基板処理方法および基板処理装置
【課題】薬液の使用量を抑えつつ基板表面を良好に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】初期薬液処理では、基板表面Ｗｆにシリコン酸化膜が形成されており、基板表面Ｗｆは親水面となっている。そこで、初期薬液処理（時刻０から時間Ｔ1が経過するまでの間）においてはフッ酸溶液の流量を５１０（ｍＬ／ｍｉｎ）に抑えてフッ酸の使用量を抑制している。一方、初期薬液処理により基板Ｗのシリコン層の少なくとも一部が露出してくるタイミングでフッ酸溶液の流量を１５３０（ｍＬ／ｍｉｎ）に増大させて連続薬液処理中を実行しているため、基板表面Ｗｆの一部にシリコン層が露出して疎水面が形成されたとしてもフッ酸溶液が基板表面Ｗｆ全体をカバレッジしてシリコン酸化膜のエッチング除去を継続させることができる。
【解決手段】初期薬液処理では、基板表面Ｗｆにシリコン酸化膜が形成されており、基板表面Ｗｆは親水面となっている。そこで、初期薬液処理（時刻０から時間Ｔ1が経過するまでの間）においてはフッ酸溶液の流量を５１０（ｍＬ／ｍｉｎ）に抑えてフッ酸の使用量を抑制している。一方、初期薬液処理により基板Ｗのシリコン層の少なくとも一部が露出してくるタイミングでフッ酸溶液の流量を１５３０（ｍＬ／ｍｉｎ）に増大させて連続薬液処理中を実行しているため、基板表面Ｗｆの一部にシリコン層が露出して疎水面が形成されたとしてもフッ酸溶液が基板表面Ｗｆ全体をカバレッジしてシリコン酸化膜のエッチング除去を継続させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板の表面に薬液を供給して基板に対して薬液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。なお、処理対象となる基板には、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（電界放出ディスプレイ：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等が含まれる。
【背景技術】
【０００２】
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る。そこで、必要に応じて薬液を用いた基板の洗浄処理が行われる。例えば特許文献１に記載の基板処理技術では、半導体ウエハなどの基板をスピンチャック上にほぼ水平に保持した後に、このスピンチャックを回転させるとともに、スピンチャックに保持された基板の表面に希フッ酸溶液などの薬液を供給して基板表面の異物を除去する。すなわち、基板がシリコンウエハの場合、表面の酸化シリコン膜は親水面であるので、薬液は遠心力により基板の半径方向外側に広がり、基板表面の全面に連続した液膜が形成され、これによって基板表面の最上層となっている酸化シリコン膜がエッチング除去される（薬液処理）。この後、薬液の供給を停止し、基板表面に純水やＤＩＷ（脱イオン水：deionized water）などのリンス液を供給することで、基板表面の薬液が洗い流される（リンス工程）。
【０００３】
また、特許文献２には、基板に対してエッチング処理を施すエッチング方法が記載されている。このエッチング方法では、半導体ウエハなどの基板を回転系の上端に水平に載せて高速回転させるとともに、その回転する基板の表面にエッチング液（薬液）を一滴ずつ滴下してエッチングした後、基板表面にリンス液を噴射してエッチング液を洗い流している。
【０００４】
さらに、特許文献３には、撥水性物質上に親水性膜が被着された基板にエッチング水溶液などの薬液をスプレーしながら基板を回転させることによって基板から親水性膜を除去するウエットエッチング方法が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３１９９９０号公報（図４、図１３）
【特許文献２】特開平８−２７９４８４号公報（段落００２０、００２１）
【特許文献３】特開２００２−１５１４６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記したように薬液を基板表面に供給して薬液処理を行う場合、均一な処理を行うためには、基板表面全体に薬液の液膜を形成することが重要である。したがって、基板表面が疎水性となっている場合には、親水性となっている場合よりも基板表面に供給する薬液の流量を大きくする必要がある。また、薬液処理中に基板表面が親水性から疎水性に変化する場合にも、薬液処理の開始時点より薬液流量を疎水性表面に適した流量、つまり比較的大きな流量に設定していた。例えば特許文献１に記載されているように、シリコン基板に対して薬液処理を施す場合、薬液処理の初期段階では基板表面には酸化シリコン膜が形成されているため、基板表面は親水面であるが、薬液処理によって酸化シリコン膜がエッチング除去されてシリコン基板表面が露出すると疎水面となる。また、特許文献３に記載されているように、撥水性物質上に形成された親水性膜をエッチング除去することで撥水性物質が露出することとなり、基板表面が疎水面となる。このように薬液処理中に基板表面の疎水状況が変化する場合には、基板表面が疎水面となったとしても基板表面全体を薬液でカバレッジすることが可能となる程度まで基板表面に供給する薬液の流量を高めていた。
【０００７】
このように薬液処理に用いられた薬液については、使い捨てされることが多く、薬液の消費量を抑制することが重要な技術課題のひとつとなっている。しかしながら、従来では、上記したように薬液処理中に疎水状況が変化する場合であっても、薬液処理の開始時点より薬液流量を比較的高い流量に固定化しており、このことが基板処理のランニングコストを増大させる主要因のひとつとなっていた。
【０００８】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、薬液の使用量を抑えつつ基板表面を良好に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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、基板の表面に薬液を供給して基板に対して薬液処理を施す基板処理方法および基板処理装置であって、上記目的を達成するため、次のように構成されている。すなわち、この発明にかかる基板処理方法は、薬液処理中の基板表面の疎水状況に応じて基板表面に供給する薬液の流量を制御することを特徴としている。また、この発明にかかる基板処理装置は、基板表面に向けて薬液を吐出するノズルと、薬液の流量を調整しながらノズルに薬液を供給する液供給ユニットと、薬液処理中の基板表面の疎水状況に応じて液供給ユニットを制御して基板表面に供給される薬液の流量を制御する制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００１０】
このように構成された発明（基板処理方法および基板処理装置）では、基板の表面に薬液が供給されて基板に対して薬液処理が実行されるため、薬液処理の進行に伴って基板表面の疎水状況が変化することがある。そこで、本発明では、疎水状況に応じて基板表面に供給する薬液の流量が制御される。したがって、薬液処理中において疎水状況が変化したとしても、疎水状況に応じた薬液流量で薬液処理が実行される。
【００１１】
ここで、基板表面の疎水状況を以下のように判断してもよく、これらの判断手法を用いることで基板表面の疎水状況を正確に求めることができる。すなわち、薬液処理は基板表面への薬液の供給により開始され、時間経過とともに薬液処理が進行していき、基板表面の疎水状況も変化する。そこで、薬液の供給開始からの経過時間に基づき基板表面の疎水状況を判断することができる。また、別の判断手法として、基板表面を撮像して得られる画像に基づき基板表面の疎水状況を判断する手法を用いてもよく、基板表面の疎水状況を直接かつリアルタイムで判断することができる。特に、薬液処理中に基板表面を連続的あるいは断続的に撮像して画像を得るとともに、各画像に対して画像処理を加えて得られる基板表面を示す画像情報に基づき疎水状況を判断してもよく、この場合には時々刻々と変化していく基板表面の疎水状況をリアルタイムで判断することができる。
【００１２】
なお、この発明では、薬液処理中において薬液流量を制御しているが、薬液処理中での薬液濃度が一定となるように濃度制御してもよく、これによって薬液処理中に薬液の濃度むらが発生するのを防止することができ、その結果、基板表面内での薬液処理の均一性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、薬液処理中の基板表面の疎水状況に応じて液供給ユニットを制御して基板表面に供給される薬液の流量を制御しているので、薬液の使用量を抑えつつ基板表面を良好に処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
＜第１実施形態＞
図１は本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に示す装置の電気的構成を示すブロック図である。この基板処理装置はシリコンウエハ等の基板Ｗの表面Ｗｆに付着している酸化膜などの不要物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、基板表面Ｗｆに対してフッ酸溶液などの薬液による薬液処理、純水やＤＩＷなどのリンス液によるリンス処理を施した後、基板表面Ｗｆをスピン乾燥させる装置である。
【００１５】
この基板処理装置は、基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗを略水平姿勢に保持して回転させるスピンチャック２と、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに向けて薬液やリンス液を吐出するノズル４とを備えている。
【００１６】
スピンチャック２は、回転支軸６がモータを含むチャック回転機構８の回転軸に連結されており、チャック回転機構８の駆動により回転軸Ｊ（鉛直軸）回りに回転可能となっている。これら回転支軸６、チャック回転機構８は、円筒状のケーシング１０内に収容されている。また、回転支軸６の上端部には、円盤状のスピンベース１２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１４からの動作指令に応じてチャック回転機構８を駆動させることによりスピンベース１２が回転軸Ｊ回りに回転する。また、制御ユニット１４はチャック回転機構８を制御してスピンベース１２の回転速度を調整する。
【００１７】
スピンベース１２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１６が立設されている。チャックピン１６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１２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１６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１６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。
【００１８】
