TWI459441B - 基板處理方法及基板處理裝置 - Google Patents

Description

基板處理方法及基板處理裝置

本發明係關於一種將導體晶圓、光罩用玻璃基板、液晶顯示用玻璃基板、電漿顯示用玻璃基板、光碟用基板等各種基板之表面所附著之微粒等污染物質除去的基板處理方法及基板處理裝置。

自先前以來，作為用以除去附著於基板表面之微粒等污染物質之處理之一已知有凍結清洗技術。於該技術中，在使形成於基板表面之液膜凍結之後，藉由融解並除去該凍結膜而自基板表面將微粒等與凍結膜一併除去。例如，於日本專利特開2008-071875號公報所記載之技術中，在將作為清洗液之DIW(脫離子水：deionized water)供給至基板表面而形成液膜之後，藉由使噴出冷卻氣體之噴嘴自基板之中央部向外緣部掃描而使液膜凍結，再次供給DIW融解除去凍結膜，藉此進行自基板表面之微粒之除去。

本申請發明者等人進行各種實驗，結果發現凍結膜之溫度與微粒除去率之間存在一定之相關性。其為藉由不僅使液膜凍結進而使凍結膜之溫度降低，可使微粒除去率進一步提高。因此，謀求凍結膜之溫度降低對於使微粒除去率提高之方面而言有利，因此不斷探究冷卻氣體之溫度降低等液膜冷卻條件之改良。

然而，於日本專利特開2008-071875號公報所記載之裝置中，因如上所述使噴嘴自基板之中央部向外緣部掃描，故與基板之中央部相比而言外緣附近之每單位面積上冷卻氣體之供給時間較短，從而與基板之中央部相比外緣附近之凍結膜之溫度不會下降。因此，凍結膜之溫度於基板之中央部與外緣附近變得不均勻，其結果，產生了除去率之面內均勻性受損之問題。

因此，為了消除此種問題，可考慮例如抑制於外緣附近之噴嘴移動速度從而延長使外緣附近冷卻之時間。然而，時間延長使得基板之凍結清洗處理所需之總時間變長，會招致處理量之下降。

本發明係鑒於上述課題而完成者，其目的在於提供一種於將附著於基板表面之微粒等污染物質除去之基板處理方法及基板處理裝置中，可不招致處理量之下降，並且以優異之面內均勻性除去微粒等之技術。

為了達成上述目的，本發明之基板處理方法之特徵在於包括：凝固步驟，其係一面使表面附著有凝固對象液之基板保持為大致水平而繞鉛垂軸旋轉，一面將凝固點低於凝固對象液之冷卻用氣體自噴嘴供給至基板之表面使凝固對象液凝固；及融解步驟，其係融解並除去藉由凝固步驟而凝固之凝固對象液；且凝固步驟包括：初始凝固步驟，其係藉由自配置於自基板之旋轉中心向基板之外緣側遠離之初始位置之上方的噴嘴將冷卻用氣體供給至初始位置，使自初始位置連接至基板之旋轉中心之初始區域之凝固對象液凝固；及噴嘴移動步驟，其於初始凝固步驟後，一面自噴嘴供給冷卻用氣體一面使噴嘴相對移動至基板之外緣側。

又，為了達成上述目的，本發明之基板處理裝置之特徵在於包括：基板保持機構，其將表面附著有凝固對象液之基板保持為大致水平；旋轉機構，其使由基板保持機構保持之基板繞鉛垂軸旋轉；冷卻用氣體供給機構，其具有於由基板保持機構保持之基板之表面之上方沿著基板之表面自由地相對移動之噴嘴，將凝固點低於凝固對象液之冷卻用氣體自噴嘴供給至基板之表面；及移動機構，其使噴嘴沿著基板之表面相對移動；且移動機構在將噴嘴配置於自基板之旋轉中心向基板之外緣側遠離之初始位置之上方之後，使噴嘴相對移動至基板之外緣側；冷卻用氣體供給機構於噴嘴自初始位置之上方向基板之外緣側之相對移動開始前，自配置於初始位置之上方之噴嘴供給冷卻用氣體而使自初始位置連接至基板之旋轉中心之初始區域之凝固對象液凝固，於噴嘴向基板之外緣側之相對移動開始後，自噴嘴供給冷卻用氣體而使初始區域以外之凝固對象液凝固。

於以此方式構成之發明(基板處理方法及基板處理裝置)中，冷卻用氣體自配置於自基板之旋轉中心向基板之外緣側遠離之初始位置之上方的噴嘴供給至初始位置。從而若將冷卻用氣體供給至基板之初始位置，則冷卻用氣體以初始位置為中心沿著基板表面擴散，其一部分甚至亦到達基板之旋轉中心。其結果，附著於自初始位置連接至基板之旋轉中心之初始區域之凝固對象液凝固。而且，若其後噴嘴一面供給冷卻用氣體一面相對移動至基板之外緣側，則凝固範圍自初始區域向基板之外緣側擴展，凝固附著於基板表面之所有凝固對象液。由此藉由將自噴嘴最初供給冷卻用氣體之位置設定於基板之旋轉中心之外緣側可使凝固之凝固對象液之溫度於基板之表面整體上均勻化，從而可提高除去率之面內均勻性。又，因使噴嘴移動之範圍與先前技術相比而言縮小，故噴嘴移動所需之時間縮短處理量提高。

此處，若僅自縮小使噴嘴移動之範圍之觀點考慮，則較理想的是使初始位置靠近基板之外緣側，但若使初始位置過於靠近基板之外緣側，則難以藉由最初之冷卻用氣體之供給使基板之旋轉中心之凝固對象液凝固。因此，如下述實驗結果所示於基板之旋轉中心附近凝固自外緣側向旋轉中心側推進，凝固對象液之溫度於基板之表面整體上未均勻化，除去率之面內均勻性受損。因此，較理想的是將初始位置設定於可藉由自配置於初始位置之上方之噴嘴供給之冷卻用氣體凝固附著於上述初始區域之凝固對象液之範圍內，例如基板之旋轉中心與基板之外緣之中間的靠近基板之旋轉中心處。

又，相反地，若使初始位置過於靠近基板之旋轉中心，則與先前技術同樣地，旋轉中心之溫度過度降低而產生基板表面內之到達溫度之不均勻化並且噴嘴移動範圍擴大，難以謀求處理量之提高。因此，關於自基板之旋轉中心至初始位置之距離，較理想的是設定為自噴嘴之前端部噴出冷卻用氣體之氣體噴出口之口徑的一半以上。

