KR20210122198A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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다이스케 마츠시마
마사야 가미야
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시바우라 메카트로닉스 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 기판의 둘레 가장자리 근방의 온도가 높아지는 것을 억제할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
실시형태에 관한 기판 처리 장치는, 판형을 띠며 회전 가능한 배치대와, 상기 배치대의 한쪽 면에 마련되고, 기판을 지지 가능한 복수의 지지부와, 상기 배치대와, 상기 지지부에 지지된 상기 기판의 이면과의 사이의 공간에, 냉각 가스를 공급 가능한 냉각부와, 상기 기판의 표면에 액체를 공급 가능한 액체 공급부와, 상기 배치대의 한쪽 면에 마련되고, 평면도에서 보았을 때, 상기 기판이 마련되는 영역의 경계선을 따라 연장되는 적어도 하나의 돌기부를 구비하고 있다.

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING DEVICE}
본 발명의 실시형태는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
임프린트용 템플릿, 포토리소그래피용 마스크, 반도체 웨이퍼 등의 기판의 표면에 부착된 파티클 등의 오염물을 제거하는 방법으로서, 동결 세정법이 제안되어 있다.
동결 세정법에서는, 예컨대 세정에 이용하는 액체로서 순수를 이용하는 경우, 우선, 회전시킨 기판의 표면에 순수와 냉각 가스를 공급한다. 다음으로, 순수의 공급을 멈추고, 공급한 순수의 일부를 배출하여 기판의 표면에 수막을 형성한다. 수막은, 기판에 공급된 냉각 가스에 의해 동결된다. 수막이 동결되어 빙막이 형성될 때에, 파티클 등의 오염물이 빙막에 들어감으로써 기판의 표면으로부터 분리된다. 다음으로, 빙막에 순수를 공급하여 빙막을 용융하고, 순수와 함께 오염물을 기판의 표면으로부터 제거한다.
그런데, 기판의 둘레 가장자리 근방은, 기판의 면에 수직인 방향뿐만 아니라 기판의 면에 평행한 방향에서도 외부 분위기와 인접하고 있기 때문에, 외부로부터의 입열량이 많아진다. 그 때문에, 기판의 둘레 가장자리 근방은, 기판의 중앙 영역보다 온도가 높아지기 쉽다. 기판의 둘레 가장자리 근방의 온도가 높으면, 기판의 둘레 가장자리 근방에서의 빙막의 형성이 억제되어, 기판의 둘레 가장자리 근방에서의 오염물의 제거율이 저하될 우려가 있다.
따라서, 기판의 둘레 가장자리 근방의 온도가 높아지는 것을 억제할 수 있는 기판 처리 장치의 개발이 요구되었다.
특허문헌 1 : 일본특허공개 제2018-026436호 공보
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 기판의 둘레 가장자리 근방의 온도가 높아지는 것을 억제할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
실시형태에 관한 기판 처리 장치는, 판형을 띠며 회전 가능한 배치대와, 상기 배치대의 한쪽 면에 마련되고, 기판을 지지 가능한 복수의 지지부와, 상기 배치대와, 상기 지지부에 지지된 상기 기판의 이면과의 사이의 공간에, 냉각 가스를 공급 가능한 냉각부와, 상기 기판의 표면에 액체를 공급 가능한 액체 공급부와, 상기 배치대의 한쪽 면에 마련되고, 평면도에서 보았을 때, 상기 기판이 마련되는 영역의 경계선을 따라 연장되는 적어도 하나의 돌기부를 구비하고 있다.
본 발명의 실시형태에 의하면, 기판의 둘레 가장자리 근방의 온도가 높아지는 것을 억제할 수 있는 기판 처리 장치가 제공된다.
도 1은 본 실시형태에 관한 기판 처리 장치를 예시하기 위한 모식도이다.
도 2의 (a)는 도 1에서의 배치부의 A-A선 방향의 모식도이다. 도 2의 (b)는 다른 실시형태에 관한 지지부를 예시하기 위한 모식도이다.
도 3의 (a)~(c)는 다른 실시형태에 관한 돌기부의 배치를 예시하기 위한 모식도이다.
도 4의 (a), (b)는 돌기부의 꼭대기부의 위치를 예시하기 위한 모식도이다.
도 5는 비교예에 관한 배치대를 예시하기 위한 모식도이다.
도 6의 (a), (b)는 다른 실시형태에 관한 돌기부를 예시하기 위한 모식도이다.
도 7은 기판 처리 장치의 작용을 예시하기 위한 타이밍차트이다.
도 8은 다른 실시형태에 관한 기판 처리 장치를 예시하기 위한 모식도이다.
이하, 도면을 참조하면서 실시형태에 관해 예시한다. 또, 각 도면 중 동일한 구성 요소에는 동일의 부호를 붙이고 상세한 설명은 적절하게 생략한다.
이하에 예시하는 기판(100)은, 예컨대, 반도체 웨이퍼, 임프린트용 템플릿, 포토리소그래피용 마스크, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)에 이용되는 판형체 등으로 할 수 있다. 다만, 기판(100)의 용도는 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 기판(100)에는, 표면에 요철부가 형성되어 있는 경우도 있다.
또한, 이하에서는, 일례로서, 기판(100)이 포토리소그래피용 마스크인 경우를 설명한다. 기판(100)이 포토리소그래피용 마스크인 경우에는, 기판(100)의 평면 형상은 대략 사각형으로 할 수 있다. 기판(100)의 표면에는, 마스크의 패턴인 요철부가 형성되어 있다.
도 1은 본 실시형태에 관한 기판 처리 장치(1)를 예시하기 위한 모식도이다.
도 2의 (a)는 도 1에서의 배치부(2)의 A-A선 방향의 모식도이다. 도 2의 (b)는 다른 실시형태에 관한 지지부(2a2)를 예시하기 위한 모식도이다.
도 3의 (a)~(c)는 다른 실시형태에 관한 돌기부(2a3)의 배치를 예시하기 위한 모식도이다.
도 4의 (a), (b)는 돌기부(2a3)의 꼭대기부(2a3a)의 위치를 예시하기 위한 모식도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 기판 처리 장치(1)에는, 배치부(2), 냉각부(3), 제1 액체 공급부(4), 제2 액체 공급부(5), 케이스(6), 송풍부(7), 측정부(8), 제어부(9) 및 배기부(11)가 마련되어 있다.
배치부(2)는 배치대(2a), 회전축(2b) 및 구동부(2c)를 갖는다.
배치대(2a)는 케이스(6)의 내부에 회전 가능하게 마련되어 있다. 배치대(2a)는 판형을 띠고 있다.
배치대(2a)의 한쪽 주면에는, 기판(100)을 지지하는 복수의 지지부(2a1)가 마련되어 있다. 기판(100)을 복수의 지지부(2a1)에 지지시킬 때에는, 기판(100)의 표면(100b)(요철부가 형성된 측의 면)이, 배치대(2a)측과는 반대쪽을 향하도록 한다.
복수의 지지부(2a1)에는, 기판(100)의 이면(100a)의 가장자리(에지)가 접촉한다. 도 1 및 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 지지부(2a1)의, 기판(100)의 이면(100a)의 가장자리와 접촉하는 부분은 테이퍼면(2a1a)으로 할 수 있다. 지지부(2a1)의, 기판(100)의 이면(100a)의 가장자리와 접촉하는 부분이 테이퍼면(2a1a)으로 되어 있으면, 지지부(2a1)와, 기판(100)의 이면(100a)의 가장자리를 점접촉시킬 수 있기 때문에, 기판(100)에 오염이나 손상 등이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 지지부(2a2)의, 기판(100)의 이면(100a)의 가장자리와 접촉하는 부분은 경사면(2a2a)으로 할 수도 있다. 지지부(2a2)의, 기판(100)의 이면(100a)의 가장자리와 접촉하는 부분이 경사면(2a2a)으로 되어 있으면, 지지부(2a2)와, 기판(100)의 이면(100a)의 가장자리를 선접촉시킬 수 있기 때문에, 기판(100)에 오염이나 손상 등이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 배치대(2a)의 중앙 부분에는, 배치대(2a)의 두께 방향을 관통하는 구멍(2aa)이 형성되어 있다. 또, 특별히 언급하지 않는 경우, 구멍(2aa)의 중심과 기판(100)의 중심은 평면도에서 보았을 때 동일한 위치에 있는 것으로 하여 설명한다. 또한, 기판(100)의 중심이란, 기판(100)의 내부에 내접원이 존재하는 경우에는, 내접원의 중심이고, 기판(100)의 내부에 내접원이 존재하지 않는 경우에는, 기판(100)의 무게 중심이다.
또한, 배치대(2a)의 한쪽 주면에는, 적어도 하나의 돌기부(2a3)를 마련할 수 있다. 도 1 및 도 2의 (a), (b)에 예시한 돌기부(2a3)는 복수 마련되어 있다. 예컨대, 돌기부(2a3)는, 평면도에서 보았을 때[배치대(2a)의 한쪽 주면에 수직인 방향에서 본 경우에], 적어도 일부가 기판(100)의 둘레 가장자리(바깥 주변)와 중첩되는 위치에 마련할 수 있다. 기판(100)의 평면 형상이 사각형인 경우에는, 평면도에서 보았을 때, 기판(100)의 모서리 위치에는 돌기부(2a3)를 마련하지 않도록 할 수 있다.
평면도에서 보면, 배치대(2a)의 한쪽 주면에 수직인 방향에서 볼 때, 배치대(2a)에 배치, 지지된 기판(100)과 배치대(2a)가 중첩되는 영역을 기판(100)이 마련되는 영역으로 했을 때, 돌기부(2a3)는, 기판(100)이 마련되는 영역의 경계선을 따라 연장되는 형상[배치된 기판(100)의 둘레 가장자리를 따라 연장되는 형상]을 가질 수 있다. 기판(100)의 평면 형상이 사각형인 경우에는, 평면도에서 보았을 때, 돌기부(2a3)는, 배치된 기판(100)의 하나의 모서리 근방과, 그 모서리에 인접하는 모서리의 근방의 사이를, 기판(100)의 둘레 가장자리를 따라 연장되는 형상을 가질 수 있다. 즉, 돌기부(2a3)는, 기판(100)의 각 변의 위치에 각 변을 따라 연장되는 형상으로 할 수 있다. 그리고, 기판(100)의 모서리 위치에는 돌기부(2a3)를 마련하지 않는 경우, 기판(100)의 4개의 변에 대응하는 4개의 돌기부(2a3)가 마련되게 된다.
