JP2020043128A - 基板処理方法、基板処理装置および複合処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パターンを有する基板を凍結洗浄している時に、パターンの倒壊を抑制する基板処理方法を提供する。【解決手段】実施形態によれば、基板処理方法は、基板の第１面上に液膜を形成し、前記液膜の凝固点以下となるように前記基板を冷却して、前記液膜の少なくとも一部が凝固した凝固層を形成し、前記凝固層を融解させる。前記凝固層の形成は、前記凝固層の光学特性または音波特性をモニタしつつ、モニタされた前記凝固層の状態に基づいて、前記基板の冷却に関する処理パラメータを制御する。【選択図】図５

Description

本発明の実施形態は、基板処理方法、基板処理装置および複合処理装置に関する。

従来、冷却媒体をテンプレートの裏面に接触させ、テンプレートのおもて面に供給した液膜を凍結させて凍結層を形成し、凍結層を除去することによって、テンプレートのおもて面の異物を除去する洗浄技術が知られている。

しかしながら、従来技術では、液膜を凍結させている時に、凍結層が脆性破壊を起こすことがあった。テンプレートのおもて面にパターンが配置されている場合には、脆性破壊によってパターンが倒壊してしまう。

特開２０１８−２６４３６号公報

本発明の一つの実施形態は、パターンを有する基板を凍結洗浄している時に、パターンの倒壊を抑制する基板処理方法、基板処理装置および複合処理装置を提供することを目的とする。

本発明の一つの実施形態によれば、基板処理方法は、基板の第１面上に液膜を形成し、前記液膜の凝固点以下となるように前記基板を冷却して、前記液膜の少なくとも一部が凝固した凝固層を形成し、前記凝固層を融解させる。前記凝固層の形成は、前記凝固層の光学特性または音波特性をモニタしつつ、モニタされた前記凝固層の状態に基づいて、前記基板の冷却に関する処理パラメータを制御する。

図１は、凍結洗浄の処理手順の一例を示す図である。 図２は、比較例による凍結洗浄時の基板温度の時間による変化を示す図である。 図３は、第１の実施形態による基板処理装置の構成の一例を模式的に示す図である。 図４は、凍結洗浄処理における処理液膜または凍結層での反射光強度の時間変化の一例を示す図である。 図５は、第１の実施形態による基板処理方法の手順の一例を示すフローチャートである。 図６は、第１の実施形態による凍結洗浄処理における処理液膜または凍結層での反射光強度の時間変化の一例を示す図である。 図７は、第１の実施形態による基板処理方法の手順の他の例を示すフローチャートである。 図８は、第２の実施形態による基板処理装置の構成の一例を模式的に示す図である。 図９は、基板処理方法における処理液膜または凍結層でのＡＥ波強度の時間変化の一例を示す図である。 図１０は、第２の実施形態による基板処理方法の手順の一例を示すフローチャートである。 図１１は、第２の実施形態による基板処理方法における処理液膜または凍結層でのＡＥ波強度の時間変化の一例を示す図である。 図１２は、第３の実施形態による基板処理装置の構成の一例を模式的に示す図である。 図１３は、第３の実施形態による基板処理方法の手順の一例を示すフローチャートである。 図１４は、第４の実施形態による基板処理システムの構成の一例を模式的に示す図である。 図１５は、反転機構の構成の一例を模式的に示す図である。 図１６は、第４の実施形態によるパターン配置面が汚染されるリスクがある場合の基板処理方法の手順の概要の一例を示すフローチャートである。 図１７は、第４の実施形態によるパターン配置面が汚染されるリスクがある場合の基板処理方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。 図１８は、第４の実施形態によるパターン配置面が汚染されるリスクがある場合の基板処理方法の処理手順の他の例を示すフローチャートである。 図１９は、第４の実施形態によるパターン配置面が汚染されるリスクがない場合の基板処理方法の手順の概要の一例を示すフローチャートである。 図２０は、第４の実施形態によるパターン配置面が汚染されるリスクがない場合の基板処理方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。 図２１は、第４の実施形態によるパターン配置面が汚染されるリスクがない場合の基板処理方法の処理手順の他の例を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる基板処理方法、基板処理装置および複合処理装置を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。

（第１の実施形態）
図１は、凍結洗浄の処理手順の一例を示す図である。洗浄処理の対象である基板２００のパターンが配置される面には、異物（パーティクル）１２０が付着しているものとする。基板２００は、インプリント処理で使用されるテンプレート、露光装置で使用されるフォトマスクまたはパターンが配置されていないブランク基板などである。また、異物２２０には、有機系の異物、無機系の異物が存在する。なお、以下の説明では、洗浄処理を行う際に、基板２００の上を向いている面を上面といい、下を向いている面を下面という。また、基板２００において、パターンが配置されている面をおもて面といい、おもて面に対向する面を裏面という。基板２００のおもて面が上の状態で装置に載置されている場合には、基板２００の上面はおもて面となる。また、基板２００のおもて面が下の状態で装置に載置されている場合には、基板２００の上面は裏面となる。図１の場合では、基板２００のおもて面が上面となっている。

図１（ａ）に示されるように、異物２２０が付着した基板２００の上面上に処理液を供給し、処理液膜２１０を形成する。ついで、図１（ｂ）に示されるように、基板２００の下面側に処理液の凝固温度よりも低い温度の冷媒または冷却された気体を供給し、処理液膜２１０を凍結（凝固）させる。これによって、処理液膜２１０の基板２００側から凝固層である凍結層２１０ａが形成される。処理液膜２１０が凍結する際に体積が膨張するため、基板２００の上面に付着していた異物２２０は、凍結層２１０ａの形成によって基板２００の上面から離れる側に持ち上げられる。この状態で、図１（ｃ）に示されるように、処理液を供給して、凍結層２１０ａを解凍（融解）するとともに、リンス処理を行う。これによって、基板２００の上面から持ち上げられた異物２２０が、処理液によって流され、異物２２０が除去されることになる。上述した凍結を利用した異物除去処理を「凍結洗浄」と称する。

図２は、比較例による凍結洗浄時の基板温度の時間による変化を示す図である。この図において、横軸は、時間を示し、縦軸は、基板の温度を示している。この図に示されるように、時刻ｔ０で基板２００の上面への処理液の供給が開始されるとともに、冷却媒体による基板２００の冷却が開始される。例えば、処理液として２５℃の純水が用いられ、冷却媒体として−１２０℃まで降温された窒素ガスが用いられる。

時刻ｔ１で処理液の供給が停止されると、基板２００の上面には処理液である純水が盛られた状態になるがその温度は常温から低下していく。さらに、冷却を継続すると、純水は凝固点（０℃）をさらに下回る過冷却状態を経て、あるタイミングｔ２で凍結し氷となる。すなわち、凍結層２１０ａが形成される。この時、基板２００の上面の凍結層２１０ａの温度は一旦０℃まで上昇するが、その後の冷却により温度はさらに低下し、放射温度計の計測下限へと近づいていく。そして、時刻ｔ３で放射温度計の計測下限になると、それ以降は、放射温度計での温度計測は不可能となる。この間、凍結層２１０ａの状態は経時的に変化を続けており、凍結直後の状態から氷の透明度が変化していき、さらに冷却を続けると、時刻ｔ４で凍結層２１０ａに脆性破壊（クラック）が発生する。比較例では、時刻ｔ０から所定の時間が経過した後に、処理液の供給を再開するが、再開するタイミングが時刻ｔ５であるとする。なお、時刻ｔ５で、冷却媒体の供給は停止される。これによって、凍結層２１０ａは融解し、表面温度は常温に戻る。

