JP2015096830A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】細かい位置調整作業を必要とせず、簡単な構成で確実に基板の保持状態を判定することのできる技術を提供する。
【解決手段】基板Ｗを略水平姿勢に保持する保持手段１１と、保持手段１１を略鉛直軸周りに回転させる回転手段１１３と、保持手段１１を収容する処理空間ＳＰを形成する処理室９０と、処理室９０内に照明光を導入する照明手段７１と、保持手段１１に保持された基板Ｗを撮像する撮像手段７２と、撮像手段７２により撮像された画像から、基板Ｗ表面のうち照明手段７１の正反射像を含まない少なくとも一部を含む領域を比較対象領域として、基板Ｗの回転位相角を互いに異ならせて撮像した複数の画像間における比較対象領域の画像内容の比較結果に基づき、保持手段１１による基板Ｗの保持状態を判定する判定手段８１，８６とを備える基板処理装置である。
【選択図】図３

Description

この発明は、基板を略水平姿勢に保持して回転させる基板処理装置および基板処理方法に関するものである。

基板に対し例えば洗浄処理やコーティング処理などの各種処理を施す技術として、基板を略水平姿勢に保持して回転させながら処理を行うものがある。特に基板に液体を供給して行う処理においては、基板の回転に伴う遠心力により液体を基板表面にムラなく均一に供給することができることから、このような技術が広く用いられている。

この技術においては、基板の高速回転を可能とするために、基板がこれを保持する保持手段により確実に保持されていることが必要である。基板の保持が不完全であったり、回転軸に対して傾いた状態に保持されていると、回転により基板が脱落して破損したり装置を損傷させるなどの問題が生じ得るからである。このような不完全な保持は、保持手段に基板が載置される際の位置ずれ等の不適切な操作によって生じるほか、薬剤による腐食や機械的な損傷によって保持手段が基板を適正に保持する機能を失ったことが原因となる場合もあり得る。

上記のような問題を回避するために、装置に搬入された基板の保持状態を検知する技術が提案されている。例えば特許文献１に記載の技術では、基板の端部に向けて収束ビーム光を照射し、基板により断続的に遮蔽される光の受光結果から基板のオリエンテーションフラットの位置や載置不良などを検出する。また特許文献２に記載の技術では、基板表面に向けて照射したレーザ光の反射光をラインセンサで受光し、その受光位置から基板の傾きを検出する。

特開平０２−０８６１４４号公報 特開２００３−２２９４０３号公報

上記従来技術は、基板に収束光ビームを照射し、基板により遮蔽または反射される光ビームを受光して基板の保持状態を判定する。したがって、光ビームを出射する発光器とこれを受光する受光器との位置精度が検出精度に影響を与える。そのため、発光器と受光器との精密な位置調整作業が必要となる。また、処理に伴って生じる装置の振動が誤検出の原因となり得る。これらのことから、細かい位置調整作業を必要とせず、簡単な構成で確実に基板の保持状態を判定することのできる技術の確立が求められる。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板を略水平姿勢に保持して回転させる基板処理装置および基板処理方法において、細かい位置調整作業を必要とせず、簡単な構成で確実に基板の保持状態を判定することのできる技術を提供することを目的とする。

この発明にかかる基板処理装置の一の態様は、上記目的を達成するため、基板を略水平姿勢に保持する保持手段と、前記保持手段を略鉛直軸周りに回転させる回転手段と、前記保持手段を収容する処理空間を形成する処理室と、前記処理室内に照明光を導入する照明手段と、前記保持手段に保持された前記基板を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された画像から、前記基板表面のうち前記照明手段の正反射像を含まない少なくとも一部を含む領域を比較対象領域として、前記基板の回転位相角を互いに異ならせて撮像した複数の画像間における前記比較対象領域の画像内容の比較結果に基づき、前記保持手段による前記基板の保持状態を判定する判定手段とを備えている。

また、この発明にかかる基板処理方法の一の態様は、上記目的を達成するため、処理室内で基板を略水平姿勢に保持する保持手段に、前記基板を保持させる工程と、前記基板を照明する工程と、前記保持手段に保持された前記基板の画像を、前記基板の鉛直軸周りの回転位相角を互いに異ならせて複数撮像する工程と、撮像された複数の前記画像の各々について、前記基板表面のうち照明光の正反射光成分を含まない少なくとも一部を含む領域を比較対象領域とし、前記複数の画像間における前記比較対象領域の画像内容の比較結果に基づき、前記保持手段による前記基板の保持状態を判定する工程とを備えている。

このように構成された発明では、撮像された基板表面のうち照明光の正反射光成分を含まない領域を比較対象領域とし、基板の回転位相角を異ならせて撮像した複数の画像間で比較対象領域の画像内容を比較して基板の保持状態を判定する。保持手段に保持された基板に傾きや位置ずれ等の異常があるとき、基板の回転位相角が互いに異なる複数の画像間では画像内容が相違する。本発明では、これらの画像間での相対的な比較により基板の保持状態を判定し、しかも判定に正反射光成分を用いないため、照明光の基板表面での正反射光を受光する必要がない。したがって、照明光およびその基板表面での正反射光の光路を調整する必要もない。

また照明光については、基板表面の撮像が可能となる程度の明るさが処理室内に供されれば足り、必ずしも基板に向けて直接照射される必要はなく、処理室内で散乱した照明光が基板表面に入射する態様であってよい。また、照明光が収束光である必要もない。このように、本発明によれば、細かい位置調整作業を必要とせず、簡単な構成で確実に基板の保持状態を判定することが可能である。

より具体的な判定の第１の態様としては、例えば、複数の画像間での比較対象領域の輝度の比較結果に基づき保持状態を判定するように構成されてもよい。例えば基板が傾いた状態で保持されている場合、撮像手段から基板表面を見込む角が基板の回転位相角によって変動する。これにより、撮像手段から見た基板表面の明るさが変化するので、複数の画像間での輝度の相対比較により、基板の保持状態を判定することが可能である。

さらに具体的には、例えば、複数の画像のうち比較対象領域の輝度が最も高いものと最も低いものとの間での輝度値の差が、所定の第１閾値以内であれば保持状態が正常であると判定する一方、輝度値の差が第１閾値を超える場合には保持状態が異常であると判定するように構成されてもよい。このような構成では、撮像により得られた画像データに基づいて定量的に判定を行うことができる。

この場合、例えば、一の画像における比較対象領域に含まれる各画素の画素値の総和と、他の一の画像における比較対象領域に含まれる各画素の画素値の総和との差を、当該２つの画像間での輝度値の差とすることができる。このような構成では、画像データのみに基づいて定量的に、かつ極めて簡単に判定を行うことができる。

また、より具体的な判定の第２の態様としては、例えば、複数の画像のそれぞれを、基板の表面に映り込む処理室内の特定部位の像を含むものとし、撮像された基板表面のうち特定部位の像を含む領域を比較対象領域として、複数の画像間における特定部位の像の位置の比較結果に基づき保持状態を判定するように構成されてもよい。処理室内で保持された基板表面には処理室内の構造物の像が映り込む。撮像手段から見たその像の位置は、基板が傾いていれば基板の回転位相角によって変動する。したがって、処理室内にある構造物のうち基板表面にその像が映り込む位置にあり、かつ他の構造物とは識別され得るものを特定部位として、その像の位置を複数の画像間で相対比較することにより、基板の保持状態を判定することが可能である。

