(57)【要約】【課題】凍結洗浄において基板の上面を覆う液膜を効率的に凍結させることができる基板処理方法および基板処理装置を提供すること。【解決手段】基板の上面を覆う液膜を凍結させる前に、液体が基板の下面に供給される。その後、液膜を凍結させるのと並行して、蒸発促進ガスとしての気体が基板の下面に供給される。基板の下面が濡れているので、基板の下面に気体が供給されると、基板の下面の液体が蒸発する。凍結した液膜は、解凍され除去される。その後、基板を乾燥させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上面を覆う液膜を形成する液膜形成工程と、
前記液膜形成工程の後に、前記液膜を凍結させる凍結工程と、
前記凍結工程が開始されるよりも前に、基板の下面に液体を供給することにより、基板の下面を濡らす液体供給工程と、
前記凍結工程と並行して、基板の下面に気体を供給することにより、基板の下面の液体を蒸発させる気体供給工程と、を含む、基板処理方法。
【請求項２】
前記液体供給工程は、前記凍結工程が開始されるよりも前に、基板の下面に気体を供給しながら、基板の下面に液体を供給することにより、基板の下面を濡らす工程を含み、
前記気体供給工程は、前記凍結工程と並行して、前記液体供給工程での気体の供給流量よりも大きい供給流量で、基板の下面に気体を供給することにより、基板の下面の液体を蒸発させる工程を含む、請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記気体供給工程において基板の下面に供給される気体は、常温の気体である、請求項１または２に記載の基板処理方法。
【請求項４】
前記液体供給工程において基板の下面に供給される液体は、常温よりも低温の液体である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項５】
前記液体供給工程において基板の下面に供給される液体は、水よりも揮発性の高い液体
である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項６】
基板を保持する基板保持手段と、
前記基板保持手段に保持されている基板の上面を覆う液膜を形成する液膜形成手段と、
前記液膜を凍結させる凍結手段と、
前記基板保持手段に保持されている基板の下面に液体を供給することにより、基板の下面を濡らす液体供給手段と、
前記基板保持手段に保持されている基板の下面に気体を供給することにより、基板の下面の液体を蒸発させる気体供給手段と、
前記液膜形成手段、凍結手段、液体供給手段、および気体供給手段を制御する制御手段と、を含み、
前記制御手段は、
基板の上面を覆う液膜を形成する液膜形成工程と、
前記液膜形成工程の後に、前記液膜を凍結させる凍結工程と、
前記凍結工程が開始されるよりも前に、基板の下面に液体を供給することにより、基板の下面を濡らす液体供給工程と、
前記凍結工程と並行して、基板の下面に気体を供給することにより、基板の下面の液体を蒸発させる気体供給工程と、を実行する、基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を処理する基板処理方法および基板処理装置に関する。処理対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、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、フォトマスク用基板、セラミック基板、太陽電池用基板などが含まれる。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置や液晶表示装置などの製造工程では、半導体ウエハや液晶表示装置用ガラス基板などの基板からパーティクル等の汚染物質を除去する洗浄工程が行われる。
特許文献１および特許文献２には、凍結洗浄を行う枚葉式の基板処理装置が開示されている。凍結洗浄は、基板の上面を覆う液膜を凍結させ、その後、解凍された液膜を基板から除去する洗浄方法である。
【０００３】
特許文献１の凍結洗浄では、基板の上面を覆う純水の液膜の凍結を開始する前に、基板の下面への純水の供給が停止される（特許文献１の段落００２３〜００２７参照）。特許文献１には、基板の下面に気体を供給することの開示はない。
特許文献２の凍結洗浄では、基板の上面を覆う純水（ＤＩＷ）の液膜を凍結させている期間中に、冷却された純水および窒素ガスが基板の下面に供給される（特許文献２の段落００４１〜００４４参照）。特許文献２の段落００５５には、基板の下面に供給される冷却ガスの温度は、純水の凝固点よりも低温であることが必要であると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１３８０７３号公報
