JP7130722B2 - Substrate processing equipment - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、基板処理装置に関する。 An embodiment of the present invention relates to a substrate processing apparatus.
インプリント用テンプレート、フォトリソグラフィ用マスク、半導体ウェーハなどの基板の表面に付着したパーティクルなどの汚染物を除去する方法として、凍結洗浄法が提案されている。 A freeze cleaning method has been proposed as a method for removing contaminants such as particles adhering to the surfaces of substrates such as imprint templates, photolithography masks, and semiconductor wafers.
凍結洗浄法においては、例えば、洗浄に用いる液体として純水を用いる場合、まず、回転させた基板の表面に純水と冷却ガスを供給する。次に、純水の供給を止め、供給した純水の一部を排出して基板の表面に水膜を形成する。水膜は、基板に供給された冷却ガスによって凍結される。水膜が凍結して氷膜が形成される際に、パーティクルなどの汚染物が氷膜に取り込まれることで基板の表面から分離される。次に、氷膜に純水を供給して氷膜を融解し、純水とともに汚染物を基板の表面から除去する。 In the freeze cleaning method, for example, when pure water is used as the cleaning liquid, first, pure water and cooling gas are supplied to the surface of the rotated substrate. Next, the supply of pure water is stopped and part of the supplied pure water is discharged to form a water film on the surface of the substrate. The water film is frozen by the cooling gas supplied to the substrate. When the water film freezes to form an ice film, contaminants such as particles are trapped in the ice film and separated from the surface of the substrate. Next, pure water is supplied to the ice film to melt the ice film, and contaminants are removed from the surface of the substrate together with the pure water.
凍結洗浄法によれば、基板の表面に付着した汚染物を効果的に除去することができる。 しかしながら、近年においては、汚染物の除去率をさらに高めることが望まれている。 The freeze cleaning method can effectively remove contaminants adhering to the surface of the substrate. However, in recent years, it is desired to further increase the removal rate of contaminants.
本発明が解決しようとする課題は、汚染物の除去率を向上させることができる基板処理装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of improving the removal rate of contaminants.
実施形態に係る基板処理装置は、基板を回転可能な載置台と、前記載置台と、前記基板と、の間の空間に、冷却ガスを供給可能な冷却部と、前記基板の、前記載置台側とは反対の面に液体を供給可能な液体供給部と、前記基板の回転、前記冷却ガスの流量、および、前記液体の供給量を制御する制御部と、を備えている。前記制御部は、前記基板の前記面の上にある前記液体が過冷却状態となるようにし、前記過冷却状態となった前記液体を凍結することで凍結膜を生成し、前記凍結膜の温度を低下させて前記凍結膜にひび割れを生じさせる冷却工程と、前記ひび割れが生じた前記凍結膜を解凍する解凍工程と、を少なくとも含む凍結洗浄工程を複数回繰り返して行い、前記凍結洗浄工程の繰返し回数が20回以上なら、前記液体の供給量を制御して、前記基板の前記面の上にある前記液体の液膜の厚みを300μm以上、1200μm以下にする。
A substrate processing apparatus according to an embodiment includes: a mounting table capable of rotating a substrate; a cooling unit capable of supplying a cooling gas to a space between the mounting table and the substrate; A liquid supply unit capable of supplying liquid to the surface opposite to the side, and a control unit controlling the rotation of the substrate, the flow rate of the cooling gas, and the supply amount of the liquid. The control unit causes the liquid on the surface of the substrate to be in a supercooled state, freezes the liquid in the supercooled state to generate a frozen film, and controls the temperature of the frozen film. and a thawing step of thawing the cracked frozen film is repeated a plurality of times, and the freeze washing step is repeated If the number of times is 20 or more, the amount of liquid supplied is controlled so that the thickness of the liquid film of the liquid on the surface of the substrate is 300 μm or more and 1200 μm or less .
本発明の実施形態によれば、汚染物の除去率を向上させることができる基板処理装置が提供される。 Embodiments of the present invention provide a substrate processing apparatus capable of improving the removal rate of contaminants.
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
以下に例示をする基板100は、例えば、半導体ウェーハ、インプリント用テンプレート、フォトリソグラフィ用マスク、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)に用いられる板状体などとすることができる。
なお、基板100には、表面にパターンである凹凸部が形成されていることもあるが、本実施の形態に係る基板処理装置1は、凹凸部が形成される前の基板(例えば、いわゆるバルク基板)の洗浄に好適に用いることができる。ただし、基板処理装置1の用途は、バルク基板の洗浄に限定されるわけではない。
Hereinafter, embodiments will be illustrated with reference to the drawings. In addition, in each drawing, the same reference numerals are given to the same constituent elements, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.
The
In some cases, the
また、以下においては、一例として、基板100が、フォトリソグラフィ用マスクである場合を説明する。基板100が、フォトリソグラフィ用マスクである場合には、基板100の平面形状は、略四角形とすることができる。
Moreover, in the following, as an example, a case where the
図1は、本実施の形態に係る基板処理装置1を例示するための模式図である。
図1に示すように、基板処理装置1には、載置部2、冷却部3、第1液体供給部4、第2液体供給部5、筐体6、送風部7、検出部8、制御部9、および排気部11が設けられている。
FIG. 1 is a schematic diagram for illustrating a
As shown in FIG. 1, the
載置部2は、載置台2a、回転軸2b、および駆動部2cを有する。
載置台2aは、筐体6の内部に回転可能に設けられている。載置台2aは、板状を呈している。載置台2aの一方の主面には、基板100を支持する複数の支持部2a1が設けられている。基板100を複数の支持部2a1に支持させる際には、基板100の表面100b(洗浄を行う側の面)が、載置台2a側とは反対の方を向くようにする。
The
The mounting table 2 a is rotatably provided inside the
複数の支持部2a1には、基板100の裏面100aの縁(エッジ)が接触する。支持部2a1の、基板100の裏面100aの縁と接触する部分は、テーパ面または傾斜面とすることができる。支持部2a1の、基板100の裏面100aの縁と接触する部分が、テーパ面となっていれば、支持部2a1と、基板100の裏面100aの縁とを点接触させることができる。支持部2a1の、基板100の裏面100aの縁と接触する部分が、傾斜面となっていれば、支持部2a1と、基板100の裏面100aの縁とを線接触させることができる。支持部2a1と、基板100の裏面100aの縁とを点接触または線接触させれば、基板100に汚れや損傷などが発生するのを抑制することができる。
Edges of the
また、載置台2aの中央部分には、載置台2aの厚み方向を貫通する孔2aaが設けられている。 Further, a hole 2aa is provided in the central portion of the mounting table 2a so as to extend through the mounting table 2a in the thickness direction.
