WO2016158410A1 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

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Abstract

　基板処理装置は、水平状態に基板（９）を保持する基板保持部と、基板（９）の上面（９１）上に第１処理液および第１処理液よりも比重が小さく沸点が高い第２処理液を供給し、第１処理液の液膜である第１液膜（７１）、および、第１液膜（７１）の上面（７３）を覆う第２処理液の液膜である第２液膜（７２）を基板（９）の上面（９１）上に形成する処理液供給部とを備える。基板処理装置では、第１処理液の沸点以上かつ第２処理液の沸点よりも低い温度にて第１液膜（７１）の加熱が行われることにより、第２液膜（７２）と基板（９）との間にて気化した第１処理液により、基板（９）の上面（９１）上の異物を基板（９）の上面（９１）から剥離させて第２液膜（７２）内へと移動させる。これにより、基板（９）の上面（９１）の損傷を抑制しつつ、基板（９）上から異物を好適に除去することができる。

Description

基板処理装置および基板処理方法
　本発明は、基板処理する基板処理装置および基板処理方法に関する。
　従来より、半導体基板（以下、単に「基板」という。）の製造工程では、基板に対して処理液を供給して様々な処理が施される。例えば、基板上に洗浄液を供給して、基板の表面に付着した異物を洗い流す洗浄処理が行われる。
　特開２０１０－５６５３４号公報（文献１）の基板洗浄方法では、表面にパターンが形成された基板を１４０度～３００度に加熱した後、基板の表面に洗浄液の液滴が供給される。基板上では、洗浄液の液滴と基板との間に洗浄液の蒸気が介在するライデンフロスト現象が生じるため、洗浄液の液滴はパターンの間に入り込まず、基板から僅かに浮いた状態となる。そして、洗浄液の液滴の下面から基板の表面に吹き付けられる蒸気により、基板上の残渣等の付着物が上方に舞い上げられて除去される。当該基板洗浄方法では、パターンの間に洗浄液が入り込まないため、基板表面におけるパターンの倒れを抑えながら基板の洗浄が行われる。
　一方、特開２０１１－１２１００９号公報（文献２）の基板処理装置では、基板表面上にＨＦＥ液の液膜が形成され、ＨＦＥ液の液膜状に純水の液膜が形成される。そして、純水の液膜に対して超音波振動が付与されることにより、基板表面に衝撃波が付与されて基板表面の洗浄が行われる。当該基板処理装置では、超音波振動による衝撃波の一部が２種類の液膜の界面にて反射されるため、基板表面に付与される衝撃波のエネルギーが低くなり、基板へのダメージが低減される。
　また、特開２０１０－２３８９１８号公報（文献３）の基板処理装置では、処理槽に貯溜された処理液に主面を側方に向けた基板が浸漬されることにより、基板の処理が行われる。処理が終了して基板が処理液から上方へと取り出される際には、処理液の液面より下にある基板の一部が、当該処理液の沸点以上の温度まで加熱される。これにより、基板の主面上の微細パターン間の処理液が気化するため、処理液の液面を通過する際に微細パターンに働く処理液の表面張力が低減し、表面張力による微細パターンの倒壊が防止される。
　ところで、文献１の基板洗浄方法では、処理液の液滴からの蒸気により舞い上げられた付着物が、液滴の周囲から上方へと拡散し、落下して基板表面に再付着するおそれがある。
　本発明は、基板処理装置に向けられており、基板の上面の損傷を抑制しつつ、基板上から異物を好適に除去することを目的としている。本発明は、基板処理方法にも向けられている。
　本発明に係る基板処理装置は、水平状態に基板を保持する基板保持部と、前記基板の上面上に第１処理液および前記第１処理液よりも比重が小さく沸点が高い第２処理液を供給し、前記第１処理液の液膜である第１液膜、および、前記第１液膜の上面を覆う前記第２処理液の液膜である第２液膜を前記基板の前記上面上に形成する処理液供給部とを備え、前記第１処理液の沸点以上かつ前記第２処理液の沸点よりも低い温度にて前記第１液膜の加熱が行われることにより、前記第２液膜と前記基板との間にて気化した前記第１処理液により、前記基板の前記上面上の異物を前記基板の前記上面から剥離させて前記第２液膜内へと移動させる。当該基板処理装置によれば、基板の上面の損傷を抑制しつつ、基板上から異物を好適に除去することができる。
　本発明の一の好ましい実施の形態では、上下方向を向く中心軸を中心として前記基板を前記基板保持部と共に回転させることにより、前記第２液膜を前記基板の前記上面上から除去する基板回転機構をさらに備える。
　本発明の他の好ましい実施の形態では、前記第１処理液の気化と並行して、前記処理液供給部から前記第２液膜に前記第２処理液が継続的に供給される。
　本発明の他の好ましい実施の形態では、前記第１処理液の気化と並行して、前記処理液供給部から前記第１液膜に前記第１処理液が継続的に供給される。
　本発明の他の好ましい実施の形態では、前記基板を下面側から加熱することにより前記第１液膜の前記加熱を行う加熱部をさらに備える。
　本発明の他の好ましい実施の形態では、前記第１処理液の沸点よりも高くかつ前記第２処理液の沸点よりも低い温度にて前記処理液供給部から前記基板上に供給された前記第２処理液により、前記第１液膜の前記加熱が行われる。
　本発明の他の好ましい実施の形態では、前記処理液供給部が、前記第１処理液を前記基板の前記上面に向けて吐出する第１ノズルと、前記第２処理液を前記基板の前記上面に向けて吐出する第２ノズルとを備え、前記第２液膜が形成された状態で、前記第１ノズルの先端が、前記基板の前記上面と前記第２液膜の上面との間に位置する。
