JP6680631B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Description

この発明は、半導体基板、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」と記載する）の表面に付着する凝固対象液を凝固する凝固技術、ならびに当該凝固技術を用いて基板の表面を洗浄する基板処理装置および基板処理方法に関するものである。

半導体装置や液晶表示装置などの電子部品等の製造工程では、基板の表面に成膜やエッチングなどの処理を繰り返し施して微細パターンを形成していく工程が含まれる。ここで、微細加工を良好に行うためには基板の表面を清浄な状態に保つ必要があり、必要に応じて基板の表面に対して洗浄処理が行われる。例えば特許文献１に記載された装置においては、基板の表面に脱イオン水（Ｄｅ Ｉｏｎｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ：以下「ＤＩＷ」と記載する）などの液体を供給して液膜を形成し、当該液膜の凝固によって均一な凍結膜を形成した後、リンス液で凍結膜を解凍除去することで基板の表面の洗浄が実行される。

特開２００８−７１８７５号公報

しかしながら、上記従来技術では、冷却ガスを基板の表面に形成された液膜に局部的に吐出する冷却ガス吐出ノズルを基板の表面に対して相対的に移動させることで上記液膜全体を凝固させ、これによって基板の表面上に凍結膜を形成している。より詳しくは、次の２段階で凍結膜を形成している。まず最初に、基板の表面上の液膜のうちの一部領域（例えば基板の表面中央部に位置する領域）に対して最初に冷却ガスを供給して初期凝固領域を形成する。そして、冷却ガスを吐出したまま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凝固された領域が基板の表面全体に拡幅され、凍結膜が形成される。したがって、初期凝固領域の形成から液膜全体の凝固までに一定時間が必要であり、当該時間（凝固処理時間）が経過するまでに初期凝固領域が解凍されてしまうことがあった（図６参照）。このように凍結膜の一部が解凍状態となってしまうと、十分な洗浄効果が得られない。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、凝固対象液が付着した表面を上方に向けた水平姿勢の基板に対し、凝固対象液を部分的に凝固させて凝固領域を形成する凝固部を相対移動させることで基板の表面に付着する凝固対象液を全て凝固させる基板処理技術において、上記凝固部の相対移動中における凝固領域の解凍を確実に防止することを目的とする。

この発明の一態様は、凝固対象液が付着した表面を上方に向けた水平姿勢の基板に対し、凝固対象液を部分的に凝固させて凝固領域を形成する凝固部を相対移動させることで、基板の表面上の凝固対象液を全て凝固させる基板処理装置であって、凝固部の相対移動中に、凝固部により最初に形成された初期凝固領域を冷却して初期凝固領域の温度を凝固対象液の凝固点より低い温度に維持させる冷却部を備え、冷却部は、初期凝固領域の形成後に、初期凝固領域の冷却を開始することを特徴としている。

また、この発明の他の態様は、基板処理方法であって、凝固対象液が付着した表面を上方に向けた水平姿勢の基板に対し、凝固対象液を部分的に凝固させて凝固領域を形成する凝固部を凝固開始位置に位置させて基板の表面の付着する凝固対象液の一部を最初に凝固させて初期凝固領域を形成する工程と、基板に対し、凝固開始位置から凝固開始位置と異なる凝固終了位置に凝固部を相対移動させることで凝固部により凝固された凝固領域を拡幅して基板の表面上の凝固対象液を全て凝固させる工程と、
凝固開始位置から凝固終了位置への凝固部の相対移動中、初期凝固領域の形成後に初期凝固領域の冷却を開始して初期凝固領域の温度を凝固対象液の凝固点より低い温度に維持させる工程と、を備えることを特徴としている。

このように構成された発明では、基板の表面では、当該表面に付着している凝固対象液の一部が凝固部によって凝固されて初期凝固領域が形成される。そして、基板に対する凝固部の相対移動に応じて凝固領域が拡幅され、やがて基板の表面に付着していた凝固対象液が全て凝固される。このように初期凝固領域の形成後に凝固部は初期凝固領域から離れていくが、凝固部の相対移動中に、初期凝固領域の冷却によって初期凝固領域の温度が凝固対象液の凝固点より低い温度に維持され、初期凝固領域の解凍が防止される。

なお、本発明における「凝固部の相対移動中に」とは、凝固部が凝固開始位置から凝固終了位置に相対移動している期間の全部および当該期間の一部で初期凝固領域が冷却されることを意味している。

以上のように、本発明によれば、凝固部の相対移動中に、初期凝固領域を冷却して初期凝固領域の温度を凝固対象液の凝固点より低い温度に維持させるため、初期凝固領域を解凍させることなく、基板の表面に付着している全凝固対象液を確実に凝固させて基板の表面上に凝固対象液の凍結膜を良好に形成することができる。

本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１におけるＡ−Ａ線矢視平面図である。 図１に示す基板処理装置のＤＩＷ供給構成などを示すブロック図である。 図１に示す基板処理装置による洗浄処理動作を示すフローチャートである。 洗浄処理動作を模式的に示す図である。 初期凝固領域の冷却を伴わない洗浄処理動作を模式的に示す図である。 本発明にかかる基板処理装置の第２実施形態を示す模式図である。 図７に示す基板処理装置のＤＩＷ供給構成などを示すブロック図である。 図７に示す基板処理装置による洗浄処理動作を模式的に示す図である。 本発明にかかる基板処理装置の第３実施形態を示す模式図である。 図１０に示す基板処理装置のＤＩＷ供給構成、ガス供給構成および制御構成を示すブロック図である。 図１０に示す基板処理装置による洗浄処理動作を模式的に示す図である。 本発明にかかる基板処理装置の第４実施形態を示す模式図である。 図１３に示す基板処理装置のＤＩＷ供給構成などを示すブロック図である。 図１３に示す基板処理装置による洗浄処理動作を模式的に示す図である。 本発明にかかる基板処理装置の第５実施形態を示す模式図である。 図１６に示す基板処理装置による洗浄処理動作を模式的に示す図である。

図１は本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２は図１におけるＡ−Ａ線矢視平面図である。また、図３は図１に示す基板処理装置のＤＩＷ供給構成、ガス供給構成および制御構成を示すブロック図である。この基板処理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洗浄装置としての基板処理装置である。

