基板処理装置および基板処理方法
【課題】基板上の液膜を短時間で凍結させる。
【解決手段】リンス液供給部６２は温度調整部６２３を備える。温度調整部６２３は、ＤＩＷを常温より低い温度に冷却する。この温度調整部６２３は、例えば１０℃以下にＤＩＷを冷却しており、さらに５℃以下に冷却する方が好ましい。なお、温度調整部６２３は、ＤＩＷを０℃以上に保っており、これによってＤＩＷが凝固しないようにしている。そして、リンス液供給管９６に供給された冷却されているＤＩＷは、リンス液吐出ノズル９７から基板の表面に向けて吐出されて液膜を形成する。また、液供給管２５を介して液吐出ノズル２７から基板の裏面に向けて冷却されたＤＩＷが吐出されて、裏面に液膜が形成される。液膜が冷却されているため、冷却ガスが基板の表面および裏面に向けて吐出されると、短時間で凍結する。
【解決手段】リンス液供給部６２は温度調整部６２３を備える。温度調整部６２３は、ＤＩＷを常温より低い温度に冷却する。この温度調整部６２３は、例えば１０℃以下にＤＩＷを冷却しており、さらに５℃以下に冷却する方が好ましい。なお、温度調整部６２３は、ＤＩＷを０℃以上に保っており、これによってＤＩＷが凝固しないようにしている。そして、リンス液供給管９６に供給された冷却されているＤＩＷは、リンス液吐出ノズル９７から基板の表面に向けて吐出されて液膜を形成する。また、液供給管２５を介して液吐出ノズル２７から基板の裏面に向けて冷却されたＤＩＷが吐出されて、裏面に液膜が形成される。液膜が冷却されているため、冷却ガスが基板の表面および裏面に向けて吐出されると、短時間で凍結する。
【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）の表面に形成された液膜を凍結させ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】
従来より、基板に対する処理のひとつとして基板表面に液膜を付着させた状態で基板を冷却することにより液膜を凍結させる技術が用いられている。特に、このような凍結技術は基板に対する洗浄処理の一環として用いられている。すなわち、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、上記した凍結技術を用いて次のようにして基板表面に付着しているパーティクルを除去している。
【０００３】
先ず、基板表面に液体を供給して基板表面に液膜を形成する。続いて、基板を冷却することにより液膜を凍結させる。これにより、パーティクルが付着している基板表面に凍結膜が生成される。そして、最後に基板表面から凍結膜を除去することにより基板表面からパーティクルを凍結膜とともに除去している。例えば特許文献１に記載の装置では、純水を基板表面に供給して液膜を形成し、その液膜を凍結するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３１６７３号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載の装置では、液膜を凍結させるまでに比較的長時間を要していた。そのため、単位時間当たりに処理可能な基板の枚数が減少してしまい、スループットが低下するという問題が生じていた。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板上の液膜を短時間で凍結させる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】
【０００７】
この発明にかかる基板処理装置は、上記目的を達成するため、冷却された液体を基板に供給して該基板上に液膜を形成する液膜形成手段と、基板上の液膜を凍結させる凍結手段とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
また、この発明にかかる基板処理方法は、上記目的を達成するため、冷却された液体を基板に供給して該基板上に液膜を形成する液膜形成工程と、基板上の液膜を凍結させる凍結工程とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
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）によれば、冷却された液体が基板に供給されて該基板上に液膜が形成され、その基板上の液膜が凍結される。ところで、発明者らが種々の実験を行ったところ、液膜の凍結に要する時間の大部分は、液膜を構成する液体の温度を凝固点付近まで低下させるのに費やされていることが明らかとなった。そこで、この発明は、基板に供給される液体を冷却している。このため、液膜の温度を凝固点付近まで低下させるのに要する時間が短縮される。したがって、液膜の凍結に要する時間を短縮することができ、基板処理のスループットを向上することができる。なお、基板に供給する液体は例えば常温より低い温度に冷却しておけばよい。
【００１０】
また、凍結手段は、液膜を構成する液体の凝固点より低い温度を有する冷却ガスを基板の表面に向けて局部的に吐出する冷却ガス吐出手段と、冷却ガス吐出手段を基板の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、冷却ガス吐出手段から冷却ガスを吐出させながら相対移動機構により冷却ガス吐出手段を基板に対して相対移動させて液膜を凍結させるとしてもよい。
【００１１】
このように構成された発明によれば、基板上に形成された液膜を構成する液体の凝固点より低い温度を有する冷却ガスが冷却ガス吐出手段から基板の表面に向けて局部的に吐出される。そして、冷却ガス吐出手段から冷却ガスを吐出させながら相対移動機構により冷却ガス吐出手段が基板の表面に沿って基板に対して相対移動されて液膜が凍結される。すなわち、相対移動に伴って基板上に形成された液膜のうち該液膜が凍結した領域が広がって、基板の全面に凍結膜が生成されることとなる。このように、冷却ガスの供給部位が基板の表面の一部領域に限定されているため、例えば基板を保持するための部材など、基板の周辺に設けられている部材の温度低下を必要最小限に止めることができる。したがって、それらの部材が劣化するのを抑制することができる。
【００１２】
また、液膜形成手段は、冷却された液体を供給する液供給管と、該液供給管内の液体を基板に向けて吐出する液吐出ノズルとを備え、凍結手段は、冷却ガス吐出手段に冷却ガスを導くガス供給管をさらに備え、液供給管の少なくとも一部とガス供給管の少なくとも一部とが近傍に並んで配設されるとしてもよい。
【００１３】
このように構成された発明によれば、冷却された液体を供給する液供給管の少なくとも一部と冷却ガスを供給するガス供給管の少なくとも一部とが近傍に並んで配設されているため、基板に供給される液体は、該液体の凝固点より低い温度を有する冷却ガスの近傍を通ることとなる。したがって、基板に供給される液体は冷却された状態に保持されるため、液膜の凍結時間をより確実に短縮することができる。ここで、冷却ガスの温度が例えば−１００℃程度の非常に低い温度であれば、その近傍を通る液体に対する冷却効果は高いものとなる。
【００１４】
また、相対移動機構は、液吐出ノズルと冷却ガス吐出手段とを一体的に基板に対して相対移動させるとすると、液吐出ノズルと冷却ガス吐出手段との距離が常に一定に保たれることから、冷却ガス吐出手段から冷却ガスが吐出されると、その冷却ガスの冷気により液吐出ノズルが冷却されることになるため、基板に供給される液体の冷却が促進されるという利点がある。
【００１５】
また、液膜形成手段は、基板に供給する液体の温度を常温より低い温度に調整する温度調整部を備えてもよい。このように構成された発明によれば、液膜を形成する液体が常温より低い温度に調整されるため、液膜の凍結に要する時間をその分だけ短縮することができる。ここで、液体は純水または脱イオン水からなり、温度調整部は液体の温度を０〜１０℃に冷却するようにしてもよい。このように構成された発明によれば、０℃以上であるため凝固することがなく、しかも１０℃以下であるため凍結時間を好適に短縮することができ、好ましい。
【００１６】
また、凍結手段により凍結された液膜を基板から除去する除去手段をさらに備えるようにすると、例えば基板上にパーティクルが付着している場合であっても、該パーティクルを基板から効果的に除去することができる。すなわち、基板上に形成された液膜を凍結させることで液膜が体積膨張し、その体積膨張によって生じる圧力がパーティクルに作用して、パーティクルと基板との間の付着力が弱められ、あるいはパーティクルが基板から脱離する。そのため、凍結した液膜を基板から除去することで、基板上からパーティクルを容易に除去することができる。
【００１７】
ここで、液膜形成手段は、基板に供給する液体中における気体の溶解量を調整する溶解量調整部をさらに備えるようにすると、液膜を形成する液体中における気体の溶解量が調整されるため、パーティクルの除去率を制御することが可能になる。すなわち、液膜を形成する液体中における気体の溶解量が増減すると、液膜が凍結したときの体積膨張の度合いが増減する。したがって、その体積膨張によって生じ、パーティクルに作用される圧力が増減する。その結果、パーティクルの除去率を制御することが可能になる。なお、一般に液体の温度が低下すると気体の溶解度が増大する。したがって、溶解量調整部による気体の溶解量調整を冷却された状態の液体に対して行うと、その調整幅が大きくなるため好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、冷却された液体を基板に供給し該基板上に液膜を形成し、この基板上の液膜を凍結しているため、液膜を構成する液体の温度を凝固点付近まで低下させるのに要する時間を短縮することができる。したがって、液膜の凍結に要する時間を短縮することができ、基板処理のスループットを向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
＜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、図２は図１の基板処理装置の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および裏面Ｗｂ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、この基板処理装置は、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂに液膜を形成し、各液膜を凍結させて凍結膜を生成し、それらの凍結膜を基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂから除去することにより、基板Ｗに対して洗浄処理を施す装置である。
【００２０】
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と、装置全体を制御する制御ユニット４とを備えている。この処理チャンバー１内には、スピンチャック２と冷却ガス吐出ノズル３と遮断部材９とが設けられている。スピンチャック２は、基板Ｗの表面Ｗｆを上方に向けて略水平姿勢に保持した状態で、基板Ｗを回転させるものである。冷却ガス吐出ノズル３は、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに向けて液膜を凍結させるための冷却ガスを吐出するものである。遮断部材９は、スピンチャック２の上方に、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに対向して配置されている。
【００２１】
上記スピンチャック２の中心軸２１の上端部には、円板状のスピンベース２３がネジなどの締結部品によって固定されている。この中心軸２１は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いる。そして、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２２が駆動されると、中心軸２１に固定されたスピンベース２３が回転中心Ａ０を中心に回転する。
【００２２】
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。各チャックピン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。
【００２３】
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、各チャックピン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、各チャックピン２４を押圧状態とする。各チャックピン２４を押圧状態とすると、各チャックピン２４は基板Ｗの周縁部を把持して、基板Ｗがスピンベース２３から所定間隔を隔てて略水平姿勢に保持されることとなる。これにより、基板Ｗは、その表面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。なお、この実施形態では、基板Ｗの表面Ｗｆに微細パターンが形成されており、表面Ｗｆがパターン形成面となっている。
【００２４】
上記遮断部材９は、中心部に開口を有する円板状に形成されている。遮断部材９の下面は、基板Ｗの表面Ｗｆと略平行に対向する基板対向面となっており、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ている。この支持軸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とが接続されている。
【００２５】
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、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、制御ユニット４は、遮断部材回転機構９３の動作を制御して、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。
【００２６】
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２３に近接させたり、逆に離間させる。具体的には、制御ユニット４は、遮断部材昇降機構９４の動作を制御して、基板処理装置に対して基板Ｗを搬入出させる際には、遮断部材９をスピンチャック２の上方の離間位置（図１に示す位置）に上昇させる一方、基板Ｗに対して所定の処理を施す際には、遮断部材９をスピンチャック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下降させる。
