JP2023005188A - 基板処理方法、および、基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】環境負荷を低減しつつ、除去対象物を効率良く除去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】ゲル化剤を含有するゲル化剤含有液が基板Ｗの第１主面に供給される（ゲル化剤含有液供給工程）。基板を冷却することで第１主面上のゲル化剤含有液がゲル膜に変化する（ゲル化工程）。ゲルが形成されている状態の第１主面に向けて洗浄液を噴射して第１主面が洗浄される（物理洗浄工程）。物理洗浄工程の後、基板が加熱され、かつ、第１主面に向けてリンス液が供給される（リンス工程）。【選択図】図６

Description

この発明は、基板を処理する基板処理方法、および、基板を処理する基板処理装置に関する。
処理の対象となる基板には、たとえば、半導体ウェハ、液晶表示装置および有機ＥＬ(Electroluminescence)表示装置等の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、フォトマスク用基板、セラミック基板、太陽電池用基板等が含まれる。

基板の主面に付着するパーティクル等の除去対象物を除去する手法が提案されている（下記特許文献１および２を参照）。
特許文献１には、酸化セリウムを含むスラリー（研磨剤）を用いて化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）を施した基板の主面に、硫酸過酸化水素水混合液（ＳＰＭ：Sulfuric-acid and hydrogen-Peroxide mixture）を供給して、基板の主面に付着したスラリーの残渣を除去する基板処理が開示されている。しかしながら、環境負荷を低減するために、硫酸の使用量の低減が望まれている。

特許文献２には、硫酸を用いることなく、基板上の除去対象物を除去する手法が開示されている。具体的には、基板の主面に固体状態のポリマー膜を形成し、スプレーノズルから吐出された洗浄液の液滴を衝突させることで物理力をポリマー膜に付与し、基板の主面からポリマー膜を剥離する手法が開示されている。

特開２０１８－０３７６５０号公報 特開２０２０－１６１５２５号公報

そこで、この発明の１つの目的は、環境負荷を低減しつつ、除去対象物を効率良く除去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である。

この発明の一実施形態は、第１主面および前記第１主面とは反対側の第２主面を有する基板を処理する基板処理方法であって、ゲル化剤を含有するゲル化剤含有液を前記第１主面に供給するゲル化剤含有液供給工程と、前記基板を冷却して、前記第１主面上の前記ゲル化剤含有液をゲルに変化させるゲル化工程と、前記ゲルが形成されている状態の前記第１主面に向けて洗浄液を噴射して前記第１主面を洗浄する物理洗浄工程と、前記物理洗浄工程の後、前記ゲル化剤の融点以上の温度を有するリンス液を前記第１主面に供給するリンス工程とを含む、基板処理方法を提供する。

この方法によれば、ゲル化剤を含有するゲル化剤含有液が基板の第１主面に供給される。その後、基板が冷却されることによって、ゲル化剤含有液が基板を介して冷却されてゲルに変化する。そのため、基板の第１主面上に存在する除去対象物にゲルを密着させて、当該ゲルに除去対象物を強固に保持させることができる。
基板の第１主面に向けて洗浄液を噴射することで、ゲルに物理力を付与することができる。そのため、第１主面上のゲルは、除去対象物を保持しながら分裂し、除去対象物とともに第１主面から引き離される。第１主面に供給された洗浄液は、第１主面上で液流を形成し、分裂したゲルを第１主面外へ押し出す。

除去対象物を強固に保持している状態のゲルに物理力を付与してゲルを分裂させるため、分裂後のゲルにも除去対象物が保持されている。そのため、分裂後のゲルに保持されている除去対象物は、その見かけのサイズが拡大されている。そのため、ゲルに保持されている除去対象物は、ゲルが付着していない除去対象物と比較して、洗浄液の液流から物理力を受け易い。したがって、ゲルが形成された第１主面に向けて洗浄液を供給することで、除去対象物を第１主面から効率良く除去できる。

以上のように、硫酸を用いることなく、すなわち、環境負荷を低減しつつ、基板から除去対象物を除去することができる。
その後、ゲル化剤の融点以上の温度を有するリンス液が第１主面に供給される。第１主面にゲルの残渣が存在している場合であっても、リンス液によって当該残渣を加熱してゾル化できる。これにより、ゲル化剤含有液に変化させることができる。そのため、ゾル化によって形成されたゲル化剤含有液をリンス液中に分散させながら、当該ゲル化剤含有液をリンス液とともに基板外へ排出できる。これにより、第１主面にゲルが残存することを抑制できる。

この発明の一実施形態では、前記リンス工程が、前記ゲル化剤の融点以上の温度を有する前記リンス液をリンス液ノズルから前記第１主面に向けて吐出する工程を含む。そのため、基板を加熱するための部材を別途に設けることなく、リンス液によって、ゲルの残渣をゾル化し、ゾル化によって形成されたゲル化剤含有液を第１主面外へ排出させることができる。これにより、第１主面にゲルが残存することを抑制できる。

この発明の一実施形態では、前記リンス工程が、前記ゲル化剤の融点以上の温度にまで前記第２主面を加熱する第２主面加熱工程を含む。そのため、第１主面上のゲルの残渣のゾル化を補助できる。さらに、第１主面に供給されるリンス液の温度がゲル化剤の融点よりも低い場合であっても、基板を介して第１主面上のリンス液をゲル化剤の融点以上の温度にまで加熱できる。これにより、第１主面上のゲルの残渣をゾル化させることができ、第１主面にゲルが残存することを抑制できる。

この発明の一実施形態では、前記ゲル化工程が、前記第２主面を冷却する第２主面冷却工程を含む。そのため、基板以外の部材をゲル化剤含有液に接触させることなく、ゲル化剤含有液に接触する基板を介して第１主面上のゲル化剤含有液を冷却できる。したがって、ゲル化剤含有液への不純物の混入を抑制しつつ、ゲル化剤含有液を効率良く冷却できる。

この発明の一実施形態では、前記物理洗浄工程の実行中においても、前記第２主面に対する冷却が継続される。そのため、物理洗浄工程の実行中に、第１主面上のゲルがゾル化することを抑制できる。したがって、物理洗浄工程によって分裂したゲルとともに除去対象物を基板の第１主面外へ排出する前に、除去対象物がゲルから脱落することを抑制できる。

この発明の一実施形態では、前記物理洗浄工程において前記第１主面に向けて噴射される前記洗浄液の温度が、前記ゲル化剤の融点よりも低い温度である。そのため、洗浄液と第１主面上のゲルとの接触に起因するゲルの温度上昇を抑制できるので、第１主面上のゲルがゾル化することを抑制できる。
この発明の一実施形態では、前記物理洗浄工程が、前記洗浄液の複数の液滴をスプレーノズルから前記第１主面に向けて噴射する液滴噴射工程を含む。

第１主面に向けて噴射された洗浄液は、第１主面上のゲルに衝突する際にゲルに物理力を付与する。そのため、洗浄液の複数の液滴を第１主面に向けて噴射する場合には、液滴が第１主面上のゲルに衝突する度に第１主面上のゲルに物理力が付与される。一方、洗浄液の連続流を第１主面に向けて噴射する場合には、洗浄液が最初に第１主面上のゲルに衝突する際に比較的大きな物理力がゲルに付与されるが、その後にゲルに付与される物理力は比較的小さい。

したがって、洗浄液の複数の液滴を第１主面に向けて噴射すれば、洗浄液の連続流を第１主面に向けて噴射する場合と比較して、第１主面上のゲルに安定的に物理力を付与することができる。そのため、ゲルを短時間で分裂させ、ゲルを除去対象物とともに短時間で第１主面外へ排出できる。
この発明の一実施形態では、前記ゲル化剤の融点が前記ゲル化剤の凝固点よりも高い。そのため、ゲル化剤含有液を冷却してゲルを形成した後に、意図しない温度上昇によってゲルが直ぐにゲル化剤含有液に戻ることを抑制できる。すなわち、一旦形成されたゲルの意図しないゾル化を抑制できる。

たとえば、前記ゲル化剤の融点は、２０℃以上３０℃以下であり、前記ゲル化剤の凝固点は、１５℃以上２５℃以下である。ゲル化剤の凝固点は、室温（たとえば、２５℃）以下であることが特に好ましい。そうであれば、ゲル化工程においてゲル化剤含有液が冷却される前に、すなわち、第１主面に供給される前に、または、第１主面に供給された直後にゲル化剤含有液がゲル化することを抑制できる。したがって、基板を冷却する前に、ゲル化剤含有液を室温よりも高い温度に保つためにゲル化剤含有液を加熱する必要がないので、ゲル化剤含有液の扱いが容易となる。

この発明の一実施形態では、ゲル化剤がゼラチン、寒天、またはこれらの混合物である。その場合、第１主面に形成されるゲルは親水性である。
そのため、第１主面が疎水面である場合には、第１主面が親水面である場合と比較して、第１主面に対するゲルの密着度が低い。そのため、第１主面への洗浄液の噴射によって、第１主面からゲルを容易に引き離すことができる。疎水面は、親水面よりも疎水性が高い（親水性が低い）面である。

一方、第１主面が親水面である場合には、第１主面が疎水面である場合と比較して、第１主面に対するゲルの密着度が高い。そのため、第１主面への洗浄液の噴射によって、第１主面からゲルを充分に引き離すことができない場合もあり得る。その場合であっても、物理洗浄工程の後に、基板を加熱することによってゲルをゾル化して、ゾル化によって形成されたゲル化剤含有液をリンス液とともに第１主面外に排出できる。これにより、第１主面にゲルが残存することを抑制できる。したがって、第１主面が疎水面および親水面のいずれであるかにかかわらず、第１主面から除去対象物を効率良く除去できる。

この発明の一実施形態では、前記基板の前記第１主面は、研磨剤を用いたＣＭＰによって形成された平坦面である。そのため、第１主面には、研磨残渣が付着している。研磨残渣は、ＣＭＰに用いる研磨剤と、研磨によって基板から生じるパーティクルとを含む。
第１主面に付着している研磨残渣は、第１主面と化学結合しており、研磨剤および研磨残渣を第１主面から除去するためには比較的大きい物理力が必要である。さらに研磨残渣の粒径は、比較的小さく、たとえば、第１主面上を流れる洗浄液の境界層厚さよりも小さい。研磨残渣の粒径は、具体的には、２０ｎｍ以下である。粒径は、対象物を完全な球体と仮定した場合に、その直径に相当する便宜的な値である。

境界層厚さは、洗浄液の液流において粘性の影響を強く受ける厚さのことであり、境界層厚さよりも第１主面から離間した位置では、洗浄液から付与される物理力が大きく、境界層厚さよりも第１主面に近い位置では、洗浄液から付与される物理力が小さい。
そこで、研磨残渣を保持するゲルに物理力を付与してゲルを分裂させることで研磨残渣の見かけのサイズを拡大すれば、洗浄液の液流から付与される物理力を大きくすることができる。したがって、洗浄液の液流によって、研磨残渣を第１主面から効率良く除去できる。研磨残渣の粒径が洗浄液の境界層厚さよりも小さい場合には、研磨残渣の見かけのサイズを境界層厚さよりも大きくすることが特に好ましい。

また、第１主面がＣＭＰによって形成された平坦面であれば、凹凸パターンの倒壊を考慮することなく第１主面に大きな物理力を付与できる。そのため、物理洗浄工程において充分な物理力をゲルに付与することができる。したがって、除去対象物を一層効率良く除去することができる。
この発明の一実施形態では、前記ゲル化工程が、前記ゲルによって構成され、前記第１主面上の除去対象物を保持するゲル膜を形成するゲル膜形成工程を含む。前記物理洗浄工程が、前記洗浄液によって前記ゲル膜を分裂させて、前記除去対象物を保持するゲル膜片を形成し、前記洗浄液とともに前記ゲル膜片を前記第１主面外へ排出するゲル膜片排出工程を含む。

