TW201824379A - 基板處理裝置及基板處理方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種可使污染物之去除率提高之基板處理裝置及基板處理方法。 實施形態之基板處理裝置具備：載置部，其載置基板並使基板旋轉；液體供給部，其對上述基板之與上述載置部側為相反側之面供給液體；冷卻部，其對上述基板之上述載置部側之面供給冷卻氣體；及控制部，其控制上述基板之轉數、上述液體之供給量、及上述冷卻氣體之流量中之至少任一者。上述控制部使位於上述基板之面上之上述液體成為過冷卻狀態，且使成為上述過冷卻狀態之上述液體之至少一部分冷凍。

Description

基板處理裝置及基板處理方法
本發明之實施形態係關於一種基板處理裝置及基板處理方法。
於壓印用模板、光微影用光罩基板、及半導體晶圓等微細構造體中，於基板之表面形成有微細之凹凸部。 此處，作為去除附著於基板表面之微粒等污染物之方法，已知有超音波清洗法及雙流體噴霧清洗法等。然而，若對基板施加超音波、或對基板之表面噴射流體，則有形成於基板表面之微細之凹凸部破損之虞。又，近年來，凹凸部之微細化不斷推進，凹凸部變得更易破損。 因此，作為去除附著於基板表面之污染物之方法，提出冷凍清洗法(例如，參照專利文獻1)。 於冷凍清洗法中，首先對旋轉之基板之表面供給純水，將所供給之純水之一部分排出而於基板之表面形成水膜。其次，對基板之形成有水膜之側供給冷卻氣體而使水膜冷凍。於水膜冷凍而形成冰膜時污染物被收進冰膜中，藉此將污染物自基板之表面分離。其次，對冰膜供給純水而使冰膜融解，將污染物與純水一併自基板之表面去除。 根據冷凍清洗法，可抑制形成於基板表面之微細之凹凸部破損。 但是，若對基板之形成有水膜之側供給冷卻氣體，則自水膜之表面側(水膜之與基板側相反之側)開始冷凍。若自水膜之表面側開始冷凍，則難以將附著於基板表面之雜質自基板之表面分離。因此，難以使污染物之去除率提高。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利特開2013-69764號公報
[發明所欲解決之問題] 本發明所欲解決之課題在於，提供一種可使污染物之去除率提高之基板處理裝置及基板處理方法。 [解決問題之技術手段] 實施形態之基板處理裝置具備：載置部，其載置基板並使基板旋轉；液體供給部，其對上述基板之與上述載置部側為相反側之面供給液體；冷卻部，其對上述基板之上述載置部側之面供給冷卻氣體；及控制部，其控制上述基板之轉數、上述液體之供給量、及上述冷卻氣體之流量中之至少任一者。上述控制部使位於上述基板之面上之上述液體成為過冷卻狀態，且使成為上述過冷卻狀態之上述液體之至少一部分冷凍。 [發明之效果] 根據本發明之實施形態，提供一種可使污染物之去除率提高之基板處理裝置及基板處理方法。
以下，一面參照圖式，一面對實施形態進行例示。再者，於各圖式中，對於相同之構成要素標註相同之符號，並適當省略詳細之說明。 以下所例示之基板100可設為例如半導體晶圓、壓印用模板、光微影用光罩基板、用於MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微機電系統)之板狀體等。 但是，基板100之用途並不限定於其等。 圖1係用以例示本實施形態之基板處理裝置1之模式圖。 如圖1所示，於基板處理裝置1中，設置有載置部2、冷卻部3、第1液體供給部4、第2液體供給部5、框體6、送風部7、測定部8、控制部9、及排氣部11。 載置部2具有載置台2a、旋轉軸2b、及驅動部2c。 載置台2a設置於框體6之內部。載置台2a呈板狀。 於載置台2a之一主面，設置有保持基板100之複數個突出部2a1。於複數個突出部2a1之上載置基板100。於載置基板100時，使基板100之形成有凹凸部之側之面朝向與載置台2a側相反之方向。凹凸部可設為例如圖案。複數個突出部2a1保持基板100之周緣。若藉由複數個突出部2a1保持基板100之周緣，則可減少基板100與載置台2a側之要素接觸之部分。因此，可抑制基板100之髒污或損傷等。 於載置台2a之中央部分，設置有貫通載置台2a之厚度方向之孔2a2。 旋轉軸2b之一端部嵌合於載置台2a之孔2a2。旋轉軸2b之另一端部設置於框體6之外部。旋轉軸2b於框體6之外部與驅動部2c連接。 旋轉軸2b呈筒狀。 於旋轉軸2b之載置台2a側之端部設置有吹出部2b1。吹出部2b1於載置台2a之設置有複數個突出部2a1之面形成開口。吹出部2b1之開口側之端部連接於孔2a2之內壁。吹出部2b1之開口與載置於載置台2a之基板100之面對向。 吹出部2b1具有越靠近載置台2a側(開口側)截面積越大之形狀。因此，吹出部2b1之內部之孔具有越靠近載置台2a側(開口側)截面積越大之形狀。 再者，雖例示了於旋轉軸2b之前端設置吹出部2b1之情形，但吹出部2b1亦可設置於冷卻噴嘴3d之前端。又，亦可將載置台2a之孔2a2設為吹出部2b1。 若設置吹出部2b1，則可將釋出之冷卻氣體3a1供給至基板100之載置台2a側之更大區域。又，可使冷卻氣體3a1之釋出速度降低。