CN106024669B - 基板处理方法以及基板处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种以低成本且高效地在基板的表面上形成凝固体的基板处理方法以及基板处理装置。使用冷却构件使在水平姿势的基板的上表面形成的凝固对象液的液膜凝固来形成凝固体的凝固体形成工序包括第一工序和第二工序，在第一工序中，使冷却构件中的温度比凝固对象液的凝固点低的处理面着落于液膜，使位于由上表面和处理面夹持的区域的凝固对象液凝固，在第二工序中，从通过第一工序凝固的凝固区域剥离处理面，凝固区域和处理面的附着力小于凝固区域和上表面的附着力。

Description

基板处理方法以及基板处理装置
技术领域
本发明涉及对在半导体基板、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、光磁盘用基板等各种基板(以下仅记为“基板”)的上表面形成的液膜进行凝固的凝固技术、以及使用该凝固技术对基板的上表面进行清洗的基板处理方法以及基板处理装置。
背景技术
在半导体装置和液晶显示装置等的电子部件等的制造工序中，包括对基板的表面反复实施成膜、蚀刻等处理来形成微细图案的工序。在此，为了良好地进行微细加工，需要将基板表面保持为清洁的状态，根据需要对基板表面进行清洗处理。在例如JP特开2008-71875号公報记载的装置中，向基板表面供给去离子水(De Ionized Water：以下记为“DIW”)等液体，使液体冻结后，利用冲洗液进行解冻除去，由此执行对板表面的清洗。
即，在JP特开2008-71875号公报记载的装置中，执行以下的工序。首先，在表面朝向上方的状态下将基板以水平姿势配置，通过向该基板的表面(上表面)供给DIW，来在基板的整个表面形成DIW的液膜。接着，停止供给DIW，向基板的表面喷射低温的氮气来使DIW的液膜冻结。由此，侵入到颗粒等污染物质和基板的表面之间的DIW变成冰，通过进行膨胀，颗粒等污染物质从基板离开微小距离。另外，在与基板的表面平行的方向上也进行膨胀，从而剥离在基板上固定的颗粒等。其结果，基板的表面和颗粒等的污染物质之间的附着力降低，进而，颗粒等污染物质从基板的表面脱离。之后，利用作为冲洗液的DIW解冻除去在基板的表面上存在的冰，由此，能够高效地从基板的表面除去颗粒等污染物质。
但是，在上述现有技术中，为了生成低温的氮气，需要使用高价的液态氮，这成为使用于在基板的表面形成凝固体的处理成本增大的主要原因之一。而且，由于作为冷却介质使用低温气体，所以在冷却效率方面未必说良好，期望实现以低成本且高效地使在基板的表面形成的液膜凝固的技术。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种以低成本且效率地在基板的上表面上形成凝固体的技术。
本发明的一方式的基板处理方法，其特征在于，包括凝固体形成工序，在该凝固体形成工序中，使用冷却构件使在水平姿势的基板的表面上形成的凝固对象液的液膜凝固来形成凝固体，
凝固体形成工序包括第一工序和第二工序，在第一工序中，使冷却构件中的温度比凝固对象液的凝固点低的处理面着落于液膜，来使位于由表面和处理面夹持的区域的凝固对象液凝固；在第二工序中，从通过第一工序凝固的凝固区域剥离处理面，
凝固区域和处理面的附着力小于凝固区域和上表面的附着力。
另外，本发明的其他方式的一种基板处理装置，其特征在于，
具有：
基板保持部，将在表面上形成有凝固对象液的液膜的基板保持为水平姿势，
冷却构件，具有温度比凝固对象液的凝固点低的处理面，
移动部，使冷却构件相对于由基板保持部保持的基板的表面移动；
以使处理面着落于液膜的方式使冷却构件移动，对位于由表面和处理面夹持的区域的凝固对象液进行凝固来形成凝固区域后，通过移动冷却构件来进行使处理面从凝固区域剥离的动作，并使液膜凝固来形成凝固体，
处理面由和凝固区域的附着力小于凝固区域和表面的附着力的材料构成。
发明效果
如上所述，根据本发明，温度比凝固对象液的凝固点低的处理面着落于液膜，位于由基板的表面和处理面夹持的区域的凝固对象液被上述处理面高效地凝固，形成凝固区域。但是，由于使冷却构件的处理面直接与液膜抵接，该凝固区域不仅附着于基板的表面，而且附着于冷却构件的处理面。因此，为了在基板的表面上形成凝固体，需要紧接着上述凝固动作，将冷却构件从凝固区域剥离。因此，在本发明中构成为，冷却构件的处理面和凝固区域的附着力小于基板的表面和凝固区域的附着力。因此，当冷却构件移动时，在凝固区域残存于基板的表面的状态下，仅处理面从凝固区域剥离，能够以低成本且高效地在基板的表面上形成凝固体。
附图说明
图1是示意性地表示用于验证冷却构件的剥离性的验证实验的顺序的图。
图2是示意性地表示用于验证利用冷却构件进行凝固的凝固可能性的验证实验的顺序的图。
图3是表示本发明的基板处理装置的第一实施方式的图。
