JP4781253B2 - Substrate processing apparatus and substrate processing method - Google Patents

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Description

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の各種基板(以下、単に「基板」という)の表面に形成された液膜を凍結させる凍結処理に適した基板処理装置および基板処理方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor wafer, a glass substrate for photomask, a glass substrate for liquid crystal display, a glass substrate for plasma display, a substrate for FED (Field Emission Display), an optical disk substrate, a magnetic disk substrate, a magneto-optical disk substrate, etc. The present invention relates to a substrate processing apparatus and a substrate processing method suitable for a freezing process for freezing a liquid film formed on the surface of various substrates (hereinafter simply referred to as “substrate”).
従来より、基板に対する処理のひとつとして基板表面に液膜を付着させた状態で基板を冷却することにより液膜を凍結させる技術が用いられている。特に、このような凍結技術は基板に対する洗浄処理の一環として用いられている。すなわち、半導体装置に代表されるデバイスの微細化、高機能化、高精度化に伴って基板表面に形成されたパターンを倒壊させずに基板表面に付着しているパーティクル等の微小な汚染物質を除去することが益々困難になっている。そこで、上記した凍結技術を用いて次のようにして基板表面に付着している汚染物質を除去している。   Conventionally, a technique of freezing a liquid film by cooling the substrate with the liquid film attached to the surface of the substrate is used as one of the processes for the substrate. In particular, such a freezing technique is used as part of a cleaning process for a substrate. In other words, fine contaminants such as particles adhering to the substrate surface without collapsing the pattern formed on the substrate surface with the miniaturization, higher functionality, and higher accuracy of devices typified by semiconductor devices. It has become increasingly difficult to remove. Therefore, the contaminants adhering to the substrate surface are removed using the above-described freezing technique as follows.
先ず、基板表面に液体を供給して基板表面に液膜を形成する。続いて、基板を冷却することにより液膜を凍結させる。これにより、汚染物質が付着している基板表面に凍結膜が形成される。そして、最後に基板表面から凍結膜を除去することにより基板表面から汚染物質を凍結膜とともに除去している。   First, a liquid is supplied to the substrate surface to form a liquid film on the substrate surface. Subsequently, the liquid film is frozen by cooling the substrate. As a result, a frozen film is formed on the surface of the substrate to which the contaminant is attached. Finally, by removing the frozen film from the substrate surface, contaminants are removed from the substrate surface together with the frozen film.
ここで、基板表面に形成された液膜を凍結させる基板処理方法としては次のようなものがある。例えば特許文献1に記載の装置においては、処理チャンバー内に基板を収容し、該基板をペデスタル(台座)上に支持している。そして、基板表面にスチームまたは超純度水蒸気等の除去流体を供給している。これにより、基板表面上に除去流体による液膜が形成される。続いて、除去流体の凍結温度を下回る温度を有する冷却ガスを処理チャンバー内に射出し、該冷却ガスを処理チャンバー内で循環させている。そうすると、基板表面に形成された液膜が凍結する。   Here, as a substrate processing method for freezing the liquid film formed on the substrate surface, there are the following methods. For example, in the apparatus described in Patent Document 1, a substrate is accommodated in a processing chamber, and the substrate is supported on a pedestal (pedestal). A removal fluid such as steam or ultrapure water vapor is supplied to the substrate surface. Thereby, a liquid film is formed by the removal fluid on the substrate surface. Subsequently, a cooling gas having a temperature lower than the freezing temperature of the removal fluid is injected into the processing chamber, and the cooling gas is circulated in the processing chamber. Then, the liquid film formed on the substrate surface is frozen.
特開平3−145130号公報(図1)JP-A-3-145130 (FIG. 1)
ところで、特許文献1に記載の装置では、処理チャンバー内に冷却ガスを射出するとともに該冷却ガスを処理チャンバー内で循環させて基板表面に形成された液膜を凍結している。このため、基板のみならず、ペデスタル等の基板保持手段を含む、基板の周辺に位置する周辺部材(以下、単に「基板周辺部材」という)も冷却ガスによって凍結温度以下あるいはその近辺の温度にまで冷却されてしまう。その結果、基板周辺部材が冷熱によりダメージを受け、基板周辺部材の耐久性が劣化してしまうという問題が発生していた。   By the way, in the apparatus described in Patent Document 1, a cooling gas is injected into the processing chamber and the cooling gas is circulated in the processing chamber to freeze the liquid film formed on the substrate surface. For this reason, not only the substrate but also a peripheral member located around the substrate including the substrate holding means such as a pedestal (hereinafter simply referred to as “substrate peripheral member”) is cooled to a temperature below or near the freezing temperature by the cooling gas. It will be cooled. As a result, there has been a problem that the peripheral member of the substrate is damaged by cold and the durability of the peripheral member of the substrate is deteriorated.
そこで、処理チャンバー内で冷却ガスを循環させるのではなく、基板表面に形成された液膜に直接に冷却ガスを供給することが考えられる。すなわち、基板表面の上方にノズルを配置して、ノズルから冷却ガスを吐出させながら該ノズルを基板表面に沿って基板に対して相対移動させることが考えられる。これにより、基板表面に形成された液膜が局部的に凍結しながら、基板表面の表面領域のうち液膜が凍結した領域(凍結領域)が広げられ、液膜全体が凍結する。このため、冷却ガスの供給部位を基板表面上の一部領域に限定することができ、基板周辺部材の温度低下を必要最小限に止めることができる。   Therefore, it is conceivable to supply the cooling gas directly to the liquid film formed on the substrate surface instead of circulating the cooling gas in the processing chamber. That is, it is conceivable to dispose the nozzle above the substrate surface and move the nozzle relative to the substrate along the substrate surface while discharging the cooling gas from the nozzle. Thereby, while the liquid film formed on the substrate surface is locally frozen, a region (frozen region) where the liquid film is frozen is expanded in the surface region of the substrate surface, and the entire liquid film is frozen. For this reason, the supply site of the cooling gas can be limited to a partial region on the substrate surface, and the temperature drop of the substrate peripheral member can be minimized.
しかしながら、上記のようにノズルから冷却ガスを吐出して液膜を凍結させる場合には以下の点を考慮する必要がある。すなわち、ノズルと該ノズルに冷却ガスを供給する冷却ガス供給源とは、装置の構成上、近接して配置することが難しい。このため、冷却ガス供給源からの冷却ガスをノズルに導入するための配管(ガス導入配管)が必要となるとともに、当該配管の長さは比較的長くなってしまう。その結果、冷却ガス供給源からの冷却ガスをノズルに導入するまでの間に、冷却ガスが配管を介して外部雰囲気からの熱を吸収し、冷却ガスの温度が上昇してしまう。その結果、液膜を凍結させることが困難となる場合がある。   However, when the cooling gas is discharged from the nozzle as described above to freeze the liquid film, it is necessary to consider the following points. That is, it is difficult to dispose the nozzle and the cooling gas supply source that supplies the cooling gas to the nozzle close to each other due to the configuration of the apparatus. For this reason, piping (gas introduction piping) for introducing the cooling gas from the cooling gas supply source into the nozzle is required, and the length of the piping is relatively long. As a result, until the cooling gas from the cooling gas supply source is introduced into the nozzle, the cooling gas absorbs heat from the external atmosphere via the pipe, and the temperature of the cooling gas rises. As a result, it may be difficult to freeze the liquid film.
そこで、冷却ガスへの外部雰囲気からの吸熱を抑制するために、冷却ガス供給源からノズルに向けて供給する冷却ガスの流速を高めることが考えられる。しかしながら、この場合には、冷却ガスの温度上昇を抑制することはできても、次のような新たな問題が発生するおそれがある。すなわち、冷却ガスの流速を高めると、ノズルから吐出された冷却ガスによって液膜が凍結する前に液膜が乾燥してしまうおそれがある。   Therefore, in order to suppress heat absorption from the external atmosphere to the cooling gas, it is conceivable to increase the flow rate of the cooling gas supplied from the cooling gas supply source toward the nozzle. However, in this case, even if the temperature rise of the cooling gas can be suppressed, the following new problem may occur. That is, when the flow rate of the cooling gas is increased, the liquid film may be dried before the liquid film is frozen by the cooling gas discharged from the nozzle.
この発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、液膜が乾燥するのを防止しながら液膜を確実に凍結させることができる基板処理装置および基板処理方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus and a substrate processing method capable of reliably freezing a liquid film while preventing the liquid film from drying.
本願発明者は、ノズルから冷却ガスを吐出して液膜を凍結させる際に、ノズル内部を冷却ガスが流通する流通空間(以下、単に「流通空間」という)の流路断面積と、ノズルに接続された配管の流路断面積とに関して次のように考察した。すなわち、単に冷却ガス供給源からの冷却ガスを配管を介してノズルに導入し、該ノズルから吐出させることのみを考えると、配管の流路断面積と流通空間の断面積とを同一の大きさに設定することができる。しかしながら、このような寸法関係を採用した場合には、配管内を流通する冷却ガスの流速と、配管から流通空間に導入され、該流通空間を流通する冷却ガスの流速とは、ほぼ同一となってしまう。このため、上述したように冷却ガスへの外部雰囲気からの吸熱を抑制するために配管内を流通する冷却ガスの流速を高めた場合には、このように流速が高められた状態で流通空間を冷却ガスが流通し、ノズルから吐出される。その結果、液膜が乾燥してしまうおそれがある。   The inventor of the present application, when discharging the cooling gas from the nozzle and freezing the liquid film, the flow passage cross-sectional area of the circulation space (hereinafter simply referred to as “distribution space”) in which the cooling gas circulates in the nozzle, It considered as follows regarding the flow-path cross-sectional area of the connected piping. That is, considering only that the cooling gas from the cooling gas supply source is introduced into the nozzle through the pipe and discharged from the nozzle, the flow path cross-sectional area of the pipe and the cross-sectional area of the circulation space have the same size. Can be set to However, when such a dimensional relationship is adopted, the flow rate of the cooling gas flowing through the piping and the flow rate of the cooling gas introduced from the piping into the distribution space and flowing through the distribution space are substantially the same. End up. For this reason, as described above, when the flow rate of the cooling gas flowing through the piping is increased in order to suppress the heat absorption from the external atmosphere to the cooling gas, the flow space is increased in such a state that the flow rate is increased. Cooling gas flows and is discharged from the nozzle. As a result, the liquid film may be dried.
そこで、本願にかかる基板処理装置および基板処理方法は、液膜の乾燥を防止する観点から次のように構成されている。   Therefore, the substrate processing apparatus and the substrate processing method according to the present application are configured as follows from the viewpoint of preventing the liquid film from drying.
この発明は、基板表面に形成された液膜を凍結させる凍結処理に適した基板処理装置であって、上記目的を達成するため、基板表面に液膜が形成された状態で基板を保持する基板保持手段と、その内部に液膜を構成する液体の凝固点より低い温度を有する冷却ガスを流通させる流通空間を有し、流通空間内の冷却ガスを液膜に向けて吐出させる冷却ガス吐出ノズルと、冷却ガス吐出ノズルに接続され、流通空間に冷却ガスを導入するガス導入配管と、基板表面に対し、冷却ガス吐出ノズルを離間対向させつつ基板表面に沿って相対移動させる駆動機構とを備え、基板表面に向けて吐出される冷却ガス流に対して直交する面内における流通空間の断面積がガス導入配管の流路断面積よりも大きく、冷却ガス吐出ノズルから冷却ガスを基板表面に向けて局部的に吐出させながら、駆動機構が冷却ガス吐出ノズルを基板に対し相対移動させることを特徴としている。 The present invention is a substrate processing apparatus suitable for a freezing process for freezing a liquid film formed on a substrate surface, and in order to achieve the above object, a substrate that holds the substrate in a state in which the liquid film is formed on the substrate surface A holding gas, and a cooling gas discharge nozzle that has a flow space in which a cooling gas having a temperature lower than the freezing point of the liquid constituting the liquid film is circulated, and discharges the cooling gas in the flow space toward the liquid film; A gas introduction pipe connected to the cooling gas discharge nozzle for introducing the cooling gas into the circulation space, and a drive mechanism for moving the cooling gas discharge nozzle relative to the substrate surface along the substrate surface while facing the cooling gas , sectional area of circulation space in a plane perpendicular to the cooling gas flow discharged toward the substrate surface much larger than the flow path cross-sectional area of the gas introduction pipe, a cooling gas onto the substrate surface from the cooling gas discharge nozzle While only allowed locally discharged, the drive mechanism is a cooling gas discharge nozzle is characterized by relatively moving with respect to the substrate.
