TWI611502B - 基板處理裝置及基板處理方法 - Google Patents

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TWI611502B
TWI611502B TW105141210A TW105141210A TWI611502B TW I611502 B TWI611502 B TW I611502B TW 105141210 A TW105141210 A TW 105141210A TW 105141210 A TW105141210 A TW 105141210A TW I611502 B TWI611502 B TW I611502B
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北川廣明
Hiroaki Kitagawa
上田大
Dai Ueda
宮勝彥
Katsuhiko Miya
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斯庫林集團股份有限公司
SCREEN Holdings Co., Ltd.
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Abstract

本發明具備有：基板保持部，其保持將附著有凝固對象液之表面朝向上方之水平姿勢之基板；旋轉部，其使被保持於冷氣基板保持部之冷氣基板繞鉛垂軸旋轉；第1凝固部，其於第1位置將具有較冷氣凝固對象液之凝固點更低之溫度之液體冷媒供給至冷氣基板之背面而使冷氣凝固對象液凝固；及第2凝固部，其藉由第1冷卻機構及第2冷卻機構中的至少一者來使冷氣凝固對象液凝固，該第1冷卻機構係於自冷氣基板之旋轉中心相較冷氣第1位置更朝徑向離開之第2位置，將具有較冷氣凝固對象液之凝固點更低之溫度之氣體冷媒朝向冷氣基板供給而進行冷卻，該第2冷卻機構係於冷氣第2位置將具有較冷氣凝固對象液之凝固點更低之溫度之處理面接液於冷氣凝固對象液而進行冷卻；且冷氣基板藉由與冷氣旋轉部所進行之旋轉同步地，藉由冷氣第1凝固部及冷氣第2凝固部使冷氣凝固對象液凝固。

Description

基板處理裝置及基板處理方法
本發明係關於將凝固凝固對象液凝固之凝固技術、暨使用該凝固技術來洗淨基板之表面之基板處理裝置及基板處理方法，該凝固對象液係附著於半導體基板、光罩用玻璃基板、液晶顯示用玻璃基板、電漿顯示用玻璃基板、FED(Field Emission Display；場致發射顯示器)用基板、光碟用基板、磁碟用基板、光磁碟用基板等各種基板(以下，僅記載為「基板」)之表面。
於半導體裝置或液晶顯示裝置等之電子零件等的製造步驟中，包含有在基板之表面反覆地實施成膜與蝕刻等之處理而形成微細圖案之步驟。此處，為了良好地進行微細加工而必須將基板之表面保持為清潔之狀態，並根據需要對基板之表面進行洗淨處理。例如，於日本專利特開2008-28008號公報所記載之裝置中，對基板之表面供給去離子水(De Ionized Water：以下記載為「DIW」)等之液體，並於使該液體凍結之後，利用清洗液進行解凍去除，藉此執行基板之表面之洗淨。
亦即，於日本專利特開2008-28008號公報所記載之裝置中，執行以下之步驟。首先，於將表面朝向上方之狀態下以水平姿勢配置基板，並藉由對該基板之表面(上表面)供給DIW而於基 板之表面整體形成DIW之液膜。接著，停止DIW之供給，一邊將液體冷媒朝向基板背面之中央部吐出一邊使基板旋轉，而使液體冷媒均勻地抵達基板之背面整體。藉此，基板整體藉由與其背面接液之液體冷媒而被直接冷卻，使在基板之表面所形成之液膜凍結。此時，侵入粉塵等之污染物質與基板之表面之間的DIW變成冰，使粉塵等之污染物質因膨脹而離開基板微小距離。又，藉由在與基板之表面平行之方向也膨脹，而將固著於基板之粉塵等加以剝離。其結果，基板之表面與粉塵等之污染物質之間的附著力降低，進而使粉塵等之污染物質自基板之表面脫離。然後，藉由利用作為清洗液之DIW將存在於基板之表面之冰解凍去除，而可效率良好地自基板之表面去除粉塵等之污染物質。
然而，於上述習知技術中，在對基板之背面供給液體冷媒時，以可防止液體冷媒繞至表面之轉速來使基板旋轉。因此，液體冷媒不會抵達基板之周緣部，而無法在短時間內將基板之表面上位於基板之周緣部之液膜凝固，而這即是基板處理之產出量降低的主要原因之一。
