基板処理装置および基板処理方法
【課題】基板に形成した液膜を冷却し凝固させる基板処理装置および基板処理方法において、ミスト等に起因する基板へのウォーターマークの発生を抑制することのできる技術を提供する。
【解決手段】スピンベース２３に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに形成される液膜を、該液膜を構成する液体の凝固点よりも低温の冷却ガスにより凍結させる。、冷却ガスを吐出するノズル３を基板の回転中心ＡＯから基板周縁まで回動アーム３５によりスキャンさせる。これ以外のタイミングでは、ノズル３を基板上方から離れた待機位置（点線）に待機させるとともに、低流量で冷却ガスを吐出させてアイドリングを行う。吐出される冷却ガスについては、待機位置のノズル３直下に設けたガス回収ユニット３００により回収し、処理空間ＳＰに冷却ガスが流出するのを防止する。
【解決手段】スピンベース２３に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに形成される液膜を、該液膜を構成する液体の凝固点よりも低温の冷却ガスにより凍結させる。、冷却ガスを吐出するノズル３を基板の回転中心ＡＯから基板周縁まで回動アーム３５によりスキャンさせる。これ以外のタイミングでは、ノズル３を基板上方から離れた待機位置（点線）に待機させるとともに、低流量で冷却ガスを吐出させてアイドリングを行う。吐出される冷却ガスについては、待機位置のノズル３直下に設けたガス回収ユニット３００により回収し、処理空間ＳＰに冷却ガスが流出するのを防止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板に形成した液膜を冷却し凝固させるプロセスを含む処理を実行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】
従来より、例えば基板表面に付着したパーティクル等の汚染物質を除去する目的で、基板表面に液膜を形成しこれを冷却して凝固させる技術がある。例えば本願出願人が先に開示した特許文献１に記載の技術においては、基板表面に形成した液膜に対し、低温の冷却ガスを吐出するノズル（冷却ガス吐出手段）を走査移動させることで該液膜を凍結させ、これをリンス液で洗い流すことによって、凍結膜とともに基板に付着したパーティクル等の汚染物質を除去している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０７１８７５号公報（例えば、図７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような技術においては、必要な時に直ちに冷却ガスを基板に供給することができるように、冷却ガスの供給経路を予め低温に維持しておくことが望まれる。この目的のためには、例えば、冷却ガスを基板に供給するタイミング以外のタイミングにおいても少量の冷却ガスを冷却ガス吐出手段から吐出させておくことが考えられる。しかしながら、液体を用いた基板処理を行う系において処理空間は一般的に高湿度環境であり、冷却によるミストの発生が避けられない。そのため、このような環境下で冷却ガスを吐出し続けることにより、ミストの凝結に起因する結露や微小な氷粒が発生して基板にウォーターマークを生じさせるなどの問題が起こりうる。また、不要時には冷却ガスの供給を停止したとしても、供給経路内に残存する冷却ガスにより同様の問題が生じうる。従来の技術においては、このような問題に関しては十分な考慮がなされていなかった。
【０００５】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板に形成した液膜を冷却し凝固させる基板処理装置および基板処理方法において、ミスト等に起因する基板へのウォーターマークの発生を抑制することのできる技術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】
【０００６】
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、表面に液膜が形成された基板を略水平に保持する基板保持手段と、前記液膜を構成する液体の凝固点よりも低温にした冷却ガスをガス吐出口から吐出する冷却ガス吐出手段と、前記冷却ガス吐出手段を、待機状態と、前記基板保持手段に保持された前記基板に向けて前記冷却ガスを吐出する動作状態との間で切り換える状態切換手段と、前記待機状態にある前記冷却ガス吐出手段から吐出される前記冷却ガスを回収するガス回収手段とを備えることを特徴としている。
【０００７】
このように構成された発明では、基板に向けて冷却ガスを吐出せず待機状態にある冷却ガス吐出手段からの冷却ガスが回収されるため、高湿度環境の処理空間内においても結露や氷粒の発生が抑制され、これらが基板に付着することに起因するウォーターマークの発生を抑制することができる。
【０００８】
この発明においては、例えば、ガス回収手段が、冷却ガス吐出手段から吐出される冷却ガスを基板表面を経由しない排出経路に沿って排出するようにしてもよい。冷却ガス吐出手段から回収した冷却ガスについては処理空間外へ排出することで、基板への影響を回避することができる。このとき、排出経路を基板表面を経由しないものとすることで、ミストが冷却されることによるウォーターマークの発生をより確実に防止することができる。
【０００９】
また例えば、状態切換手段が、ガス吐出口を基板の上方に位置決めして冷却ガス吐出手段を動作状態とする一方、ガス吐出口を基板の上方以外の位置に位置決めして冷却ガス吐出手段を待機状態とするようにしてもよい。基板表面の液膜に冷却ガスを供給する動作状態ではガス吐出口を基板の上方に位置決めすることで、ガス吐出口から基板表面に向けて冷却ガスを吐出することができ。その一方、待機状態ではガス吐出口を基板の上方以外の位置に配置することで、ガス吐出口の周辺でミストの凝固による結露や氷粒の発生があってもこれが基板に落下するのを防止することができる。
【００１０】
また例えば、冷却ガス吐出手段が、待機状態において、動作状態よりも吐出量を少なくした冷却ガスを吐出するようにしてもよい。冷却ガスを完全に停止させるとその供給経路の温度が上昇し、その後速やかに低温のガスを吐出することができなくなる可能性があるが、少量のガス吐出を継続することでこの問題を回避することができる。前記した通り、こうして吐出される冷却ガスが処理空間に放出されるとウォーターマーク発生の原因となるが、本発明では冷却ガスを回収しているのでそのような問題はない。
【００１１】
また例えば、ガス回収手段は、待機状態にある冷却ガス吐出手段のガス吐出口の近傍に開口を有しガス吐出口から吐出される冷却ガスを該開口を通して受け入れる受入部と、受入部が受け入れた気体を排出する排出部とを備えてもよい。こうすることで、待機状態の冷却ガス吐出手段から吐出される冷却ガスは受入部から排出部を介して外部へ排出され、ミストを冷却して基板にウォーターマークを発生させることはない。
【００１２】
この場合において、受入部は、ガス吐出口の周囲を閉塞してガス吐出口から吐出される冷却ガスを開口に案内するようにしてもよい。こうすることで、基板周辺に発生するミストが冷却ガスに触れて凝結するのをより確実に防止することができる。
【００１３】
さらにこの場合、ガス回収手段は、待機状態の冷却ガス吐出手段においてガス吐出口に向けて供給される冷却ガスの量よりも多量の気体を回収するようにしてもよい。このようにすると、ガス吐出口から流れ込んだ周囲雰囲気が冷却ガスとともに回収されることとなるので、ミストおよび冷却ガスの存在によって生じる結露や氷粒の発生をさらに抑えることができる。
【００１４】
また例えば、冷却ガス吐出手段がガス吐出口へ冷却ガスを供給する供給経路を有し、ガス回収手段は、該供給経路内の冷却ガスの流通方向においてガス吐出口よりも上流側に設けられたガス回収口を通して冷却ガスを回収するようにしてもよい。このようにすると、待機状態においてガス吐出口からの冷却ガスの吐出量を少なく抑えつつ、供給経路を低温に保つのに十分な量の冷却ガスを流通させることができる。
【００１５】
また例えば、状態切換手段は、ガス吐出口の少なくとも一部を閉塞して冷却ガスの吐出を規制する規制部材をガス吐出口に近接配置することによりガス吐出手段を待機状態とするようにしてもよい。このようにすることで、待機状態におけるガス吐出口からの冷却ガスの吐出量をより少なく抑えることができる。
【００１６】
この場合において、ガス回収手段は、待機状態の冷却ガス吐出手段においてガス吐出口に向けて供給される冷却ガスの量よりも少量の気体を回収するようにしてもよい。この場合、供給経路を供給されてきた冷却ガスの一部はガス吐出口から吐出されることになる。このようにすると、高湿度の周囲雰囲気がガス吐出口に流れ込んでくることに起因するガス吐出口周辺での結露や氷粒の発生を抑えることができる。
【００１７】
また、この発明においては、冷却ガスの供給により凝固した液膜の凝固体を融解して除去する除去手段をさらに備えてもよい。こうすることで、基板に付着していたパーティクルや汚染物質が液膜の凝固体とともに洗い流されるので、基板表面を効果的に洗浄することができる。
【００１８】
また、基板保持手段に保持された基板の表面に液体を供給して液膜を形成する液膜形成手段を備えてもよい。液膜の形成およびその冷却を一体の装置によって行うことで、基板の処理をより効率よく行うことができる。
【００１９】
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、基板の表面に液膜を形成する工程と、冷却ガス吐出手段から前記液膜を構成する液体の凝固点よりも低温にした冷却ガスを供給して前記液膜を凝固させる工程と、凝固した前記液膜の凝固体を融解して除去する工程とを備え、前記液膜への前記冷却ガス供給を行わない期間、前記冷却ガス吐出手段から吐出される前記冷却ガスを回収することを特徴としている。
【００２０】
このように構成された発明では、上記した基板処理装置の発明と同様の理由により、液膜への冷却ガス供給を行わない期間にも冷却ガス吐出手段から冷却ガスを吐出させておくことができるので、液膜を凝固させる際には速やかに低温の冷却ガスを基板に供給することができる。また、液膜に冷却ガス供給を行うとき以外には吐出された冷却ガスが回収されるので、ミストが冷却されることに起因するウォーターマークの発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、基板表面の液膜に冷却ガスを供給するとき以外であってもある程度の冷却ガスを冷却ガス吐出手段に流通させておくことができるので、必要なときには速やかに低温の冷却ガスを基板に供給することができる。また、基板に供給されない冷却ガスが回収されているので、基板表面へのウォーターマークの発生を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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】第１実施形態における凍結洗浄処理の態様を示すフローチャートである。
【図４】図３の処理における動作を模式的に示す図である。
【図５】この凍結洗浄処理における装置各部の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】この発明にかかる基板処理装置の第２実施形態の主要部を示す図である。
【図７】この発明にかかる基板処理装置の第３実施形態の主要部を示す図である。
【図８】この発明にかかる基板処理装置の第４実施形態の主要部を示す図である。
【図９】この発明にかかる基板処理装置の第５実施形態の主要部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
＜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基板洗浄処理を実行可能な枚葉式の基板洗浄装置としての基板処理装置である。
【００２４】
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、処理チャンバー１内の処理空間ＳＰに、基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗを略水平姿勢に保持して回転させるスピンチャック２と、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに向けて液膜を冷却し凍結させるための冷却ガスを吐出する冷却ガスノズル３と、基板表面Ｗｆに処理液の液滴を供給する二流体ノズル５と、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに向けて薬液を吐出する薬液吐出ノズル６と、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに対向配置された遮断部材９とが設けられている。処理液としては、薬液または純水やＤＩＷ（deionized water；脱イオン水）等の洗浄液などが用いられる。
