基板処理装置および基板処理方法
【課題】基板表面へのダメージを防止しつつ、良好な熱エネルギー効率で基板表面に対して洗浄処理を施すことができる基板処理装置および基板処理方法を提供する。
【解決手段】基板表面Ｗｆに液膜１１を付着させた状態で該液膜１１を凍結させて凍結膜１３を形成する。続いて、回転駆動されている基板Ｗの表面Ｗｆに向けて加熱ガス吐出ノズル４から加熱ガスを局部的に吐出させながら、加熱ガス吐出ノズル４を基板Ｗの回転中心位置Ｐ４１から基板Ｗの端縁位置Ｐ４２に向けて移動軌跡Ｔ４に沿って揺動させる。これにより、基板表面Ｗｆの表面領域のうち凍結膜１３が融解した領域（融解領域）が基板表面Ｗｆの中央部から周縁部へと広げられ、基板表面Ｗｆに形成された凍結膜１３の全体が融解する。
【解決手段】基板表面Ｗｆに液膜１１を付着させた状態で該液膜１１を凍結させて凍結膜１３を形成する。続いて、回転駆動されている基板Ｗの表面Ｗｆに向けて加熱ガス吐出ノズル４から加熱ガスを局部的に吐出させながら、加熱ガス吐出ノズル４を基板Ｗの回転中心位置Ｐ４１から基板Ｗの端縁位置Ｐ４２に向けて移動軌跡Ｔ４に沿って揺動させる。これにより、基板表面Ｗｆの表面領域のうち凍結膜１３が融解した領域（融解領域）が基板表面Ｗｆの中央部から周縁部へと広げられ、基板表面Ｗｆに形成された凍結膜１３の全体が融解する。
【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）を洗浄処理する基板処理装置および基板処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置に代表されるデバイスの微細化、高機能化、高精度化に伴って基板表面に形成されたパターンを倒壊させずに基板表面に付着しているパーティクル等の微小な汚染物質を除去することが益々困難になっている。そこで、このような課題に対応すべく、次のような洗浄処理方法が提案されている。すなわち、基板表面に液膜を付着させた状態で該液膜を凍結させて凍結膜を形成する。そして、凍結膜を融解するとともに基板表面から該凍結膜を除去することにより基板表面から汚染物質を除去している。
【０００３】
このような洗浄処理方法を実行する装置として、例えば特許文献１に記載の装置が提案されている。この装置においては、基板表面に付着させた水膜を凍結させて氷膜（凍結膜）を形成している。その後、基板表面に向けて純水を噴出させている。これにより、氷膜を基板表面から剥離させて汚染物質を基板表面から除去している。
【０００４】
また、特許文献２に記載の装置においては、処理チャンバー内に基板を収容し、基板をペデスタル（台座）に保持させている。そして、基板表面に除去流体を供給し、基板表面上に該除去流体による液膜を形成している。続いて、処理チャンバー内に冷却ガスを循環させて液膜を凍結させた後、ペデスタルを加熱して凍結膜を融解させている。そして、このような液膜の凍結と凍結膜の融解とを周期的に実行することにより、基板表面と汚染物質との結合を緩ませて基板表面からの汚染物質の除去を容易にしている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３１６７３号公報（図６）
【特許文献２】特開平３−１４５１３０号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載の装置では、基板表面に形成した氷膜に液体（純水）を供給して該氷膜を基板表面から除去している。このため、次のような問題が発生することがあった。すなわち、氷膜に液体を供給して該氷膜を除去する場合には、基板表面に供給され基板表面上を流れる液体（液流）内に融解されていない氷（未融解の氷）の塊が生じてしまうことがある。つまり、氷膜の一部分を残してその周囲の氷膜が先に融解する場合があり、この場合には、氷膜の一部分が塊となって液流内を該液流の流れ方向に移動することとなる。その結果、基板表面に形成されたパターンに氷の塊（固体）が衝突してしまい、パターンにダメージを与えることがあった。
【０００７】
また、特許文献２に記載の装置では、基板に対して比較的熱容量が大きなペデスタル等の基板保持手段を介して基板表面に形成した凍結膜を間接的に加熱している。このため、基板だけでなくペデスタルについても昇温させる必要があり、付与すべき熱量が大きくなっていた。また、製造工程においては、複数枚の基板に対して洗浄処理を各基板ごとに連続して実行する必要がある。しかしながら、上記したように凍結膜の融解を行った結果、ペデスタルが昇温されてしまうと、次に液膜の凍結を実行する際にペデスタルに蓄えられている熱の影響により液膜を凍結させるまでに相応の時間を要してしまう。そこで、液膜を所望の時間内で凍結させる場合には、基板のみならずペデスタルについても十分に冷却する必要がある。このため、液膜を凍結させる際にも、付与すべき冷熱の量が大きくなっていた。特に、一枚の基板に対して液膜の凍結と凍結膜の融解とを繰り返し実行する場合には、その実行回数に応じて基板およびペデスタルに付与すべき熱または冷熱の量が増大してしまう。このように、特許文献２に記載の装置では、洗浄処理を実行する際に、ペデスタルに発生する熱履歴に起因して熱エネルギー効率が悪くなっていた。
【０００８】
この発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、基板表面へのダメージを防止しつつ、良好な熱エネルギー効率で基板表面に対して洗浄処理を施すことができる基板処理装置および基板処理方法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】
【０００９】
この発明にかかる基板処理装置の第１態様は、基板表面に形成された液膜を凍結して凍結膜を形成した後、該凍結膜を融解し基板表面から除去することにより基板表面に対して洗浄処理を施す基板処理装置であって、上記目的を達成するため、その表面に液膜が形成された基板を保持する基板保持手段と、液膜を凍結させて凍結膜を形成する凍結膜形成手段と、液膜を構成する液体の凝固点より高い温度を有する加熱ガスを凍結膜に向けて局部的に吐出する加熱ガス吐出手段と、加熱ガス吐出手段を基板表面に沿って基板に対して相対移動させる相対移動機構とを備え、加熱ガス吐出手段から加熱ガスを吐出させながら相対移動機構により加熱ガス吐出手段を基板に対して相対移動させることで基板表面に形成された凍結膜の全体を融解することを特徴としている。
【００１０】
また、この発明にかかる基板処理方法の第１態様は、上記目的を達成するため、基板表面に液膜を付着させた状態で該液膜を凍結させて凍結膜を形成する凍結膜形成工程と、液膜を構成する液体の凝固点より高い温度を有する加熱ガスを加熱ガス吐出手段から凍結膜に向けて局部的に吐出させながら加熱ガス吐出手段を基板表面に沿って基板に対して相対移動させて基板表面に形成された凍結膜を融解する融解工程と、融解された後の液膜を基板表面から除去する液膜除去工程とを備えたことを特徴としている。
【００１１】
このように構成された発明（基板処理装置および基板処理方法）の第１態様によれば、基板表面に形成された凍結膜に向けて、液膜を構成する液体の凝固点より高い温度を有する加熱ガスが加熱ガス吐出手段から局部的に吐出される。これにより、加熱ガスの供給部位に位置する凍結膜が融解される。そして、加熱ガス吐出手段から加熱ガスを吐出させながら該加熱ガス吐出手段が基板表面に沿って基板に対して相対移動される。このため、基板表面の表面領域のうち凍結膜が融解された領域（融解領域）が広げられ、基板表面に形成された凍結膜の全体を融解させることができる。このように、凍結膜に向けて液体を供給することなく凍結膜を融解しているので、基板表面に供給され該基板表面上で流動する液体とともに未融解の凍結膜の塊（固体）が移動するのを防止することができる。したがって、融解された後の液膜を基板表面から除去することにより、基板表面へのダメージを防止しながら基板表面から汚染物質を容易に除去することができる。しかも、凍結膜に加熱ガスを直接に供給して該凍結膜を融解していることから、基板保持手段を昇温させる必要がない。このため、基板保持手段に熱履歴が発生するのを抑制して、良好な熱エネルギー効率で基板表面に対して洗浄処理を施すことができる。
【００１２】
ここで、加熱ガス吐出手段を基板に対して相対移動させるための構成の一例としては、以下に示す構成のものを採用することができる。すなわち、基板保持手段に保持された基板を回転させる回転手段をさらに設けて、相対移動機構が、回転手段により回転駆動されている基板の表面に加熱ガス吐出手段を対向させながら駆動して基板の回転中心位置と基板の端縁位置との間で移動させる駆動手段を有するものを採用することができる。このような構成によれば、加熱ガスの供給部位を基板表面上の微小領域に限定しながらも、基板表面に形成された凍結膜の全体に加熱ガスを速やかに供給することができる。したがって、加熱ガスの供給量を抑制しながら、スループットを向上させることができる。
【００１３】
また、この発明にかかる基板処理装置の第２態様は、基板表面に形成された液膜を凍結して凍結膜を形成した後、該凍結膜を融解し基板表面から除去することにより基板表面に対して洗浄処理を施す基板処理装置であって、上記目的を達成するため、その表面に液膜が形成された基板を保持する基板保持手段と、液膜を凍結させて凍結膜を形成する凍結膜形成手段と、基板保持手段に保持された基板を回転させる回転手段と、液膜を構成する液体の凝固点より高い温度を有する雰囲気中で回転手段により基板を回転させることで基板表面に形成された凍結膜を融解することを特徴としている。
【００１４】
また、この発明にかかる基板処理方法の第２態様は、上記目的を達成するため、基板表面に液膜を付着させた状態で該液膜を凍結させて凍結膜を形成する凍結膜形成工程と、 液膜を構成する液体の凝固点より高い温度を有する雰囲気中で基板を回転させて基板表面に形成された凍結膜を融解する融解工程と、融解された後の液膜を基板表面から除去する液膜除去工程とを備えたことを特徴としている。
【００１５】
このように構成された発明（基板処理装置および基板処理方法）の第２態様によれば、基板表面に凍結膜が形成された状態で、液膜を構成する液体の凝固点より高い温度を有する雰囲気中で基板を回転させている。これにより、基板表面上に基板の回転に伴う気流が発生し、凍結膜から該凍結膜の周囲雰囲気、つまり液膜を構成する液体の凝固点より高い温度を有する雰囲気への冷熱の拡散が促進される。このため、凍結膜を速やかに融解させることができる。このように、凍結膜に向けて液体を供給することなく凍結膜を融解させているので、基板表面に供給され該基板表面上で流動する液体とともに未融解の凍結膜の塊が移動するのを防止することができる。したがって、融解された後の液膜を基板表面から除去することにより、基板表面へのダメージを防止しながら基板表面から汚染物質を容易に除去することができる。しかも、基板の回転により凍結膜と周囲雰囲気との間の熱交換を促進させることで該凍結膜を融解していることから、基板保持手段を昇温させる必要がない。このため、基板保持手段に熱履歴が発生するのを抑制して、良好な熱エネルギー効率で基板表面に対して洗浄処理を施すことができる。さらに、この発明によれば、凍結膜を融解するために加熱手段を新たに設ける必要がないので、装置構成を簡素化するとともに、装置コストの低減を図ることができる。
【００１６】
ここで、基板表面に液体を供給する液体供給手段をさらに設けて、回転手段により基板を第１回転速度で回転させることで液体供給手段から基板表面に供給された液体の一部を振り切って基板表面に液膜を形成する一方、第１回転速度よりも低い第２回転速度で基板を回転させることで基板表面に形成された凍結膜を融解するのが好ましい。このように凍結膜を融解することにより、基板の回転に伴う遠心力の作用によって凍結膜が融解された後の液膜が基板表面上で流動するのを抑制することができる。このため、未融解の凍結膜の塊が生ずる場合であっても、基板表面上の液膜の流動を防止して基板表面へのダメージを確実に防止することができる。
【００１７】
また、第１および第２態様にかかる基板処理装置において、基板表面にリンス液を供給して凍結膜が融解された後の液膜を基板表面から除去するリンス液供給手段をさらに備えてもよい。これにより、凍結膜が融解された後の液膜（液体）にリンス液が供給され、該液膜がリンス液とともに基板表面から除去される。したがって、基板表面にダメージを与えることなく、液膜とともに該液膜に含まれる汚染物質を基板表面から除去することができる。
【００１８】
また、第１および第２態様にかかる基板処理方法において、凍結膜形成工程と融解工程とを所定回数だけ繰り返し実行した後に、液膜除去工程を実行するようにしてもよい。この構成によれば、凍結膜形成工程の実行により液膜が凍結した際に生じる体積膨張と、融解工程の実行により凍結膜が融解した際に生じる体積収縮とが液膜除去工程前に繰り返される。これにより、基板表面と該基板表面に付着する汚染物質との間の付着力を十分に低下させ、さらには基板表面から汚染物質を脱離させることができる。したがって、融解された後の液膜を基板表面から除去（液膜除去工程を実行）することによって、基板表面にダメージを与えることなく基板表面から汚染物質を確実に除去することができる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、凍結膜に向けて液体を供給することなく凍結膜が融解される。このため、基板表面に供給され該基板表面上で流動する液体とともに未融解の凍結膜の塊が移動するのを防止することができる。したがって、融解された後の液膜を基板表面から除去することにより、基板表面へのダメージを防止しながら基板表面から汚染物質を除去することができる。また、この発明によれば、基板保持手段を昇温させることなく凍結膜を融解している。このため、基板保持手段に熱履歴が発生するのを抑制して、良好な熱エネルギー効率で基板表面に対して洗浄処理を施すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
＜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に付着しているパーティクル等の汚染物質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、微細パターンが形成された基板表面Ｗｆに対して、(1)液膜を形成し、(2)液膜を凍結させて凍結膜を形成し、(3)凍結膜を融解し、(4)融解された後の液膜を除去することで、基板表面Ｗｆに対して一連の洗浄処理（液膜形成＋液膜凍結＋凍結膜融解＋液膜除去）を施す装置である。
【００２１】
