JP7390837B2 - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

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Description

本開示は、基板処理方法および基板処理装置に関する。
半導体装置の製造工程には、半導体ウエハ等の基板に処理液を供給することにより液処理を行う液処理工程が含まれる。このような液処理の一つとして、回転する基板の表面の中心に加熱された薬液を供給することにより行われる薬液洗浄処理またはウエットエッチング処理がある。基板の中心部に供給された加熱された薬液は、基板の周縁部に広がるまでの間に温度が低下する。また、周速の高い基板周縁部では基板が冷えやすい。このため、基板の裏面に加熱された液体例えば水を供給して、基板の温度の均一化を図ることが行われている（例えば特許文献１を参照）。
特開２０１５－０５７８１６号公報
本開示は、薬液を回転する基板に供給する液処理において、処理液の消費量を抑制しつつ液処理の面内均一性を高める技術を提供する。
本開示の一態様に係る基板処理方法は、基板を加熱して前記基板の温度を上昇させる基板昇温工程と、前記基板昇温工程の後に、前記基板を加熱するとともに第１回転数で回転させながら前記基板の第１面にプリウエット液を供給して、前記基板の第１面に前記プリウエット液の液膜を形成する液膜形成工程と、前記液膜形成工程の後に、前記基板を加熱するとともに前記第１回転数よりも低い第２回転数で回転させながら前記基板の第１面に薬液を供給して、前記基板の第１面を前記薬液で処理する薬液処理工程と、前記薬液処理工程の後に前記基板の温度を低下させる基板降温工程と、を備える。
本開示によれば、薬液を回転する基板に供給する液処理において、液処理の面内均一性を高めることができる。
基板処理装置の一実施形態に係る基板処理システムの縦断側面図である。 図１の基板処理システムに設けられた処理ユニットの構成の一例を示す概略縦断面図である。 処理ユニットの裏面ノズルに温調用ＤＩＷを供給する温調用ＤＩＷ供給機構の一例を示す配管系等図である。 一実施形態に係る液処理の工程について説明する作用図である。 一実施形態に係る液処理の工程について説明する作用図である。 一実施形態に係る液処理の工程について説明する作用図である。 一実施形態に係る液処理の工程について説明する作用図である。 一実施形態に係る液処理の工程について説明する作用図である。 一実施形態に係る液処理の工程について説明する作用図である。 一実施形態に係る液処理の工程について説明する作用図である。 一実施形態に係る液処理の工程について説明する作用図である。 一実施形態に係る液処理の工程について説明する作用図である。 ウエハ昇温工程からリンス工程までの間のウエハ温度の推移の一例について説明するグラフである。 基板処理システム内のＨＤＩＷおよびＣＤＩＷ配管系統の一例について概略的に示す配管系等図である。 基板処理システム内のＨＤＩＷ配管系統の他の例について概略的に示す配管系等図である。
基板処理装置の一実施形態を、添付図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る基板処理システムの概略構成を示す図である。以下では、位置関係を明確にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を規定し、Ｚ軸正方向を鉛直上向き方向とする。
図１に示すように、基板処理システム１は、搬入出ステーション２と、処理ステーション３とを備える。搬入出ステーション２と処理ステーション３とは隣接して設けられる。
搬入出ステーション２は、キャリア載置部１１と、搬送部１２とを備える。キャリア載置部１１には、複数枚の基板、本実施形態では半導体ウエハ（以下ウエハＷ）を水平状態で収容する複数のキャリアＣが載置される。
搬送部１２は、キャリア載置部１１に隣接して設けられ、内部に基板搬送装置１３と、受渡部１４とを備える。基板搬送装置１３は、ウエハＷを保持するウエハ保持機構を備える。また、基板搬送装置１３は、水平方向および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能であり、ウエハ保持機構を用いてキャリアＣと受渡部１４との間でウエハＷの搬送を行う。
処理ステーション３は、搬送部１２に隣接して設けられる。処理ステーション３は、搬送部１５と、複数の処理ユニット１６とを備える。複数の処理ユニット１６は、搬送部１５の両側に並べて設けられる。
搬送部１５は、内部に基板搬送装置１７を備える。基板搬送装置１７は、ウエハＷを保持するウエハ保持機構を備える。また、基板搬送装置１７は、水平方向および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能であり、ウエハ保持機構を用いて受渡部１４と処理ユニット１６との間でウエハＷの搬送を行う。
処理ユニット１６は、基板搬送装置１７によって搬送されるウエハＷに対して所定の基板処理を行う。
また、基板処理システム１は、制御装置４を備える。制御装置４は、たとえばコンピュータであり、制御部１８と記憶部１９とを備える。記憶部１９には、基板処理システム１において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部１８は、記憶部１９に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって基板処理システム１の動作を制御する。
なお、かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御装置４の記憶部１９にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体としては、たとえばハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリカードなどがある。
上記のように構成された基板処理システム１では、まず、搬入出ステーション２の基板搬送装置１３が、キャリア載置部１１に載置されたキャリアＣからウエハＷを取り出し、取り出したウエハＷを受渡部１４に載置する。受渡部１４に載置されたウエハＷは、処理ステーション３の基板搬送装置１７によって受渡部１４から取り出されて、処理ユニット１６へ搬入される。
処理ユニット１６へ搬入されたウエハＷは、処理ユニット１６によって処理された後、基板搬送装置１７によって処理ユニット１６から搬出されて、受渡部１４に載置される。そして、受渡部１４に載置された処理済のウエハＷは、基板搬送装置１３によってキャリア載置部１１のキャリアＣへ戻される。
次に、図２を参照して処理ユニット１６の構成について説明する。
処理ユニット１６は、チャンバ２０と、基板保持回転機構３０と、第１処理流体供給部４０と、第２処理流体供給部５０と、回収カップ６０とを備えている。
チャンバ２０は、基板保持回転機構３０および回収カップ６０を収容する。チャンバ２０の天井部には、ＦＦＵ（Fan Filter Unit）２１が設けられる。ＦＦＵ２１は、チャンバ２０内にダウンフローを形成する。
基板保持回転機構３０は、基板保持部３１と、支柱部３２と、回転駆動部３３とを備えている。基板保持部３１は、円盤状のベース３１ａと、ベース３１ａの外周縁部に円周方向に間隔を空けて設けられた複数の把持爪３１ｂとを有するメカニカルチャックとして構成されている。基板保持部３１は把持爪３１ｂによりウエハＷを水平に保持する。把持爪３１ｂが基板を把持しているとき、ベース３１ａの上面とウエハＷの下面との間に隙間が形成される。
支柱部３２は鉛直方向に延在する中空部材である。支柱部３２の上端はベース３１ａに連結されている。回転駆動部３３が支柱部３２を回転させることにより、基板保持部３１およびこれに保持されたウエハＷが鉛直軸線回りに回転する。
回収カップ６０は、基板保持部３１を取り囲むように配置されている。回収カップ６０は、基板保持部３１に保持されて回転するウエハＷから飛散する処理液を捕集する。回収カップ６０の底部には、排液口６１が形成されている。回収カップ６０によって捕集された処理液は、排液口６１から処理ユニット１６の外部へ排出される。回収カップ６０の底部には、排気口６２が形成されている。回収カップ６０の内部空間は排気口６２を介して吸引されている。ＦＦＵ２１から供給された気体は、回収カップ６０の内部に引き込まれた後に、排気口６２を介して、処理ユニット１６の外部へ排出される。
