特許 7537937 基板処理装置および基板処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-13

(45)【発行日】2024-08-21

(54)【発明の名称】基板処理装置および基板処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20240814BHJP

   H01L 21/306 20060101ALI20240814BHJP

【ＦＩ】

H01L21/304 651L

H01L21/304 651B

H01L21/304 648G

H01L21/304 647A

H01L21/306 R

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020139222

(22)【出願日】2020-08-20

(65)【公開番号】P2022035122

(43)【公開日】2022-03-04

【審査請求日】2023-06-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000207551

【氏名又は名称】株式会社ＳＣＲＥＥＮホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】100105935

【弁理士】

【氏名又は名称】振角 正一

(74)【代理人】

【識別番号】100136836

【弁理士】

【氏名又は名称】大西 一正

(72)【発明者】

【氏名】尾辻 正幸

(72)【発明者】

【氏名】山口 佑

(72)【発明者】

【氏名】加藤 雅彦

【審査官】平野 崇

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０４６９４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０３０５１６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１１４７７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０５６５５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０９２６１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベース部材と、前記ベース部材の表面に設けられる複数の保持部材とを有し、基板の表面を上方に向けた姿勢で前記複数の保持部材により前記基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部により保持された前記基板の表面に対し、液体を経ずに気体に変化する昇華性物質および前記昇華性物質と溶け合う溶媒を含む処理液を前記基板の表面に供給する処理液供給部と、
前記基板の表面上の前記処理液から前記溶媒を除去して前記昇華性物質を含む凝固体を形成する凝固体形成部と、
前記凝固体を昇華させて前記基板の表面から除去する昇華部と、
前記基板保持部により保持された前記基板の表面に対向可能な第１対向面と、前記基板保持部により保持された前記基板の外周端および前記ベース部材の外周端に対向可能な第２対向面とを有する対向部材と、
前記基板保持部に対して前記対向部材を相対的に移動させる移動部と、
不活性ガスを供給するガス供給部と、を備え、
前記処理液供給部により前記処理液を前記基板の表面に供給して前記処理液の液膜を前記基板の表面上に形成する液膜形成期間の間、前記移動部は前記対向部材を前記基板保持部に近接させて前記対向部材および前記ベース部材により前記基板を取り囲む空間を形成し続け、
前記ガス供給部は前記空間に前記不活性ガスを供給して前記空間を不活性ガスリッチな雰囲気とすることを特徴とする基板処理装置。

【請求項2】

請求項１に記載の基板処理装置であって、

前記液膜形成期間の前に、前記不活性ガスを供給することで、前記空間を前記不活性ガスリッチな雰囲気とする、基板処理装置。

【請求項3】

請求項１に記載の基板処理装置であって、
前記ガス供給部は、少なくとも前記液膜形成期間の初期段階で前記空間に前記不活性ガスを供給する基板処理装置。

【請求項4】

請求項１または２に記載の基板処理装置であって、
前記空間を前記不活性ガスリッチな雰囲気とすることにより、前記空間を酸素濃度が１００ｐｐｍ以下の低酸素の環境とする、基板処理装置。

【請求項5】

請求項１ないし３のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
前記基板保持部により保持された前記基板を鉛直方向と平行な回転軸線まわりに回転させる回転部をさらに備え、
前記処理液供給部は、前記液膜形成期間の初期段階でのみ前記処理液の供給を行い、
前記回転部は、
前記液膜形成期間の初期段階で前記基板を第１回転速度で回転させて前記処理液を前記基板の表面全体に広げ、
前記液膜形成期間の終了段階で前記第１回転速度よりも低い第２回転速度で回転させる、または前記基板の回転を停止させて前記基板の表面に形成されたパターンの間に前記昇華性物質を沈下させる基板処理装置。

【請求項6】

請求項５に記載の基板処理装置であって、
前記ガス供給部は、
前記基板の表面の中央部に向かって前記不活性ガスを前記回転軸と平行に吐出する第１ガス吐出口と、
前記回転軸から前記基板の表面の周縁部に向かって放射状に前記不活性ガスを吐出する第２ガス吐出口と、
前記第１ガス吐出口からの前記不活性ガスの吐出と吐出停止とを切り替える第１ガス吐出切替部と、
前記第２ガス吐出口からの前記不活性ガスの吐出と吐出停止とを切り替える第２ガス吐出切替部と、
を有する基板処理装置。

【請求項7】

請求項６に記載の基板処理装置であって、
前記液膜形成期間の初期段階において、前記第１ガス吐出切替部は前記第１ガス吐出口から前記不活性ガスを吐出させるとともに前記第２ガス吐出切替部は前記第２ガス吐出口から前記不活性ガスを吐出させる基板処理装置。

【請求項8】

請求項６または７に記載の基板処理装置であって、
前記昇華性物質を沈下させる昇華性物質沈下期間の前半において、前記第１ガス吐出切替部は前記第１ガス吐出口からの前記不活性ガスの吐出を停止するとともに前記第２ガス吐出切替部は前記第２ガス吐出口からの前記不活性ガスの吐出を停止し、
前記昇華性物質沈下期間の後半において、前記第２ガス吐出切替部は前記不活性ガスの吐出停止を継続する一方で前記第１ガス吐出切替部は前記第１ガス吐出口から前記不活性ガスを吐出させる基板処理装置。

【請求項9】

請求項６または７に記載の基板処理装置であって、
前記昇華性物質を沈下させる昇華性物質沈下期間において、前記第１ガス吐出切替部は前記第１ガス吐出口からの前記不活性ガスの吐出を停止する一方で前記第２ガス吐出切替部は前記第２ガス吐出口から前記不活性ガスを吐出させる基板処理装置。

【請求項10】

請求項６または７に記載の基板処理装置であって、
前記昇華性物質を沈下させる昇華性物質沈下期間の前半において、前記第１ガス吐出切替部は前記第１ガス吐出口からの前記不活性ガスの吐出を停止するとともに前記第２ガス吐出切替部は前記第２ガス吐出口から前記不活性ガスを吐出させ、
前記昇華性物質沈下期間の後半において、前記第２ガス吐出切替部は前記第２ガス吐出口からの前記不活性ガスの吐出を停止するとともに前記第１ガス吐出切替部は前記第１ガス吐出口から前記不活性ガスを吐出させる基板処理装置。

【請求項11】

請求項６ないし１０のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
前記凝固体形成部により前記凝固体を形成する凝固体形成期間において、前記第１ガス吐出切替部は前記第１ガス吐出口からの前記不活性ガスの吐出を停止するとともに前記第２ガス吐出切替部は前記第２ガス吐出口から前記不活性ガスを吐出させ、
前記凝固体形成期間の経過後に、前記第１ガス吐出切替部は前記第１ガス吐出口から前記不活性ガスを吐出させる基板処理装置。

【請求項12】

ベース部材の表面に設けられる複数の保持部材により保持された基板の表面に対し、液体を経ずに気体に変化する昇華性物質および前記昇華性物質と溶け合う溶媒を含む処理液を供給して前記処理液の液膜を基板の表面上に形成する液膜形成工程と、
前記基板の表面上の前記液膜から前記溶媒を除去して前記昇華性物質を含む凝固体を形成する凝固体形成工程と、
前記凝固体を昇華させて前記基板の表面から除去する昇華工程と、を備え、
前記液膜形成工程は、
前記複数の保持部材により保持された前記基板の表面に対向部材の第１対向面を対向させるとともに前記ベース部材の外周端に前記対向部材の第２対向面を対向させることで、前記対向部材および前記ベース部材により前記基板を取り囲む空間を形成し続ける工程と、
前記空間に不活性ガスを供給して前記空間を不活性ガスリッチな雰囲気とする工程と、
を有することを特徴とする基板処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、基板を乾燥させる基板処理装置および基板処理方法に関する。基板には、半導体ウエハ、液晶表示装置用基板、有機ＥＬ（electroluminescence）表示装置などのＦＰＤ（Flat Panel
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】

