KR20220135198A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

[과제] 오염물의 제거율을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
[해결수단] 실시형태에 따른 기판 처리 장치는, 기판을 회전시킬 수 있는 배치대와, 상기 배치대와 상기 기판 사이의 공간에 냉각 가스를 공급할 수 있는 냉각부와, 상기 기판의 상기 배치대 측과는 반대의 면에 액체를 공급할 수 있는 액체 공급부와, 상기 기판의 상기 면 상에 있는 상기 액체의 동결 시작을 검출할 수 있는 검출부와, 상기 기판의 회전, 상기 냉각 가스의 공급 및 상기 액체의 공급을 제어할 수 있는 컨트롤러를 구비하고 있다. 상기 컨트롤러는, 상기 기판의 회전, 상기 냉각 가스의 유량 및 상기 액체의 공급량의 적어도 어느 하나를 제어하여, 상기 기판의 상기 면 상에 있는 상기 액체가 과냉각 상태가 되게 하고, 상기 검출부로부터 신호에 기초하여, 상기 과냉각 상태로 된 상기 액체의 동결이 시작되었다고 판정한 경우에는, 상기 액체의 동결 시작에서부터 소정 시간 경과 후에, 동결된 상기 액체의 해동을 시작하게 한다.

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. 이어서, 순수의 공급을 멈추고, 공급한 순수의 일부를 배출하여 기판의 표면에 수막(水膜)을 형성한다. 수막은 기판에 공급된 냉각 가스에 의해서 동결된다. 수막이 동결되어 빙막(氷膜)이 형성될 때에, 파티클 등의 오염물이 빙막에 거둬들여짐으로써 기판의 표면으로부터 분리된다. 이어서, 빙막에 순수를 공급하여 빙막을 융해하여, 순수와 함께 오염물을 기판의 표면으로부터 제거한다.
또한, 빙막을 형성하는 공정(동결 공정) 전에, 수막을 과냉각 상태로 하는 공정(과냉각 공정)을 두고, 과냉각 공정 전에 기판의 예비적인 냉각을 행하는 공정(예비 공정)을 추가로 두는 기술이 제안되어 있다.(예컨대 특허문헌 1 참조)
일반적으로 빙막을 융해하는 타이밍(해동 공정을 시작하는 타이밍)은 시간 관리에 의해 이루어지고 있다. 예컨대 동결 세정법에 의한 처리의 시작에서부터 미리 정해진 시간이 경과했을 때는, 빙막의 온도가 미리 정해진 온도에 도달했다고 하여, 빙막의 융해를 시작하게 하고 있다. 이 경우, 상술한 예비 공정을 행하면, 처리의 시작에서부터 빙막의 온도가 미리 정해진 온도에 도달하기까지의 시간을 기판마다 안정시킬 수 있다고 생각하였다. 처리의 시작에서부터 빙막의 온도가 미리 정해진 온도에 도달하기까지의 시간을 기판마다 안정시킬 수 있으면, 기판마다의 오염물 제거율도 안정시킬 수 있다.
그런데, 기판마다의 오염물 제거율에 변동이 발생했다.
그래서, 기판마다의 오염물 제거율에 변동이 발생하는 것을 억제할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있었다.
[특허문헌 1] 일본 특허공개 2018-026436호 공보
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 기판마다의 오염물 제거율에 변동이 발생하는 것을 억제할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
실시형태에 따른 기판 처리 장치는, 기판을 회전시킬 수 있는 배치대와, 상기 배치대와 상기 기판 사이의 공간에 냉각 가스를 공급할 수 있는 냉각부와, 상기 기판의 상기 배치대 측과는 반대면에 액체를 공급할 수 있는 액체 공급부와, 상기 기판의 상기 면 위에 있는 상기 액체의 동결 시작을 검출할 수 있는 검출부와, 상기 기판의 회전, 상기 냉각 가스의 공급 및 상기 액체의 공급을 제어할 수 있는 컨트롤러를 구비하고 있다. 상기 컨트롤러는, 상기 기판의 회전, 상기 냉각 가스의 유량 및 상기 액체의 공급량의 적어도 어느 하나를 제어하여, 상기 기판의 상기 면 위에 있는 상기 액체가 과냉각 상태로 되게 하고, 상기 검출부로부터의 신호에 기초하여, 상기 과냉각 상태로 된 상기 액체의 동결이 시작되었다고 판정한 경우에는, 상기 액체의 동결 시작에서부터 소정 시간 경과 후에, 동결된 상기 액체의 해동을 시작하게 한다.
본 발명의 실시형태에 의하면, 기판마다의 오염물 제거율에 변동이 발생하는 것을 억제할 수 있는 기판 처리 장치가 제공된다.
도 1은 본 실시형태에 따른 기판 처리 장치를 예시하기 위한 모식도이다.
도 2는 기판 처리 장치의 작용을 예시하기 위한 타이밍 차트이다.
도 3은 기판에 공급된 액체의 온도 변화를 예시하기 위한 그래프이다.
도 4의 (a), (b)는 오염물의 분리 메카니즘을 예시하기 위한 모식도이다.
도 5는 기판 상의 동결막의 온도와 오염물 제거율의 관계 및 동결막의 온도와 요철부 도괴수(倒壞數)의 관계를 예시하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 실시형태에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 동결 세정 공정을 반복해서 행했을 때의 각 동결 세정 공정에 있어서의 기판 표면의 온도 변화를 예시하기 위한 그래프이다.
도 7은 동결이 시작되고 나서 동결막이 소정의 온도가 되기까지의 시간을 예시하기 위한 그래프이다.
도 8은 검출부가 온도를 검출하는 온도 센서인 경우의 검출치를 예시하기 위한 그래프이다.
도 9는 검출된 온도와 그 직전에 검출된 온도의 차를 예시하기 위한 그래프이다.
도 10은 본 실시형태에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 예비 공정을 실시하지 않는 경우의 동결 세정 공정을 반복하여 행했을 때의 각 동결 세정 공정에 있어서의 기판 표면의 온도 변화를 예시하기 위한 그래프이다.
이하, 도면을 참조하면서 실시형태에 관해서 예시한다. 또한, 각 도면 중, 같은 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 상세한 설명은 적절하게 생략한다.
이하에 예시하는 기판(100)은, 예컨대 반도체 웨이퍼, 임프린트용 템플릿, 포토리소그래피용 마스크, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)에 이용되는 판상체(板狀體) 등으로할 수 있다.
또한, 기판(100)의 표면에는, 패턴인 요철부가 형성되어 있어도 좋고, 요철부가 형성되어 있지 않아도 좋다. 요철부가 형성되어 있지 않은 기판은, 예컨대 요철부가 형성되기 전의 기판(예컨대 소위 벌크 기판) 등으로 할 수 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.
도 1은 본 실시형태에 따른 기판 처리 장치(1)를 예시하기 위한 모식도이다.
도 1에 도시하는 것과 같이, 기판 처리 장치(1)에는 배치부(2), 냉각부(3), 제1 액체 공급부(4), 제2 액체 공급부(5), 하우징(6), 송풍부(7), 검출부(8), 배기부(9) 및 컨트롤러(10)가 마련되어 있다.
배치부(2)는 배치대(2a), 회전축(2b) 및 구동부(2c)를 갖는다.
배치대(2a)는 기판(100)을 회전시킬 수 있다. 배치대(2a)는 하우징(6)의 내부에 회전 가능하게 마련되어 있다. 배치대(2a)는 판 형상을 띠고 있다. 배치대(2a)의 한쪽의 주면(主面)에는 기판(100)을 지지하는 복수의 지지부(2a1)가 마련되어 있다. 기판(100)을 복수의 지지부(2a1)에 지지하게 할 때는 기판(100)의 표면(100b)(세정을 행하는 측의 면)이 배치대(2a) 측과는 반대쪽을 향하게 한다.
복수의 지지부(2a1)에는 기판(100)의 이면(100a)의 가장자리(엣지)가 접촉한다. 지지부(2a1)의 기판(100)의 이면(100a)의 가장자리와 접촉하는 부분은 테이퍼면 또는 경사면으로 할 수 있다. 지지부(2a1)의 기판(100)의 이면(100a)의 가장자리와 접촉하는 부분이 테이퍼면으로 되어 있으면, 지지부(2a1)와 기판(100)의 이면(100a)의 가장자리를 점접촉시킬 수 있다. 지지부(2a1)의 기판(100)의 이면(100a)의 가장자리와 접촉하는 부분이 경사면으로 되어 있으면, 지지부(2a1)와 기판(100)의 이면(100a)의 가장자리를 선접촉시킬 수 있다. 지지부(2a1)와 기판(100)의 이면(100a)의 가장자리를 점접촉 또는 선접촉시키면, 기판(100)에 오염물이나 손상 등이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 배치대(2a)의 중앙 부분에는 배치대(2a)의 두께 방향을 관통하는 구멍(2aa)이 형성되어 있다.
회전축(2b)의 한쪽의 단부는 배치대(2a)의 구멍(2aa)에 감합되어 있다. 회전축(2b)의 다른 쪽의 단부는 하우징(6)의 외부에 마련되어 있다. 회전축(2b)은 하우징(6)의 외부에 있어서 구동부(2c)와 접속되어 있다.