この基板処理装置１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（図示省略）を備え、当該処理チャンバー内に基板保持部１０が設けられている。この基板保持部１０は、図１に示すように、基板Ｗの表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗを略水平姿勢に保持して回転させるものである。この基板保持部１０は、基板Ｗよりも若干大きな外径を有する円盤状のスピンベース１１１と、略鉛直方向に延びる回転支軸１１２とが一体的に結合されたスピンチャック１１を有している。回転支軸１１２はモータを含むチャック回転機構１１３の回転軸に連結されており、スピンチャック１１が回転軸（鉛直軸）ＡＸ１回りに回転可能となっている。これら回転支軸１１２およびチャック回転機構１１３は、円筒状のケーシング１２内に収容されている。また、回転支軸１１２の上端部には、スピンベース１１１が一体的にネジなどの締結部品によって連結され、スピンベース１１１は回転支軸１１２により略水平姿勢に支持されている。したがって、チャック回転機構１１３が装置全体を制御する制御ユニット９０からの回転指令に応じて作動することで、スピンベース１１１が鉛直軸ＡＸ１回りに回転する。なお、制御ユニット９０はチャック回転機構１１３を制御して、スピンベース１１１の回転速度を調整することが可能となっている。

スピンベース１１１の周縁部付近には、基板Ｗの周端部を把持するための複数個のチャックピン１１４が立設されている。チャックピン１１４は、円形の基板Ｗを確実に保持するために３つ以上設けてあればよく（この例では６つ）、図２に示すように、スピンベース１１１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１１４のそれぞれは、基板Ｗの外周端面を押圧する押圧状態と、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。スピンベース１１１に対して基板Ｗが受け渡しされる際には、複数のチャックピン１１４のそれぞれを解放状態とする一方、基板Ｗを回転させて所定の処理を行う際には、複数のチャックピン１１４のそれぞれを押圧状態とする。このように押圧状態とすることによって、チャックピン１１４は基板Ｗの周端部を把持してその基板Ｗをスピンベース１１１から上方に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Ｗｆを上方に向け、裏面Ｗｂを下方に向けた状態で支持される。なお、チャックピン１１４としては、公知の構成、例えば特開２０１３−２０６９８３号公報に記載されたものを用いることができる。

スピンチャック１１の上方には、図１に示すように、中心部に開口を有する円盤状の遮断部材２０が設けられている。遮断部材２０は、その下面（底面）がチャックピン１１４に保持された基板Ｗの表面Ｗｆと略平行に対向する基板対向面２１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２０は略円筒形状を有する支持軸２２の下端部に略水平に取り付けられ、支持軸２２は水平方向に延びるアーム２３により基板Ｗの回転中心軸ＡＸ１回りに回転可能に保持されている。また、アーム２３には、遮断部材回転機構２４と遮断部材昇降機構２５が接続されている。

遮断部材回転機構２４は、制御ユニット９０からの動作指令に応じて支持軸２２を基板Ｗの回転中心軸ＡＸ１回りに回転させる。また、遮断部材回転機構２４は、スピンチャック１１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２０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２５は、制御ユニット９０からの動作指令に応じて、遮断部材２０をスピンベース１１１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９０は遮断部材昇降機構２５を作動させることで、基板処理装置１に対して基板Ｗを搬入出させる際や液膜を凝固させる際には、スピンチャック１１の上方の離間位置（図１に示す位置）に遮断部材２０を上昇させる。その一方で、基板Ｗに対して所定の処理（液膜形成処理、融解・リンス処理、スピン乾燥処理）を施す際には、スピンチャック１１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２０を下降させる。

支持軸２２は中空に仕上げられ、その内部にガス供給管２６が挿通され、さらにガス供給管２６の内部に液供給管２７が挿通されている。ガス供給管２６および液供給管２７の一方端は遮断部材２０の開口まで延びて当該開口に連通されている。また、液供給管２７の一方端にノズル２８が設けられている。このようにガス供給管２６および液供給管２７で二重管構造が形成されており、ガス供給管２６の内壁面と液供給管２７の外壁面の隙間が上記開口につながるガス供給路として機能するとともに、液供給管２７の内部がノズル２８につながる液供給路として機能する。そして、上記ガス供給路に対してガス供給ユニット８０（図３）が接続され、当該ガス供給ユニット８０から供給される窒素ガスが乾燥ガスとして供給される。より詳しくは、図３に示すように、窒素ガス貯留部８１から圧送される常温窒素ガスが乾燥用ガス調整部８２によりスピン乾燥処理に適した圧力に減圧され、制御ユニット９０からの供給指令に応じたタイミングで乾燥用ガス調整部８２により上記乾燥ガスとして供給される。なお、ガス供給ユニット８０は上記した乾燥ガスのみならず低温窒素ガスを供給する機能も兼ね備えているが、この点については後で説明する。

また、液供給管２７の他方端はＤＩＷ供給ユニット７０と接続されている。このため、遮断部材２０が対向位置に下降した状態（図５Ａ参照）で、制御ユニット９０からのＤＩＷ供給指令に応じてＤＩＷ供給ユニット７０がＤＩＷを圧送すると、液供給管２７およびノズル２８を介してＤＩＷが基板Ｗの表面Ｗｆに供給されて液膜ＬＦ（図５Ａ）を形成する。

こうして基板Ｗに供給されたＤＩＷを回収するために、スプラッシュガード３０がケーシング１２の周囲に設けられている。このスプラッシュガード３０はスピンチャック１１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配置されている。また、スプラッシュガード３０はスピンチャック１１の回転軸ＡＸ１に沿って昇降自在に設けられている。このスプラッシュガード３０は回転軸ＡＸ１に対して略回転対称な形状を有しており、それぞれスピンチャック１１と同心円状に配置されて基板Ｗから飛散するＤＩＷを受け止める複数段の（この例では２段の）ガード３１と、ガード３１から流下するＤＩＷを受け止める液受け部３２とを備えている。そして、制御ユニット９０からの昇降指令に応じてガード昇降機構３３（図３）がガード３１を段階的に昇降させることで、回転する基板Ｗから飛散する液体成分を分別して回収することが可能となっている。

スプラッシュガード３０の周囲には、気体冷媒を基板Ｗの表面Ｗｆに向けて供給する凝固部４０および冷却部５０が設けられている。本実施形態では、凝固部４０および冷却部５０は同一構成を有しているが、それらの機能は互いに相違している。つまり、凝固部４０は表面Ｗｆに付着するＤＩＷで形成される液膜ＬＦを部分的に凝固させる機能を有しているのに対し、冷却部５０は凝固部４０により凝固された凝固領域を冷却して凝固状態に維持させる機能を有している。

