JP3961837B2 - 基板処理装置、基板乾燥方法および基板処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置および基板乾燥方法に関する。より詳しくは、基板表面にめっきやエッチングなどの薬液処理を施した後、基板表面の洗浄および乾燥を行う基板処理装置および基板処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置や液晶表示パネル等の製造工程では、基板の表面にめっき液により薄膜を形成したり、この薄膜をエッチング液でエッチングすることによって薄膜の膜厚を所望の値にまで減じる処理が行われることがある。たとえば、基板のエッチング処理を行う処理チャンバ内では、スピンチャックによって基板がほぼ水平に保持されて回転され、この状態で基板表面にエッチング液等の薬液が供給される。
【０００３】
薄膜の膜厚が所望の値になると、エッチング液の供給が停止されてエッチングは終了される。続いて、回転している基板に純水などの洗浄液が供給されて洗浄される。洗浄が終了すると、そのまま基板の回転が続けられ、遠心力によって洗浄液が振り切られて基板が乾燥される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の基板処理装置では、回転している基板の乾燥状態を直接観察することができなかった。そのため、予め基板の乾燥速度に大きな影響を与える条件、たとえば、基板の回転数などを変化させ、それぞれの条件において基板が乾燥するまでに要する乾燥所要時間が調べられていた。そして、基板の量産時等においては、この乾燥所要時間（たとえば８０秒）に対して充分な余裕をもった長さの乾燥時間（たとえば１００秒）で乾燥して、未乾燥の基板が次工程に流れないようにされていた。
【０００５】
このような基板の乾燥方法においては、実際には基板が乾燥しているにもかかわらず乾燥処理（基板の回転）が続行されていたため、乾燥処理のための時間が長かった。
そこで、この発明の目的は、基板の乾燥を短時間で行うことができる基板処理装置を提供することである。
この発明の他の目的は、基板の乾燥を短時間で行うことができる基板の乾燥方法を提供することである。
【０００６】
この発明のさらに他の目的は、乾燥工程を含む基板の処理を短時間で行うことができる基板の処理方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の課題を解決するための請求項１記載の発明は、基板（Ｗ）を回転させることにより基板表面の液体を振り切って基板を乾燥することができる基板処理装置であって、基板を保持して回転させる基板保持回転機構（３１，３５）と、この基板保持回転機構に保持されている基板の表面に形成された膜の膜厚を測定するための膜厚測定装置（５０）と、上記基板保持回転機構が基板を乾燥させるために基板を回転させているときに、上記膜厚測定装置からの出力に基づいて基板が乾燥したか否かを判断し、基板が乾燥したと判断したことに基づいて乾燥終了信号を発生する乾燥終了判断手段（６０）とを備え、上記膜厚測定装置が、測定対象の膜に対して光を照射する投光部（５２，５３）と、測定対象の膜からの反射光を受光する受光部（５４，５５）と、測定対象の膜から上記受光部に至る受光路に介装され、測定対象の膜からの反射光が、入射端面（７５ａ）のいずれの位置に集光しても、当該反射光を拡散均一化して出射端面（７５ｂ）から上記受光部に向けて出射するディフューザ（７５）とを備え、上記受光部は、上記ディフューザからの反射光が入射される入射端（５４ａ）を有する受光用光ファイバ（５４）を備えており、上記ディフューザは、上記受光用光ファイバよりも大径の円柱形状を有していることを特徴とする基板処理装置である。
【０００８】
なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
この発明によれば、基板保持回転機構で基板を回転させることにより、表面が洗浄液などで濡れた基板を乾燥させることができる。
膜厚測定装置は、基板表面近傍の物理量（たとえば、反射率）を測定し、この物理量に基づいて基板表面に形成された膜の厚さを求めるものである。このため、膜厚測定装置の出力は基板の表面状態に依存する。乾燥途中の基板の表面は、水分の分布が不均一で見かけ上荒れた状態となっており、膜厚測定装置の出力は不安定となる。基板の表面に水分がなくなると基板の表面状態は安定し、膜厚測定装置の出力は安定する（一定の値に収束する）。したがって、このような膜厚測定装置の出力の変化を利用して、基板が乾燥したと判定することができる。
【０００９】
当該物理量が光学的な量である場合などは、膜厚測定装置は非接触で当該物理量を測定することができる。この場合、基板が回転中であっても、基板の乾燥が終了したと判断することができる。このため、基板を乾燥させるために要する時間を、正味の乾燥所要時間に近づけることができる。すなわち、このような基板処理装置により、基板の乾燥を短時間で行うことができる。
