(57)【要約】【課題】優れた乾燥性能を有しつつ短時間で基板を乾燥させる。【解決手段】パターン１２が形成された基板表面Ｗｆにパターン１２の深さＨ２以上の厚みＨ１で形成された昇華物質の凝固体１３に対し、昇華物質の凝固点以下の第１の温度Ｔ１の乾燥ガスを供給して凝固体１３の表層部１３ａを構成する昇華物質を昇華する第１昇華工程と、第１昇華工程により表層部１３ａが凝固体１３から除去されて基板表面Ｗｆに残留する残留部１３ｂに対し、第１の温度Ｔ１よりも低い第２の温度Ｔ２の乾燥ガスを供給して残留部１３ｂを構成する昇華物質を昇華する第２昇華工程とを備える。【選択図】図５
2014011426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンが形成された基板表面に前記パターンの深さ以上の厚みで形成された昇華物質の凝固体に対し、前記昇華物質の凝固点以下の第１の温度の乾燥ガスを供給して前記凝固体の表層部を構成する前記昇華物質を昇華する第１昇華工程と、
前記第１昇華工程により前記表層部が前記凝固体から除去されて前記基板表面に残留する残留部に対し、前記第１の温度よりも低い第２の温度の乾燥ガスを供給して前記残留部を構成する前記昇華物質を昇華する第２昇華工程と
を備える基板乾燥方法。
【請求項２】
請求項１に記載の基板乾燥方法であって、
前記第１昇華工程の前に、前記基板表面に付着する昇華物質の液体を冷却して前記基板表面上に前記パターンの深さよりも厚い前記凝固体を形成する凝固工程をさらに備える基板乾燥方法。
【請求項３】
請求項２に記載の基板乾燥方法であって
前記凝固工程は、前記基板表面と反対の基板裏面に冷媒を供給して前記凝固体を形成する工程である基板乾燥方法。
【請求項４】
請求項２または３に記載の基板乾燥方法であって、
前記第１昇華工程は前記凝固体の表層部を構成する前記昇華物質を昇華して前記残留部を前記パターンの深さと同一厚さとする工程である基板乾燥方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の基板乾燥方法であって、
前記第２昇華工程後に、前記基板に前記昇華物質の凝固点よりも高い温度のガスを供給して前記基板を加熱する基板加熱工程をさらに備える基板乾燥方法。
【請求項６】
パターンおよび前記パターンの深さ以上の厚みで昇華物質の凝固体が形成される表面を有する基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部に保持される前記基板に前記昇華物質の凝固点以下の第１の温度の乾燥ガスを供給する第１乾燥ガス供給部と、
前記基板保持部に保持される前記基板に前記第１の温度よりも低い第２の温度の乾燥ガスを供給する第２乾燥ガス供給部と、
前記第１乾燥ガス供給部および前記第２乾燥ガス供給部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記凝固体に対し、前記第１の温度の乾燥ガスを供給して前記凝固体の表層部を構成する前記昇華物質を昇華し、
前記表層部が前記凝固体から除去されて前記基板表面に残留する残留部に対し、前記第２の温度の乾燥ガスを供給して前記凝固体を構成する前記昇華物質を昇華する
基板乾燥装置。
【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方法および基板乾燥装置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に記載されているように、基板表面上に付着する昇華物質の液体を凍結させて凍結膜（凝固体）を形成した後、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膜の温度よりも低い露点を有する乾燥ガスを継続して供給することで凍結膜を昇華乾燥させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１９９２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、大気圧下で乾燥ガスを用いて凍結膜（凝固体）を昇華して基板表面から除去するという技術事項が記載されている。しかしながら、それ以外の技術事項については十分に検討されておらず、改良の余地があった。特に、基板乾燥技術においては、上記したようにパターンの倒壊を抑制する性能（以下「乾燥性能」という）を高めることが重要であるが、それとともに昇華乾燥に要する時間（以下「昇華乾燥時間」という）を短縮することも重要となる。したがって、乾燥性能の向上および昇華乾燥時間の短縮を両立させる技術が要望されるが、これに関連する技術事項については十分に知られていなかった。
【０００５】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、優れた乾燥性能を有しつつ短時間で基板を乾燥させる技術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方法の一態様は、パターンが形成された基板表面にパターンの深さ以上の厚みで形成された昇華物質の凝固体に対し、昇華物質の凝固点以下の第１の温度の乾燥ガスを供給して凝固体の表層部を構成する昇華物質を昇華する第１昇華工程と、第１昇華工程により表層部が凝固体から除去されて基板表面に残留する残留部に対し、第１の温度よりも低い第２の温度の乾燥ガスを供給して残留部を構成する昇華物質を昇華する第２昇華工程とを備えている。
【０００７】
この発明にかかる基板乾燥装置の一態様は、パターンおよびパターンの深さ以上の厚みで昇華物質の凝固体が形成される表面を有する基板を保持する基板保持部と、基板保持部に保持される基板に昇華物質の凝固点以下の第１の温度の乾燥ガスを供給する第１乾燥ガス供給部と、基板保持部に保持される基板に第１の温度よりも低い第２の温度の乾燥ガスを供給する第２乾燥ガス供給部と、第１乾燥ガス供給部および第２乾燥ガス供給部を制御する制御部とを備え、制御部は、凝固体に対し、第１の温度の乾燥ガスを供給して凝固体の表層部を構成する昇華物質を昇華し、表層部が凝固体から除去されて基板表面に残留する残留部に対し、第２の温度の乾燥ガスを供給して凝固体を構成する昇華物質を昇華するように構成している。
【０００８】
基板表面に対してパターンおよび当該パターンの深さ以上の厚みで昇華物質の凝固体が形成されているとき、昇華物質の凝固点以下の温度を有する乾燥ガスを凝固体に供給することで凝固体を昇華して基板表面から除去することが可能である。この技術事項については特許文献１に記載されているように公知であるが、その他の技術事項については十分に知られていなかった。そこで、本発明者は後述する実験を行い、乾燥ガスの温度がパターンの倒壊に及ぼす影響を明らかにし、次の知見を得た。それは、乾燥ガスを供給して凝固体の昇華を行っている際の温度（以下「乾燥時の温度」という）が低ければ低い程、乾燥性能が高くなるという知見である。また、乾燥時の温度が低くなるにしたがって昇華乾燥時間が長くなることもわかった。したがって、乾燥性能の向上と、昇華乾燥時間の短縮とは互いにトレードオフの関係にある。
【０００９】
そこで、本発明では、凝固体の表層部を除去するときには比較的高い温度（第１の温度）の乾燥ガスが凝固体に供給される。このため、表層部は短時間で昇華乾燥される。この間、表層部以外の凝固体つまり残留部がパターンに残留しているため、パターンの倒壊は効果的に防止される。そして、表層部の昇華乾燥後では、比較的低い温度（第２の温度）の乾燥ガスが残留部に供給され、優れた乾燥性能で残留部が昇華乾燥される。したがって、優れた乾燥性能を得るために比較的低い温度の乾燥ガスのみを用いて凝固体を昇華乾燥させる場合に比べ、本発明によれば、表層部の昇華乾燥に要する時間を短縮した分、凝固体全部を昇華乾燥させるのに要する時間、つまり昇華乾燥時間が短縮される。
