(57)【要約】【課題】基板の表面や裏面を均一に処理することができる基板処理装置および基板処理方法を提供する。【解決手段】洗浄液ＣＬを循環させるとともに洗浄液ＣＬにＤＩＷの液滴ＬＤを供給して凝固させて新たな氷粒ＩＧを生成し、洗浄液ＣＬ中に混合させている。したがって、氷粒ＩＧ同士が結合するのを抑制しながら洗浄液ＣＬ中に氷粒ＩＧを均一に分散させることができる。そして、この洗浄液ＣＬにより基板の表面や裏面を洗浄しているため、洗浄液ＣＬの氷粒ＩＧが基板に対して均一に作用して基板の表面や裏面を均一に処理することができる。【選択図】図３
2011198895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１処理液を凝固させた微粒子を、前記第１処理液よりも低い凝固点を有し且つ前記第１処理液の凝固点よりも低い温度に調整された第２処理液に混合させた混合処理液を貯留する貯留槽と、
前記貯留槽に貯留される前記混合処理液を循環させる処理液循環部と、
前記混合処理液に前記第１処理液の液滴を供給する第１処理液供給部とを備え、
前記混合処理液により基板を処理することを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板処理装置であって、
前記処理液循環部は、前記貯留槽から前記貯留槽に貯留される前記混合処理液の液面よりも高い位置に延設された配管と、前記配管の先端部に設けられて前記配管を介して前記貯留槽から流出される前記混合処理液を前記貯留槽内の前記混合処理液の液面に向けて吐出する第１吐出ノズルとを有し、
前記第１処理液供給部は、前記第１吐出ノズルから吐出されてから前記液面に到達する前の前記混合処理液に向けて前記第１処理液の液滴を吐出する第２吐出ノズルを有する基板処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の基板処理装置であって、
前記第１吐出ノズルは、前記混合処理液を液滴として吐出する基板処理装置。
【請求項４】
請求項２に記載の基板処理装置であって、
前記第１吐出ノズルは、前記混合処理液を液柱として吐出する基板処理装置。
【請求項５】
請求項１に記載の基板処理装置であって、
前記第１処理液供給部は、前記貯留槽に貯留された前記混合処理液の中に前記第１処理液を含む気泡を吐出する第３吐出ノズルを有する基板処理装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
前記貯留槽内に配置されて前記貯留槽に貯留された前記混合処理液を撹拌する撹拌部をさらに備えた基板処理装置。
【請求項７】
請求項１に記載の基板処理装置であって、
前記処理液循環部は、前記貯留槽に貯留される前記混合処理液を前記貯留槽の外部に導く配管と、前記配管に介挿されて前記配管を介して前記貯留槽から流出される前記混合処理液から所定の粒径を超える前記第１処理液の微粒子を除去するフィルターとを有する基板処理装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
前記第１処理液供給部による前記第１処理液の供給量を調整して前記混合処理液中での前記微粒子の濃度を制御する第１制御部をさらに備えた基板処理装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
前記貯留槽に前記第２処理液を供給する第２処理液供給部をさらに備えた基板処理装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の基板処理装置であって、
前記第２処理液供給部による前記第２処理液の供給量を調整して前記混合処理液中での前記微粒子の濃度を制御する第２制御部をさらに備えた基板処理装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の基板処理装置であって、
前記処理液循環部は、前記貯留槽に貯留される前記混合処理液を前記貯留槽の外部に導く配管と、前記配管に介挿されて前記配管に介して前記貯留槽から流出される前記混合処理液の温度を調整する温度調整部とを有する基板処理装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、
前記貯留槽または前記処理液循環部内の前記混合処理液を前記基板に供給して前記基板を洗浄する洗浄部をさらに備えた基板処理装置。
【請求項１３】
第１処理液を凝固させた微粒子を、前記第１処理液よりも低い凝固点を有し且つ前記第１処理液の凝固点よりも低い温度に調整された第２処理液に混合させた混合処理液を循環させながら貯留槽に貯留する第１工程と、
前記混合処理液に前記第１処理液の液滴を供給する第２工程と、
前記混合処理液を用いて基板を処理する第３工程と
を備えたことを特徴とする基板処理方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の基板処理方法であって、
前記第１工程は、前記貯留槽から前記貯留槽に貯留される前記混合処理液の液面よりも高い位置に延設された配管を介して前記貯留槽から前記混合処理液の一部を流出させるとともに前記配管の先端部に設けられた第１吐出ノズルから前記貯留槽内の前記混合処理液の液面に向けて吐出させる工程を有し、
前記第２工程は、前記第１吐出ノズルから吐出されてから前記液面に到達する前の前記混合処理液に向けて前記第１処理液の液滴を吐出する工程を有する基板処理方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の基板処理方法であって、
前記第２工程は、前記貯留槽に貯留された前記混合処理液の中に前記第１処理液を含む気泡を吐出する工程を有する基板処理方法。
【請求項１６】
請求項１３ないし１５のいずれか一項に記載の基板処理方法であって、
前記第３工程は、前記混合処理液を前記基板に供給して前記基板を洗浄する洗浄工程である基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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の各種基板（以下、単に「基板」という）に対して洗浄処理などの処理を施す基板処理装置および基板処理方法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、基板の表面や裏面を洗浄するために種々の洗浄技術が提案されている。例えば特許文献１に記載の装置では、液体中に氷の微粒子を混在させた固液共存のシャーベット状をなす洗浄材をキャリアガスで加速して噴射ガンから基板の表面に噴射することにより基板の洗浄を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−８７８０７号公報（例えば、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この特許文献１に記載の装置では、噴射ガンからシャーベット状の洗浄材を基板に衝突させて氷の微粒子で基板の表面を擦るものである。したがって、基板を均一に処理するためには、氷の微粒子の粒径を均一に整えるとともに、均一に分散させることが重要である。しかしながら、キャリアガスによってシャーベット状の洗浄材を基板の表面に均一に供給するのは困難である。特に、近年では基板の大型化に伴って洗浄材の供給範囲も広がり、しかも噴射ガンからの洗浄材の吐出圧力を高める必要があるため、洗浄材を基板表面全体へ均一に供給することは益々困難となっている。
【０００５】