图4是图3的基板处理装置的局部俯视图。
图5是表示图3所示的基板处理装置的动作的流程图。
图6是示意性地表示基板处理装置的动作的图。
图7是表示本发明的基板处理装置的第二实施方式的图。
图8是表示图7的基板处理装置的动作的图。
图9是表示本发明的基板处理装置的第三实施方式的图。
图10是表示本发明的基板处理装置的第四实施方式的图。
图11是表示本发明的基板处理装置的第五实施方式的图。
图12是表示本发明的基板处理装置的其他实施方式的图。
其中，附图标记说明如下：
11 第一样品片(冷却构件)
12 第二样品片(冷却构件)
11c、12a、533 处理面
16、16a、16b 凝固区域
19 液膜
20 凝固体
21 旋转基座(基板保持部)
22 卡盘销(基板保持部)
41 DIW喷出喷嘴(除去部)
51 头驱动机构(移动部)
53冷却构件、直圆锥状冷却构件
W 基板
Wf (基板W的)表面
具体实施方式
A.冷却构件对液膜的直接凝固
在JP特开2008-71875号公报记载的装置中，冷却气体喷出喷嘴分离配置在形成在基板的表面(上表面)上的DIW的液膜的上方，具有比DIW的凝固点低的温度的冷却气体(例如氮气)从冷却气体喷出喷嘴喷射到液膜。因此，由于作为制冷剂使用气体成分，所以无法避免冷却效率下降。因此，本发明人产生了如下构思：使冷却构件(固体)的至少一部分的面(以下称为“处理面”)冷却到比液膜的凝固点低的温度，并使该处理面与液膜直接抵接来使液膜凝固，由此提高冷却效率。但是，为了使这样的构思具体化，需要对以下的2个技术事项进行研究。
A-1.冷却构件的剥离性
首先，第一点的技术事项是冷却构件的剥离性。当使冷却构件的处理面着落在液膜上使液膜凝固时，由基板的表面和处理构件的处理面夹持的区域凝固而附着在基板的表面上，但是，这样凝固的区域也附着在冷却构件的处理面上。因此，为了在基板的表面良好地形成凝固体，需要紧接着上述凝固动作将冷却构件的处理面从凝固区域可靠剥离。
对在材料表面冻结的冰的附着力、即冰附着力进行各种研究。例如在“关于防止冰雪附着技术的研究(第一报)”(北海道立工业试验场报告No.292，1993年，p.13-22)中，测定了各种材料的冰附着力。如在该研究中报告那样，PTFE(聚四氟乙烯：polytetrafluoroethylene)、氟树脂涂层钢板等使用的氟类材料、硅酮类材料、PE(聚乙烯：polyethylene)等比硅基板的冰附着力(3.3[kgf/cm2])低，通过将它们用作构成冷却构件的处理面的材料，能够从凝固区域(冰区域)优先剥离处理面。因此，本发明进行图1所示的验证实验来对冷却构件的剥离性进行了验证。
图1是示意性地表示用于验证冷却构件的剥离性的验证实验的顺序的图。为了验证冷却构件的剥离性，向水平姿势的硅基板W(以下仅称为“基板W”)的表面Wf照射紫外线光UV约20分钟，除去在表面Wf附着的有机物污染(参照图1的(a))。另一方面，预先准备在铝基材11a的下方部贴附有PTFE带11b的第一样品片11和将PTFE形成为块状的第二样品片12。然后，一边将第一样品片11的下表面11c(PTFE带1b的PTFE面)以及第二样品片12的下表面12a当作本发明的“处理面”，使其与基板W的表面Wf相向，一边将两样品片11、12经由间隔件13载置在基板W的表面Wf上。由此，如图1的(b)所示，第一样品片11的下表面11c以及第二样品片12的下表面12a从基板W的表面Wf向上方离开间隔件13的厚度，而形成间隙部14。此外，在本验证实验中，将间隔件13的厚度设定为2[mm]。
接着，从注射器15向第一样品片11的下表面11c以及第二样品片12的下表面12a和基板W的表面Wf的间隙部14注入DIW，利用DIW充满各间隙部14(参照图1的(c))。由此，构建与如后述的实施方式所示那样的冷却构件的处理面着落于在基板W的表面Wf上形成的DIW的液膜的情况等效的着落状况。然后，保持这样的着落状况将基板W容纳在冷冻室内使DIW凝固，形成凝固区域16a、16b(参照图1的(d))。此外，凝固区域16a是使由第一样品片11的下表面11c以及基板W的表面Wf夹持的区域的DIW冻结而成的区域，凝固区域16b是使由第二样品片12的下表面12a以及基板W的表面Wf夹持的区域的DIW冻结而成的区域。另外，在凝固时DIW体积膨胀，但是，凝固区域16a、16b会从间隙部14向水平方向释放其体积增加量，在间隙部14存在的DIW在保持与基板W的表面Wf和样品片11的下表面11c(处理面)以及样品片12的下表面12a(处理面)紧贴的状态下进行凝固，形成凝固区域。
从上述研究报告推测出，这样凝固时在各界面产生的附着力具有如下关系：
F11<F12…式(1)
F21<F22…式(2)
其中，
F11：凝固区域16a相对于第一样品片11的下表面11c的冰附着力，
F12：凝固区域16a相对于基板W的表面Wf的冰附着力，
