(57)【要約】【課題】基板上に液膜を形成してこれを凍結させ、該凍結膜を解凍することにより基板を処理する基板処理装置および基板処理方法において、冷却ガスの流路の詰まりを防止するとともに、凍結膜による基板へのダメージを防止する。【解決手段】略水平姿勢に保持された基板Ｗの上面に液体を供給して液膜を形成する液膜形成手段４１と、液膜を構成する液体の凝固点よりも低温の冷却ガスを液膜に対して吐出する冷却ガス吐出ノズル５１と、液膜が凍結してなる凍結膜に対して解凍液を吐出する解凍液吐出ノズル５２と、加熱された解凍液を配管を介して解凍液吐出ノズルに供給する解凍液供給手段と、退避位置に位置決めされた冷却ガス吐出ノズルおよび解凍液吐出ノズルからそれぞれ吐出される冷却ガスと解凍液とを受け入れて共通の流路に流通させる受け入れ手段５９とを備える。【選択図】図４
2015023046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を略水平姿勢に保持する基板保持手段と、
前記基板保持手段により保持された前記基板の上面に液体を供給して液膜を形成する液膜形成手段と、
前記基板保持手段に保持された前記基板の上面に対向する対向位置と前記基板の上面から側方に退避した退避位置との間で移動可能に構成され、前記液膜を構成する前記液体の凝固点よりも低温の冷却ガスを前記液膜に対して吐出する冷却ガス吐出ノズルと、
前記基板保持手段に保持された前記基板の上面に対向する対向位置と前記基板の上面から側方に退避した退避位置との間で移動可能に構成され、前記液膜が凍結してなる凍結膜に対して解凍液を吐出する解凍液吐出ノズルと、
加熱された前記解凍液を配管を介して前記解凍液吐出ノズルに供給する解凍液供給手段と、
それぞれの退避位置において前記冷却ガス吐出ノズルおよび前記解凍液吐出ノズルからそれぞれ吐出される前記冷却ガスと前記解凍液とを受け入れて共通の流路に流通させる受け入れ手段と
を備える基板処理装置。
【請求項２】
前記解凍液吐出ノズルは、退避位置において前記配管内の前記解凍液を前記受け入れ手段に対して吐出した後、前記基板上面との対向位置に移動して、前記基板に対して前記解凍液供給手段からの前記解凍液を吐出する請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記冷却ガス吐出ノズルは、退避位置において前記受け入れ手段に対し所定流量の前記冷却ガスを吐出する請求項１または２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記冷却ガス吐出ノズルおよび前記解凍液吐出ノズルを保持して一体的に移動させるノズル保持手段を備える請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記受け入れ手段は、上面に前記流路と連通する開口が設けられ前記開口に流入する流体を前記流路に案内する流体受け部を有し、それぞれの退避位置においては前記冷却ガス吐出ノズルおよび前記解凍液吐出ノズルがいずれも前記流体受け部の前記開口の上方に位置する請求項１ないし４のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項６】
基板を略水平姿勢に保持する保持工程と、
前記基板の上面に液体を供給して液膜を形成する液膜形成工程と、
前記基板の上面に対向位置決めした冷却ガス吐出ノズルから、前記液膜を構成する前記液体の凝固点よりも低温の冷却ガスを吐出させて前記液膜を凍結させる凍結工程と、
前記基板の上面に対向位置決めした解凍液吐出ノズルから、解凍液供給手段から配管を介して供給される加熱された前記解凍液を吐出させて前記液膜が凍結してなる凍結膜を解凍する解凍工程と
を備え、
前記凍結工程に先立って、前記基板の上面から側方に退避した退避位置に位置決めした前記冷却ガス吐出ノズルから前記冷却ガスを吐出させておく一方、前記解凍工程に先立って、前記基板の上面から側方に退避した退避位置に位置決めした前記解凍液吐出ノズルから前記配管内の前記解凍液を吐出させ、しかも、それぞれの退避位置において前記冷却ガス吐出ノズルおよび前記解凍液吐出ノズルからそれぞれ吐出される前記冷却ガスと前記解凍液とを共通の流路に流通させる
ことを特徴とする基板処理方法。
【請求項７】
前記解凍液供給手段から前記解凍液吐出ノズルに至る前記配管内の前記解凍液の全てを退避位置に位置決めした前記解凍液吐出ノズルから吐出させた後、前記解凍工程を実行する請求項６に記載の基板処理方法。
【請求項８】
前記液膜形成工程の実行中に、退避位置に位置決めした前記冷却ガス吐出ノズルから前記冷却ガスを吐出させる請求項６または７に記載の基板処理方法。
【請求項９】
前記冷却ガス吐出ノズルと前記解凍液吐出ノズルとを前記基板に対し一体的に移動させ、しかも、
退避位置に位置決めした前記解凍液吐出ノズルから所定量の前記解凍液を吐出させた後、前記冷却ガス吐出ノズルを前記基板上面との対向位置へ位置決めして前記凍結工程を実行し、さらに前記基板上面との対向位置へ位置決めした前記解凍液吐出ノズルにより前記解凍工程を実行する請求項６ないし８のいずれかに記載の基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板上に液膜を形成してこれを凍結させ、さらに該凍結膜を解凍することにより基板を処理する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】
基板に付着したパーティクル等の付着物を除去するための洗浄技術として、凍結洗浄技術が研究されている。この技術は、処理対象物である基板の表面に液膜を形成してこれを凍結させ、凍結膜を解凍除去することにより、液体が凍結する際の体積変化を利用して付着物を基板から剥離させるものである。この技術においては、付着物の除去効率をさらに向上させるための提案が従来よりなされている。
【０００３】
例えば特許文献１に記載の技術は、基板上面に沿って走査移動するノズルから基板上の液膜に低温の冷却ガスを供給することで液膜を凍結させるものである。この従来技術では、基板上から退避した待機位置に位置決めされた冷却ガス吐出ノズルから低流量の冷却ガスを継続的に吐出させておくことで、基板上の液膜に対して当初から十分に低温のガスを供給することができるようにしている。このときノズルから吐出されるガスについては排出経路に案内して回収することで、基板の周囲雰囲気内のミストが冷却ガスで冷やされることに起因するウォーターマークの発生を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２０４５５９号公報（例えば、図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術においては、処理に水等の液体が使用されることで基板周囲が高湿度雰囲気となっており、冷却ガスを排出する流路に入り込んだ液体成分が冷却ガスの流通により凍結し流路を詰まらせるおそれがある。また、液膜が凍結してなる凍結膜を解凍除去するに際しては常温のリンス液を基板に供給しているため、凍結膜が短時間で解凍されず、部分的に残った凍結膜が基板上を移動して基板にダメージを与えるおそれがある。しかしながら、上記従来技術ではこれらの問題への対応がなされていなかった。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板上に液膜を形成してこれを凍結させ、該凍結膜を解凍することにより基板を処理する基板処理装置および基板処理方法において、冷却ガスの流路の詰まりを防止するとともに、凍結膜による基板へのダメージを防止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】
