CN111066128A - 衬底干燥方法及衬底干燥装置 - Google Patents

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Abstract

对附着有液体的衬底的正面供给包含升华性物质的处理液而形成液膜，使所述液膜凝固而变成凝固体。对形成在衬底正面的凝固体以在衬底的整面每单位面积的流量变成固定的方式供给氮气。在衬底的整面，凝固体均匀地升华，凝固体的气体固体界面朝与衬底正面垂直的方向移动。图案的凸部不会因凝固体的气体固体界面移动而被牵引，能够防止形成在衬底正面的图案倒塌，并且使该正面良好地干燥。

Description

衬底干燥方法及衬底干燥装置
技术领域
本发明涉及一种将附着在半导体晶圆等薄板状精密电子衬底(以下简称为“衬底”)的正面的液体去除而使该衬底干燥的衬底干燥方法及衬底干燥装置。
背景技术
在半导体器件等电子零件的制造工序中，对衬底进行使用药液的洗净处理或使用纯水(DIW：deionized water(去离子水))的淋洗处理等各种液体处理。在液体处理结束后，需要进行将残留在衬底的液体去除的干燥处理。典型来说，例如进行如下旋转干燥处理：通过使衬底高速旋转，利用离心力甩掉附着在衬底的液体而使衬底干燥。
然而，在通过以往的一般干燥处理将附着在衬底的液体去除的情况下，形成在衬底正面的图案倒塌成为问题。所谓图案倒塌，是指具有凹凸的图案的凸部被液体的表面张力牵引而坍塌的现象。尤其是，近年来，图案凸部的纵横比(凸部的高度与宽度的比)变大，图案变得容易倒塌，因此，防止干燥处理时的图案倒塌为重要的技术课题。
为了解决该课题，例如在专利文献1中，提出了如下技术：在衬底上形成纯水等的液膜，使所述液膜冷却固化(冻结)之后，对纯水的冻结膜(冰膜)供给低温的氮气使该冻结膜升华而进行干燥处理。如果使冻结膜不经由液体而直接相变成气体，那么不会对图案作用液体的表面张力，因此，能够防止图案倒塌。
[背景技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2010-199261号公报
发明内容
[发明要解决的问题]
然而，判明到即使在对液体的冻结膜吹送氮气等干燥用气体使该冻结膜升华的情况下，仍会产生图案的倒塌现象。
本发明是鉴于所述问题而完成的，目的在于提供一种能够防止形成在衬底正面的图案倒塌并且使该正面干燥的衬底干燥方法及衬底干燥装置。
[解决问题的技术手段]
为了解决所述问题，本发明的第1形态是一种衬底干燥方法，将附着在衬底正面的液体去除，包括：供给工序，对所述衬底正面供给包含升华性物质的处理液而形成所述处理液的液膜；凝固工序，使形成在所述衬底正面的所述处理液的所述液膜凝固而变成固体；及升华工序，对形成在所述衬底正面的所述固体供给干燥用气体而使所述固体升华；且在所述升华工序中，以在所述衬底的整面每单位面积的流量变成固定的方式供给所述干燥用气体。
另外，第2形态根据第1形态的衬底干燥方法，其中在所述凝固工序中，对所述衬底背面供给温度比所述升华性物质的凝固点低的流体而使所述液膜凝固。
另外，第3形态根据第1或第2形态的衬底干燥方法，还具备调温工序，所述调温工序是在使所述固体升华之后，使所述衬底升温到周边温度以上。
另外，第4形态根据第1至第3形态中任一形态的衬底干燥方法，其中所述升华性物质是1,1,2,2,3,3,4-七氟环戊烷。
另外，第5形态是一种衬底干燥装置，将附着在衬底正面的液体去除，具备：液体供给部，对所述衬底正面供给包含升华性物质的处理液而形成所述处理液的液膜；凝固体形成部，使形成在所述衬底正面的所述处理液的所述液膜凝固而变成固体；及气体供给部，对形成在所述衬底正面的所述固体供给干燥用气体而使所述固体升华；且所述气体供给部是以在所述衬底的整面每单位面积的流量变成固定的方式供给所述干燥用气体。
另外，第6形态根据第5形态的衬底干燥装置，其中所述气体供给部具备：圆环形状的环状喷出口，朝所述衬底的周缘部以扩散的方式喷出所述干燥用气体；及中央喷出口，设置在所述环状喷出口的中心，朝所述衬底的中心部以扩散的方式喷出所述干燥用气体。