【特許文献２】特開２０１０−８０５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の凍結洗浄では、液膜の凍結に支障を来すおそれがあると考えられていたため、液膜を凍結させている期間中に、液体および気体を基板の下面に供給していなかった。そのため、特許文献１の凍結洗浄では、液膜の凍結を開始する前に、基板の下面への純水の供給を停止している。特許文献２の凍結洗浄では、冷却された純水および窒素ガスを基板の下面に供給しているものの、いずれの流体も冷却されたものであり、液膜の凍結を妨げないように配慮している。特に、基板の下面に供給される冷却ガスの温度については、純水の凝固点よりも低温にされている。
【０００６】
凍結洗浄では、液膜の凍結により発生する力によって基板に対するパーティクルの付着力を弱められるというメリットがあるものの、冷水や冷却ガスを生成するためのコストが発生するため、基板の処理に要するコストが増加してしまう。
そこで、本発明の目的の一つは、凍結洗浄において基板の上面を覆う液膜を効率的に凍結させることができる基板処理方法および基板処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、基板の上面を覆う液膜を形成する液膜形成工程と、前記液膜形成工程の後に、前記液膜を凍結させる凍結工程と、前記凍結工程が開始されるよりも前に、基板の下面に液体を供給することにより、基板の下面を濡らす液体供給工程と、前記凍結工程と並行して、基板の下面に気体を供給することにより、基板の下面の液体を蒸発させる気体供給工程と、を含む、基板処理方法である。
【０００８】
この方法によれば、基板の上面を覆う液膜を凍結させる前に、液体が基板の下面に供給される。その後、液膜を凍結させるのと並行して、蒸発促進ガスとしての気体が基板の下面に供給される。基板の下面が濡れているので、基板の下面に気体が供給されると、基板の下面の液体が蒸発し、基板の熱が気化熱として液体に吸収される。そのため、液膜を凍結させている期間中に基板が冷却される。これにより、基板の上面を覆う液膜を効率的に凍結させることができる。そのため、液膜の凍結によって形成された凍結膜の温度を低下させることができる。もしくは、より短時間で基板上の液膜全体を凍結させることができる。パーティクル除去率は、凍結膜の温度が低いほど高まる。したがって、パーティクル除去率を高めることができる。また、液膜をより短時間で凍結させれば、冷却ガスの消費量を低減できるので、基板の処理に要するコストを低減できる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記液体供給工程は、前記凍結工程が開始されるよりも前に、基板の下面に気体を供給しながら、基板の下面に液体を供給することにより、基板の下面を濡らす工程を含み、前記気体供給工程は、前記凍結工程と並行して、前記液体供給工程での気体の供給流量よりも大きい供給流量で、基板の下面に気体を供給することにより、基板の下面の液体を蒸発させる工程を含む、請求項１に記載の基板処理方法である。液体供給工程において基板に供給される気体の種類は、気体供給工程において基板に供給される気体と同じであってもよいし、異なっていてもよい。温度についても、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００１０】
この方法によれば、液膜を凍結させている期間中に、大流量の気体が基板の下面に供給される。これにより、基板の下面の液体の蒸発がさらに促進される。これにより、基板の上面を覆う液膜を効率的に凍結させることができる。また、常に大流量で気体を供給するのではなく、気体の流量を一時的に増加させるので、気体の消費量の増加を抑えることができる。これにより、基板の処理に要するコストの増加を抑えることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記気体供給工程において基板の下面に供給される気体は、常温の気体である、請求項１または２に記載の基板処理方法である。
この方法によれば、液膜を凍結させている期間中に、常温の気体が基板の下面に供給される。したがって、基板の下面に供給される気体の温度を調節しなくてもよい。そのため、気体の温度調節に要するコストを削減できる。これにより、基板の処理に要するコストを低減できる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記液体供給工程において基板の下面に供給される液体は、常温よりも低温の液体である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板処理方法である。
