CN102610491A - 基板处理方法及基板处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明在去除附着于基板表面的颗粒等污染物质的基板处理方法及基板处理装置中，提供一种能够不降低处理能力并以优异的面内均匀性去除颗粒等的技术。在相对于基板的旋转中心(P(0))位于基板的外缘侧的初始位置(P(Rin))的上方配置冷却气体喷出喷嘴，并向旋转着的基板的初始位置(P(Rin))供给冷却气体，使附着于包含初始位置(P(Rin))及旋转中心(P(0))的初始区域的DIW凝固。在初始凝固区域形成之后，一边从喷嘴供给冷却气体一边使喷嘴从初始位置(P(Rin))的上方移动到基板的外缘部的上方，由此使凝固的范围向基板的外缘侧扩展，使附着于基板的上表面的全部DIW(凝固对象液)凝固，使液膜整体冻结。

Description

基板处理方法及基板处理装置
技术领域
本发明涉及去除附着于半导体晶片、光掩模用玻璃基板、液晶显示用玻璃基板、等离子显示用玻璃基板、光盘用基板等各种基板表面上的颗粒等污染物质的基板处理方法及基板处理装置。
背景技术
以往，作为用于去除附着于基板表面的颗粒等污染物质的处理技术之一，冻结清洗技术为人们所知。在该技术中，在使形成于基板上表面上的液膜冻结后，通过融化处理来去除该冻结膜，由此将颗粒等与冻结膜一起从基板上表面去除。例如，在日本特开2008-071875号公报所记载的技术中，向基板上表面供给作为清洗液的DIW(去离子水：deionized water)并形成液膜之后，通过使喷出冷却气体的喷嘴从基板的中央部向外缘部扫描来使液膜冻结，并再次供给DIW而通过融化处理来去除冻结膜，由此从基板上表面去除颗粒。
本申请的发明者们进行各种实验的结果，发现：在冻结膜的温度与颗粒去除率之间存在一定的相关性。该相关性为，不仅使液膜冻结，而且使冻结膜的温度进一步降低，能够进一步提高颗粒去除率。因此，谋求冻结膜的温度降低在提高颗粒去除率方面是有利的，研究改良冷却气体的温度降低等液膜冷却条件。
然而，在日本特开2008-071875号公报所记载的装置中，如上所述，使喷嘴从基板的中央部向外缘部扫描，因此与基板的中央部相比，在外缘附近的每单位面积上，冷却气体的供给时间较短，与基板的中央部相比，外缘附近的冻结膜的温度未降低。因此，冻结膜的温度在基板的中央部和外缘附近不均匀，其结果，产生损害去除率的面内均匀性的问题。
因此，为了解决这种问题，例如想到了抑制喷嘴在外缘附近的移动速度来延长对外缘附近进行冷却的时间。然而，时间延长导致基板的冻结清洗处理所需的总时间变长，而导致处理能力的降低。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的在于，在去除附着于基板表面上的颗粒等污染物质的基板处理方法及基板处理装置中，提供不会导致处理能力的降低且能够以优异的面内均匀性去除颗粒等的技术。
为了实现上述目的，本发明的基板处理方法的特征在于，具有：凝固工序，一边大致水平地保持着在上表面上附着有凝固对象液的基板并使该基板围绕铅垂轴旋转，一边从喷嘴向基板的上表面供给温度比凝固对象液的凝固点低的冷却用气体，从而使凝固对象液凝固，融化工序，通过融化处理来去除在凝固工序中凝固后的凝固对象液；凝固工序包括：初始凝固工序，通过从配置在初始位置的上方的喷嘴向初始位置供给冷却用气体，由此使从初始位置到基板的旋转中心的初始区域上的凝固对象液凝固，该初始位置是指，相对于基板的旋转中心位于基板的外缘侧的位置，喷嘴移动工序，在初始凝固工序后，一边从喷嘴供给冷却用气体，一边使喷嘴向基板的外缘侧进行相对移动。
另外，为了实现上述目的，本发明的基板处理装置的特征在于，包括：基板保持单元，其将在上表面上附着有凝固对象液的基板保持为大致水平，旋转单元，其使由基板保持单元保持的基板围绕铅垂轴旋转，冷却用气体供给单元，其具有在由基板保持单元保持的基板的上表面的上方沿着基板的上表面自由地进行相对移动的喷嘴，并且，从喷嘴向基板的上表面供给温度比凝固对象液的凝固点低的冷却用气体，及移动单元，其使喷嘴沿着基板的上表面进行相对移动；在初始位置的上方配置喷嘴之后，移动单元使喷嘴向基板的外缘侧进行相对移动，所述初始位置是指，相对于基板的旋转中心位于基板的外缘侧的位置；在喷嘴从初始位置的上方开始向基板的外缘侧进行相对移动前，冷却用气体供给单元从配置于初始位置的上方的喷嘴供给冷却用气体，以使从初始位置到基板的旋转中心的初始区域上的凝固对象液凝固，在喷嘴开始向所述基板的外缘侧进行相对移动后，冷却用气体供给单元从喷嘴供给所述冷却用气体，以使除了初始区域上的凝固对象液以外的凝固对象液凝固。
在这样构成的发明(基板处理方法及基板处理装置)中，从配置于初始位置上方的喷嘴向初始位置供给冷却用气体，该初始位置是指，相对于基板的旋转中心位于基板的外缘侧的位置。如果这样向基板的初始位置供给冷却用气体，则冷却用气体以初始位置为中心沿着基板上表面扩展，其一部分到达基板的旋转中心。其结果，附着于从初始位置到基板的旋转中心的初始区域上的凝固对象液凝固。并且，如果之后喷嘴一边供给冷却用气体一边向基板的外缘侧相对移动，则凝固的范围从初始区域向基板的外缘侧扩展，附着于基板上表面上的全部凝固对象液凝固。这样，将喷嘴最初供给冷却用气体的位置设置在相对于基板的旋转中心位于外缘侧的位置，从而能够使凝固后的凝固对象液的温度在基板的整个上表面均匀化，去除率的面内均匀性得以提高。另外，使喷嘴移动的范围比现有技术窄，因此喷嘴移动所需的时间得以缩短，处理能力得以提高。
