(57)【要約】【課題】パターンの間隙内部に入り込んだ液体を凝固させることでパターンを構造的に補強した状態で基板表面を物理洗浄する基板処理方法および装置において、パーティクル等の除去効率をさらに高める。【解決手段】  基板保持手段１１に保持され、所定のパターンＦＰが形成され液体としてのＤＩＷが付着した基板Ｗの表面Ｗｆに対し、第一処理液供給手段２５から第一処理液としてのＨＦＥ液を供給し、パターンＦＰの間隙内部にＤＩＷを残留させながら液体を基板表面から除去するとともに処理液の液膜を形成する。その後、凝固手段３１から基板裏面Ｗｂに凍結用の窒素ガスを吐出して、パターンＦＰの間隙内部に残留させたＤＩＷを凝固させ、パターンＦＰの間隙内部に凝固体を形成する。その状態で、第一処理液であるＨＦＥ液の液膜の上に第二処理液としてのＤＩＷの液膜を形成し、ＤＩＷの液膜に対し超音波洗浄手段１７により超音波振動を付与して洗浄を行う。【選択図】図５
2011210933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のパターンが形成された基板のパターンの間隙内部に液体の凝固体を形成するとともに、前記基板の表面に液膜を保持する凝固工程と、
前記パターンの間隙内部に前記凝固体を形成した状態を保ちながら、前記基板表面に保持された前記液膜を介して前記基板に超音波振動を付与し、前記基板表面を洗浄する超音波洗浄工程と
を備えた基板処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の基板処理方法であって、
前記液膜は、
前記液体と互いに混合し難く、かつ前記液体の凝固点よりも低い凝固点を有する処理液を含む基板処理方法。
【請求項３】
請求項２に記載の基板処理方法であって、
前記凝固工程に先立って、
前記パターンが形成され前記液体が付着した前記基板の表面に前記液膜を形成するための前記処理液を供給し、前記パターンの間隙内部に前記液体を残留させながら前記液体を前記基板表面から除去するとともに、前記パターン間隙内部の前記液体の上層に前記処理液の液膜を形成する積層液膜形成工程を更に備える基板処理方法。
【請求項４】
請求項３に記載の基板処理方法であって、
前記処理液は、
前記液体の凝固点よりも高い温度の第一処理液を少なくとも含む基板処理方法。
【請求項５】
請求項４に記載の基板処理方法であって、
前記積層液膜形成工程は、
前記第一処理液を供給する第一処理液供給工程を備える基板処理方法。
【請求項６】
請求項５に記載の基板処理方法であって、
前記積層液膜形成工程は、前記基板を回転する工程を更に備え、前記第一処理液を前記基板の中心付近に供給する基板処理方法。
【請求項７】
請求項６に記載の基板処理方法であって、
前記第一処理液供給工程は、
前記液体の凝固点付近の温度の第一処理液を供給する基板処理方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の基板処理方法であって、
前記基板表面に前記液体を供給する液体供給工程を更に備える基板処理方法。
【請求項９】
所定のパターンが形成され液体が付着した基板を保持する基板保持手段と、
前記基板を回転する基板回転手段と、
前記基板保持手段に保持された前記基板の表面に向けて処理液を供給し、前記パターンの間隙内部に前記液体を残留させながら前記液体を前記基板表面から除去するとともに、前記パターン間隙内部の前記液体の上層に前記処理液の液膜を形成する積層液膜形成手段と、
前記処理液の液膜を保持し、前記パターンの間隙内部に残留させた前記液体を凝固させて、前記パターンの間隙内部に凝固体を形成する凝固手段と、
前記パターンの間隙内部に前記凝固体を形成した状態を保ちながら、前記基板表面に形成された液膜を介して前記基板に超音波振動を付与し、前記基板表面を洗浄する超音波洗浄手段と
を備えた基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体ウェハ、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の各種基板（以下、単に「基板」と記載する）に対して洗浄処理を施す基板処理方法および基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置や液晶表示装置などの電子部品の製造工程では、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表面を清浄な状態に保つ必要があり、必要に応じて基板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、微細パターンの間隙内部に入り込ませた脱イオン水（Ｄｅ  Ｉｏｎｉｚｅｄ  Ｗａｔｅｒ：以下「ＤＩＷ」と記載する）などの液体を凍結させることで微細パターンを構造的に補強した状態で基板表面に対して物理洗浄が実行される。
【０００３】
すなわち、特許文献１に記載の装置では、以下の工程が実行される。まず、基板の表面にＤＩＷを供給することでパターンの間隙内部にＤＩＷを入り込ませるとともに基板表面全体にＤＩＷの液膜を形成する。これに続いて、ＤＩＷの供給を停止し、基板の回転数を制御することでパターンの間隙内部に入り込ませたＤＩＷを残留させながら基板表面からＤＩＷを除去する。そして、パターンの間隙内部に残留させたＤＩＷを凍結させて氷を形成し、パターンを構造的に補強する。その後、パターン間隙内部の氷が凍結した状態を保ったまま基板表面に対して物理洗浄を施す。これにより、パターンがダメージを受けるのを防止しつつ、基板表面からパーティクル等の汚染物質を効率良く除去することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４３９８１（第６図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術では、ＤＩＷの液膜が形成された基板を回転させることでパターンの間隙内部にＤＩＷを残留しつつ基板表面からＤＩＷを除去しているが、その際、パターンの間隙内部のみならずパターンの上面にＤＩＷの液膜が残ってしまうことがある。この場合、パターン上面であって液膜が残っている部分にパーティクル等の汚染物質（以下「パーティクル等」と記載する）が存在すると、凝固体形成時にパターン上面の液膜も凍結されて当該パーティクル等がＤＩＷの凝固体（凍結膜）に埋もれてしまう。
【０００６】
また、パターン上面のＤＩＷを除去できたとしても、その後、凝固体形成時に基板の温度を０℃（摂氏）以下に冷却するため、凝固体形成時及びその後にパターン上面を含む基板表面に霜が付着する。このため、基板表面にパーティクル等が残留していると、パーティクル等が霜に埋もれてしまうことになる。
【０００７】
これらの場合、その後、基板表面に対し物理洗浄を行ったとしても、パターン上面のＤＩＷの凝固体あるいは基板表面に付着した霜に埋もれている当該パーティクル等を洗浄除去することは困難である。このように、パーティクル等の除去効率の観点から改良の余地があった。
【０００８】
この発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、パターンの間隙内部に入り込んだ液体を凝固させることでパターンを構造的に補強し、基板表面を物理洗浄する基板処理方法および装置において、パーティクル等の除去効率をさらに高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題を解決するため、この発明は、所定のパターンが形成された基板のパターンの間隙内部に液体の凝固体を形成するとともに、基板の表面に液膜を保持する凝固工程と、パターンの間隙内部に凝固体を形成した状態を保ちながら、基板表面に保持された液膜を介して基板に超音波振動を付与し、基板表面を洗浄する超音波洗浄工程とを備えている。
【００１０】
また、この発明は、液膜として、液体と互いに混合し難く、かつ液体の凝固点よりも低い凝固点を有する処理液を含むことができる。
【００１１】
また、この発明は、前記凝固工程に先立って、パターンが形成され液体が付着した基板の表面に液膜を形成するための処理液を供給し、パターンの間隙内部に液体を残留させながら液体を基板表面から除去するとともに、パターン間隙内部の液体の上層に処理液の液膜を形成する積層液膜形成工程を更に備えている。
【００１２】
また、この発明は、所定のパターンが形成され液体が付着した基板を保持する基板保持手段と、基板を回転する基板回転手段と、基板保持手段に保持された基板の表面に向けて処理液を供給し、パターンの間隙内部に液体を残留させながら液体を基板表面から除去するとともに、パターン間隙内部の液体の上層に処理液の液膜を形成する積層液膜形成手段と、処理液の液膜を保持し、パターンの間隙内部に残留させた液体を凝固させて、パターンの間隙内部に凝固体を形成する凝固手段と、パターンの間隙内部に凝固体を形成した状態を保ちながら、基板表面に形成された液膜を介して基板に超音波振動を付与し、基板表面を洗浄する超音波洗浄手段とを備えている。
【００１３】
このように構成された発明（基板処理方法および装置）では、基板表面に処理液を供給することにより、基板表面に形成されたパターンの間隙内部に液体を残留させながら基板表面に付着する液体が該基板表面から除去され、液体の除去に使用された処理液は基板表面上に処理液の液膜を形成する。これにより、パターンの間隙内部を除き、パターン上面を含む基板表面から液体が除去される。この状態でパターン間隙内部に残留させた液体を凝固させて該パターン間隙内部に凝固体を形成するため、パターン上面に液体の凝固体が形成されることがない。
【００１４】
また、液体の凝固体を形成した後も処理液の液膜を維持し、該処理液の液膜に超音波を付与している。このため、基板表面は処理液の液膜により雰囲気から遮断され、基板表面に霜が付着することがない。このため、パターン上面及びパターンが形成されていない基板表面を良好に洗浄することが可能となる。
【００１５】
