(57)【要約】【課題】基板処理装置を小型化し、また、基板上に薄い液膜を容易に形成する。【解決手段】基板処理装置１は、チャンバ７と、チャンバ７内の湿度を制御する湿度制御部８１と、基板９に向けて冷却ガスを供給する冷媒供給部４とを備える。基板９の上面９１の中央部に向けて供給された冷却ガスは、基板９の回転により上面９１の全面に亘って拡がり、基板９全体が冷却される。これにより、チャンバ７内の処理ガス中の水分（純水）が基板９の上面９１に結露し、上面９１全体を覆う純水の薄い液膜が形成される。液膜の形成が終了すると、基板９の中央部と外縁部との間で冷却ガスノズル４１が往復移動することにより、基板９の上面９１全体に冷却ガスが供給されて液膜が凍結する。液膜形成用の液体を基板９の上面９１に向けて吐出する構造を省略することにより、基板処理装置１を小型化することができる。また、基板９上に薄い液膜を容易に形成することができる。【選択図】図１
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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装置であって、
チャンバと、
前記チャンバ内において基板を保持する基板保持部と、
前記基板の主面に純水を結露させて前記主面上に液膜を形成する液膜形成部と、
前記液膜を冷却して凍結させる凍結部と、
を備えることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板処理装置であって、
前記液膜形成部が、前記基板を冷却する基板冷却部であることを特徴とする基板処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の基板処理装置であって、
前記基板冷却部が、前記凍結部でもあることを特徴とする基板処理装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の基板処理装置であって、
前記基板冷却部が、前記基板の他方の主面に向けて冷却ガスを供給することを特徴とする基板処理装置。
【請求項５】
請求項２または３に記載の基板処理装置であって、
前記基板を前記主面に垂直な軸を中心として回転する基板回転機構をさらに備え、
前記基板回転機構により前記基板を回転させつつ、前記基板冷却部から前記基板の前記主面の中央部、または、他方の主面の中央部に向けて冷却ガスを供給することを特徴とする基板処理装置。
【請求項６】
請求項２または３に記載の基板処理装置であって、
前記基板を前記主面に垂直な軸を中心として回転する基板回転機構をさらに備え、
前記基板冷却部が、
前記基板に冷却ガスを供給する冷却ガスノズルと、
前記冷却ガスノズルを前記基板の中央部と外縁部との間にて相対的に往復移動するノズル移動機構と、
を備え、
前記基板回転機構により前記基板を回転させつつ、前記ノズル移動機構により往復移動する前記冷却ガスノズルから、前記基板の前記主面または他方の主面に向けて冷却ガスを供給することを特徴とする基板処理装置。
【請求項７】
請求項６に記載の基板処理装置であって、
前記基板冷却部から前記基板に供給される冷却ガスの温度を制御する冷却ガス温度制御部をさらに備え、
前記基板の前記外縁部に前記冷却ガスノズルから供給される冷却ガスの温度が、前記基板の前記中央部に前記冷却ガスノズルから供給される冷却ガスの温度よりも低いことを特徴とする基板処理装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の基板処理装置であって、
前記チャンバ内の湿度を制御する湿度制御部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１ないし８のいずれかに記載の基板処理装置であって、
凍結した前記液膜である凍結膜に加熱された解凍用液体を供給して前記凍結膜を除去する凍結膜除去部をさらに備えることを特徴とする基板処理装置。
【請求項１０】
基板を処理する基板処理方法であって、
ａ）チャンバ内において基板の主面に純水を結露させて前記主面上に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、
を備えることを特徴とする基板処理方法。
【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装置および基板処理方法に関する。
【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酸化膜等の絶縁膜を有する基板に対して様々な処理が施される。例えば、基板の表面に洗浄液を供給することにより、基板の表面上に付着したパーティクル等を除去する洗浄処理が行われる。