さらに具体的には、例えば、保持手段に正常に保持された基板における特定部位の像の位置に関する情報を予め保持しておき、該情報により特定される位置と、複数の画像それぞれにおける特定部位の像の位置との位置ずれ量が所定の第２閾値以内であれば保持状態が正常であると判定する一方、位置ずれ量が第２閾値を超える場合には保持状態が異常であると判定するように構成されてもよい。このように、正常な保持状態における像との対比で判定を行うことにより、基板の保持状態をより確実に判定することができる。

また例えば、複数の画像間における特定部位の像の相対的な位置ずれ量の最大値が所定の第３閾値以内であれば保持状態が正常であると判定する一方、位置ずれ量が第３閾値を超える場合には保持状態が異常であると判定するように構成されてもよい。このような構成によれば、撮像された複数の画像のみに基づいて簡単に基板の保持状態を判定することができる。

このような判定を可能とするために、例えば、処理室内の基板表面に臨む位置に、特定部位として機能する位置基準マークが設けられていてもよい。このような構成によれば、位置検出に特化した形状の位置基準マークを設けることができ、複数の画像において基板に映り込む位置基準マークの像の位置から容易に基板の保持状態を判定することができる。

また、より具体的な判定の第３の態様としては、例えば、比較対象領域を基板の周端部の一部を含むものとし、比較対象領域のうち基板が占める面積の大きさを複数の画像間で比較して保持状態を判定するようにしてもよい。例えば基板が円形で、回転軸に対し偏心した状態で保持されているとき、定点観測では基板の回転に伴ってその周端部の位置が変動することになる。このとき、基板の回転位相角を異ならせて撮像した複数の画像間では比較対象領域に占める基板の面積が変動する。したがって、複数の画像間での比較対象領域内の基板の面積の相対比較により、基板の保持状態を判定することが可能である。

この場合、例えば、複数の画像のうち比較対象領域に占める基板の面積が最も高いものと最も低いものとの間での面積差が所定の第４閾値以内であれば保持状態が正常であると判定する一方、面積差が第４閾値を超える場合には保持状態が異常であると判定するように構成されてもよい。このような構成によれば、比較対象領域に占める基板の面積の変動の大きさに基づき保持状態が判定されるので、正常な保持状態において基板が比較対象領域に占める面積が予めわかっていなくても保持状態を判定することができる。

また例えば、比較対象領域に含まれる各画素のうち基板に対応する画素の数を、比較対象領域に占める基板の面積を示す情報とするように構成されてもよい。基板が占める面積が大きいほど基板に対応する画素の数が多くなるから、画素の数が比較対象領域における基板の面積を的確に表す情報となっている。したがって、画素数をカウントすることで簡単に基板の保持状態を判定することができる。

また例えば、上記した各態様において、撮像手段は、処理室内で照明光の基板表面による正反射光が入射しない位置に配置されてもよい。前記したように、この発明では基板からの正反射光を用いずにその保持状態を判定する。したがって、撮像手段が基板からの正反射光を受光する位置に設けられる必要がない。むしろ、基板の不適切な保持に起因して正反射光の撮像手段への入射状態が基板の回転位相角によって変化することで誤判定のおそれが生じる。照明光の基板による正反射光が入射しないような位置に撮像手段を配置することで、このような問題を未然に回避することができる。

本発明によれば、保持手段により保持される基板を撮像した複数の画像間における、基板表面のうち照明光の正反射光成分を含まない領域の画像内容の相対比較によって基板の保持状態を判定するので、細かい位置調整作業を必要とせず、簡単な構成で確実に基板の保持状態を判定することが可能である。

本発明にかかる基板処理システムの概略構成を示す図である。 一の基板処理ユニットの構造を示す上面図である。 図２のＡ−Ａ矢視断面および基板処理ユニットの制御部の構成を示す図である。 基板処理ユニットの動作を示すフローチャートである。 第１の例における判定原理を説明する第１の図である。 第１の例における判定原理を説明する第２の図である。 第２の例における判定原理を説明する第１の図である。 第２の例における判定原理を説明する第２の図である。 第３の例における判定原理を説明する図である。

以下、本発明を適用可能な基板処理装置を具備する基板処理システムの概要について説明する。図１は、本発明にかかる基板処理システムの概略構成を示す図である。より詳しくは、図１は本発明を好適に適用可能な基板処理システムの一態様の上面図である。この基板処理システム１は、それぞれが互いに独立して基板に対し所定の処理を実行可能な基板処理ユニット１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄと、これらの基板処理ユニット１Ａ〜１Ｄと外部との間で基板の受け渡しを行うためのインデクサロボット（図示省略）が配置されたインデクサ部１Ｅと、システム全体の動作を制御する制御部８０（図３）とを備えている。

基板処理ユニット１Ａ〜１Ｄは、基板処理システム１における配設位置に応じて各部のレイアウトが一部異なっているものの、各ユニットが備える構成部品およびその動作は互いに同一である。そこで、以下ではこれらのうち１つの基板処理ユニット１Ａについてその構成および動作を説明し、他の基板処理ユニット１Ｂ〜１Ｄについては詳しい説明を省略する。なお、基板処理ユニットの配設数は任意であり、またこのように水平方向配置された４つの基板処理ユニットを１段分として、これが上下方向に複数段積み重ねられた構成であってもよい。

図２は一の基板処理ユニットの構造を示す上面図である。また、図３は図２のＡ−Ａ矢視断面および基板処理ユニットの制御部の構成を示す図である。基板処理ユニット１Ａは、半導体ウエハ等の円盤状の基板Ｗに対して処理液による洗浄やエッチング処理などの湿式処理を施すための枚葉式の湿式処理ユニットである。この基板処理ユニット１Ａでは、チャンバー９０の天井部分にファンフィルタユニット（ＦＦＵ）９１が配設されている。このファンフィルタユニット９１は、ファン９１１およびフィルタ９１２を有している。したがって、ファン９１１の作動により取り込まれた外部雰囲気がフィルタ９１２を介してチャンバー９０内の処理空間ＳＰに供給される。基板処理システム１はクリーンルーム内に設置された状態で使用され、処理空間ＳＰには常時クリーンエアが送り込まれる。

チャンバー９０の処理空間ＳＰには基板保持部１０が設けられている。この基板保持部１０は、基板表面を上方に向けた状態で基板Ｗを略水平姿勢に保持して回転させるものである。この基板保持部１０は、基板Ｗよりも若干大きな外径を有する円盤状のスピンベース１１１と、略鉛直方向に延びる回転支軸１１２とが一体的に結合されたスピンチャック１１を有している。回転支軸１１２はモータを含むチャック回転機構１１３の回転軸に連結されており、制御部８０のチャック駆動部８５からの駆動によりスピンチャック１１が回転軸（鉛直軸）回りに回転可能となっている。これら回転支軸１１２およびチャック回転機構１１３は、円筒状のケーシング１２内に収容されている。また、回転支軸１１２の上端部には、スピンベース１１１が一体的にネジなどの締結部品によって連結され、スピンベース１１１は回転支軸１１２により略水平姿勢に支持されている。したがって、チャック回転機構１１３が作動することで、スピンベース１１１が鉛直軸回りに回転する。制御部８０は、チャック駆動部８５を介してチャック回転機構１１３を制御して、スピンベース１１１の回転速度を調整することが可能である。

