JP7624331B2 - 測定ツール、基板処理装置及び基板製造方法 - Google Patents

測定ツール、基板処理装置及び基板製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、測定ツール、基板処理装置及び基板製造方法に関する。
半導体ウェーハなどの基板の表面に半導体デバイスを形成するプロセスでは、専用の処理室内で基板を保持して、特殊雰囲気や処理液による各種の処理が行われる。このような処理においては、基板の表面に、処理液自体、処理で発生する残渣などの物質、基板を保持した接触痕などが残ることは、基板の品質低下につながる。また、基板の表面のみならず、基板の裏面に処理液、物質、接触痕などが残存することも、基板の表面に影響を与えるために好ましくない。このため、基板の表面や裏面ではなく、複数の保持部材によって外周縁を保持した状態で処理を行うことが行われている。このような保持部材としては、例えば、基板の外周縁に接離する方向に移動する複数のチャックピンが用いられている。
処理の均一性を高める方法として、基板を回転させながら処理する方法が一般的である。例えば、洗浄処理の最後には、高速回転で洗浄液を振り切って乾燥させる。このため、基板の外周縁をチャックピンで保持しながら回転させる回転機構が必要となる。この場合、複数のチャックピンによる荷重（把持力）が均一でないと、回転による遠心力が基板に作用した際に、基板の位置ずれやチャック外れなどが発生する可能性がある。また、複数のチャックピンの荷重に差があると、基板の遠心力はずれた距離の２乗に比例して増加するため、高速回転すると、振動の増大やチャック外れの可能性が高くなる。
このため、基板の外周縁を保持して回転させる場合、複数のチャックピンから基板の周囲に係る荷重（把持力）が均一に作用することが必要となる。さらに、基板の中心が回転機構の回転中心に一致するように保持するためにも、最終の把持位置で基板に作用する力が均一となることが必要となる。従って、チャックピンの荷重の値を正しく測定する手法が必要になる。
特許第４３２７３０４号公報
複数のチャックピンによる把持の良否判定は、複数のチャックピンが基板を把持している状態で、基板の外周縁と各チャックピンとの隙間を目視により確認する、把持した状態で基板を回転させて滑らないことを確認する程度であった。しかし、目視や滑りで確認する方法では、ずれの程度が正確にわかるわけではなく、各チャックピンの荷重を測定しているわけでもないため、機構の調整に活用するには不十分である。
本発明は、上述のような課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、基板を保持する保持部材の荷重（把持力）を、簡易に測定できる測定ツール、基板処理装置及び基板製造方法を提供することにある。
本発明の測定ツールは、回転する基板を処理する基板処理装置に設けられた複数の保持部材が、前記基板に接触する位置において接触する接触部を有する基体と、前記基体に対して可動に支持され、前記保持部材に接離する接触部材と、前記接触部材に加わる荷重（把持力）を測定する荷重センサとを含む測定ユニットと、を有する。
本発明の基板処理装置は、回転する基板を処理する基板処理装置であって、複数の保持部材が設けられ、前記保持部材に保持された基板を回転させるテーブルを有する回転体と、前記回転体により回転する前記基板に対して処理液を供給することにより、前記基板を処理する供給部と、前記基板を、前記テーブルに搬入及び搬出する搬送ロボットと、前記回転体、前記供給部及び前記搬送ロボットを制御する制御装置と、を有し、前記制御装置が、前記搬送ロボットに、請求項１乃至９のいずれかに記載の測定ツールを前記テーブルに搬入させ、前記搬送ロボットにより搬入されて、前記保持部材に保持された前記測定ツールが、前記保持部材からの荷重を測定する。
本発明の基板製造方法は、前記測定ツールを用いて、保持部材からの荷重を測定し、前記測定ツールによる測定結果に基づいて、前記保持部材の位置を調整し、前記基板を保持した前記保持部材を有する回転体を回転させながら、供給部により処理液を基板に供給することにより、処理済の基板を製造する。
本発明は、基板を保持する保持部材の荷重を、簡易に測定できる測定ツール、基板処理装置及び基板製造方法を提供することができる。
実施形態の測定ツールの構成を示す外観斜視図である。 図１の測定ツールの測定ユニットを示す斜視図である。 図１の測定ツールが用いられる基板処理装置の構成を示す図である。 図３の基板処理装置の保持部の動作を示す平面図である。 図２の測定ユニットの一部の図示を省略した斜視図である。 荷重センサの荷重検知の態様を示す説明図である 測定ユニットの配置数を３つとした実施形態を示す外観斜視図である。 測定ユニットの配置数を８つとした実施形態を示す外観斜視図である。 支持部の変形例を示す側面図である。 引張を検知する荷重センサの荷重検知の態様を示す説明図である。 引張を検知する荷重センサの荷重検知の他の態様を示す説明図である。 図１１の一例を示す斜視図である。 図１１の他の一例を示す斜視図である。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
[概要]
図１及び図２に示す本実施形態の測定ツール１０は、基板処理装置１（図３参照）の保持部材３２による基板Ｗへの荷重（把持力）を測定するツールである。基板処理装置１は、保持部材３２によって基板Ｗを保持して回転させながら、基板Ｗを処理する装置である。処理対象となる基板Ｗは、例えば、円形のシリコン製の半導体ウェーハである。基板処理装置１による処理は、例えば、基板Ｗを回転させながら処理液を供給するウェット処理である。本実施形態のウェット処理は、薬液によるエッチング処理、洗浄液による洗浄処理を含む。
