基板処理装置及び基板処理方法
【課題】リンス処理時間の低減、及び、リンス液の使用量を低減させることが可能な基板処理装置及び基板処理方法を提供することにある。
【解決手段】第１の処理液で処理してから第２の処理液で処理する基板処理装置１００は、第１、第２の処理液を半導体ウェーハに向けて供給する上部ノズル体５１及び斜方ノズル体７１と、半導体ウェーハＷ上面の膜厚を検出可能な膜厚検出手段８１，８２と、各処理液及び処理の特性等の情報を記憶したデータベース９０と、膜厚検出手段により検出された膜厚とデータベース９０に記憶された情報とに基いて、半導体ウェーハＷ上の液膜が第１の処理液から第２の処理液へと置換されたか否かを判定する制御装置７と、を備える構成とする。
【解決手段】第１の処理液で処理してから第２の処理液で処理する基板処理装置１００は、第１、第２の処理液を半導体ウェーハに向けて供給する上部ノズル体５１及び斜方ノズル体７１と、半導体ウェーハＷ上面の膜厚を検出可能な膜厚検出手段８１，８２と、各処理液及び処理の特性等の情報を記憶したデータベース９０と、膜厚検出手段により検出された膜厚とデータベース９０に記憶された情報とに基いて、半導体ウェーハＷ上の液膜が第１の処理液から第２の処理液へと置換されたか否かを判定する制御装置７と、を備える構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は基板を処理液によって処理する基板処理装置及び基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体装置の製造工程においては、円盤状の半導体ウェーハ等の基板に回路パターンを形成するための成膜プロセスやフォトプロセスがある。これらのプロセスでは基板を回転テーブルに保持して回転させる、いわゆるスピン処理装置等の基板処理装置を用いて基板を処理するということが行なわれている。また、基板を回転させずに、ころ等で基板を搬送しながら基板処理を行う基板処理装置も知られている。
【０００３】
上記スピン処理装置を用いて基板を処理する場合には、例えば、基板を薬液であるエッチング液などの処理液で処理した後、同じく処理液としての純水などのリンス液でリンス処理を行う。次いで、回転テーブルを高速回転させることで、上記基板に付着残留した洗浄液を除去する乾燥処理が行なわれる。
【０００４】
上記スピン処理装置は、周知のように処理槽を有し、この処理槽内にはカップ体が設けられている。このカップ体内には駆動源によって回転駆動される上記回転テーブルが設けられている。この回転テーブルには上記基板の外周部を保持する複数の保持部材が周方向に沿って所定間隔で設けられ、これらの保持部材によって上記基板が回転テーブルに対して着脱可能に保持される。
【０００５】
従って、回転テーブルに基板を保持し、この回転テーブルを回転させて基板に処理液を供給すれば、この基板を処理することができ、また処理後に回転テーブルを高速回転させれば、基板を乾燥処理することができる。
【０００６】
なお、処理液を供給して基板を処理する処理としては、ケミカル処理、物理処理、置換処理、乾燥処理等が知られている。例えば、基板のリンス処理ではミスト状の液滴を基板に供給し、液滴と基板が衝突する際のエネルギを用いて基板上の処理液をリンス液に置換するとともに、汚染物を基板から除去する物理処理が用いられる。このリンス処理により基板から汚染物を除去後、さらに回転テーブルを回転させて汚染物を含む処理液を基板外に排出させて基板を乾燥処理する方法が知られている。
【０００７】
このようなリンス処理後の乾燥処理中に基板上表面に液滴の発生を防止するために、リンス処理において、液膜形成用回転数で基板を回転させて基板の上面に洗浄液を供給し、液膜を基板の上面全体に形成する処理装置及び処理方法も知られている（例えば特許文献１参照）。また、基板に供給する液量を制御するものも知られている。
【０００８】
さらに、基板の周囲の雰囲気が基板の周縁部に巻き込まれることを抑制するために、遮蔽板の周縁部にスポンジ部材を対向させるとともに、空間を窒素ガス雰囲気に維持する処理装置及び処理方法も知られている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１７４６１号公報
【特許文献２】特開２００８−１６６５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した基板処理装置及び基板処理方法では以下の問題があった。即ち、上述したリンス処理では、薬液を純水等のリンス液で置換するが、リンス処理を確実に行なうため、リンス処理を長めの時間行なうことで対応していた。しかし、リンス処理の時間が長くなると、リンス処理に用いる水等のリンス液の使用量が増大する。また、リンス液だけでなく、基板の生産性の低下にもなる。しかし、リンス処理の時間を短縮すると、汚染物が基板上に残存することもある。
【００１１】
そこで本発明は、リンスの処理時間の短縮が可能な基板処理装置及び基板処理方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、基板を第１の処理液で処理してから第２の処理液で処理する基板処理装置であって、上記基板上に上記第１の処理液を供給する第１の処理液供給手段と、上記第１の処理液が供給された上記基板上に上記第２の処理液を供給する第２の処理液供給手段と、上記第２の処理液が供給された上記基板上の液膜厚さ（膜厚）を検出する膜厚検出手段と、この膜厚検出手段の検出に基いて上記基板に供給された上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されたか否かを判定する判定部を有する制御手段と、を具備することを特徴とする基板処理装置にある。
【００１３】
上記第２の処理液が供給された上記基板上の液膜を乾燥させる乾燥手段と、上記第２の処理液の乾燥時の乾燥特性が記憶された記憶手段と、をさらに具備し、上記制御手段は、上記乾燥手段により上記液膜を乾燥させたときに上記膜厚検出手段の検出に基いて上記液膜の膜厚の乾燥特性と、上記記憶手段に記憶された上記第２の処理液の乾燥時の特性とを比較することで、上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されたか否かを判定することが好ましい。
【００１４】
上記第２の処理液の特性が記憶された記憶手段と、をさらに具備し、上記制御手段は、上記第２の処理液供給手段により上記基板上に上記第２の処理液が供給されているときに、上記膜厚検出手段の検出に基いて上記基板上の上記液膜の特性を予測するとともに、この予測した上記第２の処理液の特性と、上記記憶手段に記憶された上記第２の処理液の特性とを比較することで、上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されたか否かを判定することが好ましい。
【００１５】
上記制御手段は、上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されていない場合に、上記第２の処理液供給手段により、上記基板上に上記第２の処理液をさらに供給させることが好ましい。
【００１６】
この発明は、基板を第１の処理液で処理してから第２の処理液で処理する基板処理方法であって、上記基板上に上記第１の処理液を供給する工程と、上記第１の処理液が供給された上記基板上に上記第２の処理液を供給する工程と、上記第２の処理液が供給された上記基板上の液膜の膜厚を検出する工程と、この膜厚の検出に基いて上記基板に供給された上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されたか否かを判定する工程と、を具備することを特徴とする基板処理方法にある。
【００１７】
上記第２の処理液が供給された上記基板上の液膜を乾燥させる工程と、と具備し、上記液膜を乾燥させたときに検出された上記液膜の乾燥特性と、上記第２の処理液の乾燥時の乾燥特性とを比較することで、上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されたか否かを判定することが好ましい。
【００１８】
上記第２の処理液供給手段により上記基板上に上記第２の処理液が供給されているときに、検出された上記基板上の液膜厚さからこの液膜の特性を予測する工程と、をさらに具備し、上記予測した上記液膜の特性と、上記第２の処理液の特性とを比較することで、上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されたか否かを判定することが好ましい。
【００１９】
上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されていない場合に、上記基板上に上記第２の処理液をさらに供給させる工程をさらに具備することが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、リンス処理及び乾燥処理における置換状態の確認、及び、複数回のリンス処理及び乾燥処理によって、リンス処理時間の低減、及び、リンス液の使用量の低減が可能となる。これにより、半導体ウェーハＷの生産性を向上させることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る基板処理槽を用いた処理装置の構成を模式的に示す説明図。
【図２】同基板処理槽の構成を示す断面図。
【図３】同基板処理槽に用いる処理液の残留処理液量とリンス時間の関係の一例を示す説明図。
【図４】同基板処理槽に用いる処理液及びリンス液の基板上液膜厚さと乾燥時間の関係の一例を示す説明図。
【図５】同基板処理槽におけるリンス処理及び乾燥処理の流れの一例を示す流れ図。
【図６】同リンス処理及び乾燥処理における基板上液膜厚さと時間の関係の一例を示す説明図。
【図７】同リンス処理及び乾燥処理における基板の付着汚染物量と時間との関係の一例を示す説明図。
【図８】同リンス処理及び乾燥処理における基板上液膜厚さと時間の関係の一例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、この発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は基板処理装置１００を示す。基板処理装置１００は、枚葉式の半導体ウェーハ（基板）Ｗの処理装置である。基板処理装置１００は、カセットステーション１０１を有する。このカセットステーション１０１はカセット１０２に未処理の半導体ウェーハＷが収容されたローダ部１０３と、後述するようにリンス処理された半導体ウェーハＷをカセット１０２に回収するアンローダ部１０４とを備えている。
【００２３】
カセットステーション１０１には受け渡しユニット１０５が隣接して設けられている。この受け渡しユニット１０５には２つの基板処理槽１が設けられている。
【００２４】
受け渡しユニット１０５にはＸ、Ｙ及びθ方向に駆動されるロボット１０６を備えている。このロボット１０６は処理前の半導体ウェーハＷと処理後の半導体ウェーハＷを別々に扱い一対のアーム１０７を有し、一方のアーム１０７によってローダ部１０３のカセット１０２に収容された未処理の半導体ウェーハＷを取り出して基板処理槽１に供給する。基板処理槽１に供給された半導体ウェーハＷはここで洗浄処理及び乾燥処理がなされる。
【００２５】
基板処理槽１で処理された半導体ウェーハＷは上記ロボット１０６の他方のアーム１０７によって取り出され、カセットステーション１０１のアンローダ部１０４のカセット１０２に収納される。
【００２６】
ローダ部１０３に収納された半導体ウェーハＷ全てが基板処理槽１により処理され、アンローダ部１０４に収容されたら、アンローダ部１０４を次工程の処理を行う装置へと搬送させる。
【００２７】
次に、図２を用いて、基板処理槽１について説明する。基板処理槽１内には、カップ体２が配置されている。このカップ体２は、基板処理槽１の底板上に設けられた下カップ３と、この下カップ３に対して図示しない上下駆動機構により上下動可能に設けられた上カップ４とからなる。
【００２８】
