TWI630958B - 基板處理方法及基板處理裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種低成本且高效率地於基板之表面形成凝固體之方法。
使用冷卻構件使形成於水平姿勢之基板之上表面之凝固對象液之液膜凝固而形成凝固體之凝固體形成步驟具有：第1步驟，其使冷卻構件中溫度低於凝固對象液之凝固點之處理面觸液於液膜而使位於夾於上表面與處理面之區域之凝固對象液凝固；及第2步驟，其將處理面自藉由第1步驟凝固之凝固區域剝離；且凝固區域與處理面之附著力小於凝固區域與上表面之附著力。

Description

基板處理方法及基板處理裝置
本發明係關於一種將形成於半導體基板、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，場發射顯示裝置)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」)之上表面之液膜凝固的凝固技術、及使用該凝固技術將基板之上表面洗淨之基板處理方法及基板處理裝置。
於半導體裝置或液晶顯示裝置等電子零件等之製造步驟中，包含於基板之表面重複實施成膜或蝕刻等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必須將基板表面保持為清潔之狀態，視需要對基板表面進行洗淨處理。例如於日本專利特開2008-71875號公報所記載之裝置中，對基板表面供給脫離子水(De Ionized Water：以下記載為「DIW」)等液體，使其凍結後，利用沖洗液進行解凍去除，藉此執行基板表面之洗淨。
即，於日本專利特開2008-71875號公報所記載之裝置中，執行以下步驟。首先，於將表面朝向上方之狀態下以水平姿勢配置基板，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。繼而，停止DIW之供給，將低溫之氮氣朝向基板之表面吹送而 使DIW之液膜凍結。藉此，滲入至微粒等污染物質與基板之表面之間的DIW變為冰，藉由膨脹而微粒等污染物質自基板離開僅微小距離。又，藉由亦沿平行於基板之表面之方向膨脹，而將固著於基板之微粒等剝離。其結果，基板之表面與微粒等污染物質之間之附著力減小，進而，微粒等污染物質自基板之表面脫離。其後，利用作為沖洗液之DIW將存在於基板之表面之冰進行解凍去除，藉此可高效率地將微粒等污染物質自基板之表面去除。
然而，於上述先前技術中，為了產生低溫之氮氣，必須使用昂貴之液態氮，其成為增大用以於基板之表面形成凝固體之處理成本的主要原因之一。而且，由於將低溫氣體用作冷卻介質，故而就冷卻效率之方面而言可以說未必良好，期望低成本且高效率地使形成於基板之表面之液膜凝固之技術之改良。
本發明係鑒於上述問題而完成者，其目的在於提供一種低成本且高效率地於基板之上表面形成凝固體之技術。
本發明之一態樣之特徵在於：其具備使用冷卻構件使形成於水平姿勢之基板之表面之凝固對象液之液膜凝固而形成凝固體之凝固體形成步驟，凝固體形成步驟具有：第1步驟，其使冷卻構件中溫度低於凝固對象液之凝固點之處理面觸液於液膜並使位於夾於表面與處理面之區域之凝固對象液凝固；及第2步驟，其將處理面自藉由第1步驟凝固之凝固區域剝離；且凝固區域與處理面之附著力小於凝固區域與表面之附著力。
又，本發明之另一態樣之特徵在於：其具備：基板保持部，其將於表面形成有凝固對象液之液膜之基板以水平姿勢保持；冷卻構件，其具有溫度低於凝固對象液之凝固點之處理面；及移動部，其使冷卻構件相對於由基板保持部保持之基板之表面相對移動；以處理面 觸液於液膜之方式使冷卻構件移動並將位於夾於表面與處理面之區域之凝固對象液凝固而形成凝固區域後，藉由移動冷卻構件進行使處理面自凝固區域剝離之動作，使液膜凝固而形成凝固體，處理面係利用與凝固區域之附著力小於凝固區域與表面之附著力之材料構成。
如上所述，根據本發明，將溫度低於凝固對象液之凝固點之處理面觸液於液膜且藉由上述處理面高效率地將位於夾於基板之表面與處理面之區域之凝固對象液凝固而形成凝固區域。但是，由於使冷卻構件之處理面直接抵接於液膜，故而該凝固區域不僅附著於基板之表面，亦會附著於冷卻構件之處理面。因此，為了於基板之表面形成凝固體，必須持續上述凝固動作將冷卻構件自凝固區域剝離。因此，於本發明中，以冷卻構件之處理面與凝固區域之附著力小於基板之表面與凝固區域之附著力之方式構成。因此，若冷卻構件移動，則使凝固區域殘存於基板之表面而僅直接將處理面自凝固區域剝離，可低成本且高效率地於基板之表面形成凝固體。
11‧‧‧第1試樣片(冷卻構件)
11a‧‧‧鋁基材
11b‧‧‧PTFE膠帶
11c‧‧‧第1試樣片11之下表面
12‧‧‧第2試樣片(冷卻構件)
12a‧‧‧第2試樣片12之下表面
13‧‧‧間隔件
14‧‧‧間隙部
15‧‧‧注射器
16、16a、16b‧‧‧凝固區域
