JP6797309B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

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Description

開示の実施形態は、基板処理装置および基板処理方法に関する。
従来、半導体ウェハ等の基板に対し、基板の上方に配置したノズルから処理液を吐出することにより基板を処理する基板処理装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００３−０９２３４３号公報
この種の基板処理装置においては、導電性の配管部を処理液が流れることによって「流動電流」と呼ばれる微弱な電流が発生するが、従来技術においては、かかる流動電流を測定して基板処理に有効利用することについて何ら考慮されていない。
実施形態の一態様は、流動電流を測定して基板処理に有効利用することができる基板処理装置および基板処理方法を提供することを目的とする。
実施形態の一態様に係る基板処理装置は、処理ユニットと、制御部と、測定部とを備える。処理ユニットは、基板を保持して回転させる保持部、処理液を吐出するノズルおよびノズルに処理液を供給する導電性の配管部を含む。制御部は、保持部に保持されて回転する基板に対し、ノズルから処理液を供給することによって基板を処理する液処理を処理ユニットに対して実行させる。測定部は、配管部を処理液が流れることによって生じる流動電流を測定する。また、制御部は、測定部による測定結果に基づいて液処理を監視する。
実施形態の一態様によれば、流動電流を測定して基板処理に有効利用することができる。
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。 図２は、処理ユニットの概略構成を示す図である。 図３は、液処理中における流動電流の値をウェハの回転数を変化させながら測定した結果を示すグラフである。 図４は、流動電流の導通経路の構成を示す図である。 図５は、流動電流情報の一例を示す図である。 図６は、異常検出処理の処理手順を示すフローチャートである。 図７は、放電検出処理の説明図である。 図８は、処理液の置換完了タイミングの検出処理の説明図である。 図９は、帯電量推定処理の説明図である。 図１０は、第２の実施形態に係る処理ユニットの構成を示す図である。 図１１は、イオナイザの構成を示す図である。 図１２は、イオナイザをダミーディスペンスポートの除電に用いる場合の例を示す図である。 図１３は、第４の実施形態に係る処理ユニットの構成を示す図である。 図１４は、表面電位計による表面電位の測定位置の他の例を示す図である。 図１５は、表面電位計による表面電位の測定位置の他の例を示す図である。 図１６は、表面電位計による測定結果に基づく異常検出処理の説明図である。 図１７は、表面電位計による測定結果に基づく異常対応処理の説明図である。
以下、添付図面を参照して、本願の開示する基板処理装置および基板処理方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
（第１の実施形態）
＜１．基板処理システムの構成＞
まず、第１の実施形態に係る基板処理システムの構成について図１を参照して説明する。
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ェハ（以下ウェハ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、ウェハＷを保持するウェ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、ウェハ保持機構を用いてキャリアＣと受渡部１４との間でウェハ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、ウェハＷを保持するウェ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、ウェハ保持機構を用いて受渡部１４と処理ユニット１６との間でウェハ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ェハ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からウェハＷを取り出し、取り出したウェハＷを受渡部１４に載置する。受渡部１４に載置されたウェハ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へ搬入されたウェハ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ェハ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。
制御装置４の制御部１８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力ポートなどを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含む。かかるマイクロコンピュータのＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、後述する制御を実現する。
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録媒体に記録されていたものであって、その記録媒体から制御装置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録媒体としては、例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。
