JP6593920B2 - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、処理液を用いて基板の上面を処理する基板処理方法および基板処理装置に関する。処理対象となる基板の例には、半導体ウエハ、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、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、フォトマスク用基板、セラミック基板、太陽電池用基板などが含まれる。

半導体装置の製造工程では、半導体ウエハ等の基板の表面に処理液を供給して、その基板の表面が処理液を用いて処理される。
たとえば、基板を１枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置は、基板をほぼ水平に保持しつつ、その基板を回転させるスピンチャックと、このスピンチャックによって回転される基板の上面に処理液を供給するためのノズルとを備えている。たとえば、スピンチャックに保持された基板に対して薬液が供給され、その後にリンス液が供給されることにより、基板上の薬液がリンス液に置換される。その後、基板の上面上からリンス液を排除するための乾燥処理が行われる。

乾燥処理として、ウォーターマークの発生を抑制するべく、水よりも沸点が低いイソプロピルアルコール（isopropyl alcohol：ＩＰＡ）の蒸気を、回転状態にある基板の表面に供給する手法が知られている。たとえば、ロタゴニ乾燥（特許文献１参照）はこの手法の一つの例である。

特開２０１３−１３１７８３号公報

このような乾燥方法として、具体的には、基板の上面に処理液（リンス液）の液膜を形成し、その処理液の液膜に低表面張力液（ＩＰＡ）の蒸気を吹き付けることにより、液膜除去領域を形成する。そして、液膜除去領域を拡大させ、液膜除去領域を基板の上面の全域に拡げることにより、基板の上面が乾燥される。
しかしながら、このような乾燥方法では、処理液に含まれるパーティクルが、基板の上面に出現してしまい、その結果、乾燥後の基板の表面（処理対象面）にパーティクルが発生するおそれがある。

そこで、本発明の目的は、パーティクルの発生を抑制または防止しながら、基板の上面を乾燥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。

前記の目的を達成するための請求項１に記載の発明は、基板を水平に保持する基板保持工程と、前記基板の上面に処理液を供給して、当該基板の上面を覆う処理液の液膜を形成する液膜形成工程と、前記処理液の液膜の周囲を、当該処理液よりも低い表面張力を有する低表面張力液の蒸気を含む蒸気雰囲気で満たす蒸気雰囲気充満工程と、前記蒸気雰囲気充満工程に並行して、前記基板に気体を吹き付けることなく前記基板を所定の薄膜領域形成速度で回転させて処理液を部分的に排除することにより、前記処理液の液膜の一部分の厚みが薄くなる薄膜領域を形成する薄膜領域形成工程と、前記蒸気雰囲気充満工程に並行して、前記薄膜領域を前記基板の外周に向けて拡大させる薄膜領域拡大工程と、前記薄膜領域拡大工程によって前記薄膜領域を前記上面の全域に拡げた後に、前記上面から当該薄膜領域を除去する薄膜除去工程とを含む、基板処理方法を提供する。

この方法によれば、基板の上面を覆う処理液の液膜の全域の周囲を、低表面張力液の蒸気を含む蒸気雰囲気（以下、単に「蒸気雰囲気」という。この項において同じ）で満たしながら、基板の速度を上昇させると、液膜の一部分の処理液が、基板の回転による遠心力を受けて径方向外方に押し拡げられる。その結果、当該一部分の液膜の厚みが薄くなり、処理液の薄膜が形成される。

処理液の薄膜の周囲が蒸気雰囲気に保たれているために、処理液の薄膜に低表面張力液が多量に溶け込み、そのため、処理液の薄膜は、低表面張力液を高い濃度で含む。基板の上面全域の周囲が蒸気雰囲気に保たれているために、低表面張力液の蒸気の拡散は進行せず、その結果、薄膜に含まれる低表面張力液の蒸発の進行が抑制または防止される。したがって、処理液の液膜の当該一部分において、処理液の全てを完全に除去することはできず、当該一部分に処理液の薄膜が保持される。すなわち、当該一部分に薄膜領域が形成される
そして、基板の上面を覆う処理液の液膜の全域の周囲を蒸気雰囲気に保ちながら、薄膜領域形成工程および薄膜領域拡大工程を順次実行する。そのため、薄膜領域の拡大状況に依らずに、薄膜領域の拡大終了まで、処理液の液膜における、処理液の薄膜との境界（以下、「境界」という）の付近の部分（以下、「境界付近部分」という）の周囲および処理液の薄膜の周囲が蒸気雰囲気に保たれる。

処理液の液膜の境界付近部分の周囲および処理液の薄膜の周囲を蒸気雰囲気に保った状態で基板を回転させると、互いに連なる処理液の液膜および処理液の薄膜の局所的な厚みの差に基づく低表面張力液の濃度差に起因して、処理液の薄膜から、境界付近部分を介して処理液の液膜の内部に向かう方向に流れるマランゴニ対流が発生する。そのため、薄膜領域形成工程および薄膜領域拡大工程の全期間に亘って、処理液の薄膜から処理液の液膜の内部へと向かうマランゴニ対流を発生させ続けることができる。

したがって、処理液の液膜の境界付近部分に含まれているパーティクルは、マランゴニ対流を受けて、境界から離反する方向に向けて移動する。そのため、パーティクルが処理液の液膜に取り込まれる。薄膜領域の拡大に伴って、基板の径方向外方に向けて境界が移動するが、パーティクルが処理液の液膜に取り込まれたまま、薄膜領域が拡大する。そして、処理液の液膜に含まれているパーティクルは、薄膜領域に出現することなく処理液の液膜と共に基板の上面から排出される。その後、基板の上面から薄膜が除去されることにより、基板の上面が乾燥される。

これにより、基板の乾燥後において、基板の上面にパーティクルが残存することがない。ゆえに、パーティクルの発生を抑制または防止しながら、基板の上面の全域を乾燥できる。
また、薄膜が低表面張力液を多量に含むために、乾燥後にウォーターマークの発生を抑制することもできる。

請求項２に記載の発明は、前記基板の上方空間を含む空間を、外部から遮断された遮断状態とする遮断工程をさらに含み、前記遮断工程の後に前記空間に前記気体を供給することにより、前記蒸気雰囲気充満工程が実行される、請求項１に記載の基板処理方法である。
この方法によれば、基板の上方空間を含む空間を遮断状態とすることにより、当該空間が外部の雰囲気の外乱の影響をほとんど受けない。当該空間に前記気体を供給することにより、処理液の液膜の周囲を蒸気雰囲気で満たすことができる。

請求項３に記載の発明は、前記薄膜除去工程は、前記空間を前記外部に開放させながら、前記基板を所定の高回転速度で回転させる開放高速回転工程を含む、請求項２に記載の基板処理方法である。
この方法によれば、前記空間を外部に開放させることにより、新鮮な気体が基板の上面に接触する。そのため、基板の上面の各所で処理液の蒸気の拡散が進み、その結果、当該各所で処理液の蒸発が進行する。そして、基板の高速回転により、基板の上面上の処理液を振り切ることができる。これにより、基板の上面から、有機溶剤の薄膜が完全に除去され、ゆえに、基板の上面を乾燥させることができる。

この方法によれば、密閉チャンバの内部空間を外部に開放させた状態において、基板を高速回転させる。密閉チャンバの内部空間を外部に開放させた状態では、新鮮な気体が基板の上面に接触するために、基板の上面の各所で有機溶剤蒸気の拡散が進み、基板の上面の各所で有機溶剤の液体の蒸発が進行する。そのため、基板の高速回転により、基板の上面上の有機溶剤の液体を振り切ることができ、これにより、基板の上面を良好に乾燥させることができる。

請求項４に記載の発明は、前記液膜形成工程に並行して、前記基板を静止状態とさせまたは前記基板の中央部を通る回転軸線回りにパドル速度で前記基板を回転させるパドル工程をさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板処理方法である。
この方法によれば、液膜形成工程に並行してパドル工程を実行するから、基板の上面に形成される処理液の液膜の境界付近部分の厚みを、分厚く保つことができる。処理液の液膜の境界付近部分の厚みが大きければ、薄膜領域拡大工程において、互いに連なる処理液の液膜および処理液の薄膜における低表面張力液の濃度勾配を大きく保つことができ、これにより、処理液の液膜中に発生するマランゴニ対流を強めることができる。

請求項５に記載の発明は、前記薄膜領域拡大工程は、前記基板を前記薄膜領域形成速度よりも速い第１の高速度で回転させる第１の高速回転工程を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の基板処理方法である。
この方法によれば、薄膜領域拡大工程時に、基板を第１の高速度で回転させるので、基板に強い遠心力が作用し、この遠心力により、互いに連なる処理液の液膜および処理液の薄膜における膜厚の差異をより一層顕著にできる。これにより、処理液の液膜の境界付近部分中に生じる低表面張力液の濃度勾配を大きく保つことができ、ゆえに、処理液の液膜の境界付近部分中に発生するマランゴニ対流をさらに一層強めることができる。

請求項６に記載の発明は、前記薄膜除去工程は、前記基板を前記薄膜領域形成速度よりも速い第２の高速度で回転させる第２の高速回転工程と、前記第２の高速回転工程に並行して、前記基板の上面の周囲の雰囲気を、前記蒸気雰囲気から前記低表面張力液以外の気体の雰囲気に置換する雰囲気置換工程を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板処理方法である。

この方法によれば、基板の上面の周囲の雰囲気を、低表面張力液以外の気体の雰囲気に置換した状態で、基板を高速回転させる。この場合、新鮮な前記気体が基板の上面に接触するために、基板の上面の各所で低表面張力液の拡散が進み、当該低表面張力液を含む薄膜の蒸発が進行する。そのため、基板の高速回転により薄膜を振り切ることができ、これにより、基板の上面を乾燥させることができる。

請求項７に記載の発明は、前記処理液は水を含み、前記低表面張力液は有機溶剤を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の基板処理方法である。
この方法によれば、基板の上面を覆う水の液膜の全域の周囲を、有機溶剤蒸気を含む蒸気雰囲気（以下、単に「有機溶剤蒸気雰囲気」という。この項において同じ）に保ちながら、基板の速度を上昇させると、液膜の一部分の水が、基板の回転による遠心力を受けて径方向外方に押し拡げられる。その結果、当該一部分の液膜の厚みが薄くなり、水の薄膜が形成される。

水の薄膜の周囲が蒸気雰囲気に保たれているために、水の薄膜に有機溶剤が多量に溶け込み、そのため、水の薄膜は、有機溶剤を高い濃度で含む。基板の上面全域の周囲が有機溶剤蒸気雰囲気に保たれているために、有機溶剤蒸気の拡散は進行せず、その結果、薄膜に含まれる有機溶剤の蒸発の進行が抑制または防止される。したがって、水の液膜の当該一部分において、水の全てを完全に除去することはできず、当該一部分に水の薄膜が保持される。すなわち、当該一部分に薄膜領域が形成される。
そして、基板の上面を覆う水の液膜の全域の周囲を有機溶剤蒸気雰囲気に保ちながら、薄膜領域形成工程および薄膜領域拡大工程を順次実行する。そのため、薄膜領域の拡大状況に依らずに、薄膜領域の拡大終了まで、水の液膜における、水の薄膜との境界の付近の部分（境界付近部分）の周囲および水の薄膜の周囲が有機溶剤蒸気雰囲気に保たれる。

水の液膜の境界付近部分の周囲および水の薄膜の周囲を有機溶剤蒸気雰囲気に保った状態で基板を回転させると、互いに連なる水の液膜および水の薄膜の局所的な厚みの差に基づく有機溶剤の濃度差に起因して、水の薄膜から、境界付近部分を介して水の液膜の内部に向かう方向に流れるマランゴニ対流が発生する。そのため、薄膜領域形成工程および薄膜領域拡大工程の全期間に亘って、水の薄膜から水の液膜の内部へと向かうマランゴニ対流を発生させ続けることができる。

