JP6966899B2 - 基板乾燥方法および基板処理装置 - Google Patents

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Description

この発明は、基板乾燥方法および基板処理装置に関する。処理対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用基板、有機ＥＬ（electroluminescence）表示装置などのＦＰＤ（Flat Panel Display）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板、セラミック基板、太陽電池用基板などが含まれる。
半導体装置の製造工程では、半導体ウエハ等の基板の表面が処理液で処理される。基板を一枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置は、基板をほぼ水平に保持しつつ、その基板を回転させるスピンチャックと、このスピンチャックによって回転される基板の表面に処理液を供給するためのノズルとを備えている。
典型的な基板処理工程では、スピンチャックに保持された基板に対して薬液が供給される。その後、リンス液が基板に供給され、それによって、基板上の薬液がリンス液に置換される。その後、基板上のリンス液を排除するためのスピンドライ工程が行われる。スピンドライ工程では、基板が高速回転されることにより、基板に付着しているリンス液が振り切られて除去（乾燥）される。一般的なリンス液は脱イオン水である。
スピンドライ工程におけるパターン倒壊の発生を抑制または防止するために、下記特許文献１に示す昇華乾燥技術が提案されている。下記特許文献１では、基板の表面に超低温（約−６０℃）の窒素ガスを供給することにより、基板の表面に凍結膜を形成している。凍結膜の形成後も、超低温の窒素ガスを継続して供給し続けることにより、基板の表面の凍結膜に含まれる水成分が昇華し、これにより、基板の表面に液相を生じさせることなく、基板の表面を乾燥させている。
特開２０１０−１９９２６１号公報
特許文献１の手法では、超低温（約−６０℃）の窒素ガスを基板に供給し続ける必要があり、そのための設備が必要になり、また、ランニングコストも甚大になるおそれがある。
本願発明者らは、昇華性を有し、かつ凝固点の低い溶剤（一例として、環状構造を有するフッ素系有機溶剤（凝固点約２０．５℃）や、ターシャリーブチルアルコール（凝固点約２５℃）等）を昇華剤として用い、これらの液体の昇華剤を基板の表面に供給し、かつ昇華剤の凝固点よりも低い温度を有する液体を、昇華剤の溶剤を固化（凍結）用の温調用流体として基板の裏面に供給することを検討している。具体的には、本願発明者らは、温調用液体として、約５℃〜約１５℃の液温を有する冷水を基板の裏面に供給している。そして、基板の裏面への冷水の供給により昇華剤を冷却し、これにより、環状構造を有するフッ素系有機溶剤やターシャリーブチルアルコール等の昇華剤を固化させて、基板の表面に昇華剤膜を形成させている。その後、昇華剤膜が昇華することにより、基板の表面が乾燥させられる。
しかしながら、この手法においては、基板の裏面において発生した水のミストが基板の表面（表面）側に回り込み、固化後の昇華剤膜に水が混じるおそれがある。昇華剤膜に水が混じっていると、昇華剤の昇華が阻害されるおそれがある。それだけでなく、基板の表面において水が液化することにより、パターン倒壊を助長させるおそれもある。いずれにしても、昇華剤の凝固点よりも低い温度を有する水を基板の裏面に供給して行う方式の昇華剤の冷却固化では、良好な昇華乾燥を実現できなかった。そのため、水を供給することなく昇華剤を良好に固化させること、すなわち、水を供給することなく、固体状の昇華剤膜を良好に形成することが求められていた。
そこで、この発明の一つの目的は、基板に水を供給することなく、固体状の昇華剤膜を良好に形成することができ、これにより、昇華乾燥を良好に実現できる基板乾燥方法および基板処理装置を提供することである。
この発明の一実施形態は、パターンを有する基板の表面を乾燥させる基板乾燥方法であって、前記基板の前記表面に液体の昇華剤の液膜を配置する昇華剤液膜配置工程と、前記昇華剤よりも高い蒸気圧を有し、水を含まない高蒸気圧液体を、前記基板における前記表面と反対側の面である裏面に供給する高蒸気圧液体供給工程と、前記昇華剤の液膜が前記基板の前記表面に配置された後に前記高蒸気圧液体の供給を停止することにより、前記高蒸気圧液体の気化に伴って気化熱が奪われることにより前記昇華剤を冷却し、これにより、前記昇華剤の液膜を固化させて前記基板の前記表面に昇華剤膜を形成する気化冷却工程と、前記昇華剤膜を昇華させる昇華工程とを含む、基板乾燥方法を提供する。
この方法によれば、基板の表面に、昇華剤の液膜が配置される。また、昇華剤よりも高い蒸気圧を有し、水を含まない高蒸気圧液体が、基板の裏面に供給される。昇華剤の液膜が基板の表面に配置された後に高蒸気圧液体の供給を停止する。これにより、高蒸気圧液体の気化に伴って基板から気化熱が奪われることにより昇華剤の液膜に含まれる昇華剤が冷却され、昇華剤の液膜が固化する。これにより、基板に水を供給することなく、固体状の昇華剤膜を良好に形成することができる。
また、昇華工程では、昇華剤膜の昇華に伴って昇華熱が奪われ、昇華剤膜が凝固点（融点）以下に維持される。そのため、昇華剤膜に含まれる昇華剤が融解することを防止できる。これにより、昇華乾燥を良好に実現できる。
また、高蒸気圧液体が水を含まないので、基板の裏面が疎水性を呈しているか否かによらずに、基板の裏面全域に高蒸気圧液体を供給することができる。これにより、基板の全域で気化冷却を行うことができるから、基板の面内において昇華剤を均一に冷却することができる。これにより、昇華剤の液膜に含まれる昇華剤の固化を良好に行うことができる。
この発明の一実施形態では、前記基板の前記裏面に供給される前記高蒸気圧液体が、前記昇華剤の凝固点よりも高い液温を有している。
この方法によれば、基板の裏面に供給される高蒸気圧液体が、昇華剤の凝固点よりも高い液温を有している。そのため、高蒸気圧液体の基板への供給によって、基板の表面上の昇華剤が直ちに当該昇華剤の凝固点以下まで冷却されることはない。そのため、基板の表面への昇華剤の液膜の配置と、高蒸気圧液体の基板への供給とを並行に行うこともでき、これにより、処理全体の期間を短縮させることも可能である。
また、高蒸気圧液体を、比較的高い液温で使用することができる。高蒸気圧液体の種類によって（たとえば、凝固点が約２０．５℃の、環状構造を有するフッ素系有機溶剤を昇華剤として採用する場合には）、高蒸気圧液体を常温で使用することも可能である。この場合、高蒸気圧液体の温度調整用のユニットを廃止することも可能であり、コストダウンを図ることができる。
この発明の一実施形態では、前記昇華剤液膜配置工程が、前記基板の前記表面に前記昇華剤を供給する昇華剤供給工程と、前記昇華剤を供給することなく前記基板を所定の回転軸線回りに回転させることにより、供給された前記昇華剤を前記基板の前記表面で薄くする薄化工程とを含む。
この方法によれば、基板の回転による遠心力により、基板の表面で昇華剤を広げることができる。これにより、基板の表面に適切な薄い厚みの昇華剤を良好に形成することができると共に、昇華剤の液膜の厚みを基板の面内で均一化することができる。
この発明の一実施形態では、前記高蒸気圧液体供給工程を、前記薄化工程に並行して実行する。
この方法によれば、昇華剤の拡大と、高蒸気圧液体の基板への供給とを並行に行うので、処理全体の期間を短縮させることができる。
この発明の一実施形態では、前記昇華剤供給工程に並行して、前記昇華剤の凝固点よりも高い液温を有する高温液体を、前記基板の前記裏面に供給する高温液体供給工程をさらに含む。
この方法によれば、基板の表面への昇華剤の液膜の配置に並行して、昇華剤の凝固点よりも高い液温を有する高温液体が基板の裏面に供給される。そのため、基板の表面に供給される昇華剤を温めることができ、この昇華剤が直ちに固化してしまうのを防止することができる。ゆえに、基板の表面に良好な昇華剤の液膜を形成することが可能である。