本發明係鑑於上述課題而完成者，其目的在於提供可於短時間內效率佳地在基板之表面形成凝固體之技術。
本發明一態樣係一種基板處理裝置，其特徵在於具備有：基板保持部，其保持使附著有凝固對象液之表面朝向上方之水平姿勢之基板；旋轉部，其使被保持於基板保持部之基板繞鉛垂軸旋轉；第1凝固部，其於第1位置將具有較凝固對象液之凝固點更低之溫度之液體冷媒供給至基板之背面而使凝固對象液凝固；及第 2凝固部，其藉由第1冷卻機構及第2冷卻機構中的至少一者使凝固對象液凝固，該第1冷卻機構係於自基板之旋轉中心相較於第1位置更朝徑向離開之第2位置，將具有較凝固對象液之凝固點更低之溫度之氣體冷媒朝向基板供給而進行冷卻，該第2冷卻機構係於第2位置將具有較凝固對象液之凝固點更低之溫度之處理面接液於凝固對象液而進行冷卻；且與基板藉由旋轉部所進行之旋轉同步地，藉由第1凝固部及第2凝固部使凝固對象液凝固。
又，本發明之另一態樣係一種基板處理方法，其特徵在於具備有：旋轉步驟，其使將附著有凝固對象液之表面朝向上方之水平姿勢之基板繞鉛垂軸旋轉；第1凝固步驟，其將具有較凝固對象液之凝固點更低之溫度之液體冷媒供給至基板之背面之第1位置，而使凝固對象液凝固；及第2凝固步驟，其藉由執行如下2個步驟中的至少一者來使凝固對象液凝固：於自基板之旋轉中心於相較於第1位置更朝徑向離開之第2位置，將具有較凝固對象液之凝固點更低之溫度之氣體冷媒朝向基板供給之步驟；及於第2位置將具有較凝固對象液之凝固點更低之溫度之處理面接液於凝固對象液之步驟；且於旋轉步驟中，執行第1凝固步驟及第2凝固步驟。
如上所述，根據本發明，於離基板之旋轉中心之距離互不相同之2個位置、即第1位置及第2位置，凝固對象液之凝固係與該基板之旋轉被一併地進行。更詳細而言，於接近基板之旋轉中心之第1位置之周圍，藉由液體冷媒朝基板之背面之供給來進行凝固對象液之凝固，而於離基板之旋轉中心較遠之第2位置之周圍，藉由氣體冷媒之供給與低溫之處理面之接液來進行凝固對象液之凝固。如此，由於在互不相同之2個位置進行凝固對象液之凝固， 因此可在短時間內效率良好地於基板之表面形成凝固體。
1‧‧‧基板處理裝置
10‧‧‧基板保持部
11‧‧‧旋轉夾頭
12‧‧‧殼體
20‧‧‧遮斷構件
21‧‧‧基板對向面
22‧‧‧支撐軸
23‧‧‧臂
24‧‧‧遮斷構件旋轉機構
25‧‧‧遮斷構件升降機構
26‧‧‧氣體供給管
27‧‧‧液體供給管
28‧‧‧噴嘴
30‧‧‧擋護罩
31‧‧‧護罩
32‧‧‧液體承接部
33‧‧‧護罩升降機購
40‧‧‧周緣凝固部(第2凝固部)
41‧‧‧轉動軸
42‧‧‧渦流管
43‧‧‧冷氣吐出噴嘴
44‧‧‧噴嘴轉動機構
45‧‧‧臂
46‧‧‧抵接構件
47‧‧‧泊耳帖元件
48‧‧‧轉動升降機構
50‧‧‧中央凝固部(第1凝固部)
51‧‧‧液體冷媒供給管
52‧‧‧液體冷媒生成單元
53‧‧‧液體冷媒供給部
70‧‧‧DIW供給單元
80‧‧‧氣體供給單元
81‧‧‧氮氣貯留部
82‧‧‧乾燥氣體用壓力調整部
83‧‧‧冷氣生成用壓力調整部
90‧‧‧控制單元
111‧‧‧旋轉台
112‧‧‧旋轉支軸
113‧‧‧夾頭旋轉機構(旋轉部)
114‧‧‧夾銷
421‧‧‧外罩
422‧‧‧冷氣吹出部
423‧‧‧暖氣吹出部
424‧‧‧壓縮氣體供給部
461‧‧‧抵接構件之下表面(處理面)
511‧‧‧噴嘴部位
521‧‧‧恆溫槽本體
522‧‧‧冷卻機構
523‧‧‧恆溫控制部
AX1‧‧‧旋轉軸(鉛垂軸)
AX2‧‧‧鉛垂軸
FR1‧‧‧凝固部位
FR2‧‧‧凝固部位
FL‧‧‧凍結膜(凝固體)
LF‧‧‧液膜
P1‧‧‧(第1)位置
P2‧‧‧擴散位置；(第2)位置
W‧‧‧基板
Wb‧‧‧(基板之)背面
Wf‧‧‧(基板之)表面
圖1為顯示本發明之基板處理裝置一實施形態之圖。
圖2為沿圖1之A-A線箭頭所觀察之俯視圖。
圖3為圖1所示之基板處理裝置之局部放大立體圖。
圖4為顯示圖1所示之基板處理裝置之中央凝固部、周緣凝固部及控制構成之方塊圖。
圖5為顯示圖1所示之基板處理裝置之洗淨處理動作之流程圖。
圖6為示意性地顯示圖1所示之基板處理裝置之洗淨處理動作之圖。
圖7為顯示本發明之基板處理裝置之第2實施形態之一部分構成之圖。
