JP4812563B2 - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、処理液で濡れた基板表面を乾燥させる基板処理方法および基板処理装置に関するものである。なお、乾燥処理対象となる基板には、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等が含まれる。

薬液による薬液処理および純水などのリンス液によるリンス処理が行われた後、基板表面に付着するリンス液を除去すべく、数多くの乾燥方法が従来より提案されている。そのうちのひとつとして、純水に比較して表面張力が低いＩＰＡ（イソプロピルアルコール）などの有機溶剤成分を含む液体（低表面張力溶剤）を用いた乾燥方法が知られている。この乾燥方法としては、例えば特許文献１に記載された乾燥方法がある。この乾燥方法を実行する基板処理装置は、薬液処理とリンス処理とが施された基板をスピン乾燥させる装置である。この装置では、薬液処理後にＩＰＡと純水とを混合させたＩＰＡ混合純水を窒素ガスとともに二流体混合ノズルから基板表面に供給してリンス処理を実行している。これにより、基板表面に付着している薬液およびパーティクルを除去するとともに、乾燥処理時に基板表面にウォーターマークが発生するのを抑制している。

また、特許文献２に記載された基板処理装置では、レジストパターンが形成される基板表面に現像処理を施した後、該基板表面にＩＰＡと純水とを混合させたＩＰＡ水溶液をリンス液として供給している。これにより、基板表面に対してＩＰＡ水溶液によるリンス処理が行われる。続いて、基板に加熱処理が施されて基板表面からリンス液が除去される。こうして、ＩＰＡ水溶液によるリンス処理の実行によってレジストパターンの倒壊を防止しつつ、基板表面の乾燥が行われる。

特開２００３−１６８６６８号公報（図６） 特開平７−１２２４８５号公報（図４）

しかしながら、特許文献１に記載された基板処理装置では、薬液処理後にリンス液としてＩＰＡ混合純水を基板表面に供給して該基板表面に付着している薬液およびパーティクルを除去している。また、特許文献２に記載された基板処理装置でも、現像処理後にＩＰＡ水溶液をリンス液として用いて現像処理後のレジストおよび基板表面に残留付着している現像液を除去している。そのため、これら基板表面に付着する処理液（薬液や現像液）および不要物を除去するために相応のリンス時間を要し、ＩＰＡの消費量が増大してしまう。その結果、基板を処理するために多量のＩＰＡが必要となり、このことがコスト増大の主要因のひとつとなっていた。

また、純水に比較して表面張力が低いＩＰＡなどを含む液体（低表面張力溶剤）にはパーティクル（不揮発成分）が少なからず含まれている。したがって、基板表面の乾燥前にＩＰＡなどを含む液体が供給されると、該液体に含まれるパーティクルが基板に蓄積してしまい、かえって基板表面が汚染されるという問題が発生することがあった。

この発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、処理液で濡れた基板表面を乾燥させる際に低コストで基板表面を良好に乾燥させることが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を目的とする。

この発明は、処理液で濡れた基板表面を乾燥させる基板処理方法および基板処理装置であって、上記目的を達成するため、以下のように構成されている。すなわち、基板処理方法は、処理液およびリンス液よりも表面張力が低い低表面張力溶剤を略水平姿勢で保持された基板の表面に供給して該基板表面に付着している処理液を低表面張力溶剤に置換させる置換工程と、リンス液を置換工程後に基板表面に供給してリンス液によるパドル状の液体層を基板表面に形成する液体層形成工程と、液体層を基板表面から除去して該基板表面を乾燥させる乾燥工程とを備えたことを特徴としている。また、基板処理装置は、処理液で濡れた基板表面を上方に向けた状態で基板を略水平姿勢で保持する基板保持手段と、処理液およびリンス液よりも表面張力が低い低表面張力溶剤を基板表面に供給して該基板表面に付着している処理液を低表面張力溶剤に置換させる置換手段と、リンス液を低表面張力溶剤が付着している基板表面に供給してリンス液によるパドル状の液体層を基板表面に形成する液体層形成手段とを備え、液体層を基板表面から除去して基板表面を乾燥させることを特徴としている。

このように構成された発明（基板処理方法および装置）では、処理液よりも表面張力が低い低表面張力溶剤を基板表面に供給して該基板表面に付着している処理液を低表面張力溶剤に置換している。このため、基板表面に微細パターンが形成されていたとしても、パターン間隙に存在する処理液が低表面張力溶剤に置換される。これにより、パターン間隙に発生する負圧を低下してパターン倒壊を有効に防止できる。また、基板表面に付着する液（低表面張力溶剤）の表面張力が処理液よりも低いので基板表面を乾燥させる際に該基板表面にウォーターマークが発生するのを抑制できる。ここで、基板表面に低表面張力溶剤を供給しているので、上記「発明が解決しようとする課題」の項で説明したのと同様の問題が発生する可能性がある。つまり、低表面張力溶剤中に存在するパーティクルによって基板表面が汚染されることがある。しかしながら、この発明では、基板表面の乾燥前にリンス液を低表面張力溶剤が付着している基板表面に供給して該リンス液によるパドル状の液体層を基板表面に形成している。これにより、パターン間隙に存在する低表面張力溶剤のみをほぼ残した状態で表層部分の低表面張力溶剤が基板表面から除去される。したがって、基板表面上の低表面張力溶剤の大部分が基板表面から除去されるため、基板表面を乾燥させる際に基板表面にパーティクルが付着するのを抑制できる。しかも、パターン間隙に低表面張力溶剤が残った状態から基板表面が乾燥されるので、パターン倒壊やウォーターマーク発生を防止しながらパーティクルによる基板表面の汚染を抑制可能となっている。

また、この発明によれば、低表面張力溶剤の消費量を抑制でき、コスト低減を図ることができる。すなわち、上記した置換処理（置換工程）によれば、基板表面に低表面張力溶剤を付着させるために、基板表面に付着する処理液を置換するだけの低表面張力溶剤を基板表面に供給すればよい。また、パドル状の液体層は低表面張力溶剤を用いることなく、該低表面張力溶剤と異なる処理液のみにより形成される。したがって、基板１枚当たりの処理に要する低表面張力溶剤の消費量を抑制してコスト低減を図ることができる。

ここで、第１回転速度で基板を回転させながら基板表面に低表面張力溶剤を供給する一方、基板の回転を停止させた状態で、または第１回転速度よりも低速の第２回転速度で基板を回転させながら基板表面上に液体層を形成することが好ましい。この構成によれば、比較的高速の第１回転速度で基板が回転されることで、低表面張力溶剤に比較的大きな遠心力が作用する。これにより、基板表面に供給された低表面張力溶剤が激しく流動してパターン間隙の内部にまで低表面張力溶剤が入り込む。その結果、パターン間隙に存在する処理液を低表面張力溶剤に確実に置換できる。その一方で、基板の回転を停止させた状態で、または第１回転速度よりも低速の第２回転速度で基板を回転させながら基板表面上に液体層を形成することで、パターン間隙の内部に入り込んでいる低表面張力溶剤がパターン間隙から表層部分に抜け出すのを抑制できる。このため、低表面張力溶剤をパターン間隙の内部に残しながら表層部分の低表面張力溶剤のみを基板表面から除去できる。その結果、表層部分の低表面張力溶剤の基板からの除去により基板表面へのパーティクル付着を抑制しつつ、パターン間隙に存在する低表面張力溶剤により基板乾燥時のパターン倒壊およびウォーターマーク発生を確実に防止できる。

