(57)【要約】【課題】基板にダメージを与えることなく、優れたパーティクル除去率で基板の被処理面を洗浄することができる基板洗浄方法および基板洗浄装置を提供する。【解決手段】凍結洗浄処理前に基板に対してライトエッチングを実行している。ライトエッチングにより基板の表面が軽くエッチング除去されてパーティクルと基板表面の接触部分が減少し、凍結膜を構成するＤＩＷが接触除去部分に回り込む。そして、その接触除去部分に回り込んだＤＩＷが凍結されて凍結膜の一部となった後に除去される。その結果、パーティクル除去率が向上される。【選択図】図４
2009081370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対してライトエッチングを行うための処理液を前記基板の被処理面に供給するライトエッチング工程と、
前記ライトエッチング工程を受けた前記被処理面に凍結膜を形成した後に前記凍結膜を除去する凍結洗浄工程と
を備えたことを特徴とする基板洗浄方法。
【請求項２】
前記凍結洗浄工程は、前記処理液をリンス液に置換する置換工程と、前記置換工程での前記リンス液の供給により前記被処理面に形成される液膜を凍結させて凍結膜を形成する液膜凍結工程と、前記凍結膜を除去する凍結膜除去工程とを含む請求項１記載の基板洗浄方法。
【請求項３】
前記凍結洗浄工程は、前記ライトエッチング工程での前記処理液の供給により前記被処理面に形成される液膜を凍結させてライトエッチングの進行を停止させるとともに凍結膜を形成する液膜凍結工程と、前記凍結膜を除去する凍結膜除去工程とを含む請求項１記載の基板洗浄方法。
【請求項４】
前記凍結洗浄工程は、前記液膜凍結工程前に前記液膜の膜厚を調整しながら前記液膜を形成する液膜形成工程をさらに含む請求項２または３記載の基板洗浄方法。
【請求項５】
前記液膜凍結工程は、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冷却ガスをノズルから前記被処理面に向けて局部的に吐出させる冷却ガス吐出工程と、前記冷却ガス吐出工程に並行して前記ノズルを前記被処理面に沿って前記基板に対して相対移動させて前記被処理面に前記凍結膜を形成する相対移動工程とを有する請求項１ないし４のいずれかに記載の基板洗浄方法。
【請求項６】
前記ライトエッチング工程は前記処理液により前記被処理面を１オングストローム以下エッチング除去する工程である請求項１ないし５のいずれかに記載の基板洗浄方法。
【請求項７】
前記処理液はフッ化水素酸である請求項１ないし６のいずれかに記載の基板洗浄方法。
【請求項８】
基板を保持する基板保持手段と、
前記基板に対してライトエッチングを行うための処理液を、前記基板保持手段に保持された前記基板の被処理面に供給する処理液供給手段と、
前記処理液によりライトエッチングされた前記被処理面に形成される液膜を凍結して凍結膜を形成する凍結手段と、
前記基板から前記凍結膜を除去する除去手段と
を備えたことを特徴とする基板洗浄装置。
【請求項９】
前記被処理面にリンス液を供給することによって前記処理液を前記リンス液に置換して前記被処理面にリンス液の液膜を形成するリンス液供給手段をさらに備え、
前記凍結手段は、前記リンス液の凝固点より低い温度を有する冷却ガスを前記被処理面に向けて局部的に吐出するノズルと、前記ノズルを前記被処理面に沿って前記基板に対して相対移動させる駆動機構とを有し、前記ノズルから前記冷却ガスを吐出させながら前記駆動機構により前記ノズルを前記基板に対して相対移動させることで前記被処理面に前記凍結膜を形成する請求項８記載の基板洗浄装置。
【請求項１０】
前記凍結手段は、前記処理液によるライトエッチングが進行している、前記被処理面に向けて前記処理液の凝固点より低い温度を有する冷却ガスを局部的に吐出するノズルと、前記ノズルを前記被処理面に沿って前記基板に対して相対移動させる駆動機構とを有し、前記ノズルから前記冷却ガスを吐出させながら前記駆動機構により前記ノズルを前記基板に対して相対移動させることで、前記処理液の供給により前記被処理面に形成される前記液膜を凍結してライトエッチングの進行を停止させるとともに前記凍結膜を形成する請求項８記載の基板洗浄装置。
【請求項１１】
処理チャンバーをさらに備え、
前記基板保持手段は１枚の基板を保持する枚葉保持用基板保持手段であり、
前記処理液供給手段は前記処理チャンバー内で前記枚葉保持用基板保持手段に保持された前記基板の被処理面に前記処理液を供給し、
前記凍結手段は前記処理チャンバー内で前記枚葉保持用基板保持手段に保持された前記基板の被処理面に凍結膜を形成し、
前記除去手段は前記処理チャンバー内で前記枚葉保持用基板保持手段に保持された前記基板から前記凍結膜を除去する請求項８ないし１０のいずれかに記載の基板洗浄装置。
