JP5140641B2 - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハや液晶、プラズマ表示用基板、光ディスク基板などの基板の表面を洗浄して乾燥させる基板処理方法及び基板処理装置に関する。基板としては、例えば直径が２００ｍｍ以上、例えば２００ｍｍ、３００ｍｍまたは４５０ｍｍで、厚みが例えば０．６〜１．２ｍｍのディスク状シリコン基板が用いられる。

半導体デバイス製造工程において半導体デバイスの更なる高集積化が進む中で、高集積化の要求とともに半導体デバイスの高い歩留まりが要求されている。特に、半導体デバイスの高い歩留まりを実現するためには基板表面の高い清浄度が必要とされ、基板表面の清浄化への要求は益々高いものとなってきている。このような背景のもとで、半導体デバイス製造工程においては、様々な工程により基板表面の洗浄が行われている。近年、絶縁膜の電気容量を低下させるため、絶縁膜としてＬｏｗ−ｋ膜（低誘電率膜）を使用するようになってきている。このＬｏｗ−ｋ膜の表面は疎水性を有し、このため、疎水性表面を含む基板表面を洗浄する工程が増えつつある。

絶縁膜としてＬｏｗ−ｋ膜を有する半導体ウェーハ等の基板表面を洗浄して乾燥させる際、次のような問題が生じている。すなわち、疎水性表面を含む基板表面に薬液処理やリンス処理などのウェット処理を施すと、基板表面に連続した液膜が形成し難くなって、基板表面の一部が液膜にカーバされずに外部雰囲気に露出する確率が高くなる。このような状況の下で基板表面にウェット処理を施すと、処理液の一部が外部雰囲気に露出した基板表面に液滴として残留し易くなる。そして、基板表面に残留した液滴が蒸発すると、基板表面に固体状の反応生成物が残ってウォーターマークが形成される。このような基板表面に形成されたウォーターマークは、製品の歩留まり低下を引き起こす原因となる。

半導体デバイスの製造工程においては、半導体ウェーハの大口径化に伴い、ウェット処理においても枚葉処理装置を使用する工程が増加している。従来、半導体ウェーハのウェット枚葉処理装置または処理ユニットとしては、スピンドライ方式を採用したものが広く知られている（特許文献１，２参照）。

スピンドライ方式を採用したウェット枚葉処理装置または処理ユニットは、スピンチャックなどの基板保持部により基板を保持し高速で回転させながら基板表面に薬液を供給して基板表面を薬液で洗浄した後、基板表面の薬液を超純水のような洗浄液で洗い流し、その後、基板を更に高速で回転させ基板表面の洗浄液を吹き飛ばして基板をスピン乾燥させるようにしている。しかし、基板を高速回転させて乾燥させるスピンドライ方式では、基板の高速回転に伴って飛散した多量のミスト（微小液滴）が基板表面に再付着して、ウォーターマークが発生し易くなる。

特に、スピンドライ方式でＬｏｗ−ｋ膜を有する疎水性の基板表面を乾燥させようとすると、乾燥の過程で基板表面の液膜が連続的に維持され難くなって液糸状または液滴に分裂し、その結果、基板表面の一部が外部雰囲気に露出して、基板表面に半乾き状態の領域が形成されてしまう。そして、基板表面の半乾き状態の領域に分裂した液滴が移動すると、移動した跡に更に小さな液滴が残留し、この残留した液滴が乾燥した後にウォーターマークが形成されてしまう。

近年、基板表面にウォーターマークを生成させない基板表面の乾燥方式として、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）蒸気中で基板表面の水とＩＰＡを置換させるＩＰＡ蒸気乾燥法、水中からＩＰＡ蒸気中へ基板を引き上げるマランゴニ乾燥法（特許文献３〜５参照）、基板を低速回転させながら気液界面にＩＰＡ蒸気を吹き付けるロタゴニ乾燥法（特許公報６〜８参照）などが知られている。しかし、いずれの方法でも、基板表面に有機物が残留する問題や、可燃性溶剤の使用による安全性や環境問題が懸念され、ＩＰＡを代替する乾燥法の開発や、ＩＰＡの使用量を可能な限り削減できるようにした乾燥法の開発が求められている。

ＩＰＡなどの有機溶剤を使用しない乾燥方式として、エアブロー方式や吸引方式などの機械的な乾燥方式が提案されている。エアブロー方式（特許文献９参照）を採用した場合、エアブローに伴って基板表面から飛散した液滴が基板表面へ再付着してしまうばかりでなく、エアブローによる力を受けて基板表面に沿って移動する液膜や液滴が移動中に分裂し更に小さい液滴となって基板表面に残ってしまうといった問題がある。一方、基板表面の液体に吸引ノズルの先端を直接接触させ、基板表面の液体を吸引ノズルから連続的に吸引して除去する方法も知られている（特許文献１０，１１参照）。しかし、このように、基板表面の液体に吸引ノズルの先端を直接接触させて液体を吸引除去する場合、ある程度の厚みのある連続した液膜の大部分を吸引ノズルで吸引して除去するのには有効であるものの、基板表面に残留する薄い液膜または微小液滴を吸引ノズルで吸引して除去することは困難である。

以上のように、ＩＰＡなどの有機溶剤を使用しない乾燥方式は、目視レベルの液膜や液滴、例えば膜厚が約数ｍｍ以上の液膜や、直径が約数ｍｍ以上程度の液滴を有効に除去できるものの、ウォーターマークの発生因子となる微小液滴を除去するのは困難であるのが現状であった。

また、基板表面と該表面に近接して対向配置させたプレートの対向面との空間に純水等の液体を供給して該液体を液密に保持し、基板表面にＩＰＡやＨＦＥ（ハイドロフルオロエーテル）等の有機溶剤を供給し前記液体を該有機溶剤によって物理的な置換または相溶により基板表面を乾燥させるようにしたものが提案されている（特許文献１２参照）。しかし、このような乾燥法にあっては、基板表面とプレートの対向面との空間に液密に保持した液体を有機溶剤に置換するため、有機溶剤の使用量がかなり多くなってしまうと考えられる。

特許第２９２２７５４号公報 特開２００３−３１５４５号公報 米国特許第６７４６５４４号明細書 米国特許第７２５２０９８号明細書 米国特許第６９２６５９０号明細書 米国特許第６４９１７６４号明細書 米国特許第６５６８４０８号明細書 米国特許第６７５４９８０号明細書 特開２００４−１４６４１４号公報 特開平６−３４２７８２号公報 特開２００７−１２６５３号公報 特開２００８−７８３２９号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、有機溶剤の使用量を可能な限り減少させながら、例えば目視不可能な程度に薄い液膜や微小な液滴を含めて、濡れた基板表面から液体を残留させることなく迅速かつ完全に除去して、ウォーターマークの生成を最小限に抑えることができるようにした基板処理方法及び基板処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の基板処理方法は、液体で濡れた基板表面を乾燥させる基板処理方法であって、基板に対する移動方向前方に位置する気液吸引ノズルと、一方が基板に対する移動方向後方に位置し、他方が更に後方に位置する乾燥ガス供給ノズル及び有機溶剤液体ノズルとを、基板表面に対向させつつ、基板と平行に一体的に相対移動させながら、基板表面の液体を該表面から剥離させつつ近傍の気体と共に前記気液吸引ノズルで吸引し、基板表面の前記液体を剥離させた領域に向けて前記乾燥ガス供給ノズルから乾燥ガスを吹き付け、前記気液吸引ノズルの基板に対する移動方向後方で基板表面に向けて前記有機溶剤供給ノズルから水溶性有機溶剤を供給する。

この方法では、基板表面の気液吸引ノズルの吸引口近傍で高速気流が形成され、基板表面の液滴や液膜と高速気流との界面に該気流による剪断応力が作用し、その液滴または液膜から分裂した液滴が高速気流に乗って気液吸引ノズルから吸引される。この方法によれば、気液界面の剪断応力を利用して液体を基板表面から剥離させるので、気液吸引ノズルの吸引口を液体に直接に接触させる必要がなく、目視レベルである、例えば厚さが約５００μｍよりも厚い液膜や、例えば直径が約５００μｍよりも大きい液滴を基板表面から完全に除去することができる。また、前記液滴よりも直径が小さい液滴であって、目視できない程度の微小の液滴が基板表面に残っても、乾燥ガス供給ノズルから基板表面に導入される乾燥ガスの気流により蒸発速度が促進され、液滴が瞬間的に蒸発し、目視レベルよりも薄い液膜は、比表面積が大きいので、同様に瞬間的に蒸発する。これによって、基板表面に液体が残ってウォーターマークが形成されることが防止される。