したがって、水の液膜の境界付近部分に含まれているパーティクルは、マランゴニ対流を受けて、境界から離反する方向に向けて移動する。そのため、パーティクルが水の液膜に取り込まれる。薄膜領域の拡大に伴って、基板の径方向外方に向けて境界が移動するが、パーティクルが水の液膜に取り込まれたまま、薄膜領域が拡大する。そして、水の液膜に含まれているパーティクルは、薄膜領域に出現することなく水の液膜と共に基板の上面から排出される。その後、基板の上面から薄膜が除去されることにより、基板の上面が乾燥される。

これにより、基板の乾燥後において、基板の上面にパーティクルが残存することがない。ゆえに、パーティクルの発生を抑制または防止しながら、基板の上面の全域を乾燥できる。
また、薄膜が有機溶剤を多量に含むために、乾燥後にウォーターマークの発生を抑制することもできる。

前記の目的を達成するための請求項８に記載の発明は、基板を水平に保持する基板保持ユニットと、前記基板の上面に処理液を供給するための処理液供給ユニットと、前記基板の上面の周囲に、水よりも低い表面張力を有する低表面張力液の蒸気を含む気体を供給する気体供給ユニットと、前記処理液供給ユニットおよび前記の気体供給ユニットを制御する制御ユニットとを含み、前記制御ユニットは、前記基板の上面に処理液を供給して、当該基板の上面を覆う処理液の液膜を形成する液膜形成工程と、前記処理液の液膜の周囲を、前記低表面張力液の蒸気を含む蒸気雰囲気で満たす蒸気雰囲気充満工程と、前記蒸気雰囲気充満工程に並行して、前記基板に気体を吹き付けることなく前記基板を所定の薄膜領域形成速度で回転させて処理液を部分的に排除することにより、前記処理液の液膜の一部分の厚みが薄くなる薄膜領域を形成する薄膜領域形成工程と、前記蒸気雰囲気充満工程に並行して、前記薄膜領域を前記基板の外周に向けて拡大させる薄膜領域拡大工程とを実行する、基板処理装置を提供する。

この構成によれば、請求項１に関連して記載した作用効果と同等の作用効果を奏する。
請求項９に記載の発明は、前記基板処理装置は、外部から密閉された内部空間を有し、当該内部空間に前記基板保持ユニットを収容する密閉チャンバをさらに含む、請求項８に記載の基板処理装置である。
この構成によれば、密閉チャンバの内部空間に基板を収容することにより、密閉チャンバの内部空間の全域を蒸気雰囲気とすることができる。そのため、基板の上面全域の周囲を蒸気雰囲気に確実に保持できる。

また、密閉チャンバの内部空間内に低表面張力液の液体が存在するだけで、密閉チャンバの内部空間を蒸気雰囲気とすることができる。
請求項１０に記載の発明は、前記気体供給ユニットは、前記内部空間に前記気体を供給する内部気体供給ユニットを含む、請求項９に記載の基板処理装置である。
この構成によれば、内部気体供給ユニットから内部空間に低表面張力液の蒸気を含む気体を供給することにより、密閉チャンバの内部空間の全域を蒸気雰囲気とすることができる。これにより、基板の上面全域の周囲を蒸気雰囲気に保つ構成を簡単に実現できる。

請求項１１に記載の発明は、前記気体供給ユニットは、前記低表面張力液の液体を吐出するためのノズルと、前記ノズルに前記低表面張力液の前記液体を供給するための低表面張力液供給ユニットとをさらに含み、前記基板処理装置は、前記ノズルから吐出される前記低表面張力液の前記液体を受け入れて、当該液体を溜めることが可能な貯留容器をさらに含む、請求項９または１０に記載の基板処理装置である。

この方法によれば、貯留容器に貯留された低表面張力液の液体の蒸発により生じた低表面張力液の蒸気を用いて、密閉チャンバの内部空間の全域を蒸気雰囲気とすることができる。これにより、基板の上面全域の周囲を蒸気雰囲気に保つ構成を簡単に実現できる。
請求項１２に記載の発明は、前記基板処理装置は、前記基板保持ユニットを収容する処理チャンバと、前記基板の上面に対向する対向面を有する対向部材とをさらに含み、前記気体供給ユニットは、前記対向面に開口し、前記気体を吐出する気体吐出口を含む、請求項８または９に記載の基板処理装置である。

この構成によれば、気体吐出口から吐出された低表面張力液の蒸気が、対向面と基板の上面との間の空間に供給される。当該空間の全域を蒸気雰囲気とすることにより、対向面と基板の上面との間の空間をその外部から遮断することができ、これにより、基板の上面全域の周囲を蒸気雰囲気に保つことができる。
請求項１３に記載の発明は、前記対向部材は、前記基板の上面周縁部に対向し、当該上面周縁部との間で、前記対向面の中央部と前記基板の上面中央部との間の間隔よりも狭い狭間隔を形成する対向周縁部を有する、請求項１２に記載の基板処理装置である。

この構成によれば、対向部材の対向周縁部と基板の上面周縁部との間に狭間隔が形成されているので、対向面と基板の上面との間の空間に供給された低表面張力液の蒸気が、当該空間から排出され難い。そのため、当該空間から低表面張力液の蒸気が流出するのを、より一層抑制できる。これにより、基板の上面全域の周囲を、より確実に蒸気雰囲気に保つことができる。

請求項１４に記載の発明は、前記気体吐出口は、前記対向面に複数個分散配置されている、請求項１２または１３に記載の基板処理装置である。
この構成によれば、気体吐出口が複数個に分散配置されているので、気体吐出口からの気体を、基板上の処理液の液膜に均一に供給できる。この場合、各気体吐出口からの気体の吐出圧力を互いに等しくすることも可能であり、これにより、処理液の液膜が、気体の吐出圧力に押されて変形することを確実に防止できる。換言すると、複数個に分散配置された気体吐出口は、基板の上面の局所指向しない形態である。

請求項１５に記載の発明は、前記対向部材を昇降させる昇降ユニットをさらに含み、前記制御ユニットは、前記昇降ユニットを制御して、前記昇降ユニットの高さを前記基板の回転速度の変化に応じて昇降させる、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の基板処理装置である。
基板の上面に処理液の液膜が形成されている状態で、基板の回転速度を上昇させると、処理液の液膜の厚みが薄くなる。そのため、基板の上面と対向面との間の空間の容積は同じであっても、処理液の液膜が薄化した分だけ、処理液の液膜の上面と対向面との間の空間の容積が大きくなる。この場合、基板の上面と対向面との間の空間に含まれる低表面張力液の濃度が低下するおそれもある。

この構成によれば、昇降ユニットの高さを、基板の回転速度の変化に応じて昇降させる。基板の回転速度を上昇させる場合には昇降ユニットを下降させ、基板の回転速度を低下させる場合には昇降ユニットを上昇させる。これにより、この場合、基板の上面と対向面との間の空間に含まれる低表面張力液の蒸気の濃度を高く保つことが可能である。したがって、薄膜領域を構成する薄膜の蒸発の進行を抑制でき、これにより、薄膜の消失を防止できる。

図１は、この発明の第１の実施形態に係る基板処理装置の内部のレイアウトを説明するための図解的な平面図である。 図２は、前記基板処理装置に備えられた処理ユニットの構成例を説明するための図解的な断面図である。 図３は、前記基板処理装置の主要部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、前記基板処理装置による基板処理の一例を説明するための流れ図である。 前記基板処理装置において実行される、リンス工程（図４のＳ３）およびスピンドライ工程（図４のＳ４）の詳細を説明するためのタイムチャートである。 図６Ａは、パドルリンス工程（図５のＴ１）の様子を説明するための図解的な断面図である。 図６Ｂ〜６Ｃは、薄膜領域形成工程（図５のＴ２）および薄膜領域拡大工程（図５のＴ３）の様子を説明するための図解的な断面図である。 図６Ｄ〜６Ｅは、薄膜領域拡大工程（図５のＴ３）の様子を説明するための図解的な断面図である。 図７は、薄膜領域拡大工程中における、水の液膜の状態を拡大して示す断面図である。 図８は、水の液膜の内周部分の内部における、マランゴニ対流の発生メカニズムを説明するための図である。 図９Ａ，９Ｂは、薄膜領域の拡大中における、水の液膜の内周部分の状態を示す平面図である。 図１０は、参考形態に係る、基板の上面上の水の液膜における、気液固界面における流れ分布モデルを示す図である。 図１１は、参考形態に係る、水の液膜の内周部分に含まれる微細パーティクルの移動を示す模式的な断面図である。 図１２は、参考形態に係る、水の液膜の内周部分に含まれる微細パーティクルの移動を示す模式的な平面図である。 図１３Ａ，１３Ｂは、参考形態に係る、液膜除去領域の拡大中における、水の液膜の内周部分の状態を示す平面図である。 図１４は、本発明の第２の実施形態に係る基板処理装置の処理ユニットの構例を説明するための図解的な断面図である。 図１５Ａは、本発明の第３の実施形態に係る基板処理装置の処理ユニットの構例を説明するための図解的な断面図である。 図１５Ｂは、対向部材の底面図である。 図１６は、本発明の第３の実施形態に係る基板処理装置において実行される、リンス工程（Ｓ３）およびスピンドライ工程（Ｓ４）を説明するためのタイムチャートである。 図１７は、対向部材を第２の近接位置に配置した状態を示す断面図である。 図１８は、本発明の第３の実施形態に係る基板処理装置の変形例を示す断面図である。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の第１の実施形態に係る基板処理装置の内部のレイアウトを説明するための図解的な平面図である。基板処理装置１は、シリコンウエハなどの基板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、円板状の基板である。基板処理装置１は、処理液で基板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を収容するキャリヤ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ＩＲおよびＣＲと、基板処理装置１を制御する制御ユニット３とを含む。搬送ロボットＩＲは、キャリヤＣと搬送ロボットＣＲとの間で基板Ｗを搬送する。搬送ロボットＣＲは、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。複数の処理ユニット２は、たとえば、同様の構成を有している。

図２は、処理ユニット２の構成例を説明するための図解的な断面図である。
処理ユニット２は、内部空間ＳＰを有する箱形の処理チャンバ（密閉チャンバ）４と、処理チャンバ４内で一枚の基板Ｗを水平な姿勢で保持して、基板Ｗの中心を通る鉛直な回転軸線Ａ１まわりに基板Ｗを回転させるスピンチャック（基板保持ユニット）５と、スピンチャック５に保持されている基板Ｗの上面に薬液を供給するための薬液供給ユニット６と、スピンチャック５に保持されている基板Ｗの上面に水（処理液）を供給するための水供給ユニット（処理液供給ユニット）７と、低表面張力液としての有機溶剤蒸気の一例としてのＩＰＡの蒸気（ＩＰＡ Ｖａｐｏｒ）を内部空間ＳＰに供給する第１の有機溶剤蒸気供給ユニット（内部気体供給ユニット、気体供給ユニット）８と、スピンチャック５を取り囲む筒状の処理カップ１１とを含む。

処理チャンバ４は、スピンチャック５等を収容する箱型の隔壁１２と、隔壁１２の上部から隔壁１２内（処理チャンバ４内に相当）に清浄空気（低表面張力液以外の気体の雰囲気）を送る送風ユニット４０と、隔壁１２に設けられた搬出搬入口を開閉するシャッタ１３と、隔壁１２の下部から処理チャンバ４内の気体を排出する排気ユニット１４とを含む。