F21：凝固区域16b相对于第二样品片12的下表面12a的冰附着力，
F22：凝固区域16b相对于基板W的表面Wf的冰附着力。
因此，如图1的(e)所示，通过在冷冻室内用戴有绝热手套的手指进行推动，对样品片11、12的侧面施加水平方向的力Fa、Fb，结果，在第一样品片11以及第二样品片12中，基板W的表面Wf和凝固区域16a、16b都牢牢地附着在一起，在第一样品片11的下表面11c和凝固区域16a的界面，第一样品片11从凝固区域16a发生剥离，在第二样品片12的下表面12a和凝固区域16b的界面，第二样品片12从凝固区域16b发生剥离。由此，如图1的(f)所示，在基板W的表面Wf上形成所期望的形状的凝固区域16a、16b，并且样品片11、12分别良好地从凝固区域16a、16b剥离。
因而，从图1所示的验证实验可知，在利用冷却构件使液膜凝固时，即使冷却构件的处理面与凝固区域附着，通过使构成冷却构件的处理面的材料满足下述关系：
(凝固区域相对于处理面的冰附着力)<(凝固区域相对于表面Wf的冰附着力)，就能够使冷却构件从凝固区域优先剥离，使凝固区域在保持所期望的形状的状态下可靠地残存于基板W的表面Wf。此外，在此，对使用DIW作为本发明的“凝固对象液”的情况进行了说明，但是，在将其他的液体用作本发明的“凝固对象液”的情况也同样。
A-2.冷却构件对液膜进行凝固的凝固可能性
在上述验证实验中，通过在冷冻室容纳基板W来使液膜凝固，但是，需要对使冷却构件着落在液膜上来使液膜凝固是否合理进行验证。因此，本发明人进行图2所示的验证实验来验证利用冷却构件进行凝固的凝固可能性。
图2是示意性地表示用于对利用冷却构件进行凝固的凝固可能性进行验证的验证实验的顺序的图。为了验证利用冷却构件进行凝固的凝固可能性，准备具有与在图1所示的验证实验中使用的第一样品片同样的结构的样品片11作为冷却构件，如图2的(a)所示，将样品片11浸渍于在罐18内贮存的液态氮中来对样品片11进行冷却。然后，从罐18取出被冷却的样品片11至室温环境中，构成样品片11的铝基材11a的温度升温直到-30℃(参照图2的(b))。此外，调整至-30℃的样品片11的处理面11c的温度(PTFE带11b的表面温度)为-10℃。
另一方面，与样品片11的冷却以及温度调整并行，准备具有DIW的液膜的基板W。在该验证实验中，也向基板W的表面Wf照射紫外线光来除去有机物污染，在该表面Wf形成的DIW的液膜19为室温(21℃)。然后，以如上述那样温度被调整的样品片11的处理面11c着落于该液膜19的方式将样品片11载置在基板W的表面Wf(参照图2的(c))。进而，如图2的(d)所示，通过等待10秒钟，由样品片11的下表面11c以及基板W的表面Wf夹持的区域的DIW被冻结，形成凝固区域16a。然后，通过利用戴有绝热手套的手指进行推动，对样品片11的侧面施加水平方向的力Fa，结果确认，样品片11顺利地从凝固区域16a剥离并向水平方向移动，并且，液膜19中的样品片11通过的区域被冻结，凝固区域16a向水平方向扩宽(参照图2的(e))。
从图2所示的验证实验可知，通过使被调整至比DIW的凝固点低的温度的冷却构件的处理面着落于液膜，能够使被处理面和基板W的表面Wf夹持的区域凝固。而且，确认了冷却构件的温度在-30℃左右能够进行凝固，使冷却构件与液膜直接接触使液膜凝固是合理的。进而，在图2的验证实验中也同时确认，能够使冷却构件从凝固区域优先剥离，使凝固区域保持所期望的形状可靠地残存于基板W的表面Wf。
A-3.总结
基于上述的2个验证实验可知，能够通过使温度比液膜的凝固点低的冷却构件的处理面与液膜直接抵接来形成凝固区域，而且，通过利用如能由人的手指进行推动的程度的小的力使冷却构件移动，在使凝固区域残存于基板W的表面Wf上的状态下使冷却构件从凝固区域剥离。于是，本发明人实现了使上述的构思具体化的实施方式。以下，参照图3至图6对本发明的基板处理装置以及基板处理方法的第一实施方式进行详细说明。
B.第一实施方式
图3是表示本发明的基板处理装置的第一实施方式的图。另外，图4是图3的基板处理装置的局部俯视图。该基板处理装置是在用于除去在半导体晶片等的基板W的表面Wf上附着的颗粒等的污染物质的清洗处理中使用的单张式的基板处理装置。此外，在图3以及图4中，为了明确各图的方向关系，示出了XYZ直角坐标轴。
该基板处理装置具有比基板W大一些的平面尺寸的旋转基座21。另外，在旋转基座21的周缘部附近立设有用于把持基板W的周缘部的多个卡盘销22。卡盘销22设置有3个以上即可，以可靠地保持圆形的基板W，卡盘销22沿着旋转基座21的周缘部以等角度间隔配置。各卡盘销22具有对基板W的周缘部从下方进行支撑的基板支撑部和对由基板支撑部支撑的基板W的外周端面进行推压来保持基板W的基板保持部。另外，各卡盘销22能够在基板保持部对基板W的外周端面进行推压的推压状态和基板保持部从基板W的外周端面离开的分离状态之间进行切换，根据来自对装置整体进行控制的控制单元90的动作指令来执行状态切换。
