JP2012146696A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】凍結洗浄技術を用いて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基板処理技術を、簡易な設備で、しかも低ランニングコストで提供する。
【解決手段】基板Ｗの表面に常温よりも高い凝固点を有する凝固対象液を供給して液膜を形成し、その液膜を凝固させて基板表面に凝固対象液の凝固体を形成した後、その凝固体を融解除去している。したがって、従来技術において凝固のために必須となっていた極低温ガスを使用する必要がなくなる。このため、ランニングコストを抑制することができる。また、供給ラインの断熱が不要となるため、装置や周辺設備の大規模化を防止することができ、プットプリントの低減を図ることができるとともに、装置や周辺設備のコストも抑制することができる。
【選択図】図１

Description

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。

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、凝固対象液としてのＤＩＷ（脱イオン水：deionized water）を基板表面に供給して液膜を形成した後、極低温ガスを吐出するノズルを基板の中央部から外縁部に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融解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。

特開２００８−０７１８７５号公報 特開２０１０−１２３８３５号公報

ところで、従来装置では、極低温ガスを生成するために、例えば特許文献２に記載の技術が用いられている。すなわち、極低温ガスは、ガス冷却ユニット内に貯留されている液体窒素内を通るパイプに窒素ガスを流すことにより生成され、例えば−１００℃程度にまで冷却される。したがって、液体窒素を使用する必要があり、これが凍結洗浄処理のランニングコストを増大させる主要因のひとつとなっている。また、設備面を検討すると、上記のように構成された熱交換器を設ける必要があるだけでなく、液体窒素および極低温ガスを取り扱うために、これらの供給ラインに対する断熱が必要であり、フットプリントが増大し、装置自体のコストも高いという問題があった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、凍結洗浄技術を用いて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基板処理技術を、簡易な設備で、しかも低ランニングコストで提供することを目的とする。

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、基板を略水平に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上面に常温よりも高い凝固点を有する凝固対象液を供給し、基板の上面に凝固対象液の凝固体を形成する凝固体形成手段と、凝固体形成手段により形成された凝固体を除去する除去手段とを備えることを特徴としている。

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、略水平に保持された基板の上面に常温よりも高い凝固点を有する凝固対象液を供給し、基板の上面に凝固対象液の凝固体を形成する工程と、基板の上面から凝固体を除去する工程とを備えることを特徴としている。

このように構成された発明（基板処理装置および基板処理方法）では、従来の凍結洗浄技術で用いられていたＤＩＷに代えて、常温よりも高い凝固点を有する凝固対象液を用いて凍結洗浄が実行される。したがって、基板の上面に供給された凝固対象液は常温雰囲気に放置されることでも凝固するため、従来の凍結洗浄技術において必須であった、凝固のための極低温ガスを使用する必要がなくなり、凍結洗浄を行うためのランニングコストが低減される。また、極低温ガスが不要となることで、従来技術で行っていた供給ラインに対する断熱が不要となり、装置および周辺設備のコストも抑制される。なお、本明細書でいうところの「極低温ガス」とは液体窒素などの極低温材料を用いて強制的に温度低下させられた気体を意味する。

ここで、凝固体形成手段が、凝固対象液の凝固点以上に凝固対象液を加熱して基板の上面に供給するように構成してもよく、このように凝固対象液を加熱することで凝固対象液の流動性が高まり、基板上面への供給が容易なものとなる。また、基板上面に対して凝固対象液が均一に供給されるため、パーティクルなどの除去率の面内均一性が高まる。

また、凝固対象液の凝固点より低い温度の冷却流体を基板に供給する凝固促進手段を設けて凝固対象液の凝固を促進させるように構成してもよく、これにより処理時間の短縮を図ることができる。凝固促進手段として、例えば凝固対象液が供給された基板の上面に対して冷却流体を供給する第１凝固促進部を設けたり、凝固対象液が供給された基板の下面に対して冷却流体を供給する第２凝固促進部を設けてもよい。

また、この種の基板処理装置では、基板保持手段に保持された基板の周辺温度は通常、常温であるため、凝固対象液の温度は時間経過とともに次第に常温に近づき凝固する。したがって、凝固対象液が基板の上面に供給された後、所定時間の経過により凝固対象液が凝固した後に除去手段により凝固体を除去するように構成してもよい。

また、除去手段は凝固体を除去するものであるが、次のように除去するように構成してもよい。例えば凝固体が形成された基板の上面に対し、凝固対象液の凝固点より高い温度の高温除去液を供給して凝固体を融解除去してもよい。また、凝固体が形成された基板の上面に対し、凝固対象液を溶解する除去液を供給して凝固体を溶解除去してもよい。

また、後で詳述するように凝固体の到達温度が低下するにしたがって基板の上面に付着するパーティクルなどを除去する効率が向上する。そこで、凝固体の形成後でかつ凝固体の除去前に、凝固体を冷却して凝固体の温度を低下させる冷却手段を設けてもよい。この冷却手段として、例えば凝固体が形成された基板の上面に、凝固対象液の凝固点より低い温度の冷却流体を基板に供給する第１冷却部を設けたり、凝固体が形成された基板の下面に、凝固対象液の凝固点より低い温度の冷却流体を供給する第２冷却部を設けてもよい。

また、凝固促進手段の冷却流体により凝固を促進させる場合、凝固体が形成された後も、除去手段による凝固体の除去前まで冷却流体の供給を継続させて凝固体を冷却してもよい。つまり、凝固促進手段により凝固促進処理と冷却処理を連続して行うことができ、これにより処理効率を高めることができる。

また、除去手段による凝固体の除去後に基板の上面にリンス液を供給して基板の上面をリンスするリンス手段をさらに設けてもよい。また、除去手段をリンス手段としても機能させてもよい。つまり除去手段が除去液を基板の上面に供給して凝固体の除去した後も、当該除去液の供給を継続させることで、基板の上面をリンスすることができる。このように除去処理とリンス処理とを連続して行うことで処理効率を高めることができる。