因此，可抑制基板100部分地冷卻、或基板100之冷卻速度過快。 其結果，容易形成下述液體101之過冷卻狀態。又，可於基板100之更大區域形成液體101之過冷卻狀態。因此，可使污染物之去除率提高。 旋轉軸2b之與載置台2a側為相反側之端部閉合。於旋轉軸2b之與載置台2a側為相反側之端部插入有冷卻噴嘴3d。於旋轉軸2b之與載置台2a側為相反側之端部及冷卻噴嘴3d之間，設置有未圖示之旋轉軸密封件。因此，旋轉軸2b之與載置台2a側為相反側之端部以成為氣密狀態之方式被密封，且被固定。 驅動部2c設置於框體6之外部。驅動部2c與旋轉軸2b連接。驅動部2c可設為具有馬達等旋轉機器者。驅動部2c之旋轉力經由旋轉軸2b而傳遞至載置台2a。因此，可藉由驅動部2c使載置台2a甚至載置於載置台2a之基板100旋轉。 又，驅動部2c不僅進行旋轉開始與旋轉停止，而且可使轉數(轉速)變化。驅動部2c可設為例如具備伺服馬達等控制馬達者。 冷卻部3對基板100之與被供給液體101之面為相反側之面(載置台2a側之面)直接供給冷卻氣體3a1。 冷卻部3具有冷卻液部3a、過濾器3b、流量控制部3c、及冷卻噴嘴3d。 冷卻液部3a、過濾器3b、及流量控制部3c設置於框體6之外部。 冷卻液部3a進行冷卻液之收納、及冷卻氣體3a1之產生。 冷卻液係使冷卻氣體3a1液化而成者。 冷卻氣體3a1只要為不易與基板100之材料發生反應之氣體便無特別限定。 冷卻氣體3a1可設為例如氮氣、氦氣、氬氣等惰性氣體。於該情形時，若使用比熱較高之氣體則可縮短基板100之冷卻時間。例如，若使用氦氣則可縮短基板100之冷卻時間。又，若使用氮氣則可使基板100之處理費用降低。 冷卻液部3a具有收納冷卻液之箱、及使收納於箱之冷卻液氣化之氣化部。箱中設置有用以維持冷卻液之溫度之冷卻裝置。氣化部係使冷卻液之溫度上升，而自冷卻液產生冷卻氣體3a1。氣化部可設為例如利用外部大氣溫度或利用熱媒之加熱者。冷卻氣體3a1之溫度只要為能夠使液體101冷卻至凝固點以下之溫度而成為過冷卻狀態之程度之溫度即可。因此，冷卻氣體3a1之溫度只要為液體101之凝固點以下之溫度即可，冷卻氣體3a1之溫度可設為例如-170℃。 過濾器3b經由配管而連接於冷卻液部3a。過濾器3b抑制冷卻液中所含之微粒等污染物流出至基板100側。 流量控制部3c經由配管而連接於過濾器3b。 流量控制部3c控制冷卻氣體3a1之流量。流量控制部3c可設為例如MFC(Mass Flow Controller，流量控制器)等。又，流量控制部3c亦可為藉由控制冷卻氣體3a1之供給壓力而間接控制冷卻氣體3a1之流量者。於該情形時，流量控制部3c可設為例如APC(Auto Pressure Controller，自動壓力控制器)等。 於冷卻液部3a自冷卻液產生之冷卻氣體3a1之溫度成為大致特定之溫度。因此，流量控制部3c可藉由控制冷卻氣體3a1之流量而控制基板100之溫度甚至基板100上之液體101之溫度。於該情形時，流量控制部3c藉由控制冷卻氣體3a1之流量而於下述過冷卻步驟中形成液體101之過冷卻狀態。 冷卻噴嘴3d之一端部連接於流量控制部3c。冷卻噴嘴3d之另一端部設置於旋轉軸2b之內部。冷卻噴嘴3d之另一端部位於吹出部2b1之流量控制部3c側之端部附近。 冷卻噴嘴3d呈筒狀。冷卻噴嘴3d將被流量控制部3c控制流量後之冷卻氣體3a1供給至基板100。自冷卻噴嘴3d釋出之冷卻氣體3a1經由吹出部2b1而直接供給至基板100之與被供給液體101之面為相反側之面。 第1液體供給部4對基板100之與載置台2a側為相反側之面供給液體101。 於下述冷凍步驟中，若液體101自液體變化為固體(液固相變)則體積發生變化，故會產生壓力波。可想到藉由該壓力波將附著於基板100之表面之污染物分離。為此，液體101只要為不易與基板100之材料發生反應者便無特別限定。 其中，若將液體101設為冷凍時體積會增加之液體，則亦可想到利用伴隨體積增加而產生之物理力能將附著於基板100之表面之污染物分離。因此，液體101較佳設為不易與基板100之材料發生反應，且冷凍時體積會增加之液體。例如，液體101可設為水(例如純水或超純水等)、或以水為主成分之液體等。 以水為主成分之液體可設為例如水與醇之混合液、水與酸性溶液之混合液、水與鹼性溶液之混合液等。 若設為水與醇之混合液，則可使表面張力降低，故對形成於基板表面之微細之凹凸部之內部供給液體101變得容易。 若設為水與酸性溶液之混合液，則可溶解附著於基板100之表面之微粒或抗蝕劑殘渣等污染物。例如，若設為水與硫酸等之混合液，則可溶解包含抗蝕劑或金屬之污染物。 若設為水與鹼性溶液之混合液，則可使ζ(zeta)電位降低，故可抑制自基板100之表面分離後之污染物再次附著於基板100之表面。 但是，若水以外之成分過多，則難以利用伴隨體積增加而產生之物理力，故有污染物之去除率降低之虞。因此，水以外之成分之濃度較佳為5 wt%以上且30 wt%以下。 又，可使液體101中溶存氣體。氣體可設為例如碳酸氣體、臭氧氣體、氫氣等。 