JP2019125608A

JP2019125608A - 基板処理方法及び基板処理装置

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Publication number: JP2019125608A
Application number: JP2018002994A
Authority: JP
Inventors: 洋祐塙; Yosuke Hanawa
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd
Priority date: 2018-01-11
Filing date: 2018-01-11
Publication date: 2019-07-25
Anticipated expiration: 2038-01-11
Also published as: JP7016265B2

Abstract

【課題】超音波により基板裏面に付着した汚染物質を除去して、基板を洗浄する超音波洗浄処理において、キャビテーションによる基板主面パターンの倒壊を防止し、かつ基板裏面に対し良好な洗浄処理を行うことができる基板処理方法および基板処理装置を提供する。【解決手段】基板処理方法は、一方主面の前記パターンの表面に対して液膜を形成する液膜形成工程と、前記液膜形成工程の後、前記一方主面に第１液体を供給し、かつ、前記他方主面へ第２液体に超音波を印加した超音波印加液を供給して洗浄する洗浄工程と、を備え、前記液膜は前記第１液体に対して難溶である。【選択図】図１１

Description

本発明は、半導体ウエハ、液晶表示装置や有機ＥＬ(Electroluminescence)表示装置などのＦＰＤ(Flat Panel 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、フォトマスク用ガラス基板、セラミック基板、太陽電池用基板などの各種基板(以下、単に「基板」と記載する)に付着したパーティクル等の汚染物質を基板から除去する基板処理方法および基板処理装置に関するものである。

半導体装置や液晶表示装置などの電子部品の製造工程では、基板の表面に成膜やエッチングなどの処理を繰り返し施して微細パターンを形成する工程が含まれる。ここで、当該基板の裏面にパーティクルが付着していると、これがフォトリソグラフィ工程におけるデフォーカス要因となり、所望の微細パターンを形成するのが難しくなる。また、裏面にパーティクルが付着した基板によってクロスコンタミネーションが発生することもある。

さらに、基板搬送時には基板の裏面を真空吸着することが多く、その過程で基板の裏面にパーティクルが付着してしまうことがある。そのため、基板の裏面を洗浄する技術が数多く提案されている。例えば特許文献１に記載の装置は、基板を収容部に収容し、収容部内に脱気した処理液を供給して当該処理液に超音波振動を付与することで、基板の主面および裏面の全体を洗浄する技術が開示されている。処理液中の溶存気体濃度の低下によって、キャビテーション気泡の発生量が減少し、基板のパターンに対するダメージが抑制される。

しかし、主面と同じく裏面も脱気した処理液によって洗浄されるため、処理液を脱気しない場合と比べて裏面に対する洗浄力が低下し、裏面において微小なパーティクルが除去できない結果、所望のパーティクル除去率を達成できないおそれがある。

特許文献２では、基板の裏面に対する処理液に超音波を印加した超音波処理液を供給して超音波洗浄を実行している。一方、超音波洗浄時に超音波が基板の主面側に伝わり基板の表面に形成されているパターンがダメージを受けるのを防止するため、基板の主面には脱気した処理液を供給している。これにより、基板の主面のみキャビテーション気泡の発生量が減少し、基板のパターンに対するダメージが抑制される。

特開２０１３−８４６６７号公報特開２００４−３３５５２５号公報

ここで、基板の主面に対する処理液の脱気状態が維持できれば、基板主面パターンのダメージ抑制になるところ、実際には雰囲気中に残存するガスが処理液に溶解してしまうため、基板主面に対してもキャビテーション気泡が発生してしまうといった課題があった。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、超音波により基板裏面に付着した汚染物質を除去して、基板を洗浄する超音波洗浄処理において、キャビテーションによる基板主面パターンの倒壊を防止し、かつ基板裏面に対し良好な洗浄処理を行うことができる基板処理方法および基板処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る基板処理方法は、一方主面のパターンの表面に対して液膜を形成する液膜形成工程と、前記液膜形成工程の後、前記一方主面に第１液体を供給し、かつ、前記他方主面へ第２液体に超音波を印加した超音波印加液を供給して洗浄する洗浄工程と、を備え、前記液膜は前記第１液体に対して難溶である。

また、本発明に係る基板処理方法において、前記一方主面が上方に向けた状態であり、前記液膜を形成する液体の比重は前記第１液体より重い。

また、本発明に係る基板処理方法において、前記一方主面が下方に向けた状態であり、前記液膜を形成する液体の比重は前記第１液体より軽い。

また、本発明に係る基板処理方法において、前記液膜を形成する液体の表面張力は前記第１液体の表面張力より小さい。

また、本発明に係る基板処理装置は、一方主面の前記パターンの表面に対して液膜を形成する液膜形成手段と、前記一方主面に第１液体を供給し、かつ、前記他方主面へ第２液体に超音波を印加した超音波印加液を供給して洗浄する洗浄手段と、を備え、前記液膜は前記第１液体に対して難溶である。

本発明によれば、一方主面にパターンが形成された基板に対し、その他方主面に付着した汚染物質を超音波により除去して、基板を洗浄する超音波洗浄処理において、キャビテーションによるパターンの倒壊を防止し、かつ他方主面に対し良好な洗浄処理を行うことができる。

また、本発明によれば、他方主面に付着した汚染物質を超音波により除去して、基板を洗浄する超音波洗浄処理を、一方主面のパターンに液膜を形成した状態で実行するため、超音波洗浄処理中におけるパターンを含む一方主面の汚染を防止することができる。

本発明における基板処理装置の概略構成を示す正面図である。図１のＢ１−Ｂ１線に沿った矢視断面図である。図１の矢印Ｂ２から見た側面図である。第１実施形態における洗浄ユニットの全体構成を示す模式図である。洗浄ユニットにおける電気的構成を示すブロック図である。洗浄ユニットにおける制御部の構成を示す模式図である。処理液供給部の構成を示す模式図である。図７の処理液供給部におけるガス脱気部の構成を示す断面図である。第１実施形態における水難溶性液体供給部の動作を示す模式図である。洗浄ユニットの動作を示すフローチャートである。第１実施形態における基板表面Ｗｆのパターン領域を拡大した模式図である。第２実施形態における洗浄ユニットの全体構成を示す模式図である。第２実施形態における超音波印加液供給部の動作を示す模式図である。第２実施形態におけるノズルから基板表面への超音波印加液の入射角度と基板裏面の音圧の関係を示すグラフである。第２実施形態における基板表面Ｗｆのパターン領域を拡大した模式図である。

以下の説明において、基板とは、半導体ウエハ、液晶表示装置や有機ＥＬ(Electroluminescence)表示装置などのＦＰＤ(Flat Panel 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、フォトマスク用ガラス基板、セラミック基板、太陽電池用基板などの各種基板をいう。

以下の説明においては、一方主面のみに凹凸を有する回路パターン等（以下「パターン」と記載する）が形成されている基板を例として用いる。ここで、パターンが形成されている主面を「表面」と称し、その反対側のパターンが形成されていない主面を「裏面」と称する。また、下方に向けられた基板の面を「下面」と称し、上方に向けられた基板の面を「上面」と称する。なお、第１実施形態においては上面を表面として説明し、第２実施形態においては上面を裏面として説明する。

また、以下の説明において、基板は略円形状の基板であり、一部の周縁にノッチやオリエンテーション・フラットが設けられている。基板としては、直径が１００ｍｍ以上４５０ｍｍ以下の基板が通常用いられるが、本願発明の実施において、基板の形状や寸法は、これに限られない。

以下の説明において、常温とは、本発明に係る基板処理装置が設備されている工場内の雰囲気の温度を意味する。また、以下の実施形態では、常温を摂氏２０度±１５度の範囲とする。

以下、本発明の実施の形態を、半導体基板の処理に用いられる基板処理装置を例に採って図面を参照して説明する。なお、本発明は、半導体基板の処理に限らず、液晶表示器用のガラス基板などの各種の基板の処理にも適用することができる。

＜第１実施形態＞
図１、図２および図３はこの発明に係る基板処理装置９の概略構成を示す図である。図１は基板処理装置９の正面図であり、図２は図１の基板処理装置９のＢ１−Ｂ１線に沿った矢視断面図である。また、図３は図１の基板処理装置９を矢印Ｂ２側からみた側面図である。この装置は半導体基板等の基板Ｗ（以下、単に「基板Ｗ」と記載する）に付着しているパーティクル等の汚染物質（以下「パーティクル等」と記載する）を除去するための洗浄処理に用いられる枚葉式の基板処理装置である。

なお、各図には方向関係を明確にするため、Ｚ軸を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とする座標系を適宜付している。また、各座標系において、矢印の先端が向く方向を＋（プラス）方向とし、逆の方向を−（マイナス）方向とする。

＜１−１．基板処理装置の全体構成＞
基板処理装置９は、基板Ｗを例えば２５枚収容したＦＯＵＰ（ＦｒｏｎｔＯｐｅｎＵｎｉｆｉｅｄＰｏｄ）９４９を載置するオープナー９４と、オープナー９４上のＦＯＵＰ９４９から未処理の基板Ｗを取り出し、また処理完了後の基板ＷをＦＯＵＰ９４９内に収納するインデクサユニット９３と、インデクサユニット９３とセンターロボット９６との間で基板Ｗの受け渡しを行うシャトル９５と、基板Ｗをセンターロボット９６でその内部に収容して洗浄を行う洗浄ユニット９１と、洗浄ユニット９１に供給される液体や気体の配管、バルブ等を収容する流体ボックス９２とで構成される。