乾燥の終了を判断するときは、膜厚測定装置は基板表面の膜の膜厚を正確に測定できる必要はなく、膜厚測定装置の出力に上述の変化があったときに基板が乾燥したと判断することができる。
測定対象の膜からの反射光は、ディフューザによって拡散されかつ均一化されるので、測定対象の膜の表面が運動していたり、測定対象の膜から受光部に至る受光路が不安定な場合であっても、受光部に安定な光を入射させることができる。これによって、測定対象の膜が回転している場合や、測定対象の膜上に不安定な（たとえば波打った状態の）液体層等が存在する場合であっても、膜厚の測定を良好に行うことができる。
ディフューザは、受光路において受光部の直前に配置されていることが好ましい。これにより、拡散均一化された安定な光を確実に受光部に入射することができる。
このような膜厚測定装置により、基板が回転している期間であって、しかもエッチング液が供給されている期間に、薄膜の膜厚をリアルタイムで測定することができる。したがって、膜厚を高精度に制御することができるとともに、基板処理装置の生産性を著しく向上させることができる。
【００１０】
乾燥終了判断手段が発生した乾燥終了信号に基づき、制御手段により引き続き他の処理を行うように構成してもよく、請求項２記載のように基板保持回転機構による基板の回転を停止するようにしてもよい。制御手段は、乾燥終了信号が入力されない場合は、基板の回転を継続することとしてもよい。
請求項３記載の発明は、基板の表面に処理液を供給する処理液供給手段（４０，４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７，４８）をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装置である。
【００１１】
処理液供給手段がエッチング液を供給可能な場合、たとえば、基板表面に形成された薄膜のエッチングを行うことも可能である。この場合、膜厚測定装置により薄膜が所望の膜厚にされたか否かを知ることができる。処理液供給手段が純水などの洗浄液を供給可能な場合、エッチング終了後などの基板表面を洗浄することができる。これにより、エッチングによる薄膜の膜厚調整を行った後、洗浄液で基板表面のエッチング液を除去し、さらに基板表面を乾燥させるという一連の処理をこの基板処理装置で効率よく行うことができる。
【００１５】
請求項４記載の発明は、上記乾燥終了判断手段は、上記膜厚測定装置の所定の基準出力に対する上記膜厚測定装置の出力の振幅の割合が、予め定められた基準振幅比より大きい値から小さい値へと変化したことに基づいて基板の乾燥が終了したと判断することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置である。
請求項１に記載された構成の膜厚測定装置を用いることにより、基板の乾燥中、膜厚測定装置の出力が振動することが観察される。この振動の振幅は、乾燥が終了した時またはその直前に劇的に減少する。したがって、予め定められた一定の大きさの振幅を基準振幅とし、膜厚測定装置の出力の振幅が基準振幅より大きい状態から小さい状態に変化したことに基づいて、乾燥が終了したと判断することができる。膜厚測定装置の出力の振幅が基準振幅より大きい状態から小さい状態に変化したときに、乾燥が終了したと判断してもよく、その後一定時間経過したときに乾燥が終了したと判断してもよい。
【００１６】
膜厚測定装置の出力の振幅は、出力の平均的な大きさ（基準出力）等によって変化する。基準出力は、測定対象の膜の膜厚などにより変化する。そこで、実際に測定される振幅の大きさおよび基準振幅を、基準出力に対する割合として比較することにより、設定膜厚の変更などにより基準出力の大きさが変わった場合であっても、乾燥が終了したことを正確に判断することができる。すなわち、基準出力に対する基準振幅の割合を基準振幅比とし、基準出力に対する実際に測定される振幅の大きさを実測振幅比とし、実測振幅比が基準振幅比より大きな値から小さな値へと変化したことに基づいて乾燥が終了したと判断することができる。
【００１７】
基準振幅比は、実測振幅比の最大値より小さい値に設定されていなければ、実際に乾燥が終了しても、乾燥終了判断手段は乾燥が終了したと判断しない。基準振幅比は、基板処理装置の具体的な構成や基板およびその表面の膜の種類などにより適当に設定することができるが、たとえば、請求項５記載のように１０％以下とすることができる。基準振幅比は、好ましくは７％以下とすることができる。より好ましくは、基準振幅比は５％以下とすることができる。さらに好ましくは、基準振幅比は３％以下とすることができる。
【００１８】