圖8為顯示圖7所示之基板處理裝置之中央凝固部、周緣凝固部及控制構成之方塊圖。
圖9為顯示圖7所示之基板處理裝置之洗淨處理動作的一部分之圖。
圖1為顯示本發明之基板處理裝置一實施形態之圖。又，圖2為沿圖1之A-A線箭頭所觀察之俯視圖。又，圖3為圖1所示之基板處理裝置之局部放大立體圖。此外，圖4為顯示圖1所示之基板處理裝置之中央凝固部、周緣凝固部及控制構成之方塊圖。該基板處理裝置係作為可執行用以去除附著於半導體晶圓 等基板W之表面Wf之粉塵等之污染物質之基板洗淨處理之單片式基板洗淨裝置的基板處理裝置。
該基板處理裝置1具備有在內部具有對基板W實施洗淨處理之處理空間之處理腔(省略圖示)，且於該處理腔內設置有基板保持部10。如圖1所示，該基板保持部10，係於使基板W之表面Wf朝向上方之狀態下將基板W保持為大致水平姿勢並使其旋轉者。該基板保持部10具有：圓盤狀之旋轉台111，其具有較基板W略大之外徑；及旋轉夾頭11，其與朝大致鉛垂方向延伸之旋轉支軸112被一體地結合。旋轉支軸112係連結於包含馬達之夾頭旋轉機構113之旋轉軸，且旋轉夾頭11可繞旋轉軸(鉛垂軸)AX1旋轉。該等旋轉支軸112及夾頭旋轉機構113係收容於圓筒狀之殼體12內。又，於旋轉支軸112之上端部，旋轉台111藉由螺絲等之緊固構件被一體地連結，而旋轉台111係藉由旋轉支軸112被支撐為大致水平姿勢。因此，藉由夾頭旋轉機構113根據來自控制裝置整體之控制單元90之旋轉指令而作動，使旋轉台111繞鉛垂軸AX1旋轉。再者，控制單元90控制夾頭旋轉機構113，而可調整旋轉台111之旋轉速度。
於旋轉台111之周緣部附近，立設有用以把持基板W之周端部之複數個夾銷114。為了確實地保持圓形之基板W，夾銷114只要設置3個以上即可(於本例為6個)，且如圖2所示，以等角度間隔而沿著旋轉台111之周緣部被配置。
各夾銷114分別被構成為可在按壓基板W之外周端面之按壓狀態與自基板W之外周端面離開之解放狀態之間進行切換。在基板W相對於旋轉台111進行交接時，將複數個夾銷114 之各者設為解放狀態，另一方面在使基板W旋轉而進行既定之處理時，將複數個夾銷114之各者設為按壓狀態。如此，藉由設為按壓狀態，夾銷114可把持基板W之周端部，並使該基板W自旋轉台111朝上方隔著既定間隔而保持為大致水平姿勢。藉此，基板W係以其表面Wf朝向上方且背面Wb朝向下方之狀態被支撐。再者，作為夾銷114，可使用公知之構成，例如日本專利特開2013-206983號公報所記載者。
於旋轉夾頭11之上方，設置有於中心部具有開口之圓盤狀之遮斷構件20。遮斷構件20，其下表面(底面)係成為與被保持於夾銷114之基板W之表面Wf大致平行地對向之基板對向面21，且該平面尺寸被形成為與基板W之直徑為同等以上之大小。遮斷構件20係大致水平地被安裝於具有大致圓筒形狀之支撐軸22之下端部，而支撐軸22係藉由朝水平方向延伸之臂23而被保持為可繞基板W之旋轉中心軸AX1旋轉。又，於臂23連接有遮斷構件旋轉機構24及遮斷構件升降機構25。
遮斷構件旋轉機構24根據來自控制單元90之動作指令，使支撐軸22繞基板W之旋轉中心軸AX1旋轉。又，遮斷構件旋轉機構24係構成為對應於被保持於旋轉夾頭11之基板W之旋轉，而以與基板W相同之旋轉方向且大致相同之旋轉速度來使遮斷構件20旋轉。
又，遮斷構件升降機構25係構成為可根據來自控制單元90之動作指令，使遮斷構件20接近且對向於旋轉台111、或相反地使其分離。具體而言，控制單元90在藉由使遮斷構件升降機構25作動而使基板W被搬入搬出基板處理裝置1時或使液膜凝 固時，使遮斷構件20上升至旋轉夾頭11上方之離開位置(圖1所示之位置)。相對地，於對基板W實施既定之處理(液膜形成處理、溶解/清洗處理、旋轉乾燥處理)時，使遮斷構件20下降至被設定在非常靠近被保持於旋轉夾頭11之基板W之表面Wf的對向位置。
