(57)【要約】【課題】基板表面に形成された液膜を短時間でしかも基板表面を汚染させることなく凍結させることができる基板処理装置、基板処理システムおよび基板処理方法を提供する。【解決手段】スピンチャック２に基板Ｗを略水平姿勢で保持した状態で基板表面ＷｆにＤＩＷを供給して基板表面Ｗｆに液膜を形成する。続いて、基板裏面Ｗｂに液体冷媒を供給しながら基板Ｗを回転させる。これにより、基板Ｗに接液する液体冷媒に作用する遠心力によって、基板Ｗの裏面全体に液体冷媒が均一に行き渡る。その結果、基板Ｗが裏面Ｗｂに接液する液体冷媒によって直接的に冷却され、液膜が比較的短時間で凍結する。また、基板表面Ｗｆに形成された液膜に液体冷媒が接触することがないため、基板表面Ｗｆを汚染させることなく液膜を凍結させることができる。【選択図】図２
2008028008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面に形成された液膜を凍結させる基板処理装置において、
液膜が形成された基板表面を上方に向けた状態で前記基板を略水平姿勢で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裏面に前記液膜を構成する液体の凝固点より低い温度を有する液体冷媒を供給して前記液膜を凍結させる液膜凍結手段と
を備えたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記基板保持手段に保持された前記基板を回転させる回転手段をさらに備え、
前記液膜凍結手段は、前記回転手段により回転される前記基板の裏面に前記液体冷媒を供給する請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記基板保持手段に保持された前記基板の表面から凍結後の液膜を除去する膜除去手段をさらに備える請求項１または２記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記膜除去手段は、前記基板表面に対して物理的な洗浄作用を有する物理洗浄、化学的な洗浄作用を有する化学洗浄または前記物理洗浄と前記化学洗浄とを組合わせた洗浄を前記基板表面に施して該基板表面から凍結後の液膜を除去する請求項３記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記液膜凍結手段と前記膜除去手段とは同一の処理チャンバー内に収容される請求項３または４記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記基板保持手段に保持された前記基板表面に前記液体を供給して前記基板表面に前記液膜を形成する液膜形成手段をさらに備え、
前記液膜形成手段、前記液膜凍結手段および前記膜除去手段は同一の処理チャンバー内に収容される請求項５記載の基板処理装置。
【請求項７】
請求項１または２記載の基板処理装置と同一構成を有する凍結ユニットと、
前記凍結ユニットから分離して設けられるとともに、前記液膜が凍結された凍結膜を前記基板表面から除去する膜除去ユニットと、
前記凍結ユニットから前記膜除去ユニットに前記基板を搬送する搬送ユニットと
を備えたことを特徴とする基板処理システム。
【請求項８】
前記膜除去ユニットは、前記基板表面に対して物理的な洗浄作用を有する物理洗浄、化学的な洗浄作用を有する化学洗浄または前記物理洗浄と前記化学洗浄とを組合わせた洗浄を前記基板表面に施して該基板表面から前記凍結膜を除去する請求項７記載の基板処理システム。
【請求項９】
基板表面に形成された液膜を凍結させる基板処理方法において、
基板表面に液膜を形成する液膜形成工程と、
前記液膜が形成された前記基板表面を上方に向けた状態で前記基板を略水平姿勢で保持しながら前記基板の裏面に前記液膜を構成する液体の凝固点より低い温度を有する液体冷媒を供給して前記液膜を凍結させる液膜凍結工程と
を備えたことを特徴とする基板処理方法。
【請求項１０】
前記液膜凍結工程では、前記基板を回転させながら前記基板の裏面に前記液体冷媒を供給する請求項９記載の基板処理方法。
【請求項１１】
前記液膜凍結工程後に前記基板表面から凍結後の液膜を除去する膜除去工程をさらに備える請求項９または１０記載の基板処理方法。
【請求項１２】
前記液膜形成工程、前記液膜凍結工程および前記膜除去工程を同一の処理チャンバー内で連続的に行う請求項１１記載の基板処理方法。
【請求項１３】
前記液体冷媒は、エチレングリコール水溶液またはアルコール類である請求項９ないし１２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、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、光ディスク用基板などの各種基板（以下、単に「基板」という）の表面に形成された液膜を凍結させる基板処理装置、基板処理システムおよび基板処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、基板に対する処理のひとつとして基板表面に液膜を付着させた状態で基板を冷却することにより液膜を凍結させる技術が用いられている。特に、このような凍結技術は、基板に対する洗浄処理の一環として用いられている。すなわち、半導体装置に代表されるデバイスの微細化、高機能化、高精度化に伴って基板表面に形成されたパターンを倒壊させずに、基板表面に付着しているパーティクル等の微小な汚染物質を除去することが益々困難になっている。そこで、上記した凍結技術を用いて次のようにして基板表面に付着しているパーティクルを除去している。
【０００３】
先ず、基板表面に液体を塗布して基板表面に液膜を形成する。続いて、基板を冷却することにより液膜を凍結させる。これにより、パーティクルが付着している基板表面に凍結膜が形成される。そして、最後に凍結膜を基板から除去することにより凍結膜とともに基板表面からパーティクルを除去している。
【０００４】
ここで、基板表面に付着する液膜を凍結させる凍結方法としては次のようなものがある。例えば特許文献１に記載の装置においては、回転保持部が基板裏面を吸引して基板を保持している。そして、回転保持部に基板を保持させた状態で回転保持部に冷媒を供給して回転保持部を冷却している。これにより、回転保持部を介して基板を間接的に冷却して、基板表面に付着する液膜を凍結させている。
【０００５】
また、特許文献２に記載の装置においては、被洗浄物に水分を含浸させた後、スプレーノズルから液体窒素を被洗浄物に向けて噴出させることにより、被洗浄物を凍結させている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３１６７３号公報（図１）
【特許文献２】特開２０００−５８４９４号公報（第４頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１に記載の装置では、回転保持部を介して基板を間接的に冷却している。このため、液膜を凍結するためには、液膜のみならず、回転保持部の温度を液膜が凍結するまでの温度に低下させる必要がある。その結果、液膜を凍結させるまでに比較的長時間を要していた。そして、このように液膜を凍結させるまでの時間が長くなると、単位時間当たりに洗浄処理可能な基板の枚数が減少してしまい、スループットが低下するという問題が生じていた。
