JP2008034428A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＰＡなどの有機溶剤の蒸気を用いて液体で濡れた基板表面を乾燥させる基板処理装置および基板処理方法において、基板表面に形成されたパターンの倒壊が発生するのを防止しながら、低コストで基板表面を良好に乾燥させる。
【解決手段】リンス処理後に略水平姿勢で支持された基板の表面に混合液（ＩＰＡ＋ＤＩＷ）を供給する。これにより、基板表面に付着しているリンス液が混合液に置換される。その後、ＩＰＡ蒸気を含む有機溶剤ガスを基板表面に向けて吐出して基板表面を乾燥させる。混合液の表面張力はリンス液（ＤＩＷ）よりも低く、かつＩＰＡよりも高いので基板表面上で急激なマランゴニ対流が引き起こされるのを防止できる。また、リンス液を置換するだけの混合液を基板表面に供給すればよいことから、混合液の生成に必要なＩＰＡの消費量を抑制できる。
【選択図】図５

Description

この発明は、液体で濡れた基板表面を乾燥させる基板処理装置および基板処理方法に関するものである。なお、乾燥処理対象となる基板には、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、ＦＥＤ（Field Emission Display）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板等が含まれる。

薬液による薬液処理および純水などのリンス液によるリンス処理が行われた後、基板表面に付着するリンス液を除去すべく、数多くの乾燥方法が従来より提案されている。そのうちのひとつとして、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）などの有機溶剤を用いた乾燥方法が知られている。例えば、基板を１枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置では、純水とＩＰＡとの間の表面張力差によって生まれる対流（マランゴニ対流）を利用した乾燥処理とスピン乾燥処理とを組み合わせた、いわゆるロタゴニー乾燥が知られている。

このロタゴニー乾燥では、回転している基板の中心の上方からＩＰＡ蒸気と純水とをそれぞれノズルから基板に吹き付ける。そして、これらのノズルを徐々に基板の径方向外側に移動させていくことで、ＩＰＡ蒸気が吹き付けられている部分から乾燥がはじまり、基板の中心から周縁に乾燥領域が広がり基板全面を乾燥させている。つまり、基板の回転に伴う遠心力の作用とＩＰＡ蒸気の吹き付けによって引き起こされるマランゴニ対流の作用とにより基板上から純水を除去し、これによって基板を乾燥させている。

また、ＩＰＡを用いた他の乾燥方法としては、例えば特許文献１に記載された乾燥方法が知られている。この乾燥方法を実行する基板処理装置は、複数枚の基板を一括して処理するバッチ式の基板処理装置であり、ＩＰＡと純水の混合液を貯留したオーバーフロー槽（ＩＰＡ・純水混合液槽）と、ＩＰＡ蒸気を用いて基板を乾燥させるＩＰＡ蒸気乾燥槽を備えている。この装置では、薬液処理と純水によるリンス処理が施された基板をオーバーフロー槽に浸漬させている。その後、オーバーフロー槽からＩＰＡ蒸気乾燥槽に基板を搬送して、ＩＰＡ蒸気乾燥槽において基板の乾燥を行っている。

また、特許文献２に記載された基板処理装置では、ＩＰＡ液体を用いてリンス処理後の基板を乾燥させている。この装置では、界面活性剤を含む洗浄溶液を基板表面に供給してリンス処理を施した後に、ＩＰＡ液体を基板表面に供給して該基板表面を乾燥させている。

特開平７−２２３６４号公報（図１） 特開２００１−１８５５２３号公報（図４）

ところで、基板表面に形成されるパターンの微細化が近年急速に進められているが、この微細化に伴って基板処理において新たな問題が生じることとなった。すなわち、乾燥処理を行っている間に微細パターン同士が引き寄せられて倒壊する問題があった。具体的には、乾燥処理の進展に伴って液体と気体との界面が基板上に現れるが、微細パターン同士がパターンの間隙に発生する負圧によって引き寄せられて倒壊する問題があった。このパターンの間隙に発生する負圧の大きさは液体の表面張力に依存し、液体の表面張力が大きいほど大きくなる。そのため、パターン倒壊を有効に防止しながら純水で濡れた基板表面を乾燥させる場合には、純水よりも表面張力の小さな流体、例えばＩＰＡなどの有機溶剤を用いるとともに、ＩＰＡをパターン間隙の内部にまで送り込む必要がある。

しかしながら、ロタゴニー乾燥では、基板表面に付着している純水にＩＰＡ蒸気を吹き付けて基板の乾燥を行っているため次のような問題があった。すなわち、ノズルから基板表面に向けてＩＰＡ蒸気が吐出されると、ＩＰＡ蒸気が直接に供給される基板表面領域（以下「直接供給領域」という）と、そうでない基板表面領域（以下「非直接供給領域」という）が生じてしまう。ここで、ＩＰＡと純水の間の表面張力差が大きいことから、直接供給領域に付着する液体の表面張力は非直接供給領域に付着する液体の表面張力に比較して大きく低下する。これにより、直接供給領域に付着する液体と非直接供給領域に付着する液体との間に比較的大きな表面張力差が発生する。その結果、このような表面張力差によって基板表面に付着する液体に急激なマランゴニ対流が引き起こされる。このため、基板表面に形成されたパターン間隙の内部に付着する純水にＩＰＡが十分に溶解しないうちに基板表面が乾燥される結果となり、パターン倒壊を十分に防止することができなかった。

また、特許文献１に記載された基板処理装置では、純水で濡れた基板をＩＰＡ蒸気により乾燥させる前に、オーバーフロー槽（ＩＰＡ・純水混合液槽）に基板を浸漬させている。そのため、基板表面にＩＰＡと純水の混合液（低表面張力溶剤）を供給して基板表面に付着した水分の表面張力を低下させることが可能となっている。しかしながら、この装置では、混合液中に基板全体を浸漬させて、基板表面に混合液を供給している。そのため、基板を収容するオーバーフロー槽全体を混合液で満たす必要があり、ＩＰＡの消費量が増大してしまう。一方で、槽上部からオーバーフローした混合液を槽内に戻すように循環使用させることで、ＩＰＡの消費量を抑制することも考えられる。しかしながら、ＩＰＡは同一温度での飽和蒸気圧が純水よりも高いことから、オーバーフロー槽に貯留した混合液の液面からＩＰＡが次々と蒸発してしまう。その結果、オーバーフロー槽に貯留した混合液のＩＰＡ濃度が低下し、混合液の表面張力が上昇してしまう。このため、基板表面に付着した水分の表面張力を低下させることが困難となる。したがって、混合液のＩＰＡ濃度の低下を抑制するために、常にＩＰＡを槽内に補充する必要があり、結果的にＩＰＡの消費量が増大してしまう。これにより、多量のＩＰＡが必要となり、このことがコスト増大の主要因のひとつとなっていた。

また、特許文献２に記載された基板処理装置では、ＩＰＡ液体を用いて基板を乾燥させているので次のような問題があった。すなわち、基板に供給される供給流体中に含まれるパーティクル等の異物を除去するために、フィルタ等を用いて供給流体に対するフィルタリングを実行することが必要となっている。しかしながら、１００％のＩＰＡ液体では表面張力が低く、ＩＰＡ液体中のパーティクル等の異物除去が困難となる問題がある。このため、基板乾燥時にＩＰＡ液体を基板に供給する際にフィルタによって除去されなかった異物が基板表面に付着して基板表面が汚染されるおそれがあった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、ＩＰＡなどの有機溶剤の蒸気を用いて液体で濡れた基板表面を乾燥させる基板処理装置および基板処理方法において、基板表面に形成されたパターンの倒壊が発生するのを防止しながら、低コストで基板表面を良好に乾燥させることを目的とする。

この発明は、液体で濡れた基板表面を乾燥させる基板処理装置および基板処理方法であって、上記目的を達成するため、以下のように構成されている。すなわち、基板処理装置は、基板表面を上方に向けた状態で基板を略水平姿勢で支持する基板支持手段と、液体よりも表面張力が低い低表面張力溶剤を基板表面に供給する溶剤供給手段と、低表面張力溶剤に溶解して表面張力を低下させる第１有機溶剤の蒸気を必須的に含む有機溶剤ガスを基板表面に向けて吐出して基板表面を乾燥させる乾燥手段とを備え、溶剤供給手段は乾燥手段による乾燥前の前処理として低表面張力溶剤を基板表面に供給して基板表面に付着している液体を低表面張力溶剤に置換させることを特徴としている。また、基板処理方法は、液体よりも表面張力が低い低表面張力溶剤を略水平姿勢で支持された基板の表面に供給して基板表面に付着している液体を低表面張力溶剤に置換させる置換工程と、低表面張力溶剤に溶解して表面張力を低下させる第１有機溶剤の蒸気を必須的に含む有機溶剤ガスを基板表面に向けて吐出して基板表面を乾燥させる乾燥工程とを備えたことを特徴としている。