測定ツール１０は、基体１１、測定ユニット１２を有する。基体１１は、回転する基板Ｗを処理する基板処理装置１のテーブル２０ａに設けられた複数の保持部材３２が、基板Ｗに接触する位置において接触する接触部１１１を有する。テーブル２０ａは回転体２０に構成されている。基板Ｗに接触する位置とは、保持部材３２が基板Ｗを保持する際に基板Ｗに接触する位置であり、搬入された基板Ｗの位置、反りや歪み等の基板Ｗの状態によって変化するため、必ずしも一定位置とは限らず、ある程度の幅を有する。
本実施形態の基体１１は、実際に処理対象となる基板Ｗと同径の円形の板であり、基板Ｗの形状を模擬している。接触部１１１は、基体１１の外周縁により構成されている。また、本実施形態の測定ユニット１２は、基体１１の中心を挟んで対向する位置に２つ配置されている。つまり、基板Ｗの回転中心に対して対称に一対配置されている。
測定ユニット１２は、接触部材１２１と荷重センサ１２２を有する。接触部材１２１は、基体１１に対して可動に支持され、保持部材３２に接離する。測定ユニット１２が設けられた箇所においては、接触部材１２１は、基体１１の接触部１１１に代わって保持部材３２に接触する。荷重センサ１２２は、接触部材１２１に加わる荷重を測定する。
さらに、図２に示すように、測定ツール１０は、基板Ｗとの接触により保持部材３２にかかる重量と、接触部材１２１への接触により保持部材３２にかかる重量との差が低減されるように、基体１１を基板処理装置１に支持する支持部１３が設けられている。本実施形態では、支持部１３によって、測定ツール１０の重量が、基板Ｗの重量と同等となるように設定されている。
[基板処理装置]
次に、基板処理装置１の構成を説明する。なお、以下の説明では、重力に抗する方向を上、重力に従う方向を下とするが、基板処理装置１の設置方向を限定するものではない。基板処理装置１は、図３に示すように、回転軸Ａを中心にして回転体２０とともに基板Ｗを回転させながら、供給部４０からの処理液を、基板Ｗの一方の面（以下、表面とする）に供給することにより、基板Ｗの表面を処理する装置である。
（回転体）
回転体２０は、保持部材３２に保持された基板Ｗに、間隔を空けて対向する平坦なテーブル２０ａを有し、保持部材３２とともに回転可能に設けられている。回転体２０は、一端がテーブル２０ａによって塞がれた円筒形状である。テーブル２０ａは、基板Ｗよりも大きな径の円形の面である。テーブル２０ａの中央には、円形の貫通孔２０ｂが形成されている（図４参照）。
回転体２０の側面には、処理液を排出する貫通孔である排出口２０ｃが形成されている。回転体２０は、図示しない設置面又は設置面に設置された架台に固定された固定ベース２１上に、モータ２２を有する回転機構２３によって、回転軸Ａを中心にして回転可能に設けられている。
（保持部）
保持部３０は、テーブル２０ａと平行に且つ間隔を空けて、基板Ｗを保持する。保持部３０は、テーブル２０ａの周縁に沿って等間隔に６つ設けられている。各保持部３０は、回動部材３１、保持部材３２、駆動機構３３を有する。回動部材３１は、図４に示すように、基板Ｗの周囲に沿って、等間隔で複数配置された円柱形状の部材である。回動部材３１は、回転体２０の回転軸Ａと平行な軸を中心に、回動可能に設けられている。回動部材３１の天面は、テーブル２０ａから露出している。
保持部材３２は、各回動部材３１の天面の回動の中心から偏心した位置に、上方に突出するように設けられている。保持部材３２は、回動部材３１と同数の６つ設けられている。保持部材３２は、傾斜面３２ａとチャックピン３２ｂを有する。傾斜面３２ａは、回転体２０の中心側から外周縁に向かって高くなるように傾斜した面であり、回動部材３１の回動に従って、基板Ｗの縁部が接する。
チャックピン３２ｂは、保持部材３２の登頂であって、傾斜面３２ａの上端に設けられた円柱形状の突起である。チャックピン３２ｂの側面には、基板Ｗの縁部が嵌る縊れを有する。保持部材３２は、回動部材３１の回動に従って、基板Ｗの縁部に接することにより基板Ｗを保持する保持位置（図４（Ａ）参照）と、基板Ｗの縁部から離れることにより基板Ｗを開放する開放位置（図４（Ｂ）参照）との間を移動する。本実施形態では、最終的に６つのチャックピン３２ｂが基板Ｗの縁部に接することにより、基板Ｗを把持する。
駆動機構３３は、回動部材３１を回動させることにより、保持部材３２を保持位置と開放位置との間で移動させる。駆動機構３３は、駆動軸３３１、小ギヤ３３２、大ギヤ３３３を有する。駆動軸３３１は、回動部材３１の天面と反対側に、回動部材３１の回動の軸と同軸に設けられた円柱形状の部材である。
小ギヤ３３２は、駆動軸３３１の回動部材３１と反対側の端部に設けられたセクタギヤである。大ギヤ３３３は、小ギヤ３３２に対応して、ギヤ溝が間欠的に形成されたギヤである。大ギヤ３３３は、回転体２０を回転させる回転機構２３によって、回転体２０と同軸に回転自在に設けられている。大ギヤ３３３は、小ギヤ３３２と対応する間隔で、６つの凸部が周方向に所定間隔で形成されてなり、各凸部の先端外周面に、小ギヤ３３２に噛合するギヤ溝が形成されている。
大ギヤ３３３は、図示しないバネ等の付勢部材によって、図４（Ａ）に矢印αで示す回転方向（反時計方向）に付勢されている。これにより、小ギヤ３３２は、矢印β１で示す時計方向に付勢されるため、小ギヤ３３２の回動に回動部材３１が連動し、チャックピン３２ｂが回転体２０の中心方向へ移動して、基板Ｗに当接する保持位置に維持される。なお、基板処理時には、この保持位置を維持した状態で、回動部材３１、駆動軸３３１、チャックピン３２ｂ、小ギヤ３３２、大ギヤ３３３は、回転体２０とともに回転する。
