JP5358468B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、半導体ウェハ、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」と記載する）を洗浄処理する基板処理装置に関するものである。

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微細な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（以下単に「汚染物質」と記載する）を除去することが益々困難になっている。

そこで、特許文献１に記載の装置のように、基板表面に形成された微細パターンの間隙に脱イオン水(Ｄｅ Ｉｏｎｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ。以下「ＤＩＷ」と記載する）を浸入させた上でＤＩＷを凍結し、パターンが倒壊しないように強化した後、ＤＩＷの凝固点以下に温度調整された有機溶媒であるイソプロピルアルコール（以下「ＩＰＡ」と記載する）を液体のまま基板表面に吹き付けて洗浄を行う方法及び装置が提案されている。

また、基板洗浄を行った後、基板に付着したＤＩＷによるウォーターマークを防止しつつ乾燥を行う方法として、特許文献２に記載の装置が提案されている。この装置によれば、基板洗浄後、ＤＩＷが付着した基板に対しＩＰＡを供給することにより、ＤＩＷとＩＰＡを置換し、その後振り切ることによりウォーターマークのない乾燥を実現している。

ここで、ＩＰＡの空気中における爆発限界濃度は２．５から１２．０ｖｏｌ％であり、ＩＰＡを使用する装置では、雰囲気中のＩＰＡの濃度を爆発限界濃度より可能な限り低くすることが求められる。

一般的な基板洗浄装置の場合、ファンユニット等の手段を用いて装置の上側から下側へ向かう気流制御（ダウンフロー）が行われており、またＩＰＡの使用量が少ないことも併せて、装置内部の雰囲気中のＩＰＡ濃度は低く抑えられることとなる。

また、排気中には液体の微粒子が含まれているため、そのまま工場側の排気処理施設に排出することは好ましくない。従って、装置内に排気中の液滴を除去する槽（以下「気液分離槽」と記載する）を設け、排気中の液滴を除去した上で工場側の排気系統に排出する手法がとられている。

しかし、廃液処理の利便性や装置内部の清浄性確保等の理由から、洗浄処理中に基板の周囲に飛散する液滴を受けて排出する部材を有し、飛散した処理流体の微粒子が含まれる排気とともに排気・廃液系統に排出する構造を有する基板洗浄装置の場合、上記液滴を受けて排出する部材は基板周辺に近接して配置され、上記気流制御の効果が小さく、また、ＩＰＡは揮発性が高いため、上記液滴を受けて排出する部材内部や気液分離槽に至る排気系統の配管内部でＩＰＡが揮発し、排気中の雰囲気に占めるＩＰＡ濃度を高めることにつながる。

このような問題を解消するため、装置内に気液分離槽等を設けず、有機溶媒を回収する構造を別途追加する特許文献３及び特許文献４のような装置が提案されている。

特開２００８−２４３９８１号公報 特開２００９−２１８３７６号公報 特開２００１−３２１６０１号公報 特開２００９−２０８０３８号公報

上記従来技術における基板処理装置では、有機溶媒を回収したとしても排気中のＩＰＡ等の揮発性の高い処理流体蒸気の濃度を十分に低下させる事ができなかった。一方、既存の装置に部品を追加する、あるいは別途大規模な回収装置を追加する事で処理流体蒸気の濃度を低下させることが考えられるが、設置スペースやコストの点で問題があった。

この発明は上記課題にかんがみてなされたものであり、大規模な設備の追加や大幅な改造を要することなく、装置内にて排気を冷却し、排気中の処理流体の蒸気の濃度を低減する基板処理装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、請求項１にかかる発明は、液体が付着した基板を保持する基板保持手段と、基板に対し可燃性の処理流体を供給する処理流体供給手段と、基板保持手段周辺の雰囲気を排気する排気手段と、排気手段の中の排気を冷却する排気冷却手段と、基板に液体を供給する液体供給手段と、液体供給手段によって供給された基板上の液体を冷却ガス供給部からの凍結用気体によって凝固する凍結手段と、を備え、排気冷却手段は、排気手段の中の排気を冷却する排気冷却部と、凍結用気体を凍結手段又は排気冷却部のいずれかに供給する切り替え手段とより構成されることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、排気冷却手段により装置内部にて排気を冷却し、排気中に含まれる可燃性の処理流体の蒸気の濃度を低減することが可能となり、ひいては装置内の処理流体の蒸気の濃度を低減することが可能となる。また、装置の内に付帯的な排気処理装置を設ける必要がない。

また、請求項１の発明によれば、基板表面の液体を凍結させるための気体を、排気冷却手段の冷媒としても使用するため、別途排気冷却用の冷媒を供給する手段を設ける必要がない。また、常時フレッシュな気体を循環しているため、基板表面へ気体を供給開始する時点で所望の温度の気体が供給可能となる。

この発明によれば、大規模な設備の追加や大幅な改造を要することなく、装置内にて排気を冷却することで、排気中の処理流体の蒸気の濃度を低減し、これにより装置内の可燃性の処理流体の濃度を低減することが可能となる。

第一の実施の形態にかかる基板処理装置の概略構成を示す図である。 基板処理装置のカバー内部の様子を示す図である。 排気冷却部の構成を示す概略断面図である。 図１の基板処理装置の動作を説明するためのフローチャートである。 第二の実施の形態にかかる基板処理装置の概略構成を示す図である。 図５の基板処理装置の動作を示す模式図である。 図５の基板処理装置の動作を説明するためのフローチャートである。 第三の実施の形態にかかる基板処理装置の概略構成を示す図である。