下カップ３の底壁には、周方向に所定間隔で複数の排出管５が接続されている。これら排出管５は排気ポンプ６に連通している。また、基板処理槽１には、制御装置（制御手段）７が設けられている。排気ポンプ６はこの制御装置７によって発停及び回転数が制御可能に形成されている。
【００２９】
カップ体２の下面側にはベース板８が配置されている。このベース板８には、上記下カップ３と対応する位置に取付孔９が形成されている。この取付孔９には駆動手段を構成する制御モータ１１の固定子１２の上端部が嵌入固定されている。制御モータ１１は、制御装置７によって発停及び回転数が制御可能に構成されている。
【００３０】
固定子１２は筒状に形成されている。固定子１２の内部には、同じく筒状の回転子１３が回転自在に嵌挿されている。この回転子１３の上端面には筒状の連結体１４が下端面を接触させて一体的に固定されている。この連結体１４の下端には固定子１２の内径寸法よりも大径な鍔部１５が設けられている。この鍔部１５は固定子１２の上端面に摺動自在に接触しており、それによって回転子１３の回転を阻止することなくこの回転子１３が固定子１２から抜け落ちるのを防止している。
【００３１】
下カップ３には回転子１３と対応する部分に通孔３ａが形成され、連結体１４は通孔３ａからカップ体２内に突出している。この連結体１４の上端には回転テーブル１６が取付けられている。この回転テーブル１６の周辺部には周方向に所定間隔、この実施の形態では６０度間隔で６本（２本のみ図示）の円柱状の保持部材１７が図示しない駆動機構によって回転可能に設けられている。
【００３２】
上記保持部材１７の上端面には、この保持部材１７の回転中心から偏心した位置にテーパ面を有する支持ピン１８が設けられている。回転テーブル１６には、基板としての半導体ウェーハＷが周縁部の下面を上記支持ピン１８のテーパ面に当接するよう供給される。その状態で上記保持部材１７を回転させれば、支持ピン１８が偏心回転するから、回転テーブル１６に供給された半導体ウェーハＷは、上記支持ピン１８によって保持される。
【００３３】
上記回転テーブル１６は乱流防止カバー２１によって覆われている。この乱流防止カバー２１は上記回転テーブル１６の外周面を覆う外周壁２２と、上面を覆う上面壁２３とを有し、外周壁２２は上側が小径部２２ａ、下側が大径部２２ｂに形成されている。この乱流防止カバー２１は回転テーブル１６を回転させたときに、回転テーブル１６の上面で乱流が発生するのを防止するように形成されている。上カップ４の上面は開口しており、その内周面にはリング状部材２５が設けられている。
【００３４】
回転テーブル１６に未処理の半導体ウェーハＷを供給するとき、及び、乾燥処理された半導体ウェーハＷを取り出すときには、上カップ４が後述するごとく下降させられる。
【００３５】
基板処理槽１の上部壁には開口部３１が形成されている。この開口部３１にはＵＬＰＡやＨＥＰＡなどのファン・フィルタユニット３２が設けられている。このファン・フィルタユニット３２はクリーンルーム内の空気をさらに清浄化して基板処理槽１内に導入するもので、その清浄空気の導入量は上記ファン・フィルタユニット３２の駆動部３３を上記制御装置７によって制御して行う。つまり、上記駆動部３３により、ファン・フィルタユニット３２のファン（図示せず）の回転数を制御することで、基板処理槽１内への清浄空気の供給量を制御可能に構成されている。
【００３６】
基板処理槽１の一側には出し入れ口３４が開口形成されている。この出し入れ口３４は、基板処理槽１の一側に上下方向にスライド可能に設けられたシャッタ３５によって開閉される。このシャッタ３５は圧縮空気で作動するシリンダ３６によって駆動される。つまり、上記シリンダ３６には圧縮空気の流れを制御する制御弁３７が設けられ、この制御弁３７を制御装置７によって切換え制御することで、シャッタ３５を上下動可能に設けられている。
【００３７】
回転テーブル１６に保持された半導体ウェーハＷの上方には、各処理時に半導体ウェーハＷの上面に処理液（第１の処理液及び第２の処理液）を供給する、上部ノズル体５１及び斜方ノズル体７１が配置されている。これら上部ノズル体５１及び斜方ノズル体７１は、各処理時において、異なる第１の処理液及び第２の処理液を半導体ウェーハＷ上に供給可能な第１の処理液供給手段及び第２の処理液供給手段の両方の機能をそれぞれ有している。即ち、上部ノズル体５１及び斜方ノズル体７１は、異なる処理液を半導体ウェーハＷ上に供給可能に設けられている。
【００３８】
上部ノズル体５１は水平に配置されたアーム体５２の先端に設けられた第１取付部材５３に取付けられている。
【００３９】
アーム体５２の基端は軸線を垂直にして配置された回転軸５５の上端部に連結されている。この回転軸５５の下端は回転駆動源５６の出力軸５７に連結されている。回転駆動源５６は制御装置７によって上記回転軸５５の回転角度及び回転速度を制御可能に設けられている。
【００４０】
揺動するアーム体５２の先端に設けられた上部ノズル体５１は回転テーブル１６に保持され半導体ウェーハＷの径方向一端側の外方から中心を通過して径方向他端の外方にわたる間で揺動駆動される。
【００４１】
上部ノズル体５１の揺動軌跡の移動速度である揺動速度は、半導体ウェーハＷの周辺部から中心部に向かうときは次第に増加し、中心部から周辺部に向かうときは次第に減速するよう制御される。
【００４２】
上部ノズル体５１は、処理液を供給する供給源が接続された第１の供給管５８と、ガスを供給する供給源が接続された第２の供給管５９と、を備えている。上部ノズル体５１は、その先端から処理液をミストにて半導体ウェーハＷ上に噴射（供給）可能に形成されている。即ち、上部ノズル体５１は、そのミスト状の処理液を半導体ウェーハＷに供給し、処理液と半導体ウェーハＷが衝突する際のエネルギを用いて半導体ウェーハＷ上に物理処理が可能に設けられている。
【００４３】
第１の供給管５８のその中途部には、第１電磁弁６０、及び、処理液の物性値を調整可能な調整ユニットが設けられている。第１の供給管５８の中途部には、調整ユニットとして、例えば、処理液の温度を調整可能な第１温度調整ユニット６１と、処理液の濃度を調整可能な第１濃度調整ユニット６２が設けられている。このような調整ユニットは、処理液の物性値を調整することで、処理液の液膜の膜厚を調整可能に設けられている。
【００４４】
第２の供給管５９の中途部には、第２電磁弁６３及び第２温度調整ユニット６４が設けられている。なお、上部ノズル体５１に接続された第１，第２の供給管５８、５９は、例えば、アーム体５２、回転駆動源５６及び出力軸５７内部に設けられ、上部ノズル体５１に接続されている。
【００４５】
第１の供給管５８は、純水（以下「水」）、過酸化水素水やアンモニア加水等のＳＣ−１及びレジスト剥離を行うエッチング液等の処理液を上部ノズル体５１に供給する。第１電磁弁６０は、制御装置７に接続されており、この制御装置７により第１の供給管５８の流路の開閉が可能に設けられている。
【００４６】
第１温度調整ユニット６１は、制御装置７に接続されている。第１温度調整ユニット６１は、供給源から供給された処理液の温度を調整可能に形成された、流体（液体）加熱用のヒータが用いられる。
【００４７】
第１濃度調整ユニット６２は、制御装置７に接続されている。第１濃度調整ユニット６２は、処理液の濃度を調整可能に設けられている。具体的には、第１濃度調整ユニット６２には、液体を供給する複数の供給源が接続されている。第１濃度調整ユニット６２は、これら供給源のいずれか一つから水が供給されるとともに、他の供給源から処理を行う薬液が供給される。第１濃度調整ユニット６２は、これら水と薬液との比率を変えて混合することで、濃度を調整して処理液を上部ノズル体５１に供給する。
【００４８】
第２の供給管５９は、供給源から供給された窒素ガスを上部ノズル体５１に供給する。第２電磁弁６３は、制御装置７に接続されており、この制御装置７により第２の供給管５９の流路の開閉が可能に形成されている。
【００４９】
第２温度調整ユニット６４は、制御装置７に接続されている。第２温度調整ユニット６４は、供給源から供給された窒素ガスの温度を調整可能に形成された、流体（ガス）加熱用のヒータが用いられる。なお、供給源から供給されるガスは、窒素ガスでなくともよく、例えば、アルゴンガスであってもよい。
【００５０】
斜方ノズル体７１は、半導体ウェーハＷの主面に向って半導体ウェーハＷの斜め上方に設けられた第２取付部材７２に取付けられている。なお、第２取付部材７２は、斜方ノズル体７１が半導体ウェーハＷの主面に向って処理液を噴射可能に、斜方ノズル体７１を取付可能に形成されている。
【００５１】
斜方ノズル体７１は、処理液を供給する供給源が接続された第３の供給管７４を備えている。第３の供給管７４は、その中途部に、第３電磁弁７５、及び、処理液の物性値を調整可能な調整ユニットが設けられている。第３の供給管７４の中途部には、調整ユニットとして、第３温度調整ユニット７６及び第３濃度調整ユニット７７が設けられている。なお、第３の供給管７４は、例えば、第２取付部材７２内部に設けられ、斜方ノズル体７１に接続されている。
【００５２】
第３の供給管７４は、水、過酸化水素水やアンモニア加水等のＳＣ−１及びレジスト剥離剤等の処理液等を斜方ノズル体７１に供給可能に形成されている。第３電磁弁７５は、制御装置７に接続されており、この制御装置７により、第３の供給管７４の流路の開閉が可能に形成されている。
【００５３】
第３温度調整ユニット７６は、制御装置７に接続されている。第３温度調整ユニット７６は、供給源から供給された処理液の温度を調整可能に形成された、流体（液体）加熱用のヒータが用いられる。
【００５４】
第３濃度調整ユニット７７は、制御装置７に接続されている。第３濃度調整ユニット７７は、処理液の濃度を調整可能に設けられている。具体的には、第３濃度調整ユニット７７には、液体を供給する複数の供給源が接続されている。第３濃度調整ユニット７７は、これら供給源のひとつから水が供給されるとともに、他の供給源から処理を行う薬液が供給される。第３濃度調整ユニット７７は、これら水と薬液との比率を変えて混合することで、濃度を調整して処理液を斜方ノズル体７１に供給する。
【００５５】
また、基板処理槽１内には、回転テーブル１６の上方に配置され、半導体ウェーハＷ上面の全体の液膜の膜厚を検出（モニタ）可能な膜厚検出手段であるモニタユニットが設けられている。このモニタユニットは、半導体ウェーハＷに光を照射する光源８１と、光を認識するセンサであるカメラ８２と、制御装置７により構成されている。
【００５６】
なお、このようなモニタユニットは、まず、光源８１により半導体ウェーハＷに照射する。液膜により照射された光が反射され、この反射された光をカメラ８２により認識する。具体的には、光源８１により照射された光の反射、及び、液膜の変化により発する干渉縞をカメラ８２により認識する。カメラ８２により認識された情報から、制御装置７が、半導体ウェーハＷ上の液膜の変化に伴って、半導体ウェーハＷの液膜をモニタし、液膜の厚さを検出する。このように、モニタユニットは、光源８１、カメラ８２及び制御装置７により、常時液膜の厚さを検出可能に形成されている。
【００５７】
光源８１は、制御装置７に接続されるとともに、半導体ウェーハＷの処理時に常時半導体ウェーハＷ上面へと光を照射可能に形成されている。
【００５８】
カメラ８２は、制御装置７に接続されるとともに、半導体ウェーハＷの上面で反射した反射光を認識するとともに、認識した反射光の情報を制御装置７に送信可能に形成されている。
【００５９】
また、制御装置７には、記憶手段であるデータベース９０が接続されている。データベース９０は、例えば、液膜厚さ、前処理時使用処理液の特性、前処理時条件及びリンス液等の情報から予想される現在の半導体ウェーハＷ上の液膜の特性等の情報が記憶されている。この特性は、例えば、粘性、表面張力、温度、粘性及び濃度等である。また、データベース９０には、各液膜の特性から必要なリンス処理の条件等の情報が記憶されている。
【００６０】
データベース９０に記憶されている情報の一例を、図３を用いて説明する。データベース９０には、図３に示すように、例えば、処理液の種類や温度、回転テーブル１６の回転数等のリンス処理条件を同一条件として異なる処理液Ａ，Ｂを供給し、供給停止した時の時間経過による残留処理液量の関係が記憶されている。
【００６１】
