JP2021168343A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】凍結前の液体が基板の周縁から排出されるのを抑制することができる基板処理装置を提供することである。【解決手段】実施形態に係る基板処理装置は、基板を支持可能な載置台と、前記載置台と、前記基板と、の間の空間に、冷却ガスを供給可能な冷却部と、前記基板の、前記載置台側とは反対側の面に液体を供給可能な液体供給部と、板状を呈し、前記基板の周縁を囲むプレートと、少なくとも、前記プレートの、前記載置台側とは反対側の面に設けられ、前記基板よりも前記液体をはじきやすい性質を有する撥液部と、を備えている。【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、基板処理装置に関する。

インプリント用テンプレート、フォトリソグラフィ用マスク、半導体ウェーハなどの基板の表面には、微細な凹凸部が形成されている。この様な基板の表面に付着したパーティクルなどの汚染物を除去する方法として、凍結洗浄法が提案されている。

凍結洗浄法においては、まず、基板の表面に純水などの液体を供給して液膜を形成する。次に、基板の表面側に冷却ガスを供給して液膜を凍結させる。液膜が凍結して凍結膜が形成される際に汚染物が凍結膜に取り込まれることで、汚染物が基板の表面から分離される。次に、凍結膜に純水などの液体を供給して凍結膜を融解し、液体とともに汚染物を基板の表面から除去する。凍結洗浄法によれば、基板の表面に形成された微細な凹凸部が破損するのを抑制することができる。

凍結洗浄では、通常回転させながら凍結を行っている。このため、基板１００の周縁領域は、外気の影響を受けやすく、冷却が抑制される。そのため、基板１００の周縁領域の冷却効率を向上させることができる基板処理装置の開発が望まれていた。

特開２０１８−０２６４３６号公報

本発明が解決しようとする課題は、基板１００の周縁領域の冷却効率を向上させることができる基板処理装置を提供することである。

実施形態に係る基板処理装置は、基板を支持可能な載置台と、前記載置台と、前記基板と、の間の空間に、冷却ガスを供給可能な冷却部と、前記基板の、前記載置台側とは反対側の面に液体を供給可能な液体供給部と、板状を呈し、前記基板の周縁を囲むプレートと、少なくとも、前記プレートの、前記載置台側とは反対側の面に設けられ、前記基板よりも前記液体をはじきやすい性質を有する撥液部と、を備えている。

本発明の実施形態によれば、基板１００の周縁領域の冷却効率を向上させることができる基板処理装置が提供される。

本実施の形態に係る基板処理装置を例示するための模式図である。 図１における載置部のＡ−Ａ線方向の模式図である。 図２における載置部のＢ−Ｂ線方向の模式断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、撥液部を例示するための模式断面図である。 基板処理装置の作用を例示するためのタイミングチャートである。 比較例に係る載置台を例示するための模式図である。 （ａ）、（ｂ）は、撥液部を例示するための模式断面図である。 は、複数の小片を有するプレートを例示するための模式平面図である。 は、複数の小片を有するプレートを例示するための模式断面図である。 他の実施形態に係る基板処理装置を例示するための模式図である。

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
以下に例示をする基板１００は、例えば、半導体ウェーハ、インプリント用テンプレート、フォトリソグラフィ用マスク、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）に用いられる板状体、フラットパネルディスプレイ用基板などとすることができる。
また、以下においては、一例として、基板１００が、フォトリソグラフィ用マスクである場合を説明する。基板１００が、フォトリソグラフィ用マスクである場合には、基板１００の平面形状は、略四角形とすることができる。基板１００の一方の面には、マスクのパターンである凹凸部が形成されている。

図１は、本実施の形態に係る基板処理装置１を例示するための模式図である。
図２は、図１における載置部２のＡ−Ａ線方向の模式図である。
図３は、図２における載置部２のＢ−Ｂ線方向の模式断面図である。
図４は、撥液部２ｄ２を例示するための模式断面図である。

図１に示すように、基板処理装置１には、載置部２、冷却部３、第１液体供給部４、第２液体供給部５、筐体６、送風部７、測定部８、制御部９、および排気部１１が設けられている。

載置部２は、載置台２ａ、回転軸２ｂ、駆動部２ｃ、およびプレート２ｄを有する。
載置台２ａは、筐体６の内部に回転可能に設けられている。載置台２ａは、板状を呈している。
載置台２ａの一方の主面には、基板１００を支持する複数の支持部２ａ１が設けられている。基板１００を複数の支持部２ａ１に支持させる際には、基板１００の表面１００ｂ（凹凸部が形成された側の面）が、載置台２ａ側とは反対の方を向くようにする。

複数の支持部２ａ１には、基板１００の裏面１００ａの縁（エッジ）が接触する。支持部２ａ１の、基板１００の裏面１００ａの縁と接触する部分が、テーパ面または傾斜面とすることができる。

また、載置台２ａの中央部分には、載置台２ａの厚み方向を貫通する孔２ａａが設けられている。

回転軸２ｂの一方の端部は、載置台２ａの孔２ａａに嵌合されている。回転軸２ｂの他方の端部は、筐体６の外部に設けられている。回転軸２ｂは、筐体６の外部において駆動部２ｃと接続されている。

回転軸２ｂは、筒状を呈している。回転軸２ｂの載置台２ａ側の端部には、吹き出し部２ｂ１が設けられている。吹き出し部２ｂ１は、載置台２ａの、複数の支持部２ａ１が設けられる面に開口している。吹き出し部２ｂ１の開口側の端部は、孔２ａａの内壁に接続されている。吹き出し部２ｂ１の開口は、載置台２ａに支持された基板１００の裏面１００ａに対峙している。

吹き出し部２ｂ１は、載置台２ａ側（開口側）になるに従い断面積が大きくなる形状を有している。そのため、吹き出し部２ｂ１の内部の孔は、載置台２ａ側（開口側）になるに従い断面積が大きくなる。なお、回転軸２ｂの先端に吹き出し部２ｂ１を設ける場合を例示したが、吹き出し部２ｂ１は、冷却ノズル３ｄの先端に設けることもできる。また、載置台２ａの孔２ａａを吹き出し部２ｂ１とすることもできる。