また、パターン間隙内部に液体の凝固体を形成することにより、パターンが構造的に補強された状態となる。つまり、パターンと凝固体とが一体となった塊（固形物）と見做せる状態となる。そして、凝固体を形成した状態（凝固した状態）を保ちながら基板表面に対して超音波を付与して洗浄するので、パターンがダメージを受けるのを防止しつつ、基板表面からパーティクル等を効率良く除去することができる。
【００１６】
また、液体と処理液が互いに混合し難いため、基板上層の液体を排除しても処理液がパターン間隙内部に侵入することがなく、パターン間隙内部の液体まで排除することが無い。また、処理液が液体と混合することにより液体の凝固点の変化を引き起こすことも無い。
【００１７】
また、液体の凝固点よりも低い凝固点を有する処理液を使用することにより、パターン間隙内部の液体を凝固する際に、処理液の凝固点より高い温度であって液体の凝固点より低い温度に冷却することで、液体のみ凝固して処理液は凝固しないままとすることが可能であり、その後処理液に超音波を付与して基板を洗浄し、超音波洗浄の後にパーティクル等が混入した処理液を基板上から排除することが可能となる。
【００１８】
ここで、前記の処理液として、液体の凝固点よりも高い温度の第一処理液を少なくとも含み、前記の積層液膜形成工程は、第一処理液を供給する第一処理液供給工程を備える構成とすることが可能である。
【００１９】
このように構成された発明では、液体の凝固点より高い温度の第一処理液を供給することで、パターン間隙内部以外の液体を排除する前に液体を凝固させることがなく、特にパターン上面に液体の凝固体を残留させることが無い。
【００２０】
また、前記の積層液膜形成工程は、基板を回転する工程を更に備え、第一処理液を基板の中心付近に供給する構成とすることも可能である。
【００２１】
このように構成された発明では、基板を回転させながら第一処理液を基板の中心付近に供給することで、第一処理液に基板中心から基板周縁に向かう遠心力を作用させ、基板中心から基板周縁に向かって順に液体を排除することが可能となる。これにより、静止した基板上に第一処理液を供給する場合よりも使用する第一処理液の量を少なくすることができ、また、積層液膜形成工程の実施に要する時間も短縮することが可能となる。
【００２２】
また、前記第一処理液供給工程は、液体の凝固点付近の温度の第一処理液を供給する構成とすることも可能である。
【００２３】
このように構成された発明では、パターン間隙内部の液体の温度を上昇させることがなく、凝固工程において短い時間で液体の凝固体を形成することが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
この発明によれば、パターンが形成された基板表面に対し、処理液を供給してパターン間隙内部を除く基板表面から液体を排除し、処理液はそのまま基板表面に液膜を形成する。これにより、パターンの間隙内部にのみ液体を孤立して残留させることができ、その後液体の凝固体を形成してもパターン上面に液体の凝固体が形成されることがない。また、処理液の液膜を基板表面の上に保持し続けることで、液体の凝固体を形成してその後超音波洗浄を行っても基板表面への霜の付着がない。このため、従来技術では困難であったパターン上面のパーティクル等をも洗浄除去することができ、洗浄効率をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る基板処理装置の概略構成を示す平面図である。
【図２】本発明に係る基板処理装置の概略構成を示す正面図である。
【図３】第一の実施の形態に係る処理ユニットの概略構成を示す図である。
【図４】図３の処理ユニットで用いられる超音波洗浄ヘッドの構成を示す正面断面図である。
【図５】第一の実施の形態に係る基板処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】第一の実施の形態において基板表面に液体が供給された状態を示す模式図である。
【図７】第一の実施の形態において第一処理液により液体が除去された状態を示す模式図である。
【図８】第一の実施の形態において液体が凝固された状態を示す模式図である。
【図９】第一の実施の形態において第一処理液の液膜の厚さが調整された状態を示す模式図である。
【図１０】第一の実施の形態において第一処理液の液膜の上に第二処理液の液膜が形成された状態を示す模式図である。
【図１１】第一の実施の形態において第二処理液に超音波が付与されている状態を示す模式図である。
【図１２】第一の実施の形態においてＳＣ１による洗浄が行われている状態を示す模式図である。
【図１３】第一の実施の形態においてリンス処理が行われている状態を示す模式図である。
【図１４】第二の実施の形態に係る処理ユニットの概略構成を示す図である。
【図１５】第二の実施の形態にかかる基板処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図１６】第二の実施の形態において第二処理液により液体が凝固された状態を示す模式図である。
【図１７】第三の実施の形態で用いられる超音洗浄ノズルの構成を示す正面断面図である。
【図１８】第三の実施の形態にかかる基板処理装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下の説明において、基板とは、半導体ウェハ、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の各種基板をいう。
【００２７】
また、以下の説明では、回路パターン等の各種パターンが形成される基板の面を表面と称し、その反対側の面を裏面と称する。また、下方に向けられた基板の面を下面と称し、上方に向けられた基板の面を上面と称する。
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を、基板の一例として半導体ウェハの処理に用いられる基板処理装置を例に採って図面を参照して説明する。ただし、本発明は、半導体ウェハの処理に限らず、液晶表示器用のガラス基板などの各種の基板の処理にも適用することができる。また、本発明が適用できる基板処理装置は、薬液処理、洗浄処理、および乾燥処理を同じ装置内で連続して行うものだけに限らず、単一の処理のみを行う装置や、薬液処理、洗浄処理、および乾燥処理の一部を同じ装置内で連続して行うものなどにも適用可能である。
【００２９】
＜第一実施形態＞
図１及び図２はこの発明にかかる基板処理装置９１の概略構成を示す図である。図１は基板処理装置９１の平面図であり、図２は図１の基板処理装置９１を矢印Ｘ１の方向から見た正面図である。この装置は半導体ウェハ等の基板Ｗ（以下、単に「基板Ｗ」と記載する）の表面に付着しているパーティクル等の汚染物質（以下「パーティクル等」と記載する）を除去するための洗浄処理に用いられる枚葉式の基板処理装置である。
【００３０】
この基板処理装置９１では、一方の端部に基板Ｗを処理ユニット１に搬入出する移載装置５が配置される。この移載装置５の一端に基板Ｗを収容するカセット８が載置可能に構成されたカセットステーション７が設けられており、このカセットステーション７の側方には、カセット８から処理工程前の基板Ｗを一枚ずつ取出すと共に、処理工程後の基板Ｗをカセット８内に１枚ずつ収容する搬送アーム５１１を備えた基板搬送装置５１が備えられている。
【００３１】
カセットステーション７の載置部７１は、基板Ｗを例えば２５枚収納したカセット８を載置できる構成になっている。基板搬送装置５１は、水平、昇降方向に移動自在であると共に、鉛直軸を中心に回転できるように構成されている。
【００３２】
次に、処理ユニット１の構成について説明する。図３は処理ユニット１の構成を示す模式図である。この処理ユニット１には、基板保持手段１１と、基板回転手段１２と、処理カップ１３と、遮断部材１５と、超音波洗浄手段１７と、液体供給手段２１と、リンス液供給手段２３と、第一処理液供給手段２５と、第二処理液供給手段２２と、ＳＣ１供給手段２９と、凝固手段３１と、乾燥用ガス供給手段３３と、制御ユニット９３と、が設けられている。
【００３３】
基板保持手段１１は、基板Ｗの表面Ｗｆを上方に向けて略水平姿勢に保持するものである。基板回転手段１２は、基板保持手段１１を基板保持手段１１に保持されている基板Ｗとともに回転するものである。処理カップ１３は基板保持手段１１をその内側に収容し、基板保持手段１１及び基板Ｗからの飛散物等を受け止めて排気・排液するものである。遮断部材１５は、基板保持手段１１の上方に、基板保持手段１１に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに対向して配置され、基板表面Ｗｆを外気から遮断するものである。超音波洗浄手段１７は基板表面Ｗｆに供給された処理液に超音波を付与するものである。
【００３４】
液体供給手段２１は、基板表面Ｗｆに液体を供給するものである。リンス液供給手段２３は、基板表面Ｗｆにリンス液を供給するものである。第一処理液供給手段２５は基板表面Ｗｆに対し第一処理液を供給し、基板表面Ｗｆに付着した液体を排除するものである。第二処理液供給手段２２は基板表面Ｗｆに供給された第一処理液の液膜の上に、ミスト状の第二処理液を供給するものである。ＳＣ１供給手段は基板表面ＷｆにＳＣ１を供給するものである。
【００３５】
凝固手段３１は基板Ｗの裏面側から基板Ｗの裏面Ｗｂに冷媒を吐出して液体の凝固体を形成するものである。乾燥用ガス供給手段３３は基板表面Ｗｆに乾燥用のガスを供給するものである。
【００３６】
制御ユニット９３は後述する洗浄プログラムに基づいて基板処理装置９１の各部の動作を制御するものである。
【００３７】
基板保持手段１１は、中心軸１１１と、スピンベース１１３と、チャックピン１１５と、チャックピン駆動機構１１６と、で構成される。
【００３８】
基板保持手段１１の中心軸１１１の上端部には、中心部に開口を有する円板状のスピンベース１１３がネジなどの締結部品によって固定されている。スピンベース１１３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１１５が立設されている。チャックピン１１５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１１３の周縁部に沿って等角度間隔で配置されている。各チャックピン１１５のそれぞれは、基板Ｗの周縁部を下方から支持する基板支持部と、基板支持部に支持された基板Ｗの外周端面を押圧して基板Ｗを保持する基板保持部とを備えている。