この方法によれば、基板の上面を覆う液膜を凍結させる前に、常温よりも低温の液体が基板の下面に供給される。これにより、基板および液膜が冷却される。もしくは、基板および液膜の温度上昇が抑えられる。したがって、基板の上面を覆う液膜を効率的に凍結させることができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、前記液体供給工程において基板の下面に供給される液体は、水よりも揮発性の高い液体である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の基板処理方法である。
この方法によれば、基板の上面を覆う液膜を凍結させる前に、水よりも揮発性の高い液体が基板の下面に供給される。したがって、基板の下面は、蒸発し易い液体で濡れる。基板の下面に付着している液体が蒸発し易いので、基板の下面の液体を気体の供給によって効率的に蒸発させることができる。これにより、基板を効率的に冷却することができる。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、基板を保持する基板保持手段と、前記基板保持手段に保持されている基板の上面を覆う液膜を形成する液膜形成手段と、前記液膜を凍結させる凍結手段と、前記基板保持手段に保持されている基板の下面に液体を供給することにより、基板の下面を濡らす液体供給手段と、前記基板保持手段に保持されている基板の下面に気体を供給することにより、基板の下面の液体を蒸発させる気体供給手段と、前記液膜形成手段、凍結手段、液体供給手段、および気体供給手段を制御する制御手段と、を含む、基板処理装置である。前記制御手段は、基板の上面を覆う液膜を形成する液膜形成工程と、前記液膜形成工程の後に、前記液膜を凍結させる凍結工程と、前記凍結工程が開始されるよりも前に、基板の下面に液体を供給することにより、基板の下面を濡らす液体供給工程と、前記凍結工程と並行して、基板の下面に気体を供給することにより、基板の下面の液体を蒸発させる気体供給工程と、を実行する。この構成によれば、請求項１の発明に関して述べた効果と同様な効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る基板処理装置に備えられた処理ユニットの内部を水平に見た模式図である。
【図２】処理ユニットによって行われる処理の一例を示すタイムチャートである。
【図３】図２に示す処理が行われているときの基板の状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下では、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置１に備えられた処理ユニット２の内部を水平に見た模式図である。
基板処理装置１は、半導体ウエハなどの円板状の基板Ｗを一枚ずつ処理する枚葉式の装置である。基板処理装置１は、基板Ｗを処理する処理ユニット２と、処理ユニット２に基板Ｗを搬送する搬送ロボット（図示せず）と、基板処理装置１を制御する制御装置３と、を含む。
【００１７】
処理ユニット２は、処理液を用いて複数枚の基板Ｗを一枚ずつ処理する枚葉式のユニットである。処理ユニット２は、内部空間を有する箱形のチャンバー４と、チャンバー４内で一枚の基板Ｗを水平な姿勢で保持しながら、基板Ｗの中央部を通る鉛直な回転軸線Ａ１まわりに当該基板Ｗを回転させるスピンチャック５と、を含む。処理ユニット２は、さらに、回転軸線Ａ１まわりにスピンチャック５を取り囲むカップ３７と、水平な姿勢でスピンチャック５の上方に配置された円板状の遮断板３９と、を含む。
【００１８】
スピンチャック５は、水平な姿勢で保持された円板状のスピンベース６と、スピンベース６の上面外周部から上方に突出する複数のチャックピン７と、スピンベース６およびチャックピン７を回転軸線Ａ１まわりに回転させるスピンモータ８と、を含む。複数のチャックピン７は、複数のチャックピン７がスピンベース６の上方で基板Ｗを水平に保持する閉位置と、複数のチャックピン７による基板Ｗの把持が解除される開位置との間で、スピンベース６に対して移動可能である。図示はしないが、スピンチャック５は、閉位置と開位置との間で複数のチャックピン７を移動させるチャック開閉機構を含む。
【００１９】