吹き出し部２ｂ１を設ければ、放出された冷却ガス３ａ１を、基板１００の裏面１００ａのより広い領域に供給することができる。また、冷却ガス３ａ１の放出速度を低下させることができる。そのため、基板１００が部分的に冷却されたり、基板１００の冷却速度が速くなりすぎたりするのを抑制することができる。その結果、後述する液体１０１の過冷却状態を生じさせることが容易となる。

回転軸２ｂの、載置台２ａ側とは反対側の端部には、冷却ノズル３ｄが取り付けられている。回転軸２ｂの、載置台２ａ側とは反対側の端部と、冷却ノズル３ｄとの間には、図示しない回転軸シールが設けられている。そのため、回転軸２ｂの、載置台２ａ側とは反対側の端部は、気密となるように封止されている。

駆動部２ｃは、筐体６の外部に設けられている。駆動部２ｃは、回転軸２ｂと接続されている。駆動部２ｃは、モータなどの回転機器を有することができる。駆動部２ｃの回転力は、回転軸２ｂを介して載置台２ａに伝達される。そのため、駆動部２ｃにより載置台２ａ、ひいては載置台２ａに支持された基板１００を回転させることができる。

また、駆動部２ｃは、回転の開始と回転の停止のみならず、回転数（回転速度）を変化させることができる。駆動部２ｃは、例えば、サーボモータなどの制御モータを備えたものとすることができる。

図２〜図４に示すように、プレート２ｄは、板状を呈し、基板１００の外側に設けられている。プレート２ｄは、基板１００の周縁を囲んでいる。プレート２ｄは、例えば、スペーサ２ｄ１などを介して載置台２ａに設けることができる。

プレート２ｄの厚みは、基板１００の厚みと略同じか小さくすることができる。また、図２に示すように、プレート２ｄの外形寸法は、基板１００の角を含む外接円１００ｄよりも大きくすることができる。なお、図２に例示をしたプレート２ｄの輪郭は円であるが、四角形や六角形などの多角形としてもよい。

プレート２ｄの載置台２ａ側とは反対側の面を表面２ｄｂ、プレート２ｄの載置台２ａ側の面を裏面２ｄａと呼称する。
プレート２ｄの表面２ｄｂと、載置台２ａとの間の距離は、基板１００の表面１００ｂと載置台２ａとの間の距離と同じとなるか、０．１ｍｍ程度小さくなるようにすることが好ましい。この様にすれば、後述する解凍工程において、液体１０１と、液体１０１が凍結したものと、を基板１００の表面１００ｂから排出する際に、プレート２ｄが障害となるのを抑制することができる。

プレート２ｄの裏面２ｄａと、載置台２ａとの間の距離は、基板１００の裏面１００ａと載置台２ａとの間の距離と同じとなるか、０．１ｍｍ程度大きくなるようにすることが好ましい。この様にすれば、後述する予備工程や冷却工程において、載置台２ａと基板１００の裏面１００ａとの間の空間を流れる冷却ガス３ａ１の流れが乱れるのを抑制することができる。また、プレート２ｄの裏面２ｄａには、複数の支持部２ａ１に対応する位置に不図示の溝が設けられている。この溝により、支持部２ａ１との接触を防いでいる。

また、後述する予備工程、冷却工程、解凍工程などにおいて、基板１００の表面１００ｂに供給された液体１０１が、プレート２ｄの基板１００側の側面２ｄｃと基板１００の側面（周端面）との間から載置台２ａ側に漏れると、漏れた液体１０１が、載置台２ａや基板１００の裏面１００ａなどにおいて凍結するおそれがある。漏れた液体１０１が、載置台２ａや基板１００の裏面１００ａなどにおいて凍結すると、冷却ガス３ａ１の流れが乱れるおそれがある。

そのため、プレート２ｄは、基板１００の側面に接触させることが好ましい。プレート２ｄが、基板１００の側面に接触していれば、基板１００の表面１００ｂに供給された液体１０１が、プレート２ｄの側面２ｄｃと基板１００の側面との間から載置台２ａ側に漏れるのを抑制することができる。

また、プレート２ｄの熱伝導率は、基板１００の熱伝導率となるべく近くなるようにすることが好ましい。この様にすれば、熱の伝導の際に、プレート２ｄを基板１００の延長部分と見なすことができる。後述するように、基板１００の周縁領域には外部からの熱が入熱し易くなるが、プレート２ｄを基板１００の延長部分と見なすことができれば、基板１００の周縁領域を外部雰囲気から離すことができるので、外部からの熱が基板１００の周縁領域に入熱し難くなる。そのため、後述する予備工程や冷却工程において、基板１００の周縁領域の温度と基板１００の中央領域の温度を略同じとすることが容易となる。この場合、プレート２ｄの熱伝導率は、基板１００の熱伝導率と同じとすることがより好ましい。

また、プレート２ｄの線膨張係数は、基板１００の線膨張係数となるべく近くなるようにすることが好ましい。この様にすれば、熱膨張または熱収縮の際に、プレート２ｄを基板１００の延長部分と見なすことができる。そのため、後述する予備工程、冷却工程、解凍工程などにおいて、プレート２ｄの側面２ｄｃと基板１００の側面との間に隙間が生じたり、プレート２ｄと基板１００に力が加わったりするのを抑制することができる。

熱伝導率および線膨張係数を考慮すると、プレート２ｄの材料は、基板１００の主材料と同じとすることが好ましい。例えば、基板１００が、フォトリソグラフィ用マスクである場合には、プレート２ｄの材料は石英とすることができる。