このように構成された発明（基板処理装置および方法）では、基板表面の乾燥前（乾燥工程前）に、基板表面に付着している液体よりも表面張力が低い低表面張力溶剤を基板表面に供給して基板表面に付着している液体を低表面張力溶剤に置換している。このため、低表面張力溶剤に溶解して表面張力を低下させる第１有機溶剤の蒸気を必須的に含む有機溶剤ガスを基板表面に向けて吐出して基板表面を乾燥させる際に、基板表面上で急激なマランゴニ対流が引き起こされるのを防止できる。すなわち、低表面張力溶剤の表面張力は基板表面に付着している液体よりも低く、かつ第１有機溶剤よりも高いので、低表面張力溶剤と第１有機溶剤との間の表面張力差は、基板表面に付着している液体と第１有機溶剤との間の表面張力差に比較して小さくなっている。このため、低表面張力溶剤に有機溶剤ガスを供給することで、基板表面に付着している液体に有機溶剤ガスを供給する場合に比較して、比較的緩やかな対流（マランゴニ対流）を引き起こして基板を乾燥させることが可能となる。その結果、基板表面が乾燥されるまでに基板表面に付着する低表面張力溶剤に第１有機溶剤を十分に溶解させることができる。したがって、基板表面に微細パターンが形成されていたとしても、パターンの倒壊を有効に防止できる。つまり、基板表面に付着している液体を低表面張力溶剤に置換することで、パターンの間隙に存在する液体が該液体よりも表面張力が低い低表面張力溶剤に置換される。さらに、低表面張力溶剤が付着する基板表面に向けて有機溶剤ガスが吐出されることで、パターンの間隙に存在する低表面張力溶剤に第１有機溶剤が溶解して表面張力が低下する。すなわち、パターンの間隙に存在する液体成分の表面張力が２段階にわたって低下する。したがって、パターンの間隙に存在する液体成分の表面張力を十分に低下させた状態で基板を乾燥させることができ、基板乾燥時におけるパターンの倒壊を有効に防止できる。

また、基板を略水平姿勢で支持した状態で基板表面に直接に低表面張力溶剤を供給しているので、低表面張力溶剤の消費量を抑制できる。すなわち、基板表面に低表面張力溶剤を付着させるために、基板表面に付着している液体を置換するだけの低表面張力溶剤を基板表面に供給すればよいことから、低表面張力溶剤の消費量を抑制してコストの低減を図ることができる。さらに、第１有機溶剤の蒸気を必須的に含む有機溶剤ガスを用いて基板を乾燥させているため、基板乾燥時に基板表面が汚染されるのを防止できる。つまり、通常、基板に供給される供給流体中に含まれるパーティクル等の異物を除去するためにフィルタ等を用いて供給流体に対するフィルタリングが必要となっている。しかしながら、液体の有機溶剤では表面張力が低く、有機溶剤中の異物除去が困難である。これに対して、有機溶剤の蒸気を用いることでガス状態で異物除去が可能となり、有機溶剤ガスに含まれる異物除去が容易となる。したがって、基板乾燥時に基板表面が汚染されるのを防止できる。

ここで、基板支持手段に保持された基板を回転させる回転手段をさらに設けて、回転手段により回転される基板の表面に低表面張力溶剤を供給してもよい。この構成によれば、低表面張力溶剤に作用する遠心力によって低表面張力溶剤が流動して基板表面全体に均一に広げられる。このため、基板の乾燥前に基板表面全体を低表面張力溶剤で均一に覆うことができる。したがって、基板表面上の液体成分の表面張力を表面全体にわたって均一に低下させることができ、パターン倒壊を有効に防止できる。また、このように基板の回転により基板表面に供給した低表面張力溶剤を広げることで、基板表面に付着している液体を比較的少量の低表面張力溶剤により効率良く置換できる。このため、低表面張力溶剤の消費量をさらに抑制できる。

また、基板表面への有機溶剤ガスの吐出後に基板を回転させて基板表面に付着している液体成分を振り切って基板を乾燥させてもよい。この構成によれば、乾燥時間を短縮してスループットを向上させることができる。

また、低表面張力溶剤として、基板表面に付着している液体と同一組成の液体または基板表面に付着している液体と主成分が同一である液体と、該液体に溶解して表面張力を低下させる第２有機溶剤とが混合された混合液（以下、単に「混合液」という）を用いてもよい。このような混合液を用いる場合には、混合液中の第２有機溶剤の体積百分率（以下「溶剤濃度」という）が５％以上かつ１０％以下であることが好ましい。このように溶剤濃度を設定することで、後述する評価結果に示すように、混合液の表面張力を基板表面に付着している液体の表面張力と第１有機溶剤の表面張力とのほぼ中間値とすることができる。すなわち、混合液の表面張力としては、基板表面に付着している液体の表面張力と第１有機溶剤の表面張力とのほぼ中間値を有していることが好ましい。なんとなれば、混合液の表面張力が基板表面に付着している液体の表面張力に近い値を有する場合には、パターン間隙に発生する負圧を低下させることができないばかりか、基板表面に向けて有機溶剤ガスを吐出した際に、基板表面上で急激なマランゴニ対流が引き起こされてしまう。その一方で、混合液の表面張力が第１有機溶剤の表面張力に近い値を有する場合には、基板表面に向けて有機溶剤ガスを吐出した際に、マランゴニ対流が引き起こされず、第１有機溶剤をパターン間隙の内部まで溶け込ませていくことが困難になるからである。以上の観点から、溶剤濃度を５％以上かつ１０％以下とすることが好ましい。また、このような濃度領域に溶剤濃度を設定することで次のような利点がある。すなわち、基板表面上で引き起こされるマランゴニ対流の度合い（対流の激しさ）を調整するためには、混合液と第１有機溶剤との間の表面張力差をコントロールする必要がある。ここで、評価結果に示すように、溶剤濃度が５％以上かつ１０％以下の領域では溶剤濃度変化に対する混合液の表面張力の変化が比較的大きくなっている。したがって、このような濃度領域を使用することで、混合液と第１有機溶剤との間の表面張力差を容易にコントロールすることが可能となる。一方で、低表面張力溶剤として、混合液に替えて界面活性剤を必須的に含む溶剤を用いてもよい。

また、基板表面に対向可能な基板対向面を有し、基板対向面を基板表面に対向しながら離間配置される雰囲気遮断手段をさらに設けて、基板対向面と基板表面とに挟まれた間隙空間に有機溶剤ガスを供給してもよい。この構成によれば、基板対向面と基板表面とに挟まれた間隙空間における雰囲気中の第１有機溶剤の蒸気濃度を高めることができる。したがって、基板表面に付着する低表面張力溶剤に第１有機溶剤を十分に溶解させることができる。その結果、パターン倒壊防止効果をさらに高めるとともに、基板の乾燥効率を向上させることができる。また、基板対向面と基板表面とに挟まれた間隙空間の体積を限定することで、該間隙空間に供給すべき第１有機溶剤の蒸気量を低減することができ、第１有機溶剤の消費量を抑制できる。

また、基板対向面に複数のガス吐出口を形成し、各ガス吐出口から間隙空間に有機溶剤ガスを供給してもよい。これにより、間隙空間に第１有機溶剤の蒸気を高効率に供給するとともに、間隙空間内における有機溶剤の蒸気濃度の均一化を図ることができる。

また、置換工程前にリンス液を基板表面に供給してリンス処理を施すリンス工程をさらに備え、置換工程では、基板表面に付着しているリンス液を液体として低表面張力溶剤に置換させてもよい。この構成によれば、パターンの倒壊が発生するのを防止しながら、リンス液で濡れた基板表面を好適に乾燥させることができる。しかも、リンス工程は低表面張力溶剤と異なり、液体のみからなるリンス液により実行することで、置換工程では、基板表面に付着するリンス液を低表面張力溶剤に置換するだけの低表面張力溶剤を供給すればよく、低表面張力溶剤の消費量を抑制できる。

