JP6033595B2

JP6033595B2 - 基板処理装置及び基板処理装置における距離測定方法

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Publication number: JP6033595B2
Application number: JP2012159753A
Authority: JP
Inventors: 野嘉文天; 永和也岩; 志崇史味
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2012-07-18
Filing date: 2012-07-18
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2032-07-18
Also published as: JP2014022558A

Description

本発明は、基板を回転させながら基板に処理流体を供給することにより基板を処理する基板処理装置および基板処理方法に関する。

半導体デバイスの製造のための様々な工程の一つとして、被処理基板、例えば半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と呼ぶ）を鉛直軸線回りに回転させて、回転するウエハに処理液を供給することによりウエハを処理する液処理工程がある。

このような液処理工程を実施するための液処理装置には、ウエハの処理対象面を下向きにして回転させながら、処理対象面に処理液を供給するものがある（例えば特許文献１を参照）。このタイプの液処理装置においては、処理液が処理対象面と反対の上面に回り込むと、上面がパーティクルで汚染される。これを防止するため、ウエハの処理が実行されるときにウエハの上面に近接した処理位置にトッププレート（天板、トップカバー等とも呼ばれる）が配置される。トッププレートとウエハとの間に形成された空間の中央部にガスが供給され、このガスがウエハ周縁部に向かって流れてウエハ周縁部においてトッププレートとウエハとの間から吹き出す。このガスの吹き出しにより、ウエハの上面に処理液またはそのミストが近接および接触することを防止している。

トッププレートは、処理が行われる時だけ処理位置に配置され、それ以外の時には退避位置に配置される。退避位置は、処理位置の真上の位置あるいは、処理位置より上方であってかつ水平方向にも所定量移動した位置に設定される。トッププレートは、処理位置と退避位置との間で移動する際に昇降する。トッププレートの鉛直方向位置の制御は、通常は、トッププレート昇降用の駆動機構のモータに付設されたエンコーダの出力に基づいて行われる。

トッププレート昇降用の駆動機構に何らかの不具合が発生すると、処理位置にあるトッププレートとウエハとの間の間隔の大きさが適正範囲から外れることがある。また、処理中にウエハの保持に何らかの不具合が発生した場合にも、トッププレートとウエハとの間の間隔の大きさが適正範囲から外れることがある。前記間隔の大きさが適正範囲から外れて大きくなると、多大なパーティクル汚染が発生して、ウエハを廃棄しなければならなくなることがある。

特開２０１２−８４６０７号公報

本発明は、トッププレート（天板）と基板との間の間隔を把握することができる手段を備えた基板処理装置を提供する。

本発明は、基板を水平姿勢で保持する基板保持部と、前記基板保持部を鉛直軸線周りに回転させる回転駆動機構と、前記基板保持部に保持された基板を覆うための天板と、前記天板を、前記基板保持部に保持された基板の上面に近接して当該基板を覆う第１位置と、前記処理位置よりも上方の第２位置との間で前記天板を昇降させる天板昇降機構と、前記基板保持部に保持された基板に処理液を供給する処理液供給ノズルと、測距対象物までの距離を測定する測距センサと、前記基板保持部に保持された基板の周囲を囲むカップ体と、を備え、前記測距センサは、前記天板に取り付けられており、前記測距対象物が、前記カップ体若しくは前記カップ体に固定された部材であり、前記基板保持部に保持された基板と前記天板との間の鉛直方向距離の変化に対応して前記測距対象物の前記測距センサからの鉛直方向距離が変化し、前記天板と前記基板との間隔を把握するために、前記天板に取り付けられた前記測距センサを用いて前記測距対象物から前記測距対象物までの距離を測定する基板処理装置を提供する。

また、本発明は、基板を水平姿勢で保持する基板保持部と、前記基板保持部を鉛直軸線周りに回転させる回転駆動機構と、前記基板保持部に保持された基板を覆うための天板と、前記天板を、前記基板保持部に保持された基板の上面に近接して当該基板を覆う第１位置と、前記処理位置よりも上方の第２位置との間で前記天板を昇降させる天板昇降機構と、前記基板保持部に保持された基板に処理液を供給する処理液供給ノズルと、測距対象物までの距離を測定する測距センサと、前記基板保持部に保持された基板の周囲を囲むカップ体と、を備え、前記測距センサは、前記カップ体に取り付けられており、前記測距対象物が、前記天板若しくは前記天板に固定された部材であり、前記基板保持部に保持された基板と前記天板との間の鉛直方向距離の変化に対応して前記測距対象物の前記測距センサからの鉛直方向距離が変化し、前記天板と前記基板との間隔を把握するために、前記カップ体に取り付けられた前記測距センサを用いて前記測距センサから前記測距対象物までの距離を測定する基板処理装置を提供する。

