(57)【要約】【課題】基板に液膜を形成して凝固させ、これを除去するプロセスを含む基板処理技術において、比較的純度の低い物質を用いても良好に基板を処理することのできる技術を提供する。【解決手段】この基板処理方法は、基板の被処理面に液膜を形成する工程と、鉛直軸回りに回転させた基板の被処理面と反対側の面の中央部に冷媒を供給し、基板を冷却して液膜を凝固させる工程と、液膜が凝固した凝固膜に、液体の凝固点よりも高温の融解液、または凝固膜を溶解する溶解液を供給し、凝固膜を被処理面から除去する工程とを備える。冷媒を供給する工程では、第１温度の冷媒を第１流量で所定期間供給した後、冷媒の温度を低下させる。第１温度は、凝固点より低く、かつ、第１流量で継続的に基板に供給することで液膜全体を凝固させることのできる冷媒の温度の最高値である第２温度よりも高い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理面が上向きの水平姿勢に保持された基板の前記被処理面に、液体による液膜を形成する工程と、
前記液体の凝固点より高温の雰囲気下で、鉛直軸回りに回転させた前記基板の前記被処理面と反対側の面に冷媒を供給し、前記基板を冷却して前記液膜を凝固させる工程と、
前記液膜が凝固した凝固膜に、前記凝固点よりも高温の融解液を供給して前記凝固膜を融解させ前記被処理面から除去する、または前記凝固膜を溶解する溶解液を供給して前記行鼓膜を溶解させ前記被処理面から除去する工程と
を備え、
前記冷媒を供給する工程では、第１温度の前記冷媒を第１流量で所定期間供給した後、前記冷媒の温度を低下させ、
前記第１温度は、前記凝固点より低く、かつ、前記第１流量で継続的に前記基板に供給することで前記液膜全体を凝固させることのできる前記冷媒の温度の最高値である第２温度よりも高い、基板処理方法。
【請求項２】
前記冷媒の温度を最終的に前記第２温度より低い温度まで低下させる請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記第１温度と前記凝固点との差が摂氏５度以内である請求項１または２に記載の基板処理方法。
【請求項４】
被処理面を上向きにして基板を水平姿勢に保持し鉛直軸回りに回転させる基板保持部と、
前記基板の前記被処理面に液体を供給し該液体による液膜を形成する液膜形成部と、
回転する前記基板の前記被処理面と反対側の面に冷媒を供給し、前記基板を冷却して前記液膜を凝固させる冷媒供給部と、
前記液膜が凝固した凝固膜に、前記液体の凝固点よりも高温の融解液を供給する、または前記凝固膜を溶解する溶解液を供給する、除去液供給部と、
前記基板保持部に保持される前記基板を前記凝固点より高温の雰囲気内に収容する処理チャンバと
を備え、
前記冷媒供給部は、第１温度の前記冷媒を第１流量で所定期間供給した後、前記冷媒の温度を低下させ、
前記第１温度は、前記凝固点より低く、かつ、前記第１流量で継続的に前記基板に供給することで前記液膜全体を凝固させることのできる前記冷媒の温度の最高値である第２温度よりも高い、基板処理装置。
【請求項５】
前記冷媒供給部は、常温の水を前記第２温度よりも低温に冷却する冷却器と、前記冷却器で冷却された水と常温の水とを混合し前記冷媒として出力する混合器とを有し、
前記混合器を制御して、出力される前記冷媒の温度を調節する制御部をさらに備える、請求項４に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記冷媒の温度を多段階に変更設定する請求項５に記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板の上面に液膜を形成してこれを凝固させた後、凝固膜を除去するプロセスを含む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】
基板に液体を供給して湿式処理する基板処理技術には、水平姿勢の基板の上面に液体による液膜を形成してこれを凝固させた後、凝固膜を除去するプロセスを含むものがある。このようなプロセスは、例えば基板の上面に付着したパーティクル等を凝固膜に取り込んで除去することにより、基板の上面を洗浄する目的で行われる処理である。すなわち、基板の上面を被処理面としてこれを洗浄する洗浄処理として行われるものである。このような洗浄処理は、液相と固相との間での処理液の相変化を伴うことから、「固化洗浄」あるいは「相変化洗浄」等と称されることがある。
【０００３】
このような技術の一例として、例えば特許文献１に記載されたものがある。この技術は、上面に液膜が形成された基板を水平姿勢で回転させながら基板の下面中央部に冷媒を供給することで液膜を凝固させるプロセスを含むものである。液膜は脱イオン水（ＤＩＷ）によって形成されており、したがって液膜を凝固させるための冷媒としては摂氏０度よりも低温に冷却された液体が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０２８００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年では、処理に必要な消費エネルギーを節減するとともに処理コストを低減するために、液膜を形成する材料として、ＤＩＷに代えてより常温に近い温度で凝固する物質を用いることが検討されている。このような物質を使用する場合の問題点として次のようなものがある。第１に、凝固点が常温に近い物質では、液相から固相への相変化、および固相から液相への相変化が基板や周囲雰囲気の温度の影響を受けやすい。このため、良好な処理結果を安定して得ることが難しい。第２に、基板の処理に用いられる処理液には極めて高い純度が求められるが、そのような高純度で常温に近い凝固点を有する物質は種類が限られ、また調達コストが非常に高くなる。
【０００６】
これらの問題から、このような高純度の材料を必要とせず、しかも良好な処理結果を得ることのできる処理プロセスが望まれるが、現在までそのような技術が確立されるには至っていない。
【０００７】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板に液膜を形成して凝固させ、これを除去するプロセスを含む基板処理技術において、比較的純度の低い物質を用いても良好に基板を処理することのできる技術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】
【０００８】
この発明に係る基板処理方法の一の態様は、上記目的を達成するため、被処理面が上向きの水平姿勢に保持された基板の前記被処理面に、液体による液膜を形成する工程と、前記液体の凝固点より高温の雰囲気下で、鉛直軸回りに回転させた前記基板の前記被処理面と反対側の面に冷媒を供給し、前記基板を冷却して前記液膜を凝固させる工程と、前記液膜が凝固した凝固膜に前記凝固点よりも高温の融解液を供給して前記凝固膜を融解させ前記被処理面から除去する、または前記凝固膜を溶解する溶解液を供給して前記行鼓膜を溶解させ前記被処理面から除去する工程とを備えている。
