JP2018113372A - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】処理液の液膜と基板の上面との間に処理液の蒸気層が形成される構成において、基板上から液膜を良好に排除することができる基板処理方法および基板処理装置を提供する。【解決手段】ＩＰＡ（処理液）を基板Ｗの上面３３に供給することによって、ＩＰＡの液膜４０が基板Ｗ上に形成される。密閉チャンバの内部空間が密閉された状態で、内部空間に気体が供給されることによって、内部空間の圧力が大気圧よりも高い第１圧力になるまで内部空間が加圧される。内部空間の圧力が第１圧力になった状態で液膜４０と基板Ｗとの間にＩＰＡの蒸気層４１が形成されるように、基板Ｗが加熱される。液膜４０と基板Ｗとの間にＩＰＡの蒸気層４１が形成された状態で、内部空間の圧力が第１圧力よりも小さい第２圧力になるまで内部空間を減圧することによって、ＩＰＡを蒸発させて基板Ｗ上から液膜４０が排除される。【選択図】図８Ｂ

Description

この発明は、基板を処理する基板処理方法および基板処理装置に関する。処理対象になる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、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、フォトマスク用基板、セラミック基板、太陽電池用基板等の基板が含まれる。
基板を１枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置による基板処理では、たとえば、スピンチャックによってほぼ水平に保持された基板に対して薬液が供給される。その後、リンス液が基板に供給され、それによって、基板上の薬液がリンス液に置換される。その後、基板上のリンス液を排除するためのスピンドライ工程が行われる。
図１１に示すように、基板の表面にパターンが形成されている場合、スピンドライ工程では、パターンの内部に入り込んだリンス液を除去できないおそれがある。これにより、基板の乾燥不良が生じるおそれがある。パターンの内部に入り込んだリンス液の液面（空気と液体との界面）は、パターンの内部に形成されるので、液面とパターンとの接触位置に、液体の表面張力が働く。この表面張力が大きい場合には、パターンの倒壊が起こりやすくなる。典型的なリンス液である水は、表面張力が大きいために、スピンドライ工程におけるパターンの倒壊が無視できない。
そこで、水よりも表面張力が低い有機溶剤であるイソプロピルアルコール（Isopropyl Alcohol: IPA）を供給することが提案されている。基板の上面がＩＰＡで処理されることによって、パターンの内部に入り込んだ水がＩＰＡに置換される。その後にＩＰＡが除去されることで、基板の上面が乾燥される。
ところが、近年、基板の表面には、高集積化のために、微細でかつアスペクト比の高い微細パターン（柱状のパターン、ライン状のパターン等）が形成されている。微細で高アスペクト比の微細パターンは倒壊し易い。そのため、ＩＰＡの液膜が基板の上面に形成された後、微細パターンに表面張力が働く時間を短縮する必要がある。
そこで、下記特許文献１には、ヒータを用いて基板を加熱する基板処理方法が提案されている。ヒータによって基板が加熱されることによって、ＩＰＡの液膜と基板の上面との間には、ＩＰＡの蒸気層が形成される。これにより、微細パターンの内部が気相のＩＰＡで満たされるため、微細パターン内部のＩＰＡを上方から徐々に蒸発させる方法と比較して、微細パターンに表面張力が作用する時間を短くすることができる。
特開２０１４−１１２６５２号公報
特許文献１に記載の基板処理方法では、ＩＰＡの液膜と基板の上面との間にＩＰＡの蒸気層が形成された状態で、ＩＰＡの液膜が基板外へ排除される。特許文献１には、蒸気層が形成された状態でＩＰＡの液膜を基板外へ排除する方法として、たとえば、基板を傾けてＩＰＡの液膜を滑り落とす方法（特許文献１の図１１Ａ〜図１１Ｃ参照）や、ＩＰＡの液膜を吸引ノズルで吸引することでＩＰＡの液膜を排除する方法（特許文献１の図１２Ａ〜１２Ｃ参照）などが開示されている。
ＩＰＡの液膜と基板の上面との間にＩＰＡの蒸気層が形成された状態でＩＰＡの液膜を基板外へ排除する方法は、基板処理装置の構成などに応じて選択可能であることが好ましい。
そこで、この発明の１つの目的は、ＩＰＡなどの処理液の液膜と基板の上面との間に処理液の蒸気層が形成される構成において、基板上から液膜を良好に排除することができる基板処理方法および基板処理装置を提供することである。
この発明の一実施形態は、基板を水平に保持する基板保持ユニットに前記基板を保持させる基板保持工程と、前記基板を保持させた基板保持ユニットをチャンバの内部空間に収容した状態で、前記内部空間を密閉する密閉工程と、前記基板の上面を処理する処理液を前記水平に保持された基板の上面に供給することによって、前記処理液の液膜を前記基板上に形成する液膜形成工程と、前記内部空間に気体を供給することによって、前記内部空間の圧力が大気圧よりも高い第１圧力になるまで前記内部空間を加圧する加圧工程と、前記内部空間の圧力が前記第１圧力になった状態で前記液膜と前記基板との間に前記処理液の蒸気層が形成されるように、前記基板を加熱する加熱工程と、前記液膜と前記基板との間に前記処理液の蒸気層が形成された状態を維持しつつ前記内部空間の圧力が前記第１圧力よりも小さい第２圧力になるまで前記内部空間を減圧することによって、前記処理液を蒸発させて前記基板上から前記液膜を排除する液膜排除工程とを含む、基板処理方法を提供する。
この方法によれば、加熱工程では、液膜と基板との間に蒸気層が形成される程度の高温になるように、基板が加熱される。そのため、基板の上面付近の処理液が瞬時に蒸発する。したがって、処理液の液膜を上方から徐々に蒸発させる方法と比較して、基板の上面に表面張力が作用する時間が短縮される。
液膜排除工程における内部空間の減圧では、蒸気層が維持された状態で、内部空間の圧力が第１圧力よりも小さい第２圧力にされる。ここで、前述した蒸気層が形成される程度の高温とは、第２圧力における沸点よりも高い温度である。そのため、減圧によって内部空間の圧力が第２圧力になった状態では、液膜の温度が処理液の沸点よりも高い。したがって、処理液が瞬時に蒸発するので、液膜が基板上から瞬時に排除される。
その結果、処理液の液膜と基板の上面との間に処理液の蒸気層が形成される構成において、基板上から液膜を良好に排除することができる。
この発明の一実施形態は、基板を水平に保持する基板保持ユニットに前記基板を保持させる基板保持工程と、前記基板を保持させた基板保持ユニットをチャンバの内部空間に収容した状態で、前記内部空間を密閉する密閉工程と、前記基板の上面を処理する処理液を前記水平に保持された基板の上面に供給することによって、前記処理液の液膜を前記基板上に形成する液膜形成工程と、前記内部空間に気体を供給することによって、前記内部空間の圧力が大気圧よりも高い第１圧力になるまで前記内部空間を加圧する加圧工程と、前記内部空間の圧力が前記第１圧力になった状態で前記液膜の温度が大気圧での前記処理液の沸点よりも高い温度になるように、前記基板を加熱する加熱工程と、前記液膜の温度が大気圧での前記処理液の沸点よりも高い温度になった状態を維持しつつ前記内部空間の圧力が前記第１圧力よりも小さい第２圧力になるまで前記内部空間を減圧することによって、前記液膜と前記基板との間に前記処理液の蒸気層が形成された状態を経由するように前記処理液を蒸発させて前記基板上から前記液膜を排除する液膜排除工程とを含む、基板処理方法を提供する。
この方法によれば、液膜排除工程では、密閉されたチャンバの内部空間を減圧することによって、液膜と基板との間に処理液の蒸気層が形成された状態を経由してから液膜が基板上から排除される。基板の温度は、密閉された内部空間の減圧過程では、液膜と基板の間に蒸気層が形成される程度の高温になっている。そのため、蒸気層が形成される際、基板の上面付近の処理液は瞬時に蒸発する。したがって、処理液の液膜を上方から徐々に蒸発させる方法と比較して、基板の上面に表面張力が作用する時間が短縮される。
液膜排除工程における内部空間７ａの減圧では、大気圧での処理液の沸点よりも高い温度に液膜の温度が維持された状態で、内部空間の圧力が第１圧力よりも小さい第２圧力にされる。そのため、減圧によって内部空間の圧力が第２圧力になった状態では、液膜の温度が大気圧における処理液の沸点よりも高温である。したがって、処理液が瞬時に蒸発するので、液膜が基板上から瞬時に排除される。
その結果、処理液の液膜と基板の上面との間に処理液の蒸気層が形成される構成において、基板上から液膜を良好に排除することができる。
この発明の一実施形態では、前記第２圧力が、大気圧以下の圧力である。
