JP2008071875A - 基板処理装置、液膜凍結方法および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】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の全面に凍結膜を生成することができる基板処理装置、液膜凍結方法および該液膜凍結方法を用いた基板処理方法を提供する。
【解決手段】冷却ガス吐出ノズル３から冷却ガスを液膜１１ｆが形成された基板表面Ｗｆに向けて局部的に吐出する。そして、基板Ｗを回転させながら冷却ガス吐出ノズル３を基板Ｗの回転中心位置Ｐｃから基板Ｗの端縁位置Ｐｅに向けて移動軌跡Ｔに沿って揺動させる。これにより、基板表面Ｗｆの表面領域のうち液膜１１ｆ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ていく。このため、冷却ガスの供給部位が基板表面Ｗｆ上の一部領域に限定され、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の全面に凍結膜１３ｆを生成することができる。
【選択図】図３

Description

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）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）の表面に形成された液膜を凍結させる基板処理装置、液膜凍結方法および該液膜凍結方法を用いた基板処理方法に関するものである。

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。

先ず、基板表面に液体を供給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生成される。そして、最後に基板表面から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を凍結膜とともに除去している。

ここで、基板表面に形成された液膜を凍結させる液膜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、処理チャンバー内に基板を収容し、該基板をペデスタル（台座）上に支持している。そして、基板表面にスチームまたは超純度水蒸気等の除去流体を供給している。これにより、基板表面上に除去流体による液膜が形成される。続いて、除去流体の凍結温度を下回る温度を有する冷却ガスを処理チャンバー内に射出し、該冷却ガスを処理チャンバー内で循環させている。そうすると、基板表面上の液膜が凍結し、基板表面の全面に凍結層（凍結膜）が生成される。

特開平３−１４５１３０号公報（図１）

ところで、特許文献１に記載の装置では、処理チャンバー内に冷却ガスを射出するとともに該冷却ガスを処理チャンバー内で循環させて基板表面に凍結層を生成している。このため、基板のみならず、ペデスタル等の基板保持手段を含む、基板の周辺に位置する周辺部材（以下、単に「基板周辺部材」という）も冷却ガスによって凍結温度以下あるいはその近辺の温度にまで冷却されてしまう。その結果、基板周辺部材が冷熱によりダメージを受け、基板周辺部材の耐久性が劣化してしまうという問題が発生していた。特に、同一の処理チャンバー内で液膜の凍結処理と薬液を用いた薬液処理とを基板に対して施す場合には、薬液による基板周辺部材の腐食を防ぐために耐薬品性を有する材料で基板周辺部材を構成する必要がある。このような理由から、耐薬品性を備えた樹脂材料を中心として基板周辺部材を形成することが多くなっている。しかしながら、このような樹脂材料で基板周辺部材を形成した場合には基板周辺部材の耐冷熱性を確保することが困難であり、液膜凍結の処理回数や処理時間に応じて基板周辺部材の耐久性が著しく劣化するおそれがあった。

この発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、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の全面に凍結膜を生成することができる基板処理装置、液膜凍結方法および該液膜凍結方法を用いた基板処理方法を提供することを目的とする。

この発明は、基板表面に形成された液膜を凍結させる機能を有する基板処理装置であって、上記目的を達成するため、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、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基板保持手段に保持された基板の表面に向けて局部的に吐出する冷却ガス吐出手段と、冷却ガス吐出手段を基板表面に沿って基板に対して相対移動させる相対移動機構とを備え、冷却ガス吐出手段から冷却ガスを吐出させながら前記相対移動機構により冷却ガス吐出手段を基板に対して相対移動させることで基板表面の全面に凍結膜を生成することを特徴としている。

また、この発明は、基板表面に形成された液膜を凍結させる液膜凍結方法であって、上記目的を達成するため、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冷却ガス吐出手段から基板の表面に向けて局部的に吐出させる冷却ガス吐出工程と、冷却ガス吐出工程に並行して、冷却ガス吐出手段を基板表面に沿って基板に対して相対移動させて、基板表面の全面に凍結膜を生成する相対移動工程とを備えたことを特徴としている。

このように構成された発明（基板処理装置および液膜凍結方法）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冷却ガスが冷却ガス吐出手段から基板表面に向けて局部的に吐出される。そして、冷却ガス吐出手段から冷却ガスを吐出させながら該冷却ガス吐出手段が基板表面に沿って基板に対して相対移動される。これにより、基板表面の表面領域のうち液膜が凍結した領域（凍結領域）が広げられて基板表面の全面に凍結膜が生成される。このように、冷却ガスの供給部位が基板表面上の一部領域に限定されているため、基板保持手段などの基板周辺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、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の全面に凍結膜を生成することができる。

ここで、冷却ガス吐出手段を基板に対して相対移動させるための構成の一例としては、以下に示す構成のものを採用することができる。すなわち、基板保持手段に保持された基板を回転させる回転手段をさらに設けて、相対移動機構が、冷却ガス吐出手段を基板表面に対向させながら駆動して基板の回転中心位置と基板の端縁位置との間で移動させる駆動手段を有するものを採用することができる。このような構成によれば、冷却ガスが供給される部位を基板表面上の微小領域に限定しながらも、基板表面の全面に凍結膜を生成することができる。

また、基板表面に液膜を形成する機能を有する基板処理装置においては、回転手段により回転される基板の表面に液体を供給して基板表面に液膜を形成する第１液膜形成手段をさらに備えるのが好ましい。このように構成された装置では、基板表面に供給された液体に基板の回転に伴う遠心力が作用し、該液体が基板の径方向外向きに均一に広げられる。したがって、基板表面の全面にわたって液膜の厚みを均一にコントロールしながら液膜を形成できる。