なお、図３に示す処理液Ａ、Ｂの特性としては、処理液Ａは粘度の高い処理液であり、処理液Ｂは、粘度の低い処理液である。これら処理液としては、例えば、硫酸、塩酸、有機溶剤等の粘度の高い処理液や、アルコール、ＩＰＡ、アセトン、アンモニア等の粘度の低い処理液等がある。また、同様に、図示しないが、各リンス処理条件による各処理液の残留処理液量の変化や、各処理液の情報等も記憶されている。このように、データベース９０には、処理液、リンス液、各処理等の情報が記憶されている。
【００６２】
制御装置７は、上述したように、排気ポンプ６、制御モータ１１、駆動部３３、制御弁３７、第１〜第３電磁弁６０、６３、７５、第１〜第３温度調整ユニット６１、６４、７６、第１、第３濃度調整ユニット６２、７７、光源８１、カメラ８２及びデータベース９０に、それぞれ信号線Ｓを介して接続されている。制御装置７は、これら信号線Ｓを介して接続された各構成品をそれぞれ独立して制御可能に構成されている。
【００６３】
制御装置７は、半導体ウェーハＷ上の液膜をリンス液に置換するリンス処理、及び、半導体ウェーハＷの乾燥処理が可能に構成されている。詳しくは、制御装置７は、半導体ウェーハＷ上のリンス処理の前処理における処理液（第１の処理液）を、リンス処理を行うことで、リンス液（第２の処理液）に置換することが可能に構成されている。また、制御装置７は、回転テーブル１６を回転させることで、置換されたリンス液を飛散させ、半導体ウェーハＷ上を乾燥させる乾燥処理が可能に構成されている。即ち、制御装置７及び回転テーブル１６により半導体ウェーハＷの乾燥手段が構成される。
【００６４】
さらに、制御装置７は、置換の状態を判定する判定部７ａを有しており、この判定部により、リンス処理中及び乾燥処理中において、処理液がリンス液に置換されたか否かを判定可能に構成されている。
【００６５】
また、制御装置７は、主要な機能として、以下の機能を有している。
（１）半導体ウェーハＷ上の液膜の特性を予測する機能
（２）半導体ウェーハＷの処理の条件を設定する機能
（３）半導体ウェーハＷの処理中の液膜の特性をモニタし、処理時間の最適化を行なう機能
（４）処理液乾燥時の液膜の特性をモニタする機能
なお、制御装置７は、上記各機能（１）〜（４）以外の他の機能も適宜有している。
【００６６】
次に、制御装置７の上記機能（１）〜（４）について説明する。なお、これら機能（１）〜（４）をリンス処理に用いた場合について説明する。
【００６７】
制御装置７の機能（１）は、モニタユニットにより半導体ウェーハＷ上の膜厚を検出して、検出した膜厚から、半導体ウェーハＷ上の液膜（第１の処理液）の特性を予測する機能である。詳しくは、制御装置７は、光源８１及びカメラ８２により、リンス処理の前処理時における半導体ウェーハＷの処理時において、半導体ウェーハＷの上面に液膜を形成する処理液（第１の処理液）の液膜の膜厚を測定する。
【００６８】
制御装置７は、この膜厚の測定結果、前処理時における処理液の情報、各調整ユニット６１、６２、６４、７６及び７７の前処理時使用状況、前処理の処理条件、及び、各処理液の情報に基いて、半導体ウェーハＷ上の液膜の粘性、表面張力、温度、粘性及び濃度等の特性を予測する機能である。
【００６９】
制御装置７の機能（２）は、制御装置７が、機能（１）で予測した半導体ウェーハＷ上の液膜の特性とデータベース９０に記憶された情報から、リンス条件の決定を行う機能である。即ち、機能（１）で予測した液膜の特性と、データベース９０に記憶された液膜の特性等から、半導体ウェーハＷの最適なリンス条件を決定するものである。例えば、制御装置７は、データベース９０に記憶された処理液及び処理液に対するリンス処理の処理条件等の情報から、最適な処理液切り時間、処理液切り回転数、リンス時間、リンス回転数及びリンス処理液種類選定等を行う。
【００７０】
つまり、リンス処理の条件は、処理液等によって必要なリンス処理となるようにデータベース９０の情報に基いて設定される。図３を用いて説明すると、リンス時間の設定においては、液膜が処理液Ａではリンス時間を長くし、液膜が処理液Ｂではリンス時間を短くする等、リンス処理の条件が設定（決定）される。
【００７１】
なお、リンス処理は、複数回行うことで、リンス処理を終了するように、リンス条件が設定される。即ち、リンス処理は、一度のリンス処理で、半導体ウェーハＷ上の処理液をリンス液に置換終了させるのではなく、最低２回のリンス処理により、処理液をリンス液に置換させるように、制御装置７は、リンス条件を決定する。
【００７２】
制御装置７の機能（３）は、機能（２）で決定したリンス条件により行う半導体ウェーハＷのリンス処理中の液膜の特性をモニタし、リンス時間の最適化を行なう機能である。
【００７３】
即ち、制御装置７は、設定されたリンス条件により半導体ウェーハＷのリンス処理を行うとともに、常時、モニタユニットにより半導体ウェーハ（基板）Ｗ上の液膜の膜厚を検出する。この検出した半導体ウェーハＷ上の液膜の特性から、制御装置７により、上記機能（２）で決定されたリンス時間を最適なリンス時間へと再設定してリンス処理する機能である。
【００７４】
詳しくは、リンス処理中に、常時リンス液の液膜をモニタすることで、リンス処理中の液膜を機能（１）と同様に、処理液の特性を予測し、予測した特性から、置換状況を判定部７ａにより判定し、リンス処理を行う時間を再設定する。即ち、予め設定したリンス時間を、リンス処理による液膜の置換状況に応じて再設定することで、不必要なリンス処理を防止する。このように、機能（３）は、モニタした液膜の特性から、フィードバック制御によりリンス処理を行う機能である。つまり、実際の測定結果と予測とを比較して、再設定を行う。
【００７５】
制御装置７の機能（４）は、機能（３）で再設定されたリンス時間経過後に行うリンス液の乾燥処理における、リンス液の乾燥特性をモニタする機能である。詳しくは、図４の各液の乾燥時間と半導体ウェーハＷ上膜液膜厚さの関係に示すように、リンス液を乾燥させた場合には、リンス液の乾燥時の特性から、リンス液は所定の膜厚を乾燥させるのに、所定の乾燥時間が必要となる。即ち、リンス液の液膜の膜厚と乾燥時間の関係は、所定の傾きとなる。
【００７６】
データベース９０は、図４に示すリンス液の液膜厚さと乾燥時間の関係（傾き）であるリンス液の乾燥時の特性（乾燥特性）を記憶しており、制御装置７は、半導体ウェーハＷ上の液膜の乾燥特性とデータベース９０に記憶されたリンス液の乾燥特性を比較し、半導体ウェーハＷ上の処理液がリンス液に置換されているか否かの判定を行う。
【００７７】
制御装置７は、データベース９０に記憶されたリンス液の乾燥特性と、検出した液膜の乾燥特性とが同一の場合には、リンス液に置換されていると判定部７ａにより判定し、リンス処理を終了する。制御装置７は、リンス液に置換されていない場合、即ち、リンス液の乾燥特性と半導体ウェーハＷ上の液膜の乾燥特性とが異なる場合には、再びリンス処理を行う。
【００７８】
次に、このように構成された基板処理装置１００の基板処理槽１による半導体ウェーハＷのリンス処理及びリンス処理後の乾燥処理について、図５に示す流れ図を用いて説明する。
図５に示すように、先ず、制御装置７は、リンス処理の前処理において、光源８１から光を発射させ、カメラ８２により液膜で反射する光の干渉縞を認識させる。制御装置７は、この情報を解析することで半導体ウェーハＷ上の液膜の膜厚を測定する（ステップＳＴ１）。即ち、制御装置７は、リンス処理の前処理に用いられる処理液の液膜厚さを測定する。
【００７９】
制御装置７は、膜厚、前処理時使用処理液の特性及び処理液のデータ等の処理液情報と、データベース９０に記憶された処理液の特性とを比較する。制御装置７は、処理液情報とデータベース９０に記憶された処理液の特性から、機能（１）として、半導体ウェーハＷ上の液膜である処理液の特性を予測する（ステップＳＴ２）。これにより制御装置７は、処理液の特性を決定する。なお、予測する処理液の特性としては、処理液の種類、粘度、表面張力、温度及び濃度等である。
【００８０】
制御装置７は、予測（決定）した処理液の特性から、機能（２）として、リンス処理のリンス条件を決定する（ステップＳＴ３）。制御装置７は、決定されたリンス条件から、リンス処理を行う（ステップＳＴ４）。
【００８１】
なお、図６に示すリンス処理の液膜厚さと処理時間の関係を示す説明図では、乾燥時間軸に平行な線において、リンス処理、即ち、処理液の置換及びパーティクルの除去が行われる。詳しくは、時間経過とともに膜厚が厚くなるときには、半導体ウェーハＷ上にリンス液が供給されることで、膜厚が漸次形成されており、一定量のリンス液が供給されると、供給されたリンス液の一部は半導体ウェーハＷから飛散するとともに、他部が一定膜厚の液膜を形成する。このとき、半導体ウェーハＷから飛散するリンス液に処理液及びパーティクルが含有されることで、徐々に処理液がリンス液に置換させる。
【００８２】
制御装置７は、リンス条件に基いてリンス処理を行うとともに、検出した処理液の特性からリンス処理による置換状態を確認する（ステップＳＴ５）。なお、リンス条件の決定時に予測した置換状態と検出した置換状態とが異なる場合（ステップＳＴ５のＹＥＳ）には、制御装置７は、機能（３）として、リンス条件のうち、リンス時間を再度決定する（ステップＳＴ６）。
【００８３】
リンス条件から予測された置換状態と確認した置換状態とが同じ、即ち、リンス処理が設定されたリンス条件通りに行われている場合（ステップＳＴ５のＮＯ）には、リンス処理時間が経過したか否かを判定する（ステップＳＴ７）。リンス処理時間が経過していない場合（ステップＳＴ７のＮＯ）には、ステップＳＴ４へと戻り、リンス処理時間が経過するまでリンス処理が行われる。
【００８４】
リンス処理時間が経過した場合（ステップＳＴ７のＹＥＳ）には、リンス処理を停止させる（ステップＳＴ８）。その後、半導体ウェーハＷ上のリンス液を乾燥させて乾燥処理を行う（ステップＳＴ９）。制御装置７は、機能（４）として、乾燥処理中の乾燥処理の時間と液膜厚さの変化から、図４，６に示すような乾燥特性をモニタする（ステップＳＴ１０）。
【００８５】
乾燥処理終了後、制御装置７は、図４に示すように、モニタした乾燥特性である乾燥処理時の膜厚と乾燥時間の関係から、置換が終了したか否かの判定を行う（ステップＳＴ１１）。即ち、データベース９０に記憶されたリンス液の乾燥特性と、モニタした乾燥特性とを比較し、同一の場合には、処理液をリンス液に置換終了と判定し（ステップＳＴ１１のＹＥＳ）、リンス処理及び乾燥処理が終了する。これにより、半導体ウェーハＷは、次工程へと運搬されて、次工程で他の処理が行われる。
【００８６】
なお、データベース９０に記憶されたリンス液の乾燥特性と、モニタした乾燥特性とが異なる場合には、リンス液への置換が終了していないと判定され（ステップＳＴ１１のＮＯ）、再びリンス条件を決定（ステップＳＴ３）し、リンス処理を行う（ステップＳＴ４）。制御装置７は、このように、リンス処理及び乾燥処理を、置換が終了するまで複数回行う。なお、制御装置７は、モニタした半導体ウェーハＷ上の液膜の乾燥特性が、データベース９０に記憶されたリンス液の乾燥特性と同一となることで、置換終了の判定を行う。
【００８７】
即ち、図６に示すように、リンス液を供給してリンス処理を行うと共に、リンス液の供給を停止して乾燥処理を行い、乾燥処理時の乾燥特性が、図４に示す（データベース９０に記憶された）リンス液の乾燥特性と近似し、最終的に乾燥特性が同一となるまで、リンス処理及び乾燥処理を繰返し行う。このように、複数回リンス処理及び乾燥処理を行い、図６に示すモニタされた乾燥特性がデータベース９０に記憶された乾燥特性と同一となることで、置換終了となる。
【００８８】
なお、図６に示すリンス処理及び乾燥処理の説明をすると、図６で用いられている処理液は、たとえば、図３，４での処理液Ｂのような乾燥時間が早い、又は、粘度が低い等の特徴を持つ処理液である。図６に示すように、リンス処理及び乾燥処理が複数回行われることで、漸次リンス液（処理液）の乾燥時間が長くなり、最終的には、図５に示すリンス液と同一の傾きとなる。これにより、リンス処理によって処理液がリンス液に置換されたと判定され、リンス処理が終了する。
【００８９】
