WO2018179945A1 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

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WO2018179945A1
WO2018179945A1 PCT/JP2018/005064 JP2018005064W WO2018179945A1 WO 2018179945 A1 WO2018179945 A1 WO 2018179945A1 JP 2018005064 W JP2018005064 W JP 2018005064W WO 2018179945 A1 WO2018179945 A1 WO 2018179945A1
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WO
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substrate
refrigerant
liquid
liquid film
processing
Prior art date
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PCT/JP2018/005064
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
上田　大
愛子 長谷川
Original Assignee
株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting

Definitions

  • the present invention relates to a substrate processing apparatus and a substrate processing method including a process of forming a liquid film on the upper surface of a substrate and solidifying the liquid film.
  • a processing liquid is supplied to a substrate to perform wet processing, which includes a process of forming a liquid film with the processing liquid on the upper surface of a horizontally oriented substrate and solidifying the liquid film.
  • Such a process is formed on a substrate for the purpose of releasing and removing deposits attached to the substrate by using, for example, volume change when the liquid solidifies, or when the substrate after wet processing is dried. This is performed for the purpose of preventing the pattern from being damaged by the stress caused by the surface tension of the treatment liquid.
  • the liquid film is frozen by supplying nitrogen gas cooled by liquid nitrogen to the upper surface of the substrate from a nozzle that scans and moves along the upper surface of the substrate on which the liquid film is formed. ing. As the nozzle scans, the solidification of the liquid film proceeds from the center of the substrate toward the outer periphery.
  • a normal temperature gas is supplied to the lower surface of the substrate wet with the liquid, and the substrate is cooled in an auxiliary manner by heat of vaporization when the liquid dries.
  • the liquid film to be solidified in the above prior art is mainly composed of water, and its freezing point is 0 ° C. or lower. For this reason, a relatively high cooling capacity is required to solidify the liquid film.
  • a method of using a material having a higher freezing point as a processing liquid for forming a liquid film is being sought.
  • One effective method in this case is to supply a coolant to the lower surface of the substrate to solidify the liquid film on the upper surface side of the substrate.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and in a substrate processing technique including a process of forming a liquid film on the upper surface of a substrate and solidifying the liquid film, the liquid film is well solidified to the peripheral edge of the substrate in a short time. It aims at providing the technology which can do.
  • the substrate in order to achieve the above object, is held around a rotation axis parallel to the vertical direction while holding the peripheral edge of the substrate and supporting the substrate in a horizontal posture.
  • a refrigerant supply unit that supplies a refrigerant that is a low-temperature fluid to solidify the liquid film, and after the refrigerant supply unit starts supplying the refrigerant at a predetermined flow rate toward the rotation center of the lower surface of the substrate, At least one of the flow rate and the supply amount of the refrigerant supplied to the peripheral edge of the lower surface of the substrate is increased with time.
  • the substrate is supported around the rotation axis parallel to the vertical direction while holding the peripheral edge of the substrate and supporting the substrate in a horizontal posture.
  • a processing liquid is supplied to the upper surface of the substrate to form a liquid film of the processing liquid, and a coolant that is a fluid having a temperature lower than the freezing point of the processing liquid is supplied to the lower surface of the substrate from below the substrate.
  • a coolant that is a fluid having a temperature lower than the freezing point of the processing liquid is supplied to the lower surface of the substrate from below the substrate.
  • the coolant is first supplied to the center of rotation in the lower surface of the rotating substrate with the liquid film formed on the upper surface.
  • solidification starts from the central portion of the liquid film, and the solidified region spreads toward the peripheral edge.
  • the temperature of the refrigerant rises at the peripheral edge of the substrate and the cooling capacity decreases, so that problems such as insufficient solidification of the liquid film at the peripheral edge and the time required for solidification may occur. . Therefore, in the present invention, at least one of the flow rate and the supply amount of the refrigerant supplied to the peripheral edge of the lower surface of the substrate is increased with time.
  • the amount of heat per unit time taken by the refrigerant from the substrate at the peripheral edge of the substrate increases, and the cooling capacity at the peripheral edge of the refrigerant improves.
  • the liquid film can be satisfactorily solidified to the peripheral edge.
  • the time required to solidify the entire liquid film can be shortened.
  • the refrigerant is first supplied to the lower surface rotation center of the substrate on which the liquid film is formed on the upper surface, and then at least one of the flow velocity and the supply amount of the refrigerant supplied to the peripheral portion of the lower surface of the substrate. Increase. By doing so, the cooling capacity at the peripheral portion is improved, and the liquid film can be solidified well to the peripheral portion in a short time.
  • FIG. 3 is a first diagram schematically showing the state of each part in the operation of FIG. 2.
  • FIG. 3 is a second diagram schematically showing the state of each part in the operation of FIG. 2.
  • FIG. 6 is a third diagram schematically showing the state of each part in the operation of FIG. 2.
  • FIG. 6 is a fourth diagram schematically showing the state of each part in the operation of FIG. 2. It is the 1st figure which illustrates the change mode of the amount of refrigerant supply, and substrate rotation speed.
  • a substrate means a semiconductor substrate, a glass substrate for photomask, a glass substrate for liquid crystal display, a glass substrate for plasma display, a substrate for FED (Field Emission Display), a substrate for optical disc, a substrate for magnetic disc, and a magneto optical disc. It refers to various substrates such as substrates.
  • a substrate processing system mainly used for processing a semiconductor substrate will be described as an example with reference to the drawings. However, the present invention can also be applied to the processing of various substrates exemplified above.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a substrate processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • the substrate processing apparatus 1 is a wet processing apparatus that performs wet processing such as cleaning with a processing liquid and etching processing on a disk-shaped substrate W such as a semiconductor wafer.
  • Various known techniques can be applied as the wet treatment. In particular, it is suitable for processing including a process of solidifying a liquid film formed on the upper surface of the substrate.
  • the substrate processing apparatus 1 includes a substrate holding unit 10, a splash guard 20 and processing liquid discharge units 30 and 40 provided in a chamber 70, and a control unit 80 that controls these units.
  • the substrate holding unit 10 rotates the substrate W while holding the substrate W in a substantially horizontal posture with the substrate surface facing upward.
  • the substrate holder 10 includes a spin chuck 11 in which a spin base 111 and a rotation support shaft 112 are integrally coupled.
  • the spin base 111 has a substantially circular shape in plan view, and a hollow rotation support shaft 112 extending in a substantially vertical direction is fixed to the center of the spin base 111.
  • the rotation support shaft 112 is connected to a rotation shaft of a chuck rotation mechanism 103 including a motor.
  • the chuck rotating mechanism 103 is accommodated in a cylindrical casing 101.
  • the rotation spindle 112 is supported by the casing 101 so as to be rotatable about a vertical rotation axis.
  • the chuck rotation mechanism 103 rotates the rotation support shaft 112 around the rotation axis by driving from the chuck drive unit 87 of the control unit 80. Thereby, the spin base 111 attached to the upper end part of the rotation spindle 112 rotates around the vertical axis.
  • the control unit 80 can adjust the rotation speed of the spin base 111 by controlling the chuck rotation mechanism 103 via the chuck drive unit 87.
  • a plurality of chuck pins 114 for holding the peripheral edge of the substrate W are provided upright.
  • Three or more chuck pins 114 may be provided to securely hold the circular substrate W (six in this example), and are arranged at equiangular intervals along the peripheral edge of the spin base 111.
  • Each of the chuck pins 114 is configured to be switchable between a pressing state in which the outer peripheral end surface of the substrate W is pressed and a released state in which the chuck pin 114 is separated from the outer peripheral end surface of the substrate W.
  • each of the plurality of chuck pins 114 is released.
  • each of the plurality of chuck pins 114 is brought into a pressed state.
  • the chuck pin 114 can hold the peripheral end portion of the substrate W and hold the substrate W in a substantially horizontal posture at a predetermined interval from the spin base 111.
  • the substrate W is supported with its front surface facing upward and the back surface facing downward.
  • the chuck pins 114 are not limited to the above, and various known configurations can be used.
  • the chuck rotating mechanism 103 operates in a state where the substrate W is held on the spin chuck 11, more specifically, in a state where the peripheral portion of the substrate W is held by the chuck pins 114 provided on the spin base 111.
  • the substrate W rotates around the vertical rotation axis AX.
  • Wa and Wb the upper and lower surfaces of the substrate W rotating in this way are denoted by the symbols Wa and Wb, respectively.
  • the center of rotation on the upper surface side is represented by the symbol Ca
  • the center of rotation on the lower surface side is represented by the symbol Cb.
  • a refrigerant discharge part 12 is provided below the substrate W supported in a horizontal posture by the spin chuck 11. As will be described later, the refrigerant discharge unit 12 discharges a refrigerant having a temperature lower than the freezing point of the liquid constituting the liquid film toward the lower surface Wb of the substrate W on which the liquid film is formed on the upper surface Wa of the substrate W. Has the function of coagulating.
  • the refrigerant discharge portion 12 has a disk-like outer shape slightly smaller than the substrate W, and is disposed in a vertical direction with a counter member 121 disposed with a horizontal upper surface facing the substrate lower surface Wb, and a central portion of the counter member 121. And a supply pipe 122 extending downward. The supply pipe 122 is inserted into the hollow portion of the rotary spindle 112 but is not connected to the rotary spindle 112. Therefore, even when the spin chuck 11 rotates, the refrigerant discharge unit 12 does not rotate.
  • the supply pipe 122 is a hollow pipe, and the upper end of the supply pipe 122 opens upward at the center of the opposing member 121.
  • the supply pipe 122 is connected to the refrigerant supply unit 86 of the control unit 80, and discharges the refrigerant supplied from the refrigerant supply unit 86 toward the substrate lower surface Wb.
  • the coolant is supplied to the gap space between the substrate lower surface Wb and the upper surface of the facing member 121. That is, the upper end of the supply pipe 122 functions as a nozzle having a discharge port that opens toward the lower surface side rotation center Cb of the substrate W. Therefore, this part will be referred to as a “lower surface nozzle 123” when necessary in the following.
  • the refrigerant discharge unit 12 cools the substrate W by bringing the discharged refrigerant into contact with the substrate lower surface Wb, and solidifies the liquid film carried on the substrate upper surface Wa.
  • Either a liquid or a gas can be used as the refrigerant.
  • a splash guard 20 is provided around the casing 101 so as to be movable up and down along the rotation axis of the spin chuck 11 so as to surround the periphery of the substrate W held in a horizontal posture on the spin chuck 11.
  • the splash guard 20 has a substantially rotationally symmetric shape with respect to the rotation axis.
  • Each of the splash guards 20 is arranged concentrically with the spin chuck 11 and has a plurality of stages (in this example, two stages) of guards 21 that receive the processing liquid scattered from the substrate W, and a liquid that receives the processing liquid flowing down from the guard 21. And a receiving portion 22.
  • guard raising / lowering part 85 provided in the control part 80 raises / lowers the guard 21 in steps, so that it becomes possible to separate and collect treatment liquids such as a chemical liquid and a rinsing liquid scattered from the rotating substrate W. ing.
  • At least one liquid supply unit for supplying various processing liquids such as a chemical liquid such as an etching liquid, a rinsing liquid, a solvent, pure water, and DIW (deionized water) to the substrate W is provided.