【０００７】
この発明にかかる基板処理装置の一の態様は、上記目的を達成するため、基板を略水平姿勢に保持する基板保持手段と、前記基板保持手段により保持された前記基板の上面に液体を供給して液膜を形成する液膜形成手段と、前記基板保持手段に保持された前記基板の上面に対向する対向位置と前記基板の上面から側方に退避した退避位置との間で移動可能に構成され、前記液膜を構成する前記液体の凝固点よりも低温の冷却ガスを前記液膜に対して吐出する冷却ガス吐出ノズルと、前記基板保持手段に保持された前記基板の上面に対向する対向位置と前記基板の上面から側方に退避した退避位置との間で移動可能に構成され、前記液膜が凍結してなる凍結膜に対して解凍液を吐出する解凍液吐出ノズルと、加熱された前記解凍液を配管を介して前記解凍液吐出ノズルに供給する解凍液供給手段と、それぞれの退避位置において前記冷却ガス吐出ノズルおよび前記解凍液吐出ノズルからそれぞれ吐出される前記冷却ガスと前記解凍液とを受け入れて共通の流路に流通させる受け入れ手段とを備えている。
【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、基板を略水平姿勢に保持する保持工程と、前記基板の上面に液体を供給して液膜を形成する液膜形成工程と、前記基板の上面に対向位置決めした冷却ガス吐出ノズルから、前記液膜を構成する前記液体の凝固点よりも低温の冷却ガスを吐出させて前記液膜を凍結させる凍結工程と、前記基板の上面に対向位置決めした解凍液吐出ノズルから、解凍液供給手段から配管を介して供給される加熱された前記解凍液を吐出させて前記液膜が凍結してなる凍結膜を解凍する解凍工程とを備え、前記凍結工程に先立って、前記基板の上面から側方に退避した退避位置に位置決めした前記冷却ガス吐出ノズルから前記冷却ガスを吐出させておく一方、前記解凍工程に先立って、前記基板の上面から側方に退避した退避位置に位置決めした前記解凍液吐出ノズルから前記配管内の前記解凍液を吐出させ、しかも、それぞれの退避位置において前記冷却ガス吐出ノズルおよび前記解凍液吐出ノズルからそれぞれ吐出される前記冷却ガスと前記解凍液とを共通の流路に流通させる。
【０００９】
これらの発明では、解凍液供給手段から供給される加熱された解凍液を、基板上面との対向位置に位置決めされた解凍液吐出ノズルから凍結膜に対し吐出することで、凍結膜を短時間で解凍除去することができる。このとき、解凍液供給手段から解凍液吐出ノズルに至る配管内に温度の低下した解凍液が残存している可能性があり、このように温度の低下した解凍液が凍結膜に供給されると解凍の進行が遅滞し、部分的に残った凍結膜が基板にダメージを与えるおそれがある。本発明では、予め退避位置で配管内の解凍液を吐出させてから、解凍液吐出ノズルを基板上面との対向位置に位置決めし凍結膜への解凍液の供給を行うことが可能であり、これにより当初から十分に高温の解凍液を供給して凍結膜を急速に解凍することができるので、基板へのダメージを防止しながら処理を行うことが可能である。
【００１０】
一方、液膜を凍結させるための冷却ガスについても、液膜に向けた吐出に先立って退避位置にある冷却ガス吐出ノズルから吐出させておくことが可能であり、こうすることによって、冷却ガス吐出ノズルに至る流通経路内での冷却ガスの温度上昇を抑えて、当初から十分に低温の冷却ガスを液膜に供給して液膜を短時間で凍結させることができる。この場合、前述したように、退避位置において冷却ガス吐出ノズルから吐出される冷却ガスの流路が液体成分の凍結により詰まってしまうおそれがあるが、同じ流路に解凍液を流通させることで、このような流路の詰まりを防止または解消することが可能である。
【００１１】
このように、本発明では、退避位置において冷却ガス吐出ノズルから予め冷却ガスを吐出させておくことで基板上の液膜を短時間で凍結させることができる。また、退避位置において解凍液吐出ノズルから予め解凍液を吐出させておくことで、当初より高温の解凍液を凍結膜に供給して凍結膜を急速に解凍することができるので、部分的に残った凍結膜による基板へのダメージを防止することができる。そして、それぞれの退避位置において冷却ガス吐出ノズルおよび解凍液吐出ノズルから吐出される冷却ガスおよび解凍液を共通の流路に流通させることで、流路の詰まりをも防止することができる。
【００１２】
なお本発明において、冷却ガス吐出ノズルの「退避位置」と解凍液吐出ノズルの「退避位置」とが同一の位置を指し示すものではない。すなわち、冷却ガス吐出ノズルに対応する退避位置と、解凍液吐出ノズルに対応する退避位置とは、それぞれ個別に設定可能なものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、基板上の液膜に対し冷却ガスを吐出するのに先立って退避位置で冷却ガス吐出ノズルから冷却ガスを吐出させることで、液膜に対し当初より十分に低温の冷却ガスを供給して、液膜を短時間で凍結させることができる。また、凍結膜の解凍に先立って退避位置で解凍液吐出ノズルから解凍液を吐出させることで、配管内の温度が低下した解凍液を排出して、凍結膜に対し当初より十分に高温の解凍液を供給して、凍結膜を急速に解凍することができる。これにより、基板へのダメージが防止される。そして、退避位置において吐出される冷却ガスと解凍液とを共通の流路に流通させることで、流路内で液体が凍結することに起因する詰まりを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明にかかる基板処理装置の一実施形態を模式的に示す側面図である。
【図２】図１の基板処理装置の各ノズルの配置および移動態様を示す平面図である。
【図３】基板洗浄処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】基板洗浄処理における各部の動作を模式的に示す図である。
【図５】基板洗浄処理における各部の動作を模式的に示す図である。
【図６】解凍液の温度および流量と基板ダメージとの関係を示す図である。
【図７】高温ＤＩＷ吐出ノズルから吐出される解凍液の温度変化を示す図である。
【図８】この発明にかかる基板処理装置の第１の変形例の主要構成を示す図である。
【図９】この発明にかかる基板処理装置の第２の変形例の主要構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は本発明にかかる基板処理装置の一実施形態を模式的に示す側面図であり、図２は図１の基板処理装置の各ノズルの配置および移動態様を示す平面図である。この基板処理装置１は、半導体ウエハ等の基板Ｗの表面（パターン形成面）Ｗｆに付着しているパーティクル等の付着物を除去するための基板洗浄処理を実行可能な枚葉式の基板洗浄装置として機能する。より具体的には、この基板処理装置１は、基板Ｗの表面Ｗｆに液膜を形成してこれを凍結させた後に凍結膜を除去することで、基板Ｗに付着した付着物を凍結膜とともに除去する凍結洗浄処理を基板洗浄処理として実行する。
【００１６】
基板処理装置１は、基板Ｗに対して洗浄処理を施す処理空間ＳＰをその内部に有する処理チャンバー１０を備え、処理チャンバー１０内に基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗを略水平に保持して回転させるスピンチャック２０が配設されている。そして、スピンチャック２０に保持された基板Ｗに対して、後述する一連の基板処理が実行される。