処理ユニット２は、基板Ｗの下面中央部に向けて処理液を吐出する下面ノズル９を含む。処理ユニット２は、さらに、常温（たとえば、２０〜３０℃）の純水（脱イオン水：Ｄeionzied Ｗater）を下面ノズル９に導く下常温純水配管１０と、下常温純水配管１０に介装された下常温純水バルブ１１と、常温よりも低温（たとえば、０．５℃）の冷水（常温よりも低温の純水）を下面ノズル９に導く下冷水配管１２と、下冷水配管１２に介装された下冷水バルブ１３と、下冷水配管１２から下面ノズル９に供給される純水の温度を常温よりも低い温度まで低下させる冷却器（図示せず）と、を含む。
【００２０】
処理ユニット２は、さらに、下面ノズル９の外周面とスピンベース６の内周面とによって形成された筒状の下気体流路１５と、常温の窒素ガスを下気体流路１５に導く下気体配管１６と、下気体配管１６に介装された下気体バルブ１７と、下気体配管１６から下気体流路１５に供給される窒素ガスの流量を増減させる下気体流量調整バルブ１８と、を含む。下気体流路１５は、スピンベース６の上面中央部で開口する環状の上向き吐出口１４を含む。
【００２１】
処理ユニット２は、薬液の一例であるＳＣ−１（アンモニアと過酸化水素とを含む水溶液）を下向きに吐出する薬液ノズル１９と、薬液ノズル１９が先端部に取り付けられたノズルアーム２０と、ノズルアーム２０を移動させることにより、処理位置と退避位置との間で薬液ノズル１９を移動させる薬液ノズル移動ユニット２１と、を含む。処理ユニット２は、さらに、薬液ノズル１９に薬液を導く薬液配管２２と、薬液配管２２に介装された薬液バルブ２３と、を含む。処理位置は、薬液ノズル１９から吐出された処理液が基板Ｗの上面内のいずれかの位置に着液する位置である。退避位置は、薬液ノズル１９が基板Ｗの上方から退避した位置である。
【００２２】
処理ユニット２は、純水を下向きに吐出する純水ノズル２４と、純水ノズル２４が先端部に取り付けられたノズルアーム２５と、ノズルアーム２５を移動させることにより、処理位置と退避位置との間で純水ノズル２４を移動させる純水ノズル移動ユニット２６と、を含む。処理ユニット２は、さらに、常温の純水を純水ノズル２４に導く常温純水配管２７と、常温純水配管２７に介装された常温純水バルブ２８と、常温よりも低温（たとえば、０．５℃）の冷水を純水ノズル２４に導く冷水配管２９と、冷水配管２９に介装された冷水バルブ３０と、冷水配管２９から純水ノズル２４に供給される純水の温度を常温よりも低い温度まで低下させる冷却器（図示せず）と、を含む。
【００２３】
処理ユニット２は、一気圧での水の凝固点よりも低温（たとえば、−１００〜−２０℃。具体例は、−１５０℃）の窒素ガスを下向きに吐出する冷却ガスノズル３１と、冷却ガスノズル３１が先端部に取り付けられたノズルアーム３２と、ノズルアーム３２を移動させることにより、処理位置と退避位置との間で冷却ガスノズル３１を移動させる冷却ガスノズル移動ユニット３３と、を含む。処理ユニット２は、さらに、冷却ガスノズル３１に低温の窒素ガスを導く冷却ガス配管３４と、冷却ガス配管３４に介装された冷却ガスバルブ３５と、冷却ガス配管３４から冷却ガスノズル３１に供給されるガスの温度を水の凝固点よりも低い温度まで低下させる冷却器（図示せず）と、冷却ガス配管３４から冷却ガスノズル３１に供給される窒素ガスの流量を増減させる冷却ガス流量調整バルブ３６と、を含む。
【００２４】
カップ３７は、上位置と下位置との間で鉛直方向に昇降可能である。上位置は、カップ３７の上端がスピンチャック５による基板Ｗの保持位置よりも上方に位置する処理位置である。下位置は、カップ３７の上端がスピンチャック５による基板Ｗの保持位置よりも下方に位置する退避位置（図１に示す位置）である。処理ユニット２は、カップ３７を上位置と下位置との間で昇降させるカップ昇降ユニット３８を含む。カップ３７が上位置に位置している状態では、基板Ｗからその周囲に排出された処理液が、カップ３７によって受け止められ、カップ３７内に集められる。そして、カップ３７内に集められた処理液は、回収または廃棄される。
【００２５】
遮断板３９は、回転軸線Ａ１に沿って上下方向に延びる支軸４１によって水平な姿勢で支持されている。遮断板３９の中心線は、回転軸線Ａ１上に配置されている。遮断板３９は、外径が基板Ｗの直径よりも大きい円形の下面（対向面）と、遮断板３９の下面中央部で開口する下向き吐出口４０と、を含む。遮断板３９は、支軸４１の下方に配置されている。支軸４１は、遮断板３９の上方で水平に延びる支持アーム４２に支持されている。
【００２６】
処理ユニット２は、遮断板３９を昇降させる遮断板昇降ユニット４３を含む。遮断板昇降ユニット４３は、支持アーム４２を鉛直方向に昇降させることにより、薬液ノズル１９等のスキャンノズルが基板Ｗと遮断板３９との間に進入できない高さまで遮断板３９の下面が基板Ｗの上面に近接する近接位置と、近接位置よりも上方の退避位置（図１に示す位置）との間で、遮断板３９を昇降させる。遮断板昇降ユニット４３は、下位置から上位置までの任意の位置（高さ）に遮断板３９を位置させることができる。
