专利名称：基板清洗用双流体喷嘴以及基板清洗装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于将例如半导体基板等的表面上附着的污染物去除的清洗处理的基板清洗用双流体喷嘴、以及具有该基板清洗用双流体喷嘴的基板清洗装置。
背景技术：
在例如半导体器件的制造过程中，使用通过药液、纯水等清洗液清洗半导体晶片(以下称为“晶片”)，而将附着于晶片的颗粒、有机污染物、金属杂质的污染除去的基板清洗装置。作为这样的基板清洗装置的一例，公知有使用双流体喷嘴将清洗液变为液滴状而喷射到晶片的表面的基板清洗装置。
以往，作为基板清洗用双流体喷嘴，公知有在喷嘴内部混合气体和液体而形成液滴的内部混合型喷嘴，和在喷嘴的外部混合气体和液体而形成液滴的外部混合型喷嘴(例如，参照专利文献1)。此外，作为内部混合型的一例，提出有下述双流体喷嘴，即，使在内部形成的液滴和气体通过直管内部而加速液滴，以足够的速度喷射到空气中(例如，参照专利文献2)。
专利文献1特开2003-197597号公报专利文献2特许第3315611号公报但是，在以往的基板清洗用双流体喷嘴中，液滴的粒径离散较大，存在大粒的液滴喷射到晶片表面而损伤晶片表面所形成的细微图形的危险。特别是在具有用于加速液滴的直管的内部混合型喷嘴的情况下，存在液滴在通过直管内部时，小液滴聚集为大粒的液滴的问题。虽然已知喷射的液滴的数量越多污染物去除性能越高，但若液滴未充分微粒化、或液滴聚集成为大粒的液滴等，则存在液滴数量变少，污染物去除性能降低的问题。此外，若为了提高污染物去除性能，增加气体流量而将液滴加速到高速，则大粒的液滴也以高速喷射，所以会损伤晶片的表面。因此，在污染物去除性能的提高方面存在极限。
进而，在内部混合型喷嘴中，存在液滴的喷射速度离散较大的问题。高速的液滴存在对晶片表面造成损伤的危险。此外，低速的液滴存在污染物去除性能低的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可使液滴的粒径和速度均匀化的基板清洗用双流体喷嘴，以及使用所述基板清洗用双流体喷嘴而可以适当地清洗基板的基板清洗装置。
为了达到上述目的，根据本发明，提供一种基板清洗用双流体喷嘴，其在内部混合气体和液体，将液滴与气体一起喷射而清洗基板，其特征在于，具有供给气体的气体供给通路、供给液体的液体供给通路、和将内部形成的液滴导出的导出通路，在上述导出通路的末端形成有用于向外部喷射液滴的喷射口，上述喷射口的截面积Sb形成得比上述导出通路的截面积Sa小，并且，上述气体供给通路的出口的截面积Sc形成得比上述导出通路的截面积Sa小。
上述导出通路的截面积Sa和上述喷射口的截面积Sb之比Sa∶Sb可为1∶0.25～0.81。上述气体供给通路的出口的截面积Sc可形成为与上述喷射口的截面积Sb相同或比上述喷射口的截面积Sb小。上述喷射口的截面积Sb和上述气体供给通路的出口的截面积Sc之比Sb∶Sc可为1∶0.16～0.87。上述气体供给通路的出口的截面积Sc可为1.13～6.16mm2。上述气体供给通路的出口的截面积Sc可以为1.77～4.91mm2。可以将上述导出通路形成为直线状，并且使上述导出通路的截面积Sa恒定。上述导出通路的长度L1可为10～90mm。上述喷射口的长度L2可为30mm以下。
本发明的基板清洗用双流体喷嘴，例如也可以构成为，具有包围上述气体供给通路的环状的液体导入通路，上述气体供给通路与上述导出通路同轴地配置，上述液体供给通路开口于上述液体导入通路的外周面，在上述液体导入通路上形成有直径随着朝向末端侧而变小的锥形部，上述锥形部在上述气体供给通路和上述导出通路之间开口，使从上述气体供给通路供给的气体和从上述液体导入通路导入的液体混合而形成液滴，经由上述导出通路而导出上述液滴。可将上述喷射口形成为，出口侧周缘的纵截面形状为直角或锐角。
此外，根据本发明，提供一种基板清洗装置，其特征在于，具有上述基板清洗用双流体喷嘴、大致水平地保持基板的旋转卡盘、和使上述清洗用双流体喷嘴在上述基板的上方移动的驱动机构。