この方法によれば、洗浄液の物理力によってゲル膜を分裂させることで、除去対象物を保持する膜片が形成される。膜片に除去対象物を保持させることで、第１主面上の除去対象物の見かけのサイズを拡大できる。そのため、膜片に保持されている除去対象物は、膜片に保持されていない除去対象物と比較して、洗浄液の液流から物理力を受け易い。したがって、ゲルが形成された第１主面に向けて洗浄液を供給することで、除去対象物を第１主面から効率良く洗浄液とともに基板の第１主面外へ排出できる。

その後、基板を加熱し、かつ、第１主面にリンス液を供給することによって、洗浄液による洗浄の後に第１主面に残るゲル膜残渣がゾル化してゲル化剤含有液に変化する。ゲル膜残渣をゾル化することによって、ゾル化によって形成されたゲル化剤含有液をリンス液中に分散させながら、当該ゲル化剤含有液をリンス液とともに基板の第１主面外へ排出できる。これにより、リンス工程の後に第１主面にゲルが残存することを抑制できる。

この発明の一実施形態では、前記リンス工程が、前記物理洗浄工程の後に前記第１主面に残存するゲル膜残渣を加熱によってゾル化させるゾル化工程を含む。
この発明の他の実施形態は、第１主面および前記第１主面とは反対側の第２主面を有する基板を処理する基板処理方法であって、ゲル化剤を含有するゲル化剤含有液を前記第１主面に供給するゲル化剤含有液供給工程と、前記ゲル化剤含有液供給工程の後、前記ゲル化剤の凝固点以下の温度を有する冷却流体を冷却流体ノズルから前記第２主面に向けて吐出する冷却流体吐出工程と、前記冷却流体吐出工程の後、前記第１主面に向けて洗浄液を噴射する洗浄液噴射工程と、前記洗浄液噴射工程の後、前記ゲル化剤の融点以上の温度を有するリンス液をリンス液ノズルから前記第１主面に向けて吐出するリンス液吐出工程とを含む、基板処理方法を提供する。

この方法によれば、ゲル化剤を含有するゲル化剤含有液が基板の第１主面に供給される。ゲル化剤の凝固点以下の温度を有する冷却流体が冷却流体ノズルから基板の第２主面に向けて吐出されることによって、基板を介してゲル化剤含有液が冷却される。これにより、ゲル化剤含有液がゲルに変化する。そのため、ゲルを基板の第１主面上に存在する除去対象物に密着させて、当該ゲルに除去対象物を強固に保持させることができる。

基板の第１主面に向けて洗浄液を噴射することで、ゲルに物理力を付与することができる。そのため、基板の第１主面上のゲルは、除去対象物を保持しながら分裂し、除去対象物とともに第１主面から引き離される。第１主面に供給された洗浄液は、第１主面上で液流を形成し、分裂したゲルを第１主面外へ押し出す。
除去対象物を強固に保持している状態のゲルに物理力を付与してゲルを分裂させるため、分裂後のゲルにも除去対象物が保持されている。そのため、分裂後のゲルに保持されている除去対象物は、その見かけのサイズが拡大されている。そのため、ゲルに保持されている除去対象物は、ゲルが付着していない除去対象物と比較して、洗浄液の液流から物理力を受け易い。したがって、ゲルが形成された第１主面に向けて洗浄液を供給することで、除去対象物を第１主面から効率良く除去できる。

以上のように、硫酸を用いることなく、すなわち、環境負荷を低減しつつ、基板から除去対象物を除去することができる。
その後、ゲル化剤の融点以上の温度を有するリンス液をリンス液ノズルから第１主面に向けて吐出することで、第１主面に残るゲルの残渣がゲル化剤の融点以上の温度に加熱されゾル化する。これにより、ゲル化剤含有液に変化させることができる。そのため、ゾル化によって形成されたゲル化剤含有液をリンス液中に分散させながら、当該ゲル化剤含有液をリンス液とともに基板外へ排出できる。これにより、第１主面にゲルが残存することを抑制できる。

この発明のさらに他の実施形態は、第１主面および前記第１主面とは反対側の第２主面を有する基板を処理する基板処理装置であって、ゲル化剤を含有するゲル化剤含有液を前記第１主面に向けて吐出するゲル化剤含有液ノズルと、前記第２主面を前記ゲル化剤の凝固点以下の温度にまで冷却する冷却ユニットと、前記第１主面を洗浄する洗浄液を前記第１主面に向けて噴射する洗浄液ノズルと、前記第１主面に向けて、前記ゲル化剤の融点以上の温度を有するリンス液を吐出するリンス液ノズルとを含む、基板処理装置を提供する。

この装置によれば、ゲル化剤を含有するゲル化剤含有液を、ゲル化剤含有液ノズルから基板の第１主面に向けて吐出することで、第１主面にゲル化剤含有液を供給することができる。冷却ユニットによって基板を冷却することによって、基板を介してゲル化剤含有液が冷却され、ゲル化剤含有液がゲルに変化する。そのため、基板の第１主面上に存在する除去対象物にゲルを密着させて、当該ゲルに除去対象物を強固に保持させることができる。

基板の第１主面に向けて洗浄液を噴射することで、当該ゲルに物理力を付与することができる。そのため、第１主面上のゲルは、除去対象物を保持しながら分裂し、分裂したゲルは、除去対象物とともに第１主面から引き離される。第１主面に供給された洗浄液は、第１主面上で液流を形成し、分裂したゲルを第１主面外へ押し出す。
除去対象物を強固に保持している状態のゲルに物理力を付与してゲルを分裂させるため、分裂後のゲルにも除去対象物が保持されている。そのため、分裂後のゲルに保持されている除去対象物は、その見かけのサイズが拡大されている。そのため、ゲルに保持されている除去対象物は、ゲルが付着していない除去対象物と比較して、洗浄液の液流から物理力を受け易い。したがって、ゲルが形成された第１主面に向けて洗浄液を供給することで、除去対象物を第１主面から効率良く除去できる。

以上のように、硫酸を用いることなく、すなわち、環境負荷を低減しつつ、基板から除去対象物を除去することができる。
その後、ゲル化剤の融点以上の温度を有するリンス液をリンス液ノズルから第１主面に向けて吐出することで、第１主面にリンス液を供給しながら、洗浄液による洗浄の後に第１主面上に残るゲルの残渣をゾル化できる。そのため、ゾル化によって形成されたゲル化剤含有液をリンス液中に分散させながらリンス液とともに基板外へ排出できる。これにより、第１主面にゲルが残存することを抑制できる。

この発明のさらに他の実施形態では、前記冷却ユニットが、前記ゲル化剤含有液ノズルから前記第１主面上に供給された前記ゲル化剤含有液が前記第１主面上に存在する状態で、前記第２主面を冷却する。前記洗浄液ノズルが、前記第１主面上の前記ゲル化剤含有液が前記冷却ユニットによって冷却されて前記第１主面上にゲルが形成されている状態で、前記第１主面に向けて前記洗浄液を噴射する。前記リンス液ノズルが、前記第１主面上に向けて前記洗浄液ノズルから前記洗浄液が噴射された後に、前記リンス液を前記第１主面に向けて供給する。

この発明のさらに他の実施形態は、前記ゲル化剤含有液ノズルが、融点が２０℃以上３０℃以下であり、かつ、凝固点が１５℃以上２５℃以下である前記ゲル化剤を含有する前記ゲル化剤含有液を前記第１主面に向けて吐出する。
この発明の他の実施形態では、前記ゲル化剤含有液ノズルが、ゼラチン、寒天、またはこれらの混合物である前記ゲル化剤を含有する前記ゲル化剤含有液を前記第１主面に向けて吐出する。

この発明の他の実施形態では、前記洗浄液ノズルが、洗浄液の複数の液滴を前記第１主面に向けて噴射するスプレーノズルを含む。
この発明の他の実施形態では、前記洗浄液ノズルが、前記ゲル化剤の凝固点以下の温度を有する洗浄液を前記第１主面に向けて噴射する。
この発明の他の実施形態では、前記冷却ユニットが、前記ゲル化剤の凝固点以下の温度を有する冷却流体を前記第２主面に供給する冷却流体ノズルを含む。

図１は、この発明の第１実施形態に係る基板処理装置の構成例を説明するための平面図である。 図２は、前記基板処理装置に備えられる処理ユニットの構成を説明するための模式図である。 図３は、前記基板処理装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。 図４は、前記基板処理装置の処理対象の一例である基板の断面図である。 図５は、前記基板処理装置の処理対象の別の例である基板の断面図である。 図６は、前記基板処理装置による基板処理の一例を説明するための流れ図である。 図７Ａは、前記基板処理が行われているときの基板の様子を説明するための模式図である。 図７Ｂは、前記基板処理が行われているときの基板の様子を説明するための模式図である。 図７Ｃは、前記基板処理が行われているときの基板の様子を説明するための模式図である。 図７Ｄは、前記基板処理が行われているときの基板の様子を説明するための模式図である。 図８Ａは、前記基板処理中の基板の第１主面付近の様子を説明するための模式図である。 図８Ｂは、前記基板処理中の基板の第１主面付近の様子を説明するための模式図である。 図８Ｃは、前記基板処理中の基板の第１主面付近の様子を説明するための模式図である。 図８Ｄは、前記基板処理中の基板の第１主面付近の様子を説明するための模式図である。 図８Ｅは、前記基板処理中の基板の第１主面付近の様子を説明するための模式図である。 図８Ｆは、前記基板処理中の基板の第１主面付近の様子を説明するための模式図である。 図８Ｇは、前記基板処理中の基板の第１主面付近の様子を説明するための模式図である。 図９は、前記基板処理の第１変形例について説明するための模式図である。 図１０は、前記基板処理の第２変形例について説明するための模式図である。 図１１は、前記洗浄液ノズルの変形例について説明するための模式図である。 図１２は、前記基板処理装置に備えられる冷却ユニットの変形例について説明するための断面図である。 図１３は、前記基板処理装置に備えられる加熱ユニットの変形例について説明するための断面図である。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
＜第１実施形態に係る基板処理装置１の構成＞
図１は、この発明の第１実施形態に係る基板処理装置１の構成例を説明するための平面図である。
基板処理装置１は、基板Ｗを一枚ずつ処理する枚葉式の装置である。この実施形態では、基板Ｗは、円板状を有する。基板Ｗは、シリコンウエハ等の基板Ｗであり、一対の主面（第１主面Ｗ１および第２主面Ｗ２）を有する。第２主面Ｗ２は、第１主面Ｗ１とは反対側の主面である。

基板処理装置１は、基板Ｗを処理する複数の処理ユニット２と、処理ユニット２で処理される複数枚の基板Ｗを収容するキャリアＣが載置されるロードポートＬＰと、ロードポートＬＰと処理ユニット２との間で基板Ｗを搬送する搬送ロボット（第１搬送ロボットＩＲおよび第２搬送ロボットＣＲ）と、基板処理装置１に備えられる各部材を制御するコントローラ３とを備える。

第１搬送ロボットＩＲは、キャリアＣと搬送ロボットとの間で基板Ｗを搬送する。第２搬送ロボットＣＲは、第１搬送ロボットＩＲと処理ユニット２との間で基板Ｗを搬送する。
各搬送ロボットは、たとえば、いずれも、一対の多関節アームＡＲと、上下に互いに離間するように一対の多関節アームＡＲの先端にそれぞれ設けられた一対のハンドＨとを含む多関節アームロボットである。

複数の処理ユニット２は、水平に離れた４つの位置にそれぞれ配置された４つの処理タワーＴＷを形成している。各処理タワーＴＷは、上下方向に積層された複数の処理ユニット２を含む。４つの処理タワーＴＷは、ロードポートＬＰから第２搬送ロボットＣＲに向かって延びる搬送経路ＴＲの両側に２つずつ配置されている。
処理ユニット２は、チャンバ４と、チャンバ４内に配置された処理カップ７とを備えており、処理カップ７内で基板Ｗに対する処理を実行する。チャンバ４には、第２搬送ロボットＣＲによって、基板Ｗを搬入したり基板Ｗを搬出したりするための出入口（図示せず）が形成されている。チャンバ４には、この出入口を開閉するシャッタユニット（図示せず）が備えられている。