18‧‧‧槽
19‧‧‧液膜
20‧‧‧凝固體
21‧‧‧旋轉基座(基板保持部)
22‧‧‧夾盤銷(基板保持部)
31‧‧‧旋轉軸
32‧‧‧皮帶
33‧‧‧馬達
34‧‧‧輸出旋轉軸
41‧‧‧DIW噴出噴嘴(去除部)
42‧‧‧DIW供給部
43‧‧‧開關閥
44‧‧‧第1臂
45‧‧‧旋轉軸
46‧‧‧噴嘴驅動機構
51‧‧‧夾頭驅動機構(移動部)
52‧‧‧第2臂
53‧‧‧冷卻構件、直圓錐狀冷卻構件
54‧‧‧溫度調整部
55‧‧‧溫度調整機構
56‧‧‧溫度控制部
61‧‧‧護罩
62‧‧‧護罩升降驅動機構
90‧‧‧控制單元
511‧‧‧旋轉馬達
512‧‧‧旋轉軸
514‧‧‧升降基座
515‧‧‧導件
516‧‧‧滾珠螺桿
517‧‧‧升降馬達
531‧‧‧基台
532‧‧‧PTFE膠帶
533‧‧‧處理面
534‧‧‧母線
535‧‧‧頂點
536‧‧‧旋轉軸心
537‧‧‧貫通孔
J1‧‧‧旋轉中心軸
J2‧‧‧旋轉中心
Pa‧‧‧旋轉軸心
PT‧‧‧微粒
W‧‧‧基板
Wf‧‧‧(基板W之)表面
圖1(a)~(f)係模式性地表示用以對冷卻構件之剝離性進行驗證之驗證實驗之順序之圖。
圖2(a)~(e)係模式性地表示用以對利用冷卻構件所獲得之可凝固性進行驗證之驗證實驗之順序之圖。
圖3係表示本發明之基板處理裝置之第1實施形態之圖。
圖4係表示圖3之基板處理裝置之局部俯視圖。
圖5係表示圖3所示之基板處理裝置之動作之流程圖。
圖6(a)~(d)係模式性地表示基板處理裝置之動作之圖。
圖7係表示本發明之基板處理裝置之第2實施形態之圖。
圖8(a)~(c)係表示圖7之基板處理裝置之動作之圖。
圖9(a)~(c)係表示本發明之基板處理裝置之第3實施形態之圖。
圖10係表示本發明之基板處理裝置之第4實施形態之圖。
圖11(a)~(c)係表示本發明之基板處理裝置之第5實施形態之圖。
圖12係表示本發明之基板處理裝置之其他實施形態之圖。
A.利用冷卻構件所進行之液膜之直接凝固
於日本專利特開2008-71875號公報所記載之裝置中，冷卻氣體噴出噴嘴與形成於基板之表面(上表面)之DIW之液膜之上方相隔而配置，具有低於DIW之凝固點之溫度之冷卻氣體(例如氮氣)自冷卻氣體噴出噴嘴被吹送至液膜。因此，由於將氣體成分用作冷媒故而無法避免冷卻效率之降低。因此，本申請案發明者等人產生如下構想：將冷卻構件(固體)之至少一部分之面(以下稱為「處理面」)冷卻至低於液膜之凝固點之溫度，使該處理面直接抵接於液膜使液膜凝固，藉此提高冷卻效率。然而，為了實現此種構想，必須研究以下2個技術內容。
A-1.冷卻構件之剝離性
首先，第1點技術內容係冷卻構件之剝離性。若將冷卻構件之處理面觸液於液膜使液膜凝固，則夾於基板之表面與處理構件之處理面之區域凝固且附著於基板之表面，但如此凝固之區域亦會附著於冷卻構件之處理面。因此，為了於基板之表面良好地形成凝固體，緊接著上述凝固動作必須將冷卻構件之處理面自凝固區域確實地剝離。
關於在材料表面凍結之冰之附著力、即附冰力正進行各種研究。例如於「關於防附著冰雪技術之研究(第1報告)」(北海道立工業試驗場報告No.292，1993年，p.13-22)中，測定各種材料之附冰力。如該研究中所報告般，PTFE(聚四氟乙烯：polytetrafluoroethylene)或氟樹脂塗裝鋼板等中所使用之氟系材料、矽系材料、PE(聚乙烯：polyethylene)等低於矽基板之附冰力(3.3[kgf/cm2])，可認為藉由將該等用作構成冷卻構件之處理面之材料可將處理面自凝固區域(冰區域) 優先地剝離。因此，本申請案發明者等人進行圖1所示之驗證實驗而對冷卻構件之剝離性進行驗證。
圖1係模式性地表示用以驗證冷卻構件之剝離性的驗證實驗之順序之圖。為了驗證冷卻構件之剝離性，對水平姿勢之矽基板W(以下，僅稱為「基板W」)之表面Wf照射紫外線光UV(ultraviolet，紫外線)約20分鐘而將附著於表面Wf之有機物污染去除(參照圖1之(a))。另一方面，預先準備將PTFE膠帶11b貼附於鋁基材11a之下方部而成之第1試樣片11、及將PTFE成形為塊狀而成之第2試樣片12。而且，一面將第1試樣片11之下表面11c(PTFE膠帶11b之PTFE面)及第2試樣片12之下表面12a選作本發明之「處理面」，並使之與基板W之表面Wf對向一面將第1試樣片11、第2試樣片12介隔間隔件13而載置於基板W之表面Wf。藉此，如圖1之(b)所示，第1試樣片11之下表面11c及第2試樣片12之下表面12a位於自基板W之表面Wf隔開間隔件13之厚度程度之上方而形成間隙部14。再者，於本驗證實驗中，將間隔件13之厚度設定為2[mm]。