また、特許文献１に記載の装置では、水又は水とこれより凝固点の低い有機化合物液との混合液である原料液を過冷却状態に冷却して過冷却液を形成し、これを洗浄材貯留領域の液面に衝突させることにより、噴射された過冷却液の一部を氷粒子に相変化させている。したがって、洗浄材貯留領域の液面近傍では過冷却液の衝突によって対流が生じているために洗浄材貯留領域の液面近傍での氷粒子の粒径変化は少ないのに対し、洗浄材貯留領域の内部では大きな流動はなく、氷粒子同士が結合して粒径が大きくなることがある。このため、粒径を均一に整えるのが難しい。このような要因から特許文献１に記載の装置により基板の表面を均一に処理するのは非常に困難であった。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板の表面や裏面を均一に処理することができる基板処理装置および基板処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明にかかる基板処理装置は、上記目的を達成するため、第１処理液を凝固させた微粒子を、第１処理液よりも低い凝固点を有し且つ第１処理液の凝固点よりも低い温度に調整された第２処理液に混合させた混合処理液を貯留する貯留槽と、貯留槽に貯留される混合処理液を循環させる処理液循環部と、混合処理液に第１処理液の液滴を供給する第１処理液供給部とを備え、混合処理液により基板を処理することを特徴としている。
【０００８】
また、この発明にかかる基板処理方法は、上記目的を達成するため、第１処理液を凝固させた微粒子を、第１処理液よりも低い凝固点を有し且つ第１処理液の凝固点よりも低い温度に調整された第２処理液に混合させた混合処理液を循環させながら貯留槽に貯留する第１工程と、混合処理液に第１処理液の液滴を供給する第２工程と、混合処理液を用いて基板を処理する第３工程とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
このように構成された発明（基板処理装置および基板処理方法）では、第１処理液よりも低い凝固点を有する第２処理液が第１処理液の凝固点よりも低い温度に調整されており、第１処理液を凝固させた微粒子が第２処理液に混合されて混合処理液が形成され、貯留槽に貯留される。この混合処理液は処理液循環部内により強制的に循環されており、貯留槽内および処理液循環部内を混合処理液は流動する。このため、混合処理液では微粒子は第２処理液中に分散されて均一に分布するとともに、微粒子同士の結合が抑えられて微粒子の凝集粗大化が防止される。また、第１処理液の液滴が混合処理液に供給されることで第１処理液の液滴が凝固されて新たな微粒子が生成される。こうして混合処理液中の新たに生成された微粒子も混合処理液の循環動作によって微粒子同士で結合することなく混合処理液中に均一に分散して存在する。そして、この混合処理液の微粒子が基板に対して均一に作用して処理する。例えば、貯留槽または処理液循環部内の混合処理液を基板に供給すると、混合処理液の微粒子が基板上を流れて基板上に付着したパーティクル等と衝突し、これを基板から遊離させ、混合処理液の流れによって基板から効果的に取り除くことができる。
【００１０】
ここで、第１処理液の液滴を貯留槽に貯留された混合処理液に供給して液滴を凝固させて微粒子を生成してもよいが、この場合、上記液面は貯留槽での混合処理液の貯留量に応じて上下方向に変動したり、液面状態が変動するために、液滴の凝固位置や凝固環境などが変動する。そこで、処理液循環部および第１処理液供給部を次のように構成してもよく、これによって液面の変動による影響を受けることなく、液滴の凝固位置や凝固環境を安定化することができる。すなわち、処理液循環部が、貯留槽から貯留槽に貯留される混合処理液の液面よりも高い位置に延設された配管と、配管の先端部に設けられて配管を介して貯留槽から流出される混合処理液を貯留槽内の混合処理液の液面に向けて吐出する第１吐出ノズルとを有し、第１処理液供給部が、第１吐出ノズルから吐出されてから液面に到達する前の混合処理液に向けて第１処理液の液滴を吐出する第２吐出ノズルを有するように構成すると、液面の上方において、第１吐出ノズルから吐出された混合処理液と第２吐出ノズルから吐出された液滴とが互いに接液する位置で第１処理液の液滴は凝固される。したがって、液面の変動による影響を受けることなく、安定して微粒子を生成することができる。
【００１１】
また、第１吐出ノズルからの混合処理液の吐出態様は、液滴であっても、また液柱であってもよく、いずれの場合も液滴を確実に凝固させて微粒子を安定的に生成することができる。
【００１２】
また、第１処理液供給部が貯留槽に貯留された混合処理液の中に第１処理液を含む気泡を吐出する第３吐出ノズルを有するように構成してもよい。
【００１３】
また、貯留槽内に撹拌部を設けてもよく、この撹拌部によって貯留槽に貯留された混合処理液を撹拌することで微粒子同士が結合するのをさらに効果的に抑制することができる。
【００１４】
また、液滴を凝固して生成される微粒子は粒度分布を有しており、比較的大きな粒径の微粒子も含まれることがある。また、微粒子同士が結合して凝集粗大化するのを完全に防止することは難しい。そこで、処理液循環部に対して混合処理液から所定の粒径を超える第１処理液の微粒子を除去するフィルターを設けてもよい。
【００１５】
また、第１処理液供給部による第１処理液の供給量を調整して混合処理液中での微粒子の濃度を制御する第１制御部を設けてもよく、これによって混合処理液中での微粒子の濃度を正確にコントロールすることができる。
【００１６】
また、貯留槽に第２処理液を供給する第２処理液供給部を設けてもよく、これによって貯留槽中での第２処理液の量を正確にコントロールすることができる。また、第２制御部によって第２処理液供給部による第２処理液の供給量を調整して混合処理液中での微粒子の濃度を制御してもよく、これによって混合処理液中での微粒子の濃度を正確にコントロールすることができる。
【００１７】
さらに、処理液循環部が、貯留槽に貯留される混合処理液を貯留槽の外部に導く配管と、配管に介挿されて配管に介して貯留槽から流出される混合処理液の温度を調整する温度調整部とを有するように構成してもよく、これによって混合処理液の温度を正確に制御することができ、基板処理の安定化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、混合処理液を循環させるとともに混合処理液に第１処理液の液滴を供給して凝固させて新たな微粒子を生成し、混合処理液中に混合させているので、微粒子同士が結合するのを抑制しながら混合処理液中に微粒子を均一に分散させることができる。そして、この混合処理液により基板を処理しているため、混合処理液の微粒子が基板に対して均一に作用して基板の表面や裏面を均一に処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】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２】図１に示す基板処理装置の制御構成を示すブロック図である。
【図３】図１の基板処理装置に装備された洗浄液供給ユニットの一例を示す図である。
【図４】図３に示す洗浄液供給ユニットの動作を示すタイミングチャートである。
【図５】図３に示す洗浄液供給ユニットの循環動作を示す図である。
【図６】図３に示す洗浄液供給ユニットの吐出動作を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態における基板処理動作を模式的に示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態における基板処理動作を模式的に示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態における基板処理動作を模式的に示す図である。
【図１０】本発明にかかる基板処理装置で使用される洗浄液供給ユニットの第１変形例を示す図である。
【図１１】洗浄液供給ユニットの第２変形例を示す図である。