若使液體101中溶存碳酸氣體，則可提高液體101之導電率，故可進行基板100之去靜電或防靜電。 若使液體101中溶存臭氧氣體，則可溶解包含有機物之污染物。 第1液體供給部4具有液體收納部4a、供給部4b、流量控制部4c、及液體噴嘴4d。 液體收納部4a、供給部4b、及流量控制部4c設置於框體6之外部。 液體收納部4a收納液體101。 供給部4b經由配管而連接於液體收納部4a。供給部4b將收納於液體收納部4a之液體101朝液體噴嘴4d供給。供給部4b可設為例如對液體101具有耐受性之泵等。再者，雖例示了供給部4b為泵之情形，但供給部4b並非限定於泵。例如，供給部4b亦可設為向液體收納部4a之內部供給氣體並壓送收納於液體收納部4a之液體101者。 流量控制部4c經由配管而連接於供給部4b。流量控制部4c控制藉由供給部4b供給之液體101之流量。流量控制部4c可設為例如流量控制閥。 又，流量控制部4c亦進行液體101之供給開始與供給停止。 液體噴嘴4d設置於框體6之內部。液體噴嘴4d呈筒狀。液體噴嘴4d之一端部經由配管而連接於流量控制部4c。液體噴嘴4d之另一端部與載置於載置台2a之基板100之形成有凹凸部之面對向。因此，自液體噴嘴4d噴出之液體101被供給至基板100之形成有凹凸部之面。 又，液體噴嘴4d之另一端部(液體101之噴出口)位於基板100之形成有凹凸部之區域之大致中央。自液體噴嘴4d噴出之液體101自基板100之形成有凹凸部之區域之中央擴散，而於基板上形成具有固定厚度之液膜。 第2液體供給部5對基板100之與載置台2a側為相反側之面供給液體102。 第2液體供給部5具有液體收納部5a、供給部5b、流量控制部5c、及液體噴嘴4d。 液體102係於下述解凍步驟中使用。因此，液體102只要為不易與基板100之材料發生反應，且於下述乾燥步驟中不易殘留於基板100上者，便無特別限定。液體102可設為例如水(例如純水或超純水等)、或水與醇之混合液等。 液體收納部5a可設為與上述液體收納部4a相同。供給部5b可設為與上述供給部4b相同。流量控制部5c可設為與上述流量控制部4c相同。 再者，於液體102與液體101相同之情形時，可省略第2液體供給部5。又，雖例示了將液體噴嘴4d兼作兩用之情形，但亦可將噴出液體101之液體噴嘴與噴出液體102之液體噴嘴分別各自設置。 又，液體101之溫度可設為較液體101之凝固點為高之溫度。液體101之溫度可設為例如常溫(20℃)左右。又，液體102之溫度可設為能將冷凍後之液體101解凍之溫度。液體102之溫度可設為例如常溫(20℃)左右。 框體6呈箱狀。 於框體6之內部設置有罩6a。罩6a承接供給至基板100並藉由基板100之旋轉而排出至基板100外部之液體101。罩6a呈筒狀。罩6a之與載置台2a側為相反側之端部(於圖1中為上方之端部)朝罩6a之中心彎曲。因此，可容易地捕捉到飛濺至基板100之上方之液體101。 又，於框體6之內部設置有間隔板6b。間隔板6b設置於罩6a之外表面與框體6之內表面之間。 於框體6之底面側之側面設置有排出口6c。使用完畢之冷卻氣體3a1、空氣7a、液體101、及液體102自排出口6c排出至框體6之外部。 於排出口6c連接有排氣管6c1，於排氣管6c1連接有將使用完畢之冷卻氣體3a1、空氣7a排出之排氣部(泵)11。又，於排出口6c亦連接有排出液體101、102之排出管6c2。 排出口6c設置於較基板100更靠下方。因此，藉由冷卻氣體3a1自排出口6c排出，會產生下向流之氣流。其結果，可防止微粒之飛揚。 於圖1及下述圖6中，俯視框體6時，排出口6c係以相對於框體6之中心而對稱之方式設置。於圖1之情形時，設置有2個排出口6c。因此，可形成相對於框體6之中心而對稱之冷卻氣體之氣流。而且，藉由使冷卻氣體之氣流對稱，可使基板100之面上均勻地冷卻。 送風部7設置於框體6之頂壁面。再者，送風部7亦可設置於框體6之頂壁側之側面。送風部7可設為具備風扇等送風機與過濾器者。過濾器可設為例如HEPA過濾器(High Efficiency Particulate Air Filter，高效率粒子空氣過濾器)等。 送風部7對間隔板6b與框體6之頂壁之間之空間供給空氣7a(外部大氣)。因此，間隔板6b與框體6之頂壁之間之空間之壓力高於外部之壓力。其結果，容易將藉由送風部7供給之空氣7a引導至排出口6c。又，可抑制微粒等污染物自排出口6c侵入框體6之內部。 又，送風部7對基板100之與載置台2a側為相反側之面供給室溫之空氣7a。因此，送風部7可藉由控制空氣7a之供給量使基板100上之液體101、102之溫度變化。因此，送風部7亦可於下述過冷卻步驟中控制液體101之過冷卻狀態，或於冷凍步驟中促進液體101之解凍，或於乾燥步驟中促進液體102之乾燥。 測定部8設置於間隔板6b與框體6之頂壁之間之空間。 測定部8可設為測定基板100上之液體101之溫度者。於該情形時，測定部8可設為例如放射溫度計。又，測定部8亦可設為測定基板100上之液體101之厚度(液膜之厚度)者。於該情形時，測定部8可設為例如雷射位移計、超音波位移計等。 