WO2010035396A1 - 基板洗浄方法および基板洗浄装置 - Google Patents

基板洗浄方法および基板洗浄装置 Download PDF

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WO2010035396A1
WO2010035396A1 PCT/JP2009/004010 JP2009004010W WO2010035396A1 WO 2010035396 A1 WO2010035396 A1 WO 2010035396A1 JP 2009004010 W JP2009004010 W JP 2009004010W WO 2010035396 A1 WO2010035396 A1 WO 2010035396A1
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substrate
cleaning liquid
cleaning
cooling gas
diw
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PCT/JP2009/004010
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English (en)
French (fr)
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藤原直澄
加藤雅彦
宮勝彦
Original Assignee
大日本スクリーン製造株式会社
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02041—Cleaning
    • H01L21/02082—Cleaning product to be cleaned
    • H01L21/0209—Cleaning of wafer backside
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67028—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like
    • H01L21/6704—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like for wet cleaning or washing
    • H01L21/67051—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like for wet cleaning or washing using mainly spraying means, e.g. nozzles

Definitions

  • the present invention relates to a substrate cleaning method and a substrate cleaning apparatus for removing contaminants such as particles adhering to a substrate surface.
  • a substrate a semiconductor wafer, a glass substrate for photomask, a glass substrate for liquid crystal display, a glass substrate for plasma display, a substrate for optical disk, or the like can be used.
  • a freeze cleaning technique is known as one of the processes for removing contaminants such as particles adhering to the substrate surface.
  • the liquid film formed on the substrate surface is frozen, and the frozen film is removed to remove particles and the like from the substrate surface together with the frozen film.
  • DIW deionized water
  • a nozzle that discharges cooling gas is scanned in the vicinity of the substrate surface. Freeze the liquid film. Thereafter, DIW is supplied again to remove the frozen film, thereby removing particles from the substrate surface.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and in a substrate cleaning method and a substrate cleaning apparatus for removing contaminants such as particles adhering to the substrate surface, high throughput can be obtained, and particles and the like can be effectively removed. It aims at providing the technology which can be removed.
  • a substrate cleaning method includes a cleaning liquid supply step that discharges and supplies a cleaning liquid toward the substrate, and a cleaning liquid removal that removes the cleaning liquid remaining on the surface of the substrate after the cleaning liquid supply step.
  • the cleaning liquid supplying step is characterized in that a cooling gas having a temperature lower than the freezing point of the cleaning liquid is supplied to the discharged cleaning liquid while discharging the cleaning liquid.
  • a substrate cleaning apparatus includes a substrate holding unit that holds a substrate, a cleaning liquid supply unit that discharges a cleaning liquid to the substrate held by the substrate holding unit, and the cleaning liquid.
  • Cooling gas supply means for supplying a cooling gas to the cleaning liquid discharged from the supply means, the cooling gas supply means for the cleaning liquid discharged from the cleaning liquid supply means to the substrate with respect to the cleaning liquid.
  • the cooling gas having a temperature lower than the freezing point is supplied.
  • the inventors of the present application conducted an experiment to cool the cleaning liquid by supplying a cooling gas having a temperature lower than its freezing point to the cleaning liquid when supplying the cleaning liquid to the substrate. As a result, it has been found that even if the entire surface of the liquid film on the substrate surface is not frozen, it is possible to obtain a particle removal effect equivalent to or higher than that of the conventional freeze cleaning technique. Further, since the cooling gas is supplied while supplying the cleaning liquid, it is possible to perform the processing with a higher throughput than the conventional technique in which the liquid film is formed and frozen in order. That is, in the substrate cleaning method and the substrate cleaning apparatus according to the present invention, high throughput can be obtained and particles and the like can be effectively removed.
  • the cooling gas at a temperature lower than the freezing point is supplied to cool the cleaning liquid, so that the liquid film is frozen after the liquid film is formed by the cleaning liquid. Compared with the higher throughput, the particles adhering to the substrate surface can be removed with a high cleaning effect.
  • FIG. 1 shows 1st Embodiment of the substrate processing apparatus concerning this invention. It is a block diagram which shows the control structure of the substrate processing apparatus of FIG. It is a figure which shows the structure of the upper surface of a spin base. It is sectional drawing of a spin base. 2 is a flowchart showing a cleaning processing operation of the substrate processing apparatus of FIG. 1. It is a schematic diagram which shows cleaning processing operation. It is a schematic diagram which shows cleaning processing operation. It is a schematic diagram which shows cleaning processing operation. It is a schematic diagram which shows cleaning processing operation. It is a schematic diagram which shows cleaning processing operation. It is a schematic diagram which shows cleaning processing operation. It is a schematic diagram which shows cleaning processing operation. It is a schematic diagram which shows cleaning processing operation. It is a schematic diagram which shows cleaning processing operation.
  • FIG. 1 is a view showing a first embodiment of a substrate processing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a control configuration of the substrate processing apparatus of FIG.
  • This substrate processing apparatus is a single-wafer type substrate cleaning apparatus capable of executing a substrate cleaning process for removing contaminants such as particles adhering to the front surface Wf and the back surface Wb of a substrate W such as a semiconductor wafer. More specifically, for the substrate surface Wf on which the fine pattern is formed, particles and the like are removed by a known freeze cleaning technique, and at the same time, the substrate back surface Wb opposite to the substrate surface Wf is cleaned according to the present invention.
  • a substrate processing apparatus that removes particles and the like by technology.
  • the substrate processing apparatus includes a processing chamber 1 having a processing space for cleaning the substrate W therein.
  • a spin chuck 2 that rotates while holding the substrate W in a substantially horizontal position with the substrate surface Wf facing upward, and a liquid toward the surface Wf of the substrate W held by the spin chuck 2
  • a cooling gas discharge nozzle 3 for discharging a cooling gas for freezing the film
  • a two-fluid nozzle 5 for supplying droplets of a processing liquid to the substrate surface Wf, and a surface Wf of the substrate W held by the spin chuck 2
  • a chemical solution discharge nozzle 6 that discharges the chemical solution and a blocking member 9 that is disposed to face the surface Wf of the substrate W held by the spin chuck 2 are provided.
  • the treatment liquid a chemical liquid or a cleaning liquid such as pure water or DIW (deionized water) is used.
  • the rotation support shaft 21 is connected to the rotation shaft of the chuck rotation mechanism 22 including a motor, and the rotation support shaft 21 can rotate around the rotation center A0 by being driven by the chuck rotation mechanism 22. It has become.
  • a disc-shaped spin base 23 is integrally connected to an upper end portion of the rotation support shaft 21 by fastening parts such as screws. Therefore, when the chuck rotation mechanism 22 is actuated by an operation command from the control unit 4 (FIG. 2) that controls the entire apparatus, the spin base 23 rotates about the rotation center A0.
  • a plurality of chuck pins 24 for holding the periphery of the substrate W are provided upright.
  • Three or more chuck pins 24 may be provided to securely hold the circular substrate W, and are arranged at equiangular intervals along the peripheral edge of the spin base 23.
  • Each of the chuck pins 24 includes a lower surface support portion that supports the peripheral portion of the substrate W from below, and an end surface holding portion that holds the substrate W by pressing the outer peripheral end surface of the substrate W supported by the lower surface support portion. Yes.
  • Each chuck pin 24 is configured to be switchable between a pressing state in which the end surface holding portion presses the outer peripheral end surface of the substrate W and a released state in which the end surface holding portion is separated from the outer peripheral end surface of the substrate W.
  • the chuck pins 24 are released, and when the substrate W is subjected to the cleaning process, the chuck pins 24 are pressed.
  • the chuck pin 24 can hold the peripheral edge of the substrate W and hold the substrate W in a substantially horizontal posture at a predetermined interval from the spin base 23.
  • the substrate W is held in a state where the front surface (pattern forming surface) Wf faces upward and the back surface Wb faces downward.
  • a first rotation motor 31 is provided outside the spin chuck 2.
  • a first rotation shaft 33 is connected to the first rotation motor 31.
  • a first arm 35 is connected to the first rotation shaft 33 so as to extend in the horizontal direction, and the cooling gas discharge nozzle 3 is attached to the tip of the first arm 35. Then, when the first rotation motor 31 is actuated by an operation command from the control unit 4, the first arm 35 swings around the first rotation shaft 33.
  • the cooling gas discharge nozzle 3 is connected to a gas supply unit 64 (FIG. 2), and the cooling gas is supplied from the gas supply unit 64 to the cooling gas discharge nozzle 3 in accordance with an operation command from the control unit 4. More specifically, the nitrogen gas supplied from the nitrogen gas storage unit 641 provided in the gas supply unit 64 is cooled to a temperature lower than the freezing point of DIW by the heat exchanger 642, and the nitrogen gas thus cooled is cooled. The gas is supplied to the cooling gas discharge nozzle 3 as a gas. When the cooling gas discharge nozzle 3 is disposed opposite to the substrate surface Wf, the cooling gas is discharged from the cooling gas discharge nozzle 3 toward the substrate surface Wf.
  • the control unit 4 moves the cooling gas discharge nozzle 3 from the rotation center of the substrate toward the outer periphery while rotating the substrate W. It can be supplied over the entire surface of the substrate surface Wf. At this time, if a liquid film made of DIW is previously formed on the substrate surface Wf as will be described later, the entire liquid film can be frozen to form a frozen film of DIW on the entire surface of the substrate surface Wf.
  • a second rotation motor 51 is provided outside the spin chuck 2.
  • a second rotation shaft 53 is connected to the second rotation motor 51, and a second arm 55 is connected to the second rotation shaft 53.
  • the two-fluid nozzle 5 is attached to the tip of the second arm 55.
  • This two-fluid nozzle is a so-called external mixing type two-fluid nozzle that generates DIW droplets by colliding DIW as a processing liquid and nitrogen gas in the air (outside the nozzle).
  • a third rotation motor 67 is provided outside the spin chuck 2.
  • a third rotation shaft 68 is connected to the third rotation motor 67.
