JP5715837B2 - 基板処理方法および基板処理装置 - 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、光ディスク用基板などの各種基板表面に付着したパーティクル等の汚染物質を除去するための基板処理方法および基板処理装置に関するものである。

従来より、基板表面に付着したパーティクル等の汚染物質を除去するための処理の１つとして凍結洗浄技術が知られている。この技術では、基板表面に形成した液膜を凝固させた後、この凝固膜を除去することにより基板表面からパーティクル等を凝固膜とともに除去している。例えば、特許文献１に記載の技術においては、凝固対象液としてのＤＩＷ（脱イオン水：deionized water）を基板表面に供給して液膜を形成した後、極低温ガスを吐出するノズルを基板の回転中心部から外縁部にスキャンさせることにより液膜を凝固させる。その後、ＤＩＷを基板の回転中心部に供給して中心部から外周縁部に向けて凝固膜を融解除去することによって、基板表面からのパーティクルの除去を行っている。

特開２００８−０７１８７５号公報

ところで、上記のようにして凍結洗浄処理を行った場合、基板の中心部での除去率が最も高く、基板の外周縁部に行くにしたがって除去率が低下してしまい、除去率の面内均一性を確保することが困難であった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、高い除去率で、しかも優れた面内均一性で基板を凍結洗浄することができる基板処理方法および基板処理装置を提供することを目的とする。

この発明にかかる基板処理方法は、上記目的を達成するため、凝固対象液が付着した基板を略水平に保持する基板保持工程と、凝固対象液の凝固点以下に凝固対象液を冷却して基板上に凝固対象液の凝固体を形成する凝固工程と、凝固対象液の凝固点よりも高い温度を有する融解液を基板に対して局部的に供給して凝固体を融解して除去する除去工程とを備え、除去工程は、基板を回転させる第１工程と、回転している基板の回転中心位置または回転中心位置の近傍に対して融解液の供給を開始する第２工程と、 融解液の供給開始後に、融解液により融解された領域と融解されていない領域との界面が基板の外周縁部側に広がるのに追随して、融解液の供給位置を基板の外周縁部側に変位させる第３工程とを有することを特徴としている。

また、この発明にかかる基板処理装置は、上記目的を達成するため、凝固対象液が付着した基板を略水平に保持する基板保持手段と、基板保持手段に保持された基板を略水平姿勢で回転する基板回転手段と、凝固対象液の凝固点以下に凝固対象液を冷却して凝固対象液の凝固体を形成する凝固手段と、凝固対象液の凝固点よりも高い温度を有する融解液を基板に局部的に供給する融解液供給手段と、融解液供給手段を制御する制御手段とを備え、 制御手段は、基板回転手段により回転する基板の回転中心位置または回転中心位置の近傍に対して局部的に融解液供給手段による融解液の供給を開始させ、融解液の供給開始後に、融解液により融解された領域と融解されていない領域との界面が基板の外周縁部側に広がるのに追随して、融解液供給手段による融解液の供給位置を基板の外周縁部側に変位させて、融解液により凝固体を融解して除去することを特徴としている。

このように構成された発明（基板処理方法および基板処理装置）では、基板上に形成された凝固対象液の凝固体に対して凝固対象液の凝固点よりも高い温度を有する融解液が局部的に供給され、これによって凝固体が融解除去される。このように融解液を基板に供給した際、後で詳述するように供給位置での融解液の流速が最も速く、当該供給位置でのパーティクル除去率が高く、その供給位置から離れるにしたがって除去率が低下する。そこで、本発明では、回転する基板の回転中心位置または回転中心位置の近傍に対して局部的に融解液の供給を開始させた後で、融解液により融解された領域と融解されていない領域との界面が基板の外周縁部側に広がるのに追随して、融解液の供給位置を基板の外周縁部側に変位させて、融解液により凝固体を融解して除去している。このため、基板表面の複数位置で融解液の流速が速くなり、基板表面の各部で高い除去率が達成されるとともに、除去率の面内均一性も向上する。

ここで、基板への融解液の供給位置を連続的に変位させてもよいし、あるいは離散的に変位させてもよい。例えば基板の上方でノズルを基板に対して相対的に移動させながらノズルから融解液を基板に供給することで融解液の供給位置を連続的に変位させることができる。特に、回転している基板の回転中心位置または回転中心位置の近傍に対してノズルから融解液の供給を開始した後で、ノズルを基板の外周縁部側に移動させながらノズルから融解液を基板に供給すると、凝固体の各部に対して融解液が速い流速で供給されることとなる。その結果、基板表面全体を高い除去率で、しかも優れた面内均一性で処理することができる。さらに、融解液により融解された領域（融解部分）と融解されていない領域（凝固体領域）との界面が基板の外周縁部側に広がるのに追随してノズルを基板の外周縁部側に移動させるように構成してもよく、次のような作用効果が得られる。すなわち、このようにノズル移動を制御することで、ノズルからの融解液の供給により融解された領域に対して基板の外周縁部側に位置する領域は融解されていない領域、つまり凝固体領域となっている。このため、融解された領域で融け残った小塊が発生し、基板の外周縁部側に移動したとしても、凝固体領域が基板表面に形成されたパターンへの小塊の衝突をブロックし、小塊によるパターンのダメージを確実に防止することができる。

また、基板の上方に配置された複数のノズルから、互いに異なるタイミングで、しかも互いに異なる基板の表面位置に融解液を供給することで融解液の供給位置を離散的に変位させてもよい。特に、第１ノズルから回転している基板の回転中心位置または回転中心位置の近傍に対して融解液を供給した後に、第１ノズルから融解液が供給される表面位置より外周縁部側の基板の表面位置に対して第２ノズルから回転している基板に対して融解液を供給するように構成してもよい。この場合、凝固体の２カ所に対して融解液が速い流速で供給されることとなり、基板表面を高い除去率で、しかも優れた面内均一性で処理することができる。さらに、第１ノズルから供給された融解液により融解された領域と融解されていない領域との界面が外周縁部側に広がるのに追随して第２ノズルからの融解液の供給を開始するようにしてもよい。これによって、第１ノズルからの融解液の供給により融解された領域で融け残った小塊が発生し、基板の外周縁部側に移動したとしても、融解された領域に対して基板の外周縁部側は融解されていない領域、つまり凝固体領域となっており、小塊が移動してくる領域は凝固体で守られている。その結果、小塊により基板表面に形成されたパターンがダメージを受けるのを確実に防止することができる。

また、ノズルからの融解液の供給態様は任意であるが、液滴状態で供給することで凝固体の融解をさらに効率的に行うことができ、好適である。

また、上記したようにパターンのダメージを防止するためには、融解液により融解された領域（融解部分）と融解されていない領域（凝固体領域）との界面を基準として融解液の供給位置を高精度に制御する必要がある。しかしながら、後述するように融解液の温度が高くなるにしたがって融解液の供給による融解領域の拡大速度は大きくなり、上記供給位置の制御が難しくなる。そこで、融解液の温度を常温あるいはそれよりも低い温度、例えば凝固対象液の凝固点よりも高く、しかも凝固対象液の凝固点よりも３℃高い温度以下に調節するのが望ましい。

また、融解液の温度を比較的低い温度に設定する場合、融解液の供給待機中に融解液の温度が上昇するのを防止するために、ノズルから基板に供給される融解液の流量よりも小さな微小流量で融解液を配管から流出させるスローリーク処理を実行するのが望ましい。

さらに、略水平に保持された基板に対して凝固対象液を供給することで当該基板に凝固対象液を基板に付着させるように構成してもよい。

本発明によれば、基板への融解液の供給位置を変位させながら融解液を基板に供給して基板上の凝固体を融解して除去しているため、高い除去率で、しかも優れた面内均一性で基板を凍結洗浄することができる。

ＤＩＷの供給位置とパーティクル除去率との関係を検証するための実験内容および実験結果を示す図である。 基板の回転数と流速との関係を示すグラフである。 融解液の温度と融解範囲との関係を求めるための実験内容と実験結果を示す図である。 この発明にかかる基板処理装置の第１実施形態を示す図である。 図５は図４の基板処理装置における窒素ガスおよびＤＩＷの供給態様を示す図である。 図４の基板処理装置におけるアームの動作態様を示す図である。 図４の基板処理装置の動作を模式的に示す図である。 この発明にかかる基板処理装置の第２実施形態を示す図である。 この発明にかかる基板処理装置の第３実施形態を示す図である。 この発明にかかる基板処理装置の第４実施形態を示す図である。 この発明にかかる基板処理装置の第５実施形態を示す図である。 この発明にかかる基板処理装置の第６実施形態を示す図である。