【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、ＦＥＤ（Field Emission Display；電界放出ディスプレイ）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の各種基板（以下、単に「基板」という）に付着した液膜を凍結して凍結膜を形成し、該凍結膜を基板から除去することで基板に対して洗浄処理を施す基板洗浄方法および基板洗浄装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置をはじめとする電子部品の製造工程では、基板表面に対する洗浄処理は不可欠であり、洗浄処理に対する技術要求レベルはますます高まっている。例えば半導体技術ロードマップ専門委員会により２００５年に作成された国際版の半導体技術ロードマップＩＴＲＳ２００５（International Technology Roadmap for Semiconductors 2005 Edition）によれば、洗浄ステップに対する技術要求について次の記述がある（非特許文献１、２参照）。シリコンロスについては、「ＩＣメーカーは、シリコンロスを９０ｎｍ世代では洗浄ステップ毎に１．０オングストローム、６５ｎｍ世代では洗浄ステップ毎に０．５オングストロームを、現在目標としている。より長期年でどの数値が要求されるか、あるいは、どの数値が可能なのかは明らかでない。したがって、その数値は２００８年で０．４オングストロームに設定されて、４５ｎｍ世代まで一定に保たれ、その後３２ｎｍ世代まで０．３オングストロームで、それ以降は０．２オングストロームに設定された。」と記載されている。また、酸化膜ロスについては、「ＩＣメーカーは、酸化膜ロスを９０ｎｍ世代では洗浄ステップ毎に１．０オングストローム、６５ｎｍ世代では洗浄ステップ毎に０．５オングストロームを、現在目標としている。より長期年でどの数値が要求されるか、あるいは、どの数値が可能なのかは明らかでない。したがって、その数値は２００８年で０．４オングストロームに設定されて、４５ｎｍ世代まで一定に保たれ、その後３２ｎｍ世代まで０．３オングストロームで、それ以降は０．２オングストロームに設定された。」と記載されている。
【０００３】
このように洗浄処理に対する要求を満足すべく、例えば特許文献１に記載された方法が提案されている。この基板洗浄方法においては、純水で構成された液膜（水膜）を基板表面に付着させた後、水膜を凍結させている。これにより、水膜が体積膨張して基板表面に付着するパーティクル（汚染粒子）と基板との間の付着力が弱まり、あるいは基板表面からパーティクルが脱離する。その後、凍結した水膜（凍結膜）を基板から除去することによって、基板に対する付着力の弱まった、あるいは基板表面から脱離した水膜中のパーティクルが容易に除去される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３３２３９６号公報（図６）
【非特許文献１】半導体技術ロードマップ専門委員会、“国際半導体技術ロードマップ２００５年版（和訳）フロントエンドプロセス”、社団法人  電子情報技術産業協会、２００６年４月発行
【非特許文献２】半導体技術ロードマップ専門委員会、“国際半導体技術ロードマップ２００５年版（和訳）フロントエンドプロセス”、［online ］、平成１５年３月、電子情報技術産業協会、［平成１９年８月３０日検索］、インターネット＜URL：http://strj-jeita.elisasp.net/strj/ITRS05/pdf/08_2005FEP.pdf＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
凍結技術を用いて基板洗浄を行った場合、基板の被処理面に対してシリコンロスや酸化膜ロスは発生せず、基板へのダメージを抑制することができる。しかしながら、パーティクルなどの汚染物質が基板から除去される割合（以下「パーティクル除去率」という）については、必ずしも十分とはいえず、パーティクル除去率のさらなる向上が求められている。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板にダメージを与えることなく、優れたパーティクル除去率で基板の被処理面を洗浄することができる基板洗浄方法および基板洗浄装置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洗浄方法は、上記目的を達成するため、基板に対してライトエッチングを行うための処理液を基板の被処理面に供給するライトエッチング工程と、ライトエッチング工程を受けた被処理面に凍結膜を形成した後に凍結膜を除去する凍結洗浄工程とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
また、この発明にかかる基板洗浄装置は、上記目的を達成するため、基板を保持する基板保持手段と、基板に対してライトエッチングを行うための処理液を、基板保持手段に保持された基板の被処理面に供給する処理液供給手段と、処理液によりライトエッチングされた被処理面に形成される液膜を凍結して凍結膜を形成する凍結手段と、基板から凍結膜を除去する除去手段とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
