(57)【要約】【課題】基板表面に付着した液体を大気圧雰囲気で除去して基板を良好に乾燥させることができる基板乾燥装置および基板乾燥方法を提供する。【解決手段】凍結膜１２を構成するＤＩＷの凝固点よりも低温で、かつ凍結膜１２の温度よりも低い露点を有する凍結乾燥用窒素ガスが基板表面Ｗｆに向けて継続して供給される。このため、凍結乾燥用窒素ガス中の水蒸気の分圧は凍結膜１２の蒸気圧（昇華圧）よりも低く昇華乾燥が進行する。また、昇華により発生した水蒸気成分は凍結乾燥用窒素ガスの気流に乗って基板表面Ｗｆから取り除かれるため、水蒸気成分が液相や固相に戻り基板表面Ｗｆに再付着するのを確実に防止することができる。このように大気圧雰囲気で基板表面Ｗｆに付着したリンス液を良好に除去して基板Ｗを乾燥させることができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面上の液体を凍結させる凍結手段と、
前記基板表面に向けて前記液体の凝固点よりも低い温度でかつ前記凍結体の温度よりも低い露点を有する乾燥用気体を継続して供給して前記凍結体を昇華乾燥させる昇華乾燥手段と
を備えたことを特徴とする基板乾燥装置。
【請求項２】
前記凍結手段は前記液体の凝固点よりも低く、かつ前記乾燥用気体の露点よりも高い温度の前記凍結体を形成する請求項１記載の基板乾燥装置。
【請求項３】
前記凍結手段は前記液体の凝固点よりも低く、かつ前記乾燥用気体の露点よりも高い温度の凍結用気体を前記基板に供給して前記液体を凍結させる請求項２記載の基板乾燥装置。
【請求項４】
前記凍結手段は、前記基板の裏面と当接または近接するベース部と、前記ベース部材を前記液体の凝固点よりも低い温度に冷却する冷却部とを有する請求項２記載の基板乾燥装置。
【請求項５】
前記凍結体が昇華乾燥された、前記基板を周辺温度以上に昇温する基板温調手段をさらに備える請求項１ないし４のいずれか一項に記載の基板乾燥装置。
【請求項６】
基板表面上の液体を凍結させた後、前記基板表面に向けて前記液体の凝固点よりも低い温度でかつ前記凍結体の温度よりも低い露点を有する乾燥用気体を継続して供給して前記凍結体を昇華乾燥させることを特徴とする基板乾燥方法。
【請求項７】
液体は純水であり、乾燥用気体は窒素ガスである請求項６記載の基板乾燥方法。
【請求項８】
温度が−６０゜Ｃの窒素ガスを生成し供給する請求項７記載の基板乾燥方法。
【請求項９】
昇華乾燥では、乾燥用気体中の水蒸気の分圧が前記凍結体の蒸気圧よりも低い状況が維持される請求項６記載の基板乾燥方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、ＦＥＤ（Field Emission Display）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板などの各種基板（以下、単に「基板」という）を乾燥させる基板乾燥装置および基板乾燥方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置や液晶表示装置などの電子部品の製造工程では、基板の表面に成膜やエッチングなどの処理を繰り返し施して微細パターンを形成していく工程が含まれる。ここで、微細加工を良好に行うためには基板表面を清浄な状態に保つ必要があり、必要に応じて基板表面に対して洗浄処理が行われる。そして、洗浄処理後に、基板表面に付着しているＤＩＷ（deionized Water：脱イオン水）などの液体を除去して基板を乾燥させる必要がある。この乾燥時における重要な課題のひとつが基板表面に形成されているパターンを倒壊させずに基板乾燥を行うことである。この課題を解消する方法として昇華乾燥技術が注目されている。この昇華乾燥技術は、例えば特許文献１や特許文献２に記載されているように、基板表面に付着するＤＩＷなどの液体を処理室内で凍結させた後に、その処理室内を減圧して凍結体を昇華させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−２４２９３０号公報（図２）
【特許文献２】特開平４−３３１９５６号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術では、処理室内の減圧処理が必須であり、大気圧状態で基板乾燥を行うことができず、同一装置内で他の基板処理を連続的に行うことができない。例えばＤＩＷなどの純水を用いた基板を洗浄するのに続き、基板洗浄直後のまま基板乾燥を行うことは難しい。また、処理室内を減圧させる必要があるため、処理室の気密性を確保するとともに、処理室内を減圧するための真空ポンプやバルブなどを設ける必要がある。その結果、基板乾燥装置の大型化や高コスト化を招いている。
