JP4877783B2 - 裏面洗浄装置、基板処理装置および裏面洗浄方法 - Google Patents

Description

この発明は、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、ＦＥＤ（Field Emission Display）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板などの各種基板（以下、単に「基板」という）の裏面を洗浄する裏面洗浄装置、該裏面洗浄装置を備えた基板処理装置および裏面洗浄方法に関するものである。

半導体装置の製造工程や液晶表示装置の製造工程においては、基板を洗浄する工程が不可欠となっている。そこで、基板を洗浄する基板洗浄装置として、例えば特許文献１に記載の装置が知られている。この装置では、基板の被洗浄面（洗浄対象となる面）を上向きにして基板をペデスタル（台座）上に支持している。そして、被洗浄面に除去流体を供給し、被洗浄面上に該除去流体による液膜を形成している。続いて、液膜を冷却することにより該液膜を凍結させた後、ペデスタルを加熱して凍結された除去流体（凍結膜）を融解している。こうして、基板表面と汚染物質との結合を緩ませて、凍結された除去流体を被洗浄面から除去することによって被洗浄面から汚染物質を除去している。

特開平３−１４５１３０号公報（図１）

ところで、上記のように構成された基板洗浄装置によって基板を洗浄する場合には、次のような問題についても考慮する必要がある。すなわち、基板の両主面のうち回路パターンなどが形成された基板表面が主として洗浄対象となっているが、半導体装置や液晶表示装置などの製造工程においては、基板表面のみならず基板裏面に付着したパーティクル等の汚染物質が歩留り低下要因のひとつとなっている。そこで、基板裏面に付着した汚染物質を効率的に除去する技術が要望されている。

しかしながら、従来装置では、基板をペデスタル上に支持している。そのため、基板表面を被洗浄面として該基板表面を上向きにして配置すると、下方側に向けられた基板裏面については洗浄処理を施すことができない。そこで、基板裏面に付着した汚染物質を除去するために、次のようなことが考えられる。すなわち、基板の表裏を反転させる反転機構を設けることによって該反転機構により基板の表裏を反転させることが考えられる。これにより、基板裏面を上向きにして配置して基板裏面に対して洗浄処理を施すことが可能になる。しかしながら、このような反転機構を新たに設けることは、装置構成が煩雑になるばかりか、装置コストの増大を招いてしまう。

この発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、基板の表裏を反転させることなく基板の裏面を良好に洗浄することができる裏面洗浄装置、該裏面洗浄装置を備えた基板処理装置および裏面洗浄方法を提供することを目的とする。

この発明は、基板の裏面を洗浄処理する裏面洗浄装置であって、上記目的を達成するため、次のように構成されている。この発明にかかる裏面洗浄装置の第１態様は、基板表面を上方に向けた状態で基板を略水平姿勢で保持する基板保持手段と、基板表面を上方に向けた状態で基板保持手段に保持された基板の裏面に液膜を形成する液膜形成手段と、基板表面を上方に向けた状態で基板保持手段に保持された基板の裏面の液膜を凍結させて凍結膜を形成する凍結膜形成手段と、凍結膜を基板裏面から除去する膜除去手段とを備え、凍結膜形成手段は、液膜を構成する液体の凝固点より低い温度を有する冷却ガスを基板保持手段に保持された基板の表面に向けて局部的に吐出し、基板を介して基板裏面の液膜を冷却する冷却ガス吐出ノズルと、冷却ガス吐出ノズルを基板表面に沿って基板に対して相対移動させる駆動機構とを有し、冷却ガス吐出ノズルから冷却ガスを吐出させながら駆動機構により冷却ガス吐出ノズルを基板に対して相対移動させることで基板裏面の全面に凍結膜を形成することを特徴としている。
また、この発明にかかる裏面洗浄装置の第２態様は、基板表面を上方に向けた状態で基板を略水平姿勢で保持する基板保持手段と、基板表面を上方に向けた状態で基板保持手段に保持された基板の裏面に液膜を形成する液膜形成手段と、基板表面を上方に向けた状態で基板保持手段に保持された基板の裏面の液膜を凍結させて凍結膜を形成する凍結膜形成手段と、凍結膜を基板裏面から除去する膜除去手段とを備え、凍結膜形成手段は、基板の上方位置で基板表面に対向させながら基板表面から離間配置された対向部材と、対向部材と基板表面との間に形成される間隙空間に液膜を構成する液体の凝固点より低い温度を有する冷却ガスを供給し、基板を介して基板裏面の液膜を冷却する冷却ガス供給部とを有することを特徴としている。
さらに、この発明にかかる裏面洗浄装置の第３態様は、基板表面を上方に向けた状態で基板を略水平姿勢で保持する基板保持手段と、基板表面を上方に向けた状態で基板保持手段に保持された基板の裏面に液膜を形成する液膜形成手段と、基板表面を上方に向けた状態で基板保持手段に保持された基板の裏面の液膜を凍結させて凍結膜を形成する凍結膜形成手段と、凍結膜を基板裏面から除去する膜除去手段とを備え、凍結膜形成手段は、その表面温度が液膜を構成する液体の凝固点より低い温度に設定された基板冷却面を有し、該基板冷却面を基板表面と対向しながら近接配置し、基板を介して基板裏面の液膜を冷却する基板冷却部を有することを特徴としている。

また、この発明は、基板の裏面を洗浄処理する裏面洗浄方法であって、上記目的を達成するため、基板表面を上方に向けた状態で基板を略水平姿勢で保持しながら基板の裏面に液膜を形成する液膜形成工程と、基板表面を上方に向けた状態で保持された基板の裏面に形成された液膜を凍結させて凍結膜を形成する凍結膜形成工程と、凍結膜を基板裏面から除去する膜除去工程とを備え、凍結膜形成工程は、液膜を構成する液体の凝固点より低い温度を有する冷却ガスを、基板表面を上方に向けた状態で保持された基板の表面に向けて冷却ガス吐出ノズルから局部的に吐出しつつ、冷却ガス吐出ノズルを基板表面に沿って基板に対して相対移動させ、基板を介して基板裏面の液膜を冷却することで基板裏面の全面に凍結膜を形成する工程であることを特徴としている。

このように構成された発明（裏面洗浄装置および裏面洗浄方法）では、基板表面を上方に向けた状態で基板が略水平姿勢で保持されながら基板裏面に液膜が形成される。そして、液膜が凍結（凍結膜が形成）されることで、基板裏面と該基板裏面に付着する汚染物質との間の付着力が低下し、さらには基板裏面から汚染物質が脱離する。このため、基板裏面から凍結膜を除去することで、基板裏面から汚染物質を容易に除去することができる。したがって、基板の表裏を反転させることなく基板裏面を良好に洗浄することができる。これにより、基板の表裏を反転させるために反転機構を設ける必要がなく、装置を簡素に構成するとともに装置コストの低減を図ることができる。

ここで、凍結膜形成手段は、液膜を構成する液体の凝固点より低い温度を有する冷却ガスを基板保持手段に保持された基板の表面に向けて局部的に吐出する冷却ガス吐出ノズルと、冷却ガス吐出ノズルを基板表面に沿って基板に対して相対移動させる駆動機構とを備え、冷却ガス吐出ノズルから冷却ガスを吐出させながら駆動機構により冷却ガス吐出ノズルを基板に対して相対移動させることで基板裏面の全面に凍結膜を形成するようにしてもよい。この構成によれば、液膜を構成する液体の凝固点より低い温度を有する冷却ガスが冷却ガス吐出ノズルから基板表面に向けて局部的に吐出される。これにより、冷却ガスが有する冷熱が基板を介して基板裏面に形成された液膜に伝導し、該液膜の一部が凍結する。このため、冷却ガスを吐出しながら冷却ガス吐出ノズルが基板表面に沿って基板に対して相対移動されることで、基板裏面の表面領域のうち液膜が凍結した領域（凍結領域）が広げられて基板裏面の全面に凍結膜が形成される。したがって、冷却ガスの供給部位を基板表面上の微小領域に限定しながらも、基板表面の全面に凍結膜を形成することができる。