また、冷却ガス吐出手段を基板に対して相対移動させるための構成の他の例としては、冷却ガス吐出手段の吐出口を第１方向に延びるようにスリット状に形成し、冷却ガス吐出手段から帯状に冷却ガスを吐出させつつ、冷却ガス吐出手段を基板表面に対向させながら第１方向と略直交し、かつ前記基板表面に略平行に延びる第２方向に基板に対して相対移動させるものを採用することができる。ここで、冷却ガス吐出手段の吐出口は第１方向において基板表面の平面サイズと同等以上の長さを有する。このような構成によれば、基板を回転させることなく、簡素な構成で基板表面の全面に凍結膜を生成することができる。また、次のように装置を構成することで、液膜の形成と液膜の凍結（凍結膜の生成）とを同時に実行できる。すなわち、基板に対して第２方向に相対移動自在に、しかも冷却ガス吐出手段に対して第２方向の下流側に第２液膜形成手段を配置して、該第２液膜形成手段から基板表面に液体を第１方向に沿って帯状に供給しながら第２液膜形成手段を基板に対して相対移動させる。これにより、第２液膜形成手段からの液体により基板表面に形成された液膜を冷却ガス吐出手段からの冷却ガスにより凍結させていくことができる。このため、液膜形成処理および液膜凍結処理の処理効率を高めることができる。このように、液膜の形成と液膜の凍結とを同時に実行するために、例えば第２液膜形成手段と冷却ガス吐出手段とを所定の離間距離だけ離間したまま一体的に移動させるように構成することができる。このように構成した場合には、液膜形成処理と液膜凍結処理とが所定の離間距離を保ったまま実行されるため、互いの処理の安定化を図ることができる。また、単一の駆動手段によって第２液膜形成手段と冷却ガス吐出手段とを駆動することとなるため、駆動構成を簡素にできる。

また、基板保持手段に保持された基板の裏面に裏面側液膜を形成する裏面側液膜形成手段をさらに設けて、冷却ガス吐出手段から冷却ガスを吐出させながら冷却ガス吐出手段を基板に対して相対移動させることで、基板表面側に形成された液膜の凍結と同時に裏面側液膜を凍結させて裏面側凍結膜を生成してもよい。この構成によれば、基板表面側に供給された冷却ガスが有する冷熱が基板を介して裏面側液膜に伝導する。これにより、基板裏面の表面領域のうち液膜（裏面側液膜）が凍結した領域（凍結領域）が広げられて基板裏面の全面に凍結膜（裏面側凍結膜）が生成される。その結果、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の表裏面に同時に凍結膜を生成することができる。

また、液膜の凍結後（液膜凍結工程後）に基板表面から凍結膜を除去（膜除去工程を実行）してもよい。これにより、例えば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、基板表面からパーティクルを効果的に除去して基板表面を良好に洗浄できる。すなわち、基板表面に形成された液膜を凍結させることで液膜が体積膨張して、基板表面と該基板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、液膜の凍結後に基板表面から凍結膜を除去することで、基板表面からパーティクルを容易に除去できる。同様にして、基板裏面に凍結膜（裏面側凍結膜）が生成されている場合には、該凍結膜を基板裏面から除去することにより、基板裏面からパーティクルを容易に除去できる。

また、膜除去工程は凍結膜が融解しないうちに実行開始することが好ましい。このようなタイミングで膜除去工程を実行開始することで、液膜凍結工程において基板表面から脱離したパーティクルが、凍結膜の融解とともに基板表面に再付着するのを回避できる。その結果、膜除去工程の実行により凍結膜ととも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、パーティクル除去率を向上させる点で有利である。

また、基板表面に処理液を供給して凍結膜を除去する場合には、液膜凍結工程と膜除去工程とを所定回数だけ繰り返し実行してもよい。この構成によれば、次のようにして、基板表面に付着するパーティクルを確実に除去できる。すなわち、膜除去工程の終了後には基板表面に処理液が残存付着している。このため、膜除去工程後に液膜凍結工程が実行されると、基板表面に付着する処理液が凍結し、基板表面上に処理液による凍結膜が生成される。続いて、膜除去工程において凍結膜が除去されることによって基板表面に付着するパーティクルが凍結膜とともに基板表面から除去される。こうして、所定の繰り返し実行回数だけ、液膜凍結工程と膜除去工程とが繰り返し実行されることで、基板表面に付着するパーティクルが基板表面から除去されていく。したがって、液膜凍結工程と膜除去工程とを１回だけ実行するのみでは基板表面から除去しきれないパーティクルについても確実に基板表面から除去できる。

ここで、冷却ガス吐出手段と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（液膜凍結工程）と凍結膜の除去（膜除去工程）とを連続的に実行することができ、装置の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、基板を局部的に冷却しているので、処理チャンバー内で冷却ガスを循環させて基板を冷却する従来技術と比較して凍結膜の除去に要する時間を短縮できる。すなわち、従来技術によれば、基板を冷却する際に基板保持手段を含む基板周辺部材に冷熱が蓄えられ、凍結膜を除去する際に基板周辺部材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、基板周辺部材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から除去できる。

この発明によれば、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も低い温度を有する冷却ガスを冷却ガス吐出手段から基板表面に向けて局部的に吐出しながら該冷却ガス吐出手段を基板表面に沿って基板に対して相対移動させて、基板表面の全面に凍結膜を生成している。このため、基板周辺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、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の全面に凍結膜を生成することができる。

