JP2005012175A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板の上面に形成される処理液の液膜の厚さを正確に測定することが可能な基板処理装置および基板処理方法を提供することである。
【解決手段】 基板処理装置は、基板Ｗをほぼ水平姿勢で保持して回転するスピンチャック１を備える。スピンチャック１の上方には、基板Ｗの上面に硫酸を供給するためのノズル２と、基板Ｗの上面に過酸化水素水の液滴の噴流を供給するためのソフトスプレーノズル３と、超音波式距離測定センサ４とが移動可能に設けられている。基板Ｗの上面への硫酸の液膜ＬＦの形成前に、基板Ｗの上面までの距離を測定し、基板Ｗの上面への硫酸の液膜ＬＦの形成後に、基板Ｗの上面の硫酸の液膜ＬＦの表面までの距離を測定し、硫酸の液膜ＬＦの厚さを算出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基板に処理液を用いた処理を行う基板処理装置および基板処理方法に関する。

半導体ウエハ、液晶表示装置用基板またはプラズマディスプレイ用基板のようなフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）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、フォトマスク用基板等の各種基板に処理液を用いた処理を行う基板処理装置が用いられている。

例えば、基板上に形成されたレジスト膜等の感光性膜に現像処理を行うための現像処理では、基板上に処理液として現像液が供給されることにより基板の上面に現像液の液膜が形成され、基板上で現像液の液膜が一定時間保持される。それにより、基板上に形成された感光性膜の現像が進行する。

また、基板上に形成されたレジスト膜を剥離するレジスト剥離処理では、基板上に処理液としてレジスト剥離液が供給されることにより基板の上面にレジスト剥離液の液膜が形成され、基板上でレジスト剥離液の液膜が一定時間保持される。それにより、基板上のレジスト膜が剥離される。

さらに、半導体素子の製造段階で発生する有機金属製ポリマー、金属物質、蝕刻残留物等のポリマーを除去するためのポリマー除去洗浄処理では、基板上に処理液として洗浄液が供給されることにより基板の上面に洗浄液の液膜が形成され、基板上で洗浄液の液膜が一定時間保持される（例えば特許文献１参照）。それにより、基板上のポリマーが除去される。
特開２０００−２８６１８０号公報

しかしながら、上記のような処理液を用いた基板処理装置では、基板の上面に形成される処理液の液膜の厚さにムラがあると、処理が不均一になる。基板の上面に形成される処理液の液膜は１ｍｍ以下と薄く、かつ透明であるため、基板の上面の処理液の液膜の厚さを正確に測定することは困難である。そのため、基板上に形成される処理液の液膜の厚さを均一に制御することは容易ではない。

本発明の目的は、基板の上面に形成される処理液の液膜の厚さを正確に測定することが可能な基板処理装置および基板処理方法を提供することである。

第１の発明に係る基板処理装置は、基板に処理液を用いた処理を行う基板処理装置であって、基板をほぼ水平に保持する基板保持手段と、基板保持手段に保持された基板上に処理液を供給することにより基板の上面に処理液の液膜を形成する処理液供給手段と、基板の上面に形成された処理液の液膜の表面までの距離を測定する距離測定手段とを備えたものである。

本発明に係る基板処理装置においては、基板保持手段により基板がほぼ水平に保持され、処理液供給手段により基板上に処理液が供給されることにより基板の上面に処理液の液膜が形成される。

処理液の液膜の形成前に、距離測定手段により基板の上面までの距離を測定することができる。また、処理液の液膜の形成後に、距離測定手段により液膜の表面までの距離を測定することができる。それにより、処理液の液膜の形成前における基板の上面までの距離と処理液の液膜の形成後における液膜の表面までの距離との差に基づいて処理液の液膜の厚さを算出することができる。したがって、基板の上面に形成される処理液の液膜の厚さを正確に測定することが可能となる。

距離測定手段は、超音波式距離測定センサを含んでもよい。この場合、超音波式距離測定センサから発信された超音波が液膜の表面で反射され、その反射波が超音波式距離測定センサにより受信されることにより、液膜の表面までの距離が測定される。

ここで、超音波は、対象物の透明および不透明にかかわらず、その表面で反射する。したがって、超音波式距離測定センサによれば、処理液の液膜の形成前に、基板の上面までの距離を正確に測定することができる。また、超音波式距離測定センサによれば、処理液の液膜の形成後に、液膜の透明および不透明にかかわらず液膜の表面までの距離を正確に測定することができる。それにより、処理液の液膜の形成前における基板の上面までの距離と処理液の液膜の形成後における液膜の表面までの距離との差に基づいて処理液の液膜の厚さを算出することができる。したがって、基板の上面に形成される処理液の液膜の厚さを正確に測定することが可能となる。

距離測定手段は、レーザ式距離測定センサを含んでもよい。この場合、レーザ式距離測定センサから出射されたレーザ光が液膜の表面で反射され、その反射光がレーザ式距離測定センサにより受光されることにより、液膜の表面までの距離が測定される。

ここで、レーザ式距離測定センサは、高い分解能で対象物までの距離を測定することができる。したがって、レーザ式距離測定センサによれば、処理液の液膜の形成前に、基板の上面までの距離を正確に測定することができる。また、レーザ式距離測定センサによれば、処理液の液膜の形成後に、液膜の表面までの距離を正確に測定することができる。それにより、処理液の液膜の形成前における基板の上面までの距離と処理液の液膜の形成後における液膜の表面までの距離との差に基づいて処理液の液膜の厚さを算出することができる。したがって、基板の上面に形成される処理液の液膜の厚さを正確に測定することが可能となる。

距離測定手段は、マイクロ波式距離測定センサを含んでもよい。この場合、マイクロ波式距離測定センサから発信されたマイクロ波が液膜の表面で反射され、その反射波がマイクロ波式距離測定センサにより受信されることにより、液膜の表面までの距離が測定される。