また、凍結膜形成手段は、基板の上方位置で基板表面に対向させながら基板表面から離間配置された対向部材と、対向部材と基板表面との間に形成される間隙空間に液膜を構成する液体の凝固点より低い温度を有する冷却ガスを供給する冷却ガス供給部とを備えるようにしてもよい。この構成によれば、基板の上方位置で基板表面に対向しながら対向部材が離間配置され、対向部材と基板表面との間に形成される間隙空間に液膜を構成する液体の凝固点より低い温度を有する冷却ガスが供給される。これにより、間隙空間に供給された冷却ガスが有する冷熱が基板を介して基板裏面に形成された液膜に伝導する。したがって、間隙空間に冷却ガスを供給することのみで、液膜の全体を凍結させることができる。

また、凍結膜形成手段は、その表面温度が液膜を構成する液体の凝固点より低い温度に設定された基板冷却面を有し、該基板冷却面を基板表面と対向しながら近接配置して基板を冷却する基板冷却部を備えるようにしてもよい。この構成によれば、その表面温度が液膜を構成する液体の凝固点より低い温度に設定された基板冷却面が基板表面と対向しながら近接配置されることで、基板全体が冷却される。このため、冷却ガスを基板に供給することなく、基板裏面に形成された液膜を凍結させることができる。

また、この発明にかかる基板処理装置は、上記目的を達成するため、請求項１ないし３のいずれかに記載の裏面洗浄装置と同一構成を有する裏面洗浄ユニットと、裏面洗浄ユニットの基板保持手段に保持された基板の表面に対して洗浄処理を施す表面洗浄ユニットと、表面洗浄ユニットと裏面洗浄ユニットと同一空間内に収容する処理チャンバーとを備え、表面洗浄ユニットは、処理液と気体とを混合して生成された処理液の液滴を基板表面に向けて吐出可能な二流体ノズルと、二流体ノズルに処理液を供給する処理液供給手段と、二流体ノズルに気体を供給する気体供給手段とを有し、処理チャンバー内に搬送される基板に対して表面洗浄ユニットによる表面洗浄処理および裏面洗浄ユニットによる裏面洗浄処理のいずれか一方の洗浄処理を選択的に施すことを特徴としている。

このように構成された基板処理装置では、２種類の洗浄ユニットが処理チャンバー内に設けられるとともに、処理チャンバー内に搬送される基板に対して２種類の洗浄ユニットのいずれか一方により選択的に洗浄処理が施される。すなわち、二流体ノズルから吐出される処理液の液滴を用いた表面洗浄処理および凍結膜を用いた裏面洗浄処理のいずれか一方の洗浄処理が処理チャンバー内に搬送される基板に対して施される。このため、基板の表裏を反転させる反転機構を設けることなく、単一の処理チャンバー内で基板表面および基板裏面のいずれか一方を被洗浄面として該被洗浄面に応じた洗浄処理を施すことができる。

また、この発明にかかる基板処理装置は、上記目的を達成するため、請求項１ないし３のいずれかに記載の裏面洗浄装置と同一構成を有する裏面洗浄ユニットと、裏面洗浄ユニットの基板保持手段に保持された基板の表面に対して洗浄処理を施す表面洗浄ユニットと、表面洗浄ユニットと裏面洗浄ユニットとを同一空間内に収容する処理チャンバーとを備え、表面洗浄ユニットは、処理液と気体とを混合して生成された処理液の液滴を基板表面に向けて吐出可能な二流体ノズルと、二流体ノズルに処理液を供給する処理液供給手段と、二流体ノズルに気体を供給する気体供給手段とを有し、処理チャンバー内に搬送される基板に対して表面洗浄ユニットによる表面洗浄処理と裏面洗浄ユニットによる裏面洗浄処理の両方の洗浄処理を施すことを特徴としている。

このように構成された基板処理装置では、２種類の洗浄ユニットが処理チャンバー内に設けられるとともに、処理チャンバー内に搬送される基板に対して２種類の洗浄ユニットの両方により洗浄処理が施される。すなわち、二流体ノズルから吐出される処理液の液滴を用いた表面洗浄処理と、凍結膜を用いた裏面洗浄処理の両方の洗浄処理が処理チャンバー内に搬送される基板に対して施される。このため、基板の表裏を反転させる反転機構を設けることなく、単一の処理チャンバー内で基板表面および基板裏面の両方の被洗浄面に対して各被洗浄面に応じた洗浄処理を施すことができる。

この発明によれば、基板表面を上方に向けた状態で基板が略水平姿勢で保持されている。そして、このように保持された基板の裏面に液膜が形成された後、該液膜が凍結され凍結膜が形成される。これにより、基板裏面と該基板裏面に付着する汚染物質との間の付着力が低下し、さらには汚染物質が基板裏面から脱離する。このため、基板裏面から凍結膜を除去することで基板裏面から汚染物質を容易に除去することができる。したがって、基板の表裏を反転させることなく基板裏面を良好に洗浄することができる。

＜裏面洗浄装置の第１実施形態＞
図１はこの発明にかかる裏面洗浄装置の第１実施形態を示す図である。また、図２は図１の裏面洗浄装置の主要な制御構成を示すブロック図である。この裏面洗浄装置は半導体ウエハ等の基板Ｗの裏面Ｗｂに対して洗浄処理を施し、該基板裏面Ｗｂに付着しているパーティクル等の汚染物質を除去するための装置である。より具体的には、微細パターンが形成された基板表面Ｗｆを上方に向けて配置された状態（フェースアップ姿勢）で基板裏面Ｗｂに対して、(1)液膜を形成し、(2)液膜を凍結させて凍結膜を形成し、(3)凍結膜を除去することで、基板裏面Ｗｂに対して一連の洗浄処理（液膜形成＋液膜凍結＋凍結膜除去）を施す装置である。

この裏面洗浄装置は、基板Ｗに対して洗浄処理を施す処理空間をその内部に有する処理チャンバー１と、該処理チャンバー１内に裏面洗浄ユニット１０を備えている。この裏面洗浄ユニット１０は、本発明の「基板保持手段」として機能するスピンチャック２と、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに冷却ガスを吐出する冷却ガス吐出ノズル３と、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに対向可能に配置された遮断部材５とを有している。

スピンチャック２は、回転支軸２１がモータを含むチャック回転機構２２の回転軸に連結されており、チャック回転機構２２の駆動により回転中心Ａ０を中心に回転可能となっている。回転支軸２１の上端部には、円盤状のスピンベース２３が一体的にネジなどの締結部品によって連結されている。したがって、装置全体を制御する制御ユニット４（図２）からの動作指令に応じてチャック回転機構２２を駆動させることによりスピンベース２３が回転中心Ａ０を中心に回転する。

スピンベース２３の周縁部付近には、基板Ｗの周縁部を把持するための複数個のチャックピン２４が立設されている。チャックピン２４は、円形の基板Ｗを確実に保持するために３個以上設けてあればよく、スピンベース２３の周縁部に沿って等角度間隔で配置されている。チャックピン２４のそれぞれは、基板Ｗの周縁部を下方から支持する基板支持部と、基板支持部に支持された基板Ｗの外周端面を押圧して基板Ｗを保持する基板保持部とを備えている。各チャックピン２４は、基板保持部が基板Ｗの外周端面を押圧する押圧状態と、基板保持部が基板Ｗの外周端面から離れる解放状態との間を切り替え可能に構成されている。そして、スピンベース２３に対して基板Ｗが受渡しされる際には、複数個のチャックピン２４を解放状態とし、基板Ｗに対して洗浄処理を行う際には、複数個のチャックピン２４を押圧状態とする。押圧状態とすることによって、複数個のチャックピン２４は基板Ｗの周縁部を把持してその基板Ｗをスピンベース２３から所定間隔を隔てて略水平姿勢に保持することができる。これにより、基板Ｗはその表面（パターン形成面）Ｗｆを上方に向け、裏面Ｗｂを下方に向けた状態で保持される。

冷却ガス吐出ノズル３は水平方向に延びるノズルアーム３１の一方端に取り付けられている。ノズルアーム３１の他方端は回動軸３３に接続されている。回動軸３３にはノズルアーム３１と該ノズルアーム３１に取り付けられた冷却ガス吐出ノズル３とを一体的に揺動させる回動モータ３５（本発明の「駆動機構」に相当）が連結されている。そして、制御ユニット４からの動作指令に応じて回動モータ３５が駆動されることで、冷却ガス吐出ノズル３を回動軸３３回りに揺動させることができる。