さらに本発明は、基板を水平姿勢で保持する基板保持部と、前記基板保持部を鉛直軸線周りに回転させる回転駆動機構と、前記基板保持部に保持された基板を覆うための天板と、前記天板を、前記基板保持部に保持された基板の上面に近接して当該基板を覆う第１位置と、前記処理位置よりも上方の第２位置との間で前記天板を昇降させる天板昇降機構と、前記基板保持部に保持された基板に処理液を供給する処理液供給ノズルと、前記基板保持部に保持された基板の周囲を囲むカップ体と、を備える基板処理装置における距離測定方法を提供する。
上記距離測定方法の第１の態様では、前記天板と前記基板との間隔を把握するために、前記天板に取り付けられた測距センサを用いて当該測距センサから測距対象物までの距離を測定する距離測定ステップを備え、前記測距対象物は前記カップ体若しくは前記カップ体に固定された部材であり、前記基板保持部に保持された基板と前記天板との間の鉛直方向距離の変化に対応して前記測距対象物の前記測距センサからの鉛直方向距離が変化する。
上記距離測定方法の第２の態様では、前記天板と前記基板との間隔を把握するために、前記カップ体に取り付けられた測距センサを用いて当該測距センサから測距対象物までの距離を測定する距離測定ステップを備え、前記測距対象物は前記天板若しくは前記天板に固定された部材であり、前記基板保持部に保持された基板と前記天板との間の鉛直方向距離の変化に対応して前記測距対象物の前記測距センサからの鉛直方向距離が変化する。

本発明によれば、天板と基板との間の間隔を把握することができる。このため、基板の処理不良が生じたことまたはその可能性をより早期に把握することができる。

本発明による基板処理装置の一実施形態の構成を示す縦断面図である。基板の周縁部の周辺の気流を説明するための図である。測距センサの他の配置を説明する図である。測距センサの更に他の配置を説明する図である。測距センサの更に他の配置を説明する図である。

以下に添付図面を参照して本発明による基板処理装置の実施形態について説明する。この基板処理装置は、表面に半導体デバイスが形成される被処理基板としての半導体ウエハの裏面および側周面に付着しているＳｉＮ等の不要な膜をフッ酸溶液（以下「ＨＦ溶液」と呼ぶ）により除去する液処理を行うように構成されている。

基板処理装置は、筐体１０と、この筐体１０内でウエハＷを水平姿勢で保持する基板保持部２０と、この基板保持部２０を鉛直軸線周りに回転させる回転駆動機構３０とを備えている。

筐体１０の天井部には、ファンフィルタユニット（ＦＦＵ）１１が取り付けられており、このＦＦＵ１１により筐体１０の内部空間に、上部から下部へと向かう清浄空気のダウンフローが形成される。筐体１０の一つの側壁には、ウエハＷの搬出入口１２が設けられており、搬出入口１２はシャッター１３により開閉することができる。筐体１０の底壁には、筐体１０内の雰囲気を排気するための排気路１４が設けられている。

基板保持部２０は、概ね円板形状のベース板２１を有している。このベース板２１の上面は、基板保持部２０によりウエハＷが保持されたときに当該ウエハＷの下面に対面する。このときのベース板２１の上面とウエハＷの下面との間の間隔は、回転に伴いベース板２１とウエハＷとの間に形成される気流（ウエハ周縁部に向かう）によって生じる負圧により、ウエハＷが後述する基板支持片２２Ｂに押し付けられる力が適当な大きさになるように、かつ、ウエハＷの下面中央部に供給された処理液がウエハＷの周縁部に流れるのを妨げないような適当な値、例えは１〜５ｍｍに設定されている。ベース板２１の上方には、ベース板２１から鉛直方向に間隔を空けて、概ね円環形状のリング部材２２が設けられている。ベース板２１とリング部材２２とは、複数（例えば１２個）の結合部材２３（例えばネジからなる）により相対移動不能に結合されている。

リング部材２２は、円環形状のガイド部２２Ａと、このガイド部２２Ａの下面の内周縁部から円環の中心に向かって張り出す複数（例えば１２個）の基板支持片２２Ｂとを有している。基板支持片２２Ｂの上面がウエハＷの下面周縁部を支持することにより、ウエハＷは基板保持部２０に水平姿勢で保持される。基板支持片２２Ｂは、円周を等分した位置に設けられている。図１では２つの基板支持片２２Ｂのみが表示されている。基板支持片２２Ｂ上にウエハＷが載置されたときに、ガイド部２２ＡはウエハＷの周縁を囲み、このときガイド部２２Ａの内周縁とウエハＷの外周縁との間に僅かな隙間が形成される。ガイド部２２Ａは、ウエハＷに液処理が実行されているときに、ウエハＷの周縁近傍を流れる流体をガイドする（詳細後述）。

ベース板２１の下面中央から、鉛直方向下向きに円筒形状の回転軸３１が延びている。この回転軸３１は、ベアリングを内蔵した軸受部３２により回転自在に支持されている。筐体１０の外部にある回転軸３１の下部に、プーリ３３が設けられている。このプーリ３３と、回転モータ３４の回転軸に設けられたプーリ３５とに駆動ベルト３６が巻き掛けられている。従って、回転モータ３４を駆動することにより、回転軸３１を介して、基板保持部２０に保持されたウエハＷを回転させることができる。上記の構成部品３１〜３６により、基板保持部２０を鉛直軸線周りに回転させる回転駆動機構３０が構成される。