＜第１実施形態＞
図１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２は図１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（凍結膜）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。

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ガス吐出ノズル３（本発明の「冷却ガス吐出手段」に相当）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、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに向けて薬液を吐出する薬液吐出ノズル６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９が設けられている。処理液としては、薬液または純水やＤＩＷ（deionized Water）等のリンス液などが用いられる。

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。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。

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。

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。

スピンチャック２の外方には、本発明の「駆動手段」として機能する第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の先端に冷却ガス吐出ノズル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、第１のアーム３５を第１の回動軸３３回りに揺動させることができる。

図３は図１の基板処理装置に装備された冷却ガス吐出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。第１の回動モータ３１を駆動して第１のアーム３５を揺動させると、冷却ガス吐出ノズル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、回転中心位置Ｐｃは基板表面Ｗｆと対向しながら基板Ｗの回転中心Ａ０上に位置する。また、冷却ガス吐出ノズル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、第１の回動モータ３１が冷却ガス吐出ノズル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「相対移動機構」として機能する。

冷却ガス吐出ノズル３は冷却ガス供給部６４（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６４から冷却ガスを冷却ガス吐出ノズル３に供給する。このため、冷却ガス吐出ノズル３が基板表面Ｗｆに対向配置されると、冷却ガス吐出ノズル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、冷却ガス吐出ノズル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ガス吐出ノズル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、後述するように基板表面Ｗｆに液膜１１ｆが形成されていると、該液膜１１ｆの全体を凍結させて基板表面Ｗｆの全面に凍結膜１３ｆを生成可能となっている。

基板表面Ｗｆからの冷却ガス吐出ノズル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からの冷却ガス吐出ノズル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１１ｆ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。

冷却ガスとしては、基板表面Ｗｆに形成された液膜１１ｆ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、基板表面Ｗｆ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１１ｆを凍結させる際に基板表面Ｗｆが汚染されるのを防止できる。この実施形態では、後述するように基板表面ＷｆにＤＩＷによる液膜１１ｆが形成された状態で冷却ガス吐出ノズル３から基板表面Ｗｆに向けて冷却ガスを吐出することで、液膜１１ｆを凍結させる。したがって、冷却ガスは液膜１１ｆ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。

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。

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。

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。

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。

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に処理液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おり、その先端には基板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が設けられている。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等のリンス液が選択的に供給される。

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６５から乾燥ガスとして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。

また、スピンチャック２の外方には、第３の回動モータ６７が設けられている。第３の回動モータ６７には、第３の回動軸６８が接続されている。また、第３の回動軸６８には、第３のアーム６９が水平方向に延びるように連結され、第３のアーム６９の先端に薬液吐出ノズル６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３の回動モータ６７が駆動されることで、薬液吐出ノズル６を基板Ｗの回転中心Ａ０の上方の吐出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。薬液吐出ノズル６は薬液供給部６１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ＳＣ１溶液等の薬液が薬液吐出ノズル６に圧送される。

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。

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。

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１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。

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、乾燥ガス供給部６５と接続されており、乾燥ガス供給部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よりリンス液が供給されることで、ノズル９７からリンス液を基板表面Ｗｆに向けて吐出可能となっている。

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１の基板処理装置の動作を示すフローチャートである。この装置では、未処理の基板Ｗが装置内に搬入されると、制御ユニット４が装置各部を制御して該基板Ｗに対して一連の洗浄処理（液膜形成＋液膜凍結＋膜除去）が実行される。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（ステップＳ１）。なお、遮断部材９は離間位置にあり、基板Ｗとの干渉を防止している。

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９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。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を回転させるとともに、ノズル９７からＤＩＷを基板表面Ｗｆに供給する。基板表面に供給されたＤＩＷには、基板Ｗの回転に伴う遠心力が作用し、基板Ｗの径方向外向きに均一に広げられ、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（水膜）が形成される（ステップＳ２；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「第１液膜形成手段」として機能する。

こうして、液膜形成工程が終了すると、制御ユニット４は遮断部材９を離間位置に配置させるとともに、冷却ガス吐出ノズル３を待機位置Ｐｓから冷却ガス供給開始位置、つまり回転中心位置Ｐｃに移動させる。そして、回転する基板Ｗの表面Ｗｆに向けて冷却ガス吐出ノズル３から冷却ガスを吐出させながら冷却ガス吐出ノズル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、図３に示すように基板表面Ｗｆの表面領域のうち液膜１１ｆ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、基板表面Ｗｆの全面に凍結膜１３ｆが生成される（ステップＳ３；液膜凍結工程）。なお、冷却ガス吐出ノズル３を移動させながら基板Ｗを回転させることによって、液膜の厚み分布に偏りが生じるのを抑制しつつ、基板表面Ｗｆの全面に凍結膜１３ｆを生成させることができるが、基板Ｗを高速回転させた場合、基板Ｗの回転によって生じる気流により、冷却ガス吐出ノズル３から吐出される冷却ガスが拡散してしまい、液膜の凍結の効率が悪くなるため、液膜凍結工程時の基板Ｗの回転速度は、例えば１〜３００ｒｐｍに設定される。また、冷却ガス吐出ノズル３の移動速度、吐出ガスの温度および流量、液膜の厚みも考慮して基板Ｗの回転速度は設定される。