また、処理液と同一組成の液体または処理液と主成分が同一である液体と、該液体に溶解して表面張力を低下させる有機溶剤成分とが混合された混合液（以下、単に「混合液」という）を低表面張力溶剤として用いてもよい。このような混合液を用いる場合には、混合液中の有機溶剤成分の体積百分率（以下「溶剤濃度」という）が５０％以下であることが好ましい。これにより、１００％の有機溶剤成分を基板表面に供給する場合に比較して有機溶剤成分の消費量を抑制することができる。この場合、溶剤濃度が５０％以下であるため、パターン間隙に存在する有機溶剤成分の量は１００％の有機溶剤成分を用いた置換処理よりも少なくなる。しかしながら、後述する評価結果に示すように、仮に溶剤濃度を５０％より大きくした場合でも混合液の表面張力に大きな低下は見られず、パターン倒壊を引き起こす力に関して大きな減少は見込めない。したがって、上記のように溶剤濃度を設定することで、有機溶剤成分の消費量を抑制しつつパターン倒壊を効率良く防止できる。

また、基板を回転させながら基板表面に形成されている液体層を振り切って基板表面を乾燥させることが好ましい。この構成によれば、乾燥時間を短縮してスループットを向上させることができる。また、乾燥時間の短縮によって基板表面から液体層への被酸化物質の溶出を低減することができ、ウォーターマークの発生を効果的に防止できる。

また、置換工程前にリンス液を基板表面に供給してリンス処理を施すリンス工程をさらに備え、置換工程では、基板表面に付着しているリンス液を処理液として低表面張力溶剤に置換させてもよい。この構成によれば、ウォーターマーク発生やパターン倒壊を有効に防止しながら、リンス液で濡れた基板表面を好適に乾燥させることができる。しかも、リンス工程は低表面張力溶剤と異なり、処理液のみにより実行する一方、置換工程では、基板表面に付着するリンス液（処理液）を低表面張力溶剤に置換するだけの低表面張力溶剤を供給すればよく、低表面張力溶剤の消費量を抑制できる。

また、乾燥工程を窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気中で行うようにすると、乾燥時間をさらに短縮することができる。さらに、基板表面の周囲雰囲気の酸素濃度を低下させることができる。このため、基板表面から液体層への被酸化物質の溶出を低減することができ、ウォーターマーク発生を効果的に防止できる。このような不活性ガス雰囲気は、例えば基板表面に対向可能な基板対向面を有し、基板対向面を基板表面に対向しながら離間配置される雰囲気遮断手段と、基板対向面と基板表面とに挟まれた空間に不活性ガスを供給するガス供給手段とを設けることで実現できる。

また、液体層形成工程後でかつ乾燥工程前に、基板の表面中央部にガスを吹き付けて液体層の中央部にホールを形成するとともにホールを基板の端縁方向に拡大させるようにしてもよい。この構成によれば、乾燥工程の間に基板の表面中央部に液体層を構成する液体が液滴状に残り、筋状パーティクルとなってウォーターマークが発生するのを防止できる。すなわち、基板を回転させて基板表面に付着する液体層を除去して乾燥させる際には、液体層を構成する液体に作用する遠心力は基板の表面中央部に位置する液体ほど小さく、基板の表面端縁部から乾燥されていく。このとき、基板の表面中央部からその周囲にかけて液滴が残って、該液滴が基板の端縁方向に走り、この液滴の移動跡にウォータマークが発生することがあった。これに対して、この発明によれば、上記したように乾燥工程前に予め液体層の中央部にホールを形成して該ホールを拡大させていくことにより基板の表面中央部に位置する液体を排除しているので、ウォーターマークの発生を確実に防止できる。

なお、本発明に用いられる「低表面張力溶剤」としては、上記した混合液のほか、１００％の有機溶剤成分を用いることができる。また、低表面張力溶剤として有機溶剤成分を含む溶剤に替えて、界面活性剤を必須的に含む溶剤を用いてもよい。ここで、「有機溶剤成分」としてはアルコール系有機溶剤を用いることができる。アルコール系有機溶剤としては、安全性、価格等の観点からイソプロピルアルコール、エチルアルコールまたはメチルアルコールを用いることができるが、特にイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）が好適である。

なお、本発明におけるパドル状の液体層（液膜）の形成には、基板表面の全体に液体層が形成される場合と、基板表面の一部に液体層が形成される場合がある。液体層形成工程では、基板表面の全体に液体層が形成されることにより、基板表面上の低表面張力溶剤の大部分が基板表面から除去されてもよいし、基板の表面中央部に液体層が形成された後、基板の表面中央部にガスが吹き付けられることにより、液体層が環状に形成され、環状の液体層が基板の表面中央部から基板の端縁方向に拡大することにより、基板表面上の低表面張力溶剤の大部分が基板表面から除去されてもよい。

この発明によれば、処理液で濡れた基板表面に該処理液よりも表面張力が低い低表面張力溶剤を供給して基板表面に付着する処理液を低表面張力溶剤で置換している。このため、パターンの間隙に存在する処理液が低表面張力溶剤に置換され、パターン倒壊を防止するとともにウォーターマーク発生を抑制できる。また、置換処理後にリンス液を基板表面に供給して該リンス液によるパドル状の液体層を基板表面に形成している。これにより、パターン間隙に存在する低表面張力溶剤のみをほぼ残した状態で表層部分の低表面張力溶剤が基板表面から除去される。したがって、低表面張力溶剤にパーティクルが含まれていても基板表面を乾燥させる際に基板表面にパーティクルが付着するのを抑制できる。さらに、基板表面に付着している処理液を置換するだけの低表面張力溶剤を基板表面に供給すればよいことから、低表面張力溶剤の消費量を抑制してコストの低減を図ることができる。

＜第１実施形態＞
図１はこの発明にかかる基板処理装置の第１実施形態を示す図である。また、図２は図１の基板処理装置の主要な制御構成を示すブロック図である。この基板処理装置は半導体ウエハ等の基板Ｗの表面Ｗｆに付着している不要物を除去するための洗浄処理に用いられる枚葉式の基板処理装置である。より具体的には、基板表面Ｗｆに対してフッ酸などの薬液による薬液処理および純水やＤＩＷなどのリンス液によるリンス処理を施した後、リンス液で濡れた基板表面Ｗｆを乾燥させる装置である。なお、この実施形態では、基板表面Ｗｆとはデバイスパターンが形成されるパターン形成面をいう。

この基板処理装置は、基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗを略水平姿勢に保持して回転させるスピンチャック１と、スピンチャック１に保持された基板Ｗの上方からそれぞれ薬液およびリンス液を供給する、薬液ノズル３およびリンスノズル５と、スピンチャック１に保持された基板Ｗの上方から窒素ガスを供給するガスノズル６を備えている。ここで、リンスノズル５は、ＤＩＷまたはＤＩＷに溶解して表面張力を低下させる有機溶剤成分とを混合した混合液（低表面張力溶剤）を基板Ｗに選択的に供給可能となっている。

スピンチャック１は、回転支軸１１がモータを含むチャック回転機構１３の回転軸に連結されており、チャック回転機構１３の駆動により鉛直軸回りに回転可能となっている。回転支軸１１の上端部には、円盤状のスピンベース１５が一体的にネジなどの締結部品によって連結されている。したがって、装置全体を制御する制御ユニット４からの動作指令に応じてチャック回転機構１３を駆動させることによりスピンベース１５が鉛直軸回りに回転する。このように、この実施形態では、チャック回転機構１３が本発明の「回転手段」として機能する。

スピンベース１５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１７が立設されている。チャックピン１７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１５の周縁部に沿って等角度間隔で配置されている。チャックピン１７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１７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。