【０００３】
特許文献１では、基板の表面に脱イオン水（ＤＩＷ：De Ionized Water）等の液膜を形成し、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。また、特許文献２では、基板の表面に形成された脱イオン水の液膜を、基板の裏面に液体冷媒を供給することにより凍結させた後、リンス液で解凍除去する技術が開示されている。特許文献１および特許文献２の装置では、基板を回転させ、基板の表面に吐出された液体の一部を基板上から除去する（すなわち、液体を振り切る）ことにより、基板の表面上に液膜が形成される。
【０００４】
一方、特許文献３では、基板上のフォトレジスト膜を除去する際に、フォトレジスト膜を液体窒素に浸漬して凍結させた後、ドライアイス粒子や氷粒子を吹き付けてブラスト洗浄する方法が提案されている。また、フォトレジスト膜を凍結させる前に、水中に浸漬したり水蒸気を吹きかける等の手法により、フォトレジスト膜に水分を含ませることも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−７１８７５号公報
【特許文献２】特開２００８−２８００８号公報
【特許文献３】特開２０００−５８４９４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、特許文献１および特許文献２のような基板表面のパーティクル等を除去する装置では、基板の表面に液膜を形成するために、脱イオン水等の液体を吐出して基板の表面に供給する機構が必要となる。また、基板を回転して基板上で液体を移動させつつ液膜が形成されるため、液膜の厚さをある程度以上薄くしようとすると、基板の表面上において、液膜が存在する領域と液膜が存在しない領域とが混在することになってしまう。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、基板に向けて液体を吐出する構造を省略して基板処理装置を小型化することを目的としている。また、基板上に薄い液膜を容易に形成することも目的としている。
【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装置であって、チャンバと、前記チャンバ内において基板を保持する基板保持部と、前記基板の主面に純水を結露させて前記主面上に液膜を形成する液膜形成部と、前記液膜を冷却して凍結させる凍結部とを備える。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基板処理装置であって、前記液膜形成部が、前記基板を冷却する基板冷却部である。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の基板処理装置であって、前記基板冷却部が、前記凍結部でもある。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の基板処理装置であって、前記基板冷却部が、前記基板の他方の主面に向けて冷却ガスを供給する。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項２または３に記載の基板処理装置であって、前記基板を前記主面に垂直な軸を中心として回転する基板回転機構をさらに備え、前記基板回転機構により前記基板を回転させつつ、前記基板冷却部から前記基板の前記主面の中央部、または、他方の主面の中央部に向けて冷却ガスを供給する。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項２または３に記載の基板処理装置であって、前記基板を前記主面に垂直な軸を中心として回転する基板回転機構をさらに備え、前記基板冷却部が、前記基板に冷却ガスを供給する冷却ガスノズルと、前記冷却ガスノズルを前記基板の中央部と外縁部との間にて相対的に往復移動するノズル移動機構とを備え、前記基板回転機構により前記基板を回転させつつ、前記ノズル移動機構により往復移動する前記冷却ガスノズルから、前記基板の前記主面または他方の主面に向けて冷却ガスを供給する。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の基板処理装置であって、前記基板冷却部から前記基板に供給される冷却ガスの温度を制御する冷却ガス温度制御部をさらに備え、前記基板の前記外縁部に前記冷却ガスノズルから供給される冷却ガスの温度が、前記基板の前記中央部に前記冷却ガスノズルから供給される冷却ガスの温度よりも低い。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の基板処理装置であって、前記チャンバ内の湿度を制御する湿度制御部をさらに備える。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載の基板処理装置であって、凍結した前記液膜である凍結膜に加熱された解凍用液体を供給して前記凍結膜を除去する凍結膜除去部をさらに備える。