半導体装置や液晶表示装置などの電子部品の製造工程においては、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パターンを形成する工程が含まれる。また、このパターン形成後において、薬液による洗浄処理、リンス液によるリンス処理および乾燥処理などがこの順序で行われるが、パターンの微細化に伴い乾燥処理の重要性が特に高まっている。つまり、乾燥処理においてパターン倒壊の発生を抑制または防止する技術が重要となっている。そこで、例えば特許文献１に記載されているように、液体を経ずに気体に変化する昇華性物質を利用して基板を乾燥させる基板処理装置および基板処理方法が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－４９４８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に記載の基板処理技術では、樟脳などの昇華性物質と当該昇華性物質と溶け合う溶媒とを含む溶液が乾燥前処理液として準備される。乾燥前処理液は、パターンが形成された基板の表面に供給される。これにより、基板の表面上に所望厚さで乾燥前処理液の液膜が形成される。この後で、当該液膜から溶媒を気化して除去することで、昇華性物質からなる固体膜（本発明の「凝固体」の一例に相当）が基板の表面全体に形成される。その後で、昇華により固体膜が基板の表面から除去される。

【0005】

従来技術では、基板の表面に乾燥前処理液を供給して所望の液膜を形成する期間（以下、「液膜形成期間」という）における基板の表面上の乾燥前処理液と接する雰囲気について格別の注意を払っていなかった。そのため、従来技術では、より高度な乾燥要求に対応するのが難しく、高品質な乾燥に一定の限界があった。

【0006】

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、昇華性物質の昇華を利用して基板を乾燥させる基板処理技術において、乾燥品質をさらに高めることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一の態様は、基板処理装置であって、ベース部材と、ベース部材の表面に設けられる複数の保持部材とを有し、基板の表面を上方に向けた姿勢で複数の保持部材により基板を保持する基板保持部と、基板保持部により保持された基板の表面に対し、液体を経ずに気体に変化する昇華性物質および昇華性物質と溶け合う溶媒を含む処理液を基板の表面に供給する処理液供給部と、基板の表面上の処理液から溶媒を除去して昇華性物質を含む凝固体を形成する凝固体形成部と、凝固体を昇華させて基板の表面から除去する昇華部と、基板保持部により保持された基板の表面に対向可能な第１対向面と、基板保持部により保持された基板の外周端およびベース部材の外周端に対向可能な第２対向面とを有する対向部材と、基板保持部に対して対向部材を相対的に移動させる移動部と、不活性ガスを供給するガス供給部と、を備え、処理液供給部により処理液を基板の表面に供給して処理液の液膜を基板の表面上に形成する液膜形成期間の間、移動部は対向部材を基板保持部に近接させて対向部材およびベース部材により基板を取り囲む空間を形成し続け、ガス供給部は空間に不活性ガスを供給して空間を不活性ガスリッチな雰囲気とすることを特徴としている。

【0008】

また、本発明の他の態様は、基板処理方法であって、ベース部材の表面に設けられる複数の保持部材により保持された基板の表面に対し、液体を経ずに気体に変化する昇華性物質および昇華性物質と溶け合う溶媒を含む処理液を供給して処理液の液膜を基板の表面上に形成する液膜形成工程と、基板の表面上の液膜から溶媒を除去して昇華性物質を含む凝固体を形成する凝固体形成工程と、凝固体を昇華させて基板の表面から除去する昇華工程と、を備え、液膜形成工程は、複数の保持部材により保持された基板の表面に対向部材の第１対向面を対向させるとともにベース部材の外周端に対向部材の第２対向面を対向させることで、対向部材およびベース部材により基板を取り囲む空間を形成し続ける工程と、空間に不活性ガスを供給して空間を不活性ガスリッチな雰囲気とする工程と、を有することを特徴としている。

【発明の効果】

【0009】

上記発明では、昇華性物質を含む凝固体を基板の表面に形成する前に、上記昇華性物質および上記昇華性物質と溶け合う溶媒を含む処理液が基板の表面に供給されて処理液の液膜が形成される。この液膜形成を実行する際、基板の表面は不活性ガスリッチな空間に接している。その結果、上記液膜形成を安定して行うことができ、乾燥品質を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明に係る基板処理装置の第１実施形態を装備する基板処理システムの概略構成を示す平面図である。

【図2】図１に示す基板処理システムの側面図である。

【図3】本発明に係る基板処理装置の第１実施形態に相当する処理ユニットの構成を示す部分断面図である。

【図4】処理ユニットを制御する制御系の電気的構成を示すブロック図である。

【図5】対向部材が対向位置に位置したときのスピンベース、基板および対向部材の位置関係を模式的に示す図である。

【図6A】対向部材および中心軸ノズルの部分断面図である。

【図6B】中心軸ノズルの下端部近傍を下方から見た模式図である。

【図7】処理ユニットにおいて実行される基板処理の内容を示すフローチャートである。

【図8】本発明に係る基板処理装置の第１実施形態における置換処理、液膜形成工程および凝固体形成工程での動作状況を示すタイミングチャートである。

【図9】本発明に係る基板処理装置の第２実施形態における置換処理、液膜形成工程および凝固体形成工程での動作状況を示すタイミングチャートである。

【図10】本発明に係る基板処理装置の第３実施形態における置換処理、液膜形成工程および凝固体形成工程での動作状況を示すタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１は本発明に係る基板処理装置の第１実施形態を装備する基板処理システムの概略構成を示す平面図である。また、図２は図１に示す基板処理システムの側面図である。これらの図面は基板処理システム１００の外観を示すものではなく、基板処理システム１００の外壁パネルやその他の一部構成を除外することでその内部構造をわかりやすく示した模式図である。この基板処理システム１００は、例えばクリーンルーム内に設置され、一方主面のみに回路パターン等（以下「パターン」と称する）が形成された基板Ｗを一枚ずつ処理する枚葉式の装置である。そして、基板処理システム１００に装備される処理ユニット１において本発明に係る基板処理方法が実行される。本明細書では、基板の両主面のうちパターン（後で説明する図６Ａ中の符号ＰＴ参照）が形成されているパターン形成面（一方主面）を「表面」と称し、その反対側のパターンが形成されていない他方主面を「裏面」と称する。また、下方に向けられた面を「下面」と称し、上方に向けられた面を「上面」と称する。また、本明細書において「パターン形成面」とは、基板において、任意の領域に凹凸パターン形成されている面を意味する。

【0012】

ここで、本実施形態における「基板」としては、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を適用可能である。以下では主として半導体ウエハの処理に用いられる基板処理装置を例に採って図面を参照して説明するが、上に例示した各種の基板の処理にも同様に適用可能である。

【0013】

図１に示すように、基板処理システム１００は、基板Ｗに対して処理を施す基板処理部１１０と、この基板処理部１１０に結合されたインデクサ部１２０とを備えている。インデクサ部１２０は、基板Ｗを収容するための容器Ｃ（複数の基板Ｗを密閉した状態で収容するＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）、ＳＭＩＦ（Standard
Mechanical Interface）ポッド、ＯＣ（Open Cassette）など）を複数個保持することができる容器保持部１２１を有している。また、インデクサ部１２０は、容器保持部１２１に保持された容器Ｃにアクセスして、未処理の基板Ｗを容器Ｃから取り出したり、処理済みの基板Ｗを容器Ｃに収納したりするためのインデクサロボット１２２を備えている。各容器Ｃには、複数枚の基板Ｗがほぼ水平な姿勢で収容されている。

【0014】

インデクサロボット１２２は、装置筐体に固定されたベース部１２２ａと、ベース部１２２ａに対し鉛直軸まわりに回動可能に設けられた多関節アーム１２２ｂと、多関節アーム１２２ｂの先端に取り付けられたハンド１２２ｃとを備える。ハンド１２２ｃはその上面に基板Ｗを載置して保持することができる構造となっている。このような多関節アームおよび基板保持用のハンドを有するインデクサロボットは公知であるので詳しい説明を省略する。

