(57)【要約】【課題】凍結膜と冷却ヘッドとを張り付かせることなく効率的に凍結洗浄する基板処理装置および基板処理方法を提供する。【解決手段】冷却ヘッドの底面が２つの液膜のうち処理液膜のみに接触して水膜には接触しない状態とされる。処理液膜を介して水膜が冷却されることにより、水膜の温度がその融点以下となり、水膜が凍結する。冷却された処理液膜を介して水膜を冷却する本態様では、冷却されたガスを介して液膜を冷却する他の態様に比べて、効率的に凍結洗浄処理を行うことができる。また、冷却ヘッドの底面の冷却温度が水の融点よりも低く処理液の融点よりも高い温度とされる。このため、上記状態においては、処理液膜は凍結せず水膜のみが凍結する。したがって、冷却ヘッドの底面と凍結膜が張り付くことはなく、基板および基板上に形成される凍結膜に対して冷却ヘッドを自由に相対移動させることができる。【選択図】図５
2017092161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を水平姿勢で保持する基板保持部と、
前記基板保持部に保持された前記基板の上面に向けて、水を供給する水供給部と、
前記基板保持部に保持された前記基板の上面に向けて、水に対して不溶性であり水よりも比重が小さく水よりも融点が低い処理液を供給する処理液供給部と、
前記基板保持部に保持された前記基板の上面に対向する底面を有し、前記底面の温度が水の融点より低く前記処理液の融点より高くなるよう冷却される冷却ヘッドと、
前記冷却ヘッドを移動させる冷却ヘッド移動部と、
を備え、
前記基板保持部に保持された前記基板の上面に向けて水および前記処理液を供給して前記基板の上面に水膜が形成され前記水膜の上面に処理液膜が形成された後、前記冷却ヘッドを移動させて前記底面を前記水膜には接触させず前記処理液膜には接触させ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、
前記水膜は、前記基板の前記上面の全体に形成されており、
前記処理液膜は、前記水膜の前記上面の全体に形成されており、
前記冷却ヘッドの前記底面は前記基板の前記上面よりも小さく、
前記冷却ヘッド移動部は、前記底面を前記水膜には接触させず前記処理液膜には接触させた状態で、前記冷却ヘッドを水平方向に沿って移動させることを特徴とする基板処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載の基板処理装置であって、
前記水膜は、前記基板の前記上面の全体に形成されており、
前記処理液膜は、前記水膜の前記上面の一部に形成されており、
前記冷却ヘッドの前記底面は前記基板の前記上面よりも小さく、
前記冷却ヘッド移動部は、前記底面を前記水膜には接触させず前記処理液膜には接触させた状態で、前記冷却ヘッドを水平方向に沿って移動させることを特徴とする基板処理装置。
【請求項４】
請求項１に記載の基板処理装置であって、
前記水膜は、前記基板の前記上面の全体に形成されており、
前記処理液膜は、前記水膜の前記上面の全体に形成されており、
前記冷却ヘッドの前記底面は前記基板の前記上面と同一か前記基板の前記上面より大きく、
前記冷却ヘッド移動部は、前記冷却ヘッドを移動させて、前記底面を前記水膜には接触させず前記処理液膜の全体には接触させることを特徴とする基板処理装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の基板処理装置であって、
前記基板保持部に保持された前記基板を鉛直軸回りに回転させる回転部、
を備え、
前記冷却ヘッドの前記底面が前記水膜には接触せず前記処理液膜には接触した状態で、前記回転部が前記基板を回転させることを特徴とする基板処理装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の基板処理装置であって、
前記処理液供給部は前記基板保持部に保持された前記基板の上面に向けて前記処理液を噴霧することを特徴とする基板処理装置。
【請求項７】
基板を水平姿勢で保持する基板保持工程と、
保持された前記基板の上面に向けて、水を供給する水供給工程と、
保持された前記基板の上面に向けて、水に対して不溶性であり水よりも比重が小さく水よりも融点が低い処理液を供給する処理液供給工程と、
保持された前記基板の上面に対向する底面を有し前記底面の温度が水の融点より低く前記処理液の融点より高くなるよう冷却される冷却ヘッドを移動させる冷却ヘッド移動工程と、
を備え、
前記水供給工程および前記処理液供給工程によって前記基板の上面に水膜が形成され前記水膜の上面に処理液膜が形成された後、前記冷却ヘッド移動工程で前記冷却ヘッドを移動させて前記底面を前記水膜には接触させず前記処理液膜には接触させ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】
