基板処理装置および基板処理方法
【課題】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ための基板処理装置および基板処理方法において、処理不良の基板が発生するのを未然に防止するとともに、無駄な凝固体の形成・解凍除去を抑制して稼動効率を高める。
【解決手段】基板の表面に形成される液膜の膜厚が所定範囲内となっている場合のみ、その基板に対して凍結処理（ステップＳ５）、凍結膜の解凍除去（ステップＳ６）および基板乾燥（ステップＳ７）を実行している。したがって、液膜の膜厚が所定範囲を超えて十分なパーティクル除去率が期待できない場合には、レシピの途中であるが、基板に対する凍結処理（ステップＳ５）、凍結膜の解凍除去（ステップＳ６）および基板乾燥（ステップＳ７）を行うことなく、基板処理を終了する。
【解決手段】基板の表面に形成される液膜の膜厚が所定範囲内となっている場合のみ、その基板に対して凍結処理（ステップＳ５）、凍結膜の解凍除去（ステップＳ６）および基板乾燥（ステップＳ７）を実行している。したがって、液膜の膜厚が所定範囲を超えて十分なパーティクル除去率が期待できない場合には、レシピの途中であるが、基板に対する凍結処理（ステップＳ５）、凍結膜の解凍除去（ステップＳ６）および基板乾燥（ステップＳ７）を行うことなく、基板処理を終了する。
【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、光ディスク用基板などの各種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ための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、基板表面に付着したパーティクル等の汚染物質を除去するための処理の１つとして凍結洗浄技術が知られている。この技術では、基板表面に形成した液膜を凍結させた後、この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等を凍結膜とともに除去している。例えば、特許文献１に記載の技術においては、洗浄液としてのＤＩＷ（脱イオン水：deionized water）を基板表面に供給するとともに基板を回転させて液膜を形成した後、冷却ガスを吐出するノズルを基板表面近傍でスキャンさせることにより液膜を凍結させ、再度ＤＩＷを供給して凍結膜を解凍除去することによって、基板表面からのパーティクルの除去を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０７１８７５号公報（図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願発明者らは、種々の実験の結果、液膜の膜厚とパーティクル除去率との間に一定の相関性があることを見出した。具体的には、高いパーティクル除去率を確保するためには、液膜の膜厚を所定範囲内に調整する必要があり、その範囲よりも薄い場合も、逆に厚い場合も、パーティクル除去率が低下する。したがって、基板表面に形成された液膜の膜厚を考慮することが重要となる。
【０００５】
しかしながら、従来技術では、レシピで設定された回転パラメータ（回転数および回転時間）で基板を回転させて液膜を形成しているが、前工程における処理内容に応じて基板の接触角が異なり、その結果、液膜の膜厚が増減することがある。そして、液膜の膜厚が上記した所定範囲から外れたまま、凍結処理（凝固体の形成）および解凍除去処理を行うと、期待したパーティクル除去率が得られず、処理不良の基板が発生してしまうことがある。また、このような基板に対して凍結処理および解凍除去処理を実行することは無駄であり、装置の稼動効率を低下させる主要因のひとつにもなる。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、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ための基板処理装置および基板処理方法において、処理不良の基板が発生するのを未然に防止するとともに、無駄な凝固体の形成・解凍除去を抑制して稼動効率を高めることが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】
【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、表面に凝固対象液の液膜が形成される基板を保持する基板保持手段と、基板保持手段に保持された基板の表面に形成される液膜の膜厚を計測する膜厚計測手段と、凝固対象液の液膜を冷却して凝固対象液の凝固体を形成する凝固手段と、基板表面に形成された凝固体を解凍除去する解凍除去手段と、膜厚計測手段で計測される液膜の膜厚が所定範囲内であるときには凝固体の形成および凝固体の解凍除去を実行する一方、所定範囲を超えるときには凝固体の形成および凝固体の解凍除去を規制する制御手段とを備える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、基板の表面に形成された凝固対象液の液膜を冷却して凝固対象液の凝固体を形成した後、基板表面に形成された凝固体を解凍除去する基板処理方法であって、上記目的を達成するため、基板の表面に形成される液膜の膜厚を計測し、その計測結果が所定範囲内であるときには凝固体の形成および凝固体の解凍除去を実行する一方、所定範囲を超えるときには凝固体の形成および凝固体の解凍除去を規制する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）では、基板の表面に形成された凝固対象液の液膜が冷却されて凝固対象液の凝固体が形成される。そして、この凝固体を解凍除去することで基板表面に付着するパーティクル等が除去される。このパーティクル等の除去率に関して、今回、本願発明者が種々の実験検証から次の知見を得た。その知見とは、液膜の膜厚がパーティクル等の除去率に大きく影響する要因のひとつであるということであり、詳しくは後で述べるが、パーティクル等の除去率を高めるためには、液膜の膜厚を所定範囲内に入れることが重要であり、液膜の膜厚がその範囲を超えるにもかかわらず、そのまま凝固体の形成および凝固体の解凍除去を行うと、除去率が低下して処理不良の基板を発生させてしまう。そこで、本発明では、基板の表面に形成される液膜の膜厚が所定範囲を超えるとき、凝固体の形成および凝固体の解凍除去が規制されて処理不良の発生を未然に防止している。なお、本発明における「液膜の膜厚」とは、冷却されて凍結する前の液膜の厚みおよび該液膜が凍結してなる凝固体の厚みを含むものである。
【００１０】
ここで、基板回転手段が設けられ、基板を回転することで液膜を形成する場合、基板回転手段により形成された液膜の膜厚が所定範囲を超えるとき、凝固体の形成および凝固体の解凍除去を規制してもよい。また、例えば基板回転手段による基板の回転数や回転時間などの回転パラメータを相違させた複数のレシピを用意しておき、一のレシピにしたがって形成された液膜が所定範囲を超えるとき、凝固体の形成および解凍除去を規制するが、ユーザやオペレータなどが別のレシピに切り替えて液膜形成をリトライするように構成してもよい。
【００１１】
また、膜厚計測手段による計測結果に基づき基板回転手段による基板の回転パラメータ（回転数や回転時間など）を変更して液膜の膜厚を所定範囲内に調整してもよく、これによってレシピ切替を行うことなく、凝固体の形成および解凍除去を実行することが可能となる。
【００１２】
また、基板表面に凝固対象液を供給する凝固液供給手段を設けてもよく、この凝固液供給手段を有する装置では、変更後の回転パラメータで基板を回転させる前または回転中に凝固液供給手段により基板表面に凝固対象液を供給し、所定範囲内の膜厚を有する液膜を基板表面に形成するように構成することができる。このように構成された装置では、回転パラメータの変更前における液膜の膜厚が所定範囲よりも厚い場合はもちろんのこと、薄い場合であっても、変更後の回転パラメータで基板を回転させる際に基板表面に新たに凝固対象液が供給されるため、液膜を所定範囲内に調整することができる。
【００１３】
さらに、基板回転手段が設けられ、基板を回転して基板表面から凝固対象液を振り切って液膜の膜厚を形成する装置では、基板表面からの凝固対象液の振り切りと並行して膜厚計測手段による計測結果を取得し、計測結果が所定範囲内に達すると、凝固対象液の振り切りを停止して液膜の冷却を開始するように構成してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、基板の表面に形成される液膜の膜厚を計測し、その計測結果が所定範囲を超えるとき、凝固体の形成および凝固体の解凍除去を規制しているため、処理不良の基板が発生するのを未然に防止するとともに、無駄な凝固体の形成・解凍除去を抑制して稼動効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】凍結洗浄技術における液膜の膜厚とパーティクル除去率との関係を示すグラフである。
【図２】凍結洗浄技術における液膜温度とパーティクル除去率との関係を示すグラフである。
【図３】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４】図３の基板処理装置における窒素ガスおよびＤＩＷの供給態様を示す図である。
【図５】図３の基板処理装置におけるアームの動作態様を示す図である。
【図６】図３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】液膜の形成および凍結処理における液膜の膜厚変化を示すグラフである。
【図８】この発明にかかる基板処理装置の第２実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図９】基板の回転時間と液膜の膜厚との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜液膜の膜厚とパーティクル除去率との関係＞
従来の凍結洗浄技術では液膜を凍結させているものの、液膜の膜厚についてはあまり考慮されていなかった。しかしながら、ＤＩＷによる液膜を用いた本願発明者らの実験によれば、図１に示すように、液膜の膜厚に応じてパーティクル除去率は変化する。そして、液膜の膜厚が所定範囲内であるときには高いパーティクル除去率が得られる。その一方で、液膜の膜厚が所定範囲を超える（つまり、所定範囲の上限値よりも厚くなる、または所定範囲の下限値よりも薄くなる）と、所望のパーティクル除去率が得られず、その結果、処理不良が生じてしまう。
【００１７】
図１は、いわゆる凍結洗浄技術における液膜の膜厚とパーティクル除去率との関係を示すグラフであり、具体的には、次の実験により得られたものである。この実験では、基板の代表例としてベア状態（全くパターンが形成されていない状態）のＳｉウエハ（ウエハ径：３００ｍｍ）を選択している。また、パーティクルとしてＳｉ屑（粒径；０．０８μｍ以上）によって基板表面が汚染されている場合について評価を行っている。
【００１８】
まず最初に、枚葉式の基板処理装置（大日本スクリーン製造社製、スピンプロセッサＳＳ−３０００）を用いてウエハを強制的に汚染させる。具体的には、ウエハを回転させながら、ウエハと対向配置されたノズルよりパーティクル（Ｓｉ屑）を分散させた分散液をウエハに供給する。ここでは、ウエハ表面に付着するパーティクルの数が約１００００個となるように、分散液の液量、ウエハ回転数および処理時間を適宜調整する。その後、ウエハ表面に付着しているパーティクルの数（初期値）を測定する。なお、パーティクル数の測定はＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製のウエハ検査装置ＳＰ１を用いて、ウエハの外周から３ｍｍまでの周縁領域を除去（エッジカット）として残余の領域にて評価を行っている。
【００１９】
次に、各ウエハに対してＤＩＷをウエハ表面に供給してウエハ表面に互いに異なる厚みの液膜（水膜）を形成した。より詳しくは、回転しているウエハ表面にＤＩＷを１．５[Ｌ／ｍｉｎ］で６秒間吐出して供給し、吐出停止から３秒間ウエハを回転させた。この吐出停止後のウエハの回転数をウエハごとに相違させてＤＩＷの膜厚を互いに異ならせた。なお、液膜の膜厚は上記処理前後のウエハ重量から求めており、例えば吐出停止後のウエハ回転数が５００ｒｐｍでは膜厚１０μｍとなり、１５０ｒｐｍでは膜厚５０μｍとなっていた。
【００２０】
こうして液膜を形成した後、−１９０℃の冷却ガスを９０[Ｌ／ｍｉｎ]の流量で吐出するノズルを基板表面に対して２０秒間スキャンさせて液膜を凍結させて凍結膜（凝固体）をウエハ表面に形成する。この凍結処理終了直後、当該ウエハを２０００ｒｐｍで回転させながら、リンス液として８０℃のＤＩＷを４．０［Ｌ／ｍｉｎ］で２秒間供給して凍結膜を解凍除去した。その後、常温のＤＩＷでウエハをリンス処理した後、ウエハを高速回転させてウエハを乾燥（スピンドライ）させる。
【００２１】
こうして、一連の洗浄処理を施したウエハの表面に付着しているパーティクル数を測定する。それから、凍結洗浄後のパーティクル数と先に測定した初期（凍結洗浄処理前）のパーティクル数とを対比することで除去率を算出している。こうして得られたデータをプロットしたものが図１に示すグラフである。
