JP2017069377A

JP2017069377A - Substrate processing apparatus and cooling gas discharge head

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Publication number: JP2017069377A
Application number: JP2015193009A
Authority: JP
Inventors: 加藤　雅彦; Masahiko Kato; 雅彦加藤; 横内　健一; Kenichi Yokouchi; 健一横内
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2017-04-06

Abstract

【課題】十分に冷却したガスを基板の表面に向けて供給することにより効率的に凍結洗浄処理を実行可能な基板処理装置および冷却ガス吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】冷却ガス吐出ヘッドのハウジングの内部において、気液分離空間の下方に設けられた液受部が設けられる。そして、ガスの液相に相当する冷却液が冷却ガス流入口から気液分離空間へ流入した際に、冷却液は気液分離空間から落下して液受部に回収される。このため、冷却部において冷却ガスを凝縮点付近まで冷却することができる。また、液受部にて回収された冷却液の液温が沸点に達すると気化し、気化した冷却ガスが液受部の上方空間およびガス経路を通過して吐出口から基板の上面に向けて吐出される。このため、凝縮点以下に冷却することにより生じた冷却液も、冷却ガスとして液膜の冷却に利用することができる。
【選択図】図７A substrate processing apparatus and a cooling gas discharge head capable of efficiently performing a freezing cleaning process by supplying a sufficiently cooled gas toward the surface of the substrate.
A liquid receiving portion provided below a gas-liquid separation space is provided inside a housing of a cooling gas discharge head. When the coolant corresponding to the liquid phase of the gas flows into the gas-liquid separation space from the cooling gas inlet, the coolant falls from the gas-liquid separation space and is collected in the liquid receiver. For this reason, the cooling gas can be cooled to the vicinity of the condensation point in the cooling section. Further, when the liquid temperature of the cooling liquid recovered at the liquid receiving part reaches the boiling point, the vaporized cooling gas passes through the upper space and the gas path of the liquid receiving part and passes from the discharge port toward the upper surface of the substrate. Discharged. For this reason, the cooling liquid produced by cooling below the condensation point can also be used for cooling the liquid film as the cooling gas.
[Selection] Figure 7

Description

この発明は、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、光ディスク用基板などの各種基板の表面に付着したパーティクル等の異物を除去するための基板処理装置および冷却ガス吐出ヘッドに関するものである。 The present invention relates to a substrate processing apparatus for removing foreign substances such as particles adhering to the surface of various substrates such as a semiconductor wafer, a glass substrate for photomask, a glass substrate for liquid crystal display, a glass substrate for plasma display, and a substrate for optical disk, and the like. The present invention relates to a cooling gas discharge head.

従来より、基板の表面に付着したパーティクル等の異物を除去するための処理の１つとして凍結洗浄技術が知られている。この技術では、基板表面に形成した液膜を凍結させ、この凍結膜を除去することにより基板表面からパーティクル等を凍結膜とともに除去する。 Conventionally, a freeze cleaning technique is known as one of the processes for removing foreign matters such as particles adhering to the surface of a substrate. In this technique, the liquid film formed on the substrate surface is frozen, and the frozen film is removed to remove particles and the like from the substrate surface together with the frozen film.

例えば、特許文献１に記載の技術においては、洗浄液としてのＤＩＷ（Deionized Water）を基板の上面に供給して液膜を形成した後、冷却ガスを吐出する冷却ガス吐出ヘッドを基板の上面の近傍で走査させることにより液膜を凍結させ、再度ＤＩＷを供給して凍結膜を除去することによって、基板表面からのパーティクルの除去を行っている。 For example, in the technique described in Patent Document 1, after a DIW (Deionized Water) as a cleaning liquid is supplied to the upper surface of the substrate to form a liquid film, a cooling gas discharge head that discharges a cooling gas is provided near the upper surface of the substrate. The liquid film is frozen by scanning at, and DIW is supplied again to remove the frozen film, thereby removing particles from the substrate surface.

特許文献１では、冷却ガス吐出ヘッドがその内部で気液を分離する機構等を有さず冷却部から送られる冷却液または冷却ガスをそのまま吐出口から吐出する態様が開示されている。 Patent Document 1 discloses a mode in which a cooling gas discharge head does not have a mechanism for separating gas and liquid therein, and the cooling liquid or cooling gas sent from the cooling unit is directly discharged from the discharge port.

特開２０１０−８０８１９号公報JP 2010-80819 A

この態様では、冷却部から冷却液が送られた際に吐出口から冷却液（例えば、液体窒素）が吐出されて基板にダメージを与えるおそれがあるため、冷却ガスを凝縮点付近まで冷却することができなかった。例えば、特許文献１に開示される技術では、冷却部が冷却ガス（窒素ガス）をその凝縮点（−１９６℃）よりも十分に高い−１００℃までしか冷却していない。このように、冷却ガスを十分に冷却できないため、基板上の液膜に対して効率的に凍結洗浄処理を実行できないという問題があった。 In this embodiment, when the cooling liquid is sent from the cooling unit, the cooling liquid (for example, liquid nitrogen) may be discharged from the discharge port and may damage the substrate, so the cooling gas is cooled to near the condensation point. I could not. For example, in the technique disclosed in Patent Document 1, the cooling unit cools the cooling gas (nitrogen gas) only to −100 ° C., which is sufficiently higher than the condensation point (−196 ° C.). As described above, since the cooling gas cannot be sufficiently cooled, there has been a problem that the freeze cleaning process cannot be efficiently performed on the liquid film on the substrate.

この発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、十分に冷却したガスを基板の表面に向けて供給することにより効率的に凍結洗浄処理を実行可能な基板処理装置および冷却ガス吐出ヘッドを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a substrate processing apparatus and a cooling gas discharge head capable of efficiently performing a freezing cleaning process by supplying a sufficiently cooled gas toward the surface of the substrate. The purpose is to do.

本発明の第１の態様にかかる基板処理装置は、基板を水平姿勢で保持する基板保持部と、ガス供給源から供給されたガスを冷却する冷却部と、前記冷却部を通じて冷却された前記ガスを前記基板保持部に保持された前記基板の上面に向けて吐出する冷却ガス吐出ヘッドと、を備え、前記冷却ガス吐出ヘッドは、内部に気液分離空間が設けられたハウジングと、前記ハウジングの壁面を貫いて設けられ、冷却された前記ガスを前記冷却部から前記気液分離空間へと流入させる冷却ガス流入口と、前記ハウジングの内部において、前記気液分離空間の下方に設けられた液受部と、前記基板の前記上面に向けて開口した吐出口と、前記気液分離空間よりも上方の位置を経由して、前記冷却ガス流入口から前記吐出口まで前記ガスを流動させるガス経路と、を有し、前記ガスの液相に相当する冷却液が前記冷却ガス流入口から前記気液分離空間へ流入した際に、前記冷却液は前記気液分離空間から落下して前記液受部に回収されることを特徴とする。 A substrate processing apparatus according to a first aspect of the present invention includes a substrate holding unit that holds a substrate in a horizontal posture, a cooling unit that cools a gas supplied from a gas supply source, and the gas that is cooled through the cooling unit. A cooling gas discharge head that discharges toward the upper surface of the substrate held by the substrate holding portion, and the cooling gas discharge head includes a housing in which a gas-liquid separation space is provided, A cooling gas inlet provided through the wall surface for allowing the cooled gas to flow into the gas-liquid separation space from the cooling unit, and a liquid provided below the gas-liquid separation space in the housing A gas passage for flowing the gas from the cooling gas inlet to the outlet through a receiving portion, an outlet opening toward the upper surface of the substrate, and a position above the gas-liquid separation space. And when the cooling liquid corresponding to the liquid phase of the gas flows into the gas-liquid separation space from the cooling gas inlet, the cooling liquid falls from the gas-liquid separation space and receives the liquid It is collected in the part.

本発明の第２の態様にかかる基板処理装置は、本発明の第１の態様にかかる基板処理装置であって、水平面視において、前記液受部は環状に構成されており、前記ガス経路は前記液受部が環状に囲む空間を通ることを特徴とする。 A substrate processing apparatus according to a second aspect of the present invention is the substrate processing apparatus according to the first aspect of the present invention, wherein, in a horizontal plan view, the liquid receiving portion is configured in an annular shape, and the gas path is The liquid receiver passes through a space that is annularly surrounded.

本発明の第３の態様にかかる基板処理装置は、本発明の第１の態様または第２の態様にかかる基板処理装置であって、前記冷却ガス吐出ヘッドは、前記液受部の内部に開口して前記ガス供給源から常温の前記ガスが流入される常温ガス流入口、をさらに有することを特徴とする。 A substrate processing apparatus according to a third aspect of the present invention is the substrate processing apparatus according to the first aspect or the second aspect of the present invention, wherein the cooling gas discharge head is opened inside the liquid receiving portion. And a normal temperature gas inlet into which the normal temperature gas flows from the gas supply source.

本発明の第４の態様にかかる基板処理装置は、本発明の第１の態様ないし第３の態様のいずれかにかかる基板処理装置であって、前記冷却部は、前記ガスをその凝縮点以下に冷却することを特徴とする。 A substrate processing apparatus according to a fourth aspect of the present invention is the substrate processing apparatus according to any one of the first to third aspects of the present invention, wherein the cooling unit removes the gas below its condensation point. It is characterized by cooling.

本発明の第５の態様にかかる基板処理装置は、本発明の第１の態様ないし第４の態様のいずれかにかかる基板処理装置であって、前記ガスは窒素であり、前記冷却液は液体窒素であることを特徴とする。 A substrate processing apparatus according to a fifth aspect of the present invention is the substrate processing apparatus according to any one of the first to fourth aspects of the present invention, wherein the gas is nitrogen and the cooling liquid is a liquid. It is characterized by being nitrogen.

本発明の第６の態様にかかる冷却ガス吐出ヘッドは、ガス供給源から供給され冷却部を通じて冷却されたガスを、基板保持部に保持された基板の上面に向けて吐出する冷却ガス吐出ヘッドであって、内部に気液分離空間が設けられたハウジングと、前記ハウジングの壁面を貫いて設けられ、冷却された前記ガスを前記冷却部から前記気液分離空間へと流入させる冷却ガス流入口と、前記ハウジングの内部において、前記気液分離空間の下方に設けられた液受部と、前記基板の前記上面に向けて開口した吐出口と、前記気液分離空間よりも上方の位置を経由して、前記冷却ガス流入口から前記吐出口まで前記ガスを流動させるガス経路と、を有し、前記ガスの液相に相当する冷却液が前記冷却ガス流入口から前記気液分離空間へ流入した際に、前記冷却液は前記気液分離空間から落下して前記液受部に回収されることを特徴とする。 A cooling gas discharge head according to a sixth aspect of the present invention is a cooling gas discharge head that discharges a gas supplied from a gas supply source and cooled through a cooling unit toward the upper surface of the substrate held by the substrate holding unit. A gas-liquid separation space provided in the housing, and a cooling gas inlet provided through the wall surface of the housing and allowing the cooled gas to flow from the cooling unit into the gas-liquid separation space; In the interior of the housing, a liquid receiving portion provided below the gas-liquid separation space, a discharge port opened toward the upper surface of the substrate, and a position above the gas-liquid separation space. And a gas path through which the gas flows from the cooling gas inlet to the discharge port, and a coolant corresponding to a liquid phase of the gas flows into the gas-liquid separation space from the cooling gas inlet When Serial coolant characterized in that it is collected in the liquid receiving part to fall from the separation zone.

