JP7037402B2 - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体基板、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、液晶表示装置や有機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等の各種基板(以下、「基板」という)の表面に液膜を形成した後に当該液膜を凝固させる基板処理方法および基板処理装置に関するものである。
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凝固させる技術が用いられている。特に、このような技術は基板に対する洗浄処理および乾燥処理のひとつ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し、かつ、基板表面を乾燥させることが益々困難になっている。そこで、上記した技術を用いて基板表面に付着しているパーティクルを除去する凍結洗浄発明や凍結洗浄等の湿式処理によって基板に付着した処理液を乾燥させる乾燥処理発明が提案されている。
まず、凍結洗浄処理では、基板表面に洗浄液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凝固（凍結）させる。これにより、パーティクルが付着している基板表面に凝固膜が生成される。そして、最後に基板表面から凝固膜を除去することにより基板表面からパーティクルを凝固膜とともに除去している。例えば特許文献１に記載の装置では、純水を基板表面に供給して液膜を形成し、その液膜を凝固（凍結）するようにしている。
また、上記の凍結洗浄処理後は、基板表面に残った洗浄液をリンス液により除去するリンス処理と、リンス液を除去し、基板表面を乾燥させる乾燥処理が施される。リンス処理としては、洗浄液が付着した基板表面に対して脱イオン水(ＤＩＷ:Deionized Water)等のリンス液を供給し、基板表面の洗浄液を除去するリンス処理が挙げられる。その後、基板表面に乾燥処理液を供給し、基板表面のリンス液を除去しつつ、基板表面に乾燥処理液の液膜を形成する。続いて、基板を冷却することにより液膜を凝固させ、凝固膜を形成する。そして、凝固膜を、液相を経ずに気相に変化させて除去することにより、基板表面を乾燥させる乾燥処理を行う。例えば特許文献２に記載の乾燥方法では、昇華性の物質（ｔ－ブタノール）を含む処理液を基板表面に供給して液膜を形成し、その液膜を冷却することで凝固膜を形成し、当該凝固膜を昇華させるようにしている。
特開平１１－３１６７３号公報 特開２０１５－１４２０６９号公報
上記従来技術においては、各処理液（凝固対象液）の液膜を凝固させるために、凝固対象液の凝固点以下に冷却したガスを供給することで液膜が凝固させている。しかし、凝固対象液によっては、基板表面雰囲気中の水分やリンス工程等で基板表面に残留した水分を吸収することで、凝固点降下を起こし、著しく凝固点が低下する。凝固点の低下は、吸収した水分の量に依存するため、その低下温度はわからない。すなわち、凝固対象液の凝固に必要な冷却ガスの温度も不明瞭であることを意味する。その結果、冷却ガスの温度が、凝固点降下によって低下した凝固点以上である場合、液膜全体を良好に凝固させることができず、それに起因して、パーティクルが除去されなかったり、パターン倒壊が発生するといった課題が生じる。
また、前述の課題を解決するために、冷却ガスの温度を著しく低い値に設定した場合、液膜全体は良好に凝固させることができるが、処理コストおよび消費エネルギー量が無駄にかかってしまう。
本発明は、前記課題を鑑みなされたものであり、その目的は、基板上の液膜を良好に凝固させ、パターンの倒壊を低減することが可能な基板処理方法および基板処理装置を提供することにある。
この発明にかかる基板処理方法は、上記目的を達成するため、パターンが形成された基板の表面に対し、乾燥ガスを供給し、前記基板の表面を乾燥雰囲気にする雰囲気制御工程と、前記雰囲気制御工程によって乾燥雰囲気となった前記基板の表面に対して凝固対象液を供給する凝固対象液供給工程と、前記凝固対象液を凝固させて凝固体を形成する凝固工程と、を備えることを特徴としている。
また、この発明にかかる基板処理装置は、基板を保持して回転する基板保持部と、前記基板保持部に保持された前記基板の表面に乾燥ガスを供給する第１のガス供給手段と、前記基板保持部に保持された前記基板の表面に凝固対象液を供給する凝固対象液供給手段と、前記凝固対象液を凝固させるための冷却ガスを供給する第２のガス供給手段と、を備え、前記基板の表面を乾燥雰囲気にした状態で前記凝固対象液の供給を行うことを特徴としている。