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の表面に付着したパーティクル等の異物を除去するための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】
従来より、基板表面に付着したパーティクル等の異物を除去するための処理の１つとして凍結洗浄技術が知られている。この技術では、基板表面に形成した液膜を凍結させ、この凍結膜を除去することにより基板表面からパーティクル等を凍結膜とともに除去する。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の技術においては、洗浄液としてのＤＩＷ（Deionized Water）を基板表面に供給して液膜を形成した後、冷却ガスを吐出するノズルを基板表面近傍で走査させることにより液膜を凍結させ、再度ＤＩＷを供給して凍結膜を除去することによって、基板表面からのパーティクルの除去を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０７１８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、一般に気体は熱伝導率が低く、冷却ガスを用いて液膜を凍結させる特許文献１の態様では、液膜を効率よく凍結させることができなかった。このため、液膜を凍結させるまでに長時間を要する、液膜を凍結させるために大量のガスを消費する、といった問題が生じていた。
【０００６】
また、その内部に冷媒を循環させる冷却ヘッド等を液膜に直接的に接触させる態様では、液膜を効率よく凍結させることができるものの、凍結膜と冷却ヘッドとが張り付いて冷却ヘッドを液膜に対して相対移動できないという新たな問題が生じていた。
【０００７】
この発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、凍結膜と冷却ヘッドとを張り付かせることなく効率的に凍結洗浄する基板処理装置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】
【０００８】
本発明の第１の態様にかかる基板処理装置は、基板を水平姿勢で保持する基板保持部と、前記基板保持部に保持された前記基板の上面に向けて、水を供給する水供給部と、前記基板保持部に保持された前記基板の上面に向けて、水に対して不溶性であり水よりも比重が小さく水よりも融点が低い処理液を供給する処理液供給部と、前記基板保持部に保持された前記基板の上面に対向する底面を有し、前記底面の温度が水の融点より低く前記処理液の融点より高くなるよう冷却される冷却ヘッドと、前記冷却ヘッドを移動させる冷却ヘッド移動部と、を備え、前記基板保持部に保持された前記基板の上面に向けて水および前記処理液を供給して前記基板の上面に水膜が形成され前記水膜の上面に処理液膜が形成された後、前記冷却ヘッドを移動させて前記底面を前記水膜には接触させず前記処理液膜には接触させることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第２の態様にかかる基板処理装置は、本発明の第１の態様にかかる基板処理装置であって、前記水膜は、前記基板の前記上面の全体に形成されており、前記処理液膜は、前記水膜の前記上面の全体に形成されており、前記冷却ヘッドの前記底面は前記基板の前記上面よりも小さく、前記冷却ヘッド移動部は、前記底面を前記水膜には接触させず前記処理液膜には接触させた状態で、前記冷却ヘッドを水平方向に沿って移動させることを特徴とする。
【００１０】
本発明の第３の態様にかかる基板処理装置は、本発明の第１の態様にかかる基板処理装置であって、前記水膜は、前記基板の前記上面の全体に形成されており、前記処理液膜は、前記水膜の前記上面の一部に形成されており、前記冷却ヘッドの前記底面は前記基板の前記上面よりも小さく、前記冷却ヘッド移動部は、前記底面を前記水膜には接触させず前記処理液膜には接触させた状態で、前記冷却ヘッドを水平方向に沿って移動させることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第４の態様にかかる基板処理装置は、本発明の第１の態様にかかる基板処理装置であって、前記水膜は、前記基板の前記上面の全体に形成されており、前記処理液膜は、前記水膜の前記上面の全体に形成されており、前記冷却ヘッドの前記底面は前記基板の前記上面と同一か前記基板の前記上面より大きく、前記冷却ヘッド移動部は、前記冷却ヘッドを移動させて、前記底面を前記水膜には接触させず前記処理液膜の全体には接触させることを特徴とする。
【００１２】
