JP2022130296A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の温度に面内分布のばらつきが生じるのを抑制することができる基板処理装置を提供することである。【解決手段】実施形態に係る基板処理装置は、基板を載置可能な載置台を有し、載置された前記基板を回転可能な載置部と、前記載置台と、前記基板と、の間の空間に、冷却ガスを供給可能な冷却ノズルと、前記基板の、前記載置台側とは反対の面に液体を供給可能な液体供給部と、前記冷却ノズルの、前記冷却ガスの排出側に設けられた分散板と、を備えている。前記分散板は、厚み方向を貫通する第１の孔を有している。前記冷却ノズルの中心軸に沿った方向から見て、前記第１の孔は、前記冷却ノズルの中心軸に重なる位置に設けられている。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、基板処理装置に関する。

インプリント用テンプレート、フォトリソグラフィ用マスク、半導体ウェーハなどの基板の表面に付着したパーティクルなどの汚染物を除去する方法として、凍結洗浄法が提案されている。

凍結洗浄法においては、例えば、洗浄に用いる液体として純水を用いる場合、まず、回転させた基板の表面に純水と冷却ガスを供給する。次に、純水の供給を止め、供給した純水の一部を排出して基板の表面に水膜を形成する。水膜は、基板に供給された冷却ガスによって凍結される。水膜が凍結して氷膜が形成される際に、パーティクルなどの汚染物が氷膜に取り込まれることで基板の表面から分離される。次に、氷膜に純水を供給して氷膜を融解し、純水とともに汚染物を基板の表面から除去する。

ところが、基板の、水膜が形成された側に冷却ガスを供給すると、水膜の表面側（水膜の、基板側とは反対側）から凍結が始まることになる。水膜の表面側から凍結が始まると、基板の表面に付着している不純物を基板の表面から分離するのが困難となる。
そこで、基板の裏面（基板の、水膜が形成される側とは反対側の面）に冷却ガスを供給する技術が提案されている。（例えば、特許文献１を参照）

しかしながら、単に、基板の裏面に冷却ガスを供給すると、基板の面内に温度分布のばらつきが生じる場合がある。基板の面内に温度分布のばらつきが生じると、汚染物の除去率を向上させるのが困難となる。
そこで、基板の面内に温度分布のばらつきが生じるのを抑制することができる基板処理装置の開発が望まれていた。

特開２０１８－０２６４３６号公報

本発明が解決しようとする課題は、基板の面内に温度分布のばらつきが生じるのを抑制することができる基板処理装置を提供することである。

実施形態に係る基板処理装置は、基板を載置可能な載置台を有し、載置された前記基板を回転可能な載置部と、前記載置台と、前記基板と、の間の空間に、冷却ガスを供給可能な冷却ノズルと、前記基板の、前記載置台側とは反対の面に液体を供給可能な液体供給部と、前記冷却ノズルの、前記冷却ガスの排出側に設けられた分散板と、を備えている。前記分散板は、厚み方向を貫通する第１の孔を有している。前記冷却ノズルの中心軸に沿った方向から見て、前記第１の孔は、前記冷却ノズルの中心軸に重なる位置に設けられている。

本発明の実施形態によれば、基板の面内に温度分布のばらつきが生じるのを抑制することができる基板処理装置が提供される。

本実施の形態に係る基板処理装置を例示するための模式図である。 （ａ）は、分散部を例示するための模式平面図である。（ｂ）は、（ａ）における分散部のＡ－Ａ線断面図である。 基板処理装置の作用を例示するためのタイミングチャートである。 基板の中心から外周にかけての解凍直前の凍結膜の温度を示す図である。 基板の中心から外周にかけての除去率を示す図である。 他の実施形態に係る分散部を例示するための模式断面図である。 他の実施形態に係る分散部を例示するための模式断面図である。 （ａ）は、他の実施形態に係る分散部を例示するための模式図である。（ｂ）は、羽根を例示するための斜視図である。（ｃ）は、（ａ）における分散部のＢ－Ｂ線断面図である。（ｄ）は、（ａ）における分散部のＣ－Ｃ線断面図である。 他の実施形態に係る支持部を例示するための模式斜視図である。 他の実施形態に係る拡径部を例示するための模式断面図である。 他の実施形態に係る拡径部を例示するための模式断面図である。 分散部に設けられた羽根の他の実施形態を例示するための模式斜視図である。

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
以下に例示をする基板１００は、例えば、半導体ウェーハ、インプリント用テンプレート、フォトリソグラフィ用マスク、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）に用いられる板状体などとすることができる。
この場合、基板１００は、表面にパターンである凹凸部が形成されている基板であってもよいし、凹凸部が形成される前の基板（例えば、いわゆるバルク基板）であってもよい。

また、以下においては、一例として、基板１００が、フォトリソグラフィ用マスクである場合を説明する。基板１００が、フォトリソグラフィ用マスクである場合には、基板１００の平面形状は、略四角形とすることができる。

図１は、本実施の形態に係る基板処理装置１を例示するための模式図である。
図１に示すように、基板処理装置１には、載置部２、冷却部３、第１液体供給部４、第２液体供給部５、筐体６、送風部７、検出部８、排気部９、分散部１０、およびコントローラ１１が設けられている。

載置部２は、載置台２ａ、回転軸２ｂ、および駆動部２ｃを有する。
載置台２ａは、筐体６の内部に回転可能に設けられている。載置台２ａは、板状を呈している。載置台２ａの一方の主面には、基板１００を支持する複数の支持部２ａ１が設けられている。基板１００を複数の支持部２ａ１に支持させる際には、基板１００の表面１００ｂ（洗浄を行う側の面）が、載置台２ａ側とは反対の方を向くようにする。

複数の支持部２ａ１には、基板１００の裏面１００ａの縁（エッジ）が接触する。支持部２ａ１の、基板１００の裏面１００ａの縁と接触する部分は、テーパ面または傾斜面とすることができる。支持部２ａ１の、基板１００の裏面１００ａの縁と接触する部分が、テーパ面となっていれば、支持部２ａ１と、基板１００の裏面１００ａの縁とを点接触させることができる。支持部２ａ１の、基板１００の裏面１００ａの縁と接触する部分が、傾斜面となっていれば、支持部２ａ１と、基板１００の裏面１００ａの縁とを線接触させることができる。支持部２ａ１と、基板１００の裏面１００ａの縁とを点接触または線接触させれば、基板１００に汚れや損傷などが発生するのを抑制することができる。

また、載置台２ａの中央部分には、載置台２ａの厚み方向を貫通する孔２ａａが設けられている。

回転軸２ｂは、筒状を呈している。回転軸２ｂの一方の端部側は、載置台２ａに接合されている。回転軸２ｂの他方の端部側は、筐体６の外部に設けられている。回転軸２ｂは、筐体６の外部において駆動部２ｃと接続されている。

回転軸２ｂの、載置台２ａ側とは反対側の端部には、後述する冷却ノズル３ｄが取り付けられている。回転軸２ｂの、載置台２ａ側とは反対側の端部と、冷却ノズル３ｄとの間には、図示しない回転軸シールが設けられている。そのため、回転軸２ｂの、載置台２ａ側とは反対側の端部は、気密となるように封止されている。

駆動部２ｃは、筐体６の外部に設けられている。駆動部２ｃは、回転軸２ｂと接続されている。駆動部２ｃは、モータなどの回転機器を有することができる。駆動部２ｃの回転力は、回転軸２ｂを介して載置台２ａに伝達される。そのため、駆動部２ｃにより載置台２ａ、ひいては載置台２ａに載置された基板１００を回転させることができる。

また、駆動部２ｃは、回転の開始と回転の停止のみならず、回転数（回転速度）を変化させることができる。駆動部２ｃは、例えば、サーボモータなどの制御モータを備えたものとすることができる。
すなわち、載置部２は、基板１００を載置可能な載置台２ａを有し、載置された基板１００を回転可能である。

冷却部３は、載置台２ａと、基板１００の裏面１００ａと、の間の空間に、冷却ガス３ａ１を供給する。冷却部３は、冷却液部３ａ、フィルタ３ｂ、流量制御部３ｃ、および冷却ノズル３ｄを有する。冷却液部３ａ、フィルタ３ｂ、および流量制御部３ｃは、筐体６の外部に設けられている。

冷却液部３ａは、冷却液の収納、および冷却ガス３ａ１の生成を行う。冷却液は、冷却ガス３ａ１を液化したものである。冷却ガス３ａ１は、基板１００の材料と反応し難いガスであれば特に限定はない。冷却ガス３ａ１は、例えば、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガスなどの不活性ガスとすることができる。

この場合、比熱の高いガスを用いれば基板１００の冷却時間を短縮することができる。例えば、ヘリウムガスを用いれば基板１００の冷却時間を短縮することができる。また、窒素ガスを用いれば基板１００の処理費用を低減させることができる。

