JP4723285B2

JP4723285B2 - Substrate processing apparatus and substrate drying method

Info

Publication number: JP4723285B2
Application number: JP2005151361A
Authority: JP
Inventors: 浩之荒木
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2005-05-24
Filing date: 2005-05-24
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2025-05-24
Also published as: JP2006332198A

Description

この発明は、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディプレイ用ガラス
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、フォトマスク用
基板等に代表される各種の被処理基板を処理するための基板処理装置および基板乾燥方法
に関する。 The present invention relates to various substrates represented by semiconductor wafers, glass substrates for liquid crystal display devices, glass substrates for plasma displays, optical disk substrates, magnetic disk substrates, magneto-optical disk substrates, photomask substrates and the like. The present invention relates to a substrate processing apparatus and a substrate drying method.

半導体装置の製造工程では、被処理基板としての半導体ウエハ（以下単に「ウエハ」と
いう。）の表面に対して処理液（薬液または純水）を供給する処理が行われる。とくに、
ウエハを洗浄するための基板洗浄装置では、ウエハの表面に洗浄処理のための薬液が供給
され、その後に純水が供給されてリンス処理が行われる。このリンス処理の後のウエハ表
面には純水が付着しているので、この純水を除去するために、ウエハを高速回転させてウ
エハ表面の純水を振り切るための乾燥処理が行われる。 In the manufacturing process of a semiconductor device, a process of supplying a processing liquid (chemical solution or pure water) to the surface of a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as “wafer”) as a substrate to be processed is performed. In particular,
In a substrate cleaning apparatus for cleaning a wafer, a chemical solution for cleaning processing is supplied to the surface of the wafer, and then pure water is supplied to perform a rinsing process. Since pure water adheres to the wafer surface after the rinsing process, in order to remove the pure water, a drying process for rotating the wafer at a high speed and shaking off the pure water on the wafer surface is performed.

この乾燥処理のために用いられる典型的な基板乾燥装置は、ウエハを水平に保持した状
態で回転するスピンチャックと、このスピンチャックを高速回転させるための回転駆動機
構とを備えている。この構成により、回転に伴って純水に働く遠心力を利用して、純水を
振り切り、基板の乾燥を達成している。
特開平８−３１６１９０号公報 A typical substrate drying apparatus used for the drying process includes a spin chuck that rotates while holding the wafer horizontally, and a rotation drive mechanism that rotates the spin chuck at a high speed. With this configuration, the centrifugal force acting on the pure water as it rotates causes the pure water to be spun off and the substrate to be dried.
JP-A-8-316190

ところが、たとえば、いわゆるＬｏｗ−ｋ膜（比誘電率が酸化シリコンよりも小さな材
料からなる絶縁膜をいう。）が形成されたウエハなどでは、ウエハ表面は、疎水性になっ
ている。そのため、ウエハ表面に純水を供給してリンス処理を行い、スピンチャックを高
速回転させると、その初期段階において、遠心力が大きいウエハ周辺部の純水は迅速に除去されるが、その一方で、遠心力の小さいウエハ中央部においては一時的に純水の膜が取り残された状態となる。その後、ウエハ中央部の純水の膜も小さな遠心力によってウエハ外方へと振り切られるが、この際、ウエハ中央部の純水の膜が***して多数の微小液滴となり、この多数の微小液滴がすでに乾燥された疎水性のウエハ周辺部を通過するために、この微小液滴がウエハ周辺部において放射状に残った状態となる。 However, for example, in a wafer on which a so-called Low-k film (an insulating film made of a material having a relative dielectric constant smaller than that of silicon oxide) is formed, the wafer surface is hydrophobic. Therefore, when pure water is supplied to the wafer surface for rinsing and the spin chuck is rotated at a high speed, the pure water around the wafer having a large centrifugal force is quickly removed at the initial stage. In the central portion of the wafer where the centrifugal force is small, a pure water film is temporarily left. Thereafter, the pure water film at the center of the wafer is also spun off the wafer by a small centrifugal force. At this time, the pure water film at the center of the wafer is split into a large number of microdroplets. Since the droplets pass through the peripheral portion of the hydrophobic wafer that has already been dried, the micro droplets remain in a radial state at the peripheral portion of the wafer.

この微小液滴はウエハを加熱することによって除去される。たとえば、250℃のホットプレート上に、微小液滴が残ったウエハを置き、10秒程度ウエハを加熱することによって、微小液滴は蒸発して除去される。しかし、ウエハの温度が上昇すると、微小液滴が付着している箇所には、ウォーターマークが発生し易くなる。近年、ウエハ表面に形成されるデバイス回路の高精細化に伴い、このようなごく微小なウォーターマークも無視できないものとなってきている。 These microdroplets are removed by heating the wafer. For example, a microdroplet is evaporated and removed by placing a wafer on which a microdroplet remains on a hot plate at 250 ° C. and heating the wafer for about 10 seconds. However, when the temperature of the wafer rises, a watermark is likely to occur at a location where a fine droplet is attached. In recent years, with the increase in definition of device circuits formed on the surface of a wafer, such a very small watermark cannot be ignored.

そのため、微小液滴によるウォーターマークの発生を抑制することが課題となっていた。
また、Ｌｏｗ−ｋ膜は多孔質であるため、リンス処理の際のリンス液がＬｏｗ−ｋ膜の内部に浸透しやすい。そのため、従来、リンス液が内部に浸透したウエハは、減圧雰囲気下のホットプレート上で加熱されることによって、乾燥処理されていた。しかし、ウエハが高温になると、ウエハ表面の金属膜（たとえば銅膜）が酸化されるという問題が生じる。そのため、ウエハの過度な昇温を招くことなく、Ｌｏｗ−ｋ膜の内部に浸透したリンス液を除去することが課題となっていた。 Therefore, it has been a problem to suppress the generation of a watermark due to a fine droplet.
Further, since the Low-k film is porous, the rinsing liquid in the rinsing process is likely to penetrate into the Low-k film. Therefore, conventionally, the wafer into which the rinsing liquid has permeated has been dried by being heated on a hot plate in a reduced pressure atmosphere. However, when the temperature of the wafer becomes high, there arises a problem that a metal film (for example, a copper film) on the wafer surface is oxidized. Therefore, it has been a problem to remove the rinsing liquid that has permeated the inside of the Low-k film without causing an excessive temperature rise of the wafer.

そこで、この発明の目的は、基板の昇温を抑制しつつ基板を乾燥させることができる基板処理装置および基板乾燥方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus and a substrate drying method that can dry a substrate while suppressing an increase in temperature of the substrate.

前記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板を保持するための基板保持手段（１）と、基板に付着している水分を加熱して蒸発させるために、前記基板保持手段に保持されている基板に赤外光を照射する赤外発光ダイオード（２６）と、前記基板保持手段に保持されている基板に、水分を含むリンス液を供給するためのリンス液供給手段（１５、１７）と、前記基板保持手段に保持されている基板を回転させるための基板回転手段（２）と、前記基板保持手段に保持されている基板の少なくとも一方面側に配置され、基板に対向し、基板を覆う大きさに形成された対向面（１１）を有する平面部材（１０）と、前記平面部材を移動させて、前記対向面を前記基板保持手段に保持された基板に近接させる移動機構（２１）と、前記基板保持手段に保持された基板と前記対向面との間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段（１８、１９、３０）と、前記赤外発光ダイオード、リンス液供給手段、基板回転手段、移動機構、および不活性ガス供給手段を制御する制御部（４０）とを備え、前記赤外発光ダイオードは、前記平面部材の対向面に複数個設けられており、前記制御部は、前記リンス液供給手段を制御することにより、前記基板保持手段に保持されている基板にリンス液を供給するリンス液供給工程と、前記基板回転手段を制御することにより、前記リンス液供給工程が行われた後に、前記基板保持手段に保持されている基板を回転させることによって基板に付着したリンス液を振り切る振り切り工程と、前記赤外発光ダイオードを制御することにより、前記振り切り工程が行われた後に、前記基板保持手段に保持されている基板に赤外光を照射して、基板に付着したリンス液を加熱して蒸発させる赤外光照射工程と、前記不活性ガス供給手段を制御することにより、少なくとも前記振り切り工程および赤外光照射工程と並行して、前記基板保持手段に保持された基板と前記対向面との間に不活性ガスを供給する工程と、前記移動機構を制御することにより、少なくとも前記不活性ガスを供給する工程と並行して、前記対向面が前記基板保持手段に保持された基板に近接している状態に保持する工程とを実行することを特徴とする基板処理装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 includes a substrate holding means (1) for holding a substrate, and the substrate holding means for heating and evaporating moisture adhering to the substrate. An infrared light emitting diode (26) for irradiating the substrate held by the infrared light, and a rinsing liquid supply means (15) for supplying a rinsing liquid containing moisture to the substrate held by the substrate holding means. 17), substrate rotating means (2) for rotating the substrate held by the substrate holding means, and at least one surface side of the substrate held by the substrate holding means, and facing the substrate And a planar member (10) having a facing surface (11) formed to cover the substrate, and moving the planar member to bring the facing surface close to the substrate held by the substrate holding means. A mechanism (21), Inert gas supply means (18, 19, 30) for supplying an inert gas between the substrate held by the plate holding means and the facing surface, the infrared light emitting diode, rinsing liquid supply means, and substrate rotation means , A moving mechanism, and a control unit (40) for controlling the inert gas supply means. A plurality of the infrared light emitting diodes are provided on the opposing surface of the planar member. The rinsing liquid supply step for supplying a rinsing liquid to the substrate held by the substrate holding means by controlling the liquid supply means, and the rinsing liquid supply step by controlling the substrate rotating means were performed. Later, by turning off the rinse liquid adhering to the substrate by rotating the substrate held by the substrate holding means, and controlling the infrared light emitting diode, Infrared light irradiating step of irradiating the substrate held by the substrate holding means with infrared light and heating and evaporating the rinsing liquid adhering to the substrate after the cutting step is performed, and the inert Controlling the gas supply means to supply an inert gas between the substrate held by the substrate holding means and the facing surface in parallel with at least the shaking-off process and the infrared light irradiation process; By controlling the moving mechanism, at least in parallel with the step of supplying the inert gas, the step of holding the facing surface in a state of being close to the substrate held by the substrate holding means is executed. This is a substrate processing apparatus. The alphanumeric characters in parentheses indicate corresponding components in the embodiments described later. The same applies hereinafter.