【０００５】
この発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、基板表面に付着した液体を大気圧雰囲気で除去して基板を良好に乾燥させることができる基板乾燥装置および基板乾燥方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明にかかる基板乾燥装置は、上記目的を達成するため、基板表面上の液体を凍結させる凍結手段と、基板表面に向けて液体の凝固点よりも低い温度でかつ凍結体の温度よりも低い露点を有する乾燥用気体を継続して供給して凍結体を昇華乾燥させる昇華乾燥手段とを備えたことを特徴としている。また、この発明にかかる基板乾燥方法は、上記目的を達成するため、基板表面上の液体を凍結させた後、基板表面に向けて基板表面上の液体を凍結させた後、基板表面に向けて液体の凝固点よりも低い温度でかつ凍結体の温度よりも低い露点を有する乾燥用気体を継続して供給して凍結体を昇華乾燥させることを特徴としている。
【０００７】
このように構成された発明（基板乾燥装置および基板乾燥方法）では、基板表面上の液体が凍結されて凍結体が形成された後に、凍結体が昇華されて基板乾燥が実行されるが、この点で従来技術と共通する。しかしながら、大気圧雰囲気で凍結体を昇華させている点で従来技術と大きく相違する。すなわち本発明では、液体の凝固点よりも低い温度の乾燥用気体が基板表面に供給されて凍結体が液相に戻るのを防止している。また、詳しくは後で説明するが、当該乾燥用気体の露点は凍結体の温度よりも低いため、乾燥用気体中の水蒸気の分圧は凍結体の蒸気圧（昇華圧）よりも低くなり昇華乾燥が発生する。しかも、凍結体の昇華乾燥により凍結膜近傍の乾燥用気体中の水蒸気の分圧は一時的に増加かも知れないが、フレッシュな乾燥用気体が継続して供給されるため、凍結膜近傍での乾燥用気体中の水蒸気の分圧は凍結体の蒸気圧（昇華圧）よりも低い状態に維持され、昇華乾燥が継続して進行していく。しかも、昇華により発生した液体蒸気成分は乾燥用気体の気流に乗って基板表面から取り除かれるため、液体蒸気成分が液相や固相に戻り基板表面に再付着するのを確実に防止することができる。このように大気圧雰囲気で凍結体が液相を経由することなく固相から気相に昇華されるとともに乾燥用気体と一緒に基板表面から除去されて基板が乾燥される。
【０００８】
ここで、液体として例えば純水を用いることができる。また、乾燥用気体として例えば窒素ガスを用いることができ、温度が−６０゜Ｃの窒素ガスを生成し供給してもよい。さらに、昇華乾燥中において、乾燥用気体中の水蒸気の分圧が凍結体の蒸気圧よりも低い状況が維持されることで昇華乾燥が確実に、しかも連続して行われる。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明によれば、基板表面上の凍結体に対し、当該凍結体を構成する液体の凝固点よりも低い温度でかつ凍結体の温度よりも低い露点を有する乾燥用気体を継続して供給して凍結体を昇華乾燥させているため、基板表面に付着した液体を大気圧雰囲気で除去して基板を良好に乾燥させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明にかかる基板乾燥装置の第１実施形態を装備した基板処理装置を示す図である。
【図２】図１の基板処理装置の制御構成を示すブロック図である。
【図３】ガス冷却ユニットおよび配管機構を示す図である。
【図４】図１の基板処理装置の動作を模式的に示す図である。
【図５】水、氷の蒸気圧曲線である。
【図６】この発明にかかる基板乾燥装置の第２実施形態を装備した基板処理装置を示す図である。
【図７】図６に示す基板処理装置の動作を模式的に示す図である。
【図８】この発明にかかる基板乾燥装置の第３実施形態の動作を模式的に示す図である。
【図９】この発明にかかる基板乾燥装置の第４実施形態の動作を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１はこの発明にかかる基板乾燥装置の第１実施形態を装備した基板処理装置を示す図であり、図２は図１の基板処理装置の制御構成を示すブロック図である。この基板処理装置は半導体ウエハ等の基板Ｗの表面Ｗｆをリンス処理する枚葉式の基板処理装置であり、当該リンス処理後に昇華乾燥を用いて基板Ｗを乾燥させる。