根据本发明，通过在导出通路的末端设置喷射口，并使液滴通过喷射口，可充分地将液滴微粒化。即便在导出通路的途中在导出通路的内壁上形成大粒的液滴，也可在喷射口再微粒化而使液滴的粒径均匀化。此外，通过将导出通路、喷射口、液体供给通路、气体供给通路各自的直径设为适当的大小，能以适当的流量混合液体和气体，将液滴充分微粒化而喷射。通过将导出通路、喷射口设为适当的长度，可将充分微粒化的液滴以适当的速度喷射。因此，可提高基板清洗用双流体喷嘴的污染物去除性能。进而，可使液滴的速度均匀化。此外，根据本发明的基板清洗装置，可不损伤基板表面地提高污染物去除性能。
图1是本实施方式的清洗装置的概略纵剖视图。
图2是本实施方式的清洗装置的概略俯视图。
图3是本实施方式的双流体喷嘴的概略纵剖视图。
图4是表示双流体喷嘴的内部结构的说明图。
图5是表示气体供给通路的出口直径c和清洗性能(颗粒去除率)的关系的图表。
图6是气体供给配管和液体供给配管的说明图。
图7是放大表示另一实施方式的双流体喷嘴的末端部的形状的纵剖视图。
图8是将喷射口或者缩径部形成为多个孔(多孔)的实施方式的说明图。
图9是表示气体供给通路的出口直径c为1.5mm、2.0mm、3.0mm时雾滴的生成状态的照片。
附图标记说明D 液滴W 晶片1 清洗装置
2 旋转卡盘5 双流体喷嘴18 驱动机构21 气体供给通路22 液体供给通路23 导出通路24 喷射口31 缩径部32 液体导入通路37 锥形部38 缩径部具体实施方式
以下基于对作为基板的一例的晶片W的表面进行清洗的基板清洗装置1，来说明本发明的优选实施方式。如图1所示，本发明实施方式的基板清洗装置1具有大致水平地保持大致圆板形状的晶片W的旋转卡盘2；在内部混合气体和液体并将液滴与气体一起喷射的本发明实施方式的双流体喷嘴5；将旋转卡盘2上所保持的晶片W的周围包围的杯体6。
如图2所示，旋转卡盘2在上部具有3个保持部件10，通过使这3个保持部件10分别与晶片W的周缘3个部位抵接而保持晶片W。如图1所示，旋转卡盘2与马达12连接。借助该马达12的驱动，使旋转卡盘2旋转，使晶片W和旋转卡盘2一体地在大致水平面内旋转。
双流体喷嘴5安装在喷嘴臂15的末端，该喷嘴臂15在保持在旋转卡盘2上的晶片W的上方大致水平地配置。喷嘴臂15的基端固定在旋转轴16上，该旋转轴16在杯体6的外侧朝向大致铅直方向配置，旋转轴16上连接着驱动部17。在本实施方式中，移动双流体喷嘴5的驱动机构18由喷嘴臂15、旋转轴16、驱动部17构成。借助该驱动部17的驱动，可使喷嘴臂15以旋转轴16为中心在大致水平面内旋转，使双流体喷嘴5与喷嘴臂15一体地、至少从晶片W的中央部上方移动到晶片W的周缘上方。此外，借助驱动部17的驱动而升降旋转轴16，可使双流体喷嘴5与喷嘴臂15、旋转轴16一体地升降。
如图3所示，双流体喷嘴5具有向双流体喷嘴5的内部供给例如氮气(N2)等气体的气体供给通路21；向双流体喷嘴5的内部供给例如纯水(DIW)等液体的液体供给通路22；将在双流体喷嘴5的内部形成的液滴D和氮气的喷流导出的导出通路23，是内部混合型的基板清洗用双流体喷嘴。在导出通路23的末端，形成用于将液滴D向外部喷射的喷射口24。
气体供给通路21与导出通路23同轴配置。在气体供给通路21的出口部分形成有缩径部31。缩径部31形成为截面积比上游侧的部分小。缩径部31的出口接近导出通路23的入口配置。另外，优选缩径部31的截面积从入口到出口恒定，缩径部31的截面形状优选为例如圆形或者椭圆形等。如图所示，在缩径部31的截面积从入口到出口恒定的情况下，气体供给通路21的出口的截面积Sc与缩径部31的截面积相等。
在气体供给通路21的周围，形成有以包围气体供给通路21的缩径部31的方式形成为环状的液体导入通路32。液体供给通路22与液体导入通路32连接，向液体导入通路32供给纯水。气体供给通路21以通过液体导入通路32内侧的方式配置。该液体导入通路32形成为具有环形截面形状的筒状。在液体导入通路32上形成有环状槽36、和以内径及外径随着朝向末端侧(图3中下侧)而变小的方式形成的锥形部37。锥形部37形成在环状槽36的更末端侧，锥形部37的出口在气体供给通路21的缩径部31的出口和导出通路23的入口之间环状地开口。因此，导入到液体导入通路32的纯水在导出通路23的入口附近，与从气体供给通路21的缩径部31供给来的氮气混合，形成液滴D。液体导入通路32的基端侧(图3中上侧)闭口。另外，锥形部37的倾斜例如可设定成，相对于气体供给通路21以及导出通路23成大约45°的角度。