スピンベース１２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１６を解放状態とし、後述する基板処理を基板Ｗに対して行う際には、複数個のチャックピン１６を押圧状態とする。このように押圧状態とすることによって、複数個のチャックピン１６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１２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Ｗｆを上方に向け、裏面Ｗｂを下方に向けた状態で支持される。なお、基板保持手段としてはチャックピン１６に限らず、基板裏面Ｗｂを吸引して基板Ｗを支持する真空チャックを用いてもよい。
【００１９】
ノズル４は、バルブ１８を介して液供給ユニット２０と接続されている。この液供給ユニット２０は薬液とリンス液を選択的にノズル４に供給するとともに、各液体の流量および濃度を調整可能となっている。すなわち、液供給ユニット２０はミキシングバルブ２２を有しており、このミキシングバルブ２２に対してフッ酸供給系とＤＩＷ供給系とが接続されている。
【００２０】
これらの供給系のうちフッ酸供給系は、フッ酸供給源２４と、フッ酸供給源２４とミキシングバルブ２２を接続する配管２６と、その配管２６に介挿されてミキシングバルブ２２に供給するフッ酸の流量を制御する流量コントローラ２８とを備えている。この流量コントローラ２８は、流量調整弁（電動弁）３０、流量計３２および流量制御部（図示省略）により構成されており、流量制御部が流量計３２により測定された流量信号を検出および演算し、ミキシングバルブ２２に送り込むフッ酸流量が制御ユニット１４から与えられた設定流量になるように流量調整弁３０を制御する。
【００２１】
また、ＤＩＷ供給系もフッ酸供給系と同様に構成されている。つまり、ＤＩＷ供給系はＤＩＷ供給源３４とミキシングバルブ２２を接続する配管３６と、その配管３６に介挿されてミキシングバルブ２２に供給するＤＩＷの流量を制御する流量コントローラ３８とを備えている。この流量コントローラ３８は、流量調整弁（電動弁）４０、流量計４２および流量制御部（図示省略）により構成されており、流量制御部が流量計４２により測定された流量信号を検出および演算し、ミキシングバルブ２２に送り込むＤＩＷ流量が制御ユニット１４から与えられた設定流量になるように流量調整弁４０を制御する。なお、ＤＩＷ供給源３４については上記装置に必須の構成要件ではなく、上記装置を設置する工場の用力のひとつであるＤＩＷ供給装置から供給されるＤＩＷを用いてもよい。
【００２２】
このように、本実施形態では上記のように構成された液供給ユニット２０はミキシングバルブ２２に送り込むフッ酸流量とＤＩＷ流量を制御することでミキシングバルブ２２により調製されるフッ酸溶液中のフッ酸濃度およびフッ酸溶液の流量を直接的かつ動的に調整しながら当該フッ酸溶液をノズル４に供給することが可能となっている。また、液供給ユニット２０はミキシングバルブ２２へのフッ酸供給を停止した状態で流量コントローラ３８によりＤＩＷ流量を制御することでＤＩＷ流量を直接的かつ動的に調整しながらＤＩＷをリンス液としてノズル４に供給することが可能となっている。
【００２３】
ケーシング１０の周囲には、受け部材４４が固定的に取り付けられている。この受け部材４４には、円筒状の仕切り部材が３個立設されている。そして、これらの仕切り部材とケーシング１０の組み合わせにより３つの空間が排液槽として形成されている。また、これらの排液槽の上方にはスプラッシュガード４６がスピンチャック２に水平姿勢で保持されている基板Ｗの周囲を包囲するようにスピンチャック２の回転軸Ｊに対して昇降自在に設けられている。このスプラッシュガード４６は回転軸Ｊに対して略回転対称な形状を有しており、スピンチャック２と同心円状に径方向内側から外側に向かって配置された３つのガードを備えている。そして、ガード昇降機構（図示省略）の駆動によりスプラッシュガード４６を段階的に昇降させることで、回転する基板Ｗから飛散するフッ酸溶液やリンス液などを分別して排液させることが可能となっている。
【００２４】
上記のように構成された基板処理装置では、制御ユニット１４がメモリ（図示省略）に記憶されているプログラムにしたがって装置各部を制御して基板Ｗに対して薬液処理、リンス処理および乾燥処理を施す。これらのうち薬液処理で用いられるフッ酸溶液が本発明の「薬液」に相当しており、この実施形態では図３に示すようにＤＩＷとフッ酸の濃度が（５０：１）となるように濃度調整されたフッ酸溶液が薬液として使用される。このフッ酸溶液を用いた初期薬液処理と連続薬液処理を実行することによってシリコン酸化膜などの親水性膜をシリコン基板表面Ｗｆからエッチング除去している。以下、図３を参照しつつ上記基板処理装置による基板処理について説明する。
【００２５】
制御ユニット１４はスプラッシュガード４６を降下させてスピンチャック２をスプラッシュガード４６の上端部から突出させる。そして、この状態で基板搬送手段（図示せず）により未処理の基板Ｗが装置内に搬入される。より具体的には、基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗが装置内に搬入され、スピンチャック２に保持される。これに続いて、スプラッシュガード４６が上昇されるとともに基板Ｗに対して薬液処理が開始される。
【００２６】
薬液処理を実行する工程（薬液工程）では、ノズル４を基板表面Ｗｆの中央部上方に移動させるとともに、チャック回転機構８の駆動によりスピンチャック２に保持された基板Ｗを２００〜１２００ｒｐｍの範囲内で定められる回転速度（例えば８００ｒｐｍ）で回転させる。一方、液供給ユニット２０ではフッ酸溶液が薬液として準備される。つまり、制御ユニット１４からフッ酸に対する初期フッ酸流量値がフッ酸用流量コントローラ２８に与えられて初期フッ酸流量値（この実施形態では１０（ｍＬ／ｍｉｎ））でフッ酸がミキシングバルブ２２に送り込まれる。また、制御ユニット１４からＤＩＷに対する初期ＤＩＷ流量値がＤＩＷ用流量コントローラ３８に与えられて初期ＤＩＷ流量値（この実施形態では５００（ｍＬ／ｍｉｎ））でＤＩＷがミキシングバルブ２２に送り込まれる。これによって、ＤＩＷとフッ酸がミキシングバルブ２２内で混合されて所望濃度（５０：１）のフッ酸溶液が薬液として調製される。そして、バルブ１８を開くことでノズル４から基板表面Ｗｆに所望濃度のフッ酸溶液が５１０（ｍＬ／ｍｉｎ）で基板表面Ｗｆに供給される。この初期薬液処理では、上記したように基板表面Ｗｆにはシリコン酸化膜などの親水性膜が形成されているため、基板表面Ｗｆに供給されるフッ酸溶液は比較的低流量であるにもかかわらず、基板表面Ｗｆをカバレッジしながら基板表面Ｗｆ全体に広げられ、フッ酸による基板表面Ｗｆのエッチング処理（薬液処理）が全体的に、しかもほぼ同時に実行されて均一なエッチング処理が開始される。
【００２７】
この初期薬液処理が実行されることでシリコン酸化膜のエッチング除去が進行し、薬液処理開始から所定時間Ｔ1を過ぎると、シリコン酸化膜の大部分がエッチング除去されて基板Ｗのシリコン層の少なくとも一部が露出してくる。この露出部分は疎水面となるため、フッ酸溶液の流量が低い状態では薬液によるカバレッジが難しくなる。そこで、本実施形態では、上記初期薬液処理により基板Ｗのシリコン層の少なくとも一部が露出してくる時間（低流量時間）Ｔ1を予めメモリ（図示省略）に記憶しておき、初期薬液処理の開始からの経過時間に基づき基板表面Ｗｆの疎水状況を判断している。すなわち、初期薬液処理の開始から時間Ｔ1が経過した時点で基板表面Ｗｆが疎水面となったと判断し、図３に示すようにフッ酸溶液の流量を増大させている。すなわち、制御ユニット１４はフッ酸用流量コントローラ２８に与えるフッ酸流量値を３０（ｍＬ／ｍｉｎ））に増大させてフッ酸を３０（ｍＬ／ｍｉｎ））でミキシングバルブ２２に送り込むとともに、制御ユニット１４はＤＩＷ用流量コントローラ３８に与えるＤＩＷ流量値を１５００（ｍＬ／ｍｉｎ））に増大させてＤＩＷを１５００（ｍＬ／ｍｉｎ））でミキシングバルブ２２に送り込む。これによって、薬液濃度を変化させることなく、流量のみを初期薬液処理に比べて３倍に増大させた状態でフッ酸溶液が基板表面Ｗｆに供給される。このため、基板表面Ｗｆの一部にシリコン層が露出して疎水面が形成されたとしても比較的大流量のフッ酸溶液が基板表面Ｗｆに供給されるため、基板表面Ｗｆ全体を薬液でカバレッジしながらシリコン酸化膜のエッチング除去を継続させることができる。このように大流量のフッ酸溶液を用いた薬液処理（連続薬液処理）は初期薬液処理に続いて所定時間だけ実行されて基板表面Ｗｆに残留しているシリコン酸化膜が全てエッチング除去される。
【００２８】
上記した薬液工程（初期薬液処理＋連続薬液処理）を実行して所望のエッチング処理が完了すると、フッ酸に対する設定流量がゼロに設定されてミキシングバルブ２２へのフッ酸供給が停止される。そして、スプラッシュガード４６がリンス処理用の高さ位置に配置された状態で制御ユニット１４からの指令に応じて流量コントローラ３８はＤＩＷ流量を例えば２０００（ｍＬ／ｍｉｎ）に調整しながらミキシングバルブ２２にＤＩＷを供給する。これにより液供給ユニット２０からはＤＩＷがリンス液としてノズル４に向けて圧送される。こうして基板表面Ｗｆの中央部に供給されたリンス液は遠心力を受けて基板表面Ｗｆ上のフッ酸溶液を基板表面Ｗｆから押し出していく（リンス処理）。
【００２９】
このリンス処理が完了すると、制御ユニット１４はバルブ１８を閉じてノズル４からのリンス液の吐出を停止させると同時、あるいはそれに続いてノズル４を基板Ｗの上方空間から離れた退避位置（図示省略）に移動させる。また、制御ユニット１４はチャック回転機構８を制御して基板Ｗの回転速度を高め、スピン乾燥を行う。
【００３０】
最後に基板Ｗの乾燥処理が終了すると、制御ユニット１４はチャック回転機構８を制御して基板Ｗの回転を停止させる。そして、スプラッシュガード４６を降下させて、スピンチャック２をスプラッシュガード４６の上方から突出させる。その後、基板搬送手段が処理済の基板Ｗを装置から搬出して、１枚の基板Ｗに対する一連の基板処理が終了する。そして、次の基板Ｗについても、上記と同様の処理が実行される。
【００３１】
以上のように、本実施形態によれば、基板表面Ｗｆにフッ酸溶液（薬液）を供給してシリコン基板Ｗの表面に付着するシリコン酸化膜をエッチング除去している（薬液工程）が、この薬液工程では初期薬液処理が実行された後、それに続いて連続薬液処理が実行される。この初期薬液処理では、基板表面Ｗｆにシリコン酸化膜が形成されており、基板表面Ｗｆは親水面となっている。そこで、本実施形態では、初期薬液処理（時刻０から時間Ｔ1が経過するまでの間）においてはフッ酸溶液の流量を５１０（ｍＬ／ｍｉｎ）に抑えてフッ酸の使用量を抑制している。一方、初期薬液処理により基板Ｗのシリコン層の少なくとも一部が露出してくるタイミング、つまり薬液処理の開始から時間Ｔ1が経過したタイミングでフッ酸溶液の流量を１５３０（ｍＬ／ｍｉｎ）に増大させて連続薬液処理を実行しているため、基板表面Ｗｆの一部にシリコン層が露出して疎水面が形成されたとしてもフッ酸溶液が基板表面Ｗｆ全体をカバレッジしてシリコン酸化膜のエッチング除去を継続させることができる。このように基板表面Ｗｆが親水性を有している間基板表面Ｗｆに供給するフッ酸溶液（薬液）の流量を低流量化する一方、薬液処理の進行に伴って基板表面Ｗｆが疎水性を有するに至るとフッ酸溶液（薬液）の流量を増大させて基板表面Ｗｆ全体をフッ酸溶液でカバレッジしている。このため、フッ酸溶液の使用量を抑えつつ基板表面Ｗｆを良好に処理することができる。
