(57)【要約】【課題】薬液消費量の低減と基板処理の面内均一性とを両立できる基板処理方法および基板処理装置を提供する。【解決手段】この基板処理方法は、基板Ｗを水平に保持する基板保持工程と、水平に保持されている基板Ｗの上面の周縁部に、当該基板Ｗの全周に渡って連続し、液体を凍結させた凍結リング４７を配置する凍結リング配置工程と、前記凍結リング４７の内側に薬液を供給して基板Ｗの上面に薬液を液盛りする液盛り工程とを含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を水平に保持する基板保持工程と、
前記基板保持工程において水平に保持されている基板の上面の周縁部に、当該基板の全周に渡って連続し、液体を凍結させた凍結リングを配置する凍結リング配置工程と、
前記凍結リングの内側に薬液を供給して前記基板の上面に前記薬液を液盛りする液盛り工程と
を含む基板処理方法。
【請求項２】
前記凍結リングを配置する工程が、
前記基板の周縁部に液体を供給する工程と、
前記基板の周縁部に供給された液体を冷却して凍結させる冷却工程とを含む、請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記冷却工程が、前記基板の周縁部を冷却する工程を含む、請求項２に記載の基板処理方法。
【請求項４】
前記冷却工程が、前記基板の周縁部に向けて冷却流体を供給する冷却流体供給工程を含む、請求項２または３に記載の基板処理方法。
【請求項５】
前記基板の周縁部に液体を供給するノズルと、前記冷却流体を基板の周縁部に向けて供給する冷却流体ノズルとを、共通の支持部材で支持する工程をさらに含む、請求項４に記載の基板処理方法。
【請求項６】
前記凍結リングが、純水を凍結させて形成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項７】
前記凍結リングが、前記液盛り工程で供給される薬液と同種の薬液を凍結させて形成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項８】
前記液盛り工程が、
前記基板保持工程によって水平に保持されている基板を鉛直な回転軸線まわりに回転させる基板回転工程と、
薬液ノズルを前記凍結リングの近くから前記回転軸線に向かって移動させながら、前記薬液ノズルから前記薬液を吐出させるスキャン吐出工程とを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項９】
前記液盛り工程が、
前記基板保持工程によって水平に保持されている基板を鉛直な回転軸線まわりに回転させる基板回転工程と、
薬液ノズルから前記薬液を吐出させる工程と、
前記薬液ノズルから薬液の吐出を開始するときよりも前記薬液ノズルからの薬液の吐出を開始した後の方が前記基板の回転が低速になるように、前記基板回転工程における基板の回転速度を変更する回転速度変更工程とを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項１０】
前記凍結リング配置工程が、
前記薬液ノズルとは異なる凍結リング用ノズルから液を前記基板の周縁部に供給する工程と、
前記基板の周縁部に供給された液を冷却して凍結させる冷却工程とを含む、請求項８または９に記載の基板処理方法
【請求項１１】
前記薬液が、エッチング液または洗浄液である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項１２】
前記基板は、素子が形成されるデバイス形成領域を有し、前記凍結リングは、前記デバイス形成領域の外側において前記基板の上面に形成される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項１３】
基板を水平に保持する基板保持手段と、
前記基板保持手段によって水平に保持されている基板の上面の周縁部に、当該基板の全周に渡って連続し、液体を凍結させた凍結リングを配置する凍結リング配置ユニットと、
前記凍結リングの内側に薬液を供給して前記基板の上面に前記薬液を液盛りする薬液ノズルとを含む、基板処理装置。
【請求項１４】
前記凍結リング配置ユニットが、前記基板の周縁部に液体を供給する液体ノズルと、
前記基板の周縁部に向けて冷却流体供給する冷却流体ノズルとを含む、請求項１３に記載の基板処理装置。
【請求項１５】
前記液体ノズルおよび前記冷却流体ノズルを共通に支持する支持部材をさらに含む、請求項１４に記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、薬液で基板を処理する基板処理装置および基板処理方法に関する。処理の対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、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、フォトマスク用基板、セラミック基板、太陽電池用基板などが含まれる。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハ等の基板を一枚ずつ処理する枚葉型の基板処理装置は、基板を保持して回転するスピンチャックと、スピンチャックに保持された基板に薬液を供給する薬液ノズルと、スピンチャックに保持された基板にリンス液を供給するリンス液ノズルとを含む。このような構成により、スピンチャックを回転させながら、スピンチャックに保持された基板に薬液を供給する薬液工程、スピンチャックに保持された基板にリンス液を供給するリンス工程、およびスピンチャックを高速回転させて基板表面の液を振り切るスピンドライ工程が順に行われる。
【０００３】
薬液工程では、基板全域において処理を均一に進行させるために、薬液の供給が続けられ、基板表面の全域が薬液で覆われた状態とされる。しかし、大口径の基板の全域を薬液で覆っておくためには、大流量で薬液を吐出し、かつスピンチャックを高速回転させておく必要がある。そのため、薬液の消費量が多く、ランニングコストが高くつく。