この発明によれば、基板Ｗの表面Ｗｆに凝固対象液の液膜を形成する前に、基板Ｗの表面Ｗｆ周辺を雰囲気制御工程によって乾燥雰囲気に置換することで、基板Ｗの表面Ｗｆに形成される凝固対象液の液膜が、基板Ｗの表面Ｗｆ周辺の雰囲気中の水分を吸収することに起因する凝固対象液の凝固点降下を防止することができ、基板上の液膜を良好に凝固させることができる。
本発明にかかる基板処理装置の一実施形態を示す図である。 図１の基板処理装置の主要な制御構成を示すブロック図である。 図１の基板処理装置に装備された遮断板の要部を示す縦断面図である。 図３のＡ－Ａ'線断面図（横断面図）である。 図１の基板処理装置を用いた基板処理方法のフローチャートである。 図５の基板処理方法の各工程における主要構成の動作と基板の様子を示す模式図である。 本発明にかかる基板処理装置の他の実施形態における基板処理方法のフローチャートである。
以下、本発明を適用可能な基板処理装置の概要について説明する。以下において、基板とは、半導体基板、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、液晶表示装置や有機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などの各種基板をいう。以下では主として半導体基板の処理に用いられる基板処理装置を例に採って図面を参照して説明するが、上に例示した各種の基板の処理にも本発明を適用可能である。
また、基板Ｗとしては、一方主面のみに回路パターン等（以下「パターン」と記載する）が形成されているものを例にしている。ここで、パターンが形成されている面を「パターン形成面」あるいは「表面」と称し、その反対側のパターンが形成されていない主面を「裏面」と称する。さらに、下方に向けられた基板の面を「下面」と称し、上方に向けられた基板の面を「上面」と称する。尚、以下に於いては上面を表面として説明する。
基板処理装置１は、基板Ｗ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および洗浄処理後の乾燥処理に用いられる枚葉式の基板処理装置である。
＜第一実施形態＞
図１は本発明に係る基板処理装置の一実施形態を示す概略正面図である。また、図２は図１の基板処理装置の主要な制御構成を示すブロック図である。この基板処理装置１は半導体ウエハ等の円板状の基板Ｗを一枚ずつ処理する枚葉式の処理装置である。本実施形態では、乾燥処理を例に説明を行うが、乾燥処理に限られるものではなく、洗浄処理やその他の液膜を凝固させる処理において、本発明は適用可能である。
基板処理装置１は、基板Ｗを収容し各種処理を行う処理ユニット２と、装置全体を制御する制御ユニット４とを備えている。
処理ユニット２は、処理液を用いて複数枚の基板Ｗを一枚ずつ処理する枚葉式のユニットである。処理ユニット２は、内部空間を有する箱形のチャンバ３と、チャンバ３内で一枚の基板Ｗを水平な姿勢で保持しながら、基板Ｗの中央部を通る鉛直な回転軸線Ａ１まわりに当該基板Ｗを回転させるスピンチャック５と、を含む。処理ユニット２は、さらに、回転軸線Ａ１まわりにスピンチャック５を取り囲むカップ３７と、水平な姿勢でスピンチャック５の上方に配置された円板状の遮断板３９と、を含む。
スピンチャック５は、水平な姿勢で保持された円板状のスピンベース６と、スピンベース６の上面外周部から上方に突出する複数のチャックピン７と、スピンベース６およびチャックピン７を回転軸線Ａ１まわりに回転させるスピンモータ８と、を含む。複数のチャックピン７は、複数のチャックピン７がスピンベース６の上方で基板Ｗを水平に保持する閉位置と、複数のチャックピン７による基板Ｗの把持が解除される開位置との間で、スピンベース６に対して移動可能である。図示はしないが、スピンチャック５は、閉位置と開位置との間で複数のチャックピン７を移動させるチャック開閉機構を含む。
遮断板３９は、遮断板３９を支持する回転支軸４１と回転支軸４１に内挿された外側内挿管４９と外側内挿管４９に内挿された内側内挿管４７を含む。遮断板３９は、回転軸線Ａ１に沿って上下方向に延びる回転支軸４１によって水平な姿勢で支持されている。遮断板３９の中心線は、回転軸線Ａ１上に配置されている。遮断板３９は、外径が基板Ｗの直径よりも大きい円形の下面（対向面）と、遮断板３９の下面中央部で開口する下向き吐出口４０と、を含む。遮断板３９は、回転支軸４１の下方に配置されている。回転支軸４１は、遮断板３９の上方で水平に延びる支持アーム４２により基板Ｗの中心を通る回転軸線Ａ１周りに回転可能に支持されている。回転支軸４１の内周面と外側内挿管４９の外周面との間にはベアリング（図示せず）が介在して取り付けられている。支持アーム４２には、遮断板昇降ユニット４２１と遮断板回転ユニット４２２が接続されている。