【００１２】
この基板処理装置は、基板Ｗに対して洗浄処理を施す処理空間をその内部に有する処理チャンバー１と、装置全体を制御する制御ユニット４とを備えている。この処理チャンバー１内には、スピンチャック２とＤＩＷ吐出ノズル３と遮断部材９とが設けられている。スピンチャック２は、基板Ｗの表面Ｗｆを上方に向けて略水平姿勢に保持した状態で、基板Ｗを回転させるものである。ＤＩＷ吐出ノズル３は、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに向けてＤＩＷを吐出するものである。遮断部材９は、スピンチャック２の上方に、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに対向して配置されている。
【００１３】
上記スピンチャック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。この中心軸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、制御ユニット４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Ａ０を中心に回転する。
【００１４】
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を保持する基板保持部とを備えている。各チャックピン２４は、基板保持部が基板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。
【００１５】
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に対してリンス処理を行う際には、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、その表面Ｗｆを上方に向け、裏面Ｗｂを下方に向けた状態で保持される。なお、この実施形態では、基板Ｗの表面Ｗｆに微細パターンが形成されており、表面Ｗｆがパターン形成面となっている。
【００１６】
ＤＩＷ吐出ノズル３をスキャン駆動するための駆動源として、スピンチャック２の周方向外側にノズル駆動用回転モータ３１が設けられている。この回転モータ３１には回転軸３３が接続され、この回転軸３３にはアーム３５が水平方向に延びるように接続されており、このアーム３５の先端に上記ＤＩＷ吐出ノズル３が取り付けられている。そして、制御ユニット４からの動作指令に応じて回転モータ３１が駆動されると、アーム３５が回転軸３３回りに揺動することとなる。
【００１７】
上記遮断部材９は、中心部に開口を有する円板状に形成されている。遮断部材９の下面は、基板Ｗの表面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。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により保持されている。また、アーム９２には、遮断部材昇降機構９４が接続されており、制御ユニット４からの動作指令に応じて、遮断部材９をスピンベース２３に近接させたり、逆に離間させる。具体的には、制御ユニット４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１に示す位置）に上昇させる一方、基板Ｗに対して後述する凍結処理、乾燥処理および結露防止処理を施す際には、遮断部材９をスピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆのごく近傍に設定された対向位置まで下降させる。
【００１８】
支持軸９１は中空になっており、その内部にガス供給管９５挿通されるとともに、当該ガス供給管９５にガス供給管９６が挿通されて、いわゆる二重管構造となっている。そして、ガス供給管９６に対して凍結乾燥用の窒素ガス供給部６４が接続されている。この凍結乾燥用窒素ガス供給部６４は、制御ユニット４からの動作指令に応じてリンス液（ＤＩＷ）の液膜の凝固点よりも低温であり、しかも後述するようにして形成されるＤＩＷの凍結膜の温度（例えば−２０゜Ｃ）よりも低い露点を有する凍結乾燥用窒素ガス、例えば−６０゜Ｃの窒素ガスをガス供給管９６に供給するものであり、当該凍結乾燥用窒素ガスを得るためにガス冷却ユニット６４０を有している。
【００１９】