繼而，自注射器15將DIW注入至第1試樣片11之下表面11c及第2試樣片12之下表面12a與基板W之表面Wf之間隙部14，將各間隙部14以DIW充滿(參照圖1之(c))。藉此，如於下述實施形態中所示，構建與將冷卻構件之處理面觸液於形成於基板W之表面Wf之DIW之液膜等效之觸液狀況。而且，於此種觸液狀況下直接將基板W收納至冷凍庫並使DIW凝固而形成凝固區域16a、16b(參照圖1之(d))。再者，凝固區域16a係使夾於第1試樣片11之下表面11c與基板W之表面Wf間之區域之DIW凍結而成之區域，凝固區域16b係使夾於第2試樣片12之下表面12a與基板W之表面Wf間之區域之DIW凍結而成之區域。又，凝固時DIW體積膨脹，凝固區域16a、16b自間隙部14沿水平方向偏離該體積增加之量，存在於間隙部14之DIW於保持基板W之表面Wf與第1試 樣片11之下表面11c(處理面)及第2試樣片12之下表面12a(處理面)密接之狀態下進行凝固而形成凝固區域。
自上述研究報告可推測：於如此進行凝固之情形時之各界面產生之附著力：F11：凝固區域16a相對於第1試樣片11之下表面11c之附冰力、F12：凝固區域16a相對於基板W之表面Wf之附冰力、F21：凝固區域16b相對於第2試樣片12之下表面12a之附冰力、F22：凝固區域16b相對於基板W之表面Wf之附冰力顯示以下關係，F11<F12 (1)式
F21<F22 (2)式。
因此，如圖1之(e)所示，於藉由於冷凍庫內用配戴絕熱手套之手指進行推壓而對第1試樣片11、第2試樣片12之側面施加水平方向之力Fa、Fb時，於第1試樣片11及第2試樣片12之任一者中，基板W之表面Wf與凝固區域16a、16b緊密附著，於第1試樣片11之下表面11c與凝固區域16a之界面中第1試樣片11自凝固區域16a產生剝離，於第2試樣片12之下表面12a與凝固區域16b之界面中第2試樣片12自凝固區域16b產生剝離。藉此，如圖1之(f)所示，於基板W之表面Wf形成所需形狀之凝固區域16a、16b並且分別良好地將第1試樣片11、第2試樣片12自凝固區域16a、16b剝離。
因此，自圖1所示之驗證實驗明確，於藉由冷卻構件使液膜凝固時，即便冷卻構件之處理面附著於凝固區域，亦可藉由構成冷卻構件之處理面之材料滿足下述關係：(凝固區域相對於處理面之附冰力)<(凝固區域相對於表面Wf之附冰力)，而優先地將冷卻構件自凝固區域剝離，可使凝固區域以所需形狀確實地殘存於基板W之表面Wf。再者，此處對將DIW用作本發明之 「凝固對象液」之情形進行了說明，將其他液體用作本發明之「凝固對象液」之情形亦相同。
A-2.利用冷卻構件所獲得之液膜之可凝固性
於上述驗證實驗中，藉由將基板W收納於冷凍庫中而使液膜凝固，但必須對藉由冷卻構件對液膜之觸液是否能夠合理地使液膜凝固進行驗證。因此，本申請案發明者等人進行圖2所示之驗證實驗而對利用冷卻構件所獲得之可凝固性進行驗證。
圖2係模式性地表示用以對利用冷卻構件所獲得之可凝固性進行驗證之驗證實驗的順序之圖。為了對利用冷卻構件所獲得之可凝固性進行驗證，準備具有與圖1所示之驗證實驗中所使用之第1試樣片11相同之構成之試樣片111作為冷卻構件，並如圖2之(a)所示，浸漬於貯存於槽18之液態氮而將試樣片111冷卻。然後，自槽18將經冷卻之試樣片111取出至室溫環境，進行加熱直至構成試樣片111之鋁基材111a之溫度達到-30℃(參照圖2(b))。再者，調整至-30℃之試樣片111之處理面111c之溫度(PTFE膠帶11b之表面溫度)為-10℃。
另一方面，與試樣片111之冷卻及溫度調整並行，預先準備具有DIW之液膜之基板W。於該驗證實驗中，亦對基板W之表面Wf利用紫外線光照射而將有機物污染去除，且形成於該表面Wf之DIW之液膜19為室溫(21℃)。然後，以將藉由上述方式進行溫度調整之試樣片111之處理面111c觸液於該液膜19之方式將試樣片111載置於基板W之表面Wf(參照圖2之(c))。進而，如圖2之(d)所示藉由等待10秒鐘使夾於試樣片111之下表面111c與基板W之表面Wf間之區域之DIW凍結而形成凝固區域16a。其後，於藉由用配戴絕熱手套之手指進行推壓對試樣片111之側面施加水平方向之力Fa時，確認試樣片111自凝固區域16a順利地剝離且沿水平方向移動，並且液膜19中之試樣片111通過之區域凍結而使凝固區域16a沿水平方向擴寬(參照圖2之(e))。
自圖2所示之驗證實驗明確，藉由將調整至低於DIW之凝固點之溫度之冷卻構件之處理面觸液於液膜能夠使夾於處理面與基板W之表面Wf之區域凝固。而且，可確認：於冷卻構件之溫度為-30℃左右能夠凝固，且使冷卻構件直接接觸液膜而凝固乃合理性地可能。進而，於圖2之驗證實驗中，亦可一併確認：能夠優先地使冷卻構件自凝固區域剝離，使凝固區域以所需形狀原樣確實地殘存於基板W之表面Wf。
A-3.總結
基於上述2個驗證實驗明確：藉由使溫度低於液膜之凝固點之冷卻構件之處理面直接抵接於液膜能夠形成凝固區域，而且藉由以用手指推壓程度之較小之力使冷卻構件移動而能夠以凝固區域殘存於基板W之表面Wf之狀態將冷卻構件自凝固區域剝離。因此，本申請案發明者等人設計具體實現上述構想之實施形態。以下，一面參照圖3至圖6一面對本發明之基板處理裝置及基板處理方法之第1實施形態進行詳細說明。