このように、基板２００が放射温度計の計測限界以下の温度になっている時刻ｔ３〜ｔ５では、温度による凍結層２１０ａの状態の変化を計測することができない。そこで、以下では、基板２００が放射温度計の計測限界以下の温度にある場合に、凍結層２１０ａの状態の変化をモニタすることができる基板処理装置および基板処理方法について説明する。

図３は、第１の実施形態による基板処理装置の構成の一例を模式的に示す図である。第１の実施形態による基板処理装置１０は、ステージ１１と、処理液供給部１２と、冷却媒体供給部１３と、モニタ部１４と、制御部１５と、を備える。

ステージ１１は、凍結洗浄の処理対象である基板２００を保持する部材である。ステージ１１は、基板保持部に対応する。ステージ１１には、ステージ１１上面よりも高い位置で基板２００を支持する支持部１１１が設けられる。支持部１１１は、基板２００の下面全体に後述する冷却媒体が接触するように、ステージ１１の上面から距離を開けて基板２００を支持するものである。また、ステージ１１の水平方向の中心付近には、鉛直方向に貫通する貫通孔１１２が設けられている。貫通孔１１２がステージ１１の上面と交わる部分は、後述する冷却媒体の供給口１１３となる。なお、ステージ１１は、基板載置面の中心を通る基板載置面に垂直な軸を中心に回転可能な構成としてもよい。この場合には、支持部１１１には、ステージ１１の回転によって基板２００の水平方向への移動を抑制するストッパが設けられる。

処理液供給部１２は、凍結洗浄に使用される処理液を供給する。処理液供給部１２は、処理液を貯蔵する処理液貯蔵部１２１と、処理液を基板２００の上面に滴下するノズル１２２と、ノズル１２２と処理液貯蔵部１２１との間を接続する配管１２３と、配管１２３を介して処理液を処理液貯蔵部１２１からノズル１２２まで送るポンプ１２４と、処理液貯蔵部１２１からノズル１２２への処理液の供給の切り替えを行うバルブ１２５と、を備える。

冷却媒体供給部１３は、凍結洗浄時に基板２００を処理液の凝固点以下に冷却する冷却媒体を供給する。冷却媒体供給部１３は、冷却媒体を貯蔵する冷却媒体貯蔵部１３１と、冷却媒体貯蔵部１３１をステージ１１の貫通孔１１２に接続する配管１３２と、冷却媒体の供給の切り替えを行うバルブ１３３と、を備える。冷却媒体として、処理液の凝固点よりも低い温度に冷やした窒素ガスなどの気体、あるいは液体窒素、液体フロンなどの液体を使用することができる。貫通孔１１２に接続される側の配管１３２の端部は、冷却媒体の供給口１１３となる。冷却媒体供給部１３は、凝固部に対応する。

モニタ部１４は、基板２００上に処理液を滴下することによって形成された処理液膜２１０の状態の変化をモニタする。例えば、処理液膜２１０が凍結して凍結層２１０ａへと変化する際の状態変化、凍結層２１０ａにクラックが生じる前後の状態変化などが観察される。第１の実施形態では、モニタ部１４は、光源１４１と、受光部１４２と、を備える。光源１４１は、処理液膜２１０または凍結層２１０ａに所定の波長の光を照射する。受光部１４２は、処理液膜２１０または凍結層２１０ａで反射された光源１４１からの光（以下、反射光という）の強度を取得する。基板２００上の所定の点に対して、光が所定の角度で入射するように光源１４１が配置される。基板２００上の上記所定の点で反射した反射光を検出することができるように受光部１４２が配置される。受光部１４２は、検知した結果を制御部１５に出力する。

制御部１５は、基板処理装置１０全体の動作を制御する。第１の実施形態では、特に、モニタ部１４からの光強度を用いて、凍結層２１０ａのクラックが発生しそうな状態であるか否かを判定し、クラックが発生しそうな場合には、処理パラメータを変更して基板処理装置１０を制御する。処理パラメータとして、例えば、凍結層２１０ａの融解を開始するまでの冷却媒体の供給時間、冷却媒体の流量、冷却媒体の温度などを例示することができる。

制御部１５では、冷却媒体供給部１３から冷却媒体の供給を開始してから、冷却媒体の供給を止めるまでの処理時間がレシピで定められている。第１の実施形態では、制御部１５は、モニタ部１４からの光強度がクラック発生の条件を満たす場合に、冷却媒体の供給を止める時間前であっても、強制的に冷却媒体の供給を止めるとともに、処理液供給部１２に処理液の供給を指示する制御を行う。

あるいは、制御部１５は、レシピに規定された冷却媒体の供給を止めるまでの時間を変えないように、冷却媒体の流量を小さくしたり、あるいは冷却媒体の温度を高くしたりする。すなわち、制御部１５は、凍結層２１０ａの冷却の速度を緩めるように制御を行う。

ここで、制御部１５によるクラック発生の事前検知の方法について説明する。図４は、凍結洗浄処理における処理液膜または凍結層での反射光強度の時間変化の一例を示す図である。すなわち、ここでは、レシピにしたがって凍結洗浄処理を行った場合の処理液膜２１０または凍結層２１０ａの反射光強度の変化の一例を示すものである。この図で、横軸は時間を示し、縦軸は、反射光強度を示す。時刻ｔ０で処理液が基板２００の上面に供給されるとともに、基板２００の下面に冷却媒体が供給される。図２の場合と同様に、例えば、処理液として２５℃の純水が用いられ、冷却媒体として−１２０℃まで降温された窒素ガスが用いられる。

時刻ｔ１で処理液の供給が停止されても、図２で説明したように、処理液である純水は凝固点（０℃）をさらに下回る過冷却状態を経て、あるタイミングｔ２で凍結し氷となる。すなわち、凍結層２１０ａが形成される。この時、一時的に反射光強度が増加する。この時のピーク強度は、Ｉ１であるとする。その後、反射光強度は徐々に低下していく。時刻ｔ４で凍結層２１０ａにクラックが生じると、反射光強度は急激に上昇する。この時のピーク強度は、Ｉ２であるとする。その後、急速に反射光強度が低下していく。そして、レシピで規定される時刻ｔ５になると、処理液の供給が再開され、また冷却媒体の供給が停止される。

このように、凍結洗浄処理中では、反射光強度には２つのピークが現れる。１つ目は、液体から固体に代わる時のピークであり、２つ目は、クラックが生じた時のピークである。クラックが生じた時のピークは、１つ目のピークの後に生じるものであり、１つ目のピークの後に、反射光強度が所定の大きさより小さくなったときに生じるものと考えることができる。そこで、第１の実施形態では、後述するように１つ目のピークを検出した後に、クラック発生の事前検知の判定をスタートし、クラック発生の事前検知の設定閾値を例えばＡと設定する。制御部１５は、受光部１４２で検知された反射光強度が設定閾値Ａ未満であるか否かを判定し、Ａ未満ではない場合には、現在の状態を継続する。また、制御部１５は、反射光強度がＡ未満である場合には、例えば処理液の供給を再開するなどの処理パラメータの変更を行う。