前記昇華剤液膜配置工程が、前記基板の前記表面に前記昇華剤を供給する昇華剤供給工程を含んでいてもよい。また、前記基板乾燥方法が、前記昇華剤供給工程に並行して、前記昇華剤の凝固点よりも高い液温を有する高温液体を、前記基板の前記裏面に供給する高温液体供給工程をさらに含んでいてもよい。
この発明の一実施形態では、前記高温液体がイソプロピルアルコールであり、前記基板の裏面に供給される前記高蒸気圧液体がイソプロピルアルコールである。
この方法によれば、基板の表面の昇華剤の液膜に水が混入することをより確実に防止しながら、基板の表面に供給される昇華剤を温めることができる。
この発明の一実施形態では、前記高温液体が、水を含む。
この方法によれば、高温液体として水を用いるので、高蒸気圧液体を高温液体として用いる場合と比較して、コストダウンを図ることができる。
この発明の一実施形態では、前記昇華剤液膜配置工程および前記気化冷却工程の少なくとも一方に並行して、前記基板を所定の回転軸線回りに回転させる基板回転工程と、前記昇華工程に並行して、前記基板回転工程よりも速い速度で前記基板を前記所定の回転軸線回りに回転させる高速回転工程とをさらに含む。
この方法によれば、昇華工程において、基板が高速で回転される。この高速回転によって、昇華剤膜と、その周囲の雰囲気との接触速度が増大する。これにより、昇華剤膜の昇華を促進させることができ、ゆえに、短期間のうちに昇華剤膜を昇華させることができる。
この発明の一実施形態は、表面にパターンを有する基板を保持する基板保持ユニットと、前記基板保持ユニットに保持されている基板を、所定の回転軸線回りに回転させるための回転ユニットと、前記基板の前記表面に液体の昇華剤を供給するための昇華剤供給ユニットと、前記昇華剤よりも高い蒸気圧を有し、水を含まない高蒸気圧液体を、前記基板における前記表面と反対側の面である裏面に供給するための高蒸気圧液体供給ユニットとを含む、基板処理装置を提供する。
この構成によれば、基板の表面に昇華剤が供給される。これにより、基板の表面に昇華剤の液膜が形成される。また、昇華剤よりも高い蒸気圧を有し、水を含まない高蒸気圧液体が、基板の裏面に供給される。
昇華剤の液膜が基板の表面に配置された後に高蒸気圧液体の供給を停止する。これにより、高蒸気圧液体の気化に伴って基板から気化熱が奪われることにより昇華剤の液膜に含まれる昇華剤が冷却され、昇華剤の液膜が固化する。これにより、基板に水を供給することなく、固体状の昇華剤膜を良好に形成することができる。ゆえに、昇華剤の液膜に含まれる昇華剤の固化を良好に行うことができる。
この発明の一実施形態では、前記基板の前記裏面に供給される前記高蒸気圧液体が、前記昇華剤の凝固点よりも高い液温を有している。
この構成によれば、基板の裏面に供給される高蒸気圧液体が、昇華剤の凝固点よりも高い液温を有している。そのため、高蒸気圧液体の基板への供給によって、基板の表面上の昇華剤が直ちに当該昇華剤の凝固点以下まで冷却されることはない。そのため、基板の表面への昇華剤の液膜の配置と、高蒸気圧液体の基板への供給とを並行に行うこともでき、これにより、処理全体の期間を短縮させることも可能である。
また、高蒸気圧液体を、比較的高い液温で使用することができる。高蒸気圧液体の種類によって（たとえば、凝固点が約２０．５℃の、環状構造を有するフッ素系有機溶剤を昇華剤として採用する場合には）、高蒸気圧液体を常温で使用することも可能である。この場合、高蒸気圧液体の温度調整用のユニットを廃止することも可能であり、コストダウンを図ることができる。
この発明の一実施形態では、前記基板処理装置が、前記回転ユニット、前記昇華剤供給ユニットおよび前記高蒸気圧液体供給ユニットを制御する制御装置をさらに含む。そして、前記制御装置が、前記回転ユニットおよび前記昇華剤供給ユニットにより、前記基板の前記表面に昇華剤の液膜を配置する昇華剤液膜配置工程と、前記高蒸気圧液体供給ユニットにより、前記高蒸気圧液体を前記基板の前記裏面に供給する高蒸気圧液体供給工程と、前記昇華剤の液膜が前記基板の前記表面に配置された後に前記高蒸気圧液体の供給を停止することにより、前記高蒸気圧液体の気化に伴って気化熱が奪われることにより前記昇華剤を冷却し、これにより、前記昇華剤の液膜を固化させて前記基板の前記表面に昇華剤膜を形成する気化冷却工程と、前記回転ユニットにより、前記昇華剤膜を昇華させる昇華工程を実行する。
この構成によれば、基板の表面に、昇華剤の液膜が配置される。また、昇華剤よりも高い蒸気圧を有し、水を含まない高蒸気圧液体が、基板の裏面に供給される。昇華剤の液膜が基板の表面に配置された後に高蒸気圧液体の供給を停止する。これにより、高蒸気圧液体の気化に伴って基板から気化熱が奪われることにより昇華剤の液膜に含まれる昇華剤が冷却され、昇華剤の液膜が固化する。これにより、基板に水を供給することなく、固体状の昇華剤膜を良好に形成することができる。
また、昇華工程では、昇華剤膜の昇華に伴って昇華熱が奪われ、昇華剤膜が凝固点（融点）以下に維持される。そのため、昇華剤膜に含まれる昇華剤が融解することを防止できる。これにより、昇華乾燥を良好に実現できる。
また、高蒸気圧液体が水を含まないので、基板の裏面が疎水性を呈しているか否かによらずに、基板の裏面全域に高蒸気圧液体を供給することができる。これにより、基板の全域で気化冷却を行うことができるから、基板の面内において昇華剤を均一に冷却することができる。これにより、昇華剤の液膜に含まれる昇華剤の固化を良好に行うことができる。
この発明の一実施形態では、前記制御装置が、前記昇華剤液膜配置工程において、前記昇華剤供給ユニットにより、前記基板の前記表面に前記昇華剤を供給する昇華剤供給工程と、前記昇華剤液膜配置工程において、前記回転ユニットにより、前記昇華剤を供給することなく前記基板を前記所定の回転軸線回りに回転させることにより、供給された前記昇華剤を前記基板の前記表面で薄くする薄化工程とを実行する。
この構成によれば、基板の回転による遠心力により、基板の表面で昇華剤を広げることができる。これにより、基板の表面に適切な薄い厚みの昇華剤を良好に形成することができると共に、昇華剤の液膜の厚みを基板の面内で均一化することができる。
この発明の一実施形態では、前記基板処理装置が、前記昇華剤の凝固点よりも高い液温を有する高温液体を、前記基板の前記裏面に供給するための高温液体供給ユニットをさらに含む。そして、前記制御装置が、前記昇華剤供給工程に並行して、前記高温液体供給ユニットにより、前記昇華剤の凝固点よりも高い液温を有する前記高温液体を、前記基板の前記裏面に供給する高温液体供給工程をさらに実行する。前記制御装置が、前記高蒸気圧液体供給工程を、前記薄化工程に並行して実行してもよい。
この構成によれば、基板の表面への昇華剤の供給に並行して、昇華剤の凝固点よりも高い液温を有する高温液体が基板の裏面に供給される。そのため、基板の表面に供給される昇華剤を温めることができ、この昇華剤が直ちに固化してしまうのを防止することができる。ゆえに、基板の表面に良好な昇華剤の液膜を形成することが可能である。
図１は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置を上から見た模式図である。 図２は、前記基板処理装置に備えられた処理ユニットの構成例を説明するための図解的な断面図である。 図３は、前記基板処理装置の主要部の電気的構成を説明するためのブロック図である。 図４は、前記基板処理装置による処理対象の基板の表面を拡大して示す断面図である。 図５は、前記処理ユニットにおいて実行される第１の基板処理例の内容を説明するための流れ図である。 図６は、図５に示す昇華乾燥工程を説明するための流れ図である。 図７Ａ，７Ｂは、前記昇華乾燥工程が実行されているときの基板の周辺の状態を示す模式図である。 図７Ｃ，７Ｄは、図７Ｂの次の工程を示す模式図である。 図８Ａ，８Ｂは、第２の基板処理例に係る昇華剤供給工程、および第３の基板処理例に係る昇華剤供給工程を説明するための模式的な図である。 図９は、この発明の変形例を示す図である。
