JP6145334B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、高い清浄度を必要とするウェハなどの基板の表面および／または裏面を処理する装置に関するものである。

近年、メモリー回路、ロジック回路、イメージセンサ（例えばＣＭＯＳセンサー）などのデバイスは、より高集積化されつつある。これらのデバイスを形成する工程においては、微粒子や塵埃などの異物がデバイスに付着することがある。デバイスに付着した異物は、配線間の短絡や回路の不具合を引き起こしてしまう。したがって、デバイスの信頼性を向上させるために、デバイスが形成されたウェハを洗浄して、ウェハ上の異物を除去することが必要とされる。

ウェハの裏面（ベアシリコン面）にも、上述したような微粒子や粉塵などの異物が付着することがある。このような異物がウェハの裏面に付着すると、ウェハが露光装置のステージ基準面から離間したりウェハ表面がステージ基準面に対して傾き、結果として、パターニングのずれや焦点距離のずれが生じることとなる。このような問題を防止するために、ウェハの裏面に付着した異物を除去することが必要とされる。

最近では、光学式露光技術の他に、ナノインプリント技術を使ったパターンニング装置が開発されている。このナノインプリント技術は、パターンニング用の押型をウェハに塗布された樹脂材料に押し付けることで配線パターンを転写する技術である。ナノインプリント技術では、押型とウェハ間、およびウェハとウェハ間での汚れの転写を避けるために、ウェハの表面に存在する異物を除去することが必要となる。

従来では、ウェハを回転させながらペン型のブラシやロールスポンジでウェハをスクラブ洗浄することが行われている。しかしながら、このような洗浄技術では、異物の除去率が悪く、特に１００ｎｍ以上のサイズの異物を除去することが難しかった。

特開平９−９２６３３号公報

そこで、ウェハを下から高圧の流体で支持しつつ、スクラブ部材を高荷重でウェハに摺接させることで、ウェハの表面をわずかに削り取る基板処理装置が提案されている。本発明は、このような静圧支持機構を備えた基板処理装置の改良を提案するものである。

本発明の第１の目的は、流体に支えられたウェハなどの基板が所定の処理位置に正しく存在しているか否かを検出することができる基板処理装置を提供することである。
本発明の第２の目的は、スクラブ部材によって削り取られたウェハなどの基板の厚さの減少量を決定することができる基板処理装置を提供することである。
本発明の第３の目的は、流体に支えられたウェハなどの基板のプロファイルをコントロールできる基板処理装置を提供することである。
本発明の第４の目的は、流体に支えられたウェハなどの基板の表面をスクラブ部材で均一に処理することができる基板処理装置を提供することである。

上述した目的を達成するために、本発明の第１の態様は、スクラブ部材を基板の第１の面に摺接させて該基板の表面処理を行うスクラバーと、前記第１の面とは反対側の前記基板の第２の面を流体を介して非接触に支持する静圧支持機構と、前記スクラバーと前記静圧支持機構との距離を測定する少なくとも１つの距離センサと、前記距離の測定値から前記静圧支持機構と前記基板の第２の面との間の隙間を算出し、前記隙間が所定の範囲以内にあるか否かを決定する処理制御部とを備えたことを特徴とする基板処理装置である。

本発明の好ましい態様は、前記処理制御部は、前記距離の初期の測定値から現在の測定値を減算することにより、前記スクラブ部材によって表面処理された前記基板の厚さの減少量を決定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記少なくとも１つの距離センサは、前記基板の半径方向に沿って配置された複数の距離センサであり、前記処理制御部は、前記複数の距離センサによって取得された前記距離の複数の測定値から、前記静圧支持機構と前記基板の第２の面との間の複数の隙間を算出し、前記算出された複数の隙間が前記所定の範囲以内にあるか否かを決定し、前記距離の複数の初期測定値から対応する複数の現在の測定値をそれぞれ減算することにより、前記スクラブ部材によって表面処理された前記基板の厚さの減少量分布を取得することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記少なくとも１つの距離センサは、前記基板の半径方向に沿って移動可能な距離センサであり、前記処理制御部は、前記距離センサによって複数の測定点で取得された前記距離の複数の測定値から、前記静圧支持機構と前記基板の第２の面との間の複数の隙間を算出し、前記算出された複数の隙間が前記所定の範囲以内にあるか否かを決定し、前記距離の複数の初期測定値から対応する複数の現在の測定値をそれぞれ減算することにより、前記スクラブ部材によって表面処理された前記基板の厚さの減少量分布を取得することを特徴とする。

本発明の第２の態様は、スクラブ部材を基板の第１の面に摺接させて該基板の表面処理を行うスクラバーと、前記第１の面とは反対側の前記基板の第２の面を流体を介して非接触に支持する静圧支持機構と、前記スクラバーと前記静圧支持機構との距離を測定する少なくとも１つの距離センサと、前記距離の初期の測定値から現在の測定値を減算することにより、前記スクラブ部材によって表面処理された前記基板の厚さの減少量を決定する処理制御部とを備えたことを特徴とする基板処理装置である。

本発明の好ましい態様は、前記処理制御部は、前記距離の測定値から前記静圧支持機構と前記基板の第２の面との間の隙間を算出し、前記算出された隙間が所定の範囲以内にあるか否かを決定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記少なくとも１つの距離センサは、前記基板の半径方向に沿って配置された複数の距離センサであり、前記処理制御部は、前記複数の距離センサによって複数の測定点で取得された前記距離の複数の初期測定値から対応する複数の現在の測定値をそれぞれ減算することにより、前記スクラブ部材によって表面処理された前記基板の厚さの減少量分布を取得することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記少なくとも１つの距離センサは、前記基板の半径方向に沿って移動可能な距離センサであり、前記処理制御部は、前記距離センサによって取得された前記距離の複数の初期測定値から対応する複数の現在の測定値をそれぞれ減算することにより、前記スクラブ部材によって表面処理された前記基板の厚さの減少量分布を取得することを特徴とする。

本発明の第３の態様は、スクラブ部材を基板の第１の面に摺接させて該基板の表面処理を行うスクラバーと、前記第１の面とは反対側の前記基板の第２の面を流体を介して非接触に支持する基板支持面を有し、該基板支持面で開口する複数の流体排出口を有する静圧支持機構と、前記基板と前記静圧支持機構との距離を測定する複数の距離センサと、前記複数の距離センサによって取得された前記距離の複数の測定値が所定の範囲以内にあるか否かを決定する処理制御部とを備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数の距離センサは、少なくとも３つの距離センサであることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記少なくとも３つの距離センサは、所定の中心点のまわりに等間隔に配置されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記処理制御部は、前記距離の複数の測定値の変化から、前記スクラブ部材が前記基板の第１の面に接触したことを検出することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数の流体排出口に供給される流体の流量を調整する複数の流量調整弁をさらに備え、前記処理制御部は、前記複数の距離センサによって取得された前記距離の複数の測定値に基づいて、前記複数の流量調整弁の動作を制御することを特徴とする。

本発明の第４の態様は、スクラブ部材を基板の第１の面に摺接させて該基板の表面処理を行うスクラバーと、前記第１の面とは反対側の前記基板の第２の面を流体を介して非接触に支持する基板支持面を有し、該基板支持面で開口する複数の流体排出口を有する静圧支持機構と、前記複数の流体排出口にそれぞれ向き合うように配置された、前記基板の膜厚を測定する複数の膜厚センサと、前記複数の流体排出口に供給される流体の流量を調整する複数の流量調整弁と、前記複数の膜厚センサによって取得された前記膜厚の複数の測定値に基づいて、前記複数の流量調整弁の動作を制御する処理制御部とを備えたことを特徴とする基板処理装置である。

本発明の好ましい態様は、前記複数の膜厚センサは、前記スクラバーに設けられていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数の流体排出口は、前記静圧支持機構に支持された前記基板の半径方向に沿って配置されていることを特徴とする。

本発明の第５の態様は、スクラブ部材を基板の第１の面に摺接させて該基板の表面処理を行うスクラバーと、前記第１の面とは反対側の前記基板の第２の面を流体を介して非接触に支持する静圧支持機構とを備え、前記スクラバーは、前記スクラブ部材を支持する変形自在な複数の弾性部材を有することを特徴とする基板処理装置である。

本発明の好ましい態様は、前記スクラブ部材は複数設けられており、前記複数のスクラブ部材のそれぞれは、前記複数の弾性部材によって支持されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記スクラバーは、前記弾性部材よりも硬質な硬質部材をさらに有し、前記弾性部材は、前記硬質部材に固定されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記スクラバーは、前記弾性部材よりも硬質な硬質部材をさらに有し、前記硬質部材は前記弾性部材と前記スクラブ部材との間に配置されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記弾性部材は、内部に気体が封入されたエアバッグであることを特徴とする。

本発明の第６の態様は、複数のスクラブ部材を基板の第１の面に摺接させて該基板の表面処理を行うスクラバーと、前記第１の面とは反対側の前記基板の第２の面を流体を介して非接触に支持する静圧支持機構を備え、前記スクラバーは、前記複数のスクラブ部材をそれぞれ傾動可能とする複数の球面軸受を備えたことを特徴とする基板処理装置である。

