(57)【要約】【課題】基板の表面に形成されたパターンの倒壊を防止しつつ、当該表面を乾燥させることができる基板乾燥方法および基板乾燥装置を提供する。【解決手段】液体が付着した基板Ｗの表面に昇華性物質を含む処理液を供給して液膜を形成し、その液膜を凝固させて凝固体７とする。基板Ｗの表面に形成された凝固体７に対して基板Ｗの全面にて単位面積当たりの流量が一定となるように窒素ガスを供給する。基板Ｗの全面において均一に凝固体７が昇華し、凝固体７の気体固体界面が基板Ｗの表面と垂直な方向に移動する。凝固体７の気体固体界面の移動によってパターンの凸部９が引っ張られることがなく、基板Ｗの表面に形成されたパターンの倒壊を防止しつつ、当該表面を良好に乾燥させることができる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に付着した液体を除去する基板乾燥方法であって、
前記基板の表面に昇華性物質を含む処理液を供給して前記処理液の液膜を形成する供給工程と、
前記基板の表面に形成された前記処理液の前記液膜を凝固させて固体にする凝固工程と、
前記基板の表面に形成された前記固体に乾燥用気体を供給して前記固体を昇華させる昇華工程と、
を備え、
前記昇華工程では、前記基板の全面にて単位面積当たりの流量が一定となるように前記乾燥用気体を供給することを特徴とする基板乾燥方法。
【請求項２】
請求項１記載の基板乾燥方法において、
前記凝固工程では、前記基板の裏面に前記昇華性物質の凝固点よりも低温の流体を供給して前記液膜を凝固させることを特徴とする基板乾燥方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の基板乾燥方法において、
前記固体を昇華させた後、前記基板を周辺温度以上に昇温する温調工程をさらに備えることを特徴とする基板乾燥方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の基板乾燥方法において、
前記昇華性物質は１，１，２，２，３，３，４−ヘプタフルオロシクロペンタンであることを特徴とする基板乾燥方法。
【請求項５】
基板の表面に付着した液体を除去する基板乾燥装置であって、
前記基板の表面に昇華性物質を含む処理液を供給して前記処理液の液膜を形成する液供給部と、
前記基板の表面に形成された前記処理液の前記液膜を凝固させて固体にする凝固体形成部と、
前記基板の表面に形成された前記固体に乾燥用気体を供給して前記固体を昇華させる気体供給部と、
を備え、
前記気体供給部は、前記基板の全面にて単位面積当たりの流量が一定となるように前記乾燥用気体を供給することを特徴とする基板乾燥装置。
【請求項６】
請求項５記載の基板乾燥装置において、
前記気体供給部は、
前記基板の周縁部に向けて前記乾燥用気体を拡がるように吐出する円環形状の環状吐出口と、
前記環状吐出口の中心に設けられ、前記基板の中心部に向けて前記乾燥用気体を拡がるように吐出する中央吐出口と、
を備えることを特徴とする基板乾燥装置。
【請求項７】
請求項５記載の基板乾燥装置において、
前記気体供給部は、
前記基板の全面に対向して設けられ、前記乾燥用気体を吐出する複数の開口が均等な開口率にて設けられたパンチング板を備えることを特徴とする基板乾燥装置。
【請求項８】
請求項５から請求項７のいずれかに記載の基板乾燥装置において、
前記凝固体形成部は、前記基板の裏面に前記昇華性物質の凝固点よりも低温の流体を供給して前記液膜を凝固させることを特徴とする基板乾燥装置。
【請求項９】
請求項５から請求項８のいずれかに記載の基板乾燥装置において、
前記固体を昇華させた後に前記基板を周辺温度以上に昇温する温調部をさらに備えることを特徴とする基板乾燥装置。
【請求項１０】
請求項５から請求項９のいずれかに記載の基板乾燥装置において、
前記昇華性物質は１，１，２，２，３，３，４−ヘプタフルオロシクロペンタンであることを特徴とする基板乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハー等の薄板状精密電子基板（以下、単に「基板」と称する）の表面に付着した液体を除去して当該基板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。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス等の電子部品の製造工程では、基板に対して薬液を用いた洗浄処理や純水（ＤＩＷ：deionized water）を使用したリンス処理等の種々の液処理が行われる。液処理の終了後、基板に残留している液体を除去する乾燥処理が必要となる。典型的には、例えば基板を高速回転させることによって基板に付着している液体を遠心力で振り切って乾燥させるスピン乾燥処理が行われている。
【０００３】
ところが、従来の一般的な乾燥処理によって基板に付着している液体を除去した場合、基板の表面に形成されているパターンの倒壊が問題となる。パターンの倒壊とは、凹凸を有するパターンの凸部が液体の表面張力によって引っ張られて倒れる現象である。特に、近年はパターン凸部のアスペクト比（凸部の高さと幅との比）が大きくなってきており、パターンが倒壊しやすくなっているため、乾燥処理時におけるパターンの倒壊防止は重要な技術課題である。
【０００４】