図２は、処理ユニット２の構成を説明するための模式図である。
処理ユニット２は、基板Ｗを所定の処理姿勢に基板Ｗを保持しながら、回転軸線Ａ１まわりに基板Ｗを回転させるスピンチャック５をさらに備える。回転軸線Ａ１は、基板Ｗの中心部を通り、処理姿勢に保持されている基板Ｗの各主面に対して直交する。処理姿勢は、たとえば、図２に示す基板Ｗの姿勢であり、基板Ｗの主面が水平面となる水平姿勢である。処理姿勢が水平姿勢である場合、回転軸線Ａ１は、鉛直に延びる。スピンチャック５は、基板Ｗを処理姿勢に保持しながら回転軸線Ａ１まわりに基板Ｗを回転させる回転保持部材の一例である。

スピンチャック５は、水平方向に沿う円板形状を有するスピンベース２１と、スピンベース２１の上方で基板Ｗを把持し保持位置に基板Ｗを保持する複数のチャックピン２０と、スピンベース２１に上端が連結され鉛直方向に延びる回転軸２２と、回転軸２２をその中心軸線（回転軸線Ａ１）まわりに回転させる回転駆動機構２３とを含む。
複数のチャックピン２０は、スピンベース２１の周方向に間隔を空けてスピンベース２１の上面に配置されている。回転駆動機構２３は、たとえば、電動モータ等のアクチュエータである。回転駆動機構２３は、回転軸２２を回転させることでスピンベース２１および複数のチャックピン２０が回転軸線Ａ１まわりに回転する。これにより、基板Ｗは、スピンベース２１および複数のチャックピン２０とともに回転軸線Ａ１まわりに回転される。

複数のチャックピン２０は、基板Ｗの周縁部に接触して基板Ｗを把持する閉位置と、基板Ｗの周縁部から退避した開位置との間で移動可能である。複数のチャックピン２０は、開閉機構（図示せず）によって移動される。
複数のチャックピン２０は、閉位置に位置するとき、基板Ｗの周縁部を把持して基板Ｗを水平に保持する。開閉機構は、たとえば、リンク機構と、リンク機構に駆動力を付与するアクチュエータとを含む。

処理カップ７は、スピンチャック５に保持されている基板Ｗから飛散する液体を受ける。処理カップ７は、スピンチャック５に保持された基板Ｗから外方に飛散する液体を受け止める複数（図２の例では２つ）のガード３０と、複数のガード３０によって下方に案内された液体をそれぞれ受け止める複数（図２の例では２つ）のカップ３１と、複数のガード３０および複数のカップ３１を取り囲む円筒状の外壁部材３２とを含む。複数のガード３０は、ガード３０昇降駆動機構（図示せず）によって個別に昇降される。ガード３０昇降駆動機構は、たとえば、各ガード３０を昇降駆動する電動モータまたはエアシリンダ等のアクチュエータを含む。

処理ユニット２は、スピンチャック５に保持されている基板Ｗの上面（上側の主面）に向けてゲル化剤含有液の連続流を吐出するゲル化剤含有液ノズル１０と、スピンチャック５に保持されている基板Ｗの上面に向けて洗浄液を噴射する洗浄液ノズル１１と、スピンチャック５に保持されている基板Ｗの上面に向けてリンス液の連続流を吐出するリンス液ノズル１２とをさらに備える。

ゲル化剤含有液ノズル１０、洗浄液ノズル１１、および、リンス液ノズル１２は、いずれも、少なくとも水平方向に移動可能な移動ノズルである。ゲル化剤含有液ノズル１０、洗浄液ノズル１１、および、リンス液ノズル１２は、複数のノズル移動機構（第１ノズル移動機構３５、第２ノズル移動機構３６、および、第３ノズル移動機構３７）によってそれぞれ水平方向に移動される。

各ノズル移動機構は、対応するノズルを、中央位置と退避位置との間で移動させることができる。中央位置は、ノズルが基板Ｗの上面の中央領域に対向する位置である。基板Ｗの上面の中央領域とは、基板Ｗの上面において回転中心（中央部）を含む領域のことである。退避位置は、ノズルが基板Ｗの上面に対向しない位置であり、処理カップ７の外側の位置である。

各ノズル移動機構は、対応するノズルを支持するアーム（第１アーム３５ａ、第２アーム３６ａ、および、第３アーム３７ａ）と、対応するアームを水平方向に移動させるアーム移動機構（第１アーム移動機構３５ｂ、第２アーム移動機構３６ｂ、および、第３アーム移動機構３７ｃ）とを含む。各アーム移動機構は、電動モータ、エアシリンダ等のアクチュエータを含む。

この実施形態とは異なり、ゲル化剤含有液ノズル１０、洗浄液ノズル１１、および、リンス液ノズル１２は、共通のノズル移動機構によって一体移動するように構成されていてもよい。各移動ノズルは、所定の回動軸線まわりに回動する回動式ノズルであってもよいし、対応するアームが延びる方向に直線的に移動する直動式ノズルであってもよい。
ゲル化剤含有液ノズル１０、洗浄液ノズル１１、および、リンス液ノズル１２は、鉛直方向にも移動できるように構成されていてもよい。

ゲル化剤含有液ノズル１０は、ゲル化剤含有液を吐出する単一の吐出口１０ａを有する。ゲル化剤含有液ノズル１０から吐出されるゲル化剤含有液は、ゲル化剤と、ゲル化剤を溶解させる溶媒とを含有している。ゲル化剤含有液に含有される溶媒は、たとえば、ＤＩＷ（脱イオン水）等の水である。ただし、溶媒は、ＤＩＷに限られない。
溶媒は、ＤＩＷに限られず、ＤＩＷ、炭酸水、電解イオン水、希釈濃度（たとえば、１ｐｐｍ以上で、かつ、１００ｐｐｍ以下）の塩酸水、希釈濃度（たとえば、１ｐｐｍ以上で、かつ、１００ｐｐｍ以下）のアンモニア水、還元水（水素水）のうちの少なくとも１つを含有する液体である。

ゲル化剤は、たとえば、ゼラチン、寒天、またはこれらの混合物である。ゲル化剤含有液は、ゲル化剤の凝固点以下に冷却されることによってゲルに変化する。ゲル化剤含有液がゲルに変化することをゲル化という。ゲルは、ゲル化剤の融点以上に加熱されることによってゲル化剤含有液に変化する。ゲルがゲル化剤含有液に変化することをゾル化という。そのため、ゲル化剤含有液は、ゾルともいう。ゲル化剤含有液ノズル１０から吐出されるゲル化剤含有液の温度は、ゲル化剤の凝固点よりも高い。

ゲル化剤の融点および凝固点は、通常、互いに異なっており、ゲル化剤の融点は、ゲル化剤の凝固点よりも高い。そのため、ゲル化剤含有液を冷却してゲルを形成した後に、意図しない温度上昇によってゲルが直ぐにゲル化剤含有液に戻ることを抑制できる。すなわち、一旦形成されたゲルの意図しないゾル化を抑制できる。
ゲル化剤の融点は、たとえば、２０℃以上３０℃以下であり、ゲル化剤の凝固点は、たとえば、１５℃以上２５℃以下である。

ゲル化剤の凝固点は、基板処理装置１が配置されるクリーンルーム内の室温（たとえば、２５℃）以下であることが特に好ましい。そうであれば、ゲル化剤含有液ノズル１０から吐出される前、または、第１主面Ｗ１に供給された直後にゲル化剤含有液がゲル化することを抑制できる。したがって、ゲル化剤含有液ノズル１０に供給されるゲル化剤含有液を室温よりも高い温度に保つためにゲル化剤含有液を加熱する必要がないため、ゲル化剤含有液の扱いが容易となる。

ゲル化剤の融点および凝固点は、エッチングゲル化剤含有液中のゲル化剤の配合率（濃度）、ゲル化剤の種類等によって変化する。たとえば、ゲル化剤含有液がゲル化剤としてゼラチンのみを含む場合、ゲル化剤の融点が２０℃以上３０℃以下で、かつ、ゲル化剤の凝固点が１５℃以上２５℃以下となり易い。たとえば、ゲル化剤がゼラチンであり、ゲル化剤含有液中のゼラチンの濃度が１０％であれば、ゲル化剤の融点が２３℃以上３０℃以下となる。

ゲル化剤の融点および凝固点は、上記の範囲に限られない。ゲル化剤が寒天のみを含む場合には、ゲル化剤の融点は８５℃以上９３℃以下となり、ゲル化剤の凝固点は３３℃以上４５℃以下となる場合がある。
以下では、ゲル化剤の融点が２０℃以上３０℃以下であり、ゲル化剤の凝固点が１５℃以上２５℃以下であるゲル化剤含有液を用いる例について説明する。この場合、ゲル化剤含有液は、室温でゾル状態を維持でき、１５℃未満（たとえば、１０℃程度）に冷却することでゲル化する。ゲルは、室温またはそれ以上の温度（たとえば、４０℃程度）に加熱することでゾル化する。

ゲル化剤含有液ノズル１０は、ゲル化剤含有液ノズル１０にゲル化剤含有液を案内するゲル化剤含有液配管４０に接続されている。ゲル化剤含有液配管４０には、ゲル化剤含有液配管４０によって構成されるゲル化剤含有液流路を開閉するゲル化剤含有液バルブ５０Ａと、ゲル化剤含有液流路内のゲル化剤含有液の流量を調整するゲル化剤含有液流量調整バルブ５０Ｂとが設けられている。

ゲル化剤含有液バルブ５０Ａが開かれると、ゲル化剤含有液流量調整バルブ５０Ｂの開度に応じた流量で、ゲル化剤含有液が、ゲル化剤含有液ノズル１０の吐出口１０ａから下方に連続流で吐出される。
洗浄液ノズル１１は、洗浄液の複数の液滴を噴射するスプレーノズルである。この実施形態の洗浄液ノズル１１は、複数の噴射口１１ａを有し、電圧の印加によって各噴射口１１ａから洗浄液の複数の液滴（洗浄液滴）を噴射する。洗浄液ノズル１１が基板Ｗの上面に向けて複数の洗浄液滴を噴射することで、基板Ｗの上面を物理洗浄できる。詳しくは、基板Ｗの上面にゲルが形成されている状態で、基板Ｗの上面に向けて複数の洗浄液滴を噴射すれば、基板Ｗの上面上のゲルに物理力を付与して、ゲルを分裂させることができる。物理力は、洗浄液が基板Ｗ上のゲルに与える衝撃（運動エネルギー）である。

洗浄液ノズル１１から噴射される洗浄液は、たとえば、ＤＩＷ等の水である。洗浄液は、ＤＩＷに限られず、ＤＩＷ、炭酸水、電解イオン水、希釈濃度（たとえば、１ｐｐｍ以上で、かつ、１００ｐｐｍ以下）の塩酸水、希釈濃度（たとえば、１ｐｐｍ以上で、かつ、１００ｐｐｍ以下）のアンモニア水、還元水（水素水）のうちの少なくとも１つを含有する。

洗浄液ノズル１１は、洗浄液ノズル１１に洗浄液を案内する洗浄液供給配管４１と、洗浄液ノズル１１から洗浄液を排出する洗浄液排出配管４２とに接続されている。洗浄液供給配管４１には、洗浄液供給配管４１によって構成される洗浄液供給流路を開閉する洗浄液供給バルブ５１Ａと、洗浄液供給流路内の洗浄液を洗浄液ノズル１１に送り出す洗浄液ポンプ５１Ｂと、洗浄液供給流路内の洗浄液をゲル化剤の融点よりも低い温度に冷却する洗浄液クーラ５１Ｃとが設けられている。洗浄液排出配管４２には、洗浄液排出配管４２によって構成される洗浄液排出流路を開閉する洗浄液排出バルブ５２Ａが設けられている。