【0015】

基板処理部１１０は、インデクサロボット１２２が基板Ｗを載置する載置台１１２と、平面視においてほぼ中央に配置された基板搬送ロボット１１１と、この基板搬送ロボット１１１を取り囲むように配置された複数の処理ユニット１とを備えている。具体的には、基板搬送ロボット１１１が配置された空間に面して複数の（この例では８つの）処理ユニット１が配置されている。これらの処理ユニット１に対して基板搬送ロボット１１１は載置台１１２にランダムにアクセスし、載置台１１２との間で基板Ｗを受け渡す。一方、各処理ユニット１は基板Ｗに対して所定の処理を実行する。本実施形態では、これらの処理ユニット１は同一の機能を有している。このため、複数基板Ｗの並列処理が可能となっている。なお、基板搬送ロボット１１１はインデクサロボット１２２から基板Ｗを直接受け渡すことが可能であれば、必ずしも載置台１１２は必要ない。各処理ユニット１としては、以下に説明する処理ユニット（１Ａ～１Ｃ）などを用いることができる。

【0016】

図３は本発明に係る基板処理装置の第１実施形態に相当する処理ユニットの構成を示す部分断面図である。また、図４は処理ユニットを制御する制御系の電気的構成を示すブロック図である。なお、本実施形態では、各処理ユニット１に対して制御部４を設けているが、１台の制御部により複数の処理ユニット１を制御するように構成してもよい。また、基板処理システム１００全体を制御する制御ユニット（図示省略）により処理ユニット１を制御するように構成してもよい。

【0017】

処理ユニット１は、内部空間２１を有するチャンバ２０と、チャンバ２０の内部空間２１に収容されて基板Ｗを保持するスピンチャック３０とを備えている。図１および図２に示すように、チャンバ２０の側面にシャッター２３が設けられている。シャッター２３にはシャッター開閉機構２２（図４）が接続されており、制御部４からの開閉指令に応じてシャッター２３を開閉させる。より具体的には、処理ユニット１では、未処理の基板Ｗをチャンバ２０に搬入する際にシャッター開閉機構２２はシャッター２３を開き、基板搬送ロボット１１１のハンドによって未処理の基板Ｗがフェースアップ姿勢でスピンチャック３０に搬入される。つまり、基板Ｗは表面Ｗｆを上方に向けた状態でスピンチャック３０上に載置される。そして、当該基板搬入後に基板搬送ロボット１１１のハンドがチャンバ２０から退避すると、シャッター開閉機構２２はシャッター２３を閉じる。そして、チャンバ２０の内部空間２１内で後述のように薬液、ＤＩＷ（脱イオン水）、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）処理液、乾燥前処理液および窒素ガスが基板Ｗの表面Ｗｆに供給されて所望の基板処理が常温環境下で実行される。また、基板処理の終了後においては、シャッター開閉機構２２がシャッター２３を再び開き、基板搬送ロボット１１１のハンドが処理済の基板Ｗをスピンチャック３０から搬出する。このように、本実施形態では、チャンバ２０の内部空間２１が常温環境に保ちつつ基板処理を行う処理空間として機能する。なお、本明細書において「常温」とは、５℃～３５℃の温度範囲にあることを意味する。

【0018】

スピンチャック３０は複数のチャックピン３１を有する。スピンチャック３０では、複数のチャックピン３１は円盤形状のスピンベース３２の上面の周縁部に設けられている。この実施形態では、チャックピン３１はスピンベース３２の周方向に適当な間隔（たとえば等間隔）を空けて配置され、基板Ｗの周縁部を把持する。これによって、スピンチャック３０により基板Ｗは保持される。

【0019】

スピンベース３２には回転軸３３が連結されている。この回転軸３３はスピンチャック３０により支持された基板Ｗの表面中心から延びる面法線と平行な回転軸線ＡＸ１まわりに回転自在に設けられている。回転軸３３はモータなどを含む基板回転駆動機構３４に連結される。このため、スピンチャック３０に載置された基板Ｗをチャックピン３１により保持した状態で制御部４からの回転指令に応じて基板回転駆動機構３４のモータが作動すると、基板Ｗは上記回転指令に対応する回転速度で回転軸線ＡＸ１まわりに回転する。また、このように基板Ｗを回転させた状態で、制御部４からの供給指令に応じて対向部材５０を鉛直方向に挿通する中心軸ノズル６０から薬液、ＩＰＡ処理液、ＤＩＷ、乾燥前処理液および窒素ガスが基板Ｗの表面Ｗｆに供給される。

【0020】

図５は、対向部材が対向位置に位置したときのスピンベース、基板および対向部材の位置関係を模式的に示す図である。対向部材５０は、図３および図５に示すように、スピンチャック３０に従って回転する従動型の対向部材である。すなわち、対向部材５０は、基板処理中において、対向部材５０がスピンチャック３０に一体回転可能に支持される。これを可能とするために、対向部材５０は、対向板５１と、対向板５１に同伴昇降可能に設けられた係合部材５２と、係合部材５２と係合して対向板５１を上方から支持するための支持部５３とを有している。

【0021】

対向板５１は基板Ｗの径よりも大きい円板状であり、基板Ｗを鉛直上方から覆うキャップ形状を有している。より詳しくは、対向板５１は、水平な姿勢で保持された円板部５１１と、円板部５１１の外周部から下方に延びる円筒部５１２とを有している。対向板５１の内面５１３は下向きに凹んだカップ面となっている。内面５１３は基板対向面５１３ａ、中央傾斜面５１３ｂおよび内周面５１３ｃを有している。

【0022】

基板対向面５１３ａは円板部５１１の下面に相当している。より具体的には、基板対向面５１３ａは基板Ｗの上面と平行な平坦面に仕上げられ、基板Ｗの表面Ｗｆに対向している。

【0023】

また、中央傾斜面５１３ｂは基板対向面５１３ａに取り囲まれた傾斜面を有している。より具体的には、中央傾斜面５１３ｂは、基板対向面５１３ａから斜め上に回転軸線ＡＸ１に延びる環状の中央傾斜部を有しており、次のような特徴を有している。中央傾斜部は、回転軸線ＡＸ１に対する傾斜角が一定の緩斜面を有している。中央傾斜部の断面は下向きに開いている。中央傾斜面５１３ｂの内径は中央傾斜面５１３ｂの下端に近づくに従って増加している。中央傾斜面５１３ｂの下端は基板対向面５１３ａと繋がっている。このため、対向部材５０が対向位置にある状態で中心軸ノズル６０の下端部は中央傾斜面５１３ｂに取り囲まれながら下方に露出する（後で説明する図６Ａおよび図６Ｂ参照）。

【0024】

さらに、内周面５１３ｃが円筒部５１２の内側面に相当している。より具体的には、内周面５１３ｃは、基板対向面５１３ａから斜め下に外方に延びる環状の内傾斜部を有しており、次のような特徴を有している。内傾斜部は、回転軸線ＡＸ１に対する傾斜角が連続的に変化する円弧状の断面を有している。内傾斜部の断面は下向きに開いている。内周面５１３ｃの内径は内周面５１３ｃの下端に近づくに従って増加している。内周面５１３ｃの下端はスピンベース３２の外径よりも大きい内径を有している。このため、図３の１点鎖線で示すように、対向部材５０が対向位置にある状態で基板Ｗの外周端およびスピンベース３２の外周面（外周端）３２ｂと対向する。

【0025】

対向板５１は、基板対向面５１３ａに設けられて第１の係合部材３５に係合するための複数の第２の係合部材５１４をさらに有している。基板対向面５１３ａの中央部には、対向部材５０を上下に貫通する貫通孔５１５が形成されている。貫通孔５１５は、円筒状の内周面によって区画されている。第２の係合部材５１４は、第１の係合部材３５と同数、第１の係合部材３５と一対一対応で設けられている。なお、第１の係合部材３５および第２の係合部材５１４の構成は従来より周知である。例えば特開２０１９－５７５９９号に記載された構成を本実施形態の係合部材３５、５１４として用いることができる。第１の係合部材３５と第２の係合部材５１４とが係合することで、当該係合体を介して対向部材５０はスピンベース３２に支持される。そして、モータの作動によりスピンベース３２が回転すると、それと一体的に対向部材５０が回転軸線ＡＸ１まわりに回転する。