支撐軸22係加工為中空構造，於其內部插通有氣體供給管26，而且於氣體供給管26之內部插通有液體供給管27。氣體供給管26及液體供給管27之一端係延伸至遮斷構件20之開口而被連通於該開口。又，於液體供給管27之一端設置有噴嘴28。如此，以氣體供給管26及液體供給管27來形成二重管構造，可使氣體供給管26之內壁面與液體供給管27之外壁面之間隙，作為連通於上述開口之氣體供給路而發揮作用，並且使液體供給管27之內部作為連通於噴嘴28之液體供給路而發揮作用。而且，氣體供給單元80(圖4)被連接於上述氣體供給路，而供給自該氣體供給單元80所供給之氮氣，來作為乾燥氣體。更詳細而言，如圖4所示，自氮氣貯留部81所壓送之氮氣係藉由乾燥氣體用壓力調整部82而被減壓為適於進行旋轉乾燥處理之壓力，並藉由乾燥氣體用壓力調整部82，而以對應於來自控制單元90之供給指令之時序，作為上述乾燥氣體而被供給。又，液體供給管27之另一端，係與DIW供給單元70相連接。因此，若DIW供給單元70於遮斷構件20下降至對向位置之狀態下(參照圖6之(a)欄)根據來自控制單元90之DIW供給指令壓送DIW，DIW便會經由液體供給管27及噴嘴28被供給至基板W之表面Wf而形成液膜LF(圖3)。
如此，為了回收被供給至基板W之DIW，而於殼體12之周圍設置擋護罩30。該擋護罩30係配置為包圍以水平姿勢 被保持於旋轉夾頭11之基板W之周圍。又，該擋護罩30係可沿著旋轉夾頭11之旋轉軸AX1升降自如地被設置。該擋護罩30具有相對於旋轉軸AX1大致旋轉對稱之形狀，且具備有分別與旋轉夾頭11呈同心圓狀地被配置而阻擋自基板W飛散之DIW之複數段的(於本例為2段之)護罩31、及承接自護罩31流下之DIW之液體承接部32。而且，藉由護罩升降機構33對應於來自控制單元90之升降指令而使護罩31階段性地升降，可分別自旋轉之基板W飛散之液體成分(DIW或後述之液體冷媒)而加以回收。
於擋護罩30之周圍設置有周緣凝固部40，該周緣凝固部40係將氣體冷媒朝向基板W之表面Wf之周緣部供給，而使由附著於該表面Wf之DIW所形成之液膜LF凝固。如圖2及圖3所示，該周緣凝固部40具備有：轉動軸41，其係構成為可繞鉛垂軸AX2轉動；渦流管42，其藉由該轉動軸41而被保持為大致水平姿勢；冷氣吐出噴嘴43，其將自渦流管42之冷氣吹出部所吹出之冷氣作為氣體冷媒而朝向基板W之表面Wf吐出；及噴嘴轉動機構44(圖4)，其對應於來自控制單元90之轉動指令而使轉動軸41轉動。於該實施形態中，藉由噴嘴轉動機構44對應於來自控制單元90之轉動指令來轉動驅動轉動軸41，而使渦流管42繞鉛垂軸AX2擺動，藉此冷氣吐出噴嘴43便如圖2之二點鏈線所示般，在較擋護罩30更外側之退避位置(於圖2以實線所示之位置)與對向於基板W之周緣部之位置(相當於本發明之「第2位置」)P2(圖3)之間往返移動。
渦流管42如過去所周知，係利用渦流效應而用以產生冷氣及暖氣之裝置。如圖3所示，渦流管42具備有大致管狀之 外罩421，且於兩端部設置有冷氣吹出部422及暖氣吹出部423。又，於外罩421之側面形成有壓縮氣體供給部424。於該壓縮氣體供給部424連接有氣體供給單元80(圖4)，且被供給自該氣體供給單元80所供給之氮氣。更詳細而言，如圖4所示，自氮氣貯留部81所壓送之氮氣係藉由冷氣生成用壓力調整部83而被減壓為適於冷氣生成之壓力，且藉由冷氣生成用壓力調整部83而以對應於來自控制單元90之供給指令之時序，作為壓縮氣體而被供給至外罩421內。如此一來，所供給之壓縮氣體便沿著外罩421之內壁面成為旋流，而朝向暖氣吹出部423流動。
於暖氣吹出部423設置有閥(省略圖示)，暖氣雖會根據閥之開閉量而自暖氣吹出部423之開口(省略圖示)被吹出，但剩餘之氣體會被返回外罩421內。該被返回之氣體經由沿著外罩421之內壁面呈渦流狀所流動之氣體之內側、即外罩421之徑向之中心部，而朝冷氣吹出部422流動。該氣體藉由在到達冷氣吹出部422之前，熱能朝沿著外罩421之內壁面成為旋流而流動之氣體轉移而被冷卻，並經由冷氣吹出部422而被輸送至冷氣吐出噴嘴43。其結果，降低至較DIW之凝固點更低之溫度(例如，-20~-30℃左右)之冷氣，便自冷氣吐出噴嘴43作為氣體冷媒而被供給至基板W之表面Wf之周緣部，而於位置P2使液膜LF被冷卻凝固。
又，於本實施形態中，作為使液膜LF凝固之手段，除了上述周緣凝固部40以外，設置有中央凝固部50。中央凝固部50朝基板W之背面Wb之中央部供給液體冷媒而使液膜LF凝固。更詳細而言，如圖1及圖4所示，中央凝固部50具備有：液體冷媒供給管51；液體冷媒生成單元52，其生成液體冷媒；及液體冷 媒供給部53，其將液體冷媒生成單元52所生成之液體冷媒壓送至液體冷媒供給管51，而將液體冷媒供給至基板W之背面Wb。該液體冷媒供給管51，係於將前端之噴嘴部位511朝向基板W之背面Wb之狀態下被配置於旋轉支軸112之內部。而且，液體冷媒生成單元52係經由液體冷媒供給部53而被連接於液體冷媒供給管51之後端部。