【００３２】
また、本実施形態では、薬液処理中において薬液流量を制御しているが、薬液処理中での薬液濃度が常に一定となるように液供給ユニット２０がフッ酸溶液の濃度を調整している。このため、基板表面Ｗｆに供給されるフッ酸溶液の流量が薬液処理中に変動するにもかかわらず、薬液処理中におけるフッ酸溶液の濃度は一定に維持されて基板表面Ｗｆでの濃度むらの発生を効果的に防止することができる。なお、このように薬液処理中におけるフッ酸溶液の濃度を一定に維持する点については他の実施形態においても同様である。
【００３３】
＜第２実施形態＞
ところで上記第１実施形態では、フッ酸溶液（薬液）の供給開始からの経過時間に基づき基板表面Ｗｆの疎水状況を判断している。つまり、薬液処理は基板表面Ｗｆへのフッ酸溶液（薬液）の供給により開始され、時間経過とともに薬液処理が進行していき、基板表面Ｗｆの疎水状況も変化することから、薬液処理により基板Ｗのシリコン層の少なくとも一部が露出してくる時間Ｔ1を予めメモリ（図示省略）に記憶し、この時間Ｔ1を用いてフッ酸溶液の流量切替タイミングを制御している。この時間Ｔ1を高精度に求めるために、例えば図４および図５に示すように基板処理装置に接触角θを測定するための構成を追加し、ダミー基板を用いて図６に示す流量切替タイミングの導出処理を実行してもよい。以下、図４ないし図６を参照しつつ本発明の第２実施形態について説明する。
【００３４】
図４は本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。また、図５は液滴撮像カメラと基板との位置関係を示す模式図である。さらに、図６は第２実施形態での流量切替タイミングの導出処理を示すフローチャートである。この第２実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、接触角を測定するためにＤＩＷの液滴を基板表面Ｗｆに吐出する液滴形成用ノズル５０と、液滴形成用ノズル５０にＤＩＷを供給してノズル５０から液滴を滴下する液滴供給ユニット５２と、基板表面Ｗｆに形成された液滴を撮像する液滴撮像カメラ５４とを備えている点である。すなわち、第２実施形態では、液滴供給ユニット５２がＤＩＷをノズル５０に向けて送り込むことで液滴形成用ノズル５０から約１〜１００（μＬ）の液滴が停止状態の基板表面Ｗｆの周縁部に滴下される。そして、基板表面Ｗｆに形成された液滴５６が、図５に示すように、基板Ｗとほぼ同一高さ位置で水平配置された液滴撮像カメラ５４により撮像され、その画像データが制御ユニット１４に設けられた画像処理部５８に送られる。制御ユニット１４では、画像処理部５８により所定の画像処理が加えられ、その液滴画像から基板表面Ｗｆに対するＤＩＷの接触角θを求めて基板表面Ｗｆが親水性か疎水性かを判定することが可能となっている。なお、その他の構成は基本的に第１実施形態と同一であるため、ここでは構成説明は省略する。
【００３５】
次に、上記のように構成された装置による時間Ｔ1の導出について図６を参照しつつ説明する。この第２実施形態では、制御ユニット１４はスプラッシュガード４６を降下させてスピンチャック２をスプラッシュガード４６の上端部から突出させる。そして、この状態で基板搬送手段（図示せず）によりダミー基板Ｗが装置内に搬入される。この「ダミー基板」とは基板処理対象となる基板Ｗと同一構成のものであり、基板Ｗのシリコン層上に形成されるシリコン酸化膜の厚みなども基板処理対象となる基板Ｗとほぼ同一となっている。そして、基板表面Ｗｆを上方に向けた状態でダミー基板Ｗが装置内に搬入され、スピンチャック２に保持される。これに続いて、スプラッシュガード４６が上昇されるとともに回転する基板Ｗに対して薬液処理が５７０秒実行された（ステップＳ１）後、リンス処理および乾燥処理が実行される（ステップＳ２）。なお、このように薬液処理、リンス処理および乾燥処理を実行している間、液滴形成用ノズル５０は基板Ｗから離れた位置に待機している。
【００３６】
次のステップＳ３ではカウント値Ｎがゼロにセットされる。そして、液滴形成用ノズル５０を停止状態の基板表面Ｗｆの上方に移動させた後、液滴供給ユニット５２から微量のＤＩＷがノズル５０に向けて送り込まれて５７０秒の薬液処理を受けた基板表面Ｗｆ上に液滴５６を形成する（ステップＳ４）。こうして液滴形成が完了すると、液滴形成用ノズル５０は元の待機位置に移動する一方、液滴撮像カメラ５４によって液滴５６を撮像する。
【００３７】
液滴撮像カメラ５４から送られてきた液滴５６の画像データは制御ユニット１４の画像処理部５８により画像処理された後、その液滴画像に基づき制御ユニット１４は基板表面Ｗｆに対するＤＩＷの接触角θを測定する（ステップＳ５）。そして、測定された接触角θが５０゜以上であれば基板表面Ｗｆは疎水面となっていると判定する一方、５０゜未満であれば基板表面Ｗｆは親水面のままであると判定する（ステップＳ６）。
【００３８】
このステップＳ６で基板表面Ｗｆは親水面のままであると判定される間、ステップＳ７〜Ｓ９を実行した上でステップＳ４に戻る。つまり、ステップＳ７でカウント値Ｎを１だけインクリメントした後、薬液処理を１５秒追加実施し（ステップＳ８）、その薬液処理が施されたダミー基板に対してリンス処理および乾燥処理を実行する（ステップＳ９）。これらによって薬液処理がさらに１５秒追加されてシリコン酸化膜のエッチング除去がその「１５秒」に相当する分だけ進行する。このように、シリコン酸化膜が基板表面全体に残存している間、５７０秒の薬液処理を受けたダミー基板に対して１５秒単位で薬液処理が追加実施される。
【００３９】
また、１５秒単位の薬液処理が実行される度に、ステップＳ４に戻って液滴形成が実行され、さらに接触角θの測定（ステップＳ５）が実行された上で、再び薬液処理が追加実施された基板表面Ｗｆが疎水面となっているか否かを判定する（ステップＳ６）。
【００４０】
このステップＳ６で接触角θが５０゜以上となっており、基板表面Ｗｆは疎水面となっていると判定した際には、次式
時間Ｔ1＝５７０＋１５×Ｎ（秒）
に基づき時間Ｔ1、つまり薬液処理により基板Ｗのシリコン層の少なくとも一部が露出してくる時間を求め、メモリに記憶する（ステップＳ１０）。そして、ダミー基板を装置から搬出する。
【００４１】
以上のように、本発明の第２実施形態によれば、基板処理対象となる基板Ｗとほぼ同一のダミー基板を用いて時間Ｔ1を実測しているので、時間Ｔ1を正確に求めることができ、薬液流量の切り替えを適切に行うことができる。なお、この第２実施形態では、ダミー基板を用いて時間Ｔ1を実測しているが、基板処理対象となる複数の基板のうち１枚目の基板Ｗを用いて時間Ｔ1を実測してもよい。ただし、この場合、時間Ｔ1を求めた（ステップＳ１０）後に、連続薬液処理、リンス処理および乾燥処理を続けて実行する必要がある。
【００４２】
また、上記第２実施形態では、基板処理装置に対して接触角θを測定するための構成を追加しているが、接触角θの測定を別装置で行ってもよい。つまり、５７０秒の薬液処理を行った後にリンス処理および乾燥処理した基板を基板処理装置から取り出し、例えば協和界面化学株式会社製のウエハ洗浄・処理評価装置「ＭＲ700Ｒ」などを用いて接触角θを測定し、接触角θが５０゜未満となり、基板表面が親水性であると判定されている間、（１５秒の薬液処理＋リンス処理＋乾燥処理）を基板処理装置を用いて行うごとに、上記ウエハ洗浄・処理評価装置で接触角を測定してもよい。
【００４３】
＜第３実施形態＞
また、基板表面Ｗｆの疎水状況を判断する手法としては、フッ酸溶液（薬液）の供給開始からの経過時間に基づくもの以外に、基板表面Ｗｆを撮像して得られる画像に基づき基板表面の疎水状況を判断してもよい。以下、図７ないし１０を参照しつつ本発明の第３実施形態について説明する。
【００４４】
図７は本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。また、図８は基板表面を撮像する表面撮像カメラと基板との位置関係を示す模式図である。また、図９は疎水状況を判断するための参考値を求める参考値取得処理を示すフローチャートである。さらに、図１０は第３実施形態の動作を示すフローチャートである。この第３実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、基板表面の画像を撮像するための表面撮像カメラ６０が基板Ｗの上方位置に配置されている点である。そして、表面撮像カメラ６０により基板表面が撮像され、その画像データが制御ユニット１４に設けられた画像処理部６２に送られる。制御ユニット１４では、画像処理部６２により例えばゾーベルフィルター（Sobel Filter）を用いたフィルタリング処理が画像データに対して施されてエッジ強調される。したがって、薬液処理を行っている最中に基板Ｗのシリコン層の少なくとも一部が露出して筋状模様が発生すると、エッジ強調された基板表面の画像は筋状模様の分だけ比較的明るくなっている。これに対し、薬液処理が良好に行われている最中では筋状模様の発生は認められず、エッジ強調された基板表面の画像は筋状模様を有する画像に比べて暗くなっている。このように基板表面の画像に適当な画像処理を加えて得られる画像情報に基づき基板表面Ｗｆの疎水状況を判断することが可能となっている。なお、エッジ強調処理は上記フィルタリング処理に限定されるものではなく、従来より周知の画像処理を用いることができる。また、その他の構成は基本的に第１実施形態と同一であるため、ここでは構成説明は省略する。
【００４５】
次に、上記のように構成された装置による基板処理について説明する。この第３実施形態では、基板表面の画像に基づき基板表面Ｗｆの疎水状況を判断するため、基板処理に先立って２種類のダミー基板、つまり疎水性基板と親水性基板を用いて上記判断の参考値を導出している。具体的は、シリコン酸化膜が形成されていないシリコン基板を疎水性基板として準備するとともに、シリコン酸化膜が基板表面に形成された基板を親水性基板として準備する。そして、図９に示すように、ステップＳ２１〜Ｓ２９を実行して上記判断の参考値μ３を導出する。
【００４６】
基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で疎水性基板Ｗが装置内に搬入され、スピンチャック２に保持される（ステップＳ２１）と、スプラッシュガード４６が上昇されるとともにステップＳ２２〜Ｓ２４が実行される。つまり、チャック回転機構８の駆動によりスピンチャック２に保持された疎水性基板Ｗを回転させる。一方、液供給ユニット２０ではフッ酸溶液が第１実施形態と同様にして所望濃度（５０：１）で、かつ所望流量（この実施形態では５１０（ｍＬ／ｍｉｎ））のフッ酸溶液が薬液として調製される。そして、バルブ１８を開くことでノズル４から基板表面Ｗｆに所望濃度のフッ酸溶液が５１０（ｍＬ／ｍｉｎ）で基板表面Ｗｆに供給される。また、フッ酸溶液（薬液）が基板表面Ｗｆ全体に広がった後で表面撮像カメラ６０により基板表面Ｗｆの画像を複数枚、例えば５枚撮像する（ステップＳ２２）。こうして得られた各画像データは制御ユニット１４の画像処理部６２に送られてゾーベルフィルター（Sobel Filter）を用いたフィルタリング処理によりエッジ強調処理が実行される（ステップＳ２３）。エッジ強調処理が施された基板表面Ｗｆの画像の平均明るさμ１を求め、メモリ（図示省略）に一時的に記憶する（ステップＳ２４）。なお、平均明るさμ１の導出が完了すると、フッ酸溶液の供給を停止し、リンス処理および乾燥処理を施した後、当該疎水性ダミー基板を搬出する。