【００３９】
各チャックピン１１５は公知のリンク機構や褶動部材等を介してチャックピン駆動機構１１６内のエアシリンダに連結されている。そして、制御ユニット９３からの動作指令によりエアシリンダが伸縮することで、各チャックピン１１５は、基板保持部が基板Ｗの外周端面を押圧する押圧状態と、基板保持部が基板Ｗの外周端面から離れる解放状態との間を切り替え可能に構成されている。尚、本実施形態ではチャックピン１１５の駆動源としてエアシリンダを用いたが、モータやソレノイド等の駆動源を用いることも可能である。
【００４０】
そして、スピンベース１１３に対して基板Ｗが受渡しされる際には、各チャックピン１１５を解放状態とし、基板Ｗに対して洗浄処理等を行う際には、各チャックピン１１５を押圧状態とする。各チャックピン１１５を押圧状態とすると、各チャックピン１１５は基板Ｗの周縁部を把持して、基板Ｗがスピンベース１１３から所定間隔を隔てて略水平姿勢に保持されることとなる。これにより、基板Ｗは、その表面Ｗｆを上方に向け、裏面Ｗｂを下方に向けた状態で保持される。なお、この実施形態では、基板Ｗの表面Ｗｆに微細パターンが形成されており、表面Ｗｆがパターン形成面となっている。
【００４１】
また、基板保持手段１１の中心軸１１１にモータを含む基板回転手段１２の回転軸が連結されている。そして、制御ユニット９３からの動作指令により基板回転手段１２が駆動されると、中心軸１１１に固定されたスピンベース１１３が回転中心Ａ０を中心に回転する。
【００４２】
処理カップ１３は、基板Ｗの処理に用いられた後の処理液等を回収処理するためのものであり、スピンベース１１３とチャックピン１１５及び基板Ｗから飛散する処理液等を受け止めることができるよう、略円筒形状となっている。また、その上面には、基板Ｗが通過するための開口１３１が形成されている。この開口１３１は、回転中心Ａ０を中心とする略円形のものである。処理カップ１３の底部には排気液ライン（図示省略）が接続され、基板保持手段１１周辺の雰囲気を、その中に含まれる処理液等の微粒子ごと排気（排気液）する。
【００４３】
遮断部材１５は、中心部に開口を有する円板状に形成されている。遮断部材１５の下面は、基板Ｗの表面Ｗｆと略平行に対向する基板対向面となっており、基板Ｗの直径と同等以上の大きさに形成されている。遮断部材１５は略円筒形状を有する支持軸１５１の下端部に略水平に取り付けられる。この支持軸１５１は、水平方向に延びるアーム１５２により保持されている。
【００４４】
また、アーム１５２には、遮断部材昇降機構１５３が接続されており、制御ユニット９３からの動作指令により、遮断部材１５をスピンベース１１３に近接させ、逆に離間させる。具体的に、制御ユニット９３は、遮断部材昇降機構１５３の動作を制御して、処理ユニット１に対して基板Ｗを搬入出させる際には、遮断部材１５を基板保持手段１１の上方の離間位置（図３に示す位置）に上昇させる一方、基板Ｗに対して後述するＤＩＷの供給やＨＦＥ液の供給等を行う際には、遮断部材１５を基板保持手段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下降させる。
【００４５】
また、遮断部材１５は遮断部材回転機構１５５と接続されており、制御ユニット９３からの動作指令により支持軸１５１の中心を通る鉛直軸周りに回転される。また、遮断部材回転機構１５５は、基板保持手段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１５を回転させるように構成されている。
【００４６】
支持軸１５１は中空になっており、その内部に第一供給管１５７が挿通されるとともに、当該第一供給管１５７に第二供給管１５８が挿通されて、いわゆる二重管構造となっている。この第一供給管１５７及び第二供給管１５８の下方端部は遮断部材１５の開口に延設されており、第二供給管１５８の先端に吐出ノズル１５９が設けられている。
【００４７】
第一供給管１５７には、常温の窒素ガスを供給する乾燥用窒素ガス供給部３３１が配管３３３を介して管路接続されている。
【００４８】
第二供給管１５８には、主配管２０が管路接続され、主配管２０に対しては配管２１３、２３３、２５３と２９３を介してそれぞれ第一ＤＩＷ供給部２１１、第二ＤＩＷ供給部２３１、ＨＦＥ液供給部２５１とＳＣ１供給部２９１がそれぞれ管路接続されている。また、配管２１３、２３３、２５３と２９３にはそれぞれ開閉弁２１５、２３５、２５５と２９５が介挿されている。なお、開閉弁２１５、２３５、２５５と２９５は全て常時閉成されている。
【００４９】
超音波洗浄手段１７は超音波洗浄部１７１と、配線１７５と、超音波発振器１７３と、で構成される。
【００５０】
超音波洗浄部１７１を昇降及び旋回させるための駆動源として、処理カップ１３の周方向外側にヘッド駆動機構１７３が設けられている。このヘッド駆動機構１７３は昇降モータ１７３１を有し、昇降モータ１７３１の回転軸にはボールネジ１７３２が連結されている。このボールネジ１７３２は立設されたガイド１７３３に併設されている。昇降ベース１７３５はガイド１７３３に褶動自在に嵌め付けられているとともに、ボールネジ１７３２に螺合されている。そして、制御ユニット９３からの動作指令により昇降モータ１７３１が駆動されると、昇降ベース１７３５が上下方向に昇降される。
【００５１】
昇降ベース１７３５には旋回モータ１７３６が搭載されており、旋回モータ１７３６の回転軸には旋回軸１７３７が連結されている。旋回軸１７３７にはアーム１７１３の一端が連結され、このアーム１７１３の他方端には超音波洗浄ヘッド１７１５が保持されている。制御ユニット９３からの動作指令により旋回モータ１７３６が駆動されると、旋回軸１７３７の周りにアーム１７１３が揺動して、超音波洗浄ヘッド１７１５を基板保持手段１１上に保持された基板表面Ｗｆ近傍の振動付与位置と処理カップ１３の周方向外側に外れている位置である退避位置との間で往復運動させる。
【００５２】
図４は超音波洗浄ヘッド１７１５の構成を示す断面図である。超音波洗浄ヘッド１７１５は、例えば４フッ化テフロン（登録商標）（ｐｏｌｙ  ｔｅｔｒａ  ｆｕｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）等のフッ素樹脂からなる本体部１７１５ａの底面側開口に振動板１７１５ｂが取り付けられている。この振動板１７１５ｂは平面視で円盤形状を有しており、その底面が振動面ＶＦとなっている。また、振動板１７１５ｂの上面には振動子１７１５ｃが貼付けられている。振動子１７１５ｃは配線１７５を介して超音波発振器１７３に電気的に接続されている。そして、制御ユニット９３からの動作指令により、超音波発振器１７３からパルス信号が配線１７５を介して振動子１７１５ｃに出力されると、振動子１７１５ｃが超音波振動し、振動板１７１５ｂを超音波振動させる。
【００５３】
ヘッド駆動機構１７３により超音波洗浄ヘッド１７１５が振動付与位置に位置決めされる場合、振動面ＶＦと基板表面Ｗｆとの間隔は、昇降モータ１７３１の駆動制御によって高精度に制御される。
【００５４】
図３に戻る。液体供給手段２１は、第一ＤＩＷ供給部２１１と、開閉弁２１５と、配管２１３と、主配管２０と、第二供給管１５８と、吐出ノズル１５９と、で構成される。
【００５５】
制御ユニット９３からの動作指令により開閉弁２１５が開成すると、第一ＤＩＷ供給部２１１から液体としての脱イオン水(Ｄｅ  Ｉｏｎｉｚｅｄ  Ｗａｔｅｒ。以下「ＤＩＷ」と記載する）が配管２１３と主配管２０と第二供給管１５８を通して吐出ノズル１５９から基板表面Ｗｆに供給される。
【００５６】
リンス液供給手段２３は、第二ＤＩＷ供給部２３１と、開閉弁２３５と、配管２３３と、主配管２０と、第二供給管１５８と、吐出ノズル１５９と、で構成される。
【００５７】
制御ユニット９３からの動作指令により開閉弁２３５が開成すると、第二ＤＩＷ供給部２３１からのリンス液としてのＤＩＷが配管２３３と主配管２０と第二供給管１５８を通して吐出ノズル１５９から基板表面Ｗｆに供給される。
【００５８】
ここで、第一ＤＩＷ供給部２１１は後述するＤＩＷ供給工程やＤＩＷミスト供給工程において、例えば１℃（摂氏）に温度調整されたＤＩＷを供給するものである。また、第二ＤＩＷ供給部２３１は、後述するリンス処理において基板表面Ｗｆに残留するＤＩＷの凝固体を解凍して除去するため、例えば４０℃（摂氏）に温度調整されたＤＩＷを供給するものである。
【００５９】
第一処理液供給手段２５は、ＨＦＥ液供給部２５１と、開閉弁２５５と、配管２５３と、主配管２０と、第二供給管１５８と、吐出ノズル１５９と、で構成される。
【００６０】
制御ユニット９３からの動作指令により開閉弁２５５が開成すると、ＨＦＥ液供給部２５１から、第一処理液としてのＨＦＥ液が配管２５３と主配管２０と第二供給管１５８を介して吐出ノズル１５９から基板表面Ｗｆに供給される。
【００６１】
ここで、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う。「ＨＦＥ液」として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。具体的には、ＨＦＥとして、例えば化学式：Ｃ４Ｆ９ＯＣＨ３、化学式：Ｃ４Ｆ９ＯＣ２Ｈ５、化学式：Ｃ６Ｆ１３ＯＣＨ３、化学式：Ｃ３ＨＦ６−ＣＨ（ＣＨ３）Ｏ−Ｃ３ＨＦ６、化学式：Ｃ２ＨＦ４ＯＣＨ３などを用いることができる。これらのＨＦＥ液の密度は１４３０〜１６６０（ｋｇ／ｍ３）であり、水に対する比重は「１」よりも大きい。したがって、本実施形態で「第二処理液」として使用するＤＩＷは本実施形態で「第一処理液」として使用するＨＦＥ液よりも比重が小さい。
【００６２】
また、上記それぞれの化学式で表されるＨＦＥ液は全て−（マイナス）３８℃（摂氏）以下の凝固点を有するため、液体としてのＤＩＷの凝固点（０℃（摂氏））より凝固点が低い。