回転軸2bの一方の端部は、載置台2aの孔2aaに嵌合されている。回転軸2bの他方の端部は、筐体6の外部に設けられている。回転軸2bは、筐体6の外部において駆動部2cと接続されている。
One end of the
回転軸2bは、筒状を呈している。回転軸2bの載置台2a側の端部には、吹き出し部2b1が設けられている。吹き出し部2b1は、載置台2aの、複数の支持部2a1が設けられる面に開口している。吹き出し部2b1の開口側の端部は、孔2aaの内壁に接続されている。吹き出し部2b1の開口は、載置台2aに載置された基板100の裏面100aに対向している。
The rotating
吹き出し部2b1は、載置台2a側(開口側)になるに従い断面積が大きくなる形状を有している。そのため、吹き出し部2b1の内部の孔は、載置台2a側(開口側)になるに従い断面積が大きくなる。なお、回転軸2bの先端に吹き出し部2b1を設ける場合を例示したが、吹き出し部2b1は、後述の冷却ノズル3dの先端に設けることもできる。また、載置台2aの孔2aaを吹き出し部2b1とすることもできる。
The blowout portion 2b1 has a shape in which the cross-sectional area increases toward the mounting table 2a side (opening side). Therefore, the hole inside the blowout part 2b1 has a larger cross-sectional area toward the mounting table 2a side (opening side). In addition, although the case where the blowing part 2b1 is provided at the tip of the rotating
吹き出し部2b1を設ければ、放出された冷却ガス3a1を、基板100の裏面100aのより広い領域に供給することができる。また、冷却ガス3a1の放出速度を低下させることができる。そのため、基板100が部分的に冷却されたり、基板100の冷却速度が速くなりすぎたりするのを抑制することができる。その結果、後述する液体101の過冷却状態を生じさせることが容易となる。また、基板100の表面100bのより広い領域において、液体101の過冷却状態を生じさせることができる。そのため、汚染物の除去率を向上させることができる。
By providing the blowout portion 2b1, the discharged cooling gas 3a1 can be supplied to a wider area of the
回転軸2bの、載置台2a側とは反対側の端部には、冷却ノズル3dが取り付けられている。回転軸2bの、載置台2a側とは反対側の端部と、冷却ノズル3dとの間には、図示しない回転軸シールが設けられている。そのため、回転軸2bの、載置台2a側とは反対側の端部は、気密となるように封止されている。
A
駆動部2cは、筐体6の外部に設けられている。駆動部2cは、回転軸2bと接続されている。駆動部2cは、モータなどの回転機器を有することができる。駆動部2cの回転力は、回転軸2bを介して載置台2aに伝達される。そのため、駆動部2cにより載置台2a、ひいては載置台2aに載置された基板100を回転させることができる。
The
また、駆動部2cは、回転の開始と回転の停止のみならず、回転数(回転速度)を変化させることができる。駆動部2cは、例えば、サーボモータなどの制御モータを備えたものとすることができる。
Further, the
冷却部3は、載置台2aと、基板100の裏面100aと、の間の空間に、冷却ガス3a1を供給する。冷却部3は、冷却液部3a、フィルタ3b、流量制御部3c、および冷却ノズル3dを有する。冷却液部3a、フィルタ3b、および流量制御部3cは、筐体6の外部に設けられている。
冷却液部3aは、冷却液の収納、および冷却ガス3a1の生成を行う。冷却液は、冷却ガス3a1を液化したものである。冷却ガス3a1は、基板100の材料と反応し難いガスであれば特に限定はない。冷却ガス3a1は、例えば、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガスなどの不活性ガスとすることができる。
The
この場合、比熱の高いガスを用いれば基板100の冷却時間を短縮することができる。例えば、ヘリウムガスを用いれば基板100の冷却時間を短縮することができる。また、窒素ガスを用いれば基板100の処理費用を低減させることができる。
In this case, the cooling time of the
冷却液部3aは、冷却液を収納するタンクと、タンクに収納された冷却液を気化させる気化部とを有する。タンクには、冷却液の温度を維持するための冷却装置が設けられている。気化部は、冷却液の温度を上昇させて、冷却液から冷却ガス3a1を生成する。気化部は、例えば、外気温度を利用したり、熱媒体による加熱を用いたりすることができる。冷却ガス3a1の温度は、液体101の凝固点以下の温度であればよく、例えば、-170℃とすることができる。
なお、冷却液部3aが、タンクに収納された冷却液を気化させることで冷却ガス3a1を生成する場合を例示したが、窒素ガス等をチラーなどで冷却し、冷却ガス3a1とすることもできる。この様にすれば、冷却液部を簡素化できる。
The cooling
Although the cooling
フィルタ3bは、配管を介して、冷却液部3aに接続されている。フィルタ3bは、冷却液に含まれていたパーティクルなどの汚染物が、基板100側に流出するのを抑制する。
The
流量制御部3cは、配管を介して、フィルタ3bに接続されている。流量制御部3cは、冷却ガス3a1の流量を制御する。流量制御部3cは、例えば、MFC(Mass Flow Controller)などとすることができる。また、流量制御部3cは、冷却ガス3a1の供給圧力を制御することで冷却ガス3a1の流量を間接的に制御するものであってもよい。この場合、流量制御部3cは、例えば、APC(Auto Pressure Controller)などとすることができる。
The
冷却液部3aにおいて冷却液から生成された冷却ガス3a1の温度は、ほぼ所定の温度となっている。そのため、流量制御部3cにより、冷却ガス3a1の流量を制御することで基板100の温度、ひいては基板100の表面100bにある液体101の温度を制御することができる。この場合、流量制御部3cにより、冷却ガス3a1の流量を制御することで、後述する過冷却工程において液体101の過冷却状態を生じさせることができる。
The temperature of the cooling gas 3a1 generated from the cooling liquid in the cooling
冷却ノズル3dは、筒状を呈している。冷却ノズル3dの一方の端部は、流量制御部3cに接続されている。冷却ノズル3dの他方の端部は、回転軸2bの内部に設けられている。冷却ノズル3dの他方の端部は、吹き出し部2b1の、載置台2a側(開口側)とは反対の端部の近傍に位置している。
The cooling
冷却ノズル3dは、流量制御部3cにより流量が制御された冷却ガス3a1を基板100に供給する。冷却ノズル3dから放出された冷却ガス3a1は、吹き出し部2b1を介して、基板100の裏面100aに直接供給される。
The cooling
第1液体供給部4は、基板100の表面100bに液体101を供給する。後述する凍結工程(固液相)において、液体101が固体に変化すると体積が変化するので圧力波が生じる。この圧力波により、基板100の表面100bに付着している汚染物が分離されると考えられる。そのため、液体101は、基板100の材料と反応し難いものであれば特に限定はない。なお、過冷却状態の液体101は、液膜の温度不均一による密度変化、パーティクルなどの汚染物の存在、振動などが凍結開始の起点となる性質も有する。つまり、凍結開始の起点の何割かは、汚染物となる性質も有する。
The first
なお、液体101を凍結した際に体積が増える液体とすれば、体積増加に伴う物理力を利用して、基板100の表面に付着している汚染物を分離できるとも考えられる。そのため、液体101は、基板100の材料と反応し難く、且つ、凍結した際に体積が増える液体とすることが好ましい。例えば、液体101は、水(例えば、純水や超純水など)や、水を主成分とする液体などとすることができる。
If the liquid 101 is a liquid whose volume increases when frozen, it is conceivable that contaminants adhering to the surface of the
水を主成分とする液体は、例えば、水とアルコールの混合液、水と酸性溶液の混合液、水とアルカリ溶液の混合液などとすることができる。
水とアルコールの混合液とすれば表面張力を低下させることができるので、基板100の表面100bに形成された微細な凹凸部の内部に液体101を供給するのが容易となる。
The liquid containing water as a main component can be, for example, a mixture of water and alcohol, a mixture of water and an acid solution, a mixture of water and an alkali solution, or the like.
Since the surface tension can be lowered by using a mixture of water and alcohol, it becomes easy to supply the liquid 101 inside the fine irregularities formed on the
水と酸性溶液の混合液とすれば、基板100の表面に付着したパーティクルやレジスト残渣などの汚染物を溶解することができる。例えば、水と硫酸などの混合液とすれば、レジストや金属からなる汚染物を溶解することができる。
水とアルカリ溶液の混合液とすれば、ゼータ電位を低下させることができるので、基板100の表面100bから分離させた汚染物が基板100の表面100bに再付着するのを抑制することができる。
A mixed solution of water and an acid solution can dissolve contaminants such as particles and resist residues adhering to the surface of the
A mixed solution of water and an alkaline solution can lower the zeta potential, so that contaminants separated from the
ただし、水以外の成分が余り多くなると、体積増加に伴う物理力を利用することが難しくなるので、汚染物の除去率が低下するおそれがある。そのため、水以外の成分の濃度は、5wt%以上、30wt%以下とすることが好ましい。 However, if there are too many components other than water, it becomes difficult to utilize the physical force that accompanies the increase in volume, so there is a risk that the contaminant removal rate will decrease. Therefore, the concentration of components other than water is preferably 5 wt % or more and 30 wt % or less.