第１処理流体供給部４０は、基板保持部３１に保持されたウエハＷの上面（通常はデバイスが形成されたウエハＷの表面）に様々な処理流体（液体、ガス、気液混合流体等）を供給する。第１処理流体供給部４０は、ウエハＷの上面（第１面）に向けて処理流体を吐出する複数の表面ノズル４１を有する。表面ノズル４１の数は、処理ユニット１６で実行される処理を行うために必要な数だけ設けられる。図２には５つの表面ノズル４１が描かれているが、この数に限定されるものではない。
第１処理流体供給部４０は、１つ以上（図示例では２つ）のノズルアーム４２を有する。各ノズルアーム４２は、複数の表面ノズル４１のうちの少なくとも１つを担持している。各ノズルアーム４２は、担持した表面ノズル４１を、ウエハＷの回転中心の概ね真上の位置（処理位置）と、回収カップ６０の上端開口よりも外側の退避位置との間で移動させることができる。
表面ノズル４１の各々には、対応する処理流体供給機構４３から処理流体が供給される。処理流体供給機構４３は、タンク、ボンベ、工場用力等の処理流体供給源と、処理流体供給源から表面ノズル４１に処理流体を供給する供給管路と、供給管路に設けられた開閉弁、および流量制御弁等の流量調節機器と、から構成することができる。表面ノズル４１およびその近傍の供給管路内に滞留する処理流体（特に処理液）を排出するために、供給管路にドレン管路を接続することができる。このような処理流体供給機構４３は、半導体製造装置の技術分野において広く知られており、構造の図示および詳細な説明は省略する。各表面ノズル４１が退避位置にあるときにダミーディスペンスが可能となるように、処理ユニット１６には液受け（図示せず）が設けられている。
第２処理流体供給部５０は、基板保持部３１に保持されたウエハＷの下面（通常はデバイスが形成されていないウエハＷの裏面）に様々な処理流体（処理液、処理ガス等）を供給する。第２処理流体供給部５０は、ウエハＷの下面（第２面）に向けて処理流体を吐出する１つ以上の（図示例では２つの）裏面ノズル５１Ａ，５１Ｂを有する。図２に概略的に示したように、中空の支柱部３２の内部に、処理液供給管５２が鉛直方向に延びている。処理液供給管５２内に上下方向に延びる２つの流路の各々の上端開口部が、裏面ノズル５１Ａ，５１Ｂとしての役割を果たす。処理液供給管５２は、基板保持部３１および支柱部３２が回転しているときも、非回転状態を維持できるように支柱部３２内に設置されている。
裏面ノズル５１Ａ（加熱流体ノズル）には、温調用ＤＩＷ供給機構５３Ａから、ウエハＷを温調するための温調用ＤＩＷ（純水）が供給される。裏面ノズル５１Ａおよび温調用ＤＩＷ供給機構５３Ａは、加熱流体（温調用流体）の供給機構を構成する。裏面ノズル５１Ｂには、ＣＤＩＷ供給機構５３Ｂ（図２のみに示す）から、ウエハＷを冷却するための冷却用のＣＤＩＷ（常温のＤＩＷ）が供給される。裏面ノズル５１ＢおよびＣＤＩＷ供給機構５３Ｂは、冷却用流体の供給機構を構成する。ＣＤＩＷ供給機構５３Ｂは、例えば先に簡単に説明した表面ノズル４１用の処理流体供給機構４３と同様の一般的な公知の構成を有するものであってよい。
本明細書においては、加熱されたＤＩＷである「ＨＤＩＷ」と区別するために、常温（例えば２４℃）のＤＩＷを「ＣＤＩＷ」と呼ぶ。
次に、図３を参照して裏面ノズル５１Ａ用の温調用ＤＩＷ供給機構５３Ａの構成について説明する。温調用ＤＩＷ供給機構５３Ａは、複数の処理ユニット１６（１６－１，１６－２，１６－３，・・・）の各々に対して１つずつ設けられている。各温調用ＤＩＷ供給機構５３Ａの構成は互いに実質的に同一である。
基板処理システム１は、ＨＤＩＷの供給源に接続されたＨＤＩＷ幹管２３と、ＣＤＩＷの供給源に接続されたＣＤＩＷ幹管２４とを有している。幹管２３，２４は、１台の基板処理システム１に備えられた複数の処理ユニット１６の全てに、ＨＤＩＷおよびＣＤＩＷを供給する。ＨＤＩＷ幹管２３には温度センサ２５が設けられ、ＣＤＩＷ幹管２４には温度センサ２６が設けられている。
ＨＤＩＷの供給源およびＣＤＩＷの供給源は、基板処理システム１が設置される半導体装置製造工場の工場用力であることが最も一般的である。しかしながら、例えば、ＨＤＩＷの供給源が、基板処理システム１の構成要素として設けられたＨＤＩＷを貯留するタンクであってもよい。タンクには、工場用力としてのＨＤＩＷの供給源およびＣＤＩＷの供給源から、ＤＩＷが供給される。この場合、タンクに接続されるとともにポンプおよびヒータを備えた循環管路がＨＤＩＷ幹管２３に相当する。ＨＤＩＷの供給源は、工場用力としてのＨＤＩＷの供給源およびＣＤＩＷの供給源から供給されたＤＩＷを加熱して送り出すホットウオータジェネレータであってもよい。
温調用ＤＩＷ供給機構５３Ａは、ＨＤＩＷ幹管２３から分岐した主管路５３１（加熱流体ライン）を有する。主管路５３１には、上流側から順に、流量計５３２、定圧弁５３３、開閉弁５３４、第１合流点５３５、第２合流点５３６、第１分岐点５３７、開閉弁５３８および第２分岐点５３９が設けられている。主管路５３１の下流端は、処理液供給管５２内の流路を経て裏面ノズル５１Ａに接続されている。
流量計５３２および定圧弁５３３は、主管路５３１を流れるＨＤＩＷの流量を調整する流量調整部を構成する。定圧弁５３３はパイロットポート（詳細は図示せず）を有する。定圧弁５３３は、図示しない電空レギュレータからパイロットポートに供給された操作圧力（空気圧）に応じた二次側圧力が実現されるように動作する。定圧弁５３３のパイロットポートに供給される操作圧力は、流量計５３２の検出流量が所望の値（設定値）となるように制御装置（図１の制御装置４またはその下位コントローラ）よりフィードバック制御される。
温調用ＤＩＷ供給機構５３Ａは、さらに、ＣＤＩＷ幹管２４から分岐した希釈液管路５４０を有している。希釈液管路５４０は分岐点５４１において第１分岐希釈液管路５４２と第２分岐希釈液管路５４３に分岐している。第１分岐希釈液管路５４２には絞り５４４と、開閉弁５４５とが介設されている。第２分岐希釈液管路５４３には絞り５４６と、開閉弁５４７とが介設されている。図示例では、絞り５４４、５４６は逆止弁付きのオリフィス(固定絞り）として構成されている。第１分岐希釈液管路５４２および第２分岐希釈液管路５４３はそれぞれ、第１合流点５３５および第２合流点５３６において主管路５３１に接続されている。
希釈液管路５４０の分岐点５４１よりも上流側には、流量計５４８および定圧弁５４９が設けられている。流量計５４８および定圧弁５４９は、流量計５３２および定圧弁５３３と同様の構成および作用を有する。
第１分岐点５３７において、主管路５３１から第１ドレンライン５５０が分岐している。第１ドレンライン５５０には、上流側から順に、開閉弁５５１、温度センサ５５２および絞り５５３（図示例では逆止弁付きのオリフィス（固定絞り））が設けられている。
第２分岐点５３９において、主管路５３１から第２ドレンライン５５４が分岐している。第２ドレンライン５５４には、上流側から順に、開閉弁５５５および絞り５５６（図示例では逆止弁付きのオリフィス（固定絞り））が設けられている。
主管路５３１の第２分岐点５３９より下流側には、温度センサ５５７が設けられている。
ＨＤＩＷの供給源およびＣＤＩＷの供給源が工場用力である場合、ＨＤＩＷ幹管２３を流れるＨＤＩＷの温度は例えば７０℃であり、ＣＤＩＷ幹管２４を流れるＣＤＩＷの温度は例えば２４℃である。この温度は、外気温、クリーンルーム内温度の変動等の要因により多少変動するので、温度センサ２５，２６によって監視されている。
後述するように、ウエハＷの温度調節を主たる目的として、裏面ノズル５１ＡからウエハＷの裏面に温調用ＨＤＩＷが供給される。温調用ＤＩＷ供給機構５３Ａは、ＨＤＩＷのみ、あるいはＨＤＩＷとＣＤＩＷとの混合液を、裏面ノズル５１ＡからウエハＷの裏面に供給することができる。裏面ノズル５１ＡからウエハＷに供給されるＤＩＷの温度は、ＨＤＩＷとＣＤＩＷとの混合比（主管路５３１に流入するＨＤＩＷの流量と希釈液管路５４０（５４２，５４３）を介して主管路５３１に流入するＣＤＩＷの流量との比率）を変化させることにより調節することができる。
一例として、裏面ノズル５１ＡからウエハＷの裏面に供給されるべきＤＩＷの流量が１５００ｍｌ／min、温度が６５℃であるとする。この場合、７０℃のＨＤＩＷの流量を１３４０ｍｌ／min、２４℃のＣＤＩＷの流量を１６０ｍｌ／min とすべきことが、計算により容易に求めることができる。