另外，第7形态根据第5形态的衬底干燥装置，其中所述气体供给部具备冲孔板，所述冲孔板与所述衬底的整面对向地设置，且以均等的开口率设置着喷出所述干燥用气体的多个开口。
另外，第8形态根据第5至第7形态中任一形态的衬底干燥装置，其中所述凝固体形成部对所述衬底背面供给温度比所述升华性物质的凝固点低的流体而使所述液膜凝固。
另外，第9形态根据第5至第8形态中任一形态的衬底干燥装置，还具备调温部，所述调温部在使所述固体升华之后，使所述衬底升温到周边温度以上。
另外，第10形态根据第5至第9形态中任一形态的衬底干燥装置，其中所述升华性物质是1,1,2,2,3,3,4-七氟环戊烷。
[发明的效果]
根据第1至第4形态的衬底干燥方法，在对形成在衬底正面的固体供给干燥用气体而使固体升华的升华工序中，以在衬底的整面每单位面积的流量变成固定的方式供给干燥用气体，因此，在衬底的整面固体均匀地升华，能够防止形成在衬底正面的图案倒塌，并且使该正面干燥。
尤其是，根据第3形态的衬底干燥方法，在使固体升华之后，使衬底升温到周边温度以上，因此，能够防止在衬底结露。
根据第5至第10形态的衬底干燥装置，对形成在衬底正面的固体供给干燥用气体而使固体升华的气体供给部是以在衬底的整面每单位面积的流量变成固定的方式供给干燥用气体，因此，在衬底的整面固体均匀地升华，能够防止形成在衬底正面的图案倒塌，并且使该正面干燥。
尤其是，根据第9形态的衬底干燥装置，在使固体升华后，使衬底升温到周边温度以上，因此，能够防止在衬底结露。
附图说明
图1是表示本发明的衬底干燥装置的整体主要部分构成的图。
图2是表示气体喷嘴的构成的剖视图。
图3是表示衬底干燥装置中的处理顺序的流程图。
图4是表示在衬底正面形成着干燥用液体的液膜的状态的图。
图5是表示对形成着干燥用液体的液膜的衬底的背面喷出冷水的状态的图。
图6是表示从气体喷嘴对衬底正面的凝固体吹送氮气的状态的图。
图7是示意性地表示凝固体的气体固体界面沿衬底主面移动时产生的现象的图。
图8是示意性地表示以在衬底的整面每单位面积的流量变为固定的方式供给氮气时产生的现象的图。
图9是表示气体喷嘴的另一例的图。
具体实施方式
以下，一边参照附图，一边对本发明的实施方式进行详细说明。
图1是表示本发明的衬底干燥装置的整体主要部分构成的图。该衬底干燥装置1是对半导体晶圆等圆板形状的衬底W的正面进行各种液体处理，并且将附着在液体处理后的衬底W的正面的液体去除而进行干燥处理的装置。成为处理对象的衬底W的尺寸并无特别限定，例如为φ300mm或φ450mm(在本实施方式中为φ300mm)。此外，在图1及之后的各图中，为了易于理解，视需要将各部的尺寸或数量夸大或简化而描绘。
衬底干燥装置1具备腔室10，所述腔室10在内部具有收容衬底W并进行液体处理及干燥处理的处理空间。衬底干燥装置1在腔室10的内部具备如下构件作为主要要素：旋转夹头20，将衬底W保持为大致水平姿势并使它旋转；处理液喷嘴30，朝衬底W的上表面喷出各种处理液；及气体喷嘴50，与保持在旋转夹头20的衬底W的上表面对向配置。另外，衬底干燥装置1具备控制设置在装置的各动作机构使之执行衬底W的处理的控制部90。
旋转夹头20具备旋转基座23、旋转支轴21、旋转马达22及多个夹头销24。在旋转支轴21的上端部，通过螺丝等紧固件连结着圆盘状的旋转基座23。旋转支轴21连结于旋转马达22的旋转轴，旋转马达22的驱动经由旋转支轴21传递到旋转基座23。因此，通过根据来自控制部90的动作指令使旋转马达22驱动，而保持衬底W的旋转基座23以指定的转速在水平面内旋转。
在旋转基座23的上表面周缘部竖立设置着用来固持衬底W的端缘部的多个夹头销24。关于多个夹头销24，为了确实地固持圆板形状的衬底W，只要设置3个以上即可，且沿旋转基座23的周缘部以等角度间隔配置。多个夹头销24分别具备：衬底支撑部，从下方支撑衬底W的端缘部；及衬底保持部，按压支撑在衬底支撑部的衬底W的外周端面来固持衬底W(均省略图示)。各夹头销24构成为能够在该衬底保持部按压衬底W的外周端面的按压状态和衬底保持部与衬底W的外周端面相隔的解除状态之间切换。