冷却液部３ａは、冷却液を収納するタンクと、タンクに収納された冷却液を気化させる気化部とを有する。タンクには、冷却液の温度を維持するための冷却装置が設けられている。気化部は、冷却液の温度を上昇させて、冷却液から冷却ガス３ａ１を生成する。気化部は、例えば、外気温度を利用したり、熱媒体による加熱を用いたりすることができる。冷却ガス３ａ１の温度は、液体１０１の凝固点以下の温度であればよく、例えば、－１７０℃とすることができる。

なお、タンクに収納された冷却液を気化させることで冷却ガス３ａ１を生成する冷却液部３ａを例示したが、窒素ガス等をチラーなどで冷却し、冷却ガス３ａ１とすることもできる。この様にすれば、冷却液部を簡素化できる。

フィルタ３ｂは、配管を介して、冷却液部３ａに接続されている。フィルタ３ｂは、冷却液に含まれていたパーティクルなどの汚染物が、基板１００側に流出するのを抑制する。

流量制御部３ｃは、配管を介して、フィルタ３ｂに接続されている。流量制御部３ｃは、冷却ガス３ａ１の流量を制御する。流量制御部３ｃは、例えば、ＭＦＣ（Mass Flow Controller）などとすることができる。また、流量制御部３ｃは、冷却ガス３ａ１の供給圧力を制御することで冷却ガス３ａ１の流量を間接的に制御するものであってもよい。この場合、流量制御部３ｃは、例えば、ＡＰＣ（Auto Pressure Controller）などとすることができる。

冷却液部３ａにおいて冷却液から生成された冷却ガス３ａ１の温度は、ほぼ所定の温度となっている。そのため、流量制御部３ｃにより、冷却ガス３ａ１の流量を制御することで基板１００の温度、ひいては基板１００の表面１００ｂにある液体１０１の温度を制御することができる。この場合、流量制御部３ｃにより、冷却ガス３ａ１の流量を制御することで、後述する過冷却工程において液体１０１を過冷却状態とすることができる。

冷却ノズル３ｄは、筒状を呈している。冷却ノズル３ｄの一方の端部は、流量制御部３ｃに接続されている。冷却ノズル３ｄの内部には、冷却ノズル３ｄの中心軸に沿う孔３ｄ１が設けられる（図２（ｂ）参照）。冷却ノズル３ｄの他方の端部（冷却ガス３ａ１の排出側の端部）には、拡径部３ｄａが設けられている。拡径部３ｄａの外径は、例えば、円形であり、冷却ノズル３ｄの、流量制御部３ｃ側の外径よりも大きい。拡径部３ｄａの外形は、基板１００の外形よりも小さい方が好ましい。例えば、拡径部３ｄａの外形は、基板１００の内接円よりも小さくするとよい。拡径部３ｄａは、載置台２ａの中央部分に設けられた孔２ａａの内部に設けられている。拡径部３ｄａの端面は、載置台２ａの、基板１００側の面の近傍に設けることができる。
冷却ノズル３ｄは、流量制御部３ｃにより流量が制御された冷却ガス３ａ１を、冷却ノズル３ｄの一方の端部から孔３ｄ１を介して拡径部３ｄａへと供給する。拡径部３ｄａに供給された冷却ガス３ａ１は、分散部１０に衝突した後、載置台２ａと、基板１００の裏面１００ａと、の間の空間、ひいては、基板１００の裏面１００ａに供給される。

第１液体供給部４は、基板１００の表面１００ｂに液体１０１を供給する。後述する凍結工程（固液相）において、液体１０１が固体に変化すると体積が変化するので圧力波が生じる。この圧力波により、基板１００の表面１００ｂに付着している汚染物が分離されると考えられる。そのため、液体１０１は、基板１００の材料と反応し難いものであれば特に限定はない。なお、過冷却状態の液体１０１は、液膜の温度不均一による密度変化、パーティクルなどの汚染物の存在、振動などが、凍結開始の起点となる性質をも有する。つまり、凍結開始の起点は、汚染物となる場合もある。

なお、液体１０１を凍結した際に体積が増える液体とすれば、体積増加に伴う物理力を利用して、基板１００の表面に付着している汚染物を分離できるとも考えられる。そのため、液体１０１は、基板１００の材料と反応し難く、且つ、凍結した際に体積が増える液体とすることが好ましい。例えば、液体１０１は、水（例えば、純水や超純水など）や、水を主成分とする液体などとすることができる。水を主成分とする液体は、例えば、水とアルコールの混合液、水と酸性溶液の混合液、水とアルカリ溶液の混合液などとすることができる。
また、液体１０１にはガスを溶存させることができる。ガスは、例えば、炭酸ガス、オゾンガス、水素ガスなどとすることができる。

第１液体供給部４は、例えば、液体収納部４ａ、供給部４ｂ、流量制御部４ｃ、および液体ノズル４ｄを有する。液体収納部４ａ、供給部４ｂ、および流量制御部４ｃは、筐体６の外部に設けられている。

液体収納部４ａは、前述した液体１０１を収納する。液体１０１は、凝固点よりも高い温度で液体収納部４ａに収納される。液体１０１の温度は、例えば、常温（２０℃）である。

供給部４ｂは、配管を介して、液体収納部４ａに接続されている。供給部４ｂは、液体収納部４ａに収納されている液体１０１を液体ノズル４ｄに向けて供給する。供給部４ｂは、例えば、液体１０１に対する耐性を有するポンプなどである。

流量制御部４ｃは、配管を介して、供給部４ｂに接続されている。流量制御部４ｃは、供給部４ｂにより供給された液体１０１の流量を制御する。流量制御部４ｃは、例えば、流量制御弁とすることができる。また、流量制御部４ｃは、液体１０１の供給の開始と供給の停止をも行うことができる。

液体ノズル４ｄは、筐体６の内部に設けられている。液体ノズル４ｄは、筒状を呈している。液体ノズル４ｄの一方の端部は、配管を介して、流量制御部４ｃに接続されている。液体ノズル４ｄの他方の端部は、載置台２ａに載置された基板１００の表面１００ｂに対向している。そのため、液体ノズル４ｄから吐出した液体１０１は、基板１００の表面１００ｂに供給される。

また、液体ノズル４ｄの他方の端部（液体１０１の吐出口）は、基板１００の表面１００ｂの略中央に位置している。液体ノズル４ｄから吐出した液体１０１は、基板１００の表面１００ｂの略中央から拡がり、基板１００の表面１００ｂにおいて略一定の厚みを有する液膜が形成される。なお、以下においては、基板１００の表面１００ｂに形成された液体１０１の膜を液膜と称する。

第２液体供給部５は、基板１００の表面１００ｂに液体１０２を供給する。
第２液体供給部５は、液体収納部５ａ、供給部５ｂ、流量制御部５ｃ、および液体ノズル４ｄを有する。

液体１０２は、後述する解凍工程において用いることができる。そのため、液体１０２は、基板１００の材料と反応し難く、且つ、後述する乾燥工程において基板１００の表面１００ｂに残留し難いものであれば特に限定はない。液体１０２は、例えば、水（例えば、純水や超純水など）や、水とアルコールの混合液などとすることができる。

液体収納部５ａは、前述した液体収納部４ａと同様とすることができる。供給部５ｂは、前述した供給部４ｂと同様とすることができる。流量制御部５ｃは、前述した流量制御部４ｃと同様とすることができる。

なお、液体１０２と液体１０１が同じである場合には、第２液体供給部５を省くことができる。また、液体ノズル４ｄを兼用する場合を例示したが、液体１０１を吐出する液体ノズルと、液体１０２を吐出する液体ノズルを別々に設けることもできる。

液体１０２の温度は、液体１０１の凝固点よりも高い温度とすることができる。また、液体１０２の温度は、凍結した液体１０１を解凍できる温度とすることができる。液体１０２の温度は、例えば、常温（２０℃）程度とすることができる。

なお、第２液体供給部５が省かれる場合には、解凍工程において、第１液体供給部４が用いられる。つまり、液体１０１を用いる。液体１０１の温度は、凍結した液体１０１を解凍できる温度とすることができる。液体１０１の温度は、例えば、常温（２０℃）程度とすることができる。

筐体６は、箱状を呈している。筐体６の内部にはカバー６ａが設けられている。カバー６ａは、基板１００に供給され、基板１００が回転することで基板１００の外部に排出された液体１０１、１０２を受け止める。カバー６ａは、筒状を呈している。カバー６ａの、載置台２ａ側とは反対側の端部の近傍（カバー６ａの上端近傍）は、カバー６ａの中心に向けて屈曲している。そのため、基板１００の上方に飛び散る液体１０１、１０２の捕捉を容易とすることができる。