【0026】

係合部材５２は、図３に示すように、対向板５１の上面において、貫通孔５１５の周囲を包囲する円筒部５２１と、円筒部５２１の上端から径方向外方に広がるフランジ部５２２とを有している。フランジ部５２２は、支持部５３の一構成部品であるフランジ支持部５３１よりも上方に位置しており、フランジ部５２２の外周はフランジ支持部５３１の内周よりも大径とされている。

【0027】

支持部５３は、水平なフランジ支持部５３１と、略円板状の支持部本体５３２と、フランジ支持部５３１と支持部本体５３２とを接続する接続部５３３とを有している。そして、支持部５３および対向板５１の内部空間を挿通するように中心軸ノズル６０が、対向板５１および基板Ｗの中心を通る鉛直な軸線、すなわち、回転軸線ＡＸ１に沿って上下方向に延びている。また、中心軸ノズル６０は支持部５３とともに対向板昇降駆動機構５６により昇降する。例えば図３の実線で示すように中心軸ノズル６０および対向部材５０が基板Ｗから鉛直上方に離れた退避位置に位置決めされているとき、中心軸ノズル６０の先端部はスピンチャック３０に保持された基板Ｗの表面Ｗｆから上方に離間している。そして、制御部４からの下降指令に応じて対向板昇降駆動機構５６が中心軸ノズル６０および支持部５３を下方に降下させ、図３の１点鎖線や図５に示すように、対向部材５０を対向位置に位置決めする。これにより、対向部材５０の対向板５１が基板Ｗの表面Ｗｆに近接する。その結果、基板対向面（第１対向面）５１３ａ、内周面（第２対向面）５１３ｃおよびスピンベース３２の外周面（外周端）３２ｂによって、スピンチャック３０に保持された基板Ｗを取り囲む、半密閉状の空間ＳＰが形成される。そして、基板Ｗを半密閉状の空間ＳＰに閉じ込めて周辺雰囲気から遮断したまま、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、中心軸ノズル６０から薬液、ＩＰＡ処理液、ＤＩＷ、乾燥前処理液および窒素ガスが当該基板Ｗの表面Ｗｆに供給される。

【0028】

図６Ａは対向部材および中心軸ノズルの部分断面図である。図６Ｂは中心軸ノズルの下端部近傍を下方から見た模式図である。図６Ａにおける点線領域は基板Ｗの表面Ｗｆの部分拡大図であり、表面Ｗｆに形成されたパターンＰＴの一例が図示されている。中心軸ノズル６０は回転軸線ＡＸ１に沿って上下方向に延設されたノズル本体６１を有している。このノズル本体６１の中央部には、ノズル本体６１の上端面から下端面に貫通して５本の中央配管部（図示省略）が設けられている。それら５本の中央配管部の下端面側開口はそれぞれ薬液吐出口６２ａ、ＤＩＷ吐出口６３ａ、ＩＰＡ吐出口６４ａ、乾燥前処理液吐出口６５ａおよび中央ガス吐出口６６ａとして機能する。

【0029】

薬液吐出口６２ａを有する中央配管部は、図３に示すように、配管６２ｂを介して薬液供給部（図示省略）と接続されている。この配管６２ｂには、バルブ６２ｃが介装されている。このため、制御部４からの開閉指令に応じてバルブ６２ｃが開かれると、薬液が配管６２ｂを介して中心軸ノズル６０に供給され、薬液吐出口６２ａから基板Ｗの表面中央部に向けて吐出される。本実施形態では、薬液は基板Ｗの表面Ｗｆを洗浄する機能を有しておればよく、例えば硫酸、硝酸、塩酸、フッ酸、リン酸、酢酸、アンモニア水、過酸化水素水、有機酸（たとえばクエン酸、蓚酸など）、有機アルカリ（たとえば、ＴＭＡＨ：テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドなど）、界面活性剤、および腐食防止剤の少なくとも１つを含む液であってもよいし、これ以外の液体であってもよい。

【0030】

ＤＩＷ吐出口６３ａを有する中央配管部は、図３に示すように、配管６３ｂを介してＤＩＷ供給部（図示省略）と接続されている。この配管６３ｂには、バルブ６３ｃが介装されている。このため、制御部４からの開閉指令に応じてバルブ６３ｃが開かれると、ＩＰＡ処理液が配管６３ｂを介して中心軸ノズル６０に供給され、ＤＩＷ吐出口６３ａから基板Ｗの表面中央部に向けて吐出される。本実施形態では、後で説明するように薬液処理後の基板Ｗの表面Ｗｆに対してリンス処理を行うリンス液としてＤＩＷが用いられるが、その他のリンス液を用いてもよい。例えば炭酸水、電解イオン水、水素水、オゾン水、および希釈濃度（たとえば、１０～１００ｐｐｍ程度）の塩酸水のいずれかをリンス液として用いてもよい。

【0031】

ＩＰＡ吐出口６４ａを有する中央配管部は、図３に示すように、配管６４ｂを介してＩＰＡ処理液供給部（図示省略）と接続されている。この配管６４ｂには、バルブ６４ｃが介装されている。このため、制御部４からの開閉指令に応じてバルブ６４ｃが開かれると、ＩＰＡ処理液が配管６４ｂを介して中心軸ノズル６０に供給され、ＩＰＡ吐出口６４ａから基板Ｗの表面中央部に向けて吐出される。本実施形態では、リンス処理後に基板Ｗの表面Ｗｆに付着するリンス液（ＤＩＷ）と置換する置換液として、ＩＰＡ処理液が用いられるが、その他の液体を用いてもよい。より詳しくは、リンス液と乾燥前処理液の両方と溶け合う液体を置換液として用いることができる。例えばＨＦＥ（ハイドロフルオロエーテル）やＩＰＡとＨＦＥの混合液であってもよいし、ＩＰＡおよびＨＦＥの少なくとも一方とこれら以外の成分とを含んでいてもよい。

【0032】

乾燥前処理液吐出口６５ａを有する中央配管部は、図３に示すように、配管６５ｂを介して乾燥前処理液供給部（図示省略）と接続されている。この配管６５ｂには、バルブ６５ｃが介装されている。このため、制御部４からの開閉指令に応じてバルブ６５ｃが開かれると、乾燥前処理液が配管６５ｂを介して中心軸ノズル６０に供給され、乾燥前処理液吐出口６５ａから基板Ｗの表面中央部に向けて吐出される。本実施形態では、乾燥前処理液として、溶質に相当する昇華性物質と、昇華性物質と溶け合う溶媒と、を含む溶液を用いている。ここで、昇華性物質は、常温（室温と同義）または常圧（処理ユニット１内の圧力。たとえば１気圧またはその近傍の値）で液体を経ずに固体から気体に変化する物質であってもよい。溶媒は、このような物質であってもよいし、これ以外の物質であってもよい。つまり、乾燥前処理液は、常温または常圧で液体を経ずに固体から気体に変化する２種類以上の物質を含んでいてもよい。

【0033】

昇華性物質は、たとえば、２－メチル－２－プロパノール（別名：tert－ブチルアルコール、t－ブチルアルコール、ターシャリーブチルアルコール）やシクロヘキサノールなどのアルコール類、フッ化炭化水素化合物、１，３，５－トリオキサン（別名：メタホルムアルデヒド）、樟脳（別名：カンフル、カンファー）、ナフタレン、ヨウ素、シクロヘキサノンオキシムおよびシクロヘキサンのいずれかであってもよいし、これら以外の物質であってもよい。

【0034】

溶媒は、たとえば、純水、ＩＰＡ、ＨＦＥ、アセトン、ＰＧＭＥＡ（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）、ＰＧＥＥ（プロピレングリコールモノエチルエーテル、１－エトキシ－２－プロパノール）、エチレングリコール、およびハイドロフルオロカーボン（hydrofluorocarbon）からなる群より選ばれた少なくとも１種であってもよい。