遮断板昇降ユニット４２１は、遮断板３９をスピンベース６に近接して対向させたり、逆に離間させる等、任意の位置（高さ）に遮断板３９を位置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は遮断板昇降ユニット４２１を作動させることで、基板処理装置に対して基板Ｗを搬入出させる際には、スピンチャック５の上方の離間位置に遮断板３９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５に保持された基板Ｗの表面Ｗfのごく近傍に設定された所定の対向位置（図１に示す位置）まで遮断板３９を下降させる。この実施形態では、基板Ｗの表面Ｗｆへのリンス液の供給の開始と同時に遮断板３９を離間位置から対向位置に下降させ、乾燥処理が完了するまで継続して遮断板３９を対向位置に位置させるが、遮断板３９の昇降タイミングは前述のタイミングに限定されるものではない。例えば、リンス液の供給の完了後で、凝固対象液の供給が開始される前でも良い。
また、遮断板回転ユニット４２２は、回転支軸４１を回転軸線Ａ１回りに回転させる。回転支軸４１が回転させられると、遮断板３９が回転支軸４１とともに一体的に回転する。遮断板回転ユニット４２２は、スピンチャック５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板３９を回転させるように構成されている。
図３は図１の基板処理装置１に装備された遮断板の要部を示す縦断面図である。また、図４は図３のＡ―Ａ'線断面図（横断面図）である。回転支軸４１には、横断面が円形に形成された外側内挿管４９が内挿されている。そして、外側内挿管４９の中空部には内側内挿管４７が内挿され、内側内挿管４７は、横断面が円形に形成されている。内側内挿管４７には３本の流体供給路が鉛直軸方向に延びるように形成されている。すなわち、リンス液の通路となるリンス液供給路９６、凝固対象液の通路となる凝固対象液供給路９７および窒素ガス等の不活性ガスの通路となる第１ガス供給路９８が内側内挿管４７に形成されている。リンス液供給路９６、凝固対象液供給路９７および第１ガス供給路９８はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン：polytetrafluoroethylene）からなる内側内挿管４７にそれぞれ、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂：polymer of tetrafluoroethylene and perfluoroalkylvinylether）製のチューブ９６ｃ，９７ｃ，９８ｃを軸方向に挿入することによって形成されている。
リンス液供給路９６、凝固対象液供給路９７および第１ガス供給路９８の上端はそれぞれ、リンス液供給管９６ｄ、凝固対象液供給管９７ｄおよび第１ガス供給管９８ｄに連通している。さらに、リンス液供給管９６ｄ、凝固対象液供給管９７ｄおよび第１ガス供給管９８ｄのそれぞれにバルブ９６ｂ、バルブ９７ｂおよびバルブ９８ｂが介挿されている。
そして、リンス液供給路９６、凝固対象液供給路９７および第１ガス供給路９８の下端がそれぞれ、リンス液吐出口９６ａ、凝固対象液吐出口９７ａおよび第１ガス吐出口９８ａとなってスピンチャック５に保持された基板Ｗの表面Ｗfと対向している。この実施形態では、内側内挿管４７の直径が１８～２０ｍｍに形成されている。また、リンス液吐出口９６ａ、凝固対象液吐出口９７ａおよび第１ガス吐出口９８ａの口径がそれぞれ４ｍｍに形成されている。
また、この実施形態では、リンス液吐出口９６ａは遮断板３９の中心軸、つまり基板Ｗの回転軸線Ａ１から径方向外側にずれた位置に設けられている。これにより、リンス液吐出口９６ａから吐出されたＤＩＷが基板Ｗの表面Ｗｆの一点（基板Ｗの回転中心）に集中して供給されるのが回避される。その結果、基板Ｗの表面Ｗｆの帯電部位を分散させることができ、基板Ｗの帯電による酸化を低減することができる。その一方で、リンス液吐出口９６ａが回転軸線Ａ１から離れ過ぎると、基板Ｗの表面Ｗｆ上の回転中心にリンス液を到達させることが困難となってしまう。そこで、この実施形態では、水平方向における回転軸線Ａ１からリンス液吐出口９６ａ（吐出口中心）までの距離Ｌを４ｍｍ程度に設定している。ここで、基板Ｗの表面Ｗｆ上の回転中心Ｗ０にＤＩＷを供給し得る距離Ｌの上限値としては、以下に示す条件で２０ｍｍとなっている。

ＤＩＷの流量：２Ｌ／ｍｉｎ
基板回転数：１５００ｒｐｍ