【００２７】
処理ユニット２は、遮断板３９の下面中央部で開口する下向き吐出口４０を介して処理液を下方に吐出する上面ノズル４４を含む。処理ユニット２は、さらに、常温よりも高温（たとえば、５０〜９０℃。具体例は、８０℃）の温水（常温よりも高温の純水）を上面ノズル４４に導く上温水配管４５と、上温水配管４５に介装された上温水バルブ４６と、上温水配管４５から上面ノズル４４に供給される純水の温度を常温よりも高い温度まで上昇させる加熱器（図示せず）と、リンス液を上面ノズル４４に導く上リンス液配管４７と、上リンス液配管４７に介装された上リンス液バルブ４８と、を含む。
【００２８】
処理ユニット２は、上面ノズル４４の外周面と遮断板３９の内周面とによって形成された筒状の上気体流路４９と、常温の窒素ガスを上気体流路４９に導く上気体配管５０と、上気体配管５０に介装された上気体バルブ５１と、を含む。上気体流路４９は、遮断板３９の対向面で開口する下向き吐出口４０の上方に配置されている。
図２は、処理ユニット２によって行われる処理方法の一例を示す工程図である。図３は、図２に示す処理が行われているときの基板Ｗの状態を示す模式図である。以下では、図１および図２を参照する。図３については適宜参照する。
【００２９】
処理ユニット２で基板Ｗを処理するときは、基板Ｗを処理ユニット２に搬入する搬入工程（図２のステップＳ１）が行われる。
具体的には、制御装置３は、下気体バルブ１７を開いて、スピンベース６の上向き吐出口１４に第１流量（たとえば、５０Ｌ／ｍｉｎ）で窒素ガスの吐出を開始させる。その後、制御装置３は、遮断板３９等が退避している状態で、搬送ロボットのハンドに保持されている基板Ｗが複数のチャックピン７の上に置かれるように、搬送ロボットを制御する。また、制御装置３は、基板Ｗが複数のチャックピン７の上に置かれた後、複数のチャックピン７に基板Ｗを把持させるとともに、搬送ロボットのハンドをチャンバー４内から退避させる。
【００３０】
次に、薬液の一例であるＳＣ−１を基板Ｗの上面に供給する薬液供給工程（図２のステップＳ２）が行われる。
具体的には、制御装置３は、液処理速度（たとえば、８００ｒｐｍ）で基板Ｗが回転するように、スピンモータ８に基板Ｗの回転を開始させるとともに、薬液ノズル１９が退避位置から処理位置に移動するように、薬液ノズル移動ユニット２１を制御する。その後、制御装置３は、薬液バルブ２３を開いて、薬液ノズル１９にＳＣ−１の吐出を開始させる。これにより、ＳＣ−１が基板Ｗの上面全域に供給され、基板Ｗの上面全域を覆うＳＣ−１の液膜が基板Ｗ上に形成される。薬液バルブ２３が開かれてから所定時間が経過すると、制御装置３は、薬液バルブ２３を閉じて、薬液ノズル１９にＳＣ−１の吐出を終了させる。その後、制御装置３は、薬液ノズル１９を退避位置に移動させる。薬液ノズル１９がＳＣ−１を吐出している間、制御装置３は、基板Ｗの上面に対するＳＣ−１の着液位置を中央部で静止させてもよいし、中央部と周縁部との間で移動させてもよい。
【００３１】
次に、リンス液の一例である常温の純水を基板Ｗの上面に供給する上面リンス液供給工程（図２のステップＳ３）と、リンス液の一例である常温の純水を基板Ｗの下面に供給する下面リンス液供給工程（図２のステップＳ３）と、が並行して行われる。
上面リンス液供給工程に関しては、制御装置３は、純水ノズル２４が退避位置から処理位置に移動するように、純水ノズル移動ユニット２６を制御する。その後、制御装置３は、常温純水バルブ２８を開いて、純水ノズル２４に常温の純水の吐出を開始させる。これにより、基板Ｗの上面に付着しているＳＣ−１が、純水によって洗い流され、基板Ｗの上面全域が純水の液膜で覆われる。常温純水バルブ２８が開かれてから所定時間が経過すると、制御装置３は、常温純水バルブ２８を閉じて、純水ノズル２４に純水の吐出を終了させる。
【００３２】
下面リンス液供給工程に関しては、制御装置３は、下常温純水バルブ１１を開いて、下面ノズル９に常温の純水の吐出を開始させる。これにより、基板Ｗの下面に付着しているＳＣ−１のミスト等が、純水によって洗い流される。下常温バルブが開かれてから所定時間が経過すると、制御装置３は、下常温純水バルブ１１を閉じて、下面ノズル９に純水の吐出を終了させる。制御装置３は、純水ノズル２４が純水を吐出している期間の少なくとも一部において、下面ノズル９が純水を吐出するように、下常温純水バルブ１１を開閉する。
【００３３】