  • various processing liquids such as a chemical liquid such as an etching liquid, a rinsing liquid, a solvent, pure water, and DIW (deionized water)
  • the treatment liquid discharge unit 30 is driven by an arm driving unit 83 of the control unit 80 and configured to be rotatable about a vertical axis, and an arm extending in the horizontal direction from the rotary shaft 31. 32 and a nozzle 33 attached downward to the tip of the arm 32.
  • the rotation shaft 31 is rotationally driven by the arm driving unit 83, the arm 32 swings around the vertical axis.
  • the nozzle 33 moves between a retracted position (a position indicated by a solid line in FIG. 1) outside the splash guard 20 and an upper position (a position indicated by a dotted line in FIG. 1) of the rotation center of the substrate W.
  • the nozzle 33 discharges a predetermined processing liquid supplied from the processing liquid supply unit 84 of the control unit 80 while being positioned above the substrate W, and supplies the processing liquid to the surface of the substrate W.
  • the processing liquid discharge section 40 is provided from a processing liquid supply section 84 provided at a pivot shaft 41 that is rotationally driven by an arm driving section 83, an arm 42 connected thereto, and a tip of the arm 42. And a nozzle 43 for discharging the processed liquid.
  • the number of treatment liquid discharge units is not limited to this, and may be increased or decreased as necessary.
  • the processing liquid discharge units 30 and 40 sequentially position the nozzles 33 and 43 above the substrate W to supply the processing liquid to the substrate W. By doing so, the wet process with respect to the board
  • different processing liquids may be discharged from the nozzles 33 and 43, or the same processing liquid may be discharged. Two or more kinds of processing liquids may be discharged from one nozzle.
  • the processing liquid supplied to the vicinity of the rotation center of the substrate W spreads outward due to the centrifugal force accompanying the rotation of the substrate W, and is finally shaken off laterally from the peripheral edge of the substrate W.
  • the processing liquid splashed from the substrate W is received by the guard 21 of the splash guard 20 and collected by the liquid receiving portion 22.
  • control unit 80 of the substrate processing system 1 includes a CPU 81 that executes a predetermined processing program to control the operation of each unit, a processing program executed by the CPU 81, and data generated during the processing. And a display unit 88 for notifying the user of the progress of processing and the occurrence of abnormality as necessary.
  • the substrate processing apparatus 1 is applicable to various processes.
  • a process for forming a liquid film with a processing liquid on the upper surface Wa of the substrate W and coagulating it after performing an appropriate wet process on the substrate W will be described.
  • Such a process includes, for example, a cleaning process (freezing cleaning process) that liberates deposits from the substrate W using a volume change when the processing liquid is solidified, or a sublimation of a solidified film that solidifies the liquid film.
  • a drying process sublimation drying process
  • FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the substrate processing apparatus of the first embodiment.
  • 3A to 3D are diagrams schematically showing the state of each part in this operation.
  • the operation of the substrate processing apparatus 1 described below is realized by causing the CPU 81 to execute a control program stored in advance in the memory 82 and cause each part of the apparatus to execute a predetermined operation.
  • an appropriate wet process is performed using the substrate W carried into the apparatus as a workpiece (step S101).
  • Many known techniques are known as the wet process, and these processes can also be applied in this embodiment. Therefore, detailed description is omitted here.
  • the chuck rotating mechanism 103 is operated by driving from the chuck driving unit 87, whereby the spin chuck 11 is rotated at a predetermined liquid film forming speed.
  • the wet-processed substrate W rotates at the liquid film forming speed (step S102).
  • the nozzle 33 is positioned above the rotation center Ca of the substrate W (step S103), and a processing liquid for forming a liquid film is discharged from the nozzle 33 (step S104).
  • the processing liquid L discharged from the nozzle 33 is supplied to the rotation center Ca of the rotating substrate W, the processing liquid L spreads toward the outer peripheral portion of the substrate W by the action of centrifugal force. .
  • a liquid film LF that covers the entire upper surface Wa of the substrate W is formed.
  • the treatment liquid for forming the liquid film LF for example, ethylene carbonate, sulfolane, tertiary butyl alcohol, dimethyl sulfoxide, acetic acid or the like is used.
  • the rotation speed of the substrate W is set to be relatively low, for example, 300 rpm or less so that the supplied processing liquid is not shaken out. Note that the thickness of the liquid film LF can be controlled by the rotation speed of the substrate W.
  • the nozzle 33 stops discharging the processing liquid and moves to the retracted position on the side of the substrate W (step S106).
  • the substrate W continues to rotate at the solidification rotation speed which is the liquid film formation speed or lower (step S107). Thereby, the state where the upper surface Wa of the substrate W is covered with the liquid film LF having a predetermined thickness is maintained.
  • the refrigerant supply unit 86 of the control unit 80 sends out the refrigerant toward the refrigerant discharge unit 12.
  • a predetermined flow rate of refrigerant is discharged from the lower surface nozzle 123 of the refrigerant discharge portion 12 and supplied to the rotation center Cb of the substrate lower surface Wb (step S108).
  • the refrigerant is a liquid or gas having a temperature lower than the freezing point of the processing liquid L.
  • the central portion of the substrate lower surface Wb touches the coolant F and the substrate W is cooled, so that the central portion of the liquid film LF formed on the substrate upper surface Wa is solidified to solidify the solidified film FF. Convert to
  • the above-mentioned freezing point of the treatment liquid L is around room temperature.
  • the refrigerant F for example, cold water can be used.
  • the temperature of the cold water can be about 0 ° C to 10 ° C.
  • the refrigerant supply unit 86 only needs to have a function of cooling and sending water to about several degrees Celsius, the refrigerant can be supplied with relatively simple equipment. Accordingly, it is possible to reduce the apparatus cost and the processing cost.
  • a mixed solution in which ethylene glycol is added to water, perfluorocarbon such as hydrofluoroether (HFE) or fluorinate can be used.
  • step S109 After the supply of the refrigerant at the initial flow rate is continued for a predetermined time (step S109), at least one of the supply amount of the refrigerant F and the rotation speed of the substrate W is increased (step S110). As shown in FIG. 3C, more refrigerant is supplied to the peripheral portion Wp of the substrate lower surface Wb, so that the solidified film FF on the substrate upper surface Wa side spreads from the central portion to the peripheral portion, and finally the substrate upper surface Wa. The whole is covered with the coagulation film FF.
  • FIG. 3D shows the temperature distribution of the substrate W during processing.
  • the refrigerant spreads to the peripheral part. Due to the temperature rise, the peripheral edge of the substrate W is not sufficiently cooled. That is, the closer to the peripheral edge of the substrate, the lower the cooling capacity of the refrigerant. For this reason, the liquid film may not be solidified at the peripheral edge of the substrate W, or it may take time to solidify.
  • the supply amount of the refrigerant F and the rotation speed of the substrate W are increased with time.
  • the amount of the refrigerant F passing through the substrate lower surface Wb per unit time increases.
  • the cooling capacity of the substrate W by the refrigerant F is improved.
  • the flow rate of the refrigerant F flowing along the substrate lower surface Wb is increased, the refrigerant F reaches the substrate peripheral edge Wp while maintaining the low temperature state. For this reason, as shown by a broken line in FIG.
  • the temperature difference between the peripheral edge portion and the central portion of the substrate can be reduced in a short time.
  • the entire substrate W can be lowered to a temperature lower than the freezing point Tf of the liquid film L in a short time, and the time required for solidifying the entire liquid film can be shortened.
  • the refrigerant F is supplied toward the rotation center Cb of the substrate lower surface Wb, and then at least one of the supply amount of the refrigerant F and the rotation speed of the substrate W is increased. By doing so, it is possible to realize coagulation of the liquid film corresponding to such a requirement.
  • FIG. 4A and FIG. 4B are diagrams exemplifying changes in the refrigerant supply amount and the substrate rotation speed. 4A and 4B, time T1 corresponds to the start time of step S108, and time T2 corresponds to the start time of step S110.
  • the supply amount of the refrigerant F and the rotation speed of the substrate W may be continuously increased from time T2 as shown in FIG. 4A, or increase stepwise from time T2 as shown in FIG. 4B. An aspect may be sufficient.
  • step S111 When a predetermined time elapses from time T3 when at least one of the refrigerant supply amount and the substrate rotation speed is increased (step S111), the discharge of the refrigerant F from the lower surface nozzle 123 and the rotation of the substrate W are stopped (step S112, time). T4).
  • the workpiece having the entire substrate upper surface Wa covered with the solidified film FF is unloaded from the chamber 90 (step S113) and is subjected to a post-processing step in an external device.
  • the rotation speed of the substrate W is set to be equal to or less than the liquid film formation speed at the maximum.
  • the central portion of the liquid film LF begins to solidify when the coolant F is supplied near the rotation center Cb of the substrate lower surface Wb. Then, by increasing at least one of the supply amount of the refrigerant F and the rotation speed of the substrate W, the amount of the refrigerant F supplied to the peripheral portion of the substrate W per unit time increases. Thereby, the cooling capacity by the refrigerant F is improved, and the time required to solidify the entire liquid film can be shortened.
  • FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a substrate processing apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • the substrate processing apparatus 1a is most different from the substrate processing apparatus 1 of the first embodiment in the configuration of the substrate holding unit. That is, the substrate processing apparatus 1a of the second embodiment includes a substrate holding unit 10a instead of the substrate holding unit 10 of the first embodiment.
  • maintenance part 10a it replaces with the refrigerant
  • the configuration of the control unit 80a is partially different. That is, the control unit 80a of the substrate processing apparatus 1a of the second embodiment includes a refrigerant supply unit 89 instead of the refrigerant supply unit 86 of the first embodiment.
  • the coolant discharge unit 13 of the substrate processing apparatus 1a includes a plurality (three in this example) of lower surface nozzles 131, 132, and 133 disposed below the substrate W.
  • the first lower surface nozzle 131 has a discharge port that opens upward at a position directly below the lower surface side rotation center Cb of the substrate W.
  • the second lower surface nozzle 132 has a discharge port that opens upward at a position outside the first lower surface nozzle 131 in the radial direction of the substrate W.
  • the third lower surface nozzle 133 has a discharge port that opens upward at a position further outside the second lower surface nozzle 132 in the radial direction of the substrate W.
  • the first to third lower surface nozzles 131 to 133 are connected to the refrigerant supply unit 89 via supply tubes provided in the hollow portions of the rotation support shaft 112 of the spin chuck 11, respectively. These supply pipes and nozzles are not connected to the spin chuck 11 and do not rotate even when the spin chuck 11 rotates.
  • the refrigerant supply unit 89 includes a delivery unit 890 that sends out the refrigerant F, first to third valves 891 to 893, and a valve control unit 894. More specifically, the first valve 891 is provided in the middle of the pipe connecting the delivery unit 890 and the first lower surface nozzle 131. A second valve 892 is provided in the middle of the pipe connecting the delivery unit 890 and the second lower surface nozzle 132. A third valve 893 is provided in the middle of the pipe connecting the delivery unit 890 and the third lower surface nozzle 133.
  • the first to third valves 891 to 893 can be opened and closed independently of each other in accordance with control from the valve control unit 894. That is, the valve control unit 894 individually controls the first to third valves 891 to 893, so that the amount of refrigerant supplied from the delivery unit 890 to each of the first to third valves 891 to 893 and the supply timing thereof are controlled. Can be adjusted independently of each other.