なお、本発明に用いられる第１および第２有機溶剤としてはアルコール系有機溶剤を用いることができる。安全性、価格等の観点からイソプロピルアルコール、エチルアルコールまたはメチルアルコールを用いることができるが、特にイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）が好適である。第１および第２有機溶剤として互いに異なるものを用いてもよいが、同一の有機溶剤を用いるのが望ましい。

また、本発明に用いられる「有機溶剤ガス」は、上記した第１有機溶剤の蒸気そのものであってもよいが、基板表面に向けて有機溶剤（第１有機溶剤）を送り込むために窒素ガス等の不活性ガスをキャリアとして用いて、不活性ガスに有機溶剤の蒸気を混合させたものであることが好ましい。

この発明によれば、基板表面の乾燥前に基板表面に付着する液体を該液体よりも表面張力が低い低表面張力溶剤に置換している。このため、低表面張力溶剤に溶解して表面張力を低下させる第１有機溶剤の蒸気を必須的に含む有機溶剤ガスを基板表面に向けて吐出して基板表面を乾燥させる際に、基板表面上で急激なマランゴニ対流が引き起こされるのを防止できる。その結果、基板表面が乾燥されるまでに基板表面に付着する低表面張力溶剤に第１有機溶剤を十分に溶解させることができる。したがって、パターンの間隙に存在する液体成分の表面張力を十分に低下させた状態で基板を乾燥させることができ、基板乾燥時におけるパターンの倒壊を有効に防止できる。また、基板を略水平姿勢で支持した状態で基板表面に付着している液体を置換するだけの低表面張力溶剤を基板表面に供給すればよいことから、低表面張力溶剤の消費量を抑制してコストの低減を図ることができる。

＜第１実施形態＞
図１はこの発明にかかる基板処理装置の第１実施形態を示す図である。この基板処理装置は半導体ウエハ等の基板Ｗの表面Ｗｆに付着した不要物を除去するための洗浄処理に用いられる枚葉式の基板処理装置である。より具体的には、基板表面Ｗｆに対してフッ酸などの薬液による薬液処理および純水やＤＩＷなどのリンス液によるリンス処理を施した後、リンス液で濡れた基板Ｗに対して後述の置換処理を施してから乾燥処理を行う装置である。なお、この実施形態では、基板表面Ｗｆとはデバイスパターンが形成されるデバイス形成面をいう。

この基板処理装置は、基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗを略水平姿勢に保持して回転させるスピンチャック１と、スピンチャック１に保持された基板Ｗの上面に対向配置された遮断部材３と、スピンチャック１に保持された基板Ｗの上方からそれぞれ薬液およびリンス液を供給する、薬液ノズル５およびリンスノズル７を備えている。また、リンスノズル７は、リンス液またはリンス液と同一組成の液体と該液体に溶解して表面張力を低下させる第２有機溶剤とを混合した混合液を基板Ｗに選択的に供給可能となっている。

スピンチャック１は、回転支柱１１がモータを含むチャック回転機構１３の回転軸に連結されており、チャック回転機構１３の駆動により鉛直軸回りに回転可能となっている。回転支柱１１の上端部には、円盤状のスピンベース１５が一体的にネジなどの締結部品によって連結されている。したがって、装置全体を制御する制御ユニット４からの動作指令に応じてチャック回転機構１３を駆動させることによりスピンベース１５が鉛直軸回りに回転する。このように、この実施形態では、チャック回転機構１３が本発明の「回転手段」として機能する。

スピンベース１５の周縁部付近には、基板Ｗの周縁部を把持するための複数個のチャックピン１７が立設されている。チャックピン１７は、円形の基板Ｗを確実に保持するために３個以上設けてあればよく、スピンベース１５の周縁部に沿って等角度間隔で配置されている。チャックピン１７のそれぞれは、基板Ｗの周縁部を下方から支持する基板支持部と、基板支持部に支持された基板Ｗの外周端面を押圧して基板Ｗを保持する基板保持部とを備えている。各チャックピン１７は、基板保持部が基板Ｗの外周端面を押圧する押圧状態と、基板保持部が基板Ｗの外周端面から離れる解放状態との間を切り替え可能に構成されている。

スピンベース１５に対して基板Ｗが受渡しされる際には、複数個のチャックピン１７を解放状態とし、基板Ｗに対して洗浄処理を行う際には、複数個のチャックピン１７を押圧状態とする。押圧状態とすることによって、複数個のチャックピン１７は基板Ｗの周縁部を把持してその基板Ｗをスピンベース１５から所定間隔を隔てて略水平姿勢に保持することができる。これにより、基板Ｗはその表面（パターン形成面）Ｗｆを上方に向け、裏面Ｗｂを下方に向けた状態で支持される。このように、この実施形態では、チャックピン１７が本発明の「基板支持手段」として機能する。なお、基板支持手段としてはチャックピン１７に限らず、基板裏面Ｗｂを吸引して基板Ｗを支持する真空チャックを用いてもよい。

スピンチャック１の上方には、円盤状の遮断部材３がスピンチャック１に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに対向しながら離間配置されている。遮断部材３の底面（下面）３ａは基板表面Ｗｆと略平行に対向可能な基板対向面となっており、その平面サイズは基板Ｗの直径と同等以上の大きさに形成されている。遮断部材３はスピンチャック１の回転支柱１１と同軸上に配置された回転支柱３１の下端部に一体回転可能に取り付けられている。この回転支柱３１には、遮断部材回転機構３２と遮断部材昇降機構３３が接続されている。

遮断部材回転機構３２は、制御ユニット４からの動作指令に応じて回転支柱３１を基板Ｗの中心を通る鉛直軸回りに回転させる。また、遮断部材回転機構３２は、スピンチャック１に保持された基板Ｗの回転に応じて基板Ｗと同じ回転方向でかつ略同じ回転速度で遮断部材３を回転させるように構成されている。

遮断部材昇降機構３３は、制御ユニット４からの動作指令に応じて遮断部材３をスピンベース１５に近接して対向させたり、逆に離間させることが可能となっている。具体的には、制御ユニット４は遮断部材昇降機構３３を作動させることで、基板処理装置に対して基板Ｗを搬入出させる際には、スピンチャック１の上方の離間位置に遮断部材３を上昇させる。その一方で、基板Ｗに対して所定の処理を施す際には、スピンチャック１に保持された基板Ｗの表面Ｗｆのごく近傍に設定された所定の対向位置まで遮断部材３を下降させる。

遮断部材３の中心部には開口が形成される一方、回転支柱３１は中空軸となっており、遮断部材３の開口および回転支柱３１の中空部がガス供給路３４を形成している。このガス供給路３４は溶剤ガス供給ユニット２１と接続されている。このため、溶剤ガス供給ユニット２１から有機溶剤ガスが圧送されると、ガス供給路３４を介して遮断部材３の底面３ａと基板表面Ｗｆとに挟まれた間隙空間に有機溶剤ガスを供給することができる。これにより、基板表面Ｗｆを乾燥させることが可能となっている。このように、この実施形態では、遮断部材３が本発明の「雰囲気遮断手段」として機能する。

有機溶剤ガスとしては、混合液（本発明の「低表面張力溶剤」に相当）に溶解して表面張力を低下させる第１有機溶剤、例えばＩＰＡ（イソプロピルアルコール）の蒸気を必須的に含むガスが用いられる。なお、第１有機溶剤はＩＰＡに限定されず、アルコール系有機溶剤、例えばエチルアルコール、メチルアルコールを用いるようにしてもよい。要は混合液（低表面張力溶剤）に溶解して表面張力を低下させる有機溶剤であればよい。また、有機溶剤ガスは、このような第１有機溶剤の蒸気そのものであってもよいが、基板表面Ｗｆに向けて第１有機溶剤を送り込むために、窒素ガス等の不活性ガスをキャリアガスとして用いて、不活性ガスに第１有機溶剤の蒸気を混合させたものであることが好ましい。なお、キャリアガスとして用いられる窒素ガスは水分を含まない乾燥気体である。このように、この実施形態によれば、制御ユニット４、溶剤ガス供給ユニット２１およびガス供給路３４が本発明の「乾燥手段」として機能する。