  • a third arm 69 is connected to the third rotation shaft 68 so as to extend in the horizontal direction, and a chemical liquid discharge nozzle 6 is attached to the tip of the third arm 69. Then, when the third rotation motor 67 is actuated by an operation command from the control unit 4, the chemical liquid discharge nozzle 6 waits for the discharge position above the rotation center A 0 of the substrate W and the side retracted from the discharge position. Move back and forth between positions.
  • the chemical liquid discharge nozzle 6 is connected to a chemical liquid supply unit 61.
  • a chemical solution such as an SC1 solution (mixed aqueous solution of ammonia water and hydrogen peroxide solution) is pumped from the chemical solution supply unit 61 to the chemical solution discharge nozzle 6.
  • SC1 solution mixed aqueous solution of ammonia water and hydrogen peroxide solution
  • the cooling gas discharge nozzle 3, the two-fluid nozzle 5, the chemical liquid discharge nozzle 6, the arm attached to these, and the rotation mechanism thereof are described in, for example, the above-mentioned Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-071875).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2008-071875.
  • the thing of the same structure as a thing can be used. Therefore, in this specification, a more detailed description of these configurations is omitted.
  • a disk-shaped blocking member 9 having an opening at the center is provided above the spin chuck 2.
  • the blocking member 9 has a lower surface (bottom surface) that faces the substrate surface Wf and is substantially parallel to the substrate surface Wf.
  • the planar size of the blocking member 9 is equal to or greater than the diameter of the substrate W.
  • the blocking member 9 is attached substantially horizontally to the lower end portion of the support shaft 91 having a substantially cylindrical shape.
  • the support shaft 91 is rotatably held around a vertical axis passing through the center of the substrate W by an arm 92 extending in the horizontal direction.
  • the arm 92 is connected to a blocking member rotating mechanism 93 and a blocking member lifting mechanism 94.
  • the blocking member rotating mechanism 93 rotates the support shaft 91 around the vertical axis passing through the center of the substrate W in accordance with an operation command from the control unit 4. Further, the blocking member rotating mechanism 93 is configured to rotate the blocking member 9 in the same rotation direction as the substrate W and at substantially the same rotation speed in accordance with the rotation of the substrate W held by the spin chuck 2.
  • the blocking member elevating mechanism 94 can make the blocking member 9 close to and face the spin base 23 in accordance with an operation command from the control unit 4 or can be separated. Specifically, when the substrate W is carried into and out of the substrate processing apparatus, the blocking member lifting mechanism 94 raises the blocking member 9 to a separation position above the spin chuck 2 (position shown in FIG. 1). On the other hand, when a predetermined process is performed on the substrate W, the blocking member elevating mechanism 94 moves the blocking member 9 to a facing position set very close to the surface Wf of the substrate W held by the spin chuck 2. Lower.
  • the support shaft 91 is finished in a hollow shape, and a gas supply path 95 communicating with the opening of the blocking member 9 is inserted into the support shaft 91.
  • the gas supply path 95 is connected to the gas supply unit 64, and nitrogen gas supplied from the nitrogen gas storage unit 641 without passing through the heat exchanger 642 is supplied as a dry gas.
  • nitrogen gas is supplied from the gas supply path 95 to the space formed between the blocking member 9 and the substrate surface Wf during the drying process after the cleaning process for the substrate W.
  • a liquid supply pipe 96 communicating with the opening of the blocking member 9 is inserted into the gas supply path 95, and a nozzle 97 is coupled to the lower end of the liquid supply pipe 96.
  • the liquid supply pipe 96 is connected to the DIW supply unit 62, DIW is supplied from the DIW supply unit 62, and DIW can be discharged from the nozzle 97 as a rinse liquid toward the substrate surface Wf.
  • the DIW supply unit 62 includes a DIW storage unit 621 and a heat exchanger 622, and the heat exchanger 622 cools the DIW supplied from the DIW storage unit 621 to a temperature near its freezing point. That is, the DIW supply unit 62 can supply normal temperature DIW supplied from the DIW storage unit 621 and DIW cooled to a temperature near the freezing point by the heat exchanger 622.
  • the rotation spindle 21 of the spin chuck 2 is a hollow shaft.
  • a processing liquid supply pipe 25 for supplying a processing liquid to the back surface Wb of the substrate W is inserted into the rotary spindle 21.
  • a gap between the inner wall surface of the rotation spindle 21 and the outer wall surface of the processing liquid supply pipe 25 forms a cylindrical gas supply path 29.
  • the processing liquid supply pipe 25 and the gas supply path 29 extend to a position close to the lower surface (back surface Wb) of the substrate W held by the spin chuck 2, and the front end of the processing liquid supply tube 25 and the gas supply path 29 are processed toward the lower surface central portion of the substrate W.
  • a lower surface nozzle 27 for discharging liquid and gas is provided.
  • the treatment liquid supply pipe 25 is connected to the chemical liquid supply unit 61 and the DIW supply unit 62. Then, a chemical solution such as an SC1 solution supplied from the chemical solution supply unit 61 or DIW supplied from the DIW supply unit 62 is selectively supplied to the processing solution supply pipe 25.
  • the gas supply path 29 is connected to the nitrogen gas supply unit 64, and can supply the nitrogen gas from the nitrogen gas supply unit 64 to a space formed between the spin base 23 and the substrate back surface Wb.
  • FIG. 3A and 3B are diagrams showing a spin-based structure. More specifically, FIG. 3A is a view showing the structure of the upper surface of the spin base 23, and FIG. 3B is a sectional view thereof. As shown in FIG. 3A, a plurality of chuck pins 24 are erected on the outer peripheral end of the upper surface 23a of the spin base 23, and the substrate W to be processed is held substantially horizontally by these chuck pins 24. Can do.
  • a lower surface nozzle 27 is provided at the center of the spin base upper surface 23a.
  • the lower surface nozzle 27 includes a first discharge port 271 that opens toward the center of rotation of the substrate, and a second discharge port that opens to surround the first discharge port 271 coaxially. 272.
  • the first discharge port 271 communicates with the processing liquid supply pipe 25, and a chemical solution such as an SC1 solution supplied from the chemical solution supply unit 61 or DIW supplied from the DIW supply unit 62 is supplied to the bottom surface of the substrate (in this embodiment, a pattern is formed). It discharges toward the substrate back surface Wb) which is not formed.
  • the second discharge port 272 communicates with the gas supply path 29 and discharges nitrogen gas from the nitrogen gas supply unit 64. Therefore, the discharged nitrogen gas is supplied toward a position where DIW is supplied on the lower surface of the substrate or a peripheral position surrounding the position.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the cleaning processing operation of the substrate processing apparatus of FIG. 5A, 5B, 5C, 5D, 6A, and 6B are schematic views showing the cleaning processing operation.
  • the control unit 4 controls each part of the apparatus and executes a series of cleaning processes on the substrate W.
  • the substrate W is carried into the processing chamber 1 with the substrate surface Wf facing upward and held by the spin chuck 2 ( Step S101). Note that the blocking member 9 is in a separated position, and interference with the substrate W is prevented.
  • the blocking member 9 When the unprocessed substrate W is held on the spin chuck 2, the blocking member 9 is lowered to the facing position and is disposed close to the substrate surface Wf (step S102). Thereby, the substrate surface Wf is covered in a state of being close to the substrate facing surface of the blocking member 9, and the substrate surface Wf is blocked from the surrounding atmosphere. Then, the control unit 4 operates the chuck rotating mechanism 22 to rotate the spin chuck 2 and supplies normal temperature DIW from the nozzle 97 to the substrate surface Wf. Centrifugal force accompanying the rotation of the substrate W acts on the DIW supplied to the substrate surface, and the substrate is uniformly spread outward in the radial direction of the substrate W, and a part of the DIW is shaken off the substrate.
  • the thickness of the liquid film is uniformly controlled over the entire surface of the substrate surface Wf, and a liquid film (water film) having a predetermined thickness is formed on the entire surface of the substrate Wf (step S103).
  • a liquid film water film
  • the liquid film may be formed on the substrate surface Wf without shaking the DIW from the substrate W with the rotation of the substrate W stopped or with the substrate W rotated at a relatively low speed.
  • a paddle-like liquid film LP having a predetermined thickness is formed on the surface Wf of the substrate W as shown in FIG. 5A.
  • the control unit 4 retracts the blocking member 9 to the separated position (step S104). Thereafter, the following processing is performed on each of the front surface Wf and the back surface Wb of the substrate W in parallel.
  • the paddle-like liquid film LP may be formed by the SC1 liquid supplied from the chemical liquid discharge nozzle 6.
  • the cooling gas discharge nozzle 3 On the substrate surface side, the cooling gas discharge nozzle 3 is moved from the standby position to above the rotation center of the substrate. Then, as shown in FIG. 5B, the cooling gas is discharged from the cooling gas discharge nozzle 3 toward the surface Wf of the rotating substrate W, and the cooling gas discharge nozzle 3 gradually moves toward the edge position of the substrate W. (Step S111). As a result, the liquid film LP formed on the surface region of the substrate surface Wf is cooled and partially frozen, and as shown in FIG. 5C, a frozen region (frozen region FR) is formed at the center of the substrate surface Wf. Is done.
  • the scan of the nozzle 3 in the direction Dn expands the frozen region FR from the central portion to the peripheral portion of the substrate surface Wf, and finally the entire liquid film on the substrate surface Wf is frozen as shown in FIG. 5D.
  • the cooling gas discharge nozzle 3 is withdrawn and the blocking member 9 is disposed close to the substrate surface Wf (step S122), and the substrate surface Wf is frozen from the nozzle 97 provided on the blocking member 9.
  • Supply of room-temperature DIW toward the liquid film is started.
  • DIW is discharged from the first discharge port 271 of the lower surface nozzle 27 provided in the spin base 23 and supply to the back surface Wb of the substrate as a back surface cleaning liquid is started (step S121).
  • nitrogen gas is discharged from the second discharge port 272 of the lower surface nozzle 27 (step S122).
  • a liquid film made of DIW is formed so as to spread outward from the center of the substrate back surface Wb, and the DIW is finally shaken off at the end of the substrate.
  • DIW and nitrogen gas supplied from the lower surface nozzle 27 to the substrate rear surface Wb are cooled by the heat exchangers 622 and 642, respectively.