このように構成された発明（基板洗浄方法および装置）では、基板の被処理面に凍結膜が形成された後に該凍結膜が除去されて被処理面に対して凍結洗浄が実行されるが、その凍結洗浄前にライトエッチングが基板に対して実行されて凍結洗浄による洗浄効率を高めている。すなわち、ライトエッチングにより基板の被処理面が軽くエッチング除去されてパーティクルと被処理面の接触部分が減少し、凍結膜を構成する液体成分が接触除去部分に回り込む。そして、その接触除去部分に回り込んだ液体成分が凍結されて凍結膜の一部となった後に除去される。その結果、凍結洗浄に寄与する部分が増大してパーティクル除去率が向上される。なお、「ライトエッチング」とは、基板に形成されるデバイスの特性に影響を与えない範囲で僅かに被処理面をエッチングすることを意味するものであり、非特許文献１に記載された洗浄プロセスで要求されるエッチングレベルを意味するものである。例えば基板の被処理面が酸化膜となっている場合、９０ｎｍ世代では１．０オングストローム以下、６５ｎｍ世代では０．５オングストローム以下のエッチングを意味する。このようなエッチングレベルでライトエッチングを行って凍結洗浄をアシストしているため、基板にダメージを与えることなく、パーティクル除去率を向上させることができる。
【００１０】
ここで、ライトエッチングを停止させるために被処理面に付着した処理液をリンス液に置換してもよい。この場合、置換工程後にリンス液の液膜を形成し、該液膜を凍結させて凍結膜を形成することができる。このようにリンス液への置換によってライトエッチングの停止を正確に制御することができる。
【００１１】
また、ライトエッチングを停止させるために、リンス液を用いることなく、処理液の供給により被処理面に形成される液膜を凍結させてもよい。このように凍結処理によりライトエッチング停止と凍結膜形成を同時に行うことができ、凍結洗浄工程を簡素化することができ、処理時間の短縮およびランニングコストの低減を図ることができる。
【００１２】
また、上記のようにしてリンス液や処理液の液膜を凍結させる前に、液膜の膜厚を調整しながら液膜を形成する液膜形成工程を設けるのが望ましい。このように膜厚調整により凍結洗浄による洗浄効率をコントロールすることができる。
【００１３】
また、液膜を構成する液体の凝固点より低い温度を有する冷却ガスをノズルから被処理面に向けて局部的に吐出させるとともに、それに並行してノズルを被処理面に沿って基板に対して相対移動させて被処理面に凍結膜を形成してもよい。この構成によれば、液膜を構成する液体（例えば処理液やリンス液）の凝固点より低い温度を有する冷却ガスがノズルから基板の被処理面に向けて局部的に吐出される。そして、ノズルから冷却ガスを吐出させながらノズルが被処理面に沿って基板に対して相対移動されて被処理面に凍結膜が形成される。すなわち、相対移動に伴って基板に付着している液体のうち該液体が凍結した領域が広がって、被処理面に凍結膜が形成されることとなる。このように、冷却ガスの供給部位が被処理面の一部領域に限定されているため、例えば基板を保持するための部材など、基板の周辺に設けられている部材の温度低下を必要最小限に止めることができる。したがって、それらの部材が劣化するのを抑制することができる。
【００１４】
さらに、上記したライトエッチングと凍結洗浄とを同一の処理チャンバーで基板１枚ずつ処理するように構成してもよい。つまり、処理チャンバー内で枚葉保持用基板保持手段により１枚の基板を保持しながら、該基板の被処理面に処理液を供給してライトエッチングを行い、該基板の被処理面に凍結膜を形成し、さらに該基板から凍結膜を除去するように構成してもよい。このように同一の処理チャンバー内で一連の処理（ライトエッチング＋凍結洗浄）を連続的に行うことができ、省スペースで、かつ高いスループットで基板洗浄を行うことができる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、凍結洗浄前に被処理面対してライトエッチングを行っているので、基板からパーティクルを効果的に除去し、パーティクル除去率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１はこの発明にかかる基板洗浄装置の第１実施形態を示す図である。また、図２は図１の基板洗浄装置の制御構成を示すブロック図である。この装置は半導体ウエハ等の基板Ｗの表面Ｗfを本発明の「被処理面」とし、該基板表面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を行う枚葉式の基板洗浄装置である。この装置では、従来より周知の凍結洗浄処理を実行するのに先立って、微細パターンが形成された基板表面Ｗfに対してライトエッチング処理を施している。つまり、非特許文献１に記載されたシリコンロスおよび酸化膜ロスの許容範囲、つまり９０ｎｍ世代では１．０オングストローム以下、６５ｎｍ世代では０．５オングストローム以下のエッチングを本発明の「ライトエッチング」として行う。
【００１７】
この基板洗浄装置は、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と、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗfに向けて液膜を凍結させるための冷却ガスを吐出する冷却ノズル３（本発明の「ノズル」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に対向配置された遮断部材５が設けられている。
【００１８】