【００１７】
処理チャンバー１０の上面の中央部には、処理チャンバー１０の内部の処理空間ＳＰへ清浄な気体を供給するＦＦＵ（ファンフィルタユニット：fun filter unit）１１が設けられている。ＦＦＵ１１は、ファン１１１によって処理チャンバー１０の外部雰囲気を取り込み、内蔵されたフィルタ（図示省略）により雰囲気中の微粒子等を捕集し清浄化した上で処理空間ＳＰ内へ供給する。したがって、処理空間ＳＰが清浄雰囲気に保たれるとともに、処理空間ＳＰの上方から下方へ向かう気流（ダウンフロー）が生成される。これにより、基板洗浄処理中に発生する液体の飛沫やミスト等は処理空間ＳＰの下方へ押し流され、これらが基板Ｗに付着することが抑制される。ＦＦＵ１１の動作はＦＦＵ制御部１４によって制御され、例えば、ＦＦＵ制御部１４がファン１１１の回転数を制御することで、ＦＦＵ１１を介して処理空間ＳＰに供給される気体の流量や流速を変化させることができる。
【００１８】
処理空間ＳＰ内に配設されたスピンチャック２０は、その上端部に円盤状のスピンベース２１を有している。スピンベース２１は基板Ｗと同等またはこれより少し大きい直径を有しており、その周縁部には、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２２が設けられている。チャックピン２２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の外周端面に当接して基板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２２が基板Ｗを下方および側方から保持することにより、基板Ｗはスピンベース２１の上面から離間した状態で略水平姿勢に保持される。チャック回転機構２３は、スピンベース２１を回転させることができるとともに、その回転速度を変更することができる。したがって、チャック回転機構２３がスピンベース２１を適当な回転速度で回転させることにより、基板Ｗをスピンベース２１の回転中心Ａ０を中心に所望の回転速度で回転させることができる。
【００１９】
処理チャンバー１０の内部には、スピンチャック２０に保持された基板Ｗに対して後述の各処理を実行するために、複数種類のノズル、すなわちフッ酸等の薬液を吐出する薬液吐出ノズル３１、ＤＩＷ（脱イオン水：deionized water）等のリンス液を吐出するリンス液吐出ノズル３２、低温のＤＩＷを吐出する低温ＤＩＷ吐出ノズル４１、低温の窒素ガスを吐出する冷却ガス吐出ノズル５１、および高温のＤＩＷを吐出する高温ＤＩＷ吐出ノズル５２が設けられている。以下、各ノズルに関わる構成について詳細に説明する。なお、以下の説明では、各ノズルを支持するアームと各ノズルに流体を供給する配管とを別体としているが、各配管はアーム内またはアームと一体的に設けられてもよい。
【００２０】
薬液吐出ノズル３１は、処理液供給部３８から供給される薬液を吐出することで、基板Ｗに対して薬液処理を行うことができる。また、リンス液吐出ノズル３２は、処理液供給部３８から供給されるリンス液を吐出することで、基板Ｗに対してリンス処理を行うことができる。
【００２１】
薬液吐出ノズル３１およびリンス液吐出ノズル３２は、略水平方向に一体移動可能に設けられている。具体的には、薬液吐出ノズル３１およびリンス液吐出ノズル３２は共通のノズル取付部３３を介して、それぞれ略水平方向に延設されたアーム３４、３５（図２）の先端部に取り付けられている。アーム３４、３５は略平行に設けられており、アーム３４、３５の基端部はともに略鉛直方向に延設された回動軸３６に接続されている。アーム回動機構３７が回動軸３６を回転中心Ａ１を中心に回転させることで、図２に示すように、薬液吐出ノズル３１およびリンス液吐出ノズル３２が、基板Ｗに対向する対向位置Ｐ１１と基板Ｗの上方から側方に退避した退避位置Ｐ１２との間で、回転中心Ａ１を中心に一体的に移動可能となっている。そして、対向位置Ｐ１１にある薬液吐出ノズル３１から下向きに薬液が吐出されることで基板表面Ｗｆに対して薬液処理が実行され、対向位置Ｐ１１にあるリンス液吐出ノズル３２から下向きにリンス液が吐出されることで基板表面Ｗｆに対してリンス処理が実行される。なお、薬液吐出ノズル３１およびリンス液吐出ノズル３２は、基板Ｗと対向する任意の位置に位置決め可能であり、図２に示す対向位置Ｐ１１はその一例を示すものである。
【００２２】
低温ＤＩＷ吐出ノズル４１には、ＤＩＷ供給部９１から供給される常温のＤＩＷを熱交換器９２で冷却して生成された低温のＤＩＷ（以下、「低温ＤＩＷ」と称する）が配管４１１を介して供給される。そして、低温ＤＩＷ吐出ノズル４１から吐出された低温ＤＩＷが基板表面Ｗｆに供給されることで、基板表面Ｗｆに低温ＤＩＷからなる液膜を形成することができる。
【００２３】
低温ＤＩＷ吐出ノズル４１は、スピンチャック２０により保持された基板Ｗの上方から側方に外れた位置、より具体的には後述するスプラッシュガード６０のポート６１の上面部６１２の上方位置にて支持部材４２（図２）により固定支持されている。低温ＤＩＷ吐出ノズル４１の固定位置は、上述した可動式の薬液吐出ノズル３１やリンス液吐出ノズル３２、および後述する可動式の冷却ガス吐出ノズル５１や高温ＤＩＷ吐出ノズル５２、さらにはこれらのノズルを支持するアーム３４、３５、５３、５４の移動軌跡とは交差しない位置となっている。
【００２４】
低温ＤＩＷ吐出ノズル４１は、その吐出口４１ａが基板Ｗの回転中心Ａ０の方向に向けて配設されている。低温ＤＩＷ吐出ノズル４１の下方には、吐出口４１ａから落下する低温ＤＩＷを受けるための受け部材４３が設けられている。より詳細には、受け部材４３は上部が開口した凹状となっており、吐出口４１ａから落下する低温ＤＩＷは受け部材４３で受け止められる。そして、受け部材４３によって受け止められた低温ＤＩＷは、配管４３１を介して処理チャンバ１０外へ排出され、気液回収部４５にて回収される。
【００２５】
低温ＤＩＷ吐出ノズル４１からの低温ＤＩＷの吐出流量は変更可能となっており、吐出口４１ａから吐出された低温ＤＩＷが基板表面Ｗｆに到達する程度の比較的多い流量（以下、「液膜形成用流量」と称する）とした場合には、基板表面Ｗｆの略中心に低温ＤＩＷが供給されて、基板表面Ｗｆに低温ＤＩＷからなる液膜を形成する液膜形成処理が実行される。一方、低温ＤＩＷの吐出流量を液膜形成用流量よりも少なく、吐出口４１ａから吐出された低温ＤＩＷが基板表面Ｗｆに到達せずに全て受け部材４３に落下するような流量（以下、「スローリーク用流量」と称する）とすることで、低温ＤＩＷを基板表面Ｗｆに供給しない態様で吐出口４１ａから吐出するスローリーク処理を実行することができる。スローリーク処理を液膜形成処理前に実行することで、熱交換器９２から低温ＤＩＷ吐出ノズル４１に至る配管４１１内および低温ＤＩＷ吐出ノズル４１内で低温ＤＩＷが滞留して温度が上昇することを抑制し、液膜形成処理の初期から十分に低温のＤＩＷを基板表面Ｗｆに供給することができる。なお、低温ＤＩＷの液温については、液膜を短時間で凍結させることを可能にするために、ＤＩＷの凝固点よりもわずかに高い温度としておくことが好ましい。
【００２６】