  • DIW cooled to a temperature near the freezing point and gas cooled to a temperature lower than the freezing point of DIW (cooling gas) are discharged toward the substrate. Therefore, high particle removal efficiency can be obtained.
  • the cooling gas is supplied for a predetermined time, preferably until the liquid film is completely frozen on the substrate surface side, the supply of the cooling gas is stopped (step S123).
  • DIW is supplied to both surfaces of the substrate W while the substrate W rotates while being sandwiched between the blocking member 9 and the spin base 23, as shown in FIG. 6A. Yes.
  • a droplet of DIW may be supplied from the two-fluid nozzle 5.
  • step S131 the supply of DIW to both surfaces of the substrate is stopped (step S131), and a drying process for drying the substrate is performed (step S132). That is, as shown in FIG.
  • the process for the substrate surface Wf is a known freeze cleaning process.
  • the volume of the liquid film entering between the substrate surface Wf and the particles increases (when water at 0 ° C. becomes ice at 0 ° C., the volume is about 1.1.
  • the particles are separated from the substrate surface Wf by a minute distance.
  • the adhesion force between the substrate surface Wf and the particles is reduced, and further, the particles are detached from the substrate surface Wf.
  • the pressure applied to the pattern by the volume expansion of the liquid film is equal in all directions, that is, the force applied to the pattern is canceled out. Therefore, it is possible to peel only the particles from the substrate surface Wf while preventing the pattern from peeling or collapsing.
  • by removing the liquid film frozen by newly supplied DIW, particles and the like can also be removed from the substrate surface Wf.
  • the cleaning action on the substrate back surface Wb is based on a completely different principle from the freeze cleaning process.
  • the background to adopting such a configuration will be described below.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining an experiment conducted by the inventors.
  • the inventors of the present application used an experimental apparatus capable of discharging DIW and cooling gas toward the substrate, and changed the operating conditions in various ways to deal with particles (mainly silicon scraps). The removal effect was examined.
  • a nozzle 270 having a first discharge port 2701 opening toward the center of the silicon substrate and a second discharge port 2702 opening so as to surround the periphery thereof is on the rotation center axis AO of the substrate W on which the substrate W rotates.
  • the cooling gas can be discharged from the second discharge port 2702 while DIW is discharged from the first discharge port 2701.
  • FIG. 8 shows the relationship between the DIW liquid temperature and the particle removal rate.
  • the particle removal rate is shown regardless of the liquid temperature of the DIW, as indicated by “ ⁇ ” in FIG. (PRE) was about 2-3%.
  • the mark “ ⁇ ” in FIG. 8 when DIW is supplied to the substrate W while supplying the cooling gas ( ⁇ 170 ° C.), especially when the liquid temperature of DIW is 2 ° C. or lower, Improvement was seen.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the temperature of the cooling gas and the particle removal rate.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the number of rotations of the substrate and the particle removal rate.
  • the inventors of the present application have found that the lower the liquid temperature and the cooling gas temperature, the higher the particle removal effect, and the higher the substrate rotation speed, the higher the particle removal effect. Considered the following model.
  • FIG. 11A and 11B are diagrams showing a model of a particle removal mechanism in this cleaning technique.
  • contaminants P such as particles are dispersed on the surface of the untreated substrate W.
  • a substrate W is rotated to supply DIW cooled to the vicinity of the freezing point and a cooling gas having a temperature lower than the freezing point of DIW.
  • the DIW discharged from the nozzle 27 toward the substrate W is further cooled by the cooling gas before and after reaching the substrate W, and is locally frozen.
  • Ice blocks C are formed in the DIW liquid.
  • the DIW including the ice block C flows along the substrate surface from the center toward the end due to the centrifugal force caused by the rotation of the substrate W.
  • the ice block C in the DIW collides with the particles P adhering to the surface of the substrate W, and this is released from the surface of the substrate W.
  • Particles P released from the substrate W are caused to flow toward the edge of the substrate by the flow of DIW, and finally removed from the surface of the substrate W together with the DIW droplets shaken off at the edge.
  • the temperature of the cooling gas needs to be lower than the freezing point of the back surface cleaning liquid (DIW in this embodiment). Further, the cleaning effect can be enhanced as the temperature of the cooling gas is lower.
  • This technique can also be considered as a technique using a cleaning liquid in which a solid is dispersed in a liquid.
  • the solid component has the same composition as the cleaning liquid and is liquid at room temperature. The solid component does not remain on the subsequent substrate.
  • the cleaning technique In this cleaning technique, particles are removed by a fluid (DIW) that flows without freezing the entire liquid film. For this reason, a known freeze cleaning technique is still effective for removing particles that have entered the fine pattern in which the liquid is difficult to go around.
  • DIW fluid
  • the cleaning technique according to the present invention can obtain a higher PRE in a shorter time than the freeze cleaning technique.
  • the freeze cleaning technique is applied to the substrate surface Wf that is the pattern formation surface, while the substrate back surface Wb on which the pattern is not formed is applied.
  • cooling gas is supplied around the DIW supplied near the center of the substrate, and the cooled DIW spreads to the edge of the substrate by centrifugal force, thereby cleaning the entire surface of the substrate. Is called. That is, in this cleaning technique, the nozzle for discharging the cooling gas may be fixedly arranged near the rotation center of the substrate, and it is not necessary to move the nozzle. For this reason, it is possible to satisfactorily perform the cleaning process even on the lower surface of the substrate that is structurally difficult to scan with the nozzles.
  • DIW as the back surface cleaning liquid and the cooling gas for cooling the back surface cleaning liquid are discharged from the lower surface nozzle 27 provided below the back surface Wb of the substrate W held and rotated in a substantially horizontal direction. By doing so, the substrate back surface Wb is cleaned.
  • the temperature of the cooling gas lower than the freezing point temperature of the back surface cleaning liquid, a high particle removal effect can be obtained in a short processing time.
  • the cooling gas is supplied while supplying the cleaning liquid, it is possible to perform processing at a higher throughput than the conventional freeze-cleaning technique in which liquid film formation, freezing and removal are sequentially performed.
  • the particle removal effect can be further enhanced by preliminarily cooling the DIW as the cleaning liquid to near its freezing point.
  • the cooling gas supply start timing is almost simultaneously with or slightly after the DIW supply start. It is clear from the previous experimental results that the cleaning effect does not increase even if only DIW is supplied without supplying the cooling gas.
  • the cooling gas is supplied prior to the supply of DIW, it is conceivable that the discharged DIW is immediately frozen because the substrate of the supply destination is cooled. Therefore, it is most efficient that the cooling gas is started to be supplied almost at the same time as the DIW supply starts or slightly after the DIW supply start in accordance with the timing at which the discharged DIW reaches the substrate surface.
  • the cleaning liquid is made to flow without freezing the liquid film on the entire surface, so that the cleaning liquid and the cooling gas are supplied to the vicinity of the center of the substrate and the substrate is rotated to rotate the entire surface of the substrate. It is possible to perform cleaning by spreading the cleaning liquid. That is, a high cleaning effect can be obtained on the entire surface of the substrate without moving the nozzle that discharges the cooling gas. And since the movement of a nozzle is not required, the high cleaning effect can be acquired also to the lower surface of the board
  • both surfaces of the substrate can be cleaned in a short time.
  • the pattern forming surface is held upward and a known freeze cleaning technique is applied to the upper surface, while the surface opposite to the pattern forming surface is cleaned as described above. Wash by technique. By doing so, both surfaces of the substrate can be efficiently cleaned while preventing damage to the pattern.
  • a second embodiment of the substrate processing apparatus will be described.
  • a known freeze cleaning technique is applied to the cleaning of the upper surface of the substrate W
  • the cleaning technique according to the present invention is applied to the cleaning of the lower surface.
  • the cleaning technique of the present invention can be applied not only when cleaning the lower surface of the substrate but also when cleaning the upper surface of the substrate.
  • both the upper surface and the lower surface of the substrate can be simultaneously cleaned by the cleaning technique according to the present invention.
  • FIG. 12 is a view showing a second embodiment of the substrate processing apparatus according to the present invention.
  • the apparatus configuration of this embodiment is basically the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1 except that the cooling gas discharge nozzle and the mechanism associated therewith are omitted, and the operation is only partially different. It is. Therefore, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted here.
  • the nitrogen gas supplied from the nitrogen gas supply means 64 to the gas supply path 95 connected to the blocking member 9 is divided into the cooling gas that has passed through the heat exchanger 642 and the dry gas that does not pass through this. And can be switched. That is, from the lower surface of the blocking member 9, a normal temperature dry gas and a cooling gas lower than the freezing point of DIW can be selectively discharged. Similarly, the normal temperature DIW supplied from the DIW supply unit 62 and the DIW cooled to near the freezing point by the heat exchanger 622 can be selectively discharged from the nozzle 97 provided on the lower surface of the blocking member 9. It has become.
  • FIG. 13 is a flowchart showing the cleaning processing operation of the substrate processing apparatus of FIG. In this operation, the process is the same as that in the first embodiment until the substrate W is loaded and the blocking member 9 is disposed close to the position facing the substrate (steps S201 and S202). Subsequently, the blocking member 9 and the spin base 23 were rotated in the same direction and at the same rotational speed, and cooled to the temperature near the freezing point from the nozzle 97 provided on the blocking member 9 and the lower surface nozzle 27 provided on the spin base, respectively. Supply of DIW as a cleaning liquid is started toward the rotation center of the substrate (step S203). Further, at substantially the same time or a little later, the supply of the cooling gas from the blocking member 9 and the spin base 23 is started (step S204).
  • the phenomenon that the DIW further cooled by the cooling gas described above as the phenomenon at the substrate lower surface Wb of the first embodiment flows from the center toward the end along the substrate W is the phenomenon of the substrate W. It occurs on both the front surface Wf and the back surface Wb.
  • this cleaning method is simultaneously performed on both the front surface Wf and the back surface Wb of the substrate, both surfaces of the substrate W can be effectively cleaned in a short time.
  • step S206 After the supply of the cooling gas is continued for a predetermined time, the supply is stopped (step S206). Thereafter, only DIW is supplied, so that particles remaining on the substrate are more reliably removed from the substrate. Thereafter, as in the first embodiment, the supply of DIW is stopped (step S207), the drying process is performed, and the substrate is carried out (steps S207 and S208), whereby the cleaning process for the substrate W is completed.