＜第一実施形態＞
図１は本発明の第一実施形態に係る基板処理装置１の概略構成を示す図である。この基板処理装置１は半導体ウェハ等の基板Ｗの表面Ｗｆに付着しているパーティクル等の汚染物質（以下「汚染物質」と記載する）を洗浄・除去する枚葉式の基板処理装置である。

この基板処理装置１には、スピンチャック２と、処理カップ２０１と、遮断部材９と、が設けられている。スピンチャック２は、基板Ｗの表面Ｗｆを上方に向けて略水平姿勢に保持した状態で基板Ｗを回転させるものである。処理カップ２０１はスピンチャック２をその内側に収容し、スピンチャック２からの飛散物等を受け止めて排気・排液するものである。遮断部材９は、スピンチャック２の上方に、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに対向して配置されている。

上記スピンチャック２の中心軸２１の上端部には、円板状のスピンベース２３がネジなどの締結部品によって固定されている。この中心軸２１は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いる。そして、制御ユニット４からの動作指令に応じてチャック回転機構２２が駆動されると、中心軸２１に固定されたスピンベース２３が回転中心Ａ０を中心に回転する。

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。各チャックピン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。このスピンチャック２が本発明における「基板保持手段」として機能している。

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、各チャックピン２４を解放状態とし、基板Ｗに対して洗浄処理等を行う際には、各チャックピン２４を押圧状態とする。各チャックピン２４を押圧状態とすると、各チャックピン２４は基板Ｗの周縁部を把持して、基板Ｗがスピンベース２３から所定間隔を隔てて略水平姿勢に保持されることとなる。これにより、基板Ｗは、その表面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。なお、この実施形態では、基板Ｗの表面Ｗｆに微細パターンが形成されており、表面Ｗｆがパターン形成面となっている。

処理カップ２０１は、スピンチャック２及び基板Ｗから飛散する液体を受け止め回収処理するためのものであり、略円筒形状となっている。これにより基板Ｗの処理に用いられた後の洗浄液である脱イオン水(Ｄｅ Ｉｏｎｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ。以下「ＤＩＷ」と記載する）を回収処理する。また、その上面には、基板Ｗが通過するための開口２１０が形成されている。この開口２１０は、回転中心Ａ０を中心とする略円形のものである。

処理カップ２０１の底部には、スピンチャック２周辺の雰囲気を、その中に含まれる液体の微粒子ごと排気（排気液）するための排気液ライン２０２が接続され、この排気液ライン２０２はさらに、排気に含まれる液体の微粒子を排気中から分離するための気液分離部２０４に接続されている。排気液ライン２０２は、処理カップ２０１と少なくとも４箇所で接続され、スピンチャック２の周囲に沿って略９０度間隔で配置される。

また、この排気液ライン２０２は冷却装置としての排気冷却部２０３を有する。図２は排気冷却部２０３の構造を示す正面断面図である。排気冷却部２０３は両端が閉じられた円筒状の外郭部２０３ａと、外郭部２０３ａの上端側の側面に接続された冷媒導入部２０３ｂと、同様に下端側の側面に接続された冷媒排出部２０３ｃとを有し、外郭部２０３ａの中には排気及び液体が通過する排気液ライン２０２を構成する排気液管２０３ｄが挿通されている。

図１に戻って、排気冷却部２０３に対して冷媒を貯蔵する冷媒供給部６３が接続され、冷媒供給部６３から図示しないポンプ等の供給手段により冷媒導入部２０３ｂに冷媒が供給され、冷媒排出部２０３ｃから排出された冷媒が冷媒供給部６３に回収され、冷媒が循環するように構成される。

冷媒導入部２０３ｂに供給された冷媒は、外郭部２０３ａの内壁面と排気液管２０３ｃの外壁面との間の空間を通って冷媒排出部２０３ｃから排出される。この間、冷媒は排気液管２０３ｄの壁面を介して排気液管２０３ｄの中を通る排気に冷熱を伝導し排気の温度を低下させる。これにより、排気中の可燃性の処理流体の蒸気が凝結して液体となるため、排気中の処理流体の蒸気濃度を低下することができる。この排気冷却部２０３が本発明における「排気冷却手段」として機能している。

排気冷却手段においては、冷媒として例えば摂氏−（マイナス）１０度（℃）に冷却された窒素ガス、乾燥空気などの気体冷媒や、ハイドロフルオロカーボン等の液体冷媒が使用される。

図１に戻って説明を続ける。気液分離部２０４は、排気液ライン２０２を介して導入される排気と排液を収容する処理槽から構成される。処理槽において下部に排液層が形成され、上部に排気層が形成され、気液分離部２０４で分離された排気は処理槽の上部に接続された排気ライン２０６を介して図示しない工場側の排気処理施設に、また排液は処理槽の下部に接続された排液ライン２０７を介して図示しない工場側の排液処理施設にそれぞれ排出される。スピンチャック２周辺の雰囲気は、気液分離部２０４の内部の排気が工場側の排気処理施設により強制的に排気されることにより、排気液ライン２０２を介して処理カップ２０１の底部から吸引されることにより排気される。この、排気液ライン２０２と気液分離部２０４が本発明における「排気手段」として機能している。