液体供给通路22设计成，相对于液体导入通路32的环状槽36具有适当的角度，在环状槽36的外周面开口。在图示的例子中，液体供给通路22以相对于环状槽36的外周面大致垂直的角度设置，该环状槽36与气体供给通路21大致平行。在液体供给通路22的出口部分上形成有缩径部38。缩径部38形成为截面积比上游侧部分小的节流孔状。而且，缩径部38的出口设置为向环状槽36的内表面开口。缩径部38的截面积优选从入口到出口恒定，缩径部38的截面形状优选例如圆形或者椭圆形等。如图所示，在缩径部38的截面积为从入口到出口恒定的情况下，液体供给通路22的出口截面积Sd与缩径部38的截面积相等。
导出通路23如上所述与气体供给通路21的缩径部31同轴地配置，连通于气体供给通路21和液体导入通路32。导出通路23形成为直线形状，并且，优选导出通路23的截面积Sa从入口到出口恒定，导出通路23的截面形状优选例如圆形或者椭圆形等。如图4所示，从气体供给通路21供给的氮气N2和从液体导入通路32导入的纯水DIW，在导出通路23的入口附近混合，借此形成无数纯水液滴D，形成的液滴D与氮气N2一起经由导出通路23而导出。
喷射口24形成为截面积比导出通路23小的节流孔状。在没有这样的截面积比导出通路23小的节流孔状喷射口24的情况下，沿导出通路23内壁成长的雾状液滴D被直接排出。优选喷射口24的截面积Sb从入口到出口恒定，喷射口24的截面形状优选例如圆形或者椭圆形。通过导出通路23内部后的液滴D通过喷射口24内时再次被微粒化而喷射出来。因此，即便在液滴D沿导出通路23内壁移动期间较大地成长的情况下，也可通过使其通过喷射口24而将液滴D微粒化成足够小的粒径而喷射。
如图4所示，双流体喷嘴5优选形成为，沿喷射口24出口侧周缘的部分的纵截面形状为直角。即，优选形成为喷射口24的内表面和双流体喷嘴5的末端部外侧平面垂直。这样一来，从喷射口24喷射的液滴D易于向导出通路23以及喷射口24所朝向的方向直线前进。相对于此，若沿喷射口24出口侧周缘的部分的纵截面形状不是形成为直角而是形成圆弧或锥形面等，则液滴D沿圆弧或锥形面等前进，相对于喷射口24倾斜地飞出，朝向喷射口24外方的液滴D变多。通过将喷射口24的出口周缘形成为直角，使液滴D的直进性良好，可相对于晶片W势头猛地集中喷射液滴D，可提高污染物去除性能。另外，喷射口24的出口周缘形成为锐角，也同样可使液滴D的直进性良好。
此外，如图4所示，双流体喷嘴5支承在喷嘴臂15的末端，使得气体供给通路21、导出通路23、喷射口24朝向相对于保持在旋转卡盘2上的晶片W上表面垂直的方向。即，相对于晶片W的上表面，使液滴D的喷流大致垂直地喷射。
另外，若在液滴D的流动方向上，导出通路23的长度L1过长，则沿导出通路23的内壁移动的液滴D易于彼此聚集而变为大粒。相反，若导出通路23的长度L1过短，则在导出通路23内无法充分加速液滴D，来自喷射口24的液滴D的喷射速度变慢，此外，可能在喷射口24无法充分进行液滴D的再微粒化。因此，有必要通过将导出通路23的长度L1形成为适当的长度，而使液滴D能够在充分微粒化的状态下充分地加速。例如，导出通路23的长度L1为大约10～90mm较好。
此外，若导出通路23的截面积Sa过大，则通过导出通路23的液滴D的速度变慢，所以沿导出通路23的内壁移动的液滴D易于彼此聚集而变为大粒。相反，若导出通路23的截面积Sa过小，则导出通路23内的氮气N2的流量被限制到较少，所以无法适当地在导出通路23的入口附近形成液滴D，存在形成的液滴D比期望的粒径大的危险。因此，有必要通过使导出通路23的截面积Sa形成为适当的大小，而使液滴D可在充分微粒化的状态下供给到喷射口24。例如，导出通路23的截面形状为圆形的情况下，导出通路23的直径a为大约1～7mm较好，更加优选地为大约3～5mm。在导出通路23的截面形状为椭圆等圆形以外的形状的情况下，导出通路23的截面积为大约0.785～38.5mm2较好，更加优选地为大约7.07～19.6mm2。