　本発明の他の好ましい実施の形態では、前記第１液膜が前記基板の前記上面全体を覆い、前記第２液膜が前記第１液膜の前記上面全体を覆う。
　本発明の他の好ましい実施の形態では、前記第１処理液がハイドロフルオロエーテルであり、前記第２処理液が純水である。
　本発明の他の好ましい実施の形態では、前記第１処理液がハイドロフルオロエーテルであり、前記第２処理液がイソプロピルアルコールである。
　上述の目的および他の目的、特徴、態様および利点は、添付した図面を参照して以下に行うこの発明の詳細な説明により明らかにされる。
第１の実施の形態に係る基板処理装置の構成を示す図である。 基板の処理の流れを示す図である。 基板の上面近傍の部位を拡大して示す断面図である。 基板の上面近傍の部位をさらに拡大して示す断面図である。 基板の上面近傍の部位をさらに拡大して示す断面図である。 第１ノズルおよび第２ノズルの他の構造を示す図である。 他の処理液供給部を示す図である。 第２の実施の形態に係る基板処理装置の構成を示す図である。 第３の実施の形態に係る基板処理装置の構成を示す図である。 他の基板処理装置の構成を示す図である。
　図１は、本発明の第１の実施の形態に係る基板処理装置１の構成を示す図である。基板処理装置１は、半導体基板９（以下、単に「基板９」という。）を１枚ずつ処理する枚葉式の装置である。基板処理装置１は、基板９に処理液を供給して洗浄処理を行う。図１では、基板処理装置１の構成の一部を断面にて示す。
　基板処理装置１は、ハウジング１１と、基板保持部３１と、基板回転機構３３と、カップ部４と、加熱部５と、処理液供給部６とを備える。ハウジング１１は、基板保持部３１およびカップ部４等を収容する。図１では、ハウジング１１を破線にて示す。
　基板保持部３１は、上下方向を向く中心軸Ｊ１を中心とする略円板状の部材である。基板９は、上面９１を上側に向けて、基板保持部３１の上方に配置される。基板９の上面９１には、例えば、微細な凹凸のパターンが予め形成されている。基板保持部３１は、水平状態に基板９を保持する。基板回転機構３３は、基板保持部３１の下方に配置される。基板回転機構３３は、中心軸Ｊ１を中心として基板９を基板保持部３１と共に回転する。
　カップ部４は、中心軸Ｊ１を中心とする環状の部材であり、基板９および基板保持部３１の径方向外側に配置される。カップ部４は、基板９および基板保持部３１の周囲を全周に亘って覆い、基板９から周囲に向かって飛散する処理液等を受ける。カップ部４の底部には、図示省略の排出ポートが設けられる。カップ部４にて受けられた処理液等は、当該排出ポートを介してカップ部４およびハウジング１１の外部へと排出される。
　加熱部５は、基板９を下面９２側から加熱する。図１に示す例では、加熱部５は、基板保持部３１に内蔵された電気ヒータである。加熱部５は、例えば、基板保持部３１の下方に配置される光照射部であってもよい。この場合、加熱部５から基板保持部３１を介して基板９の下面９２に光が照射されることにより、基板９が下面９２側から加熱される。あるいは、加熱部５から基板保持部３１の下面に光が照射されることにより基板保持部３１が加熱され、加熱された基板保持部３１により基板９が下面９２側から加熱されてもよい。
　加熱部５は、また、基板保持部３１の上面に設けられる下部ノズルであってもよい。この場合、加熱部５から基板９の下面９２へと、加熱された液体（例えば、後述する第２処理液と同じ種類の液体）が供給されることにより、基板９が下面９２側から加熱される。あるいは、加熱部５から基板９の下面９２に向けて、加熱された気体（例えば、不活性ガス）が噴射されることにより、基板９が下面９２側から加熱される。
　処理液供給部６は、第１ノズル６１と、第２ノズル６２と、供給制御部６３とを備える。第１ノズル６１および第２ノズル６２は、基板９の中央部の上方に配置される。第１ノズル６１および第２ノズル６２は、互いに近接して配置される。第１ノズル６１の流路は、好ましくは第２ノズル６２の流路よりも細い。第１ノズル６１の先端は、第２ノズル６２の先端よりも下方（すなわち、上下方向に関して基板９の上面９１に近い位置）に位置する。第１ノズル６１の先端、および、第２ノズル６２の先端にはそれぞれ、処理液を吐出する吐出口が設けられる。
　第１ノズル６１は、第１配管６４１により第１処理液供給源６５に接続される。第１配管６４１上には第１バルブ６４２が設けられる。第１バルブ６４２により、第１処理液供給源６５から第１配管６４１を介して第１ノズル６１に供給される第１処理液の流量が調整される。第１ノズル６１は、第１処理液供給源６５からの第１処理液を、基板９の上面９１に向けて吐出する。
　第２ノズル６２は、第２配管６６１により第２処理液供給源６７に接続される。第２配管６６１上には第２バルブ６６２が設けられる。第２バルブ６６２により、第２処理液供給源６７から第２配管６６１を介して第２ノズル６２に供給される第２処理液の流量が調整される。第２ノズル６２は、第２処理液供給源６７からの第２処理液を、基板９の上面９１に向けて吐出する。
　供給制御部６３は、第１バルブ６４２を制御することにより、第１ノズル６１からの第１処理液の吐出および停止を切り替え、また、第１ノズル６１から吐出される第１処理液の流量を制御する。供給制御部６３は、第２バルブ６６２を制御することにより、第２ノズル６２からの第２処理液の吐出および停止を切り替え、また、第２ノズル６２から吐出される第２処理液の流量を制御する。