薬液の使用量を低減するために、液盛り処理（パドル処理）が行われる場合がある。具体的には、スピンチャックを低速回転させながら、基板上面の回転中心に向けて小流量で薬液が供給される。基板の上面に達した薬液は遠心力を受けて基板の周縁部へと拡がり、基板上面の全域を覆う液膜を形成する。この液膜が形成された状態を所定時間だけ保持することによって、基板の上面全域に対して薬液による処理を行うことができ、薬液の消費量を低減できる。
【０００４】
ところが、スピンチャックを低速回転させた状態で小流量の薬液が基板上面の回転中心に供給されるので、薬液が基板の周縁部に達するまでに長い時間がかかるから、液膜が基板上面全域を覆うまでの時間が長い。そのため、基板の中心付近と基板の周縁部とで薬液処理開始の時間差が大きく、それに応じて、基板処理の均一性が損なわれるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２７９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、この発明の目的は、薬液消費量の低減と基板処理の面内均一性とを両立できる基板処理方法および基板処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板を水平に保持する基板保持工程と、前記基板保持工程において水平に保持されている基板の上面の周縁部に、当該基板の全周に渡って連続し、液体を凍結させた凍結リングを配置する凍結リング配置工程と、前記凍結リングの内側に薬液を供給して前記基板の上面に前記薬液を液盛りする液盛り工程とを含む基板処理方法である。
【０００８】
この発明によれば、水平に保持された基板の上面の周縁部に、液体を凍結させた凍結リングが配置される。凍結リングは、基板の全周に渡って連続していて、基板の上面の周縁部に無端状の堰を形成する。そこで、凍結リングの内側に薬液を供給すると、基板の上面を覆う薬液の液膜を形成することができる。したがって、基板の上面の全域を薬液で処理することができる。基板の周縁部に凍結リングが配置されているので、薬液を大流量で供給しても薬液が基板からこぼれ落ちることを抑制または防止することができる。そのため、薬液を大量に消費することなく、基板の上面の全域を覆う薬液の液膜を速やかに形成することができる。その結果、基板の上面の各部がほぼ同時に薬液に接し、この薬液による処理が基板上面の全域においてほぼ同時に開始される。これにより、薬液消費量の低減と基板処理の面内均一性とを両立した基板処理を実現することができる。
【０００９】
さらに、凍結リングは、その後に供給される薬液によって基板を処理している間に溶けるので、リングの移動や洗浄が必要にならない。そのため、処理工程を複雑にすることなく、薬液を基板表面に確実に液盛りできる。
請求項２記載の発明は、前記凍結リングを配置する工程が、前記基板の周縁部に液体を供給する工程と、前記基板の周縁部に供給された液体を冷却して凍結させる冷却工程とを含む、請求項１に記載の基板処理方法である。
【００１０】
この方法では、基板の周縁部に液体を供給し、その液体を冷却して凍結させることによって、基板の周縁部の全周に渡って連続する凍結リングを基板上に配置することができる。したがって、基板の周縁部に正確に位置合わせした凍結リングを形成できるので、基板の上面に対する処理を、その全域に渡って良好に施すことができる。たとえば、基板の上面において素子が形成されるデバイス形成領域が、基板の上面の周縁部の所定幅（たとえば３mm幅程度）の領域を除く内側の中央領域である場合に、デバイス形成領域の周囲に正確に配置された凍結リングを形成することができる。よって、デバイス形成領域全体に対して薬液を液盛りして処理できる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、前記冷却工程が、前記基板の周縁部を冷却する工程を含む、請求項２に記載の基板処理方法である。この方法によれば、基板の周縁部が冷却されることにより、基板の周縁部に供給された液体が凍結し、それによって、基板の周縁部に凍結リングを形成することができる。よって、凍結リングを形成するための液体の供給位置を精密に制御する必要がなく、それによって、凍結リングを正確に位置合わせして基板上面の周縁部に配置することができる。
【００１２】
請求項４記載の発明は、前記冷却工程が、前記基板の周縁部に向けて冷却流体を供給する冷却流体供給工程を含む、請求項２または３に記載の基板処理方法である。この方法では、基板の周縁部に冷却流体を供給することにより、基板の周縁部に供給された液体を冷却したり、基板の周縁部を冷却したりすることができる。したがって、簡単な構成で、必要な箇所を冷却して、凍結リングを基板上に形成することができる。
【００１３】
請求項５記載の発明は、前記基板の周縁部に液体を供給するノズルと、前記冷却流体を基板の周縁部に向けて供給する冷却流体ノズルとを、共通の支持部材で支持する工程をさらに含む、請求項４に記載の基板処理方法である。この方法によれば、凍結リングを形成する液体を供給するノズルと、冷却流体を供給する冷却流体ノズルとが共通の支持部材で支持されている。そのため、液体供給位置と冷却流体供給位置との相対的な位置関係を正確に規定することができる。それによって、基板上面の周縁部に良好な位置精度で凍結リングを配置することができる。
【００１４】
請求項６記載の発明は、前記凍結リングが、純水を凍結させて形成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板処理方法である。この方法では、純水を凍結して凍結リングが形成されるので、凍結リングが溶け出したときに、基板に悪影響を与えることを回避できる。よって、薬液による処理を阻害することなく凍結リングを形成して、薬液消費量の低減と基板処理の面内均一性とを両立した基板処理方法を提供できる。