基板表面の状態：表面中央部が疎水面
また、回転軸線Ａ１から凝固対象液吐出口９７ａ（吐出口中心）までの距離の上限値についても、基板回転数を１５００ｒｐｍに設定する限り、上記した回転軸線Ａ１からリンス液吐出口９６ａ（吐出口中心）までの距離Ｌの上限値（２０ｍｍ）と基本的に同じである。
一方で、回転軸線Ａ１から第１ガス吐出口９８ａ（吐出口中心）までの距離については、対向位置に位置決めされた遮断板３９と基板Ｗの表面Ｗｆとの間に形成される間隙空間ＳＰに窒素ガスを供給し得る限り、特に限定されず任意である。しかしながら、後述するようにして基板Ｗの表面Ｗf上に形成された凝固対象液の液膜に窒素ガスを吹付けて凝固膜を形成する観点からは、第１ガス吐出口９８ａは回転軸線Ａ１上あるいはその近傍位置に設けることが好ましい。
また、外側内挿管４９の内壁面と内側内挿管４７の外壁面との間に形成される空間部分が第２ガス供給路９９を構成しており、第２ガス供給路９９の上端が第２ガス供給管９９ｄに連通しており、第２ガス供給管９９ｄにはバルブ９９ｂが介挿されている。さらに、第２ガス供給路９９の下端が環状の第２第２ガス吐出口９９ａとなっている。つまり、遮断板３９には、基板Ｗの表面Ｗｆの中央部に向けて不活性ガスを吐出する第１ガス吐出口９８ａのほかに第２第２ガス吐出口９９ａが、リンス液吐出口９６ａ、凝固対象液吐出口９７ａおよび第１ガス吐出口９８ａに対して径方向外側に、しかもリンス液吐出口９６ａ、凝固対象液吐出口９７ａおよび第１ガス吐出口９８ａを取り囲むようにして設けられている。この第２第２ガス吐出口９９ａの開口面積は第１ガス吐出口９８ａの開口面積に比較して遥かに大きく形成されている。このように、２種類のガス吐出口が遮断板３９に設けられているので、互いに流量および流速が異なる不活性ガスを各吐出口から吐出させることができる。例えば(1)基板Ｗの表面Ｗｆの周囲雰囲気を不活性ガス雰囲気に保つには、基板Ｗの表面Ｗｆ上の液体を吹き飛ばすことのないように比較的大流量かつ低速で不活性ガスを供給することが望まれる。その一方で、(2)基板Ｗの表面Ｗｆ上の凝固対象液の液膜の凝固膜を形成する際には、基板Ｗの表面中央部に比較的小流量かつ高速で不活性ガスを供給することが望まれる。したがって、上記(1)の場合には、主として第２第２ガス吐出口９９ａから不活性ガスを吐出させることにより、上記(2)の場合には、主として第１ガス吐出口９８ａから不活性ガスを吐出させることにより、不活性ガスの用途に応じて適切な流量および流速で不活性ガスを基板Ｗの表面Ｗｆに向けて供給することができる。
図１に戻って説明を続ける。基板Ｗの下面中央部に向けて熱媒体を吐出する熱媒体供給ノズル９と、熱媒体を熱媒体供給ノズル９に導く熱媒体供給配管９ｄと、熱媒体供給配管９ｄに介挿されたバルブ９ｂと、熱媒体の温度を凝固対象液の凝固点よりも高い温度まで上昇させる加熱器（図示せず）と、を含む。
処理ユニット２は、さらに、基板Ｗの下面中央部に向けて冷媒を吐出する冷媒供給ノズル１４と、冷媒を冷媒供給ノズル１４に導く冷媒供給配管１４ｄと、冷媒供給配管１４ｄに介挿されたバルブ１４ｂと、冷媒の温度を凝固対象液の凝固点よりも低い温度まで低下させる冷却器（図示せず）と、を含む。
カップ３７は、上位置と下位置との間で鉛直方向に昇降可能である。上位置は、カップ３７の上端がスピンチャック５による基板Ｗの保持位置よりも上方に位置する処理位置である。下位置は、カップ３７の上端がスピンチャック５による基板Ｗの保持位置よりも下方に位置する退避位置（図１に示す位置）である。処理ユニット２は、カップ３７を上位置と下位置との間で昇降させるカップ昇降ユニット３８を含む。カップ３７が上位置に位置している状態では、基板Ｗからその周囲に排出された各処理液が、カップ３７によって受け止められ、カップ３７内に集められる。そして、カップ３７内に集められた各処理液は、回収または廃棄される。
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５および図６を参照しつつ詳述する。図５は、基板処理装置１の動作（乾燥処理）を示すフローチャートである。図６は、図５の各工程における基板処理装置１の動作および基板Ｗの状態を示す模式図である。
まず、所定の基板Ｗに応じた基板処理プログラムがオペレータにより実行指示される。その後、基板Ｗを基板処理ユニット２に搬入する搬入工程（図５のステップＳ１）が行われる。具体的には、制御ユニット４は、遮断板３９等が退避している状態で、搬送ロボットのハンドに保持されている基板Ｗが複数のチャックピン７の上に置かれるように、搬送ロボットを制御する。また、制御ユニット４は、基板Ｗが複数のチャックピン７の上に置かれた後、複数のチャックピン７に基板Ｗを把持させるとともに、搬送ロボットのハンドをチャンバ３内から退避させる。