회전축(2b)은 통 형상을 띠고 있다. 회전축(2b)의 배치대(2a) 측의 단부에는 취출부(2b1)가 마련되어 있다. 취출부(2b1)는 배치대(2a)의 복수의 지지부(2a1)가 형성되는 면에 개구되어 있다. 취출부(2b1)의 개구 측의 단부는 구멍(2aa)의 내벽에 접속되어 있다. 취출부(2b1)의 개구는 배치대(2a)에 배치된 기판(100)의 이면(100a)에 대향하고 있다.
취출부(2b1)는 배치대(2a) 측(개구 측)으로 됨에 따라서 단면적이 커지는 형상을 갖고 있다. 그 때문에, 취출부(2b1) 내부의 구멍은 배치대(2a) 측(개구 측)으로 됨에 따라서 단면적이 커진다. 또한, 회전축(2b)의 선단에 취출부(2b1)를 형성하는 경우를 예시했지만, 취출부(2b1)는 후술하는 냉각 노즐(3d)의 선단에 형성할 수도 있다. 또한, 배치대(2a)의 구멍(2aa)을 취출부(2b1)로 할 수도 있다.
취출부(2b1)를 형성하면, 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 발생시키기가 용이하게 된다. 또한, 기판(100)의 표면(100b)의 보다 넓은 영역에 있어서, 액체(101)의 과냉각 상태를 생기게 할 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 않는 회전축 시일이 마련되어 있다. 그 때문에, 회전축(2b)의 배치대(2a) 측과는 반대측의 단부는 기밀하게 되도록 밀봉되어 있다.
구동부(2c)는 하우징(6)의 외부에 마련되어 있다. 구동부(2c)는 회전축(2b)과 접속되어 있다. 구동부(2c)는 모터 등의 회전 기기를 갖는다. 구동부(2c)의 회전력은 회전축(2b)를 통해 배치대(2a)에 전달된다. 그 때문에, 구동부(2c)에 의해배치대(2a), 나아가서는 배치대(2a)에 배치된 기판(100)을 회전시킬 수 있다.
또한, 구동부(2c)는, 회전의 시작과 회전의 정지뿐만 아니라, 회전수(회전 속도)를 변화시킬 수 있다. 이 경우, 구동부(2c)는 예컨대 서보 모터 등의 제어 모터를 갖춘 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 예컨대 냉각액부(3a), 필터(3b), 유량 제어부(3c) 및 냉각 노즐(3d)을 갖는다. 냉각액부(3a), 필터(3b) 및 유량 제어부(3c)는 하우징(6)의 외부에 마련되어 있다.
냉각액부(3a)는 냉각액의 수납 및 냉각 가스(3a1)의 생성을 행한다. 냉각액은 냉각 가스(3a1)를 액화한 것이다. 냉각 가스(3a1)는 기판(100)의 재료와 반응하기 어려운 가스라면 특별히 한정은 없다. 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.
필터(3b)는 배관을 통해 냉각액부(3a)에 접속되어 있다. 필터(3b)는 냉각액에 포함되어 있었던 파티클 등의 오염물이 기판(100) 측으로 흘러나가는 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 것이라도 좋다. 이 경우, 유량 제어부(3c)는 예컨대 APC(Auto Pressure Controller) 등으로 할 수 있다.
냉각액부(3a)에 있어서 냉각액으로부터 생성된 냉각 가스(3a1)의 온도는 거의 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 공정에 있어서 액체(101)의 과냉각 상태를 생기게 할 수 있다.
냉각 노즐(3d)은 통 형상을 띠고 있다. 냉각 노즐(3d)의 한쪽의 단부는 유량 제어부(3c)에 접속되어 있다. 냉각 노즐(3d)의 다른 쪽의 단부는 회전축(2b)의 내부에 마련되어 있다. 냉각 노즐(3d)의 다른 쪽의 단부는 취출부(2b1)의 배치대(2a) 측(개구 측)과는 반대의 단부 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 취출부(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 공정(고액상)에 있어서, 액체(101)가 고체로 변화되면 체적이 변화되기 때문에 압력파(壓力波)가 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 한정은 없다.
단, 액체(101)를 동결했을 때에 체적이 증가하는 액체로 하면, 체적 증가에 동반되는 물리력을 이용하여, 기판(100)의 표면에 부착되어 있는 오염물을 분리할 수 있다고도 생각된다. 그 때문에, 액체(101)는 기판(100)의 재료와 반응하기 어려우며 또한 동결되었을 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 액체는, 예컨대 물과 알코올의 혼합액, 물과 산성 용액의 혼합액, 물과 알칼리 용액의 혼합액 등으로 할 수 있다.
물과 알코올의 혼합액으로 하면 표면장력을 저하시킬 수 있기 때문에, 기판(100)의 표면(100b)에 형성된 미세한 요철부의 내부에 액체(101)를 공급하기가 용이하게 된다.
물과 산성 용액의 혼합액으로 하면, 기판(100)의 표면에 부착된 파티클이나 레지스트 잔사 등의 오염물을 용해할 수 있다. 예컨대 물과 황산 등의 혼합액으로 하면, 레지스트나 금속으로 이루어지는 오염물을 용해할 수 있다.
물과 알칼리 용액의 혼합액으로 하면, 제타 전위를 저하시킬 수 있기 때문에, 기판(100)의 표면(100b)으로부터 분리시킨 오염물이 기판(100)의 표면(100b)에 재부착되는 것을 억제할 수 있다.
단, 물 이외의 성분이 너무 많아지면, 체적 증가에 동반되는 물리력을 이용하기가 어렵게 되기 때문에, 오염물 제거율이 저하할 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 제전(除電)나 대전(帶電)을 방지할 수 있다. 액체(101)에 오존 가스를 용존시키면, 유기물로 이루어지는 오염물을 용해할 수 있다.
제1 액체 공급부(4)는 예컨대 액체 수납부(4a), 공급부(4b), 유량 제어부(4c) 및 액체 노즐(4d)을 갖는다. 액체 수납부(4a), 공급부(4b) 및 유량 제어부(4c)는 하우징(6)의 외부에 마련되어 있다.
액체 수납부(4a)는 상술한 액체(101)를 수납한다. 액체(101)는 응고점보다 높은 온도에서 액체 수납부(4a)에 수납된다. 액체(101)는 예컨대 상온(20℃)에서 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)로 향해서 공급한다. 공급부(4b)는 예컨대 액체(101)에 대한 내성을 갖는 펌프 등으로 할 수 있다. 또한, 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 압송(壓送)하는 것으로 하여도 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) 공급의 시작과 공급의 정지도 행할 수 있다.
액체 노즐(4d)은 하우징(6)의 내부에 마련되어 있다. 액체 노즐(4d)은 통 형상을 띠고 있다. 액체 노즐(4d)의 한쪽의 단부는 배관을 통해 유량 제어부(4c)에 접속되어 있다. 액체 노즐(4d)의 다른 쪽의 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 다른 쪽의 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 퍼져나가, 기판(100)의 표면(100b)에서 대략 일정한 두께를 갖는 액막(液膜)이 형성된다. 또한, 이하에서는 기판(100)의 표면(100b)에 형성된 액체(101)의 막을 액막이라고 부른다.
제2 액체 공급부(5)는 기판(100)의 표면(100b)에 액체(102)를 공급한다. 제2 액체 공급부(5)는 예컨대 액체 수납부(5a), 공급부(5b), 유량 제어부(5c) 및 액체 노즐(4d)을 갖는다. 액체 수납부(5a), 공급부(5b) 및 유량 제어부(5c)는 하우징(6)의 외부에 마련되어 있다.
액체(102)는 후술하는 해동 공정에서 이용할 수 있다. 그 때문에, 액체(102)는, 기판(100)의 재료와 반응하기 어려우며 또한 후술하는 건조 공정에서 기판(100)의 표면(100b)에 잔류하기 어려운 것이라면 특별히 한정은 없다. 액체(102)는 예컨대 물(예컨대 순수나 초순수 등)이나 물과 알코올의 혼합액 등으로 할 수 있다.
액체 수납부(5a)는 상술한 액체 수납부(4a)와 같은 식으로 할 수 있다. 공급부(5b)는 상술한 공급부(4b)와 같은 식으로 할 수 있다. 유량 제어부(5c)는 상술한 유량 제어부(4c)와 같은 식으로 할 수 있다.
또한, 액체(102)와 액체(101)가 동일한 경우에는, 제2 액체 공급부(5)를 생략할 수 있다. 또한, 액체 노즐(4d)를 겸용하는 경우를 예시했지만, 액체(101)를 토출하는 액체 노즐과 액체(102)를 토출하는 액체 노즐을 따로따로 설치할 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.
또한, 제2 액체 공급부(5)가 생략되는 경우에는, 해동 공정에 있어서 제1 액체 공급부(4)를 이용한다. 즉, 액체(101)를 이용한다. 이 경우, 액체(101)의 온도는 동결된 액체(101)를 해동할 수 있는 온도로 할 수 있다. 액체(101)의 온도는 예컨대 상온(20℃) 정도로 할 수 있다.