この凝固部４０は、図２に示すように、鉛直軸ＡＸ２回りに回動可能に構成された回動軸４１と、これに連結されたアーム４２と、アーム４２の先端に設けられてガス供給ユニット８０から供給される低温窒素ガスを凝固用冷却ガスとして吐出する凝固ノズル４３と、制御ユニット９０からの回動指令に応じて回動軸４１を回動させるノズル回動機構４４（図３）とを備えている。この実施形態では、制御ユニット９０からの回動指令に応じてノズル回動機構４４が回動軸４１を回動駆動することで、アーム４２が鉛直軸ＡＸ２回りに揺動する。これにより凝固ノズル４３は、図２において一点鎖線で示すように、スプラッシュガード３０よりも外側の退避位置（図２に実線で示す位置）と基板Ｗの表面Ｗｆの中央部に対向する位置（本発明の「凝固開始位置」に相当）ＰＳ（図２、図５Ｂ、図５Ｃ）との間を基板Ｗの周縁部に対向する位置（本発明の「凝固終了位置」に相当）ＰＥ（図２、図５Ｂ、図５Ｃ）を経由して往復移動可能となっている。そして、後で詳述するように、液膜ＬＦを凝固させて凍結膜を形成する際には、凝固ノズル４３は最初、基板Ｗの中央部に対向する位置、つまり凝固開始位置ＰＳに位置決めされて液膜ＬＦの中央部に凝固領域を形成する（なお、当該凝固領域が本発明の「初期凝固領域」に相当する）。それに続いてアーム４２の揺動によって凝固ノズル４３が基板Ｗの周縁部に対向する位置、つまり凝固終了位置ＰＥに向けて移動する。この凝固ノズル４３の移動に応じて凝固領域が拡幅されて液膜ＬＦ全体が凝固されて凍結膜が形成される。

また、冷却部５０は、凝固部４０と同様に、鉛直軸ＡＸ３回りに回動可能に構成された回動軸５１と、これに連結されたアーム５２と、アーム５２の先端に設けられてガス供給ユニット８０から供給される低温窒素ガスを解凍防止用冷却ガスとして吐出する冷却ノズル５３と、制御ユニット９０からの回動指令に応じて回動軸５１を回動させるノズル回動機構５４（図３）とを備えている。また、制御ユニット９０からの回動指令に応じてノズル回動機構５４が回動軸５１を回動駆動することで、アーム５２が鉛直軸ＡＸ３回りに揺動し、これにより冷却ノズル５３は、図２において二点鎖線で示すように、スプラッシュガード３０よりも外側の退避位置（図２に実線で示す位置）と凝固開始位置ＰＳ（図２、図５Ｂ、図５Ｃ）との間を往復移動可能となっている。そして、後で詳述するように、凝固ノズル４３が凝固開始位置ＰＳから移動するのと入れ替わりに、冷却ノズル５３が凝固開始位置ＰＳに移動し、当該凝固開始位置ＰＳに位置して初期凝固領域を冷却する。これによって、初期凝固領域が解凍されるのを効果的に防止する。

上記した凝固部４０および冷却部５０に低温窒素ガスを供給するために、ガス供給ユニット８０は除湿部８３、凝固用ガス調整部８４および解凍防止用ガス調整８５をさらに備えている。除湿部８３は、窒素ガス貯留部８１から供給される常温窒素ガスを冷却して同窒素ガス中に含まれる水分を除去して露点を低下させる。より詳しくは、除湿部８３はタンク構造を有する容器（図示省略）を有している。容器には、液体窒素を取り入れる液体窒素導入口が設けられており、該導入口を介して液体窒素供給部６０から液体窒素が容器内に導入される。容器の内部には、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がガス通送路として設けられている。熱交換パイプは容器に貯留された液体窒素に浸漬されており、その内部には窒素ガス貯留部８１から常温窒素ガスが供給される。これにより、常温窒素ガスが液体窒素により冷やされ、同窒素ガスに含まれる水分が熱交換パイプの内面に霜としてトラップされて窒素ガスの露点を液体窒素の温度と同等の露点まで低下させる。こうして、低露点化された窒素ガスが凝固用ガス調整部８４および解凍防止用ガス調整部８５に送給される。

凝固用ガス調整部８４および解凍防止用ガス調整部８５はそれぞれ恒温槽（図示省略）を有しており、除湿部８３で液体窒素の温度に近い温度まで冷却された窒素ガスの温度を所望温度に調整する。凝固用ガス調整部８４は除湿部８３から供給される窒素ガスの温度をＤＩＷの凝固点よりも低い温度（例えば−５０℃）に調整し、これを凝固用冷却ガスとして凝固ノズル４３に供給する。また、解凍防止用ガス調整部８５も除湿部８３から供給される窒素ガスの温度をＤＩＷの凝固点よりも低い温度（例えば−５０℃）に調整し、これを解凍防止用冷却ガスとして冷却ノズル５３に供給する。なお、ここでは、解凍防止用冷却ガスを凝固用冷却ガスと同じ温度に調整しているが、初期凝固領域の解凍を防止する観点からすれば、解凍防止用冷却ガスの温度を凝固用冷却ガスの温度とＤＩＷの凝固点との間の温度に設定してもよい。また、温度のみならずガス圧についても凝固用冷却ガスおよび解凍防止用冷却ガスをそれぞれ凝固用ガス調整部８４および解凍防止用ガス調整部８５で調整するように構成してもよい。

このように本実施形態では、液膜ＬＦを凝固させる凝固部４０と、初期凝固領域を冷却して初期凝固領域の解凍を防止する冷却部５０とを備えており、以下に説明するように、基板Ｗに対する凝固部４０の揺動移動中に、冷却部５０により初期凝固領域を冷却して凝固部４０により液膜ＬＦを凝固させている間に初期凝固領域が解凍されるのを防止している。以下、図４、図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃを参照しつつ図１に示す基板処理装置１による基板処理について詳述する。

図４は図１に示す基板処理装置による洗浄処理動作を示すフローチャートであり、図５Ａないし図５Ｃは洗浄処理動作を模式的に示す図である。なお、図５Ａないし図５Ｃ中の上段は基板Ｗの表面Ｗｆに対するＤＩＷや冷却ガスの供給態様を模式的に示すとともに、下段は基板Ｗの表面Ｗｆに形成される液膜や凍結膜の各部温度を示すグラフである。なお、これらの点については、後で説明する図６、図９、図１２、図１５および図１７においても同様である。

本実施形態にかかる基板処理装置１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９０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、基板Ｗがその表面Ｗｆに微細パターンを形成されたものである場合、該基板Ｗの表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗが処理チャンバー内に搬入され、スピンチャック１１に保持される（ステップＳ１０１）。なお、このとき遮断部材２０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１１に未処理の基板Ｗが保持されると、遮断部材２０が対向位置まで降下され、基板Ｗの表面Ｗｆに近接配置される（ステップＳ１０２）。これにより、基板Ｗの表面Ｗｆが遮断部材２０の基板対向面２１に近接した状態で覆われ、基板Ｗの周辺雰囲気から遮断される。そして、制御ユニット９０はチャック回転機構１１３を駆動させてスピンチャック１１を回転させるとともに、ＤＩＷ供給ユニット７０からＤＩＷを供給する。

このとき、図５Ａに示すように、基板Ｗの表面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、ＤＩＷは基板Ｗの径方向外向きに均一に広げられてその一部が基板外に振り切られる。これによって、基板Ｗの表面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Ｗの表面Ｗｆの全体に所定の厚みを有するＤＩＷの液膜ＬＦが形成される（ステップＳ１０３）。このときの基板Ｗの回転数はＤＩＷの一部が適切に振り切られるように決めればよく、例えば１５０ｒｐｍとすることができる。なお、液膜形成に際して、上記のように基板Ｗの表面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から液を振り切ることなく基板Ｗの表面Ｗｆに液膜を形成してもよい。