上記遮断部材９は、中心部に開口を有する円板状に形成されている。遮断部材９の下面は、基板Ｗの表面Ｗｆと略平行に対向する基板対向面となっており、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９は略円筒形状を有する支持軸９１の下端部に略水平に取り付けられる。この支持軸９１は、水平方向に延びるアーム９２により保持されている。

また、アーム９２には、遮断部材昇降機構９４が接続されており、制御ユニット４からの動作指令に応じて、遮断部材９をスピンベース２３に近接させ、逆に離間させる。具体的に、制御ユニット４は、遮断部材昇降機構９４の動作を制御して、基板処理装置１に対して基板Ｗを搬入出させる際には、遮断部材９をスピンチャック２の上方の離間位置（図１に示す位置）に上昇させる一方、基板Ｗに対して後述する洗浄工程、ＩＰＡ置換工程、乾燥工程を行う際には、遮断部材９をスピンチャック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下降させる。

また、遮断部材９は遮断部材回転機構９３と接続されており、制御ユニット４からの動作命令に応じて支持軸９１の中心を通る鉛直軸周りに回転される。また、遮断部材回転機構９３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９を回転させるように構成されている。

支持軸９１は中空になっており、その内部に処理流体供給管９５が挿通されるとともに、当該処理流体供給管９５にＤＩＷ供給管９６が挿通されて、いわゆる二重管構造となっている。そして、ＤＩＷ供給管９６に対してＤＩＷ供給部６１が接続されている。一方、二重管構造を形成する処理流体供給管９５は後述する基板乾燥工程で使用する可燃性の処理流体としてのイソプロピルアルコール（以下「ＩＰＡ」と記載する）を供給するためのＩＰＡ供給部６４に接続されている。

この処理流体供給管９５及びＤＩＷ供給管９６の下方端部は遮断部材９の開口に延設されるとともに、ＤＩＷ供給管９６の先端に吐出ノズル９７が設けられている。そして、次に説明するように、基板表面Ｗｆを洗浄する洗浄工程においてＤＩＷを基板表面Ｗｆに向けて供給し、またＤＩＷとＩＰＡを置換するＩＰＡ置換工程においてＩＰＡを基板表面Ｗｆに向けて供給する。このＩＰＡ供給部６４と処理流体供給管９５が本発明における「処理流体供給手段」として機能している。

図３は図１において図示を省略する基板処理装置１の内部空間を形成するハウジングとしてのカバー３００とチャックピン２、処理カップ２０１、遮断部材９との関係を示す図である。カバー３００はチャックピン２、処理カップ２０１、遮断部材９等をその中に収めるように形成された筒状（円筒であっても角柱面であっても良い）となっている。

カバー３００の上方には気流制御のためのファンユニット３０１が設けられ、ファンユニット３０１はＨＥＰＡフィルタ３０２を介してカバー３００内部に基板Ｗの被処理面側（上方）から裏面側（下方）へと向かう気流を発生させ、カバー３００内の雰囲気をカバー３００の下方に設けられた排気口３０３へ排気する。これにより、カバー３００外へのＩＰＡ蒸気の流出を抑えるとともに、カバー３００内のＩＰＡ蒸気の濃度を低減する。また、ファンユニット３０１からの気流の一部が処理カップ２０１へ流れると共に、処理カップ２０１からの液体の微粒子の逆流を抑えている。そして、カバー３００内の雰囲気温度は基板処理装置１が設置されるクリーンルーム内の雰囲気温度である２４℃とほぼ同等の温度となる。

次に上記のように構成された基板処理装置１の動作について図４を参照しながら説明する。図４は図１の基板処理装置１の動作のフローチャートである。この装置では、図１に示すように、基板搬入時（ステップＳ１）には、遮断部材９はスピンチャック２の上方の離間位置に退避して基板Ｗとの干渉を防止しており、基板Ｗが基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で装置１内に搬入され、スピンチャック２に保持される。尚、カバー３００内のファンユニット３０１による気流制御は常時作動している。

基板搬入が完了すると、制御ユニット４からの指令により、冷媒供給部６３から排気冷却部２０３に対して冷媒として摂氏−（マイナス）１０度（℃）の窒素ガスの供給が行われ、排気液ライン２０２内を通過する排気の冷却が開始される（ステップＳ２）。同時に、処理カップ２０１内の排気液も気液分離部２０４と排気液ライン２０２を介して工場側の排気処理施設により吸引が開始される。

また、同じく制御ユニット４からの指令により、遮断部材９が対向位置まで降下され、基板表面Ｗｆに近接配置される。続いて、制御ユニット４がチャック回転機構２２を駆動してスピンチャック２とともに基板Ｗを、また遮断部材回転機構９３を駆動して遮断部材９をそれぞれ例えば３００ｒｐｍで回転させるとともに、ＤＩＷ供給部６１からＤＩＷを供給し、ノズル９７から基板表面Ｗｆに吐出する。

これにより、基板表面Ｗｆに供給されたＤＩＷは基板Ｗの回転に伴う遠心力の作用により基板Ｗの径方向外向きに均一に広げられるとともに、その一部が基板外に振り切られる。その結果、基板表面Ｗｆの全面にわたってＤＩＷが連続的に供給され、基板表面Ｗｆの洗浄が行われる（ステップＳ３）。