前記気液吸引ノズル及び前記乾燥ガス供給ノズルを、前記気液吸引ノズルが基板に対する移動方向前方に、前記乾燥ガス供給ノズルが基板に対する移動方向後方にそれぞれ位置するようにして、一体的に基板と相対移動させることにより、気液吸引ノズルと乾燥ガス供給ノズルの相対位置を常に一定に保って、安定した条件で基板表面を乾燥させることができる。

気液吸引ノズル及び乾燥ガス供給ノズルと基板との相対移動速度が小さいと、気流による液体の同伴や蒸発により液体の除去を効果的に行うことができるが、相対移動速度が極端に小さいと、処理時間が長くなるばかりでなく、吸引口付近の液膜は基板表面から剥離される前に分断され、液除去効果が逆に低下する場合がある。一方、相対移動速度が速すぎると、液膜が完全に除去されず、基板上に残留してしまうことがある。液除去効果と基板乾燥の処理時間を考慮すると、気液吸引ノズル及び乾燥ガス供給ノズルと基板との相対移動速度は、０．０１〜０．０７ｍ／ｓであることが好ましく、０．０２〜０．０５ｍ／ｓであることが更に好ましい。

基板表面に向けて有機溶剤供給ノズルから水溶性有機溶剤を供給することで、たとえ基板表面に微小液滴が残っても、基板表面に残った微小液滴に水溶性有機溶剤を溶解させ微小液滴の蒸発速度を促進させて、ウォーターマークが形成されることを防止しつつ、基板を乾燥させることができる。しかも水溶性有機溶剤は、基板表面に残った微小水滴に溶解させるだけの量で充分なため、水溶性有機溶剤の使用量を大幅に削減することができる。

また、気液吸引ノズル、乾燥ガス供給ノズル及び有機溶剤供給ノズルの相対位置を常に一定に保って、基板表面に液滴が残ってしまうことをより確実に防止しつつ、安定した条件で基板表面を乾燥させることができる。

前記水溶性有機溶剤はＩＰＡ（イソプロピルアルコール）で、ＩＰＡの蒸気濃度は２．２％未満であることが好ましい。
イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）の下部引火点は約１２℃であり、このときの飽和蒸気圧濃度は飽和蒸気圧と温度の関係式より、約２．２％と求まる。従って、安全上の理由から、水溶性有機溶剤としてＩＰＡを使用する場合は２．２％未満の蒸気濃度で使用することが好ましい。

前記気液吸引ノズルの吸引口と基板表面との隙間距離は、１〜４ｍｍであることが好ましい。
気液吸引ノズルの吸引口と基板表面との隙間距離が小さければ小さい程、基板表面の液膜または液滴と気流との界面に作用する剪断応力が増す。しかし、基板の変形及び位置調整機構の精度を考慮すると、気液吸引ノズルの吸引口と基板表面との隙間距離は１ｍｍ以上であることが好ましい。また、液膜を液滴に分断できる最低剪断応力を考慮すると、気液吸引ノズルの吸引口と基板表面との隙間距離は４ｍｍ以下であることが好ましい。なお気液吸引ノズルの吸引口と基板表面との隙間距離は、１．５〜２．５ｍｍであることが更に好ましい。

気体が平均流速６０〜１４０ｍ／ｓで基板表面に沿って流れて、前記気液吸引ノズルに吸引されるように吸引流量を調整することが好ましい。

このように、気体が平均流速６０〜１４０ｍ／ｓで基板表面に沿って流れて気液吸引ノズルに吸引されるようにすることで、基板表面の液膜を剥がし、液滴に分裂させて該液滴を気液吸引ノズルに吸引するために十分な剪断力を得ることができる。気体が平均流速６５〜９５ｍ／ｓで基板表面に沿って流れて気液吸引ノズルに吸引されるようにすることが更に好ましい。

前記乾燥ガスは不活性ガスであり、該乾燥ガスの相対湿度は外部雰囲気の相対湿度以下であることが好ましい。
このように、外部雰囲気の相対湿度以下の相対湿度を有する乾燥ガスを使用することで、基板表面に残留した微小液滴や液膜をより効率的に蒸発させることができる。相対湿度の低い不活性ガスの生産コストと蒸発促進効果の両側面から、乾燥ガスとして、乾燥ガスの供給口近傍雰囲気の相対湿度が、１〜４０％、好ましくは５〜１０％となる相対湿度を有するものを使用することが好ましい。

前記気液吸引ノズルの基板に対する移動方向前方で、基板表面に基板表面の液体と同質の液体を補充することが好ましい。

これにより、基板表面に補充した液体で膜状に連続した液体（液膜）を形成し、液膜が気流による剪断応力を受けて剥離し易くして、基板表面から液体（液膜）をより効果的に除去することができる。ここで同質の液は、例えば、基板表面の液体が薬液ならば補充する液体も実質的に同一成分の薬液であり、基板表面の液体がリンス用の超純水であれば、補充する液体もそれと実質的に同レベルの純度の超純水であることを意味している。

本発明の基板処理装置は、液体で濡れた基板表面を乾燥させる基板処理装置であって、基板表面に対向する位置に配置され基板表面の液体を該表面から剥離させつつ近傍の気体と共に吸引する気液吸引ノズルと、前記基板表面の液体を剥離させた領域に向けて乾燥ガスを吹き付ける乾燥ガス供給ノズルと、前記気液吸引ノズルの基板に対する移動方向後方で基板表面に水溶性有機溶剤を供給する有機溶剤供給ノズルと、前記気液吸引ノズル、前記乾燥ガス供給ノズル及び前記有機溶剤供給ノズルを有するノズルユニットと、基板に対する移動方向前方に気液吸引ノズルを、基板に対する移動方向後方に乾燥ガス供給ノズル及び前記有機溶剤供給ノズルをそれぞれ位置させつつ、前記ノズルユニットを基板と互いに平行に相対移動させる移動機構を有する。

このように装置を構成することで、気液吸引ノズルの吸引口近傍に高速気流を形成し、基板表面の目視可能な大きさの液膜または液滴を高速気流で基板表面から剥離させて気液吸引ノズルで吸引するとともに、基板表面の液体を剥離させた領域に向けて乾燥ガス供給ノズルから乾燥ガスを吹き付けて、該領域に残存する液滴を蒸発させて基板表面を乾燥させることができる。

また、気液吸引ノズルと乾燥ガス供給ノズルの相対位置を常に一定に保って、安定した条件で基板表面を乾燥させることができる。

前記有機溶剤供給ノズルは、基板表面に対して４５〜９０°傾斜していることが好ましい。
このように、有機溶剤供給ノズルを基板表面に対して４５〜９０°傾斜させることにより、液滴の蒸発速度が速まることが確かめられている。

前記気液吸引ノズルの基板に対する移動方向前方で、基板表面に基板表面の液体と同質の液体を補充する液体補充ノズルを更に有することが好ましい。

前記気液吸引ノズルは、細長いスリット形状に形成されていることが好ましい。
これにより、基板表面の液体を連続した線状に区画しながら吸引して除去し、この線状に区画された液体除去範囲に残留する液滴を乾燥ガスで乾燥させることで、基板表面の全域から液体を除去することができる。

本発明によれば、有機溶剤の使用量を可能な限り削減させつつ、例えば目視不可能な程度に薄い液膜や微小な液滴を含めて、濡れた基板表面から液体を残留させることなく迅速かつ完全に除去して、ウォーターマークの生成を最小限に抑えることができる。