液膜形成が終了すると、制御ユニット９０はＤＩＷ供給ユニット７０からのＤＩＷの供給を停止するとともに、遮断部材２０を離間位置に退避させる（ステップＳ１０４）。その後、制御ユニット９０は凝固ノズル４３を退避位置（図２の実線位置）から凝固開始位置ＰＳに移動させる。それに続いて、図５Ｂに示すに示すように、制御ユニット９０は基板Ｗを回転させたままで凝固用ガス調整部８４から凝固ノズル４３への凝固用冷却ガスの供給を開始する（ステップＳ１０５）。これによって、凝固用冷却ガスが凝固ノズル４３の吐出口４３ａから基板Ｗの表面Ｗｆに向けて吐出され、液膜ＬＦの一部が部分的に凝固される。より詳しくは、液膜ＬＦのうち基板Ｗの表面Ｗｆの中央部上に位置する領域ＳＡｉが凝固される。なお、以下においては、このように最初に凝固される領域ＳＡｉを「初期凝固領域ＳＡｉ」と称する。

また、制御ユニット９０は凝固用冷却ガスを吐出口４３ａから吐出させたまま凝固ノズル４３を凝固終了位置ＰＥに向けて揺動移動を開始する（ステップＳ１０６）。すると、液膜ＬＦに対する凝固用冷却ガスの供給位置が基板Ｗの表面Ｗｆの中央部から径方向に移動し、当該移動に応じて凝固される領域が径方向に拡幅され、凝固ノズル４３が凝固終了位置ＰＥに到達すると、液膜ＬＦを構成する全ＤＩＷが凝固されて凍結膜ＦＦが形成される。ただし、凝固ノズル４３が遠ざかり、冷却ガスの供給がなくなると、凝固した領域が常温雰囲気の影響によって解凍されてしまい、液体状態に戻る可能がある（図６参照）。特に、初期凝固領域ＳＡｉの雰囲気は凝固ノズル４３の移動開始後の比較的早い段階より常温となり、上記解凍が最も生じやすくなっている。

そこで、本実施形態では、凝固ノズル４３が凝固開始位置ＰＳから凝固終了位置ＰＥに向けて所定距離だけ移動する（ステップＳ１０７で「ＹＥＳ」）と、制御ユニット９０は凝固ノズル４３と入れ替わりに冷却ノズル５３を直ちに凝固開始位置ＰＳに位置決めする。なお、冷却ノズル５３の凝固開始位置ＰＳへの位置決めは、凝固ノズル４３が凝固終了位置ＰＥに到達するまでに実行される。

また、当該凝固開始位置ＰＳに位置させたまま制御ユニット９０は解凍防止用ガス調整部８５から冷却ノズル５３への解凍防止用冷却ガスの供給を開始する（ステップＳ１０８）。これによって、ＤＩＷの凝固点よりも低い温度に調整された解凍防止用冷却ガスが初期凝固領域ＳＡｉに供給されて初期凝固領域ＳＡｉおよびその周辺領域がＤＩＷの凝固点よりも低い温度に維持され、これらの領域の解凍が効果的に防止される。なお、このように初期凝固領域ＳＡｉの解凍防止動作と凝固領域の拡幅動作とは、凝固ノズル４３が凝固終了位置ＰＥに到達するまで継続される（ステップＳ１０９）。これによって、図５Ｃに示すように、初期凝固領域ＳＡｉが解凍されることなく、液膜ＬＦの全体が凝固領域ＳＡとなり、凍結膜ＦＦが形成される。

そして、凍結膜ＦＦの形成が完了すると、制御ユニット９０は凝固用ガス調整部８４および解凍防止用ガス調整部８５を制御して冷却ガスの供給を停止する。また、制御ユニット９０は、ノズル回動機構４４により凝固ノズル４３を凝固終了位置ＰＥから退避位置（図２の実線位置）に移動させて基板Ｗから退避させるとともに、ノズル回動機構５４により冷却ノズル５３を凝固開始位置ＰＳから退避位置（図２の実線位置）に移動させて基板Ｗから退避させる（ステップＳ１１０）。それに続いて、制御ユニット９０は遮断部材昇降機構２５によって遮断部材２０を基板Ｗの表面Ｗｆに近接配置させる（ステップＳ１１１）。

次に、制御ユニット９０はＤＩＷ供給ユニット７０からのＤＩＷの供給を開始する。これによって、ＤＩＷがノズル２８から吐出され、凍結膜ＦＦの融解処理およびリンス処理が行われる（ステップＳ１１２）。そして、両処理が完了すると、制御ユニット９０はＤＩＷ供給ユニット７０からのＤＩＷの供給を停止し、乾燥用ガス調整部８２を制御して乾燥ガスを供給しながら基板Ｗをスピン乾燥させる（ステップＳ１１３）。こうしてスピン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（ステップＳ１１４）。

以上のように、第１実施形態によれば、液膜ＬＦの凝固を行っている間に冷却ノズル５３から初期凝固領域ＳＡｉに解凍防止用冷却ガスを供給しているので、次のような作用効果が得られる。例えば図６に示すように、単に凝固ノズル４３を凝固開始位置ＰＳから凝固終了位置ＰＥに移動させて液膜ＬＦの凝固を行うと、凝固ノズル４３の移動による凍結膜ＦＦの形成途中で基板Ｗの表面Ｗｆの中央部での温度がＤＩＷの凝固点よりも高くなり、初期凝固領域が解凍されて液体領域ＬＡに変化することがある。これに対し、本実施形態では、凝固ノズル４３の移動中に冷却ノズル５３を凝固開始位置ＰＳに位置させて初期凝固領域ＳＡｉに解凍防止用冷却ガスを供給している。このため、凍結膜ＦＦの形成途中における初期凝固領域ＳＡｉの温度は常にＤＩＷの凝固点より低い温度に維持され、初期凝固領域ＳＡｉの解凍を確実に防止しながら基板Ｗの表面Ｗｆに付着しているＤＩＷを確実に凝固させて基板Ｗの表面Ｗｆ上にＤＩＷの凍結膜ＦＦを良好に形成することができる。