  • the refrigerant F delivered through the first to third valves 891 to 893 is discharged from the first to third lower surface nozzles 131 to 133 toward the substrate lower surface Wb.
  • the refrigerant F supplied to the substrate lower surface Wb flows toward the peripheral edge side along the substrate Wb by the action of the centrifugal force accompanying the rotation of the substrate W.
  • the arrangement of the first to third lower surface nozzles 131 to 133 in a plan view is arbitrary. For example, as shown in FIG. 6B, these may be arranged in a line, and as shown in FIG. 6C, the direction from the first lower surface nozzle 131 toward the second lower surface nozzle 132 and the first lower surface nozzle 131 to the third lower surface.
  • the direction toward the nozzle 133 may be different from each other.
  • the following structures may be sufficient.
  • FIG. 7 and 8 are diagrams showing a modification of the second embodiment.
  • the second lower surface nozzle 134 is provided, and a total of four lower surface nozzles are provided.
  • the first lower surface nozzle 131 is provided immediately below the rotation center Cb of the substrate W.
  • the second to fourth lower surface nozzles 132 to 134 are arranged at positions where the distances from the rotation center Cb in the radial direction of the substrate W are different from each other.
  • the second to fourth lower surface nozzles 132 to 134 are arranged at equiangular intervals in the circumferential direction of the substrate W, but the arrangement of the lower surface nozzles in plan view is arbitrary as in the above example.
  • a disk-shaped facing member 14 having a facing surface 140 facing the substrate lower surface Wb is disposed below the substrate W held by the spin chuck 11.
  • a support shaft 145 extending in the vertical direction is provided below the facing member 14, and the support shaft 145 is inserted into a hollow portion of the rotation support shaft 112 of the spin chuck.
  • the opposing member 14 is not connected to the spin chuck 11 and does not rotate even when the spin chuck 11 rotates.
  • a plurality of (three in this example) refrigerant discharge ports 141, 142, and 143 are provided on the facing surface 140 of the facing member 14.
  • the first discharge port 141 is provided at a position directly below the lower surface side rotation center Cb of the substrate W.
  • the second discharge port 142 is provided at a position outside the first discharge port 141 in the radial direction of the substrate W.
  • the third discharge port 143 is provided at a position further outside the second discharge port 142 in the radial direction of the substrate W.
  • the arrangement of the refrigerant discharge ports 141, 142, and 143 in a plan view is arbitrary.
  • Each of the refrigerant discharge ports 141, 142, and 143 is connected to valves 891, 892, and 893 of the refrigerant supply unit via a flow path provided on the support shaft 145 of the facing member 14 and appropriate piping, respectively. Accordingly, the valve control unit 894 individually controls the first to third valves 891 to 893, so that the first to third discharge ports 141 to 143 are sent from the delivery unit 890 via the first to third valves 891 to 893.
  • the amount of refrigerant discharged from each of these and the supply timing can be adjusted independently of each other.
  • the refrigerant F discharged into the gap space between the facing surface 140 and the substrate lower surface Wb is supplied to the substrate lower surface Wb, and flows toward the peripheral portion along the substrate Wb by the action of centrifugal force accompanying the rotation of the substrate W.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the substrate processing apparatus of the second embodiment.
  • the operation of the substrate processing apparatus 1a described below is realized by causing the CPU 81 to execute a control program stored in advance in the memory 82 and cause each part of the apparatus to execute a predetermined operation. Many steps in this operation are the same as those in the first embodiment. Therefore, the description of each process will be simplified. The following description of the operation is based on the configuration shown in FIGS. 5 and 6, but the operation is basically the same in the configurations shown in FIGS. 7 and 8.
  • an appropriate wet process is performed using the substrate W carried into the apparatus as a workpiece (step S201).
  • the spin chuck 11 is rotated at a predetermined liquid film forming speed, whereby the substrate W is rotated at the liquid film forming speed (step S202).
  • the nozzle 33 is positioned above the rotation center Ca of the substrate W (step S203), and the processing liquid L for forming a liquid film is discharged from the nozzle 33 (step S204).
  • the processing liquid L is supplied to the substrate W for a predetermined time and the liquid film LF is formed (step S205)
  • the nozzle 33 stops discharging the processing liquid and moves to the retracted position on the side of the substrate W (step S206).
  • the substrate W continues to rotate at the coagulation rotation speed that is the liquid film formation speed or lower (step S207). Up to this point, the operation is the same as that of the first embodiment.
  • the valve control unit 894 opens the first valve 891. Then, the refrigerant F delivered from the delivery unit 890 is discharged from the first lower surface nozzle 131 and supplied near the lower surface side rotation center Cb of the substrate W (step S208). Thereby, the center part of the board
  • substrate W is cooled and solidification of a liquid film is started.
  • the valve control unit 894 opens the second valve 892, and discharge of the refrigerant F from the second lower surface nozzle 132 is started (step S210). Further, after a predetermined time has elapsed (step S211), the valve control unit 894 opens the third valve 893, and discharge of the refrigerant F from the third lower surface nozzle 133 is started (step S212).
  • the refrigerant F is initially supplied from the first lower surface nozzle 131 provided immediately below the rotation center Cb of the substrate lower surface Wb to the substrate lower surface Wb. . Thereafter, the supply of the refrigerant F is sequentially started from the second lower surface nozzle 132 and the third lower surface nozzle 133 which are closer to the peripheral edge portion of the substrate lower surface Wb.
  • the refrigerant F discharged from the second lower surface nozzle 132 merges with the refrigerant F discharged from the first lower surface nozzle 131 and flowing to the position facing the second lower surface nozzle 132 along the substrate lower surface Wb.
  • the refrigerant discharged from the second lower surface nozzle 132 since the refrigerant discharged from the second lower surface nozzle 132 has a lower temperature, the cooling ability for the substrate W outside the position is improved.
  • the refrigerant F discharged from the third lower surface nozzle 133 is discharged from the first lower surface nozzle 131 and the second lower surface nozzle 132 and flows to the position facing the third lower surface nozzle 133 along the substrate lower surface Wb. It is colder than. Therefore, the cooling capability for the substrate W outside the position is further improved.
  • the position where the increased amount of the refrigerant F is supplied sequentially shifts to a position closer to the peripheral edge of the substrate W. go.
  • the cooling capacity of the refrigerant F can be exhibited at a position closer to the peripheral edge of the substrate.
  • the problem that the cooling capacity of the refrigerant F decreases as it is closer to the peripheral edge is effectively solved.
  • step S213 After the discharge of the refrigerant F from each lower surface nozzle is continued for a predetermined time (step S213), similarly to the first embodiment, the discharge of the refrigerant F from each lower surface nozzle and the rotation of the substrate W are stopped (step S214). ). The workpiece in which the entire upper surface Wa of the substrate is covered with the solidified film FF is unloaded from the chamber 90 (step S215), and the processing is completed.
  • the first valve 891 is connected to the pipe communicating with the first discharge port 141 provided at the position closest to the rotation center Cb of the substrate W, and then close to the rotation center Cb of the substrate W.
  • a first valve 892 is provided in a pipe communicating with the second discharge port 142 provided at a position, and a third valve 893 is provided in a pipe communicating with the third discharge port 143 farthest from the rotation center Cb. Therefore, as described above, the first valve 891, the second valve 892, and the third valve 893 are opened in this order, whereby the supply amount of the refrigerant is sequentially increased from the center of the substrate W toward the peripheral edge. Become.
  • the refrigerant F is initially supplied in the vicinity of the rotation center Cb of the substrate lower surface Wb. Then, the refrigerant supply to the outer side is additionally performed sequentially, and the supply amount of the refrigerant in the peripheral portion is increased. As a result, the cooling ability that decreases as the temperature of the coolant rises as the peripheral edge increases, and the peripheral edge of the substrate W can be cooled with a high cooling capacity. Therefore, the liquid film LF formed on the substrate upper surface Wa side can be solidified well in a short time.
  • the cooling capacity is increased over time from the center toward the peripheral edge.
  • the solidification of the liquid film proceeds from the center toward the peripheral portion, and the solidified film FF can be made uniform.
  • FIG. 10A to 10C are views showing the main part of a third embodiment of the substrate processing apparatus according to the present invention.
  • the description of the chamber 70 and the control unit 80 which are common configurations with the first embodiment, is omitted.
  • many configurations are the same as those of the first embodiment, and the purpose and contents of the processing performed by the apparatus are generally the same as those of the first embodiment. Therefore, in the following description, the same or corresponding components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • FIG. 10A in order to make the drawing easier to see, some reference numerals that should be given to the same configuration as the configuration in FIG. 1 are omitted.
  • the substrate processing apparatus 1b of the third embodiment is different from that of the first embodiment in the configuration of the refrigerant discharge section. That is, in the substrate processing apparatus 1b of the third embodiment, the refrigerant discharge unit 15 is provided in the substrate holding unit 10b.
  • the refrigerant discharge part 15 is fixed to the upper part of the spin base 111 and is provided in a disk-like counter member 151 whose upper surface is a counter surface 150 that opposes the lower surface Wb of the substrate W, and an opening in the center of the counter member 151.
  • the lower surface nozzle 152 and a plurality of rectifying members 153 provided on the upper surface (opposing surface) 150 of the opposing member 151 are provided.
  • the opposing member 151 is attached to the spin base 111 and rotates integrally with the spin base 111.
  • the chuck pin 114 that holds the substrate W is attached to the peripheral portion of the facing member 151. Therefore, when the spin base 111 rotates, the opposing member 151, the chuck pin 114, and the substrate W held by the chuck pin 114 rotate integrally around the vertical rotation axis AX.
  • the lower surface nozzle 152 is not connected to either the spin base 111 or the opposing member 151 and does not rotate. However, the structure which rotates integrally with these may be sufficient.
  • the lower surface nozzle 152 is connected to the refrigerant supply unit 86 (FIG. 1) of the control unit 80, and discharges the refrigerant F supplied from the refrigerant supply unit 86 toward the vicinity of the rotation center Cb of the substrate lower surface Wb.
  • the rectifying member 153 is an elastic member formed in a thin plate or film shape, for example, with a resin material, and extends obliquely upward from the facing surface 150 with an outward inclination from the rotation center of the facing member 151 toward the peripheral edge. As shown in FIG. 10A, a plurality of rectifying members 153 are provided at different positions in the radial direction from the rotation center of the opposing member 151 toward the peripheral edge. In the circumferential direction, it is provided in a continuous annular shape or an intermittent annular shape by a plurality of members.
  • the restoring force may be adjusted by selecting a material, or the restoring force may be adjusted by changing the thickness of the same material.
  • a force to the outer side in the radial direction of the facing member 151 is applied to the upper end portion of each rectifying member 153 by the action of centrifugal force.
  • Each rectifying member 153 is adjusted so that the magnitude of the elastic deformation caused by this force increases as the force approaches the center of rotation at the same rotational speed. Therefore, when the counter member 151 rotates, the rectifying member 153 closer to the rotation center has a larger inclination toward the outside due to centrifugal force, and the rectification member 153 far from the rotation center has a smaller inclination.
  • the coagulation speed in step S107 is set relatively low. Therefore, in the initial stage of refrigerant supply, as shown in FIG. 10B, the inclination of each rectifying member 153 provided on the facing member 151 that rotates at a relatively low speed is small, and the refrigerant F discharged from the lower surface nozzle 152 It stays in the vicinity of the rotation center Cb of Wb. As a result, the central portion of the liquid film LF is converted to the coagulated film FF on the substrate upper surface Wa side.