また、この発明は、基板表面に形成された液膜を凍結させる凍結処理に適した基板処理方法であって、上記目的を達成するため、基板表面に液膜が形成された状態で基板を保持する基板保持工程と、冷却ガス吐出ノズルの内部に設けられ、液膜を構成する液体の凝固点より低い温度を有する冷却ガスを流通させる流通空間に、冷却ガス吐出ノズルに接続されたガス導入配管から冷却ガスを導入するガス導入工程と、流通空間に導入された冷却ガスを、基板表面に対し離間対向させた冷却ガス吐出ノズルから液膜に向けて吐出させながら、冷却ガス吐出ノズルを基板表面に沿って相対移動させるガス吐出工程とを備え、基板表面に向けて吐出される冷却ガス流に対して直交する面内における流通空間の断面積がガス導入配管の流路断面積よりも大きいことを特徴としている。 The present invention is also a substrate processing method suitable for a freezing process in which a liquid film formed on a substrate surface is frozen. In order to achieve the above object, the substrate is held in a state in which the liquid film is formed on the substrate surface. A substrate holding step, and a gas introduction pipe connected to the cooling gas discharge nozzle into a circulation space that is provided inside the cooling gas discharge nozzle and distributes the cooling gas having a temperature lower than the freezing point of the liquid constituting the liquid film. The gas introduction step for introducing the cooling gas and the cooling gas introduced into the distribution space are discharged toward the liquid film from the cooling gas discharge nozzle spaced from and opposed to the substrate surface while the cooling gas discharge nozzle is placed on the substrate surface. along a gas discharge process to Ru is relative movement, than the flow path cross-sectional area of the cross-sectional area is the gas inlet pipe of the circulation space in a plane perpendicular to respect the cooling gas flow discharged toward the substrate surface It is characterized in that heard.
このように構成された発明(基板処理装置および基板処理方法)では、流路断面積が比較的小さなガス導入配管から、基板表面に向けて吐出される冷却ガス流に対して直交する面内における断面積が比較的大きなノズル内部の流通空間に冷却ガスが導入される。その結果、ガス導入配管から流通空間に導入された冷却ガスは流通空間内で広がり、冷却ガス吐出ノズルから吐出される。このため、流通空間に導入され、該流通空間を流通する冷却ガスの流速は、ガス導入配管の内部を流通する冷却ガスの流速に比較して小さくなる。つまり、冷却ガスの流速をノズル内部で減速させることができる。これにより、冷却ガスへの外部雰囲気からの吸熱を抑制するためにガス導入配管の内部を流通する冷却ガスの流速を高めた場合であっても、ノズル内部で冷却ガスの流速を減速させることができる。したがって、冷却ガスを吐出させながら冷却ガス吐出ノズルを基板表面に沿って相対移動させることで、液膜が乾燥するのを防止しながら液膜を確実に凍結させることができる。 In the invention (substrate processing apparatus and substrate processing method) configured as described above, in a plane orthogonal to the cooling gas flow discharged toward the substrate surface from the gas introduction pipe having a relatively small channel cross-sectional area. Cooling gas is introduced into the flow space inside the nozzle having a relatively large cross-sectional area. As a result, the cooling gas introduced into the circulation space from the gas introduction pipe spreads in the circulation space and is discharged from the cooling gas discharge nozzle. For this reason, the flow rate of the cooling gas introduced into the flow space and flowing through the flow space is smaller than the flow rate of the cooling gas flowing through the gas introduction pipe. That is, the flow rate of the cooling gas can be decelerated inside the nozzle. As a result, the flow rate of the cooling gas can be reduced inside the nozzle even when the flow rate of the cooling gas flowing through the inside of the gas introduction pipe is increased to suppress heat absorption from the external atmosphere to the cooling gas. it can. Therefore, by moving the cooling gas discharge nozzle relative to the substrate surface while discharging the cooling gas, the liquid film can be reliably frozen while preventing the liquid film from drying.
ここで、流通空間内に冷却ガス吐出ノズルとガス導入配管との接続位置において開口された開口部にその表面が対向して配置された板状部材をさらに備え、ガス導入配管は開口部から流通空間に冷却ガスを導入して板状部材の表面に冷却ガスを衝突させ整流するとともに、冷却ガス吐出ノズルは整流された冷却ガスを吐出させるように構成してもよい。この構成によれば、冷却ガスの流速をノズル内部で2段階にわたって減速させることができる。すなわち、開口部から流通空間に導入された冷却ガスは流通空間内で広がることで、流通空間に導入された冷却ガスの流速は、ガス導入配管の内部を流通する冷却ガスの流速に比較して小さくなる。さらに、流通空間に導入された冷却ガスはガス導入配管の開口部に対向して配置された板状部材の表面に衝突し、整流される。このため、液膜に向けて供給される冷却ガスの流速をさらに小さくすることができる。したがって、液膜の乾燥を確実に防止することができる。   Here, the distribution space further includes a plate-like member disposed so that the surface thereof is opposed to the opening portion opened at the connection position of the cooling gas discharge nozzle and the gas introduction piping, and the gas introduction piping is circulated from the opening portion. The cooling gas may be introduced into the space so that the cooling gas collides with the surface of the plate-like member and rectifies, and the cooling gas discharge nozzle may be configured to discharge the rectified cooling gas. According to this configuration, the flow rate of the cooling gas can be reduced in two stages inside the nozzle. That is, the cooling gas introduced into the distribution space from the opening spreads in the distribution space, and the flow rate of the cooling gas introduced into the distribution space is compared with the flow rate of the cooling gas flowing through the gas introduction pipe. Get smaller. Furthermore, the cooling gas introduced into the circulation space collides with the surface of the plate-like member arranged to face the opening of the gas introduction pipe and is rectified. For this reason, the flow rate of the cooling gas supplied toward the liquid film can be further reduced. Therefore, drying of the liquid film can be reliably prevented.
ここで、板状部材の表面を基板表面に向けて吐出される冷却ガス流に対して直交する面に略平行となるように配置するのが好ましい。この構成によれば、流通空間に導入された冷却ガスは板状部材に衝突し、基板表面に向けて吐出される冷却ガス流に対して直交する方向に整流される。このため、基板表面に向けて吐出される冷却ガスの流速を効果的に減速させることができ、液膜の乾燥防止に有効である。   Here, it is preferable to arrange the plate-like member so that the surface thereof is substantially parallel to a plane orthogonal to the cooling gas flow discharged toward the substrate surface. According to this configuration, the cooling gas introduced into the circulation space collides with the plate member, and is rectified in a direction orthogonal to the cooling gas flow discharged toward the substrate surface. For this reason, the flow velocity of the cooling gas discharged toward the substrate surface can be effectively reduced, which is effective in preventing the liquid film from drying.
また、ガス導入配管は流通空間に冷却ガスを導入して冷却ガス吐出ノズルの内壁面に冷却ガスを衝突させ整流するとともに、冷却ガス吐出ノズルは整流された冷却ガスを吐出させるように構成してもよい。この構成によれば、流通空間に導入された冷却ガスは流通空間内で広がることで、冷却ガスの流速が減速する。さらに、流通空間に導入された冷却ガスは冷却ガス吐出ノズルの内壁面に衝突し、整流される。このため、液膜に向けて供給される冷却ガスの流速をさらに減速させることができ、液膜の乾燥を確実に防止することができる。また、この構成によれば、流通空間に導入された冷却ガスを整流させるための部材を別途追加して設ける必要がないため、装置の構成を簡素化することができる。   The gas introduction pipe is configured to introduce a cooling gas into the flow space and rectify the cooling gas by colliding with the inner wall surface of the cooling gas discharge nozzle, and the cooling gas discharge nozzle is configured to discharge the rectified cooling gas. Also good. According to this configuration, the cooling gas introduced into the circulation space spreads in the circulation space, so that the flow rate of the cooling gas is reduced. Further, the cooling gas introduced into the circulation space collides with the inner wall surface of the cooling gas discharge nozzle and is rectified. For this reason, the flow rate of the cooling gas supplied toward the liquid film can be further reduced, and the liquid film can be reliably prevented from drying. Further, according to this configuration, it is not necessary to additionally provide a member for rectifying the cooling gas introduced into the circulation space, so that the configuration of the apparatus can be simplified.
ここで、ガス導入配管は流通空間に基板表面の面内での表面方向に略平行な方向から冷却ガスを導入するのが好ましい。この構成によれば、流通空間に導入された冷却ガスは内壁面に対して基板表面の面内での表面方向に略平行な方向から入射して内壁面に衝突し、整流される。このため、基板表面の面内での表面方向に略直交する方向に向かう冷却ガスの流速を効果的に減速させることができ、液膜の乾燥防止に有効である。   Here, it is preferable that the gas introduction pipe introduces the cooling gas into the circulation space from a direction substantially parallel to the surface direction in the plane of the substrate surface. According to this configuration, the cooling gas introduced into the circulation space is incident on the inner wall surface from a direction substantially parallel to the surface direction in the surface of the substrate, collides with the inner wall surface, and is rectified. For this reason, it is possible to effectively reduce the flow rate of the cooling gas in the direction substantially orthogonal to the surface direction in the surface of the substrate surface, which is effective in preventing the drying of the liquid film.
また、冷却ガスを吐出する冷却ガス吐出ノズルを基板に対して相対移動させることで液膜の全体を凍結させるようにしてもよい。この構成によれば、冷却ガスを吐出しながら冷却ガス吐出ノズルが基板表面に沿って基板に対して相対移動されることで、基板表面の表面領域のうち液膜が凍結した領域(凍結領域)が広げられて液膜の全体が凍結する。しかも、この発明によれば、ガス導入配管から流通空間に導入された冷却ガスは流通空間内で広がって冷却ガス吐出ノズルから吐出される。このため、ガス導入配管の流路断面積と同一の断面積の開口(吐出口)を有するノズルから冷却ガスを吐出させる場合に比較して液膜に対する冷却ガスの供給範囲が広くなっている。したがって、ノズル開口の断面積がガス導入配管の流路断面積と同一である場合に比較して、液膜全体を速やかに凍結させることができる。その結果、液膜の凍結処理に要する装置のスループットを向上させることができる。 Further, the entire liquid film may be frozen by moving the cooling gas discharge nozzle for discharging the cooling gas relative to the substrate. According to this configuration, the cooling gas discharge nozzle is moved relative to the substrate along the substrate surface while discharging the cooling gas, so that the liquid film is frozen in the surface region of the substrate surface (frozen region). Is spread and the entire liquid film is frozen. Moreover, according to the present invention, the cooling gas introduced into the circulation space from the gas introduction pipe spreads in the circulation space and is discharged from the cooling gas discharge nozzle. For this reason, compared with the case where cooling gas is discharged from the nozzle which has the opening (discharge port) of the same cross-sectional area as the flow-path cross-sectional area of gas introduction piping, the supply range of the cooling gas with respect to a liquid film is wide. Therefore, the entire liquid film can be frozen more quickly than in the case where the cross-sectional area of the nozzle opening is the same as the cross-sectional area of the gas introduction pipe. As a result, the throughput of the apparatus required for the liquid film freezing process can be improved.