【００２７】
支持軸９１は中空になっており、その内部に、遮断部材９の開口に延設されるガス供給管９５が挿通されている。このガス供給管９５は乾燥ガス供給部６５に接続されている。この乾燥ガス供給部６５は、窒素ガスを供給するもので、基板Ｗに対する洗浄処理後の乾燥処理時に、遮断部材９と基板Ｗの表面Ｗｆとの間に形成される空間に向けてガス供給管９５から窒素ガスを供給する。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供給するようにしてもよい。
【００２８】
ガス供給管９５の内部には、リンス液供給管９６が挿通されている。このリンス液供給管９６の下方端部は遮断部材９の開口に延設されるとともに、その先端にリンス液吐出ノズル９７が設けられている。一方、リンス液供給管９６の上方端部は、リンス液供給部６２に接続されている。このリンス液供給部６２は、リンス液を供給するものである。そして、リンス液としては、この実施形態では例えば、脱イオン水（deionized
water、以下「ＤＩＷ」という）が用いられている。
【００２９】
図３はリンス液供給部の構成を示す模式図である。タンク６２１はＤＩＷを貯留するもので、バルブＶ１が介装されている供給管６２Ａを介して、例えば工場内に既設のＤＩＷ供給源（図示省略）に接続されている。供給管６２Ｂは、ＤＩＷをタンク６２１から外部に供給するためのもので、ポンプ６２２および温度調整部６２３が介装されている。供給管６２Ｂの下端はタンク６２１に貯留されているＤＩＷに達するように設けられ、上端は供給管６２Ｃ，６２Ｄに分岐している。供給管６２ＣにはバルブＶ２が介装され、その下端はタンク６２１の内部に達するように設けられている。また、供給管６２Ｄは、上記リンス液供給管９６および後述する液供給管２５に接続されており、供給管６２Ｄには、フィルタＦ１およびバルブＶ３が介装されている。温度調整部６２３は、ＤＩＷを常温より低い温度に冷却するものである。この温度調整部６２３は、この実施形態では例えば１０℃以下にＤＩＷを冷却しており、さらに５℃以下に冷却する方が好ましい。なお、温度調整部６２３は、ＤＩＷを０℃以上に保っており、これによってＤＩＷが凝固しないようにしている。
【００３０】
このような構成において、各バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３が閉じられた状態から、バルブＶ１が開かれると、ＤＩＷ供給源からタンク６２１に常温のＤＩＷが供給される。また、バルブＶ３が閉じられた状態でバルブＶ２が開かれ、ポンプ６２２および温度調整部６２３が作動すると、ＤＩＷは、タンク６２１および供給管６２Ｂ，６２Ｃを循環しつつ、温度調整部６２３により冷却される。そして、バルブＶ２が閉じられるとともにバルブＶ３が開かれると、冷却されたＤＩＷが、フィルタＦ１で濾過された後、リンス液供給管９６および液供給管２５に向けて供給される。リンス液供給管９６に供給された冷却されているＤＩＷは、リンス液吐出ノズル９７から基板Ｗの表面Ｗｆに向けて吐出されて、表面Ｗｆに液膜１１ｆ（図５）を形成する。
【００３１】
図１に戻って、説明を続ける。スピンチャック２の中心軸２１は円筒状の空洞を有する中空になっており、中心軸２１の内部には、基板Ｗの裏面Ｗｂに液体を供給するための円筒状の液供給管２５が挿通されている。液供給管２５は、スピンチャック２に保持された基板Ｗの下面側である裏面Ｗｂに近接する位置まで延びており、その先端に基板Ｗの下面の中央部に向けて液体を吐出する液吐出ノズル２７が設けられている。液供給管２５は、上記リンス液供給部６２に接続されている。そして、リンス液供給部６２から冷却されたＤＩＷが供給されると、液供給管２５を介して液吐出ノズル２７から基板Ｗの裏面Ｗｂに向けて冷却されたＤＩＷが吐出されて、裏面Ｗｂに液膜１１ｂ（図５）が形成される。このように、この実施形態では、リンス液供給部６２、リンス液供給管９６、リンス液吐出ノズル９７、液供給管２５および液吐出ノズル２７が、本発明の「液膜形成手段」に相当する。
【００３２】
中心軸２１の内壁面と液供給管２５の外壁面との隙間は、横断面リング状のガス供給路２９になっている。このガス供給路２９は上記乾燥ガス供給部６５に接続されており、乾燥ガス供給部６５からガス供給路２９を介してスピンベース２３と基板Ｗの裏面Ｗｂとの間に形成される空間に窒素ガスが供給される。
【００３３】
スピンチャック２の周方向外側には、回動モータ３１が設けられている。この回動モータ３１には回動軸３３が接続され、この回動軸３３にはアーム３５が水平方向に延びるように接続されており、このアーム３５の先端に上記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４からの動作指令に応じて回動モータ３１が駆動されると、アーム３５が回動軸３３回りに揺動することとなる。
【００３４】
図４は冷却ガス吐出ノズルの動きを示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。制御ユニット４からの動作指令に基づき回動モータ３１が駆動されてアーム３５が揺動すると、冷却ガス吐出ノズル３は、基板Ｗの表面Ｗｆに対向した状態で、図４（ｂ）に示すように、移動軌跡Ｔに沿って移動する。この移動軌跡Ｔは、回転中心位置Ｐｃから端縁位置Ｐｅに向かう軌跡である。ここで、回転中心位置Ｐｃは基板Ｗの上方で、かつ基板Ｗの回転中心Ａ０の上に位置し、端縁位置Ｐｅは基板Ｗの外周端の上方に位置する。すなわち、回動モータ３１は、冷却ガス吐出ノズル３を基板Ｗの表面Ｗｆに沿って基板Ｗに対して相対移動させる。また、冷却ガス吐出ノズル３は、移動軌跡Ｔの延長線上であって基板Ｗの対向位置から側方に退避した待機位置Ｐｓに移動可能となっている。
【００３５】
冷却ガス吐出ノズル３は冷却ガス供給部６４に接続されている。この冷却ガス供給部６４は、制御ユニット４からの動作指令に応じて冷却ガスを冷却ガス吐出ノズル３に供給するものである。冷却ガス吐出ノズル３が基板Ｗの表面Ｗｆの対向位置に配置され、冷却ガス供給部６４から冷却ガスが冷却ガス吐出ノズル３に供給されると、冷却ガス吐出ノズル３から基板Ｗの表面Ｗｆに向けて局部的に冷却ガスが吐出される。そして、制御ユニット４からの動作指令に応じて、冷却ガス吐出ノズル３から冷却ガスが吐出している状態で、スピンチャック２が基板Ｗを回転させながら、回動モータ３１が冷却ガス吐出ノズル３を移動軌跡Ｔに沿って移動させると、冷却ガスが基板Ｗの表面Ｗｆの全体にわたって供給されることとなる。
【００３６】
したがって、リンス液吐出ノズル９７からのＤＩＷ吐出により基板Ｗの表面Ｗｆに形成されている液膜１１ｆの全体が凍結し、基板Ｗの表面Ｗｆの全面に凍結膜１３ｆが生成される。このとき、基板Ｗの表面Ｗｆ側に供給された冷却ガスが有する冷熱が基板Ｗを介して裏面Ｗｂの液膜１１ｂに伝導する。特に基板Ｗがシリコンで形成されている場合には、比較的熱伝導率が大きいため、基板Ｗを介して冷熱が裏面Ｗｂの液膜１１ｂに効率良く伝導する。これにより、基板Ｗの裏面Ｗｂのうち液膜１１ｂが凍結した領域が、基板Ｗの表面Ｗｆの凍結領域と同時に広げられることとなる。
【００３７】
基板Ｗの表面Ｗｆからの冷却ガス吐出ノズル３の高さは、冷却ガスの供給量によっても異なるが、例えば５０ｍｍ以下、好ましくは数ｍｍ程度に設定される。このような基板Ｗの表面Ｗｆからの冷却ガス吐出ノズル３の高さおよび冷却ガスの供給量は、(1)冷却ガスが有する冷熱を液膜１１ｆに効率的に付与する観点、(2)冷却ガスにより液膜１１ｆの液面が乱れることがないように液膜１１ｆを安定して凍結する観点などから実験的に定められる。
【００３８】
冷却ガスは、基板Ｗの表面Ｗｆに形成された液膜１１ｆを構成する液体の凝固点、すなわちこの実施形態ではＤＩＷの凝固点より低い温度を有する。この冷却ガスは、例えば、タンクに貯留されている液体窒素内を通るパイプに窒素ガスを流すことにより生成され、この実施形態では例えば−１００℃に冷却されている。なお、窒素ガスに代えて、酸素ガスや清浄なエア等を用いてもよい。このように冷却ガスを用いているため、基板Ｗの表面Ｗｆへのガス供給前にフィルタ等を通すことによって、冷却ガスに含まれる汚染物質を容易に除去することができ、液膜１１ｆを凍結させる際に基板Ｗの表面Ｗｆが汚染されるのを防止できる。このように、この実施形態では、冷却ガス吐出ノズル３が本発明の「冷却ガス吐出手段」に相当し、回動モータ３１が本発明の「相対移動機構」に相当する。
【００３９】
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、図６を参照しつつ説明する。図５は基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂに対する処理を示す図で、（ａ）は液膜形成処理を示し、（ｂ）は液膜凍結処理を示し、（ｃ）は凍結膜除去処理を示している。また、図６は図１の基板処理装置の動作手順を示すフローチャートである。この装置では、未処理の基板Ｗが装置内に搬入されると、制御ユニット４が装置各部を制御して該基板Ｗに対して一連の洗浄処理、すなわち液膜形成処理、液膜凍結処理および凍結膜除去処理が実行される。まず、基板Ｗの表面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）。このとき、遮断部材９は離間位置にあり、基板Ｗと干渉しないようにしている。
【００４０】
スピンチャック２が未処理の基板Ｗを保持すると、遮断部材９が対向位置まで下降し、基板Ｗの表面Ｗｆに近接した位置に位置決めされる。これにより、基板Ｗの表面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４は、チャック回転機構２２を作動してスピンチャック２を回転させるとともに、リンス液供給部６２を作動してリンス液吐出ノズル９７および液吐出ノズル２７から冷却されたＤＩＷをそれぞれ吐出させて、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂに冷却されたＤＩＷをそれぞれ供給する。基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂに供給されたＤＩＷには、基板Ｗの回転に伴う遠心力が作用し、基板Ｗの径方向外向きに均一に広げられ、その一部が基板外に振り切られる。これによって、図５（ａ）に示すように、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂの全面にわたって液膜の厚みがそれぞれ均一にされ、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂの全体に、それぞれ所定の厚みを有する液膜１１ｆ，１１ｂが形成される（ステップＳ２）。ここで、制御ユニット４は、スピンチャック２の回転数を調整することにより、所望の厚さの液膜１１ｆ，１１ｂを形成することができる。
【００４１】
なお、この液膜形成処理において、上記のように基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂ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Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂに液膜を形成してもよい。
【００４２】
こうして、液膜形成処理が終了すると、制御ユニット４は遮断部材９を離間位置に配置するとともに、冷却ガス吐出ノズル３を待機位置Ｐｓから回転中心位置Ｐｃに移動させる。そして、回転する基板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Ｐｅに向けて移動させていく。これによって、図５（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面Ｗｆのうち液膜１１ｆが凍結した領域が基板Ｗの表面Ｗｆの中央部から周縁部へと広げられるとともに、裏面Ｗｂのうち液膜１１ｂが凍結した領域が基板Ｗの裏面Ｗｂの中央部から周縁部へと広げられ、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂの全体に凍結膜１３ｆ，１３ｂが生成される（ステップＳ３）。ここで、液膜１１ｂ，１１ｆを構成するＤＩＷが、温度調整部６２３によって常温より低い温度に冷却されているため、凍結膜１３ｆ，１３ｂを短時間で生成することができる。
【００４３】
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Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂの全面に凍結膜１３ｆ，１３ｂを生成させることができる。しかし、基板Ｗをあまりに高速で回転させると、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、液膜の凍結の効率が低下する可能性がある。このため、液膜凍結処理を実行するときの基板Ｗの回転速度は、この実施形態では例えば１〜３００ｒｐｍに設定されている。さらに、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の回転速度を設定するようにすると、より好ましい。
【００４４】
このようにして液膜凍結処理を実行すると、基板Ｗの表面Ｗｆとパーティクルの間に入り込んだ液体の凝固により体積膨張が生じる。例えば、０℃の純水が０℃の氷になると、その体積はおよそ１．１倍に増加する。そして、この体積増加によって生じる圧力がパーティクルに作用し、パーティクルが微小距離だけ基板Ｗの表面Ｗｆから離れる。その結果、基板Ｗの表面Ｗｆとパーティクルとの間の付着力が低減し、さらにはパーティクルが基板Ｗの表面Ｗｆから脱離することとなる。このとき、基板Ｗの表面Ｗｆに微細パターンが形成されている場合であっても、体積膨張によってパターンに加わる圧力はあらゆる方向に等しいため、互いに相殺されることになる。その結果、パターンが剥離したり倒壊するなどのダメージを基板Ｗに与えることなく、パーティクルを好適に基板Ｗの表面Ｗｆから除去することができる。
【００４５】