ここで、マイクロ波は、対象物の透明および不透明にかかわらず、その表面で反射する。したがって、マイクロ波式距離測定センサによれば、処理液の液膜の形成前に、基板の上面までの距離を正確に測定することができる。また、マイクロ波式距離測定センサによれば、処理液の液膜の形成後に、液膜の透明および不透明にかかわらず液膜の表面までの距離を正確に測定することができる。それにより、処理液の液膜の形成前における基板の上面までの距離と処理液の液膜の形成後における液膜の表面までの距離との差に基づいて処理液の液膜の厚さを算出することができる。したがって、基板の上面に形成される処理液の液膜の厚さを正確に測定することが可能となる。

基板処理装置は、距離測定手段を基板保持手段に保持された基板に対して相対的に移動させる移動手段をさらに備えてもよい。

この場合、移動手段により距離測定手段を基板保持手段に保持された基板に対して相対的に移動させることにより、基板の任意の位置における基板の上面までの距離および基板の任意の位置における液膜の表面までの距離を正確に測定することができる。それにより、基板の任意の位置における処理液の液膜の厚さを正確に測定することが可能となる。

さらに、距離測定手段と基板とを相対的に移動させる度に、液膜の表面までの距離を測定するようにすれば、基板の任意の複数の位置における処理液の液膜の厚さを正確に測定することができる。

距離測定手段は、基板の上面の少なくともほぼ中心部における処理液の液膜の表面までの距離を測定するように設けられてもよい。

この場合、基板の上面の少なくともほぼ中心部における処理液の液膜の表面までの距離を正確に測定することができる。それにより、基板の上面の少なくとも中心部における処理液の液膜の厚さを正確に測定することが可能となる。

距離測定手段は、複数の距離測定センサを含んでもよい。

この場合、基板の複数の位置における処理液の液膜の表面までの距離を測定することができる。それにより、基板の複数の位置における液膜の厚さを正確に測定することが可能となる。

基板処理装置は、距離測定手段により測定された液膜の表面までの距離に基づいて処理液供給手段による処理液の供給動作を制御する制御手段をさらに備えてもよい。

この場合、距離測定手段により測定された液膜の表面までの距離に基づいて処理液の供給動作を制御することにより、基板の上面に形成される処理液の液膜の厚さを所定値に正確に制御することができる。

制御手段は、処理液供給手段に処理液の供給動作を開始させた後、距離測定手段により測定される液膜の表面までの距離が所定値に達した場合に処理液供給手段に処理液の供給動作を停止させてもよい。

この場合、処理液の供給が開始された後、距離測定手段により測定された液膜の表面までの距離が所定値に達した場合に処理液の供給動作が停止されるので、基板の上面に形成される処理液の液膜を所定の厚さに正確に制御することが可能となる。

距離測定手段は、複数の位置における液膜の表面までの距離を測定し、制御手段は、距離測定手段により測定された複数の位置における液膜の表面までの距離に基づいて処理液供給手段による処理液の供給動作を制御してもよい。

この場合、基板の上面に形成される処理液の液膜の厚さをより正確に制御することができる。

なお、特に、距離測定手段を基板保持手段に保持された基板に対して相対的に移動させる移動手段をさらに設けた場合または距離測定手段が複数の距離測定センサを含む場合において、複数の位置の液膜の厚さを測定し、これら複数の位置における液膜の厚さの平均値、最小値、または最大値に基づいて処理液の供給動作を制御するようにしてもよい。

距離測定手段は、処理液供給手段による処理液の液膜の形成前に基板の上面までの距離を測定し、処理液供給手段による処理液の液膜の形成後に処理液の液膜の表面までの距離を測定し、距離測定手段により測定された基板の上面までの距離と距離測定手段により測定された液膜の表面までの距離との差に基づいて液膜の厚さを算出する算出手段をさらに備えてもよい。

この場合、処理液の液膜の形成前に、距離測定手段により基板の上面までの距離が測定され、処理液の液膜の形成後に、距離測定手段により液膜の表面までの距離が測定され、基板の上面までの距離と液膜の表面までの距離との差に基づいて算出手段により処理液の液膜の厚さが算出される。したがって、基板の上面に形成される処理液の厚さを自動的に測定することが可能となる。

処理は、基板上に形成されたレジスト膜を剥離する処理であり、処理液は、レジスト剥離液であってもよい。

この場合、基板の上面に所定の厚さのレジスト剥離液の液膜を均一に形成することが可能となる。それにより、基板上のレジスト膜を均一に剥離することが可能となる。

レジスタ剥離液は硫酸であってもよい。この場合、基板の上面に所定の厚さの硫酸の液膜を均一に形成することが可能となる。それにより、基板上のレジスト膜を均一に剥離することが可能となる。

第２の発明に係る基板処理方法は、基板に処理を行う基板処理方法であって、基板をほぼ水平に保持する工程と、保持された基板上に処理液を供給することにより基板の上面に処理液の液膜を形成する工程と、基板の上面に形成された処理液の液膜の表面までの距離を測定する工程とを備えたものである。

本発明に係る基板処理方法においては、基板がほぼ水平に保持され、保持された基板上に処理液が供給されることにより基板の上面に処理液の液膜が形成される。

処理液の液膜の形成前に、基板の上面までの距離を測定することができる。また、処理液の液膜の形成後に、液膜の表面までの距離を測定することができる。それにより、処理液の液膜の形成前における基板の上面までの距離と処理液の液膜の形成後における液膜の表面までの距離との差に基づいて処理液の液膜の厚さを算出することができる。したがって、基板の上面に形成される処理液の液膜の厚さを正確に測定することが可能となる。