この基板処理装置は、基板Ｗに対して洗浄処理を施す処理空間をその内部に有する処理チャンバー１を備えている。処理チャンバー１内には、本発明の「基板保持手段」として機能するスピンチャック２、冷却ガス吐出ノズル３、加熱ガス吐出ノズル４（本発明の「加熱ガス吐出手段」に相当）および遮断部材９が設けられている。
【００２２】
スピンチャック２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。このスピンチャック２は、回転支軸２１がモータを含むチャック回転機構２２の回転軸に連結されており、チャック回転機構２２の駆動により回転中心Ａ０を中心に回転可能となっている。回転支軸２１の上端部には、円盤状のスピンベース２３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８（図２）からの動作指令に応じてチャック回転機構２２を駆動させることによりスピンベース２３が回転中心Ａ０を中心に回転する。このように、この実施形態では、チャック回転機構２２が本発明の「回転手段」として機能する。
【００２３】
スピンベース２３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２４が立設されている。チャックピン２４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２３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２４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２４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。そして、スピンベース２３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２４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２４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２４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２３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保持される。
【００２４】
スピンチャック２の外方には、第１の回動モータ３１が設けられている。第１の回動モータ３１には、第１の回動軸３３が接続されている。また、第１の回動軸３３には、第１のアーム３５が水平方向に延びるように連結され、第１のアーム３５の先端に冷却ガス吐出ノズル３が取り付けられている。そして、制御ユニット８からの動作指令に応じて第１の回動モータ３１が駆動されることで、第１のアーム３５を第１の回動軸３３回りに揺動させることができる。
【００２５】
図３は図１の基板処理装置に装備された冷却ガス吐出ノズルの動作を示す図である。ここで、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は平面図である。第１の回動モータ３１を駆動して第１のアーム３５を揺動させると、冷却ガス吐出ノズル３は基板表面Ｗｆに対向しながら同図（ｂ）の移動軌跡Ｔ３、つまり基板Ｗの回転中心位置Ｐ３１から基板Ｗの端縁位置Ｐ３２に向かう軌跡Ｔ３に沿って移動する。ここで、基板Ｗの回転中心位置Ｐ３１は基板表面Ｗｆの上方で、かつ基板Ｗの回転中心Ａ０上に設定されている。また、冷却ガス吐出ノズル３は基板Ｗの側方に退避した待機位置Ｐ３３に移動可能となっている。
【００２６】
冷却ガス吐出ノズル３は冷却ガス供給部６３（図２）と接続されており、制御ユニット８からの動作指令に応じて冷却ガス供給部６３から液膜を凍結させるための冷却ガスを冷却ガス吐出ノズル３に供給する。そして、制御ユニット８からの動作指令に応じて冷却ガス吐出ノズル３が基板表面Ｗｆに近接して対向配置されるとともに冷却ガス吐出ノズル３から冷却ガスが吐出されると、基板表面Ｗｆに向けて冷却ガスが局部的に供給される。したがって、冷却ガス吐出ノズル３から冷却ガスを吐出させた状態で、制御ユニット８が基板Ｗを回転させながら該冷却ガス吐出ノズル３を移動軌跡Ｔ３に沿って移動させることで、冷却ガスを基板表面Ｗｆの全面にわたって供給することができる。これにより、後述するように基板表面Ｗｆに液膜１１が形成されていると、該液膜１１の全体を凍結させて基板表面Ｗｆの全面に凍結膜１３を形成可能となっている。このように、この実施形態では、冷却ガス吐出ノズル３、第１の回動モータ３１、第１の回動軸３３、第１のアーム３５および冷却ガス供給部６３が本発明の「凍結膜形成手段」として機能する。
【００２７】
冷却ガスとしては、基板表面Ｗｆに形成された液膜１１を構成する液体の凝固点より低い温度に調整されたガス、例えば窒素ガス、酸素ガスおよび清浄なエア等を用いることができる。この実施形態では、後述するように基板表面Ｗｆに形成する液膜１１はＤＩＷ（deionized Water）で構成されることから、冷却ガスの温度をＤＩＷの凝固点（氷点）よりも低い温度に調整することができる。また、このように冷却ガスを用いた場合には次の作用効果を得ることができる。すなわち、冷媒としてガスを用いる場合、基板表面Ｗｆへのガス供給前にフィルタ等を介挿することで冷却ガスに含まれる汚染物質を容易に、高効率で除去することができる。そして、こうして清浄化された冷却ガスを用いることで液膜１１への汚染物質の混入を確実に防止することができる。
【００２８】
また、スピンチャック２の外方には、本発明の「駆動手段」として機能する第２の回動モータ４１が設けられている。第２の回動モータ４１には、第２の回動軸４３が接続され、第２の回動軸４３には、第２のアーム４５が連結されている。また、第２のアーム４５の先端に加熱ガス吐出ノズル４が取り付けられている。そして、制御ユニット８からの動作指令に応じて第２の回動モータ４１が駆動されることで、加熱ガス吐出ノズル４を第２の回動軸４３回りに揺動させることができる。
【００２９】
図４は図１の基板処理装置に装備された加熱ガス吐出ノズルの動作を示す図である。ここで、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は平面図である。第２の回動モータ４１を駆動して第２のアーム４５を揺動させると、加熱ガス吐出ノズル４は基板表面Ｗｆに対向しながら同図（ｂ）の移動軌跡Ｔ４、つまり基板Ｗの回転中心位置Ｐ４１から基板Ｗの端縁位置Ｐ４２に向かう軌跡Ｔ４に沿って移動する。ここで、基板Ｗの回転中心位置Ｐ４１は基板表面Ｗｆの上方で、かつ基板Ｗの回転中心Ａ０上に設定されている。また、加熱ガス吐出ノズル４は基板Ｗの側方に退避した待機位置Ｐ４３に移動可能となっている。このように、この実施形態では、第２の回動モータ４１が加熱ガス吐出ノズル４を基板表面Ｗｆに沿って基板Ｗに対して相対移動させる「相対移動機構」として機能する。
【００３０】
加熱ガス吐出ノズル４は加熱ガス供給部６４（図２）と接続されており、制御ユニット８からの動作指令に応じて加熱ガス供給部６４から凍結膜を融解させるための加熱ガスを加熱ガス吐出ノズル４に供給する。そして、制御ユニット８からの動作指令に応じて加熱ガス吐出ノズル４が基板表面Ｗｆに近接して対向配置されるとともに加熱ガス吐出ノズル４から加熱ガスが吐出されると、基板表面Ｗｆに向けて加熱ガスが局部的に供給される。したがって、加熱ガス吐出ノズル４から加熱ガスを吐出させた状態で、制御ユニット８が基板Ｗを回転させながら該加熱ガス吐出ノズル４を移動軌跡Ｔ４に沿って移動させることで、加熱ガスを基板表面Ｗｆの全面にわたって供給することができる。これにより、後述するように基板表面Ｗｆに形成された凍結膜１３の全体を融解させることが可能となっている。
【００３１】
加熱ガスとしては、液膜１１を構成する液体の凝固点より高い温度に調整されたガス、例えば窒素ガス、酸素ガスおよび清浄なエア等を用いることができる。この実施形態では、後述するように液膜１１はＤＩＷで構成されることから、加熱ガスの温度をＤＩＷの凝固点（氷点）よりも高い温度に調整することができる。また、このように加熱ガスを用いた場合には、冷却ガスと同様の作用効果を得ることができる。すなわち、液膜１１の凍結により形成された凍結膜を融解させるための熱源としてガスを用いる場合、基板表面Ｗｆへのガス供給前にフィルタ等を介挿することで加熱ガスに含まれる汚染物質を容易に、高効率で除去することができる。そして、こうして清浄化された加熱ガスを用いることで融解処理において基板Ｗに汚染物質が付着するのを確実に防止することができる。
【００３２】
図１に戻って説明を続ける。スピンチャック２の回転支軸２１は中空軸からなる。回転支軸２１の内部には、基板Ｗの裏面Ｗｂに処理液を供給するための処理液供給管２５が挿通されている。処理液供給管２５は、スピンチャック２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処理液を吐出する処理液ノズル２７が設けられている。処理液供給管２５は処理液供給部６１（図２）と接続されており、処理液供給部６１から処理液として薬液またはＤＩＷ等のリンス液が選択的に供給される。
【００３３】
回転支軸２１の内壁面と処理液供給管２５の外壁面の隙間は、円筒状のガス供給路２９を形成している。このガス供給路２９は乾燥ガス供給部６５（図２）と接続されており、スピンベース２３と基板裏面Ｗｂとの間に形成される空間に乾燥ガスとして窒素ガスを供給することができる。なお、この実施形態では、乾燥ガス供給部６５から乾燥ガスとして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吐出してもよい。
【００３４】
また、スピンチャック２の上方には、中心部に開口を有する円盤状の遮断部材９が設けられている。遮断部材９は、その下面（底面）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支持軸９１の下端部に略水平に取り付けられ、支持軸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。また、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。
【００３５】
遮断部材回転機構９３は、制御ユニット８からの動作指令に応じて支持軸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２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８からの動作指令に応じて、遮断部材９をスピンベース２３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８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２の上方の離間位置（図１に示す位置）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２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遮断部材９を下降させる。
【００３６】
支持軸９１は中空に仕上げられ、その内部に遮断部材９の開口に連通したガス供給路９５が挿通されている。ガス供給路９５は、乾燥ガス供給部６５と接続されており、乾燥ガス供給部６５から窒素ガスが供給される。この実施形態では、基板Ｗに対する洗浄処理後の乾燥処理時に、ガス供給路９５から遮断部材９と基板表面Ｗｆとの間に形成される空間に窒素ガスを供給する。また、ガス供給路９５の内部には、遮断部材９の開口に連通した液供給管９６が挿通されており、液供給管９６の下端にノズル９７が結合されている。液供給管９６は処理液供給部６１に接続されており、処理液供給部６１から処理液（薬液またはリンス液）が供給されることで、ノズル９７から処理液を基板表面Ｗｆに向けて吐出可能となっている。
【００３７】
次に、上記のように構成された基板処理装置における洗浄処理動作について図５および図６を参照しつつ説明する。図５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６は図１の基板処理装置の動作を示す模式図である。この装置では、未処理の基板Ｗが処理チャンバー１内に搬入されると、制御ユニット８が装置各部を制御して基板Ｗの表面Ｗｆに対して一連の洗浄処理（液膜形成＋液膜凍結＋凍結膜融解＋液膜除去）を実行する。ここで、基板表面Ｗfに微細パターンが形成されることがある。つまり、基板表面Ｗfがパターン形成面になっている。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が処理チャンバー１内に搬入され、スピンチャック２に保持される（ステップＳ１）。なお、遮断部材９は離間位置にあり、基板Ｗとの干渉を防止している。
【００３８】
スピンチャック２に未処理の基板Ｗが保持されると、遮断部材９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９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。そして、制御ユニット８はチャック回転機構２２を駆動させてスピンチャック２を回転させるとともに、ノズル９７からＤＩＷを基板表面Ｗｆに供給する。そして、基板Ｗを所定の回転速度で回転させることで基板表面に供給されたＤＩＷを基板Ｗの径方向外向きに均一に広げるとともに、その一部を基板外に振り切る。これによって、基板表面Ｗｆの全面にわたって液膜の厚みを均一にコントロールして、基板表面Ｗｆの全体に所定の厚みを有する液膜（水膜）１１が形成される（ステップＳ２）。なお、液膜形成に際して、上記のように基板表面Ｗｆに供給されたＤＩＷの一部を振り切ることは必須の要件ではない。例えば、基板Ｗの回転を停止させた状態あるいは基板Ｗを比較的低速で回転させた状態で基板ＷからＤＩＷを振り切ることなく基板表面Ｗｆに液膜を形成してもよい。
【００３９】
液膜形成処理が終了すると、制御ユニット８は遮断部材９を離間位置に配置させるとともに、冷却ガス吐出ノズル３を待機位置Ｐ３３から冷却ガス供給開始位置、つまり基板Ｗの回転中心位置Ｐ３１に移動させる。続いて、回転駆動されている基板Ｗの表面Ｗｆに向けて冷却ガス吐出ノズル３から冷却ガスを吐出させる。これにより、基板表面Ｗｆに形成された液膜１１が局部的に凍結する。そして、冷却ガスを吐出させながら冷却ガス吐出ノズル３を徐々に基板Ｗの端縁位置Ｐ３２に向けて移動させていく。これにより、図３に示すように基板表面Ｗｆの表面領域のうち液膜１１が凍結した領域（凍結領域）が基板表面Ｗｆの中央部から周縁部へと広げられる。その結果、基板表面Ｗｆの全面に凍結膜（氷膜）１３が形成される（ステップＳ３；凍結膜形成工程）。なお、冷却ガス吐出ノズル３を移動させながら基板Ｗを回転させることによって、液膜の厚み分布に偏りが生じるのを抑制しつつ、基板表面Ｗｆの全面に凍結膜１３を形成することができる。しかしながら、基板Ｗを高速回転させた場合、基板Ｗの回転によって生じる気流により、冷却ガス吐出ノズル３から吐出される冷却ガスが拡散してしまい、凍結処理の処理効率が悪くなる。このため、凍結膜形成工程時の基板Ｗの回転速度は、例えば１〜３００ｒｐｍに設定される。また、冷却ガス吐出ノズル３の移動速度、吐出ガスの温度および流量、液膜の厚みも考慮して基板Ｗの回転速度は設定される。