つぎに、このような基板処理装置での基板処理方法について説明する。図５は、第１の実施形態による基板処理方法の手順の一例を示すフローチャートである。まず、凍結洗浄の前に処理対象の基板２００の表面を親水化処理する（ステップＳ１１）。基板２００上には、洗浄処理対象のパターンが形成されている。親水化処理は、例えば基板２００の表面にＵＶ（ultraviolet）光を照射することによって行われる。これによって、凍結洗浄で使用される処理液が基板２００の表面に濡れやすくなる。そして、親水化処理した基板２００をステージ１１に保持させる。

ついで、処理液がポンプ１２４によって配管１２３を介してノズル１２２から基板２００上に供給され、基板２００の上面上に処理液膜２１０が形成される（ステップＳ１２）。このとき、基板載置面に垂直な軸を中心にステージ１１を回転させると、基板２００上に供給された処理液が基板２００全面に略均一に広がった処理液膜２１０を形成することができる。

また、冷却媒体供給部１３から配管１３２を介してステージ１１の供給口１１３へと冷却媒体を供給し、処理液膜２１０を冷却する（ステップＳ１３）。ステージ１１の中心の供給口１１３から吐出される冷却媒体は、基板２００の下面とステージ１１の上面との間に設けられた隙間を、外周部に向かって流れる。このとき、基板２００の下面が冷却媒体と接触するので、基板２００は、下面側から冷却される。そして、基板２００の上面側の温度が、処理液の凝固点以下の温度になり、あるタイミングになると、処理液膜２１０が凍結する。処理液膜２１０は、基板２００と接触している部分から順に凍る。

その後、モニタ部１４による処理液膜２１０または凍結層２１０ａの状態の観察が行われる。具体的には、光源１４１からの光が処理液膜２１０または凍結層２１０ａで反射された反射光を受光部１４２で検出し、検出結果が制御部１５へと送られる。制御部１５は、受光部１４２で検出された反射光強度を取得する（ステップＳ１４）。制御部１５は、例えば反射光強度を時系列で保存し、例えば、グラフ化する。

ついで、制御部１５は、反射光強度で１つ目のピークを検出したかを判定する（ステップＳ１５）。１つ目のピークは、上記したように、処理液膜２１０が凍結層２１０ａへと状態変化する時に現れる。１つ目のピークを検出していない場合（ステップＳ１５でＮｏの場合）には、ステップＳ１４へと戻る。

１つ目のピークを検出した場合（ステップＳ１５でＹｅｓの場合）には、制御部１５は、受光部１４２で検出された反射光強度を取得し（ステップＳ１６）、反射光強度は設定閾値未満であるかを判定する（ステップＳ１７）。反射光強度は設定閾値未満ではない場合（ステップＳ１７でＮｏの場合）には、ステップＳ１６へと戻る。また、反射光強度は設定閾値未満である場合（ステップＳ１７でＹｅｓの場合）には、制御部１５は、処理液の供給を再開し、冷却を停止する（ステップＳ１８）。すなわち、例えば常温の処理液を基板２００の上面に供給するとともに、冷却媒体の供給を停止する。そして、凍結層２１０ａが解凍され、基板２００の上面のリンス処理が行われる（ステップＳ１９）。

その後、基板２００を乾燥させ（ステップＳ２０）、基板２００の凍結洗浄処理が終了する。

図６は、第１の実施形態による凍結洗浄処理における処理液膜または凍結層での反射光強度の時間変化の一例を示す図である。この図で、横軸は時間を示し、縦軸は反射光強度を示している。図４と同様に、時刻ｔ０で基板２００の上面に処理液の供給と、基板２００の下面に冷却媒体の供給と、が開始される。時刻ｔ１で処理液の供給が停止される。そして、時刻ｔ２で処理液膜２１０が凍結し、凍結層２１０ａとなる。この時、１つ目のピークが生じる。そのため、設定閾値Ａを用いた判定は、この１つ目のピークを検出した後の時刻ｔ６以降に行われることになる。

そして、時刻ｔ７で、反射光強度が設定閾値Ａ未満になったため、処理液が基板２００の上面に供給されるとともに、冷却媒体の供給が停止される。これによって、凍結層２１０ａにクラックが生じる前に、凍結層２１０ａの融解処理を行うことができる。

クラックが生じる前後で基板２００の上面に配置されるパターンに作用する倒壊力が大きく変化する。そのため、倒壊する可能性がある微細パターンが基板２００の上面に配置されている場合には、図５のステップＳ１７に示される閾値による判定が行われる。微細なパターンは、例えばパターン中の最小寸法が１００ｎｍ以下のパターンである。一方、倒壊する可能性がないパターンが基板２００の上面に配置されている場合、あるいは基板２００の上面に何もパターンが配置されていない場合には、図５の閾値による判定よりも、凍結層２１０ａにクラックが生じた後に処理液の供給を再開し、冷却を停止した方が異物をより多く除去することができる。そのため、制御部１５は、基板２００の種類に応じて、図５の閾値による判定を適用するか否かを判定してもよい。倒壊する可能性がないパターンは、例えば最小寸法が１００ｎｍよりも大きいパターンである。

図７は、第１の実施形態による基板処理方法の手順の他の例を示すフローチャートである。ここでは、図６と異なる部分のみ説明する。ステップＳ１３の処理液膜を冷却した後、制御部１５は、反射光強度を用いた判定を行う基板であるかを判定する（ステップＳ２１）。具体的には、倒壊する可能性がある微細パターンを有する基板であるか、パターンが配置されていない基板、あるいは倒壊する可能性がないパターンを有する基板であるか、を判定する。

反射光強度を用いた判定を行う基板である場合（ステップＳ２１でＹｅｓの場合）、すなわち、倒壊する可能性がある微細パターンを有する基板である場合には、ステップＳ１４以降の処理を行う。

また、反射光強度を用いた判定を行う基板ではない場合（ステップＳ２１でＮｏの場合）、パターンが配置されていない基板、あるいは倒壊する可能性がないパターンを有する基板であるには、制御部１５は、冷却停止の時刻であるかを判定する（ステップＳ２２）。これは、処理液膜２１０の冷却を開始してから、レシピで規定された所定の時間が経過したかによって判定される。冷却停止の時刻ではない場合（ステップＳ２２でＮｏの場合）には、冷却停止の時刻まで待ち状態となる。また、冷却停止の時刻である場合（ステップＳ２２でＹｅｓの場合）には、ステップＳ１７へと処理が移る。

なお、上記した説明では、基板２００に照射した光の反射光を受光する場合を例に挙げたが、反射光に代えて透過光を受光し、透過光の強度を用いて判定を行ってもよい。また、モニタ部１４として、基板２００に照射した光の反射光強度、透過光強度のみならず、基板表面の連続画像を取得し、画像処理を行うことにより凍結膜の状態変化を観測してもよい。例えば、純水を冷却していくと、氷の透明度が変化していくので、この透明度を用いて判定を行ってもよい。