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置１を上から見た模式図である。基板処理装置１は、シリコンウエハなどの基板Ｗを一枚ずつ処理する枚葉式の装置である。この実施形態では、基板Ｗは、円板状の基板である。基板処理装置１は、処理液およびリンス液で基板Ｗを処理する複数の処理ユニット２と、処理ユニット２で処理される複数枚の基板Ｗを収容する基板収容器が載置されるロードポートＬＰと、ロードポートＬＰと処理ユニット２との間で基板Ｗを搬送するインデクサロボットＩＲおよび基板搬送ロボットＣＲと、基板処理装置１を制御する制御装置３とを含む。インデクサロボットＩＲは、基板収容器と基板搬送ロボットＣＲとの間で基板Ｗを搬送する。基板搬送ロボットＣＲは、インデクサロボットＩＲと処理ユニット２との間で基板Ｗを搬送する。複数の処理ユニット２は、たとえば、同様の構成を有している。
図２は、処理ユニット２の構成例を説明するための図解的な断面図である。
処理ユニット２は、箱形のチャンバ４と、チャンバ４内で一枚の基板Ｗを水平な姿勢で保持して、基板Ｗの中心を通る鉛直な回転軸線Ａ１まわりに基板Ｗを回転させるスピンチャック（基板保持ユニット）５と、スピンチャック５に保持されている基板Ｗの上面（基板Ｗの表面Ｗａ（図４等参照））に液体の昇華剤を供給する昇華剤供給ユニットと、スピンチャック５に保持されている基板Ｗの下面（基板Ｗの裏面Ｗｂ）に、水よりも高い蒸気圧（すなわち、昇華剤よりも高い蒸気圧）を有し、水を含まない高蒸気圧液体の一例のＩＰＡ（isopropyl alcohol）を供給する高蒸気圧液体供給ユニットと、スピンチャック５に保持されている基板Ｗの上面に対向し、基板Ｗの上方の空間をその周囲の雰囲気から遮断する遮断部材６と、スピンチャック５に保持されている基板Ｗの下面（基板Ｗの裏面Ｗｂ（図７Ａ等参照））の中央部に向けて処理液を吐出する下面ノズル７と、スピンチャック５の側方を取り囲む筒状の処理カップ８とを含む。
チャンバ４は、スピンチャック５等を収容する箱型の隔壁１１を含む。
スピンチャック５として、基板Ｗを水平方向に挟んで基板Ｗを水平に保持する挟持式のチャックが採用されている。具体的には、スピンチャック５は、スピンモータ（回転ユニット）１２と、このスピンモータ１２の駆動軸と一体化された下スピン軸１３と、下スピン軸１３の上端に略水平に取り付けられた円板状のスピンベース１４とを含む。
スピンベース１４は、基板Ｗの外径よりも大きな外径を有する水平な円形の上面１４ａを含む。上面１４ａには、その周縁部に複数個（３個以上。たとえば６個）の挟持部材１５が配置されている。複数個の挟持部材１５は、スピンベース１４の上面周縁部において、基板Ｗの外周形状に対応する円周上で適当な間隔を空けてたとえば等間隔に配置されている。
遮断部材６は、遮断板１７と、遮断板１７に一体回転可能に設けられた上スピン軸１８と、遮断板１７の中央部を上下方向に貫通する上面ノズル１９とを含む。遮断板１７は、水平に配置された円板部２０と、円板部２０の外周縁に沿って設けられた筒状部２１とを含む。円板部２０は、基板Ｗとほぼ同じ径またはそれ以上の径を有する円板状である。円板部２０は、その下面に基板Ｗの上面全域に対向する円形の基板対向面２０ａを有している。基板対向面２０ａの中央部には、円板部２０を上下に貫通する円筒状の貫通穴２０ｂが形成されている。貫通穴２０ｂは、円筒状の内周面によって区画されている。
筒状部２１は、円錐台状であってもよい。筒状部２１は、図２に示すように、円板部２０の外周縁から外方に広がるように下方に延びていてもよい。また、筒状部２１は、図２に示すように、筒状部２１の下端に近づくに従って肉厚が減少していてもよい。
上スピン軸１８は、遮断板１７の中心を通り鉛直に延びる回転軸線Ａ２（基板Ｗの回転軸線Ａ１と一致する軸線）まわりに回転可能に設けられている。上スピン軸１８は、円筒状である。上スピン軸１８の内周面は、回転軸線Ａ２を中心とする円筒面に形成されている。上スピン軸１８の内部空間は、遮断板１７の貫通穴２０ｂに連通している。上スピン軸１８は、遮断板１７の上方で水平に延びる支持アーム２２に相対回転可能に支持されている。
この実施形態では、上面ノズル１９は、中心軸ノズルとして機能する。上面ノズル１９は、スピンチャック５の上方に配置されている。上面ノズル１９は、支持アーム２２によって支持されている。上面ノズル１９は、支持アーム２２に対して回転不能である。上面ノズル１９は、遮断板１７、上スピン軸１８、および支持アーム２２と共に昇降する。上面ノズル１９は、その下端部に、スピンチャック５に保持されている基板Ｗの上面中央部に対向する吐出口１９ａを形成している。
遮断板１７には、電動モータ等を含む構成の遮断板回転ユニット２６が結合されている。遮断板回転ユニット２６は、遮断板１７および上スピン軸１８を、支持アーム２２に対して回転軸線Ａ２まわりに回転させる。また、支持アーム２２には、電動モータ、ボールねじ等を含む構成の遮断部材昇降ユニット２７が結合されている。遮断部材昇降ユニット２７は、遮断部材６（遮断板１７および上スピン軸１８）および上面ノズル１９を、支持アーム２２と共に鉛直方向に昇降する。
遮断部材昇降ユニット２７は、遮断板１７を、基板対向面２０ａがスピンチャック５に保持されている基板Ｗの上面に近接し、かつ筒状部２１の下端の高さが基板Ｗ高さよりも下方に位置するような遮断位置（図２に二点鎖線で図示。図７Ａ等も併せて参照）と、遮断位置よりも大きく上方に退避した退避位置（図２に実線で図示）の間で昇降させる。遮断部材昇降ユニット２７は、遮断位置、近接位置（図２に破線で図示）および退避位置で遮断板１７を保持可能である。遮断位置は、基板対向面２０ａが基板Ｗの上面との間に、遮断空間２８（図７Ｂ等参照）を形成するような位置である。遮断空間２８は、その周囲の空間から完全に隔離されているわけではないが、当該周囲の空間から遮断空間２８への気体の流入はない。すなわち、遮断空間２８は、実質的にその周囲の空間と遮断されている。近接位置は、退避位置よりもやや上方の位置である。遮断板１７が近接位置に配置されている状態では、遮断板１７の基板対向面２０ａと基板Ｗとの間の空間は、その周囲の空間から遮断されていない。
昇華剤供給ユニットは、上面ノズル１９と、上面ノズル１９に液体の昇華剤を供給する昇華剤ユニット３１とを含む。昇華剤ユニット３１は、上面ノズル１９に接続された昇華剤配管３２と、昇華剤配管３２に介装された昇華剤バルブ３３とを含む。昇華剤配管３２に供給される昇華剤は、昇華性を有し、かつ凝固点の低い溶剤であり、一例として、環状構造を有するフッ素系有機溶剤（凝固点約２０．５℃）や、ターシャリーブチルアルコール（凝固点約２５℃）等の溶剤を例示できる。昇華剤配管３２に供給される昇華剤は、凝固点よりもやや高い温度を有する液体の昇華剤である。環状構造を有するフッ素系有機溶剤が昇華剤として採用される場合には、常温（約２３℃〜約２５℃）の昇華剤が昇華剤配管３２に付与される。ターシャリーブチルアルコールが昇華剤として採用される場合には、約３０℃に温度調整された昇華剤が、昇華剤配管３２に付与される。昇華剤バルブ３３が開かれることにより、液体の昇華剤が上面ノズル１９に供給され、これにより、吐出口１９ａから液体の昇華剤が下向きに吐出される。環状構造を有するフッ素系有機溶剤が昇華剤として使用される場合には、高蒸気圧液体の温度調整用のユニットを廃止することも可能であり、常温で使用することができるから、コストダウンを図ることができる。
上面ノズル１９には、酸性薬液供給ユニット３４、アルカリ薬液供給ユニット３５、リンス液供給ユニット３６、有機溶剤供給ユニット３７、および気体供給ユニット３８が接続されている。
酸性薬液供給ユニット３４は、上面ノズル１９に接続された酸性薬液配管４１と、酸性薬液配管４１に介装された酸性薬液バルブ４２とを含む。酸性薬液配管４１に付与される酸性薬液は、たとえば、フッ酸（ＨＦ）、塩酸、硫酸、リン酸、硝酸のうちの少なくとも１つを含む薬液を例示できる。この実施形態では、酸性薬液としてフッ酸（ＨＦ）を採用する。酸性薬液バルブ４２が開かれることにより、上面ノズル１９に酸性薬液が供給され、これにより、吐出口１９ａから酸性薬液が下向きに吐出される。