【図１２】洗浄液供給ユニットの第３変形例を示す図である。
【図１３】洗浄液供給ユニットの第４変形例を示す図である。
【図１４】洗浄液供給ユニットの第５変形例を示す図である。
【図１５】洗浄液供給ユニットの第６変形例を示す図である。
【図１６】第６変形例にかかる洗浄液供給ユニットにおける氷粒濃度の調整動作を示すフローチャートである。
【図１７】洗浄液供給ユニットの第７変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
＜第１実施形態＞
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。より具体的には、氷粒を含む洗浄液により基板Ｗｂを物理洗浄した後、微細パターンが形成された基板表面Ｗｆに対して凍結洗浄処理（液膜形成工程＋凍結工程＋凍結膜除去工程＋本乾燥工程）を施す装置である。
【００２１】
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、処理チャンバー１内に基板表面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に対して凍結処理を実行するための冷却ガスを吐出する冷却ガス吐出ノズル３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が設けられている。
【００２２】
スピンチャック２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の駆動により回転中心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が一体的にネジなどの締結部品によって連結されている。したがって、装置全体を制御する制御ユニット４（図２）からの動作指令に応じてチャック回転機構２２を駆動させることによりスピンベース２３が回転中心Ａ０を中心に回転する。
【００２３】
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。各チャックピン２４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。
【００２４】
そして、スピンベース２３に対して基板Ｗが受渡しされる際には、複数個のチャックピン２４を解放状態とし、基板Ｗに対して洗浄処理を行う際には、複数個のチャックピン２４を押圧状態とすることによって、複数個のチャックピン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。これにより、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。
【００２５】
スピンチャック２の外方には、回動モータ３１が設けられている。回動モータ３１には、回動軸３３が接続されている。また、回動軸３３には、アーム３５が水平方向に延びるように連結され、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からの動作指令に応じて回動モータ３１が駆動されることで、アーム３５を回動軸３３回りに揺動させることができる。また、回動モータ３１を駆動してアーム３５を揺動させると、冷却ガス吐出ノズル３は基板表面Ｗｆに対向しながら基板Ｗの回転中心位置から基板Ｗの端縁位置に向かう軌跡に沿って移動する。なお、本実施形態では、基板Ｗの回転中心位置は基板表面Ｗｆの上方で、かつ基板Ｗの回転中心Ａ０上に設定されている。また、冷却ガス吐出ノズル３からの冷却ガスの吐出を行わない間、冷却ガス吐出ノズル３は基板Ｗの側方に退避した待機位置に移動可能となっている。
【００２６】
冷却ガス吐出ノズル３は冷却ガス供給部５（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冷却ガス供給部５から冷却ガスが圧送されると冷却ガス吐出ノズル３から冷却ガスが吐出される。そして、制御ユニット４からの動作指令に応じて冷却ガス吐出ノズル３が基板表面Ｗｆに近接して対向配置されるとともに冷却ガス吐出ノズル３から冷却ガスが吐出されると、基板表面Ｗｆに向けて冷却ガスが局部的に供給される。したがって、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を上記移動軌跡に沿っ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することができる。これにより、基板表面Ｗｆに付着している液体に対して凍結処理が施される。なお、本実施形態では、後述するようにＤＩＷ（deionized Water：脱イオン水）などの純水を用いて液膜を形成している。そこで、冷却ガス供給部５は、例えば冷却ガスの温度を液体窒素などの冷却源により冷却することで、冷却ガスの温度を液膜（ＤＩＷ）の凝固点より低い温度、例えば−６０℃に調整している。この冷却ガスとしては、上記のように温度調整された、例えば窒素ガス、酸素ガスおよび清浄なエア等を用いることができる。
【００２７】
スピンチャック２の回転支軸２１は中空軸からなる。回転支軸２１の内部には、基板Ｗの裏面Ｗｂに洗浄液やＤＩＷを供給するための処理液供給管２５が挿通されている。処理液供給管２５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の裏面中央部に向けてＤＩＷや物理洗浄用の洗浄液を吐出する処理液ノズル２７が設けられている。また、処理液供給管２５は後で詳述するように構成された洗浄液供給ユニット６（図２、図３）および工場のユーティリティ等で構成されるＤＩＷ供給部８（図２）と接続されている。そして、洗浄液供給ユニット６から洗浄液が供給されることでノズル２７から洗浄液が基板裏面Ｗｂの中心部に向けて吐出され、またＤＩＷ供給部８からＤＩＷが供給されることでノズル２７からＤＩＷが基板裏面Ｗｂの中心部に向けて吐出される。なお、洗浄液供給ユニット６の構成および動作、洗浄液供給ユニット６から供給される洗浄液の組成などについては後で詳述する。
【００２８】
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。また、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。この支持軸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。
【００２９】
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、制御ユニット４は遮断部材昇降機構９４を作動させることで、装置に対して基板Ｗを搬入出させる際には、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、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近接位置まで遮断部材９を下降させる。
【００３０】
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、窒素ガス供給部７と接続されており、窒素ガス供給部７から窒素ガスが供給される。この実施形態では、基板Ｗに対する乾燥時にガス供給路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を供給する。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８に接続されている。そして、ＤＩＷ供給部８からＤＩＷが供給されることでノズル９７からＤＩＷが基板表面Ｗｆに向けて吐出される。
【００３１】
