JP2015204427A - 基板乾燥装置、制御プログラム、及び基板乾燥方法 - Google Patents

基板乾燥装置、制御プログラム、及び基板乾燥方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 良好な枚葉ＩＰＡ乾燥を行うことで欠陥の発生を抑制できる基板乾燥装置を提供する。【解決手段】 基板Ｗを水平面内で回転させる基板回転機構１０と、基板Ｗに対して相対的に基板Ｗの中心Ｗｃから遠ざかるように移動しつつ、基板Ｗにリンス液Ｒを吐出するリンス液ノズル２０と、リンス液ノズル２０の移動に伴って基板Ｗに対して相対的に基板Ｗの中心Ｗｃから遠ざかるように移動しつつ、基板Ｗに乾燥気体Ｇを吹出する乾燥気体ノズル３０と、リンス液ノズル２０及び乾燥気体ノズル３０の移動に伴って基板Ｗの中心Ｗｃから遠ざかるように移動することで、基板Ｗの表面ＷＡのリンス液Ｒの界面Ｒｅ付近をセンシングする液領域センサ５１及び乾燥領域センサ５２と、液領域センサ５１及び乾燥領域センサ５２のセンシング結果に基づいて、リンス液Ｒと乾燥気体Ｇによって基板Ｗの表面ＷＡにリンス液Ｒの界面Ｒｅが基板Ｗの外周に向けて広がるように、乾燥条件を制御する制御部５３とを備えている。【選択図】 図５

Description

本発明は、基板乾燥装置、制御プログラム、及び基板乾燥方法に関し、具体的には、遠心力とマランゴニ力とでリンス液を外周側に移動させて基板上の乾燥領域を中心から外周に徐々に広げて最終的に基板全面を乾燥させる基板乾燥装置、制御プログラム、及び基板乾燥方法に関する。
近年の半導体デバイスへの微細化の要請を背景に、配線材料としてより抵抗の小さい銅が用いられるようになってきている。銅配線は、一般に、基板の表面に形成された絶縁膜に溝を掘り、その溝に銅を埋め込んだ後、余分な銅をＣＭＰ（化学機械研磨）で削ることで形成される。ＣＭＰで研磨した後の基板は、湿式洗浄された後に乾燥される。銅が埋め込まれる絶縁膜は、配線間に形成されるコンデンサ容量を低減させる観点からｋ値（比誘電率）の低い材料（Ｌｏｗ−ｋ膜）が用いられる。Ｌｏｗ−ｋ膜は疎水性であるため、研磨後の洗浄において基板上の水膜が分断されやすく、水膜が分断された状態で乾燥が行われるとウォーターマーク（水染み）等の欠陥が発生しやすい。
上記のような事情の下、欠陥の発生抑制に効果的な乾燥方法として、枚葉式で、回転する基板にリンス液ノズルから洗浄用のリンス液の液流を供給して基板面全体を覆う液膜を形成するとともに、リンス液の表面張力を低下させるＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を含有する乾燥用の気体流を乾燥気体ノズルから液流の内側に供給し、リンス液ノズル及び乾燥気体ノズルを回転する基板の中心から外周に移動させることで、遠心力とマランゴニ力とでリンス液を外周側に移動させて基板上の乾燥領域を中心から外周に徐々に広げ、最終的に基板面全体を乾燥させる方法（以下、本明細書では「枚葉ＩＰＡ乾燥」という）がある。
枚葉ＩＰＡ乾燥では、リンス液は、遠心力によって基板の外周に向けて広がる。それと同時に、ＩＰＡによるマランゴニ効果によってリンス液の界面の表面張力が外向に大きくなることで、リンス液の界面は基板の外周に向けて移動することになる。
なお、本発明に関連する先行技術として、以下の先行技術文献がある。
特開２００８−２９４２７６号公報 特開２０１１−１７１３９６号公報
しかしながら、枚葉ＩＰＡ乾燥において、基板の回転による基板表面の移動速度に対して、リンス液の供給量やリンス液ノズル及び乾燥気体ノズルの外周に向かう移動速度等の乾燥条件が適切でないと、枚葉ＩＰＡ乾燥が良好に行われずに、ウォーターマークや残存異物による欠陥が発生する。特に、基板が大径化すると、中心寄りの箇所と外周寄りの箇所では、リンス液ノズル及び乾燥気体ノズルに対する基板表面の相対的な移動速度の差が大きくなる等の理由から、スループットを極力上げつつ、中心から外周にかけてリンス液の界面を移動させて良好な枚葉ＩＰＡ乾燥を行うことが困難になる。
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、良好な枚葉ＩＰＡ乾燥を行うことで欠陥の発生を抑制できる基板乾燥装置、制御プログラム、及び基板乾燥方法を提供することを目的とする。
本発明の基板乾燥装置は、基板を水平面内で回転させる基板回転機構と、前記基板回転機構によって回転する前記基板に対して相対的に前記基板の中心から遠ざかるように移動しつつ、前記基板にリンス液を吐出するリンス液ノズルと、前記リンス液ノズルの移動に伴って前記基板回転機構によって回転する前記基板に対して相対的に前記基板の中心から遠ざかるように移動しつつ、前記基板に乾燥気体を吹出する乾燥気体ノズルと、前記リンス液ノズル及び前記乾燥気体ノズルの移動に伴って前記基板の中心から遠ざかるように移動することで、前記基板の表面の前記リンス液の界面付近をセンシングするセンサと、前記センサのセンシング結果に基づいて、前記リンス液と前記乾燥気体によって前記基板の表面に前記リンス液の界面が前記基板の外周に向けて広がるように、乾燥条件を制御する制御部とを備えた構成を有している。
この構成により、センサが移動しながら外周に向けて広がるリンス液の界面の付近をセンシングし、そのセンシング結果に基づいて乾燥中にリンス液の界面が所望の形状になるように乾燥条件を制御できる。なお、センサについて、リンス液ノズル及び乾燥気体ノズルの移動に伴って移動するとは、リンス液ノズル及び乾燥気体ノズルが移動したときにセンサも移動するという意味であり、必ずしも一体となって移動することを言うものではない。
上記の基板乾燥装置において、前記センサは、前記リンス液と前記乾燥気体によって前記基板の表面に形成されるべき前記リンス液の界面の外側をセンシングする液領域センサであってよい。この構成によりに、リンス液の界面の外側にあるべき領域にリンス液がない状態を検知して乾燥条件を制御できる。
上記の基板乾燥装置において、前記センサは、前記リンス液と前記乾燥気体によって前記基板の表面に形成されるべき前記リンス液の界面の内側をセンシングする乾燥領域センサであってよい。この構成により、リンス液がない状態及びリンス液の界面の内側にあるべき領域にリンス液がある状態を検知して乾燥条件を制御できる。
上記の基板乾燥装置において、前記センサは、前記リンス液と前記乾燥気体によって前記基板の表面に形成されるべき前記リンス液の界面の外側をセンシングする液領域センサと、前記リンス液と前記乾燥気体によって前記基板の表面に形成されるべき前記リンス液の界面の内側をセンシングする乾燥領域センサとを含んでいてよい。この構成により、リンス液の界面の外側にあるべき領域にリンス液がない状態及びリンス液の界面の内側にあるべき領域にリンス液がある状態を検知して乾燥条件を制御できる。