【００１５】
請求項７記載の発明は、前記凍結リングが、前記液盛り工程で供給される薬液と同種の薬液を凍結させて形成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板処理方法である。この方法では、基板の上面に液盛りされる薬液と同種の薬液を凍結させて凍結リングが形成される。そのため、凍結リングが溶け出しても、基板に対する悪影響がない。そのうえ、凍結リングから溶け出した薬液によって、基板の周縁領域を処理することができる。それによって、基板の中央から周縁領域に至るすべての領域において、基板の上面をほぼ均一に処理することができる。
【００１６】
請求項８記載の発明は、前記液盛り工程が、前記基板保持工程によって水平に保持されている基板を鉛直な回転軸線まわりに回転させる基板回転工程と、薬液ノズルを前記凍結リングの近くから前記回転軸線に向かって移動させながら、前記薬液ノズルから前記薬液を吐出させるスキャン吐出工程とを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の基板処理方法である。
【００１７】
この方法では、基板を鉛直な回転軸線まわりに回転させながら、薬液ノズルを凍結リングの近くから回転軸線に向かって移動させ、その過程で薬液ノズルから薬液を吐出させる。したがって、回転半径方向外方側から内側に向かって薬液の着液位置が移動していく。これにより、凍結リングに近い外周部付近における薬液処理が先行し、その後に基板の回転中心付近に薬液が供給されることになる。これにより、薬液による基板処理の面内均一性を一層向上することができる。しかも、供給された薬液は凍結リングによって堰止められるので、薬液ノズルから大流量で薬液を吐出させても液膜を速やかに形成でき、また、基板の回転速度が速くても確実に液膜を形成できる。さらにまた、薬液ノズルの移動速度を速くしても液膜の形成に支障がない。そのため、薬液ノズルから吐出される薬液の基板上における薬液着液位置は、凍結リングの近くから回転中心まで速やかに移動させることができる。これにより、薬液による処理開始タイミングの時間差が少なくなるので、薬液による基板処理の面内均一性を一層向上することができる。
【００１８】
請求項９記載の発明は、前記液盛り工程が、前記基板保持工程によって水平に保持されている基板を鉛直な回転軸線まわりに回転させる基板回転工程と、薬液ノズルから前記薬液を吐出させる工程と、前記薬液ノズルから薬液の吐出を開始するときよりも前記薬液ノズルからの薬液の吐出を開始した後の方が前記基板の回転が低速になるように、前記基板回転工程における基板の回転速度を変更する回転速度変更工程とを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の基板処理方法である。
【００１９】
この方法によれば、薬液の吐出開始時には基板の回転速度が比較的高速であるので、基板表面に達した薬液は速やかに広がる。そして、その後（たとえば薬液吐出開始から所定時間経過後）に、基板の回転速度が減速される。これにより、遠心力によって薬液が基板外に飛び出すことを抑制できる。こうして、薬液吐出開始時には薬液を早く基板全域に広げることができるので、基板の中央部と周縁部との間での処理時間の差を少なくでき、かつ、その後に回転速度を低下させることで薬液を無駄に基板からこぼすことがなく、薬液消費量を低減できる。
【００２０】
薬液ノズルからの薬液の供給は、基板の回転中心に向けて行われてもよい。また、回転速度の変更は、段階的に行ってもよく、連続的に行ってもよい。たとえば、薬液開始時に第１回転速度（たとえば２００ｒｐｍ程度）としておき、薬液吐出開始後すぐに（たとえば２秒程度の所定時間経過後に）、第１回転速度よりも低速な第２回転速度（たとえば１０ｒｐｍ程度）に変更してもよい。第１回転速度から第２回転速度に変更するタイミングは、薬液ノズルから供給された薬液が基板表面に到達した後が好ましい。
【００２１】
請求項１０記載の発明は、前記凍結リング配置工程が、前記薬液ノズルとは異なる凍結リング用ノズルから液を前記基板の周縁部に供給する工程と、前記基板の周縁部に供給された液を冷却して凍結させる冷却工程とを含む、請求項８または９に記載の基板処理方法である。この方法では、基板の上面に薬液の液膜を形成するために用いられる薬液ノズルとは異なる凍結リング用ノズルが設けられ、この凍結リング用ノズルから基板の主面に薬液が供給される。そして、その供給された薬液が冷却されることにより、基板の周縁部に凍結リングが形成される。したがって、薬液の液盛りのための薬液供給条件と、凍結リングを形成する薬液を供給する条件とを、互いに依存することなく、個別に設定することができる。たとえば、薬液の供給流量や薬液の吐出幅等を、個別に設定できる。それによって、薬液の液盛りおよび凍結リングの形成を、それぞれ最適な条件で行うことができるので、それによって、基板上面の全域を均一な条件で処理することができる。
【００２２】
請求項１１記載の発明は、前記薬液が、エッチング液または洗浄液である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の基板処理方法である。この方法では、基板上面の全域に対するエッチング処理または洗浄処理を、良好な面内均一性で、しかも、エッチング液または洗浄液の消費量を抑制しながら実現できる。
請求項１２記載の発明は、前記基板は、素子が形成されるデバイス形成領域を有し、前記凍結リングは、前記デバイス形成領域の外側において前記基板の上面に形成される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の基板処理方法である。この方法により、デバイス形成領域の全域を覆う薬液の液膜を形成できるので、デバイス形成領域の全域に対して、少量の薬液で均一な処理を施すことができる。
【００２３】