スピンベース１５に対して基板Ｗが受渡しされる際には、複数個のチャックピン１７を解放状態とし、基板Ｗに対して洗浄処理を行う際には、複数個のチャックピン１７を押圧状態とする。押圧状態とすることによって、複数個のチャックピン１７は基板Ｗの周縁部を把持してその基板Ｗをスピンベース１５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。これにより、基板Ｗはその表面（パターン形成面）Ｗｆを上方に向け、裏面Ｗｂを下方に向けた状態で支持される。このように、この実施形態では、チャックピン１７が本発明の「基板保持手段」として機能する。なお、基板保持手段としてはチャックピン１７に限らず、基板裏面Ｗｂを吸引して基板Ｗを支持する真空チャックを用いてもよい。

薬液ノズル３は、開閉バルブ３１を介して薬液供給源ＣＳと接続されている。このため、制御ユニット４からの制御指令に基づいて開閉バルブ３１が開閉されると、薬液供給源ＣＳから薬液が薬液ノズル３に向けて圧送され、薬液ノズル３から薬液が吐出される。なお、薬液にはフッ酸またはＢＨＦ（バッファードフッ酸）などが用いられる。また、薬液ノズル３にはノズル移動機構３３（図２）が接続されており、制御ユニット４からの動作指令に応じてノズル移動機構３３が駆動されることで、薬液ノズル３を基板Ｗの回転中心の上方の吐出位置と吐出位置から側方に退避した待機位置との間で往復移動させることができる。同様にしてリンスノズル５にもノズル移動機構５３（図２）が接続されており、制御ユニット４からの動作指令に応じてノズル移動機構５３が駆動されることで、リンスノズル５を基板Ｗの回転中心の上方の吐出位置と吐出位置から側方に退避した待機位置との間で往復移動させることができる。

リンスノズル５には、該リンスノズル５にＤＩＷと混合液（ＤＩＷ＋有機溶媒成分）とを選択的に供給するための液供給ユニット７が接続されている。液供給ユニット７は、混合液を生成するためのキャビネット部７０を備え、キャビネット部７０にて生成された混合液をリンスノズル５に圧送可能となっている。また、液供給ユニット７は、ＤＩＷを直接にリンスノズル５に圧送することも可能である。有機溶媒成分としては、ＤＩＷ（表面張力：７２ｍＮ／ｍ）に溶解して表面張力を低下させる物質、例えばイソプロピルアルコール（表面張力：２１〜２３ｍＮ／ｍ）が用いられる。なお、有機溶媒成分はイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）に限定されず、エチルアルコール、メチルアルコールの各種有機溶媒成分を用いるようにしてもよい。また、有機溶媒成分は液体に限らず、各種アルコールの蒸気を有機溶媒成分としてＤＩＷに溶解させて混合液を生成するようにしてもよい。

キャビネット部７０は、ＤＩＷとＩＰＡとの混合液を貯留する貯留タンク７２を備えている。この貯留タンク７２には貯留タンク７２内にＤＩＷを供給するためのＤＩＷ導入管７３の一端が取り込まれており、その他方端が開閉バルブ７３ａを介して工場のユーティリティ等で構成されるＤＩＷ供給源ＷＳに接続されている。さらに、ＤＩＷ導入管７３の経路途中には流量計７３ｂが介装されており、流量計７３ｂがＤＩＷ供給源ＷＳから貯留タンク７２に導入されるＤＩＷの流量を計測する。そして、制御ユニット４は、流量計７３ｂで計測される流量に基づき、ＤＩＷ導入管７３を流通するＤＩＷの流量を目標の流量（目標値）にするように、開閉バルブ７３ａを開閉制御する。

同様にして、貯留タンク７２には貯留タンク７２内にＩＰＡ液体を供給するためのＩＰＡ導入管７４の一端が取り込まれており、その他方端が開閉バルブ７４ａを介してＩＰＡ供給源ＳＳに接続されている。さらに、ＩＰＡ導入管７４の経路途中には流量計７４ｂが介装されており、流量計７４ｂがＩＰＡ供給源ＳＳから貯留タンク７２に導入されるＩＰＡ液体の流量を計測する。そして、制御ユニット４は流量計７４ｂで計測される流量に基づき、ＩＰＡ導入管７４を流通するＩＰＡ液体の流量を目標の流量（目標値）にするように開閉バルブ７４ａを開閉制御する。

この実施形態では、混合液中のＩＰＡの体積百分率（以下「ＩＰＡ濃度」という）が５０％以下の範囲内に属する所定値、例えばＩＰＡ濃度が１０％になるように貯留タンク７２内に導入するＩＰＡ液体およびＤＩＷの流量を調整する。このようにＩＰＡ濃度を設定することで、後述するようにＩＰＡの消費量を抑制しつつ基板表面Ｗｆに形成されたパターン倒壊を効率良く防止できる。また、１００％のＩＰＡに比較してＩＰＡに対する装置の防曝対策を簡略化することができる。

貯留タンク７２には、その一端がミキシングバルブ７１に接続された混合液供給管７５の他端が挿入され、貯留タンク７２に貯留されている混合液を開閉バルブ７６を介してミキシングバルブ７１に供給可能に構成されている。混合液供給管７５には、貯留タンク７２に貯留されている混合液を混合液供給管７５に送り出す定量ポンプ７７や、定量ポンプ７７により混合液供給管７５に送り出される混合液の温度を調整する温調器７８、混合液中の異物を除去するフィルタ７９が設けられている。さらに、混合液供給管７５には、ＩＰＡ濃度、つまり混合液中のＩＰＡの体積百分率を監視するための濃度計８０が介装されている。

また、混合液供給管７５には、開閉バルブ７６と濃度計８０との間に混合液循環管８１の一端が分岐接続される一方、混合液循環管８１の他端が貯留タンク７２に接続されている。この混合液循環管８１には開閉バルブ８２が介装されている。そして、装置の稼動中は、定量ポンプ７７および温調器７８が常に駆動され、基板Ｗに混合液を供給しない間は、開閉バルブ７６が閉じられる一方、開閉バルブ８２が開かれる。これにより、貯留タンク７２から定量ポンプ７７により送り出される混合液が混合液循環管８１を通じて貯留タンク７２に戻される。つまり、基板Ｗに混合液を供給しない間は、貯留タンク７２、混合液供給管７５および混合液循環管８１からなる循環経路を混合液が循環する。その一方で、基板Ｗに混合液を供給するタイミングになると、開閉バルブ７６が開かれる一方、開閉バルブ８２が閉じられる。これにより、貯留タンク７２から送り出される混合液がミキシングバルブ７１に供給される。また、ミキシングバルブ７１はリンスノズル５に接続されており、ミキシングバルブ７１に供給された混合液はリンスノズル５から基板Ｗに向けて吐出される。このように、基板Ｗに混合液を供給しない間は、混合液を循環させておくことによって、ＤＩＷとＩＰＡとが攪拌され、ＤＩＷとＩＰＡとを十分に混ざり合った状態とすることができる。また、開閉バルブ７６の開成後、所定の温度に調整されるとともに、異物が除去された混合液を速やかにリンスノズル５に供給することができる。

ＤＩＷ導入管７３には、開閉バルブ７３ａの上流側（ＤＩＷ供給源ＷＳ側）にＤＩＷ供給管８３の一端が分岐接続される一方、ＤＩＷ供給管８３の他端がミキシングバルブ７１に接続されている。このＤＩＷ供給管８３には開閉バルブ８４が介装されている。このような構成によれば、制御ユニット４の制御指令に応じて開閉バルブ７６，８４が開閉制御されると、リンスノズル５にＤＩＷと混合液（ＩＰＡ＋ＤＩＷ）とが選択的に供給される。すなわち、開閉バルブ７６を閉じて、開閉バルブ８４を開くことで、ミキシングバルブ７１を介してＤＩＷがリンスノズル５に供給される。その一方で、開閉バルブ７６を開いて、開閉バルブ８４を閉じることで、ミキシングバルブ７１を介して混合液がリンスノズル５に供給される。