本発明の好ましい態様は、前記スクラバーは、前記複数のスクラブ部材を保持するホルダーを備えており、前記複数の球面軸受は、前記ホルダーと前記複数のスクラブ部材との間に配置されていることを特徴とする。

本発明の第７の態様は、スクラブ部材を基板の第１の面に摺接させて該基板の表面処理を行うスクラバーと、前記第１の面とは反対側の前記基板の第２の面を流体を介して非接触に支持する静圧支持機構とを備え、前記スクラバーは、前記静圧支持機構に支持された前記基板の第１の面と平行な基板接触面を有する押圧プレートを有し、前記押圧プレートの基板接触面は、前記スクラバーで前記基板の表面処理を行っている間、前記基板の第１の面に接触することを特徴とする基板処理装置である。

本発明の好ましい態様は、前記押圧プレートの基板接触面は、軟質パッドから構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記スクラバーは、前記押圧プレートを前記スクラブ部材に対して移動させる相対移動機構をさらに有し、該相対移動機構は、前記押圧プレートを前記基板の第１の面に対して近接および離間する方向に移動させることを特徴とする。

本発明の第１および第３の態様によれば、基板と静圧支持機構との間の隙間または距離が所定の範囲にあるか否かが決定される。基板と静圧支持機構との間の隙間および距離は、流体に支えられた基板の位置を表している。したがって、上記隙間または距離が所定の範囲にあるか否かの判断に基づいて、基板が所定の処理位置にあるか否かを決定することができる。
本発明の第２の態様によれば、スクラバーと静圧支持機構との距離の変化から、基板の厚さの減少量を決定することができる。
本発明の第４の態様によれば、複数の流量調整弁の動作を制御することによって、基板とスクラブ部材との接触圧力を制御することができる。したがって、基板のプロファイルをコントロールすることができる。
本発明の第５，６，７の態様によれば、流体圧による基板の撓みにスクラブ部材を追随させることにより、または基板を平坦に押さえつけることにより、基板の表面をスクラブ部材で均一に処理することができる。

本発明の一実施形態に係る基板処理装置を示す模式図である。 スクラバーの底面図である。 スクラバーの他の例を示す底面図である。 支持ステージの上面図である。 支持ステージの他の例を示す上面図である。 複数の距離センサおよび対応する複数のセンサターゲットを設けた例を示す図である。 図７（ａ）は、スクラバーの直径方向に延びるセンサターゲットを備えたスクラバーを示す底面図であり、図７（ｂ）は、基板の半径方向に沿って移動可能な距離センサを備えた静圧支持機構を示す断面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る基板処理装置を示す模式図である。 図８に示す支持ステージの上面図である。 ３つの距離センサからそれぞれ出力された距離の測定値を示すグラフである。 本発明のさらに他の実施形態に係る基板処理装置を示す模式図である。 膜厚を測定するときの膜厚センサの位置を示す上面図である。 静圧支持機構の支持ステージの変形例を示す平面図である。 静圧支持機構の支持ステージの他の変形例を示す平面図である。 上述した実施形態に適用可能なスクラバーの他の例を示す模式図である。 複数の弾性部材が共通の硬質部材に固定されている例を示す図である。 スクラブ部材が硬質部材を介して弾性部材に支持された例を示す図である。 弾性部材としてエアバッグが使用された例を示す図である。 スクラバーのさらに他の例を示す模式図である。 スクラバーのさらに他の例を示す模式図である。 スクラバーのさらに他の例を示す模式図である。 押圧プレートを示す底面図である。 押圧プレートを上下動させる相対移動機構を備えたスクラバーを示す図である。 基板処理装置のより詳細な構造を示す図である。 基板回転機構の詳細な構造を示す断面図である。 回転カバーとチャックを上から見た図である。 エアシリンダが複数のロッドを介してリングステージを上昇させる様子を示す図である。 スクラバーおよび揺動アームの内部構造を示す図である。 スクラバーを下方から見た図である。 スクラバーに備えられたテープカートリッジを示す断面図である。 図３１（ａ）は、チャックのクランプを示す平面図であり、図３１（ｂ）はクランプの側面図である。 図３２（ａ）はクランプが基板を把持した状態を示す平面図であり、図３２（ｂ）はクランプが基板を解放した状態を示す平面図である。 図３３（ａ）は、図２６のＡ−Ａ線断面図であり、図３３（ｂ）は図３３（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 第２の磁石と第３の磁石の配置を説明するための模式図であり、チャックの軸方向から見た図である。 図３５（ａ）は、リフト機構によりチャックを上昇させたときの図２６のＡ−Ａ線断面図であり、図３５（ｂ）は図３５（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置を示す模式図である。基板処理装置は、ウェハなどの基板Ｗを水平に保持し、その軸心を中心として回転させる基板回転機構１０と、この基板回転機構１０に保持された基板Ｗの上面をスクラブ（擦り洗い）して基板Ｗの上面（第１の面）から異物や傷を除去するスクラバー（処理ヘッド）５０と、基板Ｗの下面（第２の面）を高圧の流体を介して非接触で支持する静圧支持機構９０とを備えている。スクラバー５０は、基板回転機構１０に保持されている基板Ｗの上側に配置されており、静圧支持機構９０は基板回転機構１０に保持されている基板Ｗの下側に配置されている。

一例として、基板Ｗの上面（第１の面）は、デバイスが形成されていない裏側の面であり、基板Ｗの下面（第２の面）はデバイスが形成されている表側の面である。他の例では、基板Ｗの上面（第１の面）は、デバイスが形成されている表側の面であり、基板Ｗの下面（第２の面）はデバイスが形成されていない裏側の面である。デバイスが形成されていない面の例としては、シリコン面が挙げられる。

基板回転機構１０は、基板Ｗの周縁部を把持する複数のチャック１１と、これらチャック１１を介して基板Ｗを回転させる環状の中空モータ１２とを備えている。基板Ｗは、チャック１１によって水平に保持され、中空モータ１２によって基板Ｗの軸心まわりに回転させられる。基板Ｗの上方には、基板Ｗの上面に洗浄液（例えば純水）を供給する洗浄液供給ノズル２７が配置されている。この洗浄液供給ノズル２７は、図示しない洗浄液供給源に接続され、洗浄液供給ノズル２７を通じて基板Ｗの上面に洗浄液が供給されるようになっている。

スクラバー５０はスクラバーシャフト５１に連結されている。このスクラバーシャフト５１は、スクラバー５０をその軸心を中心として回転させるスクラバー回転機構５８に連結されている。さらに、スクラバーシャフト５１には、スクラバー５０に下向きの荷重を付与する荷重付与機構としてのエアシリンダ５７が連結されている。スクラバー５０は、基板Ｗの表面処理をするためのスポンジ、不織布、発泡ポリウレタンなどの軟質材料、クリーニングテープ、または研磨テープなどからなる複数のスクラブ部材６１と、このスクラブ部材６１を保持する円盤状のホルダー６６とを備えている。

図２は、スクラバー５０の底面図である。図２に示すように、スクラブ部材６１は、スクラバー５０の半径方向に延びており、スクラバー５０の中心まわりに等間隔に配置されている。この例に代えて、図３に示すように、スクラバー５０は、円盤状の単一のスクラブ部材６１を有していてもよい。

スクラバー５０は、スクラバー回転機構５８によって回転させられながら、エアシリンダ５７によって基板Ｗの上面に押し付けられる。基板Ｗの上面には洗浄液供給ノズル２７から洗浄液が供給され、スクラブ部材６１は、洗浄液の存在下で基板Ｗの上面に摺接され、これにより基板Ｗの表面処理が行われる。スクラブ部材６１を用いた表面処理は、基板Ｗの表面を僅かに削り取ることにより、基板Ｗの表面から異物を除去し、および／または基板Ｗの表面を構成する材料の少なくとも一部を除去する処理である。以下の説明では、スクラブ部材６１を用いた基板の表面処理を、適宜、スクラブ（擦り洗い）処理という。

静圧支持機構９０は、複数の流体排出口９４が形成された基板支持面９１ａを有する支持ステージ９１と、流体排出口９４に接続された流体供給路９２と、支持ステージ９１を支える支持軸９３とを備えている。流体供給路９２は支持軸９３内を通り、流体供給源９６に接続されている。本実施形態の基板支持面９１ａは円形であるが、四角形または他の形状を有していてもよい。

支持ステージ９１は、基板回転機構１０に保持されている基板Ｗの下方に配置され、流体排出口９４は基板Ｗの下面に対向して配置されている。支持軸９３の下部は、ステージ昇降機構９８に連結されている。このステージ昇降機構９８により支持ステージ９１はその基板支持面（上面）９１ａが基板Ｗの下面に近接した位置に達するまで上昇されるようになっている。