本発明によれば、基板の上面に形成される処理液の液膜の厚さを正確に測定することが可能となる。

（１）第１の実施の形態
図１は本発明の第１の実施の形態に係る基板処理装置の構成を示す概略図である。本実施の形態に係る基板処理装置は、基板上のレジスト膜を剥離する枚葉型のレジスト剥離装置である。

本実施の形態に係る基板処理装置による処理の対象となる基板Ｗには、半導体ウエハ、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）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、フォトマスク用基板等の各種基板が含まれる。

図１の基板処理装置は、基板Ｗをほぼ水平姿勢で保持して回転するスピンチャック１を備える。スピンチャック１は鉛直方向に延びる回転軸１１と、この回転軸１１の上端に固定された吸着ベース１２とを有する。吸着ベース１２には吸気路が形成されている。吸着ベース１２上に基板Ｗを載置した状態で吸着ベース１２に形成された吸気路内を排気することにより、基板Ｗの下面を吸着ベース１２に真空吸着し、基板Ｗをほぼ水平姿勢で保持することができる。

回転軸１１には、モータを含む回転駆動機構１３が結合されている。基板Ｗを吸着ベース１２に吸着保持した状態で回転駆動機構１３から回転軸１１に回転力が伝達されることにより、基板Ｗがほぼ水平姿勢で鉛直軸の周りで回転駆動される。

スピンチャック１の上方には、基板Ｗの上面に硫酸を供給するためのノズル２と、基板Ｗの上面に過酸化水素水の液滴の噴流を供給するためのソフトスプレーノズル３とが移動可能に設けられている。

また、スピンチャック１の上方には、超音波式距離測定センサ（超音波式測長センサ）４が移動可能に設けられている。超音波式距離測定センサ４は、超音波を対象物に発信し、対象物で反射された超音波を受信し、超音波の発信から受信までの時間を測定することにより対象物までの距離を測定する。超音波式距離測定センサ４によれば、不透明体のみならず透明体からなる対象物までの距離も正確に測定することができる。

スピンチャック１の側方に旋回軸２１が鉛直方向に沿って配置され、その旋回軸２１の上端部からほぼ水平方向に延びるアーム２２が設けられている。アーム２２の先端部にノズル２が取り付けられている。旋回軸２１には、この旋回軸２１を鉛直軸の周りで回転させる旋回駆動機構２３および旋回軸２１を上下動させる昇降駆動機構２４が結合されている。旋回駆動機構２３により旋回軸２１を所定の角度範囲内で往復回転させることによりスピンチャック１に保持された基板Ｗの上方でアーム２２を水平面内で揺動させることができる。

ノズル２には、硫酸供給源からの硫酸（Ｈ₂ ＳＯ₄ ）を供給する硫酸供給管２５が接続されている。この硫酸供給管２５には、硫酸供給源側から順に硫酸の温度を調節するための温度調節器２６およびノズル２からの硫酸の吐出を制御するための硫酸供給バルブ２７が介挿されている。温度調節器２６は硫酸供給管２５を流通する硫酸の温度を約８０℃に調節する。なお、この温度調節器２６は、硫酸の温度を室温から約８０℃の間で調節可能である。

また、スピンチャック１の側方に旋回軸３１が鉛直方向に沿って配置され、その旋回軸３１の上端部からほぼ水平方向に延びるアーム３２が設けられている。アーム３２の先端部にソフトスプレーノズル３が取り付けられている。旋回軸３１には、この旋回軸３１を鉛直軸の周りで回転させる旋回駆動機構３３および旋回軸３１を上下動させる昇降駆動機構３４が結合されている。旋回駆動機構３３により旋回軸３１を所定の角度範囲内で往復回転させることによりスピンチャック１に保持された基板Ｗの上方でアーム３２を水平面内で揺動させることができる。

ソフトスプレーノズル３には、窒素ガス供給源からの高圧の窒素ガス（Ｎ₂ ）を供給する窒素ガス供給管３５と、過酸化水素水供給源からの過酸化水素水（Ｈ₂ Ｏ₂ ）を供給する過酸化水素水供給管３８とが接続されている。ソフトスプレーノズル３に高圧の窒素ガスおよび過酸化水素水が同時に供給されると、ソフトスプレーノズル３内の液滴形成室（混合室）で窒素ガスと過酸化水素水とが混合され、過酸化水素水の微細な液滴が形成される。この過酸化水素水の液滴が噴流となり、ソフトスプレーノズル３の先端から基板Ｗの上面に供給される。

窒素ガス供給管３５には、窒素ガス供給源側から順に窒素ガスの温度を調節するための温度調節器３６およびソフトスプレーノズル３への窒素ガスの供給を制御するための窒素ガス供給バルブ３７が介挿されている。温度調節器３６は窒素ガス供給管３５を流通する窒素ガスの温度を約８０℃に調節する。なお、温度調節器３６は、窒素ガスの温度を室温から約８０℃の間で調節可能である。

また、過酸化水素水供給管３８には、過酸化水素水供給源側から順に過酸化水素水の温度を調節するための温度調節器３９およびソフトスプレーノズル３への過酸化水素水の供給を制御するための過酸化水素水供給バルブ４０が介挿されている。温度調節器３９は、過酸化水素水供給管３８を流通する過酸化水素水の温度を約４０℃に調節する。なお、この温度調節器３９は、過酸化水素水の温度を室温から約８０℃の間で調節可能である。

さらに、スピンチャック１の側方には、旋回軸４１が鉛直方向に沿って配置され、その旋回軸４１の上端部からほぼ水平方向に延びるアーム４２が設けられている。アーム４２の先端部に超音波式距離測定センサ４が取り付けられている。旋回軸４１には、この旋回軸４１を鉛直軸の周りで回転させる旋回駆動機構４３が結合されている。旋回駆動機構４３により旋回軸４１を所定の角度範囲内で往復回転させることによりスピンチャック１に保持された基板Ｗの上方でアーム４２を水平面内で揺動させることができる。