スピンチャック２は、回転支軸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の駆動により回転中心Ａ０を中心に回転可能となっている。回転支軸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（図２）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が回転中心Ａ０を中心に回転する。
【００１９】
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。また、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。
【００２０】
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。このように、この実施形態では、複数個のチャックピン２４が１枚の基板Ｗを保持して本発明の「基板保持手段」および「枚葉保持用基板保持手段」として機能している。
【００２１】
スピンチャック２の外方には、回動モータ３１が設けられている。回動モータ３１には、回動軸３３が接続されている。また、回動軸３３には、スキャンアーム３５が水平方向に延びるように連結され、スキャンアーム３５の先端に冷却ノズル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回動モータ３１が駆動されることで、スキャンアーム３５を回動軸３３回りに揺動させることができる。
【００２２】
図３は図１の基板洗浄装置に装備された冷却ノズルの動作を示す図である。ここで、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は平面図である。回動モータ３１を駆動してスキャンアーム３５を揺動させると、冷却ノズル３は基板表面Ｗfに対向しながら同図（ｂ）の移動軌跡Ｔ、つまり基板Ｗの回転中心位置Ｐｃから基板Ｗの端縁位置Ｐｅに向かう軌跡Ｔに沿って移動する。ここで、基板Ｗの回転中心位置Ｐｃは基板表面Ｗfの上方で、かつ基板Ｗの回転中心Ａ０上に設定されている。また、冷却ノズル３は基板Ｗの側方に退避した待機位置Ｐｓに移動可能となっている。このように、この実施形態では、回動モータ３１が冷却ノズル３を基板表面Ｗfに沿って基板Ｗに対して相対移動させる「駆動機構」として機能する。
【００２３】
冷却ノズル３は冷却ガス供給部１５（図２）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冷却ガス供給部１５から冷却ガスを冷却ノズル３に供給する。このため、冷却ノズル３が基板表面Ｗfに対向配置されると、冷却ノズル３から基板表面Ｗfに向けて局部的に冷却ガスが吐出される。したがって、冷却ノズル３から冷却ガスを吐出させた状態で、制御ユニット４が基板Ｗを回転させながら該冷却ノズル３を移動軌跡Ｔに沿って移動させることで、冷却ガスを基板表面Ｗfの全面にわたって供給できる。これにより、基板表面Ｗfに付着している液膜１１の全体を凍結させて基板表面Ｗfの全面に凍結膜１３を形成することが可能となっている。このように、この実施形態では、冷却ノズル３および回動モータ３１が本発明の「凍結手段」として機能する。
【００２４】
基板表面Ｗfからの冷却ノズル３の高さは、冷却ガスの供給量によっても異なるが、例えば５０ｍｍ以下、好ましくは数ｍｍ程度に設定される。このような基板表面Ｗfからの冷却ノズル３の高さおよび冷却ガスの供給量は、(1)冷却ガスが有する冷熱を液膜１１に効率的に付与する観点、(2)冷却ガスにより液膜の液面が乱れることがないように液膜を安定して凍結する観点から実験的に定められる。
【００２５】
冷却ガスとしては、基板Ｗに形成された液膜１１を構成する液体の凝固点より低い温度を有するガス、例えば窒素ガス、酸素ガスおよび清浄なエア等が用いられる。このような冷却ガスによれば、基板Ｗへのガス供給前にフィルタ等を用いて冷却ガスに含まれる汚染物質を除去することが容易である。したがって、液膜１１を凍結させる際に基板Ｗが汚染されるのを防止できる。この実施形態では、後述するようにＤＩＷ（deionized water：脱イオン水）により構成された液膜１１が形成される。したがって、冷却ガスは液膜１１を構成するＤＩＷの凝固点よりも低い温度に調整されたものが用いられる。
【００２６】
このように、この実施形態では、冷却ノズル３から基板表面Ｗfに向けて冷却ガスを局部的に吐出させている。そして、基板Ｗを回転させながら冷却ノズル３を基板Ｗの回転中心位置Ｐｃと基板Ｗの端縁位置Ｐｅとの間で移動させて、基板表面Ｗfに凍結膜１３を形成している。このため、冷却ガスの供給部位が基板表面Ｗf上の微小領域に限定されることとなり、スピンチャック２などの基板周辺部材の温度低下を最小限に止めることができる。したがって、基板周辺部材の耐久性が劣化するのを抑制しながら基板表面Ｗfに凍結膜１３を形成することができる。その結果、基板周辺部材を耐冷熱性の確保が困難な樹脂材料（耐薬品性を備えた樹脂材料）で形成しても、冷熱による基板周辺部材の材質劣化を抑制できる。
【００２７】