後述するように、プレート２ｄの少なくとも表面２ｄｂには、撥液部２ｄ２が設けられている（図４（ａ）参照）。撥液部２ｄ２は、基板１００よりも液体１０１をはじきやすい性質（撥液性）を有している。撥液部２ｄ２は、例えば、膜状を呈し、トリフルオロメチル基などの飽和フルオロアルキル基、フルオロシリル基、アルキルシリル基、長鎖アルキル基などの官能基を有する材料を含むことができる。例えば、撥液部２ｄ２は、プレート２ｄの表面にフッ素樹脂をコーティングすることで形成することができる。

また、撥液部２ｄ２は、プレート２ｄの表面を加工して、フラクタル構造としたものとすることもできる。フラクタル構造は、例えば、プレート２ｄの表面を、プラズマや腐食性液などを用いてエッチングすることで形成することができる。なお、前述した官能基を有する材料を含む膜の表面をフラクタル構造とすることもできる。すなわち、撥液部２ｄ２は、フラクタル構造を有するものとすることができる。

次に、図１に戻って、基板処理装置１に設けられた他の構成要素について説明する。
図１に示すように、冷却部３は、載置台２ａと、基板１００の裏面１００ａと、の間の空間に、冷却ガス３ａ１を供給する。冷却部３は、冷却液部３ａ、フィルタ３ｂ、流量制御部３ｃ、および冷却ノズル３ｄを有する。冷却液部３ａ、フィルタ３ｂ、および流量制御部３ｃは、筐体６の外部に設けられている。

冷却液部３ａは、冷却液の収納、および冷却ガス３ａ１の生成を行う。冷却液は、冷却ガス３ａ１を液化したものである。冷却ガス３ａ１は、基板１００の材料と反応し難いガスであれば特に限定はない。冷却ガス３ａ１は、例えば、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガスなどの不活性ガスとすることができる。

冷却液部３ａは、冷却液を収納するタンクと、タンクに収納された冷却液を気化させる気化部とを有する。タンクには、冷却液の温度を維持するための冷却装置が設けられている。気化部は、冷却液の温度を上昇させて、冷却液から冷却ガス３ａ１を生成する。気化部は、例えば、外気温度を利用したり、熱媒体による加熱を用いたりすることができる。冷却ガス３ａ１の温度は、液体１０１の凝固点以下の温度であればよい。

なお、冷却液部３ａが、タンクに収納された冷却液を気化させることで冷却ガス３ａ１
を生成する場合を例示したが、窒素ガス等をチラーなどで冷却し、冷却ガス３ａ１とする
こともできる。この様にすれば、冷却液部を簡素化できる。

フィルタ３ｂは、配管を介して、冷却液部３ａに接続されている。フィルタ３ｂは、冷却液に含まれていたパーティクルなどの汚染物が、基板１００側に流出するのを抑制する。

流量制御部３ｃは、配管を介して、フィルタ３ｂに接続されている。流量制御部３ｃは、冷却ガス３ａ１の流量を制御する。流量制御部３ｃは、例えば、ＭＦＣ（Mass Flow Controller）などとすることができる。また、流量制御部３ｃは、冷却ガス３ａ１の供給圧力を制御することで冷却ガス３ａ１の流量を間接的に制御するものであってもよい。この場合、流量制御部３ｃは、例えば、ＡＰＣ（Auto Pressure Controller）などとすることができる。

冷却液部３ａにおいて冷却液から生成された冷却ガス３ａ１の温度は、ほぼ所定の温度となっている。そのため、流量制御部３ｃにより、冷却ガス３ａ１の流量を制御することで基板１００の温度、ひいては基板１００の表面１００ｂにある液体１０１の温度を制御することができる。この場合、流量制御部３ｃにより、冷却ガス３ａ１の流量を制御することで、後述する過冷却工程において液体１０１の過冷却状態を生じさせることができる。

冷却ノズル３ｄの一方の端部は、流量制御部３ｃに接続されている。冷却ノズル３ｄの他方の端部は、回転軸２ｂの内部に設けられている。冷却ノズル３ｄの他方の端部は、吹き出し部２ｂ１の、流量制御部３ｃ側の端部の近傍に位置している。

冷却ノズル３ｄは、筒状を呈している。冷却ノズル３ｄは、流量制御部３ｃにより流量が制御された冷却ガス３ａ１を基板１００に供給する。冷却ノズル３ｄから放出された冷却ガス３ａ１は、吹き出し部２ｂ１を介して、基板１００の裏面１００ａに直接供給される。

第１液体供給部４は、基板１００の表面１００ｂに液体１０１を供給する。後述する凍結工程において、液体１０１が液体から固体に変化（液固相変化）すると体積が変化するので圧力波が生じる。この圧力波により、基板１００の表面１００ｂに付着している汚染物が分離されると考えられる。そのため、液体１０１は、基板１００の材料と反応し難いものであれば特に限定はない。

なお、液体１０１を凍結した際に体積が増える液体とすれば、体積増加に伴う物理力を利用して、基板１００の表面に付着している汚染物を分離できるとも考えられる。そのため、液体１０１は、基板１００の材料と反応し難く、且つ、凍結した際に体積が増える液体とすることが好ましい。例えば、液体１０１は、水（例えば、純水や超純水など）や、水を主成分とする液体などとすることができる。

水を主成分とする液体とする場合、水以外の成分が余り多くなると、体積増加に伴う物理力を利用することが難しくなるので、汚染物の除去率が低下するおそれがある。そのため、水以外の成分の濃度は、５ｗｔ％以上、３０ｗｔ％以下とすることが好ましい。

また、液体１０１にはガスを溶存させることができる。ガスは、例えば、炭酸ガス、オゾンガス、水素ガスなどとすることができる。

第１液体供給部４は、液体収納部４ａ、供給部４ｂ、流量制御部４ｃ、および液体ノズル４ｄを有する。液体収納部４ａ、供給部４ｂ、および流量制御部４ｃは、筐体６の外部に設けられている。