【０００９】
また、この発明に係る基板処理装置の一の態様は、上記目的を達成するため、被処理面を上向きにして基板を水平姿勢に保持し鉛直軸回りに回転させる基板保持部と、前記基板の前記被処理面に液体を供給し該液体による液膜を形成する液膜形成部と、回転する前記基板の前記被処理面と反対側の面に冷媒を供給し、前記基板を冷却して前記液膜を凝固させる冷媒供給部と、前記液膜が凝固した凝固膜に前記液体の凝固点よりも高温の融解液を供給する融解液供給部と、前記基板保持部に保持される前記基板を前記凝固点より高温の雰囲気内に収容する処理チャンバとを備えている。
【００１０】
これらの発明においては、第１温度の前記冷媒を第１流量で所定期間供給した後、前記冷媒の温度を低下させ、しかも、前記第１温度は、前記凝固点より低く、かつ、前記第１流量で継続的に前記基板に供給することで前記液膜全体を凝固させることのできる前記冷媒の温度の最高値である第２温度よりも高い。
【００１１】
このように構成された発明では、基板の上面である被処理面に供給された液体は、凝固点よりも高温の雰囲気中では液膜を形成し、基板の下面側に供給される冷媒により基板を介して冷却される。ここで、第１温度で基板に供給される冷媒は、液膜全体を凝固させるだけの冷却能力を有していない。このため、この段階での液膜の凝固は局所的であり、より具体的には、基板の下面側で冷媒が供給される位置に対応する基板の上面（被処理面）に接する部分において、液相から固相への相変化が始まる。
【００１２】
液体、特に凝固の際に結晶化する液体は、内部に含まれる不純物を排斥しながら凝固する性質（偏析）を有している。基板の下面側から基板を介して冷却される液膜中では、基板に接する下面側で最も温度が低く、周囲雰囲気に露出する上面側で温度が高くなる温度勾配が生じる。このため、液体が順次凝固することで生じる液相と固相との境界は、液膜中において上方および基板上面に沿った方向に向けて進行してゆく。このとき、液体中に含まれる不純物、および基板上面（被処理面）に付着する不純物（パーティクル等）のいずれもが、偏析現象によって被処理面から遠ざかる方向に搬送される。これにより、被処理面の近傍には不純物が排斥された凝固膜が形成される。
【００１３】
従来技術のように、液膜全体を凝固させることができるような高い冷却能力を有する冷媒が当初より基板に供給されると、不純物の排斥が進まないうちに液膜が凝固してしまう。これに対し本発明では、液膜を急速に凝固させるほどの冷却能力を持たない第１温度の冷媒を所定期間継続して供給することにより基板を冷却するので、液膜の凝固はよりゆっくりと進行する。このため不純物の排斥効果がより高くなる。その後、冷媒の温度をさらに低下させることで、液相と固相との境界がさらに進行し、最終的に液膜全体が凝固する。
【００１４】
このように、本発明では、液中あるいは被処理面上にあった不純物は被処理面から引き離された状態で凝固膜中に取り込まれるので、その後に不純物を内包する凝固膜を除去することにより、基板の被処理面は不純物のない清浄な状態となる。基板に付着していた不純物が除去されるのみならず、液中に含まれている不純物が被処理面に残留することも防止されるため、本発明によれば、液膜の形成に比較的純度の低い物質を用いた場合でも、基板を良好に処理することが可能である。
【発明の効果】
【００１５】
上記のように、本発明では、基板に付着する不純物および液膜に含まれる不純物を排斥させながら液膜を凝固させることができるので、液膜の形成に比較的純度の低い物質を用いた場合でも、基板を良好に処理することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態である基板処理装置の概略構成を示す図である。
【図２】この実施形態の基板処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】この動作における各部の状態を模式的に示す図である。
【図４】凝固過程における液膜中の温度分布を例示する図である。
【図５】凝固の進行の様子を模式的に示す図である。
【図６】この実施形態における冷媒および各部の温度変化を示すプロファイルである。
【図７】冷媒の温度と径方向における液膜の温度分布との関係を示す図である。
【図８】冷媒の温度変化プロファイルの変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を適用可能な基板処理装置の概要について説明する。以下において、基板とは、半導体基板、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、有機ＥＬ（Electroluminescence）表示用基板、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、セラミック基板、太陽電池用基板などの各種基板をいう。以下では主として半導体基板の処理に用いられる基板処理システムを例に採って図面を参照して説明するが、上に例示した各種の基板の処理にも本発明を適用可能である。
【００１８】
図１は本発明の一実施形態である基板処理装置の概略構成を示す図である。基板処理装置１は、半導体ウエハ等の円盤状の基板Ｗに対して処理液による洗浄やエッチング処理などの湿式処理を施す湿式処理装置である。湿式処理としては各種の公知技術を適用することができるが、特に基板上面に形成した液膜を凝固させこれを除去するプロセスを含む、本発明に係る基板処理に好適なものである。基板処理装置１は、チャンバ７０内に設けられた基板保持部１０、スプラッシュガード２０および処理液吐出部３０，４０と、処理液供給ユニット５０と、これらの各部を制御する制御ユニット８０とを備えている。
【００１９】
基板保持部１０は、基板表面を上方に向けた状態で基板Ｗを略水平姿勢に保持して回転させるものである。この基板保持部１０は、スピンベース１１１と回転支軸１１２とが一体的に結合されたスピンチャック１１を有している。スピンベース１１１は平面視において略円形形状を有しており、その中心部に、略鉛直方向に延びる中空状の回転支軸１１２が固定されている。回転支軸１１２はモータを含むチャック回転機構１０３の回転軸に連結されている。チャック回転機構１０３は円筒状のケーシング１０１内に収容され、回転支軸１１２はケーシング１０１により、鉛直方向の回転軸周りに回転自在に支持されている。
【００２０】