【0035】

中央ガス吐出口６６ａを有する中央配管部は、図３に示すように、配管６６ｂを介して窒素ガス供給部（図示省略）と接続されている。この配管６６ｂには、バルブ６６ｃが介装されている。このため、制御部４からの開閉指令に応じてバルブ６６ｃが開かれると、窒素ガスが配管６６ｂを介して中心軸ノズル６０に供給され、図６Ａ中の１点鎖線矢印で示すように、中央ガス吐出口６６ａから基板Ｗの表面中央部に向けて吐出される。

【0036】

このように５つの吐出口６２ａ～６６ａが設けられた下端面６１ａは、図３の実線で示すように、非遮断状態で基板対向面５１３ａおよび中央傾斜面５１３ｂよりも上方側に後退する。一方、遮断状態では、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、下端面６１ａは基板対向面５１３ａと上下方向において同一の高さに位置し、ノズル本体６１の下端部６１ｂは中央傾斜面５１３ｂに取り囲まれた状態で貫通孔５１５から下方に露出する。

【0037】

この下端部６１ｂの側面には、回転軸線ＡＸ１を中心として略等角度間隔で６個の周縁ガス吐出口６７が設けられている。これらの周縁ガス吐出口６７には、図６Ａに示すように、ノズル本体６１の側面からノズル本体６１の上端面に延びる周縁配管部６８が接続されている。周縁配管部６８は、図３に示すように、配管６８ｂを介して窒素ガス供給部（図示省略）と接続されている。この配管６８ｂには、バルブ６８ｃが介装されている。このため、制御部４からの開閉指令に応じてバルブ６８ｃが開かれると、窒素ガスが配管６８ｂを介して中心軸ノズル６０に供給され、周縁ガス吐出口６７から回転軸線ＡＸ１を中心に略水平方向に吐出される。なお、略水平吐出された窒素ガスは、図６Ａ中の点線矢印で示すように、中央傾斜面５１３ｂおよび基板対向面５１３ａに沿って基板Ｗの表面周縁部に向けて案内される。

【0038】

上記したように本実施形態では、図６Ａに示すように、基板Ｗへの窒素ガスの供給態様として、
・基板Ｗの表面中央部を経由して基板Ｗの表面周縁部に供給する第１供給態様（同図中の１点鎖線矢印）と、
・基板Ｗの表面中央部を経由せずに基板Ｗの表面周縁部に供給する第２供給態様（同図中の点線矢印）と、
が存在する。そして、制御部４がバルブ６６ｃ、６８ｃの開閉を制御することで、窒素ガスの供給を停止するモードと、第１供給態様のみを実行するモードと、第２供給態様のみを実行するモードと、第１供給態様および第２供給態様を同時に実行するモードとが選択的に切り替えられる。また、同図への図示を省略しているが、制御部４からの指令に応じて第１供給態様および第２供給態様で供給する窒素ガスの流量をそれぞれ独立して可変制御可能となっている。なお、本実施形態では、窒素ガスを本発明の「不活性ガス」として用いているが、これ以外に、除湿されたアルゴンガスなどの不活性ガスを用いてもよい。

【0039】

さらに、処理ユニット１では、スピンチャック３０を取り囲むように、排気桶７０が設けられている。また、スピンチャック３０と排気桶７０との間に配置された複数のカップ７２と、基板Ｗの周囲に飛散した薬液、リンス液（ＤＩＷ）、ＩＰＡ処理液、乾燥前処理液を受け止める複数のガード７３とが設けられている。また、ガード７３に対してガード昇降駆動機構７１が連結されている。ガード昇降駆動機構７１は制御部４からの昇降指令に応じてガード７３を独立して昇降する。さらに、排気桶７０には、排気機構７４が接続されている。この排気機構７４は、チャンバ２０の内底面、排気桶７０およびガード７３で囲まれた空間を排気する。

【0040】

制御部４は、ＣＰＵ等の演算ユニット、固定メモリデバイス、ハードディスクドライブ等の記憶ユニット、および入出力ユニットを有している。記憶ユニットには、演算ユニットが実行するプログラムが記憶されている。そして、制御部４は、上記プログラムにしたがって装置各部を制御することで、図７に示す基板処理を実行する。

【0041】

図７は処理ユニットにおいて実行される基板処理の内容を示すフローチャートである。基板処理システム１００における処理対象は、例えばシリコンウエハであり、パターン形成面である表面Ｗｆに凹凸状のパターンＰＴ（図６Ａ参照）が形成されている。パターンＰＴは、ロジック回路、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）やカルコゲナイド系合金の特異な性質を利用するＰＲＡＭ（Phase-change Random Access Memory）を構成するものであってもよい。パターンＰＴは微細なトレンチにより形成されたライン状のパターンが繰り返し並ぶものであってもよい。また、パターンＰＴは、薄膜に、複数の微細穴（ボイド（void）またはポア（pore））を設けることにより形成されていてもよい。パターンＰＴは、たとえば絶縁膜を含む。また、パターンＰＴは導体膜を含んでいてもよい。より具体的には、パターンＰＴは、複数の膜を積層した積層膜により形成されており、さらには、絶縁膜と導体膜とを含んでいてもよい。パターンＰＴは単層膜で構成されるパターンＰＴであってもよい。絶縁膜はシリコン酸化膜やシリコン窒化膜であってもよい。また、導体膜は、低抵抗化のための不純物を導入したアモルファスシリコン膜であってもよいし、金属膜（例えばＴｉＮ膜）であってもよい。また、パターンＰＴは、フロントエンドで形成されたものであってもよいし、バックエンドで形成されたものであってもよい。さらに、パターンＰＴは、疎水性膜であってもよいし、親水性膜であってもよい。親水性膜として例えばＴＥＯＳ膜（シリコン酸化膜の一種）が含まれる。

【0042】

また、図７に示す各工程は、特に明示しないかぎり、大気圧環境下で処理される。ここで、大気圧環境とは標準大気圧（１気圧、１０１３ｈＰａ）を中心に、０．７気圧以上１．３気圧以下の環境のことを指す。特に、基板処理システム１００が陽圧となるクリーンルーム内に配置される場合には、基板Ｗの表面Ｗｆの環境は、１気圧よりも高くなる。

【0043】

未処理の基板Ｗが処理ユニット１に搬入される前においては、制御部４が装置各部に指令を与えて処理ユニット１は初期状態にセットされる。すなわち、シャッター開閉機構２２によりシャッター２３（図１ないし図３）は閉じられている。基板回転駆動機構３４によりスピンチャック３０は基板Ｗのローディングに適した位置に位置決め停止されるとともに、図示しないチャック開閉機構によりチャックピン３１は開状態となっている。対向板５１は対向板昇降駆動機構５６により退避位置に位置決めされている。これにより、スピンベース３２による対向板５１の支持は解消され、対向板５１の回転は停止されている。ガード７３はいずれも下方に移動して位置決めされている。さらに、バルブ６２ｃ～６６ｃ、６８ｃはいずれも閉じられている。

【0044】

未処理の基板Ｗが基板搬送ロボット１１１により搬送されてくると、シャッター２３が開く。シャッター２３の開成に合わせて基板Ｗは基板搬送ロボット１１１によりチャンバ２０の内部空間２１に搬入され、表面Ｗｆを上方に向けたフェースアップ状態でスピンチャック３０に受け渡される。そして、チャックピン３１が閉状態となり、基板Ｗはスピンチャック３０に保持される（ステップＳ１：基板搬入）。