また、凝固体形成手段を、凝固対象液を供給する凝固対象液供給部と、凝固対象液を基板の上面に吐出するノズルと、一方端が凝固対象液供給部に接続されるとともに他方端がノズルに接続されて凝固対象液供給部から供給される凝固対象液をノズルに流通させる配管とで構成した場合、ノズルおよび配管内の凝固対象液が凝固すると、凝固対象液の供給を行うことができなくなる。したがって、上記凝固対象液を用いて凍結洗浄を行う場合、ノズルおよび配管内で凝固対象液が凝固するのを防止する凝固防止手段を設けるのが望ましく、凝固防止手段として種々の態様のものを採用することができる。例えば、凝固防止手段がノズルおよび配管内の凝固対象液の温度を凝固対象液の凝固点以上に保温するように構成してもよい。また、上記配管として二重管構造（内管＋外管）のものを採用する場合、凝固防止手段として、内管と外管の間に凝固対象液の温度より高温の保温流体を供給する保温流体供給部を設けてもよい。また、凝固防止手段として、凝固体形成手段による凝固体の形成後に、配管の一方端に対し、凝固対象液の温度より高温のパージ用流体を供給してノズルおよび配管内の凝固対象液をノズルの吐出口から排出するパージ部を設けてもよい。さらに、凝固防止手段として、凝固体形成手段による凝固体の形成後に、配管の一方端に負圧を与えてノズルおよび配管内の凝固対象液を配管の一方端から排出する吸引排出部を設けてもよい。

本発明によれば、極低温ガスを用いることなく凍結洗浄を行うことができ、ランニングコストの低減、装置および周辺設備のコスト低減を図ることができる。

この発明にかかる基板処理装置の第１実施形態を示す図である。 図１の基板処理装置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１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１の基板処理装置の動作を模式的に示す図である。 図１の基板処理装置の動作を模式的に示す図である。 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図である。 この発明にかかる基板処理装置の第３実施形態の動作を示す図である。 この発明にかかる基板処理装置の第４実施形態の動作を示す図である。 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る。 この発明にかかる基板処理装置の第５実施形態の動作を示す図である。 この発明にかかる基板処理装置の第６実施形態の動作を示す図である。 この発明にかかる基板処理装置の第７実施形態の動作を示す図である。 この発明にかかる基板処理装置の第８実施形態の動作を示す図である。 この発明にかかる基板処理装置の第９実施形態の動作を示す図である。 この発明にかかる基板処理装置の第１０実施形態を示す図である。 この発明にかかる基板処理装置の第１１実施形態を示す図である。 この発明にかかる基板処理装置の第１２実施形態を示す図である。

＜第１実施形態＞
図１はこの発明にかかる基板処理装置の第１実施形態を示す図である。また、図２は図１の基板処理装置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３は図１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凍結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て凝固膜（凝固体）を形成した後、該凝固膜を除去することで凝固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や特許文献２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。

この基板処理装置は処理チャンバ１を有している。この処理チャンバ１の内部は常温雰囲気となっており、当該処理チャンバ１内部においてスピンチャック２が基板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を回転させるように構成されている。具体的には、このスピンチャック２の中心軸２１の上端部には、図２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が回転中心軸ＡＯを中心に回転する。

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。

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。

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。

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１に示す位置）に上昇させる一方、基板Ｗに対して所定の処理を施す際には遮断部材９をスピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆのごく近傍に設定された対向位置まで下降させる。

図２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は常温窒素ガス供給ユニット６１に接続されている。この常温窒素ガス供給ユニット６１は、窒素ガス供給源（図示省略）から供給される常温窒素ガスを基板Ｗに供給するもので、乾燥用経路と凝固促進用経路との２系統を有している。

これら２系統のうち乾燥用経路には、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）６１１と、開閉バルブ６１２とが設けられている。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常温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が常温窒素ガス供給ユニット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。

また、凝固促進用経路も、乾燥用経路と同様に、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）６１３と、開閉バルブ６１４とが設けられている。そして、制御ユニット４が常温窒素ガス供給ユニット６１を制御することで、流量調整された常温窒素ガスが後述するガス吐出ノズル７に圧送され、基板表面Ｗｆに形成された凝固対象液の液膜に凝固促進ガスとして供給される。なお、この実施形態では、常温窒素ガス供給ユニット６１からの乾燥ガスおよび凝固促進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の常温ガスを供給するようにしてもよい。

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、その先端に上方側液体吐出ノズル９７が設けられている。一方、液体供給管９６の上方端部は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を融解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。

また、もう一方の融解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）が開閉バルブ６２５を介して送り出される。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に向けて上方側液体吐出ノズル９７から吐出される。

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下方側液体吐出ノズル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に向けて高温ＤＩＷを融解除去液として、また常温ＤＩＷをリンス液として供給する。

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は常温窒素ガス供給ユニット６１に接続されており、常温窒素ガス供給ユニット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乾燥用の窒素ガスが供給される。

また、図１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の凝固対象液、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。

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を制御することで排気ユニット６３による排気量を調整可能となっている。そして、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からの排気量を調整して内部空間における温度や湿度などを制御する。

この基板処理装置では、ガス吐出ノズル７が上記のように構成された常温窒素ガス供給ユニット６１の凝固促進用経路（マスフローコントローラ６１３＋開閉バルブ６１４）と接続されている。そして、ガス吐出ノズル７に常温窒素ガスが圧送されると、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに向けて常温窒素ガスが凝固促進ガスとしてノズル７から吐出される。また、このガス吐出ノズル７は、図１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ガス吐出ノズル７が図３に示すように基板表面Ｗｆの上方側で移動する。