这里，如果仅从使喷嘴移动的范围变窄的观点考虑，则希望使初始位置靠近基板的外缘侧，但如果使初始位置过于靠近基板的外缘侧，则难以通过最初的冷却用气体的供给使基板的旋转中心的凝固对象液凝固。因此，如后面的实验结果所示那样，在基板的旋转中心附近，凝固从外缘侧向旋转中心侧推进，凝固对象液的温度在基板的整个表面不均匀，从而损害去除率的面内均匀性。因此，希望在能够通过从配置于初始位置上方的喷嘴供给的冷却用气体将附着于上述初始区域的凝固对象液凝固的范围，例如在比基板的旋转中心与基板的外缘之间的中间位置更靠近基板的旋转中心的范围设定初始位置。
另外，反之，如果使初始位置过于靠近基板的旋转中心，则与现有技术同样地，旋转中心的温度过度降低，产生基板上表面内的到达温度的不均匀化，并且喷嘴移动范围扩展，难以谋求处理能力的提高。因此，就从基板的旋转中心到初始位置的距离而言，希望为从喷嘴的前端部喷出冷却用气体的气体喷出口的口径的一半以上。
另外，难以刚刚从配置于初始位置上方的喷嘴向初始位置供给冷却用气体就立即使初始区域的凝固对象液凝固，所以希望在从向初始位置供给冷却用气体起经过了第一时间之后，开始使喷嘴进行相对移动。另外，通过构成为在从喷嘴向基板的外缘附近的上方的移动完成起，经过了第二时间之后，使冷却用气体的供给停止，由此能够使在基板的外缘附近凝固的凝固对象液的到达温度充分降低。由此，能够进一步提高在基板整个上表面的凝固对象液的温度均匀性，去除率的面内均匀性得以进一步提高。
根据本发明，通过从配置在相对于基板的旋转中心位于基板的外缘侧的初始位置的上方的喷嘴向初始位置供给冷却用气体，从而使附着于初始区域的凝固对象液凝固之后，使喷嘴向基板的外缘侧相对移动来使附着于基板的上表面的全部凝固对象液凝固，因此不会导致处理能力的降低，能够使凝固后的凝固对象液的到达温度均匀化，能够以优异的面内均匀性去除颗粒等。
附图说明
图1是表示冻结清洗技术中的液膜的温度与颗粒去除效率之间的关系的曲线图。
图2是表示本发明的基板处理装置的一实施方式的图。
图3是表示图2的基板处理装置中的氮气及DIW的供给方式的图。
图4是表示图2的基板处理装置中的臂的动作方式的图。
图5A至图5C是示意性地表示图2的基板处理装置的动作的图，其中，图5A是表示在基板的上表面上通过冷水形成液膜的图；图5B是从时刻TM1开始从冷却气体喷出喷嘴7向初始位置供给冷却气体的图；图5C是在时刻TM2初始冻结区域形成完毕而形成初始凝固区域的图。
图6A及图6B是示意性地表示图2的基板处理装置的动作的图，其中，图6A是表示冷却气体喷出喷嘴7向外缘移动的图；图6B是液膜冻结完毕而形成凝固膜的图。
图7A至图7C是表示初始位置与初始凝固区域之间的关系的图。
图8A至图8C是表示初始位置与初始凝固区域之间的关系的图。
图9A至图9C是表示初始位置Rin分别为0mm、65mm、100mm与到达温度之间的关系的图。
图10是表示初始位置与颗粒去除率的面内均匀性之间的关系的曲线图。
具体实施方式
<液膜的温度与颗粒去除效率之间的关系>
在现有的冻结清洗技术中，虽然使液膜冻结，但对于冻结后的液膜温度未怎么考虑。然而，根据利用了DIW(凝固对象液)的液膜的本申请发明者们的实验可知，如图1所示，不仅使液膜冻结，而且使冻结后的液膜的到达温度越低，颗粒去除效率越高。此外，这里，将冻结前的液膜的温度及该液膜冻结而成凝固体的温度总称为“液膜的温度”。
图1是表示所谓的冻结清洗技术中的液膜的温度与颗粒去除效率之间的关系的曲线图，具体而言，示出了通过下面的实验获得的结果。在该实验中，作为基板的代表例，选择裸(bare)状态(完全未形成图案的状态)的Si晶片(晶片直径300mm)。另外，对基板的表面被作为颗粒的Si屑(粒径0.08μm以上)污染的情况进行评价。
首先，最初，利用单张式基板处理装置(大日本网屏制造株式会社制，旋转处理器(spin processor)SS-3000)使晶片强制性地污染。具体而言，一边使晶片旋转，一边从与晶片相对配置的喷嘴向晶片供给分散有颗粒(Si屑)的分散液。这里，适当调整分散液的液量、晶片转速及处理时间，使得附着于晶片上表面上的颗粒的数目约为10000个。之后，测定附着于晶片上表面上的颗粒的数目(初始值)。此外，颗粒数目的测定利用KLA-Tencor公司制的晶片检查装置SP1，去除从晶片的外周起3mm内的周缘区域(边缘切割)而以剩余的区域进行评价。
接着，对各晶片进行以下的清洗处理。首先，向以150rpm进行旋转的晶片喷出温度被调整至0.5℃的DIW达6秒钟来冷却晶片。之后，停止喷出DIW并将晶片的该转速维持2秒钟，甩掉剩余的DIW而形成液膜。形成液膜后，将晶片转速减速至50rpm，一边维持该转速一边通过扫描喷嘴以流量90L/min向晶片上表面喷出温度为-190℃的氮气。喷嘴的扫描在晶片的中心和晶片的端部之间往复进行20秒。图1的黑色正方形与扫描次数相对应，图1中从左起按扫描1次、2次的顺序显示出了扫描5次的结果。这样，通过变更扫描次数来变更液膜的冻结后的温度。
