JP6308141B2 - 基板処理装置、基板処理方法、及び記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、基板に種類の異なる処理液を供給して処理を行う技術に関する。

半導体ウエハなどの基板（以下、ウエハという）に処理液を供給して処理を行う工程には、種類の異なる処理液を、順次、切り替えて供給するものがある。例えば、薬液による処理が行われた後のウエハにＤＩＷ（Deionized Water）などのリンス液を供給してリンス処理を行う場合や、リンス処理後のウエハを乾燥する際に、揮発性の高いＩＰＡ（Isopropyl Alcohol）を供給する場合などには、ウエハ表面に存在する処理液（第１処理液）を、後から供給する処理液（第２処理液）によって十分に置換する必要がある。

このような処理液の置換操作に関し、処理液の消費量や、処理時間の観点から、ウエハの表面に存在する処理液（第１処理液）が、後から供給された処理液（第２処理液）に置換されたことを把握することが必要とされている。例えば引用文献１には、回転するウエハに供給された純水（リンス液）をＩＰＡに置換する際に、ウエハの表面に形成されたＩＰＡの液面にプリズムを接液させ、このプリズムから出射した光をＩＰＡに通過、反射させて受光し、所定の波長成分の減衰に基づいて水分濃度を算出することでＩＰＡに置換されたかを検出する技術が記載されている。

特開２００９−２１８４０２号公報：段落００２８〜００３１、図１

引用文献１に記載の技術によれば、ウエハ表面上のＩＰＡ中の水分濃度を検出し、その結果に基づいてＩＰＡを停止するタイミングを把握している。
しかしながら、ウエハには撓みが生じる場合があり、光の反射位置が変化すると正確な濃度検出を行うことができない。また、ウエハの表面に形成されたパターンによる光の乱反射も正確な濃度検出を妨げる要因となる。更には、処理液の液面にプリズムを接液させる行為は、ウエハの汚染を引き起こす要因ともなる。

本発明は、処理液による基板処理中の処理液濃度を正確に検出することができる技術を提供するものである。

本発明の基板処理装置は、基板を水平に保持する基板保持部と、
前記基板保持部に保持された基板に第１処理液を供給する第１処理液供給部と、
前記基板保持部に保持された基板の周囲に設けられ、基板に供給された後の前記第１処理液を受け入れる回収カップと、
前記基板保持部に保持された基板と前記回収カップとの間に設けられ、当該基板から流れ出た第１処理液が流れる通流面を備えた処理液通流部と、
前記通流面に濃度検出用の光を照射する投光部と前記通流面に反射した反射光を受光する受光部とを含み、前記受光部からの情報に基づいて、前記通流面を流れる処理液の濃度を検出する濃度検出部と、を備えたことを特徴とする。

前記基板処理装置は、下記の構成を備えていてもよい。
（ａ）前記濃度検出部は、複数の前記投光部と、前記複数の投光部に前記濃度検出用の光を供給する光源部と、前記光源部から供給する前記濃度検出用の光の供給先を前記複数の投光部の間で切り替える切替部を含むこと。
（ｂ）前記第１処理液が供給された後の基板に第２処理液を供給する第２処理液供給部と、前記第２処理液供給部からの第２処理液の供給制御を行う制御部と、を備え、前記制御部は、前記第２処理液の供給が開始された後の濃度検出部の濃度検出結果に基づいて前記基板表面上の前記第１処理液が前記第２処理液に置換されたことを判断し、前記第２処理液の供給制御を行うこと。このとき、前記濃度検出部は、前記第２処理液供給部から第２処理液を供給している際に、前記第１処理液の濃度を検出、または前記第２処理液の濃度を検出、または前記第１処理液の濃度および前記第２処理液の濃度を検出すること。
（ｃ）前記基板保持部を鉛直軸周りに回転させる回転駆動機構を備え、前記処理液通流部は、前記基板保持部に保持された基板を前記通流面が囲繞するように設けられていること。このとき、前記処理液通流部は、前記基板保持部に設けられ、前記基板保持部に保持された基板とともに回転すること。または、前記基板保持部を鉛直軸周りに回転させる回転駆動機構を備え、前記処理液通流部は、前記基板保持部に保持されて回転する基板の外周側に前記通流面が位置するように、固定して設けられていること。
（ｄ）前記制御部は、前記第１処理液の濃度が、予め設定したしきい値以下となったら、前記第２処理液供給部からの第２処理液の供給を停止することを実行させること。さらに、前記制御部は、前記第１処理液の濃度が、前記予め設定したしきい値以下となったときの第２処理液の供給時間を記憶し、その記憶した時間を、次の基板を処理する際の第２処理液の供給時間と設定すること。また、前記光学式濃度検出部にて検出された第１処理液の濃度が予め設定されたアラーム発報値よりも高い場合に、アラームを発報するアラーム発報部を備え、前記制御部は、予め設定された時間の経過後、前記第１処理液の濃度が前記アラーム発報値以下とならない場合に、前記アラーム発報部からアラームを発報することと、を実行させること。
（ｅ）前記通流面には、濃度検出用の光を反射する反射部材が設けられていること。前記通流面を流れる処理液には腐食性を有するものが含まれ、前記反射部材が金属製であって、当該反射部材の表面が前記濃度検出用の光を透過させ、前記反射部材の腐食を防止するための保護部材で覆われていること。
（ｆ）前記回収カップは、前記投光部及び受光部が取り付け可能であること。前記投光部及び受光部は、前記基板保持部に保持された基板よりも上方に設けられていること。