制御装置４の記憶部１９は、たとえば、ＲＡＭ、フラッシュメモリ（Flash Memory）等の半導体メモリ素子、又は、ハードディスク、光ディスク等の記憶装置によって実現される。
＜２．処理ユニットの構成＞
次に、処理ユニット１６の構成について図２を参照して説明する。図２は、処理ユニット１６の概略構成を示す図である。
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、処理液供給部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と処理液供給部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、チャンバ２０の略中央に設けられる。保持部３１の上面には、ウェハＷを側面から保持する保持部材３１１が設けられる。ウェハＷは、かかる保持部材３１１によって保持部３１の上面からわずかに離間した状態で水平保持される。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、たとえばモータ等を含んで構成され、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に保持されたウェハＷを回転させる。
処理液供給部４０は、ウェハＷに対して処理液を供給する。処理液供給部４０は、処理液を吐出するノズル４１と、ノズル４１を水平に支持するアーム４２と、アーム４２を旋回および昇降させる移動機構４３とを備える。移動機構４３は、アーム４２を旋回させることにより、ノズル４１をウェハＷの径方向に沿って（すなわち水平方向に沿って）移動させることができる。
ノズル４１には、導電性の配管部４４が接続される。配管部４４には、バルブ４５ａを介して薬液供給源４６ａが接続されるとともに、バルブ４５ｂを介してリンス液供給源４６ｂが接続される。配管部４４は、たとえば複数の導電層が長手方向に沿ってストライプ状に形成された樹脂製のチューブである。
処理液供給部４０は上記のように構成されており、バルブ４５ａが開放されることにより、薬液供給源４６ａから供給される薬液が配管部４４を介してノズル４１からウェハＷに吐出される。また、バルブ４５ｂが開放されることにより、リンス液供給源４６ｂから供給されるリンス液が配管部４４を介してノズル４１からウェハＷに吐出される。
ここでは、薬液としてＳＣ１（アンモニア、過酸化水素および水の混合液）が使用され、リンス液としてＤＩＷ（加熱されていない常温（２０〜２５℃）の純水）が使用される場合の例を示すが、薬液およびリンス液の種類は、上記の例に限定されない。また、処理液供給部４０は、複数種類の薬液を供給する構成であってもよい。薬液としてのＳＣ１は、図示しない加熱部によって予め設定された温度（たとえば、８０℃）に加熱された状態でノズル４１から吐出される。
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の回転によってウェハ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。
＜３．液処理の内容＞
次に、処理ユニット１６において行われる液処理の内容について説明する。なお、液処理は、制御装置４の制御部１８の制御に従って実行される。
処理ユニット１６では、まず、ウェハＷの搬入処理が行われる。搬入処理において、処理ユニット１６は、基板搬送装置１７（図１参照）によってチャンバ２０内に搬入されたウェハＷを基板保持機構３０の保持部材３１１を用いて保持する。
つづいて、処理ユニット１６では、薬液処理が行われる。薬液処理において、処理ユニット１６は、まず、駆動部３３を用いて保持部３１を回転させることにより、保持部３１に保持されたウェハＷを所定の回転数で回転させる。つづいて、処理ユニット１６は、移動機構４３を用いてノズル４１をウェハＷの中央上方に位置させる。
その後、処理ユニット１６は、バルブ４５ａを所定時間開放することにより、ノズル４１から回転するウェハＷの表面に対してＳＣ１を供給する。ウェハＷへ吐出されたＳＣ１は、ウェハＷの回転に伴う遠心力によってウェハＷの表面の全面に広げられる。これにより、ウェハＷが処理（たとえば洗浄）される。
つづいて、処理ユニット１６では、リンス処理が行われる。リンス処理において、処理ユニット１６は、バルブ４５ｂを所定時間開放することにより、ノズル４１から回転するウェハＷの表面に対してＤＩＷを供給する。ウェハＷへ吐出されたＤＩＷは、ウェハＷの回転に伴う遠心力によってウェハＷの表面の全面に広げられる。これにより、ウェハＷに残存するＳＣ１がＤＩＷによって洗い流される。
つづいて、処理ユニット１６では、乾燥処理が行われる。乾燥処理において、処理ユニット１６は、駆動部３３の回転速度を増速させることによってウェハＷ上のＤＩＷを振り切ってウェハＷを乾燥させる。
つづいて、処理ユニット１６では、搬出処理が行われる。搬出処理において、処理ユニット１６は、駆動部３３によるウェハＷの回転を停止した後、基板搬送装置１７にウェハＷを渡す。かかる搬出処理が完了すると、１枚のウェハＷについての一連の基板処理が完了する。
＜４．流動電流について＞
配管部４４のような導電性配管を処理液が流れると、流動電流と呼ばれる電流が発生する。流動電流とは、固体と液体との接触界面に生じる電気二重層のうち、液体側に存在する電荷が、液体の流れによって固体側の電荷から引き離されることで生じる電流のことである。