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から除去できる。

液膜の凍結が完了すると、制御ユニット４は冷却ガス吐出ノズル３を待機位置Ｐｓに移動させるとともに遮断部材９を対向位置に配置させる。そして、凍結膜１３ｆが融解しないうちにノズル９７および処理液ノズル２７からリンス液としてＤＩＷをそれぞれ基板Ｗの表裏面Ｗｆ，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１３ｆ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１３ｆが除去され、基板外に排出される（ステップＳ４；膜除去工程）。さらに、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。このように、この実施形態では、ノズル９７および処理液ノズル２７が本発明の「膜除去手段」として機能する。なお、この膜除去工程では、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に付着する液体成分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。

また、膜除去工程では、次のようにして凍結膜を解凍除去してもよい。すなわち、液膜の凍結後、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。

こうして、膜除去工程が終了して基板Ｗの洗浄処理（液膜形成＋液膜凍結＋膜除去）が完了すれば（ステップＳ５でＹＥＳ）、続いて基板Ｗの乾燥処理が実行される。その一方で、被処理面である基板表面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、一度の洗浄処理では基板表面Ｗｆから十分にパーティクルを除去しきれない場合がある。この場合（ステップＳ５でＮＯ）には、膜除去工程が終了した後に液膜凍結工程と膜除去工程とが繰り返し実行される。すなわち、膜除去工程後には基板表面Ｗｆにリンス液（ＤＩＷ）が残留付着している。このため、新たに基板表面Ｗｆに液膜を形成しなくとも、リンス液による液膜で基板表面Ｗｆが覆われている。したがって、膜除去工程後に液膜凍結工程が実行されると、リンス液で構成された凍結膜が生成される。そして、膜除去工程において凍結膜が除去されることによって基板表面Ｗｆに付着するパーティクルが凍結膜とともに基板表面Ｗｆから除去される。こうして、膜除去工程と液膜凍結工程とが所定回数だけ繰り返し実行されることにより、基板表面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膜除去工程と液膜凍結工程とを繰り返すようにしてもよい。

基板Ｗの洗浄が完了すると、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（ステップＳ６）。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。乾燥処理後は基板Ｗの回転が停止され、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Ｓ７）。

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１１ｆを構成する液体の凝固点よりも低い温度を有する冷却ガスを冷却ガス吐出ノズル３から基板表面Ｗｆに向けて局部的に吐出している。そして、基板Ｗを回転させながら冷却ガス吐出ノズル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の全面に凍結膜１３ｆを生成している。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の全面に凍結膜１３ｆを生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。

また、この実施形態によれば、基板表面Ｗｆに向けて冷却ガスを局部的に吐出しながら液膜１１ｆを凍結させているので、処理チャンバー１内に発生する霜の対策が容易となる。すなわち、霜の発生箇所が冷却ガス吐出ノズル３およびその周辺部に限定されるため、処理チャンバー１内に冷却ガスを循環させる場合に比較して霜の発生を容易に抑制できる。例えば、冷却ガス吐出ノズル３のノズル側面を断熱材で覆うことで比較的簡単に霜の発生を抑制できる。また、冷却ガス吐出ノズル３を二重管構造として、内側（中心部）に冷却ガスを流通させる一方、外側（周縁部）にガスを流通させることでも霜の発生を容易に抑制できる。

また、この実施形態によれば、同一の処理チャンバー１内で液膜凍結工程および膜除去工程を連続的に実行しているので、装置の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、基板Ｗを局部的に冷却しているので、処理チャンバー内で冷却ガスを循環させて基板Ｗを冷却する従来技術と比較して凍結膜の除去に要する時間を短縮できる。すなわち、従来技術によれば、基板Ｗを冷却する際に基板保持手段を含む基板周辺部材に冷熱が蓄えられ、凍結膜を除去する際に基板周辺部材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、基板周辺部材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から除去できる。さらに、この実施形態によれば、同一の処理チャンバー１内で液膜形成工程を実行しているので、一連の洗浄処理（液膜形成＋液膜凍結＋膜除去）を一体的かつ高効率に基板Ｗに施すことができる。また、このように基板Ｗを搬送することなく、一連の洗浄処理が可能となることで基板搬送のスケジュール管理が不要となる。

また、この実施形態によれば、液膜凍結工程と膜除去工程とを同一の処理チャンバー１内で所定回数だけ繰り返し実行可能となっている。したがって、液膜凍結工程と膜除去工程とを１回だけ実行するのみでは基板表面Ｗｆから除去しきれないパーティクルについても確実に基板表面Ｗｆから除去できる。

また、この実施形態によれば、凍結膜が融解しないうちに膜除去工程を実行開始している。このため、液膜凍結工程において基板表面Ｗｆから脱離したパーティクルが、凍結膜の融解とともに基板表面Ｗｆに再付着するのを回避できる。その結果、膜除去工程の実行により凍結膜とともに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、パーティクル除去率を向上させる点で有利となっている。

なお、上記実施形態では、基板表面ＷｆにＤＩＷを供給して凍結膜を除去しているが、図６に示すように基板表面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は薬液吐出ノズル６を吐出位置に配置するとともに、ＳＣ１溶液を薬液吐出ノズル６に圧送する。これにより、薬液吐出ノズル６からＳＣ１溶液が基板表面Ｗｆに供給される。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、薬液吐出ノズル６が本発明の「膜除去手段」として機能する。

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に汚染物質がが付着している場合でも、ＳＣ１溶液の化学洗浄作用により汚染物質を基板Ｗから効果的に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Ｗｆ，ＷｂにＤＩＷが供給され、ＤＩＷによるリンス処理が行われる。