  • step S110 When the rotation speed is increased in step S110, as shown in FIG. 10C, the rectifying member 153 closer to the rotation center is inclined more greatly. Thereby, the refrigerant F spreads outside, and the range of the solidified film FF is widened on the substrate upper surface Wa side. Since the inclination of the outer rectifying member 153 is small, the time during which the refrigerant F is in contact with the lower surface of the substrate Wb is longer than when there is no rectifying member. Thereby, the substrate W is cooled more effectively, and the liquid film LF can be solidified in a short time.
  • the refrigerant F reaches the peripheral edge of the substrate lower surface Wb and is shaken off, and the entire liquid film LF including the peripheral edge is converted into the solidified film FF. For this reason, it is possible to solidify the liquid film LF in a short time and with excellent thermal efficiency as compared with the case where there is no rectifying member.
  • the rectifying member 153 temporarily suppresses the spread of the refrigerant F along the substrate lower surface Wb, so that the cooling capability for the substrate W is increased. And since such an area
  • the substrate W is cooled by supplying the coolant F to the rotation center Cb of the lower surface Wb of the substrate W on which the liquid film LF is formed on the upper surface Wa, and the liquid film LF is solidified. .
  • a cooling capability is raised gradually toward a peripheral part.
  • at least one of the supply amount and the flow velocity at the peripheral portion is initially relatively low, and thereafter increases with time. Thereby, it can be made to solidify sequentially from the center of a liquid film toward a peripheral part, and coagulation can be completed in a short time.
  • the refrigerant is supplied to the lower surface of the substrate opposite to the surface on which the liquid film is formed, either a gas or a liquid can be used as the refrigerant.
  • a gas is used as the coolant.
  • the gas is cooled to a lower temperature, or the nozzle is moved by scanning the liquid film. It is necessary to do. This complicates the device configuration. In each of the above embodiments, such a configuration is unnecessary, and the apparatus cost and the processing cost can be kept low.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit of the present invention.
  • the types of the processing liquid L and the refrigerant F in the above embodiment are merely examples, and the processing liquid and the refrigerant used in the above configuration are not particularly limited.
  • the treatment liquid is not limited to a single substance, and may be a mixed liquid or solution of a plurality of substances.
  • a fluid having a temperature lower than the freezing point of the treatment liquid can be used, and either a gas or a liquid may be used.
  • the substrate processing apparatus of the above-described embodiment performs wet processing, liquid film formation, and liquid film solidification on the substrate W.
  • the embodiment of the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to all processing apparatuses that execute at least liquid film formation and liquid film coagulation.
  • a configuration in which a substrate after wet processing is performed in an external processing apparatus is carried into a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention as a workpiece may be employed.
  • the structure which the substrate processing apparatus which is embodiment of this invention performs the post process after liquid film solidification may be sufficient.
  • freeze cleaning phase change cleaning
  • a treatment liquid for example, hot water
  • a treatment liquid for example, hot water
  • the refrigerant supply unit is configured to increase the supply amount of the refrigerant supplied toward the rotation center of the lower surface of the substrate. Also good. According to such a configuration, the supply amount of the refrigerant reaching the peripheral portion from the center of rotation increases with the rotation of the substrate, so that the cooling capacity in the peripheral portion can be improved.
  • the substrate holding unit may be configured to increase the rotation speed of the substrate after the supply of the refrigerant from the refrigerant supply unit is started.
  • the flow rate of the refrigerant flowing along the substrate increases, and the refrigerant can reach the peripheral edge of the substrate before the temperature of the refrigerant rises so much. Thereby, the cooling capacity at the peripheral edge of the substrate is improved.
  • the refrigerant supply unit has a plurality of discharge ports that are different in distance from the rotation center in the radial direction of the substrate, each discharges the refrigerant toward the lower surface of the substrate, and the refrigerant from each of the plurality of discharge ports The discharge may be started at different timings. According to such a configuration, it is possible to independently adjust the refrigerant supply amount at the rotation center and the peripheral edge of the substrate. Thereby, the difference of the cooling capacity of the refrigerant
  • the substrate holding unit rotates the substrate supplied with the processing liquid from the processing liquid supply unit to form a liquid film, and after the liquid film is formed until the entire liquid film is solidified, You may comprise so that a rotational speed may be below the rotational speed at the time of formation of a liquid film. According to such a configuration, the formed liquid film can be solidified without dropping from the substrate, and the entire substrate can be covered with the solidified film.
