(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において、基板周囲の雰囲気制御を適切に行いつつ、良好な除去効率を得る。【解決手段】略水平姿勢に保持された基板Ｗの周囲に、上方から下方へ向かう気体によるダウンフローを生じさせる気流生成手段１１と、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して液膜を凍結させる冷却ガス吐出ノズル５１と、液膜が凍結してなる凍結膜を基板から除去する除去手段５２とを備え、気流生成手段１１は、冷却ガス吐出ノズル５１から液膜に対して冷却ガスを吐出するときには、液膜形成手段４１から基板Ｗに対して液体を供給するときよりもダウンフローの流速を小さくする。【選択図】図１
2015023048.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保持された前記基板の周囲に、上方から下方へ向かう気体によるダウンフローを生じさせる気流生成手段と、
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して前記液膜を凍結させる冷却ガス吐出ノズルと、
前記液膜が凍結してなる凍結膜を前記基板から除去する除去手段と
を備え、
前記気流生成手段は、前記冷却ガス吐出ノズルから前記液膜に対して前記冷却ガスを吐出するときには、前記液膜形成手段から前記基板に対して前記液体を供給するときよりも前記ダウンフローの流速を小さくする基板処理装置。
【請求項２】
前記冷却ガス吐出ノズルは、前記冷却ガスを吐出しながら前記基板上面に沿って走査移動する請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記基板保持手段および前記基板を内部に収容可能な処理空間を有する処理チャンバーを備え、前記気流生成手段は、前記処理空間の上部から下向きに気体を吹き出すことで前記ダウンフローを生成する請求項１または２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記除去手段は、前記凍結膜に解凍液を供給して前記凍結膜を解凍除去し、
前記気流生成手段は、前記除去手段から前記凍結膜に前記解凍液を供給するときには、前記冷却ガス吐出ノズルから前記液膜に対して前記冷却ガスを吐出するときよりも前記ダウンフローの流速を大きくする請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記基板保持手段に保持された前記基板の側方から前記基板の周囲を取り囲む側壁を有し該側壁に囲まれた内部空間に前記基板を収容するとともに前記側壁の上端部が前記基板の上部を開放する開口となっており、前記基板に供給されて前記基板から落下する液体を捕集する捕集手段と、
前記捕集手段の前記内部空間内の流体を外部へ排出する排出手段と
を備え、前記排出手段は、前記冷却ガス吐出ノズルから前記液膜に対して前記冷却ガスを吐出するときには、前記液膜形成手段から前記基板に対して前記液体を供給するときよりも前記内部空間からの流体の排出量を小さくする請求項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して前記液膜を凍結させる冷却ガス吐出ノズルと、
前記液膜が凍結してなる凍結膜を前記基板から除去する除去手段と、
前記基板保持手段に保持された前記基板の側方から前記基板の周囲を取り囲む側壁を有し該側壁に囲まれた内部空間に前記基板を収容するとともに前記側壁の上端部が前記基板の上部を開放する開口となっており、前記基板に供給されて前記基板から落下する液体を捕集する捕集手段と、
前記捕集手段の前記内部空間内の流体を外部へ排出する排出手段と
を備え、前記排出手段は、前記冷却ガス吐出ノズルから前記液膜に対して前記冷却ガスを吐出するときには、前記液膜形成手段から前記基板に対して前記液体を供給するときよりも前記内部空間からの流体の排出量を小さくする基板処理装置。
【請求項７】