【００４０】
液膜の凍結処理（凍結膜形成工程）が終了すると、制御ユニット８は冷却ガス吐出ノズル３を待機位置Ｐ３３に移動させる。続いて、加熱ガス吐出ノズル４を待機位置Ｐ４３から加熱ガス供給開始位置、つまり基板Ｗの回転中心位置Ｐ４１に移動させる。続いて、回転駆動されている基板Ｗの表面Ｗｆに向けて加熱ガス吐出ノズル４から加熱ガスを吐出させる。そして、加熱ガスを吐出させながら加熱ガス吐出ノズル４を徐々に基板Ｗの端縁位置Ｐ４２に向けて移動させていく。これにより、図４に示すように基板表面Ｗｆの表面領域のうち凍結膜１３が融解した領域（融解領域）が基板表面Ｗｆの中央部から周縁部へと広げられ、基板表面Ｗｆに形成された凍結膜１３の全体が融解する（ステップＳ４；融解工程）。なお、融解処理時における基板Ｗの回転速度は、融解された後の液膜１１が基板Ｗの回転に伴う遠心力によって基板表面Ｗｆから振り切られない程度に設定される。こうして、凍結膜１３が融解されると制御ユニット８は加熱ガス吐出ノズル４を待機位置Ｐ４３に移動させる。このように、この実施形態では、凍結膜１３に向けて液体を吐出することなく凍結膜１３を融解している。このため、基板表面Ｗｆに向けて吐出された液体による流れ（液流）が基板表面上に発生することがない。したがって、凍結膜１３を融解する際に未融解の凍結膜１３の塊が生じることがあっても、その塊が液流の流れ方向に移動することがない。その結果、基板表面Ｗｆに形成されたパターンに凍結膜１３の塊が衝突することに起因してパターンが損傷するのを防止することができる。
【００４１】
上記したように凍結膜形成工程と融解工程とが実行されると、基板表面Ｗｆに付着しているパーティクルが微小距離だけ基板表面Ｗｆから離れる。具体的には、凍結膜形成工程の実行により液膜１１が凍結して体積膨張が生じる一方、融解工程の実行により凍結膜１３が融解して体積収縮が生じる。その結果、液膜１１が凍結する際に生じる体積膨張および凍結膜１３が融解する際に生じる体積収縮の各作用によって、基板表面Ｗｆに付着するパーティクルに対して微弱な外力が加えられる。これにより、基板表面Ｗｆとパーティクルとの間の付着力を低下させ、さらにはパーティクルが基板表面Ｗｆから脱離する。
【００４２】
続いて、制御ユニット８は所定回数だけ凍結膜形成工程と融解工程とが繰り返し実行されたか否かを判断する（ステップＳ５）。すなわち、被処理面である基板表面Ｗｆの表面状態あるいは除去対象であるパーティクルの粒径、種類等によっては、一回限りの凍結膜形成工程と融解工程の実行では基板表面Ｗｆとパーティクルとの間の付着力を十分に低下させることができない場合がある。つまり、後述するリンス処理によってパーティクルを基板表面Ｗｆから除去することができない場合がある。そこで、基板表面Ｗｆとパーティクルとの間の付着力を十分に低下させるために、凍結膜形成工程と融解工程とが繰り返し実行される。このような凍結膜形成工程および融解工程の繰り返し実行回数は、洗浄処理対象に応じて基板Ｗの処理内容を規定する処理レシピ等で予め規定される。このため、制御ユニット８は、処理レシピ等で規定された繰り返し実行回数だけ凍結膜形成工程と融解工程とを実行する。
【００４３】
そして、制御ユニット８は凍結膜形成工程および融解工程の実行回数が規定された回数に達していないと判断すると（ステップＳ５でＮＯ）、規定された回数に達するまで凍結膜形成工程と融解工程とを繰り返し実行する。すなわち、融解工程後には融解された後の液膜１１が残留付着している。このため、融解工程後に凍結膜形成工程を実行すると融解された後の液膜１１が凍結して凍結膜１３が形成される。続いて、融解工程を実行すると凍結膜１３が融解する。こうして、液膜１１の凍結（凍結膜１３の形成）と凍結膜１３の融解とが所定回数だけ繰り返し実行される。これにより、液膜１１が凍結した際に生じる液膜１１の体積膨張と凍結膜１３が融解した際に生じる体積収縮とが繰り返され、基板表面Ｗｆに付着するパーティクルに微弱な外力を複数回にわたって加えることができる。その結果、基板表面Ｗｆとパーティクルとの間の付着力を十分に低下させ、さらには基板表面Ｗｆからパーティクルを脱離させることができる。
【００４４】
また、この実施形態では、加熱ガスを基板Ｗの上方位置から基板表面Ｗｆに向けて吐出させていることから、凍結膜１３はその表面（露出面）を含む最上層に位置する部位（以下「最上層部位」という）から基板表面Ｗｆに隣接し最下層に位置する部位（以下「最下層部位」という）に向けて融解していく（図６（ｃ））。つまり、最上層部位から融解しはじめて最下層部位が最後に融解することになる。このため、最下層部位は最上層部位を含む他の部位に対して凍結された状態を維持し易くなっており、最下層部位が融解された状態のまま放置されるのを防止できる。その結果、最下層部位が融解された後に、基板表面Ｗｆから脱離し最下層部位に位置するパーティクルが基板表面Ｗｆに再付着するのを抑制することができる。
【００４５】
こうして、所定回数だけ凍結膜形成工程と融解工程とが繰り返し実行されると（ステップＳ５でＹＥＳ）、続いてリンス処理を実行する（ステップＳ６）。すなわち、遮断部材９を対向位置に配置させるとともに、ノズル９７および処理液ノズル２７からリンス液としてＤＩＷをそれぞれ、回転駆動されている基板Ｗの表裏面Ｗｆ，Ｗｂに供給する。これにより、融解された後の液膜１１が基板表面Ｗｆに供給されたＤＩＷによって押し流され、パーティクルが基板表面Ｗｆから除去される（液膜除去工程）。つまり、パーティクルは基板表面Ｗｆに対する付着力が低下した状態あるいは基板表面Ｗｆから脱離した状態で、融解された後の液膜１１中に含まれている。このため、基板表面に供給されたリンス液の流動によりパーティクルを基板表面Ｗｆから容易に除去することができる（図６（ｄ））。このように、この実施形態では、ノズル９７が本発明の「リンス液供給手段」として機能する。なお、この液膜除去工程では、基板Ｗの回転とともに遮断部材９を回転させるのが好ましい。これにより、遮断部材９に付着する液体成分が振り切られるとともに、遮断部材９と基板表面Ｗｆとの間に形成される空間に基板周辺からミスト状の処理液が侵入するのを防止することができる。
【００４６】
基板Ｗに対する一連の洗浄処理が完了すると、制御ユニット８はチャック回転機構２２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Ｗの乾燥処理（スピンドライ）が実行される（ステップＳ７）。さらに、この乾燥処理においては、ガス供給路９５，２９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およびスピンベース２３と基板裏面Ｗｂ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。乾燥処理後は基板Ｗの回転が停止され、処理チャンバー１から処理済の基板Ｗが搬出される（ステップＳ８）。
【００４７】
以上のように、この実施形態によれば、液膜１１を構成する液体の凝固点よりも高い温度に調整された加熱ガスを加熱ガス吐出ノズル４から基板表面Ｗｆに形成された凍結膜１３に向けて局部的に吐出している。そして、加熱ガス吐出ノズル４から加熱ガスを吐出させながら該加熱ガス吐出ノズル４を基板Ｗに対して基板表面Ｗｆに沿って移動させることで凍結膜１３の全体を融解している。このように、凍結膜１３に向けて液体を供給することなく凍結膜１３を融解しているので、基板表面Ｗｆに供給され該基板表面上で流動する液体とともに未融解の凍結膜の塊（固体）が移動するのを防止することができる。したがって、融解された後の液膜１１（液体）を基板表面Ｗｆからリンス液を用いて除去することにより、基板表面Ｗｆに形成されたパターンへのダメージを防止しながらパーティクルを基板表面Ｗｆから容易に除去することができる。しかも、凍結膜１３に加熱ガスを直接に供給して該凍結膜１３を融解していることから、スピンチャック２などの基板保持手段を昇温させる必要がない。このため、基板保持手段に熱履歴が発生するのを抑制して、良好な熱エネルギー効率で基板表面Ｗｆに対して洗浄処理を施すことができる。
【００４８】
また、この実施形態によれば、加熱ガス吐出ノズル４から加熱ガスを吐出させながら回転駆動されている基板Ｗの表面Ｗｆに加熱ガス吐出ノズル４を対向させながら駆動して基板Ｗの回転中心位置Ｐ４１と基板Ｗの端縁位置Ｐ４２との間で移動させることで凍結膜１３の全体を融解している。このため、加熱ガスの供給部位を基板表面上の微小領域に限定しながらも、基板表面Ｗｆに形成された凍結膜１３の全体に加熱ガスを速やかに供給することができる。したがって、加熱ガスの供給量を抑制しながら、スループットを向上させることができる。
【００４９】
また、この実施形態によれば、凍結膜形成工程と融解工程とを所定回数だけ繰り返し実行した後に、液膜除去工程を実行している。このため、液膜１１が凍結した際に生じる液膜１１の体積膨張と凍結膜１３が融解した際に生じる体積収縮とが繰り返され、基板表面Ｗｆに付着するパーティクルに対して微弱な外力を繰り返し加えることができる。しかも、基板表面Ｗｆに液体を供給することなく、このような外力をパーティクルに対して繰り返し作用させることが可能となっている。このため、パターンへのダメージを抑制しながら高い除去効率で基板表面Ｗｆからパーティクルを除去することができる。さらに、凍結膜形成工程と融解工程とを所定回数だけ繰り返し実行する際に薬液等の液体を基板Ｗに供給する必要がないことからランニングコストを低減することができる。
【００５０】
＜第２実施形態＞
図７は、この発明の第２実施形態にかかる基板処理装置の動作を示す図である。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、融解工程において加熱ガスを基板Ｗに供給することなく基板表面Ｗｆに形成された凍結膜１３を融解している点である。したがって、加熱ガスを基板Ｗに供給するための構成を不要としている点を除いて、装置の構成および図５に示す処理手順は基本的に第１実施形態と同様である。
【００５１】
この第２実施形態では、未処理の基板Ｗが装置内に搬入されると（ステップＳ１）、第１実施形態と同様にして液膜形成処理および液膜の凍結処理が実行される。すなわち、回転駆動されている基板Ｗの表面Ｗｆにノズル９７からＤＩＷが供給される。そして、図７（ａ）に示すように、ＤＩＷの供給を停止した状態で基板Ｗを回転速度Ｖ１（本発明の「第１回転速度」に相当）で回転させる。これにより、ノズル９７から基板表面Ｗｆに供給されたＤＩＷの一部が振り切られ所定の厚みにコントロールされた液膜１１が基板表面Ｗｆに形成される（ステップＳ２）。このように、この実施形態では、ノズル９７が本発明の「液体供給手段」として機能する。
【００５２】
液膜形成処理が終了すると、基板Ｗを回転速度Ｖ１よりも低速の回転速度Ｖ２で回転させる。そして、第１実施形態と同様にして冷却ガス吐出ノズル３から冷却ガスを吐出させながら冷却ガス吐出ノズル３を徐々に基板Ｗの回転中心位置Ｐ３１から基板Ｗの端縁位置Ｐ３２に向けて移動させていく（図７（ｂ））。これにより、基板表面Ｗｆの表面領域のうち液膜１１が凍結した領域（凍結領域）が基板表面Ｗｆの中央部から周縁部へと広げられ、基板表面Ｗｆの全面に凍結膜（氷膜）１３が形成される（ステップＳ３；凍結膜形成工程）。
【００５３】
こうして液膜の凍結処理（凍結膜形成工程）が終了すると、基板Ｗを回転速度Ｖ１よりも低速で、かつ回転速度Ｖ２よりも高速の回転速度Ｖ３（本発明の「第２回転速度」に相当）で回転させる（図７（ｃ））。これにより、基板表面上に基板Ｗの回転に伴う気流が発生する。ここで、凍結膜１３の周囲雰囲気、つまり処理チャンバー１内の雰囲気温度は液膜１１を構成する液体（ＤＩＷ）の凝固点（氷点）より高い温度に保たれている。このため、基板Ｗの回転に伴う気流の発生により、凍結膜１３から該凍結膜１３の周囲雰囲気への冷熱の拡散が促進される。その結果、凍結膜１３を速やかに融解させることができる（ステップＳ４；融解工程）。このように、この実施形態では、凍結膜１３を融解するために加熱手段を新たに設ける必要がないので、装置構成を簡素化するとともに、装置コストの低減を図ることができる。
【００５４】
続いて、第１実施形態と同様にして凍結膜形成工程と融解工程とが所定回数だけ繰り返し実行される。これにより、液膜１１が凍結した際に生じる液膜１１の体積膨張と凍結膜１３が融解した際に生じる体積収縮とが繰り返され、基板表面Ｗｆに付着するパーティクルに微弱な外力を複数回にわたって加えることができる。その結果、基板表面Ｗｆとパーティクルとの間の付着力を十分に低下させ、さらには基板表面Ｗｆからパーティクルを脱離させることができる。また、この実施形態では、凍結膜１３と周囲雰囲気との間の熱交換を促進させることで凍結膜１３を融解していることから、融解された後の液膜１１の温度が過度に上昇するのが防止される。したがって、融解工程後、凍結膜形成工程を実行する際に融解された後の液膜１１を速やかに凍結させることができる。
【００５５】
こうして、所定回数だけ凍結膜形成工程と融解工程とが繰り返し実行されると（ステップＳ５でＹＥＳ）、基板Ｗを回転速度Ｖ４で回転させてリンス処理を実行する（ステップＳ６）。この回転速度Ｖ４は少なくとも回転速度Ｖ２よりも高速に設定される。ステップＳ６では、第１実施形態と同様にしてリンス液としてＤＩＷがそれぞれ、回転駆動されている基板Ｗの表裏面Ｗｆ，Ｗｂに供給される。これにより、融解された後の液膜１１がリンス液によって洗い流され、該液膜１１に含まれるパーティクルが基板表面Ｗｆから除去される（図７（ｄ））。その後、基板Ｗの乾燥処理が実行された後（ステップＳ７）、処理済の基板Ｗが装置外に搬出される（ステップＳ８）。
【００５６】