【００１０】
ここで、表層部の昇華乾燥を行う（第１昇華工程）前に、基板表面に付着する昇華物質の液体を冷却して基板表面上にパターンの深さよりも厚い凝固体を形成してもよい。この場合、凝固体の形成プロセスが多少変動しても、昇華乾燥前の凝固体がパターンの深さよりも薄くなる、つまりパターンの頂部が凝固体から露出してしまうのを確実に防止することができる。これによって、優れた乾燥性能をより確実に確保することができる。なお、凝固体の形成態様は任意であるが、特に基板表面と反対の基板裏面に冷媒を供給して凝固体を形成するのが望ましい。これにより、基板表面に形成される凝固体を安定して形成することができ、その後の昇華乾燥も安定して行うことができる。
【００１１】
また、上記したように凝固体はパターンの深さよりも厚い場合、表層部の昇華乾燥を行うことで残留部がパターンの深さと同一厚さとなるように構成するのが好適である。これにより、残留部をパターン全体に残留させつつ昇華乾燥に要する時間を効果的に短縮することが可能となる。
【００１２】
さらに、凝固体を昇華乾燥させた後、基板に昇華物質の凝固点よりも高い温度のガスを供給して基板を加熱するのが望ましく、これによって基板への結露を防止することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によれば、パターンの深さ以上の厚みで基板表面に形成された凝固体を昇華乾燥させるにあたって、表層部と残留部とで使用する乾燥ガスの温度を切り替えている。つまり、パターン倒壊に与える影響が少ない表層部に対して比較的高い温度（第１の温度）の乾燥ガスを用いる一方、パターン倒壊に重大な影響を与える残留部については比較的低い温度（第２の温度）の乾燥ガスを用いている。したがって、パターン倒壊を抑制しつつ、基板の乾燥時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】乾燥時の温度と倒壊率との関係を示すグラフである。
【図２】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３】図２の基板処理装置の制御構成を示すブロック図である。
【図４】図２の基板処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】図２の基板処理装置の動作を模式的に示す図である。
【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の基板処理装置の制御構成を示すブロック図である。
【図８】図６の基板処理装置の動作を模式的に示す図である。
【図９】図６の基板処理装置の動作を模式的に示す図である。
【図１０】この発明にかかる基板乾燥装置の第３実施形態を装備した基板処理装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
Ａ．乾燥時の温度と倒壊率との関係
図１は、乾燥時の温度と倒壊率との関係を示すグラフである。本願発明者は、大気圧下で乾燥ガスを用いて昇華乾燥を行う際に、乾燥時の温度がパターンの倒壊率に及ぼす影響を調べるべく、次の実験を行った。その実験は、昇華物質としてＤＩＷを用い、乾燥ガスとして「０［℃］」、「−２０［℃］」、「−４０［℃］」の窒素ガスを用い、温度毎に以下の工程(a)〜(e)、
(a)ライン・アンド・スペースのパターンを基板表面に形成する工程、
(b)基板表面に昇華物質の液体の液膜を形成する工程、
(c)液膜を凍結させて凍結膜（凝固体）を形成する工程、
(d)窒素ガスを凍結膜に供給して昇華乾燥させる工程、
(e)基板表面上のパターンの倒壊率を計測する工程、
を行った。なお、乾燥時の温度は実質的に窒素ガスの温度と一致する。乾燥時の温度０［℃］、−２０［℃］、−４０［℃］での倒壊率はそれぞれ９０［％］、９４［％］、５５［％］であり、それらの計測データをプロットしたものが図１中の実線である。
【００１６】
また、昇華物質としてターシャリーブタノール（tert-Butanol）を用い、乾燥ガスとして「０［℃］」、「−２０［℃］」、「−３０［℃］」の窒素ガスを用い、温度毎に上記工程(a)〜(e)で乾燥処理を行った。その結果、乾燥時の温度０［℃］、−２０［℃］、−３０［℃］での倒壊率はそれぞれ９０［％］、７１［％］、９［％］であり、それらの計測データをプロットしたものが図１中の破線線である。
【００１７】
図１から明らかなように、乾燥時の温度を一定に保ちつつ昇華乾燥を行う場合、乾燥時の温度が低ければ低い程、パターンの倒壊を効果的に抑制することができる。つまり、乾燥性能を高めるためには、乾燥ガスの温度を低く設定するのが好適である。その反面、低温の乾燥ガスを用いることで乾燥時の温度が低くなり、昇華乾燥時間が長くなる。このように、乾燥性能の向上と、昇華乾燥時間の短縮とは互いにトレードオフの関係にある。
【００１８】
ここで、昇華乾燥を行っている間、昇華物質は乾燥ガスと接触する凍結膜の表層部から徐々に昇華する。したがって、表層部の昇華乾燥を行っている間、表層部よりも下層側は、昇華物質がパターンに凝固状態で残留した残留部となっており、残留部の存在によってパターンの倒壊を効果的に防止することが可能である。よって、比較的高い、つまり凝固点に近い温度の乾燥ガスを用いて表層部を昇華乾燥させたとしても、乾燥性能の低下を発生させることなく、表層部の昇華乾燥に要する時間を短縮することができる。一方、表層部の昇華乾燥が完了すると、次に残留部を構成する昇華物質の昇華が開始されるため、乾燥ガスの温度を低下させて乾燥性能を高める必要がある。
【００１９】
このような考察に基づき本願発明者は、優れた乾燥性能を有しつつ短時間で基板を乾燥させるために、凍結膜（凝固体）の昇華乾燥中に乾燥ガスの温度を切り替えるのが有効であるとの結論を得た。具体的には、比較的高い温度（第１の温度）の乾燥ガスを用いて表層部を昇華乾燥した後で上記乾燥ガスよりも低い温度（第２の温度）の乾燥ガスを用いて残留部を昇華乾燥することで、上記目的を達成することができるとの結論を得た。
【００２０】
そこで、本発明では上記知見および結論に基づいて基板乾燥方法および装置を次のように構成することで、優れた乾燥性能を有しつつ短時間で基板を乾燥させている。以下、図面を参照しつつ実施形態について詳述する。
【００２１】
Ｂ．第１実施形態
図２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３は図２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１００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ＤＩＷを昇華物質として昇華させて基板Ｗを乾燥させる。
【００２２】