所測定出之液體101之溫度或厚度可用以於下述過冷卻步驟中控制液體101之過冷卻狀態。 再者，所謂控制過冷卻狀態係指控制處於過冷卻狀態之液體101之溫度變化曲線，避免液體101因急遽地冷卻而冷凍，即，維持過冷卻狀態。 控制部9控制設置於基板處理裝置1之各要素之動作。 控制部9例如控制驅動部2c，使基板100之轉數(轉速)變化。 例如，控制部9控制基板100之轉數，使所供給之液體101或液體102遍及基板100之全部區域。控制部9控制基板100之轉數，而控制基板100上之液體101之厚度，或者將液體101或液體102自基板100上排出。 控制部9例如控制流量控制部3c，使冷卻氣體3a1之流量變化。 例如，控制部9控制冷卻氣體3a1之流量而控制液體101之溫度或冷卻速度。於該情形時，控制部9可根據由測定部8測定出之液體101之溫度而控制冷卻氣體3a1之流量甚至液體101之溫度或冷卻速度。 又，液體101之冷卻速度與基板100上之液體101之厚度存在相關關係。例如，液體101之厚度越薄，則液體101之冷卻速度越快。相反地，液體101之厚度越厚，則液體101之冷卻速度越慢。因此，控制部9可根據由測定部8測定出之液體101之厚度而控制冷卻氣體3a1之流量甚至液體101之冷卻速度。 再者，液體101之溫度或冷卻速度之控制係於在下述過冷卻步驟中控制液體101之過冷卻狀態時進行。 即，控制部9使位於基板100之面上之液體101成為過冷卻狀態，且使成為過冷卻狀態之液體101之至少一部分冷凍。 再者，所謂「使至少一部分冷凍」係只要至少覆蓋形成於基板100之面上之凹凸部之區域冷凍即可。 控制部9使包含液體101之供給、液體101之過冷卻、及液體101之冷凍之一連串步驟執行複數次。 控制部9根據由測定部8測定出之液體101之溫度及液體101之厚度中之至少任一者而控制基板101之轉數及冷卻氣體3a1之流量中之至少任一者。 又，如下所述，控制部9控制較冷卻氣體3a1之溫度高之溫度之氣體10d(參照圖6)與冷卻氣體3a1之流量、及氣體10d(參照圖6)與冷卻氣體3a1之混合比例中之至少任一者。 其次，將本實施形態之基板處理方法與基板處理裝置1之作用一併加以例示。 圖2係用以對本實施形態之基板處理方法進行例示之時序圖。 再者，圖2係基板100為6025石英(Qz)基板(152 mm×152 mm×6.35 mm)且液體101為純水之情形。 首先，將基板100經由框體6之未圖示之搬入搬出口搬入框體6之內部。 將所搬入之基板100載置、保持於載置台2a之複數個突出部2a1之上。 將基板100載置、保持於載置台2a之後，如圖2所示，執行包含預備步驟、冷卻步驟(過冷卻步驟＋冷凍步驟)、解凍步驟、乾燥步驟之冷凍清洗步驟。 首先，如圖2所示，執行預備步驟。 於預備步驟中，控制部9控制供給部4b及流量控制部4c，對基板100之與載置台2a側為相反側之面供給特定流量之液體101。 又，控制部9控制流量控制部3c，對基板100之與被供給液體101之面為相反側之面(載置台2a側之面)供給特定流量之冷卻氣體3a1。 又，控制部9控制驅動部2c，使基板100以特定轉數(第1轉數)旋轉。 此處，若藉由冷卻部3之冷卻氣體3a1之供給使框體6內之氣體環境變冷，則有可能於基板100上附著含有空氣中之灰塵之霜，從而成為污染之原因。於預備步驟中，對表面連續供給液體101，故可一方面使基板100均勻地冷卻，一方面防止霜附著於基板100之表面。 例如，於圖2中所例示之情形時，可將基板100之轉數設為100 rpm左右，將液體101之流量設為0.3 NL/min左右，將冷卻氣體3a1之流量設為170 NL/min左右，將預備步驟之步驟時間設為1800秒左右。 再者，該步驟時間只要為使基板100之面內均勻地冷卻之時間即可。 又，關於該預備步驟中之基板100上之液體101之溫度，由於液體101為湧灌流動狀態，故與所供給之液體101之溫度大致相同。例如，於所供給之液體101之溫度為常溫(20℃)左右之情形時，基板100上存在之液體101(以下，稱為液膜)之溫度成為常溫(20℃)左右。 其次，如圖2所示，執行冷卻步驟(過冷卻步驟＋冷凍步驟)。 再者，於本實施形態中，將冷卻步驟中之自液體101成為過冷卻狀態起至開始冷凍為止之步驟稱為「過冷卻步驟」，將過冷卻狀態之液體101成為冷凍狀態且藉由解凍步驟開始解凍為止之步驟稱為「冷凍步驟」。 此處，若液體101之冷卻速度過快，則液體101不會成為過冷卻狀態，而是會立即冷凍。 因此，控制部9藉由控制冷卻氣體3a1之流量、及基板100之轉數中之至少任一者而使基板100上之液體101成為過冷卻狀態。 於冷卻步驟(過冷卻步驟＋冷凍步驟)中，如圖2中所例示般，停止於預備步驟中便開始供給之液體101之供給，且將基板100之轉數設為30 rpm左右。該轉數係自供給部4b供給之液體101於基板100上擴散而於基板100上形成厚度均勻之液膜並加以維持之程度的轉數。亦即，控制部使基板100以較預備步驟時之轉數少之轉數旋轉。又，此時之液體101之液膜之厚度可設為凹凸部之高度尺寸以上。又，冷卻氣體3a1之流量維持為170 NL/min。 