上記の基板乾燥装置において、前記液領域センサは、前記リンス液ノズルから吐出されたリンス液の前記基板の表面における着水エリアの重心と前記基板の中心との間の距離と、前記液領域センサの前記基板の表面におけるセンシングエリアの最も内側と前記基板の中心との間の距離とが、ほぼ同じになるように、前記リンス液ノズル及び前記乾燥気体ノズルの移動に伴って移動してよい。この構成により、リンス液ノズルの移動が遅く、又はリンス液の吐出量が不足している状態を検知して乾燥条件を制御できる。
上記の基板乾燥装置において、前記乾燥領域センサは、前記リンス液ノズルから吐出されたリンス液の前記基板の表面における着水エリアの最も内側と前記基板の中心との距離と、前記乾燥領域センサの前記基板の表面におけるセンシングエリアの重心と前記基板の中心との距離とが、ほぼ同じになるように、前記リンス液ノズル及び前記乾燥気体ノズルの移動に伴って移動してよい。この構成により、リンス液ノズルの移動が速く、又はリンス液の吐出量が過剰である状態を検知して乾燥条件を制御できる。
上記の基板乾燥装置において、前記リンス液ノズルと前記液領域センサとの相対位置関係は固定されていてよい。この構成により、液領域センサは、確実にリンス液ノズルの移動に追随して移動して、リンス液の界面付近の液領域をセンシングできる。
上記の基板乾燥装置において、前記リンス液ノズルと前記乾燥領域センサとの相対位置関係は固定されていてよい。この構成により、乾燥領域センサは、確実にリンス液ノズルの移動に追随して移動して、リンス液の界面付近の乾燥領域をセンシングできる。
上記の基板乾燥装置において、前記乾燥条件は、前記リンス液ノズルからの前記リンス液の吐出量を含んでいてよい。この構成により、リンス液不足によって、基板が回転している間にリンス液の界面が途切れてしまう等の状況を改善できる。
上記の基板乾燥装置において、前記乾燥条件は、前記リンス液ノズルの移動速度を含んでいてよい。この構成により、リンス液ノズルの移動速度が速すぎてリンス液ノズルが基板の外周方向にリンス液の界面を追い越す等の状況を改善できる。
上記の基板乾燥装置において、前記乾燥条件は、前記基板の回転速度を含んでいてよい。この構成により、基板の回転速度が速すぎて基板の外周方向にリンス液の界面がリンス液ノズルを追い越す等の状況を改善できる。
本発明の別の態様の基板乾燥装置は、基板を水平面内で回転させる基板回転機構と、前記基板回転機構によって回転する前記基板に対して相対的に前記基板の中心から遠ざかるように移動しつつ、前記基板にリンス液を吐出するリンス液ノズルと、前記リンス液ノズルの移動に伴って、前記基板回転機構によって回転する前記基板に対して相対的に前記基板の中心から遠ざかるように移動しつつ、前記基板に乾燥気体を吹出する乾燥気体ノズルと、前記リンス液ノズルとともに移動しつつ、前記基板の表面をセンシングするセンサと、前記センサのセンシング結果に基づいて、乾燥条件を制御する制御部とを備えた構成を有している。
この構成により、リンス液ノズルとともに移動するセンサによって基板の表面をセンシングするので、リンス液ノズルと乾燥気体ノズルによって外周に向けて広がるリンス液の状態に基づいて乾燥中にリンス液の界面が所望の形状になるように乾燥条件を制御できる。
本発明のさらに別の態様の基板乾燥装置は、基板を水平面内で回転させる基板回転機構と、前記基板回転機構によって回転する前記基板に対して相対的に前記基板の中心から遠ざかるように移動しつつ、前記基板にリンス液を吐出するリンス液ノズルと、前記リンス液ノズルの移動に伴って前記基板回転機構によって回転する前記基板に対して相対的に前記基板の中心から遠ざかるように移動しつつ、前記基板に乾燥気体を吹出する乾燥気体ノズルと、前記リンス液ノズルが前記基板の中心から遠ざかるに従って前記リンス液の吐出量が多くなるように、前記リンス液ノズルを制御する制御部とを備えた構成を有している。
この構成により、基板の中心から離れるに従ってリンス液の吐出量が多くなるので、ンク液ノズルがリンス液を吐出する基板の表面の速度が増加しても所望のリンス液の界面を形成できる。
本発明の基板乾燥方法は、基板を水平面内で回転させ、前記基板の中心から遠ざかるようにリンス液ノズルを移動させつつ、前記リンス液ノズルから前記基板にリンス液を吐出し、前記乾燥気体ノズルの移動に伴って前記基板の中心から遠ざかるように乾燥気体ノズル移動させつつ、前記乾燥気体ノズルから前記基板に乾燥気体を吹出し、前記リンス液ノズル及び前記乾燥気体ノズルの移動に伴って前記基板の中心から遠ざかるように移動することで、前記基板の表面の前記リンス液の界面付近をセンシングし、前記センシングの結果に基づいて、前記リンス液と前記乾燥気体によって前記基板の表面に前記リンス液の界面が前記基板の外周に向けて広がるように、乾燥条件を制御する構成を有している。
この構成により、外周に向けて広がるリンス液の界面の付近をセンシングし、そのセンシング結果に基づいて乾燥中にリンス液の界面が所望の形状になるように乾燥条件を制御できる。
本発明の制御プログラムは、基板を水平面内で回転させる基板回転機構と、前記基板回転機構によって回転する前記基板に対して相対的に前記基板の中心から遠ざかるように移動しつつ、前記基板にリンス液を吐出するリンス液ノズルと、前記リンス液ノズルの移動に伴って前記基板回転機構によって回転する前記基板に対して相対的に前記基板の中心から遠ざかるように移動しつつ、前記基板に乾燥気体を吹出する乾燥気体ノズルと、前記リンス液ノズル及び前記乾燥気体ノズルの移動に伴って前記基板の中心から遠ざかるように移動することで、前記基板の表面の前記リンス液の界面付近をセンシングするセンサとを備えた基板乾燥装置を制御する制御プログラムであって、前記制御部に、前記センサのセンシング結果に基づいて、前記リンス液と前記乾燥気体によって前記基板の表面に前記リンス液の界面が前記基板の外周に向けて広がるように、乾燥条件を制御させる構成を有している。
この構成によっても、センサが移動しながら外周に向けて広がるリンス液の界面の付近をセンシングし、そのセンシング結果に基づいて乾燥中にリンス液の界面が所望の形状になるように乾燥条件を制御できる。
本発明によれば、センサが移動しながら外周に向けて広がるリンス液の界面の付近をセンシングし、そのセンシング結果に基づいて乾燥中にリンス液の界面が所望の形状になるように乾燥条件を制御できる。
本発明の実施の形態における基板乾燥装置１の概略構成を示す斜視図 （ａ）本発明の実施の形態におけるリンス液ノズルの側面図、（ｂ）本発明の実施の形態における乾燥気体ノズルの側面図 （ａ）本発明の実施の形態における基板乾燥装置の移動機構まわりの平面図、（ｂ）本発明の実施の形態における移動機構の可動アーム先端の部分拡大平面図 本発明の実施の形態における基板乾燥装置の制御系の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態におけるリンス液の界面と、着水エリア、着ガスエリア、及び各センシングエリアとの位置関係を示す図 本発明の実施の形態におけるリンス液の界面が崩れてしまっている例を示す図 （ａ）図６のＬ１部分の拡大図、（ｂ）図７（ａ）のＡ−Ａ’断面図 （ａ）図６のＬ２部分の拡大図、（ｂ）図８（ａ）のＢ−Ｂ’断面図 遠心力が強く、速度が速いが上に液上空間との摩擦で液膜が薄くなり想定する位置関係における液膜量が維持できなくなっている例を示す図 生産性を上げるために基板の回転速度を早くしたり、液量が多すぎたりしたことで新液界面が周回の液界面を追い越してしまっている例を示す図 本発明の実施の形態におけるリンス液の吐出量とアーム先端の基板Ｗの半径方向の位置との関係を示すグラフ （ａ）本発明の実施の形態の変形例におけるリンス液の吐出量とアーム先端の基板の半径方向の位置との関係を示すグラフ、（ｂ）本発明の実施の形態の変形例におけるリンス液の吐出量とアーム先端の基板の半径方向の位置との関係を示すグラフ