制御装置４は、上記の計算を行う。そして制御装置４は、計算により得られたＨＤＩＷ流量を、流量計５３２、定圧弁５３３および図示しない電空レギュレータからなるＨＤＩＷ流量フィードバック制御系に設定値（目標値）ＳＶとして与える。また同様に、制御装置４は、計算により得られたＣＤＩＷ流量を、流量計５４８、定圧弁５４９および図示しない電空レギュレータからなるＣＤＩＷ流量フィードバック制御系に設定値（目標値）ＳＶとして与えるとともに、開放すべき分岐希釈液管路（５４２または５４３）の開閉弁（５４５または５４７）を指定する信号も出力する。
なお、上記のＨＤＩＷ流量フィードバック制御系およびＣＤＩＷ流量フィードバック制御系において、流量計５３２，５４８による検出流量が測定値ＰＶであり、電空レギュレータから定圧弁５３３，５４９に与えられる操作圧力が操作量ＭＶである。制御装置４は、設定値ＳＶに対する測定値ＰＶの偏差に応じて、操作量ＭＶを調節する。
混合比のレンジ（最大値／最小値の比）を拡大するために、第１分岐希釈液管路５４２（第１低温流体ライン）の絞り５４４の開口面積は、第２分岐希釈液管路５４３（第２低温流体ライン）の絞り５４６の開口面積よりも大幅に大きく設定されている。従って、第１分岐希釈液管路５４２の開閉弁５４５および第２分岐希釈液管路５４３の開閉弁５４７のいずれか一方を選択的に開くことにより、定圧弁５４９単体で実現することができる流量レンジ（最大流量／最小流量の比）より大幅に広い流量レンジを実現し、かつ、高精度で流量調節を行うことができる。
分岐希釈液管路（５４２，５４３，・・・）の数は図示した２つに限定されるものではなく、３つ以上であってもよい。この場合、各分岐希釈液管路は主管路５３１に並列に接続され、各分岐希釈液管路には開閉弁（５４５，５４７，・・・）および絞り（５４４，５４６，・・・）が設けられる。混合比のレンジを拡大する観点からは絞りの開口面積は互いに異なることが好ましい。
第１ドレンライン５５０は、温度が安定する迄の間、ＤＩＷをウエハＷに供給せずに廃棄するための操作（「捨て打ち」または「ダミーディスペンス」とも呼ぶ）に用いられる。
第２ドレンライン５５４は、裏面ノズル５１Ａ、裏面ノズル５１Ａに連通する処理液供給管５２内の流路、およびその近傍の管路に残留するＤＩＷを廃棄するために用いられる。これにより、裏面ノズル５１Ａからの温調用ＤＩＷの吐出を開始した直後に、温度制御されていないＤＩＷが吐出されることを防止することができる。
温調用ＤＩＷ供給機構５３Ａは、裏面ノズル５１ＡからＣＤＩＷ（ＨＤＩＷに混合されていないＣＤＩＷ）を単独で吐出するように動作させることも可能である。この場合、裏面ノズル５１ＢおよびＣＤＩＷ供給機構５３Ｂを省略することも可能である。但し、このようにすると、裏面ノズル５１およびこれに接続される管路の温度が不安定になるため、裏面ノズル５１ＢおよびＣＤＩＷ供給機構５３Ｂを、裏面ノズル５１Ａおよび温調用ＤＩＷ供給機構５３Ａと別に設けた方が好ましい。
次に、処理ユニット１６内でウエハＷに対して実行される液処理について図３～図８を参照して説明する。ウエハＷは、処理対象面である表面が上面となるように、基板保持回転機構３０により水平姿勢で保持され、鉛直軸線回りに回転させられる。ウエハＷの回転は、一連の工程が終了するまで継続する。
なお、以下の液処理の説明において、特に説明が無い場合には、表面ノズル４１からウエハＷの表面に供給される処理液の着液点は、ウエハＷの回転中心あるいはその付近である。表面ノズル４１からウエハＷの表面に供給される処理液の着液点がウエハ周縁部になる場合、表面ノズル４１をスキャンさせる場合にはその都度その旨を記述するものとする。
［ウエハ昇温工程］
まず、ウエハＷを液処理に適した温度まで昇温させるウエハ昇温工程（基板昇温工程）が実施される。ウエハ昇温工程は、後述する本処理工程（薬液処理工程）で用いられる薬液とは異なる温調用の流体（加熱された流体）をウエハＷの裏面に供給することにより行われる。温調用の流体は、裏面ノズル５１Ａおよび温調用ＤＩＷ供給機構５３Ａなどから構成された温調流体供給部（加熱流体供給部）により供給される。
温調用の流体は廉価かつ熱容量が大きいことが好ましく、最も好適な温調用流体は水である。しかしながら、温調用の流体は水（ＤＩＷ）以外の流体、例えばガス（具体的には例えば加熱された窒素ガス）であってもよい。
ウエハ昇温工程に先立ち、開閉弁５３８が閉じられた状態で開閉弁５５５が開かれ、第２ドレンライン５５４を介して、分岐点５３９から裏面ノズル５１Ａまでの間に残留しているＤＩＷが廃棄される。
一方、開閉弁５５１が開かれた状態で、開閉弁５３４が開かれ、制御された流量でＨＤＩＷが主管路５３１に流入し、また、開閉弁５４５または開閉弁５４７が開かれ、制御された流量でＣＤＩＷが合流点５３５または５３６を介して主管路５３１に流入する。このとき、先に説明したように、制御装置４により計算されたＨＤＩＷ流量が初期設定値としてＨＤＩＷ流量フィードバック制御系に与えられ、制御装置４により計算されたＣＤＩＷ流量が初期設定値としてＣＤＩＷ流量フィードバック制御系に与えられる。
主管路５３１内でＨＤＩＷとＣＤＩＷとが混合され、温調用ＤＩＷが生成される。混合を促進するため、第２合流点５３６と第１分岐点５３７との間にインラインミキサー等の混合促進デバイスを設けてもよい。
温調用ＤＩＷの生成開始直後は、流量、温度ともに不安定な傾向がある。温度の不安定さは、ＨＤＩＷが流れる前の管路（特に主管路５３１）が冷えていることに主に起因する。このため、開閉弁５３８が閉じられた状態で開閉弁５５１が開かれ、第１ドレンライン５５０を介して、生成開始直後の温調用ＤＩＷが廃棄される（ダミーディスペンス）。第１ドレンライン５５０を流れる温調用ＤＩＷの温度は、温度センサ５５２により監視される。
開閉弁５５１が開かれてから予め定められた時間が経過して温度が安定したら、制御装置４は、温度センサ５５２の検出値に基づいて、温度センサ５５２の検出値が目標温度となるようにＨＤＩＷ流量の（初期）設定値（ＳＶ）およびＣＤＩＷ流量の（初期）設定値（ＳＶ）を補正してもよい。つまり、温度センサ５５２の検出値が目標値まで上昇しない場合には、例えば、ＨＤＩＷ流量の設定値（ＳＶ）を増加させるとともにＣＤＩＷ流量の設定値（ＳＶ）を減少させる補正をして、ＨＤＩＷ流量およびＣＤＩＷ流量のフィードバック制御を継続することができる。
温度センサ５５２の検出温度が目標値で安定したら、開閉弁５５１が閉じられるとともに開閉弁５３８が開かれる。開閉弁５５５は、第２ドレンライン５５４を介した残留ＤＩＷの排出が終了したら直ちに閉じてもよいし、開閉弁５５１が閉じると同時に閉じてもよい。これにより裏面ノズル５１Ａから所定の流量で所定の温度の温調用ＤＩＷがウエハＷの裏面の中央部（ウエハの回転中心またはその近傍）に向けて吐出される。裏面ノズル５１Ａからの温調用ＤＩＷの吐出流量は例えば１５００ｍｌ／minとすることができる。
ウエハ昇温工程においてＨＤＩＷにＣＤＩＷが混合されないで裏面ノズル５１Ａから供給される場合には、まず、開閉弁５４５，５４７，５３８を閉じた状態で、開閉弁５５１が開かれる。また、開閉弁５５５を開いて、分岐点５３９より下流側に滞留している液を予め排出しておく。するとＨＤＩＷ幹管２３から主管路５３１に流入したＨＤＩＷは第１ドレンライン５５０に流入する。このとき、第１ドレンライン５５０を流れるＨＤＩＷ（温調用ＤＩＷ）の温度を、温度センサ５５２により監視する。温度センサ５５２の検出値が上昇して安定したら、開閉弁５５１，５５５を閉じ、開閉弁５３８が開かれる。これにより、裏面ノズル５１ＡからＨＤＩＷの吐出が開始される。この時点では、主管路５３１の分岐点５３７よりも上流側の部分は十分に暖められているため、裏面ノズル５１Ａから吐出されるＨＤＩＷの温度は、吐出開始後に比較的短時間で安定する。
裏面ノズル５１Ａから温調用ＤＩＷが吐出される前に、ウエハＷは回転を開始している。図４Ａに示すように、ウエハＷの裏面中央部に供給された温調用ＤＩＷは、遠心力によりウエハＷの周縁部に向かって流れ、ウエハＷの外方に離脱する。このとき、ウエハＷの裏面が温調用ＤＩＷの液膜に覆われる。ウエハＷは、温調用ＤＩＷにより加熱されることにより昇温する。