洗浄液は、洗浄液クーラ５１Ｃによって、たとえば、５℃以上２０℃未満の温度にまで冷却される。洗浄液の温度は、５℃以上１５℃以下であることが一層好ましい。
洗浄液供給流路に供給される洗浄液がゲル化剤の融点よりも低い温度に事前に冷却されている場合には、洗浄液クーラ５１Ｃは不要である。
洗浄液ポンプ５１Ｂは、常時、所定圧力（たとえば、１０ＭＰａ以下）で洗浄液ノズル１１に送り出す。洗浄液ポンプ５１Ｂは、洗浄液ノズル１１に供給される洗浄液の圧力を任意の圧力に変更することができる。

洗浄液ノズル１１には、圧電素子５８（ピエゾ素子）が内蔵されている。圧電素子５８は、配線を介して電圧印加ユニット５９に接続されている。電圧印加ユニット５９、たとえば、インバータを含む。電圧印加ユニット５９は、交流電圧を圧電素子５８に印加する。交流電圧が圧電素子５８に印加されると、印加された交流電圧の周波数に対応する周波数で圧電素子５８が振動する。電圧印加ユニット５９は、圧電素子５８に印加される交流電圧の周波数を任意の周波数（たとえば、数百ＫＨｚ～数ＭＨｚ）に変更することができる。

洗浄液供給バルブ５１Ａが開かれている状態で洗浄液ポンプ５１Ｂが駆動されるため、洗浄液ノズル１１には、常時、高圧で除去液が供給されている。洗浄液排出バルブ５２Ａが閉じられている状態では、洗浄液ノズル１１の内部に供給された洗浄液は、液圧によって各噴射口１１ａから噴射される。さらに、洗浄液排出バルブ５２Ａが閉じられている状態で、交流電圧が圧電素子５８に印加されると、洗浄液ノズル１１内の洗浄液に圧電素子５８の振動が付与され、各噴射口１１ａから噴射される洗浄液が、この振動によって分断される。そのため、洗浄液排出バルブ５２Ａが閉じられている状態で、交流電圧が圧電素子５８に印加されると、洗浄液の液滴（洗浄液滴１０３）が各噴射口１１ａから噴射される。これにより、粒径が均一な多数の洗浄液滴１０３が均一な速度で同時に噴射される。

洗浄液ノズル１１に供給される洗浄液は、洗浄液クーラ５１Ｃによってゲル化剤の融点よりも低いの温度に冷却されているため、複数の噴射口１１ａから噴射される複数の洗浄液滴１０３は、ゲル化剤の融点よりも低い温度（たとえば、５℃以上２０℃未満の温度）を有する。
一方、洗浄液排出バルブ５２Ａが開かれている状態では、洗浄液ノズル１１内の洗浄液が、洗浄液排出配管４２に排出される。すなわち、洗浄液排出バルブ５２Ａが開かれている状態では、洗浄液ノズル１１内の液圧が十分に上昇していないため、洗浄液ノズル１１内の洗浄液は、微細孔である噴射口１１ａから噴射されずに、洗浄液排出配管４２に排出される。したがって、噴射口１１ａからの洗浄液の吐出は、洗浄液排出バルブ５２Ａの開閉により制御される。

リンス液ノズル１２は、リンス液を吐出する単一の吐出口１２ａを有する。リンス液ノズル１２から吐出されるリンス液は、たとえば、ＤＩＷ等の水である。リンス液は、ＤＩＷに限られず、ＤＩＷ、炭酸水、電解イオン水、希釈濃度（たとえば、１ｐｐｍ以上で、かつ、１００ｐｐｍ以下）の塩酸水、希釈濃度（たとえば、１ｐｐｍ以上で、かつ、１００ｐｐｍ以下）のアンモニア水、還元水（水素水）のうちの少なくとも１つを含有する液体である。

ゲル化剤含有液中の溶媒、洗浄液、および、リンス液は、いずれも、水系の液体である。ゲル化剤含有液中の溶媒、洗浄液、および、リンス液として、同じ成分からなる液体（たとえば、ＤＩＷ）を用いれば、ゲル化剤含有液ノズル１０、洗浄液ノズル１１、および、リンス液ノズル１２に供給するための液体を貯留するためのタンクの数を削減することができる。

リンス液ノズル１２は、リンス液ノズル１２にリンス液を案内するリンス液配管４３に接続されている。リンス液配管４３には、リンス液配管４３によって構成されるリンス液流路を開閉するリンス液バルブ５３Ａと、リンス液流路内のリンス液の流量を調整するリンス液流量調整バルブ５３Ｂと、リンス液流路内のリンス液をゲル化剤の融点以上の温度にまで加熱するリンス液ヒータ５３Ｃとが設けられている。

リンス液は、リンス液ヒータ５３Ｃによって、たとえば、３０℃よりも高く５０℃以下である温度にまで加熱される。リンス液の温度は、４０℃以上５０℃以下であることが一層好ましい。
リンス液流路に供給されるリンス液がゲル化剤の融点以上の温度に事前に加熱されている場合には、リンス液ヒータ５３Ｃは不要である。

リンス液バルブ５３Ａが開かれると、リンス液流量調整バルブ５３Ｂの開度に応じた流量で、リンス液が、リンス液ノズル１２の吐出口１２ａから下方に連続流で吐出される。
処理ユニット２は、スピンチャック５に保持された基板Ｗの下面（下側の主面）に流体を供給する下側流体ノズル１３をさらに備える。
下側流体ノズル１３は、回転軸２２の内部空間と、スピンベース２１の上面中央部で開口する貫通孔２１ａとに挿入されている。下側流体ノズル１３の吐出口１３ａは、スピンベース２１の上面から露出されている。下側流体ノズル１３の吐出口１３ａは、基板Ｗの下面の中央領域に下方から対向する。基板Ｗの下面の中央領域とは、基板Ｗの下面において基板Ｗの回転中心（中央部）を含む領域のことである。

下側流体ノズル１３は、流体として、たとえば、ゲル化剤の凝固点以下の温度を有する冷却流体と、ゲル化剤の融点以上の温度を有する加熱流体とを、選択的に、基板Ｗの下面に供給する。冷却流体は、たとえば、５℃以上１５℃未満の温度を有する。加熱流体は、たとえば、３０℃よりも高く５０℃以下である温度を有する。
冷却流体および加熱流体は、たとえば、ＤＩＷ等の水である。言い換えると、冷却流体は、冷水であり、加熱流体は、温水であってもよい。冷却流体および加熱流体は、水以外の液体であってもよい。冷却流体および加熱流体は、液体である必要はなく、窒素ガス、希ガス等の不活性ガスであってもよい。不活性ガスは、基板Ｗの主面に対する反応性が無視できるほど低いガスである。

基板Ｗの下面を冷却流体で冷却することによって、基板Ｗの下面をゲル化剤の凝固点以下の温度にまで冷却することができる。基板Ｗの下面への冷却を継続することで、基板Ｗの全体をゲル化剤の凝固点以下の温度にまで冷却することができる。基板Ｗを速やかに冷却するためには、冷却流体の温度は、凝固点よりもさらに低い温度（たとえば、５℃以上１０℃以下）であることが一層好ましい。基板Ｗの下面を加熱流体で加熱することによって、基板Ｗの下面をゲル化剤の融点以上の温度にまで加熱することができる。基板Ｗの下面への加熱を継続することで、基板Ｗの全体をゲル化剤の融点以上の温度にまで加熱することができる。基板Ｗを速やかに加熱するためには、加熱流体の温度は、融点よりもさらに高い温度（たとえば、４０℃以上５０℃以下）であることが一層好ましい。

下側流体ノズル１３は、ゲル化剤の凝固点以下の温度を有する冷却流体を基板Ｗの下面（第２主面Ｗ２）に向けて吐出する冷却流体ノズルの一例であり、ゲル化剤の融点以上の温度を有する加熱流体を基板Ｗの下面（第２主面Ｗ２）に向けて吐出する加熱流体ノズルの一例である。
下側流体ノズル１３は、基板Ｗの下面（第２主面Ｗ２）を冷却する冷却ユニットの一例であり、基板Ｗの下面（第２主面Ｗ２）を加熱する加熱ユニットの一例である。

下側流体ノズル１３は、下側流体ノズル１３に流体を案内する流体配管４４に接続されている。流体配管４４には、流体配管４４に冷却流体を供給する冷却流体配管４５、および、流体配管４４に加熱流体を供給する加熱流体配管４６が接続されている。流体配管４４は、ミキシングバルブ（図示せず）を介して冷却流体配管４５および加熱流体配管４６と接続されていてもよい。

流体配管４４には、流体配管４４によって構成される流路を開閉する流体バルブ５４が設けられている。冷却流体配管４５には、冷却流体配管４５によって構成される冷却流体流路を開閉する冷却流体バルブ５５Ａと、冷却流体流路内の冷却流体の流量を調整する冷却流体流量調整バルブ５５Ｂとが設けられている。加熱流体配管４６には、加熱流体配管４６によって構成される加熱流体流路を開閉する加熱流体バルブ５６Ａと、加熱流体流路内の加熱流体の流量を調整する加熱流体流量調整バルブ５６Ｂとが設けられている。

冷却流体配管４５には、ゲル化剤の凝固点以下の温度にまで流体を冷却する流体クーラ５５Ｃが設けられている。上述したように、ゲル化剤の融点はゲル化剤の凝固点よりも高い。そのため、ゲル化剤の凝固点以下の温度であれば、当該温度は、ゲル化剤の融点よりも低い。加熱流体配管４６には、ゲル化剤の融点以上の温度にまで流体を加熱する流体ヒータ５６Ｃが設けられている。

冷却流体流路に供給される流体がゲル化剤の凝固点以下の温度に事前に冷却されている場合には、流体クーラ５５Ｃは不要である。加熱流体流路に供給される流体がゲル化剤の融点以上の温度に事前に加熱されている場合には、流体ヒータ５６Ｃは不要である。
図３は、基板処理装置１の制御に関する構成例を説明するためのブロック図である。コントローラ３は、マイクロコンピュータを備え、所定の制御プログラムに従って基板処理装置１に備えられた制御対象を制御する。

具体的には、コントローラ３は、プロセッサ３Ａ（ＣＰＵ）と、制御プログラムが格納されたメモリ３Ｂとを含む。コントローラ３は、プロセッサ３Ａが制御プログラムを実行することによって、基板処理のための様々な制御を実行するように構成されている。とくに、コントローラ３は、第１搬送ロボットＩＲ、第２搬送ロボットＣＲ、回転駆動機構２３、第１ノズル移動機構３５、第２ノズル移動機構３６、第３ノズル移動機構３７、リンス液ヒータ５３Ｃ、流体ヒータ５６Ｃ、洗浄液クーラ５１Ｃ、流体クーラ５５Ｃ、洗浄液ポンプ５１Ｂ、電圧印加ユニット５９、ゲル化剤含有液バルブ５０Ａ、ゲル化剤含有液流量調整バルブ５０Ｂ、洗浄液供給バルブ５１Ａ、洗浄液排出バルブ５２Ａ、リンス液バルブ５３Ａ、リンス液流量調整バルブ５３Ｂ、流体バルブ５４、冷却流体バルブ５５Ａ、冷却流体流量調整バルブ５５Ｂ、加熱流体バルブ５６Ａ、加熱流体流量調整バルブ５６Ｂ等を制御するようにプログラムされている。