【００１７】
請求項１０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）チャンバ内において基板の主面に純水を結露させて前記主面上に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を備える。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、基板に向けて液体を吐出する構造を省略して基板処理装置を小型化することができる。また、基板上に薄い液膜を容易に形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１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２】基板の処理の流れを示す図である。
【図３】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。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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の構成を示す図である。図１に示すように、基板処理装置１は、半導体基板９（以下、単に「基板９」という。）を１枚ずつ処理する枚葉式の装置である。基板処理装置１では、基板９上に凍結膜を形成し、当該凍結膜を除去することにより、基板９上からパーティクル等を除去する凍結洗浄処理が行われる。
【００２１】
基板処理装置１は、基板保持部２と、カップ部２１と、処理ガス供給部３と、冷媒供給部４と、基板回転機構５と、加熱液供給部６と、チャンバ７と、湿度計７１と、制御部８とを備える。制御部８は、チャンバ７内の湿度を制御する湿度制御部８１と、後述する冷却ガスの温度を制御する冷却ガス温度制御部８２とを備える。制御部８は、処理ガス供給部３、冷媒供給部４、基板回転機構５および加熱液供給部６等の構成を制御する。
【００２２】
基板保持部２は、チャンバ７内において基板９の一方の主面９１（以下、「上面９１」という。）を上側に向けた状態で基板９を保持する。基板保持部２は、略円板状の保持部本体２２と、保持部本体２２上に設けられる複数の支持部２３とを備える。複数の支持部２３は、基板９の他方の主面である下面９２を支持する。基板９の下面９２と保持部本体２２との間には間隙が設けられる。基板９の上面９１には、回路パターン等が形成されている。カップ部２１は、チャンバ７内において基板９および基板保持部２の周囲を囲む。基板回転機構５は、基板９の中心を通るとともに基板９の上面９１に垂直な回転軸を中心として、基板９を基板保持部２と共に水平面内にて回転する。
【００２３】
処理ガス供給部３は、チャンバ７の内部空間に常温の清浄なガスを供給する。処理ガス供給部３は、基板処理装置１の外部に設けられたドライガス供給源（図示省略）とチャンバ７とを接続するガス配管３１と、ドライガス供給源からの清浄かつ無加湿のドライガスの流量を調整する流量調整部３２と、ドライガスに水蒸気を添加する加湿部３３とを備える。以下の説明では、処理ガス供給部３からチャンバ７内に供給されるガスを「処理ガス」という。ドライガスとしては、エアや窒素（Ｎ２）ガス等が利用される。処理ガスは、チャンバ７上部の供給口３４から供給されてチャンバ７の底部へと向かい、チャンバ７の底部近傍から外部へと排出される。基板処理装置１では、湿度計７１によりチャンバ７内の湿度が測定され、制御部８の湿度制御部８１に出力される。湿度制御部８１は、湿度計７１により測定された湿度が所定の目標湿度になるように、処理ガス供給部３の加湿部３３を制御する。
【００２４】
冷媒供給部４は、基板９の上面９１に向けて冷媒である冷却ガスを供給する。冷却ガスは、純水の凝固点（０℃）よりも低い温度まで冷却されたガスである。冷媒供給部４は、冷却ガスを吐出する冷却ガスノズル４１と、冷却ガスノズル４１を回転軸４２１を中心として水平に回動するノズル移動機構４２とを備える。ノズル移動機構４２は、回転軸４２１から水平方向に延びるとともに冷却ガスノズル４１が取り付けられるアーム４２２を備える。冷却ガスとしては、冷却された窒素ガスが用いられる。冷媒供給部４から供給される冷却ガスの温度は、冷却ガス温度制御部８２により制御され、本実施の形態では、−１００℃〜−５℃の範囲で制御される。