在对旋转基座23进行衬底W的交接时，多个夹头销24全部设为解除状态，在对衬底W进行处理时，多个夹头销24全部设为按压状态。通过将多个夹头销24设为按压状态，所述多个夹头销24能够固持衬底W的端缘部，使所述衬底W从旋转基座23的上表面隔开指定间隔而保持为大致水平姿势。
另外，旋转夹头20的旋转支轴21是中空轴。在旋转支轴21的内侧插通着用来对衬底W的下表面供给处理液的下侧处理液供给管25。通过这些旋转支轴21及下侧处理液供给管25实现套管构造，旋转支轴21的内壁面与下侧处理液供给管25的外壁面的间隙成为圆筒状的下侧气体供给路29。下侧处理液供给管25及下侧气体供给路29延伸到接近保持在旋转夹头20的衬底W的下表面的位置，它们的前端形成朝该衬底W的下表面中央喷出纯水(DIW：deionized water)及氮气(N2)的喷出口。
下侧气体供给路29经由阀62与氮气供给部61连通连接。当将阀62打开时，氮气供给部61对下侧气体供给路29输送氮气。输送到下侧气体供给路29的氮气从下侧气体供给路29前端的喷出口朝保持在旋转夹头20的衬底W的下表面中心部附近喷出。此外，氮气供给部61也可以具备气体冷却机构而对衬底W供给经冷却的氮气。
下侧处理液供给管25经由阀65与纯水供给部63连通连接。当将阀65打开时，纯水供给部63对下侧处理液供给管25输送纯水。另外，纯水供给部63具有冷却单元64。冷却单元64例如包含热交换器，将纯水冷却到比常温更低温。纯水供给部63将通过冷却单元64冷却的纯水(冷水)输送到下侧处理液供给管25。输送到下侧处理液供给管25的纯水从自下侧处理液供给管25前端的喷出口喷出口朝保持在旋转夹头20的衬底W的下表面中心部附近喷出。
另外，以包围旋转夹头20的周围的方式设置着防溅板28。防溅板28接住并回收从旋转的旋转基座23及衬底W飞散的处理液。防溅板28也可以构成为例如根据处理液的种类(例如药液与纯水)利用不同开口部分接住并以不同路径回收的多层。
在腔室10内设置着处理液喷嘴30。处理液喷嘴30安装在以沿水平方向延伸的方式设置的喷嘴臂31的前端。喷嘴臂31的基端连结于旋转轴32。所述旋转轴32连接于旋动马达33。因此，通过根据来自控制部90的动作指令使旋动马达33驱动，能够使处理液喷嘴30在衬底W的中心上方的喷出位置与比防溅板28更靠外侧的退避位置之间旋动。
处理液喷嘴30与药液供给部71、纯水供给部73及干燥用液体供给部75分别经由阀72、74、76连通连接。当将阀72打开时，从药液供给部71对处理液喷嘴30输送例如SC1(氨水、过氧化氢水及纯水的混合溶液)、SC2(盐酸、过氧化氢水及纯水的混合溶液)等药液。另外，药液供给部71也可以对处理液喷嘴30输送IPA(异丙醇)作为药液。当将阀74打开时，从纯水供给部73对处理液喷嘴30输送纯水。
另一方面，当将阀76打开时，从干燥用液体供给部75对处理液喷嘴30输送干燥用液体。此处，“干燥用液体”是指含有升华性物质的处理液。“升华性物质”是指具有不经由液体而从固体相变(升华)为气体、或从气体相变(升华)为固体的特性的物质。作为具有这种特性的升华性物质，例如例示1,1,2,2,3,3,4-七氟环戊烷(20℃下的蒸气压为8.2kPa，25℃下的表面张力为19.6mN/m，熔点为20.5℃)或十二氟环己烷(20℃下的蒸气压为33.1kPa，25℃下的表面张力为12.6mN/m，熔点为51℃)等。在本实施方式中，将1,1,2,2,3,3,4-七氟环戊烷用作升华性物质。干燥用液体可以仅由液相的升华性物质构成，也可以由升华性物质与醇类等有机溶剂混合而成。
另外，在本说明书中，“处理液”是包含药液、纯水及干燥用液体的全部的概念。如果对位于保持在旋转夹头20的衬底W的中心上方的喷出位置的处理液喷嘴30输送处理液，那么从处理液喷嘴30向衬底W的上表面中心附近喷出处理液。