まず、これらの平面的な配置について図２を用いて説明する。基板処理装置９の一端（図２において左端）には複数の（本実施形態においては３台の）オープナー９４が配置される。オープナー９４の図２における右側（＋Ｙ側）に隣接してインデクサユニット９３が配置される。インデクサユニット９３のＸ方向における中央付近であって、インデクサユニット９３の図２における右側（＋Ｙ側）に隣接してシャトル９５が配置され、シャトル９５の図２における右側（＋Ｙ側）に、シャトル９５と＋Ｙ方向に並ぶようにセンターロボット９６が配置される。このように、インデクサユニット９３、シャトル９５およびセンターロボット９６は、直交する二本のラインの配置をなしている。

＋Ｙ方向に並ぶように配置されたシャトル９５とセンターロボット９６の図２における上側（−Ｘ側）と下側（＋Ｘ側）には洗浄ユニット９１と流体ボックス９２が配置されている。すなわち、シャトル９５とセンターロボット９６の図２における上側（−Ｘ側）または下側（＋Ｘ側）に、インデクサユニット９３の図２における右側（＋Ｙ側）に隣接して、流体ボックス９２、洗浄ユニット９１、洗浄ユニット９１、流体ボックス９２の順に配置されている。なお、インデクサユニット９３の＋Ｘ側（図２における下側）の側面には後述する制御部７０の操作部９７１が設置されている（図１参照）。

次に、オープナー９４について説明する。オープナー９４はその上部にＦＯＵＰ９４９を載置する載置面９４１と、ＦＯＵＰ９４９の正面（図１および図２におけるＦＯＵＰ９４９の右側（＋Ｙ側）の面）に対向して配置され、ＦＯＵＰ９４９の正面にある蓋部（図示省略）を開閉する開閉機構９４３（図３参照）を備える。

基板処理装置９の外部から自動搬送車両等により搬入されたＦＯＵＰ９４９は、オープナー９４の載置面９４１上に載置され、開閉機構９４３により蓋部が解放される。これにより、後述するインデクサユニット９３のインデクサロボット９３１が、ＦＯＵＰ９４９内の基板Ｗを搬出し、逆にＦＯＵＰ９４９内に基板Ｗを搬入することが可能となる。

次に、インデクサユニット９３について説明する。インデクサユニット９３には、ＦＯＵＰ９４９から処理工程前の基板Ｗを一枚ずつ取り出すとともに、処理工程後の基板ＷをＦＯＵＰ９４９に一枚ずつ収容し、更に基板Ｗをシャトル９５と受け渡しする、Ｚ軸方向に上下に配置された２組のハンド９３３を有するインデクサロボット９３１が備えられている。インデクサロボット９３１はＸ軸方向に水平移動自在であり、またＺ軸方向に昇降移動自在であるとともに、Ｚ軸周りに回転可能に構成されている。

次に、シャトル９５について説明する。シャトル９５には、基板Ｗの図２における上側（−Ｘ側）および下側（＋Ｘ側）の周縁部付近であって、インデクサロボット９３１のハンド９３３および後述するセンターロボット９６のハンド９６１と干渉しない位置を保持する、Ｚ軸方向に上下に配置された２組のハンド９５１と、２組のハンド９５１をそれぞれ独立してＹ軸方向に水平移動する水平移動機構（図示せず）とを備える。

シャトル９５はインデクサロボット９３１とセンターロボット９６双方との間で基板Ｗを受け渡し可能に構成されている。すなわち、図示しない水平移動機構によりハンド９５１が図２における左側（−Ｙ側）に移動した場合、インデクサロボット９３１のハンド９３３との間で基板Ｗの受け渡しが可能となり、また、ハンド９５１が図２における右側（＋Ｙ側）に移動した場合はセンターロボット９６のハンド９６１との間で基板Ｗの受け渡しが可能となる。

次に、センターロボット９６について説明する。センターロボット９６には、基板Ｗを１枚ずつ保持し、シャトル９５または洗浄ユニット９１との間で基板Ｗの受け渡しを行う、Ｚ軸方向に上下に配置された２組のハンド９６１と、鉛直方向（Ｚ軸方向）に延設され、ハンド９６１の鉛直方向の移動の軸となる昇降軸９６３と、ハンド９６１を昇降移動させる昇降機構９６５と、ハンド９６１をＺ軸周りに回転させる回転機構９６７を備える。センターロボット９６はＺ軸方向に昇降軸９６３に沿って昇降移動自在であるとともに、回転機構９６７によってハンドがＺ軸周りに回転可能に構成されている。

なお、洗浄ユニット９１の後述する側壁であって、センターロボット９６に対向する面には、センターロボット９６のハンド９６１を伸ばして洗浄ユニット９１内に基板Ｗを搬入し、または搬出するための開口が設けられている。また、センターロボット９６が洗浄ユニット９１と基板Ｗの受け渡しを行わない場合に上記開口を閉塞して洗浄ユニット９１内部の雰囲気の清浄度を保持するためのシャッター９１１が設けられている。

図１に示すように洗浄ユニット９１と流体ボックス９２は上下２段に積み上げる構成とされている。したがって、本実施形態における基板処理装置９には洗浄ユニット９１および流体ボックス９２はそれぞれ８台ずつ備えられている。なお、本発明の実施に関して、洗浄ユニット９１および流体ボックス９２の台数は８台に限られず、これより多い構成であっても、少ない構成であっても、本発明の実施は可能である。

次に、インデクサロボット９３１、シャトル９５およびセンターロボット９６による基板Ｗの搬送の手順について説明する。基板処理装置９の外部から自動搬送車両等により搬入されたＦＯＵＰ９４９は、オープナー９４の載置面９４１上に載置され、開閉機構９４３により蓋部が解放される。インデクサロボット９３１はＦＯＵＰ９４９の所定の位置から下側のハンド９３３により基板Ｗを１枚取り出す。その後、インデクサロボット９３１はシャトル９５の前（図２におけるインデクサユニット９３のＸ軸方向中央付近）に移動する。同時にシャトル９５は下側のハンド９５１をインデクサユニット９３の側（図２における左側（−Ｙ側））へ移動する。

シャトル９５の前に移動したインデクサロボット９３１は下側のハンド９３３に保持した基板Ｗをシャトル９５の下側のハンド９５１に移載する。その後、シャトル９５は下側のハンド９５１をセンターロボット９６の側（図２における右側（＋Ｙ側））に移動する。また、センターロボット９６がシャトル９５にハンド９６１を向ける位置に移動する。

その後、センターロボット９６が下側のハンド９６１により、シャトル９５の下側のハンド９５１に保持された基板Ｗを取り出し、８つある洗浄ユニット９１のいずれかのシャッター９１１へハンド９６１を向けるように移動する。その後、シャッター９１１が開放され、センターロボット９６が下側のハンド９６１を伸ばして洗浄ユニット９１内に基板Ｗを搬入し、洗浄ユニット９１内での基板Ｗの洗浄処理が開始される。

洗浄ユニット９１内で処理が完了した基板Ｗは、センターロボット９６の上側のハンド９６１で搬出され、その後は上記未処理の基板Ｗを搬送する場合とは逆にセンターロボット９６の上側のハンド９６１、シャトル９５の上側のハンド９５１、インデクサロボット９３１の上側のハンド９３３の順に移載され、最終的にＦＯＵＰ９４９の所定の位置に収容される。

＜１−２．洗浄ユニット＞
次に、洗浄ユニット９１の構成について図４を用いて説明する。図４は洗浄ユニット９１の構成を示す模式図である。ここで、本実施形態における８つの洗浄ユニット９１はそれぞれ同じ構成であるため、図２における矢印Ｂ３の示す洗浄ユニット９１（図１において左下側の洗浄ユニット９１）を代表とし、以下、第１実施形態の洗浄ユニット９１を「洗浄ユニット９１ａ」と称して説明する。洗浄ユニット９１ａは、パターンが形成された基板表面Ｗｆを上方（Ｚ方向）に向けて、基板Ｗを水平（ＸＹ平面内）に保持する基板保持ユニット２０と、基板保持ユニット２０をその内側に収容し、基板保持ユニット２０および基板Ｗからの飛散物等を受け止めて排気・排液するカップ１０１と、基板保持ユニット２０に保持された基板表面Ｗｆに対向して配置され、基板表面Ｗｆの上方の空間を外気から遮断する遮断機構３０と、超音波印加液供給部４０と、水難溶性液体供給部５０を備える。

さらに、洗浄ユニット９１ａは、後述する記憶部７２におけるプログラムに基づいて基板処理装置９の各部の動作を制御する制御部７０を備える。また、洗浄ユニット９１ａは、後述する各部構成により、基板Ｗの基板表面Ｗｆまたは基板裏面Ｗｂへ、水難溶性の液体、第１液体、第２液体、第２液体に超音波を印加した超音波液、乾燥気体を供給する。