前記基板に対して相対的に前記捕集手段を昇降させる昇降機構を有し、該昇降機構は、前記液膜形成手段から前記基板に対して前記液体を供給するときには前記捕集手段の前記開口の開口面を前記基板の上面よりも上方に位置させる一方、前記冷却ガス吐出ノズルから前記液膜に対して前記冷却ガスを吐出するときには前記開口面を前記基板の上面よりも下方に位置させる請求項５または６に記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記基板保持手段は、前記昇降機構により前記開口面が前記基板の上面よりも下方に位置決めされたときに前記開口の開口面積を規制する開口面積規制部材を備える請求項７に記載の基板処理装置。
【請求項９】
基板を略水平姿勢に保持する基板保持工程と、
前記基板の周囲に、上方から下方へ向かう気体によるダウンフローを生じさせる気流生成工程と、
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供給して前記液膜を凍結させる凍結工程と、
前記液膜が凍結してなる凍結膜を前記基板から除去する除去工程と
を備え、前記凍結工程における前記ダウンフローの流速を、前記液膜形成工程における前記ダウンフローの流速よりも小さくする基板処理方法。
【請求項１０】
前記除去工程では前記凍結膜に対して解凍液を供給することで前記凍結膜を解凍除去し、しかも、前記除去工程における前記ダウンフローの流速を、前記凍結工程における前記ダウンフローの流速よりも大きくする請求項９に記載の基板処理方法。
【請求項１１】
前記基板保持工程では前記基板を閉空間内で保持し、前記気流生成工程では前記閉空間に外部から気体を流入させ、または前記閉空間から外部に気体を排出することで前記ダウンフローを生じさせ、しかも、
外部から前記閉空間に流入する気体の量、または前記閉空間から外部に排出される気体の量を変化させることで、前記ダウンフローの流速を変化させる請求項９または１０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。
【０００３】
例えば特許文献１に記載の技術では、周囲を壁面で囲まれた処理空間内で水平姿勢に保持した基板の上面に過冷却状態の液体を供給し、基板への着液時の衝撃で液体を凝固させることにより凍結膜を形成している。またこの技術では、処理空間の上部にファンフィルタユニットが設けられて処理空間内に清浄気体によるダウンフローが形成されており、処理中の周囲雰囲気に不可避的に発生するミスト等が基板上に落下するのを防止している。
【０００４】
また、基板上に凍結膜を形成する他の方法としては、例えば特許文献２に記載されたように、基板上に形成した液膜を構成する液体の凝固点よりも低温の冷却ガスをノズルから液膜に対し局所的に吐出させることで液膜を凍結させるものがある。このような技術においても、上記技術と同様の雰囲気制御を行うことが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１６９５８８号公報（例えば、図６）
【特許文献２】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】
【０００６】
しかしながら、本願発明者らの実験によれば、特許文献１に記載されたようなダウンフロー下で特許文献２に記載されたような凍結方法を実行した場合、付着物に対する十分な除去効果が得られない場合があることが明らかとなった。これは、液膜に対して吐出された冷却ガスがダウンフローにより散乱したり、冷却ガスに周囲雰囲気が混合されてガス温度が上昇することにより、液膜に対する冷却能力が低下するためと考えられる。
【０００７】
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において、基板周囲の雰囲気制御を適切に行いつつ、良好な除去効率を得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保持された前記基板の周囲に、上方から下方へ向かう気体によるダウンフローを生じさせる気流生成手段と、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して前記液膜を凍結させる冷却ガス吐出ノズルと、前記液膜が凍結してなる凍結膜を前記基板から除去する除去手段とを備え、前記気流生成手段は、前記冷却ガス吐出ノズルから前記液膜に対して前記冷却ガスを吐出するときには、前記液膜形成手段から前記基板に対して前記液体を供給するときよりも前記ダウンフローの流速を小さくする。
【０００９】