本発明の第１の態様ないし第６の態様では、冷却ガス吐出ヘッドのハウジングの内部において、気液分離空間の下方に設けられた液受部と、気液分離空間よりも上方の位置を経由して冷却ガス流入口から吐出口までガスを流動させるガス経路と、が設けられる。そして、ガスの液相に相当する冷却液が冷却ガス流入口から気液分離空間へ流入した場合、冷却液は気液分離空間から落下して液受部に回収される。 In the first to sixth aspects of the present invention, a liquid receiving portion provided below the gas-liquid separation space and a position above the gas-liquid separation space are provided inside the housing of the cooling gas discharge head. And a gas path through which the gas flows from the cooling gas inlet to the outlet. When the cooling liquid corresponding to the liquid phase of the gas flows into the gas-liquid separation space from the cooling gas inlet, the cooling liquid falls from the gas-liquid separation space and is collected in the liquid receiving unit.

このため、冷却部において冷却ガスを凝縮点付近まで冷却することができ、基板の上面に形成された液膜を効率よく冷却することができる。また、液受部にて回収された冷却液の液温が沸点に達すると気化し、気化した冷却ガスが液受部の上方空間およびガス経路を通過して吐出口から基板の上面に向けて吐出される。このため、凝縮点以下に冷却することにより生じた冷却液も、冷却ガスとして液膜の冷却に利用することができる。特に、ハウジング内に液受部が設けられることによりガス経路が短く設定され、冷却液から気化した冷却ガスを温度が十分に上昇してしまう前に液膜の冷却に利用することができる。 For this reason, the cooling gas can be cooled to the vicinity of the condensation point in the cooling section, and the liquid film formed on the upper surface of the substrate can be efficiently cooled. Further, when the liquid temperature of the cooling liquid recovered at the liquid receiving part reaches the boiling point, the vaporized cooling gas passes through the upper space and the gas path of the liquid receiving part and passes from the discharge port toward the upper surface of the substrate. Discharged. For this reason, the cooling liquid produced by cooling below the condensation point can also be used for cooling the liquid film as the cooling gas. In particular, by providing the liquid receiving portion in the housing, the gas path is set short, and the cooling gas evaporated from the cooling liquid can be used for cooling the liquid film before the temperature rises sufficiently.

基板処理システム１００を模式的に示す概略平面図である。1 is a schematic plan view schematically showing a substrate processing system 100. FIG. 基板処理装置１の構成を図解的に示す側面図である。1 is a side view schematically showing the configuration of a substrate processing apparatus 1. 遮断部材およびスピンベースの内部構造を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of a blocking member and a spin base. 冷却ガス吐出ヘッドの動きを示す図である。It is a figure which shows a motion of a cooling gas discharge head. 冷却部の内部構造を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of a cooling unit. 冷却ガス吐出ヘッド３の概略構成を示す斜視図である。3 is a perspective view showing a schematic configuration of a cooling gas discharge head 3. FIG. 冷却ガス吐出ヘッド３の概略構成を示す縦端面図である。2 is a vertical end view showing a schematic configuration of a cooling gas discharge head 3. FIG. 基板洗浄処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of a board | substrate cleaning process. 変形例に係る冷却ガス吐出ヘッド３Ａの概略構成を示す縦端面図である。It is a vertical end view which shows schematic structure of the cooling gas discharge head 3A which concerns on a modification. 変形例に係る冷却ガス吐出ヘッド３Ｂの概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the cooling gas discharge head 3B which concerns on a modification. 変形例に係る冷却ガス吐出ヘッド３Ｂの概略構成を示す縦端面図である。It is a vertical end view which shows schematic structure of the cooling gas discharge head 3B which concerns on a modification.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図面では同様な構成および機能を有する部分に同じ符号が付され、重複説明が省略される。なお、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であり、本発明の技術的範囲を限定する事例ではない。また、図面においては、理解容易のため、各部の寸法や数が誇張または簡略化して図示されている場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, parts having similar configurations and functions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In addition, the following embodiment is an example which actualized this invention, and is not an example which limits the technical scope of this invention. In the drawings, the size and number of each part may be exaggerated or simplified for easy understanding.

＜１第１実施形態＞
＜１．１基板処理システム１００の構成＞
基板処理システム１００の構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、基板処理システム１００を模式的に示す概略平面図である。 <1 First Embodiment>
<1.1 Configuration of Substrate Processing System 100>
The configuration of the substrate processing system 100 will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic plan view schematically showing the substrate processing system 100.

基板処理システム１００は、複数枚の基板Ｗを、一枚ずつ、連続して処理するシステムである。以下の説明において、基板処理システム１００で処理の対象とされる基板Ｗは、例えば、円形の半導体ウエハであるとする。 The substrate processing system 100 is a system that sequentially processes a plurality of substrates W one by one. In the following description, it is assumed that the substrate W to be processed in the substrate processing system 100 is, for example, a circular semiconductor wafer.

基板処理システム１００は、並設された複数のセル（具体的には、インデクサセル１１０および処理セル１２０）と、当該複数のセル１１０，１２０が備える各動作機構等を制御する制御部２０と、を備える。 The substrate processing system 100 includes a plurality of cells arranged in parallel (specifically, the indexer cell 110 and the processing cell 120), a control unit 20 that controls each operation mechanism provided in the plurality of cells 110 and 120, and the like. Is provided.

インデクサセル１１０は、装置外から受け取った未処理の基板Ｗを処理セル１２０に渡すとともに、処理セル１２０から受け取った処理済みの基板Ｗを装置外に搬出するためのセルである。インデクサセル１１０は、複数のキャリアＣを載置するキャリアステージ１１１と、各キャリアＣに対する基板Ｗの搬出入を行う基板搬送装置（移載ロボット）ＩＲと、を備える。 The indexer cell 110 is a cell for delivering an unprocessed substrate W received from outside the apparatus to the process cell 120 and carrying out a processed substrate W received from the process cell 120 to the outside of the apparatus. The indexer cell 110 includes a carrier stage 111 on which a plurality of carriers C are placed, and a substrate transfer device (transfer robot) IR that loads and unloads the substrate W with respect to each carrier C.

キャリアステージ１１１に対しては、未処理の基板Ｗを収納したキャリアＣが、装置外部から、ＯＨＴ(Overhead Hoist Transfer)等によって搬入されて載置される。未処理の基板Ｗは、キャリアＣから１枚ずつ取り出されて装置内で処理され、装置内での処理が終了した処理済みの基板Ｗは、再びキャリアＣに収納される。処理済みの基板Ｗを収納したキャリアＣは、ＯＨＴ等によって装置外部に搬出される。このように、キャリアステージ１１１は、未処理の基板Ｗおよび処理済みの基板Ｗを集積する基板集積部として機能する。なお、キャリアＣの形態としては、基板Ｗを密閉空間に収納するＦＯＵＰ(Front Opening Unified Pod)であってもよいし、ＳＭＩＦ(Standard Mechanical Inter Face)ポッドや、収納された基板Ｗを外気に曝すＯＣ(Open Cassette)であってもよい。 A carrier C containing an unprocessed substrate W is carried onto and placed on the carrier stage 111 by OHT (Overhead Hoist Transfer) or the like from the outside of the apparatus. Unprocessed substrates W are taken out from the carrier C one by one and processed in the apparatus, and the processed substrates W that have been processed in the apparatus are stored in the carrier C again. The carrier C containing the processed substrate W is carried out of the apparatus by OHT or the like. Thus, the carrier stage 111 functions as a substrate integration unit that integrates the unprocessed substrate W and the processed substrate W. The form of the carrier C may be a FOUP (Front Opening Unified Pod) for storing the substrate W in a sealed space, or a SMIF (Standard Mechanical Inter Face) pod or the stored substrate W is exposed to the outside air. It may be OC (Open Cassette).

移載ロボットＩＲは、基板Ｗを下方から支持することによって、基板Ｗを水平姿勢（基板Ｗの主面が水平な姿勢）で保持するハンド１１２と、ハンド１１２を駆動するハンド駆動機構１１３と、を備える。移載ロボットＩＲは、キャリアステージ１１１に載置されたキャリアＣから未処理の基板Ｗを取り出して、当該取り出した基板Ｗを、基板受渡位置Ｐにおいて後述する搬送ロボットＣＲに渡す。また、移載ロボットＩＲは、基板受渡位置Ｐにおいて搬送ロボットＣＲから処理済みの基板Ｗを受け取って、当該受け取った基板Ｗを、キャリアステージ１１１上に載置されたキャリアＣに収納する。 The transfer robot IR supports the substrate W from below, thereby holding the substrate W in a horizontal posture (a posture in which the main surface of the substrate W is horizontal), a hand driving mechanism 113 for driving the hand 112, Is provided. The transfer robot IR takes out the unprocessed substrate W from the carrier C placed on the carrier stage 111 and transfers the taken-out substrate W to the transfer robot CR described later at the substrate delivery position P. The transfer robot IR receives the processed substrate W from the transfer robot CR at the substrate delivery position P and stores the received substrate W in the carrier C placed on the carrier stage 111.

処理セル１２０は、基板Ｗに処理を行うためのセルである。処理セル１２０は、複数の基板処理装置１と、当該複数の基板処理装置１に対する基板Ｗの搬出入を行う基板搬送装置（搬送ロボットＣＲ）と、を備える。ここでは、複数個（例えば、３個）の基板処理装置１が鉛直方向に積層されて、１個の基板処理装置群１３０を構成している。そして、複数個（図示の例では、４個）の基板処理装置群１３０が、搬送ロボットＣＲを取り囲むようにクラスタ状に設置される。 The processing cell 120 is a cell for processing the substrate W. The processing cell 120 includes a plurality of substrate processing apparatuses 1 and a substrate transfer apparatus (transfer robot CR) that loads and unloads the substrate W with respect to the plurality of substrate processing apparatuses 1. Here, a plurality of (for example, three) substrate processing apparatuses 1 are stacked in the vertical direction to form one substrate processing apparatus group 130. A plurality (four in the illustrated example) of substrate processing apparatus groups 130 are installed in a cluster so as to surround the transfer robot CR.

複数の基板処理装置１の各々は、内部に処理空間を形成する処理チャンバ１４０を備える。処理チャンバ１４０には、搬送ロボットＣＲのハンド１２１をチャンバ内部に挿入させるための搬出入口１５が形成されており、基板処理装置１は、搬送ロボットＣＲが配置されている空間に、この搬出入口１５を対向させるようにして配置される。基板処理装置１の具体的な構成については、後に説明する。 Each of the plurality of substrate processing apparatuses 1 includes a processing chamber 140 that forms a processing space therein. The processing chamber 140 is formed with a loading / unloading port 15 for inserting the hand 121 of the transfer robot CR into the chamber, and the substrate processing apparatus 1 is placed in the space where the transfer robot CR is arranged. Are arranged so as to face each other. A specific configuration of the substrate processing apparatus 1 will be described later.

搬送ロボットＣＲは、基板Ｗを下方から支持することによって、基板Ｗを水平姿勢で保持するハンド１２１と、ハンド１２１を駆動するハンド駆動機構１２２と、を備える。ただし、上述したとおり、搬送ロボットＣＲ（具体的には、搬送ロボットＣＲの基台）は、複数の基板処理装置群１３０に取り囲まれる空間の中央に配置される。搬送ロボットＣＲは、指定された基板処理装置１から処理済みの基板Ｗを取り出して、当該取り出した基板Ｗを、基板受渡位置Ｐにおいて移載ロボットＩＲに渡す。また、搬送ロボットＣＲは、基板受渡位置Ｐにおいて移載ロボットＩＲから未処理の基板Ｗを受け取って、当該受け取った基板Ｗを、指定された基板処理装置１に搬送する。 The transport robot CR includes a hand 121 that holds the substrate W in a horizontal posture by supporting the substrate W from below, and a hand drive mechanism 122 that drives the hand 121. However, as described above, the transfer robot CR (specifically, the base of the transfer robot CR) is disposed in the center of the space surrounded by the plurality of substrate processing apparatus groups 130. The transfer robot CR takes out the processed substrate W from the designated substrate processing apparatus 1 and transfers the taken-out substrate W to the transfer robot IR at the substrate transfer position P. Further, the transfer robot CR receives an unprocessed substrate W from the transfer robot IR at the substrate transfer position P, and transfers the received substrate W to the designated substrate processing apparatus 1.