  • a high particle removal effect can be obtained on both sides of the substrate W.
  • the cleaning technique according to the present invention is applied also to the upper surface side of the substrate W, a cleaning effect can be obtained in a shorter time than in the case of the freeze cleaning technique in which the formation of a liquid film and its freezing and removal are sequentially performed. Can do. Thereby, the throughput of the cleaning process can be significantly improved.
  • the apparatus configuration can be made small and simple. This embodiment is particularly suitable for cleaning a substrate in which a pattern is not formed on either front or back surface.
  • the substrate processing apparatus corresponds to the “substrate cleaning apparatus” of the present invention
  • the spin chuck 2 is the “substrate holding means” of the present invention.
  • the DIW supply unit 62 functions as the “cleaning liquid supply unit” of the present invention
  • the heat exchanger 622 functions as the “precooling unit” of the present invention.
  • the nitrogen gas supply unit 64 functions as the “cooling gas supply unit” of the present invention
  • the lower surface nozzle 27 corresponds to the “nozzle” of the present invention.
  • steps S121 and S122 in the flowchart of FIG. 4 and step S204 in the flowchart of FIG. 13 correspond to the “cleaning liquid supply step” of the present invention.
  • step S132 in the flowchart of FIG. 4 and step S207 in the flowchart of FIG. 13 correspond to the “cleaning liquid removing step” of the present invention.
  • DIW is used as the “cleaning liquid” of the present invention, but the cleaning liquid is not limited to this.
  • carbonated water, hydrogen water, dilute ammonia (for example, about 1 ppm), dilute hydrochloric acid, or DIW to which a small amount of surfactant is added may be used as the cleaning liquid.
  • the nitrogen gas supplied from the same nitrogen gas storage unit and having different temperatures is used as the cooling gas and the drying gas.
  • the drying gas and the cooling gas are limited to the nitrogen gas.
  • one or both of the dry gas and the cooling gas may be dry air or other inert gas.
  • dry air since the cooling gas cools the cleaning liquid and does not directly touch the substrate, dry air can be suitably used as the cooling gas.
  • the first discharge port for discharging DIW and the second discharge port for discharging cooling gas have a coaxial structure, but the present invention is not limited to such a structure.
  • the first discharge port that discharges the cleaning liquid may be provided on the rotation axis of the substrate, and the second discharge port that discharges the cooling gas may be arranged next to the first discharge port.
  • the cooling gas is discharged asymmetrically with respect to the substrate rotation axis. However, since the substrate is rotated, processing is performed substantially isotropically.
  • DIW as the cleaning liquid and nitrogen gas as the cooling gas are discharged in the same direction, that is, both are discharged toward the substrate.
  • the cooling gas may be discharged toward the liquid column of the cleaning liquid discharged toward the substrate.
  • the substrate processing apparatus of each of the above embodiments incorporates the DIW storage unit 621 and the nitrogen gas storage unit 641 inside the apparatus, but the cleaning liquid and the gas supply source may be provided outside the apparatus.
  • the cleaning liquid and the gas supply source may be provided outside the apparatus.
  • an existing cleaning liquid or gas supply source in the factory may be used.
  • a cleaning liquid or gas cooled by the facilities may be used.
  • the substrate processing apparatus of each of the above embodiments has the blocking member 9 disposed close to the upper side of the substrate W, but the present invention is also applicable to an apparatus having no blocking member.
  • the apparatus of these embodiments holds the substrate W by the chuck pins 24 that abut on the peripheral edge thereof, the substrate holding method is not limited to this, and the substrate is held by other methods.
  • the present invention can also be applied to an apparatus that performs the above.
  • the substrate surface is cleaned by a known freeze cleaning technique, and the back surface of the substrate is cleaned by the cleaning technique according to the present invention.
  • both surfaces of the substrate are cleaned by the cleaning technique according to the present invention.
  • embodiments of the present invention are not limited to these, and the present invention can be applied to the case where only one surface of a substrate is cleaned.
  • the substrate may be rotated while being held substantially horizontal, and the cleaning liquid may be supplied toward the center of rotation.
  • the cleaning liquid flows from the center of the substrate toward the end portion due to the centrifugal force generated due to the rotation of the substrate, so that the cleaning liquid can be spread over the entire surface of the substrate.
  • the cooling gas may be supplied toward or around the supply position of the cleaning liquid on the substrate.
  • the cleaning liquid cooled by the cooling gas spreads outward due to the centrifugal force, it is not necessary to change the supply position of the cooling gas, and the apparatus configuration is simplified compared to the conventional technique in which the cooling gas nozzle is scanned.
  • the supply of the cleaning liquid and the cooling gas may be started simultaneously. Even if a cleaning liquid without a cooling gas is supplied to the substrate surface, a sufficient particle removal effect cannot be obtained. Further, supplying the cooling gas before supplying the cleaning liquid is meaningless only by cooling the substrate. By starting the supply of the cleaning liquid and the cooling gas at the same time, the cleaning liquid and the cooling gas to be used can be effectively contributed to the cleaning.
  • the cooling gas supply may be stopped before the cleaning liquid supply is stopped. In this way, after the cooling gas is stopped, the cleaning liquid that is not cooled is supplied to the substrate surface, and it is possible to prevent the particles released from the substrate from being washed away by the action of the cooled cleaning liquid and remaining on the substrate. it can.
  • the cleaning liquid discharged toward the substrate may be supplied toward the substrate in a state of being cooled to a temperature near the freezing point in advance. In this way, the cooling effect on the cleaning liquid by the cooling gas is further increased, and a higher substrate cleaning effect can be obtained.
  • the substrate cleaning apparatus further includes a nozzle having a first discharge port that opens toward the substrate on the rotation axis of the substrate and a second discharge port that opens in the vicinity of the first discharge port.
  • the cleaning liquid supplied from the supply unit may be discharged from the first discharge port of the nozzle, while the cooling gas supplied from the cooling gas supply unit may be discharged from the second discharge port of the nozzle.
  • the second discharge port may be provided so as to surround the first discharge port coaxially with the first discharge port.
  • the cooling gas is discharged from the second discharge port so as to surround the periphery of the cleaning solution discharged from the first discharge port toward the rotation center of the substrate, thereby efficiently cooling the cleaning solution and enhancing the cleaning effect.
  • the nozzle may be provided below the substrate with the first and second discharge ports facing upward, and may discharge the cleaning liquid and the cooling gas toward the lower surface of the substrate.
  • the cleaning liquid and the cooling gas can be supplied to the lower surface of the substrate held substantially horizontally to remove particles attached to the lower surface of the substrate.
  • the cleaning liquid and the cooling gas need only be supplied from the vicinity of the rotation center of the substrate, it is not necessary to scan the nozzle, and can be suitably applied to the cleaning process of the lower surface of the substrate.
  • these substrate cleaning apparatuses may be provided with precooling means for cooling the cleaning liquid to a temperature near the freezing point in advance. By doing so, the cooling effect on the cleaning liquid by the cooling gas is further increased, and a higher substrate cleaning effect can be obtained.
  • the present invention includes a semiconductor wafer, a glass substrate for photomask, a glass substrate for liquid crystal display, a glass substrate for plasma display, a substrate for FED (Field Emission Display), a substrate for optical disk, a substrate for magnetic disk, a substrate for magneto-optical disk
  • the present invention can be applied to a substrate processing apparatus, a liquid film freezing method, and a substrate processing method using the liquid film freezing method for freezing a liquid film formed on the entire surface of the substrate including the substrate.