更详细地说，在向旋转基座21交付基板W时，使各卡盘销22处于分离状态，在对基板W进行清洗处理时，使各卡盘销22处于推压状态。当各卡盘销22处于推压状态时，各卡盘销22把持基板W的周缘部，基板W与旋转基座21隔开规定间隔保持为水平姿势。由此，基板W以表面Wf朝向上方的状态被保持。这样，在本实施方式中，由旋转基座21和卡盘销22保持基板W，但是基板保持方式并不限于，例如也可以通过旋转卡盘等的吸附方式来保持基板W。
如图3所示，在旋转基座21上连接有旋转轴31。该旋转轴31经由带32与马达33的输出旋转轴34连接。并且，当马达33基于来自控制单元90的控制信号进行动作时，旋转轴31伴随马达驱动进行旋转。由此，在旋转基座21的上方且由卡盘销22保持的基板W与旋转基座21一起围绕旋转轴心Pa旋转。
用于向这样被驱动旋转的基板W的表面Wf供给DIW的DIW喷出喷嘴41配置在旋转基座21的上方位置。DIW供给部42经由开闭阀43与该DIW喷出喷嘴41连接。该开闭阀43平时关闭，如后述那样，在基板W上形成DIW的液膜时以及对基板W进行冲洗处理时，根据来自控制单元90的打开指令来打开开闭阀43。另外，该DIW喷出喷嘴41安装在水平延伸设置的第一臂44的顶端部。该第一臂44的后端部被沿着铅垂方向Z延伸设置的旋转轴45支撑为能够围绕旋转中心轴J1自由旋转。并且，在旋转轴45上连接有喷嘴驱动机构46，旋转轴45根据来自控制单元90的动作指令被驱动围绕旋转中心轴J1旋转。由此，在第一臂44的顶端部安装的DIW喷出喷嘴41如图4的虚线所示那样能够移动到基板W的表面Wf的上方侧，另外，如该图的实线所示那样能够移动到从基板W离开的待机位置。
另外，在本实施方式中，除了第一臂44外，第二臂52被水平延伸设置。在第二臂52的顶端部安装有冷却构件53，另一方面，在后端部连接有头驱动机构51。如图3所示，该头驱动机构51具有旋转马达511。并且，旋转马达511的旋转轴512与第二臂52的后端部连接，当旋转马达511根据来自控制单元90的控制信号进行动作时，第二臂52围绕旋转中心J2摆动，使冷却构件53在基板W的表面中央部的上方位置和退避位置之间往复移动。此外，在本说明书中，将冷却构件53从退避位置向基板W的表面中央部的上方位置移动的动作以及方向分别称为“去程动作”以及“去程方向”，另一方面，反之将冷却构件53从基板W的表面中央部的上方位置向退避位置移动的动作以及方向分别称为“回程动作”以及“回程方向”。
搭载有旋转马达511的升降基座514滑动自由地与立设的引导件515嵌合安装，并且与和引导件515并排设置的滚珠丝杠516螺合。该滚珠丝杠516与升降马达517的旋转轴连动连接。另外，该升降马达517根据来自控制单元90的控制信号进行动作，使滚珠丝杠516旋转来使冷却构件53在上下方向上升降。这样，头驱动机构51是使冷却构件53升降以及往复移动的机构。
该冷却构件53具有与样品片11同样的结构。即，冷却构件53具有比基板W的表面Wf小的基台531和在基台531的下方部贴附的PTFE带532，PTFE带532中的朝向旋转基座21的下表面533(参照图6的(a))相当于本发明的“处理面”。并且，当通过上述回程动作使冷却构件53移动到退避位置时，冷却构件53被在该退避位置设置的温度调整部54(参照图2)调整为适于冻结清洗的温度(在本实施方式中为-30℃)。另一方面，当通过上述去程动作使冷却构件53定位在基板W的表面中央部的上方，进而使其下降时，冷却构件53的处理面着落于在基板W的表面Wf形成的DIW的液膜，对由冷却构件53的处理面和基板W的表面Wf夹持的区域进行凝固。这样，冷却构件53具有作为冻结头的功能。
另外，在利用基板处理装置进行液膜形成处理、冻结及剥离处理和冲洗处理等各种处理期间，为了防止DIW向基板W以及旋转基座21的周边飞散，飞散防止杯61以包围旋转基座21的方式设置。即，根据来控制单元90的控制信号，杯升降驱动机构62将杯61定位在规定位置，由此，如图3所示，杯61从侧方位置包围由旋转基座21以及卡盘销22保持的基板W，能够捕获从旋转基座21以及基板W飞散的DIW。
图5是表示图3所示的基板处理装置的动作的流程图。另外，图6是示意性地表示基板处理装置的动作的图。在该装置中，当将未处理的基板W搬入装置内时，控制单元90对装置各部进行控制来对该基板W执行一系列的处理。在此，预先以表面Wf朝向上方的状态将基板W装载于基板处理装置，并由卡盘销22保持。