【００２５】
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４（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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
冷却ガスノズル３はガス供給部６４（図２）と接続されており、制御ユニット４からの動作指令に応じてガス供給部６４から冷却ガスが冷却ガスノズル３に供給される。より具体的には、ガス供給部６４に設けられた窒素ガス貯留部６４１から供給される窒素ガスが熱交換器６４２によりＤＩＷの凝固点よりも低い温度まで冷やされる。こうして冷やされた窒素ガスが冷却ガスとして、熱交換器６４２から第１のアーム３５内を経て冷却ガスノズル３まで配設された供給経路６４３に沿って冷却ガスノズル３に供給される。冷却ガスノズル３が基板表面Ｗｆに対向配置されると、冷却ガスノズル３下面に設けられた吐出口３０から基板表面Ｗｆに向けて局部的に冷却ガスが吐出される。冷却ガスノズル３から冷却ガスを吐出させた状態で、制御ユニット４が基板Ｗを回転させながら該冷却ガスノズル３を基板の回転中心から外周部に向け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できる。このとき、後述するように基板表面ＷｆにＤＩＷによる液膜が予め形成されていると、該液膜の全体を凍結させて基板表面Ｗｆの全面にＤＩＷの凍結膜を生成可能となっている。
【００３０】
第１の回動モータ３１は、図１に点線で示すように、冷却ガスノズル３を基板Ｗの上方よりも外側に設定された待機位置へ位置決めすることができる。待機位置に位置決めされる冷却ガスノズル３の下方にはガス回収ユニット３００が設けられている。ガス回収ユニット３００は、冷却ガスノズル３の直下に開口３０２を有する受入部３０１と、開口３０２を介して受入部３０１に案内された気体を通送するためのガス回収管３０３と、該ガス回収管３０３の末端に設けられた排気ポンプ３０９と、受入部３０１から排気ポンプ３０９に至るガス回収管３０３の経路上にこの順番で設けられた排気バルブ３０７および気液分離ボックス３０８とを備えている。
【００３１】
受入部３０１は、その上面が上向きの開口３０２となった空洞を内部に有しており、待機位置に位置決めされた冷却ガスノズル３から吐出される冷却ガスを開口３０２から受け入れてガス回収管３０３へ送る。ガス回収管３０３内の気体は制御ユニット４に制御される排気ポンプ３０９により処理空間ＳＰから外部へ排出される。この排気経路上に排気バルブ３０７が設けられ、制御ユニット４からの制御指令に応じて排気ポンプ３０９によるガス回収管３０３内の排気をオン・オフする。気液分離ボックス３０８は、ガス回収管３０３を通して排出される排気から液体成分を分離して図示しない排液回収部へ排出する。
【００３２】
また、スピンチャック２の外方に第２の回動モータ５１が設けられている。第２の回動モータ５１には、第２の回動軸５３が接続され、第２の回動軸５３には、第２のアーム５５が連結されている。また、第２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第２の回動モータ５１が駆動されることで、二流体ノズル５を第２の回動軸５３回りに揺動させることができる。この二流体ノズルは、処理液としてのＤＩＷと窒素ガスとを空中（ノズル外部）で衝突させてＤＩＷの液滴を生成する、いわゆる外部混合型の二流体ノズルである。
【００３３】
また、スピンチャック２の外方には、第３の回動モータ６７が設けられている。第３の回動モータ６７には、第３の回動軸６８が接続されている。また、第３の回動軸６８には、第３のアーム６９が水平方向に延びるように連結され、第３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第３の回動モータ６７が駆動されることで、薬液吐出ノズル６を基板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させることができる。薬液吐出ノズル６は薬液供給部６１と接続されており、制御ユニット４からの動作指令に応じてＳＣ１溶液（アンモニア水と過酸化水素水との混合水溶液）等の薬液が薬液吐出ノズル６に圧送される。
【００３４】
なお、冷却ガスノズル３、二流体ノズル５および薬液吐出ノズル６ならびにこれらに付随するアームやその回動機構としては、例えば前記した特許文献１（特開２００８−０７１８７５号公報）に記載されたものと同一構造のものを用いることができる。そこで、本明細書ではこれらの構成についてのより詳しい説明は省略する。
【００３５】
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。
【００３６】
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、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。
【００３７】
また、遮断部材昇降機構９４は、制御ユニット４からの動作指令に応じて、遮断部材９をスピンベース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４は遮断部材昇降機構９４を作動させることで、基板処理装置に対して基板Ｗを搬入出させる際には、スピンチャック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。
【００３８】
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、ガス供給部６４と接続されており、窒素ガス貯留部６４１から熱交換器を通さずに供給される窒素ガスが乾燥ガスとして供給される。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には適宜の処理液が通送されて、基板Ｗの表面Ｗｆに処理液を供給する。
【００３９】
ＤＩＷ供給部６２はＤＩＷ貯留部６２１を有しており、熱交換器６２２はＤＩＷ貯留部６２１から供給されるＤＩＷをその凝固点近傍温度まで冷却する。すなわち、ＤＩＷ供給部６２はＤＩＷ貯留部６２１から供給される常温のＤＩＷ、または熱交換器６２２により凝固点近傍温度まで冷却された低温のＤＩＷを供給可能となっている。
【００４０】
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。そして、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。処理液供給管２５およびガス供給路２９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およびガスを吐出する下面ノズル２７が設けられている。
【００４１】
処理液供給管２５は薬液供給部６１およびＤＩＷ供給部６２と接続されており、薬液供給部６１から供給されるＳＣ１溶液等の薬液またはＤＩＷ供給部６２から供給されるＤＩＷなどの各種の液体が選択的に供給される。一方、ガス供給路２９はガス供給部６４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ガス供給部６４からの窒素ガスを供給することができる。
【００４２】
また、スピンチャック２の周囲を取り囲むようにスプラッシュガード２０が設けられており、スピンベース２３の回転により回転する基板から飛散する処理液を受け止めて図示しない排液回収部へ案内する。
【００４３】
上記のように構成された基板処理装置では、処理チャンバー１内の処理空間ＳＰに搬入された基板Ｗがスピンチャック２によって保持され、必要に応じて所定の薬液処理が実行される。また、基板Ｗに対して、その表面Ｗｆに液膜を形成してこれを凍結させた後、凍結膜とともに付着物を除去する凍結洗浄処理が行われる。上記構成の装置における凍結洗浄処理の基本的な原理については特許文献１（特開２００８−０７１８７５号公報）に記載されているので詳しい説明は省略する。
【００４４】
図３はこの実施形態における凍結洗浄処理の態様を示すフローチャートである。また、図４は図３の処理における動作を模式的に示す図である。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が実行される。ここでは、予め基板Ｗが表面Ｗｆを上方に向けた状態で処理チャンバー１内に搬入されてスピンチャック２に保持され、遮断部材９がその下面を基板上面に近接対向配置されているものとする。
【００４５】
このとき、待機位置に位置決めした冷却ガスノズル３から予め少量の冷却ガスを吐出させてアイドリングを行っておく（ステップＳ１０１）。これは、ガス供給部６４から冷却ガスノズル３へのガス送出を完全に停止させてしまうと供給経路の温度が上昇してしまい、冷却ガスノズル３から所定の温度まで冷却された冷却ガスが吐出されるのに時間がかかるのを防止するためである。また、少量であっても吐出口３０からガスを吐出させておくことで、処理空間ＳＰ内の高湿度雰囲気が供給経路内に入り込んで結露するのを未然に防止することができる。なお、アイドリング時の冷却ガスは供給経路の温度維持を目的とするので、このとき吐出口から吐出されるガスの温度が、液膜を構成する液体の凝固点以下である必要は必ずしもない。
【００４６】
ただし、少量とは言え低温の冷却ガスを高湿度の処理空間ＳＰ内に放出することは、処理空間ＳＰ内の水蒸気を結露させてミストの原因となり、さらには微小な氷粒を生じさせる原因となる。このようなミストや氷粒が処理中の基板に付着すると基板表面Ｗｆにウォーターマークを生じさせてしまう。そこで、この実施形態では、前述したガス回収ユニット３００を冷却ガスノズル３の待機位置の近傍に配置し、待機状態（アイドリング状態）の冷却ガスノズル３から吐出される冷却ガスを回収するようにしている。こうすることにより、アイドリングによるガス供給経路の冷却および周囲雰囲気の侵入を防止しつつ、併せて処理空間ＳＰ内にミストや氷粒が生成するのを防止している。
【００４７】
続いて、制御ユニット４がチャック回転機構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から常温のＤＩＷを基板表面Ｗｆに供給する。基板表面に供給された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、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）が形成される（ステップＳ１０２）。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。
【００４８】
液膜形成が終了すると、制御ユニット４は遮断部材９を離間位置に退避させる。この状態では、図４（ａ）に示すように、基板Ｗの表面Ｗｆに所定厚さのパドル状液膜ＬＰが形成されている。ここで、パドル状の液膜ＬＰは、例えば薬液吐出ノズル６から供給されるＳＣ１液によって形成されてもよい。前記したように、このとき冷却ガスノズル３は基板上方から側方へ離間した待機位置（図４（ａ）に示す位置）にあり、吐出口３０から吐出される少量の冷却ガスはガス回収ユニット３００の受入部３０１に回収される。
【００４９】
続いて、冷却ガスノズル３を待機位置から基板の回転中心ＡＯの上方に移動させる（ステップＳ１０３）。そして、図４（ｂ）に示すように、回転する基板Ｗの表面Ｗｆに向けて冷却ガスノズル３からアイドリング時よりも多量の冷却ガスを吐出させることで動作状態としながら、冷却ガスノズル３を徐々に基板Ｗの端縁位置に向けてスキャン移動させていく（ステップＳ１０４）。
【００５０】
これにより、基板表面Ｗｆの表面領域に形成された液膜ＬＰが冷やされて部分的に凍結し、図４（ｃ）に示すように、凍結した領域（凍結領域ＦＲ）が基板表面Ｗｆの中央部に形成される。そして、方向Ｄn1へのノズル３のスキャンによって凍結領域ＦＲは基板表面Ｗｆの中央部から周縁部へと広げられ、図４（ｄ）に示すように、最終的には基板表面Ｗｆの液膜全面が凍結する。液膜全体が凍結すると、冷却ガスノズル３を待機位置まで退避させる。このとき冷却ガスノズル３からの冷却ガス吐出量を低下させてアイドリング状態に戻しておく（ステップＳ１０５）。
【００５１】
ここで、冷却ガスとしては、例えば−１５０℃、５０Ｌ／ｍｉｎの窒素ガスを用いることができる。また、凍結後の液膜の目標到達温度としては、例えば−３０℃とすることができる。冷却ガスのスキャンが終了すると、遮断部材９を再び基板表面Ｗｆに近接配置し（ステップＳ１０６）、さらに遮断部材９に設けられたノズル９７から基板表面Ｗｆの凍結した液膜に向けて常温のＤＩＷを供給してリンス処理を行う（ステップＳ１０７）。
【００５２】