この課題を解決するべく、例えば特許文献１には、基板上に純水等の液膜を形成し、その液膜を冷却固化（凍結）させた後に、純水の凍結膜（氷膜）に低温の窒素ガスを供給して当該凍結膜を昇華させて乾燥処理を行う技術が提案されている。凍結膜を液体を経ること無く直接気体に相転移させると、パターンに液体の表面張力が作用しなくなるため、パターンの倒壊を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
しかしながら、液体の凍結膜に窒素ガス等の乾燥用気体を吹き付けて当該凍結膜を昇華させた場合であっても、なおパターンの倒壊現象が発生することが判明した。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板の表面に形成されたパターンの倒壊を防止しつつ、当該表面を乾燥させることができる基板乾燥方法および基板乾燥装置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】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板の表面に付着した液体を除去する基板乾燥方法において、前記基板の表面に昇華性物質を含む処理液を供給して前記処理液の液膜を形成する供給工程と、前記基板の表面に形成された前記処理液の前記液膜を凝固させて固体にする凝固工程と、前記基板の表面に形成された前記固体に乾燥用気体を供給して前記固体を昇華させる昇華工程と、を備え、前記昇華工程では、前記基板の全面にて単位面積当たりの流量が一定となるように前記乾燥用気体を供給することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る基板乾燥方法において、前記凝固工程では、前記基板の裏面に前記昇華性物質の凝固点よりも低温の流体を供給して前記液膜を凝固させることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る基板乾燥方法において、前記固体を昇華させた後、前記基板を周辺温度以上に昇温する温調工程をさらに備えることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る基板乾燥方法において、前記昇華性物質は１，１，２，２，３，３，４−ヘプタフルオロシクロペンタンであることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５の発明は、基板の表面に付着した液体を除去する基板乾燥装置において、前記基板の表面に昇華性物質を含む処理液を供給して前記処理液の液膜を形成する液供給部と、前記基板の表面に形成された前記処理液の前記液膜を凝固させて固体にする凝固体形成部と、前記基板の表面に形成された前記固体に乾燥用気体を供給して前記固体を昇華させる気体供給部と、を備え、前記気体供給部は、前記基板の全面にて単位面積当たりの流量が一定となるように前記乾燥用気体を供給することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６の発明は、請求項５の発明に係る基板乾燥装置において、前記気体供給部は、前記基板の周縁部に向けて前記乾燥用気体を拡がるように吐出する円環形状の環状吐出口と、前記環状吐出口の中心に設けられ、前記基板の中心部に向けて前記乾燥用気体を拡がるように吐出する中央吐出口と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７の発明は、請求項５の発明に係る基板乾燥装置において、前記気体供給部は、前記基板の全面に対向して設けられ、前記乾燥用気体を吐出する複数の開口が均等な開口率にて設けられたパンチング板を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項８の発明は、請求項５から請求項７のいずれかの発明に係る基板乾燥装置において、前記凝固体形成部は、前記基板の裏面に前記昇華性物質の凝固点よりも低温の流体を供給して前記液膜を凝固させることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項９の発明は、請求項５から請求項８のいずれかの発明に係る基板乾燥装置において、前記固体を昇華させた後に前記基板を周辺温度以上に昇温する温調部をさらに備えることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項１０の発明は、請求項５から請求項９のいずれかの発明に係る基板乾燥装置において、前記昇華性物質は１，１，２，２，３，３，４−ヘプタフルオロシクロペンタンであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１から請求項４の発明によれば、基板の表面に形成された固体に乾燥用気体を供給して固体を昇華させる昇華工程では、基板の全面にて単位面積当たりの流量が一定となるように乾燥用気体を供給するため、基板の全面において均一に固体が昇華し、基板の表面に形成されたパターンの倒壊を防止しつつ、当該表面を乾燥させることができる。
【００１９】
特に、請求項３の発明によれば、固体を昇華させた後、基板を周辺温度以上に昇温するため、基板への結露を防止することができる。
【００２０】