B.第1實施形態
圖3係表示本發明之基板處理裝置之第1實施形態之圖。又，圖4係圖3之基板處理裝置之局部俯視圖。該基板處理裝置係用於用以將附著於半導體晶圓等基板W之表面Wf之微粒等污染物質去除之洗淨處理之單片式基板處理裝置。再者，於圖3及圖4中，為了明確各圖之方向關係，表示有XYZ直角座標軸。
該基板處理裝置包含具有稍大於基板W之平面尺寸之旋轉基座21。又，於旋轉基座21之周緣部附近，立設有用以固持基板W之周緣部之複數個夾盤銷22。關於夾盤銷22，為了確實地保持圓形之基板W設置3個以上即可，且沿旋轉基座21之周緣部等角度間隔地配置。各夾盤銷22具備自下方支持基板W之周緣部之基板支持部、及對由基板 支持部支持之基板W之外周端面進行推壓而保持基板W之基板保持部。又，各夾盤銷22能夠於基板保持部推壓基板W之外周端面之推壓狀態、及基板保持部自基板W之外周端面遠離之解放狀態之間進行切換，根據來自控制裝置整體之控制單元90之動作指令執行狀態切換。
更詳細而言，於對旋轉基座21將基板W交接時，將各夾盤銷22設為解放狀態，於對基板W進行洗淨處理時，將各夾盤銷22設為推壓狀態。若將各夾盤銷22設為推壓狀態，則各夾盤銷22固持基板W之周緣部，基板W自旋轉基座21隔開特定間隔保持為水平姿勢。藉此，基板W將其表面Wf以朝向上方之狀態保持。如此，於本實施形態中，利用旋轉基座21與夾盤銷22保持基板W，但基板保持方式並不限定於此，例如亦可藉由旋轉夾頭等吸附方式將基板W保持。
如圖3所示，於旋轉基座21連結有旋轉軸31。該旋轉軸31經由皮帶32而與馬達33之輸出旋轉軸34連結。而且，若馬達33基於來自控制單元90之控制信號作動，則隨著該馬達驅動而旋轉軸31進行旋轉。藉此，於旋轉基座21之上方由夾盤銷22保持之基板W與旋轉基座21一同繞旋轉軸心Pa旋轉。
用以對如此旋轉驅動之基板W之表面Wf供給DIW之DIW噴出噴嘴41配置於旋轉基座21之上方位置。DIW供給部42經由開關閥43連接於該DIW噴出噴嘴41。該開關閥43平常閉合，如下所述於向基板W形成DIW之液膜時及進行基板W之沖洗處理時根據來自控制單元90之打開指令而開關閥43開啟。又，該DIW噴出噴嘴41安裝於水平地延設之第1臂44之前端部。該第1臂44之後端部由沿鉛垂方向Z延設之旋轉軸45繞旋轉中心軸J1旋轉自如地支持。而且，於旋轉軸45連結有噴嘴驅動機構46，根據來自控制單元90之動作指令而旋轉軸45繞旋轉中心軸J1旋轉驅動。藉此，安裝於第1臂44之前端部之DIW噴出噴嘴41如圖4之虛線所示於基板W之表面Wf之上方側移動，又，如該圖之實線所 示移動至遠離基板W之待機位置。
又，於本實施形態中，除了第1臂44以外，水平地延設有第2臂52。於第2臂52之前端部安裝有冷卻構件53，另一方面於後端部連結有夾頭驅動機構51。如圖3所示，該夾頭驅動機構51具有旋轉馬達511。而且，旋轉馬達511之旋轉軸512連結於第2臂52之後端部，若旋轉馬達511根據來自控制單元90之控制信號作動，則第2臂52繞旋轉中心J2擺動使冷卻構件53於基板W之表面中央部之上方位置與退避位置之間往返移動。再者，於本說明書中，將冷卻構件53自退避位置移動至基板W之表面中央部之上方位置之動作及方向分別稱為「去路動作」及「去路方向」，然而相反地將自基板W之表面中央部之上方位置移動至退避位置之動作及方向分別稱為「返路動作」及「返路方向」。
搭載有旋轉馬達511之升降基座514滑動自如地嵌裝於立設之導件515，並且與並排設置於導件515之滾珠螺桿516螺合。該滾珠螺桿516與升降馬達517之旋轉軸連動連結。又，該升降馬達517根據來自控制單元90之控制信號作動並使滾珠螺桿516旋轉而使冷卻構件53沿上下方向升降。如此，夾頭驅動機構51係使冷卻構件53升降並往返移動之機構。
該冷卻構件53具有與第1試樣片11相同之構成。即，冷卻構件53具有小於基板W之表面Wf之基台531、及貼附於基台531之下方部之PTFE膠帶532，PTFE膠帶532中朝向旋轉基座21之下表面之功用係作為處理面533(參照圖6之(a))，相當於本發明之「處理面」。而且，若藉由上述返路動作將冷卻構件53移動至退避位置，則可利用設置於該退避位置之溫度調整部54(圖2參照)調整至適合凍結洗淨之溫度(於本實施形態中，為-30℃)。另一方面，若藉由上述去路動作將冷卻構件53定位於基板W之表面中央部之上方，進而下降，則冷卻構件53之處理面533觸液於形成於 基板W之表面Wf之DIW之液膜而將夾於冷卻構件53之處理面533與基板W之表面Wf之區域凝固。如此，冷卻構件53具有作為凍結頭之功能。