図２は溶剤ガス供給ユニットの構成の一例を示す図である。この溶剤ガス供給ユニット２１は、ＩＰＡ蒸気供給源Ｓ１と窒素ガス供給源Ｓ２を備えている。ＩＰＡ蒸気供給源Ｓ１は、ＩＰＡ液体を貯留する溶剤タンク２１１と溶剤タンク２１１内のＩＰＡ液体を加熱するヒータＨ１を有している。このため、ヒータＨ１が溶剤タンク２１１内のＩＰＡ液体を加熱することで、溶剤タンク２１１内の貯留空間のうちＩＰＡ液体が貯留されていない未貯留領域ＵＳへのＩＰＡ蒸気の発生が促進される。窒素ガス供給源Ｓ２は主配管２１２を介してガス供給路３４に連通している。主配管２１２には、上流側（窒素ガス供給源Ｓ２側）から順にヒータＨ２、バルブＶ１およびフィルタＦが介装されている。

フィルタＦは有機溶剤ガス（ＩＰＡ蒸気＋窒素ガス）中に含まれるパーティクル等の異物を除去するために設けられている。この実施形態では、ＩＰＡ蒸気を含む有機溶剤ガスを用いて基板Ｗを乾燥させているため、基板乾燥時における基板表面Ｗｆの汚染を防止できる。すなわち、１００％のＩＰＡ液体を用いた場合にはＩＰＡ液体の表面張力が低いため、フィルタによるＩＰＡ液体中の異物除去が困難である。このため、ＩＰＡ液体を用いて基板Ｗを乾燥させると、基板表面Ｗｆが汚染されるおそれがある。これに対して、ＩＰＡ蒸気を用いることによりガス状態で異物除去が可能となり、フィルタによる有機溶剤ガスに含まれる異物除去が容易となる利点がある。

また、ヒータＨ２とバルブＶ１との間には主配管２１２から分岐配管２１３が分岐しており、分岐配管２１３を介して主配管２１２が溶剤タンク２１１内のインレットに接続されている。この分岐配管２１３にはバルブＶ２が介装されている。一方、バルブＶ１とフィルタＦとの間で、溶剤タンク２１１内のアウトレットが分岐配管２１４を介して主配管２１２に接続されている。この分岐配管２１４にはバルブＶ３が介装されている。

このような構成により、バルブＶ１を閉じてバルブＶ２，Ｖ３を開くと、窒素ガスをキャリアガスとしてＩＰＡ蒸気がガス供給路３４に送り込まれる。このとき、ヒータＨ１の加熱温度を制御することにより、窒素ガスに混入させるＩＰＡ蒸気量を変えることができる。つまり、ヒータＨ１の制御により、有機溶剤ガス中のＩＰＡ蒸気濃度を調整することができる。また、ヒータＨ２を動作させることにより、キャリアガス（窒素ガス）自体を加熱することもできる。一方で、バルブＶ２，Ｖ３を閉じてバルブＶ１を開くことにより、窒素ガスのみをガス供給路３４に送り込むこともできる。なお、溶剤ガス供給ユニットの構成は、上記のようにＩＰＡ液体を加熱制御して生成したＩＰＡ蒸気を窒素ガスに混入させる場合に限らない。例えば、ＩＰＡ液体中に窒素ガスをバブリングさせることにより、ＩＰＡ蒸気を窒素ガスに混入させてもよい。

図１に戻って説明を続ける。薬液ノズル５は薬液供給ユニット２２と接続されており、薬液供給ユニット２２から薬液ノズル５に薬液が圧送されると、薬液ノズル５から薬液が吐出される。一方、リンスノズル７は液供給ユニット２３と接続されており、液供給ユニット２３からリンスノズル７にリンス液または混合液が圧送されると、リンスノズル７からリンス液または混合液が選択的に吐出される。これら薬液ノズル５とリンスノズル７はノズル移動機構（図示せず）に接続され、制御ユニット４からの動作指令に応じてノズル移動機構が駆動されることで、薬液ノズル５およびリンスノズル７をそれぞれ、基板Ｗの回転中心の上方の吐出位置に配置したり、吐出位置から側方に退避した待機位置に配置したりすることができる。

図３は液供給ユニットの構成の一例を示す図である。液供給ユニット２３は、混合液（低表面張力溶剤）を生成するためのキャビネット部７０を備え、キャビネット部７０にて生成された混合液をリンスノズル７に圧送可能となっている。また、液供給ユニット２３は、ＤＩＷをリンス液として直接にリンスノズル７に圧送することも可能である。第２有機溶剤としては、ＤＩＷ（表面張力：７２ｍＮ／ｍ）に溶解して表面張力を低下させる有機溶剤、例えばイソプロピルアルコール（表面張力：２１〜２３ｍＮ／ｍ）が用いられる。なお、第２有機溶剤はイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）に限定されず、エチルアルコール、メチルアルコールの各種アルコール系有機溶剤を用いるようにしてもよい。

キャビネット部７０はＤＩＷとＩＰＡとの混合液を貯留する貯留タンク７２を備えている。この貯留タンク７２には貯留タンク７２内にＤＩＷを供給するためのＤＩＷ導入管７３の一端が取り込まれており、その他方端が開閉バルブ７３ａを介して工場のユーティリティ等で構成されるＤＩＷ供給源ＷＳに接続されている。さらに、ＤＩＷ導入管７３の経路途中には流量計７３ｂが介装されており、流量計７３ｂがＤＩＷ供給源ＷＳから貯留タンク７２に導入されるＤＩＷの流量を計測する。そして、制御ユニット４は流量計７３ｂで計測される流量に基づき、ＤＩＷ導入管７３を流通するＤＩＷの流量を目標の流量（目標値）にするように開閉バルブ７３ａを開閉制御する。

同様にして、貯留タンク７２には貯留タンク７２内にＩＰＡ液体を供給するためのＩＰＡ導入管７４の一端が取り込まれており、その他方端が開閉バルブ７４ａを介してＩＰＡ供給源ＳＳに接続されている。さらに、ＩＰＡ導入管７４の経路途中には流量計７４ｂが介装されており、流量計７４ｂがＩＰＡ供給源ＳＳから貯留タンク７２に導入されるＩＰＡ液体の流量を計測する。そして、制御ユニット４は流量計７４ｂで計測される流量に基づき、ＩＰＡ導入管７４を流通するＩＰＡ液体の流量を目標の流量（目標値）にするように開閉バルブ７４ａを開閉制御する。

この実施形態では、混合液中のＩＰＡの体積百分率（以下「ＩＰＡ濃度」という）が５％以上かつ１０％以下の範囲内に属する所定値になるように、貯留タンク７２内に導入するＩＰＡ液体およびＤＩＷの流量を調整する。このようにＩＰＡ濃度を設定することで、後述の図４の評価結果に示すように、混合液の表面張力を基板表面Ｗｆに付着しているリンス液（ＤＩＷ）の表面張力と第１有機溶剤、つまりＩＰＡの表面張力とのほぼ中間値にすることができる。なお、上記のようにＩＰＡ濃度を設定する理由については後で詳述する。

図４はＩＰＡ濃度と表面張力γとの関係を示すグラフである。図４に記載される横軸はＩＰＡ濃度を表しており、ＩＰＡ濃度が０（ｖｏｌ％）はＤＩＷ単体であることを、ＩＰＡ濃度が１００（ｖｏｌ％）はＩＰＡ液体単体であることを示している。表面張力γの測定は懸滴法（ペンダント・ドロップ法）により、協和界面科学株式会社製ＬＣＤ−４００Ｓを用いて行っている。図４から明らかなように、ＤＩＷへのＩＰＡ混合量を増加させていくと、ＩＰＡ濃度が１０％付近まではＤＩＷへのＩＰＡ混合量の増加に伴って混合液の表面張力γが急激に低下していくことが分かる。そして、ＩＰＡ濃度が５％以上かつ１０％以下の範囲内で混合液の表面張力がＤＩＷの表面張力とＩＰＡの表面張力のほぼ中間値となっていることが分かる。

図３に戻って説明を続ける。貯留タンク７２には、その一端がミキシングバルブ７１に接続された混合液供給管７５の他端が挿入され、貯留タンク７２に貯留されている混合液を開閉バルブ７６を介してミキシングバルブ７１に供給可能に構成されている。混合液供給管７５には、貯留タンク７２に貯留されている混合液を混合液供給管７５に送り出す定量ポンプ７７や、定量ポンプ７７により混合液供給管７５に送り出される混合液の温度を調整する温調器７８、混合液中の異物を除去するフィルタ７９が設けられている。さらに、混合液供給管７５には、ＩＰＡ濃度、つまり混合液中のＩＰＡの体積百分率を監視するための濃度計８０が介装されている。この実施形態では、フィルタ７９を流通する混合液中のＩＰＡ濃度は１０％以下となっている。このため、１００％のＩＰＡ液体では表面張力が低いために異物除去が困難となっていた問題を解消して、フィルタ７９による混合液に含まれる異物除去を容易にしている。