次に、図示しない湿式洗浄手段による洗浄工程（図５のステップＳ２）が行われる。洗浄液としては特に限定されず、例えば、ＳＣ－１（アンモニア、過酸化水素水、及び水を含む液体）やＳＣ－２（塩酸、過酸化水素水、及び水を含む液体）等が挙げられる。洗浄液の供給量は特に限定されず、洗浄する範囲等に応じて適宜設定することができる。また、洗浄時間についても特に限定されず、適宜必要に応じて設定することができる。
次に、洗浄液が付着している基板Ｗの表面ＷｆへＤＩＷを供給するリンス工程（図５のステップＳ３）が行われる。具体的には、制御ユニット４は、液処理速度（たとえば、８００ｒｐｍ）で基板Ｗが回転するように、スピンモータ８に基板Ｗの回転を開始させる。その後、制御ユニット４は、バルブ９６ｂを開いて、リンス液供給管９６ｄを介して、離間位置に位置する遮断板３９のリンス液吐出口９６ａにリンス液としてのＤＩＷの吐出を開始させる。基板Ｗの表面Ｗｆに供給されたＤＩＷは、基板Ｗが回転することにより生ずる遠心力によって、基板Ｗの表面Ｗｆの中央付近から基板Ｗの周線部に向かって流動し、基板Ｗの表面Ｗｆの全面に拡散する。これにより、基板Ｗの表面Ｗｆに付着する洗浄液がＤＩＷの供給によって除去され、基板Ｗの表面Ｗｆの全面がＤＩＷで覆われる。尚、リンス液としては、ＤＩＷに限定されるものではなく、適宜変更が可能である。また、基板Ｗの回転速度としては、上記の速度に限定されず、ＤＩＷからなる膜の膜厚が、表面Ｗｆの全面に於いて、凸部Ｗｐ１の高さよりも高くなる程度に適宜設定することができる。
また、リンス工程と同時に遮断板近接工程が行われる（図示せず）。具体的には、制御ユニット４は、遮断板３９を基板Ｗの表面Ｗｆの対向位置に向けて下降させ、該対向位置（近接位置）に位置決めするように、遮断板昇降ユニット４２１を制御する。このとき、基板Ｗの表面Ｗｆと遮断板３９との距離は、１～１０ｍｍ程度であり、好ましくは３ｍｍである。これにより、基板Ｗの表面Ｗｆが遮断板３９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。尚、遮断板近接工程は、前述のタイミングに限定されるものではなく、後述する雰囲気制御工程の開始前であれば、どのタイミングで行っても良い。
バルブ９６ｂが開かれてから所定時間が経過すると、制御ユニット４は、バルブ９６ｂを閉じて、リンス液吐出口９６ａからのＤＩＷの吐出を終了させ、リンス工程が終了する。尚、所定時間はＤＩＷの供給量によって決定される。ＤＩＷの供給量は特に限定されず、適宜設定することができる。
図６（ａ）は、リンス工程中であって遮断板３９が近接位置に位置決めされた状態における各構成の処理動作および基板Ｗの様子を示している。図６（ａ）に示すように、基板Ｗの表面Ｗｆは、リンス工程において供給されたＤＩＷによって洗浄液が除去され、ＤＩＷの液膜が形成されている。
次に、ＤＩＷが付着した基板Ｗの表面Ｗｆに、乾燥不活性ガスとしての窒素ガスを供給し、基板Ｗの表面Ｗｆ周辺を乾燥雰囲気に置換する雰囲気制御工程（図５のステップＳ４）が行われる。具体的には、制御ユニット４は、スピンモータ８および遮断板回転ユニット４２２に、基板Ｗおよび遮断板３９を回転軸線Ａ１まわりに一定速度で回転させる。遮断板３９および基板Ｗの回転速度は、遮断板３９および基板Ｗが回転することにより生ずる遠心力により、窒素ガスが基板Ｗの表面Ｗｆ中央付近から基板Ｗの周縁部方向に向かって流動し、基板Ｗの表面Ｗｆの全面に拡散される程度に設定されるのが好ましい。その回転速度は数十～数百ｒｐｍ程度に設定され、本実施形態においては、２５０ｒｐｍに設定される。
続いて、制御ユニット４は、バルブ９９ｂを開いて、第２ガス供給管９９ｄを介して、近接位置に位置決めされた遮断板３９の第２ガス吐出口９９ａに窒素ガスの吐出を開始させる。遮断板３９によって基板Ｗの周辺雰囲気から遮断された基板Ｗの表面Ｗｆに窒素ガスを供給することで、リンス工程において基板Ｗの表面Ｗｆに付着したＤＩＷや雰囲気中の水分が除去され、基板Ｗの表面Ｗｆは乾燥雰囲気に置換される。このように、基板Ｗの表面Ｗｆを乾燥雰囲気とすることで、次の凝固対象液供給工程において供給される凝固対象液が、基板Ｗの表面Ｗｆに付着したＤＩＷや雰囲気中の水分を吸収することに起因して発生する、凝固点降下を防止することができる。
尚、本実施形態で用いる窒素ガスは、その露点が０℃以下の乾燥気体であることが好適である。また、本実施形態では、乾燥不活性ガスとして窒素ガスを用いているが、凝固対象液に対して不活性な気体であれば、窒素ガスに限定されるものではない。例えば、アルゴンガス、ヘリウムガス、二酸化炭素ガス又は空気（窒素ガス濃度８０％、酸素ガス濃度２０％の気体）が挙げられる。あるいは、これら複数種類の気体を混合した混合気体であってもよい。