図４は、支持ステージ９１の上面図である。図４に示すように、流体排出口９４は、支持ステージ９１の上面を構成する基板支持面９１ａ内で開口し、基板支持面９１ａの全体に形成されている。加圧された流体は、流体供給源９６から流体供給路９２を通じて流体排出口９４に連続的に供給される。流体は、流体排出口９４からオーバーフローし、さらに基板Ｗの下面と支持ステージ９１の基板支持面９１ａとの隙間を流れる。基板Ｗと支持ステージ９１との間の隙間は流体で満たされ、基板Ｗは流体により支持される。基板Ｗと支持ステージ９１とは非接触に保たれ、その隙間は５０μｍ〜５００μｍとされる。このように、静圧支持機構９０は、流体を介して基板Ｗを非接触に支持することができるので、基板Ｗの下面に形成されたデバイスの破壊を防止することができる。

図４に示す例では、多数の流体排出口９４が形成されているが、本発明はこれに限らず、流体排出口９４として、図５に示すように３つまたはそれよりも多い凹部を基板支持面９１ａの中心まわりに等間隔に設けてもよい。この場合も、流体排出口９４としての凹部には流体供給路９２から流体が供給される。静圧支持機構９０に使用される流体としては、非圧縮性流体である純水などの液体のほかに、空気や窒素などの圧縮性流体である気体を用いてもよい。

スクラバー５０が回転しているときのスクラブ部材６１の下面（基板接触面）は、基板回転機構１０に保持されている基板Ｗの上面をスクラブする円形のスクラブ面を構成する。スクラバー５０のスクラブ面と静圧支持機構９０の基板支持面９１ａは、基板Ｗに関して対称的に配置される。すなわち、スクラバー５０のスクラブ面と静圧支持機構９０の基板支持面９１ａは基板Ｗを挟むように配置されており、スクラバー５０から基板Ｗに加えられる荷重は、スクラバー５０の真下（反対側）から静圧支持機構９０によって支持される。したがって、スクラバー５０は、大きな荷重を基板Ｗの上面に加えることができる。

図１に示すように、スクラブ面と基板支持面９１ａは、同心状に配置される。スクラバー５０は、スクラブ面の端部が基板Ｗの中心上に位置するように配置されることが好ましい。スクラブ面の直径は、基板Ｗの半径と同じか、やや小さいことが好ましい。本実施形態では、基板支持面９１ａの直径はスクラブ面の直径よりも大きいが、基板支持面９１ａの直径はスクラブ面の直径と同じでもよく、あるいはスクラブ面の直径よりも小さくてもよい。

図１に示すように、支持ステージ９１には、スクラバー５０と静圧支持機構９０との距離を測定する少なくとも１つの距離センサ１０３が埋設されている。スクラバー５０にはセンサターゲット１０４が配置されている。距離センサ１０３は基板支持面９１ａの中心に配置され、センサターゲット１０４はスクラバー５０の中心に配置されている。距離センサ１０３の上端は、基板支持面９１ａと同一面内または基板支持面９１ａのやや下方に位置している。距離センサ１０３は、センサターゲット１０４を感知することによって、センサターゲット１０４と距離センサ１０３との距離、すなわちスクラバー５０と静圧支持機構９０との距離を測定するように構成されている。距離センサ１０３としては、渦電流センサやレーザ変位計などの非接触型の距離センサを使用することができる。

距離センサ１０３によって取得された距離の測定値は、処理制御部４に送られる。この処理制御部４は、距離の測定値から静圧支持機構９０の基板支持面９１ａと基板Ｗの下面との間の隙間を算出する。図１に示すように、センサターゲット１０４と距離センサ１０３との距離をＤ、スクラバー５０が基板Ｗに接しているときのセンサターゲット１０４と基板Ｗの上面との距離をｄ１、基板Ｗの厚さをｔ、基板支持面９１ａと基板Ｗの下面との間の隙間をｄ２とすると、隙間ｄ２は、距離Ｄから距離ｄ１および基板Ｗの厚さｔを引くことにより求めることができる（ｄ２＝Ｄ−ｄ１−ｔ）。距離ｄ１は、センサターゲット１０４とスクラブ部材６１との相対位置に依存して決まる固定値である。距離ｄ１と基板Ｗの厚さｔは、予め処理制御部４に記憶されている。スクラブ処理に起因する基板Ｗの厚さｔの減少量は、隙間ｄ２に比べて極めて小さいので、隙間ｄ２の算出では基板Ｗの厚さｔの減少量は無視することができる。

静圧支持機構９０は、高圧の流体により基板Ｗを支持するため、基板Ｗの位置がずれたり、基板Ｗ自身が変形または割れたりすることがある。場合によっては、基板Ｗが基板回転機構１０から飛び出してしまうこともある。そこで、処理制御部４は、スクラブ処理中に隙間ｄ２が所定の範囲内にあるか否かを監視し、基板Ｗが流体により正しく支持されているか否か（すなわち基板Ｗが所定の処理位置に存在しているか否か）を判断するように構成されている。隙間ｄ２の所定の範囲は予め処理制御部４に記憶されている。この隙間ｄ２の所定の範囲は、基板Ｗが所定の処理位置に存在していることを示す隙間ｄ２の適正範囲を表している。例えば、基板Ｗが傾いている場合や基板Ｗが割れている場合には、隙間ｄ２が適正範囲から外れると想定される。さらに、スクラバー５０がその所定のスクラブ位置にない場合は、隙間ｄ２が適正範囲から外れると想定される。

処理制御部４は、算出された隙間ｄ２が所定の範囲内にあるか否かを決定し、隙間ｄ２が所定の範囲内にない場合には、警報信号を発生するように構成されている。さらに、処理制御部４は、距離の測定値Ｄの時間的変化から、スクラバー５０によって除去された基板Ｗの量、すなわち基板Ｗの厚さの減少量、を算出するように構成されている。すなわち、処理制御部４は、距離の初期の測定値から現在の測定値を減算することにより、スクラブ部材６１によって除去された基板Ｗの量（基板Ｗの厚さの減少量）を取得することができる。さらに、処理制御部４は、スクラブ部材６１によって除去された基板Ｗの量（基板Ｗの厚さの減少量）が所定のしきい値に達すると、表面処理の終点信号を生成し、これを外部に出力するように構成されている。

他の実施形態では、図６に示すように、複数の距離センサ１０３および対応する複数のセンサターゲット１０４を設けてもよい。複数の距離センサ１０３は、基板Ｗの半径方向に沿って配列されており、複数のセンサターゲット１０４はこれら距離センサ１０３に対向するように配置されている。処理制御部４は、複数の距離センサ１０３によって取得された距離の複数の測定値から、静圧支持機構９０の基板支持面９１ａと基板Ｗの下面との間の複数の隙間を算出し、複数の隙間のうちの少なくとも１つが上記適正範囲以内にない場合は、基板Ｗが所定の処理位置に存在していないと判断する。さらに、処理制御部４は、距離の複数の初期測定値から対応する複数の現在の測定値をそれぞれ減算することにより、スクラブ部材６１によって除去された基板Ｗの量の分布（すなわち基板Ｗの厚さの減少量の分布）を取得する。このようにして得られた基板Ｗの除去量の分布は、基板Ｗのプロファイルを表している。

さらに他の実施形態では、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、基板Ｗの半径方向に沿って移動可能な距離センサ１０３を支持ステージ９１内に設け、スクラバー５０の直径方向に延びるセンサターゲット１０４をスクラバー５０に設けてもよい。距離センサ１０３とセンサターゲット１０４は互いに対向するように配置される。この場合も、処理制御部４は、距離センサ１０３によって複数の測定点で取得された距離の複数の測定値から、静圧支持機構９０の基板支持面９１ａと基板Ｗの下面との間の複数の隙間を算出し、複数の隙間のうちの少なくとも１つが上記適正範囲以内にない場合は、基板Ｗが所定の処理位置に存在していないと判断する。さらに、処理制御部４は、距離の複数の初期測定値から対応する複数の現在の測定値をそれぞれ減算することにより、スクラブ部材６１によって除去された基板Ｗの量の分布を取得する。

図７（ｂ）に示す例では、支持ステージ９１の内部に空間９１ｃが形成されており、この空間９１ｃ内に距離センサ１０３およびセンサ移動機構１０５が配置されている。センサ起動機構１０５は、距離センサ１０３を基板Ｗの半径方向に移動させるように構成されている。

図８は、本発明のさらに他の実施形態に係る基板処理装置を示す模式図であり、図９は図８に示す支持ステージ９１の上面図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図１に示す実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。

支持ステージ９１には、複数の（図９では３つの）距離センサ１０３が設けられている。これらの距離センサ１０３は、静圧支持機構９０と基板Ｗとの距離を測定するように構成されている。距離センサ１０３は、支持ステージ９１の基板支持面９１ａの中心点のまわりに等間隔で配置されている。距離センサ１０３によって取得された距離の測定値は、処理制御部４に送られるようになっている。距離センサ１０３としては、レーザ式距離センサなどの非接触型の距離センサが用いられる。図９に示すように、３つの距離センサ１０３に対応して、３つの流体排出口９４が支持ステージ９１に形成されている。３つの距離センサ１０３は、３つの流体排出口９４にそれぞれ隣接しており、３つの流体排出口９４の外側に位置している。