【００４７】
また、親水性のダミー基板についても、疎水性ダミー基板と同様の処理（ステップＳ２５〜Ｓ２８）が実行される。つまり、基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で親水性基板Ｗが装置内に搬入され、スピンチャック２に保持される（ステップＳ２５）と、スプラッシュガード４６が上昇されるとともにチャック回転機構８の駆動によりスピンチャック２に保持された親水性基板Ｗを回転させる。そして、バルブ１８を開くことでノズル４から基板表面Ｗｆに所望濃度のフッ酸溶液が５１０（ｍＬ／ｍｉｎ）で基板表面Ｗｆに供給される。また、フッ酸溶液（薬液）が基板表面Ｗｆ全体に広がった後に表面撮像カメラ６０により基板表面Ｗｆの画像を複数枚、例えば５枚撮像する（ステップＳ２６）。こうして得られた各画像データに対してエッジ強調処理が実行される（ステップＳ２７）。さらに、当該エッジ強調処理が施された基板表面Ｗｆの画像の平均明るさμ２を求め、メモリ（図示省略）に一時的に記憶する（ステップＳ２８）。なお、平均明るさμ２の導出が完了すると、フッ酸溶液の供給を停止し、リンス処理および乾燥処理を施した後、当該親水性ダミー基板を搬出する。
【００４８】
こうして求められた疎水性基板Ｗでの平均明るさμ１と、親水性基板Ｗでの平均明るさμ２とを比較すると、前者が後者よりも高い値を示す。その理由は以下の通りである。親水性基板Ｗに対してフッ酸溶液を供給した場合には、フッ酸溶液の流量が比較的低流量（この実施形態では５１０（ｍＬ／ｍｉｎ））であったとしても、フッ酸溶液は均一に基板表面Ｗｆ全体に広がる。これに対し、疎水性基板Ｗに対してフッ酸溶液を比較的低流量で供給した場合にはフッ酸溶液が均一に基板表面Ｗｆ全体に広がらず、筋状模様が発生してエッジ強調された基板表面Ｗｆの画像は筋状模様の分だけ親水性基板Ｗの画像に比べて明るくなるからである。そこで、本実施形態では、こうして得られた２種類の明るさμ１、μ２の平均値を算出し、これを参考値μ３としてメモリに記憶する（ステップＳ２９）。すなわち、基板表面Ｗｆの画像から求められる明るさμ４が参考値μ３以上である場合には基板表面Ｗｆは疎水面となっているのに対し、明るさμ４が参考値μ３未満である場合には基板表面Ｗｆは親水面となっていると判断することができる。なお、この実施形態では、２種類の明るさμ１、μ２の平均値を参考値μ３としているが、参考値μ３の算出方法はこれに限定されるものではなく、例えば２つの明るさμ１、μ２に対して重み付けをした上で参考値μ３を設定してもよい。
【００４９】
上記のようにして参考値μ３が求まると、図１０に示すようにして基板処理が実行される。すなわち、第３実施形態にかかる基板処理装置では、制御ユニット１４がメモリ（図示省略）に記憶されているプログラムにしたがって装置各部を制御して基板Ｗに対して基板表面Ｗｆの疎水状況を観察しながら薬液処理を行った後、リンス処理および乾燥処理を施す。
【００５０】
制御ユニット１４はスプラッシュガード４６を降下させてスピンチャック２をスプラッシュガード４６の上端部から突出させる。そして、この状態で基板搬送手段（図示せず）により未処理の基板Ｗが装置内に搬入される（ステップＳ３１）。そして、ノズル４を基板表面Ｗｆの中央部上方に移動させるとともに、チャック回転機構８の駆動によりスピンチャック２に保持された基板Ｗを２００〜１２００ｒｐｍの範囲内で定められる回転速度（例えば８００ｒｐｍ）で回転させる。一方、液供給ユニット２０では第１実施形態と同様にして所望濃度（５０：１）で、かつ所望流量（この実施形態では５１０（ｍＬ／ｍｉｎ））のフッ酸溶液が薬液として調製される。そして、バルブ１８を開くことでノズル４から基板表面Ｗｆに所望濃度のフッ酸溶液が５１０（ｍＬ／ｍｉｎ）で基板表面Ｗｆに供給され（ステップＳ３２）、薬液処理が開始される。この薬液処理はステップＳ３３で「ＹＥＳ」と判定されるまで実行され、薬液処理中に参考値取得処理と同様にして基板表面の画像を複数枚撮像し（ステップＳ３４）、各画像データに対してエッジ強調処理を施した（ステップＳ３５）後、画像平均明るさμ４を求める（ステップＳ３６）。
【００５１】
また、こうして求まった画像平均明るさμ４を参考値μ３と比較し、薬液処理中の現時点での基板表面Ｗｆが親水面か疎水面であるかを判断する（ステップＳ３７）。より具体的には、画像平均明るさμ４が参考値μ３未満である場合には基板表面Ｗｆは親水面となっていると判断し、ステップＳ３３に戻って低流量のままで薬液処理を続ける。一方、画像平均明るさμ４が参考値μ３以上である場合には基板表面Ｗｆは現在の薬液流量ではフッ酸溶液が基板表面Ｗｆ全体に広がらず薬液処理を良好に行うことが困難であると判断する。そこで、薬液流量を増加させた（ステップＳ３８）上でステップＳ３３に戻り薬液処理を続ける。ここで、ステップＳ３８での薬液流量の増加については、第１および第２実施形態のように５１０（ｍＬ／ｍｉｎ）から１５３０（ｍＬ／ｍｉｎ）に一気に増加させてもよいが、本実施形態では基板表面Ｗｆの疎水状況をリアルタイムで検出することができるため、薬液流量の増加量を数十あるいは数百（ｍＬ／ｍｉｎ）程度に設定し、薬液処理の進行に伴って薬液流量を徐々に増加させてもよい。
【００５２】
こうして５１０（ｍＬ／ｍｉｎ）の流量で実施した初期薬液処理および薬液流量を増加させて実施した連続薬液処理を実行して薬液処理が完了する、つまりステップＳ３３で「ＹＥＳ」と判定すると、第１実施形態と同様にしてリンス処理および乾燥処理が実行される（ステップＳ３９）。そして最後に、制御ユニット１４はチャック回転機構８を制御して基板Ｗの回転を停止させた後、基板搬送手段が処理済の基板Ｗを装置から搬出する（ステップＳ４０）。
【００５３】
以上のように、第３実施形態によれば、基板表面Ｗｆを撮像して得られる画像に基づき基板表面Ｗｆの疎水状況を判断しているため、薬液流量の切り替えをより正確なタイミングで行うことができ、薬液の使用量をより効果的に抑制することができ、しかも基板表面をより良好に処理することができる。また、本実施形態では、薬液処理中に基板表面Ｗｆを連続的あるいは断続的に撮像して画像を得るとともに、各画像に対して画像処理を加えて得られる基板表面Ｗｆを示す画像情報に基づき疎水状況を判断してもいるため、時々刻々と変化する基板表面Ｗｆの疎水状況を直接かつリアルタイムで判断することができる。
【００５４】
＜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、フッ酸溶液を本発明の「薬液」として用いて基板表面Ｗｆをエッチング処理するものであるが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、薬液を基板Ｗに供給して基板Ｗに対して薬液処理を施す基板処理方法および装置全般に本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
この発明は、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、ＦＥＤ用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板などを含む基板全般について、基板の表面に薬液を供給して基板に対して薬液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。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本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２】図１に示す装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す装置における薬液処理を示す図である。
【図４】本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。
【図５】液滴撮像カメラと基板との位置関係を示す模式図である。
【図６】第２実施形態での流量切替タイミングの導出処理を示すフローチャートである。
【図７】本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。
【図８】基板表面を撮像する表面撮像カメラと基板との位置関係を示す模式図である。
【図９】疎水状況を判断するための参考値を求める参考値取得処理を示すフローチャートである。
【図１０】第３実施形態の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５７】
１４…制御ユニット（制御手段）
２０…液供給ユニット
２４…フッ酸供給源
３４…ＤＩＷ供給源
３８…ＤＩＷ用流量コントローラ
４０…流量調整弁
４２…流量計
４８…ＤＩＷ供給ユニット
５０…液滴形成用ノズル
５２…液滴供給ユニット
５４…液滴撮像カメラ
５６…液滴
５８、６２…画像処理部
６０…表面撮像カメラ（撮像手段）
Ｔ1…（低流量）時間
Ｗｆ…基板表面
Ｗ…基板
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板の表面に薬液を供給して基板に対して薬液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。なお、処理対象となる基板には、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（電界放出ディスプレイ：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等が含まれる。
【背景技術】
【０００２】
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る。そこで、必要に応じて薬液を用いた基板の洗浄処理が行われる。例えば特許文献１に記載の基板処理技術では、半導体ウエハなどの基板をスピンチャック上にほぼ水平に保持した後に、このスピンチャックを回転させるとともに、スピンチャックに保持された基板の表面に希フッ酸溶液などの薬液を供給して基板表面の異物を除去する。すなわち、基板がシリコンウエハの場合、表面の酸化シリコン膜は親水面であるので、薬液は遠心力により基板の半径方向外側に広がり、基板表面の全面に連続した液膜が形成され、これによって基板表面の最上層となっている酸化シリコン膜がエッチング除去される（薬液処理）。この後、薬液の供給を停止し、基板表面に純水やＤＩＷ（脱イオン水：deionized water）などのリンス液を供給することで、基板表面の薬液が洗い流される（リンス工程）。
【０００３】
また、特許文献２には、基板に対してエッチング処理を施すエッチング方法が記載されている。このエッチング方法では、半導体ウエハなどの基板を回転系の上端に水平に載せて高速回転させるとともに、その回転する基板の表面にエッチング液（薬液）を一滴ずつ滴下してエッチングした後、基板表面にリンス液を噴射してエッチング液を洗い流している。