この構成によれば、赤外発光ダイオードが基板に赤外光を照射することによって、赤外光は基板に付着している水分に吸収される。このため、主に基板に付着している水分を選択的に加熱し、蒸発させることができる。このとき、赤外発光ダイオードが照射する赤外光の波長は、基板に付着した水分には吸収されるが、基板自体をほとんど透過する。これにより、基板をほとんど加熱することなく、その昇温を抑制しながら、主に基板表面の水分を加熱して基板を乾燥させることができる。また、基板表面に残った微小液滴（水分）を効率的に加熱して蒸発させることができるので、微小液滴によるウォーターマークの発生を抑制することができる。 According to this configuration, when the infrared light emitting diode irradiates the substrate with infrared light, the infrared light is absorbed by moisture adhering to the substrate. For this reason, moisture mainly adhering to the substrate can be selectively heated and evaporated. At this time, the wavelength of the infrared light irradiated by the infrared light emitting diode is absorbed by the moisture adhering to the substrate, but is almost transmitted through the substrate itself. Thus, the substrate can be dried mainly by heating the moisture on the substrate surface while suppressing the temperature rise with little heating of the substrate. In addition, since the minute droplets (water) remaining on the substrate surface can be efficiently heated and evaporated, generation of watermarks by the minute droplets can be suppressed.

特に、赤外発光ダイオードは、可視光領域を含まない非常に狭い波長域の赤外光を照射することができるため、赤外線ランプや赤外線ヒーター等に比べて対象物（水分）を選択的に加熱して蒸発させることができる。
処理対象の基板は、表面が疎水性の基板であっても親水性の基板であってもよいが、本願発明は、特に表面に微小液滴が残留しやすい疎水性の基板に対してより有効である。 In particular, infrared light-emitting diodes can irradiate infrared light in a very narrow wavelength range that does not include the visible light range, so the target (moisture) is selectively heated compared to infrared lamps and infrared heaters. And can be evaporated.
The substrate to be processed may be either a hydrophobic substrate or a hydrophilic substrate, but the present invention is more effective especially for a hydrophobic substrate where microdroplets tend to remain on the surface. It is.

また、この構成によれば、リンス液供給手段が基板にリンス液を供給し、基板をリンスした後に、赤外発光ダイオードは、リンス液が付着している基板に向けて赤外光を照射するので、赤外光は基板に付着しているリンス液に吸収され、基板に付着しているリンス液を選択的に加熱し、蒸発させることができる。
なお、リンス液としては、純水のほか、炭酸水、電解イオン水、水素水、磁気水などの機能水、または希薄濃度（たとえば1ｐｐｍ程度）のアンモニア水、希薄フッ酸水溶液などを用いてもよい。 Further , according to this configuration, after the rinsing liquid supply unit supplies the rinsing liquid to the substrate and rinses the substrate, the infrared light emitting diode irradiates the infrared light toward the substrate on which the rinsing liquid is adhered. Therefore, the infrared light is absorbed by the rinse liquid adhering to the substrate, and the rinse liquid adhering to the substrate can be selectively heated and evaporated.
In addition to pure water, functional water such as carbonated water, electrolytic ion water, hydrogen water, magnetic water, dilute ammonia (eg, about 1 ppm), dilute hydrofluoric acid aqueous solution, etc. may be used as the rinsing liquid. Good.

また、この構成によれば、基板回転手段が基板を回転させることによって、基板に付着しているリンス液を振り切ったときに、基板の表面に微小液滴が残った場合でも、赤外発光ダイオードは、微小液滴が付着している基板に向けて赤外光を照射するので、赤外光は基板に付着している微小液滴に吸収され、主に基板に付着している微小液滴のみを加熱し、蒸発させることができる。 In addition, according to this configuration, when the substrate rotating means rotates the substrate and the rinse liquid adhering to the substrate is shaken off, even if micro droplets remain on the surface of the substrate, the infrared light emitting diode Irradiates infrared light toward the substrate to which the microdroplet is attached, so that the infrared light is absorbed by the microdroplet attached to the substrate and is mainly attached to the substrate. Only can be heated and evaporated.

また、この構成によれば、基板に対向する平面部材の対向面に複数個の赤外発光ダイオードが設けられているので、基板の表面に対して、均一に赤外光を照射することができる。したがって、基板の表面を均一に乾燥させることができる。 Further , according to this configuration, since the plurality of infrared light emitting diodes are provided on the facing surface of the planar member facing the substrate, the surface of the substrate can be uniformly irradiated with infrared light. . Therefore, the surface of the substrate can be uniformly dried.

また、この構成によれば、複数個の赤外発光ダイオードが設けられた対向面が基板を覆うように配置されているので、常に基板表面に赤外光を照射することができる。したがって、基板表面を最も効率的に乾燥させることができる。
請求項２記載の発明のように、前記不活性ガス供給手段は、前記基板保持手段に保持された基板と前記対向面との間に供給する不活性ガスの流量を変更する流量変更手段（３０）を含み、前記制御部は、前記不活性ガスを供給する工程において前記流量変更手段を制御することにより、前記赤外光照射工程において前記基板保持手段に保持された基板と前記対向面との間に供給される不活性ガスの流量を、前記振り切り工程において前記基板保持手段に保持された基板と前記対向面との間に供給される不活性ガスの流量よりも減少させてもよい。 Further , according to this configuration, since the opposing surface provided with a plurality of infrared light emitting diodes is arranged so as to cover the substrate, the substrate surface can always be irradiated with infrared light. Therefore, the substrate surface can be dried most efficiently.
According to a second aspect of the present invention, the inert gas supply means changes the flow rate of the inert gas supplied between the substrate held by the substrate holding means and the facing surface. And the control unit controls the flow rate changing unit in the step of supplying the inert gas, so that the substrate held by the substrate holding unit in the infrared light irradiation step and the opposing surface The flow rate of the inert gas supplied between them may be made smaller than the flow rate of the inert gas supplied between the substrate held by the substrate holding means and the facing surface in the swing-off step.

請求項３記載の発明は、前記平面部材の対向面には、前記基板保持手段に保持された基板と前記平面部材の対向面との間の雰囲気を排気するための排気孔（２７）が開口していることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置である。
この構成によれば、赤外発光ダイオードが基板に赤外光を照射して、リンス液を加熱し、蒸発させることによって発生する蒸気を排気孔によって効率的に排気し、平面部材の対向面と基板との間の雰囲気を効率的に置換することができる。このため、基板表面の乾燥速度を向上させることができる。 According to a third aspect of the present invention, an exhaust hole (27) for exhausting an atmosphere between the substrate held by the substrate holding means and the opposing surface of the planar member is opened on the opposing surface of the planar member. it is a substrate processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein that.
According to this configuration, the infrared light emitting diode irradiates the substrate with infrared light, heats and rinses the rinsing liquid, and efficiently exhausts the vapor generated by the exhaust holes to the opposing surface of the planar member. The atmosphere between the substrates can be efficiently replaced. For this reason, the drying speed of the substrate surface can be improved.

請求項４記載の発明は、前記基板保持手段に保持されている基板の表面に対して垂直な軸を中心として、前記平面部材を回転させる平面部材回転手段（２２）をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置である。
この構成によれば、複数個の赤外発光ダイオードが設けられた平面部材を回転させることによって基板と複数個の赤外発光ダイオードとの位置関係を相対的に変化させることができるので、基板の表面に対して、より均一に赤外光を照射することができる。したがって、基板の表面を均一に乾燥させることができる。 The invention according to claim 4 further includes a planar member rotating means (22) for rotating the planar member around an axis perpendicular to the surface of the substrate held by the substrate holding means. A substrate processing apparatus according to any one of claims 1 to 3 .
According to this configuration, the positional relationship between the substrate and the plurality of infrared light emitting diodes can be relatively changed by rotating the planar member provided with the plurality of infrared light emitting diodes. The surface can be irradiated with infrared light more uniformly. Therefore, the surface of the substrate can be uniformly dried.