进而，若喷射口24的截面积Sb过小，则喷射口24内的氮气N2的流量被限制到较少，气体供给通路21、导出通路23内的氮气N2流量也被限制到较少，所以，无法适当地进行导出通路23入口附近处的液滴D形成，存在形成的液滴D比期望的粒径大的危险。相反，若喷射口24的截面积Sb过大，则来自喷射口24的液滴D的喷射速度变慢，此外，可能在喷射口24处无法充分地再微粒化液滴D。因此，有必要通过将喷射口24的截面积Sb形成为适当的大小，而使液滴D可在微粒化到足够小的状态下以足够的速度喷射。例如，喷射口24的截面形状为圆形的情况下，喷射口24的直径b为大约0.5～6mm较好，更加优选地为大约2～4mm较好。喷射口24的截面形状为椭圆形等圆形以外的形状的情况下，喷射口24的截面积Sb为大约0.996～28.3mm2较好，更加优选地为大约3.14～12.6mm2较好。此外，在导出通路23的截面形状以及喷射口24的截面形状分别为圆形的情况下，优选导出通路23的直径a和喷射口24的直径b的比例为a∶b＝1∶0.5～0.9。若b＜0.5a，则虽然导出通路23内壁的大直径雾滴被微细化，但由于缩径过强而使得导出通路23中的速度和通过喷射口24时的速度差过大。雾滴速度赶不上该速度差(无法加速)，结果雾滴速度离散，不理想。此外，使用上由于N2的流量控制变得更苛刻，所以不理想。另一方面，在b＞0.9a时，虽然雾滴速度的均匀性高，但由于缩径较弱所以雾滴的再微粒化困难。由此排出较多大直径雾滴。因此，雾滴数量减少，结果清洗性能低下，不理想。与此相对，b＝0.5a～0.9a时，由于适度的缩径，雾滴的再微粒化和雾滴速度均匀性的平衡较好。导出通路23的截面形状、喷射口24的截面形状中的某一个为椭圆等圆形以外的形状的情况下，导出通路23的截面积和喷射口24的截面积的比例优选在1∶0.25～0.81。
液滴D的流动方向上的喷射口24长度L2形成为比导出通路23的长度L1短。若该喷射口24的长度L2过长，则存在沿喷射口24的内壁移动的液滴D彼此聚集而变为大粒的危险。因此，有必要使喷射口24的长度L2为适当的长度。喷射口24的长度L2优选为大约30mm以下。
另一方面，在气体供给通路21中，若气体供给通路21的出口截面积Sc，即缩径部31的截面积过小，则从缩径部31流出的氮气N2的流量被限制到较少，所以在导出通路23中无法充分加速液滴D，来自喷射口24的液滴D的喷射速度变慢。相反，若气体供给通路21的出口的截面积Sc过大，则无法适当地进行在导出通路23入口附近的液滴D形成，存在形成的液滴D比期望的粒径大的危险。因此，有必要通过将气体供给通路21的出口的截面积Sc形成为适当的大小，而使液滴D可在微粒化为足够小的状态下充分地加速。进而，气体供给通路21的出口截面积Sc优选形成为比导出通路23的截面积Sa小。若将气体供给通路21的出口的截面积Sc形成为比导出通路23的截面积Sa小，则在通过气体供给通路21的出口(缩径部31)时，氮气N2的流速变快，从液体导入通路32导入的纯水DIW的雾化效果好。此外，也有雾滴速度均匀化的效果。例如，气体供给通路21的出口的截面形状为圆形的情况下，气体供给通路21的出口(缩径部31)的直径c为大约1.2～2.8mm较好，更加优选地为大约1.5～2.5mm。图5是表示在下述实施例中调查的、气体供给通路21的出口的截面形状为圆形的情况下直径c和清洗性能(颗粒去除性能)的关系的图表。可知，在直径c为大约1.2～2.8mm，优选为大约1.5～2.5mm的范围内，清洗性能高。在气体供给通路21的出口截面形状为椭圆等圆形以外的形状的情况下，气体供给通路21的出口(缩径部31)的截面积Sc为大约1.13～6.16mm2较好，更加优选地为大约1.77～4.19mm2。此外，气体供给通路21的出口(缩径部31)的截面积Sc优选形成为与喷射口24的截面积Sb相同或比喷射口24的截面积Sb小。为了微粒化液滴D并使雾滴速度均匀化，使气体供给通路21的出口(缩径部31)的截面积Sc在喷射口24的截面积Sb以下，而在氮气N2和纯水DIW的混合部中提高N2流速是有效的。特别是相对于微细化图形的清洗等，有必要降低雾滴速度，在这种情况下尤其有效。气体供给通路21的出口的截面形状以及喷射口24的截面形状分别为圆形的情况下，气体供给通路21的出口(缩径部31)的直径c和喷射口24的直径b的比例优选为b∶c＝1∶0.4～0.93。例如，喷射口24的直径b为3mm的情况下，c＜0.4b时，在N2供给压力为通常使用范围时，缩径部31处的压力损失增大，所以N2流量无法增多而使得排出部的雾滴流速变慢，无法得到足够的清洗力，不理想。另一方面，若气体供给通路21的出口(缩径部31)的直径c＞0.93b，由于混合部中N2流速慢，所以水滴的微细化不充分，不理想。相对于此，c＝0.4b～0.93b时，为适度的N2流速，利于微细雾滴生成以及雾滴速度均匀化。气体供给通路21的出口截面形状、喷射口24的截面形状中的某一个为椭圆等圆形以外形状的情况下，喷射口24的截面积Sb和气体供给通路21的出口(缩径部31)的截面积Sc的比例优选为Sb∶Sc＝1∶0.16～0.87。