図６（ｂ）は、雰囲気制御工程における各構成の処理動作および基板Ｗの様子を示している。図６（ｂ）に示すように、近接位置に位置決めされた遮断板３９と基板Ｗの表面Ｗｆ（ＤＩＷの液膜表面）とで形成される間隙空間ＳＰは、第２ガス吐出口９９ａにより供給された窒素ガスによって乾燥雰囲気に置換される。
次に、雰囲気制御工程を開始して一定時間が経過した後に、基板Ｗの表面Ｗｆに凝固対象液を供給する凝固対象液供給工程を行う（図５のステップＳ５）。まず、制御ユニット４は、スピンモータ８および遮断板回転ユニット４２２へ動作指令を行い、基板Ｗの回転速度を上昇させる。このとき、基板Ｗの回転速度は、凝固対象液としてのｔｅｒｔ－ブタノールからなる液膜の膜厚が、表面Ｗｆの全面に於いて、パターン凸部の高さよりも高くなる程度に設定されるのが好ましく、本実施形態においては、４００ｒｐｍに設定される。
続いて、制御ユニット４が、バルブ９７ｂを開いて、凝固対象液供給管９７ｄを介して、近接位置に位置する遮断板３９の凝固対象液吐出口９７ａにｔｅｒｔ－ブタノールの吐出を開始させる。基板Ｗの表面Ｗｆに供給されたｔｅｒｔ－ブタノールは、基板Ｗが回転することにより生ずる遠心力によって、基板Ｗの表面Ｗｆの中央付近から基板Ｗの周線部に向かって流動し、基板Ｗの表面Ｗｆの全面に拡散する。これにより、基板Ｗの表面Ｗｆに付着するＤＩＷがｔｅｒｔ－ブタノールの供給によって除去され、基板Ｗの表面Ｗｆの全面がｔｅｒｔ－ブタノールで覆われる。尚、本実施形態では、凝固対象液供給工程中も、雰囲気制御工程を継続して行っているが、これに限定されるものではない。雰囲気制御工程は、凝固対象液供給工程前に終了しても良いし、凝固工程中も継続して行っていても良い。
また、凝固対象液供給工程においては、基板Ｗの裏面に対してｔｅｒｔ－ブタノールの凝固点より高い温度に加温された熱媒体を供給し、後述の凝固工程より前にｔｅｒｔ－ブタノールが凝固してしまうのを防止している。具体的には、制御ユニット４が、バルブ９ｂを開いて熱媒体供給ノズル９から基板Ｗの裏面に熱媒体が供給される。熱媒体の温度は、基板Ｗの厚さ等を考慮して、基板Ｗの表面Ｗｆで形成されている凝固対象液の液膜を、凝固対象液の融点以上かつ沸点未満の温度範囲に制御できる様に設定されていればよい。これにより、凝固対象液の液膜は、凝固対象液の蒸発により発生する気化熱に起因して凝固するのを防止することができる。熱媒体の供給量も、基板Ｗの裏面に熱媒体が接触できる範囲内であれば特に限定されない。尚、熱媒体としては、凝固対象液に対して不活性であれば、液体でも気体でも任意に設定できる。
バルブ９７ｂが開かれてから所定時間が経過すると、制御ユニット４は、バルブ９７ｂおよびバルブ９ｂを閉じて、凝固対象液吐出口９７ａからのｔｅｒｔ－ブタノールの吐出および熱媒体供給ノズル９からの熱媒体の供給を終了させ、凝固対象液供給工程が終了する。尚、所定時間はｔｅｒｔ－ブタノールの供給量によって決定される。ｔｅｒｔ－ブタノールの供給量は特に限定されず、基板Ｗの表面Ｗｆに形成するｔｅｒｔ－ブタノールの液膜の膜厚に対応して適宜設定することができる。
本実施形態では、凝固対象液としてｔｅｒｔ－ブタノールを用いているが、これに限定されるものではなく、炭酸エチレン、酢酸、１，１，２，２，３，３，４－ヘプタフルオロシクロペンタン、シクロヘキサン、ドデカフルオロシクロヘキサン及びフッ化炭素化合物等が挙げられる。尚、凝固点が５℃～４０℃である凝固対象液において、本実施形態の工程を行うのが好適である。
図６（ｃ）は、凝固対象液供給工程中における各構成の処理動作および基板Ｗの様子を示している。図６（ｃ）に示すように、基板Ｗの表面Ｗｆは凝固対象液供給工程において供給されるｔｅｒｔ－ブタノールによってＤＩＷが基板Ｗの表面Ｗｆから除去されつつ、ｔｅｒｔ－ブタノールの液膜が形成される。また、凝固対象液供給工程中も継続して雰囲気制御工程を行うことで、ｔｅｒｔ－ブタノールによりＤＩＷが除去される際に発生することのあるＤＩＷの液滴がｔｅｒｔ－ブタノールの液膜に再付着し、溶解することで起こるｔｅｒｔ－ブタノールの凝固点降下が防止される。