洗浄工程が完了すると、制御ユニット４からの動作指令により、ＤＩＷ供給部６１からのＤＩＷの供給が停止され、ＩＰＡ供給部６４からのＩＰＡの供給が開始され、基板表面Ｗｆに吐出される。これにより、基板表面Ｗｆに残留したＤＩＷにＩＰＡが溶解し、最終的にＤＩＷがＩＰＡにより置換される。この、基板表面Ｗｆ上のＤＩＷとＩＰＡを置換する工程が「ＩＰＡ置換工程」（ステップＳ４）である。

ＩＰＡ置換工程が完了すると、制御ユニット４からの動作指令により、ＩＰＡ供給部６４からのＩＰＡの供給が停止され、スピンチャック２の回転数が例えば１５００ｒｐｍとされ、基板表面Ｗｆに付着したＩＰＡが振り切られて基板表面Ｗｆが乾燥される（ステップＳ４）。

このように、基板Ｗの乾燥前にＤＩＷをより表面張力の低いＩＰＡに置換することにより、基板表面Ｗｆに形成された微細パターン間に働く応力を低減することができ、パターン倒壊を招くことなく乾燥することが可能となる。

ここで、ＩＰＡ置換工程と乾燥工程において、ＩＰＡが処理カップ２０１に排出され、処理カップ２０１では上方はファンユニット３０１によるダウンフローにより逆流を防止され、下方は排気液ライン２０２により気液分離部２０４に排気液される。この時、基板Ｗへの吐出時及び基板Ｗ上で揮発したＩＰＡ蒸気に加え、処理カップ２０１あるいは排気液ライン２０２の内壁に付着したＩＰＡが揮発し、排気中のＩＰＡ蒸気の濃度を上昇させることとなる。しかし、その排気は排気冷却部２０３により排気液管２０３ｄの壁面を介して冷却され、ＩＰＡ蒸気が凝結し、排気中のＩＰＡ蒸気の濃度が低減される。

即ち、常温かつ常圧のカバー３００内ではＩＰＡは容易に雰囲気中に揮発するため、ＩＰＡは排気中に蒸気として浮遊することとなる。そして、処理カップ２０１を介して回収される排気は排気冷却部２０３により約−８℃に冷却されるので、ＩＰＡ蒸気が液化され液体として気液分離部２０４に回収される。こうすることで、揮発性があり、特に可燃性の処理流体を使用したとしても、基板処理装置１の内部空間において雰囲気中のＩＰＡの濃度を爆発限界濃度より低くすることを良好に行えるとともに、処理中の基板ＷにＩＰＡが凝結して付着することも低減される。

最後に、冷媒供給部６３から排気冷却部２０３に対する冷媒の供給が停止され、排気液ライン２０２内を通過する排気の冷却が終了する（ステップＳ６）。また、スピンチャック２の回転が停止され、遮断部材９がスピンチャック２の上方の離間位置に退避した後に、カバー３００から処理済の基板Ｗが搬出される（ステップＳ７）。

このように、本実施形態によれば、基板処理を行っている間、排気冷却部２０３により排気を冷却するため、排気中のＩＰＡ蒸気の濃度を低下することが可能となる。そして、気液分離部２０４で使用済みのＩＰＡを排液としてより多く分離でき、排液ライン２０７を介して回収することができる。また、排気液ライン２０２や気液分離部２０４のＩＰＡから揮発したＩＰＡ蒸気が処理カップ２０１に逆流することも抑えることができる。また、基板処理装置１内部で排気を冷却するため、基板処理装置１の内に付帯的な排気処理装置を必要とせず、コストや設置面積を低減するのに有効である。

尚、本実施形態においては冷媒供給部６３から排気冷却部２０３に対する冷媒の供給の開始と停止のタイミングを、基板処理装置１の中で基板Ｗの処理の開始、終了のタイミングに合わせることとしたが、装置立ち上げ時に、冷媒供給部６３から排気冷却部２０３への冷媒の供給を開始し、その後継続的に供給し続けることも可能である。また、ＩＰＡを吐出する直前に冷媒供給部６３から排気冷却部２０３への供給を開始し、ＩＰＡの吐出停止後、所定の時間が経過したあとに冷媒の供給を停止するという構成をとることも可能である。即ち、排気液管２０３ｄの中を通る排気がＩＰＡが凝結する温度に冷却されるのであれば冷媒の供給と停止を変更してもよい。

また、本実施形態においては排気冷却部２０３は排気液ライン２０２の中を通る排気を間接的に冷却したが、排気冷却部２０３は冷媒供給部６３からの冷媒を排気液ライン２０２の中に直接吐出して排気を冷却するように構成することも可能である。

＜第二実施形態＞
次に、この発明にかかる基板処理装置の第二実施形態を説明する。図５は本発明の第二実施形態に係る基板処理装置１の概略構成を示す図である。この第二実施形態が第一実施形態と大きく相違する点は、第一実施形態における冷媒供給部６３の代わりに凍結用気体である窒素ガスを供給する冷却ガス供給部６３を備え、加えて凍結用の窒素ガスを吐出するガス吐出部５と、冷却ガス供給部６３からの窒素ガスをガス吐出部５または排気冷却部２０３に切り替えて供給する三方弁２１２と、を更に備える点である。なお、その他の構成は図１、図２及び図３に示す基板処理装置１と基本的に同一であるため、以下の説明では同一符号を付して構成説明を省略する。