上述的冷却结束之后，使晶片的转速为2000rpm，以4.0L/min的流量喷出温度被调整至80℃的DIW达2秒钟之后，然后使晶片的转速为500rpm，以1.5L/min的流量供给作为冲洗液的常温的DIW达30秒钟，对晶片进行冲洗处理。之后使晶片高速旋转来进行旋转干燥。
这样，测定附着于已实施了一系列的清洗处理的晶片的上表面上的颗粒数。然后，通过将冻结清洗后的颗粒数与之前测定出的初始(冻结清洗处理前)的颗粒数对比来算出去除率。对这样得到的数据进行描绘得到图1所示的曲线图。
由图1可知，不仅使液膜冻结，而且使冻结后的液膜的到达温度越低，颗粒去除效率越高。即，利用冷却气体使基板上的DIW液膜冻结之后，将冻结后的液膜(凝固体)进一步冷却来使最终到达温度降低，由此能够提高清洗效果。另外，为了确保颗粒去除效率的面内均匀性，冻结后的液膜的到达温度在晶片的中央部与外缘附近大致相等是很重要的。
这里，如上述实验中进行的那样，通过反复进行在晶片的中心和晶片的端部之间往复的扫描动作，能够将液膜整体冷却至均匀的到达温度，但是，由于扫描动作的反复导致处理能力的降低，因此例如日本特开2008-071875号公报所记载那样，通常需要以1次扫描动作使液膜冻结。即，要求以1次扫描动作在短时间内形成均匀的到达温度的凝固体。因此，在以下的实施方式中，最初将喷嘴配置在比晶片的旋转中心的上方更靠外缘侧的位置来使一定区域的凝固对象液凝固之后，使喷嘴向外缘侧相对移动，由此凝固范围从晶片的中心向外方扩展，从而实现上述目的。以下，参照附图详述实施方式。
<实施方式>
图2是表示本发明的基板处理装置的一实施方式的图。另外，图3是表示图2的基板处理装置中的氮气及DIW的供给方式的图。并且，图4是表示图2的基板处理装置中的臂的动作方式的图。该装置是能够执行用于去除附着于半导体晶片等基板W的上表面Wf上的颗粒等污染物质的基板清洗处理的单张式基板处理装置。更具体而言，该装置是对形成有微细图案的基板的上表面Wf执行如下的冻结清洗处理的基板处理装置，即，在该上表面Wf上形成液膜并使该液膜冻结而形成凝固膜(凝固体)之后，通过融化处理来去除该凝固膜，由此将颗粒等与凝固膜一起从基板的上表面去除。关于冻结清洗技术，以上述日本特开2008-071875号公报为首存在多篇公知文献，所以在该说明书中省略详细的说明。
该基板处理装置具有处理腔室1，在该处理腔室1内部具有旋转卡盘2，该旋转卡盘2用于在使基板W的上表面Wf朝向上方且将基板W保持在大致水平姿势的状态下使基板W旋转。如图3所示，在该旋转卡盘2的中心轴21的上端部，通过螺丝等的紧固构件固定有圆板状的旋转基座23。该中心轴21与包含马达的卡盘旋转机构22的旋转轴相连接。并且，若根据来自对装置整体进行控制的控制单元4的动作指令驱动卡盘旋转机构22，则固定于中心轴21上的旋转基座23以旋转中心轴AO为中心进行旋转。
另外，在旋转基座23的周缘部附近，立设有用于把持基板W周缘部的多个卡盘销24。为了可靠地保持圆形的基板W，卡盘销24只要设置3个以上即可，并且卡盘销24沿着旋转基座23的周缘部以等角度间隔配置。各卡盘销24分别具备：基板支撑部，其从下方支撑基板W的周缘部；及基板保持部，对支撑于基板支撑部上的基板W的外周端面进行按压来保持基板W。另外，各卡盘销24构成为能够在按压状态和解放状态之间切换，该按压状态是指，基板保持部对基板W的外周端面进行按压的状态，该解放状态是指，基板保持部从基板W的外周端面离开的状态。
并且，在向旋转基座23交付基板W时，使各卡盘销24为解放状态，在对基板W进行清洗处理时，使各卡盘销24为按压状态。若使各卡盘销24为按压状态，则各卡盘销24把持基板W周缘部，将基板W与旋转基座23隔开规定间隔而保持在大致水平姿势。由此，基板W在上表面Wf朝向上方且背面Wb朝向下方的状态下被保持。
另外，在如上所述构成的旋转卡盘2的上方配置有遮断构件9。该遮断构件9形成为在中心部具有开口的圆板状。另外，遮断构件9的下表面成为与基板W的上表面Wf大致平行地相对的基板相对面，并形成为与基板W的直径同等以上的大小。该遮断构件9大致水平地安装于支撑轴91的下端部。该支撑轴91由在水平方向上延伸的臂92保持，并可围绕穿过基板W的中心的铅垂轴进行旋转。另外，臂92上连接有遮断构件旋转升降机构93。
遮断构件旋转升降机构93根据来自控制单元4的动作指令，使支撑轴91围绕穿过基板W的中心的铅垂轴进行旋转。另外，控制单元4对遮断构件旋转升降机构93的动作进行控制，根据保持于旋转卡盘2的基板W的旋转，在与基板W相同的旋转方向且以与基板W大致相同的旋转速度使遮断构件9旋转。另外，遮断构件旋转升降机构93根据来自控制单元4的动作指令，使遮断构件9与旋转基座23接近或者远离旋转基座23。具体而言，控制单元4对遮断构件旋转升降机构93的动作进行控制，在向基板处理装置搬入或搬出基板W时，使遮断构件9上升到旋转卡盘2上方的分离位置(图2所示的位置)，另一方面，在对基板W实施规定的处理时，使遮断构件9下降到相对位置，该相对位置是距离保持于旋转卡盘2的基板W的上表面Wf的极近的位置。