流動電流は、微弱な電流であるため、通常、ピコアンメータ等の特殊な機器を用いなければ測定することはできない。しかしながら、本願の発明者らは、上述した液処理において、ノズル４１から回転するウェハＷに対して処理液を供給しているときに、通常の流動電流よりも大きい流動電流が流れることを発見した。これは、高速回転（たとえば５００〜２０００ｒｐｍ）するウェハＷ上を処理液が流れることで処理液の流れが増速され、これにより、流動電流の発生量が多くなるためと考えられる。しうたがって、薬液処理やリンス処理中に発生する流動電流については、ピコアンメータ等の特殊な機器を用いることなく測定することが可能である。
さらに、本発明者らは、液処理の処理条件（回転数や処理液の種類等）が変化することによって流動電流の値が変化することを発見した。この点について図３を参照して説明する。図３は、液処理中における流動電流の値をウェハＷの回転数を変化させながら測定した結果を示すグラフである。
なお、図３には、ノズル４１から回転するウェハＷに対して機能水を供給した場合の流動電流の値を四角のプロットで示し、ＤＩＷを供給した場合の流動電流の値をひし形のプロットで示している。機能水は、ＤＩＷよりもイオン量が多い液体である。
図３に示すように、流動電流の値は、ウェハＷの回転数の上昇に伴って増加する。また、流動電流の値は、ＤＩＷと機能水とで異なり、イオン量がより多い機能水の方が流動電流の値が大きくなる。
このように、液処理中に発生する流動電流の値は、液処理の処理条件によって変化する。そこで、本実施形態に係る基板処理システム１では、液処理中における流動電流を測定し、測定結果に基づいて液処理の監視を行うこととした。以下、かかる点について具体的に説明する。
＜５．導通経路の構成＞
まず、流動電流の導通経路について図４を参照して説明する。図４は、流動電流の導通経路の構成を示す図である。
図４に示すように、処理ユニット１６には、導電性の配管部４４をグランド接続するための配線１０１が設けられる。配管部４４には絶縁継手４７が設けられており、上述した流動電流は、絶縁継手４７よりも下流側の配管部４４を処理液が流れることによって発生する。配線１０１の一端部は、絶縁継手４７よりも下流側において配管部４４に接続され、他端部はグランドに接続される。
処理ユニット１６の保持部材３１１は、導電性を有する部材で形成される。たとえば、保持部材３１１は、カーボン繊維を含むＰＥＥＫなどの導電性樹脂を用いて形成される。また、保持部３１の内部には、保持部材３１１および支柱部３２に接触する導電性部材３１ａが設けられている。支柱部３２も、導電性部材で形成される。
処理ユニット１６の駆動部３３は、電動機３３１と、複数（ここでは２つ）の軸受３３２とを備える。電動機３３１は、ハウジング３３１ａと、固定子３３１ｂと、回転子３３１ｃとを備える。
ハウジング３３１ａは、たとえば筒状に形成され、内部に固定子３３１ｂおよび回転子３３１ｃを収納する。ハウジング３３１ａは、導電性部材で形成される。固定子３３１ｂは、ハウジング３３１ａの内周面に設けられる。この固定子３３１ｂの内周側には空隙を介して回転子３３１ｃが対向配置される。回転子３３１ｃは、支柱部３２の外周面に設けられ、固定子３３１ｂと対向配置される。
軸受３３２は、ハウジング３３１ａと支柱部３２との間に設けられ、支柱部３２を回転可能に支持する。軸受３３２は、たとえば玉軸受であり、導電性部材で形成される。
駆動部３３のハウジング３３１ａには、電動機３３１をアース接続するための配線１０３が接続される。配線１０３の一端部はハウジング３３１ａに接続され、他端部はアースに接続される。
このように、流動電流の導通経路は、配線１０１、配管部４４、ノズル４１、処理液およびウェハＷ、保持部材３１１、保持部３１の導電性部材３１ａ、支柱部３２、軸受３３２、電動機３３１のハウジング３３１ａおよび配線１０３で構成される。そして、流動電流は、図４中の矢印で示すように、配線１０１から配線１０３に向かって流れる。
配線１０１には、流動電流を測定する測定部１０２が設けられる。測定部１０２は、マイクロアンペアレベルの電流を測定することが可能な電流計である。測定部１０２は、上述した液処理中において流動電流の測定を行い、測定結果を制御部１８へ出力する。なお、測定部１０２は、上述した液処理のうち少なくとも薬液処理およびリンス処理において流動電流の測定を行えばよく、必ずしも液処理の全期間において流動電流の測定を行うことを要しない。
一方、制御装置４の記憶部１９は、レシピ情報１９１を記憶する。レシピ情報１９１は、処理ユニット１６に対して実行させる液処理の各処理条件が処理シーケンス順に登録された情報である。具体的には、レシピ情報１９１には、各処理におけるウェハＷの回転数、処理液の種類、処理液の温度等の処理条件が含まれる。制御部１８は、かかるレシピ情報１９１に従って処理ユニット１６を制御することにより、上述した液処理を処理ユニット１６に実行させる。
また、記憶部１９は、流動電流情報１９２を記憶する。流動電流情報１９２は、液処理の処理条件と流動電流の値とを関連づけた情報である。ここで、流動電流情報１９２の内容について図５を参照して説明する。図５は、流動電流情報１９２の一例を示す図である。
図５に示すように、流動電流情報１９２には、液処理の処理条件として、「ウェハ種類」項目、「回転数」項目、「液種」項目、「温度」項目等が含まれる。「ウェハ種類」項目には、ウェハＷの種類を示す情報が格納される。「回転数」項目には、ウェハＷの回転数を示す情報が格納される。「液種」項目には、処理液の種類を示す情報が格納される。「温度」項目には、処理液の温度を示す情報が格納される。
＜６．流動電流の測定結果に基づく液処理の監視＞
＜６．１．異常検出＞
制御部１８は、測定部１０２による流動電流の測定結果に基づいて液処理の監視を行う。たとえば、制御部１８は、測定部１０２から取得した流動電流の測定結果と、記憶部１９に記憶されたレシピ情報１９１および流動電流情報１９２とに基づき、液処理の異常を検出することができる。