如此，於冷卻步驟(過冷卻步驟＋冷凍步驟)中，藉由停止液體101之供給，使基板100上之液體停滯從而不再進行熱交換。進而，藉由將基板之轉數控制成為較第1轉數少之第2轉數，使基板100上之液體停滯從而不再進行熱交換。因此，藉由連續供給至基板100之載置台側之面的冷卻氣體3a1之冷卻效果，基板100上之液體101之液膜之溫度較預備步驟時之液膜之溫度進一步降低，而成為過冷卻狀態。 但是，液體101成為過冷卻狀態之條件會受基板100之大小、液體101之黏度、冷卻氣體3a1之比熱等所影響。因此，液體101成為過冷卻狀態之條件較佳為藉由進行實驗或模擬而適當決定。 於冷凍步驟中，例如使液體101之溫度進一步降低，使成為過冷卻狀態之液體101之至少一部分冷凍。於圖2中所例示之情形時，若液體101之溫度成為-30℃左右，則液體101之至少一部分冷凍。 如上所述停止液體101之新的供給，並連續供給冷卻氣體3a1，藉此液體101之溫度進一步降低，於液體101之溫度成為自發冷凍溫度時便自發地開始液體101之冷凍。 但是，使成為過冷卻狀態之液體101冷凍之條件並不限定於例示之條件。例如，亦可使冷卻氣體3a1之流量增加。 又，亦可對處於過冷卻狀態之液體101施加振動等而使液體101冷凍。於該情形時，亦可設置經由旋轉軸2b等而間接地、或直接地對基板100上之液體101施加振動之超音波產生裝置。 於該情形時，亦可根據由測定部8測定出之液體101之溫度而賦予振動。例如，亦可於液體101之溫度達到特定溫度時賦予振動。此時之特定溫度可設為冷凍步驟中之體積膨脹率較大之溫度、例如-35℃以上且-20℃以下。關於冷凍步驟中之體積膨脹率較大之溫度將於下文敍述。 又，亦可藉由使基板100之轉數自第2轉數變化為第3轉數而施加振動。 其次，如圖2所示，執行解凍步驟。 再者，圖2中所例示之情形係液體101與液體102為相同液體之情形。於圖2中係將液體101與液體102設為液體101而圖示。 於解凍步驟中，控制部9控制供給部4b及流量控制部4c，對基板100之與載置台2a側為相反側之面供給特定流量之液體101。 再者，於液體101與液體102為不同液體之情形時，控制部9控制供給部5b及流量控制部5c，對基板100之與載置台2a側為相反側之面供給特定流量之液體102。 又，控制部9控制流量控制部3c，使冷卻氣體3a1之供給停止。 又，控制部9控制驅動部2c，使基板100之轉數增加。若基板100之旋轉變快，則液體101與液體101冷凍後所成者藉由離心力而掙脫，藉此可自基板100上去除。因此，將液體101與液體101冷凍後所成者自基板100上排出變得容易。又，此時，自基板100之表面分離後之污染物亦自基板100上排出。 再者，液體101或液體102之供給量只要為可解凍之供給量便無特別限定。又，基板100之轉數只要為可將液體101、液體101冷凍後所成者、及污染物排出之轉數便無特別限定。 其次，如圖2所示，執行乾燥步驟。 於乾燥步驟中，控制部9控制供給部4b及流量控制部4c，使液體101之供給停止。 再者，於液體101與液體102為不同液體之情形時，控制部9控制供給部5b及流量控制部5c，使液體102之供給停止。 又，控制部9控制驅動部2c，使基板100之轉數進一步增加。 若基板100之旋轉變快，則可迅速地進行基板100之乾燥。再者，基板100之轉數只要為可使基板乾燥之轉數便無特別限定。 藉由以上操作可進行基板100之處理(污染物之去除)。 其次，對過冷卻步驟及冷凍步驟進一步進行說明。 圖3係用以例示僅執行過冷卻步驟之情形、及執行過冷卻步驟與冷凍步驟之情形之曲線圖。再者，圖中，虛線為僅執行過冷卻之情形，實線表示執行過冷卻步驟與冷凍步驟之情形。 又，液膜之溫度於過冷卻步驟中設為處於過冷卻狀態之液體101之溫度，於冷凍步驟中設為液體101與液體101冷凍後所成者之混合物之溫度。又，如圖3所示，於冷凍步驟中，混合物之溫度藉由所產生之凝固熱而上升。 如圖3所示，若於液體101冷凍之前使液體101之溫度上升，則可僅執行過冷卻步驟。 但是，若僅執行過冷卻步驟，則與執行過冷卻步驟與冷凍步驟之情形相比，PRE(Particle Removal Efficiency：微粒之去除率)降低。即，由於未執行冷凍步驟所以不會引起液體101之體積變化，故附著於基板100之表面之污染物不會移動而分離，從而微粒之去除率(污染物之去除率)降低。 再者，將處理前之微粒數設為NI，且將處理後之微粒數設為NP之情形時，PRE可由下式表示： PRE(%)＝((NI－NP)/NI)×100。 微粒數可使用微粒計數器等進行計測。 因此，於本實施形態之基板處理方法中，設為於過冷卻步驟之後執行冷凍步驟。 圖4係用以例示過冷卻步驟中之液體101之溫度與冷凍步驟中之體積膨脹率之關係之曲線圖。 再者，圖4係液體101為純水之情形。又，於冷凍步驟中，並不限於液體101全部冷凍。因此，於圖4中，設為存在液體101、及液體101冷凍後所成者之情形(存在水與冰之情形)。 如圖4所示，於液體101為純水之情形時，較佳為使過冷卻步驟中之液體101之溫度成為-35℃以上且-20℃以下。 