スピンベース１１１の周縁部付近には、基板Ｗの周端部を把持するための複数個のチャックピン１１４が立設されている。チャックピン１１４は、円形の基板Ｗを確実に保持するために３つ以上設けてあればよく（この例では６つ）、スピンベース１１１の周縁部に沿って等角度間隔で配置されている。チャックピン１１４のそれぞれは、基板Ｗの外周端面を押圧する押圧状態と、基板Ｗの外周端面から離れる解放状態との間を切り替え可能に構成されている。

スピンベース１１１に対して基板Ｗが受け渡しされる際には、複数のチャックピン１１４のそれぞれを解放状態とする一方、基板Ｗを回転させて所定の処理を行う際には、複数のチャックピン１１４のそれぞれを押圧状態とする。このように押圧状態とすることによって、チャックピン１１４は基板Ｗの周端部を把持してその基板Ｗをスピンベース１１１から所定間隔を隔てて略水平姿勢に保持することができる。これにより、基板Ｗはその表面を上方に向け、裏面を下方に向けた状態で支持される。なお、チャックピン１１４としては、公知の構成、例えば特開２０１３−２０６９８３号公報に記載されたものを用いることができる。また、基板を保持する機構としてはチャックピンに限らず、例えば基板裏面を吸引して基板Ｗを保持する真空チャックを用いてもよい。

ケーシング１２の周囲には、スピンチャック１１に水平姿勢で保持されている基板Ｗの周囲を包囲するようにスプラッシュガード２０がスピンチャック１１の回転軸に沿って昇降自在に設けられている。このスプラッシュガード２０は回転軸に対して略回転対称な形状を有しており、それぞれスピンチャック１１と同心円状に配置されて基板Ｗから飛散する処理液を受け止める複数段の（この例では２段の）ガード２１と、ガード２１から流下する処理液を受け止める液受け部２２とを備えている。そして、制御部８０に設けられた図示しないガード昇降機構がガード２１を段階的に昇降させることで、回転する基板Ｗから飛散する薬液やリンス液などの処理液を分別して回収することが可能となっている。

スプラッシュガード２０の周囲には、エッチング液等の薬液、リンス液、溶剤、純水、ＤＩＷ（脱イオン水）など各種の処理液を基板Ｗに供給するための液供給部が少なくとも１つ設けられる。この例では、図２に示すように、３組の処理液吐出部３０，４０，５０が設けられている。処理液吐出部３０は、制御部８０のアーム駆動部８３により駆動されて鉛直軸周りに回動可能に構成された回動軸３１と、該回動軸３１から水平方向に延設されたアーム３２と、アーム３２の先端に下向きに取り付けられたノズル３３とを備えている。アーム駆動部８３により回動軸３１が回動駆動されることで、アーム３２が鉛直軸周りに揺動し、これによりノズル３３は、図２において二点鎖線矢印で示すように、スプラッシュガード２０よりも外側の退避位置（図３に実線で示す位置）と基板Ｗの回転中心の上方位置（図３に点線で示す位置）との間を往復移動する。ノズル３３は、基板Ｗの上方に位置決めされた状態で、制御部８０の処理液供給部８４から供給される所定の処理液を吐出し、基板Ｗに処理液を供給する。

同様に、処理液吐出部４０は、アーム駆動部８３により回動駆動される回動軸４１と、これに連結されたアーム４２と、アーム４２の先端に設けられて処理液供給部８４から供給される処理液を吐出するノズル４３とを備えている。また、処理液吐出部５０は、アーム駆動部８３により回動駆動される回動軸５１と、これに連結されたアーム５２と、アーム５２の先端に設けられて処理液供給部８４から供給される処理液を吐出するノズル５３とを備えている。なお、処理液吐出部の数はこれに限定されず、必要に応じて増減されてもよい。

スピンチャック１１の回転により基板Ｗが所定の回転速度で回転した状態で、これらの処理液吐出部３０，４０，５０がノズル３３，４３，５３を順次基板Ｗの上方に位置させて処理液を基板Ｗに供給することにより、基板Ｗの洗浄処理が実行される。処理の目的に応じて、各ノズル３３，４３，５３からは互いに異なる処理液が吐出されてもよく、同じ処理液が吐出されてもよい。また、１つのノズルから２種類以上の処理液が吐出されてもよい。基板Ｗの回転中心付近に供給された処理液は、基板Ｗの回転に伴う遠心力により外側へ広がり、最終的には基板Ｗの周端部から側方へ振り切られる。基板Ｗから飛散した処理液はスプラッシュガード２０のガード２１によって受け止められて液受け部２２により回収される。

さらに、チャンバー９０の処理空間ＳＰ内には、処理空間ＳＰ内を照明する照明部７１と、スピンチャック１１により保持された基板Ｗの表面を撮像するカメラ７２とが設けられている。照明部７１は例えばＬＥＤランプを光源とするものであり、カメラ７２による撮像を可能とするために必要な照明光を処理空間ＳＰ内に供給する。カメラ７２は処理空間ＳＰ内で基板Ｗよりも上方に基板Ｗに向けて配置され、スピンチャック１１により保持された基板Ｗの表面全体をその視野に包含する。

図２に示すように、カメラ７２は、平面視において照明部７１から基板Ｗを見込む範囲に含まれる領域（破線Ｌ1、Ｌ2に挟まれた領域）の外側に設けられている。このため、照明部７１から基板Ｗに直接入射した光の正反射光がカメラ７２に入射することは回避されている。つまり、照明光の基板Ｗ表面での正反射光の進路を避けた位置にカメラ７２が設けられている。これに対し、例えば図２に点線で示すようにカメラ７２が破線Ｌ1、Ｌ2に挟まれた領域内に設けられている場合には、基板Ｗからの正反射光がカメラ７２に入射することになる。

詳しくは後述するが、この基板処理システム１では、カメラ７２により基板Ｗの表面を撮像した画像を用いて基板Ｗの保持状態を判定するが、このとき、基板Ｗからの正反射光を含まない画像を用いて判定を行う。従来技術のように正反射光成分を用いて判定を行う技術では光源とカメラとの光軸ずれが判定精度に影響を与えるが、この基板処理システム１では、正反射光を含まない複数の画像の相対比較によって判定を行うので、このような光軸ずれの問題が生じない。この場合、正反射光成分はむしろ外乱となり得るので、基板Ｗ表面での正反射光がカメラ７２に入射しないように、照明部７１とカメラ７２との位置が定められている。

カメラ７２により取得された画像データは制御部８０の画像処理部８６に与えられる。画像処理部８６は、画像データに対し所定の画像処理を施して、基板Ｗの保持状態を判定するために必要な情報を取得する。

上記の他、この基板処理システム１の制御部８０には、予め定められた処理プログラムを実行して各部の動作を制御するＣＰＵ８１と、ＣＰＵ８１により実行される処理プログラムや処理中に生成されるデータ等を記憶保存するためのメモリ８２と、処理の進行状況や異常の発生などを必要に応じてユーザに報知するための表示部８７とを備えている。なお、制御部８０は各基板処理ユニット１Ａ〜１Ｄごとに個別に設けられてもよく、また基板処理システム１に１組だけ設けられて各基板処理ユニット１Ａ〜１Ｄを統括的に制御するように構成されてもよい。また、ＣＰＵ８１が画像処理部としての機能を兼ね備えていてもよい。