又，於利用基板處理裝置進行液膜形成處理、凍結、剝離處理及沖洗處理等各種處理時，為了防止DIW飛散至基板W及旋轉基座21之周邊，而將防飛散護罩61以包圍旋轉基座21之方式進行設置。即，根據來自控制單元90之控制信號而護罩升降驅動機構62將護罩61定位於特定位置，藉此如圖3所示護罩61自側方位置包圍旋轉基座21及利用夾盤銷22保持之基板W，能夠捕集自旋轉基座21及基板W飛散之DIW。
圖5係表示圖3所示之基板處理裝置之動作之流程圖。又，圖6係模式性地表示基板處理裝置之動作之圖。於該裝置中，若將未處理之基板W搬入至裝置內，則控制單元90控制裝置各部並對該基板W執行一系列處理。此處，於表面Wf朝向上方之狀態下預先將基板W裝載於基板處理裝置，並由夾盤銷22保持。
搬入基板W後，控制單元90驅動馬達33而使旋轉基座21旋轉，並且利用噴嘴驅動機構46使第1臂44旋動而將DIW噴出噴嘴41移動至基板W之旋轉軸心Pa附近，將DIW噴出噴嘴41之噴出口(省略圖示)朝向基板W之表面Wf之旋轉中心部進行定位。然後，控制單元90控制DIW供給部42及開關閥43並自DIW供給部42供給DIW，自DIW噴出噴嘴41使之噴出。供給至基板W之表面Wf之中央部之DIW藉由伴隨著基板W之旋轉之離心力而沿基板W之徑向向外均勻地擴展，其一部分被甩開至基板W外。藉此，跨及基板W之表面Wf之整面對DIW之液膜之厚度均勻地進行控制，而於基板W之表面Wf之整體形成具有特定厚度之液膜19(圖6)(液膜形成處理：步驟S1)。再者，於形成液膜時，如上所述將供給至基板W之表面Wf之DIW甩開並非必須條件。例如，不於使基板W之旋轉停止之狀態或者使基板W以相對低速旋轉之狀態下將 DIW自基板W甩開之情況下亦可於基板W之表面Wf形成液膜19。再者，於本實施形態中，將DIW噴出噴嘴41朝向基板W之表面Wf直接進入至下一步驟S2，但亦可於液膜形成完成後，預先使第1臂44沿相反方向旋動並使DIW噴出噴嘴41自基板W之上方位置移動至退避位置(圖4之實線位置)，如下所述進行沖洗處理時，再次使DIW噴出噴嘴41移動並進行定位。
於以下步驟S2中，控制單元90使基板W之旋轉停止並且藉由夾頭驅動機構51使第2臂52沿去路方向旋動並使冷卻構件53移動至基板W之表面Wf之旋轉中心部之正上方位置而使處理面533與基板W之表面中央部對向(圖6之(a))。
然後，控制單元90進而控制夾頭驅動機構51使第2臂52整體下降，而使冷卻構件53之處理面533觸液於液膜19。於是，如圖6之(b)所示，液膜19中夾於處理面533與基板W之表面Wf間之區域之DIW凝固而形成凝固區域16(步驟S3)。藉此，於該凝固區域16中附著於基板W之表面Wf之微粒PT遠離原先之附著位置且自基板W之表面Wf被去除。再者，此時之冷卻構件53之位置(圖6之(b)所示之冷卻構件53之位置)相當於本發明之「初始位置」。
繼而，控制單元90再次使基板W旋轉並且藉由夾頭驅動機構51使第2臂52沿返路方向旋動並以使冷卻構件53沿返路方向遠離上述初始位置之方式移動。藉此，如圖6之(c)所示，將處理面533自於步驟S3中所形成之凝固區域16剝離(步驟S4)。再者，於本實施形態中，由於基板W繞旋轉軸心Pa旋轉並且冷卻構件53沿徑向移動，故而於自鉛垂上方之俯視時處理面533為螺旋狀，且以沿著徑向遠離旋轉軸心Pa之方式移動。然後，於處理面533與基板W之表面Wf對向進行移動期間，即直至於步驟S5中判定為「是」為止，重複進行對夾於冷卻構件53之移動目的地之處理面533與基板W之表面Wf間之區域之DIW的凝 固處理(步驟S3)及剝離處理(步驟S4)而使凝固區域16沿徑向擴寬。
另一方面，於步驟S5中判定為「是」，即如圖6(d)所示，相對於基板W之表面Wf整體完成液膜19之凝固且於表面Wf形成凝固體20(凝固‧剝離處理之完成)後，控制單元90藉由夾頭驅動機構51進而使第2臂52沿返路方向旋動而使冷卻構件53移動至退避位置(步驟S6)。而且，準備以下凝固處理且進行利用溫度調整部54所進行之冷卻構件53之溫度調整。
如此，完成凝固‧剝離處理後，控制單元90使開關閥43開啟而將DIW供給至基板W之表面Wf。自DIW噴出噴嘴41供給之DIW藉由離心力成為流水而於基板W之表面Wf上擴展，且該流水之一部分將凝固體20解凍(解凍處理：步驟S7)。進而，繼續來自DIW噴出噴嘴41之DIW供給並對基板W之表面Wf實施沖洗處理，將藉由凝固‧剝離處理自基板W之表面Wf去除之微粒與DIW一同自基板W之表面Wf去除(沖洗處理(去除步驟)：步驟S8)。完成該沖洗處理後，控制單元90使開關閥43閉合而停止DIW供給，並且藉由噴嘴驅動機構46使DIW噴出噴嘴41移動至遠離基板W之退避位置後，使基板W旋轉乾燥(旋轉乾燥處理：步驟S9)。
