JP6811619B2 - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

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Description

この発明は、基板処理方法および基板処理装置に関する。処理対象となる基板の例には、半導体ウエハ、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、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、フォトマスク用基板、セラミック基板、太陽電池用基板などが含まれる。
半導体装置の製造工程では、半導体ウエハ等の基板の表面に処理液を供給して、その基板の表面が処理液を用いて処理される。
例えば、基板を１枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置は、基板を、ほぼ水平に保持しながら回転させるスピンチャックと、このスピンチャックによって回転される基板の上面に処理液を供給するためのノズルとを備えている。
典型的な基板処理工程では、スピンチャックに保持された基板に対して薬液が供給され、その後に水が供給されることにより、基板上の薬液が水に置換される。その後、基板の上面上から水を排除するための乾燥処理が行われる。
乾燥処理としては、回転状態にある基板の表面に、水よりも表面張力の低い、イソプロピルアルコール（isopropyl alcohol：ＩＰＡ）等の有機溶剤（低表面張力液）の蒸気を供給する手法が知られている。例えば、ロタゴニ乾燥はこの手法の一つの例である（特許文献１参照）。
特開２０１３−１３１７８３号公報
このような乾燥方法として、具体的には、基板の上面に処理液（水）の液膜を形成し、その液膜に低表面張力液を含む気体（低表面張力液の蒸気など）を吹き付けることにより、基板の上面の、例えば、基板中央部に液膜除去領域を形成する。
そして、液膜除去領域と、液膜の、液膜除去領域と隣接する縁部との境界（以下、「液膜境界」という）を、基板中央部から基板の周縁まで移動させることで液膜除去領域を拡大させて、液膜除去領域を基板の上面の全域に広げる。これにより、基板の上面を乾燥させることができる。
本願発明者は、このような乾燥手法を採用する場合、液膜境界における処理液の液面と基板の上面とがなす接触角を大きく保った状態で液膜境界を移動させることにより、パターン間に存在する処理液を極めて短時間で除去できることを知見している。乾燥時においては、パターン間に存在する処理液の除去時間が短くなるにつれて、乾燥時におけるパターン倒壊を抑制することが可能であるから、パターン倒壊を抑制できる乾燥方法として本願発明者は注目している。
ところが、近年では、基板処理を利用して作製される装置（例えば、半導体装置）の高集積化のために、微細で高アスペクト比のパターン（凸状パターン、ライン状パターンなど）が基板の表面に形成されるようになってきた。微細で高アスペクト比のパターンは強度が低いので、特許文献１に記載の乾燥手法を採用しても倒壊を招くおそれがある。
そこで、この発明の目的は、パターンの倒壊を効果的に抑制しながら、基板の上面を乾燥させることができる基板処理方法および基板処理装置を提供することである。
前記の目的を達成するための請求項１に記載の発明は、基板を水平に保持する基板保持工程と、前記基板の上面に処理液を供給して、当該基板の上面を覆う処理液の液膜を形成する液膜形成工程と、前記基板の上面に、前記液膜の一部から前記処理液が除去された液膜除去領域を形成する液膜除去領域形成工程と、形成した前記液膜除去領域を拡大させる液膜除去領域拡大工程と、前記液膜除去領域拡大工程に並行して、前記液膜除去領域と隣接する前記液膜の縁部に、前記基板の上面側から、前記処理液よりも表面張力の低い低表面張力液の蒸気を含む気体を供給する蒸気供給工程と、前記基板の下面の略全面に冷却流体を供給して、前記液膜を、前記低表面張力液の沸点未満の温度に冷却する冷却工程と、前記基板の下面の、前記液膜除去領域に対応する位置に、加熱流体を吹き付けて、前記液膜除去領域を、前記低表面張力液の沸点以上の温度に加熱する加熱工程とを含み、前記液膜除去領域拡大工程に並行して、前記基板の下面側から、前記基板上の前記液膜のうち前記縁部を除く部分を、前記低表面張力液の沸点未満の温度に冷却しながら、前記液膜除去領域を、前記低表面張力液の沸点以上の温度に加熱する冷却加熱工程と、前記基板の下面側から前記液膜除去領域を加熱する範囲を、前記液膜除去領域の拡大に同期させて拡大させる加熱範囲拡大工程とを含む、基板処理方法を提供する。
この方法によれば、基板上の液膜のうち縁部の周囲が低表面張力液の蒸気を含む気体の雰囲気とされることにより、気体中に含まれる低表面張力液が液膜の縁部で処理液中に溶け込む。そのため、液膜の縁部と、液膜のうち縁部を除く部分（ 液膜のバルク部分） との間に低表面張力液の濃度差、すなわち表面張力差が生じる。
また、液膜のバルク部分が、基板の下面の略全面に供給した冷却流体によって、低表面張力液の沸点未満の温度に冷却された状態で、基板の上面の液膜除去領域が、基板の下面の、上記液膜除去領域に対応する位置に吹き付けた加熱流体によって、低表面張力液の沸点以上の温度に加熱されることにより、基板を通した熱伝導によって、液膜除去領域と隣接する液膜の縁部の温度が上昇して、当該液膜の縁部と液膜のバルク部分との間に温度差が生じる。
したがって、液膜の縁部と液膜のバルク部分との間の表面張力差と温度差に基づくマランゴニ効果による液膜の収縮作用により、液膜の縁部において処理液が上方へとせり上がるような挙動を示して、液膜境界における処理液の液面と基板の上面とがなす接触角が大きくなる。
また、基板の上面の液膜除去領域が、基板の下面側から低表面張力液の沸点以上の温度に加熱されることにより、液膜の縁部のうち液膜除去領域に隣接する基板の上面と直接に接する固液界面部分で、低表面張力液が高濃度で溶け込んだ処理液の蒸発が促進されるため、液膜の縁部において処理液が上方へとせり上がるような挙動を示して、液膜境界における処理液の液面と基板の上面とがなす接触角が大きくなる。
すなわち、マランゴニ効果による液膜の収縮作用と、固液界面部分における蒸発作用とが相まって、液膜境界における処理液の液面と基板の上面とがなす接触角をより一層大きくして、特許文献１に記載の手法を採用した場合よりもパターンの倒壊を抑制することができる。
さらに、基板の上面の液膜除去領域が低表面張力液の沸点以上の温度に加熱されることにより、液膜除去領域に低表面張力液が結露するのが抑制される。そのため、液膜除去領域に、結露によって、パターンの高さよりも厚い低表面張力液の液膜が形成されてパターンが倒壊するのを抑制することもできる。
したがって、この方法によれば、パターンの倒壊を効果的に抑制しながら、基板の上面を乾燥させることができる。
請求項２に記載の発明は、前記液膜除去領域形成工程、前記液膜除去領域拡大工程、前記蒸気供給工程、前記冷却加熱工程、および前記加熱範囲拡大工程に並行して、前記基板を、鉛直な所定の回転軸線まわりに回転させる基板回転工程をさらに含み、前記液膜除去領域形成工程ないし前記液膜除去領域拡大工程では、前記基板回転工程を実行して前記基板を回転させながら、前記気体を、前記基板の上面の回転中心付近に吹き付けることによって、当該基板の上面の、前記回転中心を含む領域に、前記液膜除去領域を略円形に形成するとともに、前記気体を吹き付ける位置を、前記回転中心から径方向外方に移動させることによって、前記液膜除去領域を拡大させ、前記冷却加熱工程ないし前記加熱範囲拡大工程では、前記基板回転工程を実行して前記基板を回転させながら、当該基板の下面の、前記液膜除去領域に対応する、前記回転中心を含む範囲を、前記低表面張力液の沸点以上の温度に加熱するとともに、当該加熱の範囲を、前記気体の吹き付け位置の移動による液膜除去領域の拡大に同期させて、前記回転中心から径方向外方に移動させて拡大させる、請求項１に記載の基板処理方法である。
この方法によれば、基板を回転させながら、低表面張力液の蒸気を含む気体の吹き付け位置を、基板の上面の回転中心を含む領域から径方向外方へ移動させて液膜除去領域を拡大させるのと同期させて、基板の下面側から液膜除去領域を低表面張力液の沸点以上の温度に加熱する範囲を、回転中心から径方向外方に移動させて拡大させることができる。
したがって、この方法によれば、パターンの倒壊をさらに効果的に抑制しながら、基板の上面をより一層効率よく乾燥させることができる。
請求項３に記載の発明は、前記加熱範囲拡大工程は、前記基板の下面の、前記加熱流体の吹き付け位置を、前記液膜除去領域の拡大による、前記液膜と前記液膜除去領域との境界の移動に同期させて移動させる吹き付け位置移動工程を含む、請求項１または２に記載の基板処理方法である。
この方法によれば、加熱流体を、液膜除去領域の拡大による、基板の上面の液膜と液膜除去領域との境界の移動に同期させて、その吹き付け位置を移動させながら基板の下面に吹き付けることで、液膜除去領域に対応する範囲の冷却流体を、選択的に排除することにより、当該冷却流体を除去した範囲に対応する基板の上面の液膜除去領域を効率的に、低表面張力液の沸点以上の温度に加熱できる。
請求項４に記載の発明は、前記液膜除去領域形成工程ないし前記液膜除去領域拡大工程では、前記気体を、前記基板の上面の全幅に亘る薄層状として、前記基板の上面の一端部に吹き付けることによって、当該基板の上面の、前記一端部付近に、前記液膜除去領域を形成するとともに、前記気体を吹き付ける位置を、前記一端部から、前記基板の他端部方向へ移動させることによって、前記液膜除去領域を拡大させ、前記冷却加熱工程は、前記基板の下面の略全面に冷却流体を供給して、前記液膜を、前記低表面張力液の沸点未満の温度に冷却する冷却工程と、加熱流体を、前記薄層状の気体と平行な、前記基板の下面の全幅に亘る薄層状として、前記基板の下面の、前記液膜除去領域に対応する位置に吹き付けて、前記液膜除去領域を、前記低表面張力液の沸点以上の温度に加熱する加熱工程とを含み、前記加熱範囲拡大工程は、前記基板の下面の、前記加熱流体の吹き付け位置を、前記液膜除去領域の拡大による、前記液膜と前記液膜除去領域との境界の移動に同期させて移動させる吹き付け位置移動工程を含む、請求項１に記載の基板処理方法である。
この方法によれば、低表面張力液の蒸気を含む気体を、基板の上面の全幅に亘る薄層状として、基板の上面の一端部から他端部方向へ吹き付け位置を移動させながら吹き付けることによって、上記基板の上面の一端部近傍に液膜除去領域を形成するとともに、当該液膜除去領域を、基板の上面の他端部方向に拡大させることができる。
