JP2008243981A - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板表面に形成されたパターンへのダメージを抑制しながら基板表面を良好に洗浄処理することができる基板処理方法および基板処理装置を提供する。
【解決手段】回転する基板Ｗの表面ＷｆにＤＩＷを供給して基板表面Ｗｆに液膜１１を形成する。このとき、ＤＩＷの流動によりパターンＦＰの間隙内部にＤＩＷが入り込む。続いて、ＤＩＷの供給を停止し、基板Ｗを回転させてパターンＦＰの間隙内部に入り込ませたＤＩＷを残留させながら基板表面ＷｆからＤＩＷを除去する。次に、パターンＦＰの間隙内部に残留させたＤＩＷ（内部残留液）を凍結させて凝固体１３を形成する。これにより、凝固体１３によってパターンＦＰが構造的に補強された状態となる。そして、二流体ノズル５から冷却洗浄液の液滴を基板表面Ｗｆに供給することで、凝固体１３を凝固させた状態（凍結状態）を保ちながら基板表面Ｗｆに対して物理洗浄を施す。
【選択図】図６

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）に対して洗浄処理を施す基板処理方法および基板処理装置に関するものである。

半導体装置や液晶表示装置などの電子部品の製造工程では、基板の表面に成膜やエッチングなどの処理を繰り返し施して微細パターンを形成していく工程が含まれる。ここで、微細加工を良好に行うためには基板表面を清浄な状態に保つ必要があり、必要に応じて基板表面に対して洗浄処理が行われる。例えば特許文献１に記載された装置においては、洗浄液とガスとを混合して生成した洗浄液の液滴を生成し、この液滴を被処理面たる基板表面に供給して基板表面の洗浄処理を行う技術が記載されている。すなわち、洗浄液の液滴が基板表面に供給された際、該液滴を基板表面に付着したパーティクル等の汚染物質に衝突させることで、液滴が有する運動エネルギーを利用して基板表面から汚染物質を物理的に除去している。

特開平８−３１８１８１号公報（図１）

ところで、近年、半導体に代表されるデバイスの微細化、高機能化、高精度化にともなって基板の洗浄処理時における基板表面に形成されたパターンの欠陥発生が問題となっている。すなわち、特許文献１に記載される装置においては、液滴が有する運動エネルギーを高めるように洗浄条件（液滴の生成条件）を調整することによって、汚染物質が基板表面から除去される割合（以下「除去率」という）を向上させることができるものの、パターンを倒壊させてしまうという問題が発生していた。その一方で、パターンの欠陥発生を回避するように洗浄条件を調整すると、汚染物質を十分に除去することができないという状態が生じていた。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板表面に形成されたパターンへのダメージを抑制しながら基板表面を良好に洗浄処理することができる基板処理方法および基板処理装置を提供することを目的とする。

この発明は、所定のパターンが形成された基板表面に対して洗浄処理を施す基板処理方法であって、上記目的を達成するため、基板表面に液体が付着した基板からパターンの間隙内部に液体を残留させながら液体を基板表面から除去する液体除去工程と、パターンの間隙内部に残留させた液体を凝固させて該パターンの間隙内部に凝固体を形成する凝固体形成工程と、パターンの間隙内部に凝固体を形成した状態を保ちながら基板表面に対して物理的な洗浄作用を有する物理洗浄を施す物理洗浄工程とを備えたことを特徴としている。

また、この発明は、所定のパターンが形成された基板表面に対して洗浄処理を施す基板処理装置であって、上記目的を達成するため、基板表面に付着させた液体をパターンの間隙内部に液体を残留させながら基板表面に付着する液体を基板表面から除去する液体除去手段と、パターンの間隙内部に残留させた液体を凝固させて該パターンの間隙内部に凝固体を形成する凝固体形成手段と、パターンの間隙内部に凝固体を形成した状態を保ちながら基板表面に対して物理的な洗浄作用を有する物理洗浄を施す物理洗浄手段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（基板処理方法および装置）では、基板表面に形成されたパターンの間隙内部に液体を残留させながら基板表面に付着する液体が該基板表面から除去される（液体除去工程）。これにより、パターンの間隙内部に液体を残して基板表面に付着する汚染物質が露出する。その後、パターン間隙内部に残留させた液体（以下「内部残留液」という）を凝固させて該パターン間隙内部に凝固体（固体）を形成しているので（凝固体形成工程）、凝固体によってパターンが構造的に補強された状態となる。つまり、パターンと凝固体とが一体となった塊（固形物）と見做せる状態となる。そして、凝固体を形成した状態（凝固した状態）を保ちながら基板表面に対して物理的な洗浄作用を有する物理洗浄（物理洗浄工程）を実行しているので、パターンがダメージを受けるのを防止しつつ、基板表面から汚染物質を効率良く除去することができる。したがって、パターンへのダメージを抑制しながら基板表面を良好に洗浄処理することができる。

ここで、物理洗浄工程後に基板表面に凝固体除去液を供給して凝固体を除去することが好ましい。これにより、パターン間隙内部に付着する汚染物質を凝固体とともに基板表面から除去することができる。

また、液体除去工程において基板を回転させながら液体を基板表面から除去するように構成すると、パターンの間隙内部に液体を残留させながら基板表面に付着させた液体を基板表面から容易に除去することが可能となる。

また、パターンの間隙内部に凝固体を形成した状態で基板表面に対して実行される物理洗浄の態様は任意であるが、例えば次のようにして基板表面に対して物理洗浄を実行することができる。すなわち、(1)内部残留液よりも凝固点が低い洗浄液を該洗浄液の凝固点よりも高く、かつ内部残留液の凝固点より低い温度に調整した状態で基板表面に吹き付けて基板表面に対して物理洗浄を施してもよいし、(2)内部残留液よりも凝固点が低い洗浄液を用いて、該洗浄液の凝固点よりも高く、かつ内部残留液の凝固点より低い温度に調整された基板冷却面を有する基板冷却部を基板の裏面に対向させながら洗浄液を基板表面に向けて供給して基板表面に対して物理洗浄を施してもよい。また、(3)内部残留液よりも凝固点が低い洗浄液を該洗浄液の凝固点よりも高く、かつ液体の凝固点より低い温度に調整した状態で貯留した処理槽内に基板を浸漬させながら基板表面に対して物理洗浄を施してもよい。上記(1)ないし(3)のいずれであっても、洗浄液自体が凝固するのを防止しながら、パターンの間隙内部に凝固体を形成した状態で、つまりパターンを構造的に補強した状態で洗浄液を用いた物理洗浄を基板表面に対して実行することができる。

なお、本発明で用いられる物理洗浄は、上記(1)および(2)では、例えば洗浄液とガスとを混合して生成された洗浄液の液滴を基板表面に向けて供給することで基板表面に対して物理洗浄を施すことができる。また、上記(3)では、例えば洗浄液を介して基板に超音波振動を付与することで基板表面に対して物理洗浄を施すことができる。しかしながら、本発明で用いられる物理洗浄は、これらの物理洗浄に限らず、パターンの間隙内部に形成した凝固体が融解しない条件で洗浄できる限り任意である。例えば、基板表面に対してブラシ等を接触させて基板を洗浄するブラシ洗浄、基板表面に向けて洗浄液を高圧で噴射させて基板を洗浄する高圧ジェット洗浄、微小な氷粒を基板表面に衝突させて基板を洗浄するアイススクラバ、または冷却により固化したドライアイス（ＣＯ2）、氷（Ｈ2Ｏ）あるいはアルゴン（Ａｒ）などの粒子を高速に吹き付けて基板表面を洗浄するエアロゾル洗浄を用いることができる。特に、アイススクラバおよびエアロゾル洗浄は比較的低温で実行することが可能であるため、液体を凍結により凝固させる場合には凝固体を形成した状態（凝固した状態）を保ちながら物理洗浄を行うのに有効である。