なお、第１実施形態では、凝固開始位置ＰＳからの凝固ノズル４３の退避直後に冷却ノズル５３を凝固開始位置ＰＳに位置決めしているが、凝固ノズル４３の退避から一定時間の経過後に冷却ノズル５３が凝固開始位置ＰＳに位置するように構成してもよい。ただし、当該一定時間については、初期凝固領域ＳＡｉが解凍されるのに要する時間よりも短い値に設定する必要がある。また、第１実施形態では、凝固ノズル４３が凝固終了位置ＰＥに到達するまで冷却ノズル５３を凝固開始位置ＰＳに継続的に位置させているが、初期凝固領域ＳＡｉの凝固を維持できる範囲で、凝固ノズル４３の凝固終了位置ＰＥへの到達前に冷却ノズル５３を凝固開始位置ＰＳから退避させてもよい。つまり、凝固ノズル４３が凝固開始位置ＰＥから凝固終了位置ＰＥに移動している期間の全部および当該期間の一部で初期凝固領域ＳＡｉが冷却されるように構成してもよい。これらの点については、後で説明する実施形態においても同様である。

図７は本発明にかかる基板処理装置の第２実施形態を示す模式図である。また、図８は図７に示す基板処理装置のＤＩＷ供給構成、ガス供給構成および制御構成を示すブロック図である。さらに、図９は図７に示す基板処理装置による洗浄処理動作を模式的に示す図である。なお、図７では説明の便宜から、冷却部５０を図示する一方で凝固部４０については図示を省略している。

この第２実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、冷却部５０およびガス供給ユニット８０の構成および動作であり、その他の構成および動作は基本的に第１実施形態と同一である。そこで、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。

第２実施形態では、冷却部５０は、図７に示すように、鉛直軸ＡＸ３回りに回動可能に構成された回動軸５１と、該回動軸５１によって略水平姿勢に保持されるボルテックスチューブ５５と、ボルテックスチューブ５５の冷気吹出部から吹き出される冷気を解凍防止用冷却ガスとして基板Ｗの表面Ｗｆに向けて吐出する冷却ノズル５３と、制御ユニット９０からの回動指令に応じて回動軸５１を回動させるノズル回動機構５４（図８）とを備えている。この第２実施形態では、制御ユニット９０からの回動指令に応じてノズル回動機構５４が回動軸５１を回動駆動することで、ボルテックスチューブ５５が鉛直軸ＡＸ３回りに揺動し、これにより冷却ノズル５３は、スプラッシュガード３０よりも外側の退避位置と凝固開始位置ＰＳとの間を往復移動する。

ボルテックスチューブ５５は、従来より周知のように、ボルテックス効果を利用して、冷気と暖気とを発生させるための装置である。ボルテックスチューブ５５は、図７に示すように、略チューブ状のハウジング５５１を備えており、両端部に、冷気吹出部５５２と暖気吹出部５５３とが設けられている。また、ハウジング５５１の側面には、圧縮ガス供給部５５４が形成されている。この圧縮ガス供給部５５４に対してガス供給ユニット８０の冷気生成用ガス調整部８６が接続され、当該冷気生成用ガス調整部８６から圧縮窒素ガスが供給される。より詳しくは、図８に示すように、窒素ガス貯留部８１から圧送される窒素ガスが冷気生成用ガス調整部８６により冷気生成に適した圧力に減圧され、制御ユニット９０からの供給指令に応じたタイミングで冷気生成用ガス調整部８６により圧縮ガスとしてハウジング５５１内に供給される。すると、供給された圧縮ガスはハウジング５５１の内壁面に沿って旋回流となって、暖気吹出部５５３に向かって流れる。

暖気吹出部５５３にはバルブ（図示省略）が設けられており、バルブの開閉量に応じて暖気が暖気吹出部５５３の開口（図示省略）から吹き出されるが、残りのガスはハウジング５５１内に戻される。この戻されたガスはハウジング５５１の内壁面に沿って渦状に流れるガスの内側、つまりハウジング５５１の径方向における中心部を介して冷気吹出部５５２に流れる。当該ガスは冷気吹出部５５２に至るまでにハウジング５５１の内壁面に沿って旋回流となって流れるガスへの熱エネルギーの移動によって冷やされ、冷気吹出部５５２を介して冷却ノズル５３に送られる。その結果、ＤＩＷの凝固点より低い温度（例えば、−２０〜−３０℃程度）に低下した冷気が冷却ノズル５３から解凍防止用冷却ガスとして生成される。

この第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、凝固ノズル４３が凝固開始位置ＰＳから凝固終了位置ＰＥに向けて所定距離だけ移動すると、制御ユニット９０は凝固ノズル４３と入れ替わりに冷却ノズル５３を直ちに凝固開始位置ＰＳに位置決めする。そして、冷却ノズル５３を凝固開始位置ＰＳに位置させたまま制御ユニット９０は冷気生成用ガス調整部８６からボルテックスチューブ５５への圧縮ガスの供給を開始する。これによって、ＤＩＷの凝固点よりも低い温度に調整された解凍防止用冷却ガスが初期凝固領域ＳＡｉに供給されて初期凝固領域ＳＡｉおよびその周辺領域がＤＩＷの凝固点よりも低い温度に維持され、これらの領域の解凍が効果的に防止される。

以上のように、第２実施形態においても、図９に示すように、液膜ＬＦの凝固を行っている間に冷却ノズル５３から初期凝固領域ＳＡｉに冷気を解凍防止用冷却ガスとして供給しているので、初期凝固領域ＳＡｉの解凍を確実に防止しながら基板Ｗの表面Ｗｆに付着しているＤＩＷを確実に凝固させて基板Ｗの表面Ｗｆ上にＤＩＷの凍結膜ＦＦを良好に形成することができる。

図１０は本発明にかかる基板処理装置の第３実施形態を示す模式図である。また、図１１は図１０に示す基板処理装置のＤＩＷ供給構成、ガス供給構成および制御構成を示すブロック図である。さらに、図１２は図１０に示す基板処理装置による洗浄処理動作を模式的に示す図である。なお、図１０では説明の便宜から、冷却部５０を図示する一方、凝固部４０については図示を省略している。

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、冷却部５０およびガス供給ユニット８０の構成および動作であり、その他の構成および動作は基本的に第１実施形態と同一である。そこで、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。

第３実施形態では、冷却部５０は、図１０に示すように、鉛直軸ＡＸ３回りに回動可能に構成された回動軸５１と、該回動軸５１から水平方向に延設されたアーム５２と、アーム５２の先端に下向きに取り付けられた当接部材５６と、当接部材５６に取り付けられたペルチェ素子５６１（図１１）と、アーム５２を上下方向に昇降させるとともに鉛直軸ＡＸ３回りに回動させるノズル回動昇降機構５４１（図１１）とを備えている。この第３実施形態では、制御ユニット９０からの回動指令に応じてノズル回動昇降機構５４１が回動軸５１を回動駆動することで、アーム５２が鉛直軸ＡＸ３回りに揺動し、これにより当接部材５６はスプラッシュガード３０よりも外側の退避位置と基板Ｗの表面Ｗｆの中央部に対向する位置（つまり凝固開始位置ＰＳ）との間を往復移動する。また、制御ユニット９０からの昇降指令に応じてノズル回動昇降機構５４１が回動軸５１を鉛直方向に昇降駆動することで、当接部材５６の下面（本発明の「処理面」の一例に相当）５６２が基板Ｗの表面Ｗｆの中央部に位置する初期凝固領域ＳＡｉに接触する接触位置と初期凝固領域ＳＡｉから上方に離間した離間位置との間を昇降移動する。