以上のように、この実施形態によれば、液膜１１を構成する液体の凝固点よりも高い温度を有する雰囲気中で基板Ｗを回転させている。このため、凍結膜１３を速やかに融解させることができる。このように、凍結膜１３に向けて液体を供給することなく凍結膜１３を融解しているので、基板表面Ｗｆに供給され該基板表面上で流動する液体とともに未融解の凍結膜の塊（固体）が移動するのを防止することができる。したがって、融解された後の液膜１１を基板表面Ｗｆから除去することにより、基板表面Ｗｆに形成されたパターンへのダメージを防止しながらパーティクルを基板表面Ｗｆから容易に除去することができる。しかも、基板Ｗの回転により凍結膜１３と周囲雰囲気との間の熱交換を促進させることで該凍結膜１３を融解していることから、スピンチャック２などの基板保持手段を昇温させる必要がない。このため、基板保持手段に熱履歴が発生するのを抑制して、良好な熱エネルギー効率で基板表面Ｗｆに対して洗浄処理を施すことができる。
【００５７】
また、この実施形態によれば、基板Ｗに供給された液体（ＤＩＷ）の一部を振り切って液膜１１を形成するときの基板Ｗの回転速度（回転速度Ｖ１）よりも低い回転速度（回転速度Ｖ３）で基板Ｗを回転させながら凍結膜１３を融解している。このため、基板Ｗの回転に伴う遠心力の作用によって凍結膜１３が融解された後の液膜１１が基板表面上で流動するのを抑制することができる。その結果、融解工程中に未融解の凍結膜１３の塊が生ずる場合であっても、基板表面上の液膜１１の流動を防止してパターンへのダメージを確実に防止することができる。
【００５８】
＜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、処理チャンバー１内で基板表面Ｗｆに液体（ＤＩＷ）を供給して基板表面Ｗｆに液膜１１を形成しているが、予め基板表面Ｗｆに液膜１１が形成された基板Ｗを処理チャンバー１に搬入してもよい。
【００５９】
また、上記実施形態では、凍結膜１３の融解後にリンス液としてＤＩＷを供給して液膜１１とともにパーティクルを基板表面Ｗｆから除去しているが、リンス液はＤＩＷに限定されない。例えば、炭酸水、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をリンス液として用いてもよい。さらに、融解処理後、リンス処理を実行する前にＳＣ１溶液（アンモニア水と過酸化水素水との混合水溶液）等の薬液を用いて薬液処理を実行してもよい。このような薬液を用いることで基板表面Ｗｆからパーティクルを効果的に除去することができる。すなわち、ＳＣ１溶液中の固体表面のゼータ電位（界面動電電位）は比較的大きな値を有することから、基板表面Ｗｆと該基板表面Ｗｆ上のパーティクルとの間がＳＣ１溶液で満たされることにより、基板表面Ｗｆとパーティクルとの間に大きな反発力が作用する。したがって、基板表面Ｗｆからのパーティクルの脱離をさらに容易にして基板表面Ｗｆからパーティクルを効果的に除去することができる。
【００６０】
また、上記実施形態では、融解処理を受けた基板Ｗに向けてノズルからリンス液を柱状に吐出して液膜１１とともにパーティクルを基板表面Ｗｆから除去しているが、次のようにして該液膜１１およびパーティクルを基板表面Ｗｆから除去してもよい。すなわち、気体（例えば窒素ガス）と処理液（例えばＤＩＷ）とを混合させることで生成した処理液の液滴を二流体ノズルから基板Ｗに供給することで、液膜１１およびパーティクルを基板表面Ｗｆから除去してもよい。これにより、処理液の液滴が液膜１１中のパーティクルに衝突して該パーティクルが物理的に除去される。したがって、基板表面Ｗｆからのパーティクルの除去効率を高めて基板表面Ｗｆを良好に洗浄することができる。
【００６１】
また、上記第１実施形態では、回転駆動される基板Ｗに対して冷却ガス吐出ノズル３と加熱ガス吐出ノズル４とをそれぞれ別個の駆動手段によって独立に駆動させているが、冷却ガス吐出ノズル３と加熱ガス吐出ノズル４とを連結して単一の駆動手段により一体的に移動させてもよい。これにより、駆動機構を簡素化することができる。この場合、冷却ガス吐出ノズル３から吐出される冷却ガスと加熱ガス吐出ノズル４から吐出される加熱ガスとが相互に干渉しないように、冷却ガス吐出ノズル３と加熱ガス吐出ノズル４とは互いに一定距離だけ離間して配置するのが好ましい。
【００６２】
また、上記第１実施形態では、基板Ｗを回転させながら加熱ガス吐出ノズル４を基板Ｗの回転中心位置Ｐ４１と基板Ｗの端縁位置Ｐ４２との間で移動させることで、加熱ガス吐出ノズル４を基板Ｗに対して相対移動させているが、加熱ガス吐出ノズルを基板Ｗに対して相対移動させるための構成はこれに限定されない。例えば図８に示すように、基板Ｗを回転させることなく加熱ガス吐出ノズルを基板Ｗに対して相対移動させてもよい（第３実施形態）。
【００６３】
図８はこの発明にかかる基板処理装置の第３実施形態を示す図である。ここで、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は平面図である。この装置では、基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗがスピンチャック等の基板保持手段により略水平姿勢で保持される。また、加熱ガス吐出ノズル４０（本発明の「加熱ガス吐出手段」に相当）が基板表面Ｗｆに近接しながら対向配置される。加熱ガス吐出ノズル４０は、その先端（下端）にＸ方向に延びるスリット状の吐出口４０ａを有している。加熱ガス吐出ノズル４０は加熱ガス供給部（図示せず）に接続されており、加熱ガス供給部からの加熱ガスを吐出口４０ａから帯状に基板表面Ｗｆに向けて局部的に吐出する。吐出口４０ａはＸ方向において基板表面Ｗｆの平面サイズ（基板径）と同等以上の長さを有している。
【００６４】
また、加熱ガス吐出ノズル４０はＸ方向と直交し、かつ基板表面Ｗｆに平行に延びるＹ方向に沿って移動自在に配置され、ノズル駆動機構４７の駆動により、加熱ガス吐出ノズル４０をＹ方向に沿って往復移動可能としている。この実施形態では、Ｙ方向のうち同図の左手方向（−Ｙ）（以下「移動方向」と称する）に加熱ガス吐出ノズル４０を移動させることで凍結膜１３の融解処理を実行する。このように、この実施形態では、ノズル駆動機構４７が本発明の「相対移動機構」として機能する。
【００６５】
加熱ガス吐出ノズル４０に対して移動方向の下流側（−Ｙ）には、基板表面Ｗｆに付着させた液膜１１を凍結するために冷却ガス吐出ノズル３０が基板表面Ｗｆに対向して配置されている。冷却ガス吐出ノズル３０は冷却ガス供給部（図示せず）と接続されており、冷却ガス供給部からの冷却ガスを基板表面Ｗｆに向けて吐出する。冷却ガス吐出ノズル３０は、その先端（下端）にＸ方向に延びるスリット状の吐出口３０ａを有し、Ｘ方向に沿って帯状に冷却ガスを基板表面Ｗｆに吐出する。吐出口３０ａはＸ方向において基板表面Ｗｆの平面サイズ（基板径）と同等以上の長さを有している。
【００６６】
冷却ガス吐出ノズル３０は加熱ガス吐出ノズル４０と同期して移動方向に移動可能に構成されている。すなわち、冷却ガス吐出ノズル３０と加熱ガス吐出ノズル４０とはリンク機構（図示せず）によって所定間隔だけ離れて連結されており、ノズル駆動機構４７の作動により冷却ガス吐出ノズル３０と加熱ガス吐出ノズル４０とが一体的に移動方向に移動する。その結果、後述する凍結膜形成処理と融解処理とが所定の離間距離を保ったまま実行されるため、互いの処理の安定化を図ることができる。
【００６７】
このように構成された基板処理装置では、ノズル駆動機構４７を作動させることで冷却ガス吐出ノズル３０と加熱ガス吐出ノズル４０とが一定速度で移動方向に移動されていく。また、冷却ガス吐出ノズル３０および加熱ガス吐出ノズル４０からそれぞれ、冷却ガスおよび加熱ガスを吐出させる。これにより、冷却ガス吐出ノズル３０の移動とともに、移動方向の上流側（＋Ｙ）から下流側（−Ｙ）にかけて基板表面Ｗｆに付着する液膜１１が凍結されていく。その結果、加熱ガス吐出ノズル４０に対して移動方向の下流側（−Ｙ）では基板表面Ｗｆに凍結膜１３が形成される（凍結膜形成工程）。また、凍結膜１３が形成された基板表面Ｗｆに向けてノズル３０，４０の移動に伴って加熱ガス吐出ノズル４０から加熱ガスが吐出され、凍結膜１３が融解する。その結果、基板表面Ｗｆの表面領域のうち凍結膜１３が融解された領域（融解領域）が移動方向に徐々に拡大し、凍結膜１３が全て融解する（融解工程）。
【００６８】
このように、この実施形態においても、凍結膜１３に向けて液体を供給することなく凍結膜１３を融解しているので、基板表面Ｗｆに供給され該基板表面上で流動する液体とともに未融解の凍結膜の塊（固体）が移動するのを防止することができる。したがって、融解された後の液膜１１（液体）を基板表面Ｗｆから除去することにより、基板表面Ｗｆに形成されたパターンへのダメージを防止しながらパーティクル等の汚染物質を基板表面Ｗｆから容易に除去することができる。
【００６９】
また、上記第３実施形態では、基板Ｗを静止させた状態で冷却ガス吐出ノズル３０および加熱ガス吐出ノズル４０を駆動しているが、冷却ガス吐出ノズル３０および加熱ガス吐出ノズル４０を固定配置した状態で基板Ｗを搬送させてもよい。例えば液晶表示用ガラス基板などのように角型基板の基板表面Ｗｆに対して凍結膜形成処理と融解処理とを施す場合には、図９に示すように、本発明の「相対移動機構」に相当する複数の搬送ローラ６８を搬送方向（＋Ｙ）に配置するとともに、冷却ガス吐出ノズル３０および加熱ガス吐出ノズル４０を固定配置してもよい。また、冷却ガス吐出ノズル３０と基板Ｗの双方を移動させながら凍結膜１３を形成してもよいし、加熱ガス吐出ノズル４０と基板Ｗの双方を移動させながら凍結膜１３を融解してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
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形成された液膜を凍結して凍結膜を形成した後、該凍結膜を融解し基板表面から除去することにより基板表面に対して洗浄処理を施す基板処理装置および基板処理方法に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】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２】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３】図１の基板処理装置に装備された冷却ガス吐出ノズルの動作を示す図である。
【図４】図１の基板処理装置に装備された加熱ガス吐出ノズルの動作を示す図である。
【図５】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６】図１の基板処理装置の動作を示す模式図である。
【図７】この発明の第２実施形態にかかる基板処理装置の動作を示す図である。
【図８】この発明にかかる基板処理装置の第３実施形態を示す図である。
【図９】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】
【００７２】
２…スピンチャック（基板保持手段）
３，３０…冷却ガス吐出ノズル（凍結膜形成手段）
４，４０…加熱ガス吐出ノズル（加熱ガス吐出手段）
１１…液膜
１３…凍結膜
２２…チャック回転機構（回転手段）
２７…処理液ノズル（裏面側液膜形成手段、膜除去手段）
３１…第１の回動モータ（凍結膜形成手段）
３３…第１の回動軸（凍結膜形成手段）
３５…第１のアーム（凍結膜形成手段）
４１…第２の回動モータ（駆動手段）
４７…ノズル駆動機構（相対移動機構）
６３…冷却ガス供給部（凍結膜形成手段）
９７…ノズル（液体供給手段、リンス液供給手段）
Ｐ４１…（基板の）回転中心位置
Ｐ４２…（基板の）端縁位置
Ｗ…基板
Ｗｆ…基板表面
【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）を洗浄処理する基板処理装置および基板処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置に代表されるデバイスの微細化、高機能化、高精度化に伴って基板表面に形成されたパターンを倒壊させずに基板表面に付着しているパーティクル等の微小な汚染物質を除去することが益々困難になっている。そこで、このような課題に対応すべく、次のような洗浄処理方法が提案されている。すなわち、基板表面に液膜を付着させた状態で該液膜を凍結させて凍結膜を形成する。そして、凍結膜を融解するとともに基板表面から該凍結膜を除去することにより基板表面から汚染物質を除去している。
【０００３】
このような洗浄処理方法を実行する装置として、例えば特許文献１に記載の装置が提案されている。この装置においては、基板表面に付着させた水膜を凍結させて氷膜（凍結膜）を形成している。その後、基板表面に向けて純水を噴出させている。これにより、氷膜を基板表面から剥離させて汚染物質を基板表面から除去している。
【０００４】
また、特許文献２に記載の装置においては、処理チャンバー内に基板を収容し、基板をペデスタル（台座）に保持させている。そして、基板表面に除去流体を供給し、基板表面上に該除去流体による液膜を形成している。続いて、処理チャンバー内に冷却ガスを循環させて液膜を凍結させた後、ペデスタルを加熱して凍結膜を融解させている。そして、このような液膜の凍結と凍結膜の融解とを周期的に実行することにより、基板表面と汚染物質との結合を緩ませて基板表面からの汚染物質の除去を容易にしている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３１６７３号公報（図６）
【特許文献２】特開平３−１４５１３０号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載の装置では、基板表面に形成した氷膜に液体（純水）を供給して該氷膜を基板表面から除去している。このため、次のような問題が発生することがあった。すなわち、氷膜に液体を供給して該氷膜を除去する場合には、基板表面に供給され基板表面上を流れる液体（液流）内に融解されていない氷（未融解の氷）の塊が生じてしまうことがある。つまり、氷膜の一部分を残してその周囲の氷膜が先に融解する場合があり、この場合には、氷膜の一部分が塊となって液流内を該液流の流れ方向に移動することとなる。その結果、基板表面に形成されたパターンに氷の塊（固体）が衝突してしまい、パターンにダメージを与えることがあった。
【０００７】
また、特許文献２に記載の装置では、基板に対して比較的熱容量が大きなペデスタル等の基板保持手段を介して基板表面に形成した凍結膜を間接的に加熱している。このため、基板だけでなくペデスタルについても昇温させる必要があり、付与すべき熱量が大きくなっていた。また、製造工程においては、複数枚の基板に対して洗浄処理を各基板ごとに連続して実行する必要がある。しかしながら、上記したように凍結膜の融解を行った結果、ペデスタルが昇温されてしまうと、次に液膜の凍結を実行する際にペデスタルに蓄えられている熱の影響により液膜を凍結させるまでに相応の時間を要してしまう。そこで、液膜を所望の時間内で凍結させる場合には、基板のみならずペデスタルについても十分に冷却する必要がある。このため、液膜を凍結させる際にも、付与すべき冷熱の量が大きくなっていた。特に、一枚の基板に対して液膜の凍結と凍結膜の融解とを繰り返し実行する場合には、その実行回数に応じて基板およびペデスタルに付与すべき熱または冷熱の量が増大してしまう。このように、特許文献２に記載の装置では、洗浄処理を実行する際に、ペデスタルに発生する熱履歴に起因して熱エネルギー効率が悪くなっていた。