また、この実施形態では、基板Ｗの裏面Ｗｂにも液膜１１ｂを形成し、その液膜１１ｂを凍結して凍結膜１３ｂを生成しているため、基板Ｗの裏面Ｗｂについても、基板Ｗの表面Ｗｆと同様に、基板Ｗとパーティクルとの間の付着力を弱めることができ、パーティクルを好適に基板Ｗの裏面Ｗｂから除去することができる。
【００４６】
液膜の凍結が完了すると、制御ユニット４は冷却ガス吐出ノズル３を待機位置Ｐｓに移動させるとともに遮断部材９を対向位置に配置させる。そして、凍結膜１３ｆ，１３ｂが融解しないうちにリンス液吐出ノズル９７および液吐出ノズル２７からＤＩＷを基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂにそれぞれ供給する。このとき、制御ユニット４は温度調整部６２３の動作を停止しており、基板Ｗには常温のＤＩＷが供給される。これによって、図５（ｃ）に示すように、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂの凍結膜がそれぞれ融解する。また、凍結膜１３ｆ，１３ｂと、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂに供給されたＤＩＷとに、基板Ｗの回転による遠心力が作用する。その結果、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂからパーティクルを含む凍結膜１３ｆ，１３ｂが除去され、基板外に排出される（ステップＳ４）。
【００４７】
なお、この凍結膜除去処理では、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Ｗの表面Ｗｆとの間に形成される空間に基板周辺からミスト状の液体が侵入するのを防止することができる。このように、この実施形態では、リンス液供給部６２、リンス液供給管９６、リンス液吐出ノズル９７、液供給管２５および液吐出ノズル２７が、本発明の「除去手段」に相当する。
【００４８】
こうして、凍結膜除去処理が終了すると、基板Ｗの洗浄処理、すなわち液膜形成処理、液膜凍結処理および凍結膜除去処理が完了したか否かが判断される（ステップＳ５）。そして、完了したと判断されると（ステップＳ５でＹＥＳ）、続いて基板Ｗの乾燥処理が実行される（ステップＳ６）。一方、洗浄処理が完了していないと判断されると（ステップＳ５でＮＯ）、ステップＳ２に戻って冷却されたＤＩＷが供給されて液膜が形成され、以下、ステップＳ２〜Ｓ４が繰り返し実行される。すなわち、被処理面である基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂ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、種類によっては、一度の洗浄処理では基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂから十分にパーティクルを除去しきれない場合があり、このような場合には、完了していないと判断される。こうして、液膜形成処理、液膜凍結処理および凍結膜除去処理が所定回数だけ繰り返し実行されることにより、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂからパーティクルが除去されていく。なお、このような繰り返し実行回数を予め処理レシピとして規定しておき、適宜選択した処理レシピで規定される実行回数だけ洗浄処理を繰り返すようにしてもよい。
【００４９】
ステップＳ６では、制御ユニット４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を高速回転させて、基板Ｗの乾燥処理を実行する。さらに、この乾燥処理においては、乾燥ガス供給部６５からガス供給管９５，２９を介して窒素ガスが供給されて、遮断部材９と基板Ｗの表面Ｗｆとの間に挟まれた空間およびスピンベース２３と基板Ｗの裏面Ｗｂとの間に挟まれた空間が窒素ガス雰囲気とされる。これによって、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Ｓ７）。このように、この実施形態では、ステップＳ２が本発明の「液膜形成工程」に相当し、ステップＳ３が本発明の「凍結工程」に相当する。
【００５０】
以上のように、この実施形態によれば、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂに液膜１１ｆ，１１ｂを形成するために基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂに供給するＤＩＷを温度調整部６２３により常温より低い温度に冷却しているため、凍結膜１３ｆ，１３ｂを生成するのに要する時間を短縮することができる。すなわち、上述したように、液膜の凍結に要する時間の大部分は、液膜を構成する液体の温度を凝固点付近まで低下させるのに費やされている。そこで、この実施形態では、基板Ｗに供給されるＤＩＷを予め冷却している。したがって、液膜１１ｆ，１１ｂの温度を凝固点付近まで低下させるのに要する時間が短縮されるため、液膜の凍結に要する時間を短縮することができる。その結果、洗浄処理に要する時間を短縮でき、基板処理のスループットを向上することができる。
【００５１】
また、この実施形態によれば、基板Ｗの表面Ｗｆから凍結膜１３ｆを除去するとともに基板Ｗの裏面Ｗｂから凍結膜１３ｂを除去している。このため、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂに付着しているパーティクルを効果的に除去できる。これにより、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂの全体を良好に洗浄できる。しかも、表面Ｗｆ側の液膜１１ｆの凍結と同時に裏面Ｗｂ側の液膜１１ｂを凍結しているので、スループットを低下させることなく、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂを洗浄できる。すなわち、基板Ｗの反転等を行うことなく、基板Ｗの表面Ｗｆのみならず、基板Ｗの裏面Ｗｂに対しても洗浄処理を施すことができるため、基板Ｗの表面Ｗｆ側の洗浄処理に要する処理時間とほぼ同等の処理時間で基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂを洗浄できる。
【００５２】
また、この実施形態によれば、基板Ｗの表面Ｗｆに形成された液膜１１ｆを構成する液体の凝固点よりも低い温度を有する冷却ガスを冷却ガス吐出ノズル３から基板Ｗの表面Ｗｆに向けて局部的に吐出している。そして、基板Ｗを回転させながら冷却ガス吐出ノズル３を基板Ｗの回転中心位置Ｐｃと基板Ｗの端縁位置Ｐｅとの間で移動させて、基板Ｗの表面Ｗｆの全面に凍結膜１３ｆを生成している。このため、冷却ガスの供給部位が基板Ｗの表面Ｗｆ上の微小領域に限定されることとなり、スピンチャック２などの基板周辺部材の温度低下を最小限に止めることができる。したがって、基板周辺部材が劣化するのを抑制しながら基板Ｗの表面Ｗｆの全面に凍結膜１３ｆを生成することができる。その結果、基板周辺部材を耐冷熱性の確保が困難な、耐薬品性を備えた樹脂材料で形成しても、冷熱による基板周辺部材の材質劣化を抑制できる。
【００５３】
また、この実施形態によれば、液膜形成処理と液膜凍結処理と凍結膜除去処理とを同一の処理チャンバー１内で所定回数だけ繰り返し実行可能となっている。したがって、液膜凍結処理と凍結膜除去処理とを１回だけ実行するのみでは基板Ｗの表面Ｗｆから除去しきれないパーティクルについても確実に基板Ｗの表面Ｗｆから除去できる。
【００５４】
また、この実施形態によれば、凍結膜が融解しないうちに凍結膜除去処理を実行開始している。このため、液膜凍結処理において基板Ｗの表面Ｗｆから脱離したパーティクルが、凍結膜の融解とともに基板Ｗの表面Ｗｆに再付着するのを回避できる。その結果、凍結膜除去処理の実行により凍結膜とともにパーティクルを基板Ｗの表面Ｗｆから効率良く除去することができ、パーティクル除去率を向上させる点で有利となっている。
【００５５】
＜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実施形態の制御構成を示すブロック図、図８は第２実施形態のリンス液供給部の構成を示す模式図、図９は脱気溶解モジュールの構成を示す模式図である。この第２実施形態は、基板Ｗの表面Ｗｆのみに凍結膜を生成している点と、リンス液供給部６２に代えてリンス液供給部６２０を備えている点とで、第１実施形態と大きく相違している。なお、第２実施形態の処理チャンバーの構成は図１に示す処理チャンバー１と同様であり、以下では、第１実施形態と同一物には同一符号を付している。また、第２実施形態の動作は、基板Ｗの表面Ｗｆのみに凍結膜を生成している点を除いて、第１実施形態と全く同様に行われる。
【００５６】
第２実施形態のリンス液供給部６２０は、バルブＶ３に代えて、リンス液供給管９６および液供給管２５にそれぞれバルブＶ３１，Ｖ３２が介装されている点と、脱気溶解モジュール６２４が供給管６２Ｂに介装されている点とで、第１実施形態のリンス液供給部６２と相違している。リンス液供給管９６および液供給管２５にそれぞれバルブＶ３１，Ｖ３２が介装されているため、液膜形成の際に、リンス液吐出ノズル９７のみにＤＩＷを供給可能になっている。
【００５７】
脱気溶解モジュール６２４は、ＤＩＷ中の気体の溶解量を調整するもので、二重管構造になっている。すなわち、例えば円筒状の中空の管体６２５の内部に、例えば円筒状の中空の管体６２６が配置されている。管体６２６は、気体分子のみを通過させ、液体の通過を阻止する材質で形成されている。そして、管体６２５の内周面と管体６２６の外周面との間に形成される流路６２７は供給管６２Ｂに接続されている。また、管体６２６の内部に形成される流路６２８の一端は閉じられ、他端は分岐して供給管６２Ｅ，６２Ｆに接続されている。供給管６２Ｅの先端はタンク６２９に接続され、このタンク６２９と分岐点との間にポンプ６３０およびバルブＶ４が介装されている。タンク６２９には、この実施形態では例えば窒素ガスが貯留されている。また、供給管６２ＦにはバルブＶ５が介装され、先端は外気に開放されてドレン管となっている。
【００５８】
そして、制御ユニット４からの動作指令に応じて、バルブＶ４が開かれ、バルブＶ５が閉じられた状態でポンプ６３０が作動すると、流路６２８内の圧力が増大する。これによって、流路６２８内の窒素ガスが管体６２６を通って流路６２７に流出し、ＤＩＷ中の窒素ガスの溶解量が増大する。一方、制御ユニット４からの動作指令に応じて、バルブＶ５が開かれ、バルブＶ４が閉じられた状態でポンプ６３０の動作が停止すると、流路６２８内の圧力が低減する。これによって、ＤＩＷ中の窒素ガスが管体６２６を通って流路６２８に戻り、ＤＩＷ中の窒素ガスの溶解量が低下する。このように、この実施形態では、脱気溶解モジュール６２４が本発明の「溶解量調整部」に相当する。
【００５９】
以上のように、この実施形態によれば、液膜１１ｆを構成するＤＩＷに溶解する窒素ガスの溶解量を脱気溶解モジュール６２４により調整しているため、液膜１１ｆを凍結したときの体積増加率を調整することができる。すなわち、液体を凍結したときの体積増加率は、その液体に溶解している気体の溶解量と正の相関を有することが知られている。そして、体積増加率が増減すると、体積増加によって生じパーティクルに作用する圧力が増減する。その結果、パーティクルの除去率が増減し、基板Ｗへのダメージ発生の可能性も増減することとなる。したがって、この実施形態によれば、ＤＩＷに溶解する窒素ガスの溶解量を脱気溶解モジュール６２４により調整することによって、パーティクルの除去率や基板Ｗへのダメージ発生の可能性を調整することができる。すなわち、基板Ｗに対して直前に実行された基板処理の種類や、パーティクルの粒径、種類などに応じて、パーティクル除去を優先したい場合には、脱気溶解モジュール６２４によりＤＩＷに溶解する窒素ガスの溶解量を増大することによって、パーティクルの除去率を増大できる。一方、基板Ｗへのダメージ発生の阻止を優先したい場合には、脱気溶解モジュール６２４によりＤＩＷに溶解する窒素ガスの溶解量を低減すればよい。
【００６０】
また、この実施形態によれば、温度調整部６２３によりＤＩＷの温度を常温より低い温度に冷却しているため、上記した液膜１１ｆを凍結したときの体積増加率の調整幅を増大することができる。すなわち、図１０に示すように、液体に溶解する気体の溶解度は、液体の温度が低下するにしたがって増大することが知られている。図１０は純水に対する空気、酸素および窒素の溶解度と温度の関係を示す図である。ＤＩＷの場合も純水の場合とほぼ同様と考えると、ＤＩＷが常温Ｔ１の場合には、溶解量Ｕは、０≦Ｕ≦Ｕ１の範囲内で調整できる。これに対して、この実施形態のようにＤＩＷが常温Ｔ１より低い温度Ｔ２に冷却されている場合には、溶解量Ｕは、０≦Ｕ≦Ｕ２の範囲内で調整できる。すなわち、Ｕ１＜Ｕ２であり、溶解量Ｕの調整幅が増大し、その結果、液膜１１ｆを凍結したときの体積増加率の調整幅も増大することとなる。したがって、この実施形態によれば、上記したパーティクルの除去率や基板Ｗへのダメージ発生の可能性の調整を行う際に、その調整幅を増大することができるという利点がある。
【００６１】
＜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。例えば上記第１、第２実施形態では、遮断部材９の下面に設けられたリンス液吐出ノズル９７から吐出されるＤＩＷにより、基板Ｗの表面Ｗｆに液膜１１ｆを形成しているが、これに限られない。図１１はリンス液吐出の変形形態を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ矢視図である。
【００６２】
図１１の変形形態では、アーム３５の先端に吐出部３０が設けられており、アーム３５から吐出部３０までの上面に供給チューブ６０Ｐが配設されている。この供給チューブ６０Ｐの内部には、リンス液供給部６２に連通する液供給管６２Ｐと、冷却ガス供給部６４に連通するガス供給管６４Ｐとが設けられている。すなわち、液供給管６２Ｐとガス供給管６４Ｐとが近傍に並んで配設されている。そして、冷却ガスは、吐出部３０に穿設され、ガス供給管６４Ｐに連通するガス吐出口３Ａから吐出し、ＤＩＷは、冷却ガス吐出ノズル３のガス吐出口３Ａの近傍に穿設され、液供給管６２Ｐに連通する液吐出口３Ｂから吐出するように構成されている。
【００６３】