또한, 돌기부(2a3)는, 모서리를 포함하는 기판(100)의 각 변에 대응한 위치에 마련된 하나의 돌기로 이루어진 사각형 프레임으로 할 수도 있다. 즉, 돌기부(2a3)는, 하나의 프레임형의 돌기부이어도 좋다. 이 경우에는, 모서리 혹은 임의의 개소에서 기판(100)을 지지하도록 하면 된다.
후술하는 바와 같이, 기판(100)의 중심 부분에 냉각 가스(3a1)를 공급할 때, 기판(100)의 이면(100a), 배치대(2a), 돌기부(2a3)에 의해 둘러싸인 공간에 냉각 가스(3a1)가 공급된다. 돌기부(2a3)는, 기판(100)의 중앙부에 공급되는 냉각 가스(3a1)가 기판(100)의 둘레 가장자리를 향해 퍼져서 흘러, 기판(100)의 둘레 가장자리로부터 기판(100)의 밖으로 흐르는 것을 제한한다. 이와 같이, 돌기부(2a3)는, 기판(100)의 밖으로 냉각 가스(3a1)가 유통되는 것을 제한할 수 있으면 되며, 예컨대, 도 2의 (b)에 나타내는 지지부(2a2)의 경우에는, 지지부(2a2)라 하더라도, 냉각 가스(3a1)가 기판(100)의 모서리로부터 기판(100)의 밖으로 흐르는 것을 제한할 수 있기 때문에, 이러한 지지부(2a2)도 돌기부로 간주할 수 있다. 마찬가지로, 지지부(2a1)라 하더라도, 인접하는 지지부(2a1)끼리의 사이의 간극이 냉각 가스(3a1)가 흐르는 공간이 되기 때문에, 이 간극이 어느 정도 좁으면, 냉각 가스(3a1)가 기판(100)의 둘레 가장자리로부터 밖으로 흐르는 것을 제한할 수 있기 때문에, 지지부(2a1)도 돌기부로 간주할 수 있다.
도 2의 (a), (b)에 나타낸 바와 같이, 평면도에서 보았을 때, 복수의 돌기부(2a3)는, 기판(100)이 마련되는 영역의 내측에 마련할 수 있다. 이 때, 돌기부(2a3)의 외측이 반드시 기판(100)이 마련되는 영역의 경계선과 일치할 필요는 없고, 기판(100)이 마련되는 영역의 경계선으로부터 작은 간극(예컨대, 1 ㎜ 이하)이 형성되도록 해도 좋다.
또한, 도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이, 평면도에서 보았을 때, 돌기부(2a3)의 일부분이 기판(100)이 마련되는 영역의 내측에 마련되고, 나머지 부분이 기판(100)이 마련되는 영역의 외측에 마련되도록 해도 좋다.
또한, 돌기부(2a3)는, 평면도에서 보았을 때, 기판(100)이 마련되는 영역의 근방에 위치할 수 있다.
예컨대, 도 3의 (b), (c)에 나타낸 바와 같이, 평면도에서 보았을 때, 복수의 돌기부(2a3)는, 기판(100)이 마련되는 영역의 외측에 마련하도록 해도 좋다. 이 경우, 도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이, 복수의 돌기부(2a3)의 기판(100)측의 면이, 기판(100)이 마련되는 영역의 경계선상에 위치하도록 해도 좋다. 또한, 도 3의 (c)에 나타낸 바와 같이, 복수의 돌기부(2a3)의 기판(100)측의 면과, 기판(100)이 마련되는 영역의 경계선 사이에 작은 간극(예컨대, 1 ㎜ 이하)이 형성되도록 해도 좋다.
도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이, 돌기부(2a3)의 꼭대기부(2a3a)와 기판(100)의 이면(100a) 사이에는 작은 간극(예컨대, 1 ㎜ 이하)이 형성되도록 해도 좋다. 또한, 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이, 돌기부(2a3)의 꼭대기부(2a3a)의 적어도 일부와 기판(100)의 이면(100a)이 접촉하도록 해도 좋다.
또, 돌기부(2a3)의 꼭대기부(2a3a)와 기판(100)의 이면(100a) 사이의 간극의 치수는, 기판(100)의 둘레 가장자리 근방의 온도가 적절해지도록, 실험 등으로 미리 결정하면 된다. 예컨대, 냉각 가스(3a1)의 유량, 기판(100)의 회전수, 액체(101)의 공급량 등을 파라미터로 하여, 기판(100)의 면내 온도 분포가 균등하게 근접하도록 간극의 치수를 결정하면 된다.
또한, 간극은 기판(100)의 둘레 가장자리에 대하여 균등하게 형성할 필요는 없다. 간극을 기판(100)의 둘레 가장자리에 대하여 균등하게 형성했다 하더라도, 기판(100)의 형상이나 크기, 지지부(2a1, 2a2)의 위치 등에 따라서는, 반드시 기판(100)의 면내 온도가 균등해지는 것은 아니다. 그 때문에, 간극의 배치는, 전술한 바와 같은 실험 등을 행함으로써 결정하면 된다.
물론, 간극의 치수와 간극의 배치를 조합해도 좋다. 간극의 치수와 간극의 배치는, 기판(100)의 둘레 가장자리 근방의 온도가 적절해지도록 적절하게 결정하면 된다. 또한, 도 3의 (b), (c)에 예시한 바와 같이, 돌기부(2a3)과 기판(100)이 평면도에서 보았을 때 중첩되지 않는 경우에도, 상하 방향에서, 돌기부(2a3)의 꼭대기부(2a3a)와 기판(100)의 이면(100a) 사이에 간극에 상당하는 거리가 있어도 좋다. 또한, 도 3의 (c)에 예시한 바와 같은 경우에는, 평면도에서 보았을 때, 기판(100)의 둘레 가장자리와 돌기부(2a3) 사이의 거리를 간극에 상당하는 거리로 간주할 수 있다.
예컨대, 냉각되는 기판(100)의 온도 분포는, 복수의 돌기부(2a3)로 둘러싸인 공간으로부터 간극을 통해 유출되는 냉각 가스(3a1)의 유출 저항, 간극의 개구의 크기 및 간극의 위치 중의 적어도 어느 것에 의해 제어 가능하다.
다음으로, 돌기부(2a3)의 작용 효과에 관해 설명한다.
도 5는 비교예에 관한 배치대(202a)를 예시하기 위한 모식도이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 배치대(202a)의 한쪽 주면에는, 기판(100)을 지지하는 복수의 지지부(2a1)가 마련되어 있다. 또한, 배치대(202a)의 중앙 부분에는, 배치대(202a)의 두께 방향을 관통하는 구멍(202aa)이 형성되어 있다. 다만, 전술한 배치대(2a)에는 복수의 돌기부(2a3)가 마련되어 있지만, 배치대(202a)에는 복수의 돌기부(2a3)가 마련되어 있지 않다.
후술하는 바와 같이, 구멍(202aa)으로부터는 냉각 가스(3a1)가 공급된다. 공급된 냉각 가스(3a1)는, 배치대(202a)와 기판(100)의 이면(100a) 사이의 공간을 흘러, 기판(100)의 외부로 배출된다. 냉각 가스(3a1)가 기판(100)으로부터 열을 빼앗음으로써 기판(100)이 냉각된다. 한편, 냉각 가스(3a1)는, 기판(100)으로부터 열을 빼앗음으로써 온도가 상승한다.
배치대(202a)의 면에 평행한 방향에서의 유로 저항은 거의 동일하기 때문에, 도 5에 나타낸 바와 같이, 냉각 가스(3a1)는 구멍(202aa)으로부터 대략 방사형으로 흐른다. 냉각 가스(3a1)는 기판(100)으로부터 열을 빼앗으면서 거의 한방향으로 흐르기 때문에, 기판(100)의 둘레 가장자리측이 됨에 따라 냉각 가스(3a1)의 온도가 높아지고 냉각 효율이 저하된다. 또한, 기판(100)의 둘레 가장자리 근방은, 기판(100)의 표면(100b)에 수직인 방향뿐만 아니라 기판(100)의 표면(100b)에 평행한 방향에서도 외부 분위기와 인접하고 있기 때문에, 외부로부터의 입열량이 많아진다. 그 때문에, 기판(100)의 둘레 가장자리 근방의 냉각이 억제된다.
그런데, 평면 형상이 정방형인 기판(100)의 경우에는, 기판(100)의 변에 접촉하는 원은 내접원(100c)이 된다. 내접원(100c)은 정방형의 각 변의 중앙부와 접한다. 그러나, 평면 형상이 장방형인 기판(100)의 경우에는, 기판(100)의 변에 접촉하는 원은 내접원이 되지는 않는다. 기판(100)의 변에 접촉하는 원의 반경은, 기판(100)의 중심과 장방형의 1변을 연결하는 최단 거리가 된다. 이 때, 기판(100)의 내부에 존재하고, 기판(100)의 변에 접촉하는 원은, 장방형의 긴 변에 접한다. 이와 같이, 기판(100)의 내부에 내접원이 존재하지 않는 경우도 있다. 그러나, 설명을 간략하게 하기 위해, 본 실시형태에서는, 기판(100)의 내부에 존재하고, 기판(100)의 중심과 기판(100)의 1변을 최단으로 연결한 선을 반경으로 하는 원을 「내접원」이라고 부른다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 기판(100)은 구멍(202aa)을 중심으로 하여 회전한다. 기판(100)의 평면 형상이 사각형인 경우, 기판(100)의 변에 접촉하는 내접원(100c)의 내측에서의 기판(100)의 이면(100a)과 배치대(202a) 사이의 공간의 개구는, 내접원(100c) 상을 이동하고, 외부 분위기 중을 이동하지 않는다. 따라서, 기판(100)의 회전에 따르는 외기의 침입이 적다. 이에 비하여, 내접원(100c)의 외측에서의 기판(100)의 이면(100a)과 배치대(202a) 사이의 공간, 즉 사각형의 모서리 근방의 공간의 개구는, 외부 분위기 중을 이동하기 때문에, 기판(100)의 회전에 따라, 내접원(100c)의 접선 방향으로부터 외기가 침입하기 쉬워진다. 그 때문에, 기판(100)의 평면 형상이 사각형인 경우에는, 기판(100)의 둘레 가장자리 근방의 냉각이 억제되는 것에 더하여, 기판(100)의 모서리 근방의 냉각이 더욱 억제되게 된다.