本発明は、基板に形成されたパターンや撓みの影響を受けず、処理液による基板処理中の処理液濃度を正確に検出することができる。

本発明の実施の形態に係る処理ユニットを備えた基板処理システムの概要を示す平面図である。 前記処理ユニットの概要を示す縦断側面図である。 処理液の濃度検出部を備えた前記処理ユニットの拡大縦断側面図である。 前記処理ユニットの拡大平面図である。 不使用時における投光部及び受光部の拡大側面図である。 使用時における投光部及び受光部の拡大側面図である。 前記濃度検出部を備えた基板処理システムのブロック図である。 前記濃度検出部にて検出される吸光度分布の一例を示す模式図である。 前記処理ユニットにて実行される基板処理の流れを示す説明図である。 前記処理ユニットの作用を示す説明図である。 ウエハに供給された処理液の濃度の経時変化を示す説明図である。 第２の実施の形態に係る処理ユニットの拡大縦断側面図である。 第２の実施の形態に係る処理ユニットの拡大平面図である。 第３の実施の形態に係る処理ユニットの縦断側面図である。

図１は、本実施形態に係る基板処理システムの概略構成を示す図である。以下では、位置関係を明確にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を規定し、Ｚ軸正方向を鉛直上向き方向とする。

図１に示すように、基板処理システム１は、搬入出ステーション２と、処理ステーション３とを備える。搬入出ステーション２と処理ステーション３とは隣接して設けられる。

搬入出ステーション２は、キャリア載置部１１と、搬送部１２とを備える。キャリア載置部１１には、複数枚の基板、本実施形態では半導体ウエハ（以下ウエハＷ）を水平状態で収容する複数のキャリアＣが載置される。

搬送部１２は、キャリア載置部１１に隣接して設けられ、内部に基板搬送装置１３と、受渡部１４とを備える。基板搬送装置１３は、ウエハＷを保持するウエハ保持機構を備える。また、基板搬送装置１３は、水平方向および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能であり、ウエハ保持機構を用いてキャリアＣと受渡部１４との間でウエハＷの搬送を行う。

処理ステーション３は、搬送部１２に隣接して設けられる。処理ステーション３は、搬送部１５と、複数の処理ユニット１６とを備える。複数の処理ユニット１６は、搬送部１５の両側に並べて設けられる。

搬送部１５は、内部に基板搬送装置１７を備える。基板搬送装置１７は、ウエハＷを保持するウエハ保持機構を備える。また、基板搬送装置１７は、水平方向および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能であり、ウエハ保持機構を用いて受渡部１４と処理ユニット１６との間でウエハＷの搬送を行う。

処理ユニット１６は、基板搬送装置１７によって搬送されるウエハＷに対して所定の基板処理を行う。

また、基板処理システム１は、制御装置４を備える。制御装置４は、たとえばコンピュータであり、制御部１８と記憶部１９とを備える。記憶部１９には、基板処理システム１において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部１８は、記憶部１９に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって基板処理システム１の動作を制御する。

なお、かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御装置４の記憶部１９にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体としては、たとえばハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリカードなどがある。

上記のように構成された基板処理システム１では、まず、搬入出ステーション２の基板搬送装置１３が、キャリア載置部１１に載置されたキャリアＣからウエハＷを取り出し、取り出したウエハＷを受渡部１４に載置する。受渡部１４に載置されたウエハＷは、処理ステーション３の基板搬送装置１７によって受渡部１４から取り出されて、処理ユニット１６へ搬入される。

処理ユニット１６へ搬入されたウエハＷは、処理ユニット１６によって処理された後、基板搬送装置１７によって処理ユニット１６から搬出されて、受渡部１４に載置される。そして、受渡部１４に載置された処理済のウエハＷは、基板搬送装置１３によってキャリア載置部１１のキャリアＣへ戻される。

図２に示すように、処理ユニット１６は、チャンバ２０と、基板保持機構３０と、処理流体供給部４０と、回収カップ５０とを備える。

チャンバ２０は、基板保持機構３０と処理流体供給部４０と回収カップ５０とを収容する。チャンバ２０の天井部には、ＦＦＵ（Fan Filter Unit）２１が設けられる。ＦＦＵ２１は、チャンバ２０内にダウンフローを形成する。

基板保持機構３０は、保持部３１と、支柱部３２と、駆動部３３とを備える。保持部３１は、ウエハＷを水平に保持する。支柱部３２は、鉛直方向に延在する部材であり、基端部が駆動部３３によって回転可能に支持され、先端部において保持部３１を水平に支持する。駆動部３３は、支柱部３２を鉛直軸まわりに回転させる。かかる基板保持機構３０は、駆動部３３を用いて支柱部３２を回転させることによって支柱部３２に支持された保持部３１を回転させ、これにより、保持部３１に保持されたウエハＷを回転させる。

処理流体供給部４０は、ウエハＷに対して処理流体を供給する。処理流体供給部４０は、処理流体供給源７０に接続される。

回収カップ５０は、保持部３１を取り囲むように配置され、保持部３１の回転によってウエハＷから飛散する処理液を捕集する。回収カップ５０の底部には、排液口５１が形成されており、回収カップ５０によって捕集された処理液は、かかる排液口５１から処理ユニット１６の外部へ排出される。また、回収カップ５０の底部には、ＦＦＵ２１から供給される気体を処理ユニット１６の外部へ排出する排気口５２が形成される。

本実施の形態に係る基板処理装置である基板処理システム１において、各処理ユニット１６の処理流体供給部４０からは、処理流体として、複数種類の処理液（例えば薬液、リンス液、及びＩＰＡ）が切り替えて供給される。各処理ユニット１６においては、光学式の濃度検出部を用いてウエハＷに供給された処理液の濃度を検出することができる。
以下、図３〜図８を参照しながら処理液の濃度を検出する手法について説明する。