続いて、基板Ｗの表面Ｗｆに形成されたｔｅｒｔ－ブタノールの液膜を凍結によって凝固させる凝固工程を行う（図５のステップＳ６）。具体的には、制御ユニット４が、バルブ１４ｂを開いて、冷媒供給ノズル１４に基板Ｗの裏面に対してｔｅｒｔ－ブタノールの凝固点以下に冷却された冷媒の吐出を開始させる。冷媒の温度は、基板Ｗの厚さ等を考慮して、基板Ｗの表面Ｗｆで形成されているｔｅｒｔ－ブタノールの液膜を凍結できる程度の温度に設定されていればよい。冷媒の供給量も、基板Ｗの裏面に冷媒が接触できる範囲内で、かつｔｅｒｔ－ブタノールの液膜が完全に凝固（凍結）される供給量であれば特に限定されない。尚、冷媒としては、凝固対象液に対して不活性であれば、液体でも気体でも任意に設定できる。また、本実施形態では、基板Ｗの裏面に冷媒を供給することで凝固対象液を凝固させているが、凝固させる方法はこれに限られるものではない。例えば、第１ガス吐出口９８ａから凝固対象液の凝固点以下に冷却された凝固対象液に対して不活性なガスを吐出することで凝固対象液を凝固させても良い。
ｔｅｒｔ－ブタノールの液膜が完全に凝固した後、制御ユニット４は、バルブ９９ｂを閉じて、第２ガス吐出口９９ｂからの窒素ガスの吐出を終了させ、凝固工程および雰囲気制御工程が終了する。このとき、冷媒供給ノズル１４からの冷媒の供給は継続される。
尚、本実施形態では、凝固対象液供給工程中および凝固工程中も、雰囲気制御工程を継続して行っているが、これに限定されるものではない。雰囲気制御工程は、凝固対象液供給工程前に終了しても良いし、凝固工程前に終了しても良い。
図６（ｄ）は、凝固工程中における各構成の処理動作および基板Ｗの様子を示している。図６（ｄ）に示すように、凝固対象液供給工程において基板Ｗの表面Ｗｆに形成されたｔｅｒｔ－ブタノールの液膜が凍結され凝固膜が形成される。また、凝固工程中も継続して雰囲気制御工程を行うことで、間隙空間ＳＰ中の水分等がｔｅｒｔ－ブタノールの液膜に溶解することで起こるｔｅｒｔ－ブタノールの凝固点降下が防止される。
次に、基板Ｗの表面Ｗｆに形成されたｔｅｒｔ－ブタノールの凝固膜を昇華により基板Ｗの表面Ｗｆから除去する除去工程を行う（図５のステップＳ７）。具体的には、制御ユニット４が、バルブ９８ｂを開いて、第１ガス供給管９８ｄを介して、近接位置に位置決めされた遮断板３９の第１ガス吐出口９８ａに窒素ガスの吐出を開始させる。
また、除去工程においては、冷媒供給ノズル１４からの冷媒の供給を継続することで、ｔｅｒｔ－ブタノールを凝固点以下の温度に維持することができ、基板Ｗの裏面からｔｅｒｔ－ブタノールの凝固膜が融解するのを防止できる。
ｔｅｒｔ－ブタノールの凝固膜が基板Ｗの表面Ｗｆから除去された後、制御ユニット４は、バルブ１４ｂおよびバルブ９８ｂを閉じて、冷媒供給ノズル１４からの冷媒の供給および第１ガス吐出口９８ａからの窒素ガスの吐出を終了させ、除去工程が終了する。
図６（ｅ）は、除去工程中における各構成の処理動作および基板Ｗの様子を示している。図６（ｅ）に示すように、凝固工程において基板Ｗの表面Ｗｆに形成されたｔｅｒｔ－ブタノールの凝固膜が昇華することで基板Ｗの表面Ｗｆから除去される。
最後に、基板Ｗを基板処理ユニット２から搬出する搬出工程（図５のステップＳ８）が行われる。具体的には、制御ユニット４は、遮断板３９を上昇させ、離間位置に位置決めするように遮断板昇降ユニット４２１を制御する。そして、複数のチャックピン７による基板Ｗの把持を解除し、基板Ｗを搬送ロボットによって基板処理ユニット２から搬出され、１枚の基板Ｗに対する一連の基板処理を終了する。
以上のように、本実施形態によれば、基板Ｗの表面Ｗｆに凝固対象液を供給する前に、基板Ｗの表面Ｗｆ周辺を雰囲気制御工程によって乾燥雰囲気に置換することで、基板Ｗの表面Ｗｆに供給される凝固対象液が基板Ｗの表面Ｗｆ周辺の雰囲気中の水分を吸収することに起因する凝固対象液の凝固点降下を防止することができる。
また、凝固対象液供給工程および凝固工程の間も雰囲気制御工程を継続することで、各工程における凝固対象液の凝固点降下も防止することができる。さらに、凝固対象液供給工程においては、凝固対象液の供給に起因するリンス液の液跳ね等に起因するリンス液の液滴が凝固対象液の液膜に付着および溶解することで起こる凝固対象液の凝固点降下も防止することができる。
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も種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では乾燥処理を例に説明を行っているが、凍結洗浄処理でも同じ処理を行っても良い。
図７は凍結洗浄処理において、本発明を実施する場合の基板処理装置１の動作（乾燥処理）を示すフローチャートである。第１実施形態と異なる点は、第１実施形態における凝固対象液供給工程を、凍結洗浄処理に用いる洗浄液供給工程に変更した点である。尚、凍結洗浄処理における除去工程は、基板Ｗの表面または裏面に対して熱媒体を供給することで、洗浄液の凝固膜を融解させ、かつ、基板Ｗの回転速度を上昇させ、洗浄液の振り切りを行うことで基板Ｗの表面Ｗｆから洗浄液が除去される。尚、除去工程の方法は洗浄液が基板Ｗの表面Ｗｆから除去されれば前述の方法に限定されず、溶解等を用いても良い。また、除去工程の終了後すぐに基板Ｗの搬出工程を行う必要はなく、連続して乾燥処理を行った後に搬出工程を行っても良い。