乾燥ユニットに適用した基板処理装置の概要を示す平面図である。 図１に示す基板処理装置の概要を示す縦断正面図である。 図１に示す乾燥ユニットの表面側ノズルユニットの概要を基板と共に示す断面図である。 評価値と吸引流速の関係を示すグラフである。 評価値とＮ_２ガス供給流量の関係を示すグラフである。 図５の一部を拡大した評価値とＮ_２ガス供給流量の関係を示すグラフである。 評価値と供給口近傍ガス雰囲気の相対湿度の関係を示すグラフである。 評価値と相対速度の関係を示すグラフである。 評価値と隙間距離の関係を示すグラフである。 図１に示す研磨ユニットにおける他の表面側ノズルユニットの使用例を示す図３相当図である。 図１０に示す表面側ノズルユニットの他の使用例を示す図３相当図である。 本発明の実施形態の研磨ユニットにおける表面側ノズルユニットを示す図３相当図である。 有機溶剤蒸気の噴射方向と基板表面との成す角度と、蒸発速度との関係を示すグラフである。 他の乾燥ユニットに適用した基板処理装置における表面側ノズルの移動開始直後の状態の概要を示す平面図である。 図１４に示す基板処理装置における表面側ノズルの移動終了直前の状態の概要を示す平面図である。 研磨ユニット（基板処理装置）を備えた研磨装置を示す全体平面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同一または相当する部材には同一符号を付して重複した説明を省略する。

図１乃至図３は、乾燥ユニットに適用した基板処理装置を示す。この乾燥ユニット（基板処理装置）１０は、互いに対向する位置に近離自在に配置され、表面（被処理面）を上向きにして半導体ウェーハ等の基板Ｗを着脱自在に保持する一対のクランパ１２からなる基板ホルダ１４と、基板ホルダ１４で保持した基板Ｗの表面（上面）の上方に配置されて該表面と平行に水平移動する表面側ノズルユニット１６と、基板ホルダ１４で保持した基板Ｗの裏面（下面）の下方に配置されて該裏面と平行に水平移動する裏面側ノズルユニット１８を備えている。

図２に示すように、クランパ１２のクランプ部１２ａの肉厚は、基板Ｗをクランプ部１２ａで保持した時、基板Ｗの表面とクランプ部１２ａの上面、及び基板Ｗの裏面とクランプ部１２ａの下面が共に面一となって、クランパ部１２ａが処理の邪魔とならないよう、基板Ｗの肉厚とほぼ等しくなるように設定されている。この例の基板ホルダ１４は、一対のクランパ１２を備えているが、３以上のクランパ、例えば円周方向に沿って９０°間隔で配置された計４個のクランプを備えるようにしてもよい。

表面側ノズルユニット１６は、基板Ｗの直径の全長に亘って直線状に延びる本体部２０と、この本体部２０の両端に連結された棒状の支持部２２を有している。この各支持部２２は、走行自在な無端チェーンや無端ベルト等の走行体２４を備え、基板ホルダ１４で保持した基板Ｗの両側に位置するように配置された移動機構２６の該走行体２４にそれぞれ連結されている。これによって、表面側ノズルユニット１６は、移動機構２６の走行体２４の同期した走行に伴って、基板ホルダ１４で保持した基板Ｗの表面と平行に一方向、つまり図１乃至図３に示すＸ方向に水平移動しつつ処理を行い、処理終了後に元の待避位置に復帰するようになっている。この移動機構２６には、走行体２４を上下方向に移動させる上下動機構（図示せず）が備えられている。

図３に示すように、表面側ノズルユニット１６の本体部２０の下面には、基板ホルダ１４で保持した基板Ｗの表面と平行となる平坦な基板対向面２０ａが備えられ、本体部２０の内部には、上下に貫通して基板対向面２０ａで開口する気液吸引ノズル２８が設けられている。この気液吸引ノズル２８は、少なくとも基板Ｗの表面に対して垂直な速度成分を持つよう、基板対向面２０ａから移動方向（Ｘ方向）前方に向かって上方に傾斜して延びる傾斜部２８ａと該傾斜部２８ａに連通して鉛直方向に延びる鉛直部２８ｂを有し、吸引ライン３０を介して、吸引部としてのブロア３２に接続されている。吸引ライン３０には、気液分離器３４と吸引流量調整バルブ３６が介装されている。

これにより、表面側ノズルユニット１６を移動方向（Ｘ方向）に水平移動させながらブロア３２を稼働すると、基板Ｗの表面に対向する気液吸引ノズル２８の吸引口近傍で高速気流が形成され、基板Ｗの表面の特に膜状に連続する液体（液膜）４０との界面に該気流による剪断応力が作用して該液膜４０が液滴４２に分離し、その液膜４０から分裂した液滴４２が高速気流に乗って気液吸引ノズル２８から吸引され、基板Ｗの表面の比較的大きな液滴も同様に、高速気流に乗って気液吸引ノズル２８から吸引されるようになっている。そして、気液吸引ノズル２８から吸引された気液２相流は、気液分離器３４により気体と液体と分離されて排出される。この時の吸引流量は、ブロア３２及び吸引流量調整バルブ３６によって調整される。

このように、気液界面の剪断応力を利用して、液体、特に液膜４０を基板Ｗの表面から剥離させることにより、気液吸引ノズル２８の吸引口を液体、特に液膜４０に直接に接触させる必要がなく、目視レベルである、例えば厚さが約５００μｍよりも厚い液膜４０を基板Ｗの表面から完全に除去し、更に、例えば直径が約５００μｍよりも大きい液滴も基板Ｗの表面から完全に除去することができる。

本体部２０の内部には、表面側ノズルユニット１６の移動方向（Ｘ方向）に沿った気液吸引ノズル２８の後方に位置して、上下に貫通して基板対向面２０ａで開口する乾燥ガス供給ノズル４４が設けられている。この乾燥ガス供給ノズル４４は、基板対向面２０ａから移動方向（Ｘ方向）後方に向かって上方に傾斜して延びる傾斜部４４ａと該傾斜部４４ａに連通して鉛直方向に延びる鉛直部４４ｂを有し、ガス供給ライン４６を介してガス供給ユニット４８に接続されている。ガス供給ライン４６には、ガス供給流量調整バルブ５０が介装されている。

これにより、例えば直径が５００μｍより小さい液滴であって、目視できない程度の微小の残留液滴５２が基板Ｗの表面に残っても、乾燥ガス供給ノズル４４から基板Ｗの表面に導入される乾燥ガスの気流により残留液滴５２の蒸発速度が促進されて残留液滴５２が瞬間的に蒸発する。また、基板Ｗの表面の目視レベルよりも薄い液膜も、比表面積が大きいので、残留液滴５２と同様に瞬間的に蒸発する。これによって、基板Ｗの表面に液体が残ってウォーターマークが形成されることが防止される。

この例では、図１に示すように、本体部２０の内部に、細長いスリット状に形成された複数の気液吸引ノズル２８と複数の乾燥ガス供給ノズル４４が、互いに対向する位置に位置して、直線状に並んで設けられている。これにより、基板Ｗの表面の液体を連続した線状に区画しながら気液吸引ノズル２８で吸引して除去し、この線状に区画された液体除去範囲に残留する液体を乾燥ガス供給ノズル４４から導入される乾燥ガスで乾燥させることで、基板Ｗの表面の全域から液体を除去できるようになっている。

更に、この例では、最適な条件で基板Ｗの表面の液体除去を行うことができるよう、各気液吸引ノズル２８毎に吸引ライン３０がそれぞれ接続され、各乾燥ガス供給ノズル４４毎にガス供給ライン４６がそれぞれ接続されている。

表面側ノズルユニット１６の移動方向（Ｘ方向）前方の基板ホルダ１４で保持された基板Ｗの周縁部上方には、表面側ノズルユニット１６と互いに干渉しない位置に位置して、液体を下方に向けて噴射して基板Ｗの表面に補充する多数の液補充ノズル５４が配置されている。これらの液補充ノズル５４は液補充管５６に連通している。この各液補充ノズル５４から基板Ｗの表面に向けて基板Ｗの表面の液体と同種の液体、例えば基板Ｗの表面の液体が薬液ならば実質的に同一成分の薬液、基板Ｗの表面の液体がリンス用の超純水であればそれと実質的に同レベルの純度の超純水を噴射することで、基板Ｗの表面に液体が補充される。これにより、基板Ｗの表面に膜状に連続した液体（液膜）４０を形成し、液膜４０が気流による剪断応力を受けて剥離し易くして、基板Ｗの表面から液体（液膜）をより効果的に除去することができる。

この液補充ノズル５４から基板Ｗの表面に補充される液体の流量は、表面側ノズルユニット１６の長手方向の長さを基準に、例えば２〜１５Ｌ／ｍｉｎ／ｍであり、このように、液補充ノズル５４から基板Ｗの表面に液体を補充することで、基板Ｗの表面に形成される膜状に連続する液膜４０の膜厚は、例えば０．５〜３．５ｍｍに調整される。