ウエハ昇温工程におけるウエハＷの回転数は、ウエハＷの裏面中央部に供給された温調用ＤＩＷがウエハＷの裏面内を均一に覆うことが保証されるような回転数、例えば２００ｒｐｍ以上の適当な回転数とすることができる。なお、ウエハＷの回転数を高くしすぎると、ウエハＷの外方に飛散した温調用ＤＩＷが回収カップ６０に激しく衝突し、多量のＤＩＷのミストがウエハＷの周囲に漂うこととなり、好ましくない。また、ウエハＷの回転数を高くしすぎると、周速の高いウエハ周縁部が冷えやすくなり、ウエハ温度の面内均一性が損なわれるため、好ましくない。上記のことを考慮して、ウエハ昇温工程におけるウエハＷの回転数を設定することが好ましい。
なお、ウエハ昇温工程の開始後、ウエハ降温工程の開始前までの間ずっと裏面ノズル５１Ａから温調用ＤＩＷが吐出される。裏面ノズル５１Ａから吐出される温調用ＤＩＷの温度を、温度センサ５５７により監視することができる。温度センサ５５７の検出結果に基づいて、前述したようなＨＤＩＷ流量の設定値（ＳＶ）およびＣＤＩＷ流量の設定値（ＳＶ）の補正を行うことができる。この補正は、後述するように裏面ノズル５１Ａから吐出される温調用ＤＩＷの温度を７０℃から５２℃に低下させるときにも用いることができる。
ウエハ昇温工程においては、図４Ｂおよび図４Ｃに示すように、ウエハＷの表面にも温調用ＤＩＷを供給してもよい。この場合、温調用ＤＩＷをウエハＷの表面に供給する前にダミーディスペンスを行い、温調用ＤＩＷ供給用の表面ノズル４１およびこれに接続された管路を十分に暖めておくことが好ましい。
図４Ｂでは、ウエハＷの表面の中央部のみに、温調用ＤＩＷ供給用の表面ノズル４１（以下、簡便のため、「表面温調ノズル４１Ａ」とも呼ぶ）から比較的大流量で温調用ＤＩＷが供給される。ウエハ表面中央部に供給された温調用ＤＩＷは、遠心力によりウエハＷの周縁部に向かって流れ、ウエハＷの外方に離脱（飛散）する。このとき、ウエハＷの表面の全域が温調用ＤＩＷの液膜に覆われる。ウエハＷは、表面に供給された温調用ＤＩＷによっても加熱されて昇温する。これにより、図４Ａの場合よりも、ウエハＷを迅速に昇温させることができる。
図４Ｃでは、ウエハＷの表面周縁部のみに、表面温調ノズル４１Ａから比較的小流量で温調用ＤＩＷが供給される。このとき、例えば、表面温調ノズル４１Ａを半径方向に往復運動させ、温調用ＤＩＷのウエハＷの表面上への着液点の半径方向位置を繰り返し変化させてもよい。このとき、ウエハＷの表面では、周縁部のリング状の領域のみが温調用ＤＩＷの液膜に覆われる。図４Ｃの場合には、冷えやすい傾向にあるウエハＷの周縁部を局所的に加熱するため、ウエハ面内の温度の均一性をより高めることができる。表面温調ノズル４１Ａを往復運動させることに代えて、表面温調ノズル４１Ａを同じ位置（例えば図４Ｃに示された位置）に固定した状態で温調用ＤＩＷを吐出させてもよい。
ウエハ昇温工程においては、図４Ａ，図４Ｂ，図４Ｃのいずれの手順を採用する場合においても、後述の本処理工程におけるウエハ温度（「本処理時ウエハ温度」とも呼ぶ。これは例えば５０℃である。）よりも高い温度（例えば７０℃）までウエハＷを昇温することが好ましい。本処理時ウエハ温度より高い第１温度に一旦昇温させた後に降温させた方が、ウエハＷの温度が本処理時ウエハ温度に安定するまでに必要とされる時間を短縮することができることが実際の試験運転によっても確認されている。
［液膜形成工程および本処理工程］
次いで、ウエハＷの表面全域にプリウエット液の液膜を形成する液膜形成工程と、ウエハＷの表面を薬液で処理する本処理工程（薬液処理工程）が行われる。プリウエット液は、後述の本処理工程で用いる薬液と同じ薬液であってもよいし、後述の本処理工程で用いる薬液で置換容易な他の液体（例えばＤＩＷ、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）等）であってもよい。
図４Ａ，図４Ｂまたは図４Ｃのウエハ昇温工程が終了した後も、引き続き裏面ノズル５１Ａから温調用ＤＩＷがウエハＷの裏面に吐出され続ける。但し、裏面ノズル５１Ａから吐出される温調用ＤＩＷの温度は、ＣＤＩＷの混合比を調節することにより本処理時ウエハ温度とほぼ等しい温度（例えば５２℃）に低下させる。これにより、ウエハＷの温度は、本処理時ウエハ温度に向けて低下してゆく。
ウエハ昇温工程において、図４Ａに示すようにウエハＷの表面に温調用ＤＩＷを供給していない場合には、薬液供給用の表面ノズル４１（以下、簡便のため「表面薬液ノズル４１Ｂ」とも呼ぶ。）から、プリウエット液として、本処理工程で用いる薬液と同じ常温の薬液が供給される（図５Ａを参照）。常温の薬液は、ウエハＷを第１回転数で回転させつつ、表面薬液ノズル４１ＢからウエハＷの表面の中央部（ウエハの回転中心またはその近傍）に第１吐出流量で供給される。
このとき、薬液を速やかにウエハＷの表面全域に広げるため、上記第１回転数は、比較的高く（例えば８００ｒｐｍ程度）することが好ましい。また、上記第１吐出流量は比較的大きく（例えば１０００ｍｌ／min程度）してもよい。第１吐出流量を比較的大きくすることにより、ウエハＷの回転数を比較的高めにしても、ウエハＷの表面の全域を確実に薬液の液膜で覆うことができる。また、第１吐出流量を比較的大きくすることにより、液膜形成工程開始時に比較的高温（例えば７０℃程度）となっているウエハＷの表面に供給された薬液が蒸発して乾燥領域が生じることを確実に防止することができる。
なお、均一な液膜が形成し難い条件の場合には、フィンガリングの防止のため、特に、上記第１回転数および上記第１吐出流量を大きめに設定することが好ましい。具体的には例えば、ウエハＷに対する濡れ性が低い薬液、あるいは、高粘性の薬液が用いられる場合などが考えられる。
ウエハ昇温工程において、図４Ｂまたは図４Ｃに示すようにウエハ表面にも表面温調ノズル４１Ａから温調用ＤＩＷを供給していた場合には、表面温調ノズル４１Ａから温調用ＤＩＷの吐出を停止する。そして、表面薬液ノズル４１Ｂから、プリウエット液として、本処理工程で用いる薬液と同じ常温の薬液がウエハＷの表面の中央部に供給することにより液膜形成工程を実行する。この場合も図５Ａに示した状態となる。
図４Ｂまたは図４Ｃの状態から液膜形成工程に移行する場合には、ウエハＷの表面に形成された凹凸パターンの倒壊防止のため、パターン凹部内から温調用ＤＩＷが離脱する前に、薬液をウエハＷの表面に供給することが好ましい。
このとき、先に供給される第１処理液（ここでは温調用ＤＩＷ）と後から供給される第２処理液（ここでは薬液）とを以下のようにして切り替えることが好ましい。まず、第１表面ノズル４１（ここでは表面温調ノズル４１Ａ）から第１処理液がウエハＷの表面の回転中心に着液している状態から出発する。この状態から、第１表面ノズル４１に近接した位置にある第２表面ノズル４１（ここでは表面薬液ノズル４１Ｂ）から吐出させた第２処理液を、ウエハＷの表面の回転中心からやや離れた位置に着液させる。その後、第１処理液の着液点がウエハの回転中心から離れてゆくように、かつ、第２処理液の着液点がウエハの回転中心に近づくように、第１および第２表面ノズル４１を連動させて移動させる。第２処理液の着液点がウエハの回転中心に到達したら、第１表面ノズル４１からの第１処理液の吐出を停止させる。この場合、ウエハ表面への第１処理液の供給期間の終期と、薬液供給期間の始期とがオーバーラップすることになる。以下、本明細書において、簡便のため、この処理液の切り替え方式を「オーバーラップ（重複）切替方式」とも呼ぶ。
このオーバーラップ切替方式は、共通のノズルアーム（４２）に担持された第１表面ノズル（４１）と第２表面ノズル（４１）とを上記の関係が成立するように移動させながら実行してもよい。これに代えて、第１ノズルアーム（４２）に担持された第１表面ノズル４１と、第１ノズルアーム（４２）とは異なる第２ノズルアーム（４２）に担持された第２表面ノズル（４１）とを上記の関係が成立するように移動させながら実行してもよい。
先に供給される第１処理液（ここでは温調用ＤＩＷ）と後に供給される第２処理液（ここでは薬液）とを同じ表面ノズル４１から吐出する構成を採用しても問題がなければ、以下のようにして処理液の切り替えを行うことができる。すなわち、１つの表面ノズル４１に第１処理液の供給機構と第２処理液の供給機構とを並列に接続する。そして、第１処理液の供給機構から表面ノズル４１への第１処理液の供給を停止するとほぼ同時に第２処理液の供給機構から表面ノズル４１への第２処理液の供給を開始する。こうすることにより、処理液のウエハＷの表面への供給が途絶えることなく、処理液の切り替えを行うことができる。別々の２つの表面ノズル（第１表面ノズル４１及び第２表面ノズル４１）を用い、第１表面ノズル４１からの第１処理液の吐出を停止した後に直ちに第２表面ノズル４１からの第２処理液の吐出を開始してもよい。なお、以下、本明細書において、簡便のため、この処理液の切り替え方式を「順次切替方式」とも呼ぶ。