以下、本発明の実施の形態の基板乾燥装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する場合の一例を示すものであって、本発明を以下に説明する具体的構成に限定するものではない。本発明の実施にあたっては、実施の形態に応じた具体的構成が適宜採用されてよい。
図１は、基板乾燥装置１の概略構成を示す斜視図である。まず図１を参照して、本発明の実施の形態に係る基板乾燥装置１を説明する。基板乾燥装置１は、処理される基板Ｗを回転させる基板回転機構１０と、基板Ｗにリンス液としてのリンス液Ｒを供給するリンス液ノズル２０と、基板Ｗに乾燥気体Ｇを供給する乾燥気体ノズル３０と、リンス液ノズル２０及び乾燥気体ノズル３０を基板Ｗの面と平行に移動させる移動機構４０と、基板回転機構１０及び移動機構４０を含む基板乾燥装置１の動作を制御する制御装置５０とを備えている。処理される基板Ｗは、典型的には、半導体素子製造の材料である半導体基板であり、円板状に形成されている。基板Ｗは、一方の面に回路が形成されており（この面を「表面ＷＡ」という。）、他方の面（裏面）には回路が現れていないことが多い。
基板回転機構１０は、チャック爪１１と、回転駆動軸１２とを有している。チャック爪１１は、基板Ｗの外周端部（エッジ部分）を把持して基板Ｗを保持するように複数設けられている。チャック爪１１は、基板Ｗの面を水平にして保持することができるように、それぞれ回転駆動軸１２に接続されている。本実施の形態では、表面ＷＡが上向きとなるように、基板Ｗがチャック爪１１に保持される。回転駆動軸１２は、基板Ｗの面に対して垂直に延びる軸線まわりに回転することができ、回転駆動軸１２の軸線まわりの回転により基板Ｗを水平面内で基板回転方向Ｄｒに回転させることができるように構成されている。
移動機構４０は、可動アーム４１と、可動軸４２と、駆動源４３とを含んで構成されている。可動アーム４１は、基板Ｗの半径よりも大きな長さを有する。その先端部分であるアーム先端４１ａには、リンス液ノズル２０及び乾燥気体ノズル３０が取り付けられる。可動軸４２は、駆動源４３の動力を可動アーム４１に伝達する棒状の部材であり、その長手方向が可動アーム４１の長手方向に対して直交するようにその一端が可動アーム４１のアーム先端４１ａとは反対側の端部に接続されており、その他端は駆動源４３に接続されている。駆動源４３は、可動軸４２を軸線まわりに回動させる装置である。可動軸４２は、基板Ｗの外側で鉛直方向に延びるように設置されている。
可動アーム４１は、可動軸４２との接続端の反対側に取り付けられた乾燥気体ノズル３０から吐出された乾燥気体流Ｇｆが、基板Ｗの回転中心に衝突することができるように構成されている。移動機構４０は、駆動源４３を稼働させると可動軸４２を介して可動アーム４１が回転し、可動アーム４１の回転に従って、その先端４１ａに設けられたリンス液ノズル２０及び乾燥気体ノズル３０は基板Ｗの中心Ｗｃから遠ざかって外周に向かう方向に移動するように構成されている。
本実施の形態では、移動機構４０は、基板回転機構１０によって回転する基板Ｗに対して、相対的に基板Ｗの中心から遠ざかるように、リンス液ノズル２０を基板Ｗの上方で移動させるリンス液ノズル移動機構と、基板回転機構１０によって回転する基板Ｗに対して、相対的に基板Ｗの中心から遠ざかるように乾燥気体ノズル３０を基板Ｗの上方で移動させる乾燥気体ノズル移動機構とを兼ねている。
リンス液ノズル２０は、基板Ｗの表面ＷＡ上の液が液滴の状態から乾燥することに起因するウォーターマーク等の欠陥の発生を回避するために、基板Ｗの上面を液膜で覆うためのリンス液Ｒを、基板Ｗに液流（リンス液流Ｒｆ）の状態で供給するノズル（筒状で先端の細孔から流体を噴出する装置）である。
リンス液Ｒは、典型的には純水であるが、溶存塩類及び溶存有機物を除去した脱イオン水、炭酸ガス溶解水、（水素水や電解イオン水などの）機能水等を用いてもよい。ウォーターマーク発生の原因となる溶存塩類及び溶存有機物を排除する観点からは脱イオン水を用いるのがよい。また、基板Ｗの回転によるリンス液Ｒの基板Ｗ上の移動に伴う静電気の発生が異物を誘引し得るところ、リンス液Ｒの導電率を上昇させて帯電を抑制する観点からは炭酸ガス溶解水を用いるのがよい。
リンス液流Ｒｆは、基板Ｗの表面ＷＡの面積に対して細い。処理される基板Ｗとしては直径が２００ｍｍ〜４５０ｍｍのものがあり、リンス液流Ｒｆを形成することとなるリンス液ノズル２０の内径は、１ｍｍ〜１０ｍｍ、あるいは３ｍｍ〜８ｍｍのうちの適切なものを用いるとよい。リンス液ノズル２０から吐出されて基板Ｗの表面ＷＡに衝突するリンス液流Ｒｆの直径（リンス液流Ｒｆの断面直径）は、リンス液ノズル２０の内径と略同じになる。
図２は、ノズル先端まわりの部分拡大側面図であり、（ａ）はリンス液ノズルの側面図であり、（ｂ）は乾燥気体ノズルの側面図である。リンス液ノズル２０から吐出されたリンス液流Ｒｆが基板Ｗの表面ＷＡに衝突する領域を着水エリアＲａという。図２（ａ）に示すように、実際には着水エリアＲａにはすでにリンス液Ｒが存在しているので、リンス液ノズル２０から吐出されたリンス液流Ｒｆはすでに基板Ｗの表面ＷＡに存在しているリンス液Ｒに混ざることになるが、着水エリアＲａというときは、このような基板Ｗの表面ＷＡにすでに存在しているリンス液Ｒを考慮せずにリンス液流Ｒｆが基板Ｗの表面ＷＡに衝突する領域をいうものとする。
乾燥気体ノズル３０は、基板Ｗの表面ＷＡを覆うリンス液Ｒの膜に対してＩＰＡを供給すると共にリンス液Ｒの膜を押しのける乾燥気体Ｇを、基板Ｗに気体流（乾燥気体流Ｇｆ）の状態で供給するノズルである。乾燥気体Ｇは、典型的にはキャリアガスとして機能する窒素やアルゴン等の不活性ガスに対してＩＰＡの蒸気を混合させたものであるが、ＩＰＡ蒸気そのものであってもよい。乾燥気体流Ｇｆは、基板Ｗの表面ＷＡの面積に対して細い。
処理される基板Ｗとしては直径が２００ｍｍ〜４５０ｍｍのものがあり、乾燥気体流Ｇｆを形成することとなる乾燥気体ノズル３０の内径は、３ｍｍ〜１０ｍｍ、あるいは４ｍｍ〜８ｍｍのうちの適切なものを用いるとよい。乾燥気体ノズル３０の径は、リンス液ノズル２０の径と同じであっても異なっていてもよい。乾燥気体ノズル３０から吐出されて基板Ｗの表面ＷＡに衝突する乾燥気体流Ｇｆの直径（乾燥気体流Ｇｆの断面直径）は、乾燥気体ノズル３０の内径と略同じになる。