請求項５から請求項１０の発明によれば、基板の表面に形成された固体に乾燥用気体を供給して固体を昇華させる気体供給部は、基板の全面にて単位面積当たりの流量が一定となるように乾燥用気体を供給するため、基板の全面において均一に固体が昇華し、基板の表面に形成されたパターンの倒壊を防止しつつ、当該表面を乾燥させることができる。
【００２１】
特に、請求項９の発明によれば、固体を昇華させた後に基板を周辺温度以上に昇温するため、基板への結露を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る基板乾燥装置の全体要部構成を示す図である。
【図２】ガスノズルの構成を示す断面図である。
【図３】基板乾燥装置における処理手順を示すフローチャートである。
【図４】基板の表面に乾燥用液の液膜を形成した状態を示す図である。
【図５】乾燥用液の液膜が形成された基板の裏面に冷水が吐出される状態を示す図である。
【図６】基板の表面の凝固体にガスノズルから窒素ガスが吹き付けられる状態を示す図である。
【図７】凝固体の気体固体界面が基板主面に沿って移動するときに生じる現象を模式的に示す図である。
【図８】基板の全面にて単位面積当たりの流量が一定となるように窒素ガスを供給したときに生じる現象を模式的に示す図である。
【図９】ガスノズルの他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本発明に係る基板乾燥装置の全体要部構成を示す図である。この基板乾燥装置１は、半導体ウェハー等の円板形状の基板Ｗの表面に対して種々の液処理を行うとともに、液処理後の基板Ｗの表面に付着している液体を除去して乾燥処理を行う装置である。処理対象となる基板Ｗのサイズは特に限定されるものではないが、例えばφ３００ｍｍやφ４５０ｍｍである（本実施形態ではφ３００ｍｍ）。なお、図１および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。
【００２５】
基板乾燥装置１は、基板Ｗを収容して液処理および乾燥処理を行う処理空間を内部に有するチャンバー１０を備える。基板乾燥装置１は、チャンバー１０の内部に主たる要素として、基板Ｗを略水平姿勢に保持して回転させるスピンチャック２０と、基板Ｗの上面に向けて種々の処理液を吐出する処理液ノズル３０と、スピンチャック２０に保持された基板Ｗの上面に対向配置されたガスノズル５０と、を備える。また、基板乾燥装置１は、装置に設けられた各動作機構を制御して基板Ｗの処理を実行させる制御部９０を備える。
【００２６】
スピンチャック２０は、スピンベース２３、回転支軸２１、スピンモータ２２および複数のチャックピン２４を備える。回転支軸２１の上端部には、円盤状のスピンベース２３がネジ等の締結部品によって連結されている。回転支軸２１はスピンモータ２２の回転軸に連結されており、スピンモータ２２の駆動は回転支軸２１を介してスピンベース２３に伝達される。従って、制御部９０からの動作指令に応じてスピンモータ２２が駆動することにより、基板Ｗを保持するスピンベース２３が所定の回転数にて水平面内で回転する。
【００２７】
スピンベース２３の上面周縁部には、基板Ｗの端縁部を把持するための複数のチャックピン２４が立設されている。複数のチャックピン２４は、円板形状の基板Ｗを確実に把持するために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。複数のチャックピン２４のそれぞれは、基板Ｗの端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を把持する基板保持部とを備えている（いずれも図示省略）。各チャックピン２４は、当該基板保持部が基板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の外周端面から離間した解放状態との間で切り換え可能に構成されている。
【００２８】
スピンベース２３に対して基板Ｗの受け渡しを行う際には、複数のチャックピン２４の全てが解放状態とされ、基板Ｗに対して処理を行う際には、複数のチャックピン２４の全てが押圧状態とされる。複数のチャックピン２４を押圧状態とすることによって、それら複数のチャックピン２４は基板Ｗの端縁部を把持してその基板Ｗをスピンベース２３の上面から所定間隔を隔てて略水平姿勢に保持することができる。
【００２９】
また、スピンチャック２０の回転支軸２１は中空軸である。回転支軸２１の内側には、基板Ｗの下面に処理液を供給するための下側処理液供給管２５が挿通されている。これら回転支軸２１と下側処理液供給管２５とによって二重管構造が実現されており、回転支軸２１の内壁面と下側処理液供給管２５の外壁面との隙間は、円筒状の下側ガス供給路２９となる。下側処理液供給管２５および下側ガス供給路２９は、スピンチャック２０に保持された基板Ｗの下面に近接する位置まで延びており、それらの先端は当該基板Ｗの下面中央に向けて純水（ＤＩＷ：deionized water）および窒素ガス（Ｎ２）を吐出する吐出口を形成する。
【００３０】
下側ガス供給路２９は、バルブ６２を介して窒素ガス供給部６１と連通接続されている。バルブ６２が開放されているときには、窒素ガス供給部６１は下側ガス供給路２９に窒素ガスを送給する。下側ガス供給路２９に送給された窒素ガスは、下側ガス供給路２９の先端の吐出口からスピンチャック２０に保持された基板Ｗの下面中心部近傍に向けて噴出される。なお、窒素ガス供給部６１はガス冷却機構を備えて冷却された窒素ガスを基板Ｗに供給するようにしても良い。