如图3所示，遮断构件9的支撑轴91为中空，在其内部插通有在遮断构件9的下表面(基板相对面)开口的气体供给管95。该气体供给管95连接于干燥气体供给单元61上。该干燥气体供给单元61向基板W供给从氮气供给源(省略图示)供给来的氮气，并具有流量控制器(MFC：mass flowcontroller)611和开闭阀612。该流量控制器611能够根据来自控制单元4的流量指令来高精度地调整氮气的流量。另外，开闭阀612根据来自控制单元4的开闭指令而开闭，来在供给和停止供给经流量控制器611进行流量调整后的氮气之间切换。因此，通过控制单元4对干燥气体供给单元61进行控制，由此经流量调整后的氮气作为用于使基板W干燥的干燥气体，在适当的时刻从气体供给管95向在遮断构件9与基板W的上表面Wf之间形成的空间供给。此外，在该实施方式中，作为来自干燥气体供给单元61的干燥气体，供给氮气，但也可以供给空气或其他的非活性气体等。
在气体供给管95的内部，插通有液体供给管96。该液体供给管96的下方端部在遮断构件9的下表面开口，在其前端设置有液体喷出喷嘴97。另一方面，液体供给管96的上方端部连接于DIW供给单元62。该DIW供给单元62向基板W供给从DIW供给源(省略图示)供给来的常温的DIW作为冲洗液，另外，向基板W供给用于融化去除处理的升温到80℃左右的高温DIW，并且如以下所述那样构成。这里，在DIW供给源设置2个系统的配管通路。在作为其中一个的冲洗处理用的配管通路上，安装有流量调整阀621和开闭阀622。该流量调整阀621能够根据来自控制单元4的流量指令来高精度地调整常温DIW的流量。另外，开闭阀622根据来自控制单元4的开闭指令而开闭，在供给和停止供给经流量调整阀621进行流量调整后的常温DIW之间进行切换。
另外，在作为其中另一个的融化去除处理用的配管通路上，安装有流量调整阀623、加热器624及开闭阀625。该流量调整阀623根据来自控制单元4的流量指令，高精度地调整常温DIW的流量并送入加热器624。然后，加热器624将所送入的常温DIW加热到80℃左右，并经由开闭阀625将该加热后的DIW(以下称为“高温DIW”)送出。此外，开闭阀625根据来自控制单元4的开闭指令而开闭，在供给和停止供给高温DIW之间进行切换。这样，从DIW供给单元62送出的常温DIW或高温DIW在适当的时刻从液体喷出喷嘴97向基板W的上表面Wf喷出。
另外，旋转卡盘2的中心轴21为具有圆筒状的空洞的中空，在中心轴21的内部，插通有用于向基板W的背面Wb供给冲洗液的圆筒状的液体供给管25。液体供给管25延伸到与保持于旋转卡盘2的基板W的下表面侧即背面Wb相接近的位置，在其前端设置有向基板W的下表面的中央部喷出冲洗液的液体喷出喷嘴27。液体供给管25连接于上述的DIW供给单元62，向基板W的背面Wb供给DIW作为冲洗液。
另外，中心轴21的内壁面与液体供给管25的外壁面之间的间隙成为横剖面呈环状的气体供给路径29。该气体供给路径29连接于干燥气体供给单元61，从干燥气体供给单元61经由气体供给路径29向在旋转基座23与基板W的背面Wb之间形成的空间供给氮气。
另外，如图2所示，在该实施方式中，在旋转卡盘2的周围以能够包围以水平姿势保持于旋转卡盘2上的基板W的周围的方式设置有防溅罩(splash guard)51，该防溅罩51能够相对于旋转卡盘2的旋转轴自由升降。该防溅罩5 1具有相对于旋转轴大致旋转对称的形状。并且，通过防溅罩升降机构52的驱动使防溅罩51阶梯式地升降，由此能够对从旋转基板W飞散的液膜形成用DIW、冲洗液或为了其他用途供给至基板W的处理液等进行区分，从处理腔室1内向省略图示的排液处理单元排出。
另外，在该处理腔室1的底面部设置有多个排气口11，处理腔室1的内部空间经由这些排气口11连接于排气单元63。该排气单元63具有排气风门和排气泵，通过控制排气风门的开闭程度能够调整排气单元63的排气量。并且，控制单元4向排气单元63提供与排气风门的开闭量有关的指令，由此调整来自处理腔室1的排气量，从而控制内部空间的温度、湿度等。
在该基板处理装置中，冷却气体喷出喷嘴7设置成能够向保持于旋转卡盘2的基板W的上表面Wf喷出液膜冻结用冷却气体。即，冷却气体喷出喷嘴7连接于如下构成的冷却气体供给单元64。如图3所示，该冷却气体供给单元64具有热交换器641。该热交换器641的容器642成为内部贮存有液态氮的罐状，由能够耐受液态氮温度的材料、例如玻璃、石英或HDPE(高密度聚乙烯：High Density Polyethylene)形成。此外，也可以采用以隔热容器覆盖容器642的双重结构。此时，为了抑制处理腔室外部的环境与容器642之间的热移动，优选外部容器由隔热性高的材料例如发泡性树脂、PVC(聚氯乙烯树脂：polyvinyl chloride)等形成。
容器642设置有用于取入液态氮的液态氮导入口643。该液态氮导入口643经由开闭阀644与液态氮供给源(省略图示)相连接，若开闭阀644根据来自控制单元4的开指令而打开，则从液态氮供给源送出的液态氮被导入到容器642内。另外，在容器642内设置有液面传感器(省略图示)，该液面传感器的检测结果输入至控制单元4，通过控制单元4的反馈控制来控制开闭阀644的开闭，能够高精度地控制容器642内的液态氮的液面液位。此外，在该第一实施方式中，以液态氮的液面液位恒定的方式进行反馈控制，由此谋求冷却气体的温度的稳定化。
另外，在容器642的内部，设置有以不锈钢、铜等金属管形成的线圈状的热交换管645作为气体通路。热交换管645浸渍于贮存在容器642中的液态氮，其一端经由流量控制器(MFC)646与氮气供给源(省略图示)相连接，从而从氮气供给源被供给氮气。由此，氮气在热交换器641内被液态氮制冷至比DIW的凝固点低的温度，而作为冷却气体从热交换管645的另一端经由开闭阀647送出至冷却气体喷出喷嘴7。