裏面側ノズルユニット１８は、表面側ノズルユニット１６とほぼ同様な構成で、内部に複数の気液吸引ノズル及び乾燥ガス供給ノズル（図示せず）を設けた本体部６０と、該本体部６０の両側に接続した支持体（図示せず）を有しており、この支持体は、移動機構６２の走行体６４に連結されている。裏面側ノズルユニット１８の内部に設けられた複数の気液吸引ノズル及び乾燥ガス供給ノズルは、表面側ノズルユニット１６と同様に、吸引ライン及びガス供給ライン（図示せず）にそれぞれ接続されている。

裏面側ノズルユニット１８には、該裏面側ノズルユニット１８の移動方向（Ｘ方向）前方に突出する支持板６６が取付けられ、この支持板６６の上面に、基板Ｗの裏面に向けて基板Ｗの表面の液体と同質の液体を噴射して補充する液補充ノズル６８が取付けられている。

この例では、基板Ｗを基板ホルダ１４で保持して固定し、表面側ノズルユニッ１６を移動方向（Ｘ方向）に水平移動させながら、気液吸引ノズル２８で基板Ｗの表面の液体、特に液膜４０を吸引し、同時に乾燥ガス供給ノズル４４から乾燥ガスを供給して、基板Ｗの表面を乾燥させるようにしている。この基板Ｗの表面の乾燥と同時に、裏面側ノズルユニット１８も表面側ノズルユニッ１６と同期して移動方向（Ｘ方向）に水平移動させ、液補充ノズル６８から基板Ｗの裏面に液体を補充しながら、気液吸引ノズルで基板Ｗの裏面の液体を吸引し、同時に乾燥ガス供給ノズルから乾燥ガスを供給して、基板の裏面も乾燥させるようにしている。

このように、表面側ノズルユニット１６と裏面側ノズルユニット１８を移動方向（Ｘ方向）に同期して水平移動させて基板Ｗの表裏両面の乾燥を同時に行うことで、乾燥処理の際に基板Ｗの表面側及び裏面側にほぼ等しい大きさの吸引力を作用させて基板Ｗが撓んでしまうことを防止することができる。

なお、裏面側ノズルユニット１８は必ずしも必要ではなく、裏面側ノズルユニット１８を省略してもよい。

次に、乾燥ユニット（基板処理装置）１０の操作例について説明する。
先ず、半導体ウェーハ等の基板Ｗを基板ホルダ１４のクランパ１２で保持して固定する。この時、表面側ノズルユニット１６及び裏面側ノズルユニット１８は、移動方向（Ｘ方向）後方の待避位置に位置している。そして、液補充ノズル５４から基板Ｗの表面に向けて液体を噴射して、基板Ｗの表面に、例えば膜厚が０．５〜３．５ｍｍの膜状に連続した液体（液膜）４０を形成した後、移動方向（Ｘ方向）後方の待避位置に位置していた表面側ノズルユニット１６を、表面側ノズルユニット１６の本体部２０の基板対向面２０ａと基板Ｗとの隙間距離を一定に保持しながら、基板Ｗの表面と平行に移動方向（Ｘ方向）に平行移動させる。

この表面側ノズルユニット１６の移動開始と同時に、ブロア３２を稼働させ、気液吸引ノズル２８の吸引口近傍に高速の気流を形成し、これによって、気液界面の剪断力により、液膜４０を分断させながら基板Ｗの表面から剥離させ、分断した液滴４２を高速気流に載せて気液吸引ノズル２８で吸引する。基板Ｗの表面の液膜４０から分離して比較的大きな液滴も同時に吸引する。この高速気流は、少なくとも基板Ｗの表面に対して垂直な速度成分を持っている。気液吸引ノズル２８で吸引された気液２相流は、気液分離器３４により気体と液体と分離され排出される。同時に、乾燥ガス供給ノズル４４から基板Ｗの表面に向けて、湿度の低い乾燥ガス、例えばＮ_２ガスを吹き付ける。これによって、気液吸引ノズル２８の移動方向（Ｘ方向）後方の基板Ｗの表面、即ち、気液吸引ノズル２８が通過した後の部分に相当する基板Ｗの表面領域に、例えば、直径約５００μｍ以下程度の目視できない程度に微細な残留液滴５２が残留しても、この残留液滴５２の蒸発速度を促進させて、残留液滴５２を瞬間的に蒸発させ、更には目視レベルよりも薄い液膜も残留液滴５２と同様に瞬間的に蒸発させ、これによって、基板表面に液体が残留してウォーターマークが発生することを防止する。

この表面側ノズルユニット１６の移動と同期して、裏面側ノズルユニット１８を基板Ｗの表面と平行に移動方向（Ｘ方向）に移動させる。この裏面側ノズルユニット１８の移動開始と同時に、液補充ノズル６８から基板Ｗの裏面に向けて液体を噴射して補充しながら、前述の表面側ノズルユニット１６とほぼ同様に、ブロアを稼働させて気液吸引ノズルの吸引口近傍に高速の気流を形成し、同時に乾燥ガス供給ノズルから基板Ｗの裏面に向けて湿度の低い乾燥ガス、例えばＮ_２ガスを吹き付けることで、基板Ｗの裏面の乾燥を行う。

そして、表面側ノズルユニット１６及び裏面側ノズルユニット１８が基板Ｗの全域に亘って移動方向（Ｘ方向）に移動して、基板Ｗの一方のエッジ部から他方のエッジ部まで達したときに、気液吸引ノズルによる吸引、及び乾燥ガス供給ノズルからの乾燥ガスの供給を停止して、乾燥処理を終了し、表面側ノズルユニット１６及び裏面側ノズルユニット１８を元の待避位置に復帰させる。

この例では、基板Ｗを固定し、表面側ノズルユニッ１６をＸ方向に水平移動させながら、気液吸引ノズル２８で基板Ｗの表面の液体、特に液膜４０を吸引し、同時に乾燥ガス供給ノズル４４から乾燥ガスを供給して、基板Ｗの表面を乾燥させるようにしている。この表面側ノズルユニッ１６の移動速度が小さいと、気流による液体の同伴や蒸発により液体の除去を効果的に行うことができるが、表面側ノズルユニッ１６の移動速度が極端に小さいと、処理時間が長くなるばかりでなく、吸引口付近の液膜は基板表面から剥離される前に分断され、液除去効果が逆に低下する場合がある。一方、表面側ノズルユニッ１６の移動速度が速すぎると、液膜が完全に除去されず、基板上に残留してしまうことがある。液除去効果と基板Ｗの処理時間を考慮すると、表面側ノズルユニッ１６の移動速度は、０．０１〜０．０７ｍ／ｓであることが好ましく、０．０２〜０．０５ｍ／ｓであることが更に好ましい。このことは、裏面側ノズルユニット１８においても同様である。

基板ホルダ１４で保持された基板Ｗと表面側ノズルユニット１６の本体部２０の基板対向面２０ａとの隙間距離Ｈは、好ましくは１〜４ｍｍで、基板Ｗの表面に形成される、例えば膜厚が０．５〜３．５ｍｍの液膜４０の上面（表面）との間に、例えば高さが０．５ｍｍ程度乃至０．５ｍｍ以上の空間が形成されるように設定される。この隙間距離Ｈが小さければ小さい程、基板Ｗの表面の液膜または液滴と気流との界面に作用する剪断応力が増す。しかし、基板の変形及び位置調整機構の精度を考慮すると、この隙間距離Ｈは１ｍｍ以上であることが好ましい。また、液膜を液滴に分断できる最低剪断応力を考慮すると、この隙間距離Ｈは４ｍｍ以下であることが好ましい。この隙間距離Ｈは、１．５〜２．５ｍｍであることが更に好ましい。裏面側ノズルユニット１８においてもほぼ同様に、基板ホルダ１４で保持された基板Ｗとの隙間距離は１〜４ｍｍであることが好ましく、１．５〜２．５ｍｍであることが更に好ましい。