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Abstract

　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洗浄方法および基板洗浄装置において、高いスループットを得られ、しかもパーティクル等を効果的に除去する。 　基板Ｗの裏面Ｗｂを洗浄するために、回転する基板下面中心に向けて凝固点近傍温度まで冷却されたＤＩＷと、ＤＩＷの凝固点温度よりも低温の冷却ガスとを吐出する。こうして冷やされたＤＩＷが基板裏面Ｗｂに沿って流れる際に、基板に付着したパーティクル等を除去する。

Description

基板洗浄方法および基板洗浄装置
　この発明は、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洗浄方法および基板洗浄装置に関するものである。基板としては、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用いることができる。
　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凍結させ、この凍結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凍結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、洗浄液としてのＤＩＷ（脱イオン水）を基板表面に供給して液膜を形成した後、冷却ガスを吐出するノズルを基板表面近傍でスキャンさせることにより液膜を凍結させる。その後、再度ＤＩＷを供給して凍結膜を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（図５）
　上記した従来の洗浄技術においては、（１）液膜の形成、（２）液膜の凍結、（３）凍結膜の除去、という３段階の工程を順番に実行する必要があるため、処理に時間がかかってしまい、さらなるスループットの向上という点で改良の余地が残されている。特に、パーティクル等の除去能力を向上させようとすると、上記従来技術では形成する液膜の厚さを増大させたり、冷却ガスを供給する時間を長くすることが必要である。しかしながら、そのことがさらに処理時間を増大させてしまい、パーティクル等の除去能力と処理のスループットとを両立させることが難しい。
　この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、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基板洗浄方法および基板洗浄装置において、高いスループットを得られ、しかもパーティクル等を効果的に除去することのできる技術を提供することを目的とする。
　この発明にかかる基板洗浄方法は、上記目的を達成するため、基板に向けて洗浄液を吐出供給する洗浄液供給工程と、前記洗浄液供給工程の後に、前記基板の表面に残留する洗浄液を除去する洗浄液除去工程とを備え、前記洗浄液供給工程では、前記洗浄液を吐出しながら、吐出される洗浄液に対し該洗浄液の凝固点よりも低温の冷却ガスを供給することを特徴としている。
　また、この発明にかかる基板洗浄装置は、上記目的を達成するため、基板を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基板に対し洗浄液を吐出供給する洗浄液供給手段と、前記洗浄液供給手段から吐出される前記洗浄液に対し冷却ガスを供給する冷却ガス供給手段とを備え、前記冷却ガス供給手段は、前記洗浄液供給手段から前記基板に対し吐出される前記洗浄液に対し、前記洗浄液の凝固点よりも低温の前記冷却ガスを供給することを特徴としている。
　詳しくは後述するが、本願発明者らは、基板に洗浄液を供給する際に該洗浄液にその凝固点よりも低温の冷却ガスを触れさせて洗浄液を冷却する実験を行った。その結果、基板表面の液膜の全面が凍結していなくても、従来の凍結洗浄技術と同等もしくはそれ以上のパーティクル除去効果を得ることが可能であることがわかった。また、洗浄液を供給しながら冷却ガスを供給するので、液膜の形成とその凍結とを順番に行っていた従来技術よりも高いスループットで処理を行うことが可能である。すなわち、本発明にかかる基板洗浄方法および基板洗浄装置では、高いスループットを得られ、しかもパーティクル等を効果的に除去することができる。
　この発明によれば、基板に洗浄液を供給しながら、該洗浄液を冷却するためにその凝固点よりも低温の冷却ガスを供給しているので、洗浄液による液膜形成後に該液膜を凍結させる技術に比べより高いスループットで、しかも高い洗浄効果で基板表面に付着したパーティクル等を除去することができる。
　この発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、添付図面を参照しながら次の詳細な説明を読めば、より完全に明らかとなるであろう。ただし、図面は専ら解説のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。
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１の基板処理装置の制御構成を示すブロック図である。 スピンベースの上面の構造を示す図である。 スピンベースの断面図である。 図１の基板処理装置の洗浄処理動作を示すフローチャートである。 洗浄処理動作を示す模式図である。 洗浄処理動作を示す模式図である。 洗浄処理動作を示す模式図である。 洗浄処理動作を示す模式図である。 洗浄処理動作を示す模式図である。 洗浄処理動作を示す模式図である。 本願発明者らの行った実験を説明する図である。 ＤＩＷの液温度とパーティクル除去率との関係を示す図である。 冷却ガスの温度とパーティクル除去率との関係を示す図である。 基板の回転数とパーティクル除去率との関係を示す図である。 この洗浄技術におけるパーティクル除去メカニズムのモデルを示す図である。 この洗浄技術におけるパーティクル除去メカニズムのモデルを示す図である。 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。 図１２の基板処理装置の洗浄処理動作を示すフローチャートである。
　図１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２は図１の基板処理装置の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および裏面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基板洗浄処理を実行可能な、枚葉式の基板洗浄装置である。より具体的には、微細パターンが形成された基板表面Ｗｆについては公知の凍結洗浄技術によってパーティクル等の除去を行うのと同時に、基板表面Ｗｆとは反対側の基板裏面Ｗｂについて本発明にかかる洗浄技術によってパーティクル等の除去を行う基板処理装置である。
　この基板処理装置は、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を備えている。処理チャンバー１内には、基板表面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に向けて液膜を凍結させるための冷却ガスを吐出する冷却ガス吐出ノズル３と、基板表面Ｗｆに処理液の液滴を供給する二流体ノズル５と、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに向けて薬液を吐出する薬液吐出ノズル６と、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに対向配置された遮断部材９とが設けられている。処理液としては、薬液または純水やＤＩＷ（deionized water；脱イオン水）等の洗浄液などが用いられる。
　スピンチャック２では、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に駆動されることで回転支軸２１が回転中心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がネジなどの締結部品によって一体的に連結されている。したがって、装置全体を制御する制御ユニット４（図２）からの動作指令によりチャック回転機構２２が作動すると、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下面支持部と、下面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を保持する端面保持部とを備えている。各チャックピン２４は、端面保持部が基板Ｗの外周端面を押圧する押圧状態と、端面保持部が基板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。
　スピンベース２３に対して基板Ｗが受渡しされる際にはチャックピン２４が解放状態となり、基板Ｗに対して洗浄処理を行う際にはチャックピン２４が押圧状態となる。押圧状態とすることによって、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。こうして、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。
　スピンチャック２の外方には、第１の回動モータ３１が設けられている。第１の回動モータ３１には、第１の回動軸３３が接続されている。第１の回動軸３３には、第１のアーム３５が水平方向に延びるように連結され、第１のアーム３５の先端に冷却ガス吐出ノズル３が取り付けられている。そして、制御ユニット４からの動作指令により第１の回動モータ３１が作動することで、第１のアーム３５が第１の回動軸３３回りに揺動する。
　冷却ガス吐出ノズル３はガス供給部６４（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ガス供給部６４から冷却ガスが冷却ガス吐出ノズル３に供給される。より具体的には、ガス供給部６４に設けられた窒素ガス貯留部６４１から供給される窒素ガスが熱交換器６４２によりＤＩＷの凝固点よりも低い温度まで冷やされ、こうして冷やされた窒素ガスが冷却ガスとして冷却ガス吐出ノズル３に供給される。冷却ガス吐出ノズル３が基板表面Ｗｆに対向配置されると、冷却ガス吐出ノズル３から基板表面Ｗｆに向けて冷却ガスが吐出される。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を基板の回転中心から外周部に向け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できる。このとき、後述するように基板表面ＷｆにＤＩＷによる液膜が予め形成されていると、該液膜の全体を凍結させて基板表面Ｗｆの全面にＤＩＷの凍結膜を生成することができる。
　また、スピンチャック２の外方に第２の回動モータ５１が設けられている。第２の回動モータ５１には、第２の回動軸５３が接続され、第２の回動軸５３には、第２のアーム５５が連結されている。第２のアーム５５の先端に二流体ノズル５が取り付けられている。そして、制御ユニット４からの動作指令により第２の回動モータ５１が作動すると、二流体ノズル５が第２の回動軸５３回りに揺動する。この二流体ノズルは、処理液としての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、いわゆる外部混合型の二流体ノズルである。
　また、スピンチャック２の外方には、第３の回動モータ６７が設けられている。第３の回動モータ６７には、第３の回動軸６８が接続されている。第３の回動軸６８には、第３のアーム６９が水平方向に延びるように連結され、第３のアーム６９の先端に薬液吐出ノズル６が取り付けられている。そして、制御ユニット４からの動作指令により第３の回動モータ６７が作動することで、薬液吐出ノズル６は基板Ｗの回転中心Ａ０の上方の吐出位置と、吐出位置から側方に退避した待機位置との間を往復移動する。薬液吐出ノズル６は薬液供給部６１と接続されている。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）等の薬液が薬液供給部６１から薬液吐出ノズル６に圧送される。