図３は裏面洗浄ユニットに装備された冷却ガス吐出ノズルの動作を示す図である。ここで、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は底面図である。回動モータ３５を駆動して冷却ガス吐出ノズル３を揺動させると、冷却ガス吐出ノズル３は基板表面Ｗｆに対向しながら同図（ｂ）の移動軌跡Ｔ、つまり基板Ｗの回転中心位置Ｐｃから基板Ｗの端縁位置Ｐｅに向かう軌跡Ｔに沿って移動する。ここで、基板Ｗの回転中心位置Ｐｃは基板表面Ｗｆの上方で、かつ基板Ｗの回転中心Ａ０上に設定されている。また、冷却ガス吐出ノズル３は基板Ｗの側方に退避した待機位置Ｐｓに移動可能となっている。

冷却ガス吐出ノズル３は冷却ガス供給部６３（図２）と接続されており、制御ユニット４からの動作指令に応じて冷却ガス供給部６３から液膜を凍結させるための冷却ガスを冷却ガス吐出ノズル３に供給する。そして、制御ユニット４からの動作指令に応じて冷却ガス吐出ノズル３が基板表面Ｗｆに近接して対向配置されるとともに冷却ガス吐出ノズル３から冷却ガスが吐出されると、基板表面Ｗｆに向けて冷却ガスが局部的に供給される。したがって、冷却ガス吐出ノズル３から冷却ガスを吐出させた状態で、制御ユニット４が基板Ｗを回転させながら該冷却ガス吐出ノズル３を移動軌跡Ｔに沿って移動させることで、冷却ガスを基板表面Ｗｆの全面にわたって供給することができる。これにより、後述するように基板裏面Ｗｂに液膜１１が形成されていると、該液膜１１の全体を凍結させて基板裏面Ｗｂの全面に凍結膜１３を形成可能となっている。このように、この実施形態では、冷却ガス吐出ノズル３、ノズルアーム３１、回動軸３３および回動モータ３５が本発明の「凍結膜形成手段」として機能する。

冷却ガスとしては、基板裏面Ｗｂに形成された液膜１１を構成する液体の凝固点より低い温度に調整されたガス、例えば窒素ガス、酸素ガスおよび清浄なエア等を用いることができる。この実施形態では、後述するように基板裏面Ｗｂに形成する液膜１１はＤＩＷ（deionized Water）で構成されることから、冷却ガスの温度をＤＩＷの凝固点（氷点）よりも低い温度に調整することができる。また、このように冷却ガスを用いた場合には次の作用効果を得ることができる。すなわち、冷媒としてガスを用いる場合、基板表面Ｗｆへのガス供給前にフィルタ等を介挿することで冷却ガスに含まれる汚染物質を容易に、高効率で除去することができる。そして、こうして清浄化された冷却ガスを用いることで凍結処理において基板表面Ｗｆに汚染物質が付着するのを確実に防止することができる。

図１に戻って説明を続ける。スピンチャック２の回転支軸２１は中空軸からなる。回転支軸２１の内部には、基板Ｗの裏面Ｗｂに処理液を供給するための処理液供給管２５が挿通されている。処理液供給管２５は、スピンチャック２に保持された基板Ｗの下面（裏面Ｗｂ）に近接する位置まで延びており、その先端には基板Ｗの下面中央部に向けて処理液を吐出する処理液ノズル２７が設けられている。処理液供給管２５は処理液供給部６１（図２）と接続されており、処理液供給部６１から処理液として薬液またはＤＩＷ等のリンス液が選択的に供給される。

回転支軸２１の内壁面と処理液供給管２５の外壁面の隙間は、円筒状のガス供給路２９を形成している。このガス供給路２９は窒素ガス供給部６５（図２）と接続されており、スピンベース２３と基板裏面Ｗｂとの間に形成される空間に窒素ガスとして窒素ガスを供給することができる。なお、この実施形態では、窒素ガス供給部６５から窒素ガスを供給しているが、窒素ガスに替えて空気や他の不活性ガスなどを吐出してもよい。

また、スピンチャック２の上方には、中心部に開口を有する円盤状の遮断部材５が設けられている。遮断部材５は、その下面（底面）が基板表面Ｗｆと略平行に対向する基板対向面となっており、その平面サイズは基板Ｗの直径と同等以上の大きさに形成されている。遮断部材５は略円筒形状を有する支持軸５１の下端部に略水平に取り付けられ、支持軸５１は水平方向に延びるアーム５２により基板Ｗの中心を通る鉛直軸回りに回転可能に保持されている。また、アーム５２には、遮断部材回転機構５３と遮断部材昇降機構５４が接続されている。

遮断部材回転機構５３は、制御ユニット４からの動作指令に応じて支持軸５１を基板Ｗの中心を通る鉛直軸回りに回転させる。また、遮断部材回転機構５３は、スピンチャック２に保持された基板Ｗの回転に応じて基板Ｗと同じ回転方向でかつ略同じ回転速度で遮断部材５を回転させるように構成されている。また、遮断部材昇降機構５４は、制御ユニット４からの動作指令に応じて、遮断部材５をスピンベース２３に近接して対向させたり、逆に離間させることが可能となっている。具体的には、制御ユニット４は遮断部材昇降機構５４を作動させることで、装置に対して基板Ｗを搬入出させる際には、スピンチャック２の上方の離間位置（図１に示す位置）に遮断部材５を上昇させる。その一方で、基板Ｗに対して所定の処理を施す際には、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆのごく近傍に設定された対向位置まで遮断部材５を下降させる。

支持軸５１は中空に仕上げられ、その内部に遮断部材５の開口に連通したガス供給路５５が挿通されている。ガス供給路５５は、窒素ガス供給部６５と接続されており、窒素ガス供給部６５から窒素ガスが供給される。この実施形態では、基板Ｗに対する洗浄処理後の乾燥処理時に、ガス供給路５５から遮断部材５と基板表面Ｗｆとの間に形成される空間に窒素ガスを供給する。また、ガス供給路５５の内部には、遮断部材５の開口に連通した液供給管５６が挿通されており、液供給管５６の下端にノズル５７が結合されている。液供給管５６は処理液供給部６１に接続されており、処理液供給部６１から処理液（薬液またはリンス液）が供給されることで、ノズル５７から処理液を基板表面Ｗｆに向けて吐出可能となっている。

次に、上記のように構成された裏面洗浄装置における動作について図４および図５を参照しつつ説明する。図４は図１の裏面洗浄装置の動作を示すフローチャートである。また、図５は図１の裏面洗浄装置の動作を示す模式図である。この装置では、未処理の基板Ｗが処理チャンバー１内に搬入されると、制御ユニット４が装置各部を制御して基板Ｗの裏面Ｗｂに対して一連の洗浄処理（液膜形成＋液膜凍結＋凍結膜除去）を実行する。ここで、基板表面Ｗfに微細パターンが形成されることがある。つまり、基板表面Ｗfがパターン形成面になっている。この実施形態では、基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗが処理チャンバー１内に搬入され、スピンチャック２に保持される（ステップＳ１）。なお、遮断部材５は離間位置にあり、基板Ｗとの干渉を防止している。

スピンチャック２に未処理の基板Ｗが保持されると、制御ユニット４はチャック回転機構２２を駆動させてスピンチャック２を回転させるとともに、処理液ノズル２７からＤＩＷを基板裏面Ｗｂの中央部に向けて供給する（図５（ａ））。これにより、基板裏面Ｗｂに供給されたＤＩＷは基板Ｗの回転に伴う遠心力の作用により基板Ｗの径方向外向きに均一に広げられるるとともに、その一部が基板外に振り切られる。その結果、基板裏面Ｗｂの全面にわたって液膜の厚みが均一にコントロールされ、基板裏面Ｗｂの全体に所定の厚みを有する液膜（水膜）１１が形成される（ステップＳ２）。このように、この実施形態では、処理液ノズル２７が本発明の「液膜形成手段」として機能する。