【００６３】
第二処理液供給手段２２は、第一ノズル部１９と、配管２２３と、開閉弁２２５と、第一ＤＩＷ供給部２１１と、で構成される。
【００６４】
第一ノズル部１９をスキャン駆動するための駆動源として、処理カップ１３の周方向外側にノズル駆動機構１９１が設けられている。このノズル駆動機構１９１には回転軸１９３が接続され、この回転軸１９３にはアーム１９５が水平方向に延びるように接続されており、このアーム１９５の先端にミスト供給ノズル１９７が取り付けられている。そして、制御ユニット９３からの動作指令によりノズル駆動機構１９１が駆動されると、アーム１９５が回転軸１９３回りに基板表面Ｗｆ上空の吐出位置と処理カップ１３の周方向外側に外れている位置である退避位置の間を揺動することとなる。
【００６５】
第一ノズル部１９は配管２２３を介して第一ＤＩＷ供給部２１１に管路接続されている。また、配管２２３には開閉弁２２５が介挿されている。開閉弁２２５は常時閉成されており、後述の通り基板表面ＷｆへＤＩＷのミストを供給する時点で制御ユニット９３からの動作指令により開閉弁２２５が開成する。これにより、第一ＤＩＷ供給部２１１からＤＩＷが配管２２３を介して第一ノズル部１９へ圧送され、ミスト供給ノズル１９７からミスト状のＤＩＷが基板表面Ｗｆへ向けて吐出される。
【００６６】
なお、第一実施形態における積層液膜形成手段は第一処理液供給手段２５と、第二処理液供給手段２２で構成される。
【００６７】
ＳＣ１供給手段２９は、ＳＣ１供給部２９１と、開閉弁２９５と、配管２９３と、主配管２０と、第二供給管１５８と、吐出ノズル１５９と、で構成される。
【００６８】
制御ユニット９３からの動作指令により開閉弁２９５が開成すると、ＳＣ１供給部２９１からＳＣ１が配管２９３と主配管２０と第二供給管１５８を介して吐出ノズル１５９から基板表面Ｗｆに供給される。
【００６９】
ここで、ＳＣ１（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｃｌｅａｎ  １）とはアンモニア（化学式：ＮＨ４ＯＨ）と過酸化水素（化学式:Ｈ２Ｏ２）と水（化学式：Ｈ２Ｏ）を例えば容積比１：１：５０で混合した水溶液をいう。
【００７０】
凝固手段３１は凍結用窒素ガス供給部３１１と、配管３１３と、ガス供給管１１７と、吐出ノズル１１９と、で構成される。
【００７１】
基板保持手段１１の中心軸１１１は中空になっており、その内部にガス供給管１１７が挿通されている。そして、ガス供給管１１７は配管３１３を介して凍結用窒素ガス供給部３１１に管路接続されている。スピンベース１１３の中心には開口が設けられており、ガス供給管１１７の上方端部がスピンベース１１３の開口に延設されるとともに、ガス供給管１１７の先端に吐出ノズル１１９が設けられている。凍結用窒素ガス供給部３１１は、制御ユニット９３からの動作指令により、ＤＩＷの凝固点よりも低温であり、しかもＨＦＥ液の凝固点よりも高い温度、例えば−（マイナス）２０℃（摂氏）の窒素ガスを、配管３１３とガス供給管１１７を介して吐出ノズル１１９から基板裏面Ｗｂに供給する。
【００７２】
乾燥用ガス供給手段３３は、乾燥用窒素ガス供給部３３１と、配管３３３と、第一供給管１５７と、で構成される。
【００７３】
乾燥用窒素ガス供給部３３１は配管３３３を介して第一供給管１５７に管路接続されている。この乾燥用窒素ガス供給部３３１は、制御ユニット９３からの動作指令により常温の窒素ガスを配管３３３と第一供給管１５７を介して基板表面Ｗｆに供給する。
【００７４】
制御ユニット９３には、基板Ｗに応じた洗浄条件が、洗浄プログラム（レシピとも呼ばれる）として予め格納されており、洗浄プログラムの内容に従って基板処理装置９１の各部が制御される。尚、制御ユニット９３には洗浄プログラムの作成・変更や、複数の洗浄プログラムの中から所望のものを選択するために用いる操作部（図示せず）が接続されている。
【００７５】
次に、上記のように構成された基板処理装置９１における洗浄処理動作について図５ないし図１３を参照して説明する。図５は図３の処理ユニット１の動作を示すフローチャートである。また、図６ないし図１３は図３の処理ユニット１の動作を説明するための模式図である。
【００７６】
尚、以下の説明において特に断らない限り、遮断部材回転機構１５５は、基板回転手段１２が基板保持手段１１を回転する方向に同じ回転数で遮断部材１５を回転するものとする。
【００７７】
まず、所定の基板Ｗに応じた洗浄プログラムが図示しない操作部で選択され、実行指示される。基板Ｗを処理ユニット１に搬入する準備として、制御ユニット９３からの動作指令により以下の動作を行う。
【００７８】
すなわち、遮断部材回転機構１５５が遮断部材１５の回転を停止し、基板回転手段１２が基板保持手段１１の回転を停止する。遮断部材昇降機構１５３が遮断部材１５を図３に示す離間位置へ移動すると共に、基板回転手段１２が基板保持手段１１を基板Ｗの受け渡しに適した位置へ位置決めする。基板保持手段１１が基板Ｗの受け渡しに適した位置に位置決めされた後、チャックピン駆動機構１１６がチャックピン１１５を解放状態とする。
【００７９】
また、第一ノズル部１９がミスト供給ノズル１９７を、超音波洗浄部１７１が超音波洗浄ヘッド１７１５を、それぞれ退避位置（ミスト供給ノズル１９７及び超音波洗浄ヘッド１７１５が処理カップ１３の周方向外側に外れている位置）へ移動する。更に、開閉弁２１５、２２５、２３５、２５５と２９５が閉成し、凍結用窒素ガス供給部３１１と乾燥用窒素ガス供給部３３１それぞれが凍結用窒素ガスと乾燥用窒素ガスの供給を停止する。また、超音波発振器１７３が超音波の発振を停止する。
【００８０】
処理ユニット１への基板Ｗの搬入準備が完了すると、制御ユニット９３からの動作指令により、基板搬送装置５１が載置部７１に載置されたカセット８の所定の位置から基板Ｗを取り出し、処理ユニット１へ搬入する（ステップＳ１０１）。
【００８１】
未処理の基板Ｗが処理ユニット１内に搬入され、チャックピン１１５の基板支持部の上に載置されると、制御ユニット９３から基板保持手段１１への動作指令によりチャックピン駆動機構１１６がチャックピン１１５を押圧状態とする。
【００８２】
基板保持手段１１に未処理の基板Ｗが保持されると、制御ユニット９３からの動作指令により、遮断部材昇降機構１５３が遮断部材１５を近接位置まで降下し、基板表面Ｗｆに近接配置する。そして、制御ユニット９３の動作指令により、基板回転手段１２が基板保持手段１１を例えば１００ｒｐｍで回転開始させ、該回転数による回転が継続される。また、制御ユニット９３から液体供給手段２１への動作指令により、開閉弁２１５が開成する。これにより、第一ＤＩＷ供給部２１１から液体としてのＤＩＷが配管２１３と主配管２０と第二供給管１５８を介して吐出ノズル１５９から基板表面Ｗｆに供給される。
【００８３】
基板表面Ｗｆに供給されたＤＩＷは基板Ｗの回転に伴う遠心力により基板表面Ｗｆの全面に均一に広がり、基板表面Ｗｆに液体であるＤＩＷの膜（水膜）を形成する。このとき、ＤＩＷの流動によりパターンの間隙内部にＤＩＷが入り込む（液体供給工程）（ステップＳ１０２）。基板Ｗの回転速度は、基板表面Ｗｆ上のＤＩＷを流動させてパターンの間隙内部にまでＤＩＷを入り込ませるように設定される。図６に、基板表面Ｗｆに液体としてのＤＩＷの液膜Ｆ０１が形成され、パターンＦＰの間隙内部までＤＩＷが侵入した状態を模式的に示す。
【００８４】
なお、本実施形態では０〜２℃（摂氏）程度に温度調整されたＤＩＷを用いるのが好ましい。なぜなら、ＤＩＷの液膜Ｆ０１の温度が比較的高いために、ＨＦＥ液によりＤＩＷを排除する前にＤＩＷの液膜Ｆ０１が蒸発することによってパターンＦＰの倒壊などを生じさせないためであり、また、後述するＤＩＷの凝固に要する時間を短縮するためである。
【００８５】
続いて、制御ユニット９３から液体供給手段２１への動作指令により開閉弁２１５が閉成する。また、制御ユニット９３から第一処理液供給手段２５への動作指令により、開閉弁２５５が開成する。これにより、ＨＦＥ液供給部２５１から第一処理液としてのＨＦＥ液が配管２５３と主配管２０と第二供給管１５８を介して吐出ノズル１５９から基板表面Ｗｆに供給される。尚、基板保持手段１１は液体供給工程（ステップＳ１０２）と同じ回転数による回転が継続される。
【００８６】
基板保持手段１１に保持された基板Ｗを回転させながらＨＦＥ液が供給されることで液膜Ｆ０１を構成するＤＩＷが基板表面Ｗｆから基板Ｗの外側に押し出されて基板表面Ｗｆ全体についてＤＩＷがＨＦＥ液に置換される。ただし、半導体ウェハなどの基板Ｗに形成されるパターンＦＰは微細であり、ＨＦＥ液はパターンＦＰの間隙内部に容易に浸入することはできない。また、ＨＦＥ液はＤＩＷと互いに混合し難いため、更に浸入し難くなる。すなわち、基板表面Ｗｆ上層のＤＩＷを排除してもＨＦＥ液がパターンＦＰの間隙内部に侵入することがなく、パターンＦＰの間隙内部のＤＩＷまで排除することが無い。また、ＨＦＥ液がＤＩＷと混合することによりＤＩＷの凝固点の変化を引き起こすことが無い。
【００８７】
したがって、パターンＦＰの間隙内部にのみＤＩＷを残留させた状態で、パターンＦＰの間隙内部のＤＩＷの液層の上にＨＦＥ液の液膜が形成される（第一処理液供給工程）（ステップＳ１０３）。図７に、ＨＦＥ液によりパターンＦＰの間隙内部以外のＤＩＷが排除され、基板表面Ｗｆ上に第一処理液としてのＨＦＥ液の液膜Ｆ０３が保持されている状態を模式的に示す。
【００８８】
なお、基板表面ＷｆのＤＩＷと置換するＨＦＥ液は０〜２℃（摂氏）程度に温度調整されているのが好ましい。なぜなら、基板表面Ｗｆ上層のＤＩＷがＨＦＥ液に置換された状態でＨＦＥ液の温度が高いと、基板表面Ｗｆに残留するＤＩＷにＨＦＥ液からの熱が伝導してＤＩＷの温度が上昇するため、後述するＤＩＷの凝固体を形成する際に時間を要することとなるためである。
【００８９】
パターンＦＰの上層の基板表面Ｗｆ全体にＨＦＥ液の液膜Ｆ０３が形成され、基板表面Ｗｆ上のパターンＦＰの間隙内部以外のＤＩＷが除去された後、制御ユニット９３から第一処理液供給手段２５への動作指令により開閉弁２５５が閉成し、基板表面ＷｆへのＨＦＥ液の供給が停止される。その後、制御ユニット９３から凝固手段３１への動作指令により、凍結用窒素ガス供給部３１１が凍結用窒素ガスの供給を開始する。尚、基板保持手段１１は第一処理液供給工程（ステップＳ１０３）と同じ回転数による回転が継続される。