回転軸３１内には、回転軸３１の全長にわたって鉛直方向に延びる円柱形の内部空間が設けられている。また、この円柱形の内部空間に連続する開口がベース板２１の中央部を貫通している。これらの内部空間および開口に、円筒形状の基板リフター４０が貫挿されている。基板リフター４０の上端部には、複数（例えば３本）の基板支持ピン４１が設けられている。基板リフター４０は、回転軸３１が回転しても回転軸３１と一緒に回転しないように回転軸３１に対して相対回転可能に、かつ、回転軸３１に対して相対上下動が可能に、回転軸３１内に支持されている。基板リフター４０の下端部には、昇降板４２を介してシリンダモータ４３が接続されている。従って、シリンダモータ４３を駆動することにより基板リフター４０を上昇位置と下降位置との間で昇降させることができ、これにより基板支持ピン４１の先端にウエハＷを支持してウエハＷを昇降することができる。

基板リフター４０内には、基板リフター４０の軸線方向すなわち鉛直方向に延びる内部空間が設けられている。この内部空間には、基板保持部２０に保持されたウエハＷの下面に処理液を供給するための処理液供給路４４と気体供給路４５が設けられている。処理液供給路４４の上端開口部４４ａが、ウエハＷの下面に向けて処理液を吐出する処理液ノズルの吐出口となる。気体供給路４５の上端開口部４５ａが、ウエハＷの下面に向けて乾燥ガスを供給する乾燥ガスノズルの吐出口となる。処理液供給路４４には、ＨＦ溶液供給機構４６とＤＩＷ（DeIonized Water、純水）供給機構４７とが接続されており、切替弁４８を切り替えることにより、供給路４４にＨＦ溶液およびＤＩＷのいずれか一方を供給することができる。また、気体供給路４５には、乾燥ガスとしてのＮ_２ガス（窒素ガス）の供給機構４９が接続されている。上述の各処理流体の供給機構（４６、４７、４９（後述の供給機構５２も））は、当該処理流体の供給源と、開閉弁と、流量調整弁などの構成要素により構成されている。

基板処理装置はさらに、トッププレート（天板）５０を備えている。トッププレート５０は、基板保持部２０により保持されたウエハＷに近接してウエハＷの上面のほぼ全域を覆う処理位置（図１に示す位置）と、当該処理位置から退避した図示しない退避位置（例えば処理位置の真上の位置であって搬出入口１２よりも高い位置）との間で移動することができる。本実施形態においては、トッププレート５０は支持アーム５１により支持されており、この支持アーム５１がトッププレート昇降機構として設けられたシリンダモータ５２により昇降するようになっている。すなわち、トッププレート５０は処理位置と退避位置との間で昇降のみにより移動する。なお、トッププレート５０を、昇降だけでなく、鉛直軸線周りに旋回できるようにし、処理位置と退避位置との間の移動が水平方向の運動および昇降運動の組み合わせにより行われるようにしてもよい。

トッププレート５０の鉛直方向位置（高さ位置）は、トッププレート移動（昇降）制御部５７により制御される。具体的には、トッププレート移動制御部５７は、シリンダモータ５２に付設されたロータリーエンコーダ等の位置エンコーダ（図示せず）からの出力パルスに基づいてトッププレート５０の鉛直方向位置を検出し、この検出された鉛直方向位置と目標鉛直方向位置（例えば処理位置における高さ位置）とが一致するように、シリンダモータ５２を駆動する。

トッププレート５０の中央部には、基板保持部２０により保持されたウエハＷとトッププレート５０との間に形成される空間内に、窒素ガスなどの不活性ガスを供給するためのガス供給口５３が設けられている。このガス供給口５３には、Ｎ_２ガス供給機構５４が接続されている。

一方、トッププレート５０の下面には、下方に突出する円環状の突起５５が周縁部に沿って形成されている。トッププレート５０が処理位置にある場合、突起５５の下面５５ａは、基板保持部２０により保持されたウエハＷの上面に近接する。このとき、突起５５の下面５５ａとウエハＷの上面との間に形成される狭隘隙間５６の大きさ（上下方向幅）、すなわちウエハ周縁部におけるウエハＷとトッププレートとの間の距離は、例えば０．５〜１．５ｍｍである。トッププレート５０の下面の中央部分５７と、ウエハＷの上面との間隔は比較的大きく、例えば１０〜２０ｍｍ程度である。トッププレート５０の下面の中央部分５７と突起５５の下面５５ａとは傾斜面５５ｂを介して接続されている。

基板保持部２０、並びに処理位置にあるトッププレート５０の周囲を囲むようにカップ体６０が設けられている。このカップ体６０は、ウエハＷの処理が実行されているときに、ウエハＷから飛散した薬液等の処理流体を受け止める。カップ６０の底部には排出路６１が接続されている。排出路６１は、図示しないミストセパレータおよびイジェクタ等を介して工場排気系／廃液系に接続されている。図１および図２に示すように、トッププレート５０が処理位置にあるときには、トッププレート５０はカップ体６０の天井部に形成された上部開口部内に収容され、このとき、カップ体６０の天井部に形成された上部開口部の内周面と、トッププレート５０の外周面との間に小さな隙間が形成される。