【００２２】
同図から明らかなように、パーティクル除去率は液膜の膜厚の増大に伴って向上するが、所定膜厚を過ぎると、逆に液膜の膜厚の増大に伴って低下する。つまり、良好なパーティクル除去率を得るためには、液膜の膜厚が所定範囲内に入るように制御するのが望まれる。例えば図１に示す特性を示す場合、パーティクル除去率は膜厚４０μｍでピークとなり、その前後２０％の範囲内の膜厚ではパーティクル除去率をピーク時と同程度に維持することができる。したがって、液膜の膜厚をピーク時の膜厚値を中心に前後２０％の値（図１のケースでは３２μｍないし４８μｍ）に設定することで高いパーティクル除去率が得られることがわかる。
【００２３】
このようにパーティクル除去率が所定範囲内で最大化する理由については、以下の２つの側面を考慮する必要がある。まず第１点目に格子定数差に起因する応力の存在である。すなわち、シリコンの格子定数は５．４３［オングストローム］であるのに対し、ＤＩＷの凝固体、つまり氷の格子定数は４．５〜４．８［オングストローム］であるため、シリコンウエハの表面でＤＩＷが凝固して凍結膜が形成されると、シリコンウエハの表面に形成される凍結膜（凝固体）に対して応力が作用する。そして、凍結膜の形成によりウエハ表面に存在しているパーティクルは凍結膜を構成する凝固体（氷）と密着するため、応力による凝固体の変形がパーティクル除去の原動力のひとつとなる。したがって、凍結膜の膜厚、つまり液膜の厚みが増すにしたがって上記応力も増大し、これがパーティクル除去率の向上に寄与する。
【００２４】
また、考慮すべき第２点目は液膜温度とパーティクル除去率との関係である。従来の凍結洗浄技術では液膜を凍結させているものの、凍結後の液膜温度についてはあまり考慮されていなかった。しかしながら、ＤＩＷによる液膜を用いた本願発明者らの実験によれば、図２に示すように、単に液膜を凍結させるだけではなく、凍結後の液膜の到達温度が低くなるほどパーティクル除去率が高まることが明らかとなった。なお、ここでは、凍結前の液膜の温度および該液膜が凍結してなる凝固体の温度を総称して「液膜の温度」と称している。
【００２５】
図２は、いわゆる凍結洗浄技術における液膜の温度とパーティクル除去効率との関係を示すグラフであり、具体的には、次の実験により得られたものである。この実験では、基板の代表例としてベア状態（全くパターンが形成されていない状態）のＳｉウエハ（ウエハ径：３００ｍｍ）を選択している。また、パーティクルとしてＳｉ屑（粒径；０．０８μｍ以上）によって基板表面が汚染されている場合について評価を行っている。
【００２６】
まず最初に、枚葉式の基板処理装置（大日本スクリーン製造社製、スピンプロセッサＳＳ−３０００）を用いてウエハを強制的に汚染させる。具体的には、ウエハを回転させながら、ウエハと対向配置されたノズルよりパーティクル（Ｓｉ屑）を分散させた分散液をウエハに供給する。ここでは、ウエハ表面に付着するパーティクルの数が約１００００個となるように、分散液の液量、ウエハ回転数および処理時間を適宜調整する。その後、ウエハ表面に付着しているパーティクルの数（初期値）を測定する。なお、パーティクル数の測定はＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製のウエハ検査装置ＳＰ１を用いて、ウエハの外周から３ｍｍまでの周縁領域を除去（エッジカット）として残余の領域にて評価を行っている。
【００２７】
次に、各ウエハに対して以下の洗浄処理を行う。まず、１５０ｒｐｍで回転するウエハに、０．５℃に温度調整されたＤＩＷを６秒間吐出してウエハを冷却する。その後、ＤＩＷの吐出を停止して２秒間その回転数を維持し、余剰のＤＩＷを振りきって液膜を形成する。液膜形成後、ウエハ回転数を５０ｒｐｍに減速し、その回転数を維持しながらスキャンノズルにより温度−１９０℃の窒素ガスを流量９０［Ｌ／ｍｉｎ］でウエハ表面に対し吐出する。ノズルのスキャンはウエハの中心とウエハの端を２０秒で往復させて行う。図２の黒四角はスキャン回数に対応し、図２中左からスキャン１回、２回の順でスキャン５回までの結果が表示されている。このように、スキャン回数を変更することで液膜の凍結後の温度を変更している。
【００２８】
上記の冷却が終了した後、ウエハの回転数を２０００ｒｐｍとし、８０℃に温度調整されたＤＩＷを４．０［Ｌ／ｍｉｎ］の流量で２秒間吐出した後、ウエハの回転数を５００ｒｐｍとし、リンス液として常温のＤＩＷを１．５［Ｌ／ｍｉｎ］の流量で３０秒間供給し、ウエハのリンス処理を行う。その後ウエハを高速回転してスピンドライする。
【００２９】
こうして、一連の洗浄処理を施したウエハの表面に付着しているパーティクル数を測定する。それから、凍結洗浄後のパーティクル数と先に測定した初期（凍結洗浄処理前）のパーティクル数とを対比することで除去率を算出している。こうして得られたデータをプロットしたものが図２に示すグラフである。
【００３０】
同図から明らかなように、単に液膜を凍結させるだけではなく、凍結後の液膜の到達温度が低くなるほどパーティクル除去率が高まる。したがって、一定時間だけ冷却ガスを液膜に供給して液膜を凍結する場合、膜厚が薄くなるにしたがって液膜の温度は低下してパーティクル除去率が高まるのに対し、膜厚の増大にしたがって液膜の温度は低下し難くなり、パーティクル除去率も低下する。
【００３１】
このようにパーティクル除去率は格子定数差に起因する応力量と液膜温度との影響を受けており、これらが相互に影響し合ってパーティクル除去率が所定範囲内で最大化すると考えられる。
【００３２】
そこで、上記知見に鑑み、以下の実施形態では基板の表面に形成される液膜の膜厚を計測し、その液膜の膜厚に応じて装置各部を制御して上記目的を達成している。以下、実施形態について図面を参照しつつ詳述する。
【００３３】
＜実施形態＞
図３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４は図３の基板処理装置における窒素ガスおよびＤＩＷの供給態様を示す図である。さらに、図５は図３の基板処理装置におけるアームの動作態様を示す図である。この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処理装置である。より具体的には、微細パターンが形成された基板表面Ｗｆについて、その表面Ｗｆに液膜を形成してそれを凍結させ、該凍結膜を除去することで凍結膜とともにパーティクル等を基板表面から除去する凍結洗浄処理を実行する基板処理装置である。凍結洗浄技術については上記特許文献１を始めとして多くの公知文献があるので、この明細書では詳しい説明を省略する。
【００３４】
この基板処理装置は処理チャンバ１を有しており、当該処理チャンバ１内部において基板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を回転させるためのスピンチャック２を有している。このスピンチャック２の中心軸２１の上端部には、図４に示すように、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、装置全体を制御する制御ユニット４からの動作指令に応じてチャック回転機構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ＡＯを中心に回転する。
【００３５】
また、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。また、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。
【００３６】
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。
【００３７】
また、上記のように構成されたスピンチャック２の上方には遮断部材９が配置されている。この遮断部材９は、中心部に開口を有する円板状に形成されている。また、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。この遮断部材９は支持軸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・昇降機構９３が接続されている。
【００３８】
遮断部材回転・昇降機構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・昇降機構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。また、遮断部材回転・昇降機構９３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、遮断部材回転・昇降機構９３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３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。
【００３９】
図４に示すように、遮断部材９の支持軸９１は中空になっており、その内部に、遮断部材９の下面（基板対向面）で開口するガス供給管９５が挿通されている。このガス供給管９５は乾燥ガス供給ユニット６１に接続されている。この乾燥ガス供給ユニット６１は、窒素ガス供給源（図示省略）から供給される窒素ガスを基板Ｗに供給するもので、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）６１１と、開閉バルブ６１２とを有している。このマスフローコントローラ６１１は制御ユニット４からの流量指令に応じて窒素ガスの流量を高精度に調整可能となっている。また、開閉バルブ６１２は制御ユニット４からの開閉指令に応じて開閉してマスフローコントローラ６１１で流量調整された窒素ガスの供給／停止を切り替える。このため、制御ユニット４が乾燥ガス供給ユニット６１を制御することで、流量調整された窒素ガスが基板Ｗを乾燥させるための乾燥ガスとして適当なタイミングで遮断部材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から供給される。なお、この実施形態では、乾燥ガス供給ユニット６１からの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。
【００４０】
ガス供給管９５の内部には、液体供給管９６が挿通されている。この液体供給管９６の下方端部は遮断部材９の下面で開口しており、その先端に液体吐出ノズル９７が設けられている。一方、液体供給管９６の他方端部はＤＩＷ供給ユニット６２に接続されている。このＤＩＷ供給ユニット６２はＤＩＷ供給源（図示省略）から供給される常温のＤＩＷをリンス液として基板Ｗに供給し、また８０℃程度まで昇温した高温ＤＩＷを解凍除去処理用として基板Ｗに供給するもので、以下のように構成されている。ここでは、ＤＩＷ供給源に対して２系統の配管経路が設けられている。そのうちの一つである、リンス処理用の配管経路には、流量調整弁６２１と開閉バルブ６２２とが介挿されている。この流量調整弁６２１は制御ユニット４からの流量指令に応じて常温ＤＩＷの流量を高精度に調整可能となっている。また、開閉バルブ６２２は制御ユニット４からの開閉指令に応じて開閉して流量調整弁６２１で流量調整された常温ＤＩＷの供給／停止を切り替える。
【００４１】
また、もう一方の解凍除去処理用配管経路には、流量調整弁６２３、加熱器６２４および開閉バルブ６２５が介挿されている。この流量調整弁６２３は制御ユニット４からの流量指令に応じて常温ＤＩＷの流量を高精度に調整して加熱器６２４に送り込む。そして、加熱器６２４は送り込まれた常温ＤＩＷを８０℃程度に加熱し、その加熱されたＤＩＷ（以下「高温ＤＩＷ」という）を開閉バルブ６２５を介して送り出す。なお、開閉バルブ６２５は制御ユニット４からの開閉指令に応じて開閉して高温ＤＩＷの供給／停止を切り替える。こうして、ＤＩＷ供給ユニット６２から送り出される常温ＤＩＷや高温ＤＩＷは適当なタイミングで基板Ｗの表面Ｗｆに向けて液体吐出ノズル９７から吐出される。
【００４２】
また、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にリンス液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リンス液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、上記したＤＩＷ供給ユニット６２に接続されており、基板Ｗの裏面Ｗｂに向けてＤＩＷをリンス液として供給する。
【００４３】
また、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は乾燥ガス供給ユニット６１に接続されており、乾燥ガス供給ユニット６１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。
【００４４】
また、図３に示すように、この実施形態では、スピンチャック２の周囲にスプラッシュガード５１が、スピンチャック２に水平姿勢で保持されている基板Ｗの周囲を包囲するようにスピンチャック２の回転軸に対して昇降自在に設けられている。このスプラッシュガード５１は回転軸に対して略回転対称な形状を有している。そして、ガード昇降機構５２の駆動によりスプラッシュガード５１を段階的に昇降させることで、回転する基板Ｗから飛散する液膜形成用ＤＩＷ、リンス液やその他の用途のために基板Ｗに供給される処理液などを分別して処理チャンバ１内から図示を省略する排液処理ユニットへ排出することが可能となっている。