コントローラ３によってバルブが制御されることによって、対応するノズルからの流体の吐出の有無や、対応するノズルからの流体の吐出流量が制御される。後述する図６に示す各工程は、コントローラ３が基板処理装置１に備えられる各部材を制御することにより実行される。言い換えると、コントローラ３は、後述する図６に示す各工程を実行するようにプログラムされている。

＜処理対象となる基板の構成＞
次に、基板処理装置１に用いられる基板Ｗの構成について説明する。
基板処理装置１に用いられる基板Ｗの第１主面Ｗ１は、たとえば、平坦面である。基板処理装置１に用いられる基板Ｗの第１主面Ｗ１は、たとえば、シリコン（Ｓｉ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、窒素ドープドシリコンカーバイド（ＳｉＣＮ）、タングステン（Ｗ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）およびアモルファスカーボン（ａ－Ｃ）のうちの一種またはこれらのうちの複数種が露出する面である。

第１主面Ｗ１は、疎水面であってもよいし、親水面であってもよい。疎水面は、親水面よりも疎水性が高い（親水性が低い）面である。疎水面に対するＤＩＷの接触角は、親水面に対するＤＩＷの接触角よりも大きい。
第１主面Ｗ１に対するＤＩＷの接触角は、第１主面Ｗ１から露出する成分と、第１主面Ｗ１の形状とに依存する。第１主面Ｗ１から露出する成分の疎水性が高ければ、接触角は大きくなる。第１主面Ｗ１に微細な凹凸が形成されていれば、接触角は大きくなる。

たとえば、第１主面Ｗ１から、ＳｉＣＮ、ＴｉＮ、Ｓｉ、ａ－Ｃ、Ｒｕ等が露出する場合には、第１主面Ｗ１に対するＤＩＷの接触角が４０°以上となることがある。第１主面Ｗ１からＳｉやＴｉＮが露出する場合には、酸化剤を含有するＡＰＭ（ammonia-hydrogen peroxide mixture：アンモニア過酸化水素混合液）液等の薬液で処理することで、第１主面Ｗ１の接触角を４０°未満に低下させることができる。

基板処理装置１に用いられる基板Ｗの代表的なものとして、たとえば、研磨剤（スラリー）を用いたＣＭＰが実行された基板が挙げられる。ＣＭＰが実行されることによって第１主面Ｗ１が平坦面にされてる。
図４は、基板処理装置１の処理対象の一例である基板Ｗの断面図である。図４に示す基板Ｗは、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）を研磨剤とするＣＭＰを素子分離層に施した後の基板Ｗである。素子分離層は、基板Ｗの主面に形成されるデバイス同士を電気的に分離するための絶縁体層である。

図４に示す基板Ｗは、半導体層７０と、半導体層７０上に形成された第１絶縁体層７１と、半導体層７０および第１絶縁体層７１に亘って形成された複数のトレンチ７２と、複数のトレンチ７２にそれぞれ埋設される複数の第２絶縁体層７３とを含む。トレンチ７２は、第１絶縁体層７１を貫通している。トレンチ７２は、半導体層７０によって区画される底部７２ａを有する。

半導体層７０は、たとえば、ポリシリコン層である。第１絶縁体層７１は、たとえば、窒化シリコン層（ＳｉＮ層）であり、第２絶縁体層７３は、酸化シリコン層（ＳｉＯ_２層）である。第２絶縁体層７３は、素子分離層である。図４に示す基板Ｗの第１主面Ｗ１からは、第１絶縁体層７１および第２絶縁体層７３が露出している。そのため、基板Ｗの第１主面Ｗ１からは、窒化シリコンおよび酸化シリコンが露出している。

図４に示す基板Ｗの第１主面Ｗ１には、除去対象物８０として、研磨残渣が付着している。研磨残渣は、研磨剤である酸化セリウムと、第１絶縁体層７１および第２絶縁体層７３が研磨される際に生じたパーティクルとを含む。
図５は、基板処理装置１の処理対象の別の例である基板Ｗの断面図である。図５に示す基板Ｗは、酸化シリコンを研磨剤とするＣＭＰを低誘電率層（Ｌｏｗ－ｋ層）に施した後の基板Ｗである。

図５に示す基板Ｗは、絶縁体層７５と、絶縁体層７５に形成された複数のトレンチ７６と、複数のトレンチ７６にそれぞれ埋設される金属層７７とを含む。トレンチ７６は、絶縁体層によって区画される底部７６ａを有する。
絶縁体層７５は、低誘電率層であり、たとえば、酸化シリコンよりも誘電率が低い窒素ドープドシリコンカーバイド層（ＳｉＣＮ層）である。金属層７７は、たとえば、銅層（Ｃｕ層）である。図５に示す基板Ｗの第１主面Ｗ１からは、絶縁体層７５および金属層７７が露出している。そのため、基板Ｗの第１主面Ｗ１からはＳｉＣＮ層およびＣｕ層が露出している。

図５に示す基板Ｗの第１主面Ｗ１には、除去対象物８０として、研磨残渣が付着している。研磨残渣は、研磨剤である酸化シリコンと、絶縁体層および金属層７７が研磨される際に生じたパーティクルとを含む。
図４に示す基板Ｗの第１主面Ｗ１および図５に示す基板Ｗの第１主面Ｗ１に付着している研磨残渣は、第１主面Ｗ１と化学結合しており、研磨剤および研磨残渣を第１主面Ｗ１から除去するためには比較的強力な物理力を付与する必要がある。さらに研磨残渣の大きさは、比較的小さく、たとえば、第１主面Ｗ１上を流れる洗浄液の境界層厚さよりも小さい。研磨残渣の粒径は、具体的には、２０ｎｍ以下である。

基板処理装置１の処理対象となる基板Ｗは、図４に示す基板Ｗおよび図５に示す基板Ｗには限られない。基板Ｗは、ＣＭＰが施された基板Ｗである必要はなく、必ずしも第１主面Ｗ１が平坦面でなくてもよい。また、第１主面Ｗ１は、ＣＭＰ以外の手法によって形成された平坦面であってもよい。
なお、基板Ｗの第２主面Ｗ２は、第１主面Ｗ１と同様の構成を有していてもよいし、第１主面Ｗ１とは異なる構成を有していてもよい。

＜基板処理の一例＞
図６は、基板処理装置１によって実行される基板処理の一例を説明するためのフローチャートである。図６には、主として、コントローラ３がプログラムを実行することによって実現される処理が示されている。
基板処理装置１による基板処理では、たとえば、図６に示すように、基板搬入工程（ステップＳ１）、ゲル化剤含有液供給工程（ステップＳ２）、ゲル化工程（ステップＳ３）、物理洗浄工程（ステップＳ４）、リンス工程（ステップＳ５）、スピンドライ工程（ステップＳ６）および基板搬出工程（ステップＳ７）がこの順番で実行される。

図７Ａ～図７Ｄは、基板処理の各工程の様子を説明するための模式図である。以下では、図２および図６を主に参照し、基板処理の詳細について説明する。図７Ａ～図７Ｄについては適宜参照する。
まず、未処理の基板Ｗは、第２搬送ロボットＣＲ（図１を参照）によってキャリアＣから処理ユニット２に搬入され、スピンチャック５に渡される（基板搬入工程：ステップＳ１）。これにより、基板Ｗは、スピンチャック５によって水平に保持される（基板保持工程）。この基板処理では、基板Ｗは、第１主面Ｗ１が上面となるように保持される。基板Ｗは、スピンドライ工程（ステップＳ６）が終了するまで、スピンチャック５によって保持され続ける。スピンチャック５に基板Ｗが保持されている状態で、回転駆動機構２３が基板Ｗの回転を開始する（基板回転工程）。

搬送ロボットが処理ユニット２外に退避した後、基板Ｗの上面にゲル化剤含有液を供給するゲル化剤含有液供給工程（ステップＳ２）が実行される。
具体的には、第１ノズル移動機構３５が、ゲル化剤含有液ノズル１０を処理位置に移動させる。ゲル化剤含有液ノズル１０が処理位置に位置する状態で、ゲル化剤含有液バルブ５０Ａが開かれる。これにより、図７Ａに示すように、基板Ｗの上面に向けて、ゲル化剤含有液ノズル１０からゲル化剤含有液の連続流が吐出（供給）される（ゲル化剤含有液吐出工程、ゲル化剤含有液供給工程）。ゲル化剤含有液ノズル１０から吐出されたゲル化剤含有液は、基板Ｗの上面に着液する。基板Ｗの上面に着液したゲル化剤含有液は、着液点から基板Ｗの上面の周縁に向かって放射状に広がる。

この基板処理では、ゲル化剤含有液ノズル１０の処理位置は、中央位置である。そのため、ゲル化剤含有液は、基板Ｗの上面の中央領域に着液する。この実施形態とは異なり、ゲル化剤含有液ノズル１０は、基板Ｗの上面に沿って水平移動しながらゲル化剤含有液を吐出してもよい。
ゲル化剤含有液供給工程（ステップＳ２）の後、基板Ｗを冷却して基板Ｗの上面上のゲル化剤含有液をゲル化させるゲル化工程（ステップＳ３）が実行される。

具体的には、ゲル化剤含有液バルブ５０Ａを閉じてゲル化剤含有液の吐出を停止させ、その代わりに、流体バルブ５４および冷却流体バルブ５５Ａが開かれる。これにより、図７Ｂに示すように、基板Ｗの下面に向けて下側流体ノズル１３から冷水等の冷却流体が吐出（供給）される（冷却流体吐出工程、冷却流体供給工程）。ゲル化剤含有液バルブ５０Ａが閉じられた後、第１ノズル移動機構３５が、ゲル化剤含有液バルブ５０Ａを退避位置に移動させる。

下側流体ノズル１３から吐出された冷却流体は、基板Ｗの下面の中央領域に着液（衝突）する。冷却流体は、遠心力の作用によって、基板Ｗの下面の全体に広がる。これにより、冷却流体によって下方（第２主面Ｗ２側）から基板Ｗが冷却され、基板Ｗを介してゲル化剤含有液が冷却される。すなわち、基板Ｗの下面（第２主面Ｗ２）が冷却流体によって冷却されることによって、基板Ｗの上面上のゲル化剤含有液が冷却される（第２主面冷却工程）。基板Ｗの上面上のゲル化剤含有液が冷却によってゲル化し、基板Ｗの上面のほぼ全体を覆うゲル膜８１が基板Ｗの上面上に形成される（ゲル化工程、ゲル膜形成工程）。

基板Ｗの下面を冷却すれば、基板Ｗ以外の部材をゲル化剤含有液に接触させることなく、基板Ｗを介して基板Ｗ上のゲル化剤含有液を冷却できる。したがって、ゲル化剤含有液への不純物の混入を抑制しつつ、ゲル化剤含有液を効率良く冷却できる。
冷却流体は、流体クーラ５５Ｃによってゲル化剤の凝固点以下の温度にまで冷却されている。そのため、冷却流体を基板Ｗの下面に供給することによって、基板Ｗ上のゲル化剤含有液の温度がゲル化剤の凝固点以下の温度にまで低下する。これにより、ゲル化剤含有液のゲル化を促進できる。このように、下側流体ノズル１３の冷却流体の供給という簡易な手法で、基板Ｗの第２主面Ｗ２を冷却できる。

基板Ｗ上のゲル化剤含有液は、基板Ｗの回転に起因する遠心力の作用によって、基板Ｗの上面外へ排出される。そのため、基板Ｗの上面上のゲル化剤含有液の液膜が薄膜化される（薄膜化工程）。基板Ｗ上のゲル化剤含有液の量が低減されることによって、ゲル化剤含有液の液膜の全体の温度が低下し易くなる。つまり、ゲル化剤含有液のゲル化が促進される。