하우징(6)은 박스 형상을 띠고 있다. 하우징(6)의 내부에는 커버(6a)가 마련되어 있다. 커버(6a)는 기판(100)에 공급되며, 기판(100)이 회전함으로써 기판(100)의 외부로 배출된 액체(101, 102)를 받아낸다. 커버(6a)는 통 형상을 띠고 있다. 커버(6a)의 배치대(2a) 측과는 반대측 단부의 근방(커버(6a)의 상단 근방)은 커버(6a)의 중심으로 향해서 굴곡되어 있다. 그 때문에, 기판(100)의 위쪽으로 비산되는 액체(101, 102)의 포착을 용이하게 할 수 있다.
또한, 하우징(6)의 내부에는 구획판(6b)이 마련되어 있다. 구획판(6b)은 커버(6a)의 외면과 하우징(6)의 내면의 사이에 마련되어 있다.
하우징(6)의 바닥면 측의 측면에는 복수의 배출구(6c)가 형성되어 있다. 도 1에 예시한 하우징(6)의 경우에는, 배출구(6c)가 2개 형성되어 있다. 사용 완료된 냉각 가스(3a1), 공기(7a), 액체(101) 및 액체(102)는 배출구(6c)로부터 하우징(6) 외부로 배출된다.
배출구(6c)는 기판(100)보다 아래쪽에 형성되어 있다. 그 때문에, 냉각 가스(3a1)가 배출구(6c)로부터 배기됨으로써 다운플로우의 흐름이 만들어진다. 그 결과, 파티클이 날아오르는 것을 막을 수 있다.
평면에서 봤을 때, 복수의 배출구(6c)는 하우징(6)의 중심에 대하여 대칭이 되도록 형성되어 있다. 이와 같이 하면, 하우징(6)의 중심에 대하여 냉각 가스(3a1)의 배기 방향이 대칭으로 된다. 냉각 가스(3a1)의 배기 방향이 대칭으로 되면, 냉각 가스(3a1)의 배기가 원활하게 된다.
송풍부(7)는 하우징(6)의 천장면에 마련되어 있다. 또한, 송풍부(7)는 천장 측이라면 하우징(6)의 측면에 설치할 수도 있다. 송풍부(7)는 팬 등의 송풍기와 필터를 갖출 수 있다. 필터는 예컨대 HEPA 필터(High Efficiency Particulate Air Filter) 등으로 할 수 있다.
송풍부(7)는 구획판(6b)과 하우징(6) 천장 사이의 공간에 공기(7a)(외기)를 공급한다. 그 때문에, 구획판(6b)과 하우징(6) 천장 사이 공간의 압력이 외부의 압력보다 높아진다. 그 결과, 송풍부(7)에 의해 공급된 공기(7a)를 배출구(6c)로 유도하기가 용이하게 된다. 또한, 파티클 등의 오염물이 배출구(6c)에서 하우징(6)의 내부로 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. 예컨대 송풍부(7)는, 후술하는 과냉각 공정에 있어서 액체(101)의 과냉각 상태를 제어하거나, 해동 공정에 있어서 액체(101)의 해동을 촉진시키거나, 건조 공정에 있어서 액체(102)의 건조를 촉진시키거나 할 수 있다.
검출부(8)는 구획판(6b)과 하우징(6) 천장 사이의 공간에 마련되어 있다. 검출부(8)는, 예컨대 액막(액체(101))의 온도, 액체(101)와 동결된 액체(101)가 혼재하는 막의 온도, 동결된 액체(101)(동결막)의 온도를 검출한다. 이 경우, 검출부(8)는 예컨대 방사온도계, 서모뷰어, 열전대, 측온저항체로 할 수 있다. 또한, 검출부(8)는 막의 두께나 막의 표면 위치를 검출하는 것으로 하여도 좋다. 이 경우, 검출부(8)는 예컨대 레이저 변위계, 초음파 변위계 등으로 할 수 있다. 또한, 검출부(8)는 막의 표면 상태를 검출하는 광학 센서나 화상 센서 등으로 하여도 좋다.
예컨대 검출된 액막의 온도, 두께, 표면 상태는, 후술하는 과냉각 공정에 있어서 액체(101)의 과냉각 상태를 제어하는 데에 이용할 수 있다. 또한, 과냉각 상태를 제어한다는 것은, 과냉각 상태에 있는 액체(101)의 온도 변화의 커브를 제어하여, 액체(101)가 급격히 냉각됨으로써 동결되지 않게 하는 것, 즉, 과냉각 상태가 유지되도록 하는 것이다.
예컨대 검출된 액막의 온도, 두께, 표면 상태, 또는 액체(101)와 동결된 액체(101)가 혼재하는 막의 온도, 두께, 표면 상태는, 후술하는 동결 공정(고액상)의 시작을 검출하는 데에 이용할 수 있다.
예컨대 검출된 동결막의 온도, 두께, 표면 상태는 후술하는 동결 공정(고상)에 있어서 「잔균열의 발생」을 검출하는 데에 이용할 수 있다.
예컨대 검출부(8)가 온도를 검출하는 것인 경우에는, 후술하는 동결 공정(고상)에 있어서, 동결막의 온도로부터 「잔균열의 발생」을 간접적으로 검출할 수 있다. 검출부(8)가 두께를 검출하는 것인 경우에는, 후술하는 동결 공정(고상)에 있어서, 동결막의 표면 위치의 변화로부터 「잔균열의 발생」을 검출할 수 있다. 검출부(8)가 표면 상태를 검출하는 것인 경우에는, 후술하는 동결 공정(고상)에 있어서, 동결막의 표면 상태로부터 「잔균열의 발생」을 검출할 수 있다.
여기서, 잔균열에 관해서 설명한다. 잔균열은 동결막의 열팽창 계수와 기판(100)의 열팽창 계수의 차에 따른 응력이 커지면 발생한다. 예컨대 기판(100)이 쿼츠 기판인 경우, 동결막의 온도가 -50℃ 이하가 되면, 증대된 응력에 견디지 못하고 동결막에 잔균열이 발생한다. 동결막에는 오염물이 받아들어져 있기 때문에, 잔균열이 발생하여 동결막이 변형되면, 오염물이 기판(100)의 표면(100b)으로부터 분리된다. 그 때문에, 오염물의 제거율을 향상시킬 수 있다.
또한, 잔균열의 작용 효과에 관한 상세한 것은 후술한다.
그런데, 잔균열의 발생 시에는 충격력이 발생한다. 그 때문에, 기판(100)의 표면(100b)에 요철부가 형성되어 있는 경우에는, 충격력에 의해 요철부가 도괴(倒壞)될 우려가 있다. 즉, 기판(100)의 표면(100b) 상태에 따라서는, 잔균열을 발생시키는 편이 바람직한 경우도 있고, 잔균열을 발생시키지 않는 편이 바람직한 경우도 있다.
예컨대 검출부(8)에 의해 잔균열의 발생을 검출할 수 있으면, 잔균열이 발생하는 온도 혹은 액막의 동결 시작에서부터 잔균열이 발생하기까지의 시간을 미리 구해 놓을 수 있다. 따라서, 기판(100)의 표면(100b) 상태에 따라서, 동결막을 해동하는 온도 혹은 액막의 동결 시작에서부터 해동하기까지의 시간을 선택할 수 있게 된다. 또한, 검출부(8)에 의해 잔균열의 발생을 검출하면, 요철부의 도괴를 경고하거나 할 수 있다.
배기부(9)는 배기관(6c1)을 통해 배출구(6c)에 접속되어 있다. 배기부(9)는 사용 완료된 냉각 가스(3a1)와 공기(7a)를 하우징(6)의 외부로 배출한다. 배기부(9)는 예컨대 펌프나 블로워 등으로 할 수 있다. 또한, 사용 완료된 액체(101, 102)는 배기관(6c1)에 접속된 배출관(6c2)을 통해 하우징(6)의 외부로 배출된다.
컨트롤러(10)는 기판 처리 장치(1)에 설치된 각 요소의 동작을 제어한다. 컨트롤러(10)는 예컨대 CPU(Central Processing Unit) 등의 연산부와 반도체 메모리 등의 기억부를 갖는다. 컨트롤러(10)는 예컨대 컴퓨터이다. 기억부에는, 기판 처리 장치(1)에 설치된 각 요소의 동작을 제어하는 제어 프로그램을 저장할 수 있다. 연산부는, 기억부에 저장되어 있는 제어 프로그램, 조작자에 의해 입력된 데이터, 검출부(8)로부터의 데이터 등을 이용하여, 기판 처리 장치(1)에 설치된 각 요소의 동작을 제어한다.
예컨대 액체(101)의 냉각 속도는 액막의 두께와 상관 관계가 있다. 예컨대 액막의 두께가 얇아질수록 액체(101)의 냉각 속도가 빨라진다. 반대로 액막의 두께가 두꺼워질수록 액체(101)의 냉각 속도가 늦어진다. 그 때문에, 컨트롤러(10)는 예컨대 검출부(8)에 의해 검출된 액체(101)의 두께(액막의 두께)에 기초하여 냉각 가스(3a1)의 유량, 나아가서는 액체(101)의 냉각 속도를 제어할 수 있다. 또한, 액체(101)의 온도나 냉각 속도의 제어는, 후술하는 과냉각 공정에 있어서 액체(101)의 과냉각 상태를 제어할 때에 이루어진다.