在搬入基板W后，控制单元90驱动马达33使旋转基座21旋转，并且通过喷嘴驱动机构46使第一臂44转动，将DIW喷出喷嘴41移动到基板W的旋转轴心Pa附近，并将DIW喷出喷嘴41的喷出口(省略图示)朝向基板W的表面Wf的旋转中心部进行定位。然后，控制单元90对DIW供给部42以及开闭阀43进行控制来从DIW供给部42供给DIW，从DIW喷出喷嘴41喷出DIW。被供给到基板W的表面Wf的中央部上的DIW借助由基板W的旋转产生的离心力，向基板W的径向外侧均匀扩展，其一部分被甩到基板W外。由此，在基板W的整个表面Wf对DIW的液膜的厚度进行均匀地控制，在基板W的表面Wf整体形成具有规定的厚度的液膜19(图6)(液膜形成处理：步骤S1)。此外，在形成液膜时，如上所述，甩掉供给到基板W的表面Wf上的DIW并不是必须的要件。例如也可以在使基板W的旋转停止的状态或使基板W以比较低速旋转的状态下，不从基板W甩掉DIW来在基板W的表面Wf上形成液膜19。此外，在本实施方式中，在保持DIW喷出喷嘴41朝向基板W的表面Wf的状态下进入下一个步骤S2，但是，也可以在液膜形成完成后，使第一臂42反向转动，使DIW喷出喷嘴41从基板W的上方位置向退避位置(图4的实线位置)移动，在如后述那样进行冲洗处理时，再次使DIW喷出喷嘴41移动并定位。
在下一个步骤S2中，控制单元90使基板W的旋转停止，并且，利用头驱动机构51使第二臂52沿去程方向转动，使冷却构件53移动到基板表面W的旋转中心部的正上方位置，使处理面533与基板W的表面中央部相向(图6的(a))。
并且，控制单元90进一步控制头驱动机构51来使第二臂52整体下降，使冷却构件53的处理面533着落于液膜19。于是，如图6的(b)所示，液膜19中的由处理面533和基板W的表面Wf夹持的区域的DIW凝固而形成凝固区域16(步骤S3)。由此，在该凝固区域16中，在基板W的表面Wf上附着的颗粒PT从原来的附着位置离开而被从基板W的表面Wf除去。此外，此时的冷却构件53的位置(在图6的(b)示出的冷却构件53的位置)相当于本发明的“初始位置”。
紧接着，控制单元90再次使基板W开始旋转，并利用头驱动机构51使第二臂52沿回程方向转动，使冷却构件53以从上述初始位置沿回程方向离开的方式移动。由此，如图6的(c)所示，处理面533从在步骤S3形成的凝固区域16剥离(步骤S4)。此外，在本实施方式中，由于基板W围绕旋转轴心Pa旋转并且冷却构件53在径向上移动，因此，从铅垂上方俯视观察，处理面533以呈螺旋状且从旋转轴心Pa沿径向离开的方式移动。并且，在处理面533与基板W的表面Wf相向移动的期间，也就是直到在步骤S5判定为“是”为止的期间，反复对冷却构件53所移动到的位置处被处理面533和基板W的表面Wf夹持的区域的DIW进行凝固处理(步骤S3)以及剥离处理(步骤S4)，由此将凝固区域16在径向上扩宽。
另一方面，当在步骤S5判断为“是”、即如图6的(d)所示那样对于基板W的表面Wf整体完成液膜19的凝固而在表面Wf形成凝固体20(凝固以及剥离处理完成)时，控制单元90利用头驱动机构51使第二臂52沿回程方向进一步转动，使冷却构件53移动到退避位置(步骤S6)。然后，准备下一次的凝固处理，利用温度调整部54对冷却构件53进行温度调整。
这样，当凝固以及剥离处理完成时，控制单元90打开开闭阀43将DIW向基板W的表面Wf供给。从DIW喷出喷嘴41供给的DIW借助离心力成为流水而在基板W的表面Wf扩展，该流水的一部分对凝固体20进行解冻(解冻处理：步骤S7)。进而，继续供给来自DIW喷出喷嘴41的DIW，来对基板W的表面Wf实施冲洗处理，将利用凝固以及剥离处理从基板W的表面Wf除去的颗粒与DIW一起从基板W的表面Wf除去(冲洗处理(除去工序)：步骤S8)。当该冲洗处理完成时，控制单元90关闭开闭阀43停止供给DIW，并且，利用喷嘴驱动机构46使DIW喷出喷嘴41移动到从基板W离开的退避位置后，使基板W旋转干燥(旋转干燥处理：步骤S9)。
如以上那样，在本实施方式中，在将冷却构件53的处理面533调整到比液膜19的凝固点低的低温后，使该处理面533着落于液膜19来使液膜凝固，因此，与使用冷却气体的现有技术相比，高效地形成凝固区域16。另外，由于使低温的处理面533与液膜19直接接触，冷却构件53附着于凝固区域16，但是，通过使处理面533由PTFE构成，冷却构件53的处理面533和凝固区域16的附着力小于基板W的表面Wf和凝固区域16的附着力。其结果，通过使冷却构件53沿径向移动，在基板W的表面Wf上残存凝固区域16的状态下，使处理面533从凝固区域16剥离。这样，根据本实施方式，能够以低成本且高效地在基板W的表面Wf上形成所期望的形状的凝固体20。
并且，通过将该凝固技术应用于所谓的冻结清洗技术，能够大幅缩短对1张基板W进行冻结清洗所需的时间、所谓的生产节拍时间(tact time)，而且能够抑制冻结清洗的成本。
C.第二实施方式