液体収納部４ａは、前述した液体１０１を収納する。
供給部４ｂは、配管を介して、液体収納部４ａに接続されている。供給部４ｂは、液体収納部４ａに収納されている液体１０１を液体ノズル４ｄに向けて供給する。供給部４ｂは、例えば、液体１０１に対する耐性を有するポンプなどとすることができる。なお、供給部４ｂがポンプである場合を例示したが、供給部４ｂはポンプに限定されるわけではない。例えば、供給部４ｂは、液体収納部４ａの内部にガスを供給し、液体収納部４ａに収納されている液体１０１を圧送するものとしてもよい。

流量制御部４ｃは、配管を介して、供給部４ｂに接続されている。流量制御部４ｃは、供給部４ｂにより供給された液体１０１の流量を制御する。流量制御部４ｃは、例えば、流量制御弁とすることができる。また、流量制御部４ｃは、液体１０１の供給の開始と供給の停止をも行うことができる。

液体ノズル４ｄは、筐体６の内部に設けられている。液体ノズル４ｄは、筒状を呈している。液体ノズル４ｄの一方の端部は、配管を介して、流量制御部４ｃに接続されている。液体ノズル４ｄの他方の端部は、載置台２ａに載置された基板１００の表面１００ｂに対峙している。そのため、液体ノズル４ｄから吐出した液体１０１は、基板１００の表面１００ｂに供給される。

また、液体ノズル４ｄの他方の端部（液体１０１の吐出口）は、基板１００の表面１００ｂの略中央に位置している。液体ノズル４ｄから吐出した液体１０１は、基板１００の表面１００ｂの略中央から拡がり、基板１００の表面１００ｂで略一定の厚みを有する液膜が形成される。

第２液体供給部５は、基板１００の表面１００ｂに液体１０２を供給する。第２液体供給部５は、液体収納部５ａ、供給部５ｂ、流量制御部５ｃ、および液体ノズル４ｄを有する。

液体１０２は、後述する解凍工程において用いることができる。そのため、液体１０２は、基板１００の材料と反応し難く、且つ、後述する乾燥工程において基板１００の表面１００ｂに残留し難いものであれば特に限定はない。液体１０２は、例えば、水（例えば、純水や超純水など）や、水を主成分とする液体とすることができる。

液体収納部５ａは、前述した液体収納部４ａと同様とすることができる。供給部５ｂは、前述した供給部４ｂと同様とすることができる。流量制御部５ｃは、前述した流量制御部４ｃと同様とすることができる。

なお、液体１０２と液体１０１が同じである場合には、第２液体供給部５を省くことができる。また、液体ノズル４ｄを兼用する場合を例示したが、液体１０１を吐出する液体ノズルと、液体１０２を吐出する液体ノズルを別々に設けることもできる。

また、液体１０２の温度は、液体１０１の凝固点よりも高い温度とすることができる。また、液体１０２の温度は、凍結した液体１０１を解凍できる温度とすることもできる。液体１０２の温度は、例えば、常温（２０℃）程度とすることができる。

なお、第２液体供給部５が省かれる場合には、液体１０１の温度は、液体１０１の凝固点よりも高い温度とすることができる。また、液体１０１の温度は、凍結した液体１０１を解凍できる温度とすることもできる。液体１０１の温度は、例えば、常温（２０℃）程度とすることができる。

筐体６は、箱状を呈している。筐体６の内部にはカバー６ａが設けられている。カバー６ａは、基板１００に供給され、基板１００が回転することで基板１００の外部に排出された液体１０１、１０２を受け止める。カバー６ａは、筒状を呈している。カバー６ａの、載置台２ａ側とは反対側の端部の近傍（カバー６ａの上端近傍）は、カバー６ａの中心に向けて屈曲している。そのため、基板１００の上方に飛び散る液体１０１、１０２の捕捉を容易とすることができる。

また、筐体６の内部には仕切り板６ｂが設けられている。仕切り板６ｂは、カバー６ａの外面と、筐体６の内面との間に設けられている。

筐体６の底面側の側面には複数の排出口６ｃが設けられている。図１の場合には、排出口６ｃが２つ設けられている。使用済みの冷却ガス３ａ１、空気７ａ、液体１０１、および液体１０２は、排出口６ｃから筐体６の外部に排出される。排出口６ｃには排気管６ｃ１が接続され、排気管６ｃ１には使用済みの冷却ガス３ａ１、空気７ａを排気する排気部（ポンプ）１１が接続されている。また、排出口６ｃには液体１０１、１０２を排出する排出管６ｃ２が接続されている。

排出口６ｃは基板１００よりも下方に設けられている。そのため、冷却ガス３ａ１が排出口６ｃから排気されることでダウンフローの流れが作りだされる。その結果、パーティクルの舞い上がりを防ぐことができる。

平面視において、複数の排出口６ｃは、筐体６の中心に対して対称となるように設けられている。この様にすれば、筐体６の中心に対して、冷却ガス３ａ１の排気方向が対称となる。冷却ガス３ａ１の排気方向が対称となれば、冷却ガス３ａ１の排気が円滑となる。

送風部７は、筐体６の天井面に設けられている。なお、送風部７は、天井側であれば、筐体６の側面に設けることもできる。送風部７は、ファンなどの送風機とフィルタを備えることができる。フィルタは、例えば、ＨＥＰＡフィルタ（High Efficiency Particulate Air Filter）などとすることができる。

送風部７は、仕切り板６ｂと筐体６の天井との間の空間に空気７ａ（外気）を供給する。そのため、仕切り板６ｂと筐体６の天井との間の空間の圧力が外部の圧力より高くなる。その結果、送風部７により供給された空気７ａを排出口６ｃに導くことが容易となる。また、パーティクルなどの汚染物が、排出口６ｃから筐体６の内部に侵入するのを抑制することができる。

制御部９は、基板処理装置１に設けられた各要素の動作を制御する。制御部９は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算素子と、半導体メモリなどの記憶素子を有することができる。制御部９は、例えば、コンピュータとすることができる。記憶素子には、基板処理装置１に設けられた各要素の動作を制御する制御プログラムを格納することができる。演算素子は、記憶素子に格納されている制御プログラム、操作者により入力されたデータなどを用いて、基板処理装置１に設けられた各要素の動作を制御する。