次に、以上のように構成された基板処理ユニット１Ａの動作について説明する。なお、説明を省略するが、他の基板処理ユニット１Ｂ〜１Ｄも同じように動作する。基板処理ユニット１Ａは、インデクサ部１Ｅを介して外部から搬入される基板Ｗを受け入れて、基板Ｗを回転させながら各種の処理液を供給して湿式処理を実行する。湿式処理としては各種の処理液を用いた多くの公知技術があり、それらの任意のものを適用可能であるので、湿式処理の内容については説明を省略する。

この基板処理ユニット１Ａにおける動作上の特徴は、基板Ｗがスピンチャック１１に載置されて回転され、所定の回転速度で湿式処理に供されるまでの間に、スピンチャック１１による基板Ｗの保持状態が判定される点にある。すなわち、基板Ｗの回転が開始されてから処理速度に達するまでの間に、カメラ７２により撮像される画像を用いて基板Ｗの保持状態が判定され、正常な保持状態であると判定されれば予定された湿式処理を実行する一方で、保持状態が異常であると判定されたときには直ちに基板Ｗの回転が停止される。以下、その処理内容について説明する。

図４は基板処理ユニットの動作を示すフローチャートである。この動作は、ＣＰＵ８１が予め定められた処理プログラムを実行することにより実現される。基板Ｗが基板処理ユニット１Ａに搬入されると、スピンチャック１１、より具体的にはスピンベース１１１の周縁部に設けられた複数のチャックピン１１４に載置される（ステップＳ１０１）。基板Ｗが搬入される際にはスピンベース１１１に設けられたチャックピン１１４は解放状態となっており、基板Ｗが載置された後、チャックピン１１４が押圧状態に切り替わって基板Ｗがチャックピン１１４により保持される（ステップＳ１０２）。

このとき、例えば基板Ｗの載置位置が不適切であった等の理由で、チャックピン１１４による基板Ｗの保持が不完全となることがあり得る。例えば基板Ｗがいずれかのチャックピン１１４に乗り上げた状態で載置され、これにより基板Ｗが水平姿勢から傾いた状態で保持されることがある。また例えば、チャックピン１１４が薬液による腐食で形状が次第に変化し、これにより基板Ｗを保持することができなくなったり、基板Ｗが偏心した状態で保持されてしまったりすることがある。

このような状態で基板Ｗが回転されると、基板Ｗがスピンチャック１１から脱落して破損したり、チャンバー９０内の構成部品に衝突して装置が損傷するおそれがある。また、脱落には至らなくても、傾いたり偏心した状態で基板Ｗが回転することで、装置に異常振動が発生するおそれがある。このような問題を未然に防止するために、この基板処理ユニット１Ａでは、カメラ７２により撮像される画像を用いて基板Ｗの挙動を観察することで、スピンチャック１１による基板Ｗの保持状態を判定する。

具体的には、チャック駆動部８５を作動させてスピンチャック１１を低速で回転させながら（ステップＳ１０３）、カメラ７２により基板Ｗを連続的に撮像する（ステップＳ１０４）。これにより、基板Ｗの回転位相角が互いに異なる複数の画像が取得される。そして、画像処理部８６が、得られた各画像から所定の特徴量を算出する（ステップＳ１０５）。ここでいう「特徴量」とは、撮像された画像から数値として定量的に算出可能な量であって、基板Ｗが正常に保持されているときと、不適切な保持状態にあるときとで異なる値を取り得るものである。

より具体的には、基板Ｗが正常に保持されているときには回転位相角が互いに異なる複数の画像間で変動が少ない一方、不適切な保持状態にあるときには複数の画像間で変動が大きくなるような量が、「特徴量」として好適なものである。特に、照明光の基板Ｗ表面での正反射光成分に依存しない特徴量が好ましい。このような特徴量としては各種のものが考えられるが、その具体例については後に説明する。

各画像での特徴量が求められると、回転位相角が互いに異なる複数の画像間における特徴量の変動量が予め定められた許容範囲内にあるかがＣＰＵ８１により判定される（ステップＳ１０６）。前記したように、基板Ｗの保持状態が適切であれば変動が少なくなるような特徴量が選ばれていることから、特徴量の変動量が許容範囲内にあれば（ステップＳ１０６において「ＹＥＳ」）基板Ｗの保持状態は正常であると判定することができる。そこで、この場合には基板Ｗの回転速度を湿式処理用の規定値まで増加させ（ステップＳ１０７）、続いて予め定められた湿式処理を実行する（ステップＳ１０８）。湿式処理の内容については説明を省略する。

一方、回転位相角の変化に伴う特徴量の変動量が許容範囲を超えている場合には（ステップＳ１０６において「ＮＯ」）、基板Ｗの保持状態が異常であると判定することができる。そこで、直ちにスピンチャック１１の回転駆動を中止して基板Ｗの回転を停止させ、スピンチャック１１による基板Ｗの保持において異常がある旨を示すメッセージを表示部８７に表示してユーザに報知する（ステップＳ１１１）。メッセージの表示に代えて、あるいはこれに加えて、例えば警告音による異常報知を行ってもよい。

このように、基板Ｗを低速で回転させながらカメラ７２による撮像を行い、基板Ｗの回転位相角が互いに異なる複数の画像間における特徴量の相対的な変動量によって保持状態を判定することで、不適切な保持状態のまま基板Ｗが高速回転されて基板Ｗや装置が損傷することが回避される。前述したように、撮像結果に基づく保持状態の判定には、照明光の基板Ｗ表面での正反射光成分に依存しない特徴量が用いられる。以下ではその３つの具体例について説明する。

＜第１の例＞
図５および図６は第１の例における判定原理を説明する図である。撮像結果に基づく保持状態の判定の第１の例では、スピンチャック１１上での基板Ｗの傾きにより生じる基板Ｗ表面における輝度の変化に基づき保持状態の判定を行う。すなわち、この例における特徴量は、基板Ｗ表面の輝度である。

図５（ａ）左側に示すように、基板Ｗがスピンチャック１１に適正に、すなわち基板Ｗ表面が略水平となるように保持された状態では、基板Ｗ表面の法線ベクトルＮが鉛直上向きとなっており、これは基板Ｗの回転位相角によらず不変である。基板Ｗ表面は照明部７１により照明されているが、基板Ｗ表面での正反射光はカメラ７２に入射せず、照明光がチャンバー９０内で散乱されて間接的に基板Ｗ表面に入射する光の反射光が主としてカメラ７２により受光される。図５（ａ）右側には、カメラ７２により撮像される基板Ｗ表面の様子が模式的に示されている。照明光の変化がなくカメラ７２から見込む基板Ｗの傾きも基板Ｗの回転位相角によらず一定であることから、撮像される基板Ｗ表面の像の輝度も、基板Ｗの回転位相角によらず略一定であると予想される。

一方、図５（ｂ）ないし図５（ｄ）それぞれの左側に示すように、基板Ｗが例えば一部のチャックピン１１４に乗り上げて傾いた状態で保持されている場合を考えると、カメラ７２から見込む基板Ｗの傾きが回転位相角により変化し、これに伴って、各図右側に示すように、撮像された基板Ｗ表面の輝度が基板Ｗの回転位相角に応じて変動する。

