(57)【要約】【課題】洗浄具の適切な交換時期を決定することができる基板洗浄方法を提供する。【解決手段】本基板洗浄方法は、洗浄液を基板Ｗに供給しつつ、洗浄液の存在下で洗浄具７７，７８を基板Ｗに摺接させることにより、基板Ｗの表面を洗浄し、基板Ｗの表面の洗浄を所定枚数実行した後に、ウェット状態にある洗浄具７７，７８の表面性状を表す少なくとも１つの表面データを、原子間力顕微鏡９１を用いて取得し、この表面データと、予め定められた閾値とを比較することにより、洗浄具７７，７８の交換時期を決定する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗浄液を基板に供給しつつ、前記洗浄液の存在下で洗浄具を前記基板に摺接させることにより、前記基板の表面を洗浄し、
前記基板の表面の洗浄を所定枚数実行した後に、ウェット状態にある前記洗浄具の表面性状を表す表面データを、原子間力顕微鏡を用いて取得し、
前記表面データと、予め定められた閾値とを比較することにより、前記洗浄具の交換時期を決定することを特徴とする基板洗浄方法。
【請求項２】
前記表面データは、前記原子間力顕微鏡によって取得された前記洗浄具の平均面粗さであることを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄方法。
【請求項３】
前記表面データは、前記洗浄具の表面における最大高低差であり、
前記最大高低差は、前記原子間力顕微鏡によって取得された前記洗浄具の表面粗さの最大値と最小値との差分であることを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄方法。
【請求項４】
前記閾値は、前記基板の表面に付着するパーティクルの平均直径であることを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄方法。
【請求項５】
前記表面データは、前記洗浄具の粘弾性であることを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄方法。
【請求項６】
前記原子間力顕微鏡は、
前記基板の表面を走査する探針と、
前記探針が取り付けられたカンチレバーと、を備え、
前記カンチレバーは、０．１Ｎ／ｍ以下のばね定数を有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の基板洗浄方法。
【請求項７】
前記原子間力顕微鏡は、１μｍ以下の平面分解能と、３００ｎｍ以下の垂直分解能を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の基板洗浄方法。
【請求項８】
機械学習により構築された学習済モデルに、前記表面データとその取得時点との組み合わせを入力し、
前記表面データと、蓄積された表面データとを比較して、前記閾値に表面データが到達する時間を予測し、
前記予測された時間を前記取得時点に加算することにより、前記洗浄具の交換時期を決定することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の基板洗浄方法。
【請求項９】
基板を保持する基板保持機構と、
前記基板保持機構に保持された前記基板に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズルと、
前記洗浄液の存在下で前記基板に摺接することで前記基板を洗浄する洗浄具と、
前記洗浄具の表面性状を表す表面データを取得する原子間力顕微鏡と、
少なくとも前記原子間力顕微鏡の動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記基板の表面の洗浄を所定枚数実行した後に、ウェット状態にある前記洗浄具の表面性状を表す少なくとも１つの表面データを、原子間力顕微鏡を用いて取得し、
前記表面データと、予め定められた閾値とを比較することにより、前記洗浄具の交換時期を決定することを特徴とする基板洗浄装置。
【請求項１０】
前記表面データは、前記原子間力顕微鏡によって取得された前記洗浄具の平均面粗さであることを特徴とする請求項９に記載の基板洗浄装置。
【請求項１１】
前記表面データは、前記洗浄具の表面における最大高低差であり、
前記最大高低差は、前記原子間力顕微鏡によって取得された前記洗浄具の表面粗さの最大値と最小値との差分であることを特徴とする請求項９に記載の基板洗浄装置。
【請求項１２】
前記閾値は、前記基板の表面に付着するパーティクルの平均直径であることを特徴とする請求項９に記載の基板洗浄装置。
【請求項１３】