【００４５】
また、この処理チャンバ１の底面部には複数の排気口１１が設けられ、これらの排気口１１を介して処理チャンバ１の内部空間は排気ユニット６３に接続されている。この排気ユニット６３は排気ダンパーと排気ポンプとを有しており、排気ダンパーの開閉度合いに応じて排気ユニット６３による排気量を調整可能となっている。このため、制御ユニット４は排気ダンパーの開閉量に関する指令を排気ユニット６３に与えることで処理チャンバ１からの排気量が調整されて内部空間における温度や湿度などを制御可能となっている。
【００４６】
この基板処理装置では、冷却ガス吐出ノズル７がスピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに向けて液膜凍結用冷却ガスを吐出可能に設けられている。すなわち、冷却ガス吐出ノズル７は次のように構成された冷却ガス供給ユニット６４に接続されている。この冷却ガス供給ユニット６４は、図４に示すように、熱交換器６４１を有している。この熱交換器６４１の容器６４２は内部に液体窒素を貯留するタンク状となっており、液体窒素温度に耐えうる材料、例えば、ガラス、石英またはＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン：High Density Polyethylene）により形成されている。なお、容器６４２を断熱容器で覆う二重構造を採用してもよい。この場合、外部容器は、処理チャンバ外部の雰囲気と容器６４２との間での熱移動を抑制するために、断熱性の高い材料、例えば発泡性樹脂やＰＶＣ（ポリ塩化ビニル樹脂：polyvinyl chloride）などにより形成するのが好適である。
【００４７】
容器６４２には、液体窒素を取り入れる液体窒素導入口６４３が設けられている。この液体窒素導入口６４３は開閉バルブ６４４を介して液体窒素供給源（図示省略）と接続されており、制御ユニット４からの開指令に応じて開閉バルブ６４４が開くと、液体窒素供給源から送出される液体窒素が容器６４２内に導入される。また、容器６４２内には液面センサ（図示省略）が設けられており、この液面センサによる検出結果が制御ユニット４に入力され、制御ユニット４によるフィードバック制御により開閉バルブ６４４の開閉が制御されて容器６４２内の液体窒素の液面レベルを高精度に制御可能となっている。なお、この第１実施形態では、液体窒素の液面レベルが一定となるようにフィードバック制御している。
【００４８】
また、容器６４２の内部には、ステンレス、銅などの金属管で形成されたコイル状の熱交換パイプ６４５がガス通送路として設けられている。熱交換パイプ６４５は容器６４２に貯留された液体窒素に浸漬されており、その一方端がマスフローコントローラ（ＭＦＣ）６４６を介して窒素ガス供給源（図示省略）と接続されており、窒素ガス供給源から窒素ガスが供給される。これにより、窒素ガスが熱交換器６４１内で液体窒素によりＤＩＷの凝固点よりも低い温度に冷やされて冷却ガスとして熱交換パイプ６４５の他方端から開閉バルブ６４７を介して冷却ガス吐出ノズル７に送出される。
【００４９】
こうして冷却ガスが送り出される冷却ガス吐出ノズル７は、図３に示すように、水平に延設された第１アーム７１の先端部に取り付けられている。この第１アーム７１は、処理チャンバ１の天井部より垂下する回転軸７２により後端部が回転中心軸Ｊ１周りに回転自在に支持されている。そして、回転軸７２に対して第１アーム昇降・回転機構７３が連結されており、制御ユニット４からの動作指令に応じて回転軸７２が回転中心軸Ｊ１周りに回転駆動され、また上下方向に昇降駆動され、その結果、第１アーム７１の先端部に取り付けられた冷却ガス吐出ノズル７が以下のように基板表面Ｗｆの上方側で移動する。
【００５０】
また本実施形態では、冷却ガス吐出ノズル７と同様にして、冷水吐出ノズル８が基板表面Ｗｆの上方側で移動可能に構成されている。この冷水吐出ノズル８は、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに向けて液膜を構成する液体（本発明の「凝固対象液」に相当）として常温よりも低い、例えば０〜２℃、好ましくは０．５℃程度にまで冷却されたＤＩＷを供給するものである。すなわち、冷水吐出ノズル８は冷水供給ユニット６５に接続され、冷水供給ユニット６５によって常温のＤＩＷを０．５℃程度にまで冷却した上で冷水吐出ノズル８に送り出す。なお、この冷水供給ユニット６５は、図４に示すように、流量調整弁６５１、冷却器６５２および開閉バルブ６５３を有している。この流量調整弁６５１は制御ユニット４からの流量指令に応じて常温ＤＩＷの流量を高精度に調整して冷却器６５２に送り込む。そして、冷却器６５２は送り込まれた常温ＤＩＷを０．５℃程度にまで冷却し、その冷水（冷却されたＤＩＷ）を開閉バルブ６５３を介して送り出す。
【００５１】
このように冷水供給を受けるノズル８を回転中心軸Ｊ２周りに回転し、また上下方向に昇降移動させるために、水平に延設された第２アーム８１の後端部が回転軸８２により回転中心軸Ｊ２周りに回転自在に支持されている。一方、第２アーム８１の先端部には、冷水吐出ノズル８が下方に吐出口（図示省略）を向けた状態で取り付けられている。さらに、回転軸８２に対して第２アーム昇降・回転機構８３が連結されており、制御ユニット４からの動作指令に応じて回転軸８２が回転中心軸Ｊ２周りに回転駆動され、また上下方向に昇降駆動され、その結果、第２アーム８１の先端部に取り付けられた冷水吐出ノズル８が以下のように基板表面Ｗｆの上方側で移動する。
【００５２】
冷却ガス吐出ノズル７および冷水吐出ノズル８はそれぞれ独立して基板Ｗに対して相対的に移動する。すなわち、制御ユニット４からの動作指令に基づき第１アーム昇降・回転機構７３が駆動されて第１アーム７１が回転中心軸Ｊ１周りに揺動すると、第１アーム７１に取り付けられた冷却ガス吐出ノズル７は、スピンベース２３の回転中心上に相当する回転中心位置Ｐｃと基板Ｗの対向位置から側方に退避した待機位置Ｐｓ１との間を移動軌跡Ｔ１に沿って水平移動する。すなわち、第１アーム昇降・回転機構７３は、冷却ガス吐出ノズル７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。
【００５３】
また、制御ユニット４からの動作指令に基づき第２アーム昇降・回転機構８３が駆動されて第２アーム８１が回転中心軸Ｊ２周りに揺動すると、第２アーム８１に取り付けられた冷水吐出ノズル８は第１アーム７１の待機位置Ｐｓ１と異なる別の待機位置Ｐｓ２と、回転中心位置Ｐｃとの間を移動軌跡Ｔ２に沿って水平移動する。すなわち、第２アーム昇降・回転機構８３は、冷水吐出ノズル８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。
【００５４】
さらに、本実施形態では、上記のように冷水吐出ノズル８が取り付けられた第２アーム８１に対してレーザー変位計５が取り付けられている。より詳しくは、図５に示すように、第２アーム８１の待機位置Ｐｓ２側（同図の右手側）の先端側面にレーザー変位計５が固定されており、上記のようにして第２アーム８１が移動することに伴い、移動軌跡Ｔ２とほぼ同一の軌跡に沿って移動して位置決めされる。例えば、同図の点線で示すように、第２アーム８１が回転中心位置Ｐｃに移動して位置決めされると、レーザー変位計５もほぼスピンベース２３の回転中心上に位置し、後述するように基板表面Ｗｆに形成される凝固対象液（本実施形態ではＤＩＷ）の液膜および凝固体の表面中央部の膜厚を非接触で計測可能となる。また、第２アーム８１の揺動に伴いレーザー変位計５は基板表面Ｗｆの中央部から距離Ｄだけ離間し、その離間部の上方に位置して凝固対象液の液膜（液膜を凍結してなる凝固体を含む）のうち当該離間部上に位置する部位の膜厚を非接触で計測可能となる。なお、この明細書では、レーザー変位計５による計測位置を特定するために、基板表面Ｗｆの中央部に相当する位置を「Ｐ（０）」と称するとともに、基板表面Ｗｆの中央部から距離Ｄだけ離間した位置を「Ｐ（Ｄ）」と称する。例えば、直径３００ｍｍの基板Ｗを処理対象とする装置では、距離Ｄの最大値は１５０ｍｍであり、その位置Ｐ（１５０）での液膜の膜厚を計測可能となっている。
【００５５】
図６は図３の基板処理装置の動作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はユーザやオペレータにより選択されたレシピをメモリ（図示省略）から読出して設定し（ステップＳ１）、そのレシピで規定された各種制御データ（基板の回転数や回転時間の回転パラメータ、冷却されたＤＩＷの流量、冷却ガスの流量など）に基づき装置各部を制御して該基板Ｗに対して一連の洗浄処理を実行する。ここでは、予め基板Ｗが表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗが処理チャンバ１内に搬入されてスピンチャック２に保持される一方、図３に示すように遮断部材９がその下面を対向させたままアーム７１、８１と干渉しない上方位置まで待避配置している。
【００５６】
基板Ｗの搬入後、制御ユニット４はチャック回転機構２２を駆動させてスピンチャック２を回転させるとともに、第２アーム昇降・回転機構８３を駆動させて第２アーム８１を回転中心位置Ｐｃに移動して位置決めする。これによって、冷水吐出ノズル８は図６（ａ）に示すように基板表面Ｗｆの中央部の上方に位置するとともに、レーザー変位計５の計測位置は位置Ｐ（０）となっている。そして、制御ユニット４は冷水供給ユニット６５の開閉バルブ６５３を開いて冷水吐出ノズル８から低温のＤＩＷ、つまり冷水を吐出して基板表面Ｗｆに供給する（ステップＳ２）。基板表面Ｗｆ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の全体に均一な厚みを有する液膜（水膜）が形成される（ステップＳ３）。
【００５７】
こうして、液膜形成が終了すると、制御ユニット４は第２アーム昇降・回転機構８３を駆動させて第２アーム８１を待機位置Ｐｓ２側に移動してレーザー変位計５を基板中央部から距離１２０ｍｍだけ離れた位置Ｐ(120)に位置決めする。これによりレーザー変位計５によって位置Ｐ(120)での液膜の膜厚が非接触で計測され、その膜厚に関連する情報を制御ユニット４に出力する。そして、この膜厚情報を受け取った制御ユニット４は、レーザー変位計５により計測された膜厚が許容範囲内に入っているか否かを判定する（ステップＳ４）。この「許容範囲」とは、上記したようにパーティクル除去率が最大化する範囲、例えば図１に示す範囲Ｒを意味している。
【００５８】
そして、ステップＳ４で液膜の膜厚が許容範囲内であることを確認すると、従来技術と同様に、凍結処理（ステップＳ５）、凍結膜の解凍除去（ステップＳ６）および基板乾燥（ステップＳ７）が実行される。すなわち、制御ユニット４は第１アーム昇降・回転機構７３を駆動させて第１アーム８１を回転中心位置Ｐｃに移動して位置決めする。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７から冷却ガスを吐出させながら、冷却ガス吐出ノズル７を徐々に基板Ｗの端縁位置に向けて移動させていく（ステップＳ５）。これにより、基板表面Ｗｆに形成された液膜全体が凍結されて凍結膜（凝固体）が形成される。それに続いて、遮断部材９を基板表面Ｗｆに近接配置し、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８０℃程度に昇温された高温ＤＩＷを供給して凍結膜（凝固体）を解凍除去し、さらにリンス液として常温のＤＩＷを基板表面Ｗに供給し、基板Ｗのリンス処理を行う（ステップＳ６）。
【００５９】
この解凍除去処理（リンス処理）が完了すると、基板ＷへのＤＩＷの供給を停止し、基板Ｗ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Ｓ７）。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から乾燥ガス供給ユニット６１により供給される乾燥用の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。
【００６０】
一方、ステップＳ４で、液膜の膜厚が許容範囲を超える、つまり膜厚が上記許容範囲Ｒの上限値ＦＴmaxよりも厚い、または許容範囲Ｒの下限値ＦＴminよりも薄いことを制御ユニット４が確認すると、液晶ディスプレイ等の表示部（図示省略）や表示ランプなどの報知部材により、所望の液膜が基板表面Ｗｆに形成されていない旨のアラームを報知し（ステップＳ８）、ユーザやオペレータに知らせる。また、それと並行してレシピを強制終了する（ステップＳ９）。これにより、当該基板Ｗに対する凍結処理（ステップＳ５）、凍結膜の解凍除去（ステップＳ６）および基板乾燥（ステップＳ７）の実行を規制する。
【００６１】