本発明の第５の態様にかかる基板処理装置は、本発明の第１の態様ないし第４の態様のいずれかにかかる基板処理装置であって、前記基板保持部に保持された前記基板を鉛直軸回りに回転させる回転部、を備え、前記冷却ヘッドの前記底面が前記水膜には接触せず前記処理液膜には接触した状態で、前記回転部が前記基板を回転させることを特徴とする。
【００１３】
本発明の第６の態様にかかる基板処理装置は、本発明の第１の態様ないし第５の態様のいずれかにかかる基板処理装置であって、前記処理液供給部は前記基板保持部に保持された前記基板の上面に向けて前記処理液を噴霧することを特徴とする。
【００１４】
本発明の第７の態様にかかる基板処理方法は、基板を水平姿勢で保持する基板保持工程と、保持された前記基板の上面に向けて、水を供給する水供給工程と、保持された前記基板の上面に向けて、水に対して不溶性であり水よりも比重が小さく水よりも融点が低い処理液を供給する処理液供給工程と、保持された前記基板の上面に対向する底面を有し前記底面の温度が水の融点より低く前記処理液の融点より高くなるよう冷却される冷却ヘッドを移動させる冷却ヘッド移動工程と、を備え、前記水供給工程および前記処理液供給工程によって前記基板の上面に水膜が形成され前記水膜の上面に処理液膜が形成された後、前記冷却ヘッド移動工程で前記冷却ヘッドを移動させて前記底面を前記水膜には接触させず前記処理液膜には接触させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の第１の態様ないし第７の態様では、凍結洗浄処理の際に、冷却ヘッドの底面が２つの液膜のうち処理液膜のみに接触して水膜には接触しない状態とされる。そして、処理液膜を介して水膜が冷却されることにより、水膜の温度がその融点以下となり、水膜が凍結する。このように冷却された処理液膜（液体）を介して水膜を冷却する本発明の態様では、冷却されたガス（気体）を介して液膜を冷却する他の態様（例えば、特許文献１）に比べて、効率的に凍結洗浄処理を行うことができる。
【００１６】
また、本発明の態様では、冷却ヘッドの底面の冷却温度が、水の融点よりも低く処理液の融点よりも高い温度とされる。このため、上記状態においては、処理液膜は凍結せず、水膜のみが凍結する。したがって、冷却ヘッドの底面と凍結膜が張り付くことはなく、基板および基板上に形成される凍結膜に対して冷却ヘッドを自由に相対移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】基板処理装置の概略構成を示す図である。
【図２】基板処理装置における洗浄処理の一例を示すフロー図である。
【図３】凍結洗浄処理の動作を説明する模式的な側面図である。
【図４】凍結洗浄処理の動作を説明する模式的な側面図である。
【図５】凍結洗浄処理の動作を説明する模式的な側面図である。
【図６】第２実施形態における凍結洗浄処理の動作を説明する模式的な側面図である。
【図７】第３実施形態における凍結洗浄処理の動作を説明する模式的な側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図面では同様な構成および機能を有する部分に同じ符号が付され、重複説明が省略される。なお、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であり、本発明の技術的範囲を限定する事例ではない。また、図面においては、理解容易のため、各部の寸法や数が誇張または簡略化して図示されている場合がある。
【００１９】
＜１  第１実施形態＞
＜１．１  基板処理装置１の全体構成＞
図１は基板処理装置１の概略構成を示す図である。基板処理装置１は、半導体ウエハ等の基板Ｗの上面Ｓ１に対して洗浄処理を施し、該上面Ｓ１に付着しているパーティクル等の異物を除去するための装置である。
【００２０】
基板処理装置１は、処理チャンバー内に、基板Ｗを回転可能に水平姿勢で保持するスピンチャック３と、スピンチャック３に保持された基板Ｗの上面Ｓ１に向けてＳＣ１液（ammonia-hydrogen peroxide mixture：アンモニア過酸化水素水混合液）を供給するＳＣ１液供給部４０と、スピンチャック３に保持された基板Ｗの上面Ｓ１に向けて水を供給する水供給部５０と、スピンチャック３に保持された基板Ｗの上面Ｓ１に向けて処理液を供給する処理液供給部６０と、スピンチャック３に保持された基板Ｗの上面Ｓ１を冷却する冷却部７０と、装置内の各部を制御する制御部１９と、を備える。
【００２１】
ここで、処理液とは、水に対して不溶性であり水よりも比重が小さく水よりも融点が低い液である。以下では、処理液としてキシレン（融点−２５℃、比重０．８８、水への溶解度１７８ｍｇ／Ｌ）を利用する場合について説明する。
【００２２】
スピンチャック３は、モータ６と、このモータ６の駆動軸と一体化されたスピン軸７と、スピン軸７の上端にほぼ水平に取り付けられた円板状のスピンベース８と、スピンベース８の周縁部の複数箇所にほぼ等角度間隔で設けられた複数の挟持部材９とを備えている。