＜ＤＩＷの供給位置とパーティクル除去率との関係＞
従来の凍結洗浄技術では融解液としてＤＩＷを回転している基板の回転中心部に供給することで、基板Ｗの回転に伴う遠心力を作用して基板表面全体にＤＩＷを供給し、ＤＩＷなどの凝固対象液を凝固させてなる凝固膜（凝固体）を融解除去している。例えば基板の代表例としてベア状態（全くパターンが形成されていない状態）のＳｉウエハ（ウエハ径：３００ｍｍ）を用意し、パーティクルとしてＳｉ屑によってウエハ表面を汚染した後、従来の凍結洗浄技術、つまりＤＩＷの供給位置をウエハ表面の中心部に固定して融解除去を行うと、次のような結果が得られる。一方、ＤＩＷの供給位置を複数箇所設けて供給タイミングを制御しながら融解除去を行うと、除去率の改善が見られた。以下、この実験内容および実験結果について、図１を参照しつつ説明する。

図１はＤＩＷの供給位置とパーティクル除去率との関係を検証するための実験内容および実験結果を示す図である。この実験では、まず最初に、枚葉式の基板処理装置（大日本スクリーン製造社製、スピンプロセッサＳＳ−３０００）を用いてウエハを強制的に汚染させる。具体的には、ウエハを回転させながら、ウエハと対向配置されたノズルよりパーティクル（粒径が０．０８μｍ以上のＳｉ屑）を分散させた分散液をウエハに供給する。ここでは、ウエハ表面に付着するパーティクルの数が約１００００個となるように、分散液の液量、ウエハ回転数および処理時間を適宜調整する。その後、ウエハ表面に付着しているパーティクルの数（初期値）を測定する。なお、パーティクル数の測定はＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製のウエハ検査装置ＳＰ１を用いて、ウエハの外周から３ｍｍまでの周縁領域を除去（エッジカット）として残余の領域にて評価を行っている。

次に、各ウエハに対して以下の洗浄処理を行う。まず、１５０ｒｐｍで回転するウエハに、０．５℃に温度調節されたＤＩＷを６秒間吐出してウエハを冷却する。その後、ＤＩＷの吐出を停止して２秒間その回転数を維持し、余剰のＤＩＷを振りきって液膜を形成する。液膜形成後、ウエハ回転数を５０ｒｐｍに減速し、その回転数を維持しながらスキャンノズルにより温度−１９０℃の窒素ガスを流量９０［Ｌ／ｍｉｎ］でウエハ表面に対し吐出して液膜を凝固して凝固膜を形成する。

上記の冷却が終了した後、一群のウエハに対しては第１の融解除去処理を行う一方、別群のウエハに対しては第２の融解除去処理を行う。この第１の融解除去処理は、図１（ａ）に示しように、ウエハＷの回転数を５００ｒｐｍとし、ウエハ表面Ｗｆの回転中心部の上方に固定配置されたＤＩＷ吐出ノズル８から２５℃に温度調節されたＤＩＷを４．０［Ｌ／ｍｉｎ］の流量で２秒間吐出してウエハ表面Ｗｆの回転中心部に常温のＤＩＷを供給する。これにより、まずウエハ表面Ｗｆの回転中心部から半径約５０［ｍｍ］の凝固膜範囲が融解された後、凝固膜ＦＦの融解部分が広がってウエハ表面Ｗｆ上の凝固膜ＦＦ全体が融解除去される。それに続いて、リンス液として２５℃のＤＩＷを１．５［Ｌ／ｍｉｎ］の流量で３０秒間供給し、ウエハＷのリンス処理を行う。その後ウエハＷを高速回転してスピンドライする。こうして、図１（ａ）に示す融解除去処理を含む洗浄処理を施したウエハＷの表面Ｗｆに付着しているパーティクル数を測定する。それから、凍結洗浄後のパーティクル数と先に測定した初期（凍結洗浄処理前）のパーティクル数とを対比することで除去率を算出している。こうして得られたデータをプロットしたものが図１（ｃ）中の「供給態様(a)」に示すグラフである。

また、第２の融解除去処理は、図１（ｂ）に示しように、ウエハＷの回転数を５００ｒｐｍとし、ウエハ表面Ｗｆの回転中心部の上方に固定配置されたＤＩＷ吐出ノズル８ａから２５℃に温度調節されたＤＩＷを４．０［Ｌ／ｍｉｎ］の流量で０．５秒間吐出する。これにより、ウエハ表面Ｗｆの回転中心部から半径約５０［ｍｍ］の凝固膜範囲が融解される。それに続いて、ＤＩＷ吐出ノズル８ａからのＤＩＷの吐出を停止するとともに、ウエハ表面Ｗｆの回転中心部から１２０［ｍｍ］だけ離れた位置の上方に配置されたＤＩＷ吐出ノズル８ｂから２５℃に温度調節されたＤＩＷを４．０［Ｌ／ｍｉｎ］の流量で１．５秒間吐出する。これにより、凝固膜ＦＦの融解部分ＭＰが外周縁部に広がってウエハ表面Ｗｆ上の凝固膜ＦＦ全体が融解除去される。それに続いて、図１（ａ）に示す融解除去を行った場合と同様にしてリンス処理およびスピンドライ処理を行った後、図１（ｂ）に示す融解除去処理を含む洗浄処理を施したウエハＷの表面Ｗｆに付着しているパーティクル数を測定する。それから、凍結洗浄後のパーティクル数と先に測定した初期（凍結洗浄処理前）のパーティクル数とを対比することで除去率を算出している。こうして得られたデータをプロットしたものが図１（ｃ）中の「供給態様(b)」に示すグラフである。

同図（ｃ）から明らかなように、融解液（ＤＩＷ）の供給位置を固定したまま融解除去処理を行った場合には、ウエハ表面Ｗｆの回転中心部では比較的高いパーティクル除去率が得られるのに対し、ウエハＷの外周縁部に行くにしたがってパーティクル除去率が低下しており、ウエハ表面Ｗｆの面内において除去率は不均一となっている。これに対し、融解液（ＤＩＷ）の供給位置を変位させながら融解除去処理を行った場合には、ウエハ表面Ｗｆの回転中心部のみならず、外周縁部においても比較的高いパーティクル除去率が得られ、ウエハ表面Ｗｆの面内において除去率は均一となる、つまり優れた面内均一性が得られる。

このように融解液の供給位置を変位させることで外周縁部でのパーティクル除去率が改善される主たる理由は、外周縁部での融解液の流速が高められていることにあると考えられる。例えばノズル８ａからウエハ表面Ｗｆの回転中心部に融解液を供給した場合、ウエハ表面での融解液の流速をシミュレーションすると、図２に示すように、流速は融解液の供給位置で最も速く、それ以外の位置では供給位置に比べて大幅に低下している。この傾向は、図１（ｃ）中の供給態様（ａ）の傾向と一致している。また、図１（ｂ）に示す供給態様で融解液を供給する場合、つまり回転中心部以外でノズル８ｂから融解液を供給すると、外周縁部での融解液の流速が高められ、その結果、外周縁部でのパーティクル除去率が引き上げられて面内均一性が改善されている。

ところで、上記のように融解液の供給位置を変位させる場合、凝固体を融解した際に融け残った小塊、例えばＤＩＷの液膜を凝固させた場合では氷塊が融解液とともに流動してウエハなどの基板の表面上に形成されるパターンに衝突してダメージを与えるおそれがある。そこで、融解除去処理を開始した後で融解液の供給位置を変位させる場合、融解液の供給位置が融解範囲内、つまり未融解範囲よりも基板の回転中心側となるように制御するのが望ましい。すなわち、後で図７に基づき詳述するように融解範囲で発生した氷塊が外周縁部側に移動する際、基板の径方向において融解範囲の外側が凝固したままの未融解状態であると、氷塊の移動経路にパターンが存在していたとしても、当該パターンは凝固膜の未融解領域により保護されて氷塊の衝突を受けない。その結果、パターンのダメージを確実に防止することができる。したがって、次の実験結果から融解液の温度は常温以下の温度に調節するのがより好ましい。

