CN107706130A - 基板处理装置以及基板处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基板处理装置以及基板处理方法，其能够提高对污染物的除去率。实施方式所涉及的基板处理装置具备：放置部，放置基板并使其旋转；液体供给部，向所述基板的所述放置部侧的相反侧的面供给液体；冷却部，向所述基板的所述放置部侧的面供给冷却气体；及控制部，对所述基板的转速、所述液体的供给量、所述冷却气体的流量中的至少任意一个进行控制。所述控制部使位于所述基板面上的所述液体处于过冷却状态，并冷冻处于所述过冷却状态的所述液体的至少一部分。

Description

基板处理装置以及基板处理方法
技术区域
本发明的实施方式涉及一种基板处理装置以及基板处理方法。
背景技术
在盖印用模板、光刻用掩模基板、半导体晶片等微观结构体中，基板表面上形成有细微的凹凸部。
在此，作为除去附着于基板表面的颗粒等污染物的方法，已周知超声波清洗法、双流体喷射清洗法等。但是，如果对基板施加超声波或者对基板表面喷射流体，则形成于基板表面的细微的凹凸部有可能发生破损。另外，近几年伴随凹凸部细微化的推进，凹凸部变得更容易发生破损。
于是，作为除去附着于基板表面的污染物的方法，提出了冷冻清洗法(例如，参照专利文献1)。
冷冻清洗法中，首先，向旋转的基板的表面供给纯水，排出被供给的纯水的一部分而在基板的表面上形成水膜。接下来，向基板的形成有水膜的侧供给冷却气体而冷冻水膜。当水膜发生冷冻而形成冰膜时，污染物包进冰膜中，从而污染物从基板表面分离。接下来，向冰膜供给纯水而溶解冰膜，与纯水一起将污染物从基板表面除去。
根据冷冻清洗法，能够抑制形成于基板表面的细微的凹凸部发生破损。
但是，如果向基板的形成有水膜的侧供给冷却气体，则从水膜的表面侧(水膜的基板侧的相反侧)开始发生冷冻。如果从水膜的表面侧开始发生冷冻，则难以使附着于基板表面的不纯物从基板表面分离。因此，难以提高对污染物的除去率。
专利文献1：日本国特开2013-69764号公报
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种基板处理装置以及基板处理方法，其能够提高对污染物的除去率。
实施方式所涉及的基板处理装置具备：放置部，放置基板并使其旋转；液体供给部，向所述基板的所述放置部侧的相反侧的面供给液体；冷却部，向所述基板的所述放置部侧的面供给冷却气体；及控制部，对所述基板的转速、所述液体的供给量、所述冷却气体的流量中的至少任意一个进行控制。所述控制部使位于所述基板面上的所述液体处于过冷却状态，并冷冻处于所述过冷却状态的所述液体的至少一部分。
根据本发明的实施方式，提供一种基板处理装置以及基板处理方法，其能够提高对污染物的除去率。
附图说明
图1是用于例示本实施方式所涉及的基板处理装置1的模式图。
图2是用于例示本实施方式所涉及的基板处理方法的时间图。
图3是用于例示仅执行过冷却工序时及执行过冷却工序、冷冻工序时的曲线图。
图4是用于例示过冷却工序中的液体101温度与冷冻工序中的体积膨胀率的关系的曲线图。
图5是用于例示在多次反复执行液体101的供给工序、过冷却工序、冷冻工序时的曲线图。
图6是用于例示其他实施方式所涉及的基板处理装置1a的模式图。
符号说明
1-基板处理装置；1a-基板处理装置；2-放置部；2a-放置台；2b-旋转轴；2c-驱动部；3-冷却部；3a-冷却液部；3a1-冷却气体；3b-过滤器；3c-流量控制部；3d-冷却喷嘴；4-第1液体供给部；4a-液体收容部；4b-供给部；4c-流量控制部；4d-液体喷嘴；5-第2液体供给部；5a-液体收容部；5b-供给部；5c-流量控制部；6-框体；7-送风部；8-测定部；8a-测定部；9-控制部；10-气体供给部；10a-气体收容部；10b-流量控制部；10c-连接部；10d-气体；100-基板；101-液体；102-液体。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式进行例示。并且，在各附图中对同样的构成要素标注相同的符号并适当省略详细说明。
以下例示的基板100例如可以是用于半导体晶片、盖印用模板、光刻用掩模基板、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)的板状体等。
但是，基板100的用途并不局限于这些。
图1是用于例示本实施方式所涉及的基板处理装置1的模式图。
如图1所示，基板处理装置1中设置有放置部2、冷却部3、第1液体供给部4、第2液体供给部5、框体6、送风部7、测定部8、控制部9及排气部11。
放置部2具有放置台2a、旋转轴2b及驱动部2c。
放置台2a设置在框体6内部。放置台2a呈板状。
在放置台2a的一个主面上，设置有保持基板100的多个突出部2a1。将基板100放置在多个突出部2a1上。在放置基板100时，将基板100的形成有凹凸部的侧的面朝向放置台2a侧的相反方向。将凹凸部例如可作为图案。多个突出部2a1保持基板100的周缘。如果通过多个突出部2a1来保持基板100的周缘，则能够减少基板100与放置台2a侧要素发生接触的部分。因此，能够抑制基板100发生污染、损伤等。