以上のように、本実施形態によれば、基板Ｗの表面Ｗｆに形成される液膜の膜厚が所定範囲Ｒ内となっている場合のみ、その基板Ｗに対して凍結処理（ステップＳ５）、凍結膜の解凍除去（ステップＳ６）および基板乾燥（ステップＳ７）を実行している。したがって、液膜の膜厚が所定範囲Ｒを超えて十分なパーティクル除去率が期待できない場合には、レシピの途中であるが、基板Ｗに対する凍結処理（ステップＳ５）、凍結膜の解凍除去（ステップＳ６）および基板乾燥（ステップＳ７）を行うことなく、基板処理を終了する。したがって、処理不良が発生するのを未然に防止することができる。また、無駄な凍結膜（凝固体）の形成・解凍除去を抑制して稼動効率を高めることができる。
【００６２】
このように、第１実施形態では、凍結膜が本発明の「凝固体」に相当し、スピンチャック２が本発明の「基板保持手段」に相当し、レーザー変位計５が本発明の「膜厚計測手段」に相当し、制御ユニット４が本発明の「制御手段」に相当している。また、冷却ガス吐出ノズル７および冷却ガス供給ユニット６４が本発明の「凝固手段」として機能している。さらに、ノズル９７およびＤＩＷ供給ユニット６２が本発明の「解凍除去手段」として機能している。
【００６３】
また、本実施形態では、レーザー変位計５を基板中央部から距離１２０ｍｍだけ離れた位置Ｐ(120)に位置決めして液膜の膜厚を計測しているため、膜厚計測を高精度に行うことができ、液膜の膜厚が所定範囲Ｒ内となっている否かの判断を適切に行うことができる。その理由について、図７を参照しつつ説明する。
【００６４】
図７は液膜の形成および凍結処理における液膜の膜厚変化を示すグラフであり、レーザー変位計５をそれぞれ位置Ｐ(120)、Ｐ(140)に位置決めして計測した結果を示している。
この実施形態では、液膜形成のために基板表面からＤＩＷを振り切っており、この振り切り処理（液膜の形成）が完了した後、凍結処理に移行する際に基板Ｗの回転数を１５０ｒｐｍから５０ｒｐｍに減速している。この回転数の切替により、基板Ｗのエッジに追いやられていたＤＩＷが減速によって内側に戻ってくる。その結果、例えば図７の位置Ｐ(140)の実験結果に示すように、基板中央部から距離１４０ｍｍだけ離れた位置、つまり基板Ｗのエッジ近傍では膜厚が急激に増大する。このＤＩＷの戻りによる影響はエッジ近傍から離れる、つまり基板中央側に近づくにしたがって弱まり、同図の位置Ｐ(120)の実験結果に示すように、基板中央部から距離１２０ｍｍだけ離れた位置では上記影響を受けることなく、液膜の膜厚を安定して計測することが可能となっている。そこで、上記実施形態では、レーザー変位計５を位置Ｐ(120)に位置決めして膜厚計測の精度を高めている。もちろん、レーザー変位計５の位置はこれに限定されるものではなく、基板中央部から距離１２０ｍｍまでの範囲、つまり位置Ｐ(0)〜Ｐ(120)のいずれかにレーザー変位計５を位置決めして液膜の膜厚を計測すればよい。
【００６５】
図８はこの発明にかかる基板処理装置の第２実施形態の動作を示すフローチャートである。この第２実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、液膜の膜厚が許容範囲Ｒを超えるときの処理であり、液膜を形成するまでの動作（ステップＳ１〜Ｓ３）および液膜の膜厚が許容範囲Ｒ内であるときの液膜の形成以降の動作（ステップＳ５〜Ｓ７）はいずれも第１実施形態と同一である。したがって、同一動作に関する説明を省略し、液膜の膜厚が許容範囲Ｒを超えるときの処理（ステップＳ１０〜Ｓ１２）について説明する。
【００６６】
ステップＳ４で液膜の膜厚ＦＴが許容範囲を超える（ＦＴmin＞ＦＴ、あるいはＦＴ＞ＦＴmax）と判断した制御ユニット４は、さらに計測した膜厚ＦＴが許容範囲Ｒの上限値ＦＴmaxよりも厚いか否かを判断する（ステップＳ１０）。そして、膜厚ＦＴが許容範囲Ｒの上限値ＦＴmaxよりも厚いときには、前回の液膜形成時の基板Ｗの回転数を５０ｒｐｍだけ増加させ、これを新たな液膜形成時の基板Ｗの回転数として設定する（ステップＳ１１）。逆に、ステップＳ９で「ＮＯ」、つまり膜厚ＦＴが許容範囲Ｒの下限値ＦＴminよりも薄いときには、前回の液膜形成時の基板Ｗの回転数を５０ｒｐｍだけ減少させ、これを新たな液膜形成時の基板Ｗの回転数として設定する（ステップＳ１２）。
【００６７】
こうして液膜形成時の基板Ｗの回転数を再設定した後、ステップＳ２に戻って液膜形成を再度行う（ステップＳ２〜Ｓ４）。そして、液膜を形成する毎に液膜の膜厚ＦＴが許容範囲内か否かを判断し（ステップＳ４）、ステップＳ４で「ＹＥＳ」と判断されるまで上記処理が繰り返される。
【００６８】
以上のように、第２実施形態では、基板Ｗの表面Ｗｆに形成される液膜の膜厚が所定範囲内となるまで、基板Ｗに対する凍結処理（ステップＳ５）、凍結膜の解凍除去（ステップＳ６）および基板乾燥（ステップＳ７）の実行を規制しながら液膜形成時の基板Ｗの回転数を増減させ、最終的に液膜の膜厚が所定範囲Ｒ内となった時点で上記規制を解除して凍結処理（ステップＳ５）、解凍除去（ステップＳ６）および基板乾燥（ステップＳ７）を実行している。したがって、第１実施形態と同様に、十分なパーティクル除去率が期待できない段階で、凍結処理（ステップＳ５）に移行するのを防止しており、第１実施形態と同様に、処理不良が発生するのを未然に防止するとともに、無駄な凍結膜（凝固体）の形成・解凍除去を抑制して稼動効率を高めることができる。
【００６９】
また、第１実施形態では、アラーム報知してレシピを強制終了させた後、ユーザーやオペレータが別のレシピを選択して設定する、あるいはレシピの内容を書き換える必要があり、ユーザーやオペレータを拘束してしまう。これに対し、第２実施形態では、基板Ｗの表面Ｗｆに形成される液膜の膜厚が所定範囲Ｒ内となるまで回転数が自動的に更新されるため、ユーザーやオペレータを拘束させることなく処理不良を防止することができる。
【００７０】
なお、第２実施形態では、液膜の膜厚を変更するための回転パラメータとして基板Ｗの回転数を変更しているが、この回転パラメータとして例えば基板Ｗの回転時間を用いてもよい。というのも、基板の回転数を一定に維持した場合であっても、例えば図９に示すように、液膜形成（振切処理）を開始してからの経過時間（以下、「基板の回転時間」という）にしたがって液膜の膜厚は減少する。したがって、液膜形成時の基板Ｗの回転数に代えて、あるいは当該回転数とともに基板の回転時間を回転パラメータとして用いてもよい。
【００７１】
また、図９に示すように基板の回転時間に応じて液膜の膜厚が連続的に減少することから、液膜形成中に膜厚をレーザー変位計５で連続的あるいは断続的に計測し、その計測結果が許容範囲Ｒに入った時点で基板Ｗの回転数を落として基板表面ＷｆからのＤＩＷ（凝固対象液）の振り切りを停止し、凍結処理（ステップＳ５）に進むように構成してもよい。この第３実施形態によれば、液膜の膜厚が所定範囲Ｒ内となるまで凍結処理（ステップＳ５）の開始が規制されるものの、１回の液膜形成で膜厚が所定範囲Ｒ内となるため、膜厚が所定範囲Ｒ内となるまで回転パラメータを変更しながら冷水の吐出（ステップＳ２）および液膜形成（ステップＳ３）を繰り返す場合に比べて処理時間を短縮することができる。
【００７２】
＜その他＞
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば上記実施形態では、基板Ｗの上方に近接配置される遮断部材９を有しているが、本発明は遮断部材を有しない装置にも適用可能である。この装置では、基板Ｗの上方位置にレーザー変位計５を固定配置することができる。
【００７３】
また、基板Ｗの側方周囲にレーザー変位計５を固定配置するとともに、第１アーム７１や第２アーム８１の先端部に折り返しミラーを取り付けてもよく、次のようにして液膜の膜厚を計測してもよい。すなわち、折り返しミラーが取り付けられたアームの先端部を計測位置の上方に位置決めし、その状態でレーザー変位計５のレーザー光路を当該アームの先端部に取り付けられた折り返しミラーで基板表面Ｗ側に折り返すように構成してもよい。これにより遮断部材９を有さない装置はもちろんのこと、図３に示すように遮断部材９を有する装置において、レーザー変位計５を固定しながら液膜の膜厚を計測可能となる。
【００７４】
また、上記実施形態では第２アーム８１の先端部にレーザー変位計５を配置しているが、レーザー変位計５の配設位置はこれに限定されるものではなく、例えば第２アーム８１の待機位置Ｐｓ２側（図４の右手側）の後端側面に固定してもよい。また、第１アーム７１にノズル７、８を並設した基板処理装置では、遮断部材９に設けられたノズルの代わりに、第２アームに常温ＤＩＷ（あるいは高温ＤＩＷ）を吐出するノズルを取り付けることがあるが、このような装置ではレーザー変位計５を第１アームの待機位置Ｐｓ１側（図４の左手側）の先端側面に取り付けてもよいし、あるいは第２アームの待機位置Ｐｓ２側（図４の右手側）の側面に取り付けてもよい。なお、上記実施形態において、常温ＤＩＷあるいは高温ＤＩＷを吐出するノズルを第２アーム８１に取り付けてもよく、この場合も、第２アームの待機位置Ｐｓ２側（図４の右手側）の側面に取り付けてもよい。
【００７５】
また、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。
【００７６】
また、上記実施形態では、同一の窒素ガス供給源から乾燥ガス供給ユニット６１および冷却ガス供給ユニット６４に乾燥ガス（窒素ガス）を供給しているが、これらは窒素ガスに限定されない。例えば、乾燥ガスと冷却ガスとを異なるガス種としてもよい。
【００７７】
また、上記実施形態の基板処理装置は、窒素ガス供給源、ＤＩＷ供給源および液体窒素供給源をいずれも装置内部に内蔵しているが、これら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。
【００７８】
また、上記実施形態の基板処理装置は、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。
【００７９】
また、上記実施形態では、レーザー変位計５により液膜の膜厚を計測しているが、その他の膜厚計測機器により液膜の膜厚を非接触で計測してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
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】
【００８１】
２…スピンチャック（基板保持手段）
４…制御ユニット（制御手段）
５…レーザー変位計（膜厚計測手段）
７…冷却ガス吐出ノズル（凝固手段）
６２…ＤＩＷ供給ユニット（解凍除去手段）
６４…冷却ガス供給ユニット（凝固手段）
９７…ノズル（解凍除去手段）
Ｗ…基板
Ｗｆ…基板表面
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、光ディスク用基板などの各種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ための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、基板表面に付着したパーティクル等の汚染物質を除去するための処理の１つとして凍結洗浄技術が知られている。この技術では、基板表面に形成した液膜を凍結させた後、この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等を凍結膜とともに除去している。例えば、特許文献１に記載の技術においては、洗浄液としてのＤＩＷ（脱イオン水：deionized water）を基板表面に供給するとともに基板を回転させて液膜を形成した後、冷却ガスを吐出するノズルを基板表面近傍でスキャンさせることにより液膜を凍結させ、再度ＤＩＷを供給して凍結膜を解凍除去することによって、基板表面からのパーティクルの除去を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０７１８７５号公報（図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願発明者らは、種々の実験の結果、液膜の膜厚とパーティクル除去率との間に一定の相関性があることを見出した。具体的には、高いパーティクル除去率を確保するためには、液膜の膜厚を所定範囲内に調整する必要があり、その範囲よりも薄い場合も、逆に厚い場合も、パーティクル除去率が低下する。したがって、基板表面に形成された液膜の膜厚を考慮することが重要となる。
【０００５】
しかしながら、従来技術では、レシピで設定された回転パラメータ（回転数および回転時間）で基板を回転させて液膜を形成しているが、前工程における処理内容に応じて基板の接触角が異なり、その結果、液膜の膜厚が増減することがある。そして、液膜の膜厚が上記した所定範囲から外れたまま、凍結処理（凝固体の形成）および解凍除去処理を行うと、期待したパーティクル除去率が得られず、処理不良の基板が発生してしまうことがある。また、このような基板に対して凍結処理および解凍除去処理を実行することは無駄であり、装置の稼動効率を低下させる主要因のひとつにもなる。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、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ための基板処理装置および基板処理方法において、処理不良の基板が発生するのを未然に防止するとともに、無駄な凝固体の形成・解凍除去を抑制して稼動効率を高めることが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】