又，因難以從剛自配置於初始位置之上方之噴嘴將冷卻用氣體供給至初始位置後使初始區域之凝固對象液立即凝固，故較理想的是於自冷卻用氣體向初始位置之供給起算經過第1時間之後，開始噴嘴之相對移動。又，藉由構成為於噴嘴向基板之外緣附近之上方之移動完成後經過第2時間而停止冷卻用氣體之供給，可使於基板之外緣附近凝固之凝固對象液之到達溫度充分地降低。藉此，可進而提高基板表面整體上之凝固對象液之溫度均勻性，進而提高除去率之面內均勻性。

根據本發明，自配置於自基板之旋轉中心向基板之外緣側遠離之初始位置之上方的噴嘴將冷卻用氣體供給至初始位置，藉此於凝固附著於初始區域之凝固對象液之後使噴嘴相對移動至基板之外緣側使附著於基板之表面之所有凝固對象液凝固，故而可不招致處理量之下降地，使凝固之凝固對象液之到達溫度均勻化，從而可以優異之面內均勻性除去微粒等。

<液膜之溫度與微粒除去效率之關係>

於先前之凍結清洗技術中雖使液膜凍結，但對於凍結後之液膜溫度並未太作考慮。然而，根據使用藉由DIW(凝固對象液)形成之液膜之本申請發明者等人進行之實驗，明瞭的是：如圖1所示，不僅要使液膜凍結，而且凍結後之液膜之到達溫度越低微粒除去效率越高。再者，此處，將凍結前之液膜之溫度及該液膜凍結而成之凝固體之溫度統稱為「液膜之溫度」。

圖1係表示所謂凍結清洗技術中之液膜之溫度與微粒除去效率之關係之圖表，具體地，表示有藉由以下實驗所得之結果。於該實驗中，選擇裸狀態(完全未形成有圖案之狀態)之Si晶圓(晶圓直徑：300 mm)作為基板之代表例。又，以Si屑(粒徑：0.08 μm以上)作為微粒對基板表面受其污染之情形進行評價。

首先，使用單片式基板處理裝置(大日本網屏製造公司：Dainippon Screen Mfg. Co.,Ltd.製造，旋轉處理器：spin processor SS-3000)強制性地使晶圓污染。具體而言，一面使晶圓旋轉，一面自與晶圓對向配置之噴嘴將使微粒(Si屑)分散之分散液供給至晶圓。此處，以附著於晶圓表面之微粒數變為約10,000個之方式，適當調整分散液之液量、晶圓轉數及處理時間。其後，測量附著於晶圓表面之微粒數(初始值)。再者，微粒數之測量係使用KLA-Tencor公司製造之晶圓檢測裝置SP1，除去自晶圓之外周至3 mm為止之周緣區域(切邊)而對殘餘之區域進行評價。

其次，對各晶圓進行以下之清洗處理。首先，向以150 rpm旋轉之晶圓，噴出溫度調整至0.5℃之DIW 6秒鐘而使晶圓冷卻。其後，停止DIW之噴出維持該轉數2秒鐘，甩去剩餘之DIW形成液膜。於液膜形成後，將晶圓轉數減慢至50 rpm，一面維持該轉數一面藉由掃描噴嘴將溫度為-190℃之氮氣以流量90[L/min]對晶圓表面噴出。噴嘴之掃描係使其在20秒內往復於晶圓之中心與晶圓之端部而進行。圖1之黑色方塊對應於掃描次數，圖1中以自左掃描1次、2次之順序表示有掃描至5次為止之結果。由此，藉由變更掃描次數變更液膜之凍結後之溫度。

於上述冷卻結束之後，將晶圓之轉數設定為2000 rpm，於以4.0[L/min]之流量噴出溫度調整至80℃之DIW 2秒鐘之後，將晶圓之轉數設定為500 rpm，以1.5[L/min]之流量供給常溫之DIW 30秒鐘作為沖洗液，進行晶圓之沖洗處理。其後高速旋轉晶圓進行旋轉乾燥。

如此，測量附著於已實施一系列清洗處理之晶圓表面之微粒數。然後，藉由將凍結清洗後之微粒數與之前測量之初始(凍結清洗處理前)之微粒數進行對比算出除去率。將如上所得之資料圖表化即為圖1所示之圖表。

由圖1明瞭：不僅要使液膜凍結，而且凍結後之液膜之到達溫度越低微粒除去效率越高。即，於藉由冷卻氣體使基板上之DIW液膜凍結之後，進而使凍結之液膜(凝固體)冷卻使最終到達溫度降低，藉此可提高清洗效果。又，為了確保微粒除去效率之面內均勻性，重要的是構成為於晶圓之中央部及外緣附近凍結後之液膜之到達溫度大致相等。

此處，藉由反覆如上述實驗中所進行般使其往復於晶圓之中心與晶圓之端部之掃描動作可使液膜整體冷卻至均勻之到達溫度，但因掃描動作之反覆會招致處理量之下降，故例如日本專利特開2008-071875號公報所記載通常必須以1次掃描動作使液膜凍結。即，要求以1次掃描動作於短時間內形成均勻之到達溫度之凝固體。因此，於以下之實施形態中，在最初將噴嘴配置於晶圓之旋轉中心之上方之外緣側使一定區域之凝固對象液凝固之後，藉由使噴嘴相對移動至外緣側凝固範圍自晶圓之中心朝向外部擴展從而達成上述目的。以下，一面參照圖式一面對實施形態進行詳細敍述。

<實施形態>

圖2係表示本發明之基板處理裝置之一實施形態之圖。又，圖3係表示圖2之基板處理裝置中之氮氣及DIW之供給態樣之圖。進而，圖4係表示圖2之基板處理裝置中之臂之動作態樣之圖。該裝置係可實行用以除去附著於半導體晶圓等基板W之表面Wf之微粒等污染物質之基板清洗處理的單片式基板處理裝置。更具體而言，係對形成有微細圖案之基板表面Wf實行如下所述之凍結清洗處理之基板處理裝置：在於該表面Wf形成液膜使其凍結而形成凝固膜(凝固體)之後，藉由融解除去該凝固膜將微粒等與凝固膜一併自基板表面除去。關於凍結清洗技術存在大量公知文獻例如上述日本專利特開2008-071875號公報，故而於本說明書中省略詳細之說明。