このように構成された基板処理槽１を用いた基板処理装置１００によれば、リンス処理及び乾燥処理を複数回繰返し行うことで、リンス液の置換及び半導体ウェーハＷに付着する汚染物量を低減することが可能となる。また、図７に示すように、複数回リンス処理及び乾燥処理を行うことで、従来のようなリンス処理及び乾燥処理を一回だけ行うよりも、置換及び汚染物量の低減することが可能となるとともに、リンス時間が短縮及びリンス液の量を低減することが可能となる。
【００９０】
これは、一般的な流速分布から、液膜の表面側では流速が大きく、半導体ウェーハＷ表面では液膜の流速が略０と見なされる為、半導体ウェーハＷ上の処理液の移動は、液膜表面が主である。このため、液体のリンス処理において、回転テーブル１６により回転する半導体ウェーハＷ上の液膜は、半導体ウェーハＷ表面に位置する処理液が停留することとなり、置換されにくい。また、ミスト状に噴射されたリンス液により、物理処理しても、液膜中で処理液及びリンス液は対流するため、半導体ウェーハＷ表面側に位置する汚染物や処理液が残存する虞がある。
【００９１】
このような要因から、リンス液に置換するために必要な時間が長くなる。これに対し、一端、リンス液の供給を停止し、乾燥処理を行うことで、半導体ウェーハＷ上の処理液を含むリンス液が回転により飛散するため、半導体ウェーハＷ上の処理液及び汚染物質の量は低減する。これにより、次回リンス処理における、処理液及び汚染物質の割合がリンス液に対して低減する。このため、効率よくリンス処理行うことが可能となり、処理液をリンス液に置換することが容易となる。このことから、置換時間、及び、リンス液の使用量が低減する。
【００９２】
また、リンス液の供給を停止することで、液膜厚さは漸次低減することとなり、回転時の流速分布による半導体ウェーハＷ表面上での低流速の影響も低減することが可能となる。即ち、乾燥処理終了直前の液膜においては、液膜表面と半導体ウェーハＷ表面との距離を縮めることができるため、半導体ウェーハＷ表面側の流速が大きくなり、半導体ウェーハＷ表面側での低流速の影響も低減し、半導体ウェーハＷ表面近くの処理液及び汚染物質を効率よく飛散することが可能となる。このため、リンス処理によるリンス液の置換に必要なリンス液の量、及び、リンス処理の時間を低減することが可能となる。
【００９３】
また、光源８１、カメラ８２及び制御装置７により、常時液膜厚さを検出し、データベース９０に記憶された処理液の特性と比較することで、液膜の特性を予測し、精度のよいリンス条件を決定することが可能となる。
【００９４】
リンス処理前に、半導体ウェーハＷ上の処理液特性を決定することで、リンス条件の精度を向上させるだけでなく、基板処理槽１の故障の発見も可能となる。即ち、基板処理において、使用している処理液と、検出した液膜の特性とが著しく異なる場合には、リンス処理を行う前に、第１、第３濃度調整ユニット６２、７７の故障と判定することも可能となる。
【００９５】
また、リンス処理中に置換状態を確認することで、リンス時間を最適にすることが可能となるとともに、乾燥処理時に置換状態を確認することで、再度リンス処理を行うことが可能となる。即ち、液膜をモニタして液膜の特性を予測し、予測した特性をフィードバックしてリンス処理を行うことで、従来のリンス時間を予め決定してリンス処理を行う場合に比べ、無駄なリンス処理を防止することが可能となる。即ち、リンス時間を短時間とし、必要に応じて再度リンス処理を行うことが可能となり、精度良くリンス処理を行うことが可能となる。
【００９６】
このように、リンス処理を減少させることが可能となり、リンス処理時間の低減となる。リンス処理時間の低減により、リンス液の使用量の低減、及び、生産性の向上となる。
【００９７】
上述したように本実施の形態に係る基板処理装置１００によれば、リンス処理及び乾燥処理における置換状態の確認、及び、複数回のリンス処理及び乾燥処理を行うことで、リンス処理時間の低減、及び、リンス液の使用量を低減させることが可能となる。これにより、半導体ウェーハＷの生産性を向上させることも可能となる。
【００９８】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。上述した例では、乾燥処理終了後に、制御装置７は、モニタした乾燥特性とデータベース９０のリンス液の乾燥特性とを比較して、置換が終了したか否かの判定を行うとしたが、これに限られない。例えば、図８に示すように、図８に示す乾燥処理中にモニタした乾燥特性と、図４に示すデータベース９０のリンス液の乾燥特性とを比較して、置換が終了していない場合には、乾燥処理をその時点で停止させてリンス液を供給し、リンス処理を行ってもよい。
【００９９】
また、上述した例では、リンス処理中、及び、乾燥状態において、置換状態の確認を行ったが、リンス処理中又は乾燥状態のいずれか一方でもよい。いずれか一方で置換状態の確認を行うことで、確認を行わない場合に比べ、リンス処理の精度は向上することとなる。
【０１００】
さらに、上述した例では、基板処理装置１００は、回転テーブル１６を有し、半導体ウェーハＷを回転させる基板処理槽１を有する構成としたが、回転テーブル１６を有する基板処理槽１でなく、例えば、ころ等により半導体ウェーハＷを搬送し、ある位置で半導体ウェーハＷに処理を行う処理装置であってもよい。
【０１０１】
また、上述した例では、膜厚検出手段として、モニタユニットは、光源８１により半導体ウェーハＷに光を照射し、液膜により反射した光をカメラ８２により認識する構成としたが、これに限定されない。例えば、光でなくレーザ光や静電容量によって液膜厚さを検出するモニタユニットであってもよく、液膜の厚さを検出可能であれば他の構成であってもよい。
【０１０２】
さらに、上述した例では、複数のノズル体として、上部ノズル体５１及び斜方ノズル体７１を有する構成としたが、他にもノズル体を有する構成としてもよい。また、リンス処理に使用する純水のみを噴射可能なノズル体を有する構成であってもよい。このノズル体の場合には、濃度調整を行う調整ユニットを設ける必要はなく、温度調整用の調整ユニットのみを設ける構成でよい。さらに、複数のノズル体でなく、単数、例えば、上部ノズル体５１のみを有する構成であってもよい。
【０１０３】
また、上述した例では、複数回のリンス処理及び乾燥処理を行うとしたが、一度だけリンス処理及び乾燥処理を行う場合であっても良い。複数回のリンス処理及び乾燥処理に比べ、一回だけリンス処理及び乾燥処理を行うと、処理時間の低減効果は期待できない。しかし、液膜の膜厚を検出して処理液の特性を予測（機能（１））するとともに、処理時間の最適化（機能（３））を行うことで、処理の効果及び精度を向上させることが可能となる。
【０１０４】
また、上述した例では、リンス処理について説明を行ったが、リンス処理だけでなく、他処理に適用することもできる。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
１…基板処理槽、２…カップ体、３…下カップ、３ａ…通孔、４…上カップ、５…排出管、６…排気ポンプ、７…制御装置（乾燥手段、制御手段、膜厚検出手段）、７ａ…判定部、８…ベース板、９…取付け孔、１１…制御モータ、１２…固定子、１３…回転子、１４…連結体、１５…鍔部、１６…回転テーブル（乾燥手段）、１７…保持部材、１８…支持ピン、２１…乱流防止カバー、２２…外周壁、２２ａ…小径部、２２ｂ…大径部、２３…上面壁、２５…リング状部材、３１…開口部、３２…ファン・フィルタユニット、３３…駆動部、３４…出し入れ口、３５…シャッタ、３６…シリンダ、３７…制御弁、５１…上部ノズル体（第１、第２の処理液供給手段）、５２…アーム体、５３…取付部材、５５…回転軸、５６…回転駆動源、５７…出力軸、５８…第１の供給管、５９…第２の供給管、６０…第１電磁弁、６１…第１温度調整ユニット、６２…第１濃度調整ユニット、６３…第２電磁弁、６４…第２温度調整ユニット、７１…斜方ノズル体（第１、第２の処理液供給手段）、７２…第３取付部材、７４…第３の供給管、７５…第３電磁弁、７６…第３温度調整ユニット、７７…第３濃度調整ユニット、８１…光源（膜厚検出手段）、８２…カメラ（膜厚検出手段）、９０…データベース（記憶手段）、１００…基板処理装置、１０１…カセットステーション、１０２…カセット、１０３…ローダ部、１０４…アンローダ部、１０５…ユニット、１０６…ロボット、１０７…アーム、Ｗ…基板（半導体ウェーハ）、Ｓ…信号線。
【技術分野】
【０００１】
この発明は基板を処理液によって処理する基板処理装置及び基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体装置の製造工程においては、円盤状の半導体ウェーハ等の基板に回路パターンを形成するための成膜プロセスやフォトプロセスがある。これらのプロセスでは基板を回転テーブルに保持して回転させる、いわゆるスピン処理装置等の基板処理装置を用いて基板を処理するということが行なわれている。また、基板を回転させずに、ころ等で基板を搬送しながら基板処理を行う基板処理装置も知られている。
【０００３】
上記スピン処理装置を用いて基板を処理する場合には、例えば、基板を薬液であるエッチング液などの処理液で処理した後、同じく処理液としての純水などのリンス液でリンス処理を行う。次いで、回転テーブルを高速回転させることで、上記基板に付着残留した洗浄液を除去する乾燥処理が行なわれる。
【０００４】
上記スピン処理装置は、周知のように処理槽を有し、この処理槽内にはカップ体が設けられている。このカップ体内には駆動源によって回転駆動される上記回転テーブルが設けられている。この回転テーブルには上記基板の外周部を保持する複数の保持部材が周方向に沿って所定間隔で設けられ、これらの保持部材によって上記基板が回転テーブルに対して着脱可能に保持される。
【０００５】
従って、回転テーブルに基板を保持し、この回転テーブルを回転させて基板に処理液を供給すれば、この基板を処理することができ、また処理後に回転テーブルを高速回転させれば、基板を乾燥処理することができる。
【０００６】
なお、処理液を供給して基板を処理する処理としては、ケミカル処理、物理処理、置換処理、乾燥処理等が知られている。例えば、基板のリンス処理ではミスト状の液滴を基板に供給し、液滴と基板が衝突する際のエネルギを用いて基板上の処理液をリンス液に置換するとともに、汚染物を基板から除去する物理処理が用いられる。このリンス処理により基板から汚染物を除去後、さらに回転テーブルを回転させて汚染物を含む処理液を基板外に排出させて基板を乾燥処理する方法が知られている。
【０００７】
このようなリンス処理後の乾燥処理中に基板上表面に液滴の発生を防止するために、リンス処理において、液膜形成用回転数で基板を回転させて基板の上面に洗浄液を供給し、液膜を基板の上面全体に形成する処理装置及び処理方法も知られている（例えば特許文献１参照）。また、基板に供給する液量を制御するものも知られている。
【０００８】
さらに、基板の周囲の雰囲気が基板の周縁部に巻き込まれることを抑制するために、遮蔽板の周縁部にスポンジ部材を対向させるとともに、空間を窒素ガス雰囲気に維持する処理装置及び処理方法も知られている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１７４６１号公報
【特許文献２】特開２００８−１６６５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した基板処理装置及び基板処理方法では以下の問題があった。即ち、上述したリンス処理では、薬液を純水等のリンス液で置換するが、リンス処理を確実に行なうため、リンス処理を長めの時間行なうことで対応していた。しかし、リンス処理の時間が長くなると、リンス処理に用いる水等のリンス液の使用量が増大する。また、リンス液だけでなく、基板の生産性の低下にもなる。しかし、リンス処理の時間を短縮すると、汚染物が基板上に残存することもある。
【００１１】
そこで本発明は、リンスの処理時間の短縮が可能な基板処理装置及び基板処理方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、基板を第１の処理液で処理してから第２の処理液で処理する基板処理装置であって、上記基板上に上記第１の処理液を供給する第１の処理液供給手段と、上記第１の処理液が供給された上記基板上に上記第２の処理液を供給する第２の処理液供給手段と、上記第２の処理液が供給された上記基板上の液膜厚さ（膜厚）を検出する膜厚検出手段と、この膜厚検出手段の検出に基いて上記基板に供給された上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されたか否かを判定する判定部を有する制御手段と、を具備することを特徴とする基板処理装置にある。