図３は融解液の温度と融解範囲との関係を求めるための実験内容と実験結果を示す図である。ここでは、同図（ａ）に示すように、ノズル８から供給する融解液（ＤＩＷ）の温度を多段階で変更しながらウエハ表面Ｗｆの回転中心部に供給し、その供給から０．５［秒］経過した時点で融解されている範囲、つまり凝固膜ＦＦと融解部分ＭＰとの固液界面ＩＦの位置を計測した。そして、計測された結果をプロットしたものが図３（ｂ）である。なお、同図における「固液界面の位置」はウエハ表面Ｗｆの回転中心から距離［ｍｍ］で表している。

同図（ｂ）からわかるように、融解液の温度（液温）が比較的高温であると、融解液の供給から極短時間（１秒以内）で融解範囲がウエハＷの外周縁部に達してしまう。この場合、融解液の供給位置の変位が間に合わず、ノズルからウエハ表面に融解液を供給する位置を変位させた時点で、既に凝固膜全体が融解されてしまっている可能性がある。したがって、固液界面の位置を妥当な範囲、例えば基板が直径３００［ｍｍ］のウエハであるときに融解部分ＭＰの半径が５０［ｍｍ］以内となるように制御するためには、凝固対象液の凝固点よりも高く、しかも２５℃程度以下、より好ましくは凝固対象液の凝固点より３℃程度高い温度以下に、融解液の温度を調節するのが望ましい。

そこで、以下の実施形態では、凍結洗浄処理において、常温以下に温度調節された融解液を用意するとともに、当該融解液の基板への供給位置を変位させながら融解液により凝固体を融解して除去することで、上記目的を達成している。以下、実施形態について図面を参照しつつ詳述する。

＜第１実施形態＞
図４はこの発明にかかる基板処理装置の第１実施形態を示す図である。また、図５は図４の基板処理装置における窒素ガスおよびＤＩＷの供給態様を示す図である。さらに、図６は図４の基板処理装置におけるアームの動作態様を示す図である。この装置は半導体ウエハ等の基板Ｗの表面Ｗｆに付着しているパーティクル等の汚染物質を除去するための基板洗浄処理を実行可能な枚葉式の基板処理装置である。より具体的には、微細パターンが形成された基板表面Ｗｆについて、その表面Ｗｆに液膜を形成してそれを凍結させて凝固膜（凝固体）を形成した後、該凝固膜を解凍除去することで凝固膜とともにパーティクル等を基板表面から除去する凍結洗浄処理を実行する基板処理装置である。凍結洗浄技術については上記特許文献１を始めとして多くの公知文献があるので、この明細書では詳しい説明を省略する。

この基板処理装置は処理チャンバ１を有しており、当該処理チャンバ１内部において基板Ｗの表面Ｗｆを上方に向けて略水平姿勢に保持した状態で、基板Ｗを回転させるためのスピンチャック２を有している。このスピンチャック２の中心軸２１の上端部には、図５に示すように、円板状のスピンベース２３がネジなどの締結部品によって固定されている。この中心軸２１はモータを含むチャック回転機構２２の回転軸に連結されている。そして、装置全体を制御する制御ユニット４からの動作指令に応じてチャック回転機構２２が駆動されると、中心軸２１に固定されたスピンベース２３が回転中心ＡＯを中心に回転する。

また、スピンベース２３の周縁部付近には、基板Ｗの外周縁部を把持するための複数個のチャックピン２４が立設されている。チャックピン２４は、円形の基板Ｗを確実に保持するために３個以上設けてあればよく、スピンベース２３の周縁部に沿って等角度間隔で配置されている。各チャックピン２４のそれぞれは、基板Ｗの外周縁部を下方から支持する基板支持部と、基板支持部に支持された基板Ｗの外周端面を押圧して基板Ｗを保持する基板保持部とを備えている。また、各チャックピン２４は、基板保持部が基板Ｗの外周端面を押圧する押圧状態と、基板保持部が基板Ｗの外周端面から離れる解放状態との間を切り替え可能に構成されている。

そして、スピンベース２３に対して基板Ｗが受渡しされる際には、各チャックピン２４を解放状態とし、基板Ｗに対して洗浄処理を行う際には、各チャックピン２４を押圧状態とする。各チャックピン２４を押圧状態とすると、各チャックピン２４は基板Ｗの外周縁部を把持して、基板Ｗがスピンベース２３から所定間隔を隔てて略水平姿勢に保持されることとなる。これにより、基板Ｗは、その表面Ｗｆを上方に向け、裏面Ｗｂを下方に向けた状態で保持される。

また、上記のように構成されたスピンチャック２の上方には遮断部材９が配置されている。この遮断部材９は、中心部に開口を有する円板状に形成されている。また、遮断部材９の下面は、基板Ｗの表面Ｗｆと略平行に対向する基板対向面となっており、基板Ｗの直径と同等以上の大きさに形成されている。この遮断部材９は支持軸９１の下端部に略水平に取り付けられている。この支持軸９１は、水平方向に延びるアーム９２により、基板Ｗの中心を通る鉛直軸回りに回転可能に保持されている。また、アーム９２には、遮断部材昇降・回転機構９３が接続されている。

遮断部材昇降・回転機構９３は、制御ユニット４からの動作指令に応じて、支持軸９１を基板Ｗの中心を通る鉛直軸回りに回転させる。また、制御ユニット４は、遮断部材昇降・回転機構９３の動作を制御して、スピンチャック２に保持された基板Ｗの回転に応じて基板Ｗと同じ回転方向でかつ略同じ回転速度で遮断部材９を回転させる。また、遮断部材昇降・回転機構９３は、制御ユニット４からの動作指令に応じて、遮断部材９をスピンベース２３に近接させたり、逆に離間させる。具体的には、制御ユニット４は、遮断部材昇降・回転機構９３の動作を制御して、基板処理装置に対して基板Ｗを搬入出させる際には遮断部材９をスピンチャック２の上方の離間位置（図４に示す位置）に上昇させる一方、基板Ｗに対して所定の処理を施す際には遮断部材９をスピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆのごく近傍に設定された対向位置まで下降させる。

図５に示すように、遮断部材９の支持軸９１は中空になっており、その内部に、遮断部材９の下面（基板対向面）で開口するガス供給管９５が挿通されている。このガス供給管９５は乾燥ガス供給ユニット６１に接続されている。この乾燥ガス供給ユニット６１は、窒素ガス供給源（図示省略）から供給される窒素ガスを基板Ｗに供給するもので、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）６１１と、開閉バルブ６１２とを有している。このマスフローコントローラ６１１は制御ユニット４からの流量指令に応じて窒素ガスの流量を高精度に調整可能となっている。また、開閉バルブ６１２は制御ユニット４からの開閉指令に応じて開閉してマスフローコントローラ６１１で流量調整された窒素ガスの供給／停止を切り替える。このため、制御ユニット４が乾燥ガス供給ユニット６１を制御することで、流量調整された窒素ガスが基板Ｗを乾燥させるための乾燥ガスとして適当なタイミングで遮断部材９と基板Ｗの表面Ｗｆとの間に形成される空間に向けてガス供給管９５から供給される。なお、この実施形態では、乾燥ガス供給ユニット６１からの乾燥ガスとして窒素ガスを供給しているが、空気や他の不活性ガスなどを供給するようにしてもよい。

ガス供給管９５の内部には、液体供給管９６が挿通されている。この液体供給管９６の下方端部は遮断部材９の下面で開口しており、その先端に液体吐出ノズル９７が設けられている。一方、液体供給管９６の上方端部はＤＩＷ供給ユニット６２に接続されている。このＤＩＷ供給ユニット６２はＤＩＷ供給源（図示省略）から供給される常温のＤＩＷをリンス液として基板Ｗに供給するもので、配管経路に流量調整弁６２１と開閉バルブ６２２とが介挿されている。この流量調整弁６２１は制御ユニット４からの流量指令に応じて常温ＤＩＷの流量を高精度に調整可能となっている。また、開閉バルブ６２２は制御ユニット４からの開閉指令に応じて開閉して流量調整弁６２１で流量調整された常温ＤＩＷの供給／停止を切り替える。

また、スピンチャック２の中心軸２１は円筒状の空洞を有する中空になっており、中心軸２１の内部には、基板Ｗの裏面Ｗｂにリンス液を供給するための円筒状の液供給管２５が挿通されている。液供給管２５は、スピンチャック２に保持された基板Ｗの下面側である裏面Ｗｂに近接する位置まで延びており、その先端に基板Ｗの下面の回転中心部に向けてリンス液を吐出する液吐出ノズル２７が設けられている。液供給管２５は、上記したＤＩＷ供給ユニット６２に接続されており、基板Ｗの裏面Ｗｂに向けてＤＩＷをリンス液として供給する。