請求項５記載の発明は、前記赤外発光ダイオードは、赤外レーザを発光するレーザーダイオードを含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置である。
この構成によれば、レーザーダイオードは、高出力で、指向性の高いレーザー光を照射するため、より効率的に基板に赤外光を照射することができる。 A fifth aspect of the present invention is the substrate processing apparatus according to any one of the first to fourth aspects, wherein the infrared light emitting diode includes a laser diode that emits an infrared laser.
According to this configuration, the laser diode irradiates laser light with high output and high directivity, so that the substrate can be irradiated with infrared light more efficiently.

請求項６記載の発明は、前記赤外発光ダイオードは、3μｍまたは６μｍの波長を含む赤外光を照射することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の基板処理装置である。
この構成によれば、リンス液の主成分である水は、赤外光の波長が3μｍと６μｍに吸収率の高いピークを持っているので、このピークの波長の赤外光を主に照射することによって、より効率的に基板に付着しているリンス液を選択加熱し、蒸発させることができる。 A sixth aspect of the present invention is the substrate processing apparatus according to any one of the first to fifth aspects, wherein the infrared light emitting diode irradiates infrared light including a wavelength of 3 μm or 6 μm.
According to this configuration, water, which is the main component of the rinsing liquid, has high absorption peaks at infrared light wavelengths of 3 μm and 6 μm. Therefore, infrared light having the peak wavelength is mainly irradiated. Thus, the rinse liquid adhering to the substrate can be selectively heated and evaporated more efficiently.

請求項７記載の発明は、基板を保持する基板保持工程と、前記基板保持工程で保持された基板に、水分を含むリンス液を供給するリンス液供給工程と、前記リンス液供給工程が行われた後に、前記基板保持工程で保持された基板を回転させることによって基板に付着したリンス液を振り切る振り切り工程と、前記振り切り工程が行われた後に、前記基板保持工程で保持された基板に赤外光を照射して、基板に付着したリンス液を加熱して蒸発させる赤外光照射工程と、少なくとも前記振り切り工程および赤外光照射工程と並行して行われ、前記基板保持工程で保持された基板と前記対向面との間に不活性ガスを供給する工程と、少なくとも前記不活性ガスを供給する工程と並行して行われ、平面部材の対向面が前記基板保持工程で保持された基板に近接している状態に保持する工程とを備えたことを特徴とする基板乾燥方法である。
請求項８記載の発明のように、前記不活性ガスを供給する工程において、前記振り切り工程と並行して前記基板保持工程で保持された基板と前記対向面との間に不活性ガスを供給し、前記赤外光照射工程と並行して前記振り切り工程における流量よりも小さい流量で前記基板保持工程で保持された基板と前記対向面との間に不活性ガスを供給してもよい。
この構成によれば、請求項１に関連して述べた効果と同様な効果を奏することができる。 According to a seventh aspect of the invention, a substrate holding step for holding a substrate, a rinsing liquid supply step for supplying a rinsing liquid containing moisture to the substrate held in the substrate holding step, and the rinsing liquid supply step are performed. Then, the substrate held in the substrate holding step is spun off the rinse liquid adhering to the substrate by rotating the substrate, and the substrate held in the substrate holding step is infrared after the shaking off step is performed. Infrared light irradiation step of irradiating light and heating and evaporating the rinse liquid adhering to the substrate was performed in parallel with at least the shaking off step and the infrared light irradiation step, and held in the substrate holding step a step of supplying an inert gas between the substrate and the facing surface is performed in parallel with the step of supplying at least the inert gas, the opposing surface of the planar member is held by the substrate holding step A substrate drying method characterized by comprising the step of holding the state in close proximity to the plate.
In the step of supplying the inert gas, the inert gas is supplied between the substrate held in the substrate holding step and the facing surface in parallel with the swing-off step. In parallel with the infrared light irradiation step, an inert gas may be supplied between the substrate held in the substrate holding step and the facing surface at a flow rate smaller than the flow rate in the shaking-off step .
According to this configuration, an effect similar to the effect described in relation to claim 1 can be obtained.

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の第１の実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための図解図である。この基板処理装置は、たとえば半導体ウエハのようなほぼ円形の基板Ｗに対して処理液による処理を施すための枚葉式の処理装置であり、基板Ｗをほぼ水平な姿勢で保持するとともに、その中心を通るほぼ鉛直な回転軸線まわりに回転させることが可能なスピンチャック1を備えている。基板Ｗは、たとえば、表面にＬｏｗ−ｋ膜が形成されたシリコンウエハや、表面に弗酸などのエッチング液によってエッチング処理された後のシリコンウエハのように、デバイス形成面が疎水性表面となっている基板である。このような基板Ｗが、そのデバイス形成面（疎水性表面）を上方に向けてスピンチャック1に保持される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an illustrative view for explaining the configuration of a substrate processing apparatus according to a first embodiment of the present invention. This substrate processing apparatus is a single wafer processing apparatus for performing processing with a processing liquid on a substantially circular substrate W such as a semiconductor wafer, and holds the substrate W in a substantially horizontal posture. A spin chuck 1 that can be rotated around a substantially vertical rotation axis passing through the center is provided. The substrate W has a hydrophobic device surface, such as a silicon wafer having a low-k film formed on its surface or a silicon wafer having a surface etched with an etching solution such as hydrofluoric acid. It is a substrate. Such a substrate W is held by the spin chuck 1 with its device formation surface (hydrophobic surface) facing upward.

スピンチャック1は、チャック回転駆動機構2によって回転される回転軸3の上端に固定されていて、ほぼ円板形状のスピンベース4と、このスピンベース4の周縁部の複数箇所にほぼ等角度間隔で設けられ、基板Ｗを挟持するための複数個の挟持部材5とを備えている。回転軸3は、中空軸となっていて、この回転軸3の内部には、処理液としての薬液または純水が選択的に供給される下面処理液供給管6が挿通されている。この下面処理液供給管6は、スピンチャック1に保持された基板Ｗの下面中央に近接する位置まで延びていて、その先端には、基板Ｗの下面中央に向けて処理液を吐出する下面ノズル7が形成されている。 The spin chuck 1 is fixed to the upper end of the rotating shaft 3 rotated by the chuck rotation driving mechanism 2, and is substantially equiangularly spaced at a plurality of positions on the peripheral portion of the spin base 4 and a substantially disc-shaped spin base 4. And a plurality of clamping members 5 for clamping the substrate W. The rotating shaft 3 is a hollow shaft, and a lower surface processing liquid supply pipe 6 through which a chemical solution or pure water as a processing liquid is selectively supplied is inserted into the rotating shaft 3. The lower surface processing liquid supply pipe 6 extends to a position close to the center of the lower surface of the substrate W held by the spin chuck 1, and a lower surface nozzle that discharges the processing liquid toward the center of the lower surface of the substrate W at the tip thereof. 7 is formed.

下面処理液供給管6には、薬液（たとえばエッチング液）供給源からの薬液が薬液バルブ8を介して供給できるようになっており、純水供給源からの純水（脱イオン化された水）が純水バルブ9を介して供給できるようになっている。
スピンチャック1の上方には、基板Ｗよりも大きい径を有し、基板Ｗの上面に対向する基板対向面11を下面に有する円板状の遮断板10が設けられている。遮断板10の上面には、スピンチャック1の回転軸3の軸線に対して平行にずれた軸線を中心に回転する回転軸12が固定されている。この回転軸12は、中空軸であり、その内部には、基板Ｗの上面の中央部分に向けて不活性ガスとしての窒素ガスを供給するための窒素ガス供給通路18が形成されている。この窒素ガス供給通路18から供給された窒素ガスは、基板Ｗの上面と遮断板10の下面（基板対向面11）との間の空間に供給される。窒素ガス供給通路18には、窒素ガスバルブ19および流量調整部30を介して窒素ガスが供給されるようになっている。流量調整部30は、窒素ガス供給通路18に供給される窒素ガスの供給流量を変更（たとえば2段階に変更）するためのものである。窒素ガス供給通路18の周囲には、基板Wの上面と基板対向面11との間の空間内を排気するための排気通路29が形成されており、この排気通路29は排気機構（図示せず）に接続されている。 A chemical solution from a chemical solution (for example, etching solution) supply source can be supplied to the lower surface treatment solution supply pipe 6 via a chemical solution valve 8, and pure water (deionized water) from the pure water supply source Can be supplied through the pure water valve 9.
Above the spin chuck 1, a disc-shaped blocking plate 10 having a diameter larger than that of the substrate W and having a substrate facing surface 11 facing the upper surface of the substrate W on the lower surface is provided. A rotating shaft 12 that rotates about an axis that is shifted in parallel to the axis of the rotating shaft 3 of the spin chuck 1 is fixed to the upper surface of the blocking plate 10. The rotating shaft 12 is a hollow shaft, and a nitrogen gas supply passage 18 for supplying nitrogen gas as an inert gas toward the central portion of the upper surface of the substrate W is formed therein. The nitrogen gas supplied from the nitrogen gas supply passage 18 is supplied to a space between the upper surface of the substrate W and the lower surface of the blocking plate 10 (substrate facing surface 11). Nitrogen gas is supplied to the nitrogen gas supply passage 18 via a nitrogen gas valve 19 and a flow rate adjusting unit 30. The flow rate adjusting unit 30 is for changing the supply flow rate of the nitrogen gas supplied to the nitrogen gas supply passage 18 (for example, changing it in two stages). An exhaust passage 29 for exhausting the space between the upper surface of the substrate W and the substrate facing surface 11 is formed around the nitrogen gas supply passage 18, and this exhaust passage 29 is an exhaust mechanism (not shown). )It is connected to the.