照明光がチャンバー９０内で十分に散乱されて特定の方向性を持たない場合、例えば図５（ｂ）に示すように基板Ｗ表面の法線ベクトルＶｎがカメラ７２と反対方向に向く成分を有しているとき、基板Ｗ表面からカメラ７２に入射する光の量が少なくなり基板Ｗ表面の輝度が低くなると考えられる。このときの基板Ｗの回転位相角φを０度とすると、回転位相角φが１８０度である図５（ｄ）の状態では、基板Ｗ表面の法線ベクトルＶｎがカメラ７２の方向に向く成分を有し、基板Ｗからカメラ７２に入射する光の量がより多くなり、撮像された画像における基板Ｗの輝度はより高くなる。これらの中間、すなわち図５（ｃ）に示す回転位相角φが９０度の状態では、基板Ｗ表面の輝度もこれらの中間的な値となると考えられる。

これらのことから、カメラ７２により撮像される画像のうち基板Ｗ表面に対応する少なくとも一部の領域、例えば図５（ａ）に示すように基板Ｗの中心付近の領域Ｒ１の輝度を、基板Ｗの回転位相角が互いに異なる複数の画像間で比較することにより、基板Ｗの傾きの有無を判定することが可能である。具体的には次のようにすることができる。

図６（ａ）に示すように、カメラ７２により撮像される画像のうち基板Ｗ表面に対応する一部領域Ｒ１について、当該領域Ｒ１に含まれる画素の各々を符号Ｐ（ｉ，ｊ）により表すこととする。ここで、パラメータｉ、ｊは領域Ｒ１における画素の座標位置を表す。領域Ｒ１の幅をＭ画素、高さをＮ画素とすると、領域Ｒ１の左上隅（もしくは左下隅）の画素の座標を（０，０）、これと対角の位置にある右下隅（もしくは右上隅）の画素の座標を（Ｍ−１，Ｎ−１）により表すことができる。当該領域Ｒ１に含まれる各画素Ｐ（ｉ，ｊ）の輝度値（画素値）を符号Ｉ（ｉ，ｊ）により表したとき、当該領域Ｒ１の輝度値Ｉｒを次式により定義する。

基板Ｗの回転位相角φを異ならせて撮像した複数の画像の各々について領域Ｒ１の輝度値Ｉｒを求め、これを回転位相角φに対してプロットすると、例えば図６（ｂ）に示すように、輝度値Ｉｒは基板Ｗの１回転分（すなわちφ＝３６０度）を最大周期として周期的に変化する。ここで、基板Ｗの表面が一様で、かつスピンチャック１１に水平に保持された状態では、回転位相角φによらず輝度値Ｉｒは一定値になると考えられる。しかしながら、より一般的には、許容される基板Ｗの微小な傾きや位置ごとの基板Ｗの表面状態の差異に起因して周期的な変動が現れる。

スピンチャック１１による基板Ｗの保持状態が適正で基板Ｗが略水平姿勢に保持されていれば、図６（ｂ）に曲線Ａとして示すように、輝度値Ｉｒの変動量は比較的小さい。一方、図５（ｂ）に示すように基板Ｗが傾いた状態で保持されているとき、図６（ｂ）に曲線Ｂとして示すように、輝度値Ｉｒの周期的な変動がより大きくなる。このことから、例えば、輝度値Ｉｒの変動量について適宜の閾値Ｔｈ１を予め設定しておき、撮像された複数の画像から求められる輝度値Ｉｒの変動量がこの閾値Ｔｈ１以内であれば保持状態が正常、閾値Ｔｈ１を超えている場合には基板Ｗの保持状態が異常であると判定することができる。

より具体的には、例えば、基板Ｗの少なくとも１回転分について複数の画像を撮像し、各画像中の領域Ｒについてそれぞれ求めた輝度値Ｉｒの最大値と最小値との差が閾値Ｔｈ１よりも大きければ、基板Ｗの保持状態が異常であると判定することができる。また例えば、撮像の都度遅滞なく輝度値Ｉｒの算出を行うとともに算出済みの輝度値Ｉｒの最大値および最小値を記憶しておき、それらの差が閾値Ｔｈ１を超えたことが判明した時点で保持状態が異常であると判定するようにしてもよい。いずれによっても、保持状態が判定されるまでの基板Ｗの回転量を１回転以内とすることができる。

閾値Ｔｈ１については、許容される基板Ｗの傾き量、基板Ｗの表面状態や処理空間ＳＰ内の明るさ等に応じて予め実験的に定めておくことが可能である。また、領域Ｒ１の位置および面積を複数の画像間で同一としておき、輝度値Ｉｒの変動量の大きさによって保持状態を判定するので、領域Ｒ１に含まれる画素の画素値の単なる合計値を当該領域Ｒ１の輝度値Ｉｒとして用いることが可能である。すなわち、この例では、基板Ｗ表面の輝度を表す数値の基板Ｗの回転に伴う相対的な変化量が求められれば判定が可能であり、輝度を表す尺度は何であってもよい。

また、正反射光や透過光等をカメラ７２に入射させる必要がないので、光軸調整を要せず、また照明光源として収束光ビームを出射するものを用いる必要もない。また、絶対的な輝度値ではなくその相対的な変化量により判定を行うため、基板Ｗが回転する間、照明条件が変わらなければ足り、光源の明るさを厳密に調整する必要もない。このように、この例では、細かい調整作業を必要とせず、簡単な構成で確実に基板の保持状態を判定することが可能である。

なお、上記の例では、基板Ｗの回転位相角φを異ならせた複数の画像のそれぞれについて、当該画像中の領域Ｒ１に含まれる画素の画素値の総計を輝度値Ｉｒとして求めた上で、複数の画像間で輝度値Ｉｒの比較を行っている。しかしながら、演算の順序を入れ替え、２つの画像間で互いに対応する画素間で画素値の差分を求め、その値を領域Ｒ１全体について合計しても技術的には等価であり、上記と同じ結果が得られる。

＜第２の例＞
図７および図８は第２の例における判定原理を説明する図である。この例は、基板Ｗの表面が鏡面に近い高い反射率を有している場合に特に有効である。このような場合、チャンバー９０内で保持された基板Ｗの表面には、照明部７１からの光で照明された処理空間ＳＰ内で基板Ｗの表面に臨む位置に設けられた構造物の像が映り込む。例えば図７（ａ）に示すように、処理空間ＳＰの上部隔壁に該当するチャンバー９０の天井部分に形状既知の構造物９２を設けておけば、基板Ｗ表面に映り込んだ構造物９２の像がカメラ７２により撮像される。

構造物９２の形状を例えば星型とした場合、撮像された画像には、図７（ｂ）に示すように、基板Ｗ表面のうち構造物９２に臨む位置に構造物９２の形状に対応する形状の像Ｉａが現れる。画像のうち構造物９２の像Ｉａが映り込む位置を含む領域Ｒ２に着目したとき、基板Ｗが水平姿勢に保持されていれば、基板Ｗの回転位相角によらず、領域Ｒ２における構造物９２の像Ｉａの位置はほぼ変わらないと考えられる。