冷却ガス吐出ノズル５１は、窒素ガス供給部５７から供給される窒素ガスを熱交換器５８で冷却して生成された低温の窒素ガス（以下、「冷却ガス」と称する）を吐出する。冷却ガスはＤＩＷの凝固点よりも低温に冷却されており、基板表面Ｗｆに形成した液膜に向けて冷却ガスを吐出することで、液膜を凍結させて凍結膜を形成する凍結処理を実行することができる。また、高温ＤＩＷ吐出ノズル５２には、ＤＩＷ供給部９１から供給される常温のＤＩＷを加熱器９３で加熱して生成された高温のＤＩＷ（以下、「高温ＤＩＷ」と称する）が配管５２１を介して供給される。そして、基板表面Ｗｆに形成された凍結膜に向けて高温ＤＩＷを吐出することで、凍結膜を解凍する解凍処理を実行することができる。
【００２７】
冷却ガス吐出ノズル５１および高温ＤＩＷ吐出ノズル５２は、略水平方向に一体移動可能に設けられている。具体的には、冷却ガス吐出ノズル５１は略水平方向に延設されたアーム５３の先端部に取り付けられており、アーム５３の基端部が略鉛直方向に延設された回動軸５５に接続されている。また、高温ＤＩＷ吐出ノズル５２はアーム５３と略平行に延設されたアーム５４の先端部に取り付けられており、アーム５４の基端部はアーム５３と同様に回動軸５５に接続されている。アーム回動機構５６が回動軸５５を回転中心Ａ２を中心に回転させることで、図２に示すように、冷却ガス吐出ノズル５１および高温ＤＩＷ吐出ノズル５２が、基板Ｗに対向する対向位置Ｐ２１と基板Ｗの上方から側方に退避した退避位置Ｐ２２との間で、回転中心Ａ２を中心に一体的に移動可能となっている。なお、冷却ガス吐出ノズル５１および高温ＤＩＷ吐出ノズル５２は、基板Ｗと対向する任意の位置に位置決め可能であり、図２に示す対向位置Ｐ２１はその一例を示すものである。
【００２８】
凍結処理の際には、冷却ガス吐出ノズル５１が液膜形成後の基板Ｗの周縁部の上方と基板Ｗの中心近傍の上方との間を移動しつつ下向きに冷却ガスを吐出することで液膜が凍結する。その後、高温ＤＩＷ吐出ノズル５２が基板Ｗの略中心の上方に位置決めされた状態で下向きに高温ＤＩＷを吐出することで解凍処理が実行される。このように高温ＤＩＷが基板上の液膜が凍結してなる凍結膜に供給されることで、凍結膜を短時間で解凍することができる。また、冷却ガス吐出ノズル５１と高温ＤＩＷ吐出ノズル５２とが一体的に移動することで、液膜の凍結から解凍に至る処理時間を短くすることができる。
【００２９】
冷却ガス吐出ノズル５１からの冷却ガスの吐出流量は、必要に応じて変更可能となっている。凍結処理の際には、吐出流量を比較的多い流量（以下、「凍結用流量」と称する）とすることで、基板表面Ｗｆに形成された液膜に多量の冷却ガスを供給して液膜を凍結させる。一方、冷却ガスの吐出流量を、凍結用流量よりも少ない流量（以下、「スローリーク用流量」と称する）とすることで、冷却ガス吐出ノズル５１から低流量の冷却ガスを吐出するスローリーク処理を実行することができる。スローリーク処理を凍結処理前に実行することで、熱交換器５８から冷却ガス吐出ノズル５１に至る配管５１１内および冷却ガス吐出ノズル５１内で冷却ガスが滞留して温度が上昇することを抑制し、凍結処理の初期から十分に低温の冷却ガスを液膜に供給して、速やかに液膜を凍結させることができる。
【００３０】
ここで、スローリーク処理の際に冷却ガス吐出ノズル５１から吐出された冷却ガスが、基板表面Ｗｆに存在している薬液やリンス液等の処理液の一部を部分的に凍結させてしまうと、これらの凍結片により基板表面Ｗｆに形成されているパターンがダメージを受けるおそれがある。また、処理空間ＳＰ内に放出された冷却ガスにより雰囲気中の水蒸気が凝結し基板Ｗに付着するおそれがある。そのため、スローリーク処理において冷却ガス吐出ノズル５１から吐出される冷却ガスを回収する必要がある。この目的のために、退避位置Ｐ２２に位置決めされた冷却ガス吐出ノズル５１の下方には、スローリーク処理で吐出される冷却ガスを受け入れる受入部材５９が設けられている。受入部材５９は上部が開口した凹状となっており、開口を通じて受入部材５９に流入する冷却ガスは、配管５９１を介して受入部材５９と接続されている気液回収部４５にて回収される。
【００３１】
なお、受入部材５９は、退避位置Ｐ２２に位置決めされた高温ＤＩＷ吐出ノズル５２から吐出される高温ＤＩＷも受け入れることができるように配設されている。具体的には、受入部材５９の上部に設けられた開口が、退避位置Ｐ２２に位置決めされた高温ＤＩＷ吐出ノズル５２の直下位置を含むように設けられている。後述するように、退避位置Ｐ２２にある高温ＤＩＷ吐出ノズル５２から高温ＤＩＷを吐出するプリディスペンスを実行すると、吐出された高温ＤＩＷは受入部材５９に流入し、冷却ガスと同じ配管５９１を介して気液回収部４５にて回収される。プリディスペンスは、加熱器９３から高温ＤＩＷ吐出ノズル５２に至る配管５２１内および高温ＤＩＷ吐出ノズル５２内で滞留して温度が低下した高温ＤＩＷを予め排出しておくことで、解凍処理の初期から十分に高温のＤＩＷを凍結膜に供給して速やかに凍結膜を解凍するために行われる。
【００３２】
また、基板処理装置１には、スピンチャック２０の側方周囲を取り囲むように、基板Ｗに供給されて落下する液体を受け止めるためのスプラッシュガード６０が設けられている。より詳しくは、スプラッシュガード６０は、スピンベース２１を取り囲んで設けられ基板Ｗから振り切られる液滴を受け止めるポート６１と、ポート６１の内側面に沿って流下する液体を受けるカップ６２と、ポート６１およびカップ６２を内部に収容する排気リング６３とを備えている。スピンチャック２０はこれらの各部材により囲まれた内部空間に配置されている。
【００３３】
ポート６１の側壁６１１は基板回転中心Ａ０と略同軸の円筒状に、また上面部６１２は内側に向けてせり出す鍔状に形成されている。換言すると、上面部６１２は側壁６１１の上端部から中央に向かってわずかに上方に延びており、中央部分にはスピンベース２１の直径よりわずかに大きい開口径を有する回転中心Ａ０と略同軸の開口６１３が設けられている。ポート６１はポート昇降機構６４により昇降可能となっており、図１に実線で示す下位置では開口面がスピンベース２１の上面よりわずかに下がった位置となって基板Ｗの側面を処理空間ＳＰ内に露出させる。一方、図１に点線で示す上位置では、開口面がスピンベース２１に保持された基板Ｗの上面よりも上方に位置し、これにより基板Ｗの側面がポート６１の側壁６１１に囲まれる。基板Ｗに各種の処理液が供給されるときには、ポート６１が上位置に位置決めされて基板Ｗの周縁部から振り切られる液体を受け止める。ポート６１の内壁面に沿って流下する液体は、ポート６１の側壁６１１の下方に設けられて上部が開口するカップ６２に落下し、カップ６２から廃液回収部６５に回収される。
【００３４】
ポート６１およびカップ６２により形成される内部空間には高濃度の薬液蒸気が充満するため、これを排気するために排気リング６３が設けられている。排気リング６３はポート６１およびカップ６２を取り囲むように配置され、排気リング６３の下方には処理チャンバー１０の外部まで延びる排気管１２が連通している。排気管１２は排気ポンプ１３に接続されており、排気リング６３内の気体が排気ポンプ１３により排気される。したがって、ポート６１上部の開口６１３から処理空間ＳＰ内の清浄雰囲気が取り込まれ、ポート６１とカップ６２との隙間を通って排気リング６３を介し外部へ流れ出す気流が生成される。これにより、スプラッシュガード６０の内部空間に発生する薬液蒸気やミスト等が処理空間ＳＰに流れ出すことが抑制される。
【００３５】