在放置台2a的中央部分，设置有在厚度方向贯通放置台2a的孔2a2。
旋转轴2b的一个端部嵌合于放置台2a的孔2a2。旋转轴2b的另一个端部设置在框体6外部。旋转轴2b在框体6外部连接于驱动部2c。
旋转轴2b呈筒状。
在旋转轴2b的放置台2a侧的端部，设置有吹出部2b1。吹出部2b1向放置台2a的设置有多个突出部2a1的面开口。吹出部2b1的开口侧端部连接于孔2a2的内壁。吹出部2b1的开口与放置于放置台2a的基板100的面相对峙。
吹出部2b1具有伴随朝向放置台2a侧(开口侧)而截面积变大的形状。因此，吹出部2b1内部的孔具有伴随朝向放置台2a侧(开口侧)而截面积变大的形状。
并且，虽然例示了在旋转轴2b顶端设置吹出部2b1的情况，但是还可以在冷却喷嘴3d顶端设置吹出部2b1。另外，还可以将放置台2a的孔2a2作为吹出部2b1。
如果设置吹出部2b1，则能够向基板100的放置台2a侧的更大区域供给被放出的冷却气体3a1。另外，能够降低冷却气体3a1的放出速度。因此，能够抑制基板100的一部分被冷却，或者基板100的冷却速度过快。
其结果，使后述的液体101的过冷却状态容易产生。另外，能够使液体101的过冷却状态在基板100的更大区域中产生。因此，能够提高对污染物的除去率。
旋转轴2b的放置台2a侧的相反侧的端部被堵塞。在旋转轴2b的放置台2a侧的相反侧的端部，插入有冷却喷嘴3d。在旋转轴2b的放置台2a侧的相反侧的端部与冷却喷嘴3d之间，设置有未图示的旋转轴密封件。因此，对旋转轴2b的放置台2a侧的相反侧的端部以气密方式进行密封，而且进行固定。
驱动部2c设置在框体6外部。驱动部2c连接于旋转轴2b。驱动部2c可以具有马达等旋转设备。驱动部2c的旋转力介由旋转轴2b传递到放置台2a。因此，通过驱动部2c使放置台2a旋转，进而能够使放置于放置台2a的基板100旋转。
另外，驱动部2c不仅可实现旋转开始及旋转停止，而且还可以改变转速(旋转速度)。驱动部2c例如可以具备伺服马达等控制马达。
冷却部3向基板100的供给了液体101的面的相反侧的面(放置台2a侧的面)直接供给冷却气体3a1。
冷却部3具有冷却液部3a、过滤器3b、流量控制部3c及冷却喷嘴3d。
冷却液部3a、过滤器3b及流量控制部3c设置在框体6外部。
冷却液部3a收容冷却液并生成冷却气体3a1。
冷却液是冷却气体3a1的液化产物。
只要冷却气体3a1是难以与基板100材料发生反应的气体，则并不特别限定。
冷却气体3a1例如可以是氮气、氦气、氩气等惰性气体。此时，如果使用比热高的气体，则能够缩短基板100的冷却时间。例如，如果使用氦气，则能够缩短基板100的冷却时间。另外，如果使用氮气，则能够降低基板100的处理费用。
冷却液部3a具有：液箱，收容冷却液；及气化部，使收容于液箱的冷却液气化。液箱中设置有用于维持冷却液温度的冷却装置。气化部通过提高冷却液温度而从冷却液生成冷却气体3a1。气化部例如能够利用外部气体温度或者通过热介质进行加热。冷却气体3a1的温度为能够将液体101冷却至凝固点以下的温度为止而使其处于过冷却状态的这种程度的温度即可。因此，冷却气体3a1的温度为液体101的凝固点以下的温度即可，冷却气体3a1的温度例如可以是-170℃。
过滤器3b介由配管连接于冷却液部3a。过滤器3b抑制包含在冷却液中的颗粒等污染物向基板100侧流出。
流量控制部3c介由配管连接于过滤器3b。
流量控制部3c控制冷却气体3a1的流量。流量控制部3c例如可以是MFC(Mass FlowController)等。另外，流量控制部3c还可以通过控制冷却气体3a1的供给压力来间接控制冷却气体3a1的流量。此时，流量控制部3c例如可以是APC(Auto Pressure Controller)等。
冷却液部3a中从冷却液生成的冷却气体3a1的温度成为大致规定的温度。因此，流量控制部3c能够通过控制冷却气体3a1的流量来控制基板100温度，进而能够控制基板100上的液体101温度。此时，流量控制部3c通过控制冷却气体3a1的流量来在后述的过冷却工序中形成液体101的过冷却状态。
冷却喷嘴3d的一个端部连接于流量控制部3c。冷却喷嘴3d的另一个端部设置在旋转轴2b内部。冷却喷嘴3d的另一个端部位于吹出部2b1的流量控制部3c侧的端部附近。
冷却喷嘴3d呈筒状。冷却喷嘴3d向基板100供给流量被流量控制部3c所控制的冷却气体3a1。从冷却喷嘴3d放出的冷却气体3a1介由吹出部2b1直接供给到基板100的供给了液体101的面的相反侧的面。
第1液体供给部4向基板100的放置台2a侧的相反侧的面供给液体101。
在后述的冷冻工序中，当液体101从液体变化(液固相变化)为固体时，因体积发生变化而产生压力波。可以认为附着于基板100表面的污染物因该压力波而分离。因此，只要液体101难以与基板100材料发生反应，则并不特别限定。