如上所述，於本實施形態中，由於將冷卻構件53之處理面533調整至低於液膜19之凝固點之溫度後，使該處理面533觸液於液膜19而使液膜凝固，故而較使用冷卻氣體之先前技術可高效率地形成凝固區域16。又，使低溫之處理面533直接接觸液膜19因而冷卻構件53會附著於凝固區域16，但藉由以PTFE構成處理面533，冷卻構件53之處理面533與凝固區域16之附著力變得小於基板W之表面Wf與凝固區域16之附著力。其結果，藉由使冷卻構件53沿徑向移動，可於使凝固區域16殘存於基板W之表面Wf之狀態下使處理面533自凝固區域16剝離。如此，根據本實施形態，能夠低成本且高效率地於基板W之表面Wf 形成所需形狀之凝固體20。
而且，藉由將該凝固技術應用於所謂凍結洗淨技術可大幅地縮短將1片基板W進行凍結洗淨所需之時間、即所謂產距時間，而且可抑制凍結洗淨之成本。
C.第2實施形態
圖7係表示本發明之基板處理裝置之第2實施形態之圖。又，圖8係表示圖7之基板處理裝置之動作之圖。第2實施形態與第1實施形態差異較大之方面為冷卻構件53之構成，即冷卻構件53沿平行於第2臂52之方向延設之方面。而且，控制單元90藉由夾頭驅動機構51使第2臂52沿去路方向旋動，如圖7中之虛線及圖8之(a)所示，若使冷卻構件53之前端部移動至基板W之表面Wf之旋轉中心部之正上方位置，則冷卻構件53之處理面533與自基板W之表面中央部至表面周緣部為止之表面區域對向。即，處理面533具有以與自基板W之旋轉中心部至端緣部為止之距離相同或者大於其之長度延設之矩形形狀。又，伴隨著冷卻構件53之形狀變更，如圖7所示，將溫度調整部54以平行於定位於退避位置之第2臂52之方向延設。再者，由於其他構成與第1實施形態相同，故而對相同構成標註相同符號並省略構成說明。
於如此構成之第2實施形態中亦然，若將未處理之基板W搬入至裝置內，則於將表面Wf朝向上方之狀態下將基板W藉由夾盤銷22保持後，於基板W之表面Wf之整體形成有具有特定厚度之液膜19(液膜形成處理)。繼而，控制單元90使基板W之旋轉停止並且藉由夾頭驅動機構51使第2臂52沿去路方向旋動，將冷卻構件53定位至自基板W之表面Wf之旋轉中心部之正上方位置至基板W之表面Wf之(-X)側端緣部之正上方位置為止延伸之狀態(圖8之(a))。
而且，控制單元90進而控制夾頭驅動機構51使第2臂52整體下降而使冷卻構件53之處理面533觸液於液膜19。於是，如圖8之(b)所 示，液膜19中夾於處理面533與基板W之表面Wf間之區域之DIW凝固且一旦形成為徑向長於第1實施形態之矩形形狀之凝固區域16。再者，於該第2實施形態中，此時之冷卻構件53之位置(圖8之(b)中所示之冷卻構件53之位置)相當於本發明之「初始位置」。
繼而，控制單元90於使冷卻構件53靜止之狀態下使基板W再次開始旋轉且使基板W旋轉至少1周以上。藉此，如圖8之(c)所示，於基板W之表面Wf整體形成凝固體20。其後，控制單元90藉由夾頭驅動機構51控制第2臂52之移動並將冷卻構件53自凝固體20完全地剝離，進而使冷卻構件53移動至退避位置。然後，準備以下凝固處理進行利用溫度調整部54所進行之冷卻構件53之溫度調整。如此一來，完成凝固‧剝離處理後，控制單元90以與第1實施形態相同之方式進行凝固體20之解凍處理、沖洗處理及旋轉乾燥處理。
如上所述，於第2實施形態中，亦使溫度低於液膜19之凝固點之處理面533觸液於液膜19使液膜凝固，而且以PTFE構成處理面533，因而可低成本且高效率地於基板W之表面Wf形成所需形狀之凝固體20。又，於第2實施形態中，由於一旦形成之凝固區域16之面積與第1實施形態相比較廣，故而可縮短將1片基板W凍結洗淨所需之時間、即所謂產距時間且實現產能之進一步提高。再者，於上述第2實施形態中，將處理面533最後加工為沿平行於第2臂52之方向(長度方向)延設之矩形，但亦可最後加工為其他形狀，例如橢圓形或圓角長方形等。
D.第3實施形態
於上述第2實施形態中，將冷卻構件53最後加工為長方體形狀，但亦可如圖9所示般將冷卻構件53最後加工為直圓錐形狀。以下，一面參照圖9一面對第3實施形態進行說明。
圖9係表示本發明之基板處理裝置之第3實施形態之圖。於第3實 施形態中，使用具有基板W之半徑以上之母線534之直圓錐狀冷卻構件53。冷卻構件53係將直圓錐形狀之基台531之頂部及側面以PTFE被覆而成者，圓錐面作為處理面533而發揮功能。藉由省略圖示之夾頭驅動機構，能夠驅動直圓錐狀冷卻構件53接近或遠離基板W之表面Wf。又，直圓錐狀冷卻構件53係將自頂點535延伸至底面中央部之旋轉軸心536作為旋轉中心旋轉自如地構成。再者，由於其他構成與第1實施形態相同，故而對相同構成標記相同符號並省略構成說明。
於如此構成之第3實施形態中，若將未處理之基板W搬入至裝置內，亦於將表面Wf朝向上方之狀態下藉由夾盤銷22保持基板W後，於基板W之表面Wf之整體形成具有特定厚度之液膜19(液膜形成處理)。繼而，控制單元90使基板W之旋轉停止，並且藉由夾頭驅動機構使頂點535位於基板W之表面Wf之旋轉中心部之正上方位置，並且將冷卻構件53定位至母線534沿平行於表面Wf延伸直至基板W之表面Wf之端緣部之正上方位置的狀態(圖9之(a))。