　なお、冷却ガス吐出ノズル３、二流体ノズル５および薬液吐出ノズル６ならびにこれらに付随するアームやその回動機構としては、例えば前記した特許文献１（特開２００８－０７１８７５号公報）に記載されたものと同一構造のものを用いることができる。そこで、本明細書ではこれらの構成についてのより詳しい説明は省略する。
　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９が設けられている。遮断部材９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９は略円筒形状を有する支持軸９１の下端部に略水平に取り付けられている。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、遮断部材回転機構９３と遮断部材昇降機構９４が接続されている。
　遮断部材回転機構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、遮断部材回転機構９３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９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９４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、基板処理装置に対して基板Ｗを搬入出させる際には、遮断部材昇降機構９４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９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、遮断部材昇降機構９４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９を下降させる。
　支持軸９１は中空に仕上げられ、その内部に遮断部材９の開口に連通したガス供給路９５が挿通されている。ガス供給路９５は、ガス供給部６４と接続されており、窒素ガス貯留部６４１から熱交換器６４２を通さずに供給される窒素ガスが乾燥ガスとして供給される。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９５から遮断部材９と基板表面Ｗｆとの間に形成される空間に窒素ガスが供給される。また、ガス供給路９５の内部には、遮断部材９の開口に連通した液供給管９６が挿通されており、液供給管９６の下端にノズル９７が結合されている。液供給管９６はＤＩＷ供給部６２に接続されており、ＤＩＷ供給部６２よりＤＩＷが供給され、ノズル９７からＤＩＷをリンス液として基板表面Ｗｆに向けて吐出可能となっている。
　ＤＩＷ供給部６２はＤＩＷ貯留部６２１および熱交換器６２２を有しており、熱交換器６２２はＤＩＷ貯留部６２１から供給されるＤＩＷをその凝固点近傍温度まで冷却する。すなわち、ＤＩＷ供給部６２は、ＤＩＷ貯留部６２１から供給される常温のＤＩＷ、および熱交換器６２２により凝固点近傍温度まで冷却されたＤＩＷを供給可能となっている。
　スピンチャック２の回転支軸２１は中空軸となっている。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。そして、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。処理液供給管２５およびガス供給路２９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およびガスを吐出する下面ノズル２７が設けられている。
　処理液供給管２５は薬液供給部６１およびＤＩＷ供給部６２と接続されている。そして、薬液供給部６１から供給されるＳＣ１溶液等の薬液またはＤＩＷ供給部６２から供給されるＤＩＷが選択的に処理液供給管２５に供給される。一方、ガス供給路２９は窒素ガス供給部６４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供給部６４からの窒素ガスを供給することができる。
　図３Ａおよび３Ｂはスピンベースの構造を示す図である。より具体的には、図３Ａはスピンベース２３の上面の構造を示す図であり、図３Ｂはその断面図である。図３Ａに示すように、スピンベース２３の上面２３ａの外周端部には複数のチャックピン２４が立設されており、これらのチャックピン２４によって処理対象となる基板Ｗを略水平に保持することができる。
　また、スピンベース上面２３ａの中心には下面ノズル２７が設けられている。図３Ａおよび図３Ｂに示すように、下面ノズル２７は、基板の回転中心に向けて開口する第１吐出口２７１と、第１吐出口２７１と同軸にこれを取り巻くように開口する第２吐出口２７２とを備えている。第１吐出口２７１は処理液供給管２５と連通しており、薬液供給部６１から供給されるＳＣ１溶液等の薬液またはＤＩＷ供給部６２から供給されるＤＩＷを基板下面（この実施形態ではパターンを形成されていない基板裏面Ｗｂ）に向けて吐出する。一方、第２吐出口２７２はガス供給路２９と連通しており、窒素ガス供給部６４からの窒素ガスを吐出する。したがって、吐出された窒素ガスは、基板下面のＤＩＷを供給される位置、もしくはその位置を取り囲む周辺位置に向けて供給される。
　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処理動作について図４ないし図６Ｂを参照しつつ説明する。図４は図１の基板処理装置の洗浄処理動作を示すフローチャートである。また、図５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、６Ａおよび６Ｂは洗浄処理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を実行する。ここで、基板がその表面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Ｓ１０１）。なお、遮断部材９は離間位置にあり、基板Ｗとの干渉が防止される。
　スピンチャック２に未処理の基板Ｗが保持されると、遮断部材９が対向位置まで降下され、基板表面Ｗｆに近接配置される（ステップＳ１０２）。これにより、基板表面Ｗｆが遮断部材９の基板対向面に近接した状態で覆われ、基板表面Ｗｆが周辺雰囲気から遮断される。そして、制御ユニット４はチャック回転機構２２を作動させてスピンチャック２を回転させるとともに、ノズル９７から常温のＤＩＷを基板表面Ｗｆに供給させる。基板表面に供給された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が均一にコントロールされ、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（ステップＳ１０３）。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、図５Ａに示すように、基板Ｗの表面Ｗｆに所定厚さのパドル状液膜ＬＰ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は遮断部材９を離間位置に退避させる（ステップＳ１０４）。その後、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂのそれぞれに対する以下の処理が併行して行われる。ここで、パドル状の液膜ＬＰは、薬液吐出ノズル６から供給されるＳＣ１液によって形成されてもよい。
　基板表面側では、冷却ガス吐出ノズル３が待機位置から基板の回転中心の上方に移動される。そして、図５Ｂに示すように、回転する基板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し、冷却ガス吐出ノズル３が徐々に基板Ｗの端縁位置に向けて移動していく（ステップＳ１１１）。これにより、基板表面Ｗｆの表面領域に形成された液膜ＬＰが冷やされて部分的に凍結し、図５Ｃに示すように、凍結した領域（凍結領域ＦＲ）が基板表面Ｗｆの中央部に形成される。そして、方向Ｄｎへのノズル３のスキャンによって凍結領域ＦＲは基板表面Ｗｆの中央部から周縁部へと広げられ、図５Ｄに示すように、最終的には基板表面Ｗｆの液膜全面が凍結する。液膜全体が凍結すると、冷却ガス吐出ノズル３が退避されるとともに遮断部材９が基板表面Ｗｆに近接配置され（ステップＳ１２２）、さらに遮断部材９に設けられたノズル９７から基板表面Ｗｆの凍結した液膜に向けて常温のＤＩＷの供給が開始される。
　一方、基板裏面側では、スピンベース２３に設けられた下面ノズル２７の第１吐出口２７１からＤＩＷが吐出されて裏面洗浄液として基板裏面Ｗｂに供給開始されるとともに（ステップＳ１２１）、これと同時に、またはこれより少し遅れて、下面ノズル２７の第２吐出口２７２から窒素ガスが吐出される（ステップＳ１２２）。その結果、図５Ｂないし５Ｄに示すように、基板裏面Ｗｂの中心から外側に向かって広がるようにＤＩＷによる液膜が形成され、最終的に基板端部でＤＩＷが振り切られる。
　ここで、下面ノズル２７から基板裏面Ｗｂに供給されるＤＩＷおよび窒素ガスは、それぞれ熱交換器６２２および６４２により冷却されたものである。後に詳述するが、本願発明者らの実験によれば、凝固点近傍温度まで冷やされたＤＩＷと、ＤＩＷの凝固点よりも低い温度まで冷やされたガス（冷却ガス）とを基板に向け吐出することによって、高いパーティクル除去効率を得ることができる。そして、冷却ガスの供給が所定時間、好ましくは基板表面側で液膜が完全に凍結するまでの間継続された後、冷却ガスの供給が停止される（ステップＳ１２３）。
　ここまでの処理が実行された時点では、図６Ａに示すように、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の両面にＤＩＷが供給されている。ここで、基板表面Ｗｆに常温のＤＩＷを供給するのに代えて、二流体ノズル５からＤＩＷの液滴を供給するようにしてもよい。続いて基板両面へのＤＩＷの供給がともに停止され（ステップＳ１３１）、基板を乾燥させる乾燥処理が行われる（ステップＳ１３２）。すなわち、図６Ｂに示すように、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３から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。このときに供給される窒素ガスは乾燥ガスとしての作用をするものであり、熱交換器６４２を通さない常温のガスである。こうして乾燥処理が終了すると、処理済みの基板Ｗが搬出されることによって１枚の基板に対する処理が完了する（ステップＳ１３３）。
　上記処理によって得られる洗浄効果について説明する。まず、基板表面Ｗｆに対する処理は、公知の凍結洗浄処理である。上記のようにして液膜を凍結させると、基板表面Ｗｆとパーティクルの間に入り込んだ液膜の体積が増加（摂氏０℃の水が摂氏０℃の氷になると、その体積はおよそ１．１倍に増加する）し、パーティクルが微小距離だけ基板表面Ｗｆから離れる。その結果、基板表面Ｗｆとパーティクルとの間の付着力が低減され、さらにはパーティクルが基板表面Ｗｆから脱離することとなる。このとき、基板表面Ｗｆに微細パターンが形成されている場合であっても、液膜の体積膨張によってパターンに加わる圧力はあらゆる方向に等しく、つまりパターンに加えられる力が相殺される。そのため、パターンの剥離や倒壊を防止しながら、パーティクルのみを基板表面Ｗｆから剥離させることができる。そして、新たに供給するＤＩＷによって凍結した液膜を除去することにより、パーティクル等についても基板表面Ｗｆから取り除くことができる。
　一方、基板裏面側では、ＤＩＷの供給が連続的に行われているので、液膜は凍結せず基板中心から端部に向けて流動した状態が保たれている。この点において、基板裏面Ｗｂにおける洗浄作用は、凍結洗浄処理とは全く異なる原理によるものであるということができる。このような構成を採るに至った経緯について、以下説明する。