　第１処理液と第２処理液とは種類が異なる液体である。第２処理液は、第１処理液よりも比重が小さく沸点が高い液体である。第１処理液と第２処理液とは混和性が比較的低く、互いに混ざりにくい。第１処理液の溶解度パラメータ（ＳＰ値）と、第２処理液の溶解度パラメータ（ＳＰ値）との差は、好ましくは５以上であり、より好ましくは１０以上である。また、第１処理液の表面張力は、好ましくは第２処理液の表面張力よりも小さい。
　第１処理液は、例えば、非水溶性のフッ素系液体の１つであるハイドロフルオロエーテル（以下、「ＨＦＥ」という。）である。第２処理液は、例えば、純水（ＤＩＷ：Deionized water）である。第１処理液として使用されるＨＦＥの比重は約１．４～１．６であり、沸点は約３５～７５度（℃）であり、溶解度パラメータは約６．０～６．５である。第２処理液として使用される純水の比重は約１．０であり、沸点は約１００度であり、溶解度パラメータは約２３．４である。第２処理液として、例えば、イソプロピルアルコール（以下、「ＩＰＡ」という。）が使用されてもよい。ＩＰＡの比重は約０．８であり沸点は約８２度であり、溶解度パラメータは約１１．５である。
　図２は、図１に示す基板処理装置１における基板９の処理の流れを示す図である。図３は、基板９の上面９１近傍の様子を拡大して示す断面図である。図１に示す基板処理装置１では、まず、基板９がハウジング１１内に搬入され、基板保持部３１により保持される。
　続いて、基板回転機構３３により基板９が低速（たとえば１０ｒｐｍ程度）で回転を開始する。続いて、処理液供給部６の供給制御部６３による制御により、第１ノズル６１から基板９の上面９１上に第１処理液が供給される。第１ノズル６１から基板９の上面９１の中央部に吐出された第１処理液は、基板９の上面９１上において径方向外方へと拡がる。これにより、図３に示すように、第１処理液の液膜である第１液膜７１が、基板９の上面９１上に形成される。図３に示す例では、第１液膜７１は基板９の上面９１全体を覆う。基板９の外縁に達した第１処理液は、当該外縁からカップ部４へと落下して回収または廃棄される。第１液膜７１の形成が終了すると、第１ノズル６１からの第１処理液の供給は停止される。
　次に、供給制御部６３（図１参照）による制御により、第２ノズル６２から基板９の上面９１上に第２液が供給される。第２ノズル６２から基板９の上面９１の中央部に吐出された第２処理液は、第１処理液よりも比重が小さいため、第１液膜７１の上面７３上において径方向外方へと拡がる。これにより、第２処理液の液膜である第２液膜７２が、第１液膜７１の上面７３上に形成される（ステップＳ１１）。換言すれば、ステップＳ１１では、処理液供給部６により、第１液膜７１、および、第１液膜７１の上面７３を覆う第２液膜７２が、基板９の上面７３上に形成される。
　図３に示す例では、第２液膜７２は第１液膜７１の上面７３全体を覆う。すなわち、第１液膜７１の上面７３は、第２液膜７２の下面でもあり、第１液膜７１と第２液膜７２との界面でもある。また、図３に示す例では、第２液膜７２が形成された状態で、第１ノズル６１の先端が、基板９の上面９１と第２液膜７２の上面７４との間に位置する。基板９の外縁に達した第２処理液は、当該外縁からカップ部４へと落下して回収または廃棄される。第２液膜７２が形成された後も、第２ノズル６２からの第２処理液の供給は停止されず、処理液供給部６から第２液膜７２に第２処理液が継続的に供給される。
　第１液膜７１および第２液膜７２が形成されると、加熱部５（図１参照）により基板９が下面９２側から加熱される。これにより、基板９の上面９１上の第１液膜７１が、基板９の下面９２側から加熱される（ステップＳ１２）。第１液膜７１は、第１処理液の沸点以上、かつ、第２処理液の沸点よりも低い温度（以下、「液膜加熱温度」という。）にて加熱される。液膜加熱温度は、例えば、約８０度である。液膜加熱温度にて第１液膜７１の加熱が行われることにより、第２液膜７２と基板９との間の第１液膜７１内にて、第１処理液が気化（すなわち、沸騰）する。基板９上では、第１液膜７１の上面７３に接する第２液膜７２も加熱されるが、上述のように、液膜加熱温度は第２処理液の沸点よりも低いため、第２液膜７２内において第２処理液は気化（すなわち、沸騰）しない。
　図４および図５は、図３に示す基板９の上面９１近傍の部位をさらに拡大して示す断面図である。図４に示すように、第２液膜７２と基板９との間にて気化した第１処理液の気泡７１１は、浮力により第１液膜７１内を上方に移動する。このとき、気泡７１１が、基板９の上面９１上に付着している異物９５に付着し、気泡７１１に働く浮力により異物９５を基板９の上面９１から剥離させる。基板９から剥離された異物９５は、第１処理液の気泡７１１と共に第１液膜７１内を上方に移動し、図５に示すように、第１液膜７１の上面７３を通過して第２液膜７２内へと移動する。第２液膜７２内へと移動した異物９５は第２液膜７２により保持される。また、第２液膜７２内へと移動した第１処理液の気泡７１１は、第２液膜７２の上面７４から第２液膜７２外へと移動する。
　上述のように、基板処理装置１では、ステップＳ１２における第１処理液の気化と並行して、処理液供給部６から第２液膜７２に第２処理液が継続的に供給される。このため、第２液膜７２内に保持された異物９５は、第２処理液と共に径方向外方へと移動して基板９上から除去される。
　基板処理装置１では、所定の時間だけ第１液膜７１の加熱が行われることにより、基板９の上面９１に対する異物９５の除去処理が行われる。当該所定の時間が経過すると、第１液膜７１の加熱が停止される。第１液膜７１の加熱が停止される際には、好ましくは、気化により体積が減少した第１液膜７１が、基板９の上面９１全体を覆う状態で残っている。このため、異物９５を保持する第２液膜７２が、基板９の上面９１に接触することを防止することができる。その結果、第２液膜７２内の異物９５が、基板９の上面９１に再付着することを防止することができる。