また、大ギヤ３３３は、図示しないストッパ機構によって、回転が阻止される。大ギヤ３３３の回転が阻止された状態で、図４（Ｂ）に示すように、回転体２０を矢印γ方向へ回転させると、回転が阻止された大ギヤ３３３に噛合している小ギヤ３３２が、矢印β２で示す反時計方向に回動する。これにより、回動部材３１が回動するので、チャックピン３２ｂが基板Ｗの縁部から離れる方向に移動して、開放位置に来る。
（供給部）
供給部４０は、図３に示すように、基板Ｗの表面、つまり保持部３０に保持された基板Ｗのテーブル２０ａと反対側の面に、処理液を供給する。供給部４０は、処理液供給機構４１、処理液保持部４２、昇降機構４３、加熱部４４を有する。
処理液供給機構４１は、複数種の処理液を供給する機構である。本実施形態では、例えば、処理液として純水（Ｈ２О）、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）を含む水溶液（以下、リン酸溶液とする）、フッ化水素（ＨＦ）を含む水溶液（以下、フッ酸溶液とする）を供給する。処理液供給機構４１は、それぞれの処理液を貯留する処理液槽４１ａを有している。
各処理液槽４１ａからは、個別送通管４１ｂが並列的に処理液供給管４１ｃに結合されている。処理液供給管４１ｃは、その先端部が保持部３０に保持された基板Ｗに対向している。これにより、各処理液槽４１ａからの処理液は、個別送通管４１ｂ及び処理液供給管４１ｃを介して、基板Ｗの表面に供給される。各個別送通管４１ｂには、それぞれ流量調整バルブ４１ｄ、流量計４１ｅが設けられている。
処理液保持部４２は、基板Ｗよりも大径の円形であり、周縁部に回転体２０と反対側に立ち上がった壁が形成されることにより、盆形状をなしている。処理液保持部４２の外底面は、基板Ｗに対向している。処理液保持部４２には、処理液供給管４１ｃの先端が挿通されて、基板Ｗ側に露出する吐出口４２ａが形成されている。
昇降機構４３は、処理液保持部４２を、基板Ｗに対して接離する方向に移動させる機構である。昇降機構４３としては、例えば、シリンダ、ボールねじ機構など、回転体２０の軸に平行な方向に処理液保持部４２を移動させる種々の機構を適用可能であるが、詳細は省略する。
加熱部４４は、供給部４０により供給される処理液を加熱する。加熱部４４は、処理液保持部４２の基板Ｗに対向する面と反対側の面に設けられたヒータ４４１を有する。ヒータ４４１は、円形のシート状である。ヒータ４４１には、処理液供給管４１ｃが挿通された貫通孔４４１ａが形成されている。
制御装置６０は、基板処理装置１の各部を制御する。制御装置６０は、基板処理装置１の各種の機能を実現するべく、プログラムを実行するプロセッサと、プログラムや動作条件などの各種情報を記憶するメモリ、各要素を駆動する駆動回路を有する。つまり、制御装置６０は、回転機構２３、処理液供給機構４１、昇降機構４３、加熱部４４などを制御する。また、制御装置６０は、情報を入力する入力装置、情報を表示する表示装置を有している。
［測定ツール］
図１及び図２に加えて、図５を参照して、測定ツール１０の構成について詳説する。なお、図１、図２及び図５は、基体１１を透過した図面としている。また、図５は、支持部１３の図示を省略した図面としている。上記のように基板Ｗを模擬した形状の基体１１は、基板Ｗと共通の材料で形成することが好ましい。例えば、半導体ウェーハと共通のシリコンとする。これにより、基体１１の接触部１１１、つまり外周縁と保持部材３２とが接触して移動する場合の摩擦力が、基板Ｗと同様となる。
また、基体１１の接触部１１１は、基板Ｗの外周形状となっているので、基板Ｗの外周縁と同様となっている。例えば、基体１１の外周縁は、半導体ウェーハの外周形状となるように、ベベル加工が施されている。つまり、角を研削することによる面取りがなされている。これにより、接触部１１１が接触する面の面積や角度が、基板Ｗと同様となる。このような基体１１は、実際の基板Ｗを加工して作成してもよい。例えば、シリコン製の半導体ウェーハを加工することにより形成してもよい。
基体１１における測定ユニット１２が設けられた部分には、切欠１１２が形成されている。切欠１１２は、基体１１の半径方向に平行な一対の直線状の内縁を有している。切欠１１２には、図５に示すように、スライド部材１２３が挿入されている。スライド部材１２３は、直方体形状のブロックであり、その相反する一対の側面に、それぞれ直線状の溝１２３ａが形成されている。この溝１２３ａに、切欠１１２の一対の内縁が挿入されることにより、スライド部材１２３は、基体１１に半径方向にスライド移動可能に支持されている。
スライド部材１２３の保持部材３２に対向する面には、接触部材１２１が固定されている。接触部材１２１は、長方形状の板材である。接触部材１２１の保持部材３２に対向する縁部１２１ａは、基体１１の外周縁を形成する円の一部を構成する部分円形状となっていて、基体１１の外周縁と連続した曲線上に位置している。つまり、接触部材１２１の縁部１２１ａは、基体１１の縁部と同じ高さとなっている。また、接触部材１２１は、基体１１と共通の材質で形成されており、接触部材１２１の縁部１２１ａは、基体１１の外周縁、つまり接触部１１１と共通の形状であることが好ましい。例えば、接触部材１２１は、シリコン製で、半導体ウェーハの外周形状となっている。