また、この基板処理システム１００は、後述するように各基板処理装置１での基板洗浄処理に消費される液体窒素（ＬＮ₂）および窒素（Ｎ₂）ガスをそれぞれ供給する液体窒素供給源２１０および窒素ガス供給源２２０を備えている（図５）。この基板処理システムが設置される工場内にこれらに相当する設備が既存である場合には、それら既存の設備を利用してもよい。また、基板処理システムの内部にこれらのユニットを組み込んでももちろん構わない。 In addition, the substrate processing system 100 includes a liquid nitrogen supply source 210 that supplies liquid nitrogen (LN ₂ ) and nitrogen (N ₂ ) gas, respectively, consumed in the substrate cleaning process in each substrate processing apparatus 1, as will be described later. A nitrogen gas supply source 220 is provided (FIG. 5). If facilities corresponding to these already exist in the factory where the substrate processing system is installed, these existing facilities may be used. Of course, these units may be incorporated in the substrate processing system.

制御部２０は、基板処理システム１００の各部を制御する。制御部２０のハードウエアとしての構成は、一般的なコンピュータと同様のものを採用できる。すなわち、制御部２０は、例えば、各種演算処理を行うＣＰＵ、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭ、制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスク、等を備えている。制御部２０において、プログラムに記述された手順に従って主制御部としてのＣＰＵが演算処理を行うことにより、基板処理システム１００の各部を制御する各種の機能部が実現される。もっとも、制御部２０において実現される一部あるいは全部の機能部は、専用の論理回路などでハードウエア的に実現されてもよい。 The control unit 20 controls each unit of the substrate processing system 100. The hardware configuration of the control unit 20 can be the same as that of a general computer. That is, the control unit 20 stores, for example, a CPU that performs various arithmetic processes, a ROM that is a read-only memory that stores basic programs, a RAM that is a readable and writable memory that stores various information, control software, data, and the like. It has a magnetic disk to keep. In the control unit 20, various functional units that control each unit of the substrate processing system 100 are realized by the CPU as the main control unit performing arithmetic processing according to the procedure described in the program. However, some or all of the functional units implemented in the control unit 20 may be implemented by hardware using a dedicated logic circuit or the like.

基板処理システム１００の全体動作について、引き続き図１を参照しながら説明する。基板処理システム１００においては、制御部２０が、基板Ｗの搬送手順および処理条件等を記述したレシピにしたがって、基板処理システム１００が備える各部を制御することによって、以下に説明する一連の動作が実行される。 The overall operation of the substrate processing system 100 will be described with continued reference to FIG. In the substrate processing system 100, the control unit 20 controls each unit included in the substrate processing system 100 in accordance with a recipe describing the transport procedure and processing conditions of the substrate W, thereby executing a series of operations described below. Is done.

未処理の基板Ｗを収容したキャリアＣがキャリアステージ１１１に載置されると、移載ロボットＩＲが、当該キャリアＣから未処理の基板Ｗを取り出す。そして、移載ロボットＩＲは、未処理の基板Ｗを保持したハンド１１２を基板受渡位置Ｐまで移動させて、基板受渡位置Ｐにおいて、当該未処理の基板Ｗを、搬送ロボットＣＲに渡す。ハンド１２１上に未処理の基板Ｗを受け取った搬送ロボットＣＲは、当該未処理の基板Ｗを、レシピにて指定された基板処理装置１に搬入する。なお、移載ロボットＩＲと搬送ロボットＣＲとの間の基板Ｗの受け渡しは、ハンド１１２，１２１間で直接に行われてもよいし、基板受渡位置Ｐに設けられた載置部などを介して行われてもよい。 When the carrier C containing the unprocessed substrate W is placed on the carrier stage 111, the transfer robot IR takes out the unprocessed substrate W from the carrier C. Then, the transfer robot IR moves the hand 112 holding the unprocessed substrate W to the substrate delivery position P, and transfers the unprocessed substrate W to the transport robot CR at the substrate delivery position P. The transfer robot CR that has received the unprocessed substrate W on the hand 121 carries the unprocessed substrate W into the substrate processing apparatus 1 specified in the recipe. The transfer of the substrate W between the transfer robot IR and the transfer robot CR may be performed directly between the hands 112 and 121, or via a placement unit provided at the substrate transfer position P. It may be done.

基板Ｗが搬入された基板処理装置１においては、基板Ｗに対して、定められた処理が実行される。基板処理装置１の詳細については、後に説明する。 In the substrate processing apparatus 1 in which the substrate W is carried in, a predetermined process is performed on the substrate W. Details of the substrate processing apparatus 1 will be described later.

基板処理装置１において基板Ｗに対する処理が終了すると、搬送ロボットＣＲは、処理済みの基板Ｗを基板処理装置１から取り出す。そして、搬送ロボットＣＲは、処理済みの基板Ｗを保持したハンド１２１を基板受渡位置Ｐまで移動させて、基板受渡位置Ｐにおいて、当該処理済みの基板Ｗを、移載ロボットＩＲに渡す。ハンド１１２上に処理済みの基板Ｗを受け取った移載ロボットＩＲは、当該処理済みの基板Ｗを、キャリアＣに格納する。 When the processing on the substrate W is completed in the substrate processing apparatus 1, the transfer robot CR takes out the processed substrate W from the substrate processing apparatus 1. Then, the transfer robot CR moves the hand 121 holding the processed substrate W to the substrate delivery position P, and delivers the processed substrate W to the transfer robot IR at the substrate delivery position P. The transfer robot IR that has received the processed substrate W on the hand 112 stores the processed substrate W in the carrier C.

基板処理システム１００においては、搬送ロボットＣＲおよび移載ロボットＩＲがレシピにしたがって上述した搬送動作を反復して行うとともに、各基板処理装置１がレシピにしたがって基板Ｗに対する処理を実行する。これによって、基板Ｗに対する処理が次々と行われていくことになる。 In the substrate processing system 100, the transfer robot CR and the transfer robot IR repeatedly perform the transfer operation described above according to the recipe, and each substrate processing apparatus 1 executes a process on the substrate W according to the recipe. As a result, the processing for the substrate W is performed one after another.

＜１．２基板処理装置１の構成＞
図２は、基板処理装置１の構成を図解的に示す側面図である。この基板処理装置１は、半導体ウエハ等の基板Ｗの上面Ｗｆに付着しているパーティクル等の異物を除去するための基板洗浄処理を実行可能な枚葉式の基板洗浄装置である。より具体的には、基板処理装置１は、微細パターンが形成された基板Ｗの上面Ｗｆに液膜を形成してそれを凍結させ、この凍結膜を除去することで凍結膜とともにパーティクル等を上面Ｗｆから除去する凍結洗浄処理を実行する装置である。 <1.2 Configuration of Substrate Processing Apparatus 1>
FIG. 2 is a side view schematically showing the configuration of the substrate processing apparatus 1. The substrate processing apparatus 1 is a single-wafer type substrate cleaning apparatus capable of executing a substrate cleaning process for removing foreign matters such as particles adhering to an upper surface Wf of a substrate W such as a semiconductor wafer. More specifically, the substrate processing apparatus 1 forms a liquid film on the upper surface Wf of the substrate W on which the fine pattern is formed, freezes it, and removes the frozen film to remove particles and the like on the upper surface. It is an apparatus that executes a freeze cleaning process for removing from Wf.

基板処理装置１は、基板Ｗを略水平姿勢で保持し回転させるスピンチャック２と、ガス供給源から供給された窒素ガスを冷却する冷却部６４０と、冷却部６４０を通じて冷却された窒素ガス（冷却ガス）をスピンチャック２に保持された基板Ｗの上面Ｗｆに向けて吐出する冷却ガス吐出ヘッドと、を備える。 The substrate processing apparatus 1 includes a spin chuck 2 that holds and rotates a substrate W in a substantially horizontal posture, a cooling unit 640 that cools nitrogen gas supplied from a gas supply source, and nitrogen gas (cooling) that is cooled through the cooling unit 640. A cooling gas discharge head for discharging gas) toward the upper surface Wf of the substrate W held by the spin chuck 2.

スピンチャック２の中心軸２１の上端部には、円板状のスピンベース２３がネジなどの締結部品によって固定されている。中心軸２１は、モータを含むチャック回転機構２２の回転軸に連結されている。そして、装置全体を制御する制御部２０からの動作指令に応じてチャック回転機構２２が駆動されると、中心軸２１に固定されたスピンベース２３が回転中心ＡＯを中心に回転する。 A disc-shaped spin base 23 is fixed to the upper end portion of the central shaft 21 of the spin chuck 2 with a fastening component such as a screw. The center shaft 21 is connected to a rotation shaft of a chuck rotation mechanism 22 including a motor. When the chuck rotation mechanism 22 is driven in accordance with an operation command from the control unit 20 that controls the entire apparatus, the spin base 23 fixed to the central shaft 21 rotates around the rotation center AO.

また、スピンベース２３の周縁部付近には、基板Ｗの周縁部を把持するための複数個のチャックピン２４が立設されている。チャックピン２４は、円形の基板Ｗを確実に保持するために３個以上設けてあればよく、スピンベース２３の周縁部に沿って等角度間隔で配置されている。各チャックピン２４のそれぞれは、基板Ｗの周縁部を下方から支持する基板支持部と、基板支持部に支持された基板Ｗの外周端面を押圧して基板Ｗを保持する基板把持部とを備えている。また、各チャックピン２４は、基板把持部が基板Ｗの外周端面を押圧する押圧状態と、基板保持部が基板Ｗの外周端面から離れる解放状態との間を切り替え可能に構成されている。 In addition, a plurality of chuck pins 24 for holding the peripheral portion of the substrate W are provided in the vicinity of the peripheral portion of the spin base 23. Three or more chuck pins 24 may be provided to securely hold the circular substrate W, and are arranged at equiangular intervals along the peripheral edge of the spin base 23. Each of the chuck pins 24 includes a substrate support portion that supports the peripheral portion of the substrate W from below, and a substrate grip portion that holds the substrate W by pressing the outer peripheral end surface of the substrate W supported by the substrate support portion. ing. Each chuck pin 24 is configured to be switchable between a pressing state in which the substrate gripping portion presses the outer peripheral end surface of the substrate W and a released state in which the substrate holding portion is separated from the outer peripheral end surface of the substrate W.

そして、スピンベース２３に対して基板Ｗが受渡しされる際には、各チャックピン２４を解放状態とし、基板Ｗに対して洗浄処理を行う際には、各チャックピン２４を押圧状態とする。各チャックピン２４を押圧状態とすると、各チャックピン２４は基板Ｗの周縁部を把持して、基板Ｗがスピンベース２３から所定間隔を隔てて略水平姿勢に保持されることとなる。これにより、基板Ｗは、スピンチャック２（基板保持部）にて上面Ｗｆを上方に向けて保持される。 Then, when the substrate W is delivered to the spin base 23, each chuck pin 24 is in a released state, and when performing a cleaning process on the substrate W, each chuck pin 24 is in a pressed state. When each chuck pin 24 is in a pressed state, each chuck pin 24 grips the peripheral edge of the substrate W, and the substrate W is held in a substantially horizontal posture at a predetermined interval from the spin base 23. Thereby, the substrate W is held by the spin chuck 2 (substrate holding unit) with the upper surface Wf facing upward.