この発明によれば、パターン間隙内部に液体を残留させながら基板表面に付着する液体を基板表面から除去した後、内部残留液を凝固させてパターン間隙内部に凝固体を形成している。このため、凝固体によってパターンが構造的に補強された状態となる。そして、このような状態で基板表面に対して物理洗浄を実行するので、パターンへのダメージを抑制しながら基板表面を良好に洗浄処理することができる。

＜第１実施形態＞
図１はこの発明にかかる基板処理装置の第１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に対して後述するように一連の洗浄処理（液膜形成工程＋粗乾燥工程＋凝固体形成工程＋物理洗浄工程＋リンス工程＋本乾燥工程）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と、スピンチャック２に保持された基板Ｗに対して凍結処理（凝固体形成処理）を実行するための冷却ガスを吐出する冷却ガス吐出ノズル３と、基板表面Ｗｆに洗浄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に対向配置された遮断部材７が設けられている。

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。

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、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、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。

冷却ガス吐出ノズル３は冷却ガス供給部６１（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６１から冷却ガスが圧送されると冷却ガス吐出ノズル３から冷却ガスが吐出される。そして、制御ユニット４からの動作指令に応じて冷却ガス吐出ノズル３が基板表面Ｗｆに近接して対向配置されるとともに冷却ガス吐出ノズル３から冷却ガスが吐出されると、基板表面Ｗｆに向けて冷却ガスが局部的に供給される。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することができる。これにより、基板表面Ｗｆに液体（ＤＩＷ）が付着していると、該液体が凍結した領域（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の全面に対して凍結処理が施される。

冷却ガス供給部６１は、例えば冷却用のガスの温度を液体窒素などの冷却源により冷却することで調整する。冷却ガスとしては、後述するようにしてパターンの間隙内部に残留させた液体（内部残留液）の凝固点より低い温度に調整されたガス、例えば窒素ガス、酸素ガスおよび清浄なエア等を用いることができる。この実施形態では、内部残留液としてＤＩＷ（deionized Water：脱イオン水）を用いていることから冷却ガスの温度をＤＩＷの凝固点（氷点）よりも低い温度に調整している。また、このように冷却ガスを用いた場合には次の作用効果を得ることができる。すなわち、冷媒としてガスを用いる場合、基板表面Ｗｆへのガス供給前にフィルタ等を介挿することで冷却ガスに含まれる汚染物質を容易に、高効率で除去することができる。そして、こうして清浄化された冷却ガスを用いることで基板表面Ｗｆに汚染物質が付着するのを確実に防止することができる。

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、洗浄液とガスとを混合して生成した洗浄液の液滴を基板表面Ｗｆに吹き付ける。

図４は二流体ノズルの構成を示す図である。二流体ノズル５は、洗浄液とガスとを空中（ノズル外部）で衝突させて洗浄液の液滴を生成する、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の内部に洗浄液吐出ノズル５０２が挿通されており、洗浄液吐出ノズル５０２の基端部が洗浄液供給部６２（図２）と接続されている。洗浄液供給部６２は、制御ユニット４からの動作指令に応じて内部残留液（ＤＩＷ）よりも凝固点が低い洗浄液を該洗浄液の凝固点よりも高く、かつ内部残留液の凝固点よりも低い温度に冷却（温調）した状態で洗浄液吐出ノズル５０２に圧送する。以下においては、このように冷却された洗浄液を冷却洗浄液という。洗浄液吐出ノズル５０２の先端部には、洗浄液吐出口５２１が傘部５１１の上面部５１２に配置されるように形成されている。このため、冷却洗浄液が洗浄液吐出ノズル５０２に供給されると、冷却洗浄液が洗浄液吐出口５２１から基板Ｗに向けて吐出される。洗浄液には、例えばイソプロピルアルコール（凝固点：−８９．５℃）が用いられる。なお、洗浄液はイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）に限定されず、エチルアルコール（凝固点：−１１４．５℃）、メチルアルコール（凝固点：−９８℃）の各種有機溶剤成分を用いるようにしてもよい。また、これら有機溶剤成分とＤＩＷとを混合させた混合液を用いるようにしてもよい。

また、ガス吐出ノズル５０３が洗浄液吐出ノズル５０２に近接して設けられており、該洗浄液吐出ノズル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の基端部は工場のユーティリティ等で構成される窒素ガス供給部６３（図２）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不活性ガスである窒素ガスをガス吐出ノズル５０３に圧送する。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、ガス吐出ノズル５０３の先端部にガス吐出口５３１が基板表面Ｗｆに対向して開口している。このため、ガス吐出ノズル５０３に窒素ガスが供給されると、ガス吐出口５３１から窒素ガスが基板表面Ｗｆ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、洗浄液吐出口５２１からの冷却洗浄液の吐出軌跡に交わっている。すなわち、洗浄液吐出口５２１からの冷却洗浄液の液体流は、混合領域内の衝突部位Ｇにおいてガス（窒素ガス）流と衝突する。ガス流はこの衝突部位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、洗浄液吐出口５２１からの冷却洗浄液の吐出方向の直近において冷却洗浄液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ＤＩＷ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は工場のユーティリティ等で構成されるＤＩＷ供給部６４（図２）と接続されており、ＤＩＷ供給部６４からＤＩＷの供給を受けるようになっている。

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は窒素ガス供給部６３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用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、窒素ガス供給部６３から乾燥用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。

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７が設けられている。遮断部材７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７は略円筒形状を有する支持軸７１の下端部に略水平に取り付けられ、支持軸７１は水平方向に延びるアーム７２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７２には、遮断部材回転機構７３と遮断部材昇降機構７４が接続されている。

遮断部材回転機構７３は、制御ユニット４からの動作指令に応じて支持軸７１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７３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７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７４は、制御ユニット４からの動作指令に応じて遮断部材７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７４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７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近接位置まで遮断部材７を下降させる。