回転軸12は、ほぼ水平な方向に沿って設けられたアーム20の先端付近から垂下した状態に取り付けられている。アーム20に関連して、このアーム20を昇降させることにより、遮断板10をスピンチャック1に保持された基板Ｗの上面に近接した近接位置と、スピンチャック1の上方に大きく退避した退避位置との間で昇降させるための遮断板昇降駆動機構21が設けられている。さらに、アーム20に関連して、遮断板10をスピンチャック1による基板Ｗの回転にほぼ同期させて回転させるための遮断板回転駆動機構22が設けられている。 The rotating shaft 12 is attached in a state of hanging from the vicinity of the tip of the arm 20 provided along a substantially horizontal direction. In relation to the arm 20, the arm 20 is moved up and down to bring the blocking plate 10 close to the upper surface of the substrate W held by the spin chuck 1, A blocking plate raising / lowering drive mechanism 21 for raising and lowering between them is provided. Further, in connection with the arm 20, a blocking plate rotation drive mechanism 22 is provided for rotating the blocking plate 10 almost in synchronization with the rotation of the substrate W by the spin chuck 1.

遮断板10の基板対向面11を基板Ｗの上面に近接させるとともに、基板対向面11と基板Ｗとの間に窒素ガスを導入することで、基板Ｗの上面付近を窒素ガス雰囲気に保つことができる。
スピンチャック１の斜め上方には、基板Ｗの上面に処理液を供給するための処理液ノズル15が設けられている。この処理液ノズル15には、薬液バルブ16からの薬液または純水バルブ17からの純水（脱イオン化された水。リンス液の一例）が供給できるようになっている。また、処理液ノズル15を基板Ｗの上面の処理液供給位置と、基板Ｗ上から退避した退避位置との間で揺動させるためのノズル移動機構25が設けられている。 The substrate facing surface 11 of the shielding plate 10 is brought close to the upper surface of the substrate W, and nitrogen gas is introduced between the substrate facing surface 11 and the substrate W, so that the vicinity of the upper surface of the substrate W can be maintained in a nitrogen gas atmosphere. it can.
A processing liquid nozzle 15 for supplying a processing liquid to the upper surface of the substrate W is provided obliquely above the spin chuck 1. The treatment liquid nozzle 15 can be supplied with a chemical solution from the chemical solution valve 16 or pure water (deionized water, an example of a rinse solution) from the pure water valve 17. Further, a nozzle moving mechanism 25 is provided for swinging the processing liquid nozzle 15 between the processing liquid supply position on the upper surface of the substrate W and the retreat position retracted from the substrate W.

図２は、遮断板10の縦断面図、図３は、遮断板10の基板対向面11を下方から見た底面図である。遮断板10の基板対向面11の中心には、窒素ガス供給通路18を介して基板対向面11と基板Ｗとの間に窒素ガスを導入するための窒素ガス供給口18aが設けられている。また、遮断板10の基板対向面11には、基板Ｗの上面に赤外光を照射する赤外ＬＥＤ26が設けられており、この赤外ＬＥＤ26は、3μｍの波長光を照射する赤外発光ダイオードである。この赤外ＬＥＤ26は、遮断板10の基板対向面11の全面に格子状に複数個（たとえば図３においては１４０個）配置されており、基板Ｗの上面全体を均一に照射できる。また、各赤外ＬＥＤ26の隙間には、基板Ｗの上面と基板対向面11との間の雰囲気を排気するための排気穴27が複数個（たとえば図３においては１４４個）格子状に配置されている。なお、図３にスピンチャック１に保持された基板Ｗの外周を2点鎖線で示しているが、この図３からもわかるように、基板対向面11はスピンチャック１に保持された基板Ｗを覆う大きさとなっている。また、遮断板10の上部には、すべての排気穴27に連通している中空室28が設けられており、この中空室28には、排気通路29が接続されている。この排気通路29は排気機構（図示せず）に接続されており、排気穴27、中空室28、排気通路29を介して、基板対向面11と基板Wとの間の空間が排気される。 2 is a longitudinal sectional view of the shielding plate 10, and FIG. 3 is a bottom view of the substrate facing surface 11 of the shielding plate 10 as viewed from below. A nitrogen gas supply port 18 a for introducing nitrogen gas between the substrate facing surface 11 and the substrate W through the nitrogen gas supply passage 18 is provided at the center of the substrate facing surface 11 of the blocking plate 10. In addition, the substrate facing surface 11 of the blocking plate 10 is provided with an infrared LED 26 that irradiates the upper surface of the substrate W with infrared light. This infrared LED 26 is an infrared light emitting diode that emits light having a wavelength of 3 μm. It is. A plurality (for example, 140 in FIG. 3) of the infrared LEDs 26 are arranged in a lattice pattern on the entire surface of the substrate facing surface 11 of the blocking plate 10, and the entire upper surface of the substrate W can be uniformly irradiated. A plurality of exhaust holes 27 (for example, 144 in FIG. 3) for exhausting the atmosphere between the upper surface of the substrate W and the substrate facing surface 11 are arranged in a lattice pattern in the gaps between the infrared LEDs 26. ing. In FIG. 3, the outer periphery of the substrate W held on the spin chuck 1 is indicated by a two-dot chain line. As can be seen from FIG. 3, the substrate facing surface 11 holds the substrate W held on the spin chuck 1. It is the size to cover. Further, a hollow chamber 28 communicating with all the exhaust holes 27 is provided in the upper part of the blocking plate 10, and an exhaust passage 29 is connected to the hollow chamber 28. The exhaust passage 29 is connected to an exhaust mechanism (not shown), and the space between the substrate facing surface 11 and the substrate W is exhausted through the exhaust hole 27, the hollow chamber 28, and the exhaust passage 29.

図４は、スピンチャック1の平面図である。スピンチャック1には、たとえば、3個の挟持部材5が、円盤状のスピンベース4の周縁部にほぼ等間隔で配置されている。各挟持部材5は、基板Ｗの周縁部の下面を点接触で支持する支持部35と、基板Ｗの周端面に当接する挟持部36とを有し、支持部35を中心として鉛直軸線周りに回動するように構成されており、これにより、挟持部36が基板Ｗの周端面に当接した挟持状態と、挟持部36を基板Ｗの周端面から待避させた解放状態とをとり得るようになっている。これら３個の挟持部材5は、挟持部材駆動機構13（図１参照）によって同期して駆動されるようになっている。 FIG. 4 is a plan view of the spin chuck 1. In the spin chuck 1, for example, three clamping members 5 are arranged at substantially equal intervals on the peripheral edge of the disc-shaped spin base 4. Each clamping member 5 has a support part 35 that supports the lower surface of the peripheral edge of the substrate W by point contact, and a clamping part 36 that abuts on the peripheral end surface of the substrate W. Thus, the holding part 36 can be in a holding state in contact with the peripheral end surface of the substrate W and in a released state in which the holding part 36 is retracted from the peripheral end surface of the substrate W. It has become. These three clamping members 5 are driven synchronously by a clamping member drive mechanism 13 (see FIG. 1).

図５は、前記基板処理装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。チャック回転駆動機構2、挟持部材駆動機構13、遮断板昇降駆動機構21、遮断板回転駆動機構22、ノズル移動機構25の動作は、コンピュータからなる制御装置40によって制御されるようになっている。この制御装置40は、さらに、薬液バルブ16、純水バルブ17、窒素ガスバルブ19、薬液バルブ8および純水バルブ9の開閉、および赤外ＬＥＤ26の点灯／消灯を制御する。 FIG. 5 is a block diagram for explaining an electrical configuration of the substrate processing apparatus. The operations of the chuck rotation driving mechanism 2, the clamping member driving mechanism 13, the blocking plate lifting / lowering driving mechanism 21, the blocking plate rotation driving mechanism 22, and the nozzle moving mechanism 25 are controlled by a control device 40 including a computer. The control device 40 further controls opening / closing of the chemical liquid valve 16, the pure water valve 17, the nitrogen gas valve 19, the chemical liquid valve 8 and the pure water valve 9, and turning on / off the infrared LED 26.

図６(a)〜図６(d)は、前記基板処理装置による基板Ｗの処理の流れを説明するための図である。また、図７は、制御装置40による制御内容を説明するためのタイムチャートであり、スピンチャック1の回転／停止（図７(a)）、薬液バルブ16の開閉（図７(b)）、純水バルブ17の開閉（図７(c)）、赤外ＬＥＤ26の点灯／消灯（図７(d)）、および窒素ガスバルブ19の開閉（図７(e)）が示されている。 FIG. 6A to FIG. 6D are diagrams for explaining the processing flow of the substrate W by the substrate processing apparatus. FIG. 7 is a time chart for explaining the contents of control by the control device 40. The rotation / stop of the spin chuck 1 (FIG. 7 (a)), the opening / closing of the chemical solution valve 16 (FIG. 7 (b)), Opening / closing of the pure water valve 17 (FIG. 7C), turning on / off the infrared LED 26 (FIG. 7D), and opening / closing of the nitrogen gas valve 19 (FIG. 7E) are shown.