この方法によれば、第２圧力は、大気圧以下の圧力である。そのため、第２圧力が大気圧よりも大きい構成と比較して、第１圧力と第２圧力との差を大きくすることができる。換言すると、第２圧力が大気圧よりも大きい構成と比較して、液膜の温度と、内部空間を減圧した後の処理液の沸点との差を大きくすることができる。したがって、液膜排除工程において、処理液が蒸発する際の蒸発速度が増大される。よって、処理液が一層瞬時に蒸発するため、基板上から液膜が一層瞬時に排除される。
この発明の一実施形態では、前記第２圧力が、大気圧と等しい圧力である。前記液膜排除工程が、前記内部空間を減圧するために、前記内部空間の外部に前記内部空間を開放して前記内部空間内の気体を前記内部空間の外部に排出する気体排出工程を含む。
この方法によれば、第２圧力が、大気圧と等しい圧力である。そのため、内部空間の外部に内部空間を開放するという簡単な手法で、内部空間内の気体を内部空間の外部へ排出させ、内部空間を減圧することができる。したがって、液膜排除工程において、簡単な手法で内部空間を減圧することによって、処理液を瞬時に蒸発させることができる。
この発明の一実施形態では、前記加圧工程および前記加熱工程が並行して実行される。
この方法によれば、加圧工程および加熱工程が並行して実行される。そのため、基板保持ユニットに基板を保持させてから、チャンバの内部空間の減圧を開始するまでの時間を短縮することができる。したがって、基板処理に要する時間を短縮することができる。
この発明の一実施形態では、前記液膜形成工程および前記加圧工程が並行して実行される。
この方法によれば、液膜形成工程および加圧工程が並行して実行される。そのため、基板保持ユニットに基板を保持させてから、チャンバの内部空間の減圧を開始するまでの時間を短縮することができる。したがって、基板処理に要する時間を短縮することができる。
この発明の一実施形態では、前記加熱工程が、前記基板の下面にヒータユニットを接触させた状態で前記基板を加熱する接触加熱工程を含む。
この方法によれば、加熱工程が、基板の下面にヒータユニットを接触させた状態で基板を加熱する接触加熱工程を含む。これにより、基板を効率良く加熱することができるので、加熱工程に要する時間を短縮することができる。そのため、基板保持ユニットに基板を保持させてから、チャンバの内部空間の減圧を開始するまでの時間を短縮することができる。したがって、基板処理に要する時間を短縮することができる。
この発明の他の実施形態では、基板処理装置が、基板を水平に保持する基板保持ユニットと、前記基板保持ユニットを収容可能な内部空間を有するチャンバと、前記基板の上面を処理する処理液を前記水平に保持された基板の上面に供給する処理液供給ユニットと、前記基板を加熱するヒータユニットと、前記内部空間に気体を供給する気体供給ユニットと、前記内部空間を減圧する減圧ユニットと、前記基板保持ユニット、前記チャンバ、前記処理液供給ユニット、前記ヒータユニット、前記気体供給ユニットおよび前記減圧ユニットを制御する制御ユニットとを含む。
前記制御ユニットは、前記基板保持ユニットに基板を保持させる基板保持工程と、前記基板保持ユニットを収容した状態の前記内部空間を密閉する密閉工程と、前記基板の上面に前記処理液を供給することによって前記処理液の液膜を前記基板上に形成する液膜形成工程と、前記内部空間に気体を供給することによって、前記内部空間の圧力が大気圧よりも高い第１圧力になるまで前記内部空間を加圧する加圧工程と、前記内部空間の圧力が前記第１圧力になった状態で前記液膜と前記基板との間に前記処理液の蒸気層が形成されるように前記基板を加熱する加熱工程と、前記液膜と前記基板との間に前記処理液の蒸気層が形成された状態を維持しつつ前記内部空間の圧力が前記第１圧力よりも小さい第２圧力になるまで前記内部空間を減圧することによって、前記処理液を蒸発させて前記基板上から前記液膜を排除する液膜排除工程とを実行する。
この構成によれば、加熱工程では、液膜と基板との間に蒸気層が形成される程度の高温になるように、基板が加熱される。そのため、基板の上面付近の処理液が瞬時に蒸発する。したがって、処理液の液膜を上方から徐々に蒸発させる方法と比較して、基板の上面に表面張力が作用する時間が短縮される。
液膜排除工程における内部空間の減圧では、蒸気層が維持された状態で、内部空間の圧力が第１圧力よりも小さい第２圧力にされる。ここで、前述した蒸気層が形成される程度の高温とは、第２圧力における沸点よりも高い温度である。そのため、減圧によって内部空間の圧力が第２圧力になった状態では、液膜の温度が処理液の沸点よりも高い。したがって、処理液が瞬時に蒸発するので、液膜が基板上から瞬時に排除される。
その結果、処理液の液膜と基板の上面との間に処理液の蒸気層が形成される構成において、基板上から液膜を良好に排除することができる。
この発明の他の実施形態では、基板処理装置が、基板を水平に保持する基板保持ユニットと、前記基板保持ユニットを収容可能な内部空間を有するチャンバと、前記基板の上面を処理する処理液を前記水平に保持された基板の上面に供給する処理液供給ユニットと、前記基板を加熱するヒータユニットと、前記内部空間に気体を供給する気体供給ユニットと、前記内部空間を減圧する減圧ユニットと、前記基板保持ユニット、前記チャンバ、前記処理液供給ユニット、前記ヒータユニット、前記気体供給ユニットおよび前記減圧ユニットを制御する制御ユニットとを含む。
前記制御ユニットは、前記基板保持ユニットに基板を保持させる基板保持工程と、前記基板保持ユニットを収容した状態の前記内部空間を密閉する密閉工程と、前記基板の上面に前記処理液を供給することによって前記処理液の液膜を前記基板上に形成する液膜形成工程と、前記内部空間に気体を供給することによって、前記内部空間の圧力が大気圧よりも高い第１圧力になるまで前記内部空間を加圧する加圧工程と、前記内部空間の圧力が前記第１圧力になった状態で前記液膜の温度が大気圧での前記処理液の沸点よりも高い温度になるように、前記基板を加熱する加熱工程と、前記液膜の温度が大気圧での前記処理液の沸点よりも高い温度になった状態を維持しつつ、前記内部空間の圧力が前記第１圧力よりも小さい第２圧力になるまで前記内部空間を減圧することによって、前記液膜と前記基板との間に前記処理液の蒸気層が形成された状態を経由するように前記処理液を蒸発させて前記基板上から前記液膜を排除する液膜排除工程とを実行する。
この構成によれば、液膜排除工程では、密閉されたチャンバの内部空間を減圧することによって、液膜と基板との間に処理液の蒸気層が形成された状態を経由してから液膜が基板上から排除される。基板の温度は、密閉された内部空間の減圧過程では、液膜と基板の間に蒸気層が形成される程度の高温になっている。そのため、蒸気層が形成される際、基板の上面付近の処理液は瞬時に蒸発する。したがって、処理液の液膜を上方から徐々に蒸発させる方法と比較して、基板の上面に表面張力が作用する時間が短縮される。
液膜排除工程における内部空間７ａの減圧では、大気圧での処理液の沸点よりも高い温度に液膜の温度が維持された状態で、内部空間の圧力が第１圧力よりも小さい第２圧力にされる。そのため、減圧によって内部空間の圧力が第２圧力になった状態では、液膜の温度が大気圧における処理液の沸点よりも高温である。したがって、処理液が瞬時に蒸発するので、液膜が基板上から瞬時に排除される。
その結果、処理液の液膜と基板の上面との間に処理液の蒸気層が形成される構成において、基板上から液膜を良好に排除することができる。
この発明の他の実施形態では、前記第２圧力が、大気圧以下の圧力である。
この構成によれば、第２圧力は、大気圧以下の圧力である。そのため、第２圧力が大気圧よりも大きい構成と比較して、第１圧力と第２圧力との差を大きくすることができる。換言すると、第２圧力が大気圧よりも大きい構成と比較して、液膜の温度と、内部空間を減圧した後の処理液の沸点との差を大きくすることができる。したがって、液膜排除工程において、処理液が蒸発する際の蒸発速度が増大される。よって、処理液が一層瞬時に蒸発するため、基板上から液膜が一層瞬時に排除される。
この発明の他の実施形態では、前記第２圧力が、大気圧と等しい圧力である。前記減圧ユニットが、前記内部空間を前記内部空間の外部に開放することによって前記内部空間内の気体を前記内部空間の外部に排出する排気ユニットを含む。前記制御ユニットが、前記排気ユニットを制御することによって、前記内部空間を減圧するために前記内部空間内の気体を前記内部空間の外部に排出する気体排出工程を実行する。
この構成によれば、第２圧力が、大気圧と等しい圧力である。そのため、内部空間の外部に内部空間を開放するという簡単な手法で、内部空間内の気体を内部空間の外部へ排出させ、内部空間を減圧することができる。したがって、液膜排除工程において、簡単な手法で内部空間を減圧することによって、処理液を瞬時に蒸発させることができる。
この発明の他の実施形態では、前記制御ユニットが、前記加圧工程および前記加熱工程を並行して実行する。