この発明によれば、冷却ガス吐出ノズルの内部に設けられた流通空間の基板表面に向けて吐出される冷却ガス流に対して直交する面内における断面積が冷却ガス吐出ノズルに接続されたガス導入配管の流路断面積よりも大きくなっている。このため、流通空間に導入され、該流通空間を流通する冷却ガスの流速は、ガス導入配管の内部を流通する冷却ガスの流速に比較して小さくなる。これにより、冷却ガスへの外部雰囲気からの吸熱を抑制するためにガス導入配管の内部を流通する冷却ガスの流速を高めた場合であっても、ノズル内部で冷却ガスの流速を減速させることができる。したがって、液膜が乾燥するのを防止しながら液膜を確実に凍結させることができる。   According to this invention, the gas whose cross-sectional area in a plane orthogonal to the cooling gas flow discharged toward the substrate surface of the circulation space provided inside the cooling gas discharge nozzle is connected to the cooling gas discharge nozzle. It is larger than the cross-sectional area of the introduction pipe. For this reason, the flow rate of the cooling gas introduced into the flow space and flowing through the flow space is smaller than the flow rate of the cooling gas flowing through the gas introduction pipe. As a result, the flow rate of the cooling gas can be reduced inside the nozzle even when the flow rate of the cooling gas flowing through the inside of the gas introduction pipe is increased to suppress heat absorption from the external atmosphere to the cooling gas. it can. Therefore, the liquid film can be reliably frozen while preventing the liquid film from drying.
<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。また、図2は図1の基板処理装置の制御構成を示すブロック図である。この装置は半導体ウエハ等の基板Wの表面Wfに付着しているパーティクル等の汚染物質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、微細パターンが形成された基板表面Wfに液膜を形成した後、該液膜を凍結させてから凍結後の液膜(凍結膜)を基板表面Wfから除去することにより、基板Wに対して一連の洗浄処理(液膜形成+液膜凍結+膜除去)を施す装置である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a substrate processing apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing a control configuration of the substrate processing apparatus of FIG. This apparatus is a single-wafer type substrate processing apparatus used for a cleaning process for removing contaminants such as particles adhering to the surface Wf of a substrate W such as a semiconductor wafer. More specifically, after forming a liquid film on the substrate surface Wf on which the fine pattern is formed, freezing the liquid film and then removing the frozen liquid film (frozen film) from the substrate surface Wf, This is an apparatus for performing a series of cleaning processes (liquid film formation + liquid film freezing + film removal) on the substrate W.
この基板処理装置は、基板Wに対して洗浄処理を施す処理空間をその内部に有する処理チャンバー1を備え、処理チャンバー1内に基板表面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2(本発明の「基板保持手段」に相当)と、スピンチャック2に保持された基板Wの表面Wfに向けて液膜を凍結させるための冷却ガスを吐出する冷却ガス吐出ノズル3と、スピンチャック2に保持された基板Wの表面Wfに対向配置された遮断部材5が設けられている。   The substrate processing apparatus includes a processing chamber 1 having a processing space for cleaning the substrate W therein, and the substrate W is placed in a substantially horizontal posture with the substrate surface Wf facing upward in the processing chamber 1. Cooling that discharges a cooling gas for freezing the liquid film toward the surface Wf of the substrate W held by the spin chuck 2 (corresponding to the “substrate holding means” of the present invention) that is held and rotated and the spin chuck 2 A gas discharge nozzle 3 and a blocking member 5 disposed to face the surface Wf of the substrate W held by the spin chuck 2 are provided.
スピンチャック2は、回転支軸21がモータを含むチャック回転機構22の回転軸に連結されており、チャック回転機構22の駆動により回転中心A0を中心に回転可能となっている。回転支軸21の上端部には、円盤状のスピンベース23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(図2)からの動作指令に応じてチャック回転機構22を駆動させることによりスピンベース23が回転中心A0を中心に回転する。   The spin chuck 2 has a rotation support shaft 21 connected to a rotation shaft of a chuck rotation mechanism 22 including a motor, and can rotate around a rotation center A0 by driving the chuck rotation mechanism 22. A disc-shaped spin base 23 is integrally connected to the upper end portion of the rotation spindle 21 by a fastening component such as a screw. Therefore, the spin base 23 rotates around the rotation center A0 by driving the chuck rotation mechanism 22 in accordance with an operation command from the control unit 4 (FIG. 2) that controls the entire apparatus.
スピンベース23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24が立設されている。チャックピン24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23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24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24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。   Near the periphery of the spin base 23, a plurality of chuck pins 24 for holding the periphery of the substrate W are provided upright. Three or more chuck pins 24 may be provided to securely hold the circular substrate W, and are arranged at equiangular intervals along the peripheral edge of the spin base 23. Each of the chuck pins 24 includes a substrate support portion that supports the peripheral portion of the substrate W from below, and a substrate holding portion that holds the substrate W by pressing the outer peripheral end surface of the substrate W supported by the substrate support portion. Yes. Each chuck pin 24 is configured to be switchable between a pressing state in which the substrate holding portion presses the outer peripheral end surface of the substrate W and a released state in which the substrate holding portion is separated from the outer peripheral end surface of the substrate W.
そして、スピンベース23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24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24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24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23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保持される。   When the substrate W is delivered to the spin base 23, the plurality of chuck pins 24 are released, and when the substrate W is cleaned, the plurality of chuck pins 24 are pressed. State. By setting the pressed state, the plurality of chuck pins 24 can grip the peripheral edge of the substrate W and hold the substrate W in a substantially horizontal posture at a predetermined interval from the spin base 23. As a result, the substrate W is held with the front surface (pattern forming surface) Wf facing upward and the back surface Wb facing downward.
冷却ガス吐出ノズル3には、ノズル移動機構31が接続されている。そして、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31が作動することで冷却ガス吐出ノズル3が所定の回動軸回りに揺動する。これにより、冷却ガス吐出ノズル3を基板表面Wfと対向させながら基板表面Wfに沿って移動させることができる。   A nozzle moving mechanism 31 is connected to the cooling gas discharge nozzle 3. Then, the nozzle moving mechanism 31 is actuated in accordance with an operation command from the control unit 4 so that the cooling gas discharge nozzle 3 swings around a predetermined rotation axis. Accordingly, the cooling gas discharge nozzle 3 can be moved along the substrate surface Wf while facing the substrate surface Wf.
図3は図1の基板処理装置に装備された冷却ガス吐出ノズルの動作を示す図である。ここで、同図(a)は側面図、同図(b)は平面図である。ノズル移動機構31を作動させると、冷却ガス吐出ノズル3は基板表面Wfに対向しながら同図(b)の移動軌跡T、つまり基板Wの回転中心位置Pcから基板Wの端縁位置Peに向かう軌跡Tに沿って移動する。ここで、基板Wの回転中心位置Pcは基板表面Wfの上方で、かつ基板Wの回転中心A0上に設定されている。また、冷却ガス吐出ノズル3は基板Wの側方に退避した待機位置Psに移動可能となっている。このように、この実施形態では、ノズル移動機構31が冷却ガス吐出ノズル3を基板表面Wfに沿って基板Wに対して相対移動させる「駆動機構」として機能する。   FIG. 3 is a view showing the operation of the cooling gas discharge nozzle provided in the substrate processing apparatus of FIG. Here, FIG. 4A is a side view and FIG. 4B is a plan view. When the nozzle moving mechanism 31 is actuated, the cooling gas discharge nozzle 3 faces the substrate surface Wf and moves from the movement locus T in FIG. 5B, that is, from the rotation center position Pc of the substrate W to the edge position Pe of the substrate W. It moves along the trajectory T. Here, the rotation center position Pc of the substrate W is set above the substrate surface Wf and on the rotation center A0 of the substrate W. Further, the cooling gas discharge nozzle 3 is movable to a standby position Ps retracted to the side of the substrate W. Thus, in this embodiment, the nozzle moving mechanism 31 functions as a “driving mechanism” that moves the cooling gas discharge nozzle 3 relative to the substrate W along the substrate surface Wf.
冷却ガス吐出ノズル3はガス導入配管33と接続され、ガス導入配管33を介して冷却ガス供給部15(図2)と連通している。このため、制御ユニット4からの動作指令に応じて冷却ガス供給部15から冷却ガスが圧送されると、ガス導入配管33から冷却ガス吐出ノズル3に冷却ガスが導入される。その結果、冷却ガス吐出ノズル3から冷却ガスが吐出される。そして、制御ユニット4からの動作指令に応じて冷却ガス吐出ノズル3が基板表面Wfに近接して対向配置されるとともに冷却ガス吐出ノズル3から冷却ガスが吐出されると、基板表面Wfに向けて冷却ガスが局部的に供給される。ここで、基板表面Wfと冷却ガス吐出ノズル3との間の距離は、例えば6〜7mmに設定される。したがって、冷却ガス吐出ノズル3から冷却ガスを吐出させた状態で、制御ユニット4が基板Wを回転させながら該冷却ガス吐出ノズル3を移動軌跡Tに沿って移動させることで、冷却ガスを基板表面Wfの全面にわたって供給することができる。これにより、後述するように基板表面Wfに液膜11fが形成されていると、該液膜11fの全体を凍結させて基板表面Wfの全面に凍結膜13fを形成可能となっている。   The cooling gas discharge nozzle 3 is connected to a gas introduction pipe 33 and communicates with the cooling gas supply unit 15 (FIG. 2) via the gas introduction pipe 33. For this reason, when the cooling gas is pumped from the cooling gas supply unit 15 in accordance with the operation command from the control unit 4, the cooling gas is introduced from the gas introduction pipe 33 to the cooling gas discharge nozzle 3. As a result, the cooling gas is discharged from the cooling gas discharge nozzle 3. And according to the operation command from the control unit 4, when the cooling gas discharge nozzle 3 is disposed close to and opposed to the substrate surface Wf and the cooling gas is discharged from the cooling gas discharge nozzle 3, it is directed toward the substrate surface Wf. Cooling gas is supplied locally. Here, the distance between the substrate surface Wf and the cooling gas discharge nozzle 3 is set to, for example, 6 to 7 mm. Therefore, in the state where the cooling gas is discharged from the cooling gas discharge nozzle 3, the control unit 4 moves the cooling gas discharge nozzle 3 along the movement trajectory T while rotating the substrate W. It can be supplied over the entire surface of Wf. Thus, as described later, when the liquid film 11f is formed on the substrate surface Wf, the entire liquid film 11f can be frozen to form the frozen film 13f on the entire surface of the substrate surface Wf.
冷却ガス供給部15は、例えば冷却用のガスの温度を液体窒素などの冷却源により冷却することで調整する。このような冷却ガス供給部15は、装置の構成上、冷却ガス吐出ノズル3と近接して配置することが困難なため、ガス導入配管33はその長さ(配管長)が比較的長いものが必要とされる。なお、ガス導入配管33としては、例えば内径がφ10mmのものが使用される。   The cooling gas supply unit 15 adjusts the temperature of the cooling gas, for example, by cooling it with a cooling source such as liquid nitrogen. Such a cooling gas supply unit 15 is difficult to arrange in the vicinity of the cooling gas discharge nozzle 3 due to the configuration of the apparatus, so that the gas introduction pipe 33 has a relatively long length (pipe length). Needed. As the gas introduction pipe 33, for example, one having an inner diameter of φ10 mm is used.