次に、凝固対象液の一例である冷水を基板Ｗの上面に供給する液膜形成工程（図２のステップＳ４）と、常温よりも低温の低温液の一例である冷水を基板Ｗの下面に供給する液体供給工程（図２のステップＳ４）と、が並行して行われる。
液膜形成工程に関しては、制御装置３は、液処理速度よりも小さい液膜形成速度（たとえば、１５０ｒｐｍ）で基板Ｗが回転するように、スピンモータ８を制御する。さらに、制御装置３は、冷水バルブ３０を開いて、処理位置に位置している純水ノズル２４に冷水の吐出を開始させる。冷水バルブ３０が開かれてから所定時間が経過すると、制御装置３は、冷水バルブ３０を閉じて、純水ノズル２４に純水の吐出を終了させる。その後、制御装置３は、純水ノズル２４を退避位置に移動させる。
【００３４】
液体供給工程に関しては、制御装置３は、上向き吐出口１４が第１流量で窒素ガスを吐出している状態で、下冷水バルブ１３を開いて、下面ノズル９に冷水の吐出を開始させる。下冷水バルブ１３が開かれてから所定時間が経過すると、制御装置３は、下冷水バルブを閉じて、下面ノズル９に純水の吐出を終了させる。制御装置３は、純水ノズル２４が純水を吐出している期間の少なくとも一部において、下面ノズル９が純水を吐出するように、下冷水バルブ１３を開閉する。
【００３５】
純水ノズル２４から吐出された冷水は、基板Ｗの上面全域に供給される。同様に、下面ノズル９から吐出された冷水は、基板Ｗの下面全域に供給される。これにより、基板Ｗが冷水によって冷却され、基板Ｗの温度が冷水の温度に近づく。また、純水ノズル２４から吐出された冷水は、基板Ｗの上面全域を覆う液膜を形成する。このときの冷水の液膜の厚みは、複数の要因（基板Ｗの回転速度、液体の表面張力、基板Ｗの表面状態（疎水性か否か）など）に依存する大きさに調整される。基板Ｗの上面全域を覆う冷水の液膜の厚みは、液膜の外周部よりも内側の領域において、たとえば、５０μｍである。
【００３６】
次に、凝固対象液の凝固点よりも低温の冷却ガスの一例である低温の窒素ガスを基板Ｗの上面に向けて吐出することにより、基板Ｗの上面を覆う純水の液膜を凍結させる凍結工程（図２のステップＳ５）と、常温の窒素ガスを基板Ｗの下面に供給することにより、基板Ｗの下面に付着している液体を蒸発させて基板Ｗの上面を覆う純水の液膜の凍結を促進し、あるいは補助する気体供給工程（図２のステップＳ５）と、が並行して行われる。
【００３７】
凍結工程に関しては、制御装置３は、液膜形成速度よりも小さい凍結速度（たとえば、５０ｒｐｍ）で基板Ｗが回転するように、スピンモータ８を制御する。さらに、制御装置３は、冷却ガスノズル３１が退避位置から処理位置に移動するように、冷却ガスノズル移動ユニット３３を制御する。その後、制御装置３は、冷却ガスバルブ３５を開いて、冷却ガスノズル３１に低温の窒素ガスの吐出を開始させる。そして、制御装置３は、冷却ガスノズル３１が低温の窒素ガスを基板Ｗの上面に向けて吐出している状態で、冷却ガスノズル３１を外方（回転軸線Ａ１から離れる方向）に移動させる。これにより、液膜の凍結部分が外方に広がり、液膜全体が凍る。制御装置３は、基板Ｗ上の液膜が凍結膜に変化した後、冷却ガスバルブ３５を閉じて、冷却ガスノズル３１に低温の窒素ガスの吐出を終了させる。その後、制御装置３は、冷却ガスノズル３１を退避位置に移動させる。
【００３８】
気体供給工程に関しては、制御装置３は、上向き吐出口１４からの窒素ガスの吐出流量が、第１流量よりも大きい第２流量（たとえば、１００Ｌ／ｍｉｎ）まで増加するように、下気体流量調整バルブ１８の開度を増加させる。そして、制御装置３は、冷却ガスノズル３１が低温の窒素ガスを吐出している期間中に、上向き吐出口１４からの窒素ガスの吐出流量の減少を開始させる。このとき、制御装置３は、上向き吐出口１４からの窒素ガスの吐出流量が第２流量から第１流量に減少するように、下気体流量調整バルブ１８の開度を減少させる。
【００３９】
窒素ガスの吐出流量の増加は、低温の窒素ガスの吐出が開始されるのと同時または低温の窒素ガスの吐出が開始される前に開始されることが好ましいが、低温の窒素ガスの吐出が開始された後に開始されてもよい。また、窒素ガスの吐出流量の減少は、冷却ガスノズル３１が低温の窒素ガスを吐出している期間中に終了されることが好ましいが、冷却ガスノズル３１が低温の窒素ガスを吐出している期間の後に終了されてもよい。
【００４０】
上向き吐出口１４から吐出された窒素ガスは、基板Ｗの下面に供給される。図３に示すように、基板Ｗの下面は、液体供給工程で供給された純水で濡れている。基板Ｗの下面の純水は、窒素ガスの供給によって蒸発が促進される。特に、上向き吐出口１４からの窒素ガスの吐出流量が第２流量に増加しているので、純水の蒸発がさらに促進される。基板Ｗは、基板Ｗの下面の純水が蒸発することにより冷却される。これにより、液膜の凍結によって形成された凍結膜の温度を低下させることができる。もしくは、より短時間で基板Ｗ上の液膜全体を凍結させることができる。このように基板Ｗの上面を覆う純水の液膜の凍結が促進され、あるいは補助される。
