KR102500591B1 - Substrate processing device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판의 표면에 형성된 요철부의 파손을 억제할 수 있고, 오염물의 제거율을 구할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
실시형태에 따른 기판 처리 장치는, 기판을 회전 가능한 배치대와, 상기 배치대와 상기 기판 사이의 공간에 냉각 가스를 공급 가능한 냉각부와, 상기 기판의 상기 배치대측과는 반대의 면에 액체를 공급 가능한 액체 공급부와, 상기 기판의 상기 면의 위에 있는 상기 액체의 상태를 검출 가능한 검출부와, 상기 기판의 회전수, 상기 냉각 가스의 유량 및 상기 액체의 공급량 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 구비하고 있다. 상기 제어부는, 상기 기판의 상기 면의 위에 있는 상기 액체가 과냉각 상태가 되도록 하고, 상기 검출부로부터의 데이터에 기초하여 상기 과냉각 상태의 액체의 동결 개시 시의 온도를 구하고, 미리 구해진 상기 동결 개시 시의 온도와 오염물의 제거율의 관계와, 상기 구해진 동결 개시 시의 온도로부터 상기 오염물의 제거율을 연산 가능하다. An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of suppressing damage to uneven portions formed on the surface of a substrate and obtaining a removal rate of contaminants.
A substrate processing apparatus according to an embodiment includes: a placement table capable of rotating a substrate; a cooling part capable of supplying a cooling gas to a space between the placement table and the substrate; and applying a liquid to a surface of the substrate opposite to the placement table side. a liquid supply unit capable of supplying, a detection unit capable of detecting a state of the liquid on the surface of the substrate, and a control unit controlling at least one of a rotation speed of the substrate, a flow rate of the cooling gas, and a supply amount of the liquid; there is. The control unit causes the liquid on the surface of the substrate to be in a supercooled state, and based on the data from the detection unit, obtains a temperature at the start of freezing of the liquid in the supercooled state, and obtains the previously obtained temperature at the start of freezing. The contaminant removal rate can be calculated from the relationship between the temperature and the contaminant removal rate and the obtained temperature at the start of freezing.

Figure R1020210016132
Figure R1020210016132

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING DEVICE}Substrate processing device {SUBSTRATE PROCESSING DEVICE}

본 발명의 실시형태는 기판 처리 장치에 관한 것이다. An embodiment of the present invention relates to a substrate processing apparatus.

임프린트용 템플릿, 포토리소그래피용 마스크, 반도체 웨이퍼 등의 기판의 표면에 부착된 파티클 등의 오염물을 제거하는 방법으로서, 동결 세정법이 제안되어 있다. As a method for removing contaminants such as particles adhering to the surface of a substrate such as a template for imprint, a mask for photolithography, or a semiconductor wafer, a freeze cleaning method has been proposed.

동결 세정법에서는, 예컨대, 세정에 이용하는 액체로서 순수(純水)를 이용하는 경우, 우선, 회전시킨 기판의 표면에 순수와 냉각 가스를 공급한다. 다음으로, 순수의 공급을 멈추고, 공급한 순수의 일부를 배출하여 기판의 표면에 수막을 형성한다. 수막은, 기판에 공급된 냉각 가스에 의해 동결된다. 수막이 동결되어 얼음막이 형성될 때에, 파티클 등의 오염물이 얼음막에 흡수됨으로써 기판의 표면으로부터 분리된다. 다음으로, 얼음막에 순수를 공급하여 얼음막을 용융하여, 순수와 함께 오염물을 기판의 표면으로부터 제거한다. In the freeze cleaning method, when pure water is used as a liquid used for cleaning, for example, pure water and a cooling gas are first supplied to the surface of a rotated substrate. Next, the supply of pure water is stopped, and a part of the supplied pure water is discharged to form a water film on the surface of the substrate. The water film is frozen by the cooling gas supplied to the substrate. When the water film freezes to form an ice film, contaminants such as particles are absorbed by the ice film and separated from the surface of the substrate. Next, pure water is supplied to the ice film to melt the ice film, and contaminants are removed from the surface of the substrate together with the pure water.

그러나, 얼음막의 체적 변화에 의해 얼음막과 기판의 사이에서 응력이 발생하면, 기판의 표면에 손상을 줄 우려가 있다. 특히 기판의 표면에 미세한 요철부가 형성되어 있는 경우, 미세한 요철부가 파손될 우려가 있다. However, if stress is generated between the ice film and the substrate due to the volume change of the ice film, there is a risk of damaging the surface of the substrate. In particular, when fine concavo-convex portions are formed on the surface of the substrate, there is a risk that the fine concavo-convex portions are damaged.

따라서, 기판의 표면에 형성된 요철부의 파손을 억제할 수 있고, 오염물의 제거율을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치의 개발이 요구되었다. Accordingly, there has been a demand for development of a substrate processing apparatus capable of suppressing damage to concavo-convex portions formed on the surface of a substrate and improving the removal rate of contaminants.

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2018-026436호 공보Patent Document 1: Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-026436

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 기판의 표면에 형성된 요철부의 파손을 억제할 수 있고, 오염물의 제거율을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것이다. An object to be solved by the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of suppressing damage to uneven portions formed on the surface of a substrate and improving the removal rate of contaminants.

실시형태에 관한 기판 처리 장치는, 기판을 회전 가능한 배치대와, 상기 배치대와 상기 기판 사이의 공간에 냉각 가스를 공급 가능한 냉각부와, 상기 기판의 상기 배치대측과는 반대의 면에 액체를 공급 가능한 액체 공급부와, 상기 기판의 상기 면의 위에 있는 상기 액체의 상태를 검출 가능한 검출부와, 상기 기판의 회전수, 상기 냉각 가스의 유량 및 상기 액체의 공급량 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 구비하고 있다. 상기 제어부는, 상기 기판의 상기 면의 위에 있는 상기 액체가 과냉각 상태가 되도록 하고, 상기 검출부로부터의 데이터에 기초하여 상기 과냉각 상태의 액체의 동결 개시 시의 온도를 구하고, 미리 구해진 상기 동결 개시 시의 온도와 오염물의 제거율의 관계와, 상기 구해진 동결 개시 시의 온도로부터 상기 오염물의 제거율을 연산 가능하다. A substrate processing apparatus according to an embodiment includes: a placement table capable of rotating a substrate; a cooling part capable of supplying a cooling gas to a space between the placement table and the substrate; and applying a liquid to a surface of the substrate opposite to the placement table side. a liquid supply unit capable of supplying, a detection unit capable of detecting a state of the liquid on the surface of the substrate, and a control unit controlling at least one of a rotation speed of the substrate, a flow rate of the cooling gas, and a supply amount of the liquid; there is. The control unit causes the liquid on the surface of the substrate to be in a supercooled state, and based on the data from the detection unit, obtains a temperature at the start of freezing of the liquid in the supercooled state, and obtains the previously obtained temperature at the start of freezing. The contaminant removal rate can be calculated from the relationship between the temperature and the contaminant removal rate and the obtained temperature at the start of freezing.

본 발명의 실시형태에 의하면, 기판의 표면에 형성된 요철부의 파손을 억제할 수 있고, 오염물의 제거율을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치가 제공된다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a substrate processing apparatus capable of suppressing damage to uneven portions formed on the surface of a substrate and improving the removal rate of contaminants.

도 1은 본 실시형태에 따른 기판 처리 장치를 예시하기 위한 모식도.
도 2는 본 실시형태에 따른 기판 처리 장치의 제어부를 예시하기 위한 모식도.
도 3은 기판 처리 장치의 작용을 예시하기 위한 타이밍차트.
도 4는 동결 세정 공정에서의 기판에 공급된 액체의 온도 변화를 예시하기 위한 그래프.
도 5는 액체의 물의 온도와 밀도의 관계 및 고체의 물의 온도와 밀도의 관계를 예시하기 위한 그래프.
도 6은 물의 과냉각 상태로부터의 동결 개시 시의 온도와 팽창률의 관계를 예시하기 위한 그래프.
도 7은 동결 개시 시의 온도와, 액체와 고체의 비율의 관계를 예시하기 위한 그래프.
도 8은 동결 개시 시의 온도와 동결 세정 공정의 횟수의 관계를 예시하기 위한 표.
도 9는 동결 세정 공정의 플로우차트.
도 10은 동결 세정 공정을 반복하여 행하는 경우의 냉각 공정 및 해동 공정의 플로우차트.
도 11은 동결 세정 공정을 반복하여 행하는 경우의 냉각 공정 및 해동 공정의 플로우차트.
도 12는 동결 세정 공정을 반복하여 행하는 경우의 냉각 공정 및 해동 공정의 플로우차트.
도 13은 동결 개시 시의 온도와, 동결 공정에서의 액체와 고체를 포함한 막의 팽창률의 관계를 예시하기 위한 그래프.
도 14는 동결 세정 공정의 반복과 오염물의 제거율을 예시하기 위한 그래프.
도 15는 다른 실시형태에 따른 기판 처리 장치를 예시하기 위한 모식도. 1 is a schematic diagram for illustrating a substrate processing apparatus according to this embodiment.
2 is a schematic diagram for illustrating a control unit of the substrate processing apparatus according to the present embodiment.
3 is a timing chart for illustrating the operation of the substrate processing apparatus.
Figure 4 is a graph for illustrating the temperature change of the liquid supplied to the substrate in the freeze cleaning process.
5 is a graph for illustrating the relationship between the temperature and density of liquid water and the relationship between temperature and density of solid water.
6 is a graph for illustrating the relationship between the temperature and expansion rate at the start of freezing from a supercooled state of water.
Fig. 7 is a graph for illustrating the relationship between the temperature at the start of freezing and the ratio of liquid to solid.
8 is a table for illustrating the relationship between the temperature at the start of freezing and the number of freeze cleaning processes.
9 is a flow chart of a freeze cleaning process.
Fig. 10 is a flowchart of a cooling step and a thawing step in the case of repeating the freeze-cleaning step.
Fig. 11 is a flowchart of a cooling step and a thawing step in the case of repeating the freeze-cleaning step.
Fig. 12 is a flowchart of a cooling step and a thawing step in the case of repeating the freeze-cleaning step.
13 is a graph for illustrating the relationship between the temperature at the start of freezing and the expansion rate of a film containing liquid and solid in a freezing process.
14 is a graph for illustrating the repetition of the freeze-cleaning process and the removal rate of contaminants.
15 is a schematic diagram for illustrating a substrate processing apparatus according to another embodiment.

이하, 도면을 참조하면서 실시형태에 관해 예시한다. 각 도면 중, 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 적절하게 생략한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment is illustrated, referring drawings. In each drawing, the same code|symbol is given to the same component, and detailed description is abbreviate|omitted suitably.

이하에 예시하는 기판(100)은, 예컨대, 반도체 웨이퍼, 임프린트용 템플릿, 포토리소그래피용 마스크, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)에 이용되는 판형체 등으로 할 수 있다. 다만, 기판(100)의 용도는 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 기판(100)에는 표면에 요철부가 형성되어 있는 것도 있다. The substrate 100 exemplified below can be, for example, a semiconductor wafer, an imprint template, a photolithography mask, a plate-shaped body used for MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), and the like. However, the use of the substrate 100 is not limited thereto. In addition, some substrates 100 have concavo-convex portions formed on their surfaces.

또한, 이하에서는, 일례로서, 기판(100)이 포토리소그래피용 마스크인 경우를 설명한다. 기판(100)이 포토리소그래피용 마스크인 경우에는, 기판(100)의 평면형상은 대략 사각형으로 할 수 있다. 기판(100)의 표면에는 마스크의 패턴인 요철부가 형성되어 있다. In the following, as an example, a case where the substrate 100 is a mask for photolithography will be described. In the case where the substrate 100 is a mask for photolithography, the planar shape of the substrate 100 can be substantially rectangular. On the surface of the substrate 100, concavo-convex portions serving as a mask pattern are formed.

도 1은, 본 실시형태에 따른 기판 처리 장치(1)를 예시하기 위한 모식도이다. 1 is a schematic diagram for illustrating a substrate processing apparatus 1 according to the present embodiment.

도 2는, 본 실시형태에 따른 기판 처리 장치의 제어부(9)를 예시하기 위한 모식도이다. 2 is a schematic diagram for illustrating the control unit 9 of the substrate processing apparatus according to the present embodiment.

도 1에 도시하는 바와 같이, 기판 처리 장치(1)에는, 배치부(2), 냉각부(3), 제1 액체 공급부(4), 제2 액체 공급부(5), 케이스(6), 송풍부(7), 검출부(8), 제어부(9) 및 배기부(11)가 설치되어 있다. 또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 제어부(9)에는, 기구 제어부(9a), 설정부(9b), 기억부(9c)(기억 소자), 제거율 산출부(9d)(처리 횟수 산출부)가 설치되어 있다. As shown in FIG. 1 , the substrate processing apparatus 1 includes a placement unit 2, a cooling unit 3, a first liquid supply unit 4, a second liquid supply unit 5, a case 6, and a cooling unit. A richer 7, a detection unit 8, a control unit 9 and an exhaust unit 11 are provided. Further, as shown in FIG. 2 , the control unit 9 includes a mechanism control unit 9a, a setting unit 9b, a storage unit 9c (memory element), a removal rate calculation unit 9d (process count calculation unit) is installed.

배치부(2)는, 배치대(2a), 회전축(2b) 및 구동부(2c)를 갖는다. The placement unit 2 has a placement table 2a, a rotating shaft 2b, and a drive unit 2c.

배치대(2a)는 케이스(6)의 내부에 회전 가능하게 설치되어 있다. 배치대(2a)는 판형을 띤다. 배치대(2a)의 한쪽 주면(主面)에는 기판(100)을 지지하는 복수의 지지부(2a1)가 설치되어 있다. 기판(100)을 복수의 지지부(2a1)에 지지시킬 때에는, 기판(100)의 표면(100b)(요철부가 형성된 측면)이 배치대(2a)측과는 반대쪽을 향하도록 한다. Placement base 2a is rotatably installed inside case 6 . The placement table 2a has a plate shape. A plurality of support portions 2a1 for supporting the substrate 100 are provided on one main surface of the mounting table 2a. When the substrate 100 is supported on the plurality of support portions 2a1, the surface 100b of the substrate 100 (the side surface on which the concavo-convex portions are formed) faces the opposite side to the side of the mounting table 2a.

복수의 지지부(2a1)에는 기판(100)의 이면(100a)의 가장자리(엣지)가 접촉한다. 지지부(2a1)의, 기판(100)의 이면(100a)의 가장자리와 접촉하는 부분은 테이퍼면 또는 경사면으로 할 수 있다. 지지부(2a1)의, 기판(100)의 이면(100a)의 가장자리와 접촉하는 부분이 테이퍼면으로 되어 있으면, 지지부(2a1)와, 기판(100)의 이면(100a)의 가장자리를 점접촉시킬 수 있다. 지지부(2a1)의, 기판(100)의 이면(100a)의 가장자리와 접촉하는 부분이 경사면으로 되어 있으면, 지지부(2a1)와, 기판(100)의 이면(100a)의 가장자리를 선접촉시킬 수 있다. 지지부(2a1)와, 기판(100)의 이면(100a)의 가장자리를 점접촉 또는 선접촉시키면, 기판(100)에 오염이나 손상 등이 발생하는 것을 억제할 수 있다. An edge (edge) of the back surface 100a of the substrate 100 contacts the plurality of support portions 2a1. A portion of the support portion 2a1 that contacts the edge of the back surface 100a of the substrate 100 can be a tapered surface or an inclined surface. If the portion of the support portion 2a1 that contacts the edge of the back surface 100a of the substrate 100 is a tapered surface, the support portion 2a1 and the edge of the back surface 100a of the substrate 100 can be brought into point contact. there is. If the portion of the support portion 2a1 that contacts the edge of the back surface 100a of the substrate 100 is an inclined surface, the support portion 2a1 and the edge of the back surface 100a of the substrate 100 can be brought into line contact. . When the support portion 2a1 and the edge of the back surface 100a of the substrate 100 are in point or line contact, contamination or damage to the substrate 100 can be suppressed.

또한, 배치대(2a)의 중앙 부분에는, 배치대(2a)의 두께 방향을 관통하는 구멍(2aa)이 형성되어 있다. Further, a hole 2aa penetrating through the thickness direction of the placing table 2a is formed in the central portion of the placing table 2a.

회전축(2b)의 한쪽 단부는 배치대(2a)의 구멍(2aa)에 감합되어 있다. 회전축(2b)의 다른 쪽 단부는 케이스(6)의 외부에 설치되어 있다. 회전축(2b)은 케이스(6)의 외부에서 구동부(2c)와 접속되어 있다. One end of the rotating shaft 2b is fitted into the hole 2aa of the mounting table 2a. The other end of the rotating shaft 2b is installed outside the case 6. The rotating shaft 2b is connected to the drive unit 2c outside the case 6.

회전축(2b)은 통형을 띤다. 회전축(2b)의 배치대(2a)측의 단부에는 분출부(2b1)가 설치되어 있다. 분출부(2b1)는, 배치대(2a)의, 복수의 지지부(2a1)가 설치되는 면에 개구되어 있다. 분출부(2b1)의 개구측의 단부는 구멍(2aa)의 내벽에 접속되어 있다. 분출부(2b1)의 개구는, 배치대(2a)에 배치된 기판(100)의 이면(100a)에 대향하고 있다. The rotating shaft 2b has a tubular shape. An ejection portion 2b1 is provided at an end portion of the rotating shaft 2b on the side of the mounting table 2a. The ejection portion 2b1 is open to the surface of the mounting table 2a on which the plurality of support portions 2a1 are installed. The end of the ejection portion 2b1 on the opening side is connected to the inner wall of the hole 2aa. The opening of the ejection portion 2b1 faces the back surface 100a of the substrate 100 placed on the mounting table 2a.

분출부(2b1)는, 배치대(2a)측(개구측)이 됨에 따라서 단면적이 커지는 형상을 갖고 있다. 그 때문에, 분출부(2b1)의 내부의 구멍은, 배치대(2a)측(개구측)이 됨에 따라서 단면적이 커진다. 또, 회전축(2b)의 선단에 분출부(2b1)를 설치하는 경우를 예시했지만, 분출부(2b1)는 후술하는 냉각 노즐(3d)의 선단에 설치할 수도 있다. 또한, 배치대(2a)의 구멍(2aa)을 분출부(2b1)로 할 수도 있다. The blowing portion 2b1 has a shape in which the cross-sectional area increases as it becomes closer to the mounting table 2a side (opening side). Therefore, the cross-sectional area of the hole inside the ejection portion 2b1 increases as it becomes closer to the mounting table 2a side (opening side). In addition, although the case where the ejection part 2b1 is provided at the tip of the rotating shaft 2b is exemplified, the ejection part 2b1 can also be provided at the tip of the cooling nozzle 3d described later. Further, the hole 2aa of the mounting table 2a can be used as the ejection portion 2b1.

분출부(2b1)를 설치하면, 방출된 냉각 가스(3a1)를 기판(100)의 이면(100a)의 보다 넓은 영역에 공급할 수 있다. 또한, 냉각 가스(3a1)의 방출 속도를 저하시킬 수 있다. 그 때문에, 기판(100)이 부분적으로 냉각되거나, 기판(100)의 냉각 속도가 지나치게 빨라지거나 하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 후술하는 액체(101)의 과냉각 상태를 발생시키는 것이 용이해진다. 또한, 기판(100)의 표면(100b)의 보다 넓은 영역에서 액체(101)의 과냉각 상태를 발생시킬 수 있다. 그 때문에, 오염물의 제거율을 향상시킬 수 있다. If the ejection portion 2b1 is provided, the discharged cooling gas 3a1 can be supplied to a wider area of the back surface 100a of the substrate 100 . Also, the release rate of the cooling gas 3a1 can be reduced. Therefore, it is possible to suppress the substrate 100 from being partially cooled or the cooling rate of the substrate 100 being excessively increased. As a result, it becomes easy to generate a supercooled state of the liquid 101 described later. In addition, a supercooled state of the liquid 101 may be generated in a wider area of the surface 100b of the substrate 100 . Therefore, the removal rate of contaminants can be improved.

회전축(2b)의, 배치대(2a)측과는 반대측의 단부에는 냉각 노즐(3d)이 부착되어 있다. 회전축(2b)의, 배치대(2a)측과는 반대측의 단부와, 냉각 노즐(3d)의 사이에는, 도시하지 않은 회전축 시일이 설치되어 있다. 그 때문에, 회전축(2b)의, 배치대(2a)측과는 반대측의 단부는 기밀(氣密)되도록 밀봉되어 있다. A cooling nozzle 3d is attached to an end of the rotating shaft 2b on the side opposite to the side of the mounting table 2a. A rotary shaft seal (not shown) is provided between the end of the rotary shaft 2b on the side opposite to the side of the mounting table 2a and the cooling nozzle 3d. Therefore, the end of the rotating shaft 2b on the side opposite to the side of the mounting table 2a is sealed so as to be airtight.