請求項１３記載の発明は、基板を水平に保持する基板保持手段と、前記基板保持手段によって水平に保持されている基板の上面の周縁部に、当該基板の全周に渡って連続し、液体を凍結させた凍結リングを配置する凍結リング配置ユニットと、前記凍結リングの内側に薬液を供給して前記基板の上面に前記薬液を液盛りする薬液ノズルとを含む、基板処理装置である。この構成により、請求項１の発明と同様な作用効果を実現できる。
【００２４】
この基板処理装置の発明においても、基板処理方法の発明と同様な変形が可能である。たとえば、請求項１４に記載されているように、前記凍結リング配置ユニットが、前記基板の周縁部に液体を供給する液体ノズルと、前記基板の周縁部に向けて冷却流体供給する冷却流体ノズルとを含んでいてもよい。この場合に、請求項１５に記載されているように、前記液体ノズルおよび前記冷却流体ノズルを共通に支持する支持部材がさらに備えられることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、この発明の第１の実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための概念図である。
【図２】図２は、液体ノズルおよび冷却流体ノズルを保持したノズル保持部材が処理位置に配置された状態を図解的に示す平面図である。
【図３】図３Ａ−３Ｅは、処理工程の一例（第１の処理例）を説明するための図である。
【図４】図４Ａ−４Ｅは、処理工程の別の例（第２の処理例）を説明するための図である。
【図５】図５は、この発明の第２の実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための概念図である。
【図６】図６は、この発明の第３の実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の第１の実施形態に係る基板処理装置の構成を説明するための概念図である。この基板処理装置１は、基板保持手段としてのスピンチャック２と、スピンチャック２を回転させるための回転手段としての回転駆動機構３と、スピンチャック２の周囲に配置されたスプラッシュガード４と、スプラッシュガード４と共にスピンチャック２を収容する空間を形成する処理カップ５と、薬液ノズル６と、ノズル移動機構７と、凍結リング形成ユニット８と、ユニット移動機構９と、リンス液ノズル１０と、制御ユニット２０とを備えている。
【００２７】
スピンチャック２は、水平面に沿って配置された円盤状のスピンベース１１と、スピンベース１１の周縁部に周方向に沿って間隔をあけて配置された複数の保持ピン１２とを備えている。保持ピン１２は、半導体ウエハ等の円形の基板Ｗの周端面に当接して、基板Ｗをスピンベース１１の上方で保持するように構成されている。保持ピン１２は、基板Ｗの周端面に当接して基板Ｗを保持する保持位置と、基板Ｗの周端面から退避して基板Ｗの保持を解放する解放位置との間で変位可能な保持ピンを少なくとも１つ含む。スピンベース１１の中心の下面には、鉛直方向に沿って延びた回転軸１３が結合されている。この回転軸１３に対して、回転駆動機構３からの回転力が伝達されるようになっている。回転駆動機構３は、たとえば電動モータを含む。
【００２８】
スプラッシュガード４は、スピンチャック２に保持された基板Ｗの周端面に側方から対向するように配置されており、スピンチャック２に保持された基板Ｗから飛び散る液体を受け止めて処理カップ５へと流下させる飛散防止部材である。スプラッシュガード４は、スピンチャック２に保持された基板Ｗを側方から覆う位置と、スピンチャック２における基板Ｗの保持位置よりも下方に退避した退避位置との間で昇降可能に構成されていることが好ましい。
【００２９】
薬液ノズル６は、スピンチャック２に保持された基板Ｗの上面に向けて薬液を供給するノズルである。薬液ノズル６には、薬液供給管１６を介して薬液供給源１７からの薬液が供給される。薬液供給管１６の途中には薬液バルブ１８が介装されている。薬液バルブ１８は、制御ユニット２０によって制御されて、薬液供給管１６内の薬液流路を開閉し、これによって、薬液ノズル６から薬液が吐出される状態と、その吐出が停止された状態とを切り換える。薬液供給源１７は、エッチング液または洗浄液を薬液として供給するものであってもよい。エッチング液としては、酸化膜をエッチングするためのフッ酸水溶液を例示できる。洗浄液としては、パーティクルを除去するためのＳＣ１（アンモニア水と過酸化水素水との混合液）、金属汚染物質を除去するためのＳＣ２（塩酸等の酸と過酸化水素水との混合液）、酸化物を除去するためのフッ酸水溶液を例示できる。
【００３０】
ノズル移動機構７は、水平方向に延びた揺動アーム２１と、揺動アーム２１の基端部に結合されて鉛直方向に延びる回動軸２２と、回動軸２２をその軸線と共軸の回転軸線１４まわりに回動させることによって揺動アーム２１を水平面内で揺動させる揺動駆動機構２３とを含む。揺動駆動機構２３は、制御ユニット２０によって制御される。揺動アーム２１の先端部に薬液ノズル６が固定されている。したがって、揺動駆動機構２３を作動させることにより、薬液ノズル６が水平方向に揺動する。このとき、薬液ノズル６から吐出された薬液がスピンチャック２に保持された基板Ｗの上面に着液する着液点は、基板Ｗの回転中心を通る円弧状の軌跡を描く。換言すれば、薬液ノズル６およびノズル移動機構７は、薬液の着液点が基板Ｗの回転中心を通る円弧状の軌跡に沿って、移動するように構成されている。基板Ｗの回転中心とは、基板Ｗの主面の一つである上面と回転軸線１４との交点である。
【００３１】
リンス液ノズル１０は、この実施形態では、固定配置された固定ノズルである。リンス液ノズル１０には、リンス液供給源２５からリンス液供給管２４を介してリンス液が供給されている。リンス液供給管２４の途中にはリンス液バルブ２６が介装されている。リンス液バルブ２６は、制御ユニット２０によって制御されて、リンス液流路を開閉する。リンス液供給源２５は、たとえば、純水（脱イオン水）をリンス液として供給するものであってもよい。ただし、リンス液としては、基板Ｗの表面の薬液成分を洗い流すことができる液体が用いられればよく、純水のほかにも、炭酸水、電解イオン水、水素水、磁気水などの機能水、または希薄濃度（たとえば１ｐｐｍ程度）のアンモニア水などが用いられてもよい。