また本実施形態では、ガス吐出ノズル７と同様にして、凝固対象液吐出ノズル８が基板表面Ｗｆの上方側で移動可能に構成されている。この凝固対象液吐出ノズル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凝固対象液を供給するものである。本発明では、凝固対象液として、常温よりも高い凝固点を有するターシャリーブタノール（tert-Butanol）や炭酸エチレン（Ethylene Carbonate）を用いている。例えばターシャリーブタノールの凝固点は常温よりわずかに高い２５．６９℃であり、炭酸エチレンの凝固点はターシャリーブタノールよりも若干高いものの、３６．４℃であり、少し加熱することで液体状態となる一方、常温環境に置かれることで凝固する。そこで、本実施形態では、次のように構成された凝固対象液供給ユニット６４を設けるとともに、二重配管構造を有する配管６５によって凝固対象液供給ユニット６４と凝固対象液吐出ノズル８を接続している。

この凝固対象液供給ユニット６４は、図２に示すように、凝固対象液を貯留するタンク６４１を有している。このタンク６４１の内部には加熱器６４２が配置されており、制御ユニット４からの動作指令に応じて作動し、タンク６４１内に貯留された凝固対象液の温度を凝固点以上、例えば凝固対象液としてターシャリーブタノールを用いる場合には３０℃程度、また炭酸エチレンを用いる場合には５０℃程度に昇温させて液体状態に維持している。なお、図２への図示を省略しているが、タンク６４１には凝固対象液を補給するための開口部が設けられており、オペレータにより適宜補給可能となっている。もちろん、自動補給機構を設けてタンク６４１内での凝固対象液の貯留量が一定以下となると自動的に補給されるように構成してもよい。

また、タンク６４１の内部には、凝固対象液を取り出すためのパイプ６４３がタンク底面部に向けて延設されており、当該パイプ６４３の先端部がタンク６４１に貯留された凝固対象液に浸漬されている。また、パイプ６４３の後端部は開閉バルブ６４４を介して配管６５に接続されている。この配管６５は、上記したように凝固対象液供給ユニット６４と凝固対象液吐出ノズル８とを接続するものであり、外管６５１の内部に内管６５２が挿通された二重管構造を有している。そして、内管６５２の一方端には上記パイプ６４３が接続されるとともに他方端はノズル８に接続されている。

また、タンク６４１の上面には、タンク内部に窒素ガスを導入して加圧する加圧用パイプ６４５が挿入されており、開閉バルブ６４６およびマスフローコントローラ（ＭＦＣ）６４７を介して窒素ガス供給源（図示省略）と接続されている。このため、制御ユニット４からの指令に応じて開閉バルブ６４６が開くと、マスフローコントローラ６４７により調整された流量の窒素ガスが加圧用パイプ６４５を介してタンク６４１内に送り込まれ、これに応じてタンク６４１内に貯留されている凝固対象液が押し出され、開閉バルブ６４４および内管６５２を介して凝固対象液吐出ノズル８に送出される。

このように配管６５の内管６５２を介して凝固対象液を凝固対象液吐出ノズル８に送り込んでいる間に凝固対象液の温度が低下すると、凝固対象液の流動性が低下して基板表面Ｗｆへの凝固対象液の供給量が変動し、また内管６５２やノズル８の内部で凝固対象液が凝固してしまうことがある。そこで、本実施形態では、保温・温調用ガス供給ユニット６６を設けている。 この保温・温調用ガス供給ユニット６６は、常温窒素ガスを、タンク６４１に貯留された凝固対象液と同程度の温度に温調し、外管６５１と内管６５２との間に形成されるガス供給路に供給するものである。この保温・温調用ガス供給ユニット６６では、マスフローコントローラ６６１が制御ユニット４からの流量指令に応じて常温窒素ガスの流量を高精度に調整し、加熱器６６２に与える。この加熱器６６２は開閉バルブ６６３を介してガス供給路に接続されており、窒素ガスを凝固対象液の設定温度に対応した温度（凝固対象液の種類に応じて３０〜５０℃）に昇温した後に開閉バルブ６６３を介してガス供給路に供給する。この昇温窒素ガスの供給による保温および温調作用によって内管６５２およびノズル８の内部に存在している凝固対象液の温度は凝固点以上で、かつほぼ一定に維持される。

このようにして保温・温調された凝固対象液の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、凝固対象液吐出ノズル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凝固対象液吐出ノズル８が以下のように基板表面Ｗｆの上方側で移動する。

ガス吐出ノズル７および凝固対象液吐出ノズル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ことが可能となっている。すなわち、図３に示すように、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、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。

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に取り付けられた凝固対象液吐出ノズル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、凝固対象液吐出ノズル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。

次に、上記のように構成された基板処理装置の動作について図４および図５を参照しつつ説明する。図４および図５は図１の基板処理装置の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１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と干渉しない離間位置まで待避している。また、装置を稼動させている間、保温・温調用ガス供給ユニット６６から昇温窒素ガスが外管６５１と内管６５２との間に形成されるガス供給路に供給されており、内管６５２内で凝固対象液が凝固するのを防止しながら凝固対象液の温度を一定に維持している。

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、凝固対象液吐出ノズル８は図４（ａ）に示すように基板表面Ｗｆの回転中心の上方、つまり回転中心位置Ｐｃに位置する。そして、制御ユニット４は凝固対象液供給ユニット６４の各部を制御して凝固対象液供給ユニット６４から凝固対象液を配管６５の内管６５２を流通して凝固対象液吐出ノズル８に送り出す。このとき、内管６５２の外周部は上記したように昇温窒素ガスで充たされているため、凝固対象液は常温より高い所定温度に保たれたままノズル８に圧送される。そして、凝固対象液は凝固対象液吐出ノズル８から基板表面Ｗｆに供給され、基板Ｗの回転に伴う遠心力によって基板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の全面にわたって凝固対象液の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ＬＦが形成される（液膜形成処理：ステップＳ１）。また、液膜形成時点では、液膜ＬＦの温度は常温より高い値となっている。なお、液膜形成に際して、上記のように基板表面Ｗｆに供給された凝固対象液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から凝固対象液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。