送風ユニット４０は、隔壁１２の上方に配置されており、隔壁１２の天井に取り付けられ、当該天井から処理チャンバ４内に清浄空気を送る。送風ユニット４０は、清浄空気が流通する清浄空気配管４１と、清浄空気配管４１から内部空間ＳＰへの有機溶剤蒸気（ＩＰＡ Ｖａｐｏｒ）の供給および供給停止を切り換える清浄空気バルブ４２とを含む。清浄空気配管４１の下流端は、内部空間ＳＰに接続されている。清浄空気バルブ４２が開かれると、清浄空気が、清浄空気配管４１を介して内部空間ＳＰに送られる。

第１の有機溶剤蒸気供給ユニット８は、隔壁１２の上方に配置されており、隔壁１２の天井に取り付けられている。第１の有機溶剤蒸気供給ユニット８は、有機溶剤蒸気が流通する第１の有機溶剤蒸気配管１５を含む。第１の有機溶剤蒸気配管１５の下流端は、内部空間ＳＰに接続されている。第１の有機溶剤蒸気供給ユニット８は、さらに、第１の有機溶剤蒸気配管１５から内部空間ＳＰへの有機溶剤蒸気の供給および供給停止を切り換える第１の有機溶剤蒸気バルブ１６と、第１の有機溶剤蒸気配管１５の開度を調節して、内部空間ＳＰに供給される有機溶剤蒸気の流量を調整するための第１の流量調整バルブ１７と、第１の有機溶剤蒸気配管１５を流通する有機溶剤蒸気に含まれる塵や埃を捕獲する第１のフィルタ１５Ａとが介装されている。図示はしないが、第１の流量調整バルブ１７は、弁座が内部に設けられたバルブボディと、弁座を開閉する弁体と、開位置と閉位置との間で弁体を移動させるアクチュエータとを含む。他の流量調整バルブについても同様である。

第１の有機溶剤蒸気バルブ１６が開かれると、有機溶剤蒸気（塵や埃が除去された清浄な有機溶剤蒸気）が、第１の有機溶剤蒸気配管１５を介して内部空間ＳＰに送られる。
処理チャンバ４は、第１の有機溶剤蒸気供給ユニット８によって内部空間ＳＰに供給された気体（清浄空気や有機溶剤蒸気）を整流する整流板１８を含む。整流板１８は、内部空間ＳＰに配置されており、具体的には、第１の有機溶剤蒸気供給ユニット８と、スピンチャック５との間の高さに配置されている、整流板１８は、水平な姿勢で保持されている。整流板１８は、隔壁１２の内部を整流板１８の上方の空間ＳＰ１と、整流板１８の下方の空間ＳＰ２とに仕切っている。隔壁１２の天井面１２ａと整流板１８との間の上方空間ＳＰ１は、供給された気体（清浄空気や有機溶剤蒸気）が拡散するための拡散空間であり、整流板１８と隔壁１２の床面１２ｂとの間の下方空間ＳＰ２は、基板Ｗの処理が行われる処理空間である。上方空間ＳＰ１の高さは下方空間ＳＰ２の高さよりも小さい。整流板１８の下面１８ａは、平面視でスピンチャックに重なる対向部を含む。整流板１８は、上下方向に貫通する複数の貫通孔１８ｂがその全域に形成された多孔プレートである。

第１の有機溶剤蒸気バルブ１６が閉じられた状態で清浄空気バルブ４２が開かれると、上方空間ＳＰ１に清浄空気が送られる。清浄空気バルブ４２の開放が継続されることにより、上方空間ＳＰ１に清浄空気が充満し、清浄空気は貫通孔１８ｂを通過して整流板１８の全域から下方に流れる。これにより、整流板１８の全域から下方向に向かう均一な清浄空気の流れが、下方空間ＳＰ２に形成される。

一方、清浄空気バルブ４２が閉じられた状態で第１の有機溶剤蒸気バルブ１６が開かれると、上方空間ＳＰ１に有機溶剤蒸気が送られる。第１の有機溶剤蒸気バルブ１６の開放が継続されることにより、有機溶剤蒸気が上方空間ＳＰ１に充満し、有機溶剤蒸気は貫通孔１８ｂを通過して整流板１８の全域から下方に流れる。これにより、整流板１８の全域から下方向に向かう均一な有機溶剤蒸気の流れが、下方空間ＳＰ２に形成される。

排気ユニット１４は、処理カップ１１内に接続された排気ダクト１９と、排気ダクト１９を介して、処理チャンバ４の内部空間ＳＰの雰囲気を吸引する、吸引装置等の排気装置２０と、排気ダクト１９と排気装置２０とを接続する排気配管２１と、排気配管２１を開閉する排気バルブ２２とを含む。排気バルブ２２が開かれた状態では、内部空間ＳＰ（下方空間ＳＰ２）の雰囲気が処理チャンバ４外に排出されると共に、内部空間ＳＰ（下方空間ＳＰ２）にダウンフロー（下降流）が形成される。一方、排気バルブ２２が閉じられた状態では、内部空間ＳＰ（下方空間ＳＰ２）の雰囲気が処理チャンバ４外に排出されない。

清浄空気バルブ４２が閉じられた状態で、かつ排気バルブ２２が閉じられると、内部空間ＳＰが外部から閉塞された閉状態となり、処理チャンバ４は、外部から閉塞された密閉チャンバとして機能する。
スピンチャック５として、基板Ｗを水平方向に挟んで基板Ｗを水平に保持する挟持式のチャックが採用されている。具体的には、スピンチャック５は、スピンモータ２３と、このスピンモータ２３の駆動軸と一体化されたスピン軸２４と、スピン軸２４の上端に略水平に取り付けられた円板状のスピンベース２５とを含む。

スピンベース２５は、基板Ｗの外径よりも大きな外径を有する水平な円形の上面２５ａを含む。上面２５ａには、その周縁部に複数個（３個以上。たとえば６個）の挟持部材２６が配置されている。複数個の挟持部材２６は、スピンベース２５の上面周縁部において、基板Ｗの外周形状に対応する円周上で適当な間隔を空けてたとえば等間隔に配置されている。

薬液供給ユニット６は、薬液ノズル２７を含む。薬液ノズル２７は、たとえば、連続流の状態で液を吐出するストレートノズルであり、スピンチャック５の上方で、その吐出口を基板Ｗの上面中央部に向けて固定的に配置されている。薬液ノズル２７には、薬液供給源からの薬液が供給される薬液配管２８が接続されている。薬液配管２８の途中部には、薬液ノズル２７からの薬液の供給／供給停止を切り換えるための薬液バルブ２９が介装されている。薬液バルブ２９が開かれると、薬液配管２８から薬液ノズル２７に供給された連続流の薬液が、薬液ノズル２７の下端に設定された吐出口から吐出される。また、薬液バルブ２９が閉じられると、薬液配管２８から薬液ノズル２７への薬液の供給が停止される。

薬液の具体例は、エッチング液および洗浄液である。さらに具体的には、薬液は、フッ酸、ＳＣ１（アンモニア過酸化水素水混合液）、ＳＣ２（塩酸過酸化水素水混合液）、フッ化アンモニウム、バッファードフッ酸（フッ酸とフッ化アンモニウムとの混合液）などであってもよい。
水供給ユニット７は、水ノズル３０を含む。水ノズル３０は、たとえば、連続流の状態で液を吐出するストレートノズルであり、スピンチャック５の上方で、その吐出口を基板Ｗの上面中央部に向けて固定的に配置されている。水ノズル３０には、水供給源からの水が供給される水配管３１が接続されている。水配管３１の途中部には、水ノズル３０からの水の供給／供給停止を切り換えるための水バルブ３２が介装されている。水バルブ３２が開かれると、水配管３１から水ノズル３０に供給された連続流の水が、水ノズル３０の下端に設定された吐出口から吐出される。また、水バルブ３２が閉じられると、水配管３１から水ノズル３０への水の供給が停止される。水ノズル３０に供給される水は、たとえば脱イオン水（ＤＩＷ）であるが、ＤＩＷに限らず、炭酸水、電解イオン水、水素水、オゾン水および希釈濃度（たとえば、１０ｐｐｍ〜１００ｐｐｍ程度）の塩酸水のいずれかであってもよい。

なお、薬液ノズル２７および水ノズル３０は、それぞれ、スピンチャック５に対して固定的に配置されている必要はなく、たとえば、スピンチャック５の上方において水平面内で揺動可能なアームに取り付けられて、このアームの揺動により基板Ｗの上面における処理液（薬液または水）の着液位置がスキャンされる、いわゆるスキャンノズルの形態が採用されてもよい。

図２に示すように、処理カップ１１、スピンチャック５に保持されている基板Ｗよりも外方（回転軸線Ａ１から離れる方向）に配置されている。処理カップ１１は、スピンベース２５を取り囲んでいる。スピンチャック５が基板Ｗを回転させている状態で、処理液が基板Ｗに供給されると、基板Ｗに供給された処理液が基板Ｗの周囲に振り切られる。処理液が基板Ｗに供給されるとき、上向きに開いた処理カップ１１の上端部１１ａは、スピンベース２５よりも上方に配置される。したがって、基板Ｗの周囲に排出された薬液や水などの処理液は、処理カップ１１によって受け止められる。そして、処理カップ１１に受け止められた処理液は、図示しない回収装置または廃液装置に送られる。

図３は、基板処理装置１の主要部の電気的構成を説明するためのブロック図である。
制御ユニット３は、予め定められたプログラムに従って、スピンモータ２３、排気装置２０、第１のノズル移動ユニット３４等の動作を制御する。さらに、制御ユニット３は、薬液バルブ２９、水バルブ３２、第１の有機溶剤蒸気バルブ１６、第１の流量調整バルブ１７、清浄空気バルブ４２等の開閉動作等を制御する。

図４は、基板処理装置１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５は、基板処理装置３０１において実行される、リンス工程（Ｓ３）およびスピンドライ工程（Ｓ４）を説明するためのタイムチャートである。図６Ａ〜６Ｅは、パドルリンス工程（液膜形成工程、蒸気雰囲気充満工程、パドル工程）Ｔ１、薄膜領域形成工程Ｔ２および薄膜領域拡大工程（高速回転工程）Ｔ３を説明するための図解的な図である。

図１〜図６Ｅを参照しながら基板処理について説明する。
未処理の基板Ｗは、搬送ロボットＩＲ，ＣＲによってキャリヤＣから処理ユニット２に搬入され、処理チャンバ４内に搬入され、基板Ｗがその表面（処理対象面。たとえばパターン形成面）を上方に向けた状態でスピンチャック５に受け渡され、スピンチャック５に基板Ｗが保持される（Ｓ１：基板搬入工程（基板保持工程））。基板Ｗの搬入に先立って、第１の有機溶剤蒸気バルブ１６は閉じられ、清浄空気バルブ４２は開かれ、かつ排気バルブ２２は開かれている。そのため、下方空間ＳＰ２には、内部空間ＳＰ（下方空間ＳＰ２）に清浄空気のダウンフロー（下降流）が形成される。

搬送ロボットＣＲが処理ユニット２外に退避した後、制御ユニット３は、薬液工程（ステップＳ２）を実行する。具体的には、制御ユニット３は、スピンモータ２３を駆動してスピンベース２５を所定の液処理速度（たとえば約８００ｒｐｍ）で回転させる。また、制御ユニット３は、薬液バルブ２９を開く。それにより、回転状態の基板Ｗの上面に向けて、薬液ノズル２７から薬液が供給される。供給された薬液は遠心力によって基板Ｗの全面に行き渡り、基板Ｗに薬液を用いた薬液処理が施される。薬液の吐出開始から予め定める期間が経過すると、制御ユニット３は、薬液バルブ２９を閉じて、薬液ノズル２７からの薬液の吐出を停止する。

次いで、制御ユニット３は、リンス工程（ステップＳ３）を実行する。リンス工程は、基板Ｗ上の薬液を水に置換して基板Ｗ上から薬液を排除する工程である。具体的には、制御ユニット３は、水バルブ３２を開く。それにより、回転状態の基板Ｗの上面に向けて、水ノズル３０から水が供給される。供給された水は遠心力によって基板Ｗの全面に行き渡る。この水によって、基板Ｗ上に付着している薬液が洗い流される。