【００２５】
加熱液供給部６は、基板９の上面９１の中央部に、加熱された液体である加熱液を供給する。加熱液としては、常温よりも高い温度まで加熱された純水（好ましくは、脱イオン水）が用いられる。加熱液の温度は、好ましくは５０℃〜９０℃であり、本実施の形態では、約８０℃である。
【００２６】
図２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、まず、基板９がチャンバ７内に搬入されて基板保持部２により保持される。チャンバ７の搬入口が閉鎖されると、制御部８の湿度制御部８１により処理ガス供給部３が制御され、チャンバ７内の湿度が所定の第１湿度となるまで、加湿部３３による水蒸気の添加が行われていないドライガスが、処理ガスとしてチャンバ７内に供給される。
【００２７】
続いて、加湿部３３によりドライガスに水蒸気が添加され、チャンバ７内の湿度が、第１湿度よりも高い所定の第２湿度となる（ステップＳ１１）。基板処理装置１では、処理ガス供給部３が湿度制御部８１により制御されることにより、チャンバ７内の湿度が第２湿度に維持されるように処理ガスの供給が継続される。次に、制御部８の制御により、基板回転機構５による基板９の回転が開始される（ステップＳ１２）。基板９の回転数は、例えば、１０ｒｐｍ〜５００ｒｐｍであり、本実施の形態では５０ｒｐｍである。
【００２８】
その後、基板処理装置１の外部に設けられた冷却ガス供給源から冷媒供給部４の冷却ガスノズル４１へと冷却ガスが供給され、冷却ガスノズル４１から回転中の基板９の上面９１の中央部に向けて供給される。冷却ガスは、基板９の回転により上面９１の全面に亘って拡がり、基板９全体が冷却される。これにより、チャンバ７内の処理ガス中の水分（純水）が基板９の上面９１に結露し、上面９１全体を覆う純水の薄い液膜が形成される（ステップＳ１３）。換言すれば、冷媒供給部４は、基板９を冷却する基板冷却部であり、基板９の上面９１上に全面に亘る純水の液膜を形成する液膜形成部である。なお、基板９の下面９２にも結露は生じる。
【００２９】
液膜の形成が終了すると、制御部８の制御により、冷媒供給部４のノズル移動機構４２による冷却ガスノズル４１の回動が開始され、基板９の中央部と外縁部との間で冷却ガスノズル４１が往復移動を繰り返す。これにより、基板９の上面９１全体に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Ｓ１４）。以下、凍結した液膜を「凍結膜」とも呼ぶ。基板処理装置１では、冷媒供給部４は、基板９の上面９１上の液膜を冷却して凍結させる凍結部としても機能する。
【００３０】
このように、基板処理装置１では、液膜を凍結させる際に、基板回転機構５により基板９を回転させつつ、ノズル移動機構４２により往復移動する冷却ガスノズル４１から、基板９の上面９１に冷却ガスが供給される。これにより、基板９の径方向のいずれの位置においても、上面９１が冷却ガスノズル４１と対向することとなり、基板９の上面９１おける冷却の均一性を向上することができる。
【００３１】
基板９上では、基板９とパーティクル等との間に浸入した純水が凍結（凝固）して体積が増加することにより、パーティクル等が基板９から微小距離だけ浮き上がる。その結果、パーティクル等と基板９との間の付着力が低減され、パーティクル等が基板９から脱離する。また、純水が凍結する際に、基板９の上面９１に平行な方向に体積が増加することによっても、基板９に付着しているパーティクル等が基板９から剥離する。
【００３２】
冷媒供給部４では、基板９の中央部と外縁部との間にて往復移動する冷却ガスノズル４１から供給される冷却ガスの温度が、冷却ガスノズル４１の位置に基づいて制御される。具体的には、冷却ガス温度制御部８２により冷媒供給部４が制御されることにより、基板９の外縁部に対向する位置において冷却ガスノズル４１から吐出される冷却ガスの温度が、基板９の中央部に対向する位置において冷却ガスノズル４１から吐出される冷却ガスの温度よりも低くなる。換言すれば、冷却ガスノズル４１から基板９の外縁部に供給される冷却ガスの温度が、基板９の中央部に供給される冷却ガスの温度よりも低くなる。
【００３３】