また、中心軸２１の内壁面と液供給管２５の外壁面との隙間は、横断面リング状のガス供給路２９になっている。このガス供給路２９は乾燥ガス供給ユニット６１に接続されており、乾燥ガス供給ユニット６１からガス供給路２９を介してスピンベース２３と基板Ｗの裏面Ｗｂとの間に形成される空間に窒素ガスが供給される。

また、図４に示すように、この実施形態では、スピンチャック２の周囲にスプラッシュガード５１が、スピンチャック２に水平姿勢で保持されている基板Ｗの周囲を包囲するようにスピンチャック２の回転軸に対して昇降自在に設けられている。このスプラッシュガード５１は回転軸に対して略回転対称な形状を有している。そして、ガード昇降機構５２の駆動によりスプラッシュガード５１を段階的に昇降させることで、回転する基板Ｗから飛散する液膜形成用ＤＩＷ、融解用ＤＩＷ、リンス液やその他の用途のために基板Ｗに供給される処理液などを分別して処理チャンバ１内から図示を省略する排液処理ユニットへ排出することが可能となっている。

また、この処理チャンバ１の底面部には複数の排気口１１が設けられ、これらの排気口１１を介して処理チャンバ１の内部空間は排気ユニット６３に接続されている。この排気ユニット６３は排気ダンパーと排気ポンプとを有しており、排気ダンパーの開閉度合いを制御することで排気ユニット６３による排気量を調整可能となっている。そして、制御ユニット４は排気ダンパーの開閉量に関する指令を排気ユニット６３に与えることで処理チャンバ１からの排気量を調整して内部空間における温度や湿度などを制御する。

この基板処理装置では、冷却ガス吐出ノズル７がスピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに向けて液膜凍結用冷却ガスを吐出可能に設けられている。すなわち、冷却ガス吐出ノズル７は次のように構成された冷却ガス供給ユニット６４に接続されている。この冷却ガス供給ユニット６４は、図５に示すように、熱交換器６４１を有している。この熱交換器６４１の容器６４２は内部に液体窒素を貯留するタンク状となっており、液体窒素温度に耐えうる材料、例えば、ガラス、石英またはＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン：High Density Polyethylene）により形成されている。なお、容器６４２を断熱容器で覆う二重構造を採用してもよい。この場合、外部容器は、処理チャンバ外部の雰囲気と容器６４２との間での熱移動を抑制するために、断熱性の高い材料、例えば発泡性樹脂やＰＶＣ（ポリ塩化ビニル樹脂：polyvinyl chloride）などにより形成するのが好適である。

容器６４２には、液体窒素を取り入れる液体窒素導入口６４３が設けられている。この液体窒素導入口６４３は開閉バルブ６４４を介して液体窒素供給源（図示省略）と接続されており、制御ユニット４からの開指令に応じて開閉バルブ６４４が開くと、液体窒素供給源から送出される液体窒素が容器６４２内に導入される。また、容器６４２内には液面センサ（図示省略）が設けられており、この液面センサによる検出結果が制御ユニット４に入力され、制御ユニット４によるフィードバック制御により開閉バルブ６４４の開閉が制御されて容器６４２内の液体窒素の液面レベルを高精度に制御可能となっている。なお、この第１実施形態では、液体窒素の液面レベルが一定となるようにフィードバック制御し、これによって冷却ガスの温度の安定化を図っている。

また、容器６４２の内部には、ステンレス、銅などの金属管で形成されたコイル状の熱交換パイプ６４５がガス通送路として設けられている。熱交換パイプ６４５は容器６４２に貯留された液体窒素に浸漬されており、その一方端がマスフローコントローラ（ＭＦＣ）６４６を介して窒素ガス供給源（図示省略）と接続されており、窒素ガス供給源から窒素ガスが供給される。これにより、窒素ガスが熱交換器６４１内で液体窒素によりＤＩＷの凝固点よりも低い温度に冷やされて冷却ガスとして熱交換パイプ６４５の他方端から開閉バルブ６４７を介して冷却ガス吐出ノズル７に送出される。

こうして作成された冷却ガスの送り先である冷却ガス吐出ノズル７は、図４に示すように、水平に延設された第１アーム７１の先端部に取り付けられている。この第１アーム７１は、処理チャンバ１の天井部より垂下する回転軸７２により後端部が回転中心軸Ｊ１周りに回転自在に支持されている。そして、回転軸７２に対して第１アーム昇降・回転機構７３が連結されており、制御ユニット４からの動作指令に応じて回転軸７２が回転中心軸Ｊ１周りに回転駆動され、また上下方向に昇降駆動され、その結果、第１アーム７１の先端部に取り付けられた冷却ガス吐出ノズル７が図６に示すように基板表面Ｗｆの上方側で移動する。

また本実施形態では、冷却ガス吐出ノズル７と同様にして、冷水吐出ノズル８が基板表面Ｗｆの上方側で移動可能に構成されている。この冷水吐出ノズル８は、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに向けて液膜を構成する液体（本発明の「凝固対象液」に相当）および融解液として常温よりも低い、例えば凝固点より３℃高い温度以下に調節された冷水（低温のＤＩＷ）を供給するものである。すなわち、冷水吐出ノズル８は冷水供給ユニット６５に接続され、冷水供給ユニット６５によって常温のＤＩＷを例えば０．５℃程度にまで冷却した上で冷水吐出ノズル８に送り出す。なお、この冷水供給ユニット６５は、図５に示すように、流量調整弁６５１、冷却器６５２および開閉バルブ６５３を有している。この流量調整弁６５１は制御ユニット４からの流量指令に応じて常温ＤＩＷの流量を高精度に調整して冷却器６５２に送り込む。そして、冷却器６５２は送り込まれた常温ＤＩＷを０．５℃程度にまで冷却し、その冷水（低温のＤＩＷ）が開閉バルブ６５３を介して送り出される。

このように冷水供給を受けるノズル８を回転中心軸Ｊ２周りに回転し、また上下方向に昇降移動させるために、水平に延設された第２アーム８１の後端部が回転軸８２により回転中心軸Ｊ２周りに回転自在に支持されている。一方、第２アーム８１の先端部には、冷水吐出ノズル８が下方に吐出口（図示省略）を向けた状態で取り付けられている。さらに、回転軸８２に対して第２アーム昇降・回転機構８３が連結されており、制御ユニット４からの動作指令に応じて回転軸８２が回転中心軸Ｊ２周りに回転駆動され、また上下方向に昇降駆動され、その結果、第２アーム８１の先端部に取り付けられた冷水吐出ノズル８が以下のように基板表面Ｗｆの上方側で移動する。

冷却ガス吐出ノズル７および冷水吐出ノズル８はそれぞれ独立して基板Ｗに対して相対的に移動することが可能となっている。すなわち、図６に示すように、制御ユニット４からの動作指令に基づき第１アーム昇降・回転機構７３が駆動されて第１アーム７１が回転中心軸Ｊ１周りに揺動すると、第１アーム７１に取り付けられた冷却ガス吐出ノズル７は、スピンベース２３の回転中心上に相当する回転中心位置Ｐｃと基板Ｗの対向位置から側方に退避した待機位置Ｐｓ１との間を移動軌跡Ｔ１に沿って水平移動する。すなわち、第１アーム昇降・回転機構７３は、冷却ガス吐出ノズル７を基板Ｗの表面Ｗｆに沿って基板Ｗに対して相対移動させる。

また、制御ユニット４からの動作指令に基づき第２アーム昇降・回転機構８３が駆動されて第２アーム８１が回転中心軸Ｊ２周りに揺動すると、第２アーム８１に取り付けられた冷水吐出ノズル８は第１アーム７１の待機位置Ｐｓ１と異なる別の待機位置Ｐｓ２と、回転中心位置Ｐｃとの間を移動軌跡Ｔ２に沿って水平移動する。すなわち、第２アーム昇降・回転機構８３は、冷水吐出ノズル８を基板Ｗの表面Ｗｆに沿って基板Ｗに対して相対移動させる。

図７は図４の基板処理装置の動作を模式的に示す図である。この装置では、未処理の基板Ｗが装置内に搬入されると、制御ユニット４が装置各部を制御して該基板Ｗに対して一連の洗浄処理が実行される。ここでは、予め基板Ｗが表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗが処理チャンバ１内に搬入されてスピンチャック２に保持される一方、図４に示すように遮断部材９がその下面を対向させたままアーム７１、８１と干渉しない上方位置まで待避している。