図３、図４は、図２に示した処理ユニット１６において、ウエハＷを保持する保持部（基板保持部）３１の周縁部を拡大した縦断側面図及び平面図である。
これらの図に示すように、保持部３１の上面側の周縁部には、ウエハＷを支持する複数の支持ピン３１１が設けられている。ウエハＷはこの支持ピン３１１に支持され、保持部３１の上面との間に隙間が形成される高さ位置にて処理が行われる。

支持ピン３１１に支持されたウエハＷの側方には、ウエハＷから流れ出た処理液を案内する回転リング５３が保持部３１上に設けられている。回転リング５３は、上面側から見て円環状の部材であり、ウエハＷの側周面との間に０．５〜５ｍｍ程度の隙間を空けて、ウエハＷを囲繞するように配置されている。言い替えると、回転リング５３は、保持部３１に保持されたウエハＷと、回収カップ５０との間に設けられていることになる。

図３の縦断側面図に示すように、回転リング５３の上面及び下面には、ウエハＷの側周面に対向する内側の位置から、回収カップ５０が配置されている外方側の位置へ向けて、その高さ位置が次第に低くなる傾斜面が形成されている。

さらに、回転リング５３の上方には、ウエハＷから流れ出た処理液やＦＦＵ２１から供給された気体を、前記回転リング５３と共に回収カップ５０へ向けて案内する円環状の部材である回転カップ５４が設けられている。回転カップ５４は、回転リング５３の上面との間に隙間を形成する位置に、当該回転リング５３を上方側から覆うように配置されている。また回転リング５３と同様に、回転カップ５４の下面には、内側から外側へ向けてその高さ位置が次第に低くなる傾斜面が形成されている。
上述の回転リング５３及び回転カップ５４は、保持部３１の上面から上方へ向けて伸延するように設けられ、当該保持部３１の周方向に沿って互いに間隔を開けて配置された複数の支持部材５５によって支持されている。

かかる構成により、各種処理液は、処理流体供給部４０から回転するウエハＷに供給された後、ウエハＷの表面を広がり、ウエハＷの周縁から外側へ向けて流れ出る。そして、当該処理液が流れ出す位置には、上述の回転リング５３が設けられているので、ウエハＷから流れ出た処理液は、この回転リング５３の上面を流れ、回転リング５３と回転カップ５４との隙間を通った後、回収カップ５０へ向けて排出される。

本実施の形態に係る処理ユニット１６においては、ウエハＷから流れ出た直後の処理液が流れる一方、撓みが発生するウエハＷとは異なり、その配置高さが固定されている回転リング５３に着目し、この回転リング５３を利用して処理液の濃度の検出を行う。

詳細には、図３、図４に示すように、回転リング５３の上方側に配置された回転カップ５４、及び回収カップ５０の上面部は、その内周側の端部が、ウエハＷを囲繞する回転リング５３の内周端よりも外側に位置している。この結果、本例の処理ユニット１６においては、回収カップ５０の上方側から見降ろしたとき、ウエハＷから流れ出た直後の処理液が通流する領域（以下、「通流面」ともいう）である回転リング５３の内周側の端部が露出した状態となっている。

そこで、回転リング５３の前記通流面に向けて処理液の濃度検出用の光を照射し、その反射光を受光し、これら処理液の濃度を検出することができる。
本発明の処理ユニット１６は、処理液の濃度検出を行う光学式濃度検出部を備え、この光学式濃度検出部によって処理液の濃度を検出する領域として、既述の回転リング５３を活用している。

光学式の濃度検出に適した表面状態を形成するため、本例の回転リング５３には反射部材５３１が設けられている。光学式の濃度検出を行うためには、当該領域に照射された光が十分に反射しなければならない。そこで、回転リング５３の周方向に沿って、処理液の通流面に溝を形成し、そこに薄い金属製の円環状の部材からなる反射部材５３１を埋め込んで光を反射しやすくしている。なお、図４には反射部材５３１が配置されている領域を灰色で塗り潰して示してある。

一方で、後述するように、処理液としてウエハＷに供給される薬液の中には、フッ酸やアンモニアなど金属を腐食させる腐食性の物質を含む場合がある。そこで前記反射部材５３１の上面側の溝部内には、濃度検出用の光を透過させ、且つ、腐食性の物質に対して耐食性を有する物質、例えば石英や透明な樹脂などからなる円環状の部材である保護部材５３２が設けられている。保護部材５３２の上面は、他の領域の回転リング５３の上面と面一になっており、処理液の通流を妨げない滑らかな面が形成されている。

次に、処理液の濃度検出を行う光学式濃度検出部の構成について説明する。図７のブロック図に示すように、光学式濃度検出部は、回転リング５３に向けて濃度検出用の光を照射する投光部６１と、回転リング５３にて反射した光を受光する受光部６２と、受光部６２にて受光した光に含まれる所定の波長成分の吸光度に基づいて、処理液の濃度を算出する濃度算出部６０４とを備えている。

図７のブロック図に示すように、本例の基板処理システム１においては、複数の処理ユニット１６の各々に投光部６１及び受光部６２が設けられている。一方で、濃度算出部６０４はこれらの処理ユニット１６に共通して例えば１つ設けられている。そして各処理ユニット１６の投光部６１及び受光部６２は、光ファイバー６１３、６２３を介して光信号処理部６０３に接続され、この光信号処理部６０３が前記濃度算出部６０４に接続されている。なお、図７に記載の例に替えて、各処理ユニット１６に設けられた一対の投光部６１及び受光部６２に対して１台ずつ光信号処理部６０３を設け、これらの光信号処理部６０３を共通の濃度算出部６０４に接続してもよい。

