（例えば、炭酸水）の液滴を液滴ノズル５から基板Ｗに供給して、該液滴との衝突により基板Ｗの上面に付いた付着物を除去する洗浄工程と、上述した液膜形成工程とが並行して実行される。具体的には、制御装置７は、スピンチャック２によって基板Ｗを回転させながら、保護液バルブ２３および流量調整バルブ２４を開いて、保護液ノズル６からスピンチャック２に保持されている基板Ｗの上面に向けて保護液を吐出させる。また、制御装置７は、上述した液膜形成工程を実行するための各制御を行いつつ、排出バルブ１４を閉じるとともに、電圧印加機構１８によって所定の周波数の交流電圧を液滴ノズル５の圧電素子１６に印加させる。さらに、制御装置７は、移動機構１９によって、中心位置Ｐｃと周縁位置Ｐｅとの間で吐出ヘッド１００を軌跡Ｘ１に沿って複数回往復させる（ハーフスキャン）。図２において実線で示すように、中心位置Ｐｃは、平面視において吐出ヘッド１００と基板Ｗの上面中央部とが重なる位置であり、図２において二点鎖線で示すように、周縁位置Ｐｅは、平面視において吐出ヘッド１００と基板Ｗの上面周縁部とが重なる位置である。

多数の炭酸水の液滴が液滴ノズル５から下方に吐出されることにより、ＳＣ−１の第１液膜６３によって覆われている第１着液領域５５に多数の炭酸水の液滴が吹き付けられる。また、制御装置７が、基板Ｗを回転させながら、中心位置Ｐｃと周縁位置Ｐｅとの間で吐出ヘッド１００を移動させるので、第１着液領域５５によって基板Ｗの上面が走査され、第１着液領域５５が基板Ｗの上面全域を通過する。したがって、基板Ｗの上面全域に炭酸水の液滴が吹き付けられる。基板Ｗの上面に付着しているパーティクルなどの異物は、基板Ｗに対する液滴の衝突によって物理的に除去される。また、異物と基板Ｗとの結合力は、ＳＣ−１が基板Ｗを溶解させることにより弱められる。したがって、異物がより確実に除去される。また、基板Ｗの上面全域が液膜によって覆われている状態で、炭酸水の液滴が第１着液領域５５に吹き付けられるので、基板Ｗに対する異物の再付着が抑制または防止される。図６は、この時点における、吐出ヘッド１００および周辺部を示す縦断面図である。

なお、洗浄処理（洗浄工程および液膜形成工程）の期間中において、第１液膜６３の膜厚が許容範囲の下限を示す第１閾値（例えば、０．６ｍｍ）よりも小さい場合、液滴ノズル５から吐出される処理液の液滴が第１液膜６３によって十分に干渉されないまま基板Ｗの第１着液領域５５に強力に衝突し、基板Ｗの上面に形成されているデバイスが破壊されるおそれが生じる。他方、洗浄処理の期間中において、第１液膜６３の膜厚が許容範囲の上限を示す第２閾値（例えば、１．０ｍｍ）よりも大きい場合、液滴ノズル５から吐出される処理液の液滴が第１液膜６３によって必要以上に緩衝されて、基板Ｗの上面における第１着液領域５５を十分に洗浄できないおそれが生じる。したがって、第１液膜６３の膜厚は、洗浄処理の過程において、常に第１閾値から第２閾値までの間に保たれることが望ましい。

そこで、洗浄処理の期間中には、検知部５７の検知結果を基に第１液膜６３の膜厚が第１閾値から第２閾値の間となるよう調整する調整工程が実行される。具体的には、制御装置７が、検知部５７の検知結果を基に流量調整バルブ２４を制御して、検知結果による膜厚が第１閾値に近い場合には保護液の流量を増加させ、検知結果による膜厚が第２閾値に近い場合には保護液の流量を減少させる。その結果、第１液膜６３の膜厚が洗浄処理における許容範囲に保たれる。

そして、洗浄処理が所定時間に亘って行われると、制御装置７は、排出バルブ１４を開いて、液滴ノズル５からの液滴の吐出を停止させる。さらに、制御装置７は、保護液バルブ２３を閉じて、保護液ノズル６からのＳＣ−１の吐出を停止させる。また、制御装置７は、吐出ヘッド１００を基板Ｗの側方へと退避させる。