以上のように構成された基板処理装置１を用いて実行される基板洗浄処理の流れについて説明する。図３は基板洗浄処理の一例を示すフローチャートであり、図４および図５は基板洗浄処理における各部の動作を模式的に示す図である。基板処理装置１では、処理チャンバー１０内に搬入された未処理の基板Ｗが、その表面Ｗｆを上方に向けた状態でスピンチャック２０により保持されて洗浄処理が実行される。また、洗浄処理中は、チャック回転機構２３がスピンベース２１とともに基板Ｗを各処理に応じた所定の回転速度で適宜回転させる。スプラッシュガード６０のポート６１は上位置に位置決めされる。
【００３６】
洗浄処理が開始されると、まず低温ＤＩＷ吐出ノズル４１の吐出口４１ａからスローリーク用流量（例えば０．１Ｌ／ｍｉｎ）で低温ＤＩＷを吐出するスローリーク処理、および退避位置Ｐ２２にある冷却ガス吐出ノズル５１からスローリーク用流量（例えば１０Ｌ／ｍｉｎ）で冷却ガスを吐出するスローリーク処理が開始される（ステップＳ１０１、図４（ａ））。低温ＤＩＷのスローリーク処理を実行している間、低温ＤＩＷ吐出ノズル４１の吐出口４１ａから比較的低流量で吐出された低温ＤＩＷは、基板Ｗまで到達せずに受け部材４３によって受け止められ、最終的に気液回収部４５で回収される。同様に、冷却ガスのスローリーク処理を実行している間、冷却ガス吐出ノズル５１から吐出された冷却ガスは受入部材５９に流入し、最終的に気液回収部４５で回収される。
【００３７】
低温ＤＩＷおよび冷却ガスをそれぞれのスローリーク用流量で吐出させたまま、続いてチャック回転機構２３により基板Ｗを例えば８００ｒｐｍで回転させた状態で、薬液処理およびリンス処理が実行される（ステップＳ１０２、１０３）。まず、アーム回動機構３７によって基板Ｗの略中心の上方に位置決めされた薬液吐出ノズル３１から基板表面Ｗｆへ向けて薬液を吐出することで薬液処理が実行される。薬液処理が終わると、引き続き、アーム回動機構３７によって基板Ｗの略中心の上方に位置決めされたリンス液吐出ノズル３２から基板表面Ｗｆへ向けてリンス液を吐出してリンス処理が実行される。
【００３８】
リンス処理が終わると、チャック回転機構２３により基板Ｗの回転速度を例えば１５０ｒｐｍに低下させるとともに、低温ＤＩＷ吐出ノズル４１の吐出口４１ａからの低温ＤＩＷの吐出流量をスローリーク流量から液膜形成用流量（例えば１．５Ｌ／ｍｉｎ）に増加させて液膜形成処理を実行する（ステップＳ１０４、図４（ｂ））。低温ＤＩＷの吐出流量を液膜形成用流量に増加させることで、低温ＤＩＷ吐出ノズル４１の吐出口４１ａから吐出される低温ＤＩＷを基板表面Ｗｆの中央部に到達させて、基板表面Ｗｆに低温ＤＩＷを供給し液膜ＬＰを形成する。
【００３９】
そして、基板表面Ｗｆに供給された低温ＤＩＷが遠心力により基板Ｗの中央部から周辺部へと広がり、低温ＤＩＷからなる液膜ＬＰの形成範囲が拡大する。このとき、基板Ｗの回転速度を低下させていることで、基板表面Ｗｆに供給された低温ＤＩＷが過度の遠心力によって基板表面Ｗｆから振り切られることを抑制し、効率的に液膜ＬＰを形成することができる。基板表面Ｗｆの全面に液膜ＬＰが形成されて液膜形成処理が完了すると、低温ＤＩＷの吐出流量をスローリーク用流量に戻して、スローリーク処理を再開する（ステップＳ１０５）。このように、液膜形成処理の実行時以外に低温ＤＩＷのスローリーク処理を実行しておくことで、低温ＤＩＷ吐出ノズル４１に至る配管４１１内および低温ＤＩＷ吐出ノズル４１内で低温ＤＩＷが滞留して暖められることを抑制し、液膜形成処理の初期から温度上昇が抑制された十分に低温のＤＩＷを供給することができる。
【００４０】
液膜形成処理が終了するよりも前に、並行して退避位置Ｐ２２にある高温ＤＩＷ吐出ノズル５２から所定量の高温ＤＩＷを吐出するプリディスペンスを行う（ステップＳ１２１、図４（ｂ））。このプリディスペンスは、加熱器９３から高温ＤＩＷ吐出ノズル５２へと至る配管５２１内において滞留して周辺雰囲気により冷やされた高温ＤＩＷを配管５２１内から排出する処理である。プリディスペンスを行うことで、後の解凍処理では高温ＤＩＷ吐出ノズル５２から当初より十分に高温のＤＩＷが吐出される。プリディスペンスにおけるＤＩＷの排出量は、加熱器９３よりも下流側の配管５２１および高温ＤＩＷ吐出ノズル５２の内容積以上とされる。なお、プリディスペンスにより高温ＤＩＷ吐出ノズル５２から吐出された高温ＤＩＷは受入部材５９によって受けられ、最終的に気液回収部４５で回収される。
【００４１】
プリディスペンスを終えると、アーム回動機構５６が冷却ガス吐出ノズル５１を退避位置Ｐ２２から基板Ｗの中心近傍上方に向けて移動させる。そして、液膜形成処理が終了した時点、換言すると低温ＤＩＷ吐出ノズル４１からの吐出流量が液膜形成用流量からスローリーク用流量に戻されて基板表面Ｗｆへの低温ＤＩＷの供給がなくなった時点において、ポート６１を下位置へ移動させて基板Ｗを露出させるとともに、冷却ガス吐出ノズル５１を基板Ｗの中心近傍に対向させた状態とする（ステップＳ１２２、図４（ｃ））。液膜形成と並行して冷却ガス吐出ノズル５１の移動を行うことで、基板表面Ｗｆの全面に液膜ＬＰが形成された後、直ちに冷却ガス吐出ノズル５１から液膜ＬＰに向けて冷却ガスを吐出することができる。これにより液膜ＬＰの温度上昇を抑制するとともに、処理時間の短縮を図ることができる。
【００４２】
なお、ステップＳ１２２にて冷却ガス吐出ノズル５１の移動を開始する際には、冷却ガスの吐出流量をスローリーク流量から凍結用流量（例えば９０Ｌ／ｍｉｎ）へと増加させる。こうすることで、冷却ガス吐出ノズル５１が退避位置Ｐ２２から基板Ｗの中心近傍上方へ向けて移動している過程においても、液膜ＬＰに凍結用流量の冷却ガスを供給することができ、液膜ＬＰの冷却を行うことができる。また、冷却ガス吐出ノズル５１を移動し始めるまでは冷却ガスのスローリーク処理が行われているので、凍結用流量で吐出される冷却ガスを最初から十分に低温とすることができる。
【００４３】
冷却ガス吐出ノズル５１が基板Ｗの中心近くまで到達すると、チャック回転機構２３により基板Ｗを回転速度を例えば５０ｒｐｍに低下させる。そして、当該回転速度で基板Ｗを回転させた状態で、アーム回動機構５６が冷却ガス吐出ノズル５１を基板Ｗの上面に沿って基板Ｗの中心近傍上方から基板Ｗの周縁部上方に向けて移動させ、その間、冷却ガス吐出ノズル５１は基板表面Ｗｆの液膜ＬＰへ向けて凍結用流量で冷却ガスを吐出する。こうして、液膜ＬＰを凍結させて凍結膜ＦＬを形成する凍結処理が実行される（ステップＳ１０６、図５（ａ））。液膜ＬＰは、冷却ガス吐出ノズル５１の移動に伴い基板中心から周縁部に向けて順次凍結し、最終的に基板表面Ｗｆ全体に凍結膜ＦＬが形成される。冷却ガス吐出ノズル５１が基板周縁部まで到達すると、冷却ガスの吐出が停止され（ステップＳ１０７）、スプラッシュガード６０のポート６１は上位置に戻される。
【００４４】
次に、アーム回動機構５６が高温ＤＩＷ吐出ノズル５２を基板Ｗの略中心上方に位置決めし、高温ＤＩＷ吐出ノズル５２から基板表面Ｗｆの凍結膜ＦＬへ向けて高温ＤＩＷを吐出する。これにより凍結膜を高温ＤＩＷにより解凍する解凍処理が実行される（ステップＳ１０８、図５（ｂ））。なお、解凍処理では、チャック回転機構２３により基板Ｗの回転速度を例えば２０００ｒｐｍに増大させることで、解凍された凍結膜を付着物とともに基板表面Ｗｆから大きな遠心力で除去することができる。退避位置Ｐ２２において予めプリディスペンスが行われているため、高温ＤＩＷ吐出ノズル５２から当初より高温のＤＩＷを吐出することが可能である。解凍処理が終わると、高温ＤＩＷ吐出ノズル５２からの高温ＤＩＷの吐出を停止し（ステップＳ１０９）、アーム回動機構５６により冷却ガス吐出ノズル５１を退避位置Ｐ２２に退避させてから、冷却ガスのスローリーク処理を再開する（ステップＳ１１０）。