ガス供給口５３からＮ_２ガスを吐出しているときにウエハＷを回転させた時のウエハＷ周縁部近傍のガス流が図２に示されている。ウエハＷの回転に伴いウエハＷの上面および下面の近傍には、ウエハＷの周縁に向かうガス流が生じる。すなわち、トッププレート５０とウエハＷとの間の空間にウエハＷの周縁に向かうＮ_２ガス流Ｆ_Ｎが生じ、このＮ_２ガス流Ｆ_Ｎは、狭隘隙間５６から速度を増して流出する。トッププレート５０に傾斜面５５ｂが設けられていることにより、Ｎ_２ガスがスムースに狭隘隙間５６に流れ込む。狭隘隙間５６から流出したガスはリング部材２２のガイド部２２Ａの上面とカップ体６０の天井部下面との間の空間を通って、排出路６１に向かって流れる。また、ウエハの下面とベース板２１との間の空間には、ウエハＷの周縁に向かうガス流Ｆ_Ｌ（空気またはＮ_２ガスの流れ）が生じ、このガス流Ｆ_Ｌはリング部材２２のガイド部２２Ａの下面とベース板２１との間の空間を通って排出路６１に向かって流れる。カップ体６０の内部が排出路６１を介して排気されているため、カップ体６０の上部開口部の内周面とトッププレート５０の外周面との間の隙間から、ＦＦＵからの清浄空気のダウンフローがカップ体６０内に引き込まれる。この引き込まれた清浄空気は、Ｎ_２ガス流Ｆ_Ｎと合流した後、リング部材２２のガイド部２２Ａの上面とカップ体６０の天井部の下面との間の空間を通って、排出路６１に向かって流れる。

ウエハＷの下面とベース板２１との間の空間から外方に流出するガス流Ｆ_Ｌによりウエハの下面とベース板２１との間の空間が減圧状態となり、これによりウエハＷが基板支持片２２Ｂに向かって押し付けられ、ウエハＷがしっかりと基板保持部２０に保持される。なお、ウエハＷの上面側の空間にはＮ_２ガスが供給されるため圧力がウエハＷの下側の空間よりも高くなるので、ウエハＷの浮き上がりは生じ難い。

狭隘隙間５６から比較的高速で流出するＮ_２ガス流Ｆ_Ｎは、ガス流Ｆ_Ｌと一緒にウエハＷの外側に流出する処理液またはそのミストがウエハＷの上面側に回り込むことを防止する。この効果を達成するには、狭隘隙間５６の大きさ（上下方向幅）が適正な値となっていることが必要である。狭隘隙間５６の大きさが適正範囲より大きいと、Ｎ_２ガス流Ｆ_Ｎが狭隘隙間５６から流出する速度が遅くなり、ウエハＷの下面側から流出した処理液またはそのミストが、ウエハＷの上面側に周り込み、パーティクル発生の原因となりうる。一方、狭隘隙間５６の大きさが適正値より小さい場合には、回転するウエハＷが浮き上がった場合、あるいは上下に振動した場合には、ウエハＷとトッププレート５０が衝突して破損するおそれがある。

基板処理装置はさらに、基板保持部２０により保持されたウエハＷとトッププレート５０が衝突することを防止するための少なくとも１つ（好ましくは複数の）のメカニカルストッパ７０を有している。本実施形態では、メカニカルストッパ７０は、トッププレート５０の上面の周縁部に設けられた支持部７１、支持部７１に形成された雌ネジ穴に螺合するネジ軸７２及びネジ軸７２に螺合するナット７３と、カップ体６０の上面の開口部周辺に設けられた受け部７４とから構成されている。ネジ軸７２を回転させることによりネジ軸７２を上下動させることができ、ナット７３を締め付けることによりネジ軸７２を固定することができる。メカニカルストッパ７０は、ウエハＷとトッププレート５０が衝突する寸前で、例えば前記狭隘隙間５６が０．４ｍｍになった時点でネジ軸７２の下端と受け部７４が衝突するように調整される。本実施形態では、複数（具体的には３つ）のメカニカルストッパ７０がトッププレート５０の円周方向に沿って等間隔で設けられている。

基板処理装置はさらに、基板保持部２０により保持されたウエハＷとトッププレート５０との間隔、具体的には前記狭隘隙間５６の大きさ（上下方向幅）を測定することを目的として距離測定を行う少なくとも１つ（好ましくは複数）の測距センサ８０を備えている。本実施形態では、複数（具体的には３つ）の測距センサ８０がトッププレート５０の円周を等分した位置に設けられている。メカニカルストッパ７０と測距センサ８０とが円周方向に沿って交互に設けられるのが好ましい。測距センサ８０は１つだけ設けてもよいが、３つ以上設けることがトッププレート５０の傾きも把握できるので好ましい。

測距センサ８０は、好ましくは光学式のセンサであり、例えばレーザ式の反射型の変位センサ（位置センサ）とすることができる。本実施形態では、測距センサ８０は、トッププレート５０の上面に取り付けられており、当該測距センサ８０から、カップ体６０の上面の開口部周辺に設定された測定点８１までの距離を測定することができる。なお測定点８１を設定する位置はカップ体６０自体に限定されるものではなく、カップ体６０に固定された別の部材上に設けてもよい。本実施形態においては、基板保持部２０は昇降しないため、基板保持部２０に適正に保持されたウエハＷと、カップ体６０との鉛直方向の位置関係は不変である。従って、測距センサ８０からカップ体６０上の測定点８１までの鉛直方向距離を「Ｘ」とし、トッププレート５０とウエハＷとの間の鉛直方向距離（すなわち前記狭隘隙間５６の大きさ（上下方向幅））を「Ｙ」とすると、「Ｙ＝Ｘ＋Ｋ（Ｋは定数）」という関係が成立する。従って、測距センサ８０からカップ体６０上の測定点８１までの鉛直方向距離を測定することは、狭隘隙間５６の大きさを測定することと等価である。