【００９０】
凍結用窒素ガス供給部３１１から配管３１３とガス供給管１１７を介して吐出ノズル１１９から基板裏面Ｗｂに供給された凍結用窒素ガスは、基板Ｗを介して基板表面Ｗｆに残留したＤＩＷを冷却する。これにより、基板表面Ｗｆに形成されたパターンＦＰの間隙内部に、ＤＩＷの凝固体が形成される（凝固工程）（ステップＳ１０４）。
【００９１】
この凍結用窒素ガスはＤＩＷの凝固点よりも低い温度でかつＨＦＥ液の凝固点より高い温度、例えば−（マイナス）２０℃（摂氏）の温度に調整されているため、ＨＦＥを凝固させることなくＤＩＷのみを凝固させることが可能である。即ち、パターンＦＰが形成された基板表面ＷｆのパターンＦＰの間隙内部に液体の凝固体を形成することが出来る。図８に、ＨＦＥ液の液膜Ｆ０３を保持したままパターンＦＰの間隙内部にＤＩＷの凝固体Ｆ０５を形成した状態を模式的に示す。
【００９２】
このように、ＤＩＷの凝固点よりも低い凝固点を有するＨＦＥ液を第一処理液として使用することにより、パターンＦＰの間隙内部のＤＩＷを凝固する際に、ＨＦＥ液の凝固点より高い温度であってＤＩＷの凝固点より低い温度に冷却することで、ＤＩＷのみ凝固してＨＦＥ液は液層のまま流動性を保持することが可能となる。これにより、後述する超音波洗浄工程において超音波洗浄ヘッド１７１５から超音波を付与して基板表面Ｗｆを洗浄することが可能となり、また、パターンＦＰの間隙内部のＤＩＷの凝固体Ｆ０５を保持したまま、基板表面ＷｆからＨＦＥ液の液膜のみ除去することも可能となる。
【００９３】
更に、ＤＩＷの凝固点より高い温度のＨＦＥ液を供給することで、パターンＦＰの間隙内部以外のＤＩＷを排除する前にＤＩＷを凝固させることがなく、特にパターンＦＰ上面にＤＩＷの凝固体を残留させることが無い。
【００９４】
前記第一処理液供給工程により、基板表面Ｗｆに残留したＤＩＷはパターンＦＰの間隙内部に偏在し、パターンＦＰの上面を含むその他の部分に存在するＤＩＷは除去される。その後、前記凝固工程により、ＤＩＷの凝固体が生成されるが、ＤＩＷの凝固体が生成されるパターンＦＰの間隙内部以外の部分はＨＦＥ液の液膜に覆われたままであるため、パターンＦＰの上面にＤＩＷの凝固体が形成されることがない。また、基板表面Ｗｆに残留したＤＩＷはＨＦＥ液により覆われているため蒸発することがなく、パターンＦＰの間隙内部に残留して凝固するため、パターンＦＰを有効に補強することができる。
【００９５】
また、パターンＦＰの間隙内部については、パーティクル等とパターンＦＰの側壁及び底部との間に入り込んだ液体の体積が増加（０℃（摂氏）の水が０度℃（摂氏）の氷になると、その体積はおよそ１．１倍に増加する）し、パーティクル等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とパーティクル等との間の付着力が低減され、さらにはパーティクル等が基板表面Ｗｆから脱離することとなり、後述するリンス工程によりＤＩＷの凝固体が除去されることにより、パーティクル等も併せて除去される。
【００９６】
パターンＦＰの間隙内部のＤＩＷが凝固した後、制御ユニット９３から凝固手段３１への動作指令により凍結用窒素ガス供給部３１１が凍結用窒素ガスの供給を停止する。その後、制御ユニット９３からの動作指令により、基板回転手段１２が基板保持手段１１をＨＦＥ液の液膜Ｆ０３を形成した時点よりも高い回転速度、例えば５００ｒｐｍまで加速し、該回転数による回転が継続される。図９に、基板表面Ｗｆ上に形成されたＨＦＥ液の液膜Ｆ０３が、厚さＴＨに調整された状態を模式的に示す。これにより、基板Ｗｆ上にその回転速度に対応する厚みＴＨのＨＦＥ液の液膜Ｆ０３を形成する事ができる。ＨＦＥ液の液膜Ｆ０３の厚みＴＨは基板保持手段１１の回転数を変更することにより高精度に調整可能である（液膜厚制御工程）（ステップＳ１０５）。
【００９７】
ＨＦＥ液の液膜Ｆ０３の厚みＴＨの調整が終わった後、制御ユニット９３からの動作指令により、基板回転手段１２が基板保持手段１１を例えば１０ｒｐｍまで減速し、該回転数による回転が継続されるとともに、遮断部材昇降機構１５３が遮断部材１５を離間位置へ移動する。その後、制御ユニット９３から第二処理液供給手段２２への動作指令により、ノズル駆動機構１９１がミスト供給ノズル１９７を吐出位置へ移動する。
【００９８】
ミスト供給ノズル１９７が吐出位置へ位置決めされた後、制御ユニット９３から第二処理液供給手段２２への動作指令により開閉弁２２５が開成する。これにより、第一ＤＩＷ供給部２１１から第二処理液としてのＤＩＷが配管２２３を介して第一ノズル部１９へ圧送され、ミスト供給ノズル１９７からミスト状のＤＩＷが基板表面Ｗｆへ向けて吐出される（第二処理液供給工程）（ステップＳ１０６）。図１０に、基板表面Ｗｆ上に形成されたＨＦＥ液の液膜Ｆ０３の上に、更に第二処理液としてのＤＩＷの液膜Ｆ０７が形成された状態を模式的に示す。これにより、基板表面Ｗｆ上のＨＦＥ液の液膜Ｆ０３の上に、更にＤＩＷの液膜Ｆ０７が形成され、最終的にＨＦＥの液膜Ｆ０３と界面ＢＦとＤＩＷの液膜Ｆ０７という二重液膜構造を有する二重液膜ＬＦが得られる。
【００９９】
このように、基板Ｗの回転速度を変更してＨＦＥ液の液膜Ｆ０３の厚みＴＨを調整することで、後述する超音波洗浄工程において、ＨＦＥ液の液膜Ｆ０３の上にあるＤＩＷの液膜Ｆ０７内で発生するキャビテーションの基板表面Ｗｆからの高さを変更することが可能となる。これにより、ＨＦＥ液の液膜Ｆ０３を通過して基板表面Ｗｆに到達する衝撃波のエネルギーを制御することができる。
【０１００】
尚、本実施形態における積層液膜形成工程は、第一処理液供給工程と第二処理液供給工程で構成される。
【０１０１】
ここで、ＨＦＥ液はＤＩＷとは互いに混合し難く、また、ＨＦＥ液の方がＤＩＷよりも比重が大きい。したがって、上記二重液膜ＬＦは安定したものとなり、後述する超音波洗浄を行う際にも二重液膜ＬＦが安定的に維持される。
【０１０２】
また、二重液膜ＬＦを構成するために、ＨＦＥ液の液膜Ｆ０３が形成された基板表面Ｗｆに対してＤＩＷをミスト状に供給し、ＤＩＷの液膜Ｆ０７を形成しているため、二重液膜構造を安定して形成することができる。更に、ミスト状のＤＩＷの供給と同時に基板Ｗを回転させているため、ＤＩＷの液膜及び界面ＢＦを平坦かつ均一に形成することができる。その結果、ＨＦＥ液の液膜Ｆ０３の厚みＴＨを均一にすることが可能となり、後述する超音波洗浄の面内均一性を向上することが可能となる。
【０１０３】
二重液膜構造ＬＦが形成された後、制御ユニット９３から第二処理液供給手段２２への動作指令により開閉弁２２５が閉成すると共に、ノズル駆動機構１９１がミスト供給ノズル１９７を退避位置へ移動する。その後、制御ユニット９３からの動作指令により、基板回転手段１２が基板保持手段１１を例えば１００ｒｐｍまで加速し、該回転数による回転が継続される。また、制御ユニット９３から超音波付与手段１７への動作指令により、ヘッド駆動機構１７３が超音波洗浄ヘッド１７１５を振動付与位置へ移動する。
【０１０４】
超音波洗浄ヘッド１７１５が振動付与位置へ位置決めされ、振動面ＶＦがＤＩＷの液膜Ｆ０７と接液した状態で、制御ユニット９３から超音波付与手段１７への動作指令により、超音波発振器１７３がパルス信号の発振を開始する。これにより振動子１７１５ｃが超音波振動し、振動板１７１５ｂを振動させ、振動面ＶＦからＤＩＷの液膜Ｆ０７に対し超音波振動が付与される（超音波洗浄工程）（ステップＳ１０７）。図１１に、ＤＩＷの液膜Ｆ０７に超音波洗浄ヘッド１７１５の振動板１７１５ｂが接液し、振動面ＶＦから超音波振動が付与されている状態を模式的に示す。
【０１０５】
ＤＩＷの液膜Ｆ０７では、付与された超音波振動によりキャビテーションの発生及び崩壊が生じ、それに伴う衝撃波が発生する。この衝撃波の一部はＨＦＥ液の液膜Ｆ０３とＤＩＷの液膜Ｆ０７の界面ＢＦで反射される。一方、界面ＢＦを通過した衝撃波はＨＦＥの液膜Ｆ０３を介して基板表面Ｗｆに伝搬され、この衝撃波のエネルギーにより基板表面Ｗｆに付着したパーティクル等が離脱して二重液膜ＬＦ内に遊離する。
【０１０６】
また、ＨＦＥ液とＤＩＷのキャビテーション係数を比較するとＤＩＷのキャビテーション係数が小さい。これは、ＨＦＥ液よりもＤＩＷの方が超音波振動によるキャビテーションが発生しやすいことを示している。従って、ＨＦＥ液とＤＩＷによる二重液膜ＬＦに超音波振動を付与することで、ＤＩＷの液膜中でキャビテーションが発生し、超音波洗浄に必要な衝撃波を形成することができる。尚、本実施形態では、上記した通りＤＩＷの液膜Ｆ０７で発生した衝撃波のエネルギーを界面ＢＦとＨＦＥ液の液膜Ｆ０３により減衰して適切なエネルギーに調整することが可能である。
【０１０７】
更に、二重液膜ＬＦを形成した後、基板Ｗの回転速度を高めて超音波振動を付与しているため、界面ＢＦの乱れを抑制し、超音波洗浄の面内均一性を更に高めることが可能である。
【０１０８】
第一実施形態では上記の通りキャビテーションの発生と崩壊による衝撃波を主に利用して洗浄を行うため、ＤＩＷ中でキャビテーションが発生しやすい周波数、例えば３０ｋＨｚの周波数の超音波がＤＩＷの液膜Ｆ０７に対し付与される。
【０１０９】
前記凝固工程から前記超音波洗浄工程に至る間、基板表面Ｗｆの上には少なくともＨＦＥ液の液膜Ｆ０３が存在し続けるため、基板表面Ｗｆは雰囲気と接触することがない。従って、低温の基板表面Ｗｆに霜が付着せず、パーティクル等が霜の中に埋没することがないため、基板表面Ｗｆに付着したパーティクル等を良好に除去することが可能となる。
【０１１０】
尚、パターンＦＰの間隙内部には固体であるＤＩＷの凝固体Ｆ０５が存在しており、パターンＦＰを側面から支持している。従って、上記衝撃波によるパターンＦＰの振動等の影響が小さく、より大きなエネルギーを加えて洗浄することができるため、より高い洗浄効果を得ることができる。
【０１１１】