但是，还可以认为如下，如果液体101采用冷冻时体积增加的液体，则可以利用伴随体积增加的物理力来使附着于基板100表面的污染物分离。因此，液体101优选采用难以与基板100材料发生反应且冷冻时体积增加的液体。例如，液体101可以是水(例如，纯水或超纯水等)或以水为主成分的液体等。
以水为主成分的液体例如可以是水与酒精的混合液、水与酸性溶液的混合液、水与碱性溶液的混合液等。
如果采用水与酒精的混合液，则由于能够降低表面张力，因此容易向形成于基板表面的细微的凹凸部内部供给液体101。
如果采用水与酸性溶液的混合液，则能够溶解附着于基板100表面的颗粒、保护层残渣等污染物。例如，如果采用水与硫酸等的混合液，则能够溶解保护层、金属所构成的污染物。
如果采用水与碱性溶液的混合液，则由于能够降Z-电位，因此能够抑制从基板100表面分离的污染物再次附着于基板100表面。
但是，如果水以外的成分过多，则由于难以利用伴随体积增加的物理力，因此对污染物的除去率有可能降低。因此，优选水以外的成分的浓度为5wt％以上、30wt％以下。
另外，可以向液体101中溶解气体。气体例如可以是碳酸气体、臭氧气体、氢气体等。
如果向液体101中溶解碳酸气体，则由于能够提高液体101的导电率，因此能够对基板100进行静电消除、带电防止。
如果向液体101中溶解臭氧气体，则能够溶解由有机物构成的污染物。
第1液体供给部4具有液体收容部4a、供给部4b、流量控制部4c及液体喷嘴4d。
液体收容部4a、供给部4b及流量控制部4c设置在框体6外部。
液体收容部4a收容液体101。
供给部4b介由配管连接于液体收容部4a。供给部4b向液体喷嘴4d供给收容于液体收容部4a的液体101。供给部4b例如可以是对液体101具有耐性的泵等。并且，虽然例示了供给部4b为泵的情况，但是供给部4b并不限定于泵。例如，供给部4b还可以如下，向液体收容部4a内部供给气体，加压输送收容于液体收容部4a的液体101。
流量控制部4c介由配管连接于供给部4b。流量控制部4c控制由供给部4b供给的液体101流量。流量控制部4c例如可以是流量控制阀。
另外，流量控制部4c还可以进行液体101的供给开始及供给停止。
液体喷嘴4d设置在框体6内部。液体喷嘴4d呈筒状。液体喷嘴4d的一个端部介由配管连接于流量控制部4c。液体喷嘴4d的另一个端部与放置于放置台2a的基板100的形成有凹凸部的面相对峙。因此，从液体喷嘴4d吐出的液体101供向基板100的形成有凹凸部的面。
另外，液体喷嘴4d的另一个端部(液体101的吐出口)位于基板100的形成有凹凸部的区域的大致中央。从液体喷嘴4d吐出的液体101，从基板100的形成有凹凸部的区域的中央扩散，在基板上形成具有一定厚度的液膜。
第2液体供给部5向基板100的放置台2a侧的相反侧的面供给液体102。
第2液体供给部5具有液体收容部5a、供给部5b、流量控制部5c及液体喷嘴4d。
在后述的解冻工序中使用液体102。因此，只要液体102难以与基板100材料发生反应且在后述的干燥工序中难以残留在基板100上，则并不特别限定。例如，液体102可以是水(例如，纯水或超纯水等)或水与酒精的混合液等。
能够使液体收容部5a与前述的液体收容部4a相同。能够使供给部5b与前述的供给部4b相同。能够使流量控制部5c与前述的流量控制部4c相同。
并且，当液体102与液体101相同时，可省略第2液体供给部5。另外，虽然例示了兼用液体喷嘴4d的情况，但是还可以分别设置吐出液体101的液体喷嘴及吐出液体102的液体喷嘴。
另外，液体101温度可以是高于液体101的凝固点的温度。液体101温度例如可以是常温(20℃)左右。另外，液体102温度可以是可解冻已冷冻的液体101的温度。液体102温度例如可以是常温(20℃)左右。
框体6呈箱状。
框体6内部设置有罩6a。罩6a挡住供向基板100且因基板100的旋转而排出到基板100外部的液体101。罩6a呈筒状。罩6a的放置台2a侧的相反侧的端部(图1中的上方端部)朝着罩6a中心弯曲。因此，能够容易捕捉向基板100上方飞溅的液体101。
另外，框体6内部设置有隔板6b。隔板6b设置在罩6a的外面与框体6的内面之间。
在框体6的底面侧的侧面上设置有排出口6c。使用结束的冷却气体3a1、空气7a、液体101及液体102从排出口6c排出到框体6外部。
排气管6c1连接于排出口6c，排出使用结束的冷却气体3a1、空气7a的排气部(泵)11连接于排气管6c1。另外，排出液体101、102的排出管6c2也连接于排出口6c。
排出口6c设置为比基板100更靠下方。因此，由于冷却气体3a1从排出口6c排出，因此形成向下的气流。其结果，能够防止颗粒扬起。
在图1及后述的图6中，当俯视观察框体6时，排出口6c设置成相对于框体6中心呈对称。在图1的情况下，设置有2个排出口6c。因此，能够形成相对于框体6中心呈对称的冷却气体的气流。而且，通过使冷却气体的气流呈对称，从而能够均匀地冷却基板100面上。
送风部7设置于框体6的顶面。并且，送风部7还可以设置于框体6的顶侧的侧面。送风部7可以具备风扇等送风机及过滤器。过滤器例如可以是HEPA过滤器(High EfficiencyParticulate Air Filter)等。