구동부(2c)는 케이스(6)의 외부에 설치되어 있다. 구동부(2c)는 회전축(2b)과 접속되어 있다. 구동부(2c)는 모터 등의 회전 기기를 가질 수 있다. 구동부(2c)의 회전력은 회전축(2b)을 통해 배치대(2a)에 전달된다. 그 때문에, 구동부(2c)에 의해 배치대(2a), 나아가서는 배치대(2a)에 배치된 기판(100)을 회전시킬 수 있다. The driving unit 2c is installed outside the case 6. The driving part 2c is connected to the rotating shaft 2b. The driving unit 2c may have a rotating device such as a motor. The rotational force of the drive unit 2c is transmitted to the mounting table 2a through the rotational shaft 2b. Therefore, the mounting table 2a and thus the substrate 100 placed on the mounting table 2a can be rotated by the drive unit 2c.

또한, 구동부(2c)는, 회전의 개시와 회전의 정지뿐만 아니라, 회전수(회전 속도)를 변화시킬 수 있다. 구동부(2c)는, 예컨대, 서보 모터 등의 제어 모터를 구비한 것으로 할 수 있다. In addition, the drive unit 2c can change not only the start and stop of rotation, but also the number of revolutions (rotational speed). The drive part 2c can be equipped with a control motor, such as a servo motor, for example.

냉각부(3)는, 배치대(2a)와 기판(100)의 이면(100a) 사이의 공간에 냉각 가스(3a1)를 공급한다. 냉각부(3)는, 냉각액부(3a), 필터(3b), 유량 제어부(3c) 및 냉각 노즐(3d)을 갖는다. 냉각액부(3a), 필터(3b) 및 유량 제어부(3c)는 케이스(6)의 외부에 설치되어 있다. The cooling unit 3 supplies a cooling gas 3a1 to the space between the mounting table 2a and the back surface 100a of the substrate 100 . The cooling part 3 has a cooling liquid part 3a, a filter 3b, a flow control part 3c, and a cooling nozzle 3d. The coolant part 3a, the filter 3b, and the flow control part 3c are installed outside the case 6.

냉각액부(3a)는 냉각액의 수납 및 냉각 가스(3a1)의 생성을 행한다. 냉각액은 냉각 가스(3a1)를 액화한 것이다. 냉각 가스(3a1)는, 기판(100)의 재료와 반응하기 어려운 가스라면 특별히 한정되지 않는다. 냉각 가스(3a1)는, 예컨대, 질소 가스, 헬륨 가스, 아르곤 가스 등의 불활성 가스로 할 수 있다. The cooling liquid section 3a stores the cooling liquid and generates the cooling gas 3a1. The cooling liquid is liquefied cooling gas 3a1. The cooling gas 3a1 is not particularly limited as long as it is a gas that is unlikely to react with the material of the substrate 100 . The cooling gas 3a1 can be, for example, an inert gas such as nitrogen gas, helium gas, or argon gas.

이 경우, 비열이 높은 가스를 이용하면 기판(100)의 냉각 시간을 단축할 수 있다. 예컨대, 헬륨 가스를 이용하면 기판(100)의 냉각 시간을 단축할 수 있다. 또한, 질소 가스를 이용하면 기판(100)의 처리 비용을 저감시킬 수 있다. In this case, the cooling time of the substrate 100 can be shortened by using a gas having a high specific heat. For example, the cooling time of the substrate 100 can be shortened by using helium gas. In addition, the use of nitrogen gas can reduce the processing cost of the substrate 100 .

냉각액부(3a)는, 냉각액을 수납하는 탱크와, 탱크에 수납된 냉각액을 기화시키는 기화부를 갖는다. 탱크에는, 냉각액의 온도를 유지하기 위한 냉각 장치가 설치되어 있다. 기화부는, 냉각액의 온도를 상승시켜 냉각액으로부터 냉각 가스(3a1)를 생성한다. 기화부는, 예컨대, 외기 온도를 이용하거나, 열매체에 의한 가열을 이용하거나 할 수 있다. 냉각 가스(3a1)의 온도는, 액체(101)의 응고점 이하의 온도이면 되며, 예컨대 -170℃로 할 수 있다. The cooling liquid unit 3a has a tank for storing the cooling liquid and a vaporizing unit for vaporizing the cooling liquid stored in the tank. The tank is provided with a cooling device for maintaining the temperature of the cooling liquid. The evaporator raises the temperature of the cooling liquid to generate cooling gas 3a1 from the cooling liquid. The vaporization unit may use, for example, outside temperature or heating by a heat medium. The temperature of the cooling gas 3a1 may be a temperature equal to or lower than the freezing point of the liquid 101, and may be, for example, -170°C.

또, 냉각액부(3a)가, 탱크에 수납된 냉각액을 기화시킴으로써 냉각 가스(3a1)를 생성하는 경우를 예시했지만, 질소 가스 등을 칠러 등으로 냉각시켜 냉각 가스(3a1)로 할 수도 있다. 이와 같이 하면, 냉각액부를 간소화할 수 있다. In addition, although the case where the cooling liquid part 3a vaporizes the cooling liquid stored in the tank to generate the cooling gas 3a1 has been exemplified, nitrogen gas or the like can be cooled by a chiller or the like to form the cooling gas 3a1. In this way, the cooling liquid portion can be simplified.

필터(3b)는 배관을 통해 냉각액부(3a)에 접속되어 있다. 필터(3b)는, 냉각액에 포함되어 있던 파티클 등의 오염물이 기판(100)측으로 유출되는 것을 억제한다. The filter 3b is connected to the coolant part 3a via a pipe. The filter 3b prevents contaminants such as particles contained in the cooling liquid from flowing out to the substrate 100 side.

유량 제어부(3c)는 배관을 통해 필터(3b)에 접속되어 있다. 유량 제어부(3c)는 냉각 가스(3a1)의 유량을 제어한다. 유량 제어부(3c)는, 예컨대 MFC(Mass Flow Controller) 등으로 할 수 있다. 또한, 유량 제어부(3c)는, 냉각 가스(3a1)의 공급 압력을 제어함으로써 냉각 가스(3a1)의 유량을 간접적으로 제어하는 것이어도 좋다. 이 경우, 유량 제어부(3c)는, 예컨대 APC(Auto Pressure Controller) 등으로 할 수 있다. The flow control part 3c is connected to the filter 3b via a pipe. The flow control unit 3c controls the flow rate of the cooling gas 3a1. The flow control unit 3c can be, for example, an MFC (Mass Flow Controller) or the like. Further, the flow control unit 3c may indirectly control the flow rate of the cooling gas 3a1 by controlling the supply pressure of the cooling gas 3a1. In this case, the flow control unit 3c can be, for example, an APC (Auto Pressure Controller) or the like.

냉각액부(3a)에서 냉각액으로부터 생성된 냉각 가스(3a1)의 온도는, 대략 소정의 온도로 되어 있다. 그 때문에, 유량 제어부(3c)에 의해 냉각 가스(3a1)의 유량을 제어함으로써, 기판(100)의 온도, 나아가서는 기판(100)의 표면(100b)에 있는 액체(101)의 온도를 제어할 수 있다. 이 경우, 유량 제어부(3c)에 의해 냉각 가스(3a1)의 유량을 제어함으로써, 후술하는 과냉각 공정에서 액체(101)의 과냉각 상태를 발생시킬 수 있다. The temperature of the cooling gas 3a1 generated from the cooling liquid in the cooling liquid portion 3a is approximately at a predetermined temperature. Therefore, by controlling the flow rate of the cooling gas 3a1 by the flow rate controller 3c, the temperature of the substrate 100 and, consequently, the temperature of the liquid 101 on the surface 100b of the substrate 100 can be controlled. can In this case, by controlling the flow rate of the cooling gas 3a1 by the flow rate controller 3c, a supercooled state of the liquid 101 can be generated in a supercooling process described later.

냉각 노즐(3d)은 통형을 띤다. 냉각 노즐(3d)의 한쪽 단부는 유량 제어부(3c)에 접속되어 있다. 냉각 노즐(3d)의 다른 쪽 단부는 회전축(2b)의 내부에 설치되어 있다. 냉각 노즐(3d)의 다른 쪽 단부는, 분출부(2b1)의, 배치대(2a)측(개구측)과는 반대의 단부의 근방에 위치하고 있다. The cooling nozzle 3d has a tubular shape. One end of the cooling nozzle 3d is connected to the flow control unit 3c. The other end of the cooling nozzle 3d is installed inside the rotating shaft 2b. The other end of the cooling nozzle 3d is located in the vicinity of the end opposite to the end of the ejection portion 2b1 on the mounting table 2a side (opening side).

냉각 노즐(3d)은, 유량 제어부(3c)에 의해 유량이 제어된 냉각 가스(3a1)를 기판(100)에 공급한다. 냉각 노즐(3d)로부터 방출된 냉각 가스(3a1)는, 분출부(2b1)를 통해 기판(100)의 이면(100a)에 직접 공급된다. The cooling nozzle 3d supplies the cooling gas 3a1 whose flow rate is controlled by the flow control unit 3c to the substrate 100 . The cooling gas 3a1 discharged from the cooling nozzle 3d is directly supplied to the back surface 100a of the substrate 100 through the blowing portion 2b1.

제1 액체 공급부(4)는 기판(100)의 표면(100b)에 액체(101)를 공급한다. 후술하는 동결 공정에서, 액체(101)는 고체로 변화할 때에 오염물을 동결의 기점으로 한다. 또한, 액체(101)가 동결 시에 체적 팽창함으로써, 동결의 기점이 된 오염물에 기판(100)의 표면으로부터 분리되는 힘이 생긴다. 또한, 액체(101)가 고체로 변화하면 체적이 변화하기 때문에 압력파가 생긴다. 이 압력파에 의해, 기판(100)의 표면(100b)에 부착되어 있는 오염물이 분리된다고 생각된다. 그 때문에, 액체(101)는, 기판(100)의 재료와 반응하기 어려운 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 또, 과냉각 상태의 액체(101)는, 액막의 온도 불균일에 의한 밀도 변화, 파티클 등의 오염물의 존재, 진동 등이 동결 개시의 기점이 되는 성질도 갖는다. 즉, 동결 개시의 기점의 몇 할 정도는 오염물이 되는 성질도 갖는다. The first liquid supply unit 4 supplies the liquid 101 to the surface 100b of the substrate 100 . In the freezing process described later, when the liquid 101 changes to a solid, contaminants are used as a starting point for freezing. In addition, as the liquid 101 expands in volume when it freezes, a force to separate the contaminant from the surface of the substrate 100, which is the starting point of freezing, is generated. Also, when the liquid 101 changes to a solid, a pressure wave is generated because the volume changes. It is thought that contaminants adhering to the surface 100b of the substrate 100 are separated by this pressure wave. Therefore, the liquid 101 is not particularly limited as long as it is difficult to react with the material of the substrate 100 . In addition, the liquid 101 in a supercooled state also has a property in which a change in density due to temperature non-uniformity of the liquid film, the presence of contaminants such as particles, vibration, and the like serve as a starting point for freezing initiation. That is, several percent of the starting point of freezing initiation also has the property of becoming a contaminant.

또한, 액체(101)를 동결했을 때에 체적이 증가하는 액체로 하면, 체적 증가에 따르는 물리력을 이용하여 기판(100)의 표면에 부착되어 있는 오염물을 분리할 수 있다고도 생각된다. 그 때문에, 액체(101)는, 기판(100)의 재료와 반응하기 어렵고 동결했을 때에 체적이 증가하는 액체로 하는 것이 바람직하다. 예컨대, 액체(101)는, 물(예컨대 순수나 초순수 등)이나, 물을 주성분으로 하는 액체 등으로 할 수 있다. In addition, it is also considered that if the liquid 101 is a liquid whose volume increases when frozen, contaminants adhering to the surface of the substrate 100 can be separated using the physical force accompanying the increase in volume. Therefore, the liquid 101 is preferably a liquid that does not react with the material of the substrate 100 and increases in volume when frozen. For example, the liquid 101 can be water (for example, pure water, ultrapure water, etc.) or a liquid containing water as a main component.

물을 주성분으로 하는 액체는, 예컨대, 물과 알코올의 혼합액, 물과 산성 용액의 혼합액, 물과 알칼리 용액의 혼합액 등으로 할 수 있다. The liquid containing water as the main component can be, for example, a liquid mixture of water and alcohol, a liquid mixture of water and an acidic solution, or a liquid mixture of water and an alkali solution.

물과 알코올의 혼합액으로 하면 표면장력을 저하시킬 수 있기 때문에, 기판(100)의 표면(100b)에 형성된 미세한 요철부의 내부에 액체(101)를 공급하는 것이 용이해진다. Since the surface tension can be reduced by using a mixture of water and alcohol, it is easy to supply the liquid 101 to the inside of the fine concavo-convex portion formed on the surface 100b of the substrate 100.

물과 산성 용액의 혼합액으로 하면, 기판(100)의 표면에 부착된 파티클이나 레지스트 잔사 등의 오염물을 용해할 수 있다. 예컨대, 물과 황산 등의 혼합액으로 하면, 레지스트나 금속으로 이루어진 오염물을 용해할 수 있다. A mixture of water and an acidic solution can dissolve contaminants such as particles and resist residues adhering to the surface of the substrate 100 . For example, if a mixture of water and sulfuric acid is used, contaminants made of resist and metal can be dissolved.

물과 알칼리 용액의 혼합액으로 하면, 제타 전위를 저하시킬 수 있기 때문에, 기판(100)의 표면(100b)으로부터 분리시킨 오염물이 기판(100)의 표면(100b)에 재부착되는 것을 억제할 수 있다. Since the zeta potential can be reduced by using a mixed solution of water and an alkaline solution, reattachment of contaminants separated from the surface 100b of the substrate 100 to the surface 100b of the substrate 100 can be suppressed. .

다만, 물 이외의 성분이 너무 많아지면, 체적 증가에 따르는 물리력을 이용하는 것이 어려워지기 때문에, 오염물의 제거율이 저하될 우려가 있다. 그 때문에, 물 이외의 성분의 농도는 5 wt% 이상, 30 wt% 이하로 하는 것이 바람직하다. However, if there are too many components other than water, it becomes difficult to use the physical force accompanying the increase in volume, so there is a possibility that the removal rate of contaminants is lowered. Therefore, the concentration of components other than water is preferably 5 wt% or more and 30 wt% or less.

또한, 액체(101)에는 가스를 용존시킬 수 있다. 가스는, 예컨대, 탄산 가스, 오존 가스, 수소 가스 등으로 할 수 있다. 액체(101)에 탄산 가스를 용존시키면 액체(101)의 도전율을 높일 수 있기 때문에, 기판(100)의 제전이나 대전 방지를 행할 수 있다. 액체(101)에 오존 가스를 용존시키면, 유기물로 이루어진 오염물을 용해할 수 있다. In addition, gas may be dissolved in the liquid 101 . The gas can be, for example, carbon dioxide gas, ozone gas, hydrogen gas or the like. When carbon dioxide gas is dissolved in the liquid 101, the conductivity of the liquid 101 can be increased, so that the substrate 100 can be discharged from static electricity or prevented from being charged. When ozone gas is dissolved in the liquid 101, contaminants made of organic matter can be dissolved.

제1 액체 공급부(4)는, 액체 수납부(4a), 공급부(4b), 유량 제어부(4c) 및 액체 노즐(4d)을 갖는다. 액체 수납부(4a), 공급부(4b) 및 유량 제어부(4c)는 케이스(6)의 외부에 설치되어 있다. The first liquid supply unit 4 has a liquid storage unit 4a, a supply unit 4b, a flow control unit 4c and a liquid nozzle 4d. The liquid storage part 4a, the supply part 4b, and the flow control part 4c are installed outside the case 6.

액체 수납부(4a)는 전술한 액체(101)를 수납한다. 액체(101)는, 응고점보다 높은 온도로 액체 수납부(4a)에 수납된다. 액체(101)는, 예컨대 상온(20℃)으로 수납된다. The liquid container 4a contains the liquid 101 described above. The liquid 101 is stored in the liquid storage section 4a at a temperature higher than the freezing point. The liquid 101 is stored at room temperature (20°C), for example.

공급부(4b)는, 배관을 통해 액체 수납부(4a)에 접속되어 있다. 공급부(4b)는, 액체 수납부(4a)에 수납되어 있는 액체(101)를 액체 노즐(4d)을 향해 공급한다. 공급부(4b)는, 예컨대, 액체(101)에 대한 내성을 갖는 펌프 등으로 할 수 있다. 공급부(4b)가 펌프인 경우를 예시했지만, 공급부(4b)는 펌프로 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 공급부(4b)는, 액체 수납부(4a)의 내부에 가스를 공급하여, 액체 수납부(4a)에 수납되어 있는 액체(101)를 압송하는 것으로 해도 좋다. The supply part 4b is connected to the liquid storage part 4a via a pipe. The supply part 4b supplies the liquid 101 stored in the liquid storage part 4a toward the liquid nozzle 4d. The supply unit 4b can be, for example, a pump that has resistance to the liquid 101 or the like. Although the case where the supply part 4b is a pump has been exemplified, the supply part 4b is not limited to a pump. For example, the supply unit 4b may supply gas to the inside of the liquid storage unit 4a and pressurize the liquid 101 stored in the liquid storage unit 4a.

유량 제어부(4c)는, 배관을 통해 공급부(4b)에 접속되어 있다. 유량 제어부(4c)는, 공급부(4b)에 의해 공급된 액체(101)의 유량을 제어한다. 유량 제어부(4c)는, 예컨대 유량 제어 밸브로 할 수 있다. 또한, 유량 제어부(4c)는, 액체(101)의 공급의 개시와 공급의 정지도 행할 수 있다. The flow control part 4c is connected to the supply part 4b via a pipe. The flow control unit 4c controls the flow rate of the liquid 101 supplied by the supply unit 4b. The flow controller 4c can be, for example, a flow control valve. In addition, the flow rate controller 4c can also start and stop the supply of the liquid 101 .

액체 노즐(4d)은 케이스(6)의 내부에 설치되어 있다. 액체 노즐(4d)은 통형을 띤다. 액체 노즐(4d)의 한쪽 단부는, 배관을 통해 유량 제어부(4c)에 접속되어 있다. 액체 노즐(4d)의 다른 쪽 단부는, 배치대(2a)에 배치된 기판(100)의 표면(100b)에 대향하고 있다. 그 때문에, 액체 노즐(4d)로부터 토출한 액체(101)는 기판(100)의 표면(100b)에 공급된다. The liquid nozzle 4d is installed inside the case 6. The liquid nozzle 4d has a tubular shape. One end of the liquid nozzle 4d is connected to the flow control unit 4c via a pipe. The other end of the liquid nozzle 4d faces the surface 100b of the substrate 100 placed on the mounting table 2a. Therefore, the liquid 101 discharged from the liquid nozzle 4d is supplied to the surface 100b of the substrate 100.

또한, 액체 노즐(4d)의 다른 쪽 단부(액체(101)의 토출구)는 기판(100)의 표면(100b)의 대략 중앙에 위치하고 있다. 액체 노즐(4d)로부터 토출한 액체(101)는, 기판(100)의 표면(100b)의 대략 중앙으로부터 퍼져, 기판(100)의 표면(100b)에서 대략 일정한 두께를 갖는 액막이 형성된다. 이하에서는, 기판(100)의 표면(100b)에 형성된 액체(101)의 막을 액막으로 칭한다. Also, the other end of the liquid nozzle 4d (a discharge port of the liquid 101) is located approximately at the center of the surface 100b of the substrate 100. The liquid 101 discharged from the liquid nozzle 4d spreads from approximately the center of the surface 100b of the substrate 100, and a liquid film having a substantially constant thickness is formed on the surface 100b of the substrate 100. Hereinafter, a film of the liquid 101 formed on the surface 100b of the substrate 100 is referred to as a liquid film.

제2 액체 공급부(5)는 기판(100)의 표면(100b)에 액체(102)를 공급한다. 제2 액체 공급부(5)는, 액체 수납부(5a), 공급부(5b), 유량 제어부(5c) 및 액체 노즐(4d)을 갖는다. The second liquid supply unit 5 supplies liquid 102 to the surface 100b of the substrate 100 . The second liquid supply unit 5 has a liquid storage unit 5a, a supply unit 5b, a flow control unit 5c and a liquid nozzle 4d.

액체(102)는, 후술하는 해동 공정에서 이용할 수 있다. 그 때문에, 액체(102)는, 기판(100)의 재료와 반응하기 어렵고, 또한 후술하는 건조 공정에서 기판(100)의 표면(100b)에 잔류하기 어려운 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 액체(102)는, 예컨대, 물(예컨대 순수나 초순수 등)이나, 물과 알코올의 혼합액 등으로 할 수 있다. The liquid 102 can be used in a thawing step described later. Therefore, the liquid 102 is not particularly limited as long as it is difficult to react with the material of the substrate 100 and difficult to remain on the surface 100b of the substrate 100 in a drying step described later. The liquid 102 can be, for example, water (for example, pure water or ultrapure water) or a mixture of water and alcohol.

액체 수납부(5a)는 전술한 액체 수납부(4a)와 동일하게 할 수 있다. 공급부(5b)는 전술한 공급부(4b)와 동일하게 할 수 있다. 유량 제어부(5c)는 전술한 유량 제어부(4c)와 동일하게 할 수 있다. The liquid storage portion 5a may be the same as the liquid storage portion 4a described above. The supply part 5b can be the same as the above-mentioned supply part 4b. The flow control unit 5c may be the same as the flow control unit 4c described above.