また、この発明にかかる基板処理方法の一の態様は、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工程と、前記基板の周囲に、上方から下方へ向かう気体によるダウンフローを生じさせる気流生成工程と、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供給して前記液膜を凍結させる凍結工程と、前記液膜が凍結してなる凍結膜を前記基板から除去する除去工程とを備え、前記凍結工程における前記ダウンフローの流速を、前記液膜形成工程における前記ダウンフローの流速よりも小さくする。
【００１０】
このように構成された発明では、基板に液体を供給して液膜を形成する際には比較的流速の大きいダウンフローを形成することで、基板の周囲に飛散した液滴やミスト等を下方へ押し流し基板に付着するのを防止することができる。一方、冷却ガスを供給して液膜を凍結させる際には、ダウンフローの流速をより小さくする。これにより、基板上の液膜に対して供給される冷却ガスが散乱されることなく基板上に長く留まるようになり、液膜をより効率的に冷却して凍結させることができる。本願発明者らの知見によれば、凍結膜の温度が低いほど付着物の除去効率が向上することがわかっており、本発明では短い時間でも十分に低温の凍結膜を形成することができるので、付着物の除去効率を向上させることが可能である。
【００１１】
ダウンフローを弱めることによりミスト等が基板へ落下しやすくなるとも考えられる。しかしながら、液体の供給が行われている期間に比べてミスト等の発生は遥かに少なくなっていることに加えて、基板上面が液膜により覆われていること、さらに液膜に供給される冷却ガスが液膜の上方を覆うことで、基板表面は周囲雰囲気中のミスト等から遮断されており、ミスト等が基板に付着するおそれは極めて低い。この意味において、冷却ガスを液膜に供給する時、他の手段によるダウンフローの発生を完全に停止させてもよい。冷却ガスの流れ自体がダウンフローとしての作用を有するからである。
【００１２】
また、この発明にかかる基板処理装置の他の態様は、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して前記液膜を凍結させる冷却ガス吐出ノズルと、前記液膜が凍結してなる凍結膜を前記基板から除去する除去手段と、前記基板保持手段に保持された前記基板の側方から前記基板の周囲を取り囲む側壁を有し該側壁に囲まれた内部空間に前記基板を収容するとともに前記側壁の上端部が前記基板の上部を開放する開口となっており、前記基板に供給されて前記基板から落下する液体を捕集する捕集手段と、前記捕集手段の前記内部空間内の流体を外部へ排出する排出手段とを備え、前記排出手段は、前記冷却ガス吐出ノズルから前記液膜に対して前記冷却ガスを吐出するときには、前記液膜形成手段から前記基板に対して前記液体を供給するときよりも前記内部空間からの流体の排出量を小さくする。
【００１３】
このような捕集手段の内部空間で基板を処理する場合でも、内部空間内の流体、具体的には内部空間内の気体または気体と液体との混合物を排出することで捕集手段上部の開口から外部雰囲気が内部空間に流れ込むことによる気流が生じ、基板周辺にはダウンフローが生じる。したがって、前述した冷却ガスの散乱に起因する除去効率の低下の問題が同様に生じ得る。液膜に冷却ガスを供給する際に内部空間からの流体の排出量を小さくすることで、基板周辺でのダウンフローを弱め、冷却ガスの散逸を防止することができる。したがって、十分に低温まで冷却された凍結膜を形成することができ、付着物の除去効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、基板に液体を供給して液膜を形成する際には気流生成手段によって基板周辺に比較的流速の大きなダウンフローを生じさせることで周囲雰囲気内に発生するミスト等が基板に付着するのを防止する一方、液膜に冷却ガスを供給する際には気流生成手段によるダウンフローを弱めることで、冷却ガスの散乱を抑えて液膜を短時間で冷却することができる。このように、本発明では、基板周辺の雰囲気制御を適切に行いつつ、良好な付着物の除去効率を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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】この実施形態における雰囲気管理を模式的に説明する図である。