光信号処理部６０３は、濃度検出用の光を発生する光源部６０３ａと、光を受信して信号処理する光処理部６０３ｂと、複数の投光部６１に繋がった光ファイバー６１３に、前記光源部で発生した光が所定の処理ユニット１６の投光部６１に供給されるように供給先を切り替え、また光ファイバー６２３を介して受光部６２から受光した光を前記光処理部に導入する切替部６０３ｃとを備える。
濃度算出部６０４は、光信号処理部６０３から出力された信号を基に処理液の濃度を算出する。

また図４〜図６に示すように、処理ユニット１６のチャンバ２０内には、反射部材５３１が設けられている領域である回転リング５３の通流面へ向けて、濃度検出用の光を照射する位置に投光部６１が配置され、この通流面で反射された光が入射する位置に受光部６２が配置されている。このように、投光部６１及び受光部６２は、保持部３１に保持されたウエハＷよりも上方に設けられる。例えば回収カップ５０は、これら投光部６１及び受光部６２を取り付け可能な取り付け部材（不図示）を備える。

図５、図６に示すように、投光部６１及び受光部６２には、ウエハＷに供給される処理液が光の投光面や受光面に付着することを防止するための開閉式のシャッター６１１、６１２が設けられている。各シャッター６１１、６１２は、駆動部６２２、６１２によって回転して、投光面及び受光面を覆う位置（図５）と、これらの面を露出させる位置（図６）との間を移動する。処理液の濃度の検出は、これら投光面及び受光面を露出させた状態で行われる。なお、図５、図６以外の図では、シャッター６１１、６１２などの記載は省略してある。

投光部６１には、光信号処理部６０３から供給された濃度検出用の光が光ファイバー６１３を介して入力され、投光部６１の投光面に設けられたレンズ(不図示)を介して回転リング５３に照射される。投光部６１は、ウエハＷの搬入出動作や処理液供給時の処理流体供給部４０の移動動作と干渉しない位置に固定して設けられ、濃度検出用の光の照射位置は移動しない。

投光部６１から照射される光としては、例えば赤外光が用いられ、検出対象の処理液に含まれる成分に特異に吸収される波長の赤外光を混合したスペクトル分布を有する。
受光部６２は、回転リング５３にて反射された濃度検出用の光が入射する位置に固定され、前記反射光が入射するレンズを備える。受光部６２にて受光した光は、光ファイバー６２３を介して光信号処理部６０３に導入される。

各処理ユニット１６の受光部６２を介して受光した光は、光信号処理部６０３内で信号処理され、処理された情報は、光信号処理部６０３内の切替部によって濃度算出部６０４に切り替えて入力される。この結果、当該濃度算出部６０４に接続された処理ユニット１６内のウエハＷについて、処理液の濃度検出が実行される。

ここで図８を参照しながら、先にウエハＷに供給されたＡ成分を含む第１処理液が、Ｂ成分を含む第２処理液によって置換される例を考える。図８（ａ）〜（ｃ）の横軸は各成分の吸収波長［ｎｍ］、縦軸は吸光度［ａｂｓ］である。
図８（ａ）、（ｂ）に模式的に示すように、液体には、その物質によって吸収されやすい固有の波長（例えば近赤外線波長）がある。そこため、濃度検出されるＡ成分に赤外光を照射し、その反射光の吸光度を測定すると、波長Ａの吸光度が大きくなり（図８（ａ））、Ｂ成分では波長Ｂの吸光度が大きくなる（図８（ｂ））。そして図８（ｃ）に示すように、Ａ成分、Ｂ成分の混合溶液においては、各成分の濃度に対応して各波長の吸光度が変化するので、これらの波長の吸光度を測定することにより、各成分の濃度を把握することができる。

濃度算出部６０４は、このような原理に基づき、回転リング５３を流れる処理液中の第１処理液、及び第２処理液の濃度を算出する。ここで、濃度検出用の光が照射／反射される位置における処理液の厚さの変化の影響を相殺するため、濃度算出部６０４は、波長Ａ及び波長Ｂの吸光度の比に基づいて、第２処理液中の第１処理液の濃度を算出する。
なお、図８（ａ）〜（ｃ）は、本例の光学式濃度検出部による濃度検出法の例を分かりやすくするために作成した仮想的な吸光度分布であり、実際に検出される吸光度分布を示すものではない。

図７に示すように、濃度算出部６０４は制御部１８に接続され、この濃度算出部６０４にて算出された処理液の濃度が各種機器の制御に用いられる。
処理液の濃度検出結果を利用した制御の１つ目の例として、薬液の供給を停止するタイミングの制御が挙げられる。

例えば図７に示すように、既述の処理流体供給源７０は、薬液供給部７０ａ、リンス液供給部７０ｂ、及びＩＰＡ供給部７０ｃを備えている。また、処理流体供給部４０は、薬液供給部７０ａから供給された薬液をウエハＷに吐出する薬液ノズル４０ａ、リンス液供給部７０ｂから供給されたリンス液を吐出するリンス液ノズル４０ｂ、及びＩＰＡ供給部７０ｃから供給されたＩＰＡを吐出するＩＰＡノズル４０ｃを備えている。

そして、制御部１８は、各処理ユニット１６に対して、図９に例示する順に、薬液→リンス液→ＩＰＡを切り替えて供給するための操作を行う。具体的には操作を行うための信号を送る。このとき、制御部１８は、ウエハＷに供給された薬液（第１処理液）をリンス液（第２処理液）に置換する操作や、ウエハＷに供給されたリンス液（第１処理液）をＩＰＡ（第２処理液）に置換する操作を行う。この際に、制御部１８は、既述の光学式濃度検出部を用いて第２処理液中の第１処理液の濃度を検出することにより、第２処理液の供給を停止するタイミングを制御する。
即ち、制御部１８は、濃度検出の結果、第２処理液中の第１処理液の濃度が予め設定したしきい値以下の値となったら、第２処理液の供給を停止し、次の工程に進むように制御を行う。