支持軸７１は中空に仕上げられ、その内部に遮断部材７の開口に連通したガス供給路７５が挿通されている。ガス供給路７５は、窒素ガス供給部６３と接続されており、窒素ガス供給部６３から窒素ガスが供給される。この実施形態では、基板Ｗに対する乾燥時にガス供給路７５から遮断部材７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７５の内部には、遮断部材７の開口に連通した液供給管７６が挿通されており、液供給管７６の下端にノズル７７が結合されている。液供給管７６はＤＩＷ供給部６４に接続されており、ＤＩＷ供給部６４からＤＩＷが供給されることで、ノズル７７からＤＩＷ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および図６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。また、図６は図１の基板処理装置の動作を説明するための模式図である。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に対して一連の洗浄処理（液膜形成工程＋粗乾燥工程＋凝固体形成工程＋物理洗浄工程＋リンス工程＋本乾燥工程）を実行する。ここで、基板表面Ｗfには微細パターンＦＰが形成されている。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。なお、遮断部材７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７が近接位置まで降下され、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７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７７からＤＩＷを基板表面Ｗｆに供給する。これにより、図６（ａ）に示すように基板表面Ｗｆに供給されたＤＩＷに遠心力を作用させてＤＩＷを均一に広げて基板表面Ｗｆの全面に液膜（水膜）１１を形成する（ステップＳ１）。このとき、ＤＩＷの流動によりパターンＦＰの間隙内部にＤＩＷが入り込む。つまり、基板表面Ｗｆ上のＤＩＷを流動させてパターンＦＰの間隙内部にまでＤＩＷを入り込ませるように基板Ｗの回転速度が設定される。

続いて、ＤＩＷの供給を停止し、スピンチャック２に保持された基板Ｗを比較的低速に回転させながら基板Ｗの粗乾燥処理を実行する。すなわち、パターンＦＰの間隙内部に入り込ませたＤＩＷを残留させながら基板表面ＷｆからＤＩＷを除去する（ステップＳ２：液体除去工程）。この粗乾燥処理では、パターンＦＰ上方のＤＩＷが除去されている状態、つまりパターンＦＰの上面を露出させる程度にまで基板Ｗを乾燥させる（図６（ｂ））。このような乾燥条件（基板Ｗの回転速度、乾燥時間等）は、予め被洗浄対象となる基板Ｗと同種の基板Ｗを用いて実験的に求めておくことで設定される。したがって、このように設定された乾燥条件を事前に洗浄処理の内容を記述した処理レシピに規定しておけば、基板Ｗの乾燥状態を実際に確認することなく、上記した乾燥状態となるように基板乾燥を行うことができる。すなわち、規定された乾燥条件に基づいて基板乾燥を行うことで、基板表面Ｗｆに付着するＤＩＷのうちパターンＦＰの間隙内部に残留付着するＤＩＷ（内部残留液）のみを残しながら、それ以外のＤＩＷを基板表面Ｗｆからほぼ除去することが可能となる。このように、この実施形態では、スピンチャック２が本発明の「液体除去手段」として機能する。

また、このように基板Ｗの粗乾燥処理を実行するのは次のような理由による。すなわち、粗乾燥処理後に後述のように凍結処理（凝固体形成処理）および物理洗浄処理を実行することになるが、仮に粗乾燥処理を行うことなく凍結処理および物理洗浄処理を実行した場合には、基板表面Ｗｆに付着するパーティクルＰが液膜１１で覆われた状態のまま凍結処理がなされ、パーティクルＰが凍結膜中に埋もれてしまう。その結果、凍結処理後に凍結膜を凝固させた状態（凍結状態）のまま物理洗浄を行った場合には、凍結膜中のパーティクルＰを基板表面Ｗｆから除去するのは困難となる。そこで、この実施形態では、基板Ｗの粗乾燥処理を実行して比較的大きなパーティクルＰを基板表面Ｗｆに露出させるようにしている。

次に、パターンＦＰの間隙内部にＤＩＷを残留させた基板Ｗに対して凍結処理（凝固体形成処理）を実行する。すなわち、制御ユニット４は遮断部材７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を待機位置Ｐｓから供給開始位置、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（ｂ）に示すようにＤＩＷ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、図６（ｃ）に示すように基板表面Ｗｆの全面でパターンＦＰの間隙内部に凝固体１３が形成される（ステップＳ３：凝固体形成工程）。このため、凝固体１３によってパターンＦＰが構造的に補強された状態となる。つまり、パターンＦＰと凝固体１３とが一体となった塊（固形物）と見做せる状態となる。このように、この実施形態では、冷却ガス吐出ノズル３が本発明の「凝固体形成手段」として機能する。

そして、凝固体１３を形成した状態（凍結状態）を保ちながら基板表面Ｗｆに対して物理洗浄処理を実行する（ステップＳ４：物理洗浄工程）。すなわち、図６（ｄ）に示すように制御ユニット４は二流体ノズル５を回転する基板Ｗの上方で揺動させながら冷却洗浄液の液滴を基板表面Ｗｆに吹き付ける。これにより、冷却洗浄液の液滴が基板表面Ｗｆに付着するパーティクルＰ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Ｐが物理的に除去（物理洗浄）される（図６（ｅ））。ここで、冷却洗浄液は内部残留液の凝固点よりも低い温度に冷却（温調）されているので、パターンＦＰの間隙内部に形成された凝固体１３を凝固させた状態（凍結状態）のまま洗浄を行うことができる。しかも、パーティクルＰは粗乾燥処理によって基板表面Ｗｆに露出した状態となっていることから液滴との衝突により効率良く基板表面Ｗｆから除去される。このため、凝固体１３によってパターンＦＰを構造的に補強した状態でパターンＦＰの間隙内部を除く基板表面領域からパーティクルＰが除去される。このように、この実施形態では、二流体ノズル５が本発明の「物理洗浄手段」として機能している。

ここで、二流体ノズルを用いた物理洗浄では、液滴が有する運動エネルギーを利用して液滴を基板表面Ｗｆに付着したパーティクルに衝突させることにより基板表面Ｗｆからパーティクルを除去している。このような物理洗浄では、ガス流量を増加させるなど洗浄条件の変更により液滴が有する運動エネルギーを高めることで基板表面Ｗｆからのパーティクル除去率を向上させることが可能となっている。その一方で、被処理対象となる基板側で何ら対策を講じることなく、液滴が有する運動エネルギーを高めると、パターンＦＰがダメージを受けてしまう。そこで、この実施形態では、パターンＦＰの間隙内部に凝固体１３を形成し、パターンＦＰを構造的に補強した状態で物理洗浄を実行している。これにより、液滴が有する運動エネルギーを高めるように洗浄条件を変更しても、パターンＦＰがダメージを受けるのを防止することができる。したがって、パターンＦＰへのダメージを抑制しながらパーティクル除去率を向上させることができる。

こうして、所定時間の物理洗浄処理が完了すると、制御ユニット４は遮断部材７を近接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７を回転させる。また、基板Ｗとスピンベース２３および基板Ｗと遮断部材７との間の空間に窒素ガスを供給し、基板Ｗの周辺雰囲気を不活性ガス雰囲気とするとともに、ノズル７７および処理液ノズル２７から凝固体除去液として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、凝固体１３が融解して基板表面Ｗｆから除去される（ステップＳ５：凝固体除去工程）。また、パターンＦＰの間隙内部に付着する汚染物質が凝固体１３とともに基板表面Ｗｆから除去される。ここで、パターンＦＰの間隙内部に付着する汚染物質はパターン表面に対する付着力が低下した状態あるいはパターン表面から脱離した状態にあることから凝固体１３を基板表面Ｗｆから除去することによって基板表面Ｗｆから汚染物質が容易に除去される。すなわち、凍結処理の実行により内部残留液（ＤＩＷ）が凍結（凝固）して体積膨張することでパターン表面と汚染物質との間の付着力が弱められ、あるいは汚染物質がパターンから脱離する。このため、凝固体除去処理において、凝固体１３を除去することで凝固体１３とともにパターンＦＰの間隙内部の汚染物質を基板表面Ｗｆから効率良く除去することができる。