如图2所示，这样制成的冷却气体的输送目的地即冷却气体喷出喷嘴7安装于水平地延伸设置的第一臂71的前端部。该第一臂71由从处理腔室1的顶板部垂下的旋转轴72支撑，并且该第一臂71的后端部能够围绕旋转中心轴J1自由旋转。并且，在旋转轴72上连接有第一臂升降旋转机构73，该第一臂升降旋转机构73根据来自控制单元4的动作指令，驱动旋转轴72围绕旋转中心轴J1进行旋转，并且驱动旋转轴72在上下方向上进行升降，其结果，安装于第一臂71的前端部的冷却气体喷出喷嘴7如图4所示那样在基板的上表面Wf的上方侧移动。
另外，在本实施方式中，与冷却气体喷出喷嘴7同样地，冷水喷出喷嘴8构成为能够在基板的上表面Wf的上方侧移动。该冷水喷出喷嘴8向保持于旋转卡盘2上的基板W的上表面Wf供给比常温低的、例如被冷却至0到2℃优选为0.5℃左右的DIW，作为构成液膜的液体(相当于本发明的“凝固对象液”)。即，冷水喷出喷嘴8连接于冷水供给单元65，通过冷水供给单元65将常温的DIW冷却到0.5℃左右后，送出至冷水喷出喷嘴8。此外，如图3所示，该冷水供给单元65具有流量调整阀651、冷却器652及开闭阀653。该流量调整阀651根据来自控制单元4的流量指令来高精度地调整常温DIW的流量并送入冷却器652。然后，冷却器652将送入来的常温DIW冷却到0.5℃左右，该冷水(冷却后的DIW)经由开闭阀653被送出。
这样，为了能够使接受冷水供给的喷嘴8围绕旋转中心轴J2进行旋转并且在上下方向上进行升降移动，水平地延伸设置的第二臂81的后端部被旋转轴82支撑为能够围绕旋转中心轴J2自由旋转。另一方面，冷水喷出喷嘴8以喷出口(省略图示)朝向下方的状态安装于第二臂81的前端部。并且，在旋转轴82上连接有第二臂升降旋转机构83，该第二臂升降旋转机构83根据来自控制单元4的动作指令，驱动旋转轴82围绕旋转中心轴J2进行旋转，并且驱动旋转轴82在上下方向上进行升降，其结果，安装于第二臂81的前端部的冷水喷出喷嘴8如以下那样在基板的上表面Wf的上方侧移动。
冷却气体喷出喷嘴7及冷水喷出喷嘴8能够分别独立地相对于基板W进行相对移动。即，如图4所示，如果基于来自控制单元4的动作指令驱动第一臂升降旋转机构73，来使第一臂71围绕旋转中心轴J1摆动，则安装于第一臂71的冷却气体喷出喷嘴7沿着移动轨迹T1，在与旋转基座23的旋转中心相当的旋转中心位置Pc和从基板W的相对位置退避到侧方的待机位置Ps1之间水平移动。即，第一臂升降旋转机构73使冷却气体喷出喷嘴7沿着基板W的上表面Wf相对于基板W进行相对移动。但是，在本实施方式中，为了使冻结的液膜的到达温度均匀化这一目的和提高处理能力，如后说明那样使冷却气体喷出喷嘴7的移动范围变窄。
另外，若基于来自控制单元4的动作指令驱动第二臂升降旋转机构83，来使第二臂81围绕旋转中心轴J2摆动，则安装于第二臂81的冷水喷出喷嘴8沿着移动轨迹T2，在与第一臂71的待机位置Ps1不同的其他待机位置Ps2和旋转中心位置Pc之间水平移动。即，第二臂升降旋转机构83使冷水喷出喷嘴8沿着基板W的上表面Wf相对于基板W进行相对移动。
图5A至图5C、图6A及图6B是示意性地表示图2的基板处理装置的动作的图。在该装置中，如果未处理的基板W搬入至装置内，则控制单元4控制装置各部对该基板W执行一系列的清洗处理。这里，在预先使基板W的上表面Wf朝向上方的状态下将基板W搬入到处理腔室1内并保持于旋转卡盘2上，另一方面，如图2所示，使遮断构件9保持下表面与基板W的上表面Wf相对的状态不变而退避到与臂71、81不干涉的上方位置。
在搬入基板W后，控制单元4驱动卡盘旋转机构22而使旋转卡盘2旋转，并且驱动第二臂升降旋转机构83使第二臂81移动并定位到旋转中心位置Pc。由此，如图5A所示，冷水喷出喷嘴8位于基板的上表面Wf的旋转中心的上方即旋转中心位置Pc。然后，控制单元4打开冷水供给单元65的开闭阀653，从冷水喷出喷嘴8向基板的上表面Wf供给低温的DIW。供给于基板的上表面Wf上的DIW作用有伴随基板W的旋转产生的离心力，而在基板W的径向上向外均匀地扩展，并且其一部分被甩至基板外。由此，控制液膜的厚度在基板的整个上表面Wf上均匀，从而在基板的整个上表面Wf上形成具有规定的厚度的液膜(水膜)。此外，在形成液膜时，如上所述那样甩掉供给于基板的上表面Wf上的DIW的一部分不是必须的要件。例如，也可以在使基板W的旋转停止的状态或使基板W以比较低的速度旋转的状态下，不从基板W甩掉DIW而在基板的上表面Wf上形成液膜。