ここで、薬液供給部７０ａから供給される薬液の例を挙げておくと、有機性の汚れやパーティクルを除去するためのＳＣ１（アンモニア水と過酸化水素水との混合水溶液）、金属汚染の除去を行うＳＣ２（塩酸、過酸化水素水及び純水の混合溶液）、金属部材の表面の自然酸化物を除去するためのＤＨＦ（Diluted Hydrofluoric acid）などが挙げられる。これらの酸性やアルカリ性の薬液は、反射部材５３１を腐食させる腐食性の物質となり得るので、その上面に保護部材５３２を配置することにより、反射部材５３１の上面を光が反射されやすい状態に維持することができる。

また、薬液供給部７０ａからは複数種類の薬液を切り替えて供給する構成としてもよい。この場合には、図９に示した処理プロセスは、第１薬液処理（Ｐ１１）、リンス処理（Ｐ２１）を行った後、第２薬液処理（Ｐ１２）、リンス処理（Ｐ２２）を行ってからＩＰＡ供給（Ｐ３）を行う処理手順に変更される。

次いで、処理液の濃度検出結果を利用した制御の２つ目の例として、ＩＰＡ中の水分濃度管理が挙げられる。
図２に示すＦＦＵ２１は、乾燥エアや窒素ガスなどによってダウンフローを形成し、その水分濃度が予め設定された目標値よりも低くなるように制御を行っている。この水分制御に不具合が発生すると、ダウンフローに含まれる水分が上昇し、ウエハＷに供給されたＩＰＡに取り込まれてウォーターマークを発生させる要因にもなる。

そこで、制御部１８は、ウエハＷに供給されたリンス液（第１処理液）をＩＰＡ（第２処理液）に置換する操作において、予め設定した時間の経過後においても、ＩＰＡ中に含まれる水分濃度が所定のアラーム発報値以下とならない場合に、アラーム発報部１８１からアラームを発報する制御を行う。アラームは音声アラームであってもよいし、基板処理システム１に設けられたタッチパネルなどに文字アラームを表示してもよい。またこのとき制御部１８は、アラームが発報したときのＩＰＡの供給時間を記憶し、この記憶した時間を、次のウエハＷを処理する際のＩＰＡの供給時間に設定しなおしてもよい。この場合には、アラームを発報する時間は、新たなＩＰＡの供給時間に所定のマージンを加えた時間が設定し直される。

なお、アラーム発報値の濃度が、リンス液とＩＰＡとの置換を判断するための既述のしきい値よりも低い値に設定されている場合には、アラーム発報の前にＩＰＡの供給が停止されてしまい、アラーム発報の条件が成立しない。この場合には、例えば所定の間隔（例えば所定のウエハＷ処理枚数毎、あるいは所定時間の経過毎）に、ダウンフロー中の水分確認工程を設け、この工程の際には、ＩＰＡ中の水分がしきい値以下となってもＩＰＡの供給を停止せず、アラーム発報に係る所定時間が経過するのを待ってからＩＰＡの供給を停止するシーケンスを採用するとよい。

以上に説明した基板処理システム１（処理ユニット１６）の動作について図９〜図１１を参照しながら説明する。なお、図１１は、濃度算出部６０４にて算出された波長Ｂの吸光度に対する波長Ａの吸光度の比、即ち第２処理液中の第１処理液の濃度の経時変化を模式的に示している。
基板搬送装置１７によって各処理ユニット１６に搬送されてきたウエハＷは、不図示の搬入出口を介してチャンバ２０内に搬入される。基板搬送装置１７は、処理対象のウエハＷを保持部３１の支持ピン３１１上に受け渡した後、チャンバ２０内から退避する。

しかる後、回転駆動機構である駆動部３３及び支柱部３２を介してウエハＷ（保持部３１）の回転を開始し、薬液ノズル４０ａからウエハＷに薬液を供給して処理を開始する（図９の工程Ｐ１）。回転するウエハＷの表面に供給された薬液が広がることにより当該面の処理が実行され、やがて薬液はウエハＷの周縁部に到達する。
図１０に示すように、ウエハＷの周縁部に到達した薬液（処理液Ｌ）は、ウエハＷを囲繞して配置された回転リング５３の上面を流れた後、回転リング５３と回転カップ５４との間の隙間に流れ込み、回収カップ５０へ向けて排出される。
ここで複数の回収カップ５０を同心円状に設け、内側の回収カップ５０を昇降自在に構成し、供給される処理液の種類に応じて内側の回収カップ５０を昇降させることにより、薬液やリンス液を各々専用の回収カップ５０にて受け入れる構成としてもよい。

こうして、薬液による基板処理を所定時間実行したら、薬液ノズル４０ａからの薬液の供給を停止し、リンス液ノズル４０ｂからリンス液を供給する。そして、ウエハＷの表面の薬液（第１処理液）が、ある程度リンス液（第２処理液）に置換された所定のタイミング（図１１に「測定開始」と記したタイミング）にて、投光部６１、受光部６２のシャッター６１１、６１２を開き、回転リング５３の通流面を流れるリンス液中の薬液の濃度検出を開始する（図６、図１０）。
処理液の置換がある程度進行してから濃度検出を開始することにより、投光部６１、受光部６２に設けられたレンズへの処理液の付着による汚染を抑制すると共に、各処理ユニット１６の濃度検出動作に伴って濃度算出部６０４が占有される時間を短縮することができる。

ウエハＷに供給され、周縁部に到達したリンス液は、ウエハＷを囲繞して配置され、当該ウエハＷと共に回転する回転リング５３の上面側に設けられた通流面を流れていく。この通流面に向けて投光部６１から濃度検出用の光を照射すると、この光はリンス液を透過し、反射部材５３１の上面で反射されて受光部６２に入射する。
この際、リンス液（第２処理液）によって波長Ｂが吸収され、リンス液中に含まれる薬液によって波長Ａが吸収され、これらの波長の吸光度の比からリンス液中の薬液濃度が検出される。