＜第２実施形態＞
図７はこの発明にかかる基板処理装置の第２実施形態を示す図である。この第２実施形態にかかる基板処理装置が第１実施形態と大きく相違する点は、基板表面Ｗｆのみならず、基板裏面Ｗｂにも凍結膜（裏面側凍結膜）を生成している点である。なお、その他の構成および動作は基本的に第１実施形態と同様であるため、ここでは同一符号を付して説明を省略する。

この実施形態では、基板表面Ｗｆへの液膜形成と同時に基板裏面Ｗｂに液膜（裏面側液膜）１１ｂを形成する（同図（ａ））。具体的には、基板Ｗを回転させながらノズル９７からＤＩＷを基板表面Ｗｆに供給するとともに、処理液ノズル２７からＤＩＷを基板裏面Ｗｂに供給する。これにより、基板Ｗの表裏面Ｗｆ，Ｗｂの全面に所定の厚みを有する液膜（水膜）１１ｆ，１１ｂが形成される。このように、この実施形態では、処理液ノズル２７が本発明の「裏面側液膜形成手段」として機能する。

続いて、第１実施形態と同様にして、冷却ガス吐出ノズル３から冷却ガスを基板表面Ｗｆに向けて局部的に吐出させる。そして、基板Ｗを回転させながら冷却ガス吐出ノズル３を基板Ｗの回転中心位置Ｐｃから基板Ｗの端縁位置Ｐｅへ徐々に移動させていく。このとき、基板表面Ｗｆ側に供給された冷却ガスが有する冷熱が基板Ｗを介して裏面側液膜１１ｂに伝導する。特にシリコン基板は比較的熱伝導率が大きいため、基板Ｗを介して冷熱が裏面側液膜１１に効率良く伝導する。これにより、基板裏面Ｗｂの表面領域のうち裏面側液膜１１ｂが凍結した領域（凍結領域）が、基板表面Ｗｆ側の凍結領域と同時に広げられて基板裏面Ｗｂの全面に凍結膜（裏面側凍結膜）１３ｂが生成される（同図（ｂ））。その結果、基板Ｗの表裏面Ｗｆ，Ｗｂの全面がそれぞれ、表面側凍結膜１３ｆ、裏面側凍結膜１３ｂによって覆われる。したがって、基板表面Ｗｆのみならず、基板裏面Ｗｂについても基板Ｗとパーティクルとの間の付着力が弱められる。

こうして、液膜１１ｆ，１１ｂの凍結が完了すると、基板Ｗの表裏面Ｗｆ，Ｗｂにリンス液としてＤＩＷが供給され、基板Ｗの表裏面Ｗｆ，Ｗｂから凍結膜１３ｆ，１３ｂとともにパーティクルが除去される（同図（ｃ））。なお、凍結膜１３ｆ，１３ｂは二流体ノズル５からの液滴による物理洗浄またはＳＣ１溶液による化学洗浄により除去してもよい。

以上のように、この実施形態によれば、冷却ガスの供給部位が基板表面Ｗｆ上の一部領域に限定されているため、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Ｗの表裏面Ｗｆ，Ｗｂに凍結膜１３ｆ，１３ｂを生成することができる。しかも、基板Ｗの表裏面Ｗｆ，Ｗｂに凍結膜１３ｆ，１３ｂを同時に生成することで、基板表面Ｗｆのみに凍結膜１３ｆを生成する場合に比較してほぼ同等の処理時間で基板Ｗの両面に凍結膜１３ｆ，１３ｂを生成できる。

また、この実施形態によれば、基板表面Ｗｆから表面側凍結膜１３ｆを除去するとともに基板裏面Ｗｂから裏面側凍結膜１３ｂを除去している。このため、基板裏面Ｗｂにパーティクルが付着している場合であっても、基板表面Ｗｆ側と同様にして基板裏面Ｗｂからパーティクルを効果的に除去できる。これにより、基板Ｗの表裏面Ｗｆ，Ｗｂからパーティクルを効果的に除去して基板全体を良好に洗浄できる。しかも、表面側液膜１１ｆの凍結と同時に裏面側液膜１１ｂを凍結しているので、スループットを低下させることなく、基板Ｗの表裏面Ｗｆ，Ｗｂを洗浄できる。すなわち、基板Ｗの反転等を行うことなく、基板表面Ｗｆのみならず、基板裏面Ｗｂに対しても洗浄処理を施すことができるため、基板表面Ｗｆ側の洗浄処理に要する処理時間とほぼ同等の処理時間で基板Ｗの表裏面Ｗｆ，Ｗｂを洗浄できる。

＜第３実施形態＞
上記第１および第２実施形態では、基板Ｗを回転させながら冷却ガス吐出ノズル３を基板Ｗの回転中心位置Ｐｃと基板Ｗの端縁位置Ｐｅとの間で移動させることで、冷却ガス吐出ノズル３を基板Ｗに対して相対移動させているが、冷却ガス吐出ノズルを基板Ｗに対して相対移動させるための構成はこれに限定されない。例えば図８に示すように、基板Ｗを回転させることなく、冷却ガス吐出ノズルを基板Ｗに対して相対移動させてもよい（第３実施形態）。

図８はこの発明にかかる基板処理装置の第３実施形態を示す図である。ここで、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は平面図である。この装置では、基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗがスピンチャック２等の基板保持手段により略水平姿勢で保持される。また、冷却ガス吐出ノズル３０（本発明の「冷却ガス吐出手段」に相当）が基板表面Ｗｆに近接しながら対向配置される。冷却ガス吐出ノズル３０は、その先端（下端）にＸ方向（本発明の「第１方向」に相当）に延びるスリット状の吐出口３０ａを有している。冷却ガス吐出ノズル３０は冷却ガス供給部（図示せず）に接続されており、冷却ガス供給部からの冷却ガスを吐出口３０ａから帯状に基板表面Ｗｆに向けて局部的に吐出する。吐出口３０ａはＸ方向において基板表面Ｗｆの平面サイズ（基板径）と同等以上の長さを有している。