この基板処理装置１００は、基板Ｗに対してリンス処理を施す処理空間をその内部に有する処理チャンバ１０１と、装置全体を制御する制御ユニット１０４とを備えている。この処理チャンバ１０１内には、図２に示すように、スピンチャック１０２とＤＩＷ吐出ノズル１０３と遮断部材１０９とが設けられている。スピンチャック１０２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１０３は液体供給ユニット１６２と接続されている。制御ユニット１０４が図示を省略する開閉バルブを開成すると、液体供給ユニット１６２からリンス液としてＤＩＷがＤＩＷ吐出ノズル１０３に圧送され、スピンチャック１０２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに向けて吐出される。遮断部材１０９は、スピンチャック１０２の上方に、スピンチャック１０２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。
【００２３】
上記スピンチャック１０２の中心軸１２１の上端部には、円板状のスピンベース１２３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１２１はモータを含むチャック回転機構１２２の回転軸に連結されている。そして、制御ユニット１０４からの動作指令に応じてチャック回転機構１２２が駆動されると、中心軸１２１に固定されたスピンベース１２３が回転中心軸Ａ０を中心に回転する。
【００２４】
スピンチャック１０２の中心軸１２１は中空軸からなる。中心軸１２１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ガス供給管１２５が挿通されている。ガス供給管１２５はスピンチャック１０２に保持された基板Ｗの下面（裏面Ｗｂ）に近接する位置まで延びており、その先端には基板Ｗの下面中央部に向けて凍結用窒素ガスを吐出する下面ノズル１２７が設けられている。
【００２５】
スピンベース１２３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１２４が立設されている。チャックピン１２４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１２３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１２４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１２４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。
【００２６】
そして、スピンベース１２３に対して基板Ｗが受渡しされる際には、各チャックピン１２４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１２４を押圧状態とする。各チャックピン１２４を押圧状態とすると、各チャックピン１２４は基板Ｗの周縁部を把持して、基板Ｗがスピンベース１２３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。
【００２７】
ＤＩＷ吐出ノズル１０３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１０２の周方向外側にノズル駆動用回転モータ１３１が設けられている。この回転モータ１３１には回転軸１３３が接続され、この回転軸１３３にはアーム１３５が水平方向に延びるように接続されており、このアーム１３５の先端に上記ＤＩＷ吐出ノズル１０３が取り付けられている。そして、制御ユニット１０４からの動作指令に応じて回転モータ１３１が駆動されると、アーム１３５が回転軸１３３回りに揺動することとなる。
【００２８】
上記遮断部材１０９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１０９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１０９は略円筒形状を有する支持軸１９１の下端部に略水平に取り付けられている。この支持軸１９１は、水平方向に延びるアーム１９２により保持されている。また、アーム１９２には、遮断部材昇降機構１９４が接続されており、制御ユニット１０４からの動作指令に応じて、遮断部材１０９をスピンベース１２３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１０４は、遮断部材昇降機構１９４の動作を制御して、基板処理装置１００に対して基板Ｗを搬入出させる際には、遮断部材１０９をスピンチャック１０２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に対して後述する凝固処理、昇華乾燥処理および結露防止処理を施す際には、遮断部材１０９をスピンチャック１０２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。
【００２９】
支持軸１９１は中空になっており、その内部にガス供給管１９５が挿通されるとともに、当該ガス供給管１９５にガス供給管１９６が挿通されて、いわゆる二重管構造となっている。そして、両ガス供給管１９５、１９６が窒素ガス供給機構１０５と接続されており、窒素ガス供給機構１０５からガス供給管１９５、１９６に対して常温窒素ガスおよび昇華乾燥用窒素ガスがそれぞれ供給される。
【００３０】
窒素ガス供給機構１０５は、図３に示すように、当該基板処理装置１００が設置される工場のユーティリティのひとつである常温窒素ガス供給源１５１から配管１５２を介して常温窒素ガスの供給を受ける。この配管１５２はガス供給管１９５の上方端部と接続されるとともに、その途中で別の配管１５３が分岐して除湿部１５４に接続されている。
【００３１】
除湿部１５４は、常温窒素ガス供給源１５１から供給される常温窒素ガスを冷却して同窒素ガス中に含まれる水分を除去して露点を低下させる。より詳しくは、除湿部１５４はタンク構造を有する容器（図示省略）を有している。容器には、液体窒素を取り入れる液体窒素導入口が設けられており、該導入口を介して液体窒素供給部１０７から液体窒素が容器内に導入される。容器の内部には、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がガス通送路として設けられている。熱交換パイプは容器に貯留された液体窒素に浸漬されており、その内部には常温窒素ガス供給源１５１から配管１５２および配管１５３を介して常温窒素ガスが供給される。これにより、常温窒素ガスが液体窒素により冷やされ、同窒素ガスに含まれる水分が熱交換パイプの内面に霜としてトラップされて窒素ガスの露点を液体窒素の温度と同等の露点まで低下させる。こうして、低露点化された窒素ガスが３つの温度調整部１５５〜１５７に送給される。
【００３２】
温度調整部１５５〜１５７はそれぞれ恒温槽（図示省略）を有しており、除湿部１５４で液体窒素の温度に近い温度まで冷却された窒素ガスの温度を所望温度に調整する。すなわち、温度調整部１５５は、除湿部１５４から供給される窒素ガスの温度を、ＤＩＷの凝固点以下であり、凍結膜（凝固体）の表層部を昇華乾燥させる第１昇華処理に適した温度Ｔ１［℃］に調整する。温度調整部１５５では、恒温槽に貯留された恒温液がペルチェ素子などの温調素子によって一定温度に制御される。また、恒温槽の内部には、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がガス通送路として設けられており、温調された恒温液に浸漬されている。そして、除湿部１５４から窒素ガスが熱交換パイプに供給され、恒温液との間で熱交換される。これにより、窒素ガスが第１の温度Ｔ１に調整され、窒素ガスが第１昇華乾燥用窒素ガスとしてガス供給管１９６の上方端部に供給される。