なお、定数「Ｋ」は、測距センサ８０の測定値と、トッププレート５０上面とウエハＷ上面との間の距離とに基づき算出することが可能である。トッププレート５０上面とウエハＷ上面との間の距離は、測距センサ８０の近傍でトッププレート５０の上面上に設置したダイヤルゲージ等の接触式精密計測器により測定される。ダイヤルゲージのプローブを通す貫通穴（プラグにより塞がれる）がトッププレート５０に設けられているが、図示はされていない。定数「Ｋ」は、各測距センサ８０に対して測定すること、すなわち各測距センサ８０が設けられている角度位置においてそれぞれ測定することが望ましい。

基板処理装置はさらに、基板保持部２０によりウエハＷが適切に保持されているか否かを検出するためのウエハ保持状態検出装置９０を備えている。本実施形態では、ウエハ保持状態検出装置９０は、光学的なセンサである反射型のレーザ式の変位センサ９１を備えて構成されている。変位センサ９１は筐体１０の側壁に設けられた窓からウエハＷの上面（上面の中心以外の適当な位置）に向けてレーザ光を照射するように設けられている。ウエハＷの上面により反射されたレーザ光は、筐体１０の天井部に取り付けられたミラー９２により反射され、再度ウエハＷの上面に入射し、変位センサ９１に戻る。この場合のレーザ光の光路が参照符号９３を付けた一点鎖線で示されている。ウエハＷを回転させて３つ以上の異なる角度位置で停止させ、それぞれの角度位置で変位センサ９１に戻ってきたレーザ光の位置が同じであるか、あるいはずれ量が所定範囲内にあるなら、ウエハＷが水平姿勢で適切な状態で基板保持部２０により保持されていることがわかる。ウエハＷの保持状態を検出するための検出装置としては様々なものが知られており、図示したウエハ保持状態検出装置９０を他の形式のものに置換することも可能である。

基板処理装置は、その全体の動作を統括制御するコントローラ（制御部）２００を有している。コントローラ２００は、基板処理装置１００の全ての機能部品（例えば、基板リフター４０用のシリンダモータ４３、トッププレート５０用のシリンダモータ５２、回転駆動機構３０の回転モータ３３、各種処理流体の供給機構等）の動作を制御する。コントローラ２００は、ハードウエアとして例えば汎用コンピュータと、ソフトウエアとして当該コンピュータを動作させるためのプログラム（装置制御プログラムおよび処理レシピ等）とにより実現することができる。ソフトウエアは、コンピュータに固定的に設けられたハードディスクドライブ等の記憶媒体に格納されるか、あるいはＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の着脱可能にコンピュータにセットされる記憶媒体に格納される。このような記憶媒体が図１において参照符号２０１で示されている。プロセッサ２０２は必要に応じて図示しないユーザーインターフェースからの指示等に基づいて所定の処理レシピを記憶媒体２０１から呼び出して実行させ、これによってコントローラ２００の制御の下で基板処理装置の各機能部品が動作して所定の処理が行われる。前述したトッププレート移動制御部５７は、コントローラ２００の一部として構成されている。コントローラ２００には異常報知部２０３が接続されている。異常報知部２０３は画像ディスプレイおよびアラーム音発生器などからなり、測距センサ８０の測定結果に異常が生じたときにこの基板処理装置のオペレータに画像および音声等により報知する。

次に、上述した基板処理装置を用いて、表面に半導体デバイスが形成されたウエハＷの裏面および側周面に付着しているＳｉＮ等の不要な膜をＨＦ溶液により除去する液処理について説明する。

トッププレート５０を退避位置に位置させ、シャッター１３を開いた状態で、裏面を下向きにしてウエハＷを保持した図示しない搬送アームが、搬出入口１２を通って筐体１０内に進入し、ウエハＷを基板保持部２０の真上に位置させる。次に、基板リフター４０を上昇させて、基板支持ピン４１により図示しない搬送アームが保持しているウエハＷを持ち上げて、搬送アームからウエハを受け取る。次いで、図示しない搬送アームは筐体１０から退出する。次いで、ウエハＷを支持している基板リフター４０が図１に示す高さ位置まで下降する。この下降の過程において、図１に示すように、ウエハＷが基板保持部２０の基板支持片２２Ｂの上に載置され、ウエハＷは基板リフター４０から離れる。以上によりウエハＷの搬入が終了する。

その後、ウエハ保持状態検出装置９０を用いて、ウエハＷが基板保持部２０により適切に保持されているか否かを確認する。ウエハＷが適切に保持されていない場合には、上記のウエハＷの搬入操作の再試行を行う。再試行においても問題が解消されない場合には、原因の究明、並びに必要に応じて基板処理装置の調整または修理を行う。なお、ウエハ保持状態検出装置９０により検出された異常は、異常報知部２０３により基板処理装置のオペレータに通知される。