第１の実施形態によれば、凍結層２１０ａに照射した光の反射光強度をモニタし、クラックが生じる前に、冷却を中止して、凍結層２１０ａを解凍した。これによって、倒壊の可能性がある微細パターンを有する基板２００について、微細パターンの倒壊を抑制しながら、基板２００の上面に付着した異物２２０を除去することができる。

また、倒壊の可能性がある微細パターンを有する基板２００であるか、パターンが配置されていない基板２００、あるいは倒壊する可能性がないパターンを有する基板２００であるか、によって、反射光強度をモニタすることによる冷却中の判定処理の実施の有無を決定した。これによって、倒壊の可能性がある微細パターンを有する基板２００について、微細パターンの倒壊を抑制しながら、基板２００の上面に付着した異物を除去することができる。また、パターンが配置されていない基板、あるいは倒壊する可能性がないパターンを有する基板２００の場合には、倒壊の可能性がある微細パターンを有する基板２００の場合に比して、基板２００の上面に付着した異物をさらに除去することができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、モニタ部は、光を用いて凍結層の状態を観察した。第２の実施形態では、音波を用いて凍結層の状態を観察する場合を説明する。

図８は、第２の実施形態による基板処理装置の構成の一例を模式的に示す図である。なお、ここでは、第１の実施形態と異なる部分についてのみ説明する。第２の実施形態による基板処理装置１０ａでは、モニタ部１４が、音波検知部１４３によって構成される。音波検知部１４３は、アコースティックエミッション波（acoustic emission wave：以下、ＡＥ波という）と呼ばれる音波を検出する。一般的に温度が下がり、物質が収縮している時には、ＡＥ波（縦波）が出るので、音波検知部１４３は、このＡＥ波の強度を検出するものである。

制御部１５は、第２の実施形態では、モニタ部１４（音波検知部１４３）からのＡＥ波強度を用いて、凍結層２１０ａのクラックが発生しそうな状態であるか否かを判定し、クラックが発生しそうな場合には、処理パラメータを変更して基板処理装置１０ａを制御する。

ここで、制御部１５によるクラック発生の事前検知の方法について説明する。図９は、基板処理方法における処理液膜または凍結層でのＡＥ波強度の時間変化の一例を示す図である。すなわち、ここでは、レシピにしたがって凍結洗浄処理を行った場合の処理液膜２１０または凍結層２１０ａのＡＥ波強度の変化の一例を示すものである。この図で、横軸は時間を示し、縦軸は、ＡＥ波強度を示す。時刻ｔ０で処理液が基板２００の上面に供給されるとともに、基板２００の下面に冷却媒体が供給される。図２の場合と同様に、例えば、処理液として２５℃の純水が用いられ、冷却媒体として−１２０℃まで降温された窒素ガスが用いられる。

時刻ｔ１で処理液の供給が停止されても、図２で説明したように、純水は凝固点（０℃）をさらに下回る過冷却状態を経て、あるタイミングｔ２で凍結し氷となる。すなわち、凍結層２１０ａが形成される。この時、ＡＥ波強度が一時的に増加し、強度Ｉ１１を有するピークを形成する。図の例では、ＡＥ波強度の固体の状態のベースラインは、液体の状態のベースよりも高くなる。その後、時刻ｔ４で凍結層２１０ａにクラックが生じると、ＡＥ波強度は一時的に増加し、強度Ｉ１２を有するピークを形成する。そして、時刻ｔ５で処理液の供給が再開され、また冷却媒体の供給が停止される。なお、時刻ｔ４でのピークの前に、ベースラインが徐々に減少する現象が見られる。

このように、凍結洗浄処理中では、ＡＥ波強度には２つのピークが現れる。１つ目は、液体から固体に代わる時のピークであり、２つ目は、クラックが生じた時のピークである。クラックが生じた時のピークは、１つ目のピークの後に生じるものであり、１つ目のピークの後に、ＡＥ波強度が所定の大きさより小さくなったときに生じるものと考えることができる。そこで、第２の実施形態では、後述するように１つ目のピークを検出した後に、クラック発生の事前検知の判定をスタートし、クラック発生の事前検知の設定閾値を例えばＢと設定する。制御部１５は、音波検知部１４３で検知されたＡＥ波強度が設定閾値Ｂ未満であるか否かを判定し、Ｂ未満ではない場合には、現在の状態を継続する。また、制御部１５は、ＡＥ波強度がＢ未満である場合には、例えば処理液の供給の再開を開始するなどの処理パラメータの変更を行う。

つぎに、このような基板処理装置での基板処理方法について説明する。図１０は、第２の実施形態による基板処理方法の手順の一例を示すフローチャートである。第２の実施形態による基板処理方法は、第１の実施形態の図５とほぼ同様である。ただし、第１の実施形態で、反射光強度を用いる部分がＡＥ波強度に置き換わる。

例えば、ステップＳ１３で処理液膜を冷却した後、音波検知部１４３からＡＥ波強度を取得する（ステップＳ１４Ａ）。また、ステップＳ１５で１つ目のピークを検出した場合（ステップＳ１５でＹｅｓの場合）には、制御部１５は、ＡＥ波強度を取得し（ステップＳ１６Ａ）、ＡＥ波強度が設定閾値未満であるかを判定する（ステップＳ１７Ａ）。その他は、第１の実施形態で説明したものと同様であるので、説明を省略する。

図１１は、第２の実施形態による基板処理方法における処理液膜または凍結層でのＡＥ波強度の時間変化の一例を示す図である。この図で、横軸は時間を示し、縦軸はＡＥ波強度を示している。図９と同様に、時刻ｔ０で基板２００の上面への処理液の供給と、基板２００の下面への冷却媒体の供給と、が開始される。時刻ｔ１で処理液の供給が停止される。そして、時刻ｔ２で処理液膜２１０が凍結し、凍結層２１０ａとなる。この時、１つ目のピークが生じる。そのため、設定閾値Ｂを用いた判定は、この１つ目のピークを検出した後の時刻ｔ８以降に行われることになる。

そして、時刻ｔ９で、反射光強度が設定閾値Ａ未満になったため、処理液が基板２００の上面に供給されるとともに、冷却媒体の供給が停止される。これによって、凍結層２１０ａにクラックが生じる前に、凍結層２１０ａの融解処理を行うことができる。

また、第２の実施形態でも、第１の実施形態の図７と同様に、倒壊する可能性がある微細パターンを有する基板であるか、パターンが配置されていない基板、あるいは倒壊する可能性がないパターンを有する基板であるか、を判定し、判定結果に応じて処理を変えてもよい。

第２の実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
第１および第２の実施形態では、凍結洗浄中の基板上の凍結層をモニタして、クラックが生じる前に凍結層の融解処理を行う場合を説明した。第３の実施形態では、過去の処理から得られるクラックが生じる時間からクラックが生じない凍結洗浄の処理時間を決定し、この処理時間にしたがって基板処理方法を行う場合を説明する。