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に移動し、待機させる。また、第２アーム８１の移動後または移動に連動して制御ユニット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を基板Ｗの回転中心の上方位置、つまり回転中心位置Ｐｃに向けて移動させ、ガス吐出ノズル７を基板Ｗの回転中心の上方位置で位置決めする（図４（ｂ））。そして、制御ユニット４は常温窒素ガス供給ユニット６１を制御することで流量調整した常温窒素ガスをガス吐出ノズル７に圧送し、当該ノズル７から凝固促進ガスとして回転する基板Ｗの表面Ｗｆに向けて吐出させて凝固対象液で形成された液膜ＬＦが凝固するまでの時間の短縮を図っている（凝固促進処理：ステップＳ２）。

この実施形態では、基板Ｗの周辺温度は常温付近となっているため、基板Ｗの周辺雰囲気によって液膜ＬＦの温度は徐々にではあるが、低下していく。また、基板Ｗの回転に伴う気化熱によっても液膜ＬＦは冷やされて温度低下は進む。しかしながら、凍結洗浄処理に要する時間を短縮してスループットを向上させるという観点からは、液膜ＬＦに対して常温窒素ガスを吹き付けて冷却速度を高めるのが望まれる。そこで、本実施形態では、回転する基板Ｗの表面Ｗｆに向けてガス吐出ノズル７から常温窒素ガス（凝固促進ガス）を吐出させながら、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る。これにより、基板表面Ｗｆの表面領域に形成された液膜ＬＦが部分的に強制冷却されて液膜ＬＦの温度が凝固対象液の凝固点（＞常温）を下回り、部分的に凝固する。その結果、凝固体ＦＲ（凝固膜ＦＦの一部）が基板表面Ｗｆの中央部に形成される。なお、このように液膜ＬＦを凍結させる際には、制御ユニット４は常温窒素ガス供給ユニット６１のマスフローコントローラ６１３を制御して常温窒素ガスの流量（つまり単位時間当たりの常温窒素ガス量）を液膜ＬＦの凝固に適した値に抑えている。このように常温窒素ガスの流量を抑制することで、基板表面Ｗｆが部分的に乾いて露出してしまうという問題や風圧で膜厚分布が不均一となって処理の均一性が担保されないという問題が発生するのを防止している。

そして、方向Ｄn1へのノズル７のスキャンによって凍結領域、つまり凝固体ＦＲは基板表面Ｗｆの中央部から周縁部へと広げられ、例えば図４（ｃ）に示すように、スキャン途中に基板表面Ｗｆの液膜全面が凍結して凝固膜ＦＦが短時間で形成される。

この凝固完了を受けて、制御ユニット４はノズル７からの常温窒素ガス（凝固促進ガス）の吐出を停止し、第１アーム７１を待機位置Ｐｓ１に移動させて基板表面Ｗｆからノズル７を待避させる。その後、図５（ａ）に示すように、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、つまり凝固膜（凝固体）ＦＦに向けて８０℃程度に昇温された高温ＤＩＷを供給して凝固膜（凝固体）ＦＦを融解除去する（融解除去処理：ステップＳ３）。それに続いて、同図（ｂ）に示すように、リンス液として常温のＤＩＷを基板表面Ｗｆに供給し、基板Ｗのリンス処理を行う（ステップＳ４）。

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への高温ＤＩＷおよび常温ＤＩＷの供給と並行して、ノズル２７からも高温ＤＩＷおよび常温ＤＩＷを供給してもよい（図５（ａ）、（ｂ））。続いて基板ＷへのＤＩＷの供給を停止し、図５（ｃ）に示すように、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Ｓ５）。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に設けられたガス供給路２９から常温窒素ガス供給ユニット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。

以上のように、本実施形態によれば、基板Ｗの表面Ｗｆに常温よりも高い凝固点を有する凝固対象液を供給して液膜ＬＦを形成し、その液膜ＬＦを凝固させて基板表面Ｗｆに凝固体ＦＦを形成しているので、従来技術において凝固のために必須となっていた極低温ガスを使用する必要がなくなった。このため、ランニングコストを抑制することができる。また、供給ラインの断熱が不要となるため、装置や周辺設備の大規模化を防止することができ、プットプリントの低減を図ることができるとともに、装置や周辺設備のコストも抑制することができる。

また、上記第１実施形態では、液膜ＬＦを凝固させる際に常温窒素ガスを凝固促進ガスとして供給している。この常温窒素ガスは、凝固対象液の凝固点よりも低い温度を有しているため、液膜ＬＦの凝固に要する時間を短縮することができ、スループットを向上させることができる。

このように、第１実施形態では、スピンチャック２が本発明の「基板保持手段」に相当している。また、基板Ｗの表面Ｗｆが本発明の「基板の上面」に相当する。また、凝固対象液供給ユニット６４が本発明の「凝固対象液供給部」に相当し、この凝固対象液供給ユニット６４、凝固対象液吐出ノズル８および配管６５により本発明の「凝固体形成手段」が構成されている。また、高温ＤＩＷが本発明の「高温除去液」に相当し、ＤＩＷ供給ユニット６２および上方側液体吐出ノズル９７により本発明の「除去手段」が構成されている。また、常温窒素ガス供給ユニット６１から供給される常温窒素ガスが本発明の「凝固対象液の凝固点より低い温度の冷却流体」に相当し、常温窒素ガス供給ユニット６１およびガス吐出ノズル７が本発明の「凝固促進手段」および「第１凝固促進部」として機能している。さらに、保温・温調用ガス供給ユニット６６が本発明の「凝固防止手段」として機能している。