アルカリ薬液供給ユニット３５は、上面ノズル１９に接続されたアルカリ薬液配管４３と、アルカリ薬液配管４３に介装されたアルカリ薬液バルブ４４とを含む。アルカリ薬液配管４３に付与されるアルカリ薬液は、たとえば、アンモニアおよび水酸基のうちの少なくとも１つを含む薬液を例示できる。この実施形態では、酸性薬液としてＳＣ１（ＮＨ４ＯＨとＨ２Ｏ２とを含む液）を採用する。アルカリ薬液バルブ４４が開かれることにより、上面ノズル１９に酸性薬液が供給され、これにより、吐出口１９ａからアルカリ性が下向きに吐出される。
リンス液供給ユニット３６は、上面ノズル１９に接続されたリンス液配管４５と、リンス液配管４５に介装されたリンス液バルブ４６とを含む。リンス液配管４５に付与されるリンス液は、たとえば脱イオン水（ＤＩＷ）であるが、ＤＩＷに限らず、炭酸水、電解イオン水、水素水、オゾン水および希釈濃度（たとえば、１０ｐｐｍ〜１００ｐｐｍ程度）の塩酸水のいずれかであってもよい。リンス液バルブ４６が開かれることにより、上面ノズル１９にリンス液が供給され、これにより、吐出口１９ａからリンス液が下向きに吐出される。
有機溶剤供給ユニット３７は、空気よりも比重が大きくかつ水よりも低い表面張力を有する低表面張力液体としての有機溶剤を供給するためのユニットである。有機溶剤供給ユニット３７は、上面ノズル１９に接続された有機溶剤配管４７と、有機溶剤配管４７に介装された有機溶剤バルブ４８とを含む。有機溶剤配管４７に付与される有機溶剤は、たとえばＩＰＡ（isopropyl alcohol）であるが、このような有機溶剤として、ＩＰＡ以外に、たとえば、メタノール、エタノール、アセトン、ＥＧ（エチレングリコール）およびＨＦＥ（ハイドロフルオロエーテル）を例示することができる。また、有機溶剤としては、単体成分のみからなる場合だけでなく、他の成分と混合した液体であってもよい。たとえば、ＩＰＡとアセトンの混合液であってもよいし、ＩＰＡとメタノールの混合液であってもよい。
気体供給ユニット３８は、上面ノズル１９に接続された気体供給配管４９と、気体供給配管４９を開閉する気体バルブ５０とを含む。気体供給配管４９に付与される気体は、除湿された気体、とくに除湿された不活性ガスである。不活性ガスは、たとえば、窒素ガスやアルゴンガスを含む。気体バルブ５０が開かれることにより、上面ノズル１９に気体が供給され、これにより、吐出口１９ａから気体が下向きに吐出される。
高蒸気圧液体供給ユニットは、下面ノズル７と、下面ノズル７に、高蒸気圧液体の一例のＩＰＡ（isopropyl alcohol）を供給する高蒸気圧液体ユニット５１とを含む。
下面ノズル７は、スピンチャック５に保持された基板Ｗの下面の中央部に対向する単一の吐出口７ａを有している。吐出口７ａは、鉛直上方に向けて液を吐出する。吐出された液は、スピンチャック５に保持されている基板Ｗの下面の中央部に対してほぼ垂直に入射する。下面ノズル７には、下面供給配管５２が接続されている。下面供給配管５２は、鉛直に配置された中空軸からなる下スピン軸１３の内部に挿通されている。
高蒸気圧液体ユニット５１は、下面供給配管５２に接続された高蒸気圧液体配管５３と、高蒸気圧液体配管５３に介装された高蒸気圧液体バルブ５４とを含む。高蒸気圧液体配管５３に付与される高蒸気圧液体は、水よりも高い蒸気圧（昇華剤よりも高い蒸気圧）を有し（すなわち、沸点が水より低い）、水を含まない液体である。高蒸気圧液体は、たとえば溶剤であり、より具体的にはＩＰＡ（isopropyl alcohol）である。このような高蒸気圧液体（溶剤）として、ＩＰＡ以外に、たとえば、メタノール、エタノール、アセトン、およびＨＦＥ（ハイドロフルオロエーテル）を例示することができる。また、高蒸気圧液体としては、単体成分のみからなる場合だけでなく、他の成分と混合した液体であってもよい。たとえば、ＩＰＡとアセトンの混合液であってもよいし、ＩＰＡとメタノールの混合液であってもよい。
高蒸気圧液体配管５３に供給される高蒸気圧液体の温度は、昇華剤配管３２に供給される昇華剤（溶剤）の凝固点よりも数℃高い温度である。昇華剤配管３２に供給される昇華剤として環状構造を有するフッ素系有機溶剤が使用される場合には、常温の昇華剤が下面供給配管５２に付与される。ターシャリーブチルアルコールが昇華剤として使用される場合には、約３０℃の液温を有する昇華剤が、下面供給配管５２に付与される。
高蒸気圧液体バルブ５４が開かれると、高蒸気圧液体配管５３および下面供給配管５２を介して下面ノズル７に高蒸気圧液体が供給される。下面ノズル７は、供給された高蒸気圧液体を吐出口７ａからほぼ鉛直上向きに吐出し、下面ノズル７から吐出された高蒸気圧液体は、スピンチャック５に保持された基板Ｗの下面中央部に対してほぼ垂直に入射する。
処理カップ８は、スピンチャック５に保持されている基板Ｗよりも外方（回転軸線Ａ１から離れる方向）に配置されている。処理カップ８は、スピンベース１４の周囲を取り囲む複数のカップ６１〜６３（第１〜第３のカップ６１〜６３）と、基板Ｗの周囲に飛散した処理液（薬液、リンス液、有機溶剤、疎水化剤等）を受け止める複数のガード６４〜６６（内ガード６４、中ガード６５および外ガード６６）と、複数のガード６４〜６６を個別に昇降させるガード昇降ユニット６７（図５参照）とを含む。処理カップ８は、スピンチャック５に保持されている基板Ｗの外周よりも外側（回転軸線Ａ１から離れる方向）に配置されている。
各カップ６１〜６３は、円筒状であり、スピンチャック５の周囲を取り囲んでいる。内側から２番目の第２のカップ６２は、第１のカップ６１よりも外側に配置されており、最も外側の第３のカップ６３は、第２のカップ６２よりも外側に配置されている。第３のカップ６３は、たとえば、中ガード６５と一体であり、中ガード６５と共に昇降する。各カップ６１〜６３は、上向きに開いた環状の溝を形成している。
第１のカップ６１の溝には、排液配管７６が接続されている。第１のカップ６１の溝に導かれた処理液は、排液配管７６を通して機外の廃液設備に送られる。
第２のカップ６２の溝には、回収配管７７が接続されている。第２のカップ６２の溝に導かれた処理液（主として薬液）は、回収配管７７を通して機外の回収設備に送られ、この回収設備において回収処理される。
第３のカップ６３の溝には、回収配管７８が接続されている。第３のカップ６３の溝に導かれた処理液（たとえば有機溶剤）は、回収配管７８を通して機外の回収設備に送られ、この回収設備において回収処理される。
各ガード６４〜６６は、円筒状であり、スピンチャック５の周囲を取り囲んでいる。各ガード６４〜６６は、スピンチャック５の周囲を取り囲む円筒状の案内部６８と、案内部６８の上端から中心側（基板Ｗの回転軸線Ａ１に近づく方向）に斜め上方に延びる円筒状の傾斜部６９とを含む。各傾斜部６９の上端部は、ガード６４〜６６の内周部を構成しており、基板Ｗおよびスピンベース１４よりも大きな直径を有している。３つの傾斜部６９は、上下に重ねられており、３つの案内部６８は、同軸的に配置されている。３つの案内部６８（ガード６４〜６６の案内部６８）は、それぞれ、対応するカップ６１〜６３内に出入り可能である。すなわち、処理カップ８は、折り畳み可能であり、ガード昇降ユニット６７が３つのガード６４〜６６の少なくとも一つを昇降させることにより、処理カップ８の展開および折り畳みが行われる。なお、傾斜部６９は、その断面形状が図２に示すように直線状であってもよいし、また、たとえば滑らかな上に凸の円弧を描きつつ延びていてもよい。
各ガード６４〜６６は、ガード昇降ユニット６７の駆動によって、上位置（各傾斜部６９の上端部が、基板Ｗの上面よりも上方の位置）と、下位置（各傾斜部６９の上端部が、基板Ｗの上面よりも下方の位置）との間で昇降させられる。
基板Ｗへの処理液（酸性薬液、アルカリ薬液、リンス液、有機溶剤、昇華剤、高蒸気圧液体等）の供給や基板Ｗの乾燥は、いずれかのガード６４〜６６が、基板Ｗの周端面に対向している状態で行われる。たとえば最も外側の外ガード６６が基板Ｗの周端面に対向している状態（図７Ｄに示す状態。以下、「第３のガード対向状態」という場合がある）を実現するために、内ガード６４および中ガード６５を下位置に配置し、外ガード６６を上位置に配置する。第３のガード対向状態では、回転状態にある基板Ｗの周縁部から排出される処理液の全てが、外ガード６６によって受け止められる。