또, 전술한 기판(100)의 이면(100a)과 배치대(202a) 사이의 공간의 개구는, 기판(100)의 이면(100a)과 배치대(202a) 사이의 공간이, 기판(100)의 둘레 가장자리(바깥 주변)의 위치에서 끝난 부분이다. 즉, 기판(100)의 이면(100a)과 배치대(202a) 사이의 공간의 개구(이하 단순히 「개구」라고 칭함)는, 배치대(2a)와 기판(100)의 이면(100a) 사이의 공간이, 기판(100)의 외부에 면하는 부분이다. 따라서, 개구의 위치는, 기판(100)이 마련되는 영역의 경계선상과 동일해진다.
평면 형상이 사각형인 기판(100)의 경우에는, 평면도에서 보았을 때 사각형의 각 변 위치에 개구가 형성된다.
전술한 바와 같이, 내접원(100c)과 기판(100)의 변이 접하는 부분 근방의 「개구」는, 기판(100)을 기판(100)의 중심에서(내접원의 중심에서) 회전시켰을 때, 내접원(100c) 상을 이동하고, 외부 분위기 중을 이동하지 않는다. 그 때문에, 기판(100)으로부터 외측의 분위기는, 내접원과 기판의 변이 접하는 부분 근방의 「개구」를 통해 기판(100)의 이면(100a)과 배치대(2a) 사이의 공간에 유입되기 어렵다. 이에 비하여, 사각형의 기판(100)의 모서리[예컨대, 정방형의 기판(100)의 각 변의 중앙부 근방 이외]는, 회전 이동한 경우에, 회전 이동 방향의 외부 분위기를 비스듬히 가로지르게 된다. 이것에 의해, 기판(100)의 이면(100a)의 모서리 근방과 배치대(2a) 사이의 공간에 기판(100)의 외측의 분위기가 유입되게 된다. 기판(100)의 외측의 분위기는 냉각되지 않았기 때문에, 유입된 분위기에 의해 기판(100)의 냉각이 억제된다.
또한, 전술한 바와 같이, 사각형의 기판(100)을 회전시켰을 때, 기판(100)의 모서리 근방에는 냉각되지 않은 분위기가 유입되어, 기판(100)의 모서리 근방의 냉각이 억제된다. 그러나, 기판(100)의 모서리 근방에 돌기부(2a3)가 있으면, 분위기의 유입이 차폐, 혹은 제한되기 때문에, 냉각되지 않은 분위기가 유입됨으로써, 기판(100)의 모서리 근방이 냉각되기 어려워지는 것을 억제할 수 있다.
또, 냉각 가스(3a1)는, 기판(100)과 배치대(2a)의 사이의 공간에 있어서 기판(100)의 모서리 부근에서부터 뿐만 아니라, 기판(100)의 둘레 가장자리에서부터도 배출된다. 돌기부(2a3)가 마련되어 있지 않으면, 기판(100)의 둘레 가장자리 근방은, 냉각 가스(3a1)의 접촉 시간이 적고 입열량도 많기 때문에, 기판(100)의 모서리 근방과 마찬가지로 냉각이 억제된다. 돌기부(2a3)가 마련되어 있으면, 돌기부(2a3)에 의해 냉각 가스(3a1)가 체류하기 때문에, 기판(100)의 둘레 가장자리 근방과 냉각 가스(3a1)의 접촉 시간이 길어져, 냉각되기 어려워지는 것을 억제할 수 있다.
또한, 기판(100)의 이면(100a)의 중앙에 분무된 냉각 가스(3a1)는, 기판(100)의 이면(100a)을 따라 기판(100)의 둘레 가장자리를 향해 흐른다. 기판(100)이 사각형인 경우에, 기판(100)을 기판(100)의 중심 주위에 회전시킨 경우, 기판(100)의 모서리는 변의 부분보다 회전 중심으로부터 멀어진다. 그 때문에, 기판(100)의 모서리 근방은, 주속이 빨라져 냉각 가스(3a1)가 기판(100)의 외측으로 배출되기 쉬워진다. 따라서, 기판(100)의 모서리 근방과 냉각 가스(3a1)의 접촉 시간은, 기판(100)의 변의 근방과 냉각 가스(3a1)의 접촉 시간보다 짧아진다. 냉각 가스(3a1)와 기판(100)의 접촉 시간이 짧으면, 냉각 가스(3a1)와 기판(100) 사이의 열교환이 충분히 행해지지 않는다. 그 때문에, 기판(100)의 모서리 근방은 냉각되기 어려워진다.
또한, 냉각 가스(3a1)가, 기판(100)의 모서리에 도달하기까지의 거리가 길기 때문에, 냉각 가스(3a1)의 온도가 높아졌다. 또한, 냉각 가스(3a1)가, 기판(100)의 모서리에 도달하기까지의 거리가 길기 때문에, 냉각 가스(3a1)가 퍼져, 결과적으로 기판(100)과 냉각 가스(3a1) 사이의 열교환의 효율이 저하되고, 기판(100)의 모서리 근방은 냉각되기 어려워진다.
또, 이상의 것은, 후술하는 평면 형상이 원형인 기판(103)의 경우도 동일하다. 평면 형상이 원형인 기판(103)의 경우에는, 회전 중심[냉각 가스(3a1)의 공급 위치]으로부터 기판(103)의 둘레 가장자리까지의 거리가 동일해지지만, 냉각 가스(3a1)는, 회전 중심으로부터 기판(100)의 둘레 가장자리 방향으로 확산해 간다. 기판(100)의 둘레 가장자리가 됨에 따라, 기판(100)의 이면(100a)과 배치대(2a) 사이의 공간의 체적은 커지기 때문에, 기판(100)의 둘레 가장자리가 됨에 따라서, 냉각 효율은 저하되어 간다. 또한, 기판(100)을 회전시키는 경우, 기판(100)의 둘레 가장자리 근방은 주속이 빠르고, 원심력도 강하게 작용하기 때문에, 외부로 배출되는 냉각 가스(3a1)의 양도 많아지고, 냉각 가스(3a1) 자체의 양이 감소하는 것과 접촉 시간이 짧아지는 것에 의해, 둘레 가장자리는 냉각되기 어려워진다. 따라서, 평면 형상이 원형인 기판(103)의 경우도, 기판(100)의 둘레 가장자리 근방의 냉각 가스(3a1)의 접촉 시간이 짧으면, 냉각 가스(3a1)가 기판(100)으로부터 열을 수취하는 효율(열교환의 효율)이 저하되어, 기판(100)의 둘레 가장자리 근방의 냉각이 억제된다.
이에 비하여, 본 실시형태에 관한 배치대(2a)에는 복수의 돌기부(2a3)가 마련되어 있다. 그 때문에, 도 2의 (a)~도 3의 (c)에 나타낸 바와 같이, 구멍(2aa)으로부터 공급된 냉각 가스(3a1)는, 돌기부(2a3)에 접촉함으로써 흐름 방향이 바뀌어, 돌기부(2a3)를 따라 흐르게 된다. 즉, 배치대(2a)와 기판(100)의 이면(100a) 사이의 공간에 공급된 냉각 가스(3a1)는, 돌기부(2a3)를 향해 흐른다. 또한, 돌기부(2a3)를 향해 흐른 냉각 가스(3a1)는, 돌기부(2a3)를 따라 흐른다.
또한, 돌기부(2a3)에 접촉할 때까지, 기판(100)의 이면(100a)의 중앙에 분무된 냉각 가스(3a1)는, 기판(100)의 이면(100a)을 따라 기판(100)의 둘레 가장자리를 향해 원활하게 흐르기 때문에, 돌기부(2a3)에 이르기까지의 기판(100)의 냉각을 방해하지 않는다.
돌기부(2a3)는, 배치된 기판(100)의 둘레 가장자리를 따라 연장되는 형상을 갖고 있기 때문에, 냉각 가스(3a1)는, 기판(100)의 둘레 가장자리를 따라 흐르게 된다. 전술한 바와 같이, 기판(100)의 둘레 가장자리 근방은, 냉각 효율의 저하나 외기로부터의 입열 등에 의해 냉각이 억제되기 쉬워지지만, 돌기부(2a3)가 마련되어 있으면, 기판(100)의 둘레 가장자리를 따라 냉각 가스(3a1)를 흘릴 수 있기 때문에, 기판(100)의 둘레 가장자리 근방의 냉각을 효과적으로 행하는 것이 가능해진다.
또, 평면도에서 보았을 때, 돌기부(2a3)가 기판(100)의 내측에 있으면, 액체(101)를 기판(100)에 공급했을 때에, 돌기부(2a3)에 의해 둘러싸인 부분에 액체(101)가 침입하기 어려워진다. 만약 액체(101)가 침입했다 하더라도, 배치대(2a)에 마련된 도시하지 않은 배출구를 통해 액체(101)를 배출할 수도 있다.
또한, 도 2의 (a), 도 3의 (a)~도 3의 (c)에 나타낸 바와 같이, 평면도에서 보았을 때, 돌기부(2a3)를, 배치된 기판(100)의 모서리 위치에 마련하지 않고 간극(개구)으로 하면, 이 개구로부터, 냉각 가스(3a1)를 모아, 기판(100)의 모서리 근방의 공간으로부터 외부로 배출시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 기판(100)의 모서리 근방의 공간에는 외기가 침입하기 쉬워지지만, 냉각 가스(3a1)를 모아 배출시키면, 외기의 침입을 억제할 수 있다. 그 때문에, 기판(100)의 모서리 근방의 냉각을 효과적으로 행하는 것이 가능해진다.
전술한 바와 같이, 냉각 가스(3a1)의 농도(유량)는, 회전 중심으로부터 먼 모서리에 근접할수록 옅어져 버리지만, 냉각 가스(3a1)를 모을 수 있다면, 기판(100)으로부터 열을 빼앗는 데 충분한 농도(유량)의 냉각 가스(3a1)를 확보할 수 있다. 그 때문에, 기판(100)의 모서리 근방이 냉각되기 어려워지는 것을 억제할 수 있다.
이상에 설명한 바와 같이, 돌기부(2a3)는, 냉각 가스(3a1)가 기판(100)과 접촉하는 시간을 어느 정도 길게 할 수 있는 것이면 된다.
도 6의 (a), (b)는 다른 실시형태에 관한 돌기부(2a4)를 예시하기 위한 모식도이다.
또, 도 6의 (b)는 도 6의 (a)에서의 돌기부(2a4)의 B-B선 방향의 모식 단면도이다.
전술한 기판(100)의 평면 형상은 사각형이지만, 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이, 기판(103)의 평면 형상은 원형으로 할 수도 있다. 기판(103)은, 예컨대 반도체 웨이퍼 등으로 할 수 있다.