送风部7向隔板6b与框体6顶之间的空间供给空气7a(外部气体)。因此，隔板6b与框体6顶之间的空间的压力高于外部压力。其结果，容易将由送风部7供给的空气7a引向排出口6c。另外，能够抑制颗粒等污染物从排出口6c侵入框体6内部。
另外，送风部7向基板100的放置台2a侧的相反侧的面供给室温的空气7a。因此，送风部7能够通过控制空气7a的供给量来改变基板100上的液体101、102的温度。因此，送风部7还可以在后述的过冷却工序控制液体101的过冷却状态，或者在冷冻工序中促进液体101的解冻，或者在干燥工序中促进液体102的干燥。
测定部8设置在隔板6b与框体6顶之间的空间中。
可以使测定部8测定出基板100上的液体101温度。此时，测定部8例如可以是辐射温度计。另外，还可以使测定部8测定出基板100上的液体101的厚度(液膜的厚度)。此时，测定部8例如可以是激光位移仪、超声波位移仪等。
被测定出的液体101的温度、厚度可用于后述的过冷却工序中对液体101的过冷却状态的控制中。
并且，对过冷却状态进行控制是指，控制处于过冷却状态的液体101的温度变化的曲线，从而防止液体101因急剧冷却而发生冷冻，即维持过冷却状态。
控制部9对设置于基板处理装置1的各要素的动作进行控制。
控制部9例如控制驱动部2c而改变基板100的转速(旋转速度)。
例如，控制部9控制基板100的转速而使被供给的液体101、液体102遍布基板100的全区域。控制部9控制基板100的转速而控制基板100上的液体101的厚度，或者使液体101、液体102从基板100上排出。
控制部9例如控制流量控制部3c而改变冷却气体3a1的流量。
例如，控制部9控制冷却气体3a1的流量而控制液体101的温度、冷却速度。此时，控制部9能够根据由测定部8测定出的液体101的温度来控制冷却气体3a1的流量，进而能够控制液体101的温度、冷却速度。
另外，在液体101的冷却速度与基板100上的液体101厚度之间存在相关关系。例如，液体101的厚度越薄则液体101的冷却速度越快。相反，液体101的厚度越厚则液体101的冷却速度越慢。因此，控制部9能够根据由测定部8测定出的液体101的厚度来控制冷却气体3a1的流量，进而能够控制液体101的冷却速度。
并且，对液体101的温度、冷却速度的控制，在后述的过冷却工序中在对液体101的过冷却状态进行控制时进行。
即，控制部9使基板100面上的液体101处于过冷却状态，冷冻处于过冷却状态的液体101的至少一部分。
并且，“冷冻至少一部分”是指，至少冷冻覆盖形成于基板100面上的凹凸部的区域即可。
控制部9多次执行包括供给液体101、过冷却液体101、冷冻液体101的一系列工序。
根据由测定部8测定出的液体101的温度及液体101的厚度中的至少任意一个，控制部9对基板101的转速及冷却气体3a1的流量中的至少任意一个进行控制。
另外如同后述，控制部9控制比冷却气体3a1温度更高温度的气体10d(参照图6)、冷却气体3a1的流量以及气体10d(参照图6)与冷却气体3a1的混合比例中的至少任意一个。
接下来，与基板处理装置1的作用一起对本实施方式所涉及的基板处理方法进行例示。
图2是用于例示本实施方式所涉及的基板处理方法的时间图。
并且，图2是基板100为6025石英(Qz)基板(152mm×152mm×6.35mm)、液体101为纯水的情况。
首先，通过框体6的未图示的搬入搬出口将基板100搬入框体6内部。
搬入的基板100放置、保持于放置台2a的多个突出部2a1上。
在将基板100放置、保持于放置台2a之后，如图2所示地执行包括准备工序、冷却工序(过冷却工序+冷冻工序)、解冻工序、干燥工序的冷冻清洗工序。
首先，如图2所示地执行准备工序。
准备工序中，控制部9对供给部4b及流量控制部4c进行控制而向基板100的放置台2a侧的相反侧的面供给规定流量的液体101。
另外，控制部9对流量控制部3c进行控制而向基板100的供给了液体101的面的相反侧的面(放置台2a侧的面)供给规定流量的冷却气体3a1。
另外，控制部9对驱动部2c进行控制而使基板100以规定的转速(第1转速)进行旋转。
在此，当因冷却部3的冷却气体3a1供给而框体6内的环境被冷却时，基板100上附着包含空气中的灰尘的霜，有可能成为污染的原因。准备工序中，由于继续向表面供给液体101，因此能够均匀地冷却基板100，同时能够防止霜附着于基板100表面。
例如，在图2所例示的情况下，能够使基板100的转速为100rpm左右、液体101的流量为0.3NL/min左右、冷却气体3a1的流量为170NL/min左右、准备工序的工序时间为1800秒左右。
并且，该工序时间为基板100面内被均匀冷却的时间即可。
另外，由于该准备工序中的基板100上的液体101温度为在刚浇上液体101的状态下的温度，因此大致相同于被供给的液体101的温度。例如，当被供给的液体101温度为常温(20℃)左右时，存在于基板100上的液体101(以下，称为液膜)的温度为常温(20℃)左右。