表面側ノズルユニット１６において、基板Ｗと本体部２０基板対向面２０ａとの間の隙間を、気体が平均流速（吸引流速）６０〜１４０ｍ／ｓで基板Ｗの表面に沿って流れて、気液吸引ノズル２８に吸引されるように、ブロア３２及び吸引流量調整バルブ３６を介して吸引流量を調整することが好ましい。このように、気体が平均流速６０〜１４０ｍ／ｓで基板表面に沿って流れて気液吸引ノズル２８に吸引されるようにすることで、基板Ｗの表面の液膜４０を剥がし、液滴に分裂させて該液滴を気液吸引ノズル２８に吸引するために十分な剪断力を得ることができる。気体が平均流速（吸引流速）６５〜９５ｍ／ｓで基板Ｗの表面に沿って流れて気液吸引ノズル２８に吸引されるように、吸引流量を調整することが更に好ましい。このことは、裏面側ノズルユニット１８においても同様である。

前記乾燥ガスは、例えばＮ_２ガス等の不活性ガスであり、該乾燥ガスの相対湿度は、外部雰囲気の相対湿度以下であることが好ましい。このように、外部雰囲気の相対湿度以下の相対湿度を有する乾燥ガスを使用することで、基板Ｗの表面に残留したの残留液滴５２や液膜をより効率的に蒸発させることができる。相対湿度の低い不活性ガスの生産コストと蒸発促進効果の両側面から、乾燥ガスとして、乾燥ガスの供給口近傍雰囲気の相対湿度が、１〜４０％、好ましくは５〜１０％となる相対湿度を有するものを使用することが好ましい。

次に、図１及び図３に示す乾燥ユニット１０の表面側ノズルユニット１６（以下、単にノズルユニットという）を使用して、液体で濡れた３００ｍｍウェーハの表面を実際に乾燥させて評価した時の結果を以下に説明する。この評価に際して、表面にＳｉＯＣ：Ｈ系の誘電率が２．８近傍のＬｏｗ−ｋ膜をＣＶＤで形成したブランケットウェーハを、液体として超純水をそれぞれ使用した。ウェーハ表面は、超純水液滴の接触角が５０〜１００°の疎水性を持つ。評価は、雰囲気の温度が２０℃、相対湿度が５０％に制御されたクリーンルームの環境で行った。

評価方法は、処理前のウェーハ表面をデフェクト検査装置KLA-Tencor社のSurfscan SP1で測定し、ウェーハ表面のノズルユニットが通過する予定の領域（以下、通過領域という）に存在する、大きさが１６０ｎｍ以上のデフェクト数を記録し、ウェーハを濡らして乾燥させた後、同じ測定方法で同領域のデフェクト数を再記録した。そして、処理後と処理前のデフェクト数（以下アッダという）をウォーターマークの評価指標とした。集積回路の微細化の進展とともに、アッダ密度（単位面積のアッダ）に対する要求は益々厳しくなり、現時点では、０．０５〜０．５個／ｃｍ^２程度のスペックが一般に要求される。本評価は、この要求に見合うことを目標とするもので、このスペックを参照して基準値を決め、基準値にアッダ密度を無次元して、ウォーターマーク評価値（以下、評価値という）とした。例えば、特定の製品に対してスペック値が０．１個／ｃｍ^２の場合、測定したアッダ密度を０．１で割った値を評価値とした。評価値が１以下であれば、スペックを満足することになる。

評価値に影響するパラメータには、吸引流速、乾燥ガスの供給流量、乾燥ガスの相対湿度、ノズルユニットの基板対向面と基板の隙間距離、ノズルユニットの移動速度がある。

先ず、ノズルユニットの基板対向面とウェーハで挟まれた領域の平均流速（吸引流速）が６０〜１４０ｍ／ｓになるように吸引流量を調整して、吸引流速の評価値に及ぼす影響を調べた。ノズルユニットの基板対向面とウェーハとの隙間距離を２ｍｍに設定した。また、乾燥ガスとして、乾燥ガスの供給口近傍雰囲気の相対湿度が約４０％となる相対湿度を有するＮ_２ガスを使用し、Ｎ_２ガスの供給流量をノズルユニットの長手方向の長さを基準に１００Ｌ／ｍｉｎ／ｍ、ノズルユニットの移動速度を０．０３ｍ／ｓにそれぞれ設定した。図４に評価値と吸引流速の関係を示す。なお、以下の説明において、Ｎ_２ガス等の乾燥ガスの供給流量は、ノズルユニットの長手方向の長さを基準する。

図４から、吸引流速が６０ｍ／ｓでは、評価値が１．５と高い値であるが、吸引流速を６８ｍ／ｓに上げると、評価値が最も低く、０になることが判る。これは、その条件では、ウォーターマークの発生が完全に抑制できたことを意味する。そして、吸引流速を更に上げると、評価値が次第に増加する。評価値が１以下の領域がプロセス許容範囲とすれば、吸引流速を６３〜９５ｍ／ｓの範囲内に設定する必要があり、６８ｍ／ｓ近辺が最適な吸引流速領域であることが判る。

乾燥ガスとして、乾燥ガスの供給口近傍雰囲気の相対湿度が約４０％となる相対湿度を有するＮ_２ガスを使用し、Ｎ_２ガス供給流量を０〜２０００Ｌ／ｍｉｎ／ｍの範囲に調整して、Ｎ_２ガス（乾燥ガス）供給流量が評価値に及ぼす影響を調べた。吸引流速を６８ｍ／ｓ、ノズルユニットの基板対向面とウェーハとの隙間距離を２ｍｍ、ノズルユニットの移動速度を０．０３ｍ／ｓにそれぞれ設定した。図５に評価値とＮ_２ガス供給流量の関係を示す。

図５から、Ｎ_２ガス供給流量が５００Ｌ／ｍｉｎ／ｍ以下では、評価値が1以下になっており、許容できるＮ_２ガス供給流量範囲であり、Ｎ_２ガス供給流量を上げると、評価値は急激に大きくなって、ウォーターマークが発生しやすくなることが判る。これは、乾燥ガス供給ノズルの供給口近傍での乾燥ガス（Ｎ_２ガス）の流速が吸引流速と同程度の大きさになると、乾燥ガス（Ｎ_２ガス）の流れがノズルユニットの基板対向面とウェーハとの間の気体の流れに大きく影響を与え、ウェーハ表面の液膜先端と高速気流との気液界面が乱されて、ウォーターマークの発生を促進してしまうからであると考えられる。

Ｎ_２ガス供給流量が低い領域での評価値とＮ_２ガス供給流量の関係を図６に示す。図６から、Ｎ_２ガス供給流量が３５０Ｌ／ｍｉｎ／ｍ以下の低流量領域では、評価値が１以下になっているが、Ｎ_２ガスを供給しない０流量に比べて、乾燥ガス供給ノズルの供給口からＮ_２ガスを吹き付けた方が、ウォーターマークの発生を更に抑制する効果が見られることが判る。これは、ノズルユニットの基板対向面とウェーハとの間の気体の流れに影響を与えない程度にＮ_２ガスを供給することで、ノズルユニットの基板対向面とウェーハとの間の隙間における雰囲気の湿度を調整して、ウェーハ表面に残留した微細な液滴の蒸発促進できるためであると考えられる。

乾燥ガスとしてドライエアを使用し、供給口近傍ガス雰囲気の相対湿度範囲を５〜５０％に調整して、その相対湿度が評価値に及ぼす影響を調べた。ドライエア供給流量を１００Ｌ／ｍｉｎ／ｍ、吸引流速を６０ｍ／ｓ、ノズルユニットの基板対向面とウェーハとの隙間距離を２ｍｍ、ノズルユニットの移動速度を０．０３ｍ／ｓにそれぞれ設定した。図７に評価値と供給口近傍ガス雰囲気の相対湿度の関係を示す。

図７から、供給口近傍ガス雰囲気の相対湿度が約３４％を超えると、評価値が1以上となって許容範囲を超えるが、供給口近傍ガス雰囲気の相対湿度を約３４％以下に下げると、評価値は１以下となって、ウォーターマークの発生が抑制されることが判る。これは、ノズルユニットの基板対向面とウェーハとの間の隙間に供給されるドライエアと吸引による高速気流が混合し、前記隙間の雰囲気の相対湿度が下げられ、ウェーハの表面に残留した微細な液滴の蒸発が促進されたことによると考えられる。