배치대(2a)의 한쪽 주면에는, 적어도 하나의 돌기부(2a4)를 마련할 수 있다. 도 6의 (a), (b)에 예시한 돌기부(2a4)는 복수 마련되어 있다. 예컨대, 돌기부(2a4)는, 평면도에서 보았을 때, 적어도 일부가 기판(103)의 둘레 가장자리(바깥 주변)와 중첩되는 위치에 마련할 수 있다. 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이, 평면도에서 보았을 때, 복수의 돌기부(2a4)는, 기판(103)이 마련되는 영역의 내측에 마련할 수 있다. 돌기부(2a4)에는, 돌기부(2a4)의 꼭대기부에 개구된 복수의 홈(2a4a)을 형성할 수 있다. 또한, 냉각 가스(3a1)가 배출되는 구멍을 돌기부(2a4)에 형성할 수도 있다.
또, 전술한 돌기부(2a3)과 마찬가지로, 평면도에서 보았을 때, 돌기부(2a4)의 일부분이 기판(103)이 마련되는 영역의 내측에 마련되고, 나머지 부분이 기판(103)이 마련되는 영역의 외측에 마련되도록 해도 좋다. 또한, 돌기부(2a4)는, 평면도에서 보았을 때, 기판(103)이 마련되는 영역의 근방에 위치할 수 있다. 이 경우, 복수의 돌기부(2a4)의 기판(103)측의 면이, 기판(103)이 마련되는 영역의 경계선상에 위치하도록 해도 좋다.
또한, 평면도에서 보았을 때, 돌기부(2a4)는, 기판(103)이 마련되는 영역의 경계선을 따라 연장되는 형상[배치된 기판(103)의 둘레 가장자리를 따라 연장되는 형상]을 가질 수 있다. 또, 지지부(2a2)가 마련된 위치에는 돌기부(2a4)가 마련되지 않는 경우를 예시했지만, 원환상의 돌기부(2a4)를 하나 마련하도록 할 수도 있다. 이 경우, 원환상의 돌기부(2a4)의 꼭대기부에 지지부(2a2)를 마련할 수 있다.
전술한 돌기부(2a3)과 마찬가지로, 돌기부(2a4)의 꼭대기부와 기판(103)의 이면(103a) 사이에는 작은 간극(예컨대, 1 ㎜ 이하)이 형성되도록 해도 좋다. 또한, 돌기부(2a4)의 꼭대기부의 적어도 일부와 기판(103)의 이면(103a)이 접촉하도록 해도 좋다.
또, 돌기부(2a4)의 꼭대기부와 기판(103)의 이면(103a) 사이의 간극의 치수, 간극의 배치 등은, 전술한 돌기부(2a3)의 경우와 동일하게 할 수 있다.
본 실시형태에 관한 돌기부(2a4)의 경우도, 전술한 돌기부(2a3)와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다. 구멍(2aa)으로부터 공급된 냉각 가스(3a1)는, 돌기부(2a4)에 접촉함으로써 흐름 방향이 바뀌어, 돌기부(2a4)를 따라 흐르게 된다. 돌기부(2a4)는, 배치된 기판(103)의 둘레 가장자리를 따라 연장되는 형상을 갖고 있기 때문에, 냉각 가스(3a1)는, 기판(103)의 둘레 가장자리를 따라 흐르게 된다. 기판(103)의 둘레 가장자리 근방은, 냉각 효율의 저하나 외기로부터의 입열 등에 의해 냉각이 억제되기 쉬워지지만, 돌기부(2a4)가 마련되어 있으면, 기판(103)의 둘레 가장자리를 따라 냉각 가스(3a1)를 흘릴 수 있기 때문에, 기판(103)의 둘레 가장자리 근방의 냉각을 효과적으로 행하는 것이 가능해진다.
돌기부(2a4), 배치대(2a) 및 기판(103)의 이면(103a)으로 둘러싸인 공간의 내부에 공급된 냉각 가스(3a1)는, 돌기부(2a4)에 형성된 복수의 홈(2a4a)을 통해 외부로 배출된다. 돌기부(2a4)를 분할하고, 돌기부(2a4)와 돌기부(2a4) 사이에 형성된 간극을 통해 냉각 가스(3a1)가 배출되도록 해도 좋다. 기판(103)의 평면 형상이 원형인 경우에는, 기판(103)의 둘레 가장자리 근방의 영역에 온도 분포가 생기는 것을 억제하기 위해, 기판(103)의 둘레 가장자리로 이루어지도록 균등하게 냉각 가스(3a1)가 배출되도록 하는 것이 바람직하다. 그 때문에, 냉각 가스(3a1)가 배출되는 홈(2a4a) 등은, 등간격으로 복수 형성하는 것이 바람직하다.
또, 돌기부의 배치나 간극의 설정은, 돌기부(2a4), 배치대(2a) 및 기판(103)의 이면(103a)으로 둘러싸인 공간의 내부에 공급된 냉각 가스(3a1)의 배출 상태를 결정한다. 즉, 냉각 가스(3a1)의 상기 공간으로부터의 유출(배출) 저항을 결정하는 것도 포함된다. 그리고, 이러한 조건은, 미리 실험이나 시뮬레이션을 행함으로써 구할 수 있다.
다음으로, 도 1로 되돌아가, 기판 처리 장치(1)에 마련된 다른 구성 요소에 관해 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 회전축(2b)의 한쪽 단부는 배치대(2a)의 구멍(2aa)에 감합되어 있다. 회전축(2b)의 다른쪽 단부는 케이스(6)의 외부에 마련되어 있다. 회전축(2b)은, 케이스(6)의 외부에서 구동부(2c)와 접속되어 있다.
회전축(2b)은 통형을 띤다. 회전축(2b)의 배치대(2a)측의 단부에는 분출부(2b1)가 마련되어 있다. 분출부(2b1)는, 배치대(2a)의, 복수의 지지부(2a1)가 마련되는 면에 개구되어 있다. 분출부(2b1)의 개구측의 단부는 구멍(2aa)의 내벽에 접속되어 있다. 분출부(2b1)의 개구는, 배치대(2a)에 배치된 기판(100)의 이면(100a)에 대향하고 있다.
분출부(2b1)는, 배치대(2a)측(개구측)이 됨에 따라서 단면적이 커지는 형상을 갖고 있다. 그 때문에, 분출부(2b1) 내부의 구멍은, 배치대(2a)측(개구측)이 됨에 따라서 단면적이 커진다. 또, 회전축(2b)의 선단에 분출부(2b1)를 마련하는 경우를 예시했지만, 분출부(2b1)는 후술하는 냉각 노즐(3d)의 선단에 마련할 수도 있다. 또한, 배치대(2a)의 구멍(2aa)을 분출부(2b1)로 할 수도 있다.
분출부(2b1)를 마련하면, 방출된 냉각 가스(3a1)를 기판(100)의 이면(100a)의 보다 넓은 영역에 공급할 수 있다. 또한, 냉각 가스(3a1)의 방출 속도를 저하시킬 수 있다. 그 때문에, 기판(100)이 부분적으로 냉각되거나, 기판(100)의 냉각 속도가 지나치게 빨라지거나 하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 후술하는 액체(101)의 과냉각 상태를 발생시키는 것이 용이해진다. 또한, 기판(100)의 표면(100b)의 보다 넓은 영역에서 액체(101)의 과냉각 상태를 발생시킬 수 있다. 그 때문에, 오염물의 제거율을 향상시킬 수 있다.
회전축(2b)의, 배치대(2a)측과는 반대측의 단부에는 냉각 노즐(3d)이 부착되어 있다. 회전축(2b)의, 배치대(2a)측과는 반대측의 단부와 냉각 노즐(3d)의 사이에는, 도시하지 않은 회전축 시일이 마련되어 있다. 그 때문에, 회전축(2b)의, 배치대(2a)측과는 반대측의 단부는 기체가 밀봉되도록 되어 있다.
구동부(2c)는 케이스(6)의 외부에 마련되어 있다. 구동부(2c)는 회전축(2b)과 접속되어 있다. 구동부(2c)는 모터 등의 회전 기기를 가질 수 있다. 구동부(2c)의 회전력은 회전축(2b)을 통해 배치대(2a)에 전달된다. 그 때문에, 구동부(2c)에 의해 배치대(2a), 나아가서는 배치대(2a)에 배치된 기판(100)을 회전시킬 수 있다.
또한, 구동부(2c)는, 회전의 개시와 회전의 정지뿐만 아니라, 회전수(회전 속도)를 변화시킬 수 있다. 구동부(2c)는, 예컨대 서보 모터 등의 제어 모터를 구비한 것으로 할 수 있다.
냉각부(3)는, 배치대(2a)와 기판(100)의 이면(100a) 사이의 공간에 냉각 가스(3a1)를 공급한다. 냉각부(3)는, 냉각액부(3a), 필터(3b), 유량 제어부(3c) 및 냉각 노즐(3d)을 갖는다. 냉각액부(3a), 필터(3b) 및 유량 제어부(3c)는 케이스(6)의 외부에 마련되어 있다.
냉각액부(3a)는 냉각액의 수납 및 냉각 가스(3a1)를 생성한다. 냉각액은 냉각 가스(3a1)를 액화한 것이다. 냉각 가스(3a1)는, 기판(100)의 재료와 반응하기 어려운 가스라면 특별히 한정되지 않는다. 냉각 가스(3a1)는, 예컨대 질소 가스, 헬륨 가스, 아르곤 가스 등의 불활성 가스로 할 수 있다.
이 경우, 비열이 높은 가스를 이용하면 기판(100)의 냉각 시간을 단축할 수 있다. 예컨대, 헬륨 가스를 이용하면 기판(100)의 냉각 시간을 단축할 수 있다. 또한, 질소 가스를 이용하면 기판(100)의 처리 비용을 저감시킬 수 있다.
냉각액부(3a)는, 냉각액을 수납하는 탱크와, 탱크에 수납된 냉각액을 기화시키는 기화부를 갖는다. 탱크에는, 냉각액의 온도를 유지하기 위한 냉각 장치가 마련되어 있다. 기화부는, 냉각액의 온도를 상승시켜 냉각액으로부터 냉각 가스(3a1)를 생성한다. 기화부는, 예컨대 외기 온도를 이용하거나, 열매체에 의한 가열을 이용하거나 할 수 있다. 냉각 가스(3a1)의 온도는, 액체(101)의 응고점 이하의 온도이면 되며, 예컨대 -170℃로 할 수 있다.