前記表面データは、前記洗浄具の粘弾性であることを特徴とする請求項９に記載の基板洗浄装置。
【請求項１４】
前記原子間力顕微鏡は、
前記基板の表面を走査する探針と、
前記探針を支持するカンチレバーと、を備え、
前記カンチレバーは、０．１Ｎ／ｍ以下のばね定数を有していることを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
【請求項１５】
前記原子間力顕微鏡は、１μｍ以下の平面分解能と、３００ｎｍ以下の垂直分解能を有することを特徴とする請求項９乃至１４のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
【請求項１６】
前記制御部は、
機械学習により構築された学習済モデルが格納された記憶装置と、
前記表面データとその取得時点との組み合わせを入力し、前記表面データと、蓄積された表面データとを比較して、前記閾値に表面データが到達する時間を予測し、前記予測された時間を前記取得時点に加算することにより、前記洗浄具の交換時期を決定するための演算を実行する処理装置と、を備えていることを特徴とする請求項９乃至１５のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
【請求項１７】
請求項９乃至１６のいずれか一項に記載の基板洗浄装置を備えたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の少なくとも１つの基板処理装置と、
前記基板処理装置と情報を送受信可能に接続される中継装置と、
前記中継装置と情報を送受信可能に接続されるホスト制御システムと、を備えていることを特徴とする基板処理システム。
【請求項１９】
洗浄具が設けられた基板処理装置の稼働率に関連する前記洗浄具の交換時期を学習する機械学習器であって、
ウェット状態にある前記洗浄具の表面性状を表す少なくとも１つの表面データ、前記洗浄具の交換間隔、および前記基板処理装置の稼働率を含む前記基板処理装置の状態量を観測する状態観測部と、
前記状態観測部により観測された前記状態量に基づいて、前記洗浄具を交換する行動価値関数を更新する学習部と、を備え、
前記学習部によって更新された行動価値関数に基づいて、前記洗浄具の交換時期を学習することを特徴とする機械学習器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板、ガラス基板、および液晶パネルなどの基板に洗浄液を供給しながら、該基板を洗浄具でスクラブ洗浄する基板洗浄方法および基板洗浄装置に関する。また、本発明は、このような基板洗浄装置を備えた基板処理装置に関する。さらに、本発明は、少なくとも１つの基板処理装置を備えた基板処理システムに関する。さらに、本発明は、洗浄具の交換時期を学習する機械学習器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体基板、ガラス基板、液晶パネルなどの基板の表面を洗浄する方法として、基板の表面に洗浄液（例えば、薬液または純水）を供給しつつ、該基板の表面に洗浄具（例えば、ロールスポンジ、またはペンスポンジ）を擦り付けるスクラブ洗浄方法が用いられている。スクラブ洗浄は、基板と洗浄具の少なくともいずれか一方を回転させた状態で、洗浄液を基板に供給しつつ、洗浄具を基板に摺接させることによって行われる。例えば、基板の一例であるウエハの研磨処理後に、該ウエハの表面に純水（洗浄液）を供給しつつ、ウエハの表面に対して相対的に移動するロールスポンジ（洗浄具）を摺接させることにより、ウエハに付着した研磨屑、研磨液に含まれる砥粒、およびレジスト残渣などのパーティクル（汚染物質）をウエハの表面から除去している。基板の表面から除去されたパーティクルは、洗浄具内に蓄積されるか、または洗浄液とともに基板から排出される。
【０００３】
このようなスクラブ洗浄は、洗浄具を基板の表面に直接接触させて洗浄を行うため、パーティクルの除去率、すなわち、洗浄効率が高いという利点を有している。その一方で、洗浄具を長期間使用すると、洗浄具に一旦蓄積されたパーティクルが、基板のスクラブ洗浄中に洗浄具から離れて、基板の表面に再付着してしまうことがある。すなわち、スクラブ洗浄では、洗浄具に蓄積されたパーティクルによって、基板の逆汚染が生じてしまうおそれがある。
【０００４】