【０００８】
また、特許文献２に記載の装置では、液体窒素を冷媒として被洗浄物に向けて噴出することにより被洗浄物を凍結させている。そのため、冷媒に汚染物質が含まれる場合には、被洗浄物と冷媒との接触により、被洗浄物が汚染物質によって汚染されてしまうという問題がある。
【０００９】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板表面に形成された液膜を短時間でしかも基板表面を汚染させることなく凍結させることができる基板処理装置、基板処理システムおよび基板処理方法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】
【００１０】
この発明は、基板に所定の処理を施す基板処理装置および基板処理方法であって、上記目的を達成するため、以下のように構成されている。すなわち、基板処理装置は、液膜が形成された基板表面を上方に向けた状態で基板を略水平姿勢で保持する基板保持手段と、基板保持手段に保持された基板の裏面に液膜を構成する液体の凝固点より低い温度を有する液体冷媒を供給して液膜を凍結させる液膜凍結手段とを備えたことを特徴としている。また、基板処理方法は、基板表面に液膜を形成する液膜形成工程と、液膜が形成された基板表面を上方に向けた状態で基板を略水平姿勢で保持しながら基板の裏面に液膜を構成する液体の凝固点より低い温度を有する液体冷媒を供給して液膜を凍結させる液膜凍結工程とを備えたことを特徴としている。
【００１１】
このように構成された発明（基板処理装置および方法）では、基板表面に形成された液膜を構成する液体の凝固点より低い温度を有する液体冷媒が基板裏面に直接に供給される。これにより、基板がその裏面に接液する液体冷媒によって直接的に冷却される。このため、基板表面に形成された液膜を比較的短時間で凍結させることができる。また、基板表面に形成された液膜に液体冷媒を接触させることなく液膜を凍結させているため、液体冷媒に汚染物質が含まれる場合であっても、該汚染物質が基板表面に付着するのを防止することができる。したがって、基板表面を汚染させることなく液膜を凍結させることができる。
【００１２】
ここで、基板を回転させながら基板の裏面に液体冷媒を供給すると、基板に接液する液体冷媒に作用する遠心力によって液体冷媒が流動して、基板裏面全体に液体冷媒が均一に広げられる。このため、基板表面に形成された液膜を均一に凍結させることができる。また、液体冷媒を基板裏面全体に行き渡らせることで、基板と液体冷媒との接触面積が広げられる。このため、液膜の凍結時間をさらに短縮することができる。
【００１３】
また、基板表面から凍結後の液膜を除去してもよい。これにより、基板表面にパーティクルが付着している場合であっても、パーティクルを凍結後の液膜とともに基板表面から除去して基板表面を良好に洗浄することができる。すなわち、基板表面に付着する液膜を凍結させることで液膜が体積膨張して、基板と該基板の表面に付着するパーティクルとの間の付着力が弱められ、あるいはパーティクルが基板表面から脱離する。そのため、凍結後の液膜を除去することで、液膜中のパーティクルを基板から容易に除去することができる。しかも、この発明によれば、比較的短時間で液膜を凍結させることができるので、後述する実験結果から説明されるように、パーティクルを基板表面から効率良く除去することができる。
【００１４】
また、基板表面から凍結後の液膜を除去する際に、基板表面に対して物理的な洗浄作用を有する物理洗浄、化学的な洗浄作用を有する化学洗浄または物理洗浄と化学洗浄とを組合わせた洗浄（以下「物理／化学洗浄」という）を基板表面に施すようにしてもよい。これにより、基板に対する付着力が弱まった、あるいは基板表面から脱離した液膜中のパーティクルを基板から効果的に除去することができ、基板表面を良好に洗浄することができる。
【００１５】
ここで、液膜を凍結させる液膜凍結手段と、凍結後の液膜を除去する膜除去手段とを同一の処理チャンバー内に収容してもよい。この構成によれば、基板を搬送することなく、液膜の凍結と凍結後の液膜除去を連続的に実行することができ、スループットを向上させることができる。しかも、この発明によれば、液体冷媒により基板を直接に冷却しているので、回転保持部（基板保持手段）を介して間接的に基板を冷却する従来技術と比較して凍結後の液膜除去に要する時間を短縮することができる。すなわち、従来技術によれば、基板を冷却する際に回転保持部に冷熱が蓄えられ、凍結後の液膜を除去する際に回転保持部の温度も上昇させる必要がある。これに対し、この発明によれば、基板保持手段に必要以上に冷熱が蓄えられることがなく、比較的短時間で凍結後の液膜を基板から除去することができる。さらに、基板表面に液膜を形成する液膜形成手段を設けて、液膜形成手段、液膜凍結手段および膜除去手段を同一の処理チャンバー内に収容してもよい。これにより、一連の洗浄処理（液膜形成＋液膜凍結＋膜除去）を同一箇所で一体的に実行することができる。
【００１６】
また、この発明にかかる基板処理システムは、上記目的を達成するため、請求項１または２記載の基板処理装置と同一構成を有する凍結ユニットと、凍結ユニットから分離して設けられるとともに、液膜が凍結された凍結膜を基板表面から除去する膜除去ユニットと、凍結ユニットから膜除去ユニットに基板を搬送する搬送ユニットとを備えたことを特徴としている。この構成によれば、凍結ユニットにおいて基板表面が汚染されることなく、該基板表面に形成された液膜が凍結される。これにより、基板表面が凍結前の状態を保ったまま、凍結膜で覆われる。そして、このように基板表面が凍結膜で覆われた状態で基板を膜除去ユニットに搬送して膜除去ユニットにおいて凍結膜を除去している。このため、液膜の凍結から凍結膜の除去までの間、凍結膜が基板表面に対する保護膜として作用して基板表面を周囲雰囲気からの汚染より保護することができる。したがって、凍結膜を保護膜として基板表面の汚染を防止しつつ基板を保存したり待機させておくことができる。また、必要に応じて基板を膜除去ユニットに搬送し、膜除去ユニットにおいて凍結膜を除去することで、適宜、基板表面を凍結前の状態で露出させることができる。
【００１７】
ここで、膜除去ユニットは、基板表面に対して物理的な洗浄作用を有する物理洗浄、化学的な洗浄作用を有する化学洗浄または物理洗浄と化学洗浄とを組合わせた洗浄を基板表面に施して該基板表面から凍結膜を除去するものであってもよい。これにより、凍結膜を基板表面から除去する際に、基板表面に汚染物質が付着している場合であっても、凍結膜とともに汚染物質を効果的に除去することができる。このため、基板表面を清浄な状態で露出させることができる。
【００１８】