冷却ガスとしては、基板表面Wfに形成された液膜11を構成する液体の凝固点より低い温度に調整されたガス、例えば窒素ガス、酸素ガスおよび清浄なエア等を用いることができる。この実施形態では、後述するように基板表面Wfに形成される液膜11はDIW(deionized Water)で構成されることから、冷却ガスの温度をDIWの凝固点(氷点)よりも低い温度に調整することができる。また、このように冷却ガスを用いた場合には次の作用効果を得ることができる。すなわち、冷媒としてガスを用いる場合、基板表面Wfへのガス供給前にフィルタ等を介挿することで冷却ガスに含まれる汚染物質を容易に、高効率で除去することができる。そして、こうして清浄化された冷却ガスを用いることで凍結処理において基板表面Wfに汚染物質が付着するのを確実に防止することができる。   As the cooling gas, a gas adjusted to a temperature lower than the freezing point of the liquid constituting the liquid film 11 formed on the substrate surface Wf, such as nitrogen gas, oxygen gas, and clean air, can be used. In this embodiment, since the liquid film 11 formed on the substrate surface Wf is composed of DIW (deionized water) as described later, the temperature of the cooling gas is adjusted to a temperature lower than the freezing point (freezing point) of DIW. be able to. Further, when the cooling gas is used as described above, the following effects can be obtained. That is, when gas is used as the refrigerant, contaminants contained in the cooling gas can be easily and efficiently removed by inserting a filter or the like before supplying the gas to the substrate surface Wf. By using the cooling gas thus cleaned, it is possible to reliably prevent the contaminants from adhering to the substrate surface Wf during the freezing process.
図4は図1の基板処理装置に装備された冷却ガス吐出ノズルの構成を示す透視図である。冷却ガス吐出ノズル3は、有蓋円筒形状に形成され、その内底面が下方に向けられている。冷却ガス吐出ノズル3は、その下面が有蓋円筒体の内底面となっている略円盤状の蓋部301と、蓋部301の端縁部に下方に向けて延設された円筒状の側壁部302とを備えている。冷却ガス吐出ノズル3はその内部に冷却ガスを流通させることが可能な流通空間S1を有している。この流通空間S1は、蓋部301と側壁部302とに囲まれた円筒状の内部空間を構成する。冷却ガス吐出ノズル3の先端部(下端部)には、流通空間S1を流通する冷却ガスを吐出する吐出口303が鉛直方向下向きに開口している。   4 is a perspective view showing a configuration of a cooling gas discharge nozzle provided in the substrate processing apparatus of FIG. The cooling gas discharge nozzle 3 is formed in a covered cylindrical shape, and its inner bottom surface is directed downward. The cooling gas discharge nozzle 3 has a substantially disc-shaped lid portion 301 whose lower surface is the inner bottom surface of the covered cylindrical body, and a cylindrical side wall portion extending downward from the edge of the lid portion 301. 302. The cooling gas discharge nozzle 3 has a circulation space S1 in which the cooling gas can flow. This distribution space S1 constitutes a cylindrical internal space surrounded by the lid portion 301 and the side wall portion 302. A discharge port 303 that discharges the cooling gas that flows through the flow space S <b> 1 opens downward in the vertical direction at the front end (lower end) of the cooling gas discharge nozzle 3.
また、蓋部301の略中央部はガス導入配管33と接続されており、ガス導入配管33から流通空間S1に鉛直方向下向きに冷却ガスを導入可能となっている。すなわち、冷却ガス吐出ノズル3(蓋部301の略中央部)とガス導入配管33との接続位置において開口部304が開口しており、開口部304を介してガス導入配管33を流通する冷却ガスが流通空間S1に鉛直方向下向きに導入される。ここで、基板表面Wfの面内での表面方向(水平方向)における流通空間S1の断面CS1の面積がガス導入配管33の流路断面CS2の面積よりも大きくなっている。この実施形態では、例えば流通空間S1の断面CS1の面積がガス導入配管33の流路断面CS2の面積に対して15〜20倍の大きさとなるように設定されている。したがって、ガス導入配管33から流通空間S1に導入された冷却ガスは流通空間S1内で広がり、吐出口303から吐出される。   Further, the substantially central portion of the lid 301 is connected to the gas introduction pipe 33 so that the cooling gas can be introduced from the gas introduction pipe 33 into the circulation space S1 in the downward direction in the vertical direction. That is, the opening 304 is opened at the connection position between the cooling gas discharge nozzle 3 (substantially central portion of the lid 301) and the gas introduction pipe 33, and the cooling gas that flows through the gas introduction pipe 33 through the opening 304. Is introduced downward into the distribution space S1 in the vertical direction. Here, the area of the cross section CS1 of the flow space S1 in the surface direction (horizontal direction) in the plane of the substrate surface Wf is larger than the area of the flow path section CS2 of the gas introduction pipe 33. In this embodiment, for example, the area of the cross section CS1 of the circulation space S1 is set to be 15 to 20 times larger than the area of the flow path cross section CS2 of the gas introduction pipe 33. Accordingly, the cooling gas introduced into the circulation space S1 from the gas introduction pipe 33 spreads in the circulation space S1 and is discharged from the discharge port 303.
図1に戻って説明を続ける。スピンチャック2の回転支軸21は中空軸からなる。回転支軸21の内部には、基板Wの裏面WbにDIWを供給するための処理液供給管25が挿通されている。処理液供給管25は、スピンチャック2に保持された基板Wの下面(裏面Wb)に近接する位置まで延びており、その先端には基板Wの下面中央部に向けてDIWを吐出する処理液ノズル27が設けられている。処理液供給管25はDIW供給部16(図2)と接続されており、DIW供給部16からDIWが供給される。   Returning to FIG. 1, the description will be continued. The rotation support shaft 21 of the spin chuck 2 is a hollow shaft. A processing liquid supply pipe 25 for supplying DIW to the back surface Wb of the substrate W is inserted into the rotary spindle 21. The processing liquid supply tube 25 extends to a position close to the lower surface (back surface Wb) of the substrate W held by the spin chuck 2, and the processing liquid that discharges DIW toward the center of the lower surface of the substrate W at the tip thereof. A nozzle 27 is provided. The processing liquid supply pipe 25 is connected to the DIW supply unit 16 (FIG. 2), and DIW is supplied from the DIW supply unit 16.
回転支軸21の内壁面と処理液供給管25の外壁面の隙間は、円筒状のガス供給路29を形成している。このガス供給路29は乾燥ガス供給部17(図2)と接続されており、スピンベース23と基板裏面Wbとの間に形成される空間に乾燥ガスとして窒素ガスを供給することができる。なお、この実施形態では、乾燥ガス供給部17から乾燥ガスとして窒素ガスを供給しているが、窒素ガスに替えて空気や他の不活性ガスなどを吐出してもよい。   A gap between the inner wall surface of the rotation spindle 21 and the outer wall surface of the processing liquid supply pipe 25 forms a cylindrical gas supply path 29. The gas supply path 29 is connected to the dry gas supply unit 17 (FIG. 2), and nitrogen gas can be supplied as a dry gas to a space formed between the spin base 23 and the substrate back surface Wb. In this embodiment, nitrogen gas is supplied from the dry gas supply unit 17 as a dry gas. However, air or other inert gas may be discharged instead of the nitrogen gas.
また、スピンチャック2の上方には、中心部に開口を有する円盤状の遮断部材5が設けられている。遮断部材5は、その下面(底面)が基板表面Wfと略平行に対向する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5は略円筒形状を有する支持軸51の下端部に略水平に取り付けられ、支持軸51は水平方向に延びるアーム52により基板Wの中心を通る鉛直軸回りに回転可能に保持されている。また、アーム52には、遮断部材回転機構53と遮断部材昇降機構54が接続されている。   Further, a disc-shaped blocking member 5 having an opening at the center is provided above the spin chuck 2. The blocking member 5 has a lower surface (bottom surface) that faces the substrate surface Wf and is substantially parallel to the substrate surface Wf. The planar size of the blocking member 5 is equal to or larger than the diameter of the substrate W. The blocking member 5 is mounted substantially horizontally on the lower end portion of the support shaft 51 having a substantially cylindrical shape, and the support shaft 51 is held rotatably about a vertical axis passing through the center of the substrate W by an arm 52 extending in the horizontal direction. . The arm 52 is connected to a blocking member rotating mechanism 53 and a blocking member lifting mechanism 54.
遮断部材回転機構53は、制御ユニット4からの動作指令に応じて支持軸51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53は、スピンチャック2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5を回転させるように構成されている。また、遮断部材昇降機構54は、制御ユニット4からの動作指令に応じて、遮断部材5をスピンベース23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54を作動させることで、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2の上方の離間位置(図1に示す位置)に遮断部材5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2に保持された基板Wの表面Wfのごく近傍に設定された対向位置まで遮断部材5を下降させる。   The blocking member rotating mechanism 53 rotates the support shaft 51 around the vertical axis passing through the center of the substrate W in accordance with an operation command from the control unit 4. The blocking member rotating mechanism 53 is configured to rotate the blocking member 5 in the same rotational direction as the substrate W and at substantially the same rotational speed in accordance with the rotation of the substrate W held by the spin chuck 2. Further, the blocking member elevating mechanism 54 can cause the blocking member 5 to be close to and opposed to the spin base 23 in accordance with an operation command from the control unit 4, or to be separated. Specifically, the control unit 4 operates the blocking member elevating mechanism 54 so that when the substrate W is loaded into and unloaded from the apparatus, the control unit 4 is moved to a separation position (position shown in FIG. 1) above the spin chuck 2. The blocking member 5 is raised. On the other hand, when a predetermined process is performed on the substrate W, the blocking member 5 is lowered to a facing position set very close to the surface Wf of the substrate W held by the spin chuck 2.
支持軸51は中空に仕上げられ、その内部に遮断部材5の開口に連通したガス供給路55が挿通されている。ガス供給路55は、乾燥ガス供給部17と接続されており、乾燥ガス供給部17から窒素ガスが供給される。この実施形態では、基板Wに対する洗浄処理後の乾燥処理時に、ガス供給路55から遮断部材5と基板表面Wfとの間に形成される空間に窒素ガスを供給する。また、ガス供給路55の内部には、遮断部材5の開口に連通した液供給管56が挿通されており、液供給管56の下端にノズル57が結合されている。液供給管56はDIW供給部16に接続されており、DIW供給部16からDIWが供給されることで、ノズル57からDIWを基板表面Wfに向けて吐出可能となっている。   The support shaft 51 is finished to be hollow, and a gas supply path 55 communicating with the opening of the blocking member 5 is inserted into the support shaft 51. The gas supply path 55 is connected to the dry gas supply unit 17, and nitrogen gas is supplied from the dry gas supply unit 17. In this embodiment, nitrogen gas is supplied from the gas supply path 55 to the space formed between the blocking member 5 and the substrate surface Wf during the drying process after the cleaning process for the substrate W. A liquid supply pipe 56 communicating with the opening of the blocking member 5 is inserted into the gas supply path 55, and a nozzle 57 is coupled to the lower end of the liquid supply pipe 56. The liquid supply pipe 56 is connected to the DIW supply unit 16, and DIW can be discharged from the nozzle 57 toward the substrate surface Wf when DIW is supplied from the DIW supply unit 16.