液體冷媒生成單元52具備有：恆溫槽本體521，其於內部貯留適合作為液體冷媒之液體；冷卻機構522，其係設置於恆溫槽本體521，對被貯留於恆溫槽本體521之液體進行冷卻；及恆溫控制部523，其根據來自控制單元90之溫度指令，並藉由控制對冷卻機構522之通電，將被貯留於恆溫槽本體521之內部之液體，保持為較DIW之凝固點更低之溫度(例如，-50℃)。
而且，若液體冷媒供給部53根據來自控制單元90之液體冷媒之供給指令，而自液體冷媒生成單元52之恆溫槽本體521壓送至液體冷媒供給管51，液體冷媒便被供給至作為基板W之背面Wb之中央部的位置P1，基板W之表面Wf之液膜LF便經由基板W由液體冷媒所冷卻而凝固。再者，作為「液體冷媒」，可使用乙二醇水溶液、乙醇類或HFE液。作為乙醇類，依據操作性、價格等之觀點，雖可使用乙基醇、甲基醇或異丙醇，但尤其以乙基醇為佳。又，所謂「HFE液」係指以氫氟醚(Hydrofluoroether)為主成分之液體，例如可使用住友3M股份有限公司製之商品名稱Novec(註冊商標)系列之HFE。
如此，於本實施形態中，具備有2種類之凝固部、即周緣凝固部40及中央凝固部50，而如以下所說明，一邊使基板 W旋轉一邊藉由周緣凝固部40及中央凝固部50使液膜LF凝固。以下，一邊參照圖5及圖6一邊對圖1所示之基板處理裝置1之基板處理進行詳述。
圖5為顯示圖1所示之基板處理裝置之洗淨處理動作之流程圖，圖6為示意性地顯示洗淨處理動作之圖。於本實施形態之基板處理裝置1中，若未處理之基板W被搬入裝置內，控制單元90便控制裝置各部分，而對該基板W執行一連串之洗淨處理。此處，於基板W在其表面Wf形成有微細圖案之情形時，於將該基板W之表面Wf朝向上方之狀態下使基板W被搬入處理腔內，並被保持於旋轉夾頭11(步驟S101)。再者，此時遮斷構件20位於離開位置，而防止與基板W之干涉。
若未處理之基板W被保持於旋轉夾頭11，遮斷構件20便下降至對向位置，而被接近配置於基板W之表面Wf(步驟S102)。藉此，基板W之表面Wf在接近遮斷構件20之基板對向面21之狀態下被覆蓋，而被隔絕於基板W之周邊環境氣體。然後，控制單元90驅動夾頭旋轉機構113而使旋轉夾頭11旋轉，並且自DIW供給單元70供給DIW。
此時，如圖6中之(a)欄所示，對被供給至基板W之表面Wf之DIW作用有伴隨著基板W之旋轉所產生之離心力，DIW便朝基板W之徑向外側方向被均勻地擴散，使其一部分被甩出基板外。藉此，將液膜之厚度控制為在基板W之表面Wf之全面呈均勻，並於基板W之表面Wf整體形成具有既定厚度之DIW之液膜LF(步驟S103)。此時基板W之轉速，只要決定為可適當地甩除DIW之一部分即可，例如可設為150rpm。再者，於液膜形成時，如前 述般甩除被供給至基板W之表面Wf之DIW的一部分並非必須之要件。例如，亦可於使基板W之旋轉停止之狀態或以較低速使基板W旋轉之狀態下不將液體自基板W甩除，而於基板W之表面Wf形成液膜。
若液膜形成結束，控制單元90便停止來自DIW供給單元70之DIW之供給，並且使遮斷構件20退避至離開位置(步驟S104)。然後，使冷氣吐出噴嘴43自退避位置(圖2之實線位置)移動至位置P2(步驟S105)。藉此，完成由周緣凝固部40所進行之液膜LF的凝固準備。
於下一個步驟S106中，如圖6中之(b)欄所示，控制單元90藉由液體冷媒供給部53而將液體冷媒自恆溫槽本體521供給至作為基板W之背面Wb之中央部的位置P1(步驟S106)。如此被供給而接液於基板W之背面Wb之液體冷媒作用有離心力，使該液體冷媒流動而朝基板W之徑向擴散。藉此，基板W之中央部藉由接液於其背面Wb之液體冷媒而被直接地冷卻，使在基板W之表面Wf所形成之液膜LF之中央部在較短時間內凝固而形成凝固部位FR1。再者，於本實施形態中，與日本專利特開2008-28008號公報所記載之發明同樣地，此時基板W之轉速，係設定為液體冷媒不會繞至基板W之表面Wf之周緣部之程度之轉速。更具體而言，控制單元90係藉由控制夾頭旋轉機構113之驅動，以使上述液體冷媒朝徑向擴散而在到達位置P2之前自基板W之背面Wb朝下方脫離之方式來調整基板W之轉速。藉此，防止液體冷媒繞至基板W之表面Wf側之情形，而確實地防止因液體冷媒所導致基板W之表面Wf之污染。