第１実施形態において、基板Ｗはシリコンウエハである。基板表面Ｗｆに形成されるパターンは、少なくとも絶縁膜を含み、導体膜を含んでいてもよい。より具体的には、パターンは、複数の膜を積層した積層膜により形成されており、さらには、絶縁膜と導体膜とを含んでいてもよい。絶縁膜は、ＳｉＯ_２膜であってもよい。また、導体膜は、低抵抗化のための不純物を導入したアモルファスシリコン膜であってもよいし、金属膜（たとえば金属配線膜）であってもよい。積層膜を構成する各膜として、例えばポリシリコン膜、ＳｉＮ膜、ＢＳＧ膜（ホウ素を含むＳｉＯ_２膜）、およびＴＥＯＳ膜（ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を用いてＣＶＤ法で形成されたＳｉＯ_２膜）等が用いられる。

水難溶性の液体とは、第１液体に対する難溶性の液体であり、不溶である液体も含む。具体的には、後述する第１液体として用いる脱イオン水（ＤＩＷ）に対して不溶、または溶け難い公知の液体を用いることができる。例えば、シクロヘキサノン、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、ヘキサメチルジシロキサン、プロピレングリコール１−モノメチルエーテル２−アセタート（ＰＧＭＥＡ）、ハイドロフルオロカーボン（1,1,2,2,3,3,4-ヘプタフルオロシクロペンタンやパーフルオロカーボンなど）ハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）、などが挙げられ、水への溶解度がおおよそ７２０ｐｐｍ以下の液体である。なお、第１実施形態では、水難溶性の液体としてハイドロフルオロエーテル（以下「ＨＦＥ」と称す）を用いる。

また、第１液体としては、基板表面Ｗｆのパターンに対して比較的不活性な液体が用いられる。特に、一般にリンス液として用いられる液体が好適であり、例えばＤＩＷ、炭酸水、水素水等の純水が用いられる。第１実施形態では、第１液体としてＤＩＷを用いる。

第２液体としては、基板Ｗの種類に応じて公知の洗浄液・リンス液が用いられる。特に、第１液体と同一組成の液体を用いることが、使用する液体の種類が少なくなりタンク等にかかるコストを低く抑えられ、また、液体回収機構等も簡易な構成とできるため好適である。すなわち、第１液体として純水が用いられるとき、第２液体としても純水を用いることが好適である。第１実施形態では、第２液体としてＤＩＷを用いる。

なお、本発明の実施においてはこれに限られず、第２液体としては、例えば水酸化アンモニウム、過酸化水素水および水の混合液（ＳＣ−１）、塩酸、過酸化水素水および水の混合液（ＳＣ−２）、希弗酸（ＤＨＦ）、または硫酸、過酸化水素水および水の混合液（ＳＰＭ）等を用いても良い。

第２液体は、組成としては上記の液体を用いるが、その溶存ガス濃度は飽和レベルであることが好適である。溶存ガスとしては、例えば窒素ガス、空気（窒素約８０％、酸素約２０％）が用いられる。第１実施形態では、第２液体として窒素ガスの溶存ガス濃度が１８ｐｐｍ以上、すなわち大気圧環境下で窒素ガスの溶存ガス濃度が飽和したＤＩＷを用いる。

乾燥気体は、該気体中に含まれる水蒸気の露点が、基板Ｗ近傍の雰囲気の温度よりも低い（すなわち、気体中に含まれる水蒸気の分圧が、基板Ｗ近傍の雰囲気における水の蒸気圧よりも低い）気体である。特に、露点が−１０度（摂氏）以下の気体が好適であり、−４０度（摂氏）以下の気体がより好適である。乾燥気体としては、例えば窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、または清浄乾燥空気（ＣｌｅａｎＤｒｙＡｉｒ，窒素ガスと酸素ガスの分圧比が約８０％：約２０％の気体）が挙げられる。なお、本実施形態では、露点が−４０度の窒素ガスを乾燥空気として用いる。

次に、洗浄ユニット９１ａの各部について説明する。基板保持ユニット２０は、基板表面Ｗｆまたは基板裏面Ｗｂを上方（Ｚ方向）に向けて、基板Ｗを水平（ＸＹ平面内）に保持するユニットである。第１実施形態では、基板表面Ｗｆを上方に向けて保持する例を説明するが、同様にして基板裏面Ｗｂを上方に向けて保持することもできる。

基板保持ユニット２０は、洗浄ユニット９１ａの底部に固設され、上方に基板裏面Ｗｂと対向する円板状のステージ２３を有する。ステージ２３は、ステージ回転機構２２に接続され、鉛直方向に沿った中心軸Ａ０周りに水平面内に回転可能となっている。また、ステージ２３には、中心軸Ａ０と交差する位置に下方ノズル２７として開口を有する。

ステージ２３の周縁付近には、基板Ｗの周縁部を保持する複数個のチャック２４が立設されている。チャック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、ステージ２３の周縁に沿って等角度間隔で配置される。各チャック２４のそれぞれは、基板Ｗの周縁部を下方から支持する支持ピンと、該支持ピンに支持された基板Ｗの外周端面を押圧して基板Ｗを保持する保持ピンとを備えており、チャック２４は基板Ｗを保持する保持部材として機能する。

各チャック２４は公知のリンク機構や褶動部材等を介して図示しないエアシリンダに連結され、制御部７０が該エアシリンダの駆動部と電気的に接続し、制御部７０の動作指令によりエアシリンダは伸縮する。これにより、各チャック２４が、その保持ピンが基板Ｗの外周端面を押圧する「閉状態」と、その保持ピンが基板Ｗの外周端面から離れる「開状態」との間を切り替え可能としている。なお、チャック２４の開閉状態を変位させる駆動源として、エアシリンダ以外にモーターやソレノイド等の公知の駆動源を用いることも可能である。

ステージ２３に基板Ｗが受渡しされる際には、各チャック２４を開状態とし、基板Ｗに対して洗浄処理等を行う際には、各チャック２４を閉状態とする。各チャック２４を閉状態とすると、各チャック２４が基板Ｗの周縁部を把持する。これにより、基板Ｗはステージ２３から所定距離だけ離間して、基板表面Ｗｆを上方に向け、基板裏面Ｗｂを下方に向けた状態で水平姿勢に保持される。当該所定距離は、各チャック２４の構造・サイズに依存するが、基板Ｗの半径と比べ十分短く、例えば５ｍｍ以上３０ｍｍ以下の距離である。

ステージ２３に設けられる下方ノズル２７には、ステージ２３から下方に貫通する下方内管２５が連通する。下方内管２５は一方を下方ノズル２７と接続し、他方を第２液体供給源６０５と接続する。第２液体供給源６０５は、第２液体を下方内管２５の内部へ供給する供給源である。

また、ステージ２３には、下方内管２５を取り囲むように下方外管２１が設けられる。下方外管２１は、下方内管２５と同様にステージ２３から下方に貫通し、下方内管２５と下方外管２１はいわゆる二重管構造をなす。下方外管２１と下方内管２５との間には、気体供給路２６が形成され、気体供給路２６はステージ２３側に開口し、他方は乾燥気体供給源６０６と接続する。乾燥気体供給源６０６は、乾燥気体を気体供給路２６へ供給する供給源である。

カップ１０１について説明する。カップ１０１は、基板保持ユニット２０に保持される基板Ｗの周囲を包囲するように略円環状に設けられる。カップ１０１は、基板保持ユニット２０および基板Ｗから飛散する液体などを捕集するために、中心軸Ａ０に対し、略回転対称な形状を有する。なお、図４において、カップ１０１は断面形状を示している。

カップ１０１の具体的な構造・動作については、特開２００６−２８６８３１号公報と同様であるため、詳細な説明は省略する。カップ１０１は、互いに独立して昇降可能な内構成部材、中構成部材および外構成部材で構成され、これらが重ねられた構造を有する。各部材には図示省略する上下方向駆動部が接続され、基板処理の内容に応じて各部材をそれぞれ独立に、又は複数の部材が同期して中心軸Ａ０方向に沿って上下方向に移動可能に設けられる。

図４は、カップ１０１の各部材が最も下方に位置する状態であり、ホームポジションと称する。ホームポジションはセンターロボット９６が基板Ｗを洗浄ユニット９１内に搬入出する場合などにおいて取られる位置である。

遮断機構３０について説明する。遮断機構３０は、基板保持ユニット２０に保持される基板Ｗの基板表面Ｗｆと対向する基板対向面３８１を下面に有する遮断部材３８を備える。遮断部材３８は、円板状に形成され、中心部に上方内管ノズル３７および上方外管ノズル３９を有する。基板対向面３８１は水平面内に広がり、基板保持ユニット２０に保持される基板Ｗの基板表面Ｗｆと平行に対向する。また、遮断部材３８のうち基板対向面３８１の直径は基板Ｗの直径と同等以上の大きさに形成される。遮断部材３８は、その内部が中空であって略円筒形状を有する回転軸３１の下方に回転可能に水平に支持される。

回転軸３１は上方でアーム３２と接続する。回転軸３１および遮断部材３８は、アーム３２により基板保持ユニット２０と対向する上方位置に支持される。遮断部材３８は、回転軸３１およびアーム３２を介して、遮断部材３８を回転する遮断部材回転機構３３と接続する。遮断部材回転機構３３は、図示しない中空モーターおよび中空軸で構成され、中空軸の一端が中空モーターの回転軸に連結し、他端が回転軸３１の中を通して遮断部材３８の上面に連結する。