また、スピンチャック１の上方位置にはガスノズル６が配置されている。ガスノズル６は開閉バルブ６１を介してガス供給源ＧＳと接続されている。このため、制御ユニット４からの制御指令に基づいて開閉バルブ６１が開閉されると、ガス供給源ＧＳから窒素ガスがガスノズル６に向けて圧送され、ガスノズル６から窒素ガスが吐出される。また、ガスノズル６はノズル移動機構６３（図２）に連結されており、制御ユニット４からの動作指令に応じてノズル移動機構６３が駆動されることで、ガスノズル６を基板Ｗの回転中心の上方の吐出位置と吐出位置から側方に退避した待機位置との間で往復移動させることができる。なお、この実施形態では、ガス供給源ＧＳから窒素ガスを供給しているが、空気や他の不活性ガスなどを供給するように構成してもよい。

次に、上記のように構成された基板処理装置の動作について図３ないし図５を参照しつつ詳述する。図３は図１の基板処理装置の動作を示すフローチャートである。また、図４および図５は図１の基板処理装置の動作を示す模式図である。基板搬送手段（図示せず）によって未処理の基板Ｗが基板処理装置内に搬入されると（ステップＳ１）、制御ユニット４は装置各部を制御して基板Ｗに対して洗浄処理（薬液処理＋リンス処理＋置換処理＋液体層形成処理＋乾燥処理）を実行する。ここで、基板表面Ｗｆには例えばｐｏｌｙ−Ｓｉからなる微細パターンが形成されている。そこで、この実施形態では、基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗが装置内に搬入され、スピンチャック１に保持される。

続いて、基板Ｗに対して薬液処理が実行される。すなわち、薬液ノズル３を吐出位置に移動させるとともに、チャック回転機構１３の駆動によりスピンチャック１に保持された基板Ｗを所定の回転速度（例えば５００ｒｐｍ）で回転させる（ステップＳ２）。続いて、薬液ノズル３から基板表面Ｗｆに薬液としてフッ酸が供給されると、フッ酸が遠心力により広げられ基板表面Ｗｆ全体がフッ酸により薬液処理される（ステップＳ３）。

この薬液処理が終了すると、薬液ノズル３が待機位置に移動される。そして、基板Ｗに対してリンス処理が実行される。すなわち、リンスノズル５が吐出位置に移動されるとともに、リンスノズル５から回転する基板Ｗの表面Ｗｆにリンス液（ＤＩＷ）が供給される。これにより、リンス液が遠心力により広げられ基板表面Ｗｆ全体がリンス処理される（ステップＳ４；リンス工程）。その結果、基板表面Ｗｆに残留付着するフッ酸がリンス液により基板表面Ｗｆから除去される。なお、リンス処理時における基板Ｗの回転速度は例えば３０〜１０００ｒｐｍに設定される。

所定時間のリンス処理が終了すると、制御ユニット４は基板Ｗの回転を継続しつつ、リンスノズル５からリンス液に替えて混合液（ＩＰＡ＋ＤＩＷ）を吐出させる。ここでは、キャビネット部７０において、混合液中のＩＰＡ濃度が例えばＩＰＡ濃度が１０％に調整された混合液が予め生成されており、該混合液がリンスノズル５から基板表面Ｗｆに向けて吐出される。また、基板Ｗの回転速度は比較的高速（例えば５００ｒｐｍ以上）の第１回転速度Ｖ１に設定される。この実施形態では、第１回転速度Ｖ１として１０００ｒｐｍで基板Ｗを回転させる。このため、基板表面Ｗｆに供給された混合液に比較的大きな遠心力が作用する。これにより、基板表面Ｗｆ上の混合液が激しく流動してパターンの間隙の内部にまで混合液が入り込む。その結果、例えば図４（ａ）に示す状態から同図（ｂ）に示す状態となり、微細パターンＦＰの間隙に付着するリンス液（ＤＩＷ）が混合液に確実に置換される（ステップＳ５；置換工程）。

この置換処理の実行により、後述する乾燥処理においてパターンの倒壊を有効に防止できる。すなわち、パターン倒壊は乾燥処理を行っている間にパターン間隙に発生する負圧によってパターン同士が引き寄せられることに起因している。そして、このパターン間隙に発生する負圧の大きさはパターン間隙に存在する液体の表面張力に依存し、該液体の表面張力が大きいほど大きくなる。したがって、パターン間隙に付着するリンス液を該リンス液よりも表面張力が低い混合液（低表面張力溶剤）に置換することでパターン倒壊を有効に防止できる。

また、基板表面Ｗｆに付着するリンス液が混合液（低表面張力溶剤）に置換されることで、乾燥処理においてウォーターマークが発生するのを抑制できる。このウォーターマークの発生は基板表面Ｗｆに付着する液体に基板Ｗから被酸化物質（シリコン基板であればシリコン）が溶出することが原因と考えられている。ここで、被酸化物質の溶出量に関してリンス液（ＤＩＷ）と混合液を比較すると混合液の方がリンス液よりもはるかに少ない。また、仮に混合液に基板Ｗから被酸化物質が溶出した場合であっても、リンス液に比較して表面張力が低いのでシミ（欠陥）として現れにくい。したがって、基板表面Ｗｆに付着するリンス液を混合液（低表面張力溶剤）に置換することでウォーターマークの発生を抑制できる。

その一方で、基板表面Ｗｆに混合液（ＩＰＡ＋ＤＩＷ）を供給すると、基板表面Ｗｆが汚染されることがある。すなわち、混合液には該混合液中に存在する異物やＩＰＡ中の不揮発成分等のパーティクルが含まれており、基板表面Ｗｆに混合液が供給されると、基板表面Ｗｆにパーティクルが付着するという問題が生じてしまう。そこで、この実施形態では、混合液による置換処理後に次のようにＤＩＷによる液体層形成処理を実行することで、基板表面Ｗｆからパーティクルを除去している。先ず、制御ユニット４は基板Ｗの回転速度を比較的低速（例えば５０ｒｐｍ以下）の第２回転速度Ｖ２に減速させる。続いて、リンスノズル５からＤＩＷを吐出させる。これにより、基板表面Ｗｆの中央部にＤＩＷによる液溜りが形成されるとともに、該液溜りが基板Ｗの端縁方向に拡大していく。その結果、ＤＩＷによるパドル状の液体層２１（図５（ａ））が基板表面Ｗｆの全体に形成される（ステップＳ６；液体層形成工程）。この液体層形成処理では、基板Ｗの回転速度を比較的低速に設定しているのでＤＩＷの流動による微細パターンＦＰの間隙に付着する液体のＤＩＷへの置換は抑制される。つまり、微細パターンＦＰの間隙の内部に入り込んでいる混合液が該間隙から表層部分に抜け出すのを抑制できる。このため、図４（ｃ）に示すように微細パターンＦＰの間隙に存在する混合液を残しながら表層部分の混合液のみがＤＩＷに置き換えられ、基板表面Ｗｆから除去される。したがって、混合液中に含まれるパーティクルが基板表面Ｗｆに付着するのを抑制できる。なお、液体層形成処理において基板Ｗの回転は必須でなく、基板Ｗの回転を停止させた状態で液体層２１を形成してもよい。

このように、この実施形態では、混合液またはＤＩＷを選択的に基板表面Ｗｆに供給するリンスノズル５が本発明の「置換手段」および「液体層形成手段」として機能する。なお、混合液とＤＩＷを共通のノズルから供給することは必須ではなく、混合液とＤＩＷをそれぞれ別個に設けられたノズルから供給してもよい。