若如此，則可使冷凍步驟中之體積膨脹率增加。如上所述，對於污染物自基板100之表面之分離，可想到讓伴隨液固相變而產生之壓力波、及伴隨體積增加而產生之物理力參與。為此，以成為冷凍步驟中之體積膨脹率較大之溫度之方式控制處於過冷卻狀態之液體101之溫度。即，若將過冷卻步驟中之液體101之溫度設為-35℃以上且-20℃以下，則可使污染物之去除率提高。 再者，雖以上為液體101係純水之情形，但液體101係以水為主成分之情形亦相同。即，只要液體101係含有水者，則過冷卻步驟中之液體101之溫度便較佳為-35℃以上且-20℃以下。 圖5係用以例示反覆執行複數次液體101之供給步驟、過冷卻步驟、及冷凍步驟之情形之曲線圖。再者，圖5係執行10次液體101之供給步驟、過冷卻步驟、及冷凍步驟之情形。 又，如圖5所示，若於冷凍步驟之後設置液體101之供給步驟(若再次供給液體101)，則液膜之溫度上升。因此，於液體101之供給步驟之後，可執行過冷卻步驟。又，於過冷卻步驟之後，可執行冷凍步驟。以下可同樣地，反覆執行複數次包含液體101之供給步驟、過冷卻步驟、及冷凍步驟之一連串步驟。 如上所述，於冷凍步驟中，並不限於液體101全部冷凍。即，亦可有於一部分區域不發生冷凍之情形。然而，於本實施形態中，若執行複數次包含液體101之供給步驟、過冷卻步驟、及冷凍步驟之一連串步驟，則可減少不發生冷凍之區域之產生機率。因此，可使微粒之去除率提高。 於本實施形態中，對基板100之載置台2a側之面(背面)供給冷卻氣體3a1，使供給至基板100之面上之液體101冷卻而使液膜成為過冷卻狀態，其後將液膜冷凍。藉此可獲得以下之效果。 若對基板100之背面吹送冷卻氣體3a1，亦即，若經由基板100而使液膜冷卻，則液體101不會被吹跑，故可於維持膜厚之狀態下進行冷凍。藉此，例如與自基板100之正面吹送冷卻氣體3a1之情形相比，不會引起局部冷凍。因此，可使對設置於基板100表面之凹凸部間施加之壓力均勻化，故可防止由冷凍不均導致之凹凸部之坍塌。 又，使供給至基板100之面上之液體101之液膜冷卻，形成過冷卻狀態之液膜後再將液膜冷凍，藉此可在維持形成於基板100之面上的液膜之厚度之狀態下使液膜冷凍。藉此，例如與對基板100之表面供給已預先成為過冷卻狀態之液體之情形相比，不會因將已成為過冷卻狀態之液體供給至基板100上之衝擊而導致局部冷凍。因此，可使對設置於基板100表面之凹凸部間施加之壓力均勻化，故可防止由冷凍不均導致之凹凸部之坍塌。 又，於本實施形態中，係自基板100之背面朝正面沿厚度方向進行冷卻。因此，即便於液體101之液膜之厚度方向上存在溫度梯度，亦可使液體101之液膜中基板100與液體101之界面(液膜之基板側之面)之溫度最低化。於該情形時，自基板100與液體101之界面(液膜之基板側之面)開始冷凍。由於附著於基板100之附著物主要係藉由基板與液體101之界面附近之液體101的膨脹而移動從而自基板分離，故可將附著於基板100之表面之附著物效率良好地分離。 又，若液膜之一部分冷凍，則藉由其衝擊波或冰核之形成，周圍之液膜亦會開始冷凍。因此，當界面附近之液體101冷凍時，界面附近之液體101亦會冷凍，但可使液體101之液膜中界面附近之液體101之冷凍開始時之溫度最低化。其結果，可增大界面附近之液體101之膨脹。由於附著於基板100之附著物主要係藉由基板與液體101之界面附近之液體101的膨脹而移動從而自基板分離，故可將附著於基板100之表面之附著物效率良好地分離。 又，若藉由冷卻氣體3a1進行冷卻，則能夠藉由控制流量而進行熱響應性良好之冷卻。因此，於控制降溫曲線時，可抑制液體101急遽地冷卻。又，亦可精度良好地控制至冷凍為止之溫度。 圖6係用以例示另一實施形態之基板處理裝置1a之模式圖。 如圖6所示，於基板處理裝置1a中，設置有載置部2、冷卻部3、第1液體供給部4、第2液體供給部5、框體6、送風部7、測定部8、溫度測定部8a、氣體供給部10、及控制部9。 溫度測定部8a測定基板100與載置台2a之間之空間之溫度。該溫度與於基板100與載置台2a之間流動之冷卻氣體3a1及氣體10d混合所成的混合氣體之溫度大致相等。 溫度測定部8a可設為例如放射線溫度計等。 氣體供給部10具有氣體收納部10a、流量控制部10b、及連接部10c。 氣體收納部10a進行氣體10d之收納與供給。氣體收納部10a可設為收納有氣體10d之高壓儲氣瓶或工廠配管等。 流量控制部10b控制氣體10d之流量。流量控制部10b例如可設為直接控制氣體10d之流量之MFC，亦可設為藉由控制壓力而間接控制氣體10d之流量之APC。 連接部10c連接於旋轉軸2b。連接部10c將旋轉軸2b與冷卻噴嘴3d之間之空間及流量控制部10b連接。連接部10c可設為例如旋轉接頭。 氣體10d只要為不易與基板100之材料發生反應之氣體便無特別限定。氣體10d可設為例如氮氣、氦氣、氬氣等惰性氣體。於該情形時，氣體10d可設為與冷卻氣體3a1相同之氣體。 但是，氣體10d之溫度高於冷卻氣體3a1之溫度。氣體10d之溫度可設為例如室溫。 