　第１液膜７１の加熱が終了すると、基板９上への第２処理液の供給が継続された状態で、基板回転機構３３（図１参照）により基板９の回転が開始される。基板９が回転することにより、基板９上の第１液膜７１および第２液膜７２が、径方向外方へと移動し、基板９の外縁から周囲へと飛散して基板９の上面９１上から除去される（ステップＳ１３）。また、第２ノズル６２から基板９の上面９１上に供給される第２処理液も、径方向外方へと拡がって、基板９の外縁から周囲へと飛散する。基板９から飛散した第１処理液および第２処理液は、カップ部４により受けられ、排出ポートを介してカップ部４およびハウジング１１の外部へと排出される。
　基板処理装置１では、所定の時間だけ第２処理液の供給および基板９の回転が行われることにより、基板９の上面９１に対する洗浄処理が行われる。当該所定の時間が経過すると、基板９に対する洗浄処理が終了する。
　基板９に対する洗浄処理が終了すると、第２ノズル６２からの第２処理液の供給が停止され、基板回転機構３３による基板９の回転速度が増大する。基板９が比較的高速にて回転することにより、基板９の上面９１上に残っている第２処理液が径方向外方へと移動し、基板９の外縁から周囲へと飛散する。その結果、基板９上の第２処理液が除去される（ステップＳ１４）。以下、ステップＳ１４の処理を「乾燥処理」という。乾燥処理において基板９から飛散してカップ部４により受けられた第２処理液も、上記と同様に、排出ポートを介してカップ部４およびハウジング１１の外部へと排出される。乾燥処理が終了した基板９は、ハウジング１１外へと搬出される。基板処理装置１では、複数の基板９に対して順次、上述のステップＳ１１～Ｓ１４が行われる。
　以上に説明したように、基板処理装置１では、基板９の上面９１上に第１処理液、および、第１処理液よりも比重が小さく沸点が高い第２処理液が供給され、第１処理液の液膜である第１液膜７１、および、第１液膜７１の上面７３を覆う第２処理液の液膜である第２液膜７２が、基板９の上面９１上に形成される（ステップＳ１１）。続いて、第１処理液の沸点以上かつ第２処理液の沸点よりも低い温度にて第１液膜７１の加熱が行われる。そして、第２液膜７２と基板９との間にて気化した第１処理液により、基板９の上面９１上の異物９５が当該上面９１から剥離され、第２液膜７２内へと移動される（ステップＳ１２）。
　このように、第１処理液の気泡７１１により異物９５を基板９の上面９１から剥離させることにより、基板９の上面９１の損傷を抑制しつつ、基板９上から異物９５を好適に除去することができる。このため、基板処理装置１は、予めパターンが形成されている基板９の上面９１からの異物９５の除去に特に適している。
　第１処理液としてＨＦＥが用いられ、第２処理液として純水が用いられる場合、第１処理液および第２処理液の溶解度パラメータの差は比較的大きく、第１処理液と第２処理液との混合が抑制される。このため、ステップＳ１２における加熱により、基板９の上面９１に接する第１液膜７１のみを容易に気化させることができる。その結果、基板９上からの異物９５の除去を効率良く行うことができる。また、第２処理液として純水が利用されることにより、基板９上からの異物９５の除去に係るコストを低減することができる。
　第１処理液としてＨＦＥが用いられ、第２処理液としてＩＰＡが用いられる場合も同様に、第１処理液および第２処理液の溶解度パラメータの差は比較的大きく、第１処理液と第２処理液との混合が抑制される。このため、ステップＳ１２における加熱により、基板９の上面９１に接する第１液膜７１のみを容易に気化させることができる。その結果、基板９上からの異物９５の除去を効率良く行うことができる。
　ところで、仮に、基板９の上面９１上に１種類の処理液の液膜のみが形成された状態で、当該液膜を沸点以上の温度に加熱して気化させることにより異物を除去しようとすると、液膜が過剰に速く気化して基板９の上面９１上から消失し、基板９上から剥離された異物が基板９の上面９１に再付着するおそれがある。一方、液膜が基板９の上面９１上から消失しないように気化させようとすると、液膜の加熱を高精度に制御する必要がある。また、当該処理液の供給を継続しつつ当該液膜を加熱して気化させることも考えられるが、上述と同様に、液膜が過剰に速く気化して基板９の上面９１上から部分的にであっても消失しないように、液膜の加熱と処理液の供給とを高精度に制御する必要がある。さらに、気化させる処理液が高価である場合、処理液の供給を継続しつつ液膜を気化させることにより、異物除去に要するコストが増大する。
　これに対し、基板処理装置１では、上述のように、第１液膜７１の上面７３が液膜加熱温度よりも沸点が高い第２液膜７２に覆われるため、仮に第１液膜７１が気化して消失したとしても、基板９の上面９１が露出するおそれがない。したがって、第１液膜７１の加熱を高精度に制御する必要がないため、基板９上からの異物９５の除去を容易に行うことができる。
　上述のように、基板処理装置１では、加熱部５が基板９を下面９２側から加熱することにより、ステップＳ１２における第１液膜７１の加熱が行われる。これにより、第１液膜７１内において、第１処理液の上昇流が生成される。その結果、異物９５が基板９の上面９１上から上方へと剥離されやすくなるため、基板９上からの異物９５の除去をさらに好適に行うことができる。また、基板９の上面９１から剥離された異物９５を、第１液膜７１の上側に位置する第２液膜７２へと容易に移動することもできる。