【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、表面に凝固対象液の液膜が形成される基板を保持する基板保持手段と、基板保持手段に保持された基板の表面に形成される液膜の膜厚を計測する膜厚計測手段と、凝固対象液の液膜を冷却して凝固対象液の凝固体を形成する凝固手段と、基板表面に形成された凝固体を解凍除去する解凍除去手段と、膜厚計測手段で計測される液膜の膜厚が所定範囲内であるときには凝固体の形成および凝固体の解凍除去を実行する一方、所定範囲を超えるときには凝固体の形成および凝固体の解凍除去を規制する制御手段とを備える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、基板の表面に形成された凝固対象液の液膜を冷却して凝固対象液の凝固体を形成した後、基板表面に形成された凝固体を解凍除去する基板処理方法であって、上記目的を達成するため、基板の表面に形成される液膜の膜厚を計測し、その計測結果が所定範囲内であるときには凝固体の形成および凝固体の解凍除去を実行する一方、所定範囲を超えるときには凝固体の形成および凝固体の解凍除去を規制する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）では、基板の表面に形成された凝固対象液の液膜が冷却されて凝固対象液の凝固体が形成される。そして、この凝固体を解凍除去することで基板表面に付着するパーティクル等が除去される。このパーティクル等の除去率に関して、今回、本願発明者が種々の実験検証から次の知見を得た。その知見とは、液膜の膜厚がパーティクル等の除去率に大きく影響する要因のひとつであるということであり、詳しくは後で述べるが、パーティクル等の除去率を高めるためには、液膜の膜厚を所定範囲内に入れることが重要であり、液膜の膜厚がその範囲を超えるにもかかわらず、そのまま凝固体の形成および凝固体の解凍除去を行うと、除去率が低下して処理不良の基板を発生させてしまう。そこで、本発明では、基板の表面に形成される液膜の膜厚が所定範囲を超えるとき、凝固体の形成および凝固体の解凍除去が規制されて処理不良の発生を未然に防止している。なお、本発明における「液膜の膜厚」とは、冷却されて凍結する前の液膜の厚みおよび該液膜が凍結してなる凝固体の厚みを含むものである。
【００１０】
ここで、基板回転手段が設けられ、基板を回転することで液膜を形成する場合、基板回転手段により形成された液膜の膜厚が所定範囲を超えるとき、凝固体の形成および凝固体の解凍除去を規制してもよい。また、例えば基板回転手段による基板の回転数や回転時間などの回転パラメータを相違させた複数のレシピを用意しておき、一のレシピにしたがって形成された液膜が所定範囲を超えるとき、凝固体の形成および解凍除去を規制するが、ユーザやオペレータなどが別のレシピに切り替えて液膜形成をリトライするように構成してもよい。
【００１１】
また、膜厚計測手段による計測結果に基づき基板回転手段による基板の回転パラメータ（回転数や回転時間など）を変更して液膜の膜厚を所定範囲内に調整してもよく、これによってレシピ切替を行うことなく、凝固体の形成および解凍除去を実行することが可能となる。
【００１２】
また、基板表面に凝固対象液を供給する凝固液供給手段を設けてもよく、この凝固液供給手段を有する装置では、変更後の回転パラメータで基板を回転させる前または回転中に凝固液供給手段により基板表面に凝固対象液を供給し、所定範囲内の膜厚を有する液膜を基板表面に形成するように構成することができる。このように構成された装置では、回転パラメータの変更前における液膜の膜厚が所定範囲よりも厚い場合はもちろんのこと、薄い場合であっても、変更後の回転パラメータで基板を回転させる際に基板表面に新たに凝固対象液が供給されるため、液膜を所定範囲内に調整することができる。
【００１３】
さらに、基板回転手段が設けられ、基板を回転して基板表面から凝固対象液を振り切って液膜の膜厚を形成する装置では、基板表面からの凝固対象液の振り切りと並行して膜厚計測手段による計測結果を取得し、計測結果が所定範囲内に達すると、凝固対象液の振り切りを停止して液膜の冷却を開始するように構成してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、基板の表面に形成される液膜の膜厚を計測し、その計測結果が所定範囲を超えるとき、凝固体の形成および凝固体の解凍除去を規制しているため、処理不良の基板が発生するのを未然に防止するとともに、無駄な凝固体の形成・解凍除去を抑制して稼動効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】凍結洗浄技術における液膜の膜厚とパーティクル除去率との関係を示すグラフである。
【図２】凍結洗浄技術における液膜温度とパーティクル除去率との関係を示すグラフである。
【図３】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４】図３の基板処理装置における窒素ガスおよびＤＩＷの供給態様を示す図である。
【図５】図３の基板処理装置におけるアームの動作態様を示す図である。
【図６】図３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】液膜の形成および凍結処理における液膜の膜厚変化を示すグラフである。
【図８】この発明にかかる基板処理装置の第２実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図９】基板の回転時間と液膜の膜厚との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜液膜の膜厚とパーティクル除去率との関係＞
従来の凍結洗浄技術では液膜を凍結させているものの、液膜の膜厚についてはあまり考慮されていなかった。しかしながら、ＤＩＷによる液膜を用いた本願発明者らの実験によれば、図１に示すように、液膜の膜厚に応じてパーティクル除去率は変化する。そして、液膜の膜厚が所定範囲内であるときには高いパーティクル除去率が得られる。その一方で、液膜の膜厚が所定範囲を超える（つまり、所定範囲の上限値よりも厚くなる、または所定範囲の下限値よりも薄くなる）と、所望のパーティクル除去率が得られず、その結果、処理不良が生じてしまう。
【００１７】
図１は、いわゆる凍結洗浄技術における液膜の膜厚とパーティクル除去率との関係を示すグラフであり、具体的には、次の実験により得られたものである。この実験では、基板の代表例としてベア状態（全くパターンが形成されていない状態）のＳｉウエハ（ウエハ径：３００ｍｍ）を選択している。また、パーティクルとしてＳｉ屑（粒径；０．０８μｍ以上）によって基板表面が汚染されている場合について評価を行っている。
【００１８】
まず最初に、枚葉式の基板処理装置（大日本スクリーン製造社製、スピンプロセッサＳＳ−３０００）を用いてウエハを強制的に汚染させる。具体的には、ウエハを回転させながら、ウエハと対向配置されたノズルよりパーティクル（Ｓｉ屑）を分散させた分散液をウエハに供給する。ここでは、ウエハ表面に付着するパーティクルの数が約１００００個となるように、分散液の液量、ウエハ回転数および処理時間を適宜調整する。その後、ウエハ表面に付着しているパーティクルの数（初期値）を測定する。なお、パーティクル数の測定はＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製のウエハ検査装置ＳＰ１を用いて、ウエハの外周から３ｍｍまでの周縁領域を除去（エッジカット）として残余の領域にて評価を行っている。
【００１９】
次に、各ウエハに対してＤＩＷをウエハ表面に供給してウエハ表面に互いに異なる厚みの液膜（水膜）を形成した。より詳しくは、回転しているウエハ表面にＤＩＷを１．５[Ｌ／ｍｉｎ］で６秒間吐出して供給し、吐出停止から３秒間ウエハを回転させた。この吐出停止後のウエハの回転数をウエハごとに相違させてＤＩＷの膜厚を互いに異ならせた。なお、液膜の膜厚は上記処理前後のウエハ重量から求めており、例えば吐出停止後のウエハ回転数が５００ｒｐｍでは膜厚１０μｍとなり、１５０ｒｐｍでは膜厚５０μｍとなっていた。
【００２０】
こうして液膜を形成した後、−１９０℃の冷却ガスを９０[Ｌ／ｍｉｎ]の流量で吐出するノズルを基板表面に対して２０秒間スキャンさせて液膜を凍結させて凍結膜（凝固体）をウエハ表面に形成する。この凍結処理終了直後、当該ウエハを２０００ｒｐｍで回転させながら、リンス液として８０℃のＤＩＷを４．０［Ｌ／ｍｉｎ］で２秒間供給して凍結膜を解凍除去した。その後、常温のＤＩＷでウエハをリンス処理した後、ウエハを高速回転させてウエハを乾燥（スピンドライ）させる。
【００２１】
こうして、一連の洗浄処理を施したウエハの表面に付着しているパーティクル数を測定する。それから、凍結洗浄後のパーティクル数と先に測定した初期（凍結洗浄処理前）のパーティクル数とを対比することで除去率を算出している。こうして得られたデータをプロットしたものが図１に示すグラフである。
【００２２】
同図から明らかなように、パーティクル除去率は液膜の膜厚の増大に伴って向上するが、所定膜厚を過ぎると、逆に液膜の膜厚の増大に伴って低下する。つまり、良好なパーティクル除去率を得るためには、液膜の膜厚が所定範囲内に入るように制御するのが望まれる。例えば図１に示す特性を示す場合、パーティクル除去率は膜厚４０μｍでピークとなり、その前後２０％の範囲内の膜厚ではパーティクル除去率をピーク時と同程度に維持することができる。したがって、液膜の膜厚をピーク時の膜厚値を中心に前後２０％の値（図１のケースでは３２μｍないし４８μｍ）に設定することで高いパーティクル除去率が得られることがわかる。
【００２３】
このようにパーティクル除去率が所定範囲内で最大化する理由については、以下の２つの側面を考慮する必要がある。まず第１点目に格子定数差に起因する応力の存在である。すなわち、シリコンの格子定数は５．４３［オングストローム］であるのに対し、ＤＩＷの凝固体、つまり氷の格子定数は４．５〜４．８［オングストローム］であるため、シリコンウエハの表面でＤＩＷが凝固して凍結膜が形成されると、シリコンウエハの表面に形成される凍結膜（凝固体）に対して応力が作用する。そして、凍結膜の形成によりウエハ表面に存在しているパーティクルは凍結膜を構成する凝固体（氷）と密着するため、応力による凝固体の変形がパーティクル除去の原動力のひとつとなる。したがって、凍結膜の膜厚、つまり液膜の厚みが増すにしたがって上記応力も増大し、これがパーティクル除去率の向上に寄与する。
【００２４】
また、考慮すべき第２点目は液膜温度とパーティクル除去率との関係である。従来の凍結洗浄技術では液膜を凍結させているものの、凍結後の液膜温度についてはあまり考慮されていなかった。しかしながら、ＤＩＷによる液膜を用いた本願発明者らの実験によれば、図２に示すように、単に液膜を凍結させるだけではなく、凍結後の液膜の到達温度が低くなるほどパーティクル除去率が高まることが明らかとなった。なお、ここでは、凍結前の液膜の温度および該液膜が凍結してなる凝固体の温度を総称して「液膜の温度」と称している。
【００２５】
図２は、いわゆる凍結洗浄技術における液膜の温度とパーティクル除去効率との関係を示すグラフであり、具体的には、次の実験により得られたものである。この実験では、基板の代表例としてベア状態（全くパターンが形成されていない状態）のＳｉウエハ（ウエハ径：３００ｍｍ）を選択している。また、パーティクルとしてＳｉ屑（粒径；０．０８μｍ以上）によって基板表面が汚染されている場合について評価を行っている。
【００２６】
まず最初に、枚葉式の基板処理装置（大日本スクリーン製造社製、スピンプロセッサＳＳ−３０００）を用いてウエハを強制的に汚染させる。具体的には、ウエハを回転させながら、ウエハと対向配置されたノズルよりパーティクル（Ｓｉ屑）を分散させた分散液をウエハに供給する。ここでは、ウエハ表面に付着するパーティクルの数が約１００００個となるように、分散液の液量、ウエハ回転数および処理時間を適宜調整する。その後、ウエハ表面に付着しているパーティクルの数（初期値）を測定する。なお、パーティクル数の測定はＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製のウエハ検査装置ＳＰ１を用いて、ウエハの外周から３ｍｍまでの周縁領域を除去（エッジカット）として残余の領域にて評価を行っている。
【００２７】
次に、各ウエハに対して以下の洗浄処理を行う。まず、１５０ｒｐｍで回転するウエハに、０．５℃に温度調整されたＤＩＷを６秒間吐出してウエハを冷却する。その後、ＤＩＷの吐出を停止して２秒間その回転数を維持し、余剰のＤＩＷを振りきって液膜を形成する。液膜形成後、ウエハ回転数を５０ｒｐｍに減速し、その回転数を維持しながらスキャンノズルにより温度−１９０℃の窒素ガスを流量９０［Ｌ／ｍｉｎ］でウエハ表面に対し吐出する。ノズルのスキャンはウエハの中心とウエハの端を２０秒で往復させて行う。図２の黒四角はスキャン回数に対応し、図２中左からスキャン１回、２回の順でスキャン５回までの結果が表示されている。このように、スキャン回数を変更することで液膜の凍結後の温度を変更している。