在腔室10内的旋转夹头20的上方设置着气体喷嘴50。气体喷嘴50具有圆筒形状。圆筒形状的气体喷嘴50的直径小于衬底W的直径。气体喷嘴50通过省略图示的升降机构而能够在旋转夹头20的上方升降地被保持。通过该升降机构使气体喷嘴50升降，而调整保持在旋转夹头20的衬底W与气体喷嘴50的间隔。
图2是表示气体喷嘴50的构成的剖视图。以贯穿圆筒形状的气体喷嘴50的中心轴的方式设置着中心供给路51。气体喷嘴50的中心轴与保持在旋转夹头20的衬底W的中心轴一致。在中心供给路51的下端形成着朝保持在旋转夹头20的衬底W的中心部开口的中央喷出口53。中央喷出口53形成为例如朝下方(也就是朝衬底W)扩展的锥形。
在气体喷嘴50的内部，以包围中心供给路51的周围的方式形成着圆环形状的缓冲空间52。在气体喷嘴50的下端周缘部形成着圆环形状的环状喷出口54。环状喷出口54与缓冲空间52连通，也是缓冲空间52的开口部。环状喷出口54也形成为例如朝下方扩展的锥形。如果从下侧观察气体喷嘴50，那么中央喷出口53位于圆环形状的环状喷出口54的中心。
在中心供给路51的上端形成设置着气体导入口55。在缓冲空间52的上侧形成设置着气体导入口56。如图1所示，气体导入口55经由气体配管82与氮气供给部81连通连接，气体导入口56经由气体配管83与氮气供给部81连通连接。在气体配管82的路径中途介插着阀84及流量调整阀85。在气体配管83的路径中途介插着阀86及流量调整阀87。
将阀84打开时，从氮气供给部81经由气体配管82、气体导入口55对中心供给路51输送氮气。流经气体配管82的氮气的流量基于来自控制部90的指令通过流量调整阀85进行控制。输送到中心供给路51的氮气从中央喷出口53朝保持在旋转夹头20的衬底W喷出。
另一方面，将阀86打开时，从氮气供给部81经由气体配管83、气体导入口56对缓冲空间52输送氮气。流经气体配管83的氮气的流量基于来自控制部90的指令通过流量调整阀87进行控制。输送到缓冲空间52的氮气从环状喷出口54朝保持在旋转夹头20的衬底W喷出。经由气体配管83输送的氮气短暂地供给到缓冲空间52来抑制其流速，因此，遍及环状喷出口54的全周以均匀的流量喷出氮气。
如图2所示，输送到中心供给路51的氮气从锥形的中央喷出口53以朝衬底W的中心部附近扩散的方式喷出。同样地，输送到缓冲空间52的氮气也从锥形的环状喷出口54以朝衬底W的周缘部扩散的方式喷出。结果，从气体喷嘴50对保持在旋转夹头20的衬底W的上表面整面喷出氮气。
此处，以使保持在旋转夹头20的衬底W与气体喷嘴50的间隔成为指定值的方式将气体喷嘴50定位，并且通过流量调整阀85、87调整从中央喷出口53及环状喷出口54分别喷出的氮气的流量，由此，对衬底W的整面以均匀的流量吹送氮气。更准确来说，在将吹送至衬底W的距中心的距离(半径)成为r的圆周的氮气的总流量设为N时，以使2πr：N在衬底W的上表面整面变成固定的方式从气体喷嘴50喷出氮气。这意味着以在衬底W的整面每单位面积的流量变成固定的方式从气体喷嘴50供给氮气。此外，关于从中央喷出口53及环状喷出口54这两者喷出的氮气的总流量，如果衬底W为φ300mm的半导体晶圆，那么为50升/分～200升/分左右。
另外，氮气供给部81具有调温单元88。调温单元88例如包含热交换器，将从氮气供给部81输送的氮气调温到指定温度。气体喷嘴50以在衬底W的上表面整面每单位面积的流量变成固定的方式喷出经调温单元88调温过的氮气。
控制部90控制设置在衬底干燥装置1的所述各种动作机构(马达、阀等)。作为控制部90的硬件的构成与普通计算机相同。也就是说，控制部90具备：CPU(Central ProcessingUnit，中央处理器)，是进行各种运算处理的电路；ROM(Read Only Memory，只读存储器)，是存储基本程序的读出专用的存储器；RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)，是存储各种信息的读写自如的存储器；及磁盘，预先存储控制用软件或数据等。通过控制部90的CPU执行指定的处理程序，而进行衬底干燥装置1中的处理。