また、液体101にはガスを溶存させることができる。ガスは、例えば、炭酸ガス、オゾンガス、水素ガスなどとすることができる。液体101に炭酸ガスを溶存させれば、液体101の導電率を高めることができるので、基板100の除電や帯電防止を行うことができる。液体101にオゾンガスを溶存させれば、有機物からなる汚染物を溶解することができる。
Further, gas can be dissolved in the liquid 101 . The gas can be, for example, carbon dioxide gas, ozone gas, hydrogen gas, or the like. Dissolving carbon dioxide gas in the liquid 101 can increase the electrical conductivity of the liquid 101, so that the
第1液体供給部4は、液体収納部4a、供給部4b、流量制御部4c、および液体ノズル4dを有する。液体収納部4a、供給部4b、および流量制御部4cは、筐体6の外部に設けられている。
The first
液体収納部4aは、前述した液体101を収納する。液体101は、凝固点よりも高い温度で液体収納部4aに収納される。液体101は、例えば、常温(20℃)で収納される。
供給部4bは、配管を介して、液体収納部4aに接続されている。供給部4bは、液体収納部4aに収納されている液体101を液体ノズル4dに向けて供給する。供給部4bは、例えば、液体101に対する耐性を有するポンプなどとすることができる。なお、供給部4bがポンプである場合を例示したが、供給部4bはポンプに限定されるわけではない。例えば、供給部4bは、液体収納部4aの内部にガスを供給し、液体収納部4aに収納されている液体101を圧送するものとしてもよい。
The
The
流量制御部4cは、配管を介して、供給部4bに接続されている。流量制御部4cは、供給部4bにより供給された液体101の流量を制御する。流量制御部4cは、例えば、流量制御弁とすることができる。また、流量制御部4cは、液体101の供給の開始と供給の停止をも行うことができる。
The
液体ノズル4dは、筐体6の内部に設けられている。液体ノズル4dは、筒状を呈している。液体ノズル4dの一方の端部は、配管を介して、流量制御部4cに接続されている。液体ノズル4dの他方の端部は、載置台2aに載置された基板100の表面100bに対向している。そのため、液体ノズル4dから吐出した液体101は、基板100の表面100bに供給される。
The
また、液体ノズル4dの他方の端部(液体101の吐出口)は、基板100の表面100bの略中央に位置している。液体ノズル4dから吐出した液体101は、基板100の表面100bの略中央から拡がり、基板100の表面100bで略一定の厚みを有する液膜が形成される。なお、以下においては、基板100の表面100bに形成された液体101の膜を液膜と称する。
Also, the other end of the
第2液体供給部5は、基板100の表面100bに液体102を供給する。第2液体供給部5は、液体収納部5a、供給部5b、流量制御部5c、および液体ノズル4dを有する。
The second
液体102は、後述する解凍工程において用いることができる。そのため、液体102は、基板100の材料と反応し難く、且つ、後述する乾燥工程において基板100の表面100bに残留し難いものであれば特に限定はない。液体102は、例えば、水(例えば、純水や超純水など)や、水とアルコールの混合液などとすることができる。
Liquid 102 can be used in the thawing process described below. Therefore, the liquid 102 is not particularly limited as long as it hardly reacts with the material of the
液体収納部5aは、前述した液体収納部4aと同様とすることができる。供給部5bは、前述した供給部4bと同様とすることができる。流量制御部5cは、前述した流量制御部4cと同様とすることができる。
The
なお、液体102と液体101が同じである場合には、第2液体供給部5を省くことができる。また、液体ノズル4dを兼用する場合を例示したが、液体101を吐出する液体ノズルと、液体102を吐出する液体ノズルを別々に設けることもできる。
Note that if the liquid 102 and the liquid 101 are the same, the second
また、液体102の温度は、液体101の凝固点よりも高い温度とすることができる。また、液体102の温度は、凍結した液体101を解凍できる温度とすることもできる。液体102の温度は、例えば、常温(20℃)程度とすることができる。
Also, the temperature of the liquid 102 can be higher than the freezing point of the liquid 101 . Also, the temperature of the liquid 102 can be set to a temperature at which the
なお、第2液体供給部5が省かれる場合には、解凍工程において、第1液体供給部4を用いる。つまり、液体101を用いる。液体101の温度は、凍結した液体101を解凍できる温度とすることもできる。液体101の温度は、例えば、常温(20℃)程度とすることができる。
If the second
筐体6は、箱状を呈している。筐体6の内部にはカバー6aが設けられている。カバー6aは、基板100に供給され、基板100が回転することで基板100の外部に排出された液体101、102を受け止める。カバー6aは、筒状を呈している。カバー6aの、載置台2a側とは反対側の端部の近傍(カバー6aの上端近傍)は、カバー6aの中心に向けて屈曲している。そのため、基板100の上方に飛び散る液体101、102の捕捉を容易とすることができる。
The
また、筐体6の内部には仕切り板6bが設けられている。仕切り板6bは、カバー6aの外面と、筐体6の内面との間に設けられている。
A
筐体6の底面側の側面には複数の排出口6cが設けられている。図1に例示をした筐体6の場合には、排出口6cが2つ設けられている。使用済みの冷却ガス3a1、空気7a、液体101、および液体102は、排出口6cから筐体6の外部に排出される。排出口6cには排気管6c1が接続され、排気管6c1には使用済みの冷却ガス3a1、空気7aを排気する排気部(ポンプ)11が接続されている。また、排出口6cには液体101、102を排出する排出管6c2が接続されている。
A plurality of
排出口6cは基板100よりも下方に設けられている。そのため、冷却ガス3a1が排出口6cから排気されることでダウンフローの流れが作りだされる。その結果、パーティクルの舞い上がりを防ぐことができる。
The
平面視において、複数の排出口6cは、筐体6の中心に対して対称となるように設けられている。この様にすれば、筐体6の中心に対して、冷却ガス3a1の排気方向が対称となる。冷却ガス3a1の排気方向が対称となれば、冷却ガス3a1の排気が円滑となる。
In a plan view, the plurality of
送風部7は、筐体6の天井面に設けられている。なお、送風部7は、天井側であれば、筐体6の側面に設けることもできる。送風部7は、ファンなどの送風機とフィルタを備えることができる。フィルタは、例えば、HEPAフィルタ(High Efficiency Particulate Air Filter)などとすることができる。
The
送風部7は、仕切り板6bと筐体6の天井との間の空間に空気7a(外気)を供給する。そのため、仕切り板6bと筐体6の天井との間の空間の圧力が外部の圧力より高くなる。その結果、送風部7により供給された空気7aを排出口6cに導くことが容易となる。また、パーティクルなどの汚染物が、排出口6cから筐体6の内部に侵入するのを抑制することができる。
The
また、送風部7は、基板100の表面100bに室温の空気7aを供給する。そのため、送風部7は、空気7aの供給量を制御することによって基板100の上の液体101、102の温度を変化させることができる。そのため、送風部7は、後述する過冷却工程において液体101の過冷却状態を制御したり、解凍工程において液体101の解凍を促進させたり、乾燥工程において液体102の乾燥を促進させたりすることもできる。
Further, the
検出部8は、仕切り板6bと筐体6の天井との間の空間に設けられている。検出部8は、液膜や、液体101が凍結した凍結膜の温度を検出する。この場合、検出部8は、例えば、放射温度計、サーモビューア、熱電対、測温抵抗体とすることができる。また、検出部8は、液膜の厚みや、凍結膜の表面位置を検出するものとしてもよい。この場合、検出部8は、例えば、レーザ変位計、超音波変位計などとすることができる。また、検出部8は、液膜の表面状態や、凍結膜の表面状態を検出する画像センサなどとしてもよい。
The
検出された液膜の温度、厚み、表面状態は、後述する過冷却工程において液体101の過冷却状態を制御するのに用いることができる。なお、過冷却状態を制御するとは、過冷却状態にある液体101の温度変化のカーブを制御して、液体101が急激に冷却されることで凍結しないようにすること、すなわち、過冷却状態が維持されるようにすることである。 The detected temperature, thickness, and surface state of the liquid film can be used to control the supercooled state of the liquid 101 in the supercooling process described later. Controlling the supercooled state means controlling the temperature change curve of the liquid 101 in the supercooled state to prevent the liquid 101 from freezing due to rapid cooling. to ensure that it is maintained.
また、検出された凍結膜の温度、厚み、表面状態は、後述する凍結工程(固相)において、「ひび割れの発生」を検出するのに用いることができる。例えば、検出部8が温度を検出するものである場合には、後述する凍結工程(固相)において、凍結膜の温度から「ひび割れの発生」を間接的に検出することができる。検出部8が厚みを検出するものである場合には、後述する凍結工程(固相)において、凍結膜の表面位置の変化から「ひび割れの発生」を検出することができる。検出部8が表面状態を検出するものである場合には、後述する凍結工程(固相)において、凍結膜の表面状態から「ひび割れの発生」を検出することができる。
Further, the detected temperature, thickness, and surface state of the frozen film can be used to detect "occurrence of cracks" in the freezing step (solid phase), which will be described later. For example, when the
制御部9は、基板処理装置1に設けられた各要素の動作を制御する。制御部9は、例えば、CPU(Central Processing Unit)などの演算素子と、半導体メモリなどの記憶素子を有することができる。制御部9は、例えば、コンピュータとすることができる。記憶素子には、基板処理装置1に設けられた各要素の動作を制御する制御プログラムを格納することができる。演算素子は、記憶素子に格納されている制御プログラム、操作者により入力されたデータ、検出部8からのデータなどを用いて、基板処理装置1に設けられた各要素の動作を制御する。
The
例えば、液体101の冷却速度は、液膜の厚みと相関関係がある。例えば、液膜の厚みが薄くなる程、液体101の冷却速度が速くなる。逆に、液膜の厚みが厚くなる程、液体101の冷却速度が遅くなる。そのため、制御部9は、検出部8により検出された液体101の厚み(液膜の厚み)に基づいて、冷却ガス3a1の流量、ひいては液体101の冷却速度を制御することができる。なお、液体101の温度や冷却速度の制御は、後述する過冷却工程において液体101の過冷却状態を制御する際に行われる。そのため、例えば、制御部9は、基板100の回転、冷却ガス3a1の流量、および、液体101の供給量を制御することができる。
For example, the cooling rate of the liquid 101 has a correlation with the thickness of the liquid film. For example, the thinner the liquid film is, the faster the liquid 101 is cooled. Conversely, as the thickness of the liquid film increases, the cooling rate of the liquid 101 decreases. Therefore, the
例えば、制御部9は、基板100の表面100bの上にある液体101が過冷却状態となるようにし、過冷却状態となった液体101を凍結することで凍結膜を生成し、凍結膜の温度を低下させて凍結膜にひび割れを生じさせる。
For example, the
次に、基板処理装置1の作用について例示をする。
図2は、基板処理装置1の作用を例示するためのタイミングチャートである。
図3は、凍結洗浄工程における基板100に供給された液体101の温度変化を例示するためのグラフである。
Next, the operation of the
FIG. 2 is a timing chart for illustrating the action of the
FIG. 3 is a graph for illustrating temperature changes of the liquid 101 supplied to the
なお、図2および図3は、基板100が6025クオーツ(Qz)基板(152mm×152mm×6.35mm)、液体101が純水の場合である。
2 and 3, the
まず、筐体6の図示しない搬入搬出口を介して、基板100が筐体6の内部に搬入される。搬入された基板100は、載置台2aの複数の支持部2a1の上に載置、支持される。
First, the
基板100が載置台2aに支持された後に、図2に示すように予備工程、液膜の形成工程、冷却工程、解凍工程、乾燥工程を含む凍結洗浄工程が行われる。
After the
まず、図2および図3に示すように予備工程が実行される。予備工程においては、制御部9が、供給部4bおよび流量制御部4cを制御して、基板100の表面100bに、所定の流量の液体101を供給する。また、制御部9が、流量制御部3cを制御して、基板100の裏面100aに、所定の流量の冷却ガス3a1を供給する。また、制御部9が、駆動部2cを制御して、基板100を第3の回転数で回転させる。
First, preliminary steps are performed as shown in FIGS. In the preliminary process, the
ここで、冷却部3による冷却ガス3a1の供給により筐体6内の雰囲気が冷やされると、雰囲気中のダストを含んだ霜が基板100に付着し、汚染の原因となる可能性がある。予備工程においては、基板100の表面100bに液体101を供給し続けているので、基板100を均一に冷却しつつ、基板100の表面100bへの霜の付着を防止することができる。
Here, if the atmosphere in the
例えば、図2に例示したものの場合には、基板100の回転数は、第3の回転数として、例えば、50rpm~500rpm程度とできる。また、液体101の流量は、0.1L/min~1.0L/min程度とできる。また、冷却ガス3a1の流量は、40NL/min~200NL/min程度とできる。また、予備工程の工程時間を1800秒程度とすることができる。なお、予備工程の工程時間は、基板100の面内温度が略均一となる時間であればよく、予め実験やシミュレーションを行うことで求めることができる。
For example, in the case illustrated in FIG. 2, the rotation speed of the
予備工程における液膜の温度は、液体101がかけ流し状態であるため、供給される液体101の温度とほぼ同じとなる。例えば、供給される液体101の温度が常温(20℃)程度である場合、液膜の温度は常温(20℃)程度となる。 The temperature of the liquid film in the preliminary step is almost the same as the temperature of the supplied liquid 101 because the liquid 101 is in a flowing state. For example, if the temperature of the supplied liquid 101 is about normal temperature (20° C.), the temperature of the liquid film is about normal temperature (20° C.).