【０００８】
この発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、基板表面へのダメージを防止しつつ、良好な熱エネルギー効率で基板表面に対して洗浄処理を施すことができる基板処理装置および基板処理方法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】
【０００９】
この発明にかかる基板処理装置の第１態様は、基板表面に形成された液膜を凍結して凍結膜を形成した後、該凍結膜を融解し基板表面から除去することにより基板表面に対して洗浄処理を施す基板処理装置であって、上記目的を達成するため、その表面に液膜が形成された基板を保持する基板保持手段と、液膜を凍結させて凍結膜を形成する凍結膜形成手段と、液膜を構成する液体の凝固点より高い温度を有する加熱ガスを凍結膜に向けて局部的に吐出する加熱ガス吐出手段と、加熱ガス吐出手段を基板表面に沿って基板に対して相対移動させる相対移動機構とを備え、加熱ガス吐出手段から加熱ガスを吐出させながら相対移動機構により加熱ガス吐出手段を基板に対して相対移動させることで基板表面に形成された凍結膜の全体を融解することを特徴としている。
【００１０】
また、この発明にかかる基板処理方法の第１態様は、上記目的を達成するため、基板表面に液膜を付着させた状態で該液膜を凍結させて凍結膜を形成する凍結膜形成工程と、液膜を構成する液体の凝固点より高い温度を有する加熱ガスを加熱ガス吐出手段から凍結膜に向けて局部的に吐出させながら加熱ガス吐出手段を基板表面に沿って基板に対して相対移動させて基板表面に形成された凍結膜を融解する融解工程と、融解された後の液膜を基板表面から除去する液膜除去工程とを備えたことを特徴としている。
【００１１】
このように構成された発明（基板処理装置および基板処理方法）の第１態様によれば、基板表面に形成された凍結膜に向けて、液膜を構成する液体の凝固点より高い温度を有する加熱ガスが加熱ガス吐出手段から局部的に吐出される。これにより、加熱ガスの供給部位に位置する凍結膜が融解される。そして、加熱ガス吐出手段から加熱ガスを吐出させながら該加熱ガス吐出手段が基板表面に沿って基板に対して相対移動される。このため、基板表面の表面領域のうち凍結膜が融解された領域（融解領域）が広げられ、基板表面に形成された凍結膜の全体を融解させることができる。このように、凍結膜に向けて液体を供給することなく凍結膜を融解しているので、基板表面に供給され該基板表面上で流動する液体とともに未融解の凍結膜の塊（固体）が移動するのを防止することができる。したがって、融解された後の液膜を基板表面から除去することにより、基板表面へのダメージを防止しながら基板表面から汚染物質を容易に除去することができる。しかも、凍結膜に加熱ガスを直接に供給して該凍結膜を融解していることから、基板保持手段を昇温させる必要がない。このため、基板保持手段に熱履歴が発生するのを抑制して、良好な熱エネルギー効率で基板表面に対して洗浄処理を施すことができる。
【００１２】
ここで、加熱ガス吐出手段を基板に対して相対移動させるための構成の一例としては、以下に示す構成のものを採用することができる。すなわち、基板保持手段に保持された基板を回転させる回転手段をさらに設けて、相対移動機構が、回転手段により回転駆動されている基板の表面に加熱ガス吐出手段を対向させながら駆動して基板の回転中心位置と基板の端縁位置との間で移動させる駆動手段を有するものを採用することができる。このような構成によれば、加熱ガスの供給部位を基板表面上の微小領域に限定しながらも、基板表面に形成された凍結膜の全体に加熱ガスを速やかに供給することができる。したがって、加熱ガスの供給量を抑制しながら、スループットを向上させることができる。
【００１３】
また、この発明にかかる基板処理装置の第２態様は、基板表面に形成された液膜を凍結して凍結膜を形成した後、該凍結膜を融解し基板表面から除去することにより基板表面に対して洗浄処理を施す基板処理装置であって、上記目的を達成するため、その表面に液膜が形成された基板を保持する基板保持手段と、液膜を凍結させて凍結膜を形成する凍結膜形成手段と、基板保持手段に保持された基板を回転させる回転手段と、液膜を構成する液体の凝固点より高い温度を有する雰囲気中で回転手段により基板を回転させることで基板表面に形成された凍結膜を融解することを特徴としている。
【００１４】
また、この発明にかかる基板処理方法の第２態様は、上記目的を達成するため、基板表面に液膜を付着させた状態で該液膜を凍結させて凍結膜を形成する凍結膜形成工程と、 液膜を構成する液体の凝固点より高い温度を有する雰囲気中で基板を回転させて基板表面に形成された凍結膜を融解する融解工程と、融解された後の液膜を基板表面から除去する液膜除去工程とを備えたことを特徴としている。
【００１５】
このように構成された発明（基板処理装置および基板処理方法）の第２態様によれば、基板表面に凍結膜が形成された状態で、液膜を構成する液体の凝固点より高い温度を有する雰囲気中で基板を回転させている。これにより、基板表面上に基板の回転に伴う気流が発生し、凍結膜から該凍結膜の周囲雰囲気、つまり液膜を構成する液体の凝固点より高い温度を有する雰囲気への冷熱の拡散が促進される。このため、凍結膜を速やかに融解させることができる。このように、凍結膜に向けて液体を供給することなく凍結膜を融解させているので、基板表面に供給され該基板表面上で流動する液体とともに未融解の凍結膜の塊が移動するのを防止することができる。したがって、融解された後の液膜を基板表面から除去することにより、基板表面へのダメージを防止しながら基板表面から汚染物質を容易に除去することができる。しかも、基板の回転により凍結膜と周囲雰囲気との間の熱交換を促進させることで該凍結膜を融解していることから、基板保持手段を昇温させる必要がない。このため、基板保持手段に熱履歴が発生するのを抑制して、良好な熱エネルギー効率で基板表面に対して洗浄処理を施すことができる。さらに、この発明によれば、凍結膜を融解するために加熱手段を新たに設ける必要がないので、装置構成を簡素化するとともに、装置コストの低減を図ることができる。
【００１６】
ここで、基板表面に液体を供給する液体供給手段をさらに設けて、回転手段により基板を第１回転速度で回転させることで液体供給手段から基板表面に供給された液体の一部を振り切って基板表面に液膜を形成する一方、第１回転速度よりも低い第２回転速度で基板を回転させることで基板表面に形成された凍結膜を融解するのが好ましい。このように凍結膜を融解することにより、基板の回転に伴う遠心力の作用によって凍結膜が融解された後の液膜が基板表面上で流動するのを抑制することができる。このため、未融解の凍結膜の塊が生ずる場合であっても、基板表面上の液膜の流動を防止して基板表面へのダメージを確実に防止することができる。
【００１７】
また、第１および第２態様にかかる基板処理装置において、基板表面にリンス液を供給して凍結膜が融解された後の液膜を基板表面から除去するリンス液供給手段をさらに備えてもよい。これにより、凍結膜が融解された後の液膜（液体）にリンス液が供給され、該液膜がリンス液とともに基板表面から除去される。したがって、基板表面にダメージを与えることなく、液膜とともに該液膜に含まれる汚染物質を基板表面から除去することができる。
【００１８】
また、第１および第２態様にかかる基板処理方法において、凍結膜形成工程と融解工程とを所定回数だけ繰り返し実行した後に、液膜除去工程を実行するようにしてもよい。この構成によれば、凍結膜形成工程の実行により液膜が凍結した際に生じる体積膨張と、融解工程の実行により凍結膜が融解した際に生じる体積収縮とが液膜除去工程前に繰り返される。これにより、基板表面と該基板表面に付着する汚染物質との間の付着力を十分に低下させ、さらには基板表面から汚染物質を脱離させることができる。したがって、融解された後の液膜を基板表面から除去（液膜除去工程を実行）することによって、基板表面にダメージを与えることなく基板表面から汚染物質を確実に除去することができる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、凍結膜に向けて液体を供給することなく凍結膜が融解される。このため、基板表面に供給され該基板表面上で流動する液体とともに未融解の凍結膜の塊が移動するのを防止することができる。したがって、融解された後の液膜を基板表面から除去することにより、基板表面へのダメージを防止しながら基板表面から汚染物質を除去することができる。また、この発明によれば、基板保持手段を昇温させることなく凍結膜を融解している。このため、基板保持手段に熱履歴が発生するのを抑制して、良好な熱エネルギー効率で基板表面に対して洗浄処理を施すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
＜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に付着しているパーティクル等の汚染物質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、微細パターンが形成された基板表面Ｗｆに対して、(1)液膜を形成し、(2)液膜を凍結させて凍結膜を形成し、(3)凍結膜を融解し、(4)融解された後の液膜を除去することで、基板表面Ｗｆに対して一連の洗浄処理（液膜形成＋液膜凍結＋凍結膜融解＋液膜除去）を施す装置である。
【００２１】
この基板処理装置は、基板Ｗに対して洗浄処理を施す処理空間をその内部に有する処理チャンバー１を備えている。処理チャンバー１内には、本発明の「基板保持手段」として機能するスピンチャック２、冷却ガス吐出ノズル３、加熱ガス吐出ノズル４（本発明の「加熱ガス吐出手段」に相当）および遮断部材９が設けられている。
【００２２】
スピンチャック２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。このスピンチャック２は、回転支軸２１がモータを含むチャック回転機構２２の回転軸に連結されており、チャック回転機構２２の駆動により回転中心Ａ０を中心に回転可能となっている。回転支軸２１の上端部には、円盤状のスピンベース２３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８（図２）からの動作指令に応じてチャック回転機構２２を駆動させることによりスピンベース２３が回転中心Ａ０を中心に回転する。このように、この実施形態では、チャック回転機構２２が本発明の「回転手段」として機能する。
【００２３】
スピンベース２３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２４が立設されている。チャックピン２４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２３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２４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２４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。そして、スピンベース２３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２４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２４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２４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２３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保持される。
【００２４】
スピンチャック２の外方には、第１の回動モータ３１が設けられている。第１の回動モータ３１には、第１の回動軸３３が接続されている。また、第１の回動軸３３には、第１のアーム３５が水平方向に延びるように連結され、第１のアーム３５の先端に冷却ガス吐出ノズル３が取り付けられている。そして、制御ユニット８からの動作指令に応じて第１の回動モータ３１が駆動されることで、第１のアーム３５を第１の回動軸３３回りに揺動させることができる。
【００２５】
図３は図１の基板処理装置に装備された冷却ガス吐出ノズルの動作を示す図である。ここで、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は平面図である。第１の回動モータ３１を駆動して第１のアーム３５を揺動させると、冷却ガス吐出ノズル３は基板表面Ｗｆに対向しながら同図（ｂ）の移動軌跡Ｔ３、つまり基板Ｗの回転中心位置Ｐ３１から基板Ｗの端縁位置Ｐ３２に向かう軌跡Ｔ３に沿って移動する。ここで、基板Ｗの回転中心位置Ｐ３１は基板表面Ｗｆの上方で、かつ基板Ｗの回転中心Ａ０上に設定されている。また、冷却ガス吐出ノズル３は基板Ｗの側方に退避した待機位置Ｐ３３に移動可能となっている。
【００２６】
冷却ガス吐出ノズル３は冷却ガス供給部６３（図２）と接続されており、制御ユニット８からの動作指令に応じて冷却ガス供給部６３から液膜を凍結させるための冷却ガスを冷却ガス吐出ノズル３に供給する。そして、制御ユニット８からの動作指令に応じて冷却ガス吐出ノズル３が基板表面Ｗｆに近接して対向配置されるとともに冷却ガス吐出ノズル３から冷却ガスが吐出されると、基板表面Ｗｆに向けて冷却ガスが局部的に供給される。したがって、冷却ガス吐出ノズル３から冷却ガスを吐出させた状態で、制御ユニット８が基板Ｗを回転させながら該冷却ガス吐出ノズル３を移動軌跡Ｔ３に沿って移動させることで、冷却ガスを基板表面Ｗｆの全面にわたって供給することができる。これにより、後述するように基板表面Ｗｆに液膜１１が形成されていると、該液膜１１の全体を凍結させて基板表面Ｗｆの全面に凍結膜１３を形成可能となっている。このように、この実施形態では、冷却ガス吐出ノズル３、第１の回動モータ３１、第１の回動軸３３、第１のアーム３５および冷却ガス供給部６３が本発明の「凍結膜形成手段」として機能する。
【００２７】