凝固体除去処理が完了すると、基板Ｗの本乾燥処理（仕上げ乾燥）が実行される（ステップＳ６）。すなわち、ＤＩＷの供給を停止し、基板Ｗおよび遮断部材７を回転させることによって基板Ｗを乾燥させる。なお、ここでは、パターンＦＰの間隙内部に付着するＤＩＷをＤＩＷよりも表面張力が低いＩＰＡなどの低表面張力液に置換した上で基板Ｗの回転乾燥（スピンドライ）を行うことが好ましい。これにより、基板乾燥時にパターンＦＰが倒壊するのを効果的に防止することができる。基板Ｗの乾燥処理後、基板Ｗおよび遮断部材７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。

以上のように、この実施形態によれば、基板表面ＷｆにＤＩＷの液膜１１を形成し、パターンＦＰの間隙内部にＤＩＷを入り込ませた後、パターンＦＰの間隙内部にＤＩＷを残留させながら基板表面ＷｆからＤＩＷを除去している。これにより、パターンＦＰの間隙内部にＤＩＷを残して基板表面Ｗｆに付着するパーティクルＰが露出する。その後、パターンＦＰの間隙内部に残留させたＤＩＷ（内部残留液）を凍結させて凝固体１３を形成しているので、凝固体１３によってパターンＦＰが構造的に補強された状態となる。そして、このような状態を保ちながら二流体ノズル５を用いて物理洗浄を実行しているので、パターンＦＰがダメージを受けるのを防止しつつ、基板表面ＷｆからパーティクルＰを効率良く除去することができる。したがって、パターンＦＰへのダメージを抑制しながら基板表面Ｗｆを良好に洗浄処理することができる。しかも、この実施形態によれば、一連の洗浄処理（液膜形成工程＋粗乾燥工程＋凝固体形成工程＋物理洗浄工程＋リンス工程＋本乾燥工程）を単一の処理チャンバー内で実行することができ、洗浄処理の各工程間で基板Ｗを搬送することが不要となっている。このため、装置のスループットを向上させることができる。

また、この実施形態によれば、内部残留液（ＤＩＷ）よりも凝固点が低い洗浄液を該洗浄液の凝固点よりも高く、かつ内部残留液の凝固点より低い温度に冷却した状態で窒素ガスと混合させて洗浄液（冷却洗浄液）の液滴を生成している。そして、冷却洗浄液の液滴を基板表面Ｗｆに供給して物理洗浄を行っているので、冷却洗浄液自体が凍結するのを防止しながら、パターンＦＰの間隙内部に凝固体１３を形成した状態で、つまりパターンＦＰを構造的に補強した状態で基板表面Ｗｆに対して物理洗浄を施すことができる。

＜第２実施形態＞
図７はこの発明の基板処理装置の第２実施形態を示す平面レイアウト図である。この基板処理装置では、スピン処理ユニット１０と凍結洗浄ユニット２０とが一定距離だけ相互に分離して配置されるとともに、それらの間に基板搬送機構３０が配置されている。これらの装置のうち、スピン処理ユニット１０は、液膜形成処理、粗乾燥処理（液体除去処理）および凝固体除去処理を実行するユニットである。具体的には、スピン処理ユニット１０は、基板表面Ｗｆに液膜１１を形成することによってパターンＦＰの間隙内部にＤＩＷを入り込ませた後、パターンＦＰの間隙内部に入り込ませたＤＩＷを残留させながら基板表面ＷｆからＤＩＷを除去する。そして、パターンＦＰの間隙内部に内部残留液（ＤＩＷ）を付着させた状態で基板Ｗが基板搬送機構３０により凍結洗浄ユニット２０に搬送される。凍結洗浄ユニット２０では、内部残留液（ＤＩＷ）を凍結させて凝固体１３が形成された後、凍結状態を保ちながら基板表面Ｗｆに対して物理洗浄が施される。物理洗浄を受けた基板Ｗは基板搬送機構３０によりスピン処理ユニット１０に搬送されて、スピン処理ユニット１０にて基板Ｗに対して凝固体除去処理が実行された後、乾燥（仕上げ乾燥）される。なお、基板搬送機構３０は従来より多用されている機構を用いているため、ここでは構成および動作の説明は省略する。

図８は図７の基板処理装置に装備されたスピン処理ユニットの構成を示す図である。スピン処理ユニット１０の構成は、冷却ガス吐出ノズル３と二流体ノズル５を備えていない点を除いて図１に示す基板処理装置の構成と同様である。したがって、冷却ガス吐出ノズル３を用いた凍結処理（凝固体形成処理）および二流体ノズル５を用いた物理洗浄処理を除くその他の基板処理、つまり液膜形成処理、粗乾燥処理（液体除去処理）、凝固体除去処理および本乾燥処理については、スピン処理ユニット１０内で第１実施形態と同様にして実行することが可能である。

図９は図７の基板処理装置に装備された凍結洗浄ユニットの構成を示す図である。凍結洗浄ユニット２０は、基板Ｗに近接しながら対向配置される冷却プレート４２（本発明の「基板冷却部」に相当）を有している。冷却プレート４２は、ほぼ水平で基板Ｗの平面大きさよりも大きな基板冷却面４２ａを有し、この基板冷却面４２ａには、球状のプロキシミティボール４３（支持手段）が複数個突設されている。冷却プレート４２の内部には、冷媒経路４４が基板冷却面４２ａに沿ってほぼ平行に形成されており、この冷媒経路４４の両端が冷媒供給部４５に接続されている。冷媒供給部４５は、冷媒を冷却させる冷却機構と、冷媒を冷媒経路４４に圧送して冷媒経路４４内を循環させるポンプ等の圧送機構とを備える。このため、冷媒供給部４５から冷媒が供給され、冷媒経路４４を出た冷媒は再び冷媒供給部４５に帰還されるようになっている。なお、冷媒としては、二流体ノズル５から供給される洗浄液の凝固点よりも高く、かつ内部残留液（ＤＩＷ）の凝固点より低い温度に基板冷却面４２ａを冷却（温調）するものであればよい。なお、冷却プレート４２は冷熱の伝導性を考慮してアルミニウム等の金属または清浄度を考慮して石英で形成される。

冷却プレート４２には、上下方向に貫通するように複数本のリフトピン４６が配置されており、このリフトピン４６と、このリフトピン４６を昇降するエアシリンダなどを含むピン昇降機構４７とによって、基板Ｗを基板冷却面４２ａに対して近接／離隔させる近接／離隔機構が構成されている。リフトピン４６は、その上端に基板Ｗを支持することができ、ピン昇降機構４７による昇降によって、基板Ｗを基板搬送機構３０との間での基板受け渡しのための基板受け渡し高さ（二点鎖線の位置）に支持できる他、冷却プレート４２の基板冷却面４２ａよりも下方（正確にはプロキシミティボール４３よりも下方）にその上端を埋没させることにより、基板Ｗを基板冷却面４２ａ上（正確にはプロキシミティボール４３上）に載置することができる（実線の位置）。