基板搬送ロボット（図示せず）から未処理の基板Ｗがスピンチャック1に受け渡されると、制御装置40は、まず、図６(a)に示すように、基板Ｗに薬液を供給する薬液処理工程を実行する。具体的には、制御装置40は、挟持部材駆動機構13を制御することにより、挟持部材5を、基板Ｗを挟持した挟持状態とする。次いで、制御装置40は、チャック回転駆動機構2を制御してスピンチャック1を回転させる。それとともに、制御装置40は、ノズル移動機構25を制御して処理液ノズル15を基板Ｗの上方の処理液供給位置に移動させる。そして、制御装置40は、薬液バルブ8，16を開き、処理液ノズル15から基板Ｗの上面に向けて薬液を供給するとともに、下面ノズル７から基板Ｗの下面に向けて薬液を供給する。このとき、遮断板10は、基板Ｗから上方に離隔した位置に退避されており、赤外ＬＥＤ26は消灯され、純水バルブ９，17は閉状態に保持されている。 When an unprocessed substrate W is delivered to the spin chuck 1 from a substrate transfer robot (not shown), the control device 40 first performs a chemical solution process for supplying a chemical solution to the substrate W as shown in FIG. Execute the process. Specifically, the control device 40 controls the clamping member driving mechanism 13 to place the clamping member 5 in a clamping state in which the substrate W is clamped. Next, the control device 40 controls the chuck rotation driving mechanism 2 to rotate the spin chuck 1. At the same time, the control device 40 controls the nozzle moving mechanism 25 to move the processing liquid nozzle 15 to the processing liquid supply position above the substrate W. Then, the control device 40 opens the chemical liquid valves 8 and 16, supplies the chemical liquid from the processing liquid nozzle 15 toward the upper surface of the substrate W, and supplies the chemical liquid from the lower surface nozzle 7 toward the lower surface of the substrate W. At this time, the blocking plate 10 is retracted to a position spaced upward from the substrate W, the infrared LED 26 is turned off, and the pure water valves 9 and 17 are held closed.

このようにして、基板Ｗの上下面に薬液が供給されるとともに、スピンチャック1とともに基板Ｗが水平姿勢で回転されることにより、基板Ｗの上下面全域に薬液が広がり、この薬液による基板処理が進行する。この薬液処理工程中、窒素ガスバルブ19は開かれていてもよいし、閉じられていてもよい。
このような薬液処理が一定時間に渡って行われると、次に、制御装置40は、図６(b)
に示すように、基板Ｗ上の薬液を純水に置換するリンス処理工程を実行する。すなわち、制御装置40は、薬液バルブ8，16を閉じ、代わって純水バルブ9，17を開く。これにより、基板Ｗの上下面に純水が供給されるとともに、スピンチャック1とともに基板Ｗが水平姿勢で回転され、基板Ｗの上下面全域に純水が広がる。こうして、基板Ｗの上下面において薬液が純水に置換されていく。所定量の純水が供給された後、制御装置40は、ノズル移動機構25を制御して処理液ノズル15を基板Ｗの上方の処理液供給位置から退避位置に移動させる。このリンス処理工程中には、窒素ガスバルブ19が開かれ、基板Ｗの上方空間が窒素ガス雰囲気とされることが好ましい。 In this way, the chemical solution is supplied to the upper and lower surfaces of the substrate W, and the substrate W is rotated in a horizontal posture together with the spin chuck 1, so that the chemical solution spreads over the entire upper and lower surfaces of the substrate W, and the substrate processing by this chemical solution is performed. Progresses. During this chemical treatment process, the nitrogen gas valve 19 may be opened or closed.
When such a chemical treatment is performed over a certain period of time, the control device 40 then performs the process shown in FIG.
As shown in FIG. 2, a rinsing process for replacing the chemical on the substrate W with pure water is performed. That is, the control device 40 closes the chemical liquid valves 8 and 16 and opens the pure water valves 9 and 17 instead. Thereby, pure water is supplied to the upper and lower surfaces of the substrate W, and the substrate W is rotated in a horizontal posture together with the spin chuck 1, and the pure water spreads over the entire upper and lower surfaces of the substrate W. Thus, the chemical solution is replaced with pure water on the upper and lower surfaces of the substrate W. After the predetermined amount of pure water is supplied, the control device 40 controls the nozzle moving mechanism 25 to move the processing liquid nozzle 15 from the processing liquid supply position above the substrate W to the retracted position. During this rinsing process, it is preferable that the nitrogen gas valve 19 is opened and the space above the substrate W is in a nitrogen gas atmosphere.

次いで、制御装置40は、図６(c)に示すように、チャック回転駆動機構2を制御して、スピンチャック1を所定の回転速度（たとえば3000rｐｍ）で一定時間（たとえば15秒〜30秒）回転させ、振り切り乾燥工程を実行する。これにより、基板W上の純水が遠心力によって振り切られる。このとき、基板Wの上面が特にＬｏｗ−ｋ膜等の疎水面である場合、純水の一部が微小液滴となって、振り切られずに基板Ｗの上面の主に周辺部に放射状に残る。そこで、基板Ｗ上に残った微小液滴を除去するため、後述する赤外ＬＥＤ乾燥工程を実行する。 Next, as shown in FIG. 6 (c), the control device 40 controls the chuck rotation drive mechanism 2 to keep the spin chuck 1 at a predetermined rotation speed (for example, 3000 rpm) for a certain time (for example, 15 seconds to 30 seconds). Rotate and perform the swing-off drying process. Thereby, the pure water on the substrate W is shaken off by the centrifugal force. At this time, when the upper surface of the substrate W is a hydrophobic surface such as a low-k film, a part of the pure water becomes a fine droplet and remains radially on the upper surface of the substrate W without being shaken off. . Therefore, in order to remove the fine droplets remaining on the substrate W, an infrared LED drying process described later is executed.

なお、振り切り乾燥工程では、制御装置40は、遮断板昇降駆動機構21を制御して、遮断板10の基板対向面11を基板Ｗの上面に、たとえば0．5ｍｍ〜5．0ｍｍ程度の距離まで近接させ、遮断板回転駆動機構22によって基板Ｗと同方向に遮断板10を回転させる。これにより、基板Ｗの上方の空間が制限され、この制限された空間が窒素ガスに満たされ、さらに、この窒素ガスは基板Ｗの外方に向かう気流を形成することになる。したがって、基板Ｗの上面に不所望な酸化物が形成されたり、基板Ｗから振り切られた純水がスピンチャック1の挟持部材5やスピンチャック1の周囲に配置されている部材に当って跳ね返り、基板Ｗの表面に再付着したりすることを抑制または防止できる。 In the swing-off drying process, the control device 40 controls the blocking plate lifting / lowering drive mechanism 21 so that the substrate facing surface 11 of the blocking plate 10 is on the upper surface of the substrate W, for example, to a distance of about 0.5 mm to 5.0 mm. The shielding plate 10 is rotated in the same direction as the substrate W by the shielding plate rotation drive mechanism 22. As a result, the space above the substrate W is limited, the limited space is filled with nitrogen gas, and this nitrogen gas forms an air flow toward the outside of the substrate W. Therefore, an undesired oxide is formed on the upper surface of the substrate W, or the pure water shaken off from the substrate W bounces against the sandwiching member 5 of the spin chuck 1 or members disposed around the spin chuck 1, Reattachment to the surface of the substrate W can be suppressed or prevented.

また、振り切り乾燥工程では、制御装置40は、流量調整部30を制御することにより、窒素ガスの供給流量を所定の大流量とする。このときの窒素ガスの供給流量は、薬液処理工程または、リンス処理工程での供給流量よりも大きくされる。具体的には、このときの窒素ガスの供給流量は、5〜20リットル／分とされることが好ましく、10リットル／分とされることがより好ましい。 In the shake-off drying process, the control device 40 controls the flow rate adjusting unit 30 to set the supply flow rate of nitrogen gas to a predetermined large flow rate. At this time, the supply flow rate of nitrogen gas is set larger than the supply flow rate in the chemical treatment process or the rinse treatment process. Specifically, the supply flow rate of nitrogen gas at this time is preferably 5 to 20 liters / minute, and more preferably 10 liters / minute.