ウエハＷが基板保持部２０に適切に保持されていることが確認されると、トッププレート５０を処理位置（図１に示す位置）まで下降させる。このとき、各測距センサ８０から対応するカップ体６０上の測定点８１までの距離が測定される。各測距センサ８０の測定値に基づいて、各測距センサ８０が配置された角度位置における狭隘隙間５６の大きさ（上下方向幅）が許容範囲内（例えば０．５〜１．５ｍｍ）にあることが確認されたならば、ウエハＷに対する一連の処理が開始される。いずれかの角度位置において狭隘隙間５６の大きさが許容範囲外にあるときには、トッププレート５０を一旦上昇させた後、処理位置への移動の再試行を行う。再試行においても狭隘隙間５６の大きさが許容範囲に入らない場合には、原因の究明、並びに必要に応じて基板処理装置の調整または修理を行う。

トッププレート５０の位置が適切であることが確認された後、薬液処理を行う。まず、回転駆動機構３０によりウエハＷを回転させ、基板リフター４０に設けられた処理液供給路４４の上端開口部４４ａからＨＦ溶液をウエハＷの下面に供給する。遠心力によりウエハＷ下面を周縁部に向かって流れるＨＦ溶液により、ＳｉＮ等の不要な膜が除去される。このとき、先に図２を参照して説明したように、ＨＦ溶液はガス流Ｆ_Ｌと一緒にウエハＷの外側に流出するが、狭隘隙間５６から高速で流出するＮ_２ガス流Ｆ_ＮによりＨＦ溶液またはそのミストがウエハＷの上面側に回り込むことが防止される。

所定時間ＨＦ溶液による薬液処理を行った後に、ウエハＷの回転を継続しながら、上端開口部４４ａからのＨＦ溶液の吐出を停止し、上端開口部４４ａからＤＩＷをウエハＷの裏面に供給する。これによりウエハＷのリンス処理を行う。

所定時間ＤＩＷによるリンス処理を行った後に、ウエハＷの回転を継続しながら、上端開口部４４ａからのＤＩＷの吐出を停止し、気体供給路４５の上部開口部４５ａからＮ_２ガスを吐出する。これにより、ウエハＷのスピン乾燥処理を行う。以上により、ウエハＷに対する一連の処理が終了する。

薬液処理、リンス処理およびスピン乾燥処理の間も、測距センサ８０による距離測定を継続的に行うことが好ましい。トッププレート５０の位置ずれが生じ、狭隘隙間５６の大きさが変化すると、前述した不具合が生じるからである。測距センサ８０による距離測定に基づいて求められた狭隘隙間５６の大きさ（上下方向幅）が許容範囲（０．５〜１．５ｍｍ）を外れたと判断された場合には、ウエハＷが不適切な状態で処理された旨がコントローラ２００のメモリ（図示せず）に記録され、コントローラ２００はウエハＷが不適切な状態で処理された旨を異常報知部２０３によりオペレータに報知する。これを受けてオペレータは、例えば以下のように対応する。狭隘隙間５６が許容範囲の上限値よりやや大きくなった場合（例えば１．５〜２．０ｍｍ）すなわち第１レベルの異常の場合には、パーティクルが多くなるが、ある程度の歩留まりは維持できるため、そのまま処理を完了する。但し、例えば、この基板処理装置からウエハＷが搬出された後直ちにウエハＷのパーティクルチェックを行う等の対応を施す。狭隘隙間５６が更に大きくなった場合（例えば２．０ｍｍ超）すなわち第２レベルの異常の場合には、ウエハＷ表面の多くの領域に許容できないレベルのパーティクルが生じるため、当該ウエハＷは廃棄する。また、トッププレート５０の下面が汚染されていることも考えられるため、必要に応じて、トッププレート５０の洗浄を行う。狭隘隙間５６が許容範囲の下限値よりかなり小さくなった場合（例えば０．４ｍｍ未満）には、メカニカルストッパ７０が作用する前であっても、基板支持片２２ＢからのウエハＷの浮き上がりが生じた場合には、ウエハＷとトッププレート５０との衝突が生じるおそれがあるので、ウエハＷ回転の非常停止を行う。上記の許容範囲から外れたと判断された場合の対応および判断の基準値は一例であり、装置構成に起因にして変更されうるし、また、ユーザーのリスク管理ポリシーに基づいて変更されうる。上記の異常は、異常報知部２０３により基板処理装置のオペレータに通知される。

ウエハＷの処理が終了したら、トッププレート５０を退避位置まで上昇させ、基板リフター４０によりウエハＷを持ち上げ、シャッター１３を開く。図示しない空の搬送アームが、搬出入口１２を通って筐体１０内に進入し、ウエハＷの真下に位置する。その後、基板リフター４０が下降することにより、ウエハＷが前記搬送アームに渡され、その後、前記搬送アームは筐体１０から退出する。

以上説明したように、本実施形態によれば、トッププレート５０とウエハＷとの間の間隔を把握することができ、より確実に管理することができる。このため、ウエハＷの処理不良が生じたことまたはその可能性をより早期に把握することができる。また、ウエハＷとトッププレート５０との衝突により、基板処理装置に損傷が生じることを未然に防止することができる。