又，在稍晚於藉由液體冷媒之液膜LF之凝固開始後，控制單元90藉由冷氣生成用壓力調整部83將壓縮氣體供給至渦流管42，如圖6中之(c)欄所示，自冷氣吐出噴嘴43將冷氣(同圖中之虛線)朝向基板W之表面Wf之周緣部進行供給(步驟S107)。藉此，使氣體冷媒被直接供給至液膜LF之周緣部，而使液膜LF之周緣部於相對較短之時間內凝固而形成凝固部位FR2。如此，於本實施形態中，藉由一邊使基板W旋轉一邊同步地使液膜LF之中央部與周緣部凝固，使液膜LF整體凝固而形成凍結膜FL(=FR1+FR2)。
然後，若形成凍結膜FL(於步驟S108為「是」)，控制單元90便控制液體冷媒供給部53及冷氣生成用壓力調整部83，而在停止液體冷媒及冷氣之供給後，藉由噴嘴轉動機構44使冷氣吐出噴嘴43自位置P2返回退避位置(圖2之實線位置)(步驟S109)。接著，控制單元90藉由遮斷構件升降機構25使遮斷構件20接近配置於基板W之表面Wf(步驟S110)。
其次，控制單元90開始來自DIW供給單元70之DIW之供給。藉此，如圖6中之(d)欄所示，DIW自噴嘴28被吐出，而進行凍結膜FL之溶解處理及清洗處理(步驟S111)。此處，也可對基板W之背面Wb供給DIW而同時地進行背面清洗。然後，若完成兩處理，控制單元90便停止來自DIW供給單元70之DIW之供給，並一邊供給乾燥氣體一邊使基板W旋轉乾燥(步驟S112)。此處，也可同時地進行朝向基板W之背面Wb之乾燥氣體之供給。如此，若旋轉乾燥處理結束，藉由搬出已處理之基板W而完成對一片基板之處理(步驟S113)。
如上所述，根據該實施形態，同步地進行第1凝固步驟(步驟S106)及第2凝固步驟(步驟S107)，該第1凝固步驟係一邊執行使基板W旋轉之旋轉步驟，一邊在與基板W之旋轉中心(旋轉軸AX1)相同之位置P1朝基板W之背面Wb供給液體冷媒，藉此使液膜LF之中央部凝固，而該第2凝固步驟係於較位置P1朝基板W之徑向離開之位置P2，朝向基板W之表面Wf供給冷氣而使液膜LF之周緣部凝固。因此，可於短時間內效率良好地凝固液膜LF，而形成凍結膜(凝固體)FL。
又，於上述實施形態中，以適宜之轉速、即被供給至旋轉中之基板W之背面Wb之液體冷媒在到達朝徑向擴散者之位置P2前會自基板w之背面Wb朝下方脫離之程度之轉速，來使供給有液體冷媒時之基板W旋轉。因此，液體冷媒不會接液於基板W之表面Wf，可確實地防止附著於基板W之背面Wb之粉塵因液體冷媒而繞至表面Wf而導致污染之情形。又，僅藉由一邊以如此之轉速使基板W旋轉一邊朝向基板W之背面Wb供給液體冷媒，而使凝固至液膜LF之周緣部為止須耗費時間。然而，於本實施形態中，藉由併用利用冷氣來進行周緣部之凝固，而可在不污染基板W之表面Wf之情形下，以如上述之短時間使液膜LF整體凝固而形成凍結膜(凝固體)FL。
又，於上述實施形態中，作為用以使液膜LF凝固之冷媒，係採用將藉由通電控制而作動之冷卻機構522作為本發明之「第3冷卻機構」來使用所生成之液體冷媒、及利用渦流效應所生成之冷氣。因此，相較於例如如日本專利特開2008-28008號公報所記載之使用液態氮來生成液體冷媒之習知技術，就成本面及裝 置尺寸面而言比較有利。亦即，相對於習知技術為了使用液態氮而需要特殊之配管構造及結露對策，會產生成本增加或裝置之大型化等問題，而於上述實施形態中，並不必使用液態氮，故不存在上述問題。
圖7為顯示本發明之基板處理裝置之第2實施形態之一部分構成之圖。又，圖8為顯示圖7所示之基板處理裝置之中央凝固部、周緣凝固部及控制構成之方塊圖。此外，圖9為顯示圖7所示之基板處理裝置之洗淨處理動作之一部分之圖。該第2實施形態與第1實施形態較大之差異點，在於周緣凝固部40之構成，其他構成基本上與第1實施形態相同。因此，於以下之說明中，將以差異點為重點進行說明，對相同之構成賦予相同之符號並省略說明。
第2實施形態所採用之周緣凝固部40，如圖7所示，具備有：轉動軸41，其被構成為可繞鉛垂軸AX2轉動；臂45，其自該轉動軸41朝水平方向延伸而設置；抵接構件46，其朝向下地被安裝於臂45之前端；泊耳帖元件47(圖8)，其被安裝於抵接構件46；及轉動升降機構48(圖8)，其使臂45轉動。於該實施形態中，藉由轉動升降機構48根據來自控制單元90之轉動指令轉動來驅動轉動軸41，而使臂45繞鉛垂軸AX2擺動，藉此抵接構件46便在較擋護罩30更外側之退避位置及對向於基板W之周緣部之位置(相當於本發明之「第2位置」)P2(圖7)之間往返移動。又，藉由轉動升降機構48根據來自控制單元90之升降指令而沿著鉛垂方向升降驅動轉動軸41，可使抵接構件46之下表面(處理面)461在接液於位在基板W之表面Wf之周緣部之液膜LF之接液位置(以圖7之 虛線所示之位置)、與自液膜LF朝上方離開之離開位置(以圖7之實線所示之位置)之間升降移動。