次に、上記のように構成された基板処理装置における洗浄処理動作について図5を参照しつつ説明する。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。この装置では、未処理の基板Wが処理チャンバー1内に搬入されると、制御ユニット4が装置各部を制御して基板Wの表面Wfに対して一連の洗浄処理(液膜形成+液膜凍結+膜除去)を実行する。ここで、基板表面Wfに微細パターンが形成されることがある。つまり、基板表面Wfがパターン形成面になっている。そこで、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が処理チャンバー1内に搬入され、スピンチャック2に保持される(ステップS1)。なお、遮断部材5は離間位置にあり、基板Wとの干渉を防止している。   Next, a cleaning process operation in the substrate processing apparatus configured as described above will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the substrate processing apparatus of FIG. In this apparatus, when an unprocessed substrate W is carried into the processing chamber 1, the control unit 4 controls each part of the apparatus to perform a series of cleaning processes (liquid film formation + liquid film freezing) on the surface Wf of the substrate W. + Film removal). Here, a fine pattern may be formed on the substrate surface Wf. That is, the substrate surface Wf is a pattern formation surface. Therefore, in this embodiment, the substrate W is carried into the processing chamber 1 with the substrate surface Wf facing upward, and is held by the spin chuck 2 (step S1). Note that the blocking member 5 is located at a separated position to prevent interference with the substrate W.
スピンチャック2に未処理の基板Wが保持されると、遮断部材5が対向位置まで降下され、基板表面Wfに近接配置される。これにより、基板表面Wfが遮断部材5の基板対向面に近接した状態で覆われ、基板Wの周辺雰囲気から遮断される。そして、制御ユニット4はチャック回転機構22を駆動させてスピンチャック2を回転させるとともに、ノズル57からDIWを基板表面Wfに供給する。そして、基板Wを所定の回転速度で回転させることで基板表面に供給されたDIWを基板Wの径方向外向きに均一に広げるとともに、その一部を基板外に振り切る。これによって、基板表面Wfの全面にわたって液膜の厚みを均一にコントロールして、基板表面Wfの全体に所定の厚みを有する液膜(水膜)11fが形成される(ステップS2)。   When the unprocessed substrate W is held on the spin chuck 2, the blocking member 5 is lowered to the facing position and is disposed close to the substrate surface Wf. As a result, the substrate surface Wf is covered in a state of being close to the substrate facing surface of the blocking member 5 and is blocked from the ambient atmosphere of the substrate W. Then, the control unit 4 drives the chuck rotating mechanism 22 to rotate the spin chuck 2 and supplies DIW from the nozzle 57 to the substrate surface Wf. Then, by rotating the substrate W at a predetermined rotation speed, the DIW supplied to the substrate surface is uniformly spread outward in the radial direction of the substrate W, and part of the DIW is shaken out of the substrate. Thereby, the thickness of the liquid film is uniformly controlled over the entire surface of the substrate surface Wf, and a liquid film (water film) 11f having a predetermined thickness is formed on the entire surface of the substrate Wf (step S2).
液膜形成処理が終了すると、基板表面Wfに液膜11fが形成された状態でスピンチャック2に保持された基板Wに対して凍結処理を実行する。すなわち、制御ユニット4は遮断部材5を離間位置に配置させるとともに、冷却ガス吐出ノズル3を待機位置Psから冷却ガス供給開始位置、つまり基板Wの回転中心位置Pcに移動させる。続いて、回転駆動されている基板Wの表面Wfに向けて冷却ガス吐出ノズル3から冷却ガスを吐出させる。これにより、基板表面Wfに形成された液膜11fが局部的に凍結する。そして、冷却ガスを吐出させながら冷却ガス吐出ノズル3を徐々に基板Wの端縁位置Peに向けて移動させていく。これにより、図3に示すように基板表面Wfの表面領域のうち液膜11fが凍結した領域(凍結領域)が基板表面Wfの中央部から周縁部へと広げられる。その結果、基板表面Wfに形成された液膜11fの全体が凍結し、基板表面Wfの全面に凍結膜(氷膜)13fが形成される(ステップS3)。   When the liquid film forming process is completed, the freezing process is performed on the substrate W held on the spin chuck 2 with the liquid film 11f formed on the substrate surface Wf. That is, the control unit 4 disposes the blocking member 5 in the separated position and moves the cooling gas discharge nozzle 3 from the standby position Ps to the cooling gas supply start position, that is, the rotation center position Pc of the substrate W. Subsequently, the cooling gas is discharged from the cooling gas discharge nozzle 3 toward the surface Wf of the substrate W being rotationally driven. Thereby, the liquid film 11f formed on the substrate surface Wf is locally frozen. Then, the cooling gas discharge nozzle 3 is gradually moved toward the edge position Pe of the substrate W while discharging the cooling gas. As a result, as shown in FIG. 3, the region (frozen region) where the liquid film 11f is frozen in the surface region of the substrate surface Wf is expanded from the central portion to the peripheral portion of the substrate surface Wf. As a result, the entire liquid film 11f formed on the substrate surface Wf is frozen, and a frozen film (ice film) 13f is formed on the entire surface of the substrate surface Wf (step S3).
ここで、冷却ガス供給部15からの冷却ガスは、ガス導入配管33を介して冷却ガス吐出ノズル3に供給される。このため、冷却ガスがガス導入配管33を流通している間に外部雰囲気からの熱を吸収し、冷却ガスの温度が上昇してしまう。その結果、液膜11fを凍結させることが困難な場合がある。そこで、この実施形態では、基板Wに到達する冷却ガスの温度が液膜11fの凍結に必要な温度(少なくとも氷点以下)にまで低下するのを防止するために、冷却ガス供給部15から冷却ガス吐出ノズル3に向けて供給する冷却ガスの流速を高めている。   Here, the cooling gas from the cooling gas supply unit 15 is supplied to the cooling gas discharge nozzle 3 via the gas introduction pipe 33. For this reason, while the cooling gas flows through the gas introduction pipe 33, heat from the external atmosphere is absorbed, and the temperature of the cooling gas rises. As a result, it may be difficult to freeze the liquid film 11f. Therefore, in this embodiment, in order to prevent the temperature of the cooling gas reaching the substrate W from decreasing to a temperature necessary for freezing the liquid film 11f (at least below the freezing point), the cooling gas is supplied from the cooling gas supply unit 15. The flow rate of the cooling gas supplied toward the discharge nozzle 3 is increased.
ここで、仮にガス導入配管の流路断面積と流通空間の流路断面積とを同一の大きさに設定した場合には、ガス導入配管から流通空間に導入され、該流通空間を流通する冷却ガスの流速とは、ほぼ同一となってしまう。その結果、ガス導入配管内を流通する冷却ガスの流速を高めた場合には、流速が高められた状態で冷却ガスがノズルから吐出され、液膜が乾燥してしまうおそれがある。   Here, if the flow passage cross-sectional area of the gas introduction pipe and the flow passage cross-sectional area of the distribution space are set to the same size, cooling is introduced from the gas introduction pipe to the distribution space and flows through the distribution space. The gas flow rate is almost the same. As a result, when the flow rate of the cooling gas flowing through the gas introduction pipe is increased, the cooling gas may be discharged from the nozzle in a state where the flow rate is increased, and the liquid film may be dried.
これに対して、この実施形態によれば、ガス導入配管33の流路断面CS2の面積に対して基板表面Wfの面内での表面方向(水平方向)における流通空間S1の断面CS1の面積が大きくなるように設定されている。その結果、ガス導入配管33から流通空間S1に導入された冷却ガスは流通空間S1内で広がり、液膜11fに向けて吐出口303から吐出される。このため、流通空間S1に導入され、該流通空間S1を流通する冷却ガスの流速は、ガス導入配管33の内部を流通する冷却ガスの流速に比較して小さくなる。これにより、ガス導入配管33の内部を流通する冷却ガスの流速を高めても、ノズル内部で冷却ガスの流速を減速させることができる。したがって、液膜11fが乾燥するのを防止しながら液膜11fを確実に凍結させることができる。   On the other hand, according to this embodiment, the area of the cross section CS1 of the flow space S1 in the surface direction (horizontal direction) in the plane of the substrate surface Wf with respect to the area of the flow path cross section CS2 of the gas introduction pipe 33 is It is set to be large. As a result, the cooling gas introduced into the circulation space S1 from the gas introduction pipe 33 spreads in the circulation space S1, and is discharged from the discharge port 303 toward the liquid film 11f. For this reason, the flow rate of the cooling gas introduced into the flow space S1 and flowing through the flow space S1 is smaller than the flow rate of the cooling gas flowing through the gas introduction pipe 33. Thereby, even if the flow velocity of the cooling gas flowing through the gas introduction pipe 33 is increased, the flow velocity of the cooling gas can be reduced inside the nozzle. Accordingly, the liquid film 11f can be reliably frozen while preventing the liquid film 11f from drying.
このようにして液膜凍結処理が実行されると、基板表面Wfと該基板表面Wfに付着する汚染物質の間に入り込んでいる液膜の体積が増加し、汚染物質が微小距離だけ基板表面Wfから離れる。その結果、基板表面Wfと汚染物質との間の付着力が低下し、さらには汚染物質が基板表面Wfから脱離することとなる。   When the liquid film freezing process is performed in this manner, the volume of the liquid film entering between the substrate surface Wf and the contaminants adhering to the substrate surface Wf increases, and the contaminants are separated from the substrate surface Wf by a minute distance. Get away from. As a result, the adhesion force between the substrate surface Wf and the contaminant is reduced, and further, the contaminant is detached from the substrate surface Wf.
液膜凍結処理が終了すると、制御ユニット4は冷却ガス吐出ノズル3を待機位置Psに移動させる。続いて、基板Wに対して膜除去処理を実行する。すなわち、遮断部材5を対向位置に配置させるとともに、スピンチャック2とともに遮断部材5を回転させる。また、基板Wとスピンベース23および基板Wと遮断部材5との間の空間に窒素ガスを供給する。そして、基板Wの周辺雰囲気を不活性ガス雰囲気にした後、ノズル57および処理液ノズル27から膜除去液としてDIWをそれぞれ、回転駆動されている基板Wの表裏面Wf,Wbに供給する。これにより、回転駆動されている基板Wの表裏面Wf,WbへのDIWの供給が開始され、DIWによる膜除去処理が実行される。その結果、汚染物質を含む凍結膜13fが融解されるとともに基板表面Wfから除去される(ステップS4)。つまり、汚染物質は基板表面Wfに対する付着力が低下した状態あるいは基板表面Wfから脱離した状態にあることから凍結膜13fを基板表面Wfから除去することによって基板表面Wfから汚染物質が容易に除去される。   When the liquid film freezing process is completed, the control unit 4 moves the cooling gas discharge nozzle 3 to the standby position Ps. Subsequently, a film removal process is performed on the substrate W. That is, the blocking member 5 is disposed at the opposing position, and the blocking member 5 is rotated together with the spin chuck 2. Further, nitrogen gas is supplied to the space between the substrate W and the spin base 23 and between the substrate W and the blocking member 5. Then, after the atmosphere around the substrate W is changed to an inert gas atmosphere, DIW is supplied from the nozzle 57 and the processing liquid nozzle 27 to the front and back surfaces Wf and Wb of the substrate W that is rotationally driven. As a result, the supply of DIW to the front and back surfaces Wf and Wb of the substrate W being rotated is started, and the film removal process by DIW is executed. As a result, the frozen film 13f containing the contaminant is melted and removed from the substrate surface Wf (step S4). That is, since the contaminant is in a state where the adhesion to the substrate surface Wf is reduced or detached from the substrate surface Wf, the contaminant is easily removed from the substrate surface Wf by removing the frozen film 13f from the substrate surface Wf. Is done.