【００４１】
次に、凝固対象液の凝固点よりも高温の解凍液の一例である温水を基板Ｗの上面に向けて吐出することにより、基板Ｗ上の凍結膜を解凍して除去する凍結膜除去工程（図２のステップＳ６）が行われる。
具体的には、制御装置３は、凍結速度よりも大きい凍結膜除去速度（たとえば、２０００ｒｐｍ）で基板Ｗが回転するように、スピンモータ８を制御する。さらに、制御装置３は、上気体バルブ５１を開いて、遮断板３９の下向き吐出口４０に窒素ガスの吐出を開始させる。また、制御装置３は、遮断板３９が退避位置から処理位置に移動するように、遮断板昇降ユニット４３を制御する。その後、制御装置３は、上温水バルブ４６を開いて、上面ノズル４４に温水の吐出を開始させる。基板Ｗ上の凍結膜は、温水の供給によって解凍し、基板Ｗ上からその周囲に排出される。これにより、基板Ｗの上面全域が温水によって覆われる。上温水バルブ４６が開かれてから所定時間が経過すると、制御装置３は、上温水バルブ４６を閉じて、上面ノズル４４に温水の吐出を終了させる。
【００４２】
次に、リンス液の一例である常温の純水を基板Ｗの上面に供給する最終リンス液供給工程（図２のステップＳ７）が行われる。
具体的には、制御装置３は、凍結膜除去速度よりも小さい最終リンス速度（たとえば、５００ｒｐｍ）で基板Ｗが回転するように、スピンモータ８を制御する。その後、制御装置３は、遮断板３９が処理位置に位置している状態で、上リンス液バルブ４８を開いて、上面ノズル４４に常温の純水の吐出を開始させる。これにより、基板Ｗ上の純水の液膜が、上面ノズル４４から吐出された純水に置換され、基板Ｗの上面全域を覆う純水の液膜が形成される。上リンス液バルブ４８が開かれてから所定時間が経過すると、制御装置３は、上リンス液バルブ４８を閉じて、上面ノズル４４に純水の吐出を終了させる。
【００４３】
次に、基板Ｗの高速回転によって基板Ｗを乾燥させる乾燥工程（図２のステップＳ８）が行われる。
具体的には、制御装置３は、遮断板３９が基板Ｗの上面に近接しており、下向き吐出口４０が窒素ガスを吐出している状態で、最終リンス速度よりも大きい乾燥速度（たとえば、２５００ｒｐｍ）で基板Ｗが回転するように、スピンモータ８を制御する。これにより、大きな遠心力が基板Ｗに付着している液体に加わり、液体が基板Ｗからその周囲に振り切られる。そのため、液体が基板Ｗから除去され、基板Ｗが乾燥する。基板Ｗの高速回転が開始されてから所定時間が経過すると、制御装置３は、スピンモータ８に基板Ｗの回転を停止させる。
【００４４】
次に、基板Ｗを処理ユニット２から搬出する搬出工程（図２のステップＳ９）が行われる。
具体的には、制御装置３は、遮断板３９が退避位置に移動するように、遮断板昇降ユニット４３を制御する。さらに、制御装置３は、上気体バルブ５１および下気体バルブ１７を閉じて、下向き吐出口４０および上向き吐出口１４からの窒素ガスの吐出を終了させる。また、制御装置３は、複数のチャックピン７に基板Ｗの把持を解除させる。制御装置３は、この状態で、搬送ロボットのハンドをチャンバー４内に進入させる。そして、制御装置３は、搬送ロボットのハンドに複数のチャックピン７上の基板Ｗを保持させる。その後、制御装置３、搬送ロボットのハンドをチャンバー４内から退避させる。これにより、処理済みの基板Ｗがチャンバー４から搬出される。
【００４５】
以上のように本実施形態では、基板Ｗの上面を覆う液膜を凍結させる前に、液体が基板Ｗの下面に供給される。その後、図３に示すように、液膜を凍結させるのと並行して、蒸発促進ガスとしての気体が基板Ｗの下面に供給される。基板Ｗの下面が濡れているので、基板Ｗの下面に気体が供給されると、基板Ｗの下面の液体が蒸発し、基板Ｗの熱が気化熱として液体に吸収される。そのため、液膜を凍結させている期間中に基板Ｗが冷却される。これにより、基板Ｗの上面を覆う液膜を効率的に凍結させることができる。そのため、液膜の凍結によって形成された凍結膜の温度を低下させることができる。もしくは、より短時間で基板Ｗ上の液膜全体を凍結させることができる。パーティクル除去率は、凍結膜の温度が低いほど高まる。したがって、パーティクル除去率を高めることができる。また、液膜をより短時間で凍結させれば、冷却ガスの消費量を低減できるので、基板Ｗの処理に要するコストを低減できる。
【００４６】