【００２３】
複数の挟持部材９は、スピンベース８内に収容された図示省略のリンク機構によって連動して駆動される部材である。このため、該リンク機構を駆動することで、基板Ｗを水平な姿勢で挟持する状態と基板Ｗの狭持を解除する状態とが切り替えられる。
【００２４】
複数の挟持部材９により基板Ｗを水平姿勢に挟持した状態でモータ６が駆動されると、その駆動力によってスピンベース８およびスピンベース８に挟持される基板Ｗが鉛直方向に伸びる回転軸線Ｃまわりに回転される。このように、スピンチャック３は、基板Ｗを水平姿勢で保持する基板保持部としての機能と、保持された基板Ｗを回転軸線Ｃまわりに回転させる回転部としての機能と、を有する。なお、スピンチャック３において基板Ｗを保持する態様としては、上述した挟持式のものに限らず、たとえば、基板Ｗの下面を真空吸着することで該基板Ｗを保持する真空吸着式のものであっても構わない。
【００２５】
冷却部７０は、スピンチャック３の側方で鉛直方向に延びる支持軸７１と、支持軸７１の上端部に結合され水平方向に延びるアーム７２と、アーム７２の先端に取り付けられる冷却ヘッド７３と、冷却ヘッド７３内を通過して循環する冷媒経路７４に冷媒を供給する冷媒供給部７５と、冷却ヘッド７３を移動させる冷却ヘッド移動部７６と、を有する。また、冷媒経路７４の経路途中には冷媒経路７４の開閉を切り換えるバルブが介挿されている。
【００２６】
冷却ヘッド７３は、ほぼ水平に形成されており水平面視において基板Ｗの上面Ｓ１よりも小さい円形の底面Ｓ２を有する。また、冷却ヘッド７３の内部では、冷媒経路７４が底面Ｓ２付近で水平方向に沿って形成されている。このため、冷媒供給部７５が冷媒を冷媒経路７４へと圧送することにより、冷却ヘッド７３の底面Ｓ２が冷却される。また、冷却ヘッド７３がスピンチャック３の上方に位置する場合には、スピンチャック３に保持された基板Ｗの上面Ｓ１のうち冷却ヘッド７３の底面Ｓ２と対向する箇所も冷却される。底面Ｓ２の冷却温度は、水の融点よりも低く処理液の融点よりも高い温度（例えば、−１５℃）とされる。
【００２７】
冷却ヘッド移動部７６は、冷却ヘッド７３を水平方向および鉛直方向に移動させる機構であり、例えば、支持軸７１を鉛直軸線まわりに回動させるための回動機構と支持軸７１を上下動させるための昇降機構とによって構成される。
【００２８】
支持軸７１が鉛直軸線周りに所定の角度範囲内で回動されると、アーム７２は支持軸７１を支点として揺動される。アーム７２の揺動により、アーム７２の先端部に取り付けられた冷却ヘッド７３は、スピンチャック３に保持された基板Ｗの直上に位置する処理位置と、スピンチャック３の側方に設定された退避位置との間を、弧状の軌跡に沿って移動される。
【００２９】
また、支持軸７１が上下動されると、アーム７２の先端部に取り付けられた冷却ヘッド７３は、スピンチャック３に保持された基板Ｗの上面Ｓ１に近接する近接位置と、基板Ｗの上面Ｓ１から離間した離間位置との間で、昇降される。
【００３０】
ＳＣ１液供給部４０は、スピンチャック３の側方で鉛直方向に延びる支持軸（図示せず）と、支持軸の上端部に結合され水平方向に延びるアーム４２と、アーム４２の先端に取り付けられる吐出ノズル４３と、吐出ノズル４３内を通過する送液経路４４にＳＣ１液を供給するＳＣ１液供給源４５と、吐出ノズル４３を移動させるノズル移動部４６と、を有する。また、送液経路４４の経路途中には送液経路４４の開閉を切り換えるバルブが介挿されている。
【００３１】
吐出ノズル４３は、例えば、連続流の状態でＳＣ１液を下向きに吐出するストレートノズルである。ノズル移動部４６は、冷却ヘッド移動部７６と同様の構成であり、吐出ノズル４３を水平方向および上下方向に移動させる。
【００３２】
このため、吐出ノズル４３がスピンチャック３に保持された基板Ｗの直上に位置する処理位置において、バルブを開いてＳＣ１液供給源４５からＳＣ１液が送液されることにより、スピンチャック３に保持された基板Ｗの上面Ｓ１にＳＣ１液が供給される。
【００３３】
水供給部５０は、スピンチャック３の側方で鉛直方向に延びる支持軸（図示せず）と、支持軸の上端部に結合され水平方向に延びるアーム５２と、アーム５２の先端に取り付けられる吐出ノズル５３と、吐出ノズル５３内を通過する送液経路５４にＤＩＷを供給するＤＩＷ供給源５５〜５７と、吐出ノズル５３を移動させるノズル移動部５８と、を有する。また、送液経路５４の経路途中には各ＤＩＷ供給源５５〜５７からの供給を切り換える３つのバルブが介挿されている。
【００３４】
吐出ノズル５３は、例えば、連続流の状態でＤＩＷを下向きに吐出するストレートノズルである。ノズル移動部５８は、冷却ヘッド移動部７６と同様の構成であり、吐出ノズル５３を水平方向および上下方向に移動させる。
【００３５】