水の供給開始から予め定める期間が経過すると、基板Ｗの上面全域が水に覆われている状態で、制御ユニット３は、スピンモータ２３を制御して、基板Ｗの回転速度を液処理速度からパドル速度（零または約４０ｒｐｍ以下の低回転速度。たとえば約１０ｒｐｍ）まで段階的に減速させる。その後、基板Ｗの回転速度をパドル速度に維持する（パドルリンス工程Ｔ１）。これにより、図６Ａに示すように、基板Ｗの上面に、基板Ｗの上面全域を覆う水の液膜がパドル状に支持される。この状態では、基板Ｗの上面の水の液膜（処理液の液膜）５０に作用する遠心力が水と基板Ｗの上面との間で作用する表面張力よりも小さいか、あるいは前記の遠心力と前記の表面張力とがほぼ拮抗している。基板Ｗの減速により、基板Ｗ上の水に作用する遠心力が弱まり、基板Ｗ上から排出される水の量が減少する。基板Ｗの上面から薬液によりパーティクルを取り除く薬液工程に次いでリンス工程が実行されるから、水の液膜５０にパーティクルが含まれることがある。また、パドルリンス工程Ｔ１において、パドル状の水の液膜５０の後も基板Ｗへの水の供給が続行されてもよい。

また、制御ユニット３は、パドルリンス工程Ｔ１の開始に同期して、清浄空気バルブ４２を閉じると共に、第１の有機溶剤蒸気バルブ１６を開ける。これにより、内部空間ＳＰへの清浄空気の供給は停止され、内部空間ＳＰへの有機溶剤蒸気の供給が開始される。これにより、有機溶剤蒸気が貫通孔１８ｂ（図２参照）を介して下方空間ＳＰ２に供給される。また、制御ユニット３は、排気バルブ２２を閉じる。これにより、処理チャンバ４の内部空間ＳＰが外部から閉塞され、処理チャンバ４は密閉チャンバとして機能する。この状態では、下方空間ＳＰ２（基板Ｗの上方の空間を含む空間）は、処理チャンバ４の外部と遮断されており（遮断工程）、そのため、下方空間ＳＰ２に供給された有機溶剤蒸気が下方空間ＳＰ２の全域に行き渡り、下方空間ＳＰ２に充満する。その結果、基板Ｗ上の水の液膜５０の周囲を有機溶剤蒸気雰囲気で満たすことができる（蒸気雰囲気充満工程）。

外部空間から遮断された下方空間ＳＰ２は、外部の雰囲気の外乱の影響をほとんど受けない。そのため、これ以降、基板Ｗの上面全域の周囲が有機溶剤蒸気を高濃度に含む雰囲気（以下、「有機溶剤蒸気雰囲気」という。）に保たれる。パドル状の水の液膜５０の形成後、制御ユニット３は、水バルブ３２を閉じて、水ノズル３０からの水の吐出を停止する。下方空間ＳＰ２に有機溶剤蒸気が充満した後、パドルリンス工程Ｔ１が終了する（リンス工程（Ｓ３）が終了する）。

次いで、制御ユニット３は、スピンドライ工程（ステップＳ４）を実行する。具体的には、制御ユニット３は、まず薄膜領域形成工程Ｔ２を実行する。薄膜領域形成工程Ｔ２は、図６Ｂに示すように、基板Ｗの水の液膜５０の中央部に、水の大部分が除去されて非常に薄い超薄膜（水の薄膜）５６（図７参照）が残存する円形の薄膜領域５５を形成する工程である。具体的には、制御ユニット３は、スピンモータ２３を制御して基板Ｗを所定の薄膜領域形成速度（たとえば約５０ｒｐｍ）まで加速させる。基板Ｗの回転速度が前記の薄膜領域形成速度（たとえば約５０ｒｐｍ）に達することにより、基板Ｗ上の水の液膜５０に比較的強い遠心力が作用し、基板Ｗの上面中央部に存在する水が径方向外方に押し退けられることにより、基板Ｗの上面中央部に円形の薄膜領域５５が形成される。薄膜領域形成速度は、約５０ｒｐｍとしたが、それ以上の回転速度であってもよい。

前述のように、有機溶剤蒸気が下方空間ＳＰ２の全域に充満している。そのため、水の液膜５０が、有機溶剤蒸気の吐出圧力に押されて変形することはない。したがって、薄膜領域形成工程Ｔ２において、水の液膜５０（バルク７２）を可能な限り厚く保つことができ、バルク７２と薄膜領域５５との膜厚の落差を大きく保つことができる。これにより、水の液膜の内周部分７０に発生するマランゴニ対流６５を強めることができる。

薄膜領域形成工程Ｔ２に次いで薄膜領域拡大工程Ｔ３が実行される。
薄膜領域拡大工程Ｔ３では、制御ユニット３は、スピンモータ２３を制御して、基板Ｗの回転速度を、所定の乾燥速度（第１の高速度。第２の高速度。たとえば１０００ｒｐｍ）まで上昇させる。この基板Ｗの回転速度の上昇に伴って、図６Ｃ，６Ｄに示すように薄膜領域５５が拡大する。薄膜領域５５の拡大により、水の液膜５０と薄膜領域５５との境界６０が基板Ｗの径方向外方に向けて移動する。そして、図６Ｅに示すように、薄膜領域５５が基板Ｗの全域に拡大させられることにより、水の液膜５０が全て基板Ｗ外に排出される。

薄膜領域拡大工程Ｔ３では、水の液膜５０は、当該液膜に有機溶剤蒸気の強い吐出圧力が加わらないために変形しない。そのため、水の液膜５０（バルク７２）を可能な限り厚く保つことができ、バルク７２と薄膜領域５５との膜厚の落差を大きく保つことができる。これにより、水の液膜の内周部分７０に発生するマランゴニ対流６５を強めることができる。

薄膜領域拡大工程Ｔ３における、基板Ｗ中央部上の有機溶剤濃度は約３００ｐｐｍ以上であり、基板Ｗ周縁部上の有機溶剤濃度は約３００ｐｐｍ以上であり、基板Ｗ中間部（中央部と周縁部との中間位置）上の有機溶剤濃度は約３００ｐｐｍ以上である。
薄膜領域拡大工程Ｔ３の全期間に亘って、第１の有機溶剤蒸気供給ユニット８からの内部空間ＳＰに対する有機溶剤蒸気の供給が続行されている。そのため、薄膜領域拡大工程Ｔ３の全期間に亘って、基板Ｗの上面の全域が、有機溶剤蒸気に保持されている。そのため、薄膜領域５５の拡大状況によらずに、水の液膜（液膜のうち、超薄膜５６が形成されていない部分）の内周部分（境界付近部分）７０の周囲の雰囲気を有機溶剤蒸気雰囲気に保ち続けることができる。

薄膜領域５５が基板Ｗの上面の全域に拡大した後、制御ユニット３は、薄膜領域拡大工程Ｔ３を終了させる。薄膜領域拡大工程Ｔ３の終了に伴い、制御ユニット３は、第１の有機溶剤蒸気バルブ１６を閉じて、第１の有機溶剤蒸気供給ユニット８からの内部空間ＳＰへの有機溶剤蒸気の供給を停止させる。また、制御ユニット３は、清浄空気バルブ４２および排気バルブ２２を開くことにより、内部空間ＳＰ（下方空間ＳＰ２）に清浄空気のダウンフロー（下降流）を形成する。これにより、内部空間ＳＰ（下方空間ＳＰ２）の雰囲気が、有機溶剤蒸気から清浄空気に置換される。

その後、制御ユニット３は、基板Ｗを、約１０００ｒｐｍのまま回転続行させる（薄膜除去工程）。これにより、下部空間ＳＰ２に取り入れられた新鮮な清浄空気が基板Ｗの上面に接触する。そのため、基板Ｗの上面の各所で水蒸気の拡散が進み、その結果、当該各所で水の蒸発が進行する。そして、基板Ｗの高速回転により、基板Ｗの上面上の水を振り切ることができる。これにより、基板Ｗの上面から超薄膜５６が完全に除去され、ゆえに、基板Ｗの上面を良好に乾燥させることができる。

スピンドライ工程（Ｓ４）の開始から予め定める期間が経過すると、制御ユニット３は、スピンモータ２３を制御してスピンチャック５の回転を停止させる。その後、搬送ロボットＣＲが、処理ユニット２に進入して、処理済みの基板Ｗを処理ユニット２外へと搬出する（ステップＳ５）。その基板Ｗは、搬送ロボットＣＲから搬送ロボットＩＲへと渡され、搬送ロボットＩＲによって、キャリヤＣに収納される。

図７は、薄膜領域拡大工程Ｔ３中における、水の液膜５０の状態を拡大して示す断面図である。
基板Ｗの回転速度が薄膜形成速度まで加速されることにより、水の液膜５０の中央部の水が、基板Ｗの回転による遠心力を受けて径方向外方に押し拡げられる。その結果、基板Ｗの上面中央部における水の液膜５０の厚みが薄くなり、当該部分に、水の超薄膜５６が形成される。

水の超薄膜５６の周囲が有機溶剤蒸気雰囲気に保たれているために、水の超薄膜５６に有機溶剤が多量に溶け込み、そのため、水の超薄膜５６は、有機溶剤を高い濃度で含む。基板Ｗの上面全域の周囲が有機溶剤蒸気雰囲気に保たれているために、有機溶剤蒸気の拡散は進行せず、その結果、水の超薄膜５６に含まれる有機溶剤の蒸発の進行が抑制または防止される。したがって、水の液膜５０の中央部において、水の全てを完全に除去することはできず、当該一部分に水の超薄膜５６が保持される。すなわち、当該一部分に薄膜領域５５が形成される。

内部空間ＳＰに有機溶剤蒸気が充満している状態では、基板Ｗの上面を覆う水の液膜５０の全域の周囲および水の超薄膜５６の全域の周囲が、有機溶剤蒸気雰囲気に保たれる。そのため、水の液膜５０および水の超薄膜５６に有機溶剤蒸気が溶け込む。そのため、水の液膜の内周部分７０の内部に、互いに連なる水の液膜５０および水の超薄膜５６の局所的な厚みの差に基づく有機溶剤の濃度差に起因して、水の超薄膜５６から水の液膜５０のバルク７２側に向かって流れるマランゴニ対流６５が発生する。

水の超薄膜５６の厚みは、可視光以下の波長以下の厚み（たとえば数ｎｍ）である。水の超薄膜５６の厚みはできるだけ薄いことが望ましい。これには、２つの理由がある。
１つ目の理由は、次に述べる通りである。すなわち、マランゴニ対流６５を強めるためには、水の液膜５０と水の超薄膜５６との濃度差を大きくする（すなわち、水の超薄膜５６の有機溶剤濃度をより一層濃くする）必要がある。水の超薄膜５６をより一層薄膜化することにより、単位体積当たりの有機溶剤の量が増大し、水の超薄膜５６の有機溶剤濃度を濃くできる。

２つ目の理由は、次に述べる通りである。すなわち、水の超薄膜５６が厚いと、有機溶剤濃度は、水の超薄膜５６の表層部分で相対的に高く、水の超薄膜５６の基層部分で相対的に低くなる。その結果、水の超薄膜５６中でもマランゴニ対流が発生し、水の超薄膜５６からバルク７２に流れるマランゴニ対流６５を弱める結果になる。
図８は、水の液膜の内周部分７０の内部における、マランゴニ対流６５の発生メカニズムを説明するための図である。