こうして液体層２１が基板表面Ｗｆ上に形成されると、リンスノズル５が待機位置に移動される。また、液体層形成処理から引き続き、基板Ｗは第２回転速度Ｖ２で回転されるか、または回転停止状態とされる。そして、窒素ガスによる基板表面Ｗｆからの液体層２１の排出処理が実行される。すなわち、ガスノズル６が吐出位置に移動され、基板Ｗの表面中央部に向けてガスノズル６から窒素ガスを吹きつける。そうすると、図５（ｂ）に示すように、ガスノズル６から基板表面Ｗｆに吹き付けられる窒素ガスによって液体層２１の中央部に位置する液体が基板Ｗの径方向外側に押し退けられて液体層２１の中央部にホール２２が形成され、その表面部分が乾燥される。なお、パターン間隙の内部には混合液が残ったままの状態となっている。

そして、引き続き、窒素ガスを基板Ｗの表面中央部に吹き付けていくことで、図５（ｃ）に示すように、先に形成されたホール２２が基板Ｗの端縁方向（同図の左右方向）に拡大していき、液体層２１の中央側に位置する液体が中央側から基板端縁側に徐々に押し遣られて乾燥領域が広がっていく（ステップＳ７；乾燥前処理工程）。これにより、パターン間隙の内部に付着する混合液を除いて基板表面Ｗｆから液体層２１を構成する液体の殆どが除去される。このように、この実施形態では、ガスノズル６が本発明の「ガス吹付け手段」として機能する。

こうして乾燥前処理工程が完了すると、制御ユニット４は基板Ｗの回転速度を加速させて基板Ｗを高速回転（例えば３０００ｒｐｍ）させる。これにより、基板表面Ｗｆに残存付着する液体成分が振り切られ、基板Ｗの乾燥処理（スピンドライ）が実行される（ステップＳ８；乾燥工程）。このとき、パターン間隙には混合液が入り込んでいる。したがって、パターン倒壊やウォーターマーク発生を防止しながらも、乾燥時間を短縮してスループットを向上させることができる。また、このように乾燥時間を短縮することで基板Ｗに付着する液体成分の被酸化物質の溶出を低減してウォーターマークの発生をさらに効果的に抑制できる。基板Ｗの乾燥処理が終了すると、制御ユニット４はチャック回転機構１３を制御して基板Ｗの回転を停止させる（ステップＳ９）。その後、基板搬送手段が処理済の基板Ｗを装置から搬出して、１枚の基板Ｗに対する一連の洗浄処理が終了する（ステップＳ１０）。

以上のように、この実施形態によれば、基板表面Ｗｆに付着しているリンス液（ＤＩＷ）を該リンス液よりも表面張力が低い混合液（低表面張力溶剤）に置換している。このため、基板Ｗを乾燥させる際にパターン倒壊やウォーターマークが発生するのを防止できる。また、混合液中にパーティクルが含まれていても、置換処理後にリンス液と同一組成の液体（ＤＩＷ）によるパドル状の液体層２１を基板表面Ｗｆの全体に形成している。これにより、パターン間隙に存在する混合液のみをほぼ残した状態で表層部分の混合液が基板表面Ｗｆから除去される。したがって、基板表面Ｗｆ上の混合液の大部分が基板表面Ｗｆから除去されるため、基板Ｗを乾燥させる際に基板表面Ｗｆにパーティクルが付着するのを抑制できる。しかも、パターン間隙に混合液を残した状態から基板Ｗが乾燥されるので、パターン倒壊やウォーターマーク発生を防止しながらパーティクルによる基板表面Ｗｆの汚染を抑制できる。

また、リンス液で濡れている基板表面Ｗｆに対して混合液による置換処理を実行することにより、ＩＰＡの消費量を抑制することができる。すなわち、リンス工程は混合液（ＩＰＡ＋ＤＩＷ）と異なり、ＤＩＷのみからなるリンス液により実行する一方、置換工程では、基板表面Ｗｆに付着するリンス液を混合液に置換するだけのＩＰＡを用意すればよく、ＩＰＡの消費量を抑制することができる。また、パドル状の液体層２１はＩＰＡを用いることなく、ＤＩＷのみにより形成している。したがって、基板１枚当たりの処理に要するＩＰＡの消費量を抑制してコスト低減を図ることができる。

また、この実施形態によれば、第１回転速度Ｖ１で基板Ｗを回転させながら混合液による置換処理を実行する一方で、第１回転速度Ｖ１よりも低速の第２回転速度Ｖ２で基板Ｗを回転させながら液体層形成処理を実行している。このため、比較的高速の第１回転速度Ｖ１で基板Ｗが回転されることで、混合液に作用する比較的大きな遠心力によって該混合液をパターン間隙の内部にまで入り込ませることができる。その結果、パターン間隙に存在するリンス液を確実に混合液（低表面張力溶剤）に置換できる。その一方で、基板Ｗの回転を停止させた状態で、または比較的低速の第２回転速度Ｖ２で基板Ｗが回転されることで、混合液をパターン間隙の内部に残しながら表層部分の混合液のみを基板表面Ｗｆから除去できる。したがって、表層部分の混合液の除去により基板表面Ｗｆへのパーティクル付着を抑制しつつ、パターン間隙に付着する混合液により基板乾燥時のパターン倒壊およびウォーターマーク発生を確実に防止できる。

また、この実施形態によれば、混合液中のＩＰＡ濃度を５０％以下に設定していので、以下に説明するようにＩＰＡ消費量を抑制しつつ、パターン倒壊を効率良く防止できる。 図６はＩＰＡ濃度と表面張力γとの関係を示すグラフである。図６に記載される横軸はＩＰＡ濃度を表しており、ＩＰＡ濃度が０（ｖｏｌ％）はＤＩＷ単体であることを、ＩＰＡ濃度が１００（ｖｏｌ％）はＩＰＡ液体単体であることを示している。表面張力γの測定は懸滴法（ペンダント・ドロップ法）により、協和界面科学株式会社製ＬＣＤ−４００Ｓを用いて行っている。図６から明らかなように、ＤＩＷへのＩＰＡ混合量を増加させていくと、ＩＰＡ濃度が１０％付近まではＤＩＷへのＩＰＡ混合量の増加に伴って混合液の表面張力γが急激に低下していくことが分かる。そして、ＩＰＡ濃度が５０％以上では、混合液の表面張力に大きな低下は見られず、ＩＰＡ液体単体とほぼ同等の表面張力を示していることが分かる。

ここで、パターン倒壊を有効に防止するためには、パターン間隙に付着するリンス液（ＤＩＷ）を該リンス液よりも表面張力が小さな物質（低表面張力溶剤）で置換することが重要となっている。この場合、１００％のＩＰＡを用いて上記した置換処理を実行してもよいが、１００％ＩＰＡを基板表面Ｗｆに供給するとなると比較的多量のＩＰＡが必要となる。そこで、１００％ＩＰＡを用いる場合にはＩＰＡの消費量を抑える観点から比較的少量のＩＰＡを供給し、該ＩＰＡをＤＩＷ中に混入させることが考えられる。しかしながら、比較的少量のＩＰＡを基板Ｗに供給したのみでは、基板表面Ｗｆに付着するＤＩＷの表層部分にＩＰＡを混入させることができたとしても、パターン間隙の内部にまでＩＰＡを送り込むことは困難である。

これに対して、ＩＰＡ濃度が５０％以下である混合液を基板Ｗに供給することで、ＩＰＡの消費量を抑制しつつパターン間隙に付着するＤＩＷを混合液に置換できる。この場合、パターン間隙に存在するＩＰＡの量はＩＰＡ１００％を用いた置換処理よりも小さくなる。しかしながら、図６に示す評価結果より、仮にＩＰＡ濃度を５０％より大きくした場合でも、混合液の表面張力に大きな低下は見られず、パターン倒壊を引き起こす力に関して大きな減少は見込めない。つまり、ＩＰＡ消費量が増加するばかりで、パターン倒壊防止効果に関して大きな向上は見込めない。したがって、ＩＰＡ濃度を５０％以下に設定することで、ＩＰＡの消費量を抑制しつつパターン倒壊を効率良く防止できる。さらに、このような観点からＩＰＡ濃度を５％以上かつ３５％以下とする、さらには５％以上かつ１０％以下とすることが好ましい。