ここまでの処理が実行された時点では、基板Ｗが遮断部材９とスピンベース２３との間に挟まれながら回転する状態で、基板Ｗの表面にＤＩＷが供給されている。ここで、基板表面Ｗｆに常温のＤＩＷを供給するのに代えて、二流体ノズル５からＤＩＷの液滴を供給するようにしてもよい。続いて基板へのＤＩＷの供給を停止し、基板を高速回転により乾燥させるスピン乾燥処理を行う（ステップＳ１０８）。すなわち、遮断部材９に設けられたノズル９７およびスピンベース２３に設けられた下面ノズル２７から窒素ガスを吐出させながら基板Ｗを高速度で回転させることにより、基板Ｗに残留するＤＩＷを振り切り基板Ｗを乾燥させる。このときに供給される窒素ガスは乾燥ガスとしての作用をするものであり、熱交換器を通さない常温のガスである。こうして乾燥処理が終了すると、処理済みの基板Ｗを搬出することによって１枚の基板に対する処理が完了する。
【００５３】
上記処理によって得られる洗浄効果について説明する。上記のようにして液膜を凍結させると、基板表面Ｗｆとパーティクルの間に入り込んだ液膜の体積が増加（摂氏０℃の水が摂氏０℃の氷になると、その体積はおよそ１．１倍に増加する）し、パーティクルが微小距離だけ基板表面Ｗｆから離れる。その結果、基板表面Ｗｆとパーティクルとの間の付着力が低減され、さらにはパーティクルが基板表面Ｗｆから脱離することとなる。このとき、基板表面Ｗｆに微細パターンが形成されている場合であっても、液膜の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く、つまりパターンに加えられる力が相殺される。そのため、パターンの剥離や倒壊を防止しながら、パーティクルのみを基板表面Ｗｆから剥離させることができる。そして、新たに供給するＤＩＷによって凍結した液膜を除去することにより、パーティクル等についても基板表面Ｗｆから取り除くことができる。
【００５４】
図５はこの凍結洗浄処理における装置各部の動作を示すタイミングチャートである。処理開始当初においては、冷却ガスノズル３は供給経路６４３を低温に維持できる程度の低流量で冷却ガスを吐出しており、その位置は待機位置である。このときガス回収ユニット３００の排気バルブ３０７は開かれており、冷却ガスノズル３から吐出される冷却ガスはガス回収ユニット３００により回収されて処理空間ＳＰ外へ排出されている。この状態が保たれた図５において符号Ａで示す期間中に、外部から基板Ｗが搬入されスピンベース２３に保持させる。
【００５５】
その後の時刻Ｔ1からＴ2までの期間Ｂにおいて、基板表面Ｗｆに液膜が形成される。このとき、冷却ガスノズル３からの冷却ガスの流量を増大させておく。基板表面Ｗｆが液膜で覆われた状態では、ミスト等に起因する基板の汚染は問題とならない。また冷却ガス流量を増大させておくことで、後のスキャン動作において十分に低温が維持された冷却ガスを吐出させることができる。
【００５６】
時刻Ｔ2に冷却ガスノズル３の移動が開始され、時刻Ｔ3までの期間Ｃにおいて、冷却ガスノズル３は待機位置から基板Ｗの回転中心ＡＯの上方まで移送される。そして、基板中心から周縁に向けた冷却ガスノズル３のスキャンが行われる（期間Ｄ）。時刻Ｔ4において冷却ガスノズル３が基板周縁の上方に達すると、冷却ガスの流量は再び低流量とされ、冷却ガスノズル３は待機位置に戻される（期間Ｅ）。またこの期間に遮断部材９の基板近接位置への下降が行われる。
【００５７】
冷却ガスノズル３が基板表面Ｗｆをスキャンする期間Ｄにおける排気バルブ３０７の取り扱いとしては、冷却ガスノズル３から基板表面Ｗｆに供給される冷却ガスの流れを乱さないという意味においては図５に実線で示すように閉じておいてもよく、また同図に破線で示すように処理空間ＳＰ内の高湿度雰囲気を排出する目的で開いたままとしてもよい。このとき、冷却ガスの吐出量よりも多くの気体をガス回収ユニット３００が回収するようにしておくと、ガス回収ユニット３００が確実に冷却ガスを回収した上で、さらに周囲雰囲気も排出することができる。なお、ガス回収ユニット３００に取り込まれた高湿度雰囲気中の液体成分については、気液分離ボックス３０８により排気から分離して処理することが可能である。
【００５８】
ノズル移動が終了する時刻Ｔ5から続くＴ6までの期間Ｆにおいてリンス処理が行われるとともに、時刻Ｔ7までの期間Ｇにスピン乾燥処理が行われる。その後の期間Ｈにおいて、処理後の基板の搬出が行われる。これらの期間中、待機位置に位置決めした冷却ガスノズル３から少量の冷却ガスを吐出しアイドリング状態としておくことで、ガス供給経路の温度上昇を抑制することができる。また、このとき吐出される冷却ガスをガス回収ユニット３００で回収することにより、処理空間ＳＰ内でのミストや氷粒の基板への付着を抑制することができる。
【００５９】
以上のように、この実施形態では、冷却ガスノズル３を基板表面Ｗｆに沿ってスキャン移動させ基板表面Ｗｆに冷却ガスを供給するとき以外にも、少量の冷却ガスを冷却ガスノズル３から吐出させるアイドリングを行う。こうすることによって、供給経路６４３の温度上昇を抑えるとともに、処理空間内の雰囲気がガス経路に侵入するのを防止する。
【００６０】
このとき、吐出された冷却ガスに処理空間内の高湿度雰囲気が触れるの防止するために、待機状態の冷却ガスノズル３の近傍にガス回収ユニット３００を配置して、アイドリングのために吐出される冷却ガスを回収する。こうすることで、高湿度雰囲気が冷却ガスに触れてミストや結露、霜、氷粒等が発生し基板に付着してウォーターマークとなるのを抑制することができる。特に、吐出された冷却ガスが排出される経路を基板表面から離れたものとすることによって、基板への影響を最小限にすることができる。
【００６１】
なお、この実施形態においては、待機位置の冷却ガスノズル３の吐出口３０の近傍に開口３０２を有するガス回収ユニット３００を配置している。しかしながら、これに代えて、ガス回収ユニットがカバー状またはキャップ状の部材により冷却ガスノズル３の吐出口の周囲を完全に閉塞するようにしてもよい。こうすることで、アイドリング中に冷却ガスノズル３から吐出される冷却ガスは処理空間ＳＰ内の雰囲気に触れることなく排出されるので、ミスト等に起因するウォーターマークの発生をより確実に防止することができる。この場合には、吐出口３０から吐出されるガスをその吐出圧によって排出することができるので、排気ポンプを必ずしも必要としない。
【００６２】
以上説明したように、この実施形態においては、スピンチャック２が本発明の「基板保持手段」として機能しており、冷却ガスノズル３が本発明の「冷却ガス吐出手段」として機能している。そのうち吐出口３０が本発明の「ガス吐出口」に相当している。また、ガス回収ユニット３００が本発明の「ガス回収手段」として機能している。このガス回収ユニット３００では、受入部３０１および開口３０２がそれぞれ本発明の「受入部」および「開口」に相当している。また、排気バルブ３０７および排気ポンプ３０９が本発明の「排出部」として機能している。
【００６３】
また、この実施形態では、第１の回動モータ３１が、冷却ガスノズル３を基板Ｗ上に位置決めすることで冷却ガスノズル３を「動作状態」とする一方、該ノズル３を待機位置に位置決めすることで「待機状態」に切り換えており、本発明の「状態切換手段」として機能している。
【００６４】
さらに、この実施形態では、基板Ｗを回転させるスピンチャック２および遮断部材９に設けられて基板Ｗに向けてＤＩＷを供給するノズル９７が、本発明の「液膜形成手段」および「除去手段」として機能している。
【００６５】
＜第２実施形態＞
図６はこの発明にかかる基板処理装置の第２実施形態の主要部を示す図である。より具体的には、図６（ａ）はこの実施形態における冷却ガスノズルの構造を示す図であり、図６（ｂ）はこの実施形態による凍結洗浄処理における装置各部の動作を示すタイミングチャートである。第２実施形態における冷却ガスノズル３１０では、ノズル３１０が取り付けられた回動自在のアーム３１５の内部に、ノズル内部に設けられて吐出口３１１と連通する先端空間３１２に、冷却ガスを送り込むための供給経路３１３と、先端空間３１２内の気体を排出するための排出経路３１４とが設けられている。
【００６６】
供給経路３１３は窒素ガス供給部６４に接続されており、窒素ガス供給部６４から熱交換器６４２を介して送出される低温の冷却ガスをノズルの先端空間３１２に送り込む。一方、排出経路３１４は排気バルブ３１７を介して排気ポンプ３１９に接続されており、排気バルブ３１７が開かれているときには、先端空間３１２に面した開口部３１４ａから先端空間３１２内の気体を取り込んで排気ポンプ３１９に案内する。供給経路３１３を介して供給されるガスの流量と排出経路３１４を介して排出されるガスの流量とでは、ほぼ同量、もしくは供給経路３１３から供給されるガスの流量の方が僅かに大きくなるように設定されることが望ましい。
【００６７】
このように、第２実施形態の装置においては、第１実施形態におけるガス回収ユニット３００と同様の作用をする構成が冷却ガスノズル３１０と一体的に組み込まれているという特徴がある。その他の装置構成は第１実施形態のものと共通とすることができるので、他の部分については詳しい説明を省略する。
【００６８】
図６（ｂ）に示すように、各部の動作も基本的には第１実施形態のものと同じである。
ただし、第２実施形態では、冷却ガスノズル３１０が待機位置にあるときのアイドリングにおいて、供給経路３１３を介して供給される少量の冷却ガスが排出経路３１４を介して排出される点で第１実施形態とは相違している。すなわち、冷却ガスノズル３１０を基板上でスキャンさせるとき（期間Ｄ）には冷却ガスの流量を高くするとともに排気バルブ３１７を閉じているので、図６（ａ）において実線矢印で示すように、供給経路３１３から先端空間３１２に送り込まれた冷却ガスは吐出口３１１から基板表面Ｗｆの液膜に向けて吐出される。
【００６９】
一方、アイドリング期間、具体的には液膜形成を開始するまでの期間Ａおよびスキャン終了後の期間ＥないしＨでは、供給経路３１３を介して先端空間３１２に供給される冷却ガスの量は低く抑えられ、かつ排気バルブ３１７が開かれている。このため、図６（ａ）において破線矢印で示すように、先端空間３１２に供給された冷却ガスは排出経路３１４を介して外部に排出される。
【００７０】
その結果、アイドリングのために冷却ガスノズル３１０に供給される冷却ガスは、その流通方向において吐出口３１１よりも上流側で回収されてほとんど処理空間ＳＰに放出されなくなる。したがって、第１実施形態と同様に、アイドリングによりガス供給経路の温度を低く維持するとともに、処理空間ＳＰ内の高湿度雰囲気と触れることでミストや結露、氷粒等が発生するのを防止し、基板にウォーターマークが発生するのを効果的に抑制することができる。
【００７１】
なお、排出経路３１４を介して排出されるガスの流量よりも供給経路３１３を介して供給されるガスの流量を僅かに大きくした場合の効果は次の通りである。先端空間３１２に送り込まれるガスの量を該空間から排出されるガスの量よりも多くすることで、送り込まれたガスの一部が排出しきれずに吐出口３１１から放出されるため、高湿度の周囲雰囲気が吐出口３１１から排出経路３１４に流れ込んで吐出口３１１の周辺に霜が発生するのを防止する効果が得られる。
【００７２】
また、この実施形態ではアイドリング時の冷却ガスを冷却ガスノズル３１０内で回収しているので、任意のノズル位置でアイドリングを行うことが可能である。この意味では第１実施形態のようにアイドリング時に待機位置へ位置決めすることは必須でない。しかしながら、吐出口３１１の周辺に生じた霜等が基板上に落下するのを防止するために、やはり基板上方から離れた位置に冷却ガスノズル３１０を位置決めした状態でアイドリングを行うことが好ましい。
【００７３】
この実施形態では、アーム３１５内に設けられた供給経路３１３が本発明の「供給経路」に相当しており、同じくアーム３１５内に設けられた排出経路３１４と、排気バルブ３１７、排気ポンプ３１９等とが一体として本発明の「ガス回収手段」として機能している。また、この実施形態では、排気バルブ３１７がその開閉により排出経路３１４を通じた排気をオン・オフすることで、冷却ガスノズル３１０の動作状態・待機状態の切換を行っており、本発明の「状態切換手段」として機能している。また、吐出口３１１が本発明の「ガス吐出口」に相当する一方、先端空間３１２に開口する開口部３１４ａが、本発明の「ガス回収口」に相当している。
【００７４】
＜第３実施形態＞
図７はこの発明にかかる基板処理装置の第３実施形態の主要部を示す図である。より具体的には、図７（ａ）はこの実施形態における冷却ガスノズルの構造を示す図であり、図７（ｂ）はこの実施形態による凍結洗浄処理における装置各部の動作を示すタイミングチャートである。
【００７５】
この実施形態は第２実施形態の装置に新たな部材を付加したものであり、その点を除く構成は第２実施形態と同じであるので、同一構成には同一符号を付して説明を省略する。この第３実施形態では、図７（ａ）に示すように、待機位置に位置決めされた冷却ガス吐出ノズル３１０の吐出口３１１を覆うように、ただし僅かな隙間を設けてプレート状のキャップ部材３２１が設けられる。図７（ｂ）に示すように、この装置における動作は第２実施形態とほぼ同じである。
【００７６】