図３はガス冷却ユニットおよび配管機構を示す図である。ガス冷却ユニット６４０では、容器６４１は内部に液体窒素を貯留するタンク構造を有しており、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：High Density Polyethylene）により形成されている。なお、容器６４１を断熱容器で覆う二重構造を採用してもよい。この場合、外部容器は、処理チャンバ外部の雰囲気と容器６４１との間での熱移動を抑制するために、断熱性の高い材料、例えば発泡性樹脂やＰＶＣ（ポリ塩化ビニル樹脂：polyvinyl chloride）などにより形成するのが好適である。
【００２０】
容器６４１には、液体窒素を取り入れる液体窒素導入口６４３が設けられている。そして、該導入口６４３を介して液体窒素供給ユニット（図示省略）から液体窒素が容器６４１内に導入される。また、容器６４１内には液面センサ（図示省略）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。
【００２１】
また、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ユニット（図示省略）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凍結乾燥用窒素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。
【００２２】
上記のよう構成されたガス冷却ユニット６４０は配管機構７の二重配管７１を介してガス供給管９６と接続されている。この二重配管７１は、図３に示すように、内部に凍結乾燥用窒素ガスを通送する内管７１１と、断熱性樹脂により形成された外管７１２とで構成されており、ガス供給管９６に到達する前に凍結乾燥用窒素ガスの温度が上昇するのを防止する。より詳しくは、外管７１２はＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂：polymer of tetrafluoroethylene and perfluoroalkylvinylether）製の蛇腹構造を有するフレキシブルキューブ構造を有しており、当該外管７１２内にＰＦＡ製の内管７１１が遊挿されるとともに、図示を省略するスペーサにより内管７１１が外管７１２の中心部に位置して外管７１２と接触するのを防止している。また、この二重配管７１の両開放端のうち冷却ユニット側開放端部はコネクタ７３、７５およびユニオン７４によりガス冷却ユニット６４０に接続される一方、遮断部材側開放端部がＰＦＡ製のレデューシングユニオン７６、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン：polytetrafluoroethylene）製のスリーブキャップ７７、ＰＦＡ製のコネクタ７８、７９によりガス供給管９６と接続されており、二重配管７１の両端部は封止されている。そして、二重配管７１の内部、つまり外管７１２の内部が排気されて減圧され、これによって断熱性が高められている。こうして、ガス冷却ユニット６４０で冷却された凍結乾燥用窒素ガスの温度上昇を抑制しながら凍結乾燥用窒素ガスをガス供給管９６に供給可能となっている。
【００２３】
図１に戻って構成説明を続ける。このガス供給管９６の下方端部は遮断部材９の開口に延設されるとともに、その先端に凍結乾燥用窒素ガス吐出ノズル９７が設けられている。そして、次に説明するように、液膜を凍結する凍結処理および液膜を昇華乾燥する乾燥処理において低温の凍結乾燥用窒素ガスを基板表面Ｗｆに向けて供給する。
【００２４】
一方、二重管構造を形成するもう一方のガス供給管９５は常温窒素ガス供給部６５に接続されている。この常温窒素ガス供給部６５は、常温の窒素ガスを供給するもので、基板Ｗに対する乾燥処理後に実行される結露防止処理時に、遮断部材９と基板Ｗの表面Ｗｆとの間に形成される空間に向けてガス供給管９５から常温の窒素ガスを供給する。なお、この実施形態では、常温窒素ガス供給部６５から結露防止用ガスとして常温窒素ガスを供給しているが、常温の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。また、結露防止用ガスの温度は常温に限定されるものではなく、第２実施形態に示すように加熱したものを用いてもよい。つまり、常温以上の空気や不活性ガス（窒素ガスを含む）を結露防止用ガスとして用いることができる。
【００２５】