接下来，对具有所述构成的衬底干燥装置1中的处理动作进行说明。图3是表示衬底干燥装置1中的处理顺序的流程图。另外，图4至图6是示意性地表示图3的处理中的动作的图。以下所说明的衬底干燥装置1的处理顺序是通过控制部90控制衬底干燥装置1的各动作机构来进行的。
在成为通过所述衬底干燥装置1处理的对象的衬底W的正面，利用光刻法等方法预先形成着图案。也就是说，在本说明书中，衬底W的“正面”是指形成着图案的衬底W的主面，衬底W的“背面”是指与正面为相反侧的未形成图案的衬底W的主面。此外，衬底W的“上表面”是指朝向上方的衬底W的主面，衬底W的“下表面”是指朝向下方的衬底W的主面。既存在衬底W的正面成为上表面的情况，也存在成为下表面的情况。
在衬底干燥装置1中，将形成着图案的衬底W搬入至腔室10内并以大致水平姿势保持在旋转夹头20，对所述衬底W执行各种洗净处理。例如，处理液喷嘴30移动到衬底W的中心上方的喷出位置，从处理液喷嘴30对通过旋转夹头20旋转的衬底W的正面的中心供给SC1等药液而进行正面洗净处理。此外，搬入到腔室10内的衬底W是将形成着图案的正面设为上表面而保持在旋转夹头20。
典型来说，在利用药液的洗净处理结束之后，从处理液喷嘴30对旋转的衬底W的正面的中心供给纯水而进行纯水淋洗处理(步骤S1)。在纯水淋洗处理中，除了对正面供给纯水以外，也可以从下侧处理液供给管25向衬底W的背面供给纯水。供给到旋转的衬底W的正面(及背面)的纯水通过离心力在衬底W的正面上流动，从衬底W的端缘部飞散而由防溅板28回收。在纯水淋洗处理结束的时间点，在衬底W的正面附着有纯水，所述纯水通过本发明的衬底干燥技术以如下方式去除。
首先，从处理液喷嘴30对衬底W的正面供给IPA，将附着在该正面的纯水置换成IPA(步骤S2)。具体来说，打开阀72，从药液供给部71对处理液喷嘴30输送IPA，对通过旋转夹头20旋转的衬底W的正面的中心从处理液喷嘴30供给IPA。供给到衬底W的正面的IPA通过离心力在衬底W的正面上从中心朝周缘部流动，扩散到衬底W的正面整面。由此，在纯水淋洗处理后附着在衬底W的正面的纯水被IPA置换。进行这种向IPA置换的处理的原因在于：在下一工序中供给的干燥用液体所含的升华性物质(在本实施方式中，是1,1,2,2,3,3,4-七氟环戊烷)相对于水具有难溶性，干燥用液体不会与残留在衬底正面的纯水混合。
接着，从处理液喷嘴30对衬底W的正面供给干燥用液体，在该正面形成干燥用液体的液膜(步骤S3)。当执行该液膜形成工序时，基于来自控制部90的动作指令，旋转夹头20使衬底W以固定速度旋转。然后，关闭阀72，并且打开阀76，从干燥用液体供给部75对处理液喷嘴30输送干燥用液体，对旋转的衬底W的正面的中心从处理液喷嘴30供给干燥用液体。从处理液喷嘴30供给到衬底W的干燥用液体的液温为干燥用液体所含的升华性物质的熔点(20.5℃)以上，且小于沸点。通过将干燥用液体的液温设定在所述温度范围内，处理液喷嘴30能够将干燥用液体以液相的状态供给到衬底W。
供给到衬底W的正面中心的干燥用液体通过伴随衬底W的旋转产生的离心力而在衬底W的正面上朝径向外侧均匀地扩散。所供给的干燥用液体的一部分通过离心力被甩至衬底W的外侧。由此，附着在衬底W的正面的IPA被干燥用液体置换，并且形成遍及衬底W的正面的整面具有均匀的厚度的干燥用液体的液膜。干燥用液体的液膜的厚度优选至少高于形成在衬底W的正面的图案的凸部的高度。图4是表示从处理液喷嘴30供给干燥用液体而在衬底W的正面形成着干燥用液体的液膜5的状态的图。此外，也可以在使衬底W的旋转停止的状态下对衬底W的正面供给干燥用液体而形成液膜5。在衬底W的正面形成干燥用液体的液膜5之后，将阀76关闭，并且使处理液喷嘴30移动到比防溅板28更靠外侧的退避位置。