【0045】

基板Ｗの搬入に続いて、基板搬送ロボット１１１がチャンバ２０の外に退避し、さらにシャッター２３が再び閉じる。その後で、制御部４は、対向板昇降駆動機構５６を制御して、対向板５１を対向位置に配置する。これにより、図５に示すように対向板５１に設けられた係合部材５１４が係合部材３５によって受け止められ、対向板５１および中心軸ノズル６０がスピンベース３２に支持される。また、対向板５１とスピンベース３２とが相互に近接して半密閉状の空間ＳＰが形成される。その結果、スピンチャック３０に保持された基板Ｗは空間ＳＰに閉じ込められ、周辺雰囲気から遮断される。なお、本実施形態では、後で説明する昇華工程（ステップＳ８）が完了するまで、対向板５１は対向位置に位置決めされる。

【0046】

空間ＳＰへの基板Ｗの閉込完了に続いて、制御部４は、基板回転駆動機構３４のモータ（図示省略）を制御してスピンベース３２の回転速度を、所定の薬液処理速度（約１０～１２００ｒｐｍの範囲内で、たとえば約８００ｒｐｍ）まで上昇させ、その薬液処理速度に維持させる。このスピンベース３２の回転に同伴して、対向板５１が回転軸線ＡＸ１まわりに回転されるとともに、基板Ｗが回転軸線ＡＸ１まわりに回転される（ステップＳ２：基板回転開始）。なお、次の薬液処理に進むまでに、制御部４は薬液処理に対応するガード７３を上昇させることで、当該ガード７３を、対向板５１の内周面５１３ｃとスピンベース３２の外周面３２ｂとの隙間ＧＰに対向させる。

【0047】

基板Ｗの回転速度が薬液処理速度に達すると、次いで、制御部４はバルブ６２ｃを開く。これにより、中心軸ノズル６０の薬液吐出口６２ａから薬液が吐出され、基板Ｗの表面Ｗｆに供給される。基板Ｗの表面Ｗｆ上では、薬液が基板Ｗの回転による遠心力を受けて基板Ｗの周縁部に移動する。これにより、基板Ｗの表面Ｗｆの全体が薬液による薬液洗浄を受ける（ステップＳ３）。このとき、基板Ｗの周縁部に達した薬液は基板Ｗの周縁部から基板Ｗの側方に排出され、ガード７３を介して機外の廃液処理設備に送られる。この薬液供給による薬液洗浄は予め定められた洗浄時間だけ継続され、それを経過すると、制御部４はバルブ６２ｃを閉じて、中心軸ノズル６０からの薬液の吐出を停止する。

【0048】

薬液洗浄に続いて、リンス液（ＤＩＷ）によるリンス処理が実行される（ステップＳ４）。このＤＩＷリンスでは、制御部４はバルブ６３ｃを開く。これにより、薬液洗浄処理を受けた基板Ｗの表面Ｗｆの中央部に対して中心軸ノズル６０のＤＩＷ吐出口６３ａからＤＩＷがリンス液として供給される。すると、ＤＩＷが基板Ｗの回転による遠心力を受けて基板Ｗの周縁部に移動する。これにより、基板Ｗ上に付着している薬液がＤＩＷによって洗い流される。このとき、基板Ｗの周縁部から排出されたＤＩＷは、基板Ｗの周縁部から基板Ｗの側方に排出され、薬液と同様にして機外の廃液処理設備に送られる。このＤＩＷリンスは予め定められたリンス時間だけ継続され、それを経過すると、制御部４はバルブ６３ｃを閉じて、中心軸ノズル６０からのＤＩＷの吐出を停止する。

【0049】

ＤＩＷリンスの完了後、置換処理（ステップＳ５）、液膜形成工程（ステップＳ６）および凝固体形成工程（ステップＳ７）が実行される。

【0050】

図８は、本発明に係る基板処理装置の第１実施形態における置換処理、液膜形成工程および凝固体形成工程での動作状況を示すタイミングチャートである。同図中の「垂直Ｎ２の流量」とは、中央ガス吐出口６６ａから下方に吐出される窒素ガスの流量を意味している。つまり、制御部４がバルブ６６ｃを開くことで、窒素ガスが中央ガス吐出口６６ａから基板Ｗの表面Ｗｆの中央部に供給される。この窒素ガスは基板Ｗの表面Ｗｆに沿って基板Ｗ全体に供給される（第１供給態様：図６Ａ中の１点鎖線参照）。このように表面中央部を経由して供給される窒素ガスの流量が「垂直Ｎ２の流量」である。一方、同図中の「水平Ｎ２の流量」とは、６つの周縁ガス吐出口６７から略水平方向に吐出される窒素ガスの流量を意味している。つまり、制御部４がバルブ６８ｃを開くことで、窒素ガスが回転軸線ＡＸ１を中心として放射状に吐出される。この窒素ガスは中央傾斜面５１３ｂおよび基板対向面５１３ａに沿って基板Ｗの表面周縁部に供給される（第２供給態様：図６Ａ中の点線参照）。このように表面中央部を経由せずに表面周縁部に供給される窒素ガスの流量が「水平Ｎ２の流量」である。

【0051】

置換処理（ステップＳ５）では、制御部４は、基板回転駆動機構３４のモータ（図示省略）を制御して基板Ｗの回転速度を所定の第１回転速度Ｖ１に調整し、その第１回転速度Ｖ１に維持させる。また、制御部４は、中央ガス吐出口６６ａおよび周縁ガス吐出口６７からの窒素ガスの流量をそれぞれ「ＶＦ１」、「ＨＦ１」に調整する。これによって、半密閉状の空間ＳＰに対して窒素ガスが供給され、空間ＳＰ内で窒素リッチとなる。また、空間ＳＰと周辺雰囲気とを連通する唯一の箇所となる隙間ＧＰ（図５参照）を介して周辺雰囲気から空間ＳＰに外気が侵入するのを効果的に防止することができる。これにより空間ＳＰは低酸素環境となる。ここで、「低酸素」とは、酸素濃度が１００ｐｐｍ以下であることを指す。

【0052】

また、制御部４は、置換処理に対応するガード７３を隙間ＧＰに対向させる。そして、制御部４は、バルブ６４ｃを開く。それにより、ＤＩＷが付着している基板Ｗの表面Ｗｆの中央部に向けて中心軸ノズル６０のＩＰＡ吐出口６４ａからＩＰＡ処理液が低表面張力液体として吐出される。基板Ｗの表面Ｗｆに供給されたＩＰＡ処理液は、基板Ｗの回転による遠心力を受けて基板Ｗの表面Ｗｆの全域に広がる。これにより、基板Ｗの表面Ｗｆの全域において、当該表面Ｗｆに付着しているＤＩＷ（リンス液）がＩＰＡ処理液によって置換される。なお、基板Ｗの表面Ｗｆを移動するＩＰＡ処理液は、基板Ｗの周縁部から基板Ｗの側方に排出され、上記ガード７３に受け止められ、図示を省略する回収経路に沿って回収設備に送られる。このＩＰＡ置換は予め定められた置換時間だけ継続され、それを経過すると、制御部４はバルブ６４ｃを閉じて中心軸ノズル６０からのＩＰＡ処理液の吐出を停止する。

【0053】

ＩＰＡ置換の次に、液膜形成工程（ステップＳ６）が実行される。この液膜形成工程は、乾燥前処理液を供給する乾燥前処理液供給工程（ステップＳ６ａ）と、スピンオフ工程（ステップＳ６ｂ）と、乾燥前処理液に含まれる昇華性物質をパターンＰＴ間に沈下させる昇華性物質沈下工程（ステップＳ６ｃ）とを有している。これらのステップＳ６ａ～６ｃはこの順序で実行される。