請求項６記載の発明は、基板を回転させることにより基板表面の液体を振り切って基板を乾燥する方法であって、基板を乾燥させるために基板を回転させる基板乾燥回転工程と、この基板乾燥回転工程中に、基板表面に形成された膜の膜厚を測定する膜厚測定装置の出力に基づいて、基板表面が乾燥したか否かを判断する乾燥判断工程とを含み、上記膜厚測定装置が、測定対象の膜に対して光を照射する投光部と、測定対象の膜からの反射光を受光する受光部と、測定対象の膜から上記受光部に至る受光路に介装され、測定対象の膜からの反射光が、入射端面のいずれの位置に集光しても、当該反射光を拡散均一化して出射端面から上記受光部に向けて出射するディフューザとを備え、上記受光部は、上記ディフューザからの反射光が入射される入射端を有する受光用光ファイバを備えており、上記ディフューザは、上記受光用光ファイバよりも大径の円柱形状を有していることを特徴とする基板乾燥方法である。
この基板乾燥方法は、請求項１記載の基板処理装置により実施することができ、請求項１記載の基板処理装置と同様の効果を奏することができる。
【００１９】
請求項７記載の発明は、上記乾燥判断工程で、基板が乾燥したと判断されたことに基づき、基板の回転を停止する工程をさらに含むことを特徴とする請求項６記載の基板乾燥方法である。
この基板乾燥方法は、請求項２記載の基板処理装置により実施することができ、請求項２記載の基板処理装置と同様の効果を奏することができる。
請求項８記載の発明は、上記乾燥判断工程は、上記膜厚測定装置の所定の基準出力に対する上記膜厚測定装置の出力の振幅の割合が、予め定められた基準振幅比より大きい値から小さい値へと変化したことに基づいて基板の乾燥が終了したと判断する工程を含むことを特徴とする請求項６または７記載の基板乾燥方法である。
【００２０】
この基板乾燥方法は、請求項４記載の基板処理装置により実施することができ、請求項４記載の基板処理装置と同様の効果を奏することができる。
請求項９記載の発明は、上記基準振幅比が１０％以下であることを特徴とする請求項８記載の基板乾燥方法である。
この基板乾燥方法は、請求項５記載の基板処理装置により実施することができ、請求項５記載の基板処理装置と同様の効果を奏することができる。
請求項１０記載の発明は、上記ディフューザの上記入射端面が粗面であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の基板処理装置である。
請求項１１記載の発明は、上記ディフューザの上記入射端面が粗面であることを特徴とする請求項６ないし９のいずれかに記載の基板乾燥方法である。
【００２１】
請求項１２記載の発明は、基板表面に形成された膜を、エッチング液によって膜厚途中までエッチングした後、基板を洗浄および乾燥する基板処理方法であって、基板を回転させる基板回転工程と、この基板回転工程と並行して、基板表面の膜にエッチング液を供給するエッチング液供給工程と、上記基板回転工程と並行して、膜厚測定装置により基板表面の膜の膜厚を測定する膜厚測定工程と、この膜厚測定工程による膜厚の測定結果に基づいて、エッチング液の供給を制御する制御工程と、基板表面に洗浄液を供給する工程と、請求項６ないし９および１１のいずれかに記載の基板乾燥方法に従って基板を乾燥させる工程とを含むことを特徴とする基板処理方法である。
【００２２】
この基板処理方法によれば、基板の回転およびエッチング液の供給と並行して、基板表面に形成された薄膜の膜厚を測定することができる。したがって、この基板の処理方法により、基板を回転した状態で、基板表面に形成された薄膜のエッチング、エッチング液の除去を含む基板表面の洗浄、および乾燥を、連続して行うことができる。必要により、エッチング時、洗浄時、および乾燥時の基板の回転数を変更することとしてもよい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下では、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置のレイアウトを説明するための図解的な平面図である。この基板処理装置は、基板の一例である半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗに対して、その表面に形成された薄膜を膜厚途中までエッチングして、所定膜厚の薄膜をウエハＷの表面に残した後、基板表面を洗浄および乾燥するための装置である。
【００２４】
この基板処理装置は、未処理のウエハＷおよび処理後のウエハＷを収納するためのカセットＣが所定方向に沿って複数個配列されるカセット載置部１と、ウエハＷに対してエッチング、洗浄、および乾燥の各処理を施す複数の処理部２１，２２，２３，２４とを備えている。複数の処理部２１〜２４は、直線搬送路２７の両側に沿って配列されており、直線搬送路２７には、この直線搬送路２７に沿って往復移動可能な主搬送ロボット２５が設けられている。また、カセット載置部１の近傍には、カセットＣの整列方向に沿って移動可能なインデクサロボット１１が設けられており、このインデクサロボット１１は主搬送ロボット２５との間でウエハＷの受け渡しを行うことができる。