この構成によれば、加圧工程および加熱工程が並行して実行される。そのため、基板保持ユニットに基板を保持させてから、チャンバの内部空間の減圧を開始するまでの時間を短縮することができる。このように、基板上から液膜を一層良好に排除することができる。
この発明の他の実施形態では、前記制御ユニットが、前記液膜形成工程および前記加圧工程を並行して実行する。
この構成によれば、液膜形成工程および加圧工程が並行して実行される。そのため、基板保持ユニットに基板を保持させてから、チャンバの内部空間の減圧を開始するまでの時間を短縮することができる。したがって、基板処理に要する時間を短縮することができる。
この発明の他の実施形態では、前記基板処理装置が、前記ヒータユニットを昇降させるヒータ昇降ユニットをさらに含む。前記制御ユニットが、前記ヒータ昇降ユニットを制御することによって、前記基板の下面に前記ヒータユニットを接触させた状態で前記基板を加熱する接触加熱工程を実行する。
この構成によれば、加熱工程が、基板の下面にヒータユニットを接触させた状態で基板を加熱する接触加熱工程を含む。これにより、基板を効率良く加熱することができるので、加熱工程に要する時間を短縮することができる。したがって、基板保持ユニットに基板を保持させてから、チャンバの内部空間の減圧を開始するまでの時間を短縮することができる。したがって、基板処理に要する時間を短縮することができる。
図１は、この発明の第１実施形態に係る基板処理装置の内部のレイアウトを説明するための図解的な平面図である。 図２は、前記基板処理装置で処理される基板の表面の構造の一例を説明するための模式的な断面図である。 図３は、前記基板処理装置に備えられた処理ユニットの構成例を説明するための図解的な部分断面図である。 図４は、前記基板処理装置の主要部の電気的構成を説明するためのブロック図である。 図５は、前記基板処理装置による基板処理の一例を説明するための流れ図である。 図６は、乾燥処理（図５のＳ４）を説明するための流れ図である。 図７Ａは、乾燥処理（図５のＳ４）を説明するための図解的な断面図である。 図７Ｂは、乾燥処理（図５のＳ４）を説明するための図解的な断面図である。 図７Ｃは、乾燥処理（図５のＳ４）を説明するための図解的な断面図である。 図７Ｄは、乾燥処理（図５のＳ４）を説明するための図解的な断面図である。 図７Ｅは、乾燥処理（図５のＳ４）を説明するための図解的な断面図である。 図７Ｆは、乾燥処理（図５のＳ４）を説明するための図解的な断面図である。 図８Ａは、加熱工程で蒸気層が形成される場合において、基板上から液膜が排除される際の基板の上面の周辺の模式的な断面図である。 図８Ｂは、加熱工程で蒸気層が形成される場合において、基板上から液膜が排除される際の基板の上面の周辺の模式的な断面図である。 図８Ｃは、加熱工程で蒸気層が形成される場合において、基板上から液膜が排除される際の基板の上面の周辺の模式的な断面図である。 図９Ａは、液膜排除工程で蒸気層が形成される場合において、基板上から液膜が排除される際の基板Ｗの上面の周辺の模式的な断面図である。 図９Ｂは、液膜排除工程で蒸気層が形成される場合において、基板上から液膜が排除される際の基板Ｗの上面の周辺の模式的な断面図である。 図９Ｃは、液膜排除工程で蒸気層が形成される場合において、基板上から液膜が排除される際の基板Ｗの上面の周辺の模式的な断面図である。 図１０は、本発明の第２実施形態に係る基板処理装置に備えられた処理ユニットの構成例を説明するための図解的な部分断面図である。 図１１は、表面張力によるパターン倒壊の原理を説明するための図解的な断面図である。
以下では、この発明の実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
<第１実施形態>
図１は、この発明の第１実施形態に係る基板処理装置１の内部のレイアウトを説明するための図解的な平面図である。
基板処理装置１は、シリコンウエハなどの基板Ｗを一枚ずつ処理する枚葉式の装置である。この実施形態では、基板Ｗは、円板状の基板である。基板処理装置１は、ＩＰＡなどの処理液で基板Ｗを処理する複数の処理ユニット２と、処理ユニット２で処理される複数枚の基板Ｗを収容するキャリヤＣが載置されるロードポートＬＰと、ロードポートＬＰと処理ユニット２との間で基板Ｗを搬送する搬送ロボットＩＲおよびＣＲと、基板処理装置１を制御する制御ユニット３とを含む。搬送ロボットＩＲは、キャリヤＣと搬送ロボットＣＲとの間で基板Ｗを搬送する。搬送ロボットＣＲは、搬送ロボットＩＲと処理ユニット２との間で基板Ｗを搬送する。複数の処理ユニット２は、たとえば、同様の構成を有している。処理液とは、基板Ｗの上面を処理するための液である。処理液には、脱イオン水（ＤＩＷ：Deionized Water）などのリンス液や、水よりも表面張力が小さいＩＰＡなどの低表面張力液体が含まれる。
図２は、基板処理装置１で処理される基板Ｗの上面３３の構造の一例を説明するための模式的な断面図である。図２を参照して、基板処理装置１によって処理される基板Ｗは、たとえば、シリコンウエハの表面に微細パターン３０が形成されたものである。微細パターン３０は、複数の凸状の構造体３１を含む。複数の構造体３１は、互いに同方向に沿って配列されている。
各構造体３１のパターン幅Ｗ１は、通常１０ｎｍ〜４５ｎｍ程度である。微細パターン３０の間隙Ｗ２は、１０ｎｍ〜数μｍ程度である。微細パターン３０はライン状の構造体のパターンであってもよい。この場合、微細パターン３０には溝（トレンチ）状の間隙が設けられている。
微細パターン３０は、通常、絶縁膜を含んでいる。微細パターン３０は、導体膜を含んでいてもよい。より具体的には、微細パターン３０は、絶縁膜および導体膜が積層された積層膜により形成されていてもよい。微細パターン３０は、単層膜で構成されていてもよい。
絶縁膜は、ＳｉＯ２膜や窒化膜であってもよい。また、導体膜は、低抵抗化のための不純物を導入したアモルファスシリコン膜であってもよいし、金属膜（たとえば金属配線膜）であってもよい。
積層膜を構成する各膜として、ポリシリコン膜、ＳｉＮ膜、ＢＳＧ膜（ホウ素を含むＳｉＯ２膜）、およびＴＥＯＳ膜（ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を用いてＣＶＤ法で形成されたＳｉＯ２膜）などを例示することができる。
また、微細パターン３０の膜厚Ｔは、たとえば、５０ｎｍ〜５μｍ程度である。微細パターン３０において、アスペクト比が、たとえば、５〜５００程度であってもよい（典型的には５〜５０程度である）。アスペクト比は、パターン幅Ｗ１に対する膜厚Ｔの比のことである。
このような微細パターン３０が形成された基板Ｗを乾燥させる際に、隣接する構造体３１同士を引き付ける表面張力（図１１も参照）が微細パターン３０に作用する。これにより、微細パターン３０がパターン倒壊を起こすおそれがある。
図３は、処理ユニット２の構成例を説明するための図解的な部分断面図である。
処理ユニット２は、一枚の基板Ｗを水平な姿勢で保持しながら、基板Ｗの中央部を通る鉛直な回転軸線Ａ１まわりに基板Ｗを回転させる基板保持ユニット５と、基板Ｗを加熱するヒータユニット６と、密閉可能な内部空間７ａを有する密閉チャンバ７と、基板Ｗの上面に薬液を供給する薬液供給ユニット８と、基板Ｗの上面にＤＩＷなどのリンス液を供給するリンス液供給ユニット９とを含む。
処理ユニット２は、内部空間７ａに窒素（Ｎ２）ガスなどの気体を供給する気体供給ユニット１０と、基板Ｗの上面にＩＰＡなどの低表面張力液体を供給する低表面張力液体供給ユニット１１と、内部空間７ａ内の気体を密閉チャンバ７の外部に排出する排出ユニット１２と、密閉チャンバ７を収容する収容チャンバ１３とをさらに含む。
収容チャンバ１３には、収容チャンバ１３内に基板Ｗを搬入したり、収容チャンバ１３内から基板Ｗ搬出したりするための出入口（図示せず）が形成されている。収容チャンバ１３には、この出入口を開閉するシャッタユニット（図示せず）が備えられている。
基板保持ユニット５は、下方から基板Ｗに当接可能な複数の下側当接ピン２０と、複数の下側当接ピン２０を支持する下側支持部材２１と、上方から基板Ｗに当接可能な複数の上側当接ピン２２と、複数の上側当接ピン２２を支持する上側支持部材２３とを含む。下側支持部材２１および上側支持部材２３のそれぞれは、この実施形態では環状である。
下側支持部材２１の上面には、複数の下側当接ピン２０が周方向に間隔を空けて配置されている。下側当接ピン２０は、水平方向に対して傾斜する傾斜面２０ａを有する。下側当接ピン２０は、傾斜面２０ａを回転軸線Ａ１側に向けて配置されている。
上側支持部材２３の下面の周縁部には、複数の上側当接ピン２２が周方向に間隔を空けて配置されている。上側当接ピン２２は、水平方向に対して傾斜する傾斜面２２ａを有する。上側当接ピン２２は、傾斜面２２ａを回転軸線Ａ１側に向けて配置されている。