【0054】

乾燥前処理液供給工程（ステップＳ６ａ）では、制御部４は、図８に示すように、基板Ｗの回転速度、垂直Ｎ２の流量および水平Ｎ２の流量をそれぞれ置換処理での値「Ｖ１」、「ＶＦ１」、「ＨＦ１」に維持している。制御部４は、乾燥前処理液供給工程に対応するガード７３を隙間ＧＰに対向させる。制御部４は、バルブ６５ｃを開く。それにより、置換液が付着している基板Ｗの表面Ｗｆの中央部に向けて中心軸ノズル６０の乾燥前処理液吐出口６５ａから乾燥前処理液が吐出される。基板Ｗの表面Ｗｆに供給された乾燥前処理液は、基板Ｗの回転による遠心力を受けて基板Ｗの表面Ｗｆの全域に広がる。これにより、基板Ｗの表面Ｗｆの全域においてＩＰＡ処理液から乾燥前処理液の置換が行われるとともに比較的厚い乾燥前処理液の液膜が形成される。乾燥前処理液の吐出は予め定められた時間だけ継続され、それを経過すると、制御部４はバルブ６５ｃを閉じて中心軸ノズル６０からの乾燥前処理液の吐出を停止する。

【0055】

スピンオフ工程（ステップＳ６ｂ）では、制御部４は、バルブ６６ｃ、６８ｃを閉じて窒素ガスの吐出を停止させるとともに、基板回転駆動機構３４のモータ（図示省略）を制御して基板Ｗの回転速度を第１回転速度Ｖ１よりも高いスピンオフ速度Ｖ３まで増速させる。そして、制御部４は予め定められた時間だけスピンオフ速度Ｖ３に維持させる。これにより、余分な乾燥前処理液が基板Ｗの表面Ｗｆから除去されて乾燥前処理液の液膜の厚みが所望厚さに調整される。

【0056】

昇華性物質沈下工程（ステップＳ６ｃ）では、制御部４は、窒素ガスの吐出を停止させたまま、基板回転駆動機構３４のモータを制御して基板Ｗの回転速度を第１回転速度Ｖ１よりも低い第２回転速度Ｖ２に減速する。そして、制御部４は、所定時間が経過するのを待つ。この所定時間の待機の間、乾燥前処理液の液膜中に存在する昇華性物質が沈下してパターンＰＴ間に充填される。また、上記所定時間の後半で、制御部４はバルブ６６ｃを開く。これにより、窒素ガスが基板Ｗの表面中央部に吐出される。このように本実施形態では、昇華性物質沈下工程の後半で、第１供給態様で流量ＶＦ１の窒素ガスを中央ガス吐出口６６ａから垂直に吐出している。そのため、次の作用効果が得られる。後述する凝固体形成工程（ステップＳ７）の前に上記窒素ガス制御を行うことで、基板Ｗの表面Ｗｆの中央部近傍における乾燥前処理液の溶媒を蒸発させ溶質濃度を上げることができる。しかも、それに続く凝固体形成工程（ステップＳ７）で窒素ガスを水平に吐出することで、基板Ｗの表面Ｗｆにおける溶質濃度を均一化することができる。これらによって、凝固体の膜厚を均一化させることができる。

【0057】

こうして昇華乾燥に適した乾燥前処理液の液膜が基板Ｗの表面Ｗｆ上に形成されると、凝固体形成工程（ステップＳ７）が実行される。制御部４は、基板回転駆動機構３４のモータを制御して基板Ｗの回転速度を第１回転速度Ｖ１よりも増速する。より具体的には、制御部４は、スピンオフ速度Ｖ３に増速するとともに、窒素ガスの流量を増やす。より具体的には、中央ガス吐出口６６ａから吐出されている窒素ガスの流量を流量ＶＦ１から流量ＶＦ２に引き上げるとともに、バルブ６８ｃを開いて周縁ガス吐出口６７から窒素ガスを吐出する。こうした回転速度および窒素ガスの増大から所定時間が経過する間に液膜中の溶媒が除去され、昇華性物質の凝固体が形成される。

【0058】

こうした凝固体の形成に続いて、制御部４は、回転速度Ｖ４（＞Ｖ３）までさらに増速し、その回転速度Ｖ４を維持する。また、制御部４は、中央ガス吐出口６６ａから吐出されている窒素ガスの流量を流量ＶＦ２に維持したまま、バルブ６８ｃを開いて周縁ガス吐出口６７から吐出されている窒素ガスの流量を流量ＨＦ２から流量ＨＦ３に引き上げて基板Ｗの表面Ｗｆに沿って流れる窒素ガスの流量を高めて昇華工程（ステップＳ８）を実行する。

【0059】

昇華工程については、凝固体形成工程の最終速度および最終流量を引き継いで行ってもよいが、本実施形態では回転速度および流量をステップアップさせている。このため、昇華速度が高まり、昇華時のパターン倒壊防止及び、乾燥時間の時短効果が得られる。そして、上記ステップアップから所定時間が経過すると、制御部４は、基板回転駆動機構３４のモータを停止制御して基板Ｗの回転を停止させる（ステップＳ９：基板回転停止）。

【0060】

それに続いて、制御部４は、対向板昇降駆動機構５６を制御して対向板５１を対向位置から上昇させて退避位置に位置決めする。さらに、制御部４は、全てのガード７３を隙間ＧＰから下方に退避させる。

【0061】

その後、制御部４がシャッター開閉機構２２を制御してシャッター２３（図１～図３）を開いた後で、基板搬送ロボット１１１がチャンバ２０の内部空間に進入して、チャックピン３１による保持が解除された処理済みの基板Ｗをチャンバ２０外へと搬出する（ステップＳ１０）。なお、基板Ｗの搬出が完了して基板搬送ロボット１１１が処理ユニット１から離れると、制御部４はシャッター開閉機構２２を制御してシャッター２３を閉じる。

【0062】

以上のように、第１実施形態では、液膜形成工程（ステップＳ６）を実行している間、対向板５１とスピンベース３２とが相互に近接して半密閉状の空間ＳＰを形成するとともに当該空間ＳＰを窒素ガスリッチな雰囲気としている。そして、基板Ｗの表面Ｗｆが不活性ガスリッチな空間ＳＰに接した状態で乾燥前処理液の液膜が形成される。これによって、液膜形成を安定して行うことができる。例えばロジック回路、ＤＲＡＭやＰＲＡＭを構成するためのパターンＰＴが表面Ｗｆに形成された基板Ｗを従来技術により乾燥させると、パターンＰＴの一部、特に線幅箇所が酸化するという問題が発生することがあった。これに対し、本実施形態によれば、乾燥前処理液の液膜形成を窒素ガスリッチな空間ＳＰで行っている。すなわち、低酸素状態で液膜形成が実行される。その結果、上記問題を効果的に抑制することができる。

【0063】

また、上記第１実施形態では、乾燥前処理液供給工程（ステップＳ６ａ）より中央ガス吐出口６６ａおよび周縁ガス吐出口６７の両方から窒素ガスを吐出している。このため、液膜形成期間の初期より空間ＳＰを窒素ガスリッチな雰囲気とすることができ、液膜形成をより安定的に行うことができる。ここで、両吐出口６６ａ、６７から同時吐出することは必須ではなく、窒素ガスの吐出タイミングを相互にずらしたり、一方の吐出口からのみ窒素ガスを吐出するように構成してもよい。

【0064】

上記したように、第１実施形態において、チャックピン３１およびスピンベース３２がそれぞれ本発明の「ベース部材」および「保持部材」の一例に相当し、これらを備えたスピンチャック３０が本発明の「基板保持部」の一例に相当している。乾燥前処理液および窒素ガスがそれぞれ本発明の「処理液」および「不活性ガス」の一例に相当している。乾燥前処理液および窒素ガスを吐出する中心軸ノズル６０が、本発明の「処理液供給部」、「ガス供給部」、「凝固体形成部」および「昇華部」として機能している。中心軸ノズル６０に設けられた中央ガス吐出口６６ａおよび周縁ガス吐出口６７がそれぞれ本発明の「第１ガス吐出口」および「第２ガス吐出口」の一例に相当している。バルブ６６ｃ、６８ｃがそれぞれ本発明の「第１ガス吐出切替部」および「第２ガス吐出切替部」の一例に相当している。対向板昇降駆動機構５６が本発明の「移動部」の一例に相当している。基板回転駆動機構３４が本発明の「回転部」の一例に相当している。ステップＳ６の実行期間が本発明の「液膜形成期間」の一例に相当している。そのうちのステップＳ６ａ、Ｓ６ｃがそれぞれ本発明の「液膜形成期間の初期段階」および「液膜形成期間の終了段階」の一例に相当している。ステップＳ６ｃの実行期間が本発明の「昇華性物質沈下期間」の一例に相当している。昇華性物質沈下期間（ステップＳ６ｃ）のうち垂直Ｎ２の流量がゼロに維持されている期間が本発明の「昇華性物質沈下期間の前半」の一例に相当し、垂直Ｎ２の流量が値「ＶＦ１」に維持されている期間が本発明の「昇華性物質沈下期間の後半」の一例に相当している。