なお、本発明に用いられる「液体冷媒」としては、エチレングリコール水溶液、アルコール類または液体窒素を用いることができる。特にエチレングリコール水溶液またはアルコール類を液体冷媒として用いることが好ましい。このような液体を液体冷媒として用いることで、液体冷媒を回収して再利用させることが可能となる。これにより、液体冷媒の使用量を抑制してコスト低減を図ることができる。アルコール類としては、安全性、価格等の観点からエチルアルコール、メチルアルコールまたはイソプロピルアルコールを用いることができるが、特にエチルアルコールが好適である。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、基板がその裏面に接液する液体冷媒によって直接的に冷却される。このため、基板表面に形成された液膜を比較的短時間で凍結させることができる。また、基板表面に形成された液膜に液体冷媒を接触させることなく液膜を凍結させているため、液体冷媒に汚染物質が含まれる場合であっても、該汚染物質が基板表面に付着するのを防止することができる。これにより、基板表面を汚染させることなく液膜を凍結させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
最初に、本発明にかかる基板表面に形成された液膜を凍結させる基板処理装置および方法を基板表面に付着するパーティクル等の汚染物質を除去する洗浄処理に適用した場合について説明する。このような洗浄処理では、次のようにして基板表面に付着するパーティクルを除去している。すなわち、基板表面に液膜を形成した状態で該液膜を凍結させる。これにより、液膜が体積膨張して、基板と該基板の表面に付着するパーティクルとの間の付着力が弱められ、あるいはパーティクルが基板表面から脱離する。その後、凍結後の液膜を基板表面から除去することで、該液膜とともに基板表面に付着するパーティクルを基板表面から除去している。
【００２１】
＜冷却温度とパーティクル除去率との関係＞
本願発明者は、パーティクル除去効率を向上させる観点から、一連の洗浄処理（液膜形成＋液膜凍結＋膜除去）のうち、液膜の凍結処理に着目して種々の実験、検討を行った。具体的には、基板表面に形成された液膜を凍結させる際の冷却温度とパーティクル除去率との関係について評価を行った。
【００２２】
図１は、液膜を凍結させる際の冷却温度とパーティクル除去率との関係を示すグラフである。図１の横軸は基板表面に形成された液膜を凍結させる際の冷却温度を示し、温度が低いほど（紙面右方向）液膜が凍結するまでの時間（以下「凍結時間」という）が短くなっていることを表している。一方、図１の縦軸はパーティクル除去率を示しており、以下の手順により求められる。
【００２３】
先ず、枚葉式の基板処理装置（大日本スクリーン製造社製、スピンプロセッサＭＰ−２０００）を用いてウエハ（ウエハ径：２００ｍｍ）を強制的に汚染させる。具体的には、ウエハを回転させながら、パーティクル（Ｓｉ屑）を分散させた分散液をウエハに供給する。ここでは、ウエハ表面に付着するパーティクルの数が約８０００個となるように、分散液の液量、ウエハ回転数および処理時間を適宜調整する。その後、ウエハ表面に付着しているパーティクル（粒径：０．１μｍ以上）の数（初期値）を測定する。なお、パーティクル数の測定はＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製のウエハ検査装置ＳＰ１を用いて、ウエハの外周から１０ｍｍまでの周縁領域を除去（エッジカット）として残余の領域にて評価を行っている。
【００２４】
次に、脱イオン水（以下「ＤＩＷ」と称す）をウエハ表面に供給してウエハ表面に液膜（水膜）を形成する。このように形成された液膜の厚みを液膜形成前後のウエハ重量から求めた結果、約２０μｍ（マイクロメータ）となった。
【００２５】
続いて、基板を冷凍庫に移載し、所定の冷却温度（冷凍庫内の温度）に調整された冷凍庫にて液膜を凍結させる。そして、凍結処理した基板を基板処理装置（ＭＰ−２０００）に搬入して、ウエハを回転させながら、ＤＩＷを供給して３０秒間ウエハに対して洗浄（リンス処理）を施す。これにより、凍結後の液膜（凍結膜）がウエハ表面から解凍除去される。その後、ウエハを高速回転させてウエハを乾燥（スピンドライ）させる。
【００２６】
こうして、一連の洗浄処理（液膜形成＋液膜凍結＋膜除去）を施したウエハの表面に付着しているパーティクル数を測定する。それから、洗浄処理後のパーティクル数と先に測定した初期（洗浄処理前）のパーティクル数（初期値）とを比較することで除去率を算出する。
【００２７】
ここでは、ウエハを４枚用意して、各ウエハに対して冷却温度のみが相互に異なるように上記操作を実行した。すなわち、４枚のウエハに形成された液膜を互いに冷却温度（冷凍庫内の温度）を異ならせた状態で凍結させた。これにより、各ウエハごとに液膜の凍結時間が異なり、冷却温度が低いほど凍結時間が短くなる。
【００２８】
図１から明らかなように、冷却温度が低くなるほど、つまり凍結時間が短くなるほどパーティクル除去率が高くなっていることが分かる。したがって、液膜を冷却して最終的に液膜を凍結させるにしても、比較的短時間で液膜を凍結させる方がパーティクルを効率良く除去する上では有利であるといえる。
【００２９】
また、基板表面を良好に洗浄する観点からは、被洗浄対象である基板表面に向けて冷媒を供給して液膜に冷媒を接触させて該液膜を凍結させることは好ましくない。というのも、冷媒に汚染物質が含まれる場合には、基板表面が汚染物質により汚染されてしまうからである。
【００３０】
そこで、上記した知見に鑑みて、以下のように構成して、基板表面に形成された液膜を短時間でしかも基板表面を汚染させることなく凍結させている。以下、図面を参照しつつ具体的な実施形態について詳述する。
【００３１】
＜基板処理装置＞
図２は、この発明にかかる基板処理装置の一実施形態を示す図である。また、図３は図２の基板処理装置の制御構成を示すブロック図である。この基板処理装置は半導体ウエハ等の基板Ｗの表面Ｗｆに付着しているパーティクル等の汚染物質を除去するための洗浄処理に用いられる枚葉式の基板処理装置である。より具体的には、微細パターンが形成された基板表面Ｗｆに液膜を形成した後、該液膜を凍結させてから凍結後の液膜を基板表面Ｗｆから除去することにより、基板Ｗに対して一連の洗浄処理（液膜形成＋液膜凍結＋膜除去）を施す装置である。
【００３２】
この基板処理装置は、基板Ｗに対して洗浄処理を施す処理空間をその内部に有する処理チャンバー１を備え、処理チャンバー１内に基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗを略水平姿勢に保持して回転させるスピンチャック２（本発明の「基板保持手段」に相当）と、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに薬液または純水やＤＩＷ等のリンス液などの処理液を供給する洗浄ノズル３と、基板表面Ｗｆに処理液の液滴を供給する二流体ノズル５とが設けられている。
【００３３】
