(57)【要約】【課題】基板上に形成されたパターンに対する純水などの処理液の表面張力の影響を抑制しつつ、基板上の当該処理液を乾燥させる。【解決手段】基板処理装置では、一方の主面を上側に向けた状態で基板９が保持される。純水供給部１８４は、基板９の上面に純水を供給して上面上に純水の液膜を形成し、冷却ガス供給部１８７は、冷却ガスを上面に供給して液膜を凍結させる。溶剤含有ガス供給部１８５は、純水に対する可溶性を有し、融点が純水よりも低く、かつ、液体状態における蒸気圧が純水よりも高い溶剤の蒸気またはミストを含む溶剤含有ガスを生成し、凍結した液膜である凍結膜の表面に連続的に供給する。溶剤含有ガスを凍結膜に供給する際に、冷却プレートにより基板９の下面が冷却される。これにより、凍結膜の表面のみが徐々に融解して気化し、基板９上のパターンに対する純水の表面張力の影響を抑制しつつ、基板９上の純水を乾燥させることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する基板処理方法であって、
ａ）一方の主面を上側に向けた状態で保持された基板の前記一方の主面に第１の処理液を供給することにより前記一方の主面上に前記第１の処理液の液膜を形成する工程と、
ｂ）前記液膜を冷却して凍結させる工程と、
ｃ）前記第１の処理液に対する可溶性を有し、融点が前記第１の処理液よりも低く、かつ、液体状態における蒸気圧が前記第１の処理液よりも高い第２の処理液の蒸気またはミストを含む第２の処理液含有ガスを、凍結した前記液膜である凍結膜の表面に連続的に供給する工程と、
ｄ）前記ｃ）工程に並行して、前記基板の他方の主面を冷却する工程と、
を備えることを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の基板処理方法であって、
前記ｃ）工程において、前記基板が回転されることを特徴とする基板処理方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の基板処理方法であって、
前記ｃ）工程において、前記凍結膜の表面のみが徐々に融解して気化するように、単位時間当たりの前記第２の処理液含有ガスの供給量が調整されていることを特徴とする基板処理方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理方法であって、
前記ｄ）工程において、前記基板の前記他方の主面に接する、または、前記他方の主面に対向する冷却プレートにより、前記他方の主面が冷却されることを特徴とする基板処理方法。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理方法であって、
前記ｄ）工程において、前記基板の前記他方の主面に向けて冷却されたガスを供給することにより、前記他方の主面が冷却されることを特徴とする基板処理方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の基板処理方法であって、
前記ｃ）工程において、密閉空間形成部が形成する密閉された内部空間に、前記基板が配置されることを特徴とする基板処理方法。
【請求項７】
基板を処理する基板処理装置であって、
一方の主面を上側に向けた状態で基板を保持する基板保持部と、
前記基板の前記一方の主面に第１の処理液を供給することにより前記一方の主面上に前記第１の処理液の液膜を形成する第１の処理液供給部と、
前記液膜を冷却して凍結させる凍結部と、
前記第１の処理液に対する可溶性を有し、融点が前記第１の処理液よりも低く、かつ、液体状態における蒸気圧が前記第１の処理液よりも高い第２の処理液の蒸気またはミストを含む第２の処理液含有ガスを、凍結した前記液膜である凍結膜の表面に連続的に供給する第２の処理液含有ガス供給部と、
前記第２の処理液含有ガスを前記凍結膜に供給する際に、前記基板の他方の主面を冷却する冷却部と、
を備えることを特徴とする基板処理装置。
【請求項８】
請求項７に記載の基板処理装置であって、
前記第２の処理液含有ガスを前記凍結膜に供給する際に、前記基板を回転する基板回転機構をさらに備えることを特徴とする基板処理装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の基板処理装置であって、
前記第２の処理液含有ガスを前記凍結膜に供給する際に、前記凍結膜の表面のみが徐々に融解して気化するように、単位時間当たりの前記第２の処理液含有ガスの供給量が調整されていることを特徴とする基板処理装置。
【請求項１０】
請求項７ないし９のいずれかに記載の基板処理装置であって、
前記冷却部が、前記基板の前記他方の主面に接する、または、前記他方の主面に対向する冷却プレートを有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項１１】
請求項７ないし９のいずれかに記載の基板処理装置であって、
前記冷却部が、前記基板の前記他方の主面に向けて冷却されたガスを供給することを特徴とする基板処理装置。
【請求項１２】
請求項７ないし１１のいずれかに記載の基板処理装置であって、
前記第２の処理液含有ガスを前記凍結膜に供給する際に前記基板が配置される密閉された内部空間を形成する密閉空間形成部をさらに備えることを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を処理する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、基板処理装置を用いて基板に対して様々な処理が施される。例えば、表面上にレジストのパターンが形成された基板に薬液を供給することにより、基板の表面に対してエッチング等の処理が行われる。薬液の供給後には、基板に純水を供給して表面の薬液を除去するリンス処理や、基板を高速に回転して表面の純水を除去する乾燥処理がさらに行われる。
【０００３】
特許文献１および２では、半導体ウエハの表面に付着する液体（純水、または、純水およびＩＰＡの混合液）を凍結させ、周囲の雰囲気を真空状態にして凍結した液体を昇華させることにより、半導体ウエハを乾燥させる手法が開示されている。
【０００４】
なお、特許文献３では、基板の表面に純水の液膜を形成し、当該液膜を冷却ガスにより冷却して凍結させた後、リンス液で解凍除去することにより、基板表面のパーティクルを除去する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−１６９４２０号公報
【特許文献２】特開平５−２６７２６９号公報
【特許文献３】特開２０１３−１３８０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、微細なパターン要素が配列されたパターンが基板の表面に形成されている場合に、純水によるリンス処理および乾燥処理を順に行うと、乾燥途上において、隣接する２つのパターン要素の間に純水の液面が形成される。この場合、純水の表面張力がパターン要素に作用し、パターン要素が倒壊する虞がある。基板の表面の純水を、表面張力が比較的低いイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）に置換して、パターン要素に作用する力を小さくすることも行われるが、アスペクト比が高いパターンでは、パターン要素の倒壊を回避することは容易ではない。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板上に形成されたパターンに対する純水などの処理液の表面張力の影響を抑制しつつ、基板上の純水などの処理液を乾燥させることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、基板を処理する基板処理方法であって、ａ）一方の主面を上側に向けた状態で保持された基板の前記一方の主面に第１の処理液を供給することにより前記一方の主面上に前記第１の処理液の液膜を形成する工程と、ｂ）前記液膜を冷却して凍結させる工程と、ｃ）前記第１の処理液に対する可溶性を有し、融点が前記第１の処理液よりも低く、かつ、液体状態における蒸気圧が前記第１の処理液よりも高い第２の処理液の蒸気またはミストを含む第２の処理液含有ガスを、凍結した前記液膜である凍結膜の表面に連続的に供給する工程と、ｄ）前記ｃ）工程に並行して、前記基板の他方の主面を冷却する工程とを備える。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基板処理方法であって、前記ｃ）工程において、前記基板が回転される。