在该状态下，在基板W的上表面Wf上形成规定厚度的浸液(puddle)状液膜LF。这样，如果液膜形成结束，则控制单元4驱动第二臂升降旋转机构83使第二臂81移动到待机位置Ps2进行待机。另外，控制单元4在第二臂81移动后或与第二臂81的移动连动，对冷却气体供给单元64及第一臂升降旋转机构73进行控制，来向基板的上表面Wf的初始位置供给冷却气体(图5B)。即，控制单元4一边控制冷却气体供给单元64的各部，从冷却气体喷出喷嘴7喷出冷却气体，一边对第一臂升降旋转机构73进行驱动控制，在比基板W充分高的位置使第一臂71向基板W的旋转中心P(0)的上方位置即旋转中心位置Pc移动。这里，所谓的“比基板W充分高的位置”是指，从喷嘴7喷出的冷却气体不会对基板W造成影响的程度的高度。然后，如果冷却气体喷出喷嘴7到达基板W的旋转中心P(0)的跟前位置P(Rin)的上方位置，则控制单元4对第一臂升降旋转机构73进行驱动控制，使冷却气体喷出喷嘴7下降到基板W的旋转中心P(0)的跟前位置P(Rin)的正上方位置。由此，从时刻TM1起向旋转的基板W的上表面Wf的位置P(Rin)供给冷却气体。此外，在该说明书中，为了确定冷却气体喷出喷嘴7的位置，将基板W的旋转中心称为“P(0)”，并且将与基板的上表面Wf的旋转中心P(0)相隔距离R的位置称为“P(R)”。特别地，如上所述，将基板的上表面Wf上的与最初被定位的冷却气体喷出喷嘴7的正下方位置相当的位置称为“初始位置P(Rin)”。例如，在以直径300mm的基板W为处理对象的装置中，距离R可取的值在0mm到150mm之间，在本实施方式中，距离Rin满足：
W7/2＜Rin＜75mm
其中，W7设定为喷嘴7的气体喷出口(省略图示)的口径。
这样，供给于初始位置P(Rin)的冷却气体不是仅供给至初始位置P(Rin)，而是以初始位置P(Rin)为中心沿着基板的上表面Wf扩展，其一部分还到达基板W的旋转中心P(0)，其结果，附着于从初始位置P(Rin)到基板W的旋转中心P(0)的初始区域的DIW凝固，从而形成初始凝固区域FR0(初始凝固工序)。此外，即使这样在初始位置P(Rin)的正上方位置配置喷嘴7并在时刻TM1向基板的上表面Wf供给了冷却气体，也难以立即形成初始凝固区域FR0，所以在本实施方式中，使喷嘴7在初始位置P(Rin)的正上方位置停止规定时间ΔT1(＝TM2-TM1)。该规定时间ΔT1相当于本发明的“第一时间”。另外，这样，在使液膜LF冻结时，控制单元4对冷却气体供给单元64的流量控制器646进行控制，来将冷却气体的流量(即每单位时间的冷却气体量)抑制为适于液膜LF冻结的值。这样，通过抑制冷却气体的流量，从而防止发生基板的上表面Wf局部干燥而露出的问题和膜厚分布因风压变得不均匀而使处理的均匀性无法保证的问题。
并且，在从上述时刻TM1起经过了规定时间ΔT1之后，如图6A所示，在持续供给冷却气体的状态下使冷却气体喷出喷嘴7向方向D移动，即，使喷嘴7向基板W的外缘位置移动(喷嘴移动工序)。由此，被凝固的凝固区域FR从初始凝固区域FR0向基板W的外缘侧扩展，例如如图6B所示，在扫描途中，使基板的上表面Wf的整个液膜冻结而形成凝固膜FF。另外，在冷却气体喷出喷嘴7配置于基板W的外缘位置上方的阶段，可以停止供给冷却气体，但这样一来，供给于基板W的外缘附近的冷却气体量与比其更靠旋转中心侧的区域略少，凝固膜FF中的已在基板W的外缘附近凝固的凝固区域FRe的到达温度可能停在0℃左右。因此，可以使冷却气体喷出喷嘴7滞留在基板W的外缘位置的上方规定时间ΔT2，来继续供给冷却气体。由此，能够使凝固区域FRe的到达温度充分降低，能够使基板的整个上表面Wf的凝固膜FF的到达温度均匀。
如果这样使液膜LF冻结来形成凝固膜FF，则控制单元4停止从喷嘴7喷出冷却气体，并使第一臂71移动到待机位置Ps1，来使喷嘴7从喷嘴基板的上表面Wf退避。之后，使遮断构件9与基板的上表面Wf接近配置，进而，从设置于遮断构件9上的喷嘴97向基板的上表面Wf上的冻结了的液膜供给已升温到80℃左右的高温DIW，来解冻并去除凝固膜(凝固体)FF(融化处理)。接着，对基板的上表面Wf供给常温的DIW作为冲洗液，进行基板W的冲洗处理。
在执行上述处理的时候，在基板W一边被夹于遮断构件9与旋转基座23之间一边进行旋转的状态下，向基板W的上表面供给DIW。这里，也可以与向基板的上表面Wf供给高温DIW及常温DIW同时，从喷嘴27也供给高温DIW及常温DIW。接下来，停止向基板W供给DIW，进行通过使基板W高速旋转来使之干燥的旋转干燥处理。即，一边从设置于遮断构件9上的喷嘴97及设置于旋转基座23上的下表面喷嘴27喷出由干燥气体供给单元61供给来的干燥用的氮气，一边使基板W以高速旋转，由此甩掉残留于基板W的DIW而使基板W干燥。这样，如果干燥处理结束，则将处理完毕的基板W搬出，从而结束对一张基板的处理。
如以上所述，根据本实施方式，在初始位置P(Rin)的上方配置冷却气体喷出喷嘴7，并向旋转着的基板W的初始位置P(Rin)供给冷却气体，从而能够使附着于包含初始位置P(Rin)及旋转中心P(0)的初始区域的DIW凝固，该初始位置P(Rin)是指，相对于基板W的旋转中心P(0)位于基板W的外缘侧的位置。在将例如具有31mm×46mm的开口作为气体喷出口的冷却气体喷出喷嘴7定位在初始位置P(65)即从基板W的旋转中心P(0)向外侧离开65mm的位置的上方之后，一边使喷嘴7滞留滞留时间3.4sec，一边以流量90L/min向基板的上表面Wf供给温度为-190℃的氮气，由此在液膜LF的中央部形成初始凝固区域FR0(初始凝固工序)。该初始凝固区域FR0是由以初始位置P(65)为中心沿着基板的上表面Wf扩展的冷却气体凝固的区域，以从初始位置P(65)到达旋转中心P(0)的方式形成于基板的上表面Wf，从上方俯视时，成为以旋转中心轴(铅垂轴)AO为中心的大致圆形形状。关于该方面，在后面说明的实施例中也得以确认。