泊耳帖元件47根據來自控制單元90之冷卻指令，將抵接構件46之下表面(相當於本發明中之「處理面」之一例)461冷卻為較DIW之凝固點更低之溫度。因此，若藉由轉動升降機構48使由泊耳帖元件47所冷卻之抵接構件46之下表面461接液於液膜LF，液膜LF中與抵接構件46接液之部位及其周邊部位便會被凝固而形成凝固部位。又，藉由在使抵接構件46之下表面461接液於液膜LF之狀態下使基板W旋轉，上述凝固部位逐漸朝旋轉方向擴大。惟，凝固部位不僅附著於基板W之表面Wf，還會附著於抵接構件46之下表面461。因此，為了在基板W之表面Wf整體形成凍結膜FL，必須在上述凝固動作之後將抵接構件46自凝固部位剝離。因此，較佳係構成為抵接構件46之下表面461與凝固部位之附著力(亦稱為「積冰力」)，小於基板W之表面Wf與凝固部位之附著力(也稱為「積冰力」)。
於如此所構成之第2實施形態中，取代冷氣而使用抵接構件46(固體冷媒)來使液膜LF之周緣部凝固。亦即，如圖9所示，控制單元90一邊使基板W旋轉一邊藉由液體冷媒之供給及抵接構件46之接液來形成凍結膜FL(=FR1+FR2)。亦即，藉由液體冷媒供給部53將液體冷媒自恆溫槽本體521供給至基板W之背面Wb之中央部，使液膜LF之中央部凝固而形成凝固部位FR1，而且在位置P2將藉由泊耳帖元件47而被冷卻為較DIW之凝固點低之溫度之抵接構件46之下表面461接液於液膜LF而加以凝固，藉此形成凝固部位FR2。
如以上所述，除了上述差異點外，第2實施形態與第1實施形態同樣地，使液膜LF整體凝固而形成凍結膜(凝固體)FL。因此，可得到與第1實施形態同樣之作用效果。又，由於將具有較DIW之凝固點更低之溫度之抵接構件46之下表面461接液於液膜LF而直接冷卻，因此可相較於使用氣體冷媒之第1實施形態更有效率地使位於基板W之表面Wf之周緣部之液膜LF凝固。
於前述之第1實施形態及第2實施形態中，DIW相當於本發明之「凝固對象液」之一例。又，夾頭旋轉機構113相當於本發明之「旋轉部」之一例。又，位置P2較位置P1朝徑向離開基板W之旋轉中心(旋轉軸AX1)，而位置P1、P2分別相當於本發明之「第1位置」及「第2位置」。又，中央凝固部50及周緣凝固部40分別相當於本發明之「第1凝固部」及「第2凝固部」之一例。又，於第1實施形態中，利用生成冷氣之渦流管42及冷氣吐出噴嘴43在位置P2將液膜LF凝固，渦流管42及冷氣吐出噴嘴43係構成本發明之「第1冷卻機構」之一例。另一方面，於第2實施形態中，抵接構件46及泊耳帖元件47係構成本發明之「第2冷卻機構」之一例。
再者，本發明並不限定於上述實施形態者，只要不超出其實質內容，即可於前述之構成外進行各種之變更。例如，於上述實施形態中，雖依以下之順序執行：步驟(A1)藉由液體冷媒開始液膜LF之中央部之凝固；步驟(A2)形成凝固部位FR1；步驟(B1)藉由冷氣或抵接構件46之接液，開始液膜LF之周緣部之凝固； 步驟(B2)形成凝固部位FR2；但也可使該等之順序一部分重複或前後對調。例如，也可於步驟(A2)之途中、即局部地形成凝固部位FR1之階段，執行步驟(B1)。又，也可同時地執行步驟(A1)及步驟(B1)。又，也可以步驟(B1)→步驟(B2)→步驟(A1)→步驟(A2)之順序來進行。又，於上述實施形態中，雖同時結束液體冷媒之供給及冷氣之供給，但該等之結束時機也可為任意。
又，於上述第1實施形態中，雖對基板W之表面Wf之靠近鉛垂上方側供給冷氣，但只要構成為對位於位置P2之液膜LF供給冷氣，則冷氣之供給方向並不限定於此。例如，也可構成為在位置P2朝基板W之背面Wb供給冷氣而使液膜LF之周緣部凝固。又，也可構成為自斜上方或斜下方供給冷氣。又，於上述實施形態中，雖使位置P1與旋轉軸AX1一致，但也可將自旋轉軸AX1朝基板W之徑向偏離之位置設為位置P1。