すなわち、冷却ガスノズル３１０を基板上でスキャンさせるとき（期間Ｄ）には冷却ガスの流量を高くするとともに排気バルブ３１７を閉じているので、図７（ａ）において実線矢印で示すように、供給経路３１３から先端空間３１２に送り込まれた冷却ガスは吐出口３１１から基板に向けて吐出される。
【００７７】
一方、液膜形成を開始するまでの期間Ａおよびスキャン終了後の期間ＥないしＨでは、供給経路３１３を介して先端空間３１２に供給される冷却ガスの量は低く抑えられ、かつ排気バルブ３１７が開かれている。さらに、待機位置に位置決めされた冷却ガスノズル３１０の吐出口３１１にはキャップ部材３２１が近接配置されている。このため、吐出口３１１からのガス吐出が大幅に規制されており、図７（ａ）において破線矢印で示すように、先端空間３１２に供給された冷却ガスは排出経路３１４を介して外部に排出される。この場合、吐出口３１１の大部分を塞いでいることから、供給経路３１３からの冷却ガスの供給圧を利用して冷却ガスを排出経路３１４から外部へ排出することが可能であり、排気ポンプを省くことができる。また、排出経路３１４を介して排出されるガスの流量よりも供給経路３１３を介して供給されるガスの流量が僅かに大きく設定された場合には、一部の冷却ガスがノズル３１０とキャップ部材３２１との隙間を通じて処理空間ＳＰ内に放出される。これにより、処理空間ＳＰからの雰囲気の流入が回避される。したがって、ガス回収経路から気液分離ボックスを省くことが可能となる。
【００７８】
このような態様によっても、上記した第１実施形態および第２実施形態と同様に、アイドリングによりガス供給経路の温度を低く維持するとともに、ミスト等の発生に起因する基板へのウォーターマークの発生を抑制することができる。また、待機状態の冷却ガスノズル３１０の吐出口３１１にキャップ部材３２１を近接させることで、処理空間ＳＰ内の雰囲気と冷却ガスとが触れるのをより効果的に抑制することができる。また、以下に説明する第４および第５実施形態に比べると、ノズルまたはキャップ部材の上下動を必要としないため、装置構成としてはより簡単なものを用いることが可能である。
【００７９】
この実施形態では、排気バルブ３１７の開閉とキャップ部材３２１の近接・離間とによって、冷却ガスノズル３１０を待機状態・動作状態の間で切り換えており、排気バルブ３１７およびキャップ部材３２１が本発明の「状態切換手段」として機能している。また、キャップ部材３２１は本発明の「規制部材」としての機能も有している。
【００８０】
＜第４実施形態＞
図８はこの発明にかかる基板処理装置の第４実施形態の主要部を示す図である。より具体的には、図８（ａ）はこの実施形態における冷却ガスノズルの構造を示す図であり、図８（ｂ）はこの実施形態による凍結洗浄処理における装置各部の動作を示すタイミングチャートである。この第４実施形態は第３実施形態の一部を改変したものであるので、共通の構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００８１】
この実施形態では、待機位置に位置決めされた冷却ガスノズル３１０を図示しない任意の昇降機構により所定の範囲で上下動可能とする。これにより、待機位置では、図８（ａ）に示すようにキャップ部材３２１が冷却ガスノズル３１０の吐出口３１１を完全に閉塞して、アイドリングのための冷却ガスが処理空間ＳＰに漏れ出すのを防止する。
【００８２】
具体的な動作の態様は図８（ｂ）に示す通りである。すなわち、待機状態ではノズル高さを低くしてキャップ部材３２１を冷却ガスノズル３１０に当接させておく。そして、ノズルを待機位置から基板中心へ向けて移動開始する時刻Ｔ2と同時またはそれより少し前に、昇降機構により冷却ガスノズル３１０の高さを上げる。この状態でノズルを基板上へ移動させてスキャン動作を行い、待機位置に戻す時に（時刻Ｔ5）、またはその少し後に、ノズルを下降させて再びキャップ部材３２１を冷却ガスノズル３１０に当接させる。
【００８３】
その他の装置構成や動作、それにより得られる作用効果については第３実施形態と同様であるが、アイドリング時に吐出口３１１をキャップ部材３２１で閉塞することにより、冷却ガスと処理空間ＳＰ内の雰囲気とがより確実に分離され、ミスト等に起因するウォーターマークの防止効果をより高めることができる。
【００８４】
＜第５実施形態＞
図９はこの発明にかかる基板処理装置の第５実施形態の主要部を示す図である。より具体的には、図９（ａ）はこの実施形態における冷却ガスノズルの構造を示す図であり、図９（ｂ）はこの実施形態による凍結洗浄処理における装置各部の動作を示すタイミングチャートである。この第５実施形態は、第４実施形態の一部を改変したものであるので、共通の構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００８５】
第４実施形態では待機位置において冷却ガスノズル３１０を昇降させたが、この第５実施形態では、これに代えてキャップ部材３２１を昇降機構で昇降させることにより、冷却ガスノズル３１０の吐出口を閉塞およびその解除を行うようにしている。すなわち、図９（ｂ）に示すように、待機状態ではキャップ部材３２１を高い位置に位置決めすることで冷却ガスノズル３１０に当接させておく。そして、ノズルを待機位置から基板中心へ向けて移動開始する時刻Ｔ3と同時またはそれより少し前に、図示しない昇降機構によりキャップ部材３２１を下降させて冷却ガスノズル３１０から離間させる。この状態でノズルをスキャンさせ待機位置に戻すと同時に（時刻Ｔ5）、またはその少し後に、再びキャップ部材３２１を上昇させて冷却ガスノズル３１０に当接させる。その他の装置構成や動作、それにより得られる作用効果については第４実施形態と同様である。
【００８６】
このような構成では、冷却ガスノズル３１０の上下動は必要なく、単にキャップ部材３２１を昇降させるだけであるので、より簡単な装置構成で上記動作を実現することが可能である。また、ノズル昇降に伴うパーティクルや水滴、霜等の落下を防止することができる。
【００８７】
＜その他＞
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、ＤＩＷによって本発明の「液膜」を形成しているが、液膜を構成する液体はこれに限定されない。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用いたり、ＤＩＷに少量の界面活性剤を加えたものを用いてもよい。
【００８８】
また、上記実施形態では、冷却ガスとして液膜を構成する液体（ＤＩＷ）の凝固点よりも低温にした窒素ガスを用いているが、冷却ガスは窒素ガスに限定されない。例えば、アルゴンガスのような希ガスや他の不活性ガス、乾燥空気等を用いてもよい。
【００８９】
また、上記実施形態の基板処理装置は、ＤＩＷ貯留部６２１および窒素ガス貯留部６４１をいずれも装置内部に内蔵しているが、処理液およびガスの供給源については装置の外部に設けられてもよく、例えば工場内に既設の処理液やガスの供給源を利用するようにしてもよい。また、これらを冷却するための既設設備がある場合には、該設備によって冷却された液体やガスを利用するようにしてもよい。
【００９０】
また、上記第３ないし第５実施形態では、排出経路３１４に取り込まれた気体を、供給経路３１３からの冷却ガスの供給圧を利用して外部へ排気することで排気ポンプを省略しているが、必要に応じて排出経路上に排気ポンプを設けても構わない。また、気液分離ボックスを排出経路に設けてもよい。
【００９１】
また、上記各実施形態では、待機状態においても冷却ガスノズルから少量の冷却ガスを吐出するアイドリングを行うものである。しかしながら、このようなアイドリングを行わない、つまり待機状態ではガス吐出を停止させる構成においても、供給経路内に残存する低温のガスが吐出口から漏れ出すこともある。したがって、このように冷却ガス吐出によるアイドリングを行わない装置に対しても、本発明は有効である。
【００９２】
また、上記実施形態の基板処理装置は、基板Ｗの上方に近接配置される遮断部材９を有するものであるが、本発明は遮断部材を有しない装置にも適用可能である。また、この実施形態の装置は基板Ｗをその周縁部に当接するチャックピン２４によって保持するものであるが、基板の保持方法はこれに限定されるものではなく、他の方法で基板を保持する装置にも、本発明を適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
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。
【符号の説明】
【００９４】
２ スピンチャック（基板保持手段、液膜形成手段、除去手段）
３ 冷却ガスノズル（冷却ガス吐出手段）
３０ 吐出口（ガス吐出口）
３１ 第１の回動モータ（状態切換手段）
９７ ノズル（液膜形成手段、除去手段）
３００ ガス回収ユニット（ガス回収手段）
３０１ 受入部
３０２ 開口
３０７ 排気バルブ（排出部）
３０９ 排気ポンプ（排出部）
３１１ 吐出口（ガス吐出口）
３１３ 供給経路
３１４ 排出経路（ガス回収手段）
３１４ａ 開口部（ガス回収口）
３１７ 排気バルブ（ガス回収手段、状態切換手段）
３１９ 排気ポンプ（ガス回収手段）
３２１ キャップ部材（状態切換手段、規制部材）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板に形成した液膜を冷却し凝固させるプロセスを含む処理を実行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】
従来より、例えば基板表面に付着したパーティクル等の汚染物質を除去する目的で、基板表面に液膜を形成しこれを冷却して凝固させる技術がある。例えば本願出願人が先に開示した特許文献１に記載の技術においては、基板表面に形成した液膜に対し、低温の冷却ガスを吐出するノズル（冷却ガス吐出手段）を走査移動させることで該液膜を凍結させ、これをリンス液で洗い流すことによって、凍結膜とともに基板に付着したパーティクル等の汚染物質を除去している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０７１８７５号公報（例えば、図７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような技術においては、必要な時に直ちに冷却ガスを基板に供給することができるように、冷却ガスの供給経路を予め低温に維持しておくことが望まれる。この目的のためには、例えば、冷却ガスを基板に供給するタイミング以外のタイミングにおいても少量の冷却ガスを冷却ガス吐出手段から吐出させておくことが考えられる。しかしながら、液体を用いた基板処理を行う系において処理空間は一般的に高湿度環境であり、冷却によるミストの発生が避けられない。そのため、このような環境下で冷却ガスを吐出し続けることにより、ミストの凝結に起因する結露や微小な氷粒が発生して基板にウォーターマークを生じさせるなどの問題が起こりうる。また、不要時には冷却ガスの供給を停止したとしても、供給経路内に残存する冷却ガスにより同様の問題が生じうる。従来の技術においては、このような問題に関しては十分な考慮がなされていなかった。
【０００５】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板に形成した液膜を冷却し凝固させる基板処理装置および基板処理方法において、ミスト等に起因する基板へのウォーターマークの発生を抑制することのできる技術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】
【０００６】
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、表面に液膜が形成された基板を略水平に保持する基板保持手段と、前記液膜を構成する液体の凝固点よりも低温にした冷却ガスをガス吐出口から吐出する冷却ガス吐出手段と、前記冷却ガス吐出手段を、待機状態と、前記基板保持手段に保持された前記基板に向けて前記冷却ガスを吐出する動作状態との間で切り換える状態切換手段と、前記待機状態にある前記冷却ガス吐出手段から吐出される前記冷却ガスを回収するガス回収手段とを備えることを特徴としている。
【０００７】
このように構成された発明では、基板に向けて冷却ガスを吐出せず待機状態にある冷却ガス吐出手段からの冷却ガスが回収されるため、高湿度環境の処理空間内においても結露や氷粒の発生が抑制され、これらが基板に付着することに起因するウォーターマークの発生を抑制することができる。
【０００８】
この発明においては、例えば、ガス回収手段が、冷却ガス吐出手段から吐出される冷却ガスを基板表面を経由しない排出経路に沿って排出するようにしてもよい。冷却ガス吐出手段から回収した冷却ガスについては処理空間外へ排出することで、基板への影響を回避することができる。このとき、排出経路を基板表面を経由しないものとすることで、ミストが冷却されることによるウォーターマークの発生をより確実に防止することができる。
【０００９】