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の基板処理方法であって、前記ｃ）工程において、前記凍結膜の表面のみが徐々に融解して気化するように、単位時間当たりの前記第２の処理液含有ガスの供給量が調整されている。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理方法であって、前記ｄ）工程において、前記基板の前記他方の主面に接する、または、前記他方の主面に対向する冷却プレートにより、前記他方の主面が冷却される。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理方法であって、前記ｄ）工程において、前記基板の前記他方の主面に向けて冷却されたガスを供給することにより、前記他方の主面が冷却される。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の基板処理方法であって、前記ｃ）工程において、密閉空間形成部が形成する密閉された内部空間に、前記基板が配置される。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、基板を処理する基板処理装置であって、一方の主面を上側に向けた状態で基板を保持する基板保持部と、前記基板の前記一方の主面に第１の処理液を供給することにより前記一方の主面上に前記第１の処理液の液膜を形成する第１の処理液供給部と、前記液膜を冷却して凍結させる凍結部と、前記第１の処理液に対する可溶性を有し、融点が前記第１の処理液よりも低く、かつ、液体状態における蒸気圧が前記第１の処理液よりも高い第２の処理液の蒸気またはミストを含む第２の処理液含有ガスを、凍結した前記液膜である凍結膜の表面に連続的に供給する第２の処理液含有ガス供給部と、前記第２の処理液含有ガスを前記凍結膜に供給する際に、前記基板の他方の主面を冷却する冷却部とを備える。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の基板処理装置であって、前記第２の処理液含有ガスを前記凍結膜に供給する際に、前記基板を回転する基板回転機構をさらに備える。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、請求項７または８に記載の基板処理装置であって、前記第２の処理液含有ガスを前記凍結膜に供給する際に、前記凍結膜の表面のみが徐々に融解して気化するように、単位時間当たりの前記第２の処理液含有ガスの供給量が調整されている。
【００１７】
請求項１０に記載の発明は、請求項７ないし９のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記冷却部が、前記基板の前記他方の主面に接する、または、前記他方の主面に対向する冷却プレートを有する。
【００１８】
請求項１１に記載の発明は、請求項７ないし９のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記冷却部が、前記基板の前記他方の主面に向けて冷却されたガスを供給する。
【００１９】
請求項１２に記載の発明は、請求項７ないし１１のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記第２の処理液含有ガスを前記凍結膜に供給する際に前記基板が配置される密閉された内部空間を形成する密閉空間形成部をさらに備える。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、基板上に形成されたパターンに対する純水などの処理液の表面張力の影響を抑制しつつ、基板上の純水などの処理液を乾燥させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１の実施の形態に係る基板処理装置を示す断面図である。
【図２】基板処理装置の一部を示す平面図である。
【図３】気液供給部および気液排出部を示すブロック図である。
【図４】溶剤含有ガス供給部の構成を示す図である。
【図５】基板処理装置における基板の処理の流れを示す図である。
【図６】基板処理装置を示す断面図である。
【図７】基板処理装置を示す断面図である。
【図８】基板の乾燥処理を説明するための図である。
【図９】基板処理装置を示す断面図である。
【図１０】比較例の基板処理装置における乾燥途上の基板を示す図である。
【図１１】基板処理装置における乾燥途上の基板を示す図である。
【図１２】基板処理装置の他の例を示す図である。
【図１３】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。
【図１４】基板処理装置の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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を示す断面図である。基板処理装置１は、略円板状の半導体基板９（以下、単に「基板９」という。）に処理液を供給して基板９を１枚ずつ処理する枚葉式の装置である。図１では、基板処理装置１の一部の構成の断面には、平行斜線の付与を省略している（他の断面図においても同様）。
【００２３】
基板処理装置１は、チャンバ１２と、トッププレート１２３と、チャンバ開閉機構１３１と、基板保持部１４と、基板回転機構１５と、液受け部１６と、カバー１７とを備える。カバー１７は、チャンバ１２の上方および側方を覆う。
【００２４】
チャンバ１２は、チャンバ本体１２１と、チャンバ蓋部１２２とを備える。チャンバ１２は、上下方向を向く中心軸Ｊ１を中心とする有蓋および有底の略円筒状である。チャンバ本体１２１は、チャンバ底部２１０と、チャンバ側壁部２１４とを備える。チャンバ底部２１０は、略円板状の中央部２１１と、中央部２１１の外縁部から下方へと広がる略円筒状の内側壁部２１２と、内側壁部２１２の下端から径方向外方へと広がる略円環板状の環状底部２１３と、環状底部２１３の外縁部から上方へと広がる略円筒状の外側壁部２１５と、外側壁部２１５の上端部から径方向外方へと広がる略円環板状のベース部２１６とを備える。
【００２５】
チャンバ側壁部２１４は、中心軸Ｊ１を中心とする環状である。チャンバ側壁部２１４は、ベース部２１６の内縁部から上方へと突出する。チャンバ側壁部２１４を形成する部材は、後述するように、液受け部１６の一部を兼ねる。以下の説明では、チャンバ側壁部２１４と外側壁部２１５と環状底部２１３と内側壁部２１２と中央部２１１の外縁部とに囲まれた空間を下部環状空間２１７という。基板保持部１４の基板支持部１４１（後述）に基板９が支持された場合、基板９の下面９２は、チャンバ底部２１０の中央部２１１の上面と対向する。
【００２６】
チャンバ蓋部１２２は中心軸Ｊ１に垂直な略円板状であり、チャンバ１２の上部を含む。チャンバ蓋部１２２は、チャンバ本体１２１の上部開口を閉塞する。図１では、チャンバ蓋部１２２がチャンバ本体１２１から離間した状態を示す。チャンバ蓋部１２２がチャンバ本体１２１の上部開口を閉塞する際には、チャンバ蓋部１２２の外縁部がチャンバ側壁部２１４の上部と接する。
【００２７】
チャンバ開閉機構１３１は、チャンバ１２の可動部であるチャンバ蓋部１２２を、チャンバ１２の他の部位であるチャンバ本体１２１に対して上下方向に相対的に移動する。チャンバ開閉機構１３１は、チャンバ蓋部１２２を昇降する蓋部昇降機構である。チャンバ開閉機構１３１によりチャンバ蓋部１２２が上下方向に移動する際には、トッププレート１２３もチャンバ蓋部１２２と共に上下方向に移動する。チャンバ蓋部１２２がチャンバ本体１２１と接して上部開口を閉塞し、さらに、チャンバ蓋部１２２がチャンバ本体１２１に向かって押圧されることにより、チャンバ１２内に密閉されたチャンバ空間１２０（図９参照）が形成される。換言すれば、チャンバ蓋部１２２によりチャンバ本体１２１の上部開口が閉塞されることより、チャンバ空間１２０が密閉される。
【００２８】