図１に戻って説明を続ける。スピンチャック２の回転支軸２１は中空軸からなる。回転支軸２１の内部には、基板Ｗの裏面ＷｂにＤＩＷを供給するための処理液供給管２５が挿通されている。処理液供給管２５はスピンベース２３の中央部に設けられた開口部を通過してスピンチャック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。また、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ノズル２７が設けられている。処理液供給管２５はＤＩＷ供給部１７と接続されており、ＤＩＷ供給部１７からＤＩＷが供給される。
【００２８】
回転支軸２１の内壁面と処理液供給管２５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は乾燥ガス供給部１８に接続されており、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乾燥ガスとして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、乾燥ガス供給部１８から乾燥ガスとして窒素ガスを供給しているが、窒素ガスに替えて空気や他の不活性ガスなどを吐出してもよい。
【００２９】
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５が設けられている。遮断部材５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５は略円筒形状を有する支持軸５１の下端部に略水平に取り付けられ、支持軸５１は水平方向に延びるアーム５２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５２には、遮断部材回転機構５３と遮断部材昇降機構５４が接続されている。
【００３０】
遮断部材回転機構５３は、制御ユニット４からの動作指令に応じて支持軸５１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５３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５を回転させるように構成されている。
【００３１】
また、遮断部材昇降機構５４は、制御ユニット４からの動作指令に応じて、遮断部材５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５４を作動させることで、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１に示す位置）に遮断部材５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５を下降させる。
【００３２】
支持軸５１は中空に仕上げられ、その内部に遮断部材５の開口に連通したガス供給路５５が挿通されている。ガス供給路５５は、乾燥ガス供給部１８と接続されており、乾燥ガス供給部１８から窒素ガスが供給される。この実施形態では、基板Ｗに対する凍結洗浄処理後の乾燥処理時に、ガス供給路５５から遮断部材５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５５の内部には、遮断部材５の開口に連通した液供給管５６が挿通されており、液供給管５６の下端にノズル５７が結合されている。液供給管５６は処理液供給部１６およびＤＩＷ供給部１７に接続されており、制御ユニット４からの動作指令に応じてノズル５７から処理液またはＤＩＷを選択的に基板表面Ｗfに供給可能となっている。なお、この実施形態では、処理液としてフッ酸（フッ化水素酸）が用いられて基板表面Ｗfに対するライトエッチングが実行される。
【００３３】
次に、上記のように構成された基板洗浄装置における洗浄処理動作について図４ないし図６を参照しつつ説明する。図４は図１の基板洗浄装置の動作を示すフローチャートである。また、図５および図６は図１の基板洗浄装置の動作を示す模式図である。この装置では、未処理の基板Ｗが処理チャンバー１内に搬入されると、制御ユニット４が装置各部を制御して基板Ｗの表面Ｗfに対して一連の処理（ライトエッチング＋凍結洗浄＋乾燥）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のチャックピン２４に保持される（ステップＳ１）。なお、遮断部材５は離間位置にあり、基板Ｗとの干渉を防止している。
【００３４】
スピンチャック２に未処理の基板Ｗが保持されると、遮断部材５が対向位置まで降下され、基板表面Ｗfに近接配置される。これにより、基板表面Ｗfが遮断部材５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。そして、制御ユニット４はチャック回転機構２２を駆動させてスピンチャック２を回転させる。また、ノズル５７から本発明の「処理液」としてフッ酸を基板表面Ｗfに供給する。これにより、図５（ａ）に示すように、基板表面Ｗfに対するライトエッチングが開始される（ステップＳ２）。そして、エッチング量が上記許容範囲の上限に達する手間でノズル５７からの処理液供給を停止するとともに凍結洗浄処理（ステップＳ３）を実行してライトエッチングの停止および凍結洗浄を行う。
【００３５】