【００４５】
その後、アーム回動機構３７により、リンス液吐出ノズル３２を退避位置Ｐ１２から対向位置Ｐ１１へ移動させる。そして、基板Ｗの略中心上方に位置決めされたリンス液吐出ノズル３２から基板表面Ｗｆへ向けてリンス液を吐出してリンス処理が実行される（ステップＳ１１１）。最後に、基板Ｗへのリンス液の供給を停止してからリンス液吐出ノズル３２を退避位置Ｐ１２に退避させた後、チャック回転機構２３により基板Ｗの回転速度を例えば２５００ｒｐｍに増大させてスピン乾燥を実行することで（ステップＳ１１２）、一連の洗浄処理が終了する。
【００４６】
以上のように、この実施形態では、洗浄対象たる基板Ｗの表面Ｗｆに液膜を形成してこれを凍結させ、凍結膜を解凍除去することにより、基板Ｗに付着するパーティクル等の付着物を除去する。処理のスループットを向上させるために、この実施形態では、
（１）基板Ｗに低温ＤＩＷを供給して液膜を形成する、
（２）低温ＤＩＷの供給終了時点で、冷却ガス吐出ノズル５１を基板Ｗ上の対向位置に配置しておく、
（３）凍結膜に対して高温ＤＩＷを供給することで、凍結膜を急速に解凍する、
（４）低温ＤＩＷ、冷却ガス、高温ＤＩＷの各流体については、基板Ｗへの供給に先立ってノズルから吐出させておくことで、吐出の初期段階から所望温度の流体が吐出されるようにする、
との構成を採っている。このうち（３）の構成は、単に洗浄処理のスループットを向上させるためだけではなく、以下に説明するように良好な洗浄結果を得ることにも寄与している。
【００４７】
図６は解凍液の温度および流量と洗浄後の基板に残るダメージとの関係を示す図である。より詳しくは、基板Ｗに形成した液膜を凍結させた後、該凍結膜に供給する解凍液としてのＤＩＷの液温および流量を変化させたときの、洗浄後に基板Ｗに残るダメージの個数を計測した結果の例を示す図である。図から明らかなように、同じ流量では液温が２５℃のときよりも８０℃のときの方がダメージが少なく、また同じ液温では流量が多い方がダメージが少なかった。
【００４８】
本願発明者らの知見によると、このようなダメージは、基板Ｗ上で部分的に解凍された凝固膜の断片が解凍液とともに基板Ｗに沿って流れるときに基板表面Ｗｆを摺擦することによって生じるものと考えられる。すなわち、基板Ｗに供給される解凍液の温度が低いあるいは流量が小さいときには、基板Ｗ上の凍結膜の全体を解凍するだけの熱量を凝固膜に与えることができず、部分的に残った凝固膜の断片が基板表面Ｗｆを摺擦しながら移動することで基板表面Ｗｆにダメージを与える。これに対し、解凍液の液温が高温であるか、また流量が十分に大きいときには、凝固膜が一気に解凍されるため、その断片による基板Ｗのダメージが抑制される。このため、この実施形態では、基板Ｗ上の液膜が凍結してなる凍結膜を除去するための解凍液として、約８０℃の高温ＤＩＷを用いている。
【００４９】
高温ＤＩＷは、ＤＩＷ供給部９１から供給される常温のＤＩＷが加熱器９３により加熱されることにより生成される。加熱器９３から送出される高温ＤＩＷは、解凍処理において、配管５２１を経由して高温ＤＩＷ吐出ノズル５２から基板Ｗに向けて吐出される。基板Ｗへの吐出を開始する前、配管５２１および高温ＤＩＷ吐出ノズル５２の内部には滞留して温度の低下した解凍液が残留している。このように温度の低下した解凍液が解凍処理の初期に基板Ｗ上の凍結膜に供給されてしまうと、上記したように凍結膜の不十分な解凍に起因するダメージが基板に発生するおそれがある。
【００５０】
この問題を解消するために、この実施形態では、高温ＤＩＷ吐出ノズル５２を基板Ｗとの対向位置に位置決めし解凍液を吐出させて解凍処理を行うのに先立って、退避位置Ｐ２２にある高温ＤＩＷ吐出ノズル５２から所定量の解凍液を排出するプリディスペンスを行う（図３のステップＳ１２１）。こうすることで、配管５２１から高温ＤＩＷ吐出ノズル５２に至る流通経路の内部で滞留し温度の低下した解凍液を予め排出して、流通経路内の液体を新たに加熱器９３から送出された高温ＤＩＷに置換することができる。そのため、高温ＤＩＷ吐出ノズル５２を基板Ｗの中心上方に位置させて解凍処理を行うとき、その初期段階から十分な熱量を有する高温ＤＩＷを基板Ｗ上の凍結膜に対して供給することができる。これにより、基板Ｗ上の凍結膜は短時間で一気に解凍され、解凍されずに残った凍結膜の断片が基板Ｗにダメージを与えることが防止される。
【００５１】
プリディスペンスにおいて排出される解凍液の量（体積）は、加熱器９３から高温ＤＩＷ吐出ノズル５２に至る解凍液の流通経路の内容積以上とされる。これにより、流通経路内に残留していた温度の低下した解凍液は全て排出され、新たに加熱器９３から送出された高温ＤＩＷによって全て置換される。
【００５２】
低温ＤＩＷ吐出ノズル４１または冷却ガス吐出ノズル５１においては、低流量の低温ＤＩＷまたは冷却ガスを常時ノズルから吐出させるスローリーク処理を実行しておくことで、これらのノズルから吐出される流体の温度上昇を抑制することが可能である。一方、高温ＤＩＷ吐出ノズル５２については、冷却ガス吐出ノズル５１から冷却ガスを吐出して基板Ｗ上の液膜を凍結させる間、高温ＤＩＷ吐出ノズル５２からの解凍液の吐出を停止させておく必要がある。例えば高温ＤＩＷ吐出ノズル５２を退避位置Ｐ２２から基板Ｗの回転中心Ａ０の直上へ移動させる際など、解凍処理の実行時以外にも高温ＤＩＷが吐出されていると、凍結膜を部分的に融解させてダメージの原因となったり、凍結洗浄の効果が損なわれるなどのおそれがあるからである。また、基板Ｗおよびその周辺部材の温度を上昇させてしまい、処理に要する時間を増大させてしまう可能性がある。
【００５３】
これらの問題に鑑み、この実施形態のプリディスペンスでは、凍結処理を実行するために冷却ガス吐出ノズル５１とともに高温ＤＩＷ吐出ノズル５２を退避位置Ｐ２２から基板Ｗとの対向位置へ移動させる直前に、配管５２１および高温ＤＩＷ吐出ノズル５２内に残留する解凍液を排出する。凍結処理、つまり冷却ガス吐出ノズル５１による基板Ｗの走査に要する時間は数秒程度であり、その後に高温ＤＩＷ吐出ノズル５２が基板Ｗの回転中心Ａ０に位置決めされ解凍液の吐出が開始されるまでの時間を含めても、この間の解凍液の温度低下は僅かである。冷却ガス吐出ノズル５１と高温ＤＩＷ吐出ノズル５２とを近接配置し一体的に移動するように構成することで、凍結処理から解凍処理に移行する時間も短くすることができる。また、凍結処理実行前の液膜形成処理の実行中にプリディスペンスを行っておけば、液膜形成処理から凍結処理に移行する時間も短くすることができる。
【００５４】
図７は高温ＤＩＷ吐出ノズルから吐出される解凍液の温度変化を示す図である。より詳しくは、高温ＤＩＷ吐出ノズル５２から吐出された直後の解凍液の温度を、プリディスペンスを行った場合と行っていない場合とでそれぞれ実測した結果の例を示す図である。なお、解凍液の吐出よりも前においては周囲雰囲気の温度が検出されている。図７に実線で示すように、予めプリディスペンスを行っている場合には、吐出開始直後から７０℃〜８０℃程度の高温の解凍液が高温ＤＩＷ吐出ノズル５２から吐出される。その後、時間とともに解凍液の温度が低下するが、これは加熱器９３内に留まる時間が短く十分な熱量を受け取っていないＤＩＷが吐出されるためと考えられる。
【００５５】