【００３１】
下側処理液供給管２５は、バルブ６５を介して純水供給部６３と連通接続されている。バルブ６５が開放されているときには、純水供給部６３は下側処理液供給管２５に純水を送給する。また、純水供給部６３は冷却ユニット６４を有している。冷却ユニット６４は、例えば熱交換器によって構成されており、純水を常温よりも低温に冷却する。純水供給部６３は、冷却ユニット６４によって冷却された純水（冷水）を下側処理液供給管２５に送給する。下側処理液供給管２５に送給された純水は、下側処理液供給管２５の先端の吐出口から吐出口からスピンチャック２０に保持された基板Ｗの下面中心部近傍に向けて吐出される。
【００３２】
また、スピンチャック２０の周囲を取り囲むようにスプラッシュガード２８が設けられている。スプラッシュガード２８は、回転するスピンベース２３および基板Ｗから飛散する処理液を受け止めて回収する。スプラッシュガード２８は、処理液の種類（例えば、薬液と純水）に応じて異なる開口部分で受け止めて別経路で回収するような多段に構成されていても良い。
【００３３】
チャンバー１０内には処理液ノズル３０が設けられている。処理液ノズル３０は水平方向に沿って延びるように設けられたノズルアーム３１の先端に取り付けられている。ノズルアーム３１の基端は回転軸３２に連結されている。その回転軸３２は回動モータ３３に接続されている。従って、制御部９０からの動作指令に応じて回動モータ３３を駆動させることにより、処理液ノズル３０を基板Ｗの中心上方の吐出位置とスプラッシュガード２８よりも外側の退避位置との間で回動させることができる。
【００３４】
処理液ノズル３０は、薬液供給部７１、純水供給部７３および乾燥用液供給部７５とそれぞれバルブ７２，７４，７６を介して連通接続されている。バルブ７２が開放されているときには、薬液供給部７１から処理液ノズル３０に例えばＳＣ１（アンモニア水と過酸化水素水と純水との混合溶液）、ＳＣ２（塩酸と過酸化水素水と純水との混合溶液）等の薬液が送給される。また、薬液供給部７１は薬液としてＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を処理液ノズル３０に送給することもできる。バルブ７４が開放されているときには、純水供給部７３から処理液ノズル３０に純水が送給される。
【００３５】
一方、バルブ７６が開放されているときには、乾燥用液供給部７５から処理液ノズル３０に乾燥用液が送給される。ここで「乾燥用液」とは、昇華性物質を含む処理液である。「昇華性物質」とは、液体を経ずに固体から気体、または気体から固体へと相転移（昇華）する特性を有する物質である。このような特性を有する昇華性物質としては、例えば１，１，２，２，３，３，４−ヘプタフルオロシクロペンタン（２０℃での蒸気圧８．２ｋＰａ、２５℃での表面張力１９．６ｍＮ／ｍ、融点２０．５℃）やドデカフルオロシクロヘキサン（２０℃での蒸気圧３３．１ｋＰａ、２５℃での表面張力１２．６ｍＮ／ｍ、融点５１℃）等が例示される。本実施形態においては、昇華性物質として１，１，２，２，３，３，４−ヘプタフルオロシクロペンタンを用いる。乾燥用液は、液相の昇華性物質のみからなるものであっても良いし、昇華性物質とアルコール類等の有機溶剤とが混合したものであっても良い。
【００３６】
また、本明細書において、「処理液」とは薬液、純水および乾燥用液の全てを含む概念である。スピンチャック２０に保持された基板Ｗの中心上方の吐出位置に位置している処理液ノズル３０に処理液が送給されると、処理液ノズル３０から基板Ｗの上面中心近傍に処理液が吐出される。
【００３７】
チャンバー１０内のスピンチャック２０の上方にはガスノズル５０が設けられている。ガスノズル５０は、円筒形状を有する。円筒形状のガスノズル５０の直径は基板Ｗの直径よりも小さい。ガスノズル５０は、図示省略の昇降機構によってスピンチャック２０の上方にて昇降可能に保持されている。当該昇降機構がガスノズル５０を昇降させることによって、スピンチャック２０に保持された基板Ｗとガスノズル５０との間隔が調整される。
【００３８】
図２は、ガスノズル５０の構成を示す断面図である。円筒形状のガスノズル５０の中心軸を貫くように中心供給路５１が設けられている。ガスノズル５０の中心軸はスピンチャック２０に保持された基板Ｗの中心軸と一致している。中心供給路５１の下端には、スピンチャック２０に保持された基板Ｗの中心部に向けて開口する中央吐出口５３が形成されている。中央吐出口５３は下方に向けて（つまり、基板Ｗに向けて）拡がるようなテーパ状に形成されている。
【００３９】
ガスノズル５０の内部には、中心供給路５１の周囲を取り囲むように円環形状のバッファ空間５２が形成されている。ガスノズル５０の下端周縁部には円環形状の環状吐出口５４が形成されている。環状吐出口５４はバッファ空間５２に連通しており、バッファ空間５２の開口部でもある。環状吐出口５４も下方に向けて拡がるようなテーパ状に形成されている。ガスノズル５０を下側から見ると、円環形状の環状吐出口５４の中心に中央吐出口５３が位置することとなる。
【００４０】