また、基板の上面の液膜を基板の下面に供給した冷却流体によって低表面張力液の沸点未満の温度に冷却しながら、当該基板の下面に、低表面張力液の沸点以上の温度に加熱した加熱流体を、基板の下面の全幅に亘る薄層状として、上記液膜除去領域の拡大による、液膜と液膜除去領域との境界の移動に同期させて、吹き付け位置を移動させながら吹き付けることによって、上記冷却流体を選択的に排除して、当該冷却流体を除去した範囲に対応する基板の上面の液膜除去領域を効率的に、低表面張力液の沸点以上の温度に加熱できる。
したがって、この方法によれば、パターンの倒壊をさらに効果的に抑制しながら、基板の上面をより一層効率よく乾燥させることができる。
処理液および低表面張力液としては、請求項５に記載したように、水を含む処理液と、水よりも表面張力の低い有機溶剤を含む低表面張力液とを組み合わせるのが好ましい。
前記の目的を達成するための請求項６に記載の発明は、基板を水平に保持する基板保持ユニットと、前記基板保持ユニットで水平に保持した基板を、当該基板の中央部を通る鉛直な回転軸線まわりに回転させる基板回転ユニットと、処理液を、前記基板の上面に供給するための処理液供給ユニットと、前記基板に、前記基板の上面側から、前記処理液よりも表面張力の低い低表面張力液の蒸気を含む気体を供給するための気体供給ユニットと、前記基板の下面に冷却流体を供給するための冷却流体供給ユニットを含み、前記冷却流体供給ユニットから冷却流体を供給することで、前記基板の下面側から、前記基板を、前記低表面張力液の沸点未満の温度に冷却するための冷却ユニットと、前記基板の下面に加熱流体を吹き付けるための加熱流体吹付ユニットを含み、前記加熱流体吹付ユニットから加熱流体を吹き付けることで、前記基板の下面側から、前記基板を、前記低表面張力液の沸点以上の温度に加熱するための加熱ユニットと、前記基板保持ユニット、前記基板回転ユニット、前記処理液供給ユニット、前記気体供給ユニット、前記冷却ユニット、および前記加熱ユニットを制御する制御装置とを含み、前記制御装置は、前記基板を水平に保持する基板保持工程と、前記基板の上面に前記処理液を供給して液膜を形成する液膜形成工程と、前記基板の上面の回転中心付近に、前記液膜の一部から前記処理液が除去された液膜除去領域を形成する液膜除去領域形成工程と、前記液膜除去領域を、前記回転中心から径方向外方に拡大させる液膜除去領域拡大工程と、前記液膜除去領域拡大工程に並行して、前記液膜除去領域と隣接する前記液膜の内周側の縁部に、前記基板の上面側から、前記低表面張力液の蒸気を含む気体を供給する蒸気供給工程と、前記基板の下面の略全面に冷却流体を供給して、前記液膜を、前記低表面張力液の沸点未満の温度に冷却する冷却工程と、前記基板の下面の、前記液膜除去領域に対応する位置に、加熱流体を吹き付けて、前記液膜除去領域を、前記低表面張力液の沸点以上の温度に加熱する加熱工程とを含み、前記液膜除去領域拡大工程に並行して、前記基板の下面側から、前記基板上の前記液膜のうち前記縁部を除く部分を、前記低表面張力液の沸点未満の温度に冷却しながら、前記液膜除去領域を、前記低表面張力液の沸点以上の温度に加熱する冷却加熱工程と、前記基板の下面側から前記液膜除去領域を加熱する範囲を、前記液膜除去領域の拡大に同期させて拡大させる加熱範囲拡大工程と、前記液膜除去領域形成工程、前記液膜除去領域拡大工程、前記蒸気供給工程、前記冷却加熱工程、および前記加熱範囲拡大工程に並行して、前記基板を、前記回転軸線まわりに回転させる基板回転工程とを実行する、基板処理装置である。
この構成によれば、基板上の液膜のうち縁部の周囲が低表面張力液の蒸気を含む気体の雰囲気とされることにより、気体中に含まれる低表面張力液が液膜の縁部で処理液中に溶け込む。そのため、液膜の縁部と液膜のバルク部分との間に低表面張力液の濃度差、すなわち表面張力差が生じる。
また、液膜のバルク部分が、基板の下面の略全面に供給した冷却流体によって、低表面張力液の沸点未満の温度に冷却された状態で、基板の上面の液膜除去領域が、基板の下面の、上記液膜除去領域に対応する位置に吹き付けた加熱流体によって、低表面張力液の沸点以上の温度に加熱されることにより、基板を通した熱伝導によって、液膜除去領域と隣接する液膜の縁部の温度が上昇して、当該液膜の縁部と液膜のバルク部分との間に温度差が生じる。
したがって、液膜の縁部と液膜のバルク部分との間の表面張力差と温度差に基づくマランゴニ効果による液膜の収縮作用により、液膜の縁部において処理液が上方へとせり上がるような挙動を示して、液膜境界における処理液の液面と基板の上面とがなす接触角が大きくなる。
また、基板の上面の液膜除去領域が、基板の下面側から低表面張力液の沸点以上の温度に加熱されることにより、液膜の縁部のうち液膜除去領域に隣接する基板の上面と直接に接する固液界面部分で、低表面張力液が高濃度で溶け込んだ処理液の蒸発が促進されるため、液膜の縁部において処理液が上方へとせり上がるような挙動を示して、液膜境界における処理液の液面と基板の上面とがなす接触角が大きくなる。
すなわち、マランゴニ効果による液膜の収縮作用と、固液界面部分における蒸発作用とが相まって、液膜境界における処理液の液面と基板の上面とがなす接触角をより一層大きくできるとともに、液膜除去領域を速やかに拡大させることができ、特許文献１に記載の手法を採用した場合よりもパターンの倒壊を抑制することができる。
さらに、基板の上面の液膜除去領域が低表面張力液の沸点以上の温度に加熱されることにより、液膜除去領域に低表面張力液が結露するのが抑制される。そのため、液膜除去領域に、結露によって、パターンの高さよりも厚い低表面張力液の液膜が形成されてパターンが倒壊するのを抑制することもできる。
したがって、この構成によれば、パターンの倒壊を効果的に抑制しながら、基板の上面を乾燥させることができる。
請求項７に記載の発明は、前記基板の下面の、前記加熱流体吹付ユニットからの前記加熱流体の吹き付け位置を移動させるための移動ユニットをさらに含み、前記制御装置は、前記基板の下面の、前記加熱流体の吹き付け位置を、前記液膜除去領域の拡大による、前記液膜と前記液膜除去領域との境界の移動に同期させて移動させる吹き付け位置移動工程を、前記加熱範囲拡大工程として実行する、請求項６に記載の基板処理装置である。
この構成によれば、加熱流体を、液膜除去領域の拡大による、基板の上面の液膜と液膜除去領域との境界の移動に同期させて、その吹き付け位置を移動させながら基板の下面に吹き付けることで、液膜除去領域に対応する範囲の冷却流体を、選択的に排除することにより、当該冷却流体を除去した範囲に対応する基板の上面の液膜除去領域を効率的に、低表面張力液の沸点以上の温度に加熱できる。
前記の目的を達成するための、請求項８に記載の発明は、基板を水平に保持する基板保持ユニットと、処理液を、前記基板の上面に供給するための処理液供給ユニットと、前記基板の上面に、前記処理液よりも表面張力の低い低表面張力液の蒸気を含む気体を、前記基板の上面の全幅に亘る薄層状として吹き付けるための気体供給ユニットと、前記基板の上面の、前記気体供給ユニットからの前記気体の吹き付け位置を移動させるための上面移動ユニットと、前記基板の下面に冷却流体を供給するための冷却流体供給ユニットと、前記基板の下面に、加熱流体を、前記基板の下面の全幅に亘る薄層状として吹き付けるための加熱流体吹付ユニットと、前記基板の下面の、前記加熱流体吹付ユニットからの前記加熱流体の吹き付け位置を移動させるための下面移動ユニットと、前記基板保持ユニット、前記処理液供給ユニット、前記気体供給ユニット、前記上面移動ユニット、前記冷却流体供給ユニット、前記加熱流体吹付ユニット、および前記下面移動ユニットを制御する制御装置とを含み、前記制御装置は、前記基板を水平に保持する基板保持工程と、前記基板の上面に前記処理液を供給して液膜を形成する液膜形成工程と、前記気体を、前記基板の上面の全幅に亘る薄層状として、前記基板の上面の一端部に吹き付けることによって、当該基板の上面の、前記一端部付近に、前記液膜の一部から前記処理液が除去された液膜除去領域を形成する液膜除去領域形成工程と、前記気体の吹き付け位置を、前記一端部から、前記基板の他端部方向へ移動させることによって、前記液膜除去領域を拡大させる液膜除去領域拡大工程と、前記基板の下面の略全面に冷却流体を供給して、前記液膜を、前記低表面張力液の沸点未満の温度に冷却する冷却工程と、前記加熱流体を、前記薄層状の気体と平行な、前記基板の下面の全幅に亘る薄層状として、前記基板の下面の、前記液膜除去領域に対応する位置に吹き付けて、前記液膜除去領域を、前記低表面張力液の沸点以上の温度に加熱する加熱工程と、前記基板の下面の、前記加熱流体の吹き付け位置を、前記液膜除去領域の拡大による、前記液膜と前記液膜除去領域との境界の移動に同期させて移動させる吹き付け位置移動工程とを実行する、基板処理装置である。
この構成によれば、基板上の液膜のうち縁部の周囲が低表面張力液の蒸気を含む気体の雰囲気とされることにより、気体中に含まれる低表面張力液が液膜の縁部で処理液中に溶け込む。そのため、液膜の縁部と液膜のバルク部分との間に低表面張力液の濃度差、すなわち表面張力差が生じる。
また、液膜のバルク部分が低表面張力液の沸点未満の温度に冷却された状態で、基板の上面の液膜除去領域が低表面張力液の沸点以上の温度に加熱されることにより、基板を通した熱伝導によって、液膜除去領域と隣接する液膜の縁部の温度が上昇して、当該液膜の縁部と液膜のバルク部分との間に温度差が生じる。
したがって、液膜の縁部と液膜のバルク部分との間の表面張力差と温度差に基づくマランゴニ効果による液膜の収縮作用により、液膜の縁部において処理液が上方へとせり上がるような挙動を示して、液膜境界における処理液の液面と基板の上面とがなす接触角が大きくなる。
また、基板の上面の液膜除去領域が、基板の下面側から低表面張力液の沸点以上の温度に加熱されることにより、液膜の縁部のうち液膜除去領域に隣接する基板の上面と直接に接する固液界面部分で、低表面張力液が高濃度で溶け込んだ処理液の蒸発が促進さるため、液膜の縁部において処理液が上方へとせり上がるような挙動を示して、液膜境界における処理液の液面と基板の上面とがなす接触角が大きくなる。
すなわち、マランゴニ効果による液膜の収縮作用と、固液界面部分における蒸発作用とが相まって、液膜境界における処理液の液面と基板の上面とがなす接触角をより一層大きくできるとともに、液膜除去領域を速やかに拡大させることができ、特許文献１に記載の手法を採用した場合よりもパターンの倒壊を抑制することができる。