液膜形成処理が終了すると、制御ユニット４は冷却ガス吐出ノズル３を待機位置Ｐｓから冷却ガス供給開始位置、つまり基板Ｗの回転中心位置Ｐｃに移動させる。続いて、回転駆動されている基板Ｗの表面Ｗｆに向けて冷却ガス吐出ノズル３から冷却ガスを吐出させる。これにより、基板裏面Ｗｂに形成された液膜１１が局部的に凍結する。つまり、基板表面Ｗｆに供給された冷却ガスが有する冷熱が基板Ｗを介して基板裏面Ｗｂに形成された液膜１１に伝導する。特にシリコン基板は比較的熱伝導率が大きいため、基板Ｗを介して冷熱が液膜１１に効率良く伝導する。その結果、液膜１１の一部が凍結する。そして、冷却ガスを吐出させながら冷却ガス吐出ノズル３を徐々に基板Ｗの端縁位置Ｐｅに向けて移動させていく。これにより、基板裏面Ｗｂの表面領域のうち液膜１１が凍結した領域（凍結領域）が基板裏面Ｗｂの中央部から周縁部へと広げられる（図５（ｂ））。その結果、基板裏面Ｗｂの全面に凍結膜（氷膜）１３が形成される（ステップＳ３；凍結膜形成工程）。このようにして凍結膜形成工程が実行されると、基板裏面Ｗｂと該基板裏面Ｗｂに付着するパーティクルの間に入り込んだ液膜の体積が増加し、パーティクルが微小距離だけ基板裏面Ｗｂから離れる。その結果、基板裏面Ｗｂとパーティクルとの間の付着力が低下し、さらにはパーティクルが基板裏面Ｗｂから脱離することとなる。

液膜の凍結処理（凍結膜形成工程）が終了すると、制御ユニット４は冷却ガス吐出ノズル３を待機位置Ｐｓに移動させる。続いて、基板Ｗに対して膜除去処理を実行する。すなわち、遮断部材５を対向位置に配置させるとともに、ノズル５７および処理液ノズル２７から膜除去液としてＤＩＷをそれぞれ、回転駆動されている基板Ｗの表裏面Ｗｆ，Ｗｂに供給する（図５（ｃ））。これにより、基板裏面Ｗｂの凍結膜１３が融解する。また、基板裏面Ｗｂに供給されたＤＩＷによって基板裏面Ｗｂからパーティクルを含む凍結膜１３が除去され、基板外に排出される（ステップＳ４；膜除去工程）。つまり、パーティクルは基板裏面Ｗｂに対する付着力が低下した状態あるいは基板裏面Ｗｂから脱離した状態にあることから凍結膜１３を基板裏面Ｗｂから除去することによって基板裏面Ｗｂからパーティクルを容易に除去することができる。このように、この実施形態では、処理液ノズル２７が本発明の「膜除去手段」として機能する。

さらに、基板表面ＷｆについてもＤＩＷが基板Ｗの回転により表面全体に広がり、基板表面ＷｆがＤＩＷによって覆われる。その結果、基板表面Ｗｆへの基板裏面Ｗｂからのパーティクルの回り込みが防止される。なお、この膜除去工程では、基板Ｗの回転とともに遮断部材５を回転させるのが好ましい。これにより、遮断部材５に付着する液体成分が振り切られるとともに、遮断部材５と基板表面Ｗｆとの間に形成される空間に基板周辺からミスト状の処理液が侵入するのを防止することができる。

基板Ｗに対する一連の洗浄処理が完了すると、制御ユニット４はチャック回転機構２２および遮断部材回転機構５３のモータの回転速度を高めて基板Ｗおよび遮断部材５を高速回転させる。これにより、基板Ｗの乾燥処理（スピンドライ）が実行される（ステップＳ５）。さらに、この乾燥処理においては、ガス供給路５５，２９から窒素ガスを供給することで、遮断部材５と基板表面Ｗｆとの間に挟まれた空間およびスピンベース２３と基板裏面Ｗｂとの間に挟まれた空間が窒素ガス雰囲気とされる。これにより、基板Ｗの乾燥が促進され、乾燥時間を短縮することができる。乾燥処理後は基板Ｗの回転が停止され、処理チャンバー１から処理済の基板Ｗが搬出される（ステップＳ６）。

以上のように、この実施形態によれば、基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗをスピンチャック２に保持させるとともに、下方に向けられた基板裏面Ｗｂに凍結膜１３を形成している。そして、基板裏面Ｗｂから凍結膜１３を除去することによって該凍結膜１３とともに基板裏面Ｗｂに付着するパーティクルを基板裏面Ｗｂから除去している。このため、基板表面Ｗｆを上方に向けた状態のまま、基板Ｗの表裏を反転させることなく基板裏面Ｗｂを良好に洗浄することが可能となっている。したがって、基板Ｗの表裏を反転させるために新たに反転機構を設ける必要がなく、装置構成を簡素化するとともに装置コストの低減を図ることができる。

また、この実施形態によれば、冷却ガス吐出ノズル３から冷却ガスを基板表面Ｗｆに向けて局部的に吐出させながら冷却ガス吐出ノズル３を基板表面Ｗｆに沿って基板Ｗに対して相対移動させている。このため、冷却ガスの供給部位を基板表面上の微小領域に限定しながらも基板裏面Ｗｂの全面に凍結膜１３を形成可能となっており、冷却ガスの消費量を抑制することができる。また、基板表面Ｗｆにガスを供給することで基板裏面Ｗｂに形成された液膜１１を凍結している。このため、基板表面Ｗｆに冷却用の液体（液体冷媒）を供給して液膜１１を凍結させる場合に比較して基板表面Ｗｆに形成されたパターンにダメージを与えるのを防止することができる。すなわち、基板表面Ｗｆに液体冷媒を供給する場合には、該液体冷媒がパターン間隙に入り込み、パターン同士が液体冷媒の表面張力により互いに引き寄せられて倒壊する問題が発生するおそれがある。これに対して、この実施形態によれば、基板表面Ｗｆにガスを供給することで液膜１１を凍結させているので、液体の表面張力に起因したパターン倒壊を防止することができる。したがって、パターンへのダメージ発生を防止しながら基板裏面Ｗｂのみを良好に洗浄することができる。これにより、基板表面Ｗｆへの影響を考慮することなく基板裏面Ｗｂにおけるパーティクル除去率の向上のみを主目的に洗浄処理条件（例えば、基板裏面Ｗｂに形成する液膜１１の厚みおよび冷却ガスの温度など）を適切に設定することができる。

＜裏面洗浄装置の第２実施形態＞
図６はこの発明にかかる裏面洗浄装置の第２実施形態を示す図である。この第２実施形態にかかる裏面洗浄装置が第１実施形態と大きく相違する点は、冷却ガス吐出ノズル３のような吐出手段を基板表面Ｗｆに沿って揺動させることなく、冷却ガスを基板表面Ｗｆに供給している点である。なお、その他の構成は基本的に第１実施形態と同様であるため、ここでは相違点を中心に説明する。

この実施形態では、処理チャンバー１内に裏面洗浄ユニット１０Ａが設けられている。この裏面洗浄ユニット１０Ａは、スピンチャック２と、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに向けてＤＩＷを吐出するＤＩＷ吐出ノズル６と、スピンチャック２に保持された基板Ｗの上方に昇降自在に配置された対向部材７とを有している。

ＤＩＷ吐出ノズル６は処理液供給部６１と接続されており、処理液供給部６１からのＤＩＷを吐出可能となっている。ＤＩＷ吐出ノズル６はアーム６２の先端側に固着される一方、アーム６２の基端部にはノズル移動機構６４が接続されている。そして、制御ユニット４からの動作指令に応じてノズル移動機構６４が駆動されると、基板Ｗの回転中心Ａ０の上方の吐出位置と、該吐出位置から側方に退避した待機位置との間でＤＩＷ吐出ノズル６が移動される。

対向部材７は中心部に開口を有する円盤状の部材であって、支持軸７１の下端部に一体的に取り付けられている。支持軸７１には対向部材昇降機構７３が連結されており、制御ユニット４からの動作指令に応じて対向部材昇降機構７３を作動させることによって対向部材７をスピンベース２に近接して対向させたり、離間させることが可能となっている。具体的には、制御ユニット４は、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆの近傍に設定された所定の処理位置と、スピンチャック２の上方に十分に離れた退避位置との間で対向部材７を昇降させることができる。対向部材７は、その下面（底面）７ａが基板表面Ｗｆと略平行に対向する基板対向面となっており、その平面サイズは基板Ｗの直径と同等以上の大きさに形成されている。このため、対向部材７が処理位置に位置決めされると、下面７ａが基板Ｗの表面全体を覆って基板表面Ｗｆ上の雰囲気を外部雰囲気から遮断することが可能となっている。また、支持軸７１は中空に仕上げられ、その内部に対向部材７の開口に連通したガス供給路７５が挿通されている。ガス供給路７５は冷却ガス供給部６３と接続されており、制御ユニット４からの動作指令に応じて冷却ガス供給部６３からガス供給路７５に冷却ガスを圧送可能となっている。