基板保持部１４は、チャンバ空間１２０に配置され、基板９を水平状態で保持する。すなわち、基板９は、上面９１を中心軸Ｊ１に垂直に上側を向く状態で基板保持部１４により保持される。基板保持部１４は、基板９の外縁部（すなわち、外周縁を含む外周縁近傍の部位）を下側から支持する上述の基板支持部１４１と、基板支持部１４１に支持された基板９の外縁部を上側から押さえる基板押さえ部１４２とを備える。基板支持部１４１は、中心軸Ｊ１を中心とする略円環板状の支持部ベース４１３と、支持部ベース４１３の上面に固定される複数の第１接触部４１１とを備える。基板押さえ部１４２は、トッププレート１２３の下面に固定される複数の第２接触部４２１を備える。複数の第２接触部４２１の周方向の位置は、実際には、複数の第１接触部４１１の周方向の位置と異なる。
【００２９】
トッププレート１２３は、中心軸Ｊ１に垂直な略円板状である。トッププレート１２３は、チャンバ蓋部１２２の下方、かつ、基板支持部１４１の上方に配置される。トッププレート１２３は中央に開口を有する。基板９が基板支持部１４１に支持されると、基板９の上面９１は、中心軸Ｊ１に垂直なトッププレート１２３の下面と対向する。トッププレート１２３の直径は、基板９の直径よりも大きく、トッププレート１２３の外周縁は、基板９の外周縁よりも全周に亘って径方向外側に位置する。
【００３０】
図１に示す状態において、トッププレート１２３は、チャンバ蓋部１２２により吊り下げられるように支持される。チャンバ蓋部１２２は、中央部に略環状のプレート保持部２２２を有する。プレート保持部２２２は、中心軸Ｊ１を中心とする略円筒状の筒部２２３と、中心軸Ｊ１を中心とする略円環板状のフランジ部２２４とを備える。フランジ部２２４は、筒部２２３の下端から径方向内方へと広がる。
【００３１】
トッププレート１２３は、環状の被保持部２３７を備える。被保持部２３７は、中心軸Ｊ１を中心とする略円筒状の筒部２３８と、中心軸Ｊ１を中心とする略円環板状のフランジ部２３９とを備える。筒部２３８は、トッププレート１２３の上面から上方に広がる。フランジ部２３９は、筒部２３８の上端から径方向外方へと広がる。筒部２３８は、プレート保持部２２２の筒部２２３の径方向内側に位置する。フランジ部２３９は、プレート保持部２２２のフランジ部２２４の上方に位置し、フランジ部２２４と上下方向に対向する。被保持部２３７のフランジ部２３９の下面が、プレート保持部２２２のフランジ部２２４の上面に接することにより、トッププレート１２３が、チャンバ蓋部１２２から吊り下がるようにチャンバ蓋部１２２に取り付けられる。
【００３２】
トッププレート１２３の外縁部の下面には、複数の第１係合部２４１が周方向に配列され、支持部ベース４１３の上面には、複数の第２係合部２４２が周方向に配列される。実際には、第１係合部２４１および第２係合部２４２は、基板支持部１４１の複数の第１接触部４１１、および、基板押さえ部１４２の複数の第２接触部４２１とは、周方向において異なる位置に配置される。これらの係合部は３組以上設けられることが好ましく、本実施の形態では４組設けられる。第１係合部２４１の下部には上方に向かって窪む凹部が設けられる。第２係合部２４２は支持部ベース４１３から上方に向かって突出する。
【００３３】
図１に示す基板回転機構１５は、いわゆる中空モータである。基板回転機構１５は、中心軸Ｊ１を中心とする環状のステータ部１５１と、環状のロータ部１５２とを備える。ロータ部１５２は、略円環状の永久磁石を含む。永久磁石の表面は、ＰＴＦＥ樹脂にてモールドされる。ロータ部１５２は、チャンバ１２のチャンバ空間１２０において下部環状空間２１７内に配置される。ロータ部１５２の上部には、接続部材を介して基板支持部１４１の支持部ベース４１３が取り付けられる。支持部ベース４１３は、ロータ部１５２の上方に配置される。
【００３４】
ステータ部１５１は、チャンバ１２外（すなわち、チャンバ空間１２０の外側）においてロータ部１５２の周囲、すなわち、径方向外側に配置される。本実施の形態では、ステータ部１５１は、チャンバ底部２１０の外側壁部２１５およびベース部２１６に固定され、液受け部１６の下方に位置する。ステータ部１５１は、中心軸Ｊ１を中心とする周方向に配列された複数のコイルを含む。
【００３５】
ステータ部１５１に電流が供給されることにより、ステータ部１５１とロータ部１５２との間に、中心軸Ｊ１を中心とする回転力が発生する。これにより、ロータ部１５２が、中心軸Ｊ１を中心として水平状態で回転する。ステータ部１５１とロータ部１５２との間に働く磁力により、ロータ部１５２は、チャンバ１２内において直接的にも間接的にもチャンバ１２に接触することなく浮遊し、中心軸Ｊ１を中心として基板９を基板支持部１４１と共に浮遊状態にて回転する。
【００３６】
液受け部１６は、カップ部１６１と、カップ部移動機構１６２と、カップ対向部１６３とを備える。カップ部１６１は中心軸Ｊ１を中心とする環状であり、チャンバ１２の径方向外側に全周に亘って位置する。カップ部移動機構１６２はカップ部１６１を上下方向に移動する。カップ部移動機構１６２は、カップ部１６１の径方向外側に配置される。カップ部移動機構１６２は、上述のチャンバ開閉機構１３１と周方向に異なる位置に配置される。カップ対向部１６３は、カップ部１６１の下方に位置し、カップ部１６１と上下方向に対向する。カップ対向部１６３は、チャンバ側壁部２１４を形成する部材の一部である。カップ対向部１６３は、チャンバ側壁部２１４の径方向外側に位置する環状の液受け凹部１６５を有する。
【００３７】
カップ部１６１は、側壁部６１１と、上面部６１２と、ベローズ６１７とを備える。側壁部６１１は、中心軸Ｊ１を中心とする略円筒状である。上面部６１２は、中心軸Ｊ１を中心とする略円環板状であり、側壁部６１１の上端部から径方向内方および径方向外方へと広がる。側壁部６１１の下部は、カップ対向部１６３の液受け凹部１６５内に収容可能である。側壁部６１１の断面形状は、後述するノズル３１，３２が収容される部位（図１中の右側の部位参照）と、その他の部位（図１中の左側の部位参照）とで異なる。側壁部６１１の図１中の右側の部位は、図１中の左側の部位よりも径方向の厚さが少し薄い。
【００３８】
ベローズ６１７は、中心軸Ｊ１を中心とする略円筒状であり、上下方向に伸縮可能である。ベローズ６１７は、側壁部６１１の径方向外側において、側壁部６１１の周囲に全周に亘って設けられる。ベローズ６１７は、気体や液体を通過させない材料にて形成される。ベローズ６１７の上端部は、上面部６１２の外縁部の下面に全周に亘って接続される。換言すれば、ベローズ６１７の上端部は、上面部６１２を介して側壁部６１１に間接的に接続される。ベローズ６１７と上面部６１２との接続部はシールされており、気体や液体の通過が防止される。ベローズ６１７の下端部は、カップ対向部１６３を介してチャンバ本体１２１に間接的に接続される。ベローズ６１７の下端部とカップ対向部１６３との接続部でも、気体や液体の通過が防止される。
【００３９】
チャンバ蓋部１２２の中央には上部ノズル１８１が固定される。上部ノズル１８１は、トッププレート１２３の中央の開口に挿入可能である。チャンバ底部２１０の中央部２１１の中央には、プレート支持軸３３１が上下方向に移動可能に取り付けられる。プレート支持軸３３１の上端には、冷却プレート３３が固定される。プレート支持軸３３１の下端は、図示省略のプレート昇降機構に接続される。プレート昇降機構により、冷却プレート３３およびプレート支持軸３３１が上下方向に移動可能である。プレート支持軸３３１による中央部２１１の貫通部はシールされており、気体や液体の通過が防止される。冷却プレート３３の上面は、中心軸Ｊ１に垂直に広がり、基板９の下面９２に対向する。冷却プレート３３の内部には、例えばペルチェ素子や、所定の冷媒の循環路等が設けられる。
【００４０】
カップ部１６１の上面部６１２には、処理液ノズル３１が取り付けられる。処理液ノズル３１は、処理液を吐出する吐出ヘッド３１１と、ヘッド支持部３１２とを備える。ヘッド支持部３１２は、略水平方向に延びる棒状の部材である。ヘッド支持部３１２の一方の端部である固定端部は、カップ部１６１の上面部６１２の下面に取り付けられる。ヘッド支持部３１２の他方の端部である自由端部には、吐出ヘッド３１１が固定される。
【００４１】
カップ部１６１の上部には、ヘッド移動機構３１３が設けられる。ヘッド移動機構３１３は、ヘッド支持部３１２の固定端部の上方にて、カップ部１６１の上面部６１２の上面に固定される。ヘッド移動機構３１３は、ヘッド回転機構３１４と、ヘッド昇降機構３１５とを備える。ヘッド回転機構３１４は、カップ部１６１の上面部６１２を貫通してヘッド支持部３１２の固定端部に接続され、固定端部を中心としてヘッド支持部３１２を吐出ヘッド３１１と共に略水平方向に回転する。ヘッド回転機構３１４によるカップ部１６１の貫通部はシールされており、気体や液体の通過が防止される。ヘッド昇降機構３１５は、ヘッド支持部３１２の固定端部を上下方向に移動することにより、ヘッド支持部３１２および吐出ヘッド３１１を昇降する。ヘッド移動機構３１３は、カップ部移動機構１６２により、カップ部１６１と共に上下方向に移動する。