また、第１実施形態では、雰囲気制御工程における乾燥不活性ガスの吐出は、遮断板近接工程後に行っていたが、遮断板近接工程と同時に乾燥不活性ガスの吐出を開始する構成としても良い。
さらに、第１実施形態では、各処理液の供給は全て遮断板３９に配設された各吐出口から行っていたが、遮断板３９とは別に処理液を吐出するノズル（例えば、ＡＰノズル等）を設置し、当該ノズルにより各処理液を基板Ｗの表面Ｗｆに供給する構成としても良い。
１ 基板処理装置
２ 処理ユニット
３ チャンバ
４ 制御ユニット
５ スピンチャック
８ スピンモータ
９ 熱媒体供給ノズル
１４ 冷媒供給ノズル
３７ カップ
３８ カップ昇降ユニット
３９ 遮断板
４０ 吐出口
４１ 回転支軸
４２ 支持アーム
９６ リンス液供給路
９７ 凝固対象液供給路
９８ 第１ガス供給路
９９ 第２ガス供給路
４２１ 遮断板昇降ユニット
４２２ 遮断板回転ユニット
Ａ１ 回転軸線

Claims (11)

  1. パターンが形成された基板の表面に対し、乾燥ガスを供給し、前記基板の表面を乾燥雰囲気にする雰囲気制御工程と、
    前記基板の表面に対して凝固対象液を供給する凝固対象液供給工程と、
    前記凝固対象液の液膜を凝固させて凝固体を形成する凝固工程と、
    を備え、
    前記雰囲気制御工程は、前記凝固対象液供給工程において前記基板の表面に供給された前記凝固対象液の液膜が形成される前に開始されることを特徴とする基板処理方法。
  2. 請求項１に記載の基板処理方法であって、
    前記凝固対象液の凝固点が、５～４０℃であることを特徴とする基板処理方法。
  3. 請求項１または２に記載の基板処理方法であって、
    前記雰囲気制御工程は、前記凝固対象液供給工程が開始される前に開始されることを特徴とする基板処理方法。
  4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の基板処理方法であって、
    前記雰囲気制御工程は、前記凝固対象液供給工程の工程中、終了時または終了後に終了することを特徴とする基板処理方法。
  5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の基板処理方法であって、
    さらに、前記基板に対向して配置され、前記基板の表面と対向する面が略平面である遮蔽板を、前記基板に対して相対的に近接させる遮蔽板近接工程と、を備え、
    前記遮蔽板近接工程は、前記雰囲気制御工程が開始される前に行われることを特徴とする基板処理方法。
  6. 請求項５に記載の基板処理方法であって、
    前記基板と前記遮蔽板との間の距離は、前記遮蔽板近接工程完了後から少なくとも前記凝固対象液供給工程完了まで、常に一定であることを特徴とする基板処理方法。
  7. 請求項６に記載の基板処理方法であって、
    前記基板と前記遮蔽板との間の距離は、前記遮蔽板近接工程完了後から前記凝固工程完了まで、常に一定であることを特徴とする基板処理方法。
  8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の基板処理方法であって、
    前記凝固工程後に、凝固された前記凝固対象液を前記基板から除去する除去工程をさらに備えることを特徴とする基板処理方法。
  9. 基板を保持して回転する基板保持部と、
    前記基板保持部に保持された前記基板の表面に乾燥ガスを供給する第１のガス供給手段と、
    前記基板保持部に保持された前記基板の表面に凝固対象液を供給する凝固対象液供給手段と、
    前記凝固対象液を凝固させるための凝固手段と、を備え、
    前記凝固対象液供給手段によって前記基板の表面に供給された前記凝固対象液は、前記基板保持部の回転によって液膜を形成し、
    前記基板の表面を乾燥雰囲気にした状態で、前記液膜の形成を行うことを特徴とする基板処理装置。
  10. 請求項９に記載の基板処理装置であって、
    さらに、前記基板保持部に保持された前記基板に対向して配置され、前記基板と対向する面が略平面である遮蔽板を備えることを特徴とする基板処理装置。
  11. 請求項９または１０に記載の基板処理装置であって、
    さらに、凝固された前記凝固対象液を前記基板から除去する除去手段を備えることを特徴とする基板処理装置。
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