또한, 액체(102)와 액체(101)가 동일한 경우에는 제2 액체 공급부(5)를 생략할 수 있다. 또한, 액체 노즐(4d)을 겸용하는 경우를 예시했지만, 액체(101)를 토출하는 액체 노즐과, 액체(102)를 토출하는 액체 노즐을 따로따로 설치할 수도 있다. In addition, when the liquid 102 and the liquid 101 are the same, the second liquid supply unit 5 may be omitted. In addition, although the case of dual use of the liquid nozzle 4d has been exemplified, a liquid nozzle for discharging the liquid 101 and a liquid nozzle for discharging the liquid 102 may be provided separately.

또한, 액체(102)의 온도는 액체(101)의 응고점보다 높은 온도로 할 수 있다. 또한, 액체(102)의 온도는 동결된 액체(101)를 해동할 수 있는 온도로 할 수도 있다. 액체(102)의 온도는, 예컨대 상온(20℃) 정도로 할 수 있다. In addition, the temperature of the liquid 102 can be set to a temperature higher than the freezing point of the liquid 101. Also, the temperature of the liquid 102 can be set to a temperature at which the frozen liquid 101 can be thawed. The temperature of the liquid 102 can be, for example, about room temperature (20°C).

또한, 제2 액체 공급부(5)가 생략되는 경우에는, 해동 공정에서 제1 액체 공급부(4)를 이용한다. 즉, 액체(101)를 이용한다. 액체(101)의 온도는 동결된 액체(101)를 해동할 수 있는 온도로 할 수도 있다. 액체(101)의 온도는, 예컨대 상온(20℃) 정도로 할 수 있다. Also, when the second liquid supply unit 5 is omitted, the first liquid supply unit 4 is used in the thawing process. That is, the liquid 101 is used. The temperature of the liquid 101 may be set to a temperature at which the frozen liquid 101 can be thawed. The temperature of the liquid 101 can be, for example, about room temperature (20°C).

케이스(6)는 상자형을 띤다. 케이스(6)의 내부에는 커버(6a)가 설치되어 있다. 커버(6a)는, 기판(100)에 공급되고, 기판(100)이 회전함으로써 기판(100)의 외부로 배출된 액체(101, 102)를 받아낸다. 커버(6a)는 통형을 띤다. 커버(6a)의, 배치대(2a)측과는 반대측의 단부의 근방(커버(6a)의 상단 근방)은, 커버(6a)의 중심을 향해 굴곡되어 있다. 그 때문에, 기판(100)의 상측으로 비산하는 액체(101, 102)의 포착을 용이하게 할 수 있다. The case 6 has a box shape. Inside the case 6, a cover 6a is provided. The cover 6a catches the liquids 101 and 102 supplied to the substrate 100 and discharged to the outside of the substrate 100 as the substrate 100 rotates. The cover 6a has a tubular shape. The vicinity of the end of the cover 6a on the opposite side of the mounting table 2a side (near the upper end of the cover 6a) is bent toward the center of the cover 6a. For this reason, it is possible to easily capture the liquids 101 and 102 that scatter above the substrate 100 .

또한, 케이스(6)의 내부에는 구획판(6b)이 설치되어 있다. 구획판(6b)은, 커버(6a)의 외면과 케이스(6)의 내면 사이에 설치되어 있다. Further, inside the case 6, a partition plate 6b is provided. The partition plate 6b is provided between the outer surface of the cover 6a and the inner surface of the case 6 .

케이스(6)의 저면측의 측면에는 복수의 배출구(6c)가 설치되어 있다. 도 1에 예시한 케이스(6)의 경우에는, 배출구(6c)가 2개 설치되어 있다. 사용 완료한 냉각 가스(3a1), 공기(7a), 액체(101) 및 액체(102)는, 배출구(6c)로부터 케이스(6)의 외부로 배출된다. 배출구(6c)에는 배기관(6c1)이 접속되고, 배기관(6c1)에는 사용 완료한 냉각 가스(3a1), 공기(7a)를 배기하는 배기부(펌프)(11)가 접속되어 있다. 또한, 배출구(6c)에는 액체(101, 102)를 배출하는 배출관(6c2)이 접속되어 있다. A plurality of outlets 6c are provided on the side surface of the case 6 on the bottom side. In the case of the case 6 illustrated in FIG. 1, two outlets 6c are provided. The used cooling gas 3a1, air 7a, liquid 101 and liquid 102 are discharged to the outside of case 6 through discharge port 6c. An exhaust pipe 6c1 is connected to the exhaust port 6c, and an exhaust unit (pump) 11 for exhausting the used cooling gas 3a1 and the air 7a is connected to the exhaust pipe 6c1. Further, a discharge pipe 6c2 for discharging the liquids 101 and 102 is connected to the discharge port 6c.

배출구(6c)는 기판(100)보다 하측에 설치되어 있다. 그 때문에, 냉각 가스(3a1)가 배출구(6c)로부터 배기됨으로써 다운플로우의 흐름이 만들어진다. 그 결과, 파티클이 날리는 것을 방지할 수 있다. The outlet 6c is provided below the substrate 100 . Therefore, a downflow flow is created by exhausting the cooling gas 3a1 from the outlet 6c. As a result, flying of particles can be prevented.

평면시(平面視)에서, 복수의 배출구(6c)는 케이스(6)의 중심에 대하여 대칭이 되도록 설치되어 있다. 이와 같이 하면, 케이스(6)의 중심에 대하여 냉각 가스(3a1)의 배기 방향이 대칭이 된다. 냉각 가스(3a1)의 배기 방향이 대칭이 되면, 냉각 가스(3a1)의 배기가 원활해진다. In a planar view, the plurality of discharge ports 6c are provided symmetrically with respect to the center of the case 6 . In this way, the exhaust direction of the cooling gas 3a1 is symmetrical with respect to the center of the case 6. When the exhaust direction of the cooling gas 3a1 is symmetrical, the exhausting of the cooling gas 3a1 becomes smooth.

송풍부(7)는 케이스(6)의 천장면에 설치되어 있다. 또한, 송풍부(7)는, 천장측이라면 케이스(6)의 측면에 설치할 수도 있다. 송풍부(7)는 팬 등의 송풍기와 필터를 구비할 수 있다. 필터는, 예컨대 HEPA 필터(High Efficiency Particulate Air Filter) 등으로 할 수 있다. The blowing unit 7 is installed on the ceiling surface of the case 6 . Further, the blowing unit 7 can also be provided on the side surface of the case 6 as long as it is on the ceiling side. The blower 7 may include a blower such as a fan and a filter. The filter can be, for example, a HEPA filter (High Efficiency Particulate Air Filter) or the like.

송풍부(7)는, 구획판(6b)과 케이스(6)의 천장 사이의 공간에 공기(7a)(외기)를 공급한다. 그 때문에, 구획판(6b)과 케이스(6)의 천장 사이의 공간의 압력이 외부의 압력보다 높아진다. 그 결과, 송풍부(7)에 의해 공급된 공기(7a)를 배출구(6c)로 유도하는 것이 용이해진다. 또한, 파티클 등의 오염물이, 배출구(6c)로부터 케이스(6)의 내부에 침입하는 것을 억제할 수 있다. The air blower 7 supplies air 7a (outside air) to the space between the partition plate 6b and the ceiling of the case 6 . Therefore, the pressure in the space between the partition plate 6b and the ceiling of the case 6 is higher than the external pressure. As a result, it becomes easy to guide the air 7a supplied by the blower 7 to the outlet 6c. In addition, it is possible to suppress contaminants such as particles from entering the inside of the case 6 through the discharge port 6c.

또한, 송풍부(7)는 기판(100)의 표면(100b)에 실온의 공기(7a)를 공급한다. 그 때문에, 송풍부(7)는, 공기(7a)의 공급량을 제어함으로써 기판(100) 상의 액체(101, 102)의 온도를 변화시킬 수 있다. 그 때문에, 송풍부(7)는, 후술하는 과냉각 공정에서 액체(101)의 과냉각 상태를 제어하거나, 해동 공정에서 액체(101)의 해동을 촉진시키거나, 건조 공정에서 액체(102)의 건조를 촉진시키거나 할 수도 있다. In addition, the blower 7 supplies room temperature air 7a to the surface 100b of the substrate 100 . Therefore, the blower 7 can change the temperature of the liquids 101 and 102 on the substrate 100 by controlling the supply amount of the air 7a. Therefore, the blower 7 controls the supercooled state of the liquid 101 in a supercooling process described later, promotes thawing of the liquid 101 in a thawing process, or dries the liquid 102 in a drying process. may or may not be promoted.

검출부(8)는, 구획판(6b)과 케이스(6)의 천장 사이의 공간에 설치되어 있다. 검출부(8)는, 기판(100)의 표면(100b) 상에 있는 액체(101)의 상태를 검출한다. The detection unit 8 is installed in the space between the partition plate 6b and the ceiling of the case 6 . The detection unit 8 detects the state of the liquid 101 on the surface 100b of the substrate 100.

검출부(8)는, 예컨대 기판(100)의 표면(100b)에 있는 과냉각 상태의 액체(101)의 온도를 검출한다. 검출부(8)는, 예컨대, 방사 온도계, 서모 뷰어, 열전대, 측온 저항체 등의 온도 센서로 할 수 있다. The detector 8 detects the temperature of the supercooled liquid 101 on the surface 100b of the substrate 100, for example. The detection unit 8 can be, for example, a temperature sensor such as a radiation thermometer, a thermoviewer, a thermocouple, or a resistance thermometer.

또한, 검출부(8)는, 예컨대 기판(100)의 표면(100b)에 있는 과냉각 상태의 액체(101)의 백탁 상태를 검출해도 좋다. 예컨대, 검출부(8)는 과냉각 상태의 액체(101)의 투과율, 반사율, 굴절률 등을 검출한다. 예컨대, 검출부(8)는, 굴절률계, 레이저 변위계, 화상 처리 장치 등으로 할 수 있다.In addition, the detection unit 8 may detect, for example, the cloudy state of the supercooled liquid 101 on the surface 100b of the substrate 100 . For example, the detection unit 8 detects transmittance, reflectance, refractive index, and the like of the liquid 101 in a supercooled state. For example, the detection unit 8 can be a refractometer, a laser displacement meter, an image processing device, or the like.

또한, 검출부(8)를 복수 설치하거나, 검출부(8)가 케이스(6)의 내부를 이동 가능하게 함으로써, 기판(100)의 표면(100b)의 복수의 위치에서의 온도를 검출할 수 있다. 이와 같이 하면, 후술하는 「과냉각 상태의 액체(101)의 동결 개시 시의 온도」를 복수의 위치에서 측정할 수 있기 때문에, 제거율이 가장 낮다고 예측되는 위치의 온도에 기초하여 동결 세정 공정을 반복하여 실행할 수 있다. 즉, 「과냉각 상태의 액체(101)의 동결 개시 시의 온도」의 면내 분포의 영향을 경감할 수 있다. In addition, the temperature at a plurality of positions of the surface 100b of the substrate 100 can be detected by providing a plurality of detection units 8 or allowing the detection units 8 to move inside the case 6 . In this way, since the "temperature at the start of freezing of the liquid 101 in a supercooled state" described later can be measured at a plurality of positions, the freeze-cleaning step is repeated based on the temperature at the position where the removal rate is predicted to be the lowest. can run That is, the influence of the in-plane distribution of the "temperature at the start of freezing of the liquid 101 in a supercooled state" can be reduced.

또, 검출부(8)가 온도 센서라면, 후술하는 「과냉각 상태의 액체(101)의 동결 개시 시의 온도」를 직접 검출할 수 있다. 「과냉각 상태의 액체(101)의 동결 개시 시의 온도」를 직접 검출할 수 있다면, 후술하는 「고체와 액체의 비율」을 정확하고 신속하게 연산할 수 있다. 그 때문에, 검출부(8)는 온도 센서로 하는 것이 바람직하다. 이하에서는, 일례로서, 검출부(8)가 온도 센서인 경우를 설명한다. In addition, if the detection unit 8 is a temperature sensor, it is possible to directly detect the "temperature of the liquid 101 in a supercooled state at the start of freezing" described later. If the "temperature at the start of freezing of the liquid 101 in a supercooled state" can be directly detected, the "ratio of solid to liquid" described later can be accurately and quickly calculated. Therefore, it is preferable to use the detection part 8 as a temperature sensor. Below, as an example, the case where the detection part 8 is a temperature sensor is demonstrated.

제어부(9)는, 기판 처리 장치(1)에 설치된 각 요소의 동작을 제어한다. 도 2에, 제어부(9)의 구성의 일례를 예시한다. 제어부(9)는, 예컨대, CPU(Central Processing Unit) 등의 연산 소자와, 반도체 메모리 등의 기억부(9c)를 가질 수 있다. 제어부(9)는, 예컨대 컴퓨터로 할 수 있다. 예컨대, 도 2에 예시한 기구 제어부(9a), 설정부(9b) 및 제거율 산출부(처리 횟수 산출부)(9d)는 연산 소자로 할 수 있다. 기억부(9c)에는, 기판 처리 장치(1)에 설치된 각 요소의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 동결 개시 시의 온도와 오염물의 제거율의 관계에 관한 데이터 등을 저장할 수 있다. 연산 소자는, 기억부(9c)에 저장되어 있는 제어 프로그램, 입출력 화면(장치)(12)을 통해 조작자에 의해 입력된 데이터, 동결 개시 시의 온도와 오염물의 제거율의 관계에 관한 데이터, 카운터에 의해 카운트된 냉각 공정의 횟수의 데이터, 검출부(8)로부터의 데이터 등을 이용하여, 기판 처리 장치(1)에 설치된 각 요소의 동작을 제어한다. The controller 9 controls the operation of each element installed in the substrate processing apparatus 1 . 2, an example of the structure of the control part 9 is illustrated. The control unit 9 may have, for example, an arithmetic element such as a CPU (Central Processing Unit) and a storage unit 9c such as a semiconductor memory. The controller 9 can be, for example, a computer. For example, the mechanism control unit 9a, the setting unit 9b, and the removal rate calculating unit (process count calculating unit) 9d illustrated in FIG. 2 can be used as arithmetic elements. In the storage unit 9c, a control program for controlling the operation of each element installed in the substrate processing apparatus 1, data related to the relationship between the temperature at the start of freezing and the contaminant removal rate, and the like can be stored. The arithmetic element includes a control program stored in the storage unit 9c, data input by the operator through the input/output screen (device) 12, data relating to the relationship between the temperature at the start of freezing and the contaminant removal rate, and a counter. The operation of each element installed in the substrate processing apparatus 1 is controlled by using data of the number of cooling processes counted by , data from the detection unit 8, and the like.

또한, 동결 개시 시의 온도와 오염물의 제거율의 관계에 관한 데이터의 상세에 관해서는 후술한다. Details of data relating to the relationship between the temperature at the start of freezing and the contaminant removal rate will be described later.

제어 프로그램 및 조작자에 의해 입력된 데이터는, 설정부(9b)에 의해 기억부(9c)(기억 소자)에 기억되기에 최적인 상태로 설정된 후 기억 소자에 기억된다. 또한, 설정부(9b)는, 조작자에 의해 출력이 요구된 데이터를 입출력 화면에 표시시키기에 최적인 상태로 재변환하여, 입출력 화면(장치)(12)에 표시시킨다. The data input by the control program and the operator are set to an optimal state for storage in the storage section 9c (storage element) by the setting section 9b and then stored in the storage element. Further, the setting unit 9b reconverts the data requested for output by the operator into a state optimal for display on the input/output screen, and displays the data on the input/output screen (device) 12.

다음으로, 기판 처리 장치(1)의 작용에 관해 예시한다. Next, the action of the substrate processing apparatus 1 is exemplified.

도 3은, 기판 처리 장치(1)의 작용을 예시하기 위한 타이밍차트이다. 3 is a timing chart for illustrating the operation of the substrate processing apparatus 1 .

도 4는, 동결 세정 공정에서의 기판(100)에 공급된 액체(101)의 온도 변화를 예시하기 위한 그래프이다. 4 is a graph for illustrating the temperature change of the liquid 101 supplied to the substrate 100 in the freeze cleaning process.

도 3 및 도 4는, 기판(100)이 6025 쿼츠(Qz) 기판(152 mm×152 mm×6.35 mm), 액체(101)가 순수인 경우이다. 3 and 4 show a case where the substrate 100 is a 6025 quartz (Qz) substrate (152 mm×152 mm×6.35 mm) and the liquid 101 is pure water.

우선, 케이스(6)의 도시하지 않은 반입 반출구를 통해 기판(100)이 케이스(6)의 내부에 반입된다. 반입된 기판(100)은, 배치대(2a)의 복수의 지지부(2a1)의 위에 배치, 지지된다. First, the board|substrate 100 is carried into the inside of case 6 through the carrying-in/out port of case 6 (not shown). The carried substrate 100 is placed and supported on the plurality of support portions 2a1 of the mounting table 2a.

기판(100)이 배치대(2a)에 지지된 후에, 도 3에 도시하는 바와 같이 예비 공정, 냉각 공정(과냉각 공정+동결 공정), 해동 공정, 건조 공정을 포함하는 동결 세정 공정이 행해진다. After the substrate 100 is supported on the mounting table 2a, a freeze-cleaning process including a preliminary process, a cooling process (supercooling process + freezing process), a thawing process, and a drying process is performed as shown in FIG. 3 .

우선, 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이 예비 공정이 실행된다. 예비 공정에서는, 제어부(9)가 공급부(4b) 및 유량 제어부(4c)를 제어하여, 기판(100)의 표면(100b)에 소정 유량의 액체(101)를 공급한다. 또한, 제어부(9)가 유량 제어부(3c)를 제어하여, 기판(100)의 이면(100a)에 소정 유량의 냉각 가스(3a1)를 공급한다. 또한, 제어부(9)가 구동부(2c)를 제어하여, 기판(100)을 제2 회전수로 회전시킨다. First, as shown in Figs. 3 and 4, a preliminary step is executed. In the preliminary process, the controller 9 controls the supply unit 4b and the flow rate controller 4c to supply the liquid 101 at a predetermined flow rate to the surface 100b of the substrate 100 . Further, the controller 9 controls the flow controller 3c to supply the cooling gas 3a1 at a predetermined flow rate to the back surface 100a of the substrate 100 . Further, the control unit 9 controls the drive unit 2c to rotate the substrate 100 at the second rotational speed.

여기서, 냉각부(3)에 의한 냉각 가스(3a1)의 공급에 의해 케이스(6) 내의 분위기가 냉각되면, 분위기 중의 더스트를 포함한 서리가 기판(100)에 부착되어, 오염의 원인이 될 가능성이 있다. 예비 공정에서는, 기판(100)의 표면(100b)에 액체(101)를 계속 공급하고 있기 때문에, 기판(100)을 균일하게 냉각시키면서, 기판(100)의 표면(100b)에 서리가 부착되는 것을 방지할 수 있다. Here, when the atmosphere in the case 6 is cooled by the supply of the cooling gas 3a1 by the cooling unit 3, there is a possibility that frost containing dust in the atmosphere will adhere to the substrate 100 and cause contamination. there is. In the preliminary step, since the liquid 101 is continuously supplied to the surface 100b of the substrate 100, frost is prevented from adhering to the surface 100b of the substrate 100 while uniformly cooling the substrate 100. It can be prevented.

예컨대, 도 3에 예시한 것의 경우에는, 기판(100)의 회전수는, 제2 회전수로서, 예컨대 50 rpm∼500 rpm 정도로 할 수 있다. 또한, 액체(101)의 유량은 0.1 L/min∼1.0 L/min 정도로 할 수 있다. 또한, 냉각 가스(3a1)의 유량은 40 NL/min∼200 NL/min 정도로 할 수 있다. 또한, 예비 공정의 공정 시간을 1800초 정도로 할 수 있다. 예비 공정의 공정 시간은, 기판(100)의 면내 온도가 대략 균일해지는 시간이면 되며, 미리 실험이나 시뮬레이션을 행함으로써 구할 수 있다. For example, in the case of the one illustrated in FIG. 3 , the rotation speed of the substrate 100 can be, for example, about 50 rpm to 500 rpm as the second rotation speed. In addition, the flow rate of the liquid 101 can be about 0.1 L/min to 1.0 L/min. Further, the flow rate of the cooling gas 3a1 can be about 40 NL/min to 200 NL/min. In addition, the process time of the preliminary process can be about 1800 seconds. The process time of the preliminary step may be a time when the in-plane temperature of the substrate 100 becomes substantially uniform, and can be obtained by conducting experiments or simulations in advance.

예비 공정에서의 액막의 온도는, 액체(101)가 방류 상태이기 때문에, 공급되는 액체(101)의 온도와 거의 동일해진다. 예컨대, 공급되는 액체(101)의 온도가 상온(20℃) 정도인 경우, 액막의 온도는 상온(20℃) 정도가 된다. The temperature of the liquid film in the preliminary step becomes substantially the same as the temperature of the supplied liquid 101 because the liquid 101 is in a discharged state. For example, when the temperature of the supplied liquid 101 is about room temperature (20° C.), the temperature of the liquid film is about room temperature (20° C.).