液膜形成工程において、裏面ノズル５１ＡからウエハＷの裏面に本処理時ウエハ温度とほぼ等しい温度の温調用ＤＩＷを供給することと、表面ノズル４１からウエハＷの表面に常温の薬液を供給することにより、ウエハＷは冷却され、ウエハＷの温度は本処理時ウエハ温度まで低下してゆく。
なお、液膜形成工程および本処理工程において、表面薬液ノズル４１ＢからウエハＷの表面に常温の薬液（例えば２５℃）が継続的に供給されるため、裏面ノズル５１ＡからウエハＷの裏面に供給される温調用ＤＩＷの温度は、本処理時ウエハ温度（例えば５０℃）よりやや高い温度（例えば５２℃～５５℃）に設定される。そうすることにより、ウエハＷの温度（ウエハ表面と薬液との界面の温度）を本処理時ウエハ温度に維持することができる。本処理工程においてウエハＷの裏面に供給される温調用ＤＩＷの温度は、本処理工程においてウエハＷの表面に供給される薬液の温度、薬液の流量、薬液の比熱、ウエハＷの回転数、チャンバ２０内の温度、チャンバ２０内のダウンフローの流量等、ウエハＷの温度に影響を与えうる要因を考慮して決定することができる。
液膜形成工程は、ウエハＷの表面全域に薬液の液膜を均一に形成するだけでなく、ウエハＷの温度を本処理時ウエハ温度まで下降させて安定させる工程であるので、「安定化工程」と見なすこともできる。この安定化工程では、チャンバ２０内の雰囲気を、本処理工程で必要とされる雰囲気に調整してもよい。例えば、ＦＦＵ２１から窒素ガスをチャンバ２０内に供給することにより、チャンバ２０内の雰囲気を低酸素濃度かつ低湿度にしてもよい。安定化工程では、ウエハＷの回転数を上記第１回転数から本処理工程でのウエハＷの回転数である第２回転数あるいは第２回転数より高く第１回転数より低い適当な回転数まで低下させていってもよい。
ウエハＷの温度が本処理時ウエハ温度で安定したら、本処理工程に移行する。本処理工程への移行にあたっては、ウエハＷの回転数を上記第２回転数とした状態で、引き続き裏面ノズル５１Ａから温調用ＤＩＷ（これは例えば５２℃である）を吐出させ、かつ、引き続き表面薬液ノズル４１ＢからウエハＷの表面に常温（例えば２５℃）の薬液を吐出させる（図６を参照）。
ウエハＷの回転数を低くする（第２回転数とする）ことにより、ウエハＷの周縁部が冷えやすくなる傾向が緩和される。これにより、ウエハ面内における処理結果の均一性を向上させることができる。また、ウエハＷの回転数を低くすることにより、表面薬液ノズル４１Ｂから吐出される薬液の吐出流量を減少させても、液膜を維持することが可能となる。
本処理工程において表面薬液ノズル４１Ｂから吐出される薬液の流量である第２吐出流量は、液膜形成工程において表面薬液ノズル４１から吐出される薬液の流量である第１吐出流量よりも小さいことが好ましい。これにより、薬液の消費量を減少させることができる。特に高価な薬液が用いられる場合、薬液の消費量を減少させることは、処理コストを低減する上で有益である。なお、第２吐出流量が小さくても、ウエハＷと薬液との間の適切な反応が保証される温度にウエハＷを維持することができる。
表面薬液ノズル４１Ｂとして大流量用の表面薬液ノズルおよび小流量用の表面薬液ノズルを設けてもよい。あるいは、単一の表面薬液ノズル４１Ｂに選択的に切り替え可能な大流量用の薬液供給ラインおよび小流量用の薬液供給ラインを接続してもよい。こうすることにより、表面薬液ノズル４１Ｂから吐出される薬液の流量を第１吐出流量から第２吐出流量に迅速に切り替えることができる。
上記第２回転数でウエハＷを回転させるとともに上記第２吐出流量で薬液を供給することを所定時間（例えば３０秒程度）継続することにより、本処理工程が完了する。なお、本処理工程においては、ウエハＷの表面自体が十分に加熱されているため、ウエハＷの表面と薬液との界面の温度は十分に高い。このため、ウエハＷの表面と薬液との間の反応は十分に進行する。
一実施形態において、液膜形成工程の所用時間は本処理工程の所要時間より十分に短く、例えば５秒以下であり、具体的には例えば２～３秒程度である。従って、液膜形成工程における単位時間当たりの薬液の吐出流量（第１吐出流量）が本処理工程における単位時間当たりの薬液の吐出流量（第２吐出流量）よりも大きくても、薬液の使用総量に大きな影響は無い。
本処理工程において、表面薬液ノズル４１Ｂを常時ウエハＷの中心部の真上に位置させ、薬液が常時ウエハＷの中心部に着液するようにしてもよい（表面ノズル固定）。これに代えて、表面薬液ノズル４１Ｂを移動させることにより、ウエハＷの表面上への薬液の着液点を移動させながら、本処理工程を実施してもよい（表面ノズルスキャン）。本処理工程における表面薬液ノズル４１Ｂからの薬液の吐出流量（第２吐出流量）を小さくした場合には、ウエハＷの表面に乾燥領域が生じないように、表面薬液ノズル４１Ｂのスキャン条件（スキャン幅、スキャン速度、スキャン範囲）を決定することが望ましい。
本処理工程において表面ノズルスキャンが行われる場合には、液膜形成工程（安定化工程）において本処理工程と同様の条件で表面ノズルスキャンを行ってもよい。
液膜形成工程および本処理工程において、常温で薬液が供給されるため、予め薬液を加熱しておく必要がない。薬液を長時間加熱したままの状態にすると、薬液の蒸発、変質等の薬液の消耗が生じる可能性がある。常温では薬液の消耗が生じないか、消耗が生じたとしても、加熱した場合と比較すると消耗の度合いは大幅に低い。このことは高価な薬液を使用する場合には、処理コスト低減の観点から特に有利である。また、加熱されることにより可燃性あるいは人体に有害な蒸気（ガス）を発生する薬液もある。このような薬液を用いる場合には、薬液を加熱しないことにより安全確保のためにかかるコストを低減することができる。
加熱された薬液を予め準備しておくためには、薬液貯留タンク、薬液貯留タンクに接続された循環管路、および循環管路に設けられたポンプ、ヒータ等の機器類を備えた加熱薬液供給系が必要となる。これに対して、常温の薬液を供給するための薬液供給系は加熱薬液供給系と比較して必要とされる構成部品が少なく、このことは基板処理装置のコストの低減に寄与する。
なお、薬液の供給温度は常温に限定されるものではなく、薬液の消耗が問題とならない程度の温度であれば常温より高い温度であってもよい。
本実施形態に係る技術が最も効果を発揮する工程の一つとして、半導体製造工程のＢＥＯＬ工程に含まれる有機薬液処理工程が例示される。この有機薬液処理工程では、高価な有機系薬液が加熱した状態でウエハに供給される。近年のパターンの微細化に伴い有機系薬液に求められる清浄度が高まっており、一旦ウエハに供給した有機系薬液を回収して再利用することができなくなってきている。このため、有機系薬液を使い捨てにすることが必要となっている。そして、処理コストの低減のために、ウエハ１枚を処理するために必要な薬液の量の削減が求められている。本実施形態では、ウエハの裏面を温調用ＤＩＷで加熱しながら薬液処理工程（本処理工程）を行っているので、ウエハの昇温およびウエハ温度の面内均一性を確保するために、加熱された有機薬液を大流量で供給する必要が無い。なお、ウエハの裏面を温調用ＤＩＷで加熱していない従来技術では、加熱された有機薬液を大流量（例えば１５００ｍｌ／min程度）で供給している。これにより、薬液とウエハとの反応に必要な温度にウエハ全体を速やかに加熱するとともに、ウエハの周縁部の温度が低下する傾向を緩和している。ＢＥＯＬ工程に含まれる有機薬液処理工程の場合、本実施形態によれば、有機薬液の吐出流量は、有機薬液を用いて液膜形成工程を実行する場合でも例えば１５０ｍｌ／min程度であり、薬液処理工程（本処理工程）ではそれと同等かそれよりもさらに少ない。つまり、本実施形態によれば、有機薬液の使用量を従来技術の１／１０程度に削減することができる。また、本実施形態では、薬液とウエハとの反応に必要な温度の維持はウエハＷの裏面を温調用ＤＩＷで加熱することにより行っているため、上述したように有機薬液を予め加熱しておく必要が無い。このため、高価な有機薬液の消耗を抑制することができ、ひいては有機薬液の使用量を削減することができる。