この凍結洗浄処理（ステップＳ３）では、図５（ｂ）に示すように、ノズル５７からＤＩＷがリンス液として基板表面Ｗfに向けて吐出され、該ＤＩＷにより基板表面Ｗf上の処理液が洗い流されてＤＩＷに置換される（ステップＳ３１）。こうして置換処理が完了すると、基板Ｗを所定の回転速度で回転させることで基板表面Ｗfに供給されたＤＩＷ（リンス液）を基板Ｗの径方向外向きに均一に広げるとともに、その一部を基板外に振り切る。これによって、図５（ｃ）に示すように、基板表面Ｗfの全面にわたって液膜の厚みを均一にコントロールして、基板表面Ｗfの全体に所定の厚みを有する液膜（ＤＩＷからなる膜）１１が形成される（ステップＳ３２：液膜形成処理）。
【００３６】
このように、ＤＩＷから構成された液膜１１が基板表面Ｗfに形成されると、基板表面Ｗfに付着するパーティクルと基板表面Ｗfとの隙間がＤＩＷで満たされる。特に、この実施形態では、凍結洗浄処理（ステップＳ３）に先立ってライトエッチング処理（ステップＳ２）を施しているため、基板表面Ｗfが軽くエッチング除去されて基板表面Ｗfに付着しているパーティクルが基板表面Ｗfと接触している部分が減少している。このため、液膜形成時にＤＩＷがライトエッチングにより減少した接触部分にも入り込んでいる。
【００３７】
こうして、液膜形成処理が終了すると、液膜１１を基板表面Ｗfに付着させた状態でスピンチャック２に保持された基板Ｗに対して液膜凍結処理を実行する（ステップＳ３３）。すなわち、制御ユニット４は遮断部材５を離間位置に配置させるとともに、冷却ノズル３から冷却ガスを吐出させながら冷却ノズル３を待機位置Ｐｓから冷却ガス供給開始位置、つまり基板Ｗの回転中心位置Ｐｃに移動させる。そして、回転駆動されている基板Ｗの表面Ｗfに向けて冷却ガスを吐出させながら冷却ノズル３を徐々に基板Ｗの端縁位置Ｐｅに向けて移動させていく。これにより、基板表面Ｗfに形成された液膜１１が局部的に凍結するとともに、図３や図６（ａ）に示すように基板表面Ｗfの表面領域のうち液膜１１が凍結した領域（凍結領域）が基板表面Ｗfの中央部から周縁部へと広げられる。その結果、基板表面Ｗfに形成された液膜１１の全体が凍結し、基板表面Ｗfの全面に凍結膜１３が形成される（液膜凍結処理）。
【００３８】
このようにして液膜凍結処理が実行されると、基板表面Ｗfと該基板表面Ｗfに付着するパーティクルの間に入り込んでいる液膜１１の体積が増加し、パーティクルが微小距離だけ基板表面Ｗfから離れる。特に、この実施形態では、上記したようにライトエッチング処理によって液膜１１を構成するＤＩＷが入り込んでいる部分が広がっているため、体積膨張による除去効果が高められている。また、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１１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基板表面Ｗfから除去できる。
【００３９】
液膜の凍結が完了すると、制御ユニット４は冷却ノズル３を待機位置Ｐｓに移動させる。続いて、基板Ｗに対して膜除去処理を実行する（ステップＳ３４）。すなわち、遮断部材５を対向位置に配置させるとともに、スピンチャック２とともに遮断部材５を回転させる。また、凍結膜１３が融解しないうちにノズル５７およびノズル２７からＤＩＷをそれぞれ、回転駆動されている基板Ｗの表裏面Ｗf，Ｗｂに供給する。これにより、図６（ｂ）に示すように、回転駆動されている基板Ｗの表裏面Ｗf，ＷｂへのＤＩＷの供給が開始され、ＤＩＷによる膜除去処理が実行される。その結果、パーティクルを含む凍結膜１３が融解するとともに基板表面Ｗfから除去される（膜除去処理）。このように、この実施形態では、ノズル５７が本発明の「除去手段」として機能する。
【００４０】
こうして、膜除去処理が終了すると、基板Ｗの凍結洗浄処理が完了したか否かが判断される（ステップＳ３５）。そして、完了したと判断されると（ステップＳ３５でＹＥＳ）、次に説明するステップＳ４に進んで基板Ｗの乾燥処理が実行される。一方、凍結洗浄処理が完了していないと判断されると（ステップＳ３５でＮＯ）、ステップＳ３３に戻って液膜凍結処理（ステップＳ３３）および膜除去処理（ステップＳ３４）が繰り返し実行される。すなわち、被処理面である基板Ｗの表面Ｗｆの表面状態あるいは除去対象であるパーティクルの粒径、種類によっては、一度の凍結洗浄処理では基板Ｗの表面Ｗｆから十分にパーティクルを除去しきれない場合があり、このような場合には、完了していないと判断される。こうして、液膜凍結処理および膜除去処理が所定回数だけ繰り返し実行されることにより、基板Ｗの表面Ｗｆからパーティクルが除去されていく。なお、このような繰り返し実行回数を予め処理レシピとして規定しておき、適宜選択した処理レシピで規定される実行回数だけ凍結洗浄処理を繰り返すようにしてもよい。
【００４１】
凍結洗浄処理が完了すると、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５３のモータの回転速度を高めて基板Ｗおよび遮断部材５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（ステップＳ４）。基板Ｗの乾燥処理後は基板Ｗおよび遮断部材５の回転を停止するとともに基板Ｗへの窒素ガスの供給を停止する。その後、処理チャンバー１から処理済の基板Ｗが搬出される（ステップＳ５）。