【００２８】
上記の冷却が終了した後、ウエハの回転数を２０００ｒｐｍとし、８０℃に温度調整されたＤＩＷを４．０［Ｌ／ｍｉｎ］の流量で２秒間吐出した後、ウエハの回転数を５００ｒｐｍとし、リンス液として常温のＤＩＷを１．５［Ｌ／ｍｉｎ］の流量で３０秒間供給し、ウエハのリンス処理を行う。その後ウエハを高速回転してスピンドライする。
【００２９】
こうして、一連の洗浄処理を施したウエハの表面に付着しているパーティクル数を測定する。それから、凍結洗浄後のパーティクル数と先に測定した初期（凍結洗浄処理前）のパーティクル数とを対比することで除去率を算出している。こうして得られたデータをプロットしたものが図２に示すグラフである。
【００３０】
同図から明らかなように、単に液膜を凍結させるだけではなく、凍結後の液膜の到達温度が低くなるほどパーティクル除去率が高まる。したがって、一定時間だけ冷却ガスを液膜に供給して液膜を凍結する場合、膜厚が薄くなるにしたがって液膜の温度は低下してパーティクル除去率が高まるのに対し、膜厚の増大にしたがって液膜の温度は低下し難くなり、パーティクル除去率も低下する。
【００３１】
このようにパーティクル除去率は格子定数差に起因する応力量と液膜温度との影響を受けており、これらが相互に影響し合ってパーティクル除去率が所定範囲内で最大化すると考えられる。
【００３２】
そこで、上記知見に鑑み、以下の実施形態では基板の表面に形成される液膜の膜厚を計測し、その液膜の膜厚に応じて装置各部を制御して上記目的を達成している。以下、実施形態について図面を参照しつつ詳述する。
【００３３】
＜実施形態＞
図３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４は図３の基板処理装置における窒素ガスおよびＤＩＷの供給態様を示す図である。さらに、図５は図３の基板処理装置におけるアームの動作態様を示す図である。この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処理装置である。より具体的には、微細パターンが形成された基板表面Ｗｆについて、その表面Ｗｆに液膜を形成してそれを凍結させ、該凍結膜を除去することで凍結膜とともにパーティクル等を基板表面から除去する凍結洗浄処理を実行する基板処理装置である。凍結洗浄技術については上記特許文献１を始めとして多くの公知文献があるので、この明細書では詳しい説明を省略する。
【００３４】
この基板処理装置は処理チャンバ１を有しており、当該処理チャンバ１内部において基板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を回転させるためのスピンチャック２を有している。このスピンチャック２の中心軸２１の上端部には、図４に示すように、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、装置全体を制御する制御ユニット４からの動作指令に応じてチャック回転機構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ＡＯを中心に回転する。
【００３５】
また、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。また、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。
【００３６】
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。
【００３７】
また、上記のように構成されたスピンチャック２の上方には遮断部材９が配置されている。この遮断部材９は、中心部に開口を有する円板状に形成されている。また、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。この遮断部材９は支持軸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・昇降機構９３が接続されている。
【００３８】
遮断部材回転・昇降機構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・昇降機構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。また、遮断部材回転・昇降機構９３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、遮断部材回転・昇降機構９３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３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。
【００３９】
図４に示すように、遮断部材９の支持軸９１は中空になっており、その内部に、遮断部材９の下面（基板対向面）で開口するガス供給管９５が挿通されている。このガス供給管９５は乾燥ガス供給ユニット６１に接続されている。この乾燥ガス供給ユニット６１は、窒素ガス供給源（図示省略）から供給される窒素ガスを基板Ｗに供給するもので、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）６１１と、開閉バルブ６１２とを有している。このマスフローコントローラ６１１は制御ユニット４からの流量指令に応じて窒素ガスの流量を高精度に調整可能となっている。また、開閉バルブ６１２は制御ユニット４からの開閉指令に応じて開閉してマスフローコントローラ６１１で流量調整された窒素ガスの供給／停止を切り替える。このため、制御ユニット４が乾燥ガス供給ユニット６１を制御することで、流量調整された窒素ガスが基板Ｗを乾燥させるための乾燥ガスとして適当なタイミングで遮断部材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から供給される。なお、この実施形態では、乾燥ガス供給ユニット６１からの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。
【００４０】
ガス供給管９５の内部には、液体供給管９６が挿通されている。この液体供給管９６の下方端部は遮断部材９の下面で開口しており、その先端に液体吐出ノズル９７が設けられている。一方、液体供給管９６の他方端部はＤＩＷ供給ユニット６２に接続されている。このＤＩＷ供給ユニット６２はＤＩＷ供給源（図示省略）から供給される常温のＤＩＷをリンス液として基板Ｗに供給し、また８０℃程度まで昇温した高温ＤＩＷを解凍除去処理用として基板Ｗに供給するもので、以下のように構成されている。ここでは、ＤＩＷ供給源に対して２系統の配管経路が設けられている。そのうちの一つである、リンス処理用の配管経路には、流量調整弁６２１と開閉バルブ６２２とが介挿されている。この流量調整弁６２１は制御ユニット４からの流量指令に応じて常温ＤＩＷの流量を高精度に調整可能となっている。また、開閉バルブ６２２は制御ユニット４からの開閉指令に応じて開閉して流量調整弁６２１で流量調整された常温ＤＩＷの供給／停止を切り替える。
【００４１】
また、もう一方の解凍除去処理用配管経路には、流量調整弁６２３、加熱器６２４および開閉バルブ６２５が介挿されている。この流量調整弁６２３は制御ユニット４からの流量指令に応じて常温ＤＩＷの流量を高精度に調整して加熱器６２４に送り込む。そして、加熱器６２４は送り込まれた常温ＤＩＷを８０℃程度に加熱し、その加熱されたＤＩＷ（以下「高温ＤＩＷ」という）を開閉バルブ６２５を介して送り出す。なお、開閉バルブ６２５は制御ユニット４からの開閉指令に応じて開閉して高温ＤＩＷの供給／停止を切り替える。こうして、ＤＩＷ供給ユニット６２から送り出される常温ＤＩＷや高温ＤＩＷは適当なタイミングで基板Ｗの表面Ｗｆに向けて液体吐出ノズル９７から吐出される。
【００４２】
また、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にリンス液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リンス液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、上記したＤＩＷ供給ユニット６２に接続されており、基板Ｗの裏面Ｗｂに向けてＤＩＷをリンス液として供給する。
【００４３】
また、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は乾燥ガス供給ユニット６１に接続されており、乾燥ガス供給ユニット６１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。
【００４４】
また、図３に示すように、この実施形態では、スピンチャック２の周囲にスプラッシュガード５１が、スピンチャック２に水平姿勢で保持されている基板Ｗの周囲を包囲するようにスピンチャック２の回転軸に対して昇降自在に設けられている。このスプラッシュガード５１は回転軸に対して略回転対称な形状を有している。そして、ガード昇降機構５２の駆動によりスプラッシュガード５１を段階的に昇降させることで、回転する基板Ｗから飛散する液膜形成用ＤＩＷ、リンス液やその他の用途のために基板Ｗに供給される処理液などを分別して処理チャンバ１内から図示を省略する排液処理ユニットへ排出することが可能となっている。
【００４５】
また、この処理チャンバ１の底面部には複数の排気口１１が設けられ、これらの排気口１１を介して処理チャンバ１の内部空間は排気ユニット６３に接続されている。この排気ユニット６３は排気ダンパーと排気ポンプとを有しており、排気ダンパーの開閉度合いに応じて排気ユニット６３による排気量を調整可能となっている。このため、制御ユニット４は排気ダンパーの開閉量に関する指令を排気ユニット６３に与えることで処理チャンバ１からの排気量が調整されて内部空間における温度や湿度などを制御可能となっている。
【００４６】
この基板処理装置では、冷却ガス吐出ノズル７がスピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに向けて液膜凍結用冷却ガスを吐出可能に設けられている。すなわち、冷却ガス吐出ノズル７は次のように構成された冷却ガス供給ユニット６４に接続されている。この冷却ガス供給ユニット６４は、図４に示すように、熱交換器６４１を有している。この熱交換器６４１の容器６４２は内部に液体窒素を貯留するタンク状となっており、液体窒素温度に耐えうる材料、例えば、ガラス、石英またはＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン：High Density Polyethylene）により形成されている。なお、容器６４２を断熱容器で覆う二重構造を採用してもよい。この場合、外部容器は、処理チャンバ外部の雰囲気と容器６４２との間での熱移動を抑制するために、断熱性の高い材料、例えば発泡性樹脂やＰＶＣ（ポリ塩化ビニル樹脂：polyvinyl chloride）などにより形成するのが好適である。
【００４７】
容器６４２には、液体窒素を取り入れる液体窒素導入口６４３が設けられている。この液体窒素導入口６４３は開閉バルブ６４４を介して液体窒素供給源（図示省略）と接続されており、制御ユニット４からの開指令に応じて開閉バルブ６４４が開くと、液体窒素供給源から送出される液体窒素が容器６４２内に導入される。また、容器６４２内には液面センサ（図示省略）が設けられており、この液面センサによる検出結果が制御ユニット４に入力され、制御ユニット４によるフィードバック制御により開閉バルブ６４４の開閉が制御されて容器６４２内の液体窒素の液面レベルを高精度に制御可能となっている。なお、この第１実施形態では、液体窒素の液面レベルが一定となるようにフィードバック制御している。
【００４８】
また、容器６４２の内部には、ステンレス、銅などの金属管で形成されたコイル状の熱交換パイプ６４５がガス通送路として設けられている。熱交換パイプ６４５は容器６４２に貯留された液体窒素に浸漬されており、その一方端がマスフローコントローラ（ＭＦＣ）６４６を介して窒素ガス供給源（図示省略）と接続されており、窒素ガス供給源から窒素ガスが供給される。これにより、窒素ガスが熱交換器６４１内で液体窒素によりＤＩＷの凝固点よりも低い温度に冷やされて冷却ガスとして熱交換パイプ６４５の他方端から開閉バルブ６４７を介して冷却ガス吐出ノズル７に送出される。
【００４９】
こうして冷却ガスが送り出される冷却ガス吐出ノズル７は、図３に示すように、水平に延設された第１アーム７１の先端部に取り付けられている。この第１アーム７１は、処理チャンバ１の天井部より垂下する回転軸７２により後端部が回転中心軸Ｊ１周りに回転自在に支持されている。そして、回転軸７２に対して第１アーム昇降・回転機構７３が連結されており、制御ユニット４からの動作指令に応じて回転軸７２が回転中心軸Ｊ１周りに回転駆動され、また上下方向に昇降駆動され、その結果、第１アーム７１の先端部に取り付けられた冷却ガス吐出ノズル７が以下のように基板表面Ｗｆの上方側で移動する。
【００５０】