チャック回転機構１０３は、制御ユニット８０のチャック駆動部８７からの駆動により回転支軸１１２を回転軸周りに回転させる。これにより、回転支軸１１２の上端部に取り付けられたスピンベース１１１が鉛直軸周りに回転する。制御ユニット８０は、チャック駆動部８７を介してチャック回転機構１０３を制御して、スピンベース１１１の回転速度を調整することが可能である。
【００２１】
スピンベース１１１の周縁部付近には、基板Ｗの周端部を把持するための複数個のチャックピン１１４が立設されている。チャックピン１１４は、円形の基板Ｗを確実に保持するために３つ以上設けてあればよく（この例では６つ）、スピンベース１１１の周縁部に沿って等角度間隔で配置されている。チャックピン１１４のそれぞれは、基板Ｗの外周端面を押圧する押圧状態と、基板Ｗの外周端面から離れる解放状態との間を切り替え可能に構成されている。
【００２２】
スピンベース１１１に対して基板Ｗが受け渡しされる際には、複数のチャックピン１１４のそれぞれを解放状態とする一方、基板Ｗを回転させて所定の処理を行う際には、複数のチャックピン１１４のそれぞれを押圧状態とする。このように押圧状態とすることによって、チャックピン１１４は基板Ｗの周端部を把持してその基板Ｗをスピンベース１１１から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はその表面を上方に向け、裏面を下方に向けた状態で支持される。なお、チャックピン１１４としては、上記に限定されず種々の公知の構成を用いることができる。
【００２３】
スピンチャック１１に基板Ｗが保持された状態、より具体的にはスピンベース１１１に設けられたチャックピン１１４によって基板Ｗがその周縁部を保持された状態でチャック回転機構１０３が作動することで、基板Ｗは鉛直方向の回転軸ＡＸ周りに回転する。以下では、このようにして回転する基板Ｗの上面および下面にそれぞれ符号Ｗａ、Ｗｂを付す。
【００２４】
スピンチャック１１により水平姿勢に支持される基板Ｗの下方に、冷媒吐出部１２が設けられている。後述するように、冷媒吐出部１２は、基板Ｗの上面Ｗａに液膜が形成された基板Ｗの下面Ｗｂに向けて液膜を構成する液体の凝固点よりも低温の冷媒を吐出し、液膜を凝固させる機能を有する。冷媒吐出部１２は、基板Ｗより少し小さい円盤状の外形を有し、水平な上面を基板下面Ｗｂと対向させて配置された対向部材１２１と、対向部材１２１の中心部に取り付けられて鉛直方向下向きに延びる供給管１２２とを備えている。供給管１２２は回転支軸１１２の中空部に挿通されているが、回転支軸１１２とは接続されていない。したがって、スピンチャック１１が回転する際にも、冷媒吐出部１２は回転しない。
【００２５】
供給管１２２は中空の管であり、その上端部が対向部材１２１の中心部で上向きに開口している。供給管１２２は後述する処理液供給ユニット５０に接続されており、処理液供給ユニット５０から出力される処理液のうちの冷媒を基板下面Ｗｂに向けて吐出する。これにより基板下面Ｗｂと対向部材１２１の上面との間のギャップ空間に冷媒が供給される。すなわち、供給管１２２の上端は、基板Ｗの下面側回転中心に向けて開口する吐出口を有するノズルとして機能する。そこで、以下において必要な場合には、この部分を「下面ノズル１２３」と称する。このように、冷媒吐出部１２は吐出した冷媒を基板下面Ｗｂに触れさせることで基板Ｗを冷却し、基板上面Ｗａに担持される液膜を凝固させる。
【００２６】
またケーシング１０１の周囲には、スピンチャック１１に水平姿勢で保持されている基板Ｗの周囲を包囲するようにスプラッシュガード２０がスピンチャック１１の回転軸に沿って昇降自在に設けられている。このスプラッシュガード２０は回転軸に対して略回転対称な形状を有しており、それぞれスピンチャック１１と同心円状に配置されて基板Ｗから飛散する処理液を受け止める複数段の（この例では２段の）ガード２１と、ガード２１から流下する処理液を受け止める液受け部２２とを備えている。そして、制御部８０に設けられたガード昇降部８６がガード２１を段階的に昇降させることで、回転する基板Ｗから飛散する薬液やリンス液などの処理液を分別して回収することが可能となっている。
【００２７】
スプラッシュガード２０の周囲には、エッチング液等の薬液、リンス液、溶剤、純水、ＤＩＷ（脱イオン水）など各種の処理液を基板Ｗに供給するための液供給部が少なくとも１つ設けられる。この例では、図１に示すように、２組の処理液吐出部３０，４０が設けられている。処理液吐出部３０は、制御部８０のアーム駆動部８３により駆動されて鉛直軸回りに回動可能に構成された回動軸３１と、該回動軸３１から水平方向に延設されたアーム３２と、アーム３２の先端に下向きに取り付けられたノズル３３とを備えている。アーム駆動部８３により回動軸３１が回動駆動されることで、アーム３２が鉛直軸回りに揺動し、これによりノズル３３は、スプラッシュガード２０よりも外側の退避位置（図１に実線で示す位置）と基板Ｗの回転中心の上方位置（図１に点線で示す位置）との間を移動する。ノズル３３は、基板Ｗの上方に位置決めされた状態で、処理液供給ユニット５０から供給される所定の処理液を吐出し、基板Ｗの表面に処理液を供給する。
【００２８】
同様に、処理液吐出部４０は、アーム駆動部８３により回動駆動される回動軸４１と、これに連結されたアーム４２と、アーム４２の先端に設けられて処理液供給ユニット５０から供給される処理液を吐出するノズル４３とを備えている。なお、処理液吐出部の数はこれに限定されず、必要に応じて増減されてもよい。
【００２９】
スピンチャック１１の回転により基板Ｗが所定の回転速度で回転した状態で、これらの処理液吐出部３０，４０がノズル３３，４３を順次基板Ｗの上方に位置させて処理液を基板Ｗに供給することにより、基板Ｗに対する湿式処理が実行される。処理の目的に応じて、各ノズル３３，４３からは互いに異なる処理液が吐出されてもよく、同じ処理液が吐出されてもよい。また、１つのノズルから２種類以上の処理液が吐出されてもよい。基板Ｗの回転中心付近に供給された処理液は、基板Ｗの回転に伴う遠心力により外側へ広がり、最終的には基板Ｗの周縁部から側方へ振り切られる。基板Ｗから飛散した処理液はスプラッシュガード２０のガード２１によって受け止められて液受け部２２により回収される。
【００３０】
処理液供給ユニット５０は、冷媒吐出部１２、処理液吐出部３０および処理液吐出部４０に対し、処理プロセスの進行に応じて各種の処理液を供給する機能を有する。処理液供給ユニット５０の具体的構成は処理の目的に応じて種々のものを取り得るが、ここではその一例として主に本発明に係る基板処理方法を実施するために必要な構成について説明する。
【００３１】
この場合、処理液供給ユニット５０は、基板Ｗの上面Ｗａに液膜を形成するための処理液を処理液吐出部３０へ、液膜を凝固させるための冷媒を冷媒吐出部１２へ、液膜が凝固してなる凝固膜を溶解させるための溶解液を処理液吐出部４０へ、それぞれ供給する。具体的には、処理液供給ユニット５０は、処理液を処理液吐出部３０に供給する第１供給部５１、冷媒吐出部１２へ冷媒を供給する第２供給部５２、および、融解液を処理液吐出部４０に供給する第３供給部５３を備えている。