如上所述，若液體101之冷卻速度過快，則液體101不會成為過冷卻狀態，而是會立即冷凍。即，無法執行過冷卻步驟。 於該情形時，液體101之冷卻速度可藉由冷卻氣體3a1之流量、及基板100之轉數中之至少任一者而控制。但是，冷卻氣體3a1之溫度藉由供給冷卻氣體3a1之冷卻部中之溫度設定而成為大致固定。因此，有藉由冷卻氣體3a1之流量難以使液體101之冷卻速度變慢之情形。 又，可藉由減少基板100之轉數而使基板100上之液體101之厚度變厚從而使冷卻速度變慢。然而，液體101之厚度存在藉由表面張力而保持之極限厚度，故有藉由基板100之轉數難以使液體101之冷卻速度變慢之情形。 因此，於本實施形態中，設為可藉由使溫度較冷卻氣體3a1高之氣體10d與冷卻氣體3a1混合而使液體101之冷卻速度變慢。液體101之冷卻速度可藉由氣體10d與冷卻氣體3a1之流量、氣體10d與冷卻氣體3a1之混合比例、氣體10d之溫度等而控制。 又，有如下情形，即，即便由測定部8檢測出基板100上之液體101之液膜之溫度而控制冷卻氣體3a1之流量，液膜之溫度與所要冷卻的基板100之載置台側之面(背面)之溫度間亦會產生差。於該情形時，若僅根據由測定部8檢測出之液膜之溫度而控制冷卻氣體3a1之流量，則即便液膜之溫度成為適當之溫度，液膜之溫度與基板100之背面溫度之間亦會產生差，從而會對冷凍步驟產生較大影響之基板100之厚度方向之溫度梯度變大。 於該情形時，例如於處理複數個基板之步驟中，例如，難以對第N號基板與第N＋1號基板進行相同之溫度控制。因此，有每一基板之過冷卻狀態之溫度曲線上出現不均，從而每一基板之冷凍時序發生偏移之虞。 然而，於本實施形態中，控制部9可根據由溫度測定部8a測定出之溫度而控制氣體10d與冷卻氣體3a1之流量、及氣體10d與冷卻氣體3a1之混合比例中之至少任一者。 控制部9可於預備步驟中進行此種控制，並於由測定部8檢測出之溫度與由溫度測定部8a檢測出之溫度之差消失之後，自預備步驟切換至過冷卻步驟(液體101之供給停止)。 再者，雖例示了設置有流量控制部3c及氣體供給部10之情形，但於設置有氣體供給部10之情形時，可不藉由流量控制部3c調整冷卻氣體3a1之流量，而是藉由自氣體供給部10供給氣體10d而調整冷卻氣體3a1之溫度。因此，亦可省略流量控制部3c。 但是，若設置有流量控制部3c及氣體供給部10，則可更容易地進行液體101之過冷卻狀態之控制。 又，亦可藉由控制由送風部7供給之空氣7a之量而進行液體101之過冷卻狀態之控制。 以上，對實施形態進行了例示。然而，本發明並非限定於該等記述。 關於上述實施形態，業者適當施以設計變更後所得者只要具備本發明之特徵，便亦包含於本發明之範圍內。 例如，基板處理裝置1所具備之各要素之形狀、尺寸、數量、配置等並不限定於例示之情形，而是可進行適當變更。 例如，於上述實施形態中，設為將藉由於冷卻液部3a使冷卻液氣化而產生之冷卻氣體3a1供給至基板100以使基板100冷卻，但並非限定於此。例如，亦可使常溫之氣體藉由於冷卻器中循環而冷卻，將冷卻後之氣體用作冷卻氣體。 例如，於上述實施形態中，當如圖2所示般自預備步驟進入冷卻步驟時，使基板100之轉數與液體101之供給流量同時變化，但並非限於此。例如，可於將基板100之轉數自第1轉數變為第2轉數之後，停止液體101之供給。 例如，於上述實施形態中，如圖2所示，冷卻步驟(過冷卻步驟＋冷凍步驟)中之轉數為固定，但並非限於此。例如，亦可將基板100之轉數於過冷卻步驟中設為第2轉數，之後於冷凍步驟中設為較第2轉數大(高速)之第3轉數。於該情形時，可使基板100上之液膜變薄，且可藉由加快冷凍速度而縮短處理時間。 例如，於上述實施形態中，將在冷卻步驟中形成於基板100上之液體101之液膜之厚度設為凹凸部之高度尺寸以上，但亦可為依照凹凸部之形狀於凹凸部之側壁面及表面形成液膜之程度。於該情形時，例如若將液膜之厚度設為凹凸部之尺寸之一半以下，則凹凸部之側壁面與側壁面之間不會被液膜充滿，即便冷凍而膨脹亦不會對凹凸部加壓，從而可防止凹凸部之坍塌。 例如，於上述實施形態中，設為自被供給液體101之基板100之下方(重力方向之下方)進行冷卻部3之冷卻氣體3a1之供給，但亦可將被供給液體101之基板100之凹凸部之形成面朝下方而保持基板100，從而自基板100之上方進行冷卻部3之冷卻氣體3a1之供給。若如此，則於乾燥步驟中，可藉由重力而促進基板100表面之凹部內之液體成分之排出。 又，關於上述實施形態，業者適當進行構成要素之追加、刪除或設計變更後所得者、或者進行步驟之追加、省略或條件變更後所得者只要具備本發明之特徵，便亦包含於本發明之範圍內。
1‧‧‧基板處理裝置
1a‧‧‧基板處理裝置
2‧‧‧載置部
2a‧‧‧載置台
2a1‧‧‧突出部
2a2‧‧‧孔
2b‧‧‧旋轉軸
2b1‧‧‧吹出部
2c‧‧‧驅動部
3‧‧‧冷卻部
3a‧‧‧冷卻液部
3a1‧‧‧冷卻氣體
3b‧‧‧過濾器
3c‧‧‧流量控制部
3d‧‧‧冷卻噴嘴
4‧‧‧第1液體供給部
4a‧‧‧液體收納部
4b‧‧‧供給部
4c‧‧‧流量控制部