冷却ガスとしては、基板表面Ｗｆに形成された液膜１１を構成する液体の凝固点より低い温度に調整されたガス、例えば窒素ガス、酸素ガスおよび清浄なエア等を用いることができる。この実施形態では、後述するように基板表面Ｗｆに形成する液膜１１はＤＩＷ（deionized Water）で構成されることから、冷却ガスの温度をＤＩＷの凝固点（氷点）よりも低い温度に調整することができる。また、このように冷却ガスを用いた場合には次の作用効果を得ることができる。すなわち、冷媒としてガスを用いる場合、基板表面Ｗｆへのガス供給前にフィルタ等を介挿することで冷却ガスに含まれる汚染物質を容易に、高効率で除去することができる。そして、こうして清浄化された冷却ガスを用いることで液膜１１への汚染物質の混入を確実に防止することができる。
【００２８】
また、スピンチャック２の外方には、本発明の「駆動手段」として機能する第２の回動モータ４１が設けられている。第２の回動モータ４１には、第２の回動軸４３が接続され、第２の回動軸４３には、第２のアーム４５が連結されている。また、第２のアーム４５の先端に加熱ガス吐出ノズル４が取り付けられている。そして、制御ユニット８からの動作指令に応じて第２の回動モータ４１が駆動されることで、加熱ガス吐出ノズル４を第２の回動軸４３回りに揺動させることができる。
【００２９】
図４は図１の基板処理装置に装備された加熱ガス吐出ノズルの動作を示す図である。ここで、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は平面図である。第２の回動モータ４１を駆動して第２のアーム４５を揺動させると、加熱ガス吐出ノズル４は基板表面Ｗｆに対向しながら同図（ｂ）の移動軌跡Ｔ４、つまり基板Ｗの回転中心位置Ｐ４１から基板Ｗの端縁位置Ｐ４２に向かう軌跡Ｔ４に沿って移動する。ここで、基板Ｗの回転中心位置Ｐ４１は基板表面Ｗｆの上方で、かつ基板Ｗの回転中心Ａ０上に設定されている。また、加熱ガス吐出ノズル４は基板Ｗの側方に退避した待機位置Ｐ４３に移動可能となっている。このように、この実施形態では、第２の回動モータ４１が加熱ガス吐出ノズル４を基板表面Ｗｆに沿って基板Ｗに対して相対移動させる「相対移動機構」として機能する。
【００３０】
加熱ガス吐出ノズル４は加熱ガス供給部６４（図２）と接続されており、制御ユニット８からの動作指令に応じて加熱ガス供給部６４から凍結膜を融解させるための加熱ガスを加熱ガス吐出ノズル４に供給する。そして、制御ユニット８からの動作指令に応じて加熱ガス吐出ノズル４が基板表面Ｗｆに近接して対向配置されるとともに加熱ガス吐出ノズル４から加熱ガスが吐出されると、基板表面Ｗｆに向けて加熱ガスが局部的に供給される。したがって、加熱ガス吐出ノズル４から加熱ガスを吐出させた状態で、制御ユニット８が基板Ｗを回転させながら該加熱ガス吐出ノズル４を移動軌跡Ｔ４に沿って移動させることで、加熱ガスを基板表面Ｗｆの全面にわたって供給することができる。これにより、後述するように基板表面Ｗｆに形成された凍結膜１３の全体を融解させることが可能となっている。
【００３１】
加熱ガスとしては、液膜１１を構成する液体の凝固点より高い温度に調整されたガス、例えば窒素ガス、酸素ガスおよび清浄なエア等を用いることができる。この実施形態では、後述するように液膜１１はＤＩＷで構成されることから、加熱ガスの温度をＤＩＷの凝固点（氷点）よりも高い温度に調整することができる。また、このように加熱ガスを用いた場合には、冷却ガスと同様の作用効果を得ることができる。すなわち、液膜１１の凍結により形成された凍結膜を融解させるための熱源としてガスを用いる場合、基板表面Ｗｆへのガス供給前にフィルタ等を介挿することで加熱ガスに含まれる汚染物質を容易に、高効率で除去することができる。そして、こうして清浄化された加熱ガスを用いることで融解処理において基板Ｗに汚染物質が付着するのを確実に防止することができる。
【００３２】
図１に戻って説明を続ける。スピンチャック２の回転支軸２１は中空軸からなる。回転支軸２１の内部には、基板Ｗの裏面Ｗｂに処理液を供給するための処理液供給管２５が挿通されている。処理液供給管２５は、スピンチャック２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処理液を吐出する処理液ノズル２７が設けられている。処理液供給管２５は処理液供給部６１（図２）と接続されており、処理液供給部６１から処理液として薬液またはＤＩＷ等のリンス液が選択的に供給される。
【００３３】
回転支軸２１の内壁面と処理液供給管２５の外壁面の隙間は、円筒状のガス供給路２９を形成している。このガス供給路２９は乾燥ガス供給部６５（図２）と接続されており、スピンベース２３と基板裏面Ｗｂとの間に形成される空間に乾燥ガスとして窒素ガスを供給することができる。なお、この実施形態では、乾燥ガス供給部６５から乾燥ガスとして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吐出してもよい。
【００３４】
また、スピンチャック２の上方には、中心部に開口を有する円盤状の遮断部材９が設けられている。遮断部材９は、その下面（底面）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支持軸９１の下端部に略水平に取り付けられ、支持軸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。また、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。
【００３５】
遮断部材回転機構９３は、制御ユニット８からの動作指令に応じて支持軸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２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８からの動作指令に応じて、遮断部材９をスピンベース２３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８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２の上方の離間位置（図１に示す位置）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２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遮断部材９を下降させる。
【００３６】
支持軸９１は中空に仕上げられ、その内部に遮断部材９の開口に連通したガス供給路９５が挿通されている。ガス供給路９５は、乾燥ガス供給部６５と接続されており、乾燥ガス供給部６５から窒素ガスが供給される。この実施形態では、基板Ｗに対する洗浄処理後の乾燥処理時に、ガス供給路９５から遮断部材９と基板表面Ｗｆとの間に形成される空間に窒素ガスを供給する。また、ガス供給路９５の内部には、遮断部材９の開口に連通した液供給管９６が挿通されており、液供給管９６の下端にノズル９７が結合されている。液供給管９６は処理液供給部６１に接続されており、処理液供給部６１から処理液（薬液またはリンス液）が供給されることで、ノズル９７から処理液を基板表面Ｗｆに向けて吐出可能となっている。
【００３７】
次に、上記のように構成された基板処理装置における洗浄処理動作について図５および図６を参照しつつ説明する。図５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６は図１の基板処理装置の動作を示す模式図である。この装置では、未処理の基板Ｗが処理チャンバー１内に搬入されると、制御ユニット８が装置各部を制御して基板Ｗの表面Ｗｆに対して一連の洗浄処理（液膜形成＋液膜凍結＋凍結膜融解＋液膜除去）を実行する。ここで、基板表面Ｗfに微細パターンが形成されることがある。つまり、基板表面Ｗfがパターン形成面になっている。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が処理チャンバー１内に搬入され、スピンチャック２に保持される（ステップＳ１）。なお、遮断部材９は離間位置にあり、基板Ｗとの干渉を防止している。
【００３８】
スピンチャック２に未処理の基板Ｗが保持されると、遮断部材９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９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。そして、制御ユニット８はチャック回転機構２２を駆動させてスピンチャック２を回転させるとともに、ノズル９７からＤＩＷを基板表面Ｗｆに供給する。そして、基板Ｗを所定の回転速度で回転させることで基板表面に供給されたＤＩＷを基板Ｗの径方向外向きに均一に広げるとともに、その一部を基板外に振り切る。これによって、基板表面Ｗｆの全面にわたって液膜の厚みを均一にコントロールして、基板表面Ｗｆの全体に所定の厚みを有する液膜（水膜）１１が形成される（ステップＳ２）。なお、液膜形成に際して、上記のように基板表面Ｗｆに供給されたＤＩＷの一部を振り切ることは必須の要件ではない。例えば、基板Ｗの回転を停止させた状態あるいは基板Ｗを比較的低速で回転させた状態で基板ＷからＤＩＷを振り切ることなく基板表面Ｗｆに液膜を形成してもよい。
【００３９】
液膜形成処理が終了すると、制御ユニット８は遮断部材９を離間位置に配置させるとともに、冷却ガス吐出ノズル３を待機位置Ｐ３３から冷却ガス供給開始位置、つまり基板Ｗの回転中心位置Ｐ３１に移動させる。続いて、回転駆動されている基板Ｗの表面Ｗｆに向けて冷却ガス吐出ノズル３から冷却ガスを吐出させる。これにより、基板表面Ｗｆに形成された液膜１１が局部的に凍結する。そして、冷却ガスを吐出させながら冷却ガス吐出ノズル３を徐々に基板Ｗの端縁位置Ｐ３２に向けて移動させていく。これにより、図３に示すように基板表面Ｗｆの表面領域のうち液膜１１が凍結した領域（凍結領域）が基板表面Ｗｆの中央部から周縁部へと広げられる。その結果、基板表面Ｗｆの全面に凍結膜（氷膜）１３が形成される（ステップＳ３；凍結膜形成工程）。なお、冷却ガス吐出ノズル３を移動させながら基板Ｗを回転させることによって、液膜の厚み分布に偏りが生じるのを抑制しつつ、基板表面Ｗｆの全面に凍結膜１３を形成することができる。しかしながら、基板Ｗを高速回転させた場合、基板Ｗの回転によって生じる気流により、冷却ガス吐出ノズル３から吐出される冷却ガスが拡散してしまい、凍結処理の処理効率が悪くなる。このため、凍結膜形成工程時の基板Ｗの回転速度は、例えば１〜３００ｒｐｍに設定される。また、冷却ガス吐出ノズル３の移動速度、吐出ガスの温度および流量、液膜の厚みも考慮して基板Ｗの回転速度は設定される。
【００４０】
液膜の凍結処理（凍結膜形成工程）が終了すると、制御ユニット８は冷却ガス吐出ノズル３を待機位置Ｐ３３に移動させる。続いて、加熱ガス吐出ノズル４を待機位置Ｐ４３から加熱ガス供給開始位置、つまり基板Ｗの回転中心位置Ｐ４１に移動させる。続いて、回転駆動されている基板Ｗの表面Ｗｆに向けて加熱ガス吐出ノズル４から加熱ガスを吐出させる。そして、加熱ガスを吐出させながら加熱ガス吐出ノズル４を徐々に基板Ｗの端縁位置Ｐ４２に向けて移動させていく。これにより、図４に示すように基板表面Ｗｆの表面領域のうち凍結膜１３が融解した領域（融解領域）が基板表面Ｗｆの中央部から周縁部へと広げられ、基板表面Ｗｆに形成された凍結膜１３の全体が融解する（ステップＳ４；融解工程）。なお、融解処理時における基板Ｗの回転速度は、融解された後の液膜１１が基板Ｗの回転に伴う遠心力によって基板表面Ｗｆから振り切られない程度に設定される。こうして、凍結膜１３が融解されると制御ユニット８は加熱ガス吐出ノズル４を待機位置Ｐ４３に移動させる。このように、この実施形態では、凍結膜１３に向けて液体を吐出することなく凍結膜１３を融解している。このため、基板表面Ｗｆに向けて吐出された液体による流れ（液流）が基板表面上に発生することがない。したがって、凍結膜１３を融解する際に未融解の凍結膜１３の塊が生じることがあっても、その塊が液流の流れ方向に移動することがない。その結果、基板表面Ｗｆに形成されたパターンに凍結膜１３の塊が衝突することに起因してパターンが損傷するのを防止することができる。
【００４１】
上記したように凍結膜形成工程と融解工程とが実行されると、基板表面Ｗｆに付着しているパーティクルが微小距離だけ基板表面Ｗｆから離れる。具体的には、凍結膜形成工程の実行により液膜１１が凍結して体積膨張が生じる一方、融解工程の実行により凍結膜１３が融解して体積収縮が生じる。その結果、液膜１１が凍結する際に生じる体積膨張および凍結膜１３が融解する際に生じる体積収縮の各作用によって、基板表面Ｗｆに付着するパーティクルに対して微弱な外力が加えられる。これにより、基板表面Ｗｆとパーティクルとの間の付着力を低下させ、さらにはパーティクルが基板表面Ｗｆから脱離する。
【００４２】
続いて、制御ユニット８は所定回数だけ凍結膜形成工程と融解工程とが繰り返し実行されたか否かを判断する（ステップＳ５）。すなわち、被処理面である基板表面Ｗｆの表面状態あるいは除去対象であるパーティクルの粒径、種類等によっては、一回限りの凍結膜形成工程と融解工程の実行では基板表面Ｗｆとパーティクルとの間の付着力を十分に低下させることができない場合がある。つまり、後述するリンス処理によってパーティクルを基板表面Ｗｆから除去することができない場合がある。そこで、基板表面Ｗｆとパーティクルとの間の付着力を十分に低下させるために、凍結膜形成工程と融解工程とが繰り返し実行される。このような凍結膜形成工程および融解工程の繰り返し実行回数は、洗浄処理対象に応じて基板Ｗの処理内容を規定する処理レシピ等で予め規定される。このため、制御ユニット８は、処理レシピ等で規定された繰り返し実行回数だけ凍結膜形成工程と融解工程とを実行する。
【００４３】
そして、制御ユニット８は凍結膜形成工程および融解工程の実行回数が規定された回数に達していないと判断すると（ステップＳ５でＮＯ）、規定された回数に達するまで凍結膜形成工程と融解工程とを繰り返し実行する。すなわち、融解工程後には融解された後の液膜１１が残留付着している。このため、融解工程後に凍結膜形成工程を実行すると融解された後の液膜１１が凍結して凍結膜１３が形成される。続いて、融解工程を実行すると凍結膜１３が融解する。こうして、液膜１１の凍結（凍結膜１３の形成）と凍結膜１３の融解とが所定回数だけ繰り返し実行される。これにより、液膜１１が凍結した際に生じる液膜１１の体積膨張と凍結膜１３が融解した際に生じる体積収縮とが繰り返され、基板表面Ｗｆに付着するパーティクルに微弱な外力を複数回にわたって加えることができる。その結果、基板表面Ｗｆとパーティクルとの間の付着力を十分に低下させ、さらには基板表面Ｗｆからパーティクルを脱離させることができる。