複数の下側当接ピン２０には、基板Ｗが水平に載置される。基板Ｗが複数の下側当接ピン２０に載置されると、基板Ｗの下面の周縁部に下側当接ピン２０の傾斜面２０ａが当接する。これにより、基板Ｗは、基板保持ユニット５に水平に保持される。
基板保持ユニット５は、この実施形態とは異なり、基板Ｗを水平方向に挟むことにより基板Ｗを水平に保持する挟持式のチャックであってもよい。
処理ユニット２は、基板Ｗを回転軸線Ａ１まわりに回転させる基板回転ユニット１４をさらに含む。基板回転ユニット１４は、下側支持部材２１に回転力を付与する電動モータ（図示せず）を含む。下側支持部材２１が当該電動モータによって回転されることにより、基板保持ユニット５に保持された基板Ｗが回転軸線Ａ１まわりに回転される。
密閉チャンバ７は、基板保持ユニット５を収容可能な内部空間７ａを有するチャンバの一例である。密閉チャンバ７は、上端に開口を有する下側収容部材７０と、下側収容部材７０よりも上方に配置され、下端に開口を有する上側収容部材７１とを含む。下側収容部材７０および上側収容部材７１のそれぞれは、有底の円筒状の形態を有している。下側収容部材７０には、下側支持部材２１が収容されている。上側収容部材７１には、上側支持部材２３が収容されている。
下側収容部材７０は、略円板状の底壁７３と、底壁７３から上方に延びる周壁７４とを一体に含む。周壁７４は、回転軸線Ａ１を中心とする円筒状の形態を有している。周壁７４は、円環状の上端面７４ａを有する。
底壁７３の上面には、廃液配管（図示せず）や回収配管（図示せず）が接続された環状溝７３ａが形成されている。環状溝７３ａに導かれた薬液やリンス液は、廃液配管または回収配管を通じて、回収または廃棄される。
上側収容部材７１は、略円板状の底壁７５と、底壁７５から下方に延びる周壁７６とを一体に含む。周壁７６は、回転軸線Ａ１を中心とする円筒状の形態を有している。周壁７６は、円環状の下端面７６ａを有する。
上側収容部材７１の周縁部と下側収容部材７０の周縁部との間には、円環状のシール部材７２が設けられている。シール部材７２は、下側収容部材７０の周壁７４の上端面７４ａと上側収容部材７１の周壁７６の下端面７６ａとの間に設けられている。この実施形態では、シール部材７２は、上側収容部材７１の周壁７６の下端面７６ａに取り付けられている。
上側収容部材７１の底壁７５の中央領域に設けられた円筒状の中央突部７５ａが上側支持部材２３の中央領域に設けられた挿通孔２３ａに挿通されている。これにより、上側支持部材２３は、上側収容部材７１に対して回転可能なように、上側収容部材７１によって保持されている。上側支持部材２３は、回転軸線Ａ１まわりに回転する。
上側収容部材７１には、上側収容部材７１を昇降させる収容部材昇降ユニット７７が結合されている。収容部材昇降ユニット７７は、たとえば、ボールねじ機構（図示せず）と、それに駆動力を与える電動モータ（図示せず）とを含む。上側支持部材２３は、上側収容部材７１によって支持されているため、上側収容部材７１と一体に昇降可能である。
上側収容部材７１は、下位置と上位置との間で昇降可能である。上側収容部材７１の下位置は、上側収容部材７１と下側収容部材７０との間でシール部材７２が圧縮される位置である。上側収容部材７１の上位置は、上側収容部材７１が下側収容部材７０から離間する位置である。上側収容部材７１が下位置にある状態では、シール部材７２によって上側収容部材７１と下側収容部材７０との間が塞がれるので、密閉チャンバ７の内部空間７ａが密閉される。内部空間７ａが密閉された状態で、基板保持ユニット５が内部空間７ａに収容されている。
上側収容部材７１が下位置にある状態では、複数の上側当接ピン２２が上方から基板Ｗに当接する。そのため、基板Ｗは、複数の下側当接ピン２０と複数の上側当接ピン２２とによって挟持される。複数の下側当接ピン２０と複数の上側当接ピン２２とによって基板Ｗが挟持された状態で、下側支持部材２１が基板回転ユニット１４によって回転されると、下側支持部材２１、上側支持部材２３および基板Ｗが回転軸線Ａ１まわりに一体回転する。すなわち、基板保持ユニット５に保持された基板Ｗが基板回転ユニット１４によって回転軸線Ａ１まわりに回転される。
ヒータユニット６は、基板Ｗの下方に配置されている。ヒータユニット６は、円板状のホットプレートの形態を有している。ヒータユニット６は、基板Ｗの下面に下方から対向する対向面６ａを有する。
ヒータユニット６は、プレート本体６０と、ヒータ６１とを含む。プレート本体６０は、回転軸線Ａ１を中心とする円形に構成されている。より正確には、プレート本体６０は、基板Ｗの直径よりも僅かに小さい直径の円形の平面形状を有している。
ヒータ６１は、プレート本体６０に内蔵されている抵抗体であってもよい。ヒータ６１に通電することによって、対向面６ａが室温（たとえば２０〜３０℃。たとえば２５℃）よりも高温に加熱される。具体的には、ヒータ６１への通電によって、大気圧におけるＩＰＡの沸点（８６．４℃）よりも高温に対向面６ａを加熱することができる。
ヒータユニット６の下面には、回転軸線Ａ１に沿って鉛直方向に延びる昇降軸６２が結合されている。ヒータ６１に接続された給電線６３は、昇降軸６２内に通されている。そして、給電線６３には、ヒータ６１に電力を供給するヒータ通電ユニット６４が接続されている。
昇降軸６２は、下側収容部材７０の底壁７３の中央部に形成された貫通孔７３ｂに挿通されている。昇降軸６２の下端は、底壁７３よりもさらに下方にまで延びている。昇降軸６２と貫通孔７３ｂとの間は、円環状のシール部材６５によって塞がれている。そのため、下側収容部材７０に貫通孔７３ｂが設けられているにもかかわらず、内部空間７ａの密閉性を充分に確保することができる。
処理ユニット２は、ヒータユニット６を昇降させるヒータ昇降ユニット６６を含む。ヒータ昇降ユニット６６は、昇降軸６２に結合されている。ヒータ昇降ユニット６６を作動させることにより、ヒータユニット６は、基板Ｗの下面から下方に離間した下位置から、対向面６ａが基板Ｗの下面に接触する上位置（接触位置）までの間で上下動する。
ヒータユニット６が基板Ｗに接触していない状態では、対向面６ａからの輻射熱によって基板を加熱することができる。ヒータユニット６が接触位置にある状態で、対向面６ａからの熱伝導により、基板Ｗを大きな熱量で加熱することができる。
ヒータ昇降ユニット６６は、たとえば、ボールねじ機構（図示せず）と、それに駆動力を与える電動モータ（図示せず）とを含む。ヒータ昇降ユニット６６は、下位置と、上位置と、下位置および上位置の間の任意の中間位置とにヒータユニット６を配置できる。
薬液供給ユニット８は、基板Ｗの上面に薬液を供給する薬液ノズル８１と、薬液ノズル８１に結合された薬液供給管８２と、薬液供給管８２に介装され、薬液の流路を開閉する薬液バルブ８３とを含む。薬液供給管８２には、薬液供給源から、フッ酸などの薬液が供給されている。
薬液とは、フッ酸に限られず、硫酸、酢酸、硝酸、塩酸、フッ酸、アンモニア水、過酸化水素水、有機酸（例えば、クエン酸、蓚酸等）、有機アルカリ（例えば、ＴＭＡＨ：テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド等）、界面活性剤、腐食防止剤のうちの少なくとも１つを含む液であってもよい。これらを混合した薬液の例としては、ＳＰＭ（sulfuric acid／hydrogen peroxide mixture：硫酸過酸化水素水混合液）、ＳＣ１（ammonia-hydrogen peroxide mixture：アンモニア過酸化水素水混合液）等が挙げられる。
薬液ノズル８１は、薬液ノズル移動ユニット８４によって、鉛直方向および水平方向に移動される。薬液ノズル８１は、水平方向への移動によって、基板Ｗの上面の回転中心位置に対向する中央位置と、基板Ｗの上面に対向しない退避位置との間で移動することができる。基板Ｗの上面の回転中心位置とは、基板Ｗの上面における回転軸線Ａ１との交差位置である。基板Ｗの上面に対向しない退避位置とは、平面視において密閉チャンバ７の外方の位置である。本実施形態とは異なり、薬液ノズル８１は、密閉チャンバ７の外方に配置された固定ノズルであってもよい。
リンス液供給ユニット９は、基板Ｗの上面にリンス液を供給するリンス液ノズル９１と、リンス液ノズル９１に結合されたリンス液供給管９２と、リンス液供給管９２に介装され、リンス液の流路を開閉するリンス液バルブ９３と含む。リンス液供給管９２には、リンス液供給源から、ＤＩＷなどのリンス液が供給されている。
リンス液とは、ＤＩＷに限られず、炭酸水、電解イオン水、オゾン水、希釈濃度（たとえば、１０〜１００ｐｐｍ程度）の塩酸水、還元水（水素水）であってもよい。
リンス液ノズル９１は、リンス液ノズル移動ユニット９４によって、鉛直方向および水平方向に移動される。リンス液ノズル９１は、水平方向への移動によって、基板Ｗの上面の回転中心位置に対向する中央位置と、基板Ｗの上面に対向しない退避位置との間で移動することができる。本実施形態とは異なり、リンス液ノズル９１は、密閉チャンバ７の外方に配置された固定ノズルであってもよい。