【００４２】
図２は、基板処理装置１の一部を示す平面図である。図２では、チャンバ蓋部１２２やカップ部１６１等の図示を省略している。また、ベローズ６１７に平行斜線を付す。図２に示すように、基板処理装置１は、処理液ノズル３１と同様の構成である冷却ガスノズル３２をさらに備える。冷却ガスノズル３２は、後述の冷却ガスを吐出する吐出ヘッド３２１と、吐出ヘッド３２１を支持するヘッド支持部３２２とを備える。冷却ガスノズル３２も、ヘッド移動機構３１３と同様のヘッド移動機構（図示省略）に接続される。処理液ノズル３１および冷却ガスノズル３２は、中心軸Ｊ１を中心とする周方向において異なる位置に配置される。各ノズル３１，３２のヘッド支持部３１２，３２２は、平面視において、径方向外側に凸となるように湾曲している。換言すれば、ノズル３１，３２は略円弧状である。
【００４３】
図３は、基板処理装置１が備える気液供給部１８および気液排出部１９を示すブロック図である。気液供給部１８は、上述のノズル３１，３２、および、上部ノズル１８１に加えて、薬液供給部１８３と、純水供給部１８４と、溶剤含有ガス供給部１８５と、不活性ガス供給部１８６と、冷却ガス供給部１８７とを備える。薬液供給部１８３および純水供給部１８４は、弁を介して処理液ノズル３１に接続される。冷却ガス供給部１８７は、弁を介して冷却ガスノズル３２に接続される。溶剤含有ガス供給部１８５および不活性ガス供給部１８６は、弁を介して上部ノズル１８１に接続される。上部ノズル１８１は中央に溶剤含有ガスの吐出口を有し、その周囲に不活性ガスの吐出口を有する。
【００４４】
気液排出部１９では、液受け部１６の液受け凹部１６５に接続される第１排出路１９１が、気液分離部１９３に接続される。気液分離部１９３は、外側排気部１９４、薬液回収部１９５および排液部１９６にそれぞれ弁を介して接続される。チャンバ底部２１０に接続される第２排出路１９２は、気液分離部１９７に接続される。気液分離部１９７は、内側排気部１９８および排液部１９９にそれぞれ弁を介して接続される。気液供給部１８および気液排出部１９の各構成は、制御部１０により制御される。チャンバ開閉機構１３１、基板回転機構１５、カップ部移動機構１６２、および、ノズル３１，３２のヘッド移動機構３１３（図１参照）も制御部１０により制御される。
【００４５】
薬液供給部１８３から処理液ノズル３１に供給される薬液は、例えば、フッ酸や水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液等のエッチング液である。純水供給部１８４は、処理液ノズル３１に第１の処理液として純水（ＤＩＷ：deionized water）を供給する。基板処理装置１では、上述の処理液（上記薬液および純水）以外の処理液を供給する処理液供給部が設けられてもよい。
【００４６】
不活性ガス供給部１８６は、上部ノズル１８１を介してチャンバ１２内に不活性ガスを供給する。本実施の形態では、不活性ガス供給部１８６にて利用されるガスは窒素（Ｎ２）ガスであるが、窒素ガス以外の不活性ガスであってもよい。冷却ガス供給部１８７は、冷却ガスノズル３２に冷却ガスを供給する。冷却ガスは、純水の凝固点である０℃よりも低い温度まで冷却されたガスである。冷却ガスとしては、冷却された窒素（Ｎ２）ガスが用いられる。冷却ガスの温度は、好ましくは、−１００℃〜−２０℃であり、本実施の形態では、約−５０℃である。
【００４７】
図４は、溶剤含有ガス供給部１８５の構成を示す図である。溶剤含有ガス供給部１８５は、溶剤タンク８５１と、供給パイプ８５２と、窒素ガス供給部８５３とを備える。溶剤タンク８５１は、所定の有機溶剤を貯溜する。溶剤タンク８５１に貯溜される溶剤は、第２の処理液として、第１の処理液である純水に対する可溶性を有し、融点（凝固点）が純水よりも低く、かつ、同じ温度の液体状態における蒸気圧が純水よりも高いものであり、本実施の形態では、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）である。当該溶剤は、アセトンや、ＨＦＥ（ハイドロフルオロエーテル）を混合したＩＰＡやアセトン等であってもよい。
【００４８】
供給パイプ８５２の一端は、溶剤タンク８５１に貯溜される溶剤中に配置され、他端は窒素ガス供給部８５３に接続される。窒素ガス供給部８５３から供給パイプ８５２を介して溶剤中に窒素ガスが供給され、溶剤タンク８５１内に溶剤の蒸気またはミストを含む窒素ガス（以下、「溶剤含有ガス」という。）が充填される。溶剤タンク８５１には、溶剤の液面の上方に排気パイプ８５４の一端が設けられ、排気パイプ８５４の他端は上部ノズル１８１に接続される。溶剤含有ガス供給部１８５では、排気パイプ８５４および上部ノズル１８１を介して、基板９の上面９１に溶剤含有ガスが供給される。なお、供給パイプ８５２および排気パイプ８５４を除き、溶剤タンク８５１は密閉されている。溶剤含有ガスの生成では、窒素ガス以外のガス（不活性ガス）が利用されてよい。
【００４９】
図５は、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。基板処理装置１では、図６に示すように、チャンバ蓋部１２２がチャンバ本体１２１から離間して上方に位置し、カップ部１６１がチャンバ蓋部１２２から離間して下方に位置する状態にて、基板９が外部の搬送機構によりチャンバ１２内に搬入され、基板支持部１４１により下側から支持される（ステップＳ１１）。以下、図６に示すチャンバ１２およびカップ部１６１の状態を「オープン状態」と呼ぶ。チャンバ蓋部１２２とチャンバ側壁部２１４との間の開口は、中心軸Ｊ１を中心とする環状であり、以下、「環状開口８１」という。基板処理装置１では、チャンバ蓋部１２２がチャンバ本体１２１から離間することにより、基板９の周囲（すなわち、径方向外側）に環状開口８１が形成される。ステップＳ１１では、基板９は環状開口８１を介して搬入される。
【００５０】
基板９の搬入時には、ノズル３１，３２は、カップ部１６１とカップ対向部１６３との間に形成される空間１６０に予め収容されている。空間１６０は、チャンバ１２の外周を全周に亘って囲む略円環状の空間である。以下の説明では、空間１６０を「側方空間１６０」という。図２に示すように、側方空間１６０では、ノズル３１，３２は、ヘッド支持部３１２，３２２がベローズ６１７およびカップ部１６１の側壁部６１１（図６参照）に沿うように配置される。
【００５１】
処理液ノズル３１が側方空間１６０に収容される際には、カップ部１６１が図１に示す位置に位置する状態で、ヘッド回転機構３１４により処理液ノズル３１が回転し、環状開口８１を介してチャンバ１２の外側へと移動する。これにより、処理液ノズル３１は、カップ部１６１とカップ対向部１６３との間の側方空間１６０に収容される。その後、カップ部移動機構１６２によりカップ部１６１が図６に示す位置まで下降する。カップ部１６１の下降に伴い、側方空間１６０は小さくなる。冷却ガスノズル３２の収容も、上記と同様である。
【００５２】
基板９が搬入されると、カップ部１６１が、図６に示す位置から図７に示す位置まで上昇し、環状開口８１の径方向外側に全周に亘って位置する。以下の説明では、図７に示すチャンバ１２およびカップ部１６１の状態を「第１密閉状態」という（図１の状態も同様）。また、図７に示すカップ部１６１の位置を「液受け位置」といい、図６に示すカップ部１６１の位置を「退避位置」という。カップ部移動機構１６２は、カップ部１６１を、環状開口８１の径方向外側の液受け位置と、液受け位置よりも下方の退避位置との間で上下方向に移動する。
【００５３】
液受け位置に位置するカップ部１６１では、側壁部６１１が、環状開口８１と径方向に対向する。また、上面部６１２の内縁部の上面が、チャンバ蓋部１２２の外縁部下端のリップシール２３２に全周に亘って接する。チャンバ蓋部１２２とカップ部１６１の上面部６１２との間には、気体や液体の通過を防止するシール部が形成される。これにより、チャンバ本体１２１、チャンバ蓋部１２２、カップ部１６１およびカップ対向部１６３により囲まれる密閉された空間（以下、「拡大密閉空間１００」という。）が形成される。拡大密閉空間１００は、チャンバ蓋部１２２とチャンバ本体１２１との間のチャンバ空間１２０と、カップ部１６１とカップ対向部１６３とに囲まれる側方空間１６０とが、環状開口８１を介して連通することにより形成された１つの空間である。