次に、基板処理装置１の作用について例示をする。
図５は、基板処理装置１の作用を例示するためのタイミングチャートである。
なお、図５は、基板１００が６０２５クオーツ(Ｑｚ)基板（１５２ｍｍ×１５２ｍｍ×６．３５ｍｍ）、液体１０１および液体１０２が純水の場合である。

まず、筐体６の図示しない搬入搬出口を介して、基板１００が筐体６の内部に搬入される。搬入された基板１００は、載置台２ａの複数の支持部２ａ１の上に載置、支持される。

基板１００が載置台２ａに載置、支持された後に、図５に示すように予備工程、液膜の形成工程、冷却工程（過冷却工程＋凍結工程）、解凍工程、乾燥工程を含む凍結洗浄工程が行われる。

まず、図５に示すように予備工程が実行される。予備工程においては、制御部９が、供給部４ｂおよび流量制御部４ｃを制御して、基板１００の表面１００ｂに、所定の流量の液体１０１を供給する。また、制御部９が、流量制御部３ｃを制御して、基板１００の裏面１００ａに、所定の流量の冷却ガス３ａ１を供給する。また、制御部９が、駆動部２ｃを制御して、基板１００を所定の回転数（第２の回転数）で回転させる。
したがって、回転する基板１００およびプレート２ｄに、液体１０１がかけ流される状態となる。

ここで、冷却部３による冷却ガス３ａ１の供給により筐体６内の雰囲気が冷やされると、空気中のダストを含んだ霜が基板１００に付着し、汚染の原因となる可能性がある。予備工程においては、基板１００の表面１００ｂに液体１０１を供給し続けているので、基板１００を均一に冷却しつつ、基板１００の表面１００ｂへの霜の付着を防止することができる。

例えば、図５に例示したものの場合には、基板１００の回転数を第１の回転数として、例えば５０ｒｐｍ〜５００ｒｐｍ程度とできる。また、液体１０１の流量を０．１Ｌ／ｍｉｎ〜１Ｌ／ｍｉｎ程度とできる。また、冷却ガス３ａ１の流量を４０ＮＬ／ｍｉｎ〜２００ＮＬ／ｍｉｎ程度、予備工程の工程時間を１８００秒程度とすることができる。なお、予備工程の工程時間は、基板１００の面内温度が略均一となる時間であればよい。これらの条件は、予め実験やシミュレーションを行うことで求めることができる。

予備工程における基板１００の表面１００ｂの液体１０１の温度は、液体１０１がかけ流し状態であるため、供給される液体１０１の温度とほぼ同じとなる。例えば、供給される液体１０１の温度が常温（２０℃）程度である場合、基板１００の表面１００ｂに存在する液体１０１（以下、液膜という）の温度は常温（２０℃）程度となる。

次に、図５に示すように液膜の形成工程が実行される。液膜の形成工程においては、予備工程において供給されていた液体１０１の供給を停止する。すると、基板１００およびプレート２ｄの回転が維持されているので、基板１００の表面１００ｂにある液体１０１が排出される。そして、基板１００の回転数を第２の回転数より遅い第１の回転数まで減速させる。第１の回転数は、例えば、０〜５０ｒｐｍの範囲とすればよい。基板１００の回転数を第１の回転数とした後に、所定の量の液体１０１を基板１００に供給して液膜を形成する。なお、冷却ガス３ａ１の供給は、維持されている。

液膜の形成工程において形成される液膜の厚み（過冷却工程を行う際の液膜の厚み）は、２００〜１３００μｍ程度とすることができる。例えば、制御部９は、液体１０１の供給量を制御して、基板１００の表面１００ｂの上にある液膜の厚みを２００〜１３００μｍ程度にする。

次に、図５に示すように冷却工程（過冷却工程＋凍結工程）が実行される。なお、本実施の形態では、冷却工程のうち、液体１０１が過冷却状態となってから凍結が始まるまでの工程を「過冷却工程」、過冷却状態の液体１０１が凍結状態となり、解凍工程により解凍が始まるまでを「凍結工程」と呼称する。

ここで、液体１０１の冷却速度が余り速くなると液体１０１が過冷却状態とならず、すぐに凍結してしまう。そのため、制御部９は、冷却ガス３ａ１の流量、および、基板１００の回転数の少なくともいずれかを制御することで、基板１００の表面１００ｂの液体１０１が過冷却状態となるようにする。

液体１０１が過冷却状態となる条件は、基板１００の大きさ、液体１０１の粘度、冷却ガス３ａ１の比熱などの影響を受ける。そのため、液体１０１が過冷却状態となる条件は、実験やシミュレーションを行うことで適宜決定することが好ましい。

冷却工程（過冷却工程＋凍結工程）では、図５に例示するように、冷却ガス３ａ１の流量および回転数は、液膜の形成工程と同じ条件である。基板１００の裏面１００ａに供給され続けている冷却ガス３ａ１により、基板１００上の液膜の温度が、液膜の形成工程における液膜の温度よりもさらに下がり、過冷却状態となる。

過冷却状態においては、例えば、液膜の温度、パーティクルなどの汚染物の存在、振動などにより、液体１０１の凍結が開始する。例えば、パーティクルなどの汚染物が存在する場合、液体１０１の温度が、−２０℃から−３５℃程度になると液体１０１の凍結が開始する。

過冷却状態の液体１０１の凍結が開始すると、過冷却工程から凍結工程に移行する。
凍結工程においては、基板１００の表面１００ｂの液膜の少なくとも一部を凍結させる。本実施の凍結洗浄工程では、液膜が完全に凍結し氷膜となる場合を説明する。

次に、図５に示すように解凍工程が実行される。なお、図５に例示をしたものは、液体１０１と液体１０２が同じ液体の場合である。そのため、図５では液体１０１と記載している。解凍工程においては、制御部９が、供給部４ｂおよび流量制御部４ｃを制御して、基板１００の表面１００ｂに、所定の流量の液体１０１を供給する。なお、液体１０１と液体１０２が異なる場合には、制御部９が、供給部５ｂおよび流量制御部５ｃを制御して、基板１００の表面１００ｂに、所定の流量の液体１０２を供給する。