当接部材５６には、ペルチェ素子５６１が設けられており、制御ユニット９０からの冷却指令に応じて当接部材５６の下面５６２をＤＩＷの凝固点より低い温度に冷却する。したがって、ペルチェ素子５６１により冷却された当接部材５６の下面５６２をノズル回動昇降機構５４１によって初期凝固領域ＳＡｉに接触させると、初期凝固領域ＳＡｉおよびその周辺領域が冷却される。このように第３実施形態では、冷却部５０は、冷却ガスの代わりに、当接部材５６（固体冷媒）を用いて初期凝固領域ＳＡｉを冷却することが可能となっている。また、解凍防止用冷却ガスが不要となるのに伴って、ガス供給ユニット８０では解凍防止用ガス調整部８５の設置が省略されている。

このように構成された第３実施形態においても、第１実施形態と同様に、凝固ノズル４３が凝固開始位置ＰＳから凝固終了位置ＰＥに向けて所定距離だけ移動すると、制御ユニット９０は凝固ノズル４３と入れ替わりに当接部材５６を直ちに凝固開始位置ＰＳに位置決めするとともに当接部材５６を初期凝固領域ＳＡｉに当接させる。このため、初期凝固領域ＳＡｉおよびその周辺領域はＤＩＷの凝固点よりも低い温度に維持され、これらの領域の解凍が効果的に防止される。

以上のように、第３実施形態においても、図１２に示すように、液膜ＬＦの凝固を行っている間に当接部材５６が初期凝固領域ＳＡｉに当接して初期凝固領域ＳＡｉを冷却しているので、初期凝固領域ＳＡｉの解凍を確実に防止しながら基板Ｗの表面Ｗｆに付着しているＤＩＷを確実に凝固させて基板Ｗの表面Ｗｆ上にＤＩＷの凍結膜ＦＦを良好に形成することができる。

ところで、上記第１実施形態ないし第３実施形態では、初期凝固領域ＳＡｉの解凍を防止するために、基板Ｗの表面側から冷却部５０により初期凝固領域ＳＡｉを直接冷却しているが、基板Ｗの裏面側から基板Ｗのうち初期凝固領域ＳＡｉが形成される基板領域を冷却するように構成してもよい。例えば図１３に示すように基板Ｗの裏面Ｗｂの中央部に解凍防止用の液体冷媒を供給して初期凝固領域ＳＡｉを冷却してもよい（第４実施形態）。

図１３は本発明にかかる基板処理装置の第４実施形態を示す模式図である。また、図１４は図１３に示す基板処理装置のＤＩＷ供給構成、ガス供給構成、液体冷媒供給構成および制御構成を示すブロック図である。さらに、図１５は図１３に示す基板処理装置による洗浄処理動作を模式的に示す図である。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、回転支軸１１２が中空管構造を有している点と、冷却部５０が回転支軸１１２の内部を介して基板Ｗの裏面Ｗｂの中央部に液体冷媒を供給して裏面側より初期凝固領域ＳＡｉを冷却するように構成されている点とであり、その他の構成は基本的には第１実施形態と同一である。そこで、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。

第４実施形態では、冷却部５０は、図１３および図１４に示すように、冷媒供給管５７と、冷媒供給管５７を介して基板Ｗの裏面Ｗｂの中央部に液体冷媒を供給する液体冷媒供給ユニット５８とを備えている。この冷媒供給管５７は、先端のノズル部位５７１を基板Ｗの裏面Ｗｂの中央部に向けた状態で回転支軸１１２の内部に配置されている。そして、冷媒供給管５７の後端部に対して液体冷媒供給ユニット５８が接続されている。

液体冷媒供給ユニット５８は液体冷媒を生成する液体冷媒生成部５８１を有している。この液体冷媒生成部５８１は、液体冷媒に適した液体を内部で貯留する恒温槽本体５８２と、恒温槽本体５８２に設けられて恒温槽本体５８２に貯留された液体を冷却する冷却機構５８３と、制御ユニット９０からの温度指令に応じて冷却機構５８３への通電を制御することで恒温槽本体５８２の内部に貯留されている液体をＤＩＷの凝固点より低い温度（例えば、−５０℃）に保つ恒温制御部５８４とを備えている。

そして、液体冷媒供給ユニット５８の液体冷媒供給部５８５が制御ユニット９０からの液体冷媒の供給指令に応じて液体冷媒生成部５８１の恒温槽本体５８２から冷媒供給管５７に圧送すると、図１５に示すように、液体冷媒が基板Ｗの裏面Ｗｂの中央部、つまり基板Ｗを挟んで初期凝固領域ＳＡｉの反対領域（本発明の「初期凝固領域が形成される基板領域」の一例に相当）ＳＲに供給される。これによって、初期凝固領域ＳＡｉは基板Ｗを介して液体冷媒により冷やされる。これによって、初期凝固領域ＳＡｉの解凍が効果的に防止される。なお、「液体冷媒」としては、エチレングリコール水溶液、アルコール類またはＨＦＥ液を用いることができる。アルコール類としては、取扱性、価格等の観点からエチルアルコール、メチルアルコールまたはイソプロピルアルコールを用いることができるが、特にエチルアルコールが好適である。また、「ＨＦＥ液」とはハイドロフルオロエーテル（Ｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｏｅｔｈｅｒ）を主たる成分とする液をいい、例えば住友スリーエム株式会社製の商品名ノベック（登録商標）シリーズのＨＦＥを用いることができる。

このように構成された第４実施形態においては、凝固ノズル４３が凝固開始位置ＰＳから凝固終了位置ＰＥに向けて所定距離だけ移動すると、制御ユニット９０は液体冷媒供給ユニット５８から液体冷媒を基板Ｗの裏面Ｗｂの中央部に供給する。このため、初期凝固領域ＳＡｉおよびその周辺領域はＤＩＷの凝固点よりも低い温度に維持され、これらの領域の解凍が効果的に防止される。

以上のように、第４実施形態においても、図１５に示すように、液膜ＬＦの凝固を行っている間に液体冷媒によって基板Ｗを介して初期凝固領域ＳＡｉを冷却しているので、初期凝固領域ＳＡｉの解凍を確実に防止しながら基板Ｗの表面Ｗｆに付着しているＤＩＷを確実に凝固させて基板Ｗの表面Ｗｆ上にＤＩＷの凍結膜ＦＦを良好に形成することができる。