ゲル化工程（ステップＳ３）の後、基板Ｗ上にゲル膜８１が形成されている状態の基板Ｗを冷却しながら、ゲル膜８１が形成されている状態の基板Ｗの上面に向けて洗浄液を噴射して基板Ｗの上面を洗浄する物理洗浄工程（ステップＳ４）が実行される。
具体的には、第２ノズル移動機構３６が洗浄液ノズル１１を処理位置に移動させる。洗浄液ノズル１１が処理位置に位置する状態で、洗浄液排出バルブ５２Ａが閉じられ、かつ、圧電素子５８に交流電圧が印加される。これにより、図７Ｃに示すように、基板Ｗの上面に向けて複数の洗浄液滴１０３が洗浄液ノズル１１から噴射される（洗浄液噴射工程、液滴噴射工程）。そして、流体バルブ５４および冷却流体バルブ５５Ａが閉じられて、基板Ｗの下面への冷却流体の供給が停止される。

洗浄液ノズル１１から噴射された複数の洗浄液滴１０３は、基板Ｗの上面上のゲル膜８１に衝突する。複数の洗浄液滴１０３がゲル膜８１に衝突することによって、ゲル膜８１が分裂しながら基板Ｗの上面から引き離される。
基板Ｗの上面に衝突した洗浄液滴１０３は、基板Ｗの上面の周縁に向かう放射状の液流（洗浄液流１０４）を基板Ｗの上面上で形成する。そのため、基板Ｗの上面に着液した洗浄液は、着液点から基板Ｗの上面の周縁に向かって広がる。分裂し基板Ｗの上面から引き離されたゲル膜８１は、洗浄液流１０４によって基板Ｗの上面から排除される。すなわち、洗浄液滴１０３の物理力が作用することによって、基板Ｗの上面が洗浄される（物理洗浄工程）。

この基板処理では、洗浄液ノズル１１の処理位置は、中央位置である。そのため、洗浄液は、基板Ｗの上面の中央領域に着液する。この実施形態とは異なり、洗浄液ノズル１１は、基板Ｗの上面に沿って水平移動しながら洗浄液を吐出してもよい。
複数の洗浄液滴１０３を基板Ｗの上面に向けて噴射することによって、洗浄液滴１０３がゲル膜８１に衝突する度にゲル膜８１に物理力が作用する。この基板処理とは異なり、洗浄液の連続流を基板Ｗの上面に向けて噴射する場合には、洗浄液の連続流が最初にゲル膜８１に衝突する際に比較的大きな物理力がゲル膜８１に作用するが、その後にゲル膜８１に作用する物理力は比較的小さい。

したがって、複数の洗浄液滴１０３を基板Ｗの上面に向けて噴射すれば、洗浄液の連続流を基板Ｗの上面に向けて噴射する場合と比較して、ゲル膜８１に安定的に物理力を付与することができる。その結果、ゲル膜８１を短時間で分裂させ、ゲル膜８１を除去対象物８０とともに短時間で第１主面Ｗ１外へ排出できる。
洗浄液は、洗浄液クーラ５１Ｃによって、ゲル化剤の融点よりも低い温度に維持されている。そのため、洗浄液とゲル膜８１との接触に起因するゲル膜８１の温度上昇を抑制できる。したがって、ゲル膜８１がゾル化することを抑制できる。

物理洗浄工程（ステップＳ４）の後、ゲル化剤の融点以上の温度にまで基板Ｗを加熱し、かつ、基板Ｗの上面に向けてリンス液を供給するリンス工程（ステップＳ５）が実行される。
具体的には、洗浄液排出バルブ５２Ａが開かれ、かつ、圧電素子５８への電流の印加が停止される。これにより、洗浄液ノズル１１からの洗浄液滴１０３噴射が停止される。洗浄液ノズル１１からの洗浄液滴１０３の噴射が停止された後、第２ノズル移動機構３６が、洗浄液ノズル１１を退避位置に移動させる。

一方、第３ノズル移動機構３７が、リンス液ノズル１２を処理位置に移動させる。リンス液ノズル１２が処理位置に位置する状態で、リンス液バルブ５３Ａが開かれる。これにより、図７Ｄに示すように、リンス液ノズル１２からリンス液の連続流が基板Ｗの上面へ向けて吐出（供給）される（リンス液吐出工程、リンス液供給工程）。リンス液ノズル１２から吐出されたリンス液は、基板Ｗの上面に着液する。基板Ｗの上面に着液したリンス液は、着液点から基板Ｗの上面の周縁に向かって放射状に広がる。

この基板処理では、リンス液ノズル１２の処理位置は、中央位置である。そのため、リンス液は、基板Ｗの上面の中央領域に着液する。この実施形態とは異なり、リンス液ノズル１２は、基板Ｗの上面に沿って水平移動しながらリンス液を吐出してもよい。
洗浄液による物理洗浄後においても、ゲルが基板Ｗの上面に付着してる場合がある。物理洗浄後においても基板Ｗの上面に付着してるゲルを、ゲル膜残渣という。ゲル膜残渣は、ゲル化剤の融点以上の温度を有するリンス液によって加熱されてゾル化され、ゲル化剤含有液に変化する（ゾル化工程）。リンス液は基板Ｗの上面上で放射状に広がる液流を形成するため、ゾル化によって形成されたゲル化剤含有液をリンス液中に分散させながらリンス液とともに基板Ｗの上面外へ排出できる。これにより、基板Ｗの上面にゲルが残存することを抑制できる。

なお、リンス液によって基板Ｗ上のゲル膜残渣の全てがゾル化する必要はなく、ゲル膜残渣の一部はリンス液の液流によって基板Ｗの上面から押し出されてもよい。
次に、基板Ｗを高速回転させて基板Ｗの上面を乾燥させるスピンドライ工程（ステップＳ６）が実行される。具体的には、リンス液バルブ５３Ａが閉じられる。これにより、基板Ｗの上面へのリンス液の供給が停止される。

そして、回転駆動機構２３が基板Ｗの回転を加速し、基板Ｗを高速回転（たとえば、１５００ｒｐｍ）させる。それによって、大きな遠心力が基板Ｗに付着している流体（リンス液等）に作用し、これらの流体が基板Ｗの周囲に振り切られる。
スピンドライ工程（ステップＳ６）の後、回転駆動機構２３が基板Ｗの回転を停止させる。その後、第２搬送ロボットＣＲが、処理ユニット２に進入して、スピンチャック５から処理済みの基板Ｗを受け取って、処理ユニット２外へと搬出する（基板搬出工程：ステップＳ７）。その基板Ｗは、第２搬送ロボットＣＲから第１搬送ロボットＩＲへと渡され、第１搬送ロボットＩＲによって、キャリアＣに収納される。

次に、基板処理中の第１主面Ｗ１付近の様子の変化の一例について説明する。図８Ａ～図８Ｇは、基板処理中の基板Ｗの第１主面Ｗ１付近の様子を説明するための模式図である。
第２搬送ロボットＣＲからスピンチャック５に渡される基板Ｗの第１主面Ｗ１には、図８Ａに示すように、除去対象物８０が付着している。図８Ｂに示すように、第１主面Ｗ１にゲル化剤含有液が供給されることによって、除去対象物８０にゲル化剤含有液が接触する。

第１主面Ｗ１上のゲル化剤含有液を冷却してゲル化することによって、図８Ｃに示すように、第１主面Ｗ１にゲル膜８１が形成される。
この基板処理では、ゲル膜８１を第１主面Ｗ１に載置するのではなく、除去対象物８０にゲル化剤含有液が接触する状態で、第１主面Ｗ１上でゲル化剤含有液をゲル化してゲル膜８１を形成する。そのため、ゲル膜８１を除去対象物８０に密着させて、除去対象物８０をゲル膜８１に強固に保持させることができる。

ゲル膜８１が形成された後、図８Ｄに示すように、ゲル膜８１に向けて洗浄液の液滴が噴射される。ゲル膜８１に液滴を衝突させることによって、図８Ｅに示すように、第１主面Ｗ１上のゲル膜８１に物理力を付与することができる。
第１主面Ｗ１への複数の洗浄液滴１０３の噴射は、基板Ｗを冷却しながら行われる。そのため、ゲル膜８１のゾル化を抑制しながら、ゲル膜８１に物理力を付与することができる。

ゲル膜８１は、除去対象物８０を保持しながら分裂してゲル膜片８２を形成し、除去対象物８０とともに第１主面Ｗ１から引き離される（剥離される）。第１主面Ｗ１に供給された洗浄液は、第１主面Ｗ１上で洗浄液流１０４を形成し、ゲル膜片８２を第１主面Ｗ１外へ排出する（ゲル膜片排出工程）。図８Ｆに示すように、洗浄液流１０４は、第１主面Ｗ１から引き離されていないゲル膜片８２を第１主面Ｗ１から引き離すこともできるし、第１主面Ｗ１から引き離されたゲル膜片８２を押し流すこともできる。

除去対象物８０を保持するゲル膜８１に洗浄液滴１０３から物理力を作用させてゲル膜片８２を形成することで、第１主面Ｗ１上の除去対象物８０の見かけのサイズを拡大できる。そのため、ゲル膜片８２に保持されている除去対象物８０は、ゲルに覆われていない除去対象物８０と比較して、洗浄液流１０４から物理力を受け易い。したがって、ゲル膜８１が形成された第１主面Ｗ１に向けて洗浄液を供給することで、除去対象物８０を第１主面Ｗ１から効率良く除去できる。

その後、基板Ｗを加熱し、かつ、第１主面Ｗ１にリンス液を供給することによって、洗浄液による洗浄の後に第１主面Ｗ１に残るゲル膜残渣８３（図８Ｆを参照）がゾル化してゲル化剤含有液に変化する（ゾル化工程）。ゲル膜残渣８３をゾル化することによって、ゾル化によって形成されたゲル化剤含有液をリンス液中に分散させながら、当該ゲル化剤含有液をリンス液とともに基板Ｗの第１主面Ｗ１外へ排出できる。これにより、図８Ｇに示すように、第１主面Ｗ１にゲルが残存することを抑制できる。

ここで、近年、半導体装置の微細化に伴い、第１主面Ｗ１に付着する除去対象物８０も小さくなっている。除去対象物８０の粒径が第１主面Ｗ１上を流れる洗浄液の境界層厚さよりも小さい場合がある。除去対象物８０の粒径は、たとえば、２０ｎｍ以下である。
境界層厚さは、洗浄液の流れにおいて粘性の影響を強く受ける厚さのことであり、境界層厚さよりも第１主面Ｗ１から離間した位置では、洗浄液から作用する物理力が大きく、境界層厚さよりも第１主面Ｗ１に近い位置では、洗浄液から作用する物理力が小さい。

そこで、ゲル膜片８２によって除去対象物８０の見かけのサイズを拡大すれば、除去対象物８０の粒径を洗浄液の境界層厚さよりも大きくすることが可能である。ゲル膜片８２によって除去対象物８０の見かけのサイズを拡大することで、除去対象物８０を洗浄液流１０４によって第１主面Ｗ１外へ排出し易くできる。
この基板処理に用いられるゲル化剤は、ゼラチン、寒天、またはこれらの混合物である。そのため、ゲル膜８１は親水性である。第１主面Ｗ１が疎水面である場合には、第１主面Ｗ１が親水面である場合と比較して、第１主面Ｗ１に対するゲル膜８１の密着度が低い。そのため、第１主面Ｗ１への洗浄液の噴射によって、第１主面Ｗ１からゲルを容易に引き離すことができる。

一方、第１主面Ｗ１が親水面である場合には、第１主面Ｗ１が疎水面である場合と比較して、第１主面Ｗ１に対するゲルの密着度が高い。そのため、第１主面Ｗ１への洗浄液の噴射によって、第１主面Ｗ１からゲルを充分に剥離できない場合もあり得る。その場合であっても、物理洗浄工程の後に、基板Ｗを加熱しながら第１主面Ｗ１にリンス液を供給することによって、ゲルをゾル化して、リンス液とともに第１主面Ｗ１外に排出できる。これにより、第１主面Ｗ１にゲルが残存することを抑制できる。したがって、第１主面Ｗ１が疎水面および親水面のいずれであるかにかかわらず、第１主面Ｗ１から除去対象物８０を効率良く除去できる。