図１２は、第３の実施形態による基板処理装置の構成の一例を模式的に示す図である。なお、ここでは、第１の実施形態と異なる部分についてのみ説明する。第３の実施形態による基板処理装置１０ｂでは、モニタ部１４が設けられず、記憶部１６が設けられる。記憶部１６には、凍結洗浄処理時間情報が記憶される。凍結洗浄処理時間情報は、基板２００の状態と、凍結洗浄処理条件と、クラックが生じるまでの凍結洗浄処理時間と、を対応付けた情報である。これは、冷却媒体の流量および温度を含む凍結洗浄処理条件と、基板２００の状態と、が類似したものは、クラックが生じるまでの時間は略同じであることを前提としている。なお、凍結洗浄処理条件は、過去の例として、冷却ガスの流量及び温度を含む凍結洗浄処理条件、基板２００の状態並びにクラックが生じるまでの凍結洗浄処理時間を記録することによって得られる。

制御部１５は、これから処理する基板２００の状態と、凍結洗浄の処理条件と、の組み合わせに類似する基板２００の状態および凍結洗浄処理条件とを有する凍結洗浄処理時間を、記憶部１６の凍結洗浄処理時間情報から取得する。そして、制御部１５は、取得した凍結洗浄処理時間を、冷却媒体の供給開始から供給停止までの時間として設定する。そして、制御部１５は、この凍結洗浄処理時間に基づいて、凍結洗浄処理を実行する。

つぎに、このような基板処理装置での基板処理方法について説明する。図１３は、第３の実施形態による基板処理方法の手順の一例を示すフローチャートである。第１の実施形態の図５と異なる部分について説明する。

まず、ステップＳ１１の親水化処理の前に、制御部１５は、使用する基板２００の状態と、基板２００に対して実行する凍結洗浄処理条件と、の組み合わせに対応する凍結洗浄処理時間を、記憶部１６の凍結洗浄処理時間情報から取得する（ステップＳ３１）。その後、ステップＳ１１に処理が移る。

また、ステップＳ１１３の処理膜を冷却した後、制御部１５は、冷却を開始してからステップＳ１１で取得した凍結洗浄処理時間が経過したかを判定する（ステップＳ３２）。これは、例えば、ステップＳ１３の処理液膜２１０の冷却を開始してから、制御部１５は、タイマを用いて計時を行うことによって行われる。冷却を開始してから凍結洗浄処理時間が経過していない場合（ステップＳ３２でＮｏの場合）には、凍結洗浄処理時間が経過するまで待ち状態となる。

冷却を開始してから凍結洗浄処理時間が経過した場合（ステップＳ３２でＹｅｓの場合）には、制御部１５は、ステップＳ１７の処理液の供給を再開し、冷却媒体による基板２００の冷却を停止する処理を行う。

また、第３の実施形態でも、第１の実施形態の図７と同様に、倒壊する可能性がある微細パターンを有する基板であるか、パターンが配置されていない基板、あるいは倒壊する可能性がないパターンを有する基板であるか、を判定し、判定結果に応じて処理を変えてもよい。この場合、凍結洗浄処理時間情報には、基板２００の状態が、倒壊する可能性がある微細パターンを有する基板である場合には、凍結洗浄処理時間としてクラックが発生する前の時間が設定される。また、基板２００の状態が、パターンが配置されていない基板、あるいは倒壊する可能性がないパターンを有する基板であるには、凍結洗浄処理時間としてクラックが発生した時間よりも長い時間が設定される。

第３の実施形態では、凍結洗浄処理を行う際に、過去の例として記録されたクラックが生じるまでの凍結洗浄処理時間を参照し、基板２００上に形成された微細パターンの倒壊の危険性に応じて、実際の処理時間を決定した。これによって、リアルタイムの観測ではないが、第１および第２の実施形態とは異なり、凍結層２１０ａをモニタする構成が不要になる。その結果、基板処理装置１０ｂを、第１および第２の実施形態と比較して、低コストで製造することができるという効果を、第１の実施形態の効果に加えて得ることができる。

（第４の実施形態）
図１４は、第４の実施形態による基板処理システムの構成の一例を模式的に示す図である。生産システムの一例である基板処理システム５００は、処理部５０１と、操作部５０２と、記憶部５０３と、制御装置５０４と、を備える。

処理部５０１は、基板２００を洗浄する複合処理装置である。処理部５０１は、例えば、ローダ・アンローダ５１１と、基板搬送部５１２と、基板反転ユニット５１３と、前処理ユニット５１４と、酸／純水処理ユニット５１５と、アルカリ／純水処理ユニット５１６と、凍結洗浄ユニット５１７と、有機処理ユニット５１８と、加熱処理ユニット５１９と、を有する。前処理ユニット５１４では、洗浄処理の前の前処理が行われ、酸／純水処理ユニット５１５、アルカリ／純水処理ユニット５１６および凍結洗浄ユニット５１７で、洗浄処理が行われ、有機処理ユニット５１８および加熱処理ユニット５１９で後処理が行われる。

ローダ・アンローダ５１１は、洗浄前の基板２００を、処理部５０１に搬入し、洗浄後の基板２００を、処理部５０１から搬出する。

基板搬送部５１２は、搬送装置（図示せず）を備える。基板搬送部５１２は、処理部５０１に搬入された基板２００を、処理部５０１内で搬送する。酸／純水処理ユニット５１５、アルカリ／純水処理ユニット５１６および凍結洗浄ユニット５１７から搬出される基板２００の上面の全面は、液膜（純水）で覆われており、この状態でつぎのユニットへの搬送が行われる。

基板反転ユニット５１３は、基板２００を反転させる。基板２００は、おもて面および裏面が清浄であることが望ましい。そのため、おもて面および裏面の洗浄の際に、基板２００の洗浄面をおもて面および裏面のいずれかに切り替える反転機構を基板反転ユニット５１３は備える。

図１５は、反転機構の構成の一例を模式的に示す図である。図１５では、基板２００として、おもて面および裏面の区別を示すため、テンプレートを例示している。図１５（ａ）は、基板２００のおもて面が上方に向くように載置している場合を示し、図１５（ｂ）は、基板２００の裏面が上方に向くように載置している場合を示している。反転機構５５０は、基板２００の、相対する側部を支持する支持部５５１を備える。支持部５５１は、基板２００の基板面に水平な所定の方向を中心として回転可能な構成を有する。反転機構５５０は、支持部５５１を回転させることによって、図１５（ｂ）に示すように、支持部５５１に支持された基板２００を反転させる。

前処理ユニット５１４は、基板２００に対して、前処理を行う。前処理は、例えば、親水化処理である。この場合の前処理ユニット５１４は、基板２００を保持するステージと、ステージに保持された基板にＵＶ光を照射する光源と、を有する。