【００３２】
凍結リング形成ユニット８は、凍結リング配置ユニットの一例であり、液体ノズル２７（凍結リング用ノズルの一例）と、冷却流体ノズル２８と、ノズル保持部材２９（支持部材の一例）とを含む。ノズル保持部材２９は、液体ノズル２７および冷却流体ノズル２８を一体的に保持している。液体ノズル２７には、純水供給管３０を介して純水供給源３１から純水（脱イオン水。凍結リングを形成するための液体の一例）が供給されている。純水供給管３０の途中には純水バルブ３２が介装されている。純水バルブ３２は、制御ユニット２０によって制御されて、純水供給管３０内の純水流路を開閉し、それによって液体ノズル２７から基板Ｗへの純水の吐出／停止を切り換える。冷却流体ノズル２８には、冷却流体供給管３５を介して冷却流体供給源３６から冷却流体が供給されるようになっている。冷却流体供給管３５の途中には冷却流体バルブ３７が介装されている。冷却流体バルブ３７は、制御ユニット２０によって制御されて、冷却流体供給管内の流路を開閉し、それによって冷却流体ノズル２８からの冷却流体の吐出／停止を切り換える。冷却流体供給源３６は、たとえば液体窒素を冷却流体として供給する液体窒素供給源であってもよい。冷却流体としては、液体ノズル２７から吐出される液体の凝固点（純水の場合は氷点）よりも低い温度の流体が供給されればよい。ただし、冷却流体は、液体ノズル２７から吐出される液体を基板Ｗ上で瞬時に凍結させることができる流体であることが好ましい。
【００３３】
ユニット移動機構９は、水平方向に延びた揺動アーム４１と、揺動アーム４１の基端部に結合されて鉛直方向に延びる回動軸４２と、回動軸４２をその軸線まわりに回動させる揺動駆動機構４３とを含む。揺動アーム４１の先端部にノズル保持部材２９が結合されている。ノズル保持部材２９は、液体ノズル２７が下方に向けて液体（純水）を吐出し、冷却流体ノズル２８が下方に向けて冷却流体を吐出するように、これらのノズル２７，２８を保持している。揺動駆動機構４７を作動させると回動軸４２が回動し、それによって、揺動アーム４１が水平面に沿って揺動する。これにより、ノズル保持部材２９と共に液体ノズル２７および冷却流体ノズル２８が水平方向に移動する。この水平移動によって、液体ノズル２７および冷却流体ノズル２８を、スピンチャック２に保持された基板Ｗの周縁部の上方へと導くことができる。より具体的には、液体ノズル２７が基板Ｗの周縁部に液体を供給し、冷却流体ノズル２８が基板Ｗの周縁部に冷却流体を供給する処理位置にノズル保持部材２９を配置することができるように構成されている。
【００３４】
図２は、液体ノズル２７および冷却流体ノズル２８を保持したノズル保持部材２９が処理位置に配置された状態を図解的に示す平面図である。スピンチャック２によって回転される基板Ｗの回転方向４５に関して、液体ノズル２７は冷却流体ノズル２８よりも上流側に配置されている。したがって、液体ノズル２７から基板Ｗの周縁部に液体が供給された直後に、その液体に対して、基板Ｗの周縁部において冷却流体ノズル２８からの冷却流体が供給される。これにより、液体ノズル２７から供給された純水が基板Ｗの周縁部において凍結し、基板Ｗの周縁部の全周にわたって連続する凍結純水のリング、すなわち凍結リング４７が形成される。明瞭化のために、図２には、凍結リング４７をクロスハッチングで示してある。
【００３５】
基板Ｗは、デバイスが形成された主面であるデバイス形成面（表面）を上向きにしてスピンチャック２に保持される。デバイス形成面には、周端面からの所定幅（たとえば３mm幅）の周縁領域の内側にデバイス形成領域が配置されており、このデバイス形成領域内にトランジスタその他の素子が作り込まれる。凍結リング４７は、デバイス形成領域の外側の周縁領域に形成されることが好ましい。すなわち、凍結リング４７は、基板Ｗの周端面から２〜３mm幅程度の領域に形成され、全周に渡って連続する無端帯状に形成されることが好ましい。凍結リング４７の高さ（厚さ）は、その幅とほぼ同程度（たとえば２〜３mm程度）であってもよい。このような微小幅の凍結リング４７を基板Ｗの周縁領域に精度良く形成するためには、液体ノズル２７は、凍結リング４７の目標幅（たとえば２〜３mm程度）の半分以下の吐出幅（たとえば１mm程度）で液体を吐出するように構成されていることが好ましい。さらに、液体ノズル２７から吐出された液体が基板Ｗの表面に達した直後に当該液体が凍結させられるように、液体ノズル２７の着液位置と冷却流体ノズル２８から吐出される流体の吐出目標位置とが基板Ｗの周方向に沿って充分に接近（たとえば１０mm以下の距離）していることが好ましい。
【００３６】
図３Ａ−３Ｅは、基板処理装置１による処理工程の一例（第１の処理例）を説明するための図である。処理対象の基板Ｗは、基板搬送ロボット（図示せず）によって、スピンチャック２に渡される。制御ユニット２０は、スピンチャック２に基板Ｗが保持された後、回転駆動機構３を制御して、スピンチャック２と共に基板Ｗを回転軸線１４まわりに回転させる。このときの回転速度は、比較的低速な凍結リング形成速度（たとえば１０ｒｐｍ程度）とされる。その状態で、制御ユニット２０は、ユニット移動機構９により、ノズル保持部材２９を処理位置（図２参照）まで移動させる。そして、制御ユニット２０は、純水バルブ３２および冷却流体バルブ３７を開く。これにより、回転状態の基板Ｗの周縁部に液体ノズル２７から純水が供給され、さらに冷却流体ノズル２８から冷却流体が供給される。それによって、基板Ｗの周縁部には、基板Ｗに達した純水が直後に冷却流体によって冷却されてできる凍結リング４７が形成される。この状態が図３Ａに示されている。
【００３７】