ガス吐出部５をスキャン駆動するための駆動源として、スピンチャック２の周方向外側にノズル駆動用の回転モータ５１が設けられている。この回転モータ５１には回転軸５３が接続され、この回転軸５３にはアーム５５が水平方向に延びるように接続されており、このアーム５５の先端にガス吐出ノズル５７が取り付けられている。そして、制御ユニット４からの動作指令に応じて回転モータ５１が駆動されると、アーム５５が回転軸５３回りに揺動することとなる。

図６は図５の基板処理装置１に装備されたガス吐出部５の動作を示す図である。ここで、同図（ａ）は概略正面図、同図（ｂ）は概略平面図である。回転モータ５１を駆動してアーム５５を揺動させると、ガス吐出ノズル５７は基板表面Ｗｆに対向しながら、基板Ｗの回転中心側位置Ｐ５１から基板Ｗの端縁位置Ｐ５２に向かう同図（ｂ）の移動軌跡Ｔ５に沿って移動する。ここで、回転中心側位置Ｐ５１は基板Ｗの回転中心Ａ０付近上空であり、端縁位置Ｐ５２は基板Ｗの端縁付近上空であって、それぞれガス吐出ノズル５７が基板表面Ｗｆと対向する位置である。また、ガス吐出部５は基板Ｗの側方に退避した待機位置Ｐ５３に移動可能となっている。

ガス吐出部５に対して冷却ガス供給部６３が接続されている。この冷却ガス供給部６３は、制御ユニット４からの指令に応じて液体（ＤＩＷ）の凝固点（摂氏０度（℃））よりも低温、例えば摂氏−（マイナス）２０度（℃）の窒素ガスを供給する。ガス吐出ノズル５７が基板表面Ｗｆに対向配置されると、ガス吐出ノズル５７から基板表面Ｗｆに向けて局部的に前述の窒素ガスが冷却ガスとして吐出される。

したがって、ガス吐出ノズル５７から窒素ガスを吐出させた状態で、制御ユニット４がチャック回転機構２２を駆動させ、基板Ｗを回転させながらガス吐出ノズル５７を移動軌跡Ｔ５に沿って移動させることで、窒素ガスを基板表面Ｗｆの全面にわたって供給できる。これにより、後述するように基板表面Ｗｆに液体の膜１１が形成されていた場合、液体の膜１１の全体を凝固させて基板表面Ｗｆの全面に液体の凝固体１３を生成することができる。この冷却ガス供給部６３とガス吐出部５が本発明における「凍結手段」として機能している。

また、ガス吐出部５と冷却ガス供給部６３を接続する配管には三方弁２１２が介挿されており、冷却ガス供給部６３からの凍結用の窒素ガスをガス吐出部５と排気冷却部２０３のいずれかに切り替えて供給可能としている。この三方弁２１２が本発明の「切り替え手段」として機能している。よって、窒素ガスは三方弁２１２によって切り替えられて排気冷却部２０３に供給されることで排気冷却部２０３の冷媒として機能する。

排気冷却部２０３は第一実施形態と同様図２に示す構成であり、冷却ガス供給部６３から三方弁２１２を経由して冷媒導入部２０３ｂに供給された凍結用の窒素ガスは、外郭部２０３ａの内壁面と排気液管２０３ｃの外壁面との間の空間を通って冷媒排出部２０３ｃから排出される。冷媒排出部２０３ｃから排出された窒素ガスは冷却ガス供給部６３に回収され、窒素ガスが循環するように構成される。

三方弁２１２は、後述する凝固工程において基板表面Ｗｆに窒素ガスを供給する場合には、冷却ガス供給部６３からの窒素ガスをガス吐出部５に供給するように構成される。また、凝固工程以外の工程を実行する場合、すなわち基板表面Ｗｆに窒素ガスを供給しない場合には、冷却ガス供給部６３からの窒素ガスを排気冷却部２０３に供給するように構成される。よって、この排気冷却部２０３と冷却ガス供給部６３からの窒素ガスを排気冷却部２０３への供給に切り替える三方弁２１２が、本発明の「排気冷却手段」として機能している。

ここで、冷却ガス供給部６３からの窒素ガスは三方弁２１２までの配管経路については常時新しい窒素ガスが供給され続けることとなるため、窒素ガスが配管等の中に滞留することにより、外部からの熱を吸収して温度が上昇するという問題は解消される。従って、次回基板表面Ｗｆに窒素ガスを供給する場合においても所望の温度の窒素ガスが供給されるため、温度上昇した窒素ガスが供給されることによる凝固工程の凍結時間の遅延は生じない。

尚、配管内に滞留する窒素ガスの量を減少するため、三方弁２１２の位置は冷却ガス供給部６３よりガス供給部５に近い位置とすることが望ましい。

装置立ち上げ時、冷却ガス供給部６３からの窒素ガスの供給が開始され、三方弁２１２は窒素ガスを排気冷却部２０３に供給するように構成される。

次に上記のように構成された基板処理装置１の動作について図７を参照しながら説明する。図７は図５の基板処理装置１の動作のフローチャートである。この装置１では、図５に示すように、基板搬入時（ステップＳ１）には、遮断部材９はスピンチャック２の上方の離間位置に退避して基板Ｗとの干渉を防止しており、基板Ｗが基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で装置１内に搬入され、スピンチャック２に保持される。