　上述のように、基板処理装置１では、ステップＳ１２における第１処理液の気化および異物９５の第２液膜７２への移動と並行して、第２液膜７２に第２処理液が継続的に供給される。これにより、基板９上から剥離されて第２液膜７２内に保持された異物９５を、第２処理液と共に速やかに径方向外方へと移動し、第１液膜７１の加熱と並行して基板９上から速やかに除去することができる。
　基板処理装置１では、ステップＳ１２と並行して、第１液膜７１にも第１処理液が継続的に供給されてもよい。これにより、所定時間の第１液膜７１の加熱中に第１液膜７１が全て気化して消失することを防止することができる。この場合、第２液膜７２が形成された状態における第１ノズル６１の先端が、基板９の上面９１と第２液膜７２の上面７４との間に位置するため、第２液膜７２に覆われている第１液膜７１に容易に第１処理液を供給することができる。
　基板処理装置１では、ステップＳ１２における第１処理液の気化および異物９５の第２液膜７２への移動後に、基板９を回転させることにより、第２液膜７２が基板９の上面９１上から除去される（ステップＳ１３）。これにより、異物９５を保持する第２液膜７２を、基板９上から容易に除去することができ、基板９の洗浄処理を容易に完了することができる。
　上述のように、第１液膜７１は基板９の上面９１全体を覆い、第２液膜７２は第１液膜７１の上面７３全体を覆う。これにより、基板９の上面９１全体を均等に洗浄することができる。基板処理装置１では、基板９の上面９１の一部を部分的に洗浄したい場合には、上面９１の洗浄したい部分のみを覆う第１液膜７１、および、当該第１液膜７１を覆う第２液膜７２が形成されてもよい。そして、第１液膜７１が液膜加熱温度に加熱されることにより、基板９の上面９１上の洗浄したい部分において、上記と同様に異物９５が上面９１上から除去される。
　ステップＳ１１における第１液膜７１および第２液膜７２の形成は、基板回転機構３３により基板９を比較的低速にて回転させながら行われてもよい。これにより、基板９上の第１処理液、および、第１液膜７１上の第２処理液が速やかに径方向外方に拡がる。その結果、第１液膜７１および第２液膜７２の形成に要する時間を短縮することができる。また、ステップＳ１２における第１液膜７１の加熱も、基板９を比較的低速にて回転させながら行われてもよい。これにより、第１液膜７１全体をおよそ均等に加熱することができる。
　ステップＳ１１では、第１液膜７１が基板９の上面９１全体を覆うよりも前に、第２処理液の供給が開始されてもよい。上述のように、第１処理液の表面張力は第２処理液の表面張力よりも小さいため、第１処理液は第２処理液よりも基板９の上面９１上にて速やかに拡がり、第２処理液よりも先に基板９の上面９１全体を覆う。これにより、基板９上への第１液膜７１および第２液膜７２の形成に要する時間を短くすることができる。
　ステップＳ１１では、基板９上に第１処理液が供給されるよりも前に、第２液膜７２が形成されてもよい。上述のように、基板処理装置１では、第２液膜７２が形成された状態で、すなわち、第１処理液の供給前の状態で、第１ノズル６１の先端が、基板９の上面９１と第２液膜７２の上面７４との間に位置する。このため、第１ノズル６１から吐出された第１処理液が、第２液膜７２を容易に通過して基板９の上面９１に到達し、基板９の上面９１に沿って径方向外方に拡がる。その結果、第２液膜７２が形成された後に第１処理液の供給が行われる場合であっても、基板９と第２液膜７２との間に、第１液膜７１を容易に形成することができる。
　また、基板処理装置１では、第１処理液の供給と第２処理液の供給とが同時に開始され、第１液膜７１の形成と第２液膜７２の形成とが並行して行われてもよい。これにより、第１液膜７１および第２液膜７２の形成を短時間にて完了することができる。この場合も、第２液膜７２が形成された状態における第１ノズル６１の先端が、基板９の上面９１と第２液膜７２の上面７４との間に位置するため、基板９と第２液膜７２との間に、第１液膜７１を容易に形成することができる。
　このように、基板処理装置１では、ステップＳ１１における第１液膜７１の形成、および、第２液膜７２の形成は、どちらが先に行われてもよく、並行して行われてもよい。基板処理装置１では、第２液膜７２が形成された状態で、第１ノズル６１の先端が、基板９の上面９１と第２液膜７２の上面７４との間に位置することにより、第１液膜７１および第２液膜７２の形成順序にかかわらず、第１液膜７１および第２液膜７２を容易に形成することができる。
　図６は、処理液供給部６の他の好ましい構造を示す図である。図６に示す例では、第１ノズル６１および第２ノズル６２は二重ノズルである。具体的には、第２ノズル６２の流路内に第１ノズル６１が配置され、第２処理液は、第１ノズル６１の周囲から第１ノズル６１に沿って吐出される。図６に示す例でも、第１ノズル６１および第２ノズル６２は、基板９の中央部の上方に配置され、第１ノズル６１の先端は、第２ノズル６２の先端よりも下方に位置する。基板処理装置１では、図６に示す第１ノズル６１および第２ノズル６２を備える場合であっても、第２液膜７２が形成された状態で、第１ノズル６１の先端が、基板９の上面９１と第２液膜７２の上面７４との間に位置する。これにより、第１液膜７１および第２液膜７２の形成順序にかかわらず、第１液膜７１および第２液膜７２を容易に形成することができる。なお、図６では、第１ノズル６１からの第１処理液の供給と、第２ノズル６２からの第２処理液の供給とが並行して行われ、第１液膜７１および第２液膜７２が並行して形成される場合を示す。