然後，控制單元90進而控制夾頭驅動機構且使冷卻構件53沿鉛垂下方下降而使冷卻構件53之處理面533觸液於液膜19。繼而，如圖9之(b)所示，液膜19中夾於處理面533與基板W之表面Wf間之區域之DIW凝固且一旦形成為於徑向較長之線狀之凝固區域16。再者，於該第3實施形態中，此時之冷卻構件53之位置(圖9之(b)中所示之冷卻構件53之位置)相當於本發明之「初始位置」。
繼而，控制單元90使基板W繞旋轉軸心Pa旋轉驅動至少1圈以上並且與該基板旋轉同步使冷卻構件53繞旋轉軸心536旋轉驅動。藉此，如圖9之(c)所示，於基板W之表面Wf整體形成凝固體20。其後，控制單元90藉由夾頭驅動機構使冷卻構件53沿鉛垂上方上升後使冷卻構件53之旋轉停止。當然，亦可於旋轉停止後或同時使冷卻構件53沿鉛垂上方上升。然後，準備以下凝固處理進行利用溫度調整部(省略 圖示)所進行之冷卻構件53之溫度調整。如此一來，完成凝固‧剝離處理後，控制單元90以與第1實施形態相同之方式進行凝固體20之解凍處理、沖洗處理及旋轉乾燥處理。
如上所述，於第3實施形態中，亦使溫度低於液膜19之凝固點之處理面533觸液於液膜19使液膜凝固，而且以PTFE構成處理面533，因而可低成本且高效率地於基板W之表面Wf形成所需形狀之凝固體20。
E.第4實施形態
於上述實施形態中，於基板W之表面Wf形成液膜19(液膜形成處理)後使冷卻構件53觸液於液膜19，但亦可如圖10所示以自冷卻構件53供給DIW而形成凝固體20之方式構成。
圖10係表示本發明之基板處理裝置之第4實施形態之圖。該第4實施形態與第2實施形態差異較大之方面如下：於冷卻構件53設置有複數個貫通孔537，自DIW供給部42(參照圖3)輸送而來之DIW能夠經由各貫通孔537而供給至處理面533與基板W之表面Wf之間。藉由使用具有此種構成之冷卻構件53可省略液膜形成處理。
F.第5實施形態
於上述實施形態中，冷卻構件53之處理面533均窄於基板W之表面Wf，一面將液膜19之一部分凝固而形成凝固區域16一面使冷卻構件53相對於基板W之表面Wf相對移動而形成凝固體20，如圖11所示，亦可以藉由冷卻構件53將液膜19一旦凝固後將冷卻構件53剝離而形成凝固體20之方式構成。
圖11係表示本發明之基板處理裝置之第5實施形態之圖。該第5實施形態與第1實施形態差異較大之方面係冷卻構件53具有與基板W之表面Wf相同形狀之處理面533之方面，以及藉由省略圖示之夾頭驅動機構於基板W之正上方位置、使冷卻構件53之處理面533觸液於液膜 19之觸液位置、及遠離正上方位置及觸液位置之退避位置之間使冷卻構件53能夠移動之方面。再者，由於其他構成與第1實施形態基本上相同，故而對相同構成標記相同符號並省略構成說明。
於如此構成之第5實施形態中，若將未處理之基板W搬入至裝置內，則亦於將表面Wf朝向上方之狀態下將基板W藉由夾盤銷22保持後，於基板W之表面Wf之整體形成具有特定厚度之液膜19(液膜形成處理)。繼而，控制單元90使基板W之旋轉停止並且藉由夾頭驅動機構將冷卻構件53定位於基板W之表面W之正上方位置(圖11之(a))。藉此，液膜19整體被冷卻構件53之處理面533自鉛垂上方覆蓋。
然後，控制單元90進而控制夾頭驅動機構使冷卻構件53下降而使冷卻構件53之處理面533觸液於液膜19。於是，如圖11之(b)所示，液膜19整體凝固而一旦形成凝固體20。繼而，控制單元90控制夾頭驅動機構使冷卻構件53移動至退避位置(圖11之(c))，準備以下凝固處理且進行利用溫度調整部(省略圖示)所進行之冷卻構件53之溫度調整。如此一來，完成凝固‧剝離處理後，控制單元90以與第1實施形態相同之方式進行凝固體20之解凍處理、沖洗處理及旋轉乾燥處理。
如上所述，於第5實施形態中，使溫度低於液膜19之凝固點之處理面533觸液於液膜19而使液膜凝固，而且以PTFE構成處理面533，因而可低成本且高效率地於基板W之表面Wf形成所需形狀之凝固體20。又，於第5實施形態中，由於一旦形成凝固體20，故而可進而縮短產距時間且進而提高產能。
再者，於第5實施形態中，冷卻構件53以具有與基板W之表面Wf相同形狀之處理面533之方式構成，但亦可使用具有寬於基板W之表面Wf之處理面533之冷卻構件53，亦可以將液膜19之各部於冷卻構件53之處理面533同時冷卻而使之凝固之方式構成。
G.其他
於上述實施形態中，基板W係以將表面Wf朝向上方之水平姿勢由旋轉基座21保持，基板W之表面Wf相當於本發明之「基板之上表面」之一例，旋轉基座21及夾盤銷22相當於本發明之「基板保持部」之一例。又，基板W之表面中央部相當於本發明之「上表面中央部」。又，步驟S3、S4分別相當於本發明之「第1步驟」及「第2步驟」，包含該等之步驟相當於本發明之「凝固體形成步驟」之一例。又，步驟S8相當於本發明之「去除步驟」之一例。進而，夾頭驅動機構51及DIW噴出噴嘴41分別相當於本發明之「移動部」及「去除部」之一例。