次に、制御装置40は、図６(d)に示すように、赤外ＬＥＤ乾燥工程を実行する。すなわち、制御装置40は、チャック回転駆動機構2を制御してスピンチャック1を所定の回転速度で回転させながら、赤外ＬＥＤ26を点灯させるとともに、遮断板回転駆動機構22を制御して、遮断板10を所定の回転速度で回転させ、赤外ＬＥＤ乾燥工程を実行する。これにより、基板Ｗの上面に均一に3μｍの赤外光が照射される。このとき、図３に示すように、遮断板10の基板対向面11は基板Ｗの面積よりも大きくされており、基板Ｗを覆うように配置されている。また、遮断板10の回転軸12は、スピンチャック1の回転軸3から少しずれているため、赤外線ＬＥＤ26と基板Ｗとが相対的に静止する部分が無く、より均一に基板Ｗ上を照射することができる。 Next, the control apparatus 40 performs an infrared LED drying process as shown in FIG. That is, the control device 40 controls the chuck rotation driving mechanism 2 to turn on the infrared LED 26 while rotating the spin chuck 1 at a predetermined rotation speed, and controls the blocking plate rotation driving mechanism 22 to control the blocking plate. 10 is rotated at a predetermined rotation speed, and the infrared LED drying process is executed. As a result, the upper surface of the substrate W is uniformly irradiated with 3 μm infrared light. At this time, as shown in FIG. 3, the substrate facing surface 11 of the blocking plate 10 is made larger than the area of the substrate W, and is arranged so as to cover the substrate W. Further, since the rotating shaft 12 of the blocking plate 10 is slightly shifted from the rotating shaft 3 of the spin chuck 1, there is no portion where the infrared LED 26 and the substrate W are relatively stationary, and the substrate W is irradiated more uniformly. be able to.

図９のグラフは、水の赤外線の吸収特性を示している。横軸は赤外線の波長(μm)、縦軸は吸収率を表している。このグラフからわかるように、基板Wに付着している純水の微小液滴は、3μｍの赤外光を特に吸収する性質を持っている。基板W上に3μｍの赤外光が照射されると、水に吸収された赤外光のエネルギーは、水分子を振動させ、振動させられた水分子間で摩擦熱が発生する。したがって、赤外光を吸収することによって、純水の微小液滴は加熱され、蒸発する。このとき、基板Ｗ自体は、3μｍの赤外光をほとんど吸収せず、透過する性質を持っているので、3μｍの赤外光を照射しても、ほとんど加熱されない。蒸発した純水の蒸気は、排気穴27を介して中空室28に集められ、排気通路29から排気される。基板対向面11と基板Wとの間の空間は、排気されると同時に窒素ガスを供給されるので、この空間内の雰囲気が迅速に置換され、基板Wの乾燥がより効率的に行われる。なお、このときの窒素ガスの供給流量は、振り切り乾燥工程での供給流量よりも小さくてよい。 The graph of FIG. 9 shows the infrared absorption characteristics of water. The horizontal axis represents the infrared wavelength (μm), and the vertical axis represents the absorptance. As can be seen from this graph, the fine water droplets adhering to the substrate W have the property of absorbing particularly 3 μm infrared light. When 3 μm infrared light is irradiated onto the substrate W, the energy of the infrared light absorbed in water vibrates water molecules, and frictional heat is generated between the vibrated water molecules. Therefore, by absorbing infrared light, the fine water droplets are heated and evaporated. At this time, the substrate W itself hardly absorbs and transmits 3 μm of infrared light, so that it is hardly heated even when irradiated with 3 μm of infrared light. The evaporated pure water vapor is collected in the hollow chamber 28 through the exhaust hole 27 and exhausted from the exhaust passage 29. Since the space between the substrate facing surface 11 and the substrate W is exhausted and simultaneously supplied with nitrogen gas, the atmosphere in this space is quickly replaced, and the substrate W is dried more efficiently. In addition, the supply flow rate of nitrogen gas at this time may be smaller than the supply flow rate in the shake-off drying process.

このような赤外ＬＥＤ乾燥工程を一定時間だけ行った後、制御装置40は、赤外ＬＥＤ26を消灯するとともに、遮断板回転駆動機構22を制御して遮断板10の回転を停止させるとともに、チャック回転駆動機構2を制御してスピンチャック1を停止させる。その後、遮断板昇降駆動機構21を制御して遮断板10を上方に退避させ、挟持部材駆動機構13を制御して挟持部材5による基板Ｗの挟持を解除させ、さらに、窒素ガスバルブ19を閉じる。 After performing such an infrared LED drying process for a certain period of time, the control device 40 turns off the infrared LED 26 and controls the blocking plate rotation drive mechanism 22 to stop the rotation of the blocking plate 10 and The spin chuck 1 is stopped by controlling the rotation drive mechanism 2. Thereafter, the shield plate lifting / lowering drive mechanism 21 is controlled to retract the shield plate 10 upward, the clamping member drive mechanism 13 is controlled to release the clamping of the substrate W by the clamping member 5, and the nitrogen gas valve 19 is closed.

その後、基板搬送ロボットによって、処理済みの基板Ｗがスピンチャック1から搬出される。
以上のようにこの実施形態によれば、スピンチャック1を高速回転させて振り切り乾燥工程を行った後に、基板Ｗに赤外光を照射する赤外ＬＥＤ乾燥工程を行うことによって、基板Ｗ上に残った放射状の微小液滴を加熱し、蒸発させることができる。このとき、赤外光は、水には吸収されて、水を加熱するが、基板Ｗをほとんど透過するので、基板Ｗを加熱することはない。したがって、基板Ｗをほとんど加熱することなく、基板Ｗを乾燥させることができるので、ウォーターマークが形成されることなく、基板Ｗを乾燥させることができる。 Thereafter, the processed substrate W is unloaded from the spin chuck 1 by the substrate transfer robot.
As described above, according to this embodiment, after the spin chuck 1 is rotated at a high speed and the shake-off drying process is performed, the infrared LED drying process of irradiating the substrate W with infrared light is performed, thereby forming the substrate W on the substrate W. The remaining radial microdroplets can be heated and evaporated. At this time, the infrared light is absorbed by the water and heats the water. However, since the infrared light is almost transmitted through the substrate W, the substrate W is not heated. Therefore, since the substrate W can be dried with little heating of the substrate W, the substrate W can be dried without forming a watermark.

以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前記の実施形態では、基板Ｗの周端面を挟持する、いわゆるメカニカルチャックからなるスピンチャック1を用いているが、基板Ｗの下面を吸着して保持するバキュームチャック型のスピンチャックを用いてもよい。
また、前記の実施形態では、赤外ＬＥＤ26は、基板対向面11の全面に格子状に配置したが、千鳥格子状に配置したもの、複数列の赤外ＬＥＤアレイを等間隔に配置したもの、あるいは複数列の同心円状に配置したものでもよく、基板Ｗ上に均一に赤外光が照射されるように赤外ＬＥＤは配置されればよい。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form. For example, in the above-described embodiment, the spin chuck 1 composed of a so-called mechanical chuck that sandwiches the peripheral end surface of the substrate W is used, but a vacuum chuck type spin chuck that sucks and holds the lower surface of the substrate W is used. Also good.
Further, in the above-described embodiment, the infrared LEDs 26 are arranged in a grid pattern on the entire surface of the substrate facing surface 11. However, the infrared LEDs 26 are arranged in a staggered pattern, or a plurality of infrared LED arrays are arranged at equal intervals. Alternatively, it may be arranged in a plurality of rows of concentric circles, and the infrared LEDs may be arranged so that infrared light is uniformly irradiated on the substrate W.

また、前記の実施形態では、遮断板10の回転軸12と、スピンチャック1の回転軸３をずらして、より均一に基板Ｗ上を照射できるようにしたが、遮断板10の回転軸12は、必ずしもスピンチャック1の回転軸3からずれていなくてもよい。遮断板10の回転軸12とスピンチャック1の回転軸3を一致させた場合、基板Ｗを回転させても基板Ｗの中心は遮断板10に対して相対的に静止されるため、基板Ｗの中心は基板Ｗの周辺部に比べて赤外光の照射量が少なくなるが、基板Ｗ上の放射状の微小液滴は、基板Ｗの中心部分には残らないため、基板Ｗの周辺部に残った微小液滴は十分に乾燥させることができる。 In the above-described embodiment, the rotation axis 12 of the shielding plate 10 and the rotation axis 3 of the spin chuck 1 are shifted so that the substrate W can be irradiated more uniformly. It is not always necessary to deviate from the rotation axis 3 of the spin chuck 1. When the rotating shaft 12 of the blocking plate 10 and the rotating shaft 3 of the spin chuck 1 are made to coincide, the center of the substrate W is stationary relative to the blocking plate 10 even if the substrate W is rotated. In the center, the amount of irradiation with infrared light is smaller than the peripheral portion of the substrate W, but the radial microdroplets on the substrate W do not remain in the central portion of the substrate W, and therefore remain in the peripheral portion of the substrate W. The fine droplets can be sufficiently dried.

また、前記の実施形態では、遮断板10の基板対向面11は、基板Wを覆うような大きさとしたが、図８(a)に示したように遮断板10の基板対向面11は、基板Wの中心Ｏwと周縁部の一部を覆うような大きさ以上であれば、基板Wを回転させることによって、基板Wの全面に赤外光を照射することができる。また、図８(b)に示したように遮断板10の基板対向面11は基板Ｗの回転軸3と同じ軸中心で回転するように配置され、基板Wよりも若干小さめのものであっても基板Ｗ上に残った微小液滴は十分に乾燥させることができる。 In the above-described embodiment, the substrate facing surface 11 of the blocking plate 10 is sized to cover the substrate W. However, as shown in FIG. By rotating the substrate W so as to cover the center Ow of W and a part of the peripheral edge, the entire surface of the substrate W can be irradiated with infrared light. Further, as shown in FIG. 8B, the substrate facing surface 11 of the blocking plate 10 is disposed so as to rotate about the same axis center as the rotation axis 3 of the substrate W, and is slightly smaller than the substrate W. Also, the fine droplets remaining on the substrate W can be sufficiently dried.