この変形形態によれば、例えば−１００℃という非常に低温の冷却ガスが流れるガス供給管６４Ｐの近傍に、ＤＩＷが流れる液供給管６２Ｐが配設されているため、冷却ガスからの冷熱による影響を受けることによって、温度調整部６２３により常温より低い温度に冷却されたＤＩＷの温度が上昇してしまうのを防止できるという利点がある。また、冷却ガスが吐出されるガス吐出口３Ａの近傍にＤＩＷが吐出される液吐出口３Ｂを配設しているため、ＤＩＷに対する冷却ガスからの冷却効果を高めることができる。このように、この変形形態では、ガス吐出口３Ａが本発明の「冷却ガス吐出手段」に相当し、液吐出口３Ｂが本発明の「液吐出ノズル」に相当する。
【００６４】
また、上記第１実施形態では、リンス液供給部６２から供給されるＤＩＷにより、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂに生成された凍結膜１３ｆ，１３ｂを除去しているが、これに限られず、化学洗浄を施して凍結膜を除去するようにしてもよい。図１２は第１実施形態の変形形態を示す図、図１３は図１２の装置における凍結膜除去処理を示す図である。この変形形態では、液供給管２５は、リンス液供給部６２に加えて、薬液供給部６１にも接続されている。この薬液供給部６１は、例えばＳＣ１溶液（アンモニア水と過酸化水素水との混合水溶液）等の薬液を供給するものである。そして、薬液およびＤＩＷのいずれか一方が選択的に液供給管２５を介して液吐出ノズル２７に供給されるように構成されている。
【００６５】
また、スピンチャック２の周方向外側には、回動モータ６７が設けられている。この回動モータ６７には回動軸６８が接続され、この回動軸６８にはアーム６９が水平方向に延びるように接続されており、このアーム６９の先端に薬液吐出ノズル６が取り付けられている。そして、制御ユニット４からの動作指令に応じて回動モータ６７が駆動されると、薬液吐出ノズル６は、基板Ｗの回転中心Ａ０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する。薬液吐出ノズル６は、上記薬液供給部６１に接続されており、薬液供給部６１から供給される薬液をスピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに向けて吐出するものである。
【００６６】
この変形形態において、液膜を凍結させた後、制御ユニット４は、薬液吐出ノズル６を吐出位置に配置し、ＳＣ１溶液を薬液吐出ノズル６に圧送するとともに、液吐出ノズル２７に供給する。これによって、ＳＣ１溶液が、薬液吐出ノズル６から基板Ｗの表面Ｗｆに供給されるとともに、液吐出ノズル２７から基板Ｗの裏面Ｗｂに供給される。ここで、ＳＣ１溶液中の固体表面のゼータ電位（界面動電位）は比較的大きな値を有することから、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂと該基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂ上のパーティクルとの間がそれぞれＳＣ１溶液で満たされることにより、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂと各パーティクルとの間にそれぞれ大きな反発力が作用する。したがって、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂからのパーティクルの脱離をさらに容易にして、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂからパーティクルを効果的に除去することができる。また、この変形形態では、ＳＣ１溶液による洗浄後、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面ＷｂにＤＩＷが供給され、ＤＩＷによるリンス処理が行われる。このように、この変形形態では、薬液供給部６１および薬液吐出ノズル６が本発明の「除去手段」として機能する。なお、この変形形態では、基板Ｗの表面Ｗｆに対して主に化学的な洗浄作用を有する化学洗浄としてＳＣ１溶液による洗浄を実行しているが、化学洗浄としては、ＳＣ１溶液による洗浄に限定されない。例えば、化学洗浄としてＳＣ１溶液以外のアルカリ性溶液、酸性溶液、有機溶剤、界面活性剤などを処理液として使用したり、それらを適宜に組合わせたものを処理液として使用する湿式洗浄が挙げられる。なお、前述の第１実施形態では温度調整部６２３の動作を停止することにより、本発明の「除去手段」として液吐出ノズル２７から常温のＤＩＷを吐出しているが、「除去手段」として常温のＤＩＷを基板に供給するための供給機構が別に設けられていてもよい。たとえば、薬液供給部６１および薬液吐出ノズル６と同様な供給機構から常温のＤＩＷを吐出することにより凍結膜が除去されてもよい。
【００６７】
また、上記第１実施形態では、リンス液供給部６２から供給されるＤＩＷにより、基板Ｗの表面Ｗｆに生成された凍結膜１３ｆを除去しているが、これに限られず、物理洗浄を施して凍結膜を除去するようにしてもよい。図１４は第１実施形態の変形形態を示す図、図１５は二流体ノズルの構成を示す図である。
【００６８】
スピンチャック２の周方向外側には、回動モータ５１が設けられている。この回動モータ５１には回動軸５３が接続され、この回動軸５３にはアーム５５が水平方向に延びるように接続されており、このアーム５５の先端に二流体ノズル５が取り付けられている。そして、制御ユニット４からの動作指令に応じて回動モータ５１が駆動されると、二流体ノズル５は回動軸５３回りに揺動する。
【００６９】
この二流体ノズル５は、処理液と窒素ガス（Ｎ２）とを空中（ノズル外部）で衝突させて処理液の液滴を生成する混合させる、いわゆる外部混合型の二流体ノズルである。この変形形態では例えば、処理液はリンス液供給部６２から供給されるＤＩＷが用いられ、窒素ガスは乾燥ガス供給部６５から供給される窒素ガスが用いられる。二流体ノズル５は中空の胴部５０１を有し、この胴部５０１の内部に処理液吐出口５２１を有する処理液吐出ノズル５０２が挿通される。この処理液吐出口５２１は、二流体ノズル５の傘部５１１の上面部５１２に配置されている。このため、処理液が処理液吐出ノズル５０２に供給されると、処理液が処理液吐出口５２１から基板Ｗに向けて吐出される。
【００７０】
また、ガス吐出ノズル５０３が処理液吐出ノズル５０２に近接して設けられており、該処理液吐出ノズル５０２を囲んだリング状のガス通路を規定している。ガス吐出ノズル５０３の先端部は先細にテーパ状とされており、このノズル開口は基板Ｗの表面に対向している。このため、ガス吐出ノズル５０３に窒素ガスが供給されると、窒素ガスがガス吐出ノズル５０３のガス吐出口５３１から基板Ｗに向けて吐出される。
【００７１】
このように吐出される窒素ガスの吐出軌跡は、処理液吐出口５２１からのＤＩＷの吐出軌跡に交わっている。すなわち、処理液吐出口５２１からの液体流は、混合領域内の衝突部位Ｇにおいて気体流と衝突する。気体流はこの衝突部位Ｇに収束するように吐出される。この混合領域は、胴部５０１の下端部の空間である。このため、処理液吐出口５２１からのＤＩＷの吐出方向の直近においてＤＩＷはそれに衝突する窒素ガスによって速やかに液滴化される。こうして、洗浄用液滴が生成される。
【００７２】
そして、液膜の凍結後、制御ユニット４は、遮断部材９を離間位置に配置した状態で二流体ノズル５を基板Ｗの上方で揺動させながらＤＩＷの液滴を基板Ｗの表面Ｗｆに供給する。これにより、液滴が基板Ｗの表面Ｗｆに付着するパーティクルに衝突して、液滴が有する運動エネルギーによってパーティクルが物理的に除去される。したがって、基板Ｗの表面Ｗｆからのパーティクル除去を容易にして、基板Ｗの表面Ｗｆを良好に洗浄することができる。このように、この変形形態では、リンス液供給部６２、乾燥ガス供給部６５および二流体ノズル５が本発明の「除去手段」として機能する。
【００７３】
なお、この変形形態では、二流体ノズルからの液滴吐出による物理洗浄を行う際に、いわゆる外部混合型の二流体ノズルを用いて液滴洗浄を実行しているが、これに限定されず、いわゆる内部混合型の二流体ノズルを用いて液滴洗浄を実行してもよい。すなわち、二流体ノズルの内部で処理液とガスとを混合させて洗浄用液滴を生成するとともにノズル吐出口から基板Ｗに向けて吐出してもよい。また、この変形形態では、基板Ｗの表面Ｗｆに対して主に物理的な洗浄作用を有する物理洗浄として、二流体ノズルを用いた液滴洗浄を実行しているが、物理洗浄としては、液滴洗浄に限定されない。例えば、物理洗浄として、基板Ｗの表面Ｗｆに対してブラシやスポンジ等を接触させることで基板Ｗを洗浄するスクラブ洗浄、超音波振動によって基板Ｗの表面Ｗｆに付着するパーティクルを振動させて脱離させたり、処理液中に発生したキャビテーションや気泡を基板Ｗの表面Ｗｆに作用させて基板Ｗを洗浄する超音波洗浄などが挙げられる。さらに、基板Ｗの表面Ｗｆに対して物理洗浄と化学洗浄とを必要に応じて組合わせた洗浄を施して基板Ｗの表面Ｗｆから凍結後の液膜を除去してもよい。
【００７４】
また、上記実施形態では液膜を形成するリンス液としてＤＩＷを用いているが、これに限られず、例えば、純水、炭酸水、水素水などを液膜を形成するリンス液として用いてもよい。
【００７５】
また、上記実施形態では、本発明にかかる基板表面に形成された液膜を凍結させる機能を有する基板処理装置を基板Ｗの表面Ｗｆに付着するパーティクル等の汚染物質を除去する洗浄処理に適用した場合について説明したが、本発明の適用はこれに限定されない。例えば、本発明にかかる基板処理装置および方法を用いて凍結させた液膜を基板表面を保護するための保護膜として利用してもよい。すなわち、基板Ｗの表面Ｗｆに液膜を形成し、該液膜を凍結させることで凍結膜が基板Ｗの表面Ｗｆに対する保護膜として作用して基板Ｗの表面Ｗｆを周囲雰囲気からの汚染より保護することができる。したがって、凍結膜を保護膜として基板Ｗの表面Ｗｆの汚染を防止しつつ基板Ｗを保存したり待機させておくことができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
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させる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】
【００７７】
【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の基板処理装置の制御構成を示すブロック図である。
【図３】リンス液供給部の構成を示す模式図である。
【図４】冷却ガス吐出ノズルの動きを示す図である。
【図５】基板Ｗの表面および裏面に対する処理を示す図である。
【図６】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７】この発明にかかる基板処理装置の第２実施形態の制御構成を示すブロック図である。
【図８】第２実施形態のリンス液供給部の構成を示す模式図である。
【図９】脱気溶解モジュールの構成を示す模式図である。
【図１０】純水に対する空気、酸素および窒素の溶解度と温度の関係を示す図である。
【図１１】リンス液吐出の変形形態を示す図である。
【図１２】第１実施形態の変形形態を示す図である。
【図１３】図１２の装置における凍結膜除去処理を示す図である。
【図１４】第１実施形態の変形形態を示す図である。
【図１５】二流体ノズルの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
３…冷却ガス吐出ノズル（冷却ガス吐出手段、凍結手段）、３Ａ…ガス吐出口（冷却ガス吐出手段）、３Ｂ…液吐出口（液吐出ノズル）、５…二流体ノズル（除去手段）、６…薬液吐出ノズル（除去手段）、１１ｂ…裏面側の液膜、１１ｆ…表面側の液膜、１３ｂ…裏面側の凍結膜、１３ｆ…表面側の凍結膜、２７…液吐出ノズル（液膜形成手段、除去手段）、３１…回動モータ（相対移動機構）、６２…リンス液供給部（液膜形成手段、除去手段）、６２３…温度調整部（液膜形成手段）、６２４…脱気溶解モジュール（溶解量調整部、液膜形成手段）、６２Ｐ…液供給管、６４…冷却ガス供給部（凍結手段）、６４Ｐ…ガス供給管（凍結手段）、９７…リンス液吐出ノズル（液膜形成手段、除去手段）、Ｗ…基板、Ｗｂ…基板の裏面、Ｗｆ…基板の表面
【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）の表面に形成された液膜を凍結させ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】
従来より、基板に対する処理のひとつとして基板表面に液膜を付着させた状態で基板を冷却することにより液膜を凍結させる技術が用いられている。特に、このような凍結技術は基板に対する洗浄処理の一環として用いられている。すなわち、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、上記した凍結技術を用いて次のようにして基板表面に付着しているパーティクルを除去している。
【０００３】
先ず、基板表面に液体を供給して基板表面に液膜を形成する。続いて、基板を冷却することにより液膜を凍結させる。これにより、パーティクルが付着している基板表面に凍結膜が生成される。そして、最後に基板表面から凍結膜を除去することにより基板表面からパーティクルを凍結膜とともに除去している。例えば特許文献１に記載の装置では、純水を基板表面に供給して液膜を形成し、その液膜を凍結するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３１６７３号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載の装置では、液膜を凍結させるまでに比較的長時間を要していた。そのため、単位時間当たりに処理可能な基板の枚数が減少してしまい、スループットが低下するという問題が生じていた。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板上の液膜を短時間で凍結させる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】
【０００７】
この発明にかかる基板処理装置は、上記目的を達成するため、冷却された液体を基板に供給して該基板上に液膜を形成する液膜形成手段と、基板上の液膜を凍結させる凍結手段とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