　図７は本願発明者らの行った実験を説明する図である。本願発明者らは、図７に示すように、基板に向けてＤＩＷおよび冷却ガスを吐出させることが可能な実験装置を用いて、その動作条件を種々に変化させてパーティクル（主としてシリコン屑）に対する除去効果を調べた。この実験装置では、シリコン基板の中心に向けて開口する第１吐出口２７０１とその周囲を取り囲むように開口する第２吐出口２７０２とを有するノズル２７０が回転する基板Ｗの回転中心軸ＡＯ上に配置されており、第１吐出口２７０１からＤＩＷを吐出させながら第２吐出口２７０２から冷却ガスを吐出させることができる。
　より具体的には、図７の実験装置における標準の動作条件を下記：
　　ＤＩＷ液温度：　０℃；
　　ＤＩＷ流量　：　１．２Ｌ／ｍｉｎ；
　　ガス流量　　：　１００Ｌ／ｍｉｎ；
　　ガス温度　　：　－１７０℃；
　　基板回転数　：　７５０ｒｐｍ；
　　処理時間　　：　１０ｓｅｃ、
として、ＤＩＷの液温度、冷却ガスの温度および基板の回転数を上記標準値から変化させたときのパーティクル除去率（ＰＲＥ）を測定した。その結果の一例を図８ないし図１０に示す。
　図８はＤＩＷの液温度とパーティクル除去率との関係を示す図である。まず、冷却ガスを吐出せずに（あるいは常温のガスを吐出しながら）ＤＩＷを基板Ｗに供給した場合、図８に「△」印で示すように、ＤＩＷの液温度にかかわらずパーティクル除去率（ＰＲＥ）は２～３％程度であった。これに対し、図８に「○」印で示すように、冷却ガス（－１７０℃）を供給しながらＤＩＷを基板Ｗに供給すると、特にＤＩＷの液温度が２℃以下の場合にＰＲＥの顕著な向上がみられた。
　図９は冷却ガスの温度とパーティクル除去率との関係を示す図である。また、図１０は基板の回転数とパーティクル除去率との関係を示す図である。ＤＩＷの液温度を一定（０℃）として冷却ガスの温度を種々に変化させてみると、図９に示すように、冷却ガスの温度が低いほど、高いＰＲＥを得られることがわかった。また、図１０に示すように、基板の回転数が高いほどＰＲＥも高くなることが確認された。
　このように、基板Ｗに供給するＤＩＷの液温度を凝固点近くまで冷却し、さらに冷却ガスとともに基板Ｗに供給することによって、単に常温のＤＩＷを供給し続ける場合よりもはるかに高いパーティクル除去効果を得られることが明らかになった。また、処理条件を適切に設定すれば、凍結洗浄処理において得られるＰＲＥを上回る。特に、上記実験では１０ｓｅｃという短い処理時間で高いＰＲＥを得ており、液膜形成、液膜凍結および凍結膜除去という工程を有する従来の凍結洗浄処理に比べて、処理のスループットという点で大きな優位性を有していると言える。
　このような処理によってパーティクルが除去されるメカニズムについて、液温度および冷却ガス温度が低いほどパーティクル除去効果が高く、さらに基板の回転数が高いほどパーティクル除去効果が高いという実験事実から、本願発明者らは次のようなモデルを考えた。
　図１１Ａおよび１１Ｂはこの洗浄技術におけるパーティクル除去メカニズムのモデルを示す図である。図１１Ａに示すように、未処理の基板Ｗの表面にはパーティクル等の汚染物質Ｐが分散している。本洗浄技術では、このような基板Ｗが回転されて、凝固点近傍まで冷却されたＤＩＷと、ＤＩＷの凝固点よりもさらに低温の冷却ガスとが供給する。このようにすると、ノズル２７から基板Ｗに向けて吐出されたＤＩＷは基板Ｗに到達する前後に冷却ガスによりさらに冷やされて局所的に凍結し、図１１Ｂに「◇」印で示すように微小な氷塊ＣがＤＩＷ液中に生成する。氷塊Ｃを含むＤＩＷは基板Ｗの回転に起因して生じる遠心力によって中心から端部に向けて基板表面に沿って流れる。このとき、ＤＩＷ中の氷塊Ｃが基板Ｗ表面に付着したパーティクルＰと衝突し、これを基板Ｗ表面から遊離させる。基板Ｗから遊離したパーティクルＰはＤＩＷの流れによって基板端部方向へ流され、最終的には端部において振り切られるＤＩＷ液滴とともに基板Ｗ表面から取り除かれる。
　この意味において、冷却ガスの温度については、裏面洗浄液（この実施形態ではＤＩＷ）の凝固点よりも低温であることが必要である。また、冷却ガスの温度が低いほど洗浄効果を高めることができる。
　また、この技術を、液体中に固体を分散させた洗浄液を用いた技術と考えることもできるが、この洗浄技術では、固体成分が洗浄液と同一の組成でしかも常温では液体であることから、洗浄後の基板上に固体成分が残留することがない。
　なお、この洗浄技術では、液膜全体を凍結させることなく流動する液体（ＤＩＷ）によってパーティクルを除去している。このため、液体が回り込みにくい微細なパターンの内部に入り込んだパーティクルの除去については、依然として公知の凍結洗浄技術が有効である。その一方で、液温度、冷却ガス温度および基板の回転数を適宜に設定することにより、本発明にかかる洗浄技術では凍結洗浄技術よりも短時間でより高いＰＲＥを得ることができる。
　そこで、この実施形態では、微細なパターン内部に入り込んだパーティクルまで除去するとの観点から、パターン形成面である基板表面Ｗｆについては凍結洗浄技術を適用する一方、パターンを形成されていない基板裏面Ｗｂについては洗浄液膜を厚く形成することができないとの観点から、上記した原理に基づく洗浄技術を適用することとしている。こうすることにより、基板Ｗの表面Ｗｆ、裏面Ｗｂのいずれにおいても効率よくパーティクルの除去を行うことができる。また、基板表面Ｗｆに対する処理と、基板裏面Ｗｂに対する処理とを同時に実行することができるので、短時間で基板の両面を洗浄することができる。
　また、この洗浄技術では、基板の中心付近に供給するＤＩＷの周囲に冷却ガスを供給しており、こうして冷やされたＤＩＷが遠心力によって基板の端部にまで広がることによって基板全面の洗浄が行われる。すなわち、この洗浄技術では、冷却ガスを吐出するノズルを基板の回転中心近傍に固定配置すればよく、ノズルを移動させる必要がない。このため、ノズルをスキャンさせることが構造上難しい基板の下面に対しても、良好に洗浄処理を行うことが可能である。
　以上のように、この実施形態では、略水平方向に保持され回転する基板Ｗの裏面Ｗｂに対し、その下方に設けた下面ノズル２７から裏面洗浄液としてのＤＩＷおよびこれを冷却する冷却ガスとを吐出することによって基板裏面Ｗｂの洗浄を行っている。ここで、冷却ガスの温度を裏面洗浄液の凝固点温度よりも低温とすることによって、短い処理時間で高いパーティクル除去効果を得ることができる。特に、洗浄液を供給しながら冷却ガスを供給するので、液膜形成、その凍結および除去を順番に行う従来技術の凍結洗浄技術よりも高いスループットで処理を行うことが可能である。さらに、洗浄液であるＤＩＷを予めその凝固点近くまで冷却しておくことにより、パーティクル除去効果をより高めることができる。
　なお、冷却ガスの供給開始タイミングについては、ＤＩＷの供給開始とほぼ同時またはこれより僅かに後とすることが望ましい。冷却ガスを供給せずにＤＩＷのみを供給しても洗浄効果が上がらないことは先の実験結果から明らかである。一方、ＤＩＷの供給に先立って冷却ガスを供給した場合、供給先の基板が冷やされるため吐出されたＤＩＷがすぐに凍結してしまうことが考えられる。したがって、冷却ガスはＤＩＷの供給開始とほぼ同時、または吐出されたＤＩＷが基板表面に到達するタイミングに合わせＤＩＷの供給開始よりも僅かに遅れて供給開始されるのが最も効率的である。
　また、冷却ガスを先に停止しその後もＤＩＷの供給を続けるようにすることで、基板から遊離したパーティクル等をより確実に基板表面から洗い流すことが可能である。この意味においては、ＤＩＷの供給を停止するよりも前に冷却ガスの供給を停止することが好ましい。
　また、この洗浄技術では、基板上の液膜を全面的に凍結させず洗浄液を流動させているので、洗浄液および冷却ガスを基板の中心近傍に供給し、しかも基板を回転させることにより、基板全面に洗浄液を行き渡らせて洗浄を行うことができる。すなわち、冷却ガスを吐出するノズルを移動させることなく、基板全面で高い洗浄効果を得ることができる。そして、ノズルの移動を必要としないことから、水平に保持された基板の下面に対しても高い洗浄効果を得ることができる。
　また、このように水平に保持された基板の上面に対して行う洗浄処理と同時に下面の洗浄を行うことにより、基板の両面を短時間に洗浄することができる。この場合において、基板の一方面にパターンを形成されているときには、該パターン形成面を上向きに保持し上面については公知の凍結洗浄技術を適用する一方、パターン形成面とは反対面を上記した洗浄技術により洗浄する。こうすることにより、パターンの損傷を防ぎつつ、基板の両面を効率よく洗浄することができる。
　次に、この発明にかかる基板処理装置の第２実施形態について説明する。上記した第１実施形態では、基板Ｗの上面の洗浄については公知の凍結洗浄技術を適用する一方、下面の洗浄に本発明にかかる洗浄技術を適用していた。しかしながら、本発明の洗浄技術は、基板の下面を洗浄する際のみならず、基板の上面を洗浄する場合にも適用することが可能である。さらには、以下に説明する第２実施形態のように、基板の上面および下面の両方を同時に本発明にかかる洗浄技術により洗浄することも可能である。
　図１２は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。この実施形態の装置構成は、冷却ガス吐出ノズルおよびこれに付随する機構が省かれていることを除けば基本的に図１に示す第１実施形態と同じであり、その動作が一部異なるのみである。そこで、ここでは第１実施形態の装置と同一の構成については同一符号を付して説明を省略する。
　この実施形態の基板処理装置では、遮断部材９に接続されたガス供給路９５に対し窒素ガス供給手段６４から供給する窒素ガスを、熱交換器６４２を通した冷却ガスとこれを通さない乾燥ガスとに切り替えることができる。すなわち、遮断部材９の下面からは、常温の乾燥ガスと、ＤＩＷの凝固点より低温の冷却ガスとを選択的に吐出可能となっている。同様に、遮断部材９の下面に設けられたノズル９７からは、ＤＩＷ供給部６２から供給される常温のＤＩＷと、熱交換器６２２により凝固点近くまで冷やされたＤＩＷとを選択的に吐出可能となっている。
　図１３は図１２の基板処理装置の洗浄処理動作を示すフローチャートである。この動作において、基板Ｗが搬入され、遮断部材９が基板との対向位置に近接配置されるまでは第１実施形態と同じである（ステップＳ２０１、Ｓ２０２）。続いて、遮断部材９およびスピンベース２３が同一方向、同一回転速度で回転され、遮断部材９に設けられたノズル９７およびスピンベースに設けられた下面ノズル２７から、それぞれ凝固点近傍温度まで冷却された洗浄液としてのＤＩＷが基板の回転中心に向け供給開始される（ステップＳ２０３）。さらに、これとほぼ同時に、または少し遅れて、遮断部材９およびスピンベース２３から冷却ガスの供給が開始される（ステップＳ２０４）。
　これにより、第１実施形態の基板下面Ｗｂでの現象として先に説明した、冷却ガスによりさらに冷却されたＤＩＷが基板Ｗに沿ってその中心から端部に向けて流れるという現象が、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂの双方で生じることとなる。前記したように、基板Ｗを回転させながら基板Ｗに供給するＤＩＷを冷却ガスによって冷却することにより、短時間で高いパーティクル除去効果を挙げることができる。この実施形態では、基板の表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂの双方についてこの洗浄方法を同時に実行しているので、基板Ｗの両面を短時間で効果的に洗浄することができる。
　冷却ガスの供給が所定時間継続された後その供給は停止され（ステップＳ２０６）、以後ＤＩＷのみが供給されることにより、基板上に残留するパーティクル等がより確実に基板上から取り除かれる。その後、第１実施形態と同様に、ＤＩＷの供給が停止され（ステップＳ２０７）、乾燥処理が行われて基板が搬出されることにより（ステップＳ２０７、Ｓ２０８）、基板Ｗに対する洗浄処理が完了する。