また、遮断部材回転機構３３は制御部７０と電気的に接続する。制御部７０の動作指令により遮断部材回転機構３３が駆動すると、遮断部材回転機構３３は、遮断部材３８を回転軸３１の中心を通る中心軸周りに回転させる。遮断部材回転機構３３は、基板保持ユニット２０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３８を回転させるように構成されている。なお、遮断部材３８は、その中心軸がステージ２３の中心軸Ａ０と略一致するように配設される。したがって、ステージ２３と遮断部材３８は、略同じ中心軸周りに水平に回転する。

アーム３２には、公知の駆動機構で構成された遮断部材昇降機構３４が接続する。遮断部材昇降機構３４は制御部７０と電気的に接続する。制御部７０の動作指令により遮断部材昇降機構３４が駆動すると、遮断部材昇降機構３４は、遮断部材３８をステージ２３に近接し、または離間する。

すなわち、制御部７０は、遮断部材昇降機構３４の動作を制御して洗浄ユニット９１ａに対して基板Ｗを搬入出させる際や、基板Ｗに対して、後述する水難溶性液体供給工程を行う際には、遮断部材３８を基板保持ユニット２０の上方の離間位置に上昇させる。一方、基板Ｗに対して後述する洗浄工程等を行う際には、遮断部材３８を基板保持ユニット２０に保持された基板表面Ｗｆのごく近傍に設定された対向位置まで下降させる。

次に、遮断機構３０の管路構成について説明する。遮断機構３０のアーム３２の上面から、回転軸３１を介して、遮断部材３８の中心部の開口まで連通する中空部の内部には、上方外管３５が挿通されるとともに、該上方外管３５に上方内管３６が挿通され、いわゆる二重管構造となっている。上方外管３５および上方内管３６の下方端部は遮断部材３８の開口に延設され、上方内管３６の一方先端は上方内管ノズル３７と、上方外管３５の一方先端は上方外管ノズル３９と、それぞれ接続する。上方内管ノズル３７および上方外管ノズル３９は、遮断部材３８の基板対向面３８１の中央部に設けられる。

上方内管３６は、他方を第１液体供給源６０１と接続する。第１液体供給源６０１は、第１液体を上方内管３６へ供給する供給源である。上方外管３５は、他方を乾燥気体供給源６０２と接続する。乾燥気体供給源６０２は、乾燥気体を上方外管３５へ供給する供給源である。

次に、超音波印加液供給部４０の構成を説明する。超音波印加液供給部４０は、第２液体に超音波を印加した超音波印加液を基板Ｗに供給する。超音波印加液供給部４０は、超音波ノズル４１と、超音波ノズル４１が備える振動子４２へ超音波信号を出力する超音波出力機構４３と、超音波ノズル４１に連通して接続する第２液体供給源６０３とを備える。

超音波ノズル４１は、カップ１０１の最外部における上部にノズル取付部材によって、超音波ノズル４１の吐出口が、中心軸Ａ０の方向を向くように固設される。図４に示すようにカップ１０１をホームポジションに位置させると、超音波ノズル４１は基板保持ユニット２０に保持された基板Ｗの基板裏面Ｗｂよりも低い位置に位置決めされ、このとき、超音波ノズル４１の吐出口はステージ２３の外周側から基板裏面Ｗｂの周縁部に向く。この位置決め状態で該吐出口の向く方向を「吐出方向４４」と称する。この位置決め状態で第２液体供給源６０３から超音波ノズル４１へ第２液体を圧送すると、超音波ノズル４１の吐出口から第２液体が吐出方向４４に沿って基板裏面Ｗｂに供給される。

この超音波ノズル４１の内部には振動子４２が配置される。振動子４２は、超音波ノズル４１の内部に供給される第２液体に超音波振動を付与する。詳述すれば、振動子４２は、図４に示すように吐出方向４４において、超音波ノズル４１の吐出口の反対側に配置される。

超音波出力機構４３は、制御部７０と電気的に接続し、制御部７０からの制御信号にもとづいてパルス信号を振動子４２へ出力する機構である。パルス信号が振動子４２に入力されると、振動子４２が超音波振動する。

超音波ノズル４１の吐出口から第２液体が吐出方向４４に沿って基板裏面Ｗｂに供給された状態で、超音波出力機構４３により振動子４２を超音波振動させると、第２液体に超音波が印加され、基板裏面Ｗｂには第２液体に超音波が印加された超音波印加液が供給される。これにより基板裏面Ｗｂに超音波振動が伝播して基板裏面Ｗｂを超音波洗浄することができる。

次に、水難溶性液体供給部５０の構成を説明する。水難溶性液体供給部５０は、ノズル５１と、一方をノズル５１と接続するアーム５２と、アーム５２の他方と接続する回転軸５３と、回転軸５３を鉛直方向に伸びる中心軸Ａ１周りに回転することで、アーム５２およびノズル５１を中心軸Ａ１周りに回転させるアーム回転機構５４と、ノズル５１に水難溶性の液体を供給する供給源である水難溶性液体供給源６０４と、を有する。ノズル５１の中心軸Ａ１周りの回転動作については後述する。

次に、制御部７０の内部構成について説明する。図５は、制御部７０と洗浄ユニット９１ａの各構成との電気的接続を模式的に図示したブロック図である。制御部７０は、図５に示すように洗浄ユニット９１ａの各部構成と電気的に接続し、動作指令により各部構成を制御する。制御部７０は、上記説明のほか、供給源制御部６０と電気的に接続する。供給源制御部６０は、各種供給源６０１ないし６０６とそれぞれ電気的に接続し、供給源からの液体または気体の供給を各個別に制御する制御部である。供給源制御部６０からの動作指令により、例えば第２液体供給源６０３から下方ノズル２７へ第２液体が圧送され、また第２液体の圧送が停止される。同様に、供給源制御部６０からの動作指令により、例えば水難溶性液体供給源６０４からノズル５１へ水難溶性の液体が圧送され、また水難溶性の液体の圧送が停止される。制御部７０は、供給源制御部６０の指令出力を総括的に制御する。

図６は、制御部７０の内部構成を示す模式図である。制御部７０は、基板処理装置９の各部と電気的に接続しており（図１参照）、各部の動作を制御する。制御部７０のハードウエアとしての構成は、一般的なコンピュータと同様のものを採用できる。すなわち、制御部７０は、例えば、各種演算処理を行う演算処理部（ＣＰＵ）７１、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭ、およびプログラムやデータなどを記憶しておくＨＤＤからなる記憶部７２がバスライン７３に接続して構成されている。記憶部７２には、基板Ｗの処理内容および処理手順を規定するレシピ、および基板処理装置９の構成に関する装置情報などが記憶されている。

制御部７０において、プログラムに記述された手順に従って主制御部としての演算処理部７１が演算処理を行うことにより、基板処理装置９の各部を制御する各種の機能部が実現される。もっとも、制御部７０において実現される一部あるいは全部の機能部は、専用の論理回路などでハードウエア的に実現されてもよい。なお、制御部７０にはプログラムの作成・変更や、複数のプログラムの中から所望のものを選択するために用いる操作部９７１（図１参照）が接続されている。

次に、第１液体供給源６０１、第２液体供給源６０３，６０５へそれぞれ第１、第２液体としてのＤＩＷ（処理液）を供給する処理液供給部１１０について説明する。図７は、処理液供給部１１０の構成を模式的に示す図である。第１実施形態において、第１液体と第２液体は同一の処理液であるＤＩＷが用いられるため、これら供給源６０１，６０３，６０５には同一の処理液供給部１１０が接続される。

処理液供給部１１０は、処理液Ｌ２（第１実施形態では、ＤＩＷ）を貯留する貯留部１１１と、貯留部１１１と一方を接続する配管１１３および配管１１４と、配管１１３の他方と接続し窒素ガスを配管１１３に供給する供給源である窒素ガス供給源６２０と、配管１１３に介挿され、窒素ガス供給源６２０から窒素ガスを貯留部１１１の方向へ圧送するポンプ１１２と、を有する。

また、処理液供給部１１０は、配管１１４の分岐する他端とそれぞれ接続する配管１１５、配管１１６および配管１１７と、配管１１５に介挿されるバルブＶ１と、配管１１６に介挿されるバルブＶ２と、配管１１７に介挿されるバルブＶ３と、をさらに有する。

配管１１５は配管１１４と反対側のガス脱気部１１８を経由して第１液体供給源６０１と接続し、配管１１６は配管１１４と反対側の一端を第２液体供給源６０３と接続し、配管１１７は配管１１４と反対側の一端を第２液体供給源６０５と接続する。バルブＶ１ないしＶ３は、それぞれ配管１１５ないし１１７の連通をその開閉により制御可能に設けられる。