＜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実施形態の動作を示す図である。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凝固促進処理の内容であり、その他の構成は基本的に第１実施形態と同一である。すなわち、第２実施形態では、常温窒素ガス供給ユニット６１の凝固促進用経路（マスフローコントローラ６１３＋開閉バルブ６１４）はガス吐出ノズル７のみならず、ガス供給路２９にも接続されている。そして、制御ユニット４が常温窒素ガス供給ユニット６１を制御することで、流量調整された常温窒素ガスがガス吐出ノズル７とともにガス供給路２９に圧送され、常温窒素ガスが基板Ｗの表面Ｗｆのみならず裏面Ｗｂにも凝固促進ガスとして供給される（ステップＳ２Ａ）。これによって、液膜ＬＦの凝固に要する時間をさらに短縮することができる。このように、第２実施形態では、基板Ｗの裏面Ｗｂが本発明の「基板の下面」に相当する。また、常温窒素ガス供給ユニット６１およびガス供給路２９が本発明の「凝固促進手段」および「第２凝固促進部」として機能している。

＜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実施形態の動作を示す図である。この第３実施形態が第１実施形態や第２実施形態と大きく相違する点は、凝固対象液を基板Ｗの表面Ｗｆに供給して液膜ＬＦを形成した後、所定時間だけ放置することで凝固膜ＦＦを形成しており（ステップＳ１Ａ）、凝固促進処理（ステップＳ２、Ｓ２Ａ）を省略している点である。なお、その他の構成は基本的に第１実施形態や第２実施形態と同一である。すなわち、本発明では、従来の凍結洗浄技術で用いられていたＤＩＷに代えて、ターシャリーブタノールや炭酸エチレンなどの常温よりも高い凝固点を有する凝固対象液を用いているため、基板Ｗの表面Ｗｆに供給された凝固対象液は処理チャンバ１の常温雰囲気に放置されることで徐冷されて凝固する。また、基板Ｗを回転させた際に発生する気化熱が凝固対象液を凝固させる方向に作用する。そこで、第３実施形態では、ガス吐出ノズル７および凝固促進用経路（マスフローコントローラ６１３＋開閉バルブ６１４）を設けず、装置構成の簡素化を図っている。

＜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実施形態の動作を示す図である。この第４実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、凝固膜（凝固体）ＦＦの除去態様であり、それに使用するＤＩＷの温度であり、その他の構成は基本的に第１実施形態と同一である。すなわち、第１実施形態では凝固膜（凝固体）ＦＦの除去に凝固対象液の凝固点よりも高い高温ＤＩＷを用いているのに対し、第４実施形態では常温ＤＩＷを用いている。これは、常温ＤＩＷへのターシャリーブタノールや炭酸エチレンの溶解度が比較的高いことを利用したものであり、常温ＤＩＷの供給によって凝固膜ＦＦを溶解除去している（ステップＳ３Ａ）。このように高温ＤＩＷを用いない第４実施形態では、融解除去処理用配管経路（流量調整弁６２３＋加熱器６２４＋開閉バルブ６２２）を設ける必要がなく、装置構成の簡素化を図ることができるとともに、ＤＩＷ加熱が不要になったことでランニングコストの低減を図ることができる。また、除去処理とリンス処理を連続的、および一体的に行うことができ、処理の効率化を図ることができる。

＜第５実施形態＞
凍結洗浄は上記したように基板Ｗの表面Ｗｆに供給された凝固対象液を凝固させた後、その凝固体を基板表面から除去することで基板表面に付着するパーティクルなどを除去するものであるが、除去効率は凝固体の到達温度と密接に関連する。これは、本願発明者らによる、ＤＩＷを凝固対象液として用いた実験に基づき得られた知見であり、その知見内容は、単にＤＩＷの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効率が高まるというものである。この知見をターシャリーブタノールや炭酸エチレンなどを凝固対象液とする場合に適用することで同様の作用効果が得られることは容易に推測される。そこで、以下のおいては、上記実験内容および知見内容を詳しく説明した後、その知見を適用した実施形態について説明する。

図９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。

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（基板）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。

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９の黒四角はスキャン回数に対応し、図９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。

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。

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９に示すグラフである。

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効率が高まり、洗浄効果を高めることが可能である。そこで、次に説明する第５実施形態では、常温窒素ガスを用いた冷却処理を凝固体ＦＦに与えてパーティクル除去効率の向上を図っている。

図１０はこの発明にかかる基板処理装置の第５実施形態の動作を示す図である。この第５実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、凝固促進処理（ステップＳ２）を経て凝固膜（凝固体）ＦＦが形成された後でかつ凝固膜ＦＦの除去（ステップＳ３）前に、冷却処理（ステップＳ６）を実行している点であり、その他の構成は第１実施形態と基本的に同一である。この冷却処理では、ガス吐出ノズル７は、凝固促進処理から継続して常温窒素ガスを基板表面Ｗｆに向けて吐出し続け、その吐出状態のまま基板表面Ｗｆの上方でスキャン移動されて凝固膜ＦＦを冷却する。これによって、凝固膜ＦＦの到達温度が確実に常温まで低下しているため、パーティクル除去効率を高めることができる。

なお、凝固促進処理（ステップＳ２）を行わずに凝固膜ＦＦを形成する場合（例えば図７に示す第３実施形態）には、凝固対象液が凝固したタイミングで常温窒素ガス供給ユニット６１から供給される常温窒素ガスをガス吐出ノズル７から吐出させたまま当該ノズル７を基板表面Ｗｆの上方でスキャン移動させて凝固膜ＦＦを冷却するように構成してもよい。このように第５実施形態およびその変形例においては、常温窒素ガス供給ユニット６１およびガス吐出ノズル７が本発明の「冷却手段」および「第１冷却部」として機能している。