然后，在通过冷却气体的供给而形成初始凝固区域FR0之后，一边从喷嘴7供给冷却气体，一边花费约9.4sec使喷嘴7从初始位置P(65)的上方移动到基板W的外缘部的上方，由此凝固的范围从初始区域向基板W的外缘侧扩展，将附着于基板的上表面Wf上的全部DIW(凝固对象液)凝固而使液膜LF整体冻结(喷嘴移动工序)。这样，通过将从喷嘴7最初供给冷却气体的位置设定在比基板W的旋转中心P(0)更靠外缘侧的位置，从而能够使凝固膜(凝固体)FF的到达温度在基板W的整个上表面均匀化，能够提高去除率的面内均匀性。另外，使喷嘴7移动的范围变窄，与将最初供给冷却气体的位置设定在旋转中心P(0)的上方的现有技术相比，能够缩短喷嘴移动所需的时间，能够提高处理能力。另外，通过将喷嘴7的移动速度下降与使喷嘴7移动的范围变窄相应的量，从而向基板的上表面Wf的各部供给冷却气体的时间变长，能够进一步降低到达温度。此时，能够进一步提高颗粒的去除率。关于该方面，在后面说明的实施例中也得以确认。
进而，在冷却气体喷出喷嘴7移动到基板W的外缘附近P(150)之后，使该冷却气体喷出喷嘴7在该位置滞留规定时间ΔT2例如5.7sec并继续供给冷却气体，因此能够使凝固区域FRe的到达温度充分降低，在基板的整个上表面Wf的凝固膜FF的到达温度变得均匀，提高了去除率的面内均匀性。
这样，在本实施方式中，旋转卡盘2相当于本发明的“基板保持单元”，卡盘旋转机构22相当于本发明的“旋转单元”。另外，冷却气体喷出喷嘴7及冷却气体供给单元64作为本发明的“冷却用气体供给单元”而发挥功能，第一臂71及第一臂升降旋转机构73作为本发明的“移动单元”而发挥功能。
此外，本发明并不限定于上述的实施方式，只要不脱离其主旨，除了上述实施方式以外，能够进行各种变更。例如在上述实施方式中，以从基板W的旋转中心P(0)向外缘侧离开65mm的位置P(65)为初始位置，在其上方配置冷却气体喷出喷嘴7并形成初始凝固区域FR0(初始凝固工序)，但该初始位置P(Rin)并不限定于此，只要是比基板W的旋转中心P(0)靠外缘侧的位置且比基板的旋转中心P(0)与基板W的外缘P(150)之间的中间位置更靠近基板W的旋转中心的位置即可。更优选地，初始位置是比位置P(W7/2)更靠外缘侧的位置。
另外，在上述实施方式中，通过使冷却气体喷出喷嘴7移动来将冷却气体喷出喷嘴7配置在初始位置的上方，并使冷却气体喷出喷嘴7从初始位置的上方向基板的外缘侧进行相对移动，但也可以构成为代替冷却气体喷出喷嘴7而使基板W移动或者使基板W与冷却气体喷出喷嘴7一起移动。
另外，在上述实施方式中，利用DIW来形成液膜，但构成液膜的液体即凝固对象液不限定于此。例如可以利用苏打水、含氢水、稀薄浓度(例如1ppm左右)的氨水、稀薄浓度的盐酸等，或利用在DIW中加入了少量的表面活性剂而成的液体。
另外，在上述实施方式中，从同一氮气供给源向干燥气体供给单元61及冷却气体供给单元64供给干燥气体(氮气)，但它们不限定于氮气。例如，也可以使干燥气体和冷却气体为不同的气体种类。
另外，上述实施方式的基板处理装置将氮气供给源、DIW供给源及液态氮供给源都内置于装置内部，但这些供给源也可以设置于装置的外部，例如在工厂内利用现存的供给源。另外，在存在用于冷却它们的现存设备的情况下，也可以利用由该设备冷却后的液体或气体。
并且，上述实施方式的基板处理装置具有与基板W的上方接近配置的遮断构件9，但本发明也能够应用于不具有遮断构件的装置。另外，该实施方式的装置通过与基板W周缘部抵接的卡盘销24来保持基板W，但基板的保持方法并不限定于此，在以其他方法保持基板的装置中也能够应用本发明。
[实施例]
接着，示出本发明的实施例及比较例，但本发明当然不受下述实施例及比较例的限制，能够在能够满足前述及后述的主旨的范围适当加以变更来实施，它们都包含于本发明的技术范围内。
这里，如图7A至图7C以及图8A至图8C所示，一边使最初对冷却气体喷出喷嘴7进行定位的位置不同，一边验证初始凝固区域FR0的形状及大小。即，将冷却气体喷出喷嘴7配置于：
·基板W的旋转中心P(0)的上方，
·基板W的位置P(20)的上方，
·基板W的位置P(40)的上方，
·基板W的位置P(65)的上方，
·基板W的位置P(80)的上方，
·基板W的位置P(100)的上方，
分别观测在使冷却气体喷出喷嘴7滞留2秒钟的状态下，以流量90L/min向基板的上表面Wf供给温度为-190℃的氮气作为冷却气体时的初始凝固区域FR0。其结果，在将冷却气体喷出喷嘴7分别定位于基板W的旋转中心P(0)的上方、位置P(20)的上方、位置P(40)的上方、位置P(65)的上方时，得到包含初始位置在内且在俯视时以基板W的旋转中心轴(铅垂轴)OA为中心的半径为40mm、70mm、80mm、105mm的大致圆形的初始凝固区域FR0(图7A至图7C、图8A)。然后，在形成初始凝固区域FR0后，如果一边在原来状态下继续供给冷却气体一边使冷却气体喷出喷嘴7向基板W的外缘侧移动，则初始凝固区域FR0从旋转中心侧向外缘侧扩展，在基板的整个上表面Wf上形成凝固膜FF。与之相对，当将冷却气体喷出喷嘴7定位在比它们更向外缘侧远离的位置P(80)的上方、位置P(100)的上方时，在旋转中心附近液膜未凝固，得到俯视为圆环形状的初始凝固区域FR0(图8B及图8C)。然后，在形成初始凝固区域FR0形成后，如果一边在原来状态下继续供给冷却气体一边使冷却气体喷出喷嘴7向基板W的外缘侧移动，则初始凝固区域FR0的外周侧向外缘扩展，另一方面，稍微滞后于此，初始凝固区域FR0的内周侧向旋转中心扩展，从而在基板的整个上表面Wf上形成凝固膜FF。