このように構成された裏面洗浄装置では、次のようにして基板裏面Ｗｂに対して洗浄処理が行われる。図７は図６の裏面洗浄装置の動作を示す模式図である。この装置では、未処理の基板Ｗが基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で処理チャンバー１内に搬入されると、第１実施形態と同様にして基板裏面Ｗｂの全面に液膜（水膜）１１が形成される（図７（ａ）；液膜形成工程）。

続いて、対向部材７が処理位置に位置決めされ、冷却ガス供給部６３からガス供給路７５に冷却ガスが圧送される。これにより、対向部材７の下面７ａと基板表面Ｗｆとの間に形成される間隙空間ＳＰに冷却ガスが供給され、基板表面Ｗｆの全面に冷却ガスが行き渡る。その結果、冷却ガスが有する冷熱が基板Ｗを介して基板裏面Ｗｂに形成された液膜１１に伝導し、該液膜１１の全体が凍結する。その結果、基板裏面Ｗｂの全面に凍結膜１３が形成される（図７（ｂ）；凍結膜形成工程）。このような凍結膜形成工程の実行により、液膜１１が凍結して体積膨張が生じる。これにより、基板裏面Ｗｂと該基板裏面Ｗｂに付着するパーティクルとの間の付着力が低下し、さらにはパーティクルが基板裏面Ｗｂから脱離する。

その後、処理液ノズル２７からＤＩＷが供給され、基板裏面Ｗｂに対して膜除去処理が施される。これにより、凍結膜１３とともにパーティクルが基板裏面Ｗｂから除去される（図７（ｃ）；膜除去工程）。また、基板裏面Ｗｂに対する膜除去処理と同時に基板表面ＷｆにＤＩＷが供給される。すなわち、対向部材７が退避位置に位置決めされた後、ＤＩＷ吐出ノズル６が吐出位置に位置決めされ、ＤＩＷ吐出ノズル６からＤＩＷが基板表面Ｗｆに供給される。これにより、基板表面Ｗｆへの基板裏面Ｗｂからのパーティクルの回り込みが防止される。その後、基板Ｗの乾燥が行われ、処理チャンバー１から処理済の基板Ｗが搬出される。

以上のように、この実施形態によれば、第１実施形態と同様にして、基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板裏面Ｗｂに凍結膜１３を形成した後、該凍結膜１３を基板裏面Ｗｂから除去している。このため、基板Ｗの表裏を反転させることなく基板裏面Ｗｂを良好に洗浄することができる。

また、この実施形態によれば、冷却ガス吐出ノズル３のような吐出手段から冷却ガスを吐出させながら該吐出手段を基板表面Ｗｆに沿って揺動駆動させる必要がない。すなわち、この実施形態によれば、対向部材７を処理位置に位置決めして間隙空間ＳＰに冷却ガスを供給することのみで液膜１１の全体を凍結させることができる。

＜裏面洗浄装置の第３実施形態＞
図８はこの発明にかかる裏面洗浄装置の第３実施形態を示す図である。この第３実施形態にかかる裏面洗浄装置が第２実施形態と大きく相違する点は、冷却ガスを基板表面Ｗｆに供給することなく基板裏面Ｗｂに形成された液膜１１を凍結させている点である。なお、その他の構成は基本的に第２実施形態と同様であるため、ここでは相違点を中心に説明する。

この実施形態では、処理チャンバー１内に裏面洗浄ユニット１０Ｂが設けられている。この裏面洗浄ユニット１０Ｂは、スピンチャック２に保持された基板Ｗの上方に昇降自在に配置された冷却プレート８（本発明の「基板冷却部」に相当）を備えている。冷却プレート８は、基板表面Ｗｆに対向可能な基板冷却面８ａを有している。基板冷却面８ａは、ほぼ水平で基板Ｗの直径に対して同等以上の平面サイズを有している。また、冷却プレート８の内部には、冷媒経路８１が基板冷却面８ａに沿ってほぼ平行に形成されており、冷媒経路８１の両端が冷媒供給部８３に接続されている。冷媒供給部８３は、冷媒を冷却させる冷却手段と、冷媒を冷媒経路８１に圧送して冷媒経路８１内を循環させるポンプ等の圧送手段とを備える。このため、冷媒供給部８３から供給され、冷媒経路８１を出た冷媒は再び冷媒供給部８３に帰還されるようになっている。なお、冷媒としては、液膜１１を構成する液体の凝固点より低い温度に基板冷却面８ａを冷却するものであればよい。また、冷却プレート８には昇降駆動機構８５が接続されており、昇降駆動機構８５の作動により基板冷却面８ａを基板表面Ｗｆに対して近接させたり、離間させることが可能となっている。

このように構成された裏面洗浄装置によれば、装置内に搬送された基板Ｗに対して冷却プレート８が下降され、基板冷却面８ａが基板表面Ｗｆと対向しながら近接配置される。その後、回転駆動されている基板Ｗの裏面ＷｂにＤＩＷが供給され、基板裏面Ｗｂに液膜１１が形成される（液膜形成工程）。ここで、基板冷却面８ａからの冷熱によって基板全体が冷却されている。このため、基板Ｗからの冷熱の伝導により液膜１１が凍結して基板裏面Ｗｂの全面に凍結膜１３が形成される（凍結膜形成工程）。その後、基板裏面Ｗｂに対して膜除去処理が施されることによって基板裏面Ｗｂから凍結膜１３とともにパーティクルが除去される（膜除去工程）。

以上のように、この実施形態によれば、冷却ガスを基板Ｗに供給することなく、冷却プレート８を基板表面Ｗｆに近接配置させることのみで液膜１１を凍結させることができる。すなわち、この実施形態によれば、基板表面Ｗｆに冷却ガスを吐出させる吐出手段および該吐出手段を基板表面Ｗｆに沿って揺動駆動させる駆動機構を設けることなく、液膜１１を凍結させることが可能となっている。このため、装置構成を簡素化することができる。また、この実施形態では、液膜形成工程に先立って基板Ｗを冷却しているので、液膜１１が凍結するまでの処理時間を短縮することができる。

＜基板処理装置の一実施形態＞
上記実施形態では、この発明にかかる裏面洗浄装置を単体で使用して基板Ｗの裏面Ｗｂを被洗浄面として該裏面Ｗｂのみに対して凍結膜を用いて洗浄処理を施している。しかしながら、基板裏面Ｗｂのみを被洗浄面として該基板裏面Ｗｂに適した洗浄処理を施したり、あるいは基板表面Ｗｆのみを被洗浄面として該該基板表面Ｗｆに適した洗浄処理を施すことが必要な場合がある。そこで、裏面洗浄装置に基板表面Ｗｆに対して洗浄処理を施す処理ユニット（表面洗浄ユニット）を組合わせることにより、処理チャンバー１内に搬送される基板Ｗに対して、基板表面Ｗｆに対する洗浄処理（表面洗浄処理）と基板裏面Ｗｂに対する洗浄処理（裏面洗浄処理）のいずれか一方の洗浄処理を選択的に施すように基板処理装置を構築するようにしてもよい。その一例として、例えば図９に示す基板処理装置がある。以下、図９を参照しつつ、この発明にかかる基板処理装置の一実施形態について説明する。

図９はこの発明にかかる基板処理装置の一実施形態を示す図である。この基板処理装置では、裏面洗浄ユニット１０と、基板表面Ｗｆの洗浄に適した表面洗浄ユニット２０とが処理チャンバー１内に配置されている。つまり、処理チャンバー１はこれら２種類の洗浄ユニットを同一空間内に収容している。ここで、裏面洗浄ユニット１０の構成は第１実施形態に示す裏面洗浄装置（図１）と同一であるため、同一符号を付して説明を省略する。