【００２５】
未処理のウエハＷは、インデクサロボット１１によってカセットＣから１枚ずつ取り出されて、主搬送ロボット２５に受け渡される。主搬送ロボット２５は、処理部２１〜２４のいずれかに未処理のウエハＷを搬入する。一方、処理部２１〜２４によって処理された後のウエハＷは、主搬送ロボット２５によって搬出され、インデクサロボット１１に受け渡された後、カセット載置部１に載置されたカセットＣに収容される。主搬送ロボット２５は、実際には、処理部２１〜２４のいずれかでウエハＷに対する処理が終了すると、当該処理部から処理済のウエハＷを取り出し、その後、当該処理部に対して未処理のウエハＷを搬入するように動作する。
【００２６】
図２は、処理部２１〜２４の共通の構成を示す図解図である。処理チャンバ２０内に、ウエハＷをほぼ水平に保持して鉛直軸線回りに回転するスピンチャック３１が備えられている。処理チャンバ２０内において、このスピンチャック３１の上方には、スピンチャック３１に保持されたウエハＷの表面に処理液（エッチング液または純水）を供給するためのノズル４０と、ウエハＷの表面の薄膜の膜厚を測定するための膜厚光学系５１とが配置されている。スピンチャック３１は、処理チャンバ２０内に設けられた有底筒状の処理カップ３２に収容されていて、この処理カップ３２の底部には、ウエハＷの処理に用いられた後の処理液を処理チャンバ２０外に導くための排液口３３が形成されている。
【００２７】
処理チャンバ２０の下方には、スピンチャック３１の回転軸３４に回転駆動力を与える回転駆動機構３５が設けられている。
スピンチャック３１の上方のノズル４０には、薬液タンク４１に貯留されたエッチング液（たとえば、バッファドふっ酸（ＢＨＦ））または純水供給源４２からの純水を選択的に供給することができる。より具体的には、薬液タンク４１内のエッチング液は、ポンプ４３によって汲み出され、薬液供給路４４から三方弁４５，４６を介し、さらに処理液供給路４７を介してノズル４０に供給できる。また、純水供給源４２からの純水は、純水供給路４８から、三方弁４６を介して、処理液供給路４７からノズル４０に供給できる。薬液タンク４１と三方弁４５との間には、薬液循環路４９が設けられている。ポンプ４３は、常時、駆動状態とされ、エッチング液をノズル４０に供給しないときには、ポンプ４３によって送り出されたエッチング液は、循環路４９を介して薬液タンク４１に循環されるようになっている。
【００２８】
処理カップ３２に形成された排液口３３には、排液配管３６が結合されている。この排液配管３６は、三方弁３７を介して、薬液タンク４１に向かう回収配管３８と、廃液配管３９とに接続されている。ノズル４０から純水が吐出されるときには、三方弁３７は排液配管３６を廃液配管３９に接続して、処理に用いられた後の純水を廃液する。これに対して、ノズル４０からエッチング液が供給されるときには、三方弁３７は、排液配管３６を回収配管３８に接続するように制御される。これにより、薬液タンク４１にエッチング液を回収できるので、エッチング液の消費量を抑制できる。
【００２９】
三方弁３７，４５，４６および回転駆動機構３５を制御するために、マイクロコンピュータ等を含む制御部６０が設けられている。この制御部６０は、膜厚光学系５１を含む膜厚測定装置５０の出力信号に基づいて、三方弁３７，４５，４６などの制御を行う。
膜厚測定装置５０は、上述の膜厚光学系５１と、この膜厚光学系５１に対して投光用光ファイバ５２を介して結合された投光器５３と、膜厚光学系５１に対して受光用光ファイバ５４を介して結合された分光器５５とを含む。投光器５３は、一定光量の光を発生する。この光は、膜厚光学系５１からスピンチャック３１に保持されたウエハＷの表面に向けて照射される。一方、ウエハＷからの反射光は、膜厚光学系５１を介して、受光用光ファイバ５４から分光器５５に与えられるようになっている。この分光器５５の出力信号が制御部６０に入力される。
【００３０】
図３は、膜厚光学系５１の構成を説明するための図解図である。膜厚光学系５１は、スピンチャック３１に近い側から順に、投受光窓部材７１、アクロマティックレンズ７２、ハーフミラー７３および全反射ミラー７４をほぼ鉛直方向に沿って配列し、さらに全反射ミラー７４からの反射光が向かう方向にディフューザ７５を配置して構成されている。
ハーフミラー７３は、スピンチャック３１に保持されるウエハＷに対してほぼ４５度の角度（すなわち、水平面に対してほぼ４５度の角度）をなす姿勢で設けられており、水平方向（ウエハＷの主面に沿う方向）から、投光用光ファイバ５２の出射端５２ａからの光を受け、これをスピンチャック３１に保持されたウエハＷの表面に向かう鉛直下方に向けて反射する。この光は、アクロマティックレンズ７２および投受光窓部材７１を介してウエハＷの表面に達する。