酸／純水処理ユニット５１５は、基板２００に対して酸溶液および純水を用いた洗浄処理（以下、酸／純水処理という）、あるいは純水を用いた洗浄処理（以下、純水処理という）を行う。酸／純水処理ユニット５１５は、酸溶液を用いた洗浄処理を行う酸処理部と、純水を用いた洗浄を行う純水処理部と、を有する。酸／純水処理では、酸溶液を用いた洗浄を行った後に、純水を用いた洗浄を行う。この時、純水には、比抵抗制御などのために、添加剤などが含まれていてもよい。酸溶液として、硫酸溶液、硫酸および過酸化水素水の混合溶液、過酸化水素水、オゾン水、炭酸水などを例示することができる。また、洗浄が終わった後、純水処理部で、基板２００の上面の全体は純水で覆われる。そのため、基板２００の上面の全体に純水が覆われた状態で、酸／純水処理ユニット５１５からつぎのユニットへと搬送される。

アルカリ／純水処理ユニット５１６は、基板２００に対してアルカリ溶液および純水を用いた洗浄処理（以下、アルカリ／純水処理という）、あるいは純水処理を行う。アルカリ／純水処理ユニット５１６は、アルカリ溶液を用いた洗浄処理を行うアルカリ処理部と、純水を用いた洗浄を行う純水処理部と、を有する。アルカリ／純水処理では、アルカリ溶液を用いた洗浄を行った後に、純水を用いた洗浄を行う。この時、純水には、比抵抗制御などのために、添加剤などが含まれていてもよい。アルカリ溶液として、アンモニア水、アンモニア水および過酸化水素水の混合溶液（ＳＣ−１）、水酸化カリウム溶液、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）溶液などを例示することができる。また、洗浄が終わった後、純水処理部で、基板２００の上面の全体は純水で覆われる。そのため、基板２００の上面の全体に純水が覆われた状態で、アルカリ／純水処理ユニット５１６からつぎのユニットへと搬送される。

なお、酸／純水処理ユニット５１５およびアルカリ／純水処理ユニット５１６で純水処理のみを施す場合には、純水で洗浄する場合のほか、界面活性剤、微量の酸またはアルカリなどを添加した純水で洗浄する場合が含まれる。

凍結洗浄ユニット５１７は、基板２００に対して凍結洗浄処理を行う。凍結洗浄処理は、基板２００の上面に処理液膜を形成し、処理液膜の凝固点よりも低い温度の冷却媒体を用いて処理液膜を凍結させた凍結層を形成し、凍結層を融解させて処理液を取り除くものである。このような処理を含むものであれば、どのような形式の凍結洗浄処理であってもよい。例えば、第１〜第３の実施形態で説明した凍結洗浄処理を用いてもよい。

有機処理ユニット５１８は、基板２００に対して有機処理を行う。有機処理として、例えば、基板２００の上面（洗浄面）にイソプロピルアルコールなどの有機溶媒を供給し、その後乾燥する処理などを例示することができる。このような処理によって、基板２００の上面に残存している微量の水分を除去することができる。

加熱処理ユニット５１９は、基板２００に対して加熱処理を行う。加熱処理は、基板２００の上面に残存している微量の水分を除去するために行われる。そのため、加熱処理では、基板２００の温度が１００℃以上となるように加熱することが望ましい。

操作部５０２は、例えば、オペレータが、基板処理システム５００を管理するために、入力操作等を行うタッチパネル、および稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を含む。

記憶部５０３は、例えば、基板２００に対して、洗浄処理を進める制御レシピ等が格納される。

制御装置５０４は、例えば、マイクロプロセッサを含む。制御装置５０４は、操作部５０２からの指示に基づいて、制御レシピを記憶部５０３から読み出す。制御装置５０４は、制御レシピに従って処理部５０１を制御する。

つぎに、このような基板処理システム５００での基板処理方法について説明する。基板処理システム５００の凍結洗浄ユニット５１７で、基板２００のパターンが配置されている面（以下、パターン配置面という）が汚染されてしまう場合もある。汚染は、通常、汚染されている冷却媒体を用いた場合、あるいは冷却に伴って基板２００に発生する氷または霜が雰囲気中の不純物を付着させてしまう場合に生じると考えられる。そのため、冷却媒体が当たる面では、汚染リスクが高くなる。特に、パターン配置面の汚染は、裏面に比して汚染を抑制しなければならない。例えば、第１〜第３の実施形態では、冷却媒体は基板２００の裏面側から供給しているので、おもて面側から供給する場合に比して汚染のリスクは低い。このように、基板処理装置での、基板２００のパターン配置面が汚染されるリスクの度合いによって、基板処理システム５００での処理方法は異なる。また、フィルタリング、霜発生防止機構、または環境清浄化機構などによって冷却媒体が当たる面の汚染のリスクを低減する機構が基板処理装置に設けられているか否かによっても、基板処理システム５００での処理方法は異なる。そこで、以下では、凍結洗浄処理によって、パターン配置面が汚染されるリスクがある場合と、汚染されるリスクがない場合と、に分けて説明を行う。

図１６は、第４の実施形態によるパターン配置面が汚染されるリスクがある場合の基板処理方法の手順の概要の一例を示すフローチャートである。まず、基板２００のおもて面が上の状態で、基板２００の上面であるおもて面の前処理を行う（ステップＳ５１）。前処理として、ＵＶ光、ＶＵＶ（Vacuum Ultra Violet）光を基板２００の上面であるおもて面に照射する親水化処理がある。また、ＵＶ光、ＶＵＶ光の照射処理を酸処理で代用してもよい。

ついで、基板２００のおもて面の洗浄処理を行う（ステップＳ５２）。洗浄処理として、酸／純水処理、アルカリ／純水処理、純水処理および凍結洗浄処理のうち少なくとも１つ以上の処理が行われる。

その後、基板２００を反転させ（ステップＳ５３）、基板２００のおもて面が下になる状態として、基板２００の上面である裏面の洗浄処理を行う（ステップＳ５４）。洗浄処理として、酸／純水処理、アルカリ／純水処理、純水処理および凍結洗浄処理のうち少なくとも１つ以上の処理が行われる。

ついで、基板２００を反転させ（ステップＳ５５）、基板２００のおもて面が上になる状態として、基板２００の上面であるおもて面の洗浄処理を行う（ステップＳ５６）。洗浄処理として、酸／純水処理、アルカリ／純水処理および純水処理のうち少なくとも１つ以上の処理が行われる。

その後、基板２００のおもて面が上になる状態で、基板２００の上面の後処理を行う（ステップＳ５７）。後処理として、有機処理および加熱処理のうち少なくとも１つ以上の処理が行われる。なお、後処理は、場合によって行わなくてもよい。以上で、処理が終了する。

図１７は、第４の実施形態によるパターン配置面が汚染されるリスクがある場合の基板処理方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。まず、基板２００のおもて面が上となる状態で基板２００を、ローダ・アンローダ５１１を介して、基板処理システム５００に搬入する。ついで、基板２００を、基板搬送部５１２の搬送装置を用いて、ローダ・アンローダ５１１から搬出し、前処理ユニット５１４に搬入する。前処理ユニット５１４内で、基板２００に対して前処理が行われる（ステップＳ７１）。前処理として、ＵＶを基板２００の上面に照射する親水化処理が例示される。