表面洗浄ユニット２０は、スピンチャック２に保持された基板表面Ｗｆに向けて処理液の液滴を吐出する二流体ノズル９を備えている。二流体ノズル９は、基板表面Ｗｆを洗浄するために処理液と窒素ガス（本発明の「気体」に相当）とを混合して生成した処理液の液滴を吐出可能となっている。この二流体ノズル９は水平方向に延びるノズルアーム９１の一方端に取り付けられている。ノズルアーム９１の他方端は回動軸９３に接続されている。回動軸９３にはノズルアーム９１と該ノズルアーム９１に取り付けられた二流体ノズル９とを一体的に揺動させる回動モータ９５が連結されている。そして、制御ユニット４からの動作指令に応じて回動モータ９５が駆動されることで、二流体ノズル９を回動軸９３回りに揺動させることができる。

図１０は表面洗浄ユニットに装備された二流体ノズルの構成を示す図である。この二流体ノズル９は、処理液としてＤＩＷと窒素ガスとを空中（ノズル外部）で衝突させてＤＩＷの液滴を生成する混合させる、いわゆる外部混合型の二流体ノズルである。二流体ノズル９は、胴部９０１の内部に処理液吐出口９１１を有する処理液吐出ノズル９１０が挿通される。処理液吐出ノズル９１０は処理液供給管９１２（本発明の「処理液供給手段」に相当）を介して処理液供給部６１に接続されており、処理液供給部６１からＤＩＷの供給を受けている。処理液吐出口９１１は、二流体ノズル９の傘部９０２の上面部９０３に配置されている。このため、ＤＩＷが処理液吐出ノズル９１０に供給されると、ＤＩＷが処理液吐出口９１１から基板Ｗに向けて吐出される。

また、ガス吐出ノズル９２０が処理液吐出ノズル９１０に近接して設けられており、該処理液吐出ノズル９１０を囲んだリング状のガス通路を規定している。ガス吐出ノズル９２０の先端部は先細にテーパ状とされており、このノズル開口は基板Ｗの表面Ｗｆに対向している。ガス吐出ノズル９２０はガス供給管９２２（本発明の「気体供給手段」）に相当）を介して窒素ガス供給部６５に接続されており、窒素ガス供給部６５から窒素ガスの供給を受けている。このため、ガス吐出ノズル９２０に窒素ガスが供給されると、窒素ガスがガス吐出ノズル９２０のガス吐出口９２１から基板Ｗに向けて吐出される。

このように吐出される窒素ガスの吐出軌跡は、処理液吐出口９１１からのＤＩＷの吐出軌跡に交わっている。すなわち、処理液吐出口９１１からの液体（ＤＩＷ）流は、混合領域内の衝突部位Ｇにおいて気体（窒素ガス）流と衝突する。気体流はこの衝突部位Ｇに収束するように吐出される。この混合領域は、胴部９０１の下端部の空間である。このため、処理液吐出口９１１からのＤＩＷの吐出方向の直近においてＤＩＷはそれに衝突する窒素ガスによって速やかに液滴化される。こうして、洗浄用液滴であるＤＩＷの液滴が生成される。

次に、上記のように構成された基板処理装置における洗浄動作について図１１を参照しつつ説明する。図１１は図９の基板処理装置の動作を示すフローチャートである。この実施形態では、未処理の基板Ｗが処理チャンバー１内に搬入されると、制御ユニット４が装置各部を制御して基板Ｗに対して表面洗浄処理と裏面洗浄処理のいずれか一方の洗浄処理を選択的に実行する。ここで、基板表面Ｗfがパターン形成面になっており、基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗが処理チャンバー１内に搬入され、スピンチャック２に保持される（ステップＳ１１）。

この実施形態では、表面洗浄処理の内容を規定する処理レシピと裏面洗浄処理の内容を規定する処理レシピとが制御ユニット４のメモリ（記憶部）４１（図２）に記憶されている。そして、基板処理装置の操作パネル（図示省略）を介してオペレータが処理レシピを選択すると、選択された処理レシピにしたがって基板Ｗに対して洗浄処理が施される（ステップＳ１２）。

ここで、表面洗浄処理の内容を規定する処理レシピが選択されると、制御ユニット４は基板表面Ｗｆを被洗浄面として該基板表面Ｗｆに対して処理液（ＤＩＷ）の液滴を用いた表面洗浄処理を実行する（ステップＳ１３）。すなわち、制御ユニット４はチャック回転機構２２を駆動させてスピンチャック２に保持された基板Ｗを回転させる。そして、回動モータ９５の駆動により二流体ノズル９を基板Ｗの上方で基板表面Ｗｆに沿って移動させながら、二流体ノズル９から基板表面Ｗｆに向けてＤＩＷの液滴を噴射させる。また、このようにＤＩＷの液滴を基板Ｗに供給しながら、二流体ノズル９を基板Ｗの回転中心Ａ０に対向する位置と基板Ｗの周縁部に対向する位置との間で揺動させる。これにより、基板Ｗの表面全体にＤＩＷの液滴が供給される。その結果、各液滴が有する微小な運動エネルギーによって、基板表面Ｗｆに付着するパーティクルが除去される。したがって、基板表面Ｗｆに形成されたパターンへのダメージの発生を防止しながら基板表面Ｗｆを良好に洗浄することができる。

一方で、裏面洗浄処理の内容を規定する処理レシピが選択されると、制御ユニット４は基板裏面Ｗｂを被洗浄面として該基板裏面Ｗｂに対して凍結膜を用いた裏面洗浄処理を実行する（ステップＳ１４）。すなわち、制御ユニット４は図４に示すステップＳ２からステップＳ４までの一連の洗浄処理（液膜形成＋液膜凍結＋凍結膜除去）を実行する。ここでは、基板表面Ｗｆに形成されたパターンにダメージを与えることなく基板裏面Ｗｂに凍結膜１３が形成される。その結果、基板裏面Ｗｂとパーティクルとの間の付着力が低減される。その後、凍結膜１３とともにパーティクルが基板裏面Ｗｂから除去される。したがって、基板表面Ｗｆへのダメージ発生を防止しながら基板裏面Ｗｂから高効率にパーティクルを除去することができる。

こうして、基板Ｗに対して表面洗浄処理あるいは裏面洗浄処理が施されると、制御ユニット４は基板Ｗを高速回転させて基板Ｗの乾燥処理（スピンドライ）を実行する（ステップＳ１５）。そして、乾燥処理が終了すると、処理チャンバー１から処理済の基板Ｗが搬出される（ステップＳ１６）。

以上のように、この実施形態によれば、二流体ノズル９から吐出される処理液の液滴を用いた表面洗浄処理および凍結膜１３を用いた裏面洗浄処理のいずれか一方の洗浄処理を処理チャンバー１内に搬送される基板Ｗに対して施している。このため、基板Ｗの表裏を反転させる反転機構を設けることなく、単一の処理チャンバー内で基板表面Ｗｆおよび基板裏面Ｗｂのいずれか一方を被洗浄面として該被洗浄面に応じた洗浄処理を施すことができる。すなわち、パターンが形成された基板表面Ｗｆを被洗浄面として該基板表面Ｗｆに対して洗浄処理を施す場合には、パターンへのダメージ発生の防止を重視する観点から処理液の液滴を用いて洗浄処理が施される。その一方で、基板裏面Ｗｂを被洗浄面として該基板裏面Ｗｂに対して洗浄処理を施す場合には、パーティクルの除去効率を重視する観点から凍結膜１３を用いて洗浄処理が施される。しかも、このような被洗浄面に適した洗浄処理を基板Ｗの表裏を反転させることなく実行可能となっている。したがって、反転機構を設けることなく装置を簡素に構成しながらも、多種の洗浄処理対象に柔軟に対応することができる。

＜基板処理装置の他の実施形態＞
図１２はこの発明にかかる基板処理装置の他の実施形態を示すフローチャートである。上記した基板処理装置の一実施形態第では、図１１に示すように、処理チャンバー１内に搬送される基板Ｗに対して、表面洗浄処理および裏面洗浄処理のいずれか一方の洗浄処理を選択的に施しているが、表面洗浄処理および裏面洗浄処理の両方の洗浄処理を施すようにしてもよい。すなわち、例えば図１２に示すように、処理チャンバー１内に搬送される基板Ｗに対して二流体ノズル９から吐出される処理液の液滴を用いた表面洗浄処理（ステップＳ１３）を実行した後、連続して凍結膜１３を用いた裏面洗浄処理（ステップＳ１４）を実行してもよい。