また、冷却プレート４２の上方には二流体ノズル５が配置されている。二流体ノズル５から内部残留液（ＤＩＷ）よりも凝固点が低い洗浄液を吐出している点では第１実施形態と同様であるが、この実施形態では洗浄液を内部残留液の凝固点よりも低い温度に冷却（温調）することは不要である。すなわち、物理洗浄処理の実行中に後述するように冷却プレート４２からの冷熱により凝固体１３を形成した状態（凍結状態）を保つことが可能となっており、冷却した洗浄液を用いる必要がない。

次に、上記のように構成された基板処理装置の動作について図６ないし図９を参照しつつ説明する。未処理の基板Ｗがスピン処理ユニット１０に搬入されると、基板ＷはパターンＦＰが形成された表面Ｗｆを上方に向けてスピンチャック２に保持される。その後、第１実施形態と同様に、基板表面Ｗｆに対して液膜形成処理（ステップＳ１）と粗乾燥処理（ステップＳ２）とが実行される。これにより、パターンＦＰの間隙内部にＤＩＷ（内部残留液）を残しながら基板表面ＷｆからＤＩＷが除去される（液体除去工程）。

続いて、基板搬送機構３０により基板Ｗがスピン処理ユニット１０から凍結洗浄ユニット２０に搬送される。具体的には、基板搬送機構３０によってパターンＦＰの間隙内部にＤＩＷを残留させた基板Ｗがスピン処理ユニット１０から搬出された後、凍結洗浄ユニット２０に搬入され、リフトピン４６上に載置される。なお、凍結洗浄ユニット２０への基板Ｗの搬入に先立ってリフトピン４６を基板受け渡し高さまで上昇させておく。

基板Ｗがリフトピン４６上に載置されると、制御ユニット４はピン昇降機構４７を制御してリフトピン４６を下降させる。そして、基板Ｗを冷却プレート４２の基板冷却面４２ａに近接させていき、プロキシミティボール４３上に載置する。これにより、基板裏面Ｗｂがプロキシミティボール４３に当接して支持されるとともに、基板裏面Ｗｂは基板冷却面４２ａとの間に微小な間隙を設けた状態で基板冷却面４２ａと対向しながら冷却プレート４２に近接配置される。したがって、基板Ｗがプロキシミティボール４３によって支持されて基板冷却面４２ａに近接している状態では、基板冷却面４２ａからの冷熱の伝導によって基板Ｗは裏面側から冷却される。その結果、内部残留液が凍結してパターンＦＰの間隙内部に凝固体１３が形成される（ステップＳ３；凝固体形成工程）。これにより、凝固体１３によってパターンＦＰが構造的に補強された状態となる。このように、この実施形態では、冷却プレート４２が本発明の「凝固体形成手段」として機能する。

そして、基板冷却面４２ａからの冷熱により基板Ｗを冷却した状態で、二流体ノズル５を基板Ｗの上方で揺動させながら洗浄液の液滴を基板表面Ｗｆに吹き付ける。ここで、洗浄液の凝固点は内部残留液（ＤＩＷ）の凝固点より低く、基板冷却面４２ａが洗浄液の凝固点よりも高く、かつ内部残留液の凝固点より低い温度に冷却されていることから、洗浄液自体が凍結するのを防止しながら、パターンＦＰの間隙内部に凝固体１３を形成した状態（凍結状態）で、洗浄液の液滴による物理洗浄が実行される（ステップＳ４；物理洗浄工程）。これにより、パターンＦＰがダメージを受けるのを防止しつつ、パターンＦＰの間隙内部を除く基板表面領域からパーティクルＰが除去される。

こうして、所定時間の物理洗浄処理が完了すると、制御ユニット４は、ピン昇降機構４７を制御してリフトピン４６を上昇させ、基板受け渡し高さまで導く。そして、リフトピン４６が基板受け渡し高さに導かれると、基板Ｗが基板搬送機構３０に受け渡される。その後、基板搬送機構３０により基板Ｗが凍結洗浄ユニット２０から搬出され、スピン処理ユニット１０に搬送される。

スピン処理ユニット１０に基板Ｗが搬入されると、スピンチャック２に保持される。そして、スピンチャック２に保持された基板Ｗに対して凝固体除去処理が実行される（ステップＳ５）。これにより、凝固体１３が融解して基板表面Ｗｆから除去されるとともに、パターンＦＰの間隙内部に付着する汚染物質が基板表面Ｗｆから除去される（凝固体除去工程）。その後、基板Ｗの本乾燥処理（仕上げ乾燥）が実行される（ステップＳ６）。

以上のように、この実施形態によれば、第１実施形態と同様にしてパターンＦＰの間隙内部に残留させたＤＩＷ（内部残留液）を凍結させて凝固体１３を形成し、パターンＦＰを構造的に補強している。そして、このようにパターンＦＰを補強した状態で二流体ノズル５を用いて物理洗浄を実行している。したがって、パターンＦＰへのダメージを抑制しながら基板表面Ｗｆを良好に洗浄処理することができる。

また、この実施形態によれば、内部残留液よりも凝固点が低い洗浄液の液滴を基板表面Ｗｆに供給するとともに、洗浄液の凝固点よりも高く、かつ内部残留液の凝固点より低い温度に冷却された基板冷却面４２ａを有する冷却プレート４２を基板裏面Ｗｂに対向させながら物理洗浄を行っている。このため、洗浄液自体が凍結するのを防止しながら、パターンＦＰの間隙内部に凝固体１３を形成した状態で、つまりパターンＦＰを構造的に補強した状態で基板表面Ｗｆに対して物理洗浄を施すことができる。しかも、第１実施形態では、冷却ガス吐出ノズル３を用いて凝固体形成処理を実行する一方、洗浄液を冷却した状態で二流体ノズル５から吐出させて物理洗浄中における凝固体１３の凍結状態を維持する必要があるのに対し、この実施形態では冷却プレート４２を基板Ｗに近接して配置することのみで凝固体形成処理の実行と物理洗浄中における凝固体１３の凍結状態を維持することができる。

＜第３実施形態＞
図１０はこの発明の基板処理装置の第３実施形態を示す平面レイアウト図である。この基板処理装置では、複数枚の基板Ｗに対して一括して洗浄処理（液膜形成工程＋粗乾燥工程＋凝固体形成工程＋物理洗浄工程＋リンス工程＋本乾燥工程）を施すことが可能となっている。この基板処理装置では、基板搬送機構６００が互いに分離して配置された処理ユニット、つまりスピン処理ユニット１００（本発明の「液体除去手段」に相当）、凍結処理ユニット２００（本発明の「凝固体形成手段」に相当）、物理洗浄処理ユニット３００（本発明の「物理洗浄手段」に相当）、リンス処理ユニット４００および乾燥処理ユニット５００に順次搬送して一連の洗浄処理を施す。

最初に、スピン処理ユニット１００について説明する。図１１は図１０の基板処理装置に装備されるスピン処理ユニットの構成を示す図である。このスピン処理ユニット１００は、処理チャンバー１０１を備えており該処理チャンバー１０１の内部で、複数基板Ｗに対して一括して液膜形成処理および粗乾燥処理を施すことが可能となっている。処理チャンバー１０１内には複数の基板Ｗが互いに離間し、しかも互いに積層された状態で基板保持部１１０により保持されている。基板保持部１１０は、鉛直方向に延設された、複数基板Ｗの各々を略水平姿勢で保持するための複数本、例えば３本の基板保持柱１１１と、３本の基板保持柱１１１の上下端をそれぞれ連結して固定するリング状の支持板１１２とを有している。支持板１１２は回転支軸１０２により鉛直軸回りに回転自在に支持されている。回転支軸１０２はスピンモータ１０３の回転軸に連結されており、スピンモータ１０３の駆動により基板保持部１１０に保持された基板Ｗが鉛直軸回りに回転する。