また、上記のように構成されたスピンチャック２の上方には遮断部材９が配置されている。この遮断部材９は、中心部に開口を有する円板状に形成されている。また、遮断部材９の下面は、基板Ｗの上面Ｗｆと略平行に対向する基板対向面となっており、基板Ｗの直径と同等以上の大きさに形成されている。この遮断部材９は略円筒形状を有する支持軸９１の下端部に略水平に取り付けられている。この支持軸９１は、水平方向に延びるアーム９２により、基板Ｗの中心を通る鉛直軸回りに回転可能に保持されている。また、アーム９２には、遮断部材回転機構９３と遮断部材昇降機構９４とが接続されている。 A blocking member 9 is arranged above the spin chuck 2 configured as described above. The blocking member 9 is formed in a disk shape having an opening at the center. Further, the lower surface of the blocking member 9 is a substrate facing surface that faces the upper surface Wf of the substrate W substantially in parallel, and is formed to have a size equal to or larger than the diameter of the substrate W. The blocking member 9 is attached substantially horizontally to the lower end portion of the support shaft 91 having a substantially cylindrical shape. The support shaft 91 is rotatably held around a vertical axis passing through the center of the substrate W by an arm 92 extending in the horizontal direction. The arm 92 is connected to a blocking member rotating mechanism 93 and a blocking member lifting mechanism 94.

遮断部材回転機構９３は、制御部２０からの動作指令に応じて、支持軸９１を基板Ｗの中心を通る鉛直軸回りに回転させる。また、制御部２０は、遮断部材回転機構９３の動作を制御して、スピンチャック２に保持された基板Ｗの回転に応じて基板Ｗと同じ回転方向でかつ略同じ回転速度で遮断部材９を回転させる。 The blocking member rotating mechanism 93 rotates the support shaft 91 around the vertical axis passing through the center of the substrate W in accordance with an operation command from the control unit 20. Further, the control unit 20 controls the operation of the blocking member rotating mechanism 93 so that the blocking member 9 is moved in the same rotational direction as the substrate W and at substantially the same rotational speed in accordance with the rotation of the substrate W held by the spin chuck 2. Rotate.

遮断部材昇降機構９４は、制御部２０からの動作指令に応じて、遮断部材９をスピンベース２３に近接させまたは離間させる。具体的には、制御部２０は、遮断部材昇降機構９４の動作を制御して、基板処理装置に対して基板Ｗを搬入出させる際には遮断部材９をスピンチャック２の上方の離間位置（図２に示す位置）に上昇させる一方、基板Ｗに対して所定の処理を施す際には遮断部材９をスピンチャック２に保持された基板Ｗの上面Ｗｆのごく近傍に設定された対向位置まで下降させる。 The blocking member lifting mechanism 94 moves the blocking member 9 close to or away from the spin base 23 in accordance with an operation command from the control unit 20. Specifically, the control unit 20 controls the operation of the blocking member elevating mechanism 94 so that when the substrate W is carried in and out of the substrate processing apparatus, the blocking member 9 is moved away from the spin chuck 2 ( 2, while the substrate W is subjected to a predetermined process, the blocking member 9 is moved to an opposing position set very close to the upper surface Wf of the substrate W held by the spin chuck 2. Lower.

図３は、遮断部材およびスピンベースの内部構造を示す図である。遮断部材９の支持軸９１は中空になっており、その内部に、遮断部材９の下面（基板対向面）で開口するガス供給管９５が挿通されている。このガス供給管９５は窒素ガス供給源２２０から供給される窒素ガスを基板Ｗに供給するものである。なお、この実施形態では、乾燥ガスとして窒素ガスを供給しているが、空気や他の不活性ガスなどを供給するようにしてもよい。 FIG. 3 is a view showing the internal structure of the blocking member and the spin base. The support shaft 91 of the blocking member 9 is hollow, and a gas supply pipe 95 that opens on the lower surface (substrate facing surface) of the blocking member 9 is inserted through the support shaft 91. The gas supply pipe 95 supplies nitrogen gas supplied from the nitrogen gas supply source 220 to the substrate W. In this embodiment, nitrogen gas is supplied as the dry gas, but air, other inert gas, or the like may be supplied.

ガス供給管９５の内部には、液体供給管９６が挿通されている。この液体供給管９６の下方端部は遮断部材９の下面で開口しており、その先端に液体吐出ノズル９７が設けられている。一方、液体供給管９６の他方端部は液体供給源６２に接続されている。この液体供給源６２は、凍結洗浄処理において基板Ｗの上面Ｗｆに液膜を構成する液体やリンス液を供給するものであり、本実施形態では液膜を構成する液体およびリンス液としてＤＩＷ（脱イオン水：deionized water）を用いている。 A liquid supply pipe 96 is inserted into the gas supply pipe 95. A lower end portion of the liquid supply pipe 96 is opened at the lower surface of the blocking member 9, and a liquid discharge nozzle 97 is provided at the tip thereof. On the other hand, the other end of the liquid supply pipe 96 is connected to the liquid supply source 62. The liquid supply source 62 supplies a liquid and a rinsing liquid that form a liquid film to the upper surface Wf of the substrate W in the freeze cleaning process. In this embodiment, DIW (desorbed) is used as the liquid that forms the liquid film and the rinsing liquid. Deionized water) is used.

また、スピンチャック２の中心軸２１は円筒状の空洞を有する中空になっており、中心軸２１の内部には、基板Ｗの裏面Ｗｂに液体を供給するための円筒状の液供給管２５が挿通されている。液供給管２５は、スピンチャック２に保持された基板Ｗの下面側である裏面Ｗｂに近接する位置まで延びており、その先端に基板Ｗの下面の中央部に向けて液体を吐出する液吐出ノズル２７が設けられている。液供給管２５は、上記した液体供給源６２に接続されており、基板Ｗの裏面Ｗｂに向けてＤＩＷをリンス液として供給する。 The central axis 21 of the spin chuck 2 is hollow with a cylindrical cavity, and a cylindrical liquid supply pipe 25 for supplying liquid to the back surface Wb of the substrate W is provided inside the central axis 21. It is inserted. The liquid supply tube 25 extends to a position close to the back surface Wb, which is the lower surface side of the substrate W held by the spin chuck 2, and discharges liquid at the tip thereof toward the center of the lower surface of the substrate W. A nozzle 27 is provided. The liquid supply pipe 25 is connected to the liquid supply source 62 described above, and supplies DIW as a rinse liquid toward the back surface Wb of the substrate W.

また、中心軸２１の内壁面と液供給管２５の外壁面との隙間は、横断面リング状のガス供給路２９になっている。このガス供給路２９は窒素ガス供給源２２０に接続されており、窒素ガス供給源２２０からガス供給路２９を介してスピンベース２３と基板Ｗの裏面Ｗｂとの間に形成される空間に窒素ガスが供給される。 Further, a gap between the inner wall surface of the central shaft 21 and the outer wall surface of the liquid supply pipe 25 is a gas supply passage 29 having a ring-shaped cross section. This gas supply path 29 is connected to a nitrogen gas supply source 220, and a nitrogen gas is formed in a space formed between the spin base 23 and the back surface Wb of the substrate W through the gas supply path 29 from the nitrogen gas supply source 220. Is supplied.

また、図２に示すように、スピンチャック２の周囲に受け部材５１が固定的に取り付けられている。この受け部材５１には、円筒状の仕切り部材が３個立設されて３つの空間が排液槽として形成されている。また、これらの排液槽の上方にはスプラッシュガード５２がスピンチャック２に水平姿勢で保持されている基板Ｗの周囲を包囲するようにスピンチャック２の回転軸に対して昇降自在に設けられている。このスプラッシュガード５２は回転軸に対して略回転対称な形状を有している。そして、ガード昇降機構（図示省略）の駆動によりスプラッシュガード５２を段階的に昇降させることで、回転する基板Ｗから飛散する液膜形成用ＤＩＷ、リンス液やその他の用途のために基板Ｗに供給される処理液などを分別して図示を省略する排液処理ユニットへ排出することが可能となっている。 Further, as shown in FIG. 2, a receiving member 51 is fixedly attached around the spin chuck 2. In the receiving member 51, three cylindrical partition members are erected and three spaces are formed as a drainage tank. Above these drainage tanks, a splash guard 52 is provided so as to be movable up and down with respect to the rotation axis of the spin chuck 2 so as to surround the periphery of the substrate W held in a horizontal posture on the spin chuck 2. Yes. The splash guard 52 has a substantially rotationally symmetric shape with respect to the rotation axis. Then, the splash guard 52 is lifted and lowered stepwise by driving a guard lifting mechanism (not shown), and supplied to the substrate W for DIW for forming a liquid film scattered from the rotating substrate W, rinse solution, and other uses. Thus, it is possible to sort the treated liquid and the like and discharge it to a drainage processing unit (not shown).

基板処理装置１では、冷却ガス吐出ヘッド３がスピンチャック２に保持された基板Ｗの上面Ｗｆに向けて液膜凍結用冷却ガスを吐出可能に設けられている。また、冷却ガス吐出ヘッド３を駆動するためにヘッド駆動機構３１が設けられている。このヘッド駆動機構３１では、回転モータ３２がスピンチャック２の周方向外側かつスピンチャック２に保持される基板Ｗよりも下方に設けられている。回転モータ３２は、ベース部材３５に回転自在に取り付けられた回転軸３３に結合されており、回転軸３３を回転中心軸Ｊ周りに回転させる。回転軸３３にはアーム３４が水平方向に延びるように接続され、さらに当該アーム３４の先端に上記冷却ガス吐出ヘッド３が取り付けられている。そして、制御部２０からの動作指令に応じて回転モータ３２が駆動されると、アーム３４が略鉛直方向の回転中心軸Ｊ回りに揺動し、冷却ガス吐出ヘッド３が以下のように移動する。 In the substrate processing apparatus 1, the cooling gas discharge head 3 is provided so as to be able to discharge the liquid film freezing cooling gas toward the upper surface Wf of the substrate W held by the spin chuck 2. A head drive mechanism 31 is provided to drive the cooling gas discharge head 3. In the head drive mechanism 31, the rotation motor 32 is provided on the outer side in the circumferential direction of the spin chuck 2 and below the substrate W held by the spin chuck 2. The rotation motor 32 is coupled to a rotation shaft 33 that is rotatably attached to the base member 35, and rotates the rotation shaft 33 around the rotation center axis J. An arm 34 is connected to the rotary shaft 33 so as to extend in the horizontal direction, and the cooling gas discharge head 3 is attached to the tip of the arm 34. When the rotary motor 32 is driven in accordance with an operation command from the control unit 20, the arm 34 swings around the rotation center axis J in the substantially vertical direction, and the cooling gas discharge head 3 moves as follows. .