4d‧‧‧液體噴嘴
5‧‧‧第2液體供給部
5a‧‧‧液體收納部
5b‧‧‧供給部
5c‧‧‧流量控制部
6‧‧‧框體
6a‧‧‧罩
6b‧‧‧間隔板
6c‧‧‧排出口
6c1‧‧‧排出管
6c2‧‧‧排出管
7‧‧‧送風部
7a‧‧‧空氣
8‧‧‧測定部
8a‧‧‧測定部
9‧‧‧控制部
10‧‧‧氣體供給部
10a‧‧‧氣體收納部
10b‧‧‧流量控制部
10c‧‧‧連接部
10d‧‧‧氣體
11‧‧‧排氣部
100‧‧‧基板
101‧‧‧液體
102‧‧‧液體
圖1係用以例示本實施形態之基板處理裝置1之模式圖。 圖2係用以對本實施形態之基板處理方法進行例示之時序圖。 圖3係用以例示僅執行過冷卻步驟之情形、及執行過冷卻步驟與冷凍步驟之情形之曲線圖。 圖4係用以例示過冷卻步驟中之液體101之溫度與冷凍步驟中之體積膨脹率之關係之曲線圖。 圖5係用以例示反覆執行複數次液體101之供給步驟、過冷卻步驟、及冷凍步驟之情形之曲線圖。 圖6係用以例示另一實施形態之基板處理裝置1a之模式圖。

Claims (14)

  1. 一種基板處理裝置，其具備： 載置部，其載置基板並使基板旋轉； 液體供給部，其對上述基板之與上述載置部側為相反側之面供給液體； 冷卻部，其對上述基板之上述載置部側之面供給冷卻氣體；及 控制部，其控制上述基板之轉數、上述液體之供給量、及上述冷卻氣體之流量中之至少任一者；且 上述控制部使位於上述基板之面上之上述液體成為過冷卻狀態，且使成為上述過冷卻狀態之上述液體之至少一部分冷凍。
  2. 如請求項1之基板處理裝置，其中上述控制部於使上述液體供給部供給上述液體，並且使上述冷卻部供給上述冷卻氣體之後， 一面使上述冷卻部維持上述冷卻氣體之供給，一面使上述液體供給部停止上述液體之供給，使位於上述基板之面上之上述液體成為過冷卻狀態，且使成為上述過冷卻狀態之上述液體之至少一部分冷凍。
  3. 如請求項2之基板處理裝置，其中上述控制部於使上述液體供給部供給上述液體時，藉由上述載置部使上述基板以第1轉數旋轉， 於使上述液體供給部停止上述液體之供給時，藉由上述載置部使基板以較上述第1轉數低之第2轉數旋轉。
  4. 如請求項1之基板處理裝置，其中上述控制部使包含上述液體之供給、上述液體之過冷卻、及上述液體之冷凍之一連串步驟執行複數次。
  5. 如請求項1之基板處理裝置，其中上述液體含有水，且 成為上述過冷卻狀態之上述液體之溫度為-35℃以上且-20℃以下。
  6. 如請求項1之基板處理裝置，其進而具備測定部，該測定部測定位於上述基板之面上之上述液體之溫度及上述液體之厚度中之至少任一者；且 上述控制部根據由上述測定部測定出之上述液體之溫度及上述液體之厚度中之至少任一者而控制上述基板之轉數及上述冷卻氣體之流量中之至少任一者。
  7. 如請求項1之基板處理裝置，其進而具備氣體供給部，該氣體供給部使較上述冷卻氣體之溫度高之溫度之氣體與上述冷卻氣體混合；且 上述控制部控制上述氣體與上述冷卻氣體之流量、及上述氣體與上述冷卻氣體之混合比例中之至少任一者。
  8. 一種基板處理方法，其具備以下步驟： 使基板旋轉； 對上述基板之一面供給液體； 對上述基板之另一面供給冷卻氣體； 控制上述基板之轉數、上述液體之供給量、及上述冷卻氣體之流量中之至少任一者，使位於上述基板之面上之上述液體成為過冷卻狀態；及 控制上述基板之轉數、上述液體之供給量、及上述冷卻氣體之流量中之至少任一者，使成為上述過冷卻狀態之上述液體之至少一部分冷凍。
  9. 如請求項8之基板處理方法，其中於在供給上述液體之步驟、及供給上述冷卻氣體之步驟中，對上述基板之一面供給上述液體，且對上述基板之另一面供給上述冷卻氣體之後， 於使上述液體成為過冷卻狀態之步驟中，一面維持上述冷卻氣體之供給，一面停止上述液體之供給，而使上述液體成為過冷卻狀態。
  10. 如請求項8或9之基板處理方法，其中於供給上述液體之步驟中，使上述基板以第1轉數旋轉， 於使上述液體成為過冷卻狀態之步驟中，使基板以較上述第1轉數低之第2轉數旋轉。
  11. 如請求項8之基板處理方法，其中執行複數次供給上述液體之步驟、使上述液體成為過冷卻狀態之步驟、及使成為上述過冷卻狀態之上述液體之至少一部分冷凍之步驟。
  12. 如請求項8之基板處理方法，其中上述液體含有水，且 成為上述過冷卻狀態之上述液體之溫度為-35℃以上且-20℃以下。
  13. 如請求項8之基板處理方法，其中於使上述液體成為過冷卻狀態之步驟中，測定出上述液體之溫度及上述液體之厚度中之至少任一者，根據上述所測定出之上述液體之溫度及上述液體之厚度中之至少任一者而控制上述基板之轉數及上述冷卻氣體之流量中之至少任一者。
  14. 如請求項8之基板處理方法，其中於供給上述冷卻氣體之步驟中，使較上述冷卻氣體之溫度高之溫度之氣體與上述冷卻氣體混合， 於使上述液體成為過冷卻狀態之步驟中，控制上述氣體與上述冷卻氣體之流量、及上述氣體與上述冷卻氣體之混合比例中之至少任一者。
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