また例えば、状態切換手段が、ガス吐出口を基板の上方に位置決めして冷却ガス吐出手段を動作状態とする一方、ガス吐出口を基板の上方以外の位置に位置決めして冷却ガス吐出手段を待機状態とするようにしてもよい。基板表面の液膜に冷却ガスを供給する動作状態ではガス吐出口を基板の上方に位置決めすることで、ガス吐出口から基板表面に向けて冷却ガスを吐出することができ。その一方、待機状態ではガス吐出口を基板の上方以外の位置に配置することで、ガス吐出口の周辺でミストの凝固による結露や氷粒の発生があってもこれが基板に落下するのを防止することができる。
【００１０】
また例えば、冷却ガス吐出手段が、待機状態において、動作状態よりも吐出量を少なくした冷却ガスを吐出するようにしてもよい。冷却ガスを完全に停止させるとその供給経路の温度が上昇し、その後速やかに低温のガスを吐出することができなくなる可能性があるが、少量のガス吐出を継続することでこの問題を回避することができる。前記した通り、こうして吐出される冷却ガスが処理空間に放出されるとウォーターマーク発生の原因となるが、本発明では冷却ガスを回収しているのでそのような問題はない。
【００１１】
また例えば、ガス回収手段は、待機状態にある冷却ガス吐出手段のガス吐出口の近傍に開口を有しガス吐出口から吐出される冷却ガスを該開口を通して受け入れる受入部と、受入部が受け入れた気体を排出する排出部とを備えてもよい。こうすることで、待機状態の冷却ガス吐出手段から吐出される冷却ガスは受入部から排出部を介して外部へ排出され、ミストを冷却して基板にウォーターマークを発生させることはない。
【００１２】
この場合において、受入部は、ガス吐出口の周囲を閉塞してガス吐出口から吐出される冷却ガスを開口に案内するようにしてもよい。こうすることで、基板周辺に発生するミストが冷却ガスに触れて凝結するのをより確実に防止することができる。
【００１３】
さらにこの場合、ガス回収手段は、待機状態の冷却ガス吐出手段においてガス吐出口に向けて供給される冷却ガスの量よりも多量の気体を回収するようにしてもよい。このようにすると、ガス吐出口から流れ込んだ周囲雰囲気が冷却ガスとともに回収されることとなるので、ミストおよび冷却ガスの存在によって生じる結露や氷粒の発生をさらに抑えることができる。
【００１４】
また例えば、冷却ガス吐出手段がガス吐出口へ冷却ガスを供給する供給経路を有し、ガス回収手段は、該供給経路内の冷却ガスの流通方向においてガス吐出口よりも上流側に設けられたガス回収口を通して冷却ガスを回収するようにしてもよい。このようにすると、待機状態においてガス吐出口からの冷却ガスの吐出量を少なく抑えつつ、供給経路を低温に保つのに十分な量の冷却ガスを流通させることができる。
【００１５】
また例えば、状態切換手段は、ガス吐出口の少なくとも一部を閉塞して冷却ガスの吐出を規制する規制部材をガス吐出口に近接配置することによりガス吐出手段を待機状態とするようにしてもよい。このようにすることで、待機状態におけるガス吐出口からの冷却ガスの吐出量をより少なく抑えることができる。
【００１６】
この場合において、ガス回収手段は、待機状態の冷却ガス吐出手段においてガス吐出口に向けて供給される冷却ガスの量よりも少量の気体を回収するようにしてもよい。この場合、供給経路を供給されてきた冷却ガスの一部はガス吐出口から吐出されることになる。このようにすると、高湿度の周囲雰囲気がガス吐出口に流れ込んでくることに起因するガス吐出口周辺での結露や氷粒の発生を抑えることができる。
【００１７】
また、この発明においては、冷却ガスの供給により凝固した液膜の凝固体を融解して除去する除去手段をさらに備えてもよい。こうすることで、基板に付着していたパーティクルや汚染物質が液膜の凝固体とともに洗い流されるので、基板表面を効果的に洗浄することができる。
【００１８】
また、基板保持手段に保持された基板の表面に液体を供給して液膜を形成する液膜形成手段を備えてもよい。液膜の形成およびその冷却を一体の装置によって行うことで、基板の処理をより効率よく行うことができる。
【００１９】
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、基板の表面に液膜を形成する工程と、冷却ガス吐出手段から前記液膜を構成する液体の凝固点よりも低温にした冷却ガスを供給して前記液膜を凝固させる工程と、凝固した前記液膜の凝固体を融解して除去する工程とを備え、前記液膜への前記冷却ガス供給を行わない期間、前記冷却ガス吐出手段から吐出される前記冷却ガスを回収することを特徴としている。
【００２０】
このように構成された発明では、上記した基板処理装置の発明と同様の理由により、液膜への冷却ガス供給を行わない期間にも冷却ガス吐出手段から冷却ガスを吐出させておくことができるので、液膜を凝固させる際には速やかに低温の冷却ガスを基板に供給することができる。また、液膜に冷却ガス供給を行うとき以外には吐出された冷却ガスが回収されるので、ミストが冷却されることに起因するウォーターマークの発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、基板表面の液膜に冷却ガスを供給するとき以外であってもある程度の冷却ガスを冷却ガス吐出手段に流通させておくことができるので、必要なときには速やかに低温の冷却ガスを基板に供給することができる。また、基板に供給されない冷却ガスが回収されているので、基板表面へのウォーターマークの発生を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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】第１実施形態における凍結洗浄処理の態様を示すフローチャートである。
【図４】図３の処理における動作を模式的に示す図である。
【図５】この凍結洗浄処理における装置各部の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】この発明にかかる基板処理装置の第２実施形態の主要部を示す図である。
【図７】この発明にかかる基板処理装置の第３実施形態の主要部を示す図である。
【図８】この発明にかかる基板処理装置の第４実施形態の主要部を示す図である。
【図９】この発明にかかる基板処理装置の第５実施形態の主要部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
＜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基板洗浄処理を実行可能な枚葉式の基板洗浄装置としての基板処理装置である。
【００２４】
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、処理チャンバー１内の処理空間ＳＰに、基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗを略水平姿勢に保持して回転させるスピンチャック２と、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに向けて液膜を冷却し凍結させるための冷却ガスを吐出する冷却ガスノズル３と、基板表面Ｗｆに処理液の液滴を供給する二流体ノズル５と、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに向けて薬液を吐出する薬液吐出ノズル６と、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに対向配置された遮断部材９とが設けられている。処理液としては、薬液または純水やＤＩＷ（deionized water；脱イオン水）等の洗浄液などが用いられる。
【００２５】
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４（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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
冷却ガスノズル３はガス供給部６４（図２）と接続されており、制御ユニット４からの動作指令に応じてガス供給部６４から冷却ガスが冷却ガスノズル３に供給される。より具体的には、ガス供給部６４に設けられた窒素ガス貯留部６４１から供給される窒素ガスが熱交換器６４２によりＤＩＷの凝固点よりも低い温度まで冷やされる。こうして冷やされた窒素ガスが冷却ガスとして、熱交換器６４２から第１のアーム３５内を経て冷却ガスノズル３まで配設された供給経路６４３に沿って冷却ガスノズル３に供給される。冷却ガスノズル３が基板表面Ｗｆに対向配置されると、冷却ガスノズル３下面に設けられた吐出口３０から基板表面Ｗｆに向けて局部的に冷却ガスが吐出される。冷却ガスノズル３から冷却ガスを吐出させた状態で、制御ユニット４が基板Ｗを回転させながら該冷却ガスノズル３を基板の回転中心から外周部に向け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できる。このとき、後述するように基板表面ＷｆにＤＩＷによる液膜が予め形成されていると、該液膜の全体を凍結させて基板表面Ｗｆの全面にＤＩＷの凍結膜を生成可能となっている。
【００３０】
第１の回動モータ３１は、図１に点線で示すように、冷却ガスノズル３を基板Ｗの上方よりも外側に設定された待機位置へ位置決めすることができる。待機位置に位置決めされる冷却ガスノズル３の下方にはガス回収ユニット３００が設けられている。ガス回収ユニット３００は、冷却ガスノズル３の直下に開口３０２を有する受入部３０１と、開口３０２を介して受入部３０１に案内された気体を通送するためのガス回収管３０３と、該ガス回収管３０３の末端に設けられた排気ポンプ３０９と、受入部３０１から排気ポンプ３０９に至るガス回収管３０３の経路上にこの順番で設けられた排気バルブ３０７および気液分離ボックス３０８とを備えている。
【００３１】
受入部３０１は、その上面が上向きの開口３０２となった空洞を内部に有しており、待機位置に位置決めされた冷却ガスノズル３から吐出される冷却ガスを開口３０２から受け入れてガス回収管３０３へ送る。ガス回収管３０３内の気体は制御ユニット４に制御される排気ポンプ３０９により処理空間ＳＰから外部へ排出される。この排気経路上に排気バルブ３０７が設けられ、制御ユニット４からの制御指令に応じて排気ポンプ３０９によるガス回収管３０３内の排気をオン・オフする。気液分離ボックス３０８は、ガス回収管３０３を通して排出される排気から液体成分を分離して図示しない排液回収部へ排出する。
【００３２】
また、スピンチャック２の外方に第２の回動モータ５１が設けられている。第２の回動モータ５１には、第２の回動軸５３が接続され、第２の回動軸５３には、第２のアーム５５が連結されている。また、第２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第２の回動モータ５１が駆動されることで、二流体ノズル５を第２の回動軸５３回りに揺動させることができる。この二流体ノズルは、処理液としてのＤＩＷと窒素ガスとを空中（ノズル外部）で衝突させてＤＩＷの液滴を生成する、いわゆる外部混合型の二流体ノズルである。
【００３３】
また、スピンチャック２の外方には、第３の回動モータ６７が設けられている。第３の回動モータ６７には、第３の回動軸６８が接続されている。また、第３の回動軸６８には、第３のアーム６９が水平方向に延びるように連結され、第３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第３の回動モータ６７が駆動されることで、薬液吐出ノズル６を基板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させることができる。薬液吐出ノズル６は薬液供給部６１と接続されており、制御ユニット４からの動作指令に応じてＳＣ１溶液（アンモニア水と過酸化水素水との混合水溶液）等の薬液が薬液吐出ノズル６に圧送される。
【００３４】
なお、冷却ガスノズル３、二流体ノズル５および薬液吐出ノズル６ならびにこれらに付随するアームやその回動機構としては、例えば前記した特許文献１（特開２００８−０７１８７５号公報）に記載されたものと同一構造のものを用いることができる。そこで、本明細書ではこれらの構成についてのより詳しい説明は省略する。
【００３５】
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。
【００３６】
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、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。
【００３７】
また、遮断部材昇降機構９４は、制御ユニット４からの動作指令に応じて、遮断部材９をスピンベース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４は遮断部材昇降機構９４を作動させることで、基板処理装置に対して基板Ｗを搬入出させる際には、スピンチャック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。