그 때문에, 예컨대 컨트롤러(10)는, 기판(100)의 회전, 냉각 가스(3a1)의 유량 및 액체(101)의 공급량의 적어도 어느 하나를 제어하여, 기판(100)의 표면(100b) 상에 있는 액체(101)가 과냉각 상태가 되게 한다.
예컨대 컨트롤러(10)는, 검출부(8)로부터의 신호에 기초하여, 과냉각 상태로 된 액체(101)의 동결이 시작되었는지 여부를 판정할 수 있다. 또한, 예컨대 컨트롤러(10)는, 액체(101)의 동결 시작에서부터 소정 시간 경과 후에, 동결된 액체(101)의 해동을 시작하게 할 수 있다.
또한, 과냉각 상태가 된 액체(101)의 동결 시작 및 동결된 액체(101)의 해동 시작에 관한 상세한 것은 후술한다.
이어서, 기판 처리 장치(1)의 작용에 관해서 예시한다.
도 2는 기판 처리 장치(1)의 작용을 예시하기 위한 타이밍 차트이다.
도 3은 기판(100)에 공급된 액체(101)의 온도 변화를 예시하기 위한 그래프이다.
또한, 도 2 및 도 3은 기판(100)이 6025 쿼츠(Qz) 기판(152 mm×152 mm×6.35 mm), 액체(101)가 순수인 경우이다.
우선, 하우징(6)의 도시하지 않는 반입반출구를 통해 기판(100)이 하우징(6)의 내부에 반입된다. 반입된 기판(100)은 배치대(2a)의 복수의 지지부(2a1) 상에 배치 및 지지된다.
기판(100)이 배치대(2a)에 지지된 후에, 도 2에 도시하는 것과 같이 예비 공정, 액막의 형성 공정, 냉각 공정, 해동 공정, 건조 공정을 포함하는 동결 세정 공정이 이루어진다.
우선, 도 2 및 도 3에 도시하는 것과 같이 예비 공정이 실행된다. 예비 공정에서는, 컨트롤러(10)가, 공급부(4b) 및 유량 제어부(4c)를 제어하여, 기판(100)의 표면(100b)에 소정 유량의 액체(101)를 공급한다. 또한, 컨트롤러(10)가 유량 제어부(3c)를 제어하여, 기판(100)의 이면(100a)에 소정 유량의 냉각 가스(3a1)를 공급한다. 또한, 컨트롤러(10)가 구동부(2c)를 제어하여, 기판(100)을 제3 회전수로 회전시킨다.
여기서, 냉각부(3)에 의한 냉각 가스(3a1)의 공급에 의해 하우징(6) 내의 분위기가 차가워지면, 분위기 중의 더스트를 포함한 서리가 기판(100)에 부착되어, 오염의 원인으로 될 가능성이 있다. 예비 공정에서는, 기판(100)의 표면(100b)에 액체(101)를 계속해서 공급하고 있기 때문에, 기판(100)을 균일하게 냉각하면서 기판(100)의 표면(100b)에 서리가 부착되는 것을 방지할 수 있다.
도 2에 예시한 것의 경우에는, 기판(100)의 제3 회전수는 예컨대 50 rpm∼500 rpm 정도이다. 또한, 액체(101)의 유량은 예컨대 0.1 L/min∼1.0 L/min 정도이다. 또한, 냉각 가스(3a1)의 유량은 예컨대 40 NL/min∼200 NL/min 정도이다. 또한, 예비 공정의 공정 시간은 예컨대 1800초 정도이다. 또한, 예비 공정의 공정 시간은 기판(100)의 면내 온도가 대략 균일하게 되는 시간이면 되며, 미리 실험이나 시뮬레이션을 행함으로써 구할 수 있다.
예비 공정에 있어서의 액막의 온도는, 액체(101)가 자유로이 흐르는 상태이기 때문에, 공급되는 액체(101)의 온도와 거의 같아진다. 예컨대 공급되는 액체(101)의 온도가 상온(20℃) 정도인 경우, 액막의 온도는 상온(20℃) 정도가 된다.
이어서, 도 2 및 도 3에 도시하는 것과 같이 액막의 형성 공정이 실행된다. 액막의 형성 공정에서는, 컨트롤러(10)가 구동부(2c)를 제어하여, 기판(100)을 제2 회전수로 회전시킨다. 제2 회전수는 액막의 두께가 높은 제거율을 얻을 수 있는 두께로 되는 회전수이다. 제2 회전수는 예컨대 50 rpm∼100 rpm이다. 즉, 컨트롤러(10)는, 예비 공정 시의 회전수와 같거나 혹은 예비 공정 시의 회전수보다 적은 회전수로 기판(100)을 회전시킨다.
그리고, 도 2에 도시하는 것과 같이, 예비 공정에 있어서 공급되고 있던 액체(101)의 공급을 정지하고, 소정의 두께가 될 때까지 기판(100)을 제2 회전수로 회전시킨다. 소정의 두께로 되었는지 여부는, 검출부(8)에 의해서 액막의 두께를 측정하여 확인하여도 좋다. 검출부(8)에 의해서 액막의 두께를 측정하고, 측정된 두께에서 소정의 두께로 되는 시간을 미리 산출해 두고서, 소정의 두께로 되는 시간 동안 제2 회전수를 유지하도록 하여도 좋다.
그 후, 기판(100)의 회전수를 제1 회전수로 한다. 제1 회전수는, 기판(100) 상에 공급된 액체(101)의 액막이 균일한 두께로 유지될 정도의 회전수이다. 제1 회전수는, 원심력에 의해 액막의 두께가 변동되는 것을 억제할 수 있는 회전수이면 되며, 예컨대 0 rpm∼50 rpm 정도로 하면 된다.
또한, 액막 형성 공정에 있어서의 냉각 가스(3a1)의 유량은 예비 공정에 있어서의 냉각 가스(3a1)의 유량과 같게 되어 있다. 상술한 것과 같이, 예비 공정에서는 기판(100)의 면내 온도를 대략 균일하게 하고 있다. 액막 형성 공정에 있어서, 냉각 가스(3a1)의 유량을 예비 공정과 동일하게 유지함으로써, 기판(100)의 면내 온도가 대략 균일하게 된 상태를 유지할 수 있다.
또한, 액막의 두께를 두껍게 하고 싶은 경우에는, 제3 회전수에서 제2 회전수로 하지 않고 제1 회전수로 할 수도 있다. 이 경우, 제1 회전수는 0 rpm에 가까운 회전수로 하는 것이 바람직하다. 특히 기판(100)의 회전을 정지시키면 원심력에 의해 액막의 두께가 변동되는 것을 보다 억제할 수 있다.
또한, 예비 공정 및 액막 형성 공정에 있어서의 회전수를 제1 회전수로 하여도 좋다. 또한, 제3 회전수가 제1 회전수보다 느린 회전수라도 좋다.
또한, 예비 공정에서 액막 형성 공정으로 이행할 때에, 예비 공정에서 공급된 액체(101)를, 기판(100)을 고속으로 회전시킴으로써 배출하여도 좋다. 이 경우, 액체(101)를 배출한 후, 기판(100)의 회전수를 균일한 두께의 액막이 유지될 정도의 회전수(50 rpm) 이하 혹은 기판(100)의 회전을 정지시킨 후에, 소정량의 액체(101)를 기판(100)에 공급하면 된다. 이와 같이 하면 소정의 두께를 갖는 액막을 용이하게 형성할 수 있다.
후술하는 것과 같이, 과냉각 공정을 행할 때의 액막의 두께(액막 형성 공정에서 형성된 액막의 두께)는 300 ㎛∼1300 ㎛ 정도로 할 수 있다. 예컨대 컨트롤러(10)는, 액체(101)의 공급량 및 기판(100)의 회전수를 제어하여, 기판(100)의 표면(100b) 상에 있는 액막의 두께를 300 ㎛∼1300 ㎛ 정도로 한다.
또한, 과냉각 공정을 행할 때의 액막의 두께에 관한 상세한 것은 후술한다.
이어서, 도 2 및 도 3에 도시하는 것과 같이 냉각 공정이 실행된다. 또한, 본 실시형태에서는, 냉각 공정 중, 과냉각 상태로 된 액체(101)의 동결이 시작되기 전까지의 사이를 「과냉각 공정」, 과냉각 상태인 액체(101)의 동결이 시작되어, 동결이 완전히 완료되기 전까지의 사이를 「동결 공정(고액상)」, 동결된 액체(101)를 더욱 냉각하는 공정을 「동결 공정(고상)」이라고 부른다.
예컨대 과냉각 공정에서는 기판(100)의 표면(100b)에 액체(101)만이 존재한다. 예컨대 동결 공정(고액상)에서는 기판(100)의 표면(100b)에 액체(101)와 동결된 액체(101)가 존재한다. 예컨대 동결 공정(고상)에서는 기판(100)의 표면(100b)에 동결된 액체(101)만이 존재한다.