  • the substrate holding unit may include a facing member that forms a gap space between the substrate and the lower surface of the substrate, and the coolant supply unit may be configured to supply the coolant to the gap space.
  • the substrate can be more effectively cooled by temporarily retaining the refrigerant in the gap space.
  • the coolant supply unit may be configured to discharge the coolant from a discharge port opened on the upper surface of the opposing member. According to such a configuration, the refrigerant supplied to the gap space from the discharge port can reliably reach the peripheral edge of the substrate by the centrifugal force generated by the rotation of the substrate.
  • the refrigerant supply unit may include a rectifying member that is provided on the upper surface of the opposing member and temporarily restricts the flow of the refrigerant from the discharge port toward the peripheral edge of the substrate.
  • the substrate can be more effectively cooled by the rectifying member actively controlling the flow of the refrigerant on the lower surface of the substrate.
  • the present invention can be applied to all substrate processing techniques including a process of forming a liquid film on a substrate and solidifying it.
  • the purpose of coagulating the liquid film is not particularly limited, and can be suitably applied to, for example, freezing (phase change) washing, freezing (phase change) drying, and the like.

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Abstract

基板の上面に液膜を形成してこれを凝固させるプロセスを含む基板処理技術において、短時間で基板の周縁部まで液膜を良好に凝固させる技術を提供する。基板処理装置１は、基板Ｗの周縁部を保持して基板Ｗを水平姿勢に支持しながら、基板を鉛直方向に平行な回転軸周りに回転させる基板保持部１１と、基板Ｗの上面に処理液を供給して処理液の液膜を形成させる処理液供給部８４と、基板Ｗの下方から基板Ｗの下面に処理液の凝固点よりも低温の流体である冷媒を供給して液膜を凝固させる冷媒供給部８６とを備え、冷媒供給部８６が基板Ｗの下面の回転中心に向けて所定流量の冷媒を供給開始した後、基板Ｗの下面の周縁部に供給される冷媒の流速および供給量の少なくとも一方を経時的に増加させる。

Description

基板処理装置および基板処理方法
　この発明は、基板の上面に液膜を形成してこれを凝固させるプロセスを含む基板処理装置および基板処理方法に関するものである。
　基板に処理液を供給して湿式処理する基板処理技術には、水平姿勢の基板の上面に処理液による液膜を形成し、これを凝固させるプロセスを含むものがある。このようなプロセスは、例えば液体が凝固する際の体積変化を利用して基板に付着した付着物を遊離させて除去する目的で、あるいは湿式処理後の基板を乾燥させる際に基板に形成されたパターンが処理液の表面張力に起因する応力により損壊するのを防止する目的で実施される。
　例えば特許文献１に記載の技術では、液膜が形成された基板の上面に沿って走査移動するノズルから、液体窒素により冷却された窒素ガスを基板上面に供給することにより、液膜を凍結させている。ノズルの走査に伴い、液膜の凝固が基板の中心部から外周部に向けて進行する。またこの技術では、凍結に要する時間を短縮させるために、液体で濡れた状態の基板下面に常温のガスを供給し、液体が乾燥する際の気化熱により基板を補助的に冷却している。
特開２０１５－１８５７５６号公報
　上記従来技術において凝固させようとしている液膜は水を主成分とするものであり、その凝固点は０℃以下である。このため、液膜を凝固させるために比較的高い冷却能力を必要とする。一方で、処理コストおよび消費エネルギー量を低減するために、液膜を形成する処理液としてより凝固点の高い材料を用いる方法が模索されている。その場合に有効な方法の１つとして、基板の下面に冷媒を供給して基板上面側の液膜を凝固させることが考えられる。このような構成では、冷媒としての液体を基板に直接触れさせることも可能であり、冷媒で冷やされたガスを基板上面に供給して液膜を凝固させる場合に比べ熱効率の点でも有利である。
　しかしながら、上面に液膜を担持する基板を支持して回転させる必要性から、基板の下面側に冷媒を吐出するノズルを走査移動させるような機構を設けることが困難である。このため、例えば回転する基板の下面回転中心付近に冷媒を供給し、遠心力により基板の周縁部まで冷媒を到達させることが考えられる。しかしながら、その間に冷媒の温度が上昇するため、特に基板周縁部での冷却能力が不足してしまう。その結果、液膜全体を良好に凝固させることができない、また液膜を凝固させるのに長時間を要する等の問題が生じる。
　この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板の上面に液膜を形成してこれを凝固させるプロセスを含む基板処理技術において、短時間で基板の周縁部まで液膜を良好に凝固させることのできる技術を提供することを目的とする。
　この発明に係る基板処理装置の一の態様は、上記目的を達成するため、基板の周縁部を保持して前記基板を水平姿勢に支持しながら、前記基板を鉛直方向に平行な回転軸周りに回転させる基板保持部と、前記基板の上面に処理液を供給して前記処理液の液膜を形成させる処理液供給部と、前記基板の下方から前記基板の下面に前記処理液の凝固点よりも低温の流体である冷媒を供給して前記液膜を凝固させる冷媒供給部とを備え、前記冷媒供給部が前記基板の下面の回転中心に向けて所定流量の前記冷媒を供給開始した後、前記基板の下面の周縁部に供給される前記冷媒の流速および供給量の少なくとも一方を経時的に増加させる。
　また、この発明に係る基板処理方法の一の態様は、上記目的を達成するため、基板の周縁部を保持して前記基板を水平姿勢に支持しながら前記基板を鉛直方向に平行な回転軸周りに回転させ、前記基板の上面に処理液を供給して前記処理液の液膜を形成し、前記基板の下方から前記基板の下面に前記処理液の凝固点よりも低温の流体である冷媒を供給して前記液膜を凝固させ、前記基板の下面の回転中心に向けて所定流量の前記冷媒を供給開始した後、前記基板の下面の周縁部に供給される前記冷媒の流速および供給量の少なくとも一方を経時的に増加させる。
　このように構成された発明では、上面に液膜が形成されて回転する基板下面のうち、まず回転中心に冷媒が供給される。これにより液膜の中央部分から凝固が始まり、凝固した領域が周縁部へ向かって広がってゆく。この状態を維持したとしても、基板の周縁部では冷媒の温度が上昇して冷却能力が低下し、周縁部の液膜の凝固が不十分となる、凝固に時間を要するなどの問題が起こり得る。そこで、この発明では、基板の下面の周縁部に供給される冷媒の流速および供給量の少なくとも一方が経時的に増加される。これにより、基板の周縁部において冷媒が基板から奪う単位時間当たりの熱量が増加し、冷媒の周縁部における冷却能力が向上する。その結果、液膜を周縁部まで良好に凝固させることが可能となる。また、液膜全体を凝固させるのに必要な時間を短縮することができる。
　上記のように、本発明では、上面に液膜が形成された基板の下面回転中心にまず冷媒を供給し、その後、基板の下面の周縁部に供給される冷媒の流速および供給量の少なくとも一方を増加させる。こうすることにより、周縁部における冷却能力が向上し液膜を周縁部まで短時間で良好に凝固させることができる。
　この発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、添付図面を参照しながら次の詳細な説明を読めば、より完全に明らかとなるであろう。ただし、図面は専ら解説のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。
本発明の第１実施形態である基板処理装置の概略構成を示す図である。 第１実施形態の基板処理装置の動作を示すフローチャートである。 図２の動作における各部の状態を模式的に示す第１の図である。 図２の動作における各部の状態を模式的に示す第２の図である。 図２の動作における各部の状態を模式的に示す第３の図である。 図２の動作における各部の状態を模式的に示す第４の図である。 冷媒供給量および基板回転速度の変化態様を例示する第１の図である。 冷媒供給量および基板回転速度の変化態様を例示する第２の図である。 本発明の第２実施形態である基板処理装置の概略構成を示す図である。 第２実施形態の基板処理装置の主要部を示す第１の図である。 第２実施形態の基板処理装置の主要部を示す第２の図である。 第２実施形態の基板処理装置の主要部を示す第３の図である。 第２実施形態の第１の変形例を示す図である。 第２実施形態の第２の変形例を示す図である。 第２実施形態の基板処理装置の動作を示すフローチャートである。 本発明に係る基板処理装置の第３実施形態を示す第１の図である。 本発明に係る基板処理装置の第３実施形態を示す第２の図である。 本発明に係る基板処理装置の第３実施形態を示す第３の図である。
　以下、本発明を適用可能な基板処理装置の概要について説明する。以下において、基板とは、半導体基板、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、ＦＥＤ（Field Emission Display）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板などの各種基板をいう。以下では主として半導体基板の処理に用いられる基板処理システムを例に採って図面を参照して説明するが、上に例示した各種の基板の処理にも本発明を適用可能である。
　＜第１実施形態＞
　図１は本発明の第１実施形態である基板処理装置の概略構成を示す図である。基板処理装置１は、半導体ウエハ等の円盤状の基板Ｗに対して処理液による洗浄やエッチング処理などの湿式処理を施す湿式処理装置である。湿式処理としては各種の公知技術を適用することができる。特に、基板上面に形成した液膜を凝固させるプロセスを含む処理に好適なものである。基板処理装置１は、チャンバ７０内に設けられた基板保持部１０、スプラッシュガード２０および処理液吐出部３０，４０と、これらの各部を制御する制御ユニット８０とを備えている。
　基板保持部１０は、基板表面を上方に向けた状態で基板Ｗを略水平姿勢に保持して回転させるものである。この基板保持部１０は、スピンベース１１１と回転支軸１１２とが一体的に結合されたスピンチャック１１を有している。スピンベース１１１は平面視において略円形形状を有しており、その中心部に、略鉛直方向に延びる中空状の回転支軸１１２が固定されている。回転支軸１１２はモータを含むチャック回転機構１０３の回転軸に連結されている。チャック回転機構１０３は円筒状のケーシング１０１内に収容される。回転支軸１１２はケーシング１０１により、鉛直方向の回転軸周りに回転自在に支持されている。