気体供給ユニット１０は、基板Ｗの上面の中央領域に窒素ガスなどの気体を供給する気体ノズル１０１と、気体ノズル１０１に結合された気体供給管１０２と、気体供給管１０２に介装され、気体の流路を開閉する気体バルブ１０３とを含む。気体供給管１０２には、気体供給源から、窒素ガスなどの気体が供給されている。
気体供給源から気体供給管１０２に供給される気体としては、窒素ガスなどの不活性ガスが好ましい。不活性ガスとは、窒素ガスに限らず、基板Ｗの上面および微細パターン３０（図２参照）に対して不活性なガスのことである。不活性ガスの例としては、窒素ガス以外に、アルゴンなどの希ガス類が挙げられる。
低表面張力液体供給ユニット１１は、基板Ｗの上面を処理する処理液を基板Ｗの上面に供給する処理液供給ユニットの一例である。低表面張力液体供給ユニット１１は、基板Ｗの上面の中央領域にＩＰＡなどの低表面張力液体を供給する低表面張力液体ノズル１１１と、低表面張力液体ノズル１１１に結合された低表面張力液体供給管１１２と、低表面張力液体供給管１１２に介装され、低表面張力液体の流路を開閉する低表面張力液体バルブ１１３とを含む。低表面張力液体供給管１１２には、低表面張力液体供給源から、ＩＰＡなどの低表面張力液体が供給されている。
低表面張力液体供給源から低表面張力液体供給管１１２に供給される低表面張力液体としては、基板Ｗの上面および基板Ｗに形成された微細パターン３０（図２参照）と化学反応しない（反応性が乏しい）、ＩＰＡ以外の有機溶剤を用いることができる。より具体的には、ＩＰＡ、ＨＦＥ（ハイドロフルオロエーテル）、メタノール、エタノール、アセトンおよびTrans-1,2ジクロロエチレンのうちの少なくとも１つを含む液を低表面張力液体として用いることができる。また、低表面張力液体は、単体成分のみからなる必要はなく、他の成分と混合した液体であってもよい。例えば、ＩＰＡ液と純水との混合液であってもよいし、ＩＰＡ液とＨＦＥ液との混合液であってもよい。
排出ユニット１２は、内部空間７ａの気体を密閉チャンバ７の外部へ導く排出管１２２と、排出管１２２を開閉する排出バルブ１２３とを含む。内部空間７ａが密閉された状態で排出バルブ１２３が開かれることによって、内部空間７ａと内部空間７ａの外部との間で気体が行き来し、内部空間７ａと内部空間７ａの外部との圧力が均一になる。
排出管１２２の先端部１２１、気体ノズル１０１および低表面張力液体ノズル１１１は、それぞれ上側収容部材７１の底壁７５の中央突部７５ａに設けられた複数の挿通孔７５ｂに挿通されている。排出管１２２の先端部１２１、気体ノズル１０１および低表面張力液体ノズル１１１のそれぞれと、上側収容部材７１との間は、シール部材（図示せず）などによって密閉されている。そのため、上側収容部材７１に複数の挿通孔７５ｂが設けられているにもかかわらず、内部空間７ａの密閉性を充分に確保することができる。
図４は、基板処理装置１の主要部の電気的構成を説明するためのブロック図である。制御ユニット３は、マイクロコンピュータを備えており、所定の制御プログラムに従って、基板処理装置１に備えられた制御対象を制御する。より具体的には、制御ユニット３は、プロセッサ（ＣＰＵ）３Ａと、制御プログラムが格納されたメモリ３Ｂとを含み、プロセッサ３Ａが制御プログラムを実行することによって、基板処理のための様々な制御を実行するように構成されている。とくに、制御ユニット３は、搬送ロボットＩＲ，ＣＲ、基板回転ユニット１４、ノズル移動ユニット８４，９４、バルブ類８３，９３，１０３，１１３，１２３、収容部材昇降ユニット７７、ヒータ昇降ユニット６６およびヒータ通電ユニット６４などの動作を制御する。
図５は、基板処理装置１による基板処理の一例を説明するための流れ図である。基板処理装置１による基板処理では、制御ユニット３によって作成された処理スケジュールに基づいて、たとえば、図５に示すように、基板搬入（Ｓ１）、薬液処理（Ｓ２）、リンス処理（Ｓ３）、乾燥処理（Ｓ４）および基板搬出（Ｓ５）がこの順番で実行される。
基板処理では、まず、基板搬入（Ｓ１）が行われる。基板搬入（Ｓ１）の間、ヒータユニット６は下位置に位置し、上側収容部材７１は上位置に位置している。未処理の基板Ｗは、搬送ロボットＩＲ，ＣＲによってキャリヤＣから処理ユニット２に搬入され、下側当接ピン２０に載置される（Ｓ１）。この後、基板Ｗは、搬送ロボットＣＲによって搬出されるまで、基板保持ユニット５によって水平に保持される（基板保持工程）。
次に、搬送ロボットＣＲが処理ユニット２外に退避した後、薬液処理（Ｓ２）が開始される。
基板回転ユニット１４は、下側支持部材２１を回転させる。これにより、水平に保持された基板Ｗが回転する（基板回転工程）。その一方で、薬液ノズル移動ユニット８４は、薬液ノズル８１を基板Ｗの上方の薬液処理位置に配置する。薬液処理位置は、薬液ノズル８１から吐出される薬液が基板Ｗの上面の回転中心に着液する位置であってもよい。そして、薬液バルブ８３が開かれる。これにより、回転状態の基板Ｗの上面に向けて、薬液ノズル８１から薬液が供給される。供給された薬液は遠心力によって基板Ｗの上面の全体に行き渡る。
基板処理において、回転状態の基板Ｗ上に供給された薬液、リンス液および低表面張力液体などの液体は、遠心力によって基板Ｗの周縁から外方に飛び散り、下側収容部材７０の周壁７４によって受けられる。そして、周壁７４によって受けられた液体は、底壁７３に設けられた環状溝７３ａに導かれ、廃液配管または回収配管を通じて、回収または廃棄される。
次に、一定時間の薬液処理の後、基板Ｗ上の薬液をＤＩＷに置換することにより、基板Ｗ上から薬液を排除するためのＤＩＷリンス処理（Ｓ３）が実行される。
リンス液ノズル移動ユニット９４は、リンス液ノズル９１を基板Ｗの上方のリンス液処理位置に配置する。リンス液処理位置は、リンス液ノズル９１から吐出されるリンス液が基板Ｗの上面の回転中心に着液する位置であってもよい。そして、薬液バルブ８３が閉じられ、リンス液バルブ９３が開かれる。これにより、回転状態の基板Ｗの上面に向けてリンス液ノズル９１からＤＩＷが供給される。供給されたＤＩＷは遠心力によって基板Ｗの上面の全体に行き渡る。このＤＩＷによって基板Ｗ上の薬液が洗い流される。この間に、薬液ノズル移動ユニット８４は、薬液ノズル８１を基板Ｗの上方から密閉チャンバ７の側方へと退避させる。
次に、詳しくは後述するが、一定時間のＤＩＷリンス処理の後、基板Ｗを乾燥させる乾燥処理（Ｓ４）が実行される。乾燥処理（Ｓ４）は、収容部材昇降ユニット７７が上側収容部材７１を下位置に移動させることによって密閉チャンバ７の内部空間７ａを密閉した状態で実行される（密閉工程）。乾燥処理（Ｓ４）において基板Ｗが乾燥された後、収容部材昇降ユニット７７は、上側収容部材７１を上位置に移動させる。その後、搬送ロボットＣＲが、処理ユニット２に進入して、基板保持ユニット５から処理済みの基板Ｗをすくい取って、処理ユニット２外へと搬出する（Ｓ５）。その基板Ｗは、搬送ロボットＣＲから搬送ロボットＩＲへと渡され、搬送ロボットＩＲによって、キャリヤＣに収納される。
図６は、乾燥処理（図５のＳ４）を説明するための流れ図である。図７Ａ〜図７Ｆは、乾燥処理（図５のＳ４）を説明するための図解的な断面図である。
図７Ａに示すように、乾燥処理（図５のＳ４）では、まず、リンス液バルブ９３が閉じられる。そして、リンス液ノズル移動ユニット９４が、リンス液ノズル９１を基板Ｗの上方から密閉チャンバ７の側方へと退避させる。
次に、図７Ｂに示すように、収容部材昇降ユニット７７が、上側収容部材７１を下位置に移動させる。これによって、密閉チャンバ７の内部空間７ａを密閉する密封工程が実行される（ステップＴ１）。そして、低表面張力液体バルブ１１３が開かれる。これにより、低表面張力液体ノズル１１１から基板Ｗの上面へのＩＰＡなどの低表面張力液体の供給が開始される（ステップＴ２）。すなわち、低表面張力液体供給工程が開始される。この基板処理では、密閉工程の終了後に低表面張力液体供給工程が開始される。しかし、低表面張力液体供給工程は、密閉工程の開始よりも先に開始されてもよいし、密閉工程の途中で開始されてもよい。
そして、気体バルブ１０３が開かれる。これにより、気体ノズル１０１から密閉チャンバ７の内部空間７ａへの、窒素ガスなどの気体の供給が開始される（ステップＴ３）。一方、排出バルブ１２３は、閉じられた状態で維持されている。そのため、内部空間７ａに供給された気体は、内部空間７ａの外部に排出されることなく内部空間７ａに留まるので、内部空間７ａが加圧される（加圧工程）。
そして、図７Ｃに示すように、ＤＩＷがＩＰＡによって置換された後、基板Ｗの上面へのＩＰＡの供給が継続されることによって、ＩＰＡの液膜４０が基板Ｗ上に形成される（液膜形成工程）。