【００５４】
続いて、基板回転機構１５により一定の回転数（比較的低い回転数であり、以下、「定常回転数」という。）での基板９の回転が開始される。さらに、不活性ガス供給部１８６（図３参照）から拡大密閉空間１００への不活性ガス（ここでは、窒素ガス）の供給が開始されるとともに、外側排気部１９４による拡大密閉空間１００内のガスの排出が開始される。これにより、所定時間経過後に、拡大密閉空間１００が、不活性ガスが充填された不活性ガス充填状態（すなわち、酸素濃度が低い低酸素雰囲気）となる。なお、拡大密閉空間１００への不活性ガスの供給、および、拡大密閉空間１００内のガスの排出は、図６に示すオープン状態から行われていてもよい。
【００５５】
続いて、制御部１０（図３参照）の制御により、側方空間１６０においてカップ部１６１に取り付けられた処理液ノズル３１へと、薬液供給部１８３から所定量の薬液が供給される。これにより、処理液ノズル３１が側方空間１６０に収容された状態（すなわち、処理液ノズル３１全体が側方空間１６０内に位置する状態）で、吐出ヘッド３１１からのプリディスペンスが行われる。吐出ヘッド３１１からプリディスペンスされた薬液は、液受け凹部１６５にて受けられる。
【００５６】
プリディスペンスが終了すると、拡大密閉空間１００の外側に配置されたヘッド回転機構３１４によりヘッド支持部３１２が回転することにより、図１に示すように、吐出ヘッド３１１が環状開口８１を介して基板９の上方へと移動する。さらに、ヘッド回転機構３１４が制御部１０に制御され、基板９の上方における吐出ヘッド３１１の往復移動が開始される。吐出ヘッド３１１は、基板９の中心部と外縁部とを結ぶ所定の移動経路に沿って水平方向に継続的に往復移動する。
【００５７】
そして、薬液供給部１８３から吐出ヘッド３１１へと薬液が供給され、吐出ヘッド３１１から基板９の上面９１へと薬液が供給される（ステップＳ１２）。水平方向に揺動する吐出ヘッド３１１からの薬液は、回転する基板９の上面９１に連続的に供給される。これにより、基板９の上面９１の全体に薬液をおよそ均一に供給することができる。また、基板９上の薬液の温度の均一性を向上することもできる。その結果、基板９に対する薬液処理の均一性を向上することができる。なお、吐出ヘッド３１１が基板９の中心部の上方にて停止した状態で薬液の吐出が行われてもよい。
【００５８】
拡大密閉空間１００では、回転する基板９の上面９１から飛散する薬液が、環状開口８１を介してカップ部１６１にて受けられ、液受け凹部１６５へと導かれる。液受け凹部１６５へと導かれた薬液は、図３に示す第１排出路１９１を介して気液分離部１９３に流入する。薬液回収部１９５では、気液分離部１９３から薬液が回収され、フィルタ等を介して薬液から不純物等が除去された後、再利用される。
【００５９】
薬液の供給開始から所定時間（例えば、６０〜１２０秒）経過すると、処理液ノズル３１からの薬液の供給が停止される。また、基板回転機構１５により、所定時間（例えば、１〜３秒）だけ基板９の回転数が定常回転数よりも高くされ、基板９から薬液がおよそ除去される。
【００６０】
続いて、純水供給部１８４から吐出ヘッド３１１へと純水が供給され、吐出ヘッド３１１から基板９の上面９１へと純水が供給される（ステップＳ１３）。このとき、吐出ヘッド３１１の揺動が停止されており、吐出ヘッド３１１は基板９の中心部の上方に位置する（薬液の供給時と同様に揺動していてもよい。）。吐出ヘッド３１１からの純水は、回転する基板９の上面９１に連続的に供給される。純水は、基板９の回転により上面９１の外周部へと拡がり、基板９の外周縁から外側へと飛散する。基板９から飛散する純水は、環状開口８１を介してカップ部１６１にて受けられ、液受け凹部１６５、第１排出路１９１、気液分離部１９３および排液部１９６（図３参照）を介して廃棄される。このようにして、基板９のリンス処理が行われる。純水の供給開始から所定時間経過すると、純水供給部１８４からの純水の供給が停止される。
【００６１】
基板処理装置１では、必要に応じてステップＳ１２，Ｓ１３の処理が繰り返される。例えば、犠牲膜のエッチング処理では、最初のステップＳ１２の処理にて希フッ酸（ＤＨＦ）が薬液として基板９上に供給され、犠牲膜表面の自然酸化膜が除去される。最初のステップＳ１３の処理にて純水によるリンス処理が行われ、基板９上の当該薬液が除去される。続いて、２回目のステップＳ１２の処理にてＴＭＡＨ (テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)や濃フッ酸（Conc. HF）が薬液として基板９上に供給され、犠牲膜が除去される。その後、２回目のステップＳ１３の処理にて純水によるリンス処理が行われ、基板９上の当該薬液が除去される。
【００６２】
また、ドライエッチング後の残渣除去処理では、最初のステップＳ１２の処理にて希フッ酸（ＤＨＦ）が薬液として基板９上に供給され、ドライエッチング後の残渣が除去される。最初のステップＳ１３の処理にて純水によるリンス処理が行われる。続いて、２回目のステップＳ１２の処理にてＳＣ１（アンモニア水、過酸化水素水および純水の混合液）が薬液として基板９上に供給され、パーティクルが除去される。その後、２回目のステップＳ１３の処理にて純水によるリンス処理が行われる。
【００６３】
最後のリンス処理（上述の例では、２回目のステップＳ１３の処理）が完了すると、純水供給部１８４から冷却された低温（例えば、約５℃）の純水が処理液ノズル３１に供給される。これにより、基板９の中心部の上方に位置する吐出ヘッド３１１から低温の純水が基板９の上面９１に供給される。また、基板回転機構１５による基板９の回転数が減少し、小さい回転数に変更される。その後、純水供給部１８４から基板９の上面９１への純水の供給が停止される。これにより、基板９の上面９１上には、純水の薄い液膜が形成される（ステップＳ１４）。液膜の厚さは、基板９の上面９１の全面に亘っておよそ均一であり、本実施の形態では、約５０μｍである。なお、液膜の厚さは必ずしも均一である必要はない。また、最後のリンス処理（ステップＳ１３の処理）が、上記の液膜を形成する処理であってもよく、この場合、常温の純水の液膜が形成される。
【００６４】
図８は、基板処理装置１における基板９の乾燥処理を説明するための図であり、基板９の上面９１上のパターン９３を簡略化して示している。パターン９３は、例えば酸化膜や窒化膜、あるいは、レジストにて形成されたものである。図８の最も左側に示すように、上面９１に形成される液膜９４はパターン９３よりも高い。例えば、パターン９３の高さは２〜３μｍである。液膜の形成が終了すると、ヘッド回転機構３１４により、処理液ノズル３１が回転し、図７に示すように、チャンバ空間１２０から環状開口８１を介して側方空間１６０へと移動する。
【００６５】
続いて、冷却ガスノズル３２（図２参照）に接続されたヘッド回転機構により、冷却ガスノズル３２が回転し、側方空間１６０から環状開口８１を介してチャンバ空間１２０へと移動する。そして、処理液ノズル３１と同様に、基板９の上方における吐出ヘッド３２１が、基板９の中心部と外縁部とを結ぶ所定の移動経路に沿って水平方向に継続的に往復移動する。また、冷却ガス供給部１８７から冷却ガスノズル３２へと冷却ガスが供給され、吐出ヘッド３２１から回転中の基板９の上面９１に向けて冷却ガスが連続的に吐出される。このようにして、基板９の上面９１の全面に亘って冷却ガスが供給され、上面９１上の液膜が冷却されて凍結する（ステップＳ１５）。
【００６６】
冷却ガス供給部１８７は、基板９の上面９１に形成される純水の液膜を冷却して凍結させる凍結部である。以下、凍結した液膜を「凍結膜」とも呼ぶ。図８の左から２番目（および３番目）では、凍結膜９５に破線の平行斜線を付している。なお、基板処理装置１では、基板９の中心部の上方にて停止した吐出ヘッド３２１から冷却ガスの供給が行われ、基板９の回転により冷却ガスが基板９の中心部から外縁部へと拡がることにより凍結膜９５が形成されてもよい。また、純水の液膜の冷却では、液体窒素等の液体が利用されてもよい。
【００６７】