【００３８】
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、ガス供給部６４と接続されており、窒素ガス貯留部６４１から熱交換器を通さずに供給される窒素ガスが乾燥ガスとして供給される。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には適宜の処理液が通送されて、基板Ｗの表面Ｗｆに処理液を供給する。
【００３９】
ＤＩＷ供給部６２はＤＩＷ貯留部６２１を有しており、熱交換器６２２はＤＩＷ貯留部６２１から供給されるＤＩＷをその凝固点近傍温度まで冷却する。すなわち、ＤＩＷ供給部６２はＤＩＷ貯留部６２１から供給される常温のＤＩＷ、または熱交換器６２２により凝固点近傍温度まで冷却された低温のＤＩＷを供給可能となっている。
【００４０】
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。そして、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。処理液供給管２５およびガス供給路２９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およびガスを吐出する下面ノズル２７が設けられている。
【００４１】
処理液供給管２５は薬液供給部６１およびＤＩＷ供給部６２と接続されており、薬液供給部６１から供給されるＳＣ１溶液等の薬液またはＤＩＷ供給部６２から供給されるＤＩＷなどの各種の液体が選択的に供給される。一方、ガス供給路２９はガス供給部６４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ガス供給部６４からの窒素ガスを供給することができる。
【００４２】
また、スピンチャック２の周囲を取り囲むようにスプラッシュガード２０が設けられており、スピンベース２３の回転により回転する基板から飛散する処理液を受け止めて図示しない排液回収部へ案内する。
【００４３】
上記のように構成された基板処理装置では、処理チャンバー１内の処理空間ＳＰに搬入された基板Ｗがスピンチャック２によって保持され、必要に応じて所定の薬液処理が実行される。また、基板Ｗに対して、その表面Ｗｆに液膜を形成してこれを凍結させた後、凍結膜とともに付着物を除去する凍結洗浄処理が行われる。上記構成の装置における凍結洗浄処理の基本的な原理については特許文献１（特開２００８−０７１８７５号公報）に記載されているので詳しい説明は省略する。
【００４４】
図３はこの実施形態における凍結洗浄処理の態様を示すフローチャートである。また、図４は図３の処理における動作を模式的に示す図である。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が実行される。ここでは、予め基板Ｗが表面Ｗｆを上方に向けた状態で処理チャンバー１内に搬入されてスピンチャック２に保持され、遮断部材９がその下面を基板上面に近接対向配置されているものとする。
【００４５】
このとき、待機位置に位置決めした冷却ガスノズル３から予め少量の冷却ガスを吐出させてアイドリングを行っておく（ステップＳ１０１）。これは、ガス供給部６４から冷却ガスノズル３へのガス送出を完全に停止させてしまうと供給経路の温度が上昇してしまい、冷却ガスノズル３から所定の温度まで冷却された冷却ガスが吐出されるのに時間がかかるのを防止するためである。また、少量であっても吐出口３０からガスを吐出させておくことで、処理空間ＳＰ内の高湿度雰囲気が供給経路内に入り込んで結露するのを未然に防止することができる。なお、アイドリング時の冷却ガスは供給経路の温度維持を目的とするので、このとき吐出口から吐出されるガスの温度が、液膜を構成する液体の凝固点以下である必要は必ずしもない。
【００４６】
ただし、少量とは言え低温の冷却ガスを高湿度の処理空間ＳＰ内に放出することは、処理空間ＳＰ内の水蒸気を結露させてミストの原因となり、さらには微小な氷粒を生じさせる原因となる。このようなミストや氷粒が処理中の基板に付着すると基板表面Ｗｆにウォーターマークを生じさせてしまう。そこで、この実施形態では、前述したガス回収ユニット３００を冷却ガスノズル３の待機位置の近傍に配置し、待機状態（アイドリング状態）の冷却ガスノズル３から吐出される冷却ガスを回収するようにしている。こうすることにより、アイドリングによるガス供給経路の冷却および周囲雰囲気の侵入を防止しつつ、併せて処理空間ＳＰ内にミストや氷粒が生成するのを防止している。
【００４７】
続いて、制御ユニット４がチャック回転機構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から常温のＤＩＷを基板表面Ｗｆに供給する。基板表面に供給された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、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）が形成される（ステップＳ１０２）。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。
【００４８】
液膜形成が終了すると、制御ユニット４は遮断部材９を離間位置に退避させる。この状態では、図４（ａ）に示すように、基板Ｗの表面Ｗｆに所定厚さのパドル状液膜ＬＰが形成されている。ここで、パドル状の液膜ＬＰは、例えば薬液吐出ノズル６から供給されるＳＣ１液によって形成されてもよい。前記したように、このとき冷却ガスノズル３は基板上方から側方へ離間した待機位置（図４（ａ）に示す位置）にあり、吐出口３０から吐出される少量の冷却ガスはガス回収ユニット３００の受入部３０１に回収される。
【００４９】
続いて、冷却ガスノズル３を待機位置から基板の回転中心ＡＯの上方に移動させる（ステップＳ１０３）。そして、図４（ｂ）に示すように、回転する基板Ｗの表面Ｗｆに向けて冷却ガスノズル３からアイドリング時よりも多量の冷却ガスを吐出させることで動作状態としながら、冷却ガスノズル３を徐々に基板Ｗの端縁位置に向けてスキャン移動させていく（ステップＳ１０４）。
【００５０】
これにより、基板表面Ｗｆの表面領域に形成された液膜ＬＰが冷やされて部分的に凍結し、図４（ｃ）に示すように、凍結した領域（凍結領域ＦＲ）が基板表面Ｗｆの中央部に形成される。そして、方向Ｄn1へのノズル３のスキャンによって凍結領域ＦＲは基板表面Ｗｆの中央部から周縁部へと広げられ、図４（ｄ）に示すように、最終的には基板表面Ｗｆの液膜全面が凍結する。液膜全体が凍結すると、冷却ガスノズル３を待機位置まで退避させる。このとき冷却ガスノズル３からの冷却ガス吐出量を低下させてアイドリング状態に戻しておく（ステップＳ１０５）。
【００５１】
ここで、冷却ガスとしては、例えば−１５０℃、５０Ｌ／ｍｉｎの窒素ガスを用いることができる。また、凍結後の液膜の目標到達温度としては、例えば−３０℃とすることができる。冷却ガスのスキャンが終了すると、遮断部材９を再び基板表面Ｗｆに近接配置し（ステップＳ１０６）、さらに遮断部材９に設けられたノズル９７から基板表面Ｗｆの凍結した液膜に向けて常温のＤＩＷを供給してリンス処理を行う（ステップＳ１０７）。
【００５２】
ここまでの処理が実行された時点では、基板Ｗが遮断部材９とスピンベース２３との間に挟まれながら回転する状態で、基板Ｗの表面にＤＩＷが供給されている。ここで、基板表面Ｗｆに常温のＤＩＷを供給するのに代えて、二流体ノズル５からＤＩＷの液滴を供給するようにしてもよい。続いて基板へのＤＩＷの供給を停止し、基板を高速回転により乾燥させるスピン乾燥処理を行う（ステップＳ１０８）。すなわち、遮断部材９に設けられたノズル９７およびスピンベース２３に設けられた下面ノズル２７から窒素ガスを吐出させながら基板Ｗを高速度で回転させることにより、基板Ｗに残留するＤＩＷを振り切り基板Ｗを乾燥させる。このときに供給される窒素ガスは乾燥ガスとしての作用をするものであり、熱交換器を通さない常温のガスである。こうして乾燥処理が終了すると、処理済みの基板Ｗを搬出することによって１枚の基板に対する処理が完了する。
【００５３】
上記処理によって得られる洗浄効果について説明する。上記のようにして液膜を凍結させると、基板表面Ｗｆとパーティクルの間に入り込んだ液膜の体積が増加（摂氏０℃の水が摂氏０℃の氷になると、その体積はおよそ１．１倍に増加する）し、パーティクルが微小距離だけ基板表面Ｗｆから離れる。その結果、基板表面Ｗｆとパーティクルとの間の付着力が低減され、さらにはパーティクルが基板表面Ｗｆから脱離することとなる。このとき、基板表面Ｗｆに微細パターンが形成されている場合であっても、液膜の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く、つまりパターンに加えられる力が相殺される。そのため、パターンの剥離や倒壊を防止しながら、パーティクルのみを基板表面Ｗｆから剥離させることができる。そして、新たに供給するＤＩＷによって凍結した液膜を除去することにより、パーティクル等についても基板表面Ｗｆから取り除くことができる。
【００５４】
図５はこの凍結洗浄処理における装置各部の動作を示すタイミングチャートである。処理開始当初においては、冷却ガスノズル３は供給経路６４３を低温に維持できる程度の低流量で冷却ガスを吐出しており、その位置は待機位置である。このときガス回収ユニット３００の排気バルブ３０７は開かれており、冷却ガスノズル３から吐出される冷却ガスはガス回収ユニット３００により回収されて処理空間ＳＰ外へ排出されている。この状態が保たれた図５において符号Ａで示す期間中に、外部から基板Ｗが搬入されスピンベース２３に保持させる。
【００５５】
その後の時刻Ｔ1からＴ2までの期間Ｂにおいて、基板表面Ｗｆに液膜が形成される。このとき、冷却ガスノズル３からの冷却ガスの流量を増大させておく。基板表面Ｗｆが液膜で覆われた状態では、ミスト等に起因する基板の汚染は問題とならない。また冷却ガス流量を増大させておくことで、後のスキャン動作において十分に低温が維持された冷却ガスを吐出させることができる。
【００５６】
時刻Ｔ2に冷却ガスノズル３の移動が開始され、時刻Ｔ3までの期間Ｃにおいて、冷却ガスノズル３は待機位置から基板Ｗの回転中心ＡＯの上方まで移送される。そして、基板中心から周縁に向けた冷却ガスノズル３のスキャンが行われる（期間Ｄ）。時刻Ｔ4において冷却ガスノズル３が基板周縁の上方に達すると、冷却ガスの流量は再び低流量とされ、冷却ガスノズル３は待機位置に戻される（期間Ｅ）。またこの期間に遮断部材９の基板近接位置への下降が行われる。
【００５７】
冷却ガスノズル３が基板表面Ｗｆをスキャンする期間Ｄにおける排気バルブ３０７の取り扱いとしては、冷却ガスノズル３から基板表面Ｗｆに供給される冷却ガスの流れを乱さないという意味においては図５に実線で示すように閉じておいてもよく、また同図に破線で示すように処理空間ＳＰ内の高湿度雰囲気を排出する目的で開いたままとしてもよい。このとき、冷却ガスの吐出量よりも多くの気体をガス回収ユニット３００が回収するようにしておくと、ガス回収ユニット３００が確実に冷却ガスを回収した上で、さらに周囲雰囲気も排出することができる。なお、ガス回収ユニット３００に取り込まれた高湿度雰囲気中の液体成分については、気液分離ボックス３０８により排気から分離して処理することが可能である。
【００５８】
ノズル移動が終了する時刻Ｔ5から続くＴ6までの期間Ｆにおいてリンス処理が行われるとともに、時刻Ｔ7までの期間Ｇにスピン乾燥処理が行われる。その後の期間Ｈにおいて、処理後の基板の搬出が行われる。これらの期間中、待機位置に位置決めした冷却ガスノズル３から少量の冷却ガスを吐出しアイドリング状態としておくことで、ガス供給経路の温度上昇を抑制することができる。また、このとき吐出される冷却ガスをガス回収ユニット３００で回収することにより、処理空間ＳＰ内でのミストや氷粒の基板への付着を抑制することができる。
【００５９】
以上のように、この実施形態では、冷却ガスノズル３を基板表面Ｗｆに沿ってスキャン移動させ基板表面Ｗｆに冷却ガスを供給するとき以外にも、少量の冷却ガスを冷却ガスノズル３から吐出させるアイドリングを行う。こうすることによって、供給経路６４３の温度上昇を抑えるとともに、処理空間内の雰囲気がガス経路に侵入するのを防止する。
【００６０】
このとき、吐出された冷却ガスに処理空間内の高湿度雰囲気が触れるの防止するために、待機状態の冷却ガスノズル３の近傍にガス回収ユニット３００を配置して、アイドリングのために吐出される冷却ガスを回収する。こうすることで、高湿度雰囲気が冷却ガスに触れてミストや結露、霜、氷粒等が発生し基板に付着してウォーターマークとなるのを抑制することができる。特に、吐出された冷却ガスが排出される経路を基板表面から離れたものとすることによって、基板への影響を最小限にすることができる。
【００６１】