また、制御部９が、流量制御部３ｃを制御して、冷却ガス３ａ１の供給を停止させる。これにより氷膜の解凍が始まり、氷膜は徐々に液体１０１となってゆく。また、制御部９が、駆動部２ｃを制御して、基板１００の回転数を第２の回転数よりも速い第３の回転数へと増加させる。基板１００の回転が速くなれば、液体１０１と、氷膜の溶け残りと、を遠心力で振り切ることができる。そのため、液体１０１と、氷膜の溶け残りと、を基板１００の表面１００ｂから排出することができる。この際、基板１００の表面１００ｂから分離された汚染物も、これらとともに排出される。

なお、液体１０１または液体１０２の供給量は、解凍ができるのであれば特に限定はない。また、基板１００の回転数は、液体１０１、氷膜の溶け残り、および汚染物が排出できるのであれば特に限定はない。

次に、図５に示すように乾燥工程が実行される。乾燥工程においては、制御部９が、供給部４ｂおよび流量制御部４ｃを制御して、液体１０１の供給を停止させる。なお、液体１０１と液体１０２が異なる液体の場合には、制御部９が、供給部５ｂおよび流量制御部５ｃを制御して、液体１０２の供給を停止させる。

また、制御部９が、駆動部２ｃを制御して、基板１００の回転数をさらに増加させ、第３の回転数よりも速い第４の回転数へと増加させる。基板１００の回転が速くなれば、基板１００の乾燥を迅速に行うことができる。なお、基板１００の回転数は、乾燥ができるのであれば特に限定はない。
以上の様にすることで、基板１００の処理（汚染物の除去）を行うことができる。

図６は、比較例に係る載置台２０２ａを例示するための模式図である。
図６に示すように、載置台２０２ａの一方の主面には、基板１００を支持する複数の支持部２ａ１が設けられている。また、載置台２０２ａの中央部分には、載置台２０２ａの厚み方向を貫通する孔２０２ａａが設けられている。ただし、前述した載置台２ａにはプレート２ｄが設けられていたが、載置台２０２ａにはプレート２ｄが設けられていない。

孔２０２ａａからは冷却ガス３ａ１が供給される。供給された冷却ガス３ａ１は、載置台２０２ａと基板１００の裏面１００ａとの間の空間を流れ、基板１００の外部に排出される。冷却ガス３ａ１が基板１００から熱を奪うことで、基板１００が冷却される。一方、冷却ガス３ａ１は、基板１００から熱を奪うことで温度が上昇する。

載置台２０２ａの面に平行な方向における流路抵抗は、ほぼ同じであるため、図６に示すように、冷却ガス３ａ１は孔２０２ａａから略放射状に流れる。冷却ガス３ａ１は基板１００から熱を奪いながらほぼ一方向に流れるので、基板１００の周縁側になるに従い冷却ガス３ａ１の温度が高くなり冷却効率が低下する。また、基板１００の周縁領域は、基板１００の表面１００ｂに垂直な方向のみならず基板１００の表面１００ｂに平行な方向においても外部雰囲気と隣接しているので、外部からの入熱量が多くなる。そのため、基板１００の周縁領域の冷却が抑制される。

また、図６に示すように、基板１００は孔２０２ａａを中心として回転する。基板１００の平面形状が四角形の場合、基板１００の辺に接触する内接円１００ｃの内側において、基板１００の裏面１００ａと載置台２０２ａとの間の空間の開口は、内接円１００ｃ上を移動し、外部雰囲気中を移動しないので、基板１００の回転に伴う外気の侵入が少ない。これに対して、内接円１００ｃの外側、すなわち、四角形の角の近傍の空間の開口は外部雰囲気中を移動するので、基板１００の回転に伴い、内接円１００ｃの接線方向から外気が侵入し易くなる。そのため、基板１００の平面形状が四角形の場合には、基板１００の周縁領域の冷却が抑制されることに加えて、基板１００の角の近傍の冷却がさらに抑制されることになる。

前述したように、本実施の形態に係る載置台２ａには、少なくとも表面２ｄｂに撥液部２ｄ２を有するプレート２ｄが設けられている。また、プレート２ｄは、基板１００の周縁を囲んでおり、基板１００の延長部分と見なすことができる。つまり、基板１００の周縁領域をプレート２ｄの周縁領域まで拡張したとみなすことができる。そのため、基板１００の表面１００ｂに平行な方向における、基板１００の周縁領域と外部雰囲気との間の距離を大きくすることができる。その結果、基板１００の周縁領域における外部からの入熱量を少なくすることができるので、基板１００の周縁領域の冷却を効果的に行うことができる。特に、平面形状が四角形の場合、基板の角の近傍が冷却されにくい。プレート２ｄを配置することで四角形である基板１００の角の近傍が、プレート２ｄの内側に位置して外部に開口しなくなる。そのため、基板１００の回転に伴う外気の侵入が少なくなるので、基板１００の周縁領域への外部からの入熱量を少なくするだけでなく、冷却ガスへの外部からの入熱量も少なくすることができる。そのため、基板１００の平面形状が四角形であっても、角の近傍の冷却を効果的に行うことができる。
このため、予備工程において、基板１００をより均一に冷却することができる。

また、液膜の形成工程において、プレート２ｄの撥液部２ｄ２が基板１００を囲んでいるため、基板１００の表面１００ｂからプレート２ｄへの液体１０１の流れを抑制することができる。このため、基板１００の表面１００ｂに供給された液体１０１を、基板１００の表面１００ｂに留めることが容易となる。この結果、プレート２ｄが無い場合と比べて液膜を厚く形成することができる。また、プレート２ｄの表面２ｄｂにまで液膜を形成する場合と比べて、所望の液膜の厚みを得るために必要な液体１０１の量を少なくすることができる。