【００３３】
また、温度調整部１５６は、除湿部１５４から供給される窒素ガスの温度を第１昇華処理に適した温度Ｔ１よりも低く、凍結膜（凝固体）の残留部を昇華乾燥させる第２昇華処理に適した温度Ｔ２［℃］に調整する。温度調整部１５６の恒温槽も温度調整部１５５と同様に構成されており、除湿部１５４から窒素ガスが当該恒温槽に貯留された恒温液との間で熱交換される。これにより、窒素ガスが第２の温度Ｔ２に調整され、第２昇華乾燥用窒素ガスとしてガス供給管１９６の上方端部に供給される。
【００３４】
さらに、温度調整部１５７は、除湿部１５４から供給される窒素ガスの温度を、ＤＩＷの凝固点以下であり、リンス液を凍結させる凝固処理に適した凍結温度に調整する。温度調整部１５７の恒温槽も温度調整部１５５と同様に構成されており、除湿部１５４から窒素ガスが当該恒温槽に貯留された恒温液との間で熱交換される。これにより、窒素ガスが凍結温度に調整され、凍結用窒素ガスとしてガス供給管１２５の下方端部に供給される。なお、本実施形態では、凍結用窒素ガスを生成するために独立した温度調整部１５７を設けているが、第１昇華乾燥用窒素ガスや第２昇華乾燥用窒素ガスを凍結用窒素ガスとして用いるように構成してもよい。
【００３５】
図２に戻って説明を続ける。ガス供給管１９６の下方端部は遮断部材１０９の開口に延設されるとともに、その先端に昇華乾燥用窒素ガス吐出ノズル１９７が設けられている。そして、次に説明するように、液膜を凍結する凝固処理および液膜を昇華乾燥する昇華乾燥処理において低温の昇華乾燥用窒素ガスを基板表面Ｗｆに向けて供給する。
【００３６】
一方、二重管構造を形成するもう一方のガス供給管１９５は上記したように配管１５２を介して常温窒素ガス供給源１５１と接続されている。そして、基板Ｗに対する昇華乾燥処理後に実行される結露防止処理時に、遮断部材１０９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１９５から常温窒素ガスが供給される。なお、この実施形態では、常温窒素ガス供給源１５１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、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。この点に関しては、後の実施形態においても同様である。
【００３７】
このように構成された基板処理装置１００では、制御ユニット１０４のメモリ（図示省略）に記憶されたプログラムにしたがって、制御ユニット１０４が装置各部を以下に説明するように制御して一連の処理を実行する。以下、図４および図５を参照しつつ基板処理装置１００の動作について説明する。
【００３８】
図４は図２の基板処理装置の動作を示すフローチャートである。図５は図２の基板処理装置の動作を模式的に示す図である。図２の基板処理装置１００では、基板搬入時には、遮断部材１０９はスピンチャック１０２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１０２に保持される。すると、制御ユニット１０４はユーザやオペレータにより選択されたレシピをメモリ（図示省略）から読出して設定し（ステップＳ１１）、そのレシピで規定された各種制御データ（基板の回転数や回転時間の回転パラメータ、ＤＩＷの流量、昇華乾燥用窒素ガスの温度Ｔ１、Ｔ２など）に基づき装置各部を制御して該基板Ｗに対してリンス処理、昇華乾燥処理および結露防止処理を実行する。
【００３９】
基板Ｗの搬入後、チャック回転機構１２２が駆動してスピンチャック１０２を回転させるとともに、回転モータ１３１が駆動してＤＩＷ吐出ノズル１０３を基板Ｗの回転中心ＡＯ上方の回転中心位置へ移動させる。制御ユニット１０４は液体供給ユニット１６２のバルブ（図示省略）を開いてＤＩＷ吐出ノズル１０３からＤＩＷを基板表面Ｗｆに供給し、リンス処理を行う（ステップＳ１２）。
【００４０】
リンス処理が完了すると、基板Ｗを回転させたまま制御ユニット１０４は液体供給ユニット１６２のバルブを閉じてＤＩＷ吐出ノズル１０３からのＤＩＷ供給を停止する。また、回転モータ１３１が駆動してＤＩＷ吐出ノズル１０３を基板Ｗから離間した退避位置に移動させる。基板表面Ｗｆ上のＤＩＷの一部は基板Ｗ外に振り切られ、図５（ａ）に示すように、基板表面Ｗｆ上に液膜（ＤＩＷ膜）１１が形成される。この実施形態では、制御ユニット１０４は、基板Ｗの回転数を制御することで、液膜１１の厚みＨ１が基板表面Ｗｆ上のパターン１２の深さ、つまり高さＨ２を超えるように厚み調整を行っている（ステップＳ１３）。
【００４１】
所望厚みＨ１の液膜が形成されると、基板Ｗの回転が停止されるとともに、遮断部材１０９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１０９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。続いて凝固処理を実行する。すなわち、窒素ガス供給機構１０５が、常温窒素ガス供給源１５１から供給される常温窒素ガスを除湿部１５４に送り込んで低露点化窒素ガスを生成する。窒素ガス供給機構１０５は、さらに低露点化窒素ガスを温度調整部１５７に送り込んで液膜１１の凍結に適した温度に昇温して凍結用窒素ガスを生成する。当該凍結用窒素ガスはガス供給管１２５の下方端部に供給され、下面ノズル１２７から基板裏面Ｗｂに供給される。これにより、図５（ｂ）に示すように、基板表面Ｗｆ上の液膜１１が凍結されて凍結膜１３が形成される（凝固工程：ステップＳ１４）。
【００４２】
そして、凍結膜１３の形成後、窒素ガス供給機構１０５は凍結用窒素ガスの供給を停止するとともに低露点化窒素ガスを温度調整部１５５に送り込んで凍結膜１３の表層部１３ａの昇華乾燥に適した温度Ｔ１に昇温して第１昇華乾燥用窒素ガスを生成する。当該第１昇華乾燥用窒素ガスはガス供給管１９６の上方端部に供給され、ガス吐出ノズル１９７から基板表面Ｗｆに供給される。これにより、図５（ｂ）に示すように、基板表面Ｗｆ上の凍結膜１３の表層部１３ａから徐々にＤＩＷが昇華される（第１昇華工程：ステップＳ１５）。このとき、昇華により発生した水蒸気成分は第１昇華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１３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。昇華乾燥の進行に伴って凍結膜１３が徐々に薄くなっていく。なお、同図中の１点鎖線は凍結膜１３の初期表面レベルを示している。
【００４３】
第１昇華乾燥用窒素ガスによる昇華乾燥処理（第１昇華工程）の開始から所定時間が経過すると（ステップＳ１６で「ＹＥＳ」）、凍結膜１３の厚みはパターン１２の深さ（高さ）Ｈ２と一致し、図５（ｄ）に示すように、凍結膜１３の表面はパターン１２の頂部と面一状態となる。そこで、本実施形態では、予め実験や検証などに基づいてレシピ毎に上記所定時間が求められ、制御ユニット１０４のメモリに記憶されている。制御ユニット１０４はレシピに対応する時間を上記所定時間として読み出し、時間経過に基づいて第２昇華乾燥用窒素ガスによる昇華乾燥処理（第２昇華工程）に切り替える。すなわち、当該タイミングで、窒素ガス供給機構１０５は第１昇華乾燥用窒素ガスの供給を停止して凍結膜１３の表層部１３ａの昇華乾燥を終了する。この時点では、基板表面Ｗｆ上には、厚みＨ２の凍結膜１３が残留しており、これを「残留部１３ｂ」と称し、第２昇華工程の説明を続ける。
【００４４】