此外，若从气体供给通路21的出口(缩径部31)供给的氮气N2的流量少，则液滴D难以充分微粒化，液滴D的平均粒径变大。若从气体供给通路21的出口(缩径部31)供给的氮气N2的流量多，则无法充分进行图1所示杯体6内的排气，存在颗粒再附着于晶片W的问题。从气体供给通路21的出口(缩径部31)流出的氮气N2的流量优选为例如大约5～200L/min.(正常)，更加优选地为大约10～100L/min.(正常)。进而，从气体供给通路21的出口(缩径部31)供给的氮气N2流量若与从液体供给通路22的出口(缩径部38)供给的纯水DIW的流量相比少，则液滴D难以充分微粒化，液滴D的平均粒径变大。从气体供给通路21的出口(缩径部31)供给的氮气N2流量优选在从液体供给通路22的出口(缩径部38)供给的纯水DIW的流量的大约50倍以上，更加优选地为大约100倍以上较好。
在液体供给通路22中，若液体供给通路22的出口的截面积Sd，即缩径部38的截面积过小，则从缩径部38流出的纯水DIW的流量被限制到较少，所以形成的液滴D的个数变少。相反，若液体供给通路22的出口的截面积Sd过大，则存在形成的液滴D比期望的粒径大的危险。因此，有必要通过使液体供给通路22的出口(缩径部38)的截面积Sd形成为适当的大小，而使液滴D可以形成为期望的个数和粒径。例如，液体供给通路22的出口(缩径部38)的截面形状为圆形的情况下，液体供给通路22的出口(缩径部38)的直径d，为大约0.5～5mm较好，更加优选为大约1～3mm较好。液体供给通路22的出口(缩径部38)的截面形状为椭圆等圆形以外形状的情况下，液体供给通路22的出口(缩径部38)的截面积Sd为大约0.196～19.625mm2较好，更加优选地为大约0.785～7.065mm2较好。此外，液体供给通路22的出口(缩径部38)的截面形状以及喷射口24的截面形状分别为圆形的情况下，液体供给通路22的出口(缩径部38)的直径d和喷射口24的直径b的比例优选为d∶b＝1∶1～3左右。液体供给通路22的出口(缩径部38)的截面形状、喷射口24的截面形状中的某一个为椭圆等圆形以外的形状的情况下，液体供给通路22的出口(缩径部38)的截面积Sd和喷射口24的截面积Sb的比例优选为Sd∶Sb＝1∶1～9。
此外，若从缩径部38(液体供给通路22)供给的纯水DIW的流量少，则由于液滴D的个数少，所以清洗效果变低。若从缩径部38供给的纯水DIW的流量多，则难以充分微粒化液滴D，液滴D的平均粒径变大。从缩径部38供给的纯水DIW的流量优选在例如大约20～500mL/min.，更加优选地为大约100～200mL/min.。
如图3所示，双流体喷嘴5包括形成有液体供给通路22、液体导入通路32、导出通路23、喷射口24的喷嘴主体41；和形成气体供给通路21并与喷嘴主体41卡合的卡合部件42。在喷嘴主体41的基端侧，形成有截面形成为圆形且在喷嘴主体41的基端侧外表面开口的空洞部43。在喷嘴主体41的末端侧，形成有导出通路23。空洞部43与导出通路23同轴地形成。空洞部43的末端和导出通路23的入口之间成为锥形面45，该锥形面形成为，随着从空洞部43侧向导出通路23侧变窄。此外，在空洞部43的开口侧，形成有螺纹槽46。液体供给通路22在锥形面45和螺纹槽46之间于空洞部43的内表面开口。
卡合部件42包括插入空洞部43的插入体51；和配置在喷嘴主体41的基端侧的头体52。插入体51例如具有以与空洞部43的内径大致相同大小的外径形成的圆柱状的大圆柱部53；设置在大圆柱部53的末端侧且以比空洞部43的内径小的外径形成的圆柱状的小圆柱部54；形成在小圆柱部54的更末端侧且越朝向末端侧越窄的圆锥台状的圆锥台部55。此外，在大圆柱部53的外表面上，设置有与空洞部43的螺纹槽46旋合的螺纹槽56。头体52以比空洞部43的内径、大圆柱部53的外径大的外径形成。气体供给通路21设置成，从头体52的基端侧的面起，贯通大圆柱部53、小圆柱部54、圆锥台部55的各中央部，缩径部31的出口形成为，在圆锥台部55的末端部平面上开口。