また、基板保持部１１０により保持された複数の基板Ｗの各々に対応してＤＩＷ供給ノズル１０４が設けられている。各ＤＩＷ供給ノズル１０４は基板Ｗの積層方向に沿って延びる供給管１０５の側面に接続されており、ＤＩＷ供給ユニット（図示せず）から供給されるＤＩＷが供給管１０５を介してＤＩＷ供給ノズル１０４に導かれ、ＤＩＷ供給ノズル１０４から対応する基板Ｗの表面Ｗｆに向けて吐出される。また、処理チャンバー１０１の底部には、排液ポート１０６が設けられており、基板Ｗから排出された液体成分を排液ポート１０６から系外にドレンすることが可能となっている。

次に、凍結処理ユニット２００について説明する。図１２は図１０の基板処理装置に装備された凍結処理ユニットの構成を示す図である。凍結処理ユニット２００は、内部に複数の基板Ｗを収容可能な処理空間ＳＰが形成された処理槽２０１を備えている。また、凍結処理ユニット２００には、リフタ２０２が処理槽２０１の内部位置（図１２に示した位置）と処理槽２０１の上方位置との間で昇降自在に設けられ、リフタ駆動機構２０２ａによって昇降駆動される。これにより、リフタ２０２が有する基板保持ガイド２０３によって複数の基板Ｗを保持した状態で、処理槽２０１の上方位置と処理空間ＳＰに収容された位置とに複数基板Ｗを配置可能となっている。

処理槽２０１の内壁面２１１は処理空間ＳＰを冷却する冷却面となっており、処理空間ＳＰを包囲するように内壁面２１１に沿って冷媒経路２０４が形成されている。この冷媒経路２０４の両端は冷媒供給部２０５に接続されている。冷媒供給部２０５は、冷媒を冷却させる冷却機構と、冷媒を冷媒経路２０４に圧送して冷媒経路２０４内を循環させるポンプ等の圧送機構とを備える。このため、冷媒供給部２０５から冷媒が供給され、冷媒経路２０４を出た冷媒は再び冷媒供給部２０５に帰還されるようになっている。冷媒としては、内壁面２１１を介して処理空間ＳＰの温度を内部残留液（ＤＩＷ）の凝固点より低い温度に冷却するものであればよい。

処理槽２０１の上部は基板搬出入口となっており、シャッタ２０６をシャッタ駆動機構２０７により駆動することで開閉可能とされている。処理槽２０１の上部を開放した状態において、その開放部分からリフタ駆動機構２０２ａにより複数の基板Ｗの搬出入を行う一方、処理槽２０１の上部を閉鎖した状態で、処理槽２０１内部の処理空間ＳＰを密閉空間にすることができる。また、密閉状態における処理空間ＳＰの冷却効率を高めるために処理槽２０１の外壁およびシャッタ２０６は断熱材２０８により覆われている。

次に、物理洗浄処理ユニット３００について説明する。図１３は図１０の基板処理装置に装備された物理洗浄処理ユニットの構成を示す図である。この物理洗浄処理ユニット３００は、複数枚の基板Ｗに洗浄液を介して超音波振動を付与することによって複数基板Ｗに対して物理洗浄を施す。物理洗浄処理ユニット３００は洗浄液を貯留した処理槽３０１を備え、処理槽３０１の内部には複数の基板Ｗを起立姿勢で収容するリフタ３０２が配置されている。このリフタ３０２は処理槽３０１の内部位置（図１３に示した位置）と処理槽３０１の上方位置との間で昇降自在とされ、リフタ駆動機構３０２ａによって昇降駆動される。また、リフタ３０２は複数の基板Ｗを保持するための３本の基板保持ガイド３０３を備えている。

処理槽３０１の内底部付近には、管状をなす２本の洗浄液供給ノズル３０４が、それぞれ略水平方向に配設されている。これら洗浄液供給ノズル３０４には、洗浄液を吐出する複数個の吐出孔３０５がそれぞれ形成されている。また、各洗浄液供給ノズル３０４は洗浄液供給管３０６を介して洗浄液供給部３０７に連通されており、洗浄液供給部３０７から洗浄液が圧送されると、各洗浄液供給ノズル３０４から洗浄液が処理槽３０１に供給される。各洗浄液供給ノズル３０４からそれぞれ吐出された洗浄液は、左右両側から噴出した洗浄液が槽中央部で上昇流を形成しつつ、槽上部の開口部からオーバーフローするようになっている。そして、このオーバーフローされる洗浄液によって洗浄液中に拡散する汚染物質を洗浄液とともにオーバーフロー槽３０９で受け、槽外に排出させるようになっている。

洗浄液供給部３０７は、内部残留液（ＤＩＷ）よりも凝固点が低い洗浄液を該洗浄液の凝固点よりも高く、かつ内部残留液の凝固点よりも低い温度に冷却（温調）した状態で洗浄液供給ノズル３０４に圧送する。これにより、処理槽３０１内が冷却された洗浄液（冷却洗浄液）で満たされる。なお、洗浄液供給部３０７から冷却洗浄液を供給することに代えて洗浄液供給部３０７から処理槽３０１に供給された洗浄液を該洗浄液の凝固点よりも高く、かつ内部残留液の凝固点よりも低い温度に冷却するように構成してもよい。

また、処理槽３０１の底部および周側部の一部を取り囲むように外槽３１１が配設されている。外槽３１１には超音波振動を伝播するための伝播液が貯留されている。外槽３１１の下部には超音波振動子３１２が設置されている。超音波振動子３１２は高周波発信器（図示せず）によって駆動され、超音波振動子３１２が発生した超音波振動は、外槽３１１内に貯留された伝播液および処理槽３０１の底壁面から処理槽３０１内の洗浄液に伝わる。これにより、洗浄液を介して洗浄液中に浸漬された基板Ｗに超音波振動が付与される。

次に、上記のように構成された基板処理装置の動作について図１０ないし図１３を参照しつつ説明する。未処理の基板Ｗがスピン処理ユニット１００に搬入されると、基板保持部１１０により保持される。そして、スピンモータ１０３の駆動により基板Ｗを回転させながら複数基板Ｗの各々の表面ＷｆにＤＩＷ供給ノズル１０４からＤＩＷが供給されると、各基板Ｗの表面Ｗｆに液膜が形成される（ステップＳ１）。このとき、ＤＩＷの流動によりパターンの間隙内部にＤＩＷが入り込む。その後、基板Ｗの回転を継続させつつＤＩＷの供給が停止されることによって基板Ｗの粗乾燥処理が行われる。これにより、パターンの間隙内部にＤＩＷ（内部残留液）を残しながら基板表面ＷｆからＤＩＷが除去される（ステップＳ２；液体除去工程）。