中心供給路５１の上端にはガス導入口５５が形設されている。バッファ空間５２の上側にはガス導入口５６が形設されている。図１に示すように、ガス導入口５５はガス配管８２を介して窒素ガス供給部８１に連通接続され、ガス導入口５６はガス配管８３を介して窒素ガス供給部８１に連通接続されている。ガス配管８２の経路途中にはバルブ８４および流量調整バルブ８５が介挿されている。ガス配管８３の経路途中にはバルブ８６および流量調整バルブ８７が介挿されている。
【００４１】
バルブ８４が開放されると、窒素ガス供給部８１からガス配管８２、ガス導入口５５を経由して中心供給路５１に窒素ガスが送給される。ガス配管８２を流れる窒素ガスの流量は制御部９０からの指令に基づいて流量調整バルブ８５によって制御されている。中心供給路５１に送給された窒素ガスは中央吐出口５３からスピンチャック２０に保持された基板Ｗに向けて吐出される。
【００４２】
一方、バルブ８６が開放されると、窒素ガス供給部８１からガス配管８３、ガス導入口５６を経由してバッファ空間５２に窒素ガスが送給される。ガス配管８３を流れる窒素ガスの流量は制御部９０からの指令に基づいて流量調整バルブ８７によって制御されている。バッファ空間５２に送給された窒素ガスは環状吐出口５４からスピンチャック２０に保持された基板Ｗに向けて吐出される。ガス配管８３を介して送給された窒素ガスは一旦バッファ空間５２に供給されてその流速が抑制されるため、環状吐出口５４の全周にわたって均一な流量にて窒素ガスが吐出されることとなる。
【００４３】
図２に示すように、中心供給路５１に送給された窒素ガスはテーパ状の中央吐出口５３から基板Ｗの中心部近傍に向けて拡がるように吐出される。同様に、バッファ空間５２に送給された窒素ガスもテーパ状の環状吐出口５４から基板Ｗの周縁部に向けて拡がるように吐出される。その結果、ガスノズル５０からはスピンチャック２０に保持された基板Ｗの上面全面に対して窒素ガスが噴出されることとなる。
【００４４】
ここでスピンチャック２０に保持された基板Ｗとガスノズル５０との間隔が所定値となるようにガスノズル５０を位置決めするとともに、中央吐出口５３および環状吐出口５４のそれぞれから吐出される窒素ガスの流量を流量調整バルブ８５，８７によって調整することにより、基板Ｗの全面に均一な流量にて窒素ガスが吹き付けられる。より正確には、基板Ｗの中心からの距離（径）がｒとなる円周に吹き付けられる窒素ガスの総流量をＮとしたときに、２πｒ：Ｎが基板Ｗの上面全面において一定となるようにガスノズル５０から窒素ガスが吐出される。このことは、基板Ｗの全面にて単位面積当たりの流量が一定となるようにガスノズル５０から窒素ガスが供給されることを意味する。なお、中央吐出口５３および環状吐出口５４の双方から吐出される窒素ガスの総流量は、基板Ｗがφ３００ｍｍの半導体ウェハーであれば、５０リットル／分〜２００リットル／分程度である。
【００４５】
また、窒素ガス供給部８１は温調ユニット８８を有している。温調ユニット８８は、例えば熱交換器によって構成されており、窒素ガス供給部８１から送給される窒素ガスを所定温度に温調する。ガスノズル５０は、温調ユニット８８によって温調された窒素ガスを基板Ｗの上面全面に単位面積当たりの流量が一定となるように吐出する。
【００４６】
制御部９０は、基板乾燥装置１に設けられた上記の種々の動作機構（モータ、バルブ等）を制御する。制御部９０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である。すなわち、制御部９０は、各種演算処理を行う回路である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および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を備えている。制御部９０のＣＰＵが所定の処理プログラムを実行することによって基板乾燥装置１における処理が進行する。
【００４７】
次に、上記構成を有する基板乾燥装置１における処理動作について説明する。図３は、基板乾燥装置１における処理手順を示すフローチャートである。また、図４から図６は、図３の処理における動作を模式的に示す図である。以下に説明する基板乾燥装置１の処理手順は、制御部９０が基板乾燥装置１の各動作機構を制御することにより進行する。
【００４８】
上記の基板乾燥装置１によって処理対象となる基板Ｗの表面には、フォトリソグラフィー等の手法によって予めパターンが形成されている。すなわち、本明細書において基板Ｗの「表面」とはパターンが形成されている基板Ｗの主面であり、基板Ｗの「裏面」とは表面とは反対側のパターンが形成されていない基板Ｗの主面である。なお、基板Ｗの「上面」とは上方に向いている基板Ｗの主面であり、基板Ｗの「下面」とは下方を向いている基板Ｗの主面である。基板Ｗの表面が上面となることもあれば、下面となることもある。
【００４９】
基板乾燥装置１においては、パターンが形成された基板Ｗがチャンバー１０内に搬入されてスピンチャック２０に略水平姿勢で保持され、その基板Ｗに対して種々の洗浄処理が実行される。例えば、処理液ノズル３０が基板Ｗの中心上方の吐出位置に移動し、スピンチャック２０によって回転される基板Ｗの表面の中心に処理液ノズル３０からＳＣ１等の薬液を供給して表面洗浄処理を行う。なお、チャンバー１０内に搬入された基板Ｗはパターンが形成された表面を上面としてスピンチャック２０に保持される。