そのため、従来から、基板の逆汚染の問題を回避するための様々な方法が提案されている。例えば、特許文献１は、洗浄具に洗浄液を供給するとともに、該洗浄具に超音波振動を与える方法を開示しており、特許文献２は、超音波振動を作用させた洗浄液中で、基板を洗浄ブラシにより洗浄する方法を開示している。特許文献３は、超音波を作用させた洗浄液中で洗浄具と当接部材を擦りあわせることにより、洗浄具を洗浄する方法を開示している。これらの方法は、洗浄具の比較的表層の部分に堆積したパーティクルを効果的に除去することができるが、洗浄具の内部まで入り込んだパーティクルを十分に除去することが困難である。
【０００５】
洗浄具の内部にまで到達したパーティクルを効果的に除去するために、洗浄具の内部に洗浄液を供給し、該洗浄具の内部から外部へ洗浄液を排出する方法が提案されている。しかしながら、この方法も洗浄液供給源から洗浄具までの距離が長くなると、洗浄具の内部からパーティクルを除去することが困難である。
【０００６】
さらに、本発明者らが鋭意研究したところ、基板の逆汚染を生じさせる他の原因として、洗浄具の長期間の使用による洗浄具の劣化が挙げられることがわかった。一般に、基板の洗浄に用いられる洗浄具は多孔質構造を有しており、洗浄具の材料として、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などの樹脂が多く用いられている。このような樹脂を用いて、多孔質構造を有する洗浄具を成型すると、型に接触する表層部と、該表層部の内側に位置する下層部とが形成される。洗浄具の表面に形成される表層部は、気孔の径が数μｍ〜数十μｍと小さく、その数も少ない厚さ数μｍ〜１０μｍ程度の硬い層である。これに対し、表層部の内側に位置する下層部は、１０μｍ〜２００μｍ程度の比較的大きな気孔の径を有し、表層部よりも柔らかい層である。
【０００７】
洗浄具を基板に擦り付けるスクラブ洗浄を繰り返すと、次第に硬い表層部が摩耗していき、やがて下層部が露出する。下層部は表層部よりも柔らかく、下層部の気孔の径は表層部の気孔の径よりも大きいため、下層部は表層部よりも摩耗しやすい。したがって、下層部が露出した洗浄具を基板に擦り付けると、多数の摩耗粉が発生し、この摩耗粉が基板の表面に付着して、基板の逆汚染の原因となる。
【０００８】
このように、洗浄具を基板に擦り付けるスクラブ洗浄を繰り返すと、洗浄具の表面の摩耗、および洗浄具に蓄積されたパーティクルによって基板の逆汚染が生じるおそれがある。また、洗浄具が劣化すると、洗浄効率が低下する。このような逆汚染および洗浄効率の低下を抑制するためには、洗浄具を適切なタイミングで新しい洗浄具に交換する必要がある。
【０００９】
従来のスクラブ洗浄装置では、事前に行われた実験結果または経験則に基づいて、洗浄具の交換時期（すなわち、寿命）を決定しておき、この交換時期に到達した洗浄具を新たな洗浄具に交換していた。あるいは、所謂「抜き取り検査」によって、洗浄具の交換時期を決定する場合もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平５−３１７７８３号公報
【特許文献２】特開平６−５５７７号公報
【特許文献３】特開平１０−１０９０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、実験または経験則によって洗浄具の交換時期を予め決定しておく場合、洗浄具を適切な交換時期で交換することができない。すなわち、洗浄具の交換の必要性を精度よく決定できない。例えば、洗浄具の使用時間が予め決定された交換時期に達すると、未だ洗浄具が使用可能であるにもかかわらず、洗浄具の交換を実施してしまうことがあった。あるいは、安全をみて、実際の交換時期を、実験または経験則によって決定された洗浄具の交換時期よりも若干短くすることもあった。
【００１２】
上記抜き取り検査では、検査間隔を短く設定することにより、洗浄具に起因する基板の逆汚染が生じた初期段階で洗浄具を交換することができる。しかしながら、検査間隔を短く設定すると、洗浄具の交換時期をより正確に決定することができるが、基板洗浄装置のスループットが低下して、基板の製造コストが増加するおそれがある。一方で、検査間隔を比較的長く設定すると、抜き取り検査によって決定された洗浄具の交換時期が洗浄具を交換すべき適切な時期を超えてしまうおそれがある。既に交換時期に到達した洗浄具によって基板がスクラブ洗浄されると、基板の逆汚染が発生したり、歩留まりが低下したりするおそれがある。
【００１３】
本件発明者らは、鋭意研究した結果、洗浄具の交換時期は、実際の使用状態に即して洗浄具の表面性状を観察することにより決定すべきである、という知見を得た。例えば、洗浄具が洗浄液で濡れたウェット状態にある洗浄具の気孔は、乾燥状態にある洗浄具の気孔と比較して膨潤している。そのため、乾燥状態にある洗浄具の表面性状を観察しても、洗浄具の適切な交換時期を決定することは困難である。