なお、上記実施形態では、トッププレート５０に測距センサ８０を設けて、当該測距センサ８０からカップ体６０に設定した測定点８１までの距離を測定したが、これには限定されない。例えば図３に示すように、カップ体６０に測距センサ８０を設けて、トッププレート５０またはトッププレート５０に固定した部材に設定した測定点８１’までの距離を測定してもよい。測定点８１’は、トッププレート５０の上面周縁部から半径方向外側に張り出す部材により提供することができる。この場合も、測距センサ８０は、複数、好ましくは３つ以上設けることが望ましい。また、図４に示すように、トッププレート５０に設けた測距センサ８０により、当該測距センサ８０から、リング部材２２のガイド部２２Ａの上面に設定された測定点８１”までの距離を測定してもよい。トッププレート５０に設けた測距センサ８０からリング部材２２までの鉛直方向距離の変化は、ウエハＷとトッププレート５０との間の鉛直方向距離の変化に対応している。

また、トッププレート５０に設けた測距センサ８０により、当該測距センサ８０からウエハＷ上面までの距離を直接測定してもよい。この場合の具体的な構成例を図５に示す。この変形実施形態によれば、上記の実施形態と同様の効果に加えて、基板保持部２０におけるウエハＷの保持状態が悪い場合、あるいは悪化した場合に、それを確実に検出することができるという効果が達成される。具体的には、ウエハ保持状態検出装置９０で検出できないような、基板支持片２２Ｂ上へのウエハＷの不適切な載置状態を検出することができる。また、ウエハＷを回転させて処理を行っている最中にウエハの浮き上がりが生じた場合にも、それをリアルタイムで確実に検出することができるので、状況に応じてウエハの回転を非常停止させて、基板処理装置に多大な損傷が生じることを未然に防止することができる。また、この変形実施形態によれば、処理を行っている最中にウエハＷが割れると、測距センサ８０からウエハＷまでの距離が検出できなくなるか、あるいは測距センサ８０により検出される距離が大幅に変化する（例えばベース板２１までの距離が検出される）。測距センサ８０の検出値にこのような異常が生じた場合には、直ちに基板保持部２０の回転を非常停止させることにより、基板処置装置に多大な損害が生じることを防止することができる。この場合も、測距センサ８０は、複数、好ましくは３つ以上設けることが望ましい。

また、上記の各実施形態では、測距センサ８０による測距結果は、もっぱら異常の判定および警告のために用いていたが、これに限定されるものではなく、測距センサ８０による測距結果を、トッププレート５０の鉛直方向位置の制御のためのフィードバック信号として用いてもよい。

また、上記の各実施形態では、測距センサ８０としてレーザ式の反射型の変位センサを用いたが、これに限定されるものではなく、測距対象物までの距離を測定しうる任意の方式の測距センサを用いることができる。具体的には、例えば、近接センサ、具体的には渦電流式変位センサを用いることもできる。この場合、測距対象物が金属製でない場合（例えば樹脂製のカップである場合）には、測距対象物に金属片を取り付けて、渦電流による検出が可能となるようにする。また、測距対象物が基板（ウエハＷ）でない場合には、接触式変位センサを用いることもできる。

基板処理装置の処理対象である基板は、半導体ウエハに限定されるものではなく、ガラス基板、液晶基板などであってもよい。基板の処理に用いる処理液は、上述したものに限らず、例えばＳＣ−１液、ＳＣ−２液などの他の処理液であってもよい。また、乾燥ガスも、上述したものに限らず、例えば清浄空気、ドライエアなどであってもよい。また、基板処理装置は、上述のように基板の下面を処理するように構成されたものに限らず、天板と基板との間の距離を把握する必要のある任意の処理、例えば基板の周縁およびその近傍の基板表面および裏面（上面および下面）の不要な膜を除去するベベル洗浄処理、を行うように構成されたものであってもよい。

Ｗ基板（半導体ウエハ）
２０基板保持部
３０回転駆動機構
４４ａ処理液供給ノズル（処理液の吐出口）
５０天板（トッププレート）
６０カップ体
５２天板昇降機構
８０測距センサ
９０ウエハ保持状態検出手段（ウエハ保持状態検出装置）
２００制御手段（コントローラ）