次に上記のように構成された基板処理装置の動作について図４および図５を参照しながら説明する。図４は図１の基板処理装置の動作を模式的に示す図である。また、図５は水、氷の蒸気圧曲線である。この装置では、図４（ａ）に示すように、基板搬入時には、遮断部材９はスピンチャック２の上方の離間位置に退避して基板Ｗとの干渉を防止しており、基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で表面Ｗｆがフッ酸等の薬液処理が施された基板Ｗが装置内に搬入され、スピンチャック２に保持される。
【００２６】
基板搬入が完了すると、ＤＩＷ吐出ノズル３を基板Ｗの回転中心ＡＯ上方の回転中心位置へ移動させてリンス工程を実行する。このリンス工程では、制御ユニット４はチャック回転機構２２を駆動させてスピンチャック２とともに基板Ｗを例えば３００ｒｐｍで回転させるとともに、ＤＩＷ吐出ノズル３からＤＩＷを例えば１０秒間だけ基板表面Ｗｆに供給する。基板表面に供給された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て基板表面Ｗｆに対するリンス処理が実行される。なお、本実施形態ではリンス工程後に凍結乾燥を実行するため、リンス工程では０〜２゜Ｃ程度に温度調整されたＤＩＷを用いるのが好ましい。というのも、水膜の温度が比較的高い場合には、水膜を凍結させる前に水膜が蒸発してしまい、パターン倒壊などの不具合が生じてしまうからである。そこで、低温ＤＩＷを用いると、基板Ｗおよび基板表面Ｗｆ上の液膜１１の温度がＤＩＷの凝固点近傍となり、液膜１１が凍結される前に液膜１１が蒸発するのを抑制してパターン倒壊のリスクを抑えることができる。また、後述する凍結処理に要する時間を短縮することも可能となる。
【００２７】
リンス工程が完了すると、基板Ｗを３００ｒｐｍで回転させたままＤＩＷ吐出ノズル３からのＤＩＷ供給を停止するとともにＤＩＷ吐出ノズル３を基板Ｗから離間した退避位置（例えば図９に示す位置）に移動させる。基板表面Ｗｆ上のＤＩＷの一部は基板Ｗ外に振り切られ（振り切り工程）、基板表面Ｗｆの全体に所定の厚みを有する液膜（水膜）１１が形成される（図４（ｂ））。なお、この実施形態では、振り切り工程を実施することで液膜の厚みを２０μｍ程度に調整しているが、基板Ｗの回転数を制御することで液膜１１を任意の値に調整することができる。
【００２８】
こうして所望厚みの液膜１１が形成されると、基板Ｗの回転が停止されるとともに、遮断部材９が対向位置まで降下され、基板表面Ｗｆに近接配置される。これにより、基板表面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の周辺雰囲気から遮断される。続いて凍結処理を実行する。すなわち、ガス冷却ユニット６４０に窒素ガスを送り込んで、例えば−６０゜Ｃの凍結乾燥用窒素ガスを生成する。そして、当該凍結乾燥用窒素ガスをノズル９７から基板表面Ｗｆに供給する。これにより、基板表面Ｗｆ全面に凍結乾燥用窒素ガスを供給して液膜１１を凍結させて凍結膜１２を形成する（図４（ｃ））。
【００２９】
凍結膜１２の形成後も凍結乾燥用窒素ガスを基板表面Ｗｆに継続して供給し続ける。すると、上記凍結膜１２は時間経過とともに昇華していく。これは、冷凍庫内の氷がどんどん小さくなっていく現象と同一である。すなわち、本実施形態ではガス冷却ユニット６４０により窒素ガスを低下させて凍結乾燥用窒素ガス中の水蒸気が凝結し始める温度、つまり露点を−６０゜Ｃ程度としており、凍結乾燥用窒素ガス中の水蒸気の分圧は図５に示すように１Ｐａ（７．５×１０−３Ｔｏｒｒ）程度にまで低下している。これに対し、凍結膜１２の温度は凍結乾燥用窒素ガスの温度よりも高く、本願発明者が実測したところ−２０゜Ｃ程度となっている。これは、基板Ｗの裏面が常温雰囲気に面しており、基板裏面から基板表面Ｗｆへの熱移動により凍結膜１２の温度低下が抑制されていることに起因すると考えられる。ただし、基板表面Ｗｆには凍結乾燥用窒素ガスが継続して供給されているため、凍結膜１２が液相に変わることはなく、凍結乾燥用窒素ガスの温度Ｔg（本実施形態では−６０゜Ｃ）とＤＩＷの凝固点との間の温度Ｔs（本実施形態では−２０゜Ｃ）となる。したがって、温度Ｔsでの凍結膜１２の蒸気圧（昇華圧）、例えば−２０゜Ｃで約１００Ｐａに対し、凍結乾燥用窒素ガス中の水蒸気の分圧は上記したように１Ｐａ程度と非常に低く、この蒸気圧差を埋めるように昇華蒸発が生じる。しかも本実施形態では、凍結乾燥用窒素ガスは継続して供給されるため、凍結乾燥用窒素ガス中の水蒸気の分圧が凍結膜１２の蒸気圧よりも低いという状況が維持されて昇華乾燥が進行していく。しかも、昇華により発生した水蒸気成分は凍結乾燥用窒素ガスの気流に乗って基板表面Ｗｆから取り除かれるため、凍結膜１２から昇華して発生した水蒸気成分が液相や固相に戻り基板表面Ｗｆに再付着するのを確実に防止することができる。このように、本実施形態では、大気圧雰囲気で凍結膜１２が液相を経由することなく気相に昇華されるとともに凍結乾燥用窒素ガスと一緒に基板表面Ｗｆから除去されて基板Ｗが乾燥される（図４（ｄ）））。