ウェーハを固定し、ノズルユニットの移動速度を０．０１〜０．０５ｍ／ｓに調整して、ノズルユニットとウェーハの相対速度が評価値に及ぼす影響を調べた。乾燥ガスとして、乾燥ガスの供給口近傍雰囲気の相対湿度が約４０％となる相対湿度を有するＮ_２ガスを使用し、Ｎ_２ガス供給流量を１００Ｌ／ｍｉｎ／ｍに設定した。また、吸引流速を６０ｍ／ｓ、ノズルユニットの基板対向面とウェーハとの隙間距離を２ｍｍにそれぞれ設定した。図８に評価値と相対速度の関係を示す。

図８から、ノズルユニットとウェーハとの相対速度が０．０２ｍ／ｓ以上では、評価値が１以下の許容範囲になっており、特に、ノズルユニットとウェーハとの相対速度が０．０３ｍ／ｓ近傍では評価値が最も低いことが判る。この程度の相対速度で３００ｍｍウェーハを乾燥処理すると、１枚のウェーハの乾燥に要する時間は僅か１０秒である。

ノズルユニットの基板対向面とウェーハとの隙間距離を１〜４ｍｍに調整して、該隙間距離が評価値に及ぼす影響を調べた。乾燥ガスとして、乾燥ガスの供給口近傍雰囲気の相対湿度が約４０％となる相対湿度を有するＮ_２ガスを使用し、Ｎ_２ガス供給流量を１００Ｌ／ｍｉｎ／ｍに設定した。また、吸引流速を６０ｍ／ｓ、ノズルユニットの移動速度を０．０３m／ｓにそれぞれ設定した。図９に評価値と隙間距離の関係を示す。

この吸引流量（最適流量ではない）では、隙間距離２．５ｍｍ以下での評価値が１以上となることが判る。なお、隙間距離５ｍｍでは、液膜が完全に吸引されず、目視レベルの液膜が残って測定不能となった。

図１０は、図１に示す研磨ユニットにおける他の表面側ノズルユニット１６ａを示す。この表面側ノズルユニット１６ａの図１乃至図３に示す表面側ノズルユニット１６と異なる点は、本体部２０の内部の気液吸引ノズル２８と乾燥ガス供給ノズル４４で挟まれた位置、つまり表面側ノズルユニット１６ａの搬送方向（Ｘ方向）に沿って、気液吸引ノズル２８の後方で、乾燥ガス供給ノズル４４の前方位置に、上下に貫通して延びて本体部２０の基板対向面２０ａで開口する液体供給ノズル７０を設け、この液体供給ノズル７０と液体供給ユニット７２とを液体供給ライン７４で結び、この液体供給ライン７４に液体流量調整バルブ７６を介装した点にある。この液体供給ノズル７０から基板Ｗの表面に向けて超純水等の液体が供給され、この供給される液体の流量は、液体供給ユニット７２及び液体流量調整バルブ７６で調整される。

この例によれば、表面側ノズルユニッ１６ａをＸ方向に水平移動させながら、気液吸引ノズル２８で基板Ｗの表面の液体、特に液膜４０を吸引し、同時に乾燥ガス供給ノズル４４から乾燥ガスを供給して、基板Ｗの表面を乾燥させる時、図１０に示すように、本体部２０の基板対向面２０ａの液体供給ノズル７０の供給口と気液吸引ノズル２８の吸引口で挟まれた領域を供給液体７８ａが流れるように、液体供給ノズル７０から基板Ｗに向けて液体を供給する。これにより、本体部２０の基板対向面２０ａの液体供給ノズル７０の供給口と気液吸引ノズル２８の吸引口で挟まれた領域に跳ね返って残留する液体を、液体供給ノズル７０から供給される供給液体７８ａで洗い流して除去し、前記領域に残存する液体が基板Ｗの表面に再付着してしまうことを防止することができる。

基板Ｗと表面側ノズルユニット１６ａの基板対向面２０ａとの隙間の吸引流速を１６ｍ／ｓ、乾燥ガス供給流量を１００Ｌ／ｍｉｎ／ｍ、基板Ｗと表面側ノズルユニット１６ａ０の基板対向面２０ａとの隙間距離を１ｍｍ、表面側ノズルユニット１６ａの移動速度を０．０１ｍ／ｓにそれそれぞれ設定し、液体供給ノズル７０から１２Ｌ／ｍｉｎ／ｍの流量で液体を供給しながら基板Ｗの表面を乾燥させた時、基板Ｗの表面に目視による残留液体が観察されなかったことが確かめられている。

なお、図１１に示すように、液体供給ノズル７０から基板Ｗに向けて供給される供給液体７８ｂが基板Ｗの表面に達しながら、本体部２０の基板対向面２０ａの液体供給ノズル７０の供給口と気液吸引ノズル２８の吸引口で挟まれた領域を流れるようにしてもよい。これにより、本体部２０の基板対向面２０ａの液体供給ノズル７０の供給口と気液吸引ノズル２８の吸引口で挟まれた領域に跳ね返って残留する液体や、該領域に対向する基板Ｗの表面の領域に残留する液滴を液体供給ノズル７０から供給される供給液体７８ｂで洗い流して除去することができる。

基板Ｗと表面側ノズルユニット１６ａの基板対向面２０ａとの隙間の吸引流速を９０ｍ／ｓ、乾燥ガス供給流量を１００Ｌ／ｍｉｎ／ｍ、基板Ｗと表面側ノズルユニット１６ａの基板対向面２０ａとの隙間距離を２ｍｍ、表面側ノズルユニット１６ａの移動速度を０．０３ｍ／ｓにそれそれぞれ設定し、液体供給ノズル７０から６Ｌ／ｍｉｎ／ｍの流量で液体を供給しながら基板Ｗの表面を乾燥させた時、液体供給ノズル７０から液体を供給することなく基板Ｗの表面を乾燥させた時に比べて、前述のデフェクト数を約３６％に減少できることが確かめられている。

図１２は、本発明の実施形態の研磨ユニットにおける表面側ノズルユニット１６ｂを示す。この表面側ノズルユニット１６ｂの図１乃至図３に示す表面側ノズルユニット１６と異なる点は、本体部２０の内部の、表面側ノズルユニット１６ｂの搬送方向（Ｘ方向）に沿った乾燥ガス供給ノズル４４の後方位置に、上下に貫通して延びて本体部２０の基板対向面２０ａで開口する有機溶剤供給ノズル８０を設け、この有機溶剤供給ノズル８０と有機溶剤供給ユニット８２とを有機溶剤供給ライン８４で結び、この有機溶剤供給ライン８４に有機溶剤流量調整バルブ８６を介装した点にある。この有機溶剤供給ノズル８０から、基板Ｗの表面に向けて、蒸気または液体の水溶性有機溶剤が供給され、この供給される水溶性有機溶剤の流量は、有機溶剤供給ユニット８２及び有機溶剤流量調整バルブ８６で調整される。

なお、この例では、表面側ノズルユニット１６ｂの搬送方向（Ｘ方向）に沿った乾燥ガス供給ノズル４４の後方位置に有機溶剤供給ノズル８０を設けているが、表面側ノズルユニット１６ｂの搬送方向（Ｘ方向）に沿った、気液吸引ノズル２８と乾燥ガス供給ノズル４４との中間位置に有機溶剤供給ノズル８０を設けるようにしてもよい。

有機溶剤供給ノズル８０は、基板対向面２０ａから移動方向（Ｘ方向）後方に向かって上方に傾斜して延びる傾斜部８０ａと該傾斜部８０ａに連通して鉛直方向に延びる鉛直部８０ｂを有しており、有機溶剤供給ノズル８０の傾斜部８０ａの基板Ｗの表面に対する傾斜角αは、例えば４５〜９０°に設定されている。

このように、乾燥ガス供給ノズル４４の基板Ｗに対する移動方向（Ｘ方向）後方で、基板Ｗの表面に向けて、有機溶剤供給ノズル８０から、蒸気または液体の水溶性有機溶剤を供給することで、たとえ基板Ｗの表面に微小液滴が残っても、基板Ｗの表面に残った微小液滴に水溶性有機溶剤を溶解させ微小液滴の蒸発速度を促進させて、ウォーターマークが形成されることを防止しつつ、基板Ｗを乾燥させることができる。しかも水溶性有機溶剤は、基板Ｗの表面に残った微小水滴に溶解させるだけの量で充分なため、水溶性有機溶剤の使用量を大幅に削減することができる。