該基板處理裝置具有處理室1，且具有旋轉夾頭2，其用於以於該處理室1內部將基板W之表面Wf朝向上方地保持為大致水平姿勢之狀態，使基板W旋轉。如圖3所示，於該旋轉夾頭2之中心軸21之上端部，藉由螺釘等連結零件固定有圓板狀之旋轉基座23。該中心軸21連結於包含馬達之夾頭旋轉機構22之旋轉軸。而且，若根據來自控制裝置整體之控制單元4之動作指令驅動夾頭旋轉機構22，則固定於中心軸21之旋轉基座23以旋轉中心軸AO為中心旋轉。

又，於旋轉基座23之周緣部附近，立設有用以固持基板W之周緣部之複數個卡栓24。為了確實地保持圓形之基板W只要設置3個以上卡栓24即可，其沿著旋轉基座23之周緣部以等角度間隔配置。各卡栓24之各者包括自下方支持基板W之周緣部之基板支持部、及按壓由基板支持部支持之基板W之外周端面而保持基板W之基板保持部。又，各卡栓24構成為可於基板保持部按壓基板W之外周端面之按壓狀態與基板保持部自基板W之外周端面離開之解放狀態之間切換。

而且，當向旋轉基座23交付基板W時，將各卡栓24設定為解放狀態，當對基板W進行清洗處理時，將各卡栓24設定為按壓狀態。若將各卡栓24設定為按壓狀態，則各卡栓24固持基板W之周緣部，基板W變為自旋轉基座23隔開特定間隔地保持為大致水平姿勢。藉此，基板W以將其表面Wf朝向上方且將背面Wb朝向下方之狀態受到保持。

又，於如上所述構成之旋轉夾頭2之上方有配置阻斷構件9。該阻斷構件9形成為中心部具有開口之圓板狀。又，阻斷構件9之下表面成為與基板W之表面Wf大致平行地對向之基板對向面，且形成為與基板W之直徑同等以上之尺寸。該阻斷構件9大致水平地安裝於支持軸91之下端部。該支持軸91藉由沿水平方向延伸之臂92，保持為可繞通過基板W之中心之鉛垂軸旋轉。又，於臂92上，連接有阻斷構件旋轉‧升降機構93。

阻斷構件旋轉‧升降機構93根據來自控制單元4之動作指令，使支持軸91繞通過基板W之中心之鉛垂軸旋轉。又，控制單元4控制阻斷構件旋轉‧升降機構93之動作，使阻斷構件9與由旋轉夾頭2保持之基板W之旋轉對應地於與基板W相同之旋轉方向上且以與其大致相同之旋轉速度旋轉。又，阻斷構件旋轉‧升降機構93根據來自控制單元4之動作指令，使阻斷構件9接近旋轉基座23，或相反地使其隔離。具體而言，控制單元4控制阻斷構件旋轉‧升降機構93之動作，當使基板W向基板處理裝置搬入搬出時使阻斷構件9上升至旋轉夾頭2之上方之隔離位置(圖2所示之位置)，另一方面當對基板W實施特定之處理時使阻斷構件9下降至設定於由旋轉夾頭2保持之基板W之表面Wf之極其附近之對向位置。

如圖3所示，阻斷構件9之支持軸91形成為中空，於其內部，穿插有於阻斷構件9之下表面(基板對向面)開口之氣體供給管95。該氣體供給管95連接於乾燥氣體供給單元61。該乾燥氣體供給單元61係將自氮氣供給源(圖示省略)供給之氮氣供給至基板W者，具有MFC(mass flow controller，質量流量控制器)611、及開關閥612。該質量流量控制器611形成為根據來自控制單元4之流量指令可高精度地調整氮氣之流量。又，開關閥612根據來自控制單元4之開關指令實施開關而切換藉由質量流量控制器611已進行流量調整之氮氣之供給/停止。因此，藉由控制單元4控制乾燥氣體供給單元61，經流量調整之氮氣作為用以使基板W乾燥之乾燥氣體於適當之時序朝向阻斷構件9與基板W之表面Wf之間所形成之空間自氣體供給管95供給。再者，於該實施形態中，供給氮氣作為來自乾燥氣體供給單元61之乾燥氣體，但亦可供給空氣或其他惰性氣體等。

於氣體供給管95之內部，穿插有液體供給管96。該液體供給管96之下方端部於阻斷構件9之下表面開口，其前端設置有液體噴出噴嘴97。另一方面，液體供給管96之上方端部連接於DIW供給單元62。該DIW供給單元62係將自DIW供給源(圖示省略)供給之常溫之DIW作為沖洗液供給至基板W，又將升溫至80℃左右之高溫DIW供給至基板W用以融解除去處理者，並形成為如下構成。此處，對DIW供給源設置有2個系統配管路徑。於其中之一之沖洗處理用之配管路徑上，插裝有流量調整閥621及開關閥622。該流量調整閥621可根據來自控制單元4之流量指令高精度地調整常溫DIW之流量。又，開關閥622根據來自控制單元4之開關指令實施開關而切換藉由流量調整閥621已進行流量調整之常溫DIW之供給/停止。

又，於另一融解除去處理用配管路徑上，插裝有流量調整閥623、加熱器624及開關閥622。該流量調整閥623根據來自控制單元4之流量指令高精度地調整常溫DIW之流量並輸入加熱器624中。而且，加熱器624將輸入之常溫DIW加熱至80℃左右，該經加熱之DIW(以下稱作「高溫DIW」)經由開關閥625輸出。再者，開關閥625根據來自控制單元4之開關指令實施開關而切換高溫DIW之供給/停止。如此，自DIW供給單元62輸出之常溫DIW或高溫DIW於適當之時序朝向基板W之表面Wf自液體噴出噴嘴97噴出。

又，旋轉夾頭2之中心軸21形成為具有圓筒狀之空洞之中空，且於中心軸21之內部，穿插有用以將沖洗液供給至基板W之背面Wb之圓筒狀之液體供給管25。液體供給管25延伸至接近於作為由旋轉夾頭2保持之基板W之下表面側之背面Wb的位置，其前端設置有朝向基板W之下表面之中央部噴出沖洗液之液體噴出噴嘴27。液體供給管25連接於上述DIW供給單元62，並朝向基板W之背面Wb供給DIW作為沖洗液。