＜第６実施形態＞
図１１はこの発明にかかる基板処理装置の第６実施形態の動作を示す図である。この第６実施形態が第２実施形態（図６）と大きく相違する点は、凝固促進処理（ステップＳ２Ａ）を経て凝固膜（凝固体）ＦＦが形成された後でかつ凝固膜ＦＦの除去（ステップＳ３）前に、冷却処理（ステップＳ６Ａ）を実行している点であり、その他の構成は第２実施形態と基本的に同一である。この冷却処理では、ガス供給路２９から常温窒素ガスを基板Ｗの裏面Ｗｂに供給するとともに、ガス吐出ノズル７については上記した第５実施形態と同様に常温窒素ガスを基板表面Ｗｆに向けて吐出しながら基板表面Ｗｆの上方でスキャン移動される。このように基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂの両方から常温窒素ガスが供給されて凝固膜（凝固体）ＦＦが冷却されているため、パーティクル除去効率を高めることができる。しかも、第５実施形態よりも短時間で、凝固膜ＦＦの到達温度を常温まで低下させることができるため、処理時間の短縮を図ることができる。

なお、凝固促進処理（ステップＳ２Ａ）を行わずに凝固膜ＦＦを形成する場合（例えば図７に示す第３実施形態）には、凝固対象液が凝固したタイミングで常温窒素ガス供給ユニット６１から供給される常温窒素ガスをガス吐出ノズル７から吐出させたまま当該ノズル７を基板表面Ｗｆの上方でスキャン移動させるとともに、ガス供給路２９から常温窒素ガスを基板Ｗの裏面Ｗｂに供給してもよい。このように第６実施形態およびその変形例においては、常温窒素ガス供給ユニット６１、ガス吐出ノズル７およびガス供給路２９が本発明の「冷却手段」として機能し、それらのうち常温窒素ガス供給ユニット６１およびガス吐出ノズル７の組み合わせが本発明の「第１冷却部」に相当し、常温窒素ガス供給ユニット６１およびガス供給路２９の組み合わせが本発明の「第２冷却部」に相当している。

＜第７実施形態＞
上記第５実施形態（図１０）および第６実施形態（図１１）では、凝固膜（凝固体）ＦＦを冷却して到達温度を低下させるための冷却流体として常温窒素ガスを用いているが、常温窒素ガスの代わりに常温ＤＩＷを利用してもよい。

図１２はこの発明にかかる基板処理装置の第７実施形態の動作を示す図である。この第７実施形態では、凝固促進処理（ステップＳ２）を経て凝固膜（凝固体）ＦＦが形成されると、ノズル７からの常温窒素ガス（凝固促進ガス）の吐出を停止し、第１アーム７１を待機位置Ｐｓ１に移動させて基板表面Ｗｆからノズル７待避させる。その後で、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から凝固膜（凝固体）ＦＦに向けて常温ＤＩＷを供給する（ステップＳ６Ｂ）。なお、本実施形態では、冷却処理の目的は凝固膜ＦＦの到達温度を常温付近まで低下させる点にあるため、常温ＤＩＷにより凝固膜ＦＦが溶解除去される前に常温ＤＩＷの供給を停止させる。そして、こうして凝固膜ＦＦの温度を低下させた後、高温ＤＩＷによる融解除去処理（ステップＳ３）、常温ＤＩＷによるリンス処理（ステップＳ４）および常温窒素ガスによる乾燥処理（ステップＳ５）を行う。

このように第７実施形態では、常温ＤＩＷを用いてパーティクル除去効率を高めることができ、ＤＩＷ供給ユニット６２および上方側液体吐出ノズル９７が本発明の「冷却手段」および「第１冷却部」として機能している。

＜第８実施形態＞
図１３はこの発明にかかる基板処理装置の第８実施形態の動作を示す図である。この第８実施形態では、凝固促進処理（ステップＳ２Ａ）を経て凝固膜（凝固体）ＦＦが形成されると、ノズル７、２７からの常温窒素ガス（凝固促進ガス）の吐出を停止し、第１アーム７１を待機位置Ｐｓ１に移動させて基板表面Ｗｆからノズル７を待避させる。その後で、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から凝固膜（凝固体）ＦＦに向けて常温ＤＩＷを供給するとともに、ノズル２７から基板Ｗの裏面Ｗｂに常温ＤＩＷを供給する（ステップＳ６Ｃ）。なお、本実施形態においても、第７実施形態と同様に、常温ＤＩＷにより凝固膜ＦＦが溶解除去される前にノズル７からの常温ＤＩＷの供給を停止させる。そして、こうして凝固膜ＦＦの温度を低下させた後、高温ＤＩＷによる融解除去処理（ステップＳ３）、常温ＤＩＷによるリンス処理（ステップＳ４）および常温窒素ガスによる乾燥処理（ステップＳ５）を行う。

このように第８実施形態では、常温ＤＩＷを用いてパーティクル除去効率を高めることができ、ＤＩＷ供給ユニット６２、上方側液体吐出ノズル９７および下方側液体吐出ノズル２７が本発明の「冷却手段」として機能し、それらのうちＤＩＷ供給ユニット６２および上方側液体吐出ノズル９７の組み合わせが本発明の「第１冷却部」に相当し、ＤＩＷ供給ユニット６２および下方側液体吐出ノズル２７の組み合わせが本発明の「第２冷却部」に相当している。

＜第９実施形態＞
上記第７実施形態および第８実施形態では、常温ＤＩＷにより凝固膜ＦＦが溶解除去されない程度でノズル７から常温ＤＩＷを凝固膜（凝固体）ＦＦに供給しているが、上記したように常温ＤＩＷを基板Ｗの表面Ｗｆに継続して供給することで凝固膜ＦＦを溶解除去することができる。また、凝固膜ＦＦの除去後においても常温ＤＩＷをさらに継続して供給することで基板Ｗに対するリンス処理を行うことができる。そこで、第９実施形態では、図１４に示すように、冷却処理（ステップＳ６Ｂ）、除去処理（ステップＳ３Ａ）およびリンス処理（ステップＳ４）を常温ＤＩＷで行っている。このように高温ＤＩＷを用いない第９実施形態では、融解除去処理用配管経路（流量調整弁６２３＋加熱器６２４＋開閉バルブ６２２）を設ける必要がなく、装置構成の簡素化を図ることができるとともに、ＤＩＷ加熱が不要になったことでランニングコストの低減を図ることができる。また、冷却処理、除去処理およびリンス処理を連続的、および一体的に行うことができ、処理の効率化を図ることができる。