다음으로, 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이 냉각 공정(과냉각 공정+동결 공정)이 실행된다. 본 실시형태에서는, 냉각 공정 중, 액체(101)가 과냉각 상태가 되고 나서 동결이 시작되기 전까지의 사이를 「과냉각 공정」, 과냉각 상태의 액체(101)의 동결이 개시되어 동결이 완전히 완료되기 전까지의 사이를 「동결 공정」이라고 부른다. 과냉각 공정에서는, 기판(100)의 표면(100b)에 액체(101)만이 존재한다. 동결 공정에서는, 기판(100)의 표면(100b)에 액체(101)와 액체(101)가 동결된 것이 존재한다. 액체(101)와 액체(101)가 동결된 것이 전체적으로 존재하는 상태를 「고액상」이라고 부른다. Next, as shown in Figs. 3 and 4, a cooling process (supercooling process + freezing process) is performed. In the present embodiment, during the cooling process, the period between when the liquid 101 enters a supercooled state and before freezing begins is referred to as a "supercooling process", from the start of freezing of the liquid 101 in a supercooled state to complete freezing. The interval is called a "freezing step". In the supercooling process, only the liquid 101 exists on the surface 100b of the substrate 100 . In the freezing process, the liquid 101 and the frozen liquid 101 exist on the surface 100b of the substrate 100. A state in which the liquid 101 and the frozen liquid 101 exist as a whole is called a "solid liquid phase".

여기서, 액체(101)의 냉각 속도가 너무 빨라지면 액체(101)가 과냉각 상태가 되지 않고, 바로 동결되어 버린다. 그 때문에, 제어부(9)는, 기판(100)의 회전수, 냉각 가스(3a1)의 유량 및 액체(101)의 공급량 중 적어도 하나를 제어함으로써, 기판(100)의 표면(100b)의 액체(101)가 과냉각 상태가 되도록 한다. Here, if the cooling rate of the liquid 101 is too fast, the liquid 101 does not enter a supercooled state and freezes immediately. Therefore, the controller 9 controls at least one of the rotation speed of the substrate 100, the flow rate of the cooling gas 3a1, and the supply amount of the liquid 101, so that the liquid ( 101) to be supercooled.

냉각 공정(과냉각 공정+동결 공정)에서는, 도 3에 예시하는 바와 같이, 제1 회전수로 한 후에, 예비 공정에서 공급되고 있던 액체(101)의 공급을 정지시킨다. 제1 회전수는 0 rpm∼50 rpm 정도로 한다. 제1 회전수는, 공급부(4b)로부터 공급된 액체(101)가 기판(100)의 표면(100b)에서 퍼져 균일한 두께의 액막이 형성되고, 균일한 두께의 액막이 유지되는 정도의 회전수이다. 즉, 제어부(9)는, 예비 공정 시의 회전수보다 적은 회전수로 기판(100)을 회전시킨다. 또한, 이 때의 액체(101)의 액막의 두께는, 기판(100)의 표면(100b)으로부터 대략 100 μm 이상으로 할 수 있다. 또한, 냉각 가스(3a1)의 유량은 예비 공정 시와 동일한 유량으로 유지되고 있다. In the cooling process (supercooling process + freezing process), as illustrated in FIG. 3 , the supply of the liquid 101 supplied in the preliminary process is stopped after setting it to the first rotational speed. The first rotation speed is about 0 rpm to 50 rpm. The first rotational speed is a rotational speed at which the liquid 101 supplied from the supply unit 4b spreads on the surface 100b of the substrate 100 to form a liquid film of uniform thickness and maintains the liquid film of uniform thickness. That is, the control unit 9 rotates the substrate 100 at a rotational speed smaller than the rotational speed at the time of the preliminary process. In addition, the thickness of the liquid film of the liquid 101 at this time can be about 100 μm or more from the surface 100b of the substrate 100. Also, the flow rate of the cooling gas 3a1 is maintained at the same flow rate as during the preliminary process.

이와 같이, 냉각 공정(과냉각 공정+동결 공정)에서는, 액체(101)의 공급을 정지시키는 것, 및, 기판(100)의 회전수를 제2 회전수보다 적은 제1 회전수가 되도록 제어함으로써, 기판(100) 상의 액체(101)가 정체되도록 한다. 그 때문에, 기판(100)의 이면(100a)에 계속 공급되고 있는 냉각 가스(3a1)에 의해, 기판(100) 상의 액막의 온도가 예비 공정에서의 액막의 온도보다 더 낮아져, 과냉각 상태가 된다. 예비 공정을 제1 회전수로 실시하고, 기판(100)의 면내 온도가 균일해지면, 액체(101)의 공급을 정지시키도록 해도 좋다. In this way, in the cooling process (supercooling process + freezing process), the supply of the liquid 101 is stopped, and the rotation speed of the substrate 100 is controlled to be a first rotation speed smaller than the second rotation speed, so that the substrate The liquid (101) on (100) is allowed to stagnate. Therefore, the temperature of the liquid film on the substrate 100 is lowered than the temperature of the liquid film in the preliminary step by the cooling gas 3a1 continuously supplied to the back surface 100a of the substrate 100, resulting in a supercooled state. The preliminary process may be performed at the first rotational speed and the supply of the liquid 101 may be stopped when the in-plane temperature of the substrate 100 becomes uniform.

액체(101)가 과냉각 상태가 되는 제어 조건은, 기판(100)의 크기, 액체(101)의 점도, 냉각 가스(3a1)의 비열 등의 영향을 받는다. 그 때문에, 액체(101)가 과냉각 상태가 되는 제어 조건은, 실험이나 시뮬레이션을 행함으로써 적절하게 결정하는 것이 바람직하다. The control condition for bringing the liquid 101 into a supercooled state is affected by the size of the substrate 100, the viscosity of the liquid 101, the specific heat of the cooling gas 3a1, and the like. Therefore, it is preferable to appropriately determine the control conditions under which the liquid 101 is in a supercooled state by conducting experiments or simulations.

과냉각 상태에서는, 예컨대, 액막의 온도, 파티클 등의 오염물이나 기포의 존재, 진동 등에 의해 액체(101)의 동결이 개시된다. 예컨대, 파티클 등의 오염물이 존재하는 경우, 액체(101)의 온도 T가 -35℃ 이상, -20℃ 이하가 되면 액체(101)의 동결이 개시된다. 또한, 기판(100)의 회전을 변동시키거나 하여 액체(101)에 진동을 가함으로써, 액체(101)의 동결을 개시시킬 수도 있다. In the supercooled state, freezing of the liquid 101 is initiated by, for example, the temperature of the liquid film, the presence of air bubbles or contaminants such as particles, and vibration. For example, in the presence of contaminants such as particles, freezing of the liquid 101 starts when the temperature T of the liquid 101 becomes -35°C or more and -20°C or less. In addition, the freezing of the liquid 101 can be started by applying vibration to the liquid 101 by changing the rotation of the substrate 100 or the like.

과냉각 상태의 액체(101)의 동결이 개시되면, 과냉각 공정으로부터 동결 공정으로 이행한다. 동결 공정에서는, 액막은 순식간에 동결되지는 않는다. 기판(100)의 표면(100b)에 액체(101)와 액체(101)가 동결된 것이 존재한다. 액체(101)가 동결될 때에 잠열이 발생한다. 잠열에 의해 액막의 온도가 응고점까지 상승한다. 기판(100)의 이면(100a)에는 냉각 가스(3a1)가 공급된다. 이 때문에, 잠열의 발생 속도와 냉각 속도가 균형을 이루어, 응고점보다 약간 낮은 온도로 온도가 일정하게 유지된다. 액막이 완전히 동결되어 얼음막이 형성되면, 잠열의 발생이 없어진다. 한편, 기판(100)의 이면(100a)에 대한 냉각 가스(3a1)의 공급은 유지되고 있다. 따라서, 얼음막이 형성되면, 얼음막의 온도는 저하되기 시작한다. When freezing of the liquid 101 in a supercooled state starts, the supercooling process shifts to the freezing process. In the freezing process, the liquid film is not instantly frozen. A liquid 101 and a frozen liquid 101 exist on the surface 100b of the substrate 100 . Latent heat is generated when the liquid 101 freezes. Due to latent heat, the temperature of the liquid film rises to the freezing point. A cooling gas 3a1 is supplied to the back surface 100a of the substrate 100 . For this reason, the rate of latent heat generation and the cooling rate are balanced, and the temperature is kept constant at a temperature slightly lower than the freezing point. When the liquid film is completely frozen and an ice film is formed, latent heat is not generated. Meanwhile, supply of the cooling gas 3a1 to the back surface 100a of the substrate 100 is maintained. Therefore, when the ice film is formed, the temperature of the ice film starts to decrease.

여기서, 얼음막이 계속 냉각되어 얼음막의 온도가 더욱 저하되면, 얼음막의 체적이 축소된다. 얼음막의 체적이 축소되면, 얼음막과 기판(100)의 선팽창계수의 차에 의해 얼음막에 응력이 발생한다. 얼음막에 응력이 발생하면, 얼음막과 접촉하고 있는 기판(100)의 표면(100b)에 응력이 전달된다. 그 때문에, 기판(100)의 표면(100b)에 형성된 미세한 요철부가 파손될 우려가 있다. Here, when the temperature of the ice layer is further decreased as the ice layer is continuously cooled, the volume of the ice layer is reduced. When the volume of the ice film is reduced, stress is generated in the ice film due to a difference in linear expansion coefficient between the ice film and the substrate 100 . When stress is generated in the ice layer, the stress is transferred to the surface 100b of the substrate 100 in contact with the ice layer. Therefore, there is a possibility that the fine concavo-convex portion formed on the surface 100b of the substrate 100 may be damaged.

이것에 대하여, 동결 공정에서는, 액체(101)가 동결된 것의 주위에 액체(101)가 존재하기 때문에, 액체(101)가 동결된 것의 체적 변화는 액체(101)의 유동에 흡수된다. 그 때문에, 기판(100)의 표면(100b)에 형성된 미세한 요철부가 파손되기 어렵다. In contrast, in the freezing process, since the liquid 101 exists around the frozen liquid 101, the change in volume of the frozen liquid 101 is absorbed by the flow of the liquid 101. For this reason, the fine concavo-convex portion formed on the surface 100b of the substrate 100 is less likely to be damaged.

다음으로, 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이 해동 공정이 실행된다. 도 3 및 도 4에 예시한 것은, 액체(101)와 액체(102)가 동일한 액체인 경우이다. 그 때문에, 도 3 및 도 4에서는 액체(101)로 기재하고 있다. 해동 공정에서는, 제어부(9)가 공급부(4b) 및 유량 제어부(4c)를 제어하여, 기판(100)의 표면(100b)에 소정 유량의 액체(101)를 공급한다. 또, 액체(101)와 액체(102)가 상이한 경우에는, 제어부(9)가 공급부(5b) 및 유량 제어부(5c)를 제어하여, 기판(100)의 표면(100b)에 소정 유량의 액체(102)를 공급한다. Next, as shown in Figs. 3 and 4, a thawing process is performed. What is illustrated in FIGS. 3 and 4 is a case where the liquid 101 and the liquid 102 are the same liquid. Therefore, it is described as liquid 101 in FIGS. 3 and 4 . In the thawing process, the control unit 9 controls the supply unit 4b and the flow control unit 4c to supply the liquid 101 at a predetermined flow rate to the surface 100b of the substrate 100 . In addition, when the liquid 101 and the liquid 102 are different, the control unit 9 controls the supply unit 5b and the flow rate control unit 5c to deposit a predetermined flow rate of liquid ( 102) is supplied.

또한, 제어부(9)가 유량 제어부(3c)를 제어하여, 냉각 가스(3a1)의 공급을 정지시킨다. 또한, 제어부(9)가 구동부(2c)를 제어하여, 기판(100)의 회전수를 제3 회전수로 증가시킨다. 제3 회전수는, 예컨대 200 rpm∼700 rpm 정도로 할 수 있다. 기판(100)의 회전이 빨라지면, 액체(101)와 액체(101)가 동결된 것을 원심력으로 털어낼 수 있다. 그 때문에, 액체(101)와 액체(101)가 동결된 것을 기판(100)의 표면(100b)으로부터 배출할 수 있다. 이 때, 기판(100)의 표면(100b)으로부터 분리된 오염물도 액체(101)와 액체(101)가 동결된 것과 함께 배출된다. Further, the control unit 9 controls the flow control unit 3c to stop the supply of the cooling gas 3a1. Also, the control unit 9 controls the driving unit 2c to increase the rotational speed of the substrate 100 to the third rotational speed. The third rotation speed can be, for example, about 200 rpm to 700 rpm. When the rotation of the substrate 100 becomes faster, the liquid 101 and the frozen liquid 101 can be shaken off by centrifugal force. Therefore, the liquid 101 and the frozen liquid 101 can be discharged from the surface 100b of the substrate 100. At this time, contaminants separated from the surface 100b of the substrate 100 are discharged together with the liquid 101 and the liquid 101 frozen.

또한, 액체(101) 또는 액체(102)의 공급량은, 해동이 가능하다면 특별히 한정되지 않는다. 또한, 기판(100)의 제3 회전수는, 액체(101), 액체(101)가 동결된 것, 및 오염물을 배출할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. In addition, the supply amount of the liquid 101 or the liquid 102 is not particularly limited as long as it can be thawed. In addition, the third rotation speed of the substrate 100 is not particularly limited as long as the liquid 101 is frozen, and contaminants can be discharged.

다음으로, 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이 건조 공정이 실행된다. 건조 공정에서는, 제어부(9)가 공급부(4b) 및 유량 제어부(4c)를 제어하여, 액체(101)의 공급을 정지시킨다. 액체(101)와 액체(102)가 상이한 액체인 경우에는, 제어부(9)가 공급부(5b) 및 유량 제어부(5c)를 제어하여, 액체(102)의 공급을 정지시킨다. Next, as shown in Figs. 3 and 4, a drying process is performed. In the drying step, the control unit 9 controls the supply unit 4b and the flow control unit 4c to stop the supply of the liquid 101. When the liquid 101 and the liquid 102 are different liquids, the control part 9 controls the supply part 5b and the flow control part 5c, and stops the supply of the liquid 102.

또한, 제어부(9)가 구동부(2c)를 제어하여, 기판(100)의 회전수를 제3 회전수보다 빠른 제4 회전수로 증가시킨다. 기판(100)의 회전이 빨라지면, 기판(100)의 건조를 신속하게 행할 수 있다. 기판(100)의 제4 회전수는, 건조가 가능하다면 특별히 한정되지 않는다. Also, the controller 9 controls the drive unit 2c to increase the rotational speed of the substrate 100 to a fourth rotational speed faster than the third rotational speed. If the rotation of the substrate 100 becomes faster, the drying of the substrate 100 can be performed quickly. The fourth rotational speed of the substrate 100 is not particularly limited as long as drying is possible.

동결 세정이 종료한 기판(100)은, 케이스(6)의 도시하지 않은 반입 반출구를 통해 케이스(6)의 외부로 반출된다. The substrate 100 after the freeze cleaning is carried out of the case 6 through an unshown loading/unloading port of the case 6 .

이상과 같이 함으로써, 1회의 동결 세정 공정을 행할 수 있다. By doing as above, it is possible to perform a single freeze-cleaning step.

전술한 해동 공정은, 냉각 공정에서의 동결 공정의 기간에 개시할 수 있다. 과냉각 상태의 액체(101)의 동결의 개시는 검출부(8)에 의해 검출된다. 이것에 의해, 상기 액막의 동결이 개시된 후 완전히 동결될 때까지 해동을 시작할 수 있다. 즉, 기판(100) 상의 액체(101)를 고액상 상태로 해동할 수 있기 때문에, 기판(100)의 표면(100b)에 형성된 미세한 요철부가 파손되는 것을 억제할 수 있다. The aforementioned thawing process can be started during the period of the freezing process in the cooling process. The start of freezing of the supercooled liquid 101 is detected by the detection section 8. Thereby, after freezing of the liquid film is started, thawing can be started until it is completely frozen. That is, since the liquid 101 on the substrate 100 can be thawed in a solid-liquid state, it is possible to suppress damage to the fine irregularities formed on the surface 100b of the substrate 100 .

또, 해동 개시의 타이밍에는, 고액상 상태의 마지막에 전부가 동결된 순간 및 그 후의 수초의 시간을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 기판의 전면이 동결되기까지의 시간, 즉 일부에 고액상 상태가 잔존하고 있는 시간을 포함할 수 있다. In addition, the timing of the start of thawing may include the moment when everything is frozen at the end of the solid-liquid state and the time of several seconds thereafter. As described above, the time until the entire surface of the substrate is frozen, that is, the time during which the solid-liquid state remains in a portion may be included.

그런데, 전술한 바와 같이, 동결 공정에서는 액체의 전부가 고체로 변화하는 것은 아니다. 또한, 고체로 변화한 것이 전부 오염물을 기점으로 한 것은 아니다. 그 때문에, 동결 세정 공정을 복수회 행하도록 하는 것이 바람직하다. However, as described above, not all of the liquid is changed into a solid in the freezing process. In addition, not all of the changes to solids originate from contaminants. Therefore, it is preferable to perform the freeze-cleaning process a plurality of times.

다음 동결 세정 공정이 실시되는 것이라면, 상기 동결 세정 공정의 건조 공정에서는, 기판(100)의 표면(100b)을 완전히 건조시킬 필요는 없다. 또한, 해동 공정에서 액체(101), 액체(101)가 동결된 것, 및 오염물이 배출된 후, 냉각 가스(3a1)의 공급을 개시하고, 예비 공정을 개시한다. 해동 공정에서, 기판(100)은, 상온 이하의 온도로부터 예비 공정으로 이행하기 때문에, 다음 동결 세정 공정의 예비 공정은 처리 시간을 단축할 수 있다. 즉, 다음 동결 세정 공정이 실시되는 것이라면, 상기 동결 세정 공정의 건조 공정을 생략할 수 있고, 다음 동결 세정 공정의 예비 공정의 처리 시간을 단축할 수도 있다. If the next freeze-cleaning process is performed, it is not necessary to completely dry the surface 100b of the substrate 100 in the drying process of the freeze-cleaning process. Further, after the liquid 101, the frozen liquid 101, and contaminants are discharged in the thawing process, the supply of the cooling gas 3a1 is started, and the preliminary process is started. In the thawing process, since the temperature of the substrate 100 is transferred from room temperature or lower to the preliminary process, the preliminary process of the next freeze-cleaning process can shorten the processing time. That is, if the next freeze-cleaning process is performed, the drying process of the freeze-cleaning process can be omitted, and the treatment time of the preliminary process of the next freeze-cleaning process can be shortened.

예컨대, 동결 세정 공정을 복수회 행하는 경우에는, 2회째 이후의 동결 세정 공정은, 예비 공정과, 기판(100)의 표면(100b) 상에 있는 액체(101)를 과냉각 상태로 하는 과냉각 공정과, 액체(101)와 액체(101)가 동결된 것이 존재하는 동결 공정과, 액체(101)가 동결된 것을 해동하는 해동 공정을 적어도 포함하고 있으면 된다. For example, when the freeze-cleaning step is performed a plurality of times, the second and subsequent freeze-cleaning steps include a preliminary step, a supercooling step of putting the liquid 101 on the surface 100b of the substrate 100 in a supercooled state, It is only necessary to include at least a freezing process in which the liquid 101 and a frozen liquid 101 exist, and a thawing process in which the frozen liquid 101 is thawed.

또한, 동결 세정 공정이 복수회 행해지는 경우, 제어부(9)는, 해동 공정의 동안에, 냉각 가스(3a1)의 공급을 유지할 수도 있다. 해동 공정에서도 냉각 가스의 공급을 유지함으로써, 예비 공정과 동일한 상태를 만들어낼 수 있다. 즉, 액체(101)가 동결된 것의 해동과, 기판을 예비 냉각하는 것을 동시에 행할 수 있다. 이와 같이 함으로써, 해동 공정과 다음 예비 공정을 겸하는 것이 가능해져, 택트 타임을 더욱 단축할 수 있다. In addition, when the freeze-cleaning process is performed a plurality of times, the control unit 9 can also maintain the supply of the cooling gas 3a1 during the thawing process. Even in the thawing process, by maintaining the supply of the cooling gas, the same state as in the preliminary process can be created. That is, thawing of the frozen liquid 101 and preliminary cooling of the substrate can be performed simultaneously. By doing in this way, it becomes possible to do both a thawing process and the following preliminary process, and a tact time can further be shortened.

전술한 바와 같이, 동결 세정에서는, 액체가 고체로 변화했을 때의 체적 변화에 따르는 압력파나, 체적 증가에 따르는 물리력 등에 의해, 기판(100)의 표면에 부착되어 있는 오염물이 분리된다고 생각되고 있다. As described above, in freeze cleaning, contaminants adhering to the surface of the substrate 100 are thought to be separated by a pressure wave accompanying a change in volume when a liquid changes to a solid, a physical force accompanying an increase in volume, or the like.