又，中心軸21之內壁面與液體供給管25之外壁面之隙間成為剖面為環狀之氣體供給通路29。該氣體供給通路29連接於乾燥氣體供給單元61，氮氣自乾燥氣體供給單元61經由氣體供給通路29供給至旋轉基座23與基板W之背面Wb之間所形成之空間。

又，如圖2所示，於該實施形態中，在旋轉夾頭2之周圍以包圍由旋轉夾頭2保持為水平姿勢之基板W之周圍之方式相對於旋轉夾頭2之旋轉軸自由升降地設置有防濺板51。該防濺板51具有相對於旋轉軸而大致旋轉對稱之形狀。而且，形成為藉由保護升降機構52之驅動使防濺板51階段性地升降，藉此可將自旋轉之基板W飛散之液膜形成用DIW、沖洗液或為了其他用途供給至基板W之處理液等區別開來並自處理室1內向省略圖示之排液處理單元排出。

又，於該處理室1之底部設置有複數個排氣口11，經由該等排氣口11處理室1之內部空間連接於排氣單元63。該排氣單元63具有排氣阻尼器及排氣泵，藉由控制排氣阻尼器之開關程度可調整排氣單元63之排氣量。而且，控制單元4藉由將關於排氣阻尼器之開關量之指令賦予於排氣單元63而調整來自處理室1之排氣量控制內部空間之溫度及濕度等。

於該基板處理裝置中，冷卻氣體噴出噴嘴7設置為可朝向由旋轉夾頭2保持之基板W之表面Wf噴出液膜凍結用冷卻氣體。即，冷卻氣體噴出噴嘴7連接於如下方式構成之冷卻氣體供給單元64。如圖3所示，該冷卻氣體供給單元64具有熱交換器641。該熱交換器641之容器642形成為內部貯留有液態氮之罐狀，且係藉由能耐液態氮溫度之材料例如玻璃、石英或HDPE(高密度聚乙烯：High Density Polyethylene)而形成。再者，亦可採用藉由隔熱容器覆蓋容器642之雙重構造。於該情形時，為了抑制處理室外部之環境氣體與容器642之間之熱移動，外部容器較佳為藉由高隔熱性材料例如發泡性樹脂或PVC(聚氯乙烯樹脂：polyvinyl chloride)等形成。

於容器642內，設置有可導入液態氮之液態氮導入口643。該液態氮導入口643經由開關閥644與液態氮供給源(圖示省略)連接，且若根據來自控制單元4之開指令打開開關閥644，則自液態氮供給源輸出之液態氮導入容器642內。又，於容器642內設置有液面感測器(圖示省略)，該液面感測器之檢測結果輸入至控制單元4，藉由控制單元4之反饋控制而控制開關閥644之開關且可高精度地控制容器642內之液態氮之液位。再者，於該第1實施形態中，以液態氮之液位成為一定之方式進行反饋控制，藉此謀求冷卻氣體之溫度之穩定化。

又，於容器642之內部，設置有藉由不鏽鋼、銅等金屬管形成之線圈狀熱交換導管645作為氣體通送管道。熱交換導管645浸漬於貯留在容器642內之液態氮中，其一端經由質量流量控制器(MFC)646與氮氣供給源(圖示省略)連接，自氮氣供給源供給氮氣。藉此，氮氣於熱交換器641內藉由液態氮冷卻至低於DIW之凝固點之溫度，作為冷卻氣體自熱交換導管645之另一端經由開關閥647向冷卻氣體噴出噴嘴7輸出。

如圖2所示，以此方式製成之冷卻氣體之輸送端之冷卻氣體噴出噴嘴7，安裝於水平地延設之第1臂71之前端部。該第1臂71藉由自處理室1之頂部垂下之旋轉軸72後端部繞旋轉中心軸J1自由旋轉地受到支持。而且，第1臂升降‧旋轉機構73相對於旋轉軸72而連結，根據來自控制單元4之動作指令旋轉軸72繞旋轉中心軸J1旋轉驅動，又於上下方向升降驅動，其結果，安裝於第1臂71之前端部之冷卻氣體噴出噴嘴7如圖4所示於基板表面Wf之上方側移動。

又於本實施形態中，與冷卻氣體噴出噴嘴7同樣地，冷水噴出噴嘴8構成為可於基板表面Wf之上方側移動。該冷水噴出噴嘴8係朝向由旋轉夾頭2保持之基板W之表面Wf供給冷卻至低於常溫例如0~2℃較佳為0.5℃左右之DIW作為構成液膜之液體(相當於本發明之「凝固對象液」)。即，冷水噴出噴嘴8連接於冷水供給單元65，藉由冷水供給單元65將常溫之DIW冷卻至0.5℃左右之後向冷水噴出噴嘴8輸出。再者，如圖3所示，該冷水供給單元65具有流量調整閥651、冷卻器652及開關閥653。該流量調整閥651根據來自控制單元4之流量指令高精度地調整常溫DIW之流量並將其輸入冷卻器652中。而且，冷卻器652將輸入之常溫DIW冷卻至0.5℃左右，該冷水(已冷卻之DIW)經由開關閥653輸出。

為了使以此方式接收冷水供給之噴嘴8繞旋轉中心軸J2旋轉，且於上下方向上升降移動，水平地延設之第2臂81之後端部藉由旋轉軸82繞旋轉中心軸J2自由旋轉地受到支持。另一方面，於第2臂81之前端部，以將噴出口(圖示省略)朝向下方之狀態安裝有冷水噴出噴嘴8。進而，第2臂升降‧旋轉機構83相對於旋轉軸82而連結，根據來自控制單元4之動作指令旋轉軸82繞旋轉中心軸J2旋轉驅動，又於上下方向上升降驅動，其結果，安裝於第2臂81之前端部之冷水噴出噴嘴8以如下方式於基板表面Wf之上方側移動。