なお、表面薬液ノズル４１Ｂおよびこれに接続された薬液供給機構（処理流体供給機構）４３により薬液供給部が構成される。
［液膜形成工程および本処理工程の変形実施形態］
図４Ｂまたは図４Ｃのウエハ昇温工程を採用した場合であってかつ、温調用ＤＩＷが薬液により容易に置換されるものである場合（例えばＤＩＷと薬液とが相溶性がある場合）、ウエハ昇温工程においてウエハＷの表面に供給された温調用ＤＩＷをプリウエット液として用いることができる。裏面ノズル５１ＡからウエハＷの裏面に供給される温調用ＤＩＷの吐出流量および温度の推移は、先に説明した図４Ａのウエハ昇温工程を採用した場合と同じでよい。
図４Ｂのウエハ昇温工程を採用した場合には、ウエハ昇温工程の終了後、表面温調ノズル４１ＡをウエハＷの中心部の真上に位置させ続けたまま、表面温調ノズル４１Ａから吐出される温調用ＤＩＷの温度を、ウエハ昇温工程における第１温度（例えば７０℃）からこれより低い第２温度（例えば５２℃）に低下させる（図５Ｂを参照）。これにより、ウエハＷの温度が本処理時ウエハ温度（例えば５０℃）に近づくように低下してゆく。
図４Ｃのウエハ昇温工程を採用した場合には、ウエハ昇温工程の終了後、表面温調ノズル４１ＡをウエハＷの中心部の真上に移動させ、表面温調ノズル４１Ａから吐出される温調用ＤＩＷの温度を、第２温度（例えば５２℃）に低下させればよい（図５Ｃを参照）。
上述したいずれの場合においても、温調用ＤＩＷがプリウエット液として用いられる。つまりこの場合、ウエハ昇温工程が液膜形成工程を兼ねているものと見なすことができ、表面温調ノズル４１Ａから第２温度（例えば５２℃）で温調用ＤＩＷを吐出する工程を安定化工程と見なすこともできる。
表面温調ノズル４１Ａに温調用ＤＩＷを供給する処理流体供給機構４３は、裏面ノズル５１Ａに温調用ＤＩＷを供給する温調用ＤＩＷ供給機構５３Ａと同一の構成（つまり、ＨＤＩＷとＣＤＩＷとの混合比を調整することにより温度を調節する構成）とすることができる。
ウエハＷの温度が本処理時ウエハ温度で安定したら、表面温調ノズル４１Ａからの温調用ＤＩＷの吐出を停止し、表面薬液ノズル４１Ｂからの薬液の吐出を開始し、本処理工程を開始する（図６を参照）。この場合、前述したオーバーラップ切替方式を用いて、供給される処理液を温調用ＤＩＷから薬液へと切り替えてもよい。順次切替方式を用いて供給される処理液を温調用ＤＩＷから薬液へと切り替えてもよい。
ウエハＷの温度が本処理時ウエハ温度で安定するやや前の時点に、表面温調ノズル４１Ａからの温調用ＤＩＷの吐出を停止し、表面薬液ノズル４１Ｂからの薬液の吐出を開始してもよい。
本処理工程において、表面薬液ノズル４１Ｂから吐出された薬液の着液点は、ウエハ表面の回転中心またはその近傍とすることができる。本処理工程中において、表面薬液ノズル４１Ｂをスキャン動作させることにより、薬液の着液点を移動させてもよい。
上述した変形実施形態においても、本処理工程におけるウエハＷの回転数（第２回転数）を液膜形成工程におけるウエハＷの回転数（第１回転数）より小さくすることが好ましい。これによりウエハＷの周縁部が冷えやすくなる傾向を軽減することができる。
上述した変形実施形態においても、本処理工程における表面薬液ノズル４１Ｂからの薬液の吐出流量は前述した実施形態における第２吐出流量と同じでよい。
表面薬液ノズル４１Ｂから所定時間の間薬液をウエハＷの表面に供給することにより本処理工程が完了する。
［ウエハ降温工程（基板降温工程）］
ウエハ降温工程は、本処理工程（薬液処理工程）で用いられる薬液とは異なる温調用（冷却用）の流体をウエハＷの裏面に供給することにより行われる。温調用の流体は廉価かつ熱容量が大きいことが好ましく、最も好適な温調用流体はＣＤＩＷである。
ウエハ降温工程は以下のように実行される。本処理工程が完了した後、裏面ノズル５１Ａからの温調用ＤＩＷの吐出を停止し、裏面ノズル５１ＢからＣＤＩＷをウエハＷの裏面に吐出する。これにより、ウエハＷの温度が低下し、ウエハＷ表面の除去対象物（あるいは反応対象物）と薬液との間の反応速度が低下する。裏面ノズル５１ＢからのＣＤＩＷの吐出はリンス工程が終了するまで継続する。
［リンス工程］
裏面ノズル５１ＢからのＣＤＩＷの吐出と並行して、ウエハＷの表面にはリンス液供給用の表面ノズル４１からリンス液が供給され、ウエハ表面にリンス工程が施される（図７参照）。なお、ウエハＷの温度が十分に低下していれば、裏面ノズル５１ＢからのＣＤＩＷの吐出を停止してもよい。
リンス液としてＤＩＷを使用することができない場合、例えばＩＰＡ等の有機溶剤をリンス液として用いる場合には、以下の手順によりリンス工程を行うことができる。
＜ＩＰＡリンスの第１の手順＞
第１の手順では、表面薬液ノズル４１Ｂからの薬液の供給を停止し、予め定められた時間（例えば数秒）振り切りによりウエハＷの表面から薬液を除去し、その後に、ＩＰＡ供給用の表面ノズル４１（以下、簡便のため「表面ＩＰＡノズル４１Ｃ」とも呼ぶ。）からＩＰＡの吐出を開始する。そして、表面ＩＰＡノズル４１Ｃから予め定められた時間だけＩＰＡをウエハＷに供給することにより、ウエハＷの表面のリンス処理を行う。
＜ＩＰＡリンスの第２の手順＞
第２の手順では、前述したオーバーラップ切替方式を用いて、表面薬液ノズル４１Ｂから薬液を吐出している状態から、表面ＩＰＡノズル４１ＣからＩＰＡを吐出している状態に切り替える。そして、表面ＩＰＡノズル４１Ｃから予め定められた時間だけＩＰＡをウエハＷに供給することにより、ウエハＷの表面のリンス処理を行う。
［乾燥工程］
上記第１の手順または第２の手順によるＩＰＡリンスを実行した後、乾燥処理工程を行う。この乾燥処理は、乾燥用ガス例えば窒素ガス等の低酸素濃度かつ低湿度のガスをウエハＷの表面に供給しながら、例えば、表面ＩＰＡノズル４１Ｃから吐出されるＩＰＡのウエハ表面上への着液点を、ウエハＷの中心部から周縁部に移動させることにより行うことができる（図８参照）。乾燥用ガスは、乾燥用ガス供給用の表面ノズル４１（以下、簡便のため「表面ガスノズル４１Ｄ」とも呼ぶ。）から吐出することができ、この場合、ウエハ表面への乾燥用ガスの吹きつけ位置が、表面ＩＰＡノズル４１ＣからのＩＰＡのウエハ表面上への着液点よりもやや半径方向内側に維持されるように、表面ＩＰＡノズル４１Ｃと表面ガスノズル４１Ｄとを関連付けて移動させることが好ましい。
乾燥工程は、上述したものに限定されるものではなく、上記の（ＩＰＡリンスの）第１の手順および第２の手順を行った後、単に表面ＩＰＡノズル４１ＣからのＩＰＡの吐出を停止し、振り切り乾燥によりウエハＷを乾燥させることも可能である。
リンス液としてＤＩＷを使用する場合には、ウエハＷの表面にＣＤＩＷを供給するための表面ノズル４１（以下、簡便のため「表面リンスノズル４１Ｅ」とも呼ぶ。）を用いて、以下の手順によりリンス工程を行うことができる。
乾燥工程時には、裏面ノズル５１ＢからのＣＤＩＷの吐出を停止してもよい。また、乾燥を促進するために裏面ノズル５１ＡからＨＤＩＷを吐出してもよい。
＜ＤＩＷリンスの手順＞
表面薬液ノズル４１Ｂおよび表面リンスノズル４１Ｅを用いて、前述したオーバーラップ切替方式により、ウエハＷの表面に薬液が供給されている状態から常温のＤＩＷ（ＣＤＩＷ）が供給されている状態に切り替える。表面リンスノズル４１ＥからＣＤＩＷを予め定められた時間だけ供給することにより（図７参照）、ＤＩＷリンスが完了する。
その後、表面リンスノズル４１Ｅおよび表面ＩＰＡノズル４１Ｃを用いて、前述したオーバーラップ切替方式によりウエハＷの表面にＣＤＩＷが供給されている状態からＩＰＡが供給されている状態に切り替える。表面ＩＰＡノズル４１ＣからＩＰＡを予め定められた時間だけ供給することにより、ウエハＷの表面上にあるＣＤＩＷがＩＰＡに置換される。
その後、前述した乾燥工程と同様の乾燥工程が行われる。
なお、リンス液としてＤＩＷを使用することができない場合、薬液処理工程の後のウエハＷの冷却は主にウエハＷの裏面に供給されるＣＤＩＷにより行われる。高価なＩＰＡを大流量で供給することは通常は行わないため、ウエハＷの表面に供給されるＩＰＡのウエハＷの冷却に対する寄与度は小さい。リンス液としてＤＩＷを使用することができる場合には、ウエハＷの裏面だけでなくウエハＷの表面にも大流量でＣＤＩＷを供給することにより、ウエハＷの冷却を迅速に行うことができる。