一方、図８（ａ）ないし図８（ｃ）に示すように、基板Ｗが水平姿勢から傾いた状態でスピンチャック１１に保持されていれば、カメラ７２から見た基板Ｗ表面の傾き量が回転位相角に応じて変化することにより、領域Ｒ２における像Ｉａの位置が周期的に変動する。各図右側において点線で示される星型Ｉｂは、基板Ｗの傾きがないと仮定したときの像Ｉａの位置を表している。

したがって、図８（ｄ）に示すように、領域Ｒ２における像Ｉａの位置を指標する適宜の量（ここでは「位置指標量」という）を基板Ｗの回転位相角φに対してプロットしたとき、基板Ｗの傾きが許容範囲内であれば曲線Ａとして示すように値の変動は小さい一方、基板Ｗが傾いていれば、曲線Ｂとして示すようにより大きな周期的変動が現れることになる。このことから、位置指標量の変動量、つまり基板Ｗの回転に伴う像Ｉａの相対的な位置ずれ量に対して所定の閾値Ｔｈ２を予め設定しておき、基板Ｗの回転に伴う位置指標量の変動量が閾値Ｔｈ２以内であれば基板Ｗの保持状態が正常であり、閾値Ｔｈ２を超える場合には保持状態が異常であると判定することができる。すなわち、この例における位置指標量が、前述した「特徴量」に該当する。

位置指標量について説明する。最も単純には、構造物９２の像Ｉａから特定することが可能な代表点（例えば像の重心）の位置により、像Ｉａの位置を指標することが可能である。したがって、例えば基板Ｗを回転させながら撮像した複数の画像間における代表点の位置の差（すなわち距離）をもって位置指標量とすることが可能である。また例えば、所定の基準点（例えば基板Ｗの傾きがないと仮定したときの構造物９２の像Ｉｂの重心）と、各画像における代表点との距離をもって位置指標量としてもよい。

ただしこの場合、例えば基板Ｗの回転に伴う代表点の軌跡が基準点を中心とする円となる場合のように、スカラー量である基準点からの距離のみで表現された位置指標量から基板Ｗの傾きを把握することが困難となる場合があり得る。また、図８等では基板Ｗの傾きおよび像の位置ずれを強調して示しているが、実際の装置における基板Ｗの傾きはごく小さく、像Ｉａの位置変動も僅かである。したがって、このような像の位置のみによる判定では十分な判定精度が得られない場合がある。

より確度の高い方法として、基板Ｗの傾きがないと仮定したときの構造物９２の像Ｉｂをテンプレートとして、このテンプレートと実際に撮像された構造物９２の像Ｉａとの重なりの程度をパターンマッチング処理によって定量化し、その値を位置指標量として用いることが考えられる。具体的には、パターンマッチングにより求められるマッチング座標、またはマッチングスコアを位置指標量とすることができる。

基板Ｗが傾くことなくスピンチャック１１に保持されている場合、構造物９２の像Ｉａは基板Ｗの回転位相角φによらずほぼ基準像Ｉｂと重なって観察される。すなわちマッチングスコアおよびマッチング座標の基板Ｗの回転位相角φによる変動が少ない。一方、基板Ｗが傾いた状態で保持されているとき、マッチングスコアおよびマッチング座標が基板Ｗの回転位相角φによって大きく変化する。これらの数値の変動量に対して適宜の閾値Ｔｈ２を設定することで、基板Ｗの保持状態を的確に判定することができる。

パターンマッチング処理としては種々の技術を適用することが可能である。ここではいくつかの例を挙げるが、各技術は公知であるので原理の説明は省略する。以下では、テンプレートにおける各画素Ｐ（ｉ，ｊ）の輝度値をＴ（ｉ，ｊ）、撮像された各画像の領域Ｒ２における各画素Ｐ（ｉ，ｊ）の輝度値をＩ（ｉ，ｊ）とする。パラメータｉ、ｊの定義は第１の例と同じである。

（１）正規化相互相関（Normalized Cross Correlation；NCC）を用いる場合
以下の数式により、各画像における領域Ｒ２のテンプレートとの類似度を表すことができる。左辺の類似度Ｒ_NCCが１に近いほど、２つの画像の類似度が高い、つまり撮像された画像における構造物９２の像Ｉｂの位置がテンプレートにおける像Ｉａの位置に近いことを表す。この場合、左辺の値Ｒ_NCCがマッチングスコアに相当する。

（２）ＳＳＤ（Sum of Squared Difference）を用いる場合
以下の数式により、各画像における領域Ｒ２のテンプレートとの類似度を表すことができる。左辺の値Ｒ_SSDの値が小さいほど、２つの画像の類似度が高いことを表す。この場合、左辺の値Ｒ_SSDがマッチングスコアに相当する。

（３）ＳＡＤ（Sum of absolute Difference）を用いる場合
以下の数式により、各画像における領域Ｒ２のテンプレートとの類似度を表すことができる。この場合も、左辺の値Ｒ_SADの値が小さいほど、２つの画像の類似度が高いことを表す。この場合、左辺の値Ｒ_SADがマッチングスコアに相当する。

なお、パターンマッチングの方法はこれらに限定されず、知られている種々の技術を適用することが可能である。また、上記ではマッチング座標、マッチングスコアのいずれかを使ってその変動量から基板Ｗの保持状態の判定を行うこととしているが、これらを併用してもよい。すなわち、パターンマッチング処理により求められたマッチング座標、マッチングスコアの両方が所定の閾値を超えたときに異常と判定するようにしたり、これらの少なくとも一方が閾値を超えたときに異常と判定するようにすることが考えられる。

＜第３の例＞
上記した２つの例は、主として基板Ｗの傾きを検出するのに適した態様である。一方、次に説明する第３の例は、上記例と同様に基板Ｗの傾きに対応するほか、特に円形の基板Ｗが偏心した、つまり基板Ｗの幾何学的な中心と回転中心とがずれた状態でスピンチャック１１に保持された状態を検出するのに好適なものである。

図９は第３の例における判定原理を説明する図である。この例では、カメラ７２により撮像される画像のうち基板Ｗの周端部の少なくとも一部を部分的に含む領域Ｒ３の画像内容に基づき基板Ｗの保持状態を判定する。基板Ｗが円形である場合、偏心のない状態、つまり基板Ｗの中心とスピンチャック１１の回転中心とが一致した状態でスピンチャック１１に保持されていれば、画像内において基板Ｗが占める領域は、基板Ｗの回転によって変動しない。

一方、基板Ｗが偏心した状態、つまり基板Ｗの中心とスピンチャック１１の回転中心とにずれがある状態でスピンチャック１１に保持されている場合、図９（ａ）および図９（ｂ）左側にそれぞれ示すように、撮像された画像において基板Ｗが占める領域は、基板Ｗの回転位相角φに応じて変化する。図において点線は、偏心がない状態で基板Ｗが保持されているときに基板Ｗが占める領域を表している。

このため、図９（ａ）および図９（ｂ）右側に拡大してそれぞれ示すように、画像のうち基板Ｗの周端部を含む一部領域Ｒ３では、当該領域Ｒ３における基板Ｗの周端部の位置が、基板Ｗの回転位相角により変化する。なお、基板Ｗの直径に対して領域Ｒ３が十分小さく選ばれていれば、領域Ｒ３において基板Ｗの周端部はほぼ直線とみなすことが可能である。