ここで図１０中に一点鎖線で示すように、保持部３１上に支持されたウエハＷは、撓みによってその周縁部の位置が上下方向にずれる場合がある。しかしながら、投光部６１はウエハＷから流れ出した直後の回転リング５３の上面を流れるリンス液に光を照射して濃度検出を行うので、ウエハＷの撓みの影響を受けずに濃度検出を実施することができる。例えば回収カップ５０の底部の排液口５１から排出される位置に濃度センサーを設けて、リンス液中の薬液濃度を検出する場合には、ウエハＷからリンス液が排出される位置と、濃度測定が行われる位置との間の距離が遠いので、濃度センサーにたどり着く前にリンス液が変質してしまうおそれがある。この点、ウエハＷの近傍に配置された回転リング５３上で濃度検出を行うことにより、ウエハＷの表面とほぼ同じ状態で濃度検出を行うことができる。また、ロットの切り替えなどにより、ウエハＷのパターンが変化した場合であっても、回転リング５３の上面の状態は変わらないので、安定した条件下で濃度検出を行うこともできる。

上述の濃度検出を行いながら、薬液からリンス液への置換（リンス処理）を実施し（図９の工程Ｐ２）、リンス液中の薬液の濃度が予め設定したしきい値以下となったら、リンス液ノズル４０ｂからのリンス液の供給を停止する。そして、リンス液の停止と入れ替えに、ＩＰＡノズル４０ｃからのＩＰＡ供給を行う（図９の工程Ｐ３）。

なお、複数種類の薬液を切り替えて供給する場合には、第１薬液処理（Ｐ１１）、リンス処理（Ｐ２１）を行った後、第２薬液処理（Ｐ１２）が行われる。この第２薬液処理を実施した後のリンス処理（Ｐ２２）においても、同様の手法により、リンス液中の第２薬液の濃度検出が行われる。そして、当該第２薬液の濃度が所定のしきい値以下になってからＩＰＡの供給を開始する。

しかる後、ＩＰＡの供給を開始し、ウエハＷの表面のリンス液（第１処理液）が、ある程度ＩＰＡ（第２処理液）に置換された所定のタイミング（図１１に「測定開始」と記したタイミング）にて、回転リング５３の通流面を流れるＩＰＡ中のリンス液（水分）の濃度検出を開始する（図６、図１０）。

ここで、薬液、リンス液及びＩＰＡの吸収波長は互いに異なるので、薬液からリンス液への置換時（図９の工程Ｐ１→工程Ｐ２）と、リンス液からＩＰＡへの置換時（同図の工程Ｐ２→工程Ｐ３）とでは、濃度検出に利用される赤外光の波長の組み合わせは異なる。このとき、薬液、リンス液及びＩＰＡのすべてに対応する波長の赤外光を混合して双方の置換操作の濃度検出に用いてもよいし、第１処理液、第２処理液の組み合わせに応じて混合する赤外光の組み合わせを切り替えてもよい。

そしてＩＰＡ中のリンス液の濃度検出を行いながら、リンス液からＩＰＡへの置換を実施し、ＩＰＡ中のリンス液の濃度が予め設定したしきい値以下となったら、ＩＰＡノズル４０ｃからのＩＰＡの供給を停止する。そして、ウエハＷの回転を継続するとＩＰＡが振り切られ、ウエハＷの乾燥が実行される（図９の工程Ｐ４）。

なお、ＩＰＡの置換操作を利用して、ダウンフロー中の水分確認を行う場合には、ＩＰＡ中のリンス液（ＤＩＷ）の濃度が前記しきい値を下回った後も、水分の濃度検出を継続する。そして、図１１中に「アラーム発報判断」と記載した所定のタイミングが経過しても、ＩＰＡ中の水分が一点鎖線で示したアラーム発報値を下回らない場合には、ＦＦＵ２１の水分濃度制御エラーとしてアラーム発報部１８１からアラームを発報する。

こうして各種の処理液による処理、及びウエハＷの乾燥を終えたら、ウエハＷの回転を止める。そしてチャンバ２０内に進入してきた基板搬送装置１７に、搬入時とは反対の手順でウエハＷを受け渡し、処理ユニット１６からウエハＷを搬出する。

本実施の形態に係る基板処理システム１によれば以下の効果がある。ウエハＷから処理液が流れ出る位置に設けられた回転リング５３の通流面を流れる処理液に濃度検出用の光を照射して処理液の濃度（第２処理液中の第１処理液の濃度）を検出するので、ウエハＷに形成されたパターンや撓みの影響を受けず、且つ、ウエハＷの表面上の濃度に近い状態で濃度検出を行うことができる。

ここで図３、図４に示した例においては、ウエハＷから流れ出た処理液を案内する回転リング５３を処理液通流部として活用し、その上面側に形成された処理液の通流面に光を照射して処理液の濃度検出を行っている。しかしながら、処理ユニット１６がウエハＷから流れ出た処理液を案内するための回転リング５３（及び回転カップ５４）を備えることは必須ではない。

例えば、濃度検出専用の処理液通流部を設けてもよい。この場合には、処理液通流部がウエハＷと共に保持部３１上に配置されていなくてもよく、例えば保持部３１に保持されて回転するウエハＷを囲繞するように、回収カップ５０内に処理液通流部を固定して設けてもよい。