基板Ｗが回転し、かつ水の液膜５０に薄膜領域５５（図７参照）が形成された状態では、基板Ｗの回転により発生する遠心力に起因して、水の液膜５０に厚みの異なる部分ができる。すなわち、水の液膜５０における、境界６０の近傍領域７１（以下、単に「境界近傍領域７１」という。）では液膜の厚みＨ１が非常に薄く、かつ水の液膜５０のバルク７２では液膜の厚みＨ２が厚い（Ｈ２＞Ｈ１）。たとえば、Ｈ１＝数ｎｍであり、Ｈ２＝約７ｍｍである。

また、境界６０の近傍領域７１に連なって水の超薄膜５６が形成される。水の超薄膜５６の厚みは、Ｈ３に設定されている。Ｈ３＝数ｎｍである。
水の液膜５０および水の超薄膜５６の周囲が、有機溶剤蒸気の高濃度状態に保たれている。この状態では、有機溶剤蒸気が、水の液膜５０および水の超薄膜５６の各所に均一に溶け込む。水の超薄膜５６における有機溶剤濃度が、バルク７２における有機溶剤濃度に比べて相対的に高い。その結果、互いに連なる水の液膜５０および水の超薄膜５６の内部に濃度勾配が生じ、その結果、超薄膜５６からバルク７２に向けて流れるマランゴニ対流６５が発生する。このマランゴニ対流６５は、後述する第２の部分７０Ｂ（図１０参照）に発生する熱対流７６（図１０参照）を打ち消すだけでなく、マランゴニ対流６５によって、当該第２の部分７０Ｂ（図１０参照）に、境界近傍領域７１からバルク７２に向けて流れる新たな流れを作る。したがって、水の液膜の内周部分７０（具体的には、図１０に示す第２の部分７０Ｂ）に微細パーティクルＰ２が含まれている場合において、図８に示すように、微細パーティクルＰ２に、マランゴニ対流６５を受けて境界近傍領域７１からバルク７２に向かう方向、すなわち、境界６０から離反する方向の強い力が作用する。これにより、境界近傍領域７１に含まれている微細パーティクルＰ２は、径方向外方（境界６０から離反する方向）に向けて移動する。

図９Ａ，９Ｂは、薄膜領域５５の拡大中における、水の液膜の内周部分７０の状態を示 図９Ａでは、水の液膜の内周部分７０（具体的には、図１０に示す第２の部分７０Ｂ）に微細パーティクルＰ２が含まれている状態である。微細パーティクルＰ２は境界６０のラインに沿って並んでいる。
この場合、水の液膜の内周部分７０（第２の部分７０Ｂ）に含まれる微細パーティクルＰ２は、境界６０から離反する方向に流れるマランゴニ対流６５（図７参照）を受けて、径方向外方（境界６０から離反する方向）に向けて移動して、その結果、水の液膜５０のバルク７２に取り込まれる。そして、薄膜領域５５の拡大に伴って、基板Ｗの径方向外方（バルク７２に向かう方向）に向けて境界６０が移動するが、微細パーティクルＰ２がバルク７２に取り込まれたまま、薄膜領域５５が拡大する。すなわち、薄膜領域５５の拡大に伴って境界６０が基板Ｗの径方向外方に向けて移動すると、これに併せて、図９Ｂに示すように、微細パーティクルＰ２も径方向外方に向けて移動する。

そして、薄膜領域５５が基板Ｗの全域に拡大させられ、水の液膜５０が基板Ｗの上面から完全に排出される（図６Ｅに示す状態）ことにより、基板Ｗの上面から、大きな厚みを有する水の液膜５０が除去される。水の液膜５０のバルク７２中に含まれる微細パーティクルＰ２は、薄膜領域５５に出現することなく、水の液膜５０と共に基板Ｗの上面から除去される。

また、薄膜領域拡大工程Ｔ３の終了後には、内部空間ＳＰ（下方空間ＳＰ２）の雰囲気が、有機溶剤蒸気から清浄空気に置換される。また、基板Ｗが約１０００ｒｐｍの高速のまま回転続行させられる。これにより、基板Ｗの上面から超薄膜５６が完全に除去され、ゆえに、基板Ｗの上面を良好に乾燥させることができる。
基板Ｗの上面の周囲の雰囲気を清浄空気に置換した状態で、基板Ｗを高速回転させる。この場合、新鮮な清浄空気が基板Ｗの上面に接触するために、基板Ｗの上面の各所で有機溶剤の拡散が進み、当該有機溶剤を含む水の超薄膜５６の蒸発が進行する。そのため、基板Ｗの高速回転により水の超薄膜５６を振り切ることができ、これにより、基板Ｗの上面を完全に乾燥させることができる。

以上により、この実施形態によれば、基板Ｗの上面を覆う水の液膜５０の全域の周囲を有機溶剤蒸気雰囲気で満たしながら、薄膜領域形成工程Ｔ２および薄膜領域拡大工程Ｔ３を順次実行する。そのため、薄膜領域５５の拡大状況に依らずに、薄膜領域５５の拡大終了まで、水の液膜の内周部分７０の周囲および水の超薄膜５６の周囲が有機溶剤蒸気雰囲気に保たれる。

水の液膜の内周部分７０の周囲および水の超薄膜５６の周囲を有機溶剤蒸気雰囲気に保った状態で基板Ｗを回転させると、互いに連なる水の液膜５０および水の超薄膜５６の、局所的な厚みの差に基づく有機溶剤の濃度差に起因して、水の超薄膜５６から、水の液膜の内周部分７０を介して水の液膜５０のバルク７２へと向かう方向に流れるマランゴニ対流６５が発生する。そのため、薄膜領域形成工程Ｔ２および薄膜領域拡大工程Ｔ３の全期間に亘って、水の超薄膜５６から水の液膜５０のバルク７２へと向かうマランゴニ対流６５を発生させ続けることができる。

したがって、水の液膜の内周部分７０に含まれている微細パーティクルＰ２は、マランゴニ対流６５を受けて、バルク７２に向かう方向、すなわち、境界６０から離反する方向に向けて移動する。そのため、パーティクルが水の液膜５０に取り込まれる。薄膜領域５５の拡大に伴って、基板Ｗの径方向外方（バルク７２に向かう方向）に向けて境界６０が移動するが、微細パーティクルＰ２が水の液膜５０に取り込まれたまま、薄膜領域５５が拡大する。そして、水の液膜５０に含まれている微細パーティクルＰ２は、薄膜領域５５に出現することなく水の液膜５０と共に基板Ｗの上面から排出される。その後、基板Ｗの上面から超薄膜５６が除去されることにより、基板Ｗの上面が乾燥される。

これにより、基板Ｗの乾燥後において、基板Ｗの上面に微細パーティクルＰ２が残存することがない。ゆえに、微細パーティクルＰ２の発生を抑制または防止しながら、基板Ｗの上面の全域を乾燥できる。
また、超薄膜５６が有機溶剤を多量に含むために、乾燥後にウォーターマークの発生を抑制することもできる。

また、パドルリンス工程Ｔ１では、基板Ｗに大きな遠心力が作用しないから、基板Ｗの上面に形成される水の液膜５０の厚みを、分厚く保つことができる。水の液膜５０の厚みが大きければ、薄膜領域拡大工程Ｔ３において、互いに連なる水の液膜５０および水の超薄膜５６中に生じる、有機溶剤の濃度勾配を大きく保つことができ、これにより、水の液膜の内周部分７０中に発生するマランゴニ対流６５を強めることができる。

また、薄膜領域拡大工程Ｔ３時に、基板Ｗを高速度で回転させるので、基板Ｗに強い遠心力が作用し、この遠心力により、互いに連なる水の液膜５０および水の超薄膜５６における膜厚の差異をより一層顕著にできる。これにより、水の液膜の内周部分７０中に生じる有機溶剤の濃度勾配を大きく保つことができ、ゆえに、水の液膜の内周部分７０中に発生するマランゴニ対流６５をさらに一層強めることができる。

また、密閉チャンバである処理チャンバ４の内部空間ＳＰに基板Ｗを収容し、かつ第１の有機溶剤蒸気供給ユニット８から内部空間ＳＰに有機溶剤蒸気を供給することにより、当該内部空間ＳＰの全域を、有機溶剤蒸気雰囲気とすることができ、これにより、基板Ｗの上面全域の周囲を、有機溶剤蒸気雰囲気に確実に保持することができる。
次に、スピンドライ工程（Ｓ４）に伴うパーティクル発生のメカニズムについて説明する。

図１０は、参考形態に係る、基板Ｗの上面上の水の液膜（処理液の液膜）５０における、気液固界面における流れ分布モデルを示す図である。
この参考形態では、前述の実施形態に係る処理例と同様、パドルリンス工程Ｔ１、液膜除去領域形成工程（薄膜領域形成工程Ｔ２に相当）および液膜除去領域拡大工程（薄膜領域拡大工程Ｔ３に相当）を実行する。しかしながら、液膜除去領域形成工程および液膜除去領域拡大工程（において、基板Ｗの上面の周囲の全域を有機溶剤蒸気雰囲気とするのではなく、当該上面の周囲の全域を乾燥空気（Dry Air）の雰囲気とする点で、この参考形態は前述の実施形態と相違している。また、この参考形態では、薄膜領域形成工程Ｔ２において、前述の実施形態と異なり、基板Ｗの上面の中央部に対する、有機溶剤蒸気雰囲気の吹き付けも行っておらず、基板Ｗの回転による遠心力のみで液膜除去領域１５５（前述の実施形態の薄膜領域５５に相当）を形成している。

この場合、図１０に示すように、液膜除去領域拡大工程において、水の液膜の内周部分７０の内部には、熱対流７６が発生している。水の液膜の内周部分７０中の熱対流７６は、バルク７２側に位置する第１の領域７０Ａでは、境界６０側から離反する方向に向かって流れるが、図１０に示すように、境界近傍領域７１を含む、境界６０側の第２の部分７０Ｂでは、バルク７２側から境界６０側に向けて流れている。したがって、内周部分７０の第２の部分７０Ｂに微細パーティクルＰ２（図１１〜図１３Ａ等参照）が含まれている場合、この微細パーティクルＰ２は、境界６０側に引き寄せられ、境界近傍領域７１に凝集するようになる。このような微細パーティクルＰ２の凝集は、前述の熱対流７６だけでなく、隣接する微細パーティクルＰ２同士のファンデルワールス力やクーロン力にも起因しているものと考えられる。

図１１は、参考形態に係る、水の液膜の内周部分７０に含まれる微細パーティクルＰ２の移動を示す模式的な断面図である。図１２は、参考形態に係る、水の液膜の内周部分７０に含まれる微細パーティクルＰ２の移動を示す模式的な平面図である。
図１１に示すように、水の液膜の内周部分７０は、基板Ｗ上面との境界付近に形成される境界層（Boundary layer）７３と、境界層７３に対し基板Ｗ上面と反対側に形成される流れ層（Flowing layer）７４とを含む。水の液膜の内周部分７０に微細パーティクルＰ２が含まれる場合、流れ層７４では、パーティクルＰは、その粒径の大小によらずに、流れの影響を強く受ける。そのため、流れ層７４にあるパーティクルＰは、流れに沿う方向に沿って移動可能である。

一方、境界層７３では、大きなパーティクルＰ１は流れの影響を受けるが、微細パーティクルＰ２は、流れの影響をほとんど受けない。すなわち、境界層７３にある大きなパーティクルＰ１は、境界層７３内を流れに沿う方向に沿って移動可能であるが、微細パーティクルＰ２は、境界層７３内を流れに沿う方向Ｆ（図１２参照）に移動しない。しかし、微細パーティクルＰ２は基板Ｗの上面に付着しているわけではなく、基板Ｗの上面に微小間隔を空けて設けられている。

図１０に示す境界近傍領域７１においては、水の液膜の内周部分７０の大部分が、図１１に示す境界層７３である。そして、図１０において、境界近傍領域７１からバルク７２側に向うに従って、流れ層７４（図１１参照）の割合が増大する。したがって、境界近傍領域７１にある微細パーティクルＰ２は、別の大きな力が作用しない限り、流れに沿う方向に移動しない。