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、保温・温調用ガス供給ユニット６６の加熱器６６２を用いて常温窒素ガスを昇温して保温・温調用の窒素ガスを得ているが、保温・温調用窒素ガスの生成手段はこれに限定されるものではなく、例えば図１５に示すようにボルテックスチューブ（Vortex Tube）を用いてもよい。また、ボルテックスチューブを用いることで高温の窒素ガスのみならず、低温の窒素ガスも同時に生成することができ、これを冷却ガスとして用いることができる。以下、図１５を参照しつつ本発明の第１０実施形態について説明する。

図１５はこの発明にかかる基板処理装置の第１０実施形態を示す図である。この第１０実施形態では、高温・低温窒素ガス供給ユニット６７が設けられている。この高温・低温窒素ガス供給ユニット６７は、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）６７１と、ボルテックスチューブ６７２と、２つの開閉バルブ６７３、６７４とを有している。このマスフローコントローラ６７１は制御ユニット４からの流量指令に応じて常温窒素ガスの流量を高精度に調整可能となっている。また、ボルテックスチューブ６７２は供給口、暖気吐出口および冷気吐出口を有しており、供給口を介してマスフローコントローラ６７１で調整された窒素ガスがチューブ内に流入すると、暖気吐出口と冷気吐出口の間で熱分離され、暖気吐出口から常温よりも高い高温窒素ガスが吐出されるとともに、冷気吐出口から常温よりも低い低温窒素ガスが吐出される。なお、ボルテックスチューブ６７２自体については周知であるため、ここでは詳しい説明を省略する。

ボルテックスチューブ６７２の冷気吐出口は開閉バルブ６７３を介してガス吐出ノズル７と接続されており、制御ユニット４からの開閉指令に応じて開閉バルブ６７３が開くことで低温窒素ガスが凝固促進ガスとしてガス吐出ノズル７に供給される。また、ボルテックスチューブ６７２の暖気吐出口は開閉バルブ６７４を介して配管６５のガス供給路に接続されており、制御ユニット４からの開閉指令に応じて開閉バルブ６７４が開くことで高温窒素ガスが保温・温調用窒素ガスとして配管６５に供給される。

このように本実施形態では、常温窒素ガスから高温窒素ガスおよび低温窒素ガスを生成し、それらを用いることで凝固促進および凝固対象液の保温などを行うことができ、優れた効率で凍結洗浄を行うことができる。このように第１０実施形態では、高温・低温窒素ガス供給ユニット６７が本発明の「凝固促進手段」および「凝固防止手段」として機能する。

また、上記実施形態では、配管６５およびノズル７内での凝固対象液の温度を一定に保つとともに凝固を防止するために、配管６５を二重管構造とするとともに配管６５のガス供給路に保温・温調用窒素ガスを供給しているが、保温・温調用窒素ガスを用いる代わりに、配管に沿ってワイヤー状のヒーターを設け、配管およびノズル内の凝固対象液を温調してもよい。この場合、ヒーターが本発明の「凝固防止手段」として機能する。

また、配管およびノズル内の凝固対象液を温調する代わりに、ノズル７からの凝固対象液の吐出完了後に配管およびノズルに残留する凝固対象液を取り除くように構成してもよい。例えば図１６に示すように単管構造の配管を用いるとともにパージ用ガス供給ユニット６８を設けてもよい。なお、パージ用ガス供給ユニット６８の基本構成は、保温・温調用ガス供給ユニット６６と同様であり、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）６８１と、加熱器６８２と、開閉バルブ６８３とを有している。

そして、ノズル７からの凝固対象液の吐出が完了した後の制御ユニット４から動作指令に応じて開閉バルブ６８３が開いて加熱器６８２により凝固対象液の凝固点より高い温度に昇温された高温窒素ガスを配管に圧送して配管およびノズル７に残留する凝固対象液をノズル７の吐出口（図示省略）からパージ可能に構成されている。このように、図１６に示す第１１実施形態では、適当なタイミングで配管およびノズル７に残留する凝固対象液をパージしているため、配管およびノズル７で凝固対象液が凝固するのを確実に防止することができる。このように、第１１実施形態では、パージ用ガス供給ユニット６８が本発明の「凝固防止手段」および「パージ部」として機能している。

また、残留凝固対象液をノズル７の吐出口からパージする代わりに、例えば図１７に示すように、「コンバム（登録商標）」などの真空発生部６９を設けてもよい。この真空発生部６９は開閉バルブ６４８を介して配管と接続されている。そして、ノズル７からの凝固対象液の吐出が完了した後の制御ユニット４から動作指令に応じて開閉バルブ６４４が閉じるとともに開閉バルブ６４８が開くことで、真空発生部６９が配管およびノズル７内に残留する凝固対象液を吸引して排出する。このように、図１７に示す第１２実施形態では、適当なタイミングで配管およびノズル７に残留する凝固対象液を吸引排出しているため、配管およびノズル７で凝固対象液が凝固するのを確実に防止することができる。このように、第１２実施形態では、真空発生部６９が本発明の「凝固防止手段」および「吸引排出部」として機能している。

また、上記実施形態の基板処理装置は、窒素ガス供給源およびＤＩＷ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。

さらに、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。

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付着したパーティクル等の汚染物質を除去す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。