또, 냉각액부(3a)가, 탱크에 수납된 냉각액을 기화시킴으로써 냉각 가스(3a1)를 생성하는 경우를 예시했지만, 질소 가스 등을 칠러 등으로 냉각시켜 냉각 가스(3a1)로 할 수도 있다. 이와 같이 하면, 냉각액부를 간소화할 수 있다.
필터(3b)는 배관을 통해 냉각액부(3a)에 접속되어 있다. 필터(3b)는, 냉각액에 포함되어 있던 파티클 등의 오염물이 기판(100)측으로 유출되는 것을 억제한다.
유량 제어부(3c)는 배관을 통해 필터(3b)에 접속되어 있다. 유량 제어부(3c)는 냉각 가스(3a1)의 유량을 제어한다. 유량 제어부(3c)는, 예컨대 MFC(Mass Flow Controller) 등으로 할 수 있다. 또한, 유량 제어부(3c)는, 냉각 가스(3a1)의 공급 압력을 제어함으로써 냉각 가스(3a1)의 유량을 간접적으로 제어하는 것이어도 좋다. 이 경우, 유량 제어부(3c)는, 예컨대 APC(Auto Pressure Controller) 등으로 할 수 있다.
냉각액부(3a)에서 냉각액으로부터 생성된 냉각 가스(3a1)의 온도는, 대략 소정의 온도로 되어 있다. 그 때문에, 유량 제어부(3c)에 의해 냉각 가스(3a1)의 유량을 제어함으로써, 기판(100)의 온도, 나아가서는 기판(100)의 표면(100b)에 있는 액체(101)의 온도를 제어할 수 있다. 이 경우, 유량 제어부(3c)에 의해 냉각 가스(3a1)의 유량을 제어함으로써, 후술하는 과냉각 공정에서 액체(101)의 과냉각 상태를 발생시킬 수 있다.
냉각 노즐(3d)은 통형을 띤다. 냉각 노즐(3d)의 한쪽 단부는 유량 제어부(3c)에 접속되어 있다. 냉각 노즐(3d)의 다른쪽 단부는 회전축(2b)의 내부에 마련되어 있다. 냉각 노즐(3d)의 다른쪽 단부는, 분출부(2b1)의, 배치대(2a)측(개구측)과는 반대의 단부의 근방에 위치하고 있다.
냉각 노즐(3d)은, 유량 제어부(3c)에 의해 유량이 제어된 냉각 가스(3a1)를 기판(100)에 공급한다. 냉각 노즐(3d)로부터 방출된 냉각 가스(3a1)는, 분출부(2b1)를 통해 기판(100)의 이면(100a)에 직접 공급된다.
제1 액체 공급부(4)는, 기판(100)의 표면(100b)에 액체(101)를 공급한다. 후술하는 동결 공정에서, 액체(101)가 액체로부터 고체로 상변화하면 체적이 변화하기 때문에 압력파가 생긴다. 이 압력파에 의해, 기판(100)의 표면(100b)에 부착되어 있는 오염물이 분리된다고 생각된다. 그 때문에, 액체(101)는, 기판(100)의 재료와 반응하기 어려운 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 또, 액체(101)와 액체(101)가 동결된 것이 전체적으로 존재하는 상태를 「고액상」으로 호칭한다.
또, 액체(101)를 동결했을 때에 체적이 증가하는 액체로 하면, 체적 증가에 따르는 물리력을 이용하여 기판(100)의 표면에 부착되어 있는 오염물을 분리할 수 있다고도 생각된다. 그 때문에, 액체(101)는, 기판(100)의 재료와 반응하기 어렵고 동결했을 때에 체적이 증가하는 액체로 하는 것이 바람직하다. 예컨대, 액체(101)는, 물(예컨대 순수나 초순수 등)이나, 물을 주성분으로 하는 액체 등으로 할 수 있다.
물을 주성분으로 하는 액체로 하는 경우, 물 이외의 성분이 너무 많아지면, 체적 증가에 따르는 물리력을 이용하는 것이 어려워지기 때문에, 오염물의 제거율이 저하될 우려가 있다. 그 때문에, 물 이외의 성분의 농도는, 5 wt% 이상, 30 wt% 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 액체(101)에는 가스를 용존시킬 수 있다. 가스는, 예컨대 탄산 가스, 오존 가스, 수소 가스 등으로 할 수 있다. 액체(101)에 탄산 가스를 용존시키면 액체(101)의 도전율을 높일 수 있기 때문에, 기판(100)의 제전이나 대전 방지를 행할 수 있다. 액체(101)에 오존 가스를 용존시키면, 유기물로 이루어진 오염물을 용해할 수 있다.
제1 액체 공급부(4)는 액체 수납부(4a), 공급부(4b), 유량 제어부(4c) 및 액체 노즐(4d)을 갖는다. 액체 수납부(4a), 공급부(4b) 및 유량 제어부(4c)는 케이스(6)의 외부에 마련되어 있다.
액체 수납부(4a)는 전술한 액체(101)를 수납한다. 액체(101)는, 응고점보다 높은 온도로 액체 수납부(4a)에 수납된다. 액체(101)는, 예컨대 상온(20℃)으로 수납된다.
공급부(4b)는, 배관을 통해 액체 수납부(4a)에 접속되어 있다. 공급부(4b)는, 액체 수납부(4a)에 수납되어 있는 액체(101)를 액체 노즐(4d)을 향해 공급한다. 공급부(4b)는, 예컨대 액체(101)에 대한 내성을 갖는 펌프 등으로 할 수 있다. 또, 공급부(4b)가 펌프인 경우를 예시했지만, 공급부(4b)는 펌프에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 공급부(4b)는, 액체 수납부(4a)의 내부에 가스를 공급하여, 액체 수납부(4a)에 수납되어 있는 액체(101)를 압송하는 것으로 해도 좋다.
유량 제어부(4c)는 배관을 통해 공급부(4b)에 접속되어 있다. 유량 제어부(4c)는, 공급부(4b)에 의해 공급된 액체(101)의 유량을 제어한다. 유량 제어부(4c)는, 예컨대 유량 제어 밸브로 할 수 있다. 또한, 유량 제어부(4c)는, 액체(101)의 공급의 개시와 공급의 정지도 행할 수 있다.
액체 노즐(4d)은 케이스(6)의 내부에 마련되어 있다. 액체 노즐(4d)은 통형을 띤다. 액체 노즐(4d)의 한쪽 단부는, 배관을 통해 유량 제어부(4c)에 접속되어 있다. 액체 노즐(4d)의 다른쪽 단부는, 배치대(2a)에 배치된 기판(100)의 표면(100b)에 대향하고 있다. 그 때문에, 액체 노즐(4d)로부터 토출한 액체(101)는 기판(100)의 표면(100b)에 공급된다.
또한, 액체 노즐(4d)의 다른쪽 단부[액체(101)의 토출구]는 기판(100)의 표면(100b)의 대략 중앙에 위치하고 있다. 액체 노즐(4d)로부터 토출한 액체(101)는, 기판(100)의 표면(100b)의 대략 중앙으로부터 퍼져, 기판(100)의 표면(100b)에서 대략 일정한 두께를 갖는 액막이 형성된다. 또한, 이하에서는, 기판(100)의 표면(100b)에 형성된 액체(101)의 막을 액막으로 칭한다.
제2 액체 공급부(5)는 기판(100)의 표면(100b)에 액체(102)를 공급한다. 제2 액체 공급부(5)는, 액체 수납부(5a), 공급부(5b), 유량 제어부(5c) 및 액체 노즐(4d)을 갖는다.
액체(102)는 후술하는 해동 공정에서 이용할 수 있다. 그 때문에, 액체(102)는, 기판(100)의 재료와 반응하기 어렵고 후술하는 건조 공정에서 기판(100)의 표면(100b)에 잔류하기 어려운 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 액체(102)는, 예컨대 물(예컨대 순수나 초순수 등)이나, 물과 알코올의 혼합액 등으로 할 수 있다.
액체 수납부(5a)는 전술한 액체 수납부(4a)와 동일하게 할 수 있다. 공급부(5b)는 전술한 공급부(4b)와 동일하게 할 수 있다. 유량 제어부(5c)는 전술한 유량 제어부(4c)와 동일하게 할 수 있다.
또한, 액체(102)와 액체(101)가 동일한 경우에는 제2 액체 공급부(5)를 생략할 수 있다. 또한, 액체 노즐(4d)을 겸용하는 경우를 예시했지만, 액체(101)를 토출하는 액체 노즐과, 액체(102)를 토출하는 액체 노즐을 따로따로 마련할 수도 있다.
또한, 액체(102)의 온도는 액체(101)의 응고점보다 높은 온도로 할 수 있다. 또한, 액체(102)의 온도는 동결된 액체(101)를 해동할 수 있는 온도로 할 수도 있다. 액체(102)의 온도는, 예컨대 상온(20℃) 정도로 할 수 있다.
제2 액체 공급부(5)가 생략되는 경우에는, 해동 공정에서 제1 액체 공급부(4)를 이용한다. 즉, 액체(101)를 이용한다. 액체(101)의 온도는 동결된 액체(101)를 해동할 수 있는 온도로 할 수도 있다. 액체(101)의 온도는, 예컨대 상온(20℃) 정도로 할 수 있다.
케이스(6)는 상자형을 띤다. 케이스(6)의 내부에는 커버(6a)가 마련되어 있다. 커버(6a)는, 기판(100)에 공급되고, 기판(100)이 회전함으로써 기판(100)의 외부로 배출된 액체(101, 102)를 받아낸다. 커버(6a)는 통형을 띤다. 커버(6a)의, 배치대(2a)측과는 반대측의 단부의 근방[커버(6a)의 상단 근방]은, 커버(6a)의 중심을 향해 굴곡되어 있다. 그 때문에, 기판(100)의 상측으로 비산하는 액체(101, 102)의 포착을 용이하게 할 수 있다.
또한, 케이스(6)의 내부에는 구획판(6b)이 마련되어 있다. 구획판(6b)은, 커버(6a)의 외면과 케이스(6)의 내면 사이에 마련되어 있다.
케이스(6)의 저면측의 측면에는 복수의 배출구(6c)가 마련되어 있다. 도 1에 예시한 케이스(6)의 경우에는, 배출구(6c)가 2개 마련되어 있다. 사용 완료한 냉각 가스(3a1), 공기(7a), 액체(101) 및 액체(102)는, 배출구(6c)로부터 케이스(6)의 외부로 배출된다. 배출구(6c)에는 배기관(6c1)이 접속되고, 배기관(6c1)에는 사용 완료한 냉각 가스(3a1), 공기(7a)를 배기하는 배기부(펌프)(11)가 접속되어 있다. 또한, 배출구(6c)에는 액체(101, 102)를 배출하는 배출관(6c2)이 접속되어 있다.