また、図９のグラフに示されるように水の赤外線の吸収特性は3μｍと6μｍに吸収率の高いピークを持っているので、このピークにあった波長の赤外ＬＥＤを使用すれば、より効率的に微小液滴の加熱が行える。前記の実施形態では、3μｍの波長光を照射する赤外ＬＥＤ26を用いたが、6μｍの波長光を照射する赤外ＬＥＤを用いても、効率的に微小液滴の加熱が行える。また図９のグラフからわかるように、5μmや1.5μm付近にもやや高い吸収ピークを持っているので、5μmや1.5μｍの波長光を発光する赤外ＬＥＤを用いても微小液滴の加熱は効率的に行われる。1.5μｍの波長光を発光する赤外ＬＥＤの材料としてはInGaAsP、3μｍの波長光を発光する赤外ＬＥＤの材料としてはInAs、5〜7μｍの波長光を発光する赤外ＬＥＤの材料としてはInSbが例えば挙げられる。図９のグラフでは、水は7μｍより大きい赤外波長領域にも吸収ピークが見られる。しかし、シリコン基板は7μｍ未満の波長の赤外線をほとんど吸収しないが、7μｍ以上の波長の赤外線を吸収するため、7μｍ以上の波長の赤外線を照射すると、シリコン基板も同時に加熱される恐れがある。従って、7μｍ未満の波長領域で、水に吸収されるような、近赤外領域から遠赤外領域の赤外光を照射する赤外発光ダイオードであれば、基板自体を加熱することなく、基板に付着した水分を加熱して蒸発させるという本願発明の効果を奏することができる。また、赤外ＬＥＤの代わりに赤外レーザを発光するレーザーダイオードを用いてもよく、その場合は、赤外ＬＥＤに比べて、高出力で、指向性の高い光を照射することができるため、より効率的に基板に赤外光を照射することができる。 In addition, as shown in the graph of FIG. 9, the infrared absorption characteristics of water have high absorption peaks at 3 μm and 6 μm. Therefore, if an infrared LED having a wavelength corresponding to this peak is used, the efficiency is improved. The microdroplet can be heated. In the above-described embodiment, the infrared LED 26 that emits light having a wavelength of 3 μm is used. However, even when an infrared LED that emits light having a wavelength of 6 μm is used, heating of microdroplets can be performed efficiently. In addition, as can be seen from the graph of FIG. 9, since it has a slightly high absorption peak in the vicinity of 5 μm and 1.5 μm, heating of microdroplets is possible even using infrared LEDs that emit light of 5 μm or 1.5 μm wavelength. Done efficiently. InGaAsP is the material for infrared LEDs that emit light with a wavelength of 1.5 μm, InAs is the material for infrared LEDs that emit light with a wavelength of 3 μm, and InSb is the material for infrared LEDs that emit light with a wavelength of 5 to 7 μm. For example. In the graph of FIG. 9, water has an absorption peak also in the infrared wavelength region larger than 7 μm. However, the silicon substrate hardly absorbs infrared rays having a wavelength of less than 7 μm, but absorbs infrared rays having a wavelength of 7 μm or more. Therefore, when the infrared rays having a wavelength of 7 μm or more are irradiated, the silicon substrate may be heated at the same time. Therefore, an infrared light emitting diode that emits infrared light from the near infrared region to the far infrared region that is absorbed by water in a wavelength region of less than 7 μm can be used without heating the substrate itself. The effect of the present invention of heating and evaporating the moisture adhering to can be achieved. In addition, a laser diode that emits an infrared laser may be used instead of the infrared LED. The substrate can be irradiated with infrared light more efficiently.

また、前記の実施形態では、振り切り乾燥の後に基板Ｗ上に残った微小液滴を赤外ＬＥＤを用いて乾燥させたが、基板Ｗにリンス処理を行った後に、基板Ｗを傾斜させることによって基板Ｗ上の大部分のリンス液を除去して、その後に基板Ｗに赤外ＬＥＤを照射して基板Ｗ上に残ったリンス液を乾燥させてもよい。
また、前記の実施形態では、リンス液として純水が用いられているが、炭酸水、電解イオン水、水素水、磁気水などの機能水、または希薄濃度（たとえば1ｐｐｍ程度）のアンモニア水などをリンス液として用いることもできる。 Moreover, in the said embodiment, although the micro droplet which remained on the board | substrate W after shake-off drying was dried using infrared LED, after performing the rinse process to the board | substrate W, the board | substrate W is inclined. Most of the rinsing liquid on the substrate W may be removed, and then the substrate W may be irradiated with an infrared LED to dry the rinsing liquid remaining on the substrate W.
In the above-described embodiment, pure water is used as the rinsing liquid. However, functional water such as carbonated water, electrolytic ion water, hydrogen water, magnetic water, or dilute ammonia water (for example, about 1 ppm) is used. It can also be used as a rinse solution.

また、前記の実施形態では、不活性ガスとして窒素ガスが用いられているが、他にも、アルゴンガスを不活性ガスとして用いることができる。また、不活性ガスに代えて、フィルタなどによって清浄化された空気（クリーンエア）を用いてもよい。
また、前述の実施形態では、デバイス形成面（上面）が疎水性の基板Ｗを例にとったが、親水性の基板に対しても、この発明を適用できる。さらに、前述の実施形態では、円形の基板Ｗを処理対象とする場合について説明したが、液晶表示装置用ガラス基板やプラズマディプレイ用ガラス基板のような角形基板を処理する装置に対しても、この発明を適用することができる。 Moreover, in the said embodiment, although nitrogen gas is used as an inert gas, argon gas can be used as an inert gas besides this. Further, instead of the inert gas, air cleaned with a filter or the like (clean air) may be used.
Further, in the above-described embodiment, the device forming surface (upper surface) is a hydrophobic substrate W as an example, but the present invention can also be applied to a hydrophilic substrate. Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the circular substrate W is a processing target has been described, but also for an apparatus that processes a square substrate such as a glass substrate for a liquid crystal display device or a glass substrate for a plasma display, The present invention can be applied.

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.

この発明の実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための図解図である。It is an illustration for demonstrating the structure of the substrate processing apparatus which concerns on embodiment of this invention. 前記基板処理装置に備えられた遮断板の図解図である。It is an illustration figure of the interruption | blocking board with which the said substrate processing apparatus was equipped. 前記基板処理装置に備えられた遮断板の基板対向面を下方から見た底面図である。It is the bottom view which looked at the board | substrate opposing surface of the shielding board with which the said substrate processing apparatus was equipped from the downward direction. 前記基板処理装置に備えられたスピンチャックの平面図である。It is a top view of the spin chuck with which the substrate processing device was equipped. 前記基板処理装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the electrical structure of the said substrate processing apparatus. 前記基板処理装置による基板処理の流れを説明するための図であり、薬液処理工程の様子を示す。It is a figure for demonstrating the flow of the substrate processing by the said substrate processing apparatus, and shows the mode of a chemical | medical solution processing process. 前記基板処理装置による基板処理の流れを説明するための図であり、リンス処理工程の様子を示す。It is a figure for demonstrating the flow of the substrate processing by the said substrate processing apparatus, and shows the mode of a rinse process process. 前記基板処理装置による基板処理の流れを説明するための図であり、振り切り乾燥工程の様子を示す。It is a figure for demonstrating the flow of the substrate processing by the said substrate processing apparatus, and shows the mode of a shake-off drying process. 前記基板処理装置による基板処理の流れを説明するための図であり、赤外ＬＥＤ乾燥工程の様子を示す。It is a figure for demonstrating the flow of the substrate processing by the said substrate processing apparatus, and shows the mode of an infrared LED drying process. 制御装置による制御内容を説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating the control content by a control apparatus. 前記基板処理装置に備えられた遮断板の基板対向面と基板との大きさの関係の変形例を示した図である。It is the figure which showed the modification of the relationship of the magnitude | size of the board | substrate opposing surface of the interruption | blocking board with which the said board | substrate processing apparatus was equipped, and a board | substrate. 前記基板処理装置に備えられた遮断板の基板対向面と基板との大きさの関係の他の変形例を示した図である。It is the figure which showed the other modification of the relationship of the magnitude | size of the board | substrate opposing surface of the interruption | blocking board with which the said board | substrate processing apparatus was equipped, and a board | substrate. 水の赤外線の吸収特性を示したグラフである。It is the graph which showed the infrared absorption characteristic of water.