【００３０】
基板表面Ｗｆから凍結膜１２が完全に除去されて乾燥工程が完了した時点では基板Ｗの温度はＤＩＷの凝固点以下となっており、低温状態のまま基板Ｗを搬出すると、基板全面に結露が発生してしまう。そこで、本実施形態では乾燥工程の完了後に結露防止工程を実行している。この結露防止工程では、ガス冷却ユニット６４０からの凍結乾燥用窒素ガスの供給が停止されるのと入れ替えに常温窒素ガス供給部６５からガス供給管９５への常温窒素ガスの供給が開始される（図４（ｅ））。このように常温窒素ガスが基板表面Ｗｆに供給されることで基板Ｗの温度が常温付近まで戻される。このため、基板Ｗに結露が発生するのを確実に防止することができる。最後に、遮断部材９がスピンチャック２の上方の離間位置に退避した後に、処理チャンバー１から処理済の基板Ｗが搬出される。
【００３１】
以上のように、この実施形態では、凍結膜１２を構成するＤＩＷの凝固点よりも低温の凍結乾燥用窒素ガスを基板表面Ｗｆに供給して凍結膜１２が液相に戻るのを防止するとともに、凍結乾燥用窒素ガスの露点を凍結膜１２の温度よりも低く設定することで凍結乾燥用窒素ガス中の水蒸気の分圧を凍結膜１２の蒸気圧（昇華圧）よりも低下させて昇華乾燥を実行している。また、昇華乾燥により凍結乾燥用窒素ガス中の水蒸気の分圧は瞬間的に上昇するかも知れないが、フレッシュな凍結乾燥用窒素ガスを継続して基板表面Ｗｆに供給しているため、凍結膜１２を覆う凍結乾燥用窒素ガス中の水蒸気の分圧は常に低くなり、昇華乾燥が進行していく。しかも、昇華により発生した水蒸気成分は凍結乾燥用窒素ガスの気流に乗って基板表面Ｗｆから取り除かれるため、水蒸気成分が液相や固相に戻り基板表面Ｗｆに再付着するのを確実に防止することができる。このように大気圧雰囲気で基板表面Ｗｆに付着したリンス液（ＤＩＷ）を良好に除去して基板Ｗを乾燥させることができる。
【００３２】
上記のように、本実施形態では、常温窒素ガス供給部６５およびガス供給管９５が本発明の「基板温調手段」として機能して基板Ｗに結露が発生するのを防止している。また、凍結乾燥用窒素ガス供給部６４、ガス供給管９６および凍結乾燥用窒素ガス吐出ノズル９７が本発明の「昇華乾燥手段」として機能しており、凍結乾燥用窒素ガスを本発明の「乾燥用気体」を基板表面Ｗｆに供給している。また、凍結乾燥用窒素ガスはリンス処理後に基板表面Ｗｆに対して供給されて液膜を凍結させており、凍結乾燥用窒素ガス供給部６４、ガス供給管９６および凍結乾燥用窒素ガス吐出ノズル９７は本発明の「凍結手段」としても機能している。もちろん、次に説明するように「昇華乾燥手段」と「凍結手段」をそれぞれ分離して設けてもよい。
【００３３】
図６はこの発明にかかる基板乾燥装置の第２実施形態を装備した基板処理装置を示す図であり、図７は図６に示す基板処理装置の動作を模式的に示す図である。この第２実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は以下の点である。まず第１に、窒素ガス供給部６４、ガス供給管９６および窒素ガス吐出ノズル９７が本発明の「昇華乾燥手段」としてのみ機能する一方、基板表面Ｗｆ上の液膜を凍結させるために「凍結手段」が追加されている点である。この「凍結手段」は、凍結用窒素ガス供給部（図示省略）と、ガス供給管２５と、凍結用窒素ガス吐出ノズル２７とで構成されている。すなわち、図６に示すように、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に凍結用窒素ガスを供給するための円筒状のガス供給管２５が挿通されている。ガス供給管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凍結用窒素ガス供給部から送られてくる凍結用窒素ガス、例えば−２０゜Ｃの窒素ガスを吐出するガス吐出ノズル２７が設けられている。このように第２実施形態では、凍結用窒素ガスが本発明の「凍結用気体」に相当しており、ＤＩＷの凝固点よりも低く、かつ乾燥用窒素ガス（乾燥用気体）の温度よりも高い凍結用窒素ガスを基板裏面Ｗｆに供給して液膜を凍結させる。したがって、こうして形成される凍結膜１２の温度はＤＩＷの凝固点よりも低く、かつ乾燥用窒素ガス（乾燥用気体）の露点よりも高くなる。