なお、基板Ｗへのダメージ等、解凍液の熱量不足が問題となるのは解凍液の吐出開始直後の僅かな期間（例えば数秒間）であり、この期間に十分な熱量を有する高温の解凍液が吐出されれば足りる。したがって、吐出開始直後の液温が最も重要であり、吐出開始から時間が経過してからの温度低下は問題とならない。
【００５６】
一方、図７に点線で示すように、プリディスペンスを行わずに高温ＤＩＷ吐出ノズル５２から解凍液を吐出させた場合、吐出開始直後には常温付近まで温度の低下した解凍液が吐出され、その後液温が次第に上昇するが、最高温度は６０℃程度に留まっている。このように、プリディスペンスを行うことで吐出開始直後から高温の解凍液を基板Ｗ上の凍結膜に供給することができ、凍結膜を短時間で急速に解凍して、基板Ｗへのダメージを効果的に抑制することが可能となる。
【００５７】
ところで、図２および図４（ｂ）に示したように、退避位置Ｐ２２にある高温ＤＩＷ吐出ノズル５２からプリディスペンスのために吐出される解凍液は、該ノズルの下方に設けられた受入部材５９に流入する。この受入部材５９は、冷却ガス吐出ノズル５１からスローリーク処理のために吐出される冷却ガスを気液回収部４５に回収する機能も有するものである。このように、冷却ガス吐出ノズル５１からスローリーク処理のために吐出される冷却ガスと、高温ＤＩＷ吐出ノズル５２からプリディスペンスのために吐出される解凍液とを同一の回収経路で回収する構成とした理由について説明する。
【００５８】
受入部材５９から配管５９１を介して気液回収部４５に至る回収経路内には、スローリーク処理のために冷却ガス吐出ノズル５１から吐出される冷却ガスの他、処理空間ＳＰ内の高湿度雰囲気も流入する。このような高湿度雰囲気が冷却ガスにより冷却され、回収経路内に結露や霜が生じて回収経路を詰まらせることがあり得る。この問題に対して本実施形態では、比較的高温の液体である解凍液を回収経路に流入させることで霜の付着を解消し、回収経路の詰まりを防止する。
【００５９】
プリディスペンスのために高温ＤＩＷ吐出ノズル５２から吐出される解凍液をこの目的に利用することで、単に廃棄されるだけの解凍液が有効に再利用され、また回収経路から霜を除去するための装備を別途設けたり、処理液等を消費する必要もない。プリディスペンスにおける解凍液の排出量を、加熱器９３から新たに送出された高温ＤＩＷの一部が受入部材５９に到達する程度の量とすれば、高温の解凍液が受入部材５９に流入することで霜の除去をより確実に行うことができる。気液回収部４５に回収された冷却ガス（窒素ガス）および解凍液（ＤＩＷ）は、図示しない公知の気液分離手段によって気体成分と液体成分とに分離され、それぞれ廃棄されまたは再使用に供される。
【００６０】
このように、この実施形態では、退避位置においてスローリーク処理を行う冷却ガス吐出ノズル５１から吐出される冷温の冷却ガスと、退避位置においてプリディスペンスを行う高温ＤＩＷ吐出ノズル５２から吐出される解凍液としての高温ＤＩＷとを、共通の受入部材５９により受けるとともに、共通の配管５９１を介して処理チャンバー１０の外部へ排出し気液回収部４５により回収する。
【００６１】
冷却ガス吐出ノズル５１を基板Ｗに対向させて冷却ガスを基板Ｗ上の液膜に供給するのに先立って退避位置でスローリーク処理を行っておくことで、冷却ガスの流通経路の温度上昇を抑制し、凍結処理の初期段階から十分に低温の冷却ガスを液膜に供給して短時間で凍結させることができる。特に、基板Ｗに低温ＤＩＷを供給して液膜の形成を行っている間にスローリーク処理を行うことで、液膜形成後に直ちに低温の冷却ガスを基板Ｗに供給することができる。
【００６２】
また、高温ＤＩＷ吐出ノズル５２を退避位置から基板Ｗとの対向位置に移動させるのに先立ってプリディスペンスを行うことによって、流通経路内に滞留して温度が低下した解凍液を予め排出し、解凍処理の初期段階から十分に高温の解凍液を凍結膜に供給して凍結膜を短時間で解凍除去することができる。凍結膜を短時間で一気に解凍することで、凍結膜の断片が基板Ｗにダメージを与えることも防止される。
【００６３】
そして、基板Ｗに供給されることなく吐出され回収される冷却ガスおよび解凍液については、これらを共通の回収経路（受入部材５９および配管５９１）に流通させることにより、冷却ガスが流れ込むことで配管５９１内に生じる霜が回収経路を詰まらせるのを防止することができる。
【００６４】
より具体的には、冷却ガス吐出ノズル５１の退避位置と高温ＤＩＷ吐出ノズル５２の退避位置とを近接させておき、それぞれの退避位置に位置決めされた冷却ガス吐出ノズル５１および高温ＤＩＷ吐出ノズル５２の直下位置をともにカバーする受入部材５９を設ける。そして、冷却ガス吐出ノズル５１および高温ＤＩＷ吐出ノズル５２からそれぞれ吐出される冷却ガスおよび解凍液をともに受入部材５９に流入させ、配管５９１を介して処理チャンバー１０の外部へ排出する。
【００６５】
また、この実施形態は、回動軸５５からそれぞれ略水平方向に延びるアーム５３，５４によって冷却ガス吐出ノズル５１および高温ＤＩＷ吐出ノズル５２をそれぞれ支持し、回動軸５５が回動することで冷却ガス吐出ノズル５１および高温ＤＩＷ吐出ノズル５２が互いの距離を維持しつつ一体的に回動することで基板Ｗに対し移動するように構成されている。これらの２つのノズルから基板Ｗへの流体の供給は異なるタイミングで実行されるので、このように両者を一体的に移動させることが可能であり、そのような構成とすることで、基板Ｗ周りに配接される部材や回動機構の簡素化を図ることが可能である。
【００６６】
そして、このような構成では、退避位置において高温ＤＩＷ吐出ノズル５２によるプリディスペンスを行った後、冷却ガス吐出ノズル５１および高温ＤＩＷ吐出ノズル５２を一体的に基板Ｗとの対向位置に移動させて凍結処理および解凍処理を順次実行するようにすればよい。こうすることで、凍結処理と解凍処理とを連続して行うことができ、処理のスループットを向上させることができる。また、液膜を凍結させた後その温度が上昇しないうちに解凍処理を実行することで、パーティクル除去率も向上する。
【００６７】
以上説明したように、この実施形態では、スピンチャック２０が本発明の「基板保持手段」として機能し、低温ＤＩＷ吐出ノズル４１、冷却ガス吐出ノズル５１および高温ＤＩＷ吐出ノズル５２がそれぞれ本発明の「液膜形成手段」、「冷却ガス吐出ノズル」および「解凍液吐出ノズル」として機能している。また、ＤＩＷ供給部９１および加熱器９３が一体として本発明の「解凍液供給手段」として機能しており、配管５２１が本発明の「配管」として機能している。
【００６８】
また、この実施形態では、受入部材５９が本発明の「流体受け部」として機能する一方、受入部材５９から気液回収部４５に至る配管５９１が本発明の「流路」に相当しており、これら全体が本発明の「受け入れ手段」として機能している。また、この実施形態では、アーム５３，５４および回動軸５５、アーム回動機構５６が一体として本発明の「ノズル保持手段」として機能している。
【００６９】
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、冷却ガス吐出ノズル５１と高温ＤＩＷ吐出ノズル５２とを一体移動させているが、このような構成に限定されるものでない。例えば、以下のような構成の装置に対しても本発明を適用することが可能である。以下の説明において、上記実施形態と同一の構成には同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【００７０】