基板処理装置１では、基板９の周囲において下方に向かって流れる常温の処理ガスにより、基板９の外縁部の温度は、基板９の中央部の温度よりも常温に近づきやすい。そこで、上述のように、冷却ガスノズル４１から供給される冷却ガスの温度を、基板９の外縁部において中央部よりも低くすることにより、基板９の上面９１における冷却の均一性をさらに向上することができる。
【００３４】
凍結膜の形成が終了すると、冷媒供給部４からの冷却ガスの供給が停止され、冷却ガスノズル４１が基板９の上方から外側に移動する。続いて、基板回転機構５による基板９の回転数が増加し、凍結膜の形成時よりも大きい回転数に変更される。基板９の回転数は、例えば、１５００ｒｐｍ〜２５００ｒｐｍであり、本実施の形態では２０００ｒｐｍである。
【００３５】
続いて、制御部８により加熱液供給部６が制御され、加熱液供給部６から基板９の上面９１に向けて加熱液が供給される。加熱液は、基板９の回転により、基板９の中央部から外縁部に向かって上面９１の全面に亘って拡がる。これにより、上面９１上の凍結膜が急速に解凍され（すなわち、液化され）、加熱液と共に基板９のエッジから外側へと飛散する（ステップＳ１５）。基板９の上面９１に付着していたパーティクル等は、基板９上から飛散する液体と共に基板９上から除去される。基板９上から外側へと飛散した液体は、カップ部２１により受けられて回収される。基板処理装置１では、加熱液供給部６は、基板９上の凍結膜に解凍用液体である加熱液を供給して凍結膜を除去する凍結膜除去部の役割を果たす。
【００３６】
凍結膜の除去が終了すると、図示省略のリンス液供給部から基板９の上面９１上にリンス液（例えば、常温の脱イオン水）が供給され、基板９のリンス処理が行われる（ステップＳ１６）。リンス処理中の基板９の回転数は、好ましくは、３００ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍであり、本実施の形態では、８００ｒｐｍである。その後、基板９の回転数を１５００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍ（本実施の形態では、２０００ｒｐｍ）に変更し、基板９の回転により、基板９上のリンス液を除去する乾燥処理が行われる（ステップＳ１７）。基板９の乾燥処理が終了すると、基板回転機構５による基板９の回転が停止する（ステップＳ１８）。
【００３７】
以上に説明したように、基板処理装置１では、基板９の上面９１に純水を結露させることにより液膜が形成される。これにより、液膜形成用の液体を基板９の上面９１に向けて吐出して供給する構造を省略することができる。その結果、基板処理装置１を小型化することができる。また、基板の回転により液体を基板の中央部から外縁部へと拡げることにより液膜を形成する場合に比べ、基板９の上面９１全体に薄い液膜を容易に形成することができる。このように、液膜を薄くすることにより、液膜の凍結に要する時間を短くすることができる。さらに、冷媒供給部４からの冷却ガスの温度を高くしても迅速に液膜を凍結することができる。このため、冷却ガス供給源から冷却ガスノズル４１へと冷却ガスを供給する配管等の断熱設備を簡素化することができる。その結果、冷媒供給部４による液膜の凍結に要する冷却コストを抑制することができる。
【００３８】
基板処理装置１では、冷媒供給部４により基板９を冷却することにより、基板９の上面９１に純水を結露させて液膜が形成される。これにより、基板９の上面９１上に常温よりも低い温度の液膜が形成されるため、液膜の凍結に要する時間をより短くすることができる。また、液膜の凍結に要する冷却コストをさらに抑制することもできる。
【００３９】
上述のように、冷媒供給部４は、基板９の上面９１上に液膜を形成する液膜形成部と、当該液膜を冷却して凍結させる凍結部との双方の役割を果たす。これにより、基板処理装置１の構造を簡素化することができる。また、基板９の上面９１上に液膜を形成する際に、湿度制御部８１によりチャンバ７内の湿度が所定の第２湿度に維持される。これにより、基板９上における結露速度（すなわち、単位時間当たりに液化する純水の量）を一定に維持し、所望の厚さの液膜を容易に形成することができる。
【００４０】
基板処理装置１では、加熱液供給部６により加熱液を供給して基板９から凍結膜を除去することにより、基板９に付着しているパーティクル等を凍結膜と共に効率良く除去することができる。また、凍結膜を形成する純水を加熱液として利用することにより、凍結膜の解凍時に基板９から飛散する液体を回収して再利用することができる。
【００４１】
基板処理装置１では、ステップＳ１４において、基板９の中央部の上方に配置され、当該中央部に対して相対的に固定された冷却ガスノズル４１から、基板９の上面９１の中央部に向けて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の中央部から外縁部へと拡がることにより凍結膜が形成されてもよい。