スピンチャック２は、回転支柱２１がモータを含むチャック回転機構２２の回転軸に連結されており、チャック回転機構２２の駆動により鉛直軸回りに回転可能となっている。回転支柱２１の上端部には、円盤状のスピンベース２３が一体的にネジなどの締結部品によって連結されている。したがって、装置全体を制御する制御ユニット４からの動作指令に応じてチャック回転機構２２を駆動させることによりスピンベース２３が鉛直軸回りに回転する。このように、この実施形態では、チャック回転機構２２が本発明の「回転手段」として機能する。
【００３４】
スピンベース２３の周縁部付近には、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２４が立設されている。チャックピン２４は、円形の基板Ｗを確実に保持するために３個以上設けてあればよく、スピンベース２３の周縁部に沿って等角度間隔で配置されている。チャックピン２４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の外周端面を押圧して基板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２４は、基板保持部が基板Ｗの外周端面を押圧する押圧状態と、基板保持部が基板Ｗの外周端面から離れる解放状態との間を切り替え可能に構成されている。
【００３５】
そして、スピンベース２３に対して基板Ｗが受渡しされる際には、複数個のチャックピン２４を解放状態とし、基板Ｗに対して洗浄処理を行う際には、複数個のチャックピン２４を押圧状態とする。押圧状態とすることによって、複数個のチャックピン２４は基板Ｗの周縁部を把持してその基板Ｗをスピンベース２３から所定間隔を隔てて略水平姿勢に保持することができる。これにより、基板Ｗはその表面（パターン形成面）Ｗｆを上方に向け、裏面Ｗｂを下方に向けた状態で保持される。
【００３６】
スピンチャック２の外方には、第１の回動モータ３１が設けられている。第１の回動モータ３１には、第１の回動軸３３が接続されている。また、第１の回動軸３３には、第１のアーム３５が水平方向に延びるように連結され、第１のアーム３５の先端に洗浄ノズル３が取り付けられている。そして、制御ユニット４からの動作指令に応じて第１の回動モータ３１が駆動されることで、洗浄ノズル３を基板Ｗの回転中心の上方の吐出位置（図２に示す位置）と吐出位置から側方に退避した待機位置との間で往復移動させることができる。
【００３７】
洗浄ノズル３は、薬液供給部６１およびリンス液供給部６２（図３）と接続されており、制御ユニット４からの動作指令に応じて薬液供給部６１、リンス液供給部６２からそれぞれ、洗浄ノズル３に薬液またはＤＩＷがリンス液として選択的に供給される。薬液としては、例えばＳＣ１溶液（アンモニア水と過酸化水素水との混合水溶液）が用いられる。また、リンス液の他の例としては、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等の有機溶剤、オゾンをＤＩＷに溶解させたオゾン水または水素を純水に溶解させた水素水等が挙げられる。
【００３８】
また、スピンチャック２の外方に第２の回動モータ５１が設けられている。第２の回動モータ５１には、第２の回動軸５３が接続され、第２の回動軸５３には、第２のアーム５５が連結されている。また、第２のアーム５５の先端に二流体ノズル５が取り付けられている。そして、制御ユニット４からの動作指令に応じて第２の回動モータ５１が駆動されることで、二流体ノズル５を第２の回動軸５３回りに揺動させることができる。二流体ノズル５は、基板表面Ｗｆを洗浄するために処理液と気体とを混合して生成した処理液の液滴を吐出する。
【００３９】
図４は二流体ノズルの構成を示す図である。この二流体ノズルは、処理液としてＤＩＷと窒素ガス（Ｎ２）とを空中（ノズル外部）で衝突させてＤＩＷの液滴を生成する混合させる、いわゆる外部混合型の二流体ノズルである。二流体ノズル５は、胴部５０１の内部に処理液吐出口５２１を有する処理液吐出ノズル５０２が挿通される。この処理液吐出口５２１は、二流体ノズル５の傘部５１１の上面部５１２に配置されている。このため、ＤＩＷが処理液吐出ノズル５０２に供給されると、ＤＩＷが処理液吐出口５２１から基板Ｗに向けて吐出される。
【００４０】
また、ガス吐出ノズル５０３が処理液吐出ノズル５０２に近接して設けられており、該処理液吐出ノズル５０２を囲んだリング状のガス通路を規定している。ガス吐出ノズル５０３の先端部は先細にテーパ状とされており、このノズル開口は基板Ｗの表面に対向している。このため、ガス吐出ノズル５０３に窒素ガスが供給されると、窒素ガスがガス吐出ノズル５０３のガス吐出口５３１から基板Ｗに向けて吐出される。
【００４１】
このように吐出される窒素ガスの吐出軌跡は、処理液吐出口５２１からのＤＩＷの吐出軌跡に交わっている。すなわち、処理液吐出口５２１からの液体（ＤＩＷ）流は、混合領域内の衝突部位Ｇにおいて気体（窒素ガス）流と衝突する。気体流はこの衝突部位Ｇに収束するように吐出される。この混合領域は、胴部５０１の下端部の空間である。このため、処理液吐出口５２１からのＤＩＷの吐出方向の直近においてＤＩＷはそれに衝突する窒素ガスによって速やかに液滴化される。こうして、洗浄用液滴が生成される。
【００４２】
図２に戻って説明を続ける。スピンチャック２の回転支柱２１は中空軸からなる。回転支柱２１の内部には、基板Ｗの裏面Ｗｂに処理液を供給するための処理液供給管２５と、基板裏面Ｗｂに液体冷媒を供給するための冷媒供給管２６とが挿通されている。これら処理液供給管２５および冷媒供給管２６は、スピンチャック２に保持された基板Ｗの下面（裏面Ｗｂ）に近接する位置まで延びている。そして、処理液供給管２５の先端には、基板Ｗの下面中央部に向けて処理液を吐出する処理液ノズル２７が設けられる一方、冷媒供給管２６の先端には、基板Ｗの下面中央部に向けて液体冷媒を吐出する冷媒ノズル２８が設けられている。
【００４３】
処理液供給管２５は、薬液供給部６１およびリンス液供給部６２と接続されており、薬液供給部６１からＳＣ１溶液（アンモニア水と過酸化水素水との混合水溶液）等の薬液が、リンス液供給部６２からＤＩＷやオゾン水等のリンス液が選択的に供給される。また、冷媒供給管２６は冷媒供給部６４と接続されており、冷媒供給部６４からエチレングリコール水溶液、アルコール類または液体窒素が液体冷媒として供給される。特に、後述するようにして基板Ｗに供給した液体冷媒を回収して再利用するために、エチレングリコール水溶液またはアルコール類を液体冷媒として用いるのが好ましい。アルコール類としては、安全性、価格等の観点からエチルアルコール、メチルアルコールまたはイソプロピルアルコールを用いることができるが、特にエチルアルコールが好適である。
【００４４】
この実施形態では、後述するように基板表面ＷｆにＤＩＷによる液膜が形成された状態で冷媒ノズル２８から基板裏面Ｗｂに液体冷媒を吐出することで、液膜を凍結させる。したがって、液体冷媒は液膜を構成するＤＩＷの凝固点（氷点）よりも低い温度に調整されたものが用いられる。このように、この実施形態では、冷媒ノズル２８が本発明の「液膜凍結手段」として機能する。
【００４５】