冷卻氣體噴出噴嘴7及冷水噴出噴嘴8形成為各自獨立且可相對於基板W相對地移動。即，如圖4所示，若根據來自控制單元4之動作指令第1臂升降‧旋轉機構73受到驅動第1臂71繞旋轉中心軸J1擺動，則安裝於第1臂71上之冷卻氣體噴出噴嘴7在相當於旋轉基座23之旋轉中心上之旋轉中心位置Pc與自基板W之對向位置退避至側方之待機位置Ps1之間沿著移動軌跡T1水平移動。即，第1臂升降‧旋轉機構73使冷卻氣體噴出噴嘴7沿著基板W之表面Wf相對於基板W相對移動。其中，於本實施形態中，為了使凍結之液膜之到達溫度均勻化之目的及處理量之提高，如下文所說明般縮小冷卻氣體噴出噴嘴7之移動範圍。

又，若根據來自控制單元4之動作指令第2臂升降‧旋轉機構83受到驅動第2臂81繞旋轉中心軸J2擺動，則安裝於第2臂81上之冷水噴出噴嘴8在與第1臂71之待機位置Ps1不同之另一待機位置Ps2與旋轉中心位置Pc之間沿著移動軌跡T2水平移動。即，第2臂升降‧旋轉機構83使冷水噴出噴嘴8沿著基板W之表面Wf相對於基板W相對移動。

圖5A至圖5C、圖6A及圖6B係模式化地表示圖2之基板處理裝置之動作之圖。於該裝置中，若未處理之基板W搬入裝置內，則控制單元4控制裝置各部而對該基板W實行一系列清洗處理。此處，基板W預先以將表面Wf朝向上方之狀態，基板W搬入處理室1內並由旋轉夾頭2保持，另一方面如圖2所示阻斷構件9使其下表面與之對向地直接待避至與臂71、81不干涉之上方位置。

於基板W之搬入後，控制單元4使夾頭旋轉機構22驅動使旋轉夾頭2旋轉，並且使第2臂升降‧旋轉機構83驅動將第2臂81移動至旋轉中心位置Pc而進行定位。藉此，冷水噴出噴嘴8如圖5A所示位於基板表面Wf之旋轉中心之上方，即旋轉中心位置Pc。而且，控制單元4打開冷水供給單元65之開關閥657自冷水噴出噴嘴8將低溫之DIW供給至基板表面Wf。伴隨基板W之旋轉之離心力作用於供給至基板表面Wf之DIW，使其於基板W之直徑方向上朝外均勻地擴散，其一部分向基板外甩出。藉此，遍及基板表面Wf之整個表面均勻地控制液膜之厚度，從而於基板表面Wf之整體上形成具有特定之厚度之液膜(水膜)。再者，於液膜形成時，如上所述甩去供給至基板表面Wf之DIW之一部分並非必須之要件。例如，亦可於使基板W之旋轉停止之狀態或使基板W比較低速地旋轉之狀態下不自基板W甩去DIW地於基板表面Wf形成液膜。

於該狀態下，在基板W之表面Wf形成有特定厚度之塗漿狀液膜LF。如此，若液膜形成結束，則控制單元4使第2臂升降‧旋轉機構83驅動將第2臂81移動至待機位置Ps2，使其待機。又，在第2臂81之移動後或連動於移動控制單元4控制冷卻氣體供給單元64及第1臂升降‧旋轉機構73將冷卻氣體供給至基板表面Wf之初始位置(圖5B)。即，控制單元4一面控制冷卻氣體供給單元64之各部使冷卻氣體自冷卻氣體噴出噴嘴7噴出一面驅動控制第1臂升降‧旋轉機構73使第1臂81於充分高於基板W之位置朝向基板W之旋轉中心P(0)之上方位置即旋轉中心位置Pc移動。此處，所謂「充分高於基板W之位置」意為自噴嘴7噴出之冷卻氣體不對基板W造成影響之程度之高度。而且，若冷卻氣體噴出噴嘴7到達基板W之旋轉中心P(0)之前面位置P(Rin)之上方位置，則控制單元4驅動控制第1臂升降‧旋轉機構73，使冷卻氣體噴出噴嘴7下降至基板W之旋轉中心P(0)之前面位置P(Rin)之正上方位置。因此，自時序TM1冷卻氣體向旋轉之基板W之表面Wf之位置P(Rin)供給。再者，於該說明書中，為了規定冷卻氣體噴出噴嘴7之位置，將基板W之旋轉中心稱作「P(0)」，並且將自基板表面Wf之旋轉中心P(0)間隔距離R之位置稱作「P(R)」。尤其是，將如上所述相當於最初定位之冷卻氣體噴出噴嘴7之正下方之基板表面Wf之位置稱作「初始位置P(Rin)」。例如，於以直徑為300 mm之基板W作為處理對象之裝置中，距離R之可取值為0 mm至150 mm之間，於本實施形態中，將距離Rin設定為

W7/2<Rin<75 mm，

其中，W7為噴嘴7之氣體噴出口(圖示省略)之口徑。

從而供給至初始位置P(Rin)之冷卻氣體並不僅供給至初始位置P(Rin)，而是以初始位置P(Rin)為中心沿著基板表面Wf擴散，其一部分甚至到達基板W之旋轉中心P(0)，其結果，附著於自初始位置P(Rin)連接至基板W之旋轉中心P(0)之初始區域之DIW凝固而形成初始凝固區域FR0(初始凝固步驟)。再者，既便如此地將噴嘴7配置於初始位置P(Rin)之正上方位置並於時序TM1將冷卻氣體供給至基板表面Wf，亦難以立即形成初始凝固區域FR0，因此於本實施形態中使噴嘴7停止於初始位置P(Rin)之正上方位置特定時間ΔT1(=TM2-TM1)。該特定時間ΔT1相當於本發明之「第1時間」。又，於以此方式使液膜LF凍結時，控制單元4控制冷卻氣體供給單元64之質量流量控制器646將冷卻氣體之流量(即每單位時間之冷卻氣體量)抑制於適於液膜LF之凍結之值。從而藉由抑制冷卻氣體之流量，防止產生基板表面Wf部分地變得乾燥並露出之問題或由於風壓使得膜厚分佈變得不均勻而無法保證處理之均勻性。