こうして、膜除去処理が終了して基板Wの洗浄処理(液膜形成+液膜凍結+膜除去)が完了すれば(ステップS5でYES)、続いて基板Wの乾燥処理が実行される。その一方で、被処理面である基板表面Wfの表面状態あるいは除去対象である汚染物質のサイズ、種類によっては、一度の洗浄処理では基板表面Wfから十分に汚染物質を除去しきれない場合がある。この場合(ステップS5でNO)には、膜除去処理が終了した後に液膜凍結処理と膜除去処理とが繰り返し実行される。すなわち、膜除去処理後には基板表面WfにDIWが残留付着している。このため、新たに基板表面Wfに液膜を形成しなくとも、残留付着している液膜で基板表面Wfが覆われている。したがって、膜除去処理後に液膜凍結処理が実行されると、DIWで構成された凍結膜が形成される。そして、膜除去処理において凍結膜が除去されることによって基板表面Wfに付着する汚染物質が凍結膜とともに基板表面Wfから除去される。こうして、膜除去処理と液膜凍結処理とが所定回数だけ繰り返し実行されることにより、基板表面Wfから汚染物質が除去されていく。   Thus, when the film removal process is completed and the cleaning process of the substrate W (liquid film formation + liquid film freezing + film removal) is completed (YES in step S5), the drying process of the substrate W is subsequently executed. On the other hand, depending on the surface state of the substrate surface Wf to be processed or the size and type of the contaminant to be removed, the contaminant may not be sufficiently removed from the substrate surface Wf by a single cleaning process. . In this case (NO in step S5), the liquid film freezing process and the film removing process are repeatedly executed after the film removing process is completed. That is, DIW remains on the substrate surface Wf after the film removal process. For this reason, even if a liquid film is not newly formed on the substrate surface Wf, the substrate surface Wf is covered with the remaining liquid film. Therefore, when the liquid film freezing process is executed after the film removal process, a frozen film composed of DIW is formed. Then, by removing the frozen film in the film removal process, contaminants attached to the substrate surface Wf are removed from the substrate surface Wf together with the frozen film. Thus, the contaminant removal is removed from the substrate surface Wf by repeatedly executing the film removal process and the liquid film freezing process a predetermined number of times.
基板Wの洗浄が完了すると、制御ユニット4はチャック回転機構22および遮断部材回転機構53のモータの回転速度を高めて基板Wおよび遮断部材5を高速回転させる。これにより、基板Wの乾燥処理(スピンドライ)が実行される(ステップS6)。基板Wの乾燥処理後は基板Wおよび遮断部材5の回転を停止するとともに基板Wへの窒素ガスの供給を停止する。その後、処理チャンバー1から処理済の基板Wが搬出される(ステップS7)。   When the cleaning of the substrate W is completed, the control unit 4 increases the rotation speeds of the motors of the chuck rotating mechanism 22 and the blocking member rotating mechanism 53 to rotate the substrate W and the blocking member 5 at high speed. Thereby, the drying process (spin drying) of the substrate W is executed (step S6). After the drying process of the substrate W, the rotation of the substrate W and the blocking member 5 is stopped and the supply of nitrogen gas to the substrate W is stopped. Thereafter, the processed substrate W is unloaded from the processing chamber 1 (step S7).
以上のように、この実施形態によれば、基板表面に形成された液膜を凍結させる際に、流路断面積(流路断面CS2の面積)が小さなガス導入配管33から基板表面Wfの面内での表面方向における断面積(断面CS1の面積)が大きなノズル内部の流通空間S1に冷却ガスを導入している。その結果、ガス導入配管33から流通空間S1に導入された冷却ガスは流通空間S1内で広がって吐出口303から吐出される。このため、ガス導入配管33を流通する冷却ガスの流速に対して流通空間S1を流通する冷却ガスの流速を小さくすることができる。これにより、冷却ガスへの外部雰囲気からの吸熱を抑制するためにガス導入配管33の内部を流通する冷却ガスの流速を高めた場合であっても、ノズル内部で冷却ガスの流速を減速させることができる。したがって、液膜が乾燥するのを防止しながら液膜を確実に凍結させることができる。   As described above, according to this embodiment, when the liquid film formed on the substrate surface is frozen, the surface of the substrate surface Wf from the gas introduction pipe 33 having a small channel cross-sectional area (area of the channel cross-section CS2). The cooling gas is introduced into the flow space S1 inside the nozzle having a large cross-sectional area (area of the cross-section CS1) in the surface direction. As a result, the cooling gas introduced into the circulation space S1 from the gas introduction pipe 33 spreads in the circulation space S1 and is discharged from the discharge port 303. For this reason, the flow rate of the cooling gas flowing through the flow space S <b> 1 can be made smaller than the flow rate of the cooling gas flowing through the gas introduction pipe 33. Thus, even when the flow rate of the cooling gas flowing through the gas introduction pipe 33 is increased in order to suppress the heat absorption from the external atmosphere to the cooling gas, the flow rate of the cooling gas is reduced inside the nozzle. Can do. Therefore, the liquid film can be reliably frozen while preventing the liquid film from drying.
また、この実施形態によれば、冷却ガス吐出ノズル3から冷却ガスを基板表面Wfに向けて局部的に吐出させながら冷却ガス吐出ノズル3を基板表面Wfに沿って基板Wに対して相対移動させている。このため、冷却ガスの供給部位を基板表面上の一部領域に限定しながらも基板表面Wfに形成された液膜11fの全体を凍結させることができ、冷却ガスの消費量を抑制することができる。しかも、この実施形態によれば、ガス導入配管33から流通空間S1に導入された冷却ガスは流通空間S1内で広がって吐出口303から吐出される。このため、ガス導入配管の流路断面積と同一の断面積の開口(吐出口)を有するノズルから冷却ガスを吐出させる場合に比較して液膜11fに対する冷却ガスの供給範囲が広くなっている。したがって、ノズル開口の断面積がガス導入配管の流路断面積と同一である場合に比較して、液膜全体を速やかに凍結させることができる。その結果、液膜凍結処理に要する処理時間を短縮して装置のスループットを向上させることができる。   Further, according to this embodiment, the cooling gas discharge nozzle 3 is moved relative to the substrate W along the substrate surface Wf while locally discharging the cooling gas from the cooling gas discharge nozzle 3 toward the substrate surface Wf. ing. For this reason, it is possible to freeze the entire liquid film 11f formed on the substrate surface Wf while limiting the supply region of the cooling gas to a partial region on the substrate surface, and to suppress the consumption of the cooling gas. it can. Moreover, according to this embodiment, the cooling gas introduced into the circulation space S1 from the gas introduction pipe 33 spreads in the circulation space S1 and is discharged from the discharge port 303. For this reason, compared with the case where cooling gas is discharged from the nozzle which has the opening (discharge port) of the same cross-sectional area as the flow-path cross-sectional area of gas introduction piping, the supply range of the cooling gas with respect to the liquid film 11f is wide. . Therefore, the entire liquid film can be frozen more quickly than in the case where the cross-sectional area of the nozzle opening is the same as the cross-sectional area of the gas introduction pipe. As a result, the processing time required for the liquid film freezing process can be shortened and the throughput of the apparatus can be improved.
<第2実施形態>
図6はこの発明にかかる基板処理装置の第2実施形態を示す図である。具体的には、同図(a)は基板処理装置の部分側面図であり、同図(b)はその平面図である。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、冷却ガス吐出ノズルとガス導入配管との接続位置における開口部に対向して整流板7(本発明の「板状部材」に相当)がノズル内部に配設されている点である。なお、その他の構成および動作は基本的に第1実施形態と同様であるため、ここでは同一符号を付して説明を省略する。
Second Embodiment
FIG. 6 is a view showing a second embodiment of the substrate processing apparatus according to the present invention. Specifically, FIG. 4A is a partial side view of the substrate processing apparatus, and FIG. 4B is a plan view thereof. The substrate processing apparatus according to the second embodiment differs greatly from the first embodiment in that the current plate 7 (the “plate” of the present invention is opposed to the opening at the connection position between the cooling gas discharge nozzle and the gas introduction pipe). Corresponds to a “shaped member”). Since other configurations and operations are basically the same as those in the first embodiment, the same reference numerals are given here and description thereof is omitted.
この実施形態では、冷却ガス吐出ノズル3Aは角板状の蓋部311と、蓋部311の端縁部に下方に向けて延設された角形状の側壁部312とを備えている。蓋部311の略中央部はガス導入配管35と接続されており、ガス導入配管35から冷却ガス吐出ノズル3Aの内部に設けられた流通空間S2に冷却ガスを導入可能となっている。すなわち、冷却ガス吐出ノズル3A(蓋部311の略中央部)とガス導入配管35との接続位置において開口部314が形成されており、開口部314を介してガス導入配管35を流通する冷却ガスが流通空間S2に導入される。ここで、基板表面Wfの面内での表面方向における流通空間S2の断面積がガス導入配管35の流路断面積よりも大きくなっている。   In this embodiment, the cooling gas discharge nozzle 3 </ b> A includes a square plate-like lid portion 311 and a square-shaped side wall portion 312 extending downward from an end edge portion of the lid portion 311. A substantially central portion of the lid 311 is connected to the gas introduction pipe 35, and the cooling gas can be introduced from the gas introduction pipe 35 into the circulation space S2 provided inside the cooling gas discharge nozzle 3A. That is, an opening 314 is formed at a connection position between the cooling gas discharge nozzle 3 </ b> A (substantially central portion of the lid 311) and the gas introduction pipe 35, and the cooling gas that flows through the gas introduction pipe 35 through the opening 314. Is introduced into the distribution space S2. Here, the cross-sectional area of the flow space S2 in the surface direction in the plane of the substrate surface Wf is larger than the cross-sectional area of the gas introduction pipe 35.
整流板7は、その表面7aが開口部314と対向しながら水平姿勢で流通空間S2に配置されている。つまり、整流板7の表面7aは基板表面Wfの面内での表面方向に略平行となるように配置されている。整流板7の表面7aの平面サイズは開口部314の開口面積(ガス導入配管35の流路断面積)と同等または若干大きめに構成されている。また、整流板7は開口部314と近接して配置されており、整流板7と開口部314の間の距離Gは例えば5mm程度に設定される。   The rectifying plate 7 is disposed in the circulation space S2 in a horizontal posture with its surface 7a facing the opening 314. That is, the surface 7a of the rectifying plate 7 is arranged so as to be substantially parallel to the surface direction in the plane of the substrate surface Wf. The planar size of the surface 7a of the rectifying plate 7 is configured to be equal to or slightly larger than the opening area of the opening 314 (the cross-sectional area of the gas introduction pipe 35). Further, the rectifying plate 7 is disposed close to the opening 314, and the distance G between the rectifying plate 7 and the opening 314 is set to about 5 mm, for example.
上記した構成によれば、流路断面積が小さなガス導入配管35から開口部314を介して基板表面Wfの面内での表面方向における断面積が大きなノズル内部の流通空間S2に鉛直方向下向きに冷却ガスが導入される。このため、開口部314から流通空間S2に導入された冷却ガスは流通空間S2内で広がり、第1実施形態と同様にして流通空間S2に導入された冷却ガスの流速は、ガス導入配管35の内部を流通する冷却ガスの流速に比較して小さくなる。さらに、流通空間S2に導入された冷却ガスは開口部314に対向して配置された整流板7の表面7aに衝突し、基板表面Wfの表面方向に略平行な方向に整流される。このため、整流板7の側方に位置する流路315を介して基板表面Wfの面内での表面方向に略直交する方向に向かう冷却ガスの流速を効果的に減速させることができる。   According to the above-described configuration, the gas cross-sectional area in the surface direction in the surface of the substrate surface Wf from the gas introduction pipe 35 having a small flow path cross-sectional area through the opening 314 is vertically downward to the flow space S2 inside the nozzle. Cooling gas is introduced. For this reason, the cooling gas introduced into the circulation space S2 from the opening 314 spreads in the circulation space S2, and the flow rate of the cooling gas introduced into the circulation space S2 in the same manner as in the first embodiment is equal to that of the gas introduction pipe 35. It becomes smaller than the flow rate of the cooling gas flowing inside. Further, the cooling gas introduced into the circulation space S2 collides with the surface 7a of the rectifying plate 7 disposed so as to face the opening 314, and is rectified in a direction substantially parallel to the surface direction of the substrate surface Wf. For this reason, it is possible to effectively reduce the flow rate of the cooling gas in the direction substantially perpendicular to the surface direction in the plane of the substrate surface Wf via the flow path 315 located on the side of the rectifying plate 7.