図４は、冷却ガス吐出ヘッドの動きを示す図である。制御部２０からの動作指令に基づき回転モータ３２が駆動されてアーム３４が回転中心軸Ｊ周りに揺動すると、冷却ガス吐出ヘッド３は、スピンベース２３の回転中心上に相当する回転中心位置Ｐｃと基板Ｗの対向位置から側方に退避した待機位置Ｐｓとの間を移動軌跡Ｔに沿って水平移動する。すなわち、回転モータ３２は、冷却ガス吐出ヘッド３を基板Ｗの上面Ｗｆに沿って基板Ｗに対して相対移動させる。 FIG. 4 is a diagram illustrating the movement of the cooling gas discharge head. When the rotation motor 32 is driven based on the operation command from the control unit 20 and the arm 34 swings around the rotation center axis J, the cooling gas discharge head 3 rotates at the rotation center position Pc corresponding to the rotation center of the spin base 23. And the standby position Ps retracted to the side from the facing position of the substrate W is moved horizontally along the movement trajectory T. That is, the rotary motor 32 moves the cooling gas discharge head 3 relative to the substrate W along the upper surface Wf of the substrate W.

冷却ガス吐出ヘッド３は、ヘッド駆動機構３１の回転軸３３の側面に装着された冷却部６４０に接続されている。後に詳述するように、冷却部６４０には窒素ガス供給源２２０から送出される窒素ガスおよび液体窒素供給源２１０から送出される液体窒素が導入されており、液体窒素によって冷却した窒素ガスを冷却ガスとして冷却ガス吐出ヘッド３に送出する。また、ヘッド駆動機構３１は、冷却ガス吐出ヘッド３が冷却ガスを吐出する際にアーム３４を回転中心軸Ｊ周りに揺動させることにより、該冷却ガス吐出ヘッド３を基板Ｗの上面Ｗｆに対し走査移動させて基板Ｗの上面Ｗｆ全体に冷却ガスを行き渡らせる。そして、上面Ｗｆに液膜が形成され所定の回転速度で回転する基板Ｗに対し、冷却ガス吐出ヘッド３が冷却ガスを吐出しながら基板Ｗの上面Ｗｆに対し走査移動することによって、基板Ｗの上面Ｗｆに形成された液膜全体を凍結させる。 The cooling gas discharge head 3 is connected to a cooling unit 640 mounted on the side surface of the rotating shaft 33 of the head driving mechanism 31. As will be described in detail later, nitrogen gas sent from the nitrogen gas supply source 220 and liquid nitrogen sent from the liquid nitrogen supply source 210 are introduced into the cooling unit 640, and the nitrogen gas cooled by liquid nitrogen is cooled. The gas is sent to the cooling gas discharge head 3 as a gas. Further, the head driving mechanism 31 swings the arm 34 around the rotation center axis J when the cooling gas discharge head 3 discharges the cooling gas, thereby moving the cooling gas discharge head 3 with respect to the upper surface Wf of the substrate W. The cooling gas is spread over the entire upper surface Wf of the substrate W by scanning. Then, the cooling gas discharge head 3 scans and moves the upper surface Wf of the substrate W while discharging the cooling gas with respect to the substrate W rotating at a predetermined rotation speed with a liquid film formed on the upper surface Wf. The entire liquid film formed on the upper surface Wf is frozen.

基板Ｗの上面Ｗｆからの冷却ガス吐出ヘッド３の高さは、冷却ガスの供給量によっても異なるが、例えば５０ｍｍ以下、好ましくは数ｍｍ程度に設定される。このような基板Ｗの上面Ｗｆからの冷却ガス吐出ヘッド３の高さおよび冷却ガスの供給量は、冷却ガスが有する冷熱を液膜に効率的に付与する観点、冷却ガスにより液膜の液面が乱れることがないように液膜を安定して凍結する観点などから実験的に定められる。なお、ヘッド駆動機構３１の下部には例えばボールねじを用いたアーム昇降機構３６が設けられており、アーム３４および冷却ガス吐出ヘッド３を一体的に昇降させることができる。これにより、冷却ガス吐出ヘッド３の高さを調節することが可能である。 The height of the cooling gas discharge head 3 from the upper surface Wf of the substrate W varies depending on the amount of cooling gas supplied, but is set to, for example, 50 mm or less, preferably about several mm. The height of the cooling gas discharge head 3 from the upper surface Wf of the substrate W and the supply amount of the cooling gas are determined from the viewpoint of efficiently imparting the cooling heat of the cooling gas to the liquid film. It is determined experimentally from the viewpoint of stably freezing the liquid film so that the liquid is not disturbed. An arm lifting mechanism 36 using, for example, a ball screw is provided below the head driving mechanism 31 so that the arm 34 and the cooling gas discharge head 3 can be lifted and lowered integrally. Thereby, the height of the cooling gas discharge head 3 can be adjusted.

冷却ガスは、基板Ｗの上面Ｗｆに形成された液膜を構成する液体の凝縮点、すなわちこの実施形態では０°Ｃより低い温度を有する。この冷却ガスは、以下に説明するように、冷却部６４０内に貯留されている液体窒素内を通るパイプに窒素ガスを流すことにより生成され、本実施形態では約−１９０°Ｃに冷却されている。 The cooling gas has a condensing point of the liquid constituting the liquid film formed on the upper surface Wf of the substrate W, that is, a temperature lower than 0 ° C. in this embodiment. As will be described below, this cooling gas is generated by flowing nitrogen gas through a pipe passing through the liquid nitrogen stored in the cooling unit 640, and is cooled to about -190 ° C in this embodiment. Yes.

図５は、冷却部の内部構造を示す図である。冷却部６４０の筐体は内部容器６４１とこれを覆う外部容器６４２との二重構造となっている。内部容器６４１は内部に液体窒素を貯留するタンク状となっており、液体窒素温度に耐えうる材料、例えば、ガラス、石英またはＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）により形成されている。一方、外部容器６４２は処理チャンバ１４０内の雰囲気と内部容器６４１との間での熱移動を抑制する断熱容器であり、断熱性の高い材料、例えば発泡性樹脂やＰＶＣ（塩化ビニル樹脂）などにより形成される。 FIG. 5 is a diagram illustrating the internal structure of the cooling unit. The casing of the cooling unit 640 has a double structure of an inner container 641 and an outer container 642 covering the inner container 641. The inner container 641 has a tank shape that stores liquid nitrogen therein, and is formed of a material that can withstand the liquid nitrogen temperature, such as glass, quartz, or HDPE (high density polyethylene). On the other hand, the outer container 642 is a heat insulating container that suppresses heat transfer between the atmosphere in the processing chamber 140 and the inner container 641, and is made of a highly heat insulating material such as a foaming resin or PVC (vinyl chloride resin). It is formed.

内部容器６４１には、液体窒素を取り入れる液体窒素流入口６４３が設けられており、該導入口６４３と、処理チャンバ１４０の液面に設けられた液体窒素流入口１０１との間はフレキシブルパイプ６４４により接続されている。液体窒素流入口１０１には液体窒素供給源２１０から液体窒素が供給されており、したがって、液体窒素供給源２１０から送出される液体窒素はフレキシブルパイプ６４４から液体窒素流入口６４３を経て内部容器６４１内に導入される。 The internal container 641 is provided with a liquid nitrogen inlet 643 for taking in liquid nitrogen, and a flexible pipe 644 is provided between the inlet 643 and the liquid nitrogen inlet 101 provided on the liquid surface of the processing chamber 140. It is connected. Liquid nitrogen is supplied to the liquid nitrogen inlet 101 from the liquid nitrogen supply source 210, so that the liquid nitrogen delivered from the liquid nitrogen supply source 210 passes through the flexible pipe 644 through the liquid nitrogen inlet 643 to enter the internal container 641. To be introduced.

内部容器６４１内には液面センサ６４５が設けられて、容器内の液体窒素の量を一定に保っている。さらに、内部容器６４１の上部にはガス抜き弁６４６が設けられており、気化する液体窒素によって内部容器６４１の内圧が上昇するのを抑えている。 A liquid level sensor 645 is provided in the inner container 641 to keep the amount of liquid nitrogen in the container constant. Further, a gas vent valve 646 is provided on the upper part of the inner container 641 to suppress an increase in the internal pressure of the inner container 641 due to vaporized liquid nitrogen.

また、内部容器６４１の内部には、ステンレス、銅などの金属管で形成されたコイル状の熱交換パイプ６４７がガス通送路として設けられている。熱交換パイプ６４７は内部容器６４１に貯留された液体窒素に浸漬されており、その内部には窒素ガス供給源２２０から窒素ガスが供給されている。これにより、窒素ガスが液体窒素により冷やされて冷却ガスとして出力される。すなわち、この実施形態では、液体窒素を貯留する内部容器６４１およびその内部に設けられた熱交換パイプ６４７が熱交換器を構成している。ここで、窒素ガスの冷却温度は内部容器６４１内の液体窒素の量によって定まる。本実施形態では、上述したように窒素ガスが約−１９０°Ｃに冷却されるよう、内部容器６４１内の液体窒素の量が調整される。 In addition, a coil-shaped heat exchange pipe 647 formed of a metal pipe such as stainless steel or copper is provided as a gas passage inside the inner container 641. The heat exchange pipe 647 is immersed in liquid nitrogen stored in the internal container 641, and nitrogen gas is supplied from the nitrogen gas supply source 220 to the inside thereof. As a result, the nitrogen gas is cooled by liquid nitrogen and output as a cooling gas. That is, in this embodiment, the internal container 641 that stores liquid nitrogen and the heat exchange pipe 647 provided therein constitute a heat exchanger. Here, the cooling temperature of the nitrogen gas is determined by the amount of liquid nitrogen in the inner container 641. In the present embodiment, as described above, the amount of liquid nitrogen in the inner container 641 is adjusted so that the nitrogen gas is cooled to about −190 ° C.

外部容器６４２はその内部に上記した熱交換器を収容して外部雰囲気との間での熱移動を抑制する断熱容器として機能している。また、外部容器６４２はアーム３４と結合された回転軸３３に取り付けられているため、回転モータ３２により回転軸３３が回転駆動されると、該回転軸３３、冷却ガス吐出ヘッド３、アーム３４および冷却部６４０が一体的に回転中心軸Ｊ周りに揺動することとなる。 The external container 642 functions as a heat insulating container that accommodates the above-described heat exchanger and suppresses heat transfer with the external atmosphere. Further, since the outer container 642 is attached to the rotary shaft 33 coupled to the arm 34, when the rotary shaft 33 is rotationally driven by the rotary motor 32, the rotary shaft 33, the cooling gas discharge head 3, the arm 34, and The cooling unit 640 swings around the rotation center axis J integrally.

冷却部６４０から出力される冷却ガスは、アーム３４に沿って延設されて冷却部６４０と冷却ガス吐出ヘッド３とを接続する冷却ガス供給管６４８を介して冷却ガス吐出ヘッド３に供給される。冷却ガス供給管６４８は、内部に冷却ガスを通送する内管と断熱性樹脂により形成された外管との二重構造になっており、冷却ガス吐出ヘッド３に到達する前に冷却ガスの温度が上昇するのを防止する。 The cooling gas output from the cooling unit 640 is supplied to the cooling gas discharge head 3 via a cooling gas supply pipe 648 that extends along the arm 34 and connects the cooling unit 640 and the cooling gas discharge head 3. . The cooling gas supply pipe 648 has a double structure of an inner pipe for passing the cooling gas therein and an outer pipe formed of a heat insulating resin. Before reaching the cooling gas discharge head 3, the cooling gas supply pipe 648 has a double structure. Prevents the temperature from rising.

なお、本実施形態では冷却ガス吐出ヘッド３、アーム３４および冷却部６４０は一体的に揺動するように構成されており、冷却ガス吐出ヘッド３と冷却部６４０との相対的な位置関係が変化しないので、冷却ガス供給管６４８に可動性、可撓性は必要とされない。このようにすることで、次のような利点が得られる。 In the present embodiment, the cooling gas discharge head 3, the arm 34, and the cooling unit 640 are configured to swing integrally, and the relative positional relationship between the cooling gas discharge head 3 and the cooling unit 640 changes. Therefore, the cooling gas supply pipe 648 is not required to be movable or flexible. By doing so, the following advantages can be obtained.