【００１４】
さらに、従来の観察方法では、洗浄具の表面性状のデータをミクロンメータレベルの分解能でしか観察できなかった。しかしながら、近年、洗浄対象であるパーティクルが微粒子化する傾向にあり、微粒子化したパーティクルは、基板への高い付着性を有している。こうした基板の表面に付着する微粒子化したパーティクルは、１μｍ以下より小さい直径、例えば、１００ｎｍ以下の直径を有する粒子である。そのために、洗浄具の表面性状に基づいて、洗浄具の適切な交換時期を決定するためには、ナノメータレベルの分解能で、洗浄具の表面性状を観察する必要が生じてきた。
【００１５】
そこで、本発明は、洗浄具の適切な交換時期を決定することができる基板洗浄方法および基板洗浄装置を提供することを目的とする。また、本発明は、洗浄具の適切な交換時期を決定することができる基板洗浄装置を備えた基板処理装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、少なくとも１つの基板処理装置を備えた基板処理システムを提供することを目的とする。さらに、本発明は、洗浄具の交換時期を学習する機械学習器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
一態様では、洗浄液を基板に供給しつつ、前記洗浄液の存在下で洗浄具を前記基板に摺接させることにより、前記基板の表面を洗浄し、前記基板の表面の洗浄を所定枚数実行した後に、ウェット状態にある前記洗浄具の表面性状を表す表面データを、原子間力顕微鏡を用いて取得し、前記表面データと、予め定められた閾値とを比較することにより、前記洗浄具の交換時期を決定することを特徴とする基板洗浄方法が提供される。
【００１７】
一態様では、前記表面データは、前記原子間力顕微鏡によって取得された前記洗浄具の平均面粗さである。
一態様では、前記表面データは、前記洗浄具の表面における最大高低差であり、前記最大高低差は、前記原子間力顕微鏡によって取得された前記洗浄具の表面粗さの最大値と最小値との差分である。
一態様では、前記閾値は、前記基板の表面に付着するパーティクルの平均直径である。
一態様では、前記表面データは、前記洗浄具の粘弾性である。
【００１８】
一態様では、前記原子間力顕微鏡は、前記基板の表面を走査する探針と、前記探針が取り付けられたカンチレバーと、を備え、前記カンチレバーは、０．１Ｎ／ｍ以下のばね定数を有している。
一態様では、前記原子間力顕微鏡は、１μｍ以下の平面分解能と、３００ｎｍ以下の垂直分解能を有する。
一態様では、機械学習により構築された学習済モデルに、前記表面データとその取得時点との組み合わせを入力し、前記表面データと、蓄積された表面データとを比較して、前記閾値に表面データが到達する時間を予測し、前記予測された時間を前記取得時点に加算することにより、前記洗浄具の交換時期を決定する。
【００１９】
一態様では、基板を保持する基板保持機構と、前記基板保持機構に保持された前記基板に洗浄液を供給する洗浄液供給ノズルと、前記洗浄液の存在下で前記基板に摺接することで前記基板を洗浄する洗浄具と、前記洗浄具の表面性状を表す表面データを取得する原子間力顕微鏡と、少なくとも前記原子間力顕微鏡の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記基板の表面の洗浄を所定枚数実行した後に、ウェット状態にある前記洗浄具の表面性状を表す少なくとも１つの表面データを、原子間力顕微鏡を用いて取得し、前記表面データと、予め定められた閾値とを比較することにより、前記洗浄具の交換時期を決定することを特徴とする基板洗浄装置が提供される。
【００２０】
一態様では、前記表面データは、前記原子間力顕微鏡によって取得された前記洗浄具の平均面粗さである。
一態様では、前記表面データは、前記洗浄具の表面における最大高低差であり、前記最大高低差は、前記原子間力顕微鏡によって取得された前記洗浄具の表面粗さの最大値と最小値との差分である。
一態様では、前記閾値は、前記基板の表面に付着するパーティクルの平均直径である。
一態様では、前記表面データは、前記洗浄具の粘弾性である。
【００２１】
一態様では、前記原子間力顕微鏡は、前記基板の表面を走査する探針と、前記探針を支持するカンチレバーと、を備え、前記カンチレバーは、０．１Ｎ／ｍ以下のばね定数を有している。
一態様では、前記原子間力顕微鏡は、１μｍ以下の平面分解能と、３００ｎｍ以下の垂直分解能を有する。