又，雖然為了使位於基板W之表面Wf之周緣部之液膜LF凝固，而於上述第1實施形態中進行冷氣供給，而且於第2實施形態中進行抵接構件46之下表面461之接液，但也可構成為一起執行該等。例如，也可對第2實施形態進一步追加在位置P2朝基板W之背面Wb供給冷氣之第1冷卻機構，而使位於基板W之表面Wf之周緣部之液膜LF凝固。
又，於上述實施形態中，雖將本發明應用於具備有遮斷構件20之基板處理裝置1，但本發明之應用對象並不限定於此，也可應用於未使用遮斷構件之基板處理裝置。
又，於上述實施形態中，雖對基板W供給DIW來 作為凝固對象液，但作為凝固對象液並不限定於DIW，也可使用純水、超純水或氫水、碳酸水等，甚至可使用SC1(標準清洗液)等之液體。
又，於上述各實施形態中，為了將凍結膜(凝固體)FL解凍(溶解)而加以去除，雖然對基板W供給DIW，但作為解凍液或溶解液，並不限定於DIW，也可使用純水、超純水或氫水、碳酸水等，且甚至可使用SC1等之液體。
又，於上述各實施形態中，雖將凝固對象液及解凍液(溶解液)同樣設為DIW，但也可分別設為不同之液體。
本發明可應用於將附著於基板表面之凝固對象液凝固之凝固技術、及使用該凝固技術來洗淨基板表面之基板處理技術全般。
20‧‧‧遮斷構件
21‧‧‧基板對向面
28‧‧‧噴嘴
40‧‧‧周緣凝固部(第2凝固部)
43‧‧‧冷氣吐出噴嘴
111‧‧‧旋轉台
511‧‧‧噴嘴部位
FL‧‧‧凍結膜(凝固體)
FR1‧‧‧凝固部位
FR2‧‧‧凝固部位
LF‧‧‧液膜
P1‧‧‧(第1)位置
P2‧‧‧擴散位置；(第2)位置
W‧‧‧基板
Wb‧‧‧(基板之)背面
Wf‧‧‧(基板之)表面

Claims (6)

  1. 一種基板處理裝置，其特徵在於，其具備有：基板保持部，其保持使附著有凝固對象液之表面朝向上方之水平姿勢之基板；旋轉部，其使被保持於上述基板保持部之上述基板繞鉛垂軸旋轉；第1凝固部，其於第1位置將具有較上述凝固對象液之凝固點更低之溫度之液體冷媒供給至上述基板之背面而使上述凝固對象液凝固；及第2凝固部，其藉由第1冷卻機構及第2冷卻機構中的至少一者使上述凝固對象液凝固，該第1冷卻機構係於自上述基板之旋轉中心相較於上述第1位置更朝徑向離開之第2位置，將具有較上述凝固對象液之凝固點更低之溫度之氣體冷媒朝向上述基板供給而進行冷卻，該第2冷卻機構係於上述第2位置將具有較上述凝固對象液之凝固點更低之溫度之處理面接液於上述凝固對象液而進行冷卻；且與上述基板藉由上述旋轉部所進行之旋轉同步地，藉由上述第1凝固部及上述第2凝固部使上述凝固對象液凝固。
  2. 如請求項1之基板處理裝置，其中，上述第1冷卻機構具有將藉由壓縮氣體所產生之旋流分離為冷氣及暖氣，且將上述冷氣作為上述氣體冷媒而朝向上述基板供給之渦流管。
  3. 如請求項1或2之基板處理裝置，其中，上述第2冷卻機構具有：抵接構件，其具有上述處理面；及泊耳帖元件，其將上述處理面冷卻至較上述凝固對象液之凝固點更低之溫度。
  4. 如請求項1或2之基板處理裝置，其中，上述旋轉部係以自上述第1凝固部被供給至上述基板之背面之上述液體冷媒朝徑向擴散且在到達上述第2位置之前自上述基板之背面脫離之方式來使上述基板旋轉。
  5. 如請求項1或2之基板處理裝置，其中，上述第1凝固部具有：恆溫槽，其藉由控制朝向被設置於恆溫槽本體之第3冷卻機構之通電，而將貯留於上述恆溫槽本體之內部之液體保持在較上述凝固對象液之凝固點更低之溫度；及液體冷媒供給管，其將被貯留於上述恆溫槽本體之上述液體作為上述液體冷媒而供給至上述基板之背面。
  6. 一種基板處理方法，其特徵在於，其具備有：旋轉步驟，其使將附著有凝固對象液之表面朝向上方之水平姿勢之基板繞鉛垂軸旋轉；第1凝固步驟，其將具有較上述凝固對象液之凝固點更低之溫度之液體冷媒供給至上述基板之背面之第1位置，而使上述凝固對象液凝固；及第2凝固步驟，其藉由執行如下2個步驟中的至少一者來使上述凝固對象液凝固：於自上述基板之旋轉中心相較於上述第1位置更朝徑向離開之第2位置，將具有較上述凝固對象液之凝固點更低之溫度之氣體冷媒朝向上述基板供給之步驟；及於上述第2位置將具備具有較上述凝固對象液之凝固點更低之溫度之處理面之抵接構件接液於上述凝固對象液之步驟；且於上述旋轉步驟中，執行上述第1凝固步驟及上述第2凝固步驟。
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