図２は図１の基板処理装置の主要部の概略平面図である。

図２に示すように、図１の旋回駆動機構２３により旋回軸２１を回転させることによりアーム２２を基板Ｗの上方で揺動させることができる。それにより、ノズル２を、矢印Ｐで示すように、基板Ｗの外方の待機位置と基板Ｗの中心部との間で基板Ｗの半径方向に移動させることができる。

また、図１の旋回駆動機構３３により旋回軸３１を回転させることによりアーム３２を基板Ｗの上方で揺動させることができる。それにより、ソフトスプレーノズル３を、矢印Ｑで示すように、基板Ｗの外方の待機位置と基板Ｗの中心部との間で基板Ｗの半径方向に移動させることができる。

さらに、図１の旋回駆動機構４３により旋回軸４１を回転させることによりアーム４２を基板Ｗの上方で揺動させることができる。それにより、超音波式距離測定センサ４を、矢印Ｒで示すように、基板Ｗの外方の待機位置から基板Ｗの一方の外周部および基板のほぼ中心部を経由して基板Ｗの他方の外周部まで移動させることができる。したがって、超音波式距離測定センサ４により基板Ｗの任意の位置において基板Ｗの上面までの距離を測定することができる。

図３は図１の基板処理装置における制御系の構成を示すブロック図である。

制御部５０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリ等からなる。この制御部５０は、超音波式距離測定センサ４から検知信号を受け、予め定められた制御プログラムに従って、回転駆動機構１３、旋回駆動機構２３、昇降駆動機構２４、旋回駆動機構３３、昇降駆動機構３４、旋回駆動機構４３、硫酸供給バルブ２７、窒素ガス供給バルブ３７および過酸化水素水供給バルブ３７を制御する。

図４は図１の基板処理装置によるレジスト剥離処理を示すフローチャートである。このレジスト剥離処理は、制御部５０が予め定められた制御プログラムにしたがって図３の各部を制御することにより行われる。

まず、レジスト膜が形成された基板Ｗが基板搬送装置（図示せず）によりスピンチャック１に搬入される。制御部５０は、旋回駆動機構４３により旋回軸４１を回転させることにより、超音波式距離測定センサ４を基板Ｗのほぼ中心部まで移動させる。

超音波式距離測定センサ４は、基板Ｗの上面までの距離を測定し（ステップＳ１）、測定値を示す検知信号を制御部５０に与える。この場合、制御部５０は、旋回駆動機構４３により超音波式距離測定センサ４を基板Ｗの上方で半径方向に移動させることにより、基板Ｗの任意の１つまたは複数の位置での基板Ｗの上面までの距離を測定することができる。

次に、制御部５０は、旋回駆動機構２３および昇降駆動機構２４によりノズル２を基板Ｗの中心部の上方に移動させる。この状態で、制御部５０は、硫酸供給バルブ２７を開くことによりノズル２から基板Ｗの上面の中心部に硫酸を供給する（ステップＳ２）。このとき、回転駆動機構１３は動作しておらず、基板Ｗは静止状態である。基板Ｗの上面に供給された硫酸は、基板Ｗの上面の中心部から外周部に広がり、その表面張力で基板Ｗの上面に液膜ＬＦが形成される。

さらに、硫酸の液膜ＬＦが基板Ｗの上面のほぼ全域にわたって均一に広がるように、制御部５０は、回転駆動機構１３により基板Ｗを低速で回転させる（ステップＳ３）。具体的には、基板Ｗが静止した状態で硫酸を基板Ｗの上面の中心部に所定量だけ供給した後、この硫酸の供給を継続しつつ、回転駆動機構１３によりスピンチャック１に保持された基板Ｗの回転速度を例えば１０〜２０ｒｐｍの比較的低い回転速度まで徐々に増加させる。

超音波式距離測定センサ４は、基板Ｗの上面に形成される液膜ＬＦの表面までの距離を測定し（ステップＳ４）、測定値を示す検知信号を制御部５０に与える。制御部５０は、超音波式距離測定センサ４から与えられる検知信号に基づいて基板Ｗの上面に形成された硫酸の液膜ＬＦの厚さを算出し、基板Ｗの上面の液膜ＬＦの厚さが所定値に達したか否かを判別する（ステップＳ５）。

この場合、制御部５０は、旋回駆動機構４３により超音波式距離測定センサ４を基板Ｗの上方で半径方向に移動させることにより、基板Ｗの任意の位置での液膜ＬＦの表面までの距離を測定することができる。それにより、基板Ｗの任意の位置における液膜ＬＦの厚さを算出することができる。

ここで、上記任意の位置とは、たとえば基板Ｗの回転中心近傍の１つの位置であってもよいし、基板の周縁部の１つの位置であってもよい。あるいは、超音波式距離測定センサ４が基板Ｗ上で描く軌跡上の任意の複数の位置であってもよい。さらに、この任意の複数の位置は、上記軌跡上で所定の間隔をもつ複数の位置であってもよいし、間隔が微小なほぼ連続した複数の位置であってもよい。

たとえば、任意の位置が基板Ｗの回転中心近傍の１つの位置である場合、基板Ｗの上面の液膜ＬＦの厚さが所定値（たとえば、１．０ｍｍ）に達していない場合には、制御部５０は、ステップＳ２に戻り、ノズル２から基板Ｗの上面への硫酸の供給を続ける。

ステップＳ４で基板Ｗの上面の液膜ＬＦの厚さが上記所定値に達した場合には、制御部５０は、硫酸供給バルブ２７を閉じることによりノズル２からの硫酸の供給を停止させる（ステップＳ６）。