また、筐体６の内部には仕切り板６ｂが設けられている。仕切り板６ｂは、カバー６ａの外面と、筐体６の内面との間に設けられている。

筐体６の底面側の側面には複数の排出口６ｃが設けられている。図１に例示をした筐体６の場合には、排出口６ｃが２つ設けられている。使用済みの冷却ガス３ａ１、空気７ａ、液体１０１、および液体１０２は、排出口６ｃから筐体６の外部に排出される。排出口６ｃには排気管６ｃ１が接続され、排気管６ｃ１には使用済みの冷却ガス３ａ１、空気７ａを排気する排気部９（例えば、ポンプ）が接続されている。また、排出口６ｃには液体１０１、１０２を排出する排出管６ｃ２が接続されている。

排出口６ｃは基板１００よりも下方に設けられている。そのため、冷却ガス３ａ１が排出口６ｃから排気されることでダウンフローの流れが作りだされる。その結果、パーティクルの舞い上がりを防ぐことができる。

送風部７は、筐体６の天井面に設けられている。送風部７は、ファンなどの送風機とフィルタを備えることができる。フィルタは、例えば、ＨＥＰＡフィルタ（High Efficiency Particulate Air Filter）などとすることができる。

送風部７は、仕切り板６ｂと筐体６の天井との間の空間に空気７ａ（外気）を供給する。そのため、仕切り板６ｂと筐体６の天井との間の空間の圧力が外部の圧力より高くなる。その結果、送風部７により供給された空気７ａを排出口６ｃに導くことが容易となる。また、パーティクルなどの汚染物が、排出口６ｃから筐体６の内部に侵入するのを抑制することができる。

検出部８は、仕切り板６ｂと筐体６の天井との間の空間に設けられている。検出部８は、液膜や、液体１０１が凍結した凍結膜の温度を検出する。この場合、検出部８は、例えば、放射温度計、サーモビューア、熱電対、測温抵抗体とすることができる。また、検出部８は、液膜の厚みや、凍結膜の表面位置を検出するものとしてもよい。この場合、検出部８は、例えば、レーザ変位計、超音波変位計などとすることができる。また、検出部８は、液膜の表面状態や、凍結膜の表面状態を検出する画像センサなどとしてもよい。

検出された液膜の温度、厚み、表面状態は、後述する過冷却工程において液体１０１の過冷却状態を制御するのに用いることができる。なお、過冷却状態を制御するとは、過冷却状態にある液体１０１の温度変化のカーブを制御して、液体１０１が急激に冷却されることで凍結しないようにすること、すなわち、過冷却状態が維持されるようにすることである。

ここで、単に、基板１００の裏面１００ａに冷却ガス３ａ１を供給すると、基板１００の面内に温度分布のばらつきが生じる場合がある。例えば、基板１００の熱伝導率が低い場合などには、基板１００の、冷却ガス３ａ１が吹き付けられた領域の温度が低くなるが、当該領域から離れた領域の温度は当該領域の温度よりも高くなる。基板１００の面内に温度分布のばらつきが生じると、後述する冷却工程（過冷却工程＋凍結工程）において、基板１００の領域毎に汚染物の除去率がばらついて、基板１００の全領域における汚染物の除去率を向上させるのが難しくなる場合がある。
そこで、本実施の形態に係る基板処理装置１には、分散部１０が設けられている。

図１に示すように、分散部１０（分散板１０ａ）は、冷却ノズル３ｄの、冷却ガス３ａ１の排出側に設けられている。
図２（ａ）は、分散部１０を例示するための模式平面図である。
図２（ｂ）は、図２（ａ）における分散部１０のＡ－Ａ線断面図である。
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、分散部１０は、例えば、分散板１０ａ、および支持部１０ｂを有する。分散板１０ａ、および支持部１０ｂは、一体に形成することができる。

分散板１０ａは、板状を呈している。分散板１０ａの厚みは、基板１００の厚みよりも薄い方が好ましい。しかし、後述するように、分散板１０ａは、冷却ガス３ａ１によって冷却される。そのため、分散板１０ａの厚みは、熱膨張に耐えられる厚みとすることが好ましい。熱膨張に耐えられる厚みは、例えば、２ｍｍである。また、分散板１０ａは、金属などの熱伝導率の良い材料とするのが好ましい。
分散板１０ａは、冷却ノズル３ｄの拡径部３ｄａの内部に設けられている。分散板１０ａは、拡径部３ｄａの、開口の近傍に設けることができる。具体的には、冷却ノズル３ｄの中心軸に沿った方向において、載置台２ａの基板１００側の面と、分散板１０ａの基板１００側の面とが同一の高さ（同一位置）となるように設ける。つまり、支持部２ａ１に支持された基板１００の裏面１００ａと載置台２ａの基板１００側の面との距離と、支持部２ａ１に支持された基板１００の裏面１００ａと分散板１０ａの基板１００側の面との距離は、同じである。
分散板１０ａの中心軸は、冷却ノズル３ｄの中心軸と重なる位置に設けることができる。すなわち、分散板１０ａは、冷却ノズル３ｄの孔３ｄ１の真上に設けることができる。分散板１０ａの面は、冷却ノズル３ｄの中心軸と直交させることができる。

本実施形態の分散板１０ａの平面形状は、円形である。しかし、これに限定されない。例えば、分散板１０ａの平面形状は、円形と見なせる角が偶数個の正多角形などとすることができる。後述するように、分散板１０ａに当たった冷却ガス３ａ１の一部は、拡径部３ｄａの内部を流れるとともに、拡径部３ｄａの開口から排出される。そのため、分散板１０ａの平面形状が円形であれば、分散板１０ａと拡径部３ｄａの内壁との間の寸法、ひいては流路抵抗を略一定にすることができる。したがって、拡径部３ｄａの開口から排出される冷却ガス３ａ１の流速や流量に偏りが生じるのを抑制することができる。

また、分散板１０ａは、厚み方向を貫通する孔１０ａａ（第１の孔の一例に相当する）を有する。冷却ノズル３ｄの中心軸に沿った方向から見て、孔１０ａａは、冷却ノズル３ｄの中心軸に重なる位置に設けられている。例えば、孔１０ａａは、分散板１０ａの中央部分に設けられている。

冷却ノズル３ｄの拡径部３ｄａの内部において、支持部１０ｂは、分散板１０ａを所定の位置に支持する。支持部１０ｂは、梁状を呈し、分散板１０ａの側面と、冷却ノズル３ｄの拡径部３ｄａの内壁との間に設けられている。支持部１０ｂの厚みは、例えば、分散板１０ａの厚みと同じとすることができる。支持部１０ｂは、少なくとも１つ設けられていればよい。ただし、複数の支持部１０ｂが設けられていれば、分散板１０ａの位置や姿勢を安定させることができる。

図２（ｂ）に示すように、冷却ノズル３ｄの孔３ｄ１の内部を流れた冷却ガス３ａ１は、分散板１０ａに当たり流れ方向が変わる。この際、分散板１０ａに当たった冷却ガス３ａ１の一部が、分散板１０ａの孔１０ａａを介して基板１００の裏面１００ａに供給される。分散板１０ａにより流れ方向が変えられた冷却ガス３ａ１は、拡径部３ｄａの内部を流れるとともに、拡径部３ｄａの開口から排出される。また、冷却ガス３ａ１の一部を拡径部３ｄａの内部に滞留させることもできる。

分散部１０に衝突した後に、拡径部３ｄａの開口から排出された冷却ガス３ａ１は、載置台２ａと、基板１００の裏面１００ａと、の間の空間を流れるとともに基板１００の裏面１００ａに供給される。

分散部１０（分散板１０ａ）が設けられていれば、冷却ノズル３ｄから基板１００の裏面１００ａに冷却ガス３ａ１を直接供給する場合に比べて、基板の中央部に冷却ガス３ａ１を直接ぶつからないようにできる。そのため、基板１００の裏面１００ａの中央部が基板１００の外周に比べて冷却され過ぎてしまうことを抑制することができる。また、冷却ガス３ａ１は、基板１００の裏面１００ａに直接供給されるよりも分散部１０に衝突した方が、冷却ガス３ａ１の温度を低い状態に保つことができる（これについての詳細は後述する）。そのため、基板１００の裏面１００ａに直接供給する場合よりも冷却ガス３ａ１の温度が低い状態を保ったままより広い領域に供給することができる。したがって、基板１００の面内に温度分布のばらつきが生じるのを抑制することができる。その結果、後述する冷却工程（過冷却工程＋凍結工程）において、基板１００の領域毎に汚染物の除去率がばらつくのを抑制することができるので、基板１００の全領域における汚染物の除去率を向上させることができる。

基板１００の面内における温度分布のばらつきは、分散板１０ａの平面寸法Ｄ１や、孔１０ａａの断面寸法（例えば、直径）により調整することができる。
本発明者の得た知見によれば、分散板１０ａの平面寸法Ｄ１は、冷却ノズル３ｄの孔３ｄ１の径Ｄ２と同じか、若干大きくすることが好ましい。例えば、分散板１０ａの平面寸法Ｄ１は、孔３ｄ１の径Ｄ２よりも１ｍｍ～３ｍｍ程度大きくすることができる。
また、孔１０ａａの大きさは、孔３ｄ１の径Ｄ２よりも小さい。孔１０ａａの断面寸法は、１ｍｍ以上、２．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
分散板１０ａの平面寸法Ｄ１や、孔１０ａａの断面寸法をこの様にすれば、基板１００の面内に温度分布のばらつきが生じるのを抑制することが容易となる。そのため、汚染物の除去率をより向上させることができる。