次に、制御ユニット２０は、ユニット移動機構９を制御してノズル保持部材２９をスピンチャック２の側方へと退避させ、さらに、ノズル移動機構７を制御して、薬液ノズル６を基板Ｗの回転軸線１４上の位置まで移動させる。また、制御ユニット２０は、回転駆動機構３を制御して、スピンチャック２と共に基板Ｗを回転軸線１４まわりに、所定の液盛り速度（たとえば１０〜２００ｒｐｍ）で回転させる。その状態で、制御ユニット２０は、薬液バルブ１８を開く。すると、薬液ノズル６から吐出された薬液は基板Ｗの回転中心に向けて供給される。基板Ｗの上面に達した薬液は、図３Ｂに示すように、遠心力を受けてその外方へと広がっていき、さらに、図３Ｃに示すように、凍結リング４７の内側の全域を覆う薬液膜４８を形成する。凍結リング４７の内側全域を覆う薬液膜４８が形成されるのに十分な量の薬液が供給されると、制御ユニット２０は、薬液バルブ１８を閉じて、薬液の供給を停止させる。その後、制御ユニット２０は、所定の薬液処理時間（液盛り処理時間）だけ待機する。それによって、基板Ｗの上面に対して薬液膜４８による処理を行う液盛り処理が実行される。なお、この液盛り処理の間、薬液の供給を完全に停止するのではなく、小流量での薬液供給を継続しても差し支え無い。ただし、薬液消費量を削減する観点からは、薬液の供給を停止することが好ましい。
【００３８】
またあるいは、凍結リング４７形成後の液盛り速度を液盛り中に変更してもよい。たとえば、液盛りの開始時（０〜２秒程度）は２００ｒｐｍで基板Ｗを回転させながら薬液を吐出し、すぐに基板回転速度を１０ｒｐｍまで低下させる。このようにすると、開始時には比較的高い回転速度で基板Ｗを回転させることで薬液を早く基板Ｗの全域に広げて中央と周縁部での処理時間の差をなくし、すぐに基板回転速度を低下させることで薬液を無駄に基板からこぼすことがない。
【００３９】
凍結リング４７に接した薬液は凍結リング４７を融解させるが、その融解には一定の時間が必要であるので、その間に基板Ｗの上面の全域を薬液によって処理することができる。凍結リング４７は、純水で形成されているので、溶け出しても薬液による処理に大きな影響を与えることはない。凍結リング４７は、前述のとおり、基板Ｗの上面のデバイス形成領域外の所定幅の周縁領域に配置されている。したがって、基板Ｗの上面のデバイス形成領域全域に対して薬液による液盛り処理を行うことができる。この液盛り処理は、凍結リング４７が完全に解けるまで行われることが好ましい。換言すれば、凍結リング４７は、予め定める液盛り処理時間内に全て融解するように（理想的には液盛り処理時間と凍結リング４７の融解時間とが等しくなるように）、その幅および高さ（すなわち断面積）が調整されることが好ましい。凍結リング４７の幅および高さの調整は、液体ノズル２７からの吐出幅および吐出流量、冷却流体ノズル２８から吐出される冷却流体の温度および流量、ならびに液体ノズル２７からの液体の着液点と冷却流体による冷却位置との間隔などを適切に組み合わせて調整することによって達成される。
【００４０】
次に、制御ユニット２０は、ノズル移動機構７を制御して薬液ノズル６をスピンチャック２の側方へと退避させる。さらに、制御ユニット２０は、リンス液バルブ２６を開いて、図３Ｄに示すように、リンス液ノズル１０からリンス液を吐出させる。このリンス液が、スピンチャック２に保持された基板Ｗの上面に供給され、基板Ｗの上面において薬液がリンス液へと置換される。このとき、制御ユニット２０は、回転駆動機構３を制御することにより、スピンチャック２の回転速度をリンス速度（たとえば５００ｒｐｍ）まで加速する。こうして、基板Ｗの上面に供給されたリンス液が遠心力によって基板Ｗの全域へと速やかに行き渡り、基板Ｗ上の薬液が洗い流される。所定時間だけリンス工程を行った後、制御ユニット２０は、リンス液バルブ２６を閉じて、リンス工程を終える。
【００４１】
次いで、制御ユニット２０は、回転駆動機構３を制御することにより、スピンチャック２の回転速度を所定の乾燥速度（たとえば２５００ｒｐｍ）まで加速する。それによって、図３Ｅに示すように、基板Ｗの表面の液体を遠心力によって振り切るスピン乾燥処理が実行される。
このように、この処理例では、基板Ｗの上面においてデバイス形成領域の外側の外周領域に全周にわたって連続する凍結リング４７が予め形成され、その凍結リング４７の内側に薬液を供給して薬液膜４８が形成される。このとき、スピンチャック２の回転速度が比較的速くても、また薬液ノズル６からの薬液供給流量が多少多くても、凍結リング４７によって薬液が堰き止められるので、基板Ｗのデバイス形成領域の全域を覆う薬液膜４８を速やかに形成することができる。しかも、凍結リング４７によって薬液が堰き止められるので、その後の薬液膜４８の状態も安定に保持される。これにより、薬液の液盛りによる基板Ｗの処理を効率的に行うことができ、薬液の消費量を低減することができる。しかも、薬液膜４８を形成するときに、スピンチャック２を比較的速く回転させ、薬液ノズル６から比較的大流量で薬液を供給しても差し支えないので、薬液の供給開始からごく短時間で凍結リング４７の内側のデバイス形成領域全体を覆う薬液膜４８を形成できる。これにより、デバイス形成領域の各部において薬液処理開始時間に殆ど差がなくなるので、薬液による基板Ｗの処理の面内均一性を向上することができる。このようにして、薬液消費量の低減と基板処理の面内均一性とを両立した基板処理が可能となる。
【００４２】
さらに、凍結リング４７は、その配置後に供給される薬液によって基板Ｗを処理している間に溶けるので、移動や洗浄が必要にならない。そのため、処理工程を複雑にすることなく、薬液を基板Ｗの表面に確実に液盛りできる。