ついで、基板搬送部５１２の搬送装置によって、前処理ユニット５１４から凍結洗浄ユニット５１７へと基板２００が搬送され、凍結洗浄ユニット５１７で基板２００のおもて面の凍結洗浄処理が行われる（ステップＳ７２）。凍結洗浄処理が行われた後の基板２００の上面の全面は、純水で覆われた状態にある。

その後、基板搬送部５１２の搬送装置によって、凍結洗浄ユニット５１７から基板反転ユニット５１３へと純水で覆われた基板２００が搬送される。そして、基板反転ユニット５１３で、基板２００の上下面が反転される（ステップＳ７３）。すなわち、基板２００のおもて面が下となるように、反転される。これによって、基板２００の上面は、裏面となる。

ついで、基板搬送部５１２の搬送装置によって、基板反転ユニット５１３から酸／純水処理ユニット５１５へと基板２００が搬送され、酸／純水処理ユニット５１５で基板２００の裏面の酸処理が行われ、続けて純水処理が行われる（ステップＳ７４）。純水処理の後の基板２００の上面の全面は、純水で覆われた状態にある。

その後、基板搬送部５１２の搬送装置によって、基板反転ユニット５１３からアルカリ／純水処理ユニット５１６へと、純水で覆われた基板２００が搬送され、アルカリ／純水処理ユニット５１６でアルカリ処理が行われ、続けて純水処理が行われる（ステップＳ７５）。純水処理の後の基板２００の上面の全面は、純水で覆われた状態にある。

ついで、基板搬送部５１２の搬送装置によって、アルカリ／純水処理ユニット５１６から基板反転ユニット５１３へと純水で覆われた基板２００が搬送される。そして、基板反転ユニット５１３で、基板２００の上下面が反転される（ステップＳ７６）。すなわち、基板２００のおもて面が上となるように、反転される。これによって、基板２００の上面は、おもて面となる。

その後、基板搬送部５１２の搬送装置によって、基板反転ユニット５１３からアルカリ／純水処理ユニット５１６へと基板２００が搬送される。そして、アルカリ／純水処理ユニット５１６で基板２００のおもて面の酸処理が行われ、続けて純水処理が行われる（ステップＳ７７）。この時基板２００の上面であるおもて面が乾燥される。

その後、基板搬送部５１２の搬送装置によって、アルカリ／純水処理ユニット５１６から加熱処理ユニット５１９へと基板２００が搬送される。ついで、加熱処理ユニット５１９で、基板２００の表面に付着した水分を除去するための加熱処理を実行する（ステップＳ７８）。その後、基板搬送部５１２の搬送装置によって、加熱処理ユニット５１９からローダ・アンローダ５１１へと搬送される。そして、基板２００を、ローダ・アンローダ５１１を介して、基板処理システム５００から搬出する。以上によって、基板処理方法が終了する。

図１８は、第４の実施形態によるパターン配置面が汚染されるリスクがある場合の基板処理方法の処理手順の他の例を示すフローチャートである。図１８のフローチャートでは、図１７のステップＳ７１の前処理と、ステップＳ７２の凍結洗浄処理と、の間に、酸／純水処理ユニット５１５での基板２００のおもて面である上面の酸処理が行われ、続けて純水処理が行われる（ステップＳ８１）。

また、ステップＳ７６の上下反転処理と、ステップＳ７７のおもて面のアルカリ／純水処理と、の間に、酸／純水処理ユニット５１５での基板２００のおもて面である上面の酸処理が行われ、続けて純水処理が行われる（ステップＳ８２）。

さらに、ステップＳ７８の加熱処理に代えて、有機処理ユニット５１８での基板２００のおもて面である上面の有機処理が行われる（ステップＳ８３）。

なお、その他は、図１７で説明したものと同様であるので、説明を省略する。また、図１７および図１８は一例であり、図１６で説明したように、用いる洗浄処理によって、基板処理方法には種々のバリエーションが存在する。

図１９は、第４の実施形態によるパターン配置面が汚染されるリスクがない場合の基板処理方法の手順の概要の一例を示すフローチャートである。まず、基板２００のおもて面が上の状態で、基板２００の上面であるおもて面の前処理が行われる（ステップＳ９１）。

ついで、基板２００を反転させ（ステップＳ９２）、基板２００のおもて面が下になる状態として、基板２００の上面である裏面の洗浄処理を行う（ステップＳ９３）。洗浄処理として、酸／純水処理、アルカリ／純水処理、純水処理および凍結洗浄処理のうち少なくとも１つ以上の処理が行われる。

その後、基板２００を反転させ（ステップＳ９４）、基板２００のおもて面が上になる状態として、基板２００の上面であるおもて面の洗浄処理を行う（ステップＳ９５）。洗浄処理として、酸／純水処理、アルカリ／純水処理、純水処理および凍結洗浄処理のうち少なくとも１つ以上の処理が行われる。

ついで、基板２００のおもて面が上になる状態で、基板２００の上面の後処理を行う（ステップＳ９６）。後処理として、有機処理および加熱処理のうち少なくとも１つ以上の処理が行われる。なお、後処理は、場合によって行わなくてもよい。以上で、処理が終了する。

図２０は、第４の実施形態によるパターン配置面が汚染されるリスクがない場合の基板処理方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。まず、基板２００のおもて面が上となる状態で基板２００を、ローダ・アンローダ５１１を介して、基板処理システム５００に搬入する。ついで、基板２００を、基板搬送部５１２の搬送装置を用いて、ローダ・アンローダ５１１から搬出し、前処理ユニット５１４に搬入する。前処理ユニット５１４内で、基板２００に対して前処理を行う（ステップＳ１１１）。前処理として、ＵＶを基板２００の上面に照射する親水化処理を例示することができる。

ついで、基板搬送部５１２の搬送装置によって、前処理ユニット５１４から基板反転ユニット５１３へと基板２００が搬送される。そして、基板反転ユニット５１３で、基板２００の上下面が反転される（ステップＳ１１２）。すなわち、基板２００のおもて面が下となるように、反転される。これによって、基板２００の上面は、裏面となる。

ついで、基板搬送部５１２の搬送装置によって、基板反転ユニット５１３から酸／純水処理ユニット５１５へと基板２００が搬送され、酸／純水処理ユニット５１５で基板２００の裏面の酸処理が行われ、続けて純水処理が行われる（ステップＳ１１３）。純水処理の後の基板２００の上面の全面は、純水で覆われた状態にある。

その後、基板搬送部５１２の搬送装置によって、基板反転ユニット５１３からアルカリ／純水処理ユニット５１６へと、純水が被覆された基板２００が搬送され、アルカリ／純水処理ユニット５１６でアルカリ処理が行われ、続けて純水処理が行われる（ステップＳ１１４）。純水処理の後の基板２００の上面の全面は、純水で覆われた状態にある。

ついで、基板搬送部５１２の搬送装置によって、アルカリ／純水処理ユニット５１６から基板反転ユニット５１３へと純水で覆われた基板２００が搬送される。そして、基板反転ユニット５１３で、基板２００の上下面が反転される（ステップＳ１１５）。すなわち、基板２００のおもて面が上となるように、反転される。これによって、基板２００の上面は、おもて面となる。