【図７】基板表面近傍におけるダウンフローの強さを変えてパーティクル除去率を測定した実験結果の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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）。
【００４６】
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。
【００４７】
次に、上記した基板洗浄処理における雰囲気管理について説明する。この実施形態における基板洗浄処理は、処理対象たる基板Ｗがダウンフローが形成された処理チャンバー１０内に設置され、かつ基板Ｗの周囲がスプラッシュガード６０により囲まれた状態で行われる。このような処理態様は、湿式処理においては従来から行われている一般的な技術である。しかしながら、本願発明者らは、本実施形態のように基板Ｗ上の液膜に冷却ガスを供給して液膜を凍結させるプロセスを含む処理においては、液膜を効率よく短時間で凍結させ、またパーティクル除去を良好に行うために、チャンバー内、特に基板の上方において、処理空間ＳＰ内の雰囲気を動的に管理することが有効であることを見出した。
【００４８】
図６はこの実施形態における雰囲気管理を模式的に説明する図である。図６（ａ）に示すように、この実施形態の凍結処理工程（図３のステップＳ１０６）においては、基板Ｗの表面Ｗｆに対して冷却ガス吐出ノズル５１を対向配置し、冷却ガス吐出ノズル５１から液膜ＬＰを構成するＤＩＷの凝固点よりも低温に冷却された冷却ガスＣＧを吐出させながら、冷却ガス吐出ノズル５１を基板表面Ｗｆに沿った走査方向Ｄｓ（例えば基板半径に沿う往復方向）に走査移動させる。これにより、基板Ｗ上に形成された液膜ＬＰを順次凍結させて凍結膜ＦＬを形成する。
【００４９】
このとき、基板Ｗに供給された冷却ガスＣＧは、ノズル直下位置で基板Ｗ上の液膜ＬＰを凍結させた後、基板表面Ｗｆに沿って周囲に広がってゆく。こうして基板表面Ｗｆが冷却ガスＣＧにより覆われることで、未凍結の液膜ＬＰの低温状態が維持されるとともに、既に凍結した凍結膜ＦＬについても温度上昇が抑制される。これにより、短時間で基板Ｗ全面に凍結膜ＦＬを形成することができる。
【００５０】
しかしながら、図６（ａ）に点線矢印で示すように、基板Ｗの上方からはＦＦＵ１１により形成されるダウンフローＤＦが下向きに流れている。このダウンフローＤＦは常温気体の流れであり、ダウンフローＤＦが基板Ｗ上の冷却ガスＣＧを押し流したり、冷却ガスＣＧと混合することにより、基板表面Ｗｆにおいて液膜ＬＰや凍結膜ＦＬの温度が上昇してしまうことがある。これが原因となって、液膜ＬＰの全体を凍結させるのに必要な時間が長くなってしまう。また、パーティクル等の除去率の低下にもつながる。
【００５１】
すなわち、本願出願人が例えば特開２０１１−１９８８９４号公報において先に開示したように、凍結洗浄技術においては、単に液膜を冷却して凍結させるだけでなく、凍結後の凍結膜の到達温度を低くすることでパーティクル除去率が向上することがわかっている。しかしながら、ダウンフローＤＦが基板表面Ｗｆに向かって吹き付けられることで凍結膜ＦＬの温度が十分に低下せず、高いパーティクル除去率が得られなくなる可能性がある。
【００５２】
また、ＦＦＵ１１からのダウンフローだけでなく、基板Ｗの周囲を取り囲むスプラッシュガード６０についても同様の問題がある。図６（ｂ）に示すように、基板Ｗの周縁部から振り切られる液体を受け止めるためにスプラッシュガード６０のポート６１を上位置（図１の点線位置）に位置決めした状態で凍結処理工程を実行した場合を考える。ポート６１に囲まれた内部空間は排気ポンプ１３（図１）により排気されているから、ポート６１上部の開口６１３から処理チャンバー１０内（つまり処理空間ＳＰ）の雰囲気が取り込まれる。このとき、開口６１３からポート上面部６１２と基板Ｗとの隙間を通ってポート６１内へ流れ込む気流ＡＣが形成される。この気流ＡＣが、図６（ａ）のケースにおけるダウンフローＤＦと同様に、基板Ｗ上の冷却ガスＣＧを散逸させる原因となり、液膜の凍結に時間がかかったり、凍結膜の温度が十分に低下しないなどの問題を生じさせる。
【００５３】
そこで、この実施形態では、図６（ｃ）に示すように、
（１）凍結処理を実行する際にはポート６１を下位置、つまり図において一点鎖線で示すポート６１の開口平面がスピンベース２１の上面よりもわずかに下方となる位置まで低下させ、