【００３１】
ウエハＷの表面に形成された薄膜によって反射された反射光は、投受光窓部材７１、アクロマティックレンズ７２およびハーフミラー７３を順に透過し、全反射ミラー７４によってディフューザ７５に向けて反射された後、このディフューザ７５によって拡散均一化処理を受けて、受光用光ファイバ５４の入射端５４ａに入射する。
すなわち、ディフューザ７５は、受光用光ファイバ５４の入射端５４ａと全反射ミラー７４との間に介装されていて、その入射端面７５ａが全反射ミラー７４に対向し、その出射端面（入射端面７５ａとは反対側の面）が受光用光ファイバ５４の入射端５４ａに対向している。
【００３２】
アクロマティックレンズ７２は、ウエハＷからの反射光をディフューザ７５の入射端面７５ａに集束させる働きを有する。また、投受光窓部材７１は、たとえば、サファイヤ等の耐薬品性を有する透光部材で構成されていて、膜厚光学系５１の他の部品をエッチング液から保護する。
受光用光ファイバ５４に入射された光は、分光器５５によってスペクトル分解処理を受け、この処理結果を表す信号が制御部６０に入力される。制御部６０は、入力された分光スペクトルに基づき、ウエハＷの表面に形成された薄膜の膜厚を検出する。
【００３３】
図４は、ディフューザ７５の構成を説明するための斜視図である。ディフューザ７５は、ガラス等の透明材料からなっていて、受光用光ファイバ５４よりも大径の円柱形状を有している。そして、その入射端面７５ａおよび出射端面７５ｂは、少なくともいずれか一方がサンドブラスト処理等の粗面処理が施された粗面となっていて、その側面、すなわち周面７５ｃは、研磨された研磨面となっている。すなわち、ディフューザ７５は、円筒状光学ガラスとしての基本形態を有し、入射端面７５ａおよび出射端面７５ｂのいずれかを粗面とすることによって、入射端面７５ａから入射された光を拡散して均一化し、このような処理が施された光を出射端面７５ｂから出射する構成となっている。
【００３４】
図５(a)(b)は、ディフューザ７５の内部における光の伝搬の様子を示す図である。この図５には、ディフューザ７５の入射端面７５ａおよび出射端面７５ｂの両方に対して粗面処理が施された場合が示されている。入射端面７５ａに入射した光は、粗面処理が施された入射端面７５ａの拡散効果によって、ディフューザ７５の内方に向けて拡散される。この拡散された光のうち、ディフューザ７５の構成材料の全反射角に対応した角度Ａの範囲の光は、減衰することなく、出射端面７５ｂに達する。そして、粗面処理が施された出射端面７５ｂの拡散効果によって拡散された光のうち、受光用光ファイバ５４の開口数ＮＡで決定される角度φの範囲の光が、受光用光ファイバ５４によって分光器５５へと伝達される。
【００３５】
図５(a)(b)の比較から理解されるように、ディフューザ７５の入射端面７５ａのいずれの位置にウエハＷからの反射光が集光されたとしても、ディフューザ７５の出射端面７５ｂに達する光量は同じである。したがって、受光用光ファイバ５４によって分光器５５へと伝達される光量は同じである。
これにより、スピンチャック３１の回転時に、ウエハＷが一定の水平面で安定せず、図３に示すような運動を行う場合であっても、分光器５５には安定した光量の光を伝達することができる。すなわち、図３において、ウエハＷが実線で示す姿勢の時、ウエハＷの表面からの反射光は光路Ｌ１を辿ってディフューザ７５に至り、ウエハＷが一点鎖線で示す姿勢の時には、ウエハＷからの反射光は光路Ｌ２を通ってディフューザ７５に至る。しかし、いずれの場合にも、大口径のディフューザ７５はその入射端面７５ａにおいて反射光を受光することができるから、受光用光ファイバ５４に入射する光量は安定している。
【００３６】
ノズル４０から処理液を供給し、かつスピンチャック３１を回転させると、ウエハＷの表面には、複雑な形状の処理液層が存在することになる。この状況でも、ウエハＷの表面の薄膜からの反射光を大口径の入射端面７５ａに入射させることができるから、受光用光ファイバ５４に安定した光量の光を入射させることができる。したがって、スピンチャック３１によってウエハＷが回転されているか否か、またノズル４０からの処理液がウエハＷの表面に供給されているか否かに依らずウエハＷの表面の薄膜の膜厚を良好に測定することができる。
【００３７】
図６は、制御部６０の動作を説明するためのフローチャートである。未処理のウエハＷが処理チャンバ２０に搬入されてスピンチャック３１に保持されると（ステップＳ１）、ウエハＷ上の薄膜の目標膜厚が設定されて（ステップＳ２）、制御部６０は、回転駆動機構３５を制御して、スピンチャック３１の回転を開始させる（ステップＳ３）。そして、スピンチャック３１の回転が安定すると、制御部６０は、三方弁４５，４６を制御することによって、薬液タンク４１からのエッチング液を処理液供給路４７からノズル４０へと導く（ステップＳ４）。これによって、スピンチャック３１に保持されて回転しているウエハＷにエッチング液が供給される。このとき、制御部６０は、三方弁３７を、排液配管３６からの処理液が回収配管３８に導かれるように制御する。