배출구(6c)는 기판(100)보다 하측에 마련되어 있다. 그 때문에, 냉각 가스(3a1)가 배출구(6c)로부터 배기됨으로써 다운플로우의 흐름이 만들어진다. 그 결과, 파티클이 날리는 것을 방지할 수 있다.
평면도에서 보았을 때, 복수의 배출구(6c)는 케이스(6)의 중심에 대하여 대칭이 되도록 마련되어 있다. 이와 같이 하면, 케이스(6)의 중심에 대하여 냉각 가스(3a1)의 배기 방향이 대칭이 된다. 냉각 가스(3a1)의 배기 방향이 대칭이 되면, 냉각 가스(3a1)의 배기가 원활해진다.
송풍부(7)는 케이스(6)의 천장면에 마련되어 있다. 또한, 송풍부(7)는, 천장측이라면 케이스(6)의 측면에 마련할 수도 있다. 송풍부(7)는 팬 등의 송풍기와 필터를 구비할 수 있다. 필터는, 예컨대 HEPA 필터(High Efficiency Particulate Air Filter) 등으로 할 수 있다.
송풍부(7)는, 구획판(6b)과 케이스(6)의 천장 사이의 공간에 공기(7a)(외기)를 공급한다. 그 때문에, 구획판(6b)과 케이스(6)의 천장 사이의 공간의 압력이 외부의 압력보다 높아진다. 그 결과, 송풍부(7)에 의해 공급된 공기(7a)를 배출구(6c)로 유도하는 것이 용이해진다. 또한, 파티클 등의 오염물이, 배출구(6c)로부터 케이스(6)의 내부에 침입하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 송풍부(7)는 기판(100)의 표면(100b)에 실온의 공기(7a)를 공급한다. 그 때문에, 송풍부(7)는, 공기(7a)의 공급량을 제어함으로써 기판(100) 상의 액체(101, 102)의 온도를 변화시킬 수 있다. 그 때문에, 송풍부(7)는, 후술하는 과냉각 공정에서 액체(101)의 과냉각 상태를 제어하거나, 해동 공정에서 액체(101)의 해동을 촉진시키거나, 건조 공정에서 액체(102)의 건조를 촉진시키거나 할 수도 있다.
측정부(8)는, 구획판(6b)과 케이스(6)의 천장 사이의 공간에 마련되어 있다. 측정부(8)는, 기판(100)의 표면(100b) 상의 액체(101)의 온도를 측정한다. 이 경우, 측정부(8)는, 예컨대 방사 온도계, 서모 뷰어, 열전대, 측온 저항체 등의 온도 센서로 할 수 있다. 또한, 측정부(8)는, 기판(100)의 표면(100b) 상의 액체(101)의 두께(액막의 두께)를 측정하는 것으로 해도 좋다. 이 경우, 측정부(8)는, 예컨대 레이저 변위계, 초음파 변위계 등으로 할 수 있다. 측정된 액체(101)의 온도나 두께는, 후술하는 과냉각 공정에서 액체(101)의 과냉각 상태를 제어하는 데 이용할 수 있다.
또, 과냉각 상태를 제어한다는 것은, 과냉각 상태에 있는 액체(101)의 온도 변화의 커브를 제어하여, 액체(101)가 급격히 냉각됨으로써 동결되지 않도록 하는 것, 즉 과냉각 상태가 유지되도록 하는 것이다.
제어부(9)는, 기판 처리 장치(1)에 마련된 각 요소의 동작을 제어한다. 제어부(9)는, 예컨대 CPU(Central Processing Unit) 등의 연산 소자와, 반도체 메모리 등의 기억 소자를 가질 수 있다. 제어부(9)는, 예컨대 컴퓨터로 할 수 있다. 기억 소자에는, 기판 처리 장치(1)에 마련된 각 요소의 동작을 제어하는 제어 프로그램을 저장할 수 있다. 연산 소자는, 기억 소자에 저장되어 있는 제어 프로그램, 조작자에 의해 입력된 데이터, 측정부(8)로부터의 데이터 등을 이용하여, 기판 처리 장치(1)에 마련된 각 요소의 동작을 제어한다.
예컨대, 액체(101)의 냉각 속도는 액막의 두께와 상관관계가 있다. 예컨대, 액막의 두께가 얇아질수록 액체(101)의 냉각 속도가 빨라진다. 반대로, 액막의 두께가 두꺼워질수록 액체(101)의 냉각 속도가 느려진다. 그 때문에, 제어부(9)는, 측정부(8)에 의해 측정된 액체(101)의 두께(액막의 두께)에 기초하여, 냉각 가스(3a1)의 유량, 나아가서는 액체(101)의 냉각 속도를 제어할 수 있다. 또, 액체(101)의 온도나 냉각 속도의 제어는, 후술하는 과냉각 공정에서 액체(101)의 과냉각 상태를 제어할 때에 행해진다. 그 때문에, 예컨대, 제어부(9)는, 기판(100)의 회전, 냉각 가스(3a1)의 유량 및 액체(101)의 공급량을 제어할 수 있다.
다음으로, 기판 처리 장치(1)의 작용에 관해 예시한다.
도 7은 기판 처리 장치(1)의 작용을 예시하기 위한 타이밍차트이다.
또, 도 7은, 기판(100)이 6025 쿼츠(Qz) 기판(152 ㎜×152 ㎜×6.35 ㎜), 액체(101)가 순수인 경우이다.
우선, 케이스(6)의 도시하지 않은 반입 반출구를 통해 기판(100)이 케이스(6)의 내부에 반입된다. 반입된 기판(100)은, 배치대(2a)의 복수의 지지부(2a1)의 위에 배치, 지지된다.
기판(100)이 배치대(2a)에 지지된 후에, 도 7에 도시하는 바와 같이 예비 공정, 냉각 공정(과냉각 공정+동결 공정), 해동 공정, 건조 공정을 포함하는 동결 세정 공정이 행해진다.
우선, 도 7에 도시하는 바와 같이 예비 공정이 실행된다. 예비 공정에서는, 제어부(9)가 공급부(4b) 및 유량 제어부(4c)를 제어하여, 기판(100)의 표면(100b)에 소정 유량의 액체(101)를 공급한다. 또한, 제어부(9)가 유량 제어부(3c)를 제어하여, 기판(100)의 이면(100a)에 소정 유량의 냉각 가스(3a1)를 공급한다. 또한, 제어부(9)가 구동부(2c)를 제어하여, 기판(100)을 제2 회전수로 회전시킨다.
따라서, 회전하는 기판(100)에, 액체(101)가 방류되는 상태가 된다.
예컨대, 도 7에 예시한 것의 경우에는, 기판(100)의 회전수를 제2 회전수로서, 예컨대 50 rpm~500 rpm 정도로 할 수 있다. 또한, 액체(101)의 유량을 0.1 L/min~1 L/min 정도로 할 수 있다. 또한, 냉각 가스(3a1)의 유량을 40 NL/min~200 NL/min 정도로 할 수 있다. 또한, 예비 공정의 공정 시간을 1800초 정도로 할 수 있다. 또, 예비 공정의 공정 시간은, 기판(100)의 면내 온도가 대략 균일해지는 시간이면 되며, 미리 실험이나 시뮬레이션을 행함으로써 구할 수 있다.
예비 공정에서의 액막의 온도는, 액체(101)가 방류 상태이기 때문에, 공급되는 액체(101)의 온도와 거의 동일해진다. 예컨대, 공급되는 액체(101)의 온도가 상온(20℃) 정도인 경우, 액막의 온도는 상온(20℃) 정도가 된다.
다음으로, 도 7에 나타낸 바와 같이 냉각 공정(과냉각 공정+ 동결 공정)이 실행된다. 또, 본 실시형태에서는, 냉각 공정 중, 액체(101)가 과냉각 상태가 되고 나서 동결이 시작되기까지의 공정을 「과냉각 공정」, 과냉각 상태의 액체(101)가 동결 상태가 되고, 해동 공정에 의해 해동이 시작되기까지를 「동결 공정」으로 호칭한다.
여기서, 액체(101)의 냉각 속도가 너무 빨라지면, 액체(101)가 과냉각 상태가 되지 않고, 바로 동결되어 버린다. 그 때문에, 제어부(9)는, 냉각 가스(3a1)의 유량 및 기판(100)의 회전수의 적어도 어느 하나를 제어함으로써, 기판(100)의 표면(100b)의 액체(101)가 과냉각 상태가 되도록 한다.
냉각 공정(과냉각 공정+ 동결 공정)에서는, 도 7에 예시한 바와 같이, 제1 회전수로 한 후에, 예비 공정에서 공급되고 있던 액체(101)의 공급을 정지한다. 기판(100)의 회전수는, 0 rpm~50 rpm 정도로 한다. 제1 회전수는, 공급부(4b)로부터 공급된 액체(101)가 기판(100)의 표면(100b)에서 퍼져 균일한 두께의 액막이 형성되고, 균일한 두께의 액막이 유지되는 정도의 회전수이다. 즉, 제어부(9)는, 예비 공정시의 회전수보다 적은 회전수로 기판(100)을 회전시킨다. 또한, 이 때의 액체(101)의 액막의 두께는, 기판(100)의 표면(100b)에 형성된 요철부의 높이 치수 이상으로 할 수 있다. 또, 액막의 두께가 얇은 경우에, 과냉각으로 하는 것이 어려워지는 경우가 있다. 이러한 경우는, 액막의 두께를 대략 100 μm 이상으로 하는 것이 좋다. 구체적인 회전수의 조건은, 실험이나 시뮬레이션을 행함으로써 적절하게 결정하는 것이 바람직하다. 또한, 냉각 가스(3a1)의 유량은 예비 공정과 동일하게 유지되고 있다.
이와 같이, 냉각 공정(과냉각 공정+동결 공정)에서는, 액체(101)의 공급을 정지시키는 것, 및 기판(100)의 회전수를 제2 회전수보다 적은 제1 회전수가 되도록 제어함으로써, 기판(100) 상의 액체(101)가 정체되도록 한다. 그 때문에, 기판(100)의 이면(100a)에 계속 공급되고 있던 냉각 가스(3a1)에 의해, 기판(100) 상의 액막의 온도가 예비 공정에서의 액막의 온도보다 더 낮아져, 과냉각 상태가 된다. 또, 예비 공정을 제1 회전수로 실시하고, 기판(100)의 면내 온도가 균일해지면, 액체(101)의 공급을 정지시키도록 해도 좋다.