【００５０】
典型的には、薬液による洗浄処理が終了した後、処理液ノズル３０から回転する基板Ｗの表面の中心に純水を供給して純水リンス処理を行う（ステップＳ１）。純水リンス処理では、表面への純水供給に加えて、下側処理液供給管２５から基板Ｗの裏面に向けて純水を供給するようにしても良い。回転する基板Ｗの表面（および裏面）に供給された純水は、遠心力によって基板Ｗの表面上を流れ、基板Ｗの端縁部から飛散してスプラッシュガード２８によって回収される。純水リンス処理が終了した時点では、基板Ｗの表面に純水が付着しており、その純水が本発明に係る基板乾燥技術によって以下のようにして除去される。
【００５１】
まず、処理液ノズル３０から基板Ｗの表面にＩＰＡを供給して当該表面に付着している純水をＩＰＡに置換する（ステップＳ２）。具体的にはバルブ７２を開放して薬液供給部７１から処理液ノズル３０にＩＰＡを送給し、スピンチャック２０によって回転される基板Ｗの表面の中心に処理液ノズル３０からＩＰＡを供給する。基板Ｗの表面に供給されたＩＰＡは、遠心力によって基板Ｗの表面上を中心から周縁部に向かって流れ、基板Ｗの表面全面に拡がる。これにより、純水リンス処理後に基板Ｗの表面に付着していた純水はＩＰＡによって置換されることとなる。このようなＩＰＡへの置換処理を行うのは、次工程で供給される乾燥用液に含まれる昇華性物質（本実施形態では１，１，２，２，３，３，４−ヘプタフルオロシクロペンタン）が水に対して難溶性を有しており、乾燥用液が基板表面に残留している純水と混合しないためである。
【００５２】
次に、処理液ノズル３０から基板Ｗの表面に乾燥用液を供給して当該表面に乾燥用液の液膜を形成する（ステップＳ３）。この液膜形成工程を実行するときには、制御部９０からの動作指令に基づいてスピンチャック２０が基板Ｗを一定速度で回転させる。そして、バルブ７２を閉止するとともに、バルブ７６を開放して乾燥用液供給部７５から処理液ノズル３０に乾燥用液を送給し、回転する基板Ｗの表面の中心に処理液ノズル３０から乾燥用液を供給する。処理液ノズル３０から基板Ｗに供給される乾燥用液の液温は、乾燥用液に含まれる昇華性物質の融点（２０．５℃）以上であり、かつ沸点未満である。乾燥用液の液温をかかる温度範囲内に設定することにより、処理液ノズル３０は液相の状態で乾燥用液を基板Ｗに供給することができる。
【００５３】
基板Ｗの表面中心に供給された乾燥用液は、基板Ｗの回転に伴う遠心力によって基板Ｗの表面上を径方向外向きに均一に拡がる。供給された乾燥用液の一部は遠心力によって基板Ｗの外方に振り切られる。これにより、基板Ｗの表面に付着していたＩＰＡは乾燥用液によって置換されるとともに、基板Ｗの表面の全面にわたって均一な厚さを有する乾燥用液の液膜が形成される。乾燥用液の液膜の厚さは、少なくとも基板Ｗの表面に形成されているパターンの凸部の高さより高いことが好ましい。図４は、処理液ノズル３０から乾燥用液を供給して基板Ｗの表面に乾燥用液の液膜５を形成した状態を示す図である。なお、基板Ｗの回転を停止させた状態で基板Ｗの表面に乾燥用液を供給して液膜５を形成するようにしても良い。基板Ｗの表面に乾燥用液の液膜５が形成された後、バルブ７６を閉止するとともに、処理液ノズル３０をスプラッシュガード２８よりも外側の退避位置に移動させる。
【００５４】
続いて、基板Ｗの裏面に冷却した純水を吐出して乾燥用液の液膜５を凝固させる（ステップＳ４）。この凝固工程を行うときには、制御部９０からの動作指令に基づいてスピンチャック２０が基板Ｗを一定速度で回転させる。そして、バルブ６５を開放して純水供給部６３から下側処理液供給管２５に純水を供給し、回転する基板Ｗの裏面の中心近傍に純水を吐出する。純水供給部６３から供給される純水は、冷却ユニット６４によって乾燥用液に含まれる昇華性物質の凝固点（＝融点）よりも低温にまで冷却されている。すなわち、基板Ｗの裏面には冷水が吐出されることとなる。本実施形態においては、純水供給部６３から供給される純水は約２℃にまで冷却されている。
【００５５】
図５は、乾燥用液の液膜５が形成された基板Ｗの裏面に冷水が吐出される状態を示す図である。基板Ｗの裏面の中心近傍に向けて吐出された冷水は、基板Ｗの回転に伴う遠心力によって基板Ｗの裏面中心近傍から周縁部に向かって流動し、基板Ｗの裏面全面に拡がる。これにより、基板Ｗの表面に形成されている乾燥用液の液膜５が昇華性物質の凝固点未満の低温に冷却されて凝固し、基板Ｗの表面には乾燥用液の凝固体（凍結体）７が形成されることとなる。すなわち、基板Ｗの表面の乾燥用液が液体から固体に相転移するのである。なお、乾燥用液が凝固するときに体積変化を生じる可能性もあるが、その体積変化によって基板Ｗのパターンに加わる圧力はあらゆる方向について等しく、パターンに加えられる力が相殺される。その結果、乾燥用液の凝固に起因したパターンの倒壊は防止される。
【００５６】
乾燥用液の液膜５の全体が凝固し、凝固体７が形成された後、ガスノズル５０から基板Ｗの表面に乾燥用気体として窒素ガスを吹き付けて凝固体７を昇華させる（ステップＳ５）。この昇華工程を実行するときには、制御部９０からの動作指令に基づいてスピンチャック２０が基板Ｗを一定速度で回転させる。また、基板Ｗの裏面には冷却された純水が継続して吐出され続けている。これにより、基板Ｗの表面の凝固体７を昇華性物質の凝固点未満の低温に維持することができ、凝固体７が融解して液体に戻るのを確実に防止することができる。