　チャック回転機構１０３は、制御ユニット８０のチャック駆動部８７からの駆動により回転支軸１１２を回転軸周りに回転させる。これにより、回転支軸１１２の上端部に取り付けられたスピンベース１１１が鉛直軸周りに回転する。制御ユニット８０は、チャック駆動部８７を介してチャック回転機構１０３を制御して、スピンベース１１１の回転速度を調整することが可能である。
　スピンベース１１１の周縁部付近には、基板Ｗの周端部を把持するための複数個のチャックピン１１４が立設されている。チャックピン１１４は、円形の基板Ｗを確実に保持するために３つ以上設けてあればよく（この例では６つ）、スピンベース１１１の周縁部に沿って等角度間隔で配置されている。チャックピン１１４のそれぞれは、基板Ｗの外周端面を押圧する押圧状態と、基板Ｗの外周端面から離れる解放状態との間を切り替え可能に構成されている。
　スピンベース１１１に対して基板Ｗが受け渡しされる際には、複数のチャックピン１１４のそれぞれを解放状態とする。一方、基板Ｗを回転させて所定の処理を行う際には、複数のチャックピン１１４のそれぞれを押圧状態とする。このように押圧状態とすることによって、チャックピン１１４は基板Ｗの周端部を把持してその基板Ｗをスピンベース１１１から所定間隔を隔てて略水平姿勢に保持することができる。これにより、基板Ｗはその表面を上方に向け、裏面を下方に向けた状態で支持される。なお、チャックピン１１４としては、上記に限定されず種々の公知の構成を用いることができる。
　スピンチャック１１に基板Ｗが保持された状態、より具体的にはスピンベース１１１に設けられたチャックピン１１４によって基板Ｗがその周縁部を保持された状態で、チャック回転機構１０３が作動することで、基板Ｗは鉛直方向の回転軸ＡＸ周りに回転する。以下では、このようにして回転する基板Ｗの上面および下面にそれぞれ符号Ｗａ、Ｗｂを付す。また、上面側の回転中心を符号Ｃａにより、下面側の回転中心を符号Ｃｂによりそれぞれ表す。
　スピンチャック１１により水平姿勢に支持される基板Ｗの下方に、冷媒吐出部１２が設けられている。後述するように、冷媒吐出部１２は、基板Ｗの上面Ｗａに液膜が形成された基板Ｗの下面Ｗｂに向けて液膜を構成する液体の凝固点よりも低温の冷媒を吐出し、液膜を凝固させる機能を有する。冷媒吐出部１２は、基板Ｗより少し小さい円盤状の外形を有し、水平な上面を基板下面Ｗｂと対向させて配置された対向部材１２１と、対向部材１２１の中心部に取り付けられて鉛直方向下向きに延びる供給管１２２とを備えている。供給管１２２は回転支軸１１２の中空部に挿通されているが、回転支軸１１２とは接続されていない。したがって、スピンチャック１１が回転する際にも、冷媒吐出部１２は回転しない。
　供給管１２２は中空の管であり、その上端部が対向部材１２１の中心部で上向きに開口している。供給管１２２は制御ユニット８０の冷媒供給部８６に接続されており、冷媒供給部８６から供給される冷媒を基板下面Ｗｂに向けて吐出する。これにより基板下面Ｗｂと対向部材１２１の上面との間のギャップ空間に冷媒が供給される。すなわち、供給管１２２の上端は、基板Ｗの下面側回転中心Ｃｂに向けて開口する吐出口を有するノズルとして機能する。そこで、以下において必要な場合には、この部分を「下面ノズル１２３」と称する。このように、冷媒吐出部１２は吐出した冷媒を基板下面Ｗｂに触れさせることで基板Ｗを冷却し、基板上面Ｗａに担持される液膜を凝固させる。冷媒としては液体、気体のいずれも使用可能である。
　またケーシング１０１の周囲には、スピンチャック１１に水平姿勢で保持されている基板Ｗの周囲を包囲するようにスプラッシュガード２０がスピンチャック１１の回転軸に沿って昇降自在に設けられている。このスプラッシュガード２０は回転軸に対して略回転対称な形状を有している。スプラッシュガード２０は、それぞれスピンチャック１１と同心円状に配置されて基板Ｗから飛散する処理液を受け止める複数段の（この例では２段の）ガード２１と、ガード２１から流下する処理液を受け止める液受け部２２とを備えている。そして、制御部８０に設けられたガード昇降部８５がガード２１を段階的に昇降させることで、回転する基板Ｗから飛散する薬液やリンス液などの処理液を分別して回収することが可能となっている。
　スプラッシュガード２０の周囲には、エッチング液等の薬液、リンス液、溶剤、純水、ＤＩＷ（脱イオン水）など各種の処理液を基板Ｗに供給するための液供給部が少なくとも１つ設けられる。この例では、図１に示すように、２組の処理液吐出部３０，４０が設けられている。処理液吐出部３０は、制御部８０のアーム駆動部８３により駆動されて鉛直軸回りに回動可能に構成された回動軸３１と、該回動軸３１から水平方向に延設されたアーム３２と、アーム３２の先端に下向きに取り付けられたノズル３３とを備えている。アーム駆動部８３により回動軸３１が回動駆動されることで、アーム３２が鉛直軸回りに揺動する。これによりノズル３３は、スプラッシュガード２０よりも外側の退避位置（図１に実線で示す位置）と基板Ｗの回転中心の上方位置（図１に点線で示す位置）との間を移動する。ノズル３３は、基板Ｗの上方に位置決めされた状態で、制御部８０の処理液供給部８４から供給される所定の処理液を吐出し、基板Ｗの表面に処理液を供給する。
　同様に、処理液吐出部４０は、アーム駆動部８３により回動駆動される回動軸４１と、これに連結されたアーム４２と、アーム４２の先端に設けられて処理液供給部８４から供給される処理液を吐出するノズル４３とを備えている。なお、処理液吐出部の数はこれに限定されず、必要に応じて増減されてもよい。
　スピンチャック１１の回転により基板Ｗが所定の回転速度で回転した状態で、これらの処理液吐出部３０，４０がノズル３３，４３を順次基板Ｗの上方に位置させて処理液を基板Ｗに供給することにより、基板Ｗに対する湿式処理が実行される。処理の目的に応じて、各ノズル３３，４３からは互いに異なる処理液が吐出されてもよく、同じ処理液が吐出されてもよい。また、１つのノズルから２種類以上の処理液が吐出されてもよい。基板Ｗの回転中心付近に供給された処理液は、基板Ｗの回転に伴う遠心力により外側へ広がり、最終的には基板Ｗの周縁部から側方へ振り切られる。基板Ｗから飛散した処理液はスプラッシュガード２０のガード２１によって受け止められて液受け部２２により回収される。
　上記の他、この基板処理システム１の制御ユニット８０には、予め定められた処理プログラムを実行して各部の動作を制御するＣＰＵ８１と、ＣＰＵ８１により実行される処理プログラムや処理中に生成されるデータ等を記憶保存するためのメモリ８２と、処理の進行状況や異常の発生などを必要に応じてユーザーに報知するための表示部８８とが設けられている。
　次に、以上のように構成された基板処理装置１の動作について説明する。上記の基板処理装置１は各種の処理に適用可能である。ここでは、基板Ｗに対し適宜の湿式処理を実行した後、基板Ｗの上面Ｗａに処理液による液膜を形成しこれを凝固させるための処理について説明する。このような処理は、例えば、処理液が凝固する時の体積変化を利用して基板Ｗから付着物を遊離させる洗浄処理（凍結洗浄処理）や、液膜を凝固させた凝固膜を昇華させることで基板Ｗを乾燥させる乾燥処理（昇華乾燥処理）などに適用される。これらの処理の原理は公知であるため、ここでは説明を省略する。
　図２は第１実施形態の基板処理装置の動作を示すフローチャートである。また、図３Ａないし図３Ｄはこの動作における各部の状態を模式的に示す図である。以下に説明する基板処理装置１の動作は、ＣＰＵ８１がメモリ８２に予め記憶された制御プログラムを実行し装置各部に所定の動作を実行させることにより実現される。最初に、装置に搬入された基板Ｗをワークとして適宜の湿式処理が行われる（ステップＳ１０１）。湿式処理としては多くの公知技術が知られており、本実施形態においてもそれらの処理を適用することができる。そこで、ここでは詳しい説明を省略する。
　湿式処理の終了後、チャック駆動部８７からの駆動によってチャック回転機構１０３が作動することで、スピンチャック１１が所定の液膜形成用速度で回転される。これにより湿式処理後の基板Ｗが液膜形成用速度で回転する（ステップＳ１０２）。そして、ノズル３３が基板Ｗの回転中心Ｃａの上方に位置決めされ（ステップＳ１０３）、ノズル３３から液膜形成用の処理液が吐出される（ステップＳ１０４）。図３Ａに示すように、ノズル３３から吐出される処理液Ｌが回転する基板Ｗの回転中心Ｃａに供給されると、処理液Ｌは、遠心力の作用により基板Ｗの外周部に向けて広がる。処理液Ｌの供給量および基板Ｗの回転速度が適宜に設定されることにより、基板Ｗの上面Ｗａの全体を覆う液膜ＬＦが形成される。
　液膜ＬＦを形成させるための処理液としては、例えば炭酸エチレン、スルフォラン、ターシャリーブチルアルコール、ジメチルスルホキシド、酢酸などが用いられる。また、基板Ｗの回転速度は、供給された処理液が振り切られないように比較的低く、例えば３００ｒｐｍ以下に設定される。なお基板Ｗの回転速度により液膜ＬＦの厚さを制御することが可能である。
　処理液Ｌが基板Ｗに所定時間供給され液膜ＬＦが形成されると（ステップＳ１０５）、ノズル３３は処理液の吐出を停止し、基板Ｗ側方の退避位置に移動する（ステップＳ１０６）。基板Ｗが液膜形成用速度またはそれ以下の回転速度である凝固用回転速度で回転を継続する（ステップＳ１０７）。これにより、基板Ｗの上面Ｗａが所定厚さの液膜ＬＦで覆われた状態が維持される。
　続いて、制御ユニット８０の冷媒供給部８６が冷媒吐出部１２に向けて冷媒を送出する。これにより冷媒吐出部１２の下面ノズル１２３から所定流量の冷媒が吐出され基板下面Ｗｂの回転中心Ｃｂに供給される（ステップＳ１０８）。冷媒は処理液Ｌの凝固点よりも低温の液体または気体である。図３Ｂに示すように、基板下面Ｗｂの中心部が冷媒Ｆに触れて基板Ｗが冷却されることで、基板上面Ｗａに形成されている液膜ＬＦのうち中央部が凝固して凝固膜ＦＦに転換する。
　上記した処理液Ｌの凝固点は室温付近である。このため、冷媒Ｆとしては例えば冷水を用いることができる。冷水の温度としては０℃ないし１０℃程度とすることができる。冷媒として比熱の比較的大きな液体を使用することで、液膜ＬＦを効率よく冷却することができる。また冷媒供給部８６としては水を摂氏数度程度まで冷却し送出する機能があればよいので、比較的簡単な設備で冷媒を供給することが可能となる。したがって装置コストおよび処理コストを抑えることが可能である。冷媒としては上記の他、水にエチレングリコールを添加した混合溶液、ハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）やフロリナートなどのパーフルオロカーボンなどを使用可能である。
　当初の流量での冷媒の供給が所定時間継続された後（ステップＳ１０９）、冷媒Ｆの供給量および基板Ｗの回転速度の少なくとも一方が増加される（ステップＳ１１０）。図３Ｃに示すように、基板下面Ｗｂの周縁部Ｗｐまでより多くの冷媒が供給されることで、基板上面Ｗａ側の凝固膜ＦＦが中央部から周縁部に広がり、最終的に基板上面Ｗａの全体が凝固膜ＦＦにより覆われることになる。
　図３Ｄは処理中の基板Ｗの温度分布を示している。冷媒供給の初期段階では、図３Ｄに実線で示すように、回転中心Ｃａ近傍の基板中央部が処理液Ｌの凝固点Ｔｆよりも低温になっていたとしても、冷媒が周縁部に広がるのに伴う温度上昇により、基板Ｗの周縁部は十分に冷却されない。つまり、基板周縁部に近くなるほど、冷媒が有する冷却能力は低下する。このため、基板Ｗの周縁部では液膜が凝固しなかったり、凝固するのに時間がかかったりするという問題が生じ得る。
　この実施形態では、基板Ｗへの一定量の冷媒Ｆの供給が所定時間行われた後、冷媒Ｆの供給量および基板Ｗの回転速度の一方または両方が経時的に増加される。基板下面Ｗｂの周縁部Ｗｐにおける供給量が増加することで単位時間あたりに基板下面Ｗｂを通過する冷媒Ｆの量が増加する。これにより冷媒Ｆによる基板Ｗの冷却能力が向上する。また、基板下面Ｗｂに沿って流れる冷媒Ｆの流速が高くなることで、冷媒Ｆが低温状態を維持したまま基板周縁部Ｗｐに到達する。このため、図３Ｄに破線で示すように基板周縁部と中央部との間の温度差を短時間で減少させることが可能になる。その結果、基板Ｗの全体を短時間で液膜Ｌの凝固点Ｔｆよりも低温まで低下させることが可能となり、液膜全体を凝固させるために必要な時間を短縮することができる。
　凝固膜ＦＦの均質性を良好なものとするためには、最初に液膜ＬＦの中央部を凝固膜ＦＦに転換させ、凝固した領域を周縁部に向けて順次拡大させてゆくことが好ましい。本実施形態では、基板下面Ｗｂの回転中心Ｃｂに向けて冷媒Ｆを供給し、しかもその後で冷媒Ｆの供給量および基板Ｗの回転速度の少なくとも一方を増加させる。こうすることで、このような要求に対応する液膜の凝固を実現することができる。
　図４Ａおよび図４Ｂは冷媒供給量および基板回転速度の変化態様を例示する図である。図４Ａおよび図４Ｂにおいて、時刻Ｔ１はステップＳ１０８の開始時点、時刻Ｔ２はステップＳ１１０の開始時点にそれぞれ対応している。冷媒Ｆの供給量および基板Ｗの回転速度については、図４Ａに示すように時刻Ｔ２から連続的に増加する態様であってもよく、また図４Ｂに示すように時刻Ｔ２から段階的に増加する態様であってもよい。