コントローラ１１は、基板処理装置１に設けられた各要素の動作を制御する。コントローラ１１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算部と、半導体メモリなどの記憶部を有する。コントローラ１１は、例えば、コンピュータである。記憶部には、基板処理装置１に設けられた各要素の動作を制御する制御プログラムを格納することができる。演算部は、記憶部に格納されている制御プログラム、操作者により入力されたデータ、検出部８からのデータなどを用いて、基板処理装置１に設けられた各要素の動作を制御する。

例えば、液体１０１の冷却速度は、液膜の厚みと相関関係がある。例えば、液膜の厚みが薄くなる程、液体１０１の冷却速度が速くなる。逆に、液膜の厚みが厚くなる程、液体１０１の冷却速度が遅くなる。そのため、コントローラ１１は、検出部８により検出された液体１０１の厚み（液膜の厚み）に基づいて、冷却ガス３ａ１の流量、ひいては液体１０１の冷却速度を制御することができる。なお、液体１０１の温度や冷却速度の制御は、後述する過冷却工程において液体１０１の過冷却状態を制御する際に行われる。そのため、例えば、コントローラ１１は、基板１００の回転、冷却ガス３ａ１の流量、および、液体１０１の供給量を制御することができる。

次に、基板処理装置１の作用について例示をする。
図３は、基板処理装置１の作用を例示するためのタイミングチャートである。
なお、図３は、基板１００が６０２５クオーツ(Ｑｚ)基板（１５２ｍｍ×１５２ｍｍ×６．３５ｍｍ）、液体１０１が純水の場合である。

まず、筐体６の図示しない搬入搬出口を介して、基板１００が筐体６の内部に搬入される。搬入された基板１００は、載置台２ａの複数の支持部２ａ１の上に載置、支持される。

基板１００が載置台２ａに支持された後に、図３に示すように予備工程、冷却工程（過冷却工程＋凍結工程）、解凍工程、および乾燥工程を含む、凍結洗浄工程が行われる。

まず、図３に示すように予備工程が実行される。予備工程においては、コントローラ１１が、供給部４ｂおよび流量制御部４ｃを制御して、基板１００の表面１００ｂに、所定の流量の液体１０１を供給する。また、コントローラ１１が、流量制御部３ｃを制御して、基板１００の裏面１００ａに、所定の流量の冷却ガス３ａ１を供給する。また、コントローラ１１が、駆動部２ｃを制御して、基板１００を第２の回転数で回転させる。
そのため、液体１０１が、回転する基板１００に、所定の流量で供給される状態となる。

例えば、第２の回転数は、５０ｒｐｍ～５００ｒｐｍ程度である。例えば、液体１０１の流量は、０．１Ｌ／ｍｉｎ～１Ｌ／ｍｉｎ程度である。例えば、冷却ガス３ａ１の流量は、４０ＮＬ／ｍｉｎ～２００ＮＬ／ｍｉｎ程度である。例えば、予備工程の工程時間は、１８００秒程度である。なお、予備工程の工程時間は、基板１００の面内温度が略均一となる時間であればよく、予め実験やシミュレーションを行うことで求めることができる。

予備工程における液膜の温度は、液体１０１が、所定の流量で供給される状態であるため、供給される液体１０１の温度とほぼ同じとなる。例えば、供給される液体１０１の温度が常温（２０℃）程度である場合、液膜の温度は常温（２０℃）程度となる。

次に、図３に示すように冷却工程（過冷却工程＋凍結工程）が実行される。なお、本実施の形態では、冷却工程のうち、液体１０１が過冷却状態となってから凍結が始まるまでの工程を「過冷却工程」、過冷却状態の液体１０１が凍結状態となり、解凍工程により解凍が始まるまでを「凍結工程」と呼称する。

ここで、液体１０１の冷却速度が余り速くなると液体１０１が過冷却状態とならず、すぐに凍結してしまう。そのため、コントローラ１１は、冷却ガス３ａ１の流量、および、基板１００の回転数の少なくともいずれかを制御することで、基板１００の表面１００ｂの液体１０１が過冷却状態となるようにする。

冷却工程（過冷却工程＋凍結工程）では、図３に例示するように、第１の回転数とした後に、予備工程において供給されていた液体１０１の供給を停止する。例えば、第１の回転数は、０ｒｐｍ～５０ｒｐｍ程度である。第１の回転数は、供給部４ｂから供給された液体１０１が、基板１００の表面１００ｂで拡がって、均一な厚みの液膜が形成され、且つ、均一な厚みの液膜が維持される程度の回転数である。つまり、コントローラ１１は、予備工程時の回転数よりも少ない回転数で基板１００を回転させる。また、この時の液体１０１の液膜の厚みは、基板１００の表面１００ｂに設けられた凹凸部の高さ寸法以上とすることができる。なお、液膜の厚みが薄い場合に、過冷却とすることが困難となる場合がある。このような場合は、液膜の厚みを略１００μｍ以上とするとよい。具体的な回転数の条件は、実験やシミュレーションを行うことで適宜決定することが好ましい。また、冷却ガス３ａ１の流量は予備工程と同じに維持されている。

このように、冷却工程（過冷却工程＋凍結工程）では、液体１０１の供給を停止すること、および、基板１００の回転数を第２の回転数よりも少ない第１の回転数にすることで、基板１００上に存在する液体１０１が停滞するようにする。そのため、基板１００の裏面１００ａに供給され続けていた冷却ガス３ａ１により、基板１００上の液膜の温度が、予備工程における液膜の温度よりもさらに下がり、過冷却状態となる。
なお、予備工程を第１の回転数で実施し、基板１００の面内温度が均一となったら、液体１０１の供給を停止するようにしてもよい。

液体１０１が過冷却状態となる条件は、基板１００の大きさ、液体１０１の粘度、冷却ガス３ａ１の比熱などの影響を受ける。そのため、液体１０１が過冷却状態となる制御条件は、実験やシミュレーションを行うことで適宜決定することが好ましい。

過冷却状態においては、例えば、液膜の温度、パーティクルなどの汚染物や気泡の存在、振動などにより、液体１０１の凍結が開始する。例えば、パーティクルなどの汚染物がある場合、液体１０１の温度が、－３５℃以上、－２０℃以下になると液体１０１の凍結が開始する。また、基板１００の回転を変動させるなどして液体１０１に振動を加えることで、液体１０１の凍結を開始させることもできる。

過冷却状態の液体１０１の凍結が開始すると、過冷却工程から凍結工程に移行する。凍結工程においては、基板１００の表面１００ｂに、液体１０１と液体１０１が凍結したものが存在する。基板１００の裏面１００ａに供給され続けている冷却ガス３ａ１により、基板１００上の液膜の温度が、凍結工程においてさらに下がり、完全に凍結して凍結膜が形成される。

なお、過冷却状態となった液体１０１を凍結させる条件は、例示をしたものに限定されるわけではない。例えば、冷却ガス３ａ１の流量を増加させるようにしてもよい。また、過冷却状態にある液体１０１に振動を印加するなどして液体１０１を凍結させるようにしてもよい。例えば、基板１００の回転数を変化させたり、回転軸２ｂなどを介して間接的に、あるいは、直接的に、基板１００上の液体１０１に振動を加える超音波発生装置を設けたりしてもよい。

次に、図３に示すように解凍工程が実行される。なお、図３に例示をしたものは、液体１０１と液体１０２が同じ液体の場合である。そのため、図３では液体１０１と記載している。解凍工程においては、コントローラ１１が、供給部４ｂおよび流量制御部４ｃを制御して、基板１００の表面１００ｂに、所定の流量の液体１０１を供給する。なお、液体１０１と液体１０２が異なる場合には、コントローラ１１が、供給部５ｂおよび流量制御部５ｃを制御して、基板１００の表面１００ｂに、所定の流量の液体１０２を供給する。

また、コントローラ１１が、流量制御部３ｃを制御して、冷却ガス３ａ１の供給を停止させる。また、コントローラ１１が、駆動部２ｃを制御して、基板１００の回転数を第３の回転数に増加させる。第３の回転数は、例えば、２００ｒｐｍ～７００ｒｐｍ程度である。基板１００の回転が速くなれば、液体１０１と液体１０１が凍結したものとを遠心力で振り切ることができる。そのため、液体１０１と液体１０１が凍結したものとを基板１００の表面１００ｂから排出することができる。この際、基板１００の表面１００ｂから分離された汚染物も液体１０１と液体１０１が凍結したものとともに排出される。