次に、図2および図3に示すように液膜の形成工程が実行される。液膜の形成工程を行う際には、液膜の厚みが、高い除去率を得られる厚み(所定の厚み)となる回転数(第2の回転数)とする。第2の回転数は、例えば、50rpm~100rpmである。つまり、制御部9は、予備工程時の回転数と同じ、あるいは予備工程時の回転数よりも少ない回転数で基板100を回転させる。そして、図2に例示するように、予備工程において供給されていた液体101の供給を停止し、所定の厚みとなるまで基板100を第2の回転数で回転させる。所定の厚みとなったかどうかは、検出部8によって液膜の厚みを測定して確認してもよい。検出部8によって液膜の厚みを測定して所定の厚みとなる時間を予め算出しておき、所定の厚みとなる時間の間、第2の回転数を維持するようにしてもよい。その後、基板100の回転数を、供給部4bから基板100上に供給された液体101の液膜が、均一な厚みに維持される程度の回転数(第1の回転数)とする。第1の回転数は、遠心力により液膜の厚みがばらつくのを抑制することができる回転数であればよく、例えば0rpm~50rpm以下とすればよい。なお、液膜の形成工程の間、冷却ガス3a1の流量は、予備工程と同じ供給量に維持されている。前述の通り、予備工程において基板100の面内温度を略均一とした状態としている。液膜の形成工程において、冷却ガス3a1の流量を予備工程と同じ供給量に維持することで、基板100の状態を面内温度が略均一となった状態に維持することができる。
また、所定の厚みを厚くしたい場合、第3の回転数から第2の回転数とすることなく第1の回転数とすることもできる。また、この場合、第1の回転数は、0rpmに近い回転数とすることが好ましい。特に、基板100の回転が停止すれば、遠心力により液膜の厚みがばらつくのをより抑制することができる。
なお、予備工程から第1の回転数としてもよい。また、第3の回転数が第1の回転数よりも遅い回転数であってもよい。
Next, as shown in FIGS. 2 and 3, a liquid film forming step is performed. When the liquid film forming step is performed, the number of rotations (second number of rotations) is set such that the liquid film has a thickness (predetermined thickness) at which a high removal rate can be obtained. The second rotation speed is, for example, 50 rpm to 100 rpm. In other words, the
Moreover, when it is desired to increase the predetermined thickness, the number of rotations can be changed from the third number of rotations to the first number of rotations instead of the second number of rotations. Moreover, in this case, it is preferable that the first rotation speed be a rotation speed close to 0 rpm. In particular, if the rotation of the
In addition, it is good also as a 1st rotation speed from a preliminary process. Also, the third rotation speed may be a rotation speed slower than the first rotation speed.
また、予備工程から液膜の形成工程に移行する際に、予備工程時に供給された液体101を、基板100を高速で回転させることで排出してもよい。この場合、液体101を排出後、基板100の回転数を均一な厚みの液膜が維持される程度の回転数(50rpm)以下、あるいは基板100の回転を停止させた後に、所定の量の液体101を基板100に供給すればよい。この様にすれば、所定の厚みを有する液膜を容易に形成することができる。
Further, when shifting from the preliminary process to the liquid film forming process, the liquid 101 supplied during the preliminary process may be discharged by rotating the
後述するように、液膜の形成工程において形成される液膜の厚み(冷却工程を行う際の液膜の厚み)は、300μm~1300μm程度とすることができる。例えば、制御部9は、液体101の供給量および基板100の回転数を制御して、基板100の表面100bの上にある液膜の厚みを300μm~1300μm程度にする。
なお、液膜の厚みに関する詳細は後述する。
As will be described later, the thickness of the liquid film formed in the liquid film forming process (thickness of the liquid film during the cooling process) can be about 300 μm to 1300 μm. For example, the
The details of the thickness of the liquid film will be described later.