구체적으로는, 과냉각 상태의 액체(101)에서, 기판(100)의 표면에 부착되어 있는 오염물을 기점으로 동결을 개시하고 있다고 생각된다. 그 때, 오염물 주위의 액체(101)가 동결된다. 이 때, 액체(101)가 동결된 것으로 덮인 오염물의 주위가 아직 액체 상태이므로, 기판(100)과 오염물 사이의 액체(101)가 동결되어 체적 팽창하는 것에 의해 얻어지는 물리력이, 오염물을 기판으로부터 분리하는 힘이 되어 작용한다. Specifically, in the liquid 101 in a supercooled state, it is considered that the contaminants adhering to the surface of the substrate 100 initiate freezing. At that time, the liquid 101 around the contaminant is frozen. At this time, since the surroundings of the contaminant covered by the frozen liquid 101 are still in a liquid state, the physical force obtained by the liquid 101 between the substrate 100 and the contaminant being frozen and expanding in volume separates the contaminant from the substrate. It acts as a force to

따라서, 과냉각 상태로부터 동결이 시작된 동결 공정에서는, 액체(101)가 동결된 것의 비율과 오염물의 제거율은 비례한다고 생각된다. 즉, 액체가 고체로 변화하는 비율이 많아질수록 오염물이 분리된다고 생각된다. Therefore, in the freezing process in which freezing starts from the supercooled state, it is considered that the ratio of the frozen liquid 101 and the contaminant removal rate are proportional. That is, it is thought that contaminants are separated as the ratio of changing liquid to solid increases.

또한, 액체(101)가 동결된 것으로 덮인 오염물이 기판(100)으로부터 완전히 분리된 경우, 액체(101)가 동결된 것으로 덮인 오염물과 기판(100) 사이의 공간에 액체(101)가 유동한다. 이 때문에, 액체(101)가 동결되었을 때의 체적 증가에 따르는 물리력은, 액체(101)가 동결된 것으로 덮인 오염물이 기판(100)으로부터 완전히 분리되었을 때에 기판(100)에 전달되지 않게 된다. 따라서, 기판(100)의 표면(100b)에 형성된 미세한 요철부가 파손되기 어렵다. In addition, when the contaminant covered by the frozen liquid 101 is completely separated from the substrate 100, the liquid 101 flows in a space between the contaminant covered by the frozen liquid 101 and the substrate 100. For this reason, the physical force accompanying the increase in volume when the liquid 101 is frozen is not transferred to the substrate 100 when the contaminants covered by the frozen liquid 101 are completely separated from the substrate 100 . Accordingly, it is difficult to damage the fine irregularities formed on the surface 100b of the substrate 100 .

도 5는, 액체의 물의 온도와 밀도의 관계, 및, 고체의 물의 온도와 밀도의 관계를 예시하기 위한 그래프이다. 5 is a graph for illustrating the relationship between the temperature and density of liquid water and the relationship between temperature and density of solid water.

도 5는, 20℃∼-50℃까지의 물과 얼음의 밀도 변화를 도시한 것이다. 이것은, J.R.Rumble, [CRC Handbook of Chemistry and Physics], Tayler&Francis, London, 99th ed., 6-7, 6-12(2018)의 값을 기초로 플롯한 것이다. Figure 5 shows the change in density of water and ice from 20 °C to -50 °C. This is a plot based on the values of J.R. Rumble, [CRC Handbook of Chemistry and Physics], Tayler & Francis, London, 99th ed., 6-7, 6-12 (2018).

물의 밀도는, 4℃에서 최대가 되고 그것보다 고온측에서도 저온측에서도 낮아진다. 얼음은 0℃로부터 온도가 낮아짐에 따라서 밀도가 커진다. 0℃ 이하의 물은 과냉각수이지만, 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 밀도는 물로부터 과냉각수로 원활하게 변화하고 있다. 또한 0℃로부터 -40℃의 체적 변화는, 물에서 3.4% 정도, 얼음에서는 0.5% 정도이다. The density of water reaches its maximum at 4°C and becomes lower on both the high temperature side and the low temperature side. Ice becomes denser as the temperature decreases from 0°C. Water below 0°C is supercooled water, but as can be seen from FIG. 5, the density smoothly changes from water to supercooled water. Also, the volume change from 0°C to -40°C is about 3.4% in water and about 0.5% in ice.

도 6은, 물의 과냉각 상태로부터의 동결 개시 시의 온도와 팽창률의 관계를 예시하기 위한 그래프이다. Fig. 6 is a graph for illustrating the relationship between the temperature at the start of freezing from the supercooled state of water and the expansion rate.

과냉각수가 0℃의 얼음이 된다고 생각했을 때의 체적 변화를 어림한 결과를 도 6에 도시한다. 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 과냉각수가 0℃의 얼음이 될 때, 원래의 물과 비교하여 5.3%∼9.1% 정도 체적이 증가한다. 이 체적 변화가, 오염물을 들어 올리도록 작용한다. 과냉각이 낮을수록 체적 변화는 감소하지만, 그렇다 하더라도 5%를 넘는 변화를 유지하고 있어, 오염물을 들어 올리기에는 충분한 양이다고 생각된다. Fig. 6 shows the result of estimating the volume change when supercooled water is considered to be ice at 0 °C. As can be seen from FIG. 6 , when the supercooled water becomes ice at 0° C., the volume increases by about 5.3% to 9.1% compared to the original water. This volume change acts to lift the contaminant. The lower the supercooling, the lower the volume change, but even so, the change of more than 5% is maintained, and it is considered that the amount is sufficient to lift the contaminant.

여기서, 본 발명자가 얻은 지견에 의하면, 동결 공정에서, 액체가 고체로 변화하는 비율이 변동하는 것이 판명되었다. 액체가 고체로 변화하는 비율이 많아질수록 오염물이 분리되기 쉬워지기 때문에, 액체가 고체로 변화하는 비율이 변동하면, 오염물의 분리량이 변화되기 때문에 오염물의 제거율이 변동한다고 생각된다. 그 때문에, 동결 세정 공정을 반복하여 행하는 경우, 액체가 고체로 변화하는 비율의 변동을 고려하지 않고, 동결 세정 공정을 미리 정해진 횟수 행하면, 오염물이 잔류하거나, 과잉 세정이 행해지거나 할 우려가 있다. Here, according to the findings obtained by the present inventors, it has been found that the rate at which a liquid changes to a solid fluctuates in the freezing step. Since contaminants are more likely to be separated as the liquid-to-solid ratio increases, it is considered that if the liquid-to-solid ratio fluctuates, the contaminant removal rate fluctuates because the amount of contaminants separated changes. Therefore, when the freeze-cleaning step is repeatedly performed, if the freeze-cleaning step is performed a predetermined number of times without considering the change in the rate of change of liquid to solid, contaminants may remain or excessive washing may occur.

본 발명자는, 동결 공정에서, 액체가 고체로 변화하는 비율이 변동하는 원인에 관해 조사 연구를 행했다. 그 결과, 과냉각 상태의 액체(101)의 동결 개시 시의 온도 T(도 4를 참조)가 변동하면, 동결 공정에서, 액체가 고체로 변화하는 비율이 변동하는 것이 판명되었다. 이 경우, 과냉각 상태의 액체(101)의 동결 개시 시의 온도 T를 안정시킬 수 있다면, 동결 세정 공정을 미리 정해진 횟수 행하는 것이 가능해진다. 그러나, 과냉각 상태의 액체(101)의 동결이 개시되는 것은, 액막의 온도 불균일에 의한 밀도 변화, 파티클 등의 오염물이나 기포의 존재, 진동 등이 영향을 미친다. 그 때문에, 과냉각 상태의 액체(101)의 동결 개시 시의 온도 T를 안정시키는 것은 어렵다. The present inventor conducted research on the cause of fluctuations in the rate at which a liquid changes to a solid in a freezing step. As a result, it was found that when the temperature T (see FIG. 4 ) at the start of freezing of the liquid 101 in a supercooled state fluctuates, the rate at which the liquid turns into a solid fluctuates in the freezing step. In this case, if the temperature T at the start of freezing of the liquid 101 in a supercooled state can be stabilized, the freeze washing process can be performed a predetermined number of times. However, the initiation of freezing of the liquid 101 in a supercooled state is affected by changes in density due to temperature non-uniformity of the liquid film, the presence of contaminants such as particles or bubbles, vibration, and the like. Therefore, it is difficult to stabilize the temperature T at the start of freezing of the liquid 101 in a supercooled state.

따라서, 본 발명자는, 과냉각 상태의 액체(101)의 동결 개시 시의 온도 T와, 액체가 고체로 변화하는 비율에 상관이 있기 때문에, 과냉각 상태의 액체(101)의 동결 개시 시의 온도 T를 검출할 수 있다면, 동결 공정에서, 액체가 고체로 변화하는 비율을 구할 수 있는 것을 발견했다. Therefore, since the present inventors have a correlation between the temperature T at the start of freezing of the liquid 101 in a supercooled state and the rate at which the liquid changes to a solid, the temperature T at the start of freezing of the liquid 101 in a supercooled state If it can be detected, it has been found that in the freezing process, the rate at which a liquid changes to a solid can be obtained.

여기서, 과냉각 상태의 액체(101)의 동결이 개시되면, 잠열에 의해 온도가 상승한다. 그 때문에, 동결 개시 시의 온도 T는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 과냉각 상태의 액체(101)의 온도가 상승하기 시작한 온도로 할 수 있다. 또한, 과냉각 상태의 액체(101)의 온도가 상승하기 시작했을 때가 과냉각 상태의 액체(101)의 동결이 개시되는 타이밍이다. Here, when the freezing of the supercooled liquid 101 starts, the temperature rises due to latent heat. Therefore, as shown in Fig. 4, the temperature T at the start of freezing can be the temperature at which the temperature of the supercooled liquid 101 starts to rise. In addition, when the temperature of the liquid 101 in a supercooled state starts to rise, the freezing of the liquid 101 in a supercooled state starts.

또한, 과냉각 상태의 액체(101)의 동결이 시작되면, 기판(100) 표면의 전면에서 거의 동시에 동결이 시작된다. 그렇지만, 동결의 개시 시각이 약간 어긋날 가능성이 있다. 이 때문에, 잠열에 의해 온도가 상승한 것과 동시에 해동을 시작해 버리면, 오염물을 기점으로 한 동결이 시작되지 않은 개소가 발생해 버릴 가능성이 있다. 따라서, 해동은 동결이 시작되지 않은 개소가 동결을 개시할 것으로 예상되는 시간이 약간 경과하고 나서 행하는 것이 바람직하다. 예컨대, 잠열에 의해 온도가 상승하고 나서 0.2∼2.0초 정도 지연하여 행하도록 하는 것이 좋다. 그러나, 액막이 얇은 경우에는, 동결 공정의 시간이 거의 없어, 곧바로 전부 동결된 얼음막이 되어 버리는 경우가 있다. 이 때, 전술한 바와 같이 얼음막과 기판(100)의 표면 사이에 응력이 생겨 버려, 미세한 요철을 파손해 버리는 경우도 있다. 본 발명자가 얻은 지견에 의하면, 액막의 두께를 100 μm 이상으로 하면, 동결이 개시되는 타이밍으로부터 얼음막이 되기까지의 시간을 필요한 시간만큼 유지할 수 있다. In addition, when the liquid 101 in a supercooled state starts to freeze, the entire surface of the substrate 100 starts to freeze almost simultaneously. However, there is a possibility that the freezing start time is slightly shifted. For this reason, if thawing is started at the same time that the temperature rises due to latent heat, there is a possibility that a location where freezing has not started, starting from the contaminants, may occur. Accordingly, it is preferable to perform thawing after a time elapsed when the portion where freezing has not started is expected to start freezing. For example, it is preferable to delay the temperature by about 0.2 to 2.0 seconds after the temperature rises due to latent heat. However, when the liquid film is thin, there is a case where there is almost no time for the freezing step and the entire liquid film immediately becomes a frozen ice film. At this time, as described above, stress is generated between the ice film and the surface of the substrate 100, and fine irregularities may be damaged. According to the findings obtained by the present inventors, when the thickness of the liquid film is 100 μm or more, the time from the timing at which freezing starts to the ice film can be maintained for a necessary amount of time.

그런데, 검출부(8)가 온도 센서라면 동결 개시 시의 온도 T를 직접 검출할 수 있다. 또한, 과냉각 상태의 액체(101)로부터 고액상 상태의 액체(101)로 상변화함으로써, 액체(101)는 백탁화한다. 따라서, 기판(100) 상의 액체(101)의 반사율이나 굴절률 등이 변화한다. 그 때문에, 검출부(8)로서, 굴절률계, 레이저 변위계, 화상 처리 장치 등을 이용할 수 있다. 검출부(8)가 굴절률계, 레이저 변위계, 화상 처리 장치 등인 경우에는, 미리 구한 동결 개시 온도와의 상관관계에 의해, 검출된 값을 동결 개시 시의 온도 T로 변환하면 된다. By the way, if the detection part 8 is a temperature sensor, the temperature T at the time of the freezing start can be detected directly. In addition, by changing the phase from the supercooled liquid 101 to the solid-liquid liquid 101, the liquid 101 becomes opaque. Accordingly, the reflectance or refractive index of the liquid 101 on the substrate 100 changes. Therefore, as the detection unit 8, a refractometer, a laser displacement meter, an image processing device, or the like can be used. In the case where the detection unit 8 is a refractometer, a laser displacement meter, an image processing device, or the like, the detected value may be converted into the temperature T at the start of freezing by correlation with the pre-obtained freezing start temperature.

다음으로, 동결 개시 시의 온도 T와, 액체와 고체의 비율과, 오염물의 제거의 상관을 설명한다. Next, the correlation between the temperature T at the start of freezing, the liquid-to-solid ratio, and contaminant removal will be explained.

과냉각 상태로부터 액체가 어는 온도(동결 개시 시의 온도 T)는 조건에 따라 다양하지만, 어떤 계기로 얼기 시작하면 단숨에 계 전체가 언다. 얼 때에는 계 전체가 0℃의 물과 얼음이 되기 때문에, 원래의 물에 대한 얼음의 양(액체와 고체의 비율)은, 이 변화를 단열 과정으로 가정하면, 0℃의 물이 과냉각이 종료하는 온도가 될 때까지 빼앗긴 열량과, 0℃에서 얼음이 생성되어 방출되는 열량과 같다고 생각함으로써 예측할 수 있다. The temperature at which a liquid freezes from a supercooled state (temperature T at the start of freezing) varies depending on the conditions, but if it starts to freeze for a certain reason, the entire system freezes at once. Since the entire system becomes water and ice at 0°C when it freezes, the amount of ice relative to the original water (liquid-solid ratio) assumes that this change is an adiabatic process. It can be predicted by thinking that the amount of heat taken until the temperature is equal to the amount of heat released when ice is formed at 0 ° C.

도 7은, 동결 개시 시의 온도 T와, 액체와 고체의 비율의 관계를 예시하기 위한 그래프이다. 7 is a graph for illustrating the relationship between the temperature T at the start of freezing and the ratio of liquid to solid.

도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 동결 개시 시의 온도 T가 낮아짐에 따라서, 동결 공정에서의 고체의 비율이 많아진다. 전술한 바와 같이, 동결 공정에서의 고체의 비율과 오염물의 제거율 사이에는, 플러스의 상관관계가 있다. 예컨대, 고체의 비율이 많아지면, 보다 많은 오염물을 제거할 수 있다고 생각되기 때문에, 오염물의 제거율은 높아진다. 동결의 기점은, 오염물 외에도, 온도 불균일에 의한 밀도 변화나, 표면이 미소한 진동에 의한 변화, 액체(101) 중의 기포 등을 생각할 수 있다. 따라서, 고체의 비율과 오염물의 제거율은 동일하다고는 할 수 없다. 고체의 비율과 오염물의 제거율의 관계는, 미리 실험이나 시뮬레이션을 행함으로써 구할 수 있다. As can be seen from Fig. 7, as the temperature T at the start of freezing decreases, the proportion of solids in the freezing step increases. As mentioned above, there is a positive correlation between the percentage of solids in the freezing process and the removal rate of contaminants. For example, since it is thought that more contaminants can be removed when the proportion of solids increases, the removal rate of contaminants increases. In addition to contaminants, the starting point of freezing can be a density change due to temperature unevenness, a change due to minute vibration of the surface, bubbles in the liquid 101, and the like. Therefore, the ratio of solids and the removal rate of contaminants cannot be said to be the same. The relationship between the proportion of solids and the removal rate of contaminants can be obtained by conducting experiments or simulations in advance.

다음으로, 액체와 고체의 비율과 오염물의 제거(제거율, 오염율)의 상관에 관해 설명한다. Next, the correlation between the liquid-to-solid ratio and contaminant removal (removal rate, contamination rate) will be described.

여기서, 오염물의 제거율(PRE)은, 세정 처리 전의 오염물의 수를 NI, 세정 처리 후의 오염물의 수를 NP로 한 경우에 이하의 식으로 나타낼 수 있다. Here, the contaminant removal rate (PRE) can be expressed by the following equation when the number of contaminants before cleaning treatment is NI and the number of contaminants after cleaning treatment is NP.

PRE(%)=((NI-NP)/NI)×100 - (1)PRE(%)=((NI-NP)/NI)×100 - (1)

그 때문에, 동결 개시 시의 온도 T를 알면, 동결 공정에서의 고체의 비율, 나아가서는, 상기 동결 세정 공정에서의 오염물의 제거율(PRE)을 구할 수 있다. 상기 동결 세정 공정에서의 오염물의 제거율을 알면, 기판(100)의 오염물의 제거율이 소정의 값이 될 때까지, 동결 세정 공정을 반복하여 행하도록 하면 된다. 예컨대, 기판(100)의 오염물의 제거율이 90%가 될 때까지, 동결 세정 공정을 반복하여 행하는 것으로 할 수 있다. 목표로 하는 제거율(소정의 제거율)은, 기판(100)의 세정에서의 수율이 허용치가 되도록 설정하면 된다. Therefore, if the temperature T at the start of freezing is known, the percentage of solids in the freezing process and, consequently, the removal rate (PRE) of contaminants in the freeze-cleaning process can be obtained. If the contaminant removal rate in the freeze-cleaning process is known, the freeze-cleaning process may be repeatedly performed until the contaminant removal rate of the substrate 100 reaches a predetermined value. For example, the freeze cleaning step may be repeatedly performed until the removal rate of contaminants from the substrate 100 reaches 90%. The target removal rate (predetermined removal rate) may be set such that the yield in cleaning of the substrate 100 is an acceptable value.

도 8은, 동결 개시 시의 온도 T와 동결 세정 공정의 횟수의 관계를 예시하기 위한 표이다. 8 is a table for illustrating the relationship between the temperature T at the start of freezing and the number of freeze-cleaning steps.

또한, 도 8에서는, 일례로서, 도 4에 예시한 동결 공정에서의 고체의 비율과, 오염물의 제거율을 같게 했다. 즉, 액체(101)의 동결이 전부 오염물을 핵으로 한 것이다. 또한, 반복되는 각 동결 세정 공정에서, 동결 개시 시의 온도 T가 일정하다고 한 경우이다. In FIG. 8 , as an example, the ratio of solids in the freezing step illustrated in FIG. 4 and the removal rate of contaminants were made the same. That is, all freezing of the liquid 101 is done with contaminants as nuclei. In addition, it is a case where it is assumed that the temperature T at the start of freezing is constant in each repeated freeze-cleaning step.

도 8은, 표의 가로열에 액체(101)가 과냉각 상태로부터 동결 개시한 온도, 그 밑에 각 동결 온도에서의 오염물의 제거율, 그 밑에 세정 처리를 반복할 마다의 초기 상태로부터의 오염물의 제거율을 도시하고 있다. Fig. 8 shows the temperature at which the liquid 101 starts to freeze from the supercooled state in the row of the table, the contaminant removal rate at each freezing temperature below it, and the contaminant removal rate from the initial state at each repetition of the cleaning treatment below it. there is.

예컨대, 동결 개시 온도를 -30℃로 한 경우, 제거율은 39.3%이며, 1회의 세정 처리로 오염물이 39.3% 제거되는 것을 나타내고 있다. 2회의 세정 처리로 (100-39.3)×0.393+39.3=63.2(%), 3회의 세정 처리로 (100-63.2)×0.393+63.2=77.6(%)가 된다. For example, when the freezing start temperature is set to -30°C, the removal rate is 39.3%, indicating that 39.3% of contaminants are removed by one cleaning treatment. With two washing treatments, (100 - 39.3) × 0.393 + 39.3 = 63.2 (%), and with three washing treatments, (100 - 63.2) × 0.393 + 63.2 = 77.6 (%).

도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 동결 개시 시의 온도 T가 변하면 액체가 고체로 변화하는 비율로부터 미리 구한 제거율이 변화한다. 그 때문에, 검출부(8)에 의해 검출된 온도 T에 기초하여, 온도 T에서의 제거율을 기억부(9c)로부터 취출하여, 소정의 오염물의 제거율이 되기까지의 동결 세정 공정의 횟수를 구할 수 있다. 예컨대, 도 8에 예시한 것의 경우에는, 동결 개시 시의 온도 T가 -25℃인 경우에는, 동결 세정 공정의 횟수는 20회 이상으로 할 수 있다. 동결 개시 시의 온도 T가 -30℃인 경우에는, 동결 세정 공정의 횟수는 16회 이상으로 할 수 있다. 이 횟수는, 전술한 바와 같이, 허용되는 세정에서의 수율이 얻어지는 범위에서 적절하게 결정되면 된다. As can be seen from FIG. 8, when the temperature T at the start of freezing changes, the removal rate determined in advance from the rate at which liquid changes to solid changes. Therefore, based on the temperature T detected by the detection unit 8, the removal rate at the temperature T is retrieved from the storage unit 9c, and the number of freeze-cleaning steps up to a predetermined contaminant removal rate can be obtained. . For example, in the case illustrated in FIG. 8 , when the temperature T at the start of freezing is -25° C., the number of freeze-cleaning steps may be 20 or more. When the temperature T at the start of freezing is -30°C, the number of freeze-cleaning steps may be 16 or more. As described above, this number of times may be appropriately determined within a range in which an acceptable yield in washing is obtained.