また、内側から２番目の中ガード６５が基板Ｗの周端面に対向している状態（図７Ａ等に示す状態。以下、「第２のガード対向状態」という場合がある）を実現するために、内ガード６４を下位置に配置し、中ガード６５および外ガード６６を上位置に配置する。第２のガード対向状態では、回転状態にある基板Ｗの周縁部から排出される処理液の全てが、中ガード６５によって受け止められる。
また、最も内側の内ガード６４が基板Ｗの周端面に対向している状態（図示しない。以下、「第１のガード対向状態」という場合がある）を実現するために、３つのガード６４〜６６の全てを上位置に配置する。第１のガード対向状態では、回転状態にある基板Ｗの周縁部から排出される処理液の全てが、内ガード６４によって受け止められる。
たとえば、後述するＨＦ工程Ｓ３（図５参照）や、リンス工程Ｓ４（図５参照）、ＳＣ１工程Ｓ５（図５参照）や、リンス工程Ｓ６（図５参照）、置換工程Ｓ７（図５参照）および昇華乾燥工程Ｓ８（図５参照）では、３つのガード６４〜６６のいずれかが、基板Ｗの周端面に対向している状態で行われる。したがって、基板Ｗに処理液が供給されているときに基板Ｗの周囲に飛散した処理液は、内ガード６４、中ガード６５、および外ガード６６のいずれかによって、いずれかのカップ６１〜６３に案内される。
図３は、基板処理装置１の主要部の電気的構成を説明するためのブロック図である。
制御装置３は、たとえばマイクロコンピュータを用いて構成されている。制御装置３はＣＰＵ等の演算ユニット、固定メモリデバイス、ハードディスクドライブ等の記憶ユニット、および入出力ユニットを有している。記憶ユニットには、演算ユニットが実行するプログラムが記憶されている。
また、制御装置３には、制御対象として、スピンモータ１２、遮断部材昇降ユニット２７、遮断板回転ユニット２６、ガード昇降ユニット６７等が接続されている。制御装置３は、予め定められたプログラムに従って、スピンモータ１２、遮断部材昇降ユニット２７、遮断板回転ユニット２６、ガード昇降ユニット６７等の動作を制御する。
また、制御装置３は、予め定められたプログラムに従って、昇華剤バルブ３３、酸性薬液バルブ４２、アルカリ薬液バルブ４４、リンス液バルブ４６、有機溶剤バルブ４８、気体バルブ５０、高蒸気圧液体バルブ５４を開閉する。
以下では、デバイス形成面である、表面（表面）Ｗａにパターン１００が形成された基板Ｗを処理する場合について説明する。
図４は、基板処理装置１による処理対象の基板Ｗの表面Ｗａを拡大して示す断面図である。処理対象の基板Ｗは、たとえばシリコンウエハであり、そのパターン形成面である表面Ｗａにパターン１００が形成されている。パターン１００は、たとえば微細パターンである。パターン１００は、図４に示すように、凸形状（柱状）を有する構造体１０１が行列状に配置されたものであってもよい。この場合、構造体１０１の線幅Ｗ１はたとえば３ｎｍ〜４５ｎｍ程度に、パターン１００の隙間Ｗ２はたとえば１０ｎｍ〜数μｍ程度に、それぞれ設けられている。パターン１００の膜厚Ｔは、たとえば、０．２μｍ〜１.０μｍ程度である。また、パターン１００は、たとえば、アスペクト比（線幅Ｗ１に対する膜厚Ｔの比）が、たとえば、５〜５００程度であってもよい（典型的には、５〜５０程度である）。
また、パターン１００は、微細なトレンチにより形成されたライン状のパターンが、繰り返し並ぶものであってもよい。また、パターン１００は、薄膜に、複数の微細穴（ボイド（void）またはポア（pore））を設けることにより形成されていてもよい。
パターン１００は、たとえば絶縁膜を含む。また、パターン１００は、導体膜を含んでいてもよい。より具体的には、パターン１００は、複数の膜を積層した積層膜により形成されており、さらには、絶縁膜と導体膜とを含んでいてもよい。パターン１００は、単層膜で構成されるパターンであってもよい。絶縁膜は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）やシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）であってもよい。また、導体膜は、低抵抗化のための不純物を導入したアモルファスシリコン膜であってもよいし、金属膜（たとえばＴｉＮ膜）であってもよい。
また、パターン１００は、親水性膜であってもよい。親水性膜として、ＴＥＯＳ膜（シリコン酸化膜の一種）を例示できる。
図５は、処理ユニット２において実行される第１の基板処理例の内容を説明するための流れ図である。図１〜図５を参照しながら、第１の基板処理例について説明する。
未処理の基板Ｗ（たとえば直径３００ｍｍの円形基板）は、インデクサロボットＩＲおよび基板搬送ロボットＣＲによって基板収容器Ｃから処理ユニット２に搬入され、チャンバ４内に搬入され、基板Ｗがその表面Ｗａ（図４等参照）を上方に向けた状態でスピンチャック５に受け渡され、スピンチャック５に基板Ｗが保持される（図５のＳ１：基板Ｗ搬入）。この状態において、基板Ｗの裏面Ｗｂ（図７Ａ等参照）は下方を向いている。チャンバ４への基板Ｗの搬入は、遮断板１７が退避位置に退避された状態で、かつガード６４〜６６が下位置に配置された状態で行われる。
基板搬送ロボットＣＲが処理ユニット２外に退避した後、制御装置３は、スピンモータ１２を制御してスピンベース１４の回転速度を、所定の液処理速度（約１０〜１２００ｒｐｍの範囲内で、たとえば約３００ｒｐｍ）まで上昇させ、その液処理速度に維持させる（図５のＳ２：基板Ｗ回転開始）。
また、制御装置３は、遮断部材昇降ユニット２７を制御して、遮断板１７を、退避位置から下降させて近接位置に配置する。
また、制御装置３は、ガード昇降ユニット６７を制御して、内ガード６４、中ガード６５および外ガード６６を上位置に上昇させることにより、内ガード６４を基板Ｗの周端面に対向させる（第１のガード対向状態を実現）。
基板Ｗの回転が液処理速度に達すると、次いで、制御装置３は、基板Ｗの表面Ｗａに酸性薬液の一例としてのＨＦを供給するＨＦ工程Ｓ３（図５参照）を実行する。具体的には、制御装置３は、酸性薬液バルブ４２を開く。それにより、回転状態の基板Ｗの表面Ｗａの中央部に向けて、上面ノズル１９の吐出口１９ａからＨＦが吐出される。基板Ｗの表面Ｗａに供給されたＨＦは、基板Ｗの回転による遠心力を受けて基板Ｗの周縁部に移動する。これにより、基板Ｗの表面Ｗａの全域がＨＦを用いて処理される。
基板Ｗの周縁部に移動したＨＦは、基板Ｗの周縁部から基板Ｗの側方に排出される。基板Ｗの周縁部から排出されるＨＦは、内ガード６４の内壁に受け止められ、内ガード６４の内壁を伝って流下し、第１のカップ６１および排液配管７６を介して、機外の廃液処理設備に送られる。
ＨＦの吐出開始から予め定める期間が経過すると、制御装置３は、酸性薬液バルブ４２を閉じて、上面ノズル１９からのＨＦの吐出を停止する。これにより、ＨＦ工程Ｓ３が終了する。
次いで、制御装置３は、基板Ｗ上のＨＦをリンス液に置換して基板Ｗ上から薬液を排除するためのリンス工程Ｓ４（図５参照）を実行する。具体的には、制御装置３は、処理カップ８の第１のガード対向状態を維持しながら、リンス液バルブ４６を開く。それにより、回転状態の基板Ｗの表面Ｗａの中央部に向けて、上面ノズル１９の吐出口１９ａからリンス液が吐出される。基板Ｗの表面Ｗａに供給されたリンス液は、基板Ｗの回転による遠心力を受けて基板Ｗの周縁部に移動する。これにより、基板Ｗ上に付着しているＨＦがリンス液によって洗い流される。
基板Ｗの周縁部から排出されたリンス液は、基板Ｗの周縁部から基板Ｗの側方に排出される。基板Ｗの周縁部から排出されたリンス液は、内ガード６４の内壁に受け止められ、内ガード６４の内壁を伝って流下し、第１のカップ６１および排液配管７６を介して、機外の廃液処理設備に送られる。リンス液バルブ４６が開かれてから予め定める期間が経過すると、制御装置３はリンス液バルブ４６を閉じる。これにより、リンス工程Ｓ４が終了する。