【００５７】
また、昇華工程を行う際には、スピンチャック２０に保持された基板Ｗとガスノズル５０との間隔が予め設定された所定値となるように、ガスノズル５０の高さ位置を位置決めする。そして、バルブ８４およびバルブ８６を開放して窒素ガス供給部８１からガスノズル５０に窒素ガスを送給し、基板Ｗの表面の凝固体７にガスノズル５０から窒素ガスを吹き付ける。窒素ガス供給部８１から送給される窒素ガスは、温調ユニット８８によって所定温度（本実施形態では約７℃）に温調されている。
【００５８】
図６は、基板Ｗの表面の凝固体７にガスノズル５０から窒素ガスが吹き付けられる状態を示す図である。ガスノズル５０から凝固体７に吹き付けられる窒素ガスにおける昇華性物質の蒸気の分圧は、凝固体７の維持温度における凝固体７の昇華性物質の蒸気圧よりも顕著に低く、その結果として凝固体７の昇華が生じる。凝固体７が液体を経ずに固体から気体へと相転移（昇華）することにより、基板Ｗの表面に形成されたパターンに液体の表面張力が作用することはなく、パターンの倒壊を防止しながら乾燥用液の凝固体７を除去して基板Ｗを乾燥させることができる。
【００５９】
ところで、本願発明者等が鋭意調査を行ったところ、単に凝固体７に窒素ガスを吹き付けただけでは以下のような問題が生じることを究明した。例えば、特許文献１に開示されるように、基板Ｗ上の凝固体７の中心近傍に乾燥用窒素ガスを吹き付け、基板表面に沿って窒素ガスが流れるようにすると、まず基板中心部の凝固体７が昇華し、基板周縁部に向かって順次に昇華が進行することとなる。すなわち、凝固体７の気体固体界面が基板Ｗの中心から周縁部に向かって移動するのである。
【００６０】
図７は、凝固体７の気体固体界面が基板主面に沿って移動するときに生じる現象を模式的に示す図である。上述したように、基板Ｗの表面にはパターンが形成されており、複数のパターンの凸部９が立設されている。乾燥用窒素ガスの吹き付けによって凝固体７の昇華が進行し、矢印ＡＲ７にて示すように凝固体７の気体固体界面が基板Ｗの表面に沿って中心から周縁部に向かって（つまり、基板Ｗの表面と平行に）移動すると、その気体固体界面の移動に引っ張られてパターンの凸部９が一部倒壊することが判明したのである。
【００６１】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、基板Ｗの全面にて単位面積当たりの流量が一定となるようにガスノズル５０から基板Ｗ上の凝固体７に向けて乾燥用気体としての窒素ガスを供給する。図８は、基板Ｗの全面にて単位面積当たりの流量が一定となるように窒素ガスを供給したときに生じる現象を模式的に示す図である。
【００６２】
基板Ｗの全面にて単位面積当たりの流量が一定となるように窒素ガスが凝固体７に向けて供給されると、基板Ｗの表面の全面において均一な昇華速度にて凝固体７が昇華する。その結果、凝固体７全体の厚さが漸次薄くなるように昇華が進行し、凝固体７の気体固体界面は、図８中の矢印ＡＲ８にて示すように、基板Ｗの表面と垂直な方向に移動することとなる。これにより、凝固体７の気体固体界面の移動によってパターンの凸部９が引っ張られることはなくなり、基板Ｗの表面に形成されたパターンの倒壊を確実に防止しつつ、凝固体７を昇華させて基板Ｗを良好に乾燥させることができる。
【００６３】
基板Ｗ上の凝固体７が完全に昇華した後、ガスノズル５０から基板Ｗの表面に常温の窒素ガスを供給して基板Ｗを温調する（ステップＳ６）。基板Ｗの表面から凝固体７が除去された直後の時点では、基板Ｗの温度が昇華性物質の凝固点未満となっており、その基板Ｗを低温状態のままチャンバー１０から搬出すると、基板Ｗに結露が発生するおそれがある。そこで、本実施形態では凝固体７が昇華した後に基板Ｗを周辺温度以上に温調して結露を防止する温調工程を実行しているのである。この温調工程を実行するときには、制御部９０からの動作指令に基づいてスピンチャック２０が基板Ｗを一定速度で回転させる。また、バルブ６５を閉止して基板Ｗの裏面への冷水の供給を停止する。そして、窒素ガス供給部８１からガスノズル５０に窒素ガスを送給し、基板Ｗの表面にガスノズル５０から窒素ガスを吹き付ける。本実施形態においては、温調工程にて窒素ガス供給部８１から送給される窒素ガスは、温調ユニット８８によって半導体製造分野における常温（約２３℃）に温調されている。なお、窒素ガスの温調温度は基板Ｗの周辺温度以上であれば良い。
【００６４】
基板Ｗの表面に常温の窒素ガスが供給されることによって、基板Ｗの温度が常温近傍に戻される。基板Ｗを常温近傍に温調することにより、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。その後、チャンバー１０から処理済みの基板Ｗが搬出されて基板乾燥装置１における処理が完了する。
【００６５】
本実施形態においては、基板Ｗの表面に形成された凝固体７に対して基板Ｗの全面にて単位面積当たりの流量が一定となるように窒素ガスを供給している。このため、基板Ｗの全面において均一に凝固体７が昇華し、凝固体７の気体固体界面が基板Ｗの表面と垂直な方向に移動することとなる。凝固体７の気体固体界面が基板Ｗの表面と平行ではなく垂直な方向に移動するため、その気体固体界面の移動によってパターンの凸部９が引っ張られることがなく、基板Ｗの表面に形成されたパターンの倒壊を防止しつつ、当該表面を良好に乾燥させることができる。