また、回転支柱２１の内壁面と処理液供給管２５および冷媒供給管２６の外壁面の隙間は、円筒状のガス供給路２９を形成している。このガス供給路２９はガス供給部６５と接続されており、スピンベース２３と基板裏面Ｗｂとの間に形成される空間に窒素ガスを供給することができる。なお、この実施形態では、ガス供給部６５から窒素ガスを供給しているが、空気や他の不活性ガスなどを吐出してもよい。
【００４６】
スピンチャック２は、ケーシング７内に収容されている。ケーシング７の周囲には、受け部材７１が固定的に取り付けられている。受け部材７１には、円筒状の仕切り部材７３ａ，７３ｂ，７３ｃが立設されている。ケーシング７の外壁と仕切り部材７３ａの内壁との間の空間が第１排液槽７５ａを形成し、仕切り部材７３ａの外壁と仕切り部材７３ｂの内壁との間の空間が第２排液槽７５ｂを形成し、仕切り部材７３ｂの外壁と仕切り部材７３ｃの内壁との間の空間が第３排液槽７５ｃを形成している。
【００４７】
第１排液槽７５ａ、第２排液槽７５ｂおよび第３排液槽７５ｃの底部にはそれぞれ、排出口７７ａ，７７ｂ，７７ｃが形成されており、各排出口は相互に異なるドレインに接続されている。例えばこの実施形態では、第１排液槽７５ａは使用済みの液体冷媒を回収するための槽であり、液体冷媒を回収して再利用するための回収ドレインに連通されている。また、第２排液槽７５ｂは使用済みの薬液を回収するための槽であり、薬液を回収して再利用するための回収ドレインに連通されている。さらに、第３排液槽７５ｃは使用済みのリンス液（ＤＩＷやオゾン水）を排液するための槽であり、廃棄処理のための廃棄ドレインに連通されている。
【００４８】
各排液槽７５ａ〜７５ｃの上方にはスプラッシュガード８が設けられている。スプラッシュガード８はスピンチャック２に略水平姿勢で保持されている基板Ｗの周囲を包囲するようにスピンチャック２の回転軸（鉛直軸）に対して昇降自在に設けられている。このスプラッシュガード８はスピンチャック２の回転軸に対して略回転対称な形状を有しており、スピンチャック２と同心円状に径方向内側から外側に向かって配置された３つのガード８１，８２，８３を備えている。３つのガード８１，８２，８３は、最外部のガード８３から最内部のガード８１に向かって、順に高さが低くなるように設けられるとともに、各ガード８１，８２，８３の上端部が鉛直方向に延びる面内に収まるように配置されている。
【００４９】
スプラッシュガード８は、ガード昇降機構８５（図３）と接続され、制御ユニット４からの動作指令に応じてガード昇降機構８５の昇降駆動用アクチェータ（例えばエアシリンダーなど）を作動させることで、スプラッシュガード８をスピンチャック２に対して昇降させることが可能となっている。この実施形態では、ガード昇降機構８５の駆動によりスプラッシュガード８を段階的に昇降させることで、回転する基板Ｗから飛散する液体冷媒および処理液を第１〜第３排液槽７５ａ〜７５ｃに分別して排液させることが可能となっている。
【００５０】
ガード８１の上部には、断面くの字形で内方に開いた溝状の第１案内部８１ａが形成されている。そして、液体冷媒供給時にスプラッシュガード８を最も高い位置（以下「第１高さ位置」という）に位置させることで、回転する基板Ｗから排出される液体冷媒が第１案内部８１ａで受け止められ、第１排液槽７５ａに案内される。具体的には、第１高さ位置として、第１案内部８１ａがスピンチャック２に保持された基板Ｗの周囲を取り囲むようにスプラッシュガード８を配置させることで、回転する基板Ｗから排出される液体冷媒がガード８１を介して第１排液槽７５ａに案内される。
【００５１】
また、ガード８２の上部には、径方向外側から内側に向かって斜め上方に傾斜した傾斜部８２ａが形成されている。そして、薬液供給時にスプラッシュガード８を第１高さ位置よりも低い位置（以下「第２高さ位置」という）に位置させることで、回転する基板Ｗから飛散する薬液が傾斜部８２ａで受け止められ、第２排液槽７５ｂに案内される。具体的には、第２高さ位置として、傾斜部８２ａがスピンチャック２に保持された基板Ｗの周囲を取り囲むようにスプラッシュガード８を配置させることで、回転する基板Ｗから飛散する薬液がガード８１の上端部とガード８２の上端部との間を通り抜けて第２排液槽７５ｂに案内される。
【００５２】
同様にして、ガード８３の上部には、径方向外側から内側に向かって斜め上方に傾斜した傾斜部８３ａが形成されている。そして、リンス液供給時にスプラッシュガード８を第２高さ位置よりも低い位置（以下「第３高さ位置」という）に位置させることで、回転する基板Ｗから飛散するリンス液が傾斜部８３ａで受け止められ、第３排液槽７５ｃに案内される。具体的には、第３高さ位置として、傾斜部８３ａがスピンチャック２に保持された基板Ｗの周囲を取り囲むようにスプラッシュガード８を配置させることで、回転する基板Ｗから飛散するリンス液がガード８２の上端部とガード８３の上端部との間を通り抜けて第３排液槽７５ｃに案内される。
【００５３】
さらに、第３高さ位置よりも低い位置（以下「退避位置」という）に位置させて、スピンチャック２をスプラッシュガード８の上端部から突出させることで、基板搬送手段（図示せず）が未処理の基板Ｗをスピンチャック２に載置したり、処理済の基板Ｗをスピンチャック２から受け取ることが可能となっている。
【００５４】
また、スピンチャック２の上方には、中心部に開口を有する円盤状の遮断部材９が設けられている。遮断部材９は、その下面（底面）が基板表面Ｗｆと略平行に対向する基板対向面となっており、その平面サイズは基板Ｗの直径と同等以上の大きさに形成されている。遮断部材９は略円筒形状を有する支持軸９１の下端部に略水平に取り付けられ、支持軸９１は水平方向に延びるアーム９２により基板Ｗの中心を通る鉛直軸回りに回転可能に保持されている。また、アーム９２には、遮断部材回転機構９３と遮断部材昇降機構９４が接続されている。
【００５５】
遮断部材回転機構９３は、制御ユニット４からの動作指令に応じて支持軸９１を基板Ｗの中心を通る鉛直軸回りに回転させる。また、遮断部材回転機構９３は、スピンチャック２に保持された基板Ｗの回転に応じて基板Ｗと同じ回転方向でかつ略同じ回転速度で遮断部材９を回転させるように構成されている。
【００５６】
また、遮断部材昇降機構９４は、制御ユニット４からの動作指令に応じて、遮断部材９をスピンベース２３に近接して対向させたり、逆に離間させることが可能となっている。具体的には、制御ユニット４は遮断部材昇降機構９４を作動させることで、基板処理装置に対して基板Ｗを搬入出させる際には、スピンチャック２の上方の離間位置（図２に示す位置）に遮断部材９を上昇させる。その一方で、基板Ｗに対して所定の処理を施す際には、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆのごく近傍に設定された対向位置まで遮断部材９を下降させる。
【００５７】
支持軸９１は中空に仕上げられ、その内部に遮断部材９の開口に連通したガス供給路９５が挿通されている。ガス供給路９５は、ガス供給部６５と接続されており、ガス供給部６５から窒素ガスが供給される。この実施形態では、基板Ｗに対する洗浄処理後の乾燥処理時に、ガス供給路９５から遮断部材９と基板表面Ｗｆとの間に形成される空間に窒素ガスを供給する。また、ガス供給路９５の内部には、遮断部材９の開口に連通した液供給管９６が挿通されており、液供給管９６の下端にノズル９７が結合されている。液供給管９６はリンス液供給部６２に接続されており、リンス液供給部６２よりリンス液としてＤＩＷが供給されることで、ノズル９７からＤＩＷを基板表面Ｗｆに向けて吐出可能となっている。