接下来，如图2所示地执行冷却工序(过冷却工序+冷冻工序)。
并且，本实施方式中，将冷却工序中的从液体101处于过冷却状态到冷冻开始为止的工序称为“过冷却工序”，处于过冷却状态的液体101处于冷冻状态，将因解冻工序而解冻开始为止的工序称为“冷冻工序”。
在此，如果液体101的冷却速度过快，则液体101不经过过冷却状态而立刻被冷冻。
因此，控制部9通过对冷却气体3a1流量及基板100转速中的至少任意一个进行控制而使基板100上的液体101处于过冷却状态。
如图2所例示，冷却工序(过冷却工序+冷冻工序)中，停止供给准备工序中供给的液体101，使基板100的转速成为30rpm左右。该转速是从供给部4b供给的液体101在基板100上扩散并在基板100上形成且维持厚度均匀的液膜左右的转速。即，控制部以比准备工序时的转速更低的转速使基板100旋转。另外，能够使此时的液体101的液膜厚度成为凹凸部的高度尺寸以上。另外，冷却气体3a1的流量维持170NL/min。
这样，冷却工序(过冷却工序+冷冻工序)中，通过停止供给液体101，从而使基板100上的液体停滞而并未进行热交换。而且，通过将基板的转速控制为比第1转速更低的第2转速，从而在基板100上液体停滞而并未进行热交换。因此，因继续供向基板100的放置台侧的面的冷却气体3a1的冷却效果，而基板100上的液体101的液膜温度比准备工序时的液膜温度更低，处于过冷却状态。
但是，使液体101处于过冷却状态的条件受基板100的大小、液体101的粘度、冷却气体3a1的比热等的影响。因此，优选通过进行实验、模拟而适当决定使液体101处于过冷却状态的条件。
冷冻工序中，例如，通过进一步降低液体101的温度而冷冻处于过冷却状态的液体101的至少一部分。在图2所例示的情况下，当液体101的温度成为-30℃左右时，液体101的至少一部分被冷冻。
由于如前所述地停止供给新的液体101并继续供给冷却气体3a1，因此液体101的温度进一步降低，当液体101的温度成为自然冷冻温度时，液体101自然开始冷冻。
但是，冷冻处于过冷却状态的液体101的条件并不限定于例示的内容。例如，还可以增加冷却气体3a1的流量。
另外，也可以通过对处于过冷却状态的液体101外加振动而冷冻液体101。此时，还可以设置介由旋转轴2b等间接或直接对基板100上的液体101施加振动的超声波发生装置。
此时，还可以根据由测定部8测定出的液体101的温度来施加振动。例如，还可以当液体101的温度到达规定温度时施加振动。此时的规定温度可以是冷冻工序中体积膨胀率较大的温度例如-35℃以上、-20℃以下。关于冷冻工序中体积膨胀率较大的温度，在以后进行叙述。
另外，还可以通过将基板100的转速从第2转速改变为第3转速来施加振动。
接下来，如图2所示地执行解冻工序。
并且，图2所示例示的情况是液体101与液体102为相同液体的情况。图2中将液体101与液体102图示为液体101。
解冻工序中，控制部9控制供给部4b及流量控制部4c而向基板100的放置台2a侧的相反侧的面供给规定流量的液体101。
并且，当液体101与液体102为不同液体时，控制部9控制供给部5b及流量控制部5c而向基板100的放置台2a侧的相反侧的面供给规定流量的液体102。
另外，控制部9控制流量控制部3c而停止供给冷却气体3a1。
另外，控制部9控制驱动部2c而增加基板100的转速。如果基板100的旋转变快，则能够通过离心力来甩开液体101及冷冻的液体101而从基板100上除去。因此，容易从基板100上排出液体101及冷冻的液体101。另外此时，从基板100表面分离的污染物也从基板100上排出。
并且，只要液体101或液体102的供给量为可解冻的量，则并不特别进行限定。另外，只要基板100的转速为可排除液体101、冷冻的液体101及污染物的速度，则并不特别进行限定。
接下来，如图2所示地进行干燥工序。
干燥工序中，控制部9控制供给部4b及流量控制部4c而停止供给液体101。
并且，当液体101与液体102为不同液体时，控制部9控制供给部5b及流量控制部5c而停止供给液体102。
另外，控制部9控制驱动部2c而进一步增加基板100的转速。
如果基板100的旋转变快，则能够迅速干燥基板100。并且，只要基板100的转速为可进行干燥的转速，则并不特别进行限定。
通过如上所述，能够进行对基板100的处理(除去污染物)。
接下来，进一步对过冷却工序及冷冻工序进行说明。
图3是用于例示仅执行过冷却工序时及执行过冷却工序、冷冻工序时的曲线图。并且，图中的虚线表示仅执行过冷却的情况，实线表示执行过冷却工序及冷冻工序的情况。
另外，液膜的温度在过冷却工序中是处于过冷却状态的液体101的温度，冷冻工序中是液体101与冷冻的液体101的混合物的温度。另外，如图3所示，冷冻工序中，因产生的凝固热而混合物的温度上升。
如图3所示，如果在冷冻液体101之前提高液体101的温度，则能够仅执行过冷却工序。