次に、洗浄液供給ユニット６の構成および動作について、図３ないし図６を参照しつつ説明する。図３は図１の基板処理装置に装備された洗浄液供給ユニットの一例を示す図であり、氷粒製造動作を示している。また、図４は図３に示す洗浄液供給ユニットの動作を示すタイミングチャートである。また、図５は図３に示す洗浄液供給ユニットの循環動作を示す図である。さらに、図６は図３に示す洗浄液供給ユニットの吐出動作を示す図である。なお、本実施形態では、本発明の「第１処理液」としてＤＩＷを用いており、ＤＩＷの液滴を凝固させて微細な氷粒を形成して物理洗浄に供している。これらＤＩＷ液滴および氷粒を視覚的に示すため、図３、図５および図６（および後で説明する図面）においては、白四角でＤＩＷの液滴ＬＤを示すとともに、黒四角で氷粒ＩＧを示している。
【００３２】
この洗浄液供給ユニット６は洗浄液を貯留する貯留槽６１を有している。この貯留槽６１は断熱性に優れた構成を有している。そして、貯留槽６１の側面上方部には、配管６２の一方端が接続されており、図示を省略する溶剤供給部から配管６２を介して溶剤ＳＶを貯留槽６１内に新たに供給したり、貯留槽６１に貯留されている洗浄液ＣＬに溶剤ＳＶを補充することが可能となっている。この配管６２には、バルブＶ１が介挿されており、制御ユニット４からの開閉指令に応じてバルブＶ１が開閉して貯留槽６１への溶剤ＳＶの供給・補充を制御可能となっている。なお、本実施形態では、溶剤ＳＶが本発明の「第２処理液」に相当し、配管６２および溶剤供給部が本発明の「第２処理液供給部」として機能している。
【００３３】
溶剤ＳＶとしては、ＤＩＷよりも低い凝固点を有し且つＤＩＷの凝固点よりも低く、しかも溶剤ＳＶの凝固点よりも高い温度に調整されたものを用いることができ、本実施形態ではＨＦＥ（Hydrofluoroether：ハイドロフルオロエーテル）を主成分とするＨＦＥ液、より具体的には住友スリーエム株式会社製の商品名ノベック（登録商標）７１００（凝固点：−１３５゜Ｃ）を用いている。なお、ＨＦＥ液としては、同製の商品名ノベック（登録商標）シリーズのＨＦＥ、つまりノベック７２００、ノベック７３００などを用いることができる。また、これ以外に上記条件を満足する溶剤ＳＶとして、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ、凝固点：−８９．５℃）、エチルアルコール（凝固点：−１１４．５℃）、メチルアルコール（凝固点：−９８℃）、アセトン（凝固点：−９４℃）、エチレングリコール（凝固点：−１２．９℃）、塩酸（凝固点：−２７．３２℃）、フッ酸（凝固点：−８４℃）、およびこれらとＤＩＷとを混合させた混合液がある。
【００３４】
また、上記のように温度調整された溶剤ＳＶ、および後述するようにして製造される氷粒ＩＧと溶剤ＳＶとの混合液（洗浄液ＣＬ）の温度を貯留槽６１内で一定に保つために、貯留槽６１に温度調整機構を装備させてもよい。
【００３５】
貯留槽６１の上面中央部には、２つの２流体ノズル６３、６４が貯留槽６１に貯留される溶剤ＳＶおよび氷粒ＩＧの混合液、つまり洗浄液ＣＬの液面６１ａに対向するように配置されている。これらのうちノズル６３はＤＩＷの液滴ＬＤを吐出する２流体ノズルであるのに対し、ノズル６４は溶剤ＳＶまたは洗浄液ＣＬを吐出する２流体ノズルである。すなわち、二流体ノズル６３は配管６３１を介して窒素ガス供給部７に接続されるとともに、配管６３２を介してＤＩＷ供給部８に接続されており、窒素ガスおよびＤＩＷの供給を受ける。また、配管６３１、６３２にはそれぞれバルブＶ２、Ｖ３が介挿されており、制御ユニット４からの開閉指令に応じてバルブＶ２、Ｖ３が開閉してＤＩＷの液滴ＬＤをノズル６３が吐出可能となっている。つまり、図３に示すようにバルブＶ２、Ｖ３がともに開成されると、ＤＩＷと窒素ガスとを混合して生成したＤＩＷの液滴ＬＤがノズル６３から貯留槽６１内の液面６１ａに向けて吹き付けられる。このように、本実施形態では、ノズル６３が本発明の「第１処理液供給部」および「第２吐出ノズル」に相当する。
【００３６】
一方、二流体ノズル６４は配管６４１を介して窒素ガス供給部７に接続されて窒素ガスの供給を受ける。また、二流体ノズル６４は配管６４２を介して貯留槽６１の側面下方に接続されている。この配管６４２にはポンプ６５が介挿されており、制御ユニット４からの動作指令に応じて作動することで貯留槽６１に貯留されている溶剤ＳＶをノズル６４に圧送する。そして、ノズル６４では、溶剤ＳＶと窒素ガスとが混合されて生成したミスト状の溶剤ＳＶがノズル６４から貯留槽６１内の液面６１ａに向けて吹き付けられる。なお、後述するように氷粒ＩＧが溶剤ＳＶに混合されている場合には、氷粒ＩＧも溶剤ミストとともに貯留槽６１内の液面６１ａに向けて吹き付けられる。このように、本実施形態では、ノズル６４が本発明の「第１吐出ノズル」に相当している。
【００３７】
また、この実施形態では、図３に示すように、ノズル６３からの液滴ＬＤの吐出範囲と、ノズル６４からの溶剤ミストの吐出範囲とが液面６１ａの上方位置で互いに交差するように、ノズル６３、６４の先端部の向きが設定されている。したがって、ノズル６３から吐出されたＤＩＷの液滴ＬＤは、貯留槽６１の液面６１ａに達する前に、ＤＩＷの凝固点よりも低い温度に調整されている溶剤ミストに接触して凝固される。こうして、ＤＩＷの液滴ＬＤが氷粒ＩＧに変化し、貯留槽６１に貯留されている溶剤ＳＶに混合されて洗浄液ＣＬが生成される。
【００３８】
貯留槽６１の側面下方に接続された配管６４２の先端部は貯留槽６１の液面６１ａよりも高い位置まで延設されて２流体ノズル６４に接続されているが、ポンプ６５と２流体ノズル６４との間で配管６４２から２つの配管６４３、６４４が分岐されている。そのうちの一方の配管６４３の先端部はバルブＶ４を介して処理液供給管２５に接続されている。このため、制御ユニット４からの開閉指令に応じてバルブＶ４が開閉することで洗浄液ＣＬの供給および供給停止を制御可能となっている。
【００３９】
また、もう一方の配管６４４は貯留槽６１の側面上方に接続されている。この配管６４４には、バルブＶ５が介挿されており、制御ユニット４からの開閉指令に応じてバルブＶ４が開閉することで配管６４２から貯留槽６１内への洗浄液ＣＬの帰還を制御可能となっている。つまり、バルブＶ５が開成されることで、ポンプ６５によって貯留槽６１から圧送される洗浄液ＣＬの一部が貯留槽６１内に戻されて洗浄液ＣＬの循環経路が形成される。なお、本実施形態では、上記したようにポンプ６５から圧送される洗浄液ＣＬの一部はノズル６４に達して貯留槽６１の液面６１ａに吐出される。したがって、「ポンプ６５−配管６４２−ノズル６４」という経路も洗浄液ＣＬの循環経路となるが、次の点を考慮して本実施形態では２つの循環経路を設けている。
【００４０】
本実施形態では、ノズル６４から溶剤ＳＶのミストを吐出させて氷粒ＩＧを生成して溶剤ＳＶに混合させて洗浄液ＣＬを製造するとともに、こうして製造された洗浄液ＣＬを基板裏面Ｗｂに供給して裏面洗浄処理を行う。しかも、それらを同一配管６４２で行っている。ここで、ノズル６４から溶剤ミストを吐出させるために必要な流量と、基板裏面Ｗｂを洗浄するために必要な流量とを比較すると、前者は後者に比べて圧倒的に少ない。そこで、本実施形態では、配管６４４を介して循環される洗浄液ＣＬの流量が、基板裏面Ｗｂを洗浄するために必要な流量とほぼ同程度となるように設定することで配管６４２〜６４４を流れる洗浄液ＣＬの流量バランスを取っている。その結果、ノズル６４からの溶剤ミストの吐出および基板裏面Ｗｂへの洗浄液ＣＬの供給を安定して行うことができる。
【００４１】
このように本実施形態では、ノズル６４、ポンプ６５、配管６４２、６４４により貯留槽６１内の洗浄液ＣＬを循環させており、これらが本発明の「処理液循環部」を構成している。
【００４２】