　図２に戻って動作説明を続ける。冷媒供給量および基板回転速度の少なくとも一方が増加された時刻Ｔ３から所定時間が経過すると（ステップＳ１１１）、下面ノズル１２３からの冷媒Ｆの吐出および基板Ｗの回転が停止される（ステップＳ１１２、時刻Ｔ４）。基板上面Ｗａ全体が凝固膜ＦＦで覆われたワークがチャンバ９０から搬出されて（ステップＳ１１３）、外部装置での後処理工程に供される。
　なお、ステップＳ１１０において基板Ｗの回転速度が増加される態様においては、基板Ｗの回転速度は最大でも液膜形成用速度以下とされる。こうすることで、まだ凝固していない液膜ＬＦが基板Ｗの高速回転により振り切られることが確実に防止される。
　以上のように、この発明に係る基板処理装置の第１実施形態においては、基板下面Ｗｂの回転中心Ｃｂ付近に冷媒Ｆが供給されることによって液膜ＬＦの中心部が凝固し始める。そして、冷媒Ｆの供給量および基板Ｗの回転速度の少なくとも一方が増加されることにより、基板Ｗの周縁部に供給される冷媒Ｆの単位時間当たりの量が多くなる。これにより冷媒Ｆによる冷却能力が向上し、液膜全体を凝固させるために要する時間を短くすることができる。
　＜第２実施形態＞
　次に、本発明に係る基板処理装置の第２実施形態について説明する。この実施形態の基板処理装置の構成の多くは第１実施形態のものと共通であり、また装置によってなされる処理の目的や内容も第１実施形態と概ね共通である。そこで、以下の説明では、第１実施形態の構成と同一または対応する構成には同一の符号を付して詳しい説明を省略する。また、図５においては、図を見やすくするために、図１の構成と同一の構成に付すべき一部の符号を省略している。
　図５は本発明の第２実施形態である基板処理装置の概略構成を示す図である。この基板処理装置１ａにおいて、第１実施形態の基板処理装置１と最も大きく異なるのは基板保持部の構成である。すなわち、第２実施形態の基板処理装置１ａは、第１実施形態の基板保持部１０に代えて基板保持部１０ａを備えている。基板保持部１０ａでは、第１実施形態の冷媒吐出部１２に代えて冷媒吐出部１３が設けられる。また、この差異に起因して制御ユニット８０ａの構成が一部異なっている。すなわち、第２実施形態の基板処理装置１ａの制御ユニット８０ａでは、第１実施形態の冷媒供給部８６に代えて冷媒供給部８９を備えている。
　図６Ａないし図６Ｃは第２実施形態の基板処理装置の主要部を示す図である。図５および図６Ａに示すように、基板処理装置１ａの冷媒吐出部１３は、基板Ｗの下方に配置される複数の（この例では３つの）下面ノズル１３１，１３２，１３３を備えている。このうち第１下面ノズル１３１は基板Ｗの下面側回転中心Ｃｂの直下位置に上向きに開口する吐出口を有する。また、第２下面ノズル１３２は基板Ｗの径方向において第１下面ノズル１３１よりも外側の位置に上向きに開口する吐出口を有する。さらに、第３下面ノズル１３３は基板Ｗの径方向において第２下面ノズル１３２よりもさらに外側の位置に上向きに開口する吐出口を有する。
　第１ないし第３下面ノズル１３１～１３３は、それぞれスピンチャック１１の回転支軸１１２の中空部に設けられた供給管を介して冷媒供給部８９に接続されている。これらの供給管およびノズルはスピンチャック１１に接続されておらず、スピンチャック１１の回転によっても回転しない。
　冷媒供給部８９は、冷媒Ｆを送出する送出部８９０と、第１ないし第３バルブ８９１～８９３と、バルブ制御部８９４とを備えている。より詳しくは、送出部８９０と第１下面ノズル１３１とを接続する配管の途中に第１バルブ８９１が設けられる。また、送出部８９０と第２下面ノズル１３２とを接続する配管の途中に第２バルブ８９２が設けられる。また、送出部８９０と第３下面ノズル１３３とを接続する配管の途中に第３バルブ８９３が設けられる。
　第１ないし第３バルブ８９１～８９３は、バルブ制御部８９４からの制御に応じて、互いに独立して開閉動作が可能である。すなわち、バルブ制御部８９４は、第１ないし第３バルブ８９１～８９３を個別に制御することで、送出部８９０から第１ないし第３バルブ８９１～８９３のそれぞれに供給される冷媒の量および供給タイミングを互いに独立して調整することができる。第１ないし第３バルブ８９１～８９３を介して送出される冷媒Ｆは、第１ないし第３下面ノズル１３１～１３３から基板下面Ｗｂに向けて吐出される。基板下面Ｗｂに供給された冷媒Ｆは、基板Ｗの回転に伴う遠心力の作用により、基板Ｗｂに沿って周縁部側へ流れる。
　平面視における第１ないし第３下面ノズル１３１～１３３の配置は任意である。例えば図６Ｂに示すようにこれらが一列に配置されてもよく、また図６Ｃに示すように、第１下面ノズル１３１から第２下面ノズル１３２に向かう方向と、第１下面ノズル１３１から第３下面ノズル１３３に向かう方向とが互いに異なっていてもよい。また、以下のような構成であってもよい。
　図７および図８は第２実施形態の変形例を示す図である。図７に示す変形例では上記に加えて第２下面ノズル１３４が設けられ、全部で４つの下面ノズルが設けられる。これらのうち第１下面ノズル１３１は基板Ｗの回転中心Ｃｂの直下位置に設けられる。一方、第２ないし第４下面ノズル１３２～１３４は、基板Ｗの径方向における回転中心Ｃｂからの距離が互いに異なる位置に配置される。図７においては第２ないし第４下面ノズル１３２～１３４が基板Ｗの周方向において互いに等角度間隔に配置されているが、上記例と同様、平面視における各下面ノズルの配置は任意である。
　図８に示す変形例では、スピンチャック１１に保持される基板Ｗの下方に、基板下面Ｗｂと対向する対向面１４０を有する円盤状の対向部材１４が配置される。対向部材１４の下部には鉛直方向に延びる支軸１４５が設けられ、支軸１４５はスピンチャックの回転支軸１１２の中空部に挿通されている。対向部材１４はスピンチャック１１に接続されておらず、スピンチャック１１の回転によっても回転しない。
　対向部材１４の対向面１４０には複数の（この例では３つの）冷媒吐出口１４１，１４２，１４３が設けられている。このうち第１吐出口１４１は基板Ｗの下面側回転中心Ｃｂの直下位置に設けられている。また、第２吐出口１４２は基板Ｗの径方向において第１吐出口１４１よりも外側の位置に設けられる。さらに、第３吐出口１４３は基板Ｗの径方向において第２吐出口１４２よりもさらに外側の位置に設けられる。この場合も、平面視における冷媒吐出口１４１，１４２，１４３の配置は任意である。
　冷媒吐出口１４１，１４２，１４３のそれぞれは、対向部材１４の支軸１４５に設けられた流路および適宜の配管を介して、冷媒供給部のバルブ８９１，８９２，８９３にそれぞれ接続されている。したがって、バルブ制御部８９４が第１ないし第３バルブ８９１～８９３を個別に制御することで、送出部８９０から第１ないし第３バルブ８９１～８９３を介して第１ないし第３吐出口１４１～１４３のそれぞれから吐出される冷媒の量および供給タイミングを互いに独立して調整することができる。対向面１４０と基板下面Ｗｂとの間のギャップ空間に吐出された冷媒Ｆは基板下面Ｗｂに供給され、基板Ｗの回転に伴う遠心力の作用により、基板Ｗｂに沿って周縁部側へ流れる。
　図９は第２実施形態の基板処理装置の動作を示すフローチャートである。以下に説明する基板処理装置１ａの動作は、ＣＰＵ８１がメモリ８２に予め記憶された制御プログラムを実行し装置各部に所定の動作を実行させることにより実現される。なお、この動作における多くの工程は第１実施形態のものと同じである。そこで、それらの各工程の説明を簡略化する。また、以下の動作説明は図５および図６に示される構成を前提としたものであるが、図７および図８に示される構成においても動作は基本的に同じである。
　最初に、装置に搬入された基板Ｗをワークとして適宜の湿式処理が行われる（ステップＳ２０１）。湿式処理の終了後、スピンチャック１１が所定の液膜形成用速度で回転され、これにより基板Ｗが液膜形成用速度で回転する（ステップＳ２０２）。そして、ノズル３３が基板Ｗの回転中心Ｃａの上方に位置決めされ（ステップＳ２０３）、ノズル３３から液膜形成用の処理液Ｌが吐出される（ステップＳ２０４）。処理液Ｌが基板Ｗに所定時間供給され液膜ＬＦが形成されると（ステップＳ２０５）、ノズル３３は処理液の吐出を停止し、基板Ｗ側方の退避位置に移動する（ステップＳ２０６）。基板Ｗは、液膜形成用速度またはそれ以下の回転速度である凝固用回転速度で回転を継続する（ステップＳ２０７）。ここまでは第１実施形態の動作と同じである。
　この状態から、バルブ制御部８９４が第１バルブ８９１を開く。そうすると、送出部８９０から送出される冷媒Ｆが第１下面ノズル１３１から吐出され、基板Ｗの下面側回転中心Ｃｂ付近に供給される（ステップＳ２０８）。これにより、基板Ｗの中心部が冷却され、液膜の凝固が開始される。所定時間の経過後（ステップＳ２０９）、バルブ制御部８９４が第２バルブ８９２を開き、第２下面ノズル１３２からの冷媒Ｆの吐出が開始される（ステップＳ２１０）。さらに所定時間の経過後（ステップＳ２１１）、バルブ制御部８９４が第３バルブ８９３を開き、第３下面ノズル１３３からの冷媒Ｆの吐出が開始される（ステップＳ２１２）。
　このように、この実施形態の基板処理装置１ａにおける液膜の凝固プロセスでは、当初は基板下面Ｗｂの回転中心Ｃｂ直下に設けられた第１下面ノズル１３１から基板下面Ｗｂに冷媒Ｆが供給される。その後、基板下面Ｗｂの周縁部により近い第２下面ノズル１３２、第３下面ノズル１３３から順次冷媒Ｆの供給が開始される。第２下面ノズル１３２から吐出される冷媒Ｆは、第１下面ノズル１３１から吐出され基板下面Ｗｂに沿って第２下面ノズル１３２との対向位置まで流れてくる冷媒Ｆと合流する。この場合、第２下面ノズル１３２から吐出される冷媒の方が低温であるため、当該位置よりも外側における基板Ｗに対する冷却能力が向上する。また、第３下面ノズル１３３から吐出される冷媒Ｆは、第１下面ノズル１３１および第２下面ノズル１３２から吐出され基板下面Ｗｂに沿って第３下面ノズル１３３との対向位置まで流れてくる冷媒Ｆよりも低温である。そのため、当該位置よりも外側における基板Ｗに対する冷却能力がさらに向上する。
　特にこの実施形態では、冷媒Ｆの供給量が経時的に増加されることに加えて、その増加分の冷媒Ｆが供給される位置が、より基板Ｗの周縁部に近い位置に順次移行してゆく。これにより、冷媒Ｆの冷却能力をより基板周縁部に近い位置で発揮させることが可能となる。その結果、周縁部に近いほど冷媒Ｆの冷却能力が低下するという問題が効果的に解消される。
　各下面ノズルからの冷媒Ｆの吐出が所定時間継続された後（ステップＳ２１３）、第１実施形態と同様に、各下面ノズルからの冷媒Ｆの吐出および基板Ｗの回転が停止される（ステップＳ２１４）。基板上面Ｗａ全体が凝固膜ＦＦで覆われたワークがチャンバ９０から搬出されて（ステップＳ２１５）、処理は終了する。
　なお、図８に示す変形例においても、基板Ｗの回転中心Ｃｂに最も近い位置に設けられた第１吐出口１４１に連通する配管に第１バルブ８９１が、次いで基板Ｗの回転中心Ｃｂに近い位置に設けられた第２吐出口１４２に連通する配管に第１バルブ８９２が、そして最も回転中心Ｃｂから遠い第３吐出口１４３に連通する配管に第３バルブ８９３がそれぞれ設けられている。したがって、上記の動作のように、第１バルブ８９１、第２バルブ８９２および第３バルブ８９３がこの順に開くことで、基板Ｗの中心から周縁部に向けて順次冷媒の供給量が増やされることになる。
　以上のように、この実施形態では、液膜を凝固させるプロセスにおいて、当初は基板下面Ｗｂの回転中心Ｃｂの近傍に冷媒Ｆが供給される。そして、より外側への冷媒供給が順次追加的に実施されて、周縁部における冷媒の供給量が増加する。これにより、周縁部ほど冷媒の温度が上昇することで低下する冷却能力を補い、基板Ｗの周縁部まで高い冷却能力で冷却することができる。したがって、基板上面Ｗａ側に形成された液膜ＬＦを短時間でかつ良好に凝固させることができる。
　基板に対する冷却能力を当初から基板全面において高めておくのではなく、中心から周縁部に向けて経時的に冷却能力が高められる。これにより、液膜の凝固はその中心から周縁部に向かって進行することとなり、凝固膜ＦＦを均質なものとすることが可能である。
　＜第３実施形態＞
　図１０Ａないし図１０Ｃは本発明に係る基板処理装置の第３実施形態の主要部を示す図である。なお、図１０Ａにおいては、第１実施形態と共通の構成であるチャンバ７０および制御ユニット８０の記載を省略している。この実施形態の基板処理装置においても、多くの構成は第１実施形態のものと共通であり、また装置によってなされる処理の目的や内容も第１実施形態と概ね共通である。そこで、以下の説明では、第１実施形態の構成と同一または対応する構成には同一の符号を付して詳しい説明を省略する。また、図１０Ａにおいては、図を見やすくするために、図１の構成と同一の構成に付すべき一部の符号を省略している。
　第３実施形態の基板処理装置１ｂは、冷媒吐出部の構成が第１実施形態のものと相違している。すなわち、第３実施形態の基板処理装置１ｂにおいては、基板保持部１０ｂに冷媒吐出部１５が設けられている。冷媒吐出部１５は、スピンベース１１１の上部に固定され、上面が基板Ｗの下面Ｗｂと対向する対向面１５０となった円盤状の対向部材１５１と、対向部材１５１の中心部の開口部に設けられた下面ノズル１５２と、対向部材１５１の上面（対向面）１５０に設けられた複数の整流部材１５３とを備えている。