また、この実施形態によれば、乾燥工程（スピンドライ）前に乾燥前処理工程を実行しているので、乾燥工程の間に基板Ｗの表面中央部に液体層２１を構成する液体が液滴状に残り、筋状パーティクルとなって基板表面Ｗｆにウォーターマークが発生するのを防止できる。すなわち、基板Ｗを回転させて基板表面Ｗｆに付着する液体層２１を除去して乾燥（スピンドライ）させる際には、液体層２１を構成する液体に作用する遠心力は基板Ｗの表面中央部に位置する液体ほど小さく、基板Ｗの表面端縁部から乾燥されていく。このとき、基板Ｗの表面中央部からその周囲にかけて液滴が残って、該液滴が基板Ｗの端縁方向に走り、この液滴の移動跡にウォータマークが形成されてしまうことがあった。これに対して、この実施形態によれば、乾燥工程前に予め液体層２１の中央部にホール２２を形成して該ホール２２を拡大させていくことにより基板Ｗの表面中央部に位置する液体を排除しているので、ウォーターマークの発生を確実に防止できる。特に、混合液による置換処理後にＤＩＷによる液体層を基板表面Ｗｆに形成しているので、筋状パーティクルやウォーターマークが発生し易い状況となっている。というのも、基板表面Ｗｆに対するＤＩＷの接触角は混合液に対して大きいからである。したがって、筋状パーティクルやウォーターマークを防止するため、上記したような乾燥前処理工程を実行することが非常に有効となっている。

＜第２実施形態＞
図７はこの発明にかかる基板処理装置の第２実施形態を示す図である。この第２実施形態にかかる基板処理装置が第１実施形態と大きく相違する点は、スピンチャック１の上方位置に本発明の「雰囲気遮断手段」として機能する遮断部材９を設けている点である。なお、その他の構成および動作は基本的に第１実施形態と同様であるため、ここでは同一符号を付して説明を省略する。

遮断部材９は中心部に開口部を有する円盤状の部材であって、スピンチャック１の上方位置に配置されている。この遮断部材９は、その下面（底面）９ａが基板表面Ｗｆと略平行に対向する基板対向面となっており、その平面サイズは基板Ｗの直径と同等以上の大きさに形成されている。遮断部材９は略円筒形状を有する回転支軸９１の下端部に略水平に取り付けられ、回転支軸９１は水平方向に延びるアーム９２により基板Ｗの中心を通る鉛直軸回りに回転可能に保持されている。アーム９２には、遮断部材回転機構９３と遮断部材昇降機構９４が接続されている。

遮断部材回転機構９３は、制御ユニット４からの動作指令に応じて回転支軸９１を基板Ｗの中心を通る鉛直軸回りに回転させる。また、遮断部材回転機構９３は、スピンチャック１に保持された基板Ｗの回転に応じて基板Ｗと同じ回転方向でかつ略同じ回転速度で遮断部材９を回転させるように構成されている。

また、遮断部材昇降機構９４は、制御ユニット４からの動作指令に応じて遮断部材９をスピンベース１５に近接して対向させたり、逆に離間させることが可能となっている。具体的には、制御ユニット４は遮断部材昇降機構９４を作動させることで、基板処理装置に対して基板Ｗを搬入出させる際には、スピンチャック１の上方の離間位置に遮断部材９を上昇させる。その一方で、基板Ｗに対して所定の処理を施す際には、スピンチャック１に保持された基板Ｗの表面Ｗｆのごく近傍に設定された所定の対向位置（図７に示す位置）まで遮断部材９を下降させる。この実施形態では、基板Ｗに対してリンス処理、置換処理、液体層形成処理および乾燥処理を施す際に、遮断部材９を対向位置に位置させる。

図８は図７の基板処理装置に装備された遮断部材の要部を示す縦断面図である。また、図９は図８のＡ―Ａ’線断面図（横断面図）である。回転支軸９１は中空に仕上げられ、内部に内挿軸９５が挿通されている。内挿軸９５には液供給路９６が形成されており、液供給路９６の下端が液吐出口としてスピンチャック１に保持された基板Ｗの表面Ｗｆと対向している。液供給路９６は液供給ユニット７に接続されており、液供給ユニット７よりＤＩＷおよび混合液（ＩＰＡ＋ＤＩＷ）が供給されることで、液供給路９６からＤＩＷまたは混合液を選択的に吐出可能となっている。なお、液供給ユニット７の構成は第１実施形態と同様である。このように、この実施形態によれば、混合液またはＤＩＷを選択的に基板表面Ｗｆに供給する液供給路９６が本発明の「置換手段」および「液体層形成手段」として機能する。

また、内挿軸９５には、液供給路９６の側方に並んでガス供給路９７が形成されており、ガス供給路９７の下端がガス吐出口となっている。液供給路９６の液吐出口およびガス供給路９７のガス吐出口は遮断部材９の下面９ａに互いに隣接して開口している。また、回転支軸９１の内壁面と内挿軸９５の外壁面との間に形成される空間部分が外側ガス供給路９８を構成しており、外側ガス供給路９８の下端が環状のガス吐出口となっている。つまり、遮断部材９には基板表面Ｗｆの中央部に向けてガスを吐出するガス供給路９７のほかに、外側ガス供給路９８がガス供給路９７の周囲を取り囲むようにして設けられている。ガス供給路９７および外側ガス供給路９８は開閉バルブ９９を介してガス供給源ＧＳと接続されており、遮断部材９の下面９ａと基板表面Ｗｆとに挟まれた空間ＳＰに窒素ガス等の不活性ガスやドライエア等のガスを供給することができる。

上記のように構成された基板処理装置では、基板Ｗは次のようにして洗浄処理される。すなわち、薬液ノズル３から薬液が基板表面Ｗｆに供給され、基板Ｗに対して薬液処理が実行される。続いて、遮断部材９が離間位置から対向位置に位置決めされ、基板表面Ｗｆに近接して配置される。そして、基板Ｗの回転とともに遮断部材９が回転される。この状態で液供給路９６からＤＩＷを吐出させて基板Ｗに対してリンス処理を施した後（リンス工程）、液供給路９６から混合液を吐出させて基板表面Ｗｆに付着するリンス液を混合液により置換する（置換工程）。

次に、液供給路９６から混合液に替えてＤＩＷを吐出させてＤＩＷによるパドル状の液体層２１を基板表面Ｗｆの全体に形成する（液体層形成工程）。その後、ガス供給路９７から基板表面Ｗｆの中央部へ窒素ガスを吐出させて液体層２１の中央部にホール２２を形成する。すなわち、ガス供給路９７からの窒素ガスによって基板表面Ｗｆの中央部に位置する液体（ＤＩＷ）を周縁部に押し退けて該中央部から除去する。また、外側ガス供給路９８から基板表面Ｗｆの中心近傍に窒素ガスを吐出させることにより、先に形成されたホール２２が基板Ｗの端縁方向に拡大していき、乾燥領域が広がっていく（乾燥前処理工程）。こうして基板表面Ｗｆから液体層２１を構成する液体の殆どが除去される。このように、この実施形態によれば、ガス供給路９７および外側ガス供給路９８が本発明の「ガス供給手段」および「ガス吹付け手段」として機能する。