次に、上記のように構成された洗浄液供給ユニット６の動作について説明する。制御ユニット４には、洗浄液供給ユニット６を制御するプログラムを記憶するメモリ（図示省略）が設けられており、制御ユニット４はメモリ内のプログラムにしたがってバルブＶ１〜Ｖ５を図４に示すように開閉制御して以下の３つの工程を実行する。
【００４３】
この洗浄液供給ユニット６は、ＤＩＷの液滴ＬＤを凝固させた微粒子、つまり氷粒ＩＧを０℃よりも低い温度に調整された溶剤ＳＶに混合させた混合液を生成する（氷粒製造工程）。すなわち、図３および図４中の氷粒製造タイミングに示すように、バルブＶ１、Ｖ４を閉じて貯留槽６１への溶剤ＳＶの補充および貯留槽６１からの洗浄液ＣＬの供給を停止させる。一方、バルブＶ２、Ｖ３、Ｖ５を開く。これにより循環経路「貯留槽６１−配管６４２−配管６４４」で洗浄液ＣＬが循環されるとともに、洗浄液ＣＬの一部がノズル６４から貯留槽６１に貯留された洗浄液ＣＬの液面６１ａに向けて吐出される。これによって溶剤ミストが形成される。また、バルブＶ２、Ｖ３が開くことでノズル６３からＤＩＷの液滴ＬＤが溶剤ミスト中を通過して洗浄液ＣＬの液面６１ａに到達する。ここで、溶剤ミスト通過中にＤＩＷの液滴ＬＤは凝固されて氷粒ＩＧが生成されて貯留槽６１に貯留される洗浄液ＣＬに追加されて氷粒濃度が増加する（氷粒製造）。なお、空の貯留槽６１に対して新たに溶剤ＳＶを供給した場合、氷粒製造の初期段階では貯留槽６１内には溶剤ＳＶのみが貯留されているが、上記と同様にバルブＶ１〜Ｖ５を開閉制御することで貯留槽６１に貯留される溶剤ＳＶ中に氷粒ＩＧが順次追加されて洗浄液ＣＬが生成される。
【００４４】
こうして氷粒製造が完了すると、図４中の循環タイミングおよび図５に示すように、バルブＶ２、Ｖ３が閉じられてノズル６３からの液滴ＬＤの吐出が中止されるが、バルブＶ５は開かれたままであり、「貯留槽６１−配管６４２−配管６４４」の循環経路と、「貯留槽６１−配管６４２−ノズル６４」の循環経路とで洗浄液ＣＬが循環される（循環工程）。この循環状態は基板裏面Ｗｂの洗浄開始まで継続される。
【００４５】
そして、後述するように基板裏面Ｗｂの洗浄を開始するタイミングで、図４中の圧送タイミングおよび図６に示すように、バルブＶ５が閉じて「貯留槽６１−配管６４２−配管６４４」の循環経路での洗浄液ＣＬの循環が停止されると同時に、バルブＶ４が開いてポンプ６５が送り出される洗浄液ＣＬの大部分が処理液供給管２５に圧送され、基板裏面Ｗｂに供給される（圧送工程）。これによって基板裏面Ｗｂに対する裏面洗浄が実行される。なお、この圧送工程中も、上記循環工程に比べて大幅に循環量は少ないものの、「貯留槽６１−配管６４２−ノズル６４」の循環経路で洗浄液ＣＬが循環されている。
【００４６】
裏面洗浄が完了すると、制御ユニット４からの指令に応じてバルブＶ４が閉じるとともにバルブＶ５が開いて循環状態（図５）に戻って次の裏面洗浄に備える。本実施形態では、裏面処理を重ねる毎に循環工程と圧送工程とを交互に繰り返すが、洗浄液供給ユニット６から洗浄液ＣＬ（＝溶剤ＳＶ＋氷粒ＩＧ）を圧送する毎に貯留槽６１に貯留される洗浄液ＣＬが減少していく。そこで、貯留槽６１に貯留されている洗浄液ＣＬの液面６１ａが所定レベルまで低下すると、制御ユニット４はバルブＶ１に対して開成指令を与えて新たな溶剤を配管６２を介して貯留槽６１に補充する（溶剤補充工程）。また必要に応じて氷粒製造工程を実行する。
【００４７】
次に、基板処理装置の動作について図７を参照しつつ説明する。この装置では、未処理の基板Ｗが処理チャンバー１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基板Ｗの裏面Ｗｂに対して上記洗浄液ＣＬ（＝溶剤ＳＶ＋氷粒ＩＧ）による裏面洗浄を行うのに続けて、基板表面Ｗｆに対する凍結洗浄を行う。なお、基板Ｗを搬入する前に、洗浄液供給ユニット６の装置各部が制御されて洗浄液供給ユニット６は図５に示す循環状態となっている。また、基板Ｗを搬入する際、遮断部材９は離間位置にあり、基板Ｗとの干渉を防止している。
【００４８】
スピンチャック２に未処理の基板Ｗが保持されると、制御ユニット４はチャック回転機構２２を駆動させてスピンチャック２を回転させるとともに、洗浄液供給ユニット６のバルブＶ５を閉成させると同時に、バルブＶ４を開成させて洗浄液ＣＬを処理液供給管２５に圧送させる。これによって、処理液ノズル２７から洗浄液ＣＬを基板裏面Ｗｂの中央部に向けて供給する（図７（ａ））。基板裏面Ｗｂに供給された洗浄液ＣＬ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裏面Ｗｂに沿って流れる。このとき、溶剤ＳＶ中の氷粒ＩＧが基板裏面Ｗｂに付着したパーティクルと衝突し、これを基板裏面Ｗｂから遊離させる。また、基板裏面Ｗｂから遊離したパーティクルは洗浄液ＣＬ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洗浄液ＣＬとともに基板裏面Ｗｂから取り除かれる。また、洗浄液ＣＬは０℃よりも低い低温の溶剤ＳＶに氷粒ＩＧを混合させた混合液であるため、上記のようにして裏面洗浄を行っている間、洗浄液ＣＬが基板裏面Ｗｂに接液して基板Ｗの温度は大きく低下する。このように本実施形態では、処理液ノズル２７が本発明の「洗浄部」として機能している。
【００４９】
こうして裏面洗浄が完了すると、制御ユニット４はバルブＶ４を閉成させるとともにバルブＶ５を開成させて循環状態（図５）に戻して次の裏面洗浄に備える。また、遮断部材９を対向位置まで下降させ、遮断部材９を基板Ｗの表面Ｗｆに近接した位置に位置決めする。そして、ＤＩＷ、特に予め冷却しておいた冷却ＤＩＷをノズル９７に送り込んでノズル９７から冷却ＤＩＷを吐出させて基板Ｗの表面Ｗｆに供給する。こうして供給された冷却ＤＩＷは基板Ｗの回転に伴う遠心力によって基板Ｗの径方向外向きに均一に広げられる。これによって、図７（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面Ｗｆの全面にわたって液膜の厚みがそれぞれ均一にされ、基板Ｗの表面Ｗｆの全体に、所定の厚みを有する液膜１１ｆが形成される。
【００５０】
液膜形成処理が終了すると、制御ユニット４は遮断部材９を離間位置に配置するとともに、冷却ガス吐出ノズル３を待機位置から回転中心位置に移動させる。そして、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させながら、冷却ガス吐出ノズル３を徐々に基板Ｗの端縁位置に向けて移動させていく。これによって、図７（ｃ）に示すように、基板Ｗの表面Ｗｆのうち液膜１１ｆが凍結した領域が基板Ｗの表面Ｗｆの中央部から周縁部へと広げられ、基板Ｗの表面Ｗｆの全体に凍結膜１３が生成される。この実施形態では、上記のように低温の洗浄液ＣＬを用いた基板裏面Ｗｂの洗浄を直前に行って基板Ｗの温度を低下させているため、凍結膜１３を短時間で生成することができる。
【００５１】
このようにして凍結処理を実行した後、制御ユニット４は冷却ガス吐出ノズル３を待機位置に移動させるとともに遮断部材９を対向位置に配置させる。そして、基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面ＷｂにＤＩＷを供給して凍結膜１３を除去した後、基板Ｗの乾燥処理を実行する。なお、乾燥処理後は基板Ｗの回転が停止され、処理チャンバー１から処理済の基板Ｗが搬出される。
【００５２】
以上のように、第１実施形態にかかる基板処理装置では、ＤＩＷよりも低い凝固点を有する溶剤ＳＶの温度を０℃よりも低い温度に調整し、ＤＩＷを凝固させた氷粒ＩＧを上記溶剤ＳＶに混合させた混合処理液を洗浄液ＣＬとして基板裏面Ｗｂに供給して基板Ｗの裏面洗浄している。また、本実施形態では、洗浄液ＣＬを循環経路に沿って強制的に循環させているので、この洗浄液循環によって氷粒ＩＧは溶剤ＳＶ中に均一に分散されて洗浄液ＣＬ中で均一に分布するとともに、氷粒ＩＧ同士の結合が抑えられて氷粒ＩＧの凝集粗大化が抑制される。