【００３２】
第１供給部５１は、基板Ｗに液膜を形成するための処理液を送出する処理液送出部５１１と、処理液送出部５１１と処理液吐出部３０とを接続する配管５１２と、該配管５１２に介挿された制御バルブ５１３とを有する。処理液送出部５１１は、処理液を内部に貯留する機能を有していてもよく、また外部から供給される処理液を配管５１２に対し送出する機能のみを有していてもよい。制御バルブ５１３は、制御ユニット８０に設けられたバルブ制御部８４からの制御指令に応じて作動し、処理液送出部５１１から配管５１２を介して処理液吐出部３０に供給される処理液の流量を調節する。
【００３３】
第１供給部５１から処理液吐出部１３に供給される処理液は、基板Ｗに液膜を形成して凝固し、その後に融解除去されるものである。このような処理液として利用可能な物質は、常温において液体であり、常温より低いが比較的高い温度において凝固し、かつ基板Ｗの汚染物質となるような不純物を含まないものであることが望ましい。特に、凝固点が摂氏０度よりも高い物質であれば、下記のように冷媒として冷水を使用可能であり、特殊な冷媒や大掛かりな冷却装置を必要としないため、処理に要するエネルギーの節減およびコスト低減の効果が大きい。なお処理液としては複数物質の混合物であってもよい。上記のような要求を満たす物質としては、例えばTert-ブタノール水（凝固点：摂氏２０度）、炭酸エチレン水（凝固点：摂氏２０度）等を使用可能である。処理液として用いられる物質の凝固点が常温より低い温度であれば、これを液状に保つためにエネルギーを消費する必要がない。
【００３４】
第２供給部５２は以下のような構成を有している。外部から常温の脱イオン水（De-ionized Water；ＤＩＷ）を取り込む配管５５から、配管５２１，５２２が分岐している。配管５２１は制御バルブ５２５を介して混合器５２７に接続されている。一方、配管５２２は冷却器５２３に接続されている。冷却器５２３は、常温のＤＩＷを摂氏０度以上の所定温度（例えば摂氏２度）まで冷却し、低温ＤＩＷとして配管５２４へ出力する。配管５２４には制御バルブ５２６が介挿されている。
【００３５】
配管５２１を流通する常温ＤＩＷと配管５２４を流通する低温ＤＩＷとは、混合器５２７により混合され、混合された液体が配管５２８を介し冷媒として冷媒吐出部１２に供給される。制御バルブ５２５，５２６の開閉は制御ユニット８０のバルブ制御部８４により制御されており、制御バルブ５２５，５２６がバルブ制御部８４からの制御指令に応じた開度で作動することで、常温ＤＩＷと低温ＤＩＷとの混合比が調節される。これにより、摂氏０度付近から常温までの任意の温度かつ任意の流量のＤＩＷを冷媒として利用することが可能である。冷却器５２３から出力される低温ＤＩＷの温度および常温ＤＩＷとの混合後の冷媒の温度については、制御ユニット８０に設けられた温度管理部８５により管理される。
【００３６】
第３供給部５３では、配管５５から分岐した配管５３１が加熱器５３２に接続されている。加熱器５３２は外部から供給される常温ＤＩＷを加熱して所定の温度（例えば摂氏５０度）まで昇温する。加熱により生成された高温ＤＩＷは、処理液吐出部４０に接続された配管５３３へ融解液として出力される。配管５３３には制御バルブ５３４が介挿されている。制御バルブ５３４は、制御ユニット８０に設けられたバルブ制御部８４からの制御指令に応じて作動し、加熱器５３２から配管５３３を介して処理液吐出部４０に供給される融解液の流量を調節する。加熱器５３２から出力される高温ＤＩＷの温度は温度管理部８５により管理されている。
【００３７】
上記の他、この基板処理システム１の制御ユニット８０には、予め定められた処理プログラムを実行して各部の動作を制御するＣＰＵ８１と、ＣＰＵ８１により実行される処理プログラムや処理中に生成されるデータ等を記憶保存するためのメモリ８２と、処理の進行状況や異常の発生などを必要に応じてユーザーに報知するための表示部８８とが設けられている。
【００３８】
次に、以上のように構成された基板処理装置１の動作について説明する。上記の基板処理装置１は各種の処理に適用可能であるが、ここでは基板Ｗに対し適宜の湿式処理を実行した後、基板Ｗの上面Ｗａに処理液による液膜を形成しこれを凝固させるための処理について説明する。このような処理は、例えば、基板表面Ｗａへの付着物を遊離させて凝固膜中に取り込み、凝固膜とともに除去する洗浄処理（相変化洗浄処理）に適用される。このような処理の原理は公知であるため、ここでは説明を省略する。
【００３９】
図２はこの実施形態の基板処理装置の動作を示すフローチャートである。また、図３はこの動作における各部の状態を模式的に示す図である。以下に説明する基板処理装置１の動作は、ＣＰＵ８１がメモリ８２に予め記憶された制御プログラムを実行し装置各部に所定の動作を実行させることにより実現される。最初に、装置に搬入された基板Ｗをワークとして適宜の湿式処理が行われる（ステップＳ１０１）。湿式処理としては多くの公知技術が知られており、本実施形態においてもそれらの処理を適用することができる。そこで、ここでは詳しい説明を省略する。また、チャンバ７０内雰囲気は、後述する処理液Ｌ１の凝固点よりも高い温度に保たれているものとする。
【００４０】
湿式処理の終了後、チャック駆動部８７からの駆動によってチャック回転機構１０３が作動することで、スピンチャック１１が所定の液膜形成用速度で回転される。これにより湿式処理後の基板Ｗが液膜形成用速度で回転する（ステップＳ１０２）。そして、処理液吐出部３０のノズル３３が基板Ｗの回転中心の上方に位置決めされ、ノズル３３から液膜形成用の処理液が吐出される（ステップＳ１０３）。図３（ａ）に示すように、ノズル３３から吐出される処理液Ｌ１が回転する基板Ｗの中央部に供給されると、遠心力の作用により処理液Ｌ１は基板Ｗの外周部に向けて広がる。処理液Ｌ１の供給量および基板Ｗの回転速度が適宜に設定されることにより、基板Ｗの上面Ｗａの全体を覆う液膜ＬＦが形成される。基板Ｗの回転速度は、供給された処理液が振り切られないように比較的低く、例えば３００ｒｐｍ以下に設定される。なお基板Ｗの回転速度により液膜ＬＦの厚さを制御することが可能である。
【００４１】
処理液Ｌ１が基板Ｗに所定時間供給され液膜ＬＦが形成されると（ステップＳ１０４）、ノズル３３は処理液の吐出を停止し、基板Ｗ側方の退避位置に移動する（ステップＳ１０５）。基板Ｗが液膜形成用速度またはそれ以下の回転速度である凝固用回転速度で回転を継続することにより（ステップＳ１０６）、図３（ｂ）に示すように、基板Ｗの上面Ｗａが所定厚さの液膜ＬＦで覆われた状態が維持される。
【００４２】