而且，自上述時序TM1起算經過特定時間ΔT1之後，如圖6A所示，以使冷卻氣體之供給繼續之狀態直接使冷卻氣體噴出噴嘴7於方向D上移動，即使其朝向基板W之外緣位置移動(噴嘴移動步驟)。藉此，經凝固之凝固區域FR自初始凝固區域FR0向基板W之外緣側擴展，例如圖6B所示，於掃描途中基板表面Wf之液膜整個表面凍結而形成凝固膜FF。又，冷卻氣體噴出噴嘴7亦可在位於基板W之外緣位置之上方之階段停止冷卻氣體之供給，但若如此則有可能供給至基板W之外緣附近之冷卻氣體量自此亦若干少於旋轉中心側之區域，凝固膜FF中於基板W之外緣附近凝固之凝固區域FRe之到達溫度止於0℃左右。因此，亦可使冷卻氣體噴出噴嘴7停留於基板W之外緣位置之上方特定時間ΔT2並繼續供給冷卻氣體。藉此，可使凝固區域FRe之到達溫度充分地下降使基板表面Wf整體上之凝固膜FF之到達溫度均勻。

若如此使液膜LF凍結而形成凝固膜FF，則控制單元4停止冷卻氣體自噴嘴7之噴出，使第1臂71移動至待機位置Ps1並自基板表面Wf使噴嘴7待避。其後，將阻斷構件9接近配置於基板表面Wf，進而自設置於阻斷構件9上之噴嘴97朝向基板表面Wf之已凍結之液膜供給升溫至80℃左右之高溫DIW從而解凍除去凝固膜(凝固體)FF(融解處理)。繼而，將常溫之DIW供給至基板表面Wf作為沖洗液，進行基板W之沖洗處理。

於實行至此之處理之時點中，在基板W一面夾持於阻斷構件9與旋轉基座23之間一面旋轉之狀態下，DIW供給至基板W之表面。此處，亦可與高溫DIW及常溫DIW向基板表面Wf之供給並行地，亦自噴嘴27供給高溫DIW及常溫DIW。繼而停止DIW向基板W之供給，進行藉由高速旋轉使基板W乾燥之旋轉乾燥處理。即，一面使藉由乾燥氣體供給單元61供給之乾燥用氮氣自設置於阻斷構件9上之噴嘴97及設置於旋轉基座23上之下面噴嘴27噴出一面使基板W以高速度旋轉，藉此甩去殘留於基板W上之DIW使基板W乾燥。若如此操作而乾燥處理結束，則藉由搬出經處理後之基板W使得對1片基板之處理完成。

如上所述，根據本實施形態，可將冷卻氣體噴出噴嘴7配置於自基板W之旋轉中心P(0)向基板W之外緣側遠離之初始位置P(Rin)之上方，並將冷卻氣體供給至旋轉中之基板W之初始位置P(Rin)，使附著於包含初始位置P(Rin)及旋轉中心P(0)之初始區域之DIW凝固。例如於將具有31[mm]×46[mm]之開口之冷卻氣體噴出噴嘴7定位於初始位置P(65)，即自基板W之旋轉中心P(0)向外緣側遠離65[mm]之位置之上方作為氣體噴出口之後，一面使其停留停留時間3.4[sec]一面將溫度為-190℃之氮氣以流量90[L/min]供給至基板表面Wf，藉此初始凝固區域FR0形成於液膜LF之中央部(初始凝固步驟)。該初始凝固區域FR0係藉由以初始位置P(65)為中心沿著基板表面Wf擴散之冷卻氣體凝固之區域，以自初始位置P(65)連接至旋轉中心P(0)之方式形成於基板表面Wf，自上方俯視時形成為以旋轉中心軸(鉛垂軸)AO為中心之大致圓形形狀。關於該點，於下文所說明之實施例中亦得到確認。

而且，繼藉由冷卻氣體之供給進行之初始凝固區域FR0之形成之後，一面自噴嘴7供給冷卻氣體一面使其自初始位置P(65)之上方歷時約9.4[sec]移動至基板W之外緣部之上方，藉此凝固範圍自初始區域向基板W之外緣側擴展，從而凝固附著於基板表面Wf之所有DIW(凝固對象液)凍結液膜LF整體(噴嘴移動步驟)。如此藉由將自噴嘴7最初供給冷卻氣體之位置設定於基板W之旋轉中心P(0)之外緣側，可使凝固膜(凝固體)FF之到達溫度於基板W之表面整體上均勻化，從而可提高除去率之面內均勻性。又，使噴嘴7移動之範圍縮小，與將最初供給冷卻氣體之位置設定於旋轉中心P(0)之上方之先前技術相比而言可縮短噴嘴移動所需之時間，從而可使處理量提高。又，藉由以使噴嘴7移動之範圍所縮小之程度降低噴嘴7之移動速度，可使對基板表面Wf之各部供給冷卻氣體之時間變長，亦進而使到達溫度降低。於該情形時，可使微粒之除去率進而提高。關於該點，於下文所說明之實施例中亦得到確認。

進而，於冷卻氣體噴出噴嘴7移動至基板W之外緣附近P(150)之後，使其停留於該位置特定時間ΔT2例如5.7[sec]地繼續供給冷卻氣體，由此可使凝固區域FRe之到達溫度充分地下降，於基板表面Wf整體上之凝固膜FF之到達溫度變得均勻，除去率之面內均勻性提高。

因此，於本實施形態中，旋轉夾頭2相當於本發明之「基板保持機構」，夾頭旋轉機構22相當於本發明之「旋轉機構」。又，冷卻氣體噴出噴嘴7及冷卻氣體供給單元64作為本發明之「冷卻用氣體供給機構」發揮功能，第1臂71及第1臂升降‧旋轉機構73作為本發明之「移動機構」發揮功能。

再者，本發明並不限定於上述實施形態，只要不脫離其要旨除了上述以外可進行各種變更。例如於上述實施形態中，將自基板W之旋轉中心P(0)向外緣側遠離65[mm]之位置P(65)設定為初始位置，於其上方配置冷卻氣體噴出噴嘴7而形成有初始凝固區域FR0(初始凝固步驟)，但該初始位置P(Rin)並不限定於此，只要為基板W之旋轉中心P(0)之外緣側，且為基板之旋轉中心P(0)與基板W之外緣P(150)之中間的靠近基板W之旋轉中心處即可。更佳為位置P(W7/2)之外緣側。

又，於上述實施形態中，藉由使冷卻氣體噴出噴嘴7移動而將其配置於初始位置之上方，且使其自初始位置之上方相對移動至基板之外緣側，但亦可構成為取代冷卻氣體噴出噴嘴7，或使基板W與冷卻氣體噴出噴嘴7一併移動。