　図７は、他の好ましい処理液供給部を示す図である。図７に示す処理液供給部６ａでは、第１ノズル６１および第２ノズル６２は二重ノズルであり、第１ノズル６１の先端と第２ノズル６２の先端とは、上下方向に関しておよそ同じ位置に位置する。処理液供給部６ａでは、ステップＳ１１において、第１処理液の吐出と第２処理液の吐出とが同時に開始されることにより、基板９の上面９１上への第１液膜７１の形成、および、第１液膜７１の上面７３上への第２液膜７２の形成が、並行して行われる。これにより、第１液膜７１および第２液膜７２の形成を短時間にて完了することができる。
　処理液供給部６ａでは、第１ノズル６１が第２ノズル６２の流路内に配置され、第２処理液は、第１ノズル６１の周囲から第１ノズル６１に沿って吐出される。このため、第１ノズル６１から吐出された第１処理液が、第２処理液に阻害されることなく基板９の上面９１上に容易に到達することができる。その結果、第１液膜７１を容易に形成することができる。処理液供給部６ａでは、第１液膜７１が先に形成された後、第２処理液の吐出が開始されてもよい。
　図８は、本発明の第２の実施の形態に係る基板処理装置１ａの構成を示す図である。基板処理装置１ａは、処理液供給部６ｂが、図１の第１ノズル６１および第２ノズル６２に代えて１つのノズル６０を備える点を除き、図１に示す基板処理装置１とおよそ同様の構造を有する。以下の説明では、基板処理装置１ａの構成のうち、基板処理装置１の構成と対応する構成に同符号を付す。
　図８に示す基板処理装置１ａでは、ノズル６０は、第１処理液供給源６５および第２処理液供給源６７に接続される。ノズル６０は、第１処理液または第２処理液を、基板９の上面９１の中央部に向けて選択的に吐出する。
　基板処理装置１ａにおいて基板９が処理される際には、まず、ノズル６０から基板９の上面９１に第１処理液が供給され、基板９の上面９１上に第１液膜７１（図３参照）が形成される。続いて、ノズル６０からの第１処理液の吐出が停止され、第２処理液の吐出が開始される。そして、ノズル６０から第１液膜７１の上面７３に第２処理液が供給され、第１液膜７１の上面７３上に第２液膜７２が形成される（図２：ステップＳ１１）。第１液膜７１および第２液膜７２の形成の際、基板回転機構３３による基板９の回転は行われない。あるいは、基板９が比較的低速にて回転されている状態で、第１液膜７１および第２液膜７２が順に形成される。
　基板処理装置１ａにおけるステップＳ１１以降の基板９の処理の流れは、上述のステップＳ１２～Ｓ１４と同様である。ステップＳ１２では、第１処理液の沸点以上かつ第２処理液の沸点よりも低い温度である液膜加熱温度にて第１液膜７１の加熱が行われる。そして、第２液膜７２と基板９との間にて気化した第１処理液により、基板９の上面９１上の異物９５（図４および図５参照）が当該上面９１から剥離され、第２液膜７２内へと移動される。これにより、上記と同様に、基板９の上面９１の損傷を抑制しつつ、基板９上から異物９５を好適に除去することができる。
　図９は、本発明の第３の実施の形態に係る基板処理装置１ｂの構成を示す図である。基板処理装置１ｂは、基板９の下方の加熱部５が省略され、処理液供給部６ｃに第２処理液を加熱する処理液加熱部６６３が設けられる点を除き、図１に示す基板処理装置１とおよそ同様の構造を有する。以下の説明では、基板処理装置１ｂの構成のうち、基板処理装置１の構成と対応する構成に同符号を付す。
　基板処理装置１ｂでは、ステップＳ１１において、基板処理装置１と同様に、基板９の上面９１上に第１液膜７１（図３参照）が形成される。その後、処理液加熱部６６３により加熱された第２処理液が、第２ノズル６２から基板９上の第１液膜７１の上面７３上に供給される。処理液加熱部６６３により、第２処理液は、上述の液膜加熱温度よりも高く（当然に、第１処理液の沸点よりも高く）、かつ、第２処理液の沸点よりも低い温度に加熱される。
　基板処理装置１ｂでは、第２処理液による第２液膜７２の形成（ステップＳ１１）と並行して、処理液加熱部６６３により加熱された第２液膜７２による第１液膜７１の加熱が行われ、第１液膜７１が液膜加熱温度に加熱される。そして、第２液膜７２と基板９との間にて気化した第１処理液により、基板９の上面９１上の異物９５（図４および図５参照）が上面９１から剥離されて第２液膜７２へと移動される（ステップＳ１２）。これにより、上記と同様に、基板９の上面９１の損傷を抑制しつつ、基板９上から異物９５を好適に除去することができる。
　また、基板処理装置１ｂでは、基板保持部３１の内部または近傍に、基板９を下面９２側から加熱する加熱部を設ける必要がないため、基板保持部３１または基板保持部３１近傍の構造を簡素化することができる。
　基板処理装置１ｂでは、図１に示す基板処理装置１と同様に、ステップＳ１１において、第１液膜７１が基板９の上面９１全体を覆うよりも前に、第２処理液の供給が開始されてもよい。また、ステップＳ１１では、基板９上に第１処理液が供給されるよりも前に、第２液膜７２が形成されてもよい。さらに、ステップＳ１１では、第１処理液の供給と第２処理液の供給とが同時に開始され、第１液膜７１の形成と第２液膜７２の形成とが並行して行われてもよい。
　上記基板処理装置１，１ａ，１ｂでは、様々な変更が可能である。
　例えば、上述のステップＳ１２では、基板９と第２液膜７２との間において、第１液膜７１が気化して消失するまで、第１液膜７１の加熱が行われてもよい。