また、たとえば、任意の位置が基板Ｗ上の複数の位置であるような場合には、ステップＳ５において、これら複数の位置での液膜ＬＦの厚さの平均値を上記所定値と比較してもよく、あるいは、平均値ではなく、複数の位置の最小値または最大値と比較してもよい。また、さらには、平均値、最小値、および最大値のうちの少なくとも２つの組み合わせで判断してもよく、たとえば、ステップＳ５を、平均値≧１．０ｍｍ、かつ最小値≧０．５ｍｍというような条件としてもよい。

このようにして、基板Ｗの上面に所定の厚さを有する硫酸の液膜ＬＦを均一に形成することができる。

その後、制御部５０は、旋回駆動機構２３および昇降駆動機構２４によりノズル２を基板Ｗの上方から基板Ｗの外方の待機位置に移動させる。次いで、制御部５０は、旋回駆動機構３３および昇降駆動機構３４によりソフトスプレーノズル３を基板Ｗの外方の待機位置から基板Ｗの上方の位置に移動させる。

このとき、基板Ｗは硫酸の供給時から継続して低速（１０〜２０ｒｐｍ）で回転している。この状態で、制御部５０は、窒素ガス供給バルブ３７および過酸化水素水供給バルブ４０を開くことによりソフトスプレーノズル３から基板Ｗの上面の液膜ＬＦにほぼ４０℃の過酸化水素水の液滴の噴流を供給する（ステップＳ７）。また、制御部５０は、過酸化水素水の液滴の噴流が基板Ｗの上面の液膜ＬＦに供給されている間、旋回駆動機構３３によりソフトスプレーノズル３を基板Ｗの中心部から基板Ｗの外周部に至る範囲内を円弧状の軌跡を描きつつ繰り返し移動させる。

スピンチャック１により基板Ｗを回転させるとともに、その基板Ｗの上面を過酸化水素水の液滴の噴流を走査させることにより、基板Ｗの上面の全域に均一に過酸化水素水の液滴の噴流を供給することができる。

基板Ｗの上面に形成されている硫酸の液膜ＬＦにソフトスプレーノズル３から過酸化水素水の液滴の噴流が供給されることにより、基板Ｗ上で硫酸と過酸化水素水との化学反応（Ｈ₂ ＳＯ₄ ＋Ｈ₂ Ｏ₂ →Ｈ₂ ＳＯ₅ ＋Ｈ₂ Ｏ）が生じ、強い酸化力を有する硫酸を含むレジスト剥離液が生成される。また、基板Ｗの上面に形成された硫酸の液膜ＬＦの温度は約８０℃であり、ソフトスプレーノズル３から供給される過酸化水素水の温度は約４０℃であるが、硫酸と過酸化水素水との化学反応時に発生する反応生成熱により硫酸を含むレジスト剥離液の温度は基板Ｗ上に形成されたレジスト膜を良好に剥離することができる温度（１００℃〜１２０℃程度）に達する。

さらに、ソフトスプレーノズル３からの液滴の噴流は、大きな運動エネルギー（流速）を有しているので、大きな運動エネルギーを有する液滴の噴流が基板Ｗの上面に供給されることにより、その供給位置に形成されたレジスト膜が物理的に剥離される。つまり、基板Ｗ上に形成されたレジスト膜は、硫酸の液膜ＬＦの酸化力およびソフトスプレーノズル３からの液滴の噴流が有する運動エネルギーにより化学的および物理的に剥離されて除去される。

基板Ｗ上に形成されているレジスト膜を剥離するために必要かつ十分な時間が経過すると、制御部５０は、窒素ガス供給バルブ３７および過酸化水素水供給バルブ４０を閉じる。さらに、制御部５０は、旋回駆動機構３３および昇降駆動機構３４によりソフトスプレーノズル３を基板Ｗの上方の位置から基板Ｗの外方の待機位置に移動させる。

次に、制御部５０は、基板Ｗの表面に残留しているレジスト剥離液（硫酸および過酸化水素水）を純水で洗い流すためのリンス処理を所定時間行う（ステップＳ８）。すなわち、制御部５０は、回転駆動機構１３により基板Ｗを所定の回転速度（例えば、約１５００ｒｐｍ）で回転させつつ基板Ｗの上面に純水ノズル（図示せず）から純水を供給する。基板Ｗの上面に供給された純水は、基板Ｗの回転による遠心力を受け、その供給位置から基板Ｗの外周部に向けて流れる。それにより、基板Ｗの上面の全域に純水が行き渡り、その純水により基板Ｗの表面からレジスト剥離液が洗い流される。

その後、制御部５０は、回転駆動機構１３によりスピンチャック１を予め定められた乾燥時間だけ高速回転（例えば、約３０００ｒｐｍ）させることにより、乾燥処理を行う（ステップＳ９）。それにより、基板Ｗの上面から純水が遠心力で振り切られ、基板Ｗの上面が乾燥する。この乾燥処理の終了後に、制御部５０は、スピンチャック１の回転を停止させる。その後、基板搬送装置（図示せず）によりスピンチャック１から処理された基板Ｗが搬出される。

本実施の形態の基板処理装置においては、基板Ｗの上面への硫酸の液膜ＬＦの形成前に、基板Ｗの任意の位置における基板Ｗの上面までの距離を測定し、基板Ｗの上面への硫酸の液膜ＬＦの形成後に、基板Ｗの任意の位置における硫酸の液膜ＬＦの表面までの距離を測定することができる。

それにより、基板Ｗの任意の位置における硫酸の液膜ＬＦの厚さを正確に測定することが可能となる。その結果、基板Ｗ上に所定の厚さを有する硫酸の液膜ＬＦを均一に形成することができる。