さらに、基板の上面の液膜除去領域が低表面張力液の沸点以上の温度に加熱されることにより、液膜除去領域に低表面張力液が結露するのが抑制される。そのため、液膜除去領域に、結露によって、パターンの高さよりも厚い低表面張力液の液膜が形成されてパターンが倒壊するのを抑制することもできる。
したがって、この構成によれば、パターンの倒壊を効果的に抑制しながら、基板の上面を乾燥させることができる。
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レイアウトを示す図解的な平面図である。 図２は、前記基板処理装置に備えられる処理ユニットの概略構成を示す模式図である。 図３は、前記基板処理装置の主要部の電気的構成を説明するブロック図である。 図４は、前記処理ユニットによる基板処理の一例を説明するための流れ図である。 図５は、前記処理ユニットによる乾燥処理の一例を説明するための流れ図である。 図６Ａは、前記乾燥処理の様子を説明するための図解的な断面図である。 図６Ｂは、前記乾燥処理の様子を説明するための図解的な断面図である。 図６Ｃは、前記乾燥処理の様子を説明するための図解的な断面図である。 図６Ｄは、前記乾燥処理の様子を説明するための図解的な断面図である。 図７Ａは、前記乾燥処理における液膜の縁部付近の状態の一例を模式的に示した図である。 図７Ｂは、前記乾燥処理における液膜の縁部付近の状態の他の例を模式的に示した図である。 図８は、前記基板処理装置に備えられる処理ユニットの変形例の概略構成を示す模式図である。 図９は、この発明の第２の実施形態に係る基板処理装置に備えられる処理ユニットの概略構成を示す模式図である。 図１０は、前記基板処理装置の主要部の電気的構成を説明するブロック図である。 図１１は、前記処理ユニットによる乾燥処理の一例を説明するための流れ図である。 図１２Ａは、前記乾燥処理の様子を説明するための図解的な断面図である。 図１２Ｂは、前記乾燥処理の様子を説明するための図解的な断面図である。 図１２Ｃは、前記乾燥処理の様子を説明するための図解的な断面図である。 図１２Ｄは、前記乾燥処理の様子を説明するための図解的な断面図である。
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
図１は、この発明の第１の実施形態に係る基板処理装置１のレイアウトを示す図解的な平面図である。
基板処理装置１は、シリコンウエハなどの基板Ｗを一枚ずつ処理する枚葉式の装置である。この実施形態では、基板Ｗは、円板状の基板である。基板処理装置１は、処理液で基板Ｗを処理する複数の処理ユニット２と、処理ユニット２で処理される複数枚の基板Ｗを収容するキャリヤＣが載置されるロードポートＬＰと、ロードポートＬＰと処理ユニット２との間で基板Ｗを搬送する搬送ロボットＩＲおよびＣＲと、基板処理装置１を制御する制御装置３とを含む。搬送ロボットＩＲは、キャリヤＣと搬送ロボットＣＲとの間で基板Ｗを搬送する。搬送ロボットＣＲは、搬送ロボットＩＲと処理ユニット２との間で基板Ｗを搬送する。複数の処理ユニット２は、例えば、同様の構成を有している。
図２は、基板処理装置１に備えられた処理ユニット２の概略構成を示す模式図である。
処理ユニット２は、一枚の基板Ｗを水平な姿勢で保持して、基板Ｗの中心を通る鉛直な回転軸線Ａ１まわりに基板Ｗを回転させるスピンチャック４を含む。処理ユニット２は、スピンチャック４に保持された基板Ｗの上面にフッ酸等の薬液を供給する薬液供給ノズル５と、スピンチャック４に保持された基板Ｗの上面に水を含む処理液を供給する処理液供給ノズル６とをさらに含む。処理液供給ノズル６は、水を含む処理液を供給する処理液供給ユニットの一例である。
スピンチャック４は、チャックピン７と、スピンベース８と、回転軸９と、基板Ｗを回転軸線Ａ１まわりに回転させるスピンモータ１０とを含む。チャックピン７およびスピンベース８は、基板Ｗを水平に保持する基板保持ユニットの一例である。回転軸９およびスピンモータ１０は、チャックピン７およびスピンベース８によって保持された基板Ｗを回転軸線Ａ１まわりに回転させる基板回転ユニットの一例である。
回転軸９は、回転軸線Ａ１に沿って鉛直方向に延びており、この実施形態では、中空軸である。回転軸９の上端は、スピンベース８の下面の中央に結合されている。スピンベース８は、水平方向に沿う円盤形状を有している。スピンベース８の上面の周縁部には、基板Ｗを把持するための複数のチャックピン７が周方向に間隔を空けて配置されている。スピンモータ１０は、例えば、回転軸９に回転力を与えることによって、基板Ｗ、チャックピン７、スピンベース８および回転軸９を回転軸線Ａ１まわりに一体回転させる電動モータを含む。
薬液供給ノズル５は、第１のノズル移動機構１１によって、例えば、水平方向（回転軸線Ａ１に垂直な方向）に移動される。薬液供給ノズル５は、水平方向への移動によって、基板Ｗの上面の回転中心位置に対向する中央位置と、基板Ｗの上面に対向しない退避位置との間で移動させることができる。基板Ｗの上面の回転中心位置とは、基板Ｗの上面における回転軸線Ａ１との交差位置である。基板Ｗの上面に対向しない退避位置とは、平面視においてスピンベース８の外方の位置である。薬液供給ノズル５には、薬液供給管１２が接続されている。薬液供給管１２には、その流路を開閉する薬液バルブ１３が介装されている。
薬液供給ノズル５に供給される薬液は、フッ酸に限らず、硫酸、酢酸、硝酸、塩酸、フッ酸、アンモニア水、過酸化水素水、有機酸（例えば、クエン酸、蓚酸等）、有機アルカリ（例えば、ＴＭＡＨ：テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド等）、界面活性剤、腐食防止剤のうちの少なくとも１つを含む液であってもよい。
処理液供給ノズル６は、第２のノズル移動機構１４によって、例えば、水平方向（回転軸線Ａ１に垂直な方向）に移動される。処理液供給ノズル６は、水平方向への移動によって、基板Ｗの上面の回転中心位置に対向する中央位置と、基板Ｗの上面に対向しない退避位置との間で移動させることができる。処理液供給ノズル６には、処理液供給管１５が接続されている。処理液供給管１５には、その流路を開閉する処理液バルブ１６が介装されている。
処理液供給ノズル６に供給される処理液は、例えば、水である。水は、例えば、脱イオン水（ＤＩＷ）である。しかし、水は、脱イオン水に限らず、炭酸水、電解イオン水、水素水、オゾン水、および希釈濃度（例えば、１０ｐｐｍ〜１００ｐｐｍ程度）の塩酸水のいずれであってもよい。
処理ユニット２は、スピンチャック４に保持された基板Ｗの上方で移動可能な気体供給ノズル１７をさらに含む。気体供給ノズル１７は、チャックピン７およびスピンベース８に保持された基板Ｗに、基板Ｗの上面側から、水よりも表面張力の低い低表面張力液の蒸気を含む気体を吹き付けて供給する気体供給ユニットの一例である。
気体供給ノズル１７は、第３のノズル移動機構１８によって、水平方向（回転軸線Ａ１に垂直な方向）および鉛直方向（回転軸線Ａ１と平行な方向）に移動される。気体供給ノズル１７は、水平方向への移動によって、基板Ｗの上面の回転中心位置に対向する中央位置と、基板Ｗの上面に対向しない退避位置との間で移動させることができる。第３のノズル移動機構１８は、例えば、鉛直方向に沿う回動軸と、回動軸に結合されて水平に延びるノズルアームと、ノズルアームを駆動するアーム駆動機構とを含む。アーム駆動機構は、回動軸を鉛直な回動軸線まわりに回動させることによってノズルアームを水平移動させ、回動軸を鉛直方向に沿って昇降させることによってノズルアームを上下動させる。気体供給ノズル１７はノズルアームに固定される。ノズルアームの水平移動および昇降に応じて、気体供給ノズル１７が水平方向および垂直方向に移動する。
低表面張力液の一例としては、ＩＰＡが挙げられる。しかし、低表面張力液は、ＩＰＡに限らず、水よりも表面張力が小さく、かつ、基板Ｗおよび基板Ｗに形成されたパターンと化学反応しない、ＩＰＡ以外の有機溶剤を用いることができる。より具体的には、ＩＰＡ、ＨＦＥ（ハイドロフルオロエーテル）、メタノール、エタノール、アセトンおよびTrans-1,2-ジクロロエチレンのうちの少なくとも１つを含む液を低表面張力液として用いることができる。
気体供給ノズル１７から供給する気体は、低表面張力液の蒸気のみからなる必要はなく、他の成分と混合した混合気体であってもよい。例えば、ＩＰＡの蒸気と不活性ガスとを含む混合気体であってもよい。不活性ガスとしては、窒素ガス（Ｎ２）が挙げられる。しかし、不活性ガスは、窒素ガスに限らず、基板Ｗおよびパターンに対して不活性なガスであればよく、例えば、アルゴン等の希ガス類であってもよい。
気体供給ノズル１７から供給する気体の温度は、当該気体に含まれる低表面張力液の沸点以上であればよい。例えば、気体がＩＰＡの蒸気またはＩＰＡの蒸気と不活性ガスとの混合気体である場合、気体の温度は８０℃〜９０℃が好ましい。
気体供給ノズル１７には、気体供給管１９が接続されている。気体供給管１９には、その流路を開閉する気体バルブ２０が介装されている。
処理ユニット２は、スピンチャック４に保持された基板Ｗの下面に、当該基板Ｗを冷却するための冷却流体としての冷却液を供給する冷却液供給ノズル２１をさらに含む。冷却液供給ノズル２１は、チャックピン７およびスピンベース８に保持された基板Ｗを、基板Ｗの下面側から低表面張力液の沸点未満の温度に冷却するための冷却流体供給ユニットの一例である。
冷却液供給ノズル２１は、基板Ｗの下面の略全面に冷却液を供給することによって基板の上面の液膜を冷却する。冷却液供給ノズル２１は、回転軸９を挿通しており、基板Ｗの裏面の中心に臨む吐出口２１ａを上端に有している。
冷却液供給ノズル２１は、この実施形態では、基板Ｗを回転させながら、吐出口２１ａから基板Ｗの下面の中心位置へ向けて冷却液を供給する。供給された冷却液は、遠心力の働きによって基板Ｗの下面の略全面に行き渡って、基板Ｗおよび基板Ｗの上面の液膜が、低表面張力液の沸点未満の温度に冷却される。基板Ｗの下面の回転中心位置とは、基板Ｗの下面における回転軸線Ａ１との交差位置である。
冷却液供給ノズル２１には、冷却液供給源から冷却液供給管２２を介して冷却液が供給される。供給される冷却液は、例えば、冷水である。冷水は、室温よりも低温の水であり、例えば、１℃〜１０℃の水である。しかし、冷却液は、冷水に限らず、基板Ｗを冷却することができ、かつ、基板Ｗおよびパターンと化学反応しない液体であればよい。冷却液供給管２２には、その流路を開閉するための冷却液バルブ２３が介装されている。