乾燥気体ノズル３０から吐出された乾燥気体流Ｇｆが基板Ｗの表面ＷＡに衝突する領域を着ガスエリアＧａという。図２（ｂ）に示すように、着ガスエリアＧａにはすでに乾燥気体Ｇが存在しているので、乾燥気体ノズル３０から吹出された乾燥気体流Ｇｆはすでに基板Ｗの表面ＷＡに存在している乾燥気体Ｇに混ざることになるが、着ガスエリアＧａというときは、このような基板Ｗの表面ＷＡにすでに存在している乾燥気体Ｇを考慮せずに乾燥気体流Ｇｆが基板Ｗの表面ＷＡに衝突する領域をいうものとする。
乾燥気体流Ｇｆは、枚葉ＩＰＡ乾燥を行うのに適した細さに設定される。また、リンス液流Ｒｆの着水エリアＲａと乾燥気体流Ｇｆの着ガスエリアＧａとの関係は、枚葉ＩＰＡ乾燥を適切に行うことができるようにする観点から決定される。典型的には、リンス液流Ｒｆ及び乾燥気体流Ｇｆが移動する際においても、乾燥気体流Ｇｆがリンス液流Ｒｆよりも中心側にある状態が維持される。
図３（ａ）は基板乾燥装置の移動機構まわりの平面図であり、図３（ｂ）は移動機構の可動アーム先端の部分拡大平面図である。図３（ａ）を参照して、リンス液ノズル２０及び乾燥気体ノズル３０を備えたアーム先端４１ａが移動する方向（これを「ノズル移動方向Ｄｎ」という。）について説明する。ノズル移動方向Ｄｎは、枚葉ＩＰＡ乾燥が行われる際に、すなわち基板Ｗの表面ＷＡにリンス液Ｒ及び乾燥気体Ｇが供給される際に、アーム先端４１ａが移動する方向であり、基板Ｗの回転中心Ｗｃから外周へ向かう方向である。
図３（ａ）に示すように、アーム先端４１ａには、リンス液ノズル２０及び乾燥気体ノズル３０に加えて、液領域センサ５１及び乾燥領域センサ５２が設けられている。即ち、リンス液ノズル２０及び乾燥気体ノズル３０と、液領域センサ５１及び乾燥領域センサ５２とは、アーム先端４１ａという同一の部材に設けられており、互いの相対位置関係は固定されており、アーム先端４１ａの移動に伴ってすべて同時に移動する。乾燥気体センサ５１及び液領域センサ５２は、アーム先端４１ａに設けられることで、リンス液ノズル２０及び乾燥気体ノズル３０とともに基板の中心から遠ざかるように移動する。液領域センサ５１及び乾燥領域センサ５２は、それぞれ基板Ｗの表面ＷＡのリンス液の界面付近をセンシングする。
図３（ｂ）は、移動機構の可動アーム先端の部分拡大平面図である。図３（ｂ）には、着水エリアＲａ、着ガスエリアＧａに加えて、液領域センサ５１のセンシングエリアＳｗ乾燥領域センサ５２のセンシングエリアＳｄが示されている。図３（ｂ）に明確に示されるように、液領域センサ５１は、リンス液Ｒと乾燥気体Ｇによって基板Ｗの表面ＷＡに形成されるべきリンス液Ｒの界面Ｒｅの外側をセンシングし、乾燥領域センサ５２は、リンス液Ｒの界面Ｒｅの内側をセンシングする。
液領域センサ５１及び乾燥領域センサ５２は、それぞれ基板Ｗの表面ＷＡに形成されるリンス液Ｒの液膜の膜圧を測るセンサである。この液領域センサ５１及び乾燥領域センサ５２としては、レーザ式、超音波式、接触式、静電容量式などの液膜の膜厚を測定できる任意のセンサを用いることができる。
また、図３（ｂ）に示すように、着ガスエリアＧａは着水エリアＲａに対してノズル移動方向Ｄｎの上流側に位置し、着ガスエリアＧａと基板Ｗの中心Ｗｃとの間の距離Ｒ５２は着水エリアＲａと基板Ｗの中心Ｗｃとの間の距離Ｒ５１より近い。また、基板回転方向Ｄｒについて見れば、着水エリアＲａは着ガスエリアＧａよりも上流側となる。このとき、着水エリアＲａ内に乾燥気体流Ｇｆが入らないようにしつつ、乾燥気体Ｇの作用を、少なくとも着水エリアＲａにあるリンス液Ｒに実質的に及ぼすことができる範囲内で、着水エリアＲａ及び着ガスエリアＧａを決定するとよい。
ここで、リンス液Ｒに乾燥気体Ｇの作用を実質的に及ぼすことができる範囲とは、リンス液Ｒの表面張力を低下させるという乾燥気体Ｇの作用のうちの１つを、期待される程度（枚葉ＩＰＡ乾燥を適切に行うことができる程度）に発揮できる範囲である。リンス液Ｒの表面張力を低下させる作用は、基板Ｗの回転に伴う遠心力で広がったリンス液Ｒが飛散するのを防ぐ観点から、主に表面ＷＡに衝突後に拡散された乾燥気体Ｇにより及ぼされるものであることが好ましい。基板Ｗに対して上述の位置にリンス液流Ｒｆ及び乾燥気体流Ｇｆを供給することができるように、リンス液ノズル２０及び乾燥気体ノズル３０が可動アーム４１に取り付けられている。
図４は、基板乾燥装置の制御系の構成を示すブロック図である。基板乾燥装置１は、液領域センサ５１、乾燥領域センサ５２、制御部５３、リンス液吐出量調節部５４、アーム揺動速度調節部５５、及び基板回転速度調節部５６を備えている。液領域センサ５１及び乾燥領域センサ５２は、センシング結果を制御部５３に送信する。制御部５３は、コンピュータで構成され、液領域センサ５１及び乾燥領域センサ５２のセンシング結果に基づいて、制御プログラムに従って、リンス液吐出量調節部５４、アーム揺動速度調節部５５、基板回転速度調節部５６に対する制御信号を生成して送信する。
リンス液吐出量調節部５４は、制御部５３からの制御信号に従ってリンス液ノズル２０から吐出されるリンス液流Ｒｆの流量（吐出量）を調節する。アーム揺動速度調節部５５は、移動機構４０の駆動源４３と信号ケーブルで接続されており、制御部５３からの制御信号に従って駆動源４３による可動軸４２の回転速度を調節することにより可動アーム４１の移動速度を調節する。基板回転速度調節部５６は、回転機構１０の回転駆動軸１２と信号ケーブルで接続されており、制御部５３からの制御信号に従って回転駆動軸１２の回転速度を調節することにより基板Ｗの回転速度を調節する。これらのリンス液流Ｒｆの流量、可動アーム４１の移動速度、基板Ｗの回転速度は、本発明の乾燥条件に相当する。
図５は、リンス液の界面と、着水エリア、着ガスエリア、及び各センシングエリアとの位置関係を示す、図３の部分Ｌの拡大図である。図５は、リンス液Ｒの界面Ｒｅが理想的な形状となっている状態を示している。以下では、着水エリアＲａの重心Ｒａｃ、センシングエリアＳｗの重心、及びセンシングエリアＳｄの重心と、基板Ｗの中心Ｗｃとの間の距離をそれぞれＲ1、Ｒ2、Ｒ3とし、着水エリアＲａ、センシングエリアＳｗ、及びセンシングエリアＳｄの半径をそれぞれｒ1、ｒ2、ｒ3とする。なお、本実施の形態では、センシングエリアＳｗ、Ｓｄは円形であるので、それらの重心は即ち中心である。また、以下の説明において、内側及び外側は、それぞれ基板Ｗの中心Ｗｃに向かう方向及び基板Ｗの中心Ｗｃから外周に向かう方向を意味するものとする。
図５に示すように、センシングエリアＳｗの内側の端と基板Ｗの中心Ｗｃとの間の距離（即ち、Ｒ2−ｒ2）は、着水エリアＲａの重心Ｒａｃと基板Ｗの中心Ｗｃとの間の距離Ｒ1と同じであり、センシングエリアＳｗの全体が、基板Ｗの周方向に着水エリアＲａと重なっている。また、センシングエリアＳｄの中心と基板Ｗの中心Ｗｃとの距離Ｒ3は、着水エリアＲａの内側の端とＷ基板の中心Ｗｃとの距離（即ち、Ｒ1−ｒ1）と同じである。