また、冷却ガス吐出ノズル３０はＸ方向と直交し、かつ基板表面Ｗｆに平行に延びるＹ方向に沿って移動自在に配置され、ノズル駆動機構３７の駆動により、冷却ガス吐出ノズル３０をＹ方向に沿って往復移動可能としている。この実施形態では、Ｙ方向のうち同図の左手方向（−Ｙ）に冷却ガス吐出ノズル３０を移動させることで後述する液膜凍結処理を実行しており、この（−Ｙ）方向が本発明の「第２方向」に相当している。なお、ノズル駆動機構３７としては、Ｙ方向に延設されたガイドおよびボールネジに沿ってモータ駆動により冷却ガス吐出ノズル３０を移動させる送りネジ機構などの公知の機構を採用することができる。このように、この実施形態では、ノズル駆動機構３７が本発明の「相対移動機構」として機能する。

冷却ガス吐出ノズル３０に対して第２方向の下流側（−Ｙ）には、基板表面Ｗｆに液膜を形成するためにＤＩＷ吐出ノズル７が基板表面Ｗｆに対向して配置されている。ＤＩＷ吐出ノズル７はＤＩＷ供給部（図示せず）と接続されており、ＤＩＷ供給部からのＤＩＷを基板表面Ｗｆに向けて吐出する。ＤＩＷ吐出ノズル７は、その先端（下端）にＸ方向に延びるスリット状の吐出口７ａを有し、Ｘ方向に沿って帯状にＤＩＷを基板表面Ｗｆに吐出する。吐出口７ａはＸ方向において基板表面Ｗｆの平面サイズ（基板径）と同等以上の長さを有している。

ＤＩＷ吐出ノズル７は冷却ガス吐出ノズル３０と同期して（−Ｙ）方向に移動可能に構成されている。すなわち、ＤＩＷ吐出ノズル７と冷却ガス吐出ノズル３０とはリンク機構（図示せず）によって連結されており、ノズル駆動機構３７の作動により冷却ガス吐出ノズル３０とＤＩＷ吐出ノズル７とが一体的に（−Ｙ）方向に移動する。これにより、冷却ガス吐出ノズル３０の移動中に、冷却ガス吐出ノズル３０とＤＩＷ吐出ノズル７の吐出位置との間隔が予め定められた離間距離に保たれる。その結果、後述する液膜形成処理と液膜凍結処理とが所定の離間距離を保ったまま実行されるため、互いの処理の安定化を図ることができる。なお、ＤＩＷ吐出ノズル７に独立した駆動手段を設けてＤＩＷ吐出ノズル７を冷却ガス吐出ノズル３０と連動して移動させるように構成してもよいが、ＤＩＷ吐出ノズル７と冷却ガス吐出ノズル３０とを単一の駆動手段により一体的に移動させることにより、駆動構成を簡素化できる。

このように構成された基板処理装置では、ノズル駆動機構３７を作動させることでＤＩＷ吐出ノズル７および冷却ガス吐出ノズル３０を一定速度で（−Ｙ）方向に移動させていく。また、ＤＩＷ吐出ノズル７および冷却ガス吐出ノズル３０からそれぞれ、ＤＩＷおよび冷却ガスを吐出させる。これにより、ＤＩＷ吐出ノズル７の移動とともに、第２方向の上流側（＋Ｙ）から下流側（−Ｙ）にかけて基板表面ＷｆにＤＩＷが塗布されていく。その結果、冷却ガス吐出ノズル３０に対して第２方向の下流側（−Ｙ）では基板表面Ｗｆに液膜１１ｆが形成される。このように、この実施形態では、ＤＩＷ吐出ノズル７が本発明の「第２液膜形成手段」として機能する。また、ノズル７，３０の移動に伴って液膜１１ｆが形成された基板表面Ｗｆに向けて冷却ガス吐出ノズル３０から冷却ガスが吐出され、該液膜１１ｆが凍結される。その結果、基板表面Ｗｆの表面領域のうち液膜１１ｆが凍結した領域（凍結領域）が（−Ｙ）方向に徐々に拡大し、基板表面Ｗｆの全面に凍結膜１３ｆが生成される。

以上のように、この実施形態によれば、基板Ｗを回転させることなく、簡素な構成で基板表面Ｗｆの全面に凍結膜１３ｆを生成することができる。また、液膜１１ｆの形成と液膜１１ｆの凍結（凍結膜１３ｆの生成）とを同時に実行しているため、液膜形成処理および液膜凍結処理の処理効率を高めることができる。

また、液膜凍結後に第１実施形態と同様にして膜除去処理を実行することで、一連の洗浄処理（液膜形成＋液膜凍結＋膜除去）を効率良く基板Ｗに施すことができる。すなわち、スピンチャック２に保持された基板Ｗに対して液膜形成処理および液膜凍結処理を同時に実行した後に、該基板Ｗを回転させながら基板Ｗに処理液を供給して基板表面Ｗｆから凍結膜１３ｆを除去することにより、洗浄処理に要する処理時間を短縮することができる。

＜第４実施形態＞
図９はこの発明にかかる基板処理装置の第４実施形態を示す図である。この第４実施形態にかかる基板処理装置が第３実施形態と大きく相違する点は、基板表面Ｗｆのみならず、基板裏面Ｗｂにも凍結膜（裏面側凍結膜）を生成している点である。なお、その他の構成および動作は基本的に第３実施形態と同様であるため、ここでは同一符号を付して説明を省略する。