次いで、制御装置３は、基板Ｗの表面Ｗａにアルカリ薬液の一例としてのＳＣ１を供給するＳＣ１工程Ｓ５（図５参照）を実行する。具体的には、制御装置３は、アルカリ薬液バルブ４４を開く。それにより、回転状態の基板Ｗの表面Ｗａの中央部に向けて、上面ノズル１９の吐出口１９ａからＳＣ１が吐出される。基板Ｗの表面Ｗａに供給されたＳＣ１は、基板Ｗの回転による遠心力を受けて基板Ｗの周縁部に移動する。これにより、基板Ｗの表面Ｗａの全域がＳＣ１を用いて処理される。
基板Ｗの周縁部に移動したＳＣ１は、基板Ｗの周縁部から基板Ｗの側方に排出される。基板Ｗの周縁部から排出されるＳＣ１は、内ガード６４の内壁に受け止められ、内ガード６４の内壁を伝って流下し、第１のカップ６１および排液配管７６を介して、機外の廃液処理設備に送られる。
ＳＣ１の吐出開始から予め定める期間が経過すると、制御装置３は、アルカリ薬液バルブ４４を閉じて、上面ノズル１９からのＳＣ１の吐出を停止する。これにより、ＳＣ１工程Ｓ５が終了する。
次いで、制御装置３は、基板Ｗ上のＳＣ１をリンス液に置換して基板Ｗ上から薬液を排除するためのリンス工程Ｓ６（図５参照）を実行する。具体的には、制御装置３は、処理カップ８の第１のガード対向状態を維持しながら、リンス液バルブ４６を開く。それにより、回転状態の基板Ｗの表面Ｗａの中央部に向けて、上面ノズル１９の吐出口１９ａからリンス液が吐出される。基板Ｗの表面Ｗａに供給されたリンス液は、基板Ｗの回転による遠心力を受けて基板Ｗの周縁部に移動する。これにより、基板Ｗ上に付着しているＳＣ１がリンス液によって洗い流される。
基板Ｗの周縁部から排出されたリンス液は、基板Ｗの周縁部から基板Ｗの側方に排出される。基板Ｗの周縁部から排出されたリンス液は、内ガード６４の内壁に受け止められ、内ガード６４の内壁を伝って流下し、第１のカップ６１および排液配管７６を介して、機外の廃液処理設備に送られる。リンス液バルブ４６が開かれてから予め定める期間が経過すると、制御装置３はリンス液バルブ４６を閉じる。これにより、リンス工程Ｓ６が終了する。
次いで、制御装置３は、置換工程Ｓ７（図５参照）を実行する。置換工程Ｓ７は、基板Ｗ上のリンス液を、リンス液（水）よりも表面張力の低い有機溶剤（この例では、ＩＰＡ）に置換する工程である。制御装置３は、ガード昇降ユニット６７を制御して、内ガード６４および中ガード６５を下位置に下降させることにより、外ガード６６を基板Ｗの周端面に対向させる（第３のガード対向状態を実現）。
また、制御装置３は、有機溶剤バルブ４８を開く。それにより、回転状態の基板Ｗの表面Ｗａの中央部に向けて、上面ノズル１９の吐出口１９ａからＩＰＡが吐出される。基板Ｗの表面Ｗａに供給されたＩＰＡは、基板Ｗの回転による遠心力を受けて基板Ｗの表面Ｗａの全域に広がる。これにより、基板Ｗの表面Ｗａの全域において、当該表面Ｗａに付着しているリンス液が、有機溶剤によって置換される。基板Ｗの表面Ｗａを移動する有機溶剤は、基板Ｗの周縁部から基板Ｗの側方に排出される。基板Ｗの周縁部から排出される有機溶剤は、外ガード６６の内壁に受け止められ、外ガード６６の内壁を伝って流下し、第３のカップ６３および回収配管７８を介して、回収設備に送られる。
有機溶剤バルブ４８が開かれてから予め定める期間が経過すると、制御装置３は、有機溶剤バルブ４８を閉じる。これにより、置換工程Ｓ７が終了する。
また、置換工程Ｓ７の終了後には、制御装置３は、昇華乾燥工程Ｓ８（図５参照）を実行する。昇華乾燥工程Ｓ８は、液体の昇華剤を基板Ｗの表面Ｗａに供給して、基板Ｗの表面Ｗａに、パターン１００を浸漬させる厚みの液膜を形成した後、それを固化させて昇華剤膜を形成する。その後、基板Ｗを高速回転させることにより、昇華剤膜に含まれる昇華剤を昇華させる。この場合、基板Ｗの高速回転時に、基板Ｗの表面Ｗａのパターン１００間に液相が存在しないので、パターンの倒壊の問題を緩和しながら、基板Ｗを乾燥させることができる。昇華乾燥工程Ｓ８については、次に詳細に述べる。
昇華乾燥工程Ｓ８における高速回転の開始から予め定める期間が経過すると、制御装置３は、スピンモータ１２を制御してスピンチャック５の回転を停止させる（図５のＳ９：基板Ｗ回転停止）。また、制御装置３は、ガード昇降ユニット６７を制御して、外ガード６６に下降させて、全てのガードを基板Ｗの周端面から下方に退避させる。
その後、基板搬送ロボットＣＲが、処理ユニット２に進入して、処理済みの基板Ｗを処理ユニット２外へと搬出する（図５のＳ１０：基板Ｗ搬出）。搬出された基板Ｗは、基板搬送ロボットＣＲからインデクサロボットＩＲへと渡され、インデクサロボットＩＲによって、基板収容器Ｃに収納される。
図６は、図５に示す昇華乾燥工程Ｓ８を説明するための流れ図である。図７Ａ〜７Ｄは、昇華乾燥工程Ｓ８が実行されているときの基板Ｗの周辺の状態を示す模式図である。
昇華乾燥工程Ｓ８は、基板Ｗの表面Ｗａに液体の昇華剤の液膜８１を配置する昇華剤液膜配置工程Ｔ１０と、水よりも高い蒸気圧（昇華剤よりも高い蒸気圧）を有し、水を含まない高蒸気圧液体を、基板Ｗの裏面Ｗｂに供給する高蒸気圧液体供給工程と、昇華剤の液膜８１が基板Ｗの表面Ｗａに配置された後に高蒸気圧液体の裏面Ｗｂへの供給を停止することにより、高蒸気圧液体の気化に伴って気化熱が奪われることにより昇華剤の液膜８１に含まれる昇華剤を冷却する気化冷却工程Ｔ３とを含む。気化冷却工程Ｔ３によって、昇華剤の液膜８１に含まれる昇華剤が固化させられて、基板Ｗの表面Ｗａに、固体状の昇華剤膜８２が形成される。昇華乾燥工程Ｓ８は、昇華剤膜８２を昇華させる昇華工程Ｔ４をさらに含む。
昇華剤液膜配置工程Ｔ１０は、基板Ｗの表面Ｗａに昇華剤を供給する昇華剤供給工程Ｔ１と、昇華剤を供給することなく回転軸線Ａ１回りに基板Ｗを回転させることにより、供給された昇華剤を基板Ｗの表面Ｗａで薄く広げる（薄くする）薄化工程Ｔ２とを含む。
昇華乾燥工程Ｓ８において、固化後の昇華剤膜８２に水が混じっていると、昇華剤の昇華が阻害されるおそれがある。それだけでなく、基板Ｗの表面において水が液化することにより、パターン倒壊を助長させるおそれもある。そのため、昇華剤の液膜８１や固化後の昇華剤膜８２に水が混じらないように、基板Ｗの表面Ｗａからできるだけ水分を排除した状態で（すなわち、基板Ｗの表面Ｗａを低湿度に保ちながら）、昇華乾燥工程Ｓ８を行う必要がある。そのため、遮断空間２８（図７Ａ等参照）において、昇華乾燥工程Ｓ８が行われる。
昇華乾燥工程Ｓ８（昇華剤供給工程Ｔ１）の開始に際して、制御装置３は、遮断部材昇降ユニット２７を制御して、遮断板１７を、近接位置から遮断位置まで下降させる。これにより、基板対向面２０ａと基板Ｗの表面Ｗａとの間に、遮断空間２８が形成される。また、制御装置３は、ガード昇降ユニット６７を制御して、内ガード６４を下位置に下降させることにより、基板Ｗの周端面に中ガード６５を対向させる（第２のガード対向状態を実現）。
そして、制御装置３は、昇華剤供給工程Ｔ１を実行する。具体的には、制御装置３は、基板Ｗの回転を液処理速度に維持しながら、昇華剤バルブ３３を開く。それにより、回転状態の基板Ｗの表面Ｗａの中央部に向けて、上面ノズル１９の吐出口１９ａから液体の昇華剤が吐出される。基板Ｗの表面Ｗａに供給された昇華剤は、基板Ｗの回転による遠心力を受けて基板Ｗの周縁部に移動する。これにより、図７Ａに示すように、基板Ｗの表面Ｗａの全域を覆う、昇華剤の液膜８０が形成される。
また、昇華剤供給工程Ｔ１では、制御装置３は、基板Ｗの表面Ｗａへの昇華剤の供給に並行して、基板Ｗの裏面Ｗｂの中央部に向けて、下面ノズル７の吐出口７ａから、高蒸気圧液体（高温液体）を供給する。この高蒸気圧液体は、基板Ｗの表面Ｗａに供給されている昇華剤の凝固点よりも数℃高い液温を有している。このような液温を有する高蒸気圧液体を基板Ｗの裏面Ｗｂに供給するので、直ちに固化することを防止することができる。また、ゆえに、基板の表面に良好な昇華剤の液膜を形成することが可能である。
また、このような固化防止のための液体（高温液体）として、高蒸気圧液体（すなわち、ＩＰＡ）を用いるので、基板Ｗの表面Ｗａの昇華剤の液膜８０に水が混入することをより確実に防止しながら、基板Ｗの表面Ｗａに供給される昇華剤を温めることができる。