图7是表示本发明的基板处理装置的第二实施方式的图。另外，图8是表示图7的基板处理装置的动作的图。第二实施方式与第一实施方式显著不同之处在于冷却构件53的结构，冷却构件53在第二臂52平行的方向上延伸设置。并且，控制单元90利用头驱动机构51使第二臂52向去程方向上转动，当如图7中的虚线以及图8的(a)所示那样使冷却构件53的顶端部移动到基板表面W的旋转中心部的正上方位置时，冷却构件53的处理面533与基板W的从表面中央部至表面周缘部为止的表面区域相向。即，处理面533具有矩形形状，并以与基板W的旋转中心部至端缘部的距离相同的长度或其以上的长度延伸设置。另外，伴随冷却构件53的形状的变更，如图7所示，温度调整部54在与定位于退避位置上的第二臂52平行的方向上延伸设置。此外，其他结构与第一实施方式相同，因此对同一结构标注同一附图标记并省略结构说明。
在这样构成的第二实施方式中，当将未处理的基板W搬入装置内时，基板W以表面Wf朝向上方的状态被卡盘销22保持后，在基板W的表面Wf整体形成具有规定的厚度的液膜19(液膜形成处理)。紧接着，控制单元90使基板W的旋转停止，并且利用头驱动机构51使第二臂52沿去程方向转动，将冷却构件53定位呈如下状态：从基板W的表面Wf的旋转中心部的正上方位置延伸至基板W的表面Wf的(-X)侧端缘部的正上方位置(图8的(a))。
然后，控制单元90进一步控制头驱动机构51来使第二臂52整体下降以使冷却构件53的处理面533着落于液膜19。于是，如图8的(b)所示，液膜19中的由处理面533和基板W的表面Wf夹持的区域的DIW凝固，一次形成在径向上比第一实施方式长的矩形形状的凝固区域16。此外，在该第二实施方式中，此时的冷却构件53的位置(在图8的(b)示出的冷却构件53的位置)相当于本发明的“初始位置”。
紧接着，控制单元90在保持冷却构件53静止的状态下使基板W再次开始旋转，使基板W旋转至少1周以上。由此，如图8的(c)所示，在基板W的表面Wf整体形成凝固体20。然后，控制单元90利用头驱动机构51控制第二臂52的移动使冷却构件53从凝固体20完全剥离，进而使冷却构件53移动到退避位置。并且，准备下一次的凝固处理，利用温度调整部54对冷却构件53进行温度调整。这样，当凝固以及剥离处理完成时，控制单元90与第一实施方式同样地进行凝固体20的解冻处理、冲洗处理以及旋转干燥处理。
如上所述，在第二实施方式中，也使温度比液膜19的凝固点低的处理面533着落于液膜19来使液膜19凝固，而且处理面533由PTFE构成，因此能够以低成本且高效地在基板W的表面Wf上形成所期望的形状的凝固体20。另外，在第二实施方式中，由于一次形成的凝固区域16的面积比第一实施方式宽，因此能够缩短对1张基板W进行冻结清洗所需的时间、所谓的生产节拍时间，实现生产效率(生产能力)的进一步提高。此外，在上述第二实施方式中，将处理面533加工成在与第二臂52平行的方向(长度方向)上延伸设置的矩形，但是也可以加工成其他形状、例如椭圆形或圆角矩形等。
D.第三实施方式
在上述第二实施方式中，将冷却构件53加工成长方体形状，但是也可以将冷却构件53如图9所示那样加工成直线圆锥形状。以下参照图9对第三实施方式进行说明。
图9是表示本发明的基板处理装置的第三实施方式的图。在第三实施方式中，使用具有基板W的半径以上的母线534的直圆锥状冷却构件53。冷却构件53是将直圆锥形状的基台531的顶部以及侧面用PTFE覆盖而成的，圆锥面作为处理面533发挥功能。利用省略图示的头驱动机构，能够驱动直圆锥状冷却构件53接近或离开基板W的表面Wf。另外，直圆锥状冷却构件53构成为，能够以从顶点535延伸至底面中央部的旋转轴心536为旋转中心进行自由旋转。此外，其他结构与第一实施方式相同，因此对同一结构标注同一附图标记并省略结构说明。
在这样构成的第三实施方式中，当将未处理的基板W搬入装置内时，基板W以表面Wf朝向上方的状态被卡盘销22保持后，在基板W的表面Wf整体形成具有规定的厚度的液膜19(液膜形成处理)。紧接着，控制单元90使基板W的旋转停止，并且利用头驱动机构将冷却构件53定位成如下状态：顶点535位于基板W的表面Wf的旋转中心部的正上方位置，并且母线534与表面Wf平行地延伸到基板W的表面Wf的端缘部的正上方位置(图9的(a))。
并且，控制单元90进一步对头驱动机构进行控制来使冷却构件53向铅垂下方下降以使冷却构件53的处理面533着落于液膜19。于是，如图9的(b)所示，液膜19中的由处理面533和基板W的表面Wf夹持的区域的DIW凝固，一次形成在径向长的线状的凝固区域16。此外，在该第三实施方式中，此时的冷却构件53的位置(图9的(b)示出的冷却构件53的位置)相当于本发明的“初始位置”。
紧接着，控制单元90驱动基板W围绕旋转轴心Pa旋转至少1圈以上，并且与该基板旋转同步地驱动冷却构件53围绕旋转轴心536旋转。由此，如图9的(c)所示，在基板W的表面Wf整体形成凝固体20。然后，控制单元90利用头驱动机构使冷却构件53向铅垂上方上升后，停止冷却构件53的旋转。当然，也可以在旋转停止后或同时使冷却构件53向铅垂上方上升。并且，准备下一次的凝固处理，利用温度调整部(省略图示)对冷却构件53进行温度调整。这样一来，当凝固以及剥离处理完成时，控制单元90与第一实施方式同样地进行凝固体20的解冻处理、冲洗处理以及旋转干燥处理。