第１昇華乾燥用窒素ガスの供給停止と入替えに、窒素ガス供給機構１０５は低露点化窒素ガスを温度調整部１５６に送り込んで残留部１３ｂの昇華乾燥に適した温度Ｔ２（＜Ｔ１）に昇温して第２昇華乾燥用窒素ガスを生成する。当該第２昇華乾燥用窒素ガスは、第１昇華乾燥用窒素ガスと同様にして基板表面Ｗｆに供給され、同図（ｅ）に示すように残留部１３ｂから徐々にＤＩＷが昇華される（第２昇華工程：ステップＳ１７）。また。昇華により発生した水蒸気成分は第２昇華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。
【００４５】
昇華乾燥が完了すると、制御ユニット１０４は、第２昇華乾燥用窒素ガスの供給を停止するのと入れ替えに常温窒素ガスを基板表面Ｗｆに供給して基板Ｗの温度を常温付近まで戻す（結露防止工程：ステップＳ１８）。これによって、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。なお、結露防止工程は本発明の「基板加熱工程」に相当するものであるが、基板乾燥処理における必須工程でなく、必要に応じて適宜採用すればよい。最後に、遮断部材１０９がスピンチャック１０２の上方の離間位置に退避した後に、処理チャンバ１０１から処理済の基板Ｗが搬出される。
【００４６】
以上のように、凍結膜１３の表層部１３ａを除去するとき、つまり第１昇華工程では、パターン１２に残留部１３ｂを残留した状態のまま比較的高い温度Ｔ１の第１昇華乾燥用窒素ガスを乾燥ガスとして用いているので、パターン倒壊を発生させることなく、表層部１３ａを短時間で昇華乾燥することができる。そして、表層部１３ａを昇華乾燥させて残留部１３ｂがパターン１２と同一厚みとなった時点で、乾燥ガスを第１昇華乾燥用窒素ガスよりも温度の低い第２昇華乾燥用窒素ガスに切り替えて残留部１３ｂの昇華乾燥を行っている。このため、優れた乾燥性能で残留部を昇華乾燥することができる。しかも、比較的低い温度の乾燥ガスのみを用いて凍結膜１３を昇華乾燥させる場合に比べ、表層部１３ａの昇華乾燥に要する時間を短縮した分だけ、凍結膜１３を昇華乾燥させるのに要する時間を短縮することができる。
【００４７】
また、本実施形態では、基板表面Ｗｆ上にパターン１２の深さよりも厚い凍結膜１３を形成している。したがって、凝固工程で実行される各種プロセスが多少変動しても、昇華乾燥前の凍結膜１３がパターン１２の深さよりも薄くなる、つまりパターン１２の頂部が凍結膜１３から露出してしまうのを確実に防止することができる。
【００４８】
さらに、基板裏面Ｗｂに凍結用窒素ガスを冷媒として供給して凍結膜１３を形成している。つまり、冷媒を液膜１１に直接供給することなく液膜１１を凝固させている。したがって、凝固工程中に冷媒による液膜１１への外乱が発生するのを防止することができ、均一な厚みを有する凍結膜１３を基板表面Ｗｆ全体にわたって安定して形成することができる。その結果、昇華乾燥を安定して行うことができ、より優れた乾燥性能が得られる。
【００４９】
なお、上記第１実施形態では、表層部１３ａを昇華乾燥させることで残留部１３ｂがパターン１２の深さと同一厚みＨ２となるように構成しているが、当該技術事項は本発明の必須構成要件ではない。乾燥ガスの温度を切り替える時点で残留部１３ｂがパターン１２の倒壊を防止する程度にパターン１２の間に残留しておればよい。したがって、凝固工程により形成される凍結膜１３の厚みがパターン１２の深さと同一であったとしても、本発明を適用することが可能である。
【００５０】
Ｃ．第２実施形態
上記第１実施形態ではリンス液および昇華物質としてＤＩＷを用いているが、他の物質、例えば二酸化炭素を用いることができる。ただし、二酸化炭素を用いる場合、凝固体を形成するために、処理チャンバ内での圧力制御が事実上不可避となる。以下、図６ないし図９を参照しつつ第２実施形態について詳述する。
【００５１】
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３００は、主に、処理チャンバ３１０、二酸化炭素供給機構３２０、第１窒素ガス供給機構３３０、液体窒素供給機構３４０、第２窒素ガス供給機構４４０および排出機構３５０を備えている。そして、基板処理装置３００は、半導体ウエハ等の基板Ｗの表面Ｗｆを二酸化炭素でリンス処理した後に、二酸化炭素を昇華物質として昇華させて基板Ｗを乾燥させる。
【００５２】
処理チャンバ３１０は、円筒状の上側部材３１３と、円盤形状の下側部材３１４とで構成されている。これらのうち上側部材３１３は、円形状の上壁３１１と上壁３１１の周囲に設けられた側壁３１２とを一体化した構造体であり、下方向（−Ｚ）に開口した開口部を有している。一方、下側部材３１４は上側部材３１３の開口部の下方側に配置された下壁３１６を有しており、開口部を塞ぐことで処理チャンバ３１０の内部空間を構成する。また、下壁３１６の上面、すなわち処理チャンバ３１０の内部空間の底面を規定する面は傾斜している。このように構成された上側部材３１３と下側部材３１４とは、互いに接離して、上下方向Ｚに相対移動可能に構成されている。
【００５３】
そして、装置全体を制御する制御ユニット５００（図７）からのチャンバ開指令に応じてチャンバ開閉機構３１７（図７）が作動して処理チャンバ３１０を開成し、処理チャンバ３１０への基板Ｗの搬入および処理チャンバ３１０からの基板Ｗの搬出が可能となる。一方、制御ユニット５００からのチャンバ閉指令に応じてチャンバ開閉機構３１７が作動して処理チャンバ３１０を閉成することで、上側部材３１３と下側部材３１４とがシール材３１５を介して互いに密着し、処理チャンバ３１０を密閉する。こうして密閉された処理チャンバ３１０の内部でリンス処理および昇華乾燥処理が実行される。
【００５４】
処理チャンバ３１０の内部には、基板Ｗを載置する載置台３９０が設けられている。基板Ｗは載置台３９０の上面に載置されることによって、略水平状態に保持される。載置台３９０の上面には図示しない吸着口が設けられており、吸着口が載置された基板Ｗの下面を吸着することによって、基板Ｗは載置台３９０上に保持される。なお、基板Ｗの保持態様はこれに限定されるものではなく、例えばメカチャック方式により保持してもよい。
【００５５】
この載置台３９０の下面中央には、支持軸３６０が下方（−Ｚ）に向けて突設されている。この支持軸３６０は、下側部材３１４に高圧シール回転導入機構３７０を介して挿通されている。さらに、高圧シール回転導入機構３７０の回転軸３７１は回転機構３７２に接続されている。このため、制御ユニット５００からの回転指令に応じて回転機構３７２が作動すると、基板Ｗを保持する載置台３９０が支持軸３６０回りに任意の回転数で回転する。
【００５６】
処理チャンバ３１０には第１導入管４００が取り付けられている。より詳しくは、図６に示すように、第１導入管４００は上側部材３１３の上壁３１１に貫通して取り付けられており、その下方端部は処理チャンバ３１０の内部空間に繋がっている。一方、第１導入管４００の上方端部はＴ字状に分かれており、それらの一方は二酸化炭素供給機構３２０に接続されるとともに他方は第１窒素ガス供給機構３３０に接続されている。これらのうち二酸化炭素供給機構３２０は、二酸化炭素ガスを供給する二酸化炭素供給部３２１と、二酸化炭素供給部３２１を第１導入管４００の上方端部の一方と接続する配管３２２と、この配管３２２に介挿されたバルブ３２３とを有している。また、第１窒素ガス供給機構３３０は、窒素ガスを供給する第１窒素ガス供給部３３１と、第１窒素ガス供給機構３３０を第１導入管４００の上方端部の他方と接続する配管３３２と、この配管３３２に介挿されたバルブ３３３とを有している。このように本実施形態では、第１導入管４００が２つの共通導入管として機能する。つまり、第１導入管４００は、二酸化炭素供給機構３２０から供給される二酸化炭素ガスを処理チャンバ３１０に導入する導入経路として機能するとともに、第１窒素ガス供給機構３３０から供給される常温窒素ガスを処理チャンバ３１０に導入する導入経路としても機能する。