リンス液ノズル２０、液領域センサ５１、及び乾燥領域センサ５２が上記の条件を満たすよう配置されていると、図４に示す理想的なリンス液Ｒの界面Ｒｅが形成されているときに、液領域センサ５１はある程度の膜圧のリンス液Ｒの液膜を検知し、乾燥領域センサ５２は、リンス液Ｒを一切検知しない。制御部５３は、液領域センサ５１があるリンス液Ｒのある程度の膜圧を検知し、乾燥領域センサ５２がリンス液Ｒを検知ないときに、理想的なリンス液Ｒの界面Ｒｅが形成されていると判断する。
基板乾燥装置１の作用を説明する。以下の説明における各部材の動作は、制御部５３により制御される。前工程において、ＣＭＰが行われ、薬液等で湿式洗浄が行われた基板Ｗが、基板回転機構１０のチャック爪１１に把持されている。乾燥工程前の湿式洗浄処理は、これから乾燥処理が行われる際に用いられるのと同じ基板回転機構１０上で行われてもよい。乾燥処理が行われる基板Ｗが基板回転機構１０に保持されると、リンス水ノズル２０の吐出口が基板Ｗの表面ＷＡの回転中心Ｗｃよりやや外れた部分に対向する位置に至るまで可動アーム４１を移動させる。このとき、乾燥気体ノズル３０は、着ガスエリアＧａ内に表面ＷＡの回転中心Ｗｃが存在しつつ、衝突範囲の重心が表面ＷＡの回転中心Ｗｃよりもノズル移動方向Ｄｎの上流側となる場所に位置することとなる。
可動アーム４１が上述の位置まで移動したら、リンス液Ｒが基板Ｗの表面ＷＡに供給されるように、リンス液流Ｒｆをリンス水ノズル２０から吐出させる。表面ＷＡへのリンス液流Ｒｆの供給を開始したら、回転駆動軸１２を回転させ、これにより基板Ｗが水平面内で回転する。
表面ＷＡがリンス液Ｒで覆われ、基板Ｗの回転速度が所定の値まで上昇したら、乾燥気体ノズル３０から表面ＷＡへ乾燥気体流Ｇｆが供給される。表面ＷＡへの乾燥気体流Ｇｆの供給が開始されても、表面ＷＡへのリンス液流Ｒｆの供給は継続している。表面ＷＡへ乾燥気体流Ｇｆが供給されることにより、表面ＷＡ上のリンス液Ｒに働く遠心力が小さい回転中心Ｗｃ付近についても、乾燥気体Ｇが供給された部分のリンス液Ｒが除去されて、表面ＷＡに乾燥した領域が現れる。表面ＷＡへの乾燥気体流Ｇｆの供給が開始されたら、可動アーム４１をノズル移動方向Ｄｎに移動させ、これに伴い表面ＷＡに対して着水エリアＲａ及び着ガスエリアＧａがノズル移動方向Ｄｎに移動する。可動アーム４１が稼働を始める前の乾燥気体ノズル３０は、着ガスエリアＧａの重心が表面ＷＡの回転中心Ｗｃよりもノズル移動方向Ｄｎの上流側となる場所に位置していたため、可動アーム４１の移動によって着ガスエリアＧａの重心は回転中心Ｗｃを通り過ぎることとなる。
リンス液流Ｒｆ及び乾燥気体流Ｇｆが表面ＷＡに供給されながら可動アーム４１が回転中心Ｗｃから基板Ｗの外周まで移動することにより、リンス液Ｒと乾燥気体Ｇとの境界が同心円状に徐々に広がり、表面ＷＡ上の乾燥した領域が徐々に拡大していく。このとき、リンス液Ｒの界面Ｒｅでは、リンス液Ｒに乾燥気体Ｇが吹き付けられることによって乾燥気体Ｇ中のＩＰＡがリンス液Ｒに溶解し、リンス液Ｒの表面張力の低下が生じている。リンス液Ｒ中に溶解したＩＰＡ濃度は、乾燥気体流Ｇｆの接触位置から離れるほど低くなるため、リンス液Ｒの表面張力に、ノズル移動方向Ｄｎの上流側ほど低く下流側ほど高い勾配が生じる。この表面張力の勾配により、リンス液Ｒが表面張力の小さな方から大きな方へ引き寄せられるマランゴニ力が作用する。
これに加えて、基板Ｗの回転により、リンス液Ｒが回転中心Ｗｃ側から基板Ｗの外周側に引き寄せられる遠心力が加わる。これらの力の相互作用により、リンス液Ｒが表面ＷＡ上から適切に除去される。上述した枚葉ＩＰＡ乾燥によれば、疎水性の表面ＷＡに対してもウォーターマーク等の不都合の発生を抑制して効果的に乾燥処理を行うことができる。なお、上述した枚葉ＩＰＡ乾燥は、基板Ｗの表面ＷＡが疎水性である場合に有効であるが、親水性の面に対しても適用可能である。
可動アーム４１が基板Ｗの外周に到達したら、表面ＷＡへのリンス液流Ｒｆ及び乾燥気体流Ｇｆの供給を停止する。このとき、表面ＷＡに対するリンス液流Ｒｆの供給の停止が先に行われ、次いで乾燥気体流Ｇｆの供給の停止が行われる。その後、基板Ｗの回転速度を上昇させ（本実施の形態では約８００〜２０００ｒｐｍに上昇させる）、基板Ｗの外周端部（エッジ部分）及び裏面に残存している液滴を遠心力により除去する。以上で乾燥工程が終了し、基板Ｗの回転が停止された後、基板Ｗが回転機構１０から搬出される。
次に、上記のように枚葉ＩＰＡ乾燥を行っている際に、リンス液Ｒの界面Ｒｅが理想的な状態とならない場合、及びそのときの制御部５３によるフィードバック制御について説明する。上述のように、可動アーム４１は、基板Ｗの中心Ｗｃから外周に向けて移動する。このとき、基板Ｗは、基板回転機構１０によって中心Ｗｃを回転中心として回転している。よって、基板Ｗの表面ＷＡの周方向への移動速度は、基板Ｗの外周に向かって徐々に大きくなっていき、遠心力もそれに従って大きくなっていく。上述のように、枚葉ＩＰＡ乾燥は、遠心力とマランゴニ力とによって基板Ｗの表面ＷＡに供給されたリンス液Ｒの液膜の界面Ｒｅを基板Ｗの中心Ｗｃから外周に向けて徐々に拡大させながら移動させて基板Ｗを中心Ｗｃから徐々に乾燥していく方法である。従って、リンス液Ｒの界面Ｒｅを適切に制御することが重要になる。
図６〜図８は、リンス液Ｒの界面Ｒｅが崩れてしまっている例を示す図である。アーム先端４１ａと基板Ｗの中心Ｗｃとの距離が離れてくると、アーム先端４１ａの下での基板Ｗの周方向の移動速度は速くなり、リンス液ノズル２０からのリンス液Ｒの吐出量が一定であるとすると、基板Ｗの表面ＷＡの単位面積当たりに供給されるリンス液Ｒの量は少なくなる。また、上述のように基板Ｗの外周に向く遠心力も強くなる。そうすると、図６及び図７に示すように、アーム先端４１ａに対して基板Ｗの回転方向の上流側ではリンス液Ｒが不足してその液膜が薄くなり、界面Ｒｅが崩れてしまい、この領域ではマランゴニ効果を得ることができなくなる。そして、界面Ｒｅが崩れるとそこから基板Ｗの外周に向けた液筋が形成されて、これがウォーターマークの原因となる。
図６及び図７のような状態のときには、液領域センサ５１は、きわめて薄い液膜厚しか検出できず、又は、液膜を間欠的にしか検知できず、又は、液膜をまったく検知できない。制御部５３は、液領域センサ５１のこのようなセンシング結果を受けると、それに基づいて図６のような状況が生じていると判断する。この場合は、制御部５３は、リンス液吐出量調節部５４に対してリンス液Ｒの吐出量を多くする制御、及び／又は基板回転速度調節部５６に対して基板Ｗの回転速度を低下させる制御を行う。リンス液Ｒの吐出量が多くなると、界面Ｒｅが途切れてしまっている領域でも十分なリンス液Ｒが存在して界面Ｒｅが形成されることが期待でき、また、基板Ｗの回転速度を低下させると、遠心力が弱くなって界面Ｒｅ付近の液膜厚が保たれることが期待できる。
図９は、リンス液Ｒの界面Ｒｅが着水エリアＲａを追い越していまい、リンス液Ｒの界面Ｒｅがアーム先端４１ａの下で切れてしまっている例を示す、図３の部分Ｌの拡大図である。まず、図９に示すような状況が生じる背景について説明する。