乾燥工程の終了により、１枚のウエハＷに対する一連の液処理が終了する。その後、ウエハＷは処理ユニット１６から搬出される。
乾燥工程の開始時にウエハＷの表面に存在している処理液はＩＰＡに限定されるものではなく、ウエハＷの表面のパターンの倒壊を防止しうる程度の低表面張力（少なくともＤＩＷより低い表面張力）を有するＩＰＡ以外の溶剤であってもよい。乾燥工程の開始時にウエハＷの表面に存在している処理液は、ＤＩＷより高揮発性の液体であることが好ましい。
上記の実施形態によれば、ウエハＷの裏面に温調用ＤＩＷ（ＨＤＩＷ、ＣＤＩＷあるいはこれらの混合液）を供給することによりウエハＷの表面と薬液との接触界面の温度を制御している。このため、高温でウエハＷの表面と反応させるべき薬液を常温で供給しても意図した反応を実現することができる。その結果として、薬液消耗の防止、薬液消費量の削減、面内均一性の高い処理等を実現することが可能となる。
図９を参照して、ウエハ昇温工程からリンス工程までの間のウエハ温度の推移の一例について説明する。ウエハ昇温工程（Ｓ１）では、ウエハＷの裏面（ＢＡＣＫ）に温調液として７０℃のＨＤＩＷが供給される。ウエハ昇温工程（Ｓ１）開始から１０秒経過後に、ウエハＷの温度は約７０℃に達する。その後、液膜形成工程（Ｓ２）では、ウエハＷの裏面に温調液として５２℃のＨＤＩＷが供給され、ウエハＷの表面（ＦＲＯＮＴ）に常温（２５℃）の薬液（ＣＨＭ）が供給される。液膜形成工程（Ｓ２）開始から約３秒後にウエハ温度が本処理時ウエハ温度である５０℃で安定する。その後、本処理工程（Ｓ３）すなわち薬液処理工程では、引き続きウエハＷの裏面に５２℃のＨＤＩＷが供給され、ウエハＷの表面に常温（２５℃）の薬液（ＣＨＭ）が供給される。但し、先にも述べたように、本処理工程（Ｓ３）におけるウエハ回転数および薬液吐出流量は、液膜形成工程（Ｓ２）時よりも低くされる。本処理工程（Ｓ３）から概ね１７秒間にわたって行われる。その後、ウエハ降温工程（Ｓ４）では、ウエハＷの裏面に２４℃のＣＤＩＷが供給され、約２秒で、ウエハＷの温度が常温まで低下する。図９の例ではウエハ降温工程（Ｓ４）の開始とともにウエハＷの表面にリンス液として２４℃のＣＤＩＷが供給される。このＣＤＩＷは、ウエハＷの温度を低下させる冷却液であるとともに、ウエハＷの表面の薬液を洗い流すリンス液でもある。ウエハＷの温度が常温で安定した後も引き続きウエハＷの表面に２４℃のＣＤＩＷがリンス液として供給され、リンス工程（Ｓ５）が行われる。図９の例では、ウエハ降温工程（Ｓ４）もリンス工程（Ｓ５）の一部に含まれている。
上記の実施形態では、異なる処理液をそれぞれ別の表面ノズル４１により供給していたが、これに限定されるものではない。例えば、同じノズルにより供給しても問題が生じない２種類以上の処理液を１つの表面ノズル４１から供給しても構わない。また、上記の実施形態では、裏面ノズル５１Ａ，５１ＢからはウエハＷの温度調節用のＤＩＷだけが供給されていたが、裏面ノズル５１Ａから他の処理液例えば薬液も供給することができるような構成としても構わない。なお、同じノズルから複数種類の処理液を供給する場合、切替弁（あるいは複数の開閉弁）により接続切替えが可能な複数の処理液供給機構が１つの表面ノズル４１に並列に接続される。このような構成は公知であるため、本明細書では詳細な説明は行わない。
次に、図１０を参照して、基板処理システム１内のＨＤＩＷおよびＣＤＩＷの配管系統の一例について簡単に説明する。基板処理システム１の処理ステーション３は、上層３Ａおよび下層３Ｂからなる２層構造を有する。図１０において、符号７１は工場用力としてのＨＤＩＷ供給源、符号７２は工場用力としてのＣＤＩＷ供給源を表している。
ＨＤＩＷ供給源７１には、ＨＤＩＷ管路７１１の上流端が接続されている。ＨＤＩＷ管路７１１は、分岐点７１２において、上層３Ａ用の分岐管路７１３Ａと、下層３Ｂ用の分岐管路７１３Ｂとに分岐する。分岐点７１２の上流側において、ＨＤＩＷ管路７１１には開閉弁７１０および温度センサ７１６が設けられている。分岐管路７１３Ａ，７１３Ｂは、合流点７１４において再び合流して１つのＨＤＩＷ管路７１１となっている。ＨＤＩＷ管路７１１の下流端は、工場ドレンライン（ＤＲ）に接続されている。合流点７１４の下流側には背圧弁７１５が設けられている。
ＣＤＩＷ供給源７２には、ＣＤＩＷ管路７２１の上流端が接続されている。ＣＤＩＷ管路７２１は、分岐点７２２において、上層３Ａ用の分岐管路７２３Ａと、下層３Ｂ用の分岐管路７２３Ｂとに分岐する。分岐点７２２の上流側において、ＣＤＩＷ管路７２１にはＣＯ２バブラー７２０および温度センサ７２６が設けられている。分岐管路７２３Ａ，７２３Ｂは、合流点７２４において再び合流して１つのＣＤＩＷ管路７２１となっている。ＣＤＩＷ管路７２１の下流端は、工場ドレンライン（ＤＲ）に接続されている。分岐管路７２３Ａ，７２３Ｂの最下流部（最も下流側の処理ユニット１６への接続点よりも下流側の部分を意味する）には、圧力制御のためのオリフィス７２７Ａ，７２７Ｂ（固定絞り）が設けられている。
分岐管路７１３Ａ（７１３Ｂ）は、図３の流体回路図におけるＨＤＩＷ幹管２３に相当する。分岐管路７２３Ａ（７２３Ｂ）は、図３の流体回路図におけるＣＤＩＷ幹管２４に相当する。つまり、図１０の例では、分岐管路７１３Ａ（７１３Ｂ）から取り出されたＨＤＩＷと分岐管路７２３Ａ（７２３Ｂ）から取り出されたＣＩＷＤとが、温調用ＤＩＷ供給機構５３Ａ（図１０では破線のボックスで示す）により混合され、裏面ノズル５１Ａに供給される。図１０の温調用ＤＩＷ供給機構５３Ａの構成は、図２の温調用ＤＩＷ供給機構５３Ａの構成と同一である。温調用ＤＩＷ供給機構５３Ａ、各処理ユニット１６に一つずつ設けられているが、図面の簡略化のため図１０には１つだけが示されている。
図１１は、基板処理システム１内のＨＤＩＷ配管系統の他の例を示している。図１１では、ＣＤＩＷ配管系統の記載は省略している。この例では、工場用力としてのＨＩＤＷ供給ライン８０１に、ＨＤＩＷ管路８０３の上流端が接続されている。ＨＤＩＷ管路８０３は、分岐点８０４において、上層３Ａ用の分岐管路８０５Ａと、下層３Ｂ用の分岐管路８０５Ｂとに分岐する。分岐点８０４の上流側において、ＨＤＩＷ管路８０３には開閉弁８１７および温度センサ８１６が設けられている。分岐管路８０５Ａ，８０５Ｂは、合流点８０６において再び合流して１つのＨＤＩＷ管路８０３となっている。合流点８０６の下流側において、ＨＤＩＷ管路８０３には開閉弁８０７および逆止弁８０８が設けられている。ＨＤＩＷ管路８０３の下流端は、工場用力系の一部としてのＨＩＤＷ戻りライン８０２に接続されている。合流点８０６と開閉弁８０７との間において、ＨＤＩＷ管路８０３からドレン管路８０９が分岐している。ドレン管路８０９には開閉弁８１０が設けられている。基板処理システム１の通常運転時には開閉弁８０７，８１７が開き、開閉弁８１０は閉じている。メンテナンスなどを行う目的で、基板処理システム１の運転を停止する場合には、開閉弁８０７，８１７が閉じられ、開閉弁８１０が管路内のＤＩＷを排出するために開かれる。この例では、図１０の例と異なり、ＨＤＩＷ管路８０３の下流端部には背圧弁は設けられていない。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
処理対象の基板は、半導体ウエハ（ウエハＷ）に限定されるものではなく、ガラス基板、セラミック基板等の半導体装置製造の分野で用いられる任意の基板であってもよい。
Ｗ 基板
Ｓ１ 基板昇温工程
Ｓ２ 液膜形成工程
Ｓ３ 薬液処理工程
Ｓ４ 基板降温工程

Claims (15)

  1. 基板を加熱して前記基板の温度を上昇させる基板昇温工程と、
    前記基板昇温工程の後に、前記基板を加熱するとともに第１回転数で回転させながら前記基板の第１面にプリウエット液を供給して、前記基板の第１面に前記プリウエット液の液膜を形成する液膜形成工程と、
    前記液膜形成工程の後に、前記基板を加熱するとともに前記第１回転数よりも低い第２回転数で回転させながら前記基板の第１面に薬液を供給して、前記基板の第１面を前記薬液で処理する薬液処理工程と、
    前記薬液処理工程の後に前記基板の温度を低下させる基板降温工程と、
    を備え、
    前記基板昇温工程、前記液膜形成工程および薬液処理工程における前記基板の加熱は、前記薬液と異なる加熱された流体を少なくとも前記基板の前記第１面の裏側の第２面に供給することにより行われ、