続いて、基板搬送機構６００により基板Ｗがスピン処理ユニット１００から凍結処理ユニット２００に搬送される。凍結処理ユニット２００では、処理槽２０１の上方位置に待機していたリフタ２０２が基板搬送機構６００から基板Ｗを受け取る。そして、リフタ駆動機構２２ａの作動によりリフタ２０２を下降させて基板Ｗを処理槽２０１内の処理空間ＳＰに収容した位置に配置させる。なお、このとき、シャッタ２０６を開状態とし、処理槽２０１の上部を開放した状態としておく。

処理槽２０１内に基板Ｗが収容されると、シャッタ２０６が閉じられる。ここで、処理槽２０１内の処理空間ＳＰは空間全体の温度が内部残留液（ＤＩＷ）の凝固点よりも低い温度に冷却されていることから、各基板Ｗにおいて内部残留液が凍結してパターンの間隙内部に凝固体が形成される（ステップＳ３；凝固体形成工程）。これにより、凝固体によってパターンが構造的に補強された状態となる。凝固体形成処理が完了すると、シャッタ２０６を開き、リフタ２０２を処理槽２０１の上方位置まで上昇させ、基板Ｗを基板搬送機構６００に受け渡す。なお、次の基板Ｗがスピン処理ユニット１００から搬送されてくるまでシャッタ２０６が閉じられる。

続いて、基板搬送機構６００は、凍結処理ユニット２００から物理洗浄処理ユニット３００に基板Ｗを搬送する。物理洗浄処理ユニット３００では、処理槽３０１の上方位置に待機していたリフタ３０２が基板搬送機構６００から基板Ｗを受け取り、リフタ駆動機構３０２ａの作動によりリフタ３０２を下降させる。これにより、複数基板Ｗが処理槽３０１に貯留された冷却洗浄液に一括して浸漬され、該複数基板Ｗの各々に対して冷却洗浄液を介して超音波振動が付与される（ステップＳ４；物理洗浄工程）。これにより、基板Ｗに付着するパーティクルは超音波振動子３１２からの超音波振動の衝撃を受けて基板Ｗから脱離する。処理槽３０１内では処理槽３０１の上方へ向かう洗浄液の流れ（上昇流）が形成されていることから、基板Ｗから脱離したパーティクルは処理槽３１からオーバーフローされる洗浄液とともに槽外に排出される。また、冷却洗浄液は内部残留液の凝固点よりも低い温度に冷却（温調）されているので、パターンの間隙内部に形成された凝固体を凍結状態のまま物理洗浄を行うことができる。しかも、パーティクルは粗乾燥処理によって基板表面Ｗｆに露出した状態となっていることから超音波振動により効率良く基板面Ｗｆから除去される。

ここで、超音波を用いた物理洗浄（超音波洗浄）では、超音波振動によって基板Ｗに付着するパーティクルを振動させて脱離させたり、洗浄液中に発生したキャビテーションや気泡を基板Ｗに作用させることにより基板Ｗからパーティクルを除去している。このような物理洗浄では、超音波振動子の発振出力を上げるなど洗浄条件の変更により基板Ｗに到達する振動エネルギー（超音波振動エネルギー）を高めることで基板表面Ｗｆからのパーティクル除去率を向上させることが可能となっている。その一方で、被処理対象となる基板側で何ら対策を講じることなく、超音波振動エネルギーを高めると、パターンがダメージを受けてしまう。そこで、この実施形態では、パターンの間隙内部に凝固体を形成し、パターンを構造的に補強した状態で物理洗浄を実行している。これにより、超音波振動エネルギーを高めるように洗浄条件を変更しても、パターンがダメージを受けるのを防止することができる。したがって、パターンへのダメージを抑制しながらパーティクル除去率を向上させることができる。

こうして、所定時間の物理洗浄処理が完了すると、リフタ３０２を上昇させて処理槽３０１の上方位置で基板搬送機構６００に基板Ｗを受け渡す。そして、基板搬送機構６００は基板Ｗをリンス処理ユニット４００に搬送する。リンス処理ユニット４００は、リンス液としてＤＩＷを貯留したリンス槽（図示せず）を備え、リンス槽内のリンス液に基板Ｗが浸漬されることで凝固体が融解して基板表面Ｗｆから除去されるとともに、パターンの間隙内部に付着する汚染物質が基板表面Ｗｆから除去される（ステップＳ５；凝固体除去工程）。その後、リンス処理ユニット４００から乾燥処理ユニット５００に基板Ｗが搬送され、乾燥処理ユニット５００内で基板Ｗの本乾燥処理（仕上げ乾燥）が実行される（ステップＳ６）。なお、乾燥処理ユニット５００としては、乾燥室４１内を加熱および／または減圧することで基板Ｗを乾燥させるものであってもよいし、蒸気乾燥させるものであってもよい。

以上のように、この実施形態によれば、パターンの間隙内部に残留させたＤＩＷ（内部残留液）を凍結させて凝固体を形成し、パターンを構造的に補強している。そして、このようにパターンを補強した状態で超音波洗浄を実行している。したがって、パターンへのダメージを抑制しながら基板Ｗを良好に洗浄処理することができる。

また、この実施形態によれば、内部残留液（ＤＩＷ）よりも凝固点が低い洗浄液を該洗浄液の凝固点よりも高く、かつ内部残留液の凝固点より低い温度に冷却した状態で処理槽３０１に貯留させるとともに、洗浄液内に複数の基板Ｗを浸漬させながら洗浄液を介して各基板Ｗに超音波振動を付与して物理洗浄を行っている。したがって、パターンの間隙内部に凝固体を形成した状態で、つまりパターンを構造的に補強した状態で複数基板Ｗの各々の基板表面Ｗｆに対して一括して物理洗浄を施すことができる。

＜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、パターンの間隙内部に残留させる液体、つまり内部残留液としてＤＩＷを使用しているが、これに限定されない。例えば内部残留液としてＤＩＷよりも凝固点の高い液体を用いるようにしてもよい。例えば内部残留液として第３ブチルアルコール（凝固点：２５．４℃）を用いた場合には、次のようにして洗浄処理が実行される。ここでは、図５および図６を参照しつつ説明する。

先ず、第３ブチルアルコールを融解させた状態（第３ブチルアルコールの凝固点より高温に温調）で基板表面Ｗｆに第３ブチルアルコールによる液膜１１を形成し、第３ブチルアルコールをパターンＦＰの間隙内部に入り込ませる。その後、パターンＦＰの間隙内部に第３ブチルアルコールを残しながら基板表面Ｗｆから第３ブチルアルコールを除去する（液体除去工程）。続いて、常温（第３ブチルアルコールの凝固点より低温）に戻して第３ブチルアルコールを凝固させてパターンＦＰの間隙内部に凝固体１３を形成する（凝固体形成工程）。これにより、凝固体１３によってパターンＦＰが構造的に補強された状態となる。そして、このような状態を保ちながら基板表面Ｗｆに対して洗浄液としてＤＩＷを用いて物理洗浄処理を実行する（物理洗浄工程）。ここでは、洗浄液（ＤＩＷ）を温調することなく常温で用いることができる。また、基板Ｗについても特に温調する必要がない。したがって、洗浄液および基板Ｗに対する温調手段を新たに設けることなく、凝固体１３を形成した状態で物理洗浄を実行することができる。その後、凝固体除去液として第３ブチルアルコールの凝固点より高温に温調された温水を用いて基板表面Ｗｆから凝固体１３を除去した後（凝固体除去工程）、基板Ｗを乾燥させる。