接着，对衬底W的背面喷出已冷却的纯水，使干燥用液体的液膜5凝固(步骤S4)。当进行该凝固工序时，基于来自控制部90的动作指令，旋转夹头20使衬底W以固定速度旋转。然后，打开阀65，从纯水供给部63对下侧处理液供给管25供给纯水，对旋转的衬底W的背面的中心附近喷出纯水。从纯水供给部63供给的纯水通过冷却单元64冷却到比干燥用液体所含的升华性物质的凝固点(＝熔点)更低温。也就是说，对衬底W的背面喷出冷水。在本实施方式中，从纯水供给部63供给的纯水冷却到约2℃。
图5是表示对形成着干燥用液体的液膜5的衬底W的背面喷出冷水的状态的图。朝衬底W的背面的中心附近喷出的冷水通过伴随衬底W的旋转产生的离心力而从衬底W的背面中心附近向周缘部流动，扩散到衬底W的背面整面。由此，形成在衬底W的正面的干燥用液体的液膜5冷却到小于升华性物质的凝固点的低温而凝固，在衬底W的正面形成干燥用液体的凝固体(冻结体)7。也就是说，衬底W的正面的干燥用液体从液体相变成固体。此外，干燥用液体在凝固时也有可能发生体积变化，但因所述体积变化而施加到衬底W的图案的压力在所有方向上均相等，从而施加到图案的力抵消。结果，可防止因干燥用液体凝固所引起的图案倒塌。
在干燥用液体的液膜5整体凝固，形成凝固体7之后，从气体喷嘴50对衬底W的正面吹送氮气作为干燥用气体而使凝固体7升华(步骤S5)。当执行该升华工序时，基于来自控制部90的动作指令，旋转夹头20使衬底W以固定速度旋转。另外，对衬底W的背面继续持续喷出经冷却的纯水。由此，能够将衬底W的正面的凝固体7维持在小于升华性物质的凝固点的低温，能够确实地防止凝固体7融解而恢复成液体。
另外，当进行升华工序时，以使保持在旋转夹头20的衬底W与气体喷嘴50的间隔成为预先设定的指定值的方式，定位气体喷嘴50的高度位置。然后，打开阀84及阀86，从氮气供给部81对气体喷嘴50输送氮气，对衬底W的正面的凝固体7从气体喷嘴50吹送氮气。从氮气供给部81输送的氮气通过调温单元88调温到指定温度(在本实施方式中为约7℃)。
图6是表示从气体喷嘴50对衬底W的正面的凝固体7吹送氮气的状态的图。从气体喷嘴50吹送到凝固体7的氮气中的升华性物质的蒸气的分压明显低于凝固体7的维持温度下的凝固体7的升华性物质的蒸气压，结果，发生凝固体7的升华。通过凝固体7不经由液体而从固体相变(升华)为气体，不会对形成在衬底W的正面的图案作用液体的表面张力，能够防止图案倒塌，并且将干燥用液体的凝固体7去除而使衬底W干燥。
且说，本申请的发明人等进行了认真调查，结果查明只对凝固体7吹送氮气会产生如下问题。例如像专利文献1所揭示的那样，如果对衬底W上的凝固体7的中心附近吹送干燥用氮气，使氮气沿衬底正面流动，那么首先衬底中心部的凝固体7升华，朝衬底周缘部依次进行升华。也就是说，凝固体7的气体固体界面从衬底W的中心朝周缘部移动。
图7是示意性地表示凝固体7的气体固体界面沿衬底主面移动时产生的现象的图。如上所述，在衬底W的正面形成着图案，竖立设置着多个图案的凸部9。判明到如下情况：如果通过吹送干燥用氮气来进行凝固体7的升华，如箭头AR7所示，凝固体7的气体固体界面沿衬底W的正面从中心向周缘部(也就是说，与衬底W的正面平行地)移动，那么图案的凸部9会因所述气体固体界面的移动而被牵引，从而一部分倒塌。
本发明是基于所述见解而完成的，以在衬底W的整面每单位面积的流量变成固定的方式从气体喷嘴50朝衬底W上的凝固体7供给作为干燥用气体的氮气。图8是示意性地表示以在衬底W的整面每单位面积的流量变成固定的方式供给氮气时产生的现象的图。
如果以在衬底W的整面每单位面积的流量变成固定的方式朝凝固体7供给氮气，那么在衬底W的正面整面，凝固体7以均匀的升华速度升华。结果，以使凝固体7整体的厚度逐渐变薄的方式进行升华，凝固体7的气体固体界面如图8中的箭头AR8所示，朝与衬底W的正面垂直的方向移动。由此，图案的凸部9不会因凝固体7的气体固体界面移动而被牵引，能够确实地防止形成在衬底W的正面的图案倒塌，并且使凝固体7升华而使衬底W良好地干燥。