図４Ａ−４Ｅは、基板処理装置１による処理工程の別の例（第２の処理例）を説明するための図である。図４Ａに示すように、第１の処理例と同様にして、凍結リング４７が形成される。その後に、制御ユニット２０は、図４Ｂに示すように、ノズル移動機構７を制御することにより、薬液ノズル６をデバイス形成領域の周縁付近、すなわち、凍結リング４７の内側において当該凍結リング４７に近い位置へと配置する。その状態で、制御ユニット２０は、薬液バルブ１８を開いて薬液ノズル６からの薬液吐出を開始させ、併せてノズル移動機構７を制御することにより、薬液ノズル６を回転軸線１４に向けて移動させる。これにより、薬液ノズル６から吐出された薬液の基板Ｗ上における着液点は、凍結リング４７の近傍から基板Ｗの回転中心まで移動する。それによって、図４Ｃに示すように、凍結リング４７の内側のデバイス形成領域全体を覆う薬液膜４８が形成されることになる。薬液膜４８が形成された後は、制御ユニット２０は、薬液バルブ１８を閉じて、薬液ノズル６からの薬液吐出を停止させる。そして、制御ユニット２０は、ノズル移動機構７を制御することにより、薬液ノズル６をスピンチャック２の側方へと退避させる。
【００４３】
その後の処理は、図４Ｄ（リンス工程）および図４Ｅ（乾燥工程）に示すように、図３Ａ−３Ｅに示した第１の処理例と同様である。
このように、この処理例では、基板処理が遅れがちとなる回転半径外方側の領域から薬液膜４８の形成を開始するので、薬液による基板処理の面内均一性を一層向上することができる。基板Ｗの上面の周縁領域に凍結リング４７が形成されているので、デバイス形成領域の外周部分から薬液の供給を始めても薬液がこぼれ落ちることはなく、速やかに薬液膜４８を形成して、その薬液膜４８でデバイス形成領域全体を覆うことができる。しかも、薬液ノズル６から比較的大きな流量で薬液を吐出させつつ、薬液ノズル６をデバイス形成領域の周縁部から回転軸線１４まで速やかに移動させれば、デバイス形成領域全体を覆う薬液膜４８をごく短時間で形成することができる。それによって、基板Ｗの各部における薬液処理開始の時間差を無視し得る程度に短くすることができる。これにより、薬液による基板Ｗの処理の面内均一性を向上できる。
【００４４】
図５は、この発明の第２の実施形態に係る基板処理装置５１の構成を説明するための概念図である。図５において、図１に示された各部の対応部分には同一参照符号を付す。この実施形態では、薬液ノズル６が、凍結リング４７を形成するための液体を供給するノズルとして兼用される。すなわち、凍結リング形成ユニット８は、この実施形態では、冷却流体ノズル２８を有しており、液体ノズル２７を備えていない。
【００４５】
凍結リング４７を形成するときは、制御ユニット２０は、ノズル移動機構７を制御することにより薬液ノズル６を基板Ｗの周縁部へと配置し、薬液ノズル６から基板Ｗの周縁領域に向けて薬液を吐出させ、基板Ｗの周縁領域に薬液を着液させる。その一方で、制御ユニット２０は、ユニット移動機構９を制御することにより、凍結リング形成ユニット８、すなわち冷却流体ノズル２８を基板Ｗの周縁領域へと配置して、基板Ｗの周縁領域に向けて冷却流体を吐出させる。薬液ノズル６からの薬液の着液位置は、冷却流体ノズル２８からの冷却流体が供給される位置よりも基板Ｗの回転方向４５に関して上流側に位置していることが好ましい。このようにしても、基板Ｗの周縁領域に凍結リング４７を形成することができる。
【００４６】
この場合、凍結リング４７は、基板Ｗのデバイス形成領域を処理するための薬液と同じ種類の薬液で形成されることになる。したがって、凍結リング４７の近傍の領域では、凍結リング４７から溶け出した薬液による処理が進行する。すなわち、凍結リング４７から溶け出した薬液がデバイス形成領域の処理にも寄与することになる。それによって、薬液による基板処理の面内均一性を一層向上することができる。しかも、凍結リング形成ユニット８の構成を簡単にすることができるので、それに応じて装置コストを低減することができる。
【００４７】
凍結リング４７を形成するために専用の液体ノズル２７を用いている第１の実施形態に係る基板処理装置１は、第２の実施形態に係る基板処理装置５１よりもコストが高くなる。その反面、凍結リング４７の形成および薬液膜４８の形成のためにそれぞれ最適化された液体ノズル２７および薬液ノズル６を用いることができるという利点がある。具体的には、液体ノズル２７には、吐出幅が１ｍｍ程度の微小な吐出口を有するノズルを適用して、厳密な幅に制御された凍結リング４７を基板Ｗの周縁領域に形成することができる。その一方で、薬液ノズル６としては、大流量での薬液吐出が可能なノズルを用い、それによってデバイス形成領域全体を覆う薬液膜４８を短時間で形成できる構成とすることができる。
【００４８】
図６は、この発明の第３の実施形態に係る基板処理装置５５の構成を説明するための概念図である。図６において、図１に示された各部の対応部分には同一参照符号を付す。基板処理装置５５は、第１および第２の実施形態において備えられている凍結リング形成ユニット８とは全く異なる構成の凍結リング形成ユニット５８を備えている。
凍結リング形成ユニット５８は、型部材５９と、冷媒循環路６０と、冷却器６１とを備えている。型部材５９は、基板Ｗの外周領域に対応するように全周に渡って連続したリング状の溝部６３を有する円盤状に構成されている。溝部６３に関連して、冷媒通路６４が形成されており、さらに、ヒータ６５が埋設されている。冷媒通路６４は冷媒循環路６０に結合されていて、冷媒循環路６０の途中に冷却器６１が設けられている。これにより、冷却器６１によって冷媒循環路６０を流通する冷媒を冷却し、冷却後の冷媒が冷媒通路６４に供給されて、さらに冷媒循環路６０へと排出されるように構成されている。冷却器６１およびヒータ６５は、制御ユニット２０によって制御される。
【００４９】
さらに、凍結リングを形成するための液体（たとえば純水）を溝部６３に供給するための液体ノズル６６が設けられている。液体ノズル６６には、純水供給源７０から純水供給路７１を介して純水が供給される。純水供給路７１には、純水バルブ７２が介装されている。純水バルブ７２は、制御ユニット２０によってされて、純水の流路を開閉する。
溝部６３に液体ノズル６６から液体（たとえば純水）を供給すると、その液体が溝部６３内で凍結して、基板Ｗの外周領域に整合する形状の凍結リング６７が形成される。