荷重センサ１２２は、例えば、検知軸１２２ａに対する押圧力を測定する１軸ロードセルである。但し、荷重センサ１２２はロードセルには限定されない。例えば、フォースゲージを用いても良い。荷重センサ１２２は、固定板１２４を介して、基体１１に支持されている。つまり、固定板１２４は、基体１１の裏面に当てられた状態で、基体１１の表側からネジ１２４ａにより基体１１に固定されている。基体１１の切欠１１２は、荷重センサ１２２を囲む形状となるように、基体１１の中心側に拡張された拡張部分を有している。この切欠１１２の拡張部分から荷重センサ１２２が上方に突出するように、基体１１の裏面から荷重センサ１２２が挿入され、ネジ１２４ｂにより裏面側から固定板１２４に固定されている。この固定により、荷重センサ１２２の検知軸１２２ａは、接触部材１２１と同じ高さとなっている。接触部材１２１は、スライド部材１２３を貫通するように形成されていて、基体１１の半径方向の検知軸１２２ａとネジ１２１ｂ及びナット１２１ｃで固定されている。
このような構成により、スライド部材１２３は、検知軸１２２ａによる荷重検知方向の移動のみ可能となり、検知軸１２２ａは、接触部材１２１の縁部１２１ａの接線に直交する方向の荷重を検知できる。このため、保持部材３２の接触部材１２１に対する接触位置が、検知軸１２２ａの延長線上となるように、基体１１を回転体２０のテーブル２０ａにセットすることにより、保持部材３２が基板Ｗに接する方向、つまり、接触部材１２１に接する方向の荷重を測定できる。
支持部１３は、取付板１３１、シャフト１３２、弾性部材１３３を有する。取付板１３１は、長方形状の板材であり、スライド部材１２３の上面に、接触部材１２１の縁部１２１ａの接線と平行な方向に、ネジ１３１ａ及びナット１３１ｂによって固定されている。シャフト１３２は、基体１１の表面に直交する方向の一対の棒状の部材である。一対のシャフト１３２は、スライド部材１２３を挟んで対向する位置に、基体１１を貫通するように設けられている。また、シャフト１３２の上端は、取付板１３１を貫通している。基体１１及び取付板１３１のシャフト１３２が貫通した貫通孔の径は、シャフト１３２の径よりも大きく、基体１１及び取付板１３１は上下に昇降可能となっている。また、貫通孔とシャフト１３２との隙間は、接触部材１２１から荷重が加わった場合のスライド部材１２３の移動を許容する。シャフト１３２の下端は径が拡張されていて、テーブル２０ａに載置される載置部１３２ａとなっている。
弾性部材１３３は、シャフト１３２の基体１１の裏面と、載置部１３２ａとの間に配置された圧縮バネである。弾性部材１３３は、基体１１を弾性支持することにより、接触部材１２１から保持部材３２に加わる重量が、基板Ｗと同等となる弾性力のものが選定される。これにより、接触部材１２１と保持部材３２の傾斜面３２ａとが接触して移動する際の摩擦力が、基板Ｗと近似するようにしている。
図１に示すように、本実施形態においては、測定ユニット１２が、それぞれの接触部材１２１の縁部１２１ａが保持部材３２に対向する方向で、基体１１の２か所に配置されている。なお、荷重センサ１２２は、接続コード１２２ｂを介して、図示しない表示装置に接続されている。表示装置は、荷重センサ１２２により測定された各保持部材３２の荷重及び荷重の経時的な推移を、数値、グラフ等により表示する。この表示装置の表示画面を見ながら、作業者は調整を行うことができる。作業者は、直接、測定ツール１０及び表示装置を保持し、測定対象におけるテーブル２０ａに測定ツール１０を置いて測定する。表示装置は、テーブル２０ａの周辺に置くか、作業者自身が所持したり、身着けても良い。
［測定］
以上のような本実施形態の測定ツール１０による荷重の測定作業を、上記の図１～５に加えて、図６の説明図を参照して説明する。この測定作業は、例えば、基板処理装置１の立ち上げ時、メンテナンス時に行う。なお、以下のように荷重を測定する測定方法、処理基板を製造する基板製造方法も、本実施形態の一態様である。
まず、測定前には、保持部材３２は、図４（Ｂ）に示す開放位置にある。そして、図１に示すように、作業者が、測定ツール１０の載置部１３２ａをテーブル２０ａに載置する。このとき、回転体２０の回転の軸を挟んで対向する一対の保持部材３２が、保持位置に来た場合のチャックピン３２ｂが、一対の接触部材１２１の中央に向かい合うように、位置を調整する。
そして、保持部材３２を保持位置に移動させることにより、基体１１の接触部１１１に保持部材３２接触させて、基体１１を把持する。保持部材３２の傾斜面３２ａは、基体１１の接触部１１１に接触しながら移動して、チャックピン３２ｂが接触部材１２１に接触した状態で停止する。同様に、測定ユニット１２に対応する保持部材３２は、その傾斜面３２ａが、接触部材１２１の縁部１２１ａに接触しながら移動して、チャックピン３２ｂが接触部材１２１に接触した状態で停止する。
このように、保持部材３２が接触部材１２１に接触してから、チャックピン３２ｂに当たって停止するまでに、接触部材１２１に加わる荷重が、荷重センサ１２２によって検出され、検出値が表示装置に表示される。例えば、図６（Ａ）に示すように、一定の荷重Ｐで把持力がかかっている場合、つまり、チャックピン３２ｂが接触部材１２１に接触した状態で停止しているときに、接触部材１２１にかかっている荷重Ｐは、図６（Ｂ）に示すようになる。これは、基板Ｗを把持しているときの一定の荷重Ｐである。
但し、本実施形態では、図６（Ｃ）に示すように、接触部材１２１が傾斜面３２ａに当たって一旦Ｐ１まで上昇してから、チャックピン３２ｂに当たってさらにＰ２まで上昇する。このため、もし、一方の測定ユニット１２の接触部材１２１が保持部材３２の傾斜面３２ａに当たるタイミングと、他方の測定ユニット１２の接触部材１２１が保持部材３２の傾斜面３２ａに当たるタイミングにずれがあると、Ｐ１となるタイミングのずれが生じる。さらに、接触部材１２１がチャックピン３２ｂに当たるタイミングにずれがあると、Ｐ２となるタイミングのずれが生じる。保持部材３２の最終的な荷重の相違は、Ｐ２の大きさの相違として測定される。
上記のように測定を終えた測定ツール１０は、保持部材３２による基体１１の保持が開放された後、作業者によって外部に取り出される。