なお、液体１０１または液体１０２の供給量は、解凍ができるのであれば特に限定はない。また、基板１００の第３の回転数は、液体１０１、液体１０１が凍結したもの、および汚染物が排出できるのであれば特に限定はない。
また、解凍の開始は、必ずしも凍結膜に対して行う必要はなく、例えば、過冷却状態の液体１０１の少なくとも一部が凍結した状態で解凍を開始してもよい。

次に、図３に示すように乾燥工程が実行される。乾燥工程においては、コントローラ１１が、供給部４ｂおよび流量制御部４ｃを制御して、液体１０１の供給を停止させる。なお、液体１０１と液体１０２が異なる液体の場合には、コントローラ１１が、供給部５ｂおよび流量制御部５ｃを制御して、液体１０２の供給を停止させる。

また、コントローラ１１が、駆動部２ｃを制御して、基板１００の回転数を第３の回転数よりも速い第４の回転数に増加させる。基板１００の回転が速くなれば、基板１００の乾燥を迅速に行うことができる。なお、基板１００の第４の回転数は、乾燥ができるのであれば特に限定はない。

凍結洗浄が終了した基板１００は、筐体６の図示しない搬入搬出口を介して、筐体６の外部に搬出される。
以上の様にすることで、基板１００の処理（汚染物の除去）を行うことができる。

なお、本実施形態の基板処理装置１においては、分散部１０を備える。そこで、分散部１０の作用（凍結膜の温度、除去率）について、比較例を用いて以下に説明する。
図４は、基板１００の中心から外周にかけての解凍直前の凍結膜の温度を示す図である。
基板の中心から外周に向かって、基板中心部、基板中央部、基板外周部と区分した。なお、基板中心部の長さは、分散板１０ａの半径とほぼ同じである。また、基板中心部と基板中央部を足した長さは、冷却ノズル３ｄの拡径部３ｄａの半径とほぼ同じである。

点線は、拡径部の無い先端を有する冷却ノズルを用いた場合の解凍直前の凍結膜の温度を示す。以下、比較例１と呼称する。
一点鎖線は、拡径部３ｄａを有する冷却ノズル３ｄのみを用いた場合の解凍直前の凍結膜の温度を示す。以下、比較例２と呼称する。
実線は、拡径部３ｄａを有する冷却ノズル３ｄおよび孔１０ａａが２ｍｍである分散板１０ａを有する分散部１０を用いた場合の解凍直前の凍結膜の温度を示す。以下、実施例１と呼称する。

実施例１と比較例１とを比較する。図４に示すように、基板１００中心部では、解凍直前の凍結膜の温度は、実施例１の方が高い。しかし、基板中間部および基板外周部においては、解凍直前の凍結膜の温度は、実施例１の方が比較例１よりも低くなる。実施例１において、凍結膜の基板中心部の温度が上昇したことは、分散板１０ａにより、基板中心部に供給されていた冷却ガス３ａ１が比較例１と比べて減少したためと考えられる。また、基板中間部から基板外周部にかけて、凍結膜の温度が低下したことは、熱損失の少ない冷却ガス３ａ１が比較例１と比べて基板１００の外周に流れるようになったためと考えられる。

次に、実施例１と比較例２とを比較する。図４に示すように、基板中心部では、解凍直前の凍結膜の温度は、実施例１の方が高い。しかし、基板中間部および基板外周部においては、解凍直前の凍結膜の温度は、実施例１の方が比較例２よりも低くなる。比較例２は、分散板１０ａが無い。そのため、冷却ノズル３ｄから供給された冷却ガス３ａ１は、基板１００の裏面１００ａに直接衝突する。そのため、基板中心部において、比較例２の方が実施例１よりも基板１００と熱の授受を行う冷却ガス３ａ１の量が多くなったと考えられる。その結果、比較例２の凍結膜の温度は、基板中心部において、実施例１よりも低下したと考えられる。しかしながら、基板１００と熱の授受を行った冷却ガス３ａ１には、熱損失が発生する。また、基板１００の裏面１００ａと衝突した冷却ガス３ａ１は、拡径部３ｄａの底面へ流れる。そして、拡径部３ｄａにおいて滞留が発生する。しかし、熱損失が発生した冷却ガス３ａ１によって生成された滞留のため、拡径部内部の温度が実施例１よりも高いと考えられる。そのため、凍結膜の温度は、基板中間部および基板外周部において、実施例１よりも比較例２の方が高くなったと考えられる。

図５は、基板１００の中心から外周にかけての除去率を示す図である。
点線は、比較例１の場合の除去率の分布を示す。
一点鎖線は、比較例２の場合の除去率の分布を示す。
実線は、実施例１の場合の除去率の分布を示す。

図５に示すように、実施例１は、比較例１および比較例２と比べて、基板中心部から基板外周部にかけて高い除去率である。特に、基板中間部から基板外周部にかけて、比較例１および比較例２よりも高い除去率が得られている。
基板中間部から基板外周部にかけて、比較例１および比較例２よりも高い除去率が得られている理由としては、前述した通り、対応する位置における解凍直前の凍結膜の温度が低いためと考えられる。このため、比較例１および比較例２よりも基板１００の面内に温度分布のばらつきが生じるのが抑制される。したがって、液体１０１の過冷却状態がばらついたり、液体１０１の凍結状態がばらついたりするのを抑制することができる。その結果、汚染物の除去率が向上したと考えられる。

ところで、拡径部３ｄａおよび分散部１０（分散板１０ａ）を有しない従来の冷却ガスノズルの場合、冷却ガス３ａ１は、冷却ガス３ａ１の排出側の端部から基板１００の裏面１００ａの中央部へと排出される。基板１００の裏面１００ａの中央部と接触した冷却ガス３ａ１は、載置台２ａと、基板１００の裏面１００ａと、の間の空間を基板１００の外周へ向かって流れていく。

このとき、冷却ガス３ａ１が衝突する基板１００の裏面１００ａの中央部が最も冷却される。言い換えると、基板１００の裏面１００ａの中央部が基板１００の外周に比べて冷却され過ぎてしまう。そして、基板１００の裏面１００ａと衝突した冷却ガス３ａ１は、基板１００の裏面１００ａと熱の授受を行いながら基板１００の外周へ向かって流れていく。このため、基板１００の外周へ向かうほど、冷却ガス３ａ１の温度が高くなってしまう。したがって、基板１００も外周へ向かうほど温度が高くなり、基板の面内において温度分布のばらつきが形成される。

本実施の形態に係る基板処理装置１には、分散部１０（分散板１０ａ）が設けられている。分散板１０ａは、熱伝導率の高い材料で形成され、基板１００よりも厚みが薄い。このため、予備工程において、分散板１０ａの温度は、冷却ガス３ａ１の温度とほぼ同じ温度まで冷却される。したがって、冷却工程（過冷却工程＋凍結工程）において、冷却ガス３ａ１が分散板１０ａに衝突しても、冷却ガス３ａ１の熱損失を低減できる。

分散板１０ａと衝突した冷却ガス３ａ１の一部は、分散板１０ａの外周を回り込み、基板１００の裏面１００ａへと流れる。分散板１０ａと衝突した冷却ガス３ａ１は、基板１００の裏面１００ａの中央部と衝突する場合と比べると熱損失が低減されている。そのため、分散板１０ａと衝突した冷却ガス３ａ１の一部は、分散板１０ａの外周に対向する基板１００の裏面１００ａへ従来よりも低い温度で到達する。したがって、分散板１０ａと衝突した冷却ガス３ａ１の一部は、分散板１０ａの外周に対向する基板１００の裏面１００ａをより冷却することができる。
ここで、分散板１０ａは、拡径部３ｄａの開口の近傍に設けられる。そのため、分散板１０ａと衝突した後、基板１００の裏面１００ａの中央部へと回り込む冷却ガス３ａ１の量を少なくすることができる。したがって、従来よりも基板１００の裏面１００ａの中央部に衝突する冷却ガス３ａ１の量を少なくすることができる。その結果、基板１００の中央部が基板１００の外周に比べて冷却され過ぎてしまうことを抑制することができる。
前述の通り、基板中心部の長さは、分散板１０ａの半径とほぼ同じである。したがって、分散板１０ａと衝突した冷却ガス３ａ１の一部は、図４に示す基板中心部と基板中間部の境界付近をより冷却することができる。その結果、基板の面内において温度分布のばらつきを小さくすることができる。

また、分散板１０ａの中央には、冷却ノズル３ｄの孔３ｄ１よりも小さい孔１０ａａが設けられている。前述の通り、分散板１０ａは、基板１００の裏面１００ａの中央部へと回り込む冷却ガス３ａ１の量を少なくすることができる。しかしながら、基板１００の裏面１００ａへと回り込む冷却ガス３ａ１の量を少なくし過ぎると、基板１００の中央部の温度が基板１００の外周の温度よりも高くなってしまう。そこで、基板１００の中央部の温度が基板１００の外周の温度よりも高くなってしまうのを防ぐため、分散板１０ａに孔１０ａａが設けられている。分散板１０ａに孔１０ａａが設けられることで、基板１００の裏面１００ａの中央部が基板１００の外周に比べて冷却され過ぎてしまうこと、および基板１００の裏面１００ａの中央部の温度が基板１００の外周の温度よりも高くなってしまうことを抑制することができる。つまり、基板１００の裏面１００ａの中央部に孔１０ａａを介して少量の冷却ガス３ａ１を供給することで、基板１００の裏面１００ａの中央部の温度を基板１００の外周の温度と同程度まで冷却することができる。特に、孔１０ａａの断面寸法は、１ｍｍ以上、２．５ｍｍ以下とすることがより好ましい。