処理ユニット２は、スピンチャック４に保持された基板Ｗの下方で移動可能な加熱気体吹付ノズル２４をさらに含む。加熱気体吹付ノズル２４は、チャックピン７およびスピンベース８に保持された基板Ｗの下面に加熱流体としての加熱気体を吹き付けるための加熱流体吹付ユニットの一例である。
加熱気体吹付ノズル２４は、第４のノズル移動機構２５によって、水平方向（回転軸線Ａ１に垂直な方向）に移動される。加熱気体吹付ノズル２４は、水平方向への移動によって、基板Ｗの下面の回転中心位置に対向する中央位置と、基板Ｗの下面の周縁部に対抗する周縁位置との間で移動させることができる。加熱気体吹付ノズル２４が中央位置に位置するときには、基板Ｗの下面の回転中心位置に加熱気体が吹き付けられる。一方、加熱気体吹付ノズル２４が周縁位置に位置するときには、基板Ｗの下面の周縁部に加熱気体が吹き付けられる。
第４のノズル移動機構２５は、加熱気体吹付ノズル２４からの加熱気体の吹き付け位置を移動させるための移動ユニットの一例である。第４のノズル移動機構２５は、例えば、鉛直方向に沿う回動軸に結合されて水平に延びるノズルアームと、ノズルアームを駆動するアーム駆動機構とを含む。加熱気体吹付ノズル２４はノズルアームに固定される。
実施形態では、アーム駆動機構はスピンチャック４の下方に設置される。回動軸は回転軸９を挿通しており、ノズルアームおよび加熱気体吹付ノズル２４はスピンベース８の上方で、かつ、チャックピン７およびスピンベース８によって保持された基板Ｗの下方に設置される。アーム駆動機構は、基板Ｗの回転方向に交差する方向（例えば、基板Ｗの径方向）にノズルアームを進退させることによって、ノズルアームを水平移動させる。ノズルアームの水平移動に応じて、加熱気体吹付ノズル２４が水平方向に移動する。また、第４のノズル移動機構２５は、加熱気体吹付ノズル２４を水平移動させる構成に加えて、加熱気体吹付ノズル２４を鉛直方向に移動させる機構をさらに備えていてもよい。
加熱気体吹付ノズル２４には、回転軸９を挿通して加熱気体供給管２６が接続されている。加熱気体供給管２６には、その流路を開閉する加熱気体バルブ２７が介装されている。加熱気体の一例としては、加熱された窒素ガスが挙げられる。しかし、加熱気体は、窒素ガスに限らず、基板Ｗおよびパターンに対して不活性なガスであればよく、例えば、アルゴン等の希ガス類であってもよい。加熱気体吹付ノズル２４から供給する加熱気体の温度は、低表面張力液の沸点以上であればよい。例えば、低表面張力液がＩＰＡである場合、加熱気体の温度は８０℃〜９５℃が好ましい。
処理ユニット２は、図２に二点鎖線で示すように、基板Ｗに対向し基板Ｗとの間の雰囲気を周囲の雰囲気から遮断（離隔）するための対向部材としての遮断板２８を含んでいてもよい。遮断板２８は、基板Ｗとほぼ同じ径またはそれ以上の径を有する円板状に形成され、スピンチャック４の上方でほぼ水平に配置される。遮断板２８は、下位置から上位置までの任意の位置（高さ）に移動することができる。遮断板２８が基板Ｗの上面に十分に接近した位置にあるとき、遮断板２８と基板Ｗとの間は、遮断板２８によって周囲（遮断板２８と基板Ｗとの間の空間の外部）の雰囲気から離隔される。
図３は、基板処理装置１の主要部の電気的構成を説明するブロック図である。
基板処理装置１は、制御装置３を含む。制御装置３は、マイクロコンピュータを備え、所定の制御プログラムに従って基板処理装置１に備えられた制御対象を制御する。より具体的には、制御装置３は、プロセッサ（ＣＰＵ）３Ａと、制御プログラムが格納されたメモリ３Ｂとを含み、プロセッサ３Ａが制御プログラムを実行することによって、基板処理のための様々な制御を実行するように構成されている。特に、制御装置３は、スピンモータ１０、第１のノズル移動機構１１、第２のノズル移動機構１４、第３のノズル移動機構１８、第４のノズル移動機構２５、バルブ類１３，１６，２０，２３，２７を制御するようにプログラムされている。
図４は、処理ユニット２による基板処理の一例を説明するための流れ図である。
処理ユニット２による基板処理では、まず、薬液処理工程が実行される（ステップＳ１）。薬液処理工程では、まず、制御装置３は、スピンモータ１０を駆動してスピンベース８を回転させて基板Ｗの回転を開始する。薬液処理工程では、スピンベース８は、所定の薬液回転速度で回転される。薬液回転速度は、例えば、８００ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍである。
そして、制御装置３は、第１のノズル移動機構１１を制御して、薬液供給ノズル５を基板Ｗの上方の薬液処理位置に配置する。薬液処理位置は、例えば、薬液供給ノズル５から吐出される薬液が基板Ｗの上面の回転中心位置に着液可能な位置である。そして、制御装置３は、薬液バルブ１３を開く。これにより、回転状態の基板Ｗの上面に向けて、薬液供給ノズル５から薬液が供給される。供給された薬液は、遠心力の働きによって基板Ｗの上面の略全面に行き渡る。
一定時間の薬液処理の後、基板Ｗの上面上の薬液を処理液に置換することによって基板Ｗの上面上から薬液を排除するリンス処理工程が実行される（ステップＳ２）。
具体的には、制御装置３は、薬液バルブ１３を閉じて薬液供給ノズル５からの薬液の供給を停止させる。そして、制御装置３は、薬液供給ノズル５を退避位置へ移動させる。
そして、制御装置３は、第２のノズル移動機構１４を制御して処理液供給ノズル６を基板Ｗの上方のリンス処理位置に配置する。リンス処理位置は、例えば、処理液供給ノズル６から吐出される処理液が基板Ｗの上面の回転中心位置に着液する位置である。
そして、制御装置３は、処理液バルブ１６を開く。これにより、回転状態の基板Ｗの上面に向けて、処理液供給ノズル６から処理液が供給される。供給された処理液は、遠心力の働きによって基板Ｗの上面の略全面に行き渡り、薬液を置換する。
リンス処理工程では、制御装置３は、スピンモータ１０を制御してスピンベース８を所定の処理液回転速度で回転させる。処理液回転速度は、例えば、８００ｒｐｍ〜１２００ｒｐｍである。
そして、基板Ｗの上面に処理液を供給し続けることで、基板Ｗの上面上に処理液の液膜が形成される（液膜形成工程）。制御装置３は、スピンモータ１０を制御してスピンベース８を所定の処理液膜形成速度で回転させる。処理液膜形成速度は、例えば、１０ｒｐｍ〜２０ｒｐｍである。
そして、一定時間のリンス処理の後、基板Ｗの上面上から液膜を排除するための乾燥処理工程が実行される（ステップＳ３）。乾燥処理工程を実行することで処理ユニット２による基板処理が終了する。
次に、処理ユニット２による乾燥処理工程について詳細に説明する。
図５は、処理ユニット２による乾燥処理の一例を説明するための流れ図である。図６Ａ〜図６Ｄは、乾燥処理の一例の様子を説明するための図解的な断面図である。
乾燥処理工程では、まず、制御装置３は、処理液バルブ１６を閉じて処理液供給ノズル６からの処理液の供給を停止させる。そして、制御装置３は、処理液供給ノズル６を退避位置へ移動させる。
そして、制御装置３は、スピンモータ１０を制御してスピンベース８を所定の冷却液供給速度で回転させる。冷却液供給速度は、例えば、１０ｒｐｍ〜２０ｒｐｍである。そして、制御装置３は、冷却液バルブ２３を開き、冷却液供給ノズル２１に冷却液（例えば冷水）の供給を開始させる（ステップＴ１）。図６Ａに示すように、冷却液２９は、回転状態の基板Ｗの下面の回転中心位置に向けて吐出口２１ａから吐出される。吐出された冷却液２９は、遠心力の働きによって基板Ｗの下面の略全面に行き渡る。そして、基板Ｗの下面に冷却液２９を供給し続けることで、基板Ｗおよび基板Ｗの上面の液膜３０が、低表面張力液の沸点未満の温度に冷却される（冷却工程）。
一定時間の冷却工程の後、制御装置３は、冷却液バルブ２３を閉じることによって、冷却液供給ノズル２１からの冷却液の供給を停止させる（ステップＴ２）。
そして、図６Ｂ〜図６Ｄに示すように、基板Ｗの上面の回転中心位置に低表面張力液の蒸気を含む気体を吹き付けることによって基板Ｗの上面の回転中心を含む領域に略円形の液膜除去領域３１を形成する液膜除去領域形成工程と、形成した液膜除去領域３１を径方向外方に拡大させる液膜除去領域拡大工程とが実行される。
また、液間除去領域形成工程および液膜除去領域拡大工程と並行して、基板Ｗの下面の回転中心位置に加熱気体を吹き付けることによって、基板Ｗの上面の液膜除去領域３１を低表面張力液の沸点以上の温度に加熱する加熱工程と、液膜除去領域３１の拡大による液膜境界３２の移動に同期させて、加熱気体の吹き付け位置を移動させる吹き付け位置移動工程とが実行される。
詳しくは、制御装置３は、第３のノズル移動機構１８を制御して気体供給ノズル１７を基板Ｗの上方の気体供給開始位置に配置する（ステップＴ３）。気体供給開始位置は、例えば、気体供給ノズル１７から吐出される低表面張力液の蒸気を含む気体が基板Ｗの上面の回転中心位置に到達する位置である。
また、制御装置３は、第４のノズル移動機構２５を制御して加熱気体吹付ノズル２４を基板Ｗの下方の加熱気体吹き付け開始位置に配置する（ステップＴ４）。加熱気体吹き付け開始位置は、例えば、加熱気体吹付ノズル２４から吐出される加熱気体が基板Ｗの下面の回転中心位置に到達する位置である。
そして、制御装置３は、スピンモータ１０を制御してスピンベース８を所定の液膜除去領域形成速度で回転させる。液膜除去領域形成速度は、例えば、１０ｒｐｍである。
そして、制御装置３は、気体バルブ２０を開くことによって、回転状態の基板Ｗの上面の回転中心位置に向けて、気体供給ノズル１７から低表面張力液の蒸気を含む気体の供給を開始する（ステップＴ５）。気体供給ノズル１７から液膜３０に向けて気体を吹き付けると、液膜３０を形成する処理液が、気体の吹き付けによって基板Ｗの上面の回転中心位置から径方向外方向へ押しやられ、基板Ｗの回転による遠心力の働きも加わって、基板Ｗの上面の回転中心を含む領域に、図６Ｂに示すように、液膜除去領域３１が略円形に形成される（液膜除去領域形成工程）。
また、制御装置３は、加熱気体バルブ２７を開くことによって、回転状態の基板Ｗの下面の回転中心位置に向けて、加熱気体吹付ノズル２４から、低表面張力液の沸点以上の温度に加熱された加熱気体の吹き付けを開始する（ステップＴ６）。加熱気体が吹き付けられると、基板Ｗの回転による遠心力の働きも加わって、基板Ｗの下面の回転中心を含む範囲の冷却液２９が選択的に排除されるとともに、冷却液２９が排除された範囲３３が、加熱気体によって加熱される。冷却液２９は、先述したように、液膜３０のうち、縁部を除くバルク部に対応する部分に残される。そのため、範囲３３は、基板Ｗの上面の液膜除去領域３１と、液膜３０の縁部とを包含する範囲とされ、範囲３３に包含される基板Ｗの上面の液膜除去領域３１の全面が、選択的に、低表面張力液の沸点以上の温度に加熱される（加熱工程）。