　図１に示す基板処理装置１では、例えば、加熱部５が基板保持部３１の上方に配置される光照射部であってもよい。この場合、加熱部５から第２液膜７２に光が照射されることにより、第２液膜７２を介して第１液膜７１が液膜加熱温度に加熱される。また、加熱部５は、基板保持部３１の上方に配置されて第２液膜７２に加熱された気体（例えば、不活性ガス）を供給するガス供給部であってもよい。この場合も、加熱部５からの加熱された気体により、第２液膜７２を介して第１液膜７１が液膜加熱温度に加熱される。図８に示す基板処理装置１ａにおいても同様である。
　図９に示す基板処理装置１ｂでは、処理液加熱部６６３に加えて、第１液膜７１を基板９の下面９２側から加熱する加熱部５（図１参照）も設けられてもよい。これにより、第１液膜７１を速やかに加熱することができる。
　基板処理装置１，１ａ，１ｂでは、第１処理液と第２処理液とは混合されない状態で基板９上に供給されるが、第１処理液と第２処理液との混合液が基板９上に供給されてもよい。この場合、基板９上に供給された混合液において、比重の差により第１処理液が基板９の上面９１上へと沈下して第２処理液と分離することにより、第１液膜７１および第２液膜７２が形成される。混合液としては、例えば、他の基板９の上記異物除去処理に利用されて回収された第１処理液および第２処理液の混合液からフィルター等により異物を除去したものが利用される。
　基板９の上面９１では、第２液膜７２の上面７４上、または、第２液膜７２と第１液膜７１との間に、第１処理液および第２処理液と異なる他の処理液の液膜が形成されてもよい。
　図１０は、他の好ましい基板処理装置１ｃの構成を示す図である。基板処理装置１ｃは、複数の基板９に対して上述と略同様の異物除去処理を並行して行うバッチ式の装置である。基板処理装置１ｃは、貯溜槽８１と、第１ノズル６１ａと、第２ノズル６２ａとを備える。第２ノズル６２ａは、貯溜槽８１の底部から貯溜槽８１内に第２処理液（例えば、純水またはＩＰＡ）を供給する。第２ノズル６２ａからの第２処理液は、貯溜槽８１内に貯溜される。複数の基板９は、それぞれ上面９１を上側に向けた状態で図示省略の保持部により保持され、貯溜槽８１内の第２処理液７２０に浸漬される。
　第１ノズル６１ａは、複数の基板９の側方に配置され、複数の吐出口から複数の基板９の上面９１の上方に向けて第１処理液（例えば、ＨＦＥ）を吐出する。各基板９の上面９１の上方に吐出された第１処理液は、第２処理液７２０よりも比重が大きいため、第２処理液７２０内を沈下して各基板９の上面９１上にて拡がる。これにより、各基板９の上面９１全体を覆う第１液膜７１が形成される。各基板９の上面９１の直上の領域に注目すると、各基板９上には基板９の上面９１全体を覆う第１液膜７１が形成され、第１液膜７１上には第１液膜７１の上面７３全体を覆う第２液膜が形成される。
　続いて、各基板９上の第１液膜７１が、上述の液膜加熱温度に加熱される。そして、上記第２液膜と各基板９との間にて気化した第１処理液により、基板９の上面９１上の異物が上面９１から剥離されて第２液膜内（すなわち、第２処理液７２０内）へと移動し、第２処理液７２０により保持される。これにより、上記と同様に、基板９の上面９１の損傷を抑制しつつ、基板９上から異物を好適に除去することができる。
　第１液膜７１の加熱は、例えば、複数の基板９を保持する上述の保持部に設けられたヒータにより行われてもよく、各基板９に光を照射することにより行われてもよい。あるいは、貯溜槽８１内の第２処理液７２０の温度が液膜加熱温度よりも高くなるように、第２処理液７２０の加熱が行われてもよい。基板処理装置１ｃでは、第２ノズル６２ａから貯溜槽８１内にさらに第２処理液が供給されることにより、異物を保持する第２処理液が貯溜槽８１の上端部からあふれて廃棄される。
　上述の基板処理装置１，１ａ～１ｃでは、第１処理液および第２処理液は、様々に変更されてよい。例えば、第２処理液が純水である場合、第１処理液は、純水よりも比重が小さくかつ沸点が低い液体である四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、１，２ジクロロエタン、二硫化炭素、１，１，１－トリクロロエタン等であってもよい。
　上述の基板処理装置１，１ａ～１ｃは、半導体基板以外に、液晶表示装置、プラズマディスプレイ、ＦＥＤ（field emission display）等の表示装置に使用されるガラス基板の処理に利用されてもよい。あるいは、基板処理装置１，１ａ～１ｃは、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、セラミック基板および太陽電池用基板等の処理に利用されてもよい。また、上述した実施形態ではステップＳ１１の第１液膜及び第２液膜を形成する段階で、基板９を低速回転させたが、この段階で基板９を停止させてもよい。
　上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
　発明を詳細に描写して説明したが、既述の説明は例示的であって限定的なものではない。したがって、本発明の範囲を逸脱しない限り、多数の変形や態様が可能であるといえる。
　１，１ａ～１ｃ　　基板処理装置
　５　　加熱部
　６，６ａ～６ｃ　　処理液供給部
　９　　基板
　３１　　基板保持部
　３３　　基板回転機構
　６１，６１ａ　　第１ノズル
　６２，６２ａ　　第２ノズル
　７１　　第１液膜
　７２　　第２液膜
　７３　　（第１液膜の）上面
　９１　　（基板の）上面
　９２　　（基板の）下面
　９５　　異物
　Ｊ１　　中心軸
　Ｓ１１～Ｓ１４　　ステップ

Claims (19)

  1. 　基板を処理する基板処理装置であって、