その後、基板搬送部５１２の搬送装置によって、基板反転ユニット５１３から酸／純水処理ユニット５１５へと基板２００が搬送される。そして、酸／純水処理ユニット５１５で基板２００のおもて面の酸処理が行われ、続けて純水処理が行われる（ステップＳ１１６）。純水処理の後の基板２００の上面の全面は、純水で覆われた状態にある。

ついで、基板搬送部５１２の搬送装置によって、酸／純水処理ユニット５１５からアルカリ／純水処理ユニット５１６へと基板２００が搬送される。そして、アルカリ／純水処理ユニット５１６で基板２００のおもて面のアルカリ処理が行われ、続けて純水処理が行われる（ステップＳ１１７）。この時基板２００の上面であるおもて面が乾燥される。

その後、基板搬送部５１２の搬送装置によって、アルカリ／純水処理ユニット５１６から凍結洗浄ユニット５１７へと基板２００が搬送される。ついで、凍結洗浄ユニット５１７で、基板２００の表面に対して凍結洗浄処理を実行する（ステップＳ１１８）。凍結洗浄処理で、基板２００のおもて面の乾燥が行われる。

その後、基板搬送部５１２の搬送装置によって、凍結洗浄ユニット５１７からローダ・アンローダ５１１へと基板２００が搬送される。そして、基板２００を、ローダ・アンローダ５１１を介して、基板処理システム５００から搬出する。以上によって、基板処理方法が終了する。

図２１は、第４の実施形態によるパターン配置面が汚染されるリスクがない場合の基板処理方法の処理手順の他の例を示すフローチャートである。図２１のフローチャートでは、図２０のステップＳ１１７のおもて面のアルカリ／純水処理が省略され、ステップＳ１１８の凍結洗浄処理の後に、加熱処理ユニット５１９での基板２００のおもて面である上面の加熱処理が行われる（ステップＳ１２１）。

なお、その他は、図２０で説明したものと同様であるので、説明を省略する。また、図２０および図２１は一例であり、図１９で説明したように、用いる洗浄処理によって、基板処理方法には種々のバリエーションが存在する。

第４の実施形態では、酸／純水処理ユニット５１５、アルカリ／純水処理ユニット５１６および凍結洗浄ユニット５１７間で、基板２００の上面の全面が純水で覆われた状態で基板２００を搬送した。これによって、洗浄を行う各ユニット間の搬送時に、不純物が基板２００に付着することを抑えることができる。

洗浄によって不純物が基板２００のおもて面に付着する可能性が低い場合には、基板２００の裏面の洗浄後におもて面の洗浄を行う。また、洗浄によって不純物が基板２００のおもて面に付着する可能性が高い場合には、基板２００のおもて面を洗浄し、つぎに裏面を洗浄し、その後に再びおもて面を洗浄する。これによって、洗浄を行うユニットの不純物への対処の程度によって、基板２００のおもて面と裏面とを洗浄する回数が変更される。つまり、洗浄によって不純物が基板２００のおもて面に付着する可能性が低い場合には、基板２００の洗浄回数を減らすことができるので、半導体装置の製造コストを低減することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０，１０ａ，１０ｂ 基板処理装置、１１ ステージ、１２ 処理液供給部、１３ 冷却媒体供給部、１４ モニタ部、１５ 制御部、１６，５０３ 記憶部、１１１ 支持部、１１２ 貫通孔、１１３ 供給口、１２１ 処理液貯蔵部、１２２ ノズル、１２３，１３２ 配管、１２４ ポンプ、１２５，１３３ バルブ、１３１ 冷却媒体貯蔵部、１４１ 光源、１４２ 受光部、１４３ 音波検知部、２１０ 処理液膜、２１０ａ 凍結層、２２０ 異物、５００ 基板処理システム、５０１ 処理部、５０２ 操作部、５０４ 制御装置、５１１ ローダ・アンローダ、５１２ 基板搬送部、５１３ 基板反転ユニット、５１４ 前処理ユニット、５１５ 酸／純水処理ユニット、５１６ アルカリ／純水処理ユニット、５１７ 凍結洗浄ユニット、５１８ 有機処理ユニット、５１９ 加熱処理ユニット。

Claims (11)

1. 基板の第１面上に液膜を形成し、
   前記液膜の凝固点以下となるように前記基板を冷却して、前記液膜の少なくとも一部が凝固した凝固層を形成し、
   前記凝固層を融解させ、
   前記凝固層の形成は、前記凝固層の光学特性または音波特性をモニタしつつ、
   モニタされた前記凝固層の状態に基づいて、前記基板の冷却に関する処理パラメータを制御する、
   基板処理方法。
2. 前記処理パラメータの制御では、前記凝固層の脆性破壊が生じる前に現れる前記凝固層の光学的特性または音波特性の変化を検出した時に、前記処理パラメータを変化させる請求項１に記載の基板処理方法。
3. 前記処理パラメータは、前記基板を冷却する処理時間の長さである請求項２に記載の基板処理方法。
4. 前記処理パラメータの制御では、前記凝固層の脆性破壊が生じる前に現れる前記凝固層の光学的特性または音波特性の変化を検出した時に、前記基板の冷却を停止し、前記融解開始のタイミングとする請求項１から３のいずれか１つに記載の基板処理方法。
5. 前記処理パラメータの制御では、前記凝固層が形成された後の前記凝固層の反射光強度、透過光強度または音波強度が判定閾値未満となったことを検出した時に、前記融解開始のタイミングとする請求項１から４のいずれか１つに記載の基板処理方法。
6. 第１面を有する基板を保持する基板保持部と、
   処理液を前記第１面上に供給する処理液供給部と
   前記第１面上に供給された前記処理液を凝固させる凝固部と、
   前記第１面上の前記処理液が凝固した凝固層の光学特性または音波特性をモニタするモニタ部と、
   を備える基板処理装置。
7. モニタされた前記凝固層の状態に基づいて、前記基板の冷却に関する処理パラメータを制御し、前記凝固層の融解開始のタイミングの制御にしたがって前記凝固層の融解開始を制御する制御部をさらに備える請求項６に記載の基板処理装置。
8. 前記制御部は、前記凝固層の脆性破壊が生じる前に現れる前記凝固層の光学的特性または音波特性の変化を検出した時に、前記処理パラメータを変化させる請求項７に記載の基板処理装置。
9. 前記処理パラメータは、前記基板を冷却する処理時間の長さである請求項８に記載の基板処理装置。
10. 前記制御部は、前記凝固層の脆性破壊が生じる前に現れる前記凝固層の光学的特性または音波特性の変化を検出した時に、前記凝固部による前記基板の冷却を停止し、前記融解開始のタイミングとする請求項９に記載の基板処理装置。
11. 基板に対して凍結洗浄処理を行う凍結洗浄ユニットと、
    前記基板に対して、酸またはアルカリを用いた処理、あるいは純水を用いた処理を行う洗浄ユニットと、
    前記基板の上下を反転させる基板反転ユニットと、
    前記各ユニット間で前記基板の搬送を行う基板搬送部と、
    を備え、
    前記凍結洗浄ユニットは、前記基板の第１面上に供給された処理液が凝固した凝固層の光学特性または音波特性をモニタするモニタ部を備える、
    複合処理装置。

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