かかる異常検出処理について図６を参照して説明する。図６は、異常検出処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、図６に示す異常検出処理は、液処理において、たとえば薬液処理が開始してからリンス処理が終了するまでの間行われる。
図６に示すように、制御部１８は、測定部１０２による流動電流の測定結果が、流動電流情報１９２に含まれる流動電流の値に基づく閾値範囲から外れたか否かを判定する（ステップＳ１０１）。
たとえば、レシピ情報１９１に従って、ウェハ種類「Ａ」のウェハＷを、回転数「１０００ｒｐｍ」、液種「ＳＣ１」および温度「Ｙ１ｄｅｇＣ」にて薬液処理を行う場合、制御部１８は、上記薬液処理中における流動電流の測定結果が、「Ｘ２μＡ」を基準とする閾値範囲、たとえば、Ｘ２μＡに対して±１０％の範囲から外れたか否かを判定する。
ステップＳ１０１において、流動電流の測定結果が、流動電流情報１９２に含まれる流動電流の値に基づく閾値範囲内である場合（ステップＳ１０１，Ｎｏ）、制御部１８は、ステップＳ１０１の判定処理を繰り返す。一方、流動電流の測定結果が閾値範囲から外れたと判定した場合（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、制御部１８は、液処理の異常を検出する（ステップＳ１０２）。
たとえば図４に示す導通経路が途切れると、流動電流の値は小さくなり、上記閾値範囲から外れる場合がある。そこで、制御部１８は、流動電流の測定結果が閾値範囲を下回った場合に、液処理の異常として、「配管部４４の破断」、「ウェハＷの割れ」、「保持部３１あるいは保持部材３１１の絶縁」のうちの少なくとも１つを検出してもよい。
また、流動電流の値は処理液の種類によって変化する。そこで、制御部１８は、流動電流の測定結果が閾値範囲を外れた場合に、処理液の濃度異常を検出してもよい。また、流動電流の値は、処理液の温度によっても変化する。そこで、制御部１８は、流動電流の測定結果が閾値範囲を外れた場合に、処理液の温度異常を検出してもよい。
つづいて、制御部１８は、異常対応処理を行う（ステップＳ１０３）。たとえば、制御部１８は、液処理を中断し、基板処理システム１に設けられた表示灯を点灯させてもよい。また、制御部１８は、基板処理システム１にネットワークを介して接続される上位装置に対して異常情報を出力してもよい。
＜６．２．放電の検出＞
薬液処理中またはリンス処理中においては、放電が発生する場合がある。たとえば、ノズル４１から吐出された薬液またはリンス液とウェハＷとの電位差が大きい場合に、薬液またはリンス液がウェハＷに接触した瞬間に放電が発生することがある。放電が発生すると、流動電流の値は、急激に変化する。そこで、制御部１８は、かかる流動電流の急激な変化を検出することにより、放電の発生を検出することとしてもよい。この点について図７を参照して説明する。図７は、放電検出処理の説明図である。図７のグラフは、薬液処理またはリンス処理中における流動電流の時間変化の一例を示している。
図７に示すように、薬液処理中またはリンス処理中に放電が発生した場合、流動電流の測定結果に急激な変化が現れる。制御部１８は、薬液処理およびリンス処理中における測定部１０２による測定結果を記憶部１９に記憶し、記憶部１９に記憶された測定結果を用いて流動電流の変化量を算出する。そして、流動電流の変化量が閾値を超えた場合、制御部１８は、放電の発生を検出する。
このように、制御部１８は、測定部１０２による測定結果に基づき、薬液処理またはリンス処理中における放電の発生を検出することが可能である。
＜６．３．液置換完了タイミングの検出＞
制御部１８は、測定部１０２による測定結果に基づき、処理液の置換が完了したタイミングを検出してもよい。この点について図８を参照して説明する。図８は、処理液の置換完了タイミングの検出処理の説明図である。図８のグラフは、薬液処理からリンス処理へ移行する際の流動電流の時間変化の一例を示している。
たとえば、リンス処理において使用されるＤＩＷは、薬液処理において使用されるＳＣ１と比べてイオン量が少ないため、リンス処理中に発生する流動電流は、薬液処理中に発生する流動電流と比べて小さくなる。したがって、図８に示すように、薬液処理後にリンス処理を行った場合、流動電流は、リンス処理開始後から徐々に低下していき、ＳＣ１からＤＩＷへの置換が完了することで安定することとなる。
制御部１８は、リンス処理中における測定部１０２による測定結果を記憶部１９に記憶し、記憶部１９に記憶された測定結果を用いて流動電流の変化量を算出する。そして、流動電流の変化量が閾値未満となった場合に、制御部１８は、ＳＣ１（第１の処理液一例）からＤＩＷ（第２の処理液の一例）への置換が完了したことを検出する。
このように、処理液の置換完了タイミングを検出することで、リンス処理の処理時間を最適化することができる。すなわち、ＤＩＷへの置換が完了したタイミングでリンス処理を終えるようにすることができる。制御部１８は、置換完了タイミングの検出結果を用いてレシピ情報を更新してもよい。
なお、制御部１８は、処理液の置換完了タイミングの検出処理を、流動電流の測定結果と流動電流情報１９２とに基づいて行ってもよい。たとえば、リンス処理時における流動電流の測定結果が、流動電流情報１９２に示されるリンス処理時における流動電流の値となった場合、または、流動電流情報１９２に示される流動電流の値を基準とする所定の範囲内（たとえば、±１０％）となった場合に、ＳＣ１からＤＩＷへの置換が完了したことを検出してもよい。また、制御部１８は、リンス処理時における流動電流の測定結果が、流動電流情報１９２に示されるリンス処理時における流動電流の値または上記所定の範囲内となった場合であって、流動電流の測定結果の変化量が閾値未満となった場合に、ＳＣ１からＤＩＷへの置換が完了したことを検出してもよい。