又，於上述實施形態中，藉由DIW形成液膜，但構成液膜之液體即凝固對象液並不限定於此。例如，亦可使用碳酸水、氫水、稀薄濃度(例如1 ppm程度)之氨水、稀薄濃度之鹽酸等，或使用於DIW內添加有少量界面活性劑者。

又，於上述實施形態中，將乾燥氣體(氮氣)自相同之氮氣供給源供給至乾燥氣體供給單元61及冷卻氣體供給單元64，但該等並不限定於氮氣。例如，亦可設定為與乾燥氣體及冷卻氣體不同之氣體種類。

又，上述實施形態之基板處理裝置係將氮氣供給源、DIW供給源及液態氮供給源均內置於裝置內部，關於該等供給源亦可設置於裝置之外部，亦可利用例如工廠內既設之供給源。又，於存在用以使該等冷卻之既設設備之情形時，亦可利用藉由該設備而冷卻之液體或氣體。

進而，上述實施形態之基板處理裝置係具有接近配置於基板W之上方之阻斷構件9者，但本發明亦可應用於不具有阻斷構件之裝置。又，該實施形態之裝置係藉由抵接於基板W周緣部之卡栓24而保持基板W者，但基板之保持方法並不限定於此，本發明亦可應用於利用其他方法保持基板之裝置。

[實施例]

以下表示本發明之實施例及比較例，但本發明原本並非受下述實施例或比較例制限者，當然可於能符合上下所述之要旨之範圍內適當地添加變更而實施，該等均包含於本發明之技術範圍內。

此處，如圖7A至圖7C、以及圖8A至圖8C所示，一面使冷卻氣體噴出噴嘴7與最初所定之位置不同，一面驗證初始凝固區域FR0之形狀及尺寸。即，將冷卻氣體噴出噴嘴7配置於

‧基板W之旋轉中心P(0)之上方、

‧基板W之位置P(20)之上方、

‧基板W之位置P(40)之上方、

‧基板W之位置P(65)之上方、

‧基板W之位置P(80)之上方、

‧基板W之位置P(100)之上方，

分別對使冷卻氣體噴出噴嘴7停留2秒鐘地直接將溫度為-190℃之氮氣作為冷卻氣體以流量90[L/min]供給至基板表面Wf時之初始凝固區域FR0進行觀測。其結果，當將冷卻氣體噴出噴嘴7定位於基板W之旋轉中心P(0)、位置P(20)、位置P(40)、位置P(65)之上方時，獲得包含初始位置且俯視時以基板W之旋轉中心軸(鉛垂軸)OA為中心之半徑40[mm]、70[mm]、80[mm]、105[mm]之大致圓形初始凝固區域FR0(圖7A~圖7C，圖8A)。而且，於初始凝固區域FR0之形成後，若一面直接繼續供給冷卻氣體一面使冷卻氣體噴出噴嘴7移動至基板W之外緣側，則初始凝固區域FR0自旋轉中心側向外緣側擴展，而於基板表面Wf整體上形成有凝固膜FF。與此相對，當將冷卻氣體噴出噴嘴7定位於亦自該等向外緣側遠離之位置P(80)、位置P(100)之上方時，於旋轉中心附近液膜不凝固，從而獲得俯視時為圓環形狀之初始凝固區域FR0(圖8B及圖8C)。而且，於初始凝固區域FR0之形成後，若一面直接繼續供給冷卻氣體一面使冷卻氣體噴出噴嘴7移動至基板W之外緣側，則初始凝固區域FR0之外周側朝向外緣擴展，另一方面稍後初始凝固區域FR0之內周側朝向旋轉中心擴展，而於基板表面Wf整體上形成有凝固膜FF。

對以此方式獲得凝固膜FF之基板W中將初始位置P(Rin)設定為基板W之旋轉中心P(0)、位置P(65)、位置P(100)之基板W，測量形成於基板表面Wf之凝固膜FF之到達溫度分佈，結果獲得圖9A至圖9C所示之結果。圖9A中之符號R0(×A)、R30(×B)、R60(×C)、R90(×D)、R120(×E)、R140(×F)分別表示於自旋轉中心於半徑方向上遠離0[mm]、30[mm]、60[mm]、90[mm]、120[mm]、140[mm]之位置之表面溫度。由圖9A明瞭：當將初始位置P(Rin)設定為基板W之旋轉中心P(0)時，即於先前技術中，旋轉中心之到達溫度大幅低於其他位置，越向外緣側到達溫度越高，外緣附近較旋轉中心附近而言溫度大幅地變高。又，當將初始位置P(Rin)設定為位置P(100)時，外緣附近之到達溫度變得比較低，與外緣附近相比而言於旋轉中心附近大幅地變高。與該等相對，當將初始位置P(Rin)設定為位置P(65)時，外緣附近之到達溫度稍高，但就基板整體觀察時，於基板表面Wf之面內比較均等地變為低溫。

而且，於對具有圖9A~圖9C所示之到達溫度分佈之基板W進行與上述實施形態同樣之融解處理、沖洗處理及乾燥處理之後，測量各基板W之各部之微粒之除去率，結果得到圖10所示之結果。如圖10所示，當將初始位置P(Rin)設定為旋轉中心P(0)或位置P(100)時，分別地凝固膜FF之溫度較高之附近之微粒除去率較低，無法獲得充分之面內均勻性。與此相對，當將初始位置P(Rin)設定為位置P(65)時，獲得遍及基板表面Wf之整體均勻並且較高的微粒除去率，此亦與圖9B所示之到達溫度分佈之結果一致。

因此，在可使附著於自初始位置連接至基板W之旋轉中心P(0)之初始區域之DIW(凝固對象液)凝固之程度地將噴嘴配置於自基板W之旋轉中心P(0)向基板W之外緣側遠離之初始位置之上方而進行初始凝固步驟之後，一面自噴嘴7供給冷卻氣體一面使噴嘴7移動至基板W之外緣側，藉此可以優異之面內均勻性除去微粒等。

[產業上之可利用性]

本發明可應用於除去附著於包含半導體晶圓、光罩用玻璃基板、液晶顯示用玻璃基板、電漿顯示用玻璃基板、FED(Field Emission Display，場發射顯示裝置)用基板、光碟用基板、磁碟用基板、磁光碟用基板等之基板整個表面之微粒等污染物質的基板處理方法及基板處理裝置。

1．．．處理室

2．．．旋轉夾頭(基板保持機構)