【００５７】
そして、制御ユニット５００からのバルブ開閉指令に応じてバルブ３２３、３３３がそれぞれ「開成状態」および「閉成状態」になると、二酸化炭素供給部３２１からの二酸化炭素ガスが第１導入管４００を介して処理チャンバ３１０に供給される。後述するように昇華乾燥を行う間、処理チャンバ３１０は密閉状態とされているため、二酸化炭素ガスの導入を開始して間もなく処理チャンバ３１０内は、導入された二酸化炭素ガスの蓄積によって二酸化炭素が凝縮する圧力以上の高圧となる。このため、処理チャンバ３１０内にはごく初期には二酸化炭素が気相で供給されるが、間もなく基板Ｗの上には液状の二酸化炭素が供給される状態となる。換言すれば、二酸化炭素の供給の初期段階は、気相の二酸化炭素による処理チャンバ３１０内の圧力上昇段階であり、それ以後は、液体二酸化炭素を供給する段階となる。なお、この実施形態では、二酸化炭素供給部３２１から供給される二酸化炭素は、後述する原理によって基板ＷからＩＰＡ（isopropyl alcohol：イソプロピルアルコール）などの処理液をリンス除去するためのリンス物質として用いられるが、昇華乾燥に用いる昇華物質としても機能する。
【００５８】
一方、制御ユニット５００からのバルブ開閉指令に応じてバルブ３２３、３３３がそれぞれ「閉成状態」および「開成状態」になると、第１窒素ガス供給機構３３０から窒素ガスが第１導入管４００を介して処理チャンバ３１０に供給される。第１窒素ガス供給機構３３０は第１実施形態の窒素ガス供給機構１０５と同様に構成されており、常温窒素ガス、第１昇華乾燥用窒素ガスおよび第２昇華乾燥用窒素ガスを生成し、選択的に供給可能となっている。
【００５９】
液体窒素供給機構３４０は、第２導入管３４１、液体窒素供給部３４２、配管３４５、バルブ３４３で構成されている。第２導入管３４１は、下側部材３１４の下壁３１６を貫通しており、その上端部は処理チャンバ３１０内部まで延設されている。第２導入管３４１の処理チャンバ３１０内部における一端は、載置台３９０の下面に対面している。また、第２導入管３４１の他方端は配管３４５により液体窒素供給部３４２と接続され、さらに当該配管３４５にバルブ３４３が介挿されている。このため、制御ユニット５００からのバルブ開指令に応じてバルブ３４３が開成すると、液体窒素が第２導入管３４１から処理チャンバ３１０内に供給される。
【００６０】
さらに処理チャンバ３１０を構成する下側部材３１４には、第３導入管４４１が第２導入管３４１と同様に、下側部材３１４を貫通するとともに、その上端部が処理チャンバ３１０内部まで延設されている。この第３導入管４４１は、第３導入管４４１、第２窒素ガス供給部４４２、ヒータ４４４、バルブ４４３および配管４４５とともに第２窒素ガス供給機構４４０を構成している。すなわち、第３導入管４４１の処理チャンバ３１０内部における一端は、載置台３９０の下面に対面している。また、第３導入管４４１の他方端は配管４４５により第２窒素ガス供給部４４２に接続されている。さらに当該配管４４５に対して第２窒素ガス供給部４４２側からヒータ４４４、バルブ４４３が介挿されている。このように構成された第２窒素ガス供給機構４４０では、第２窒素ガス供給部４４２から供給される窒素ガスがヒータ４４４によって昇温される。そして、制御ユニット５００からのバルブ開指令に応じてバルブ４４３が開成するのに伴って、ヒータ４４４で昇温された高温窒素ガスが処理チャンバ３１０内に供給される。なお、第２窒素ガス供給部４４２と、第１窒素ガス供給部３３１とは１つにまとめることも可能である。
【００６１】
処理チャンバ３１０の内部上方には、流体分散機構３８０が設けられている。流体分散機構３８０は、処理チャンバ３１０の内部に嵌め込まれた円板状の閉塞板３８１に対し、上下に貫通する流通孔３８２を複数個設けたものである。これにより、第１導入管４００を介して処理チャンバ３１０に供給される二酸化炭素や窒素ガスを整流し、基板Ｗの上面に対して均一な流体供給が可能となっている。
【００６２】
また、処理チャンバ３１０を構成する下側部材３１４に対して排出機構３５０が接続されている。この排出機構３５０は、複数の排出管３５１、配管３５４、バルブ３５３で構成されている。本実施形態では、図６に示すように、下側部材３１４の上面には複数の傾斜面が形成されており、これらの傾斜面で形成される谷部、つまり上面のうち最も鉛直方向Ｚにおいて最も低い位置に対し、各排出管３５１の上端部が連通されている。このため、基板Ｗから流れ落ちた液体は、下側部材３１４の傾斜面に沿って谷部に集められ、排出管３５１を介して処理チャンバ３１０外に排出される。また、処理チャンバ３１０内の気体についても、排出管３５１を介して処理チャンバ３１０外に排出可能となっている。
【００６３】
処理チャンバ３１０から排出管３５１を通って排出された液体および気体は、バルブ３５３を通過することで減圧された後、分離槽３５５に送られ、分離槽３５５で液体と気体とに分離される。そして、分離された気体と液体とは、それぞれ再利用又は、再処理が行われるように所定の機器へと送られる。
【００６４】
処理チャンバ３１０内には、温度センサ６１０（図７）および圧力センサ６２０（図７）が設けられており、それらのセンサ６１０、６２０によって処理チャンバ３１０内の温度および圧力をそれぞれ測定可能となっている。これらのセンサ６１０、６２０で計測された温度データおよび圧力データは制御ユニット５００に入力される。そして、制御ユニット５００はこれらの計測結果に応じてバルブ３２３、３３３、３４３、４４３、３５３の開閉や開度を調節し、処理チャンバ３１０内の温度および圧力を調節可能となっている。なお、制御ユニット５００のハードウェアとしての構成は、一般的なコンピュータと同様の構成であり、メモリ（図示省略）に予め記憶されたプログラムにしたがって基板処理装置３００の装置各部を制御することで以下の一連の動作を実行して基板Ｗを昇華乾燥させる。以下、図４、図８および図９を参照しつつ基板処理装置３００の動作について説明する。
【００６５】
図８および図９は図６の基板処理装置の動作を模式的に示す図である。図６の基板処理装置３００は、図４のフローチャートで示す各工程と類似した工程を実行して基板Ｗに対してリンス処理、昇華乾燥処理および結露防止処理を実行する。基板処理装置３００では、基板表面ＷｆがＩＰＡ液などの処理液で完全に覆われた状態で基板Ｗが基板処理装置３００の載置台３９０に搬入され、載置台３９０に保持される。この搬送時点では、基板処理装置３００の処理チャンバ３１０はチャンバ開閉機構３１７により開成されている。制御ユニット５００はユーザやオペレータにより選択されたレシピをメモリ（図示省略）から読出して設定し（ステップＳ１１）、そのレシピで規定された各種制御データ（基板の回転数や回転時間の回転パラメータ、二酸化炭素の流量、昇華乾燥用窒素ガスの温度Ｔ１、Ｔ２など）に基づき装置各部を以下のように制御する。
【００６６】