【００５３】
また、所定の氷粒製造タイミングの間、循環する洗浄液ＣＬに対してＤＩＷの液滴ＬＤを供給することで液滴ＬＤを凝固させて新たな氷粒ＩＧを生成し、洗浄液ＣＬ中での氷粒ＩＧの濃度を高めている（氷粒製造工程）。こうして生成された氷粒ＩＧも、基板裏面Ｗｂに向けて圧送される前に実行される洗浄液循環動作によって氷粒ＩＧ同士で結合することなく洗浄液ＣＬ中を均一に分布する（循環工程）。
【００５４】
また、本実施形態では、液面６１ａの上方位置でノズル６３からの液滴ＬＤとノズル６４からの溶剤ミストとを互いに交差させて接液することで液滴ＬＤを凝固させて氷粒ＩＧを生成している。したがって、貯留槽６１の液面６１ａの高さ位置や液面状態の影響を受けることなく、氷粒ＩＧを安定して生成することができる。
【００５５】
そして、このように氷粒ＩＧの凝集粗大化を抑制しつつ氷粒ＩＧを均一に分布させた洗浄液ＣＬを基板裏面Ｗｂに供給して基板Ｗの裏面洗浄を行っているので、洗浄液ＣＬ中の氷粒ＩＧが基板裏面Ｗｂに対して均一に作用して基板裏面Ｗｂを良好に洗浄することができる。また、洗浄液ＣＬ中に比較的大きな氷粒ＩＧが存在する場合には、この氷粒ＩＧが基板Ｗに衝突した際に基板Ｗに対してダメージを与えてしまうことがあるが、上記したように凝集粗大化を未然に抑制しているため、基板Ｗにダメージを与えることなく、基板洗浄を行うことができる。
【００５６】
さらに、上記第１実施形態では、基板表面Ｗｆに対する凍結洗浄処理の直前に０℃よりも低い洗浄液ＣＬによる裏面洗浄処理を行っているため、凍結洗浄処理において凍結膜１３を生成するのに要する時間を短縮することができる。すなわち、第１実施形態では洗浄液ＣＬによる裏面洗浄処理により基板Ｗの温度は氷点以下に冷却される。したがって、基板Ｗを冷却するのに要する時間を短縮することができる。その結果、凍結洗浄処理に要する時間を短縮でき、基板処理のスループットを向上することができる。
【００５７】
＜第２実施形態＞
図８は本発明の第２実施形態における基板処理動作を模式的に示す図である。この第２実施形態にかかる基板処理装置は基板表面Ｗｆを洗浄液ＣＬで物理洗浄するものであり、洗浄液ＣＬは第１実施形態の基板処理装置で使用される洗浄液供給ユニット６と同一のユニットから供給されるものを使用する。すなわち、この第２実施形態では、同図に示すように、基板表面Ｗｆが上方を向いた状態で基板Ｗがスピンチャックに保持される。また、遮断部材９が基板Ｗの表面Ｗｆに近接した位置に位置決めされた状態で基板Ｗが回転しながら洗浄液ＣＬがノズル９７に圧送されて基板Ｗの表面Ｗｆに供給される。このように本実施形態では、ノズル９７が本発明の「洗浄部」として機能している。
【００５８】
こうして供給された洗浄液ＣＬ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Ｗｆに沿って流れる。このとき、洗浄液ＣＬ中に均一に分布する微細な氷粒ＩＧが基板表面Ｗｆに付着したパーティクルと衝突し、これを基板表面Ｗｆから遊離させる。また、基板表面Ｗｆから遊離したパーティクルは洗浄液ＣＬ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洗浄液ＣＬとともに基板表面Ｗｆから取り除かれる。
【００５９】
このように第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、氷粒ＩＧの凝集粗大化を抑制しつつ氷粒ＩＧを均一に分布させた洗浄液ＣＬを基板Ｗｆに供給して基板Ｗの表面洗浄を行っているので、洗浄液ＣＬ中の氷粒ＩＧが基板表面Ｗｆに対して均一に作用して基板表面Ｗｆを良好に洗浄することができる。
【００６０】
＜第３実施形態＞
上記第２実施形態では洗浄液ＣＬを用いて基板表面を物理洗浄しているが、基板の表面には微細パターンが形成されることが多く、パターンがダメージを受けるのを防止しつつ、基板表面から汚染物質を効率良く除去することが強く要望されている。この要望を満足させるためには、例えば凍結技術と洗浄液ＣＬによる物理洗浄を組み合わせることが有効である。以下、図９を参照しながら本発明の第３実施形態について説明する。
【００６１】
図９は本発明の第３実施形態における基板処理動作を模式的に示す図である。この第３実施形態では、ＨＦＥ液を供給するＨＦＥ供給ユニットと洗浄液供給ユニット６とがノズル９７に接続されている点を除き図１に示す基板処理装置とほぼ同一構成を有する装置を用いて基板処理が実行される。
【００６２】
この装置では、基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗがスピンチャック２（図１）に保持されると、遮断部材９が近接位置まで降下され、基板表面Ｗｆに近接配置される。そして、スピンチャック２が回転するとともに、ノズル９７（図１）からＤＩＷが基板表面Ｗｆに供給される。これにより、図９（ａ）に示すように基板表面Ｗｆに供給されたＤＩＷに遠心力を作用させてＤＩＷを均一に広げて基板表面Ｗｆの全面に液膜（水膜）１１を形成する。このとき、ＤＩＷの流動によりパターンＦＰの間隙内部にＤＩＷが入り込む。
【００６３】
続いて、ＤＩＷの供給を停止し、スピンチャック２に保持された基板Ｗを回転させながらＨＦＥ液の供給を開始する。このようにＨＦＥ液が基板表面Ｗｆに供給されることで液膜を構成する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全体でＨＦＥ液に置換される。ただし、半導体ウエハなどの基板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入り込めない。また、ＨＦＥとＤＩＷは混ざりにくい。このため、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上面を含む基板表面Ｗｆ全体にＨＦＥ液の液膜１２が形成される（図９（ｂ））。つまり、ＤＩＷが入り込んでいるパターンＦＰの間隙内部を覆うようにＨＦＥ液の液膜１２が基板表面Ｗｆ全体に形成され、ＤＩＷがパターンＦＰの間隙内部に孤立した状態で残留する。また、パターンＦＰ上面に付着していたパーティクルＰはＨＦＥ液の液膜１２中に存在することとなり、ＤＩＷから完全に切り離された状態となる。
【００６４】
次に、パターンＦＰの間隙内部にＤＩＷを孤立的に残留させながらパターンＦＰの上面を含む基板表面Ｗｆ全体がＨＦＥ液の液膜１２で覆われた基板Ｗに対して冷却ガス吐出ノズル３から冷却ガスを吐出させて凍結処理を実行する。なお、この第３実施形態では冷却ガスの温度は例えば−６０゜Ｃ程度に設定されており、基板Ｗ上のＨＦＥ液（凝固点：−１３５゜Ｃ）は凍結されることなく液相を維持している。しかしながら、パターンＦＰの間隙内部に残留しているＤＩＷは凍結する（図９（ｃ））。このようにしてＨＦＥ液を液相状態に維持させたままパターンＦＰの間隙内部に入り込んだＤＩＷを凝固させて基板表面Ｗｆの全面でパターンＦＰの間隙内部に凝固体１４が形成される。このため、凝固体１４によってパターンＦＰが構造的に補強された状態となる。つまり、パターンＦＰと凝固体１４とが一体となった塊（固形物）と見做せる状態となる。
【００６５】
そして、遮断部材９を近接位置に配置させるとともに、スピンチャック２とともに遮断部材９を回転させるとともに、凝固体１４を形成した状態（凍結状態）を保ちながら基板表面Ｗｆに対して洗浄液供給ユニット６（図６参照）から供給される洗浄液ＣＬにより物理洗浄処理を実行する。すなわち、図９（ｄ）に示すようにノズル９７から洗浄液ＣＬが供給されて第２実施形態と同様にして基板表面Ｗｆに付着するパーティクルＰが物理的に除去（物理洗浄）される。ここで、洗浄液ＣＬは上記したようにＯ℃よりも低い温度に調整された溶剤ＳＶ中に氷粒ＩＧを均一分散させたものであり、内部残留液（ＤＩＷ）の凝固点よりも低い温度に冷却（温調）されている。したがって、パターンＦＰの間隙内部に形成された凝固体１４を凝固させた状態（凍結状態）のまま洗浄を行うことができる。しかも、パーティクルＰはＨＦＥ液の液膜１２中に存在することから液滴との衝突によりＨＦＥ液とともに効率良く基板表面Ｗｆから除去される。このため、凝固体１４によってパターンＦＰを構造的に補強した状態でパターンＦＰの間隙内部を除く基板表面領域からパーティクルＰが除去される。