여기서, 고액상(固液相)이란, 액체(101)와 동결된 액체(101)가 전체적으로 존재하고 있는 상태를 의미한다. 또한, 동결된 액체(101)만으로 된 상태를 동결막(101a)이라고 부른다.
우선, 과냉각 공정에서는, 기판(100)의 이면(100a)에 계속해서 공급되고 있는 냉각 가스(3a1)에 의해, 기판(100) 상의 액막의 온도가 액막 형성 공정에 있어서의 액막의 온도보다 더욱 내려가, 과냉각 상태가 된다.
여기서, 액체(101)의 냉각 속도가 너무 빨라지면, 액체(101)가 과냉각 상태로 되지 않고, 곧바로 동결되어 버린다. 그 때문에, 컨트롤러(10)는, 기판(100)의 회전수, 냉각 가스(3a1)의 유량 및 액체(101)의 공급량의 적어도 어느 하나를 제어함으로써, 기판(100) 표면(100b)의 액체(101)가 과냉각 상태로 되게 한다.
액체(101)가 과냉각 상태로 되는 제어 조건은 기판(100)의 크기, 액체(101)의 점도, 냉각 가스(3a1)의 비열 등의 영향을 받는다. 그 때문에, 액체(101)가 과냉각 상태로 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 시작된다. 예컨대 파티클 등의 오염물이 존재하는 경우, 액체(101)의 온도(T)가 -35℃ 이상 -20℃ 이하가 되면 액체(101)의 동결이 시작된다. 또한, 기판(100)의 회전을 변동시키거나 하여 액체(101)에 진동을 가함으로써 액체(101)의 동결을 시작하게 할 수도 있다.
과냉각 상태인 액체(101)의 동결이 시작되면, 과냉각 공정에서 동결 공정(고액상)으로 이행한다. 상술한 것과 같이, 과냉각 상태의 액체(101)에 있어서는 동결 시작 기점의 몇 할이 오염물로 된다. 오염물이 동결 시작 기점이 되는 것, 액체(101)가 고체로 변화되었을 때의 체적 변화에 따라 압력파가 생기는 것, 체적 증가에 따라 물리력이 발생하는 것 등에 의해, 기판(100)의 표면(100b)에 부착되어 있는 오염물이 분리된다고 생각되고 있다. 그 때문에, 액체(101)의 일부가 동결되었을 때에 생긴 압력파나 물리력 등에 의해, 기판(100)의 표면(100b)에 부착되어 있는 오염물을 분리할 수 있다.
동결 공정(고액상)에서는 액막은 일순간 동결되는 일은 없다. 동결 공정(고액상)에서는 액체(101)와 동결된 액체(101)가 기판(100)의 표면(100b) 전체에 존재한다.
액체(101)가 동결될 때에 잠열이 발생한다. 잠열을 방출함으로써, 동결된 액체(101)의 온도가 응고점까지 상승한다. 검출부(8)에 의해서 액체(101)의 액막 온도를 검출하는 경우, 액막의 온도가 응고점 부근까지 상승하는 순간을 동결이 시작되는 타이밍으로 할 수 있다.
동결 공정(고액상)에서도, 기판(100)의 이면(100a)에는 냉각 가스(3a1)가 공급되고 있다. 이 때문에, 잠열의 발생 속도와 냉각 속도가 균형을 이루어 응고점보다 약간 낮은 온도에서 온도가 일정하게 유지된다. 액막이 완전히 동결되어 빙막이 형성되면 잠열의 발생이 없어진다. 한편, 기판(100) 이면(100a)으로의 냉각 가스(3a1)의 공급은 유지되고 있다. 따라서, 동결막(101a)이 형성되면, 동결막(101a)의 온도는 내려가기 시작한다.
기판(100) 표면(100b)의 액막이 완전히 동결되면, 동결 공정(고액상)에서 동결 공정(고상)으로 이행한다. 상술한 것과 같이, 동결 공정(고상)에서는 기판(100) 표면(100b)의 동결막(101a)의 온도가 더욱 내려간다.
여기서, 액체(101)에는 주로 물이 포함되어 있다. 그 때문에, 기판(100) 표면(100b)의 액막이 완전히 동결되어 동결막(101a)이 형성되고, 동결막(101a)의 온도가 더욱 내려가면, 동결막(101a)의 체적이 축소되어 동결막(101a)에 응력이 발생한다. 기판(100)이 쿼츠 기판의 경우, 예컨대 동결막(101a)의 온도가 -50℃ 이하가 되면, 동결막(101a)에 잔균열이 발생한다.
이어서, 잔균열의 작용 효과에 관해서 설명한다.
동결막(101a)에 잔균열이 발생하면, 기판(100)의 표면(100b)에 부착되어 있던 오염물(103)이 기판(100)의 표면(100b)으로부터 분리된다. 오염물(103)이 기판(100)의 표면(100b)으로부터 분리되는 메카니즘은, 반드시 분명한 것은 아니지만, 이하와 같이 생각할 수 있다.
도 4의 (a), (b)는 오염물(103)의 분리 메카니즘을 예시하기 위한 모식도이다.
도 4(a)에 도시하는 것과 같이, 동결 공정(고상)에 있어서, 동결막(101a)의 온도가 내려가면, 동결막(101a)의 열팽창 계수와 기판(100)의 열팽창 계수의 차에 따른 응력(F)이 발생한다.
그리고, 도 4(b)에 도시하는 것과 같이, 동결막(101a)의 온도가 더욱 내려가면(예컨대 -50℃ 이하가 되면), 증대된 응력(F)에 견디지 못하여 동결막(101a)에 잔균열이 발생한다. 이 경우, 일반적으로 물을 주성분으로 하는 동결막(101a)의 열팽창 계수는 기판(100)의 열팽창 계수보다 크기 때문에, 도 4(b)에 도시하는 것과 같이, 동결막(101a)이 외부로 향해서 볼록형으로 변형되어 잔균열이 발생한다.
동결막(101a)에는 오염물(103)이 받아들여져 있기 때문에, 동결막(101a)이 외부로 향해서 볼록형으로 변형되었을 때(잔균열이 발생했을 때)에, 도 4(b)에 도시하는 것과 같이, 오염물(103)이 기판(100)의 표면(100b)으로부터 분리된다.
단, 상술한 것과 같이, 잔균열의 발생 시에는 충격력이 발생한다. 충격력이 발생하면, 기판(100)의 표면(100b)에 형성된 요철부가 도괴되는 경우가 있다.
도 5는, 기판(100) 상의 동결막(101a)의 온도와 오염물(103)의 제거율의 관계 및 동결막(101a)의 온도와 요철부의 도괴수의 관계를 예시하기 위한 그래프이다. 또한, 도 5는 기판(100)이 쿼츠 기판인 경우의 그래프이다.
상술한 것과 같이, 기판(100)이 쿼츠 기판인 경우, 동결막(101a)의 온도가 -50℃ 이하가 되면, 동결막(101a)에 잔균열이 발생하기 쉽게 된다. 도 5로부터 알 수 있는 것과 같이, 동결막(101a)의 온도가 -50℃ 이하가 되면, 잔균열의 발생에 기인하여, 오염물(103)의 제거율이 높아진다. 그러나, 동결막(101a)의 온도가 -50℃ 이하가 되면, 잔균열에 의해 생긴 충격력에 의해 요철부의 도괴수가 많아진다.
그 때문에, 기판(100)의 표면(100b)에 미세한 요철부나 강성이 낮은 요철부가 형성되어 있는 경우에는, 잔균열이 발생하기 전에 해동을 시작하게 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 잔균열에 의한 충격력의 발생이 없기 때문에, 요철부가 도괴되는 것을 억제할 수 있다. 이 경우, 한 번의 동결 세정 공정에 있어서의 오염물(103)의 제거율은 낮아지지만, 동결 세정 공정을 반복해서 행하면, 요철부의 도괴 억제와 오염물(103)의 제거율 향상을 도모할 수 있다.
한편, 기판(100)의 표면(100b)에 요철부가 형성되어 있지 않거나(예컨대 벌크 기판), 강성이 높은 요철부가 형성되어 있는 경우에는, 잔균열을 발생시킨 후에 해동을 시작하게 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 오염물(103)의 제거율을 향상시킬 수 있다. 또한, 동결 세정 공정을 반복해서 행할 때는, 동결 세정 공정의 반복수를 저감시킬 수 있다.
예컨대 컨트롤러(10)는, 액체(101)를 과냉각 상태로 하는 공정과, 과냉각 상태가 된 액체(101)를 동결시키는 공정과, 액체(101)의 동결 시작에서부터 소정 시간 경과 후에 동결된 액체(101)의 해동을 시작하는 공정을, 미리 정해진 횟수 반복하여 실행시킬 수 있다.
또한, 동결 세정 공정의 실행 횟수는 도시하지 않는 입출력 화면을 통해 조작자에 의해 입력된다. 혹은 기판(100)을 수납하는 케이스에 부속된 바코드나 QR 코드(등록상표) 등의 마크를 기판 처리 장치(1)가 읽어들이도록 하여도 좋다.