なお、この実施形態においては、待機位置の冷却ガスノズル３の吐出口３０の近傍に開口３０２を有するガス回収ユニット３００を配置している。しかしながら、これに代えて、ガス回収ユニットがカバー状またはキャップ状の部材により冷却ガスノズル３の吐出口の周囲を完全に閉塞するようにしてもよい。こうすることで、アイドリング中に冷却ガスノズル３から吐出される冷却ガスは処理空間ＳＰ内の雰囲気に触れることなく排出されるので、ミスト等に起因するウォーターマークの発生をより確実に防止することができる。この場合には、吐出口３０から吐出されるガスをその吐出圧によって排出することができるので、排気ポンプを必ずしも必要としない。
【００６２】
以上説明したように、この実施形態においては、スピンチャック２が本発明の「基板保持手段」として機能しており、冷却ガスノズル３が本発明の「冷却ガス吐出手段」として機能している。そのうち吐出口３０が本発明の「ガス吐出口」に相当している。また、ガス回収ユニット３００が本発明の「ガス回収手段」として機能している。このガス回収ユニット３００では、受入部３０１および開口３０２がそれぞれ本発明の「受入部」および「開口」に相当している。また、排気バルブ３０７および排気ポンプ３０９が本発明の「排出部」として機能している。
【００６３】
また、この実施形態では、第１の回動モータ３１が、冷却ガスノズル３を基板Ｗ上に位置決めすることで冷却ガスノズル３を「動作状態」とする一方、該ノズル３を待機位置に位置決めすることで「待機状態」に切り換えており、本発明の「状態切換手段」として機能している。
【００６４】
さらに、この実施形態では、基板Ｗを回転させるスピンチャック２および遮断部材９に設けられて基板Ｗに向けてＤＩＷを供給するノズル９７が、本発明の「液膜形成手段」および「除去手段」として機能している。
【００６５】
＜第２実施形態＞
図６はこの発明にかかる基板処理装置の第２実施形態の主要部を示す図である。より具体的には、図６（ａ）はこの実施形態における冷却ガスノズルの構造を示す図であり、図６（ｂ）はこの実施形態による凍結洗浄処理における装置各部の動作を示すタイミングチャートである。第２実施形態における冷却ガスノズル３１０では、ノズル３１０が取り付けられた回動自在のアーム３１５の内部に、ノズル内部に設けられて吐出口３１１と連通する先端空間３１２に、冷却ガスを送り込むための供給経路３１３と、先端空間３１２内の気体を排出するための排出経路３１４とが設けられている。
【００６６】
供給経路３１３は窒素ガス供給部６４に接続されており、窒素ガス供給部６４から熱交換器６４２を介して送出される低温の冷却ガスをノズルの先端空間３１２に送り込む。一方、排出経路３１４は排気バルブ３１７を介して排気ポンプ３１９に接続されており、排気バルブ３１７が開かれているときには、先端空間３１２に面した開口部３１４ａから先端空間３１２内の気体を取り込んで排気ポンプ３１９に案内する。供給経路３１３を介して供給されるガスの流量と排出経路３１４を介して排出されるガスの流量とでは、ほぼ同量、もしくは供給経路３１３から供給されるガスの流量の方が僅かに大きくなるように設定されることが望ましい。
【００６７】
このように、第２実施形態の装置においては、第１実施形態におけるガス回収ユニット３００と同様の作用をする構成が冷却ガスノズル３１０と一体的に組み込まれているという特徴がある。その他の装置構成は第１実施形態のものと共通とすることができるので、他の部分については詳しい説明を省略する。
【００６８】
図６（ｂ）に示すように、各部の動作も基本的には第１実施形態のものと同じである。
ただし、第２実施形態では、冷却ガスノズル３１０が待機位置にあるときのアイドリングにおいて、供給経路３１３を介して供給される少量の冷却ガスが排出経路３１４を介して排出される点で第１実施形態とは相違している。すなわち、冷却ガスノズル３１０を基板上でスキャンさせるとき（期間Ｄ）には冷却ガスの流量を高くするとともに排気バルブ３１７を閉じているので、図６（ａ）において実線矢印で示すように、供給経路３１３から先端空間３１２に送り込まれた冷却ガスは吐出口３１１から基板表面Ｗｆの液膜に向けて吐出される。
【００６９】
一方、アイドリング期間、具体的には液膜形成を開始するまでの期間Ａおよびスキャン終了後の期間ＥないしＨでは、供給経路３１３を介して先端空間３１２に供給される冷却ガスの量は低く抑えられ、かつ排気バルブ３１７が開かれている。このため、図６（ａ）において破線矢印で示すように、先端空間３１２に供給された冷却ガスは排出経路３１４を介して外部に排出される。
【００７０】
その結果、アイドリングのために冷却ガスノズル３１０に供給される冷却ガスは、その流通方向において吐出口３１１よりも上流側で回収されてほとんど処理空間ＳＰに放出されなくなる。したがって、第１実施形態と同様に、アイドリングによりガス供給経路の温度を低く維持するとともに、処理空間ＳＰ内の高湿度雰囲気と触れることでミストや結露、氷粒等が発生するのを防止し、基板にウォーターマークが発生するのを効果的に抑制することができる。
【００７１】
なお、排出経路３１４を介して排出されるガスの流量よりも供給経路３１３を介して供給されるガスの流量を僅かに大きくした場合の効果は次の通りである。先端空間３１２に送り込まれるガスの量を該空間から排出されるガスの量よりも多くすることで、送り込まれたガスの一部が排出しきれずに吐出口３１１から放出されるため、高湿度の周囲雰囲気が吐出口３１１から排出経路３１４に流れ込んで吐出口３１１の周辺に霜が発生するのを防止する効果が得られる。
【００７２】
また、この実施形態ではアイドリング時の冷却ガスを冷却ガスノズル３１０内で回収しているので、任意のノズル位置でアイドリングを行うことが可能である。この意味では第１実施形態のようにアイドリング時に待機位置へ位置決めすることは必須でない。しかしながら、吐出口３１１の周辺に生じた霜等が基板上に落下するのを防止するために、やはり基板上方から離れた位置に冷却ガスノズル３１０を位置決めした状態でアイドリングを行うことが好ましい。
【００７３】
この実施形態では、アーム３１５内に設けられた供給経路３１３が本発明の「供給経路」に相当しており、同じくアーム３１５内に設けられた排出経路３１４と、排気バルブ３１７、排気ポンプ３１９等とが一体として本発明の「ガス回収手段」として機能している。また、この実施形態では、排気バルブ３１７がその開閉により排出経路３１４を通じた排気をオン・オフすることで、冷却ガスノズル３１０の動作状態・待機状態の切換を行っており、本発明の「状態切換手段」として機能している。また、吐出口３１１が本発明の「ガス吐出口」に相当する一方、先端空間３１２に開口する開口部３１４ａが、本発明の「ガス回収口」に相当している。
【００７４】
＜第３実施形態＞
図７はこの発明にかかる基板処理装置の第３実施形態の主要部を示す図である。より具体的には、図７（ａ）はこの実施形態における冷却ガスノズルの構造を示す図であり、図７（ｂ）はこの実施形態による凍結洗浄処理における装置各部の動作を示すタイミングチャートである。
【００７５】
この実施形態は第２実施形態の装置に新たな部材を付加したものであり、その点を除く構成は第２実施形態と同じであるので、同一構成には同一符号を付して説明を省略する。この第３実施形態では、図７（ａ）に示すように、待機位置に位置決めされた冷却ガス吐出ノズル３１０の吐出口３１１を覆うように、ただし僅かな隙間を設けてプレート状のキャップ部材３２１が設けられる。図７（ｂ）に示すように、この装置における動作は第２実施形態とほぼ同じである。
【００７６】
すなわち、冷却ガスノズル３１０を基板上でスキャンさせるとき（期間Ｄ）には冷却ガスの流量を高くするとともに排気バルブ３１７を閉じているので、図７（ａ）において実線矢印で示すように、供給経路３１３から先端空間３１２に送り込まれた冷却ガスは吐出口３１１から基板に向けて吐出される。
【００７７】
一方、液膜形成を開始するまでの期間Ａおよびスキャン終了後の期間ＥないしＨでは、供給経路３１３を介して先端空間３１２に供給される冷却ガスの量は低く抑えられ、かつ排気バルブ３１７が開かれている。さらに、待機位置に位置決めされた冷却ガスノズル３１０の吐出口３１１にはキャップ部材３２１が近接配置されている。このため、吐出口３１１からのガス吐出が大幅に規制されており、図７（ａ）において破線矢印で示すように、先端空間３１２に供給された冷却ガスは排出経路３１４を介して外部に排出される。この場合、吐出口３１１の大部分を塞いでいることから、供給経路３１３からの冷却ガスの供給圧を利用して冷却ガスを排出経路３１４から外部へ排出することが可能であり、排気ポンプを省くことができる。また、排出経路３１４を介して排出されるガスの流量よりも供給経路３１３を介して供給されるガスの流量が僅かに大きく設定された場合には、一部の冷却ガスがノズル３１０とキャップ部材３２１との隙間を通じて処理空間ＳＰ内に放出される。これにより、処理空間ＳＰからの雰囲気の流入が回避される。したがって、ガス回収経路から気液分離ボックスを省くことが可能となる。
【００７８】
このような態様によっても、上記した第１実施形態および第２実施形態と同様に、アイドリングによりガス供給経路の温度を低く維持するとともに、ミスト等の発生に起因する基板へのウォーターマークの発生を抑制することができる。また、待機状態の冷却ガスノズル３１０の吐出口３１１にキャップ部材３２１を近接させることで、処理空間ＳＰ内の雰囲気と冷却ガスとが触れるのをより効果的に抑制することができる。また、以下に説明する第４および第５実施形態に比べると、ノズルまたはキャップ部材の上下動を必要としないため、装置構成としてはより簡単なものを用いることが可能である。
【００７９】
この実施形態では、排気バルブ３１７の開閉とキャップ部材３２１の近接・離間とによって、冷却ガスノズル３１０を待機状態・動作状態の間で切り換えており、排気バルブ３１７およびキャップ部材３２１が本発明の「状態切換手段」として機能している。また、キャップ部材３２１は本発明の「規制部材」としての機能も有している。
【００８０】
＜第４実施形態＞
図８はこの発明にかかる基板処理装置の第４実施形態の主要部を示す図である。より具体的には、図８（ａ）はこの実施形態における冷却ガスノズルの構造を示す図であり、図８（ｂ）はこの実施形態による凍結洗浄処理における装置各部の動作を示すタイミングチャートである。この第４実施形態は第３実施形態の一部を改変したものであるので、共通の構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００８１】
この実施形態では、待機位置に位置決めされた冷却ガスノズル３１０を図示しない任意の昇降機構により所定の範囲で上下動可能とする。これにより、待機位置では、図８（ａ）に示すようにキャップ部材３２１が冷却ガスノズル３１０の吐出口３１１を完全に閉塞して、アイドリングのための冷却ガスが処理空間ＳＰに漏れ出すのを防止する。
【００８２】
具体的な動作の態様は図８（ｂ）に示す通りである。すなわち、待機状態ではノズル高さを低くしてキャップ部材３２１を冷却ガスノズル３１０に当接させておく。そして、ノズルを待機位置から基板中心へ向けて移動開始する時刻Ｔ2と同時またはそれより少し前に、昇降機構により冷却ガスノズル３１０の高さを上げる。この状態でノズルを基板上へ移動させてスキャン動作を行い、待機位置に戻す時に（時刻Ｔ5）、またはその少し後に、ノズルを下降させて再びキャップ部材３２１を冷却ガスノズル３１０に当接させる。
【００８３】
その他の装置構成や動作、それにより得られる作用効果については第３実施形態と同様であるが、アイドリング時に吐出口３１１をキャップ部材３２１で閉塞することにより、冷却ガスと処理空間ＳＰ内の雰囲気とがより確実に分離され、ミスト等に起因するウォーターマークの防止効果をより高めることができる。
【００８４】
＜第５実施形態＞
図９はこの発明にかかる基板処理装置の第５実施形態の主要部を示す図である。より具体的には、図９（ａ）はこの実施形態における冷却ガスノズルの構造を示す図であり、図９（ｂ）はこの実施形態による凍結洗浄処理における装置各部の動作を示すタイミングチャートである。この第５実施形態は、第４実施形態の一部を改変したものであるので、共通の構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００８５】
第４実施形態では待機位置において冷却ガスノズル３１０を昇降させたが、この第５実施形態では、これに代えてキャップ部材３２１を昇降機構で昇降させることにより、冷却ガスノズル３１０の吐出口を閉塞およびその解除を行うようにしている。すなわち、図９（ｂ）に示すように、待機状態ではキャップ部材３２１を高い位置に位置決めすることで冷却ガスノズル３１０に当接させておく。そして、ノズルを待機位置から基板中心へ向けて移動開始する時刻Ｔ3と同時またはそれより少し前に、図示しない昇降機構によりキャップ部材３２１を下降させて冷却ガスノズル３１０から離間させる。この状態でノズルをスキャンさせ待機位置に戻すと同時に（時刻Ｔ5）、またはその少し後に、再びキャップ部材３２１を上昇させて冷却ガスノズル３１０に当接させる。その他の装置構成や動作、それにより得られる作用効果については第４実施形態と同様である。