【００４２】
また、ステップＳ１３において、回転中の基板９の中央部と外縁部との間にて冷却ガスノズル４１を往復移動させつつ、冷却ガスノズル４１から基板９の上面９１に冷却ガスが供給されてもよい。これにより、液膜の形成時においても、基板９の上面９１おける冷却の均一性を向上することができる。
【００４３】
なお、ステップＳ１３，Ｓ１４では、ノズル移動機構４２による冷却ガスノズル４１の移動は、基板９に対して相対的に行われていればよく、例えば、冷却ガスノズル４１が固定された状態で、基板９が基板保持部２と共に移動してもよい。この場合も、基板９の上面９１における冷却の均一性が向上される。
【００４４】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る基板処理装置について説明する。図３は、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では、冷媒供給部４が基板９の下方に配置され、冷媒供給部４の冷却ガスノズル４１ａから、基板９の下面９２の中央部に向けて、冷媒である冷却ガスが供給される。その他の構成は、図１に示す基板処理装置１と同様であり、以下の説明では、対応する構成に同符号を付す。
【００４５】
基板処理装置１ａにおける基板９の処理の流れは、図２に示す基板処理装置１における処理の流れと同様であるため、以下、図２を参照して説明する。基板処理装置１ａでは、まず、基板処理装置１と同様に、基板９がチャンバ７内に搬入されて基板保持部２により保持され、処理ガス供給部３により処理ガスが供給されてチャンバ７内の湿度が第１湿度とされる。続いて、制御部８の湿度制御部８１により、湿度計７１からの出力に基づいて処理ガス供給部３が制御されることにより、チャンバ７内の湿度が、第１湿度よりも高い所定の第２湿度とされ、第２湿度が維持される（ステップＳ１１）。また、基板回転機構５による基板９の回転が開始される（ステップＳ１２）。基板９の回転数は、例えば、１０ｒｐｍ〜５００ｒｐｍであり、本実施の形態では５０ｒｐｍである。
【００４６】
次に、回転中の基板９の下面９２の中央部に向けて、基板冷却部である冷媒供給部４から冷却ガスが供給される。冷却ガスは、基板９の回転により下面９２の全面に亘って拡がり、基板９全体が冷却される。これにより、チャンバ７内の処理ガス中の水分（純水）が基板９の上面９１に結露し、上面９１上に純水の薄い液膜が形成される（ステップＳ１３）。なお、基板９の下面９２にも結露は生じる。
【００４７】
液膜の形成が終了した後も、冷媒供給部４からの冷却ガスの供給が継続される。冷却ガスは、基板９の回転により基板９の下面９２の全面に亘って供給され、上面９１上の液膜が冷却されて凍結することにより凍結膜となる（ステップＳ１４）。凍結膜の形成が終了すると、冷媒供給部４からの冷却ガスの供給が停止され、基板回転機構５による基板９の回転数が増加し、凍結膜の形成時よりも大きい回転数に変更される。基板９の回転数は、例えば、１５００ｒｐｍ〜２５００ｒｐｍであり、本実施の形態では２０００ｒｐｍである。
【００４８】
続いて、加熱液供給部６から基板９の上面９１に向けて加熱液が供給され、基板９の回転により、基板９の中央部から外縁部に向かって上面９１の全面に亘って拡がる。これにより、上面９１上の凍結膜が急速に解凍され（すなわち、液化され）、加熱液と共に基板９のエッジから外側へと飛散する（ステップＳ１５）。基板９の上面９１に付着していたパーティクル等は、基板９上から飛散する液体と共に基板９上から除去される。基板９上から外側へと飛散した液体は、カップ部２１により受けられて回収される。
【００４９】
凍結膜の除去が終了すると、基板９の上面９１上にリンス液（例えば、常温の脱イオン水）が供給され、基板９のリンス処理が行われる（ステップＳ１６）。その後、基板９の回転数を大きくし、基板９の回転により、基板９上のリンス液を除去する乾燥処理が行われる（ステップＳ１７）。基板９の乾燥処理が終了すると、基板９の回転が停止する（ステップＳ１８）。
【００５０】
以上に説明したように、基板処理装置１ａでは、図１に示す基板処理装置１と同様に、基板９の上面９１に純水を結露させることにより液膜が形成される。これにより、液膜形成用の液体を基板９の上面９１に向けて吐出して供給する構造を省略することができ、基板処理装置１ａを小型化することができる。また、基板９上に薄い液膜を容易に形成することができるため、液膜の凍結に要する時間を短くすることができる。さらに、冷媒供給部４からの冷却ガスの温度を高くしても迅速に液膜を凍結することができる。このため、冷却ガス供給源から冷却ガスノズル４１ａへと冷却ガスを供給する配管等の断熱設備を簡素化することができ、冷媒供給部４による液膜の凍結に要する冷却コストを抑制することができる。