    前記基板昇温工程において前記基板の前記第２面に供給される前記加熱された流体の温度は、前記薬液処理工程における前記基板の目標温度よりも高い第１の温度であり、前記第２面に供給される前記加熱された流体の温度は、前記薬液処理工程が開始されるまでに前記第１の温度より低い第２の温度に下げられる、基板処理方法。
  2. 前記基板昇温工程における前記基板の加熱は、前記基板の前記第２面のみに前記薬液と異なる前記加熱された流体を供給することにより行われる、請求項１に記載の基板処理方法。
  3. 前記基板昇温工程における前記基板の加熱は、さらに、前記基板の前記第１面に、前記液膜形成工程において前記基板の前記第１面に供給される前記プリウエット液の温度よりも高い温度に加熱された流体を供給することにより行われる、請求項１に記載の基板処理方法。
  4. 前記基板昇温工程において前記基板の前記第１面に供給される前記加熱された流体は、前記第１面の周縁部のみに供給される、請求項３に記載の基板処理方法。
  5. 前記基板昇温工程において前記基板の前記第１面に供給される前記加熱された流体は、前記プリウエット液より温度が高い前記プリウエット液と同じ液体である、請求項３に記載の基板処理方法。
  6. 前記基板昇温工程において前記基板の前記第１面に供給される前記加熱された流体、および前記プリウエット液はともにＤＩＷ（純水）である、請求項４に記載の基板処理方法。
  7. 前記基板昇温工程において前記基板の前記第１面に供給される前記加熱された流体は、前記プリウエット液より温度が高い前記プリウエット液と異なる液である、請求項３に記載の基板処理方法。
  8. 前記液膜形成工程で用いられる前記プリウエット液は、前記薬液処理工程で用いられる前記薬液と同じ液であり、前記液膜形成工程では前記プリウエット液としての前記薬液が第１の流量で前記基板の前記第１面に供給され、前記薬液処理工程では前記薬液が前記第１の流量より小さい第２の流量で前記基板の前記第１面に供給される、請求項７に記載の基板処理方法。
  9. 前記基板昇温工程において前記基板の前記第１面に供給される前記加熱された流体はＤＩＷ（純水）である、請求項８に記載の基板処理方法。
  10. 基板を加熱して前記基板の温度を上昇させる基板昇温工程と、
    前記基板昇温工程の後に、前記基板を加熱するとともに第１回転数で回転させながら前記基板の第１面にプリウエット液を供給して、前記基板の第１面に前記プリウエット液の液膜を形成する液膜形成工程と、
    前記液膜形成工程の後に、前記基板を加熱するとともに前記第１回転数よりも低い第２回転数で回転させながら前記基板の第１面に薬液を供給して、前記基板の第１面を前記薬液で処理する薬液処理工程と、
    前記薬液処理工程の後に前記基板の温度を低下させる基板降温工程と、
    を備え、
    前記基板昇温工程は、前記基板の前記第１面およびその裏側の第２面に前記薬液と異なる加熱された流体を供給することにより行われ、
    前記基板昇温工程において、前記基板の前記第１面に供給される前記加熱された流体は、前記液膜形成工程において前記基板の前記第１面に供給される前記プリウエット液の温度よりも高い温度に加熱された流体であり、
    前記液膜形成工程および薬液処理工程における前記基板の加熱は、前記薬液と異なる加熱された流体を少なくとも前記基板の前記第１面の裏側の第２面に供給することにより行われる、基板処理方法。
  11. 基板を加熱して前記基板の温度を上昇させる基板昇温工程と、
    前記基板昇温工程の後に、前記基板を加熱するとともに第１回転数で回転させながら前記基板の第１面にプリウエット液を供給して、前記基板の第１面に前記プリウエット液の液膜を形成する液膜形成工程と、
    前記液膜形成工程の後に、前記基板を加熱するとともに前記第１回転数よりも低い第２回転数で回転させながら前記基板の第１面に薬液を供給して、前記基板の第１面を前記薬液で処理する薬液処理工程と、
    前記薬液処理工程の後に前記基板の温度を低下させる基板降温工程と、
    を備え、
    前記基板昇温工程は、前記基板の前記第１面の周縁部のみに前記薬液と異なる前記加熱された流体を供給することと、前記基板の前記第１面の裏側の第２面に前記薬液と異なる前記加熱された流体を供給することにより行われ、
    前記基板昇温工程において、前記基板の前記第１面に供給される前記加熱された流体は、前記液膜形成工程において前記基板の前記第１面に供給される前記プリウエット液の温度よりも高い温度に加熱された流体であり、
    前記液膜形成工程および薬液処理工程における前記基板の加熱は、前記薬液と異なる加熱された流体を少なくとも前記基板の前記第１面の裏側の第２面に供給することにより行われる、基板処理方法。
  12. 前記薬液処理工程において、前記薬液は常温で前記基板の前記第１面に供給される、請求項１から１１のうちのいずれか一項に記載の基板処理方法。
  13. 前記基板降温工程は、少なくとも、前記基板の前記第２面に、前記薬液処理工程における前記基板の目標温度よりも低い温度の、前記薬液と異なる流体を供給することにより行われる、請求項１から１２のうちのいずれか一項に記載の基板処理方法。
  14. 第１面とその裏側の第２面とを有する基板を保持する基板保持部と、
    前記基板保持部を回転させる回転駆動部と、
    前記基板に薬液を供給する薬液供給部と、
    前記基板に加熱された流体を供給する加熱流体供給部であって、前記基板保持部により保持された前記基板の第２面に向けて前記加熱された流体を吐出する加熱流体ノズルと、上流端が加熱流体供給源に接続されるとともに下流端が前記加熱流体ノズルに接続された加熱流体ラインと、上流端が低温流体供給源に接続されるとともに下流端が前記加熱流体ラインに接続され、前記加熱流体ラインに、前記加熱された流体よりも低い温度の低温流体を供給する低温流体ラインと、を有する加熱流体供給部と、
    前記低温流体が前記加熱流体ラインに合流する位置よりも下流側の分岐点において前記加熱流体ラインから分岐するドレンラインと、
    前記ドレンラインに設けられた温度センサと、
    前記ドレンラインを開閉する第１開閉弁と、
    前記分岐点の下流側の前記加熱流体ラインに設けられた第２開閉弁と、
    制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記加熱流体供給部により前記加熱された流体を前記基板に供給し、前記基板の温度を上昇させる基板昇温工程と、
    前記基板昇温工程の後に、前記回転駆動部により前記基板を第１回転数で回転させながら、前記加熱流体供給部により前記加熱された流体を前記基板の前記第２面に供給するとともに、前記基板の前記第１面に、プリウエット液として、前記加熱流体供給部により前記加熱された流体を供給するか、若しくは、前記薬液供給部により薬液を供給することにより、前記基板の第１面に前記プリウエット液の液膜を形成する液膜形成工程と、
    前記液膜形成工程の後に、前記回転駆動部により前記基板を前記第１回転数より低い第２回転数で回転させながら、前記加熱流体供給部により前記加熱された流体を前記基板の前記第２面に供給するとともに、前記基板の前記第１面に、前記薬液供給部により前記基板の第１面に薬液を供給して、前記基板の第１面を薬液で処理する薬液処理工程と、
    を実行させるように構成され、
    前記制御部は、前記加熱された流体に対する前記低温流体の混合比を調節することにより、前記加熱流体ノズルから吐出される流体の温度を調整し、
    前記制御部は、前記温度センサにより検出された温度が予め定められた値に達するまでは前記第２開閉弁を閉じた状態で第１開閉弁を開いて前記ドレンラインから前記加熱された流体を流し、前記温度センサにより検出された温度が予め定められた値に達したら第１開閉弁を閉じるとともに前記第２開閉弁を開いて前記加熱流体ノズルから前記加熱された流体を吐出させる、基板処理装置。
  15. 前記制御部は、前記第２開閉弁を閉じた状態で第１開閉弁を開いて前記ドレンラインから前記加熱された流体を流しているときに、前記温度センサにより検出された温度に基づいて前記加熱された流体に対する前記低温流体の混合比を制御する、請求項１４に記載の基板処理装置。
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