図１２に示すように、境界近傍領域７１では、液膜５０の厚み差により肉眼視で干渉縞７５が見られる。干渉縞７５は、等高線になっている。
微細パーティクルＰ２は、前述のように、流れに沿う方向Ｆ（図１２参照）に移動しないのであるが、干渉縞７５の接線方向Ｄ１，Ｄ２には移動可能である。微細パーティクルＰ２は、境界近傍領域７１において、干渉縞７５の接線方向Ｄ１，Ｄ２に沿って列をなすように並ぶ。換言すると、微細パーティクルＰ２は境界６０のラインに沿って並んでいる。微細パーティクルＰ２は、パーティクルＰ自身の大きさ毎に列をなす。比較的大径を有する微細パーティクルＰ２１は、比較的小径を有する微細パーティクルＰ２２よりも径方向外方に配置されている。

図１３Ａ，１３Ｂは、参考形態に係る、液膜除去領域１５５（前述の実施形態の薄膜領域５５に相当）の拡大中における、水の液膜の内周部分７０の状態を示す平面図である。
図１３Ａでは、水の液膜の内周部分７０（具体的には、図１０に示す第２の部分７０Ｂ）に微細パーティクルＰ２が含まれている状態である。微細パーティクルＰ２は境界６０のラインに沿って並んでいる。

図１３Ｂに示すように、液膜除去領域１５５の拡大に伴って、基板Ｗの径方向外方（バルク７２に向かう方向）に向けて境界６０が移動すると、境界近傍領域７１では、バルク７２側から境界６０側に向けて流れる熱対流７６（図１０参照）が生じているために、微細パーティクルＰ２に径方向内方に押す力が作用する。液膜除去領域１５５の拡大に伴って、基板Ｗの径方向外方（バルク７２に向かう方向）に向けて境界６０が移動する。しかし、微細パーティクルＰ２が径方向（流れに沿う方向）に移動できないので、境界６０が移動しても微細パーティクルＰ２は移動しない。そのため、境界近傍領域７１に含まれる微細パーティクルＰ２が境界６０から液膜除去領域１５５に移動し、液膜除去領域１５５上に析出する。そして、水の液膜５０が除去された後の基板Ｗの上面に、微細パーティクルＰ２が残存する。

図１４は、本発明の第２の実施形態に係る基板処理装置２０１の処理ユニット２０２の構例を説明するための図解的な断面図である。
第２の実施形態において、前述の第１の実施形態に示された各部に対応する部分には、図１〜図９の場合と同一の参照符号を付して示し、説明を省略する。
処理ユニット２０２が、第１の実施形態に係る処理ユニット２と相違する点は、第１の有機溶剤蒸気供給ユニット８を廃止した点、および低表面張力液としての有機溶剤の液体の一例としてのＩＰＡの液体を吐出する有機溶剤液体吐出ユニット（低表面張力液供給ユニット）２０３を備えた点である。

有機溶剤液体吐出ユニット２０３は、ＩＰＡの液体を吐出する有機溶剤液体ノズル２０４（ノズル）と、有機溶剤液体ノズル２０４が先端部に取り付けられた第２のノズルアーム２０５と、第２のノズルアーム２０５を移動させることにより、有機溶剤液体ノズル２０４を移動させる第２のノズル移動ユニット２０６と、平面視で処理カップ１１のまわりに配置された待機ポット２０７（貯留容器）と、待機ポット２０７内の液の排液／排液停止を切り換えるための排液バルブ２０８とを含む。有機溶剤液体吐出ユニット２０３、有機溶剤液体ノズル２０４および待機ポット２０７によって、気体供給ユニットが構成されている。

有機溶剤液体ノズル２０４には、有機溶剤供給源からの常温の液体の有機溶剤（ＩＰＡ）を有機溶剤液体ノズル２０４に供給する有機溶剤配管２０９が接続されている。有機溶剤配管２０９には、有機溶剤配管２０９から有機溶剤液体ノズル２０４への有機溶剤の液体の供給および供給停止を切り換える有機溶剤バルブ２１０が介装されている。
待機ポット２０７は、基板Ｗの上面から退避する退避位置に配置されている有機溶剤液体ノズル２０４から吐出される有機溶剤の液体を受け止めるためのポットである。待機ポット２０７は、内部空間２１１を区画する箱状のハウジング２１２を含む。ハウジング２１２は、ハウジング２１２の上面に形成された開口２１３と、ハウジング２１２の底壁２１２ａに形成された排出口２１４とを有する。待機ポット２０７の排出口２１４には、排液配管２１５の一端が接続されている。排液配管２１５の他端は、機外の廃液処理設備に接続されている。排液配管２１５の途中部に、排液バルブ２０８が介装されている。制御ユニット３は、排液バルブ２０８の開閉動作を制御する。

有機溶剤液体ノズル２０４が退避位置に配置されている状態で、制御ユニット３が排液バルブ２０８を閉じながら、有機溶剤バルブ２１０を開いて有機溶剤液体ノズル２０４から有機溶剤の液体を吐出することにより、待機ポット２０７の内部空間２１１に有機溶剤の液体を貯留できる。
基板処理装置２０１において実行される基板処理が、第１の実施形態に係る基板処理装置１の場合と相違する点は、第１の有機溶剤蒸気供給ユニット８から内部空間ＳＰに有機溶剤蒸気を供給する手法ではなく、待機ポット２０７の内部空間２１１に有機溶剤の液体を貯留しておき、この有機溶剤の液体の蒸発により生じた有機溶剤蒸気を内部空間ＳＰに充満させる手法により、基板Ｗの上面の周囲の全域を有機溶剤蒸気雰囲気に保つようにした点である。

具体的には、制御ユニット３は、パドルリンス工程Ｔ１の開始に同期して、清浄空気バルブ４２を閉じる。これにより、内部空間ＳＰが外部から閉塞された閉状態となり、処理チャンバ４は、外部から閉塞された密閉チャンバとして機能する。
また、制御ユニット３は、パドルリンス工程Ｔ１の開始に同期して、排液バルブ２０８を閉じながら、有機溶剤バルブ２１０を開く。これにより、待機ポット２０７の内部空間２１１に有機溶剤の液体が貯留される。内部空間２１１に貯留されている有機溶剤の液体が所定量に達すると、有機溶剤液体ノズル２０４からの有機溶剤の液体の吐出が停止される。内部空間２１１に貯留されている有機溶剤は、沸点が水よりも低く、そのため、蒸発量が多い。有機溶剤の液体の蒸発により生じた有機溶剤蒸気は、内部空間ＳＰに供給され、内部空間ＳＰの全域に充満させられる。

また、制御ユニット３は、薄膜領域拡大工程Ｔ３の終了後、排液バルブ２０８を開く。これにより、排液配管２１５が開かれ、内部空間２１１に貯留されていた有機溶剤の液体が、排液配管２１５を通して機外の廃液処理設備へと送られる。また、制御ユニット３は、清浄空気バルブ４２および排気バルブ２２を開いて、内部空間ＳＰの雰囲気を、有機溶剤蒸気から清浄空気に置換する。

図１５Ａは、本発明の第３の実施形態に係る基板処理装置３０１の処理ユニット３０２の構例を説明するための図解的な断面図である。図１５Ｂは、対向部材３０５の底面図である。
第３の実施形態において、前述の第１の実施形態に示された各部に対応する部分には、図１〜図９の場合と同一の参照符号を付して示し、説明を省略する。

処理ユニット３０２が、第１の実施形態に係る処理ユニット２と相違する一つの点は、密閉チャンバではない処理チャンバ３０４をチャンバとして備えた点である。つまり、処理チャンバ３０４には、第１の有機溶剤蒸気供給ユニット８および送風ユニット４０は結合されておらず、それらに代えて処理チャンバ３０４は、隔壁１２内に清浄空気を送る送風ユニットとしてのＦＦＵ（ファン・フィルタ・ユニット）３２０を備えている。また、第１の実施形態の場合と異なり、排気ユニット１４の排気配管２１は開閉可能に設けられていない。

また、処理ユニット３０２が、第１の実施形態に係る処理ユニット２と相違する他の点は、処理チャンバ３０４内に、スピンチャック５に保持されている基板Ｗの上面に対向する対向部材３０５を備えた点である。対向部材３０５には、低表面張力液としての有機溶剤蒸気の一例としてのＩＰＡの蒸気（ＩＰＡ Ｖａｐｏｒ）を気体吐出口３１０に供給する第２の有機溶剤蒸気供給ユニット（気体供給ユニット）３３０が接続されている。

ＦＦＵ３２０は隔壁１２の上方に配置されており、隔壁１２の天井に取り付けられている。ＦＦＵ３２０は、隔壁１２の天井から処理チャンバ３０４内に清浄空気を送る。ＦＦＵ３２０および排気ユニット１４により、処理チャンバ３０４内にダウンフロー（下降流）が形成される。
対向部材３０５は円板状である。対向部材３０５の直径は、基板Ｗの直径と同等か、基板Ｗの直径よりも大きい。対向部材３０５の下面には、スピンチャック５に保持されている基板Ｗの上面に対向する、平坦面からなる円形の対向面３０６が形成されている。対向面３０６は、基板Ｗの上面の全域と対向している。図１５Ｂに示すように、対向面３０６には、その中央部（基板Ｗの回転中心に対向する部分）を除く全域に、多数（複数）の気体吐出口３１０が等密度で分散配置されている。

対向部材３０５はたとえば、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシエチレン）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）などの樹脂材料を用いて形成されている。対向部材３０５は中空である。詳しくは、対向部材３０５の内部には、円板状の第１の気体供給路３３３が形成されている。第１の気体供給路３３３は、全ての気体吐出口３１０と連通している。

対向部材３０５の上面には、対向部材３０５の中心を通る鉛直軸線（スピンチャック５の回転軸線Ａ１と一致する鉛直軸線）を中心軸線とするホルダ３０７が固定されている。ホルダ３０７には、昇降ユニット３０８が結合されている。対向部材３０５は、ホルダ３０７によって、対向部材３０５の中心軸線がスピンチャック５の回転軸線Ａ１上に位置するように、かつ水平姿勢で支持されている。ホルダ３０７は、中空に形成されており、その内部には、第２の気体供給路３０９が鉛直方向に延びた状態で挿通されている。第２の気体供給路３０９は、第１の気体供給路３３３と連通している。

第２の有機溶剤蒸気供給ユニット３３０は、第２の気体供給路３０９に接続された第２の有機溶剤蒸気配管３１１を備えている。第２の有機溶剤蒸気配管３１１には、有機溶剤蒸気供給源から、有機溶剤蒸気が供給される。第２の有機溶剤蒸気配管３１１には、第２の有機溶剤蒸気配管３１１を開閉するための第２の有機溶剤蒸気バルブ３１２と、第２の有機溶剤蒸気配管３１１の開度を調節して、各気体吐出口３１０から吐出される有機溶剤蒸気の流量を調整するための第２の流量調整バルブ３１３と、第２の有機溶剤蒸気配管３１１を流通する有機溶剤蒸気に含まれる塵や埃を捕獲する第２のフィルタ３１１Ａとが介装されている。第２の有機溶剤蒸気バルブ３１２が開かれると、第２の有機溶剤蒸気配管３１１から第２の気体供給路３０９に供給された有機溶剤蒸気（塵や埃が除去された清浄な有機溶剤蒸気）が、気体吐出口３１０から下向きに吐出される。

昇降ユニット３０８は、制御ユニット３（図２等参照）に接続されている。制御ユニット３は、昇降ユニット３０８を制御して、対向部材３０５の対向面３０６が、スピンチャック５に保持されている基板Ｗの上面に近接する第１〜第３の近接位置（たとえば、第２の近接位置は図１７に示す位置）と、スピンチャック５の上方に大きく退避した退避位置（図１５に示す位置）との間で昇降させる。