この基板処理では、冷却流体、リンス液、洗浄液、および、ゲル化剤含有液に含有される溶媒として、ＤＩＷ等の水が用いられ、ゲル化剤含有液に含有されるゲル化剤として、ゼラチン等が用いられる。したがって、硫酸等の環境負荷が大きい薬液を用いることなく、基板Ｗから除去対象物８０を除去することができる。硫酸よりも環境負荷が小さければ、冷却流体、リンス液、洗浄液、および、ゲル化剤含有液に含有される溶媒は、水以外の液体であってもよいし、有機溶剤および水の混合液であってもよい。

また、基板Ｗの第１主面Ｗ１にＣＭＰが施された基板Ｗである場合には、すなわち、基板Ｗが図４または図５に示す基板Ｗである場合には、第１主面Ｗ１が平坦面であり、かつ、除去対象物８０としての研磨残渣の粒径が２０ｎｍ以下であるため、上述の基板処理による除去対象物８０の除去効果が顕著となる。
第１主面Ｗ１が平坦面であれば、凹凸パターンの倒壊を考慮することなく第１主面Ｗ１に大きな物理力を付与できる。そのため、物理洗浄工程において充分な物理力をゲルに付与することができる。したがって、除去対象物８０を一層効率良く除去することができる。

＜基板処理の変形例＞
図９は、基板処理の第１変形例について説明するための模式図である。図９に示す基板処理の第１変形例のように、冷却流体による基板Ｗの下面の冷却が、基板Ｗの上面への洗浄液の噴射を開始した後においても、継続されていてもよい（冷却継続工程）。
そのため、ゲル膜８１は、洗浄液だけでなく、冷却流体によっても冷却される。そのため、洗浄液のみによってゲル膜８１を冷却する場合と比較して、ゲル膜８１のゾル化を抑制できる。

冷却流体は、ゲル化剤の凝固点以下の温度を有するため、ゲル化剤の融点よりも低い温度を有する洗浄液よりも低温の場合がある。そのため、冷却流体は、洗浄液よりもゲル膜８１のゾル化の抑制効果が高い場合がある。
物理洗浄工程の実行中においても、基板Ｗの下面に対する冷却を継続することで、物理洗浄工程の実行中に、ゲル膜８１がゾル化することを抑制できる。したがって、物理洗浄工程によって分裂したゲル膜８１とともに除去対象物８０を基板Ｗ外へ排出する前に、除去対象物８０がゲル膜片８２から脱落することを抑制できる。

冷却流体によってゲル膜８１を充分に冷却できる場合には、基板処理の第１変形例とは異なり、洗浄液がゲル化剤の融点よりも高い温度を有していてもよい。この場合、洗浄液の冷却を省略してもよく、基板処理装置１から洗浄液クーラ５１Ｃ（図２を参照）を省略することができる。
図１０は、基板処理の第２変形例について説明するための模式図である。図１０に示す基板処理の第２変形例のように、リンス工程においてリンス液ノズル１２からリンス液が吐出されている間、基板Ｗの下面（第２主面Ｗ２）が加熱流体によって加熱されてもよい（第２主面加熱工程）。

具体的には、物理洗浄工程の後、加熱流体バルブ５６Ａが開かれる。これにより、基板Ｗの下面に向けて下側流体ノズル１３から加熱流体が吐出（供給）される（加熱流体吐出工程、加熱流体供給工程）。下側流体ノズル１３から吐出された加熱流体は、基板Ｗの下面の中央領域に着液（衝突）する。加熱流体は、遠心力の作用によって、基板Ｗの下面の全体に広がる。これにより、下方（第２主面Ｗ２側）から基板Ｗが加熱され、基板Ｗを介してゲル膜残渣８３が加熱される。加熱流体を用いてゲル膜残渣８３のゾル化を補助できる。このように、下側流体ノズル１３の加熱流体の供給という簡易な手法で、基板Ｗの第２主面Ｗ２を加熱できる。

基板処理の第２変形例では、ゲル膜残渣８３は、加熱流体およびリンス液の両方によって、加熱される。そのため、ゲル膜残渣８３を効率良くゾル化させることができる。リンス液および加熱流体は、いずれも、ゲル化剤の融点以上の温度を有する。そのため、リンス液によって、ゲル膜残渣８３の温度を上昇させてゲル膜残渣８３のゾル化を一層効率的に促進できる。

基板処理の第２変形例とは異なり、ゲル化剤の融点よりも低い温度を有するリンス液をリンス液ノズル１２から基板Ｗの上面に向けて吐出してもよい。この場合であっても、基板Ｗの上面上にリンス液が存在する状態で、加熱流体によって基板Ｗを加熱することによって、基板Ｗの上面上のリンス液をゲル化剤の融点以上の温度にまで加熱できる。加熱流体によって基板Ｗの上面上のリンス液を加熱することによって、ゲル化剤の融点よりも高い温度を有するリンス液を基板Ｗの上面に供給することが可能である。

このように、リンス液の温度がゲル化剤の融点よりも低い場合であっても、加熱流体で基板Ｗの下面を加熱することによって、ゲルの残渣のゾル化を補助できる。これにより、基板Ｗの上面にゲルが残存することを抑制できる。
なお、図６に示す基板処理では、加熱流体による加熱が実行されない。そのため、図６に示す基板処理を実行する場合、図２に示す基板処理装置１から加熱流体配管４６、加熱流体バルブ５６Ａ、加熱流体流量調整バルブ５６Ｂ、流体ヒータ５６Ｃ等を省略してもよい。

＜基板処理装置１の変形例＞
図１１は、洗浄液ノズル１１の変形例について説明するための模式図である。図１１に示すように、洗浄液ノズル１１は、洗浄液に気体を混合することによって、洗浄液滴１０３を形成するスプレーノズルであってもよい。
図１１に示す洗浄液ノズル１１は、洗浄液と気体とを空中（ノズル外部）で衝突させて洗浄液滴１０３を生成する外部混合型の二流体ノズルである。図１１とは異なり、洗浄液ノズル１１は、ノズル内で洗浄液と気体とを混合してもよい。

洗浄液ノズル１１は、洗浄液の連続流を吐出する洗浄液吐出口９０と、気体を吐出する気体吐出口９１とを有する。気体吐出口９１から吐出される気体は、たとえば、窒素ガス等の不活性ガスである。不活性ガスは、窒素ガスである必要はなく、アルゴン等の希ガスであってもよい。気体吐出口９１から吐出される気体は、不活性ガス以外のガスであってもよく、空気であってもよい。

洗浄液吐出口９０は、洗浄液を下方に向けて吐出する。気体吐出口９１は、洗浄液吐出口９０を取り囲む円環状であり、斜め内側へ向けて気体を吐出する。気体吐出口９１からの気体の吐出軌跡は、洗浄液吐出口９０からの洗浄液の吐出軌跡と交差している。そのため、洗浄液吐出口９０からの洗浄液の液体流９２は、気体吐出口９１からの気体流９３と衝突する。液体流９２と気体流９３とが衝突することによって複数の洗浄液滴１０３が形成される。このように形成された複数の洗浄液滴１０３が、基板Ｗの上面に向けて供給される。

洗浄液ノズル１１は、洗浄液配管９４および気体配管９６に接続されている。洗浄液配管９４には、洗浄液配管９４によって構成される洗浄液流路を開閉する洗浄液バルブ９５Ａと、洗浄液流路内の洗浄液の流量を調整する洗浄液流量調整バルブ９５Ｂと、ゲル化剤の融点よりも低い温度に洗浄液を冷却する洗浄液クーラ９５Ｃとが設けられている。気体配管９６には、気体配管９６によって構成される気体流路を開閉する気体バルブ９７Ａと、気体流路内の気体の流量を調整する気体流量調整バルブ９７Ｂとが設けられている。

また、洗浄液ノズル１１は、図２および図１１とは異なり、スプレーノズルでない場合もあり得る。具体的には、洗浄液ノズル１１は、ポンプを用いて狭小な吐出口から洗浄液を押し出すことによって洗浄液の連続流を噴射する高圧ノズルであってもよい。高圧ノズルは、たとえば、インクジェットノズルまたはスリットノズルであってもよいが、これに限られるものではない。また、洗浄液ノズル１１は、基板Ｗの上面に双方向（たとえば、水平方向）に沿って延びるバー状のノズルであってもよい。

図１２は、基板処理装置１に備えられる冷却ユニットの変形例について説明するための断面図である。図１２に示すように、基板Ｗに下方から対向するクーリングプレート１１０によって基板Ｗの下面を冷却してもよい。
処理ユニット２は、クーリングプレート１１０と、クーリングプレート１１０の下面に連結されクーリングプレート１１０を昇降させる昇降軸１１５とを含む。クーリングプレート１１０は、平面視円形状の冷却面１１０ａを有する。冷却面１１０ａは、基板Ｗよりもわずかに小さい。冷却面１１０ａは、たとえば、クーリングプレート１１０の上面によって構成されている。

クーリングプレート１１０には、たとえば、クーリングプレート１１０内の冷却流体流路を構成する内蔵冷却流体管１１１が内蔵されている。内蔵冷却流体管１１１には、内蔵冷却流体管１１１に冷却流体を供給する冷却流体供給管１１２と、内蔵冷却流体管１１１から冷却流体を排出する冷却流体排出管１１３（冷却流体排出流路）とが接続されている。冷却流体供給管１１２には、冷却流体供給管１１２によって構成される冷却流体供給流路を開閉する冷却流体供給バルブ１１４が設けられている。

昇降軸１１５には、モータ等のアクチュエータを含む昇降機構（図示せず）が接続されている。クーリングプレート１１０は、昇降機構によって、基板Ｗの下面に接する接触位置と、基板Ｗの下面から離間した離間位置との間で昇降される。昇降機構は、電動モータ等のアクチュエータを含む。
クーリングプレート１１０は、ゲル化剤の凝固点以下の温度を有しており、ゲル化剤の凝固点以下の温度に基板Ｗを冷却することができる。詳しくは、冷却流体がゲル化剤の凝固点以下の温度を有しており、クーリングプレート１１０を基板Ｗの下面に接触させることで基板Ｗをゲル化剤の凝固点以下の温度に冷却することができる。冷却流体の温度が充分に低ければ、クーリングプレート１１０を基板Ｗの下面に接触させなくても、基板Ｗをゲル化剤の凝固点以下の温度に冷却することも可能である。

クーリングプレート１１０は、たとえば、５℃以上１５℃未満の温度を有する。基板Ｗを速やかに冷却するためには、クーリングプレート１１０は、凝固点よりもさらに低い温度（たとえば、５℃以上１０℃以下）であることが一層好ましい。
クーリングプレート１１０によって下方から基板Ｗを冷却することによって、基板Ｗの下面をその全域に亘って高い均一性で冷却することができる。

図１２に示す例では、加熱流体を吐出する下側流体ノズル１３が、クーリングプレート１１０の冷却面１１０ａから露出している。下側流体ノズル１３には、加熱流体配管４６が接続されている。
図１３は、基板処理装置１に備えられる加熱ユニットの変形例について説明するための断面図である。図１３に示すように、基板Ｗに下方から対向するホットプレート１１６によって基板Ｗの下面を加熱してもよい。

処理ユニット２は、ホットプレート１１６と、ホットプレート１１６の下面に連結されホットプレート１１６を昇降させる昇降軸１１７とを含む。ホットプレート１１６は、平面視円形状の加熱面１１６ａを有する。加熱面１１６ａは、基板Ｗよりもわずかに小さい。加熱面１１６ａは、たとえば、ホットプレート１１６の上面によって構成されている。
ホットプレート１１６には、たとえば、ヒータ１１８が内蔵されている。ヒータ１１８には、給電線１１９が接続されており、給電線１１９を介して、電源等の通電ユニット（図示せず）から電力が供給される。