基板Ｗの表面Ｗａの全域を昇華剤の液膜８０が覆う程度の時間が経過すると、制御装置３は、昇華剤バルブ３３を閉じる。これにより、昇華剤供給工程Ｔ１が終了する。
次いで、制御装置３は、薄化工程Ｔ２を実行する。昇華剤バルブ３３を閉じながら（すなわち、上面ノズル１９からの昇華剤の供給を停止している状態で）、基板Ｗを液処理速度（約３００ｒｐｍ）で回転させる。薄化工程Ｔ２においては、基板Ｗの回転による遠心力により、基板Ｗの表面Ｗａで昇華剤を広げることができる。薄化後の昇華剤の液膜８１の厚みは、たとえば約１０μｍである。これにより、基板Ｗの表面Ｗａに、適切な薄い厚みの昇華剤の液膜８１を良好に形成することができると共に、昇華剤の液膜８１の厚みを基板Ｗの面内で均一化することができる。
また、薄化工程Ｔ２では、制御装置３は、基板Ｗの裏面Ｗｂの中央部に向けて、下面ノズル７の吐出口７ａから、高蒸気圧液体を供給する。この高蒸気圧液体は、基板Ｗの表面Ｗａに供給されている昇華剤の凝固点（ＦＰ）よりも数℃高い液温（ＴＩＰＡ）を有している（ＴＩＰＡ＞ＦＰ）。そのため、高蒸気圧液体の基板Ｗへの供給によって、基板Ｗの表面Ｗａ上の昇華剤の液膜８１が直ちに当該昇華剤の凝固点以下まで冷却されることはない。薄化工程Ｔ２における基板Ｗの裏面Ｗｂへの高蒸気圧液体の供給は、昇華剤供給工程Ｔ１における基板Ｗの裏面Ｗｂへの高蒸気圧液体の供給に連続して行われる。
高蒸気圧液体が水を含まない溶剤であるので、基板Ｗの裏面Ｗｂが疎水性を呈しているか否かによらずに、基板Ｗの裏面Ｗｂ全域に高蒸気圧液体を行き渡らせることができる。これにより、基板Ｗの裏面Ｗｂ全域を覆う高蒸気圧液体の液膜８４が形成される。
昇華剤バルブ３３の閉成から予め定める期間が経過すると、制御装置３は、高蒸気圧液体バルブ５４を閉じる。これにより、基板Ｗの裏面Ｗｂに対する高蒸気圧液の供給が停止される。これにより、薄化工程Ｔ２が終了する。
次いで、制御装置３は、気化冷却工程Ｔ３を実行する。この気化冷却工程Ｔ３の間、基板Ｗが液処理速度で回転し続けられている。
基板Ｗの裏面Ｗｂに対する高蒸気圧液の供給停止後においては、高い蒸気圧を有する高蒸気圧液体の気化が、基板Ｗの裏面において促進される。基板Ｗの裏面Ｗｂにおいて高蒸気圧液体が気化することに伴って、裏面Ｗｂから気化熱が奪われる。これにより基板Ｗが冷却し、基板Ｗの表面Ｗａに形成されている昇華剤の液膜８１に含まれる昇華剤も冷却される。このような冷却に伴って、昇華剤の液膜８１に含まれる昇華剤が当該昇華剤の凝固点（ＦＰ）以下（より具体的には、凝固点（ＦＰ）よりも低温）に温度低下する。これにより、昇華剤の液膜８１に含まれる昇華剤が固化させられる。昇華剤の液膜８１に含まれる昇華剤の全てが固化することにより、基板Ｗの表面Ｗａに、固体状の昇華剤膜８２が形成される。昇華剤膜８２の温度Ｔｓは、凝固点よりも低い（ＦＰ＞Ｔｓ）。
この実施形態では、薄化工程Ｔ２において、基板Ｗの裏面Ｗｂ全域を覆う高蒸気圧液体の液膜８４が形成されている。そのため、気化冷却工程Ｔ３において基板Ｗの全域で高蒸気圧液体が気化を生じ、基板Ｗの全域で気化冷却が行われるから、基板Ｗの面内において昇華剤が均一に冷却される。
高蒸気圧液体バルブ５４の閉成から予め定める期間が経過すると、気化冷却工程Ｔ３が終了する。
次いで、制御装置３は、昇華工程Ｔ４を実行する。制御装置３は、ガード昇降ユニット６７を制御して、中ガード６５を下位置に下降させることにより、外ガード６６を基板Ｗの周端面に対向させる（第３のガード対向状態を実現）。また、制御装置３は、基板Ｗの回転を高速度（たとえば約１５００ｒｐｍ）まで加速させる（昇華剤液膜配置工程Ｔ１０および気化冷却工程Ｔ３よりも高回転速度）。また、制御装置３は、遮断板回転ユニット２６を制御して、遮断板１７を基板Ｗの回転と同方向に同等の速度で回転させる。基板Ｗの高速回転に伴って、昇華剤膜８２と、その周囲の雰囲気との接触速度が増大する。これにより、昇華剤膜８２の昇華を促進させることができ、短期間のうちに昇華剤膜を昇華させることができる。
また、昇華工程Ｔ４においては、制御装置３は、気体バルブ５０を開く。それにより、回転状態の基板Ｗの表面Ｗａの中央部に向けて、上面ノズル１９の吐出口１９ａから除湿された気体が吐出される。これにより、遮断空間２８を低湿度状態に保ちながら、昇華工程Ｔ４を行うことができる。
この昇華工程Ｔ４では、昇華剤膜８２の昇華に伴って昇華熱が奪われ、昇華剤膜８２が凝固点（融点）以下に維持される。そのため、昇華剤膜８２に含まれる昇華剤が融解することを防止できる。これにより、昇華乾燥を良好に実現できる。
以上によりこの実施形態によれば、基板Ｗの表面Ｗａに、昇華剤の液膜８１が配置される。また、高蒸気圧液体が、基板Ｗの裏面Ｗｂに供給される。昇華剤の液膜８１が基板Ｗの表面Ｗａに配置された後に高蒸気圧液体の供給を停止する。これにより、高蒸気圧液体の気化に伴って基板Ｗから気化熱が奪われることにより昇華剤の液膜に含まれる昇華剤が冷却され、昇華剤の液膜８１が固化する。これにより、基板Ｗに水を供給することなく、固体状の昇華剤膜８２を良好に形成することができる。
また、昇華工程Ｔ４では、昇華剤膜８２の昇華に伴って昇華熱が奪われ、昇華剤膜８２が凝固点（融点）以下に維持される。そのため、昇華剤膜８２に含まれる昇華剤が融解することを防止できる。これにより、昇華乾燥を良好に実現できる。
また、高蒸気圧液体が水を含まないので、基板Ｗの裏面Ｗｂが疎水性を呈しているか否かによらずに、基板Ｗの裏面Ｗｂ全域に高蒸気圧液体を供給することができる。これにより、基板Ｗの全域で気化冷却を行うことができるから、基板Ｗの面内において昇華剤を均一に冷却することができる。これにより、昇華剤の液膜８１に含まれる昇華剤の固化を良好に行うことができる。
また、基板Ｗの裏面Ｗｂに供給される高蒸気圧液体が、昇華剤の凝固点よりも高い液温を有している。そのため、高蒸気圧液体の基板Ｗへの供給によって、基板Ｗの表面Ｗａ上の昇華剤が直ちに当該昇華剤の凝固点以下まで冷却されることはない。そのため、基板の表面Ｗａへの昇華剤の液膜の配置と、高蒸気圧液体の基板Ｗへの供給とを並行に行うこともでき、これにより、処理全体の期間を短縮させることも可能である。
図８Ａは、第２の基板処理例に係る昇華剤供給工程を説明するための模式的な図である。
第２の基板処理例が第１の基板処理例と相違する点は、昇華剤供給工程Ｔ１に並行して、基板Ｗの裏面Ｗｂに、高蒸気圧液体（ＩＰＡ）ではなく、水を供給するようにした点である。
図２に破線で示すように、処理ユニット２が、スピンチャック５に保持されている基板ＷのＷｂ（基板Ｗの下面）に、水を供給する水供給ユニット１５１をさらに含んでいてもよい。水供給ユニット１５１は、下面ノズル７と、下面供給配管５２と、下面供給配管５２に接続された水配管１５２と、水配管１５２に介装された水バルブ１５３とを含む。水配管１５２には、水供給源が供給される。この水として、ＤＩＷ（脱イオン水）を挙げることができるが、炭酸水、電解イオン水、水素水、オゾン水、希釈濃度（たとえば、１０〜１００ｐｐｍ程度）の塩酸水、還元水（水素水）、アンモニア水、脱気水などであってもよい。
水バルブ１５３が開かれることにより、基板ＷのＷｂに水が供給される。水の供給は、昇華剤供給工程Ｔ１の終了まで続行され、昇華剤供給工程Ｔ１の終了まで継続され、薄化工程が開始されるタイミングで（すなわち、基板Ｗの表面への昇華剤の供給が停止されるタイミングで）、停止される。
第２の基板処理例によれば、固化防止のための液体（高温液体）として水を用いるので、高蒸気圧液体を高温液体として用いる場合と比較して、コストダウンを図ることができる。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することも可能である。
たとえば、昇華剤供給工程Ｔ１に並行して行っている、裏面Ｗｂへの固化防止のための液体（高温液体）を、昇華剤供給工程Ｔ１の開始前から開始するようにしてもよい。
また、図８Ｂに示す第３の基板処理例のように、昇華剤供給工程Ｔ１に並行して、基板Ｗの裏面Ｗｂに、固化防止のための液体（高温液体）を供給しないようにしてもよい。