制御ユニット３は、予め定められたプログラムに従って、昇降ユニット３０８の動作を制御する。さらに、制御ユニット３は、第２の有機溶剤蒸気バルブ３１２、第２の流量調整バルブ３１３等の開閉動作等を制御する。
第３の実施形態に係る基板処理装置３０１では、第１の実施形態に係る基板処理装置１の場合と同等の基板処理（図４のＳ１〜Ｓ５）が実行される。以下、第３の実施形態に係る基板処理装置３０１において実行される基板処理が、第１の実施形態に係る基板処理装置１と相違する部分を中心に説明する。

基板処理では、未処理の基板Ｗが、処理ユニット３０２に搬入され、処理チャンバ３０４内に搬入される。基板Ｗの搬入時には、対向部材３０５が退避位置に配置されている。基板Ｗの搬入後、制御ユニット３は、薬液工程（図４のＳ２）およびリンス工程（図４のＳ３）を順次実行する。
図１６は、基板処理装置３０１において実行される、リンス工程（図４のＳ３）およびスピンドライ工程（図４のＳ４）を説明するためのタイムチャートである。

リンス工程では、水の供給開始から予め定める期間が経過すると、基板Ｗの上面全域が水に覆われている状態で、制御ユニット３は、スピンモータ２３を制御して、基板Ｗの回転速度を液処理速度からパドル速度（零または約４０ｒｐｍ以下の低回転速度。たとえば約１０ｒｐｍ）まで段階的に減速させる。すなわち、パドルリンス工程Ｔ１１が実行される。パドルリンス工程Ｔ１１は、パドルリンス工程Ｔ１（図５参照）と同等の工程である。 また、制御ユニット３は、パドルリンス工程Ｔ１１の開始に先立って、昇降ユニット３０８を制御して、図１７に示すように、対向部材３０５を第１の近接位置まで下降させる。対向部材３０５の第１の近接位置は、対向面３０６が、パドルリンス工程Ｔ１１中の水の液膜５０の上面に接液しないような高さであり、対向部材３０５が第１の近接位置に位置するとき、対向面３０６と基板Ｗの上面との間の間隔は約７ｍｍであり、対向面３０６と基板Ｗの上面との間に、その周囲（外部）から遮断された狭空間（基板Ｗの上方空間）３２１が形成される（遮断工程）。

また、制御ユニット３は、パドルリンス工程Ｔ１１の開始に同期して、第２の有機溶剤蒸気バルブ３１２を開けて、気体吐出口３１０から有機溶剤蒸気を吐出する。このときの気体吐出口３１０からの有機溶剤蒸気の総吐出流量は、低流量であるＬ１（Ｌ／ｍｉｎ）である。また、各気体吐出口３１０からの有機溶剤蒸気の吐出流量は、互いに等しい。各気体吐出口３１０から吐出された有機溶剤蒸気は狭空間３２１に供給される。狭空間３２１が周囲から遮断されているので、供給された有機溶剤蒸気は、狭空間３２１に充満する。その結果、水の液膜５０の周囲が、有機溶剤蒸気で満たされる（蒸気雰囲気充満工程）。

周囲から遮断された狭空間３２１は、周囲の雰囲気の外乱の影響をほとんど受けない。そのため、基板Ｗの上面全域の周囲が有機溶剤蒸気雰囲気に保たれる。換言すると、パドル状の水の液膜５０が形成された基板Ｗの上面の周囲の全域が、有機溶剤蒸気雰囲気に保たれる。
また、気体吐出口３１０が複数個に分散配置されているので、気体吐出口３１０からの有機溶剤蒸気を、基板Ｗの上の水の液膜５０に均一に供給できる。また、各気体吐出口３１０からの有機溶剤蒸気の吐出流量は、互いに等しい小流量であるから、各気体吐出口３１０からの有機溶剤蒸気の吐出圧力が互いに等しい。これにより、水の液膜５０が、有機溶剤蒸気の吐出圧力に押されて変形することを確実に防止できる。換言すると、複数個に分散配置された気体吐出口３１０は、基板Ｗの上面の局所指向しない形態である。

パドル状の水の液膜５０の形成後、制御ユニット３は、水バルブ３２を閉じて、水ノズル３０からの水の吐出を停止する。これにより、パドルリンス工程Ｔ１１が終了する。
次いで、制御ユニット３は、スピンドライ工程（図４のＳ４）を実行する。制御ユニット３は、まず、薄膜領域形成工程Ｔ１２を実行する。

また、制御ユニット３は、基板Ｗの回転速度の上昇に同期して、昇降ユニット３０８を制御して、対向部材３０５を、第１の近接位置よりも下方に設定された第２の近接位置まで下降させる。対向部材３０５が第２の近接位置に位置するとき、対向面３０６と基板Ｗの上面との間の間隔は約５ｍｍであり、狭空間３２１はそれまでよりもさらに一層狭くされる。

第３の実施形態では、制御ユニット３は、スピンモータ２３を制御して基板Ｗを所定の速度（たとえば約５０ｒｐｍ）まで加速させる。基板Ｗの回転速度が所定の速度（たとえば約５０ｒｐｍ）に達することにより、基板Ｗ上の水の液膜５０に比較的強い遠心力が作用する。これらにより、基板Ｗの上面中央部に円形の薄膜領域５５が形成される。
薄膜領域形成工程Ｔ１２では、前述のように、水の液膜５０は、当該液膜に有機溶剤蒸気の強い吐出圧力が加わらないために変形しない。そのため、水の液膜５０（バルク７２）を可能な限り厚く保つことができ、バルク７２と薄膜領域５５との膜厚の落差を大きく保つことができる。これにより、水の液膜の内周部分７０に発生するマランゴニ対流６５を強めることができる。

また、薄膜領域形成工程Ｔ１２では、基板Ｗの上面に水の液膜５０が形成されている状態で基板Ｗの回転速度を上昇させるため、水の液膜５０の厚みは、パドル工程Ｔ１１時よりも薄くなる。そのため、薄膜領域形成工程Ｔ１２において、仮に、対向部材３０５の高さを第１の近接位置のまま保っていると、水の液膜５０が薄化した分だけ、水の液膜５０の上面と対向面３０６との間の空間の容積が大きくなる。この場合、基板Ｗの上面と対向面３０６との間の空間に含まれるＩＰＡ蒸気の濃度が低下するおそれもある。この場合、基板Ｗの上面に供給される有機溶剤蒸気の量が減少し、その結果、薄膜領域５５を構成する超薄膜５６の全部または一部が消失する（膜切れ、穴開き）おそれもある。

しかしながら、制御ユニット３は、基板Ｗの回転速度の上昇に伴って、昇降ユニット３０８を制御して、対向部材３０５を第２の近接位置まで下降させている。これにより、薄膜領域形成工程Ｔ１２において、水の液膜５０の上面と対向面３０６との間の空間の容積が、パドル工程Ｔ１１時と同等に保たれている。これにより、基板Ｗの上面と対向面３０６との間の空間に含まれる有機溶剤蒸気の濃度が高く保たれる。したがって、薄膜領域形成工程Ｔ１２において、薄膜領域５５を構成する超薄膜５６の蒸発の進行を抑制でき、これにより、薄膜領域形成工程Ｔ１２における、超薄膜５６の消失を防止できる。

薄膜領域形成工程Ｔ１２に次いで薄膜領域拡大工程Ｔ１３が実行される。
薄膜領域拡大工程Ｔ１３では、制御ユニット３は、スピンモータ２３を制御して、基板Ｗの回転速度を、所定の乾燥速度（たとえば１０００ｒｐｍ）まで上昇させる。この基板Ｗの回転速度の上昇に伴って、薄膜領域５５が拡大する（図６Ｄ，６Ｅ参照）。
また、制御ユニット３は、基板Ｗの回転速度の上昇に同期して、昇降ユニット３０８を制御して、対向部材３０５を、第２の近接位置よりも下方に設定された第３の近接位置まで下降させる。対向部材３０５が第３の近接位置に位置するとき、対向面３０６と基板Ｗの上面との間の間隔は約３ｍｍであり、狭空間３２１はそれまでよりもさらに一層狭くされる。

薄膜領域５５の拡大により、水の液膜５０の、薄膜領域５５および基板Ｗ上面との境界６０が基板Ｗの径方向外方に向けて移動する。そして、薄膜領域５５が基板Ｗの全域に拡大させられることにより（図６Ｅ参照）、水の液膜５０が全て基板Ｗ外に排出される。
薄膜領域拡大工程Ｔ１３では、前述のように、水の液膜５０は、当該液膜に有機溶剤蒸気の強い吐出圧力が加わらないために変形しない。そのため、水の液膜５０（バルク７２）を可能な限り厚く保つことができ、バルク７２と薄膜領域５５との膜厚の落差を大きく保つことができる。これにより、水の液膜の内周部分７０に発生するマランゴニ対流６５を強めることができる。

また、薄膜領域拡大工程Ｔ１３では、基板Ｗの上面に水の液膜５０が形成されている状態で基板Ｗの回転速度を上昇させるため、水の液膜５０の厚みは、薄膜領域形成工程Ｔ１２時よりも薄くなる。そのため、薄膜領域拡大工程Ｔ１３において、仮に、対向部材３０５の高さを第２の近接位置のまま保っていると、水の液膜５０が薄化した分だけ、水の液膜５０の上面と対向面３０６との間の空間の容積が大きくなる。この場合、基板Ｗの上面と対向面３０６との間の空間に含まれる有機溶剤蒸気の濃度が低下するおそれもある。この場合、基板Ｗの上面に供給される有機溶剤蒸気の量が減少し、その結果、薄膜領域５５を構成する超薄膜５６の全部または一部が消失する（膜切れ、穴開き）おそれもある。

しかしながら、制御ユニット３は、基板Ｗの回転速度の上昇に伴って、昇降ユニット３０８を制御して、対向部材３０５を第３の近接位置まで下降させている。これにより、薄膜領域拡大工程Ｔ１３において、水の液膜５０の上面と対向面３０６との間の空間の容積が、薄膜領域形成工程Ｔ１２時と同等に保たれている。これにより、基板Ｗの上面と対向面３０６との間の空間に含まれる有機溶剤蒸気の濃度が高く保たれる。したがって、薄膜領域拡大工程Ｔ１３において、薄膜領域５５を構成する超薄膜５６の蒸発の進行を抑制でき、これにより、薄膜領域拡大工程Ｔ１３における、超薄膜５６の消失を防止できる。

薄膜領域拡大工程Ｔ１３の全期間に亘って、気体吐出口３１０からの有機溶剤蒸気の吐出が続行されている。そのため、薄膜領域拡大工程Ｔ１３の全期間に亘って、基板Ｗの上面の全域が、有機溶剤蒸気に保持されている。そのため、薄膜領域５５の拡大状況によらずに、水の液膜の内周部分７０の周囲の雰囲気を有機溶剤蒸気雰囲気に保ち続けることができる。

薄膜領域５５が基板Ｗの上面の全域に拡大した後、制御ユニット３は、薄膜領域拡大工程Ｔ１３が終了する。薄膜領域拡大工程Ｔ１３の終了に伴い、制御ユニット３は、第２の有機溶剤蒸気バルブ３１２を閉じて、気体吐出口３１０からの有機溶剤蒸気の吐出を停止させる。また、制御ユニット３は、昇降ユニット３０８を制御して、対向部材３０５を第３の近接位置から離反位置まで上昇させられる。これにより、基板Ｗの上面の全域の雰囲気が、有機溶剤蒸気から清浄空気に置換される。