３つの流体排出口９４は、３つの流体供給路９２にそれぞれ連通しており、これら流体供給路９２を通じて加圧流体が流体排出口９４に供給されるようになっている。それぞれの流体供給路９２には流量調整弁１０６が設けられており、各流体供給路９２を通る流体の流量が各流量調整弁１０６によって調整されるようになっている。

流量調整弁１０６の動作は、処理制御部４によって制御される。すなわち、処理制御部４は、距離センサ１０３によって取得された距離の測定値に基づいて、流量調整弁１０６の動作を制御する。例えば、図１０に示すように、３つの距離センサ１０３のうちの１つが他の距離センサ１０３よりも小さな測定値を出力している場合は、その距離センサ１０３に隣接する流体排出口９４への流量が多くなるように、対応する流量調整弁１０６が処理制御部４によって操作される。３つ以上の距離センサ１０３を設けることにより、処理制御部４は距離の測定値から基板Ｗが水平に支持されているか否かを決定することができ、さらに基板Ｗが水平になるように流量調整弁１０６を制御することができる。

図１０において、時間Ｔ１は、スクラバー５０が基板Ｗに接触した時点を示しており、時間Ｔ２は、スクラバー５０が基板Ｗから離間した時点を示している。図１０から分かるように、スクラバー５０が基板Ｗに接触すると、基板Ｗが押し下げられるので、距離の測定値が大きく変化する。さらに、スクラバー５０が基板Ｗに接触している間は、距離の測定値はほぼ一定である。処理制御部４は、距離の測定値の変化から、スクラバー５０のスクラブ部材６１が基板Ｗの上面に接触したことを検出するように構成されている。

距離センサ１０３、流体排出口９４、流体供給路９２、および流量調整弁１０６の数および配置はこの実施形態に限られない。例えば、４つ以上の距離センサ１０３を設けることも可能である。

図１１は、本発明のさらに他の実施形態に係る基板処理装置を示す模式図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図１に示す実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。

図１１に示すように、スクラバー５０には複数の（図１１では３つの）膜厚センサ１０８が配置されている。これら膜厚センサ１０８は、スクラバー５０の直径方向に沿って配列されており、それぞれ基板Ｗの厚さを非接触で測定するように構成されている。例えば、光学式膜厚センサまたは渦電流式膜厚センサが用いられる。膜厚センサ１０８によって取得された膜厚の測定値は、処理制御部４に送られるようになっている。膜厚センサ１０８が膜厚を測定するときは、図１２に示すように、複数の膜厚センサ１０８が基板Ｗの半径方向に沿って並んだ状態で、スクラバー５０の向きが固定される。

３つの膜厚センサ１０８に対応して、３つの流体排出口９４が支持ステージ９１に形成されている。これら流体排出口９４は、基板Ｗの半径方向に沿って配列されている。３つの流体排出口９４は、３つの流体供給路９２にそれぞれ連通しており、これら流体供給路９２を通じて加圧流体が流体排出口９４に供給されるようになっている。流体供給路９２には流量調整弁１０６が設けられており、各流体供給路９２を通る流体の流量が各流量調整弁１０６によって調整されるようになっている。

流量調整弁１０６の動作は、処理制御部４によって制御される。すなわち、処理制御部４は、膜厚センサ１０８によって取得された膜厚の測定値に基づいて、流量調整弁１０６の動作を制御する。例えば３つの膜厚センサ１０８のうちの１つが他の膜厚センサ１０８よりも大きな測定値を出力している場合は、その膜厚センサ１０８に対応する流体排出口９４への流量が多くなるように、対応する流量調整弁１０６が処理制御部４によって操作される。流体の流量が多くなると、その流体排出口９４に対向する基板Ｗの部位が局所的に持ち上げられ、スクラブ部材６１と基板Ｗとの接触圧力が部分的に高くなる。したがって、スクラバー５０はその基板Ｗの部位を他の部位よりも多く削り取ることができる。このようにして、処理制御部４は、膜厚の測定値に基づいて基板Ｗのプロファイルをコントロールすることができる。

膜厚センサ１０８、流体排出口９４、流体供給路９２、および流量調整弁１０６の数および配置はこの実施形態に限られない。例えば、４つ以上の膜厚センサ１０８を設けることも可能である。

図１３は、静圧支持機構９０の支持ステージ９１の変形例を示す平面図である。支持ステージ９１の基板支持面９１ａ上には、複数の領域（図１３では３つの領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３）が予め定義されており、流体排出口９４の数、位置、および大きさのうちの少なくとも１つは、領域ごとに異なっている。したがって、基板Ｗと基板支持面９１ａとの間に発生する流体の静圧は領域ごとに異なる。流体排出口９４の数、位置、および／または大きさは、テスト基板を静圧一定の条件下でスクラブし、そのテスト基板のプロファイル、すなわちテスト基板の膜厚分布から決定される。

図１４は、静圧支持機構９０の支持ステージ９１の他の変形例を示す平面図である。支持ステージ９１の基板支持面９１ａ上には、複数の領域（図１３では３つの領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３）領域が予め定義されており、各領域には流体排出口９４として凹部が形成されている。この例では、３つの領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に対応して３つの凹部（流体排出口）９４が形成されている。この凹部９４の形状および／または大きさは領域ごとに異なっている。したがって、基板Ｗと基板支持面９１ａとの間に発生する流体の静圧は領域ごとに異なる。凹部９４の形状および大きさは、これら凹部９４を形成する周壁９５ａおよび／または隔壁９５ｂ，９５ｃの厚さＨ１，Ｈ２，Ｈ３に依存して変わる。

図１３および図１４に示す支持ステージ９１を使用する場合は、基板支持面９１ａの各領域に供給される流体の流量を積極的に制御しなくてもよい。

図１５は、上述した実施形態に適用可能なスクラバー５０の他の例を示す模式図である。なお、図１５にはスクラバー５０の一部のみが示されている。スクラバー５０は、スクラブ部材（例えば、不織布からなる柔らかいテープ）６１を基板Ｗの上面に対して押し付ける変形自在な複数の弾性部材１１３を有している。スクラブ部材６１は、これら複数の弾性部材１１３によって支持されている。弾性部材１１３はそれぞれ硬質部材１１４に固定されている。図１６に示すように、弾性部材１１３は、共通の硬質部材１１４に固定されていてもよい。図１７に示すように、弾性部材１１３とスクラブ部材６１との間に硬質部材１１４が配置されていてもよい。この場合は、スクラブ部材６１は硬質部材１１４を介して弾性部材１１３に支持される。

スクラブ処理中、基板Ｗは加圧された流体の圧力を受けて撓むことがある。このような場合、弾性部材１１３は、スクラブ部材６１が基板Ｗの表面に沿って変形することを許容し、これによりスクラブ部材６１は基板Ｗを均一な荷重で押し付けることができる。

弾性部材１１３としては、ウレタンスポンジや、内部に気体が封入されたエアバッグなどが使用される。硬質部材１１４は、弾性部材１１３よりも硬質の材料、例えば熱硬化性樹脂等から構成されている。図１８は、弾性部材１１３としてエアバッグが使用された例を示している。各エアバッグ１１３には空気や不活性ガスなどの気体が封入されている。スクラブ部材６１の押付力を調整するために、エアバッグ１１３内の気体の圧力を調整する圧力調整ライン１１６をエアバッグ１１３に接続してもよい。

図１９は、スクラバー５０のさらに他の例を示す模式図である。図１９に示すように、スクラバー５０とスクラバーシャフト５１の間には球面軸受１１８が配置されている。この球面軸受１１８は、スクラバー５０の全体がスクラバーシャフト５１に対して傾くことができるように構成されている。したがって、スクラブ部材６１は、基板Ｗの撓みに追随して傾くことができ、スクラブ部材６１は基板Ｗを均一な荷重で押し付けることができる。図２０に示す例では、スクラブ部材６１とホルダー６６との間に球面軸受１１８が配置されている。この例においても、スクラブ部材６１は、基板Ｗの撓みに追随して傾くことができる。

図２１は、スクラバー５０のさらに他の例を示す模式図である。図２１に示すように、スクラバー５０は、静圧支持機構９０に支持された基板Ｗの上面と平行な基板接触面１３５ａを持つ押圧プレート１３５を有している。押圧プレート１３５は、ホルダー６６の下面に固定されている。この押圧プレート１３５は、硬質の平板１３６と、この平板１３６の下面に貼り付けられた軟質パッド１３７とを備えている。押圧プレート１３５の基板接触面１３５ａは、スクラブ部材６１の基板接触面６１ａを囲む形状を有する。この基板接触面１３５ａは、軟質パッド１３７から構成されている。押圧プレート１３５の基板接触面１３５ａは、スクラブ部材６１の基板接触面６１ａよりも僅かに高い位置にある。軟質パッド１３７は、ＰＶＡスポンジ、不織布などから構成することができる。