또한, 상술한 것과 같이, 도 5의 그래프는 기판(100)이 쿼츠 기판인 경우에 얻어지는 그래프이다. 잔균열은 동결막의 열팽창 계수와 기판(100)의 열팽창 계수의 차에 따른 응력이 커지면 발생한다. 즉, 액체(101)의 종류가 동일하면, 기판(100)의 재료에 의해서 잔균열이 생기는 온도가 변화된다. 또한, 액체(101)의 두께에 따라서도 동결막에 잔균열이 발생하는 온도가 변화된다. 그래서, 기판(100)의 종류와 액체(101) 두께의 조합에 의해서 잔균열이 발생하는 온도가 어떻게 변화되는 것인지를 실험이나 시뮬레이션에 의해 미리 구하고, 구한 온도로부터 소정의 온도를 산출하도록 해 놓으면 된다.
이어서, 도 2 및 도 3으로 되돌아가, 기판 처리 장치(1)의 작용에 관해서 더 설명한다.
도 2 및 도 3에 도시하는 것과 같이, 동결 공정(고상) 후에 해동 공정이 실행된다.
또한, 도 2 및 도 3에 예시한 것은 액체(101)와 액체(102)가 동일한 액체인 경우이다. 그 때문에, 도 2 및 도 3에서는 액체(101)라고 기재하고 있다. 해동 공정에서는, 컨트롤러(10)가 공급부(4b) 및 유량 제어부(4c)를 제어하여, 기판(100)의 표면(100b)에 소정 유량의 액체(101)를 공급한다. 또한, 액체(101)와 액체(102)가 다른 경우에는, 컨트롤러(10)가 공급부(5b) 및 유량 제어부(5c)를 제어하여, 기판(100)의 표면(100b)에 소정 유량의 액체(102)를 공급한다.
또한, 컨트롤러(10)가 유량 제어부(3c)를 제어하여 냉각 가스(3a1)의 공급을 정지시킨다. 또한, 컨트롤러(10)가 구동부(2c)를 제어하여 기판(100)의 회전수를 제4 회전수로 증가시킨다. 제4 회전수는 예컨대 200 rpm∼700 rpm 정도로 할 수 있다.
기판(100)의 회전이 빨라지면, 액체(101)와 동결된 액체(101)를 원심력으로 뿌리칠 수 있다. 그 때문에, 액체(101)와 동결된 액체(101)를 기판(100)의 표면(100b)으로부터 배출할 수 있다. 이때, 기판(100)의 표면(100b)으로부터 분리된 오염물(103)도 액체(101)와 동결된 액체(101)와 함께 배출된다.
또한, 액체(101) 또는 액체(102)의 공급량은 해동을 할 수 있는 것이라면 특별히 한정은 없다. 또한, 기판(100)의 제4 회전수는 액체(101), 동결된 액체(101) 및 오염물(103)을 배출할 수 있는 것이라면 특별히 한정은 없다.
이어서, 도 2 및 도 3에 도시하는 것과 같이 건조 공정이 실행된다. 건조 공정에서는, 컨트롤러(10)가 공급부(4b) 및 유량 제어부(4c)를 제어하여 액체(101)의 공급을 정지시킨다. 또한, 액체(101)와 액체(102)가 다른 액체인 경우에는, 컨트롤러(10)가 공급부(5b) 및 유량 제어부(5c)를 제어하여 액체(102)의 공급을 정지시킨다.
또한, 컨트롤러(10)가 구동부(2c)를 제어하여, 기판(100)의 회전수를 제4 회전수보다 빠른 제5 회전수로 증가시킨다. 기판(100)의 회전이 빨라지면, 기판(100)의 건조를 신속하게 행할 수 있다. 또한, 기판(100)의 제5 회전수는 건조가 가능하다면 특별히 한정은 없다.
동결 세정 공정이 종료된 기판(100)은, 하우징(6)의 도시하지 않는 반입반출구를 통해 하우징(6)의 외부로 반출된다.
이상과 같이 함으로써, 1회의 동결 세정 공정을 행할 수 있다.
또한, 상술한 것과 같이, 동결 세정 공정은 여러 번 행할 수도 있다. 그 때문에, 다음 동결 세정 공정이 실시되는 것이라면, 해동 공정에 있어서도 냉각 가스(3a1)의 공급을 유지할 수도 있다. 이와 같이 하면, 예비 공정과 동일한 상태를 발생시킬 수 있기 때문에, 다음 동결 세정 공정에 있어서의 예비 공정을 생략할 수 있다. 또한, 현재 실행하고 있는 동결 세정 공정(상기 동결 세정 공정)에 있어서의 건조 공정을 생략할 수 있다.
예컨대 동결 세정 공정을 여러 번 반복하여 행하는 경우, 1회의 동결 세정 공정은 과냉각 공정, 동결 공정(고액상), 동결 공정(고상) 및 해동 공정을 적어도 포함하고 있으면 된다.
여기서, 일반적으로 해동 공정을 시작하는 타이밍은 시간 관리에 의해 이루어지고 있다. 예컨대 기판(100)이 배치대(2a)의 복수의 지지부(2a1) 상에 배치되고 나서 임의의 시간이 경과한 타이밍을 동결 세정 공정이 시작되는 타이밍으로 한다. 이 경우, 동결 세정 공정의 시작에서부터 미리 정해진 시간 동안에, 예비 공정, 액막 형성 공정 및 냉각 공정(과냉각 공정, 동결 공정(고액상), 동결 공정(고상))이 실행되어 동결막(101a)이 형성되게 하고 있다. 그리고, 미리 정해진 시간이 경과한 후에, 액체(101)(102)를 공급하여 동결막(101a)을 해동하고 있다. 이 경우, 해동 공정을 시작하는 타이밍은 미리 실험이나 시뮬레이션을 행함으로써 적절하게 결정하고 있다.
상술한 것과 같이, 액막의 두께, 액체(101)의 성분 및 냉각 가스(3a1)의 유량 등은, 관리가 가능하기 때문에, 예컨대 기판(100)의 크기에 따라서 실험이나 시뮬레이션을 행하면, 해동 공정을 시작하는 적절한 타이밍을 결정할 수 있다고 생각되고 있다.
또한, 상술한 예비 공정을 행하면, 기판(100)의 면내 온도가 대략 균일하게 된 상태에서 액막을 형성할 수 있기 때문에, 동결 세정 공정의 시작에서부터 동결막(101a)이 형성되기까지의 시간을 안정시킬 수 있다고 생각되고 있다.
그런데, 본 발명자들이 예의 실험과 해석을 거듭한 결과, 액체(101)의 공급이 정지되고 나서 동결이 시작되는 타이밍이 변동되는 것이 판명되었다.
도 6은 본 실시형태에 따른 기판 처리 장치(1)를 이용하여 동결 세정 공정을 반복하여 행했을 때의 각 동결 세정 공정에 있어서의 기판(100) 표면(100b)의 온도 변화를 예시하기 위한 그래프이다.
도 6은 도 3에 도시하는 「액막 형성 공정」 중의 「액체(101) 정지」에서부터 해동 공정까지에 대응하는 액체(101)의 온도 변화를 도시하고 있다. 도 6에서의 「T1」은, 해동을 시작하는 타이밍을 액체(101)의 공급이 정지되고 나서 미리 정해진 시간으로 한 경우의, 미리 정해진 시간을 나타낸다. 동결 세정 공정의 반복수는 10회이다. 또한, 기판(100)은 쿼츠 기판이다. 또한, 「기판(100)의 표면」이란, 기판(100)의 표면(100b)뿐만 아니라, 기판(100)에 공급된 액체(101), 기판(100)의 표면(100b)에 형성된 액막, 기판(100)의 표면(100b)에 액체(101)와 동결된 액체(101)가 존재하는 상태, 및 기판(100)의 표면(100b)에 형성된 동결막(101a)을 포함한다. 또한, 도 6의 횡축의 눈금선은 일정한 시간으로 새겨져 있다.
도 6으로부터 알 수 있는 것과 같이, 액체(101)의 공급이 정지되고 나서 동결이 시작되는 타이밍에는 변동이 있다. 동결이 시작되는 타이밍에 변동이 생기는 원인은, 반드시 분명한 것은 아니지만, 과냉각 상태인 액체(101)의 동결이 시작되는 조건이 복수 존재하는 것이 한가지 원인이라고 생각된다. 예컨대 과냉각 상태의 액체(101)에 있어서는, 액막의 온도 불균일에 의한 밀도 변화, 파티클 등의 오염물의 존재, 진동 등의 복수의 요인이 동결 시작의 기점이 된다. 그 때문에, 복수 조건의 적어도 어느 하나가 변화함으로써, 동결이 시작되거나 동결이 시작되지 않거나 한다. 또한, 복수의 조건에 의해 동결이 시작되기 때문에, 동결의 시작 타이밍을 제어하기도 어렵다.