また、この発明にかかる基板処理方法は、上記目的を達成するため、冷却された液体を基板に供給して該基板上に液膜を形成する液膜形成工程と、基板上の液膜を凍結させる凍結工程とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
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）によれば、冷却された液体が基板に供給されて該基板上に液膜が形成され、その基板上の液膜が凍結される。ところで、発明者らが種々の実験を行ったところ、液膜の凍結に要する時間の大部分は、液膜を構成する液体の温度を凝固点付近まで低下させるのに費やされていることが明らかとなった。そこで、この発明は、基板に供給される液体を冷却している。このため、液膜の温度を凝固点付近まで低下させるのに要する時間が短縮される。したがって、液膜の凍結に要する時間を短縮することができ、基板処理のスループットを向上することができる。なお、基板に供給する液体は例えば常温より低い温度に冷却しておけばよい。
【００１０】
また、凍結手段は、液膜を構成する液体の凝固点より低い温度を有する冷却ガスを基板の表面に向けて局部的に吐出する冷却ガス吐出手段と、冷却ガス吐出手段を基板の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、冷却ガス吐出手段から冷却ガスを吐出させながら相対移動機構により冷却ガス吐出手段を基板に対して相対移動させて液膜を凍結させるとしてもよい。
【００１１】
このように構成された発明によれば、基板上に形成された液膜を構成する液体の凝固点より低い温度を有する冷却ガスが冷却ガス吐出手段から基板の表面に向けて局部的に吐出される。そして、冷却ガス吐出手段から冷却ガスを吐出させながら相対移動機構により冷却ガス吐出手段が基板の表面に沿って基板に対して相対移動されて液膜が凍結される。すなわち、相対移動に伴って基板上に形成された液膜のうち該液膜が凍結した領域が広がって、基板の全面に凍結膜が生成されることとなる。このように、冷却ガスの供給部位が基板の表面の一部領域に限定されているため、例えば基板を保持するための部材など、基板の周辺に設けられている部材の温度低下を必要最小限に止めることができる。したがって、それらの部材が劣化するのを抑制することができる。
【００１２】
また、液膜形成手段は、冷却された液体を供給する液供給管と、該液供給管内の液体を基板に向けて吐出する液吐出ノズルとを備え、凍結手段は、冷却ガス吐出手段に冷却ガスを導くガス供給管をさらに備え、液供給管の少なくとも一部とガス供給管の少なくとも一部とが近傍に並んで配設されるとしてもよい。
【００１３】
このように構成された発明によれば、冷却された液体を供給する液供給管の少なくとも一部と冷却ガスを供給するガス供給管の少なくとも一部とが近傍に並んで配設されているため、基板に供給される液体は、該液体の凝固点より低い温度を有する冷却ガスの近傍を通ることとなる。したがって、基板に供給される液体は冷却された状態に保持されるため、液膜の凍結時間をより確実に短縮することができる。ここで、冷却ガスの温度が例えば−１００℃程度の非常に低い温度であれば、その近傍を通る液体に対する冷却効果は高いものとなる。
【００１４】
また、相対移動機構は、液吐出ノズルと冷却ガス吐出手段とを一体的に基板に対して相対移動させるとすると、液吐出ノズルと冷却ガス吐出手段との距離が常に一定に保たれることから、冷却ガス吐出手段から冷却ガスが吐出されると、その冷却ガスの冷気により液吐出ノズルが冷却されることになるため、基板に供給される液体の冷却が促進されるという利点がある。
【００１５】
また、液膜形成手段は、基板に供給する液体の温度を常温より低い温度に調整する温度調整部を備えてもよい。このように構成された発明によれば、液膜を形成する液体が常温より低い温度に調整されるため、液膜の凍結に要する時間をその分だけ短縮することができる。ここで、液体は純水または脱イオン水からなり、温度調整部は液体の温度を０〜１０℃に冷却するようにしてもよい。このように構成された発明によれば、０℃以上であるため凝固することがなく、しかも１０℃以下であるため凍結時間を好適に短縮することができ、好ましい。
【００１６】
また、凍結手段により凍結された液膜を基板から除去する除去手段をさらに備えるようにすると、例えば基板上にパーティクルが付着している場合であっても、該パーティクルを基板から効果的に除去することができる。すなわち、基板上に形成された液膜を凍結させることで液膜が体積膨張し、その体積膨張によって生じる圧力がパーティクルに作用して、パーティクルと基板との間の付着力が弱められ、あるいはパーティクルが基板から脱離する。そのため、凍結した液膜を基板から除去することで、基板上からパーティクルを容易に除去することができる。
【００１７】
ここで、液膜形成手段は、基板に供給する液体中における気体の溶解量を調整する溶解量調整部をさらに備えるようにすると、液膜を形成する液体中における気体の溶解量が調整されるため、パーティクルの除去率を制御することが可能になる。すなわち、液膜を形成する液体中における気体の溶解量が増減すると、液膜が凍結したときの体積膨張の度合いが増減する。したがって、その体積膨張によって生じ、パーティクルに作用される圧力が増減する。その結果、パーティクルの除去率を制御することが可能になる。なお、一般に液体の温度が低下すると気体の溶解度が増大する。したがって、溶解量調整部による気体の溶解量調整を冷却された状態の液体に対して行うと、その調整幅が大きくなるため好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、冷却された液体を基板に供給し該基板上に液膜を形成し、この基板上の液膜を凍結しているため、液膜を構成する液体の温度を凝固点付近まで低下させるのに要する時間を短縮することができる。したがって、液膜の凍結に要する時間を短縮することができ、基板処理のスループットを向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
＜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、図２は図１の基板処理装置の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および裏面Ｗｂ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、この基板処理装置は、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂに液膜を形成し、各液膜を凍結させて凍結膜を生成し、それらの凍結膜を基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂから除去することにより、基板Ｗに対して洗浄処理を施す装置である。
【００２０】
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と、装置全体を制御する制御ユニット４とを備えている。この処理チャンバー１内には、スピンチャック２と冷却ガス吐出ノズル３と遮断部材９とが設けられている。スピンチャック２は、基板Ｗの表面Ｗｆを上方に向けて略水平姿勢に保持した状態で、基板Ｗを回転させるものである。冷却ガス吐出ノズル３は、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに向けて液膜を凍結させるための冷却ガスを吐出するものである。遮断部材９は、スピンチャック２の上方に、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに対向して配置されている。
【００２１】
上記スピンチャック２の中心軸２１の上端部には、円板状のスピンベース２３がネジなどの締結部品によって固定されている。この中心軸２１は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いる。そして、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２２が駆動されると、中心軸２１に固定されたスピンベース２３が回転中心Ａ０を中心に回転する。
【００２２】
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。各チャックピン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。
【００２３】
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、各チャックピン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、各チャックピン２４を押圧状態とする。各チャックピン２４を押圧状態とすると、各チャックピン２４は基板Ｗの周縁部を把持して、基板Ｗがスピンベース２３から所定間隔を隔てて略水平姿勢に保持されることとなる。これにより、基板Ｗは、その表面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。なお、この実施形態では、基板Ｗの表面Ｗｆに微細パターンが形成されており、表面Ｗｆがパターン形成面となっている。
【００２４】
上記遮断部材９は、中心部に開口を有する円板状に形成されている。遮断部材９の下面は、基板Ｗの表面Ｗｆと略平行に対向する基板対向面となっており、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ている。この支持軸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とが接続されている。
【００２５】
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、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、制御ユニット４は、遮断部材回転機構９３の動作を制御して、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。
【００２６】
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２３に近接させたり、逆に離間させる。具体的には、制御ユニット４は、遮断部材昇降機構９４の動作を制御して、基板処理装置に対して基板Ｗを搬入出させる際には、遮断部材９をスピンチャック２の上方の離間位置（図１に示す位置）に上昇させる一方、基板Ｗに対して所定の処理を施す際には、遮断部材９をスピンチャック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下降させる。
【００２７】
支持軸９１は中空になっており、その内部に、遮断部材９の開口に延設されるガス供給管９５が挿通されている。このガス供給管９５は乾燥ガス供給部６５に接続されている。この乾燥ガス供給部６５は、窒素ガスを供給するもので、基板Ｗに対する洗浄処理後の乾燥処理時に、遮断部材９と基板Ｗの表面Ｗｆとの間に形成される空間に向けてガス供給管９５から窒素ガスを供給する。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供給するようにしてもよい。
【００２８】
ガス供給管９５の内部には、リンス液供給管９６が挿通されている。このリンス液供給管９６の下方端部は遮断部材９の開口に延設されるとともに、その先端にリンス液吐出ノズル９７が設けられている。一方、リンス液供給管９６の上方端部は、リンス液供給部６２に接続されている。このリンス液供給部６２は、リンス液を供給するものである。そして、リンス液としては、この実施形態では例えば、脱イオン水（deionized
water、以下「ＤＩＷ」という）が用いられている。
【００２９】
図３はリンス液供給部の構成を示す模式図である。タンク６２１はＤＩＷを貯留するもので、バルブＶ１が介装されている供給管６２Ａを介して、例えば工場内に既設のＤＩＷ供給源（図示省略）に接続されている。供給管６２Ｂは、ＤＩＷをタンク６２１から外部に供給するためのもので、ポンプ６２２および温度調整部６２３が介装されている。供給管６２Ｂの下端はタンク６２１に貯留されているＤＩＷに達するように設けられ、上端は供給管６２Ｃ，６２Ｄに分岐している。供給管６２ＣにはバルブＶ２が介装され、その下端はタンク６２１の内部に達するように設けられている。また、供給管６２Ｄは、上記リンス液供給管９６および後述する液供給管２５に接続されており、供給管６２Ｄには、フィルタＦ１およびバルブＶ３が介装されている。温度調整部６２３は、ＤＩＷを常温より低い温度に冷却するものである。この温度調整部６２３は、この実施形態では例えば１０℃以下にＤＩＷを冷却しており、さらに５℃以下に冷却する方が好ましい。なお、温度調整部６２３は、ＤＩＷを０℃以上に保っており、これによってＤＩＷが凝固しないようにしている。
【００３０】
このような構成において、各バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３が閉じられた状態から、バルブＶ１が開かれると、ＤＩＷ供給源からタンク６２１に常温のＤＩＷが供給される。また、バルブＶ３が閉じられた状態でバルブＶ２が開かれ、ポンプ６２２および温度調整部６２３が作動すると、ＤＩＷは、タンク６２１および供給管６２Ｂ，６２Ｃを循環しつつ、温度調整部６２３により冷却される。そして、バルブＶ２が閉じられるとともにバルブＶ３が開かれると、冷却されたＤＩＷが、フィルタＦ１で濾過された後、リンス液供給管９６および液供給管２５に向けて供給される。リンス液供給管９６に供給された冷却されているＤＩＷは、リンス液吐出ノズル９７から基板Ｗの表面Ｗｆに向けて吐出されて、表面Ｗｆに液膜１１ｆ（図５）を形成する。
【００３１】
図１に戻って、説明を続ける。スピンチャック２の中心軸２１は円筒状の空洞を有する中空になっており、中心軸２１の内部には、基板Ｗの裏面Ｗｂに液体を供給するための円筒状の液供給管２５が挿通されている。液供給管２５は、スピンチャック２に保持された基板Ｗの下面側である裏面Ｗｂに近接する位置まで延びており、その先端に基板Ｗの下面の中央部に向けて液体を吐出する液吐出ノズル２７が設けられている。液供給管２５は、上記リンス液供給部６２に接続されている。そして、リンス液供給部６２から冷却されたＤＩＷが供給されると、液供給管２５を介して液吐出ノズル２７から基板Ｗの裏面Ｗｂに向けて冷却されたＤＩＷが吐出されて、裏面Ｗｂに液膜１１ｂ（図５）が形成される。このように、この実施形態では、リンス液供給部６２、リンス液供給管９６、リンス液吐出ノズル９７、液供給管２５および液吐出ノズル２７が、本発明の「液膜形成手段」に相当する。