    　水平状態に基板を保持する基板保持部と、
    　前記基板の上面上に第１処理液および前記第１処理液よりも比重が小さく沸点が高い第２処理液を供給し、前記第１処理液の液膜である第１液膜、および、前記第１液膜の上面を覆う前記第２処理液の液膜である第２液膜を前記基板の前記上面上に形成する処理液供給部と、
    を備え、
    　前記第１処理液の沸点以上かつ前記第２処理液の沸点よりも低い温度にて前記第１液膜の加熱が行われることにより、前記第２液膜と前記基板との間にて気化した前記第１処理液により、前記基板の前記上面上の異物を前記基板の前記上面から剥離させて前記第２液膜内へと移動させる。
  2. 　請求項１に記載の基板処理装置であって、
    　上下方向を向く中心軸を中心として前記基板を前記基板保持部と共に回転させることにより、前記第２液膜を前記基板の前記上面上から除去する基板回転機構をさらに備える。
  3. 　請求項１または２に記載の基板処理装置であって、
    　前記第１処理液の気化と並行して、前記処理液供給部から前記第２液膜に前記第２処理液が継続的に供給される。
  4. 　請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置であって、
    　前記第１処理液の気化と並行して、前記処理液供給部から前記第１液膜に前記第１処理液が継続的に供給される。
  5. 　請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置であって、
    　前記基板を下面側から加熱することにより前記第１液膜の前記加熱を行う加熱部をさらに備える。
  6. 　請求項１ないし５のいずれかに記載の基板処理装置であって、
    　前記第１処理液の沸点よりも高くかつ前記第２処理液の沸点よりも低い温度にて前記処理液供給部から前記基板上に供給された前記第２処理液により、前記第１液膜の前記加熱が行われる。
  7. 　請求項１ないし６のいずれかに記載の基板処理装置であって、
    　前記処理液供給部が、
    　前記第１処理液を前記基板の前記上面に向けて吐出する第１ノズルと、
    　前記第２処理液を前記基板の前記上面に向けて吐出する第２ノズルと、
    を備え、
    　前記第２液膜が形成された状態で、前記第１ノズルの先端が、前記基板の前記上面と前記第２液膜の上面との間に位置する。
  8. 　請求項１ないし７のいずれかに記載の基板処理装置であって、
    　前記第１液膜が前記基板の前記上面全体を覆い、
    　前記第２液膜が前記第１液膜の前記上面全体を覆う。
  9. 　請求項１ないし８のいずれかに記載の基板処理装置であって、
    　前記第１処理液がハイドロフルオロエーテルであり、前記第２処理液が純水である。
  10. 　請求項１ないし８のいずれかに記載の基板処理装置であって、
    　前記第１処理液がハイドロフルオロエーテルであり、前記第２処理液がイソプロピルアルコールである。
  11. 　基板を処理する基板処理方法であって、
    　ａ）水平状態に保持された基板の上面上に第１処理液および前記第１処理液よりも比重が小さく沸点が高い第２処理液を供給し、前記第１処理液の液膜である第１液膜、および、前記第１液膜の上面を覆う前記第２処理液の液膜である第２液膜を前記基板の前記上面上に形成する工程と、
    　ｂ）前記第１処理液の沸点以上かつ前記第２処理液の沸点よりも低い温度にて前記第１液膜の加熱を行うことにより、前記第２液膜と前記基板との間にて気化した前記第１処理液により、前記基板の前記上面上の異物を前記基板の前記上面から剥離させて前記第２液膜内へと移動させる工程と、
    を備える。
  12. 　請求項１１に記載の基板処理方法であって、
    　前記ｂ）工程よりも後に、上下方向を向く中心軸を中心として前記基板を回転させることにより、前記第２液膜を前記基板の前記上面上から除去する工程をさらに備える。
  13. 　請求項１１または１２に記載の基板処理方法であって、
    　前記ｂ）工程と並行して、前記第２液膜に前記第２処理液が継続的に供給される。
  14. 　請求項１１ないし１３のいずれかに記載の基板処理方法であって、
    　前記ｂ）工程と並行して、前記第１液膜に前記第１処理液が継続的に供給される。
  15. 　請求項１１ないし１４のいずれかに記載の基板処理方法であって、
    　前記ｂ）工程において、前記基板を下面側から加熱することにより前記第１液膜の前記加熱が行われる。
  16. 　請求項１１ないし１５のいずれかに記載の基板処理方法であって、
    　前記第１処理液の沸点よりも高くかつ前記第２処理液の沸点よりも低い温度にて前記基板上に供給された前記第２処理液により、前記ｂ）工程における前記第１液膜の前記加熱が行われる。
  17. 　請求項１１ないし１６のいずれかに記載の基板処理方法であって、
    　前記第１液膜が前記基板の前記上面全体を覆い、
    　前記第２液膜が前記第１液膜の前記上面全体を覆う。
  18. 　請求項１１ないし１７のいずれかに記載の基板処理方法であって、
    　前記第１処理液がハイドロフルオロエーテルであり、前記第２処理液が純水である。
  19. 　請求項１１ないし１７のいずれかに記載の基板処理方法であって、
    　前記第１処理液がハイドロフルオロエーテルであり、前記第２処理液がイソプロピルアルコールである。
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