在将卡合部件42的插入体51插入空洞部43，并将螺纹槽46和螺纹槽56旋合的状态下，在小圆柱部54的外表面和空洞部43的内表面之间形成圆环状的间隙，即液体导入通路32。此外，在圆锥台部55的外表面和锥形面45之间，形成环状的间隙，即锥形部37。头体52堵塞空洞部43，与空洞部43的开口周围的面紧贴。
另外，作为构成双流体喷嘴5的喷嘴主体41和卡合部件42的材质，优选使用例如PTFE(聚四氟乙烯)等氟类树脂等。
如图6所示，气体供给通路21上连接有从氮气供给源61供给氮气的气体供给配管62。气体供给配管62上，从氮气供给源61侧起依次夹设有流量计63、流量调节阀65以及过滤器66。此外，液体供给通路22上连接有从纯水供给源71供给纯水的液体供给配管72。液体供给配管72上，从纯水供给源71侧起依次夹设有流量计73、流量调节阀75以及过滤器76。
此外，设置有控制部80，输出操作流量调节阀65和流量调节阀75的指令。流量计63、73检测出的流量由控制部80监视。控制部80基于流量计63的流量检测值而输出调节流量调节阀65的开度的指令，以便氮气在气体供给配管62内以期望的流量流动。此外，控制部80基于流量计73的流量检测值而输出调节流量调节阀75的开度的指令，以便纯水在液体供给配管72内以期望的流量流动。
在该清洗装置1中，首先借助未图示的输送臂将未清洗的晶片W输入清洗装置1内，如图1所示将晶片W交接至旋转卡盘2。此时以晶片W的表面(形成有图形的面)为上表面，保持在旋转卡盘2上。在将晶片W交接至旋转卡盘2时，如图2中双点划线所示，双流体喷嘴5以及喷嘴臂15退避到杯体6的外侧。晶片W交接到旋转卡盘2后，则使驱动部17进行驱动而使喷嘴臂15旋转，如图2中实线所示，使双流体喷嘴5移动到晶片W上方，开始液滴D的喷射。另一方面，通过图1所示马达12的驱动，使旋转卡盘2旋转，开始晶片W的旋转。然后，一边使双流体喷嘴5从晶片W的中央部上方向晶片W的周缘部上方移动，一边向旋转中的晶片W的表面喷射喷流。由此，向晶片W的整个表面喷射喷流，除去晶片W表面所附着的污染物。
喷流以下面说明的方式形成。首先，打开流量调节阀65而使从氮气供给源61供给的氮气N2在气体供给配管62、气体供给通路21中流通。气体供给管62内的氮气N2的流量，借助控制部80的指令而基于流量计63的检测值调节流量调节阀65，控制成期望的值。因此，可向气体供给通路21以适当的流量供给氮气N2。通过气体供给通路21的氮气N2，如图4所示从缩径部31放出而流入到导出通路23的入口。
一面这样供给氮气N2，一面打开流量调节阀75而使从纯水供给源71供给的纯水DIW在液体供给配管72、液体供给通路22内流通。液体供给配管72内的纯水DIW的流量，借助控制部80的指令而基于流量计73的检测值调节流量调节阀75，控制成期望的值。因此，可向液体供给通路22以适当的流量供给纯水DIW。通过液体供给通路22的纯水DIW如图4所示，从缩径部38向着液体导入通路32的环状槽36沿大致垂直方向放出，而流入环状槽36，从缩径部38的出口沿环状槽36的内表面环状扩开，进而纯水DIW环状地流入到整个锥形部37。然后，从锥形部37向导出通路23的入口倾斜地放出纯水DIW。
通过气体供给通路21的氮气N2和通过锥形部37的纯水DIW被分别放出到导出通路23的入口而混合。氮气N2从气体供给通路21的缩径部31向导出通路23直线放出，纯水从导出通路23入口周围的整个范围向着导出通路23的入口倾斜地放出。氮气N2和纯水DIW混合，结果，与氮气N2冲撞后的纯水DIW变为微粒子状，形成纯水DIW的液滴D。氮气N2和纯水DIW从缩径部31和锥形部37分别以适当的流量供给，以便液滴D以足够小的粒径形成足够的个数。
液滴D和氮气N2的喷流经由导出通路23内被导出，朝向喷出口24。液滴D在通过导出通路23内期间被氮气N2的流动加速。导出通路23的长度L1形成为可充分加速液滴D的长度，此外，氮气N2以可充分加速液滴D的适当流量供给到导出通路23，所以可使液滴D加速到足够的速度而从喷射口24喷射，并冲击晶片W的表面。因此，可从晶片W的表面适当地除去污染物。此外，导出通路23的长度L1形成为适当的长度，以便可以抑制在通过导出通路23内期间液滴D彼此聚集而变为大粒的问题，液滴D以微粒子状的状态导出到喷射口24。