【０００４】
さらに、特許文献３には、撥水性物質上に親水性膜が被着された基板にエッチング水溶液などの薬液をスプレーしながら基板を回転させることによって基板から親水性膜を除去するウエットエッチング方法が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３１９９９０号公報（図４、図１３）
【特許文献２】特開平８−２７９４８４号公報（段落００２０、００２１）
【特許文献３】特開２００２−１５１４６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記したように薬液を基板表面に供給して薬液処理を行う場合、均一な処理を行うためには、基板表面全体に薬液の液膜を形成することが重要である。したがって、基板表面が疎水性となっている場合には、親水性となっている場合よりも基板表面に供給する薬液の流量を大きくする必要がある。また、薬液処理中に基板表面が親水性から疎水性に変化する場合にも、薬液処理の開始時点より薬液流量を疎水性表面に適した流量、つまり比較的大きな流量に設定していた。例えば特許文献１に記載されているように、シリコン基板に対して薬液処理を施す場合、薬液処理の初期段階では基板表面には酸化シリコン膜が形成されているため、基板表面は親水面であるが、薬液処理によって酸化シリコン膜がエッチング除去されてシリコン基板表面が露出すると疎水面となる。また、特許文献３に記載されているように、撥水性物質上に形成された親水性膜をエッチング除去することで撥水性物質が露出することとなり、基板表面が疎水面となる。このように薬液処理中に基板表面の疎水状況が変化する場合には、基板表面が疎水面となったとしても基板表面全体を薬液でカバレッジすることが可能となる程度まで基板表面に供給する薬液の流量を高めていた。
【０００７】
このように薬液処理に用いられた薬液については、使い捨てされることが多く、薬液の消費量を抑制することが重要な技術課題のひとつとなっている。しかしながら、従来では、上記したように薬液処理中に疎水状況が変化する場合であっても、薬液処理の開始時点より薬液流量を比較的高い流量に固定化しており、このことが基板処理のランニングコストを増大させる主要因のひとつとなっていた。
【０００８】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、薬液の使用量を抑えつつ基板表面を良好に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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、基板の表面に薬液を供給して基板に対して薬液処理を施す基板処理方法および基板処理装置であって、上記目的を達成するため、次のように構成されている。すなわち、この発明にかかる基板処理方法は、薬液処理中の基板表面の疎水状況に応じて基板表面に供給する薬液の流量を制御することを特徴としている。また、この発明にかかる基板処理装置は、基板表面に向けて薬液を吐出するノズルと、薬液の流量を調整しながらノズルに薬液を供給する液供給ユニットと、薬液処理中の基板表面の疎水状況に応じて液供給ユニットを制御して基板表面に供給される薬液の流量を制御する制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００１０】
このように構成された発明（基板処理方法および基板処理装置）では、基板の表面に薬液が供給されて基板に対して薬液処理が実行されるため、薬液処理の進行に伴って基板表面の疎水状況が変化することがある。そこで、本発明では、疎水状況に応じて基板表面に供給する薬液の流量が制御される。したがって、薬液処理中において疎水状況が変化したとしても、疎水状況に応じた薬液流量で薬液処理が実行される。
【００１１】
ここで、基板表面の疎水状況を以下のように判断してもよく、これらの判断手法を用いることで基板表面の疎水状況を正確に求めることができる。すなわち、薬液処理は基板表面への薬液の供給により開始され、時間経過とともに薬液処理が進行していき、基板表面の疎水状況も変化する。そこで、薬液の供給開始からの経過時間に基づき基板表面の疎水状況を判断することができる。また、別の判断手法として、基板表面を撮像して得られる画像に基づき基板表面の疎水状況を判断する手法を用いてもよく、基板表面の疎水状況を直接かつリアルタイムで判断することができる。特に、薬液処理中に基板表面を連続的あるいは断続的に撮像して画像を得るとともに、各画像に対して画像処理を加えて得られる基板表面を示す画像情報に基づき疎水状況を判断してもよく、この場合には時々刻々と変化していく基板表面の疎水状況をリアルタイムで判断することができる。
【００１２】
なお、この発明では、薬液処理中において薬液流量を制御しているが、薬液処理中での薬液濃度が一定となるように濃度制御してもよく、これによって薬液処理中に薬液の濃度むらが発生するのを防止することができ、その結果、基板表面内での薬液処理の均一性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、薬液処理中の基板表面の疎水状況に応じて液供給ユニットを制御して基板表面に供給される薬液の流量を制御しているので、薬液の使用量を抑えつつ基板表面を良好に処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
＜第１実施形態＞
図１は本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に示す装置の電気的構成を示すブロック図である。この基板処理装置はシリコンウエハ等の基板Ｗの表面Ｗｆに付着している酸化膜などの不要物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、基板表面Ｗｆに対してフッ酸溶液などの薬液による薬液処理、純水やＤＩＷなどのリンス液によるリンス処理を施した後、基板表面Ｗｆをスピン乾燥させる装置である。
【００１５】
この基板処理装置は、基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗを略水平姿勢に保持して回転させるスピンチャック２と、スピンチャック２に保持された基板Ｗの表面Ｗｆに向けて薬液やリンス液を吐出するノズル４とを備えている。
【００１６】
スピンチャック２は、回転支軸６がモータを含むチャック回転機構８の回転軸に連結されており、チャック回転機構８の駆動により回転軸Ｊ（鉛直軸）回りに回転可能となっている。これら回転支軸６、チャック回転機構８は、円筒状のケーシング１０内に収容されている。また、回転支軸６の上端部には、円盤状のスピンベース１２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１４からの動作指令に応じてチャック回転機構８を駆動させることによりスピンベース１２が回転軸Ｊ回りに回転する。また、制御ユニット１４はチャック回転機構８を制御してスピンベース１２の回転速度を調整する。
【００１７】
スピンベース１２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１６が立設されている。チャックピン１６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１２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１６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１６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。
【００１８】
スピンベース１２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１６を解放状態とし、後述する基板処理を基板Ｗに対して行う際には、複数個のチャックピン１６を押圧状態とする。このように押圧状態とすることによって、複数個のチャックピン１６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１２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Ｗｆを上方に向け、裏面Ｗｂを下方に向けた状態で支持される。なお、基板保持手段としてはチャックピン１６に限らず、基板裏面Ｗｂを吸引して基板Ｗを支持する真空チャックを用いてもよい。
【００１９】
ノズル４は、バルブ１８を介して液供給ユニット２０と接続されている。この液供給ユニット２０は薬液とリンス液を選択的にノズル４に供給するとともに、各液体の流量および濃度を調整可能となっている。すなわち、液供給ユニット２０はミキシングバルブ２２を有しており、このミキシングバルブ２２に対してフッ酸供給系とＤＩＷ供給系とが接続されている。
【００２０】
これらの供給系のうちフッ酸供給系は、フッ酸供給源２４と、フッ酸供給源２４とミキシングバルブ２２を接続する配管２６と、その配管２６に介挿されてミキシングバルブ２２に供給するフッ酸の流量を制御する流量コントローラ２８とを備えている。この流量コントローラ２８は、流量調整弁（電動弁）３０、流量計３２および流量制御部（図示省略）により構成されており、流量制御部が流量計３２により測定された流量信号を検出および演算し、ミキシングバルブ２２に送り込むフッ酸流量が制御ユニット１４から与えられた設定流量になるように流量調整弁３０を制御する。
【００２１】
また、ＤＩＷ供給系もフッ酸供給系と同様に構成されている。つまり、ＤＩＷ供給系はＤＩＷ供給源３４とミキシングバルブ２２を接続する配管３６と、その配管３６に介挿されてミキシングバルブ２２に供給するＤＩＷの流量を制御する流量コントローラ３８とを備えている。この流量コントローラ３８は、流量調整弁（電動弁）４０、流量計４２および流量制御部（図示省略）により構成されており、流量制御部が流量計４２により測定された流量信号を検出および演算し、ミキシングバルブ２２に送り込むＤＩＷ流量が制御ユニット１４から与えられた設定流量になるように流量調整弁４０を制御する。なお、ＤＩＷ供給源３４については上記装置に必須の構成要件ではなく、上記装置を設置する工場の用力のひとつであるＤＩＷ供給装置から供給されるＤＩＷを用いてもよい。
【００２２】
このように、本実施形態では上記のように構成された液供給ユニット２０はミキシングバルブ２２に送り込むフッ酸流量とＤＩＷ流量を制御することでミキシングバルブ２２により調製されるフッ酸溶液中のフッ酸濃度およびフッ酸溶液の流量を直接的かつ動的に調整しながら当該フッ酸溶液をノズル４に供給することが可能となっている。また、液供給ユニット２０はミキシングバルブ２２へのフッ酸供給を停止した状態で流量コントローラ３８によりＤＩＷ流量を制御することでＤＩＷ流量を直接的かつ動的に調整しながらＤＩＷをリンス液としてノズル４に供給することが可能となっている。
【００２３】