【００３２】
中心軸２１の内壁面と液供給管２５の外壁面との隙間は、横断面リング状のガス供給路２９になっている。このガス供給路２９は上記乾燥ガス供給部６５に接続されており、乾燥ガス供給部６５からガス供給路２９を介してスピンベース２３と基板Ｗの裏面Ｗｂとの間に形成される空間に窒素ガスが供給される。
【００３３】
スピンチャック２の周方向外側には、回動モータ３１が設けられている。この回動モータ３１には回動軸３３が接続され、この回動軸３３にはアーム３５が水平方向に延びるように接続されており、このアーム３５の先端に上記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４からの動作指令に応じて回動モータ３１が駆動されると、アーム３５が回動軸３３回りに揺動することとなる。
【００３４】
図４は冷却ガス吐出ノズルの動きを示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。制御ユニット４からの動作指令に基づき回動モータ３１が駆動されてアーム３５が揺動すると、冷却ガス吐出ノズル３は、基板Ｗの表面Ｗｆに対向した状態で、図４（ｂ）に示すように、移動軌跡Ｔに沿って移動する。この移動軌跡Ｔは、回転中心位置Ｐｃから端縁位置Ｐｅに向かう軌跡である。ここで、回転中心位置Ｐｃは基板Ｗの上方で、かつ基板Ｗの回転中心Ａ０の上に位置し、端縁位置Ｐｅは基板Ｗの外周端の上方に位置する。すなわち、回動モータ３１は、冷却ガス吐出ノズル３を基板Ｗの表面Ｗｆに沿って基板Ｗに対して相対移動させる。また、冷却ガス吐出ノズル３は、移動軌跡Ｔの延長線上であって基板Ｗの対向位置から側方に退避した待機位置Ｐｓに移動可能となっている。
【００３５】
冷却ガス吐出ノズル３は冷却ガス供給部６４に接続されている。この冷却ガス供給部６４は、制御ユニット４からの動作指令に応じて冷却ガスを冷却ガス吐出ノズル３に供給するものである。冷却ガス吐出ノズル３が基板Ｗの表面Ｗｆの対向位置に配置され、冷却ガス供給部６４から冷却ガスが冷却ガス吐出ノズル３に供給されると、冷却ガス吐出ノズル３から基板Ｗの表面Ｗｆに向けて局部的に冷却ガスが吐出される。そして、制御ユニット４からの動作指令に応じて、冷却ガス吐出ノズル３から冷却ガスが吐出している状態で、スピンチャック２が基板Ｗを回転させながら、回動モータ３１が冷却ガス吐出ノズル３を移動軌跡Ｔに沿って移動させると、冷却ガスが基板Ｗの表面Ｗｆの全体にわたって供給されることとなる。
【００３６】
したがって、リンス液吐出ノズル９７からのＤＩＷ吐出により基板Ｗの表面Ｗｆに形成されている液膜１１ｆの全体が凍結し、基板Ｗの表面Ｗｆの全面に凍結膜１３ｆが生成される。このとき、基板Ｗの表面Ｗｆ側に供給された冷却ガスが有する冷熱が基板Ｗを介して裏面Ｗｂの液膜１１ｂに伝導する。特に基板Ｗがシリコンで形成されている場合には、比較的熱伝導率が大きいため、基板Ｗを介して冷熱が裏面Ｗｂの液膜１１ｂに効率良く伝導する。これにより、基板Ｗの裏面Ｗｂのうち液膜１１ｂが凍結した領域が、基板Ｗの表面Ｗｆの凍結領域と同時に広げられることとなる。
【００３７】
基板Ｗの表面Ｗｆからの冷却ガス吐出ノズル３の高さは、冷却ガスの供給量によっても異なるが、例えば５０ｍｍ以下、好ましくは数ｍｍ程度に設定される。このような基板Ｗの表面Ｗｆからの冷却ガス吐出ノズル３の高さおよび冷却ガスの供給量は、(1)冷却ガスが有する冷熱を液膜１１ｆに効率的に付与する観点、(2)冷却ガスにより液膜１１ｆの液面が乱れることがないように液膜１１ｆを安定して凍結する観点などから実験的に定められる。
【００３８】
冷却ガスは、基板Ｗの表面Ｗｆに形成された液膜１１ｆを構成する液体の凝固点、すなわちこの実施形態ではＤＩＷの凝固点より低い温度を有する。この冷却ガスは、例えば、タンクに貯留されている液体窒素内を通るパイプに窒素ガスを流すことにより生成され、この実施形態では例えば−１００℃に冷却されている。なお、窒素ガスに代えて、酸素ガスや清浄なエア等を用いてもよい。このように冷却ガスを用いているため、基板Ｗの表面Ｗｆへのガス供給前にフィルタ等を通すことによって、冷却ガスに含まれる汚染物質を容易に除去することができ、液膜１１ｆを凍結させる際に基板Ｗの表面Ｗｆが汚染されるのを防止できる。このように、この実施形態では、冷却ガス吐出ノズル３が本発明の「冷却ガス吐出手段」に相当し、回動モータ３１が本発明の「相対移動機構」に相当する。
【００３９】
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、図６を参照しつつ説明する。図５は基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂに対する処理を示す図で、（ａ）は液膜形成処理を示し、（ｂ）は液膜凍結処理を示し、（ｃ）は凍結膜除去処理を示している。また、図６は図１の基板処理装置の動作手順を示すフローチャートである。この装置では、未処理の基板Ｗが装置内に搬入されると、制御ユニット４が装置各部を制御して該基板Ｗに対して一連の洗浄処理、すなわち液膜形成処理、液膜凍結処理および凍結膜除去処理が実行される。まず、基板Ｗの表面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）。このとき、遮断部材９は離間位置にあり、基板Ｗと干渉しないようにしている。
【００４０】
スピンチャック２が未処理の基板Ｗを保持すると、遮断部材９が対向位置まで下降し、基板Ｗの表面Ｗｆに近接した位置に位置決めされる。これにより、基板Ｗの表面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４は、チャック回転機構２２を作動してスピンチャック２を回転させるとともに、リンス液供給部６２を作動してリンス液吐出ノズル９７および液吐出ノズル２７から冷却されたＤＩＷをそれぞれ吐出させて、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂに冷却されたＤＩＷをそれぞれ供給する。基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂに供給されたＤＩＷには、基板Ｗの回転に伴う遠心力が作用し、基板Ｗの径方向外向きに均一に広げられ、その一部が基板外に振り切られる。これによって、図５（ａ）に示すように、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂの全面にわたって液膜の厚みがそれぞれ均一にされ、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂの全体に、それぞれ所定の厚みを有する液膜１１ｆ，１１ｂが形成される（ステップＳ２）。ここで、制御ユニット４は、スピンチャック２の回転数を調整することにより、所望の厚さの液膜１１ｆ，１１ｂを形成することができる。
【００４１】
なお、この液膜形成処理において、上記のように基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂ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Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂに液膜を形成してもよい。
【００４２】
こうして、液膜形成処理が終了すると、制御ユニット４は遮断部材９を離間位置に配置するとともに、冷却ガス吐出ノズル３を待機位置Ｐｓから回転中心位置Ｐｃに移動させる。そして、回転する基板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Ｐｅに向けて移動させていく。これによって、図５（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面Ｗｆのうち液膜１１ｆが凍結した領域が基板Ｗの表面Ｗｆの中央部から周縁部へと広げられるとともに、裏面Ｗｂのうち液膜１１ｂが凍結した領域が基板Ｗの裏面Ｗｂの中央部から周縁部へと広げられ、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂの全体に凍結膜１３ｆ，１３ｂが生成される（ステップＳ３）。ここで、液膜１１ｂ，１１ｆを構成するＤＩＷが、温度調整部６２３によって常温より低い温度に冷却されているため、凍結膜１３ｆ，１３ｂを短時間で生成することができる。
【００４３】
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Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂの全面に凍結膜１３ｆ，１３ｂを生成させることができる。しかし、基板Ｗをあまりに高速で回転させると、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、液膜の凍結の効率が低下する可能性がある。このため、液膜凍結処理を実行するときの基板Ｗの回転速度は、この実施形態では例えば１〜３００ｒｐｍに設定されている。さらに、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の回転速度を設定するようにすると、より好ましい。
【００４４】
このようにして液膜凍結処理を実行すると、基板Ｗの表面Ｗｆとパーティクルの間に入り込んだ液体の凝固により体積膨張が生じる。例えば、０℃の純水が０℃の氷になると、その体積はおよそ１．１倍に増加する。そして、この体積増加によって生じる圧力がパーティクルに作用し、パーティクルが微小距離だけ基板Ｗの表面Ｗｆから離れる。その結果、基板Ｗの表面Ｗｆとパーティクルとの間の付着力が低減し、さらにはパーティクルが基板Ｗの表面Ｗｆから脱離することとなる。このとき、基板Ｗの表面Ｗｆに微細パターンが形成されている場合であっても、体積膨張によってパターンに加わる圧力はあらゆる方向に等しいため、互いに相殺されることになる。その結果、パターンが剥離したり倒壊するなどのダメージを基板Ｗに与えることなく、パーティクルを好適に基板Ｗの表面Ｗｆから除去することができる。
【００４５】
また、この実施形態では、基板Ｗの裏面Ｗｂにも液膜１１ｂを形成し、その液膜１１ｂを凍結して凍結膜１３ｂを生成しているため、基板Ｗの裏面Ｗｂについても、基板Ｗの表面Ｗｆと同様に、基板Ｗとパーティクルとの間の付着力を弱めることができ、パーティクルを好適に基板Ｗの裏面Ｗｂから除去することができる。
【００４６】
液膜の凍結が完了すると、制御ユニット４は冷却ガス吐出ノズル３を待機位置Ｐｓに移動させるとともに遮断部材９を対向位置に配置させる。そして、凍結膜１３ｆ，１３ｂが融解しないうちにリンス液吐出ノズル９７および液吐出ノズル２７からＤＩＷを基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂにそれぞれ供給する。このとき、制御ユニット４は温度調整部６２３の動作を停止しており、基板Ｗには常温のＤＩＷが供給される。これによって、図５（ｃ）に示すように、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂの凍結膜がそれぞれ融解する。また、凍結膜１３ｆ，１３ｂと、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂに供給されたＤＩＷとに、基板Ｗの回転による遠心力が作用する。その結果、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂからパーティクルを含む凍結膜１３ｆ，１３ｂが除去され、基板外に排出される（ステップＳ４）。
【００４７】
なお、この凍結膜除去処理では、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Ｗの表面Ｗｆとの間に形成される空間に基板周辺からミスト状の液体が侵入するのを防止することができる。このように、この実施形態では、リンス液供給部６２、リンス液供給管９６、リンス液吐出ノズル９７、液供給管２５および液吐出ノズル２７が、本発明の「除去手段」に相当する。
【００４８】
こうして、凍結膜除去処理が終了すると、基板Ｗの洗浄処理、すなわち液膜形成処理、液膜凍結処理および凍結膜除去処理が完了したか否かが判断される（ステップＳ５）。そして、完了したと判断されると（ステップＳ５でＹＥＳ）、続いて基板Ｗの乾燥処理が実行される（ステップＳ６）。一方、洗浄処理が完了していないと判断されると（ステップＳ５でＮＯ）、ステップＳ２に戻って冷却されたＤＩＷが供給されて液膜が形成され、以下、ステップＳ２〜Ｓ４が繰り返し実行される。すなわち、被処理面である基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂ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、種類によっては、一度の洗浄処理では基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂから十分にパーティクルを除去しきれない場合があり、このような場合には、完了していないと判断される。こうして、液膜形成処理、液膜凍結処理および凍結膜除去処理が所定回数だけ繰り返し実行されることにより、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂからパーティクルが除去されていく。なお、このような繰り返し実行回数を予め処理レシピとして規定しておき、適宜選択した処理レシピで規定される実行回数だけ洗浄処理を繰り返すようにしてもよい。
【００４９】
ステップＳ６では、制御ユニット４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を高速回転させて、基板Ｗの乾燥処理を実行する。さらに、この乾燥処理においては、乾燥ガス供給部６５からガス供給管９５，２９を介して窒素ガスが供給されて、遮断部材９と基板Ｗの表面Ｗｆとの間に挟まれた空間およびスピンベース２３と基板Ｗの裏面Ｗｂとの間に挟まれた空間が窒素ガス雰囲気とされる。これによって、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Ｓ７）。このように、この実施形態では、ステップＳ２が本発明の「液膜形成工程」に相当し、ステップＳ３が本発明の「凍結工程」に相当する。