以上のように、この実施形態によれば、冷却ガスの流速を冷却ガス吐出ノズル3Aのノズル内部で2段階にわたって減速させることができる。このため、液膜11fに向けて供給される冷却ガスの流速をさらに小さくすることができ、液膜11fの乾燥を確実に防止することができる。   As described above, according to this embodiment, the flow rate of the cooling gas can be reduced in two stages inside the nozzle of the cooling gas discharge nozzle 3A. For this reason, the flow rate of the cooling gas supplied toward the liquid film 11f can be further reduced, and the liquid film 11f can be reliably prevented from drying.
<第3実施形態>
図7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。この第3実施形態にかかる基板処理装置が第1および第2実施形態と大きく相違する点は、ガス導入配管から冷却ガス吐出ノズルの内部に導入した冷却ガスを冷却ガス吐出ノズルの内壁面に衝突させ整流している点である。なお、その他の構成および動作は基本的に第1および第2実施形態と同様であるため、ここでは同一符号を付して説明を省略する。
<Third Embodiment>
FIG. 7 is a view showing a third embodiment of the substrate processing apparatus according to the present invention. The substrate processing apparatus according to the third embodiment is greatly different from the first and second embodiments in that the cooling gas introduced from the gas introduction pipe into the cooling gas discharge nozzle collides with the inner wall surface of the cooling gas discharge nozzle. It is a point that is rectified. Since other configurations and operations are basically the same as those of the first and second embodiments, the same reference numerals are given here and description thereof is omitted.
この実施形態では、冷却ガス吐出ノズル3Bは、その下面が有蓋筒状体の内底面となっている蓋部321と、蓋部321の端縁部に下方(鉛直方向)に向けて延設された筒状の側壁部322とを備えている。そして、側壁部322の上部位置にガス導入配管37が接続されており、ガス導入配管37から冷却ガス吐出ノズル3Bの内部に設けられた流通空間S3に冷却ガスを導入可能となっている。ガス導入配管37は基板表面Wfの面内での表面方向に略平行な方向(水平方向)に延設されている。また、基板表面Wfに向けて吐出される冷却ガス流に対して直交する面内における流通空間S3の断面積がガス導入配管37の流路断面積よりも大きくなっている。   In this embodiment, the cooling gas discharge nozzle 3 </ b> B extends downward (vertical direction) to the lid portion 321 whose lower surface is the inner bottom surface of the covered cylindrical body and the edge of the lid portion 321. And a cylindrical side wall portion 322. And the gas introduction piping 37 is connected to the upper part position of the side wall part 322, and cooling gas can be introduce | transduced from the gas introduction piping 37 to distribution | circulation space S3 provided in the inside of the cooling gas discharge nozzle 3B. The gas introduction pipe 37 extends in a direction (horizontal direction) substantially parallel to the surface direction in the plane of the substrate surface Wf. In addition, the cross-sectional area of the circulation space S3 in a plane orthogonal to the cooling gas flow discharged toward the substrate surface Wf is larger than the cross-sectional area of the gas introduction pipe 37.
上記した構成によれば、ガス導入配管37を通して基板表面Wfの面内での表面方向に略平行な方向から流通空間S3に冷却ガスが導入される。そして、流通空間S3に導入された冷却ガスは流通空間S3内で広がることで、冷却ガスの流速が減速する。さらに、流通空間S3に導入された冷却ガスは側壁部322の内壁面322aに対して基板表面Wfの面内での表面方向に略平行な方向から入射して322aに衝突し、整流される。このため、基板表面Wfの面内での表面方向に略直交する方向に向かう冷却ガスの流速を効果的に減速させることができる。   According to the configuration described above, the cooling gas is introduced into the circulation space S3 from the direction substantially parallel to the surface direction in the plane of the substrate surface Wf through the gas introduction pipe 37. And the cooling gas introduced into distribution space S3 spreads in distribution space S3, and the flow velocity of cooling gas decelerates. Further, the cooling gas introduced into the circulation space S3 enters the inner wall surface 322a of the side wall portion 322 from a direction substantially parallel to the surface direction in the plane of the substrate surface Wf, collides with the 322a, and is rectified. For this reason, it is possible to effectively reduce the flow velocity of the cooling gas in the direction substantially perpendicular to the surface direction in the plane of the substrate surface Wf.
以上のように、この実施形態によれば、冷却ガスの流速を冷却ガス吐出ノズル3Bのノズル内部で2段階にわたって減速させることができる。このため、液膜11fに向けて供給される冷却ガスの流速をさらに小さくすることができ、液膜11fの乾燥を確実に防止することができる。また、この構成によれば、流通空間S3に導入された冷却ガスを整流させるための部材を別途追加して設ける必要がないため、装置の構成を簡素化することができる。   As described above, according to this embodiment, the flow rate of the cooling gas can be reduced in two stages inside the nozzle of the cooling gas discharge nozzle 3B. For this reason, the flow rate of the cooling gas supplied toward the liquid film 11f can be further reduced, and the liquid film 11f can be reliably prevented from drying. Further, according to this configuration, it is not necessary to additionally provide a member for rectifying the cooling gas introduced into the circulation space S3, so that the configuration of the apparatus can be simplified.
<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。例えば上記実施形態では、基板表面Wfに形成された液膜11fに冷却ガスを供給して基板表面Wfに凍結膜13fを形成しているが、基板表面Wfのみならず、基板裏面Wbにも凍結膜(裏面側凍結膜)を形成してもよい(図8)。
<Others>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, the cooling gas is supplied to the liquid film 11f formed on the substrate surface Wf to form the frozen film 13f on the substrate surface Wf. However, the substrate is frozen not only on the substrate surface Wf but also on the substrate back surface Wb. A film (back-side frozen film) may be formed (FIG. 8).
図8はこの発明にかかる基板処理装置の変形形態を示す図である。この実施形態では、基板Wの表裏面Wf,Wbに液膜11f,11bが形成される。そして、第1実施形態と同様にして、基板Wを回転させながら冷却ガスを冷却ガス吐出ノズル3から基板表面Wfに向けて局部的に吐出させるとともに冷却ガス吐出ノズル3を揺動させる。このとき、基板表面Wf側に供給された冷却ガスが有する冷熱が基板Wを介して裏面側液膜11bに伝導する。これにより、基板裏面Wbの表面領域のうち裏面側液膜11bが凍結した領域(凍結領域)が、基板表面Wf側の凍結領域と同時に広げられて基板裏面Wbの全面に凍結膜(裏面側凍結膜)13bが形成される。しかも、この実施形態では、ガス導入配管33から流通空間S1に導入された冷却ガスは流通空間S1内で広がって冷却ガス吐出ノズル3から吐出される。このため、基板Wの表裏面Wf,Wbにそれぞれ表面側凍結膜13f、裏面側凍結膜13bを速やかに形成することができる。その後、これら凍結膜13f、凍結膜13bを基板Wから除去することにより、基板Wの反転等を行うことなく、基板Wの表裏面Wf,Wbを洗浄することができる。   FIG. 8 is a view showing a modification of the substrate processing apparatus according to the present invention. In this embodiment, the liquid films 11f and 11b are formed on the front and back surfaces Wf and Wb of the substrate W. Then, as in the first embodiment, while rotating the substrate W, the cooling gas is locally discharged from the cooling gas discharge nozzle 3 toward the substrate surface Wf and the cooling gas discharge nozzle 3 is swung. At this time, the cold heat of the cooling gas supplied to the substrate surface Wf side is conducted to the back side liquid film 11b through the substrate W. As a result, the region (frozen region) where the back surface side liquid film 11b is frozen in the surface region of the substrate back surface Wb is expanded simultaneously with the frozen region on the substrate surface Wf side, and the frozen film (back surface side freezing) is spread over the entire surface of the substrate back surface Wb. Film) 13b is formed. Moreover, in this embodiment, the cooling gas introduced into the circulation space S1 from the gas introduction pipe 33 spreads in the circulation space S1 and is discharged from the cooling gas discharge nozzle 3. For this reason, the surface side frozen film 13f and the back side frozen film 13b can be quickly formed on the front and back surfaces Wf and Wb of the substrate W, respectively. Thereafter, by removing the frozen film 13f and the frozen film 13b from the substrate W, the front and back surfaces Wf and Wb of the substrate W can be cleaned without reversing the substrate W or the like.
また、上記第1および第2実施形態では、流通空間S1,S2に基板表面Wfの面内での表面方向に直交する方向(基板表面Wfの法線方向)に沿って冷却ガスを導入しているが、流通空間S1,S2への冷却ガスの導入方向はこれに限定されない。例えば冷却ガス吐出ノズル3,3Aを基板表面Wfの法線方向に対して傾斜した姿勢で配置することで、ガス導入配管33,35からの冷却ガスを基板表面Wfの法線方向に対して傾斜した方向から流通空間S1,S2に導入するようにしてもよい。この場合であっても、基板表面Wfに向けて吐出される冷却ガス流に対して直交する面内における流通空間S1,S2の断面積がガス導入配管33,35の流路断面積よりも大きくなっていることから、流通空間S1,S2に導入され、該流通空間S1,S2を流通する冷却ガスの流速は、ガス導入配管33,35の内部を流通する冷却ガスの流速に比較して小さくなる。これにより、冷却ガスへの外部雰囲気からの吸熱を抑制するためにガス導入配管の内部を流通する冷却ガスの流速を高めた場合であっても、ノズル内部で冷却ガスの流速を減速させることができる。したがって、液膜が乾燥するのを防止しながら液膜を確実に凍結させることができる。   In the first and second embodiments, the cooling gas is introduced into the flow spaces S1 and S2 along the direction perpendicular to the surface direction in the plane of the substrate surface Wf (the normal direction of the substrate surface Wf). However, the direction in which the cooling gas is introduced into the circulation spaces S1 and S2 is not limited to this. For example, by disposing the cooling gas discharge nozzles 3 and 3A in a posture inclined with respect to the normal direction of the substrate surface Wf, the cooling gas from the gas introduction pipes 33 and 35 is inclined with respect to the normal direction of the substrate surface Wf. You may make it introduce into distribution space S1, S2 from the direction made. Even in this case, the cross-sectional area of the flow spaces S1, S2 in the plane orthogonal to the cooling gas flow discharged toward the substrate surface Wf is larger than the cross-sectional area of the gas introduction pipes 33, 35. Therefore, the flow rate of the cooling gas introduced into the flow spaces S1 and S2 and flowing through the flow spaces S1 and S2 is smaller than the flow rate of the cooling gas flowing through the gas introduction pipes 33 and 35. Become. As a result, the flow rate of the cooling gas can be reduced inside the nozzle even when the flow rate of the cooling gas flowing through the inside of the gas introduction pipe is increased to suppress heat absorption from the external atmosphere to the cooling gas. it can. Therefore, the liquid film can be reliably frozen while preventing the liquid film from drying.