図８はこの発明にかかる基板処理装置の第１の変形例の主要構成を示す図である。より詳しくは、図８（ａ）はこの変形例の主要構成を示す側面図、図８（ｂ）および（ｃ）はその上面図である。この変形例では、冷却ガスを吐出する冷却ガス吐出ノズル２５１と、解凍液としての高温ＤＩＷを吐出する高温ＤＩＷ吐出ノズル２５２とが独立して基板Ｗに対し走査移動する。具体的には、冷却ガス吐出ノズル２５１は、回動中心Ａ21周りに回動する回動軸２２１から水平方向に延びるアーム２３１の先端に取り付けられており、回動軸２２１の回動に伴うアーム２３１の揺動により、基板Ｗの上面と対向しながら水平移動する。一方、高温ＤＩＷ吐出ノズル２５２は、回動中心Ａ22周りに回動する回動軸２２２から水平方向に延びるアーム２３２の先端に取り付けられており、回動軸２２２の回動に伴うアーム２３２の揺動により、基板Ｗの上面と対向しながら水平移動する。冷却ガス吐出ノズル２５１および高温ＤＩＷ吐出ノズル２５２は、基板Ｗの回転中心Ａ０の直上位置へ移動可能となっている。
【００７１】
基板Ｗ上方から側方に外れた退避位置に位置決めされたとき、冷却ガス吐出ノズル２５１と高温ＤＩＷ吐出ノズル２５２とが近接位置となるようにこれらの可動範囲が設定されている。そして、退避位置にある冷却ガス吐出ノズル２５１および高温ＤＩＷ吐出ノズル２５２の下方に受入部材２５９が設けられており、退避位置で冷却ガス吐出ノズル２５１および高温ＤＩＷ吐出ノズル２５２がそれぞれ吐出する冷却ガスおよび解凍液を受け入れて気液回収部へ排出する。
【００７２】
この場合の基板洗浄処理では各部が次のように動作する。基板洗浄処理の基本的な動作は上記した実施形態のものと同じであるが、凍結処理および解凍処理におけるノズルの移動の態様が異なっている。すなわち、凍結処理においては、冷却ガス吐出ノズル２５１が図８（ｂ）に点線で例示するように基板Ｗとの対向位置に移動し、冷却ガスを吐出しながら基板Ｗに対し走査移動する。冷却ガス吐出ノズル２５１は基板Ｗの周縁部まで走査移動した後、実線で示す退避位置に戻る。冷却ガス吐出ノズル２５１によるスローリーク処理は、この変形例においても凍結処理に先立って実行される。
【００７３】
一方、高温ＤＩＷ吐出ノズル２５２は、凍結処理が実行される間、図８（ｂ）に実線で示す退避位置に位置決めされている。そして、凍結処理が終了する直前に、高温ＤＩＷ吐出ノズル２５２が所定量の解凍液を吐出するプリディスペンスを行った後、図８（ｃ）に示す基板Ｗの回転中心Ａ０直上位置へ移動して、解凍液たる高温ＤＩＷを基板Ｗ上の凍結膜に供給する。解凍液の供給を所定時間継続した後、高温ＤＩＷ吐出ノズル２５２は退避位置へ戻る。
【００７４】
このように、この変形例では、冷却ガス吐出ノズル２５１と高温ＤＩＷ吐出ノズル２５２とがそれぞれ独立した揺動アームに装着されている。そして、これらのノズルが退避位置では互いに近接して配置されるとともに、そのときのノズル下方に受入部材２５９が設けられて、スローリーク処理のために冷却ガス吐出ノズル２５１から吐出される冷却ガスと、プリディスペンスのために高温ＤＩＷ吐出ノズル２５２から吐出される解凍液とがいずれも受入部材２５９に流入し、共通の配管を介して気液回収部へ回収される。なお、冷却ガス吐出ノズル２５１（およびアーム２３１）と高温ＤＩＷ吐出ノズル２５２（およびアーム２３２）とが互いに干渉することなく退避位置と基板Ｗとの対向位置との間で移動可能とするために、少なくとも一方のアームが昇降可能に構成されてもよい。
【００７５】
図９はこの発明にかかる基板処理装置の第２の変形例の主要構成を示す図である。この変形例における冷却ガス吐出ノズル３５１およびこれを支持するアーム３３１の構造は上記第１の変形例における冷却ガス吐出ノズル２５１およびアーム２３１のものと同一である。また、受入部材３５９の構造および機能も、第１の変形例における受入部材２５９と同じである。
【００７６】
一方、この変形例における高温ＤＩＷ吐出ノズル３５２は、図９（ａ）に示すように、基板Ｗに液膜を形成するための低温ＤＩＷ吐出ノズル４１（図１）と同様に、スプラッシュガード６０のポート６１よりも上方かつ側方に外れた位置に固定されている。図９（ｂ）に示すように、冷却ガス吐出ノズル３５１が基板Ｗとの対向位置で基板Ｗ上の液膜に対して冷却ガスを供給している間に、高温ＤＩＷ吐出ノズル３５２から比較的低流量で解凍液が吐出されてプリディスペンスが行われる。このときに高温ＤＩＷ吐出ノズル３５２から流下する解凍液が受入部材３５９に流れ込むように、高温ＤＩＷ吐出ノズル３５２および受入部材３５９の配置と高温ＤＩＷ吐出ノズル３５２からの吐出量とが設定される。
【００７７】
基板Ｗへの冷却ガス供給が終了すると冷却ガス吐出ノズル３５１は受入部材３５９直上の退避位置へ戻り、図９（ｃ）に示すように、高温ＤＩＷ吐出ノズル３５２から比較的高流量の解凍液（高温ＤＩＷ）が基板Ｗの回転中心Ａ０に向けて供給される。これにより、基板Ｗ上の凍結膜が解凍される。
【００７８】
上記２つの変形例においては、凍結処理の実行中も高温ＤＩＷ吐出ノズルを退避位置に位置させておくことができる。このため、退避位置にある高温ＤＩＷ吐出ノズルから解凍処理の直前に一定量の解凍液を排出するプリディスペンスに代えて、低温ＤＩＷ吐出ノズル４１におけるスローリーク処理と同様に、低流量の解凍液を継続的に吐出させておくようにすることも可能である。これらの変形例に示したように、本発明は、冷却ガス吐出ノズルと高温ＤＩＷ吐出ノズルとが一体的に移動する構成、これらが個別に移動する構成および一方が固定された構成のいずれに対しても適用することが可能である。
【００７９】
また例えば、上記実施形態では基板Ｗに低温ＤＩＷを供給して液膜ＬＰを形成する低温ＤＩＷ吐出ノズル４１を基板Ｗの上方よりも側方に退避した位置に設けているが、例えば冷却ガス吐出ノズル５１等と同様に、揺動するアームに低温吐出ノズルを設け、該ノズルを基板Ｗとの対向位置に移動させて低温ＤＩＷを供給するようにしてもよい。
【００８０】
また、上記実施形態の基板処理装置１は、薬液を用いた湿式処理から洗浄後の乾燥処理までを処理チャンバー１０内で連続的に行う一体型の処理装置であるが、本発明の適用対象はこれに限定されず、少なくとも、基板Ｗに液膜を形成してこれを凍結させ、凍結膜を解凍除去するための構成を備える基板処理装置全般に対して、本発明を適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
この発明は、基板上に液膜を形成してこれを凍結させ、さらに該凍結膜を除去することにより基板を処理する基板処理装置および基板処理方法の全般に対して適用可能である。処理対象の基板としては、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各種の基板が含まれる。
【符号の説明】
【００８２】
２０  スピンチャック（基板保持手段）
２１  スピンベース
４１  低温ＤＩＷ吐出ノズル（液膜形成手段）
５１，２５１，３５１  冷却ガス吐出ノズル
５２，２５２，３５２  高温ＤＩＷ吐出ノズル（解凍液吐出ノズル）
９１  ＤＩＷ供給部（解凍液供給手段）
９３  加熱器（解凍液供給手段）
５２１  配管
５９  受入部材（流体受け部、受け入れ手段）
５９１  配管（流路、受け入れ手段）
５３，５４  アーム（ノズル保持手段）
５５  回動軸（ノズル保持手段）
５６  アーム回動機構（ノズル保持手段）
Ｗ  基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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