基板搬入が完了すると、制御ユニット４からの指令により遮断部材９が対向位置まで降下され、基板表面Ｗｆに近接配置される。続いて、制御ユニット４がチャック回転機構２２を駆動してスピンチャック２とともに基板Ｗを、また遮断部材回転機構９３を駆動して遮断部材をそれぞれ例えば３００ｒｐｍで回転させるとともに、ＤＩＷ供給部６１からＤＩＷを供給し、ノズル９７から基板表面Ｗｆに吐出する。

これにより、基板表面Ｗｆに供給されたＤＩＷは基板Ｗの回転に伴う遠心力の作用により基板Ｗの径方向外向きに均一に広げられるとともに、その一部が基板外に振り切られる。その結果、基板表面Ｗｆの全面にわたって液膜の厚みが均一にコントロールされ、基板表面Ｗｆの全体に所定の厚みを有する液膜（水膜）１１が形成される（ステップＳ２）。

液体供給工程が終了すると、ＤＩＷ供給部６１からのＤＩＷの供給が停止され、スピンチャックの回転数を例えば１００ｒｐｍとし、遮断部材９がスピンチャック２の上方の離間位置に退避される。また、三方弁２１２が冷却ガス供給部６３からの窒素ガスをガス吐出部５へ供給する側へと切り替えられる。更に、ガス吐出部５が旋回されてガス吐出ノズル５７が凍結用窒素ガスの供給開始位置である基板Ｗの回転中心位置Ｐ５１に移動される。

そして、回転する基板Ｗの表面Ｗｆに向けてガス吐出ノズル５７から窒素ガスを吐出させながらガス吐出ノズル３７を徐々に基板Ｗの端縁位置Ｐ５２に向けて移動させる。これにより、図６に示すように基板表面ＷｆのＤＩＷの液膜１１が凝固した領域（凝固領域）が基板表面Ｗｆの中央部から周縁部へと広げられ、基板表面Ｗｆの全面にＤＩＷの凝固体１３が生成される(図６（ｂ）)。この、基板表面Ｗｆ上のＤＩＷの液膜１１を凝固させる工程が「凝固工程」（ステップＳ３）である。

このようにして凝固工程を実行すると、基板表面Ｗｆと汚染物質の間に入り込んだ液膜の体積が増加（摂氏０度（℃）の水が摂氏０度（℃）の氷になると、その体積はおよそ１．１倍に増加する）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減され、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。

凝固工程が完了すると、制御ユニット４からの動作指令により、三方弁２１２が、冷却ガス供給部６３からの窒素ガスを排気冷却部２０３へ供給する側に切り替えられ、ガス吐出部５が旋回されガス吐出ノズル５７が待機位置Ｐ５３に移動される。また、遮断部材９が対向位置まで降下される。

そして、ＤＩＷ供給部６１からＤＩＷを供給し、ノズル９７から基板表面Ｗｆに吐出する。これにより、基板表面Ｗｆの凝固体１３が融解する。また、基板表面Ｗｆに供給されたＤＩＷによって基板表面Ｗｆから汚染物質を含む凝固体１３が除去され、基板Ｗ外に排出される（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凝固体１３を基板表面Ｗｆから除去することによって基板表面Ｗｆから汚染物質を容易に除去することができる。

洗浄工程が完了すると、制御ユニット４からの動作指令により、ＤＩＷ供給部６１からのＤＩＷの供給が停止され、ＩＰＡ供給部６４からのＩＰＡの供給が開始され、基板表面Ｗｆに吐出される。これにより、基板表面Ｗｆに残留したＤＩＷにＩＰＡが溶解し、最終的にＤＩＷがＩＰＡにより置換される。この、基板表面Ｗｆ上のＤＩＷとＩＰＡを置換する工程が「ＩＰＡ置換工程」（ステップＳ５）である。

ＩＰＡ置換工程が完了すると、制御ユニット４からの動作指令により、ＩＰＡ供給部６４からのＩＰＡの供給が停止され、スピンチャック２の回転数が例えば１５００ｒｐｍとされ、基板表面Ｗｆに付着したＩＰＡが振り切られて基板表面Ｗｆが乾燥される（ステップＳ６）。

ここで、ＩＰＡ置換工程と乾燥工程において、ＩＰＡが処理カップ２０１に排出され、基板Ｗへの吐出時及び基板Ｗ上で揮発したＩＰＡ蒸気に加え、処理カップ２０１あるいは排気液ライン２０２の内壁に付着したＩＰＡが揮発し、排気中のＩＰＡ蒸気の濃度を上昇させることとなる。しかし、その排気は凍結用の窒素ガスが冷媒として供給される排気冷却部２０３により排気液管２０３ｄの壁面を介して冷却され、ＩＰＡ蒸気が凝結し、排気中のＩＰＡ蒸気の濃度が低減される。

最後に、スピンチャック２の回転が停止され、遮断部材９がスピンチャック２の上方の離間位置に退避した後に、カバー３００から処理済の基板Ｗが搬出される（ステップＳ７）。

本実施形態によれば、基板表面ＷｆのＤＩＷを凍結させるための窒素ガスを、ＤＩＷの凍結のためだけでなく、排気冷却部２０３に供給して排気の冷却にも使用するため、排気冷却用の冷媒を供給する手段を別途設ける必要がない。

また、凍結用の窒素ガスは、配管の中に長時間滞留させておくと配管外部の雰囲気などから熱を吸収し温度が上昇して、次回基板表面に吐出した場合に所望の温度の凍結用窒素ガスが吐出されない。このため、凝固工程を実施していない場合においても凍結用窒素ガスを吐出して常に配管内の凍結用窒素ガスの温度を所定の温度に保つ必要がある。