＜６．４．ウェハの帯電量の推定＞
制御部１８は、測定部１０２による測定結果に基づき、ウェハＷの帯電量を推定することも可能である。この点について図９を参照して説明する。図９は、帯電量推定処理の説明図である。
図９のグラフでは、ウェハＷの中心部と外周部との間で処理液の吐出位置を変化させた場合の各吐出位置における流動電流の測定結果を破線で示し、液処理後のウェハＷの帯電量の測定結果を実線で示している。ここでは、ウェハＷが絶縁体ウェハであるものとする。
図９に示すように、ウェハＷの中心部と外周部との間で処理液の吐出位置を変化させた場合の各吐出位置における流動電流の測定結果は、液処理後のウェハＷの帯電量と同様の分布を示すことがわかる。
制御部１８は、薬液処理において、移動機構４３を用いてノズル４１をウェハＷの中心部と外周部との間で移動させつつ、ノズル４１から回転するウェハＷに対してＳＣ１等の薬液を供給する液処理を処理ユニット１６に対して実行させる。また、制御部１８は、薬液処理中における測定部１０２による流動電流の測定結果を薬液の吐出位置と関連づけてウェハＷの推定帯電量として記憶部１９に記憶する。
これにより、液処理後にウェハＷの帯電量を別途測定することなく、液処理後のウェハＷの径方向における帯電量の分布を推定することができる。
上述してきたように、第１の実施形態に係る基板処理システム１（基板処理装置の一例）は、処理ユニット１６と、制御部１８と、測定部１０２とを備える。処理ユニット１６は、ウェハＷ（基板の一例）を保持して回転させる保持部３１、薬液およびリンス液（処理液の一例）を吐出するノズル４１、および、ノズル４１に処理液を供給する導電性の配管部４４を含む。制御部１８は、保持部３１に保持されて回転するウェハＷに対してノズル４１から処理液を供給することによってウェハＷを処理する液処理を処理ユニット１６に対して実行させる。測定部１０２は、配管部４４を処理液が流れることによって生じる流動電流を測定する。また、制御部１８は、測定部１０２による測定結果に基づいて液処理を監視する。
したがって、第１の実施形態に係る基板処理システム１によれば、流動電流を測定して基板処理に有効利用することができる。
なお、上述した実施形態では、１つのノズル４１から複数の処理液を吐出させる場合の例について説明したが、処理ユニット１６は、複数の処理液をそれぞれ吐出する複数のノズル４１を備える構成であってもよい。この場合、各ノズル４１の配管部４４に対して配線１０１および測定部１０２を設ければよい。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る基板処理システムについて図１０を参照して説明する。図１０は、第２の実施形態に係る処理ユニットの構成を示す図である。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同様の部分については、既に説明した部分と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図１０に示すように、第２の実施形態に係る処理ユニット１６Ａには、イオナイザ１１０が設けられる。イオナイザ１１０は、ウェハＷの帯電を抑制するためのイオンを流動電流の導通経路に対して照射する。具体的には、イオナイザ１１０は、支柱部３２に対してイオンを照射する。
第２の実施形態に係る制御部１８Ａは、薬液処理およびリンス処理中における流動電流の測定結果に基づいてイオナイザ１１０の出力を制御する。具体的には、制御部１８Ａは、導通経路に流れる流動電流が低減するように、好ましくは、導通経路に流れる流動電流がゼロとなるように、測定部１０２による測定結果に応じてイオナイザ１１０の出力を調整する。イオナイザ１１０から照射されたイオンは、イオン電流として流動電流とは逆向きに導通経路を流れることで、導通経路を流れる流動電流を打ち消すまたは低減させる。
このように、第２の実施形態に係る制御部１８Ａは、測定部１０２による測定結果に基づいてイオナイザ１１０（電流供給部の一例）の出力を制御することで、薬液処理およびリンス処理中におけるウェハＷの帯電を抑制することができる。
なお、ここでは、イオナイザ１１０を用いることとしたが、流動電流を打ち消すまたは低減する方法はこれに限定されない。たとえば、流動電流と逆向きの電流を導通経路に供給する外部電源（電流供給部の一例）を配線１０１に設けてもよい。この場合、制御部１８Ａは、測定部１０２による測定結果に基づいて外部電源の出力を制御することにより、導通経路に流れる流動電流を打ち消すまたは低減させることができる。
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、イオナイザ１１０の具体的な構成について説明する。図１１は、イオナイザ１１０の構成を示す図である。
図１１に示すように、イオナイザ１１０は、プラスイオン発生部１１１と、マイナスイオン発生部１１２と、プラスイオン流路１１３と、マイナスイオン流路１１４と、イオンバランス調整部１１５と、気流発生部１１６とを備える。
プラスイオン発生部１１１は、プラスイオンを発生させる第１の放電針を備え、マイナスイオン発生部１１２は、マイナスイオンを発生させる第２の放電針を備える。プラスイオン流路１１３は、プラスイオン発生部１１１において発生したプラスイオンを流通させる配管であり、先端に設けられた第１の照射口１１３ａからプラスイオンを照射する。マイナスイオン流路１１４は、マイナスイオン発生部１１２において発生したマイナスイオンを流通させる配管であり、先端に設けられた第２の照射口１１４ａからマイナスイオンを照射する。