　この実施形態では、対向部材１５１がスピンベース１１１に取り付けられており、スピンベース１１１と一体的に回転する。基板Ｗを保持するチャックピン１１４は対向部材１５１の周縁部に取り付けられている。したがって、スピンベース１１１が回転するとき、対向部材１５１、チャックピン１１４およびチャックピン１１４に保持される基板Ｗが一体的に鉛直方向の回転軸ＡＸ周りに回転する。
　一方、この実施形態では下面ノズル１５２はスピンベース１１１、対向部材１５１のいずれにも接続されておらず回転しない。しかしながら、これらと一体的に回転する構成であってもよい。下面ノズル１５２は制御ユニット８０の冷媒供給部８６（図１）に接続されており、冷媒供給部８６から供給される冷媒Ｆを基板下面Ｗｂの回転中心Ｃｂ付近に向けて吐出する。
　整流部材１５３は例えば樹脂材料により薄板または膜状に形成された弾性部材であり、対向部材１５１の回転中心から周縁部に向かう外向きの傾きを持って対向面１５０から斜め上向きに延びている。図１０Ａに示すように、整流部材１５３は、径方向には対向部材１５１の回転中心から周縁部に向けて異なる位置に複数設けられている。また周方向には連続した環状にまたは複数の部材による断続した環状に設けられている。
　対向部材１５１の回転中心からの距離が異なる整流部材１５３の間では、該距離が大きいものほど復元力が大きくなるように構成されている。材料の選択により復元力が調整されてもよく、また同一材料で厚みを変えることにより復元力が調整されてもよい。スピンベース１１１とともに対向部材１５１が回転するとき、遠心力の作用により、各整流部材１５３の上端部には対向部材１５１の径方向外側への力が加わる。この力による弾性変形の大きさが同一回転速度において回転中心に近いものほど大きくなるように、各整流部材１５３が調整されている。したがって、対向部材１５１が回転するとき、その回転中心に近い整流部材１５３ほど遠心力による外側への傾きが大きく、回転中心から遠い整流部材１５３は傾きが小さい。
　このように構成された基板処理装置１ｂの動作は図２に示す第１実施形態の動作と同じである。ただしこの第３実施形態においては、ステップＳ１０７における凝固用速度は比較的低く設定される。そのため、冷媒供給の初期段階では、図１０Ｂに示すように、比較的低速で回転する対向部材１５１に設けられた各整流部材１５３の傾きは小さく、下面ノズル１５２から吐出される冷媒Ｆは基板下面Ｗｂの回転中心Ｃｂの近傍に滞留する。これにより基板上面Ｗａ側では液膜ＬＦの中央部が凝固膜ＦＦに転換する。
　ステップＳ１１０において回転速度が高められると、図１０Ｃに示すように、回転中心に近い整流部材１５３ほど大きく傾く。これにより冷媒Ｆは外側へ広がり、基板上面Ｗａ側では凝固膜ＦＦの範囲が広がる。外側の整流部材１５３の傾きが小さいため、整流部材がない場合に比べて、冷媒Ｆが基板Ｗｂ下面に接触している時間が長くなる。これにより基板Ｗがより効果的に冷却されて液膜ＬＦを短時間で凝固させることができる。そして、最終的には冷媒Ｆが基板下面Ｗｂの周縁部に到達して振り切られ、液膜ＬＦはその周縁部まで含めた全体が凝固膜ＦＦに転換する。このため、整流部材がない場合に比べ短時間で、かつ優れた熱効率で液膜ＬＦを凝固させることが可能である。
　ステップＳ１１０において冷媒Ｆの供給量が増加される場合においても、基板下面Ｗｂに沿った冷媒Ｆの広がりを整流部材１５３が一時的に抑制することで基板Ｗに対する冷却能力が高まる。そして、そのような領域が順次中心部から周縁部に向けて広がってゆくことで、液膜ＬＦをその中心から周縁部に向けて順次凝固させてゆくことができる。この場合においては対向部材１５１が回転することは必須ではなく、したがって図１に示す第１実施形態の対向部材１２１に整流部材を設けることも有効である。
　＜その他＞
　以上のように、上記各実施形態では、上面Ｗａに液膜ＬＦが形成された基板Ｗの下面Ｗｂの回転中心Ｃｂに冷媒Ｆを供給することで基板Ｗを冷却し、液膜ＬＦを凝固させる。そして、基板Ｗの周縁部に向かうほど冷媒Ｆの温度が上昇し冷却能力が低下するのを補うために、周縁部に向けて順次冷却能力が高められてゆく。具体的には、周縁部における供給量および流速の少なくとも一方が、当初は比較的低く、その後は経時的に増加するように構成されている。これにより、液膜の中心から周縁部に向けて順次凝固させ、しかも凝固を短時間で完了させることができる。
　これらの実施形態では、液膜が形成された面とは反対側の基板下面に冷媒が供給されるため、冷媒としては気体、液体のいずれも使用可能である。特に比熱の大きい液体を冷媒として用いれば、高い冷却能力を得ることができる。基板上面の液膜に直接冷媒を供給する場合、冷媒としては気体が用いられ、液体と同等の冷却能力を得るためには気体をより低温まで冷却したり、液膜に対しノズルを走査移動させたりすることが必要となる。これにより装置構成が複雑となる。上記各実施形態ではこのような構成が不要であり、装置コストおよび処理コストを低く抑えることが可能となる。
　なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態における処理液Ｌおよび冷媒Ｆの種類は単なる例示であって、上記構成において使用される処理液や冷媒は特に限定されない。また処理液は単体に限定されず、複数の物質の混合液や溶液であってもよい。また冷媒としては処理液の凝固点よりも低温である流体を用いることができ、気体、液体のいずれであってもよい。
　また、上記実施形態の基板処理装置は基板Ｗに対する湿式処理と、液膜形成と、液膜の凝固とを実行するものである。しかしながら、本発明の実施形態はこれに限定されず、少なくとも液膜形成と液膜の凝固とを実行する処理装置全般に本発明を適用することが可能である。例えば、外部の処理装置で湿式処理が実行された後の基板がワークとして本発明の実施形態である基板処理装置に搬入される構成であってもよい。また、液膜凝固後の後工程を本発明の実施形態である基板処理装置が実行する構成であってもよい。
　例えば、液膜が凝固する際の体積変化を利用して基板から付着物を除去する凍結洗浄（相変化洗浄）を上記実施形態の基板処理装置で実行することも可能である。すなわち、上記のようにして基板Ｗ表面の液膜ＬＦを凝固させた後、処理液供給部４０から凝固膜を融解または溶解させるための処理液（例えば温水）を基板Ｗに供給して凝固膜を除去し、さらに基板Ｗを高速回転させて処理液を振り切ることで、基板の凍結洗浄および乾燥プロセスを完了させることが可能である。
　以上、具体的な実施形態を例示して説明してきたように、本発明において例えば、冷媒供給部は、基板の下面の回転中心に向けて供給する冷媒の供給量を増加させるように構成されてもよい。このような構成によれば、基板の回転に伴って回転中心から周縁部に到達する冷媒の供給量も増加するため、周縁部における冷却能力を向上させることができる。
　また例えば、基板保持部は、冷媒供給部から冷媒の供給が開始された後に基板の回転速度を増大させるように構成されてよい。このような構成によれば、基板に沿って流れる冷媒の流速が増加し、冷媒の温度があまり上昇しないうちに冷媒を基板の周縁部に到達させることができる。これにより、基板周縁部での冷却能力が向上する。
　また例えば、冷媒供給部は、基板の径方向における回転中心からの距離が異なり、各々が基板の下面に向けて冷媒を吐出する複数の吐出口を有し、複数の吐出口のそれぞれからの冷媒の吐出を異なるタイミングで開始させるように構成されてよい。このような構成によれば、基板の回転中心と周縁部とで冷媒の供給量を独立して調整することが可能である。これにより、回転中心と周縁部との間における冷媒の冷却能力の差異を補償することができる。
　また例えば、基板保持部は、処理液供給部から処理液が供給された基板を回転させて液膜を形成させ、液膜が形成されてから液膜の全体が凝固するまでの間、基板の回転速度を液膜の形成時の回転速度以下とするように構成されてよい。このような構成によれば、形成された液膜を基板から落下させることなく凝固させることが可能であり、基板全体を凝固膜で覆うことが可能となる。
　また例えば、基板保持部は、基板の下面と対向して基板との間にギャップ空間を形成する対向部材を有し、冷媒供給部は、ギャップ空間に冷媒を供給するように構成されてよい。このような構成によれば、ギャップ空間に冷媒を一時的に留まらせることで基板をより効果的に冷却することができる。
　この場合において、冷媒供給部は、対向部材の上面に開口する吐出口から冷媒を吐出させる構成であってよい。このような構成によれば、吐出口からギャップ空間に供給された冷媒を、基板の回転によって生じる遠心力により基板周縁部まで確実に到達させることができる。
　あるいは例えば、冷媒供給部は、対向部材の上面に設けられて吐出口から基板の周縁部へ向かう冷媒の流れを一時的に規制する整流部材を有する構成であってよい。このような構成によれば、基板下面における冷媒の流れを整流部材が能動的に制御することで、基板をさらに効果的に冷却することができる。
　以上、特定の実施例に沿って発明を説明したが、この説明は限定的な意味で解釈されることを意図したものではない。発明の説明を参照すれば、本発明のその他の実施形態と同様に、開示された実施形態の様々な変形例が、この技術に精通した者に明らかとなるであろう。故に、添付の特許請求の範囲は、発明の真の範囲を逸脱しない範囲内で、当該変形例または実施形態を含むものと考えられる。
　この発明は、基板に液膜を形成してこれを凝固させるプロセスを含む基板処理技術全般に適用することができる。液膜を凝固させる目的は特に限定されず、例えば凍結（相変化）洗浄、凍結（相変化）乾燥などに好適に適用可能である。
　１，１ａ，１ｂ　基板処理装置
　１０，１０ａ，１０ｂ　基板保持部
　１２，１３，１４，１５　冷媒吐出部
　８４　処理液供給部
　８６，８９　冷媒供給部
　１２１，１４１，１５１　対向部材
　１２３，１３１，１３２，１３３，１３４　下面ノズル
　Ｆ　冷媒
　ＦＦ　凝固膜
　ＬＦ　液膜
　Ｗ　基板

Claims (9)

  1. 　基板の周縁部を保持して前記基板を水平姿勢に支持しながら、前記基板を鉛直方向に平行な回転軸周りに回転させる基板保持部と、
    　前記基板の上面に処理液を供給して前記処理液の液膜を形成させる処理液供給部と、
    　前記基板の下方から前記基板の下面に前記処理液の凝固点よりも低温の流体である冷媒を供給して前記液膜を凝固させる冷媒供給部と
    を備え、
    　前記冷媒供給部が前記基板の下面の回転中心に向けて所定流量の前記冷媒を供給開始した後、前記基板の下面の周縁部に供給される前記冷媒の流速および供給量の少なくとも一方を経時的に増加させる基板処理装置。
  2. 　前記冷媒供給部は、前記基板の下面の回転中心に向けて供給する前記冷媒の供給量を増加させる請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 　前記基板保持部は、前記冷媒供給部から前記冷媒の供給が開始された後に前記基板の回転速度を増大させる請求項１または２に記載の基板処理装置。
  4. 　前記冷媒供給部は、前記基板の径方向における前記回転中心からの距離が異なり、各々が前記基板の下面に向けて前記冷媒を吐出する複数の吐出口を有し、前記複数の吐出口のそれぞれからの前記冷媒の吐出を異なるタイミングで開始させる請求項１に記載の基板処理装置。
  5. 　前記基板保持部は、前記処理液供給部から前記処理液が供給された前記基板を回転させて前記液膜を形成させ、前記液膜が形成されてから前記液膜の全体が凝固するまでの間、前記基板の回転速度を前記液膜の形成時の回転速度以下とする請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置。
  6. 　前記基板保持部は、前記基板の下面と対向して前記基板との間にギャップ空間を形成する対向部材を有し、
    　前記冷媒供給部は、前記ギャップ空間に前記冷媒を供給する請求項１ないし５のいずれかに記載の基板処理装置。
  7. 　前記冷媒供給部は、前記対向部材の上面に開口する吐出口から前記冷媒を吐出させる請求項６に記載の基板処理装置。
  8. 　前記冷媒供給部は、前記対向部材の上面に設けられて前記吐出口から前記基板の周縁部へ向かう前記冷媒の流れを一時的に規制する整流部材を有する請求項６または７に記載の基板処理装置。
  9. 　基板の周縁部を保持して前記基板を水平姿勢に支持しながら前記基板を鉛直方向に平行な回転軸周りに回転させ、
    　前記基板の上面に処理液を供給して前記処理液の液膜を形成し、
    　前記基板の下方から前記基板の下面に前記処理液の凝固点よりも低温の流体である冷媒を供給して前記液膜を凝固させ、
    　前記基板の下面の回転中心に向けて所定流量の前記冷媒を供給開始した後、前記基板の下面の周縁部に供給される前記冷媒の流速および供給量の少なくとも一方を経時的に増加させる基板処理方法。
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