【００１３】
上記第２の処理液が供給された上記基板上の液膜を乾燥させる乾燥手段と、上記第２の処理液の乾燥時の乾燥特性が記憶された記憶手段と、をさらに具備し、上記制御手段は、上記乾燥手段により上記液膜を乾燥させたときに上記膜厚検出手段の検出に基いて上記液膜の膜厚の乾燥特性と、上記記憶手段に記憶された上記第２の処理液の乾燥時の特性とを比較することで、上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されたか否かを判定することが好ましい。
【００１４】
上記第２の処理液の特性が記憶された記憶手段と、をさらに具備し、上記制御手段は、上記第２の処理液供給手段により上記基板上に上記第２の処理液が供給されているときに、上記膜厚検出手段の検出に基いて上記基板上の上記液膜の特性を予測するとともに、この予測した上記第２の処理液の特性と、上記記憶手段に記憶された上記第２の処理液の特性とを比較することで、上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されたか否かを判定することが好ましい。
【００１５】
上記制御手段は、上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されていない場合に、上記第２の処理液供給手段により、上記基板上に上記第２の処理液をさらに供給させることが好ましい。
【００１６】
この発明は、基板を第１の処理液で処理してから第２の処理液で処理する基板処理方法であって、上記基板上に上記第１の処理液を供給する工程と、上記第１の処理液が供給された上記基板上に上記第２の処理液を供給する工程と、上記第２の処理液が供給された上記基板上の液膜の膜厚を検出する工程と、この膜厚の検出に基いて上記基板に供給された上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されたか否かを判定する工程と、を具備することを特徴とする基板処理方法にある。
【００１７】
上記第２の処理液が供給された上記基板上の液膜を乾燥させる工程と、と具備し、上記液膜を乾燥させたときに検出された上記液膜の乾燥特性と、上記第２の処理液の乾燥時の乾燥特性とを比較することで、上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されたか否かを判定することが好ましい。
【００１８】
上記第２の処理液供給手段により上記基板上に上記第２の処理液が供給されているときに、検出された上記基板上の液膜厚さからこの液膜の特性を予測する工程と、をさらに具備し、上記予測した上記液膜の特性と、上記第２の処理液の特性とを比較することで、上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されたか否かを判定することが好ましい。
【００１９】
上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されていない場合に、上記基板上に上記第２の処理液をさらに供給させる工程をさらに具備することが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、リンス処理及び乾燥処理における置換状態の確認、及び、複数回のリンス処理及び乾燥処理によって、リンス処理時間の低減、及び、リンス液の使用量の低減が可能となる。これにより、半導体ウェーハＷの生産性を向上させることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る基板処理槽を用いた処理装置の構成を模式的に示す説明図。
【図２】同基板処理槽の構成を示す断面図。
【図３】同基板処理槽に用いる処理液の残留処理液量とリンス時間の関係の一例を示す説明図。
【図４】同基板処理槽に用いる処理液及びリンス液の基板上液膜厚さと乾燥時間の関係の一例を示す説明図。
【図５】同基板処理槽におけるリンス処理及び乾燥処理の流れの一例を示す流れ図。
【図６】同リンス処理及び乾燥処理における基板上液膜厚さと時間の関係の一例を示す説明図。
【図７】同リンス処理及び乾燥処理における基板の付着汚染物量と時間との関係の一例を示す説明図。
【図８】同リンス処理及び乾燥処理における基板上液膜厚さと時間の関係の一例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、この発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は基板処理装置１００を示す。基板処理装置１００は、枚葉式の半導体ウェーハ（基板）Ｗの処理装置である。基板処理装置１００は、カセットステーション１０１を有する。このカセットステーション１０１はカセット１０２に未処理の半導体ウェーハＷが収容されたローダ部１０３と、後述するようにリンス処理された半導体ウェーハＷをカセット１０２に回収するアンローダ部１０４とを備えている。
【００２３】
カセットステーション１０１には受け渡しユニット１０５が隣接して設けられている。この受け渡しユニット１０５には２つの基板処理槽１が設けられている。
【００２４】
受け渡しユニット１０５にはＸ、Ｙ及びθ方向に駆動されるロボット１０６を備えている。このロボット１０６は処理前の半導体ウェーハＷと処理後の半導体ウェーハＷを別々に扱い一対のアーム１０７を有し、一方のアーム１０７によってローダ部１０３のカセット１０２に収容された未処理の半導体ウェーハＷを取り出して基板処理槽１に供給する。基板処理槽１に供給された半導体ウェーハＷはここで洗浄処理及び乾燥処理がなされる。
【００２５】
基板処理槽１で処理された半導体ウェーハＷは上記ロボット１０６の他方のアーム１０７によって取り出され、カセットステーション１０１のアンローダ部１０４のカセット１０２に収納される。
【００２６】
ローダ部１０３に収納された半導体ウェーハＷ全てが基板処理槽１により処理され、アンローダ部１０４に収容されたら、アンローダ部１０４を次工程の処理を行う装置へと搬送させる。
【００２７】
次に、図２を用いて、基板処理槽１について説明する。基板処理槽１内には、カップ体２が配置されている。このカップ体２は、基板処理槽１の底板上に設けられた下カップ３と、この下カップ３に対して図示しない上下駆動機構により上下動可能に設けられた上カップ４とからなる。
【００２８】
下カップ３の底壁には、周方向に所定間隔で複数の排出管５が接続されている。これら排出管５は排気ポンプ６に連通している。また、基板処理槽１には、制御装置（制御手段）７が設けられている。排気ポンプ６はこの制御装置７によって発停及び回転数が制御可能に形成されている。
【００２９】
カップ体２の下面側にはベース板８が配置されている。このベース板８には、上記下カップ３と対応する位置に取付孔９が形成されている。この取付孔９には駆動手段を構成する制御モータ１１の固定子１２の上端部が嵌入固定されている。制御モータ１１は、制御装置７によって発停及び回転数が制御可能に構成されている。
【００３０】
固定子１２は筒状に形成されている。固定子１２の内部には、同じく筒状の回転子１３が回転自在に嵌挿されている。この回転子１３の上端面には筒状の連結体１４が下端面を接触させて一体的に固定されている。この連結体１４の下端には固定子１２の内径寸法よりも大径な鍔部１５が設けられている。この鍔部１５は固定子１２の上端面に摺動自在に接触しており、それによって回転子１３の回転を阻止することなくこの回転子１３が固定子１２から抜け落ちるのを防止している。
【００３１】
下カップ３には回転子１３と対応する部分に通孔３ａが形成され、連結体１４は通孔３ａからカップ体２内に突出している。この連結体１４の上端には回転テーブル１６が取付けられている。この回転テーブル１６の周辺部には周方向に所定間隔、この実施の形態では６０度間隔で６本（２本のみ図示）の円柱状の保持部材１７が図示しない駆動機構によって回転可能に設けられている。
【００３２】
上記保持部材１７の上端面には、この保持部材１７の回転中心から偏心した位置にテーパ面を有する支持ピン１８が設けられている。回転テーブル１６には、基板としての半導体ウェーハＷが周縁部の下面を上記支持ピン１８のテーパ面に当接するよう供給される。その状態で上記保持部材１７を回転させれば、支持ピン１８が偏心回転するから、回転テーブル１６に供給された半導体ウェーハＷは、上記支持ピン１８によって保持される。
【００３３】
上記回転テーブル１６は乱流防止カバー２１によって覆われている。この乱流防止カバー２１は上記回転テーブル１６の外周面を覆う外周壁２２と、上面を覆う上面壁２３とを有し、外周壁２２は上側が小径部２２ａ、下側が大径部２２ｂに形成されている。この乱流防止カバー２１は回転テーブル１６を回転させたときに、回転テーブル１６の上面で乱流が発生するのを防止するように形成されている。上カップ４の上面は開口しており、その内周面にはリング状部材２５が設けられている。
【００３４】
回転テーブル１６に未処理の半導体ウェーハＷを供給するとき、及び、乾燥処理された半導体ウェーハＷを取り出すときには、上カップ４が後述するごとく下降させられる。
【００３５】
基板処理槽１の上部壁には開口部３１が形成されている。この開口部３１にはＵＬＰＡやＨＥＰＡなどのファン・フィルタユニット３２が設けられている。このファン・フィルタユニット３２はクリーンルーム内の空気をさらに清浄化して基板処理槽１内に導入するもので、その清浄空気の導入量は上記ファン・フィルタユニット３２の駆動部３３を上記制御装置７によって制御して行う。つまり、上記駆動部３３により、ファン・フィルタユニット３２のファン（図示せず）の回転数を制御することで、基板処理槽１内への清浄空気の供給量を制御可能に構成されている。
【００３６】
基板処理槽１の一側には出し入れ口３４が開口形成されている。この出し入れ口３４は、基板処理槽１の一側に上下方向にスライド可能に設けられたシャッタ３５によって開閉される。このシャッタ３５は圧縮空気で作動するシリンダ３６によって駆動される。つまり、上記シリンダ３６には圧縮空気の流れを制御する制御弁３７が設けられ、この制御弁３７を制御装置７によって切換え制御することで、シャッタ３５を上下動可能に設けられている。
【００３７】
回転テーブル１６に保持された半導体ウェーハＷの上方には、各処理時に半導体ウェーハＷの上面に処理液（第１の処理液及び第２の処理液）を供給する、上部ノズル体５１及び斜方ノズル体７１が配置されている。これら上部ノズル体５１及び斜方ノズル体７１は、各処理時において、異なる第１の処理液及び第２の処理液を半導体ウェーハＷ上に供給可能な第１の処理液供給手段及び第２の処理液供給手段の両方の機能をそれぞれ有している。即ち、上部ノズル体５１及び斜方ノズル体７１は、異なる処理液を半導体ウェーハＷ上に供給可能に設けられている。
【００３８】
上部ノズル体５１は水平に配置されたアーム体５２の先端に設けられた第１取付部材５３に取付けられている。
【００３９】
アーム体５２の基端は軸線を垂直にして配置された回転軸５５の上端部に連結されている。この回転軸５５の下端は回転駆動源５６の出力軸５７に連結されている。回転駆動源５６は制御装置７によって上記回転軸５５の回転角度及び回転速度を制御可能に設けられている。
【００４０】
揺動するアーム体５２の先端に設けられた上部ノズル体５１は回転テーブル１６に保持され半導体ウェーハＷの径方向一端側の外方から中心を通過して径方向他端の外方にわたる間で揺動駆動される。
【００４１】
上部ノズル体５１の揺動軌跡の移動速度である揺動速度は、半導体ウェーハＷの周辺部から中心部に向かうときは次第に増加し、中心部から周辺部に向かうときは次第に減速するよう制御される。
【００４２】