本実施形態では、上記のように、対角の２か所の保持部材３２が、開放位置から保持位置に移動する際に、接触部材１２１に加わる荷重を測定できる。つまり、保持部材３２が保持位置への移動を開始してから、基板Ｗの縁部に接して停止状態となるまでの荷重の変化を測定できる。この停止状態は、各チャックピン３２ｂが基板Ｗの周縁に接した状態で停止して、それ以上、チャックピン３２ｂが移動できなくなり、各チャックピンが基板Ｗを保持している状態である。作業員は、表示装置に表示された検出値を見て、一対の保持部材３２の一方が他方と比べて、Ｐ１となるタイミングにずれがある場合、Ｐ２となるタイミングにずれがある場合、Ｐ２の荷重が大きい場合等に、いずれかの保持部材３２の位置を調整する。より具体的には、保持部材３２が保持位置にある場合のチャックピン３２ｂの位置を調整することができる。
例えば、調整は、すべてのチャックピン３２ｂの荷重Ｐ２（図６（Ｃ））が、上記の荷重Ｐと同じ、つまりＰ＝Ｐ２になるように調整する。但し、この荷重Ｐは、所定の許容範囲ＰＭＩＮ（最小値）～ＰＭＡＸ（最大値）がある。つまり、測定したチャックピン３２ｂの荷重の値（Ｐ２）、もしくは調整後のチャックピン３２ｂの荷重の値（Ｐ２）が、荷重Ｐの所定の許容範囲に入っている状態、ＰＭＩＮ≦Ｐ２≦ＰＭＡＸであれば、調整完了となる。
なお、実際にチャックピン３２ｂで基板Ｗを把持した時、基板Ｗの中心が、テーブル２０ａの回転中心である回転軸Ａと一致するように置かれるとは限らない。この状態であっても、把持動作によって、基板Ｗの中心を回転軸Ａに合わせ、且つ、全てのチャックピン３２ｂの把持力を、ほぼ同じにする、つまりＰＭＩＮ≦Ｐ２≦ＰＭＡＸとすることが調整になる。
そこで、測定ツール１０をテーブル２０ａにセットする位置を、回転軸Ａからずらして置いたとき、荷重Ｐと荷重Ｐ２に差が出る場合、測定された把持力が小さいチャックピン３２ｂの位置を調整することで、把持力のずれを修正できる。本実施形態のように、対角２か所のチャックピン３２ｂを測定する測定ツール１０によって、６本のチャックピン３２ｂを測定する場合、作業者は、前述の調整を３回ごとに行うことになる。
いずれかの保持部材３２による接触部材１２１に加える荷重が過大となっていたり、過少となっている場合には、基板Ｗの傾きや歪みにつながるので、処理液の流れが均一とならず、処理の均一性が損なわれる。このため、このような荷重の相違とチャックピン３２ｂの位置の調整によって補正して、処理の均一性を向上させる。例えば、エッチングレートを均一にすることができる。さらに、最終的に保持部材３２からの荷重がかからない状態は、保持部材３２が接触部材１２１から外れているため、保持部材３２の位置を調整することにより、チャック外れを防止する。
［基板処理］
次に、基板処理装置１による基板処理について説明する。搬送ロボットのロボットハンドに搭載された基板Ｗが、処理液保持部４２と回転体２０との間に搬入され、上記の基体１１と同様に、その縁部が複数のチャックピン３２ｂに支持されることにより、回転体２０のテーブル２０ａ上に保持される。このとき、上記のような調整の結果、基板Ｗの中心と回転体２０回転の軸とが合致するように位置決めされる。
次いで、回転体２０が、比較的低速な所定速度（例えば、５０ｒｐｍ程度）にて回転する。これにより、基板Ｗが保持部３０とともに前記所定速度にて回転する。そして、処理液保持部４２の吐出口４２ａから、エッチング液が、処理液保持部４２と基板Ｗの表面との間の隙間に供給される。回転する基板Ｗの表面にフッ酸溶液が供給されると、そのエッチング液が基板Ｗの外周に向けて順次移動するため、基板Ｗの表面がエッチングされて、酸化膜、有機物が除去される。なお、基板Ｗの外周に向かって流れ出す処理液は、チャックピン３２ｂの隙間から外部に排出される。
次に、処理液保持部４２は、エッチング液の供給を停止して、吐出口４２ａから、純水を処理液保持部４２と基板Ｗの表面との間の隙間に供給する。回転する基板Ｗの表面に純水が供給されると、その純水が基板Ｗの外周に向けて順次移動することにより、基板Ｗの表面のフッ酸が洗い流される。そして、処理液保持部４２は、純水の供給を停止する。
処理液保持部４２は下降してヒータ４４１を基板Ｗに近づけて、リン酸を処理液保持部４２と基板Ｗの表面との間の隙間に供給する。このように、処理液保持部４２と基板Ｗの表面との間に供給されるリン酸溶液は、ヒータ４４１によって加熱される処理液保持部４２によって加熱されて高温となっている。
この状態で、リン酸溶液が処理液保持部４２の吐出口４２ａから連続的に供給されると、基板Ｗの表面に、リン酸溶液が基板Ｗの外周に向けて順次移動することにより、基板Ｗの表面の純水がリン酸によって置換されつつ、エッチングにより窒化膜が除去される。
次に、処理液保持部４２はリン酸溶液の供給を停止して、純水を、吐出口４２ａから処理液保持部４２と基板Ｗの表面との間の隙間に供給する。回転する基板Ｗの表面に純水が供給されると、その純水が基板Ｗの外周に向けて順次移動することにより、基板Ｗの表面のリン酸が洗い流される。そして、所定の洗浄時間が経過すると、処理液保持部４２は、純水の供給を停止する。
その後、処理液保持部４２が上昇し、搬送ロボットのロボットハンドが基板Ｗの下に挿入され、保持部３０による基板Ｗの保持が開放され、搬送ロボットのロボットハンドによって基板Ｗが搬出される。
［効果］
（１）以上のような本実施形態の測定ツール１０は、回転する基板Ｗを処理する基板処理装置１のテーブル２０ａに設けられた複数の保持部材３２が、基板Ｗに接触する位置において接触する複数の接触部１１１を有する基体１１と、基体１１に対して可動に支持され、保持部材３２に接離する接触部材１２１と、接触部材１２１に加わる荷重を測定する荷重センサ１２２とを含む測定ユニット１２を有する。