基板Ｗの搬入後、制御ユニット４はチャック回転機構２２を駆動させてスピンチャック２を回転させるとともに、第２アーム昇降・回転機構８３を駆動させて第２アーム８１を回転中心位置Ｐｃに移動して位置決めする。これによって、冷水吐出ノズル８は基板表面Ｗｆの回転中心部の上方に位置する。そして、制御ユニット４は冷水供給ユニット６５の開閉バルブ６５３を開いて冷水吐出ノズル８から冷水（低温のＤＩＷ）を基板表面Ｗｆに供給する。基板表面Ｗｆに供給されたＤＩＷには、基板Ｗの回転に伴う遠心力が作用し、基板Ｗの径方向外向きに均一に広げられ、その一部が基板外に振り切られる。これによって、基板表面Ｗｆの全面にわたって液膜の厚みを均一にコントロールして、基板表面Ｗｆの全体に所定の厚みを有する液膜（水膜）が形成される。なお、液膜形成に際して、上記のように基板表面Ｗｆに供給されたＤＩＷの一部を振り切ることは必須の要件ではない。例えば、基板Ｗの回転を停止させた状態あるいは基板Ｗを比較的低速で回転させた状態で基板ＷからＤＩＷを振り切ることなく基板表面Ｗｆに液膜を形成してもよい。

この状態では、基板Ｗの表面Ｗｆに所定厚さのパドル状液膜ＬＦが形成されている。こうして、液膜形成が終了すると、制御ユニット４はノズル８からのＤＩＷの吐出を停止するとともに、第２アーム昇降・回転機構８３を駆動させて第２アーム８１を待機位置Ｐｓ２に移動する。また、第２アーム８１の移動後または移動に連動して制御ユニット４は第１アーム昇降・回転機構７３を駆動させて第１アーム８１を回転中心位置Ｐｃに移動して位置決めする。そして、回転する基板Ｗの表面Ｗｆに向けて冷却ガス吐出ノズル７から冷却ガスを吐出させながら、冷却ガス吐出ノズル７を徐々に基板Ｗの外周端部側に向けて移動させていく。これにより、基板表面Ｗｆの表面領域に形成された液膜ＬＦが冷やされて部分的に凍結し、凝固体ＦＲ（凝固膜ＦＦの一部）が基板表面Ｗｆの回転中心部に形成される。なお、このように液膜ＬＦを凍結させる際には、制御ユニット４は冷却ガス供給ユニット６４のマスフローコントローラ６４６を制御して冷却ガスの流量（つまり単位時間当たりの冷却ガス量）を液膜ＬＦの凍結に適した値に抑えている。このように冷却ガスの流量を抑制することで、基板表面Ｗｆが部分的に乾いて露出してしまうという問題や風圧で膜厚分布が不均一となって処理の均一性が担保されないという問題が発生するのを防止している。

そして、ノズル７のスキャンによって凍結領域、つまり凝固体ＦＲは基板表面Ｗｆの回転中心部から外周縁部へと広げられ、基板表面Ｗｆの液膜全面が凍結して凝固膜ＦＦが形成される。こうして凝固膜（凝固体）ＦＦの形成が完了すると、制御ユニット４はノズル７からの冷却ガスの吐出を停止し、第１アーム７１を待機位置Ｐｓ１に移動させて基板表面Ｗｆからノズル７を待避させる。

これに続いて、基板Ｗを回転させたまま、ノズル８からの低温ＤＩＷの供給により凝固膜ＦＦを融解除去する。すなわち、図７（ａ）に示すように、制御ユニット４は第２アーム昇降・回転機構８３を駆動させて第２アーム８１を回転中心位置Ｐｃに移動して位置決し、冷水吐出ノズル８を基板表面Ｗｆの回転中心部の上方に位置させる。そして、制御ユニット４は冷水供給ユニット６５の開閉バルブ６５３を開いて冷水吐出ノズル８から冷水を吐出して基板表面Ｗｆに供給する。この基板表面Ｗｆの回転中心位置へのＤＩＷ供給により凝固膜ＦＦの回転中心部が融解される。なお、このように基板Ｗの回転中心位置の上方に配置したノズル８から冷水を供給したとしても、直ちに凝固膜ＦＦの回転中心部を融解することは難しいので、本実施形態では所定時間（例えば０．５秒）だけノズル８を基板Ｗの回転中心位置の上方に停止させている。

そして、所定時間が経過すると、同図（ｂ）に示すように、ノズル８からのＤＩＷの吐出を継続させたままノズル８を方向Ｄに移動させる、つまり基板Ｗの外周縁部側に向けて移動させていく。これにより、融解された領域、つまり融解部分ＭＰが回転中心部から基板Ｗの外周縁縁側に広げられる。つまり、凝固膜ＦＦと融解部分ＭＰとの固液界面ＩＦが基板Ｗの回転中心側から外周縁部側に移動する。なお、本実施形態では、固液界面ＩＦが基板の外周縁部側に広がるのに追随してノズル８を基板Ｗの外周縁部側に移動させる。このため、次のような作用効果が得られる。

融解部分ＭＰでは凝固膜ＦＦを融解した際に融け残った氷塊ＩＰが発生することがある。この氷塊ＩＰは、同図（ｂ）の拡大図に示すように、水膜ＷＦ中をＤＩＷとともに基板Ｗの外周縁部側に流動する。このとき、上記のようにノズル移動を固液界面ＩＦの移動に追随させており、融解液（ＤＩＷ）の供給位置が融解部分ＭＰ内、つまり未融解範囲よりも基板Ｗの回転中心側となるように制御しているので、融解部分ＭＰで発生した氷塊ＩＰが外周縁部側に移動する際、基板Ｗの径方向において融解部分ＭＰの外側が凝固したままの未融解状態となっているため、氷塊ＩＰの移動経路にパターン（図示省略）が存在していたとしても、当該パターンは凝固膜ＦＦにより保護されて氷塊ＩＰの衝突を受けない。その結果、パターンにダメージが与えられるのを確実に防止することができる。また、本実施形態では、融解液として低温のＤＩＷを用いているため、ＤＩＷの供給位置と上記界面ＩＦとを比較的短い距離に保つことができるため、優れたパターン保護機能を有している。

このようにパターンを保護しながら凝固膜ＦＦの融解除去を行い、同図（ｃ）に示すように、凝固膜全体の融解除去が完了すると、制御ユニット４はノズル８からのＤＩＷの吐出を停止するとともに、第２アーム昇降・回転機構８３を駆動させて第２アーム８１を待機位置Ｐｓ２に移動する。その後、遮断部材９を基板表面Ｗｆに近接配置し、リンス液として常温のＤＩＷを基板表面Ｗｆに供給し、基板Ｗのリンス処理を行う。

ここまでの処理が実行された時点では、基板Ｗが遮断部材９とスピンベース２３との間に挟まれながら回転する状態で、基板Ｗの表面にＤＩＷが供給されている。ここで、基板表面Ｗｆへの常温ＤＩＷの供給と並行して、ノズル２７からも常温ＤＩＷを供給してもよい（この点に関しては、後で説明する実施形態においても同様である）。続いて基板ＷへのＤＩＷの供給を停止し、基板Ｗを高速回転により乾燥させるスピン乾燥処理を行う。すなわち、遮断部材９に設けられたガス供給管９５およびスピンベース２３に設けられたガス供給路２９から乾燥ガス供給ユニット６１により供給される乾燥用の窒素ガスを吐出させながら基板Ｗを高速度で回転させることにより、基板Ｗに残留するＤＩＷを振り切り基板Ｗを乾燥させる。こうして乾燥処理が終了すると、処理済みの基板Ｗを搬出することによって１枚の基板に対する処理が完了する。

以上のように、本実施形態によれば、基板Ｗ上に形成されたＤＩＷの凝固膜ＦＦに対して凝固対象液（本実施形態ではＤＩＷを使用）の凝固点よりも高い温度を有する融解液を局部的に供給するとともに、当該融解液を吐出するノズル８を基板表面Ｗｆに沿ってスキャン移動させて基板Ｗへの融解液の供給位置を変位させている。このため、基板Ｗ表面の複数位置で融解液の流速が速くなり、基板Ｗ表面の各部で高い除去率が得られるとともに、除去率の面内均一性も向上している。