【００３８】
ノズル４０からのエッチング液の供給が開始されると、制御部６０は、分光器５５からの出力に基づいて、膜厚測定を開始する（ステップＳ５）。この膜厚測定は、ステップＳ２において設定された目標膜厚になるまで、継続して実施される（ステップＳ６）。また、目標膜厚になった後も、投光器５３からの投光、および分光器５５から制御部６０への信号の伝達は継続される。
分光器５５からの出力に基づいて測定される薄膜の膜厚が目標膜厚に達すると（ステップＳ６のＹＥＳ）、制御部６０は、三方弁４５を制御して、ポンプ４３からの薬液を循環路４９へと導き、エッチング液の供給を停止する（ステップＳ７）。その後、制御部６０は、三方弁４６を制御することにより、純水供給源４２からの純水を処理液供給路４７からノズル４０へと導く（ステップＳ８）。これにより、ノズル４０から、所定時間にわたってウエハＷの表面に純水が供給され、ウエハＷ上のエッチング液が洗い流される。このとき、制御部６０は、三方弁３７を、排液配管３６からの処理液が廃液配管３９に導かれるように制御する。
【００３９】
こうして水洗工程が終了すると、制御部６０は、三方弁４６を制御することによって純水の供給を停止し、さらにウエハW表面の水分を振り切って乾燥させるために、回転駆動機構３５を制御して、スピンチャック３１を高速回転させる（ステップＳ９）。
スピンチャック３１の高速回転が開始された後、制御部６０は、分光器５５からの信号に基づいて乾燥の終了を判断する処理を開始する。純水の供給が停止されると、分光器５５からの信号を膜厚換算した値（以下、「換算膜厚」という。）は時間的に振動するようになる。その振動の振幅は、乾燥の進行とともに大きくなってゆき、乾燥が終了するときに劇的に小さくなる。したがって、振幅が予め定められた大きさ（以下、「基準振幅」という。）に対して大きい状態から小さい状態へと変化したことに基づいて、乾燥が終了したと判断することができる。
【００４０】
制御部６０は換算膜厚の変動を解析しその振幅（以下、「実測振幅」という。）を求める。そして、制御部６０は、実測振幅が基準振幅より大きいか否かを判断する（ステップＳ１０）。実測振幅は、乾燥期間中の初期において最も小さい。したがって、乾燥の初期においては実測振幅の値は基準振幅より小さい。この場合（ステップＳ１０のＮＯ）、制御部６０は、再度実測振幅と基準振幅との大小関係を判断する（ステップＳ１０）。すなわち、実測振幅の値が小さい間は、ステップＳ１０のＮＯのルートを経てステップＳ１０の判定が繰り返され、次のステップ（ステップＳ１１）へは進まない。
【００４１】
乾燥が進むと、やがて実測振幅は基準振幅より大きくなり（ステップＳ１０のＹＥＳ）、制御部６０は、続いて実測振幅が基準振幅より小さいか否かを判断する（ステップＳ１１）。実測振幅が基準振幅以上である場合（ステップＳ１１のＮＯ）、制御部６０は、再度実測振幅と基準振幅との大小関係を判断する（ステップＳ１１）。すなわち、実測振幅が基準振幅以上である間は、ステップＳ１１のＮＯのルートを経てステップＳ１１の判定が繰り返される。
【００４２】
実測振幅は、最大値になった後急激に小さくなるので、基準振幅に充分大きな値が設定されていれば、ステップＳ１１の判定が開始された後、短時間で実測振幅は基準振幅より小さくなる（ステップＳ１１のＹＥＳ）。ステップＳ１０のＹＥＳを経てステップＳ１１のＹＥＳへと進んだことは、実測振幅が基準振幅より大きな値から小さな値へと変化したことを意味する。
基準振幅が、実測振幅の最大値に近い値に設定されていれば、このような実測振幅の変化は、乾燥終了直前にのみ現れる。したがって、実測振幅が基準振幅より大きな値から小さな値へと変化した場合、ウエハＷの表面の乾燥が終了したと判断することができる。この場合、制御部６０は、回転駆動機構３５を制御して、スピンチャック３１の回転を停止させる（ステップＳ１２）。こうして、ウエハＷの振り切り乾燥が完了し、その後、主搬送ロボット２５（図１参照）によって処理済のウエハＷがチャンバ２０外に搬出される（ステップＳ１３）。
【００４３】
図７は、分光器５５の出力に基づいてモニタされる換算膜厚の時間変化を示す図である。エッチング液を供給している期間Ｔ１において、膜厚がリアルタイムで測定（検出）されていて、その検出値はエッチングの進行に伴って減少していく。そして、膜厚の検出値が目標膜厚（９０ｎｍ）に達した時点で、エッチング液の供給は停止され、期間Ｔ２にはウエハＷに純水が供給されて水洗処理が行われる。そして、期間Ｔ３にはスピンチャック３１が高速回転されて、水切り乾燥処理が行われる。このとき、換算膜厚は、純水停止直後、ほぼ一定の値（基準出力）を中心に振動を始め、その振幅は時間の経過とともに大きくなる。そして、乾燥終了時に振幅は急激に小さくなる。