また、有機溶剤供給ノズル８０の傾斜部８０ａの基板Ｗの表面に対する傾斜角αを、例えば４５〜９０°に設定することにより、基板Ｗの表面に残った液滴の蒸発速度が速まることが確かめられている。

有機溶供給ユニット８２や有機溶剤供給ライン８４等には、例えばステンレス、硬質ガラスまたはフッ素樹脂等、有機溶剤に対して不活性な材料製の容器や管等が用いられる。有機溶剤供給ユニット８２を構成する容器内に、先端を容器内の有機溶剤内に浸漬させて、外部に通じる管を導入し、この管に不活性ガスを通じさせることで、有機溶剤の蒸気を発生させることができる。このように、有機溶剤の蒸気を発生させる際、微細孔を有するバブラーなどの気泡発生装置を管の先端に取り付けることで、より多くの有機溶剤蒸気を発生させることができる。有機溶剤供給ユニット８２内で発生した有機溶剤蒸気は、容器や管中を流れる不活性ガスにより基板の表面まで輸送される。

有機溶剤の状態は液状でも蒸気であっても良い。また、有機溶剤の蒸気圧は温度上昇とともに指数関数的に増加するため、蒸気濃度を制御したいときは容器や管を恒温装置などで恒温制御することが望ましい。
基板上の液滴を速やかに蒸発乾燥させる水溶性有機溶剤としては、純水等の液体と混合しやすく且つ液体よりも蒸発速度が速いものが使用される。純水等の液体との混合が容易であること、および蒸発速度が速いことの指標としては、有機溶剤の物性値として、溶解度パラメータ（以下ＳＰ値）及び蒸気圧または沸点を利用することができる。ここで溶解度パラメータとは、２種以上の溶液同士の溶解度の目安となる値で、溶液成分のＳＰ値の差が小さいほど溶解度が大となることが経験的に知られている。

水溶性に関して、水の溶解度パラメータが２３．４３（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２なので、この値に近いほど水に溶解（水と相溶）することとなる。例えば１価アルコール類の中で水溶性を示すアルコールのＳＰ値を例示すると、炭素数の少ない順に、メタノール（１３．７７）、エタノール（１２．５７）、１−プロパノール（１１．８４）、２−プロパノール（１１．５８）、１−ブタノール（１１．３２）がある。１価アルコールの場合は保有する炭素数が増えるほど、換言すれば疎水性であるアルキル基が増えるほど、水に対する溶解性も劣ることが知られており、例えば非水溶性のｎ−ヘキサノールは炭素数が６個でＳＰ値は１０．７であり、結果的には水のＳＰ値２３．４３との差も大きい。このように有機溶剤のＳＰ値を知ることで、使用に適当な水溶性有機溶剤を選択できる。このような水溶性有機溶剤としては、前述のアルコールのような酸素含有化合物以外にも窒素含有化合物、硫黄含有化合物、及び酸素含有化合物が挙げられる。

酸素含有化合物としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール及びフルフリルアルコール等のアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、クロロプロパンジオール、ブタンジオール、ペンタンジオール及びヘキシレングリコール等の多価アルコール類、エチレングリコールジグリシジルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールモノアセタート、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル及びエチレングリコールモノブチルエーテル等の多価アルコールの誘導体、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロピラン及びテトラヒドロフラン等のエーテル類、アセタール類、アセトン、ジアセトンアルコール及びメチルエチルケトン等のケトン類、アセトアルデヒド等のアルデヒド類、及びブチロラクトン等のエステル類等が挙げられる。

窒素含有化合物としては、例えば、メチルアミン、ジメチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、アリルアミン、ブチルアミン、ジエチルアミン、アミルアミン、シクロヘキシルアミン、2‐エチルヘキシルアミン、プロパノールアミン、N‐エチルエタノールアミン、N‐ブチルエタノールアミン及びトリエタノールアミン等のアミン類、エチレンジアミン、プロピレンジアミン及びN，N，N’，N’‐テトラメチルエチレンジアミン等のジアミン類、及びテトラメチルアンモニウムオキサイド等が挙げられる。

硫黄含有化合物としては、例えば、ジメチルスルホキシド及びスルホラン等が挙げられる。

有機溶剤は、前述のように水溶性であることと同時に、純水等の液体の蒸発を促進する揮発性を有している必要がある。従って、その指標としては、有機溶剤の蒸気圧を用いることが適当であり、水の蒸気圧２．３ｋＰａ（２０℃）よりも大きければ水の蒸発を促進することができる。例えばこの２０℃での蒸気圧を１価アルコール類の一部を例に示すと、メタノール（１２．３ｋＰａ）、エタノール（５．９ｋＰａ）及び２−プロパノール（４．４ｋＰａ）であり、これらはいずれも水の蒸発を促進することが可能である。

以上のように、溶解度パラメータおよび蒸気圧の２つの条件を満たす有機溶剤としては、例えば１価アルコール類であるメタノール、エタノール及び２−プロパノールが挙げられる。

有機溶剤は、単独に限らず複数種を混合して用いても良い。複数種を混合して用いる場合は、種類のみを水溶性有機溶剤にすれば良く、その他の有機溶剤は水には溶解しなくとも水溶性有機溶剤には溶解することが好ましい。この場合の有機溶剤として、例えばハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）などの蒸気圧の高い有機溶剤を用いることが好ましい。

水溶性有機溶剤として、引火性を有するものを使用した場合には、その蒸気濃度を制御することは非常に重要である。例えば水溶性有機溶剤として、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）が好ましく用いられるが、このように、水溶性有機溶剤として、ＩＰＡを用いた場合、ＩＰＡの下部引火点が約１２℃であり、このときの飽和蒸気圧濃度は、飽和蒸気圧と温度の関係式より約２．２％と求まる。従って、安全上の理由から、ＩＰＡを使用する場合は２．２％未満の濃度で使用することが好ましい。

また、液滴が基板表面から蒸発する場合に蒸発潜熱により基板が冷却されて基板上に水蒸気が結露する恐れがある。このため、このような結露の恐れがある場合には、予め暖めた不活性ガスを使用したり、基板を直接暖めたりするなどの手段を別途設けて、基板が露点以下にならないようにすることが好ましい。

ここで、有機溶剤蒸気で基板表面の液滴を速やかに蒸発させて基板を乾燥させるためには、有機溶剤蒸気を効率的に基板上の液滴に供給する必要がある。基板上の液滴の全面に有機溶剤蒸気が接触すれば、有機溶剤の溶解速度も上昇し、続く液滴の蒸発も速やかに起きる。そこで、有機溶剤供給口から供給される有機溶剤蒸気の噴射方向と基板表面とのなす角度、換言すれば、図１２に示す有機溶剤供給ノズル８０の傾斜部８０ａの基板表面に対する傾斜角αが１０〜９０°になるように変更させて、基板上に水滴を乾燥させたときの該角度と蒸発速度の関係を調べた。

つまり、表面にＬｏｗ−ｋ材（ＢＤ１：膜厚10,000Å）を成膜したＳｉ基板（試料）を用意し、精密天秤上に載せた試料（Ｓｉ基板）上に純水よりなる水滴をピペットで０．０２ｍｌ滴下し、その水滴に向けてＩＰＡ蒸気を噴射して、試料の重量変化により水滴の乾燥速度を求めた。ＩＰＡ蒸気として、ＳＵＳ容器中に満たしたＩＰＡ原液中に、ＰＦＡチューブの先端に設けたガラス多孔質体を通して、窒素ガスをバブリングさせて発生させたものを使用して試料まで輸送した。この時、窒素ガスの流量が２Ｌ／ｍｉｎ、ＳＵＳ容器中のＩＰＡ蒸気が約２３℃になるように調整した。供給口付近のＩＰＡ濃度は、ガス検知管で測定した結果、ＩＰＡ下部引火点の飽和蒸気圧濃度未満の２．１％になっていた。

この時の結果を図１３に示す。この図１３から、乾燥装置の有機溶剤供給口から供給されるＩＰＡ蒸気の噴射方向と基板の成す角度、換言すれば、図１２に示す有機溶剤供給ノズル８０の傾斜部８０ａの基板表面に対する傾斜角αを４５°以上とすることで、水滴の蒸発速度が急増することが判り、ＩＰＡの蒸発速度促進の効果が見られた。この時、ウォーターマークは確認されなかった。