【００５０】
基板処理装置５５は、さらに、型部材５９を上下反転してスピンチャック２の上方に導き、スピンチャック２に保持されている基板Ｗに裏返しで重ね合わせる反転ユニット６８を備えている。反転ユニット６８は、制御ユニット２０によって制御される。
型部材５９の溝部６３に凍結リング６７が形成された後に、制御ユニット２０は、反転ユニット６８を作動させて、型部材５９をスピンチャック２に保持された基板Ｗに重ね合わせる。このとき、スプラッシュガード４は、二点鎖線で示す下位置に制御される。その状態で、制御ユニット２０は、ヒータ６５に通電し、型部材５９の溝部６３を加熱する。それによって、溝部６３の内壁面に接触している凍結リング６７の表層部が融解し、凍結リング６７が溝部６３から離脱して基板Ｗの上面に移動する。こうして、スピンチャック２に保持された基板Ｗの上面の外周領域に凍結リング６７を配置することができる。その後、制御ユニット２０は、反転ユニット６８を作動させることにより、型部材５９をスピンチャック２から退避させる。
【００５１】
こうして凍結リング６７が基板Ｗの上面に配置された後に、制御ユニット２０は、第１の実施形態と同様にして、凍結リング６７の内側のデバイス形成領域全域を覆う薬液膜４８を形成させ、薬液による液盛り処理を実行する。このとき、制御ユニット２０は、スプラッシュガード４を実線で示す上位置に制御する。その後の処理については、第１の実施形態の場合と同様である。
【００５２】
以上、この発明の実施形態について説明してきたが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態においては、凍結リングを構成する液体の供給位置よりも下流側に冷却流体供給位置を配置しているが、これらの配置は逆転してもよい。すなわち、冷却流体によって基板Ｗの周縁部を冷却し、その冷却された基板Ｗの周縁部に対して液体を供給するようにしてもよい。この場合、冷却された基板周縁部に液体が接することによって、その液体が凍結し、基板Ｗの外周領域に、周方向に連続した凍結リングを形成できる。
【００５３】
また、前述の第１の実施形態では、凍結リング形成ユニット８の液体ノズル２７から純水を吐出させているが、凍結リング形成用の液体は、純水に限らず、薬液による処理を阻害しない液体であればよい。たとえば、純水（脱イオン水）以外にも、炭酸水、電解イオン水、水素水、磁気水などの機能水のように、いわゆるリンス液のカテゴリに属する液体を凍結リングの形成のために用いてもよい。
【００５４】
さらにまた、薬液ノズル６から吐出される薬液と同種の薬液を液体ノズル２７から吐出させてもよい。これにより、デバイス形成領域の周縁付近において、凍結リングから溶け出した液による薬液の希釈が生じないので、薬液処理の基板面内均一性を一層向上できる。
一般的には、液体ノズル２７から吐出される液体の種類は、薬液ノズル６から吐出される薬液による基板Ｗの処理に対して影響を与えず、かつ、冷却流体ノズル２８から吐出される冷却流体によって凍結させることができるように選択されることが好ましい。
【００５５】
さらに、前述の第１および第２の実施形態では、基板Ｗの外周領域に凍結リングを形成するときに、基板Ｗの外周領域に着液するように液体を供給している。しかし、凍結リングを形成するための液体の供給は、基板Ｗの中央領域において基板Ｗの上面に着液する態様で行ってもよい。すなわち、スピンチャック２によって基板Ｗを回転させながら、基板Ｗの外周領域を冷却流体ノズル２８で冷却しておき、その状態で基板Ｗの回転中心に向けて液体を供給してもよい。基板Ｗの回転中心に着液した液体は、遠心力を受けて基板Ｗの外周領域に達し、冷却流体によって冷却された周縁部に接触して凍結する。それによって、基板Ｗの外周領域の全周にわたって連続する凍結リングを形成できる。この場合に、凍結リングを形成するための液体の供給を薬液ノズル６からの薬液供給によって行うこととすれば、基板Ｗの外周領域における凍結リングの形成とデバイス形成領域全域を覆う液膜４８の形成とを同時進行的に行わせることもできる。
【００５６】
さらに、図６に示した第３の実施形態では、凍結リング形成ユニット５８は、冷媒通路６４に冷媒を流して型部材５９を冷却するように構成されているが、型部材５９の冷却は、ペルチエ素子等の他の冷却手段によって冷却されてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００５７】
Ｗ  基板
１  基板処理装置
２  スピンチャック
３  回転駆動機構
４  スプラッシュガード
５  処理カップ
６  薬液ノズル
７  ノズル移動機構
８  凍結リング形成ユニット
９  ユニット移動機構
１０  リンス液ノズル
１１  スピンベース
１２  保持ピン
１３  回転軸
１４  回転軸線
１６  薬液供給管
１７  薬液供給源
１８  薬液バルブ
２０  制御ユニット
２１  揺動アーム
２２  回動軸
２３  揺動駆動機構
２４  リンス液供給管
２５  リンス液供給源
２６  リンス液バルブ
２７  液体ノズル冷却流体
２８  冷却流体ノズル
２９  ノズル保持部材
３０  純水供給管
３１  純水供給源
３２  純水バルブ
３５  冷却流体供給管
３６  冷却流体供給源
３７  冷却流体バルブ
４１  揺動アーム
４２  回動軸
４３  揺動駆動機構
４５  基板回転方向
４７  凍結リング
４８  薬液膜
５１  基板処理装置
５５  基板処理装置
５８  凍結リング形成ユニット
５９  型部材
６０  冷媒循環路
６１  冷却器
６３  溝部
６４  冷媒通路
６５  ヒータ
６６  液体ノズル
６７  凍結リング
６８  反転ユニット
７０  純水供給源
７１  純水供給路
７２  純水バルブ
【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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