図２２は、押圧プレート１３５を示す底面図である。押圧プレート１３５は、スクラブ部材６１の基板接触面６１ａよりも僅かに大きい複数の貫通孔１３５ｂを有しており、各スクラブ部材６１は、対応する貫通孔１３５ｂ内に位置している。押圧プレート１３５の基板接触面１３５ａは、回転するスクラブ部材６１の基板接触面６１ａによって形成されるスクラブ面よりも大きな直径を有する円形形状であることが好ましい。

スクラブ処理中の基板Ｗは、静圧支持機構９０から流体圧を受けるため、スクラブ部材６１に接触していない基板Ｗの部位が流体圧により撓むことがある。押圧プレート１３５はこのような基板Ｗの撓みを防止することができる。すなわち、押圧プレート１３５はスクラブ部材６１と同時に基板Ｗの上面に接触し、スクラブ部材６１が接触しない基板Ｗの部位を押し付けることによって、基板Ｗの撓みを防止することができる。結果として、スクラブ部材６１は、基板Ｗの表面を均一に処理することができる。

図２３に示すように、スクラバー５０は、押圧プレート１３５をスクラブ部材６１に対して移動させる相対移動機構１３９をさらに有していてもよい。この相対移動機構１３９は、ホルダー６６に取り付けられており、押圧プレート１３５を基板Ｗの上面に対して近接および離間する方向に移動させるように構成されている。相対移動機構１３９の例としては、エアシリンダ、ボールねじ機構とサーボモータとの組み合わせなどが挙げられる。

次に、基板処理装置のより詳細な構造について説明する。以下に記載する基板処理装置の構造は、上述した実施形態に適用することが可能である。図２４に示すように、基板回転機構１０は、基板Ｗの周縁部を把持する複数のチャック１１と、これらチャック１１を介して基板Ｗを回転させる中空モータ１２とを備えている。基板回転機構１０は、全体として円筒形状を有しており、その中央部には空間が形成されている。基板Ｗの下面に大きな空間がない場合、基板Ｗを高速で回転させたときに、基板Ｗの下方で負圧が発生することがある。この負圧は空気中に浮遊する塵埃を引き寄せてしまい、これら塵埃が基板Ｗの下面に付着することがある。本実施形態では、中空モータ１２が採用されているので、円筒形状を有する基板回転機構１０を構成することができる。したがって、基板Ｗの下方に大きな空間を形成することができ、上述のような問題の発生を防ぐことができる。さらに、基板回転機構１０の内側の空間に、上述した静圧支持機構９０を配置することができる。

図２５は、基板回転機構１０の詳細な構造を示す断面図である。図２５に示すように、中空モータ１２は、その中央部に空間が形成された形状を有している。中空モータ１２は、円筒形の回転子１２Ａと、この回転子１２Ａを囲むように配置された固定子１２Ｂとを備えている。回転子１２Ａの内周面は、基板Ｗの直径よりも大きな直径を有している。このような中空モータ１２を採用することにより、基板回転機構１０はその内側に大きな空間が形成された円筒形状を有することができる。回転子１２Ａには複数の永久磁石１２ａが埋設されている。この中空モータ１２は、センサレス型ＩＰＭモータ（Interior Permanent Magnet Motor）であり、光学式の位置センサは不要である。したがって、中空モータ１２を安価に製作できるとともに、液体が中空モータ１２内に浸入しても、位置センサの故障に起因する誤動作が生じにくい。

固定子１２Ｂは、円筒形の静止部材１４に固定されている。この静止部材１４の半径方向内側には、円筒形の回転基台１６が配置されている。静止部材１４と回転基台１６との間には、２つのアンギュラコンタクト玉軸受２０が配置されており、回転基台１６はこれらアンギュラコンタクト玉軸受２０の組み合わせによって回転自在に支持されている。このアンギュラコンタクト玉軸受２０は、ラジアル方向の荷重およびアキシャル方向の荷重の両方を受けることができる軸受である。なお、ラジアル方向の荷重およびアキシャル方向の荷重の両方を受けることができれば、他のタイプの軸受を用いてもよい。中空モータ１２の固定子１２Ｂは静止部材１４に固定されている。中空モータ１２の回転子１２Ａは回転基台１６に固定されており、回転子１２Ａと回転基台１６とは一体に回転するようになっている。

回転基台１６の上部には、上述したチャック１１が上下動自在に配置されている。より具体的には、回転基台１６の上部には、半径方向内側に突出した環状の突出部１６ａが形成されており、この突出部１６ａに形成された貫通孔にそれぞれチャック１１が挿入されている。各チャック１１の下部を囲むようにばね１８が配置されており、このばね１８の上端は突出部１６ａを下から押圧し、ばね１８の下端はチャック１１に固定されたばねストッパー１１ａに接触している。このばね１８により各チャック１１は下方に付勢されている。チャック１１は、中空モータ１２により回転基台１６と一体に回転するようになっている。

チャック１１の外側には、チャック１１に保持された基板Ｗを囲むように環状の回転カバー２５が配置されている。この回転カバー２５は回転基台１６の上面に固定されており、基板Ｗと回転カバー２５とは一体に回転するようになっている。図２６は、回転カバー２５とチャック１１を上から見た図である。図２６に示すように、回転カバー２５は基板Ｗの全周を囲むように配置されている。回転カバー２５の上端の内径は、基板Ｗの直径よりもやや大きい。回転カバー２５の上端には、チャック１１の外周面に沿った形状を持つ切り欠き２５ａが各チャック１１に対応した位置に形成されている。

図２５に示すように、回転カバー２５の内周面の縦断面形状は半径方向内側に傾斜している。また、回転カバー２５の内周面の縦断面は滑らかな曲線から構成されている。回転カバー２５の上端は基板Ｗに近接しており、回転カバー２５の下部には、斜めに延びる液体排出孔２５ｂが形成されている。

図２４に示すように、基板Ｗの上方には、基板Ｗの上面に洗浄液として純水を供給する洗浄液供給ノズル２７が配置されている。この洗浄液供給ノズル２７は、図示しない洗浄液供給源に接続され、洗浄液供給ノズル２７を通じて基板Ｗの上面に純水が供給されるようになっている。基板Ｗに供給された純水は、回転する基板Ｗから遠心力により振り落とされ、さらに回転カバー２５の内周面に捕らえられ、液体排出孔２５ｂに流れ込む。

チャック１１の下方には、チャック１１を上昇させるリフト機構３０が設けられている。このリフト機構３０は、チャック１１の下方に配置されたリングステージ３１と、このリングステージ３１を支持する複数のロッド３２と、これらロッド３２を上昇させるアクチュエータとしてのエアシリンダ３３とを備えている。リフト機構３０は、回転基台１６からは分離しており、リフト機構３０は回転しない構成となっている。図２７に示すように、エアシリンダ３３は、複数のロッド３２を介してリングステージ３１を上昇させる。リングステージ３１の上方向の移動により全てのチャック１１が同時に上昇する。エアシリンダ３３の動作を停止させると、チャック１１に固定されたばね１８によりチャック１１が下降する。図２５は、チャック１１が下降位置にある状態を示している。このように、リフト機構３０とばね１８とにより、チャック１１を上下動させる上下動機構が構成される。

図示はしないが、エアシリンダ３３に代えて、チャック１１をそれぞれ同時に上昇させる複数の電動シリンダを使用してもよい。例えば、４つのチャック１１に対して４つの電動シリンダが設けられる。この場合は、リングステージ３１は使用されない。基板Ｗの回転が停止するときは、各チャック１１が各電動シリンダの上方に位置するようにチャック１１の停止位置が制御される。これら電動シリンダの動作を同期させるために、共通のドライバーにより電動シリンダの動作が制御される。

チャック１１の上端には基板Ｗの周縁端を保持するクランプ４０がそれぞれ設けられている。これらクランプ４０は、チャック１１が図２５に示す下降位置にあるときは、基板Ｗの周縁部に接触して該周縁部を保持し、チャック１１が図２７に示す上昇位置にあるときには、基板Ｗの周縁部から離間して該周縁部をリリースする。

図２４に示すように、スクラバー５０は、基板Ｗの上側に配置されている。スクラバー５０はスクラバーシャフト５１を介して揺動アーム５３の一端に連結されており、揺動アーム５３の他端は揺動軸５４に固定されている。揺動軸５４は軸回転機構５５に連結されている。この軸回転機構５５により揺動軸５４が駆動されると、スクラバー５０が図２４に示す処理位置と基板Ｗの半径方向外側にある退避位置との間を移動するようになっている。揺動軸５４には、スクラバー５０を上下方向に移動させるスクラバー昇降機構５６がさらに連結されている。このスクラバー昇降機構５６は、揺動軸５４およびスクラバーシャフト５１を介してスクラバー５０を昇降させる。スクラバー５０は、スクラバー昇降機構５６により基板Ｗの上面に接触するまで下降される。スクラバー昇降機構５６としては、エアシリンダ、またはサーボモータとボールねじとの組み合わせなどが使用される。