基板のサイズが従来の３００ｍｍ（直径）から将来４５０ｍｍ（直径）に大型化すると、半径１５０ｍｍよりも外側の部分（外周部＝半径１５０ｍｍ〜２２５ｍｍ）が存在することとなり、平置きされた基板表面上の乾燥では、外周部において３００ｍｍ基板では経験のない角速度が基板表面上のリンス液に作用することになる。従って、特に、大型化した基板の外周部において、乾燥特性が維持できない可能性がある。その要因としては、遠心力の増大、空気との摩擦乾燥などによる液膜薄膜化、及び液膜欠損が推測される。よって、枚葉ＩＰＡ乾燥のような界面乾燥において界面を維持するための液コントロールが必要である。
基板Ｗの回転速度が速すぎると遠心力が大きくなって、図９に示すように、リンス液ノズル２０から吐出された直後に形成された界面Ｒｅが基板Ｗを１週する間に外周に向けて移動しすぎて、再びアーム先端４１ａに戻ってきたときには、リンス液Ｒの界面Ｒｅは着水エリアＲａよりも外側に移動していまい、切れ目が形成される。
このような状態は、リンス液Ｒの界面の基板Ｗの外側に向けた移動速度が速く、アーム先端４１ａに対して基板Ｗの回転方向の上流側の速度がアーム先端４１ａに対して基板Ｗの回転方向の下流側の速度よりも相当に大きく、それによって、基板Ｗの回転によって周回して再びアーム先端４１ａに戻ってきたときに、リンス液Ｒの界面Ｒｅが着水エリアＲａの外側の端よりも外側に移動してしまうことで生じる。このように切れ目が形成されると、図９に示すようにその位置では径方向に３ラインの界面が形成されることになるが、外側の２ラインについては、乾燥気体流Ｇｆが供給されないため、不安定な乾燥となる。
図９のような状態のときは、液領域センサ５１は液膜を検知できない。制御部５３は、液領域センサ５１のこのようなセンシング結果を受けると、それに基づいて図９のような状況が生じていると判断する。この場合は、制御部５３は、アーム揺動速度調節部５５に対してアーム４１の揺動速度（回転速度）を速める制御、及び／又は基板回転速度調節部５６に対して基板Ｗの回転速度を低下させる制御を行う。アーム４１の揺動速度が増すと着水エリアＲａがアーム先端４１ａより上流側のリンス液Ｒの界面Ｒｅに追いついて、アーム先端４１ａの上流と下流でリンス液Ｒの界面Ｒｅが着水エリアＲａを介してつながることが期待でき、基板Ｗの回転数を低下させると、遠心力が弱くなって界面Ｒｅの外周向きの移動速度を遅くして、アーム先端４１ａの上流と下流でリンス液Ｒの界面Ｒｅが着水エリアＲｅを介してつながることが期待できる。
図１０は、着水エリアＲａがリンス液Ｒの界面Ｒｅを追い越してしまい、リンス液Ｒの界面Ｒｅが基板Ｗの周方向全体で連続して（着水エリアＲａの上流側と下流側で直接つながって）しまっている例を示す、図３の部分Ｌの拡大図である。まず、図１０に示すような状況が生じる背景について説明する。
近年、生産性を上げるためにスループット向上が要求されており、短時間による乾燥処理が枚葉ＩＰＡ乾燥でも要求される。中心部から外周へ向けて表面乾燥する枚葉ＩＰＡ乾燥では、乾燥に要する時間を短縮して生産性をあげるために、外周へ向けての処理速度をアップさせる必要である。特に、次世代の４５０ｍｍ基板においては、従来の３００ｍｍ基板と比較して、直径が１．５倍であることから、３００ｍｍ基板と同等レベルの生産性を得るだけでも中心部から外周への表面乾燥時間を同一にするために少なくとも１．５倍以上の処理速度アップが必要である。
生産性向上のためにアーム４１の揺動速度を速くしすぎると、図１０に示すように、着水エリアＲａがリンス液Ｒの界面Ｒｅを外側に越えてしまう。この状態になると、リンス液ノズル２０から供給された直後のリンス液Ｒによって形成されるべき界面が実際の界面よりも外側に進んでしまう。また、このような状態は、基板Ｗの回転速度が遅すぎて遠心力が小さくなりすぎた場合にも生じ得る。この状況が悪化すると、リンス液Ｒの界面Ｒｅがさらに内側に形成されて、着ガスエリアＧａにまで達し、さらに、それを越えると、もはやリンス液Ｒの界面Ｒｅに対して乾燥ガスノズル３０は乾燥空気流Ｇｆをリンス液Ｒの界面Ｒｅに吹き付けることができなくなり、よって、リンス液Ｒの界面Ｒｅでマランゴニ効果が得られなくなる。
図１０のような状態のときは、乾燥領域センサ５２が液膜を検知する。また、その予兆として、乾燥領域センサ５２は、まず液膜を間欠的に検知するようになる。制御部５３は、乾燥領域センサ５２のこのようなセンシング結果を受けると、それに基づいて図１０のような状況が生じており、又は生じるおそれがあると判断する。この場合、制御部５３は、アーム揺動速度調節部５５に対してアーム４１の揺動速度を低下させる制御、及び／又は基板回転速度調節部５６に対して基板Ｗの回転速度を低下させる制御を行う。アーム４１の揺動速度が低下すると、着水エリアＲａがアーム先端４１ａより上流のリンス液Ｒの界面Ｒｅを追い越す状態が改善されることが規定でき、基板Ｗの回転数を低下させると、遠心力が弱くなって界面Ｒｅの外周向きの移動速度を遅くして、リンス液Ｒの界面Ｒｅの外周向きの移動がアーム先端４１ａの外周向きの移動に追いつくことが期待できる。
基板Ｗの枚葉ＩＰＡ乾燥において上記の乾燥条件の制御を行うことで、リンス液ノズル２０からのリンス液Ｒの吐出量は、リンス液ノズル２０が基板Ｗの外周に向かうに従って増加することになる。図１１は、リンス液Ｒの吐出量とアーム先端４１ａの基板Ｗの半径方向の位置との関係を示すグラフである。図１１に示すように、制御部５３は、リンス液ノズル２０が基板Ｗの外周に向かうに従って、リンス液ノズル２０から吐出するリンス液Ｒの量が増加するように制御を行う。
同様に、上記の乾燥条件の制御を行う際には、リンス液ノズル２０の外周に向かう移動速度（揺動速度）は、リンス液ノズル２０が基板Ｗの外周に向かうに従って増加させることがある。即ち、制御部５３は、リンス液ノズル２０が基板Ｗの外周に向かうに従って、リンス液ノズル２０の移動速度が増加するような制御を行う。また、基板Ｗの回転速度は、リンス液ノズル２０が基板Ｗの外周に向かうに従って低下させることがある。即ち、制御部５３は、リンス液ノズル２０が基板Ｗの外周に向かうに従って、基板Ｗの回転速度が低下するような制御を行う。
以上のように、本実施の形態の基板乾燥装置１によれば、リンス液ノズル２０及び乾燥気体ノズル３０が基板の中心から遠ざかるように移動するのとともに、リンス液Ｒの界面Ｒｅの若干外側における液膜厚をセンシングする液領域センサ５１及びリンス液Ｒの界面Ｒｅの若干内側における液膜厚をセンシングする乾燥領域センサ５２も基板Ｗの中心Ｗｃから遠ざかるように移動するので、基板Ｗの表面ＷＡを外周に向けて広がりながら進んでいくリンス液Ｒの界面Ｒｅの状態をセンシングできる。そして、制御部５３がリンス液Ｒの界面Ｒｅのセンシング結果に基づいて、乾燥条件を制御するので、リンス液Ｒの界面Ｒｅを良好に保って枚葉ＩＰＡ乾燥を行うことができる。
なお、上記の実施の形態では、基板乾燥装置１が液領域センサ５１及び乾燥領域センサ５２を備え、図６〜１０のいずれの状況をも検知して乾燥条件を制御したが、基板乾燥装置がいずれかのセンサのみを備え、図６〜１０のいずれかの状況の検知及びその対処のための乾燥条件の制御を行ってもよい。