また、融解液により融解された領域（融解部分ＭＰ）と融解されていない領域（凝固膜ＦＦ）との界面ＩＦが基板Ｗの外周縁部側に広がるのに追随してノズル８を基板Ｗの外周縁部側に移動させているので、上記した理由により融解部分ＭＰで発生した氷塊による基板ダメージを効果的に防止することができる。特に、本実施形態では冷水（低温のＤＩＷ）を融解液として用いているため、例えば図３の実験結果から容易に推測されるように界面ＩＦの移動速度は比較的遅く、界面ＩＦの移動に対してノズルスキャンを高精度に追随させることができ、基板ダメージを確実に防止することができる。

このように本実施形態では、スピンチャック２が本発明の「基板保持手段」として機能している。また、冷却ガス吐出ノズル７と冷却ガス供給ユニット６４とが本発明の「凝固手段」に相当し、冷水吐出ノズル８と冷水供給ユニット６５とが本発明の「融解液供給手段」に相当している。さらに、制御ユニット４が本発明の「制御手段」として機能している。

＜第２実施形態＞
ところで、上記第１実施形態では、冷水を用いて凝固膜（凝固体）ＦＦを融解する際、まずノズル８を基板Ｗの回転中心位置の上方に位置決めし、凝固膜ＦＦの回転中心部を最初に融解しているが、ノズル８の初期位置についてはこれに限定されるものではない。例えば図８（ａ）に示すように、基板Ｗの回転中心位置近傍の上方をノズル８の初期位置としてもよい。すなわち、融解液の供給により最初に融解される領域、つまり初期融解部分はある程度の広がりを持っているため、この初期融解部分が回転中心位置を含む限りにおいてはノズル８の初期位置を回転中心からずらしてもよい。これを利用したものが第２実施形態である。なお、ノズル８の初期位置が相違する点を除き、第２実施形態は第１実施形態と同一の構成を有し、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

＜第３実施形態＞
図９はこの発明にかかる基板処理装置の第３実施形態を示す図である。この第３実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、冷水吐出ノズルが２本設けられており、凝固膜ＦＦを融解させる際にノズルスキャンを行う代わりに、これら冷水吐出ノズルから融解液として冷水（低温のＤＩＷ）を吐出するタイミングを異ならせている点であり、その他の構成は基本的に同一である。したがって、以下においては、相違点を中心に説明し、同一構成については同一符号を付して説明を省略する。

この第３実施形態では、第２アーム８１に対して２本の冷水吐出ノズル８ａ、８ｂが互いに異なる位置に取り付けられている。また、冷水吐出ノズル８ａ、８ｂは互いに独立した配管経路を介して冷水供給ユニット６５の冷却器６５２に接続されている。また、これらの配管経路には、開閉バルブ６５３ａ、６５３ｂがそれぞれ介挿されており、開閉バルブ６５３ａの開閉制御によりノズル８ａからの冷水吐出／停止が制御され、また開閉バルブ６５３ｂの開閉制御によりノズル８ｂからの冷水吐出／停止が制御される。

このように構成された基板処理装置では、第１実施形態と同様に、未処理の基板Ｗが表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗが処理チャンバ１内に搬入されてスピンチャック２に保持されると、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。また、制御ユニット４は第２アーム昇降・回転機構８３を駆動させて第２アーム８１を回転中心位置Ｐｃに移動して位置決めすることで、２つの冷水吐出ノズルのうち先端側冷水吐出ノズル８ａを基板表面Ｗｆの回転中心部の上方に位置させる。そして、第１実施形態と同様にして基板表面Ｗｆに液膜を形成する。また、第１実施形態と同様にして基板表面Ｗｆの液膜全面を凍結して凝固膜ＦＦを形成する。その後、制御ユニット４はノズル７からの冷却ガスの吐出を停止し、第１アーム７１を待機位置Ｐｓ１に移動させて基板表面Ｗｆからノズル７を待避させる。

これに続いて、基板Ｗを回転させたまま、ノズル８ａ、８ｂから冷水（低温ＤＩＷ）を順番に供給することで凝固膜ＦＦを融解除去する。以下、図９を参照しつつ第３実施形態における融解除去処理について詳述する。この実施形態では、制御ユニット４は第２アーム昇降・回転機構８３を駆動させて第２アーム８１を回転中心位置Ｐｃに移動して位置決し、冷水吐出ノズル８ａを基板表面Ｗｆの回転中心部の上方に位置させる。このとき、もう一方の冷水吐出ノズル８ｂはノズル８ａよりも基板Ｗの外周縁部側に位置している。そして、制御ユニット４は冷水供給ユニット６５の開閉バルブ６５３ａを開いて冷水吐出ノズル８ａから冷水を吐出して基板表面Ｗｆに供給する（同図（ａ））。このとき、開閉バルブ６５３ｂは閉じており、冷水吐出ノズル８ｂからの冷水の吐出は停止されている。

このようにして基板表面Ｗｆの回転中心位置へのＤＩＷ供給により凝固膜ＦＦの回転中心部が融解される。そして、時間経過とともに融解された領域、つまり融解部分ＭＰが回転中心部から基板Ｗの外周縁縁側に広げられる。つまり、凝固膜ＦＦと融解部分ＭＰとの固液界面ＩＦが基板Ｗの回転中心側から外周縁部側に移動する。そして、固液界面ＩＦがもう一方のノズル８ｂの直下位置に達する、または過ぎると、制御ユニット４は冷水供給ユニット６５の開閉バルブ６５３ａを閉じて冷水吐出ノズル８ａから冷水の吐出を停止させる一方、開閉バルブ６５３ｂを開いて冷水吐出ノズル８ｂから冷水を吐出して基板表面Ｗｆに供給する（同図（ｂ））。このよう本実施形態では、固液界面ＩＦが基板の外周縁部側に広がるのに追随してノズルからの融解液（低温のＤＩＷ）の供給位置を変位させているため、第１実施形態と同様に、融解部分ＭＰで発生した氷塊が外周縁部側に移動する際、基板Ｗの径方向において融解部分ＭＰの外側が凝固したままの未融解状態となっているため、氷塊の移動経路にパターン（図示省略）が存在していたとしても、当該パターンは凝固膜ＦＦにより保護されて氷塊の衝突を受けない。その結果、パターンにダメージが与えられるのを確実に防止することができる。

このようにパターンを保護しながら凝固膜ＦＦの融解除去を行い、同図（ｃ）に示すように、凝固膜全体の融解除去が完了すると、制御ユニット４は開閉バルブ６５３ｂを閉じて冷水吐出ノズル８ｂから冷水の吐出を停止させるとともに、第２アーム昇降・回転機構８３を駆動させて第２アーム８１を待機位置Ｐｓ２に移動する。その後、遮断部材９を基板表面Ｗｆに近接配置し、リンス液として常温のＤＩＷを基板表面Ｗｆに供給し、基板Ｗのリンス処理を行う。

これに続いて、基板ＷへのＤＩＷの供給を停止し、基板Ｗを高速回転により乾燥させるスピン乾燥処理を行う。すなわち、遮断部材９に設けられたノズル９７およびスピンベース２３に設けられた下面ノズル２７から乾燥ガス供給ユニット６１により供給される乾燥用の窒素ガスを吐出させながら基板Ｗを高速度で回転させることにより、基板Ｗに残留するＤＩＷを振り切り基板Ｗを乾燥させる。こうして乾燥処理が終了すると、処理済みの基板Ｗを搬出することによって１枚の基板に対する処理が完了する。

以上のように、第３実施形態によれば、ノズル８をスキャン移動させる代わりに、互いに異なる位置に配置されるノズル８ａ、８ｂから互いに異なるタイミングで融解液（本実施形態ではＤＩＷを使用）を吐出し、基板Ｗへの融解液の供給位置を変位させている。このため、第１実施形態と同様に、基板Ｗ表面の複数位置で融解液の流速が速くなり、基板Ｗ表面の各部で高い除去率が得られるとともに、除去率の面内均一性も向上している。

また、融解液により融解された領域（融解部分ＭＰ）と融解されていない領域（凝固膜ＦＦ）との界面ＩＦが基板Ｗの外周縁部側に広がるのに追随してノズル８ａ、８ｂからの融解液の吐出を制御しているため、上記した理由により融解部分ＭＰで発生した氷塊による基板ダメージを効果的に防止することができる。さらに、本実施形態においても冷水（低温のＤＩＷ）を融解液として用いているため、界面ＩＦの移動速度は比較的遅く、界面ＩＦの移動に対してノズル８ａ、８ｂの開閉切替を高精度に追随させることができ、基板ダメージを確実に防止することができる。