ケーシング１０の周囲には、受け部材４４が固定的に取り付けられている。この受け部材４４には、円筒状の仕切り部材が３個立設されている。そして、これらの仕切り部材とケーシング１０の組み合わせにより３つの空間が排液槽として形成されている。また、これらの排液槽の上方にはスプラッシュガード４６がスピンチャック２に水平姿勢で保持されている基板Ｗの周囲を包囲するようにスピンチャック２の回転軸Ｊに対して昇降自在に設けられている。このスプラッシュガード４６は回転軸Ｊに対して略回転対称な形状を有しており、スピンチャック２と同心円状に径方向内側から外側に向かって配置された３つのガードを備えている。そして、ガード昇降機構（図示省略）の駆動によりスプラッシュガード４６を段階的に昇降させることで、回転する基板Ｗから飛散するフッ酸溶液やリンス液などを分別して排液させることが可能となっている。
【００２４】
上記のように構成された基板処理装置では、制御ユニット１４がメモリ（図示省略）に記憶されているプログラムにしたがって装置各部を制御して基板Ｗに対して薬液処理、リンス処理および乾燥処理を施す。これらのうち薬液処理で用いられるフッ酸溶液が本発明の「薬液」に相当しており、この実施形態では図３に示すようにＤＩＷとフッ酸の濃度が（５０：１）となるように濃度調整されたフッ酸溶液が薬液として使用される。このフッ酸溶液を用いた初期薬液処理と連続薬液処理を実行することによってシリコン酸化膜などの親水性膜をシリコン基板表面Ｗｆからエッチング除去している。以下、図３を参照しつつ上記基板処理装置による基板処理について説明する。
【００２５】
制御ユニット１４はスプラッシュガード４６を降下させてスピンチャック２をスプラッシュガード４６の上端部から突出させる。そして、この状態で基板搬送手段（図示せず）により未処理の基板Ｗが装置内に搬入される。より具体的には、基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で基板Ｗが装置内に搬入され、スピンチャック２に保持される。これに続いて、スプラッシュガード４６が上昇されるとともに基板Ｗに対して薬液処理が開始される。
【００２６】
薬液処理を実行する工程（薬液工程）では、ノズル４を基板表面Ｗｆの中央部上方に移動させるとともに、チャック回転機構８の駆動によりスピンチャック２に保持された基板Ｗを２００〜１２００ｒｐｍの範囲内で定められる回転速度（例えば８００ｒｐｍ）で回転させる。一方、液供給ユニット２０ではフッ酸溶液が薬液として準備される。つまり、制御ユニット１４からフッ酸に対する初期フッ酸流量値がフッ酸用流量コントローラ２８に与えられて初期フッ酸流量値（この実施形態では１０（ｍＬ／ｍｉｎ））でフッ酸がミキシングバルブ２２に送り込まれる。また、制御ユニット１４からＤＩＷに対する初期ＤＩＷ流量値がＤＩＷ用流量コントローラ３８に与えられて初期ＤＩＷ流量値（この実施形態では５００（ｍＬ／ｍｉｎ））でＤＩＷがミキシングバルブ２２に送り込まれる。これによって、ＤＩＷとフッ酸がミキシングバルブ２２内で混合されて所望濃度（５０：１）のフッ酸溶液が薬液として調製される。そして、バルブ１８を開くことでノズル４から基板表面Ｗｆに所望濃度のフッ酸溶液が５１０（ｍＬ／ｍｉｎ）で基板表面Ｗｆに供給される。この初期薬液処理では、上記したように基板表面Ｗｆにはシリコン酸化膜などの親水性膜が形成されているため、基板表面Ｗｆに供給されるフッ酸溶液は比較的低流量であるにもかかわらず、基板表面Ｗｆをカバレッジしながら基板表面Ｗｆ全体に広げられ、フッ酸による基板表面Ｗｆのエッチング処理（薬液処理）が全体的に、しかもほぼ同時に実行されて均一なエッチング処理が開始される。
【００２７】
この初期薬液処理が実行されることでシリコン酸化膜のエッチング除去が進行し、薬液処理開始から所定時間Ｔ1を過ぎると、シリコン酸化膜の大部分がエッチング除去されて基板Ｗのシリコン層の少なくとも一部が露出してくる。この露出部分は疎水面となるため、フッ酸溶液の流量が低い状態では薬液によるカバレッジが難しくなる。そこで、本実施形態では、上記初期薬液処理により基板Ｗのシリコン層の少なくとも一部が露出してくる時間（低流量時間）Ｔ1を予めメモリ（図示省略）に記憶しておき、初期薬液処理の開始からの経過時間に基づき基板表面Ｗｆの疎水状況を判断している。すなわち、初期薬液処理の開始から時間Ｔ1が経過した時点で基板表面Ｗｆが疎水面となったと判断し、図３に示すようにフッ酸溶液の流量を増大させている。すなわち、制御ユニット１４はフッ酸用流量コントローラ２８に与えるフッ酸流量値を３０（ｍＬ／ｍｉｎ））に増大させてフッ酸を３０（ｍＬ／ｍｉｎ））でミキシングバルブ２２に送り込むとともに、制御ユニット１４はＤＩＷ用流量コントローラ３８に与えるＤＩＷ流量値を１５００（ｍＬ／ｍｉｎ））に増大させてＤＩＷを１５００（ｍＬ／ｍｉｎ））でミキシングバルブ２２に送り込む。これによって、薬液濃度を変化させることなく、流量のみを初期薬液処理に比べて３倍に増大させた状態でフッ酸溶液が基板表面Ｗｆに供給される。このため、基板表面Ｗｆの一部にシリコン層が露出して疎水面が形成されたとしても比較的大流量のフッ酸溶液が基板表面Ｗｆに供給されるため、基板表面Ｗｆ全体を薬液でカバレッジしながらシリコン酸化膜のエッチング除去を継続させることができる。このように大流量のフッ酸溶液を用いた薬液処理（連続薬液処理）は初期薬液処理に続いて所定時間だけ実行されて基板表面Ｗｆに残留しているシリコン酸化膜が全てエッチング除去される。
【００２８】
上記した薬液工程（初期薬液処理＋連続薬液処理）を実行して所望のエッチング処理が完了すると、フッ酸に対する設定流量がゼロに設定されてミキシングバルブ２２へのフッ酸供給が停止される。そして、スプラッシュガード４６がリンス処理用の高さ位置に配置された状態で制御ユニット１４からの指令に応じて流量コントローラ３８はＤＩＷ流量を例えば２０００（ｍＬ／ｍｉｎ）に調整しながらミキシングバルブ２２にＤＩＷを供給する。これにより液供給ユニット２０からはＤＩＷがリンス液としてノズル４に向けて圧送される。こうして基板表面Ｗｆの中央部に供給されたリンス液は遠心力を受けて基板表面Ｗｆ上のフッ酸溶液を基板表面Ｗｆから押し出していく（リンス処理）。
【００２９】
このリンス処理が完了すると、制御ユニット１４はバルブ１８を閉じてノズル４からのリンス液の吐出を停止させると同時、あるいはそれに続いてノズル４を基板Ｗの上方空間から離れた退避位置（図示省略）に移動させる。また、制御ユニット１４はチャック回転機構８を制御して基板Ｗの回転速度を高め、スピン乾燥を行う。
【００３０】
最後に基板Ｗの乾燥処理が終了すると、制御ユニット１４はチャック回転機構８を制御して基板Ｗの回転を停止させる。そして、スプラッシュガード４６を降下させて、スピンチャック２をスプラッシュガード４６の上方から突出させる。その後、基板搬送手段が処理済の基板Ｗを装置から搬出して、１枚の基板Ｗに対する一連の基板処理が終了する。そして、次の基板Ｗについても、上記と同様の処理が実行される。
【００３１】
以上のように、本実施形態によれば、基板表面Ｗｆにフッ酸溶液（薬液）を供給してシリコン基板Ｗの表面に付着するシリコン酸化膜をエッチング除去している（薬液工程）が、この薬液工程では初期薬液処理が実行された後、それに続いて連続薬液処理が実行される。この初期薬液処理では、基板表面Ｗｆにシリコン酸化膜が形成されており、基板表面Ｗｆは親水面となっている。そこで、本実施形態では、初期薬液処理（時刻０から時間Ｔ1が経過するまでの間）においてはフッ酸溶液の流量を５１０（ｍＬ／ｍｉｎ）に抑えてフッ酸の使用量を抑制している。一方、初期薬液処理により基板Ｗのシリコン層の少なくとも一部が露出してくるタイミング、つまり薬液処理の開始から時間Ｔ1が経過したタイミングでフッ酸溶液の流量を１５３０（ｍＬ／ｍｉｎ）に増大させて連続薬液処理を実行しているため、基板表面Ｗｆの一部にシリコン層が露出して疎水面が形成されたとしてもフッ酸溶液が基板表面Ｗｆ全体をカバレッジしてシリコン酸化膜のエッチング除去を継続させることができる。このように基板表面Ｗｆが親水性を有している間基板表面Ｗｆに供給するフッ酸溶液（薬液）の流量を低流量化する一方、薬液処理の進行に伴って基板表面Ｗｆが疎水性を有するに至るとフッ酸溶液（薬液）の流量を増大させて基板表面Ｗｆ全体をフッ酸溶液でカバレッジしている。このため、フッ酸溶液の使用量を抑えつつ基板表面Ｗｆを良好に処理することができる。
【００３２】
また、本実施形態では、薬液処理中において薬液流量を制御しているが、薬液処理中での薬液濃度が常に一定となるように液供給ユニット２０がフッ酸溶液の濃度を調整している。このため、基板表面Ｗｆに供給されるフッ酸溶液の流量が薬液処理中に変動するにもかかわらず、薬液処理中におけるフッ酸溶液の濃度は一定に維持されて基板表面Ｗｆでの濃度むらの発生を効果的に防止することができる。なお、このように薬液処理中におけるフッ酸溶液の濃度を一定に維持する点については他の実施形態においても同様である。
【００３３】
＜第２実施形態＞
ところで上記第１実施形態では、フッ酸溶液（薬液）の供給開始からの経過時間に基づき基板表面Ｗｆの疎水状況を判断している。つまり、薬液処理は基板表面Ｗｆへのフッ酸溶液（薬液）の供給により開始され、時間経過とともに薬液処理が進行していき、基板表面Ｗｆの疎水状況も変化することから、薬液処理により基板Ｗのシリコン層の少なくとも一部が露出してくる時間Ｔ1を予めメモリ（図示省略）に記憶し、この時間Ｔ1を用いてフッ酸溶液の流量切替タイミングを制御している。この時間Ｔ1を高精度に求めるために、例えば図４および図５に示すように基板処理装置に接触角θを測定するための構成を追加し、ダミー基板を用いて図６に示す流量切替タイミングの導出処理を実行してもよい。以下、図４ないし図６を参照しつつ本発明の第２実施形態について説明する。
【００３４】
図４は本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。また、図５は液滴撮像カメラと基板との位置関係を示す模式図である。さらに、図６は第２実施形態での流量切替タイミングの導出処理を示すフローチャートである。この第２実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、接触角を測定するためにＤＩＷの液滴を基板表面Ｗｆに吐出する液滴形成用ノズル５０と、液滴形成用ノズル５０にＤＩＷを供給してノズル５０から液滴を滴下する液滴供給ユニット５２と、基板表面Ｗｆに形成された液滴を撮像する液滴撮像カメラ５４とを備えている点である。すなわち、第２実施形態では、液滴供給ユニット５２がＤＩＷをノズル５０に向けて送り込むことで液滴形成用ノズル５０から約１〜１００（μＬ）の液滴が停止状態の基板表面Ｗｆの周縁部に滴下される。そして、基板表面Ｗｆに形成された液滴５６が、図５に示すように、基板Ｗとほぼ同一高さ位置で水平配置された液滴撮像カメラ５４により撮像され、その画像データが制御ユニット１４に設けられた画像処理部５８に送られる。制御ユニット１４では、画像処理部５８により所定の画像処理が加えられ、その液滴画像から基板表面Ｗｆに対するＤＩＷの接触角θを求めて基板表面Ｗｆが親水性か疎水性かを判定することが可能となっている。なお、その他の構成は基本的に第１実施形態と同一であるため、ここでは構成説明は省略する。
【００３５】