上部ノズル体５１は、処理液を供給する供給源が接続された第１の供給管５８と、ガスを供給する供給源が接続された第２の供給管５９と、を備えている。上部ノズル体５１は、その先端から処理液をミストにて半導体ウェーハＷ上に噴射（供給）可能に形成されている。即ち、上部ノズル体５１は、そのミスト状の処理液を半導体ウェーハＷに供給し、処理液と半導体ウェーハＷが衝突する際のエネルギを用いて半導体ウェーハＷ上に物理処理が可能に設けられている。
【００４３】
第１の供給管５８のその中途部には、第１電磁弁６０、及び、処理液の物性値を調整可能な調整ユニットが設けられている。第１の供給管５８の中途部には、調整ユニットとして、例えば、処理液の温度を調整可能な第１温度調整ユニット６１と、処理液の濃度を調整可能な第１濃度調整ユニット６２が設けられている。このような調整ユニットは、処理液の物性値を調整することで、処理液の液膜の膜厚を調整可能に設けられている。
【００４４】
第２の供給管５９の中途部には、第２電磁弁６３及び第２温度調整ユニット６４が設けられている。なお、上部ノズル体５１に接続された第１，第２の供給管５８、５９は、例えば、アーム体５２、回転駆動源５６及び出力軸５７内部に設けられ、上部ノズル体５１に接続されている。
【００４５】
第１の供給管５８は、純水（以下「水」）、過酸化水素水やアンモニア加水等のＳＣ−１及びレジスト剥離を行うエッチング液等の処理液を上部ノズル体５１に供給する。第１電磁弁６０は、制御装置７に接続されており、この制御装置７により第１の供給管５８の流路の開閉が可能に設けられている。
【００４６】
第１温度調整ユニット６１は、制御装置７に接続されている。第１温度調整ユニット６１は、供給源から供給された処理液の温度を調整可能に形成された、流体（液体）加熱用のヒータが用いられる。
【００４７】
第１濃度調整ユニット６２は、制御装置７に接続されている。第１濃度調整ユニット６２は、処理液の濃度を調整可能に設けられている。具体的には、第１濃度調整ユニット６２には、液体を供給する複数の供給源が接続されている。第１濃度調整ユニット６２は、これら供給源のいずれか一つから水が供給されるとともに、他の供給源から処理を行う薬液が供給される。第１濃度調整ユニット６２は、これら水と薬液との比率を変えて混合することで、濃度を調整して処理液を上部ノズル体５１に供給する。
【００４８】
第２の供給管５９は、供給源から供給された窒素ガスを上部ノズル体５１に供給する。第２電磁弁６３は、制御装置７に接続されており、この制御装置７により第２の供給管５９の流路の開閉が可能に形成されている。
【００４９】
第２温度調整ユニット６４は、制御装置７に接続されている。第２温度調整ユニット６４は、供給源から供給された窒素ガスの温度を調整可能に形成された、流体（ガス）加熱用のヒータが用いられる。なお、供給源から供給されるガスは、窒素ガスでなくともよく、例えば、アルゴンガスであってもよい。
【００５０】
斜方ノズル体７１は、半導体ウェーハＷの主面に向って半導体ウェーハＷの斜め上方に設けられた第２取付部材７２に取付けられている。なお、第２取付部材７２は、斜方ノズル体７１が半導体ウェーハＷの主面に向って処理液を噴射可能に、斜方ノズル体７１を取付可能に形成されている。
【００５１】
斜方ノズル体７１は、処理液を供給する供給源が接続された第３の供給管７４を備えている。第３の供給管７４は、その中途部に、第３電磁弁７５、及び、処理液の物性値を調整可能な調整ユニットが設けられている。第３の供給管７４の中途部には、調整ユニットとして、第３温度調整ユニット７６及び第３濃度調整ユニット７７が設けられている。なお、第３の供給管７４は、例えば、第２取付部材７２内部に設けられ、斜方ノズル体７１に接続されている。
【００５２】
第３の供給管７４は、水、過酸化水素水やアンモニア加水等のＳＣ−１及びレジスト剥離剤等の処理液等を斜方ノズル体７１に供給可能に形成されている。第３電磁弁７５は、制御装置７に接続されており、この制御装置７により、第３の供給管７４の流路の開閉が可能に形成されている。
【００５３】
第３温度調整ユニット７６は、制御装置７に接続されている。第３温度調整ユニット７６は、供給源から供給された処理液の温度を調整可能に形成された、流体（液体）加熱用のヒータが用いられる。
【００５４】
第３濃度調整ユニット７７は、制御装置７に接続されている。第３濃度調整ユニット７７は、処理液の濃度を調整可能に設けられている。具体的には、第３濃度調整ユニット７７には、液体を供給する複数の供給源が接続されている。第３濃度調整ユニット７７は、これら供給源のひとつから水が供給されるとともに、他の供給源から処理を行う薬液が供給される。第３濃度調整ユニット７７は、これら水と薬液との比率を変えて混合することで、濃度を調整して処理液を斜方ノズル体７１に供給する。
【００５５】
また、基板処理槽１内には、回転テーブル１６の上方に配置され、半導体ウェーハＷ上面の全体の液膜の膜厚を検出（モニタ）可能な膜厚検出手段であるモニタユニットが設けられている。このモニタユニットは、半導体ウェーハＷに光を照射する光源８１と、光を認識するセンサであるカメラ８２と、制御装置７により構成されている。
【００５６】
なお、このようなモニタユニットは、まず、光源８１により半導体ウェーハＷに照射する。液膜により照射された光が反射され、この反射された光をカメラ８２により認識する。具体的には、光源８１により照射された光の反射、及び、液膜の変化により発する干渉縞をカメラ８２により認識する。カメラ８２により認識された情報から、制御装置７が、半導体ウェーハＷ上の液膜の変化に伴って、半導体ウェーハＷの液膜をモニタし、液膜の厚さを検出する。このように、モニタユニットは、光源８１、カメラ８２及び制御装置７により、常時液膜の厚さを検出可能に形成されている。
【００５７】
光源８１は、制御装置７に接続されるとともに、半導体ウェーハＷの処理時に常時半導体ウェーハＷ上面へと光を照射可能に形成されている。
【００５８】
カメラ８２は、制御装置７に接続されるとともに、半導体ウェーハＷの上面で反射した反射光を認識するとともに、認識した反射光の情報を制御装置７に送信可能に形成されている。
【００５９】
また、制御装置７には、記憶手段であるデータベース９０が接続されている。データベース９０は、例えば、液膜厚さ、前処理時使用処理液の特性、前処理時条件及びリンス液等の情報から予想される現在の半導体ウェーハＷ上の液膜の特性等の情報が記憶されている。この特性は、例えば、粘性、表面張力、温度、粘性及び濃度等である。また、データベース９０には、各液膜の特性から必要なリンス処理の条件等の情報が記憶されている。
【００６０】
データベース９０に記憶されている情報の一例を、図３を用いて説明する。データベース９０には、図３に示すように、例えば、処理液の種類や温度、回転テーブル１６の回転数等のリンス処理条件を同一条件として異なる処理液Ａ，Ｂを供給し、供給停止した時の時間経過による残留処理液量の関係が記憶されている。
【００６１】
なお、図３に示す処理液Ａ、Ｂの特性としては、処理液Ａは粘度の高い処理液であり、処理液Ｂは、粘度の低い処理液である。これら処理液としては、例えば、硫酸、塩酸、有機溶剤等の粘度の高い処理液や、アルコール、ＩＰＡ、アセトン、アンモニア等の粘度の低い処理液等がある。また、同様に、図示しないが、各リンス処理条件による各処理液の残留処理液量の変化や、各処理液の情報等も記憶されている。このように、データベース９０には、処理液、リンス液、各処理等の情報が記憶されている。
【００６２】
制御装置７は、上述したように、排気ポンプ６、制御モータ１１、駆動部３３、制御弁３７、第１〜第３電磁弁６０、６３、７５、第１〜第３温度調整ユニット６１、６４、７６、第１、第３濃度調整ユニット６２、７７、光源８１、カメラ８２及びデータベース９０に、それぞれ信号線Ｓを介して接続されている。制御装置７は、これら信号線Ｓを介して接続された各構成品をそれぞれ独立して制御可能に構成されている。
【００６３】
制御装置７は、半導体ウェーハＷ上の液膜をリンス液に置換するリンス処理、及び、半導体ウェーハＷの乾燥処理が可能に構成されている。詳しくは、制御装置７は、半導体ウェーハＷ上のリンス処理の前処理における処理液（第１の処理液）を、リンス処理を行うことで、リンス液（第２の処理液）に置換することが可能に構成されている。また、制御装置７は、回転テーブル１６を回転させることで、置換されたリンス液を飛散させ、半導体ウェーハＷ上を乾燥させる乾燥処理が可能に構成されている。即ち、制御装置７及び回転テーブル１６により半導体ウェーハＷの乾燥手段が構成される。
【００６４】
さらに、制御装置７は、置換の状態を判定する判定部７ａを有しており、この判定部により、リンス処理中及び乾燥処理中において、処理液がリンス液に置換されたか否かを判定可能に構成されている。
【００６５】
また、制御装置７は、主要な機能として、以下の機能を有している。
（１）半導体ウェーハＷ上の液膜の特性を予測する機能
（２）半導体ウェーハＷの処理の条件を設定する機能
（３）半導体ウェーハＷの処理中の液膜の特性をモニタし、処理時間の最適化を行なう機能
（４）処理液乾燥時の液膜の特性をモニタする機能
なお、制御装置７は、上記各機能（１）〜（４）以外の他の機能も適宜有している。
【００６６】
次に、制御装置７の上記機能（１）〜（４）について説明する。なお、これら機能（１）〜（４）をリンス処理に用いた場合について説明する。
【００６７】
制御装置７の機能（１）は、モニタユニットにより半導体ウェーハＷ上の膜厚を検出して、検出した膜厚から、半導体ウェーハＷ上の液膜（第１の処理液）の特性を予測する機能である。詳しくは、制御装置７は、光源８１及びカメラ８２により、リンス処理の前処理時における半導体ウェーハＷの処理時において、半導体ウェーハＷの上面に液膜を形成する処理液（第１の処理液）の液膜の膜厚を測定する。
【００６８】
制御装置７は、この膜厚の測定結果、前処理時における処理液の情報、各調整ユニット６１、６２、６４、７６及び７７の前処理時使用状況、前処理の処理条件、及び、各処理液の情報に基いて、半導体ウェーハＷ上の液膜の粘性、表面張力、温度、粘性及び濃度等の特性を予測する機能である。
【００６９】
制御装置７の機能（２）は、制御装置７が、機能（１）で予測した半導体ウェーハＷ上の液膜の特性とデータベース９０に記憶された情報から、リンス条件の決定を行う機能である。即ち、機能（１）で予測した液膜の特性と、データベース９０に記憶された液膜の特性等から、半導体ウェーハＷの最適なリンス条件を決定するものである。例えば、制御装置７は、データベース９０に記憶された処理液及び処理液に対するリンス処理の処理条件等の情報から、最適な処理液切り時間、処理液切り回転数、リンス時間、リンス回転数及びリンス処理液種類選定等を行う。
【００７０】
つまり、リンス処理の条件は、処理液等によって必要なリンス処理となるようにデータベース９０の情報に基いて設定される。図３を用いて説明すると、リンス時間の設定においては、液膜が処理液Ａではリンス時間を長くし、液膜が処理液Ｂではリンス時間を短くする等、リンス処理の条件が設定（決定）される。
【００７１】
なお、リンス処理は、複数回行うことで、リンス処理を終了するように、リンス条件が設定される。即ち、リンス処理は、一度のリンス処理で、半導体ウェーハＷ上の処理液をリンス液に置換終了させるのではなく、最低２回のリンス処理により、処理液をリンス液に置換させるように、制御装置７は、リンス条件を決定する。
【００７２】
制御装置７の機能（３）は、機能（２）で決定したリンス条件により行う半導体ウェーハＷのリンス処理中の液膜の特性をモニタし、リンス時間の最適化を行なう機能である。
【００７３】
即ち、制御装置７は、設定されたリンス条件により半導体ウェーハＷのリンス処理を行うとともに、常時、モニタユニットにより半導体ウェーハ（基板）Ｗ上の液膜の膜厚を検出する。この検出した半導体ウェーハＷ上の液膜の特性から、制御装置７により、上記機能（２）で決定されたリンス時間を最適なリンス時間へと再設定してリンス処理する機能である。
【００７４】
詳しくは、リンス処理中に、常時リンス液の液膜をモニタすることで、リンス処理中の液膜を機能（１）と同様に、処理液の特性を予測し、予測した特性から、置換状況を判定部７ａにより判定し、リンス処理を行う時間を再設定する。即ち、予め設定したリンス時間を、リンス処理による液膜の置換状況に応じて再設定することで、不必要なリンス処理を防止する。このように、機能（３）は、モニタした液膜の特性から、フィードバック制御によりリンス処理を行う機能である。つまり、実際の測定結果と予測とを比較して、再設定を行う。