また、上記実施形態では、基板Wを回転させながら冷却ガス吐出ノズル3,3Aおよび3Bを基板Wの回転中心位置Pcと基板Wの端縁位置Peとの間で移動させることで、冷却ガス吐出ノズル3,3Aおよび3Bを基板Wに対して相対移動させているが、冷却ガス吐出ノズル3,3Aおよび3Bを基板Wに対して相対移動させるための構成はこれに限定されない。例えば冷却ガス吐出ノズルを固定配置した状態で基板Wを所定の方向に移動させながら凍結処理を実行してもよい。また、冷却ガス吐出ノズルおよび基板の双方を移動させながら凍結処理を実行してもよい。さらに、冷却ガス吐出ノズルを基板Wに対して相対移動させることは必須ではなく、基板Wのサイズによっては、冷却ガス吐出ノズルおよび基板の双方を固定配置した状態で凍結処理を実行してもよい。   In the above embodiment, the cooling gas discharge nozzles 3, 3A and 3B are moved between the rotation center position Pc of the substrate W and the edge position Pe of the substrate W while rotating the substrate W, thereby discharging the cooling gas. Although the nozzles 3, 3A and 3B are moved relative to the substrate W, the configuration for moving the cooling gas discharge nozzles 3, 3A and 3B relative to the substrate W is not limited to this. For example, the freezing process may be performed while moving the substrate W in a predetermined direction with the cooling gas discharge nozzle fixedly arranged. Further, the freezing process may be executed while moving both the cooling gas discharge nozzle and the substrate. Furthermore, it is not essential to move the cooling gas discharge nozzle relative to the substrate W. Depending on the size of the substrate W, the freezing process may be executed with both the cooling gas discharge nozzle and the substrate fixedly arranged. .
また、上記実施形態では、DIWを用いて基板Wに液膜を形成しているが、DIWの他に炭酸水、水素水、希薄濃度(例えば1ppm程度)のアンモニア水、希薄濃度の塩酸などのリンス液を用いて液膜を形成してもよい。さらに、リンス液の他、薬液を用いて液膜を形成してもよい。   In the above embodiment, the liquid film is formed on the substrate W using DIW. However, in addition to DIW, carbonated water, hydrogen water, diluted ammonia water (for example, about 1 ppm), diluted hydrochloric acid, etc. A liquid film may be formed using a rinse liquid. Furthermore, a liquid film may be formed using a chemical solution in addition to the rinse solution.
また、上記実施形態では、膜除去処理においてDIWを用いて凍結膜を基板Wから除去しているが、DIWの他に炭酸水、水素水、希薄濃度(例えば1ppm程度)のアンモニア水、希薄濃度の塩酸などのリンス液を用いてもよい。さらに、リンス液によるリンス処理を実行する前に膜除去処理としてSC1溶液(アンモニア水と過酸化水素水との混合水溶液)等の薬液を用いて薬液処理を実行してもよい。このような薬液を用いることで基板Wから汚染物質を効果的に除去することができる。   In the above embodiment, the frozen film is removed from the substrate W using DIW in the film removal process. In addition to DIW, carbonated water, hydrogen water, diluted ammonia water (eg, about 1 ppm), diluted concentration is used. A rinse solution such as hydrochloric acid may be used. Furthermore, before the rinse treatment with the rinse solution is performed, the chemical solution treatment may be performed using a chemical solution such as an SC1 solution (mixed aqueous solution of ammonia water and hydrogen peroxide solution) as the film removal process. By using such a chemical solution, contaminants can be effectively removed from the substrate W.
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形成された液膜を凍結させる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。   The present invention relates to a semiconductor wafer, a glass substrate for photomask, a glass substrate for liquid crystal display, a glass substrate for plasma display, a substrate for FED (Field Emission Display), a substrate for optical disk, a substrate for magnetic disk, a substrate for magneto-optical disk, etc. The present invention can be applied to a substrate processing apparatus and a substrate processing method for freezing a liquid film formed on the entire surface of a substrate including the substrate.
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。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows 1st Embodiment of the substrate processing apparatus concerning this invention. 図1の基板処理装置の制御構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control structure of the substrate processing apparatus of FIG. 図1の基板処理装置に装備された冷却ガス吐出ノズルの動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the cooling gas discharge nozzle with which the substrate processing apparatus of FIG. 1 was equipped. 図1の基板処理装置に装備された冷却ガス吐出ノズルの構成を示す透視図である。FIG. 2 is a perspective view illustrating a configuration of a cooling gas discharge nozzle provided in the substrate processing apparatus of FIG. 1. 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。It is a flowchart which shows operation | movement of the substrate processing apparatus of FIG. この発明にかかる基板処理装置の第2実施形態を示す図である。It is a figure which shows 2nd Embodiment of the substrate processing apparatus concerning this invention. 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。It is a figure which shows 3rd Embodiment of the substrate processing apparatus concerning this invention. この発明にかかる基板処理装置の変形形態を示す図である。It is a figure which shows the deformation | transformation form of the substrate processing apparatus concerning this invention.
符号の説明Explanation of symbols
2…スピンチャック(基板保持手段)
3,3A,3B…冷却ガス吐出ノズル
7…整流板(板状部材)
7a…(整流板の)表面
31…ノズル移動機構(駆動機構)
33,35,37…ガス導入配管
304,314…開口部
322a…(冷却ガス吐出ノズルの)内壁面
11b…(裏面側)液膜
11f…(表面側)液膜
CS1…(流通空間の)流路断面
CS2…(ガス導入配管の)流路断面
S1,S2,S3…流通空間
W…基板
Wf…基板表面
2 ... Spin chuck (substrate holding means)
3, 3A, 3B ... Cooling gas discharge nozzle 7 ... Rectifying plate (plate-like member)
7a ... (of the current plate) 31 ... Nozzle moving mechanism (driving mechanism)
33, 35, 37 ... Gas introduction pipe 304, 314 ... Opening 322a ... Inner wall surface (of cooling gas discharge nozzle) 11b ... (Back side) Liquid film 11f ... (Front side) Liquid film CS1 ... (Flow in distribution space) Channel cross section CS2 ... Cross-channel cross section (of gas introduction pipe) S1, S2, S3 ... Distribution space W ... Substrate Wf ... Substrate surface

Claims (7)

  1. 基板表面に形成された液膜を凍結させる凍結処理に適した基板処理装置において、
    基板表面に液膜が形成された状態で基板を保持する基板保持手段と、
    その内部に前記液膜を構成する液体の凝固点より低い温度を有する冷却ガスを流通させる流通空間を有し、前記流通空間内の冷却ガスを前記液膜に向けて吐出させる冷却ガス吐出ノズルと、
    前記冷却ガス吐出ノズルに接続され、前記流通空間に冷却ガスを導入するガス導入配管と
    前記基板表面に対し、前記冷却ガス吐出ノズルを離間対向させつつ前記基板表面に沿って相対移動させる駆動機構と
    を備え、
    前記基板表面に向けて吐出される冷却ガス流に対して直交する面内における前記流通空間の断面積が前記ガス導入配管の流路断面積よりも大きく、
    前記冷却ガス吐出ノズルから前記冷却ガスを前記基板表面に向けて局部的に吐出させながら、前記駆動機構が前記冷却ガス吐出ノズルを前記基板に対し相対移動させる
    ことを特徴とする基板処理装置。
    In a substrate processing apparatus suitable for a freezing process for freezing a liquid film formed on a substrate surface,
    Substrate holding means for holding the substrate in a state in which a liquid film is formed on the substrate surface;
    A cooling gas discharge nozzle that has a circulation space for circulating a cooling gas having a temperature lower than the freezing point of the liquid constituting the liquid film therein, and that discharges the cooling gas in the circulation space toward the liquid film;
    A gas introduction pipe connected to the cooling gas discharge nozzle and for introducing a cooling gas into the circulation space ;
    A drive mechanism for moving the cooling gas discharge nozzle relative to the substrate surface while facing the cooling gas discharge nozzle apart from the substrate surface ;
    The cross-sectional area of the flow space in the plane perpendicular to respect the cooling gas flow discharged toward the substrate surface much larger than the flow path cross-sectional area of the gas introduction pipe,
    The substrate, wherein the driving mechanism moves the cooling gas discharge nozzle relative to the substrate while discharging the cooling gas locally from the cooling gas discharge nozzle toward the substrate surface. Processing equipment.
  2. 前記流通空間内に前記冷却ガス吐出ノズルと前記ガス導入配管との接続位置において開口された開口部にその表面が対向して配置された板状部材をさらに備え、
    前記ガス導入配管は前記開口部から前記流通空間に冷却ガスを導入して前記板状部材の表面に冷却ガスを衝突させ整流するとともに、前記冷却ガス吐出ノズルは整流された冷却ガスを吐出させる請求項1記載の基板処理装置。
    A plate-like member, the surface of which is disposed opposite to the opening portion opened at the connection position of the cooling gas discharge nozzle and the gas introduction pipe in the circulation space;
    The gas introduction pipe introduces a cooling gas into the circulation space from the opening and rectifies the collision of the cooling gas against the surface of the plate member, and the cooling gas discharge nozzle discharges the rectified cooling gas. Item 2. The substrate processing apparatus according to Item 1.
  3. 前記板状部材の表面は前記基板表面に向けて吐出される冷却ガス流に対して直交する面に略平行となるように配置される請求項2記載の基板処理装置。   The substrate processing apparatus according to claim 2, wherein the surface of the plate-like member is disposed so as to be substantially parallel to a plane orthogonal to a cooling gas flow discharged toward the substrate surface.
  4. 前記ガス導入配管は前記流通空間に冷却ガスを導入して前記冷却ガス吐出ノズルの内壁面に冷却ガスを衝突させ整流するとともに、前記冷却ガス吐出ノズルは整流された冷却ガスを吐出させる請求項1記載の基板処理装置。   2. The gas introduction pipe introduces a cooling gas into the flow space and rectifies the cooling gas by colliding with the inner wall surface of the cooling gas discharge nozzle, and the cooling gas discharge nozzle discharges the rectified cooling gas. The substrate processing apparatus as described.
  5. 前記ガス導入配管は前記流通空間に前記基板表面の面内での表面方向に略平行な方向から冷却ガスを導入する請求項4記載の基板処理装置。   The substrate processing apparatus according to claim 4, wherein the gas introduction pipe introduces a cooling gas into the flow space from a direction substantially parallel to a surface direction in a plane of the substrate surface.
  6. 基板表面に形成された液膜を凍結させる凍結処理に適した基板処理方法において、
    基板表面に液膜が形成された状態で基板を保持する基板保持工程と、
    冷却ガス吐出ノズルの内部に設けられ、前記液膜を構成する液体の凝固点より低い温度を有する冷却ガスを流通させる流通空間に、前記冷却ガス吐出ノズルに接続されたガス導入配管から冷却ガスを導入するガス導入工程と、
    前記流通空間に導入された冷却ガスを、前記基板表面に対し離間対向させた前記冷却ガス吐出ノズルから前記液膜に向けて吐出させながら、前記冷却ガス吐出ノズルを前記基板表面に沿って相対移動させるガス吐出工程と
    を備え、
    前記基板表面に向けて吐出される冷却ガス流に対して直交する面内における前記流通空間の断面積が前記ガス導入配管の流路断面積よりも大きいことを特徴とする基板処理方法。
    In a substrate processing method suitable for a freezing process for freezing a liquid film formed on a substrate surface,
    A substrate holding step for holding the substrate with a liquid film formed on the substrate surface;
    A cooling gas is introduced from a gas introduction pipe connected to the cooling gas discharge nozzle into a circulation space that is provided inside the cooling gas discharge nozzle and distributes a cooling gas having a temperature lower than the freezing point of the liquid constituting the liquid film. Gas introduction process to
    While the cooling gas introduced into the circulation space is discharged toward the liquid film from the cooling gas discharge nozzle spaced apart from the substrate surface, the cooling gas discharge nozzle is relatively moved along the substrate surface. and a gas discharge process to Ru is,
    The substrate processing method characterized by the cross-sectional area of the said circulation space in the surface orthogonal to the cooling gas flow discharged toward the said substrate surface being larger than the flow-path cross-sectional area of the said gas introduction piping.
  7. 前記ガス吐出工程では、前記基板表面の液膜の全体を凍結させる請求項6に記載の基板処理方法。  The substrate processing method according to claim 6, wherein in the gas discharging step, the entire liquid film on the substrate surface is frozen.
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