【００４２】
以上のように、凍結洗浄処理（ステップＳ３）前に基板Ｗに対してライトエッチングを実行しているので、凍結洗浄による洗浄効率を高めることができる。しかも、ライトエッチングにより基板Ｗの表面（被処理面）Ｗfがエッチング除去されるが、そのエッチング量は上記許容範囲に止めている。したがって、第１実施形態によれば、上記ライトエッチング処理（ステップＳ２）により基板表面Ｗfに形成されるパターンなどにダメージを与えることなく凍結洗浄によるパーティクル除去率を向上させることができる。
【００４３】
また、上記実施形態では、未処理基板Ｗを１枚ずつ処理チャンバー１に搬送して洗浄する、いわゆる枚葉式の基板洗浄装置である。そして、同一の処理チャンバー１内でライトエッチング処理および凍結洗浄処理を連続的に行っているので、省スペースで、かつ高いスループットで基板洗浄を行うことができる。また、本実施形態は枚葉方式で、しかもライトエッチングと凍結洗浄とを連続的に行っているため、エッチング量を正確にコントロールすることができる。したがって、ライトエッチング処理により基板表面Ｗfがエッチングされる量を確実に許容範囲に収めて基板Ｗへのダメージ付与を防止することができる。
【００４４】
なお、ライトエッチング処理（ステップＳ２）によるエッチング量は基板Ｗに形成するデバイスの設計値に応じて設定するのが望ましい。つまり、線幅９０ｎｍのデバイス（９０ｎｍ世代）を形成する基板Ｗに対して本実施形態を適用する場合には、例えば以下の条件でライトエッチング処理を実行することで、ダメージを与えることなく優れたパーティクル除去率を基板Ｗの表面Ｗfを洗浄することができる。
【００４５】
＜９０ｎｍ世代に対するライトエッチング条件＞
処理液の濃度：ＤＩＷにより１０００倍に希釈した希フッ酸
処理液の温度：２３゜Ｃ
処理液の流量：２．０リットル／分
基板の回転数：８００ｒｐｍ
エッチング時間：１０秒
また、線幅６５ｎｍのデバイス（６５ｎｍ世代）を形成する基板Ｗに対して本実施形態を適用する場合には、例えば以下の条件でライトエッチング処理を実行することで、ダメージを与えることなく優れたパーティクル除去率を基板Ｗの表面Ｗfを洗浄することができる。
【００４６】
＜６５ｎｍ世代に対するライトエッチング条件＞
処理液の濃度：ＤＩＷにより１０００倍に希釈した希フッ酸
処理液の温度：２３゜Ｃ
処理液の流量：２．０リットル／分
基板の回転数：８００ｒｐｍ
エッチング時間：５秒
その他のデバイスを形成する場合にも、ライトエッチング条件を適切に設定することができる。また、基板Ｗに形成すべきデバイスに応じてライトエッチングの許容範囲は異なるため、基板Ｗの種類に対応するライトエッチング条件を予め制御ユニット４の記憶部（図示省略）に記憶しておき、処理チャンバー１に搬送されてきた基板Ｗに応じたライトエッチング条件を記憶部から読み出すように構成してもよい。これにより、種々の基板Ｗに対応することができ、装置の汎用性を高めることができる。
【００４７】
図７はこの発明にかかる第２実施形態の動作を示すフローチャートである。また、図８は第２実施形態の動作を示す模式図である。第２実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、置換処理（ステップＳ３１）を省略している点であり、その他の構成は基本的に同一である。したがって、以下においては相違点を中心に第２実施形態の動作について説明する。
【００４８】
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（ステップＳ１）と、第１実施形態と同様にして、基板表面Ｗfに対するライトエッチングが実行される（ステップＳ２：図８（ａ））。そして、エッチング量が上記許容範囲の上限に達する前にノズル５７からの処理液供給を停止するとともに、基板Ｗを所定の回転速度で回転させて基板表面Ｗfの全面にわたって液膜の厚みを均一にコントロールする。これによって、基板表面Ｗfの全体に所定の厚みを有する液膜（処理液からなる膜）１１が形成される（ステップＳ３２：液膜形成処理）。
【００４９】
こうして、液膜形成処理が終了すると、第１実施形態と同様にして、処理液で構成された液膜１１を基板表面Ｗfに付着させた状態でスピンチャック２に保持された基板Ｗに対して液膜凍結処理を実行する（ステップＳ３３：図８（ｃ））。これによって、液膜１１が凍結されて凍結膜が形成されるが、これと同時にライトエッチングの進行も停止される。つまり、第１実施形態では置換処理によってライトエッチング停止を行っているのに対し、第２実施形態では凍結膜の形成と同時にライトエッチング停止を行っている。
【００５０】
なお、こうして凍結膜形成後においては、第１実施形態と同様に、基板Ｗに対する膜除去処理（ステップＳ３４：図８（ｄ））を実行した後、基板Ｗの乾燥処理を実行する（ステップＳ４）。その後、処理チャンバー１から処理済の基板Ｗが搬出される（ステップＳ５）。
【００５１】