如上所述，在第三实施方式中，也使温度比液膜19的凝固点低的处理面533着落于液膜19来使液膜19凝固，而且处理面533由PTFE构成，因此，能够以低成本且高效地在基板W的表面Wf上形成所期望的形状的凝固体20。
E.第四实施方式
在上述实施方式中，在基板W的表面Wf形成液膜19(液膜形成处理)后使冷却构件53着落于液膜19，但是也可以图10所示那样从冷却构件53供给DIW来形成凝固体20。
图10是表示本发明的基板处理装置的第四实施方式的图。该第四实施方式与第二实施方式显著不同之处在于，在冷却构件53设置有多个贯通孔537，从DIW供给部42(参照图3)输送来的DIW经由各贯通孔537向处理面533和基板W的表面Wf之间供给。通过使用具有这种结构的冷却构件53，能够省略液膜形成处理。
F.第五实施方式
在上述实施方式中，冷却构件53的处理面533都比基板W的表面Wf窄(即，处理面533与基板W的表面Wf接触时不会从基板W的表面Wf向外侧突出且不会完全覆盖基板W的表面wf)，一边对液膜19的一部分进行凝固来形成凝固区域16，一边使冷却构件53相对于基板W的表面Wf移动来形成凝固体20，但是，如图11所示，也可以利用冷却构件53对液膜19一次凝固后，剥离冷却构件53来形成凝固体20。
图11是表示本发明的基板处理装置的第五实施方式的图。该第五实施方式与第一实施方式显著不同之处在于，冷却构件53具有基板W的表面Wf同一形状的处理面533；利用省略图示的头驱动机构使冷却构件53在基板W的正上方位置、使冷却构件53的处理面533着落于液膜19的着落位置、从正上方位置以及着落位置离开的退避位置之间移动。此外，其他结构与第一实施方式基本相同，因此对同一结构标注同一附图标记并省略结构说明。
在这样构成的第五实施方式中，当将未处理的基板W搬入装置内时，基板W以表面Wf朝向上方的状态被卡盘销22保持后，在基板W的表面Wf整体形成具有规定的厚度的液膜19(液膜形成处理)。紧接着，控制单元90停止基板W的旋转，并且利用头驱动机构将冷却构件53定位在基板W的表面W的正上方位置(图11的(a))。由此，液膜19整体由冷却构件53的处理面533从铅垂上方覆盖。
然后，控制单元90进一步控制头驱动机构来使冷却构件53下降以使冷却构件53的处理面533着落于液膜19。于是，如图11的(b)所示，液膜19整体凝固，一次形成凝固体20。紧接着，控制单元90控制头驱动机构来使冷却构件53移动到退避位置(图11的(c))，准备下一次的凝固处理，利用温度调整部(省略图示)对冷却构件53进行温度调整。这样一来，当凝固以及剥离处理完成时，控制单元90与第一实施方式同样进行凝固体20的解冻处理、冲洗处理以及旋转干燥处理。
如上所述，在第五实施方式中，也使温度比液膜19的凝固点低的处理面533着落于液膜19来使液膜19凝固，而且处理面533由PTFE构成，因此，能够以低成本且高效地在基板W的表面Wf上形成所期望的形状的凝固体20。另外，在第五实施方式中，由于一次形成凝固体20，所以能进一步缩短生产节拍时间，进一步提高生产能力(throughput)。
此外，在第五实施方式中，冷却构件53具有与基板W的表面Wf同一形状的处理面533(即，处理面533与基板W的表面Wf接触时完全覆盖基板W的表面Wf且不会从基板W的表面Wf突出)，但是，也可以使用具有比基板W的表面Wf宽的处理面533的冷却构件53(即，处理面533与基板W的表面Wf接触时完全覆盖基板W的表面Wf且从基板W的表面Wf突出)，利用冷却构件53的处理面533对液膜19的各部同时进行冷却来使其凝固。
G.其他
在上述的实施方式中，基板W以表面Wf朝向上方的水平姿势保持在旋转基座21上，基板W的表面Wf相当于本发明的“基板的上表面”的一例，旋转基座21以及卡盘销22相当于本发明的“基板保持部”的一例。另外，基板W的表面中央部相当于本发明的“上表面中央部”。另外，步骤S3、S4分别相当于本发明的“第一工序”以及“第二工序”，包含它们的工序相当于本发明的“凝固体形成工序”的一例。另外，步骤S8相当于本发明的“除去工序”的一例。进而，头驱动机构51以及DIW喷出喷嘴41分别相当于本发明的“移动部”以及“除去部”的一例。
此外，本发明并不限于上述的实施方式，只要不脱离其宗旨，除了上述以外还能够进行各种变更。例如，在上述实施方式中，将在基台531的下方部贴附有PTFE带532而成的构件作为冷却构件53，但是，与图1的第二样品片12同样，可以将形成为所期望的形状的PTFE块作为冷却构件53来使用，在该情况下，PTFE块的下表面作为处理面发挥功能。