次に、上記のように構成された装置による時間Ｔ1の導出について図６を参照しつつ説明する。この第２実施形態では、制御ユニット１４はスプラッシュガード４６を降下させてスピンチャック２をスプラッシュガード４６の上端部から突出させる。そして、この状態で基板搬送手段（図示せず）によりダミー基板Ｗが装置内に搬入される。この「ダミー基板」とは基板処理対象となる基板Ｗと同一構成のものであり、基板Ｗのシリコン層上に形成されるシリコン酸化膜の厚みなども基板処理対象となる基板Ｗとほぼ同一となっている。そして、基板表面Ｗｆを上方に向けた状態でダミー基板Ｗが装置内に搬入され、スピンチャック２に保持される。これに続いて、スプラッシュガード４６が上昇されるとともに回転する基板Ｗに対して薬液処理が５７０秒実行された（ステップＳ１）後、リンス処理および乾燥処理が実行される（ステップＳ２）。なお、このように薬液処理、リンス処理および乾燥処理を実行している間、液滴形成用ノズル５０は基板Ｗから離れた位置に待機している。
【００３６】
次のステップＳ３ではカウント値Ｎがゼロにセットされる。そして、液滴形成用ノズル５０を停止状態の基板表面Ｗｆの上方に移動させた後、液滴供給ユニット５２から微量のＤＩＷがノズル５０に向けて送り込まれて５７０秒の薬液処理を受けた基板表面Ｗｆ上に液滴５６を形成する（ステップＳ４）。こうして液滴形成が完了すると、液滴形成用ノズル５０は元の待機位置に移動する一方、液滴撮像カメラ５４によって液滴５６を撮像する。
【００３７】
液滴撮像カメラ５４から送られてきた液滴５６の画像データは制御ユニット１４の画像処理部５８により画像処理された後、その液滴画像に基づき制御ユニット１４は基板表面Ｗｆに対するＤＩＷの接触角θを測定する（ステップＳ５）。そして、測定された接触角θが５０゜以上であれば基板表面Ｗｆは疎水面となっていると判定する一方、５０゜未満であれば基板表面Ｗｆは親水面のままであると判定する（ステップＳ６）。
【００３８】
このステップＳ６で基板表面Ｗｆは親水面のままであると判定される間、ステップＳ７〜Ｓ９を実行した上でステップＳ４に戻る。つまり、ステップＳ７でカウント値Ｎを１だけインクリメントした後、薬液処理を１５秒追加実施し（ステップＳ８）、その薬液処理が施されたダミー基板に対してリンス処理および乾燥処理を実行する（ステップＳ９）。これらによって薬液処理がさらに１５秒追加されてシリコン酸化膜のエッチング除去がその「１５秒」に相当する分だけ進行する。このように、シリコン酸化膜が基板表面全体に残存している間、５７０秒の薬液処理を受けたダミー基板に対して１５秒単位で薬液処理が追加実施される。
【００３９】
また、１５秒単位の薬液処理が実行される度に、ステップＳ４に戻って液滴形成が実行され、さらに接触角θの測定（ステップＳ５）が実行された上で、再び薬液処理が追加実施された基板表面Ｗｆが疎水面となっているか否かを判定する（ステップＳ６）。
【００４０】
このステップＳ６で接触角θが５０゜以上となっており、基板表面Ｗｆは疎水面となっていると判定した際には、次式
時間Ｔ1＝５７０＋１５×Ｎ（秒）
に基づき時間Ｔ1、つまり薬液処理により基板Ｗのシリコン層の少なくとも一部が露出してくる時間を求め、メモリに記憶する（ステップＳ１０）。そして、ダミー基板を装置から搬出する。
【００４１】
以上のように、本発明の第２実施形態によれば、基板処理対象となる基板Ｗとほぼ同一のダミー基板を用いて時間Ｔ1を実測しているので、時間Ｔ1を正確に求めることができ、薬液流量の切り替えを適切に行うことができる。なお、この第２実施形態では、ダミー基板を用いて時間Ｔ1を実測しているが、基板処理対象となる複数の基板のうち１枚目の基板Ｗを用いて時間Ｔ1を実測してもよい。ただし、この場合、時間Ｔ1を求めた（ステップＳ１０）後に、連続薬液処理、リンス処理および乾燥処理を続けて実行する必要がある。
【００４２】
また、上記第２実施形態では、基板処理装置に対して接触角θを測定するための構成を追加しているが、接触角θの測定を別装置で行ってもよい。つまり、５７０秒の薬液処理を行った後にリンス処理および乾燥処理した基板を基板処理装置から取り出し、例えば協和界面化学株式会社製のウエハ洗浄・処理評価装置「ＭＲ700Ｒ」などを用いて接触角θを測定し、接触角θが５０゜未満となり、基板表面が親水性であると判定されている間、（１５秒の薬液処理＋リンス処理＋乾燥処理）を基板処理装置を用いて行うごとに、上記ウエハ洗浄・処理評価装置で接触角を測定してもよい。
【００４３】
＜第３実施形態＞
また、基板表面Ｗｆの疎水状況を判断する手法としては、フッ酸溶液（薬液）の供給開始からの経過時間に基づくもの以外に、基板表面Ｗｆを撮像して得られる画像に基づき基板表面の疎水状況を判断してもよい。以下、図７ないし１０を参照しつつ本発明の第３実施形態について説明する。
【００４４】
図７は本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。また、図８は基板表面を撮像する表面撮像カメラと基板との位置関係を示す模式図である。また、図９は疎水状況を判断するための参考値を求める参考値取得処理を示すフローチャートである。さらに、図１０は第３実施形態の動作を示すフローチャートである。この第３実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、基板表面の画像を撮像するための表面撮像カメラ６０が基板Ｗの上方位置に配置されている点である。そして、表面撮像カメラ６０により基板表面が撮像され、その画像データが制御ユニット１４に設けられた画像処理部６２に送られる。制御ユニット１４では、画像処理部６２により例えばゾーベルフィルター（Sobel Filter）を用いたフィルタリング処理が画像データに対して施されてエッジ強調される。したがって、薬液処理を行っている最中に基板Ｗのシリコン層の少なくとも一部が露出して筋状模様が発生すると、エッジ強調された基板表面の画像は筋状模様の分だけ比較的明るくなっている。これに対し、薬液処理が良好に行われている最中では筋状模様の発生は認められず、エッジ強調された基板表面の画像は筋状模様を有する画像に比べて暗くなっている。このように基板表面の画像に適当な画像処理を加えて得られる画像情報に基づき基板表面Ｗｆの疎水状況を判断することが可能となっている。なお、エッジ強調処理は上記フィルタリング処理に限定されるものではなく、従来より周知の画像処理を用いることができる。また、その他の構成は基本的に第１実施形態と同一であるため、ここでは構成説明は省略する。
【００４５】
次に、上記のように構成された装置による基板処理について説明する。この第３実施形態では、基板表面の画像に基づき基板表面Ｗｆの疎水状況を判断するため、基板処理に先立って２種類のダミー基板、つまり疎水性基板と親水性基板を用いて上記判断の参考値を導出している。具体的は、シリコン酸化膜が形成されていないシリコン基板を疎水性基板として準備するとともに、シリコン酸化膜が基板表面に形成された基板を親水性基板として準備する。そして、図９に示すように、ステップＳ２１〜Ｓ２９を実行して上記判断の参考値μ３を導出する。
【００４６】
基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で疎水性基板Ｗが装置内に搬入され、スピンチャック２に保持される（ステップＳ２１）と、スプラッシュガード４６が上昇されるとともにステップＳ２２〜Ｓ２４が実行される。つまり、チャック回転機構８の駆動によりスピンチャック２に保持された疎水性基板Ｗを回転させる。一方、液供給ユニット２０ではフッ酸溶液が第１実施形態と同様にして所望濃度（５０：１）で、かつ所望流量（この実施形態では５１０（ｍＬ／ｍｉｎ））のフッ酸溶液が薬液として調製される。そして、バルブ１８を開くことでノズル４から基板表面Ｗｆに所望濃度のフッ酸溶液が５１０（ｍＬ／ｍｉｎ）で基板表面Ｗｆに供給される。また、フッ酸溶液（薬液）が基板表面Ｗｆ全体に広がった後で表面撮像カメラ６０により基板表面Ｗｆの画像を複数枚、例えば５枚撮像する（ステップＳ２２）。こうして得られた各画像データは制御ユニット１４の画像処理部６２に送られてゾーベルフィルター（Sobel Filter）を用いたフィルタリング処理によりエッジ強調処理が実行される（ステップＳ２３）。エッジ強調処理が施された基板表面Ｗｆの画像の平均明るさμ１を求め、メモリ（図示省略）に一時的に記憶する（ステップＳ２４）。なお、平均明るさμ１の導出が完了すると、フッ酸溶液の供給を停止し、リンス処理および乾燥処理を施した後、当該疎水性ダミー基板を搬出する。
【００４７】
また、親水性のダミー基板についても、疎水性ダミー基板と同様の処理（ステップＳ２５〜Ｓ２８）が実行される。つまり、基板表面Ｗｆを上方に向けた状態で親水性基板Ｗが装置内に搬入され、スピンチャック２に保持される（ステップＳ２５）と、スプラッシュガード４６が上昇されるとともにチャック回転機構８の駆動によりスピンチャック２に保持された親水性基板Ｗを回転させる。そして、バルブ１８を開くことでノズル４から基板表面Ｗｆに所望濃度のフッ酸溶液が５１０（ｍＬ／ｍｉｎ）で基板表面Ｗｆに供給される。また、フッ酸溶液（薬液）が基板表面Ｗｆ全体に広がった後に表面撮像カメラ６０により基板表面Ｗｆの画像を複数枚、例えば５枚撮像する（ステップＳ２６）。こうして得られた各画像データに対してエッジ強調処理が実行される（ステップＳ２７）。さらに、当該エッジ強調処理が施された基板表面Ｗｆの画像の平均明るさμ２を求め、メモリ（図示省略）に一時的に記憶する（ステップＳ２８）。なお、平均明るさμ２の導出が完了すると、フッ酸溶液の供給を停止し、リンス処理および乾燥処理を施した後、当該親水性ダミー基板を搬出する。
【００４８】
こうして求められた疎水性基板Ｗでの平均明るさμ１と、親水性基板Ｗでの平均明るさμ２とを比較すると、前者が後者よりも高い値を示す。その理由は以下の通りである。親水性基板Ｗに対してフッ酸溶液を供給した場合には、フッ酸溶液の流量が比較的低流量（この実施形態では５１０（ｍＬ／ｍｉｎ））であったとしても、フッ酸溶液は均一に基板表面Ｗｆ全体に広がる。これに対し、疎水性基板Ｗに対してフッ酸溶液を比較的低流量で供給した場合にはフッ酸溶液が均一に基板表面Ｗｆ全体に広がらず、筋状模様が発生してエッジ強調された基板表面Ｗｆの画像は筋状模様の分だけ親水性基板Ｗの画像に比べて明るくなるからである。そこで、本実施形態では、こうして得られた２種類の明るさμ１、μ２の平均値を算出し、これを参考値μ３としてメモリに記憶する（ステップＳ２９）。すなわち、基板表面Ｗｆの画像から求められる明るさμ４が参考値μ３以上である場合には基板表面Ｗｆは疎水面となっているのに対し、明るさμ４が参考値μ３未満である場合には基板表面Ｗｆは親水面となっていると判断することができる。なお、この実施形態では、２種類の明るさμ１、μ２の平均値を参考値μ３としているが、参考値μ３の算出方法はこれに限定されるものではなく、例えば２つの明るさμ１、μ２に対して重み付けをした上で参考値μ３を設定してもよい。
【００４９】
上記のようにして参考値μ３が求まると、図１０に示すようにして基板処理が実行される。すなわち、第３実施形態にかかる基板処理装置では、制御ユニット１４がメモリ（図示省略）に記憶されているプログラムにしたがって装置各部を制御して基板Ｗに対して基板表面Ｗｆの疎水状況を観察しながら薬液処理を行った後、リンス処理および乾燥処理を施す。
【００５０】