以上のように、第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、凍結洗浄処理（ステップＳ３）前に基板Ｗに対してライトエッチングを実行しているので、基板表面Ｗfに形成されるパターンなどにダメージを与えることなく、凍結洗浄による洗浄効率を高めることができる。また、第２実施形態では、ライトエッチングを停止させるために、リンス液を用いることなく、処理液の供給により基板表面Ｗfに形成される液膜１１を凍結させてライトエッチング停止と凍結膜形成を同時に行っている。したがって、凍結洗浄処理を簡素化することができ、処理時間の短縮およびランニングコストの低減を図ることができる。
【００５２】
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、処理液としてフッ酸を用いているが、基板Ｗに対してライトエッチングを行うことができる薬液全般を用いることができる。例えばアンモニア水と過酸化水素水とを含む混合溶液（ＳＣ１溶液）を処理液として用いることができる。その混合比率としては、例えば（アンモニア水：過酸化水素水：ＤＩＷ）＝（１：１：５０）と設定してもよい。
【００５３】
また、上記実施形態では、ＤＩＷを用いて膜除去処理（ステップＳ３４）を実行しているが、ＤＩＷ以外の液体を用いて膜除去処理を行ってもよい。例えばＳＣ１溶液を用いてもよく、この場合には次の作用効果が得られる。ＳＣ１溶液のようなアルカリ性処理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（負値）を有する。このため、基板表面ＷfにＳＣ１溶液が供給され、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溶液で満たされると、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。これにより、基板表面Ｗfからのパーティクルの脱離を促進させることができる。また、一度基板Ｗから離れたパーティクルが、ゼータ電位による反発力により基板Ｗに再付着するのを防止することができる。このようにＳＣ１溶液などにより膜除去処理を行った場合には、ＤＩＷ等のリンス液によるリンス処理を行った後で乾燥処理を行う。
【００５４】
また、上記実施形態では、基板Ｗの表面Ｗｆ（パターン形成面）を本発明の「被処理面」とし、基板表面Ｗfに対して凍結洗浄処理を施しているが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、基板Ｗの裏面Ｗｂに対して、または基板Ｗの表裏面Ｗｆ，Ｗｂに対して凍結洗浄処理を施す装置に対しても本発明を適用することができる。
【００５５】
また、上記実施形態では、冷却ノズル３から冷却ガスを吐出させながら冷却ノズル３を基板表面に沿って基板Ｗに対して相対移動させることで基板表面に凍結膜を形成しているが、凍結膜の形成方法（液膜の凍結方法）はこれに限定されない。例えば基板Ｗの被処理面（凍結膜形成面）に対して反対の非凍結膜形成面と対向可能な基板対向面を有する対向部材を用いて液膜を凍結させてもよい。この場合、対向部材を基板Ｗに対向させながら近接配置させるとともに、液膜を構成する液体の凝固点より低い温度に基板対向面の表面温度を設定することにより液膜を凍結させることができる。
【００５６】
また、基板Ｗに対して一枚毎に凍結膜を形成しているが、複数の基板Ｗを同時に処理するバッチ処理の形態で凍結洗浄処理を施してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
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、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を含む基板全般に付着した液膜を凍結して凍結膜を形成し、該凍結膜を基板から除去することにより基板に対して洗浄処理を施す基板洗浄方法および基板洗浄装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】この発明にかかる基板洗浄装置の第１実施形態を示す図である。
【図２】図１の基板洗浄装置の制御構成を示すブロック図である。
【図３】図１の基板洗浄装置に装備された冷却ノズルの動作を示す図である。
【図４】図１の基板洗浄装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】図１の基板洗浄装置の動作を示す模式図である。
【図６】図１の基板洗浄装置の動作を示す模式図である。
【図７】この発明にかかる第２実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図８】第２実施形態の動作を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５９】
２…スピンチャック（基板保持手段、枚葉保持用基板保持手段）
３…冷却ノズル（ノズル、凍結手段）
１１…液膜
１３…凍結膜
１６…処理液供給部（処理液供給手段）
１７…ＤＩＷ供給部（リンス液供給手段）
２４…チャックピン（基板保持手段、枚葉保持用基板保持手段）
３１…回動モータ（駆動機構、凍結手段）
５７…ノズル（除去手段）
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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