次に、図2および図3に示すように冷却工程が実行される。なお、本実施の形態では、冷却工程のうち、過冷却状態となった液体101の凍結が始まる前までの間を「過冷却工程」、過冷却状態の液体101の凍結が開始し、凍結が完全に完了する前までの間を「凍結工程(固液相)」、凍結した液体101をさらに冷却してひび割れを生じさせるまでの間を「凍結工程(固相)」と呼称する。過冷却工程では、基板100の表面100bに液体101のみが存在する。凍結工程(固液相)では、基板100の表面100bに、液体101と液体101が凍結したものが存在する。凍結工程(固相)では、基板100の表面100bに、液体101が凍結したもののみが存在する。なお、固液相とは、液体101と液体101が凍結したものとが、全体的に存在している状態を意味する。また、液体101が凍結したもののみとなった状態を凍結膜101aと呼ぶ。
A cooling step is then performed as shown in FIGS. In the present embodiment, in the cooling process, the period before the supercooled liquid 101 starts to freeze is referred to as the "supercooling process", and the supercooled liquid 101 starts to freeze and freezes. The period before complete completion is called the "freezing process (solid-liquid phase)", and the period until the
まず、過冷却工程では、基板100の裏面100aに供給され続けている冷却ガス3a1により、基板100上の液膜の温度が、液膜の形成工程における液膜の温度よりもさらに下がり、過冷却状態となる。
First, in the supercooling step, the cooling gas 3a1 continuously supplied to the
ここで、液体101の冷却速度が余り速くなると液体101が過冷却状態とならず、すぐに凍結してしまう。そのため、制御部9は、基板100の回転数、冷却ガス3a1の流量、および、液体101の供給量の少なくともいずれかを制御することで、基板100の表面100bの液体101が過冷却状態となるようにする。
Here, if the cooling rate of the liquid 101 is too high, the liquid 101 will not be in a supercooled state and will freeze immediately. Therefore, the
液体101が過冷却状態となる制御条件は、基板100の大きさ、液体101の粘度、冷却ガス3a1の比熱などの影響を受ける。そのため、液体101が過冷却状態となる制御条件は、実験やシミュレーションを行うことで適宜決定することが好ましい。
The control conditions for the supercooled state of the liquid 101 are affected by the size of the
過冷却状態においては、例えば、液膜の温度、パーティクルなどの汚染物や気泡の存在、振動などにより、液体101の凍結が開始する。例えば、パーティクルなどの汚染物が存在する場合、液体101の温度Tが、-35℃以上、-20℃以下になると液体101の凍結が開始する。また、基板100の回転を変動させるなどして液体101に振動を加えることで、液体101の凍結を開始させることもできる。
In the supercooled state, freezing of the liquid 101 starts due to, for example, the temperature of the liquid film, the presence of contaminants such as particles and air bubbles, vibration, and the like. For example, when contaminants such as particles are present, the liquid 101 starts to freeze when the temperature T of the liquid 101 becomes -35°C or higher and -20°C or lower. Further, by vibrating the liquid 101 by, for example, changing the rotation of the
過冷却状態の液体101の凍結が開始すると、過冷却工程から凍結工程(固液相)に移行する。凍結工程(固液相)においては、基板100の表面100bに、液体101と液体101が凍結したものが全体的に存在する。前述したように、過冷却状態の液体101は、凍結開始の起点の何割かが汚染物となる性質を持つ。この性質や、液体101が固体に変化した際の体積変化に伴う圧力波や、体積増加に伴う物理力などにより、基板100の表面100bに付着している汚染物が分離されると考えられている。そのため、液体101の一部が凍結した際に生じた圧力波や物理力などにより、基板100の表面100bに付着している汚染物を分離することができる。
When the supercooled liquid 101 starts to freeze, the supercooling process shifts to the freezing process (solid-liquid phase). In the freezing step (solid-liquid phase), the liquid 101 and the
基板100の表面100bの液膜が完全に凍結すると、凍結工程(固液相)から凍結工程(固相)に移行する。凍結工程(固相)においては、基板100の表面100bの凍結膜101aの温度がさらに低下する。ここで、液体101には、主に、水が含まれている。そのため、基板100の表面100bの液膜が完全に凍結して凍結膜101aが形成され、凍結膜101aの温度がさらに低下すると、凍結膜101aの体積が縮小して凍結膜101aに応力が発生する。
When the liquid film on the
この場合、例えば、凍結膜101aの温度が-50℃以下になると、凍結膜101aにひび割れが発生する。凍結膜101aにひび割れが発生すると、基板100の表面100bに付着していた汚染物103が基板100の表面100bから分離される。汚染物103が基板100の表面100bから分離されるメカニズムは必ずしも明らかではないが、以下の様に考えることができる。
In this case, for example, when the temperature of the
図4(a)、(b)は、汚染物103の分離メカニズムを例示するための模式図である。
図4(a)に示すように、凍結工程(固相)において、凍結膜101aの温度が低下すると、凍結膜101aの熱膨張係数と、基板100の熱膨張係数との差に応じた応力Fが発生する。
FIGS. 4A and 4B are schematic diagrams for illustrating the separation mechanism of
As shown in FIG. 4A, when the temperature of the
そして、図4(b)に示すように、凍結膜101aの温度がさらに低下する(例えば、-50℃以下になる)と、増大した応力Fに耐えきれずに凍結膜101aにひび割れが発生する。この場合、一般的に、水を主成分とする凍結膜101aの熱膨張係数は、基板100の熱膨張係数よりも大きいので、図4(b)に示すように、凍結膜101aが外部に向けて凸状に変形してひび割れが発生する。
Then, as shown in FIG. 4(b), when the temperature of the
凍結膜101aには汚染物103が取り込まれているので、凍結膜101aが外部に向けて凸状に変形した際(ひび割れが発生した際)に、図4(b)に示すように、汚染物103が基板100の表面100bから分離される。
Since the
また、本発明者の得た知見によれば、過冷却工程を行う際の液膜の厚みを厚くすると、凍結工程(固相)において汚染物103の除去率が向上することが判明した。おそらく、液膜の厚みを厚くすることで、応力Fが増大し、凍結膜101aが外部に向けて凸状に変形した際の屈曲が大きくなったためと考えられる。この場合、凍結工程(固相)において汚染物103の除去率が向上すれば、凍結洗浄工程を複数回繰り返して行う際に実行回数を低減させることができる。そのため、凍結洗浄作業の時間の短縮、ひいては生産性の向上を図ることができる。
Further, according to the knowledge obtained by the present inventors, it has been found that increasing the thickness of the liquid film during the supercooling process improves the removal rate of the
図5は、液膜の厚みと、凍結洗浄工程の繰り返し数との関係を例示するためのグラフである。なお、図中の回数は、凍結洗浄工程の繰返し回数である。また、目標とする基板100上の汚染物の除去率を90%に設定した。なお、目標とする除去率(所定の除去率)は、基板100の洗浄における歩留まりが許容値となるように設定すればよい。また、遠心力の影響を除くため、第1の回転数を0rpmとした。このため、基板100の表面100b上に均一に液膜を形成できる厚みは、300μmであった。
FIG. 5 is a graph for illustrating the relationship between the thickness of the liquid film and the number of repetitions of the freeze cleaning process. The number of times in the figure is the number of repetitions of the freeze cleaning process. Also, the target removal rate of contaminants on the
図5から分かるように、繰り返し数が20回以上の場合、過冷却工程を行う際の液膜の厚みを300μm以上とすれば、汚染物103の除去率を90%以上に向上させることができる。また、繰り返し数が10回以上の場合、液膜の厚みを600μm以上とすれば、汚染物103の除去率を90%以上に向上させることができる。また、繰り返し数が5回以上の場合、液膜の厚みを1000μm以上とすれば、汚染物103の除去率を90%以上に向上させることができる。
As can be seen from FIG. 5, when the number of repetitions is 20 or more, the removal rate of the
ところで、液膜の厚みは、液体101の表面張力などの影響をうけるので、1300μm程度まで厚くすることができる。しかし、1300μm程度まで厚くすると、50rpm以下の回転数としても、液膜の一部が基板100からこぼれてしまうおそれがある。そのため、液膜の最大厚みは、1200μm程度とすることができる。そのため、過冷却工程を行う際の液膜の厚みは、繰り返し数が20回以上の場合、300μm以上、1200μm以下とすることが好ましく、繰り返し数が10回以上の場合、600μm以上、1200μm以下とすることがさらに好ましい。
By the way, since the thickness of the liquid film is affected by the surface tension of the liquid 101 and the like, it can be increased up to about 1300 μm. However, if the thickness is increased to about 1300 μm, part of the liquid film may spill from the
液膜の厚みを300μm以上、1200μm以下とすれば、凍結洗浄工程を20回繰り返し行うことで、汚染物103の除去率が90%以上に向上する。上記範囲の厚みの液膜を形成する場合、回転数を50rpm以下とすれば、遠心力によって液体101が振り切られることが無く、液膜を形成しやすい。また、液膜の厚みを600μm以上、1200μm以下とすれば、実行回数を10回以上、20回未満に減らすことが可能となる。そのため、凍結洗浄作業の時間の短縮、ひいては生産性の向上を図ることができる。実行回数を5回以上、10回未満とさらに減らすには、1000μm以上、1200μm以下とするのが好ましい。
なお、凍結洗浄工程の実行回数は、不図示の入出力画面を介して操作者により入力される。あるいは、基板を収納するケースに付属したバーコードやQRコード(登録商標)などのマークを基板処理装置1が読み込むようにしてもよい。
If the thickness of the liquid film is set to 300 μm or more and 1200 μm or less, the removal rate of the
Note that the number of execution times of the freeze cleaning process is input by the operator via an input/output screen (not shown). Alternatively, the
なお、図5の結果は、ひび割れが発生する-50℃程度で解凍を行った場合のデータである。本発明者の得た知見によれば、凍結膜101aにひび割れが発生しても冷却を継続した場合、凍結洗浄工程を1回実施した際の除去率が90%を超えることが判明した。つまり、凍結工程(固相)の処理時間を長く設定すれば、1回の凍結工程でも高い除去率が得られる。さらに、凍結工程(固相)の処理時間を長く設定した場合、液膜の厚さに依らず、高い除去率が得られることも判明した。
凍結工程(固相)の処理時間を長く設定することで、なぜ除去率が液膜の厚さに依らず向上するのか、そのメカニズムについては、明らかではない。しかし、凍結工程(固相)の処理時間を所定の時間以上実施することで、1回の凍結工程でも高い除去率が得られる。
The results shown in FIG. 5 are data obtained when thawing was performed at about -50° C., at which cracks occur. According to the knowledge obtained by the present inventors, it was found that when cooling is continued even when cracks occur in the
It is not clear about the mechanism why the removal rate is improved regardless of the thickness of the liquid film by setting the processing time of the freezing step (solid phase) long. However, by performing the freezing step (solid phase) for a predetermined time or longer, a high removal rate can be obtained even in a single freezing step.