また、混合液供給管７５には、開閉バルブ７６と濃度計８０との間に混合液循環管８１の一端が分岐接続される一方、混合液循環管８１の他端が貯留タンク７２に接続されている。この混合液循環管８１には開閉バルブ８２が介装されている。そして、装置の稼動中は、定量ポンプ７７および温調器７８が常に駆動され、基板Ｗに混合液を供給しない間は、開閉バルブ７６が閉じられる一方、開閉バルブ８２が開かれる。これにより、貯留タンク７２から定量ポンプ７７により送り出される混合液が混合液循環管８１を通じて貯留タンク７２に戻される。つまり、基板Ｗに混合液を供給しない間は、貯留タンク７２、混合液供給管７５および混合液循環管８１からなる循環経路を混合液が循環する。その一方で、基板Ｗに混合液を供給するタイミングになると、開閉バルブ７６が開かれる一方、開閉バルブ８２が閉じられる。これにより、貯留タンク７２から送り出される混合液がミキシングバルブ７１に供給される。また、ミキシングバルブ７１はリンスノズル７に接続されており、ミキシングバルブ７１に供給された混合液はリンスノズル７から基板Ｗに向けて吐出される。

このように、基板Ｗに混合液を供給しない間は、混合液を循環させておくことによって、ＤＩＷとＩＰＡとが攪拌され、ＤＩＷとＩＰＡとを十分に混ざり合った状態とすることができる。また、開閉バルブ７６の開成後、所定の温度に調整されるとともに、異物が除去された混合液を速やかにリンスノズル７に供給することができる。このように、この実施形態によれば、リンスノズル７および液供給ユニット２３が本発明の「溶剤供給手段」として機能する。

また、ＤＩＷ導入管７３には、開閉バルブ７３ａの上流側（ＤＩＷ供給源ＷＳ側）にＤＩＷ供給管８３の一端が分岐接続される一方、ＤＩＷ供給管８３の他端がミキシングバルブ７１に接続されている。このＤＩＷ供給管８３には開閉バルブ８４が介装されている。このような構成によれば、制御ユニット４の制御指令に応じて開閉バルブ７６，８４が開閉制御されると、リンスノズル７にＤＩＷと混合液（ＩＰＡ＋ＤＩＷ）とが選択的に供給される。すなわち、開閉バルブ７６を閉じて、開閉バルブ８４を開くことで、ミキシングバルブ７１を介してＤＩＷがリンスノズル７に供給される。その一方で、開閉バルブ７６を開いて、開閉バルブ８４を閉じることで、ミキシングバルブ７１を介して混合液がリンスノズル７に供給される。

次に、上記のように構成された基板処理装置の動作について図５ないし図７を参照しつつ詳述する。図５は図１の基板処理装置の動作を示すフローチャートである。また、図６および図７は図１の基板処理装置の動作を示す模式図である。基板搬送手段（図示せず）によって未処理の基板Ｗが基板処理装置内に搬入されると（ステップＳ１）、制御ユニット４は装置各部を制御して基板Ｗに対して洗浄処理（薬液処理＋リンス処理＋置換処理＋乾燥処理）を実行する。この実施形態では、基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗが装置内に搬入され、スピンチャック１に保持される。なお、遮断部材３はスピンチャック１の上方の離間位置にあり、基板Ｗとの干渉を防止している。

先ず、基板Ｗに対して薬液処理が実行される。すなわち、薬液ノズル５を吐出位置に移動させるとともに、チャック回転機構１３の駆動によりスピンチャック１に保持された基板Ｗを所定の回転速度（例えば５００ｒｐｍ）で回転させる（ステップＳ２）。続いて、薬液ノズル５から基板表面Ｗｆに薬液としてフッ酸が供給されると、フッ酸が遠心力により広げられ基板表面Ｗｆ全体がフッ酸により薬液処理される（ステップＳ３）。

この薬液処理が終了すると、薬液ノズル５が待機位置に移動される。そして、基板Ｗに対してリンス処理が実行される。すなわち、リンスノズル７が吐出位置に移動されるとともに、リンスノズル７から回転する基板Ｗの表面Ｗｆにリンス液（ＤＩＷ）が供給される。これにより、リンス液が遠心力により広げられ基板表面Ｗｆ全体がリンス処理される（ステップＳ４；リンス工程）。その結果、基板表面Ｗｆに残留付着するフッ酸がリンス液により基板表面Ｗｆから除去される。

所定時間のリンス処理が終了すると、制御ユニット４は基板Ｗの回転を継続しつつ、リンスノズル７からリンス液に替えて、混合液（ＩＰＡ＋ＤＩＷ）を吐出させる。ここでは、キャビネット部７０において、混合液中のＩＰＡ濃度が５％以上かつ１０％以下の範囲内に属する所定値、例えばＩＰＡ濃度が１０％に調整された混合液が予め生成されており、該混合液がリンスノズル７から基板表面Ｗｆに向けて吐出される。基板表面Ｗｆに供給された混合液は混合液に作用する遠心力によって流動して基板表面Ｗｆの全体に均一に広げられる。これにより、基板表面Ｗｆに付着するリンス液（ＤＩＷ）が該リンス液よりも表面張力が低い混合液によって置換される（ステップＳ５；置換工程）。したがって、基板表面Ｗｆ上の液体成分の表面張力を全域にわたって均一に低下させることができる。また、基板Ｗの回転によって基板表面Ｗｆに供給した混合液を広げることで、基板表面Ｗｆに付着するリンス液を比較的少量の混合液により効率良く置換できる。このため、混合液の生成に必要なＩＰＡの消費量を抑制できる。

そして、基板表面Ｗｆに付着するリンス液が混合液により置換されると、基板表面Ｗｆの全体が混合液による液膜で覆われた状態となっている。続いて、制御ユニット４は遮断部材３を対向位置に位置決めする。具体的には、図６に示すように、遮断部材３の底面３ａを基板対向面として基板表面Ｗｆに付着する混合液に対向させながら離間配置させる。これにより、基板表面Ｗｆの全体が遮断部材３の底面３ａで覆われる。そして、溶剤ガス供給ユニット２１から有機溶剤ガスがガス供給路３４に圧送され、遮断部材３の底面３ａと基板表面Ｗｆとに挟まれた間隙空間ＳＰに供給される。これにより、急激なマランゴニ対流を引き起こすことなく、有機溶剤ガスに含まれるＩＰＡ蒸気が基板表面Ｗｆに付着する混合液の各部に溶解して表面張力が低下していく。すなわち、混合液の表面張力はリンス液（ＤＩＷ）の表面張力よりも低く、かつ有機溶剤ガスに含まれるＩＰＡよりも高いので、混合液とＩＰＡとの間の表面張力差はリンス液とＩＰＡとの間の表面張力差に比較して小さくなっている。このため、混合液に有機溶剤ガスを供給することで、リンス液に有機溶剤ガスを供給する場合に比較して比較的緩やかなマランゴニ対流を引き起こして基板表面Ｗｆを乾燥させることができる。その結果、基板表面Ｗｆが乾燥されるまでに基板表面Ｗｆに付着する混合液にＩＰＡを十分に溶解させることができる。

また、混合液に溶解したＩＰＡ蒸気は混合液とともに次第に気化していく。これにより、基板表面Ｗｆから混合液が除去され、基板表面Ｗｆが乾燥されていく（ステップＳ６；乾燥工程）。なお、この実施形態では、ＩＰＡ蒸気と同時にキャリアガスである窒素ガスも基板表面Ｗｆに吹き付けられている。このため、乾燥気体である窒素ガスが基板表面Ｗｆに吹き付けられることにより、ＩＰＡが溶解した混合液は迅速に気化される。

混合液への有機溶剤ガスの吐出が終了すると、制御ユニット４はチャック回転機構１３の回転速度を高めて基板Ｗを高速回転（例えば３０００ｒｐｍ）させる。これにより、基板表面Ｗｆに残留する液体成分が振り切られ、基板Ｗに対してスピンドライ処理が実行される（ステップＳ７）。その結果、乾燥時間を短縮してスループットを向上させることができる。つまり、この実施形態では、有機溶剤ガスを基板表面Ｗｆに向けて吐出して基板表面Ｗｆを乾燥させる第１乾燥処理に加えて、基板Ｗを高速回転させて基板表面Ｗｆを乾燥させる第２乾燥処理を実行することで、基板表面Ｗｆの乾燥を促進している。さらに、スピンドライ処理においては、ガス供給路３４から窒素ガスを供給することで間隙空間ＳＰを窒素ガス雰囲気としてもよい。これにより、基板表面Ｗｆの乾燥が促進され、さらに乾燥時間を短縮できる。