【００５１】
基板処理装置１ａでは、冷媒供給部４により基板９を冷却することにより、基板９の上面９１に純水を結露させて常温よりも低い温度の液膜を形成することができるため、液膜の凍結に要する時間をより短くすることができ、液膜の凍結に要する冷却コストをさらに抑制することもできる。また、冷媒供給部４が、基板９の上面９１上に液膜を形成する液膜形成部と、当該液膜を冷却して凍結させる凍結部との双方の役割を果たすことにより、基板処理装置１ａの構造を簡素化することができる。
【００５２】
基板処理装置１ａでは、ステップＳ１３，Ｓ１４において、冷媒供給部４の冷却ガスノズル４１ａを移動することなく液膜形成および凍結膜形成が行われる。このため、冷却ガスノズル４１ａを移動する機構を省略することができ、基板処理装置１ａの構造を簡素化することができる。
【００５３】
一方、基板処理装置１ａでは、冷却ガスノズル４１ａを基板９の中央部と外縁部との間にて往復移動させるノズル移動機構が設けられることにより、ステップＳ１３，Ｓ１４において、基板９の上面９１における冷却の均一性が向上されてもよい。なお、冷却ガスノズル４１ａは、ノズル移動機構により基板９に対して相対的に移動すればよく、例えば、冷却ガスノズル４１ａが固定された状態で、基板９が基板保持部２と共に移動してもよい。この場合も、基板９の上面９１における冷却の均一性が向上される。
【００５４】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【００５５】
第２の実施の形態に係る基板処理装置１ａでは、冷媒供給部４の冷却ガスノズル４１ａに代えて、液状の冷媒（すなわち、冷却液）を基板９の下面９２に向けて吐出する冷却液ノズルが設けられてもよい。この場合、冷媒供給部４から供給される冷却液の温度は、純水の凝固点である０℃よりも低温である。好ましくは、冷却液ノズルからの冷却液は、基板９の下面９２と基板保持部２との間に充填されて保持される。これにより、基板９が効率的に冷却される。
【００５６】
上記実施の形態に係る基板処理装置では、冷媒供給部４が、基板９の上面９１上に液膜を形成する液膜形成部と、当該液膜を冷却して凍結させる凍結部との双方の役割を果たしているが、液膜形成部と凍結部とは個別に設けられてもよい。例えば、基板処理装置１の冷却ガスノズル４１と基板処理装置１ａの冷却ガスノズル４１ａとの双方が基板処理装置に設けられ、液膜形成部である冷却ガスノズル４１ａにより基板９の下面９２に冷却ガスが供給されて基板９の上面９１に液膜が形成され、凍結部である冷却ガスノズル４１により基板９の上面９１に冷却ガスが供給されて液膜が凍結されてもよい。
【００５７】
基板処理装置では、ステップＳ１３，Ｓ１４における基板９の冷却は、必ずしも冷媒の供給によるものには限定されず、基板保持部２の保持部本体２２に冷却機構が設けられ、基板９の下面９２に近接する保持部本体２２により基板９が冷却されてもよい。あるいは、基板保持部２が基板９の下面９２に接触することにより、基板９が冷却されてもよい。この場合、基板保持部２が基板冷却部の役割を果たす。
【００５８】
基板処理装置では、基板９上における液膜の形成は、必ずしも基板９の冷却によるものである必要はない。例えば、制御部８の湿度制御部８１により処理ガス供給部３が制御され、水蒸気が過飽和状態である処理ガス（すなわち、水蒸気の分圧が飽和水蒸気圧よりも高い状態である処理ガス）がチャンバ７内に供給され、常温の基板９上にて水蒸気が液化することにより、基板９の上面９１上に液膜が形成されてもよい。この場合、過飽和状態の処理ガスを供給する処理ガス供給部３が液膜形成部として機能する。
【００５９】
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】
【００６０】
１，１ａ    基板処理装置
２    基板保持部
４    冷媒供給部
５    基板回転機構
６    加熱液供給部
７    チャンバ
９    基板
４１，４１ａ    冷却ガスノズル
４２    ノズル移動機構
８１    湿度制御部
８２    冷却ガス温度制御部
９１    上面
９２    下面
Ｓ１１〜Ｓ１８    ステップ
【図１】
2013138074.tif 000003
【図２】
2013138074.tif 000004
【図３】
2013138074.tif 000005