次に、リンス液（例えば、純水）をリンス液ノズル４から基板Ｗに供給して、基板Ｗに付着している液体や異物を洗い流すリンス工程が行われる。具体的には、制御装置７は、スピンチャック２によって基板Ｗを回転させながら、リンス液バルブ１０を開いて、リンス液ノズル４からスピンチャック２に保持されている基板Ｗの上面中央部に向けて純水を吐出させる。リンス液ノズル４から吐出された純水は、基板Ｗの上面中央部に供給され、基板Ｗの回転による遠心力を受けて基板Ｗの上面に沿って外方に広がる。これにより、基板Ｗの上面全域に純水が供給され、基板Ｗに付着している液体や異物が洗い流される。そして、リンス液バルブ１０が開かれてから所定時間が経過すると、制御装置７は、リンス液バルブ１０を閉じてリンス液ノズル４からの純水の吐出を停止させる。

次に、基板Ｗを乾燥させる乾燥工程が行われる。具体的には、制御装置７は、スピンモータ９を制御して、基板Ｗを高回転速度（たとえば数千ｒｐｍ）で回転させる。これにより、基板Ｗに付着している純水に大きな遠心力が作用し、基板Ｗに付着している純水が基板Ｗの周囲に振り切られる。このようにして、基板Ｗから純水が除去され、基板Ｗが乾燥する。そして、乾燥工程が所定時間にわたって行われた後は、制御装置７は、スピンモータ９を制御して、スピンチャック２による基板Ｗの回転を停止させる。その後、処理済みの基板Ｗが搬送ロボットによってスピンチャック２から搬出される。

＜１．３ 効果＞
以上のように、第１実施形態では、筒状部材５０の下方開口５１が水平面視において第１着液領域５５および第２着液領域６５を内包し、下方開口５１が隙間１０１を隔てて基板Ｗの上面に近接している。そして、筒状部材５０が保護液ノズル６から供給される保護液を堰き止めることによって、第１着液領域５５上に保護液の第１液膜６３が形成され、第１液膜６３の膜厚は第２液膜６４の膜厚よりも厚くなる。

したがって、第１実施形態の態様では、筒状部材５０を用いず単に保護液を供給することのみによって基板Ｗの上面に保護液の液膜を形成する他の態様に比べ、第１着液領域５５上に確実に所定膜厚の第１液膜６３を形成することができる。また、筒状部材５０内に保護液を堰き止める第１実施形態の態様では、保護液を堰き止めない上記他の態様に比べ、洗浄処理における保護液の使用量を削減することができる。例えば、１分間の洗浄処理を行う場合、上記他の態様では２．０リットルの保護液を使用するのに対し、第１実施形態の態様では０．５リットルの保護液を使用すれば足りる。

また、第１実施形態では、筒状部材５０の上方開口を覆う蓋部材５２が設けられており、吐出ヘッド１００は下方にのみ開口している。したがって、筒状部材５０内で保護液や処理液の液滴が衝突したとしても、この衝突による液跳ねが基板処理装置１の各部に飛散することが防止される。

また、第１実施形態では、保護液ノズル６が筒状部材５０の内壁と接触して設けられており、保護液ノズル６は筒状部材５０の内壁を伝って保護液を基板Ｗの上面に供給する。このため、第１実施形態の態様では、保護液ノズル６が筒状部材５０の内壁を伝うことなく保護液を基板Ｗの上面に供給する他の態様に比べ、第１液膜６３の表面が波打つことが抑制される。第１液膜６３の表面が波打つと、その波打ち箇所において第１液膜６３の膜厚が定まらず、膜厚が第１閾値より小さくなる、或いは、膜厚が第２閾値より大きくなるという事態が生じうる。第１実施形態の態様では、第１液膜６３の表面が波打ち第１液膜６３の膜厚が許容範囲外になることに起因した洗浄処理の悪影響が生じ難く、望ましい。

また、第１実施形態では、第１液膜６３の膜厚を検知する検知部５７が設けられており、検知部５７の検知結果を基に制御装置７が流量調整バルブ２４の開度を調整する。これにより、第１液膜６３の膜厚が第１閾値から第２閾値の間に適切に保たれる。

＜２ 第２実施形態＞
図７は、第２実施形態における吐出ヘッド１００Ａの構成を示す縦断面図である。

以下では、図７を参照しつつ第２実施形態の吐出ヘッド１００Ａについて説明するが、第１実施形態と同一の要素については同一の符号を付し重複説明を省略する。

第２実施形態の基板処理装置は、主として吐出ヘッドの構成に関して第１実施形態の基板処理装置１と異なる。以下、この相違点について主に説明する。

第２実施形態の吐出ヘッド１００Ａには、筒状部材５０Ａの側面のある高さ位置において少なくとも１つの開口５８が設けられる。筒状部材５０Ａの側面には、例えば、水平面視において円筒状の筒状部材５０Ａの周方向に沿って等間隔に１０個の開口５８が設けられる。なお、図７においては、１０個の開口５８のうち２つの開口５８のみが示されている。