在通过导出通路23内的喷流中，有可能含有在纯水DIW和氮气N2混合时未以足够小的粒径形成的液滴D、或在通过导出通路23内期间沿导出通路23的内壁成长为大粒的液滴D。即便混有这些大粒的液滴D，由于通过喷射口24期间会被再微粒子化而分裂为足够小的液滴D，所以也可防止大粒的液滴D冲击晶片W的表面。因此，可防止晶片W表面的损伤。此外，由于大粒的液滴D在喷射口24分裂为多个液滴D，所以增加了液滴D的个数。因此，可使许多微粒子状的液滴D冲击晶片W的表面，从而可适当地从晶片W的表面除去污染物。进而，与没有设置喷射口24的情况相比较，具有使液滴D的粒径和喷射速度均匀化的效果。即，可减少喷射速度较慢而对污染物去除没有贡献的液滴D、喷射速度过快而有损伤晶片W表面的危险的液滴D、和大粒的液滴D，以适于除去污染物的喷射速度喷射大量的液滴D。因此，在提高污染物去除性能的同时，还可防止大粒的液滴D和高速的液滴D等对晶片W表面的损伤。另外，为了不损伤晶片W表面地除去污染物，优选液滴D的粒径为大约100μm以下，速度优选为大约80m/sec以下。更加优选地，液滴D的粒径的平均值为大约50μm以下，并且，最大粒径为大约100μm以下，液滴D的速度的平均值为大约40m/sec以上、大约80m/sec以下。
由于喷射口24的出口侧周缘的纵截面形状为直角，所以液滴D的直进性好，液滴D以较猛的势头冲击晶片W的表面，所以可适当地从晶片W表面除去污染物。
如上所述那样在双流体喷嘴5中生成液滴D的喷流，并借助喷流清洗晶片W的整个表面后，借助控制部80的指令关闭流量调节阀65和流量调节阀75，停止从双流体喷嘴5进行的喷流的喷射。然后，如图2中双点划线所示，使双流体喷嘴5以及喷嘴臂15退避到杯体6的外侧。并且，停止马达12的驱动，停止旋转卡盘2和晶片W的旋转。然后，使输送臂(未图示)进入清洗装置1内，借助输送臂(未图示)从旋转卡盘2接取晶片W，从清洗装置1输出。这样，清洗装置1中的处理完成。
根据所述双流体喷嘴5，通过在导出通路23的末端设置节流孔状的喷射口24，并使液滴D通过喷射口24，可将液滴D再微粒子化成足够小的粒径的粒子状而喷射。即便形成大粒的液滴D，由于在喷射口24再微粒化，所以也可使液滴D的粒径均匀化为小粒径而喷射。因此，可防止大粒的液滴D冲击晶片W的表面，从而能防止损伤晶片W的表面。进而，通过再微粒化形成许多微粒子状的液滴D，可使许多液滴D冲击晶片W的表面，所以能提高污染物的去除性能。此外，通过将导出通路23、喷射口24设为适当的长度，可将充分微粒化的液滴D以适当的速度喷射。因此，可以得到良好的污染物去除性能。进而，可使液滴D的速度均匀化。即，可将许多液滴D以适当的喷射速度喷射，所以可在提高污染物去除性能的同时，防止晶片W的表面的损伤。此外，根据本发明的清洗装置1，可不损伤晶片W的表面地提高污染物去除性能。
以上表示了本发明的优选实施方式的一例，但本发明不限定于在此说明的方式。例如，在本实施方式中，液体为纯水，气体为氮气，但不限定于所述物质，液体也可以是清洗用的药液等，气体也可以是空气等。此外，基板不限定于半导体晶片，也可以是其他的LCD基板用玻璃、CD基板、印制电路板、陶瓷基板等。
气体供给通路21、液体供给通路22、液体导入通路32的配置和形状等，不限定于实施方式所示的情况。此外，在本实施方式中，作为双流体喷嘴5的结构的一例，说明了由喷嘴主体41和卡合部件42构成，且在卡合部件42的小圆柱部54和喷嘴主体41的空洞部43之间形成液体导入通路32的情况，但双流体喷嘴5的结构不限定于所述情况。
在本实施方式中，沿喷射口24的出口侧周缘的部分的纵截面形状形成为直角，但沿喷射口24的出口侧周缘的部分的纵截面形状也可以如图7所示为锐角。例如，将截面为大致圆形的喷射口24的周围形成为外径随着朝向末端而变小，从而沿喷射口24的出口周围形成为大致圆锥台面。该情况下，从喷射口24喷射的液滴D易于向着导出通路23以及喷射口24所朝向的方向直线前进，可以较猛势头集中对晶片W喷射液滴D，可提高污染物去除性能。
此外，关于喷射口24的截面形状和缩径部31的截面形状，上面对均为圆形的情况进行了说明，但它们的形状不限于圆形，可采用任意形状。例如如图8所示，也可将喷射口24或缩径部31形成为多个孔(多孔)。
实施例1对于导出通路23的直径a、喷射口24的直径b、缩径部31的直径c、缩径部38的直径d，如表1所示设定成，a∶b＝1∶0.75、b∶c＝1∶0.67、a∶c＝1∶0.5、d∶b＝1∶3。另外，导出通路23的截面形状、喷射口24的截面形状、缩径部31的截面形状、缩径部38的截面形状都为圆形。使用该双流体喷嘴5进行晶片W的清洗实验，确认双流体喷嘴5的污染物去除性能。其结果，在晶片W的表面没有损伤的情况下，得到了良好的污染物去除性能。