また、ＤＩＷ供給源５５は常温のＤＩＷを送液する供給源であり、ＤＩＷ供給源５６は冷却されたＤＩＷを送液する供給源であり、ＤＩＷ供給源５７は加熱されたＤＩＷを送液する供給源である。
【００３６】
このため、吐出ノズル５３がスピンチャック３に保持された基板Ｗの直上に位置する処理位置において、バルブの開閉を制御してＤＩＷ供給源５５〜５７からＤＩＷが送液されることにより、スピンチャック３に保持された基板Ｗの上面Ｓ１に各温度のＤＩＷが供給される。
【００３７】
処理液供給部６０は、スピンチャック３の側方で鉛直方向に延びる支持軸（図示せず）と、支持軸の上端部に結合され水平方向に延びるアーム６２と、アーム６２の先端に取り付けられる吐出ノズル６３と、吐出ノズル６３内を通過する送液経路６４に処理液を供給する処理液供給源６５と、吐出ノズル６３を移動させるノズル移動部６６と、を有する。また、送液経路６４の経路途中には送液経路６４の開閉を切り換えるバルブが介挿されている。
【００３８】
吐出ノズル６３は、例えば、連続流の状態で処理液を下向きに吐出するストレートノズルである。ノズル移動部６６は、冷却ヘッド移動部７６と同様の構成であり、吐出ノズル６３を水平方向および上下方向に移動させる。
【００３９】
このため、吐出ノズル６３がスピンチャック３に保持された基板Ｗの直上に位置する処理位置において、バルブを開いて処理液供給源６５から処理液が送液されることにより、スピンチャック３に保持された基板Ｗの上面Ｓ１に向けて処理液が供給される。
【００４０】
制御部１９のハードウエアとしての構成は、一般的なコンピュータと同様のものを採用できる。すなわち、制御部１９は、例えば、各種演算処理を行うＣＰＵ、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭ、制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスク、等を備えている。制御部１９において、プログラムに記述された手順に従って主制御部としてのＣＰＵが演算処理を行うことにより、基板処理装置１の各部を制御する各種の機能部が実現される。もっとも、制御部１９において実現される一部あるいは全部の機能部は、専用の論理回路などでハードウエア的に実現されてもよい。
【００４１】
また、基板処理装置１は、マウス、キーボード、タッチパネル等を含む構成の入力部を備えている。このため、装置の操作者は、入力部を用いて、基板処理に係る情報を入力することができる。
【００４２】
＜１．２  洗浄処理＞
図２は、基板処理装置１における洗浄処理の一例を示すフロー図である。図３〜図５は、凍結洗浄処理の動作を説明する模式的な側面図である。
【００４３】
まず、図示しない搬送ロボットが制御されて、処理チャンバー内に洗浄処理の対象となる基板Ｗが搬入される。基板Ｗは、洗浄される面が上面Ｓ１となるようにスピンチャック３に保持される（基板保持工程）。このとき、基板Ｗの搬入の妨げにならないように、各吐出ノズル４３、５３、６３および冷却ヘッド７３は、退避位置に配置されている。
【００４４】
スピンチャック３に基板Ｗが保持されると、制御部１９はモータ６を制御して基板Ｗの回転を開始させる。基板Ｗの回転速度は所定の回転速度（例えば、８００ｒｐｍ）まで上げられ、その後、該回転速度に維持される。
【００４５】
そして、ＳＣ１処理が実行される。制御部１９は、ノズル移動部４６を制御して吐出ノズル４３を処理位置に移動させ、バルブを開いて吐出ノズル４３からＳＣ１液を基板Ｗの上面Ｓ１に供給させる（ステップＳＴ１）。
【００４６】
また、制御部１９は、ノズル移動部４６を制御して、アーム４２を所定角度範囲内で揺動させて、吐出ノズル４３を基板Ｗの回転軸線Ｃ上と周縁部上との間で往復移動させる。これによって、回転する基板Ｗの上面Ｓ１の全域にＳＣ１液がむらなく供給され、ＳＣ１液の化学的能力により、基板Ｗの上面Ｓ１に付着している残渣およびパーティクルなどの異物が除去される。
【００４７】
ＳＣ１処理が所定時間（例えば、８秒）実行されると、制御部１９は、バルブを閉じて吐出ノズル４３からのＳＣ１液の供給を停止させ、ノズル移動部４６を制御して吐出ノズル４３を退避位置に移動させる。その後、リンス処理が実行される。
【００４８】
制御部１９は、ノズル移動部５８を制御して吐出ノズル５３を処理位置に移動させ、ＤＩＷ供給源５５と繋がる経路のバルブを開いて吐出ノズル５３から常温のＤＩＷを基板Ｗの上面Ｓ１に供給させる（ステップＳＴ２）。
【００４９】
また、制御部１９は、ノズル移動部５８を制御して、アーム５２を所定角度範囲内で揺動させて、吐出ノズル５３を基板Ｗの回転軸線Ｃ上と周縁部上との間で往復移動させる。これによって、回転する基板Ｗの上面Ｓ１の全域に常温のＤＩＷがむらなく供給され、基板Ｗの上面Ｓ１に残る異物（ＳＣ１液など）がＤＩＷによって洗い流される。
【００５０】