また、内部残留液として第３ブチルアルコールとＤＩＷとを混合させた混合液を用いるようにしてもよい。このように第３ブチルアルコールにＤＩＷを混合させることで混合液の凝固点を第３ブチルアルコールの凝固点よりも低下させることができる。これにより、第３ブチルアルコールとＤＩＷとの混合比率を変えることで例えば２０℃前後で混合液を凝固（または混合液を凝固させた凝固体を融解）させるように調整することができ、使い勝手を向上させることができる。

また、上記実施形態では、液体除去工程において基板Ｗを回転させながらパターンＦＰの間隙内部に液体を残しながら基板表面Ｗｆから液体を除去しているが、基板表面Ｗｆからの液体除去方法はこれに限定されない。例えば、エアナイフ（本発明の「液体除去手段」に相当）からガスを基板表面Ｗｆに吹き付けながらエアナイフを基板表面Ｗｆに対して所定の移動方向に相対移動させながら基板表面Ｗｆに付着する液体を液切り除去するようにしてもよい。この場合でも、エアナイフから噴射されるガス流量等を調整することにより、パターンＦＰの間隙内部に液体を残しながらパターンＦＰの上面を露出させる程度にまで基板Ｗを乾燥させることが好ましい。

また、上記第１および第２実施形態では、洗浄液とガスとをノズル外部（空中）で混合させて洗浄液の液滴を生成する、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、洗浄液とガスとをノズル内部で混合させて洗浄液の液滴を生成する、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するようにしてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、物理洗浄工程において二流体ノズルから洗浄液の液滴を基板表面Ｗｆに向けて供給することで基板表面Ｗｆに対して物理洗浄を施しているが、本発明で用いられる物理洗浄は、これらの物理洗浄に限らず、パターンＦＰの間隙内部に形成した凝固体１３が融解しない条件で洗浄できる限り任意である。例えば、基板表面Ｗｆに対してブラシ等を接触させて基板Ｗを洗浄するブラシ洗浄、基板表面Ｗｆに向けて洗浄液を高圧で噴射させて基板Ｗを洗浄する高圧ジェット洗浄、微小な氷粒を基板表面Ｗｆに衝突させて基板Ｗを洗浄するアイススクラバ、または冷却により固化したドライアイス（ＣＯ2）、氷（Ｈ2Ｏ）あるいはアルゴン（Ａｒ）などの粒子を高速に吹き付けて基板表面Ｗｆを洗浄するエアロゾル洗浄または超音波ノズルを用いた超音波洗浄を用いることができる。特に、アイススクラバおよびエアロゾル洗浄は比較的低温で実行することが可能であるため、内部残留液を凍結により凝固させる場合には凝固体１３を形成した状態（凝固した状態）を保ちながら物理洗浄を行うのに有効である。

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対して洗浄処理を施す基板処理方法および基板処理装置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第１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の基板処理装置の動作を説明するための模式図である。 この発明の基板処理装置の第２実施形態を示す平面レイアウト図である。 図７の基板処理装置に装備されたスピン処理ユニットの構成を示す図である。 図７の基板処理装置に装備された凍結洗浄ユニットの構成を示す図である。 この発明の基板処理装置の第３実施形態を示す平面レイアウト図である。 図１０の基板処理装置に装備されるスピン処理ユニットの構成を示す図である。 図１０の基板処理装置に装備された凍結処理ユニットの構成を示す図である。 図１０の基板処理装置に装備された物理洗浄処理ユニットの構成を示す図である。

符号の説明

２…スピンチャック（液体除去手段）
３…冷却ガス吐出ノズル（凝固体形成手段）
５…二流体ノズル（物理洗浄手段）
１３…凝固体
４２…冷却プレート（基板冷却部、凝固体形成手段）
４２ａ…基板冷却面
１００…スピン処理ユニット（液体除去手段）
２００…凍結処理ユニット（凝固体形成手段）
３００…物理洗浄処理ユニット（物理洗浄手段）
ＦＰ…パターン
Ｗ…基板
Ｗｂ…基板裏面
Ｗｆ…基板表面

Claims (9)

1. 所定のパターンが形成された基板表面に対して洗浄処理を施す基板処理方法において、
   前記基板表面に液体が付着した基板から前記パターンの間隙内部に前記液体を残留させながら前記液体を前記基板表面から除去する液体除去工程と、
   前記パターンの間隙内部に残留させた前記液体を凝固させて該パターンの間隙内部に凝固体を形成する凝固体形成工程と、
   前記パターンの間隙内部に前記凝固体を形成した状態を保ちながら前記基板表面に対して物理的な洗浄作用を有する物理洗浄を施す物理洗浄工程と
   を備えたことを特徴とする基板処理方法。
2. 前記物理洗浄工程後に前記基板表面に凝固体除去液を供給して前記凝固体を除去する凝固体除去工程をさらに備える請求項１記載の基板処理方法。
3. 前記液体除去工程では、前記基板を回転させながら前記液体を前記基板表面から除去する請求項１または２記載の基板処理方法。
4. 前記物理洗浄工程では、前記パターンの間隙内部に残留させた液体よりも凝固点が低い洗浄液を該洗浄液の凝固点よりも高く、かつ前記液体の凝固点より低い温度に調整した状態で前記基板表面に吹き付けて前記基板表面に対して前記物理洗浄を施す請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理方法。
5. 前記液体よりも凝固点が低い洗浄液を用いて前記物理洗浄工程を実行する請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理方法であって、
   前記物理洗浄工程では、前記洗浄液の凝固点よりも高く、かつ前記パターンの間隙内部に残留させた液体の凝固点より低い温度に調整された基板冷却面を有する基板冷却部を前記基板の裏面に対向させながら前記洗浄液を前記基板表面に供給して前記基板表面に対して前記物理洗浄を施す基板処理方法。
6. 前記物理洗浄工程では、前記パターンの間隙内部に残留させた液体よりも凝固点が低い洗浄液を該洗浄液の凝固点よりも高く、かつ前記液体の凝固点より低い温度に調整した状態で貯留した処理槽内に前記基板を浸漬させながら前記基板表面に対して前記物理洗浄を施す請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理方法。
7. 前記洗浄液とガスとを混合して生成された前記洗浄液の液滴を前記基板表面に向けて供給して前記基板表面に対して前記物理洗浄を施す請求項４または５記載の基板処理方法。
8. 前記洗浄液を介して前記基板に超音波振動を付与することで前記基板表面に対して前記物理洗浄を施す請求項６記載の基板処理方法。
9. 所定のパターンが形成された基板表面に対して洗浄処理を施す基板処理装置において、
   前記基板表面に付着させた液体を前記パターンの間隙内部に前記液体を残留させながら前記基板表面から除去する液体除去手段と、
   前記パターンの間隙内部に残留させた前記液体を凝固させて該パターンの間隙内部に凝固体を形成する凝固体形成手段と、
   前記パターンの間隙内部に前記凝固体を形成した状態を保ちながら前記基板表面に対して物理的な洗浄作用を有する物理洗浄を施す物理洗浄手段と
   を備えたことを特徴とする基板処理装置。
   

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