その後、制御ユニット３は、基板Ｗを約１０００ｒｐｍの回転速度のまま回転続行させる（薄膜除去工程）。これにより、基板Ｗの上面から超薄膜５６が完全に除去され、ゆえに、基板Ｗの上面を良好に乾燥させることができる。
スピンドライ工程（図４のＳ４）の開始から予め定める期間が経過すると、制御ユニット３は、スピンモータ２３を制御してスピンチャック５の回転を停止させる。その後、搬送ロボットＣＲにより、処理済みの基板Ｗを処理ユニット３０２外へと搬出される（図４のＳ５）。

以上、この発明の３つの実施形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することもできる。
図１８は、本発明の第３の実施形態に係る基板処理装置３０１の変形例を示す図である。
図１８において、第３の実施形態と共通する部分には、図１５〜図１７の場合と同一の参照符号を付し説明を省略する。図１８に示す変形例では、第３の実施形態に係る対向部材３０５に代えて対向部材３０５Ａが設けられている。

対向部材３０５Ａは、円板状である。対向部材３０５Ａの直径は、基板Ｗの直径と同等であってもよいし、図１８に示すように基板Ｗの直径よりも大きくてもよい。対向部材３０５Ａの下面には、スピンチャック５に保持されている基板Ｗの上面に対向する、対向面３０６Ａが形成されている。対向面３０６Ａの中央部は、水平平坦状に形成されている。対向面３０６Ａの周縁部に、環状突部３５２（対向周縁部）が形成されている。環状突部３５２の下面には、径方向外方に向かうに従って下がるテーパ面３５３が形成されている。図１８に示すように、対向部材３０５Ａの直径が基板Ｗの直径よりも大きい場合には、対向部材３０５Ａの周端縁が、平面視で基板Ｗの周端縁よりも外方に張り出している。

対向部材３０５Ａが第１〜第３の近接位置に配置されている状態では、図１８に示すように、テーパ面３５３の外周端３５３ａが、上下方向に関し、基板Ｗの上面よりも下方に位置している。したがって、対向面３０６Ａと基板Ｗの上面とによって区画される狭空間（基板Ｗの上方空間）３７１は、その周囲（外部）からほぼ密閉された密閉空間を形成し、当該周囲からほぼ完全に遮断されている（遮断工程）。そして、基板Ｗの上面の周縁部と、環状突部３５２（すなわちテーパ面３５３）との間は、対向面３０６Ａの中央部と基板Ｗの上面の中央部との間の間隔よりも著しく狭く設けられている。

この場合、対向面３０６Ａと基板Ｗの上面とによって区画される狭空間３７１が、その外側空間からほぼ密閉されているので、狭空間３７１に供給された有機溶剤蒸気が当該狭空間３７１からほとんど排出されない。また、周囲の雰囲気の外乱の影響を受けることもない。これらにより、基板Ｗの上面の全域を、有機溶剤蒸気雰囲気に確実に保ち続けることができる。

また、第３の実施形態およびその変形例である図１８の形態において、各気体吐出口３１０が鉛直下方に向けて有機溶剤蒸気を吐出する構成を例に挙げて説明したが、各気体吐出口３１０が、下方に向うにしたがって外周方向に向かう斜め方向に有機溶剤蒸気を吐出する構成を採用することもできる。
また、第３の実施形態およびその変形例である図１８の形態において、気体吐出口３１０は、対向面３０６，３０６Ａの中央部に配置されていてもよい。この場合、対向面３０６，３０６Ａの中央部に配置された気体吐出口３１０からの有機溶剤蒸気の吐出圧力は、他の気体吐出口３１０からの有機溶剤蒸気と比較して弱圧力であることが好ましい。

また、気体吐出口３１０は対向面３０６，３０６Ａ以外に配置することもでき、たとえば、スピンベース２５の周囲で、かつ当該スピンベース２５に支持される基板Ｗより下方位置に、気体吐出口３１０を設けるようにしてもよい。
また、前述の第１および第２の実施形態において、第１の有機溶剤蒸気供給ユニット８を、有機溶剤蒸気を供給するユニットであるとして説明したが、供給ユニット８が、有機溶剤蒸気と不活性ガス（たとえば窒素ガス）との混合ガスを供給する構成であってもよい。同様に、前述の第３の実施形態において、気体吐出口３１０に有機溶剤蒸気を供給するとして説明したが、有機溶剤蒸気と不活性ガス（たとえば窒素ガス）との混合ガスを供給するようにしてもよい。

また、前述の各実施形態において、薄膜領域拡大工程Ｔ３における基板Ｗの回転速度（第１の高速度）と、超薄膜５６の除去のための（薄膜除去工程における）基板Ｗの回転速度（第２の高速度）とを同等の速度（１０００ｒｐｍ）としたが、第１の高速度と第２の高速度とを互いに異ならせるようにしてもよい。
また、前述の各実施形態において、基板Ｗの回転速度をパドル速度に維持することにより基板Ｗ上面にパドル状の水の液膜５０を形成し、このパドル状の水の液膜５０に薄膜領域５５を設ける構成について説明したが、水の液膜５０はパドル状に限られず、パドル速度よりも高速で回転されている水の液膜に薄膜領域５５を設けるようにしてもよい。

また、水より低い表面張力を有する低表面張力液として、有機溶剤の一例であるＩＰＡを例に挙げて説明したが、このような低表面張力液として、ＩＰＡ以外に、たとえば、メタノール、エタノール、アセトン、およびＨＦＥ（ハイドロフルオロエーテル）などの有機溶剤を採用できる。
また、前述の各実施形態では、処理液の液膜（水の液膜５０）を構成する処理液が水である場合を例に挙げて説明したが、液膜を構成する処理液が、ＩＰＡ（液体）であってもよい。この場合、低表面張力液の蒸気として、ＨＦＥまたはＥＧ（エチレングリコール）を採用できる。

また、前述の各実施形態では、基板処理装置１，２０１，３０１が円板状の基板Ｗを処理する装置である場合について説明したが、基板処理装置１，２０１，３０１が、液晶表示装置用ガラス基板などの多角形の基板を処理する装置であってもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能で
ある。

１ 基板処理装置
４ 処理チャンバ（密閉チャンバ）
５ スピンチャック（基板保持ユニット）
７ 水供給ユニット（処理液供給ユニット）
８ 第１の有機溶剤蒸気供給ユニット（内部気体供給ユニット、気体供給ユニット）
２０１ 基板処理装置
２０３ 有機溶剤液体吐出ユニット（低表面張力液供給ユニット、気体供給ユニット）
２０４ 有機溶剤液体ノズル（ノズル、気体供給ユニット）
２０７ 待機ポット（貯留容器、気体供給ユニット）
３０１ 基板処理装置
３０４ 処理チャンバ
３３０ 第２の有機溶剤蒸気供給ユニット（気体供給ユニット）
３５２ 突部（対向周縁部）
ＳＰ 内部空間
Ｗ 基板

Claims (15)

1. 基板を水平に保持する基板保持工程と、
   前記基板の上面に処理液を供給して、当該基板の上面を覆う処理液の液膜を形成する液膜形成工程と、
   前記処理液の液膜の周囲を、当該処理液よりも低い表面張力を有する低表面張力液の蒸気を含む蒸気雰囲気で満たす蒸気雰囲気充満工程と、
   前記蒸気雰囲気充満工程に並行して、前記基板に気体を吹き付けることなく前記基板を所定の薄膜領域形成速度で回転させて処理液を部分的に排除することにより、前記処理液の液膜の一部分の厚みが薄くなる薄膜領域を形成する薄膜領域形成工程と、
   前記蒸気雰囲気充満工程に並行して、前記薄膜領域を前記基板の外周に向けて拡大させる薄膜領域拡大工程と、
   前記薄膜領域拡大工程によって前記薄膜領域を前記上面の全域に拡げた後に、前記上面から当該薄膜領域を除去する薄膜除去工程とを含む、基板処理方法。
2. 前記基板の上方空間を含む空間を、外部から遮断された遮断状態とする遮断工程をさらに含み、前記遮断工程の後に前記空間に前記気体を供給することにより、前記蒸気雰囲気充満工程が実行される、請求項１に記載の基板処理方法。
3. 前記薄膜除去工程は、前記空間を前記外部に開放させながら、前記基板を所定の高回転速度で回転させる開放高速回転工程を含む、請求項２に記載の基板処理方法。
4. 前記液膜形成工程に並行して、前記基板を静止状態とさせまたは前記基板の中央部を通る回転軸線回りにパドル速度で前記基板を回転させるパドル工程をさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板処理方法。
5. 前記薄膜領域拡大工程は、前記基板を前記薄膜領域形成速度よりも速い第１の高速度で回転させる第１の高速回転工程を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の基板処理方法。
6. 前記薄膜除去工程は、
   前記基板を前記薄膜領域形成速度よりも速い第２の高速度で回転させる第２の高速回転工程と、
   前記第２の高速回転工程に並行して、前記基板の上面の周囲の雰囲気を、前記蒸気雰囲気から前記低表面張力液以外の気体の雰囲気に置換する雰囲気置換工程を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板処理方法。
7. 前記処理液は水を含み、
   前記低表面張力液は有機溶剤を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の基板処理方法。
8. 基板を水平に保持する基板保持ユニットと、
   前記基板の上面に処理液を供給するための処理液供給ユニットと、
   前記基板の上面の周囲に、水よりも低い表面張力を有する低表面張力液の蒸気を含む気体を供給する気体供給ユニットと、
   前記処理液供給ユニットおよび前記気体供給ユニットを制御する制御ユニットとを含み、
   前記制御ユニットは、前記基板の上面に処理液を供給して、当該基板の上面を覆う処理液の液膜を形成する液膜形成工程と、前記処理液の液膜の周囲を、前記低表面張力液の蒸気を含む蒸気雰囲気で満たす蒸気雰囲気充満工程と、前記蒸気雰囲気充満工程に並行して、前記基板に気体を吹き付けることなく前記基板を所定の薄膜領域形成速度で回転させて処理液を部分的に排除することにより、前記処理液の液膜の一部分の厚みが薄くなる薄膜領域を形成する薄膜領域形成工程と、前記蒸気雰囲気充満工程に並行して、前記薄膜領域を前記基板の外周に向けて拡大させる薄膜領域拡大工程とを実行する、基板処理装置。
9. 前記基板処理装置は、外部から密閉された内部空間を有し、当該内部空間に前記基板保持ユニットを収容する密閉チャンバをさらに含む、請求項８に記載の基板処理装置。
10. 前記気体供給ユニットは、前記内部空間に前記気体を供給する内部気体供給ユニットを含む、請求項９に記載の基板処理装置。
11. 前記気体供給ユニットは、
    前記低表面張力液の液体を吐出するためのノズルと、
    前記ノズルに前記低表面張力液の前記液体を供給するための低表面張力液供給ユニットとをさらに含み、
    前記基板処理装置は、前記ノズルから吐出される前記低表面張力液の前記液体を受け入れて、当該液体を溜めることが可能な貯留容器をさらに含む、請求項９または１０に記載の基板処理装置。
12. 前記基板処理装置は、
    前記基板保持ユニットを収容する処理チャンバと、
    前記基板の上面に対向する対向面を有する対向部材とをさらに含み、
    前記気体供給ユニットは、前記対向面に開口し、前記気体を吐出する気体吐出口を含む、請求項８または９に記載の基板処理装置。
13. 前記対向部材は、前記基板の上面周縁部に対向し、当該上面周縁部との間で、前記対向面の中央部と前記基板の上面中央部との間の間隔よりも狭い狭間隔を形成する対向周縁部を有する、請求項１２に記載の基板処理装置。
14. 前記気体吐出口は、前記対向面に複数個分散配置されている、請求項１２または１３に記載の基板処理装置。
15. 前記対向部材を昇降させる昇降ユニットをさらに含み、
    前記制御ユニットは、前記昇降ユニットを制御して、前記昇降ユニットの高さを前記基板の回転速度の変化に応じて昇降させる、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の基板処理装置。

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