次いで、制御装置３は、スピンモータ１０を制御してスピンベース８を所定の液膜除去領域拡大速度で回転させる。液膜除去領域拡大速度は、例えば、５０ｒｐｍである。
そして、制御装置３は、気体供給ノズル１７からの低表面張力液の蒸気を含む気体の吹き付けを継続しながら、第３のノズル移動機構１８を制御して気体供給ノズル１７を気体供給開始位置（回転中心位置）から基板Ｗの径方向外方に所定の速度で移動させる（ステップＴ７）。気体供給ノズル１７を径方向外方へ移動させると、気体供給ノズル１７から基板Ｗの上面に気体を吹き付ける位置が回転中心から径方向外方に移動し、この移動に伴って、液膜除去領域３１を囲む液膜３０の液膜境界３２を形成する処理液がさらに径方向外方へ押し出される。そのため、基板Ｗの回転による遠心力の働きも加わって、液膜除去領域３１が径方向外方に拡大される（液膜除去領域拡大工程）。
また、制御装置３は、加熱気体吹付ノズル２４からの加熱気体の吹き付けを継続しながら、第４のノズル移動機構２５を制御して加熱気体吹付ノズル２４を加熱気体吹き付け開始位置（回転中心位置）から基板Ｗの径方向外方に所定の速度で、液膜除去領域３１の拡大に伴う液膜境界３２の移動に同期させて移動させる（ステップＴ８）。加熱気体吹付ノズル２４を液膜境界３２の移動に同期させて径方向外方へ移動させると、加熱気体吹付ノズル２４から基板の下面に加熱気体を吹き付ける位置が回転中心から径方向外方に移動し、この移動に伴って、基板Ｗの下面の、冷却液２９が排除されて、加熱気体によって加熱される範囲３３を、液膜除去領域３１の拡大に同期させて拡大させることができる（加熱範囲拡大工程）。
制御装置３は、気体供給ノズル１７が気体供給終了位置まで到達した時点で、第３のノズル移動機構１８を制御して気体供給ノズル１７の移動を停止させ（ステップＴ９）、そして、気体バルブ２０を閉じることによって、気体供給ノズル１７からの低表面張力液の蒸気を含む気体の吹き付けを停止する（ステップＴ１０）。気体供給終了位置は、例えば、気体供給ノズル１７から吐出される低表面張力液の蒸気を含む気体が基板Ｗの上面の周縁に到達する位置である。気体供給ノズル１７が気体供給終了位置に達することにより液膜境界３２が基板Ｗの上面の周縁まで移動して、図６Ｄに示すように、液膜除去領域３１が基板Ｗの上面の全域に広がった状態となる。
また、制御装置３は、加熱気体吹付ノズル２４が加熱気体吹付終了位置まで到達した時点で、第４のノズル移動機構２５を制御して加熱気体吹付ノズル２４の移動を停止させ（ステップＴ１１）、そして、加熱気体バルブ２７を閉じることによって、加熱気体吹付ノズル２４からの加熱気体の吹き付けを停止する（ステップＴ１２）。加熱気体吹付終了位置は、例えば、加熱気体吹付ノズル２４から吐出される加熱気体が基板Ｗの下面の周縁に到達する位置である。加熱気体吹付ノズル２４が加熱気体吹付終了位置に達することにより、基板Ｗの下面の全面で冷却液が排除されて乾燥処理が終了し、処理ユニット２による基板処理が終了する。
図７Ａは、乾燥処理における液膜３０の縁部３０ａの付近の状態の一例を模式的に示した図である。
一般に、液膜３０の縁部３０ａは、液膜３０のバルク部分３０ｂと一体の厚膜部３０ｃと、当該厚膜部３０ｃが液膜除去領域３１の拡大に伴って移動（図の例では左方向に移動）する際に、厚膜部３０ｃの移動方向の後端である液膜境界３２より後方に生じる薄膜部３０ｄとを含む。薄膜部３０ｄは、液膜３０を構成する処理液の一部が、基板Ｗとの濡れ性に基づいて基板Ｗの表面に残されたり、気体供給ノズルから供給された気体中に含まれる低表面張力液が結露したりして発生する。
パターンＰの倒壊に大きく影響するのは、液膜３０の縁部３０ａのうち、パターンＰの高さよりも厚い厚膜部３０ｃの後端である液膜境界３２における、処理液の液面と基板Ｗの上面とがなす接触角θである。
乾燥処理のうち、液膜除去領域拡大工程および加熱範囲拡大工程においては、基板Ｗ上の液膜３０の、縁部３０ａの周囲が気体供給ノズル１７から供給された気体の雰囲気とされることにより、当該気体中に含まれる低表面張力液（ＩＰＡ）が、主に液膜３０の縁部３０ａで、図中に白抜きの矢印で示すように処理液中に溶け込む。そのため、液膜３０の縁部３０ａとバルク部分３０ｂとの間に低表面張力液の濃度差、すなわち表面張力差が生じる。詳細には、低表面張力液の濃度は、液膜３０の縁部３０ａのうち薄膜部３０ｄにおいて最も高く、続く厚膜部３０ｃからバルク部分３０ｂにかけて徐々に低くなる濃度分布を示す。
また、一般に、低表面張力液の沸点は、主に水である処理液の沸点より低いため、低表面張力液の濃度分布に基づいて、液膜３０は、縁部３０ａのうち薄膜部３０ｄにおいて沸点が最も低く、続く厚膜部３０ｃからバルク部分３０ｂにかけて沸点が徐々に高くなる傾向を示す。液膜３０のバルク部分３０ｂの沸点は、例えば、液膜を形成する処理液が水である場合、水の沸点である１００℃に近く、液膜３０の縁部３０ａのうち薄膜部３０ｄの沸点は、例えば、低表面張力液がＩＰＡである場合、ＩＰＡの沸点である８２．４℃に近くなり、厚膜部３０ｃの沸点は、この両者の中間で、かつ薄膜部３０ｄ側が低くバルク部分３０ｂ側が高くなる傾向を示す。
また、液膜３０の縁部３０ａを除く、液膜３０のバルク部分３０ｂが、基板Ｗの下面に供給された冷却液２９によって、低表面張力液の沸点未満の温度に冷却された状態で、基板Ｗの上面の液膜除去領域３１の全面が、基板Ｗの下面側から低表面張力液の沸点以上の温度に加熱されることにより、基板Ｗを通した熱伝導によって、液膜除去領域３１と隣接する液膜３０の薄膜部３０ｄから厚膜部３０ｃにかけての温度が上昇して、当該液膜３０のバルク部分３０ｂとの間に温度差が生じる。詳細には、液膜３０は、縁部３０ａのうち薄膜部３０ｄにおいて温度が最も高く、続く厚膜部３０ｃからバルク部分３０ｂにかけて温度が徐々に低くなる温度分布を示す。
したがって、液膜３０の縁部３０ａと、それに続くバルク部分３０ｂとの間の、表面張力差と温度差に基づくマランゴニ効果による液膜３０の収縮作用によって、液膜３０の縁部３０ａのうち厚膜部３０ｃにおいて、処理液が、図中に実線の矢印で示すように上方へとせり上がるような挙動を示す。
また、基板Ｗの上面の液膜除去領域３１の全面が、基板Ｗの下面側から低表面張力液の沸点以上の温度に加熱されることにより、液膜３０の縁部３０ａのうち液膜除去領域３１に隣接する基板Ｗの上面と直接に接する薄膜部３０ｄ、ならびに厚膜部３０ｃのうち薄膜部３０ｄおよび基板Ｗの上面と直接に接する固液界面部分で、低表面張力液が高濃度で溶け込んで沸点が低下した処理液の蒸発が促進される。そのため、固液界面部分における蒸発作用により、液膜３０の縁部３０ａのうち厚膜部３０ｃにおいて、処理液が、図中に実線の矢印で示すように上方へとせり上がるような挙動を示す。
さらに液膜３０には、図中に黒矢印で示す基板Ｗの回転による遠心力の働きも作用する。
そのため、マランゴニ効果による液膜３０の収縮作用と、固液界面部分における蒸発作用と、基板Ｗの回転による遠心力の働きとが相まって、液膜境界３２における処理液の液面と基板Ｗの上面とがなす接触角θをより一層大きくできる。
また、基板Ｗの回転による遠心力の作用によって、液膜除去領域３１を速やかに拡大させることもできる。
さらに、基板Ｗの上面の液膜除去領域３１の全面が低表面張力液の沸点以上の温度に加熱されることにより、当該液膜除去領域３１に隣接する基板Ｗの上面と直接に接触する薄膜部３０ｄにおいて処理液の蒸発が促進されるとともに、当該薄膜部３０ｄに低表面張力液が結露するのが抑制される。
そのため、薄膜部３０ｄの厚みを極力小さくして、当該薄膜部３０ｄがパターンＰの倒壊に影響するのを抑制することもできる。
したがって、パターンＰの倒壊を効果的に抑制しながら、基板Ｗの上面を乾燥させることができる。
なお、液膜除去領域拡大工程および加熱範囲拡大工程では、例えば、図７Ｂに示すように、基板Ｗの下面の、加熱気体の吹き付けにより冷却液２９を排除して加熱する範囲３３を、縁部３０ａと隣接する液膜３０のバルク部３０ｂまで拡げるとともに、加熱気体の吹き付けによる範囲３３の拡大を、基板Ｗの上面の、液膜除去領域３１の拡大に伴う液膜３０の縁部３０ａの移動に先行させてもよい。
液膜３０の熱容量は大きいため、基板Ｗの下面側からの加熱を多少先行させても、上述したメカニズムにより、パターンＰの倒壊を効果的に抑制しながら、基板Ｗの上面を乾燥させることができる。
しかも、加熱気体の吹き付けによる範囲３３の拡大と、液膜除去領域３１の拡大に伴う液膜３０の縁部３０ａの移動とが完全に一致するように、ノズル移動機構１８、２５を制御するのは、環境温度等の影響によって容易でない場合がある。
これに対し、加熱気体の吹き付けによる範囲３３の拡大を先行させる場合には、環境等の影響をも取り込んで、上述したメカニズムにより、パターンＰの倒壊を効果的に抑制しながら、基板Ｗの上面を乾燥させることが可能となり、ノズル移動機構１８、２５の制御も比較的容易化できる。
ただし、範囲３３の拡大が、液膜３０の縁部３０ａの移動より遅れる場合には、上述したメカニズムが正常に機能しない場合を生じるため、範囲３３の拡大を、液膜３０の縁部３０ａの移動より遅らせる場合は、本発明に含まないこととする。
なお、実施形態では冷却加熱工程を実施するために、基板Ｗの下面に冷却液を供給するための冷却液供給ノズル２１（冷却流体供給ユニット）と、基板Ｗの下面に加熱気体を吹き付けるための加熱気体吹付ノズル２４（加熱流体吹付ユニット）と、加熱気体の吹き付け位置を移動させるための第４のノズル移動機構２５（移動ユニット）とを組み合わせていたが、冷却加熱工程を実施するための構成はこれに限定されるものではない。
図８は、前記基板処理装置に備えられる処理ユニットの変形例の概略構成を示す模式図である。この変形例の処理ユニット２は、上述したように図２の処理ユニット２のうち、冷却加熱工程を実施するための構成のみが異なるものである。したがって、図８においては、前述の図２に示された各部と同等の構成部分について、図２と同等の符号を付して、その説明を省略する。
図８に示すように、処理ユニット２は、スピンチャック４に保持された基板Ｗの下方で移動可能な冷却加熱ブロック３４をさらに含む。