制御ユニット１４はスプラッシュガード４６を降下させてスピンチャック２をスプラッシュガード４６の上端部から突出させる。そして、この状態で基板搬送手段（図示せず）により未処理の基板Ｗが装置内に搬入される（ステップＳ３１）。そして、ノズル４を基板表面Ｗｆの中央部上方に移動させるとともに、チャック回転機構８の駆動によりスピンチャック２に保持された基板Ｗを２００〜１２００ｒｐｍの範囲内で定められる回転速度（例えば８００ｒｐｍ）で回転させる。一方、液供給ユニット２０では第１実施形態と同様にして所望濃度（５０：１）で、かつ所望流量（この実施形態では５１０（ｍＬ／ｍｉｎ））のフッ酸溶液が薬液として調製される。そして、バルブ１８を開くことでノズル４から基板表面Ｗｆに所望濃度のフッ酸溶液が５１０（ｍＬ／ｍｉｎ）で基板表面Ｗｆに供給され（ステップＳ３２）、薬液処理が開始される。この薬液処理はステップＳ３３で「ＹＥＳ」と判定されるまで実行され、薬液処理中に参考値取得処理と同様にして基板表面の画像を複数枚撮像し（ステップＳ３４）、各画像データに対してエッジ強調処理を施した（ステップＳ３５）後、画像平均明るさμ４を求める（ステップＳ３６）。
【００５１】
また、こうして求まった画像平均明るさμ４を参考値μ３と比較し、薬液処理中の現時点での基板表面Ｗｆが親水面か疎水面であるかを判断する（ステップＳ３７）。より具体的には、画像平均明るさμ４が参考値μ３未満である場合には基板表面Ｗｆは親水面となっていると判断し、ステップＳ３３に戻って低流量のままで薬液処理を続ける。一方、画像平均明るさμ４が参考値μ３以上である場合には基板表面Ｗｆは現在の薬液流量ではフッ酸溶液が基板表面Ｗｆ全体に広がらず薬液処理を良好に行うことが困難であると判断する。そこで、薬液流量を増加させた（ステップＳ３８）上でステップＳ３３に戻り薬液処理を続ける。ここで、ステップＳ３８での薬液流量の増加については、第１および第２実施形態のように５１０（ｍＬ／ｍｉｎ）から１５３０（ｍＬ／ｍｉｎ）に一気に増加させてもよいが、本実施形態では基板表面Ｗｆの疎水状況をリアルタイムで検出することができるため、薬液流量の増加量を数十あるいは数百（ｍＬ／ｍｉｎ）程度に設定し、薬液処理の進行に伴って薬液流量を徐々に増加させてもよい。
【００５２】
こうして５１０（ｍＬ／ｍｉｎ）の流量で実施した初期薬液処理および薬液流量を増加させて実施した連続薬液処理を実行して薬液処理が完了する、つまりステップＳ３３で「ＹＥＳ」と判定すると、第１実施形態と同様にしてリンス処理および乾燥処理が実行される（ステップＳ３９）。そして最後に、制御ユニット１４はチャック回転機構８を制御して基板Ｗの回転を停止させた後、基板搬送手段が処理済の基板Ｗを装置から搬出する（ステップＳ４０）。
【００５３】
以上のように、第３実施形態によれば、基板表面Ｗｆを撮像して得られる画像に基づき基板表面Ｗｆの疎水状況を判断しているため、薬液流量の切り替えをより正確なタイミングで行うことができ、薬液の使用量をより効果的に抑制することができ、しかも基板表面をより良好に処理することができる。また、本実施形態では、薬液処理中に基板表面Ｗｆを連続的あるいは断続的に撮像して画像を得るとともに、各画像に対して画像処理を加えて得られる基板表面Ｗｆを示す画像情報に基づき疎水状況を判断してもいるため、時々刻々と変化する基板表面Ｗｆの疎水状況を直接かつリアルタイムで判断することができる。
【００５４】
＜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、フッ酸溶液を本発明の「薬液」として用いて基板表面Ｗｆをエッチング処理するものであるが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、薬液を基板Ｗに供給して基板Ｗに対して薬液処理を施す基板処理方法および装置全般に本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
この発明は、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、ＦＥＤ用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板などを含む基板全般について、基板の表面に薬液を供給して基板に対して薬液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。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本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２】図１に示す装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す装置における薬液処理を示す図である。
【図４】本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。
【図５】液滴撮像カメラと基板との位置関係を示す模式図である。
【図６】第２実施形態での流量切替タイミングの導出処理を示すフローチャートである。
【図７】本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。
【図８】基板表面を撮像する表面撮像カメラと基板との位置関係を示す模式図である。
【図９】疎水状況を判断するための参考値を求める参考値取得処理を示すフローチャートである。
【図１０】第３実施形態の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５７】
１４…制御ユニット（制御手段）
２０…液供給ユニット
２４…フッ酸供給源
３４…ＤＩＷ供給源
３８…ＤＩＷ用流量コントローラ
４０…流量調整弁
４２…流量計
４８…ＤＩＷ供給ユニット
５０…液滴形成用ノズル
５２…液滴供給ユニット
５４…液滴撮像カメラ
５６…液滴
５８、６２…画像処理部
６０…表面撮像カメラ（撮像手段）
Ｔ1…（低流量）時間
Ｗｆ…基板表面
Ｗ…基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に薬液を供給して前記基板に対して薬液処理を施す基板処理方法において、
前記薬液処理中の前記基板表面の疎水状況に応じて前記基板表面に供給する前記薬液の流量を制御することを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
前記薬液の供給開始からの経過時間に基づき前記基板表面の疎水状況を判断して前記薬液の流量を制御する請求項１記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記基板表面を撮像して得られる画像に基づき前記基板表面の疎水状況を判断して前記薬液の流量を制御する請求項１記載の基板処理方法。
【請求項４】
前記薬液処理中に前記基板表面を連続的あるいは断続的に撮像して画像を得るとともに、各画像に対して画像処理を加えて得られる前記基板表面を示す画像情報に基づき疎水状況を判断する請求項３記載の基板処理方法。
【請求項５】
前記薬液処理中での薬液濃度は一定である請求項１ないし４のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項６】
基板の表面に薬液を供給して前記基板に対して薬液処理を施す基板処理装置において、
前記基板表面に向けて薬液を吐出するノズルと、
薬液の流量を調整しながら前記ノズルに薬液を供給する液供給ユニットと、
前記薬液処理中の前記基板表面の疎水状況に応じて前記液供給ユニットを制御して前記基板表面に供給される前記薬液の流量を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記薬液の供給開始からの経過時間を計測し、当該経過時間に基づき前記基板表面の疎水状況を判断して前記薬液の流量を制御する請求項６記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記基板表面を撮像する撮像手段をさらに備え、
前記制御手段は前記撮像手段により撮像された前記基板表面の画像に基づき前記基板表面の疎水状況を判断して前記薬液の流量を制御する請求項６記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記液供給ユニットは薬液処理中での薬液濃度を一定に維持する請求項６ないし８のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項１】
基板の表面に薬液を供給して前記基板に対して薬液処理を施す基板処理方法において、
前記薬液処理中の前記基板表面の疎水状況に応じて前記基板表面に供給する前記薬液の流量を制御することを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
前記薬液の供給開始からの経過時間に基づき前記基板表面の疎水状況を判断して前記薬液の流量を制御する請求項１記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記基板表面を撮像して得られる画像に基づき前記基板表面の疎水状況を判断して前記薬液の流量を制御する請求項１記載の基板処理方法。
【請求項４】
前記薬液処理中に前記基板表面を連続的あるいは断続的に撮像して画像を得るとともに、各画像に対して画像処理を加えて得られる前記基板表面を示す画像情報に基づき疎水状況を判断する請求項３記載の基板処理方法。
【請求項５】
前記薬液処理中での薬液濃度は一定である請求項１ないし４のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項６】
基板の表面に薬液を供給して前記基板に対して薬液処理を施す基板処理装置において、
前記基板表面に向けて薬液を吐出するノズルと、
薬液の流量を調整しながら前記ノズルに薬液を供給する液供給ユニットと、
前記薬液処理中の前記基板表面の疎水状況に応じて前記液供給ユニットを制御して前記基板表面に供給される前記薬液の流量を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記薬液の供給開始からの経過時間を計測し、当該経過時間に基づき前記基板表面の疎水状況を判断して前記薬液の流量を制御する請求項６記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記基板表面を撮像する撮像手段をさらに備え、
前記制御手段は前記撮像手段により撮像された前記基板表面の画像に基づき前記基板表面の疎水状況を判断して前記薬液の流量を制御する請求項６記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記液供給ユニットは薬液処理中での薬液濃度を一定に維持する請求項６ないし８のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１０２４２（Ｐ２０１０−１０２４２Ａ）
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６５３５８（Ｐ２００８−１６５３５８）
【出願日】平成２０年６月２５日（２００８．６．２５）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２５日（２００８．６．２５）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
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