処理チャンバ１４０内では各種の処理液が使用されるため、処理チャンバ１４０内は不可避的に高湿度環境となる。このような環境に冷却ガスを輸送する配管を設けたとき、その周囲には結露や霜等の付着物を生じることが予想される。そのため、基板Ｗの上方で配管を移動させると、これらの付着物が基板上に落下し基板を汚染してしまうおそれがある。特に、配管に可動性または可撓性を持たせた場合、配管に付着している霜等の付着物が配管の変形に起因して脱落する可能性が高い。また、低温のため配管が硬化しアーム３４の動きを制約することも考えられる。 Since various processing liquids are used in the processing chamber 140, the processing chamber 140 inevitably becomes a high humidity environment. When piping for transporting the cooling gas is provided in such an environment, it is expected that deposits such as dew condensation and frost are generated around the piping. Therefore, if the piping is moved above the substrate W, these deposits may fall on the substrate and contaminate the substrate. In particular, when the pipe is made movable or flexible, there is a high possibility that deposits such as frost attached to the pipe will drop due to deformation of the pipe. It is also conceivable that the piping hardens due to the low temperature and restricts the movement of the arm 34.

これに対し、本実施形態のように、冷却ガス吐出ヘッド３、冷却部６４０およびこれらの間を接続する冷却ガス供給管６４８が一体的に動くように構成することで、冷却ガス供給管６４８の変形による霜等の落下を抑えることができる。また、冷却ガス供給管６４８に可動性を持たせる必要がないことから、冷却ガス供給管６４８を構成する部品の材質および形状の設計自由度が高くなり、冷却ガス供給管６４８自体を断熱性の高い構造とすることができる。こうすることにより、冷却ガス供給管６４８への霜等の付着自体を抑制することが可能となる。 On the other hand, as in this embodiment, the cooling gas discharge head 3, the cooling unit 640, and the cooling gas supply pipe 648 connecting them are configured to move integrally, so that the cooling gas supply pipe 648 can be integrated. Falling frost or the like due to deformation can be suppressed. In addition, since it is not necessary to make the cooling gas supply pipe 648 movable, the degree of freedom in designing the material and shape of the parts constituting the cooling gas supply pipe 648 is increased, and the cooling gas supply pipe 648 itself has a heat insulating property. High structure can be obtained. By doing so, it is possible to suppress the adhesion itself of frost or the like to the cooling gas supply pipe 648.

なお、処理チャンバ１４０外部から冷却部６４０へ液体窒素を引き込む部位にはフレキシブルパイプ６４４が用いられているが、処理液の供給箇所からは離れているので結露や着霜は発生しにくく、また仮にこれらが発生したとしても、基板Ｗ上部空間から側方へ退避した位置であるので付着物が脱落しても基板Ｗ上に落下するおそれはない。また、窒素ガス供給源２２０から冷却部６４０に窒素ガスを引き込むための配管については、ガス温度が高く結露、着霜のおそれがないので、公知の樹脂製チューブ等を用いることができる。 Note that a flexible pipe 644 is used at the site where liquid nitrogen is drawn into the cooling unit 640 from the outside of the processing chamber 140, but it is far from the processing liquid supply location, so that condensation and frost formation hardly occur. Even if these occur, there is no possibility of falling on the substrate W even if the deposits fall off because the position is retracted to the side from the upper space of the substrate W. Moreover, about piping for drawing in nitrogen gas from the nitrogen gas supply source 220 to the cooling part 640, since gas temperature is high and there is no possibility of dew condensation and frost formation, a well-known resin tube etc. can be used.

図６は、冷却ガス吐出ヘッド３の概略構成を示す斜視図である。図７は、冷却ガス吐出ヘッド３の概略構成を示す縦端面図である。なお、図７では、冷却された窒素ガス（冷却ガス）の流れを点線矢印で表現している。 FIG. 6 is a perspective view showing a schematic configuration of the cooling gas discharge head 3. FIG. 7 is a longitudinal end view showing a schematic configuration of the cooling gas discharge head 3. In FIG. 7, the flow of cooled nitrogen gas (cooling gas) is represented by dotted arrows.

冷却ガス吐出ヘッド３は、内部に気液分離空間Ｖが設けられたハウジング３００と、ハウジング３００の壁面を貫いて設けられ冷却ガスを冷却ガス供給管６４８から気液分離空間Ｖへと流入させる冷却ガス流入口３０１と、ハウジング３００の内部において気液分離空間Ｖの下方に設けられた液受部３０２と、基板Ｗの上面Ｗｆに向けて開口した吐出口３０３と、気液分離空間Ｖよりも上方の位置を経由して冷却ガス流入口３０１から吐出口３０３まで冷却ガスを流動させるガス経路３０４と、を有する。 The cooling gas discharge head 3 includes a housing 300 in which a gas-liquid separation space V is provided, and a cooling gas that is provided through the wall surface of the housing 300 and causes a cooling gas to flow from the cooling gas supply pipe 648 into the gas-liquid separation space V. More than the gas inlet 301, the liquid receiving portion 302 provided below the gas-liquid separation space V inside the housing 300, the discharge port 303 opened toward the upper surface Wf of the substrate W, and the gas-liquid separation space V And a gas path 304 through which the cooling gas flows from the cooling gas inlet 301 to the outlet 303 via the upper position.

上述したように、冷却部６４０では窒素ガスが約−１９０°Ｃに冷却される。しかしながら、冷却温度を厳密に−１９０°Ｃに調整することは困難であり、冷却温度は多少の温度範囲内（例えば、−１８０℃〜−２００℃）を保たれるのが一般的である。このとき、冷却温度が冷却対象である窒素ガスの凝縮点（約−１９６℃）以下になると窒素ガスの液相に相当する冷却液ＣＬ（液体窒素）が冷却ガス吐出ヘッド３に流入し、冷却温度が冷却対象である窒素ガスの凝縮点（約−１９６℃）以上になると冷却ガスが冷却ガス吐出ヘッド３に流入することになる。 As described above, the cooling unit 640 cools the nitrogen gas to about −190 ° C. However, it is difficult to strictly adjust the cooling temperature to −190 ° C., and the cooling temperature is generally kept within a certain temperature range (for example, −180 ° C. to −200 ° C.). At this time, when the cooling temperature is equal to or lower than the condensation point (about −196 ° C.) of the nitrogen gas to be cooled, the cooling liquid CL (liquid nitrogen) corresponding to the liquid phase of the nitrogen gas flows into the cooling gas discharge head 3 and cools. When the temperature is equal to or higher than the condensation point (about −196 ° C.) of the nitrogen gas to be cooled, the cooling gas flows into the cooling gas discharge head 3.

冷却液ＣＬが冷却ガス流入口３０１から気液分離空間Ｖへ流入した際には、冷却液ＣＬは気液分離空間Ｖから落下して液受部３０２に回収される。液受部３０２に回収されて貯留された冷却液ＣＬは、ハウジング３００のうち液受部３０２に相当する部分に冷却熱を付与し、自身の液温は徐々に上昇する。そして、冷却液ＣＬの液温が沸点（理想的には凝縮点と同一であり、約−１９６℃）に達すると気化し、気化した冷却ガスが液受部３０２の上方空間およびガス経路３０４を通過して吐出口３０３から基板Ｗの上面Ｗｆに向けて吐出される。これにより、基板Ｗの上面Ｗｆに形成された液膜が冷却される。 When the cooling liquid CL flows into the gas-liquid separation space V from the cooling gas inlet 301, the cooling liquid CL falls from the gas-liquid separation space V and is collected in the liquid receiving unit 302. The cooling liquid CL collected and stored in the liquid receiving section 302 gives cooling heat to a portion corresponding to the liquid receiving section 302 in the housing 300, and its liquid temperature gradually rises. Then, when the liquid temperature of the cooling liquid CL reaches the boiling point (ideally the same as the condensing point, about −196 ° C.), the vaporized cooling gas passes through the upper space of the liquid receiving unit 302 and the gas path 304. It passes through and is discharged from the discharge port 303 toward the upper surface Wf of the substrate W. Thereby, the liquid film formed on the upper surface Wf of the substrate W is cooled.

他方、冷却ガスが冷却ガス流入口３０１から気液分離空間Ｖへ流入した際には、この冷却ガスがガス経路３０４を通過して吐出口３０３から基板Ｗの上面Ｗｆに向けて吐出される。これにより、基板Ｗの上面Ｗｆに形成された液膜が冷却される。 On the other hand, when the cooling gas flows into the gas-liquid separation space V from the cooling gas inlet 301, the cooling gas passes through the gas path 304 and is discharged from the discharge port 303 toward the upper surface Wf of the substrate W. Thereby, the liquid film formed on the upper surface Wf of the substrate W is cooled.

＜１．３基板洗浄処理＞
次に、基板処理装置１における基板洗浄処理について、図８を参照しながら説明する。図８は、基板洗浄処理の一例を示すフローチャートである。 <1.3 Substrate cleaning process>
Next, the substrate cleaning process in the substrate processing apparatus 1 will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of the substrate cleaning process.

基板処理装置１では、未処理の基板Ｗが装置内に搬入されると、制御部２０が装置各部を制御して該基板Ｗに対して一連の洗浄処理が実行される。 In the substrate processing apparatus 1, when an unprocessed substrate W is carried into the apparatus, the control unit 20 controls each part of the apparatus to perform a series of cleaning processes on the substrate W.

まず、微細パターンが形成された基板Ｗの主面（上面Ｗｆ）を上方に向けた状態で、基板Ｗが処理チャンバ１４０内に搬入され、スピンチャック２に保持される（ステップＳＴ１）。このとき、遮断部材９は離間位置に位置しており、冷却ガス吐出ヘッド３は待機位置Ｐｓに位置している。これにより、遮断部材９や冷却ガス吐出ヘッド３と搬入される基板Ｗとが干渉することが防止される。 First, the substrate W is loaded into the processing chamber 140 and held by the spin chuck 2 with the main surface (upper surface Wf) of the substrate W on which the fine pattern is formed facing upward (step ST1). At this time, the blocking member 9 is located at the separation position, and the cooling gas discharge head 3 is located at the standby position Ps. Thereby, it is prevented that the interruption | blocking member 9 and the cooling gas discharge head 3 interfere with the board | substrate W carried in.

スピンチャック２に未処理の基板Ｗが保持されると、遮断部材９が対向位置まで降下され、基板Ｗの上面Ｗｆに近接配置される（ステップＳＴ２）。これにより、基板Ｗの上面Ｗｆが遮断部材９の基板対向面に近接した状態で覆われ、基板Ｗの上面Ｗｆの雰囲気が基板Ｗの周辺雰囲気から遮断される。 When the unprocessed substrate W is held on the spin chuck 2, the blocking member 9 is lowered to the opposing position and is disposed close to the upper surface Wf of the substrate W (step ST2). Thereby, the upper surface Wf of the substrate W is covered in a state of being close to the substrate facing surface of the blocking member 9, and the atmosphere of the upper surface Wf of the substrate W is blocked from the ambient atmosphere of the substrate W.