こうして、基板Ｗの乾燥処理（第１および第２乾燥処理）が終了すると、制御ユニット４は、チャック回転機構１３を制御して基板Ｗの回転を停止させる（ステップＳ８）。その後、遮断部材３を離間位置に位置決めして、基板搬送手段が処理済の基板Ｗを装置から搬出して、１枚の基板Ｗに対する一連の洗浄処理が終了する（ステップＳ９）。

以上のように、この実施形態によれば、基板表面Ｗｆの乾燥前（乾燥工程前）に、基板表面Ｗｆに付着しているリンス液（ＤＩＷ）を該リンス液よりも表面張力が低い混合液（低表面張力溶剤）に置換している。このため、有機溶剤ガスを基板表面Ｗｆに向けて供給する際に基板表面Ｗｆ上で急激なマランゴニ対流が引き起こされるのを防止して、基板表面Ｗｆに付着する混合液にＩＰＡを十分に溶解させることができる。したがって、以下に詳細に説明するように、基板表面Ｗｆに微細パターンが形成されていたとしても、パターンの倒壊を有効に防止できる。

ＩＰＡとＤＩＷとの間には比較的大きな表面張力差が存在する。このため、ＩＰＡ蒸気を含む有機溶剤ガスが基板表面Ｗｆに付着するリンス液（ＤＩＷ）に向けて吐出されると、ＩＰＡ蒸気が直接に供給される基板表面領域、つまり直接供給領域に付着する液体の表面張力が、そうでない基板表面領域、つまり非直接供給領域に付着する液体の表面張力に比較して大きく低下する。その結果、直接供給領域に付着する液体と非直接供給領域に付着する液体との間に比較的大きな表面張力差が発生する。そして、図７（ａ）に示すように、このような表面張力差に起因して基板表面Ｗｆ上の液体に急激なマランゴニ対流が引き起こされる。このため、基板表面Ｗｆに形成されたパターン間隙の内部に付着するリンス液（ＤＩＷ）にＩＰＡが十分に溶解しないうちに基板表面Ｗｆが部分的に乾燥されてしまう。したがって、リンス液（ＤＩＷ）に有機溶剤ガスを吐出した場合には、パターン倒壊を十分に防止することが困難となっていた。

また、基板表面Ｗｆが部分的に乾燥すると、乾燥領域と未乾燥領域（液体で濡れている基板表面領域）との間に界面（気液固界面）が生じることとなるが、このような気液固界面の位置を制御することは困難であった。すなわち、基板表面Ｗｆに付着する液体に急激なマランゴニ対流が起こり、該液体の一部が移動して基板表面Ｗｆが部分的に乾燥する。しかしながら、急激なマランゴニ対流が起こった後に未乾燥領域上の液体が該液体の表面と基板表面Ｗｆとがなす固有の接触角を形成するように乾燥領域に移動する。その結果、一旦、乾燥した基板表面領域（乾燥領域）が再び液体で濡れることがあった。つまり、気液固界面の位置が乾燥領域と未乾燥領域との間で変動することがあった。その結果、乾燥領域に液滴が残留するなどしてウォーターマーク発生等の乾燥不良を引き起こしてしまう場合があった。

これに対して、この実施形態によれば、基板表面Ｗｆの乾燥前に、基板表面Ｗｆに付着しているリンス液（ＤＩＷ）を該リンス液よりも表面張力が低い混合液に置換している。このため、図７（ｂ）に示すように、有機溶剤ガスが混合液に向けて吐出されても、混合液とＩＰＡとの間の表面張力差はリンス液（ＤＩＷ）とＩＰＡとの間の表面張力差に比較して小さいことから、急激なマランゴニ対流が引き起こされるのを防止できる。これにより、基板表面Ｗｆが部分的に乾燥されるのを抑制して、基板表面Ｗｆに付着する混合液にＩＰＡを十分に溶解させることができる。したがって、基板表面Ｗｆに微細パターンが形成されていたとしても、パターンの倒壊を有効に防止することができる。つまり、基板表面Ｗｆに付着しているリンス液を混合液に置換することで、パターンの間隙に存在するリンス液が該リンス液よりも表面張力が低い混合液に置換される。さらに、混合液が付着する基板表面Ｗｆに向けて有機溶剤ガスが吐出されることで、パターンの間隙に存在する混合液にＩＰＡが溶解して表面張力が低下する。すなわち、パターンの間隙に存在する液体成分の表面張力が２段階にわたって低下する。したがって、パターンの間隙に存在する液体成分の表面張力を十分に低下させた状態で基板Ｗを乾燥させることができ、基板乾燥時におけるパターンの倒壊を有効に防止することができる。また、基板表面Ｗｆの部分的な乾燥を防止しているため、基板表面Ｗｆに付着する混合液中に気液固界面が現れることがない。このため、基板表面（乾燥領域）に液滴が残留するなどしてウォーターマーク発生等の乾燥不良が発生するのを抑制できる。

また、この実施形態によれば、基板Ｗを略水平姿勢で支持しながら基板表面Ｗｆに直接に混合液を供給しているので、混合液の消費量を抑制できる。すなわち、この実施形態によれば、基板表面Ｗｆに混合液を付着させるために基板表面Ｗｆに付着するリンス液を置換するだけの混合液を基板表面Ｗｆに供給すればよい。このため、混合液の生成に必要なＩＰＡの消費量を抑制することができ、コスト低減を図ることができる。しかも、リンス工程では混合液と異なり、ＤＩＷのみからなるリンス液により実行している。このため、置換工程では基板表面Ｗｆに付着するリンス液を混合液に置換するだけのＩＰＡを用意すればよく、ＩＰＡの消費量をさらに抑制することができる。

また、この実施形態によれば、混合液中のＩＰＡ濃度を５％以上かつ１０％以下に設定した混合液を用いている。つまり、混合液の表面張力がリンス液（ＤＩＷ）の表面張力とＩＰＡの表面張力のほぼ中間値となるようにＩＰＡ濃度を設定した混合液を用いている。このように混合液中のＩＰＡ濃度を設定するのは次のような理由による。すなわち、混合液の表面張力がリンス液（ＤＩＷ）の表面張力に近い値を有する場合には、パターン間隙に発生する負圧を低下させることができないばかりか、基板表面Ｗｆに向けて有機溶剤ガスを吐出した際に、基板表面Ｗｆ上で急激なマランゴニ対流が引き起こされてしまう。その一方で、混合液の表面張力がＩＰＡの表面張力に近い値を有する場合には、基板表面Ｗｆに向けて有機溶剤ガスを吐出した際に、マランゴニ対流が引き起こされず、ＩＰＡをパターン間隙の内部まで溶け込ませていくことが困難になる。そこで、混合液中のＩＰＡ濃度を５％以上かつ１０％以下に設定した混合液を用いることで、上記した弊害を防止できる。また、このような濃度領域にＩＰＡ濃度を設定することで次のような利点がある。すなわち、基板表面Ｗｆ上で引き起こされるマランゴニ対流の度合い（対流の激しさ）を調整するためには、混合液とＩＰＡとの間の表面張力差をコントロールする必要がある。ここで、図４に示すように、ＩＰＡ濃度が５％以上かつ１０％以下の領域ではＩＰＡ濃度変化に対する混合液の表面張力の変化が比較的大きくなっている。したがって、このような濃度領域を使用することで、混合液とＩＰＡとの間の表面張力差を容易にコントロールすることが可能となる。

また、この実施形態によれば、遮断部材３を基板表面Ｗｆに対向して配置して、遮断部材３の底面３ａと基板表面Ｗｆとに挟まれた間隙空間ＳＰに有機溶剤ガスを供給している。このため、間隙空間ＳＰにおける雰囲気中のＩＰＡ蒸気濃度を高めて、基板表面Ｗｆに付着する混合液にＩＰＡを十分に溶解させることができる。その結果、パターン倒壊防止効果を高めるとともに、基板Ｗの乾燥効率を向上させることができる。また、間隙空間ＳＰの体積を限定することで、該間隙空間ＳＰに供給すべきＩＰＡ蒸気量を低減することができ、ＩＰＡの消費量を抑制できる。