そして、図７Ｄに示すように、低表面張力液体バルブ１１３が閉じられることによって、基板Ｗの上面へのＩＰＡの供給が停止される（ステップＴ４）。これにより、低表面張力液体供給工程が終了する。液膜形成工程は、低表面張力液体供給工程の開始と同時に開始され、低表面張力液体の終了と同時に終了する。加圧工程は、低表面張力液体供給工程の途中で開始されている。言い換えると、加圧工程および液膜形成工程は、並行して実行されている。
そして、基板回転ユニット１４は、基板保持ユニット５の回転を停止させる。基板Ｗの回転が停止した後、ヒータ昇降ユニット６６は、ヒータユニット６を上位置に配置する。これにより、ヒータユニット６の対向面６ａが基板Ｗの下面に当接する。この状態で、ヒータ通電ユニット６４がヒータユニット６に対する通電を開始する。これにより、ヒータユニット６の温度が上昇し、基板Ｗを加熱する加熱工程（接触加熱工程）が開始される（ステップＴ５）。加熱工程では、基板Ｗは、たとえば、大気圧下でのＩＰＡの沸点（８２．６℃）よりも１０℃〜１００℃程度高い温度になるまで加熱される。
ヒータユニット６の輻射熱によって基板Ｗ上の液膜４０を充分に加熱することができる場合、必ずしもプレート本体６０を基板Ｗの下面に当接させる必要はない。ヒータ通電ユニット６４は、基板処理装置１の動作中、常時、通電されてもよい。
内部空間７ａの圧力が第１圧力に到達すると、気体バルブ１０３が閉じられることによって、内部空間７ａへの気体の供給が停止される（ステップＴ６）。これにより、加圧工程が終了する。第１圧力は、大気圧よりも高い圧力である。
基板Ｗの加熱は、内部空間７ａの圧力が第１圧力になった状態におけるＩＰＡの液膜４０の温度が大気圧におけるＩＰＡの沸点（８２．６℃）よりも高い温度（たとえば９０℃〜１００℃）になるように行われる。大気圧におけるＩＰＡの沸点よりも高い温度になるように加熱された液膜４０の状態を過熱状態という。
加圧工程および加熱工程は、液膜４０の温度が内部空間７ａの圧力におけるＩＰＡの沸点を越えないように並行して実行される。
そして、図７Ｅに示すように、大気圧におけるＩＰＡの沸点よりも高い温度に液膜４０の温度が維持された状態で、内部空間７ａの圧力が第１圧力よりも小さい第２圧力になるまで減圧する減圧工程が開始される（ステップＴ７）。本実施形態では、内部空間７ａを減圧するために、排出ユニット１２の排出バルブ１２３が開かれる。これにより、内部空間７ａが、内部空間７ａの外部（たとえば収容チャンバ１３の内部空間１３ａ）に開放される。そして、内部空間７ａ内の気体が、排出管１２２を介して内部空間７ａの外部に排出される（気体排出工程）。内部空間７ａの減圧は、約１秒間で行われる。このように、排出ユニット１２は、内部空間７ａを減圧する減圧ユニットとして機能する。
内部空間７ａの圧力が第２圧力になると、排出バルブ１２３が閉じられる（ステップＴ８）。これにより、気体排出工程（減圧工程）が終了する。内部空間７ａの外部の圧力は、大気圧と等しいため、減圧工程終了後の内部空間７ａの圧力（第２圧力）は、大気圧と等しい。
内部空間７ａの圧力が第２圧力になるまで内部空間７ａが減圧されることによって、ＩＰＡの沸点が低下する。そのため、液膜４０の温度が沸点よりも高くなるので、液膜４０の温度が沸点と同じである場合と比較して、ＩＰＡが勢いよく（瞬時に）蒸発する。したがって、基板Ｗ上からＩＰＡの液膜４０が排除される（液膜排除工程）。
そして、図７Ｆに示すように、基板Ｗ上からＩＰＡの液膜４０が排除された後、ヒータ昇降ユニット６６が、ヒータユニット６を基板Ｗから離間させるために、ヒータユニット６を下位置に配置する。そして、ヒータ通電ユニット６４によるヒータユニット６に対する通電が停止される。これにより、基板Ｗを加熱する加熱工程（接触加熱工程）が終了する（ステップＴ９）。
収容部材昇降ユニット７７が、上側収容部材７１を上位置に移動させることによって、密閉チャンバ７が上下に開かれる。これにより、内部空間７ａが密閉チャンバ７の外部に開放される（ステップＴ１０）。この後、前述したように、基板搬出(図５のＳ５)が実行される。
なお、液膜排除工程の終了後、内部空間７ａの開放前に、基板Ｗを高速回転させて基板ＷのＩＰＡを基板Ｗの周囲に振り切るスピンドライが実行されてもよい。詳しくは、基板回転ユニット１４が、所定の乾燥速度で基板Ｗを回転させる。乾燥速度は、たとえば、５００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍである。これにより、大きな遠心力が基板Ｗ上のＩＰＡに作用し、基板Ｗ上のＩＰＡが基板Ｗの周囲に振り切られる。
スピンドライの際、内部空間７ａが密閉されているので、上側収容部材７１が下位置に配置されている。そのため、基板Ｗは、複数の下側当接ピン２０と複数の上側当接ピン２２とによって上下方向に挟まれている。そのため、安定して基板Ｗを回転させることができる。
乾燥処理（Ｓ４）において、基板Ｗ上の液膜４０が排除される際、基板Ｗの上面３３と液膜４０との間には、ＩＰＡの蒸気層４１が形成される。この基板処理では、加熱工程において蒸気層４１が形成される場合と、液膜排除工程（減圧工程）において蒸気層４１が形成される場合とが有り得る。
まず、加熱工程において蒸気層４１が形成される場合の基板Ｗの上面付近の様子について説明する。図８Ａ〜図８Ｃは、加熱工程で蒸気層４１が形成される場合において、基板Ｗ上から液膜４０が排除される際の基板Ｗの上面３３の周辺の模式的な断面図である。
図８Ａに示すように、ＩＰＡなどの低表面張力液体の液膜４０が形成された状態（図６のステップＴ４）では、基板Ｗの上面３３に形成された微細パターン３０の間隙の底部までＩＰＡが行き渡っている。乾燥処理（図５のＳ４）において、加熱工程が開始されるまで（ステップＴ５の前まで）は、この状態が維持されている。
そして、加熱工程において、基板Ｗが加熱されて液膜４０の温度が大気圧（第２圧力）におけるＩＰＡの沸点よりも高い温度になることによって、基板Ｗの上面のＩＰＡの液膜４０の一部が、蒸発して気相化する。これにより、ＩＰＡの蒸気が、微細パターン３０の間隙を満たし、基板Ｗの上面（各構造体３１の上端面３１ａ）からＩＰＡの液膜４０が浮上する。その結果、図８Ｂに示すように、基板Ｗと液膜４０との間にＩＰＡの蒸気層４１が形成される。蒸気層４１は、基板Ｗの加熱が開始されて液膜４０が充分に加熱された後（少なくとも図６のステップＴ５の後）で、かつ、内部空間７ａの排気が開始される前（図６のステップＴ７の前）に形成される。
蒸気層４１が形成された状態で、内部空間７ａが排気されると（図６のステップＴ７の後）、液膜４０を構成するＩＰＡが蒸発し、図８Ｃに示すように基板Ｗ上から液膜４０が排除される。
次に、液膜排除工程（減圧工程）において蒸気層４１が形成される場合の基板Ｗの上面付近の様子について説明する。図９Ａ〜図９Ｃは、液膜排除工程で蒸気層４１が形成される場合において、基板Ｗ上から液膜４０が排除される際の基板Ｗの上面３３の周辺の模式的な断面図である。
図９Ａに示すように、ＩＰＡなどの低表面張力液体の液膜４０が形成された状態（図６のステップＴ４）では、基板Ｗの上面３３に形成された微細パターン３０の間隙の底部までＩＰＡが行き渡っている。内部空間７ａの減圧が開始される前まで（図６のステップＴ７の前まで）は、この状態が維持される。
そして、液膜排除工程において、内部空間７ａが減圧されると、内部空間７ａの圧力が第２圧力に到達する前に基板Ｗの上面３３のＩＰＡの液膜４０の一部が、蒸発して気相化する。これにより、ＩＰＡの蒸気が、微細パターン３０の間隙を満たし、基板Ｗの上面（各構造体３１の上端面３１ａ）からＩＰＡの液膜４０が浮上する。その結果、図９Ｂに示すように、基板Ｗと液膜４０との間にＩＰＡの蒸気層４１が形成される。
そして、内部空間７ａの減圧をさらに続けることによって、図９Ｃに示すように液膜４０を構成するＩＰＡが蒸発し、基板Ｗ上から液膜４０が排除される。
このように、液膜排除工程では、液膜４０の温度が第２圧力（大気圧）でのＩＰＡの沸点よりも高い温度になった状態で内部空間７ａの圧力が第２圧力になるまで内部空間７ａを減圧することによって、液膜４０と基板Ｗとの間に蒸気層４１が形成された状態を経由し、液膜４０が排除される。
本実施形態によれば、加熱工程において蒸気層４１が形成される場合（図８Ａ〜図８ｃ参照）、加熱工程では、液膜４０と基板Ｗとの間に蒸気層４１が形成される程度の高温（たとえば、大気圧下のＩＰＡの沸点（８２．６℃）よりも１０℃〜１００℃程度高い温度）になるように、基板Ｗが加熱される。そのため、基板Ｗの上面３３付近のＩＰＡ（処理液）が瞬時に蒸発する。したがって、ＩＰＡの液膜４０を上方から徐々に蒸発させる方法と比較して、基板Ｗの上面（に形成された微細パターン３０の各構造体３１）に表面張力が作用する時間が短縮される。
液膜排除工程における内部空間７ａの減圧では、蒸気層４１が維持された状態で、内部空間７ａの圧力が第１圧力よりも小さい第２圧力にされる。減圧によって内部空間７ａの圧力が第２圧力になった状態では、液膜４０の温度がＩＰＡの沸点（８２．６℃）よりも高い。したがって、ＩＰＡは瞬時に蒸発するので、液膜４０が基板Ｗ上から瞬時に排除される。