【００７５】
制御装置７の機能（４）は、機能（３）で再設定されたリンス時間経過後に行うリンス液の乾燥処理における、リンス液の乾燥特性をモニタする機能である。詳しくは、図４の各液の乾燥時間と半導体ウェーハＷ上膜液膜厚さの関係に示すように、リンス液を乾燥させた場合には、リンス液の乾燥時の特性から、リンス液は所定の膜厚を乾燥させるのに、所定の乾燥時間が必要となる。即ち、リンス液の液膜の膜厚と乾燥時間の関係は、所定の傾きとなる。
【００７６】
データベース９０は、図４に示すリンス液の液膜厚さと乾燥時間の関係（傾き）であるリンス液の乾燥時の特性（乾燥特性）を記憶しており、制御装置７は、半導体ウェーハＷ上の液膜の乾燥特性とデータベース９０に記憶されたリンス液の乾燥特性を比較し、半導体ウェーハＷ上の処理液がリンス液に置換されているか否かの判定を行う。
【００７７】
制御装置７は、データベース９０に記憶されたリンス液の乾燥特性と、検出した液膜の乾燥特性とが同一の場合には、リンス液に置換されていると判定部７ａにより判定し、リンス処理を終了する。制御装置７は、リンス液に置換されていない場合、即ち、リンス液の乾燥特性と半導体ウェーハＷ上の液膜の乾燥特性とが異なる場合には、再びリンス処理を行う。
【００７８】
次に、このように構成された基板処理装置１００の基板処理槽１による半導体ウェーハＷのリンス処理及びリンス処理後の乾燥処理について、図５に示す流れ図を用いて説明する。
図５に示すように、先ず、制御装置７は、リンス処理の前処理において、光源８１から光を発射させ、カメラ８２により液膜で反射する光の干渉縞を認識させる。制御装置７は、この情報を解析することで半導体ウェーハＷ上の液膜の膜厚を測定する（ステップＳＴ１）。即ち、制御装置７は、リンス処理の前処理に用いられる処理液の液膜厚さを測定する。
【００７９】
制御装置７は、膜厚、前処理時使用処理液の特性及び処理液のデータ等の処理液情報と、データベース９０に記憶された処理液の特性とを比較する。制御装置７は、処理液情報とデータベース９０に記憶された処理液の特性から、機能（１）として、半導体ウェーハＷ上の液膜である処理液の特性を予測する（ステップＳＴ２）。これにより制御装置７は、処理液の特性を決定する。なお、予測する処理液の特性としては、処理液の種類、粘度、表面張力、温度及び濃度等である。
【００８０】
制御装置７は、予測（決定）した処理液の特性から、機能（２）として、リンス処理のリンス条件を決定する（ステップＳＴ３）。制御装置７は、決定されたリンス条件から、リンス処理を行う（ステップＳＴ４）。
【００８１】
なお、図６に示すリンス処理の液膜厚さと処理時間の関係を示す説明図では、乾燥時間軸に平行な線において、リンス処理、即ち、処理液の置換及びパーティクルの除去が行われる。詳しくは、時間経過とともに膜厚が厚くなるときには、半導体ウェーハＷ上にリンス液が供給されることで、膜厚が漸次形成されており、一定量のリンス液が供給されると、供給されたリンス液の一部は半導体ウェーハＷから飛散するとともに、他部が一定膜厚の液膜を形成する。このとき、半導体ウェーハＷから飛散するリンス液に処理液及びパーティクルが含有されることで、徐々に処理液がリンス液に置換させる。
【００８２】
制御装置７は、リンス条件に基いてリンス処理を行うとともに、検出した処理液の特性からリンス処理による置換状態を確認する（ステップＳＴ５）。なお、リンス条件の決定時に予測した置換状態と検出した置換状態とが異なる場合（ステップＳＴ５のＹＥＳ）には、制御装置７は、機能（３）として、リンス条件のうち、リンス時間を再度決定する（ステップＳＴ６）。
【００８３】
リンス条件から予測された置換状態と確認した置換状態とが同じ、即ち、リンス処理が設定されたリンス条件通りに行われている場合（ステップＳＴ５のＮＯ）には、リンス処理時間が経過したか否かを判定する（ステップＳＴ７）。リンス処理時間が経過していない場合（ステップＳＴ７のＮＯ）には、ステップＳＴ４へと戻り、リンス処理時間が経過するまでリンス処理が行われる。
【００８４】
リンス処理時間が経過した場合（ステップＳＴ７のＹＥＳ）には、リンス処理を停止させる（ステップＳＴ８）。その後、半導体ウェーハＷ上のリンス液を乾燥させて乾燥処理を行う（ステップＳＴ９）。制御装置７は、機能（４）として、乾燥処理中の乾燥処理の時間と液膜厚さの変化から、図４，６に示すような乾燥特性をモニタする（ステップＳＴ１０）。
【００８５】
乾燥処理終了後、制御装置７は、図４に示すように、モニタした乾燥特性である乾燥処理時の膜厚と乾燥時間の関係から、置換が終了したか否かの判定を行う（ステップＳＴ１１）。即ち、データベース９０に記憶されたリンス液の乾燥特性と、モニタした乾燥特性とを比較し、同一の場合には、処理液をリンス液に置換終了と判定し（ステップＳＴ１１のＹＥＳ）、リンス処理及び乾燥処理が終了する。これにより、半導体ウェーハＷは、次工程へと運搬されて、次工程で他の処理が行われる。
【００８６】
なお、データベース９０に記憶されたリンス液の乾燥特性と、モニタした乾燥特性とが異なる場合には、リンス液への置換が終了していないと判定され（ステップＳＴ１１のＮＯ）、再びリンス条件を決定（ステップＳＴ３）し、リンス処理を行う（ステップＳＴ４）。制御装置７は、このように、リンス処理及び乾燥処理を、置換が終了するまで複数回行う。なお、制御装置７は、モニタした半導体ウェーハＷ上の液膜の乾燥特性が、データベース９０に記憶されたリンス液の乾燥特性と同一となることで、置換終了の判定を行う。
【００８７】
即ち、図６に示すように、リンス液を供給してリンス処理を行うと共に、リンス液の供給を停止して乾燥処理を行い、乾燥処理時の乾燥特性が、図４に示す（データベース９０に記憶された）リンス液の乾燥特性と近似し、最終的に乾燥特性が同一となるまで、リンス処理及び乾燥処理を繰返し行う。このように、複数回リンス処理及び乾燥処理を行い、図６に示すモニタされた乾燥特性がデータベース９０に記憶された乾燥特性と同一となることで、置換終了となる。
【００８８】
なお、図６に示すリンス処理及び乾燥処理の説明をすると、図６で用いられている処理液は、たとえば、図３，４での処理液Ｂのような乾燥時間が早い、又は、粘度が低い等の特徴を持つ処理液である。図６に示すように、リンス処理及び乾燥処理が複数回行われることで、漸次リンス液（処理液）の乾燥時間が長くなり、最終的には、図５に示すリンス液と同一の傾きとなる。これにより、リンス処理によって処理液がリンス液に置換されたと判定され、リンス処理が終了する。
【００８９】
このように構成された基板処理槽１を用いた基板処理装置１００によれば、リンス処理及び乾燥処理を複数回繰返し行うことで、リンス液の置換及び半導体ウェーハＷに付着する汚染物量を低減することが可能となる。また、図７に示すように、複数回リンス処理及び乾燥処理を行うことで、従来のようなリンス処理及び乾燥処理を一回だけ行うよりも、置換及び汚染物量の低減することが可能となるとともに、リンス時間が短縮及びリンス液の量を低減することが可能となる。
【００９０】
これは、一般的な流速分布から、液膜の表面側では流速が大きく、半導体ウェーハＷ表面では液膜の流速が略０と見なされる為、半導体ウェーハＷ上の処理液の移動は、液膜表面が主である。このため、液体のリンス処理において、回転テーブル１６により回転する半導体ウェーハＷ上の液膜は、半導体ウェーハＷ表面に位置する処理液が停留することとなり、置換されにくい。また、ミスト状に噴射されたリンス液により、物理処理しても、液膜中で処理液及びリンス液は対流するため、半導体ウェーハＷ表面側に位置する汚染物や処理液が残存する虞がある。
【００９１】
このような要因から、リンス液に置換するために必要な時間が長くなる。これに対し、一端、リンス液の供給を停止し、乾燥処理を行うことで、半導体ウェーハＷ上の処理液を含むリンス液が回転により飛散するため、半導体ウェーハＷ上の処理液及び汚染物質の量は低減する。これにより、次回リンス処理における、処理液及び汚染物質の割合がリンス液に対して低減する。このため、効率よくリンス処理行うことが可能となり、処理液をリンス液に置換することが容易となる。このことから、置換時間、及び、リンス液の使用量が低減する。
【００９２】
また、リンス液の供給を停止することで、液膜厚さは漸次低減することとなり、回転時の流速分布による半導体ウェーハＷ表面上での低流速の影響も低減することが可能となる。即ち、乾燥処理終了直前の液膜においては、液膜表面と半導体ウェーハＷ表面との距離を縮めることができるため、半導体ウェーハＷ表面側の流速が大きくなり、半導体ウェーハＷ表面側での低流速の影響も低減し、半導体ウェーハＷ表面近くの処理液及び汚染物質を効率よく飛散することが可能となる。このため、リンス処理によるリンス液の置換に必要なリンス液の量、及び、リンス処理の時間を低減することが可能となる。
【００９３】
また、光源８１、カメラ８２及び制御装置７により、常時液膜厚さを検出し、データベース９０に記憶された処理液の特性と比較することで、液膜の特性を予測し、精度のよいリンス条件を決定することが可能となる。
【００９４】
リンス処理前に、半導体ウェーハＷ上の処理液特性を決定することで、リンス条件の精度を向上させるだけでなく、基板処理槽１の故障の発見も可能となる。即ち、基板処理において、使用している処理液と、検出した液膜の特性とが著しく異なる場合には、リンス処理を行う前に、第１、第３濃度調整ユニット６２、７７の故障と判定することも可能となる。
【００９５】
また、リンス処理中に置換状態を確認することで、リンス時間を最適にすることが可能となるとともに、乾燥処理時に置換状態を確認することで、再度リンス処理を行うことが可能となる。即ち、液膜をモニタして液膜の特性を予測し、予測した特性をフィードバックしてリンス処理を行うことで、従来のリンス時間を予め決定してリンス処理を行う場合に比べ、無駄なリンス処理を防止することが可能となる。即ち、リンス時間を短時間とし、必要に応じて再度リンス処理を行うことが可能となり、精度良くリンス処理を行うことが可能となる。
【００９６】
このように、リンス処理を減少させることが可能となり、リンス処理時間の低減となる。リンス処理時間の低減により、リンス液の使用量の低減、及び、生産性の向上となる。
【００９７】
上述したように本実施の形態に係る基板処理装置１００によれば、リンス処理及び乾燥処理における置換状態の確認、及び、複数回のリンス処理及び乾燥処理を行うことで、リンス処理時間の低減、及び、リンス液の使用量を低減させることが可能となる。これにより、半導体ウェーハＷの生産性を向上させることも可能となる。
【００９８】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。上述した例では、乾燥処理終了後に、制御装置７は、モニタした乾燥特性とデータベース９０のリンス液の乾燥特性とを比較して、置換が終了したか否かの判定を行うとしたが、これに限られない。例えば、図８に示すように、図８に示す乾燥処理中にモニタした乾燥特性と、図４に示すデータベース９０のリンス液の乾燥特性とを比較して、置換が終了していない場合には、乾燥処理をその時点で停止させてリンス液を供給し、リンス処理を行ってもよい。
【００９９】
また、上述した例では、リンス処理中、及び、乾燥状態において、置換状態の確認を行ったが、リンス処理中又は乾燥状態のいずれか一方でもよい。いずれか一方で置換状態の確認を行うことで、確認を行わない場合に比べ、リンス処理の精度は向上することとなる。
【０１００】
さらに、上述した例では、基板処理装置１００は、回転テーブル１６を有し、半導体ウェーハＷを回転させる基板処理槽１を有する構成としたが、回転テーブル１６を有する基板処理槽１でなく、例えば、ころ等により半導体ウェーハＷを搬送し、ある位置で半導体ウェーハＷに処理を行う処理装置であってもよい。
【０１０１】
また、上述した例では、膜厚検出手段として、モニタユニットは、光源８１により半導体ウェーハＷに光を照射し、液膜により反射した光をカメラ８２により認識する構成としたが、これに限定されない。例えば、光でなくレーザ光や静電容量によって液膜厚さを検出するモニタユニットであってもよく、液膜の厚さを検出可能であれば他の構成であってもよい。