２…スピンチャック（基板保持手段）
７…ガス吐出ノズル
８…凝固対象液吐出ノズル
２７…下方側液体吐出ノズル
２９…ガス供給路
６１…常温窒素ガス供給ユニット
６２…ＤＩＷ供給ユニット
６４…凝固対象液供給ユニット
６５…配管
６６…保温・温調用ガス供給ユニット
６７…低温窒素ガス供給ユニット
６８…パージ用ガス供給ユニット
６９…真空発生部
９７…上方側液体吐出ノズル
６５１…外管
６５２…内管
ＦＦ…凝固膜（凝固体）
ＬＦ…液膜
Ｗ…基板
Ｗｂ…基板裏面
Ｗｆ…基板表面

Claims (20)

1. 基板を略水平に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上面に常温よりも高い凝固点を有する凝固対象液を供給し、前記基板の上面に前記凝固対象液の凝固体を形成する凝固体形成手段と、
   前記凝固体形成手段により形成された凝固体を除去する除去手段と
   を備えることを特徴とする基板処理装置。
2. 請求項１に記載の基板処理装置であって、
   前記凝固体形成手段は、前記凝固対象液の凝固点以上に前記凝固対象液を加熱して前記基板の上面に供給する基板処理装置。
3. 請求項１または２に記載の基板処理装置であって、
   前記凝固対象液の凝固点より低い温度の冷却流体を前記基板に供給して前記凝固対象液の凝固を促進させる凝固促進手段をさらに備える基板処理装置。
4. 請求項３に記載の基板処理装置であって、
   前記凝固促進手段は、前記凝固対象液が供給された前記基板の上面に対し、前記冷却流体を供給する第１凝固促進部を有する基板処理装置。
5. 請求項３または４に記載の基板処理装置であって、
   前記凝固促進手段は、前記凝固対象液が供給された前記基板の下面に対し、前記冷却流体を供給する第２凝固促進部を有する基板処理装置。
6. 請求項１または２に記載の基板処理装置であって、
   前記除去手段は、前記凝固対象液が前記基板の上面に供給された後、所定時間の経過により前記凝固対象液が凝固した後に凝固体を除去する基板処理装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
   前記除去手段は、前記凝固体が形成された前記基板の上面に対し、前記凝固対象液の凝固点より高い温度の高温除去液を供給して前記凝固体を除去する基板処理装置。
8. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
   前記除去手段は、前記凝固体が形成された前記基板の上面に対し、前記凝固対象液を溶解する除去液を供給して前記凝固体を除去する基板処理装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
   前記凝固体の形成後でかつ前記凝固体の除去前に、前記凝固体を冷却して前記凝固体の温度を低下させる冷却手段をさらに備える基板処理装置。
10. 請求項９に記載の基板処理装置であって、
    前記冷却手段は、前記凝固体が形成された前記基板の上面に、前記凝固対象液の凝固点より低い温度の冷却流体を前記基板に供給する第１冷却部を有する基板処理装置。
11. 請求項９または１０に記載の基板処理装置であって、
    前記冷却手段は、前記凝固体が形成された前記基板の下面に、前記凝固対象液の凝固点より低い温度の冷却流体を前記基板に供給する第２冷却部を有する基板処理装置。
12. 請求項３ないし５のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
    前記凝固促進手段は、前記凝固体が形成された後も、前記除去手段による前記凝固体の除去前まで前記冷却流体の供給を継続させて前記凝固体を冷却する基板処理装置。
13. 請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
    前記除去手段による前記凝固体の除去後に前記基板の上面にリンス液を供給して前記基板の上面をリンスするリンス手段をさらに備える基板処理装置。
14. 請求項８に記載の基板処理装置であって、
    前記除去手段は、前記凝固体を除去した後も、前記除去液の供給を継続させて前記基板の上面をリンスする基板処理装置。
15. 前記凝固体形成手段が、前記凝固対象液を供給する凝固対象液供給部と、前記凝固対象液を前記基板の上面に吐出するノズルと、一方端が前記凝固対象液供給部に接続されるとともに他方端が前記ノズルに接続されて前記凝固対象液供給部から供給される前記凝固対象液を前記ノズルに流通させる配管とを有する請求項１ないし１４のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
    前記ノズルおよび前記配管内で前記凝固対象液が凝固するのを防止する凝固防止手段をさらに備える基板処理装置。
16. 請求項１５に記載の基板処理装置であって、
    前記凝固防止手段は、前記ノズルおよび前記配管内の前記凝固対象液の温度を前記凝固対象液の凝固点以上に保温する基板処理装置。
17. 請求項１６に記載の基板処理装置であって、
    前記配管は、一方端が前記凝固対象液供給部に接続されるとともに他方端が前記ノズルに接続される内管と、内部に前記内管が挿通される外管とを有し、
    前記凝固防止手段は前記内管と前記外管の間に前記凝固対象液の温度より高温の保温流体を供給する保温流体供給部を有する基板処理装置。
18. 請求項１５に記載の基板処理装置であって、
    前記凝固防止手段は、前記凝固体形成手段による前記凝固体の形成後に、前記配管の一方端に対し、前記凝固対象液の温度より高温のパージ用流体を供給して前記ノズルおよび前記配管内の前記凝固対象液を前記ノズルの吐出口から排出するパージ部を有する基板処理装置。
19. 請求項１５に記載の基板処理装置であって、
    前記凝固防止手段は、前記凝固体形成手段による前記凝固体の形成後に、前記配管の一方端に負圧を与えて前記ノズルおよび前記配管内の前記凝固対象液を前記配管の一方端から排出する吸引排出部を有する基板処理装置。
20. 略水平に保持された基板の上面に常温よりも高い凝固点を有する凝固対象液を供給し、前記基板の上面に前記凝固対象液の凝固体を形成する工程と、
    前記基板の上面から前記凝固体を除去する工程と
    を備えることを特徴とする基板処理方法。

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