【００５０】
以上のように、この実施形態によれば、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂに液膜１１ｆ，１１ｂを形成するために基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂに供給するＤＩＷを温度調整部６２３により常温より低い温度に冷却しているため、凍結膜１３ｆ，１３ｂを生成するのに要する時間を短縮することができる。すなわち、上述したように、液膜の凍結に要する時間の大部分は、液膜を構成する液体の温度を凝固点付近まで低下させるのに費やされている。そこで、この実施形態では、基板Ｗに供給されるＤＩＷを予め冷却している。したがって、液膜１１ｆ，１１ｂの温度を凝固点付近まで低下させるのに要する時間が短縮されるため、液膜の凍結に要する時間を短縮することができる。その結果、洗浄処理に要する時間を短縮でき、基板処理のスループットを向上することができる。
【００５１】
また、この実施形態によれば、基板Ｗの表面Ｗｆから凍結膜１３ｆを除去するとともに基板Ｗの裏面Ｗｂから凍結膜１３ｂを除去している。このため、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂに付着しているパーティクルを効果的に除去できる。これにより、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂの全体を良好に洗浄できる。しかも、表面Ｗｆ側の液膜１１ｆの凍結と同時に裏面Ｗｂ側の液膜１１ｂを凍結しているので、スループットを低下させることなく、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂを洗浄できる。すなわち、基板Ｗの反転等を行うことなく、基板Ｗの表面Ｗｆのみならず、基板Ｗの裏面Ｗｂに対しても洗浄処理を施すことができるため、基板Ｗの表面Ｗｆ側の洗浄処理に要する処理時間とほぼ同等の処理時間で基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂを洗浄できる。
【００５２】
また、この実施形態によれば、基板Ｗの表面Ｗｆに形成された液膜１１ｆを構成する液体の凝固点よりも低い温度を有する冷却ガスを冷却ガス吐出ノズル３から基板Ｗの表面Ｗｆに向けて局部的に吐出している。そして、基板Ｗを回転させながら冷却ガス吐出ノズル３を基板Ｗの回転中心位置Ｐｃと基板Ｗの端縁位置Ｐｅとの間で移動させて、基板Ｗの表面Ｗｆの全面に凍結膜１３ｆを生成している。このため、冷却ガスの供給部位が基板Ｗの表面Ｗｆ上の微小領域に限定されることとなり、スピンチャック２などの基板周辺部材の温度低下を最小限に止めることができる。したがって、基板周辺部材が劣化するのを抑制しながら基板Ｗの表面Ｗｆの全面に凍結膜１３ｆを生成することができる。その結果、基板周辺部材を耐冷熱性の確保が困難な、耐薬品性を備えた樹脂材料で形成しても、冷熱による基板周辺部材の材質劣化を抑制できる。
【００５３】
また、この実施形態によれば、液膜形成処理と液膜凍結処理と凍結膜除去処理とを同一の処理チャンバー１内で所定回数だけ繰り返し実行可能となっている。したがって、液膜凍結処理と凍結膜除去処理とを１回だけ実行するのみでは基板Ｗの表面Ｗｆから除去しきれないパーティクルについても確実に基板Ｗの表面Ｗｆから除去できる。
【００５４】
また、この実施形態によれば、凍結膜が融解しないうちに凍結膜除去処理を実行開始している。このため、液膜凍結処理において基板Ｗの表面Ｗｆから脱離したパーティクルが、凍結膜の融解とともに基板Ｗの表面Ｗｆに再付着するのを回避できる。その結果、凍結膜除去処理の実行により凍結膜とともにパーティクルを基板Ｗの表面Ｗｆから効率良く除去することができ、パーティクル除去率を向上させる点で有利となっている。
【００５５】
＜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実施形態の制御構成を示すブロック図、図８は第２実施形態のリンス液供給部の構成を示す模式図、図９は脱気溶解モジュールの構成を示す模式図である。この第２実施形態は、基板Ｗの表面Ｗｆのみに凍結膜を生成している点と、リンス液供給部６２に代えてリンス液供給部６２０を備えている点とで、第１実施形態と大きく相違している。なお、第２実施形態の処理チャンバーの構成は図１に示す処理チャンバー１と同様であり、以下では、第１実施形態と同一物には同一符号を付している。また、第２実施形態の動作は、基板Ｗの表面Ｗｆのみに凍結膜を生成している点を除いて、第１実施形態と全く同様に行われる。
【００５６】
第２実施形態のリンス液供給部６２０は、バルブＶ３に代えて、リンス液供給管９６および液供給管２５にそれぞれバルブＶ３１，Ｖ３２が介装されている点と、脱気溶解モジュール６２４が供給管６２Ｂに介装されている点とで、第１実施形態のリンス液供給部６２と相違している。リンス液供給管９６および液供給管２５にそれぞれバルブＶ３１，Ｖ３２が介装されているため、液膜形成の際に、リンス液吐出ノズル９７のみにＤＩＷを供給可能になっている。
【００５７】
脱気溶解モジュール６２４は、ＤＩＷ中の気体の溶解量を調整するもので、二重管構造になっている。すなわち、例えば円筒状の中空の管体６２５の内部に、例えば円筒状の中空の管体６２６が配置されている。管体６２６は、気体分子のみを通過させ、液体の通過を阻止する材質で形成されている。そして、管体６２５の内周面と管体６２６の外周面との間に形成される流路６２７は供給管６２Ｂに接続されている。また、管体６２６の内部に形成される流路６２８の一端は閉じられ、他端は分岐して供給管６２Ｅ，６２Ｆに接続されている。供給管６２Ｅの先端はタンク６２９に接続され、このタンク６２９と分岐点との間にポンプ６３０およびバルブＶ４が介装されている。タンク６２９には、この実施形態では例えば窒素ガスが貯留されている。また、供給管６２ＦにはバルブＶ５が介装され、先端は外気に開放されてドレン管となっている。
【００５８】
そして、制御ユニット４からの動作指令に応じて、バルブＶ４が開かれ、バルブＶ５が閉じられた状態でポンプ６３０が作動すると、流路６２８内の圧力が増大する。これによって、流路６２８内の窒素ガスが管体６２６を通って流路６２７に流出し、ＤＩＷ中の窒素ガスの溶解量が増大する。一方、制御ユニット４からの動作指令に応じて、バルブＶ５が開かれ、バルブＶ４が閉じられた状態でポンプ６３０の動作が停止すると、流路６２８内の圧力が低減する。これによって、ＤＩＷ中の窒素ガスが管体６２６を通って流路６２８に戻り、ＤＩＷ中の窒素ガスの溶解量が低下する。このように、この実施形態では、脱気溶解モジュール６２４が本発明の「溶解量調整部」に相当する。
【００５９】
以上のように、この実施形態によれば、液膜１１ｆを構成するＤＩＷに溶解する窒素ガスの溶解量を脱気溶解モジュール６２４により調整しているため、液膜１１ｆを凍結したときの体積増加率を調整することができる。すなわち、液体を凍結したときの体積増加率は、その液体に溶解している気体の溶解量と正の相関を有することが知られている。そして、体積増加率が増減すると、体積増加によって生じパーティクルに作用する圧力が増減する。その結果、パーティクルの除去率が増減し、基板Ｗへのダメージ発生の可能性も増減することとなる。したがって、この実施形態によれば、ＤＩＷに溶解する窒素ガスの溶解量を脱気溶解モジュール６２４により調整することによって、パーティクルの除去率や基板Ｗへのダメージ発生の可能性を調整することができる。すなわち、基板Ｗに対して直前に実行された基板処理の種類や、パーティクルの粒径、種類などに応じて、パーティクル除去を優先したい場合には、脱気溶解モジュール６２４によりＤＩＷに溶解する窒素ガスの溶解量を増大することによって、パーティクルの除去率を増大できる。一方、基板Ｗへのダメージ発生の阻止を優先したい場合には、脱気溶解モジュール６２４によりＤＩＷに溶解する窒素ガスの溶解量を低減すればよい。
【００６０】
また、この実施形態によれば、温度調整部６２３によりＤＩＷの温度を常温より低い温度に冷却しているため、上記した液膜１１ｆを凍結したときの体積増加率の調整幅を増大することができる。すなわち、図１０に示すように、液体に溶解する気体の溶解度は、液体の温度が低下するにしたがって増大することが知られている。図１０は純水に対する空気、酸素および窒素の溶解度と温度の関係を示す図である。ＤＩＷの場合も純水の場合とほぼ同様と考えると、ＤＩＷが常温Ｔ１の場合には、溶解量Ｕは、０≦Ｕ≦Ｕ１の範囲内で調整できる。これに対して、この実施形態のようにＤＩＷが常温Ｔ１より低い温度Ｔ２に冷却されている場合には、溶解量Ｕは、０≦Ｕ≦Ｕ２の範囲内で調整できる。すなわち、Ｕ１＜Ｕ２であり、溶解量Ｕの調整幅が増大し、その結果、液膜１１ｆを凍結したときの体積増加率の調整幅も増大することとなる。したがって、この実施形態によれば、上記したパーティクルの除去率や基板Ｗへのダメージ発生の可能性の調整を行う際に、その調整幅を増大することができるという利点がある。
【００６１】
＜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。例えば上記第１、第２実施形態では、遮断部材９の下面に設けられたリンス液吐出ノズル９７から吐出されるＤＩＷにより、基板Ｗの表面Ｗｆに液膜１１ｆを形成しているが、これに限られない。図１１はリンス液吐出の変形形態を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ矢視図である。
【００６２】
図１１の変形形態では、アーム３５の先端に吐出部３０が設けられており、アーム３５から吐出部３０までの上面に供給チューブ６０Ｐが配設されている。この供給チューブ６０Ｐの内部には、リンス液供給部６２に連通する液供給管６２Ｐと、冷却ガス供給部６４に連通するガス供給管６４Ｐとが設けられている。すなわち、液供給管６２Ｐとガス供給管６４Ｐとが近傍に並んで配設されている。そして、冷却ガスは、吐出部３０に穿設され、ガス供給管６４Ｐに連通するガス吐出口３Ａから吐出し、ＤＩＷは、冷却ガス吐出ノズル３のガス吐出口３Ａの近傍に穿設され、液供給管６２Ｐに連通する液吐出口３Ｂから吐出するように構成されている。
【００６３】
この変形形態によれば、例えば−１００℃という非常に低温の冷却ガスが流れるガス供給管６４Ｐの近傍に、ＤＩＷが流れる液供給管６２Ｐが配設されているため、冷却ガスからの冷熱による影響を受けることによって、温度調整部６２３により常温より低い温度に冷却されたＤＩＷの温度が上昇してしまうのを防止できるという利点がある。また、冷却ガスが吐出されるガス吐出口３Ａの近傍にＤＩＷが吐出される液吐出口３Ｂを配設しているため、ＤＩＷに対する冷却ガスからの冷却効果を高めることができる。このように、この変形形態では、ガス吐出口３Ａが本発明の「冷却ガス吐出手段」に相当し、液吐出口３Ｂが本発明の「液吐出ノズル」に相当する。
【００６４】
また、上記第１実施形態では、リンス液供給部６２から供給されるＤＩＷにより、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂに生成された凍結膜１３ｆ，１３ｂを除去しているが、これに限られず、化学洗浄を施して凍結膜を除去するようにしてもよい。図１２は第１実施形態の変形形態を示す図、図１３は図１２の装置における凍結膜除去処理を示す図である。この変形形態では、液供給管２５は、リンス液供給部６２に加えて、薬液供給部６１にも接続されている。この薬液供給部６１は、例えばＳＣ１溶液（アンモニア水と過酸化水素水との混合水溶液）等の薬液を供給するものである。そして、薬液およびＤＩＷのいずれか一方が選択的に液供給管２５を介して液吐出ノズル２７に供給されるように構成されている。
【００６５】
また、スピンチャック２の周方向外側には、回動モータ６７が設けられている。この回動モータ６７には回動軸６８が接続され、この回動軸６８にはアーム６９が水平方向に延びるように接続されており、このアーム６９の先端に薬液吐出ノズル６が取り付けられている。そして、制御ユニット４からの動作指令に応じて回動モータ６７が駆動されると、薬液吐出ノズル６は、基板Ｗの回転中心Ａ０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する。薬液吐出ノズル６は、上記薬液供給部６１に接続されており、薬液供給部６１から供給される薬液をスピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに向けて吐出するものである。
【００６６】
この変形形態において、液膜を凍結させた後、制御ユニット４は、薬液吐出ノズル６を吐出位置に配置し、ＳＣ１溶液を薬液吐出ノズル６に圧送するとともに、液吐出ノズル２７に供給する。これによって、ＳＣ１溶液が、薬液吐出ノズル６から基板Ｗの表面Ｗｆに供給されるとともに、液吐出ノズル２７から基板Ｗの裏面Ｗｂに供給される。ここで、ＳＣ１溶液中の固体表面のゼータ電位（界面動電位）は比較的大きな値を有することから、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂと該基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂ上のパーティクルとの間がそれぞれＳＣ１溶液で満たされることにより、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂと各パーティクルとの間にそれぞれ大きな反発力が作用する。したがって、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂからのパーティクルの脱離をさらに容易にして、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂからパーティクルを効果的に除去することができる。また、この変形形態では、ＳＣ１溶液による洗浄後、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面ＷｂにＤＩＷが供給され、ＤＩＷによるリンス処理が行われる。このように、この変形形態では、薬液供給部６１および薬液吐出ノズル６が本発明の「除去手段」として機能する。なお、この変形形態では、基板Ｗの表面Ｗｆに対して主に化学的な洗浄作用を有する化学洗浄としてＳＣ１溶液による洗浄を実行しているが、化学洗浄としては、ＳＣ１溶液による洗浄に限定されない。例えば、化学洗浄としてＳＣ１溶液以外のアルカリ性溶液、酸性溶液、有機溶剤、界面活性剤などを処理液として使用したり、それらを適宜に組合わせたものを処理液として使用する湿式洗浄が挙げられる。なお、前述の第１実施形態では温度調整部６２３の動作を停止することにより、本発明の「除去手段」として液吐出ノズル２７から常温のＤＩＷを吐出しているが、「除去手段」として常温のＤＩＷを基板に供給するための供給機構が別に設けられていてもよい。たとえば、薬液供給部６１および薬液吐出ノズル６と同様な供給機構から常温のＤＩＷを吐出することにより凍結膜が除去されてもよい。