（２）ＦＦＵ１１により生成されるダウンフローＤＦの流量を、前後の処理、すなわち凍結処理前の湿式処理や液膜形成処理、凍結処理後のリンス処理やスピン乾燥処理の際における流量よりも少なくして、
凍結処理を実行する。図６（ｃ）において短い矢印により示したダウンフローＤＦは、図６（ａ）に示す長い矢印よりもダウンフローの流速が小さいことを表したものである。
【００５４】
ポート６１を下位置まで下げることにより、ポート６１の開口６１３は大部分がスピンベース２１によって塞がれ、実効的な開口面積が大幅に小さくなる。これにより、ポート内部空間の排気に伴って生じる気流ＡＣはポート上面部６１２とスピンベース２１との隙間を通るもののみとなり、気流ＡＣの流量が大幅に制限される。また、基板Ｗが開口６１３よりも上方に位置しているため、気流ＡＣは基板Ｗから離れた位置に生成され、その影響が基板Ｗ上の冷却ガスＣＧに及ぶのを抑制することができる。これにより、ポート６１内部を排気することで生じる気流が原因となって、液膜ＬＰの凍結に時間がかかったり、凍結膜ＦＬの温度が十分に低下しないなどの問題が回避される。
【００５５】
なお、単に気流ＡＣによる基板Ｗ上の冷却ガスＣＧの散乱を防止するためには、気流ＡＣが基板Ｗ近傍を通過することが回避されれば足り、この意味においては、ポート６１の開口面は少なくとも基板Ｗの表面Ｗｆよりも下方まで下がっていればよい。さらに上記のように開口面をスピンベース２１の上面よりも下方まで下げれば、気流ＡＣの流量そのものを制限することができるのでより効果的である。
【００５６】
ＦＦＵ１１によるダウンフローについては、凍結処理時における流量を小さくするほど、上記問題を回避する効果は大きくなる。また、冷却ガスの供給中は基板Ｗへの液供給が行われず、基板Ｗが低温ＤＩＷにより覆われていることから、ミスト等による基板Ｗの汚染の可能性は低い。その意味においてダウンフローを完全に停止させてもよく、また、凍結処理中にミスト等が処理空間ＳＰ内に舞い上がるのをより確実に防止するために低流量のダウンフローを残存させておいてもよい。
【００５７】
基板Ｗ上に供給される冷却ガスＣＧへの影響を抑えるためには、凍結処理におけるダウンフローＤＦの流速を、冷却ガス吐出ノズル５１から基板Ｗに向けて吐出される冷却ガスＣＧの流速よりも小さくすることが望ましい。本実施形態では冷却ガス吐出ノズル５１からの冷却ガスＣＧの吐出量が９０Ｌ／ｍｉｎであり、吐出直後の冷却ガスの流速は約１ｍ／ｓｅｃである。したがって凍結処理におけるダウンフローＤＦの流速はこれよりも十分小さく、例えば０．２ｍ／ｓｅｃ程度とすることができる。凍結処理以外の各処理工程におけるダウンフローＤＦの流速については、冷却ガスの流速と関連付けて設定する必要はなく、目的に応じて適宜設定すればよい。例えば、液膜形成処理（ステップＳ１０４）や解凍処理（ステップＳ１０８）を実行する際には、凍結処理時のダウンフローＤＦの流速である０．２ｍ／ｓｅｃより大きい流速（例えば０．２ｍ／ｓｅｃ超１．５ｍ／ｓｅｃの範囲の任意の値）に設定すればよい。ダウンフローＤＦの流量および流速の調整は、ＦＦＵ制御部１４（図１）がＦＦＵ１１を制御することにより実行される。
【００５８】
液膜への冷却ガスの供給が終了した後、続く解凍処理が実行されるよりも前に、ポート６１が上位置に戻されるとともに、ダウンフローＤＦの流量が元の比較的大きな流量に戻される。これにより、続く解凍処理、リンス処理およびスピン乾燥処理において基板Ｗから振り切られる液体成分がスプラッシュガード６０により回収されて処理チャンバー１０内への飛散が防止されるとともに、処理空間ＳＰ内にミストが舞い上がったりスプラッシュガード６０内の高湿度雰囲気が処理空間ＳＰに流れ出すのを防止することができる。
【００５９】
なお、上記した（１）、（２）の対策は、それぞれが独立した効果を有するものであり、互いに独立して実施することも可能である。すなわち、いずれか一方の対策を取るだけでも、基板Ｗ上の冷却ガスＣＧの散逸を低減する効果が得られる。当然に、両者をともに実行することでより大きな効果が得られる。また、上方からのダウンフローＤＦおよび排気による気流ＡＣのいずれか一方の影響が軽微であれば、他方のみについて対策を実施すればよい。
【００６０】