また、本実施の形態に係る基板処理装置１には、冷却ノズル３ｄに拡径部３ｄａが設けられている。冷却ノズル３ｄに拡径部３ｄａが設けられることで、分散板１０ａにより流れ方向が変えられた冷却ガス３ａ１は、拡径部３ｄａの内部を流れる。そして、拡径部３ｄａの内部へと流れた冷却ガス３ａ１は、拡径部３ｄａの内部に滞留する。拡径部３ｄａの内部に滞留した冷却ガス３ａ１は、載置台２ａと、基板１００の裏面１００ａと、の間の空間に存在する冷却ガス３ａ１を冷却する。したがって、拡径部３ｄａの内部に滞留した冷却ガス３ａ１は、基板１００の裏面１００ａを間接的に冷却する。

拡径部３ｄａの内部へと流れた冷却ガス３ａ１は、分散板１０ａによって、比較例２よりも低い温度で拡径部３ｄａの内部に滞留する。前述の通り、基板中心部と基板中央部を足した長さは、冷却ノズル３ｄの拡径部３ｄａの半径とほぼ同じである。したがって、拡径部３ｄａの内部に滞留した冷却ガス３ａ１は、基板１００の基板中間部をより冷却することができる。

また、拡径部３ｄａの内部に滞留した冷却ガス３ａ１は、拡径部３ｄａの外周から排出される。前述の通り、拡径部３ｄａの内部へと流れた冷却ガス３ａ１は、比較例２よりも低い温度で拡径部３ｄａの内部に滞留する。このため、拡径部３ｄａの外周から排出される冷却ガス３ａ１は、比較例２よりも温度が低い。したがって、拡径部３ｄａの外周から排出される冷却ガス３ａ１は、基板１００の基板外周部をより冷却することができる。

本実施の形態に係る基板処理装置１には、冷却ノズル３ｄに拡径部３ｄａおよび分散部１０（分散板１０ａ）が設けられている。そのため、基板１００の面内に温度分布のばらつきが生じるのを抑制することができる。したがって、液体１０１の過冷却状態がばらついたり、液体１０１の凍結状態がばらついたりするのを抑制することができるので、汚染物の除去率を向上させることができる。

図６は、他の実施形態に係る分散部１１０を例示するための模式断面図である。
図６に示すように、分散部１１０は、例えば、分散板１１０ａ、および支持部１１０ｂを有する。
前述した分散部１０の場合には、分散板１０ａは、冷却ノズル３ｄの拡径部３ｄａの内部に設けられている。これに対し、分散部１１０の場合には、分散板１１０ａは、冷却ノズル３ｄの拡径部３ｄａの外部に設けられている。分散板１１０ａは、板状を呈している。分散板１１０ａは、冷却ノズル３ｄの拡径部３ｄａの、開口の近傍に設けることができる。分散板１１０ａの中心軸は、冷却ノズル３ｄの中心軸と重なる位置に設けることができる。すなわち、分散板１１０ａは、冷却ノズル３ｄの孔３ｄ１の真上に設けることができる。分散板１１０ａの面は、冷却ノズル３ｄの中心軸と直交させることができる。
分散板１１０ａの平面形状や寸法などは、前述した分散板１０ａと同様とすることができる。

また、分散板１１０ａは、厚み方向を貫通する孔１１０ａａを有する。例えば、孔１１０ａａは、分散板１１０ａの中央部分に設けられている。孔１１０ａａは、前述した分散板１０ａの孔１０ａａと同様とすることができる。

冷却ノズル３ｄの拡径部３ｄａの外部において、支持部１１０ｂは、分散板１１０ａを所定の位置に支持する。支持部１１０ｂは、梁状を呈し、分散板１１０ａの側面と、載置台２ａの基板１００側の面との間に設けられている。この場合、図６に示すように、載置台２ａの基板１００側の面に凹部を設け、支持部１１０ｂの、分散板１１０ａ側とは反対側の端部を凹部に設けることもできる。支持部１１０ｂの厚みは、例えば、分散板１１０ａの厚みと同じとすることができる。支持部１１０ｂは、少なくとも１つ設けられていればよい。ただし、複数の支持部１１０ｂが設けられていれば、分散板１１０ａの位置や姿勢を安定させることができる。

図６に示すように、冷却ノズル３ｄの孔３ｄ１の内部を流れた冷却ガス３ａ１は、分散板１１０ａに当たり流れ方向が変わる。この際、分散板１１０ａに当たった冷却ガス３ａ１の一部が、分散板１１０ａの孔１１０ａａを介して基板１００の裏面１００ａに供給される。分散板１１０ａにより流れ方向が変えられた冷却ガス３ａ１は、拡径部３ｄａの内部を流れるとともに、拡径部３ｄａの開口から排出される。また、冷却ガス３ａ１の一部を拡径部３ｄａの内部に滞留させることもできる。

分散部１１０に衝突した後に、拡径部３ｄａの開口から排出された冷却ガス３ａ１は、載置台２ａと、基板１００の裏面１００ａと、の間の空間を流れるとともに基板１００の裏面１００ａに供給される。

分散部１１０（分散板１１０ａ）が設けられていれば、前述した分散部１０（分散板１０ａ）と同様の効果を享受することができる。分散部１１０は、冷却ノズル３ｄの拡径部３ｄａの外部に設けられる。そのため、分散部１１０と基板１００の裏面１００ａとの距離が短い。したがって、基板１００の裏面１００ａの中央部へと回り込む冷却ガス３ａ１の量をより少なくすることができる。そのため、基板１００の中央部が基板１００の外周に比べてより冷却され過ぎてしまう場合に効果的である。すなわち、基板１００の面内に温度分布のばらつきが生じるのを抑制することができる。
また、分散部１１０は、支持部１１０ｂを介して、載置台２ａの基板１００側の面と接続されている。そのため、分散部１１０は、載置台２ａと共に回転することができる。回転している分散部１１０に冷却ガス３ａ１が衝突することで、冷却ガス３ａ１は、分散部１１０と共に回転する。つまり、冷却ガス３ａ１は、分散部１１０から回転エネルギーを貰う。そのため、冷却ガス３ａ１は、基板１００の外周へより向かうようになる。したがって、基板中心部と基板中間部の境界付近をより冷却することができる。その結果、基板の面内において温度分布のばらつきを小さくすることができる。
そのため、前述した冷却工程（過冷却工程＋凍結工程）において、基板１００の領域毎に汚染物の除去率がばらつくのを抑制することができるので、基板１００の全領域における汚染物の除去率を向上させることができる。

図７は、他の実施形態に係る分散部２１０を例示するための模式断面図である。
図７に示すように、分散部２１０は、例えば、分散板２１０ａを有する。
前述した分散部１０の場合には、分散板１０ａは、冷却ノズル３ｄの拡径部３ｄａの内部に設けられている。これに対し、分散板２１０ａは、拡径部を有していない冷却ノズル２０３ｄの先端に設けられている。分散板２１０ａは、冷却ノズル２０３ｄの冷却ガス３ａ１の排出側の端部に設けられている。すなわち、分散部２１０には、分散板２１０ａを支持する支持部が設けられていない。

分散板２１０ａは、板状を呈している。分散板２１０ａの中心軸は、冷却ノズル２０３ｄの中心軸と重なる位置に設けることができる。すなわち、分散板２１０ａは、冷却ノズル２０３ｄの内部を延びる孔２０３ｄ１（第２の孔の一例に相当する）の真上に設けることができる。分散板２１０ａの面は、冷却ノズル２０３ｄの中心軸と直交させることができる。
分散板２１０ａの平面形状や寸法などは、前述した分散板１０ａと同様とすることができる。

また、分散板２１０ａは、厚み方向を貫通する孔２１０ａａを有する。例えば、孔２１０ａａは、分散板２１０ａの中央部分に設けられている。孔２１０ａａは、前述した分散板１０ａの孔１０ａａと同様とすることができる。

また、冷却ノズル２０３ｄの、分散板２１０ａが設けられた端部の近傍には、複数の孔２０３ｄ２（第３の孔の一例に相当する）が設けられている。孔２０３ｄ２は、冷却ノズル２０３ｄの側面と孔２０３ｄ１との間を貫通している。
また、載置台２ａの基板１００側の面には、凹部２ａ２が設けられている。凹部２ａ２の外形は、例えば、円形や矩形である。凹部２ａ２の外形は、基板１００の外形よりも小さい方が好ましい。分散板２１０ａと、冷却ノズル２０３ｄの、複数の孔２０３ｄ２が設けられた部分とが、凹部２ａ２の内部に設けられている。つまり、凹部２ａ２は、拡径部３ｄａに代えて設けられる。