冷却加熱ブロック３４は、基板Ｗの下面に冷却流体を吹き付けるための冷却流体吹付ノズル３５と、基板Ｗの下面に加熱流体を吹き付けるための加熱流体吹付ノズル３６と、両ノズル３５、３６間を仕切るガード３７とを一体で移動可能としたものである。冷却流体吹付ノズル３５は、ガード３７より基板Ｗの径方向外方に設置され、加熱流体吹付ノズル３６は、ガード３７より基板Ｗの径方内方に設置されている。
冷却流体吹付ノズル３５は、チャックピン７およびスピンベース８に保持された基板Ｗを低表面張力液の沸点未満の温度に冷却するための冷却ユニットの一例である。
冷却流体吹付ノズル３５には、回転軸９を挿通して冷却流体供給管３８が接続されている。冷却流体供給管３８には、その流路を開閉する冷却流体バルブ３９が介装されている。冷却流体の一例としては、例えば、１℃〜１０℃の冷水が挙げられる。しかし、冷却流体は、冷水に限らず、基板Ｗを冷却することができ、かつ、基板Ｗおよびパターンと化学反応しない液体、もしくは基板Ｗおよびパターンに対して不活性なガスを用いることができる。より具体的には、冷水、室温以下の不活性ガス（Ｎ２など）を冷却流体として用いることができる。
加熱流体吹付ノズル３６は、チャックピン７およびスピンベース８に保持された基板Ｗを低表面張力液の沸点以上の温度に加熱するための加熱ユニットの一例である。
加熱流体吹付ノズル３６には、回転軸９を挿通して加熱流体供給管４０が接続されている。加熱流体供給管４０には、その流路を開閉する加熱流体バルブ４１が介装されている。加熱流体の一例としては、例えば、低表面張力液の沸点以上の温水が挙げられる。であればよい。例えば、低表面張力液がＩＰＡである場合、加熱流体の温度は８０℃〜９５℃が好ましい。しかし、加熱流体は、温水に限らず、基板Ｗを加熱することができ、かつ、基板Ｗおよびパターンと化学反応しない液体、もしくは基板Ｗおよびパターンに対して不活性なガスを用いることができる。より具体的には、温水、窒素ガス、アルゴン等の希ガス類であってもよい。
ガード３７は、加熱流体吹付ノズル３６によって基板Ｗの下面に吹き付けた加熱流体が基板Ｗの径方向外方側に漏れたり、逆に、冷却流体吹付ノズル３５によって基板Ｗの下面に吹き付けた冷却流体が基板Ｗの径方向内方側に漏れたりするのを防ぐ仕切りである。
ガード３７としては、仕切り板が挙げられる。しかし、ガード３７は、仕切り板に限らず、基板Ｗの下面に冷却流体と加熱流体の中間の温度の流体を吹き付けるノズルであってもよい。ガード３７を設けることにより、冷却流体と加熱流体が基板Ｗの下面で混ざり合うのを抑制して、基板Ｗの上面の液膜３０のうちバルク部分を低表面張力液の沸点未満の温度に冷却しながら、液膜除去領域３１の全面を低表面張力液の沸点以上の温度に加熱できる。
冷却加熱ブロック３４は、ブロック移動機構４２によって、水平方向（回転軸線Ａ１に垂直な方向）に移動される。冷却加熱ブロック３４は、水平方向への移動によって、基板Ｗの下面の回転中心位置に対向する中央位置と、基板Ｗの下面の周縁部に対向する周縁位置との間で移動させることができる。冷却加熱ブロック３４が中央位置に位置するときには、基板Ｗの下面の回転中心位置に加熱流体、その径方向外方に冷却流体が吹き付けられる。一方、冷却加熱ブロック３４が周縁位置に位置するときには、基板Ｗの下面の周縁部に冷却流体、その径方向内方に加熱流体が吹き付けられる。
ブロック移動機構４２は、例えば、鉛直方向に沿う回動軸に結合されて水平に延びるノズルアームと、ノズルアームを駆動するアーム駆動機構とを含む。冷却加熱ブロック３４はノズルアームに固定される。
アーム駆動機構はスピンチャック４の下方に設置される。回動軸は回転軸９を挿通しており、ノズルアームおよび冷却加熱ブロック３４はスピンベース８の上方で、かつ、チャックピン７およびスピンベース８によって保持された基板Ｗの下方に設置される。アーム駆動機構は、基板Ｗの回転方向に交差する方向（例えば、基板Ｗの径方向）にノズルアームを進退させることによって、ノズルアームを水平移動させる。ノズルアームの水平移動に応じて、冷却加熱ブロック３４が水平方向に移動する。また、ブロック移動機構４２は、冷却加熱ブロック３４を水平移動させる構成に加えて、冷却加熱ブロック３４を鉛直方向に移動させる機構をさらに備えていてもよい。
この変形例によれば、基板Ｗを回転させながら、気体供給ノズル１７から低表面張力液の蒸気を含む気体の供給を開始して、基板Ｗの上面の回転中心を含む領域に液膜除去領域３１を略円形に形成するとともに、それぞれ基板Ｗの下面への、冷却流体吹付ノズル３５からの冷却流体の吹き付けおよび加熱流体吹付ノズル３６からの加熱流体の吹き付けを開始する。
冷却流体吹付ノズル３５からの冷却流体の吹き付け開始位置は、基板Ｗの下面の、液膜除去領域３１を囲む液膜３０の縁部より外側に対応する位置に設定し、加熱流体吹付ノズル３６からの加熱流体の吹き付け開始位置は、基板Ｗの下面の、液膜除去領域３１内の液膜境界３２の近傍に対応する位置に設定する。
そして、冷却流体吹付ノズル３５からの冷却流体の吹き付けおよび加熱流体吹付ノズル３６からの加熱流体の吹き付けを継続しながら、ブロック移動機構４２を制御して冷却加熱ブロック３４を基板Ｗの径方向外方に所定の速度で、液膜除去領域３１の拡大に伴う液膜境界３２の移動に同期させて移動させる。
これにより、冷却流体吹付ノズル３５からの冷却流体の吹き付けによって、基板Ｗの上面の液膜３０のバルク部分を低表面張力液の沸点未満の温度に冷却しながら、冷却加熱ブロック３４の移動に伴って、加熱流体吹付ノズル３６から基板Ｗの下面に加熱流体を吹き付ける位置を加熱流体の吹き付け開始位置から径方向外方に移動させて、基板Ｗの上面の液膜除去領域３１に対応する、低表面張力液の沸点以上の温度に加熱される範囲を、当該液膜除去領域３１の拡大に同期させて拡大させることができる（加熱範囲拡大工程）。
図９は、この発明の第２の実施形態に係る基板処理装置に備えられる処理ユニット２の概略構成を示す模式図である。この第２の実施形態の処理ユニット２は、図２の処理ユニット２のうち、液膜除去領域形成工程、液膜除去領域拡大工程、および冷却加熱工程を実施するための構成が異なるものである。したがって、図９においては、前述の図２に示された各部と同等の構成部分について、図２と同等の符号を付して、その説明を省略する。
図９に示すように、処理ユニット２は、スピンチャック４に保持された基板Ｗの上方で移動可能な気体吹付ノズル４３をさらに含む。気体吹付ノズル４３は、ライン状に配列された複数のノズル穴、もしくはスリット状のノズル穴を備え、当該ノズル穴から、チャックピン７およびスピンベース８に保持された基板Ｗの上面に、水よりも表面張力の低い低表面張力液の蒸気を含む気体を、上記基板Ｗの上面の全幅、例えば、円形の基板Ｗの場合は、当該基板Ｗの直径に亘る、薄層状（エアナイフ状）として吹き付ける気体供給ユニットの一例である。
気体吹付ノズル４３は、第３のノズル移動機構４４によって、水平方向（回転軸線Ａ１に垂直な方向）および鉛直方向（回転軸線Ａ１と平行な方向）に移動される。気体吹付ノズル４３は、水平方向への移動によって、基板Ｗの上面の一端部と他端部との間で移動させることができる。例えば、円形の基板Ｗの場合は、当該基板Ｗの上面の周縁上に設定された一端部から、回転中心を挟んで反対側の周縁上に設定された他端部までの間で移動させることができる。
第３のノズル移動機構４４は、気体吹付ノズル４３からの気体の吹き付け位置を移動させるための上面移動ユニットの一例である。第３のノズル移動機構４４は、例えば、鉛直方向に沿う回動軸と、回動軸に結合されて水平に延びるノズルアームと、ノズルアームを駆動するアーム駆動機構とを含む。アーム駆動機構は、回動軸を鉛直な回動軸線まわりに回動させることによってノズルアームを水平移動させ、回動軸を鉛直方向に沿って昇降させることによってノズルアームを上下動させる。気体吹付ノズル４３はノズルアームに固定される。ノズルアームの水平移動および昇降に応じて、気体吹付ノズル４３が水平方向および垂直方向に移動する。
また、ノズルアームは、気体吹付ノズル４３のライン状もしくはスリット状のノズル穴の配列を、基板Ｗの上面と平行で、かつ気体吹付ノズル４３の移動方向と一定の角度、例えば、９０°で交差する方向に維持しながら、気体吹付ノズル４３を水平方向へ移動させるためのリンク機構をさらに含む。
このリンク機構の機能により、気体吹付ノズル４３から基板Ｗの上面に吹き付けられる気体の薄層（エアナイフ）を、気体吹付ノズル４３の移動方向と一定の角度、例えば、９０°で交差させた状態を維持しながら、基板Ｗの上面の一端部から他端部方向へ移動させることができる。
気体吹付ノズル４３には、気体供給管４５が接続されている。気体供給管４５には、その流路を開閉する気体バルブ４６が介装されている。
処理ユニット２は、スピンチャック４に保持された基板Ｗの下方で移動可能な加熱気体吹付ノズル４７をさらに含む。加熱気体吹付ノズル４７は、ライン状に配列された複数のノズル穴、もしくはスリット状のノズル穴を備え、当該ノズル穴から、チャックピン７およびスピンベース８に保持された基板Ｗの下面に、加熱流体としての加熱気体を、記基板Ｗの下面の全幅、例えば、円形の基板Ｗの場合は、当該基板Ｗの直径に亘る、薄層状（エアナイフ状）として吹き付ける加熱流体吹付ユニットの一例である
加熱気体吹付ノズル４７は、第４のノズル移動機構４８によって、水平方向（回転軸線Ａ１に垂直な方向）に移動される。加熱気体吹付ノズル４７は、水平方向への移動によって、基板Ｗの下面の一端部と他端部との間で移動させることができる。例えば、円形の基板Ｗの場合は、前述した基板Ｗの上面の一端部に対応する、基板Ｗの下面の周縁上に設定された一端部から、回転中心を挟んで反対側の周縁上に設定された他端部までの間で移動させることができる。
第４のノズル移動機構４８は、加熱気体吹付ノズル４７からの加熱気体の吹き付け位置を移動させるための下面移動ユニットの一例である。第４のノズル移動機構４８は、例えば、鉛直方向に沿う回動軸に結合されて水平に延びるノズルアームと、ノズルアームを駆動するアーム駆動機構とを含む。加熱気体吹付ノズル４７はノズルアームに固定される。
アーム駆動機構は、基板Ｗの回転方向に交差する方向（例えば、基板Ｗの径方向）にノズルアームを進退させることによって、ノズルアームを水平移動させる。ノズルアームの水平移動に応じて、加熱気体吹付ノズル４７が水平方向に移動する。
また、ノズルアームは、加熱気体吹付ノズル４７のライン状もしくはスリット状のノズル穴の配列を、基板Ｗの下面と平行で、かつ気体吹付ノズル４３のライン状もしくはスリット状のノズル穴の配列と平行に配列した状態に維持しながら、加熱気体吹付ノズル４７を水平方向へ移動させるためのリンク機構をさらに含む。