【００４４】
エッチング液停止後は、換算膜厚の値はウエハＷ上の薄膜の正確な膜厚を示していない。しかし、純水停止後の換算膜厚の変動を解析することにより、上述のごとくウエハＷの乾燥が終了したことを知ることができる。
以上のように、この基板処理装置では、エッチング液を回転しているウエハＷの表面に供給してその表面の薄膜を膜厚途中までエッチングする過程で、当該薄膜の膜厚がリアルタイムで検出される。そして、当該膜厚検出値が目標膜厚に達した時点で、エッチングを停止することとしている。これによって、目標膜厚に高精度に制御された薄膜をウエハＷに残すことができる。
【００４５】
また、この基板処理装置では、ウエハＷが回転中であっても、乾燥が終了したことを即時に知ることができる。すなわち、必要以上に長く乾燥処理を行う必要がないので、ウエハＷの乾燥を短時間で行うことができる。さらに、この基板処理装置は、ウエハＷ表面に形成された膜のエッチング、エッチング液の除去を含むウエハＷ表面の洗浄、および乾燥を、ウエハＷの回転を止めることなく連続して行うことができるので、これらの処理を短時間で効率よく行うことができる。
【００４６】
以上の実施形態は、実測振幅と基準振幅とを比較することにより、乾燥の終了を判断する例であるが、膜厚測定装置の平均的な出力の大きさ（以下、「基準出力」という。）に対する実測振幅の割合（以下、「実測振幅比」という。）を、所定の値（以下、「基準振幅比という。）と比較することによって、乾燥の終了を判断してもよい。換算膜厚の振幅の大きさは基準出力の大小等に影響されるが、基準出力は、薄膜の膜厚等によって変わる。そこで、実測振幅比を基準振幅比と比較することにより、設定膜厚を変更した場合等でも、基準振幅比を変更することなく、ウエハＷが乾燥したか否かを判断することができる。
【００４７】
たとえば、図７の例では、換算膜厚の振幅の最大値（最大振幅）は４ｎｍであり、基準出力は８７ｎｍである。この場合、基準振幅を４ｎｍより小さい適当な値、たとえば、３ｎｍとすることにより、ウエハＷが乾燥したことを知ることができるが、目標膜厚が９０ｎｍより小さい場合は、実測振幅の最大値が３ｎｍに満たず、基板の乾燥が終了したと判断できない場合がある。この場合、基準出力も８７ｎｍより小さい値となるので、基準振幅比を４．６％（基準出力８７ｎｍに対する実測振幅の最大値４ｎｍの割合）より小さい適当な値として、実測振幅比と比較することにより、基板が乾燥したか否かを判断することができる。基準振幅比は、たとえば、１０％以下とすることができる。
【００４８】
基準振幅比は、実測振幅比の最大値以下になるように設定されなければ、実際には乾燥が終了していても乾燥が終了したと判断されない。このため、基準振幅比を小さな値に設定する方が、ウエハＷの乾燥が終了したと判断されやすくなる。このため、基準振幅比は好ましくは７％以下とすることができる。より好ましくは、基準振幅比は５％以下とすることができる。さらに好ましくは、基準振幅比は３％以下とすることができる。基準振幅比は、基板処理装置の構成や基板および基板上の薄膜の種類などにより、任意に設定することができる。
【００４９】
換算膜厚の基準出力は、たとえば、期間Ｔ３の初期における実測値の平均値として、乾燥処理毎に個別に設定してもよい。
乾燥終了時に現れる実測振幅の急激な減少をより正確に捉えるために、ステップＳ１０（図６参照）における基準振幅を第１基準振幅とし、ステップＳ１１における基準振幅を第１基準振幅より小さな第２基準振幅としてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る基板処理装置のレイアウトを説明するための図解的な平面図である。
【図２】図１の処理部の構成を示す図解図である。
【図３】図２の膜厚光学系の構成を説明するための図解図である。
【図４】図３のディフューザの構成を説明するための斜視図である。
【図５】図３のディフューザ内部における光の伝搬の様子を示す図である。
【図６】制御部の動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】分光器の出力に基づいてモニタされる換算膜厚の時間変化を示す図である。
【符号の説明】
Ｗ ウエハ
３１ スピンチャック
３５ 回転駆動機構
４０ ノズル
４１ 薬液タンク
４２ 純水供給源
４３ ポンプ
４４ 薬液供給路
４５，４６ 三方弁
４７ 処理液供給路
４８ 純水供給路
５０ 膜厚測定装置
５１ 膜厚光学系
５２ 投光用光ファイバ
５２ａ 出射端
５３ 投光器
５４ 受光用光ファイバ
５５ 分光器
６０ 制御部
７１ 投受光窓部材
７２ アクロマティックレンズ
７３ ハーフミラー
７４ 全反射ミラー
７５ ディフューザ
７５ａ 入射端面（粗面）
７５ｂ 出射端面（粗面）