また、上記の実施の形態では、リンス液ノズル２０、乾燥気体ノズル３０、液領域センサ５１、及び乾燥領域センサ５２がいずれもアーム先端４１ａに設けられ、それらの相対的位置関係が固定されていたが、それぞれが独自の移動機構によって基板Ｗの上方を移動してもよい。
また、１枚又は複数枚の基板Ｗの乾燥について、制御部５３のリンス液吐出量調節部５４等に対する制御信号、即ち乾燥条件のログを取っておき、それらのログに基づいてレシピを作成してもよい。制御部５３は、このようにして作成されたレシピに従って、液領域センサ５１や乾燥領域センサ５２のフィードバックを必要とせずに、良好な枚葉ＩＰＡ乾燥を行うことができる。例えば、制御部５３は、リンス液ノズル２０が基板Ｗの外周に向かうに従って、リンス液ノズル２０から吐出するリンス液Ｒの量が増加するように制御し、リンス液ノズル２０が基板Ｗの外周に向かうに従って、リンス液ノズル２０の移動速度が増加するように制御し、かつ／又は、リンス液ノズル２０が基板Ｗの外周に向かうに従って、基板Ｗの回転速度が低下するように制御する。
レシピを作成する際には、アーム先端４１ａの基板Ｗの半径方向の位置を複数の領域に分けて、領域ごとに乾燥条件を一定としてもよい。図１２（ａ）は、リンス液Ｒの吐出量とアーム先端４１ａの基板Ｗの半径方向の位置との関係を示すグラフである。この例では、制御部５３は、アーム先端４１ａの基板Ｗの半径方向の位置をＡ１〜Ａ４の４つの領域に分けて、領域ごとに乾燥条件を一定としつつ、外周に向かってリンス液Ｒの吐出量が段階的に増加するようにリンス液Ｒの吐出量を制御する。また、図１２（ｂ）は、同様にリンス液Ｒの吐出量とアーム先端４１ａの基板Ｗの半径方向の位置との関係を示すグラフであるが、この例では、制御部５３は、各領域Ａ１〜Ａ４において連続的にリンス液Ｒの吐出量が増加するようにリンス液Ｒの吐出量を制御する。
また、制御部５３がレシピに従って制御を行っている場合において、上記の実施の形態で説明した液領域センサ５１及び乾燥領域センサ５２及び制御部５３の演算をインターロックとして利用してもよい。
また、液領域センサ５１のセンシング範囲Ｓｗ及び乾燥領域センサ５２のセンシングエリアＳｄの位置は、上記の実施の形態の位置に限られない。液領域センサ５１については、図６及び図７に示すようにリンス液Ｒの界面Ｒｅが途切れてしまっている状態を検知するために必要な条件は、センシングエリアＳｗの全体が基板Ｗの周方向に着水エリアＲａと重なっていることであり、即ちＲ2＋ｒ2＜Ｒ1＋ｒ1を満たすことである。また、乾燥領域センサ５２については、図９に示すようなンス液Ｒの界面Ｒｅが基板Ｗの周方向全体で着水エリアＲａを介さずに連続してしまっている状態を検知するために必要な条件は、センシングエリアＳｄの少なくとも一部が基板Ｗの周方向に着水エリアＲａと重なっていることであり、即ちＲ3＋ｒ3＞Ｒ1−ｒ1を満たすことである。これらを総合して、望ましい条件は、Ｒ3＋ｒ3＜Ｒ2＋ｒ2＜Ｒ1＋ｒ1かつＲ1−ｒ1＞Ｒ3を満たすことである。
また、制御部５３は、液領域センサ５１が液膜を検知しない状況において、図５の状況になっているのか、図６の状況になっているのかは、そのときの基板Ｗの回転数、アーム４１の揺動速度、アーム先端４１ａの位置等に基づいて判断する。
また、上記の実施の形態では、図５の状況における対策として、制御部５３が、リンス液吐出量調節部５４に対してリンス液Ｒの吐出量を多くする制御、及び／又は基板回転速度調節部５６に対して基板Ｗの回転速度を低下させる制御を行うと説明し、図６の状況における対策として、制御部５３が、アーム揺動速度調節部５５に対してアーム４１の揺動速度（回転速度）を速める制御、及び／又は基板回転速度調節部５６に対して基板Ｗの回転速度を低下させる制御を行うと説明し、図９の状況における対策として、制御部５３が、アーム揺動速度調節部５５に対してアーム４１の移動速度を低下させる制御、及び／又は基板回転速度調節部５６に対して基板Ｗの回転速度を低下させる制御を行うと説明したとおり、基板乾燥装置は、リンス液吐出量調節部５４、アーム揺動速度調節部５５、基板回転速度調節部５６のいずれかを備えていない構成としてもよい。また、リンス液吐出量調節部５４、アーム揺動速度調節部５５、基板回転速度調節部５６のいずれかが、液領域センサ５１や乾燥領域センサ５２のセンシング結果にかかわらず所定の設定値（レシピ）に従ってリンス液Ｒの流量、アーム４１の移動速度、基板Ｗの回転速度を制御してもよい。
また、上記の実施の形態では、枚葉ＩＰＡ乾燥において外周に向けて進行するリンス液の界面を制御するために、基板乾燥装置１は、リンス液吐出量調節部５４、アーム揺動速度調節部５５、及び基板回転速度調節部５６を備え、乾燥領域センサ５１及び液領域センサ５２のセンシング結果に基づく制御部５３の制御によって、リンス液の吐出量、アームの搖動速度、及び／又は基板の回転速度を調節した。これらのリンス液吐出量調節部５４、アーム揺動速度調節部５５、及び基板回転速度調節部５６に代えて、又はそれらに加えて、基板乾燥装置１は、乾燥気体濃度調節部、及び乾燥気体流量調節部を備えていてよい。すなわち、本発明の「乾燥条件」は、リンス液の吐出量、アームの搖動速度、及び／又は基板の回転速度の他に、乾燥気体のＩＰＡ濃度、流量をも含む概念である。
乾燥気体濃度調節部は、制御部５３からの制御信号に従って、乾燥気体ノズル３０から吹出される乾燥気体Ｇ中のＩＰＡ濃度を調節する。また、乾燥気体流量調節部は、制御部５３からの制御信号に従って、乾燥気体ノズル３０から吹出される乾燥気体流Ｇｆの流量（吹出量）を調節する。なお、乾燥気体中のＩＰＡ濃度を調整する手法としては、例えば特開２０１１−１９２９６７号公報に開示された手法を採用することができる。
制御部５３は、例えば、リンス液の液膜が厚すぎる場合には流量を減らすよう乾燥気体流量調節部を制御できる。この場合には、制御部５３は、乾燥気体の流量Ｇｆを減らすとともに、基板の回転数を上げて、遠心力でリンス液を伸ばして液膜を薄くする。また、ＩＰＡは表面張力を下げる効果があるので、これによる液膜フィードバックも可能となる。また、リンス液の液膜が厚すぎる場合には、乾燥気体ＧのＩＰＡ濃度を上昇させることで、界面を形成した直後の膜厚を薄くすることも可能である。
本発明は、センサが移動しながら外周に向けて広がるリンス液の界面の付近をセンシングし、そのセンシング結果に基づいて乾燥中にリンス液の界面が所望の形状になるように乾燥条件を制御できるという効果を有し、遠心力とマランゴニ力とでリンス液を外周側に移動させて基板上の乾燥領域を中心から外周に徐々に広げて最終的に基板全面を乾燥させる基板乾燥装置等として有用である。
１ 基板乾燥装置
１０ 基板回転機構
１１ チャック爪
１２ 回転駆動軸
２０ リンス液ノズル
３０ 乾燥気体ノズル
４０ 移動機構
４１ アーム
４１ａ アーム先端
４２ 可動軸
４３ 駆動源
５１ 液領域センサ
５２ 乾燥領域センサ
５３ 制御部
５４ リンス液吐出量調節部
５５ アーム揺動速度調節部