【００３４】
また第２の相違点は加熱窒素ガスを乾燥後の基板Ｗに供給して基板Ｗを周辺温度以上に昇温する基板温調手段を設けている点である。この「基板温調手段」は加熱された窒素ガスを供給する加熱窒素ガス供給部（図示省略）を有している。この加熱窒素ガス供給部はスピンチャック２の中心軸２１の内壁面とガス供給管２５の外壁面との隙間、つまり横断面リング状のガス供給路２９に接続されており、ガス供給路２９を介して加熱窒素ガスを基板裏面Ｗｂに供給する。これにより基板Ｗは常温以上の温度に加熱される。
【００３５】
なお、その他の構成は図１に示す基板処理装置と基本的に同一であるため、以下の説明では同一符号を付して構成説明を省略する。
【００３６】
次に、上記のように構成された第２実施形態の動作について図７を参照しつつ説明する。この第２実施形態においても、第１実施形態と同様にしてリンス工程および振り切り工程が実行される。その後、次の凍結工程、乾燥工程および結露防止工程がそれぞれ実行される。
【００３７】
この凍結工程では、図７（ａ）に示すように、基板Ｗを回転させるとともに遮断部材９をスピンチャック２の上方の離間位置に退避させたまま、凍結用窒素ガス供給部から凍結用窒素ガス（例えば−２０°Ｃ）をノズル２７から基板裏面Ｗｂに供給する。これにより、基板Ｗ全体が冷却されるとともに基板表面Ｗｆ上の液膜（水膜）が凍結される。このように基板表面Ｗｆ上の液膜に対して直接凍結用窒素ガスを供給することなく凍結処理を行っているため、凍結処理中に液膜が乾燥されるのを確実に防止することができる。また、凍結工程中において極低温の窒素ガスを供給している第１実施形態に比べて基板Ｗを必要以上に冷却していないため、凍結膜１２を形成するためのエネルギー効率を向上させることができる。
【００３８】
基板表面Ｗｆ上の液膜が凍結されると、基板回転と凍結用窒素ガス供給が停止されるとともに、遮断部材９が対向位置まで降下され、基板表面Ｗｆに近接配置される。これにより、基板表面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の周辺雰囲気から遮断される。続いて第１実施形態と同様にして乾燥処理を実行する。すなわち、ガス冷却ユニット６４０に窒素ガスを送り込んで、例えば−６０゜Ｃの乾燥用窒素ガスを生成する。そして、当該乾燥用窒素ガスをノズル９７から基板表面Ｗｆに連続的に供給する。これにより、凍結膜１２は時間経過とともに昇華していく。（図７（ｂ）））。
【００３９】
乾燥工程が完了すると、ガス冷却ユニット６４０からの凍結乾燥用窒素ガスの供給が停止されるとともに、常温窒素ガス供給部６５からガス供給管９５への常温窒素ガスの供給が開始される（図７（ｃ））。また、この第２実施形態では、基板表面Ｗｆ側のみならず、基板裏面Ｗｂ側にも窒素ガスを供給している。しかも裏面側の窒素ガスは加熱窒素ガス供給部から供給される加熱窒素ガスであるため、基板Ｗは常温よりも高い温度に加熱される。このため、基板Ｗに結露が発生するのをより確実に防止することができる。もちろん、基板表面Ｗｆ側にも加熱窒素ガスを供給しても良い。最後に、遮断部材９がスピンチャック２の上方の離間位置に退避した後に、処理チャンバー１から処理済の基板Ｗが搬出される。
【００４０】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、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。上記実施形態で採用されたものと異なる構成の「凍結手段」や「基板温調手段」を用いてもよく、例えば図８に示すように加熱冷却機構２３ａを備えたスピンベース２３を用いてもよく、スピンベース２３が本発明の「ベース部」に相当し、スピンベース２３の上面に直接基板Ｗを当接させたり、スピンベース２３の上面に基板Ｗを近接配置させた状態で凍結処理や結露防止処理を行ってもよい。
【００４１】
図８はこの発明にかかる基板乾燥装置の第３実施形態の動作を模式的に示す図である。この第３実施形態では、第１実施形態と同様にしてリンス工程および振り切り工程が実行される。その後、次の凍結工程、乾燥工程および結露防止工程がそれぞれ実行される。
【００４２】