図２８は、スクラバー５０および揺動アーム５３の内部構造を示す図である。図２８に示すように、揺動アーム５３には、スクラバー５０をその軸心を中心として回転させるスクラバー回転機構５８が配置されている。このスクラバー回転機構５８は、スクラバーシャフト５１に取り付けられたプーリｐ１と、揺動アーム５３に設けられたモータＭ１と、モータＭ１の回転軸に固定されたプーリｐ２と、プーリｐ１，ｐ２に掛け渡されたベルトｂ１とを備えている。モータＭ１の回転は、プーリｐ１，ｐ２およびベルトｂ１によりスクラバーシャフト５１に伝達され、スクラバーシャフト５１とともにスクラバー５０が回転する。

スクラバーシャフト５１の上端にはエアシリンダ５７が連結されている。このエアシリンダ５７は、スクラバー５０のスクラブ部材６１に下向きの荷重を付与するように構成されている。スクラバーシャフト５１には縦方向に延びる溝（図示せず）が形成されており、プーリｐ１はスクラバーシャフト５１の溝に係合する複数の負荷伝達ボール（図示せず）を備えている。これら溝と負荷伝達ボールとによりボールスプライン軸受が構成されている。すなわち、プーリｐ１は、スクラバーシャフト５１の縦方向の移動を許容しつつ、スクラバーシャフト５１にトルクを伝達することが可能となっている。

図２９は、スクラバー５０を下方から見た図である。スクラバー５０の下面は、基板回転機構１０に保持されている基板Ｗの上面（基板Ｗの表面または裏面）をスクラブする円形のスクラブ面を構成する。スクラバー５０は、基板Ｗの上面に対向して配置された複数のスクラブ部材としてのクリーニングテープ６１を備えている。スクラバー５０は、複数の（図２９では３つの）テープカートリッジ６０を備えており、各テープカートリッジ６０にクリーニングテープ６１が収容されている。これらのテープカートリッジ６０は、着脱可能にスクラバー５０の内部に設置されている。

基板Ｗのスクラブ処理をするときは、スクラバー回転機構５８によりスクラバー５０がその軸心を中心として回転し、クリーニングテープ６１がスクラバー５０の中心軸周りに回転する。これによりクリーニングテープ６１が基板Ｗの上面に摺接される。このように、スクラバー５０のスクラブ面は、回転する複数のクリーニングテープ６１により形成される。基板Ｗの下面は、流体圧により支持されているので、基板Ｗを撓ませることなく大きな荷重で基板Ｗの上面に対してクリーニングテープ６１を押し付けることができる。基板Ｗの上面を構成する材料は、クリーニングテープ６１との摺接により僅かに削り取られ、これにより、基板Ｗに付着している異物や基板Ｗの表面傷を除去することができる。スクラバー５０によって削り取られる基板Ｗの量は５０ｎｍ以下であることが好ましく、基板Ｗのスクラブ処理を行った後の表面粗さは５μｍ以下であることが好ましい。このように、基板Ｗの表面を僅かに削り取ることにより、基板Ｗに食い込んでいる１００ｎｍ以上のサイズの異物を１００％除去することができる。

図３０は、スクラバー５０に備えられたテープカートリッジ６０を示す断面図である。図３０に示すように、テープカートリッジ６０は、クリーニングテープ６１と、このクリーニングテープ６１を基板Ｗに対して押し付ける押圧部材６２と、この押圧部材６２をウェハに向かって付勢する付勢機構６３と、クリーニングテープ６１を繰り出すテープ繰り出しリール６４と、洗浄に使用されたクリーニングテープ６１を巻き取るテープ巻き取りリール６５とを備えている。クリーニングテープ６１は、テープ繰り出しリール６４から、押圧部材６２を経由して、テープ巻き取りリール６５に送られる。複数の押圧部材６２は、スクラバー５０の半径方向に沿って延びており、かつスクラバー５０の周方向において等間隔に配置されている。したがって、各クリーニングテープ６１のウェハ接触面（基板接触面）は、スクラバー５０の半径方向に延びている。図３０に示す例では、付勢機構６３としてばねが使用されている。

テープ巻き取りリール６５は、図２８および図２９に示すテープ巻き取り軸６７の一端に連結されている。テープ巻き取り軸６７の他端には、かさ歯車６９が固定されている。複数のテープカートリッジ６０に連結されたこれらのかさ歯車６９は、モータＭ２に連結されたかさ歯車７０と噛み合っている。したがって、テープカートリッジ６０のテープ巻き取りリール６５は、モータＭ２により駆動されてクリーニングテープ６１を巻き取るようになっている。モータＭ２、かさ歯車６９，７０、およびテープ巻き取り軸６７は、クリーニングテープ６１をテープ繰り出しリール６４からテープ巻き取りリール６５に送るテープ送り機構を構成する。

クリーニングテープ６１は、１０ｍｍ〜６０ｍｍの幅を有し、２０ｍ〜１００ｍの長さを有する。クリーニングテープ６１に使用される材料としては、不織布、織布、編み布が挙げられる。好ましくは、ＰＶＡスポンジよりも硬い不織布が使用される。このような不織布を使用することで、基板Ｗに付着している異物、特に基板Ｗの表面に食い込んだ異物を除去することができる。クリーニングテープ６１に代えて、砥粒を含む研磨層が片面に形成された研磨テープをスクラブ部材として用いてもよい。

基板Ｗのスクラブ処理中は、クリーニングテープ６１は、テープ繰り出しリール６４からテープ巻き取りリール６５に所定の速度で送られる。したがって、常に新しい（未使用の）クリーニングテープ６１の面が基板Ｗに接触する。クリーニングテープ６１は、その終端の近傍にエンドマーク（図示せず）を有している。このエンドマークは、クリーニングテープ６１に近接して配置されたエンドマーク検知センサ７１によって検知されるようになっている。エンドマーク検知センサ７１がクリーニングテープ６１のエンドマークを検知すると、エンドマーク検知センサ７１から検知信号が動作制御部（図示せず）に送られる。検知信号を受け取った動作制御部は、クリーニングテープ６１の交換を促す信号（警報など）を発するようになっている。テープカートリッジ６０は、別々に取り外しが可能となっており、簡単な操作でテープカートリッジ６０を交換することが可能となっている。

スクラバー５０の退避位置は基板回転機構１０の外側にあり、スクラバー５０は退避位置と処理位置との間を移動する。スクラバー５０の退避位置には、純水が貯留されたバス（図示せず）が設置されている。スクラバー５０が退避位置にあるときは、クリーニングテープ６１の乾燥を防止するために、スクラバー５０の下面（スクラブ面）が浸水される。バスの純水は、スクラバー５０が基板Ｗの表面処理を行うたびに入れ替えられ、常に清浄な状態に維持される。

次に、本実施形態の基板処理装置の動作について説明する。スクラバー５０は、基板回転機構１０の外側の退避位置に移動される。この状態で、基板Ｗは、図示しない搬送機により基板回転機構１０の上方に搬送される。上記リフト機構３０によりチャック１１が上昇し、基板Ｗがチャック１１の上端に載置される。チャック１１が下降すると、チャック１１のクランプ４０により基板Ｗが把持される。基板Ｗは、デバイスが形成されていない面が上を向き、デバイスが形成されている面が下を向くように、基板回転機構１０に保持される。処理目的によっては、デバイスが形成されている面が上を向き、デバイスが形成されていない面が下を向くように、基板Ｗを基板回転機構１０に保持させてもよい。

スクラバー５０は退避位置から処理位置に移動される。基板Ｗは、基板回転機構１０により所定の速度で回転される。スクラバー５０による表面処理時の基板Ｗの好ましい回転速度は、３００〜６００ｍｉｎ^−１である。支持ステージ９１は、その基板支持面９１ａが基板Ｗの下面に近接するまでステージ昇降機構９８により上昇される。この状態で、流体（好ましくは純水）が流体排出口９４に連続的に供給され、流体圧により基板Ｗが支持される。

スクラバー５０はスクラバー回転機構５８により回転されつつ、クリーニングテープ６１が基板Ｗの上面に近接した位置までスクラバー昇降機構５６により下降される。さらに、エアシリンダ５７によりクリーニングテープ６１が基板Ｗの上面に押し付けられる。スクラバー５０と基板Ｗは同じ方向に回転される。基板Ｗの上面に洗浄液供給ノズル２７から処理液として純水が供給されつつ、基板Ｗの上面は、回転するクリーニングテープ６１から構成されるスクラブ面により処理される。純水に代えて、砥粒を含む研磨液を処理液として使用してもよい。あるいは、表面に砥粒が付着したクリーニングテープを使用してもよい。また、処理液を使用しないで、ドライな状態でクリーニングテープ６１を基板Ｗに摺接してもよい。