この実施形態によれば、二流体ノズル９から吐出される処理液の液滴を用いた表面洗浄処理と凍結膜１３を用いた裏面洗浄処理の両方の洗浄処理が処理チャンバー１内に搬送される基板に対して施される。このため、基板Ｗの表裏を反転させる反転機構を設けることなく、単一の処理チャンバー内で基板表面Ｗｆおよび基板裏面Ｗｂの両方の被洗浄面に対して各被洗浄面に応じた洗浄処理を施すことができる。すなわち、パターンが形成された基板表面Ｗｆに対してはパターンへのダメージ発生の防止を重視する観点から処理液の液滴を用いて洗浄処理が施される一方で、基板裏面Ｗｂに対してはパーティクルの除去効率を重視する観点から凍結膜１３を用いて洗浄処理が施される。しかも、このような被洗浄面に適した洗浄処理を基板Ｗの表裏を反転させることなく実行可能となっている。したがって、反転機構を設けることなく装置を簡素に構成しながらも、基板Ｗの表裏面Ｗｆ，Ｗｂを良好に洗浄することができる。

＜その他＞
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば上記裏面洗浄装置にかかる実施形態では、液膜１１の凍結後にリンス液としてＤＩＷを供給して凍結膜１３とともにパーティクルを基板裏面Ｗｂから除去しているが、リンス液はＤＩＷに限定されない。例えば、炭酸水、水素水、希薄濃度（例えば１ｐｐｍ程度）のアンモニア水、希薄濃度の塩酸などをリンス液として用いてもよい。さらに、凍結処理後、リンス処理を実行する前にＳＣ１溶液（アンモニア水と過酸化水素水との混合水溶液）等の薬液を用いて膜除去処理を実行してもよい。このような薬液を用いることで基板裏面Ｗｂからパーティクルを効果的に除去することができる。すなわち、ＳＣ１溶液中の固体表面のゼータ電位（界面動電電位）は比較的大きな値を有することから、基板裏面Ｗｂとパーティクルとの間がＳＣ１溶液で満たされることにより、基板裏面Ｗｂとパーティクルとの間に大きな反発力が作用する。したがって、基板裏面Ｗｂからのパーティクルの脱離をさらに容易にして基板裏面Ｗｂからパーティクルを効果的に除去することができる。また、ＳＣ１溶液以外に、アルカリ性溶液、酸性溶液、有機溶剤、界面活性剤などを処理液として、またはそれらを適宜に組合わせたものを処理液として使用してもよい。

また、上記裏面洗浄装置の第１実施形態では、基板Ｗを回転させながら冷却ガス吐出ノズル３を基板Ｗの回転中心位置Ｐｃと基板Ｗの端縁位置Ｐｅとの間で移動させることで、冷却ガス吐出ノズル３を基板Ｗに対して相対移動させているが、冷却ガス吐出ノズルを基板Ｗに対して相対移動させるための構成はこれに限定されない。例えば図１３に示すように、基板Ｗを回転させることなく、冷却ガス吐出ノズルを基板Ｗに対して相対移動させてもよい（第４実施形態）。

図１３はこの発明にかかる裏面洗浄装置の第４実施形態を示す図である。ここで、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は底面図である。この装置では、基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗがスピンチャック等の基板保持手段により略水平姿勢で保持される。また、冷却ガス吐出ノズル３０が基板表面Ｗｆに近接しながら対向配置される。冷却ガス吐出ノズル３０は、その先端（下端）にＸ方向に延びるスリット状の吐出口３０ａを有している。冷却ガス吐出ノズル３０は冷却ガス供給部（図示せず）に接続されており、冷却ガス供給部からの冷却ガスを吐出口３０ａから帯状に基板表面Ｗｆに向けて局部的に吐出する。吐出口３０ａはＸ方向において基板表面Ｗｆの平面サイズ（基板径）と同等以上の長さを有している。

また、冷却ガス吐出ノズル３０はＸ方向と直交し、かつ基板表面Ｗｆに平行に延びるＹ方向に沿って移動自在に配置され、ノズル駆動機構３７の駆動により、冷却ガス吐出ノズル３０をＹ方向に沿って往復移動可能としている。この実施形態では、Ｙ方向のうち同図の左手方向（−Ｙ）（以下「移動方向」と称する）に冷却ガス吐出ノズル３０を移動させることで液膜１１の凍結処理を実行する。このように、この実施形態では、ノズル駆動機構３７が本発明の「駆動機構」として機能する。

このように構成された裏面洗浄装置では、基板裏面Ｗｂに液膜１１が形成された後、ノズル駆動機構３７を作動させることで冷却ガス吐出ノズル３０が一定速度で移動方向に移動されていく。また、冷却ガス吐出ノズル３０から冷却ガスを吐出させる。これにより、冷却ガス吐出ノズル３０の移動とともに、移動方向の上流側（＋Ｙ）から下流側（−Ｙ）にかけて液膜１１が凍結されていく。その結果、基板裏面Ｗｂの表面領域のうち液膜１１が凍結した領域（凍結領域）が移動方向に徐々に拡大し、基板裏面Ｗｂの全面に凍結膜１３が形成される（凍結膜形成工程）。この実施形態によれば、基板Ｗを回転させることなく、簡素な構成で基板裏面Ｗｂの全面に凍結膜１３を形成することができる。

また、上記基板処理装置にかかる実施形態では、裏面洗浄ユニット１０により基板裏面Ｗｂに対して洗浄処理を施しているが、裏面洗浄ユニット１０Ａあるいは裏面洗浄ユニット１０Ｂにより基板裏面Ｗｂに対して洗浄処理を施してもよい。

また、上記基板処理装置にかかる実施形態では、いわゆる外部混合型の二流体ノズル９を用いて洗浄処理を実行しているが、これに限定されず、いわゆる内部混合型の二流体ノズルを用いて洗浄処理を実行するようにしてもよい。

図１４は二流体ノズルの変形形態を示す図である。この内部混合型の二流体ノズル９Ａは、内部に設けられた混合室９５１で処理液と気体（窒素ガス）とを混合させて処理液の液滴を生成する。二流体ノズル９Ａはその先端部に開口９５２を有するノズル本体９５３を備え、そのノズル本体９５３の内部で処理液と窒素ガスとを混合させて処理液の液滴を生成するとともに開口９５２から基板Ｗに向けて吐出する。具体的には、ノズル本体９５３は処理液と窒素ガスとが混合される混合室９５１を形成する円筒状の混合部９５４と、一端が混合部９５４に接続され多端に向かって狭くなるテーパ状のテーパ部９５５と、処理液の液滴を加速させる直状円筒管である直流部９５６とが連接されて構成されている。

混合部９５４はガス供給管９５７（本発明の「気体供給手段」に相当）の外側を、処理液供給管９５８（本発明の「処理液供給手段」に相当）が取り囲む構造、つまり処理液供給管９５８の中をガス供給管９５７が挿入されている二重管の構造で構成されている。これらガス供給管９５７、処理液供給管９５８はそれぞれ、窒素ガス供給部６５、処理液供給部６１と連通されている。混合部９５４とガス供給管９５７はそれぞれ略円筒状であって、その中心軸を一致させているとともに、混合部９５４の内部にガス供給管９５７の端部が収まっている。また、混合部９５４、ガス供給管９５７、処理液供給管９５８はハウジング９５９によって固定されている。

このような二流体ノズル９Ａにおいては、ガス供給管９５７から加圧された窒素ガスが導入されるとともに、処理液供給管９５８からＤＩＷが供給されると、混合室９５１内で窒素ガスとＤＩＷとが混合され、ＤＩＷの液滴が生成される。そして生成されたＤＩＷの液滴はテーパ部９５５および直流部９５６を通過することで、移動速度が加速され直流部９５６の先端の開口９５２から吐出される。これにより、基板表面ＷｆにＤＩＷの液滴が供給される。その結果、各液滴が有する微小な運動エネルギーによって、基板表面Ｗｆに付着するパーティクルが除去される。したがって、このような二流体ノズル９Ａから吐出されるＤＩＷの液滴を用いて表面洗浄処理を実行することによっても、基板表面Ｗｆに形成されたパターンへのダメージの発生を防止しながら基板表面Ｗｆを良好に洗浄することができる。