第１の照射口１１３ａおよび第２の照射口１１４ａは、対象物（支柱部３２）の近傍に配置され、第１の照射口１１３ａから照射されたプラスイオンと、第２の照射口１１４ａから照射されたマイナスイオンとは、対象物の近傍において混合されて対象物に照射される。第１の照射口１１３ａおよび第２の照射口１１４ａは、プラスイオンとマイナスイオンとが混合されやすいように、互いに近接して配置されることが好ましい。
イオンバランス調整部１１５は、プラスイオン発生部１１１およびマイナスイオン発生部１１２を制御することにより、プラスイオンおよびマイナスイオンのバランスを調整する。たとえば、イオンバランス調整部１１５は、第１の放電針または第２の放電針に印加する電圧を調整したり、第１の放電針または第２の放電針への印加電圧のデューティー比を調整したりすることによって、プラスイオンおよびマイナスイオンのバランスを調整することができる。制御部１８Ａは、測定部１０２による流動電流の測定結果に基づいてイオナイザ１１０のイオンバランス調整部１１５を制御することにより、イオナイザ１１０の出力を制御する。
このように、イオナイザ１１０は、プラスイオンとマイナスイオンとを別々の放電針で発生させ、別々の流路１１３，１１４で輸送し、対象物の直前で混合して対象物に照射することとした。
これにより、従来のイオナイザのように、１つの放電針を用いてプラスイオンおよびマイナスイオンの両方を発生させ、１つの流路でプラスイオンおよびマイナスイオンの両方を輸送して対象物に照射する場合と比較して、輸送中にプラスイオンとマイナスイオンとが結合して対象物に照射されるイオンが減少してしまうことを抑制することができる。
また、輸送中におけるイオンの減少を抑制することができるため、イオンをより遠い位置まで輸送することが可能である。言い換えれば、イオンの発生源であるプラスイオン発生部１１１およびマイナスイオン発生部１１２を対象物（支柱部３２）から離れた場所に配置することが可能である。したがって、たとえば、プラスイオン発生部１１１およびマイナスイオン発生部１１２を薬液の影響を受けにくい場所（たとえば、チャンバ２０の外部）に配置することが容易となる。
また、プラスイオン流路１１３においてはプラスイオンのみが流通し、マイナスイオン流路１１４においてはマイナスイオンのみが流通する。このため、プラスイオン流路１１３においては、プラスイオン同士の反発力によってプラスイオンが輸送され、マイナスイオン流路１１４においては、マイナスイオン同士の反発力によってマイナスイオンが輸送されることとなる。したがって、従来のイオナイザのように、プラスイオンおよびマイナスイオンの輸送に必ずしも気流を用いることを要しない。気流が不要となることで、プラスイオンおよびマイナスイオンを処理雰囲気中の気流を乱すことなく対象物に照射することが可能となる。
なお、プラスイオンおよびマイナスイオンをより長距離輸送したい場合には、気流発生部１１６が発生させる気流を利用してもよい。気流発生部１１６は、第１の供給管１１７と、第２の供給管１１８と、バルブ１１９と、流量調整部１２０と、気体供給源１２１とを備える。第１の供給管１１７は、一端がプラスイオン発生部１１１に接続され、他端が気体供給源１２１に接続される。第２の供給管１１８は、一端がマイナスイオン発生部１１２に接続され、他端が第１の供給管１１７に接続される。バルブ１１９および流量調整部１２０は、第２の供給管１１８よりも上流側の第１の供給管１１７に設けられる。バルブ１１９は、第１の供給管１１７を開閉し、流量調整部１２０は、第１の供給管１１７を流れる気体の流量を調整する。気体供給源１２１は、第１の供給管１１７に対して空気や窒素等の気体を供給する。気流発生部１１６のバルブ１１９および流量調整部１２０は、制御部１８Ａによって制御される。
なお、イオナイザ１１０は、支柱部３２以外の部位を対象物としてもよい。たとえば、イオナイザ１１０は、ダミーディスペンスポートの除電に用いることができる。この点について図１２を参照して説明する。図１２は、イオナイザ１１０をダミーディスペンスポートの除電に用いる場合の例を示す図である。
図１２に示すダミーディスペンスポート２００は、処理ユニット１６，１６Ａのチャンバ２０内に配置され、ノズル４１のダミーディスペンス時においてノズル４１から吐出される薬液を受けてチャンバ２０の外部へ排出する。イオナイザ１１０のプラスイオン流路１１３およびマイナスイオン流路１１４は、ノズル４１および配管部４４と一体的に設けられる。すなわち、プラスイオン流路１１３およびマイナスイオン流路１１４は、移動機構４３によってノズル４１および配管部４４と一体的に移動する。
ダミーディスペンスポート２００が帯電していると、ノズル４１から吐出された薬液の液滴がダミーディスペンスポート２００に吸着されてダミーディスペンスポート２００に残存する。そして、ダミーディスペンスポート２００に残存する薬液に他の薬液が接触することで、塩やパーティクルが発生したりするおそれがある。
そこで、ノズル４１のダミーディスペンス時に、イオナイザ１１０のプラスイオン流路１１３およびマイナスイオン流路１１４からダミーディスペンスポート２００に対し、それぞれプラスイオンおよびマイナスイオンを照射することで、ダミーディスペンスポート２００を除電することとしてもよい。
また、イオナイザ１１０は、ノズル４１に対してプラスイオンおよびマイナスイオンを照射してもよい。この場合も、イオナイザ１１０のプラスイオン流路１１３およびマイナスイオン流路１１４は、ノズル４１および配管部４４と一体的に設けられる。