図７に示すように、冷却ノズル２０３ｄの孔２０３ｄ１の内部を流れた冷却ガス３ａ１は、分散板２１０ａに当たり流れ方向が変わる。この際、分散板２１０ａに当たった冷却ガス３ａ１の一部が、分散板２１０ａの孔２１０ａａを介して基板１００の裏面１００ａに供給される。分散板２１０ａにより流れ方向が変えられた冷却ガス３ａ１は、複数の孔２０３ｄ２を介して、凹部２ａ２の内部に供給される。凹部２ａ２の内部に供給された冷却ガス３ａ１は、凹部２ａ２の内部を流れるとともに、凹部２ａ２の開口から排出される。また、冷却ガス３ａ１の一部を凹部２ａ２の内部に滞留させることもできる。

凹部２ａ２の開口から排出された冷却ガス３ａ１は、載置台２ａと、基板１００の裏面１００ａと、の間の空間を流れるとともに基板１００の裏面１００ａに供給される。

分散部２１０（分散板２１０ａ）が設けられていれば、前述した分散部１０（分散板１０ａ）と同様の効果を享受することができる。すなわち、基板１００の面内に温度分布のばらつきが生じるのを抑制することができる。そのため、前述した冷却工程（過冷却工程＋凍結工程）において、基板１００の領域毎に汚染物の除去率がばらつくのを抑制することができるので、基板１００の全領域における汚染物の除去率を向上させることができる。

特に、凹部２ａ２の外形を基板１００と相似形とし、略小さくするとより好ましい。このようにすることで、基板１００が略四角形であっても、基板１００の四隅に冷却ガス３ａ１を滞留させることができる。そして、凹部２ａ２は、基板１００と共に回転することができる。そのため、基板１００の四隅は、基板１００の四隅に滞留させた冷却ガス３ａ１によって常に冷却される。この場合、凹部２ａ２は、基板１００より５ｍｍ～１０ｍｍ小さくするとよい。

図８（ａ）は、他の実施形態に係る分散部３１０を例示するための模式図である。
図８（ｂ）は、羽根３１０ｃを例示するための斜視図である。
図８（ｃ）は、図８（ａ）における分散部３１０のＢ－Ｂ線断面図である。
図８（ｄ）は、図８（ａ）における分散部３１０のＣ－Ｃ線断面図である。
図８（ａ）に示すように、分散部３１０は、例えば、分散板１０ａ、支持部１０ｂ、および羽根３１０ｃを有する。すなわち、分散部３１０は、前述した分散部１０に羽根３１０ｃを加えたものである。
羽根３１０ｃは、支持部１０ｂと支持部１０ｂとの間に設けることができる。羽根３１０ｃは、板状を呈し、一方の端部が分散板１０ａに接続され、他方の端部が冷却ノズル３ｄの拡径部３ｄａの内壁に接続されている。

羽根３１０ｃは、図８（ｂ）に示すように、一方の端部から他方の端部に向かって傾斜角度が大きくなるねじれた形態を有する。例えば、図８（ｃ）および図８（ｄ）に示すように、羽根３１０ｃの拡径部３ｄａ側の傾斜角度θ２は、羽根３１０ｃの分散板１０ａ側の傾斜角度θ１よりも大きくすることができる。例えば、傾斜角度θ１は１０°程度、傾斜角度θ２は６０°程度とすることができる。
この様な羽根３１０ｃが設けられていれば、分散部３１０に衝突した後の冷却ガス３ａ１を羽根３１０ｃに沿って基板１００の外周側に導くことができる。

なお、羽根３１０ｃが分散板１０ａに設けられる場合を例示したが、図６に例示をした分散板１１０ａに羽根３１０ｃを設けることもできる。羽根３１０ｃは、支持部１１０ｂのように、一方の端部を分散板１１０ａの側面と接続され、他方の端部を載置台２ａの基板１００側の面に接続される。このようにすることで、羽根３１０ｃは、載置台２ａと共に回転することができる。例えば、羽根３１０ｃが図８（ｂ）に示すように分散板１１０ａに設けられる場合、コントローラ１１が載置台２ａを時計回りに回転させることで、羽根３１０ｃは、冷却ガス３ａ１をより基板側に導くことができる。つまり、羽根３１０ｃが下を向いている方向に羽根３１０ｃを回転させることで、冷却ガス３ａ１をより基板側に導くことができる。

また、図７に例示をした分散板２１０ａに羽根３１０ｃを設けることもできる。分散板２１０ａに羽根３１０ｃを設ける場合には、羽根３１０ｃの一方の端部だけが分散板２１０ａに接続される。この場合、分散部３１０に衝突した後の冷却ガス３ａ１を羽根３１０ｃに沿って基板１００の外周側に導くことができる。
あるいは、羽根３１０ｃの一方の端部だけが載置台２ａに設けられた凹部２ａ２の内壁に接続される。この場合、コントローラ１１は、羽根３１０ｃが下を向いている方向に羽根３１０ｃを回転させることで、凹部２ａ２の内部を流れる冷却ガス３ａ１を基板１００側に導く。

図９は、他の実施形態に係る支持部１０ｂａを例示するための模式斜視図である。
例えば、支持部１０ｂと同様に、支持部１０ｂａは、梁状を呈し、分散板１０ａの側面と、冷却ノズル３ｄの拡径部３ｄａの内壁との間に設けられている。
図９に示すように、例えば、支持部１０ｂａは、支持部１０ｂの側面に螺旋状の凹部１０ｂｂを設けたものとすることができる。支持部１０ｂａの側面に螺旋状の凹部１０ｂｂが設けられていれば、螺旋状の凹部１０ｂｂに接触した冷却ガス３ａ１を、螺旋の方向に流すことができる。そのため、螺旋状の凹部１０ｂｂがない支持部１０ｂに比べて、基板１００の裏面１００ａに向かう冷却ガス３ａ１を増加させることができる。

なお、支持部１１０ｂの側面に螺旋状の凹部１０ｂｂを設けても良い（図９参照）。特に、支持部１１０ｂの水平方向に平行な部分の側面に、螺旋状の凹部１０ｂｂを設けるようにするとよい。載置台２ａが回転するのに伴い、支持部１１０ｂが回転する。この際に、螺旋状の凹部１０ｂｂに接触した冷却ガス３ａ１を、螺旋の方向に流すことがよりできる。結果として、基板１００の裏面１００ａに向かう冷却ガス３ａ１を増加させることができる。

図１０は、他の実施形態に係る拡径部１３ｄａを例示するための模式断面図である。
本実施の形態では、上述の実施の形態と、冷却ノズル３ｄが固定されている（回転不能である）点で共通するが、冷却ノズル３ｄと回転軸２ｂとの間に隙間が形成されており、回転軸シール等の封止部材が存在しない点で相違する。このような構成では、封止部材を不要とすることができる一方で、載置台２ａと基板１００の裏面１００ａとの間の空間に供給された冷却ガス３ａ１が上記の隙間を通って筐体６の外部へと漏れ出し易くなる。

これを防止するために、図１０に示すように、拡径部１３ｄａは、前述した拡径部３ｄａの側面に、フランジ１３ｄｂを設けたものとすることができる。フランジ１３ｄｂは、板状を呈している。フランジ１３ｄｂの上面は、拡径部３ｄａの上面と面一にすることができる。
また、載置台２ａの孔２ａａの周縁には、載置台２ａの、基板１００側の面に開口する凹部２ａｂを設けることができる。フランジ１３ｄｂは、隙間を介して、凹部２ａｂの内部に設けられている。すなわち、フランジ１３ｄｂの裏面（凹部２ａｂの底面側の面）と凹部２ａｂの底面との間には隙間が設けられている。また、フランジ１３ｄｂの側面と凹部２ａｂの側面との間には隙間が設けられている。そのため、回転する載置台２ａと、回転しないフランジ１３ｄｂとが接触することがない。また、フランジ１３ｄｂと凹部２ａｂの内壁との間に設けられる隙間の長さは、凹部２ａｂの内壁に沿った長さとなる。

ここで、拡径部３ｄａと孔２ａａとの間に形成される隙間の長さ（図２（ｂ）参照）と比較すると、フランジ１３ｄｂと凹部２ａｂの内壁との間に設けられる隙間の長さの方が長くなる。そのため、拡径部３ｄａと孔２ａａとの間に形成される隙間の流路抵抗よりもフランジ１３ｄｂと凹部２ａｂの内壁との間に設けられる隙間の流路抵抗の方が大きくなる。したがって、載置台２ａと基板１００の裏面１００ａとの間の空間に供給された冷却ガス３ａ１が、この隙間を介して漏れるのを抑制することができる。また、この隙間を介して、外気が載置台２ａと基板１００の裏面１００ａとの間の空間に侵入するのを抑制することができる。したがって、冷却効率を向上させることができる。
回転軸２ｂの長さが短いほど、拡径部３ｄａと孔２ａａとの間に形成される隙間の長さが短くなる。そのため、冷却ノズル３ｄと回転軸２ｂとの間に隙間があり、回転軸２ｂの長さが短いほど、本実施の形態に係る拡径部１３ｄａは、好ましい。