図８は脱気部の構成を模式的に示した断面図である。ガス脱気部１１８は、脱気配管１１８ａの内部に中空糸１１８ｂを配置した二重管構造を有している。中空糸１１８ｂの外周部と脱気配管１１８ａの内周部とによって囲まれる内部空間１１８ｃは、排気路から排気ポンプ１１９ａを介して排気ドレイン１１９ｂと連通接続されている。そのため、排気ポンプ１１９ａを動作させことにより、内部空間１１８ｃを真空状態にすることができる。したがって、排気ポンプ１１９ａを動作させて内部空間１１８ｃを真空状態にするとともに、バルブＶ１を開成して中空糸１１８ｂに貯留部１１１から供給される処理液を流通させると、当該中空糸１１８ｂを流通する処理液に溶解しているガスを取り除いて脱気することができる。すなわち、ガス脱気部１１８は、中空糸１１８ｂを流通する処理液に溶存するガス濃度を低下させるガス濃度調整部として使用される。

図７に戻る。ポンプ１１２、バルブＶ１ないしＶ３は、それぞれ供給源制御部６０と電気的に接続する。供給源制御部６０の動作指令により、ポンプ１１２が駆動され窒素ガスが窒素ガス供給源６２０から貯留部１１１へ圧送されている状態で、バルブＶ１を開成すると、処理液Ｌ２が配管１１４、配管１１５を介し、ガス脱気部１１８を通過して第１液体供給源６０１へ供給される。そこから上方内管３６を介して上方内管ノズル３７から第１液体としての処理液Ｌ２が吐出される。

同様に、供給源制御部６０の動作指令により、ポンプ１１２が駆動され窒素ガスが窒素ガス供給源６２０から貯留部１１１へ圧送されている状態で、バルブＶ２を開成すると、処理液Ｌ２が配管１１４、配管１１６を介して第２液体供給源６０３へ供給され、そこから下方内管２５を介して下方ノズル２７から第２液体としての処理液Ｌ２が吐出される。

同様に、供給源制御部６０の動作指令により、ポンプ１１２が駆動され窒素ガスが窒素ガス供給源６２０から貯留部１１１へ圧送されている状態で、バルブＶ３を開成すると、処理液Ｌ２が配管１１４、配管１１７を介して第２液体供給源６０５へ供給され、そこから超音波ノズル４１を介してその吐出口から第２液体としての処理液Ｌ２が吐出される。

このように、第１実施形態における処理液供給部１１０は、窒素ガスの圧送で処理液Ｌ２を洗浄ユニット９１ａの各部へ供給する構成であるため、処理液Ｌ２を貯留部１１１内に長時間放置すると、処理液Ｌ２における、貯留部の雰囲気である窒素ガスにたいする溶存ガス濃度は飽和状態となる。より具体的には、大気圧環境下における窒素ガスのＤＩＷへの飽和溶存ガス濃度である１８ｐｐｍと同程度か、それ以上の濃度となる。実際には窒素ガスが圧送されることで大気圧よりも高圧環境に処理液Ｌ２が曝されることにより、大気圧環境下における窒素ガスのＤＩＷへの飽和溶存ガス濃度よりも高濃度の窒素ガスが溶存する。一方、第１液体供給源６０１へ供給される処理液は、ガス脱気部１１８を通過するため、第２液体供給源６０３及び６０５に供給される処理液に比べ、溶存ガス濃度を低下させることができる。

次に、水難溶性液体供給部５０におけるノズル５１の動作について、図９を用いて説明する。図９は、中心軸Ａ１周りにおけるノズル５１の回転動作と、ノズル５１と基板保持ユニット２０に保持された基板Ｗとの位置関係を模式的に示す図である。

制御部７０からの動作指令にもとづき、アーム回転機構５４が回転軸５３を中心軸Ａ１周りに回転させると、これに伴いアーム５２が揺動し、ノズル５１は、基板保持ユニット２０に保持された基板Ｗの基板表面Ｗｆに対向した状態で、移動軌跡Ｔ１に沿って移動する。移動軌跡Ｔ１は、中心位置Ｐ１１から位置Ｐ１２を通って周縁位置Ｐ１３に向かう軌跡である。

ここで、中心位置Ｐ１１は、基板Ｗの上方で、かつ中心軸Ａ０の略上に位置し、周縁位置Ｐ１３は基板Ｗの周縁部の外周端の上方に位置する。すなわち、アーム回転機構５４は、ノズル５１を基板表面Ｗｆに平行な方向に、基板Ｗに対して相対移動が可能である。また、ノズル５１は、移動軌跡Ｔ１の延長線上であって基板Ｗと対向する位置から側方に退避した退避位置Ｐ１４にも移動可能となっている。

これに加え、基板Ｗはステージ２３の回転に伴って回転されるため、ステージ２３をステージ回転機構２２により回転させた状態で、アーム５２をアーム回転機構５４により揺動させることで、ノズル５１を基板Ｗの全面に順次対向させる、すなわち基板Ｗの全面をノズル５１がスキャンすることが可能となる。

＜１−３．基板処理の工程＞
次に、上記のように構成された基板処理装置９における基板処理動作について説明する。ここで、基板表面Ｗｆには、凹凸のパターンが前工程により形成されている。パターンは、凸部および凹部を備えている。凸部は、例えば１００〜２００ｎｍの範囲の高さであり、１０〜２０ｎｍの範囲の幅である。また、隣接する凸部間の距離（凹部の幅）は、例えば１０〜２０ｎｍの範囲である。

以下、図４を適宜参照しながら、図１０を用いて基板処理の工程を説明する。図１０は第１実施形態における基板処理装置９の全体の動作を示すフローチャートである。なお、以下の説明において特に断らない限り、遮断機構３０は、遮断部材３８が対向位置にある場合、基板保持ユニット２０のステージ回転機構２２がステージ２３を回転する方向に略同じ回転数で遮断部材３８を回転するものとする。

まず、所定の基板Ｗに応じた記憶部７２内の基板処理用のプログラムが操作部９７１（図１参照）で選択され、実行指示される。その後、基板Ｗを洗浄ユニット９１ａに搬入する準備として、制御部７０が動作指令を行い以下の動作をする。

すなわち、制御部７０の動作指令によって、遮断部材３８の回転を停止し、ステージ２３の回転を停止する。また、遮断部材３８を離間位置へ移動すると共に、ステージ２３を基板Ｗの受け渡しに適した位置へ位置決めする。また、カップ２１０をホームポジションに位置決めする。ステージ２３が基板Ｗの受け渡しに適した位置に位置決めされた後、各チャック２４を開状態とする。また、ノズル５１が退避位置Ｐ１４に位置決めされる。

基板Ｗを洗浄ユニット９１ａに搬入する準備が完了した後、未処理の基板Ｗを洗浄ユニット９１ａへ搬入する基板搬入工程（ステップＳ１０１）を行う。すなわち、インデクサロボット９３１がオープナー９４上のＦＯＵＰ９４９の所定の位置にある基板Ｗを下側のハンド９３３で取り出し、シャトル９５の下側のハンド９５１に載置する。その後、シャトル９５の下側のハンド９５１をセンターロボット９６の側に移動し、センターロボット９６がシャトル９５の下側のハンド９５１上の基板Ｗを、下側のハンド９６１で取り上げる。

その後、洗浄ユニット９１ａのシャッター９１１が開かれ、センターロボット９６が下側のハンド９６１を洗浄ユニット９１ａの中に伸ばし、基板Ｗを基板保持ユニット２０のチャック２４の支持ピンの上に載置する。基板Ｗの洗浄ユニット９１ａへの搬入が終了すると、センターロボット９６が下側のハンド９６１を縮めて洗浄ユニット９１ａの外に出る。その後、シャッター９１１が閉じる。

続いて、洗浄ユニット９１ａに搬入された基板Ｗを保持し、回転する基板保持・回転工程（ステップＳ１０２）が実行される。すなわち、未処理の基板Ｗが洗浄ユニット９１ａの内部に搬入されると、チャック２４の支持ピンの上に載置される。そして、制御部７０が基板保持ユニット２０へ動作指令を行い、チャック２４を閉状態とする（基板保持工程）。

未処理の基板Ｗが基板保持ユニット２０に保持された後、制御部７０が基板保持ユニット２０へ動作指令を行い、ステージ２３の回転を開始する（基板回転工程）。そして、続く水難溶性液体供給工程から基板乾燥工程までの間、回転を維持する。

ここで、最初は基板表面Ｗｆに供給される水難溶性の液体が基板Ｗの回転による遠心力で基板表面Ｗｆの中心から周縁部に亘って広げることができる回転速度にする。本実施形態では、水難溶性液体供給工程における基板Ｗの回転速度を２００ｒｐｍとする。

先ず、基板表面Ｗｆのパターンに水難溶性の液体を供給する水難溶性液体供給工程（ステップＳ１０３）を実行する。制御部７０は、遮断部材３８が離間位置にあるか検知し、離間位置にいなければ、遮断部材３８の回転を停止し、離間位置へ移動する。次に、制御部７０がアーム回転機構５４に動作指令を行い、ノズル５１を退避位置Ｐ１４から中心位置Ｐ１１に位置決めする（図８参照）。この状態で、制御部７０の動作指令にもとづき、水難溶性液体供給源６０４から水難溶性の液体がノズル５１を介して基板表面Ｗｆへ供給される。水難溶性の液体はステージ２３の回転に伴う基板Ｗの回転によって、基板表面Ｗｆの中心部から基板Ｗの周縁部に亘って供給される。