이 경우, 액체(101)의 공급이 정지되고 나서 미리 정해진 시간(T1)이 경과했을 때에 해동 공정을 시작하게 하면, 도 6으로부터 알 수 있는 것과 같이, 해동이 시작되는 시점에서의 동결막(101a)의 온도가 변동된다. 해동이 시작되는 시점에서의 동결막(101a)의 온도가 변동되면, 원하는 제거율을 얻지 못한다. 혹은, 해동이 시작되는 시점에서의 동결막(101a)의 온도가 변동되면, 해동되는 동결막(101a)에 잔균열이 발생하거나 하지 않거나 한다. 이 경우, 기판(100)의 표면(100b)에 미세한 요철부나 강성이 낮은 요철부가 형성되어 있으면, 요철부가 도괴될 우려가 있다.
본 발명자들이 검토한 결과, 과냉각 상태인 액체(101)의 동결이 시작되고 나서 동결막(101a)이 소정의 온도까지 냉각되는 시간에는 변동이 적다는 지견을 얻었다.
도 7은 동결이 시작되고 나서 동결막(101a)이 소정의 온도가 되기까지의 시간을 예시하기 위한 그래프이다.
또한, 이 경우, 소정의 온도는 -45℃이다. 또한, 동결을 시작하고 나서 해동하기까지의 사이에, 기판(100)의 표면(100b)은, 액체(101)와 동결된 액체(101)가 존재하는 상태 및 기판(100)의 표면(100b)에 동결막(101a)이 형성된 상태를 포함한다. 그 때문에, 그래프의 종축은 「기판(100)의 표면 온도」라고 표기해 놓는다. 또한, 도 7의 횡축의 눈금선은 일정한 시간으로 새겨져 있다. 그리고, 도 6과 도 7에서 일정한 시간은 동일한 시간이다. 즉, 도 6과 도 7에서 눈금선끼리의 간격은 동일하다.
도 7로부터 알 수 있는 것과 같이, 동결이 시작되고 나서 동결막(101a)이 소정의 온도가 되기까지의 시간은, 반복하여 동결 세정 공정을 행하여도 변동이 작다. 동결이 시작되고 나서 동결막(101a)이 소정의 온도가 되기까지의 시간의 변동은, 도 6에 있어서의 액체(101)의 공급이 정지되고 나서 동결막(101a)이 소정의 온도가 되기까지의 시간의 변동과 비교하면 작다.
그 때문에, 검출부(8)에 의해 동결의 시작을 검출하고, 검출된 동결 시작 시점으로부터 소정 시간 경과 후에 해동 공정을 시작하게 하면, 해동이 시작되는 시점에서의 동결막(101a)의 온도가 변동되는 것을 억제할 수 있다. 해동이 시작되는 시점에서의 동결막(101a)의 온도가 변동되지 않으면, 해동이 시작되는 시점에서의 동결막(101a)의 상태를 안정시킬 수 있다.
또한, 해동 공정을 시작하게 하기까지의 시간을 제어함으로써, 해동이 시작되는 시점에서의 동결막(101a)의 온도, 나아가서는 해동되는 동결막(101a)의 상태를 제어하는 것이 가능하게 된다. 예컨대 컨트롤러(10)는, 소정의 시간을 제1 시간으로 함으로써, 해동을 행하는 동결된 액체(101)(동결막(101a))에 잔균열이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 컨트롤러(10)는, 소정의 시간을 제1 시간보다 긴 제2 시간으로 함으로써, 해동을 행하는 동결된 액체(101)(동결막(101a))에 잔균열을 발생시킬 수 있다. 그 때문에, 기판(100)의 표면(100b) 상태에 따라서 해동 공정을 시작하게 하기까지의 시간을 바꿈으로써, 요철부의 도괴를 억제하거나 오염물(103)의 제거율을 높이거나 할 수 있다.
이 경우, 검출부(8)에 의한 동결 시작의 검출은 예컨대 이하와 같이 하여 검출할 수 있다.
도 8은 검출부(8)가 온도를 검출하는 온도 센서인 경우의 검출치를 예시하기 위한 그래프이다.
도 9는 검출된 온도와 그 직전에 검출된 온도의 차를 예시하기 위한 그래프이다.
검출부(8)가 온도를 검출하는 온도 센서 등인 경우에는, 예컨대 과냉각 상태가 된 액체(101)의 표면 온도를 소정의 시간 간격으로 검출한다.
도 8에 도시하는 것과 같이, 과냉각 상태가 된 액체(101)가 동결될 때에 온도가 상승한다. 그리고, 도 9에 도시하는 것과 같이, 검출된 온도와 그 직전에 검출된 온도의 차가 소정의 역치를 넘은 경우, 및 도 8에 도시하는 것과 같이, 온도 상승 비율이 소정의 역치를 넘은 경우의 적어도 어느 하나의 경우에는, 액체(101)의 동결이 시작되었다고 판정할 수 있다. 판정에 이용하는 역치는 미리 실험이나 시뮬레이션을 행함으로써 구할 수 있다.
동결막(101a)에 잔균열이 발생하면, 기판(100)의 표면(100b)에 미세한 요철부나 강성이 낮은 요철부가 형성되어 있는 경우, 요철부가 도괴될 가능성이 높아진다. 그 때문에, 해동 온도는 잔균열이 발생하는 온도보다 높은 온도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 도 5에 도시하는 것과 같이, 제거율은 해동 온도가 낮아질수록 높아지는 경향이 있다. 따라서, 요철부의 도괴를 억제하면서 높은 제거율을 얻기 위해서는, 잔균열이 발생하는 온도의 5℃∼10℃ 높은 온도에서 해동하는 것이 바람직하다.
잔균열이 발생하는 온도는 실험이나 시뮬레이션으로 미리 구해 놓으면 된다. 그리고, 잔균열이 발생하는 온도보다 5℃∼10℃ 높은 온도(소정의 온도)를 컨트롤러(10)에 기억시킨다.
또한, 동결막에 잔균열이 발생하는 온도는 액체(101)의 두께나 기판의 종류 등의 조건에 따라서도 변화된다. 조건에 따라서는 -50℃보다 높은 온도에서 잔균열이 발생하는 경우도 있으며, 잔균열이 발생하는 온도가 -50℃ 이하가 되는 경우도 있다. 방사온도계는 -50℃ 이하의 온도를 검출할 수 없다. 이 경우, 실험이나 시뮬레이션으로 과냉각 상태의 액체(101)가 고액상 상태로 되는(동결이 시작되는) 순간에서부터 잔균열이 생기기까지의 시간을 미리 구해 두고, 그 시간으로부터 10초∼30초 짧은 시간을 컨트롤러(10)에 기억시켜 해동을 행하게 하여도 좋다.
이와 같이 함으로써, 방사온도계로 온도를 검출할 수 없는 범위에서 잔균열이 발생한다고 해도, 잔균열이 발생하기 전에 반드시 해동할 수 있다.
또한, 10초∼30초 짧게 하면, 잔균열이 발생하는 온도보다 5℃∼10℃ 높은 온도가 된다.
혹은, 실험이나 시뮬레이션으로, 과냉각 상태의 액체(101)가 고액상 상태로 되는(동결이 시작되는) 순간에서부터 잔균열이 생기기까지의 시간을 미리 구해 두고, 그 시간의 70% 이상 90% 이하의 시간을 컨트롤러(10)에 기억시키고서 해동을 행하도록 하여도 좋다.
또한, 과냉각 상태의 액체(101)가 고액상 상태로 되는(동결이 시작되는) 순간에서부터 잔균열이 생기기까지의 시간의 70% 이상 90% 이하의 시간으로 하면, 잔균열이 발생하는 온도보다 5℃∼10℃ 높은 온도가 된다.
검출부(8)가 막의 두께나 막의 표면 위치를 검출하는 변위계 등인 경우에는, 예컨대 과냉각 상태로 된 액체(101)의 표면 위치를 소정의 시간 간격으로 검출한다.
컨트롤러(10)는, 검출된 표면 위치와 그 직전에 검출된 표면 위치의 차가 소정의 역치를 넘은 경우, 및 표면 위치의 변화 비율이 소정의 역치를 넘은 경우의 적어도 어느 하나인 경우에는, 액체(101)의 동결이 시작되었다고 판정할 수 있다. 판정에 이용하는 역치는 미리 실험이나 시뮬레이션을 행함으로써 구할 수 있다.
검출부(8)가 막 표면의 반사율을 검출하는 광학 센서 등인 경우에는, 예컨대 과냉각 상태가 된 액체(101)의 표면 반사율을 소정의 시간 간격으로 검출한다.
컨트롤러(10)는, 검출된 표면의 반사율과 그 직전에 검출된 표면의 반사율의 차가 소정의 역치를 넘은 경우, 및 표면 반사율의 변화 비율이 소정의 역치를 넘은 경우의 적어도 어느 하나인 경우에는, 액체(101)의 동결이 시작되었다고 판정할 수 있다. 판정에 이용하는 역치는 미리 실험이나 시뮬레이션을 행함으로써 구할 수 있다.
검출부(8)가 막의 표면 상태를 검출하는 화상 센서 등인 경우에는, 예컨대 과냉각 상태가 된 액체(101)의 표면 상태를 소정의 시간 간격으로 촬상한다.