【００６６】
こうして、物理洗浄処理が完了すると、基板Ｗとスピンベースおよび基板Ｗと遮断部材９との間の空間に窒素ガスを供給し、基板Ｗの周辺雰囲気を不活性ガス雰囲気とするとともに、ノズル９７および処理液ノズル２７（図１参照）から凝固体除去液としてＤＩＷをそれぞれ、回転駆動されている基板Ｗの表面Ｗｆに供給する（図９（ｅ））。これにより、凝固体１４が融解して基板表面Ｗｆから除去される。また、パターンＦＰの間隙内部に付着する汚染物質が凝固体１４とともに基板表面Ｗｆから除去される。その後、図９（ｆ）に示すように、ＤＩＷの供給を停止し、基板Ｗおよび遮断部材９を回転させることによって基板Ｗを乾燥させる。ここで、冷却ガス吐出ノズル３から冷却ガスを吐出して凍結処理を行う代わりに、ノズル２７から基板Ｗの裏面Ｗｂに洗浄液ＣＬを吐出し、基板Ｗを介してパターンＦＰの間隙内部のＤＩＷを凝固させることも可能である。
【００６７】
＜洗浄液供給ユニットの他の構成＞
ところで、上記第１実施形態ないし第３実施形態では図３に示す構成を有する洗浄液供給ユニット６を用いて洗浄液ＣＬ（＝溶剤ＳＶ＋氷粒ＩＧ）を製造し、この洗浄液ＣＬにより基板Ｗの表面Ｗｆや裏面Ｗｂを洗浄しているが、洗浄液供給ユニット６の構成は図３に示すものに限定されず、以下の説明する構成を有する洗浄液供給ユニット６Ａ〜６Ｇを用いてもよい。以下、各洗浄液供給ユニット６Ａ〜６Ｇの構成や動作について説明する。なお、各洗浄液供給ユニット６Ａ〜６Ｇを装備する基板処理装置の構成および動作（ただし洗浄液の製造動作を除く）については、第１実施形態ないし第３実施形態と同一であるため、それらについての説明を省略する。
【００６８】
図１０は本発明にかかる基板処理装置で使用される洗浄液供給ユニットの第１変形例を示す図である。この洗浄液供給ユニット６Ａが第１実施形態ないし第３実施形態で使用される洗浄液供給ユニット６と大きく相違する点は、洗浄液ＣＬを吐出する二流体ノズル６４を設けていない点である。すなわち、洗浄液供給ユニット６Ａでは、ＤＩＷの液滴ＬＤを吐出する２流体ノズル二流体ノズル６３のみが設けられて、図１０に示すようにバルブＶ２、Ｖ３がともに開成されると、ＤＩＷと窒素ガスとを混合して生成したＤＩＷの液滴ＬＤがノズル６３から貯留槽６１内の液面６１ａに直接吹き付けられる。そして、これらの液滴ＬＤが貯留槽６１内に貯留される洗浄液ＣＬに接液することで凝固して氷粒ＩＧが生成される。
【００６９】
また、洗浄液供給ユニット６Ａでは、配管６４２の一方端が貯留槽６１の側面下方に連通するように接続される一方、他方端が貯留槽６１の天井部より高い位置まで延設されている。この配管６４２の他方端（先端）からは２つの配管６４３、６４４が分岐している。このうち一方の配管６４３はノズル２７やノズル９７に接続され、他方の配管６４４は貯留槽６１の天井部を貫通して貯留槽６１の内部に延設されている。これらの配管６４３、６４４には、それぞれバルブＶ４、Ｖ５が介挿されている。したがって、制御ユニット４からの開閉指令に応じて、例えば同図に示すようにバルブＶ４が閉成されるのに対し、バルブＶ５が開成されることで次のようにして洗浄液ＣＬが循環される。すなわち、ポンプ６５によって貯留槽６１内の洗浄液ＣＬは配管６４２を介して貯留槽６１の外に流出された後、バルブＶ５および配管６４４を介して貯留槽６１内に戻される。このように貯留槽６１内の洗浄液ＣＬが「配管６４２−バルブＶ５−配管６４４」という循環経路で循環されることで第１実施形態と同様に洗浄液ＣＬ中で氷粒ＩＧが均一に分散されるとともに、氷粒ＩＧ同士が結合するのを抑制して氷粒ＩＧの凝集粗大化を効果的に抑制することができる。
【００７０】
また、ノズル６３から吐出されたＤＩＷの液滴ＬＤは液面６１ａで洗浄液ＣＬに接液して凝固されて新たな氷粒ＩＧが生成されるが、ここで洗浄液ＣＬが循環されない場合には、液面６１ａに止まって氷粒ＩＧの不均一分布が発生したり、液面６１ａ近傍で氷粒ＩＧ同士が結合してしまう。しかしながら、洗浄液供給ユニット６Ａでは、上記したように貯留槽６１内の洗浄液ＣＬは循環されるため、液滴ＬＤから新たに生成された氷粒ＩＧも洗浄液ＣＬ中で均一に分散され、また氷粒ＩＧ同士の結合も抑制される。
【００７１】
なお、このようにして製造された洗浄液ＣＬは、バルブＶ４、Ｖ５がそれぞれ開成、閉成されると、ポンプ６５により「配管６４２−バルブＶ４−配管６４３」という供給経路に沿ってノズル２７、９７に圧送される。
【００７２】
図１１は本発明にかかる基板処理装置で使用される洗浄液供給ユニットの第２変形例を示す図である。この洗浄液供給ユニット６Ｂが第１実施形態ないし第３実施形態で使用される洗浄液供給ユニット６と大きく相違する点は、ノズル６４から吐出される溶剤ＳＶ（洗浄液ＣＬ）の吐出態様である。すなわち、洗浄液供給ユニット６ではノズル６４の先端口から溶剤ＳＶがミスト状で吐出されるのに対し、洗浄液供給ユニット６ではノズル６４の先端口から溶剤ＳＶが液柱状に吐出されている。なお、それ以外の構成は同一であり、このように溶剤ＳＶの吐出態様が互いに相違するものの両者とも基本性能は近似しており、洗浄液供給ユニット６Ｂにより生成される洗浄液ＣＬでは、洗浄液供給ユニット６と同様に、氷粒ＩＧは凝集粗大化することなく、溶剤ＳＶ中で均一に分布している。
【００７３】
図１２は本発明にかかる基板処理装置で使用される洗浄液供給ユニットの第３変形例を示す図である。この洗浄液供給ユニット６Ｃが第１実施形態ないし第３実施形態で使用される洗浄液供給ユニット６と大きく相違する点は、循環構造と、氷粒ＩＧの生成方式である。これらの相違点のうち循環構造については、第１変形例（図１０）で採用した循環構造と同一である。したがって、ここでは、循環構造に関する説明は省略する。
【００７４】
一方、氷粒ＩＧの生成方式については上記した洗浄液供給ユニット６、６Ａ、６Ｂと大きく相違している。すなわち、洗浄液供給ユニット６Ｃでは、バブラー６６が貯留槽６１の洗浄液ＣＬ中に浸漬配置されている。このバブラー６６は水分を含有する窒素ガスを供給する窒素ガス供給源（図示省略）と配管６６１を介して接続されている。また、この配管６６１にはバルブＶ２が介挿されている。そして、氷粒製造タイミングでは、図１２に示すようにバルブＶ２が開成され、水分を含有する窒素ガスが配管６６１を介してバブラー６６に圧送される。これにより、バブラー６６からバブルＢが発生して貯留槽６１内の洗浄液ＣＬが撹拌されるとともに、バブル発生時に窒素ガスに含まれる水分が凝固して微細な氷粒ＩＧが生成されて洗浄液ＣＬに新たに混合される。このように、本実施形態ではバブラー６６が本発明の「第３吐出ノズル」として機能する。
【００７５】
このように洗浄液供給ユニット６Ｃでは、洗浄液ＣＬを循環させるのみならず、バブラー６６の周囲でバブルＢを発生させて洗浄液ＣＬを撹拌しながら氷粒ＩＧを生成しているので、洗浄液ＣＬ中での氷粒ＩＧの分布をより均一なものとすることができる。また、洗浄液ＣＬ中での氷粒ＩＧの結合をより効果的に抑制することができる。
【００７６】
図１３は本発明にかかる基板処理装置で使用される洗浄液供給ユニットの第４変形例を示す図である。この洗浄液供給ユニット６Ｄが第１実施形態ないし第３実施形態で使用される洗浄液供給ユニット６と大きく相違する点は、撹拌部６７がさらに設けられて、貯留槽６１内で洗浄液ＣＬが撹拌される点であり、その他の構成は同一である。このように、洗浄液ＣＬを循環させるのみならず、例えばプロペラ形状の撹拌部６７による洗浄液ＣＬの撹拌によって洗浄液ＣＬ中での氷粒分布の均一化をさらに進めることができるとともに、洗浄液ＣＬ中での氷粒ＩＧの結合をより効果的に抑制することができる。