図１１は、他の実施形態に係る拡径部１１３ｄａを例示するための模式断面図である。 図１１に示すように、拡径部１１３ｄａは、前述したフランジ１３ｄｂの裏面（凹部２ａｂの底面側の面）に、環状の凸部１３ｄｃをさらに設けたものである。凹部２ａｂの底面の、凸部１３ｄｃと対向する位置には、凹部２ａｂの底面に開口する環状の凹部２ａｃが設けられている。凸部１３ｄｃは、凹部２ａｃの内部に隙間を介して設けられている。そのため、回転する載置台２ａと、回転しないフランジ１３ｄｂおよび凸部１３ｄｃと、が接触することがない。凸部１３ｄｃおよび凹部２ａｃが設けられていれば、フランジ１３ｄｂと凹部２ａｂの内壁との間に設けられる隙間の流路抵抗をさらに大きくすることができる。そのため、載置台２ａと基板１００の裏面１００ａとの間の空間に供給された冷却ガス３ａ１が、この隙間を介して漏れるのをさらに抑制することができる。また、この隙間を介して、外気が載置台２ａと基板１００の裏面１００ａとの間の空間に侵入するのをさらに抑制することができる。したがって、冷却効率をさらに向上させることができる。

図１２は、分散部３１０ａに設けられた羽根３１０ｃａの他の実施形態を例示するための模式斜視図である。
図８（ａ）に例示をした羽根３１０ｃと同様に、羽根３１０ｃａは、支持部１０ｂと支持部１０ｂとの間に設けることができる。羽根３１０ｃａは、板状を呈し、一方の端部が分散板１０ａに接続され、他方の端部が冷却ノズル３ｄの拡径部３ｄａの内壁に接続される。
図１２に示すように、羽根３１０ｃａは、一方の端部から他方の端部に向かって傾斜角度が大きくなるねじれた形態を有する。ねじれた形態は、図８（ｂ）に例示をした羽根３１０ｃと同様とすることができる。羽根３１０ｃａの数、配置、傾斜角度は、羽根３１０ｃと同様とすることができる。
ただし、羽根３１０ｃａの上端３１０ｃｂは、分散板１０ａの上面よりも下方に位置している。この様にすれば、分散板１０ａの上面に沿って流れる冷却ガス３ａ１の流れが、羽根３１０ｃａの上端３１０ｃｂにより乱されることがない。
羽根３１０ｃａの上端３１０ｃｂが分散板１０ａの上面よりも下方に位置するために、羽根３１０ｃａの、分散板１０ａに接続された一方の端部は、分散板１０ａの側面に対して斜めに取り付けられることが好ましい。この場合、取り付ける際の傾斜角度は、１０°より小さくするとよい。

以上、実施の形態について例示をした。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。前述した実施形態に関して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。

例えば、基板処理装置１が備える各要素の形状、寸法、数、配置などは、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。

１ 基板処理装置、２ 載置部、２ａ 載置台、２ａｂ 凹部、２ａｃ 凹部、３ 冷却部、３ａ１ 冷却ガス、３ｄ 冷却ノズル、３ｄａ 拡径部、４ 第１液体供給部、５ 第２液体供給部、１０ 分散部、１０ａ 分散板、１０ａａ 孔、１０ｂ 支持部、１０ｂｂ 凹部、１０ｂａ 支持部、１０ｂｂ 凹部、１３ｄｂ フランジ、１３ｄｃ 凸部、１００ 基板、１００ａ 裏面、１００ｂ 表面、１０１ 液体、１０２ 液体、１１０ 分散部、１１０ａ 分散板、１１０ａａ 孔、１１０ｂ 支持部、３１０ 分散部、３１０ｃ 羽根

第１液体供給部４は、基板１００の表面１００ｂに液体１０１を供給する。後述する凍結工程において、液体１０１が固体に変化すると体積が変化するので圧力波が生じる。この圧力波により、基板１００の表面１００ｂに付着している汚染物が分離されると考えられる。そのため、液体１０１は、基板１００の材料と反応し難いものであれば特に限定はない。なお、過冷却状態の液体１０１は、液膜の温度不均一による密度変化、パーティクルなどの汚染物の存在、振動などが、凍結開始の起点となる性質をも有する。つまり、凍結開始の起点は、汚染物となる場合もある。

実施例１と比較例１とを比較する。図４に示すように、基板中心部では、解凍直前の凍結膜の温度は、実施例１の方が高い。しかし、基板中間部および基板外周部においては、解凍直前の凍結膜の温度は、実施例１の方が比較例１よりも低くなる。実施例１において、凍結膜の基板中心部の温度が上昇したことは、分散板１０ａにより、基板中心部に供給されていた冷却ガス３ａ１が比較例１と比べて減少したためと考えられる。また、基板中間部から基板外周部にかけて、凍結膜の温度が低下したことは、熱損失の少ない冷却ガス３ａ１が比較例１と比べて基板１００の外周に流れるようになったためと考えられる。

ところで、拡径部３ｄａおよび分散部１０（分散板１０ａ）を有しない従来の冷却ノズルの場合、冷却ガス３ａ１は、冷却ノズルの排出側の端部から基板１００の裏面１００ａの中央部へと排出される。基板１００の裏面１００ａの中央部と接触した冷却ガス３ａ１は、載置台２ａと、基板１００の裏面１００ａと、の間の空間を基板１００の外周へ向かって流れていく。

Claims (11)

1. 基板を載置可能な載置台を有し、載置された前記基板を回転可能な載置部と、
   前記載置台と、前記基板と、の間の空間に、冷却ガスを供給可能な冷却ノズルと、
   前記基板の、前記載置台側とは反対の面に液体を供給可能な液体供給部と、
   前記冷却ノズルの、前記冷却ガスの排出側に設けられた分散板と、
   を備え、
   前記分散板は、厚み方向を貫通する第１の孔を有し、
   前記冷却ノズルの中心軸に沿った方向から見て、前記第１の孔は、前記冷却ノズルの中心軸に重なる位置に設けられている基板処理装置。
2. 前記冷却ノズルは、前記冷却ガスの排出側の端部に設けられた拡径部を有し、
   前記分散板は、前記拡径部の内部に設けられている請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記冷却ノズルの中心軸に沿った方向において、前記載置台の前記基板側の面と、前記分散板の前記基板側の面と、が同一位置にある請求項１または２に記載の基板処理装置。
4. 前記冷却ノズルは、前記冷却ガスの排出側の端部に設けられた拡径部を有し、
   前記分散板は、前記拡径部の外部に設けられている請求項１記載の基板処理装置。
5. 前記分散板は、前記冷却ノズルの前記冷却ガスの排出側の端部に設けられ、
   前記冷却ノズルは、前記分散板が設けられた端部の近傍に、側面と、前記冷却ノズルの内部を延びる第２の孔と、の間を貫通する第３の孔を有し、
   前記載置台の前記基板側の面には、凹部が設けられ、
   前記分散板と、前記冷却ノズルの、前記第３の孔が設けられた部分と、が、前記凹部の内部に設けられている請求項１記載の基板処理装置。
6. 前記第１の孔の断面寸法は、１ｍｍ以上、２．５ｍｍ以下である請求項１～５のいずれか１つに記載の基板処理装置。
7. 一方の端部が前記分散板に接続され、前記拡径部の内部を流れる前記冷却ガスを前記基板側に導く羽根をさらに備えた請求項２～４のいずれか１つに記載の基板処理装置。
8. 一方の端部が前記分散板に接続され、前記載置台に設けられた前記凹部の内部を流れる前記冷却ガスを前記基板側に導く羽根をさらに備えた請求項５記載の基板処理装置。
9. 前記拡径部の側面に設けられ、板状を呈するフランジをさらに備え、
   前記載置台の前記基板側の面には、凹部が設けられ、
   前記フランジは、隙間を介して、前記凹部の内部に設けられている請求項１～８のいずれか１つに記載の基板処理装置。
10. 前記フランジの、前記凹部の底面側の面には、環状の凸部が設けられ、
    前記凹部の底面の、前記凸部と対向する位置には、前記凹部の底面に開口する環状の凹部が設けられ、
    前記環状の凸部は、前記環状の凹部の内部に隙間を介して設けられている請求項９記載の基板処理装置。
11. 梁状を呈し、一方の端部が前記分散板に接続され、側面に螺旋状の凹部を有する支持部をさらに備えた請求項２～４のいずれか１つに記載の基板処理装置。

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