図１４及び図１５は、他の乾燥ユニットに適用した基板処理装置１０ａを示す。この例の乾燥ユニット（基板処理装置）１０ａの図１乃至図３に示す乾燥ユニット１０と異なる点は、以下の通りである。すなわち、内部に気液吸引ノズル２８及び乾燥ガス供給ノズル４４をそれぞれ設けた一対の本体部９０ａ，９０ｂを直線状に連結して表面側ノズルユニット１６ｃを構成している。更に、本体部９０ａ，９０ｂの連結部側の一端に連結した水平方向に伸縮自在な中央伸縮体９２と本体部９０ａ，９０ｂの他端にそれぞれ連結した水平方向に伸縮自在な側部伸縮体９４で、表面側ノズルユニット１６ｃを移動方向（Ｘ方向）に平行移動させる移動機構９６を構成している。この中央伸縮体９２の移動速度（伸縮速度）は、側部伸縮体９４の移動速度（伸縮速度）よりも速く設定されている。なお、この例では、裏面側ノズルユニットは備えられていない。

この例にあっては、移動機構９６の中央伸縮体９２及び側部伸縮体９４を伸展させて表面側ノズルユニッ１６ｃをＸ方向に水平移動させながら、気液吸引ノズル２８で基板Ｗの表面の液体を吸引し、同時に乾燥ガス供給ノズル４４から乾燥ガスを供給して、基板Ｗの表面を乾燥させるのであり、この時、中央伸縮体９２の移動速度（伸展速度）を側部伸縮体９４の移動速度（伸展速度）よりも速くすることで、基板Ｗの全表面をより均等な速度で乾燥させることができる。

図１６は、乾燥ユニット（基板処理装置）を備えた研磨装置を示す。図１６に示すように、この研磨装置は、基板を搬入・搬出するロード・アンロード部１００、基板表面を研磨して平坦化する研磨部１０２、研磨後の基板を洗浄する洗浄部１０４及び基板を搬送する基板搬送部１０６を備えている。ロード・アンロード部１００は、半導体ウェーハ等の基板をストックする複数（図示では３個）の基板カセットを載置するフロントロード部１０８と、第１搬送ロボット１１０を備えている。

研磨部１０２には、この例では、４つの研磨ユニット１１２が備えられ、基板搬送部１０６は、互いに隣接した２つの研磨ユニット１０８間で基板の搬送を行う第１リニアトランスポータ１１４ａ及び第２トランスポータ１１４ｂから構成されている。洗浄部１０４は、例えばロールブラシ方式を採用して粗洗浄を行う２つの洗浄ユニット１１６ａ，１１６ｂ、スピンドライ方式を採用して仕上げ洗浄を行う洗浄ユニット１１８及び乾燥ユニット１２０を有している。更に、第１リニアトランスポータ１１４ａ、第２トランスポータ１１４ｂ及び洗浄部１０４の間に位置して第２搬送ロボット１２２が配置されている。

この例では、乾燥ユニット１２０として、前述の図１乃至図３に示す乾燥ユニット１０が使用され、研磨し洗浄した後の基板を、乾燥ユニット１２０（１０）で乾燥させるようにしている。なお、図１乃至図３に示す乾燥ユニット１０の代りに、図１４及び図１５に示す乾燥ユニット１０ａを使用しても良い。

この研磨装置にあっては、フロントロード部１０８に搭載された基板カセットから第１搬送ロボット１１０で取り出された基板は、第１リニアトランスポータ１１４ａ、または第１リニアトランスポータ１１４ａ及び第２リニアトランスポータ１１４ｂを介して、研磨部１０２の少なくとも１つの研磨ユニット１１２に搬送される。そして、研磨ユニット１１２で研磨された基板は、第２搬送ロボット１２２で洗浄部１０４に搬送され、洗浄部１０４の洗浄ユニット１１６ａ，１１６ｂ及び洗浄ユニット１１８で順次洗浄され、乾燥ユニット１２０で乾燥された後、第１搬送ロボット１１０でフロントロード部１０８に搭載された基板カセットに戻される。

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

１０，１０ａ 乾燥ユニット（基板処理装置）
１２ クランパ
１４ 基板ホルダ
１６，１６ａ、１６ｂ，１６ｃ 表面側ノズルユニット
１８ 裏面側ノズルユニット
２０，６０，９０ａ，９０ｂ 本体部
２０ａ 基板対向面
２４，６４ 走行体
２６，６２，９６ 移動機構
２８ 気液吸引ノズル
３０ 吸引ライン
３２ ブロア
３４ 気液分離器
３６ 吸引流量調整バルブ
４０ 液膜
４２ 液滴
４４ 乾燥ガス供給ノズル
４６ ガス供給ライン
４８ ガス供給ユニット
５０ ガス供給流量調整バルブ
５２ 残留液滴
５４，６８ 液補充ノズル
７０ 液体供給ノズル
７２ 液体供給ユニット
７４ 液体供給ライン
７６ 液体流量調整バルブ
７８ａ，７８ｂ 供給流体
８０ 有機溶剤供給ノズル
８２ 有機溶剤供給ユニット
８４ 有機溶剤供給ライン
８６ 有機溶剤流量調整バルブ
９２ 中央伸縮体
９４ 側部伸縮体
Ｈ 隙間距離

Claims (10)

1. 液体で濡れた基板表面を乾燥させる基板処理方法であって、
   基板に対する移動方向前方に位置する気液吸引ノズルと、一方が基板に対する移動方向後方に位置し、他方が更に後方に位置する乾燥ガス供給ノズル及び有機溶剤液体ノズルとを、基板表面に対向させつつ、基板と平行に一体的に相対移動させながら、
   基板表面の液体を該表面から剥離させつつ近傍の気体と共に前記気液吸引ノズルで吸引し、
   基板表面の前記液体を剥離させた領域に向けて前記乾燥ガス供給ノズルから乾燥ガスを吹き付け、
   前記気液吸引ノズルの基板に対する移動方向後方で基板表面に向けて前記有機溶剤供給ノズルから水溶性有機溶剤を供給することを特徴とする基板処理方法。
2. 前記気液吸引ノズル、前記乾燥ガス供給ノズル及び前記有機溶剤液体ノズルの基板に対する相対移動速度は、０．０１〜０．０７ｍ／ｓであることを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
3. 前記水溶性有機溶剤はイソプロピルアルコールであることを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理方法。
4. 前記気液吸引ノズルの吸引口と基板表面との隙間距離は、１〜４ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理方法。
5. 気体が平均流速６０〜１４０ｍ／ｓで基板表面に沿って流れて、前記気液吸引ノズルに吸引されるように吸引流量を調整すること特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の基板処理方法。
6. 前記乾燥ガスは不活性ガスであり、該乾燥ガスの相対湿度は外部雰囲気の相対湿度以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板処理方法。
7. 前記気液吸引ノズルの基板に対する移動方向前方で、基板表面に基板表面の液体と同質の液体を補充することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の基板処理方法。
8. 液体で濡れた基板表面を乾燥させる基板処理装置であって、
   基板表面に対向する位置に配置され基板表面の液体を該表面から剥離させつつ近傍の気体と共に吸引する気液吸引ノズルと、
   前記基板表面の液体を剥離させた領域に向けて乾燥ガスを吹き付ける乾燥ガス供給ノズルと、
   前記気液吸引ノズルの基板に対する移動方向後方で基板表面に水溶性有機溶剤を供給する有機溶剤供給ノズルと、
   前記気液吸引ノズル、前記乾燥ガス供給ノズル及び前記有機溶剤供給ノズルを有するノズルユニットと、
   基板に対する移動方向前方に気液吸引ノズルを、基板に対する移動方向後方に乾燥ガス供給ノズル及び前記有機溶剤供給ノズルをそれぞれ位置させつつ、前記ノズルユニットを基板と互いに平行に相対移動させる移動機構を有することを特徴とする基板処理装置。
9. 前記移動機構は、基板との相対移動速度が０．０１〜０．０７ｍ／ｓとなるように前記ノズルユニットを移動させることを特徴とする請求項８に記載の基板処理装置。
10. 前記気液吸引ノズルの基板に対する移動方向前方で、基板表面に基板表面の液体と同質の液体を補充する液体補充ノズルを更に有することを特徴とする請求項８または９に記載の基板処理装置。

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