在衬底W上的凝固体7完全升华之后，从气体喷嘴50对衬底W的正面供给常温的氮气而对衬底W进行调温(步骤S6)。在刚从衬底W的正面将凝固体7去除后的时间点，衬底W的温度小于升华性物质的凝固点，如果将所述衬底W以低温状态从腔室10搬出，那么有在衬底W发生结露的担忧。因此，在本实施方式中，在凝固体7升华之后，执行将衬底W调温到周边温度以上而防止结露的调温工序。当执行该调温工序时，基于来自控制部90的动作指令，旋转夹头20使衬底W以固定速度旋转。另外，关闭阀65，停止向衬底W的背面供给冷水。然后，从氮气供给部81对气体喷嘴50输送氮气，对衬底W的正面从气体喷嘴50吹送氮气。在本实施方式中，在调温工序中从氮气供给部81输送的氮气通过调温单元88调温到半导体制造领域中的常温(约23℃)。此外，氮气的调温温度只要为衬底W的周边温度以上即可。
通过对衬底W的正面供给常温的氮气，使衬底W的温度恢复到常温附近。通过将衬底W调温到常温附近，能够确实地防止在衬底W发生结露。之后，从腔室10将处理过的衬底W搬出，而衬底干燥装置1中的处理结束。
在本实施方式中，对形成在衬底W的正面的凝固体7以在衬底W的整面每单位面积的流量变成固定的方式供给氮气。因此，在衬底W的整面，凝固体7均匀地升华，凝固体7的气体固体界面朝与衬底W的正面垂直的方向移动。由于凝固体7的气体固体界面朝不与衬底W的正面平行而垂直的方向移动，所以，图案的凸部9不会因所述气体固体界面移动而被牵引，能够防止形成在衬底W的正面的图案倒塌，并且使该正面良好地干燥。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明可以在不脱离其主旨的范围内除所述内容以外进行各种变更。例如，在所述实施方式中，将含有1,1,2,2,3,3,4-七氟环戊烷的处理液用作干燥用液体，但并不限定于此，干燥用液体只要是含有升华性物质的处理液即可，例如也可以是纯水或第三丁醇。纯水的凝固体(冰)也具有通过供给-60℃左右的氮气而升华的性质，因此，也可以将纯水用作干燥用液体。
另外，在所述实施方式中，对衬底W的背面供给冷水而使干燥用液体的液膜5凝固，但并不限定于此，只要对衬底W的背面供给温度比升华性物质的凝固点低的流体而使干燥用液体的液膜5凝固即可。例如，也可以对衬底W的背面供给经冷却的气体(例如氮气)而使干燥用液体的液膜5凝固。如果使用气体作为冷却剂，那么也可以从衬底W的正面侧对干燥用液体的液膜5直接供给经冷却的气体。但是，由于液体的热容量与气体相比明显较大，所以，供给液体作为冷却剂能够使液膜5迅速地凝固。进而，也可以通过在旋转基座23设置珀尔帖元件等冷却机构而使衬底W正面的干燥用液体的液膜5凝固。
另外，在所述实施方式中，在升华工序中，将调温到约7℃的氮气作为干燥用气体吹送到凝固体7，但干燥用气体并不限定于氮气，也可以是其他种类的气体。另外，关于干燥用气体的温度，如果升华性物质为1,1,2,2,3,3,4-七氟环戊烷，那么也只要在0℃～80℃的范围内即可(也就是说，也可以吹送常温的氮气)。
另外，在调温工序中，并不限定于对衬底W供给常温的氮气而进行调温，也可以通过来自加热器或灯的光照射而将衬底W调温到周边温度以上。
另外，在升华工序中对凝固体7吹送氮气的气体喷嘴也可以是如图9所示的气体喷嘴。图9的气体喷嘴150是在圆筒形状的壳体151的底面具备穿设着多个开口153的冲孔板152而构成。圆板状的冲孔板152的直径大于衬底W的直径。也就是说，气体喷嘴150的冲孔板152与保持在旋转夹头20的衬底W的整面对向地设置。
对壳体151的内部空间，从与所述实施方式同样的氮气供给机构供给已调温到指定温度的氮气。在壳体151的底面的冲孔板152以均等的开口率设置着多个开口153。因此，供给到壳体151的内部的氮气从冲孔板152的多个开口153均匀地喷出。结果，与所述实施方式同样地，以在衬底W的整面每单位面积的流量变成固定的方式从气体喷嘴150供给氮气。而且，如果在升华工序中从气体喷嘴150对衬底W的正面的凝固体7吹送氮气，那么能够获得与所述实施方式相同的作用效果，能够防止形成在衬底W的正面的图案倒塌，并且使该正面良好地干燥。