続いて、基板Ｗの上面Ｗｆに液膜形成処理が実行される（ステップＳＴ３）。すなわち、制御部２０は、チャック回転機構２２を駆動させてスピンチャック２を回転させるとともに、ノズル９７から常温のＤＩＷを基板Ｗの上面Ｗｆに供給させる。上面Ｗｆに供給されたＤＩＷには、基板Ｗの回転に伴う遠心力が作用し、基板Ｗの径方向外向きに均一に広げられ、その一部が基板外に振り切られる。これによって、上面Ｗｆの全面にわたって液膜の厚みを均一にコントロールされ、上面Ｗｆの全体に所定の厚みを有する液膜（水膜）が形成される。なお、液膜形成に際して、上記のように上面Ｗｆに供給されたＤＩＷの一部を振り切ることは必ずしも必要ではない。例えば、基板Ｗの回転を停止させた状態あるいは基板Ｗを比較的低速で回転させた状態で基板ＷからＤＩＷを振り切ることなく上面Ｗｆに液膜を形成してもよい。 Subsequently, a liquid film forming process is performed on the upper surface Wf of the substrate W (step ST3). That is, the control unit 20 drives the chuck rotating mechanism 22 to rotate the spin chuck 2 and supplies normal temperature DIW from the nozzle 97 to the upper surface Wf of the substrate W. Centrifugal force accompanying the rotation of the substrate W acts on the DIW supplied to the upper surface Wf, and it is spread evenly outward in the radial direction of the substrate W, and a part thereof is shaken off the substrate. Thereby, the thickness of the liquid film is uniformly controlled over the entire upper surface Wf, and a liquid film (water film) having a predetermined thickness is formed on the entire upper surface Wf. In forming the liquid film, it is not always necessary to shake off a part of the DIW supplied to the upper surface Wf as described above. For example, the liquid film may be formed on the upper surface Wf without shaking the DIW from the substrate W with the rotation of the substrate W stopped or with the substrate W rotated at a relatively low speed.

そして、制御部２０は、遮断部材９を上方に退避させ（ステップＳＴ４）、代わって冷却ガス吐出ヘッド３を基板Ｗの回転中心ＡＯ上方の回転中心位置Ｐｃへ移動させる（ステップＳＴ５）。 Then, the control unit 20 retracts the blocking member 9 upward (step ST4), and instead moves the cooling gas discharge head 3 to the rotation center position Pc above the rotation center AO of the substrate W (step ST5).

続いて、基板Ｗの上面Ｗｆに液膜凍結処理が実行される（ステップＳＴ６）。すなわち、制御部２０は、冷却部６４０に窒素ガスを送給させて冷却ガスを生成するとともに、液膜を形成された基板Ｗを回転させながら、冷却ガスを吐出する冷却ガス吐出ヘッド３を基板Ｗの回転中心ＡＯから端部に向けて走査移動させる。これにより、基板Ｗの上面Ｗｆの全面に冷却ガスが供給され、液膜が凍結する。制御部２０は、基板Ｗの端部にまで到達した時点で冷却ガスの吐出を停止させて、冷却ガス吐出ヘッド３をさらに外側へ移動させ、最終的に待機位置Ｐｓで停止させる。 Subsequently, a liquid film freezing process is performed on the upper surface Wf of the substrate W (step ST6). That is, the control unit 20 supplies the cooling unit 640 with nitrogen gas to generate the cooling gas, and rotates the substrate W on which the liquid film is formed while rotating the cooling gas discharge head 3 that discharges the cooling gas. The scanning is moved from the rotation center AO of W toward the end. Thereby, the cooling gas is supplied to the entire upper surface Wf of the substrate W, and the liquid film is frozen. The control unit 20 stops the discharge of the cooling gas when reaching the end of the substrate W, moves the cooling gas discharge head 3 further outward, and finally stops at the standby position Ps.

その後、制御部２０は、遮断部材９を再び基板Ｗの上面Ｗｆに近接させる（ステップＳＴ７）。この状態で、基板Ｗの上面Ｗｆおよび裏面Ｗｂにリンス液としてのＤＩＷを供給するリンス処理が実行される（ステップＳＴ８）。これにより、基板Ｗの上面Ｗｆの凍結膜が除去され、これとともに凍結膜に取り込まれたパーティクル等の異物も基板Ｗの上面Ｗｆから取り去られる。 Thereafter, the control unit 20 brings the blocking member 9 close to the upper surface Wf of the substrate W again (step ST7). In this state, a rinsing process for supplying DIW as a rinsing liquid to the upper surface Wf and the rear surface Wb of the substrate W is executed (step ST8). Thereby, the frozen film on the upper surface Wf of the substrate W is removed, and at the same time, foreign matters such as particles taken into the frozen film are also removed from the upper surface Wf of the substrate W.

続いて、基板Ｗを乾燥させる乾燥処理が実行される（ステップＳＴ９）。すなわち、遮断部材９およびスピンベース２３から基板Ｗの上面Ｗｆおよび裏面Ｗｂに窒素ガスを供給しながら基板Ｗを高速度で回転させて、基板Ｗに残留するＤＩＷを振り切る。こうして基板Ｗの乾燥処理が終了すると、処理済みの基板Ｗを処理チャンバ１４０から搬出することによって１枚の基板に対する処理が完了する（ステップＳＴ１０）。 Subsequently, a drying process for drying the substrate W is executed (step ST9). That is, the substrate W is rotated at a high speed while supplying nitrogen gas from the blocking member 9 and the spin base 23 to the upper surface Wf and the rear surface Wb of the substrate W, and the DIW remaining on the substrate W is shaken off. When the drying process of the substrate W is completed in this way, the processed substrate W is carried out of the processing chamber 140, thereby completing the process for one substrate (step ST10).

＜１．４効果＞
本実施形態では、冷却部６４０で窒素ガスが約−１９０°Ｃに冷却される。そして、冷却液ＣＬまたは冷却ガスのどちらが冷却ガス流入口３０１に流入した場合であっても、冷却ガスのみが基板Ｗの上面Ｗｆに向けて吐出される。これにより、基板Ｗの上面Ｗｆに形成された液膜が冷却される。 <1.4 Effect>
In the present embodiment, the nitrogen gas is cooled to about −190 ° C. by the cooling unit 640. Then, regardless of which of the cooling liquid CL or the cooling gas flows into the cooling gas inlet 301, only the cooling gas is discharged toward the upper surface Wf of the substrate W. Thereby, the liquid film formed on the upper surface Wf of the substrate W is cooled.

本実施形態とは異なる態様として、例えば特許文献１のように、冷却ガス吐出ヘッド３が冷却部６４０から送られる冷却液または冷却ガスをそのまま吐出口から吐出する態様（すなわち、気液分離空間Ｖや液受部３０２に相当する構成を備えていない態様）が挙げられる。この態様では、冷却部から冷却液が送られた際に吐出口から冷却液（液体窒素）が吐出されて基板Ｗにダメージを与えるおそれがあるため、冷却ガスを凝縮点付近まで冷却することができない。例えば、特許文献１に開示される技術では、冷却部が冷却ガス（窒素ガス）をその凝縮点（−１９６℃）よりも十分に高い−１００℃までしか冷却していない。 As an aspect different from the present embodiment, for example, as in Patent Document 1, the cooling gas discharge head 3 discharges the cooling liquid or the cooling gas sent from the cooling unit 640 as it is from the discharge port (that is, the gas-liquid separation space V And an aspect not provided with a configuration corresponding to the liquid receiving unit 302). In this aspect, when the cooling liquid is sent from the cooling unit, the cooling liquid (liquid nitrogen) may be discharged from the discharge port and may damage the substrate W. Therefore, the cooling gas can be cooled to the vicinity of the condensation point. Can not. For example, in the technique disclosed in Patent Document 1, the cooling unit cools the cooling gas (nitrogen gas) only to −100 ° C., which is sufficiently higher than the condensation point (−196 ° C.).

このような態様とは異なり、本実施形態の態様では、冷却ガス吐出ヘッド３において冷却液ＣＬと冷却ガスとを分離して冷却液ＣＬを回収することが可能であるので、冷却部６４０において冷却ガスを凝縮点付近（例えば、−１９０℃）まで冷却することができる。その結果、基板Ｗの上面Ｗｆに形成された液膜を効率よく冷却することができる。 Unlike this aspect, in the aspect of the present embodiment, the cooling liquid CL can be recovered by separating the cooling liquid CL and the cooling gas in the cooling gas discharge head 3. The gas can be cooled to near the condensation point (eg, -190 ° C.). As a result, the liquid film formed on the upper surface Wf of the substrate W can be efficiently cooled.

また、本実施形態の態様では、液受部３０２が水平面視において環状に構成されており、ガス経路３０４は液受部３０２が環状に囲む空間を上下方向に貫いて設けられる。このため、冷却液ＣＬが液受部３０２に貯留された状態であれば、ガス経路３０４を通過する冷却ガスは貯留された冷却液ＣＬから冷却熱を付与される。その結果、特に冷却された冷却ガスが吐出口３０３から基板Ｗの上面Ｗｆに向けて吐出され、基板Ｗの上面Ｗｆに形成された液膜をより効率よく冷却することができる。 Moreover, in the aspect of this embodiment, the liquid receiving part 302 is comprised cyclically | annularly in the horizontal surface view, and the gas path 304 is provided through the space which the liquid receiving part 302 encloses in an up-down direction. For this reason, if the cooling liquid CL is stored in the liquid receiving part 302, the cooling gas passing through the gas path 304 is given cooling heat from the stored cooling liquid CL. As a result, the cooled cooling gas is discharged from the discharge port 303 toward the upper surface Wf of the substrate W, and the liquid film formed on the upper surface Wf of the substrate W can be cooled more efficiently.

また、本実施形態の態様では、処理チャンバ１４０の内部に冷却部６４０を設け、極低温の冷却ガスを処理チャンバ１４０内で生成するようにしている。そのため、冷却ガスの輸送経路を極めて短くすることができ、これにより、輸送経路上でのガス温度の上昇を抑えることができる。その結果、基板Ｗの上面Ｗｆに形成された液膜に対し、十分に低温でしかも温度の安定した冷却ガスを供給することができる。 Further, in the aspect of the present embodiment, the cooling unit 640 is provided inside the processing chamber 140 so that a cryogenic cooling gas is generated in the processing chamber 140. For this reason, the transport route for the cooling gas can be made extremely short, thereby suppressing an increase in the gas temperature on the transport route. As a result, a cooling gas having a sufficiently low temperature and a stable temperature can be supplied to the liquid film formed on the upper surface Wf of the substrate W.

また、冷却部６４０を基板Ｗの上部空間よりも側方に配置しているので、冷却部６４０の周囲に付着した水滴や霜などの付着物が脱落しても基板Ｗ上に落下することが防止されている。また、アーム３４の回転中心軸Ｊが基板Ｗを通らないようにすることで、アーム３４の揺動に起因して可動部分から発生するゴミ等が基板Ｗ上に落下することが防止されている。 In addition, since the cooling unit 640 is disposed on the side of the upper space of the substrate W, even if an adhering matter such as water droplets or frost attached to the periphery of the cooling unit 640 falls off, the cooling unit 640 may fall on the substrate W. It is prevented. Further, by preventing the rotation center axis J of the arm 34 from passing through the substrate W, dust or the like generated from the movable part due to the swinging of the arm 34 is prevented from falling on the substrate W. .

＜２変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。 <2 Modification>
While the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be modified in various ways other than those described above without departing from the spirit of the present invention.

図９は、変形例に係る冷却ガス吐出ヘッド３Ａの概略構成を示す縦端面図である。なお、図９では、冷却された窒素ガス（冷却ガス）の流れを点線矢印で表現している。 FIG. 9 is a longitudinal end view showing a schematic configuration of a cooling gas discharge head 3A according to a modification. In FIG. 9, the flow of cooled nitrogen gas (cooling gas) is represented by dotted arrows.