しかも、この実施形態によれば、遮断部材３を基板表面Ｗｆの近傍位置に配置することができる。すなわち、基板表面Ｗｆに付着するリンス液（ＤＩＷ）に有機溶剤ガスを供給する場合には、遮断部材３を基板表面Ｗｆの近傍位置に配置することができず、遮断部材３を基板表面Ｗｆから上方に十分に離れた位置に配置する必要があった。なんとなれば、遮断部材３を基板表面Ｗｆの近傍位置に配置した場合には、ＩＰＡとＤＩＷの間の表面張力差が大きいことからリンス液（ＤＩＷ）にＩＰＡ蒸気を含む有機溶剤ガスが供給されると、基板表面Ｗｆに付着する液体各部で比較的大きな表面張力差が発生してしまう。その結果、基板表面Ｗｆ上で急激なマランゴニ対流が引き起こされてしまうからである。そこで、遮断部材３を基板表面Ｗｆから上方に十分に離れた位置に配置することで、有機溶剤ガスが基板表面Ｗｆに到達するまでに拡散され、基板表面Ｗｆに有機溶剤ガスを均一に供給可能となる。これにより、基板表面Ｗｆに付着する液体各部に均一に有機溶剤を溶解させて基板表面Ｗｆ上で急激なマランゴニ対流が引き起こされるのを防止できる。しかしながら、この場合には、有機溶剤が拡散する結果、遮断部材３と基板表面Ｗｆとに挟まれた雰囲気中のＩＰＡ蒸気濃度が低下してしまう。このため、基板表面Ｗｆに付着する液体の表面張力を十分に低下させることができず、基板乾燥時におけるパターン倒壊を有効に防止することができなくなる。

これに対して、この実施形態によれば、有機溶剤ガスの供給前に予め基板表面Ｗｆに付着するリンス液（ＤＩＷ）を混合液に置換することで、ＩＰＡと基板表面Ｗｆに付着する液体成分（混合液）と間の表面張力差を小さくしている。これにより、基板表面Ｗｆ上における雰囲気中のＩＰＡ蒸気濃度に偏りがある場合であっても、急激なマランゴニ対流が引き起こされるのを防止できる。このため、遮断部材３を基板表面Ｗｆの近傍位置に配置することができる。したがって、間隙空間ＳＰにおける雰囲気中のＩＰＡ蒸気濃度の高濃度化およびＩＰＡ消費量の抑制を効果的に達成できる。

＜第２実施形態＞
図８はこの発明にかかる基板処理装置の第２実施形態を示すフローチャートである。この第２実施形態にかかる基板処理装置が第１実施形態と大きく相違する点は、低表面張力溶剤として混合液に替えて界面活性剤を必須的に含む溶剤（以下「界面活性剤含有溶剤」という）を基板表面Ｗｆに供給している点であり、その他の構成および動作は上記実施形態と同一である。したがって、以下においては相違点を中心に説明する。

この実施形態では、リンス処理（ステップＳ４）が終了すると、基板表面Ｗｆに界面活性剤含有溶剤を供給する。これにより、基板表面Ｗｆに付着するリンス液（ＤＩＷ）が界面活性剤含有溶剤に置換される（ステップＳ５Ａ）。なお、界面活性剤含有溶剤の表面張力はリンス液（ＤＩＷ）よりも低く、かつＩＰＡよりも高くなっている。このような界面活性剤含有溶剤としては、例えば基板表面Ｗｆに付着するリンス液と同一組成の液体に界面活性剤を含有させた溶液を用いることができる。

続いて、基板表面Ｗｆに付着する界面活性剤含有溶剤に向けて有機溶剤ガスが吐出される。これにより、基板表面Ｗｆ上で急激なマランゴニ対流が引き起こされることなく、有機溶剤ガスに含まれるＩＰＡ蒸気が界面活性剤含有溶剤の各部に溶解して表面張力が低下していく。その後、界面活性剤含有溶剤に溶解したＩＰＡは混合液とともに次第に気化していき、基板表面Ｗｆが乾燥されていく（ステップＳ６）。

以上のように、この実施形態によれば、上記実施形態と同様に基板表面Ｗｆの乾燥前（乾燥工程前）に、基板表面Ｗｆに付着しているリンス液（ＤＩＷ）を該リンス液よりも表面張力が低い界面活性剤含有溶剤（低表面張力溶剤）に置換している。このため、有機溶剤ガスを基板表面Ｗｆに向けて供給する際に基板表面Ｗｆ上で急激なマランゴニ対流が引き起こされるのを防止して、基板表面Ｗｆに付着する界面活性剤含有溶剤にＩＰＡを十分に溶解させることができる。したがって、パターン間隙の内部に付着する液体成分の表面張力を十分に低下させた状態で基板Ｗを乾燥させることができる。したがって、基板乾燥時におけるパターンの倒壊を有効に防止することができる。

＜第３実施形態＞
上記実施形態では、スピンチャック１に設けられたチャックピン１７を「基板支持手段」として、チャックピン１７により略水平姿勢で支持された基板Ｗを乾燥させているが、これに限定されない。例えば図９に示すように、搬送機構１０１が基板Ｗを略水平姿勢で支持した状態で搬送しながら基板Ｗを乾燥させる基板処理装置に対しても本発明を適用することができる（第３実施形態）。

図９はこの発明にかかる基板処理装置の第３実施形態を示す図である。この基板処理装置では、搬送機構１０１はリンス液（ＤＩＷ）で濡れた基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗを略水平姿勢で支持する。そして、搬送機構１０１は略水平方向に延びる搬送方向ＴＤに基板Ｗを搬送する。また、液供給ノズル１０２（本発明の「溶剤供給手段」に相当）が搬送方向ＴＤに搬送される基板Ｗの表面Ｗｆに対向配置されている。液供給ノズル１０２は液供給ユニット（図示せず）に接続されており、液供給ユニットからの混合液（ＩＰＡ＋ＤＩＷ）を基板表面Ｗｆに供給する。また、液供給ノズル１０２に対して搬送方向ＴＤの下流側には溶剤ガス吐出部１０３が設けられている。溶剤ガス吐出部１０３（本発明の「乾燥手段」に相当）は溶剤ガス供給ユニット（図示せず）に接続されており、溶剤供給ユニットからの有機溶剤ガス（ＩＰＡ蒸気＋窒素ガス）を基板表面Ｗｆに向けて吐出する。このように、この実施形態では、搬送機構１０１が本発明の「基板支持手段」として機能する。

次に、上記のように構成された基板処理装置の動作について図１０を参照しつつ説明する。図１０は図９の基板処理装置の動作を示す模式図である。搬送方向ＴＤに搬送される基板Ｗの表面Ｗｆに液供給ノズル１０２から混合液を供給することで、基板表面Ｗｆに付着するリンス液が混合液に置換される。これにより、基板表面Ｗｆの全体に混合液による液体層１０５が形成される。そして、搬送方向ＴＤにおける液体層１０５の下流側に溶剤ガス吐出部１０３から有機溶剤ガスが供給されると、有機溶剤ガスが液体層１０５を構成する混合液に溶解して液体層１０５の下流側界面１０５ａ（気液固界面）での表面張力が低下してマランゴニ対流が引き起こされる。これによって、液体層１０５を構成する混合液が搬送方向ＴＤの上流側に引っ張られて下流側界面１０５ａも上流側に移動し、この界面移動に対応する基板表面領域が乾燥する。

以上のように、この実施形態によれば、基板表面Ｗｆに付着するリンス液（ＤＩＷ）を該リンス液よりも表面張力が低い混合液（低表面張力溶剤）に置換している。このため、基板表面Ｗｆに向けて有機溶剤ガスを供給して基板表面Ｗｆを乾燥させる際に、基板表面Ｗｆ上で急激なマランゴニ対流が引き起こされるのを防止できる。したがって、液体層１０５の下流側界面１０５ａ（気液固界面）が乾燥領域と未乾燥領域（混合液で濡れている基板表面領域）との間で変動するのを抑制できる。このため、乾燥領域に液滴が残留するなどしてウォーターマーク発生等の乾燥不良が発生するのを防止できる。なお、低表面張力溶剤として混合液に替えて界面活性剤含有溶剤を用いてもよい。