また、排気ポンプ１３による排気能力を変更することが可能である場合には、上記（１）に代えて、あるいはこれに加えて、凍結処理時の排気量を小さくすることで、排気に起因して基板Ｗ付近に生じる気流ＡＣを抑制し、冷却ガスＣＧの散乱を抑えることが可能となる。この他にも、例えば排気管１２に介挿したバルブの開度を調節したり、複数の排気系統を切り換えるなど、種々の方法により排気量を変化させることが可能である。また排気を完全に停止させる構成としてもよい。
【００６１】
図７は基板表面近傍におけるダウンフローの強さを変えてパーティクル除去率を測定した実験結果の一例を示す図である。この実験では、ポート６１を上位置に固定した状態で、ＦＦＵ１１からのダウンフロー出力を４段階、排気ポンプ１３による排気能力を２段階に変更し、これらの組み合わせを種々に変更してパーティクル除去率を測定した。図においては、それぞれの組み合わせについて２回ずつの測定結果を併記している。
【００６２】
同図に示すように、ＦＦＵ１１の出力を小さくしてダウンフローの流量を少なくするほど、パーティクル除去率が向上している。また、同じＦＦＵ出力では、排気ポンプ１３の排気能力がより小さいときに高いパーティクル除去率が得られている。なお、ＦＦＵ出力が最大である条件では、排気ポンプ１３の排気能力を小さくしてもパーティクル除去率は向上していない。その理由として次のことが考えられる。すなわち、このときのＦＦＵ１１によるダウンフローの流速は、冷却ガス吐出ノズル５１から吐出される冷却ガスの流速とほぼ同じであった。このため、このときのパーティクル除去率の低下にはＦＦＵ１１からのダウンフローによる冷却ガスの散逸の影響が大きく、排気ポンプ１３の排気能力を小さくした効果が表れていないものと考えられる。ダウンフローの流速を冷却ガスの流速よりも小さくすることで、パーティクル除去率は大きく向上し、また排気能力を下げることによりさらにパーティクル除去率が改善されることがわかる。
【００６３】
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」として機能しており、スピンベース２１が本発明の「開口面積規制部材」に相当している。また、この実施形態では、低温ＤＩＷ吐出ノズル４１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」および「除去手段」として機能する一方、ＦＦＵ１１が本発明の「気流生成手段」として機能している。また、この実施形態では、高温ＤＩＷが本発明の「解凍液」に相当している。
【００６４】
また、上記実施形態では、スプラッシュガード６０のポート６１が本発明の「捕集手段」として機能し、ポート昇降機構６４が本発明の「昇降機構」として機能している。また、排気ポンプ１３および排気管１２が一体として、本発明の「排出手段」として機能している。また、処理チャンバー１０に囲まれた処理空間ＳＰが、本発明の「閉空間」に相当している。
【００６５】
以上のように、この実施形態では、処理空間ＳＰ内で略水平姿勢に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに液膜ＬＰを形成してこれを凍結させ、凍結膜ＦＬを除去することによって基板Ｗの洗浄処理を行う。液膜ＬＰの凍結は、液膜ＬＰに対して該液膜を構成する液体（ＤＩＷ）の凝固点よりも低温に冷却された冷却ガスＣＧを供給することによって行われる。液膜に冷却ガスを供給するときには、基板Ｗに液膜ＬＰを形成するときに比べて、処理空間ＳＰ内のダウンフローの流量を小さくする。こうすることにより、基板Ｗ上に供給された冷却ガスＣＧがダウンフローにより基板Ｗ上から散逸したり、冷却ガスに常温気体が混合されてガス温度が上昇するのを抑制することができる。
【００６６】
したがって、この実施形態では、基板Ｗ上の液膜を短時間で効率よく凍結させることができ、しかも、凍結膜の到達温度を低くして高いパーティクル除去率を得ることができる。また、基板Ｗ上に液膜を形成する液膜形成処理を実行する際には、凍結処理における流量よりも高流量のダウンフローを形成しているため、基板Ｗ周辺を清浄雰囲気に維持することができ、舞い上がったミスト等が基板に付着するのが防止される。
【００６７】
この実施形態では冷却ガス吐出ノズル５１を基板Ｗ上の液膜ＬＰに対して走査移動させているため、該ノズルから吐出される冷却ガスは液膜ＬＰに対し局所的に供給される。このため、冷却ガス吐出ノズル５１との対向位置以外において冷却ガスが基板Ｗ上に留まらずに散逸してしまうと、基板Ｗ上の液膜ＬＰまたは凍結膜ＦＬを低温に維持することができなくなる。このように冷却ガス吐出ノズル５１を走査移動させる際にダウンフローを弱めるようにすることで、基板Ｗ上の液膜ＬＰおよび凍結膜ＦＬを低温に維持することが可能となる。