本実施の形態では、スピンチャック１が基板保持手段に相当し、ノズル２が処理液供給手段に相当し、超音波式距離測定センサ４が距離測定手段または超音波式距離測定センサに相当する。また、旋回軸４１、アーム４２および旋回駆動機構４３が移動手段に相当し、制御部５０が制御手段および算出手段に相当する。

（２）第２の実施の形態
図５は本発明の第２の実施の形態に係る基板処理装置の構成を示す概略図である。本実施の形態に係る基板処理装置は、第１の実施の形態の基板処理装置と同様に、基板上のレジスト膜を剥離する枚葉型のレジスト剥離装置である。

図５の基板処理装置が図１の基板処理装置と異なるのは、図１の超音波式距離測定センサ４、旋回軸４１、アーム４２および旋回駆動機構４３の代わりに、複数の超音波式距離測定センサ４Ａ，４Ｂ，４Ｃが支持板４５に取り付けられている点である。支持板４５はスピンチャック１の上方に固定されている。本実施の形態では、支持板４５に３個の超音波式距離測定センサ４Ａ，４Ｂ，４Ｃが取り付けられている。

図５の基板処理装置の他の部分の構成は、図１の基板処理装置の構成と同様である。なお、図５においては、図１に示される硫酸供給管２５、温度調節器２６、硫酸供給バルブ２７、窒素供給管３５、温度調節器３６、窒素供給バルブ３７、過酸化水素水供給管３８、温度調節器３９および過酸化水素水供給バルブ４０の図示が省略されている。

図６は図５の基板処理装置の主要部の概略平面図である。図６に示すように、図５の旋回駆動機構２３により旋回軸２１を回転させることによりアーム２２を基板Ｗの上方で揺動させることができる。それにより、ノズル２を、矢印Ｐで示すように、基板Ｗの外方の待機位置と基板Ｗの中心部との間で基板Ｗの半径方向に移動させることができる。

また、図５の旋回駆動機構３３により旋回軸３１を回転させることによりアーム３２を基板Ｗの上方で揺動させることができる。それにより、ソフトスプレーノズル３を、矢印Ｑで示すように、基板Ｗの外方の待機位置と基板Ｗの中心部との間で基板Ｗの半径方向に移動させることができる。

超音波式距離測定センサ４Ａは、図５の支持板４５により基板Ｗのほぼ中心部の位置に保持されている。超音波式距離測定センサ４Ｂは、図５の支持板４５により基板Ｗの中心部と外周部との間の位置に保持されている。さらに、超音波式距離測定センサ４Ｃは、図５の支持板４５により基板Ｗの外周部近傍の位置に保持されている。それにより、３個の超音波式距離測定センサ４Ａ，４Ｂ，４Ｃを用いて基板Ｗのほぼ中心部の位置、中心部と外周部との間の位置および外周部近傍の位置における基板Ｗの上面までの距離を測定することができる。

本実施の形態の基板処理装置においては、基板Ｗの上面への硫酸の液膜ＬＦの形成前に、基板Ｗのほぼ中心部の位置、中心部と外周部との間の位置および外周部近傍の位置における基板Ｗの上面までの距離を測定し、基板Ｗの上面への硫酸の液膜ＬＦの形成後に、基板Ｗのほぼ中心部の位置、中心部と外周部との間の位置および外周部近傍の位置における硫酸の液膜ＬＦの表面までの距離を測定することができる。

それにより、基板Ｗのほぼ中心部の位置、中心部と外周部との間の位置および外周部近傍の位置の３つの位置における硫酸の液膜ＬＦの厚さを正確に測定することが可能となる。その結果、基板Ｗ上に所定の厚さを有する硫酸の液膜ＬＦを均一に形成することができる。

具体的には、上記第１の実施の形態と同様に、これら３つの位置における液膜ＬＦの厚さの平均値、最小値、または最大値に基づいて、制御部５０が硫酸供給バルブ２７の開閉動作を制御してもよいし、あるいは、これら平均値、最大値、および最小値のうちの、少なくとも２つの値の組み合わせに基づいて硫酸の供給を制御してもよい。

このように、複数の位置における液膜ＬＦの厚さに基づいて硫酸の供給を制御すれば、基板Ｗ表面における硫酸の処理を均一にすることができる。

本実施の形態では、超音波式距離測定センサ４Ａ，４Ｂ，４Ｃが距離測定手段または超音波式距離測定センサに相当する。

なお、図５の基板処理装置において、保持板４５を図１の基板処理装置における旋回軸４１、アーム４２および旋回駆動機構４３と同様の構造により移動可能に設けてもよい。

また、上記第１および第２の実施の形態では、基板Ｗ上の液膜ＬＦの厚さを測定するためにのみ超音波式距離測定センサ４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃを用いているが、さらに、スピンチャック１上における基板Ｗの有無や載置状態（基板のズレや傾き）を検出するために用いてもよい。この場合、超音波式距離測定センサ４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃによってスピンチャック１上に載置される基板Ｗ上面までの距離を任意の１つまたは複数の位置で測定することができる。

（３）第３の実施の形態
図７は本発明の第３の実施の形態に係る基板処理装置の主要部の構成を示す概略図である。本実施の形態に係る基板処理装置は、第１の実施の形態の基板処理装置と同様に、基板上のレジスト膜を剥離する枚葉型のレジスト剥離装置である。

図７の基板処理装置が図１の基板処理装置と異なるのは、図１の超音波式距離測定センサ４の代わりに、レーザ式距離測定センサ（レーザ式変位センサ）４０ａが用いられる点である。レーザ式距離測定センサ４０ａは、図１の超音波式距離測定センサ４と同様に、アーム４２の先端部に取り付けられ、スピンチャック１の上方において移動可能となっている。図７の基板処理装置の他の部分の構成は、図１の基板処理装置の構成と同様である。なお、本実施の形態では、レーザ式距離測定センサ４０ａが距離測定手段またはレーザ式距離測定センサに相当する。