Claims

基板を水平姿勢で保持する基板保持部と、
前記基板保持部を鉛直軸線周りに回転させる回転駆動機構と、
前記基板保持部に保持された基板を覆うための天板と、
前記天板を、前記基板保持部に保持された基板の上面に近接して当該基板を覆う第１位置と、前記第１位置よりも上方の第２位置との間で前記天板を昇降させる天板昇降機構と、
前記基板保持部に保持された基板に処理液を供給する処理液供給ノズルと、
測距対象物までの距離を測定する測距センサと、
前記基板保持部に保持された基板の周囲を囲むカップ体と、
を備え、
前記測距センサは、前記天板に取り付けられており、
前記測距対象物が、前記カップ体若しくは前記カップ体に固定された部材であり、前記基板保持部に保持された基板と前記天板との間の鉛直方向距離の変化に対応して前記測距対象物の前記測距センサからの鉛直方向距離が変化し、
前記天板と前記基板との間隔を把握するために、前記天板に取り付けられた前記測距センサを用いて前記測距センサから前記測距対象物までの距離を測定する、
基板処理装置。
基板を水平姿勢で保持する基板保持部と、
前記基板保持部を鉛直軸線周りに回転させる回転駆動機構と、
前記基板保持部に保持された基板を覆うための天板と、
前記天板を、前記基板保持部に保持された基板の上面に近接して当該基板を覆う第１位置と、前記第１位置よりも上方の第２位置との間で前記天板を昇降させる天板昇降機構と、
前記基板保持部に保持された基板に処理液を供給する処理液供給ノズルと、
測距対象物までの距離を測定する測距センサと、
前記基板保持部に保持された基板の周囲を囲むカップ体と、
を備え、
前記測距センサは、前記カップ体に取り付けられており、
前記測距対象物が、前記天板若しくは前記天板に固定された部材であり、前記基板保持部に保持された基板と前記天板との間の鉛直方向距離の変化に対応して前記測距対象物の前記測距センサからの鉛直方向距離が変化し、
前記天板と前記基板との間隔を把握するために、前記カップ体に取り付けられた前記測距センサを用いて前記測距センサから前記測距対象物までの距離を測定する、
基板処理装置。
前記測距センサは少なくとも３つ設けられており、前記各測距センサは前記鉛直軸線を中心とする円周の異なる角度位置に配置されている、請求項１または２記載の基板処理装置。
前記基板処理装置は、前記測距センサにより測定した距離が予め定められた許容範囲内にあるときに前記天板が前記第１位置に適切に位置していると判定する制御手段を備えている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
前記制御手段は、前記天板が前記第１位置に位置した後であって基板が回転を開始する前において、前記測距センサにより測定した距離が前記許容範囲外にある場合には、天板を一旦上昇させた後に下降させて前記第１位置に再度位置させるように前記天板昇降機構を動作させる、請求項４記載の基板処理装置。
前記制御手段は、基板が回転して基板に対する処理が行われている時に前記測距センサにより測定した距離が前記許容範囲外にある場合には、基板の処理を停止するか、あるいは基板が不適切な状態で処理された旨を前記制御手段のメモリに記録するか若しくは異常報知部を介してオペレータに報知する、請求項５記載の基板処理装置。
前記基板処理装置は、前記基板保持部による基板の保持状態を検出する保持状態検出手段をさらに備えている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の基板処理装置。
前記測距センサは、レーザ式の反射型の変位センサからなる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の基板処理装置。
基板を水平姿勢で保持する基板保持部と、前記基板保持部を鉛直軸線周りに回転させる回転駆動機構と、前記基板保持部に保持された基板を覆うための天板と、前記天板を、前記基板保持部に保持された基板の上面に近接して当該基板を覆う第１位置と、前記第１位置よりも上方の第２位置との間で前記天板を昇降させる天板昇降機構と、前記基板保持部に保持された基板に処理液を供給する処理液供給ノズルと、前記基板保持部に保持された基板の周囲を囲むカップ体と、を備える基板処理装置における距離測定方法であって、
前記天板と前記基板との間隔を把握するために、前記天板に取り付けられた測距センサを用いて当該測距センサから測距対象物までの距離を測定する距離測定ステップを備え、
前記測距対象物は前記カップ体若しくは前記カップ体に固定された部材であり、前記基板保持部に保持された基板と前記天板との間の鉛直方向距離の変化に対応して前記測距対象物の前記測距センサからの鉛直方向距離が変化する、
基板処理装置における距離測定方法。
基板を水平姿勢で保持する基板保持部と、前記基板保持部を鉛直軸線周りに回転させる回転駆動機構と、前記基板保持部に保持された基板を覆うための天板と、前記天板を、前記基板保持部に保持された基板の上面に近接して当該基板を覆う第１位置と、前記第１位置よりも上方の第２位置との間で前記天板を昇降させる天板昇降機構と、前記基板保持部に保持された基板に処理液を供給する処理液供給ノズルと、前記基板保持部に保持された基板の周囲を囲むカップ体と、を備える基板処理装置における距離測定方法であって、
前記天板と前記基板との間隔を把握するために、前記カップ体に取り付けられた測距センサを用いて当該測距センサから測距対象物までの距離を測定する距離測定ステップを備え、
前記測距対象物は前記天板若しくは前記天板に固定された部材であり、前記基板保持部に保持された基板と前記天板との間の鉛直方向距離の変化に対応して前記測距対象物の前記測距センサからの鉛直方向距離が変化する、
基板処理装置における距離測定方法。
前記測距センサによる前記距離の測定は、前記天板により基板を覆った後であってかつ前記基板を回転させる前に行われ、前記距離が許容範囲外にある場合には、天板を一旦上昇させた後に前記所定位置まで下降させて再び前記天板により基板を覆うことが行われる、請求項９または１０記載の基板処理装置における距離測定方法。
前記測距センサによる前記距離の測定は、前記天板により前記基板を覆った状態で前記基板を回転させている時に行われ、前記距離が許容範囲外にある場合には、前記基板の処理が停止されるか、あるいは前記基板が不適切な状態で処理された旨が前記基板処理装置の制御手段のメモリに記録されるか若しくは異常報知部を介してオペレータに報知される、請求項９または１０記載の基板処理装置における距離測定方法。