实施例2在用于实施例1的双流体喷嘴5中，使气体供给通路21的出口(缩径部31)的直径c变化，调查直径c和清洗性能(颗粒去除率)的关系。其结果，得到图5、图9。在图5中，，以清洗性能最高的直径c＝2.0mm时的颗粒去除率为1，各直径c时的颗粒去除率以相对于去除率1的比例表示。如图5所示，气体供给通路21的出口(缩径部31)的直径c在1.2～2.8mm的范围内，可确保有效的颗粒去除率。特别是，在直径c为1.5～2.5mm的范围内，可确保认为是最佳的颗粒去除率。此外，可知气体供给通路21的出口(缩径部31)的直径c越小，雾滴直径越小，速度分布也均匀化。特别是在低流量下使雾滴微细化时，直径c越小越有利。如图9所示，与直径c为1.5mm和2.0mm时相比，直径c为3.0mm时，微细雾滴的生成变得困难。
工业实用性本发明可适当地用于除去例如半导体基板等的表面上附着的污染物。
权利要求
1.一种基板清洗用双流体喷嘴，在内部混合气体和液体，将液滴与气体一起喷射而清洗基板，其特征在于，具有供给气体的气体供给通路、供给液体的液体供给通路、和将内部形成的液滴导出的导出通路，在上述导出通路的末端形成有用于向外部喷射液滴的喷射口，上述喷射口的截面积Sb形成得比上述导出通路的截面积Sa小，并且，上述气体供给通路的出口的截面积Sc形成得比上述导出通路的截面积Sa小。
2.如权利要求1所述的基板清洗用双流体喷嘴，其特征在于，上述导出通路的截面积Sa和上述喷射口的截面积Sb之比Sa∶Sb为1∶0.25～0.81。
3.如权利要求1所述的基板清洗用双流体喷嘴，其特征在于，进而，上述气体供给通路的出口的截面积Sc形成为与上述喷射口的截面积Sb相同或比上述喷射口的截面积Sb小。
4.如权利要求3所述的基板清洗用双流体喷嘴，其特征在于，上述喷射口的截面积Sb和上述气体供给通路的出口的截面积Sc之比Sb∶Sc为1∶0.16～0.87。
5.如权利要求4所述的基板清洗用双流体喷嘴，其特征在于，上述气体供给通路的出口的截面积Sc为1.13～6.16mm2。
6.如权利要求4所述的基板清洗用双流体喷嘴，其特征在于，上述气体供给通路的出口的截面积Sc为1.77～4.91mm2。
7.如权利要求1所述的基板清洗用双流体喷嘴，其特征在于，上述导出通路形成为直线状，并且上述导出通路的截面积Sa恒定。
8.如权利要求1所述的基板清洗用双流体喷嘴，其特征在于，上述导出通路的长度L1为10～90mm。
9.如权利要求1所述的基板清洗用双流体喷嘴，其特征在于，上述喷射口的长度L2为30mm以下。
10.如权利要求1所述的基板清洗用双流体喷嘴，其特征在于，具有包围上述气体供给通路的环状的液体导入通路，上述气体供给通路与上述导出通路同轴地配置，上述液体供给通路开口于上述液体导入通路的外周面，在上述液体导入通路上形成有直径随着朝向末端侧而变小的锥形部，上述锥形部在上述气体供给通路和上述导出通路之间开口，使从上述气体供给通路供给的气体和从上述液体导入通路导入的液体混合而形成液滴，经由上述导出通路而导出上述液滴。
11.如权利要求1所述的基板清洗用双流体喷嘴，其特征在于，上述喷射口形成为，出口侧周缘的纵截面形状为直角或者锐角。
12.一种基板清洗装置，其特征在于，具有如权利要求1所述的基板清洗用双流体喷嘴、大致水平地保持基板的旋转卡盘、和使上述清洗用双流体喷嘴在上述基板的上方移动的驱动机构。
全文摘要
本发明的目的在于，在内部混合气体和液体并将液滴与气体一起喷射而清洗基板的基板清洗用双流体喷嘴中，使液滴的粒径和速度均匀化。在基板清洗用双流体喷嘴中，具有供给气体的气体供给通路、供给液体的液体供给通路、和将内部形成的液滴导出的导出通路，在上述导出通路的末端形成有用于向外部喷射液滴的喷射口，上述喷射口的截面积Sb形成得比上述导出通路的截面积Sa小，并且，上述气体供给通路的出口的截面积Sc形成得比上述导出通路的截面积Sa小。
文档编号B08B3/02GK1930666SQ20058000787
公开日2007年3月14日 申请日期2005年3月9日 优先权日2004年3月9日
发明者菅野至, 广田祐作, 关口贤治, 长安宏, 下世昭一 申请人:东京毅力科创株式会社