この発明は、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、ＦＥＤ（Field Emission Display）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板などを含む基板全般の裏面に凍結膜を形成し、該凍結膜を基板裏面から除去することによって基板裏面に対して洗浄処理を施す裏面洗浄装置、該裏面洗浄装置を備えた基板処理装置および裏面洗浄方法に適用することができる。

この発明にかかる裏面洗浄装置の第１実施形態を示す図である。 図１の裏面洗浄装置の主要な制御構成を示すブロック図である。 裏面洗浄ユニットに装備された冷却ガス吐出ノズルの動作を示す図である。 図４は図１の裏面洗浄装置の動作を示すフローチャートである。 図１の裏面洗浄装置の動作を示す模式図である。 この発明にかかる裏面洗浄装置の第２実施形態を示す図である。 図６の裏面洗浄装置の動作を示す模式図である。 この発明にかかる裏面洗浄装置の第３実施形態を示す図である。 この発明にかかる基板処理装置の一実施形態を示す図である。 表面洗浄ユニットに装備された二流体ノズルの構成を示す図である。 図９の基板処理装置の動作を示すフローチャートである。 この発明にかかる基板処理装置の他の実施形態を示すフローチャートである。 この発明にかかる裏面洗浄装置の第４実施形態を示す図である。 二流体ノズルの変形形態を示す図である。

符号の説明

１…処理チャンバー
２…スピンチャック（基板保持手段）
３，３０…冷却ガス吐出ノズル（凍結膜形成手段）
７…対向部材
８…冷却プレート（基板冷却部）
８ａ…基板冷却面
９，９Ａ…二流体ノズル
１０，１０Ａ，１０Ｂ…裏面洗浄ユニット
１１…液膜
１３…凍結膜
２０…表面洗浄ユニット
２７…処理液ノズル（液膜形成手段、膜除去手段）
３１…ノズルアーム（凍結膜形成手段）
３３…回動軸（凍結膜形成手段）
３５…回動モータ（駆動機構、凍結膜形成手段）
３７…ノズル駆動機構（駆動機構）
６３…冷却ガス供給部
９１２，９５８…処理液供給管（処理液供給手段）
９２２，９５７…ガス供給管（気体供給手段）
ＳＰ…間隙空間
Ｗ…基板
Ｗｂ…基板裏面
Ｗｆ…基板表面

Claims (6)

1. 基板の裏面を洗浄処理する裏面洗浄装置において、
   基板表面を上方に向けた状態で前記基板を略水平姿勢で保持する基板保持手段と、
   前記基板表面を上方に向けた状態で前記基板保持手段に保持された前記基板の裏面に液膜を形成する液膜形成手段と、
   前記基板表面を上方に向けた状態で前記基板保持手段に保持された前記基板の裏面の前記液膜を凍結させて凍結膜を形成する凍結膜形成手段と、
   前記凍結膜を前記基板裏面から除去する膜除去手段と
   を備え、
   前記凍結膜形成手段は、前記液膜を構成する液体の凝固点より低い温度を有する冷却ガスを前記基板保持手段に保持された前記基板の表面に向けて局部的に吐出し、前記基板を介して前記基板裏面の液膜を冷却する冷却ガス吐出ノズルと、前記冷却ガス吐出ノズルを前記基板表面に沿って前記基板に対して相対移動させる駆動機構とを有し、前記冷却ガス吐出ノズルから前記冷却ガスを吐出させながら前記駆動機構により前記冷却ガス吐出ノズルを前記基板に対して相対移動させることで前記基板裏面の全面に凍結膜を形成することを特徴とする裏面洗浄装置。
2. 基板の裏面を洗浄処理する裏面洗浄装置において、
   基板表面を上方に向けた状態で前記基板を略水平姿勢で保持する基板保持手段と、
   前記基板表面を上方に向けた状態で前記基板保持手段に保持された前記基板の裏面に液膜を形成する液膜形成手段と、
   前記基板表面を上方に向けた状態で前記基板保持手段に保持された前記基板の裏面の前記液膜を凍結させて凍結膜を形成する凍結膜形成手段と、
   前記凍結膜を前記基板裏面から除去する膜除去手段と
   を備え、
   前記凍結膜形成手段は、前記基板の上方位置で前記基板表面に対向させながら前記基板表面から離間配置された対向部材と、前記対向部材と前記基板表面との間に形成される間隙空間に前記液膜を構成する液体の凝固点より低い温度を有する冷却ガスを供給し、前記基板を介して前記基板裏面の液膜を冷却する冷却ガス供給部とを有することを特徴とする裏面洗浄装置。
3. 基板の裏面を洗浄処理する裏面洗浄装置において、
   基板表面を上方に向けた状態で前記基板を略水平姿勢で保持する基板保持手段と、
   前記基板表面を上方に向けた状態で前記基板保持手段に保持された前記基板の裏面に液膜を形成する液膜形成手段と、
   前記基板表面を上方に向けた状態で前記基板保持手段に保持された前記基板の裏面の前記液膜を凍結させて凍結膜を形成する凍結膜形成手段と、
   前記凍結膜を前記基板裏面から除去する膜除去手段と
   を備え、
   前記凍結膜形成手段は、その表面温度が前記液膜を構成する液体の凝固点より低い温度に設定された基板冷却面を有し、該基板冷却面を前記基板表面と対向しながら近接配置し、前記基板を介して前記基板裏面の液膜を冷却する基板冷却部を有することを特徴とする裏面洗浄装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の裏面洗浄装置と同一構成を有する裏面洗浄ユニットと、
   前記裏面洗浄ユニットの前記基板保持手段に保持された基板の表面に対して洗浄処理を施す表面洗浄ユニットと、
   前記表面洗浄ユニットと前記裏面洗浄ユニットとを同一空間内に収容する処理チャンバーと
   を備え、
   前記表面洗浄ユニットは、処理液と気体とを混合して生成された前記処理液の液滴を前記基板表面に向けて吐出可能な二流体ノズルと、前記二流体ノズルに処理液を供給する処理液供給手段と、前記二流体ノズルに気体を供給する気体供給手段とを有し、
   前記処理チャンバー内に搬送される基板に対して前記表面洗浄ユニットによる表面洗浄処理および前記裏面洗浄ユニットによる裏面洗浄処理のいずれか一方の洗浄処理を選択的に施すことを特徴とする基板処理装置。
5. 請求項１ないし３のいずれかに記載の裏面洗浄装置と同一構成を有する裏面洗浄ユニットと、
   前記裏面洗浄ユニットの前記基板保持手段に保持された基板の表面に対して洗浄処理を施す表面洗浄ユニットと、
   前記表面洗浄ユニットと前記裏面洗浄ユニットとを同一空間内に収容する処理チャンバーと
   を備え、
   前記表面洗浄ユニットは、処理液と気体とを混合して生成された前記処理液の液滴を前記基板表面に向けて吐出可能な二流体ノズルと、前記二流体ノズルに処理液を供給する処理液供給手段と、前記二流体ノズルに気体を供給する気体供給手段とを有し、
   前記処理チャンバー内に搬送される基板に対して前記表面洗浄ユニットによる表面洗浄処理と前記裏面洗浄ユニットによる裏面洗浄処理の両方の洗浄処理を施すことを特徴とする基板処理装置。
6. 基板の裏面を洗浄処理する裏面洗浄方法において、
   基板表面を上方に向けた状態で基板を略水平姿勢で保持しながら前記基板の裏面に液膜を形成する液膜形成工程と、
   前記基板表面を上方に向けた状態で保持された前記基板の裏面に形成された液膜を凍結させて凍結膜を形成する凍結膜形成工程と、
   前記凍結膜を前記基板裏面から除去する膜除去工程と
   を備え、
   前記凍結膜形成工程は、
   前記液膜を構成する液体の凝固点より低い温度を有する冷却ガスを、前記基板表面を上方に向けた状態で保持された前記基板の表面に向けて冷却ガス吐出ノズルから局部的に吐出しつつ、前記冷却ガス吐出ノズルを前記基板表面に沿って前記基板に対して相対移動させ、前記基板を介して前記基板裏面の前記液膜を冷却することで前記基板裏面の全面に凍結膜を形成する工程であることを特徴とする裏面洗浄方法。
   

Images