なお、基板１００の表面ｂからプレート２ｄへの液体１０１の流れを抑制するのに、プレート２ｄの表面２ｄｂ全てに撥液部２ｄ２を設ける必要はない。図４（ｂ）に示すように、プレート２ｄの厚みをＴ（ｍｍ）、プレート２ｄの基板１００側の側面２ｄｃと、プレート２ｄの表面２ｄｂに設けられた撥液部２ｄ２の、基板１００側とは反対側の端部との間の距離をＬ（ｍｍ）とすると、少なくとも「Ｌ≧Ｔ」であれば、基板１００の表面ｂからプレート２ｄへの液体１０１の流れを抑制することができる。

また、液膜の形成工程において、基板１００の回転を第１の回転数以下としている。第１の回転数は、遠心力の影響による液膜のばらつきが発生しない回転数である。このため、基板１００の周縁領域における外部からの入熱量を少なくすることができ、液膜のばらつきを抑制しつつ、液膜を厚く形成することもできる。

また、本実施の形態に係る基板処理装置１においては、基板１００の裏面１００ａに冷却ガス３ａ１を供給して、基板１００の表面１００ｂに供給された液体１０１を冷却している。基板１００の裏面１００ａ側に冷却ガス３ａ１を供給すると、基板１００を介して液膜を冷却することができる。予備工程において基板１００は、均一に冷却されているので、基板１００の表面１００ｂ上に形成された液膜を均一に冷却することができる。その結果、液膜に局所的な凍結が起こるのを抑制することができる。そのため、基板１００の表面１００ｂに設けられた凹凸部間にかかる圧力を均一化することができるので、凹凸部の倒壊を抑制することができる。前述の通り、予備工程において、プレート２ｄにより基板１００の周縁領域への外部からの入熱量が抑制されているので、基板１００をより均一に冷却することができる。このため、液膜に局所的な凍結がおきるのをより抑制することができる。

また、基板１００の裏面１００ａから表面１００ｂに向かって厚み方向に冷却が進むので、液膜に厚さ方向の温度勾配が存在しても、基板１００の表面１００ｂと、液体１０１との界面の温度を最も低くすることができる。そのため、液体１０１の凍結は、基板１００の表面１００ｂと、液体１０１との界面側から始まる。また、界面付近の液体１０１の温度を最も低くすることができるので、界面付近において、凍結した液体１０１の膨張を大きくすることができる。そのため、基板１００の表面１００ｂに付着した汚染物を効率よく分離することができる。

図７（ａ）に示すように、撥液部２ｄ２は、プレート２ｄの表面２ｄｂと、プレート２ｄの基板１００側の側面２ｄｃとに設けることもできる。
製造誤差などにより、意図しない隙間が、プレート２ｄの側面２ｄｃと基板１００の側面との間に形成される場合がある。プレート２ｄの基板１００側の側面２ｄｃにも設けることで、意図しない隙間が、プレート２ｄの側面２ｄｃと基板１００の側面との間に形成されていたとしても、基板１００の表面１００ｂに供給された液体１０１が、プレート２ｄの側面２ｄｃと基板１００の側面との間から載置台２ａ側に漏れるのを抑制することができる。特に、プレート２ｄの基板１００側の側面２ｄｃに設ける撥液部２ｄ２は、弾性体としての性質を有していると好ましい。例えば、撥液材でコーティングされた弾性体をプレート２ｄの側面２ｄｃに取り付けるようにすればよい。
また、図７（ｂ）に示すように、撥液部２ｄ２は、プレート２ｄの全表面に設けてもよい。

また、図８に示すように、プレート２ｄは、複数の小片２ｄｄ〜２ｄｇの複合体とすることができる。
また図９に示すように、複数の小片２ｄｄ〜２ｄｇは、載置台２ａではなく、載置台２ａの周囲に設けられた駆動部２ｄｇに配置され、移動可能としてもよい。

図１０は、他の実施形態に係る基板処理装置１ａを例示するための模式図である。
図１０に示すように、基板処理装置１ａには、載置部２、冷却部３、第１液体供給部４、第２液体供給部５、筐体６、送風部７、測定部８、温度測定部８ａ、ガス供給部１０、および制御部９が設けられている。

温度測定部８ａは、基板１００と載置台２ａとの間の空間の温度を測定する。この温度は、基板１００と載置台２ａとの間を流れる混合ガス（冷却ガス３ａ１とガス１０ｄが混合されたガス）の温度とほぼ等しい。温度測定部８ａは、例えば、放射線温度計などとすることができる。

ガス供給部１０は、ガス収納部１０ａ、流量制御部１０ｂ、および接続部１０ｃを有する。
ガス収納部１０ａは、ガス１０ｄの収納と供給を行う。ガス収納部１０ａは、ガス１０ｄが収納された高圧ボンベや工場配管などとすることができる。
流量制御部１０ｂは、ガス１０ｄの流量を制御する。流量制御部１０ｂは、例えば、ガス１０ｄの流量を直接的に制御するＭＦＣとすることもできるし、圧力を制御することでガス１０ｄの流量を間接的に制御するＡＰＣとすることもできる。

接続部１０ｃは、回転軸２ｂに接続されている。接続部１０ｃは、回転軸２ｂと冷却ノズル３ｄとの間の空間と、流量制御部１０ｂとを接続する。接続部１０ｃは、例えば、ロータリージョイントとすることができる。

ガス１０ｄは、基板１００の材料と反応し難いガスであれば特に限定はない。ガス１０ｄは、例えば、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガスなどの不活性ガスとすることができる。この場合、ガス１０ｄは、冷却ガス３ａ１と同じガスとすることができる。ただし、ガス１０ｄの温度は、冷却ガス３ａ１の温度よりも高くなっている。ガス１０ｄの温度は、例えば、室温とすることができる。