このため、保持部材３２が、接触部１１１及び接触部材１２１に接触して基体１１を保持する動作を行うことにより、基板Ｗが保持されるのと同様の状態で、保持部材３２から接触部材１２１に加わる荷重を荷重センサ１２２により測定することができる。これにより、保持部材３２により接触部材１２１に加わる荷重を、基板Ｗが保持される時に基板Ｗに加わる荷重と近似した状態で簡易に検出することができ、測定結果に基づく保持部材３２の調整の精度を向上させることが可能となる。
つまり、保持部材３２が基板Ｗを把持する状態を再現して、保持部材３２から基板Ｗに加わる荷重と同様の荷重を測定できるので、測定した荷重に基づいて調整することにより、基板Ｗが搬入されたときの把持ミス（チャックミス）や、高速回転時において基板Ｗが保持部材３２から外れるという事象を抑制できる。また、基板処理装置１にセンサを増設する必要がないため、コストを抑えることができるとともに、基板Ｗと同様の搬入搬出手順に従って測定できるので、測定作業も簡易となる。
（２）本実施形態は、基板Ｗとの接触により保持部材３２にかかる重量と、接触部１１１及び接触部材１２１との接触により保持部材３２にかかる重量との差が低減されるように、基体１１をテーブル２０ａに支持する支持部１３を有する。このため、保持部材３２が接触部１１１に接して移動する際に発生する摩擦力を、基板Ｗと近似させることができるので、接触部分の滑りが基板Ｗと同様となり、測定される荷重の変化の態様を基板Ｗに近似させることができる。
（３）接触部１１１及び接触部材１２１の保持部材３２との接触箇所は、基板Ｗの外周形状となっている。このため、接触部１１１の保持部材３２に接触する部分の面積や角度を、基板Ｗと近似させることができるので、測定される荷重を基板Ｗに近似させることができる。
（４）測定ユニット１２は、基板Ｗの回転中心に対して対称に複数配置されている。このため、基板Ｗを挟んで把持する複数の保持部材３２により基板Ｗに加わる荷重を、一括で測定できるので、回転中心に対してずれが生じる場合における複数の保持部材３２の荷重の差やばらつきを確認して、保持部材３２の位置を調整することにより、ずれを修正できる。
（５）測定ユニット１２は、対向する位置に一対配置されている。このため、対向する保持部材３２が互いに接近して基板Ｗを把持して、基板Ｗの位置が安定するまでの動作を含めて、荷重の変化を測定できる。保持部材３２が、例えば４つ、６つ又は８つなど、対向する位置に一対以上ある場合には、対向する２か所の保持部材３２の荷重の測定を、保持部材３２を変えて複数回行うことで、全ての保持部材３２の荷重を測定できる。
（６）本実施形態の基板処理装置１は、測定ツール１０又は基板Ｗを保持する複数の保持部材３２と、保持部材３２が設けられ、保持部材３２に保持された基板Ｗを回転させる回転体２０と、回転体２０により回転する基板Ｗに対して処理液を供給することにより、処理済の基板Ｗを製造する供給部４０と、を有する。このため、荷重を測定するための特別な機構を組み込む必要がなく、基板Ｗと同様に基体１１を搬入して、簡易に荷重を測定できる。
［変形例］
（１）本実施形態は、上記のような態様には限定されない。例えば、基体１１に設ける測定ユニット１２の数は、２つには限定されない。測定ユニット１２を１つとしてもよい。一つの測定ユニット１２であっても、基体１１の角度を変えて、複数回に分けて各保持部材３２により接触部材１２１に加わる荷重を測定することができる。この場合も、測定ユニット１２以外の接触部１１１は、基板Ｗと同様に保持部材３２に接触するので、測定される荷重の値は、基板Ｗと大きくずれることはない。
また、図７に示すように、測定ユニット１２を、基体１１に周方向に等間隔で３か所に配置してもよい。これにより、保持部材３２が３つなど、保持部材３２が対向位置にない場合にも、基板Ｗの把持に寄与する保持部材３２により接触部材１２１に加わる荷重を測定できる。６か所の保持部材３２については、２回に分けて測定することができる。また、基板処理装置１の動作として、保持部材３２の熱による基板Ｗの処理への影響を抑えるために、保持部材３２による保持を１つおきに行う場合がある。例えば、処理中に、６つある保持部材３２のうち、基板Ｗを保持する保持部材３２と開放する保持部材３２を１つおきにして、処理中に交代させることにより、３か所ずつ交互に接触させる。このような運用を行う基板処理装置１の場合には、同時に把持を行う３か所毎の荷重に差異がないことが必要となる。このため、立ち上げ時やメンテナンス時に、測定ユニット１２が３か所に配置された測定ツール１０を用いて、３か所毎の荷重を２回に分けて測定して、荷重を調整できる。
さらに、図８に示すように、測定ユニット１２を保持部材３２と同数設けることによって、全ての保持部材３２により接触部材１２１に加わる荷重を一括で測定できる。このため、基板Ｗを置いた位置により、センタリング動作の違いで生じる全ての保持部材３２により基板Ｗに加わる荷重の変動を一括で測定でき、全ての保持部材３２に対する基板Ｗの滑り難さなどの情報も、測定された荷重から得られる。したがって、短時間の測定で、実際の基板Ｗのチャックミスの原因の調査と特定、さらなる改善に役立てることができる。
（２）基板Ｗの重量に近似させるために、支持部１３に用いる弾性体としては、基体１１の上側から支持する引張バネを用いてもよい。例えば、シャフト１３２の上端と基体１１の表面との間に配置された引張バネによって、基体１１を吊り上げるようにして、重量を基板Ｗに近似させてもよい。図９に示すように、測定ユニット１２の周辺に支持部１３を設けるのではなく、基体１１の中央部に、全体の重量が基板Ｗの重量に近似するように支持する支持部１３を設けてもよい。なお、重量が過大とならなければ、支持部１３を省略した測定ツール１０を構成してもよい。