また本実施形態では、液膜を凍結させている期間中に、大流量の気体が基板Ｗの下面に供給される。これにより、基板Ｗの下面の液体の蒸発がさらに促進される。これにより、基板Ｗの上面を覆う液膜を効率的に凍結させることができる。また、常に大流量で気体を供給するのではなく、気体の流量を一時的に増加させるので、気体の消費量の増加を抑えることができる。これにより、基板Ｗの処理に要するコストの増加を抑えることができる。
【００４７】
また本実施形態では、液膜を凍結させている期間中に、常温の気体が基板Ｗの下面に供給される。したがって、基板Ｗの下面に供給される気体の温度を調節しなくてもよい。そのため、気体の温度調節に要するコストを削減できる。これにより、基板Ｗの処理に要するコストを低減できる。
また本実施形態では、液体供給工程（ステップＳ４）において、常温よりも低温の液体が基板Ｗの下面に供給される。これにより、基板Ｗおよび液膜が冷却される。もしくは、基板Ｗおよび液膜の温度上昇が抑えられる。したがって、基板Ｗの上面を覆う液膜を効率的に凍結させることができる。
【００４８】
本発明の実施形態の説明は以上であるが、本発明は、前述の実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の範囲内において種々の変更が可能である。
たとえば、前述の実施形態では、液体供給工程において冷水（常温よりも低温の純水）を基板Ｗの下面に供給する場合について説明したが、水よりも揮発性が高い揮発性溶剤（たとえば、ＩＰＡ）を液体供給工程において基板Ｗの下面に供給してもよい。この場合、基板Ｗの下面に付着している液体が蒸発し易いので、基板Ｗを効率的に冷却することができる。また、冷水に代えて、常温の純水を基板Ｗの下面に供給してもよい。
【００４９】
また前述の実施形態では、気体供給工程において常温の窒素ガスを基板Ｗの下面に供給する場合について説明したが、常温よりも低温で、かつ基板Ｗの下面の液体の凝固点よりも高温の窒素ガスを基板Ｗの下面に供給してもよい。この場合、純水の蒸発によって基板Ｗが冷却されると共に、基板Ｗの下面に供給された窒素ガスによって基板Ｗが冷却されるので、凍結膜の温度をさらに低下させることができる。もしくは、より短時間で基板Ｗ上の液膜全体を凍結させることができる。
【００５０】
また前述の実施形態では、薬液がＳＣ−１である場合について説明したが、薬液は、硫酸、酢酸、硝酸、塩酸、フッ酸、アンモニア水、過酸化水素水、有機酸（たとえばクエン酸、蓚酸など）、有機アルカリ（たとえば、ＴＭＡＨ：テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドなど）、界面活性剤、腐食防止剤のうちの少なくとも１つを含む液であってもよい。
【００５１】
また前述の実施形態では、リンス液が純水である場合について説明したが、リンス液は、炭酸水、電解イオン水、水素水、オゾン水、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）、および希釈濃度（たとえば、１０〜１００ｐｐｍ程度）の塩酸水のいずれかであってもよい。ＩＰＡは、水よりも揮発性が高い揮発性溶剤の一例である。
また、前述の実施形態では、純水ノズル２４が、常温の純水と冷水とを吐出する場合について説明したが、凝固対象液の一例である冷水を吐出する専用のノズル（凝固対象液ノズル）が設けられていてもよい。この場合、凝固対象液ノズルは、専用のノズルアームに取り付けられていてもよいし、他のノズル用のノズルアームに取り付けられていてもよい。
【００５２】
また、前述の全ての実施形態のうちの２つ以上が組み合わされてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１        ：基板処理装置
３        ：制御装置（制御手段）
５        ：スピンチャック（基板保持手段）
９        ：下面ノズル（液体供給手段）
１１      ：下常温純水バルブ（液体供給手段）
１３      ：下冷水バルブ（液体供給手段）
１４      ：上向き吐出口（気体供給手段）
１７      ：下気体バルブ（気体供給手段）
１８      ：下気体流量調整バルブ（気体供給手段）
２４      ：純水ノズル（液膜形成手段）
２８      ：常温純水バルブ（液膜形成手段）
３０      ：冷水バルブ（液膜形成手段）
３１      ：冷却ガスノズル（凍結手段）
３５      ：冷却ガスバルブ（凍結手段）
３６      ：冷却ガス流量調整バルブ（凍結手段）
Ｗ        ：基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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