＜その他＞
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば上記第１および第２実施形態では、遮断部材３の中心部に形成されたガス供給路３４から間隙空間ＳＰに有機溶剤ガスを供給しているが、遮断部材３の構成はこれに限定されない。例えば図１１に示すように、遮断部材の底面（基板対向面）に複数のガス吐出口を形成してもよい（第４実施形態）。この実施形態では、遮断部材３０の底面３０ａに複数のガス吐出口３０１が、例えば基板Ｗの回転中心を中心として放射状に形成されている。また、遮断部材３０の内部には複数のガス吐出口３０１の各々に連通するガス流通空間３０２が形成されている。ガス流通空間３０２は溶剤ガス供給ユニット（図示せず）に接続されており、溶剤ガス供給ユニットからＩＰＡ蒸気を含む有機溶剤ガスが供給されると、複数のガス吐出口３０１を介して有機溶剤ガスが間隙空間ＳＰに供給される。この構成によれば、有機溶剤ガスを基板表面Ｗｆに向けて供給する際に、基板表面Ｗｆに付着する低表面張力溶剤にＩＰＡを均一にかつ高効率に溶解させていくことができる。したがって、基板乾燥時におけるパターン倒壊を確実に防止しながら乾燥時間を短縮することができる。

また、上記第第１および第２実施形態では、有機溶剤ガスの吐出後に基板Ｗを回転させて基板表面Ｗｆに付着している液体成分を振り切って基板表面Ｗｆを乾燥（スピンドライ）させている。しかしながら、基板Ｗに対するスピンドライ処理の実行は必ずしも必要でない。例えばスピンドライ処理に替えて高温の窒素ガスを基板表面Ｗｆに供給するなどして、基板表面Ｗｆを加熱しながら基板Ｗの乾燥を促進させてもよい。

また、上記第３実施形態では、液供給ノズル１０２および溶剤ガス吐出部１０３を固定配置した状態で基板Ｗを移動させて基板表面Ｗｆを乾燥させているが、液供給ノズル１０２および溶剤ガス吐出部１０３も同時に移動させるように構成してもよい。また、基板Ｗを固定配置した状態で液供給ノズル１０２および溶剤ガス吐出部１０３を移動させて基板表面Ｗｆを乾燥させてもよい。要は基板Ｗを略水平姿勢で支持しながら、基板Ｗと液供給ノズル１０２および溶剤ガス吐出部１０３とを相対移動させるように構成すればよい。また、例えば液晶表示用ガラス基板などのように角型基板の基板表面を乾燥させる際には、複数の搬送ローラを搬送方向に沿って配置するとともに、上記第３実施形態と同一構成の液供給ノズル１０２および溶剤ガス吐出部１０３を固定配置してもよい。この場合、複数の搬送ローラが基板Ｗを略水平姿勢で転支しながら搬送方向に搬送することで基板Ｗを乾燥させることができる。

また、上記実施形態では、リンス液としてＤＩＷを用いているが、ＤＩＷの他、炭酸水、水素水、希薄濃度（例えば１ｐｐｍ程度）のアンモニア水および塩酸など（以下「ＤＩＷ以外のリンス液」という）も用いることができる。この場合、上記第１実施形態では、基板表面Ｗｆに付着しているリンス液と同一組成の液体（ＤＩＷ以外のリンス液）と第２有機溶剤とを混合したものを混合液として用いてもよい。また、リンス液としてＤＩＷ以外のリンス液を用いる一方で、混合液はＤＩＷと第２有機溶剤とを混合したものを用いてもよい。さらに、リンス液としてＤＩＷを用いる一方で、混合液はＤＩＷ以外のリンス液と第２有機溶剤とを混合したものを用いてもよい。要は、基板表面Ｗｆに付着している液体と主成分が同一である液体と第２有機溶剤とを混合したものを混合液として用いればよい。

また、上記実施形態では、リンス液で濡れた基板表面Ｗｆを乾燥させているが、リンス液以外の液体で濡れた基板表面Ｗｆを乾燥させる基板処理装置および基板処理方法に対しても本発明を適用することができる。

この発明は、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、ＦＥＤ（Field Emission Display）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板などを含む基板全般の表面に対して乾燥処理を施す基板処理装置および基板処理方法に適用することができる。

この発明にかかる基板処理装置の第１実施形態を示す図である。 溶剤ガス供給ユニットの構成の一例を示す図である。 液供給ユニットの構成の一例を示す図である。 ＩＰＡ濃度と表面張力γとの関係を示すグラフである。 図１の基板処理装置の動作を示すフローチャートである。 図１の基板処理装置の動作を示す模式図である。 図１の基板処理装置の動作を示す模式図である。 この発明にかかる基板処理装置の第２実施形態を示すフローチャートである。 この発明にかかる基板処理装置の第３実施形態を示す図である。 図９の基板処理装置の動作を示す模式図である。 この発明にかかる基板処理装置の第４実施形態を示す図である。

符号の説明

３，３０…遮断部材（雰囲気遮断手段）
３ａ，３０ａ…遮断部材の底面（基板対向面）
４…制御ユニット（乾燥手段）
７…リンスノズル（溶剤供給手段）
１３…チャック回転機構（回転手段）
１７…チャックピン（基板支持手段）
２１…溶剤ガス供給ユニット（乾燥手段）
２３…液供給ユニット（溶剤供給手段）
３４…ガス供給路（乾燥手段）
１０１…搬送機構（基板支持手段）
１０２…液供給ノズル（溶剤供給手段）
１０３…溶剤ガス吐出部（乾燥手段）
３０１…複数のガス吐出口
ＳＰ…間隙空間
Ｗ…基板
Ｗｆ…基板表面

Claims (10)

1. 液体で濡れた基板表面を乾燥させる基板処理装置において、
   前記基板表面を上方に向けた状態で基板を略水平姿勢で支持する基板支持手段と、
   前記液体よりも表面張力が低い低表面張力溶剤を前記基板表面に供給する溶剤供給手段と、
   前記低表面張力溶剤に溶解して表面張力を低下させる第１有機溶剤の蒸気を必須的に含む有機溶剤ガスを前記基板表面に向けて吐出して前記基板表面を乾燥させる乾燥手段と
   を備え、
   前記溶剤供給手段は前記乾燥手段による乾燥前の前処理として前記低表面張力溶剤を前記基板表面に供給して前記基板表面に付着している液体を前記低表面張力溶剤に置換させることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記基板支持手段に支持された前記基板を回転させる回転手段をさらに備え、
   前記溶剤供給手段は前記回転手段により回転される前記基板の表面に前記低表面張力溶剤を供給する請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記乾燥手段は前記基板表面への前記有機溶剤ガスの吐出後に前記回転手段により前記基板を回転させて前記基板表面に付着している液体成分を振り切って前記基板表面を乾燥させる請求項２記載の基板処理装置。
4. 前記溶剤供給手段は、前記基板表面に付着している液体と同一組成の液体または前記基板表面に付着している液体と主成分が同一である液体と、該液体に溶解して表面張力を低下させる第２有機溶剤とが混合された混合液を前記低表面張力溶剤として前記基板表面に供給する請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置。
5. 前記溶剤供給手段は、前記混合液中の前記第２有機溶剤の体積百分率が５％以上かつ１０％以下である混合液を前記基板表面に供給する請求項４記載の基板処理装置。
6. 前記溶剤供給手段は、界面活性剤を必須的に含む溶剤を前記低表面張力溶剤として前記基板表面に供給する請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置。
7. 前記基板表面に対向可能な基板対向面を有し、前記基板対向面を前記基板表面に対向しながら離間配置される雰囲気遮断手段をさらに備え、
   前記乾燥手段は前記基板対向面と前記基板表面とに挟まれた間隙空間に前記有機溶剤ガスを供給する請求項１ないし６のいずれかに記載の基板処理装置。
8. 前記基板対向面に複数のガス吐出口が形成されている請求項７記載の基板処理装置であって、
   前記乾燥手段は前記複数のガス吐出口から前記間隙空間に前記有機溶剤ガスを供給する基板処理装置。
9. 液体で濡れた基板表面を乾燥させる基板処理方法において、
   前記液体よりも表面張力が低い低表面張力溶剤を略水平姿勢で支持された基板の表面に供給して前記基板表面に付着している液体を前記低表面張力溶剤に置換させる置換工程と、
   前記低表面張力溶剤に溶解して表面張力を低下させる第１有機溶剤の蒸気を必須的に含む有機溶剤ガスを前記基板表面に向けて吐出して前記基板表面を乾燥させる乾燥工程と
   を備えたことを特徴とする基板処理方法。
10. 前記置換工程前にリンス液を前記基板表面に供給してリンス処理を施すリンス工程をさらに備え、
    前記置換工程では、前記基板表面に付着しているリンス液を前記液体として前記低表面張力溶剤に置換させる請求項９記載の基板処理方法。
    

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