Claims (12)

1. 基板を回転させることにより基板表面の液体を振り切って基板を乾燥することができる基板処理装置であって、
   基板を保持して回転させる基板保持回転機構と、
   この基板保持回転機構に保持されている基板の表面に形成された膜の膜厚を測定するための膜厚測定装置と、
   上記基板保持回転機構が基板を乾燥させるために基板を回転させているときに、上記膜厚測定装置からの出力に基づいて基板が乾燥したか否かを判断し、基板が乾燥したと判断したことに基づいて乾燥終了信号を発生する乾燥終了判断手段とを備え、
   上記膜厚測定装置が、測定対象の膜に対して光を照射する投光部と、測定対象の膜からの反射光を受光する受光部と、測定対象の膜から上記受光部に至る受光路に介装され、測定対象の膜からの反射光が、入射端面のいずれの位置に集光しても、当該反射光を拡散均一化して出射端面から上記受光部に向けて出射するディフューザとを備え、
   上記受光部は、上記ディフューザからの反射光が入射される入射端を有する受光用光ファイバを備えており、
   上記ディフューザは、上記受光用光ファイバよりも大径の円柱形状を有していることを特徴とする基板処理装置。
2. 上記乾燥終了判断手段からの上記乾燥終了信号に基づいて、上記基板保持回転機構による基板の回転を停止するように制御する駆動停止制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
3. 基板の表面に処理液を供給する処理液供給手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装置。
4. 上記乾燥終了判断手段は、上記膜厚測定装置の所定の基準出力に対する上記膜厚測定装置の出力の振幅の割合が、予め定められた基準振幅比より大きい値から小さい値へと変化したことに基づいて基板の乾燥が終了したと判断することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の基板処理装置。
5. 上記基準振幅比が１０％以下であることを特徴とする請求項４記載の基板処理装置。
6. 基板を回転させることにより基板表面の液体を振り切って基板を乾燥する方法であって、
   基板を乾燥させるために基板を回転させる基板乾燥回転工程と、
   この基板乾燥回転工程中に、基板表面に形成された膜の膜厚を測定する膜厚測定装置の出力に基づいて、基板表面が乾燥したか否かを判断する乾燥判断工程とを含み、
   上記膜厚測定装置が、測定対象の膜に対して光を照射する投光部と、測定対象の膜からの反射光を受光する受光部と、測定対象の膜から上記受光部に至る受光路に介装され、測定対象の膜からの反射光が、入射端面のいずれの位置に集光しても、当該反射光を拡散均一化して出射端面から上記受光部に向けて出射するディフューザとを備え、
   上記受光部は、上記ディフューザからの反射光が入射される入射端を有する受光用光ファイバを備えており、
   上記ディフューザは、上記受光用光ファイバよりも大径の円柱形状を有していることを特徴とする基板乾燥方法。
7. 上記乾燥判断工程で、基板が乾燥したと判断されたことに基づき、基板の回転を停止する工程をさらに含むことを特徴とする請求項６記載の基板乾燥方法。
8. 上記乾燥判断工程は、上記膜厚測定装置の所定の基準出力に対する上記膜厚測定装置の出力の振幅の割合が、予め定められた基準振幅比より大きい値から小さい値へと変化したことに基づいて基板の乾燥が終了したと判断する工程を含むことを特徴とする請求項６または７記載の基板乾燥方法。
9. 上記基準振幅比が１０％以下であることを特徴とする請求項８記載の基板乾燥方法。
10. 上記ディフューザの上記入射端面が粗面であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の基板処理装置。
11. 上記ディフューザの上記入射端面が粗面であることを特徴とする請求項６ないし９のいずれかに記載の基板乾燥方法。
12. 基板表面に形成された膜を、エッチング液によって膜厚途中までエッチングした後、基板を洗浄および乾燥する基板処理方法であって、
    基板を回転させる基板回転工程と、
    この基板回転工程と並行して、基板表面の膜にエッチング液を供給するエッチング液供給工程と、
    上記基板回転工程と並行して、膜厚測定装置により基板表面の膜の膜厚を測定する膜厚測定工程と、
    この膜厚測定工程による膜厚の測定結果に基づいて、エッチング液の供給を制御する制御工程と、
    基板表面に洗浄液を供給する工程と、
    請求項６ないし９および１１のいずれかに記載の基板乾燥方法に従って基板を乾燥させる工程とを含むことを特徴とする基板処理方法。

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