また、超音波洗浄手段１７からＤＩＷの液膜Ｆ０７に超音波を付与している間、制御ユニット９３から超音波付与手段１７への動作指令により、ヘッド駆動機構１７３が超音波洗浄ヘッド１７１５を基板Ｗの中心付近から外縁付近まで揺動させることが好ましい。なぜなら、基板Ｗを回転させると共に超音波洗浄ヘッド１７１５を揺動することで基板表面Ｗｆの全面にわたって均一に超音波を付与することが可能となるためである。もちろん、予め定められた位置に超音波洗浄ヘッド１７１５を固定して基板表面Ｗｆに超音波を付与することも可能である。
【０１１２】
超音波洗浄ヘッド１７１５の揺動は１回だけでなく、繰り返し行うことも可能である。揺動を繰り返すことにより、基板表面Ｗｆの全面に繰り返し超音波を付与することが可能となり、より高い洗浄効果を得ることができる。
【０１１３】
所定時間超音波を付与した後、制御ユニット９３から超音波付与手段１７への動作指令により、超音波発振器１７３がパルス信号の発振を停止するとともに、ヘッド駆動機構１７３が超音波洗浄ヘッド１７１５を退避位置へ移動する。その後、制御ユニット９３からの動作指令により遮断部材昇降機構１５３が遮断部材１５を対向位置へ移動する。
【０１１４】
遮断部材１５が対向位置へ位置決めされた後、制御ユニット９３からの動作指令により、基板回転手段１２が基板保持手段１１を例えば３００ｒｐｍまで加速し、該回転数による回転が継続される。また、制御ユニット９３からＳＣ１供給手段２９への動作指令により開閉弁２９５が開成する。これにより、ＳＣ１供給部２９１からのＳＣ１が配管２９３と主配管２０と第二供給管１５８を介して吐出ノズル１５９から基板表面Ｗｆに供給される。これにより、超音波振動の付与によって基板表面Ｗｆから遊離されたパーティクル等が二重液膜ＬＦとともに基板表面Ｗｆから除去される（ステップＳ１０８）。図１２に、基板表面Ｗｆに供給されたＳＣ１により、二重液膜ＬＦが除去され、基板表面Ｗｆ上にＳＣ１の液膜Ｆ０９が形成されている状態を模式的に示す。
【０１１５】
ＳＣ１中の固体表面のゼータ電位（界面動電電位）は比較的大きな値を有するため、基板表面Ｗｆとその上に存在するパーティクル等との間がＳＣ１で満たされることにより、基板表面Ｗｆとパーティクル等との間に大きな反発力が作用する。これにより、基板表面Ｗｆからのパーティクル等の脱離を促すとともに、基板表面Ｗｆへの再付着を防止し、基板表面Ｗｆからパーティクル等をより効果的に除去することができる。
【０１１６】
尚、ＳＣ１はパターンＦＰの間隙内部に存在するＤＩＷの凝固体Ｆ０５を融解しない温度、例えば−（マイナス）０．５℃（摂氏）とするのが望ましい。
【０１１７】
ＳＣ１による洗浄処理が終了すると、制御ユニット９３からＳＣ１供給手段２９への動作指令により開閉弁２９５が閉成するとともに、制御ユニット９３からリンス液供給手段２３への動作指令により開閉弁２３５が開成する。尚、基板保持手段１１はＳＣ１で基板表面Ｗｆを洗浄するステップ（ステップＳ１０８）と同じ回転数による回転が継続される。
【０１１８】
これにより、第二ＤＩＷ供給部２３１からの例えば４０℃（摂氏）に温度調整されたリンス液としてのＤＩＷが配管２３３と主配管２０と第二供給管１５８を介して吐出ノズル１５９から基板表面Ｗｆに供給される。これにより、パターンＦＰの間隙内部に存在するＤＩＷの凝固体Ｆ０５を融解して除去すると共に、基板表面Ｗｆ上に残留するＳＣ１を洗い流すリンス処理が行われる（ステップＳ１０９）。図１３に、リンス処理によりＤＩＷの凝固体が融解して除去され、併せてＳＣ１の液膜も排除された状態を模式的に示す。
【０１１９】
リンス処理終了後、制御ユニット９３からリンス液供給手段２３への動作指令により、開閉弁２３５が閉成する。また、制御ユニット９３から乾燥用ガス供給手段３３への動作指令により、乾燥用窒素ガス供給部３３１が乾燥用窒素ガスの供給を開始する。
【０１２０】
これにより、乾燥用窒素ガス供給部３３１からの乾燥用窒素ガスが、配管３３３と第一供給管１５７を介して基板表面Ｗｆに供給される。乾燥用窒素ガスが、対向位置に位置決めされた遮断部材１５と基板表面Ｗｆとの間の空間に充満することにより、基板表面Ｗｆと外気が接触することを防止する。
【０１２１】
基板表面Ｗｆが外気から遮断された後、制御ユニット９３から基板回転手段１２と遮断部材回転機構１５５への動作指令により、基板保持手段１１と遮断部材１５を例えば１５００ｒｐｍで回転し、該回転数による回転が継続される。これにより、基板表面Ｗｆ上に残留するリンス液であるＤＩＷに遠心力を作用させて除去し、基板表面Ｗｆを乾燥させる（ステップＳ１１０）。
【０１２２】
基板Ｗの乾燥完了後、制御ユニット９３から乾燥用ガス供給手段３３への動作指令により、乾燥用窒素ガス供給部３３１が乾燥用窒素ガスの供給を停止する。また、制御ユニット９３からの動作指令により基板回転手段１２が基板保持手段１１の回転を停止し、また遮断部材回転機構１５５が遮断部材１５の回転を停止する。基板保持手段１１の回転が停止した後、制御ユニット９３からの動作指令により基板回転手段１２が基板保持手段１１を基板Ｗの受け渡しに適した位置へ位置決めする。更に、制御ユニット９３からの動作指令により遮断部材昇降機構１５３が遮断部材１５を退避位置へ移動する。
【０１２３】
基板保持手段１１が基板Ｗの受け渡しに適した位置に位置決めされた後、制御ユニット９３から基板保持手段１１への動作指令により、チャックピン駆動機構１１６がチャックピン１１５を開放状態とする。
【０１２４】
その後、制御ユニット９３からの動作指令により、基板搬送装置５１が処理ユニット１内の処理済みの基板Ｗを取り出し、載置部７１に載置されたカセット８の所定の位置に搬入し（ステップＳ１１１）、一連の処理が終了する。
【０１２５】
以上のように、第一実施形態では、パターンＦＰが形成された基板表面Ｗｆに対し、積層液膜形成手段でパターンＦＰの間隙内部を除く基板表面Ｗｆから液体を排除し、基板表面Ｗｆに処理液として第一処理液と第二処理液とで構成される液膜を形成している。これにより、パターンＦＰの間隙内部にのみ液体を孤立して残留させることができ、その後の凝固工程でパターンＦＰ上面に液体の凝固体が形成されることがない。また、液体の凝固体を形成した後も処理液の液膜を維持し、該処理液の液膜に超音波を付与している。このため、基板表面Ｗｆは処理液の液膜により雰囲気から遮断され、基板表面Ｗｆに霜が付着することがない。このため、パターンＦＰの上面及びパターンＦＰが形成されていない基板表面Ｗｆを良好に洗浄することが可能となる。
【０１２６】
また、液体と第一処理液が互いに混合し難いため、基板表面Ｗｆ上層の液体を排除しても第一処理液がパターンＦＰの間隙内部に侵入することがなく、パターンＦＰの間隙内部の液体まで排除することが無い。また、第一処理液が液体と混合することにより液体の凝固点の変化を引き起こすことも無い。
【０１２７】
また、パターンＦＰの間隙内部にはＤＩＷの凝固体Ｆ０５が存在し、パターンＦＰを側壁から支えているため、超音波洗浄による影響が小さい。従って、ＨＦＥ液の液膜Ｆ０３の厚さＴＨを小さくして基板表面Ｗｆに伝搬するエネルギーを大きくし、より高い洗浄効果を得ることが可能である。
【０１２８】
尚、上記第一実施形態では、凍結工程において基板Ｗの裏面Ｗｂに凍結用の窒素ガスを吐出して冷却をおこなったが、乾燥空気等の他の気体冷媒やハイドロフルオロカーボン等の液体冷媒を基板Ｗの裏面Ｗｂに吐出する、あるいは、冷却プレートを基板裏面Ｗｂに接触あるいは近接する等、他の公知な方法により冷却することも可能である。
【０１２９】
＜第二実施形態＞
次に、この発明にかかる基板処理装置の第二実施形態を説明する。図１４は第二実施形態における処理ユニット１の構成を示す模式図である。図１５は図１４の処理ユニット１の動作を示すフローチャートである。また、図１６は図１４の処理ユニット１の動作を説明するための模式図である。
【０１３０】
この第二実施形態が第一実施形態と大きく相違する点は、まず、二重液膜ＬＦを形成せずに超音波洗浄を行う点である。すなわち、第一実施形態において備えていたＨＦＥ液の液膜の上にＤＩＷを供給する後処理液供給手段２２を備えず、基板表面Ｗｆに保持されたＨＦＥ液に直接超音波洗浄手段１７から超音波を付与して超音波洗浄を行う点である。
【０１３１】
また、ＤＩＷを凝固するために、ＤＩＷの凝固点よりも低温のＨＦＥ液を基板表面Ｗｆに供給する点も相違する。すなわち第一実施形態で備えていた凍結手段３１に代えて、ＤＩＷの凝固点よりも低温のＨＦＥ液を供給する後処理液供給手段２７を備えている点である。
【０１３２】
尚、その他の構成は図１ないし図１３に示す基板処理装置９１及び処理ユニット１と基本的に同一であるため、以下の説明では上記相違する点について述べ、相違ない点については同一符号を付して構成説明を省略する。
【０１３３】
また、第二実施形態における前処理用ＨＦＥ液供給部２５１は第一実施形態におけるＨＦＥ供給部２５１と同じものであり、後述する後処理液供給手段２７の後処理用ＨＦＥ供給部２７１と区別するため名称のみ変更している。
【０１３４】
後処理液供給手段２７は後処理用ＨＦＥ液供給部２７１と、開閉弁２７５と配管２７３と、主配管２０と、第二供給管１５８と、吐出ノズル１５９と、で構成される。
【０１３５】
制御ユニット９３からの動作指令により開閉弁２７５が開成すると、後処理用ＨＦＥ液供給部２７１から後処理液としての後処理用ＨＦＥ液が配管２７３と主配管２０と第二供給管１５８を介して吐出ノズル１５９から基板表面Ｗｆに供給される。
【０１３６】
第二実施形態における凝固手段は後処理液供給手段２７で構成される。また、第二実施形態における凝固工程は後処理液供給工程で構成される。
【０１３７】
第二実施形態における積層液膜形成手段は前処理液供給手段２５で構成される。また、第二実施形態における積層液膜形成手段は前処理液供給工程で構成される。
【０１３８】
この第二実施形態においても第一実施形態と同様に基板Ｗの搬入（ステップＳ２０１）、ＤＩＷの供給（ステップＳ２０２）と前処理用ＨＦＥ液による基板表面Ｗｆに残留したＤＩＷの排除（ステップＳ２０３）が行われる。尚、第二実施形態においては基板Ｗの搬入準備において制御ユニット９３からの動作指令により開閉弁２７５が閉成する点が異なる。