図８は図７のレーザ式距離測定センサ４０ａの構成および動作原理を説明するための模式図である。

図８に示されるように、レーザ式距離測定センサ４０ａは、レーザ光源４０１、ＣＣＤ（電荷結合素子）４０２および受光レンズ４０３を備える。レーザ光源４０１から出射されたレーザ光は、対象物ＯＢに照射される。対象物ＯＢからの反射光が受光レンズ４０３を通してＣＣＤ４０２の受光面により受光される。このレーザ式距離測定センサ４０ａにおいては、三角測距方式により対象物ＯＢまでの距離を高い分解能（例えば０．１μｍ）で測定することができる。

図８に実線の矢印で示すように、対象物ＯＢがレーザ式距離測定センサ４０ａに近い位置にある場合には、対象物ＯＢへの入射光とＣＣＤ４０２への入射光とのなす角度θ１が大きくなる。一方、図８に点線の矢印で示すように、対象物ＯＢがレーザ式距離測定センサ４０ａから遠い位置にある場合には、対象物ＯＢへの入射光とＣＣＤ４０２への入射光とのなす角度θ２が小さくなる。それにより、レーザ式距離測定センサ４０ａから対象物ＯＢまでの距離によりＣＣＤ４０２の受光面に形成される光スポットの位置が変化する。このレーザ式距離測定センサ４０ａは、ＣＣＤ４０２の受光面上での光スポットの位置を検出することにより対象物ＯＢまでの距離に比例した電圧信号を出力する。したがって、レーザ式距離測定センサ４０ａから出力される電圧信号に基づいて対象物ＯＢまでの距離を測定することができる。

本実施の形態の基板処理装置においては、基板Ｗの上面への硫酸の液膜ＬＦの形成前に、レーザ式距離測定センサ４０ａにより基板Ｗの任意の位置における基板Ｗの上面までの距離を測定し、基板Ｗの上面への硫酸の液膜ＬＦの形成後に、レーザ式距離測定センサ４０ａにより基板Ｗの任意の位置における硫酸の液膜ＬＦの表面までの距離を測定することができる。

それにより、第１の実施の形態と同様に、基板Ｗの任意の位置における硫酸の液膜ＬＦの厚さを正確に測定することが可能となる。その結果、基板Ｗ上に所定の厚さを有する硫酸の液膜ＬＦを均一に形成することができる。

なお、図５に示した基板処理装置において複数の超音波式距離測定センサ４Ａ，４Ｂ，４Ｃの代わりに３個のレーザ式距離測定センサ４０ａを用いてもよい。この場合には、基板Ｗの上面への硫酸の液膜ＬＦの形成前に、３個のレーザ式距離測定センサ４０ａを用いて基板Ｗのほぼ中心部の位置、中心部と外周部との間の位置および外周部近傍の位置における基板Ｗの上面までの距離を測定し、基板Ｗの上面への硫酸の液膜ＬＦの形成後に、３個のレーザ式距離測定センサ４０ａを用いて基板Ｗのほぼ中心部の位置、中心部と外周部との間の位置および外周部近傍の位置における硫酸の液膜ＬＦの表面までの距離を測定することができる。

それにより、第２の実施の形態と同様に、基板Ｗのほぼ中心部の位置、中心部と外周部との間の位置および外周部近傍の位置における硫酸の液膜ＬＦの厚さを正確に測定することが可能となる。その結果、基板Ｗ上に所定の厚さを有する硫酸の液膜ＬＦを均一に形成することができる。

（４）第４の実施の形態
図９は本発明の第４の実施の形態に係る基板処理装置の主要部の構成を示す概略図である。本実施の形態に係る基板処理装置は、第１の実施の形態の基板処理装置と同様に、基板上のレジスト膜を剥離する枚葉型のレジスト剥離装置である。

図９の基板処理装置が図１の基板処理装置と異なるのは、図１の超音波式距離測定センサ４の代わりに、マイクロ波式距離測定センサ（マイクロ波式変位センサ）４０ｂが用いられる点である。マイクロ波式距離測定センサ４０ｂは、図１の超音波式距離測定センサ４と同様に、アーム４２の先端部に取り付けられ、スピンチャック１の上方において移動可能となっている。図９の基板処理装置の他の部分の構成は、図１の基板処理装置の構成と同様である。なお、本実施の形態では、マイクロ波式距離測定センサ４０ｂが距離測定手段またはマイクロ波式距離測定手段に相当する。

図９のマイクロ波式距離測定センサ４０ｂは、Ｘバンド等のマイクロ波バンドの電波を対象物に発信するとともに、対象物により反射された電波を受信し、発信から受信までの時間差に基づいて対象物までの距離を測定する。

このマイクロ波式距離測定センサ４０ｂは、対象物までの距離に比例した電圧信号を出力する。したがって、マイクロ波式距離測定センサ４０ｂから出力される電圧信号に基づいて対象物までの距離を測定することができる。マイクロ波式距離測定センサ４０ｂによれば、不透明体のみならず透明体からなる対象物までの距離も正確に測定することができる。

本実施の形態の基板処理装置においては、基板Ｗの上面への硫酸の液膜ＬＦの形成前に、マイクロ波式距離測定センサ４０ｂにより基板Ｗの任意の位置における基板Ｗの上面までの距離を測定し、基板Ｗの上面への硫酸の液膜ＬＦの形成後に、マイクロ波式距離測定センサ４０ｂにより基板Ｗの任意の位置における硫酸の液膜ＬＦの表面までの距離を測定することができる。

それにより、第１の実施の形態と同様に、基板Ｗの任意の位置における硫酸の液膜ＬＦの厚さを正確に測定することが可能となる。その結果、基板Ｗ上に所定の厚さを有する硫酸の液膜ＬＦを均一に形成することができる。