ノズル４１から薬液を吐出すると、静電気によってノズル４１の吐出口周辺に薬液の液滴が付着する場合がある。そこで、イオナイザ１１０のプラスイオン流路１１３およびマイナスイオン流路１１４からノズル４１に対し、それぞれプラスイオンおよびマイナスイオンを照射することで、ノズル４１を除電することとしてもよい。これにより、ノズル４１への液滴の付着を抑制することができる。なお、プラスイオンおよびマイナスイオンの照射は、常時行ってもよいし、薬液処理およびリンス処理時にのみ行ってもよい。
（第４の実施形態）
第４の実施形態では、ウェハＷの表面電位の測定方法について説明する。
従来、ウェハＷの表面電位を測定する場合、ウェハＷの上方に配置されたプローブを用いてウェハＷの表面電位を測定する表面電位計が用いられてきた。しかしながら、ウェハＷの上方にプローブを配置した場合、プローブに薬液等が付着してプローブを劣化させるおそれがある。また、チャンバ２０に対してウェハＷを搬入出したり、ノズル４１を移動させたりする際に、プローブが邪魔になるおそれがある。また、ＦＦＵ２１による気流がプローブによって乱されるおそれもある。さらに、ウェハＷ以外の帯電物の影響を受けやすく、ウェハＷの表面電位を正確に測定することが難しい。このように、従来技術においては、液処理中におけるウェハＷの表面電位を効率的に測定するという点でさらなる改善の余地がある。
一方、導体の表面電位は一定であり、導体の何れの場所で表面電位を測定しても測定結果は同一となる。そこで、第４の実施形態では、ウェハＷと電気的に接続されているウェハＷ以外の場所の表面電位を測定することにより、ウェハＷの表面電位を測定することとした。
図１３は、第４の実施形態に係る処理ユニットの構成を示す図である。図１３に示すように、第４の実施形態に係る処理ユニット１６Ｂは、表面電位計１５０を備える。表面電位計１５０は、液処理中において、駆動部３３における支柱部３２の表面電位を測定し、測定結果を制御部１８Ｂに出力する。
ここで、基板を除電するための除電経路、具体的には、ウェハＷ、保持部材３１１、保持部３１の導電性部材３１ａ、支柱部３２、軸受３３２、電動機３３１のハウジング３３１ａおよび配線１０３は、低抵抗であることが好ましい。しかしながら、かかる除電経路の一部を構成する軸受３３２は、ウェハＷの回転数が高くなるほど抵抗値が高くなる。これは、回転数が高くなるにつれて、軸受３３２が有する玉の周りに油膜が張られ、軌道面から浮くことで、絶縁状態に近くなるためである。したがって、液処理中においてウェハＷの回転数が上昇すると、除電経路の抵抗値が上昇してウェハＷの表面電位が上昇することとなる。
このように、ウェハＷの回転中においては、軸受３３２の抵抗値が上昇するため、除電経路のうち軸受３３２よりも上流側の部分、すなわち、ウェハＷ、保持部材３１１、保持部３１の導電性部材３１ａおよび支柱部３２を一つの導体と見なすことができる。したがって、支柱部３２の表面電位を表面電位計１５０で測定することにより、ウェハＷの表面電位を間接的に測定することが可能である。
図１３に示す例では、支柱部３２のうち、保持部３１と軸受３３２との間に位置する部分の表面電位を表面電位計１５０にて測定することとしている。かかる場所に表面電位計１５０を配置することで、表面電位計１５０への薬液等の付着を防止することができる。また、チャンバ２０に対してウェハＷを搬入出したり、ノズル４１を移動させたりする際に表面電位計１５０が邪魔になることもなく、ＦＦＵ２１による気流を乱すこともない。さらに、ウェハＷ以外の帯電物の影響を受けにくいため、ウェハＷの表面電位をより正確に測定することができる。
なお、ウェハＷ以外の帯電物の影響をより受けにくくするために、表面電位計１５０を金属製の箱で覆ってもよい。
ここで、表面電位計１５０による表面電位の測定位置の他の例について図１４および図１５を参照して説明する。図１４および図１５は、表面電位計１５０による表面電位の測定位置の他の例を示す図である。
図１４および図１５に示すように、表面電位計１５０は、支柱部３２のうち軸受３３２よりも下方側の部分、すなわち、反負荷側に延在する部分の表面電位を測定してもよい。図１４には、支柱部３２の底面の表面電位を測定する例を示し、図１５には、支柱部３２の周面の表面電位を測定する例を示している。なお、図１４に示す例において、支柱部３２は、必ずしも軸受３３２から下方に突出していることを要しない。また、図１４および図１５において、ウェハＷ以外の帯電物の影響をより受けにくくするために、表面電位計１５０を金属製の箱で覆ってもよい。
次に、表面電位計１５０による測定結果に基づく異常検出処理の例について図１６を参照して説明する。図１６は、表面電位計１５０による測定結果に基づく異常検出処理の説明図である。なお、図１６には、液処理中における、表面電位計１５０による表面電位の測定結果、ノズル４１からウェハＷへ吐出される処理液の流量およびウェハＷの回転数の時間変化の一例を示している。
図１６に示すように、制御部１８Ｂは、表面電位計１５０による測定結果と第１閾値とを比較し、測定結果が第１閾値を超えた場合に、異常電圧の発生を検出してもよい。なお、制御部１８Ｂは、表面電位計１５０による測定結果を記憶部１９に記憶し、記憶部１９に記憶された測定結果を用いて表面電位の変化率を算出し、算出した表面電位の変化率が閾値を超えた場合に、突発的な（パルス状の）異常電圧の発生を検出することとしてもよい。
次に、表面電位計１５０による測定結果に基づく異常対応処理の例について図１７を参照して説明する。図１７は、表面電位計１５０による測定結果に基づく異常対応処理の説明図である。図１７には、図１６と同様、液処理中における、表面電位計１５０による表面電位の測定結果、ノズル４１からウェハＷへ吐出される処理液の流量およびウェハＷの回転数の時間変化の一例を示している。