スクラブ処理中は、基板Ｗはその下方から静圧支持機構９０により支持されており、この状態でスクラバー５０は、その軸心を中心として複数のクリーニングテープ６１を回転させながら、該クリーニングテープ６１を基板Ｗの上面に摺接させる。これにより、基板Ｗの上面に付着している異物やウェハ面上の傷を除去することができる。基板Ｗは静圧支持機構９０により支持されているので、スクラバー５０は大きな荷重でクリーニングテープ６１を基板Ｗに摺接させることができる。したがって、従来の洗浄装置では除去することができなかった比較的大きな異物や、基板Ｗの表面に食い込んだ異物を除去することができる。

基板Ｗのスクラブ処理終了後、スクラバー５０は退避位置に移動されるとともに、支持ステージ９１への流体供給が停止される。さらに、ステージ昇降機構９８により支持ステージ９１が所定の位置まで下降する。支持ステージ９１の下降後、基板Ｗを回転させながら、基板Ｗの上面には洗浄液としての純水が上記洗浄液供給ノズル２７から供給され、スクラブ処理で発生した屑が洗い流される。

洗浄された基板Ｗは、基板回転機構１０により高速で回転され、基板Ｗがスピン乾燥される。乾燥時の基板Ｗの回転速度は、１５００〜３０００ｍｉｎ^−１である。中空状の基板回転機構１０では乾燥時の基板Ｗの下方には、回転する部材が存在しないので、基板Ｗへの水はねによるウォーターマークや異物の付着が防止される。基板Ｗの乾燥後、リフト機構３０によりチャック１１が上昇し、基板Ｗがチャック１１からリリースされる。そして、図示しない搬送機により基板Ｗが基板処理装置から取り出される。このように、本実施形態の基板処理装置は、基板Ｗを基板回転機構１０に保持したままで、基板Ｗのスクラブ、洗浄（リンス）、および乾燥を連続して行うことができる。したがって、搬送中における基板Ｗへの異物の付着や、ウエット状態での基板Ｗから搬送経路への汚れ拡散を防止することができる。さらに、プロセスタクトタイムを短縮することができる。

以下、基板回転機構１０の構成についてさらに詳細に説明する。図３１（ａ）は、チャック１１のクランプ４０を示す平面図であり、図３１（ｂ）はクランプ４０の側面図である。クランプ４０は、チャック１１の上端に形成されている。このクランプ４０は、円筒形状を有し、基板Ｗの周縁部に当接することにより基板Ｗを把持する。チャック１１の上端には、クランプ４０からチャック１１の軸心に向かって延びる位置決め部４１がさらに形成されている。位置決め部４１の一端はクランプ４０の側面に一体的に接続され、他端はチャック１１の軸心上に位置している。この位置決め部４１の中心側の端部は、チャック１１と同心の円に沿って湾曲した側面４１ａを有している。チャック１１の上端は、下方に傾斜するテーパ面となっている。

図３２（ａ）はクランプ４０が基板Ｗを把持した状態を示す平面図であり、図３２（ｂ）はクランプ４０が基板Ｗを解放した状態を示す平面図である。基板Ｗは、チャック１１の上端（テーパ面）上に載置され、そして、チャック１１を回転させることにより、クランプ４０を基板Ｗの周縁部に当接させる。これにより、図３２（ａ）に示すように、基板Ｗがクランプ４０に把持される。チャック１１を反対方向に回転させると、図３２（ｂ）に示すように、クランプ４０が基板Ｗから離れ、これにより基板Ｗが解放される。このとき、基板Ｗの周縁部は、位置決め部４１の中心側端部の側面４１ａに接触する。したがって、位置決め部４１の側面４１ａによって、チャック１１の回転に伴う基板Ｗの変位を制限することができ、その後のウェハ搬送の安定性を向上させることができる。

図３３（ａ）は、図２６のＡ−Ａ線断面図であり、図３３（ｂ）は図３３（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。回転基台１６の突出部１６ａには上下に延びる貫通孔が形成されており、この貫通孔にチャック１１が挿入されている。貫通孔の直径はチャック１１の直径よりも僅かに大きく、したがってチャック１１は回転基台１６に対して上下方向に相対移動可能となっており、さらにチャック１１は、その軸心周りに回転可能となっている。

チャック１１の下部には、ばねストッパー１１ａが取り付けられている。チャック１１の周囲にはばね１８が配置されており、ばねストッパー１１ａによってばね１８が支持されている。ばね１８の上端は回転基台１６の突出部１６ａを押圧している。したがって、ばね１８によってチャック１１には下向きの力が作用している。チャック１１の外周面には、貫通孔の直径よりも大きい径を有するチャックストッパー１１ｂが形成されている。したがって、チャック１１は、図３３（ａ）に示すように、下方への移動がチャックストッパー１１ｂによって制限される。

回転基台１６には第１の磁石４３が埋設されており、この第１の磁石４３はチャック１１の側面に対向して配置されている。チャック１１には第２の磁石４４および第３の磁石４５が配置されている。これら第２の磁石４４および第３の磁石４５は、上下方向に離間して配列されている。これらの第１〜第３の磁石４３，４４，４５としては、ネオジム磁石が好適に用いられる。

図３４は、第２の磁石４４と第３の磁石４５の配置を説明するための模式図であり、チャック１１の軸方向から見た図である。図３４に示すように、第２の磁石４４と第３の磁石４５とは、チャック１１の周方向においてずれて配置されている。すなわち、第２の磁石４４とチャック１１の中心とを結ぶ線と、第３の磁石４５とチャック１１の中心とを結ぶ線とは、チャック１１の軸方向から見たときに所定の角度αで交わっている。

チャック１１が、図３３（ａ）に示す下降位置にあるとき、第１の磁石４３と第２の磁石４４とが互いに対向する。このとき、第１の磁石４３と第２の磁石４４との間には引き合う力が働く。この引力は、チャック１１にその軸心周りに回転する力を与え、その回転方向は、クランプ４０が基板Ｗの周端部を押圧する方向である。したがって、図３３（ａ）に示す下降位置は、基板Ｗを把持するクランプ位置となる。

図３５（ａ）は、リフト機構３０によりチャック１１を上昇させたときの図２６のＡ−Ａ線断面図であり、図３５（ｂ）は図３５（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。リフト機構３０によりチャック１１を図３５（ａ）に示す上昇位置まで上昇させると、第１の磁石４３と第３の磁石４５とが対向し、第２の磁石４４は第１の磁石４３から離間する。このとき、第１の磁石４３と第３の磁石４５との間には引き合う力が働く。この引力はチャック１１にその軸心周りに回転する力を与え、その回転方向は、クランプ４０が基板Ｗから離間する方向である。したがって、図３５（ａ）に示す上昇位置は、基板をリリースするアンクランプ位置である。

第２の磁石４４と第３の磁石４５とはチャック１１の周方向においてずれた位置に配置されているので、チャック１１の上下移動に伴ってチャック１１には回転力が作用する。この回転力によってクランプ４０に基板Ｗを把持する力と基板Ｗを解放する力が与えられる。したがって、チャック１１を上下させるだけで、基板Ｗを把持し、かつ解放することができる。このように、第１の磁石４３、第２の磁石４４、および第３の磁石４５は、チャック１１をその軸心周りに回転させてクランプ４０により基板Ｗを把持する把持機構として機能する。この把持機構は、チャックの上下動によって動作する。

チャック１１の側面には、その軸心に沿って延びる溝４６が形成されている。この溝４６は円弧状の水平断面を有している。回転基台１６の突出部１６ａには、溝４６に向かって突起する突起部４７が形成されている。この突起部４７の先端は、溝４６の内部に位置しており、突起部４７は溝４６に緩やかに係合している。この溝４６および突起部４７は、チャック１１の回転角度を制限するために設けられている。

今まで述べた実施形態では、スクラバー５０はウェハの上側に配置され、静圧支持機構９０はウェハの下側に配置されているが、スクラバー５０をウェハの下側に配置し、静圧支持機構９０をウェハの上側に配置してもよい。

処理対象となる基板としては、デバイスウェハやガラス基板が挙げられる。本発明によれば、基板を流体圧により支持することができるので、基板を撓ませることなく該基板を処理することができる。したがって、様々なサイズの基板を処理することができる。例えば、直径１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍのウェハを処理することが可能である。また、サイズの大きなガラス基板を処理することも可能である。

これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。

４ 処理制御部
１０ 基板回転機構
１１ チャック
１２ 中空モータ
１４ 静止部材
１６ 回転基台
１８ ばね
２０ アンギュラコンタクト玉軸受
２５ 回転カバー
２７ 洗浄液供給ノズル
３０ リフト機構
３１ リングステージ
３２ ロッド
３３ エアシリンダ
４０ クランプ
４１ 位置決め部
４３，４４，４５ 磁石
４６ 溝
４７ 突起部
５０ スクラバー
５１ スクラバーシャフト
５３ 揺動アーム
５４ 揺動軸
５５ 軸回転機構
５６ スクラバー昇降機構
５７ エアシリンダ
５８ スクラバー回転機構
６０ テープカートリッジ
６１ クリーニングテープ（スクラブ部材）
６２ 押圧部材
６３ 付勢機構
６４ テープ繰り出しリール
６５ テープ巻き取りリール
６６ ホルダー
６７ テープ巻き取り軸
６９，７０ かさ歯車
７１ エンドマーク検知センサ
９０ 静圧支持機構
９１ 支持ステージ
９２ 流体供給路
９３ 支持軸
９４ 流体排出口
９６ 流体供給源
９８ ステージ昇降機構
１０３ 距離センサ
１０４ センサターゲット
１０５ センサ移動機構
１０６ 流量調整弁
１０８ 膜厚センサ
１１３ 弾性部材
１１４ 硬質部材
１１６ 圧力調整ライン
１１８ 球面軸受
１３５ 押圧プレート
１３６ 平板
１３７ 軟質パッド
１３９ 相対移動機構