この第４実施形態では、基板表面Ｗｆ側への液膜形成に先立って基板裏面Ｗｂに液膜（裏面側液膜）１１ｂが形成される（同図（ａ））。具体的には、基板Ｗはスピンチャック２に保持され、回転中心Ａ０回りに回転される。そして、処理液ノズル２７からＤＩＷが基板裏面Ｗｂに供給されると、裏面全体にＤＩＷが広がり基板裏面Ｗｂに裏面側液膜１１ｂが形成される。

続いて、第３実施形態と同様にして、ＤＩＷ吐出ノズル７および冷却ガス吐出ノズル３０からそれぞれ、ＤＩＷおよび冷却ガスを吐出させながら、ＤＩＷ吐出ノズル７および冷却ガス吐出ノズル３０を（−Ｙ）方向にスキャンさせていく。これにより、ＤＩＷ吐出ノズル７からのＤＩＷにより基板表面Ｗｆに液膜（表面側液膜）１１ｆが形成されるとともに、冷却ガス吐出ノズル３０からの冷却ガスにより表面側液膜１１ｆが凍結されていく。また、基板表面Ｗｆ側に供給された冷却ガスが有する冷熱が基板Ｗを介して裏面側液膜１１ｂに伝導する。これにより、基板裏面Ｗｂの表面領域のうち裏面側液膜１１ｂが凍結した領域（凍結領域）が、基板表面Ｗｆ側の凍結領域と同時に（−Ｙ）方向に拡大していく（同図（ｂ））。その結果、基板Ｗの表裏面Ｗｆ，Ｗｂの全面にそれぞれ、表面側凍結膜１３ｆ、裏面側凍結膜１３ｂが同時に生成される。

以上のように、この実施形態によれば、冷却ガスの供給部位が基板表面Ｗｆ上の一部領域に限定されているため、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Ｗの表裏面Ｗｆ，Ｗｂに凍結膜１３ｆ，１３ｂを生成することができる。しかも、基板Ｗの表裏面Ｗｆ，Ｗｂに凍結膜１３ｆ，１３ｂを同時に生成することで、基板表面Ｗｆのみに凍結膜１３ｆを生成する場合に比較してほぼ同等の処理時間で基板Ｗの両面に凍結膜１３ｆ，１３ｂを生成できる。

また、この実施形態においても、液膜凍結後に基板Ｗの表裏面Ｗｆ，Ｗｂに対して膜除去処理を実行することで、基板Ｗの表裏面Ｗｆ，Ｗｂからパーティクルを効果的に除去して基板Ｗの両面を良好に洗浄できる。

＜その他＞
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。

また、上記実施形態ではＤＩＷにより基板Ｗに液膜を形成しているが、他のリンス液により液膜を形成してもよい。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用いて液膜を形成してもよい。さらに、リンス液の他、薬液を用いて液膜を形成してもよい。例えば、液膜凍結工程と薬液を用いた膜除去工程とを繰り返し実行する際には、膜除去工程において基板Ｗに残留付着する薬液により構成された液膜が、液膜凍結工程において凍結される。

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。

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。

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。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。

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。

また、上記第１および第２実施形態では、冷却ガス吐出ノズル３を基板Ｗの回転中心位置Ｐｃから基板Ｗの端縁位置Ｐｅに向けて１回だけスキャンさせて液膜を凍結させているが、これに限定されない。例えば、液膜の厚みが比較的大きい場合には基板Ｗの回転中心位置Ｐｃと基板Ｗの端縁位置Ｐｅとの間で冷却ガス吐出ノズル３を複数回スキャンさせて液膜を凍結させてもよい。但し、液膜の凍結を均一に行うために、凍結領域をコントロールしながら徐々に広げていくことが好ましい。

また、上記第３実施形態では、基板Ｗを静止した状態でＤＩＷ吐出ノズル７および冷却ガス吐出ノズル３０を駆動しているが、ＤＩＷ吐出ノズル７および冷却ガス吐出ノズル３０を固定配置した状態で基板Ｗを搬送させてもよい。例えば液晶表示用ガラス基板などのように角型基板の基板表面Ｗｆの全面に凍結膜を生成する場合には、図１０に示すように、本発明の「相対移動機構」に相当する複数の搬送ローラ６８を搬送方向（＋Ｙ）に配置するとともに、ＤＩＷ吐出ノズル７および冷却ガス吐出ノズル３０を固定配置してもよい。この基板処理装置においては、基板Ｗが搬送方向（＋Ｙ）に搬送されるため、本発明の「第２方向」は搬送方向と反対の方向（−Ｙ）に相当するが、基本的な動作は上記実施形態と全く同一であり、同様の作用効果が得られる。また、冷却ガス吐出ノズル３０と基板Ｗの双方を移動させながら液膜を凍結させてもよいし、ＤＩＷ吐出ノズル７と基板Ｗの双方を移動させながら液膜を形成してもよい。

また、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機能を有する基板処理装置を基板表面Ｗｆ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。すなわち、基板表面Ｗｆに液膜を形成し、該液膜を凍結させることで凍結膜が基板表面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。

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）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の表面に形成された液膜を凍結させる基板処理装置、液膜凍結方法および該液膜凍結方法を用いた基板処理方法に適用することができる。