吐出ヘッド３２１からの冷却ガスの所定時間の吐出により凍結膜９５が形成されると、冷却ガスの吐出が停止される。また、基板回転機構１５による基板９の回転が停止される。ヘッド回転機構により、冷却ガスノズル３２が回転し、チャンバ空間１２０から環状開口８１を介して側方空間１６０へと移動する。続いて、チャンバ蓋部１２２およびカップ部１６１が同期して下方へと移動する。そして、図９に示すように、チャンバ蓋部１２２の外縁部下端のリップシール２３１が、チャンバ側壁部２１４の上部と接することにより、環状開口８１が閉じられ、チャンバ空間１２０が、側方空間１６０と隔絶された状態で密閉される。カップ部１６１は、図６と同様に、退避位置に位置する。側方空間１６０は、チャンバ空間１２０と隔絶された状態で密閉される。以下、図９に示すチャンバ１２およびカップ部１６１の状態を「第２密閉状態」という。第２密閉状態では、ノズル３１，３２は、チャンバ空間１２０から隔離されて側方空間１６０内に収容される。
【００６８】
第２密閉状態では、基板押さえ部１４２の複数の第２接触部４２１が基板９の外縁部に接触する。トッププレート１２３の下面、および、基板支持部１４１の支持部ベース４１３上には、上下方向にて対向する複数対の磁石（図示省略）が設けられる。以下、各対の磁石を「磁石対」ともいう。基板処理装置１では、複数の磁石対が、周方向において第１接触部４１１、第２接触部４２１、第１係合部２４１および第２係合部２４２とは異なる位置に、等角度間隔にて配置される。基板押さえ部１４２が基板９に接触している状態では、磁石対の間に働く磁力（引力）により、トッププレート１２３に下向きの力が働く。これにより、基板押さえ部１４２が基板９を基板支持部１４１へと押圧する。
【００６９】
基板処理装置１では、基板押さえ部１４２が、トッププレート１２３の自重、および、磁石対の磁力により基板９を基板支持部１４１へと押圧することにより、基板９を基板押さえ部１４２と基板支持部１４１とで上下から挟んで強固に保持することができる。
【００７０】
第２密閉状態では、被保持部２３７のフランジ部２３９が、プレート保持部２２２のフランジ部２２４の上方に離間しており、プレート保持部２２２と被保持部２３７とは接触しない。換言すれば、プレート保持部２２２によるトッププレート１２３の保持が解除されている。このため、トッププレート１２３は、チャンバ蓋部１２２から独立して、基板保持部１４および基板保持部１４に保持された基板９と共に、基板回転機構１５により回転可能である。
【００７１】
また、第２密閉状態では、第１係合部２４１の下部の凹部に第２係合部２４２が嵌る。これにより、トッププレート１２３は、中心軸Ｊ１を中心とする周方向において基板支持部１４１の支持部ベース４１３と係合する。換言すれば、第１係合部２４１および第２係合部２４２は、トッププレート１２３の基板支持部１４１に対する回転方向における相対位置を規制する（すなわち、周方向における相対位置を固定する）位置規制部材である。チャンバ蓋部１２２が下降する際には、第１係合部２４１と第２係合部２４２とが嵌り合うように、基板回転機構１５により支持部ベース４１３の回転位置が制御される。
【００７２】
チャンバ空間１２０および側方空間１６０がそれぞれ独立して密閉されると、基板回転機構１５による基板９の回転が再開される。また、外側排気部１９４（図３参照）によるガスの排出が停止されるとともに、内側排気部１９８によるチャンバ空間１２０内のガスの排出が開始される。さらに、プレート昇降機構により、冷却プレート３３が上方に移動し、冷却プレート３３の上面が基板９の下面９２に近接する。これにより、冷却部である冷却プレート３３による基板９の下面９２の冷却が開始される（ステップＳ１６）。なお、冷却プレート３３による基板９の下面９２の冷却は、ステップＳ１５の処理にて液膜を冷却する際に開始されてよい。
【００７３】
基板９の下面９２の冷却に並行して、溶剤含有ガス供給部１８５から上部ノズル１８１に溶剤含有ガスが供給され、上部ノズル１８１からチャンバ空間１２０内に溶剤含有ガスが吐出される（ステップＳ１７）。これにより、溶剤含有ガス供給部１８５からの溶剤含有ガスが、凍結膜９５の表面に連続的に供給される。既述のように、溶剤含有ガスは、所定の溶剤（本実施の形態では、ＩＰＡ）の蒸気またはミストを含み、当該溶剤は、純水に対する可溶性を有するとともに融点が純水よりも低い。溶剤含有ガス中の溶剤成分は凍結膜９５の表面にて凝縮し、凍結膜９５の表面の純水が融解して液体状態の溶剤に混ざる。また、溶剤は揮発性を有するため、凍結膜９５の表面では、液体状態の溶剤および液体状態の純水の混合物が気化する。図８の左から３番目では、凍結膜９５の表面における液体状態の溶剤および純水の層（以下、「混合層」という。）に符号９６を付している。実際には、凍結膜９５の表面における溶剤の凝縮、純水の融解および混合物の気化は連続的に並行して発生するため、必ずしも明確な混合層９６が存在する訳ではない。
【００７４】
このとき、冷却プレート３３により基板９の下面９２が冷却されている。また、凍結膜９５の表面のみが徐々に融解して気化するように、単位時間当たりの溶剤含有ガスの供給量が調整されている。したがって、凍結膜９５の表面以外では、凍結状態が維持される。実際には、溶剤含有ガスにおける溶剤の濃度が比較的低く、また、凍結膜９５の表面では液体状態の溶剤および純水の気化熱が発生するため、凍結膜９５の表面が過度に融解することが抑制される。さらに、基板回転機構１５により基板９が回転することにより、上面９１の表面近傍に空気の流れが生じる。これにより、凍結膜９５の表面における混合層９６の気化が促進される。このようにして、凍結膜９５では、表面が徐々に融解しつつ混合層９６が気化し、表面近傍が少しずつ除去される。溶剤含有ガスの供給時には、混合層９６の厚さが十分に小さい（例えば、パターン９３の高さよりも十分に小さい）状態が維持される。
【００７５】
溶剤含有ガスの凍結膜９５の表面への供給は、所定時間継続される。これにより、図８の最も右側に示すように、基板９上の凍結膜９５の全体が除去される。すなわち、基板９の上面９１が乾燥する。その後、溶剤含有ガス供給部１８５から基板９の上面９１への溶剤含有ガスの供給が停止され、基板回転機構１５による基板９の回転も停止される。また、プレート昇降機構により、冷却プレート３３が下方に移動し、冷却プレート３３の上面が基板９の下面９２から離間する。これにより、冷却プレート３３による基板９の下面９２の冷却が停止される（ステップＳ１８）。その後、チャンバ蓋部１２２とトッププレート１２３が上昇して、図６に示すように、チャンバ１２がオープン状態となる。基板９は外部の搬送機構によりチャンバ１２から搬出される（ステップＳ１９）。
【００７６】
ここで、基板９の上面９１上の純水を凍結させることなく乾燥させる比較例の基板処理装置について述べる。比較例の基板処理装置では、上面９１上に液体状態の純水が存在する状態で、基板９を回転することにより乾燥処理が行われる。このとき、図１０に示すように、パターン９３が上部から乾燥し、隣接する２つのパターン要素９３１の間に純水の液面が形成される状態となる。したがって、パターン要素９３１では、下端９３２を支点として純水の表面張力に起因する力が作用する。具体的には、パターン要素９３１の上面９１（支点）からの高さをＨ、パターン要素９３１の間に介在する純水の液面の上面９１からの高さをＨａ、純水の液面の位置において純水の表面張力によりパターン要素９３１に作用する力をＦａ、パターン要素９３１の上端９３３に作用する力をＦとすると、（Ｆ×Ｈ＝Ｆａ×Ｈａ）が成り立つ。したがって、パターン要素９３１の上端９３３に作用する力Ｆは、（（Ｆａ×Ｈａ）／Ｈ）となる。実際には、図１０の各パターン要素９３１の左右両側にも純水の液面が存在するが、液面の高さが左右で相違することにより、パターン要素９３１の上端９３３において、純水の表面張力に起因するある程度の力が作用し、パターン要素９３１が倒壊する虞がある。
【００７７】
これに対し、基板処理装置１では、乾燥処理の際に、純水の凍結膜９５が形成され、凍結膜９５の表面に溶剤含有ガスが供給される。したがって、乾燥途上では、図１１に示すように隣接する２つのパターン要素９３１の間の純水が、凍結膜９５（の一部）として凍結しており、パターン要素９３１の下部が凍結膜９５により支持される。既述のように、凍結膜９５の除去の際には、凍結膜９５の表面に液体状態の混合層９６が存在するため、パターン要素９３１では、凍結膜９５の表面の位置を支点として混合層９６の表面張力に起因する力が作用する。パターン要素９３１の上端９３３の当該支点からの高さをＨｃ、パターン要素９３１の間に介在する混合層９６の厚さをＨｂ、混合層９６の表面の位置９３４において混合層９６の表面張力によりパターン要素９３１に作用する力をＦｂとすると、パターン要素９３１の上端９３３に作用する力Ｆは、（（Ｆｂ×Ｈｂ）／Ｈｃ）となる。混合層９６は極めて薄く、厚さＨｂはほぼ０に近いため、上端９３３に作用する力Ｆも極めて小さくなる。