その結果、加熱工程において蒸気層４１が形成される場合において、基板Ｗ上から液膜４０を良好に排除することができる。
この実施形態によれば、液膜排除工程において蒸気層４１が形成される場合（図９Ａ〜図９Ｃ参照）、液膜排除工程において密封された内部空間７ａを減圧することによって、液膜４０と基板Ｗとの間にＩＰＡの蒸気層４１が形成された状態を経由してから、液膜４０が基板Ｗ上から排除される。基板Ｗの温度は、密閉された内部空間７ａの減圧過程では、液膜４０と基板Ｗの間に蒸気層４１が形成される程度の高温になっている。そのため、蒸気層４１が形成される際、基板Ｗの上面３３付近のＩＰＡは瞬時に蒸発している。したがって、ＩＰＡの液膜４０を上方から徐々に蒸発させる方法と比較して、基板Ｗの上面３３（に形成された微細パターン３０の各構造体３１）に表面張力が作用する時間が短縮される。
液膜排除工程における内部空間７ａの減圧では、第２圧力（大気圧）でのＩＰＡの沸点よりも高い温度に液膜４０の温度が維持された状態で、内部空間７ａの圧力が第１圧力よりも小さい第２圧力にされる。そのため、減圧によって内部空間７ａの圧力が第２圧力になった状態では、液膜４０の温度が第２圧力（大気圧）におけるＩＰＡの沸点よりも高温であるため、ＩＰＡは瞬時に蒸発する。したがって、液膜４０が基板Ｗ上から瞬時に排除される。
その結果、液膜排除工程において蒸気層４１が形成される場合において、基板Ｗ上から液膜４０を良好に排除することができる。
この実施形態によれば、第２圧力が、大気圧と等しい圧力である。そのため、内部空間７ａの外部に内部空間７ａを開放するという簡単な手法で、内部空間７ａ内の気体を内部空間７ａの外部へ排出させ（気体排出工程）、内部空間７ａを減圧することができる。したがって、液膜排除工程において、簡単な手法で内部空間７ａを減圧することによって、ＩＰＡを瞬時に蒸発させることができる。
さらに、基板Ｗ上から液膜４０が排除された状態で密閉チャンバ７の内部空間７ａの圧力が大気圧になっているので、内部空間７ａの減圧後に内部空間７ａの圧力を調整することなく、チャンバから基板Ｗを取り出すことができる。
さらに、第２圧力が、大気圧と等しい圧力であることによって、第２圧力が大気圧よりも高い圧力に設定される基板処理と比較して、第１圧力と第２圧力との差を大きくすることができる。換言すると、第２圧力が大気圧よりも大きい構成と比較して、液膜４０の温度と、内部空間７ａを第２圧力に減圧した後のＩＰＡの沸点との差を大きくすることができる。したがって、内部空間７ａの減圧によってＩＰＡが蒸発する際の蒸発速度が増大される。よって、液膜排除工程において、内部空間７ａの減圧によってＩＰＡが一層瞬時に蒸発するため、基板Ｗ上から液膜４０が一層瞬時に排除される。
この実施形態によれば、加圧工程および加熱工程が並行して実行される。そのため、基板保持ユニット５に基板Ｗを保持させてから、密閉チャンバ７の内部空間７ａの減圧を開始するまでの時間を短縮することができる。したがって、基板処理に要する時間を短縮することができる。
この実施形態によれば、液膜形成工程および加圧工程が並行して実行される。そのため、基板保持ユニットに基板Ｗを保持させてから、密閉チャンバ７の内部空間７ａの減圧を開始するまでの時間を短縮することができる。したがって、基板処理に要する時間を短縮することができる。
この実施形態によれば、加熱工程が、基板Ｗの下面にヒータユニット６を接触させた状態で基板Ｗを加熱する接触加熱工程を含む。これにより、基板Ｗを効率良く加熱することができるので、加熱工程に要する時間を短縮することができる。そのため、基板保持ユニット５に基板Ｗを保持させてから、密閉チャンバ７の内部空間７ａの減圧を開始するまでの時間を短縮することができる。したがって、基板処理に要する時間を短縮することができる。
図６を参照して、この実施形態における基板処理の乾燥処理（図５のＳ４）では、ステップＴ１〜ステップＴ１０がこの順で実行された。しかし、上述の実施形態における乾燥処理（図５のＳ４）とは異なり、ステップＴ２〜ステップＴ６の順番は、任意に変更することができる。ただし、加熱工程では、液膜４０の温度が内部空間７ａの圧力における処理液の沸点を越えないように、基板Ｗを加熱する必要がある。これにより、加圧工程、加熱工程および液膜形成工程を、任意の順番で順次に開始することができる。したがって、これらの工程を逐次的に実行することもできるし、これらの工程を並行して実行することもできる。
この実施形態における基板処理の乾燥処理（図５のＳ４）の液膜形成工程において、低表面張力液体の液膜４０ではなくリンス液の液膜４０を形成してもよい。この場合、基板Ｗの上面への低表面張力液体の供給は、行われない。すなわち、図６のステップＴ２およびステップＴ４は、省略される。その代りに、密封工程の前（図６のステップＴ１の前）に、リンス液ノズル９１から供給されるＤＩＷなどのリンス液によって、リンス液の液膜４０が基板Ｗ上に形成される。この場合、リンス液供給ユニット９が、基板Ｗの上面を処理する処理液を基板Ｗの上面に供給する処理液供給ユニットとして機能する。
＜第２実施形態＞
図１０は、本発明の第２実施形態に係る基板処理装置１に備えられた処理ユニット２Ｐの構成例を説明するための図解的な部分断面図である。図１０の第２実施形態では、今まで説明した部材と同じ部材には同じ参照符号を付して、その説明を省略する。
第２実施形態に係る処理ユニット２Ｐは、第１実施形態の処理ユニット２とは異なり、リンス液供給ユニット９が、リンス液ノズル９１の代わりに、上側収容部材７１の底壁７５の中央突部７５ａに設けられた挿通孔７５ｂに挿通されたリンス液ノズル９５を含む。リンス液ノズル９５は、固定ノズルである。リンス液供給管９２は、リンス液ノズル９２に結合されている。処理ユニット２Ｐは、低表面張力液体供給ユニット１１を含んでいない。
第２実施形態に係る基板処理装置１による基板処理では、リンス処理（図５のＳ３）において、回転状態の基板Ｗの上面に向けてリンス液ノズル９５からＤＩＷが供給される。乾燥処理（図５のＳ４）において、ＤＩＷなどのリンス液の液膜４０が基板Ｗ上に形成される（液膜形成工程）。そして、加熱工程または液膜排除工程において、リンス液の蒸気層４１が形成される。そして、液膜排除工程では、リンス液が蒸発してリンス液の液膜４０が排除される。この実施形態に係る基板処理では、リンス液供給ユニット９が、基板Ｗの上面を処理する処理液を基板Ｗの上面に供給する処理液供給ユニットとして機能する。
この実施形態においても第１実施形態と同様の効果を奏する。
この発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、さらに他の形態で実施することができる。
たとえば、上述の第１実施形態および第２実施形態とは異なり、図３の二点鎖線および図１０の二点鎖線を参照して、処理ユニット２，２Ｐが、内部空間７ａ内の気体を吸引する吸引ユニット１２Ａを含んでいてもよい。
吸引ユニット１２Ａは、真空ポンプなどの吸引ポンプ１２４と、吸引ポンプ１２４と内部空間７ａとに接続された吸引管１２５と、吸引管１２５に介装された吸引バルブ１２６とを含む。吸引管１２５の先端は、上側収容部材７１の底壁７５の中央突部７５ａに設けられた挿通孔７５ｂに挿通されている。
吸引ユニット１２Ａは、制御ユニット３によって制御される（図４の二点鎖線参照）。この変形例に係る基板処理装置１による基板処理の基板排除工程（減圧工程）において、排出バルブ１２３の代わりに吸引バルブ１２６が開かれることによって、内部空間７ａの圧力が大気圧よりも低い圧力になるように内部空間７ａを減圧することができる。つまり、第２圧力を大気圧よりも低くすることができる。このように、吸引ユニット１２Ａが、密閉された内部空間７ａを減圧する減圧ユニットとして機能する。
この基板処理では、減圧工程の終了後で、かつ、密閉チャンバ７が上下に開かれる前に、排出バルブ１２３が開かれる。これによって、内部空間７ａの圧力が大気圧と等しくなるため、密閉チャンバ７を上下に開き、内部空間７ａを外部に開放することができる（ステップＴ１０）。
この変形例によれば、第２圧力は、大気圧よりも低い圧力にすることができる。そのため、第２圧力が大気圧と等しい圧力に設定される基板処理（図５〜図９で説明した基板処理）や第２圧力が大気圧よりも高い圧力に設定される基板処理と比較して、第１圧力と第２圧力との差を一層大きくすることができる。換言すると、第２圧力が大気圧と等しい圧力に設定される基板処理（図５〜図９で説明した基板処理）や第２圧力が大気圧よりも高い圧力に設定される基板処理と比較して、液膜４０の温度と、内部空間７ａを第２圧力に減圧した後のＩＰＡの沸点との差を大きくすることができる。
したがって、内部空間７ａの減圧によってＩＰＡが蒸発する際の蒸発速度が増大される。よって、液膜排除工程において、内部空間７ａの減圧によってＩＰＡが一層瞬時に蒸発するため、液膜４０が基板Ｗ上から一層瞬時に排除される。