이와 같이, 미리 동결 세정 공정을 행하는 횟수를 결정하여 세정 처리를 행할 수 있다. 비교적 짧은 기간에는, 액막의 온도, 파티클 등의 오염물이나 기포의 존재, 진동 등이 안정되어, 동결 개시 시의 온도 T가 안정된 경우가 있다. 이러한 경우에는, 최초의 동결 세정 공정시에 동결 개시 시의 온도 T를 검출하고, 동결 세정 공정의 횟수를 설정할 수 있다.In this way, the washing process can be performed by determining the number of freeze-cleaning steps in advance. In a relatively short period of time, there are cases in which the temperature T at the start of freezing is stable because the temperature of the liquid film, the presence of contaminants such as particles and bubbles, vibration, and the like are stable. In this case, in the first freeze-cleaning step, the temperature T at the start of freezing can be detected, and the number of freeze-cleaning steps can be set.

또한, 제어부(9)의 기억부(9c)는, 동결 개시 시의 온도와 오염물의 제거율의 관계에 관한 데이터로서 도 8에 도시하는 표에 상당하는 데이터를 저장하고 있다. 또, 제어부(9)의 기억부(9c)는, 동결 개시 시의 온도 T와 온도 T에서의 액체가 고체로 변화하는 비율로부터 미리 구한 제거율만의 데이터를 기억하고 있어도 좋다. 또한, 실험 등에서 구한 실제의 오염물 제거율과의 차를 보정하도록 해도 좋다. 그 경우, 보정된 데이터를 기억해도 좋다. 또한, 데이터를 기억할 뿐만 아니라, 근사식으로서 기억하여 연산에 이용해도 좋다. Further, the storage unit 9c of the control unit 9 stores data corresponding to the table shown in FIG. 8 as data relating to the relationship between the temperature at the start of freezing and the contaminant removal rate. Further, the storage unit 9c of the control unit 9 may store data of only the removal rate determined in advance from the temperature T at the start of freezing and the rate at which the liquid changes to solid at the temperature T. Further, the difference from the actual contaminant removal rate obtained through experiments or the like may be corrected. In that case, the corrected data may be stored. Moreover, not only data is stored, but it may be stored as an approximation expression and used for calculation.

전술한 바와 같이, 동결 개시 시의 온도 T는, 액막의 온도 불균일에 의한 밀도 변화, 파티클 등의 오염물이나 기포의 존재, 진동 등이 영향을 미치기 때문에, 동결 세정 공정마다 상이한 것이 되는 경우도 많다. 그 때문에, 동결 세정 공정마다 동결 개시 시의 온도 T를 검출하고, 상기 동결 세정 공정에서의 오염물의 제거율을 구하도록 하는 것이 바람직하다. 따라서, 동결 세정 공정의 횟수는 기판(100)마다 상이한 것이 된다. As described above, the temperature T at the start of freezing is affected by changes in density due to temperature non-uniformity of the liquid film, the presence of contaminants such as particles and bubbles, vibration, etc., so it is often different for each freeze-cleaning step. Therefore, it is preferable to detect the temperature T at the start of freezing for each freeze-cleaning step, and to obtain the contaminant removal rate in the freeze-cleaning step. Therefore, the number of times of the freeze cleaning step is different for each substrate 100 .

이 경우, 제어부(9)의 기억부(9c)는, 각 동결 세정 공정에서 산출한 제거율을 동결 세정 공정을 행할 때마다 기억한다. 그리고, 검출부(8)에 의해 검출된 온도 T로부터, 도 8에 도시하는 표로부터 온도 T에서의 제거율의 값을 산출하고, 제어부(9)의 기억부(9c)로부터 전회의 동결 세정 공정에서의 제거율의 값을 판독하고, 그 때의 동결 세정 공정에서의 제거율을 구한다. In this case, the storage unit 9c of the control unit 9 stores the removal rate calculated in each freeze-cleaning process each time the freeze-cleaning process is performed. Then, from the temperature T detected by the detection unit 8, the value of the removal rate at the temperature T is calculated from the table shown in FIG. The value of the removal rate is read, and the removal rate in the freeze-cleaning step at that time is determined.

또한, 동결 세정 공정의 횟수가 소정 범위를 넘는 경우가 있다. 이러한 경우에는, 이상이 발생한 것으로 보고, 기판(100)을 기판 처리 장치(1)의 외부로 반출할 수 있다. 이 경우, 반출된 기판(100)의 데이터로서, 제거율, 동결 세정 공정의 횟수, 동결 개시 시의 온도 T 등을 외부의 기기에 송신할 수 있다. In addition, there are cases where the number of freeze-cleaning steps exceeds a predetermined range. In this case, it is considered that an abnormality has occurred, and the substrate 100 can be taken out of the substrate processing apparatus 1 . In this case, as data of the unloaded substrate 100, the removal rate, the number of freeze-cleaning steps, the temperature T at the start of freezing, and the like can be transmitted to an external device.

또한, 비교적 짧은 기간에서, 동결 개시 시의 온도 T가 안정되어 있는 경우에도, 소정의 횟수마다 동결 개시 시의 온도 T를 검출하고, 동결 세정 공정의 횟수를 설정해도 좋다. In addition, even when the temperature T at the start of freezing is stable in a relatively short period of time, the temperature T at the start of freezing may be detected every predetermined number of times and the number of times of the freeze-cleaning step may be set.

동결 세정 공정을 반복하여 행함으로써 오염물의 제거율이 소정의 값(예컨대 90% 이상)이 된 경우에는, 케이스(6)의 도시하지 않은 반입 반출구를 통해 기판(100)을 케이스(6)의 외부로 반출할 수 있다. When the removal rate of contaminants reaches a predetermined value (e.g., 90% or more) by repeatedly performing the freeze-cleaning process, the substrate 100 is transported outside the case 6 through the loading/unloading port (not shown) of the case 6. can be returned with

도 9는, 동결 세정 공정의 플로우차트이다. 도 9의 플로우차트의 내용은 전술한 것과 동일하게 할 수 있기 때문에, 내용의 설명은 생략한다. 9 is a flow chart of a freeze cleaning process. Since the contents of the flowchart in Fig. 9 can be the same as those described above, description of the contents is omitted.

도 10∼도 12는, 도 9의 동결 세정 공정의 플로우차트에서, 냉각 공정과 해동 공정의 부분을 보다 상세하게 도시한 플로우차트이다. 10 to 12 are flow charts showing parts of the cooling process and the thawing process in more detail in the flow chart of the freeze cleaning process of FIG. 9 .

도 10은, 미리 냉각 공정의 횟수를 결정하는 경우이다. 도 11은, 냉각 공정의 횟수에 소정의 제한을 두지 않는 경우이다. 도 12는, 동결 세정 공정의 횟수에 소정의 제한을 둔 경우이다. 10 shows a case where the number of cooling steps is determined in advance. 11 is a case in which a predetermined limit is not placed on the number of cooling steps. 12 shows a case in which a predetermined limit is placed on the number of times of the freeze-cleaning process.

도 10에 도시하는 바와 같이, 미리 냉각 공정의 횟수를 결정하는 경우, 제어부(9)의 기억부(9c)는, 미리 동결 개시 온도 T의 정보를 기억하고 있다. 제어부(9)는, 입력 완료한 온도 T로부터 오염물의 제거율이 예컨대 90%가 되는 횟수를 산출하고, 기억부에 그 횟수를 기억시킨다. As shown in FIG. 10 , when the number of cooling steps is determined in advance, the storage unit 9c of the control unit 9 stores the information of the freezing start temperature T in advance. The controller 9 calculates the number of times the contaminant removal rate reaches, for example, 90% from the input temperature T, and stores the number of times in the storage unit.

예비 공정 후, 도 10에 도시하는 바와 같이, 공급되고 있던 액체(101)의 공급을 정지시킨다. 그 후, 기판(100)의 회전수를 0 rpm로부터 50 rpm 정도로 하여, 액체(101)의 액막의 두께를 원하는 두께로 한다. 또, 냉각 가스(3a1)의 유량은 예비 공정과 동일한 공급량으로 유지되고 있다. After the preliminary step, as shown in Fig. 10, the supply of the liquid 101 being supplied is stopped. Thereafter, the rotation speed of the substrate 100 is set from 0 rpm to about 50 rpm, and the thickness of the liquid film of the liquid 101 is set to a desired thickness. Also, the flow rate of the cooling gas 3a1 is maintained at the same supply amount as in the preparatory process.

액체(101)의 액막의 두께를 원하는 두께로 했다면, 검출부(8)에 액막의 온도를 검출시킨다. 이 때, 잠열에 의한 온도 상승을 검출했다면, 제어부(9)는 몇회째의 냉각 공정인지 계산한다. 제어부(9)에는 냉각 공정의 횟수를 카운트하는 카운터(도시하지 않음)가 있고, 카운터로부터 제어부의 연산 소자에 횟수의 정보가 송부된다. 연산 소자는, 카운터로부터의 횟수가 소정 횟수인지 아닌지 판정한다. 소정 횟수가 아니면, 냉각부(3)를 가동한 채로 해동을 실시한다. 구체적으로는, 제1 액체 공급부(4)로부터 액체(101)를 공급한다. 해동이 완료하면, 제1 액체 공급부(4)의 액체(101)를 정지시키고, 다시 액막을 원하는 두께로 한 후, 검출부(8)를 이용하여 액막이 동결 개시되었는지 아닌지를 검지·판정한다. 소정 시간 경과하더라도 잠열에 의한 온도 상승을 검출부(8)가 검출할 수 없는 경우, 과냉각 상태를 거치지 않고 동결이 개시되었을 우려가 있다. 이 경우, 기판 처리 장치(1)는 경고를 하여 장치를 정지시킨다. When the thickness of the liquid film of the liquid 101 is set to a desired thickness, the detection unit 8 detects the temperature of the liquid film. At this time, if the temperature rise due to latent heat is detected, the controller 9 calculates the number of cooling steps. The control unit 9 has a counter (not shown) that counts the number of times of the cooling process, and information of the number is sent from the counter to an arithmetic element in the control unit. The arithmetic element determines whether or not the number of times from the counter is a predetermined number of times. If it is not the predetermined number of times, defrosting is performed with the cooling unit 3 operating. Specifically, the liquid 101 is supplied from the first liquid supply unit 4 . When the thawing is completed, the liquid 101 in the first liquid supply unit 4 is stopped, and after the liquid film has a desired thickness, the detection unit 8 detects and determines whether the liquid film has started to freeze. If the detector 8 cannot detect a temperature increase due to latent heat even after a predetermined time has elapsed, there is a possibility that freezing has started without going through a supercooling state. In this case, the substrate processing apparatus 1 issues a warning and stops the apparatus.

이와 같이 함으로써, 검출부(8)에 의해 동결 공정을 검출·검지 가능해지기 때문에, 기판(100) 상의 액체(101)가 고액상 상태에서 반드시 해동할 수 있다. 이 때문에, 기판의 표면에 형성된 요철부의 파손을 억제할 수 있다. 또한, 동결 개시 온도와 그 온도에서의 제거율을, 도 8에 도시한 바와 같은 동결 개시 시의 온도와 오염물의 제거율의 관계에 관한 데이터로부터 미리 구해 놓음으로써, 오염물의 높은 제거율이 얻어지는 횟수를 용이하게 구할 수 있다. 따라서, 필요한 횟수 이상으로 동결 세정 공정을 실시하는 것을 방지할 수 있기 때문에, 오염물의 제거율을 향상시키면서 택트 타임을 단축할 수 있다. 이 방법은, 동결 개시 온도가 안정되어 있는 경우 바람직하다. By doing in this way, since the freezing process can be detected and detected by the detection unit 8, the liquid 101 on the substrate 100 can be defrosted without fail in a solid-liquid state. For this reason, damage to the concavo-convex portion formed on the surface of the substrate can be suppressed. In addition, by obtaining the freezing start temperature and the removal rate at that temperature in advance from the data relating to the relationship between the temperature at the start of freezing and the removal rate of contaminants as shown in FIG. can be saved Therefore, since it is possible to prevent performing the freeze-cleaning process more than the required number of times, the tact time can be shortened while improving the removal rate of contaminants. This method is preferable when the freezing initiation temperature is stable.

도 11에 도시하는 바와 같이, 냉각 공정의 횟수에 소정의 제한을 두지 않는 경우, 제어부(9)는, 동결 개시 시의 온도 T의 정보로부터 동결 개시 시의 온도 T일 때의 제거율을 기억부(9c)로부터 판독하고, 상기 동결 세정 공정보다 하나 전의 동결 세정 공정에서의 제거율로부터 상기 동결 세정 공정의 제거율을 산출한다. As shown in FIG. 11 , when a predetermined limit is not placed on the number of cooling steps, the controller 9 stores the removal rate at the temperature T at the start of freezing from the information of the temperature T at the start of freezing ( 9c), and the removal rate in the freeze-cleaning step is calculated from the removal rate in the freeze-cleaning step one preceding the freeze-cleaning step.

구체적으로는, 예비 공정 후, 액체(101)의 액막의 두께를 원하는 두께로 하고, 검출부(8)에 액막의 온도를 검출시키는 점까지는 미리 냉각 공정의 횟수를 결정하는 경우와 동일하다. 그 후, 검출부(8)가 잠열에 의한 온도 상승을 검출했다면, 검출부(8)는, 온도 상승한 온도를 동결 개시 시의 온도 T로서 제어부(9)에 정보를 보낸다. 제어부(9)는, 취득한 동결 개시 시의 온도 T일 때의 제거율의 값을 기억부(9c)로부터 판독한다. 그리고, 기억부(9c)로부터 판독한 제거율과 상기 동결 세정 공정보다 하나 전의 동결 세정 공정에서의 제거율로부터, 상기 동결 세정 시의 제거율을 산출한다. 다음으로, 제어부(9)는, 산출한 제거율이 소정의 값(예컨대 90% 이상)인지 아닌지를 판정한다. 산출한 제거율이 90%보다 높은 경우, 냉각부(3)의 냉각 가스(3a1)의 공급을 정지시키고, 해동 공정으로 이행한다. 산출한 제거율이 90%보다 낮은 경우, 상기 동결 세정 공정의 제거율을 기억부(9c)에 기억시키고, 냉각부(3)를 가동한 채로 해동을 실시한다. 구체적으로는, 제1 액체 공급부(4)로부터 액체(101)를 공급한다. 해동이 완료하면, 제1 액체 공급부(4)의 액체(101)를 정지시키고, 다시 액막을 원하는 두께로 한 후, 검출부(8)를 이용하여 액막이 동결 개시되었는지 아닌지를 판정한다. Specifically, after the preliminary step, the thickness of the liquid film of the liquid 101 is set to a desired thickness, and the detection unit 8 detects the temperature of the liquid film, which is the same as the case of determining the number of times of the cooling step in advance. Then, if the detection part 8 detects the temperature rise by latent heat, the detection part 8 sends information to the control part 9 as the temperature T at the time of the freezing start of the temperature rise. The control unit 9 reads the acquired value of the removal rate at the temperature T at the start of freezing from the storage unit 9c. Then, the removal rate during the freeze-cleaning is calculated from the removal rate read from the storage unit 9c and the removal rate in the freeze-cleaning step one previous to the freeze-cleaning step. Next, the controller 9 determines whether or not the calculated removal rate is a predetermined value (for example, 90% or higher). When the calculated removal rate is higher than 90%, the supply of the cooling gas 3a1 to the cooling section 3 is stopped, and the defrosting process is performed. When the calculated removal rate is lower than 90%, the removal rate of the freeze-cleaning process is stored in the storage unit 9c, and thawing is performed with the cooling unit 3 operating. Specifically, the liquid 101 is supplied from the first liquid supply unit 4 . When the thawing is completed, the liquid 101 in the first liquid supply unit 4 is stopped, and after the liquid film has a desired thickness, the detection unit 8 determines whether or not the liquid film has started to freeze.

이와 같이 함으로써, 동결 개시를 검지하기 때문에, 기판(100) 상의 액체(101)가 고액상 상태에서 반드시 해동할 수 있다. 또한, 상기 동결 세정 공정에서, 상정 동결 개시 온도보다 높은 온도에서 동결이 개시되어 버렸다 하더라도, 그 온도에서의 제거율을 제어부(9)의 기억부(9c)로부터 판독하고, 상기 동결 세정 공정의 제거율을 재계산할 수 있다. 그 때문에, 동결 개시 온도가 안정되지 않은 경우에도, 모든 동결 세정 공정을 실시한 후의 오염물의 제거율을 높은 값으로 유지할 수 있다. 결과적으로, 기판(100)마다의 오염물의 제거율이 안정된다. In this way, since the start of freezing is detected, the liquid 101 on the substrate 100 can be defrosted without fail from a solid-liquid state. Further, in the freeze-cleaning process, even if freezing has started at a temperature higher than the assumed freezing start temperature, the removal rate at that temperature is read from the storage unit 9c of the control unit 9, and the removal rate in the freeze-cleaning process is determined. can be recalculated. Therefore, even when the freezing initiation temperature is not stable, the contaminant removal rate after all the freezing and washing steps are performed can be maintained at a high value. As a result, the removal rate of contaminants per substrate 100 is stabilized.

냉각 공정의 횟수에 소정의 제한을 두지 않는다고 한 경우, 동결 개시 시의 온도 T가 상정 이상으로 높은 온도인 횟수가 많이 발생한 경우, 냉각 공정의 횟수가 상정의 2배나 3배가 되더라도 제거율이 90% 이상이 되지 않을 우려가 있다. 혹은, 제거율이 90% 이상이 되지만, 동결 세정 공정을 반복한 시간이 상정의 2배나 3배 걸릴 우려도 있다. 이 경우, 도 12에 도시하는 바와 같이, 동결 세정 공정의 횟수가 소정 범위를 넘으면, 이상이 발생한 것으로 보고, 기판(100)을 기판 처리 장치(1)의 외부로 반출한다. 반출된 기판(100)은, 제거율, 동결 세정 공정의 횟수, 동결 개시 시의 온도 T 등의 데이터가 외부의 기기에 송신된다. If the number of cooling steps is not limited, if the temperature T at the start of freezing is higher than expected, the removal rate is 90% or more even if the number of cooling steps is doubled or tripled. There is a risk that this will not happen. Alternatively, although the removal rate is 90% or more, there is a possibility that the time required to repeat the freeze-cleaning step is twice or three times as expected. In this case, as shown in FIG. 12 , when the number of freeze-cleaning steps exceeds a predetermined range, it is considered that an abnormality has occurred, and the substrate 100 is carried out of the substrate processing apparatus 1 . For the unloaded substrate 100, data such as the removal rate, the number of freeze-cleaning steps, and the temperature T at the start of freezing are transmitted to an external device.

이 경우, 제어부(9)는 소정 범위의 데이터를 기억부(9c)에 기억하고 있다. 제어부(9)가 동결 개시 시의 온도 T일 때의 제거율과 상기 동결 세정 공정보다 하나 전의 동결 세정 공정에서의 제거율로부터, 상기 동결 세정 시의 제거율을 산출하는 점까지는, 냉각 공정의 횟수에 소정의 제한을 두지 않는 경우와 동일하다. In this case, the control unit 9 stores data within a predetermined range in the storage unit 9c. From the removal rate at the temperature T at the start of freezing and the removal rate in the freeze-cleaning step one previous to the freeze-cleaning step, up to the point at which the control unit 9 calculates the removal rate during the freeze-cleaning, the number of cooling steps is determined at a predetermined rate. It is the same as when there is no limit.

제어부(9)는, 산출한 제거율이 90% 이상인지 아닌지를 판정한다. 산출한 제거율이 90%보다 높은 경우, 냉각부(3)의 냉각 가스(3a1)의 공급을 정지시킨 상태에서, 해동 공정으로 이행하여 세정 처리를 종료한다. The controller 9 determines whether or not the calculated removal rate is 90% or higher. When the calculated removal rate is higher than 90%, in a state where the supply of the cooling gas 3a1 to the cooling unit 3 is stopped, the defrosting process is performed and the cleaning process is finished.