本実施形態によれば、凝固工程を実施していない場合は三方弁２１２により窒素ガスが排気冷却部２０３に継続的に流されることとなるため、上記の問題は生じず、次回凝固工程を実施する場合においても、すぐに所望の温度の窒素ガスを吐出することができる。

尚、本実施形態においては、装置立ち上げ時に冷却ガス供給部６３から排気冷却部２０３に対する窒素ガスの供給を開始し、その後継続的に供給し続けることとしたが、基板処理装置１の中で基板Ｗの処理を開始する時点で冷却ガス供給部６３から排気冷却部２０３への供給を開始し、基板Ｗの処理を終了する時点で供給を停止する構成とすることも可能である。また、ＩＰＡを吐出する直前に冷却ガス供給部６３から排気冷却部２０３への供給を開始し、ＩＰＡ吐出停止後所定の時間が経過したあとに供給を停止するという構成をとることも可能である。

また、上記実施形態においては排気冷却部２０３は排気液ライン２０２の中を通る排気を間接的に冷却したが、冷却ガス供給部６３からの窒素ガスを排気液ライン２０２の中に直接吐出して排気を冷却するように排気冷却部２０３を構成することも可能である。

また、ＩＰＡはＩＰＡ置換工程においてＤＩＷと置換するためのみに使用するのではなく、例えば洗浄工程において基板表面Ｗｆに供給し、ＤＩＷの凝固体を排除することにも使用可能である。

＜第三実施形態＞
次に、この発明にかかる基板処理装置の第三実施形態を説明する。図８は本発明の第三実施形態に係る基板処理装置１１０の概略構成を示す図である。この第三実施形態が第二実施形態と大きく相違する点は、第二実施形態における三方弁２１２に替えて冷却ガス受け部２１１と逆流防止弁２２１を備える点である。なお、その他の構成は図３、図５、図６及び図７に示す基板処理装置１と基本的に同一であるため、以下の説明では同一符号を付して構成説明を省略する。

冷却ガス受け部２１１はガス吐出部５が待機位置Ｐ５３にある状態でのガス吐出ノズル５７直下に設けられている。冷却ガス受け部２１１は配管を介して全ての排気液ライン２０２に接続部２２３で接続されている。接続部２２３は冷却ガス受け部２１１で回収された冷却ガスを排気液ライン２０２の中を流れる排気に合流させるように構成される。従って、排気液ライン２０２に直接溶接などの手段で接続しても良く、また、配管部品等で接続しても良い。

冷却ガス受け部２１１と排気液ライン２０２を接続する配管には逆流防止弁２２１が介挿されており、排気液ライン２０２から冷却ガス受け部２１１へ排気が逆流することを防止している。この、接続部２２３と逆流防止弁２２１と冷却ガス受け部２１１とガス吐出部５が、本発明における「排気冷却手段」として機能している。

逆流防止弁２１１が開の状態では、気液分離部２０４の内部の排気が工場側の排気処理施設により強制的に排気されることにより、排気液ライン２０２を介して接続された冷却ガス受け部２１１から吸引されることとなる。冷却ガス受け部２１１の直上でガス吐出ノズル５７から凍結用窒素ガスが吐出されれば、冷却ガス受け部２１１に回収され、排気液ライン２０２の内部を流れる排気と混合されることとなる。この、冷却ガス受け部２１１と逆流防止弁２２１と気液分離部２０４を介して冷却ガス受け部２１１を吸引する構造が本発明における「冷媒回収手段」として機能している。

装置１１０立ち上げ時、ガス吐出部５は待機位置Ｐ５３に位置決めされ、冷却ガス供給部６３からガス吐出部５に−２０℃に冷却された窒素ガスが供給される。また、逆流防止弁２２１は開の状態とされ、冷却ガス受け部２１１で回収された窒素ガスが排気液ライン２０２の内部を流れる排気と混合される。

この構成によれば、冷却ガス供給部６３とガス吐出部５の間で長時間窒素ガスが滞留することがなく、次回基板表面Ｗｆに凍結用として窒素ガスを供給する際に所望の温度の窒素ガスを吐出開始時から吐出することができるため、凝固工程において凍結に要する時間が遅延するということはない。

この第三実施形態においても、第二実施形態と同様にして基板Ｗの搬入（ステップＳ１）、液体供給工程（ステップＳ２）が行われる。

液体供給工程（ステップＳ２）の後、逆流防止弁２２１が閉の状態とされ、その後凝固工程（ステップＳ３）が行われる。

凝固工程（ステップＳ３）が行われた後、逆流防止弁２２１が開の状態とされる。また、ガス吐出部５が待機位置Ｐ５３に位置決めされ、窒素ガスが冷却ガス受け部２１１で回収され、排気液ライン２０２の内部を流れる排気と混合される。その後、洗浄工程（ステップＳ４）、ＩＰＡ置換工程（ステップＳ５）、乾燥工程（ステップＳ６）が行われ、最後に、スピンチャック２の回転が停止され、遮断部材９がスピンチャック２の上方の離間位置に退避した後に、カバー３００から処理済の基板Ｗが搬出される（ステップＳ７）。