また、上述の実施形態における基板処理では、第２圧力が、第１圧力よりも低く、かつ、大気圧よりも高い圧力であってもよい。そのためには、液膜排除工程において、内部空間７ａの圧力が大気圧以下になる前に排出バルブ１２３または吸引バルブ１２６が閉じられればよい。
その他、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変更を行うことができる。
１ ：基板処理装置
３ ：制御ユニット
５ ：基板保持ユニット
６ ：ヒータユニット
７ ：密閉チャンバ（チャンバ）
７ａ ：内部空間
９ ：リンス液供給ユニット（処理液供給ユニット）
１０ ：気体供給ユニット
１１ ：低表面張力液体供給ユニット（処理液供給ユニット）
１２ ：排出ユニット（減圧ユニット）
１２Ａ ：吸引ユニット（減圧ユニット）
４０ ：液膜
４１ ：蒸気層
６６ ：ヒータ昇降ユニット
Ｗ ：基板

Claims (14)

  1. 基板を水平に保持する基板保持ユニットに前記基板を保持させる基板保持工程と、
    前記基板を保持させた基板保持ユニットをチャンバの内部空間に収容した状態で、前記内部空間を密閉する密閉工程と、
    前記基板の上面を処理する処理液を前記水平に保持された基板の上面に供給することによって、前記処理液の液膜を前記基板上に形成する液膜形成工程と、
    前記内部空間に気体を供給することによって、前記内部空間の圧力が大気圧よりも高い第１圧力になるまで前記内部空間を加圧する加圧工程と、
    前記内部空間の圧力が前記第１圧力になった状態で前記液膜と前記基板との間に前記処理液の蒸気層が形成されるように、前記基板を加熱する加熱工程と、
    前記液膜と前記基板との間に前記処理液の蒸気層が形成された状態を維持しつつ前記内部空間の圧力が前記第１圧力よりも小さい第２圧力になるまで前記内部空間を減圧することによって、前記処理液を蒸発させて前記基板上から前記液膜を排除する液膜排除工程とを含む、基板処理方法。
  2. 基板を水平に保持する基板保持ユニットに前記基板を保持させる基板保持工程と、
    前記基板を保持させた基板保持ユニットをチャンバの内部空間に収容した状態で、前記内部空間を密閉する密閉工程と、
    前記基板の上面を処理する処理液を前記水平に保持された基板の上面に供給することによって、前記処理液の液膜を前記基板上に形成する液膜形成工程と、
    前記内部空間に気体を供給することによって、前記内部空間の圧力が大気圧よりも高い第１圧力になるまで前記内部空間を加圧する加圧工程と、
    前記内部空間の圧力が前記第１圧力になった状態で前記液膜の温度が大気圧での前記処理液の沸点よりも高い温度になるように、前記基板を加熱する加熱工程と、
    前記液膜の温度が大気圧での前記処理液の沸点よりも高い温度になった状態を維持しつつ前記内部空間の圧力が前記第１圧力よりも小さい第２圧力になるまで前記内部空間を減圧することによって、前記液膜と前記基板との間に前記処理液の蒸気層が形成された状態を経由するように前記処理液を蒸発させて前記基板上から前記液膜を排除する液膜排除工程とを含む、基板処理方法。
  3. 前記第２圧力が、大気圧以下の圧力である、請求項１または２に記載の基板処理方法。
  4. 前記第２圧力が、大気圧と等しい圧力であり、
    前記液膜排除工程が、前記内部空間を減圧するために、前記内部空間の外部に前記内部空間を開放して前記内部空間内の気体を前記内部空間の外部に排出する気体排出工程を含む、請求項１または２に記載の基板処理方法。
  5. 前記加圧工程および前記加熱工程が並行して実行される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  6. 前記液膜形成工程および前記加圧工程が並行して実行される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  7. 前記加熱工程が、前記基板の下面にヒータユニットを接触させた状態で前記基板を加熱する接触加熱工程を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  8. 基板を水平に保持する基板保持ユニットと、
    前記基板保持ユニットを収容可能な内部空間を有するチャンバと、
    前記基板の上面を処理する処理液を前記水平に保持された基板の上面に供給する処理液供給ユニットと、
    前記基板を加熱するヒータユニットと、
    前記内部空間に気体を供給する気体供給ユニットと、
    前記内部空間を減圧する減圧ユニットと、
    前記基板保持ユニット、前記チャンバ、前記処理液供給ユニット、前記ヒータユニット、前記気体供給ユニットおよび前記減圧ユニットを制御する制御ユニットとを含み、
    前記制御ユニットが、前記基板保持ユニットに基板を保持させる基板保持工程と、前記基板保持ユニットを収容した状態の前記内部空間を密閉する密閉工程と、前記基板の上面に前記処理液を供給することによって前記処理液の液膜を前記基板上に形成する液膜形成工程と、前記内部空間に気体を供給することによって、前記内部空間の圧力が大気圧よりも高い第１圧力になるまで前記内部空間を加圧する加圧工程と、前記内部空間の圧力が前記第１圧力になった状態で前記液膜と前記基板との間に前記処理液の蒸気層が形成されるように前記基板を加熱する加熱工程と、前記液膜と前記基板との間に前記処理液の蒸気層が形成された状態を維持しつつ前記内部空間の圧力が前記第１圧力よりも小さい第２圧力になるまで前記内部空間を減圧することによって、前記処理液を蒸発させて前記基板上から前記液膜を排除する液膜排除工程とを実行する、基板処理装置。
  9. 基板を水平に保持する基板保持ユニットと、
    前記基板保持ユニットを収容可能な内部空間を有するチャンバと、
    前記基板の上面を処理する処理液を前記水平に保持された基板の上面に供給する処理液供給ユニットと、
    前記基板を加熱するヒータユニットと、
    前記内部空間に気体を供給する気体供給ユニットと、
    前記内部空間を減圧する減圧ユニットと、
    前記基板保持ユニット、前記チャンバ、前記処理液供給ユニット、前記ヒータユニット、前記気体供給ユニットおよび前記減圧ユニットを制御する制御ユニットとを含み、
    前記制御ユニットが、前記基板保持ユニットに基板を保持させる基板保持工程と、前記基板保持ユニットを収容した状態の前記内部空間を密閉する密閉工程と、前記基板の上面に前記処理液を供給することによって前記処理液の液膜を前記基板上に形成する液膜形成工程と、前記内部空間に気体を供給することによって、前記内部空間の圧力が大気圧よりも高い第１圧力になるまで前記内部空間を加圧する加圧工程と、前記内部空間の圧力が前記第１圧力になった状態で前記液膜の温度が大気圧での前記処理液の沸点よりも高い温度になるように、前記基板を加熱する加熱工程と、前記液膜の温度が大気圧での前記処理液の沸点よりも高い温度になった状態を維持しつつで、前記内部空間の圧力が前記第１圧力よりも小さい第２圧力になるまで前記内部空間を減圧することによって、前記液膜と前記基板との間に前記処理液の蒸気層が形成された状態を経由するように前記処理液を蒸発させて前記基板上から前記液膜を排除する液膜排除工程とを実行する、基板処理装置。
  10. 前記第２圧力が、大気圧以下の圧力である、請求項８または９に記載の基板処理装置。
  11. 前記第２圧力が、大気圧と等しい圧力であり、
    前記減圧ユニットが、前記内部空間を前記内部空間の外部に開放することによって前記内部空間内の気体を前記内部空間の外部に排出する排気ユニットを含み、
    前記制御ユニットが、前記排気ユニットを制御することによって、前記内部空間を減圧するために前記内部空間内の気体を前記内部空間の外部に排出する気体排出工程を実行する、前記請求項８または９に記載の基板処理装置。
  12. 前記制御ユニットが、前記加圧工程および前記加熱工程を並行して実行する、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  13. 前記制御ユニットが、前記液膜形成工程および前記加圧工程を並行して実行する、請求項８〜１２のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  14. 前記ヒータユニットを昇降させるヒータ昇降ユニットをさらに含み、
    前記制御ユニットが、前記ヒータ昇降ユニットを制御することによって、前記基板の下面に前記ヒータユニットを接触させた状態で前記基板を加熱する接触加熱工程を実行する請求項８〜１３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
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