次に、凍結膜101aにひび割れが発生した後に、図2および図3に示すように解凍工程が実行される。ひび割れの発生は、検出部8により検出することができる。例えば、検出部8が温度を検出するものである場合には、凍結工程(固相)において、凍結膜101aの温度(例えば、-50℃以下)から「ひび割れの発生」を間接的に検出することができる。検出部8が厚みを検出するものである場合には、凍結工程(固相)において、凍結膜101aの表面位置の変化から「ひび割れの発生」を検出することができる。検出部8が画像センサである場合には、凍結工程(固相)において、画像処理により「ひび割れの発生」を検出することができる。
Next, after cracking occurs in the
なお、図2および図3に例示をしたものは、液体101と液体102が同じ液体の場合である。そのため、図2および図3では液体101と記載している。解凍工程においては、制御部9が、供給部4bおよび流量制御部4cを制御して、基板100の表面100bに、所定の流量の液体101を供給する。なお、液体101と液体102が異なる場合には、制御部9が、供給部5bおよび流量制御部5cを制御して、基板100の表面100bに、所定の流量の液体102を供給する。
2 and 3 illustrate the case where the liquid 101 and the liquid 102 are the same liquid. Therefore, the liquid 101 is indicated in FIGS. 2 and 3 . In the thawing process, the
また、制御部9が、流量制御部3cを制御して、冷却ガス3a1の供給を停止させる。また、制御部9が、駆動部2cを制御して、基板100の回転数を第4の回転数に増加させる。第4の回転数は、例えば、200rpm~700rpm程度とすることができる。
基板100の回転が速くなれば、液体101と液体101が凍結したものとを遠心力で振り切ることができる。そのため、液体101と液体101が凍結したものとを基板100の表面100bから排出することができる。この際、基板100の表面100bから分離された汚染物103も液体101と液体101が凍結したものととともに排出される。
Further, the
If the
なお、液体101または液体102の供給量は、解凍ができるのであれば特に限定はない。また、基板100の第4の回転数は、液体101、液体101が凍結したもの、および汚染物103が排出できるのであれば特に限定はない。
The amount of
次に、図2および図3に示すように乾燥工程が実行される。乾燥工程においては、制御部9が、供給部4bおよび流量制御部4cを制御して、液体101の供給を停止させる。なお、液体101と液体102が異なる液体の場合には、制御部9が、供給部5bおよび流量制御部5cを制御して、液体102の供給を停止させる。
Next, a drying process is performed as shown in FIGS. In the drying process, the
また、制御部9が、駆動部2cを制御して、基板100の回転数を第4の回転数より速い第5の回転数に増加させる。基板100の回転が速くなれば、基板100の乾燥を迅速に行うことができる。なお、基板100の第5の回転数は、乾燥ができるのであれば特に限定はない。
凍結洗浄が終了した基板100は、筐体6の図示しない搬入搬出口を介して、筐体6の外部に搬出される。
以上の様にすることで、1回の凍結洗浄工程を行うことができる。
Further, the
The
By doing so, one freeze cleaning step can be performed.
なお、前述のように、凍結洗浄工程は複数回行われる。そのため、次の凍結洗浄工程が実施されるのであれば、解凍工程においても冷却ガス3a1の供給を維持する。こうすることで、予備工程と同じ状態を発生させることができる。このため、次の凍結洗浄工程における予備工程および乾燥工程を省くことができる。 In addition, as described above, the freeze cleaning process is performed multiple times. Therefore, if the next freeze cleaning process is carried out, the supply of the cooling gas 3a1 is maintained even in the thawing process. By doing so, the same state as in the preliminary process can be generated. Therefore, the preparatory step and the drying step in the subsequent freeze washing step can be omitted.
このため、複数回繰り返して凍結洗浄工程を行う場合、凍結洗浄工程は、基板100の表面101bの上にある液体101を過冷却状態にする過冷却工程と、液体101と液体101が凍結したものとが存在する凍結工程(固液相)と、液体101を完全に凍結して凍結膜101aを形成し、凍結膜101aの温度を低下させて凍結膜101aにひび割れを発生させる凍結工程(固相)と、解凍工程と、を少なくとも含んでいればよい。
Therefore, when the freeze cleaning process is repeated a plurality of times, the freeze cleaning process includes a supercooling process in which the liquid 101 on the surface 101b of the
本実施の形態に係る基板処理装置1においては、凍結工程(固液相)において、汚染物を起点として凍結が開始する過冷却状態の液体の性質に加え、液体101が固体に変化した際の体積変化に伴う圧力波や、体積増加に伴う物理力などにより、基板100の表面に付着している汚染物103を分離する。
さらに、凍結工程(固相)において、凍結膜101aにひび割れを発生させることで、汚染物103が取り込まれている凍結膜101aが外部に向けて凸状に変形することで、基板100の表面に付着している汚染物103を分離する。
すなわち、基板処理装置1によれば、凍結工程(固液相)および凍結工程(固相)において、それぞれ異なるメカニズムにより汚染物103を分離する。そのため、汚染物103の除去率を向上させることができる。
In the
Furthermore, in the freezing step (solid phase), cracks are generated in the
That is, according to the
また、本実施の形態に係る基板処理装置1においては、冷却工程において、遠心力により液膜の厚みがばらつくのを抑制することができる第1の回転数としている。冷却工程において、所定の厚みとなる第2の回転数を維持した場合、第2の回転数による遠心力が基板100の表面100b上の液体101に加わる。遠心力は、回転中心から離れるほど大きくなる。このため、基板100の外縁に液体101が集まる。このとき、液体101の粘性や表面張力といった力が基板100の外縁の液体101に働くので、基板100の外縁の液膜の厚みが厚くなる。つまり、相対的に基板100の中央部分の液膜の厚みが薄くなる。
Further, in the
前述の通り、過冷却工程を行う際の液膜の厚みを厚くすると、凍結工程(固相)において汚染物103の除去率が向上する。つまり、冷却工程において、所定の厚みとなる第2の回転数を維持した場合、基板100の中央部分の除去率が低下するおそれがある。
As described above, increasing the thickness of the liquid film during the supercooling step improves the removal rate of the
また、本実施の形態では、冷却ガス3a1は、載置台2aの中央部分にある吹き出し部2b1から供給される。このため、基板100の中央部分の温度と比べると、基板100の外縁の温度は高くなる。前述の通り、冷却工程において、第2の回転数を維持した場合、基板100の外縁の液膜の厚みが厚くなる。このため、基板100の中央部分の液膜よりも厚い基板100の外縁の液膜を基板100の中央部分よりも冷却効率が劣る状態で冷却しなくてはいけない。このため、基板100の外縁の液膜は、基板100の中央部分と比べると冷却速度が低下する。つまり、基板100の外縁部でひび割れが発生するのが遅れる。
In addition, in the present embodiment, the cooling gas 3a1 is supplied from the blowing part 2b1 in the central portion of the mounting table 2a. Therefore, the temperature of the outer edge of the
凍結工程(固相)は、基板100の全ての面内において、ひび割れが発生したことが確認できたら処理を終了する。したがって、遠心力により液膜の厚みがばらついた状態で凍結工程(固相)を行うと、凍結工程(固相)の処理時間が長くなってしまう。
The freezing step (solid phase) ends when cracks are confirmed to occur on all surfaces of the
つまり、遠心力により液膜の厚みがばらついた状態で凍結工程(固相)を行うと、処理時間が長くなり、かつ、期待通りの除去率が得られないおそれがある。したがって、冷却工程において、遠心力により液膜の厚みがばらつくのを抑制することができる第1の回転数とすることが好ましい。 In other words, if the freezing step (solid phase) is performed in a state where the thickness of the liquid film varies due to centrifugal force, the processing time will be long, and there is a possibility that the expected removal rate cannot be obtained. Therefore, in the cooling step, it is preferable to set the number of revolutions to the first speed that can suppress variations in the thickness of the liquid film due to the centrifugal force.