符号の説明Explanation of symbols

１スピンチャック
２チャック回転駆動機構
３回転軸
４スピンベース
５挟持部材
６下面処理液供給管
７下面ノズル
８薬液バルブ
９純水バルブ
１０遮断板
１１基板対向面
１２回転軸
１３挟持部材駆動機構
１５処理液ノズル
１６薬液バルブ
１７純水バルブ
１８窒素ガス供給通路
１８ａ窒素ガス供給口
１９窒素ガスバルブ
２０アーム
２１遮断板昇降駆動機構
２２遮断板回転駆動機構
２５ノズル移動機構
２６赤外ＬＥＤ
２７排気穴
２８中空室
２９排気通路
３０流量調整部
３５支持部
３６挟持部
４０制御装置
Ｗ基板
Ｏｗ基板の中心 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Spin chuck 2 Chuck rotation drive mechanism 3 Rotating shaft 4 Spin base 5 Clamping member 6 Lower surface process liquid supply pipe 7 Lower surface nozzle 8 Chemical solution valve 9 Pure water valve 10 Blocking plate 11 Substrate facing surface 12 Rotation shaft 13 Nipping member drive mechanism 15 Process Liquid nozzle 16 Chemical liquid valve 17 Pure water valve 18 Nitrogen gas supply passage 18a Nitrogen gas supply port 19 Nitrogen gas valve 20 Arm 21 Shield plate lifting / lowering drive mechanism 22 Shield plate rotation drive mechanism 25 Nozzle movement mechanism 26 Infrared LED
27 Exhaust hole 28 Hollow chamber 29 Exhaust passage 30 Flow rate adjusting unit 35 Support unit 36 Holding unit 40 Controller W Substrate Ow Center of substrate

Claims

基板を保持するための基板保持手段と、
基板に付着している水分を加熱して蒸発させるために、前記基板保持手段に保持されている基板に赤外光を照射する赤外発光ダイオードと、
前記基板保持手段に保持されている基板に、水分を含むリンス液を供給するためのリンス液供給手段と、
前記基板保持手段に保持されている基板を回転させるための基板回転手段と、
前記基板保持手段に保持されている基板の少なくとも一方面側に配置され、基板に対向し、基板を覆う大きさに形成された対向面を有する平面部材と、
前記平面部材を移動させて、前記対向面を前記基板保持手段に保持された基板に近接させる移動機構と、
前記基板保持手段に保持された基板と前記対向面との間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
前記赤外発光ダイオード、リンス液供給手段、基板回転手段、移動機構、および不活性ガス供給手段を制御する制御部とを備え、
前記赤外発光ダイオードは、前記平面部材の対向面に複数個設けられており、
前記制御部は、
前記リンス液供給手段を制御することにより、前記基板保持手段に保持されている基板にリンス液を供給するリンス液供給工程と、
前記基板回転手段を制御することにより、前記リンス液供給工程が行われた後に、前記基板保持手段に保持されている基板を回転させることによって基板に付着したリンス液を振り切る振り切り工程と、
前記赤外発光ダイオードを制御することにより、前記振り切り工程が行われた後に、前記基板保持手段に保持されている基板に赤外光を照射して、基板に付着したリンス液を加熱して蒸発させる赤外光照射工程と、
前記不活性ガス供給手段を制御することにより、少なくとも前記振り切り工程および赤外光照射工程と並行して、前記基板保持手段に保持された基板と前記対向面との間に不活性ガスを供給する工程と、
前記移動機構を制御することにより、少なくとも前記不活性ガスを供給する工程と並行して、前記対向面が前記基板保持手段に保持された基板に近接している状態に保持する工程とを実行することを特徴とする基板処理装置。 Substrate holding means for holding the substrate;
An infrared light emitting diode that irradiates the substrate held by the substrate holding means with infrared light in order to heat and evaporate water adhering to the substrate;
A rinsing liquid supply means for supplying a rinsing liquid containing moisture to the substrate held by the substrate holding means;
Substrate rotating means for rotating the substrate held by the substrate holding means;
A planar member that is disposed on at least one side of the substrate held by the substrate holding means, has a facing surface that is opposed to the substrate and is sized to cover the substrate;
A moving mechanism for moving the planar member to bring the facing surface close to the substrate held by the substrate holding means;
An inert gas supply means for supplying an inert gas between the substrate held by the substrate holding means and the facing surface;
A control unit for controlling the infrared light emitting diode, the rinsing liquid supply means, the substrate rotation means, the moving mechanism, and the inert gas supply means;
A plurality of the infrared light emitting diodes are provided on the opposing surface of the planar member,
The controller is
A rinsing liquid supply step of supplying a rinsing liquid to the substrate held by the substrate holding means by controlling the rinsing liquid supply means;
After the rinsing liquid supply step is performed by controlling the substrate rotating means, a swinging off process of shaking off the rinsing liquid attached to the substrate by rotating the substrate held by the substrate holding means;
By controlling the infrared light emitting diode, the substrate held by the substrate holding means is irradiated with infrared light after the shaking-off step is performed, and the rinse liquid adhering to the substrate is heated and evaporated. An infrared light irradiation step,
By controlling the inert gas supply means, an inert gas is supplied between the substrate held by the substrate holding means and the facing surface in parallel with at least the shaking-off process and the infrared light irradiation process. Process,
By controlling the moving mechanism, at least in parallel with the step of supplying the inert gas, the step of holding the facing surface in a state of being close to the substrate held by the substrate holding means is executed. A substrate processing apparatus.

前記不活性ガス供給手段は、前記基板保持手段に保持された基板と前記対向面との間に供給する不活性ガスの流量を変更する流量変更手段を含み、
前記制御部は、前記不活性ガスを供給する工程において前記流量変更手段を制御することにより、前記赤外光照射工程において前記基板保持手段に保持された基板と前記対向面との間に供給される不活性ガスの流量を、前記振り切り工程において前記基板保持手段に保持された基板と前記対向面との間に供給される不活性ガスの流量よりも減少させる、請求項１記載の基板処理装置。 The inert gas supply means includes a flow rate changing means for changing a flow rate of the inert gas supplied between the substrate held by the substrate holding means and the facing surface,
The controller is supplied between the substrate held by the substrate holding unit and the facing surface in the infrared light irradiation step by controlling the flow rate changing unit in the step of supplying the inert gas. 2. The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein a flow rate of the inert gas is reduced more than a flow rate of the inert gas supplied between the substrate held by the substrate holding unit and the facing surface in the swing-off step. .

前記平面部材の対向面には、前記基板保持手段に保持された基板と前記平面部材の対向面との間の雰囲気を排気するための排気孔が開口していることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置。 The exhaust surface for exhausting the atmosphere between the substrate held by the substrate holding means and the opposing surface of the planar member is opened in the opposing surface of the planar member. Or the substrate processing apparatus of 2.

前記基板保持手段に保持されている基板の表面に対して垂直な軸を中心として、前記平面部材を回転させる平面部材回転手段をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置。 4. The flat member rotating means for rotating the flat member around an axis perpendicular to the surface of the substrate held by the substrate holding means. Substrate processing equipment.

前記赤外発光ダイオードは、赤外レーザを発光するレーザーダイオードを含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置。 The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the infrared light emitting diode includes a laser diode that emits an infrared laser.

前記赤外発光ダイオードは、3μｍまたは６μｍの波長を含む赤外光を照射することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の基板処理装置。 The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the infrared light emitting diode irradiates infrared light including a wavelength of 3 μm or 6 μm.

基板を保持する基板保持工程と、
前記基板保持工程で保持された基板に、水分を含むリンス液を供給するリンス液供給工程と、
前記リンス液供給工程が行われた後に、前記基板保持工程で保持された基板を回転させることによって基板に付着したリンス液を振り切る振り切り工程と、
前記振り切り工程が行われた後に、前記基板保持工程で保持された基板に赤外光を照射して、基板に付着したリンス液を加熱して蒸発させる赤外光照射工程と、
少なくとも前記振り切り工程および赤外光照射工程と並行して行われ、前記基板保持工程で保持された基板と前記対向面との間に不活性ガスを供給する工程と
少なくとも前記不活性ガスを供給する工程と並行して行われ、平面部材の対向面が前記基板保持工程で保持された基板に近接している状態に保持する工程とを備えたことを特徴とする基板乾燥方法。 A substrate holding step for holding the substrate;
A rinsing liquid supply step of supplying a rinsing liquid containing moisture to the substrate held in the substrate holding step;
After the rinsing liquid supply step is performed, a step of shaking off the rinsing liquid attached to the substrate by rotating the substrate held in the substrate holding step;
Infrared light irradiation step of irradiating the substrate held in the substrate holding step with infrared light and heating and evaporating the rinse liquid attached to the substrate after the shaking-off step is performed;
A step of supplying an inert gas between the substrate held in the substrate holding step and the facing surface, which is performed in parallel with at least the shaking-off step and the infrared light irradiation step; and supplying at least the inert gas A substrate drying method comprising: a step of holding the substrate in a state where the opposing surface of the planar member is close to the substrate held in the substrate holding step .

前記不活性ガスを供給する工程において、前記振り切り工程と並行して前記基板保持工程で保持された基板と前記対向面との間に不活性ガスを供給し、前記赤外光照射工程と並行して前記振り切り工程における流量よりも小さい流量で前記基板保持工程で保持された基板と前記対向面との間に不活性ガスを供給する、請求項７記載の基板乾燥方法。 In the step of supplying the inert gas, the inert gas is supplied between the substrate held in the substrate holding step and the facing surface in parallel with the swing-off step, and in parallel with the infrared light irradiation step. The substrate drying method according to claim 7, wherein an inert gas is supplied between the substrate held in the substrate holding step and the facing surface at a flow rate smaller than the flow rate in the shaking-off step .