【０１０２】
さらに、上述した例では、複数のノズル体として、上部ノズル体５１及び斜方ノズル体７１を有する構成としたが、他にもノズル体を有する構成としてもよい。また、リンス処理に使用する純水のみを噴射可能なノズル体を有する構成であってもよい。このノズル体の場合には、濃度調整を行う調整ユニットを設ける必要はなく、温度調整用の調整ユニットのみを設ける構成でよい。さらに、複数のノズル体でなく、単数、例えば、上部ノズル体５１のみを有する構成であってもよい。
【０１０３】
また、上述した例では、複数回のリンス処理及び乾燥処理を行うとしたが、一度だけリンス処理及び乾燥処理を行う場合であっても良い。複数回のリンス処理及び乾燥処理に比べ、一回だけリンス処理及び乾燥処理を行うと、処理時間の低減効果は期待できない。しかし、液膜の膜厚を検出して処理液の特性を予測（機能（１））するとともに、処理時間の最適化（機能（３））を行うことで、処理の効果及び精度を向上させることが可能となる。
【０１０４】
また、上述した例では、リンス処理について説明を行ったが、リンス処理だけでなく、他処理に適用することもできる。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
１…基板処理槽、２…カップ体、３…下カップ、３ａ…通孔、４…上カップ、５…排出管、６…排気ポンプ、７…制御装置（乾燥手段、制御手段、膜厚検出手段）、７ａ…判定部、８…ベース板、９…取付け孔、１１…制御モータ、１２…固定子、１３…回転子、１４…連結体、１５…鍔部、１６…回転テーブル（乾燥手段）、１７…保持部材、１８…支持ピン、２１…乱流防止カバー、２２…外周壁、２２ａ…小径部、２２ｂ…大径部、２３…上面壁、２５…リング状部材、３１…開口部、３２…ファン・フィルタユニット、３３…駆動部、３４…出し入れ口、３５…シャッタ、３６…シリンダ、３７…制御弁、５１…上部ノズル体（第１、第２の処理液供給手段）、５２…アーム体、５３…取付部材、５５…回転軸、５６…回転駆動源、５７…出力軸、５８…第１の供給管、５９…第２の供給管、６０…第１電磁弁、６１…第１温度調整ユニット、６２…第１濃度調整ユニット、６３…第２電磁弁、６４…第２温度調整ユニット、７１…斜方ノズル体（第１、第２の処理液供給手段）、７２…第３取付部材、７４…第３の供給管、７５…第３電磁弁、７６…第３温度調整ユニット、７７…第３濃度調整ユニット、８１…光源（膜厚検出手段）、８２…カメラ（膜厚検出手段）、９０…データベース（記憶手段）、１００…基板処理装置、１０１…カセットステーション、１０２…カセット、１０３…ローダ部、１０４…アンローダ部、１０５…ユニット、１０６…ロボット、１０７…アーム、Ｗ…基板（半導体ウェーハ）、Ｓ…信号線。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を第１の処理液で処理してから第２の処理液で処理する基板処理装置であって、
上記基板上に上記第１の処理液を供給する第１の処理液供給手段と、
上記第１の処理液が供給された上記基板上に上記第２の処理液を供給する第２の処理液供給手段と、
上記第２の処理液が供給された上記基板上の液膜の厚さを検出する膜厚検出手段と、
この膜厚検出手段の検出に基いて上記基板に供給された上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されたか否かを判定する判定部を有する制御手段と、
を具備することを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
上記第２の処理液が供給された上記基板上の液膜を乾燥させる乾燥手段と、
上記第２の処理液の乾燥時の乾燥特性が記憶された記憶手段と、をさらに具備し、
上記制御手段は、上記乾燥手段により上記液膜を乾燥させたときに上記膜厚検出手段の検出に基いて上記液膜の膜厚の乾燥特性と、上記記憶手段に記憶された上記第２の処理液の乾燥時の特性とを比較することで、上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されたか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
上記第２の処理液の特性が記憶された記憶手段と、をさらに具備し、
上記制御手段は、上記第２の処理液供給手段により上記基板上に上記第２の処理液が供給されているときに、上記膜厚検出手段の検出に基いて上記基板上の上記液膜の特性を予測するとともに、この予測した上記第２の処理液の特性と、上記記憶手段に記憶された上記第２の処理液の特性とを比較することで、上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されたか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項４】
上記制御手段は、上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されていない場合に、上記第２の処理液供給手段により、上記基板上に上記第２の処理液をさらに供給させることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の基板処理装置。
【請求項５】
基板を第１の処理液で処理してから第２の処理液で処理する基板処理方法であって、
上記基板上に上記第１の処理液を供給する工程と、
上記第１の処理液が供給された上記基板上に上記第２の処理液を供給する工程と、
上記第２の処理液が供給された上記基板上の液膜の膜厚を検出する工程と、
この膜厚の検出に基いて上記基板に供給された上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されたか否かを判定する工程と、
を具備することを特徴とする基板処理方法。
【請求項６】
上記第２の処理液が供給された上記基板上の液膜を乾燥させる工程と、と具備し、
上記液膜を乾燥させたときに検出された上記液膜の乾燥特性と、上記第２の処理液の乾燥時の乾燥特性とを比較することで、上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されたか否かを判定することを特徴とする請求項５に記載の基板処理方法。
【請求項７】
上記第２の処理液供給手段により上記基板上に上記第２の処理液が供給されているときに、検出された上記基板上の液膜厚さからこの液膜の特性を予測する工程と、をさらに具備し、
上記予測した上記液膜の特性と、上記第２の処理液の特性とを比較することで、上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されたか否かを判定することを特徴とする請求項５に記載の基板処理方法。
【請求項８】
上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されていない場合に、上記基板上に上記第２の処理液をさらに供給させる工程をさらに具備することを特徴とする請求項５乃至請求項７に記載の基板処理方法。
【請求項１】
基板を第１の処理液で処理してから第２の処理液で処理する基板処理装置であって、
上記基板上に上記第１の処理液を供給する第１の処理液供給手段と、
上記第１の処理液が供給された上記基板上に上記第２の処理液を供給する第２の処理液供給手段と、
上記第２の処理液が供給された上記基板上の液膜の厚さを検出する膜厚検出手段と、
この膜厚検出手段の検出に基いて上記基板に供給された上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されたか否かを判定する判定部を有する制御手段と、
を具備することを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
上記第２の処理液が供給された上記基板上の液膜を乾燥させる乾燥手段と、
上記第２の処理液の乾燥時の乾燥特性が記憶された記憶手段と、をさらに具備し、
上記制御手段は、上記乾燥手段により上記液膜を乾燥させたときに上記膜厚検出手段の検出に基いて上記液膜の膜厚の乾燥特性と、上記記憶手段に記憶された上記第２の処理液の乾燥時の特性とを比較することで、上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されたか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
上記第２の処理液の特性が記憶された記憶手段と、をさらに具備し、
上記制御手段は、上記第２の処理液供給手段により上記基板上に上記第２の処理液が供給されているときに、上記膜厚検出手段の検出に基いて上記基板上の上記液膜の特性を予測するとともに、この予測した上記第２の処理液の特性と、上記記憶手段に記憶された上記第２の処理液の特性とを比較することで、上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されたか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項４】
上記制御手段は、上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されていない場合に、上記第２の処理液供給手段により、上記基板上に上記第２の処理液をさらに供給させることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の基板処理装置。
【請求項５】
基板を第１の処理液で処理してから第２の処理液で処理する基板処理方法であって、
上記基板上に上記第１の処理液を供給する工程と、
上記第１の処理液が供給された上記基板上に上記第２の処理液を供給する工程と、
上記第２の処理液が供給された上記基板上の液膜の膜厚を検出する工程と、
この膜厚の検出に基いて上記基板に供給された上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されたか否かを判定する工程と、
を具備することを特徴とする基板処理方法。
【請求項６】
上記第２の処理液が供給された上記基板上の液膜を乾燥させる工程と、と具備し、
上記液膜を乾燥させたときに検出された上記液膜の乾燥特性と、上記第２の処理液の乾燥時の乾燥特性とを比較することで、上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されたか否かを判定することを特徴とする請求項５に記載の基板処理方法。
【請求項７】
上記第２の処理液供給手段により上記基板上に上記第２の処理液が供給されているときに、検出された上記基板上の液膜厚さからこの液膜の特性を予測する工程と、をさらに具備し、
上記予測した上記液膜の特性と、上記第２の処理液の特性とを比較することで、上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されたか否かを判定することを特徴とする請求項５に記載の基板処理方法。
【請求項８】
上記第１の処理液が上記第２の処理液に置換されていない場合に、上記基板上に上記第２の処理液をさらに供給させる工程をさらに具備することを特徴とする請求項５乃至請求項７に記載の基板処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２３９０１４（Ｐ２０１０−２３９０１４Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８６９４２（Ｐ２００９−８６９４２）
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００００２４２８）芝浦メカトロニクス株式会社 (907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００００２４２８）芝浦メカトロニクス株式会社 (907)
【Ｆターム（参考）】
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