再者，本發明並不限定於上述實施形態，只要不脫離其主旨則可進行除上述以外之各種變更。例如，於上述實施形態中，將PTFE膠帶532貼附於基台531之下方部而成者用作冷卻構件53，亦可與圖1之第2試樣片12相同，將成形為所需形狀之PTFE塊用作冷卻構件53，於該情形時，PTFE塊之下表面作為處理面而發揮功能。
又，於上述實施形態中，利用PTFE構成處理面533，但亦可利用與凝固區域16之附著力小於凝固區域16與基板W之表面(上表面)Wf之附著力之材料、例如除PTFE以外之氟系材料、矽系材料、PE等構成處理面533。
又，於上述實施形態中，使冷卻構件53移動至退避位置，於該退避位置藉由溫度調整部54準備以下凝固‧剝離處理並對冷卻構件53進行溫度調整，但例如亦可以圖12所示之方式構成。於該實施形態中，亦可將溫度調整機構55安裝於冷卻構件53並且以自溫度控制部56接收電訊號或冷媒等且對冷卻構件53之處理面533之溫度實時地進行調整之方式構成。藉此，能夠以較高之面內均勻性進行利用冷卻構件53所進行之凝固處理，而較適宜。
又，於上述實施形態中，對基板W供給DIW作為凝固對象液，但 作為凝固對象液並不限定於DIW，亦可使用純水、超純水或氫水、碳酸水等，進而可使用SC1等液體。
又，於上述各實施形態中，為了將凝固體20解凍(融解)並去除而對基板W供給DIW，但作為解凍液或融解液並不限定於DIW，亦可使用純水、超純水或氫水、碳酸水等，進而亦可使用SC1等液體。
又，於上述各實施形態中，將凝固對象液及解凍液(融解液)設為相同之DIW，但亦可分別設為其他液體。
本發明可應用於將形成於基板之上表面之液膜凝固之凝固技術整體、及使用該凝固技術對基板實施所謂凍結洗淨處理之基板處理方法及基板處理裝置。

Claims (9)

  1. 一種基板處理方法，其特徵在於：其具備使用冷卻構件使形成於水平姿勢之基板之上表面之凝固對象液之液膜凝固而形成凝固體之凝固體形成步驟，上述凝固體形成步驟具有：第1步驟，其使上述冷卻構件中溫度低於上述凝固對象液之凝固點之處理面觸液於上述液膜而使位於夾於上述上表面與上述處理面之區域之上述凝固對象液藉由凍結而凝固；及第2步驟，其將上述處理面自藉由上述第1步驟凝固之凝固區域剝離；且藉由上述第1步驟產生的上述凝固區域與上述處理面之附著力，小於藉由上述第1步驟產生的上述凝固區域與上述上表面之附著力。
  2. 如請求項1之基板處理方法，其中上述處理面窄於上述上表面，上述凝固體形成步驟係於以將上述處理面與上述上表面之一部分對向之方式將上述冷卻構件配置於初始位置並執行上述第1步驟後，一面自上述初始位置使上述冷卻構件沿水平方向相對移動一面進行上述第2步驟及上述第1步驟而形成上述凝固體。
  3. 如請求項2之基板處理方法，其中上述初始位置係上述基板之上表面中央部之上方位置，上述凝固體形成步驟係使上述冷卻構件沿遠離上述初始位置之方向相對移動且將上述凝固區域沿徑向擴寬而形成上述凝固體。
  4. 如請求項2之基板處理方法，其中上述處理面具有於自上述基板之旋轉中心部至上述基板之端 緣部為止之距離以上之長度延設之長條形狀，於上述初始位置，以上述處理面之長度方向之一端部位於上述基板之旋轉中心部之上方並且上述處理面之上述長度方向之另一端部位於上述基板之端緣部之上方之方式配置上述冷卻構件，上述凝固體形成步驟係將上述冷卻構件定位於上述初始位置並且使上述旋轉中心部作為旋轉中心而旋轉且將上述凝固區域沿旋轉方向擴寬而形成上述凝固體。
  5. 如請求項1之基板處理方法，其中上述處理面為與上述上表面相同形狀或寬於上述上表面，上述凝固體形成步驟係以用上述處理面自鉛垂上方覆蓋上述上表面之方式配置上述冷卻構件並執行上述第1步驟後，使上述冷卻構件相對於上述基板相對移動且進行上述第2步驟。
  6. 如請求項1至5任一項中之基板處理方法，其進而具備將上述凝固體自上述上表面去除之去除步驟。
  7. 一種基板處理裝置，其特徵在於具備：基板保持部，其將於上表面形成有凝固對象液之液膜之基板以水平姿勢保持；冷卻構件，其具有溫度低於上述凝固對象液之凝固點之處理面；及移動部，其使上述冷卻構件相對於由上述基板保持部保持之基板之上表面相對移動；使上述冷卻構件以上述處理面觸液於上述液膜之方式移動並將位於夾於上述上表面與上述處理面之區域之上述凝固對象液凝固而形成凝固區域後，藉由移動上述冷卻構件進行使上述處理面自上述凝固區域剝離之動作，使上述液膜凝固而形成凝固 體，上述處理面係利用與藉由上述處理面朝上述液膜觸液而形成之上述凝固區域之附著力小於藉由上述處理面朝上述液膜觸液而形成之上述凝固區域與上述上表面之附著力之材料構成。
  8. 如請求項7之基板處理裝置，其進而具備將上述凝固體自上述基板去除之去除部。
  9. 如請求項7之基板處理裝置，其中上述處理面係利用氟系材料、矽系材料、或聚乙烯之任一者構成。
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