なお、第４実施形態では、凝固ノズル４３が凝固開始位置ＰＳから凝固終了位置ＰＥに向けて移動した後で液体冷媒の供給を開始しているが、それ以前より液体冷媒の供給を開始してもよく、例えば凝固ノズル４３からの凝固用冷却ガスの吐出開始と同時に、冷媒供給管５７からの液体冷媒の吐出開始を実行してもよい。

また、第４実施形態では、冷媒供給管５７を介して液体冷媒が基板Ｗの裏面Ｗｂの中央部に供給して解凍防止を図っているが、液体冷媒の代わりに、第１実施形態ないし第３実施形態と同様に、ＤＩＷの凝固点よりも低い温度を有する冷却ガス、つまり解凍防止用冷却ガスを供給してもよい。

また、このように液体冷媒や気体冷媒を用いる代わりに、第３実施形態と同様に固体冷媒を用いてもよい。以下、図１６および図１７を参照しつつ発明の第５実施形態について説明する。

図１６は本発明にかかる基板処理装置の第５実施形態を示す模式図である。また、図１７は図１６に示す基板処理装置による洗浄処理動作を模式的に示す図である。この第５実施形態では、スピンチャック１１は基板Ｗの裏面Ｗｂの中央部を吸着して保持する、いわゆる吸着チャック１１５を有している。つまり、吸着チャック１１５の上面が基板Ｗの裏面Ｗｂの中央部を保持する基板保持面となっており、当該基板保持面に複数の吸着口（図示省略）が設けられ、図示を省略する真空機構と接続されている。そして、制御ユニット９０からの指令に応じて真空機構により負圧が各吸着口に与えられることによって表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗが基板保持面に対して吸着保持される。また、この吸着チャック１１５には、ペルチェ素子５９が設けられている。そして、制御ユニット９０からの通電によって基板保持面がＤＩＷの凝固点よりも低い温度となり、初期凝固領域ＳＡｉは基板Ｗを介して冷やされる。これによって、初期凝固領域ＳＡｉの解凍が効果的に防止される。

このように第５実施形態では、ペルチェ素子５９を内蔵した吸着チャック１１５が冷却部５０として機能し、本発明の「当接部材」の一例に相当している。つまり、凝固ノズル４３が凝固開始位置ＰＳから凝固終了位置ＰＥに向けて所定距離だけ移動すると、制御ユニット９０はペルチェ素子５９への通電によって基板Ｗの裏面Ｗｂの中央部を冷却し、初期凝固領域ＳＡｉおよびその周辺領域をＤＩＷの凝固点よりも低い温度に維持する。これによって、これらの領域の解凍が効果的に防止される。

以上のように、第５実施形態においても、図１７に示すように、液膜ＬＦの凝固を行っている間に液体冷媒によって基板Ｗを介して初期凝固領域ＳＡｉを冷却しているので、初期凝固領域ＳＡｉの解凍を確実に防止しながら基板Ｗの表面Ｗｆに付着しているＤＩＷを確実に凝固させて基板Ｗの表面Ｗｆ上にＤＩＷの凍結膜ＦＦを良好に形成することができる。

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、第１実施形態ないし第３実施形態では、冷却ノズル５３や当接部材５６を凝固開始位置ＰＳに固定的に位置決めした状態で初期凝固領域ＳＡｉおよびその周辺領域を冷却しているが、冷却ノズル５３や当接部材５６を移動させながら初期凝固領域ＳＡｉなどを冷却して解凍防止を図ってもよい。ここで、冷却ノズル５３等の移動態様は任意であり、例えば冷却ノズル５３等を凝固開始位置ＰＳ付近で局所的に揺動あるいは局所的にスキャンさせてもよい。

また、第１実施形態ないし第３実施形態では、アーム４２に凝固ノズル４３を設け、アーム５２に冷却ノズル５３や当接部材５６を設け、互いに独立して移動させるように構成しているが、次のように構成してもよい。すなわち、一のアームに凝固ノズル４３と冷却ノズル５３（あるいは当接部材５６）とを設け、当該アームの移動によって、まず最初に凝固ノズル４３が凝固開始位置ＰＳに位置し、そして凝固ノズル４３が凝固開始位置ＰＳから凝固終了位置ＰＥに向けて移動するのに伴って冷却ノズル５３や当接部材５６が凝固開始位置ＰＳに位置して初期凝固領域ＳＡｉを冷却するように構成してもよい。この場合、アームの個数やアームを駆動する構成が最小化され、装置コストの低減を図ることができる。

また、上記第３実施形態および第５実施形態では、固体冷媒（当接部材５６および吸着チャック１１５）の温度をＤＩＷの凝固点よりも低くするためにペルチェ素子を用いているが、固体冷媒の温度を低下させる手段はペルチェ素子に限定されるものではない。例えば、当接部材５６や吸着チャック１１５の内部に液体冷媒を循環させて温度低下を図ってもよい。

また、上記実施形態では、２種類の冷却機能部、つまり液膜ＬＦを構成するＤＩＷを凝固させる凝固部４０と、初期凝固領域ＳＡｉを冷却する冷却部５０とを有している。これらの冷却能力は同じであってもよいし、相互に異なってもよい。ここで、冷却部５０に対して要求される冷却機能は既に凝固されている初期凝固領域ＳＡｉの解凍防止にあるため、冷却部５０の冷却能力を凝固部４０のそれよりも低く設定してもよい。

また、上記実施形態では、凝固ノズル４３を位置ＰＳから位置ＰＥに移動させて液膜ＬＦを全面的に凝固させる基板処理装置１に対して本発明を適用している。つまり、基板Ｗの中央部および周縁部をそれぞれ本発明の「凝固開始部」および「凝固終了部」としている。しかしながら、本発明の適用対象はこれに限定されず、「凝固開始部」および「凝固終了部」を入れ替えた基板処理装置１、すなわち凝固ノズル４３を位置ＰＥから位置ＰＳに移動させて凍結膜ＦＦを形成する基板処理装置１に対しても本発明を適用することができる。また、このように凝固部４０を位置ＰＥから位置ＰＳに移動させて液膜ＬＦを凝固させ、しかも第１実施形態ないし第４実施形態と同様に基板Ｗの周縁部をチャックピン１１４で支持する基板処理装置１では、チャックピン１１４にペルチェ素子を設け、チャックピン１１４を介して基板Ｗの周縁部に形成される初期凝固領域ＳＡｉを冷却して初期凝固領域ＳＡｉの解凍を防止するように構成してもよい。

また、上記第１実施形態ないし第３実施形態では基板Ｗの表面側より初期凝固領域ＳＡｉを冷却し、第４実施形態および第５実施形態では基板Ｗの裏面側より初期凝固領域ＳＡｉを冷却しているが、表面側からの冷却と裏面側からの冷却とを組み合わせてもよい。