図１１（ａ）は、第１実施形態における水難溶性液体供給工程の基板表面Ｗｆのパターン（以下、適宜パターンの凸部を「パターンＷｐ」と称する）領域を拡大した様子を示す。上記の水難溶性の液体の供給により、基板表面Ｗｆの全面に図１１（ａ）のようにまんべんなく水難溶性の液体８０１を供給することができる。

次に、基板表面Ｗｆのパターンに第１液体を供給した状態で、基板裏面Ｗｂを超音波印加液により洗浄する洗浄工程（ステップＳ１０４）を実行する。洗浄工程が開始すると、制御部７０が遮断部材昇降機構３４および遮断部材回転機構３３に動作指令を行い、遮断部材３８を近接位置に維持する。続いて、制御部７０がステージ回転機構２２に動作指令を行い、回転速度を変更する場合は遮断部材３８と共に回転速度を変更する。洗浄工程における基板Ｗの回転速度は、後述する、パターンＷｐに対する水難溶性の液体８０１による液膜を維持できる速度が好ましい。本実施形態では、洗浄工程における基板Ｗの回転速度を５００ｒｐｍとして説明する。

この状態で、制御部７０の動作指令にもとづき、第１液体供給源６０１から第１液体８０２が上方外管ノズル３９から基板表面Ｗｆへ供給される。第１液体８０２はステージ２３の回転に伴う基板Ｗ回転の回転によって、基板表面Ｗｆの中心部から基板Ｗの周縁部に亘って供給され、水難溶性の液体８０１から第１液体８０２に置換される。

図１１（ｂ）は、第１実施形態における第１液体を基板表面Ｗｆに供給している状態でのパターン領域を拡大した様子を示す。第１液体８０２の供給により、基板表面ＷｆはパターンＷｐの表面を除き水難溶性の液体８０１から第１液体８０２に置換される。

一方、パターンＷｐは水難溶性の液体８０１による液膜で覆われた状態となる。これは、水への溶解度が０．６−２０ｐｐｍであるＨＦＥのような水難溶性の液体が、既にパターンＷｐに接触していることから、液体の表面張力または物質間の界面自由エネルギーの影響により、このような現象が生じたものと考えられる。例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等の各種アルコール類であれば、第１液体８０２であるＤＩＷに溶けやすいことから、この現象は生じない。また、先に第１液体８０２であるＤＩＷを基板表面Ｗｆへ供給して液膜を形成した後、ＨＦＥを基板表面Ｗｆへ供給したところ、ＨＦＥは基板表面Ｗｆへ到達せず、パターンに対して液膜は形成されなかった。

なお、第１実施形態における水難溶性の液体８０１であるＨＦＥは、常温（２５℃）での比重が１．４３−１．６７あたりであり、水より重い。即ち、パターンが形成された基板表面Ｗｆが上方に向けた状態であれば、第１液体８０２の比重に対して重い液体を用いることが好適であると考える。

この状態で、制御部７０の動作指令にもとづき、第２液体供給源６０５から第２液体が下方ノズル２７を介して基板裏面Ｗｂの中央部へ供給し、基板Ｗの回転による遠心力で基板Ｗの周縁部へ広がることで基板裏面Ｗｂに第２液体の液膜を形成する。

そして、制御部７０の動作指令にもとづき、第２液体供給源６０３から第２液体を超音波ノズル４１へ供給し、超音波出力機構４３が振動子４２を振動させて超音波ノズル４１の内部に導入された第２液体に超音波を印加した状態で、超音波ノズル４１の吐出口から吐出方向４４に沿って基板裏面Ｗｂへ超音波印加液を供給する。これにより、超音波振動が第２液体供給源６０５から供給された第２液体にも伝搬し、基板裏面Ｗｂを良好に洗浄することができる（超音波洗浄工程）。

第２液体は、図７により説明したように溶存ガス濃度が飽和状態の液体であるため、超音波の印加によって生じる気泡（キャビテーション）の生成および崩壊のエネルギー（キャビテーションエネルギー）が、基板裏面Ｗｂに付着したパーティクル等の汚染物質により強く作用する。これにより、基板裏面Ｗｂに付着したパーティクルを除去し、基板Ｗの回転による遠心力で基板Ｗの中心部から基板Ｗの周縁部へ広がる第２液体にパーティクルが混入して共に基板Ｗの周縁部外側へ振り切られ、除去される。

一方、第１の液体は、処理液供給部１１０におけるガス脱気部１１８を通って第１液体供給源６０１から供給されるため、第２液体に比べ溶存ガス濃度が低い。但し、実際には雰囲気中に残存するガスが処理液に溶解することから、処理液から完全にガスを取り除くことは難しい。特に、処理液供給部１１０が窒素ガスの圧送で供給しているなどの装置構成においては、なおさらである。

ここで、基板表面Ｗｆのパターン倒壊防止および汚染防止の効果について説明する。基板裏面Ｗｂに印加される超音波振動は基板Ｗを介して基板表面Ｗｆ側にも伝搬し、前述通り、第１液体中でもキャビテーションの生成および崩壊が生じる。仮に、パターンＷｐ同士の間に液体が存在する（例えば、パターンＷｐ間に第１液体が充填される）状態である場合、パターンＷｐの表面、特にパターンＷｐの側面部分が接液状態であることに起因してパターンＷｐにもキャビテーションエネルギーが作用し、パターンＷｐが折れる等、ダメージが発生するおそれがある。

これに対し、第１実施形態では、図１１（ｂ）に示すように、パターンＷｐの表面に水難溶性の液体８０１による液膜が存在し、基板裏面Ｗｂの超音波による洗浄が実行される。すなわち、パターンＷｐの表面は第１液体とは異なる液体に覆われており、この液体は少なくとも難溶であることから、第１液体にガスが溶存していたとしても、ガスは水難溶性の液体へ移動し難い。従って、パターンＷｐに対し、溶存ガスにより生じるキャビテーションエネルギーが作用することを防止でき、基板表面Ｗｆのパターン倒壊を防止することができる。

なお、たとえ第１液体から水難溶性の液体へガスが移動したとしても、水難溶性の液体におけるキャビテーションエネルギーが第１液体におけるキャビテーションエネルギーより小さければ、パターンＷｐへのキャビテーションによる影響を軽減することができる。

ここで、キャビテーションエネルギーＵは下の数式より算出できる。σは表面張力、Ｐｅは静圧，Ｐｖは蒸気圧を表す。この式より、キャビテーションエネルギーによる損傷は液体の表面張力σが大きいほど激しいことが分かる。前述の表１に、本願発明における水難溶性の液体として挙げた液体の表面張力を表す。本願発明において挙げた液体は第１液体である水と比べて表面張力が小さいため、キャビテーションエネルギーによる損傷を軽減することができる。

また、パターンＷｐに水難溶性の液体による液膜を形成した状態にすれば、基板表面Ｗｆに第１液体等の液体を供給しない状態で、基板裏面Ｗｂの超音波洗浄を行えばよいが、この場合、基板裏面Ｗｂに供給する超音波印加液等の液体がチャック２４等の各構成に当って跳ね返り、基板表面Ｗｆに付着することで基板表面Ｗｆのパターンを汚染するおそれがある。また、液体の跳ね返り以外にも、雰囲気中に浮遊して存在するパーティクル等の汚染物質が液膜に覆われずに露わになった基板表面Ｗｆに付着することで、基板表面Ｗｆのパターンを汚染するおそれがある。

これに対し、第１実施形態では、図１１（ｂ）に示すように、基板裏面Ｗｂを洗浄する間、基板表面Ｗｆの全体を第１液体８０１で継続して供給されることで、常に基板表面Ｗｆを清浄な状態に保つことができ、基板裏面Ｗｂからの液体の跳ね返りや、雰囲気中のパーティクル付着に起因する基板表面Ｗｆのパターン汚染を防止することができる。

次に基板表面Ｗｆおよび基板裏面Ｗｂを乾燥する基板乾燥工程（Ｓ１０５）が実行される。基板乾燥工程が実行されると、制御部７０が遮断部材昇降機構３４および遮断部材回転機構３３に動作指令を行い、遮断部材３８を近接位置に移動させ、遮断部材３８の回転を開始する。

続いて、制御部７０がステージ回転機構２２に動作指令を行い、回転速度を変更する。基板乾燥工程における基板Ｗの回転速度は、基板表面Ｗｆにおける溶解液を基板Ｗの回転による遠心力で振り切ることができるように、５００〜１０００ｒｐｍに設定することが好ましい。

この状態で、制御部７０の動作指令にもとづき、乾燥気体供給源６０２から乾燥気体が上方外管ノズル３９を介して基板表面Ｗｆへ供給される。また、制御部７０の動作指令にもとづき、乾燥気体供給源６０６から乾燥気体が気体供給路２６を介してステージ２３の開口から基板裏面Ｗｂへ供給される。

第１液体、および水難溶性の液体はステージ２３の回転に伴う基板Ｗの回転によって、基板Ｗの周縁部外側へ振り切られることにより、基板表面Ｗｆから除去される。また、第１液体、および水難溶性の液体は、基板表面Ｗｆおよび基板裏面Ｗｂから供給される乾燥気体中へ蒸発することによっても、基板表面Ｗｆから除去される。