액체(101)가 과냉각 상태가 되는 조건은, 기판(100)의 크기, 액체(101)의 점도, 냉각 가스(3a1)의 비열 등의 영향을 받는다. 그 때문에, 액체(101)가 과냉각 상태가 되는 제어 조건은, 실험이나 시뮬레이션을 행함으로써 적절하게 결정하는 것이 바람직하다.
과냉각 상태에서는, 예컨대 액막의 온도, 파티클 등의 오염물이나 기포의 존재, 진동 등에 의해 액체(101)의 동결이 개시된다. 예컨대, 파티클 등의 오염물이 존재하는 경우, 액체(101)의 온도가 -35℃ 이상, -20℃ 이하가 되면 액체(101)의 동결이 개시된다. 또한, 기판(100)의 회전을 변동시키거나 하여 액체(101)에 진동을 가함으로써, 액체(101)의 동결을 개시시킬 수도 있다.
과냉각 상태의 액체(101)의 동결이 개시되면, 과냉각 공정으로부터 동결 공정으로 이행한다. 동결 공정에서는, 기판(100)의 표면(100b)에, 액체(101)와 액체(101)가 동결한 것이 존재한다. 기판(100)의 이면(100a)에 계속 공급되고 있는 냉각 가스(3a1)에 의해, 기판(100) 상의 액막의 온도가 동결 공정에서 더 내려가고, 완전히 동결되어 빙막이 형성된다.
또, 과냉각 상태가 된 액체(101)를 동결시키는 조건은, 예시한 것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 냉각 가스(3a1)의 유량을 증가시키도록 해도 좋다. 또한, 과냉각 상태에 있는 액체(101)에 진동을 인가하거나 하여 액체(101)를 동결시키도록 해도 좋다. 예컨대, 기판(100)의 회전수를 변화시키거나, 회전축(2b) 등을 통해 간접적으로, 혹은 직접적으로, 기판(100) 상의 액체(101)에 진동을 가하는 초음파 발생 장치를 마련할 수도 있다.
다음으로, 도 7에 도시하는 바와 같이 해동 공정이 실행된다. 또, 도 7에 예시한 것은, 액체(101)와 액체(102)가 동일한 액체인 경우이다. 그 때문에, 도 7에서는 액체(101)로 기재하고 있다. 해동 공정에서는, 제어부(9)가 공급부(4b) 및 유량 제어부(4c)를 제어하여, 기판(100)의 표면(100b)에 소정 유량의 액체(101)를 공급한다. 또, 액체(101)와 액체(102)가 상이한 경우에는, 제어부(9)가 공급부(5b) 및 유량 제어부(5c)를 제어하여, 기판(100)의 표면(100b)에 소정 유량의 액체(102)를 공급한다.
또한, 제어부(9)가 유량 제어부(3c)를 제어하여, 냉각 가스(3a1)의 공급을 정지시킨다. 또한, 제어부(9)가 구동부(2c)를 제어하여, 기판(100)의 회전수를 제3 회전수로 증가시킨다. 제3 회전수는, 예컨대 200 rpm~700 rpm 정도로 할 수 있다. 기판(100)의 회전이 빨라지면, 액체(101)와 액체(101)가 동결된 것을 원심력으로 털어낼 수 있다. 그 때문에, 액체(101)와 액체(101)가 동결된 것을 기판(100)의 표면(100b)으로부터 배출할 수 있다. 이 때, 기판(100)의 표면(100b)으로부터 분리된 오염물도 액체(101)와 액체(101)가 동결된 것과 함께 배출된다.
또, 액체(101) 또는 액체(102)의 공급량은, 해동이 가능하다면 특별히 한정되지 않는다. 또한, 기판(100)의 제3 회전수는, 액체(101), 액체(101)가 동결된 것, 및 오염물을 배출할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않는다.
또한, 해동의 개시는, 반드시 빙막에 대하여 행할 필요는 없고, 예컨대 액체(101)가 과냉각 상태로부터 적어도 일부가 동결된 상태에서 해동을 개시해도 좋다.
다음으로, 도 7에 도시하는 바와 같이 건조 공정이 실행된다. 건조 공정에서는, 제어부(9)가 공급부(4b) 및 유량 제어부(4c)를 제어하여, 액체(101)의 공급을 정지시킨다. 액체(101)와 액체(102)가 상이한 액체인 경우에는, 제어부(9)가 공급부(5b) 및 유량 제어부(5c)를 제어하여, 액체(102)의 공급을 정지시킨다.
또한, 제어부(9)가 구동부(2c)를 제어하여, 기판(100)의 회전수를 제3 회전수보다 빠른 제4 회전수로 증가시킨다. 기판(100)의 회전이 빨라지면, 기판(100)의 건조를 신속하게 행할 수 있다. 또, 기판(100)의 제4 회전수는, 건조가 가능하다면 특별히 한정되지 않는다.
동결 세정이 종료한 기판(100)은, 케이스(6)의 도시하지 않은 반입 반출구를 통해 케이스(6)의 외부로 반출된다.
이상과 같이 함으로써, 기판(100)의 처리(오염물의 제거)를 행할 수 있다.
여기서, 전술한 바와 같이, 기판(100)의 둘레 가장자리 근방은, 냉각 효율의 저하나 외기로부터의 입열 등에 의해 냉각이 억제되기 쉬워진다. 본 실시형태에 관한 배치대(2a)에는 돌기부(2a3)가 마련되어 있기 때문에, 구멍(2aa)으로부터 공급된 냉각 가스(3a1)를 기판(100)의 둘레 가장자리를 따라 흘릴 수 있다. 그 때문에, 기판(100)의 둘레 가장자리 근방의 냉각을 효과적으로 행할 수 있기 때문에, 기판(100)의 둘레 가장자리 근방에서의 오염물의 제거율이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 관한 기판 처리 장치(1)에서는, 기판(100)의 이면(100a)에 냉각 가스(3a1)를 공급하여, 기판(100)의 표면(100b)에 공급된 액체(101)를 냉각시키고 있다. 이 경우, 예컨대, 기판(100)의 표면(100b)측에 냉각 가스(3a1)를 공급하면, 액막에 국소적인 동결이 발생하는 경우가 있다. 이에 비하여, 기판(100)의 이면(100a)측에 냉각 가스(3a1)를 공급하면, 기판(100)을 통해 액막을 냉각시킬 수 있기 때문에, 액막에 국소적인 동결이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 그 때문에, 기판(100)의 표면(100b)에 형성된 요철부 사이에 가해지는 압력을 균일화할 수 있기 때문에, 요철부의 도괴(파손)를 억제할 수 있다. 또한, 공급된 냉각 가스(3a1)에 의해 액체(101)가 날아가지 않기 때문에, 막두께를 유지한 채로 동결을 행할 수 있다.
또한, 기판(100)의 이면(100a)으로부터 표면(100b)을 향해 두께 방향으로 냉각이 진행되기 때문에, 액막에 두께 방향의 온도 구배가 존재하더라도, 기판(100)의 표면(100b)과 액체(101)의 계면의 온도를 가장 낮게 할 수 있다. 그 때문에, 액체(101)의 동결은, 기판(100)의 표면(100b)과 액체(101)의 계면측으로부터 시작된다. 또한, 계면 부근의 액체(101)의 온도를 가장 낮게 할 수 있기 때문에, 계면 부근에서, 동결된 액체(101)의 팽창을 크게 할 수 있다. 그 때문에, 기판(100)의 표면(100b)에 부착된 오염물을 효율적으로 분리할 수 있다.
도 8은 다른 실시형태에 관한 기판 처리 장치(1a)를 예시하기 위한 모식도이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 기판 처리 장치(1a)에는, 배치부(2), 냉각부(3), 제1 액체 공급부(4), 제2 액체 공급부(5), 케이스(6), 송풍부(7), 측정부(8), 온도 측정부(8a), 가스 공급부(10), 배기부(11) 및 제어부(9)가 마련되어 있다.
온도 측정부(8a)는 기판(100)과 배치대(2a) 사이의 공간의 온도를 측정한다. 이 온도는, 기판(100)과 배치대(2a) 사이를 흐르는 혼합 가스[냉각 가스(3a1)와 가스(10d)가 혼합된 가스]의 온도와 거의 같다. 온도 측정부(8a)는, 예컨대 방사선 온도계, 서모 뷰어, 열전대, 측온 저항체 등으로 할 수 있다.
가스 공급부(10)는 가스 수납부(10a), 유량 제어부(10b) 및 접속부(10c)를 가진다.
가스 수납부(10a)는 가스(10d)의 수납과 공급을 행한다. 가스 수납부(10a)는, 가스(10d)가 수납된 고압 봄베나 공장 배관 등으로 할 수 있다.
유량 제어부(10b)는 가스(10d)의 유량을 제어한다. 유량 제어부(10b)는, 예컨대 가스(10d)의 유량을 직접적으로 제어하는 MFC로 할 수도 있고, 압력을 제어함으로써 가스(10d)의 유량을 간접적으로 제어하는 APC로 할 수도 있다.
접속부(10c)는 회전축(2b)에 접속되어 있다. 접속부(10c)는, 회전축(2b)과 냉각 노즐(3d) 사이의 공간과, 유량 제어부(10b)를 접속한다. 접속부(10c)는, 예컨대 로터리 조인트로 할 수 있다.
가스(10d)는, 기판(100)의 재료와 반응하기 어려운 가스라면 특별히 한정되지 않는다. 가스(10d)는, 예컨대 질소 가스, 헬륨 가스, 아르곤 가스 등의 불활성 가스로 할 수 있다. 이 경우, 가스(10d)는 냉각 가스(3a1)와 동일한 가스로 할 수 있다. 다만, 가스(10d)의 온도는, 냉각 가스(3a1)의 온도보다 높게 되어 있다. 가스(10d)의 온도는, 예컨대 실온으로 할 수 있다.
액체(101)의 냉각 속도가 너무 빨라지면 액체(101)가 과냉각 상태가 되지 않고 바로 동결되어 버린다. 즉, 과냉각 공정을 행할 수 없게 된다. 이 경우, 액체(101)의 냉각 속도는, 기판(100)의 회전수 및 냉각 가스(3a1)의 유량 중의 적어도 어느 하나에 의해 제어할 수 있다. 그런데, 냉각 가스(3a1)의 온도는, 냉각 가스(3a1)를 공급하는 냉각부에서의 온도 설정에 의해 거의 일정해진다. 그 때문에, 냉각 가스(3a1)의 유량에서는, 액체(101)의 냉각 속도를 느리게 하는 것이 어려워지는 경우가 있다.