　この実施形態によれば、基板Ｗの両面について高いパーティクル除去効果を得ることができる。特に、基板Ｗの上面側についても本発明にかかる洗浄技術を適用しているので、液膜の形成とその凍結、除去を順番に行う凍結洗浄技術による場合よりも短時間で洗浄効果を得ることができる。これにより、洗浄処理のスループットを格段に向上させることができる。また、冷却ガスをスキャン吐出させるための機構を必要としないので、装置構成も小型で簡素なものとすることができる。この実施形態は、表裏いずれの面にもパターンを未形成である基板を洗浄するのに特に好適なものである。
　以上説明したように、これらの実施形態においては、基板処理装置（図１、図１２）が本発明の「基板洗浄装置」に相当しており、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、ＤＩＷ供給部６２が本発明の「洗浄液供給手段」として機能しており、熱交換器６２２が本発明の「予冷手段」として機能している。また、これらの実施形態においては、窒素ガス供給部６４が本発明の「冷却ガス供給手段」として機能しており、下面ノズル２７が本発明の「ノズル」に相当している。
　また、これらの実施形態においては、図４のフローチャートにおけるステップＳ１２１、Ｓ１２２および図１３のフローチャートにおけるステップＳ２０４が本発明の「洗浄液供給工程」に相当している。さらに、図４のフローチャートにおけるステップＳ１３２および図１３のフローチャートにおけるステップＳ２０７が本発明の「洗浄液除去工程」に相当している。
　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。例えば上記各実施形態では、本発明の「洗浄液」としてＤＩＷが用いられているが、洗浄液はこれに限定されない。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、希薄濃度の塩酸や、ＤＩＷに少量の界面活性剤を加えたものを洗浄液としてもよい。
　また、上記各実施形態では、冷却ガスおよび乾燥ガスとして同一の窒素ガス貯留部から供給されて互いに温度を異ならせた窒素ガスが用いられているが、乾燥ガスおよび冷却ガスとしては窒素ガスに限定されない。例えば、乾燥ガスおよび冷却ガスのいずれか一方または両方が乾燥空気や他の不活性ガスであってもよい。特に、冷却ガスは洗浄液を冷却するものであって基板に直接触れるものではないので、乾燥空気は冷却ガスとして好適に使用可能なものである。
　また、上記各実施形態ではＤＩＷを吐出する第１吐出口と冷却ガスを吐出する第２吐出口とを同軸構造としているが、このような構造に限定されるものではない。例えば、基板の回転軸上に洗浄液を吐出する第１吐出口を設ける一方、冷却ガスを吐出する第２吐出口を第１吐出口の横に並べて配置してもよい。このような構造では冷却ガスが基板回転軸に対し非対称に吐出されることになるが、基板を回転させているので実質的には等方的に処理が行われる。
　また、上記各実施形態では、洗浄液としてのＤＩＷと冷却ガスとしての窒素ガスが同じ方向へ、つまりいずれも基板に向けて吐出されるようにしている。しかしながら、冷却ガスについては基板に向けて吐出する必要は必ずしもなく、基板に向けて吐出される洗浄液の液柱に向けて吐出されるようにしてもよい。
　また、上記各実施形態の基板処理装置は、ＤＩＷ貯留部６２１および窒素ガス貯留部６４１をいずれも装置内部に内蔵しているが、洗浄液およびガス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洗浄液やガスの供給源を利用するようにしてもよい。また、これらを冷却するための既設設備がある場合には、該設備によって冷却された洗浄液やガスを利用するようにしてもよい。
　また、上記各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、これら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。
　また、上記第１実施形態は基板表面を公知の凍結洗浄技術で、基板裏面を本発明にかかる洗浄技術によって洗浄するものである。一方、上記第２実施形態は基板の両面を本発明にかかる洗浄技術によって洗浄するものである。しかしながら、本発明の実施の態様はこれらに限定されず、基板の片面のみを洗浄する場合にも本発明を適用することが可能である。
　以上、特定の実施例に沿って発明を説明したが、この説明は限定的な意味で解釈されることを意図したものではない。発明の説明を参照すれば、本発明のその他の実施形態と同様に、開示された実施形態の様々な変形例が、この技術に精通した者に明らかとなるであろう。故に、添付の特許請求の範囲は、発明の真の範囲を逸脱しない範囲内で、当該変形例または実施形態を含むものと考えられる。
　本発明においては、基板を略水平に保持しながら回転させるとともに、その回転中心に向けて洗浄液を供給するようにしてもよい。このようにすると、基板の回転に起因して生じる遠心力によって洗浄液が基板の中心から端部へ向かって流れるため、洗浄液を基板全面に行き渡らせることができる。また基板の回転数とパーティクル除去効果との間に相関性があることも本願発明者らの実験によって確かめられており、基板を回転させることでパーティクル除去効果を高めることが可能である。
　この場合において、基板上における洗浄液の供給位置に向けてまたは該供給位置の周囲に向けて冷却ガスを供給するようにしてもよい。このようにすると、冷却ガスによって冷やされた洗浄液が遠心力によって外側に広がってゆくため、冷却ガスの供給位置を変える必要がなく、冷却ガスノズルをスキャンさせていた従来技術に比べて装置構成を簡素化することができる。
　また、洗浄液と冷却ガスとを同時に供給開始するようにしてもよい。冷却ガスを伴わない洗浄液を基板表面に供給しても十分なパーティクル除去効果を得られない。また、洗浄液を供給する前に冷却ガスを供給しても基板を冷却するだけで無意味である。洗浄液と冷却ガスとを同時に供給開始することによって、使用する洗浄液および冷却ガスを有効に洗浄に寄与させることができる。
　また、洗浄液の供給を停止するよりも前に冷却ガスの供給を停止するようにしてもよい。このようにすると、冷却ガスの停止後は冷却されない洗浄液が基板表面に供給されることとなり、冷却された洗浄液の作用によって基板から遊離したパーティクルを洗い流して基板上に残留するのを防止することができる。
　また、基板に向け吐出する洗浄液については、予め凝固点近傍温度まで冷却した状態で基板に向け供給するようにしてもよい。このようにすると、冷却ガスによる洗浄液に対する冷却効果がより高まり、より高い基板の洗浄効果を得ることができる。
　また、上記した基板洗浄装置においては、基板の回転軸上で基板に向けて開口する第１吐出口と、第１吐出口の近傍に開口する第２吐出口とを有するノズルをさらに備え、洗浄液供給手段から供給される洗浄液はノズルの第１吐出口から吐出される一方、冷却ガス供給手段から供給される冷却ガスはノズルの第２吐出口から吐出されるように構成してもよい。
　さらに、ノズルにおいて、第２吐出口が第１吐出口と同軸に第１吐出口を取り囲むように設けられてもよい。このようにすると、基板の回転中心に向けて第１吐出口から吐出される洗浄液の周囲を取り囲むように冷却ガスが第２吐出口から吐出されて、洗浄液の効率よく冷却し洗浄効果を高めることができる。
　また、ノズルは、基板の下方に第１および第２吐出口を上向きにして設けられ、基板の下面に向けて洗浄液および冷却ガスを吐出するようにしてもよい。このような構成によれば、略水平に保持された基板の下面に対し洗浄液と冷却ガスとを供給して基板下面に付着したパーティクル等を除去することができる。冷却ガスを吐出するノズルを基板表面近傍でスキャンさせる従来の凍結洗浄技術を基板下面側に適用することは構造的に難しい。これに対し、本発明では、基板の回転中心近傍から洗浄液および冷却ガスを供給すればよいのでノズルのスキャンを必要とせず、基板下面の洗浄処理にも好適に適用することが可能である。また、基板の上面側での処理と組み合わせて実行することも可能であり、この場合、上面側での処理としては本発明による洗浄技術、公知の凍結洗浄のいずれをも採用することが可能である。
　また、これらの基板洗浄装置においては、洗浄液を予めその凝固点近傍温度まで冷却する予冷手段を備えるようにしてもよい。こうすることで、冷却ガスによる洗浄液に対する冷却効果がより高まり、より高い基板の洗浄効果を得ることができる。
　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表面に形成された液膜を凍結させる基板処理装置、液膜凍結方法および該液膜凍結方法を用いた基板処理方法に適用することができる。
　２…スピンチャック（基板保持手段）
　３…冷却ガス吐出ノズル
　９…遮断部材
　２７…下面ノズル（ノズル）
　６２…ＤＩＷ供給部（洗浄液供給手段）
　６２２…熱交換器（予冷手段）
　６４…窒素ガス供給部（冷却ガス供給手段）
　Ｗ…基板
　Ｗｆ…基板表面（パターン形成面）
　Ｗｂ…基板裏面

Claims (13)

  1. 　基板に向けて洗浄液を吐出供給する洗浄液供給工程と、
    　前記洗浄液供給工程の後に、前記基板の表面に残留する洗浄液を除去する洗浄液除去工程と
    を備え、
    　前記洗浄液供給工程では、前記洗浄液を吐出しながら、吐出される洗浄液に対し該洗浄液の凝固点よりも低温の冷却ガスを供給することを特徴とする基板洗浄方法。
  2. 　前記洗浄液供給工程では、前記基板を水平に保持しながら回転させるとともに、その回転中心に向けて前記洗浄液を供給する請求項１に記載の基板洗浄方法。
  3. 　前記洗浄液供給工程では、前記基板上における前記洗浄液の供給位置に向けてまたは該供給位置の周囲に向けて前記冷却ガスを供給する請求項２に記載の基板洗浄方法。
  4. 　前記洗浄液供給工程では、前記洗浄液と前記冷却ガスとを同時に供給開始する請求項１ないし３のいずれかに記載の基板洗浄方法。
  5. 　前記洗浄液供給工程では、前記洗浄液の供給を停止するよりも前に前記冷却ガスの供給を停止する請求項４に記載の基板洗浄方法。
  6. 　前記洗浄液供給工程では、予め前記洗浄液の凝固点近傍温度まで冷却した前記洗浄液を前記基板に向け供給する請求項１に記載の基板洗浄方法。
  7. 　基板を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基板に対し洗浄液を吐出供給する洗浄液供給手段と、
    　前記洗浄液供給手段から吐出される前記洗浄液に対し冷却ガスを供給する冷却ガス供給手段と
    を備え、
    　前記冷却ガス供給手段は、前記洗浄液供給手段から前記基板に対し吐出される前記洗浄液に対し、前記洗浄液の凝固点よりも低温の前記冷却ガスを供給することを特徴とする基板洗浄装置。
  8. 　前記基板保持手段は前記基板を水平に保持しながら回転させるように構成され、前記洗浄液供給手段は前記基板の回転中心に向けて前記洗浄液を供給する請求項７に記載の基板洗浄装置。
  9. 　前記冷却ガス供給手段は、前記基板上における前記洗浄液の供給位置に向けてまたは該供給位置の周囲に向けて前記冷却ガスを供給する請求項８に記載の基板洗浄装置。
  10. 　前記基板の回転軸上で前記基板に向けて開口する第１吐出口と、前記第１吐出口の近傍に開口する第２吐出口とを有するノズルを備え、
    　前記ノズルの前記第１吐出口が前記洗浄液供給手段から供給される前記洗浄液を吐出する一方、前記ノズルの前記第２吐出口が前記冷却ガス供給手段から供給される前記冷却ガスを吐出する請求項７に記載の基板洗浄装置。
  11. 　前記ノズルにおいて、前記第２吐出口は、前記第１吐出口と同軸で前記第１吐出口を取り囲んでいる請求項１０に記載の基板洗浄装置。
  12. 　前記ノズルは、前記基板の下方に前記第１および第２吐出口を上向きにして設けられており、前記基板の下面に向けて前記洗浄液および前記冷却ガスを吐出する請求項１０に記載の基板洗浄装置。
  13. 　前記基板に対し吐出される前記洗浄液を予めその凝固点近傍温度まで冷却する予冷手段を備える請求項７に記載の基板洗浄装置。
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