另外，在上述实施方式中，由PTFE构成处理面533，但是也可以由和凝固区域16的附着力小于凝固区域16和基板W的表面(上表面)Wf的附着力的材料、例如PTFE以外的氟类材料、硅酮类材料、PE等构成处理面533。
另外，在上述实施方式中，使冷却构件53移动到退避位置，在该退避位置，准备下一次的凝固以及剥离处理，利用温度调整部54对冷却构件53进行温度调整，但是，也可以如图12所示那样构成。在该实施方式中，可以在冷却构件53上安装温度调整机构55，并且从温度控制部56接收电信号或制冷剂等，对冷却构件53的处理部533的温度进行实时调整。由此，能够利用冷却构件53以高的面内均匀性进行凝固处理，比较理想。
另外，在上述实施方式中，向基板W供给作为凝固对象液的DIW，但是，作为凝固对象液并不限于DIW，也能够使用纯水、超纯水、含氢水、碳酸水等，甚至还能够使用SC1等液体。
另外，在上述各实施方式中，为了解冻(融解)除去凝固体20，向基板W供给DIW，但是，作为解冻液或融解液，并不限于DIW，也能够使用纯水、超纯水、含氢水、碳酸水等，甚至还能够使用SC1等液体。
另外，在上述各实施方式中，凝固对象液和解冻液(融解液)为相同的DIW，但是可以为各自不同的液体。
产业上的可利用性
本发明能够适用于对在基板的上表面上形成的液膜进行凝固的所有凝固技术、以及使用该凝固技术来对基板实施所谓的冻结清洗处理的基板处理方法以及基板处理装置。

Claims (9)

1.一种基板处理方法，其特征在于，
包括凝固体形成工序，在该凝固体形成工序中，使用冷却构件使在水平姿势的基板的上表面上形成的凝固对象液的液膜凝固来形成凝固体，
所述凝固体形成工序包括第一工序和第二工序，在所述第一工序中，使所述冷却构件中的温度比所述凝固对象液的凝固点低的处理面着落于所述液膜，来使位于由所述上表面和所述处理面夹持的区域的所述凝固对象液通过冻结凝固；在所述第二工序中，从通过所述第一工序凝固的凝固区域剥离所述处理面，
在所述第一工序产生的所述凝固区域和所述处理面的附着力小于在所述第一工序产生的所述凝固区域和所述上表面的附着力。
2.如权利要求1所述的基板处理方法，其特征在于，
所述处理面比所述上表面窄，
在所述凝固体形成工序中，以使所述处理面与所述上表面的一部分相向的方式将所述冷却构件配置在初始位置，来执行所述第一工序后，一边使所述冷却构件从所述初始位置沿水平方向相对所述上表面移动，一边进行所述第二工序和所述第一工序，以形成所述凝固体。
3.如权利要求2所述的基板处理方法，其特征在于，
所述初始位置是所述基板的上表面中央部的上方位置，
在所述凝固体形成工序中，使所述冷却构件向从所述初始位置离开的方向相对所述上表面移动，来使所述凝固区域在径向扩宽，以形成所述凝固体。
4.如权利要求2所述的基板处理方法，其特征在于，
所述处理面具有长条形状，并以从所述基板的旋转中心部至所述基板的端缘部的距离以上的长度延伸设置，
在所述初始位置，以所述处理面的长度方向上的一个端部位于所述基板的旋转中心部的上方，并且所述处理面的所述长度方向上的另一端部位于所述基板的端缘部的上方的方式，配置所述冷却构件，
在所述凝固体形成工序中，一边将所述冷却构件定位在所述初始位置，一边以所述旋转中心部为旋转中心使所述基板旋转，使所述凝固区域在旋转方向上扩宽，以形成所述凝固体。
5.如权利要求1所述的基板处理方法，其特征在于，
所述处理面与所述上表面同一形状或比所述上表面宽，
在所述凝固体形成工序中，以由所述处理面从铅垂上方覆盖所述上表面的方式配置所述冷却构件并执行所述第一工序后，使所述冷却构件相对于所述基板移动来进行所述第二工序。
6.如权利要求1至5中任一项所述的基板处理方法，其特征在于，
还包括从所述上表面除去所述凝固体的除去工序。
7.一种基板处理装置，其特征在于，
具有：
基板保持部，将在上表面上形成有凝固对象液的液膜的基板保持为水平姿势，
冷却构件，具有温度比所述凝固对象液的凝固点低的处理面，
移动部，使所述冷却构件相对于由所述基板保持部保持的基板的上表面移动；
以使所述处理面着落于所述液膜的方式使所述冷却构件移动，对位于由所述上表面和所述处理面夹持的区域的所述凝固对象液进行凝固来形成凝固区域后，通过移动所述冷却构件来进行使所述处理面从所述凝固区域剥离的动作，并使所述液膜凝固来形成凝固体，
所述处理面由和通过使所述处理面着落于所述液膜而形成的所述凝固区域的附着力小于通过使所述处理面着落于所述液膜而形成的所述凝固区域和所述上表面的附着力的材料构成。
8.如权利要求7所述的基板处理装置，其特征在于，
还具有将所述凝固体从所述基板除去的除去部。
9.如权利要求7所述的基板处理装置，其特征在于，
所述处理面由氟类材料、硅酮类材料和聚乙烯中的任一种构成。
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