산출한 제거율이 90%보다 낮은 경우, 상기 동결 세정 공정의 제거율 및 횟수를 기억부(9c)에 기억시킨다. 다음으로, 기억한 횟수가 미리 기억해 둔 소정의 처리 횟수인지 판단한다. 소정의 처리 횟수와 상이한 경우, 냉각부(3)를 가동한 채로 해동을 실시한다. 구체적으로는, 제1 액체 공급부(4)로부터 액체(101)를 공급한다. 해동이 완료하면, 제1 액체 공급부(4)의 액체(101)를 정지하고, 다시 액막을 원하는 두께로 한 후, 검출부(8)를 이용하여 액막이 동결을 개시했는지 아닌지를 판정한다. 소정의 처리 횟수인 경우, 기판(100)을 기판 처리 장치(1)의 외부로 반출한다. 이 때, 반출된 기판(100)의 오염물의 제거율, 동결 세정 공정의 횟수, 동결 개시 시의 온도 T 등의 데이터도 외부의 기기에 송신된다. When the calculated removal rate is lower than 90%, the removal rate and number of times of the freeze-cleaning process are stored in the storage unit 9c. Next, it is determined whether the number of times stored is a predetermined number of processes stored in advance. If it differs from the predetermined number of treatments, defrosting is performed with the cooling unit 3 in operation. Specifically, the liquid 101 is supplied from the first liquid supply unit 4 . When the thawing is completed, the liquid 101 in the first liquid supply unit 4 is stopped, and after the liquid film has a desired thickness, the detecting unit 8 determines whether or not the liquid film has started freezing. In the case of a predetermined number of treatments, the substrate 100 is taken out of the substrate processing apparatus 1 . At this time, data such as the removal rate of contaminants of the unloaded substrate 100, the number of freeze-cleaning steps, and the temperature T at the start of freezing are also transmitted to an external device.

이와 같이 함으로써, 동결 개시를 검지하기 때문에, 기판(100) 상의 액체(101)가 고액상 상태에서 반드시 해동할 수 있다. 또한, 세정 처리 중에 이상이 발생한 경우에도, 장치를 정지시키지 않고 다음 기판의 처리를 행할 수 있다. 또한, 기판(100)의 데이터가 제어부(9)에 의해 외부의 기기에 송신되기 때문에 이력을 추적할 수 있다. In this way, since the start of freezing is detected, the liquid 101 on the substrate 100 can be defrosted without fail from a solid-liquid state. Further, even when an abnormality occurs during the cleaning process, the next substrate process can be performed without stopping the apparatus. In addition, since the data of the substrate 100 is transmitted to an external device by the controller 9, the history can be traced.

미리 냉각 공정의 횟수를 결정하는 경우이며, 오염물의 제거율이 90% 이상인지 아닌지 판단하는 경우, 제어부(9)는 전술한 것과 동일한 동작을 한다. 예컨대, 소정의 처리 횟수를 미리 결정된 냉각 공정의 횟수로 하면 된다. 이 경우, 혹시 미리 결정된 냉각 공정의 횟수에 도달하더라도, 산출한 제거율이 90%보다 낮은 경우, 전술한 것과 동일하게 기판(100)을 기판 처리 장치(1)의 외부로 반출하고, 반출된 기판(100)의 오염물의 제거율, 동결 세정 공정의 횟수, 동결 개시 시의 온도 T 등의 데이터를 외부의 기기에 송신해도 좋다. 또한, 기판(100)을 기판 처리 장치(1)의 외부로 반출하지 않고, 소정 횟수의 동결 세정 공정을 더 반복하여 행하도록 해도 좋다. When the number of cooling processes is determined in advance, and when it is determined whether or not the contaminant removal rate is 90% or more, the controller 9 performs the same operation as described above. For example, what is necessary is just to set the predetermined number of processes as the predetermined number of cooling processes. In this case, even if the predetermined number of cooling steps is reached, if the calculated removal rate is lower than 90%, the substrate 100 is taken out of the substrate processing apparatus 1 in the same manner as described above, and the unloaded substrate ( 100), data such as the removal rate of contaminants, the number of freeze-cleaning steps, and the temperature T at the start of freezing may be transmitted to an external device. Alternatively, the freeze cleaning step may be further repeated a predetermined number of times without taking the substrate 100 out of the substrate processing apparatus 1 .

이와 같이 함으로써, 기판(100) 상의 액체(101)가 고액상 상태에서 반드시 해동할 수 있다. 또한, 이상이 발생한 경우에도 장치를 정지시키지 않고, 다음 기판의 처리를 행할지, 추가의 동결 세정 공정을 행할지 선택할 수 있다. 또한, 기판(100)의 데이터가 제어부(9)에 의해 외부의 기기에 송신되기 때문에 이력을 추적할 수 있다. In this way, the liquid 101 on the substrate 100 can be defrosted without fail in a solid-liquid state. In addition, even when an abnormality occurs, it is possible to select whether to process the next substrate or perform an additional freeze-cleaning process without stopping the apparatus. In addition, since the data of the substrate 100 is transmitted to an external device by the controller 9, the history can be traced.

도 13은, 동결 개시 시의 온도 T와, 동결 공정에서의 액체(101)와 고체를 포함한 막의 팽창률의 관계를 예시하기 위한 그래프이다. 13 is a graph for illustrating the relationship between the temperature T at the start of freezing and the expansion rate of the film containing the liquid 101 and the solid in the freezing process.

동결 공정에서, 액체(101)와 고체를 포함한 막의 팽창률이 커지면, 발생하는 압력파나 물리력이 커지기 때문에, 오염물의 제거율을 향상시킬 수 있다. In the freezing process, when the expansion rate of the film containing the liquid 101 and the solid increases, the generated pressure wave or physical force increases, so the contaminant removal rate can be improved.

도 13으로부터 알 수 있는 바와 같이, 동결 개시 시의 온도 T를 -40℃ 이상, -20℃ 이하로 하면, 막의 팽창률을 크게 할 수 있기 때문에, 오염물의 제거율을 향상시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 동결 개시 시의 온도 T는, 액막의 온도 불균일에 의한 밀도 변화, 파티클 등의 오염물이나 기포의 존재, 진동 등 영향을 받아 변동한다. 그러나, 액막의 온도는, 기판(100)의 회전수, 냉각 가스(3a1)의 유량 및 액체(101)의 공급량 중 적어도 하나를 제어하는 정도의 제어는 가능하다. 그 때문에, 제어부(9)는, 기판(100)의 회전수, 냉각 가스(3a1)의 유량 및 액체(101)의 공급량 중 적어도 하나를 제어함으로써, 동결 개시 시의 온도 T가 -40℃ 이상, -20℃ 이하가 되도록 할 수 있다.As can be seen from FIG. 13 , when the temperature T at the start of freezing is set to -40°C or more and -20°C or less, the expansion rate of the membrane can be increased, so the contaminant removal rate can be improved. As described above, the temperature T at the start of freezing fluctuates under the influence of changes in density due to temperature non-uniformity of the liquid film, the presence of contaminants such as particles or air bubbles, and vibration. However, the temperature of the liquid film can be controlled to the extent of controlling at least one of the rotation speed of the substrate 100, the flow rate of the cooling gas 3a1, and the supply amount of the liquid 101. Therefore, the controller 9 controls at least one of the rotation speed of the substrate 100, the flow rate of the cooling gas 3a1, and the supply amount of the liquid 101, so that the temperature T at the start of freezing is -40°C or higher; It can be made to be below -20 ℃.

다음으로, 실제 실험의 결과를 나타낸다. Next, the results of actual experiments are presented.

샘플은, 전술한 기판(100)이 6025 쿼츠(Qz) 기판(152 mm×152 mm×6.35 mm)을 이용하고, 액체(101)는 순수를 사용했다. For the sample, the substrate 100 described above used a 6025 quartz (Qz) substrate (152 mm×152 mm×6.35 mm), and pure water was used as the liquid 101.

오염물은, 기판(100) 상에 입경 80 nm의 폴리스티렌계 라텍스(PSL) 용액(Thermo scientific 제조, 모델 3080A)을 살포, 건조한 것을 사용했다. PSL 용액은, 기판 상의 PSL 부착수가 10000개±10%가 되도록 농도를 조정한 것을 이용하고, 오염물의 측정은 Lasertech 제조의 Magics M-2350을 사용했다. As the contaminant, a polystyrene-based latex (PSL) solution (manufactured by Thermo scientific, model 3080A) having a particle size of 80 nm was sprayed on the substrate 100 and dried. As the PSL solution, the concentration was adjusted so that the number of PSLs attached on the substrate was 10000 ± 10%, and Magics M-2350 manufactured by Lasertech was used for measurement of contaminants.

실험은, 냉각 공정의 동결 공정에서 해동하고, 냉각 공정의 반복을 10회, 30회, 60회 행했을 때의 각각의 오염물의 제거율을 측정했다. 액막의 두께는 약 280 μm로 조정했다. In the experiment, each contaminant removal rate was measured when thawing was performed in the freezing step of the cooling step and the cooling step was repeated 10 times, 30 times, and 60 times. The thickness of the liquid film was adjusted to about 280 µm.

그 결과를 도 14에 도시한다. 횡축은 처리의 반복수, 종축은 오염물의 제거율(PRE%)을 나타낸다. 반복수 10회일 때 제거율은 52%, 반복수 30회일 때는 제거율이 95%, 반복수 60회일 때는 제거율 94%였다. 각각의 과냉각 공정으로부터의 동결이 개시된 온도는 대략 -38℃∼-39℃였다. The result is shown in FIG. 14. The horizontal axis represents the number of repetitions of the treatment, and the vertical axis represents the contaminant removal rate (PRE%). The removal rate was 52% at 10 repetitions, 95% at 30 repetitions, and 94% at 60 repetitions. The temperature at which freezing was initiated from each supercooling process was approximately -38°C to -39°C.

도 14에 도시하는 결과에서는, 고액상에서 해동했을 때의 반복 횟수를 늘림으로써 오염물의 제거율(PRE)은 향상되고, 반복 횟수가 30회에서 포화했다. In the results shown in Fig. 14, the contaminant removal rate (PRE) was improved by increasing the number of repetitions of thawing in the solid-liquid phase, and the number of repetitions reached saturation at 30 times.

상기 실험 결과와 같이, 동결 개시 온도가 안정되어 있는 경우, 1회당의 제거율을 PRE1로 하면, n회 반복했을 때의 PREn은 (2)식으로 주어진다고 생각된다. As shown in the above experimental results, when the freezing initiation temperature is stable, if the removal rate per one time is PRE1, it is considered that PREn when repeated n times is given by the formula (2).

PREn=1-θn … (2)PREn=1-θ n . . . (2)

θn은, 동결 세정 공정을 n회 실시한 경우의 오염물의 잔존율이다. 상기 실험에서의 PRE1은, 반복 횟수 30회의 제거율 95%로부터, PRE1=9.5%로 추측된다. θn is the residual rate of contaminants when the freeze-cleaning step is performed n times. PRE1 in the above experiment is estimated to be PRE1 = 9.5% from the removal rate of 95% at 30 repetitions.

액체(101)가 -38.7℃에서 동결이 시작된 경우, 약 52%가 고체가 된다. 이것으로부터 약 18%가 오염물을 핵으로 하여 고체가 되었다고 생각된다. 어느 경우도 패턴의 도괴는 발생하지 않았다. When liquid 101 starts to freeze at -38.7°C, about 52% becomes solid. From this, it is thought that about 18% became solid with contaminants as nuclei. In either case, the collapse of the pattern did not occur.

도 15는, 다른 실시형태에 따른 기판 처리 장치(1a)를 예시하기 위한 모식도이다. 도 15에 도시하는 바와 같이, 기판 처리 장치(1a)에는, 배치부(2), 냉각부(3), 제1 액체 공급부(4), 제2 액체 공급부(5), 케이스(6), 송풍부(7), 검출부(8), 온도 검출부(8a), 가스 공급부(10), 배기부(11) 및 제어부(9)가 설치되어 있다. 15 is a schematic diagram for illustrating a substrate processing apparatus 1a according to another embodiment. As shown in FIG. 15 , the substrate processing apparatus 1a includes a mounting unit 2, a cooling unit 3, a first liquid supply unit 4, a second liquid supply unit 5, a case 6, and a cooling unit. A rich 7, a detection unit 8, a temperature detection unit 8a, a gas supply unit 10, an exhaust unit 11 and a control unit 9 are provided.

온도 검출부(8a)는, 기판(100)과 배치대(2a) 사이의 공간의 온도를 검출한다. 이 온도는, 기판(100)과 배치대(2a) 사이를 흐르는 혼합 가스(냉각 가스(3a1)와 가스(10d)가 혼합된 가스)의 온도와 거의 같다. 온도 검출부(8a)는, 예컨대, 방사선 온도계, 서모 뷰어, 열전대, 측온 저항체 등으로 할 수 있다. The temperature detection unit 8a detects the temperature of the space between the substrate 100 and the placing table 2a. This temperature is substantially the same as the temperature of the mixed gas (a mixture of the cooling gas 3a1 and the gas 10d) flowing between the substrate 100 and the mounting table 2a. The temperature detector 8a can be, for example, a radiation thermometer, a thermoviewer, a thermocouple, or a resistance thermometer.

가스 공급부(10)는, 가스 수납부(10a), 유량 제어부(10b) 및 접속부(10c)를 갖는다. The gas supply unit 10 has a gas storage unit 10a, a flow control unit 10b, and a connection unit 10c.

가스 수납부(10a)는 가스(10d)의 수납과 공급을 행한다. 가스 수납부(10a)는, 가스(10d)가 수납된 고압 봄베나 공장 배관 등으로 할 수 있다. The gas storage unit 10a stores and supplies the gas 10d. The gas storage section 10a can be a high-pressure cylinder in which the gas 10d is stored, a factory pipe, or the like.

유량 제어부(10b)는 가스(10d)의 유량을 제어한다. 유량 제어부(10b)는, 예컨대, 가스(10d)의 유량을 직접적으로 제어하는 MFC로 할 수도 있고, 압력을 제어함으로써 가스(10d)의 유량을 간접적으로 제어하는 APC로 할 수도 있다. The flow control unit 10b controls the flow rate of the gas 10d. The flow controller 10b may be, for example, an MFC that directly controls the flow rate of the gas 10d or an APC that indirectly controls the flow rate of the gas 10d by controlling the pressure.

접속부(10c)는 회전축(2b)에 접속되어 있다. 접속부(10c)는, 회전축(2b)과 냉각 노즐(3d) 사이의 공간과, 유량 제어부(10b)를 접속한다. 접속부(10c)는, 예컨대 로터리 조인트로 할 수 있다. The connecting portion 10c is connected to the rotating shaft 2b. The connection part 10c connects the space between the rotating shaft 2b and the cooling nozzle 3d, and the flow control part 10b. The connecting portion 10c can be, for example, a rotary joint.

가스(10d)는, 기판(100)의 재료와 반응하기 어려운 가스라면 특별히 한정되지 않는다. 가스(10d)는, 예컨대, 질소 가스, 헬륨 가스, 아르곤 가스 등의 불활성 가스로 할 수 있다. 이 경우, 가스(10d)는 냉각 가스(3a1)와 동일한 가스로 할 수 있다. 다만, 가스(10d)의 온도는, 냉각 가스(3a1)의 온도보다 높게 되어 있다. 가스(10d)의 온도는, 예컨대 실온으로 할 수 있다. The gas 10d is not particularly limited as long as it is a gas that is unlikely to react with the material of the substrate 100 . The gas 10d can be, for example, an inert gas such as nitrogen gas, helium gas, or argon gas. In this case, the gas 10d can be the same gas as the cooling gas 3a1. However, the temperature of the gas 10d is higher than that of the cooling gas 3a1. The temperature of the gas 10d can be, for example, room temperature.

액체(101)의 냉각 속도가 너무 빨라지면 액체(101)가 과냉각 상태가 되지 않고 바로 동결되어 버린다. 즉, 과냉각 공정을 행할 수 없게 된다. 이 경우, 액체(101)의 냉각 속도는, 기판(100)의 회전수 및 냉각 가스(3a1)의 유량의 적어도 어느 하나에 의해 제어할 수 있다. 그런데, 냉각 가스(3a1)의 온도는, 냉각 가스(3a1)를 공급하는 냉각부에서의 온도 설정에 의해 거의 일정해진다. 그 때문에, 냉각 가스(3a1)의 유량에서는, 액체(101)의 냉각 속도를 느리게 하는 것이 어려워지는 경우가 있다. If the cooling rate of the liquid 101 is too fast, the liquid 101 does not go into a supercooled state and immediately freezes. That is, the supercooling process cannot be performed. In this case, the cooling rate of the liquid 101 can be controlled by at least one of the rotation speed of the substrate 100 and the flow rate of the cooling gas 3a1. By the way, the temperature of the cooling gas 3a1 becomes substantially constant by setting the temperature in the cooling section that supplies the cooling gas 3a1. Therefore, it may be difficult to slow down the cooling rate of the liquid 101 at the flow rate of the cooling gas 3a1.

또한, 기판(100)의 회전수를 적게 하면, 액막의 두께가 두꺼워지기 때문에 냉각 속도를 느리게 할 수 있다. 그러나, 액막의 두께에는, 표면장력에 의해 유지되는 한계의 두께가 있기 때문에, 기판(100)의 회전수에서는 액체(101)의 냉각 속도를 느리게 하는 것이 어려워지는 경우가 있다. In addition, if the number of revolutions of the substrate 100 is reduced, the thickness of the liquid film becomes thicker, so the cooling rate can be reduced. However, since there is a limit to the thickness of the liquid film maintained by surface tension, it may be difficult to slow down the cooling rate of the liquid 101 at the rotational speed of the substrate 100.

따라서, 본 실시형태에서는, 냉각 가스(3a1)보다 온도가 높은 가스(10d)와, 냉각 가스(3a1)를 혼합시킴으로써, 액체(101)의 냉각 속도를 느리게 할 수 있도록 하고 있다. 액체(101)의 냉각 속도는, 가스(10d)와 냉각 가스(3a1)의 유량, 가스(10d)와 냉각 가스(3a1)의 혼합 비율, 가스(10d)의 온도 등에 의해 제어할 수 있다. Therefore, in the present embodiment, the cooling rate of the liquid 101 can be reduced by mixing the gas 10d having a higher temperature than the cooling gas 3a1 and the cooling gas 3a1. The cooling rate of the liquid 101 can be controlled by the flow rate of the gas 10d and the cooling gas 3a1, the mixing ratio of the gas 10d and the cooling gas 3a1, the temperature of the gas 10d, and the like.

냉각 가스(3a1)에 냉각 가스(3a1)보다 온도가 높은 가스(10d)를 혼합시킴으로써, 기판(100)과 배치대(2a) 사이의 공간에 공급하는 가스의 온도를 보다 치밀하게 조정할 수 있다. 따라서, 기판(100)의 냉각 온도를 보다 높은 정밀도로 조정할 수 있다. 또한, 액체(101)의 과냉각 상태의 제어를 보다 용이하게 행할 수 있다. By mixing the cooling gas 3a1 with the gas 10d having a higher temperature than the cooling gas 3a1, the temperature of the gas supplied to the space between the substrate 100 and the mounting table 2a can be more precisely adjusted. Therefore, the cooling temperature of the substrate 100 can be adjusted with higher precision. In addition, control of the supercooled state of the liquid 101 can be performed more easily.

이와 같이 함으로써, 과냉각 상태의 액체(101)가 동결을 개시하는 온도를 -20℃ 이하로 할 수 있는 확률을 높일 수 있다. 그 결과, 오염물의 제거율이 90% 이상이 될 때까지 동결 세정 공정을 반복하는 경우에는, 동결 세정 공정의 횟수를 감소시킬 수 있다. 또한, 미리 세정 횟수가 결정되어 있는 경우에는, 설정 온도보다 높은 온도에서 동결이 개시되는 것을 억제할 수 있기 때문에, 세정 불량이 되는 기판(100)을 줄일 수 있다. 그 결과, 수율이 향상된다. By doing this, it is possible to increase the probability that the temperature at which the liquid 101 in a supercooled state starts to freeze to -20°C or lower. As a result, when the freeze-cleaning process is repeated until the contaminant removal rate reaches 90% or higher, the number of freeze-cleaning processes can be reduced. In addition, when the number of times of cleaning is determined in advance, it is possible to suppress the initiation of freezing at a temperature higher than the set temperature, and therefore, the number of substrates 100 that become defective in cleaning can be reduced. As a result, the yield is improved.

또한, 가스 공급부(10)가 설치되어 있으면, 전술한 동결 개시 시의 온도 T가, -40℃ 이상, -20℃ 이하가 되도록 냉각 공정에서의 냉각 속도를 조정하는 것이 용이해진다. In addition, when the gas supply unit 10 is provided, it becomes easy to adjust the cooling rate in the cooling step so that the temperature T at the start of freezing described above is -40°C or more and -20°C or less.

또한, 검출부(8)에 의해, 액막의 온도를 검출하여 냉각 가스(3a1)의 유량을 제어했다 하더라도, 기판(100)의 표면(100b)측의 온도(액막의 온도)와, 기판(100)의 이면(100a)측의 온도에는 차가 발생한 경우가 있다. 그 때문에, 검출부(8)에서 검출된 액막의 온도에만 기초하여 냉각 가스(3a1)의 유량을 제어하면, 액막의 온도가 적정 온도가 되었다 하더라도, 액막의 온도와, 기판(100)의 이면(100a)의 온도 사이에 차가 생겨 기판(100)의 두께 방향의 온도 구배가 커지는 경우가 있다. 기판(100)의 두께 방향의 온도 구배가 커지면, 온도 불균일에 의한 밀도 변화가 동결의 기점이 되는 경우도 있고, 이 때문에 동결의 타이밍이 기판(100)마다 달라질 우려가 있다. In addition, even if the flow rate of the cooling gas 3a1 is controlled by detecting the temperature of the liquid film by the detector 8, the temperature on the surface 100b side of the substrate 100 (liquid film temperature) and the temperature of the substrate 100 There is a case where a difference has occurred in the temperature on the back surface 100a side of . Therefore, if the flow rate of the cooling gas 3a1 is controlled based only on the temperature of the liquid film detected by the detector 8, even if the temperature of the liquid film reaches an appropriate temperature, the temperature of the liquid film and the back surface 100a of the substrate 100 ), there is a case where a temperature gradient in the thickness direction of the substrate 100 increases. If the temperature gradient in the thickness direction of the substrate 100 increases, density change due to temperature non-uniformity may become the starting point of freezing, and for this reason, there is a possibility that the freezing timing may vary for each substrate 100.