第２実施形態では、まず、基板Ｗの上面から各開口５８の下端位置までの高さＤ３が第１閾値Ｄ１および第２閾値Ｄ２の和を２で割った値と略一致するように、筒状部材５０Ａが昇降される。そして、保護液ノズル６による保護液の吐出および液滴ノズル５による処理液の液滴の吐出を行う洗浄処理が実行される。

第２実施形態の態様では、洗浄処理の際に第１液膜６３の膜厚が高さＤ３以上になると、筒状部材５０Ａ内の保護液が開口５８から外部に流れ出す。そして、第１液膜６３の膜厚は、第１閾値Ｄ１と第２閾値Ｄ２との間（すなわち、洗浄処理における膜厚の許容範囲）に保たれる。

このように、第２実施形態の態様では、検知部５７や流量調整バルブ２４を電気的に制御することで第１液膜６３の膜厚を許容範囲に納める第１実施形態の態様と異なり、より簡易な構成で第１液膜６３の膜厚を許容範囲に納めることができる。

＜３ 第３実施形態＞
図８は、第３実施形態における吐出ヘッド１００Ｂの構成を示す縦断面図である。

以下では、図８を参照しつつ第３実施形態の吐出ヘッド１００Ｂについて説明するが、第１実施形態と同一の要素については同一の符号を付し重複説明を省略する。

第３実施形態の基板処理装置は、主として吐出ヘッドの構成に関して第１実施形態の基板処理装置１と異なる。以下、この相違点について主に説明する。

第３実施形態の吐出ヘッド１００Ｂは、第１実施形態の吐出ヘッド１００におけるインクジェット方式の液滴ノズル５に代えて、処理液と気体とを混合して吐出する２流体方式の液滴ノズル１２０を備える。

液滴ノズル１２０は、気体と液体とを混合して吐出する吐出部１２１と、処理液供給機構１３から供給される処理液を吐出部１２１に送液する処理液供給管１２２と、図示しない気体供給機構から供給される気体（例えば、窒素）を吐出部１２１に送給する気体供給配管１２３と、を備える。

第３実施形態においても、第１実施形態の場合と同様、まず保護液ノズル６による保護液の吐出が実行されて、筒状部材５０内に第１液膜６３が形成される。その後、保護液ノズル６による保護液の吐出および液滴ノズル１２０による処理液の液滴の吐出を行う洗浄処理が実行される。

２流体方式の液滴ノズル１２０を用いる第３実施形態の態様では、処理液と混合させる気体の流量を調整することにより、基板Ｗに向かって吐出される液滴の勢いを簡易に制御することができる。他方、インクジェット方式の液滴ノズル５を用いる第１実施形態の態様では、２流体方式の液滴ノズル１２０を用いる第３実施形態の態様とは異なり、ノズルの吐出口付近に気流が発生し難い。このため、第３実施形態の態様では、第１実施形態の態様に比べ、第１液膜６３の波打ちを抑制しつつ第１着液領域５５に処理液の液滴を衝突させることができる。

＜４ 変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明は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。

リンス液、処理液、および、保護液等の各液は、上記実施形態で例示したものに限らず、種々のものを適用しうる。

また、上記実施形態では、昇降機構２２の駆動により吐出ヘッド１００が昇降する態様（筒状部材５０、液滴ノズル５、および、保護液ノズル６が一体的に昇降する態様）について説明したが、これに限られるものではない。基板処理装置が、筒状部材５０を昇降する筒状部材昇降部、液滴ノズル５を昇降する液滴ノズル昇降部（第１ノズル昇降部）、および、保護液ノズル６を昇降する保護液ノズル昇降部（第２ノズル昇降部）を備え、筒状部材昇降部、処理液ノズル昇降部、および、液滴ノズル昇降部が互いに独立して駆動可能な態様であっても構わない。

また、上記実施形態では、筒状部材５０の上方開口を覆う蓋部材５２が設けられるており吐出ヘッドが下方にのみ開口している態様について説明したが、これに限られるものではない。蓋部材５２が設けられず筒状部材５０の上方および下方が開口する態様であっても構わない。

また、上記実施形態では、保護液ノズル６が筒状部材５０の内壁を伝って保護液を基板Ｗの上面に供給する態様について説明したが、これに限られるものではない。保護液ノズル６が、筒状部材５０の内壁を伝わせることなく、直接的に基板Ｗの上面に保護液を供給しても構わない。

また、上記実施形態では、検知部５７の検知結果を基に流量調整バルブ２４をフィードバック制御して第１液膜６３の膜厚を調整する態様、および、筒状部材５０に開口５８を設けることで第１液膜６３の膜厚を調整する態様について説明したが、これらに限られるものではない。例えば、保護液の流量や吐出ヘッド１００の昇降位置など種々のパラメータを予め取得しておき、これら種々のパラメータを基に各部を制御することで第１液膜６３の膜厚を調整してもよい。