したがって、当該領域Ｒ３に含まれる画素のうち基板Ｗに対応する画素（図において濃色で示す）の数が、基板Ｗの回転位相角φに応じて増減する。このような回転に伴う基板Ｗ周端部の位置の変化は、基板Ｗが水平姿勢であるがその幾何学的中心とスピンチャック１１の回転中心とが一致しない状態で保持されているときに生じるほか、基板Ｗが傾いた状態でスピンチャック１１に保持されているときにも、カメラ７２から基板Ｗの周端部までの距離が周期的に変動することによっても生じる。

したがって、領域Ｒ３に含まれる画素のうち基板Ｗに対応するものの数を計数し、図９（ｃ）に示すように、計数された画素数を基板Ｗの回転位相角φに対してプロットしたとき、画素数は基板Ｗの１回転分を周期として周期的に変動する。偏心が小さければ、図に曲線Ａとして示すように画素数の変動も少ない一方、曲線Ｂとして示すように、偏心が大きい場合には画素数の変動量も大きくなる。そこで、画素数の変動量に対して適宜の閾値Ｔｈ３を予め定めておき、種々の回転位相角φで撮像された各画像から求めた画素数の変動量が閾値Ｔｈ３以内であれば基板Ｗの保持状態が正常であり、閾値Ｔｈ３を超える場合には保持状態が異常であると判定することができる。すなわち、この例では、領域Ｒ３において基板Ｗに対応する画素の数が前述の「特徴量」に該当する。

領域Ｒ３に含まれる画素が基板Ｗに対応したものであるかそれ以外の構造物に対応したものであるかについては、基板Ｗとそれ以外の構造物（具体的にはスピンベース１１１の上面）との間の光学的特性の差異およびカメラ７２との距離の差異に起因する輝度の違いから判別することができる。また、基板Ｗの周囲に当接して設けられたチャックピン１１４や、基板Ｗの結晶方位を示す切り欠き（オリエンテーションフラットもしくはノッチ）が一時的に領域Ｒ３内に現れることがあり、これに起因して、領域Ｒ３のうち基板Ｗに対応する画素の数も変動することがある。しかしながら、偏心に起因する画素数の変動の周期が基板Ｗの回転周期に対応しているのに対して、これらの変動要因は基板Ｗの回転周期に対して極めて短い期間のみ現れるものであるから、適宜のフィルタリング処理によりその影響を排除することが可能である。

基板Ｗの周端部を検出するのに際しては、上記以外に、例えば画像内でのエッジ抽出処理により基板Ｗとそれ以外の構造物との境界に対応する画素を特定する方法が考えられる。この場合、周端部の位置の最小分解能は画素サイズ程度となる。これに対し、上記方法では、基板Ｗの周方向にも広がりを有する領域Ｒ３内に含まれる基板Ｗに対応する画素の数を計数しているため、基板Ｗの径方向における１画素分の変位が画素の計数結果としては複数に拡大され、これにより基板Ｗ周端部の位置検出をより高い分解能で行うことが可能となる。その結果、誤判定に対するマージンを大きくすることができる。

＜その他＞
以上のように、上記実施形態では、スピンチャック１１に保持された基板Ｗをカメラ７２により撮像し、その撮像結果に基づいて基板Ｗの保持状態を判定している。その具体例として示した上記各例では、撮像された画像のうち一部領域の画像内容を、基板Ｗの回転位相角を互いに異ならせた複数の画像間で相対的に比較する。具体的には、第１の例においては、基板Ｗの一部領域Ｒ１における輝度の変動量に基づき基板Ｗの保持状態を判定する。また、第２の例においては、チャンバー９０により囲まれた処理空間ＳＰ内の構造物９２が基板Ｗ表面に映り込んでなる像Ｉａの位置変動量に基づき基板Ｗの保持状態を判定する。また、第３の例においては、基板Ｗの周端部を含む領域Ｒ３において基板Ｗが占める領域を画素の数を計数することにより求めて基板Ｗの保持状態を判定する。

これらの例のいずれにおいても、複数の画像間における画像内容の相対的な比較により判定が行われ、また正反射光成分や透過光成分などの直接光成分を用いないので、光軸調整や光量調整など判定のための細かい調整を必要とせず、簡単にかつ確実に基板の保持状態を判定することが可能である。また、基板Ｗを回転させた状態での検出が可能であるため、判定のための特別な処理シーケンスを設けなくても、湿式処理を実行するために基板Ｗを回転させるプロセスの中で保持状態の判定を行うことが可能である。このため、湿式処理のためのタクトタイムの低下が生じない。また、不適切な保持状態である場合には直ちに回転を停止させることで、そのまま回転を継続した場合に生じうる基板や装置の破損を未然に防止することができ、これらの問題が発生することによる生産性の低下を防止することができる。

以上説明したように、上記実施形態では、基板処理システム１またはこれに設けられた各基板処理ユニット１Ａ〜１Ｄが本発明の「基板処理装置」に該当している。各基板処理ユニット１Ａ等においては、スピンチャック１１が本発明の「保持手段」として機能しており、チャック回転機構１１３およびチャック駆動部８５が一体として本発明の「回転手段」として機能している。また、処理空間ＳＰが本発明の「処理空間」に相当し、チャンバー９０が本発明の「処理室」として機能している。

また、上記実施形態では、照明部７１が本発明の「照明手段」として機能する一方、カメラ７２が本発明の「撮像手段」として機能している。また、画像処理部８６およびＣＰＵ８１が一体として、本発明の「判定手段」として機能している。

また撮像された画像の一部領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が本発明の「比較対象領域」に相当している。そして、各領域に対応して設けられた閾値Ｔｈ１、Ｔｈ２、Ｔｈ３がそれぞれ本発明の「第１閾値」、「第２閾値」、「第３閾値」に相当する。さらに、第２の例においては、チャンバー９０内に設けられた構造物９２が本発明の「特定部位」および「位置基準マーク」として機能している。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、カメラ７２がスピンチャック１１に保持された基板Ｗの表面全体を撮像視野内に収めており、上記各例ではそのうちの一部領域を用いてスピンチャック１１による基板Ｗの保持状態を判定している。しかしながら、単に上記したいずれかの例に則り基板の保持状態を判定するのみであれば、基板全体を撮像する必要はなく、判定のために必要な領域のみの撮像がなされれば足りる。ただし、上記のように基板Ｗ全体を撮像するように構成された場合には、次のような利点がある。第１に、同一の構成で上記した各例のいずれをも実行可能することが可能である。したがって、目的に応じて判定方法を切り替えたり、複数の判定方法を併用して保持状態の判定を行うことも可能となる。第２に、保持状態の判定とは異なる目的で画像を用いることができる。例えば、基板Ｗへの処理液の供給状態を観察することで処理液供給量の最適化を図ったり、基板Ｗの状態をリアルタイムに観察しながら処理の進行管理を行う等の目的に、カメラ７２による画像を利用することができる。

また、上記実施形態では、処理室（処理空間ＳＰ）に照明光を導入する本発明の「照明手段」としての照明部７１を設けているが、基板処理システム１が明るい室内に設置された状況では、チャンバー９０の一部に導光窓を設けて外光を処理空間ＳＰ内に導入するだけでも、カメラ７２による撮像を行うのに十分な照明光量が得られる場合もあり得る。このような場合、照明部を設けず（あるいは点灯させず）に導光窓から入射する外光を照明光として用いてもよい。この場合、導光窓が本発明の「照明手段」としての機能を有することになる。