【0065】

図９は、本発明に係る基板処理装置の第２実施形態における置換処理、液膜形成工程および凝固体形成工程での動作状況を示すタイミングチャートである。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、液膜形成工程（ステップＳ６）および凝固体形成工程（ステップＳ７）における窒素ガスの供給態様である。その他の構成および動作は基本的に第１実施形態と同一であるため、ここでは相違点を中心に説明し、同一または相当符号を付して説明を省略する。

【0066】

第２実施形態では、図９に示すように、周縁ガス吐出口６７からの窒素ガスの吐出が乾燥前処理液供給工程（ステップＳ６ａ）から引き続き、スピンオフ工程（ステップＳ６ｂ）および昇華性物質沈下工程（ステップＳ６ｃ）においても継続されている。一方、中央ガス吐出口６６ａからの窒素ガスの吐出は乾燥前処理液供給工程（ステップＳ６ａ）の完了と同時に停止され、その吐出停止状態はスピンオフ工程（ステップＳ６ｂ）および昇華性物質沈下工程（ステップＳ６ｃ）においても継続されている。このように第２実施形態では、液膜形成工程（ステップＳ６）において窒素ガスが空間ＳＰに供給され、低酸素状態が確実に継続されている。

【0067】

凝固体形成工程（ステップＳ７）では、周縁ガス吐出口６７からの窒素ガスの吐出流量が値ＨＦ１から値ＨＦ２に高められる一方で、中央ガス吐出口６６ａからの窒素ガスの吐出流量はゼロに維持されている。つまり、窒素ガスは、基板Ｗの表面中央部に供給されず、対向板５１の中央傾斜面５１３ｂおよび基板対向面５１３ａに沿って基板Ｗの表面周縁部に供給される。

【0068】

そして、一定時間が経過して凝固体形成されると、制御部４がバルブ６６ｃを開いて中央ガス吐出口６６ａから基板Ｗの表面中央部への窒素ガスを供給し始める（吐出流量ＶＦ２）。また、これに同期して周縁ガス吐出口６７からの窒素ガスの吐出流量が値ＨＦ２から値ＨＦ３に高められる。こうして、図６Ａに示すように、基板Ｗの表面Ｗｆ全体に大量の窒素ガスが供給され、凝固体の昇華が効率的に行われる（ステップＳ８）。

【0069】

以上のように、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用効果が得られるだけでなく、次に説明する作用効果も得られる。本実施形態では、２つの窒素ガスの供給態様を有しており、第１実施形態と同様に、基板Ｗの表面中央部への供給を優先して行ってもよい。この場合、表面周縁部よりも先に表面中央部から気体成分が発生し、表面周縁部に流動していく。この装置の空間ＳＰは半密閉状態であることから、気体成分は表面周縁部で滞留し易い。そのため、その後のプロセスを好適に行うことができず、表面周縁部でのパターン倒壊が発生する可能性がある。これに対し、第２実施形態では、表面中央部よりも先に表面周縁部に窒素ガスを供給しているため、表面周縁部でのパターン倒壊を効果的に防止することができる。しかも、表面中央部への窒素ガスの供給開始と同時に、表面周縁部に供給していた窒素ガスの流量を増大させているため、基板Ｗの表面Ｗｆから発生した気体成分を隙間ＧＰから確実に排出することができる。その結果、基板Ｗの乾燥を良好に行うことができる。

【0070】

第２実施形態において、凝固体形成工程（ステップＳ７）の実行期間が本発明の「凝固体形成期間」の一例に相当している。また、凝固体形成工程から昇華工程に切り替わるタイミングが本発明の「凝固体形成期間の経過後に」の一例に相当している。

【0071】

図１０は、本発明に係る基板処理装置の第３実施形態における置換処理、液膜形成工程および凝固体形成工程での動作状況を示すタイミングチャートである。この第３実施形態が第２実施形態と大きく相違する点は、昇華性物質沈下工程（ステップＳ６ｃ）の後半での窒素ガスの供給態様と、凝固体形成工程（ステップＳ７）および昇華工程（ステップＳ８）での周縁ガス吐出口６７からの窒素ガスの流量変化とである。その他の構成および動作は基本的に第２実施形態と同一であるため、ここでは相違点を中心に説明し、同一または相当符号を付して説明を省略する。

【0072】

第２実施形態（図９）では昇華性物質沈下工程（ステップＳ６ｃ）の後半において周縁ガス吐出口６７から吐出された窒素ガスを供給している。これに対し、第３実施形態では、図１０に示すように、上記後半に相当する期間のみ、周縁ガス吐出口６７からの窒素ガスの吐出が一時的に停止されるとともに中央ガス吐出口６６ａから基板Ｗの表面中央部に窒素ガスが吐出される。このように窒素ガスを第２供給態様（図６Ａ中の点線参照）から第１供給態様（図６Ａ中の１点鎖線参照）に一時的に変更してもよい。また、周縁ガス吐出口６７からの窒素ガスの吐出を維持しながら、中央ガス吐出口６６ａから基板Ｗの表面中央部に窒素ガスが吐出してもよい。

【0073】

また、第２実施形態（図９）では、凝固体形成工程（ステップＳ７）から昇華工程（ステップＳ８）に切り替わるタイミングで周縁ガス吐出口６７からの窒素ガスの吐出流量が増大されるが、第３実施形態では凝固体形成工程から水平方向に大量の窒素ガスが吐出される。すなわち、半密閉状の空間ＳＰにおいて図６Ａの周縁ガス吐出口６７が始点となる点線矢印の気流が凝固体形成工程中に形成されている。この気流により、蒸発した溶媒雰囲気が空間ＳＰ上方に滞留することなくスピンベース３２側へ流れるので、蒸発が促進される。特に揮発し難い（蒸気圧の低い）溶媒に対し、蒸発し易い環境にすることが可能となる。

【0074】

以上のように、第３実施形態によれば、第１実施形態および第２実施形態と同様の作用効果が得られる。

【0075】

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、昇華性物質沈下工程（ステップＳ６ｃ）において基板Ｗを第２回転速度Ｖ２で回転させているが、回転停止してもよい。

【0076】

また、上記実施形態では、液膜形成工程（ステップＳ６）においてスピンオフ工程（ステップＳ６ｂ）および昇華性物質沈下工程（ステップＳ６ｃ）を実行する装置に本発明を適用している。ただし、これは本発明の必須要件ではなく、例えば両ステップを実行しない、または一方のステップを実行する装置に対しても本発明を適用することができる。

【産業上の利用可能性】

【0077】

本発明は、液体を経ずに気体に変化する昇華性物質を利用して基板を乾燥させる基板処理技術全般に適用することができる。

【符号の説明】

【0078】

１…処理ユニット（基板処理装置）
３０…スピンチャック（基板保持部）
３１…チャックピン（保持部材）
３２…スピンベース（ベース部材）
３４…基板回転駆動機構（回転部）
５０…対向部材
５１…対向板
５６…対向板昇降駆動機構（移動部）
６０…中心軸ノズル
６１…ノズル本体
６６ａ…中央ガス吐出口
６７…周縁ガス吐出口
５１３ａ…基板対向面
５１３ｂ…中央傾斜面
５１３ｃ…内周面
５１４…係合部材
ＰＴ…パターン
ＳＰ…空間
Ｖ１…第１回転速度
Ｖ２…第２回転速度
Ｗ…基板
Ｗｆ…（基板の）表面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】