また、上記実施形態では、基板Ｗの表面Ｗｆに付着するＤＩＷの全てを凝固させて凍結膜ＦＦを形成するために、基板Ｗを回転させながら凝固ノズル４３を移動させて凍結膜ＦＦを形成しているが、本発明の適用対象となる装置はこれに限定されるものではない。すなわち、基板Ｗおよび凝固ノズル４３のいずれか一方のみを移動させて凍結膜を形成する装置に対しても本発明を適当することができる。

以上説明したように、上記実施形態では、ＤＩＷが本発明の「凝固対象液」の一例に相当しているが、凝固対象液としてはＤＩＷに限定されるものではなく、純水、超純水や水素水、炭酸水、ＳＣ１等の液体、さらには炭酸エチレンやターシャリーブタノールなどの常温より高い凝固点を有する液体を「凝固対象液」として用いてもよい。また、凝固ノズル４３が本発明の「凝固部」の一例に相当している。また、第１実施形態の冷却部５０では解凍防止用冷却ガスを吐出する冷却ノズル５３が、第２実施形態の冷却部５０では解凍防止用冷却ガスを生成するボルテックスチューブ５５と当該ボルテックスチューブ５５からの解凍防止用冷却ガスを吐出する冷却ノズル５３とが、また第４実施形態では解凍防止用液体冷媒を吐出する冷媒供給管５７が、それぞれ本発明の「冷媒供給部材」として機能している。また、チャック回転機構１１３が本発明の「回転部」の一例に相当している。ノズル回動機構４４が本発明の「移動部」の一例に相当している。

以上、具体的な実施形態を例示して説明してきたように、本発明は、例えば、冷却部が、初期凝固領域の形成後に、初期凝固領域の冷却を開始するように構成してもよい。もちろん、初期凝固領域が形成される予定の基板領域を当該形成前あるいは同時に冷却してもよいが、初期凝固領域の形成後に冷却を開始することで冷却エネルギーを節約することができる。

また、上記冷却部が、凝固部の相対移動を終了するまでの間、初期凝固領域の冷却を継続するように構成してもよく、これによって初期凝固領域の解凍をより確実に防止することができる。

また、冷却部が、初期凝固領域または基板のうち初期凝固領域が形成される基板領域に対して凝固対象液の凝固点より低い温度を有する冷媒を供給して初期凝固領域の冷却を行う冷媒供給部材を有するように構成してもよい。このように冷媒供給部材からの冷媒供給によって初期凝固領域の冷却を効率的かつ確実に冷却することができる。

本発明は、基板の表面に付着する凝固対象液を凝固する凝固技術、ならびに当該凝固技術を用いて基板の表面を洗浄する基板処理技術全般に適用することができる。

１…基板処理装置
１０…基板保持部
４０…凝固部
４３…凝固ノズル
４４…ノズル回動機構（移動部）
５０…冷却部
５３…冷却ノズル（冷媒供給部材）
５５…ボルテックスチューブ（冷媒供給部材）
５６…当接部材
５７…冷媒供給管（冷媒供給部材）
５９，５６１…ペルチェ素子
１１３…チャック回転機構（回転部）
１１５…吸着チャック（冷却部、当接部材）
５６２…（当接部材の）下面（処理面）
ＬＦ…液膜
ＦＦ…凍結膜
ＰＳ…凝固開始位置
ＰＥ…凝固終了位置
ＳＡ…凝固領域
ＳＡｉ…初期凝固領域
ＳＲ…（初期凝固領域の）反対領域
Ｗ…基板
Ｗｂ…（基板の）裏面
Ｗｆ…（基板の）表面

Claims (8)

1. 凝固対象液が付着した表面を上方に向けた水平姿勢の基板に対し、凝固対象液を部分的に凝固させて凝固領域を形成する凝固部を相対移動させることで、前記基板の表面上の凝固対象液を全て凝固させる基板処理装置であって、
   前記凝固部の相対移動中に、前記凝固部により最初に形成された初期凝固領域を冷却して前記初期凝固領域の温度を前記凝固対象液の凝固点より低い温度に維持させる冷却部を備え、
   前記冷却部は、前記初期凝固領域の形成後に、前記初期凝固領域の冷却を開始する
   ことを特徴とする基板処理装置。
2. 請求項１に記載の基板処理装置であって、
   前記冷却部は、前記凝固部の相対移動を終了するまでの間、前記初期凝固領域の冷却を継続する基板処理装置。
3. 請求項１または２に記載の基板処理装置であって、
   前記冷却部は、前記初期凝固領域または前記基板のうち前記初期凝固領域が形成される基板領域に対して前記凝固対象液の凝固点より低い温度を有する冷媒を供給して前記初期凝固領域の冷却を行う冷媒供給部材を有する基板処理装置。
4. 請求項３に記載の基板処理装置であって、
   前記冷媒供給部材は、圧縮ガスによって発生する旋回流を冷気と暖気に分離して前記冷気を前記冷媒として前記初期凝固領域に向けて供給するボルテックスチューブを有する基板処理装置。
5. 請求項１または２に記載の基板処理装置であって、
   前記冷却部は、前記初期凝固領域または前記基板のうち前記初期凝固領域が形成される基板領域に対して前記凝固対象液の凝固点より低い温度を有する処理面を当接させて前記初期凝固領域の冷却を行う当接部材を有する基板処理装置。
6. 請求項５に記載の基板処理装置であって、
   前記冷却部は、前記当接部材の前記処理面を前記凝固対象液の凝固点より低い温度に冷却するペルチェ素子を有する基板処理装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
   前記表面を上方に向けて前記基板を保持する基板保持部と、
   前記基板保持部に保持された前記基板を鉛直軸回りに回転させる回転部と、
   前記基板の中央部および周縁部のうちの一方を凝固開始部とするとともに他方を凝固終了部とし、前記凝固開始部および前記凝固終了部に対向する前記凝固部の位置をそれぞれ凝固開始位置および凝固終了位置とし、前記回転部により回転される前記基板に対して前記凝固部を前記凝固開始位置から前記凝固終了位置に相対移動させる移動部と、
   を備える基板処理装置。
8. 凝固対象液が付着した表面を上方に向けた水平姿勢の基板に対し、凝固対象液を部分的に凝固させて凝固領域を形成する凝固部を凝固開始位置に位置させて前記基板の表面の付着する凝固対象液の一部を最初に凝固させて初期凝固領域を形成する工程と、
   前記基板に対し、前記凝固開始位置から前記凝固開始位置と異なる凝固終了位置に前記凝固部を相対移動させることで前記凝固部により凝固された凝固領域を拡幅して前記基板の表面上の凝固対象液を全て凝固させる工程と、
   前記凝固開始位置から前記凝固終了位置への前記凝固部の相対移動中、前記初期凝固領域の形成後に前記初期凝固領域の冷却を開始して前記初期凝固領域の温度を前記凝固対象液の凝固点より低い温度に維持させる工程と、
   を備えることを特徴とする基板処理方法。

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