또한, 기판(100)의 회전수를 적게 하면, 액막의 두께가 두꺼워지기 때문에 냉각 속도를 느리게 할 수 있다. 그러나, 액막의 두께에는, 표면장력에 의해 유지되는 한계의 두께가 있기 때문에, 기판(100)의 회전수에서는 액체(101)의 냉각 속도를 느리게 하는 것이 어려워지는 경우가 있다.
따라서, 본 실시형태에서는, 냉각 가스(3a1)보다 온도가 높은 가스(10d)와, 냉각 가스(3a1)를 혼합시킴으로써, 액체(101)의 냉각 속도를 느리게 할 수 있도록 하고 있다. 액체(101)의 냉각 속도는, 가스(10d)와 냉각 가스(3a1)의 유량, 가스(10d)와 냉각 가스(3a1)의 혼합 비율, 가스(10d)의 온도 등에 의해 제어할 수 있다.
냉각 가스(3a1)에 냉각 가스(3a1)보다 온도가 높은 가스(10d)를 혼합시킴으로써, 기판(100)과 배치대(2a) 사이의 공간에 공급하는 가스의 온도를 보다 치밀하게 조정할 수 있다. 따라서, 기판(100)의 냉각 온도를 보다 정밀하게 조정할 수 있다. 또한, 액체(101)의 과냉각 상태의 제어를 보다 용이하게 행할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 돌기부(2a3)에 의해 기판(100)의 면내 온도도 균등하게 할 수 있다. 그 때문에, 액체(101)의 과냉각 상태의 제어를 보다 용이하게 행할 수 있고, 오염물의 제거율이 향상된다.
또한, 측정부(8)에 의해, 액막의 온도를 검출하여 냉각 가스(3a1)의 유량을 제어했다 하더라도, 기판(100)의 표면(100b)측의 온도(액막의 온도)와, 기판(100)의 이면(100a)측의 온도에는 차가 발생한 경우가 있다. 그 때문에, 측정부(8)에서 검출된 액막의 온도에만 기초하여 냉각 가스(3a1)의 유량을 제어하면, 액막의 온도가 적정 온도가 되었다 하더라도, 액막의 온도와, 기판(100)의 이면(100a)의 온도 사이에 차가 생겨 기판(100)의 두께 방향의 온도 구배가 커지는 경우가 있다. 기판(100)의 두께 방향의 온도 구배가 커지면, 온도 불균일에 의한 밀도 변화가 동결의 기점이 되는 경우도 있고, 이 때문에 동결의 타이밍이 기판(100)마다 달라질 우려가 있다.
본 실시형태에 의하면, 제어부(9)는, 온도 측정부(8a)에 의해 측정된 온도에 기초하여, 가스(10d)와 냉각 가스(3a1)의 유량, 가스(10d)와 냉각 가스(3a1)의 혼합 비율 중의 적어도 어느 하나를 제어할 수 있다.
그 때문에, 제어부(9)는, 예비 공정에서 이러한 제어를 행하고, 측정부(8)에서 검출된 온도와, 온도 측정부(8a)에서 검출된 온도의 차가 소정의 범위 내가 된 후에, 예비 공정으로부터 과냉각 공정[액체(101)의 공급 정지]으로 전환할 수 있다. 이와 같이 하면, 기판(100)의 두께 방향의 온도 구배가 작아진 상태에서 동결을 개시시킬 수 있기 때문에, 동결의 타이밍이 달라지는 것을 억제할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 돌기부(2a3)에 의해 기판(100)의 면내 온도도 균등하게 할 수 있다. 그 때문에, 액체(101)의 과냉각 상태의 제어를 보다 용이하게 행할 수 있고, 오염물의 제거율이 향상된다.
또, 유량 제어부(3c)에 의해 냉각 가스(3a1)의 유량을 제어하지 않고[냉각 가스(3a1)의 유량을 일정하게 하여], 가스 공급부(10)로부터 공급되는 가스(10d)의 유량을 제어하여, 액체(101)의 과냉각 상태를 제어할 수도 있다. 이러한 경우에는 유량 제어부(3c)를 생략할 수 있다. 다만, 유량 제어부(3c) 및 가스 공급부(10)를 마련하면, 액체(101)의 과냉각 상태의 제어를 보다 용이하게 행할 수 있다.
또한, 송풍부(7)에 의해 공급되는 공기(7a)의 양을 제어함으로써, 액체(101)의 과냉각 상태의 제어를 행할 수도 있다.
이상, 실시형태에 관해 예시했다. 그러나, 본 발명은 이러한 설명에 한정되는 것이 아니다. 전술한 실시형태에 관해, 당업자가 적절하게 구성요소의 추가, 삭제 혹은 설계 변경을 행한 것, 또는 공정의 추가, 생략 혹은 조건 변경을 행한 것도, 본 발명의 특징을 갖추고 있는 한 본 발명의 범위에 포함된다.
예컨대, 기판 처리 장치(1)가 구비하는 각 요소의 형상, 치수, 수, 배치 등은, 예시한 것에 한정되는 것은 아니고 적절하게 변경할 수 있다.
1 : 기판 처리 장치 1a : 기판 처리 장치
2 : 배치부 2a : 배치대
2a1 : 지지부 2a2 : 지지부
2a3 : 돌기부 2aa : 구멍
2b : 회전축 2c : 구동부
3 : 냉각부 3a : 냉각액부
3a1 : 냉각 가스 3d : 냉각 노즐
4 : 제1 액체 공급부 5 : 제2 액체 공급부
6 : 케이스 9 : 제어부
10 : 가스 공급부 10d : 가스
100 : 기판 100a : 이면
100b : 표면 101 : 액체
102 : 액체

Claims (19)

  1. 판형을 띠며 회전 가능한 배치대와,
    상기 배치대의 한쪽 면에 마련되고, 기판을 지지 가능한 복수의 지지부와,
    상기 배치대와, 상기 지지부에 지지된 상기 기판의 이면과의 사이의 공간에, 냉각 가스를 공급 가능한 냉각부와,
    상기 기판의 표면에 액체를 공급 가능한 액체 공급부와,
    상기 배치대의 한쪽 면에 마련되고, 평면도에서 보았을 때, 상기 기판이 마련되는 영역의 경계선을 따라 연장되는 적어도 하나의 돌기부
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 돌기부는, 평면도에서 보았을 때, 적어도 일부가 상기 기판과 중첩되고,
    상기 돌기부의 꼭대기부와 상기 기판의 이면 사이에는 간극이 형성 가능하게 되어 있는 것인 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 돌기부는, 평면도에서 보았을 때, 적어도 일부가 상기 기판과 중첩되고,
    상기 돌기부의 꼭대기부의 적어도 일부와 상기 기판의 이면이 접촉 가능한 것인 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기판의 평면 형상은 대략 사각형이며,
    상기 돌기부는, 평면도에서 보았을 때, 상기 기판의 모서리 위치에는 마련되어 있지 않은 것인 기판 처리 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 기판의 평면 형상은 대략 사각형이며,
    상기 돌기부는, 평면도에서 보았을 때, 상기 기판의 모서리 위치에는 마련되어 있지 않은 것인 기판 처리 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 기판의 평면 형상은 대략 사각형이며,
    상기 돌기부는, 평면도에서 보았을 때, 상기 기판의 모서리 위치에는 마련되어 있지 않은 것인 기판 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서, 냉각되는 상기 기판의 온도 분포는, 상기 배치대와 상기 기판의 이면과 상기 돌기부로 둘러싸인 공간으로부터 간극을 통해 유출되는 상기 냉각 가스의 유출 저항, 상기 간극의 개구의 크기 및 상기 간극의 위치 중의 적어도 어느 것에 의해 제어 가능한 것인 기판 처리 장치.
  8. 제5항에 있어서, 냉각되는 상기 기판의 온도 분포는, 상기 배치대와 상기 기판의 이면과 상기 돌기부로 둘러싸인 공간으로부터 간극을 통해 유출되는 상기 냉각 가스의 유출 저항, 상기 간극의 개구의 크기 및 상기 간극의 위치 중의 적어도 어느 것에 의해 제어 가능한 것인 기판 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 기판의 평면 형상은 대략 사각형이며,
    상기 돌기부는, 평면도에서 보았을 때, 상기 기판의 하나의 모서리 근방과, 그 모서리에 인접하는 모서리의 근방의 사이를, 상기 기판의 둘레 가장자리를 따라 연장되는 것인 기판 처리 장치.
  10. 제5항에 있어서, 상기 돌기부는, 평면도에서 보았을 때, 상기 기판의 하나의 모서리 근방과, 그 모서리에 인접하는 모서리의 근방의 사이를, 상기 기판의 둘레 가장자리를 따라 연장되는 것인 기판 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 기판의 평면 형상은 대략 사각형이며,
    상기 돌기부는, 평면도에서 보았을 때, 상기 기판의 변을 따라 연장되는 것인 기판 처리 장치.
  12. 제5항에 있어서, 상기 돌기부는, 평면도에서 보았을 때, 상기 기판의 변을 따라 연장되는 것인 기판 처리 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 평면도에서 보았을 때, 상기 돌기부는, 상기 기판이 마련되는 영역의 내측에 마련되는 것인 기판 처리 장치.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 평면도에서 보았을 때, 상기 돌기부의 일부분이, 상기 기판이 마련되는 영역의 내측에 마련되고, 상기 돌기부의 나머지 부분이, 상기 기판이 마련되는 영역의 외측에 마련되는 것인 기판 처리 장치.
  15. 제1항에 있어서, 평면도에서 보았을 때, 상기 돌기부는, 상기 기판이 마련되는 영역의 외측에 마련되는 것인 기판 처리 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 기판의 평면 형상은 대략 원형이며,
    상기 돌기부는, 평면도에서 보았을 때, 적어도 일부가 상기 기판의 둘레 가장자리와 중첩되는 것인 기판 처리 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 돌기부는, 꼭대기부에 개구된 홈을 갖는 것인 기판 처리 장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 돌기부의 꼭대기부와, 상기 기판의 이면의 사이에는 간극이 형성될 수 있는 것인 기판 처리 장치.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌기부는, 평면도에서 보았을 때, 원환형을 띠는 것인 기판 처리 장치.
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