昇降軸１１７には、モータ等のアクチュエータを含む昇降機構（図示せず）が接続されている。ホットプレート１１６は、昇降機構によって、基板Ｗの下面に接する接触位置と、基板Ｗの下面から離間した離間位置との間で昇降される。ホットプレート１１６は、基板Ｗの下面に接する接触位置と、基板Ｗの下面から離間した離間位置との間で昇降可能である。昇降機構は、電動モータ等のアクチュエータを含む。

ホットプレート１１６は、ゲル化剤の融点以上の温度を有しており、基板Ｗゲル化剤の融点以上の温度に加熱することができる。詳しくは、ヒータ１１８がゲル化剤の融点以上の温度に加熱され、ホットプレート１１６を基板Ｗの下面に接触させることで基板Ｗをゲル化剤の融点以上の温度に加熱することができる。ヒータ１１８の温度が充分に高ければ、ホットプレート１１６を基板Ｗの下面に接触させなくても、基板Ｗをゲル化剤の融点以上の温度に加熱することも可能である。

ホットプレート１１６は、たとえば、３０℃よりも高く５０℃以下である温度を有する。基板Ｗを速やかに加熱するためには、ホットプレート１１６の温度は、融点よりもさらに高い温度（たとえば、４０℃以上５０℃以下）であることが一層好ましい。
ホットプレート１１６によって下方から基板Ｗを加熱することによって、基板Ｗの下面をその全域に亘って高い均一性で加熱することができる。図１３に示す例では、冷却流体を吐出する下側流体ノズル１３が、ホットプレート１１６の加熱面１１６ａから露出している。

図示しないが、温度を切り換えることができる構成であれば、単一のプレートをクーリングプレート１１０およびホットプレート１１６の両方として機能させることができる。
＜その他の実施形態＞
この発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、さらに他の形態で実施することができる。

たとえば、上述の実施形態では、基板Ｗの上面に対して基板処理が実行される。しかしながら、基板Ｗの下面に対して基板処理が実行されてもよい。その場合、基板処理において、第１主面Ｗ１が下面となり第２主面Ｗ２が上面となるように、スピンチャック５によって基板Ｗが保持される。
また、基板Ｗはスピンチャック５によって必ずしも水平姿勢で保持される必要はなく、鉛直姿勢で保持されていてもよいし、基板Ｗの主面が水平方向に対して傾斜する姿勢で保持されていてもよい。

また、上述の実施形態では、スピンチャック５は、基板Ｗの周縁を複数のチャックピン２０で把持する把持式のスピンチャックであるが、スピンチャック５は把持式のスピンチャックに限られない。たとえば、スピンチャック５は、スピンベース２１に基板Ｗを吸着させる真空吸着式のスピンチャックであってもよい。
また、上述の実施形態では、リンス工程におけるゲル残渣の加熱は、加熱流体およびホットプレート１１６の少なくとも一方によって行われる。しかしながら、リンス工程におけるゲル残渣の加熱は、チャンバ４の内部空間の温度を上昇させることによって行ってもよいし、基板Ｗの第１主面Ｗ１に対向するヒータを用いて行ってもよい。

また、上述の実施形態では、ゲル化工程におけるゲル化剤含有液の冷却は、冷却流体およびクーリングプレート１１０の少なくとも一方によって行われる。しかしながら、ゲル化工程におけるゲル化剤含有液の冷却は、チャンバ４の内部空間の温度を低下させることによって行ってもよいし、基板Ｗの第１主面Ｗ１に対向するクーラを用いて行ってもよい。

また、洗浄液ノズル１１に供給される洗浄液は、洗浄液クーラ５１Ｃによってゲル化剤の凝固点以下の温度に冷却されてもよい。その場合、複数の噴射口１１ａから噴射される複数の洗浄液滴１０３は、ゲル化剤の凝固点以下の温度（たとえば、５℃以上１５℃未満の温度）を有する。
また、ゲル膜８１が基板Ｗの第１主面Ｗ１から除去されるメカニズムは、図８Ａ～図８Ｇに示すメカニズムに限られない。洗浄液の噴射および洗浄液流１０４によって付与される物理力によって、ゲル膜８１が基板Ｗの第１主面Ｗ１から除去されればよく、ゲル膜８１の除去のメカニズムは、図８Ａ～図８Ｇに示すものと異なっている場合もあり得る。

また、上述の実施形態において、配管、ポンプ、バルブ、アクチュエータ等についての図示を一部省略しているが、これらの部材が存在しないことを意味するものではなく、実際にはこれらの部材は適切な位置に設けられている。
なお、上述の実施形態では、「沿う」、「水平」、「鉛直」といった表現を用いたが、厳密に「沿う」、「水平」、「鉛直」であることを要しない。すなわち、これらの各表現は、製造精度、設置精度等のずれを許容するものである。

また、各構成を模式的にブロックで示している場合があるが、各ブロックの形状、大きさおよび位置関係は、各構成の形状、大きさおよび位置関係を示すものではない。
その他、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変更を行うことができる。

１ ：基板処理装置
１０ ：ゲル化剤含有液ノズル
１１ ：洗浄液ノズル（スプレーノズル）
１２ ：リンス液ノズル
１３ ：下側流体ノズル（冷却流体ノズル、冷却ユニット）
８０ ：除去対象物
８１ ：ゲル膜
８２ ：ゲル膜片
８３ ：ゲル膜残渣
１１０ ：クーリングプレート（冷却ユニット）
Ｗ ：基板
Ｗ１ ：第１主面
Ｗ２ ：第２主面

Claims (21)

1. 第１主面および前記第１主面とは反対側の第２主面を有する基板を処理する基板処理方法であって、
   ゲル化剤を含有するゲル化剤含有液を前記第１主面に供給するゲル化剤含有液供給工程と、
   前記基板を冷却して、前記第１主面上の前記ゲル化剤含有液をゲルに変化させるゲル化工程と、
   前記ゲルが形成されている状態の前記第１主面に向けて洗浄液を噴射して前記第１主面を洗浄する物理洗浄工程と、
   前記物理洗浄工程の後、前記ゲル化剤の融点以上の温度を有するリンス液を前記第１主面に供給するリンス工程とを含む、基板処理方法。
2. 前記リンス工程が、前記ゲル化剤の融点以上の温度を有する前記リンス液をリンス液ノズルから前記第１主面に向けて吐出する工程を含む、請求項１に記載の基板処理方法。
3. 前記リンス工程が、前記ゲル化剤の融点以上の温度にまで前記第２主面を加熱する第２主面加熱工程を含む、請求項１または２に記載の基板処理方法。
4. 前記ゲル化工程が、前記第２主面を冷却する第２主面冷却工程を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の基板処理方法。
5. 前記物理洗浄工程の実行中においても、前記第２主面に対する冷却が継続される、請求項４に記載の基板処理方法。
6. 前記物理洗浄工程において前記第１主面に向けて噴射される前記洗浄液の温度が、前記ゲル化剤の融点よりも低い温度である、請求項１～５のいずれか一項に記載の基板処理方法。
7. 前記物理洗浄工程が、前記洗浄液の複数の液滴をスプレーノズルから前記第１主面に向けて噴射する液滴噴射工程を含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の基板処理方法。
8. 前記ゲル化剤の融点が前記ゲル化剤の凝固点よりも高い、請求項１～７のいずれか一項に記載の基板処理方法。
9. 前記ゲル化剤の融点が２０℃以上３０℃以下であり、前記ゲル化剤の凝固点が１５℃以上２５℃以下である、請求項８に記載の基板処理方法。
10. 前記ゲル化剤が、ゼラチン、寒天、またはこれらの混合物である、請求項１～９のいずれか一項に記載の基板処理方法。
11. 前記基板の前記第１主面は、研磨剤を用いた化学機械研磨によって形成された平坦面である、請求項１～１０のいずれか一項に記載の基板処理方法。
12. 前記ゲル化工程が、前記ゲルによって構成され、前記第１主面上の除去対象物を保持するゲル膜を形成するゲル膜形成工程を含み、
    前記物理洗浄工程が、前記洗浄液によって前記ゲル膜を分裂させて、前記除去対象物を保持するゲル膜片を形成し、前記洗浄液とともに前記ゲル膜片を前記第１主面外へ排出するゲル膜片排出工程を含む、請求項１～１１のいずれか一項に記載の基板処理方法。
13. 前記リンス工程が、前記物理洗浄工程の後に、前記第１主面に残存するゲル膜残渣を、加熱によってゾル化させるゾル化工程を含む、請求項１～１２のいずれか一項に記載の基板処理方法。
14. 第１主面および前記第１主面とは反対側の第２主面を有する基板を処理する基板処理方法であって、
    ゲル化剤を含有するゲル化剤含有液を前記第１主面に供給するゲル化剤含有液供給工程と、
    前記ゲル化剤含有液供給工程の後、前記ゲル化剤の凝固点以下の温度を有する冷却流体を冷却流体ノズルから前記第２主面に向けて吐出する冷却流体吐出工程と、
    前記冷却流体吐出工程の後、前記第１主面に向けて洗浄液を噴射する洗浄液噴射工程と、
    前記洗浄液噴射工程の後、前記ゲル化剤の融点以上の温度を有するリンス液をリンス液ノズルから前記第１主面に向けて吐出するリンス液吐出工程とを含む、基板処理方法。
15. 第１主面および前記第１主面とは反対側の第２主面を有する基板を処理する基板処理装置であって、
    ゲル化剤を含有するゲル化剤含有液を前記第１主面に向けて吐出するゲル化剤含有液ノズルと、
    前記第２主面を前記ゲル化剤の凝固点以下の温度にまで冷却する冷却ユニットと、
    前記第１主面を洗浄する洗浄液を前記第１主面に向けて噴射する洗浄液ノズルと、
    前記第１主面に向けて、前記ゲル化剤の融点以上の温度を有するリンス液を吐出するリンス液ノズルとを含む、基板処理装置。
16. 前記冷却ユニットが、前記ゲル化剤含有液ノズルから前記第１主面上に供給された前記ゲル化剤含有液が前記第１主面上に存在する状態で、前記第２主面を冷却し、
    前記洗浄液ノズルが、前記第１主面上の前記ゲル化剤含有液が前記冷却ユニットによって冷却されて前記第１主面上にゲルが形成されている状態で、前記第１主面に向けて前記洗浄液を噴射し、
    前記リンス液ノズルが、前記第１主面上に向けて前記洗浄液ノズルから前記洗浄液が噴射された後に、前記リンス液を前記第１主面に向けて供給する、請求項１５に記載の基板処理装置。
17. 前記ゲル化剤含有液ノズルが、融点が２０℃以上３０℃以下であり、かつ、凝固点が１５℃以上２５℃以下である前記ゲル化剤を含有する前記ゲル化剤含有液を前記第１主面に向けて吐出する、請求項１５または１６に記載の基板処理装置。
18. 前記ゲル化剤含有液ノズルが、ゼラチン、寒天、またはこれらの混合物である前記ゲル化剤を含有する前記ゲル化剤含有液を前記第１主面に向けて吐出する、請求項１５～１７のいずれか一項に記載の基板処理装置。
19. 前記洗浄液ノズルが、洗浄液の複数の液滴を前記第１主面に向けて噴射するスプレーノズルを含む、請求項１５～１８のいずれか一項に記載の基板処理装置。
20. 前記洗浄液ノズルが、前記ゲル化剤の融点よりも低い温度を有する洗浄液を前記第１主面に向けて噴射する、請求項１５～１９のいずれか一項に記載の基板処理装置。
21. 前記冷却ユニットが、前記ゲル化剤の凝固点以下の温度を有する冷却流体を前記第２主面に供給する冷却流体ノズルを含む、請求項１５～２０のいずれか一項に記載の基板処理装置。

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