但是，如果仅执行过冷却工序，则与执行过冷却工序及冷冻工序的情况相比，PRE(Particle Removal Efficiency：对颗粒的除去率)降低。即，由于因未执行冷冻工序而液体101不发生体积变化，因此附着于基板100表面的污染物并不移动而分离，对颗粒的除去率(对污染物的除去率)降低。
并且，当处理前的颗粒数为NI、处理后的颗粒数为NP时，可用以下式表示PRE。
PRE(％)＝((NI-NP)/NI)×100
颗粒数可使用颗粒计数器等进行计测。
因此，在本实施方式所涉及的基板处理方法中，在过冷却工序之后执行冷冻工序。
图4是用于例示过冷却工序中的液体101温度与冷冻工序中的体积膨胀率的关系的曲线图。
并且，图4是液体101为纯水的情况。另外，冷冻工序中，并不限定冷冻全部液体101。因此，图4中，作为存在液体101、冷冻的液体101的情况(存在水及冰的情况)。
如图4所示，当液体101为纯水时，优选过冷却工序中的液体101的温度为-35℃以上、-20℃以下。
通过如此，能够提高冷冻工序中的体积膨胀率。如前所述，可认为从基板100表面的污染物分离与伴随液固相变化的压力波、伴随体积增加的物理力有关。因此，以成为冷冻工序中体积膨胀率较大的温度的方式，对处于过冷却状态的液体101的温度进行控制。即，如果使过冷却工序中的液体101温度成为-35℃以上、-20℃以下，则能够提高对污染物的除去率。
并且，虽然以上是液体101为纯水的情况，但是在液体101以水为主成分的情况下也相同。即，当液体101包含水时，优选过冷却工序中使液体101温度成为-35℃以上、-20℃以下。
图5是用于例示在多次反复执行液体101的供给工序、过冷却工序、冷冻工序时的曲线图。并且，图5是将液体101的供给工序、过冷却工序、冷冻工序执行10次的情况。
另外，如图5所示，如果在冷冻工序之后设置液体101的供给工序(如果再次供给液体101)，则液膜温度上升。因此，可以在液体101的供给工序之后执行过冷却工序。另外，可以在过冷却工序之后执行冷冻工序。以下，同样可以多次反复执行包括液体101的供给工序、过冷却工序、冷冻工序的一系列工序。
如前所述，冷冻工序中，并不限定冷冻全部液体101。即，也有可能存在在一部分区域中并不发生冷冻的情况。但是，本实施方式中，如果多次执行包括液体101的供给工序、过冷却工序、冷冻工序的一系列工序，则能够降低产生未发生冷冻的区域的概率。因此，能够提高对颗粒的除去率。
本实施方式中，向基板100的放置台2a侧的面(背面)供给冷却气体3a1，冷却供向基板100面上的液体101而使液膜处于过冷却状态，之后冷冻液膜。由此得到以下的效果。
如果向基板100的背面吹出冷却气体3a1，即，如果介由基板100冷却液膜，则由于液体101不会被吹飞，因此能够在维持膜厚的情况下进行冷冻。由此，例如，与从基板100表面吹出冷却气体3a1的情况相比，不会发生局部冷冻。因此，由于能够使施加于设置在基板100表面上的凹凸部之间的压力均匀化，因此能够防止起因于冷冻不均的凹凸部倒塌。
另外，通过冷却供向基板100面上的液体101的液膜，在形成过冷却状态的液膜之后冷冻液膜，从而能够在维持形成于基板100面上的液膜的厚度的情况下进行冷冻。由此，例如，与向基板100表面供给预先处于过冷却状态的液体的情况相比，不会发生因处于过冷却状态的液体供向基板100上的碰撞而发生的局部冷冻。因此，由于能够使施加于设置在基板100表面上的凹凸部之间的压力均匀化，因此能够防止起因于冷冻不均的凹凸部倒塌。
另外，本实施方式中，从基板100背面朝着表面在厚度方向上进行冷却。因此，即使在液体101的液膜的厚度方向上存在温度梯度，在液体101的液膜中也能够使基板100与液体101的界面(液膜的基板侧的面)的温度最低。此时，冷冻从基板100与液体101的界面(液膜的基板侧的面)开始。由于附着于基板100的附着物主要因基板与液体101的界面附近的液体101的膨胀而移动并从基板分离，因此能够高效地分离附着于基板100表面的附着物。
另外，当液膜的一部分被冷冻时，因其冲击波、冰核的形成而周围液膜的冷冻也推进。因此，当界面附近的液体101被冷冻时，虽然界面附近的液体101也被冷冻，但是在液体101的液膜中，能够使界面附近的液体101的冷冻开始时的温度最低。其结果，能够加大界面附近的液体101的膨胀。由于附着于基板100的附着物主要因基板与液体101的界面附近的液体101的膨胀而移动并从基板分离，因此能够高效地分离附着于基板100表面的附着物。
另外，如果通过冷却气体3a1进行冷却，则能够通过控制流量来进行热敏感性出色的冷却。因此，在控制温度下降的曲线时，能够抑制液体101被急剧冷却。另外，也能够高精度地控制冷冻为止的温度。
图6是用于例示其他实施方式所涉及的基板处理装置1a的模式图。
如图6所示，基板处理装置1a中设置有放置部2、冷却部3、第1液体供给部4、第2液体供给部5、框体6、送风部7、测定部8、温度测定部8a、气体供给部10及控制部9。
温度测定部8a测定在基板100与放置台2a之间的空间的温度。该温度大致相等于在基板100与放置台2a之间流动的冷却气体3a1与气体10d的混合气体的温度。