这样，对于得到了凝固膜FF的基板W中的、将初始位置P(Rin)设为基板W的旋转中心P(0)、位置P(65)、位置P(100)的基板W，计测形成于基板的上表面Wf上的凝固膜FF的到达温度分布的结果，得到图9A至图9C所示的结果。图9A中的符号R0(×A)、R30(×B)、R60(×C)、R90(×D)、R120(×E)、R140(×F)分别表示从旋转中心沿半径离开0mm、30mm、60mm、90mm、120mm、140mm的位置的表面温度。根据图9A可知，当将初始位置P(Rin)设为基板W的旋转中心P(0)时，即在现有技术中，旋转中心的到达温度比其他的位置大幅降低，到达温度随着向外缘侧而变高，外缘附近与旋转中心附近相比，温度大幅变高。另外，当将初始位置P(Rin)设为位置P(100)时，外缘附近的到达温度比较低，旋转中心附近与外缘附近相比，到达温度大幅变高。与它们相对，当将初始位置P(Rin)设为位置P(65)时，虽然外缘附近的到达温度略微高，但是对基板整体进行观察时，在基板的上表面Wf的面内比较均等地变为低温。
并且，在对具有图9A至图9C所示的到达温度分布的基板W进行与上述实施方式同样的融化处理、冲洗处理及干燥处理之后，对各基板W的各部中的颗粒的去除率进行计测的结果，得到图10所示的结果。如图10所示，当将初始位置P(Rin)设为旋转中心P(0)及位置P(100)时，分别在凝固膜FF的温度较高的附近的颗粒去除率较低，未得到充分的面内均匀性。与之相对，当将初始位置P(Rin)设为位置P(65)时，基板的整个上表面Wf可得到均匀且较高的颗粒去除率，这与图9B所示的到达温度分布的结果也一致。
这样，将喷嘴配置于初始位置的上方来进行初始凝固工序，将该初始凝固工序进行到能够使附着于从初始位置到基板W的旋转中心P(0)的初始区域上的DIW(凝固对象液)凝固的程度，然后，一边从喷嘴7供给冷却气体一边使喷嘴7向基板W的外缘侧移动，从而能够以优异的面内均匀性去除颗粒等，其中，该初始位置相对基板W的旋转中心P(0)位于基板W的外缘侧。
本发明能够应用于去除附着于包含半导体晶片、光掩模用玻璃基板、液晶显示用玻璃基板、等离子显示用玻璃基板、FED(Field Emission Display：场发射显示器)用基板、光盘用基板、磁盘用基板、光磁盘用基板等在内的所有基板的上表面上的颗粒等污染物质的基板处理方法及基板处理装置。

Claims (6)

1.一种基板处理方法，其特征在于，包括：
凝固工序，一边大致水平地保持着在上表面上附着有凝固对象液的基板并使该基板围绕铅垂轴旋转，一边从喷嘴向所述基板的上表面供给温度比所述凝固对象液的凝固点低的冷却用气体，从而使所述凝固对象液凝固，
融化工序，通过融化处理来去除在所述凝固工序中凝固的凝固对象液；
所述凝固工序包括：
初始凝固工序，从配置于初始位置的上方的所述喷嘴向所述初始位置供给所述冷却用气体，由此使从所述初始位置到所述基板的旋转中心的初始区域上的凝固对象液凝固，该初始位置是指，相对于所述基板的旋转中心位于所述基板的外缘侧的位置，
喷嘴移动工序，在所述初始凝固工序后，一边从所述喷嘴供给所述冷却用气体，一边使所述喷嘴向所述基板的外缘侧进行相对移动。
2.根据权利要求1记载的基板处理方法，其特征在于，
所述初始位置是比所述基板的旋转中心和所述基板的外缘的中间位置更靠近所述基板的旋转中心的位置。
3.根据权利要求1或2记载的基板处理方法，其特征在于，
在所述凝固工序中，从设置于所述喷嘴的前端部的气体喷出口向所述基板的上表面供给所述冷却用气体，
从所述基板的旋转中心到所述初始位置的距离为所述气体喷出口的口径的一半以上。
4.根据权利要求1或2记载的基板处理方法，其特征在于，
在所述凝固工序中，在从向所述初始位置供给所述冷却用气体起经过了第一时间之后，使所述喷嘴开始进行相对移动。
5.根据权利要求1或2记载的基板处理方法，其特征在于，
在所述凝固工序中，在从所述喷嘴移动至所述基板的外缘附近的位置的上方起经过了第二时间之后，停止供给所述冷却用气体。
6.一种基板处理装置，其特征在于，包括：
基板保持单元，其将在上表面上附着有凝固对象液的基板保持为大致水平，
旋转单元，其使由所述基板保持单元保持的所述基板围绕铅垂轴进行旋转，
冷却用气体供给单元，其具有能够在由所述基板保持单元保持的所述基板的上表面的上方沿着所述基板的上表面自由地进行相对移动的喷嘴，并且，从所述喷嘴向所述基板的上表面供给温度比所述凝固对象液的凝固点低的冷却用气体，及
移动单元，其使所述喷嘴沿着所述基板的上表面进行相对移动；
在初始位置的上方配置所述喷嘴之后，所述移动单元使所述喷嘴向所述基板的外缘侧进行相对移动，所述初始位置是指，相对于所述基板的旋转中心位于所述基板的外缘侧的位置，
在所述喷嘴从所述初始位置的上方开始向所述基板的外缘侧进行相对移动前，所述冷却用气体供给单元从配置于所述初始位置的上方的所述喷嘴供给所述冷却用气体，以使从所述初始位置到所述基板的旋转中心的初始区域上的凝固对象液凝固，
在所述喷嘴开始向所述基板的外缘侧进行相对移动后，所述冷却用气体供给单元从所述喷嘴供给所述冷却用气体，以使除了所述初始区域上的凝固对象液以外的凝固对象液凝固。
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