このリンク機構の機能により、加熱気体吹付ノズル４７から基板Ｗの下面に吹き付けられる加熱気体の薄層（エアナイフ）を、気体吹付ノズル４３から基板Ｗの上面に吹き付けられる気体の薄層（エアナイフ）と平行に維持しながら、基板Ｗの下面の一端部から他端部方向へ移動させることができる。
実施形態では、アーム駆動機構はスピンチャック４の下方に設置される。回動軸は回転軸９を挿通しており、ノズルアーム、リンク機構、および加熱気体吹付ノズル４７はスピンベース８の上方で、かつ、チャックピン７およびスピンベース８によって保持された基板Ｗの下方に設置される。また、第４のノズル移動機構４８は、加熱気体吹付ノズル４７を水平移動させる構成に加えて、加熱気体吹付ノズル４７を鉛直方向に移動させる機構をさらに備えていてもよい。
加熱気体吹付ノズル４７には、回転軸９を挿通して加熱気体供給管４９が接続されている。加熱気体供給管４９には、その流路を開閉する加熱気体バルブ５０が介装されている。
図１０は、基板処理装置１の主要部の電気的構成を説明するブロック図である。
基板処理装置１は、制御装置３を含む。制御装置３は、マイクロコンピュータを備え、所定の制御プログラムに従って基板処理装置１に備えられた制御対象を制御する。より具体的には、制御装置３は、プロセッサ（ＣＰＵ）３Ａと、制御プログラムが格納されたメモリ３Ｂとを含み、プロセッサ３Ａが制御プログラムを実行することによって、基板処理のための様々な制御を実行するように構成されている。特に、制御装置３は、スピンモータ１０、第１のノズル移動機構１１、第２のノズル移動機構１４、第３のノズル移動機構４４、第４のノズル移動機構４８、バルブ類１３，１６，２３，４６，５０を制御するようにプログラムされている。
次に、処理ユニット２による乾燥処理工程について詳細に説明する。
図１１は、処理ユニット２による乾燥処理の一例を説明するための流れ図である。図１２Ａ〜図１２Ｄは、乾燥処理の一例の様子を説明するための図解的な断面図である。
乾燥処理工程では、まず、制御装置３は、処理液バルブ１６を閉じて処理液供給ノズル６からの処理液の供給を停止させる。そして、制御装置３は、処理液供給ノズル６を退避位置へ移動させる。
そして、制御装置３は、スピンモータ１０を制御してスピンベース８を所定の冷却液供給速度で回転させる。冷却液供給速度は、例えば、１０ｒｐｍ〜２０ｒｐｍである。そして、制御装置３は、冷却液バルブ２３を開き、冷却液供給ノズル２１に冷却液（例えば冷水）の供給を開始させる（ステップＴ１）。図１２Ａに示すように、冷却液２９は、回転状態の基板Ｗの下面の回転中心位置に向けて吐出口２１ａから吐出される。吐出された冷却液２９は、遠心力の働きによって基板Ｗの下面の略全面に行き渡る。そして、基板Ｗの下面に冷却液２９を供給し続けることで、基板Ｗおよび基板Ｗの上面の液膜３０が、低表面張力液の沸点未満の温度に冷却される（冷却工程）。
一定時間の冷却工程の後、制御装置３は、冷却液バルブ２３を閉じることによって、冷却液供給ノズル２１からの冷却液の供給を停止させる（ステップＴ２）。
そして、制御装置３は、スピンモータ１０を制御してスピンベース８の回転を停止させる（ステップＴ３）。
そして、図１２Ｂ〜図１２Ｄに示すように、基板Ｗの上面の一端部に低表面張力液の蒸気を含む気体を薄層状に吹き付けることによって、基板Ｗの上面の一端部を含む領域に液膜除去領域３１を形成する液膜除去領域形成工程と、形成した液膜除去領域３１を基板Ｗの他端部方向に拡大させる液膜除去領域拡大工程とが実行される。
また、液間除去領域形成工程および液膜除去領域拡大工程と並行して、基板Ｗの下面の一端部に、加熱気体を、基板Ｗの上面に吹き付けられる薄層状の気体と平行な薄層状に吹き付けることによって、基板Ｗの上面の液膜除去領域３１を低表面張力液の沸点以上の温度に加熱する加熱工程と、液膜除去領域３１の拡大による液膜境界３２の移動に同期させて、加熱気体の吹き付け位置を移動させる吹き付け位置移動工程とが実行される。
詳しくは、制御装置３は、第３のノズル移動機構４４を制御して気体吹付ノズル４３を基板Ｗの上方の気体供給開始位置に配置する（ステップＴ４）。気体供給開始位置は、例えば、気体吹付ノズル４３から吐出される低表面張力液の蒸気を含む気体が基板Ｗの上面の一端部に到達する位置である。
また、制御装置３は、第４のノズル移動機構４８を制御して加熱気体吹付ノズル４７を基板Ｗの下方の加熱気体吹き付け開始位置に配置する（ステップＴ５）。加熱気体吹き付け開始位置は、例えば、加熱気体吹付ノズル４７から吐出される加熱気体が、上記基板Ｗの上面の一端部に対応する、基板Ｗの下面の一端部に到達する位置である。
そして、制御装置３は、気体バルブ４６を開くことによって、基板Ｗの上面の一端部に向けて、気体吹付ノズル４３から低表面張力液の蒸気を含む薄層状の気体の吹き付けを開始する（ステップＴ６）。気体吹付ノズル４３から液膜３０に向けて薄層状の気体を吹き付けると、液膜３０を形成する処理液が、気体の吹き付けによって基板Ｗの上面の一端部から他端部方向へ押しやられ、基板Ｗの上面の一端部を含む領域に、図１２Ｂに示すように、液膜除去領域３１が形成される（液膜除去領域形成工程）。
また、制御装置３は、加熱気体バルブ５０を開くことによって、基板Ｗの下面の一端部に向けて、加熱気体吹付ノズル４７から、低表面張力液の沸点以上の温度に加熱された薄層状の加熱気体の吹き付けを開始する（ステップＴ７）。加熱気体は、前述したように、基板Ｗの上面に吹き付けられる薄層状の気体と平行な薄層状に吹き付けられる。加熱気体吹付ノズル４７から薄層状の加熱気体が吹き付けられると、基板Ｗの下面の一端部を含む範囲の冷却液２９が選択的に排除されるとともに、冷却液２９が排除された範囲３３が、加熱気体によって加熱される。冷却液２９は、先述したように、液膜３０のうち、縁部を除くバルク部に対応する部分に残される。そのため、範囲３３は、基板Ｗの上面の液膜除去領域３１と、液膜３０の縁部とを包含する範囲とされ、範囲３３に包含される基板Ｗの上面の液膜除去領域３１の全面が、選択的に、低表面張力液の沸点以上の温度に加熱される（加熱工程）。
次いで、制御装置３は、気体供給ノズル４３からの低表面張力液の蒸気を含む気体の吹き付けを継続しながら、第３のノズル移動機構４４を制御して気体供給ノズル４３を気体供給開始位置（一端部）から基板Ｗの他端部方向に所定の速度で移動させる（ステップＴ８）。気体供給ノズル４３を移動させると、気体供給ノズル４３から基板Ｗの上面に薄層状の気体を吹き付ける位置が一端部から他端部方向に移動し、この移動に伴って、液膜除去領域３１を囲む液膜３０の液膜境界３２を形成する処理液がさらに他端部方向へ押し出される。そのため、液膜除去領域３１が一端部から他端部方向へ拡大される（液膜除去領域拡大工程）。
また、制御装置３は、加熱気体吹付ノズル４７からの加熱気体の吹き付けを継続しながら、第４のノズル移動機構４８を制御して加熱気体吹付ノズル４７を加熱気体吹き付け開始位置（一端部）から基板Ｗの他端部方向に所定の速度で、液膜除去領域３１の拡大に伴う液膜境界３２の移動に同期させて移動させる（ステップＴ９）。加熱気体吹付ノズル４７を液膜境界３２の移動に同期させて他端部方向へ移動させると、加熱気体吹付ノズル４７から基板の下面に薄層状の加熱気体を吹き付ける位置が一端部から他端部方向に移動し、この移動に伴って、基板Ｗの下面の、冷却液２９が排除されて、加熱気体によって加熱される範囲３３を、液膜除去領域３１の拡大に同期させて拡大させることができる（加熱範囲拡大工程）。
制御装置３は、気体供給ノズル４３が気体供給終了位置（他端部）まで到達した時点で、第３のノズル移動機構４４を制御して気体供給ノズル４３の移動を停止させ（ステップＴ１０）、そして、気体バルブ４６を閉じることによって、気体供給ノズル４３からの低表面張力液の蒸気を含む気体の吹き付けを停止する（ステップＴ１１）。気体供給ノズル４３が他端部に達することにより液膜境界３２が基板Ｗの上面の他端部まで移動して、図１２Ｄに示すように、液膜除去領域３１が基板Ｗの上面の全域に広がった状態となる。
また、制御装置３は、加熱気体吹付ノズル４７が加熱気体吹付終了位置（他端部）まで到達した時点で、第４のノズル移動機構４８を制御して加熱気体吹付ノズル４７の移動を停止させ（ステップＴ１２）、そして、加熱気体バルブ５０を閉じることによって、加熱気体吹付ノズル４７からの加熱気体の吹き付けを停止する（ステップＴ１３）。加熱気体吹付ノズル４７が他端部に達することにより、基板Ｗの下面の全面で冷却液が排除されて乾燥処理が終了し、処理ユニット２による基板処理が終了する。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、他の形態で実施することもできる。
また、第１の実施形態では、気体供給ノズル１７を径方向外方へ移動させることで、低表面張力液の蒸気を含む気体の、基板Ｗの上面への吹き付け位置を移動させて、液膜３０の液膜境界３２を同方向に移動させていたが、例えば、スリット状、ライン状のノズルから順に径方向外方へ気体を吹き付けて、液膜３０の液膜境界３２を径方向外方へ移動させてもよい。
同様に、第１の実施形態では、加熱気体吹付ノズル２４を径方向外方へ移動させることで、加熱気体の、基板Ｗの上面への吹き付け位置を移動させて、加熱範囲を拡大させていたが、例えば、ライン状に配列された複数のノズル穴から順に径方向外方へ加熱気体を吹き付けて、加熱範囲を径方向外方へ拡大させてもよい。
具体的には、多数の吐出口を、基板Ｗの下面に近接させて、かつ基板Ｗの径方向に沿うように配置する。基板Ｗの下面中心部に対向する吐出口から加熱気体を吐出することにより、基板Ｗの下面中心部を加熱する。そして、加熱気体を吐出する吐出口を径方向に順に増やすことにより、加熱範囲を径方向が違法へ拡大させることができる。
また、変形例では、例えば、ライン状に配列された複数のノズル穴から順に冷却流体、および加熱流体を径方向外方へ吹き付けて、液膜３０のバルク部分を冷却流体によって冷却しながら、加熱範囲を径方向外方へ拡大させてもよい。
さらには、基板Ｗの下面を液密構造とし、まず冷却流体を充填して基板Ｗの略全面を低表面張力液の沸点未満の温度に冷却し、次いで、例えば、基板Ｗの下面の周縁から冷却流体を排出させながら、基板Ｗの回転中心から、基板Ｗの下面に加熱流体を注入することによって、加熱範囲を径方向外方へ拡大させてもよい。
また、以上の両実施形態、および変形例では、基板処理装置１が、円板状の基板を処理する装置である場合について説明したが、基板処理装置１は、多角形の基板を処理する装置であってもよい。
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。