【００８６】
このような構成では、冷却ガスノズル３１０の上下動は必要なく、単にキャップ部材３２１を昇降させるだけであるので、より簡単な装置構成で上記動作を実現することが可能である。また、ノズル昇降に伴うパーティクルや水滴、霜等の落下を防止することができる。
【００８７】
＜その他＞
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、ＤＩＷによって本発明の「液膜」を形成しているが、液膜を構成する液体はこれに限定されない。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用いたり、ＤＩＷに少量の界面活性剤を加えたものを用いてもよい。
【００８８】
また、上記実施形態では、冷却ガスとして液膜を構成する液体（ＤＩＷ）の凝固点よりも低温にした窒素ガスを用いているが、冷却ガスは窒素ガスに限定されない。例えば、アルゴンガスのような希ガスや他の不活性ガス、乾燥空気等を用いてもよい。
【００８９】
また、上記実施形態の基板処理装置は、ＤＩＷ貯留部６２１および窒素ガス貯留部６４１をいずれも装置内部に内蔵しているが、処理液およびガスの供給源については装置の外部に設けられてもよく、例えば工場内に既設の処理液やガスの供給源を利用するようにしてもよい。また、これらを冷却するための既設設備がある場合には、該設備によって冷却された液体やガスを利用するようにしてもよい。
【００９０】
また、上記第３ないし第５実施形態では、排出経路３１４に取り込まれた気体を、供給経路３１３からの冷却ガスの供給圧を利用して外部へ排気することで排気ポンプを省略しているが、必要に応じて排出経路上に排気ポンプを設けても構わない。また、気液分離ボックスを排出経路に設けてもよい。
【００９１】
また、上記各実施形態では、待機状態においても冷却ガスノズルから少量の冷却ガスを吐出するアイドリングを行うものである。しかしながら、このようなアイドリングを行わない、つまり待機状態ではガス吐出を停止させる構成においても、供給経路内に残存する低温のガスが吐出口から漏れ出すこともある。したがって、このように冷却ガス吐出によるアイドリングを行わない装置に対しても、本発明は有効である。
【００９２】
また、上記実施形態の基板処理装置は、基板Ｗの上方に近接配置される遮断部材９を有するものであるが、本発明は遮断部材を有しない装置にも適用可能である。また、この実施形態の装置は基板Ｗをその周縁部に当接するチャックピン２４によって保持するものであるが、基板の保持方法はこれに限定されるものではなく、他の方法で基板を保持する装置にも、本発明を適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
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。
【符号の説明】
【００９４】
２ スピンチャック（基板保持手段、液膜形成手段、除去手段）
３ 冷却ガスノズル（冷却ガス吐出手段）
３０ 吐出口（ガス吐出口）
３１ 第１の回動モータ（状態切換手段）
９７ ノズル（液膜形成手段、除去手段）
３００ ガス回収ユニット（ガス回収手段）
３０１ 受入部
３０２ 開口
３０７ 排気バルブ（排出部）
３０９ 排気ポンプ（排出部）
３１１ 吐出口（ガス吐出口）
３１３ 供給経路
３１４ 排出経路（ガス回収手段）
３１４ａ 開口部（ガス回収口）
３１７ 排気バルブ（ガス回収手段、状態切換手段）
３１９ 排気ポンプ（ガス回収手段）
３２１ キャップ部材（状態切換手段、規制部材）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に液膜が形成された基板を略水平に保持する基板保持手段と、
前記液膜を構成する液体の凝固点よりも低温にした冷却ガスをガス吐出口から吐出する冷却ガス吐出手段と、
前記冷却ガス吐出手段を、待機状態と、前記基板保持手段に保持された前記基板に向けて前記冷却ガスを吐出する動作状態との間で切り換える状態切換手段と、
前記待機状態にある前記冷却ガス吐出手段から吐出される前記冷却ガスを回収するガス回収手段と
を備えることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記ガス回収手段は、前記冷却ガス吐出手段から吐出される前記冷却ガスを前記基板表面を経由しない排出経路に沿って排出する請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記状態切換手段は、前記ガス吐出口を前記基板の上方に位置決めして前記冷却ガス吐出手段を前記動作状態とする一方、前記ガス吐出口を前記基板の上方以外の位置に位置決めして前記冷却ガス吐出手段を前記待機状態とする請求項１または２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記冷却ガス吐出手段は、前記待機状態において、前記動作状態よりも吐出量を少なくした前記冷却ガスを吐出する請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記ガス回収手段は、前記待機状態にある前記冷却ガス吐出手段の前記ガス吐出口の近傍に開口を有し前記ガス吐出口から吐出される前記冷却ガスを前記開口を通して受け入れる受入部と、前記受入部が受け入れた気体を排出する排出部とを備える請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記受入部は、前記ガス吐出口の周囲を閉塞して前記ガス吐出口から吐出される前記冷却ガスを前記開口に案内する請求項５に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記ガス回収手段は、前記待機状態の前記冷却ガス吐出手段において前記ガス吐出口に向けて供給される前記冷却ガスの量よりも多量の気体を回収する請求項５に記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記冷却ガス吐出手段は、前記ガス吐出口へ前記冷却ガスを供給する供給経路を有し、
前記ガス回収手段は、前記供給経路内の前記冷却ガスの流通方向において前記ガス吐出口よりも上流側に設けられたガス回収口を通して前記冷却ガスを回収する請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記状態切換手段は、前記ガス吐出口の少なくとも一部を閉塞して前記冷却ガスの吐出を規制する規制部材を前記ガス吐出口に近接配置することにより前記ガス吐出手段を前記待機状態とする請求項８に記載の基板処理装置。
【請求項１０】
前記ガス回収手段は、前記待機状態の前記冷却ガス吐出手段において前記ガス吐出口に向けて供給される前記冷却ガスの量よりも少量の気体を回収する請求項８または９に記載の基板処理装置。
【請求項１１】
前記冷却ガスの供給により凝固した前記液膜の凝固体を融解して除去する除去手段を備える請求項１ないし１０のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項１２】
前記基板保持手段に保持された前記基板の表面に液体を供給して前記液膜を形成する液膜形成手段を備える請求項１ないし１１のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項１３】
基板の表面に液膜を形成する工程と、
冷却ガス吐出手段から前記液膜を構成する液体の凝固点よりも低温にした冷却ガスを供給して前記液膜を凝固させる工程と、
凝固した前記液膜の凝固体を融解して除去する工程と
を備え、
前記液膜への前記冷却ガス供給を行わない期間、前記冷却ガス吐出手段から吐出される前記冷却ガスを回収する
ことを特徴とする基板処理方法。
【請求項１】
表面に液膜が形成された基板を略水平に保持する基板保持手段と、
前記液膜を構成する液体の凝固点よりも低温にした冷却ガスをガス吐出口から吐出する冷却ガス吐出手段と、
前記冷却ガス吐出手段を、待機状態と、前記基板保持手段に保持された前記基板に向けて前記冷却ガスを吐出する動作状態との間で切り換える状態切換手段と、
前記待機状態にある前記冷却ガス吐出手段から吐出される前記冷却ガスを回収するガス回収手段と
を備えることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記ガス回収手段は、前記冷却ガス吐出手段から吐出される前記冷却ガスを前記基板表面を経由しない排出経路に沿って排出する請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記状態切換手段は、前記ガス吐出口を前記基板の上方に位置決めして前記冷却ガス吐出手段を前記動作状態とする一方、前記ガス吐出口を前記基板の上方以外の位置に位置決めして前記冷却ガス吐出手段を前記待機状態とする請求項１または２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記冷却ガス吐出手段は、前記待機状態において、前記動作状態よりも吐出量を少なくした前記冷却ガスを吐出する請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記ガス回収手段は、前記待機状態にある前記冷却ガス吐出手段の前記ガス吐出口の近傍に開口を有し前記ガス吐出口から吐出される前記冷却ガスを前記開口を通して受け入れる受入部と、前記受入部が受け入れた気体を排出する排出部とを備える請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記受入部は、前記ガス吐出口の周囲を閉塞して前記ガス吐出口から吐出される前記冷却ガスを前記開口に案内する請求項５に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記ガス回収手段は、前記待機状態の前記冷却ガス吐出手段において前記ガス吐出口に向けて供給される前記冷却ガスの量よりも多量の気体を回収する請求項５に記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記冷却ガス吐出手段は、前記ガス吐出口へ前記冷却ガスを供給する供給経路を有し、
前記ガス回収手段は、前記供給経路内の前記冷却ガスの流通方向において前記ガス吐出口よりも上流側に設けられたガス回収口を通して前記冷却ガスを回収する請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記状態切換手段は、前記ガス吐出口の少なくとも一部を閉塞して前記冷却ガスの吐出を規制する規制部材を前記ガス吐出口に近接配置することにより前記ガス吐出手段を前記待機状態とする請求項８に記載の基板処理装置。
【請求項１０】
前記ガス回収手段は、前記待機状態の前記冷却ガス吐出手段において前記ガス吐出口に向けて供給される前記冷却ガスの量よりも少量の気体を回収する請求項８または９に記載の基板処理装置。
【請求項１１】
前記冷却ガスの供給により凝固した前記液膜の凝固体を融解して除去する除去手段を備える請求項１ないし１０のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項１２】
前記基板保持手段に保持された前記基板の表面に液体を供給して前記液膜を形成する液膜形成手段を備える請求項１ないし１１のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項１３】
基板の表面に液膜を形成する工程と、
冷却ガス吐出手段から前記液膜を構成する液体の凝固点よりも低温にした冷却ガスを供給して前記液膜を凝固させる工程と、
凝固した前記液膜の凝固体を融解して除去する工程と
を備え、
前記液膜への前記冷却ガス供給を行わない期間、前記冷却ガス吐出手段から吐出される前記冷却ガスを回収する
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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２０４５５９（Ｐ２０１２−２０４５５９Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６７０３９（Ｐ２０１１−６７０３９）
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【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２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【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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