続いて、処理液供給ユニット５０の第２供給部５２が冷媒吐出部１２に向けて冷媒を送出する。これにより冷媒吐出部１２の下面ノズル１２３から所定温度Ｔ１および所定流量Ｆ１の冷媒が吐出され、基板下面Ｗｂの回転中心近傍に供給される（ステップＳ１０７）。この例において、冷媒は処理液Ｌの凝固点よりも低温に温度調節されたＤＩＷである。冷媒として比熱の比較的大きな液体を使用することで、液膜ＬＦを効率よく冷却することができる。このときの冷媒Ｆの温度Ｔ１、流量Ｆ１の設定については後で説明する。
【００４３】
図３（ｃ）に示すように、基板下面Ｗｂが冷媒Ｆに触れて基板Ｗが冷却されることで、基板上面Ｗａに形成されている液膜ＬＦが凝固して凝固膜ＳＦに転換する。冷媒Ｆの供給が所定時間継続され（ステップＳ１０８）、液膜ＬＦの全体が凝固膜ＳＦに転換された後、下面ノズル１２３からの冷媒Ｆの吐出および基板Ｗの回転が停止される（ステップＳ１０９）。
【００４４】
次に、こうして形成された凝固膜ＳＦの除去が行われる。すなわち、基板Ｗの回転速度が所定のリンス処理用回転速度に設定される（ステップＳ１１０）。基板Ｗは上面Ｗａの全体が凝固膜ＳＦによって覆われた状態となっているため、リンス処理用回転速度は凝固用回転速度よりも高速とすることができる。そして、処理液吐出部４０のノズル４３が基板Ｗの回転中心の上方に位置決めされ、ノズル４３から融解液としての高温ＤＩＷが吐出される（ステップＳ１１１）。図３（ｄ）に示すように、基板Ｗを覆う凝固膜ＳＦに高温の融解液Ｌ２が供給されることで、凝固膜ＳＦが融解し、最終的には基板Ｗの回転により融解液とともに基板Ｗから振り切られる。リンス処理用回転速度を比較的高速とすることで、凝固膜ＳＦ中の汚染物質が基板Ｗに再付着するのを抑制することができる。融解液の供給が所定時間継続された後（ステップＳ１１２）、ノズル４３は融解液の吐出を停止し、所定の退避位置（図１に示す位置）へ移動する（ステップＳ１１３）。
【００４５】
続いて、スピン乾燥処理が実行される（ステップＳ１１４）。スピン乾燥処理は公知の技術であり、基板Ｗを高速で回転させることにより、基板Ｗの表面に残留する液体を振り切り基板表面を乾燥させる処理である。基板Ｗが乾燥した後、基板Ｗは基板処理装置１から外部へ搬出され（ステップＳ１１５）、当該基板処理装置１での処理は完了する。
【００４６】
次に、液膜ＬＦを凝固させるために基板Ｗの下面Ｗｂに供給される冷媒の温度管理について説明する。上記したように、この実施形態における基板処理では、巨視的には基板Ｗの上面（被処理面）Ｗａに形成した液膜ＬＦの全体を凝固させた後、凝固膜ＳＦを除去するというプロセスを経ている。ここで、液膜が凝固する過程をより微視的に見たとき、以下のような現象が生じるように、ステップＳ１０７において吐出される冷媒の温度管理がなされている。
【００４７】
図４は凝固過程における液膜中の温度分布を例示する図である。液膜ＬＦが凝固開始する前においては、図４（ａ）左に示すように、基板Ｗの上面Ｗａを覆うように液膜ＬＦが形成されている。このとき、被処理面つまり基板Ｗの上面ＷａにはパーティクルＰ１（図に白丸で示す）が付着しており、このパーティクルＰ１を除去することが処理の目的である。一方、液膜ＬＦ中には、液膜ＬＦを構成する液体にもともと含まれる不純物等、微量の汚染物質Ｐ２（図に白四角形で示す）が含まれていることがある。処理後の基板ＷにはこのようなパーティクルＰ１や汚染物質Ｐ２が残留しないことが求められる。
【００４８】
基板下面Ｗｂに温度Ｔ１の冷媒が供給開始された直後では、図４（ａ）右に示すように、基板下面Ｗｂの温度が低下する一方、液膜ＬＦの上面は周囲雰囲気の温度、すなわち室温ＲＴ程度の温度を保ったままである。このため、液膜ＬＦの上面と基板下面Ｗｂとの間には、鉛直方向において図示のような温度勾配が生じる。図において、符号ｍｐは液膜ＬＦを構成する物質の凝固点を表す。
【００４９】
なお、ここでは理解を容易にするために、基板Ｗ内および液膜ＬＦ内における温度勾配を近似的に線形としている。また一般的には、液膜ＬＦよりも基板Ｗの方が熱伝導率が高い。このため、図に示すように、液膜ＬＦの上面と基板下面Ｗｂとの間における温度勾配は折れ線によって表すことができる。
【００５０】
冷媒の継続的な供給により、全体の温度が低下してゆく。図４（ｂ）に示すように、液膜ＬＦと接する基板Ｗの上面Ｗａの温度が凝固点ｍｐに達すると、液膜ＬＦのうち基板Ｗの上面Ｗａと接する下部から凝固が始まる。すなわち、図４（ｃ）に示すように、液膜ＬＦのうち基板上面Ｗａに近くその温度が凝固点ｍｐを下回る部分において、液膜ＬＦを構成する液体が凝固し、薄い凝固膜ＳＦが形成される。そして、さらに時間が経過するのにつれて、図４（ｄ）に示すように、液膜ＬＦと凝固膜ＳＦとの境界が上向きに進行して凝固膜ＳＦの厚みが次第に増加し、最終的には図４（ｅ）に示すように、液膜の上面まで凝固点ｍｐ以下に冷却されて液膜全体が凝固する。
【００５１】
この過程において、液体が凝固する際に偏析現象が起こることにより、図４（ｃ）ないし図４（ｅ）に示すように、基板上面Ｗａおよび液膜ＬＦ中のパーティクルＰ１や汚染物質Ｐ２（以下、「汚染物質等」と総称する）が基板上面Ｗａから排斥される。その結果、液膜ＬＦの上部では汚染物質等の濃度が高まるが、凝固膜ＳＦ内からは汚染物質等が排除される。この現象を利用して、基板上面Ｗａに付着したパーティクルＰ１を除去し、また液膜ＬＦ中に含まれる汚染物質Ｐ２が基板上面Ｗａに付着するのを防止することが可能となる。
【００５２】
上記した偏析現象による汚染物質等の排斥を効果的に生じさせるためには、凝固をできるだけゆっくり進行させることが望ましい。この目的のために、本実施形態では、冷媒の温度Ｔ１を凝固点ｍｐより僅かに低い温度とすることで冷媒の有する冷却能力を抑制し、急激な液膜ＬＦの凝固が進行しないようにしている。このような冷媒の温度Ｔ１としては、例えば凝固点ｍｐとの温度差が摂氏５度以内である温度とすることができる。ただし、基板Ｗの厚さや周囲温度、液膜ＬＦの凝固点ｍｐ等の条件によって液膜中の温度分布は異なるため、冷媒温度Ｔ１の最適値については処理条件に応じて実験的に定められることが望ましい。
【００５３】
従来の相変化洗浄技術においては、液膜の凝固に要する時間を短くして処理の高速化を図るために、冷却能力の高い、つまり液膜の凝固点に対し十分に低温の冷媒を、当初より基板に供給するという手段が採られていた。この場合、液膜が短時間で凝固するため、汚染物質等を基板から遠ざけるのに十分な時間を確保することができていなかった。また例えば、液膜に低温のガスを触れさせて凝固させる技術もあるが、この場合にはどちらかと言えば液膜の上面側から凝固が進行するため、上記のような偏析による汚染物質等の排斥効果が得られない。これらの技術では、液膜を形成する液体に極めて高い純度が必要となり、処理液のコストが高くなりがちである。