温度测定部8a例如可以是放射线温度计。
气体供给部10具有气体收容部10a、流量控制部10b及连接部10c。
气体收容部10a进行气体10d的收容及供给。气体收容部10a可以是收容气体10d的高压储气瓶或工厂配管等。
流量控制部10b对气体10d流量进行控制。流量控制部10b例如既可以是直接控制气体10d流量的MFC，还可以是通过控制压力来间接控制气体10d流量的APC。
连接部10c连接于旋转轴2b。连接部10c连接旋转轴2b和冷却喷嘴3d之间的空间与流量控制部10b。连接部10c例如可以是回转接头。
只要气体10d是难以与基板100材料发生反应的气体，则并不特别进行限定。气体10d例如可以是氮气、氦气、氩气等惰性气体。此时，气体10d可以是与冷却气体3a1相同的气体。
但是，气体10d的温度比冷却气体3a1的温度更高。气体10d的温度例如可以是室温。
如前所述，如果液体101的冷却速度过快，则液体101不经过过冷却状态而立刻被冷冻。即，无法执行过冷却工序。
此时，能够通过冷却气体3a1流量及基板100转速中的至少任意一个来控制液体101的冷却速度。但是，通过在供给冷却气体3a1的冷却部中的温度设定来使冷却气体3a1的温度大致一定。因此，通过冷却气体3a1的流量有时难以减慢液体101的冷却速度。
另外，通过降低基板100的转速来加厚基板100上的液体101厚度，从而能够减慢冷却速度。但是，由于液体101厚度存在被表面张力所保持的极限厚度，因此有时难以通过基板100转速来减慢液体101的冷却速度。
于是，本实施方式中，能够通过混合温度比冷却气体3a1更高的气体10d与冷却气体3a1来减慢液体101的冷却速度。能够通过气体10d、冷却气体3a1的流量以及气体10d与冷却气体3a1的混合比例以及气体10d的温度等来控制液体101的冷却速度。
另外，即使通过测定部8检测出基板100上的液体101的液膜温度而控制冷却气体3a1的流量，液膜的温度与被冷却的基板100的放置台侧的面(背面)的温度也有可能发生偏差。此时，如果仅根据通过测定部8检测出的液膜温度来控制冷却气体3a1的流量，则即使液膜温度成为适当温度，在液膜的温度与基板100的背面温度之间也产生偏差，对冷冻工序产生较大影响的基板100的厚度方向的温度梯度变大。
此时，例如在处理多个基板的工序中，例如在第N次的基板与第N+1次的基板上难以进行同样的温度控制。因此，在每个基板的过冷却状态的温度曲线上产生不均，在每个基板的冷冻时机上有可能产生偏差。
但是，本实施方式中，根据由温度测定部8a测定出的温度，控制部9能够对气体10d、冷却气体3a1的流量以及气体10d与冷却气体3a1的混合比例中的至少任意一个进行控制。
控制部9在准备工序中进行这样的控制，在通过测定部8检测出的温度与通过温度测定部8a检测出的温度之间不存在偏差之后，能够从准备工序切换为过冷却工序(停止供给液体101)。
并且，虽然例示了设置流量控制部3c及气体供给部10的情况，但是在设置气体供给部10的情况下，不需要通过流量控制部3c来调整冷却气体3a1的流量，能够通过从气体供给部10供给气体10d来调整冷却气体3a1的温度。因此，还可以省略流量控制部3c。
但是，如果设置流量控制部3c及气体供给部10，则能够更加容易对液体101的过冷却状态进行控制。
另外，通过控制由送风部7供给的空气7a的量，从而也能够对液体101的过冷却状态进行控制。
以上，例示了实施方式。但是，本发明并不局限于上述记述。
关于前述的实施方式，只要具备本发明的特征，则本领域技术人员追加适当设计变更的发明也包含在本发明的范围内。
例如，基板处理装置1所具备的各要素的形状、尺寸、数量、配置等并不局限于例示的内容，而是可进行适当变更。
例如，在前述的实施方式中，虽然向基板100供给通过在冷却液部3a中使冷却液气化而生成的冷却气体3a1来冷却基板100，但是并不局限于此。例如，还可以通过冷却循环来冷却常温的气体，将被冷却的气体作为冷却气体来加以利用。
例如，在前述的实施方式中，在如图2所示地从准备工序进入冷却工序时，虽然同时改变基板100的转速及液体101的供给流量，但是并不局限于此。例如，能够在基板100的转速从第1转速成为第2转速之后，停止供给液体101。
例如，在前述的实施方式中，如图2所示，虽然冷却工序(过冷却工序+冷冻工序)中的转速为一定，但是并不局限于此。例如，还可以使基板100的转速在过冷却工序中成为第2转速，之后在冷冻工序中成为比第2转速更大(高速)的第3转速。此时，能够变薄基板100上的液膜，通过提高冷冻速度来缩短处理时间。
例如，在前述的实施方式中，虽然使在冷却工序中形成于基板100上的液体101的液膜厚度成为凹凸部的高度尺寸以上，但是还可以是在凹凸部的侧壁面及表面上沿着凹凸部形状形成液膜的程度。此时，例如如果使液膜的厚度成为凹凸部的尺寸的一半以下，则液膜并不充满于凹凸部的侧壁面与侧壁面之间，即使被冷冻而发生膨胀，也不会对凹凸部加压，能够防止凹凸部发生倒塌。