（３）上記の態様では、荷重センサ１２２は１軸のロードセルを利用しているが、荷重を電気信号に変換して測定できるセンサであれば、他のセンサであってもよい。荷重センサ１２２は、検知軸１２２ａに対する負荷が、圧縮方向の力を測定するセンサであっても、引張方向の力を測定するセンサであってもよい。
引張方向の力を測定するセンサの場合には、接触部材１２１と荷重センサ１２２との間に、保持部材３２からの荷重の方向を荷重センサ１２２により検知可能な方向に変換する変換機構を設ける。この変換機構は、例えば、図１０（Ａ）に示すように、支点を中心に回動することにより、保持部材３２からの荷重Ｐを、荷重センサ１２２の検知軸１２２ａへの引張力Ｆに変換するＬ字形の回動体１４によって構成する。これにより、図１０（Ｂ）に示すように、荷重Ｐを検知することができる。
また、荷重センサ１２２の検知軸１２２ａを、保持部材３２からの荷重の方向と逆方向に付勢する付勢機構を設けてもよい。この付勢機構は、例えば、図１１（Ａ）に示すように、回動体１４の一方が、常時、検知軸１２２ａを引張バネ等の付勢部材によって、図中点線矢印で示すように、荷重Ｐに抗する一定の力で付勢することにより、図１１（Ｂ）に示すように、検知軸１２２ａに一定の引張力Ｆが加わっているようにしておく。そして、接触部材１２１に保持部材３２からの荷重Ｐが加わると、荷重Ｐが引張力Ｆを減縮する値として検出される。
図１０の方式では、回動体１４の支点における摩擦力により、回動体１４の初期状態の位置、つまり、荷重Ｐが０の位置（検知軸１２２ａが初期状態の位置（Ｆ０））に常に維持できるとは限らず、回動体１４の初期状態の位置がずれる可能性がある。例えば、回動体１４が、支点の摩擦力によって検知軸１２２ａを付勢した状態で止まってしまうと、初期状態の位置がずれるので、接触開始から保持完了までの荷重Ｐの変化を測定できなくなってしまう。図１１の方式であれば、荷重Ｐがかかっていない場合には、引張力Ｆによって回動体１４は初期状態に復帰するので、初期状態の位置がずれる事態を防止でき、荷重Ｐの変化の測定が正確となるため、より好ましい。より具体的な構成例としては、図１２及び図１３に示すように、引張バネ１５により回動する回動体１４が、検知軸１２２ａを引張方向に付勢する構造が考えられる。
（４）基体１１及び接触部材１２１は、実際の基板Ｗの保持部材３２との接触の態様が大きく相違しなければ、基板Ｗ以外の材料により形成してもよい。例えば、樹脂や金属により形成してもよい。接触部１１１及び接触部材１２１の一方又は双方の保持部材３２に接触する部分は、必ずしも基板Ｗの外周形状でなくてもよい。基体１１の形状は、保持部材３２により保持可能な接触部１１１を有していればよいため、必ずしも基板Ｗと同様の円形でなくてもよい。例えば、保持部材３２が３つの場合、Ｙ字形であってもよいし、４つの場合、十字形であってもよいし、６つや８つの場合に合わせて、星形や多角形状であってもよい。さらに、リング形状としてもよい。このような形状とすることにより、基体１１の重量を低減して、測定ツール１０の全体の重量を、基板Ｗに近づけることができる。
（５）測定ツール１０、搬送ロボット及びテーブル２０ａの回転動作を連携する機能を有する態様とすることもできる。例えば、作業者が搬送ロボットのロボットハンドに測定ツール１０を保持させることにより、搬送ロボットが測定ツール１０を保持する。ロボットハンドは、テーブル２０ａに測定ツール１０を搬入する。つまり、テーブル２０ａに測定ツールを載置する。なお、ロボットハンドに保持された状態の測定ツール１０における接触部材１２１の位置と、チャックピン３２ｂの位置は、あらかじめ合う位置となるように調整しておく。位置調整する場合は、テーブル２０ａを回転させて、チャックピン３２ｂの位置を微調整する。
そして、ロボットハンドによって測定ツール１０がテーブル２０ａに載置されると、基板処理装置１は、チャックピン３２ｂを回転させて、測定ツール１０を把持する動作を行う。この動作において、測定ツール１０の荷重センサ１２２は、荷重の測定を行う。荷重センサ１２２がチャックピン３２ｂと同じ数である場合には、１回で測定が終了する。
測定ツール１０の荷重センサ１２２の数がチャックピン３２ｂの数より少ない場合は、１回計測した後、測定ツール１０をロボットハンドで一端持ち上げ、測定対象となるチャックピン３２ｂの角度分、テーブル２０ａを回動させる。そして、ロボットハンドによって、再度測定ツール１０をテーブル２０ａに載置させ、測定を開始する。全てのチャックピン３２ｂの荷重の測定を終えるまで、この動作を繰り返す。このときも、チャックピン３２ｂの位置と測定ツール１０の接触部材１２１の位置を合わせる調整を行う。
測定ツール１０による測定が終了したことを、基板処理装置１の制御装置６０が認識すると、ロボットハンドによって、測定ツール１０の持ち上げ動作及び搬出動作を行う。制御装置６０の認識は、測定ツール１０に接続された表示装置から、測定結果及び測定終了した信号を、制御装置６０に送信することにより、又は作業者が所持している端末に送信することにより行われる。
なお、チャックピン３２ｂの位置と測定ツール１０の接触部材１２１の位置調整は、種々の方法が考えられる。例えば、制御装置６０に接続され、基板処理装置１を動作させる端末を、作業者が手に持って操作して、目視による位置合わせを行ってもよい。つまり、テーブル２０ａの回動制御を、作業者が行ってもよい。