処理チャンバ３１０への基板Ｗのローディング完了後、チャンバ開閉機構３１７により上側部材３１３と下側部材３１４とが嵌め込まれる。なお、この段階では、バルブ３２３、３３３、３４３、４４３、３５３はすべて閉成されており、上記嵌込動作の完了によって処理チャンバ３１０内は密閉状態となる。また、この段階では、処理チャンバ３１０の内部雰囲気は常温常圧である。
【００６７】
処理チャンバ３１０内が密閉状態になると、バルブ３２３が開成され、二酸化炭素供給部３２１から供給される二酸化炭素ガスが第１導入管４００を介して処理チャンバ３１０内に供給される。また、この二酸化炭素ガスの供給に対応してバルブ３５３が開成される。これによって、処理チャンバ３１０内の空気がバルブ３５３から排出されて、処理チャンバ３１０内は、二酸化炭素ガスに置換される。
【００６８】
そして、所定時間が経過すると、バルブ３５３は閉成されて処理チャンバ３１０内は密閉状態に戻される。一方、バルブ３２３は開成されたままであるため、処理チャンバ３１０への二酸化炭素ガスの供給は継続される。このため、処理チャンバ３１０内の圧力は徐々に上昇し、やがて処理チャンバ３１０の内部は、二酸化炭素の三重点である温度−５６．６［℃］、圧力５．１気圧（０．５１７［ＭＰａ］）よりも高温高圧の状態になる。そして、所定の圧力を超えた段階で二酸化炭素ガスは、処理チャンバ３１０内において液化する。このときの所定の圧力は、処理チャンバ３１０内の温度における、液相と気相とが共存する圧力と温度との関係を表した蒸気圧曲線に基づいて決定される圧力である。
【００６９】
このように、二酸化炭素供給部３２１から処理チャンバ３１０内に供給される二酸化炭素は、供給開始の時点では気体で供給されるが、その後、処理チャンバ３１０内の圧力が５．１気圧を超えて所定の凝縮圧力に到達した時点で液体の状態となり、これ以降、二酸化炭素は液体の状態で基板Ｗに供給される。したがって、初期段階でいったん気体状態を経由する部分を除き、実質的には、液体二酸化炭素が処理チャンバ３１０に与えられる。
【００７０】
このような、二酸化炭素が液体として存在する領域は、
1）三重点の温度−５６．６［℃］、圧力５．１気圧よりも高温高圧であり、
2）温度３１．１［℃］未満で圧力７２．８気圧（７．３８［ＭＰａ］）未満である
という範囲であり、これは超臨界領域には入っておらず、非超臨界状態に維持されている。そして、この非超臨界状態のままバルブ３５３が開成されるとともに、回転機構３７２が載置台３９０を回転駆動する。これによって、基板Ｗ表面に存在していたＩＰＡ液などの処理液および液体二酸化炭素は、基板Ｗの回転の遠心力によって、基板Ｗの外周に向かって流れる。そして、ＩＰＡ液および液体二酸化炭素は処理チャンバ３１０内の底面（下壁３１６の上面）に流れ落ちて、排出管３５１を介して処理チャンバ３１０外に排出される。このように、本実施形態では、基板Ｗを回転させることによって、効率的にＩＰＡ液が液体二酸化炭素によりリンス除去される（ステップＳ１２）。
【００７１】
また、第１導入管４００から処理チャンバ３１０内に供給される液体二酸化炭素は、流体分散機構３８０によって基板Ｗの表面に対して均等に供給される。液体二酸化炭素の表面張力はＩＰＡ液の表面張力よりも小さいため、液体二酸化炭素は、基板Ｗ表面に形成されたパターンの隙間に容易に入り込む。このような液体二酸化炭素の供給は、基板Ｗの表面が完全に液体二酸化炭素で置換されるように、所定の時間が経過するまで行われる。
【００７２】
リンス処理が完了すると、基板Ｗを回転させた状態のまま制御ユニット５００はバルブ３２３を閉成して処理チャンバ３１０内への液体二酸化炭素の供給を停止する。これにより、基板表面Ｗｆ上の液体二酸化炭素の一部は基板Ｗ外に振り切られ、図８（ａ）に示すように、基板表面Ｗｆ上に二酸化炭素の液膜１４が形成される。この実施形態では、制御ユニット５００は、基板Ｗの回転数を制御することで、液膜１４の厚みＨ１が基板表面Ｗｆ上のパターン１２の深さ、つまり高さＨ２を超えるように厚み調整を行っている（ステップＳ１３）。
【００７３】
所望厚みＨ１の液膜が形成されると、バルブ３５３が閉成されて処理チャンバ３１０内は密閉状態に戻る。それに続いて、バルブ３４３が開成されて液体窒素が処理チャンバ３１０内に供給され、載置台３９０の下面に直接吹き付けられる。このため、載置台３９０の温度は、急速に低下し、載置台３９０上に保持された基板Ｗが冷却される。すなわち、載置台３９０はクールプレートのように基板Ｗに接する面全体で基板Ｗを冷却することとなる。このとき、バルブ３３３が開成されて昇華物質である二酸化炭素の三重点の圧力以上の分圧を有する常温二酸化炭素ガスが第１導入管４００を介して処理チャンバ３１０内に供給される。これによって液体窒素による基板Ｗの冷却中も、処理チャンバ３１０内の圧力は三重点の圧力以上に保たれる。また、この実施形態では、単に二酸化炭素ガスの供給により圧力を三重点以上とするのみならず、バルブ３５３が開度を調整されつつ開成されて処理チャンバ３１０内の圧力を三重点以上の一定値に維持される。
【００７４】
こうして、圧力が５．１気圧以上で一定に保持されるとともに、温度が低下することによって、基板Ｗ表面上に形成された二酸化炭素の液膜１４は凝固する（図８（ｂ）：凝固工程）。このように、本実施形態では、二酸化炭素の液膜１４を凝固させるために、処理チャンバ３１０内に直接、冷媒である液体窒素を供給している。このため、基板Ｗが接している載置台３９０の面を介して除熱されることとなり、効率的に基板Ｗを冷却し、液膜１４を凝固させて凍結膜１５を得ることができる。なお、凝固工程中に常温窒素ガスの代わりに第１昇華乾燥用窒素ガスや第２昇華乾燥用窒素ガスを供給してもよく、これらの場合、凝固時間をさらに短縮することができる。また、凝固工程中に窒素ガスの供給を停止してもよい。この場合、凝固工程中に窒素ガスによる液膜１４への外乱が発生するのを防止することができ、均一な厚みを有する凍結膜１５を基板表面Ｗｆ全体にわたって安定して形成することができる。その結果、昇華乾燥を安定して行うことができ、より優れた乾燥性能が得られる。
【００７５】
このように、基板表面Ｗｆが二酸化炭素の凍結膜１５で覆われた状態になってから、バルブ３３３、３４３が閉成されるとともに、バルブ３５３が完全に開成される。これによって、処理チャンバ３１０内の圧力は大気圧である１気圧まで降下する。
【００７６】
そして、処理チャンバ３１０内の圧力が大気圧になった段階で、窒素ガス供給部３３１は凍結膜１５の表層部１５ａの昇華乾燥に適した温度Ｔ１に昇温して第１昇華乾燥用窒素ガスを生成するとともに、バルブ３３３が再度開成される。これにより、当該第１昇華乾燥用窒素ガスは、図８（ｃ）に示すように、第１導入管４００から処理チャンバ３１０内に導入される。その結果、基板表面Ｗｆ上の凍結膜１５の表層部１５ａから徐々に二酸化炭素が昇華される（第１昇華工程：ステップＳ１５）。このとき、昇華により発生した二酸化炭素ガスは第１昇華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１５から昇華して発生した二酸化炭素ガス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。昇華乾燥の進行に伴って凍結膜１５が徐々に薄くなっていく。なお、同図中の１点鎖線は凍結膜１５の初期表面レベルを示している。
【００７７】