【００６８】
また、この実施形態では、処理チャンバー１０内の処理空間ＳＰに基板Ｗを保持するとともに、処理チャンバー１０の上部に配したＦＦＵ１１から下向きに処理空間ＳＰ内に清浄気体を吹き出すことでダウンフローを生成している。こうすることで、処理チャンバー１０内で発生するミスト等を基板Ｗの下方へ押し流して基板Ｗに付着するのを防止することができる。一方、凍結処理においてはこのダウンフローは冷却ガスを散逸させるため、液膜形成時よりも弱いダウンフローとするのが有効である。
【００６９】
また、凍結膜に解凍液たる高温ＤＩＷを供給する際には、解凍液および凍結膜が融解してなる液体が飛散して基板Ｗに再付着するのを防止するために、ダウンフローの流量を比較的大きくすることが好ましい。すなわち、解凍処理においては、凍結処理における流量よりも流量の大きいダウンフローが形成されることが好ましい。
【００７０】
また、この実施形態では、基板Ｗの周囲を側方から取り囲んで飛散する液体を受け止めるスプラッシュガード６０が設けられており、基板Ｗが保持される内部空間は排気ポンプ１３により排気されている。これにより、内部空間に発生する薬液蒸気や高湿度雰囲気が処理空間ＳＰに流出するのを防止することができる。排気に起因して基板Ｗ周辺に生じる気流が上記したダウンフローと同様に冷却ガスを散逸させる原因となりうることから、この実施形態の凍結処理工程では、排気ポンプ１３による排気量を他の工程よりも小さくする。こうすることで、排気に起因して生じる気流を弱くして冷却ガスの散逸を抑え、基板Ｗ上の液膜ＬＰおよび凍結膜ＦＬを低温に維持することができる。
【００７１】
具体的には、凍結処理の実行時には、基板Ｗの側方を覆うスプラッシュガード６０のポート６１上部の開口６１３を基板Ｗよりも下方に移動させて、基板Ｗを処理空間ＳＰに露出させる。これにより、気流が基板Ｗの近傍を通過するのを防止することができ、さらにポート６１の開口面積がスピンベース２１により規制され、より排気量を抑制することができる。
【００７２】
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、上記実施形態は基板Ｗから落下する液体を受け止めるスプラッシュガード６０を備える基板処理装置であるが、このような構成を備えない装置に対しても、上記したダウンフロー制御技術を好適に適用することが可能である。
【００７３】
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。
【００７４】
また例えば、上記実施形態では、回転する基板Ｗ上の液膜に対して局所的に冷却ガスを吐出する冷却ガス吐出ノズル５１を基板Ｗに対して走査移動させることで、最終的に液膜の全体を凍結させる。しかしながら、冷却ガスの供給態様はこれに限定されず、例えば、基板Ｗの回転中心近傍の上方に位置決めされた冷却ガス吐出ノズルから基板Ｗ上の液膜に対して放射状に冷却ガスを吐出させたり、基板Ｗの中心から周縁部に向けてスリット状に開口する冷却ガス吐出ノズルから冷却ガスを吐出させる構成においても、本発明にかかる雰囲気管理が有効に機能する。
【００７５】
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】
【００７６】
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】
【００７７】
１０  処理チャンバー
１１  ＦＦＵ（気流生成手段）
１２  排気管（排出手段）
１３  排気ポンプ（排出手段）
２０  スピンチャック（基板保持手段）
２１  スピンベース（開口面積規制部材）
４１  低温ＤＩＷ吐出ノズル（液膜形成手段）
５１  冷却ガス吐出ノズル
５２  高温ＤＩＷ吐出ノズル（除去手段）
６１  （スプラッシュガード６０の）ポート（捕集手段）
６４  ポート昇降機構（昇降機構）
ＣＧ  冷却ガス
ＦＬ  凍結膜
ＬＰ  液膜
ＳＰ  処理空間（閉空間）
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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