【００７７】
図１４は本発明にかかる基板処理装置で使用される洗浄液供給ユニットの第５変形例を示す図である。この洗浄液供給ユニット６Ｅが第１実施形態ないし第３実施形態で使用される洗浄液供給ユニット６と大きく相違する点は、配管６４２に対してフィルター６８がさらに介挿されている点であり、その他の構成は同一である。上記実施形態では、洗浄液ＣＬを循環させることで氷粒ＩＧの凝集粗大化を抑制しているが、完全に防止することは不可能である。また、氷粒ＩＧは粒径分布を伴って生成されるため、基板洗浄に適さない大型の氷粒ＩＧが生成されることがある。そこで、この洗浄液供給ユニット６Ｅでは、配管６４２に介挿されたフィルター６８によって所定の粒径を超える氷粒ＩＧを除去している。したがって、比較的大型の氷粒ＩＧが混合されたまま洗浄液ＣＬが基板Ｗに供給されるのを未然に防止することができる。その結果、基板Ｗに対してダメージを与えることなく、基板Ｗを良好に洗浄することができる。
【００７８】
図１５は本発明にかかる基板処理装置で使用される洗浄液供給ユニットの第６変形例を示す図である。また、図１６は第６変形例にかかる洗浄液供給ユニットでの氷粒濃度の調整動作を示すフローチャートである。この洗浄液供給ユニット６Ｆが第１実施形態ないし第３実施形態で使用される洗浄液供給ユニット６と大きく相違する点は、洗浄液ＣＬ中の氷粒ＩＧの濃度を検知する濃度検知ユニット６９が設けられるとともに、制御ユニット４が濃度検知ユニット６９の検知結果に基づき洗浄液ＣＬ中での氷粒ＩＧの濃度を調整している点である。なお、その他の構成は同一である。
【００７９】
この洗浄液供給ユニット６Ｆでは、図１５に示すように、配管６４２に濃度検知ユニット６９が介挿されており、例えばパーティクルカウンターと同様の原理で洗浄液ＣＬ中の氷粒ＩＧの濃度を検知可能となっている。また、この濃度検知ユニット６９による検知結果は制御ユニット４（図２）に出力される。そして、制御ユニット４は予めメモリに記憶されている氷粒濃度の調整プログラムにしたがってバルブＶ１〜Ｖ３の開閉を制御する。すなわち、適当なタイミング、例えば基板処理装置の起動時や一定の稼働時間が経過する毎に上記調整プログラムが起動されると、まず濃度検知ユニット６９により洗浄液ＣＬ中の氷粒濃度が検知される（ステップＳ１）。そして、制御ユニット４は、氷粒濃度が上限基準値を超えているか否かを判定する（ステップＳ２）。ここで、氷粒濃度が上限基準値を超えていると判定した際には、制御ユニット４は差分｛＝（現在の氷粒濃度）−（上限基準値）｝に対応する時間だけバルブＶ１を開成して溶剤ＳＶを貯留槽６１に補充する（ステップＳ３）。これにより洗浄液ＣＬ中の氷粒ＩＧの濃度が薄まり適正範囲に戻される。
【００８０】
一方、ステップＳ２で「ＮＯ」と判定されると、制御ユニット４は、氷粒濃度が下限基準値を下回っているか否かを判定する（ステップＳ４）。ここで、氷粒濃度が下限基準値を下回っていると判定した際には、制御ユニット４は差分｛＝（下限基準値）−（現在の氷粒濃度）｝に対応する時間だけバルブＶ２、Ｖ３を開成して氷粒製造を実行して氷粒ＩＧを貯留槽６１に補充する（ステップＳ５）。これにより洗浄液ＣＬ中の氷粒ＩＧの濃度が上昇して適正範囲に戻される。
【００８１】
以上のように、制御ユニット４によって氷粒濃度が常に下限基準値以上でかつ上限基準値以下の範囲に調整されており、洗浄液ＣＬによる基板洗浄を常に良好に実行することができる。このように第６変形例にかかる洗浄液供給ユニット６Ｆを装備する基板処理装置では、制御ユニット４は本発明の「第１制御部」および「第２制御部」として機能している。
【００８２】
図１７は本発明にかかる基板処理装置で使用される洗浄液供給ユニットの第７変形例を示す図である。この洗浄液供給ユニット６Ｇが第１実施形態ないし第３実施形態で使用される洗浄液供給ユニット６と大きく相違する点は、配管６４２に対して温調ユニット７０がさらに介挿されている点であり、その他の構成は同一である。このように温調ユニット７０を設けたことで洗浄液ＣＬの温度を安定させることができ、基板Ｗに対する洗浄処理をより安定して実行することができる。
【００８３】
＜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。例えば上記実施形態では、洗浄液ＣＬを液面６１ａに向けて吐出する第１吐出ノズルおよびＤＩＷの液滴ＬＤを吐出する第２吐出ノズルとして、それぞれ二流体ノズル６４、６３を用いているが、それらの吐出方式は任意である。すなわち、洗浄液ＣＬやＤＩＷと窒素ガスとをノズル外部（空中）で混合させて液滴を生成する、いわゆる外部混合型であっても、洗浄液ＣＬやＤＩＷと窒素ガスとをノズル内部で混合させて洗浄液の液滴を生成する、いわゆる内部混合であってもよい。いずれの場合も、粒径を広範囲にわたって制御することができ、本発明に好適である。もちろん、ノズル６３、６４として、二流体ノズル以外に、液滴を吐出可能な液滴洗浄用スプレーを用いることができる。
【００８４】
また、上記実施形態では、ＤＩＷや純水を本発明の「第１処理液」として用いているが、これ以外にＤＩＷに微量の塩酸を加えてウォーターマークの発生を抑制する希塩酸、ＤＩＷに二酸化炭素を含有させて帯電防止性能を高めたＣＯ２水などの機能水を本発明の「第１処理液」として用いてもよい。
【００８５】
また、洗浄液供給ユニットの第４変形例では、プロペラ形状の撹拌部６７により貯留槽６１内で洗浄液ＣＬを撹拌しているが、これ以外の撹拌手段、例えば撹拌専用ポンプを別途追加したり、バブリング部を設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
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や裏面に対して処理を施す基板処理方法および基板処理装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００８７】
４…制御ユニット（第１制御部、第２制御部）
６、６Ａ〜６Ｇ…洗浄液供給ユニット
２７…処理液ノズル（洗浄部）
６１…貯留槽
６１ａ…（貯留槽に貯留された洗浄液の）液面
６３…二流体ノズル（第２吐出ノズル）
６４…二流体ノズル（第１吐出ノズル）
６５…ポンプ
６６…バブラー
６７…撹拌部
６８…フィルター
６９…濃度検知ユニット
７０…温調ユニット
９７…ノズル（洗浄部）
６４２〜６４４…配管
ＣＬ…洗浄液
ＩＧ…氷粒
ＬＤ…（ＤＩＷの）液滴
ＳＶ…溶剤
Ｗ…基板
Ｗｂ…基板裏面
Ｗｆ…基板表面
【図１】
2011198895.tif 000003
【図２】
2011198895.tif 000004
【図３】
2011198895.tif 000005
【図４】
2011198895.tif 000006
【図５】
2011198895.tif 000007
【図６】
2011198895.tif 000008
【図７】
2011198895.tif 000009
【図８】
2011198895.tif 000010
【図９】
2011198895.tif 000011
【図１０】
2011198895.tif 000012
【図１１】
2011198895.tif 000013
【図１２】
2011198895.tif 000014
【図１３】
2011198895.tif 000015
【図１４】
2011198895.tif 000016
【図１５】
2011198895.tif 000017
【図１６】
2011198895.tif 000018
【図１７】
2011198895.tif 000019