５６ 基板回転速度調節部
Ｗ 基板
ＷＡ 表面
Ｗｃ 中心
Ｒ リンス液
Ｒａ 着水エリア
Ｒｅ 界面
Ｇ 乾燥気体
Ｇａ 着ガスエリア

Claims (15)

  1. 基板を水平面内で回転させる基板回転機構と、
    前記基板回転機構によって回転する前記基板に対して相対的に前記基板の中心から遠ざかるように移動しつつ、前記基板にリンス液を吐出するリンス液ノズルと、
    前記リンス液ノズルの移動に伴って前記基板回転機構によって回転する前記基板に対して相対的に前記基板の中心から遠ざかるように移動しつつ、前記基板に乾燥気体を吹出する乾燥気体ノズルと、
    前記リンス液ノズル及び前記乾燥気体ノズルの移動に伴って前記基板の中心から遠ざかるように移動することで、前記基板の表面の前記リンス液の界面付近をセンシングするセンサと、
    前記センサのセンシング結果に基づいて、前記リンス液と前記乾燥気体によって前記基板の表面に前記リンス液の界面が前記基板の外周に向けて広がるように、乾燥条件を制御する制御部と、
    を備えたことを特徴とする基板乾燥装置。
  2. 前記センサは、前記リンス液と前記乾燥気体によって前記基板の表面に形成されるべき前記リンス液の界面の外側をセンシングする液領域センサであることを特徴とする請求項１に記載の基板乾燥装置。
  3. 前記センサは、前記リンス液と前記乾燥気体によって前記基板の表面に形成されるべき前記リンス液の界面の内側をセンシングする乾燥領域センサであることを特徴とする請求項１に記載の基板乾燥装置。
  4. 前記センサは、前記リンス液と前記乾燥気体によって前記基板の表面に形成されるべき前記リンス液の界面の外側をセンシングする液領域センサと、前記リンス液と前記乾燥気体によって前記基板の表面に形成されるべき前記リンス液の界面の内側をセンシングする乾燥領域センサとを含むことを特徴とする請求項１に記載の基板乾燥装置。
  5. 前記液領域センサは、前記リンス液ノズルから吐出されたリンス液の前記基板の表面における着水エリアの重心と前記基板の中心との間の距離と、前記液領域センサの前記基板の表面におけるセンシングエリアの最も内側と前記基板の中心との間の距離とが、ほぼ同じになるように、前記リンス液ノズル及び前記乾燥気体ノズルの移動に伴って移動することを特徴とする請求項２又は４に記載の基板乾燥装置。
  6. 前記乾燥領域センサは、前記リンス液ノズルから吐出されたリンス液の前記基板の表面における着水エリアの最も内側と前記基板の中心との距離と、前記乾燥領域センサの前記基板の表面におけるセンシングエリアの重心と前記基板の中心との距離とが、ほぼ同じになるように、前記リンス液ノズル及び前記乾燥気体ノズルの移動に伴って移動することを特徴とする請求項３又は４に記載の基板乾燥装置。
  7. 前記リンス液ノズルと前記液領域センサとの相対位置関係は固定されていることを特徴とする請求項２又は４に記載の基板乾燥装置。
  8. 前記リンス液ノズルと前記乾燥領域センサとの相対位置関係は固定されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の基板乾燥装置。
  9. 前記乾燥条件は、前記リンス液ノズルからの前記リンス液の吐出量を含むことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の基板乾燥装置。
  10. 前記乾燥条件は、前記リンス液ノズルの移動速度を含むことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載の基板乾燥装置。
  11. 前記乾燥条件は、前記基板の回転速度を含むことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の基板乾燥装置。
  12. 基板を水平面内で回転させる基板回転機構と、
    前記基板回転機構によって回転する前記基板に対して相対的に前記基板の中心から遠ざかるように移動しつつ、前記基板にリンス液を吐出するリンス液ノズルと、
    前記リンス液ノズルの移動に伴って、前記基板回転機構によって回転する前記基板に対して相対的に前記基板の中心から遠ざかるように移動しつつ、前記基板に乾燥気体を吹出する乾燥気体ノズルと、
    前記リンス液ノズルとともに移動しつつ、前記基板の表面をセンシングするセンサと、
    前記センサのセンシング結果に基づいて、乾燥条件を制御する制御部と、
    を備えたことを特徴とする基板乾燥装置。
  13. 基板を水平面内で回転させる基板回転機構と、
    前記基板回転機構によって回転する前記基板に対して相対的に前記基板の中心から遠ざかるように移動しつつ、前記基板にリンス液を吐出するリンス液ノズルと、
    前記リンス液ノズルの移動に伴って前記基板回転機構によって回転する前記基板に対して相対的に前記基板の中心から遠ざかるように移動しつつ、前記基板に乾燥気体を吹出する乾燥気体ノズルと、
    前記リンス液ノズルが前記基板の中心から遠ざかるに従って前記リンス液の吐出量が多くなるように、前記リンス液ノズルを制御する制御部と、
    を備えたことを特徴とする基板乾燥装置。
  14. 基板を水平面内で回転させ、
    前記基板の中心から遠ざかるようにリンス液ノズルを移動させつつ、前記リンス液ノズルから前記基板にリンス液を吐出し、
    前記乾燥気体ノズルの移動に伴って前記基板の中心から遠ざかるように乾燥気体ノズル移動させつつ、前記乾燥気体ノズルから前記基板に乾燥気体を吹出し、
    前記リンス液ノズル及び前記乾燥気体ノズルの移動に伴って前記基板の中心から遠ざかるように移動することで、前記基板の表面の前記リンス液の界面付近をセンシングし、
    前記センシングの結果に基づいて、前記リンス液と前記乾燥気体によって前記基板の表面に前記リンス液の界面が前記基板の外周に向けて広がるように、乾燥条件を制御することを特徴とする基板乾燥方法。
  15. 基板を水平面内で回転させる基板回転機構と、
    前記基板回転機構によって回転する前記基板に対して相対的に前記基板の中心から遠ざかるように移動しつつ、前記基板にリンス液を吐出するリンス液ノズルと、
    前記リンス液ノズルの移動に伴って前記基板回転機構によって回転する前記基板に対して相対的に前記基板の中心から遠ざかるように移動しつつ、前記基板に乾燥気体を吹出する乾燥気体ノズルと、
    前記リンス液ノズル及び前記乾燥気体ノズルの移動に伴って前記基板の中心から遠ざかるように移動することで、前記基板の表面の前記リンス液の界面付近をセンシングするセンサとを備えた基板乾燥装置を制御する制御プログラムであって、
    前記制御部に、前記センサのセンシング結果に基づいて、前記リンス液と前記乾燥気体によって前記基板の表面に前記リンス液の界面が前記基板の外周に向けて広がるように、乾燥条件を制御させることを特徴とする制御プログラム。
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