＜第４実施形態＞
図１０はこの発明にかかる基板処理装置の第４実施形態を示す図である。この第４実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、冷却ガス吐出ノズル７と冷水吐出ノズル８とが共通のアームＡＲＭに取り付けられている点であり、その他の構成は基本的に同一である。したがって、以下においては、相違点を中心に説明し、同一構成については同一符号を付して説明を省略する。

この第４実施形態では、アームＡＲＭの先端部に冷水吐出ノズル８が取り付けられる一方、冷水吐出ノズル８よりも後端部側（図１０の右手側）に冷却ガス吐出ノズル７が取り付けられている。なお、アームＡＲＭは、第１アーム７１や第２アーム８１と同様に、処理チャンバ１の天井部より垂下する回転軸（図示省略）により後端部が回転自在に支持されている。そして、回転軸に対して共通アーム昇降・回転機構（図示省略）が連結されており、制御ユニット４からの動作指令に応じて回転軸が回転駆動され、また上下方向に昇降駆動され、その結果、アームＡＲＭに取り付けられた冷却ガス吐出ノズル７および冷水吐出ノズル８が図１０に示すように基板表面Ｗｆの上方側で移動する。なお、その他の構成は基本的に第１実施形態と同一であるため、ここでは同一構成については同一符号を付して説明を省略する。

このように構成された基板処理装置では、第１実施形態と同様に、未処理の基板Ｗが表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗが処理チャンバ１内に搬入されてスピンチャック２に保持されると、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。また、制御ユニット４は共通アーム昇降・回転機構を駆動させてアームＡＲＭを移動して２つのノズル７、８のうち冷水吐出ノズル８を基板表面Ｗｆの回転中心部の上方に位置させる。そして、第１実施形態と同様にして基板表面Ｗｆに液膜ＬＦを形成する（図１０（ａ））。

それに続いて、制御ユニット４は共通アーム昇降・回転機構を駆動させてアームＡＲＭを移動して２つのノズル７、８のうち冷却ガス吐出ノズル７を基板表面Ｗｆの回転中心部の上方に位置させる。そして、制御ユニット４は回転する基板Ｗの表面Ｗｆに向けて冷却ガス吐出ノズル７から冷却ガスを吐出させながら、冷却ガス吐出ノズル７を徐々に基板Ｗの外周端部側に向けて移動させていく。これにより、基板表面Ｗｆの表面領域に形成された液膜ＬＦが冷やされて部分的に凍結し、凝固体ＦＲ（凝固膜ＦＦの一部）が基板表面Ｗｆの回転中心部に形成される（同図（ｂ））。なお、この段階では冷水吐出ノズル８からの冷水（低温のＤＩＷ）の吐出は停止されている。

冷却ガス吐出ノズル７からの冷却ガスの吐出開始から所定時間が経過すると、制御ユニット４は共通アーム昇降・回転機構を駆動させてアームＡＲＭを移動させることでノズル７をスキャンさせる。これにより、凍結領域、つまり凝固体ＦＲが基板表面Ｗｆの回転中心部から外周縁部へと広がる。このようにアームＡＲＭを移動させることでノズル７が基板Ｗの回転中心部の上方位置から離れるのと入れ替わって冷水吐出ノズル８が基板Ｗの回転中心部の上方位置に移動してくる（同図（ｃ））。このタイミングで制御ユニット４は開閉バルブ６５３を開いてノズル８から融解液として冷水を吐出して基板Ｗの回転中心部に供給する。これにより、凝固膜ＦＦの回転中心部が融解される。このように、第４実施形態では、ノズル７、８を一体的にスキャンさせながら凝固処理と融解除去処理とを並行して実行する。

そして、冷却ガス吐出ノズル７が先に基板Ｗの上方位置から外れて凝固処理が完了する。また、それに遅れて冷水吐出ノズル８が基板Ｗの上方位置から外れて融解除去処理が完了する。このように本実施形態では、凝固処理と融解除去処理とを一部並行して行っており、融解部分ＭＰの外側は直前に冷却ガスの供給を受けて凝固されているため、第１実施形態と同様に、融解部分ＭＰで発生した氷塊が外周縁部側に移動したとしても、基板Ｗの表面Ｗｆは凝固膜ＦＦで保護されているため、パターン（図示省略）のダメージを確実に防止することができる。

このように基板表面Ｗｆの全体に対し、凝固膜ＦＦの形成に追随して凝固膜ＦＦの融解除去を行って凝固処理と融解除去処理とが完了すると、制御ユニット４は開閉バルブ６５３を閉じて冷水吐出ノズル８から冷水の吐出を停止させるとともに、共通アーム昇降・回転機構を駆動させてアームＡＲＭを待機位置（図示省略）に移動させる。その後、遮断部材９を基板表面Ｗｆに近接配置し、リンス液として常温のＤＩＷを基板表面Ｗｆに供給し、基板Ｗのリンス処理を行う。

これに続いて、基板ＷへのＤＩＷの供給を停止し、基板Ｗを高速回転により乾燥させるスピン乾燥処理を行う。すなわち、遮断部材９に設けられたノズル９７およびスピンベース２３に設けられた下面ノズル２７から乾燥ガス供給ユニット６１により供給される乾燥用の窒素ガスを吐出させながら基板Ｗを高速度で回転させることにより、基板Ｗに残留するＤＩＷを振り切り基板Ｗを乾燥させる。こうして乾燥処理が終了すると、処理済みの基板Ｗを搬出することによって１枚の基板に対する処理が完了する。

以上のように、第４実施形態によれば、第１実施形態と同様に、融解液を吐出するノズル８を基板表面Ｗｆに沿ってスキャン移動させて基板Ｗへの融解液の供給位置を変位させているため、基板Ｗ表面の複数位置で融解液の流速が速くなり、基板Ｗ表面の各部で高い除去率が得られるとともに、除去率の面内均一性も向上している。また、融解液により融解された領域（融解部分ＭＰ）と融解されていない領域（凝固膜ＦＦ）との界面ＩＦが基板Ｗの外周縁部側に広がるのに追随してノズル８を基板Ｗの外周縁部側に移動させているので、上記した理由により融解部分ＭＰで発生した氷塊による基板ダメージを効果的に防止することができる。特に、本実施形態では冷水（低温のＤＩＷ）を融解液として用いているため、当該融解液により融解された領域、つまり融解部分ＭＰは大幅に広がらず、これ融解液の供給と並行してノズル７から冷却ガスを受けている基板Ｗの表面領域に達するのを防止することができる。したがって、凝固処理が融解除去処理に干渉されるのを防止することができ、凝固処理と融解除去処理とを安定的に並行して行うことができる。

また、上記第４実施形態では、凝固処理と融解除去処理とを一部並行して行っているため、スループットが第１実施形態よりも向上している。

＜第５実施形態＞
ところで、上記実施形態では、液膜を形成するための冷水をそのまま融解液としても用いている、つまり液膜形成用ＤＩＷと融解用ＤＩＷとを同一温度に設定しているが、融解用ＤＩＷの温度を液膜形成用ＤＩＷと相違させてもよい。例えば図１１に示すように、ＤＩＷ供給ユニット６２にリンス用配管経路と融解用配管経路との２系統を設け、融解用配管経路をＤＩＷ吐出ノズル８に接続してもよい。これら２系統のうちリンス用配管経路は第１実施形態などで採用されているものと全く同一であるのに対し、融解用配管経路は新たに追加されたものであり、当該融解用配管経路には流量調整弁６２３と開閉バルブ６２４とが介挿されている。この流量調整弁６２３は制御ユニット４からの流量指令に応じて融解用常温ＤＩＷの流量を高精度に調整可能となっている。また、開閉バルブ６２４は制御ユニット４からの開閉指令に応じて開閉して流量調整弁６２３で流量調整された常温ＤＩＷのＤＩＷ吐出ノズル８への供給／停止を切り替える。