【００６７】
また、上記第１実施形態では、リンス液供給部６２から供給されるＤＩＷにより、基板Ｗの表面Ｗｆに生成された凍結膜１３ｆを除去しているが、これに限られず、物理洗浄を施して凍結膜を除去するようにしてもよい。図１４は第１実施形態の変形形態を示す図、図１５は二流体ノズルの構成を示す図である。
【００６８】
スピンチャック２の周方向外側には、回動モータ５１が設けられている。この回動モータ５１には回動軸５３が接続され、この回動軸５３にはアーム５５が水平方向に延びるように接続されており、このアーム５５の先端に二流体ノズル５が取り付けられている。そして、制御ユニット４からの動作指令に応じて回動モータ５１が駆動されると、二流体ノズル５は回動軸５３回りに揺動する。
【００６９】
この二流体ノズル５は、処理液と窒素ガス（Ｎ２）とを空中（ノズル外部）で衝突させて処理液の液滴を生成する混合させる、いわゆる外部混合型の二流体ノズルである。この変形形態では例えば、処理液はリンス液供給部６２から供給されるＤＩＷが用いられ、窒素ガスは乾燥ガス供給部６５から供給される窒素ガスが用いられる。二流体ノズル５は中空の胴部５０１を有し、この胴部５０１の内部に処理液吐出口５２１を有する処理液吐出ノズル５０２が挿通される。この処理液吐出口５２１は、二流体ノズル５の傘部５１１の上面部５１２に配置されている。このため、処理液が処理液吐出ノズル５０２に供給されると、処理液が処理液吐出口５２１から基板Ｗに向けて吐出される。
【００７０】
また、ガス吐出ノズル５０３が処理液吐出ノズル５０２に近接して設けられており、該処理液吐出ノズル５０２を囲んだリング状のガス通路を規定している。ガス吐出ノズル５０３の先端部は先細にテーパ状とされており、このノズル開口は基板Ｗの表面に対向している。このため、ガス吐出ノズル５０３に窒素ガスが供給されると、窒素ガスがガス吐出ノズル５０３のガス吐出口５３１から基板Ｗに向けて吐出される。
【００７１】
このように吐出される窒素ガスの吐出軌跡は、処理液吐出口５２１からのＤＩＷの吐出軌跡に交わっている。すなわち、処理液吐出口５２１からの液体流は、混合領域内の衝突部位Ｇにおいて気体流と衝突する。気体流はこの衝突部位Ｇに収束するように吐出される。この混合領域は、胴部５０１の下端部の空間である。このため、処理液吐出口５２１からのＤＩＷの吐出方向の直近においてＤＩＷはそれに衝突する窒素ガスによって速やかに液滴化される。こうして、洗浄用液滴が生成される。
【００７２】
そして、液膜の凍結後、制御ユニット４は、遮断部材９を離間位置に配置した状態で二流体ノズル５を基板Ｗの上方で揺動させながらＤＩＷの液滴を基板Ｗの表面Ｗｆに供給する。これにより、液滴が基板Ｗの表面Ｗｆに付着するパーティクルに衝突して、液滴が有する運動エネルギーによってパーティクルが物理的に除去される。したがって、基板Ｗの表面Ｗｆからのパーティクル除去を容易にして、基板Ｗの表面Ｗｆを良好に洗浄することができる。このように、この変形形態では、リンス液供給部６２、乾燥ガス供給部６５および二流体ノズル５が本発明の「除去手段」として機能する。
【００７３】
なお、この変形形態では、二流体ノズルからの液滴吐出による物理洗浄を行う際に、いわゆる外部混合型の二流体ノズルを用いて液滴洗浄を実行しているが、これに限定されず、いわゆる内部混合型の二流体ノズルを用いて液滴洗浄を実行してもよい。すなわち、二流体ノズルの内部で処理液とガスとを混合させて洗浄用液滴を生成するとともにノズル吐出口から基板Ｗに向けて吐出してもよい。また、この変形形態では、基板Ｗの表面Ｗｆに対して主に物理的な洗浄作用を有する物理洗浄として、二流体ノズルを用いた液滴洗浄を実行しているが、物理洗浄としては、液滴洗浄に限定されない。例えば、物理洗浄として、基板Ｗの表面Ｗｆに対してブラシやスポンジ等を接触させることで基板Ｗを洗浄するスクラブ洗浄、超音波振動によって基板Ｗの表面Ｗｆに付着するパーティクルを振動させて脱離させたり、処理液中に発生したキャビテーションや気泡を基板Ｗの表面Ｗｆに作用させて基板Ｗを洗浄する超音波洗浄などが挙げられる。さらに、基板Ｗの表面Ｗｆに対して物理洗浄と化学洗浄とを必要に応じて組合わせた洗浄を施して基板Ｗの表面Ｗｆから凍結後の液膜を除去してもよい。
【００７４】
また、上記実施形態では液膜を形成するリンス液としてＤＩＷを用いているが、これに限られず、例えば、純水、炭酸水、水素水などを液膜を形成するリンス液として用いてもよい。
【００７５】
また、上記実施形態では、本発明にかかる基板表面に形成された液膜を凍結させる機能を有する基板処理装置を基板Ｗの表面Ｗｆに付着するパーティクル等の汚染物質を除去する洗浄処理に適用した場合について説明したが、本発明の適用はこれに限定されない。例えば、本発明にかかる基板処理装置および方法を用いて凍結させた液膜を基板表面を保護するための保護膜として利用してもよい。すなわち、基板Ｗの表面Ｗｆに液膜を形成し、該液膜を凍結させることで凍結膜が基板Ｗの表面Ｗｆに対する保護膜として作用して基板Ｗの表面Ｗｆを周囲雰囲気からの汚染より保護することができる。したがって、凍結膜を保護膜として基板Ｗの表面Ｗｆの汚染を防止しつつ基板Ｗを保存したり待機させておくことができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
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させる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】
【００７７】
【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の基板処理装置の制御構成を示すブロック図である。
【図３】リンス液供給部の構成を示す模式図である。
【図４】冷却ガス吐出ノズルの動きを示す図である。
【図５】基板Ｗの表面および裏面に対する処理を示す図である。
【図６】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７】この発明にかかる基板処理装置の第２実施形態の制御構成を示すブロック図である。
【図８】第２実施形態のリンス液供給部の構成を示す模式図である。
【図９】脱気溶解モジュールの構成を示す模式図である。
【図１０】純水に対する空気、酸素および窒素の溶解度と温度の関係を示す図である。
【図１１】リンス液吐出の変形形態を示す図である。
【図１２】第１実施形態の変形形態を示す図である。
【図１３】図１２の装置における凍結膜除去処理を示す図である。
【図１４】第１実施形態の変形形態を示す図である。
【図１５】二流体ノズルの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
３…冷却ガス吐出ノズル（冷却ガス吐出手段、凍結手段）、３Ａ…ガス吐出口（冷却ガス吐出手段）、３Ｂ…液吐出口（液吐出ノズル）、５…二流体ノズル（除去手段）、６…薬液吐出ノズル（除去手段）、１１ｂ…裏面側の液膜、１１ｆ…表面側の液膜、１３ｂ…裏面側の凍結膜、１３ｆ…表面側の凍結膜、２７…液吐出ノズル（液膜形成手段、除去手段）、３１…回動モータ（相対移動機構）、６２…リンス液供給部（液膜形成手段、除去手段）、６２３…温度調整部（液膜形成手段）、６２４…脱気溶解モジュール（溶解量調整部、液膜形成手段）、６２Ｐ…液供給管、６４…冷却ガス供給部（凍結手段）、６４Ｐ…ガス供給管（凍結手段）、９７…リンス液吐出ノズル（液膜形成手段、除去手段）、Ｗ…基板、Ｗｂ…基板の裏面、Ｗｆ…基板の表面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却された液体を基板に供給して該基板上に液膜を形成する液膜形成手段と、
前記基板上の前記液膜を凍結させる凍結手段と
を備えたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記凍結手段は、
前記液膜を構成する液体の凝固点より低い温度を有する冷却ガスを前記基板の表面に向けて局部的に吐出する冷却ガス吐出手段と、
前記冷却ガス吐出手段を前記基板の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、
前記冷却ガス吐出手段から冷却ガスを吐出させながら前記相対移動機構により前記冷却ガス吐出手段を前記基板に対して相対移動させて前記液膜を凍結させる請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記液膜形成手段は、前記冷却された液体を供給する液供給管と、該液供給管内の液体を前記基板に向けて吐出する液吐出ノズルとを備え、
前記凍結手段は、前記冷却ガス吐出手段に前記冷却ガスを導くガス供給管をさらに備え、
前記液供給管の少なくとも一部と前記ガス供給管の少なくとも一部とが近傍に並んで配設される請求項２記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記相対移動機構は、前記液吐出ノズルと前記冷却ガス吐出手段とを一体的に前記基板に対して相対移動させる請求項３記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記液膜形成手段は、前記基板に供給する液体の温度を常温より低い温度に調整する温度調整部を備える請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記液体は純水または脱イオン水からなり、前記温度調整部は前記液体の温度を０〜１０℃に冷却する請求項５記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記凍結手段により凍結された前記液膜を前記基板から除去する除去手段をさらに備える請求項１ないし６のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記液膜形成手段は、前記基板に供給する液体中における気体の溶解量を調整する溶解量調整部をさらに備える請求項１ないし７のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項９】
冷却された液体を基板に供給して該基板上に液膜を形成する液膜形成工程と、
前記基板上の前記液膜を凍結させる凍結工程と
を備えたことを特徴とする基板処理方法。
【請求項１】
冷却された液体を基板に供給して該基板上に液膜を形成する液膜形成手段と、
前記基板上の前記液膜を凍結させる凍結手段と
を備えたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記凍結手段は、
前記液膜を構成する液体の凝固点より低い温度を有する冷却ガスを前記基板の表面に向けて局部的に吐出する冷却ガス吐出手段と、
前記冷却ガス吐出手段を前記基板の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、
前記冷却ガス吐出手段から冷却ガスを吐出させながら前記相対移動機構により前記冷却ガス吐出手段を前記基板に対して相対移動させて前記液膜を凍結させる請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記液膜形成手段は、前記冷却された液体を供給する液供給管と、該液供給管内の液体を前記基板に向けて吐出する液吐出ノズルとを備え、
前記凍結手段は、前記冷却ガス吐出手段に前記冷却ガスを導くガス供給管をさらに備え、
前記液供給管の少なくとも一部と前記ガス供給管の少なくとも一部とが近傍に並んで配設される請求項２記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記相対移動機構は、前記液吐出ノズルと前記冷却ガス吐出手段とを一体的に前記基板に対して相対移動させる請求項３記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記液膜形成手段は、前記基板に供給する液体の温度を常温より低い温度に調整する温度調整部を備える請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記液体は純水または脱イオン水からなり、前記温度調整部は前記液体の温度を０〜１０℃に冷却する請求項５記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記凍結手段により凍結された前記液膜を前記基板から除去する除去手段をさらに備える請求項１ないし６のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記液膜形成手段は、前記基板に供給する液体中における気体の溶解量を調整する溶解量調整部をさらに備える請求項１ないし７のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項９】
冷却された液体を基板に供給して該基板上に液膜を形成する液膜形成工程と、
前記基板上の前記液膜を凍結させる凍結工程と
を備えたことを特徴とする基板処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００８−１３０９５２（Ｐ２００８−１３０９５２Ａ）
【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２００６−３１６５４１（Ｐ２００６−３１６５４１）
【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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