リンス処理が所定時間（例えば、２４秒）実行されると、制御部１９は、バルブを閉じて吐出ノズル５３からのＤＩＷの供給を停止させる。その後、凍結洗浄処理（ステップＳＴ３〜ＳＴ５）が実行される。
【００５１】
凍結洗浄処理の過程では、基板Ｗの上面Ｓ１に水膜２１および処理液膜２２を形成する目的で、基板Ｗの回転速度は所定の回転速度（例えば、１０ｒｐｍ）まで下げられ、該回転速度に維持される。
【００５２】
制御部１９は、ノズル移動部５８を制御して、吐出ノズル５３を回転軸線Ｃ上に移動させる。そして、制御部１９は、ＤＩＷ供給源５６と繋がる経路のバルブを開いて、処理位置に位置する吐出ノズル５３から冷却されたＤＩＷを基板Ｗの上面Ｓ１に向けて供給させる（ステップＳＴ３：水供給工程）。この結果、基板Ｗの上面Ｓ１に着液したＤＩＷは低速の回転に伴う遠心力を受けてゆるやかに拡がり、該上面Ｓ１の全体に冷却された水膜２１が形成される（図３）。
【００５３】
冷却されたＤＩＷの供給が所定時間（例えば、６秒）実行されると、制御部１９は、バルブを閉じて吐出ノズル５３からのＤＩＷの供給を停止させる。その後も、基板Ｗは同じ回転速度で所定時間（例えば、２秒）回転され、基板Ｗの上面Ｓ１に形成された水膜２１の膜厚が均される。その後、制御部１９は、ノズル移動部５８を制御して吐出ノズル５３を退避位置に移動させる。
【００５４】
制御部１９は、ノズル移動部６６を制御して、吐出ノズル６３を回転軸線Ｃ上に移動させる。そして、制御部１９は、バルブを開いて吐出ノズル６３から処理液を基板Ｗの上面Ｓ１に向けて供給させる（ステップＳＴ４：処理液供給工程）。上述の通り、処理液は水に対して不溶性であり水よりも比重が小さい液であるので、水膜２１に着液した処理液は低速の回転に伴う遠心力を受けてゆるやかに拡がり、水膜２１の上面の全体に処理液膜２２が形成される（図４）。
【００５５】
処理液の供給が所定時間（例えば、６秒）実行されると、制御部１９は、バルブを閉じて吐出ノズル６３からの処理液の供給を停止させる。その後も、基板Ｗは同じ回転速度で所定時間（例えば、２秒）回転され、基板Ｗの上面Ｓ１に形成された水膜２１および水膜２１上に形成された処理液膜２２の膜厚が均される。その後、制御部１９は、ノズル移動部６６を制御して吐出ノズル６３を退避位置に移動させる。
【００５６】
制御部１９は、冷却ヘッド移動部７６を制御して、冷却ヘッド７３を処理位置に移動させ、バルブを開いて冷媒経路７４に冷媒を循環させる。こうして底面Ｓ２が冷却された冷却ヘッド７３が基板Ｗの上面Ｓ１に近接する近接位置まで降下され、冷却ヘッド７３の底面Ｓ２が水膜２１には接触せず処理液膜２２には接触した状態とされる（ステップＳＴ５：冷却ヘッド移動工程）。以下では、このように冷却ヘッド７３が二重の液膜のうち処理液膜２２にのみ接触した状態を「限定接触状態」と呼ぶ。図５は、この限定接触状態を示している。
【００５７】
上述のように、冷却ヘッド７３の底面Ｓ２の冷却温度は、水の融点よりも低く処理液の融点よりも高い温度（例えば、−１５℃）とされる。このため、限定接触状態においては、処理液膜２２は凍結せず、水膜２１のうち底面Ｓ２と近接する箇所は凍結する。
【００５８】
水膜２１が凍結する際に、基板Ｗの上面Ｓ１と該上面Ｓ１に付着する異物の間に入り込んだ水の体積が増加し、異物が微小距離だけ上面Ｓ１から離れる。その結果、水膜２１が凍結した領域では、基板Ｗの上面Ｓ１と異物との間の付着力が低下し、さらには異物が上面Ｓ１から脱離することとなる。
【００５９】
また、制御部１９は、冷却ヘッド移動部７６を制御して、限定接触状態を維持しつつ冷却ヘッド７３を水平移動させる。より具体的には、制御部１９は、アーム７２を所定角度範囲内で揺動させて、限定接触状態で冷却ヘッド７３を基板Ｗの回転軸線Ｃ上と周縁部上との間で往復移動させる。これによって、回転する基板Ｗの上面Ｓ１の全域が冷却ヘッド７３の底面Ｓ２により走査され、基板Ｗの上面Ｓ１上の水膜２１の全体が凍結される。その結果、基板Ｗの上面Ｓ１の全体で、異物の付着力が低下し、さらには異物が上面Ｓ１から脱離することとなる。
【００６０】
冷却ヘッド７３の走査が所定時間（例えば、６０秒）実行されると、制御部１９は、バルブを閉じて冷媒の循環を停止させる。また、制御部１９は、冷却ヘッド移動部７６を制御して冷却ヘッド７３を退避位置に移動させる。その後、基板Ｗの回転速度は所定の回転速度（例えば、２０００ｒｐｍ）まで上げられ、該回転速度に維持される。
【００６１】
制御部１９は、ノズル移動部５８を制御して吐出ノズル５３を処理位置に移動させ、ＤＩＷ供給源５７と繋がる経路のバルブを開いて吐出ノズル５３から加熱されたＤＩＷ（例えば、７０℃のＤＩＷ）を基板Ｗの上面Ｓ１に供給させる（ステップＳＴ６）。
【００６２】