＜第６実施形態＞
また、上記実施形態では、凝固対象液と融解液とを同一組成のものを用いているが、融解液を凝固対象液と相違させてもよく、例えば図１２に示すように、冷却したＳＣ１溶液（アンモニア水と過酸化水素水との混合水溶液）を供給するための冷却ＳＣ１供給ユニット６６を設けるとともに、冷却ＳＣ１供給ユニット６６からノズル８にＳＣ１溶液を融解液として与え、ノズル８から吐出させるように構成してもよい。これによりＤＩＷを融解液として用いた場合に比べてパーティクル除去率を高めることができる。もちろん、ＳＣ１溶液以外の薬液を融解液として用いてもよい。

＜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。例えば上記第１実施形態などでは、冷却した融解液を用いているが、融解液の供給を停止している間にノズル８と冷水供給ユニット６５とを接続する配管温度や当該配管内の滞留している融解液の温度が上昇して初期吐出段階で融解液の温度が十分に低下していないことがある。このような問題を解消するために、ノズル８から基板Ｗに供給される融解液の流量よりも小さな微小流量で融解液を配管から流出させるスローリーク処理を行うようにしてもよく、これにより融解液の温度上昇を抑えて初期吐出段階より所望の融解除去処理を行うことができる。このスローリーク処理自体については、例えば特開２００９−２５４９６５号公報に記載されているため、ここではスローリーク処理の説明については省略する。

また、融解液を吐出するためにノズル８、８ａ、８ｂを設けているが、当該ノズルとして融解液の液滴を供給する二流体ノズルを用いるのが望ましく、二流体ノズルを用いることでパーティクル除去率を高めることができる。なお、二流体ノズルとして、例えば融解液と窒素ガスとを空中（ノズル外部）で衝突させて融解液の液滴を生成する、いわゆる外部混合型の二流体ノズルを用いることができる。

また、第３実施形態では、開閉バルブ６５３ａ、６５３ｂの開閉切替により融解液の吐出タイミングを相違させているが、タイミング制御手段についてはこれに限定されるものではなく、例えば冷水供給ユニット６５からノズル８ａ、８ｂへの配管長さを相違させて吐出タイミングを相違させるように構成してもよい。また、２本のノズル８ａ、８ｂを用いて融解液を離散的に基板Ｗに供給しているが、ノズル本数はこれに限定されるものではなく、３本以上のノズルを互いに異なる位置に設け、互いに異なるタイミングで融解液を吐出するように構成してもよい。

また、上記実施形態の基板処理装置は、窒素ガス供給源およびＤＩＷ供給源をいずれも装置内部に内蔵しているが、これらの供給源については装置の外部に設けられてもよく、例えば工場内に既設の供給源を利用するようにしてもよい。

さらに、上記実施形態の基板処理装置は、基板Ｗの上方に近接配置される遮断部材９を有するものであるが、本発明は遮断部材を有しない装置にも適用可能である。また、この実施形態の装置は基板Ｗをその周縁部に当接するチャックピン２４によって保持するものであるが、基板の保持方法はこれに限定されるものではなく、他の方法で基板を保持する装置にも、本発明を適用することが可能である。

この発明は、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、光ディスク用基板などを含む基板全般の表面に付着したパーティクル等の汚染物質を除去する基板処理方法および基板処理装置に適用することができる。

２…スピンチャック
４…制御ユニット（制御手段）
７…冷却ガス吐出ノズル（凝固手段）
８、８ａ、８ｂ…冷水吐出ノズル（融解液供給手段）
６４…冷却ガス供給ユニット（凝固手段）
６５…冷水供給ユニット（融解液供給手段）
ＦＦ…凝固膜（凝固体）
ＩＦ…固液界面
ＭＰ…融解部分
Ｗ…基板
Ｗｆ…基板表面

Claims (11)

1. 凝固対象液が付着した基板を略水平に保持する基板保持工程と、
   前記凝固対象液の凝固点以下に前記凝固対象液を冷却して前記基板上に前記凝固対象液の凝固体を形成する凝固工程と、
   前記凝固対象液の凝固点よりも高い温度を有する融解液を前記基板に対して局部的に供給して前記凝固体を融解して除去する除去工程とを備え、
   前記除去工程は、
   前記基板を回転させる第１工程と、
   回転している前記基板の回転中心位置または前記回転中心位置の近傍に対して前記融解液の供給を開始する第２工程と、
   前記融解液の供給開始後に、前記融解液により融解された領域と融解されていない領域との界面が前記基板の外周縁部側に広がるのに追随して、前記融解液の供給位置を前記基板の外周縁部側に変位させる第３工程とを有する
   ことを特徴とする基板処理方法。
2. 請求項１に記載の基板処理方法であって、
   前記第２工程は、前記基板の上方に位置したノズルから前記融解液の供給を開始する工程であり、
   前記第３工程は、前記界面が前記基板の外周縁部側に広がるのに追随し、前記ノズルを前記基板に対して相対的に前記基板の外周縁部側に移動させる工程である基板処理方法。
3. 請求項１に記載の基板処理方法であって、
   前記第２工程は、前記基板の上方に位置した第１ノズルから前記融解液の供給を開始する工程であり、
   前記第３工程は、前記界面が前記基板の外周縁部側に広がるのに追随し、前記第１ノズルから前記融解液が供給される表面位置より外周縁部側の前記基板の表面位置に対して第２ノズルから前記融解液の供給を開始する工程である基板処理方法。
4. 請求項３に記載の基板処理方法であって、
   前記除去工程は、前記第２ノズルからの前記融解液の供給が開始される表面位置に前記界面が達する、または前記第２ノズルからの前記融解液の供給が開始される表面位置よりも前記基板の外周縁部側に前記界面が達すると、前記第１ノズルからの前記融解液の供給を停止する第４工程を有する基板処理方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の基板処理方法であって、
   前記第３工程は、前記第２工程による前記融解液の供給開始から所定時間だけ前記供給位置の変位を停止させて前記界面が前記回転中心部または前記回転中心部の近傍よりも前記基板の外周縁部側に達した後で、前記供給位置の変位を開始する工程である基板処理方法。
6. 請求項１に記載の基板処理方法であって、
   前記凝固工程は、
   前記基板を回転させる工程と、
   回転している前記基板の回転中心位置または前記回転中心位置の近傍に対して局部的に前記凝固対象液の凝固点よりも低い温度を有する冷却流体の供給を開始する工程と、
   前記冷却流体の供給開始後に、前記冷却流体の供給位置を前記基板の外周縁部側に変位させて前記基板上の前記凝固対象液が凝固された領域を前記基板の外周縁部側に広げる工程とを有し、
   前記除去工程は、前記融解液の供給位置を前記冷却流体の供給位置よりも前記基板の回転中心位置側に位置させながら前記凝固工程と並行して行われる基板処理方法。
7. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載の基板処理方法であって、
   前記除去工程において、前記融解液を液滴状態で前記基板に供給する基板処理方法。
8. 請求項１ないし７のいずれか一項に記載の基板処理方法であって、
   前記除去工程において、前記凝固対象液の凝固点よりも３℃高い温度以下に調節された前記融解液を用いる基板処理方法。
9. 前記除去工程では配管を介して与えられる融解液を前記基板に供給して前記凝固体を融解する請求項８に記載の基板処理方法であって、
   前記除去工程前に、前記除去工程において前記ノズルから前記基板に供給される前記融解液の流量よりも小さな微小流量で前記融解液を前記配管から流出させるスローリーク工程をさらに備える基板処理方法。
10. 請求項１ないし９のいずれか一項に記載の基板処理方法であって、
    略水平に保持された基板に対して凝固対象液を供給して前記凝固対象液を基板に付着させる凝固対象液供給工程をさらに備える基板処理方法。
11. 凝固対象液が付着した基板を略水平に保持する基板保持手段と、
    前記基板保持手段に保持された前記基板を略水平姿勢で回転する基板回転手段と、
    前記凝固対象液の凝固点以下に前記凝固対象液を冷却して前記凝固対象液の凝固体を形成する凝固手段と、
    前記凝固対象液の凝固点よりも高い温度を有する融解液を前記基板に局部的に供給する融解液供給手段と、
    前記融解液供給手段を制御する制御手段と
    を備え、
    前記制御手段は、
    基板回転手段により回転する前記基板の回転中心位置または前記回転中心位置の近傍に対して局部的に前記融解液供給手段による前記融解液の供給を開始させ、
    前記融解液の供給開始後に、前記融解液により融解された領域と融解されていない領域との界面が前記基板の外周縁部側に広がるのに追随して、前記融解液供給手段による前記融解液の供給位置を前記基板の外周縁部側に変位させて、前記融解液により前記凝固体を融解して除去する
    ことを特徴とする基板処理装置。

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