【００７８】
以上に説明したように、基板処理装置１では、乾燥処理の際に、基板９の上面９１における純水の液膜を冷却して凍結膜９５が形成される。続いて、純水に対する可溶性を有し、融点が純水よりも低く、かつ、液体状態における蒸気圧が純水よりも高い溶剤の蒸気またはミストを含む溶剤含有ガスを凍結膜９５の表面に連続的に供給しつつ、基板の下面９２が冷却される。これにより、基板９上に形成されたパターン９３に対する純水の表面張力の影響を抑制しつつ、基板９上の純水を乾燥させることができる。その結果、基板９上のパターン要素９３１が倒壊することを抑制することができる。また、溶剤の蒸気またはミストを含む溶剤含有ガスが利用されるため、溶剤の消費量も低くすることができ、例えば、溶剤としてＩＰＡを利用する場合に、基板の表面の純水をＩＰＡに置換する乾燥処理と比較して、ＩＰＡの使用量を大幅に削減することができる。
【００７９】
基板処理装置１では、溶剤含有ガスを凍結膜９５に供給する際に、基板９を回転することにより、凍結膜９５の表面における液体状態の溶剤と純水の混合物の気化を促進することができる。また、密閉空間形成部であるチャンバ１２により、密閉された内部空間であるチャンバ空間１２０が形成され、溶剤含有ガスを凍結膜９５に供給する際に、チャンバ空間１２０に基板９が配置される。これにより、清浄な空間にて基板９の乾燥処理を行うことができる。なお、乾燥処理を短い時間にて完了するという観点では、凍結膜９５は可能な範囲で薄いことが好ましい。
【００８０】
図１２は、基板処理装置１の他の例を示す断面図である。図１２の基板処理装置１では、図１の基板処理装置１における冷却プレート３３に代えて補助冷却ガスノズル３４がチャンバ底部２１０の中央部２１１に設けられ、補助冷却ガスノズル３４には、補助冷却ガス供給部１８８が接続される。基板処理装置１の他の構成は図１と同様であり、図１と同じ構成に同じ符号を付す。
【００８１】
補助冷却ガスノズル３４は、基板９の下方に配置される吐出ヘッド３４１と、ヘッド支持部３４２とを備える。ヘッド支持部３４２は、略水平方向に延びる棒状の部材である。ヘッド支持部３４２の一方の端部である固定端部は、後述のヘッド回転機構３４４に接続される。ヘッド支持部３４２の他方の端部である自由端部には、吐出ヘッド３４１が固定される。中央部２１１の下面には、ヘッド回転機構３４４が設けられる。ヘッド回転機構３４４は、中央部２１１を貫通してヘッド支持部３４２の固定端部に接続され、固定端部を中心としてヘッド支持部３４２を吐出ヘッド３４１と共に略水平方向に回転する。ヘッド回転機構３４４による中央部２１１の貫通部はシールされており、気体や液体の通過が防止される。既述のように、補助冷却ガスノズル３４には、補助冷却ガス供給部１８８が接続される。補助冷却ガス供給部１８８は、冷却ガスと同様に冷却されたガス（冷却ガスノズル３２から吐出される冷却ガスと区別するため、以下、「補助冷却ガス」という。）を、補助冷却ガスノズル３４を介して基板９の下面９２に供給する。
【００８２】
図１２の基板処理装置１による処理では、図１の基板処理装置１と同様にして、図５のステップＳ１１〜Ｓ１５の処理が行われる。続いて、ヘッド回転機構３４４が制御され、基板９の下方における吐出ヘッド３４１の往復移動が開始される。吐出ヘッド３４１は、基板９の中心部と外縁部とを結ぶ所定の移動経路に沿って水平方向に継続的に往復移動する。そして、冷却部である補助冷却ガス供給部１８８から補助冷却ガスノズル３４への補助冷却ガスの供給が開始される。これにより、吐出ヘッド３４１から基板９の下面９２に向けて補助冷却ガスが吐出され、基板９の下面９２の冷却が開始される（ステップＳ１６）。
【００８３】
基板９の下面９２の冷却に並行して、溶剤含有ガス供給部１８５（図３参照）から上部ノズル１８１を介して基板９の上面９１に溶剤含有ガスが供給される（ステップＳ１７）。これにより、上面９１上の凍結膜が徐々に除去され、基板９の上面９１が乾燥する。所定時間経過後に、溶剤含有ガス供給部１８５から基板９の上面９１への溶剤含有ガスの供給が停止される。また、補助冷却ガス供給部１８８から基板９の下面９２への補助冷却ガスの供給が停止され、基板９の下面９２の冷却が停止される（ステップＳ１８）。その後、チャンバ１２がオープン状態となり、基板９が外部の搬送機構によりチャンバ１２から搬出される（ステップＳ１９）。
【００８４】
以上のように、図１２の基板処理装置１では、補助冷却ガス供給部１８８から基板９の下面９２に補助冷却ガスを供給することにより、基板９の下面９２を効率よく冷却することができる。また、基板９の下面９２の冷却に並行して、溶剤含有ガスを凍結膜の表面に連続的に供給することにより、基板９上に形成されたパターンに対する純水の表面張力の影響を抑制しつつ、基板９上の純水を乾燥させることができる。
【００８５】
図１３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、基板９を保持するスピンチャック７１、薬液および純水を基板９の上面９１に付与する処理液ノズル７２、冷却ガスを基板９の上面９１に付与する冷却ガスノズル７３、および、これらの構成要素を収容するチャンバ（図示省略）を備える。処理液ノズル７２は、図３の処理液ノズル３１と同様に薬液供給部１８３および純水供給部１８４に接続され、冷却ガスノズル７３は、図３の冷却ガスノズル３２と同様に冷却ガス供給部１８７に接続される。各ノズル７２，７３は、ノズル回転機構７２１，７３１に接続され、基板９の上方の供給位置と、供給位置から水平方向に離れた退避位置との間で移動可能である。
【００８６】
スピンチャック７１は、基板回転機構７１１と、回転支軸７１２と、円板状のスピンベース７１０とを有する。回転支軸７１２の上端部は、スピンベース７１０の中央部に連結され、基板回転機構７１１により回転支軸７１２がスピンベース７１０と共に鉛直方向に平行な軸を中心として回転する。スピンベース７１０の外縁部には、基板保持部である複数のチャックピン７１３が、周方向に等角度間隔で設けられる。複数のチャックピン７１３では、基板９を保持する状態と、基板９を解放する状態とが切替可能である。
【００８７】
スピンチャック７１の回転支軸７１２は中空軸であり、回転支軸７１２の内部には導入管７１５が内側面と非接触状態にて挿入される。導入管７１５の上端は、基板９の下面９２近傍に位置し、当該上端には、ガス吐出口が設けられる。導入管７１５には、補助冷却ガス供給部１８８から補助冷却ガスが供給される。また、回転支軸７１２の内側面と導入管７１５との間には筒状のガス供給路７１４が形成される。ガス供給路７１４には不活性ガス供給部１８６ａから不活性ガスが供給される。
【００８８】
基板処理装置１ａは、チャンバ内においてスピンチャック７１の上方に配置される遮断板７４をさらに備える。遮断板７４は、円板状であり、遮断板７４の上面において中央部には支持軸７４１が接続される。遮断板７４および支持軸７４１には、上下方向に貫通する貫通孔が形成され、当該貫通孔は遮断板７４の下面中央にて開口する。貫通孔には導入管７４２が貫通孔の内側面と非接触状態にて挿入され、導入管７４２の下端が遮断板７４における当該貫通孔の開口に位置する。導入管７４２の下端には、ガス吐出口が形成される。導入管７４２においてガス吐出口に連続する流路には、溶剤含有ガス供給部１８５から溶剤含有ガスが供給される。また、支持軸７４１（貫通孔の内側面）と導入管７４２との間には筒状のガス供給路７４３が形成され、遮断板７４の下面には、ガス供給路７４３の環状吐出口が形成される。ガス供給路７４３には不活性ガス供給部１８６から不活性ガスが供給される。
【００８９】
支持軸７４１は昇降機構７６１に接続され、昇降機構７６１により遮断板７４が支持軸７４１と共に上下方向に昇降する。具体的には、遮断板７４は、遮断板７４がスピンチャック７１上の基板９に近接する位置（以下、「近接位置」という。）、および、遮断板７４がスピンチャック７１から上方に大きく離れた位置（図１３中に示す位置であり、以下、「退避位置」という。）のいずれかに配置される。遮断板７４が近接位置に配置された状態では、遮断板７４の下面が基板９の上面９１に近接する。なお、遮断板７４が近接位置に配置される際には、ノズル回転機構７２１，７３１により処理液ノズル７２および冷却ガスノズル７３が遮断板７４と干渉しない既述の退避位置へと移動する。また、支持軸７４１は回転機構７６２に接続され、回転機構７６２により遮断板７４が回転する。