また本実施形態では、冷却ガス吐出ノズル７と同様にして、冷水吐出ノズル８が基板表面Ｗｆの上方側で移動可能に構成されている。この冷水吐出ノズル８は、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに向けて液膜を構成する液体（本発明の「凝固対象液」に相当）として常温よりも低い、例えば０〜２℃、好ましくは０．５℃程度にまで冷却されたＤＩＷを供給するものである。すなわち、冷水吐出ノズル８は冷水供給ユニット６５に接続され、冷水供給ユニット６５によって常温のＤＩＷを０．５℃程度にまで冷却した上で冷水吐出ノズル８に送り出す。なお、この冷水供給ユニット６５は、図４に示すように、流量調整弁６５１、冷却器６５２および開閉バルブ６５３を有している。この流量調整弁６５１は制御ユニット４からの流量指令に応じて常温ＤＩＷの流量を高精度に調整して冷却器６５２に送り込む。そして、冷却器６５２は送り込まれた常温ＤＩＷを０．５℃程度にまで冷却し、その冷水（冷却されたＤＩＷ）を開閉バルブ６５３を介して送り出す。
【００５１】
このように冷水供給を受けるノズル８を回転中心軸Ｊ２周りに回転し、また上下方向に昇降移動させるために、水平に延設された第２アーム８１の後端部が回転軸８２により回転中心軸Ｊ２周りに回転自在に支持されている。一方、第２アーム８１の先端部には、冷水吐出ノズル８が下方に吐出口（図示省略）を向けた状態で取り付けられている。さらに、回転軸８２に対して第２アーム昇降・回転機構８３が連結されており、制御ユニット４からの動作指令に応じて回転軸８２が回転中心軸Ｊ２周りに回転駆動され、また上下方向に昇降駆動され、その結果、第２アーム８１の先端部に取り付けられた冷水吐出ノズル８が以下のように基板表面Ｗｆの上方側で移動する。
【００５２】
冷却ガス吐出ノズル７および冷水吐出ノズル８はそれぞれ独立して基板Ｗに対して相対的に移動する。すなわち、制御ユニット４からの動作指令に基づき第１アーム昇降・回転機構７３が駆動されて第１アーム７１が回転中心軸Ｊ１周りに揺動すると、第１アーム７１に取り付けられた冷却ガス吐出ノズル７は、スピンベース２３の回転中心上に相当する回転中心位置Ｐｃと基板Ｗの対向位置から側方に退避した待機位置Ｐｓ１との間を移動軌跡Ｔ１に沿って水平移動する。すなわち、第１アーム昇降・回転機構７３は、冷却ガス吐出ノズル７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。
【００５３】
また、制御ユニット４からの動作指令に基づき第２アーム昇降・回転機構８３が駆動されて第２アーム８１が回転中心軸Ｊ２周りに揺動すると、第２アーム８１に取り付けられた冷水吐出ノズル８は第１アーム７１の待機位置Ｐｓ１と異なる別の待機位置Ｐｓ２と、回転中心位置Ｐｃとの間を移動軌跡Ｔ２に沿って水平移動する。すなわち、第２アーム昇降・回転機構８３は、冷水吐出ノズル８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。
【００５４】
さらに、本実施形態では、上記のように冷水吐出ノズル８が取り付けられた第２アーム８１に対してレーザー変位計５が取り付けられている。より詳しくは、図５に示すように、第２アーム８１の待機位置Ｐｓ２側（同図の右手側）の先端側面にレーザー変位計５が固定されており、上記のようにして第２アーム８１が移動することに伴い、移動軌跡Ｔ２とほぼ同一の軌跡に沿って移動して位置決めされる。例えば、同図の点線で示すように、第２アーム８１が回転中心位置Ｐｃに移動して位置決めされると、レーザー変位計５もほぼスピンベース２３の回転中心上に位置し、後述するように基板表面Ｗｆに形成される凝固対象液（本実施形態ではＤＩＷ）の液膜および凝固体の表面中央部の膜厚を非接触で計測可能となる。また、第２アーム８１の揺動に伴いレーザー変位計５は基板表面Ｗｆの中央部から距離Ｄだけ離間し、その離間部の上方に位置して凝固対象液の液膜（液膜を凍結してなる凝固体を含む）のうち当該離間部上に位置する部位の膜厚を非接触で計測可能となる。なお、この明細書では、レーザー変位計５による計測位置を特定するために、基板表面Ｗｆの中央部に相当する位置を「Ｐ（０）」と称するとともに、基板表面Ｗｆの中央部から距離Ｄだけ離間した位置を「Ｐ（Ｄ）」と称する。例えば、直径３００ｍｍの基板Ｗを処理対象とする装置では、距離Ｄの最大値は１５０ｍｍであり、その位置Ｐ（１５０）での液膜の膜厚を計測可能となっている。
【００５５】
図６は図３の基板処理装置の動作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はユーザやオペレータにより選択されたレシピをメモリ（図示省略）から読出して設定し（ステップＳ１）、そのレシピで規定された各種制御データ（基板の回転数や回転時間の回転パラメータ、冷却されたＤＩＷの流量、冷却ガスの流量など）に基づき装置各部を制御して該基板Ｗに対して一連の洗浄処理を実行する。ここでは、予め基板Ｗが表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗが処理チャンバ１内に搬入されてスピンチャック２に保持される一方、図３に示すように遮断部材９がその下面を対向させたままアーム７１、８１と干渉しない上方位置まで待避配置している。
【００５６】
基板Ｗの搬入後、制御ユニット４はチャック回転機構２２を駆動させてスピンチャック２を回転させるとともに、第２アーム昇降・回転機構８３を駆動させて第２アーム８１を回転中心位置Ｐｃに移動して位置決めする。これによって、冷水吐出ノズル８は図６（ａ）に示すように基板表面Ｗｆの中央部の上方に位置するとともに、レーザー変位計５の計測位置は位置Ｐ（０）となっている。そして、制御ユニット４は冷水供給ユニット６５の開閉バルブ６５３を開いて冷水吐出ノズル８から低温のＤＩＷ、つまり冷水を吐出して基板表面Ｗｆに供給する（ステップＳ２）。基板表面Ｗｆ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の全体に均一な厚みを有する液膜（水膜）が形成される（ステップＳ３）。
【００５７】
こうして、液膜形成が終了すると、制御ユニット４は第２アーム昇降・回転機構８３を駆動させて第２アーム８１を待機位置Ｐｓ２側に移動してレーザー変位計５を基板中央部から距離１２０ｍｍだけ離れた位置Ｐ(120)に位置決めする。これによりレーザー変位計５によって位置Ｐ(120)での液膜の膜厚が非接触で計測され、その膜厚に関連する情報を制御ユニット４に出力する。そして、この膜厚情報を受け取った制御ユニット４は、レーザー変位計５により計測された膜厚が許容範囲内に入っているか否かを判定する（ステップＳ４）。この「許容範囲」とは、上記したようにパーティクル除去率が最大化する範囲、例えば図１に示す範囲Ｒを意味している。
【００５８】
そして、ステップＳ４で液膜の膜厚が許容範囲内であることを確認すると、従来技術と同様に、凍結処理（ステップＳ５）、凍結膜の解凍除去（ステップＳ６）および基板乾燥（ステップＳ７）が実行される。すなわち、制御ユニット４は第１アーム昇降・回転機構７３を駆動させて第１アーム８１を回転中心位置Ｐｃに移動して位置決めする。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７から冷却ガスを吐出させながら、冷却ガス吐出ノズル７を徐々に基板Ｗの端縁位置に向けて移動させていく（ステップＳ５）。これにより、基板表面Ｗｆに形成された液膜全体が凍結されて凍結膜（凝固体）が形成される。それに続いて、遮断部材９を基板表面Ｗｆに近接配置し、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８０℃程度に昇温された高温ＤＩＷを供給して凍結膜（凝固体）を解凍除去し、さらにリンス液として常温のＤＩＷを基板表面Ｗに供給し、基板Ｗのリンス処理を行う（ステップＳ６）。
【００５９】
この解凍除去処理（リンス処理）が完了すると、基板ＷへのＤＩＷの供給を停止し、基板Ｗ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Ｓ７）。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から乾燥ガス供給ユニット６１により供給される乾燥用の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。
【００６０】
一方、ステップＳ４で、液膜の膜厚が許容範囲を超える、つまり膜厚が上記許容範囲Ｒの上限値ＦＴmaxよりも厚い、または許容範囲Ｒの下限値ＦＴminよりも薄いことを制御ユニット４が確認すると、液晶ディスプレイ等の表示部（図示省略）や表示ランプなどの報知部材により、所望の液膜が基板表面Ｗｆに形成されていない旨のアラームを報知し（ステップＳ８）、ユーザやオペレータに知らせる。また、それと並行してレシピを強制終了する（ステップＳ９）。これにより、当該基板Ｗに対する凍結処理（ステップＳ５）、凍結膜の解凍除去（ステップＳ６）および基板乾燥（ステップＳ７）の実行を規制する。
【００６１】
以上のように、本実施形態によれば、基板Ｗの表面Ｗｆに形成される液膜の膜厚が所定範囲Ｒ内となっている場合のみ、その基板Ｗに対して凍結処理（ステップＳ５）、凍結膜の解凍除去（ステップＳ６）および基板乾燥（ステップＳ７）を実行している。したがって、液膜の膜厚が所定範囲Ｒを超えて十分なパーティクル除去率が期待できない場合には、レシピの途中であるが、基板Ｗに対する凍結処理（ステップＳ５）、凍結膜の解凍除去（ステップＳ６）および基板乾燥（ステップＳ７）を行うことなく、基板処理を終了する。したがって、処理不良が発生するのを未然に防止することができる。また、無駄な凍結膜（凝固体）の形成・解凍除去を抑制して稼動効率を高めることができる。
【００６２】
このように、第１実施形態では、凍結膜が本発明の「凝固体」に相当し、スピンチャック２が本発明の「基板保持手段」に相当し、レーザー変位計５が本発明の「膜厚計測手段」に相当し、制御ユニット４が本発明の「制御手段」に相当している。また、冷却ガス吐出ノズル７および冷却ガス供給ユニット６４が本発明の「凝固手段」として機能している。さらに、ノズル９７およびＤＩＷ供給ユニット６２が本発明の「解凍除去手段」として機能している。
【００６３】
また、本実施形態では、レーザー変位計５を基板中央部から距離１２０ｍｍだけ離れた位置Ｐ(120)に位置決めして液膜の膜厚を計測しているため、膜厚計測を高精度に行うことができ、液膜の膜厚が所定範囲Ｒ内となっている否かの判断を適切に行うことができる。その理由について、図７を参照しつつ説明する。
【００６４】
図７は液膜の形成および凍結処理における液膜の膜厚変化を示すグラフであり、レーザー変位計５をそれぞれ位置Ｐ(120)、Ｐ(140)に位置決めして計測した結果を示している。
この実施形態では、液膜形成のために基板表面からＤＩＷを振り切っており、この振り切り処理（液膜の形成）が完了した後、凍結処理に移行する際に基板Ｗの回転数を１５０ｒｐｍから５０ｒｐｍに減速している。この回転数の切替により、基板Ｗのエッジに追いやられていたＤＩＷが減速によって内側に戻ってくる。その結果、例えば図７の位置Ｐ(140)の実験結果に示すように、基板中央部から距離１４０ｍｍだけ離れた位置、つまり基板Ｗのエッジ近傍では膜厚が急激に増大する。このＤＩＷの戻りによる影響はエッジ近傍から離れる、つまり基板中央側に近づくにしたがって弱まり、同図の位置Ｐ(120)の実験結果に示すように、基板中央部から距離１２０ｍｍだけ離れた位置では上記影響を受けることなく、液膜の膜厚を安定して計測することが可能となっている。そこで、上記実施形態では、レーザー変位計５を位置Ｐ(120)に位置決めして膜厚計測の精度を高めている。もちろん、レーザー変位計５の位置はこれに限定されるものではなく、基板中央部から距離１２０ｍｍまでの範囲、つまり位置Ｐ(0)〜Ｐ(120)のいずれかにレーザー変位計５を位置決めして液膜の膜厚を計測すればよい。
【００６５】
図８はこの発明にかかる基板処理装置の第２実施形態の動作を示すフローチャートである。この第２実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、液膜の膜厚が許容範囲Ｒを超えるときの処理であり、液膜を形成するまでの動作（ステップＳ１〜Ｓ３）および液膜の膜厚が許容範囲Ｒ内であるときの液膜の形成以降の動作（ステップＳ５〜Ｓ７）はいずれも第１実施形態と同一である。したがって、同一動作に関する説明を省略し、液膜の膜厚が許容範囲Ｒを超えるときの処理（ステップＳ１０〜Ｓ１２）について説明する。
【００６６】
ステップＳ４で液膜の膜厚ＦＴが許容範囲を超える（ＦＴmin＞ＦＴ、あるいはＦＴ＞ＦＴmax）と判断した制御ユニット４は、さらに計測した膜厚ＦＴが許容範囲Ｒの上限値ＦＴmaxよりも厚いか否かを判断する（ステップＳ１０）。そして、膜厚ＦＴが許容範囲Ｒの上限値ＦＴmaxよりも厚いときには、前回の液膜形成時の基板Ｗの回転数を５０ｒｐｍだけ増加させ、これを新たな液膜形成時の基板Ｗの回転数として設定する（ステップＳ１１）。逆に、ステップＳ９で「ＮＯ」、つまり膜厚ＦＴが許容範囲Ｒの下限値ＦＴminよりも薄いときには、前回の液膜形成時の基板Ｗの回転数を５０ｒｐｍだけ減少させ、これを新たな液膜形成時の基板Ｗの回転数として設定する（ステップＳ１２）。