【００５８】
次に、上記のように構成された基板処理装置における洗浄処理動作について図５を参照しつつ説明する。図５は、図２の基板処理装置の動作を示す模式図である。先ず、制御ユニット４はスプラッシュガード８を退避位置に位置させて、スピンチャック２をスプラッシュガード８の上端部から突出させる。そして、この状態で基板搬送手段（図示せず）により未処理の基板Ｗが処理チャンバー１内に搬入されると、基板Ｗに対して洗浄処理を実行する。ここで、基板表面Ｗfに微細パターンが形成されることがある。つまり、基板表面Ｗfがパターン形成面になっている。そこで、この実施形態では、基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗが処理チャンバー１内に搬入され、スピンチャック２に保持される。続いて、遮断部材９が離間位置から対向位置に位置決めされる。これにより、基板表面Ｗｆが遮断部材９の基板対向面に近接した状態で覆われ、基板Ｗの周辺雰囲気から遮断される。
【００５９】
そして、制御ユニット４はスプラッシュガード８を第３高さ位置に配置して、チャック回転機構２２を駆動させてスピンチャック２を回転させるとともに、ノズル９７から基板表面ＷｆにＤＩＷを供給する。基板表面に供給されたＤＩＷは、基板Ｗの回転に伴う遠心力により表面全体に広げられ、その一部が基板外に振り切られる。これによって、基板Ｗの表面全体に所定の厚みの液膜（水膜）が形成される（図５（ａ）；液膜形成工程）。なお、液膜形成に際して、上記のように基板表面Ｗｆに供給されたＤＩＷの一部を振り切ることは必須の要件ではない。例えば、基板Ｗの回転を停止させた状態あるいは基板Ｗを比較的低速で回転させた状態で基板ＷからＤＩＷを振り切ることなく基板表面Ｗｆに液膜を形成してもよい。このように、この実施形態では、ノズル９７が本発明の「液膜形成手段」として機能する。
【００６０】
また、基板表面Ｗｆへの液膜形成はノズル９７からのＤＩＷの供給に限らず、洗浄ノズル３を用いてもよい。すなわち、遮断部材９を離間位置に配置した状態で洗浄ノズル３を吐出位置に位置決めした後、該洗浄ノズル３から基板表面ＷｆにＤＩＷを供給してもよい。
【００６１】
こうして、液膜形成工程が終了すると、制御ユニット４はスプラッシュガード８を第１高さ位置に配置させる。そして、冷媒ノズル２８から液体冷媒を基板裏面Ｗｂの中央部に向けて吐出させながら適度な回転数で基板Ｗを回転させる（図５（ｂ））。これにより、基板Ｗに接液する液体冷媒に作用する遠心力によって液体冷媒が流動して、基板Ｗの裏面全体に液体冷媒が均一に行き渡る。その結果、基板全体がその裏面Ｗｂに接液する液体冷媒によって直接的に冷却され、基板表面Ｗｆに形成された液膜が比較的短時間で凍結する（液膜凍結工程）。なお、ここでいうところの「適度な回転数」とは、液体冷媒を基板Ｗの裏面全体に広げながらも、基板表面Ｗｆの周縁部に液体冷媒が回り込まない程度の回転数を意味している。なんとなれば、液体冷媒が基板表面Ｗｆ側に回り込んでしまうと、冷媒による汚染が生じるかもしれないからである。このように回転数を設定することにより、基板裏面Ｗｂに供給された液体冷媒は基板表面Ｗｆに形成された液膜に接触することなく、基板Ｗから排出される。なお、基板Ｗから排出される液体冷媒は第１排液槽７５ａに回収され、適宜再利用される。これにより、凍結処理に要するランニングコストを大幅に低減することができる。
【００６２】
このようにして液膜凍結工程を実行すると、基板表面Ｗｆとパーティクルの間に入り込んだ液膜の体積が増加（摂氏０℃の水が摂氏０℃の氷になると、その体積はおよそ１．１倍に増加する）し、パーティクルが微小距離だけ基板表面Ｗｆから離れる。その結果、基板表面Ｗｆとパーティクルとの間の付着力が低減され、さらにはパーティクルが基板表面Ｗｆから脱離することとなる。このとき、基板表面Ｗｆに微細パターンが形成されている場合であっても、液膜の体積膨張によってパターンに加わる圧力はあらゆる方向に等しく、つまりパターンに加えられる力が相殺される。そのため、パターンを剥離あるいは倒壊させることなく、パーティクルのみを選択的に優先して、基板表面Ｗｆから除去することができる。
【００６３】
所定時間の経過後、液膜の凍結が完了すると、制御ユニット４は、スプラッシュガード８を第３高さ位置に配置させる。そして、ノズル９７および処理液ノズル２７からＤＩＷをリンス液として基板Ｗの表面Ｗｆおよび裏面Ｗｂに供給する。これにより基板表面Ｗｆの凍結膜がＤＩＷによって解凍される。また、凍結膜と基板表面Ｗｆに供給されたＤＩＷとに基板Ｗの回転による遠心力が作用する。その結果、基板表面Ｗｆからパーティクルを含む凍結膜が除去され、基板外に排出される（図５（ｃ）；膜除去工程）。このように、この実施形態では、ノズル９７が本発明の「膜除去手段」として機能する。
【００６４】
また、基板裏面ＷｂについてもＤＩＷが基板Ｗの回転により裏面全体に広がり基板裏面Ｗｂがリンス処理される。したがって、基板表面Ｗｆのみならず、基板Ｗの全体からパーティクル等の汚染物質を除去することができる。さらに、液膜凍結工程においてスピンベース２３およびチャックピン２４等に結露が生じている場合であっても、基板Ｗの表裏面に供給されるＤＩＷにより洗い流される。なお、基板Ｗから振り切られた使用済みのリンス液（ＤＩＷ）は第３排液槽７５ｃに案内され、廃棄される。
【００６５】
ここで、液体冷媒としてエチレングリコール水溶液またはアルコール類を使用した場合には、基板裏面Ｗｂがこれら有機物により汚染される可能性がある。この場合には、基板裏面Ｗｂにリンス液としてオゾン水を供給することにより、基板裏面Ｗｂから有機汚染物を除去することができる。なお、この場合には、オゾン水によるリンス処理後にＤＩＷによる最終リンス処理が基板裏面Ｗｂに対して行われる。
【００６６】
また、膜除去工程では、基板Ｗの回転とともに遮断部材９を回転させるのが好ましい。これにより、遮断部材９に付着する液体が振り切られるとともに、遮断部材９と基板表面Ｗｆとの間に形成される空間に基板周辺からミスト状の処理液が侵入するのを防止することができる。
【００６７】
こうして、膜除去工程が終了すると、制御ユニット４はチャック回転機構２２および遮断部材回転機構９３のモータの回転速度を高めて基板Ｗおよび遮断部材９を高速回転させる。これにより、基板Ｗの乾燥処理（スピンドライ）が実行される（図５（ｄ））。さらに、この乾燥処理においては、ガス供給路９５，２９から窒素ガスを供給することで、遮断部材９と基板表面Ｗｆとの間に挟まれた空間およびスピンベース２３と基板裏面Ｗｂとの間に挟まれた空間が窒素ガス雰囲気とされる。これにより、基板Ｗの乾燥が促進され、乾燥時間を短縮することができる。
【００６８】