另外，也可以配置呈同心圆状地设置着直径不同的多个圆环状的狭缝的板来代替设置着多个开口153的冲孔板152。总之，只要设置以在保持在旋转夹头20的衬底W的整面每单位面积的流量变成固定的方式供给氮气的形态的气体喷嘴即可。
另外，成为通过本发明的技术处理的对象的衬底并不限定于半导体晶圆，也可以是用于液晶显示装置等平板显示器的玻璃衬底或太阳电池用衬底。
[工业上的可利用性]
本发明的技术可较佳地应用于在半导体晶圆等衬底的正面形成含有升华性物质的处理液的凝固体并对该凝固体供给干燥用气体而使凝固体升华的衬底干燥方法及衬底干燥装置。
[符号的说明]
1 衬底干燥装置
5 液膜
7 凝固体
9 凸部
10 腔室
20 旋转夹头
25 下侧处理液供给管
30 处理液喷嘴
50、150 气体喷嘴
51 中心供给路
52 缓冲空间
53 中央喷出口
54 环状喷出口
63 纯水供给部
64 冷却单元
75 干燥用液体供给部
81 氮气供给部
88 调温单元
90 控制部
152 冲孔板
153 开口
W 衬底

Claims (10)

1.一种衬底干燥方法，将附着在衬底正面的液体去除，包括：
供给工序，对所述衬底正面供给包含升华性物质的处理液而形成所述处理液的液膜；
凝固工序，使形成在所述衬底正面的所述处理液的所述液膜凝固而变成固体；及
升华工序，对形成在所述衬底正面的所述固体供给干燥用气体而使所述固体升华；且
在所述升华工序中，以在所述衬底的整面每单位面积的流量变成固定的方式供给所述干燥用气体。
2.根据权利要求1所述的衬底干燥方法，其中
在所述凝固工序中，对所述衬底背面供给温度比所述升华性物质的凝固点低的流体而使所述液膜凝固。
3.根据权利要求1或2所述的衬底干燥方法，
还具备调温工序，所述调温工序是在使所述固体升华之后，使所述衬底升温到周边温度以上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的衬底干燥方法，其中
所述升华性物质是1,1,2,2,3,3,4-七氟环戊烷。
5.一种衬底干燥装置，将附着在衬底正面的液体去除，具备：
液体供给部，对所述衬底正面供给包含升华性物质的处理液而形成所述处理液的液膜；
凝固体形成部，使形成在所述衬底正面的所述处理液的所述液膜凝固而变成固体；及
气体供给部，对形成在所述衬底正面的所述固体供给干燥用气体而使所述固体升华；且
所述气体供给部是以在所述衬底的整面每单位面积的流量变成固定的方式供给所述干燥用气体。
6.根据权利要求5所述的衬底干燥装置，其中
所述气体供给部具备：
圆环形状的环状喷出口，以朝所述衬底的周缘部扩散的方式喷出所述干燥用气体；及
中央喷出口，设置在所述环状喷出口的中心，以朝所述衬底的中心部扩散的方式喷出所述干燥用气体。
7.根据权利要求5所述的衬底干燥装置，其中
所述气体供给部具备冲孔板，所述冲孔板与所述衬底的整面对向地设置，且以均等的开口率设置着喷出所述干燥用气体的多个开口。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的衬底干燥装置，其中
所述凝固体形成部对所述衬底背面供给温度比所述升华性物质的凝固点低的流体而使所述液膜凝固。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的衬底干燥装置，
还具备调温部，所述调温部在使所述固体升华之后，使所述衬底升温到周边温度以上。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的衬底干燥装置，其中
所述升华性物质是1,1,2,2,3,3,4-七氟环戊烷。
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