また、基板100の回転を停止させる(0rpmとする)と、基板100の中央部分の液膜の厚みが基板100の外縁の液膜の厚みに比べて厚くなる。液膜の厚みの勾配は、前述の基板100の温度勾配と反対である。つまり、基板100の中央部分と外縁部分で冷却速度が一定となる。基板100の中央部分と外縁部分で冷却速度が一定となると、基板100の中央部分と外縁部分で同時にひび割れが発生するようになるので、凍結工程(固相)の処理時間が長くなることを抑制することができる。したがって、基板100の回転を停止させる(0rpmとする)ことが好ましい。
Further, when the rotation of the
また、凍結洗浄工程の繰り返し数を20回以上とする場合、凍結洗浄工程を行う際の液膜の厚みを、300μm以上、1200μm以下とすれば、生産性を向上させつつ汚染物103の除去率を90%以上に効果的に向上させることができる。また、凍結洗浄工程の繰り返し数を5回以上とする場合、液膜の厚みを、1000μm以上、1200μm以下とすれば、さらに生産性を向上させつつ汚染物103の除去率を90%以上に効果的に向上させることができる。
Further, when the number of repetitions of the freeze cleaning process is set to 20 or more, if the thickness of the liquid film during the freeze cleaning process is set to 300 μm or more and 1200 μm or less, the removal rate of the
図6は、他の実施形態に係る基板処理装置1aを例示するための模式図である。
図6に示すように、基板処理装置1aには、載置部2、冷却部3、第1液体供給部4、第2液体供給部5、筐体6、送風部7、検出部8、温度検出部8a、ガス供給部10、排気部11、および制御部9が設けられている。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a
As shown in FIG. 6, the
温度検出部8aは、基板100と載置台2aとの間の空間の温度を検出する。この温度は、基板100と載置台2aとの間を流れる混合ガス(冷却ガス3a1とガス10dが混合されたガス)の温度とほぼ等しい。温度検出部8aは、例えば、放射線温度計、サーモビューア、熱電対、測温抵抗体などとすることができる。
The
ガス供給部10は、ガス収納部10a、流量制御部10b、および接続部10cを有する。
ガス収納部10aは、ガス10dの収納と供給を行う。ガス収納部10aは、ガス10dが収納された高圧ボンベや工場配管などとすることができる。
流量制御部10bは、ガス10dの流量を制御する。流量制御部10bは、例えば、ガス10dの流量を直接的に制御するMFCとすることもできるし、圧力を制御することでガス10dの流量を間接的に制御するAPCとすることもできる。
The
The
The
接続部10cは、回転軸2bに接続されている。接続部10cは、回転軸2bと冷却ノズル3dとの間の空間と、流量制御部10bとを接続する。接続部10cは、例えば、ロータリージョイントとすることができる。
The connecting
ガス10dは、基板100の材料と反応し難いガスであれば特に限定はない。ガス10dは、例えば、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガスなどの不活性ガスとすることができる。この場合、ガス10dは、冷却ガス3a1と同じガスとすることができる。ただし、ガス10dの温度は、冷却ガス3a1の温度よりも高くなっている。ガス10dの温度は、例えば、室温とすることができる。
The
液体101の冷却速度が余り速くなると液体101が過冷却状態とならず、すぐに凍結してしまう。すなわち、過冷却工程を行うことができなくなる。この場合、液体101の冷却速度は、基板100の回転数、および冷却ガス3a1の流量の少なくともいずれかにより制御することができる。ところが、冷却ガス3a1の温度は、冷却ガス3a1を供給する冷却部における温度設定によりほぼ一定となる。そのため、冷却ガス3a1の流量では、液体101の冷却速度を遅くすることが難しくなる場合がある。
If the cooling rate of the liquid 101 is too fast, the liquid 101 will not be in a supercooled state and will freeze immediately. That is, it becomes impossible to perform a supercooling process. In this case, the cooling speed of the liquid 101 can be controlled by at least one of the rotation speed of the
また、基板100の回転数を少なくすれば、液膜の厚みが厚くなるので冷却速度を遅くすることができる。しかしながら、液膜の厚みには、表面張力によって保たれる限界の厚みがあるので、基板100の回転数では液体101の冷却速度を遅くすることが難しくなる場合がある。
Also, if the number of revolutions of the
そこで、本実施の形態においては、冷却ガス3a1よりも温度の高いガス10dと、冷却ガス3a1とを混合させることで、液体101の冷却速度を遅くすることができる様にしている。液体101の冷却速度は、ガス10dと冷却ガス3a1の流量、ガス10dと冷却ガス3a1の混合割合、ガス10dの温度などにより制御することができる。
Therefore, in the present embodiment, the cooling rate of the liquid 101 can be reduced by mixing the cooling gas 3a1 with the
冷却ガス3a1に冷却ガス3a1よりも温度の高いガス10dを混合させることで、基板100と載置台2aとの間の空間に供給するガスの温度をより緻密に調整することができる。したがって、基板100の冷却温度をより高精度に調整できる。また、液体101の過冷却状態の制御をより容易に行うことができる。
By mixing the cooling gas 3a1 with the
過冷却状態の液体101は、汚染物を起点として凍結を開始する性質を持ち、相変化による体積膨張率が過冷却を経ずに凍結した液体101と比べると大きい値となる。前述の性質は、液体が固体となる割合と相関があり、凍結開始温度が低いほど、汚染物を起点として凍結を開始する割合が高くなる。また、相変化による体積膨張率は、凍結開始温度が-20℃から-35℃の範囲で、最も高い値となる。これらのことから、凍結開始温度は、できるだけ低い温度、例えば、-20℃以下とすることが好ましい。 The liquid 101 in a supercooled state has the property of starting to freeze from contaminants, and the volume expansion coefficient due to the phase change becomes a larger value than the liquid 101 frozen without supercooling. The aforementioned properties are correlated with the rate at which liquid becomes solid, and the lower the freezing start temperature, the higher the rate at which freezing starts from contaminants. Further, the volume expansion coefficient due to phase change becomes the highest when the freezing start temperature is in the range of -20°C to -35°C. For these reasons, the freezing start temperature is preferably as low as possible, for example, -20°C or lower.
前述のように、冷却ガス3a1に冷却ガス3a1よりも温度の高いガス10dを混合させることで、過冷却状態の液体101を-20℃以下まで冷却できる確率を高めることができる。結果として、凍結工程(固液相)において高い除去率を得ることができる。また、各凍結洗浄工程における凍結工程(固液相)までの除去率が安定する。その結果、各基板100の除去率も安定し、歩留りが向上する。そのため、汚染物の除去率が向上する。
As described above, by mixing the cooling gas 3a1 with the
また、ガス供給部10が設けられていれば、前述した凍結開始時の温度Tが、-40℃以上、-20℃以下となるように冷却工程の凍結工程(固液相)における冷却速度を調整することができるようになる。
In addition, if the
また、検出部8により、液膜の温度を検出して冷却ガス3a1の流量を制御したとしても、基板100の表面100b側の温度(液膜の温度)と、基板100の裏面100a側の温度と、には差が生じている場合がある。そのため、検出部8で検出された液膜の温度のみに基づいて冷却ガス3a1の流量を制御すると、液膜の温度が適正温度になったとしても、液膜の温度と、基板100の裏面100aの温度との間に差が生じて基板100の厚み方向の温度勾配が大きくなる場合がある。基板100の厚み方向の温度勾配が大きくなると、温度不均一による密度変化が凍結の起点となることもあり、このため凍結のタイミングが基板100毎にばらつくおそれがある。
Even if the
また、温度勾配が大きくなると、密度のばらつきが生じやすくなり、この密度のばらつきによる密度の変化が凍結の起点となると考えられる。したがって、基板100の面内においても凍結のタイミングがばらつくおそれがある。
In addition, when the temperature gradient becomes large, variations in density tend to occur, and the change in density due to this variation in density is considered to be the starting point of freezing. Therefore, there is a possibility that the timing of freezing may vary even within the plane of the
本実施の形態によれば、制御部9は、温度検出部8aにより検出された温度に基づいて、ガス10dと冷却ガス3a1の流量、ガス10dと冷却ガス3a1の混合割合の少なくともいずれかを制御することができる。
According to the present embodiment, the
そのため、制御部9は、予備工程においてこのような制御を行い、検出部8で検出された温度と、温度検出部8aで検出された温度との差が所定の範囲内となった後に、予備工程から過冷却工程(液体101の供給停止)に切り替えることができる。この様にすれば、基板100の厚み方向の温度勾配が小さくなった状態で凍結を開始させることができるので、凍結のタイミングがばらつくのを抑制することができる。
Therefore, the
なお、流量制御部3cにより冷却ガス3a1の流量を制御することなく(冷却ガス3a1の流量を一定にして)、ガス供給部10から供給されるガス10dの流量を制御して、液体101の過冷却状態を制御することもできる。この様な場合には、流量制御部3cを省くことができる。ただし、流量制御部3cおよびガス供給部10を設ければ、液体101の過冷却状態の制御をより容易に行うことができる。
また、送風部7により供給される空気7aの量を制御することで、液体101の過冷却状態の制御を行うこともできる。
The flow rate of the
Further, by controlling the amount of
また、検出部8で検出された温度に基づいて、凍結工程(固相)において、ガス供給部10からのガス10dの供給を停止するようにしてもよい。例えば、液体101が完全に凍結した場合、潜熱による温度上昇が無くなるため、凍結した液体101の温度は再び低下し始める。この温度低下を温度検出部8により検出することで、液体101が完全に凍結したと判断し、ガス供給部10からのガス10dの供給を停止するようにすればよい。
このようにすることで、凍結工程(固相)の時間、つまり、ひびが入るまでの時間を短縮することができる。
Further, the supply of the
By doing so, the time for the freezing step (solid phase), that is, the time until cracks form, can be shortened.
以上、実施の形態について例示をした。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。前述した実施形態に関して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。 The embodiments have been illustrated above. However, the invention is not limited to these descriptions. Regarding the above-described embodiments, those in which those skilled in the art appropriately add, delete, or change the design of components, or add, omit, or change the conditions of steps, as long as they have the features of the present invention. are included within the scope of the present invention.