【００４４】
また、この実施形態では、加熱ガスを基板Ｗの上方位置から基板表面Ｗｆに向けて吐出させていることから、凍結膜１３はその表面（露出面）を含む最上層に位置する部位（以下「最上層部位」という）から基板表面Ｗｆに隣接し最下層に位置する部位（以下「最下層部位」という）に向けて融解していく（図６（ｃ））。つまり、最上層部位から融解しはじめて最下層部位が最後に融解することになる。このため、最下層部位は最上層部位を含む他の部位に対して凍結された状態を維持し易くなっており、最下層部位が融解された状態のまま放置されるのを防止できる。その結果、最下層部位が融解された後に、基板表面Ｗｆから脱離し最下層部位に位置するパーティクルが基板表面Ｗｆに再付着するのを抑制することができる。
【００４５】
こうして、所定回数だけ凍結膜形成工程と融解工程とが繰り返し実行されると（ステップＳ５でＹＥＳ）、続いてリンス処理を実行する（ステップＳ６）。すなわち、遮断部材９を対向位置に配置させるとともに、ノズル９７および処理液ノズル２７からリンス液としてＤＩＷをそれぞれ、回転駆動されている基板Ｗの表裏面Ｗｆ，Ｗｂに供給する。これにより、融解された後の液膜１１が基板表面Ｗｆに供給されたＤＩＷによって押し流され、パーティクルが基板表面Ｗｆから除去される（液膜除去工程）。つまり、パーティクルは基板表面Ｗｆに対する付着力が低下した状態あるいは基板表面Ｗｆから脱離した状態で、融解された後の液膜１１中に含まれている。このため、基板表面に供給されたリンス液の流動によりパーティクルを基板表面Ｗｆから容易に除去することができる（図６（ｄ））。このように、この実施形態では、ノズル９７が本発明の「リンス液供給手段」として機能する。なお、この液膜除去工程では、基板Ｗの回転とともに遮断部材９を回転させるのが好ましい。これにより、遮断部材９に付着する液体成分が振り切られるとともに、遮断部材９と基板表面Ｗｆとの間に形成される空間に基板周辺からミスト状の処理液が侵入するのを防止することができる。
【００４６】
基板Ｗに対する一連の洗浄処理が完了すると、制御ユニット８はチャック回転機構２２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Ｗの乾燥処理（スピンドライ）が実行される（ステップＳ７）。さらに、この乾燥処理においては、ガス供給路９５，２９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およびスピンベース２３と基板裏面Ｗｂ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。乾燥処理後は基板Ｗの回転が停止され、処理チャンバー１から処理済の基板Ｗが搬出される（ステップＳ８）。
【００４７】
以上のように、この実施形態によれば、液膜１１を構成する液体の凝固点よりも高い温度に調整された加熱ガスを加熱ガス吐出ノズル４から基板表面Ｗｆに形成された凍結膜１３に向けて局部的に吐出している。そして、加熱ガス吐出ノズル４から加熱ガスを吐出させながら該加熱ガス吐出ノズル４を基板Ｗに対して基板表面Ｗｆに沿って移動させることで凍結膜１３の全体を融解している。このように、凍結膜１３に向けて液体を供給することなく凍結膜１３を融解しているので、基板表面Ｗｆに供給され該基板表面上で流動する液体とともに未融解の凍結膜の塊（固体）が移動するのを防止することができる。したがって、融解された後の液膜１１（液体）を基板表面Ｗｆからリンス液を用いて除去することにより、基板表面Ｗｆに形成されたパターンへのダメージを防止しながらパーティクルを基板表面Ｗｆから容易に除去することができる。しかも、凍結膜１３に加熱ガスを直接に供給して該凍結膜１３を融解していることから、スピンチャック２などの基板保持手段を昇温させる必要がない。このため、基板保持手段に熱履歴が発生するのを抑制して、良好な熱エネルギー効率で基板表面Ｗｆに対して洗浄処理を施すことができる。
【００４８】
また、この実施形態によれば、加熱ガス吐出ノズル４から加熱ガスを吐出させながら回転駆動されている基板Ｗの表面Ｗｆに加熱ガス吐出ノズル４を対向させながら駆動して基板Ｗの回転中心位置Ｐ４１と基板Ｗの端縁位置Ｐ４２との間で移動させることで凍結膜１３の全体を融解している。このため、加熱ガスの供給部位を基板表面上の微小領域に限定しながらも、基板表面Ｗｆに形成された凍結膜１３の全体に加熱ガスを速やかに供給することができる。したがって、加熱ガスの供給量を抑制しながら、スループットを向上させることができる。
【００４９】
また、この実施形態によれば、凍結膜形成工程と融解工程とを所定回数だけ繰り返し実行した後に、液膜除去工程を実行している。このため、液膜１１が凍結した際に生じる液膜１１の体積膨張と凍結膜１３が融解した際に生じる体積収縮とが繰り返され、基板表面Ｗｆに付着するパーティクルに対して微弱な外力を繰り返し加えることができる。しかも、基板表面Ｗｆに液体を供給することなく、このような外力をパーティクルに対して繰り返し作用させることが可能となっている。このため、パターンへのダメージを抑制しながら高い除去効率で基板表面Ｗｆからパーティクルを除去することができる。さらに、凍結膜形成工程と融解工程とを所定回数だけ繰り返し実行する際に薬液等の液体を基板Ｗに供給する必要がないことからランニングコストを低減することができる。
【００５０】
＜第２実施形態＞
図７は、この発明の第２実施形態にかかる基板処理装置の動作を示す図である。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、融解工程において加熱ガスを基板Ｗに供給することなく基板表面Ｗｆに形成された凍結膜１３を融解している点である。したがって、加熱ガスを基板Ｗに供給するための構成を不要としている点を除いて、装置の構成および図５に示す処理手順は基本的に第１実施形態と同様である。
【００５１】
この第２実施形態では、未処理の基板Ｗが装置内に搬入されると（ステップＳ１）、第１実施形態と同様にして液膜形成処理および液膜の凍結処理が実行される。すなわち、回転駆動されている基板Ｗの表面Ｗｆにノズル９７からＤＩＷが供給される。そして、図７（ａ）に示すように、ＤＩＷの供給を停止した状態で基板Ｗを回転速度Ｖ１（本発明の「第１回転速度」に相当）で回転させる。これにより、ノズル９７から基板表面Ｗｆに供給されたＤＩＷの一部が振り切られ所定の厚みにコントロールされた液膜１１が基板表面Ｗｆに形成される（ステップＳ２）。このように、この実施形態では、ノズル９７が本発明の「液体供給手段」として機能する。
【００５２】
液膜形成処理が終了すると、基板Ｗを回転速度Ｖ１よりも低速の回転速度Ｖ２で回転させる。そして、第１実施形態と同様にして冷却ガス吐出ノズル３から冷却ガスを吐出させながら冷却ガス吐出ノズル３を徐々に基板Ｗの回転中心位置Ｐ３１から基板Ｗの端縁位置Ｐ３２に向けて移動させていく（図７（ｂ））。これにより、基板表面Ｗｆの表面領域のうち液膜１１が凍結した領域（凍結領域）が基板表面Ｗｆの中央部から周縁部へと広げられ、基板表面Ｗｆの全面に凍結膜（氷膜）１３が形成される（ステップＳ３；凍結膜形成工程）。
【００５３】
こうして液膜の凍結処理（凍結膜形成工程）が終了すると、基板Ｗを回転速度Ｖ１よりも低速で、かつ回転速度Ｖ２よりも高速の回転速度Ｖ３（本発明の「第２回転速度」に相当）で回転させる（図７（ｃ））。これにより、基板表面上に基板Ｗの回転に伴う気流が発生する。ここで、凍結膜１３の周囲雰囲気、つまり処理チャンバー１内の雰囲気温度は液膜１１を構成する液体（ＤＩＷ）の凝固点（氷点）より高い温度に保たれている。このため、基板Ｗの回転に伴う気流の発生により、凍結膜１３から該凍結膜１３の周囲雰囲気への冷熱の拡散が促進される。その結果、凍結膜１３を速やかに融解させることができる（ステップＳ４；融解工程）。このように、この実施形態では、凍結膜１３を融解するために加熱手段を新たに設ける必要がないので、装置構成を簡素化するとともに、装置コストの低減を図ることができる。
【００５４】
続いて、第１実施形態と同様にして凍結膜形成工程と融解工程とが所定回数だけ繰り返し実行される。これにより、液膜１１が凍結した際に生じる液膜１１の体積膨張と凍結膜１３が融解した際に生じる体積収縮とが繰り返され、基板表面Ｗｆに付着するパーティクルに微弱な外力を複数回にわたって加えることができる。その結果、基板表面Ｗｆとパーティクルとの間の付着力を十分に低下させ、さらには基板表面Ｗｆからパーティクルを脱離させることができる。また、この実施形態では、凍結膜１３と周囲雰囲気との間の熱交換を促進させることで凍結膜１３を融解していることから、融解された後の液膜１１の温度が過度に上昇するのが防止される。したがって、融解工程後、凍結膜形成工程を実行する際に融解された後の液膜１１を速やかに凍結させることができる。
【００５５】
こうして、所定回数だけ凍結膜形成工程と融解工程とが繰り返し実行されると（ステップＳ５でＹＥＳ）、基板Ｗを回転速度Ｖ４で回転させてリンス処理を実行する（ステップＳ６）。この回転速度Ｖ４は少なくとも回転速度Ｖ２よりも高速に設定される。ステップＳ６では、第１実施形態と同様にしてリンス液としてＤＩＷがそれぞれ、回転駆動されている基板Ｗの表裏面Ｗｆ，Ｗｂに供給される。これにより、融解された後の液膜１１がリンス液によって洗い流され、該液膜１１に含まれるパーティクルが基板表面Ｗｆから除去される（図７（ｄ））。その後、基板Ｗの乾燥処理が実行された後（ステップＳ７）、処理済の基板Ｗが装置外に搬出される（ステップＳ８）。
【００５６】
以上のように、この実施形態によれば、液膜１１を構成する液体の凝固点よりも高い温度を有する雰囲気中で基板Ｗを回転させている。このため、凍結膜１３を速やかに融解させることができる。このように、凍結膜１３に向けて液体を供給することなく凍結膜１３を融解しているので、基板表面Ｗｆに供給され該基板表面上で流動する液体とともに未融解の凍結膜の塊（固体）が移動するのを防止することができる。したがって、融解された後の液膜１１を基板表面Ｗｆから除去することにより、基板表面Ｗｆに形成されたパターンへのダメージを防止しながらパーティクルを基板表面Ｗｆから容易に除去することができる。しかも、基板Ｗの回転により凍結膜１３と周囲雰囲気との間の熱交換を促進させることで該凍結膜１３を融解していることから、スピンチャック２などの基板保持手段を昇温させる必要がない。このため、基板保持手段に熱履歴が発生するのを抑制して、良好な熱エネルギー効率で基板表面Ｗｆに対して洗浄処理を施すことができる。
【００５７】
また、この実施形態によれば、基板Ｗに供給された液体（ＤＩＷ）の一部を振り切って液膜１１を形成するときの基板Ｗの回転速度（回転速度Ｖ１）よりも低い回転速度（回転速度Ｖ３）で基板Ｗを回転させながら凍結膜１３を融解している。このため、基板Ｗの回転に伴う遠心力の作用によって凍結膜１３が融解された後の液膜１１が基板表面上で流動するのを抑制することができる。その結果、融解工程中に未融解の凍結膜１３の塊が生ずる場合であっても、基板表面上の液膜１１の流動を防止してパターンへのダメージを確実に防止することができる。
【００５８】
＜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、処理チャンバー１内で基板表面Ｗｆに液体（ＤＩＷ）を供給して基板表面Ｗｆに液膜１１を形成しているが、予め基板表面Ｗｆに液膜１１が形成された基板Ｗを処理チャンバー１に搬入してもよい。
【００５９】
また、上記実施形態では、凍結膜１３の融解後にリンス液としてＤＩＷを供給して液膜１１とともにパーティクルを基板表面Ｗｆから除去しているが、リンス液はＤＩＷに限定されない。例えば、炭酸水、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をリンス液として用いてもよい。さらに、融解処理後、リンス処理を実行する前にＳＣ１溶液（アンモニア水と過酸化水素水との混合水溶液）等の薬液を用いて薬液処理を実行してもよい。このような薬液を用いることで基板表面Ｗｆからパーティクルを効果的に除去することができる。すなわち、ＳＣ１溶液中の固体表面のゼータ電位（界面動電電位）は比較的大きな値を有することから、基板表面Ｗｆと該基板表面Ｗｆ上のパーティクルとの間がＳＣ１溶液で満たされることにより、基板表面Ｗｆとパーティクルとの間に大きな反発力が作用する。したがって、基板表面Ｗｆからのパーティクルの脱離をさらに容易にして基板表面Ｗｆからパーティクルを効果的に除去することができる。
【００６０】
また、上記実施形態では、融解処理を受けた基板Ｗに向けてノズルからリンス液を柱状に吐出して液膜１１とともにパーティクルを基板表面Ｗｆから除去しているが、次のようにして該液膜１１およびパーティクルを基板表面Ｗｆから除去してもよい。すなわち、気体（例えば窒素ガス）と処理液（例えばＤＩＷ）とを混合させることで生成した処理液の液滴を二流体ノズルから基板Ｗに供給することで、液膜１１およびパーティクルを基板表面Ｗｆから除去してもよい。これにより、処理液の液滴が液膜１１中のパーティクルに衝突して該パーティクルが物理的に除去される。したがって、基板表面Ｗｆからのパーティクルの除去効率を高めて基板表面Ｗｆを良好に洗浄することができる。
【００６１】
また、上記第１実施形態では、回転駆動される基板Ｗに対して冷却ガス吐出ノズル３と加熱ガス吐出ノズル４とをそれぞれ別個の駆動手段によって独立に駆動させているが、冷却ガス吐出ノズル３と加熱ガス吐出ノズル４とを連結して単一の駆動手段により一体的に移動させてもよい。これにより、駆動機構を簡素化することができる。この場合、冷却ガス吐出ノズル３から吐出される冷却ガスと加熱ガス吐出ノズル４から吐出される加熱ガスとが相互に干渉しないように、冷却ガス吐出ノズル３と加熱ガス吐出ノズル４とは互いに一定距離だけ離間して配置するのが好ましい。
【００６２】
また、上記第１実施形態では、基板Ｗを回転させながら加熱ガス吐出ノズル４を基板Ｗの回転中心位置Ｐ４１と基板Ｗの端縁位置Ｐ４２との間で移動させることで、加熱ガス吐出ノズル４を基板Ｗに対して相対移動させているが、加熱ガス吐出ノズルを基板Ｗに対して相対移動させるための構成はこれに限定されない。例えば図８に示すように、基板Ｗを回転させることなく加熱ガス吐出ノズルを基板Ｗに対して相対移動させてもよい（第３実施形態）。
【００６３】