【００６６】
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。例えば、上記実施形態においては、乾燥用液として１，１，２，２，３，３，４−ヘプタフルオロシクロペンタンを含む処理液を用いていたが、これに限定されるものではなく、乾燥用液は昇華性物質を含む処理液であれば良く、例えば純水やｔ−ブタノールであっても良い。純水の凝固体（氷）も−６０℃程度の窒素ガスを供給することによって昇華する性質を有するため、純水を乾燥用液として用いることも可能である。
【００６７】
また、上記実施形態では基板Ｗの裏面に冷水を供給して乾燥用液の液膜５を凝固させていたが、これに限定されるものではなく、基板Ｗの裏面に昇華性物質の凝固点よりも低温の流体を供給して乾燥用液の液膜５を凝固させるようにすれば良い。例えば、基板Ｗの裏面に冷却された気体（例えば、窒素ガス）を供給して乾燥用液の液膜５を凝固させるようにしても良い。冷却剤として気体を用いるのであれば、基板Ｗの表面側から乾燥用液の液膜５に対して冷却された気体を直接供給するようにしても良い。もっとも、気体に比較して液体の熱容量は顕著に大きいため、冷却剤として液体を供給するようにした方が液膜５を迅速に凝固させることができる。さらに、スピンベース２３にペルチェ素子等の冷却機構を設けることによって基板Ｗ表面の乾燥用液の液膜５を凝固させるようにしても良い。
【００６８】
また、上記実施形態においては、昇華工程にて約７℃に温調された窒素ガスを乾燥用気体として凝固体７に吹き付けていたが、乾燥用気体は窒素ガスに限定されるものではなく、他の種類の気体であっても良い。また、乾燥用気体の温度も、昇華性物質が１，１，２，２，３，３，４−ヘプタフルオロシクロペンタンであれば、０℃〜８０℃の範囲内であれば良い（つまり、常温の窒素ガスを吹き付けるようにしても良い）。
【００６９】
また、温調工程では、基板Ｗに常温の窒素ガスを供給して温調することに限定されるものではなく、ヒータやランプからの光照射によって基板Ｗを周辺温度以上に温調するようにしても良い。
【００７０】
また、昇華工程にて凝固体７に窒素ガスを吹き付けるガスノズルは図９に示すようなものであっても良い。図９のガスノズル１５０は、円筒形状の筐体１５１の底面に多数の開口１５３を穿設したパンチング板１５２を備えて構成される。円板状のパンチング板１５２の直径は基板Ｗの直径よりも大きい。すなわち、ガスノズル１５０のパンチング板１５２は、スピンチャック２０に保持された基板Ｗの全面に対向して設けられることとなる。
【００７１】
筐体１５１の内部空間には、上記実施形態と同様の窒素ガス供給機構から所定温度に温調された窒素ガスが供給される。筐体１５１の底面のパンチング板１５２には複数の開口１５３が均等な開口率にて設けられている。このため、筐体１５１の内部に供給された窒素ガスはパンチング板１５２の複数の開口１５３から均一に吐出される。その結果、上記実施形態と同様に、基板Ｗの全面にて単位面積当たりの流量が一定となるようにガスノズル１５０から窒素ガスが供給されることとなる。そして、昇華工程にてガスノズル１５０から基板Ｗの表面の凝固体７に窒素ガスを吹き付ければ、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができ、基板Ｗの表面に形成されたパターンの倒壊を防止しつつ、当該表面を良好に乾燥させることができる。
【００７２】
また、複数の開口１５３を設けたパンチング板１５２に代えて、径の異なる複数の円環状のスリットを同心円状に設けた板を配置するようにしても良い。要するに、スピンチャック２０に保持された基板Ｗの全面にて単位面積当たりの流量が一定となるように窒素ガスを供給する形態のガスノズルを設けるようにすれば良い。
【００７３】
また、本発明に係る技術によって処理対象となる基板は半導体ウェハーに限定されるものではなく、液晶表示装置などのフラットパネルディスプレイに用いるガラス基板や太陽電池用の基板であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明に係る技術は、半導体ウェハー等の基板の表面に昇華性物質を含む処理液の凝固体を形成し、その凝固体に乾燥用気体を供給して凝固体を昇華させる基板乾燥方法および基板乾燥装置に好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１  基板乾燥装置
５  液膜
７  凝固体
９  凸部
１０  チャンバー
２０  スピンチャック
２５  下側処理液供給管
３０  処理液ノズル
５０，１５０  ガスノズル
５１  中心供給路
５２  バッファ空間
５３  中央吐出口
５４  環状吐出口
６３  純水供給部
６４  冷却ユニット
７５  乾燥用液供給部
８１  窒素ガス供給部
８８  温調ユニット
９０  制御部
１５２  パンチング板
１５３  開口
Ｗ  基板
【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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