例えば、基板処理装置1が備える各要素の形状、寸法、数、配置などは、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
For example, the shape, size, number, arrangement, etc. of each element provided in the
また、凍結工程(固液相)および凍結工程(固相)の開始時刻から予め決められた時間、所定の条件で冷却を続けるようにしてもよい。例えば、温度を観測し、過冷却状態から温度上昇を観測した点、温度平行な状態から低下して、全凝固となったことが判断できる点などを起点とする。
このように、凍結工程(固液相)および凍結工程(固相)の開始時刻を検出部8で検出できれば、検出部8のデータを解析または演算して求めた、結果からひびの発生の有無を判断する機能を基板処理装置1に取付け無くてもよい。つまり、簡易な制御部9とすることができる。
Further, cooling may be continued under predetermined conditions for a predetermined time from the start time of the freezing step (solid-liquid phase) and the freezing step (solid phase). For example, the starting point is the point where the temperature is observed, and the point where the temperature is observed to rise from the supercooled state, or the point where it can be determined that the temperature has decreased from the parallel state to complete solidification.
In this way, if the
また、反射率によってひび割れを検出するようにしてもよい。ひび割れが発生すると、凍結膜が基板から剥離した状態となるので、反射率が変化する。この反射率の変化により、十分に氷が剥離したと判断して、解凍を始める。
このように、反射率によってひび割れを検出することで、温度変化からでは検出できないひび割れを確実に検知をすることができる。結果的に、より確実にパーティクルの除去をすることができる。
Alternatively, cracks may be detected based on reflectance. When cracks occur, the frozen film is separated from the substrate, and the reflectance changes. Based on this change in reflectance, it is determined that the ice has sufficiently separated, and thawing begins.
By detecting cracks based on reflectance in this way, cracks that cannot be detected from temperature changes can be reliably detected. As a result, particles can be removed more reliably.
また、-50℃以下であれば、ひびが発生するという知見から、-50℃をしきい値として、凍結膜の温度がしきい値以下となったらひびが発生したとして、解凍を始めるようにしてもよい。
このようにすることで、反射率、屈折率をおよび画像を撮像する機構を不要とでき、簡易な構成とすることができる。なお、しきい値となってから0.2~2.0秒程度経過してから解凍を始めるようにしてもよい。
In addition, based on the knowledge that cracks occur when the temperature is -50°C or lower, -50°C is set as a threshold, and when the temperature of the frozen film falls below the threshold, it is assumed that cracks have occurred, and thawing is started. may
By doing so, it is possible to eliminate the need for a mechanism for capturing a reflectance, a refractive index, and an image, thereby simplifying the configuration. Note that decompression may be started after about 0.2 to 2.0 seconds have elapsed since the threshold value was reached.
また、基板100の処理面を撮像し、撮像した画像からひび割れを観測するようにしてもよい。例えば、撮像した画像を処理し、所定のひび割れ状態(数、面積)を検知する。ひびは白い筋に見えるため、画像を白黒の2値化処理してひびを検出する。そして、ひび割れの数、あるいはひび割れの面積が閾値以上となったら、十分に氷が剥離したと判断して、解凍を始めるようにすればよい。
このようにすることで、ひびの発生を直接検知するので、より確実にパーティクルの除去をすることができる。
Alternatively, the processed surface of the
By doing so, the generation of cracks is directly detected, so that particles can be removed more reliably.
1 基板処理装置、1a 基板処理装置、2 載置部、3 冷却部、3a1 冷却ガス、4 第1液体供給部、5 第2液体供給部、6 筐体、8 検出部、9 制御部、10 ガス供給部、10d ガス、100 基板、100a 裏面、100b 表面、101 液体、101a 凍結膜、102 液体、103 汚染物
Claims (7)
前記載置台と、前記基板と、の間の空間に、冷却ガスを供給可能な冷却部と、
前記基板の、前記載置台側とは反対の面に液体を供給可能な液体供給部と、
前記基板の回転、前記冷却ガスの流量、および、前記液体の供給量を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記基板の前記面の上にある前記液体が過冷却状態となるようにし、前記過冷却状態となった前記液体を凍結することで凍結膜を生成し、前記凍結膜の温度を低下させて前記凍結膜にひび割れを生じさせる冷却工程と、前記ひび割れが生じた前記凍結膜を解凍する解凍工程と、を少なくとも含む凍結洗浄工程を複数回繰り返して行い、
前記凍結洗浄工程の繰返し回数が20回以上なら、前記液体の供給量を制御して、前記基板の前記面の上にある前記液体の液膜の厚みを300μm以上、1200μm以下にする基板処理装置。 a mounting table capable of rotating the substrate;
a cooling unit capable of supplying a cooling gas to a space between the mounting table and the substrate;
a liquid supply unit capable of supplying a liquid to a surface of the substrate opposite to the mounting table;
a control unit that controls the rotation of the substrate, the flow rate of the cooling gas, and the supply amount of the liquid;
with
The control unit
The liquid on the surface of the substrate is supercooled, the liquid in the supercooled state is frozen to form a frozen film, and the temperature of the frozen film is lowered to reduce the temperature of the frozen film. Repeating a freeze cleaning step including at least a cooling step for cracking the frozen film and a thawing step for thawing the cracked frozen film a plurality of times,
If the number of repetitions of the freezing cleaning step is 20 or more, the substrate processing apparatus controls the amount of supply of the liquid so that the thickness of the liquid film of the liquid on the surface of the substrate is 300 μm or more and 1200 μm or less. .
前記液体供給部を制御して前記基板の載置台側とは反対の面に前記液体を凝固点よりも高い温度で供給させるとともに、前記冷却部を制御して前記冷却ガスを前記基板の前記載置台側の面に供給させた後に、所定時間が経過するまでこの状態を維持し、
前記所定時間の経過後に、前記載置台を制御して前記液膜の厚みが所定の厚みとなる第2の回転数に変更し、
前記第2の回転数に変更後、前記冷却部を制御して前記冷却ガスの供給を維持しながら、前記液体供給部を制御して前記液体の供給を停止させ、
前記液体の供給の停止後に、前記液膜の厚みが所定の厚みとなるまでの間、前記第2の回転数で前記基板を回転させ、
前記液膜の厚みが所定の厚みとなった後、前記載置台を制御して前記基板の回転を停止、あるいは第2の回転数よりも遅い回転数である第1の回転数とする請求項1または2に記載の基板処理装置。 The control unit
The liquid supply unit is controlled to supply the liquid to the surface of the substrate opposite to the mounting table side at a temperature higher than a freezing point, and the cooling unit is controlled to supply the cooling gas to the mounting table of the substrate. After supplying to the side surface, this state is maintained until a predetermined time elapses,
after the predetermined time has elapsed, controlling the mounting table to change the number of rotations to a second number at which the thickness of the liquid film becomes a predetermined thickness;
After changing to the second rotation speed, while controlling the cooling unit to maintain the supply of the cooling gas, the liquid supply unit is controlled to stop the supply of the liquid;
after stopping the supply of the liquid, rotating the substrate at the second rotation speed until the thickness of the liquid film reaches a predetermined thickness;
After the thickness of the liquid film reaches a predetermined thickness, the mounting table is controlled to stop the rotation of the substrate, or the rotation speed is set to the first rotation speed which is slower than the second rotation speed. 3. The substrate processing apparatus according to 1 or 2.
前記基板の前記面の上にある前記液体の温度を検出し、
前記制御部は、
前記検出部が検出した前記温度から前記液膜が前記凍結膜となった時刻を検出し、予め決められた時間が経過したら、前記凍結膜を解凍させる請求項4記載の基板処理装置。 The detection unit is
sensing the temperature of the liquid overlying the surface of the substrate;
The control unit
5. The substrate processing apparatus according to claim 4, wherein the time at which the liquid film becomes the frozen film is detected from the temperature detected by the detection unit, and the frozen film is thawed after a predetermined time has elapsed.
前記基板の前記面の上にある前記液膜の温度を検出し、
前記制御部は、
前記凍結膜にひび割れが発生する温度を予め記憶し、
前記検出部が検出した前記温度が前記ひび割れが発生する温度に達したら、前記凍結膜を解凍させる請求項4記載の基板処理装置。 The detection unit is
detecting the temperature of the liquid film overlying the surface of the substrate;
The control unit
storing in advance a temperature at which cracks occur in the frozen film;
5. The substrate processing apparatus according to claim 4, wherein the frozen film is thawed when the temperature detected by the detector reaches a temperature at which the crack occurs.
前記基板の前記面を撮像し、
前記制御部は、
ひび割れの数、あるいはひび割れの面積を閾値として予め記憶し、
前記検出部が撮像した画像から前記ひび割れを検出し、前記ひび割れの数、あるいは前記ひび割れの面積が前記閾値以上となったら、前記凍結膜を解凍させる請求項4記載の基板処理装置。 The detection unit is
imaging the surface of the substrate;
The control unit
The number of cracks or the crack area is stored in advance as a threshold,
5. The substrate processing apparatus according to claim 4, wherein the cracks are detected from the image captured by the detection unit, and the frozen film is thawed when the number of cracks or the area of the cracks exceeds the threshold value.
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