Claims (26)

1. スクラブ部材を基板の第１の面に摺接させて該基板の表面処理を行うスクラバーと、
   前記第１の面とは反対側の前記基板の第２の面を流体を介して非接触に支持する静圧支持機構と、
   前記スクラバーと前記静圧支持機構との距離を測定する少なくとも１つの距離センサと、
   前記距離の測定値から前記静圧支持機構と前記基板の第２の面との間の隙間を算出し、前記隙間が所定の範囲以内にあるか否かを決定する処理制御部とを備えたことを特徴とする基板処理装置。
2. 前記処理制御部は、前記距離の初期の測定値から現在の測定値を減算することにより、前記スクラブ部材によって表面処理された前記基板の厚さの減少量を決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。
3. 前記少なくとも１つの距離センサは、前記基板の半径方向に沿って配置された複数の距離センサであり、
   前記処理制御部は、
   前記複数の距離センサによって取得された前記距離の複数の測定値から、前記静圧支持機構と前記基板の第２の面との間の複数の隙間を算出し、
   前記算出された複数の隙間が前記所定の範囲以内にあるか否かを決定し、
   前記距離の複数の初期測定値から対応する複数の現在の測定値をそれぞれ減算することにより、前記スクラブ部材によって表面処理された前記基板の厚さの減少量分布を取得することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
4. 前記少なくとも１つの距離センサは、前記基板の半径方向に沿って移動可能な距離センサであり、
   前記処理制御部は、
   前記距離センサによって複数の測定点で取得された前記距離の複数の測定値から、前記静圧支持機構と前記基板の第２の面との間の複数の隙間を算出し、
   前記算出された複数の隙間が前記所定の範囲以内にあるか否かを決定し、
   前記距離の複数の初期測定値から対応する複数の現在の測定値をそれぞれ減算することにより、前記スクラブ部材によって表面処理された前記基板の厚さの減少量分布を取得することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
5. スクラブ部材を基板の第１の面に摺接させて該基板の表面処理を行うスクラバーと、
   前記第１の面とは反対側の前記基板の第２の面を流体を介して非接触に支持する静圧支持機構と、
   前記スクラバーと前記静圧支持機構との距離を測定する少なくとも１つの距離センサと、
   前記距離の初期の測定値から現在の測定値を減算することにより、前記スクラブ部材によって表面処理された前記基板の厚さの減少量を決定する処理制御部とを備えたことを特徴とする基板処理装置。
6. 前記処理制御部は、前記距離の測定値から前記静圧支持機構と前記基板の第２の面との間の隙間を算出し、前記算出された隙間が所定の範囲以内にあるか否かを決定することを特徴とする請求項５に記載の基板処理装置。
7. 前記少なくとも１つの距離センサは、前記基板の半径方向に沿って配置された複数の距離センサであり、
   前記処理制御部は、前記複数の距離センサによって複数の測定点で取得された前記距離の複数の初期測定値から対応する複数の現在の測定値をそれぞれ減算することにより、前記スクラブ部材によって表面処理された前記基板の厚さの減少量分布を取得することを特徴とする請求項５に記載の基板処理装置。
8. 前記少なくとも１つの距離センサは、前記基板の半径方向に沿って移動可能な距離センサであり、
   前記処理制御部は、前記距離センサによって取得された前記距離の複数の初期測定値から対応する複数の現在の測定値をそれぞれ減算することにより、前記スクラブ部材によって表面処理された前記基板の厚さの減少量分布を取得することを特徴とする請求項５に記載の基板処理装置。
9. スクラブ部材を基板の第１の面に摺接させて該基板の表面処理を行うスクラバーと、
   前記第１の面とは反対側の前記基板の第２の面を流体を介して非接触に支持する基板支持面を有し、該基板支持面で開口する複数の流体排出口を有する静圧支持機構と、
   前記基板と前記静圧支持機構との距離を測定する複数の距離センサと、
   前記複数の距離センサによって取得された前記距離の複数の測定値が所定の範囲以内にあるか否かを決定する処理制御部とを備えたことを特徴とする基板処理装置。
10. 前記複数の距離センサは、少なくとも３つの距離センサであることを特徴とする請求項９に記載の基板処理装置。
11. 前記少なくとも３つの距離センサは、所定の中心点のまわりに等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の基板処理装置。
12. 前記処理制御部は、前記距離の複数の測定値の変化から、前記スクラブ部材が前記基板の第１の面に接触したことを検出することを特徴とする請求項９に記載の基板処理装置。
13. 前記複数の流体排出口に供給される流体の流量を調整する複数の流量調整弁をさらに備え、
    前記処理制御部は、前記複数の距離センサによって取得された前記距離の複数の測定値に基づいて、前記複数の流量調整弁の動作を制御することを特徴とする請求項９に記載の基板処理装置。
14. スクラブ部材を基板の第１の面に摺接させて該基板の表面処理を行うスクラバーと、
    前記第１の面とは反対側の前記基板の第２の面を流体を介して非接触に支持する基板支持面を有し、該基板支持面で開口する複数の流体排出口を有する静圧支持機構と、
    前記複数の流体排出口にそれぞれ向き合うように配置された、前記基板の膜厚を測定する複数の膜厚センサと、
    前記複数の流体排出口に供給される流体の流量を調整する複数の流量調整弁と、
    前記複数の膜厚センサによって取得された前記膜厚の複数の測定値に基づいて、前記複数の流量調整弁の動作を制御する処理制御部とを備えたことを特徴とする基板処理装置。
15. 前記複数の膜厚センサは、前記スクラバーに設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の基板処理装置。
16. 前記複数の流体排出口は、前記静圧支持機構に支持された前記基板の半径方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項１４に記載の基板処理装置。
17. スクラブ部材を基板の第１の面に摺接させて該基板の表面処理を行うスクラバーと、
    前記第１の面とは反対側の前記基板の第２の面を流体を介して非接触に支持する静圧支持機構とを備え、
    前記スクラバーは、前記スクラブ部材を支持する変形自在な複数の弾性部材を有することを特徴とする基板処理装置。
18. 前記スクラブ部材は複数設けられており、前記複数のスクラブ部材のそれぞれは、前記複数の弾性部材によって支持されていることを特徴とする請求項１７に記載の基板処理装置。
19. 前記スクラバーは、前記弾性部材よりも硬質な硬質部材をさらに有し、
    前記弾性部材は、前記硬質部材に固定されていることを特徴とする請求項１７に記載の基板処理装置。
20. 前記スクラバーは、前記弾性部材よりも硬質な硬質部材をさらに有し、
    前記硬質部材は前記弾性部材と前記スクラブ部材との間に配置されていることを特徴とする請求項１７に記載の基板処理装置。
21. 前記弾性部材は、内部に気体が封入されたエアバッグであることを特徴とする請求項１７に記載の基板処理装置。
22. 複数のスクラブ部材を基板の第１の面に摺接させて該基板の表面処理を行うスクラバーと、
    前記第１の面とは反対側の前記基板の第２の面を流体を介して非接触に支持する静圧支持機構を備え、
    前記スクラバーは、前記複数のスクラブ部材をそれぞれ傾動可能とする複数の球面軸受を備えたことを特徴とする基板処理装置。
23. 前記スクラバーは、前記複数のスクラブ部材を保持するホルダーを備えており、
    前記複数の球面軸受は、前記ホルダーと前記複数のスクラブ部材との間に配置されていることを特徴とする請求項２２に記載の基板処理装置。
24. スクラブ部材を基板の第１の面に摺接させて該基板の表面処理を行うスクラバーと、
    前記第１の面とは反対側の前記基板の第２の面を流体を介して非接触に支持する静圧支持機構とを備え、
    前記スクラバーは、前記静圧支持機構に支持された前記基板の第１の面と平行な基板接触面を有する押圧プレートを有し、
    前記押圧プレートの基板接触面は、前記スクラバーで前記基板の表面処理を行っている間、前記基板の第１の面に接触することを特徴とする基板処理装置。
25. 前記押圧プレートの基板接触面は、軟質パッドから構成されていることを特徴とする請求項２４に記載の基板処理装置。
26. 前記スクラバーは、前記押圧プレートを前記スクラブ部材に対して移動させる相対移動機構をさらに有し、該相対移動機構は、前記押圧プレートを前記基板の第１の面に対して近接および離間する方向に移動させることを特徴とする請求項２４に記載の基板処理装置。

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