また、上記実施形態では、照明部７１およびカメラ７２を処理空間ＳＰ内に設置しているが、例えばこれらの少なくとも一方をチャンバー９０の外部に設置し、チャンバー９０に設けられた透明窓を介して処理空間ＳＰ内を照明または撮像する構成であってもよい。このような構成では、照明手段や撮像手段に処理液が付着することが回避される。

また、上記実施形態では、照明部７１から出射されて基板Ｗで正反射される光の進路を避けてカメラ７２を設けているが、基板Ｗからの正反射光が一切カメラ７２に入射しないようにすることは必須でない。すなわち、少なくとも判定に用いられる領域（比較対象領域）Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３については当該領域からの正反射光がカメラ７２に入射しないことが望ましいが、判定に用いられない他の領域に関しては、比較対象領域の画像内容に影響を及ぼさない限り、その領域からの正反射光がカメラ７２に入射していても構わない。

また、上記実施形態は基板Ｗに対し湿式処理を行う基板処理システム１に本発明を適用したものであるが、基板に対して行われる処理はこのような湿式処理に限定されず任意である。すなわち、この発明は、基板を保持して回転させるための構成を有する各種の基板処理装置に対して適用可能である。また、処理対象となる基板は半導体基板に限定されず、例えばプリント配線基板やガラス基板等、種々のものを使用可能である。また、基板の形状も上記のような円形のものに限定されない。

この発明は、基板を水平姿勢に保持しながら回転させて所定の処理を行う各種の基板処理装置に対して適用することが可能である。

１ 基板処理システム（基板処理装置）
１Ａ〜１Ｄ 基板処理ユニット（基板処理装置）
１１ スピンチャック（保持手段）
７１ 照明部（照明手段）
７２ カメラ（撮像手段）
８１ ＣＰＵ（判定手段）
８５ チャック駆動部（回転手段）
８６ 画像処理部（判定手段）
９０ チャンバー（処理室）
９２ 構造物（特定部位、位置基準マーク）
１１１ スピンベース
１１３ チャック回転機構（回転手段）
１１４ チャックピン
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ 比較対象領域
ＳＰ 処理空間
Ｔｈ１ 第１閾値
Ｔｈ２ 第２閾値
Ｔｈ３ 第３閾値
Ｗ 基板

Claims (16)

1. 基板を略水平姿勢に保持する保持手段と、
   前記保持手段を略鉛直軸周りに回転させる回転手段と、
   前記保持手段を収容する処理空間を形成する処理室と、
   前記処理室内に照明光を導入する照明手段と、
   前記保持手段に保持された前記基板を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段により撮像された画像から、前記基板表面のうち前記照明手段の正反射像を含まない少なくとも一部を含む領域を比較対象領域として、前記基板の回転位相角を互いに異ならせて撮像した複数の画像間における前記比較対象領域の画像内容の比較結果に基づき、前記保持手段による前記基板の保持状態を判定する判定手段と
   を備える基板処理装置。
2. 前記判定手段は、前記複数の画像間での前記比較対象領域の輝度の比較結果に基づき前記保持状態を判定する請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記判定手段は、前記複数の画像のうち前記比較対象領域の輝度が最も高いものと最も低いものとの間での輝度値の差が、所定の第１閾値以内であれば前記保持状態が正常であると判定する一方、前記輝度値の差が前記第１閾値を超える場合には前記保持状態が異常であると判定する請求項１または２に記載の基板処理装置。
4. 前記判定手段は、一の前記画像における前記比較対象領域に含まれる各画素の画素値の総和と、他の一の前記画像における前記比較対象領域に含まれる各画素の画素値の総和との差を、当該２つの画像間での前記輝度値の差とする請求項２または３に記載の基板処理装置。
5. 前記撮像手段は、前記基板の表面に映り込む前記処理室内の特定部位の像を含む画像を撮像し、
   前記判定手段は、撮像された前記基板表面のうち前記特定部位の像を含む領域を前記比較対象領域として、前記複数の画像間における前記特定部位の像の位置の比較結果に基づき前記保持状態を判定する請求項１に記載の基板処理装置。
6. 前記判定手段は、前記保持手段に正常に保持された前記基板における前記特定部位の像の位置に関する情報を予め保持しており、該情報により特定される位置と、前記複数の画像それぞれにおける前記特定部位の像の位置との位置ずれ量が所定の第２閾値以内であれば前記保持状態が正常であると判定する一方、前記位置ずれ量が前記第２閾値を超える場合には前記保持状態が異常であると判定する請求項５に記載の基板処理装置。
7. 前記判定手段は、前記複数の画像間における前記特定部位の像の相対的な位置ずれ量の最大値が所定の第３閾値以内であれば前記保持状態が正常であると判定する一方、前記位置ずれ量が前記第３閾値を超える場合には前記保持状態が異常であると判定する請求項５に記載の基板処理装置。
8. 前記処理室内の前記基板表面に臨む位置に、前記特定部位として機能する位置基準マークが設けられている請求項５ないし７のいずれかに記載の基板処理装置。
9. 前記比較対象領域が前記基板の周端部の一部を含み、前記判定手段は、前記比較対象領域のうち前記基板が占める面積の大きさを前記複数の画像間で比較して前記保持状態を判定する請求項１に記載の基板処理装置。
10. 前記判定手段は、前記複数の画像のうち前記比較対象領域に占める前記基板の面積が最も高いものと最も低いものとの間での面積差が所定の第４閾値以内であれば前記保持状態が正常であると判定する一方、前記面積差が前記第４閾値を超える場合には前記保持状態が異常であると判定する請求項９に記載の基板処理装置。
11. 前記判定手段は、前記比較対象領域に含まれる各画素のうち前記基板に対応する画素の数を、前記比較対象領域に占める前記基板の面積とする請求項９または１０に記載の基板処理装置。
12. 前記撮像手段は、前記処理室内で、前記照明光の前記基板表面による正反射光が入射しない位置に配置される請求項１ないし１１のいずれかに記載の基板処理装置。
13. 処理室内で基板を略水平姿勢に保持する保持手段に、前記基板を保持させる工程と、
    前記基板を照明手段により照明する工程と、
    前記保持手段に保持された前記基板の画像を、前記基板の鉛直軸周りの回転位相角を互いに異ならせて複数撮像する工程と、
    撮像された複数の前記画像の各々について、前記基板表面のうち照明光の正反射光成分を含まない少なくとも一部を含む領域を比較対象領域とし、前記複数の画像間における前記比較対象領域の画像内容の比較結果に基づき、前記保持手段による前記基板の保持状態を判定する工程と
    を備える基板処理方法。
14. 前記複数の画像間での前記比較対象領域の輝度の比較結果に基づき前記保持状態を判定する請求項１３に記載の基板処理方法。
15. 前記複数の画像のそれぞれは、前記基板の表面に映り込む前記処理室内の特定部位の像を含むものであり、
    撮像された前記基板表面のうち前記特定部位の像を含む領域を前記比較対象領域として、前記複数の画像間における前記特定部位の像の位置の比較結果に基づき前記保持状態を判定する請求項１３に記載の基板処理方法。
16. 前記比較対象領域が前記基板の周端部の一部を含み、前記比較対象領域のうち前記基板が占める面積の大きさを前記複数の画像間で比較して前記保持状態を判定する請求項１３に記載の基板処理方法。

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