続いて、制御ユニット４はチャック回転機構１３および遮断部材回転機構９３のモータの回転速度を高めて基板Ｗおよび遮断部材９を高速回転させる。これにより、基板表面Ｗｆに残存付着する液体成分が振り切られ、基板Ｗの乾燥処理（スピンドライ）が実行される（乾燥工程）。さらに、この乾燥処理においては、ガス供給路９７および外側ガス供給路９８から窒素ガスを供給することで、遮断部材９と基板表面Ｗｆとの間に挟まれた空間が窒素ガス雰囲気とされる。これにより、基板Ｗの乾燥が促進され、乾燥時間を短縮することができる。また、基板Ｗの周囲雰囲気の酸素濃度を低下させることができるため、基板表面Ｗｆに付着する液体成分への被酸化物質の溶出を低減できる。これにより、基板表面Ｗｆへのウォーターマーク発生を効果的に防止することができる。

以上のように、この実施形態によれば、リンス液で濡れた基板表面Ｗｆを乾燥させる前に混合液による置換処理およびＤＩＷによるパドル状の液体層形成処理を実行しているので、第１実施形態と同様して、パターン倒壊やウォーターマーク発生を防止しながら基板表面Ｗｆへのパーティクル付着を抑制できる。また、ＩＰＡ消費量を抑制してコスト低減を図ることができる。さらに、遮断部材９と基板表面Ｗｆとに挟まれた空間ＳＰを窒素ガス雰囲気として乾燥処理を行うことで、乾燥時間を短縮するとともに被酸化物質の溶出を抑制することができる。その結果、ウォーターマーク発生を効果的に防止できる。

＜その他＞
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、液体層形成工程において基板表面Ｗｆの全体に液体層が形成されるが、必ずしも基板表面Ｗｆの全体に液体層が形成されなくてもよく、基板表面Ｗｆの一部に液体層が形成されるようにしてもよい。例えば上記第１実施形態では、リンスノズル５からＤＩＷを基板表面Ｗｆの中央部に吐出させ、基板表面Ｗｆの中央部にＤＩＷの液体層（液膜）２１が形成された状態とする（図１０（ａ））。この状態で、ガスノズル６から窒素ガスを基板表面Ｗｆの中央部に吹き付ける。これにより、液体層２１は環状に形成される（図１０（ｂ））。引き続き、窒素ガスを基板表面Ｗｆに吹きつけることにより、環状の液体層２１は徐々に基板表面Ｗｆの中央部から基板Ｗの端縁方向に拡大される（図１０（ｃ））。このように、基板表面Ｗｆの一部に形成されたＤＩＷの液体層２１を徐々に基板表面Ｗｆ上で移動させることにより、微細パターンの間隙に存在する混合液を残しながら、基板表面全体にわたって表層部分の混合液のみがＤＩＷに置き換えられ、基板表面Ｗｆから除去される。

また、上記実施形態では、基板Ｗに対して薬液処理およびリンス処理などの湿式処理を施した後に、そのまま同一装置内でリンス液で濡れた基板表面Ｗｆに対して、置換処理、液体層形成処理および乾燥処理を実行しているが、置換処理以降の処理を湿式処理から分離して行うようにしてもよい。つまり、リンス液で濡れた基板表面Ｗｆを乾燥させる装置を単体で構成してもよい。

また、上記実施形態では、キャビネット部７０において処理液と同一組成の液体（ＤＩＷ）と有機溶媒成分（ＩＰＡ）を混合することにより混合液を生成しているが、混合液の生成方法はこれに限定されない。例えば、処理液をノズル（置換手段）に向けて送液する送液経路上にインラインで有機溶媒成分を混合させて混合液を生成してもよい。また、キャビネット部などの混合液生成手段は、基板処理装置内に設ける場合に限らず、基板処理装置とは別個に設けられた他の装置において生成した混合液を基板処理装置内に設けられたノズルを介して基板表面Ｗｆに供給させてもよい。

また、上記実施形態では、低表面張力溶剤として混合液（ＩＰＡ＋ＤＩＷ）を用いているが、１００％ＩＰＡを用いてもよい。さらに、ＩＰＡなどの有機溶剤成分を含む溶剤に替えて界面活性剤を必須的に含む溶剤を用いてもよい。このような１００％ＩＰＡまたは界面活性剤を必須的に含む溶剤を用いて置換処理を行っても、置換処理後に実行される液体層形成処理によって基板乾燥時の基板表面Ｗｆへのパーティクル付着を抑制できる。

また、上記実施形態では、リンス液で濡れた基板表面Ｗｆを乾燥させているが、リンス液以外の処理液で濡れた基板表面Ｗｆを乾燥させる基板処理方法および基板処理装置に対しても本発明を適用することができる。

また、上記実施形態では、リンス液としてＤＩＷを用いているが、炭酸水（ＤＩＷ＋ＣＯ_２）など基板表面Ｗｆに対して化学的洗浄作用を有しない成分を含んだ液体をリンス液として用いるようにしてもよい。この場合、基板表面Ｗｆに付着しているリンス液と同一組成の液体（炭酸水）と有機溶媒成分とを混合したものを混合液として用いてもよい。また、リンス液として炭酸水を用いる一方で、混合液は炭酸水の主成分であるＤＩＷと有機溶媒成分とを混合したものを用いてもよい。さらに、リンス液としてＤＩＷを用いる一方で、混合液は炭酸水と有機溶媒成分とを混合したものを用いてもよい。要は、基板表面Ｗｆに付着している液体と主成分が同一である液体と有機溶媒成分とを混合したものを混合液として用いればよい。また、リンス液としては、ＤＩＷ、炭酸水の他、水素水、希薄濃度（例えば１ｐｐｍ程度）のアンモニア水、希薄濃度の塩酸なども用いることができる。

次に本発明の実施例を示すが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。

実施例１，２および比較例１，２
その表面にパターンが形成されていない（ベア状態の）シリコンウエハ（ウエハ径：２００ｍｍ）を用意し、該ウエハ表面に対して一連の洗浄処理を施したときのパーティクル付着数およびウォーターマーク発生数を評価した。実施例１，２および比較例１では、ウエハに対して薬液処理、リンス処理、置換処理、液体層形成処理および乾燥処理を施している。比較例２では、ウエハに対して液体層形成処理を施すことなく、薬液処理、リンス処理、置換処理および乾燥処理を施している。

薬液処理およびリンス処理の処理条件は実施例１，２および比較例１，２において共通である。すなわち、フッ酸（ＨＦ）とＤＩＷとを１：５０の体積比率で調合したフッ酸水溶液を薬液として用いてウエハに対して薬液処理（処理時間６０秒）を施した後、ＤＩＷによるリンス処理を行っている。また、乾燥処理条件についても、実施例１，２および比較例１，２において共通であり、ウエハ回転数を１０００ｒｐｍに設定した状態でウエハを回転させてウエハを乾燥（処理時間３０秒）させている。

次に、置換処理条件について説明する。実施例１，２および比較例２では、ＩＰＡとＤＩＷとを混合した混合液（ＩＰＡ／ＤＩＷ）をウエハに供給（供給流量：０．５Ｌ／ｍｉｎ．）して置換処理（処理時間６秒）を行っている。一方、比較例１では、リンス処理から引き続き、ＤＩＷをウエハに供給（供給流量：１．５Ｌ／ｍｉｎ．）している。なお、置換処理におけるウエハ回転数は、いずれの例も１０００ｒｐｍに設定している。

また、実施例１，２および比較例１で実行する液体層形成処理では、ウエハ回転数を５０ｒｐｍ以下に設定した状態で基板Ｗを回転させながらウエハにＤＩＷを供給（供給流量：１．５Ｌ／ｍｉｎ．）してＤＩＷによるパドル状の液体層をウエハ表面の全面に形成している。この液体層の形成に要した時間は３〜４秒であった。