ここで、第１実施形態のように基板表面Ｗｆに微細なパターンが形成されている場合には、パターン間に充填された液体を乾燥する際に当該液体の表面張力に起因してパターンに応力が作用し、隣接するパターン同士が当該液体の乾燥に伴って引き寄せられ、パターンが倒壊するおそれがある。

第１実施形態における水難溶性の液体は、ＨＦＥであり、前述通り、ＤＩＷ等の純水と比較して低い表面張力を有する液体である。したがって、基板表面Ｗｆに形成されたパターンが水難溶性の液体の乾燥に伴って受ける応力も純水と比べ小さくなり、パターン倒壊を防止しつつ良好に基板を乾燥することができる。すなわち、第１実施形態において、水難溶性の液体は、洗浄時の保護液として機能し、かつ基板表面Ｗｆの乾燥時のパターン倒壊を防止するためのリンス液としても機能する。

また、基板裏面Ｗｂに付着した第２液体も、基板乾燥工程により除去される。すなわち、第２液体はステージ２３の回転に伴う基板Ｗの回転によって、基板Ｗの周縁部外側へ振り切られることにより、基板裏面Ｗｂから除去される。また、第２液体は、基板表面Ｗｆおよび基板裏面Ｗｂから供給される乾燥気体中へ蒸発することによっても、基板裏面Ｗｂから除去される。

基板乾燥工程により、基板Ｗに付着した溶解液および第２液体が除去されると、次に、基板Ｗを洗浄ユニット９１ａから搬出する基板搬出工程を行う（ステップＳ１０６）。基板搬出工程が実行されると、制御部７０が遮断部材昇降機構３４および遮断部材回転機構３３に動作指令を行い、遮断部材３８を離間位置に移動させ、遮断部材３８の回転を停止する。

続いて、制御部７０がステージ回転機構２２に動作指令を行い、ステージの回転を停止し、ステージ２３を基板Ｗの受け渡しに適した位置へ位置決めする。また、カップ１０１はホームポジションに位置決めする。そして、チャック２４を開状態として基板Ｗを支持ピンの上に載置する。

その後、シャッター９１１を開放し、センターロボット９６が上側のハンド９６１を洗浄ユニット９１ａの中に伸ばし、基板保持ユニット２０からハンド９６１へ基板Ｗが受け渡される。ハンド９６１により基板Ｗを保持した後、基板Ｗを洗浄ユニット９１ａの外に搬出し、シャトル９５の上側のハンド９５１に移載する。その後、シャトル９５は上側のハンド９５１をインデクサユニット９３の側に移動する。そして、インデクサロボット９３１が上側のハンド９３３でシャトル９５の上側のハンド９５１に保持されている基板Ｗを取り出し、ＦＯＵＰ９４９の所定の位置に搬入し、一連の処理が終了する。

＜２．第２実施形態＞
次に、図１２を用いて、本願の第２実施形態に係る基板処理装置９および当該装置による基板処理方法について説明する。図１２は、第２実施形態に係る洗浄ユニット９１（以下、「洗浄ユニット９１ｂ」と称する）の構成を模式的に示す図である。第２実施形態に係る基板処理装置９の洗浄ユニット９１ｂは、第１実施形態と同様の遮断機構３０および基板保持ユニット２０を備える。第１実施形態と第２実施形態が相違する点は、これら機構へ接続する供給源の配置と、超音波印加液供給部４０の構成である。

第２実施形態において、遮断機構３０の上方内管ノズル３７には、リンス液を供給する供給源であるリンス液供給源６０７が上方内管３６を介して接続する。リンス液としては、ＤＩＷ等の純水、ＩＰＡ等、基板Ｗに対する諸々のリンス液を用いてよい。第２実施形態では、ＩＰＡよりも比較的コストの低いＤＩＷをリンス液として用いる。また、遮断機構３０の上方外管ノズル３９には、第１実施形態と同様の乾燥気体供給源６０２が接続する。

基板保持ユニット２０における下方ノズル２７には、第１液体を供給する供給源である第１液体供給源６０１および水難溶性の液体を供給する供給源である水難溶性液体供給源６０４が、下方内管２５を介して接続する。第２実施形態における水難溶性の液体は、水と比べて比重の軽いシクロヘキサンを用いる。
これら第１液体供給源６０１および水難溶性液体供給源６０４は、それぞれ供給源制御部６０と電気的に接続し、供給源制御部６０の動作指令にもとづき、それぞれ独立して各液体を下方ノズル２７から吐出することができる。また、気体供給路２６には、第１実施形態と同様の乾燥気体供給源６０６が接続する。

第２実施形態において、基板保持ユニット２０は、基板Ｗをチャック２４により保持する際、基板裏面Ｗｂを上方（Ｚ方向）に向け、基板表面Ｗｆをステージ２３に対向させた状態で保持する。すなわち、パターンが形成された基板表面Ｗｆがステージ２３側を向いた状態で、基板Ｗがチャック２４により水平姿勢に保持される。

次に、第２実施形態における超音波印加液供給部４０の構成について説明する。図１２に示すように、超音波印加液供給部４０は、振動子４２を有する超音波ノズル４１、超音波出力機構４３、超音波ノズル４１へ第２液体を供給する供給源である第２液体供給源６０５を有する。また、超音波印加液供給部４０は、超音波ノズル４１を支持するアーム４５、アーム４５と接続する回転軸４６、回転軸４６を鉛直方向に伸びる中心軸Ａ２周りに回転させるアーム回転機構４７とをさらに有する。

アーム回転機構４７は、制御部７０と電気的に接続し、制御部７０の動作指令にもとづき、回転軸４６を中心軸Ａ２周りに回転させる。回転軸４６の回転に伴い、回転軸４６からＸＹ水平面内の一方向に伸びるアーム４５がＸＹ水平面内で中心軸Ａ２周りに回動し、これとともに超音波ノズル４１も回動する。

また、超音波印加液供給部４０は、超音波ノズル４１とアーム４５の間に、超音波ノズル４１の基板Ｗに対する角度を調整可能な方向調整部（図示省略）をさらに備える。

次に、超音波印加液供給部４０における超音波ノズル４１の動作について、図１３を用いて説明する。図１３は、中心軸Ａ２周りにおける超音波ノズル４１の回転動作と、超音波ノズル４１と基板保持ユニット２０に保持された基板Ｗとの位置関係を模式的に示す図である。

制御部７０からの動作指令にもとづき、アーム回転機構４７が回転軸４６を中心軸Ａ２周りに回転させると、これに伴いアーム４５が揺動し、超音波ノズル４１は、基板保持ユニット２０に保持された基板Ｗの基板裏面Ｗｂに対向した状態で、移動軌跡Ｔ２に沿って移動する。移動軌跡Ｔ２は、中心位置Ｐ２１から位置Ｐ２２を通って周縁位置Ｐ２３に向かう軌跡である。

ここで、中心位置Ｐ２１は、基板Ｗの上方で、かつ中心軸Ａ０の略上に位置し、周縁位置Ｐ１３は基板Ｗの周縁部の外周端の上方に位置する。すなわち、アーム回転機構４７は、超音波ノズル４１を基板裏面Ｗｂに平行な方向に、基板Ｗに対して相対移動させる。また、超音波ノズル４１は、移動軌跡Ｔ２の延長線上であって基板Ｗと対向する位置から側方に退避した退避位置Ｐ２４にも移動可能となっている。

これに加え、基板Ｗはステージ２３の回転に伴って回転されるため、ステージ２３をステージ回転機構２２により回転させた状態で、アーム４５をアーム回転機構４７により揺動させることで、超音波ノズル４１を基板Ｗの全面に順次対向させる、すなわち基板Ｗの全面を超音波ノズル４１がスキャンすることが可能となる。

なお、中心位置Ｐ２１は、超音波ノズル４１から吐出される第２液体または超音波印加液が基板Ｗの中央部に着液する位置であればよく、後述する入射角度θ１に応じて、適宜設定されるものであるため、中心軸Ａ０の略上に位置する構成は必須ではない。

超音波ノズル４１は、基板保持ユニット２０により基板裏面Ｗｂを上方に向けて保持される基板Ｗと対向し、超音波ノズル４１の吐出口と基板裏面Ｗｂとは、角度θ１の関係にある。ここで、θ１は超音波ノズル４１から吐出される超音波印加液の基板裏面Ｗｂへの入射角度であり、７５度以上９０度以下であることが好適である。

図１４は、基板Ｗの一方主面から超音波印加液を供給した際の、他方主面に伝搬する超音波振動の大きさ（音圧）と、入射角度θ１との関係の実測値を示す図である。入射角度θ１の好適な値について、図１４を用いて説明する。

図１４に示す測定では、基板Ｗの一方主面から超音波出力２０Ｗの超音波印加液を流量１．５Ｌ／ｍにて供給し、基板Ｗの他方主面にハイドロフォンを配置して、当該ハイドロフォンにて音圧を測定した。これにより、基板Ｗ自体に与えられる音圧を測定することができる。測定された音圧は、入射角度θ１に対して明瞭な依存性が認められた。より具体的には、入射角度θ１＝８２で音圧が極大化した。

超音波洗浄では、基板Ｗに与えられる音圧が大きいほど、より強い洗浄力が得られるため、基板Ｗの主面を良好に洗浄するためには、図１４のグラフから入射角度θ１については７５度ないし９０度の範囲に設定するのが望ましく、８２度に設定するのがさらに好ましい。