また、上記実施形態では、吐出ヘッド１００とは別にリンス液ノズル４が設けられる態様について説明したが、基板処理装置においてリンス液ノズル４は必須の構成ではない。

以上、実施形態およびその変形例に係る基板処理装置および吐出ヘッドについて説明したが、これらは本発明に好ましい実施形態の例であって、本発明の実施の範囲を限定するものではない。本発明は、その発明の範囲内において、各実施形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ 基板処理装置
２ スピンチャック
３ カップ
４ リンス液ノズル
５ 液滴ノズル
６ 保護液ノズル
７ 制御装置
８ スピンベース
１９ 移動機構
２０ アーム
５０，５０Ａ 筒状部材
５１ 下方開口
５５ 第１着液領域
５７ 検知部
５８ 開口
６３ 第１液膜
６４ 第２液膜
６５ 第２着液領域
１００，１００Ａ，１００Ｂ 吐出ヘッド
１２０ 液滴ノズル
Ｗ 基板

Claims (11)

1. 基板を水平に保持する基板保持部と、
   前記基板保持部によって保持された前記基板の上面の第１着液領域に処理液の複数の液滴を吐出する第１ノズルと、
   前記第１ノズルに併設され、前記基板保持部によって保持された前記基板の上面の第２着液領域に保護液を吐出する第２ノズルと、
   前記基板の上方に設けられ、前記第１ノズルおよび前記第２ノズルの吐出口を収容する筒状部材と、
   前記筒状部材の下方開口が水平面視において前記第１着液領域および前記第２着液領域を内包し、前記下方開口が隙間を隔てて前記基板の前記上面に近接する状態で、前記筒状部材を保持する筒状部材保持部と、
   を備え、
   前記第２ノズルが前記保護液を吐出することにより、前記筒状部材の内部で前記基板の上面に前記保護液の第１液膜が形成され、前記隙間を通って前記保護液が流出した前記筒状部材の外部で前記基板の上面に前記保護液の第２液膜が形成され、
   前記第１液膜が前記第２液膜よりも厚くなることを特徴とする基板処理装置。
2. 請求項１に記載の基板処理装置であって、
   前記筒状部材の上方開口を覆う蓋部材、を備え、
   前記第１ノズルおよび前記第２ノズルは、前記蓋部材を貫通して設けられ、前記蓋部材よりも下方に吐出口を有することを特徴とする基板処理装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の基板処理装置であって、
   前記第２ノズルは、前記筒状部材の内壁を伝って前記保護液を前記基板の上面に供給することを特徴とする基板処理装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の基板処理装置であって、
   前記筒状部材を昇降する筒状部材昇降部、を備えることを特徴とする基板処理装置。
5. 請求項４に記載の基板処理装置であって、
   前記第１ノズルを昇降する第１ノズル昇降部と、
   前記第２ノズルを昇降する第２ノズル昇降部と、
   を備え、
   前記筒状部材昇降部、前記第１ノズル昇降部、および、前記第２ノズル昇降部は、互いに独立して駆動可能であることを特徴とする基板処理装置。
6. 請求項４または請求項５に記載の基板処理装置であって、
   前記第１液膜の膜厚を検知する検知部、を備えることを特徴とする基板処理装置。
7. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の基板処理装置であって、
   前記筒状部材の側面のある高さ位置において少なくとも１つの開口が設けられることを特徴とする基板処理装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の基板処理装置であって、
   前記第１ノズルは、気体と前記処理液とを混合して吐出する２流体方式のノズルであることを特徴とする基板処理装置。
9. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の基板処理装置であって、
   前記第１ノズルは、前記処理液をインクジェット方式で微滴化して吐出するノズルであることを特徴とする基板処理装置。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の基板処理装置であって、
    前記第１ノズル、前記第２ノズル、および、前記筒状部材を一体的に水平方向に移動させる水平移動部と、
    前記基板の中心を通り鉛直方向に伸びる軸回りに、前記基板保持部に保持された前記基板を回転する基板回転部と、
    を備えることを特徴とする基板処理装置。
11. 水平に保持された基板の上面に液体を吐出するための吐出ヘッドであって、
    下方に向けて処理液の複数の液滴を吐出する第１ノズルと、
    前記第１ノズルに併設され、下方に向けて保護液を吐出する第２ノズルと、
    前記第１ノズルおよび第２ノズルの吐出口を収容するとともに、これらの吐出口から下方に離隔した位置に下方開口を有する筒状部材と、
    を備えることを特徴とする吐出ヘッド。

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