例如，在前述的实施方式中，虽然从被供给液体101的基板100的下方(重力方向上的下方)进行冷却部3的冷却气体3a1供给，但是还可以使被供给液体101的基板100的凹凸部形成面朝向下方而保持基板100，从基板100的上方供给来自冷却部3的冷却气体3a1。通过这样，干燥工序中，能够通过重力来促进在基板100表面的凹部内的液体成分的排出。
关于前述的实施方式，只要具备本发明的特征，则本领域技术人员对构成要素进行追加、削除或设计变更的发明或者对工序进行追加、省略或条件变更的发明也包含在本发明的范围内。

Claims (14)

1.一种基板处理装置，具备：
放置部，放置基板并使其旋转；
液体供给部，向所述基板的所述放置部侧的相反侧的面供给液体；
冷却部，向所述基板的所述放置部侧的面供给冷却气体；
及控制部，对所述基板的转速、所述液体的供给量、所述冷却气体的流量中的至少任意一个进行控制，其特征为，
所述控制部使位于所述基板面上的所述液体处于过冷却状态，并冷冻处于所述过冷却状态的所述液体的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征为，
所述控制部在向所述液体供给部供给所述液体的同时向所述冷却部供给所述冷却气体，
之后一边维持向所述冷却部供给所述冷却气体，一边停止向所述液体供给部供给所述液体，使位于所述基板面上的所述液体处于过冷却状态，并冷冻处于所述过冷却状态的所述液体的至少一部分。
3.根据权利要求2所述的基板处理装置，其特征为，
所述控制部如下，
在向所述液体供给部供给所述液体时，通过所述放置部以第1转速使所述基板旋转，
在停止向所述液体供给部供给所述液体时，通过所述放置部以低于所述第1转速的第2转速使基板旋转。
4.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征为，所述控制部多次执行包括供给所述液体、过冷却所述液体、冷冻所述液体的一系列工序。
5.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征为，
所述液体包括水，
处于所述过冷却状态的所述液体的温度为-35℃以上、-20℃以下。
6.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征为，
还具备测定部，其对位于所述基板面上的所述液体的温度及所述液体的厚度中的至少任意一个进行测定，
根据由所述测定部测定出的所述液体的温度及所述液体的厚度中的至少任意一个，所述控制部对所述基板的转速及所述冷却气体的流量中的至少任意一个进行控制。
7.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征为，
还具备气体供给部，其将比所述冷却气体的温度更高温度的气体混合于所述冷却气体，
所述控制部对所述气体、所述冷却气体的流量以及所述气体与所述冷却气体的混合比例中的至少任意一个进行控制。
8.一种基板处理方法，其特征为，具备：
使基板旋转的工序；
向所述基板的一个面供给液体的工序；
向所述基板的另一面供给冷却气体的工序；
通过对所述基板的转速、所述液体的供给量、所述冷却气体的流量中的至少任意一个进行控制，从而使位于所述基板面上的所述液体处于过冷却状态的工序；
及通过对所述基板的转速、所述液体的供给量、所述冷却气体的流量中的至少任意一个进行控制，从而冷冻处于所述过冷却状态的所述液体的至少一部分的工序。
9.根据权利要求8所述的基板处理方法，其特征为，
在供给所述液体的工序及供给所述冷却气体的工序中，向所述基板的一个面供给所述液体，向所述基板的另一面供给所述冷却气体，
之后在使所述液体处于过冷却状态的工序中，一边维持供给所述冷却气体，一边停止供给所述液体而使所述液体处于过冷却状态。
10.根据权利要求8或9所述的基板处理方法，其特征为，
在供给所述液体的工序中，以第1转速使所述基板旋转，
在使所述液体处于过冷却状态的工序中，以低于所述第1转速的第2转速使基板旋转。
11.根据权利要求8所述的基板处理方法，其特征为，多次执行供给所述液体的工序、使所述液体处于过冷却状态的工序、冷冻处于所述过冷却状态的所述液体的至少一部分的工序。
12.根据权利要求8所述的基板处理方法，其特征为，
所述液体包括水，
处于所述过冷却状态的所述液体的温度为-35℃以上、-20℃以下。
13.根据权利要求8所述的基板处理方法，其特征为，在使所述液体处于过冷却状态的工序中，对所述液体的温度及所述液体的厚度中的至少任意一个进行测定，根据所述测定出的所述液体的温度及所述液体的厚度中的至少任意一个，对所述基板的转速及所述冷却气体的流量中的至少任意一个进行控制。
14.根据权利要求8所述的基板处理方法，其特征为，
在供给所述冷却气体的工序中，将比所述冷却气体的温度更高温度的气体混合于所述冷却气体，
在使所述液体处于过冷却状态的工序中，对所述气体、所述冷却气体的流量以及所述气体与所述冷却气体的混合比例中的至少任意一个进行控制。
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