【００５４】
これに対し、本実施形態では、液膜ＬＦの凝固が基板上面Ｗａ側からゆっくりと進行するため、液膜ＬＦ中に含まれる汚染物質等を排斥しながら凝固膜ＳＦを形成することが可能である。このため、比較的純度の低い物質を液膜材料として使用することが可能となり、処理コストの低減を図ることができる。
【００５５】
図５は凝固の進行の様子を模式的に示す図である。図５（ａ）は理想的な進行状態を示している。同図に示されるように、液膜ＬＦの凝固は基板上面Ｗａに触れる下部において一様に開始され、上向きに徐々に進行して、最終的に液膜全体が凝固膜ＳＦに転換することが望ましい。こうすることで、基板上面Ｗａや液膜ＬＦ中の汚染物質等を凝固膜ＳＦの上部に移動させ基板Ｗから遠ざけることができる。
【００５６】
しかしながら、実際には、基板下面Ｗｂの中央部に供給された冷媒が基板Ｗの回転に伴ってその径方向に広がってゆく。そのため、図５（ｂ）に示すように、液膜ＬＦのうち中央部分の下部で最初に凝固が始まり、凝固膜ＳＦは上向きおよび径方向外向きに広がってゆく。このような場合でも、凝固の進行速度が十分に低ければ、液膜ＬＦ内の各位置において微視的には下部から上部に向けて凝固が進行する。これを実現するために、冷媒の温度を液膜ＬＦの凝固点ｍｐより僅かに低い温度とすることが有効である。
【００５７】
冷媒が基板Ｗの径方向外側に広がってゆくのにつれて、周囲温度が冷媒の温度より高いこと、また冷媒の熱エネルギーが基板Ｗおよび液膜ＬＦに移動して冷媒の温度が上昇すること等の理由から、冷媒の冷却能力は径方向外側に向かって次第に低下する。このため、凝固点ｍｐとの温度差が小さい冷媒では基板Ｗの周縁部まで十分に冷却されず、液膜全体を凝固させることができない。
【００５８】
言い換えれば、冷媒の温度Ｔ１およびその流量Ｆ１は、当該温度の冷媒が当該流量で継続的に基板Ｗに供給されたとしても、液膜全体の凝固には至らないような値に選ばれる必要がある。このような冷媒を用いることで、液膜が一気に凝固してしまうことが回避され、凝固の進行を遅らせることができる。液膜全体を凝固させることができるような温度および流量での冷媒の供給は、液膜中央部分での急速な凝固を引き起こすため好ましくない。
【００５９】
基板Ｗに付着するパーティクルＰ１を除去するという目的のために、最終的には液膜全体を凝固させる必要がある。また、相変化洗浄処理においては、除去直前の凝固膜ＳＦの最終到達温度が低いほどパーティクル除去効果が高くなることがわかっている。これらのことから、温度Ｔ１の冷媒を一定期間供給した後、冷媒の冷却能力を高めて基板Ｗをさらに冷却する必要がある。基板Ｗの最終到達温度を低下させるためには、冷媒の温度を低下させることが有効である。
【００６０】
そこで、この実施形態では、次に説明するように、温度Ｔ１の冷媒を所定流量で一定期間供給した後、冷媒の温度を段階的に低下させてゆき、最終的には、液膜ＬＦの全体を凝固させることのできる温度まで冷媒の温度を低下させる。これにより、液膜ＬＦの全体が凝固膜ＳＦに転換し、また凝固膜ＳＦの最終到達温度も十分に低くすることができる。
【００６１】
図６はこの実施形態における冷媒および各部の温度変化を示すプロファイルである。より具体的には、図６（ａ）は各部の位置の定義を示す図である。同図に示すように、基板Ｗの回転軸ＡＸに近い位置における、基板下面Ｗｂの一点を符号Ａ１、基板上面Ｗａの一点を符号Ａ２、液膜ＬＦ上部の一点を符号Ａ３によりそれぞれ表す。また、基板Ｗの回転軸ＡＸから遠く基板Ｗの周縁部に近い位置における、基板下面Ｗｂの一点を符号Ｂ１、基板上面Ｗａの一点を符号Ｂ２、液膜ＬＦ上部の一点を符号Ｂ３によりそれぞれ表す。
【００６２】
図６（ｂ）は冷媒吐出部１２から吐出される冷媒Ｆの温度の時間変化を示すプロファイルである。同図に示すように、時刻ｔ０において温度Ｔ１の冷媒Ｆが吐出され、この状態が一定期間継続される。時刻ｔａにおいて冷媒Ｆの温度がより低いＴ２に変更される。さらに、冷媒Ｆの温度は時刻ｔｂにおいて温度Ｔ３に、時刻ｔｃにおいて温度Ｔ４に、段階的に低下される。すなわち、冷媒Ｆは、当初は液膜ＬＦの凝固点ｍｐより僅かに低い温度Ｔ１で基板下面Ｗｂに供給された後、段階的に温度が下げられて最終的には温度Ｔ４で供給される。
【００６３】
第２供給部５２において常温ＤＩＷと低温ＤＩＷとの混合比を変化させることにより、このような冷媒Ｆの種々の温度変化プロファイルを実現することができる。冷媒Ｆの最終的な温度Ｔ４は摂氏０度より少し高い温度である。この温度は、液膜ＬＦの凝固点ｍｐに対しては十分低く、液膜ＬＦ全体を凝固させた上でさらに冷却することのできる温度であり、かつ冷媒であるＤＩＷが凍結せず液状を保つことのできる温度である。例えば冷却器５２３から出力される低温ＤＩＷがそのまま、つまり常温ＤＩＷと混合されずに冷媒吐出部１２に供給されることにより、このような温度を実現することが可能である。処理プロセスにおいて摂氏０度より低い冷媒を必要としないため、冷媒として水、ＤＩＷ等低コストのものを用いることが可能となる。
【００６４】
冷媒の流量は温度によらず一定とされてもよいが、温度低下とともに流量が増大するように構成されてもよい。前記したように、液膜ＬＦが凝固膜ＳＦに転換する過程では凝固がゆっくり進行するのが望ましいのに対し、完全に凝固した後には急冷されても問題がないからである。このようにして冷媒の冷却能力を高めてゆくことで、液膜全体を確実に凝固させ、しかもその到達温度を低くすることができる。
【００６５】
このときの各部の温度変化は以下の通りである。基板Ｗの回転軸ＡＸに近い中央部分の各点Ａ１，Ａ２，Ａ３の概略の温度変化が図６（ｃ）に示される。冷媒Ｆが供給開始される時刻ｔ０においては、各点Ａ１，Ａ２，Ａ３の温度は概ね室温ＲＴとなっている。冷媒吐出部１２から冷媒Ｆの吐出が開始されると、各点の温度も次第に低下する。このうち吐出直後の冷媒Ｆに触れる基板下面Ｗｂの点Ａ１は、冷媒Ｆの温度変化とほぼ同じ温度変化を示し、直ちに凝固点ｍｐ以下まで冷却される。
【００６６】
基板上面Ｗａの点Ａ２では、温度変化に少しの時間遅れがあり、時刻ｔ１において凝固点ｍｐに達する。この時刻ｔ１における鉛直方向の温度勾配を示すのが図４（ｂ）である。時刻ｔ１を超過すると、液膜ＬＦのうち基板上面Ｗａに接する部分が凝固点ｍｐ以下まで冷却されて凝固が始まる。例えば時刻ｔ２に対応する温度勾配を示すのが図４（ｃ）または図４（ｄ）である。
【００６７】
液膜ＬＦの上部の点Ａ３における温度変化はさらに大きな時間遅れを生じ、時刻ｔ３において凝固点ｍｐに到達する。このときの温度勾配を示すのが図４（ｅ）であり、液膜ＬＦの上面までが凝固点ｍｐ以下に冷やされて凝固する。
【００６８】