以上から、第２実施形態では、入射角度θ１を８２度としている。しかしながら、最適な入射角度θ１は、超音波ノズル４１の形状や超音波振動出力等の各種条件により、その都度変化するとされるため、本発明の実施に関しては、入射角度θ１は８２度に限られず、図１４のように音圧が最大となる入射角度θ１を装置ごとに測定することにより、装置ごとに最適な入射角度θ１が選択されてよい。このため、超音波ノズル４１とアーム４５の間には、４５度から９０度まで入射角度θ１を設定可能な方向調整部（図示省略）が設けられる。

次に、第２実施形態における基板処理装置の動作について説明する。図１０のフローチャートを参照する。第２実施形態において、基板洗浄動作が開始されると、第１実施形態と基板Ｗの表裏が逆となった状態で（すなわち、パターンが形成された基板表面Ｗｆを下方に向けた状態で）基板搬入工程（Ｓ１０１）および基板保持・回転工程（Ｓ１０２）が実行される。

基板保持・回転工程において、制御部７０がステージ回転機構２２に動作指令を行い、基板の回転を開始し、続く水難溶性液体供給工程までその回転を維持する。水難溶性液体供給工程における基板Ｗの回転速度は、基板表面Ｗｆに供給される水難溶性の液体が基板Ｗの回転による遠心力で基板Ｗの中心から周縁部に亘って広げることができるように、１００〜１０００ｒｐｍに設定することが好ましい。

続いて、水難溶性液体供給工程（Ｓ１０３）が開始すると、制御部７０が遮断部材昇降機構３４および遮断部材回転機構３３に動作指令を行い、遮断部材３８を離間位置に維持し、遮断部材３８の停止を維持する。

次に、制御部７０の動作指令にもとづき、水難溶性液体供給源６０４から水難溶性の液体が下方ノズル２７から基板表面Ｗｆへ供給される。水難溶性の液体は、基板Ｗの回転に伴って、下方ノズル２７が位置する基板Ｗの中央部から基板Ｗの周縁部へ広がり、基板表面Ｗｆの全体に供給される。

パターンＷｐ表面が水難溶性の液体による液膜８０１で被膜された後、洗浄工程（Ｓ１０４）を開始する。洗浄工程では、まず、制御部７０の動作指令にもとづき、ステージ回転機構２２が、基板表面Ｗｆに供給される第１液体を基板Ｗの回転による遠心力で基板Ｗの中心から周縁部に亘って広げることができるように、基板Ｗの回転速度を１００〜１０００ｒｐｍに設定する。

続いて、制御部７０の動作指令にもとづき、第１液体供給源６０１から下方ノズル２７を介して基板表面Ｗｆへ第１液体が供給される。第１液体は、基板Ｗの回転に伴う遠心力で、基板表面Ｗｆの中心部から周縁部へ広げられる。

図１５（ａ）は、第２実施形態における水難溶性液体供給工程終了後のパターンＷｐ領域を拡大した様子を示す。水難溶性の液体は、基板表面Ｗｆの全体に供給された後、自重によりパターンＷｐの表面を除き落滴する。一方、パターンＷｐの表面には水難溶性の液体による液膜８０１が形成される。これは、液体の表面張力または物質間の界面自由エネルギーの影響により生じると考えられる。

図１５（ｂ）は、第２実施形態において、第１液体を基板表面Ｗｆに供給している状態でのパターン領域を拡大した様子を示す。パターンＷｐの表面は、水難溶性の液体による液膜８０１が形成され、さらに基板表面Ｗｆ全体に第１液体による液膜が形成される。水難溶性の液体であるシクロヘキサンは、比重が０．７８であり、前述通り第１液体の液膜より先にパターンＷｐの表面を液膜で形成していることから、第１液体であるＤＩＷに置換されることなく液膜が維持される。

この状態で、基板裏面Ｗｂへ超音波ノズル４１から超音波印加液を供給し、超音波ノズル４１を回動させて基板裏面Ｗｂをスキャンすることで、基板裏面Ｗｂの全面を良好に超音波洗浄する。まず、制御部７０の動作指令にもとづき、超音波ノズル４１を中心位置Ｐ２１（図１３参照）に位置決めする。次に、第２液体供給源６０５から第２液体が超音波ノズル４１を介して基板裏面Ｗｂへ供給され、この状態で超音波出力機構４３からパルス信号を振動子４２へ出力することで、振動子４２を超音波振動させ、第２液体に超音波を印加する。これにより、超音波ノズル４１は吐出口から超音波印加液を吐出する。

超音波ノズル４１から超音波印加液を吐出した状態で、制御部７０がアーム回転機構４７に動作指令を行い、中心位置Ｐ２１から周縁位置Ｐ２３の間を、１回または複数回スキャンして、基板裏面Ｗｂの全面を洗浄する（超音波洗浄工程）。

このとき、基板表面Ｗｆには第１液体の液膜が形成されているため、基板表面Ｗｆのパターン汚染が防止できる。また、もし第１液体にガスが溶存していたとしても、水難溶性の液体による液膜８０１へガスが移動しにくい。従って、パターンＷｐへキャビテーションエネルギーが作用することを防止でき、基板表面Ｗｆのパターン倒壊を防止することができる。さらに、たとえ第１液体から水難溶性の液体へガスが移動したとしても、水難溶性の液体におけるキャビテーションエネルギーが第１液体におけるキャビテーションエネルギーより小さければ、パターンＷｐへのキャビテーションによる影響を軽減することが可能である。第２実施形態において用いる水難溶性の液体はシクロヘキサン、第１液体は第１実施形態と同じＤＩＷであり、シクロヘキサンは水に比べて表面張力が小さいため、第２実施形態でもパターンＷｐへのキャビテーションによる影響を軽減することができる。

続いて、制御部７０がステージ回転機構２２に動作指令を行い、回転速度を変更する。基板乾燥工程における基板Ｗの回転速度は、基板表面Ｗｆにおける第１液体、および水難溶性の液体を基板Ｗの回転による遠心力で振り切ることができるように、５００〜１０００ｒｐｍに設定することが好ましい。

この状態で、制御部７０の動作指令にもとづき、乾燥気体供給源６０２から乾燥気体が上方外管ノズル３９を介して基板裏面Ｗｂへ供給される。また、制御部７０の動作指令にもとづき、乾燥気体供給源６０６から乾燥気体が気体供給路２６を介してステージ２３の開口から基板表面Ｗｆへ供給される。

基板乾燥工程により、基板Ｗに付着した第１液体、水難溶性の液体および第２液体が除去されると、次に、基板Ｗを洗浄ユニット９１ａから搬出する基板搬出工程を行う（ステップＳ１０６）。基板搬出工程が実行されると、制御部７０が遮断部材昇降機構３４および遮断部材回転機構３３に動作指令を行い、遮断部材３８を離間位置に移動させ、遮断部材３８の回転を停止する。

以上のように、本実施形態では、一方主面にパターンが形成された基板に対し、その他方主面に付着した汚染物質を超音波により除去して、基板を洗浄する超音波洗浄処理において、キャビテーションによるパターンの倒壊を防止し、かつ他方主面に対し良好な洗浄処理を行うことができる。

また、本実施形態によれば、他方主面に付着した汚染物質を超音波により除去して、基板を洗浄する超音波洗浄処理を、一方主面に液膜を形成した状態で実行するため、超音波洗浄処理中におけるパターンを含む一方主面の汚染を防止することができる。

上述した本実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲と均等の意味及び特許請求の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、本発明の効果がある限りにおいては、基板処理装置及び基板処理方法に、本実施形態に開示されていない構成要素が含まれていてもよい。

この発明は、パターンが形成された基板を超音波洗浄する洗浄技術全般、ならびに当該洗浄技術を用いて基板にいわゆる超音波洗浄処理を施す基板処理方法および基板処理装置に適用することができる。

Claims

一方主面にパターンを有する基板を他方主面と共に洗浄する基板処理方法であって、
前記一方主面の前記パターンの表面に対して液膜を形成する液膜形成工程と、
前記液膜形成工程の後、前記一方主面に第１液体を供給し、かつ、前記他方主面へ第２液体に超音波を印加した超音波印加液を供給して洗浄する洗浄工程と、を備え、
前記液膜は前記第１液体に対して難溶であることを特徴とする基板処理方法。
前記一方主面が上方に向けた状態であり、
前記液膜を形成する液体の比重は前記第１液体より重いことを特徴とする請求項１に記載に記載の基板処理方法。
前記一方主面が下方に向けた状態であり、
前記液膜を形成する液体の比重は前記第１液体より軽いことを特徴とする請求項１に記載に記載の基板処理方法。
前記液膜を形成する液体の表面張力は前記第１液体の表面張力より小さいことを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載の基板処理方法。
一方主面にパターンを有する基板を他方主面と共に洗浄する基板処理装置であって、
前記一方主面の前記パターンの表面に対して液膜を形成する液膜形成手段と、
前記一方主面に第１液体を供給し、かつ、前記他方主面へ第２液体に超音波を印加した超音波印加液を供給して洗浄する洗浄手段と、を備え、
前記液膜は前記第１液体に対して難溶であることを特徴とする基板処理装置。