以上のように、この実施形態によれば、基板表面Ｗｆに形成された液膜を凍結させる際に、基板裏面Ｗｂに直接に液体冷媒を供給しているので、基板Ｗがその裏面Ｗｂに接液する液体冷媒によって直接的に冷却される。そのため、液膜を比較的短時間で凍結させることができる。したがって、図１から説明されるように、パーティクル除去率を向上させ、基板Ｗを効果的に洗浄することができる。また、液膜に液体冷媒を接触させることなく液膜を凍結させているため、液体冷媒に汚染物質が含まれる場合でも、該汚染物質が基板表面Ｗｆに付着するのを防止することができる。
【００６９】
また、この実施形態によれば、基板Ｗを回転させながら基板裏面Ｗｂに液体冷媒を供給しているので、基板裏面全体に液体冷媒が広げられ液膜を均一に凍結させることができる。また、液体冷媒を基板裏面全体に行き渡らせることで、基板Ｗと液体冷媒との接触面積が広げられる。このため、基板全体が効率良く冷却され、液膜の凍結時間をさらに短縮することができ、パーティクルを基板表面Ｗｆから効果的に除去することができる。
【００７０】
また、この実施形態によれば、同一の処理チャンバー１内で、液膜形成工程、液膜凍結工程および膜除去工程を連続的に実行している。そのため、基板を搬送することなく、一連の洗浄処理（液膜形成＋液膜凍結＋膜除去）を同一箇所で一体的に実行することができ、スループットを向上させることができる。しかも、この実施形態によれば、液体冷媒により基板Ｗを直接に冷却しているので、回転保持部（基板保持手段）を介して間接的に基板Ｗを冷却する従来技術と比較して凍結膜除去に要する時間を短縮することができる。すなわち、従来技術によれば、基板Ｗを冷却する際に回転保持部に冷熱が蓄えられ、凍結膜を除去する際に回転保持部の温度も上昇させる必要がある。これに対し、この実施形態によれば、基板保持手段に必要以上に冷熱が蓄えられることがなく、比較的短時間で凍結膜を基板Ｗから除去することができる。
【００７１】
なお、上記実施形態では、ＤＩＷにより基板Ｗに対してリンス処理を施すことで凍結膜を除去しているが、次のように基板表面Ｗｆに対して化学洗浄を施して凍結膜を除去してもよい。すなわち、液膜を凍結させた後、制御ユニット４は、スプラッシュガード８を第２高さ位置に配置するとともに、洗浄ノズル３を吐出位置に配置して洗浄ノズル３からＳＣ１溶液を基板表面Ｗｆに供給する。ここで、ＳＣ１溶液中の固体表面のゼータ電位（界面動電電位）は比較的大きな値を有することから、基板表面Ｗｆと該基板表面Ｗｆ上のパーティクルとの間がＳＣ１溶液で満たされることにより、基板表面Ｗｆとパーティクルとの間に大きな反発力が作用する。したがって、基板表面Ｗｆからのパーティクルの脱離をさらに容易にして、基板表面Ｗｆからパーティクルを効果的に除去することができる。この場合、洗浄ノズル３が本発明の「膜除去手段」として機能する。
【００７２】
また、基板表面ＷｆへのＳＣ１溶液の供給と同時に基板裏面Ｗｂにも処理液ノズル２７からＳＣ１溶液を供給してもよい。これにより、基板裏面Ｗｂに液体冷媒の供給による有機汚染物が付着している場合でも、ＳＣ１溶液の化学洗浄作用により有機汚染物を基板Ｗから除去することができる。なお、ＳＣ１溶液による洗浄後、基板Ｗの表裏面にＤＩＷが供給され、ＤＩＷによるリンス処理が行われる。
【００７３】
また、次のようにして、凍結膜を解凍除去してもよい。すなわち、液膜を凍結させた後、制御ユニット４は、遮断部材９を離間位置に配置した状態で二流体ノズル５を基板Ｗの上方で揺動させながらＤＩＷの液滴を基板表面Ｗｆに供給する。これにより、液滴が基板表面Ｗｆに付着するパーティクルに衝突して、液滴が有する運動エネルギーによってパーティクルが物理的に除去（物理洗浄）される。したがって、基板表面Ｗｆからのパーティクル除去を容易にして、基板表面Ｗｆを良好に洗浄することができる。この場合、二流体ノズル５が本発明の「膜除去手段」として機能する。
【００７４】
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、処理チャンバー１内で基板表面Ｗｆに液体（ＤＩＷ）を供給して基板表面Ｗｆに液膜を形成しているが、予め基板表面Ｗｆに液膜が形成された基板Ｗを処理チャンバー１に搬入してもよい。
【００７５】
また、上記実施形態では液膜の凍結完了後、直ちに膜除去工程に移行しているが、膜除去工程への移行タイミングを後側にずらしてタクトタイムを調整してもよい。この場合、凍結膜が形成された状態のまま基板Ｗが装置内部で待機することになるが、凍結膜が保護膜として機能する。その結果、基板表面Ｗｆが汚染されるのを確実に防止できる。
【００７６】
また、上記実施形態では、液膜の凍結後、凍結状態で凍結後の液膜（凍結膜）を除去しているが、凍結膜が融解した状態で凍結後の液膜を除去してもよい。ただし、凍結状態で凍結後の液膜（凍結膜）を除去する方が基板表面Ｗｆに付着するパーティクルを効率良く除去する点で有利である。すなわち、液膜を凍結させることで基板表面Ｗｆに対するパーティクルの付着力が弱められ、脱離することになるが、凍結膜が融解していくうちに基板表面Ｗｆへの付着力が強まり、再付着するようになる。そこで、凍結膜が融解しないうちに凍結膜を基板表面Ｗｆから除去することで、基板表面Ｗｆから脱離したパーティクルが基板表面Ｗｆに再付着するのを回避することができる。その結果、パーティクルを基板表面Ｗｆから効率良く除去することができる。
【００７７】
また、上記実施形態では、基板表面Ｗｆに対して主に化学的な洗浄作用を有する化学洗浄としてＳＣ１溶液による洗浄（ＳＣ１洗浄）を実行しているが、本発明で実行される化学洗浄としては、ＳＣ１洗浄に限定されない。例えば、化学洗浄としてＳＣ１溶液以外のアルカリ性溶液、酸性溶液、有機溶剤、界面活性剤などを処理液として、またはそれらを適宜に組合わせたものを処理液として使用する湿式洗浄が挙げられる。
【００７８】
また、上記実施形態では、基板表面Ｗｆに対して主に物理的な洗浄作用を有する物理洗浄として二流体ノズルを用いた液滴による洗浄（液滴洗浄）を実行しているが、本発明で実行される物理洗浄としては、液滴洗浄に限定されない。例えば、物理洗浄として基板表面Ｗｆに対してブラシやスポンジ等を接触させることで基板Ｗを洗浄するスクラブ洗浄、超音波振動によって基板表面Ｗｆに付着するパーティクルを振動させて脱離させたり、処理液中に発生したキャビテーションや気泡を基板表面Ｗｆに作用させて基板Ｗを洗浄する超音波洗浄などが挙げられる。
【００７９】
さらに、基板表面Ｗｆに対して物理洗浄と化学洗浄とを必要に応じて組合わせた洗浄を施して基板表面Ｗｆから凍結後の液膜を除去してもよい。例えば、基板表面ＷｆにＳＣ１溶液を接液させるとともに、該ＳＣ１溶液中に気泡を発生させて基板表面Ｗｆに気泡を供給しながら洗浄してもよい。すなわち、ＳＣ１溶液による化学洗浄と気泡が有する物理作用を利用した物理洗浄とを組合わせた洗浄を行うようにしてもよい。また、二流体ノズルを用いた処理液の液滴洗浄において、処理液として基板表面Ｗｆに対して化学作用を有する薬液を用いてもよい。この構成によれば、薬液による化学洗浄と液滴が有する運動エネルギーを利用した物理洗浄とが組合された洗浄が実行される。
【００８０】