そして、処理液通流部を固定する場合には、当該処理液通流部がウエハＷを囲繞していなくてもよい。
図１２、図１３は、保持部３１に保持されたウエハＷの周縁部の一部の外周側に、幅が数ｍｍ〜数ｃｍの通流面を備えた濃度測定用治具５６を配置した例を示している。本例の濃度測定用治具５６は、取り付け部５６４によって回収カップ５０の上面の内周端部に着脱自在に設けられる。

取り付け部５６４を介して回収カップ５０に取り付けられた濃度測定用治具５６は、その上面側が処理液の通流面となり、ウエハＷの側周面との間に０．５〜５ｍｍ程度の隙間を空けて配置される小片状の部材からなる通流路形成部５６０と、前記取り付け部５６４から通流路形成部５６０を吊り下げ支持する支持部５６５とを備える。処理液の通流面となる通流路形成部５６０の上面側には、反射部材５６１及びその保護部材５６２が設けられる点については、図３、図４を用いて説明した第１の実施形態に係る回転リング５３と同様である。また、支持部５６５には、通流路形成部５６０を流れた処理液が排出される通流口５６３が形成されている。
なお、図１２〜図１４に示した各実施形態において、図３、図４に示した実施形態と共通の機能を持つ構成要素には、これらの図と共通の符号を付してある。

図１２、図１３に示した濃度測定用治具５６によれば、保持部３１に保持され、回転するウエハＷから流れ出た処理液の一部は、通流路形成部５６０の上面の通流面を流れてから通流口５６３より排出される。処理液がこの通流路形成部５６０を流れる際に、図３〜図１１を用いて説明した第１の実施の形態に係る基板処理システム１と同様に、処理液の濃度検出が行われる。

ここで、濃度測定用治具５６を回収カップ５０（処理ユニット１６）に対して着脱自在に構成した理由は、例えば基板処理システム１に常設された光学式濃度検出部を用いて処理液の濃度検出を行う手法に替えて、一時的に設置される光学式濃度検出装置を用いて処理液の濃度検出を行う例を示すためである。例えば、工場に新規に基板処理システム１をセッティングする際の試運転時に、光学式濃度検出装置及び濃度測定用治具５６を仮設して、図１１に例示した処理液の濃度変化のプロファイルを取得する。この結果、当該処理ユニット１６における第２処理液の停止タイミングを把握できるので、図９に示す各処理を実行するためのレシピに当該停止タイミングを設定する。その後、仮設された光学式濃度検出装置や濃度測定用治具５６は、処理ユニット１６から取り外してから、基板処理システム１の運転を行うといった運用を行うこともできる。
なお、光学式濃度検出部が常設された基板処理システム１において、ウエハＷの周縁部の一部と隣り合う位置に図１２、図１３に示す通流路形成部５６０を固定して設けてもよいことは勿論である。

さらに図１４は、保持部３１に保持されたウエハＷを回転させず、また処理チャンバ２１内に供給された処理液にウエハＷを浸漬させて処理を行う浸漬処理ユニット１６ａの例を示している。当該浸漬処理ユニット１６ａにおいては、処理チャンバ２１の一方側の面に接続された供給管２１１から処理液が切り替えて供給され、他方側の面に接続された排液管２１２から処理液が排出される。

処理液通流部５７は、保持部３１上のウエハＷから処理液が流出する位置である、排液管２１２側の処理チャンバ２１内の床面上に、ウエハＷの側周面との間に０．５〜５ｍｍ程度の隙間を空けて配置されている。処理液通流部５７は、図１２、図１３に示す処理液通流部５７と同様の小片状の部材からなり、その上面側には反射部材５６１及びその保護部材５６２が設けられている。

処理チャンバ２１の上面には光を透過させる窓部２１３が設けられ、この窓部２１３を介して処理チャンバ２１内を流れる処理液に向けて、投光部６１から濃度検出用の光が照射され、処理チャンバ２１を通過し、処理液通流部５７にて反射した光が受光部６２に受光されて濃度測定が行われる。

ここで、図８（ａ）、（ｂ）、図１１を用いて説明した例では、第１処理液、第２処理液の各々の成分に吸収される波長の赤外光の吸光度変化を測定し、その結果に基づいて第２処理液中の第１処理液の濃度を検出したが、第１、第２処理液の双方の濃度検出を行うことは必須ではない。例えば、第１処理液、第２処理液のいずれか一方の成分に吸収される波長の赤外光のみを照射し、第１処理液の減少度合または第２処理液の増加度合に基づいて、いずれか一方の処理液の濃度を計算してもよい。例えば、膜厚の変化の影響が小さい場合には、いずれか一方の処理液が１００％の場合の吸光度との比較により、その成分の濃度（例えば第１処理液５％）が把握され、残りが他方の処理液の濃度（第２処理液９５％）となる。

そして、本実施の形態の処理ユニット１６、浸漬処理ユニット１６ａを用いて処理することが可能な基板の種類は、半導体ウエハに限定されるものではない。例えばフラットパネルディスプレイ用のガラス基板の液処理を行う処理ユニットに対しても本実施の形態は適用することができる。

Ｌ 処理液
Ｗ ウエハ
１ 基板処理システム
１６ 処理ユニット
１６ａ 浸漬処理ユニット
１８ 制御部
１８１ アラーム発報部
３１ 保持部
５３ 回転リング
５３１ 反射部材
５３２ 保護部材
５４ 回転カップ
５６ 濃度測定用治具
５７ 処理液通流部
６０４ 濃度算出部
６１ 投光部
６２ 受光部
７０ａ 薬液供給部
７０ｂ リンス液供給部
７０ｃ ＩＰＡ供給部

Claims (21)