また、薄化工程Ｔ２を省略することも可能である。この場合、昇華剤供給工程Ｔ１に並行して、基板Ｗの裏面Ｗｂへの高蒸気圧液体の供給を行い、昇華剤供給工程Ｔ１の終了後、直ちに、基板Ｗの裏面Ｗｂへの高蒸気圧液体を停止する（すなわち、直ちに気化冷却工程Ｔ３を開始する）ようにしてもよい。
また、前述の実施形態では、遮断板１７を上下に貫通する上面ノズル１９によって昇華剤の供給を行う例を説明したが、他のノズルによって昇華剤を供給することもできる。この場合、図９に示すように、側方に気体を放射状に吐出する可能な気体吐出ノズル２０１を用いて昇華剤を供給することもできる。
気体吐出ノズル２０１は、下端にフランジ部２０３を有する円筒状のノズル本体２０４を有している。フランジ部２０３の側面である外周面には、気体吐出口２０５および気体吐出口２０６が、それぞれ環状に外方に向けて開口している。ノズル本体２０４の下面には、中心気体吐出口２０７が配置されている。したがって、中心気体吐出口２０７から吐出される不活性ガスが形成する放射状気流と、気体吐出口２０５，２０６からの吐出される二層の放射状気流とを合わせて、三層の放射状気流が基板Ｗの上方に形成されることになる。
ノズル本体２０４を液ノズル２０８が上下に挿通している。液ノズル２０８の下端部に形成された吐出口２０９が、ノズル本体２０４よりも下方に臨んでいる。液ノズル２０８に、液体状の昇華剤が供給されており、これにより、吐出口２０９から下方に向けて昇華剤が吐出される。この場合であっても、基板Ｗの表面Ｗａから水分を排除しながら、基板Ｗの表面Ｗａに昇華剤を供給することができる。
また、前述の実施形態において、基板処理装置１が半導体ウエハからなる基板Ｗを処理する装置である場合について説明したが、基板処理装置が、液晶表示装置用基板、有機ＥＬ（electroluminescence）表示装置などのＦＰＤ（Flat Panel Display）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板、セラミック基板、太陽電池用基板などの基板を処理する装置であってもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能で
ある。
１ ：基板処理装置
３ ：制御装置
５ ：スピンチャック
７ ：下面ノズル（高蒸気圧液体供給ユニット）
１２ ：スピンモータ（回転ユニット）
１９ ：上面ノズル（昇華剤供給ユニット）
２８ ：遮断空間
３１ ：昇華剤ユニット（昇華剤供給ユニット）
５１ ：高蒸気圧液体ユニット（高蒸気圧液体供給ユニット）
８１ ：昇華剤の液膜
８２ ：昇華剤膜
１００ ：パターン
Ａ１ ：回転軸線
Ｗ ：基板
Ｗａ ：表面
Ｗｂ ：裏面

Claims (14)

  1. パターンを有する基板の表面を乾燥させる基板乾燥方法であって、
    前記基板の前記表面に液体の昇華剤の液膜を配置する昇華剤液膜配置工程と、
    前記昇華剤よりも高い蒸気圧を有し、水を含まない高蒸気圧液体を、前記基板における前記表面と反対側の面である裏面に供給する高蒸気圧液体供給工程と、
    前記昇華剤の液膜が前記基板の前記表面に配置された後に前記高蒸気圧液体の供給を停止することにより、前記高蒸気圧液体の気化に伴って気化熱が奪われることにより前記昇華剤を冷却し、これにより、前記昇華剤の液膜を固化させて前記基板の前記表面に昇華剤膜を形成する気化冷却工程と、
    前記昇華剤膜を昇華させる昇華工程とを含む、基板乾燥方法。
  2. 前記基板の前記裏面に供給される前記高蒸気圧液体が、前記昇華剤の凝固点よりも高い液温を有している、請求項１に記載の基板乾燥方法。
  3. 前記昇華剤液膜配置工程が、
    前記基板の前記表面に前記昇華剤を供給する昇華剤供給工程と、
    前記昇華剤を供給することなく前記基板を所定の回転軸線回りに回転させることにより、供給された前記昇華剤を前記基板の前記表面で薄くする薄化工程とを含む、請求項１または２に記載の基板乾燥方法。
  4. 前記高蒸気圧液体供給工程を、前記薄化工程に並行して実行する、請求項３に記載の基板乾燥方法。
  5. 前記昇華剤供給工程に並行して、前記昇華剤の凝固点よりも高い液温を有する高温液体を、前記基板の前記裏面に供給する高温液体供給工程をさらに含む、請求項４に記載の基板乾燥方法。
  6. 前記昇華剤液膜配置工程が、
    前記基板の前記表面に前記昇華剤を供給する昇華剤供給工程を含み、
    前記昇華剤供給工程に並行して、前記昇華剤の凝固点よりも高い液温を有する高温液体を、前記基板の前記裏面に供給する高温液体供給工程をさらに含む、請求項１に記載の基板乾燥方法。
  7. 前記高温液体がイソプロピルアルコールであり、前記基板の裏面に供給される前記高蒸気圧液体がイソプロピルアルコールである、請求項５または６に記載の基板乾燥方法。
  8. 前記高温液体が、水を含む、請求項５または６に記載の基板乾燥方法。
  9. 前記昇華剤液膜配置工程および前記気化冷却工程の少なくとも一方に並行して、前記基板を所定の回転軸線回りに回転させる基板回転工程と、
    前記昇華工程に並行して、前記基板回転工程よりも速い速度で前記基板を前記所定の回転軸線回りに回転させる高速回転工程とをさらに含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の基板乾燥方法。
  10. 表面にパターンを有する基板を保持する基板保持ユニットと、
    前記基板保持ユニットに保持されている基板を、所定の回転軸線回りに回転させるための回転ユニットと、
    前記基板の前記表面に液体の昇華剤を供給するための昇華剤供給ユニットと、
    前記昇華剤よりも高い蒸気圧を有し、水を含まない高蒸気圧液体を、前記基板における前記表面と反対側の面である裏面に供給するための高蒸気圧液体供給ユニットとを含む、基板処理装置。
  11. 前記基板の前記裏面に供給される前記高蒸気圧液体が、前記昇華剤の凝固点よりも高い液温を有している、請求項１０に記載の基板処理装置。
  12. 前記回転ユニット、前記昇華剤供給ユニットおよび前記高蒸気圧液体供給ユニットを制御する制御装置をさらに含み、
    前記制御装置が、
    前記回転ユニットおよび前記昇華剤供給ユニットにより、前記基板の前記表面に昇華剤の液膜を配置する昇華剤液膜配置工程と、
    前記高蒸気圧液体供給ユニットにより、前記高蒸気圧液体を前記基板の前記裏面に供給する高蒸気圧液体供給工程と、
    前記昇華剤の液膜が前記基板の前記表面に配置された後に前記高蒸気圧液体の供給を停止することにより、前記高蒸気圧液体の気化に伴って気化熱が奪われることにより前記昇華剤を冷却し、これにより、前記昇華剤の液膜を固化させて前記基板の前記表面に昇華剤膜を形成する気化冷却工程と、
    前記回転ユニットにより、前記昇華剤膜を昇華させる昇華工程とを実行する、請求項１０または１１に記載の基板処理装置。
  13. 前記制御装置が、前記昇華剤液膜配置工程において、前記昇華剤供給ユニットにより、前記基板の前記表面に前記昇華剤を供給する昇華剤供給工程と、前記昇華剤液膜配置工程において、前記回転ユニットにより、前記昇華剤を供給することなく前記基板を前記所定の回転軸線回りに回転させることにより、供給された前記昇華剤を前記基板の前記表面で薄くする薄化工程とを実行する、請求項１２に記載の基板処理装置。
  14. 前記昇華剤の凝固点よりも高い液温を有する高温液体を、前記基板の前記裏面に供給するための高温液体供給ユニットをさらに含み、
    前記制御装置が、前記高蒸気圧液体供給工程を、前記薄化工程に並行して実行し、
    前記制御装置が、前記昇華剤供給工程に並行して、前記高温液体供給ユニットにより、前記昇華剤の凝固点よりも高い液温を有する前記高温液体を、前記基板の前記裏面に供給する高温液体供給工程をさらに実行する、請求項１３に記載の基板処理装置。
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