また、制御部１９は、ノズル移動部５８を制御して、アーム５２を所定角度範囲内で揺動させて、吐出ノズル５３を基板Ｗの回転軸線Ｃ上と周縁部上との間で往復移動させる。これによって、回転する基板Ｗの上面Ｓ１の全域に高温のＤＩＷがむらなく供給され、基板Ｗの上面Ｓ１に形成された凍結膜が融解し、基板Ｗの上面Ｓ１上の処理液、水、異物などがＤＩＷによって洗い流される。このとき、異物は基板Ｗの上面Ｓ１に対する付着力が低下した状態あるいは上面Ｓ１から脱離した状態にあることから、凍結膜を融解させて基板Ｗの上面Ｓ１から洗い流すことによって異物も基板Ｗの上面Ｓ１から容易に除去することができる。
【００６３】
加熱されたＤＩＷの供給が所定時間（例えば、２秒）実行されると、制御部１９は、バルブを閉じて、吐出ノズル５３からのＤＩＷの供給を停止する。その後、制御部１９は、ノズル移動部５８を制御して吐出ノズル５３を退避位置に移動させる。その後も、基板Ｗは同じ回転速度で所定時間（例えば、１０秒）回転され、基板Ｗの上面Ｓ１に付着している各液や異物が振り切り除去され、基板Ｗが乾燥される（ステップＳＴ７）。
【００６４】
この振り切り乾燥が終了すると、制御部１９は、モータ６を駆動して、スピンチャック３の回転を停止させる。これにより、１枚の基板Ｗに対する洗浄処理が終了し、図示しない搬送ロボットによって、処理済みの基板Ｗが処理チャンバーから搬出される。
【００６５】
＜１．３  効果＞
本実施形態では、凍結洗浄処理の際に、冷却ヘッド７３の底面Ｓ２が処理液膜２２のみに接触して水膜２１には接触しない限定接触状態とされる。そして、処理液膜２２を介して水膜２１が冷却されることにより、水膜２１の温度がその融点以下となり、水膜２１が凍結する。また、一般に、液体の方が気体よりも熱伝導率が高い。このため、冷却された処理液膜２２（液体）を介して水膜２１を冷却する本実施形態の態様では、冷却されたガス（気体）を介して液膜を冷却する他の態様（例えば、特許文献１）に比べて、効率的に凍結洗浄処理を行うことができる。
【００６６】
また、本実施形態では、冷却ヘッド７３の底面Ｓ２の冷却温度が、水の融点よりも低く処理液の融点よりも高い温度（例えば、−１５℃）とされる。このため、限定接触状態においては、処理液膜２２は凍結せず、水膜２１のみが凍結する。したがって、冷却ヘッド７３の底面Ｓ２と凍結膜が張り付くことはなく、凍結膜は基板Ｗの上面Ｓ１にのみ張り付く。これに対し、冷却ヘッド７３の底面Ｓ２の冷却温度が処理液の融点よりも低い温度とされる他の態様や、冷却ヘッド７３の底面Ｓ２が水膜２１にも接触する他の態様では、凍結膜を介して冷却ヘッド７３の底面Ｓ２と基板Ｗの上面Ｓ１とが張り付くことになる。本実施形態の態様では、これらの他の態様と異なり、冷却ヘッド７３が凍結膜に張り付くことはないので、冷却ヘッド７３を自由に移動させることができる。
【００６７】
また、本実施形態では、冷却されたＤＩＷが基板Ｗの上面Ｓ１に供給されて水膜２１が形成される。このため、本実施形態の態様では、常温のＤＩＷが基板Ｗの上面Ｓ１に供給されて水膜が形成される他の態様に比べて、冷却ヘッド７３による冷却処理の時間（水膜２１が凍結されるまでの時間）を短縮できる。
【００６８】
＜２  第２実施形態＞
図６は、凍結洗浄処理の動作を説明する模式的な側面図である。以下では、第２実施形態の基板処理装置について説明するが、第１実施形態の基板処理装置１と同一の要素については同一の符号を付し重複説明を省略する。
【００６９】
第２実施形態の基板処理装置の構成は第１実施形態と同一であり、異なるのは凍結洗浄処理で形成される処理液膜の大きさのみである。水膜２１は、第１実施形態の場合と同様に、基板Ｗの上面Ｓ１の全体に形成される。第２実施形態の処理液膜２２０は、第１実施形態の処理液膜２２とは異なり、水膜２１の上面の一部に形成される。また、冷却ヘッド７３の底面Ｓ２は、第１実施形態の場合と同様、基板Ｗの上面Ｓ１よりも小さい。
【００７０】
凍結洗浄処理の際、制御部１９は、冷媒経路７４内に冷媒を循環させて冷却ヘッド７３を冷却した後、冷却ヘッド移動部７６を制御して、限定接触状態を維持しつつ冷却ヘッド７３を水平移動させる。より具体的には、制御部１９は、アーム７２を所定角度範囲内で揺動させて、限定接触状態で冷却ヘッド７３を基板Ｗの回転軸線Ｃ上と周縁部上との間で往復移動させる。この往復移動の際、処理液膜２２０の表面張力によって冷却ヘッド７３の水平移動に処理液膜２２０が追従し、限定接触状態が維持される。そして、回転する基板Ｗの上面Ｓ１の全域が冷却ヘッド７３の底面Ｓ２により走査され、基板Ｗの上面Ｓ１上の水膜２１の全体が凍結される。その結果、基板Ｗの上面Ｓ１の全体で、異物の付着力が低下し、さらには異物が上面Ｓ１から脱離することとなる。
【００７１】
第２実施形態の態様では、第１実施形態の態様に比べて処理液の使用量を削減できる。ただし、第２実施形態の態様では、処理液膜２２０が冷却ヘッド７３の水平移動に追従するよう、各処理条件（処理液の材料、冷却ヘッド７３の移動速度、基板Ｗの回転速度など）を考慮する必要がある。