ここで、ＩＰＡ置換工程と乾燥工程において、ＩＰＡが処理カップ２０１に排出され、基板Ｗへの吐出時及び基板Ｗ上で揮発したＩＰＡ蒸気に加え、処理カップ２０１あるいは排気液ライン２０２の内壁に付着したＩＰＡが揮発し、排気中のＩＰＡ蒸気の濃度を上昇させることとなる。しかし、その排気は接続部２２３から吐出される窒素ガスと混合されることにより冷却されるため、排気中のＩＰＡ蒸気の濃度を低減するのに有効である。

本実施形態によれば、基板表面ＷｆのＤＩＷを凍結させるための凍結用の窒素ガスを、ＤＩＷの凍結のためだけでなく、接続部２２３に供給して排気の冷却にも使用するため、排気冷却用の冷媒供給手段を別途設ける必要がない。

また、窒素ガスが排気液ライン２０２の中を流れる排気と直接混合するため、効率よく排気を冷却することが可能である。

また、窒素ガスは、配管の中に長時間滞留させておくと配管外部にある雰囲気などから熱を吸収し温度が上昇して、次回基板表面に吐出した場合に所望の温度の窒素ガスが吐出されない。このため、凝固工程を実施していない場合においても窒素ガスを吐出して常に配管内の窒素ガスの温度を所定の温度に保つ必要がある。

本実施形態によれば、凝固工程を実施していない場合はガス吐出部５から窒素ガスが継続的に吐出されることとなるため、上記の問題は生じず、次回凝固工程を実施する場合においても、すぐに所望の温度の窒素ガスを吐出することができる。

尚、本実施形態においては、装置１１０立ち上げ時に冷却ガス供給部６３からガス吐出部５に対する窒素ガスの供給を開始し、その後継続的に供給し続けることとして、ガス吐出部５が待機位置Ｐ５３に位置決めされた時点で逆流防止弁２２１を開の状態とし、冷却ガス受け部２１１で回収して排気冷却部２０３へ供給することとしたが、基板処理装置１１０の中で基板Ｗの処理を開始する時点で冷却ガス供給部６３からガス吐出部５への供給を開始し、ガス吐出部５が待機位置Ｐ５３に位置決めされている間に排気冷却部２０３へ窒素ガスを供給し、基板Ｗの処理を終了する時点で冷却ガス供給部６３からガス吐出部５への窒素ガスの供給を停止する構成としてもよい。

また、ＩＰＡを吐出する直前に冷却ガス供給部６３からガス吐出部５への窒素ガスの供給を開始し、冷却ガス受け部２１１で回収して排気冷却部２０３への供給を開始し、ＩＰＡ吐出停止後所定の時間が経過したあと窒素ガスの供給を停止するという構成としてもよい。

また、ＩＰＡはＩＰＡ置換工程においてＤＩＷと置換するためのみに使用するのではなく、例えば洗浄工程において基板表面Ｗｆに供給し、ＤＩＷの凝固体を排除することにも使用可能である。

また、接続部２２３を処理カップ２０１の底部と気液分離部２０４をつなぐ排気液ライン２０２に設けているが、接続部２２３を他の場所に設けることも可能である。

例えば、処理カップ２０１内に設けることも可能である。この場合、スピンチャック２から振り切られた微細な液滴等が基板Ｗに再付着することを防止するため、下向きの気流を乱さない位置に設ける必要があり、処理カップ２０１の底部と排気液ライン２０２が接合する部分の近傍に設けることが望ましい。

更に、接続部２２３を気液分離部２０４内に設けることも可能である。この場合、排気が有効に冷却される前に工場側の排気処理施設に流れてしまうことを防止するため、気液分離部２０４と排気液ライン２０２の接続部分付近に設けることが望ましい。

＜その他＞
尚、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、上記実施形態においてはＩＰＡ置換工程においてＤＩＷと置換するために可燃性の処理流体として、液体のＩＰＡを使用していたが、ＩＰＡを気化させて処理流体としてのＩＰＡの蒸気としてＤＩＷの液膜に供給することも可能である。

２ スピンチャック（基板保持手段）
５ 凍結用窒素ガス吐出部（凝固手段）
９ 遮断部材
１１ 液体の膜
１３ 凝固体
２２ チャック回転機構
５１ 凍結用窒素ガス吐出部駆動用回転モータ（凝固手段）
５３ 凍結用窒素ガス吐出部回転軸（凝固手段）
５５ 凍結用窒素ガス吐出部アーム（凝固手段）
９５ 処理流体供給管（処理流体供給手段）
９６ 液体供給管
２０１ 処理カップ
２０２ 排気液ライン
２０３ 冷却ガス混合部（排気冷却手段）
２０４ 気液分離部
Ｐ５１ （基板の）回転中心位置
Ｐ５２ （基板の）端縁位置
Ｗ 基板
Ｗｆ 基板表面

Claims (1)

1. 液体が付着した基板を保持する基板保持手段と、
   前記基板に対し可燃性の処理流体を供給する処理流体供給手段と、
   前記基板保持手段周辺の雰囲気を排気する排気手段と、
   前記排気手段の中の排気を冷却する排気冷却手段と、
   前記基板に液体を供給する液体供給手段と、
   前記液体供給手段によって供給された基板上の液体を冷却ガス供給部からの凍結用気体で凝固する凍結手段と、
   を備え、
   前記排気冷却手段は、
   前記排気手段の中の排気を冷却する排気冷却部と、
   前記凍結用気体を前記凍結手段又は前記排気冷却部のいずれかに供給する切り替え手段とより構成されることを特徴とした基板処理装置。

Images