そして、こうした一連の洗浄処理を受けたウエハ表面をＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製のウエハ欠陥検査装置を用いて評価し、パーティクル付着数（パーティクルの粒径；０．０６μｍ以上）とウォーターマーク発生数とを調べた。なお、洗浄処理前のパーティクル付着数（パーティクル付着数の初期値）は約５０個である。

実施例１と実施例２とでは置換処理におけるＩＰＡ濃度が異なるが、いずれの実施例でもパーティクル付着数およびウォーターマーク発生数において良好な結果が得られている。すなわち、置換処理におけるＩＰＡ濃度を１０％（実施例１）から１５％（実施例２）に増加させた場合でも、パーティクル付着数に変化は見られず、ウエハ表面へのパーティクル付着が抑制されている。これに対し、リンス処理後に混合液による置換処理を行うことなく、ＤＩＷのみで液体層を形成した場合（比較例１）では、パーティクル付着はないものの、ウォーターマークの発生を防止できない。一方、混合液による置換処理後に液体層形成処理（パドル処理）を行わない場合（比較例２）では、ウォーターマークの発生は抑制されるものの、非常に多くのパーティクルがウエハに付着してしまう。

この発明は、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、ＦＥＤ（Field Emission Display）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板などを含む基板全般の表面に対して乾燥処理を施す基板処理方法および基板処理装置に適用することができる。

この発明にかかる基板処理装置の第１実施形態を示す図である。 図１の基板処理装置の主要な制御構成を示すブロック図である。 図１の基板処理装置の動作を示すフローチャートである。 図１の基板処理装置の動作を示す模式図である。 図１の基板処理装置の動作を示す模式図である。 ＩＰＡ濃度と表面張力γとの関係を示すグラフである。 この発明にかかる基板処理装置の第２実施形態を示す図である。 図７の基板処理装置に装備された遮断部材の要部を示す縦断面図である。 図８のＡ―Ａ’線断面図である。 この発明にかかる基板処理装置の変形形態を示す図である。

符号の説明

５…リンスノズル（置換手段、液体層形成手段）
６…ガスノズル（ガス吹付け手段）
９…遮断部材（雰囲気遮断手段）
９ａ…遮断部材の下面（基板対向面）
１３…チャック回転機構（回転手段）
１７…チャックピン（基板保持手段）
２１…液体層
２２…ホール
９５…ノズル（液供給手段）
９６…液供給路（置換手段、液体層形成手段）
９７…ガス供給路（ガス供給手段、ガス吹付け手段）
９８…外側ガス供給路（ガス供給手段、ガス吹付け手段）
Ｖ１…第１回転速度
Ｖ２…第２回転速度
Ｗ…基板
Ｗｆ…基板表面

Claims (16)

1. 処理液で濡れた基板表面を乾燥させる基板処理方法において、
   前記処理液およびリンス液よりも表面張力が低い低表面張力溶剤を略水平姿勢で保持された基板の表面に供給して該基板表面に付着している前記処理液を前記低表面張力溶剤に置換させる置換工程と、
   前記リンス液を前記置換工程後に前記基板表面に供給して前記リンス液によるパドル状の液体層を前記基板表面に形成する液体層形成工程と、
   前記液体層を前記基板表面から除去して該基板表面を乾燥させる乾燥工程と
   を備えたことを特徴とする基板処理方法。
2. 前記置換工程では、表面にパターン形成された前記基板のパターン形成面に対し前記低表面張力溶剤を供給して、パターン間隙に付着する前記処理液を前記低表面張力溶剤に置換させる請求項１に記載の基板処理方法。
3. 前記液体層形成工程では、前記リンス液によるパドル状の液体層を前記基板表面の全体に形成する請求項１または２記載の基板処理方法。
4. 前記置換工程では、第１回転速度で前記基板を回転させながら前記基板表面に前記低表面張力溶剤を供給する一方、
   前記液体層形成工程では、前記基板の回転を停止させた状態で、または前記第１回転速度よりも低速の第２回転速度で前記基板を回転させながら前記基板表面上に前記液体層を形成する請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理方法。
5. 前記置換工程では、前記処理液と同一組成の液体または前記処理液と主成分が同一である液体と、該液体に溶解して表面張力を低下させる有機溶剤成分とが混合された混合液を前記低表面張力溶剤として前記基板表面に供給する請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理方法。
6. 前記混合液中の前記有機溶剤成分の体積百分率が５０％以下である請求項５記載の基板処理方法。
7. 前記乾燥工程では、前記基板を回転させながら前記基板表面に形成されている前記液体層を構成する液体を振り切って前記基板表面を乾燥させる請求項１ないし６のいずれかに記載の基板処理方法。
8. 前記液体層形成工程後でかつ前記乾燥工程前に、前記基板の表面中央部にガスを吹き付けて前記液体層の中央部にホールを形成するとともに前記ホールを前記基板の端縁方向に拡大させる乾燥前処理工程をさらに備える請求項７記載の基板処理方法。
9. 前記置換工程前に前記リンス液を前記基板表面に供給してリンス処理を施すリンス工程をさらに備え、
   前記置換工程では、前記基板表面に付着している前記リンス液を前記処理液として前記低表面張力溶剤に置換させる請求項１ないし８のいずれかに記載の基板処理方法。
10. 前記乾燥工程は不活性ガス雰囲気中で行われる請求項１ないし９のいずれかに記載の基板処理方法。
11. 前記液体層形成工程では、前記パドル状の液体層を前記基板の表面中央部に形成した後、前記基板の表面中央部にガスを吹き付けることにより、前記液体層を環状に形成し、該環状の液体層を前記基板の表面中央部から前記基板の端縁方向に拡大させる請求項１記載の基板処理方法。
12. 処理液で濡れた基板表面を上方に向けた状態で基板を略水平姿勢で保持する基板保持手段と、
    前記処理液およびリンス液よりも表面張力が低い低表面張力溶剤を前記基板表面に供給して該基板表面に付着している前記処理液を前記低表面張力溶剤に置換させる置換手段と、
    前記リンス液を前記低表面張力溶剤が付着している前記基板表面に供給して前記リンス液によるパドル状の液体層を前記基板表面に形成する液体層形成手段と
    を備え、
    前記液体層を前記基板表面から除去して前記基板表面を乾燥させることを特徴とする基板処理装置。
13. 前記基板保持手段に保持された基板を所定の回転速度で回転させる回転手段をさらに備え、
    前記置換手段は前記回転手段により第１回転速度で回転される前記基板の表面に前記低表面張力溶剤を供給する一方で、前記液体層形成手段は前記基板の回転を停止させた状態で、または前記回転手段により前記第１回転速度よりも低速の第２回転速度で回転される前記基板の表面上に前記液体層を形成する請求項１２記載の基板処理装置。
14. 前記回転手段は、前記基板を回転させながら前記基板表面に形成されている前記液体層を構成する液体を振り切って前記基板表面を乾燥させる請求項１３記載の基板処理装置。
15. 前記基板表面に対向可能な基板対向面を有し、前記基板対向面を前記基板表面に対向しながら離間配置される雰囲気遮断手段と、
    前記基板対向面と前記基板表面とに挟まれた空間に不活性ガスを供給するガス供給手段と
    をさらに備える請求項１２ないし１４のいずれかに記載の基板処理装置。
16. 前記基板保持手段に保持された基板の表面中央部に向けてガスを吹き付けるガス吹付け手段をさらに備え、
    前記液体層形成手段による前記液体層の形成後であって前記基板表面に対する乾燥前に、前記ガス吹付け手段から前記基板の表面中央部にガスを吹き付けて前記液体層の中央部にホールを形成するとともに前記ホールを前記基板の端縁方向に拡大させる請求項１４記載の基板処理装置。

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