【００９０】
図１３の基板処理装置１ａが基板９を処理する際には、外部の搬送機構により基板９がチャンバ内へと搬送され、スピンチャック７１にて保持される（図５：ステップＳ１１）。このとき、遮断板７４は退避位置に配置される。続いて、基板回転機構７１１によるスピンチャック７１の回転が開始される。また、処理液ノズル７２が基板９の上方の供給位置に配置され（基板９の上方にて揺動してもよい。）、薬液供給部１８３により処理液ノズル７２を介して基板９の上面９１上に薬液が供給される（ステップＳ１２）。なお、チャンバの下部には、気液排出部の排出路が設けられる。薬液の供給が所定時間だけ継続されると、薬液供給部１８３による薬液の供給が停止される。続いて、純水供給部１８４により処理液ノズル７２を介して基板９の上面９１上に純水が供給され、基板９に対してリンス処理が行われる（ステップＳ１３）。
【００９１】
基板９に対するリンス処理が完了すると、純水供給部１８４から冷却された低温の純水が処理液ノズル７２を介して基板９の上面９１に供給される。続いて、基板回転機構７１１による基板９の回転数が減少し、小さい回転数に変更される。その後、純水供給部１８４から基板９の上面９１への純水の供給が停止される。これにより、基板９の上面９１上に、純水の薄い液膜が形成される（ステップＳ１４）。処理液ノズル７２は、退避位置へと戻される。
【００９２】
続いて、冷却ガスノズル７３が供給位置へと配置され（基板９の上方にて揺動してもよい。）、冷却ガス供給部１８７から冷却ガスノズル７３を介して基板９の上面９１上に冷却ガスが供給される。冷却ガス供給部１８７からの冷却ガスにより、基板９上の液膜が凍結して凍結膜が形成される（ステップＳ１５）。凍結膜が形成されると、冷却ガス供給部１８７から基板９の上面９１への冷却ガスの供給が停止される。冷却ガスノズル７３は退避位置へと戻される。続いて、補助冷却ガス供給部１８８から導入管７１５への補助冷却ガスの供給が開始される。これにより、導入管７１５のガス吐出口から基板９の下面９２に向けて補助冷却ガスが吐出され、基板９の下面９２の冷却が開始される（ステップＳ１６）。
【００９３】
また、遮断板７４が近接位置へと移動し、溶剤含有ガス供給部１８５から導入管７４２を介して基板９の上面９１に溶剤含有ガスが供給される（ステップＳ１７）。溶剤含有ガスは、凍結膜の表面に連続して供給される。これにより、基板９上の凍結膜の表面が徐々に融解して気化し、最終的に基板９の上面９１が乾燥する。所定時間経過後に、溶剤含有ガス供給部１８５から基板９の上面９１への溶剤含有ガスの供給が停止され、基板回転機構７１１による基板９の回転も停止される。また、補助冷却ガス供給部１８８から基板９の下面９２への補助冷却ガスの供給が停止され、基板９の下面９２の冷却が停止される（ステップＳ１８）。その後、遮断板７４が離間位置へと移動し、基板９が外部の搬送機構によりチャンバから搬出される（ステップＳ１９）。
【００９４】
以上のように、図１３の基板処理装置１ａでは、溶剤含有ガスを凍結膜の表面に連続的に供給しつつ、補助冷却ガスにより基板の下面９２が冷却される。これにより、基板９上に形成されたパターンに対する純水の表面張力の影響を抑制しつつ、基板９上の純水を乾燥させることができる。
【００９５】
図１３の基板処理装置１ａでは、基板９の下面９２に補助冷却ガスを供給することにより、基板９の下面９２が冷却されるが、図１４の基板処理装置１ａのように、スピンベース７１０において、基板９の下面９２に近接する冷却プレート７１６を設けることにより、溶剤含有ガスを凍結膜に供給する際に基板９の下面９２が冷却されてもよい。
【００９６】
上記基板処理装置１，１ａでは様々な変形が可能である。
【００９７】
溶剤含有ガスを基板９の上面９１に供給する際に、チャンバ内を減圧することが可能である場合には、図４の溶剤含有ガス供給部１８５において窒素ガス供給部８５３が省略されてもよい。この場合、溶剤タンク８５１の内部とチャンバの内部との差圧により、溶剤タンク８５１に貯溜された溶剤の蒸気が、基板９の上面９１へと供給される。また、溶剤含有ガス供給部１８５では、溶剤の蒸気またはミストを発生する他の手法が用いられてよい。さらに、基板処理装置１，１ａでは、多数の貫通孔が形成された板部材（パンチング板）を介して、基板９の上面９１の全体に溶剤含有ガスが付与されてもよい。
【００９８】
基板処理装置１，１ａにおいて基板９の下面９２に接する冷却プレートが設けられてよい。また、冷却部では、溶剤含有ガスを凍結膜に供給する際に、基板９の少なくとも下面９２が冷却されればよく、例えば、図９の基板処理装置１において、チャンバ空間１２０の全体を冷却するように、１つまたは複数のノズルからチャンバ空間１２０内に補助冷却ガスが吐出されてよい。
【００９９】
凍結部による液膜の凍結は、液膜を形成する純水の凝固点よりも低温の窒素以外の冷却ガス（例えば、酸素、空気、オゾン、アルゴン）が、基板９の上面９１に供給されることにより行われてもよい。また、基板９の下面９２を冷却する冷却部が、基板９の上面９１上の液膜を凍結させる凍結部を兼ねていてもよい。
【０１００】
溶剤含有ガスを供給する際に、基板９の上面９１に沿う長いノズルを、その長手方向に垂直かつ上面９１に平行な方向に移動することにより、基板９を回転することなく、凍結膜の表面における溶剤と純水の混合物の気化が促進されてよい。
【０１０１】
基板保持部は、基板９の一方の主面を上側に向けた状態で保持する様々な形態のものが利用可能であり、例えば、基板９の下面９２の全体に接する基板保持部が設けられてよい。
【０１０２】
基板処理装置１，１ａでは、上述の犠牲膜のエッチング処理や、ドライエッチング後の残渣除去処理以外に基板上の酸化膜の除去や現像液による現像等、様々な処理が行われてよい。
【０１０３】
基板処理装置１にて処理される基板は半導体基板には限定されず、ガラス基板や他の基板であってもよい。
【０１０４】
上記実施形態では、第１の処理液として純水を使用したが、これに代えて、例えばＤＭＳＯ（ジメチルスルホキシド）あるいはｔ−ブチルアルコールなどの溶剤を第１の処理液として用いることもできる。第１の処理液としてこれらの液体を用いる場合、基板処理装置１，１ａにおいてこれらの液体の供給機構を別途設ければよい。そして上述のステップＳ１３における純水によるリンス処理を行った後に、ステップＳ１４において純水に代えてこれらの液体を供給し、基板９の上面９１にこれらの液膜を形成すればよい。なお、ＤＭＳＯ（ジメチルスルホキシド）やｔ−ブチルアルコールは、融点が純水よりも高くかつ常温以下であり、純水よりも常温に近い温度で凍結するため、比較的容易に凍結させて凍結膜を形成することができ、凍結膜形成のための冷却機構が簡易なもので済む利点がある。
【０１０５】
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。
【符号の説明】
【０１０６】
１，１ａ    基板処理装置
９    基板
１２    チャンバ
１４    基板保持部
１５，７１１    基板回転機構
３３，７１６    冷却プレート
９１    上面
９２    下面
９４    液膜
９５    凍結膜
１２０    チャンバ空間
１８４    純水供給部
１８５    溶剤含有ガス供給部
１８７    冷却ガス供給部
１８８    補助冷却ガス供給部
７１３    チャックピン
Ｓ１１〜Ｓ１９    ステップ
【図１】
2015177124.tif 000003
【図２】
2015177124.tif 000004
【図３】
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【図４】
2015177124.tif 000006
【図５】
2015177124.tif 000007
【図６】
2015177124.tif 000008
【図７】
2015177124.tif 000009
【図８】
2015177124.tif 000010
【図９】
2015177124.tif 000011
【図１０】
2015177124.tif 000012
【図１１】
2015177124.tif 000013
【図１２】
2015177124.tif 000014
【図１３】
2015177124.tif 000015
【図１４】
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