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１の基板処理装置の制御構成を示すブロック図である。 図１の基板処理装置に装備された冷却ガス吐出ノズルの動作を示す図である。 二流体ノズルの構成を示す図である。 図１の基板処理装置の動作を示すフローチャートである。 図１の基板処理装置の膜除去処理の動作を示す模式図である。 この発明にかかる基板処理装置の第２実施形態を示す図である。 この発明にかかる基板処理装置の第３実施形態を示す図である。 この発明にかかる基板処理装置の第４実施形態を示す図である。 この発明にかかる基板処理装置の変形形態を示す図である。

符号の説明

１…処理チャンバー
２…スピンチャック（基板保持手段）
３，３０…冷却ガス吐出ノズル（冷却ガス吐出手段）
５…二流体ノズル（膜除去手段）
６…薬液吐出ノズル（膜除去手段）
７…ＤＩＷ吐出ノズル（第２液膜形成手段）
１１ｂ…裏面側液膜
１１ｆ…表面側液膜
１３ｂ…裏面側凍結膜
１３ｆ…表面側凍結膜
２２…チャック回転機構（回転手段）
２７…処理液ノズル（裏面側液膜形成手段、膜除去手段）
３０ａ…（スリット状の）吐出口
３１…第１の回動モータ（駆動手段、相対移動機構）
３７…ノズル駆動機構（相対移動機構）
９７…ノズル（第１液膜形成手段、膜除去手段）
Ｗ…基板
Ｗｂ…基板裏面
Ｗｆ…基板表面
Ｘ…第１方向
Ｙ…第２方向

Claims (13)

1. 基板表面に形成された液膜を凍結させる機能を有す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基板を略水平姿勢で保持する基板保持手段と、
   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前記基板保持手段に保持された前記基板の表面に向けて局部的に吐出する冷却ガス吐出手段と、
   前記冷却ガス吐出手段を前記基板表面に沿って前記基板に対して相対移動させる相対移動機構と
   を備え、
   前記冷却ガス吐出手段から前記冷却ガスを吐出させながら前記相対移動機構により前記冷却ガス吐出手段を前記基板に対して相対移動させることで前記基板表面の全面に凍結膜を生成することを特徴とする基板処理装置。
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、
   前記相対移動機構は、前記冷却ガス吐出手段を前記基板表面に対向させながら駆動して前記基板の回転中心位置と前記基板の端縁位置との間で移動させる駆動手段を有する請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記基板表面に前記液膜を形成する機能を有する請求項２記載の基板処理装置であって、
   前記回転手段により回転される前記基板の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第１液膜形成手段をさらに備える基板処理装置。
4. 前記冷却ガス吐出手段は第１方向に延びるスリット状の吐出口を有し、該吐出口から帯状に前記冷却ガスを吐出する請求項１記載の基板処理装置であって、
   前記吐出口は前記第１方向において前記基板表面の平面サイズと同等以上の長さを有し、
   前記相対移動機構は、前記冷却ガス吐出手段を前記基板表面に対向させながら前記第１方向と略直交し、かつ前記基板表面に略平行に延びる第２方向に前記基板に対して相対移動させる基板処理装置。
5. 前記基板表面に前記液膜を形成する機能を有する請求項４記載の基板処理装置であって、
   前記基板に対して前記第２方向に沿って相対移動自在に、しかも前記冷却ガス吐出手段に対して前記第２方向の下流側に配置され、前記基板表面に前記液体を前記第１方向に沿って帯状に供給して前記基板表面に前記液膜を形成する第２液膜形成手段をさらに備え、
   前記相対移動機構は前記第２液膜形成手段を前記基板表面に沿って前記基板に対して相対移動させる基板処理装置。
6. 前記相対移動機構は前記第２液膜形成手段と前記冷却ガス吐出手段とを所定の離間距離だけ離間したまま一体的に移動させる請求項５記載の基板処理装置。
7. 前記基板保持手段に保持された前記基板の裏面に裏面側液膜を形成する裏面側液膜形成手段をさらに備え、
   前記冷却ガス吐出手段から前記冷却ガスを吐出させながら前記相対移動機構により前記冷却ガス吐出手段を前記基板に対して相対移動させることで、前記基板表面側に形成された前記液膜を凍結させて表面側凍結膜を生成すると同時に前記裏面側液膜を凍結させて裏面側凍結膜を生成する請求項１ないし６のいずれかに記載の基板処理装置。
8. 前記基板から前記凍結膜を除去する膜除去手段をさらに備える請求項１ないし７のいずれかに記載の基板処理装置。
9. 前記冷却ガス吐出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８記載の基板処理装置。
10. 基板表面に形成された液膜を凍結させる液膜凍結方法において、
    液膜が形成された基板表面を上方に向けた状態で基板を略水平姿勢で保持しながら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冷却ガス吐出手段から前記基板の表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、前記冷却ガス吐出手段を前記基板表面に沿って前記基板に対して相対移動させて、前記基板表面の全面に凍結膜を生成する相対移動工程と
    を備えたことを特徴とする液膜凍結方法。
11. 請求項１０記載の液膜凍結方法により前記液膜を凍結させる液膜凍結工程と、
    前記液膜凍結工程後に前記基板表面から前記凍結膜を除去する膜除去工程と
    を備えたことを特徴とする基板処理方法。
12. 前記膜除去工程は前記凍結膜が融解しないうちに実行開始される請求項１１記載の基板処理方法。
13. 前記膜除去工程が前記基板表面に処理液を供給して前記凍結膜を除去する請求項１１または１２記載の基板処理方法であって、
    前記液膜凍結工程と前記膜除去工程とを所定回数だけ繰り返し実行する基板処理方法。
    
    

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