【００６７】
こうして液膜形成時の基板Ｗの回転数を再設定した後、ステップＳ２に戻って液膜形成を再度行う（ステップＳ２〜Ｓ４）。そして、液膜を形成する毎に液膜の膜厚ＦＴが許容範囲内か否かを判断し（ステップＳ４）、ステップＳ４で「ＹＥＳ」と判断されるまで上記処理が繰り返される。
【００６８】
以上のように、第２実施形態では、基板Ｗの表面Ｗｆに形成される液膜の膜厚が所定範囲内となるまで、基板Ｗに対する凍結処理（ステップＳ５）、凍結膜の解凍除去（ステップＳ６）および基板乾燥（ステップＳ７）の実行を規制しながら液膜形成時の基板Ｗの回転数を増減させ、最終的に液膜の膜厚が所定範囲Ｒ内となった時点で上記規制を解除して凍結処理（ステップＳ５）、解凍除去（ステップＳ６）および基板乾燥（ステップＳ７）を実行している。したがって、第１実施形態と同様に、十分なパーティクル除去率が期待できない段階で、凍結処理（ステップＳ５）に移行するのを防止しており、第１実施形態と同様に、処理不良が発生するのを未然に防止するとともに、無駄な凍結膜（凝固体）の形成・解凍除去を抑制して稼動効率を高めることができる。
【００６９】
また、第１実施形態では、アラーム報知してレシピを強制終了させた後、ユーザーやオペレータが別のレシピを選択して設定する、あるいはレシピの内容を書き換える必要があり、ユーザーやオペレータを拘束してしまう。これに対し、第２実施形態では、基板Ｗの表面Ｗｆに形成される液膜の膜厚が所定範囲Ｒ内となるまで回転数が自動的に更新されるため、ユーザーやオペレータを拘束させることなく処理不良を防止することができる。
【００７０】
なお、第２実施形態では、液膜の膜厚を変更するための回転パラメータとして基板Ｗの回転数を変更しているが、この回転パラメータとして例えば基板Ｗの回転時間を用いてもよい。というのも、基板の回転数を一定に維持した場合であっても、例えば図９に示すように、液膜形成（振切処理）を開始してからの経過時間（以下、「基板の回転時間」という）にしたがって液膜の膜厚は減少する。したがって、液膜形成時の基板Ｗの回転数に代えて、あるいは当該回転数とともに基板の回転時間を回転パラメータとして用いてもよい。
【００７１】
また、図９に示すように基板の回転時間に応じて液膜の膜厚が連続的に減少することから、液膜形成中に膜厚をレーザー変位計５で連続的あるいは断続的に計測し、その計測結果が許容範囲Ｒに入った時点で基板Ｗの回転数を落として基板表面ＷｆからのＤＩＷ（凝固対象液）の振り切りを停止し、凍結処理（ステップＳ５）に進むように構成してもよい。この第３実施形態によれば、液膜の膜厚が所定範囲Ｒ内となるまで凍結処理（ステップＳ５）の開始が規制されるものの、１回の液膜形成で膜厚が所定範囲Ｒ内となるため、膜厚が所定範囲Ｒ内となるまで回転パラメータを変更しながら冷水の吐出（ステップＳ２）および液膜形成（ステップＳ３）を繰り返す場合に比べて処理時間を短縮することができる。
【００７２】
＜その他＞
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば上記実施形態では、基板Ｗの上方に近接配置される遮断部材９を有しているが、本発明は遮断部材を有しない装置にも適用可能である。この装置では、基板Ｗの上方位置にレーザー変位計５を固定配置することができる。
【００７３】
また、基板Ｗの側方周囲にレーザー変位計５を固定配置するとともに、第１アーム７１や第２アーム８１の先端部に折り返しミラーを取り付けてもよく、次のようにして液膜の膜厚を計測してもよい。すなわち、折り返しミラーが取り付けられたアームの先端部を計測位置の上方に位置決めし、その状態でレーザー変位計５のレーザー光路を当該アームの先端部に取り付けられた折り返しミラーで基板表面Ｗ側に折り返すように構成してもよい。これにより遮断部材９を有さない装置はもちろんのこと、図３に示すように遮断部材９を有する装置において、レーザー変位計５を固定しながら液膜の膜厚を計測可能となる。
【００７４】
また、上記実施形態では第２アーム８１の先端部にレーザー変位計５を配置しているが、レーザー変位計５の配設位置はこれに限定されるものではなく、例えば第２アーム８１の待機位置Ｐｓ２側（図４の右手側）の後端側面に固定してもよい。また、第１アーム７１にノズル７、８を並設した基板処理装置では、遮断部材９に設けられたノズルの代わりに、第２アームに常温ＤＩＷ（あるいは高温ＤＩＷ）を吐出するノズルを取り付けることがあるが、このような装置ではレーザー変位計５を第１アームの待機位置Ｐｓ１側（図４の左手側）の先端側面に取り付けてもよいし、あるいは第２アームの待機位置Ｐｓ２側（図４の右手側）の側面に取り付けてもよい。なお、上記実施形態において、常温ＤＩＷあるいは高温ＤＩＷを吐出するノズルを第２アーム８１に取り付けてもよく、この場合も、第２アームの待機位置Ｐｓ２側（図４の右手側）の側面に取り付けてもよい。
【００７５】
また、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。
【００７６】
また、上記実施形態では、同一の窒素ガス供給源から乾燥ガス供給ユニット６１および冷却ガス供給ユニット６４に乾燥ガス（窒素ガス）を供給しているが、これらは窒素ガスに限定されない。例えば、乾燥ガスと冷却ガスとを異なるガス種としてもよい。
【００７７】
また、上記実施形態の基板処理装置は、窒素ガス供給源、ＤＩＷ供給源および液体窒素供給源をいずれも装置内部に内蔵しているが、これら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。
【００７８】
また、上記実施形態の基板処理装置は、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。
【００７９】
また、上記実施形態では、レーザー変位計５により液膜の膜厚を計測しているが、その他の膜厚計測機器により液膜の膜厚を非接触で計測してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
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】
【００８１】
２…スピンチャック（基板保持手段）
４…制御ユニット（制御手段）
５…レーザー変位計（膜厚計測手段）
７…冷却ガス吐出ノズル（凝固手段）
６２…ＤＩＷ供給ユニット（解凍除去手段）
６４…冷却ガス供給ユニット（凝固手段）
９７…ノズル（解凍除去手段）
Ｗ…基板
Ｗｆ…基板表面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に凝固対象液の液膜が形成される基板を保持する基板保持手段と、
前記基板保持手段に保持された前記基板の表面に形成される液膜の膜厚を計測する膜厚計測手段と、
前記凝固対象液の前記液膜を冷却して前記凝固対象液の凝固体を形成する凝固手段と、
前記基板表面に形成された前記凝固体を解凍除去する解凍除去手段と、
前記膜厚計測手段で計測される前記液膜の膜厚が所定範囲内であるときには前記凝固体の形成および前記凝固体の解凍除去を実行する一方、前記所定範囲を超えるときには前記凝固体の形成および前記凝固体の解凍除去を規制する制御手段と
を備えることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板処理装置であって、
前記基板を回転して前記液膜を形成する基板回転手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記基板回転手段により形成された前記液膜の膜厚が前記所定範囲外であるとき、前記膜厚計測手段による計測結果に基づき前記基板回転手段による前記基板の回転パラメータを変更して前記液膜の膜厚を前記所定範囲内に調整する基板処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の基板処理装置であって、
前記基板表面に前記凝固対象液を供給する凝固液供給手段をさらに備え、
前記制御手段は、変更後の回転パラメータで前記基板を回転させる前または回転中に前記凝固液供給手段により前記基板表面に前記凝固対象液を供給し、前記所定範囲内の膜厚を有する液膜を前記基板表面に形成する基板処理装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の基板処理装置であって、
前記回転パラメータは前記基板の回転数および回転時間のうちの少なくとも一方である基板処理装置。
【請求項５】
請求項１に記載の基板処理装置であって、
前記基板を回転して前記基板表面から前記凝固対象液を振り切って前記液膜を形成する基板回転手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記基板表面から前記凝固対象液を振り切りながら前記膜厚計測手段による計測結果を取得し、前記計測結果が前記所定範囲内に達すると、前記凝固対象液の振り切りを停止して前記液膜の冷却を開始する基板処理装置。
【請求項６】
基板の表面に形成された凝固対象液の液膜を冷却して前記凝固対象液の凝固体を形成した後、前記基板表面に形成された前記凝固体を解凍除去する基板処理方法において、
前記基板の表面に形成される液膜の膜厚を計測し、その計測結果が所定範囲内であるときには前記凝固体の形成および前記凝固体の解凍除去を実行する一方、前記所定範囲を超えるときには前記凝固体の形成および前記凝固体の解凍除去を規制することを特徴とする基板処理方法。
【請求項１】
表面に凝固対象液の液膜が形成される基板を保持する基板保持手段と、
前記基板保持手段に保持された前記基板の表面に形成される液膜の膜厚を計測する膜厚計測手段と、
前記凝固対象液の前記液膜を冷却して前記凝固対象液の凝固体を形成する凝固手段と、
前記基板表面に形成された前記凝固体を解凍除去する解凍除去手段と、
前記膜厚計測手段で計測される前記液膜の膜厚が所定範囲内であるときには前記凝固体の形成および前記凝固体の解凍除去を実行する一方、前記所定範囲を超えるときには前記凝固体の形成および前記凝固体の解凍除去を規制する制御手段と
を備えることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板処理装置であって、
前記基板を回転して前記液膜を形成する基板回転手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記基板回転手段により形成された前記液膜の膜厚が前記所定範囲外であるとき、前記膜厚計測手段による計測結果に基づき前記基板回転手段による前記基板の回転パラメータを変更して前記液膜の膜厚を前記所定範囲内に調整する基板処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の基板処理装置であって、
前記基板表面に前記凝固対象液を供給する凝固液供給手段をさらに備え、
前記制御手段は、変更後の回転パラメータで前記基板を回転させる前または回転中に前記凝固液供給手段により前記基板表面に前記凝固対象液を供給し、前記所定範囲内の膜厚を有する液膜を前記基板表面に形成する基板処理装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の基板処理装置であって、
前記回転パラメータは前記基板の回転数および回転時間のうちの少なくとも一方である基板処理装置。
【請求項５】
請求項１に記載の基板処理装置であって、
前記基板を回転して前記基板表面から前記凝固対象液を振り切って前記液膜を形成する基板回転手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記基板表面から前記凝固対象液を振り切りながら前記膜厚計測手段による計測結果を取得し、前記計測結果が前記所定範囲内に達すると、前記凝固対象液の振り切りを停止して前記液膜の冷却を開始する基板処理装置。
【請求項６】
基板の表面に形成された凝固対象液の液膜を冷却して前記凝固対象液の凝固体を形成した後、前記基板表面に形成された前記凝固体を解凍除去する基板処理方法において、
前記基板の表面に形成される液膜の膜厚を計測し、その計測結果が所定範囲内であるときには前記凝固体の形成および前記凝固体の解凍除去を実行する一方、前記所定範囲を超えるときには前記凝固体の形成および前記凝固体の解凍除去を規制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２０１２−７４５５４（Ｐ２０１２−７４５５４Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１８４７０（Ｐ２０１０−２１８４７０）
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【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４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【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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