図１７に示すように、制御部１８Ｂは、表面電位計１５０による測定結果と第２閾値（＜第１閾値）とを比較し、測定結果が第２閾値を超えた場合に、バルブ４５ａまたはバルブ４５ｂ（図２参照）を制御して、ノズル４１から吐出される処理液の流量を低下させてもよい。これにより、ウェハＷの表面電位を低下させることができる。なお、ここでは、処理液の流量を低下させることとしたが、制御部１８Ｂは、駆動部３３（図２参照）を制御することにより、ウェハＷの回転数を低下させることとしてもよい。これによっても、ウェハＷの表面電位を低下させることができる。
上述したように、第４の実施形態に係る基板処理システム１（基板処理装置の一例）は、導電性を有する保持部３１と、保持部３１の導電性部材３１ａと電気的に接触し、導電性部材で構成される除電経路部と、一端部が除電経路部に接続され、他端部が接地電位に接続される配線１０３（接地部の一例）と、保持部３１に保持されたウェハＷに対して処理液を吐出するノズル４１と、保持部３１に保持されたウェハＷの表面電位を測定する表面電位計１５０とを備える。また、除電経路部は、保持部３１の導電性部材３１ａと電気的に接触し、保持部３１を支持する導電性の支柱部３２と、軸受３３２を介して支柱部３２を支持するとともに、支柱部３２を回転させる電動機３３１とを含み、表面電位計１５０は、支柱部３２の表面電位を測定することによって保持部３１に保持されたウェハＷの表面電位を測定する。
したがって、第４の実施形態に係る基板処理システム１によれば、液処理中におけるウェハＷの表面電位を効率的に測定することができる。
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
Ｗ ウェハ
１ 基板処理システム
２ 搬入出ステーション
３ 処理ステーション
４ 制御装置
１６ 処理ユニット
１８ 制御部
１９ 記憶部
１０１ 配線
１０２ 測定部
１１０ イオナイザ
１９１ レシピ情報
１９２ 流動電流情報

Claims (10)

  1. 基板を保持して回転させる保持部、処理液を吐出するノズルおよび前記ノズルに前記処理液を供給する導電性の配管部を含む処理ユニットと、
    前記保持部に保持されて回転する前記基板に対し、前記ノズルから前記処理液を供給することによって前記基板を処理する液処理を前記処理ユニットに対して実行させる制御部と、
    前記配管部を前記処理液が流れることによって生じる流動電流を測定する測定部と
    を備え、
    前記制御部は、
    前記測定部による測定結果に基づいて前記液処理を監視する、基板処理装置。
  2. 前記液処理の処理条件と流動電流の値とを関連づけた流動電流情報を記憶する記憶部
    をさらに備え、
    前記制御部は、
    前記測定部による測定結果と前記流動電流情報とに基づき、前記液処理の異常を検出する、請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記制御部は、
    前記液処理の異常として、前記配管部の破断、前記基板の割れ、前記保持部の絶縁のうちの少なくとも１つを検出する、請求項２に記載の基板処理装置。
  4. 前記流動電流情報は、
    前記液処理の処理条件として、前記処理液の種類を含み、
    前記制御部は、
    前記測定部による測定結果と前記流動電流情報とに基づき、前記処理液の濃度異常を検出する、請求項２または３に記載の基板処理装置。
  5. 前記流動電流情報は、
    前記液処理の処理条件として、前記処理液の温度を含み、
    前記制御部は、
    前記測定部による測定結果と前記流動電流情報とに基づき、前記処理液の温度異常を検出する、請求項２〜４のいずれか一つに記載の基板処理装置。
  6. 前記制御部は、
    前記測定部による測定結果に基づき、前記液処理中における放電の発生を検出する、請求項１〜５のいずれか一つに記載の基板処理装置。
  7. 前記制御部は、
    前記測定部による測定結果に基づき、前記基板上の前記処理液が第１の処理液から第２の処理液へ置換したタイミングを検出する、請求項１〜６のいずれか一つに記載の基板処理装置。
  8. 前記ノズルを前記基板の径方向に沿って移動させる移動機構
    を備え、
    前記制御部は、
    前記移動機構を用いて前記ノズルを前記基板の径方向に沿って移動させつつ、前記保持部に保持されて回転する前記基板に対し、前記ノズルから前記処理液を供給することによって前記基板を処理する前記液処理を前記処理ユニットに対して実行させ、前記測定部による測定結果に基づき、前記基板の径方向における帯電量の分布を推定する、請求項１〜７のいずれか一つに記載の基板処理装置。
  9. 前記流動電流の導通経路に対して前記流動電流と逆向きの電流を供給する電流供給部
    をさらに備え、
    前記制御部は、
    前記測定部による測定結果に基づいて前記電流供給部の出力を制御する、請求項１〜８のいずれか一つに記載の基板処理装置。
  10. 基板を保持して回転させる保持部、処理液を吐出するノズルおよび前記ノズルに前記処理液を供給する導電性の配管部を含む処理ユニットに対し、前記保持部に保持されて回転する前記基板に対して前記ノズルから前記処理液を供給することによって前記基板を処理する液処理を実行させる制御工程と、
    前記配管部を前記処理液が流れることによって生じる流動電流を測定する測定工程と、
    前記測定工程における測定結果に基づいて前記液処理を監視する監視工程と
    を含む、基板処理方法。
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