また、上記実施形態では、二流体ノズルからの液滴吐出による物理洗浄を行う際に、いわゆる外部混合型の二流体ノズルを用いて液滴洗浄を実行しているが、これに限定されず、いわゆる内部混合型の二流体ノズルを用いて液滴洗浄を実行してもよい。すなわち、二流体ノズルの内部で処理液とガスとを混合させて洗浄用液滴を生成するとともにノズル吐出口から基板Ｗに向けて吐出してもよい。
【００８１】
＜基板処理システム＞
上記実施形態では、本発明にかかる基板表面に形成された液膜を凍結させる基板処理装置および方法を基板表面に付着するパーティクル等の汚染物質を除去する洗浄処理に適用した場合について説明したが、本発明の適用はこれに限定されない。例えば、本発明にかかる基板処理装置および方法を用いて凍結させた液膜（凍結膜）を基板表面を保護するための保護膜として利用してもよい。以下、凍結膜を保護膜として利用した基板処理システムについて、図６および図７を参照しつつ説明する。
【００８２】
図６は、この発明にかかる基板処理システムの一実施形態を示す平面レイアウト図である。この基板処理システムでは、凍結ユニット１０と洗浄ユニット２０とが一定距離だけ離間して配置されるとともに、それらの間に基板搬送機構３０（本発明の「搬送ユニット」に相当）が配置されている。これらのうち、凍結ユニット１０は基板表面に形成された液膜を凍結させる液膜凍結工程を実行するユニットである。また、洗浄ユニット２０は基板表面を洗浄して凍結された液膜（凍結膜）を除去する膜除去工程を実行するユニットであり、本発明の「膜除去ユニット」として機能する。そして、凍結ユニット１０において表面の液膜が凍結された基板が基板搬送機構３０により洗浄ユニット２０に搬送され、洗浄ユニット２０において凍結膜が基板表面から除去される。
【００８３】
上記した基板処理システムによれば、基板表面の汚染を防止する観点から次のような場合に有効である。例えば洗浄ユニット２０における洗浄後に基板を他の処理ユニット（あるいは装置）に搬送する際に、洗浄ユニット２０と他の処理ユニットとの間で処理タクトが一致しておらず、洗浄ユニット２０から他の処理ユニットに直ちに基板を搬送することができない場合がある。この場合には、洗浄後の基板表面を周囲雰囲気に露出した状態で基板を放置することとなり、その間に基板表面が汚染されるおそれがある。そこで、以下のように処理することで、基板表面Ｗｆの汚染を防止することができる。
【００８４】
図７は、図６の基板処理システムの動作を示す模式図である。先ず、凍結ユニット１０において表面Ｗｆに形成された液膜を上記した基板処理装置にかかる実施形態と同様にして凍結する。すなわち、基板裏面Ｗｂに液体冷媒を供給して、基板表面Ｗｆを汚染させることなく、液膜を凍結させる（図７（ａ））。これにより、基板表面Ｗｆが凍結前の状態を保ったまま、凍結した液膜（凍結膜）で覆われる。そして、洗浄ユニット２０と他の処理ユニット（図示せず）との間の処理タクトが一致するまで基板Ｗを待機させる（図７（ｂ））。具体的には、後述の洗浄ユニット２０における洗浄後、洗浄ユニット２０から他の処理ユニットに直ちに基板Ｗを搬送可能な状態になるまで基板Ｗを待機させる。その後、基板表面Ｗｆが凍結膜で覆われた状態で基板搬送機構３０が基板Ｗを洗浄ユニット２０に搬送する（図７（ｃ））。そして、洗浄ユニット２０において凍結膜が除去され、基板表面Ｗｆが露出することとなるが、基板Ｗは直ちに洗浄ユニット２０から他の処理ユニットに搬送される（図７（ｄ））。このため、基板表面Ｗｆを露出したまま放置させることがなく基板表面Ｗｆの汚染を防止することができる。
【００８５】
以上のように、この実施形態によれば、液膜の凍結から凍結膜の除去までの間、基板表面Ｗｆが凍結膜に覆われている。このため、凍結膜が基板表面Ｗｆに対する保護膜として作用して基板表面Ｗｆを周囲雰囲気からの汚染より保護することができる。したがって、凍結膜を保護膜として基板表面Ｗｆの汚染を防止しつつ基板Ｗを保存したり待機させておくことができる。また、必要に応じて基板Ｗを洗浄ユニット２０に搬送し、洗浄ユニット２０において凍結膜を除去することで、適宜、基板表面Ｗｆを凍結前の状態で露出させることができる。
【００８６】
なお、この実施形態においても、凍結膜を基板表面Ｗｆから除去する際に、基板表面Ｗｆに対して物理的な洗浄作用を有する物理洗浄、化学的な洗浄作用を有する化学洗浄または物理洗浄と化学洗浄とを組合わせた洗浄を基板表面Ｗｆに施して該基板表面Ｗｆから凍結膜を除去するものであってもよい。これにより、基板表面Ｗｆに汚染物質が付着している場合であっても、凍結膜とともに汚染物質を効果的に除去することができる。このため、基板表面Ｗｆを清浄な状態で露出させることができる。
【００８７】
なお、上記実施形態にかかる基板処理システムでは、基板上の凍結膜を保護膜として凍結ユニット１０から洗浄ユニット２０に基板Ｗを搬送しているが、基板Ｗの搬送先はこれに限定されない。例えば基板Ｗの搬送先として基板Ｗを冷凍保管するための保管ユニットなどであってもよい。この場合には、保管ユニットが凍結膜を除去する膜除去手段を備えることで、必要に応じて凍結膜を除去して基板Ｗを保管ユニットから取り出すことができる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
この発明は、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、光ディスク用基板などを含む基板全般の表面に形成された液膜を凍結させる基板処理装置、基板処理システムおよび基板処理方法に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】液膜を凍結させる際の冷却温度とパーティクル除去率との関係を示すグラフである。
【図２】この発明にかかる基板処理装置の一実施形態を示す図である。
【図３】図２の基板処理装置の制御構成を示すブロック図である。
【図４】二流体ノズルの構成を示す図である。
【図５】図２の基板処理装置の動作を示す模式図である。
【図６】この発明にかかる基板処理システムの一実施形態を示す平面レイアウト図である。
【図７】図６の基板処理システムの動作を示す模式図である。
【符号の説明】
【００９０】
１…処理チャンバー
２…スピンチャック（基板保持手段）
３…洗浄ノズル（膜除去手段、液膜形成手段）
５…二流体ノズル（膜除去手段）
１０…凍結ユニット
２０…洗浄ユニット（膜除去ユニット）
２２…チャック回転機構（回転手段）
２８…冷媒ノズル（液膜凍結手段）
３０…基板搬送機構（搬送ユニット）
９７…ノズル（膜除去手段、液膜形成手段）
Ｗ…基板
Ｗｆ…基板表面
Ｗｂ…基板裏面
【図１】
2008028008.tif 000003
【図２】
2008028008.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008028008.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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