4．．．控制單元

7．．．冷卻氣體噴出噴嘴(冷卻用氣體供給機構)

8．．．冷水噴出噴嘴

9．．．阻斷構件

11．．．排氣口

21．．．中心軸

22．．．夾頭旋轉機構(旋轉機構)

23．．．旋轉基座

24．．．卡栓

25．．．液體供給管

27．．．液體噴出噴嘴

29．．．氣體供給通路

51．．．防濺板

52．．．保護升降機構

61．．．乾燥氣體供給單元

62．．．DIW供給單元

63．．．排氣單元

64．．．冷卻氣體供給單元(冷卻用氣體供給機構)

65．．．冷水供給單元

71．．．臂(移動機構)

72．．．旋轉軸

73．．．第1臂升降‧旋轉機構(移動機構)

81．．．第2臂

82．．．旋轉軸

83．．．第2臂升降‧旋轉機構

91．．．支持軸

92．．．臂

93．．．阻斷構件旋轉‧升降機構

95．．．氣體供給管

96．．．液體供給管

97．．．液體噴出噴嘴

611．．．質量流量控制器(MFC)

612．．．開關閥

621．．．流量調整閥

622．．．開關閥

623．．．流量調整閥

624．．．加熱器

625．．．開關閥

641．．．熱交換器

642．．．熱交換器之容器

643．．．液態氮導入口

644．．．開關閥

645．．．熱交換導管

646．．．質量流量控制器(MFC)

647．．．開關閥

651．．．流量調整閥

652．．．冷卻器

653．．．開關閥

AO．．．旋轉中心軸(鉛垂軸)

FF．．．凝固膜(凝固體)

FR．．．凝固區域

FR0．．．初始凝固區域

FRe．．．凝固區域

J1．．．旋轉中心軸

J2．．．旋轉中心軸

LF．．．液膜

P(0)．．．旋轉中心

P(R)．．．自基板表面之旋轉中心間隔距離R之位置

P(Rin)．．．初始位置

Pc．．．旋轉中心位置

Ps1．．．待機位置

Ps2．．．待機位置

T1．．．移動軌跡

T2．．．移動軌跡

W．．．基板

Wb．．．基板背面

Wf．．．基板表面

圖1係表示凍結清洗技術中之液膜之溫度與微粒除去效率之關係之圖表。

圖2係表示本發明之基板處理裝置之一實施形態之圖。

圖3係表示圖2之基板處理裝置中之氮氣及DIW之供給態樣之圖。

圖4係表示圖2之基板處理裝置中之臂之動作態樣之圖。

圖5A至圖5C係模式化地表示圖2之基板處理裝置之動作之圖。

圖6A及圖6B係模式化地表示圖2之基板處理裝置之動作之圖。

圖7A至圖7C係表示初始位置與初始凝固區域之關係之圖。

圖8A至圖8C係表示初始位置與初始凝固區域之關係之圖。

圖9A至圖9C係表示初始位置與到達溫度之關係之圖。

圖10係表示初始位置與微粒除去率之面內均勻性之關係之圖表。

7．．．冷卻氣體噴出噴嘴

23．．．旋轉基座

71．．．第1臂

AO．．．旋轉中心軸

FR0．．．初始凝固區域

LF．．．液膜

P(Rin)．．．初始位置

W．．．基板

Wb．．．基板背面

Claims (6)

1. 一種基板處理方法，其特徵在於包括：凝固步驟，其係一面使表面附著有凝固對象液之基板保持為大致水平而繞鉛垂軸旋轉，一面將凝固點低於上述凝固對象液之冷卻用氣體自噴嘴供給至上述基板之表面而使上述凝固對象液凝固；及融解步驟，其係將藉由上述凝固步驟所凝固之凝固對象液融解而除去；且上述凝固步驟包括：初始凝固步驟，其係自配置於自上述基板之旋轉中心向上述基板之外緣側遠離之初始位置之上方的上述噴嘴將上述冷卻用氣體供給至上述初始位置，藉此使自上述初始位置連接至上述基板之旋轉中心之初始區域之凝固對象液凝固；及噴嘴移動步驟，其係於上述初始凝固步驟後，一面自上述噴嘴供給上述冷卻用氣體一面使上述噴嘴相對移動至上述基板之外緣側。
2. 如請求項1之基板處理方法，其中上述初始位置為上述基板之旋轉中心與上述基板之外緣之中間的靠近上述基板之旋轉中心處。
3. 如請求項1或2之基板處理方法，其中於上述凝固步驟中，自設置於上述噴嘴之前端部之氣體噴出口將上述冷卻用氣體供給至上述基板之表面；且自上述基板之旋轉中心至上述初始位置之距離為上述氣體噴出口之口徑之一半以上。
4. 如請求項1或2之基板處理方法，其中於上述凝固步驟中，在自上述冷卻用氣體向上述初始位置之供給起算經過第1時間之後，開始上述噴嘴之相對移動。
5. 如請求項1或2之基板處理方法，其中於上述凝固步驟中，在上述噴嘴向上述基板之外緣附近之上方之移動完成後，經過第2時間而停止上述冷卻用氣體之供給。
6. 一種基板處理裝置，其特徵在於包括：基板保持機構，其將表面附著有凝固對象液之基板保持為大致水平；旋轉機構，其使由上述基板保持機構保持之上述基板繞鉛垂軸旋轉；冷卻用氣體供給機構，其具有於由上述基板保持機構保持之上述基板之表面之上方沿著上述基板之表面自由地相對移動之噴嘴，將凝固點低於上述凝固對象液之冷卻用氣體自上述噴嘴供給至上述基板之表面；及移動機構，其使上述噴嘴沿著上述基板之表面相對移動；且上述移動機構在將上述噴嘴配置於自上述基板之旋轉中心向上述基板之外緣側遠離之初始位置之上方之後，使上述噴嘴相對移動至上述基板之外緣側；上述冷卻用氣體供給機構於上述噴嘴自上述初始位置之上方向上述基板之外緣側之相對移動開始前，自配置於上述初始位置之上方之上述噴嘴供給上述冷卻用氣體而使自上述初始位置連接至上述基板之旋轉中心之初始區域之凝固對象液凝固，於上述噴嘴向上述基板之外緣側之相對移動開始後，自上述噴嘴供給上述冷卻用氣體而使上述初始區域以外之凝固對象液凝固。