또한, 온도 구배가 커지면 밀도가 달라지기 쉬워지고, 이 밀도가 달라지는 것에 의한 밀도의 변화가 동결의 기점이 된돠고 생각된다. 따라서, 기판(100)의 면내에서도 동결의 타이밍이 달라질 우려가 있다. In addition, when the temperature gradient increases, the density tends to change, and it is considered that the change in density due to this density change becomes the starting point of freezing. Therefore, there is a possibility that the timing of freezing may vary even within the plane of the substrate 100 .

본 실시형태에 의하면, 제어부(9)는, 온도 검출부(8a)에 의해 측정된 온도에 기초하여, 가스(10d)와 냉각 가스(3a1)의 유량, 가스(10d)와 냉각 가스(3a1)의 혼합 비율 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. According to this embodiment, the controller 9 controls the flow rate of the gas 10d and the cooling gas 3a1 and the flow rate of the gas 10d and the cooling gas 3a1 based on the temperature measured by the temperature detection unit 8a. At least one of the mixing ratios may be controlled.

그 때문에, 제어부(9)는, 예비 공정에서 이러한 제어를 행하고, 검출부(8)에서 검출된 온도와, 온도 검출부(8a)에서 검출된 온도의 차가 소정의 범위 내가 된 후에, 예비 공정으로부터 과냉각 공정(액체(101)의 공급 정지)으로 전환할 수 있다. 이와 같이 하면, 기판(100)의 두께 방향의 온도 구배가 작아진 상태에서 동결을 개시시킬 수 있기 때문에, 동결의 타이밍이 달라지는 것을 억제할 수 있다. Therefore, the controller 9 performs such control in the preliminary process, and after the difference between the temperature detected by the detection unit 8 and the temperature detected by the temperature detection unit 8a falls within a predetermined range, the supercooling process is performed from the preliminary process. (supply stop of liquid 101). In this way, since freezing can be started in a state where the temperature gradient in the thickness direction of the substrate 100 is reduced, variation in the timing of freezing can be suppressed.

또한, 유량 제어부(3c)에 의해 냉각 가스(3a1)의 유량을 제어하지 않고(냉각 가스(3a1)의 유량을 일정하게 하여), 가스 공급부(10)로부터 공급되는 가스(10d)의 유량을 제어하여, 액체(101)의 과냉각 상태를 제어할 수도 있다. 이러한 경우에는 유량 제어부(3c)를 생략할 수 있다. 다만, 유량 제어부(3c) 및 가스 공급부(10)를 설치하면, 액체(101)의 과냉각 상태의 제어를 보다 용이하게 행할 수 있다. In addition, the flow rate of the gas 10d supplied from the gas supply unit 10 is controlled without controlling the flow rate of the cooling gas 3a1 by the flow rate controller 3c (making the flow rate of the cooling gas 3a1 constant) Thus, the supercooled state of the liquid 101 may be controlled. In this case, the flow control part 3c can be omitted. However, if the flow rate controller 3c and the gas supply unit 10 are provided, the supercooled state of the liquid 101 can be controlled more easily.

또한, 송풍부(7)에 의해 공급되는 공기(7a)의 양을 제어함으로써, 액체(101)의 과냉각 상태의 제어를 행할 수도 있다. In addition, the supercooled state of the liquid 101 can be controlled by controlling the amount of air 7a supplied by the blower 7 .

이상, 실시형태에 관해 예시했다. 그러나, 본 발명은 이러한 기술(記述)에 한정되는 것이 아니다. 전술한 실시형태에 관해, 당업자가 적절하게 구성요소의 추가, 삭제 혹은 설계 변경을 행한 것, 또는, 공정의 추가, 생략 혹은 조건 변경을 행한 것도, 본 발명의 특징을 갖추고 있는 한 본 발명의 범위에 포함된다. In the above, the embodiment was illustrated. However, the present invention is not limited to these descriptions. Regarding the above-described embodiments, those skilled in the art have appropriately added, deleted, or changed designs of components, or added or omitted steps or changed conditions, are within the scope of the present invention as long as the characteristics of the present invention are provided. included in

예컨대, 기판 처리 장치(1)가 구비하는 각 요소의 형상, 치수, 수, 배치 등은, 예시한 것에 한정되는 것은 아니고 적절하게 변경할 수 있다. For example, the shape, size, number, arrangement, etc. of each element included in the substrate processing apparatus 1 are not limited to those illustrated and can be appropriately changed.

예컨대, 검출부(8)는, 온도 센서가 아니라, 굴절률계, 레이저 변위계, 화상 처리 장치 등으로 해도 좋다. 이 경우, 제어부(9)는, 동결 개시 온도와, 그 동결 개시 온도에서의 액체와 고체의 비율로부터 산출하는 오염물의 제거율, 및, 그 동결 개시 온도에서의 과냉각 상태의 액체(101)의 백탁 상태의 투과율, 반사율, 굴절률을 미리 기억해 둔다. 예컨대, 동결 개시 온도에 의해 액체와 고체의 비율이 변화하기 때문에, 과냉각 상태의 액체(101)의 투과율이 달라진다. 이 투과율의 차이를 미리 측정해 둠으로써, 투과율의 변화로부터 동결 개시의 순간을 검출할 수 있다. 그리고, 그 때의 투과율로부터 동결 개시 온도를 추측하고, 추측한 동결 개시 온도로부터 미리 구해 놓은 액체와 고체의 비율로부터 산출하는 오염물의 제거율을 산출하고, 상기 동결 세정 공정에서의 오염물의 제거율을 연산한다. For example, the detection unit 8 may be not a temperature sensor, but a refractometer, a laser displacement meter, an image processing device, or the like. In this case, the controller 9 determines the freezing start temperature, the contaminant removal rate calculated from the liquid-to-solid ratio at the freezing start temperature, and the cloudy state of the supercooled liquid 101 at the freezing start temperature. The transmittance, reflectance, and refractive index of For example, since the ratio of liquid to solid changes according to the freezing start temperature, the transmittance of the supercooled liquid 101 changes. By measuring this difference in transmittance in advance, the moment of start of freezing can be detected from the change in transmittance. Then, the freezing initiation temperature is estimated from the transmittance at that time, the contaminant removal rate calculated from the liquid-solid ratio obtained in advance from the estimated freezing initiation temperature is calculated, and the contaminant removal rate in the freeze-cleaning step is calculated. .

1 : 기판 처리 장치 1a : 기판 처리 장치
2 : 배치부 3 : 냉각부
3a1 : 냉각 가스 4 : 제1 액체 공급부
5 : 제2 액체 공급부 6 : 케이스
8 : 검출부 9 : 제어부
10 : 가스 공급부 10d : 가스
100 : 기판 100a : 이면
100b : 표면 101 : 액체
102 : 액체1: Substrate processing device 1a: Substrate processing device
2: arrangement part 3: cooling part
3a1: cooling gas 4: first liquid supply unit
5: second liquid supply unit 6: case
8: detection unit 9: control unit
10: gas supply unit 10d: gas
100: substrate 100a: back surface
100b: surface 101: liquid
102: liquid

Claims (12)

기판을 회전 가능한 배치대와,
상기 배치대와 상기 기판 사이의 공간에 냉각 가스를 공급 가능한 냉각부와,
상기 기판의 상기 배치대측과는 반대의 면인 표면에 액체를 공급 가능한 액체 공급부와,
상기 기판의 상기 표면의 위에 있는 상기 액체의 상태를 검출 가능한 검출부와,
상기 기판의 회전수, 상기 냉각 가스의 유량 및 상기 액체의 공급량 중 적어도 하나를 제어하는 제어부
를 구비하고,
상기 제어부는, 상기 기판의 상기 표면의 위에 있는 상기 액체가 과냉각 상태가 되도록 하고, 상기 검출부로부터의 데이터에 기초하여 상기 과냉각 상태의 액체의 동결 개시 시의 온도를 구하고, 미리 구해진 상기 동결 개시 시의 온도와 오염물의 제거율의 관계와, 상기 구해진 동결 개시 시의 온도로부터 상기 오염물의 제거율을 연산 가능한 것인 기판 처리 장치. a mounting table capable of rotating the substrate;
a cooling unit capable of supplying a cooling gas to a space between the placement table and the substrate;
a liquid supply unit capable of supplying liquid to a surface of the substrate opposite to the placement surface;
a detector capable of detecting a state of the liquid on the surface of the substrate;
A control unit controlling at least one of the rotation speed of the substrate, the flow rate of the cooling gas, and the supply amount of the liquid.
to provide,
The control unit causes the liquid on the surface of the substrate to be in a supercooled state, and based on the data from the detection unit, obtains the temperature at the start of freezing of the liquid in the supercooled state, and obtains the previously obtained temperature at the start of freezing. The substrate processing apparatus which is capable of calculating the contaminant removal rate from a relationship between temperature and contaminant removal rate and the obtained temperature at the start of freezing. 기판을 회전 가능한 배치대와,
상기 배치대와 상기 기판 사이의 공간에 냉각 가스를 공급 가능한 냉각부와,
상기 기판의 상기 배치대측과는 반대의 면인 표면에 액체를 공급 가능한 액체 공급부와,
상기 기판의 상기 표면의 위에 있는 상기 액체의 상태를 검출 가능한 검출부와,
상기 기판의 회전수, 상기 냉각 가스의 유량 및 상기 액체의 공급량 중 적어도 하나를 제어하는 제어부
를 구비하고,
상기 제어부는, 상기 기판의 상기 표면의 위에 있는 상기 액체가 과냉각 상태가 되도록 하고, 상기 검출부로부터의 데이터에 기초하여 상기 과냉각 상태의 액체의 동결 개시의 타이밍을 검출하고, 상기 검출된 동결 개시의 타이밍으로부터 미리 정해진 시간 경과 후에 고액상의 상태가 된 상기 액체의 해동을 개시시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. a mounting table capable of rotating the substrate;
a cooling unit capable of supplying a cooling gas to a space between the placement table and the substrate;
a liquid supply unit capable of supplying liquid to a surface of the substrate opposite to the placement surface;
a detector capable of detecting a state of the liquid on the surface of the substrate;
A control unit controlling at least one of the rotation speed of the substrate, the flow rate of the cooling gas, and the supply amount of the liquid.
to provide,
The controller causes the liquid on the surface of the substrate to be in a supercooled state, detects the timing of the start of freezing of the liquid in the supercooled state based on the data from the detection unit, and the detected timing of the start of freezing A substrate processing apparatus characterized by starting thawing of the liquid that has become a solid-liquid phase after a predetermined time has elapsed from the above. 제1항에 있어서,
상기 제어부는, 동결 세정 공정을 반복하여 행했을 때에, 상기 동결 세정 공정의 하나 전의 동결 세정 공정에서의 제거율을 기억부에 기억시키고, 상기 제거율과, 상기 당해 동결 세정 공정에서 구해진 동결 개시 시의 온도와, 미리 구해진 상기 동결 개시 시의 온도와 오염물의 제거율의 관계에 기초하여, 상기 당해 동결 세정 공정의 제거율을 연산 가능한 것인 기판 처리 장치. According to claim 1,
When the freeze-cleaning step is repeatedly performed, the control unit stores the removal rate in the freeze-cleaning step preceding one of the freeze-cleaning steps in a storage unit, and the removal rate and the temperature at the start of freezing determined in the freeze-cleaning step and a removal rate of the freeze-cleaning step can be calculated based on a relationship between the temperature at the start of freezing and the removal rate of contaminants obtained in advance. 제2항에 있어서,
상기 제어부는,
동결 세정 공정을 반복하여 행했을 때에, 상기 동결 세정 공정의 하나 전의 동결 세정 공정에서의 제거율을 기억부에 기억시키고,
상기 검출부로부터의 데이터에 기초하여 상기 당해 동결 세정 공정에서의 상기 과냉각 상태의 액체의 동결 개시 시의 온도를 구하고,
상기 당해 동결 세정 공정의 하나 전의 동결 세정 공정에서의 제거율과, 미리 구해진 상기 동결 개시 시의 온도와 오염물의 제거율의 관계와, 상기 구해진 동결 개시 시의 온도로부터 상기 당해 동결 세정 공정에서의 오염물의 제거율을 연산 가능한 것인 기판 처리 장치. According to claim 2,
The control unit,
When the freeze-cleaning step is repeatedly performed, the removal rate in the freeze-cleaning step before one of the freeze-cleaning steps is stored in a storage unit;
Finding the temperature at the start of freezing of the liquid in the supercooled state in the freeze-cleaning step based on the data from the detection unit;
The removal rate of contaminants in the freeze-cleaning step from the relationship between the removal rate in the freeze-cleaning step before one of the freeze-cleaning steps, the temperature at the start of the freezing and the removal rate of contaminants obtained in advance, and the obtained temperature at the start of the freeze-cleaning step A substrate processing apparatus capable of calculating 제3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 기판의 회전수와, 상기 냉각 가스의 유량 중 적어도 하나를 제어함으로써, 상기 기판의 상기 표면의 위에 있는 상기 액체를 과냉각 상태로 하는 과냉각 공정과,
상기 과냉각 공정 후, 상기 기판의 회전수, 상기 냉각 가스의 유량 및 상기 액체의 공급량 중 적어도 하나를 제어함으로써, 상기 과냉각 상태의 액체를 동결시키고, 상기 액체와 상기 액체가 동결된 것을 존재시키는 동결 공정과,
상기 기판의 회전수, 상기 냉각 가스의 유량 및 상기 액체의 공급량 중 적어도 하나를 제어함으로써, 상기 액체가 동결된 것을 해동하는 해동 공정
을 포함하는 상기 동결 세정 공정을 실행 가능하고,
연산된 상기 동결 세정 공정에서의 상기 오염물의 제거율이 미리 정해진 값이 될 때까지, 상기 동결 세정 공정을 반복하여 실행 가능한 것인 기판 처리 장치. According to claim 3,
The control unit,
a supercooling step of putting the liquid on the surface of the substrate into a supercooled state by controlling at least one of a rotation speed of the substrate and a flow rate of the cooling gas;
After the supercooling step, the freezing step of freezing the liquid in the supercooled state by controlling at least one of the rotation speed of the substrate, the flow rate of the cooling gas, and the supply amount of the liquid, and presenting the liquid and the frozen liquid class,
A thawing process of thawing the frozen liquid by controlling at least one of the rotation speed of the substrate, the flow rate of the cooling gas, and the supply amount of the liquid.
It is feasible to perform the freeze-cleaning process comprising
The substrate processing apparatus of claim 1 , which is executable by repeating the freeze cleaning process until the calculated removal rate of the contaminant in the freeze cleaning process becomes a predetermined value. 제4항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 기판의 회전수와, 상기 냉각 가스의 유량 중 적어도 하나를 제어함으로써, 상기 기판의 상기 표면의 위에 있는 상기 액체를 과냉각 상태로 하는 과냉각 공정과,
상기 과냉각 공정 후, 상기 기판의 회전수, 상기 냉각 가스의 유량 및 상기 액체의 공급량 중 적어도 하나를 제어함으로써, 상기 과냉각 상태의 액체를 동결시키고, 상기 액체와 상기 액체가 동결된 것을 존재시키는 동결 공정과,
상기 기판의 회전수, 상기 냉각 가스의 유량 및 상기 액체의 공급량 중 적어도 하나를 제어함으로써, 상기 액체가 동결된 것을 해동하는 해동 공정
을 포함하는 상기 동결 세정 공정을 실행 가능하고,
연산된 상기 동결 세정 공정에서의 상기 오염물의 제거율이 미리 정해진 값이 될 때까지, 상기 동결 세정 공정을 반복하여 실행 가능한 것인 기판 처리 장치. According to claim 4,
The control unit,
a supercooling step of putting the liquid on the surface of the substrate into a supercooled state by controlling at least one of a rotation speed of the substrate and a flow rate of the cooling gas;
After the supercooling step, the freezing step of freezing the liquid in the supercooled state by controlling at least one of the rotation speed of the substrate, the flow rate of the cooling gas, and the supply amount of the liquid, and presenting the liquid and the frozen liquid class,
A thawing process of thawing the frozen liquid by controlling at least one of the rotation speed of the substrate, the flow rate of the cooling gas, and the supply amount of the liquid.
It is feasible to perform the freeze-cleaning process comprising
The substrate processing apparatus of claim 1 , which is executable by repeating the freeze cleaning process until the calculated removal rate of the contaminant in the freeze cleaning process becomes a predetermined value. 제3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 기판의 상기 표면의 위에 있는 상기 액체를 과냉각 상태로 하는 과냉각 공정과,
상기 과냉각 공정 후에 상기 액체와 상기 액체가 동결된 것이 존재하는 동결 공정과,
상기 기판의 회전수, 상기 냉각 가스의 유량 및 상기 액체의 공급량 중 적어도 하나를 제어함으로써, 상기 액체가 동결된 것을 해동하는 해동 공정
을 포함하는 상기 동결 세정 공정을 실행 가능하고,
상기 과냉각 공정 및 상기 동결 공정에서, 상기 냉각 가스의 유량을 일정하게 유지하고,
연산된 상기 당해 동결 세정 공정에서의 상기 오염물의 제거율이 미리 정해진 값이 될 때까지, 상기 동결 세정 공정을 반복하여 실행 가능한 것인 기판 처리 장치. According to claim 3,
The control unit,
a supercooling step of putting the liquid on the surface of the substrate into a supercooled state;
A freezing step in which the liquid and the frozen liquid exist after the supercooling step;
A thawing process of thawing the frozen liquid by controlling at least one of the rotation speed of the substrate, the flow rate of the cooling gas, and the supply amount of the liquid.
It is feasible to perform the freeze-cleaning process comprising
In the supercooling process and the freezing process, the flow rate of the cooling gas is kept constant,
The substrate processing apparatus of claim 1 , which is executable by repeating the freeze-cleaning process until the calculated removal rate of the contaminants in the freeze-cleaning process reaches a predetermined value. 제4항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 기판의 상기 표면의 위에 있는 상기 액체를 과냉각 상태로 하는 과냉각 공정과,
상기 과냉각 공정 후에 상기 액체와 상기 액체가 동결된 것이 존재하는 동결 공정과,
상기 기판의 회전수, 상기 냉각 가스의 유량 및 상기 액체의 공급량 중 적어도 하나를 제어함으로써, 상기 액체가 동결된 것을 해동하는 해동 공정
을 포함하는 상기 동결 세정 공정을 실행 가능하고,
상기 과냉각 공정 및 상기 동결 공정에서, 상기 냉각 가스의 유량을 일정하게 유지하고,
연산된 상기 당해 동결 세정 공정에서의 상기 오염물의 제거율이 미리 정해진 값이 될 때까지, 상기 동결 세정 공정을 반복하여 실행 가능한 것인 기판 처리 장치. According to claim 4,
The control unit,
a supercooling step of putting the liquid on the surface of the substrate into a supercooled state;
A freezing step in which the liquid and the frozen liquid exist after the supercooling step;
A thawing process of thawing the frozen liquid by controlling at least one of the rotation speed of the substrate, the flow rate of the cooling gas, and the supply amount of the liquid.
It is feasible to perform the freeze-cleaning process comprising
In the supercooling process and the freezing process, the flow rate of the cooling gas is kept constant,
The substrate processing apparatus of claim 1 , which is executable by repeating the freeze-cleaning process until the calculated removal rate of the contaminant in the freeze-cleaning process reaches a predetermined value. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 당해 동결 세정 공정에서의 상기 오염물의 제거율이 미리 정해진 값이 된 후에, 상기 동결 세정 공정을 미리 정해진 횟수 더 실행 가능한 것인 기판 처리 장치. According to any one of claims 5 to 8,
wherein the control unit is capable of further executing the freeze cleaning process a predetermined number of times after the removal rate of the contaminant in the freeze cleaning process reaches a predetermined value. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 동결 세정 공정의 횟수가 미리 정해진 범위를 넘은 경우에는, 상기 기판을 상기 기판 처리 장치의 외부로 반출 가능한 것인 기판 처리 장치. According to any one of claims 5 to 8,
The control unit is capable of carrying the substrate out of the substrate processing apparatus when the number of times of the freeze cleaning process exceeds a predetermined range. 제10항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 반출된 기판의 데이터를 외부의 기기에 송신 가능한 것인 기판 처리 장치. According to claim 10,
The control unit is capable of transmitting data of the unloaded substrate to an external device. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출부는, 상기 과냉각 상태의 액체의 온도를 검출 가능, 또는, 상기 과냉각 상태의 액체의 백탁 상태를 검출 가능한 것인 기판 처리 장치. According to any one of claims 5 to 8,
The detection unit is capable of detecting a temperature of the supercooled liquid or detecting a cloudy state of the supercooled liquid.
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