一方、基板Ｗの周縁部に近い点Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３における概略の温度変化は図６（ｄ）に示される。冷媒Ｆの温度は基板Ｗの周縁部まで到達する過程で上昇しているため、その冷却能力は大きく低下している。このため、点Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３における温度変化はより大きな時間遅れを示し、また到達温度も高い。冷媒Ｆの温度を段階的に低下させることで、基板Ｗの周縁部の各点Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の温度も次第に低下する。この場合も、液膜ＬＦの温度は基板上面Ｗａに接する側で最も低く、液膜上面で最も高くなるような温度勾配を有する。このため、基板上面Ｗａに接する部分から液膜ＬＦの凝固が始まり、冷媒温度の低下に伴って凝固膜ＳＦの厚みが増加して最終的に上面まで凝固する。
【００６９】
この場合も、基板下面Ｗｂの点Ｂ１の温度が凝固点ｍｐに到達する時刻ｔ４における温度勾配に対応するのが図４（ｂ）、基板上面Ｗａの点Ｂ２の温度が凝固点ｍｐに到達する時刻ｔ５における温度勾配に対応するのが図４（ｃ）または図４（ｄ）、液膜ＬＦ上面の点Ｂ３の温度が凝固点ｍｐに到達する時刻ｔ６における温度勾配に対応するのが図４（ｅ）である。液膜の上面まで凝固した後は、冷媒のさらなる温度低下は凝固膜の到達温度を下げることに寄与する。
【００７０】
このように、基板Ｗ上に形成された液膜ＬＦの各位置では、基板Ｗ側から順次冷却されることで、基板Ｗに接する部分から上方に向けて凝固が進行する。これにより、基板上面Ｗａの各位置においては、液膜の凝固過程で汚染物質等が基板Ｗから引き離され、凝固膜ＳＦ中に取り込まれる。汚染物質等を取り込んだ凝固膜ＳＦを融解液により除去することで、処理後の基板上面Ｗａを汚染物質等の付着のない清浄な状態にすることができる。すなわち、上記処理は、基板上面Ｗａを被処理面とする洗浄処理となっている。
【００７１】
液膜ＬＦが凝固する過程で、基板Ｗの被処理面Ｗａに付着していたパーティクルのみならず、液膜中に含まれている不純物等についても基板Ｗから引き離した状態で凝固膜中に取り込むことができるので、液膜を構成する物質に求められる純度のレベルを比較的低くすることが可能となる。これにより、液膜を形成する物質として利用可能な材料の自由度が高くなり、処理コストの低減を図ることが可能となる。
【００７２】
ここで、基板下面Ｗｂに供給される冷媒の温度Ｔ１の好ましい範囲について説明する。前記したように、温度Ｔ１は定性的には、液膜ＬＦの凝固をゆっくりと進行させるため、その凝固点ｍｐに対し「僅かに」低い温度であることが好ましい。その好ましい具体的な温度範囲については、次のように考えることができる。
【００７３】
図７は冷媒の温度と径方向における液膜の温度分布との関係を示す図である。図７（ａ）に示すように、液膜ＬＦの凝固点ｍｐより僅かに低い温度Ｔ１の冷媒Ｆが、流量Ｆ１で十分に長い時間継続的に基板Ｗに供給されている定常状態を考える。定常状態は、冷媒Ｆにより供給される冷熱エネルギーと基板Ｗ、液膜ＬＦおよび周囲雰囲気によって奪われる冷熱エネルギーとが平衡した状態であるということができる。記号Ｆ（Ｔ１，Ｆ１）は、温度Ｔ１、流量Ｆ１の冷媒Ｆを意味するものとする。
【００７４】
この場合、下面側で冷媒Ｆが直接供給される基板Ｗ中央部では、液膜ＬＦは冷媒Ｆの温度Ｔ１に近い温度まで冷却されている。一方、基板Ｗの径方向外側に向かうにつれて液膜ＬＦの温度は高くなり（ここでは線形の温度分布として示す）、周縁部では凝固点ｍｐよりも高温となっている。つまり、一定温度Ｔ１、一定流量Ｆ１の冷媒Ｆ（Ｔ１，Ｆ１）は、たとえ長時間をかけたとしても、液膜全体を凝固させることができない。
【００７５】
このような冷媒Ｆの温度Ｔ１の上限値は液膜ＬＦの凝固点ｍｐである。一方、下限値については以下のように考えることができる。図７（ｂ）に示すように、ある温度Ｔａおよび流量Ｆ１の冷媒Ｆ（Ｔａ，Ｆ１）を継続的に基板Ｗに供給した定常状態において、基板Ｗの周縁部で液膜ＬＦの温度がちょうど凝固点ｍｐになったとする。このことは、流量Ｆ１の冷媒Ｆにおいては、その温度がＴａより低ければ液膜全体を凝固させることができる一方、温度がＴａより高ければ周縁部の液膜を凝固させることができないということを意味する。この意味で、温度Ｔａは、流量Ｆ１のときに液膜ＬＦ全体を凝固させることのできる冷媒Ｆの温度の最高値であるということができる。
【００７６】
したがって、第２供給部５２および冷媒吐出部１２がその構成上合理的に基板Ｗに供給可能な流量Ｆ１を考えたとき、基板Ｗ周縁部の液膜ＬＦを凝固点ｍｐまで冷却することのできる冷媒温度の最高値Ｔａが、冷媒の温度Ｔ１の取り得る下限値であるといえる。なお、このように温度Ｔ１の下限値を考えることができるが、前記した通り、冷媒温度Ｔ１は凝固点ｍｐに近い温度であることがより好ましい。本願発明者の知見では、凝固点ｍｐと冷媒温度Ｔ１との温度差は摂氏５度またはそれ以下であるときに、特に良好な洗浄結果を得られることが確認されている。この程度の温度差であれば基板Ｗの中央部においても液膜ＬＦの凝固がゆっくりと進行し、偏析現象による汚染物質等の排斥効果が期待できる。
【００７７】
凝固点ｍｐと冷媒温度Ｔ１との温度差が小さいと凝固の進行が遅くなり、汚染物質等の排斥効果は高くなるが、液膜の冷却に要する時間は長くなる。求められる基板の清浄度および許容される処理時間に応じて、例えば予備実験の結果に基づき、温度Ｔ１を上記範囲で適宜設定すればよい。
【００７８】
一方で、冷媒Ｆ（Ｔ１，Ｆ１）の供給を継続しても液膜全体を凝固させることはできないから、順次その温度を低下させてゆくことが必要となる。液膜全体を凝固させるためには、最終的な冷媒Ｆの到達温度、つまり図６（ａ）に示す温度Ｔ４を、Ｔａよりも低い温度とすればよい。こうすることで、基板Ｗの全面において汚染物質等の除去効果を得ることができる。そして、液膜全体の凝固後もさらに冷却し凝固膜の到達温度を下げるようにすれば、汚染物質等の除去効果をさらに高めることが可能である。この意味で、温度Ｔ２あるいは温度Ｔ３が温度Ｔａと同程度になるようにしてもよい。こうすると温度Ｔ４は温度Ｔａよりも十分に低い温度となる。
【００７９】
以上説明したように、本実施形態においては、基板Ｗが本発明の「基板」に相当しており、その上面Ｗａが本発明の「被処理面」に相当する。また、上記実施形態の基板処理装置１では、第１供給部５１および処理液吐出部３０が一体として本発明の「液膜形成部」として機能している。また、第２供給部５２および冷媒吐出部１２が一体として本発明の「冷媒供給部」として機能している。また、第３供給部５３および処理液吐出部４０が一体として本発明の「除去液供給部」として機能している。
【００８０】