컨트롤러(10)는 촬상한 화상을 흑백의 2치화 처리하여 동결된 액체(101)를 판별한다. 컨트롤러(10)는, 동결된 액체(101)의 면적, 수, 비율 등이 소정의 역치를 넘은 경우 등에는, 동결이 시작되었다고 판정할 수 있다. 판정에 이용하는 역치는 미리 실험이나 시뮬레이션을 행함으로써 구할 수 있다.
또한, 검출부(8)는, 예시한 것에 한정되는 것은 아니며, 기판(100)의 표면(100b) 상에 있는 액체(101)의 동결 시작을 검출할 수 있는 것이면 된다.
도 10은 본 실시형태에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 예비 공정을 실시하지 않는 경우의 동결 세정 공정을 반복하여 행했을 때의 각 동결 세정 공정에 있어서의 기판(100) 표면(100b)의 온도 변화를 예시하기 위한 그래프이다.
도 10은 도 6과 비교하여 예비 공정을 실시하지 않았다는 점에서 다르다. 또한, 도 10은 도 3에 도시하는 「액막 형성 공정」 중의 「액체(101) 정지」에서부터 해동 공정까지에 대응하는 액체(101)의 온도 변화를 도시하고 있다.
도 10에 도시하는 것과 같이, 1번째의 동결 세정 공정에 있어서의, 액체(101)의 공급을 정지하고 나서 동결이 시작되기까지의 시간이 다른 동결 세정 공정과 비교하여 꽤 길게 되어 있다. 또한, 2번째, 3번째의 동결 세정 공정으로 되어 감에 따라서, 액체(101)의 공급을 정지하고 나서 동결이 시작되기까지의 시간이 짧아져, 6번째의 동결 세정 공정 이후에, 액체(101)의 공급을 정지하고 나서 동결이 시작되기까지의 시간이 거의 안정된다. 따라서, 예비 공정을 실시하지 않는 경우, 동결 세정 공정의 반복 초기(1∼5번째까지)에 있어서, 액체(101)의 공급을 정지하고 나서 동결이 시작되는 타이밍에 큰 변동이 발생한다.
또한, 본 발명자들이 검토한 결과, 예비 공정을 실시하지 않는 경우, 동결이 시작되고 나서 동결막(101a)이 소정의 온도가 되기까지의 시간에 있어서도, 예비 공정을 실시하는 경우보다 큰 변동이 발생한다는 지견을 얻었다. 특히 동결 세정 공정의 반복 초기(1∼5번째까지)에 있어서 큰 변동이 발생하여, 6번째의 동결 세정 공정 이후에, 동결이 시작되고 나서 동결막(101a)이 소정의 온도가 되기까지의 시간은 거의 안정적이다.
이 경우, 검출부(8)에 의해 동결의 시작을 검출하고, 검출된 동결 시작 시점으로부터 동결막(101a)이 소정의 온도가 되면 해동 공정을 시작하게 한다면, 해동이 시작되는 시점에서의 동결막(101a)의 온도가 변동되는 것을 억제할 수 있다. 해동이 시작되는 시점에서의 동결막(101a)의 온도가 변동되지 않으면, 해동이 시작되는 시점에서의 동결막(101a)의 온도를 동결 세정 공정마다 일정하게 유지할 수 있다.
또한, 검출부(8)에 의해 동결의 시작을 검출함으로써, 기판(100)의 표면(100b) 상에 과냉각 상태인 액체(101)의 액막이 형성된 상태에서, 잘못해서 해동 공정이 실시되는 것을 막을 수 있다.
상술한 것과 같이, 동결막(101a)에 잔균열이 발생하는 온도는, 액체(101)의 두께나 기판의 종류 등의 조건에 따라서도 변화된다.
본 발명자들이 예의 연구를 거듭한 결과, 과냉각 온도가 -40℃에까지 달하는 경우가 있다는 것이 판명되었다.
예컨대 -38℃에서 동결막(101a)에 잔균열이 발생해 버리는 조건인 경우, 검출부(8)에 의해 동결의 시작을 검출하지 않으면, 액막의 온도가 -38℃에 달한 순간에 해동 공정이 시작되어 버린다. 이 경우에 있어서, 검출부(8)에 의해 동결의 시작을 검출함으로써, 동결막(101a)이 소정의 온도가 되면 해동 공정을 시작할 수 있다.
또한, 상술한 것과 같이, 6번째의 동결 세정 공정 이후에, 동결이 시작되고 나서 동결막(101a)이 소정의 온도가 되기까지의 시간이 안정된다. 따라서, 1번째부터 5번째의 동결 세정 공정에서는, 검출부(8)에 의해 동결의 시작을 검출한 후, 동결막(101a)이 소정의 온도가 되면 해동 공정을 시작하고, 6번째 이후의 동결 세정 공정에서는, 검출부(8)에 의해 동결의 시작을 검출한 후, 소정의 시간이 경과하면 해동하도록 하여도 좋다.
이상, 실시형태에 관해서 예시했다. 그러나, 본 발명은 이들 기술에 한정되는 것이 아니다. 상술한 실시형태에 관해서 당업자가 적절하게 구성 요소의 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 아니며, 적절하게 변경할 수 있다.
1: 기판 처리 장치, 2: 배치부, 3: 냉각부, 3a1: 냉각 가스, 4: 제1 액체 공급부, 5: 제2 액체 공급부, 6: 하우징, 8: 검출부, 10: 컨트롤러, 100: 기판, 100a: 이면, 100b: 표면, 101: 액체, 101a: 동결막, 102: 액체, 103 오염물.

Claims (8)

  1. 기판을 회전시킬 수 있는 배치대와,
    상기 배치대와 상기 기판 사이의 공간에 냉각 가스를 공급할 수 있는 냉각부와,
    상기 기판의 상기 배치대 측과는 반대의 면에 액체를 공급할 수 있는 액체 공급부와,
    상기 기판의 상기 면 상에 있는 상기 액체의 동결 시작을 검출할 수 있는 검출부와,
    상기 기판의 회전, 상기 냉각 가스의 공급, 및 상기 액체의 공급을 제어할 수 있는 컨트롤러를 구비하고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 기판의 회전, 상기 냉각 가스의 유량, 및 상기 액체의 공급량 중 적어도 어느 하나를 제어하여, 상기 기판의 상기 면 상에 있는 상기 액체가 과냉각 상태로 되게 하고,
    상기 검출부로부터의 신호에 기초하여 상기 과냉각 상태로 된 상기 액체의 동결이 시작되었다고 판정한 경우에는, 상기 액체의 동결 시작에서부터 소정 시간 경과한 후에, 동결된 상기 액체의 해동을 시작하게 하는, 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 검출부는, 상기 과냉각 상태로 된 상기 액체의 표면 온도를 소정의 시간 간격으로 검출하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 액체의 상기 표면의 온도가 상승하며, 또한
    상기 검출부에 의해 검출된 온도와 그 직전에 상기 검출부에 의해 검출된 온도의 차가 소정의 역치를 넘은 경우, 및 온도 상승 비율이 소정의 역치를 넘은 경우 중 적어도 어느 하나인 경우에는, 상기 액체의 동결이 시작되었다고 판정하는 것인, 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 소정의 시간은, 미리 구해진 시간이며, 상기 과냉각 상태로 된 상기 액체의 동결이 시작된 순간에서부터, 상기 동결된 액체의 표면 온도가, 상기 동결된 액체에 잔균열이 발생하는 온도보다 5℃ 이상 10℃ 이하의 범위에서 높은 온도가 되기까지의 시간인 것인, 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 검출부는 또한, 상기 동결된 액체의 표면 온도를 검출하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 소정의 시간이 경과하기 전이라도, 상기 검출부에 의해 검출된 온도가, 미리 구해진 상기 동결된 액체에 잔균열이 발생하는 온도보다 5℃ 이상 10℃ 이하의 범위에서 높은 온도로 된 경우에는, 상기 동결된 액체의 해동을 시작하게 하는 것인, 기판 처리 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 소정의 시간을 제1 시간으로 함으로써, 해동을 행하는 상기 동결된 액체에 잔균열이 발생하는 것을 억제하고,
    상기 소정의 시간을 상기 제1 시간보다 긴 제2 시간으로 함으로써, 상기 해동을 행하는 동결된 액체에 잔균열을 발생시키는 것인, 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 시간은, 미리 구해진 시간이며, 상기 과냉각 상태로 된 상기 액체의 동결이 시작된 순간에서부터 상기 잔균열이 생기기까지의 시간보다 10초 이상 30초 이하의 범위에서 짧은 것인, 기판 처리 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제1 시간은, 미리 구해진 시간이며, 상기 과냉각 상태로 된 상기 액체의 동결이 시작된 순간에서부터 상기 잔균열이 생기기까지의 시간의 70% 이상 90% 이하인 것인, 기판 처리 장치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 액체를 과냉각 상태로 하는 공정과, 상기 과냉각 상태로 된 상기 액체를 동결시키는 공정과, 상기 액체의 동결 시작에서부터 소정 시간 경과 후에, 상기 동결된 액체의 해동을 시작하는 공정을, 미리 정해진 횟수 반복하여 실행시키는 것인, 기판 처리 장치.
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