【０１３９】
パターンＦＰの上層の基板表面Ｗｆ全体に前処理液としての前処理用ＨＦＥ液の液膜Ｆ０３が形成され、基板表面Ｗｆ上のパターンＦＰの間隙内部以外のＤＩＷが除去された後、制御ユニット９３から前処理液供給手段２５への動作指令により開閉弁２５５が閉成し、基板表面Ｗｆへの前処理液としての前処理用ＨＦＥ液の供給が停止される。
【０１４０】
その後、制御ユニット９３から後処理液供給手段２７への動作指令により開閉弁２７５が開成し、後処理用ＨＦＥ液供給部２７１からの後処理液としての後処理用ＨＦＥ液が、配管２７３と主配管２０と第二供給管１５８を介して吐出ノズル１５９から基板表面Ｗｆに供給される。ここで、後処理用ＨＦＥ液は、パターンＦＰの間隙内部に存在するＤＩＷを凍結させるため、ＤＩＷの凝固点より低く、ＨＦＥ液の凝固点より高い温度、例えば−（マイナス）１０℃（摂氏）に温度調節される。尚、基板保持手段１１は前処理用ＨＦＥ液を供給するステップ（ステップＳ２０３）と同じ回転数による回転が継続される。
【０１４１】
基板表面Ｗｆに供給された後処理用ＨＦＥ液は、前処理用ＨＦＥ液を排除しながら基板表面Ｗｆ全体に広がって後処理用ＨＦＥ液の液膜を形成する。このとき、パターンＦＰの間隙内部に存在するＤＩＷに後処理用ＨＦＥ液の冷熱が伝導し、ＤＩＷの凝固体Ｆ０５が形成される（凝固工程）（ステップＳ２０４）。図１６に、基板表面Ｗｆに後処理用ＨＦＥ液を供給して後処理用ＨＦＥ液の液膜Ｆ０４を形成し、パターンＦＰの間隙内部のＤＩＷが凝固した状態を模式的に示す。
【０１４２】
ＤＩＷの凝固体Ｆ０５が形成された後、制御ユニット９３から後処理液供給手段２７への動作指令により、開閉弁２７５が閉成する。また、制御ユニット９３からの動作指令により、遮断部材昇降機構１５３が遮断部材１５を退避位置へ移動する。尚、後処理用ＨＦＥ液はＤＩＷの凝固体Ｆ０５を形成することを目的とするものであるため、ＤＩＷの凝固体Ｆ０５が形成される前に基板表面Ｗｆへの後処理用ＨＦＥ液の供給を停止し、基板表面Ｗｆに残留した後処理用ＨＦＥ液の液膜Ｆ０４の冷熱によりＤＩＷを凝固させることも可能である。
【０１４３】
前記積層液膜形成工程により、基板表面Ｗｆに残留したＤＩＷはパターンＦＰの間隙内部に偏在し、パターンＦＰの上面を含むその他の部分に存在するＤＩＷは除去される。その後、前記凝固工程により、ＤＩＷの凝固体が生成されるが、ＤＩＷの凝固体が生成されるパターンＦＰの間隙内部以外の部分はＨＦＥ液の液膜に覆われたままであるため、パターンＦＰの上面にＤＩＷの凝固体が形成されることがない。また、基板表面Ｗｆに残留したＤＩＷはＨＦＥ液により覆われているため蒸発することがなく、パターンＦＰの間隙内部に残留して凝固するため、パターンＦＰを有効に補強することができる。
【０１４４】
また、パターンＦＰの間隙内部については、パーティクル等とパターンＦＰの側壁及び底部との間に入り込んだ液体の体積が増加（０℃（摂氏）の水が０℃（摂氏）の氷になると、その体積はおよそ１．１倍に増加する）し、パーティクル等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とパーティクル等との間の付着力が低減され、さらにはパーティクル等が基板表面Ｗｆから脱離することとなり、後述するリンス工程によりＤＩＷの凝固体が除去されることにより、パーティクル等も併せて除去される。
【０１４５】
第二ＨＦＥ液の供給を停止した後、制御ユニット９３からの動作指令により、基板回転手段１２が基板保持手段１１の回転速度を例えば１００ｒｐｍまで加速し、該回転数による回転が継続される。また、制御ユニット９３から超音波付与手段１７への動作指令により、ヘッド駆動機構１７３が超音波洗浄ヘッド１７１５を振動付与位置へ移動する。
【０１４６】
超音波洗浄ヘッド１７１５が振動付与位置へ位置決めされ、振動面ＶＦが第二ＨＦＥ液の液膜Ｆ０４と接液した状態で、制御ユニット９３から超音波付与手段１７への動作指令により超音波発振器１７３がパルス信号の発振を開始する。これにより振動子１７１５ｃが超音波振動し、振動板１７１５ｂを振動させ、振動面ＶＦから第二ＨＦＥ液の液膜に対し超音波振動が付与される（超音波洗浄工程）（ステップＳ２０５）。
【０１４７】
前記凍結工程から前記超音波洗浄工程に至る間、基板表面Ｗｆの上にはＨＦＥ液の液膜が存在し続けるため、基板表面Ｗｆは雰囲気と接触することがない。従って、低温の基板表面Ｗｆに霜が付着せず、パーティクル等が霜の中に埋没することがないため、基板表面Ｗｆに付着したパーティクル等を良好に除去することが可能となる。
【０１４８】
尚、パターンＦＰの間隙内部には固体であるＤＩＷの凝固体Ｆ０５が存在しており、パターンＦＰを側面から支持している。従って、上記超音波振動によるパターンＦＰへの影響が小さく、より大きなエネルギーを加えて洗浄することができるため、より高い洗浄効果を得ることができる。
【０１４９】
また、第二実施形態では、第一実施形態のように二重液膜構造ＬＦを有せず、２つの液膜の間の界面ＢＦによる反射がない。従って、超音波洗浄ヘッド１７１５からの超音波振動のエネルギーをより多く基板表面Ｗｆに伝搬することが可能となり、より高い洗浄能力が得られる。
【０１５０】
尚、超音波洗浄手段１７から第二ＨＦＥ液の液膜Ｆ０４に超音波を付与している間、制御ユニット９３から超音波付与手段１７への動作指令により、ヘッド駆動機構１７３が超音波洗浄ヘッド１７１５を基板Ｗの中心付近から外縁付近まで揺動させることが好ましい。なぜなら、基板Ｗを回転させると共に超音波洗浄ヘッド１７１５を揺動することで基板表面Ｗｆの全面にわたって均一に超音波を付与することが可能となるためである。もちろん、予め定められた位置に超音波洗浄ヘッド１７１５を固定して基板表面Ｗｆに超音波を付与することも可能である。
【０１５１】
超音波洗浄ヘッド１７１５の揺動は１回だけでなく、繰り返し行うことも可能である。揺動を繰り返すことにより、基板表面Ｗｆの全面に繰り返し超音波を付与することが可能となり、より高い洗浄効果を得ることができる。
【０１５２】
ここで、ＨＦＥ液は前述の通りキャビテーション係数が大きいためキャビテーションが発生しにくい。従って、第二実施形態においては超音波発振器１７３から発振されるパルス信号の周波数を例えば１ＭＨｚとし、ＨＦＥ液を媒介として超音波振動の振動加速度を基板表面Ｗｆに伝達し、基板表面Ｗｆに付着しているパーティクル等を脱離させて洗浄を行う。
【０１５３】
所定時間超音波を付与した後、制御ユニット９３から超音波付与手段１７への動作指令により超音波発振器１７３がパルス信号の発振を停止するとともに、ヘッド駆動機構１７３が退避位置へ移動する。
【０１５４】
その後、制御ユニット９３からの動作指令により、遮断部材昇降機構１５３が遮断部材１５を対向位置へ移動し、第一実施形態と同様にＳＣ１による洗浄（ステップＳ２０６）、ＤＩＷによるリンス処理（ステップＳ２０７）、高速スピンによる基板Ｗの乾燥（ステップＳ２０８）と処理後の基板Ｗの搬出（ステップＳ２０９）が行われ一連の処理が終了する。
【０１５５】
尚、上記第二実施形態において、凍結工程としてＤＩＷの凝固点より低温の後処理用ＨＦＥ液を基板表面Ｗｆに供給することにより行っているが、基板裏面Ｗｂからも併せて冷却することも可能である。この場合、基板Ｗの表裏両方から冷却されるため、ＤＩＷの凍結に要する時間が短縮される。
【０１５６】
また、後処理用ＨＦＥ液を供給することなく、基板表面Ｗｆに前処理用ＨＦＥ液の液膜を保持したまま、前記第一実施形態と同様に基板裏面Ｗｂから冷却してＤＩＷの凝固体を生成し、基板表面Ｗｆに保持された前処理用ＨＦＥ液に超音波洗浄ヘッド１７１５から超音波を付与して洗浄を行うことも可能である。
【０１５７】
また、上記第二実施形態では、処理液である前処理液及び後処理液としてＨＦＥ液を使用しているが、液体と互いに混合し難く、かつ液体の凝固点より低い凝固点を有している液体であれば他の液体を使用することも可能である。例えばｏ-キシレン（１，２−ジメチルベンゼン）（凝固点：−（マイナス）２５．２℃（摂氏））、ｍ-キシレン（１，３―ジメチルベンゼン）（凝固点：−（マイナス）４８．９℃（摂氏））、トリクロロメタン（凝固点：−（マイナス）６３．５℃（摂氏））、テトラクロロエチレン（凝固点：−（マイナス）２２．２℃（摂氏））等である。尚、これらの処理液は希釈されていても良い。
【０１５８】
また、上記第二実施形態では、処理液を前処理液と後処理液として同じＨＦＥ液を温度のみ変更して供給しているが、液体と混合し難く、かつ液体の凝固点よりも低い凝固点を有するものであれば、前処理液と後処理液を異なる液にして供給することも可能である。特に、前処理液と後処理液が互いに混合し難い場合、両処理液の界面領域で互いに混合することによる熱の移動が少なくなり、両処理液が混合した領域まで振り切って凍結処理を行う必要がなく、処理液の供給量を減らすことができるため好ましい。
【０１５９】
＜第三実施形態＞
次に、この発明にかかる基板処理装置の第三実施形態を説明する。図１７は第三実施形態の処理ユニットで用いられる超音波洗浄ノズルの構成を示す正面断面図であり、図１８は第三実施形態の処理ユニット１の動作を示すフローチャートである。
【０１６０】
この第三実施形態が第一実施形態と大きく相違する点は、二重液膜ＬＦを形成せずに超音波洗浄を行う点、及び第一実施形態における超音波洗浄部１７１の代わりに超音波洗浄ノズルを有する第二ノズル部３５を設け、ＳＣ１に超音波を付与しながら基板表面Ｗｆに供給し、超音波洗浄を行う点である。従って、第三実施形態では第一実施形態における第二処理液供給手段２２を備えていない。
【０１６１】
尚、その他の構成は図１ないし図１３に示す基板処理装置９１及び処理ユニット１と基本的に同一であるため、以下の説明では上記相違する点について述べ、相違ない点については同一符号を付して構成説明を省略する。
【０１６２】
第二ノズル部３５は、第一実施形態における第一ノズル部１９と同様の機構を有する。また、第二ノズル部３５のアーム３５の先端には超音波洗浄ノズル３５７が取り付けられる。また、ＳＣ１供給部は第一実施形態のように第二供給管１５８を通して遮断部材１５の中心から吐出するのではなく、配管２９３を介して超音波洗浄ノズル３５７に接続される。