測定ツール１０による測定後、次の測定対象となるチャックピン３２ｂに対して接触部材１２１を位置合わせする場合にも、前述のように、作業者が端末を操作して、テーブル２０ａを回動させてもよい。但し、あらかじめ設定された回動量に従って、テーブル２０ａを回動させてもよい。つまり、制御装置６０が、前回測定したチャックピン３２ｂの位置から、次に測定対象となるチャックピン３２ｂが来るための回動量をあらかじめ記憶しておく。そして、制御装置６０は、前回測定したチャックピン３２ｂの位置を記憶し、その位置から、あらかじめ設定された回動量でテーブル２０ａを回動させることにより、次のチャックピン３２ｂに接触部材１２１の位置を合わせる。
（６）測定ツール１０と表示装置との接続、制御装置６０と端末との接続は、有線には限らず、無線であってもよい。搬送ロボットで、テーブル２０ａに搬入出する場合には、測定ツール１０と表示装置との接続は、前述のように有線であってもよいが、無線で接続されている方が、動作の制約が無く好ましい。
［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態及び各部の変形例を説明したが、この実施形態や各部の変形例は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上述したこれら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明に含まれる。
１ 基板処理装置
１０ 測定ツール
１１ 基体
１２ 測定ユニット
１３ 支持部
１４ 回動体
２０ 回転体
２０ａ テーブル
２０ｂ 貫通孔
２０ｃ 排出口
２１ 固定ベース
２２ モータ
２３ 回転機構
３０ 保持部
３１ 回動部材
３２ 保持部材
３２ａ 傾斜面
３２ｂ チャックピン
３３ 駆動機構
４０ 供給部
４１ 処理液供給機構
４１ａ 処理液槽
４１ｂ 個別送通管
４１ｃ 処理液供給管
４１ｄ 流量調整バルブ
４１ｅ 流量計
４２ 処理液保持部
４２ａ 吐出口
４３ 昇降機構
４４ 加熱部
６０ 制御装置
１１１ 接触部
１１２ 切欠
１２１ 接触部材
１２１ａ 縁部
１２１ｂ ネジ
１２１ｃ ナット
１２２ 荷重センサ
１２２ａ 検知軸
１２２ｂ 接続コード
１２３ スライド部材
１２３ａ 溝
１２４ 固定板
１２４ａ、１２４ｂ ネジ
１３１ 取付板
１３１ａ ネジ
１３１ｂ ナット
１３２ シャフト
１３２ａ 載置部
１３３ 弾性部材
３３１ 駆動軸
３３２ 小ギヤ
３３３ 大ギヤ
４４１ ヒータ
４４１ａ 貫通孔

Claims (10)

  1. 回転する基板を処理する基板処理装置のテーブルに設けられた複数の保持部材が、前記基板に接触する位置において接触する接触部を有する基体と、
    前記基体に対して可動に支持され、前記保持部材に接離する接触部材と、前記接触部材に加わる荷重を測定する荷重センサとを含む測定ユニットと、
    を有することを特徴とする測定ツール。
  2. 前記基板との接触により前記保持部材にかかる重量と、前記接触部及び前記接触部材との接触により前記保持部材にかかる重量との差が低減されるように、前記基体を前記テーブルに支持する支持部を有することを特徴とする請求項１記載の測定ツール。
  3. 前記接触部及び前記接触部材の少なくとも一方の前記保持部材との接触箇所は、前記基板の外周形状となっていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の測定ツール。
  4. 前記接触部材と前記荷重センサとの間に、前記保持部材からの荷重の方向を前記荷重センサにより検知可能な方向に変換する変換機構を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の測定ツール。
  5. 前記荷重センサの検知軸を、前記保持部材からの荷重の方向と逆方向に付勢する付勢機構を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の測定ツール。
  6. 前記測定ユニットは、前記基体の中心を挟んで対向する位置に一対配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の測定ツール。
  7. 前記測定ユニットは、前記基体の周方向に等間隔で３か所に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の測定ツール。
  8. 前記測定ユニットは、前記保持部材と同数配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の測定ツール。
  9. 回転する基板を処理する基板処理装置であって、
    複数の保持部材が設けられ、前記保持部材に保持された基板を回転させるテーブルを有する回転体と、
    前記回転体により回転する前記基板に対して処理液を供給することにより、前記基板を処理する供給部と、
    前記基板を、前記テーブルに搬入及び搬出する搬送ロボットと、
    前記回転体、前記供給部及び前記搬送ロボットを制御する制御装置と、
    を有し、
    前記制御装置が、前記搬送ロボットに、請求項１乃至８のいずれかに記載の測定ツールを前記テーブルに搬入させ、
    前記搬送ロボットにより搬入されて、前記保持部材に保持された前記測定ツールが、前記保持部材からの荷重を測定することを特徴とする基板処理装置。
  10. 請求項１乃至８のいずれかに記載の測定ツールを用いて、保持部材からの荷重を測定し、
    前記測定ツールによる測定結果に基づいて、前記保持部材の位置を調整し、
    前記基板を保持した前記保持部材を有する回転体を回転させながら、供給部により処理液を基板に供給することにより、処理済の基板を製造することを特徴とする基板製造方法。
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