第１昇華乾燥用窒素ガスによる昇華乾燥処理（第１昇華工程）の開始から所定時間が経過すると（ステップＳ１６で「ＹＥＳ」）、凍結膜１５の厚みはパターン１２の深さ（高さ）Ｈ２と一致し、図８（ｄ）に示すように、凍結膜１５の表面はパターン１２の頂部と面一状態となる。そこで、第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、制御ユニット５００は上記所定時間の経過に基づいて第２昇華乾燥用窒素ガスによる昇華乾燥処理（第２昇華工程）に切り替える。すなわち、当該タイミングで、窒素ガス供給部３３１は第１昇華乾燥用窒素ガスの供給を停止して凍結膜１５の表層部１５ａの昇華乾燥を終了する。この時点では、基板表面Ｗｆ上には、厚みＨ２の凍結膜１５が残留しており、これを「残留部１５ｂ」と称し、第２昇華工程の説明を続ける。
【００７８】
第１昇華乾燥用窒素ガスの供給停止と入替えに、窒素ガス供給部３３１は残留部１３ｂの昇華乾燥に適した温度Ｔ２（＜Ｔ１）に昇温して第２昇華乾燥用窒素ガスを生成する。当該第２昇華乾燥用窒素ガスは、第１昇華乾燥用窒素ガスと同様にして基板表面Ｗｆに供給され、図９（ａ）に示すように残留部１５ｂから徐々に二酸化炭素が昇華される（第２昇華工程：ステップＳ１７）。また。昇華により発生した二酸化炭素ガスは第２昇華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。
【００７９】
昇華乾燥が完了すると、第１昇華乾燥用窒素ガスの供給停止と入替えに、第１窒素ガス供給部３３１は常温窒素ガスを第１導入管４００から供給するのと並行し、バルブ４４３を開成して、ヒータ４４４によって温められた高温窒素ガスを第３導入管４４１から直接載置台３９０下面に吹き付ける。これにより高温窒素ガスの熱が、載置台３９０を介して基板Ｗに伝わるため、基板Ｗは昇温されることとなり、基板Ｗ表面における結露を防止できる（結露防止工程：ステップＳ１８）。なお、結露防止工程は本発明の「基板加熱工程」に相当するものであるが、基板乾燥処理における必須工程でなく、必要に応じて適宜採用すればよい。
【００８０】
以上のように、第２実施形態では、昇華物質として二酸化炭素を用いている点で第１実施形態と相違しているものの、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。つまり、第１昇華工程ではパターン１２に残留部１５ｂを残留した状態のまま比較的高い温度Ｔ１の第１昇華乾燥用窒素ガスを乾燥ガスとして用いているので、パターン倒壊を発生させることなく、表層部１５ａを短時間で昇華乾燥することができる。そして、表層部１５ａを昇華乾燥させて残留部１５ｂがパターン１２と同一厚みとなった時点で、乾燥ガスを第１昇華乾燥用窒素ガスよりも温度の低い第２昇華乾燥用窒素ガスに切り替えて残留部１５ｂの昇華乾燥を行っている。このため、優れた乾燥性能で残留部を昇華乾燥することができる。したがって、比較的低い温度の乾燥ガスのみを用いて凍結膜１５を昇華乾燥させる場合に比べ、表層部１５ａの昇華乾燥に要する時間を短縮した分だけ、凍結膜１５を昇華乾燥させるのに要する時間を短縮することができる。
【００８１】
Ｄ．第３実施形態
上記第１実施形態および第２実施形態では、１つの処理チャンバ内で凝固処理、昇華乾燥処理および結露防止処理を連続的に行っているが、これらの処理を分離して行うように構成してもよい。基板処理装置７００が、例えば図１０に示すように、凝固処理を行う凝固装置７１０および基板乾燥装置７２０を備えてもよい。この場合、凝固装置７１０の処理チャンバ（図示省略）内では、パターン１２の深さ以上の厚みを有する昇華物質の凍結膜１３（あるいは１５）が基板表面Ｗｆに形成される。この基板Ｗは、基板乾燥装置７２０の処理チャンバ（図示省略）に搬入され、第１昇華工程および第２昇華工程を受ける。これによって、基板表面Ｗｆから昇華物質が昇華された後、結露防止処理が施される。
【００８２】
Ｅ．その他
以上のように、上記実施形態では、第１実施形態のスピンチャック１０２および第２実施形態の載置台３９０が本発明の「基板保持部」として機能している。また、第１昇華乾燥用窒素ガスおよび第２昇華乾燥用窒素ガスが本発明の「乾燥ガス」として機能している。また、第１実施形態の窒素ガス供給機構１０５および第２実施形態の第１窒素ガス供給部３３１はともに本発明の「第１乾燥ガス供給部」および「第２乾燥ガス供給部」の機能を兼ね備えている。除湿部１５４および温度調整部１５５が本発明の「第１乾燥ガス供給部」に相当し、除湿部１５４および温度調整部１５６が本発明の「第２乾燥ガス供給部」に相当する。さらに、制御ユニット１０４、５００が本発明の「制御部」として機能している。
【００８３】
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。例えば、上記実施形態では、本発明の「乾燥ガス」として窒素ガスを用いているが、これに限定されるものではなく、例えば他の不活性ガスを用いてもよい。
【００８４】
また、上記実施形態では、本発明の「昇華物質」としてＤＩＷや二酸化炭素を用いているが、これらに限定されるものではなく、例えばターシャリーブタノール、樟脳(camphor)、パラジクロロベンゼン（paradichlorobenzene）、テトラクロロジフルオロエタン（tetrachlorodifluoroethane）、ナフタレン（naphthalene）などを用いてもよい。
【００８５】
また、上記実施形態では、凍結膜（凝固体）１３、１５の厚みＨ１が基板表面Ｗｆ上のパターン１２の深さ、つまり高さＨ２を超えているが、同一高さＨ２である場合にも、上記実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００８６】
また、上記実施形態では、第１昇華工程を開始してからの経過時間に基づいて第１昇華工程の終点を決定しているが、センサなどにより凍結膜１３、１５の厚みを直接または間接的に計測し、その計測結果に基づいて上記終点を決定してもよい。
【００８７】
さらに、上記第１実施形態および第２実施形態では、基板乾燥装置を基板処理装置に組み込み、リンス処理後の基板を乾燥させている。また、第３実施形態では、予め凍結膜（凝固体）が形成された基板を乾燥させている。ただし、本発明の適用対象はこれらに限定されるものではない。例えば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、本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
この発明は、各種基板の表面上の形成される昇華物質の凝固体を昇華させて基板を乾燥させる基板乾燥技術全般に適用することができる。
【符号の説明】
【００８９】
１２…パターン
１３、１５…凍結膜（凝固体）
１３ａ、１５ａ…表層部
１３ｂ、１５ｂ…残留部
１０２…スピンチャック（基板保持部）
１０４、５００…制御ユニット（制御部）
１０５…窒素ガス供給機構（第１乾燥ガス供給部、第２乾燥ガス供給部）
１５４…除湿部（第１乾燥ガス供給部、第２乾燥ガス供給部）
１５５…温度調整部（第１乾燥ガス供給部）
１５６…温度調整部（第２乾燥ガス供給部）
３３０…第１窒素ガス供給機構（第１乾燥ガス供給部、第２乾燥ガス供給部）
３３１…窒素ガス供給部（第１乾燥ガス供給部、第２乾燥ガス供給部）
７２０…基板乾燥装置
Ｔ１…第１の温度
Ｔ２…第２の温度
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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【図１０】
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