この凍結工程では、図８（ａ）に示すように、基板Ｗを回転させるとともに遮断部材９をスピンベース２３の上方の離間位置に退避させたまま、スピンベース２３に内蔵された加熱冷却機構２３ａの冷却部が作動してスピンベース２３をＤＩＷの凝固点よりも低い温度に冷却する（スピンベース２３の低温化）。これにより、基板Ｗ全体が冷却されるとともに基板表面Ｗｆ上の液膜（水膜）が凍結される。
【００４３】
その後、基板回転が停止されるとともに、遮断部材９が対向位置まで降下され、基板表面Ｗｆに近接配置される。加熱冷却機構２３ａについてはそのまま作動して基板Ｗおよび凍結膜１２の温度をＤＩＷの凝固点よりも低く、かつ乾燥用窒素ガスの露点よりも高い温度に制御する。そして、第１実施形態と同様にして乾燥処理を実行する。すなわち、ガス冷却ユニット６４０に窒素ガスを送り込んで、例えば−６０゜Ｃの乾燥用窒素ガスを生成する。そして、当該乾燥用窒素ガスをノズル９７から基板表面Ｗｆに連続的に供給する。これにより、凍結膜１２は時間経過とともに昇華していく。（図８（ｂ）））。
【００４４】
乾燥工程が完了すると、ガス冷却ユニット６４０からの凍結乾燥用窒素ガスの供給が停止される。また、加熱冷却機構２３ａの冷却部の停止と入れ替えに加熱部が作動してスピンベース２３を加熱して基板Ｗを常温以上に加熱する。このため、基板Ｗに結露が発生するのをより確実に防止することができる。最後に、遮断部材９がスピンベース２３の上方の離間位置に退避した後に、処理チャンバー１から処理済の基板Ｗが搬出される。
【００４５】
また、上記実施形態では遮断部材９を基板表面Ｗｆに近接配置した状態で乾燥用窒素ガスをノズル９７から基板表面Ｗｆに連続的に供給して凍結膜１２を乾燥させているが、例えば図９に示すように、乾燥用窒素ガスを吐出するノズル５を回転する基板Ｗの表面Ｗｆに対してスキャンさせて基板表面Ｗｆ全体に乾燥用窒素ガスを供給して凍結膜１２を乾燥させてもよい。すなわち、ノズル５をスキャン駆動するためにスピンチャック２の周方向外側に回転モータ５１が設けられている。この回転モータ５１には回転軸５３が接続され、この回転軸５３にはアーム５５が水平方向に延びるように接続されており、このアーム５５の先端に上記乾燥用窒素ガス吐出ノズル５が取り付けられている。そして、制御ユニット４からの動作指令に応じて回転モータ５１が駆動されると、アーム５５が回転軸５３回りに揺動し、基板表面Ｗｆに沿ってノズル５が移動する。
【００４６】
また、上記実施形態では、基板表面Ｗｆに付着したＤＩＷなどの純水を除去して乾燥させているが、乾燥対象はＤＩＷなどに限定されるものではなく、他の液体であっても同様にして除去することができる。また、液膜に限定されるものではなく、液滴であっても同様にして除去することができる。
【００４７】
さらに、上記実施形態では基板乾燥装置を基板処理装置に組み込み、当該基板乾燥装置によりリンス処理後の基板を乾燥させているが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、基板表面に付着する液体を除去して基板を乾燥させる基板乾燥装置全般に適用することができる。また、基板乾燥装置内で前処理工程の薬液処理手段を組み込み、薬液処理から乾燥処理までの一連の処理を装置内で続けて行うように構成する装置にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
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、ＦＥＤ（Field Emission Display）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板などを含む基板全般の表面を乾燥させる基板乾燥装置および基板乾燥方法に適用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１１…液膜
１２…凍結膜
２３…スピンベース（ベース部）
２３ａ…加熱冷却機構（凍結手段、基板温調手段）
２５…ガス供給管（凍結手段）
２７…凍結用窒素ガス吐出ノズル（凍結手段）
６４…窒素ガス供給部（昇華乾燥手段、凍結手段）
６５…常温窒素ガス供給部（基板温調手段）
９５…ガス供給管（基板温調手段）
９６…ガス供給管（昇華乾燥手段、凍結手段）
９７…窒素ガス吐出ノズル（昇華乾燥手段、凍結手段）
６４０…ガス冷却ユニット（昇華乾燥手段、凍結手段）
Ｗ…基板
Ｗｂ…基板裏面
Ｗｆ…基板表面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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