【０１６３】
すなわち、第二ノズル部３５をスキャン駆動するための駆動源として、処理カップ１３の周方向外側にノズル駆動機構３５１が設けられている。このノズル駆動機構３５１には回転軸３５３が接続され、この回転軸３５３にはアーム３５５が水平方向に延びるように接続されており、このアーム３５５の先端に超音波洗浄ノズル３５７が取り付けられている。そして、制御ユニット９３からの動作指令によりノズル駆動機構３５１が駆動されると、アーム３５５が回転軸３５３回りに基板表面Ｗｆ上空の吐出位置と処理カップ１３の周方向外側に外れている位置である退避位置の間を揺動することとなる。
【０１６４】
第二ノズル部３５は配管２９３を介してＳＣ１供給部２９１に管路接続されており、配管２９３には開閉弁２９５が介挿されている。開閉弁２９５は常時閉成されており、後述の通り基板表面Ｗｆへ洗浄液としてのＳＣ１を供給する時点で制御ユニット９３からの動作指令により開閉弁２９５が開成する。これにより、ＳＣ１供給部２９１からＳＣ１が配管２９３を介して第二ノズル部３５へ圧送され、超音波洗浄ノズル３５７から基板表面Ｗｆへ向けて吐出される。
【０１６５】
図１７に超音波洗浄ノズル３５７の正面断面図を示す。この超音波洗浄ノズルは、その上半部が円筒形で下半部が円錐形を有し、下端面に円形の吐出口３５７３を有する胴部３５７１と、胴部３５７１の上壁面に形成された透孔３５７５の位置に固設された振動版３５７７と、振動板３５７７の上に固設された超音波振動子３５７９とを有する。また、胴部３５７１の上方側壁面に形成された透孔３５８１は配管２９３を介してＳＣ１供給部２９１に管路接続されている。尚、胴部３５７１はフッ素樹脂等の耐薬品性を有する素材で形成されている。
【０１６６】
超音波振動子３５７９はケーブル１７５を介して超音波発振器１７３と電気的に接続されており、超音波発振器１７３からパルス信号が超音波振動子３５７９に出力されると、超音波振動子３５７９が超音波振動し、振動板３５７７を介して胴部３５７１の内部に充満したＳＣ１に超音波振動が付与される。
【０１６７】
第三実施形態における超音波洗浄手段３４は、第二ノズル部３５と、ケーブル３１６と、超音波発振器１７３と、洗浄液供給部２９と、で構成される。
【０１６８】
また、洗浄液供給部２９は、配管２９３と、開閉弁２９５と、ＳＣ１供給部２９１と、で構成される。
【０１６９】
この第三実施形態においても第一実施形態と同様に基板Ｗの搬入（ステップＳ３０１）、ＤＩＷの供給（ステップＳ３０２）、ＨＦＥ液による基板表面Ｗｆに残留したＤＩＷの排除（ステップＳ３０３）と基板裏面Ｗｂに冷媒を供給してＤＩＷの凝固体Ｆ０５を形成する凍結処理（ステップＳ３０４）が行われる。
【０１７０】
ＤＩＷの凝固体Ｆ０５が形成された後、制御ユニット９３から凝固手段３１への動作指令により凍結用窒素ガス供給部３１１が凍結用窒素ガスの供給を停止する。その後、制御ユニット９３からの動作指令により、基板回転手段１２が基板保持手段１１の回転速度を、例えば１００ｒｐｍに変更し、該回転数による回転が継続されるとともに、遮断部材昇降機構１５３が遮断部材１５を離間位置へ移動する。その後、制御ユニット９３から超音波洗浄手段３４への動作指令によりノズル駆動機構３５１が超音波洗浄ノズル３５７を吐出位置へ移動する。
【０１７１】
超音波洗浄ノズル３５７が吐出位置へ位置決めされた後、制御ユニット９３から超音波洗浄手段３４への動作指令により開閉弁２９５が開成するとともに、超音波発振器１７３がパルス信号の発振を開始する。これにより振動子３５７９が超音波振動し、振動板３５７７を介して胴部３５７１の内部に充満したＳＣ１に超音波振動が付与され、吐出口３５７３から基板表面Ｗｆに吐出される（超音波洗浄工程）（ステップＳ３０５）。
【０１７２】
超音波洗浄ノズル３５７で超音波振動を付与され、基板表面Ｗｆに吐出されたＳＣ１は、その超音波振動により基板表面Ｗｆに付着したパーティクル等を基板表面Ｗｆから脱離させるとともに、基板表面Ｗｆに存在しているＨＦＥ液をも排除して基板表面Ｗｆの洗浄を行う。
【０１７３】
前記凍結工程の後、超音波洗浄工程に至るまでは、基板表面Ｗｆの上にＨＦＥ液の液膜が存在し続ける。また、超音波洗浄工程においてはＳＣ１がＨＦＥ液と置換されるものの依然として基板表面Ｗｆ上には液膜が形成されている。このため、基板表面Ｗｆは雰囲気と接触せず、低温の基板表面Ｗｆに霜が付着しないため、パーティクル等が霜の中に埋没することがない。従って、基板表面Ｗｆに付着したパーティクル等を良好に除去することが可能となる。
【０１７４】
尚、パターンＦＰの間隙内部には固体であるＤＩＷの凝固体Ｆ０５が存在しており、パターンＦＰを側面から支持している。従って、上記衝撃波によるパターンＦＰの振動等の影響が小さく、より大きなエネルギーを加えて洗浄することができるため、より高い洗浄効果を得ることができる。
【０１７５】
また、第三実施形態では、第一実施形態のように二重液膜構造ＬＦを有せず、２つの液膜の間の界面ＢＦによる反射がない。従って、超音波洗浄ノズル３５７から吐出された洗浄液であるＳＣ１によって伝搬される超音波振動のエネルギーをより多く基板表面Ｗｆに付与することが可能であるため、より高い洗浄能力が得られる。
【０１７６】
また、超音波洗浄ノズル３５７からＳＣ１を吐出しながら超音波洗浄を行っており、基板表面Ｗｆを洗浄するのと並行して、ＨＦＥの液膜を排除しているため、第一実施形態より処理に要する時間を短縮することが可能である。
【０１７７】
尚、超音波洗浄ノズル３５７から基板表面Ｗｆに超音波が付与されたＳＣ１を吐出している間、制御ユニット９３から超音波洗浄手段３４への動作指令により、超音波洗浄手段３４が超音波洗浄ノズル３５７を基板Ｗの中心付近から外縁付近まで揺動させることが好ましい。なぜなら、基板Ｗを回転させると共に超音波洗浄ノズル３５７を揺動することで基板表面Ｗｆの全面にわたって均一に超音波を付与することが可能となるためである。もちろん、予め定められた位置、例えば吐出されたＳＣ１が基板Ｗの中心付近に当たるように超音波洗浄ノズル３５７の位置を固定して基板表面Ｗｆに超音波を付与することも可能である。
【０１７８】
超音波洗浄ノズル３５７の揺動は１回だけでなく、繰り返し行うことも可能である。揺動を繰り返すことにより、基板表面Ｗｆの全面に繰り返し超音波を付与することが可能となり、より高い洗浄効果を得ることができる。
【０１７９】
ＳＣ１中の固体表面のゼータ電位（界面動電電位）は比較的大きな値を有するため、基板表面Ｗｆとその上に存在するパーティクル等との間がＳＣ１で満たされることにより、基板表面Ｗｆとパーティクル等との間に大きな反発力が作用する。これにより、超音波振動によるパーティクル等の除去の効果を助長するとともに、基板表面Ｗｆへのパーティクル等の再付着を防止し、基板表面Ｗｆからパーティクル等を効果的に除去することができる。
【０１８０】
また、ＳＣ１はパターンＦＰの間隙内部に存在するＤＩＷの凝固体Ｆ０５を融解しない温度、例えば−（マイナス）０．５℃（摂氏）とするのが望ましい。
【０１８１】
また、第三実施形態としては超音波洗浄ノズル３５７から基板表面Ｗｆに吐出して超音波洗浄を行う液体としてＳＣ１を用いたが、超音波洗浄に使用できる液体はこれに限らず、ＤＩＷやオゾン水、更にはＳＣ２（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｃｌｅａｎ  ２：塩酸（化学式：ＨＣｌ）と過酸化水素（化学式:Ｈ２Ｏ２）の混合水溶液）その他の薬液も使用することができる。
【０１８２】
基板表面Ｗｆの超音波洗浄が終了した後、制御ユニット９３から超音波洗浄手段３４への動作指令により開閉弁２９５が閉成するとともに、超音波発振器１７３がパルス信号の発振を停止する。また、制御ユニット９３から超音波洗浄手段３４への動作指令により、ノズル駆動機構３５１が超音波洗浄ノズル３５７を退避位置へ移動する。
【０１８３】
その後、制御ユニット９３からの動作指令により、遮断部材昇降機構１５３が遮断部材１５を対向位置へ移動し、第一実施形態と同様にＤＩＷによるリンス処理（ステップＳ３０６）、高速スピンによる基板表面Ｗｆの乾燥（ステップＳ３０７）と処理後の基板Ｗの搬出（ステップＳ３０８）が行われ一連の処理が終了する。
【０１８４】
尚、上記第三実施形態では、処理液としてＨＦＥ液を使用しているが、液体と互いに混合し難く、かつ液体の凝固点より低い凝固点を有している液体であれば他の液体を使用することも可能である。例えばｏ-キシレン（１，２−ジメチルベンゼン）（凝固点：−（マイナス）２５．２℃（摂氏））、ｍ-キシレン（１，３―ジメチルベンゼン）（凝固点：−（マイナス）４８．９℃（摂氏））、トリクロロメタン（凝固点：−（マイナス）６３．５℃（摂氏））、テトラクロロエチレン（凝固点：−（マイナス）２２．２℃（摂氏））等である。尚、これらの処理液は希釈されていても良い。
【０１８５】
＜その他＞
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記各実施形態では、基板表面Ｗｆに凍結用の液体としてＤＩＷを供給しているが、凍結用の液体としてはＤＩＷに限定されるものではなく、純水、超純水や水素水、炭酸水等、更にはＳＣ１等の液体であっても使用することができる。
【符号の説明】
【０１８６】
１      処理ユニット
１１    基板保持手段
１２    基板回転手段
１３    処理カップ
１５    遮断部材
１７    超音波洗浄手段
２１    液体供給手段
２２    第二処理液供給手段
２３    リンス液供給手段
２５    第一処理液供給手段（図３）、前処理液供給手段（図１４）
２７    後処理液供給手段
２９    ＳＣ１供給手段
３１    凝固手段
３３    乾燥用ガス供給手段
９１    基板処理装置
９３    制御ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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