1. 基板を水平に保持する基板保持部と、
   前記基板保持部に保持された基板に第１処理液を供給する第１処理液供給部と、
   前記基板保持部に保持された基板の周囲に設けられ、基板に供給された後の前記第１処理液を受け入れる回収カップと、
   前記基板保持部に保持された基板と前記回収カップとの間に設けられ、当該基板から流れ出た第１処理液が流れる通流面を備えた処理液通流部と、
   前記通流面に濃度検出用の光を照射する投光部と前記通流面に反射した反射光を受光する受光部とを含み、前記受光部からの情報に基づいて、前記通流面を流れる処理液の濃度を検出する濃度検出部と、を備えたことを特徴とする基板処理装置。
2. 前記濃度検出部は、複数の前記投光部と、前記複数の投光部に前記濃度検出用の光を供給する光源部と、前記光源部から供給する前記濃度検出用の光の供給先を前記複数の投光部の間で切り替える切替部を含むことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記第１処理液が供給された後の基板に第２処理液を供給する第２処理液供給部と、
   前記第２処理液供給部からの第２処理液の供給制御を行う制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記第２処理液の供給が開始された後の濃度検出部の濃度検出結果に基づいて前記基板表面上の前記第１処理液が前記第２処理液に置換されたことを判断し、前記第２処理液の供給制御を行う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. 前記濃度検出部は、前記第２処理液供給部から第２処理液を供給している際に、前記第１処理液の濃度を検出することを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
5. 前記濃度検出部は、前記第２処理液供給部から第２処理液を供給している際に、前記第２処理液の濃度を検出することを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
6. 前記濃度検出部は、前記第２処理液供給部から第２処理液を供給している際に、前記第１処理液の濃度および前記第２処理液の濃度を検出することを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
7. 前記基板保持部を鉛直軸周りに回転させる回転駆動機構を備え、
   前記処理液通流部は、前記基板保持部に保持された基板を前記通流面が囲繞するように設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の基板処理装置。
8. 前記処理液通流部は、前記基板保持部に設けられ、前記基板保持部に保持された基板とともに回転することを特徴とする請求項７に記載の基板処理装置。
9. 前記基板保持部を鉛直軸周りに回転させる回転駆動機構を備え、
   前記処理液通流部は、前記基板保持部に保持されて回転する基板の外周側に前記通流面が位置するように、固定して設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の基板処理装置。
10. 前記制御部は、前記第１処理液の濃度が、予め設定したしきい値以下となったら、前記第２処理液供給部からの第２処理液の供給を停止することを実行させることを特徴とする請求項３ないし６のいずれか一つに記載の基板処理装置。
11. 前記制御部は、前記第１処理液の濃度が、前記予め設定したしきい値以下となったときの第２処理液の供給時間を記憶し、その記憶した時間を、次の基板を処理する際の第２処理液の供給時間と設定することを特徴とする請求項１０に記載の基板処理装置。
12. 前記光学式濃度検出部にて検出された第１処理液の濃度が予め設定されたアラーム発報値よりも高い場合に、アラームを発報するアラーム発報部を備え、
    前記制御部は、予め設定された時間の経過後、前記第１処理液の濃度が前記アラーム発報値以下とならない場合に、前記アラーム発報部からアラームを発報することと、を実行させることを特徴とする請求項１０または１１に記載の基板処理装置。
13. 前記通流面には、濃度検出用の光を反射する反射部材が設けられていることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか一つに記載の基板処理装置。
14. 前記通流面を流れる処理液には腐食性を有するものが含まれ、前記反射部材が金属製であって、当該反射部材の表面が前記濃度検出用の光を透過させ、前記反射部材の腐食を防止するための保護部材で覆われていることを特徴とする請求項１３に記載の基板処理装置。
15. 前記回収カップは、前記投光部及び受光部が取り付け可能であることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか一つに記載の基板処理装置。
16. 前記投光部及び受光部は、前記基板保持部に保持された基板よりも上方に設けられていることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか一つに記載の基板処理装置。
17. 基板保持部に保持された基板に第１処理液供給部から第１処理液を供給する工程と、
    前記基板保持部に保持された基板の周囲に設けられた回収カップにより、基板に供給された後の前記第１処理液を受け入れる工程と、
    前記基板保持部に保持された基板と前記回収カップとの間に設けられた処理液通流部の通流面に、当該基板から流れ出た第１処理液を流す工程と、
    前記通流面に、投光部から濃度検出用の光を照射する工程と、
    前記通流面に反射した反射光を受光部により受光する工程と、
    前記受光部からの情報に基づいて、濃度検出部により、前記通流面を流れる処理液の濃度を検出する工程と、を含むことを特徴とする基板処理方法。
18. 基板に第２処理液を供給する第２処理液供給部から、前記第１処理液が供給された後の基板に前記第２処理液を供給する工程と、
    前記濃度を検出する工程は、前記第２処理液を供給する工程の後に実施し、前記濃度検出部により検出された前記通流面を流れる処理液の濃度に基づいて、前記基板表面上の前記第１処理液が前記第２処理液に置換されたことを判断する工程と、を含むことを特徴とする請求項１７に記載の基板処理方法。
19. 前記濃度を検出する工程にて、前記通流面を流れる第２処理液中の第１処理液の濃度を検出し、予め設定された時間が経過しても、前記第１処理液の濃度が、予め設定したアラーム発報値よりも高い場合に、アラーム発報部からアラームを発報する工程を含むことを特徴とする請求項１８に記載の基板処理方法。
20. 前記第２処理液を供給する工程は、前記基板保持部を鉛直軸周りに回転させながら行われることを特徴とする請求項１８または１９に記載の基板処理方法。
21. 基板保持部に水平に保持された基板に第１処理液または第２処理液を供給して基板の処理を行う基板処理装置に用いられるコンピュータプログラムを格納したコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、
    前記コンピュータプログラムは、請求項１７ないし２０のいずれか一つに記載された基板処理方法を実行させるようにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。