そして、チャンバ７０および制御ユニット８０がそれぞれ本発明の「処理チャンバ」および「制御部」として機能している。また、上記実施形態においては、温度Ｔ１、温度Ｔａ、流量Ｆ１が、それぞれ本発明の「第１温度」、「第２温度」、「第１流量」に相当している。
【００８１】
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、冷媒Ｆの温度が段階的に低下するような温度変化プロファイルとなっているが、冷媒温度の変化態様はこれに限定されず、例えば以下のようであってもよい。
【００８２】
図８は冷媒の温度変化プロファイルの変形例を示す図である。図８（ａ）に示す変形例では、液膜の凝固点ｍｐより少し低い温度Ｔ１の冷媒が一定時間供給された後、冷媒の温度がゆっくりと単調に低下する温度変化プロファイルとなっている。本発明の技術思想では、液膜全体が凝固するまでは液膜を基板側からゆっくり冷却することが重要である。この目的が達成される限りにおいて、このように単調に低下する温度変化プロファイルであっても構わない。また上記実施形態では液膜全体が凝固した後も凝固膜をさらに冷却すべく冷媒の温度を追加的に低下させているが、単に液膜を凝固させるという目的においてはこの追加的な冷却は必須ではない。
【００８３】
また、図８（ｂ）に占める変形例では、最初に液膜の凝固点ｍｐよりも高い温度Ｔ０のＤＩＷが冷媒吐出部１２から吐出された後、冷媒温度がＴ１に低下するようなプロファイルとなっている。温度Ｔ０のＤＩＷは液膜を凝固させる能力を有しておらず「冷媒」として機能するものではない。しかしながら、本実施形態の処理に先立つ湿式処理によって基板Ｗが冷やされている場合もあり得る。そこで、冷媒供給の前にこのように凝固点ｍｐより高温の液体を基板Ｗに供給することで、冷媒供給直前の基板Ｗの温度を安定させて液膜ＬＦを確実に液状に保っておくことが可能となる。これにより、上記した汚染物質等の排斥効果をより確実なものとすることができる。冷媒の温度がＴ１に変更された後の温度変化プロファイルについては、図８（ｂ）に実線および点線で示すように、上記した種々のプロファイルを採用することが可能である。
【００８４】
また例えば、上記実施形態では、常温ＤＩＷと冷却器で冷却された低温ＤＩＷとの混合比によって冷媒の温度が調節されているが、これに限定されない。例えば、冷却器の冷却能力を調節して、冷却器から出力される低温ＤＩＷの温度自体を変化させるようにしてもよい。また例えば、常温ＤＩＷとの混合によらず、ＤＩＷを互いに異なる温度に冷却する複数の冷却器から選択的に必要な温度の冷媒が出力される構成であってもよい。
【００８５】
また例えば、上記実施形態では、低コストで調達、生成が可能な冷媒として水（ＤＩＷ）を用いることが想定されており、冷媒の最終的な温度が摂氏０度以上とされている。しかしながら、凝固点が０度より低い物質が冷媒として用いられてもよく、この場合は当然に冷媒の最終到達温度は０度より低くても構わない。また、水を主体とする冷媒についてもＤＩＷである必要は必ずしもなく、より純度の低い水、あるいは水に他の薬剤を添加したものであってもよい。
【００８６】
また例えば、上記実施形態では、凝固膜に対し凝固点よりも高温の融解液を供給して液膜の除去を行っている。しかしながら、これに限定されず、例えば凝固膜を溶解する溶解液を供給し、凝固膜を溶解させて基板上面Ｗａから除去してもよい。この場合、基板処理装置は、溶解液を基板Ｗに供給するための溶解液供給部を本発明の「除去液供給部」として備えることとなる。なお、溶解液としては水（ＤＩＷ）、ＳＣ１液（水酸化アンモニウムＮＨ４ＯＨと過酸化水素Ｈ２Ｏ２とを含む混合液）などの公知の洗浄液、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）などのアルコール、およびＨＦＥ（ハイドロフルオロエーテル）などのフッ素系溶剤を用いることができる。
【００８７】
以上、具体的な実施形態を例示して説明してきたように、本発明に係る基板処理方法は、例えば、冷媒の温度を最終的に第２温度より低い温度まで低下させるように構成されてもよい。第２温度は第１流量で基板に供給されることで液膜全体を凝固させることのできる冷媒の最高温度である。したがって、冷媒の温度を最終的に第２温度より低温にまで低下させれば、液膜全体を確実に凝固させることが可能である。
【００８８】
また例えば、冷媒は水を主成分とする液体であってもよい。液膜が摂氏０度以上の凝固点を有する物質により形成される場合、これを冷却する冷媒として水を主成分とするものを用いることで、冷媒のコストを低減することができる。この場合、冷媒の最終到達温度が摂氏０度以上であってもよい。こうすることで、単体の水を冷媒として用いることができ、さらに処理コストを引き下げることができる。
【００８９】
また例えば、第１温度と凝固点との差が摂氏５度以内であってもよい。冷媒の温度と凝固点との差が大きいと液膜の急激な凝固が発生し、偏析による汚染物質等の排斥効果が損なわれてしまう。本願発明者の知見では、この温度差を摂氏５度以下とすることが有効である。
【００９０】
また、本発明に係る基板処理装置において、例えば、冷媒供給部は、常温の水を第２温度よりも低温に冷却する冷却器と、冷却器で冷却された水と常温の水とを混合し冷媒として出力する混合器とを有し、基板処理装置は、混合器を制御して出力される冷媒の温度を調節する制御部をさらに備えてもよい。このような構成によれば、水の混合比を変えることで種々の温度の冷媒を生成することが可能である。
【００９１】
この場合、制御部は、冷媒の温度を多段階に変更設定するものであってもよい。このような構成によれば、液膜中の各位置における凝固の進行をより適切に管理することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
この発明は、基板に液膜を形成してこれを凝固させた後に除去するプロセスを含む基板処理技術全般に適用することができる。特に、基板に付着したパーティクル等を除去する洗浄処理に好適に適用可能である。
【符号の説明】
【００９３】
１  基板処理装置
１０  基板保持部
１２  冷媒吐出部（冷媒供給部）
３０  処理液吐出部（液膜形成部）
４０  処理液吐出部（除去液供給部）
５１  第１供給部（液膜形成部）
５２  第２供給部（冷媒供給部）
５３  第３供給部（除去液供給部）
７０  チャンバ（処理チャンバ）
８０  制御ユニット（制御部）
５２３  冷却器
５２７  混合器
Ｆ  冷媒
Ｆ１  第１流量
ＬＦ  液膜
ＳＦ  凝固膜
Ｔ１  第１温度
Ｔａ  第２温度
Ｗ  基板
Ｗａ  基板上面（被処理面）
【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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