液体１０１の冷却速度が余り速くなると液体１０１が過冷却状態とならず、すぐに凍結してしまう。すなわち、過冷却工程を行うことができなくなる。この場合、液体１０１の冷却速度は、冷却ガス３ａ１の流量、および、基板１００の回転数の少なくともいずれかにより制御することができる。ところが、冷却ガス３ａ１の温度は、冷却ガス３ａ１を供給する冷却部における温度設定によりほぼ一定となる。そのため、冷却ガス３ａ１の流量では、液体１０１の冷却速度を遅くすることが難しくなる場合がある。

また、基板１００の回転数を少なくすれば、液膜の厚みが厚くなるので冷却速度を遅くすることができる。しかしながら、液膜の厚みには、表面張力によって保たれる限界の厚みがあるので、基板１００の回転数では液体１０１の冷却速度を遅くすることが難しくなる場合がある。

そこで、本実施の形態においては、冷却ガス３ａ１よりも温度の高いガス１０ｄと、冷却ガス３ａ１とを混合させることで、液体１０１の冷却速度を遅くすることができる様にしている。液体１０１の冷却速度は、ガス１０ｄと冷却ガス３ａ１の流量、ガス１０ｄと冷却ガス３ａ１の混合割合、ガス１０ｄの温度などにより制御することができる。

また、測定部８により、液膜の温度を検出して冷却ガス３ａ１の流量を制御したとしても、基板１００の表面１００ｂ側の温度（液膜の温度）と、基板１００の裏面１００ａ側の温度と、には差が生じている場合がある。そのため、測定部８で検出された液膜の温度のみに基づいて冷却ガス３ａ１の流量を制御すると、液膜の温度が適正温度になったとしても、液膜の温度と、基板１００の裏面１００ａの温度との間に差が生じて基板１００の厚み方向の温度勾配が大きくなる場合がある。基板１００の厚み方向の温度勾配が大きくなると、凍結のタイミングが基板１００毎にばらつくおそれがある。

本実施の形態によれば、制御部９は、温度測定部８ａにより測定された温度に基づいて、ガス１０ｄと冷却ガス３ａ１の流量、ガス１０ｄと冷却ガス３ａ１の混合割合の少なくともいずれかを制御することができる。

そのため、制御部９は、予備工程においてこのような制御を行い、測定部８で検出された温度と、温度測定部８ａで検出された温度との差が所定の範囲内となった後に、予備工程から過冷却工程（液体１０１の供給停止）に切り替えることができる。この様にすれば、基板１００の厚み方向の温度勾配が小さくなった状態で凍結を開始させることができるので、凍結のタイミングがばらつくのを抑制することができる。

なお、流量制御部３ｃにより冷却ガス３ａ１の流量を制御することなく（冷却ガス３ａ１の流量を一定にして）、ガス供給部１０から供給されるガス１０ｄの流量を制御して、液体１０１の過冷却状態を制御することもできる。この様な場合には、流量制御部３ｃを省くことができる。ただし、流量制御部３ｃおよびガス供給部１０を設ければ、液体１０１の過冷却状態の制御をより容易に行うことができる。
また、送風部７により供給される空気７ａの量を制御することで、液体１０１の過冷却状態の制御を行うこともできる。

また、プレート２ｄにより、基板外周の冷却効率が改善されるので、使用する冷却ガス３ａ１の温度を従来よりも高い温度とすることができる。そのため、冷却液部３ａにおいて冷却ガス３ａ１を生成する方法において、冷却ガス３ａ１に比べて安価な常温のガスを混合できるようになり、コストを抑えることができる。また、チラー等によって、ガスを冷却する方法では、冷却ガス３ａ１の設定温度を従来よりも高くすることができるので、チラーへの負荷が減少され、また、省エネルギーともなる。

以上、実施の形態について例示をした。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。前述した実施形態に関して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。

例えば、基板処理装置１が備える各要素の形状、寸法、数、配置などは、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。

また、以上においては、基板１００の平面形状が四角形の場合を例示したが、基板１００の平面形状が円形などの場合も同様とすることができる。例えば、１つの板状体の中央部分に、基板１００の平面形状に応じた孔を設けるようにすればよい。平面形状が円形の基板１００は、例えば、半導体ウェーハなどとすることができる。

また、プレート２ｄは、筐体６の外部で基板１００に取り付けられるようにしてもよい。基板１００は、取り付けられたプレート２ｄと共に筐体６内に搬送される。

１ 基板処理装置、１ａ 基板処理装置、２ 載置部、２ａ 載置台、２ａ１ 支持部、２ａａ 孔、２ｂ 回転軸、２ｃ 駆動部、２ｄ プレート、３ 冷却部、３ａ 冷却液部、３ａ１ 冷却ガス、４ 第１液体供給部、５ 第２液体供給部、６ 筐体、９ 制御部、１０ ガス供給部、１０ｄ ガス、１００ 基板、１００ａ 裏面、１００ｂ 表面、１０１ 液体、１０２ 液体

Claims (6)

1. 基板を支持可能な載置台と、
   前記載置台と、前記基板と、の間の空間に、冷却ガスを供給可能な冷却部と、
   前記基板の、前記載置台側とは反対側の面に液体を供給可能な液体供給部と、
   板状を呈し、前記基板の周縁を囲むプレートと、
   少なくとも、前記プレートの、前記載置台側とは反対側の面に設けられ、前記基板よりも前記液体をはじきやすい性質を有する撥液部と、
   を備えた基板処理装置。
2. 前記撥液部は、前記プレートの、前記基板側の側面にさらに設けられている請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記撥液部は、膜状を呈し、飽和フルオロアルキル基、フルオロシリル基、アルキルシリル基、および長鎖アルキル基のいずれかを有する材料を含む請求項１または２に記載の基板処理装置。
4. 前記撥液部は、フラクタル構造を有する請求項１または２に記載の基板処理装置。
5. 前記プレートの熱伝導率は、前記基板の熱伝導率と同じである請求項１〜４のいずれか１つに記載の基板処理装置。
6. 前記プレートの線膨張係数は、前記基板の線膨張係数と同じである請求項１〜５のいずれか１つに記載の基板処理装置。

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