１ 基板処理装置
２ 処理ユニット
３ 制御装置
４ スピンチャック（基板保持ユニット）
５ 薬液供給ノズル（処理液供給ユニット）
６ 処理液供給ノズル（処理液供給ユニット）
８ スピンベース（基板保持ユニット）
１０ スピンモータ（基板回転ユニット）
１７ 気体供給ノズル（気体供給ユニット）
２１ 冷却液供給ノズル（冷却流体供給ユニット）
２４ 加熱気体吹付ノズル（加熱流体吹付ユニット）
２５ ノズル移動機構（移動ユニット）
２９ 冷却液
３０ 液膜
３０ａ 縁部
３１ 液膜除去領域
３２ 液膜境界
３３ 範囲
３４ 冷却加熱ブロック
３５ 冷却流体吹付ノズル（冷却ユニット）
３６ 加熱流体吹付ノズル（加熱ユニット）
４３ 気体吹付ノズル（気体供給ユニット）
４４ ノズル移動機構（上面移動ユニット）
４７ 加熱気体吹付ノズル（加熱流体吹付ユニット）
４８ ノズル移動機構（下面移動ユニット）
Ａ１ 回転軸線
Ｗ 基板

Claims (8)

  1. 基板を水平に保持する基板保持工程と、
    前記基板の上面に処理液を供給して、当該基板の上面を覆う処理液の液膜を形成する液膜形成工程と、
    前記基板の上面に、前記液膜の一部から前記処理液が除去された液膜除去領域を形成する液膜除去領域形成工程と、
    形成した前記液膜除去領域を拡大させる液膜除去領域拡大工程と、
    前記液膜除去領域拡大工程に並行して、前記液膜除去領域と隣接する前記液膜の縁部に、前記基板の上面側から、前記処理液よりも表面張力の低い低表面張力液の蒸気を含む気体を供給する蒸気供給工程と、
    前記基板の下面の略全面に冷却流体を供給して、前記液膜を、前記低表面張力液の沸点未満の温度に冷却する冷却工程と、前記基板の下面の、前記液膜除去領域に対応する位置に、加熱流体を吹き付けて、前記液膜除去領域を、前記低表面張力液の沸点以上の温度に加熱する加熱工程とを含み、前記液膜除去領域拡大工程に並行して、前記基板の下面側から、前記基板上の前記液膜のうち前記縁部を除く部分を、前記低表面張力液の沸点未満の温度に冷却しながら、前記液膜除去領域を、前記低表面張力液の沸点以上の温度に加熱する冷却加熱工程と、
    前記基板の下面側から前記液膜除去領域を加熱する範囲を、前記液膜除去領域の拡大に同期させて拡大させる加熱範囲拡大工程とを含む、基板処理方法。
  2. 前記液膜除去領域形成工程、前記液膜除去領域拡大工程、前記蒸気供給工程、前記冷却加熱工程、および前記加熱範囲拡大工程に並行して、前記基板を、鉛直な所定の回転軸線まわりに回転させる基板回転工程をさらに含み、
    前記液膜除去領域形成工程ないし前記液膜除去領域拡大工程では、前記基板回転工程を実行して前記基板を回転させながら、前記気体を、前記基板の上面の回転中心付近に吹き付けることによって、当該基板の上面の、前記回転中心を含む領域に、前記液膜除去領域を略円形に形成するとともに、前記気体を吹き付ける位置を、前記回転中心から径方向外方に移動させることによって、前記液膜除去領域を拡大させ、
    前記冷却加熱工程ないし前記加熱範囲拡大工程では、前記基板回転工程を実行して前記基板を回転させながら、当該基板の下面の、前記液膜除去領域に対応する、前記回転中心を含む範囲を、前記低表面張力液の沸点以上の温度に加熱するとともに、当該加熱の範囲を、前記気体の吹き付け位置の移動による液膜除去領域の拡大に同期させて、前記回転中心から径方向外方に移動させて拡大させる、請求項１に記載の基板処理方法。
  3. 前記加熱範囲拡大工程は、前記基板の下面の、前記加熱流体の吹き付け位置を、前記液膜除去領域の拡大による、前記液膜と前記液膜除去領域との境界の移動に同期させて移動させる吹き付け位置移動工程を含む、請求項１または２に記載の基板処理方法。
  4. 前記液膜除去領域形成工程ないし前記液膜除去領域拡大工程では、前記気体を、前記基板の上面の全幅に亘る薄層状として、前記基板の上面の一端部に吹き付けることによって、当該基板の上面の、前記一端部付近に、前記液膜除去領域を形成するとともに、前記気体を吹き付ける位置を、前記一端部から、前記基板の他端部方向へ移動させることによって、前記液膜除去領域を拡大させ、
    前記冷却加熱工程は、
    前記基板の下面の略全面に冷却流体を供給して、前記液膜を、前記低表面張力液の沸点未満の温度に冷却する冷却工程と、
    加熱流体を、前記薄層状の気体と平行な、前記基板の下面の全幅に亘る薄層状として、前記基板の下面の、前記液膜除去領域に対応する位置に吹き付けて、前記液膜除去領域を、前記低表面張力液の沸点以上の温度に加熱する加熱工程とを含み、
    前記加熱範囲拡大工程は、前記基板の下面の、前記加熱流体の吹き付け位置を、前記液膜除去領域の拡大による、前記液膜と前記液膜除去領域との境界の移動に同期させて移動させる吹き付け位置移動工程を含む、請求項１に記載の基板処理方法。
  5. 前記処理液は、水を含み、前記低表面張力液は、水よりも表面張力の低い有機溶剤を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  6. 基板を水平に保持する基板保持ユニットと、
    前記基板保持ユニットで水平に保持した基板を、当該基板の中央部を通る鉛直な回転軸線まわりに回転させる基板回転ユニットと、
    処理液を、前記基板の上面に供給するための処理液供給ユニットと、
    前記基板に、前記基板の上面側から、前記処理液よりも表面張力の低い低表面張力液の蒸気を含む気体を供給するための気体供給ユニットと、
    前記基板の下面に冷却流体を供給するための冷却流体供給ユニットを含み、前記冷却流体供給ユニットから冷却流体を供給することで、前記基板の下面側から、前記基板を、前記低表面張力液の沸点未満の温度に冷却するための冷却ユニットと、
    前記基板の下面に加熱流体を吹き付けるための加熱流体吹付ユニットを含み、前記加熱流体吹付ユニットから加熱流体を吹き付けることで、前記基板の下面側から、前記基板を、前記低表面張力液の沸点以上の温度に加熱するための加熱ユニットと、
    前記基板保持ユニット、前記基板回転ユニット、前記処理液供給ユニット、前記気体供給ユニット、前記冷却ユニット、および前記加熱ユニットを制御する制御装置とを含み、
    前記制御装置は、前記基板を水平に保持する基板保持工程と、前記基板の上面に前記処理液を供給して液膜を形成する液膜形成工程と、前記基板の上面の回転中心付近に、前記液膜の一部から前記処理液が除去された液膜除去領域を形成する液膜除去領域形成工程と、前記液膜除去領域を、前記回転中心から径方向外方に拡大させる液膜除去領域拡大工程と、前記液膜除去領域拡大工程に並行して、前記液膜除去領域と隣接する前記液膜の内周側の縁部に、前記基板の上面側から、前記低表面張力液の蒸気を含む気体を供給する蒸気供給工程と、前記基板の下面の略全面に冷却流体を供給して、前記液膜を、前記低表面張力液の沸点未満の温度に冷却する冷却工程と、前記基板の下面の、前記液膜除去領域に対応する位置に、加熱流体を吹き付けて、前記液膜除去領域を、前記低表面張力液の沸点以上の温度に加熱する加熱工程とを含み、前記液膜除去領域拡大工程に並行して、前記基板の下面側から、前記基板上の前記液膜のうち前記縁部を除く部分を、前記低表面張力液の沸点未満の温度に冷却しながら、前記液膜除去領域を、前記低表面張力液の沸点以上の温度に加熱する冷却加熱工程と、前記基板の下面側から前記液膜除去領域を加熱する範囲を、前記液膜除去領域の拡大に同期させて拡大させる加熱範囲拡大工程と、前記液膜除去領域形成工程、前記液膜除去領域拡大工程、前記蒸気供給工程、前記冷却加熱工程、および前記加熱範囲拡大工程に並行して、前記基板を、前記回転軸線まわりに回転させる基板回転工程とを実行する、基板処理装置。
  7. 前記基板の下面の、前記加熱流体吹付ユニットからの前記加熱流体の吹き付け位置を移動させるための移動ユニットをさらに含み、
    前記制御装置は、前記基板の下面の、前記加熱流体の吹き付け位置を、前記液膜除去領域の拡大による、前記液膜と前記液膜除去領域との境界の移動に同期させて移動させる吹き付け位置移動工程を、前記加熱範囲拡大工程として実行する、請求項６に記載の基板処理装置。
  8. 基板を水平に保持する基板保持ユニットと、
    処理液を、前記基板の上面に供給するための処理液供給ユニットと、
    前記基板の上面に、前記処理液よりも表面張力の低い低表面張力液の蒸気を含む気体を、前記基板の上面の全幅に亘る薄層状として吹き付けるための気体供給ユニットと、
    前記基板の上面の、前記気体供給ユニットからの前記気体の吹き付け位置を移動させるための上面移動ユニットと、
    前記基板の下面に冷却流体を供給するための冷却流体供給ユニットと、
    前記基板の下面に、加熱流体を、前記基板の下面の全幅に亘る薄層状として吹き付けるための加熱流体吹付ユニットと、
    前記基板の下面の、前記加熱流体吹付ユニットからの前記加熱流体の吹き付け位置を移動させるための下面移動ユニットと、
    前記基板保持ユニット、前記処理液供給ユニット、前記気体供給ユニット、前記上面移動ユニット、前記冷却流体供給ユニット、前記加熱流体吹付ユニット、および前記下面移動ユニットを制御する制御装置とを含み、
    前記制御装置は、前記基板を水平に保持する基板保持工程と、前記基板の上面に前記処理液を供給して液膜を形成する液膜形成工程と、前記気体を、前記基板の上面の全幅に亘る薄層状として、前記基板の上面の一端部に吹き付けることによって、当該基板の上面の、前記一端部付近に、前記液膜の一部から前記処理液が除去された液膜除去領域を形成する液膜除去領域形成工程と、前記気体の吹き付け位置を、前記一端部から、前記基板の他端部方向へ移動させることによって、前記液膜除去領域を拡大させる液膜除去領域拡大工程と、前記基板の下面の略全面に冷却流体を供給して、前記液膜を、前記低表面張力液の沸点未満の温度に冷却する冷却工程と、前記加熱流体を、前記薄層状の気体と平行な、前記基板の下面の全幅に亘る薄層状として、前記基板の下面の、前記液膜除去領域に対応する位置に吹き付けて、前記液膜除去領域を、前記低表面張力液の沸点以上の温度に加熱する加熱工程と、前記基板の下面の、前記加熱流体の吹き付け位置を、前記液膜除去領域の拡大による、前記液膜と前記液膜除去領域との境界の移動に同期させて移動させる吹き付け位置移動工程とを実行する、基板処理装置。
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