冷却ガス吐出ヘッド３Ａは、冷却ガス吐出ヘッド３の各構成に加え、ハウジング３００Ａの壁面を貫いて設けられ液受部３０２Ａの内部に開口する常温ガス流入口３０５Ａをさらに有する。このため、図示しないバルブの開閉を制御することにより、窒素ガス供給源２２０から供給された常温の窒素ガスが常温ガス流入口３０５Ａを通じて液受部３０２Ａ内へ適宜流入される。液体窒素を貯留する液受部３０２Ａ内に常温ガス流入口３０５Ａから常温の窒素ガスが流入されることにより、液体窒素の気化が促され、吐出口３０３から基板Ｗの上面Ｗｆに向けて吐出される窒素ガス（冷却ガス）の流量が増加する。その結果、基板Ｗの上面Ｗｆに形成された液膜を効率的に凍結することができる。 In addition to the components of the cooling gas discharge head 3, the cooling gas discharge head 3A further includes a room temperature gas inlet 305A provided through the wall surface of the housing 300A and opening into the liquid receiving portion 302A. For this reason, by controlling the opening and closing of a valve (not shown), room temperature nitrogen gas supplied from the nitrogen gas supply source 220 is appropriately introduced into the liquid receiving unit 302A through the room temperature gas inlet 305A. The normal temperature nitrogen gas flows from the normal temperature gas inflow port 305A into the liquid receiving part 302A for storing liquid nitrogen, whereby the vaporization of the liquid nitrogen is promoted and discharged from the discharge port 303 toward the upper surface Wf of the substrate W. The flow rate of nitrogen gas (cooling gas) increases. As a result, the liquid film formed on the upper surface Wf of the substrate W can be efficiently frozen.

図１０は、変形例に係る冷却ガス吐出ヘッド３Ｂの概略構成を示す斜視図である。図１１は、変形例に係る冷却ガス吐出ヘッド３Ｂの概略構成を示す縦端面図である。なお、図１１では、冷却された窒素ガス（冷却ガス）の流れを点線矢印で表現している。 FIG. 10 is a perspective view showing a schematic configuration of a cooling gas discharge head 3B according to a modification. FIG. 11 is a longitudinal end view showing a schematic configuration of a cooling gas discharge head 3B according to a modification. In FIG. 11, the flow of the cooled nitrogen gas (cooling gas) is represented by a dotted arrow.

冷却ガス吐出ヘッド３Ｂのハウジング３００Ｂの外形は、冷却ガス吐出ヘッド３のハウジング３００の外形（略円柱形状）とは異なり、略直方体形状とされる。また、冷却ガス吐出ヘッド３Ｂでは、水平面視において冷却ガス流入口３０１Ｂ側の下方部分にのみ液受部３０２Ｂが設けられている。 The outer shape of the housing 300B of the cooling gas discharge head 3B is different from the outer shape (substantially cylindrical shape) of the housing 300 of the cooling gas discharge head 3, and is substantially rectangular parallelepiped. Further, in the cooling gas discharge head 3B, the liquid receiving portion 302B is provided only in a lower portion on the cooling gas inlet 301B side in a horizontal plan view.

冷却ガス吐出ヘッド３Ｂにおいても、冷却ガス吐出ヘッド３の場合と同様に吐出口３０３Ｂから冷却ガスを吐出する。すなわち、冷却液ＣＬが冷却ガス流入口３０１Ｂから気液分離空間ＶＢへ流入した際には、冷却液ＣＬは気液分離空間ＶＢから落下して液受部３０２Ｂに回収される。液受部３０２Ｂに回収されて貯留された冷却液ＣＬは、ハウジング３００Ｂのうち液受部３０２Ｂに相当する部分に冷却熱を付与し、自身の液温は徐々に上昇する。そして、冷却液ＣＬの液温が沸点（理想的には凝縮点と同一であり、約−１９６℃）に達すると気化し、気化した冷却ガスが液受部３０２Ｂの上方空間およびガス経路３０４Ｂを通過して吐出口３０３Ｂから基板Ｗの上面Ｗｆに向けて吐出される。これにより、基板Ｗの上面Ｗｆに形成された液膜が冷却される。他方、冷却ガスが冷却ガス流入口３０１Ｂから気液分離空間ＶＢへ流入した際には、この冷却ガスがガス経路３０４Ｂを通過して吐出口３０３Ｂから基板Ｗの上面Ｗｆに向けて吐出される。これにより、基板Ｗの上面Ｗｆに形成された液膜が冷却される。 Also in the cooling gas discharge head 3B, the cooling gas is discharged from the discharge port 303B as in the case of the cooling gas discharge head 3. That is, when the cooling liquid CL flows into the gas-liquid separation space VB from the cooling gas inlet 301B, the cooling liquid CL falls from the gas-liquid separation space VB and is collected in the liquid receiving portion 302B. The cooling liquid CL collected and stored in the liquid receiving part 302B gives cooling heat to a portion corresponding to the liquid receiving part 302B in the housing 300B, and its liquid temperature gradually rises. Then, when the liquid temperature of the cooling liquid CL reaches the boiling point (ideally the same as the condensing point and about −196 ° C.), the vaporized cooling gas passes through the upper space of the liquid receiving section 302B and the gas path 304B. It passes through and is discharged from the discharge port 303B toward the upper surface Wf of the substrate W. Thereby, the liquid film formed on the upper surface Wf of the substrate W is cooled. On the other hand, when the cooling gas flows into the gas-liquid separation space VB from the cooling gas inlet 301B, the cooling gas passes through the gas path 304B and is discharged from the discharge port 303B toward the upper surface Wf of the substrate W. Thereby, the liquid film formed on the upper surface Wf of the substrate W is cooled.

上記実施形態では、本発明の液膜を形成する液体としてＤＩＷを用いているが、これに限られず、例えば純水、炭酸水、水素水、脱気水、溶存酸素や溶存窒素などの溶存気体成分を調整した純水、ＳＣ１溶液（アンモニア水と過酸化水素水との混合水溶液）等の薬液などを用いてもよい。 In the above embodiment, DIW is used as the liquid for forming the liquid film of the present invention. However, the present invention is not limited to this, for example, pure water, carbonated water, hydrogen water, degassed water, dissolved gas such as dissolved oxygen and dissolved nitrogen. Chemical water such as pure water with adjusted components and SC1 solution (mixed aqueous solution of ammonia water and hydrogen peroxide solution) may be used.

また、上記実施形態では、冷却ガス源として窒素ガスを、また冷媒として液体窒素を用いる熱交換器によって窒素ガスを冷却することにより冷却ガスを生成しているが、冷却ガスのガス種およびその冷却方法はこれに限定されるものではない。例えば、アルゴンガスなど他の不活性ガスや清浄な乾燥空気を冷却ガスとして用いてもよい。また、冷却部としては、他の冷媒を用いる熱交換器を有するものやペルチェ効果など他の原理に基づきガスを冷却するものであっても、必要な温度までガスを冷却することが可能なものであれば利用可能である。 In the above embodiment, the cooling gas is generated by cooling the nitrogen gas with a heat exchanger that uses nitrogen gas as the cooling gas source and liquid nitrogen as the refrigerant. The method is not limited to this. For example, other inert gas such as argon gas or clean dry air may be used as the cooling gas. In addition, the cooling unit can cool the gas to the required temperature even if it has a heat exchanger that uses other refrigerants or cools the gas based on other principles such as the Peltier effect. If available.

また、上記実施形態では、基板Ｗを回転させながら洗浄処理を実行する態様について説明したが、これに限られるものではない。回転していない基板Ｗに対して冷却ガス吐出ヘッド３を移動させて凍結洗浄処理を実行してもよい。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the aspect which performs a cleaning process, rotating the board | substrate W, it is not restricted to this. The freezing cleaning process may be executed by moving the cooling gas discharge head 3 with respect to the non-rotating substrate W.

以上、実施形態およびその変形例に係る基板処理装置および冷却ガス吐出ヘッドについて説明したが、これらは本発明に好ましい実施形態の例であって、本発明の実施の範囲を限定するものではない。本発明は、その発明の範囲内において、各実施形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施形態において任意の構成要素の増減が可能である。 Although the substrate processing apparatus and the cooling gas discharge head according to the embodiment and the modifications thereof have been described above, these are examples of the preferred embodiment of the present invention and do not limit the scope of the present invention. Within the scope of the invention, the present invention can be freely combined with each embodiment, modified with any component in each embodiment, or increased or decreased with any component in each embodiment.

１基板処理装置
２スピンチャック
３冷却ガス吐出ヘッド
２０制御部
２１０液体窒素供給源
２２０窒素ガス供給源
３００，３００Ａ，３００Ｂハウジング
３０１，３０１Ｂ冷却ガス流入口
３０２，３０２Ａ，３０２Ｂ液受部
３０３，３０３Ｂ吐出口
３０４，３０４Ｂガス経路
３０５Ａ常温ガス流入口
Ｗ基板
Ｗｆ上面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate processing apparatus 2 Spin chuck 3 Cooling gas discharge head 20 Control part 210 Liquid nitrogen supply source 220 Nitrogen gas supply source 300,300A, 300B Housing 301,301B Cooling gas inlet 302,302A, 302B Liquid receiving part 303,303B Exhaust Outlet 304, 304B Gas path 305A Room temperature gas inlet W Substrate Wf Upper surface

Claims

A substrate holder for holding the substrate in a horizontal position;
A cooling unit for cooling the gas supplied from the gas supply source;
A cooling gas discharge head for discharging the gas cooled through the cooling unit toward the upper surface of the substrate held by the substrate holding unit;
With
The cooling gas discharge head is
A housing having a gas-liquid separation space inside;
A cooling gas inflow port provided through the wall surface of the housing and allowing the cooled gas to flow from the cooling unit into the gas-liquid separation space;
A liquid receiver provided below the gas-liquid separation space in the housing;
A discharge port opened toward the upper surface of the substrate;
A gas path for allowing the gas to flow from the cooling gas inlet to the outlet through a position above the gas-liquid separation space;
Have
When the cooling liquid corresponding to the liquid phase of the gas flows into the gas-liquid separation space from the cooling gas inlet, the cooling liquid falls from the gas-liquid separation space and is collected in the liquid receiving unit. A substrate processing apparatus.

The substrate processing apparatus according to claim 1,
In the horizontal view, the substrate receiving apparatus is characterized in that the liquid receiving portion is formed in an annular shape, and the gas path passes through a space surrounded by the liquid receiving portion in an annular shape.

The substrate processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein
The substrate processing apparatus, wherein the cooling gas discharge head further includes a room temperature gas inlet that opens into the liquid receiving portion and into which the gas at room temperature flows from the gas supply source.

A substrate processing apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The said cooling part cools the said gas below the condensing point, The substrate processing apparatus characterized by the above-mentioned.

The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein:
The substrate processing apparatus, wherein the gas is nitrogen and the coolant is liquid nitrogen.

A cooling gas discharge head for discharging a gas supplied from a gas supply source and cooled through a cooling unit toward an upper surface of a substrate held by the substrate holding unit,
A housing having a gas-liquid separation space inside;
A cooling gas inflow port provided through the wall surface of the housing and allowing the cooled gas to flow from the cooling unit into the gas-liquid separation space;
A liquid receiver provided below the gas-liquid separation space in the housing;
A discharge port opened toward the upper surface of the substrate;
A gas path for allowing the gas to flow from the cooling gas inlet to the outlet through a position above the gas-liquid separation space;
Have
When the cooling liquid corresponding to the liquid phase of the gas flows into the gas-liquid separation space from the cooling gas inlet, the cooling liquid falls from the gas-liquid separation space and is collected in the liquid receiving unit. Cooling gas discharge head characterized by