図８はこの発明にかかる基板処理装置の第３実施形態を示す図である。ここで、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は平面図である。この装置では、基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗがスピンチャック等の基板保持手段により略水平姿勢で保持される。また、加熱ガス吐出ノズル４０（本発明の「加熱ガス吐出手段」に相当）が基板表面Ｗｆに近接しながら対向配置される。加熱ガス吐出ノズル４０は、その先端（下端）にＸ方向に延びるスリット状の吐出口４０ａを有している。加熱ガス吐出ノズル４０は加熱ガス供給部（図示せず）に接続されており、加熱ガス供給部からの加熱ガスを吐出口４０ａから帯状に基板表面Ｗｆに向けて局部的に吐出する。吐出口４０ａはＸ方向において基板表面Ｗｆの平面サイズ（基板径）と同等以上の長さを有している。
【００６４】
また、加熱ガス吐出ノズル４０はＸ方向と直交し、かつ基板表面Ｗｆに平行に延びるＹ方向に沿って移動自在に配置され、ノズル駆動機構４７の駆動により、加熱ガス吐出ノズル４０をＹ方向に沿って往復移動可能としている。この実施形態では、Ｙ方向のうち同図の左手方向（−Ｙ）（以下「移動方向」と称する）に加熱ガス吐出ノズル４０を移動させることで凍結膜１３の融解処理を実行する。このように、この実施形態では、ノズル駆動機構４７が本発明の「相対移動機構」として機能する。
【００６５】
加熱ガス吐出ノズル４０に対して移動方向の下流側（−Ｙ）には、基板表面Ｗｆに付着させた液膜１１を凍結するために冷却ガス吐出ノズル３０が基板表面Ｗｆに対向して配置されている。冷却ガス吐出ノズル３０は冷却ガス供給部（図示せず）と接続されており、冷却ガス供給部からの冷却ガスを基板表面Ｗｆに向けて吐出する。冷却ガス吐出ノズル３０は、その先端（下端）にＸ方向に延びるスリット状の吐出口３０ａを有し、Ｘ方向に沿って帯状に冷却ガスを基板表面Ｗｆに吐出する。吐出口３０ａはＸ方向において基板表面Ｗｆの平面サイズ（基板径）と同等以上の長さを有している。
【００６６】
冷却ガス吐出ノズル３０は加熱ガス吐出ノズル４０と同期して移動方向に移動可能に構成されている。すなわち、冷却ガス吐出ノズル３０と加熱ガス吐出ノズル４０とはリンク機構（図示せず）によって所定間隔だけ離れて連結されており、ノズル駆動機構４７の作動により冷却ガス吐出ノズル３０と加熱ガス吐出ノズル４０とが一体的に移動方向に移動する。その結果、後述する凍結膜形成処理と融解処理とが所定の離間距離を保ったまま実行されるため、互いの処理の安定化を図ることができる。
【００６７】
このように構成された基板処理装置では、ノズル駆動機構４７を作動させることで冷却ガス吐出ノズル３０と加熱ガス吐出ノズル４０とが一定速度で移動方向に移動されていく。また、冷却ガス吐出ノズル３０および加熱ガス吐出ノズル４０からそれぞれ、冷却ガスおよび加熱ガスを吐出させる。これにより、冷却ガス吐出ノズル３０の移動とともに、移動方向の上流側（＋Ｙ）から下流側（−Ｙ）にかけて基板表面Ｗｆに付着する液膜１１が凍結されていく。その結果、加熱ガス吐出ノズル４０に対して移動方向の下流側（−Ｙ）では基板表面Ｗｆに凍結膜１３が形成される（凍結膜形成工程）。また、凍結膜１３が形成された基板表面Ｗｆに向けてノズル３０，４０の移動に伴って加熱ガス吐出ノズル４０から加熱ガスが吐出され、凍結膜１３が融解する。その結果、基板表面Ｗｆの表面領域のうち凍結膜１３が融解された領域（融解領域）が移動方向に徐々に拡大し、凍結膜１３が全て融解する（融解工程）。
【００６８】
このように、この実施形態においても、凍結膜１３に向けて液体を供給することなく凍結膜１３を融解しているので、基板表面Ｗｆに供給され該基板表面上で流動する液体とともに未融解の凍結膜の塊（固体）が移動するのを防止することができる。したがって、融解された後の液膜１１（液体）を基板表面Ｗｆから除去することにより、基板表面Ｗｆに形成されたパターンへのダメージを防止しながらパーティクル等の汚染物質を基板表面Ｗｆから容易に除去することができる。
【００６９】
また、上記第３実施形態では、基板Ｗを静止させた状態で冷却ガス吐出ノズル３０および加熱ガス吐出ノズル４０を駆動しているが、冷却ガス吐出ノズル３０および加熱ガス吐出ノズル４０を固定配置した状態で基板Ｗを搬送させてもよい。例えば液晶表示用ガラス基板などのように角型基板の基板表面Ｗｆに対して凍結膜形成処理と融解処理とを施す場合には、図９に示すように、本発明の「相対移動機構」に相当する複数の搬送ローラ６８を搬送方向（＋Ｙ）に配置するとともに、冷却ガス吐出ノズル３０および加熱ガス吐出ノズル４０を固定配置してもよい。また、冷却ガス吐出ノズル３０と基板Ｗの双方を移動させながら凍結膜１３を形成してもよいし、加熱ガス吐出ノズル４０と基板Ｗの双方を移動させながら凍結膜１３を融解してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
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形成された液膜を凍結して凍結膜を形成した後、該凍結膜を融解し基板表面から除去することにより基板表面に対して洗浄処理を施す基板処理装置および基板処理方法に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】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２】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３】図１の基板処理装置に装備された冷却ガス吐出ノズルの動作を示す図である。
【図４】図１の基板処理装置に装備された加熱ガス吐出ノズルの動作を示す図である。
【図５】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６】図１の基板処理装置の動作を示す模式図である。
【図７】この発明の第２実施形態にかかる基板処理装置の動作を示す図である。
【図８】この発明にかかる基板処理装置の第３実施形態を示す図である。
【図９】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】
【００７２】
２…スピンチャック（基板保持手段）
３，３０…冷却ガス吐出ノズル（凍結膜形成手段）
４，４０…加熱ガス吐出ノズル（加熱ガス吐出手段）
１１…液膜
１３…凍結膜
２２…チャック回転機構（回転手段）
２７…処理液ノズル（裏面側液膜形成手段、膜除去手段）
３１…第１の回動モータ（凍結膜形成手段）
３３…第１の回動軸（凍結膜形成手段）
３５…第１のアーム（凍結膜形成手段）
４１…第２の回動モータ（駆動手段）
４７…ノズル駆動機構（相対移動機構）
６３…冷却ガス供給部（凍結膜形成手段）
９７…ノズル（液体供給手段、リンス液供給手段）
Ｐ４１…（基板の）回転中心位置
Ｐ４２…（基板の）端縁位置
Ｗ…基板
Ｗｆ…基板表面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面に形成された液膜を凍結して凍結膜を形成した後、該凍結膜を融解し前記基板表面から除去することにより前記基板表面に対して洗浄処理を施す基板処理装置において、
その表面に液膜が形成された基板を保持する基板保持手段と、
前記液膜を凍結させて凍結膜を形成する凍結膜形成手段と、
前記液膜を構成する液体の凝固点より高い温度を有する加熱ガスを前記凍結膜に向けて局部的に吐出する加熱ガス吐出手段と、
前記加熱ガス吐出手段を前記基板表面に沿って前記基板に対して相対移動させる相対移動機構と
を備え、
前記加熱ガス吐出手段から前記加熱ガスを吐出させながら前記相対移動機構により前記加熱ガス吐出手段を前記基板に対して相対移動させることで前記基板表面に形成された凍結膜の全体を融解することを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記基板保持手段に保持された前記基板を回転させる回転手段をさらに備え、
前記相対移動機構は、前記回転手段により回転駆動されている前記基板の表面に前記加熱ガス吐出手段を対向させながら駆動して前記基板の回転中心位置と前記基板の端縁位置との間で移動させる駆動手段を有する請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
基板表面に形成された液膜を凍結して凍結膜を形成した後、該凍結膜を融解し前記基板表面から除去することにより前記基板表面に対して洗浄処理を施す基板処理装置において、
その表面に液膜が形成された基板を保持する基板保持手段と、
前記液膜を凍結させて凍結膜を形成する凍結膜形成手段と、
前記基板保持手段に保持された前記基板を回転させる回転手段と、
前記液膜を構成する液体の凝固点より高い温度を有する雰囲気中で前記回転手段により前記基板を回転させることで前記基板表面に形成された前記凍結膜を融解することを特徴とする基板処理装置。
【請求項４】
前記基板表面に前記液体を供給する液体供給手段をさらに備え、
前記回転手段により前記基板を第１回転速度で回転させることで前記液体供給手段から前記基板表面に供給された液体の一部を振り切って前記基板表面に前記液膜を形成する一方、
前記第１回転速度よりも低い第２回転速度で前記基板を回転させることで前記基板表面に形成された前記凍結膜を融解する請求項３記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記基板表面にリンス液を供給して前記凍結膜が融解された後の液膜を前記基板表面から除去するリンス液供給手段をさらに備える請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項６】
基板表面に液膜を付着させた状態で該液膜を凍結させて凍結膜を形成する凍結膜形成工程と、
前記液膜を構成する液体の凝固点より高い温度を有する加熱ガスを加熱ガス吐出手段から前記凍結膜に向けて局部的に吐出させながら前記加熱ガス吐出手段を前記基板表面に沿って前記基板に対して相対移動させて前記基板表面に形成された凍結膜を融解する融解工程と、
融解された後の液膜を前記基板表面から除去する液膜除去工程と
を備えたことを特徴とする基板処理方法。
【請求項７】
基板表面に液膜を付着させた状態で該液膜を凍結させて凍結膜を形成する凍結膜形成工程と、
前記液膜を構成する液体の凝固点より高い温度を有する雰囲気中で前記基板を回転させて前記基板表面に形成された前記凍結膜を融解する融解工程と、
融解された後の液膜を前記基板表面から除去する液膜除去工程と
を備えたことを特徴とする基板処理方法。
【請求項８】
前記凍結膜形成工程と前記融解工程とを所定回数だけ繰り返し実行した後に、前記液膜除去工程を実行する請求項６または７記載の基板処理方法。
【請求項１】
基板表面に形成された液膜を凍結して凍結膜を形成した後、該凍結膜を融解し前記基板表面から除去することにより前記基板表面に対して洗浄処理を施す基板処理装置において、
その表面に液膜が形成された基板を保持する基板保持手段と、
前記液膜を凍結させて凍結膜を形成する凍結膜形成手段と、
前記液膜を構成する液体の凝固点より高い温度を有する加熱ガスを前記凍結膜に向けて局部的に吐出する加熱ガス吐出手段と、
前記加熱ガス吐出手段を前記基板表面に沿って前記基板に対して相対移動させる相対移動機構と
を備え、
前記加熱ガス吐出手段から前記加熱ガスを吐出させながら前記相対移動機構により前記加熱ガス吐出手段を前記基板に対して相対移動させることで前記基板表面に形成された凍結膜の全体を融解することを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記基板保持手段に保持された前記基板を回転させる回転手段をさらに備え、
前記相対移動機構は、前記回転手段により回転駆動されている前記基板の表面に前記加熱ガス吐出手段を対向させながら駆動して前記基板の回転中心位置と前記基板の端縁位置との間で移動させる駆動手段を有する請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
基板表面に形成された液膜を凍結して凍結膜を形成した後、該凍結膜を融解し前記基板表面から除去することにより前記基板表面に対して洗浄処理を施す基板処理装置において、
その表面に液膜が形成された基板を保持する基板保持手段と、
前記液膜を凍結させて凍結膜を形成する凍結膜形成手段と、
前記基板保持手段に保持された前記基板を回転させる回転手段と、
前記液膜を構成する液体の凝固点より高い温度を有する雰囲気中で前記回転手段により前記基板を回転させることで前記基板表面に形成された前記凍結膜を融解することを特徴とする基板処理装置。
【請求項４】
前記基板表面に前記液体を供給する液体供給手段をさらに備え、
前記回転手段により前記基板を第１回転速度で回転させることで前記液体供給手段から前記基板表面に供給された液体の一部を振り切って前記基板表面に前記液膜を形成する一方、
前記第１回転速度よりも低い第２回転速度で前記基板を回転させることで前記基板表面に形成された前記凍結膜を融解する請求項３記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記基板表面にリンス液を供給して前記凍結膜が融解された後の液膜を前記基板表面から除去するリンス液供給手段をさらに備える請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項６】
基板表面に液膜を付着させた状態で該液膜を凍結させて凍結膜を形成する凍結膜形成工程と、
前記液膜を構成する液体の凝固点より高い温度を有する加熱ガスを加熱ガス吐出手段から前記凍結膜に向けて局部的に吐出させながら前記加熱ガス吐出手段を前記基板表面に沿って前記基板に対して相対移動させて前記基板表面に形成された凍結膜を融解する融解工程と、
融解された後の液膜を前記基板表面から除去する液膜除去工程と
を備えたことを特徴とする基板処理方法。
【請求項７】
基板表面に液膜を付着させた状態で該液膜を凍結させて凍結膜を形成する凍結膜形成工程と、
前記液膜を構成する液体の凝固点より高い温度を有する雰囲気中で前記基板を回転させて前記基板表面に形成された前記凍結膜を融解する融解工程と、
融解された後の液膜を前記基板表面から除去する液膜除去工程と
を備えたことを特徴とする基板処理方法。
【請求項８】
前記凍結膜形成工程と前記融解工程とを所定回数だけ繰り返し実行した後に、前記液膜除去工程を実行する請求項６または７記載の基板処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−１３０９５１（Ｐ２００８−１３０９５１Ａ）
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１６５４０（Ｐ２００６−３１６５４０）
【出願日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
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