なお、図５に示した基板処理装置において複数の超音波式距離測定センサ４Ａ，４Ｂ，４Ｃの代わりに３個のマイクロ波式距離測定センサ４０ｂを用いてもよい。この場合には、基板Ｗの上面への硫酸の液膜ＬＦの形成前に、３個のマイクロ波式距離測定センサ４０ｂを用いて基板Ｗのほぼ中心部の位置、中心部と外周部との間の位置および外周部近傍の位置における基板Ｗの上面までの距離を測定し、基板Ｗの上面への硫酸の液膜ＬＦの形成後に、３個のマイクロ波式距離測定センサ４０ｂを用いて基板Ｗのほぼ中心部の位置、中心部と外周部との間の位置および外周部近傍の位置における硫酸の液膜ＬＦの表面までの距離を測定することができる。

それにより、第２の実施の形態と同様に、基板Ｗのほぼ中心部の位置、中心部と外周部との間の位置および外周部近傍の位置における硫酸の液膜ＬＦの厚さを正確に測定することが可能となる。その結果、基板Ｗ上に所定の厚さを有する硫酸の液膜ＬＦを均一に形成することができる。

（５）他の変形例
上記実施の形態では、本発明に係る基板処理装置をレジスト剥離処理を行う基板処理装置に適用した場合を説明したが、これに限定されず、本発明は、現像液を用いて現像処理を行う現像装置、洗浄液を用いてポリマー除去洗浄を行うポリマー除去洗浄装置、オゾン水や過酸化水素などの酸化性溶液を用いて基板表面の酸化処理を行う装置等の種々の基板処理装置に適用することができる。

本発明は、基板に処理液を用いた種々の処理を行うため等に利用することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る基板処理装置の構成を示す概略図である。 図１の基板処理装置の主要部の概略平面図である。 図１の基板処理装置における制御系の構成を示すブロック図である。 図１の基板処理装置によるレジスト剥離処理を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る基板処理装置の構成を示す概略図である。 図５の基板処理装置の主要部の概略平面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る基板処理装置の主要部の構成を示す概略図である。 図７のレーザ式距離測定センサの構成および動作原理を説明するための模式図である。 本発明の第４の実施の形態に係る基板処理装置の主要部の構成を示す概略図である。

符号の説明

１ スピンチャック
２ ノズル
３ ソフトスプレーノズル
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ 超音波式距離測定センサ
１３ 回転駆動機構
２１，３１，４１ 旋回軸
２２，３２，４２ アーム
２３，３３，４３ 旋回駆動機構
２４，３４ 昇降駆動機構
４０ａ レーザ式距離測定センサ
４０ｂ マイクロ波式距離測定センサ
４５ 支持板
５０ 制御部
４０１ レーザ光源
４０２ ＣＣＤ
４０３ 受光レンズ
Ｗ 基板
ＬＦ 液膜

Claims (14)

1. 基板に処理液を用いた処理を行う基板処理装置であって、
   基板をほぼ水平に保持する基板保持手段と、
   前記基板保持手段に保持された基板上に処理液を供給することにより基板の上面に処理液の液膜を形成する処理液供給手段と、
   前記基板の上面に形成された処理液の液膜の表面までの距離を測定する距離測定手段とを備えたことを特徴とする基板処理装置。
2. 前記距離測定手段は、超音波式距離測定センサを含むことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記距離測定手段は、レーザ式距離測定センサを含むことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
4. 前記距離測定手段は、マイクロ波式距離測定センサを含むことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
5. 前記距離測定手段を前記基板保持手段に保持された基板に対して相対的に移動させる移動手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の基板処理装置。
6. 前記距離測定手段は、前記基板の上面の少なくともほぼ中心部における処理液の液膜までの距離を測定するように設けられたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の基板処理装置。
7. 前記距離測定手段は、複数の距離測定センサを含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の基板処理装置。
8. 前記距離測定手段により測定された液膜の表面までの距離に基づいて前記処理液供給手段による処理液の供給動作を制御する制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の基板処理装置。
9. 前記制御手段は、前記処理液供給手段に処理液の供給動作を開始させた後、前記距離測定手段により測定される液膜の表面までの距離が所定値に達した場合に前記処理液供給手段に処理液の供給動作を停止させることを特徴とする請求項８記載の基板処理装置。
10. 前記距離測定手段は、複数の位置における液膜の表面までの距離を測定し、
    前記制御手段は、前記距離測定手段により測定される複数の位置における液膜の表面までの距離に基づいて前記処理液供給手段による処理液の供給動作を制御することを特徴とする請求項８または９記載の基板処理装置。
11. 前記距離測定手段は、前記処理液供給手段による処理液の液膜の形成前に前記基板の上面までの距離を測定し、前記処理液供給手段による処理液の液膜の形成後に前記処理液の液膜の表面までの距離を測定し、
    前記距離測定手段により測定された前記基板の上面までの距離と前記距離測定手段により測定された前記処理液の液膜の表面までの距離との差に基づいて前記処理液の液膜の厚さを算出する算出手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の基板処理装置。
12. 前記処理は、基板上に形成されたレジスト膜を剥離する処理であり、
    前記処理液は、レジスト剥離液であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の基板処理装置。
13. 前記レジスト剥離液は硫酸であることを特徴とする請求項１２記載の基板処理装置。
14. 基板に処理液を用いた処理を行う基板処理方法であって、
    基板をほぼ水平に保持する工程と、
    前記保持された基板上に処理液を供給することにより基板の上面に処理液の液膜を形成する工程と、
    前記基板の上面に形成された処理液の液膜の表面までの距離を測定する工程とを備えたことを特徴とする基板処理方法。

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