【００７２】
＜３  第３実施形態＞
図７は、凍結洗浄処理の動作を説明する模式的な側面図である。以下では、第３実施形態の基板処理装置について説明するが、第１実施形態の基板処理装置１と同一の要素については同一の符号を付し重複説明を省略する。
【００７３】
第３実施形態の冷却ヘッド７３０の底面Ｓ２０は、第１実施形態とは異なり、基板Ｗの上面Ｓ１よりも大きい。水膜２１は、第１実施形態の場合と同様に、基板Ｗの上面Ｓ１の全体に形成される。処理液膜２２も、第１実施形態の場合と同様に、水膜２１の上面の全体に形成される。
【００７４】
凍結洗浄処理の際、制御部１９は、冷媒経路７４０内に冷媒を循環させて冷却ヘッド７３０を冷却した後、冷却ヘッド移動部を制御して冷却ヘッド７３０を基板Ｗの上方から降下させる。冷却ヘッド７３０の底面Ｓ２０は基板Ｗの上面Ｓ１よりも大きいため、第３実施形態では、限定接触状態において、処理液膜２２の全体が冷却ヘッド７３０によって冷却される。そして、処理液膜２２を介して水膜２１の全体が冷却され、凍結される。その結果、基板Ｗの上面Ｓ１の全体で、異物の付着力が低下し、さらには異物が上面Ｓ１から脱離することとなる。
【００７５】
第３実施形態の態様では、凍結洗浄処理の際にアーム７２０を揺動させる必要がなく、第１実施形態に比べて簡易な制御で凍結洗浄処理を実行できる。
【００７６】
＜４  変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明は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。
【００７７】
上記実施形態では、リンス処理の際に常温のＤＩＷを用いる態様について説明したが、これに限られるものではない。例えば、炭酸水、水素水、希薄濃度（例えば１ｐｐｍ程度）のアンモニア水、希薄濃度の塩酸などをリンス液として用いてもよい。
【００７８】
また、上記実施形態では、処理液としてキシレンを用いる態様について説明したが、これに限られるものではない。処理液は、水に対して不溶性であり水よりも比重が小さく水よりも融点が低い液であればよく、例えば、シクロヘキサノン（融点−３１℃、比重０．９５、水への溶解度０．８６ｇ／Ｌ）、ブタノール（融点−９０℃、比重０．８１、水への溶解度６３．２ｇ／Ｌ）、ヘキサノール（融点−４４．６℃、比重０．８２、水への溶解度０．５９ｇ／Ｌ）などを利用しうる。
【００７９】
また、上記実施形態では、基板Ｗを回転させながら洗浄処理を実行する態様について説明したが、これに限られるものではない。回転していない基板Ｗに対して各ノズルや冷却ヘッドを移動させて凍結洗浄処理を実行してもよい。また、第３実施形態のように冷却ヘッドと基板Ｗとを相対移動させずとも水膜の全体を凍結可能な場合には、基板Ｗを回転させずに凍結洗浄処理を実行してもよい。
【００８０】
また、上記実施形態では、処理液供給工程において、吐出ノズル６３から処理液を基板Ｗの上面Ｓ１に向けて連続流で供給する態様について説明したが、これに限られるものではない。吐出ノズル６３から処理液を基板Ｗの上面Ｓ１に向けて霧状で供給する（噴霧する）態様でも構わない。この場合、連続流で処理液を水膜２１上に供給する場合に比べて、液跳ねが生じ難く、より均一な処理液膜２２が形成される。
【００８１】
また、上記実施形態では、水供給工程の後に処理液供給工程が実行される態様について説明したが、処理順序はこれに限られるものではない。水膜上に処理液膜が形成されればよく、処理液供給工程の後に水供給工程が実行されても構わないし、水供給工程と処理液供給工程とが同時に実行されても構わない。
【００８２】
以上、実施形態およびその変形例に係る基板処理装置および基板処理方法について説明したが、これらは本発明に好ましい実施形態の例であって、本発明の実施の範囲を限定するものではない。本発明は、その発明の範囲内において、各実施形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施形態において任意の構成要素の増減が可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１  基板処理装置
３  スピンチャック
１９  制御部
４０  ＳＣ１液供給部
４３  吐出ノズル
５０  水供給部
５３  吐出ノズル
６０  処理液供給部
６３  吐出ノズル
７０  冷却部
７１  支持軸
７２  アーム
７３  冷却ヘッド
７４  冷媒経路
７５  冷媒供給部
７６  冷却ヘッド移動部
Ｓ１  上面
Ｓ２  底面
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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