一態様では、前記制御部は、機械学習により構築された学習済モデルが格納された記憶装置と、前記表面データとその取得時点との組み合わせを入力し、前記表面データと、蓄積された表面データとを比較して、前記閾値に表面データが到達する時間を予測し、前記予測された時間を前記取得時点に加算することにより、前記洗浄具の交換時期を決定するための演算を実行する処理装置と、を備えている。
【００２２】
一態様では、上記基板洗浄装置を備えたことを特徴とする基板処理装置が提供される。
一態様では、少なくとも１つの上記基板処理装置と、前記基板処理装置と情報を送受信可能に接続される中継装置と、前記中継装置と情報を送受信可能に接続されるホスト制御システムと、を備えていることを特徴とする基板処理システムが提供される。
【００２３】
一態様では、洗浄具が設けられた基板処理装置の稼働率に関連する前記洗浄具の交換時期を学習する機械学習器であって、ウェット状態にある前記洗浄具の表面性状を表す少なくとも１つの表面データ、前記洗浄具の交換間隔、および前記基板処理装置の稼働率を含む前記基板処理装置の状態量を観測する状態観測部と、前記状態観測部により観測された前記状態量に基づいて、前記洗浄具を交換する行動価値関数を更新する学習部と、を備え、前記学習部によって更新された行動価値関数に基づいて、前記洗浄具の交換時期を学習することを特徴とする機械学習器が提供される。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、実際にスクラブ洗浄に用いられている洗浄具の表面データを、原子間力顕微鏡を用いて取得する。さらに、取得された表面データと所定の閾値とを比較することにより、洗浄具の交換時期を決定する。原子間力顕微鏡は、洗浄液に濡れた洗浄具の表面データをナノメータレベルの分解能で取得可能な顕微鏡である。したがって、実際の使用状態に即した洗浄具の適切な交換時期を決定することができる。
さらに、本発明の基板処理装置によれば、洗浄具の寿命をより向上させるとともに、基板処理装置の稼働率を向上させることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、一実施形態に係る基板洗浄装置を備えた基板処理装置の全体構成を示す平面図である。
【図２】図２は、第１洗浄ユニットを模式的に示す斜視図である。
【図３】図３は、原子間力顕微鏡の内部構造の一例を示す模式図である。
【図４】図４（ａ）は、支持台が旋回軸移動機構によって測定待機位置に移動された状態を示す模式図であり、図４（ｂ）は、原子間力顕微鏡が測定位置に移動された状態を示す模式図である。
【図５】図５は、第１洗浄ユニットで基板を洗浄する方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】図６（ａ）は、ロールスポンジの使用時間に対する洗浄効率を示すグラフであり、図６（ｂ）は、ロールスポンジの使用時間に対する、基板の表面に付着したパーティクルの数を示すグラフであり、図６（ｃ）は、ロールスポンジの使用時間に対する、該ロールスポンジの表面粗さを示すグラフである。
【図７】図７（ａ）は、原子間力顕微鏡によって取得された、未使用のロールスポンジの表面の三次元画像データであり、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示すポイントＰａからポイントＰｂまでのプロファイルを示すグラフである。
【図８】図８（ａ）は、ロールスポンジで所定枚数の基板をスクラブ洗浄した後で、原子間力顕微鏡によって取得された、該ロールスポンジの表面の三次元画像データであり、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示すポイントＰｃからポイントＰｄまでのプロファイルを示すグラフである。
【図９】図９は、第２洗浄ユニットを模式的に示す斜視図である。
【図１０】図１０は、図９に示す洗浄部材の斜視図である。
【図１１】図１１（ａ）は、洗浄部材およびペンスポンジを示す側面図であり、図１１（ｂ）は、洗浄部材に押し付けられているペンスポンジを示す側面図である。
【図１２】図１２は、第２洗浄ユニットで基板を洗浄する方法を説明するためのフローチャートである。
【図１３】図１３は、第２洗浄ユニットで基板を洗浄する他の方法を説明するためのフローチャートである。
【図１４】図１４は、図１に示す制御部の一例を示す模式図である。
【図１５】図１５は、洗浄具の交換時期を出力する学習済モデルの一実施形態を示す模式図である。
【図１６】図１６は、ニューラルネットワークの構造の一例を示す模式図である。
【図１７】図１７は、制御部に連結される機械学習器の一例を示す模式図である。
【図１８】図１８は、少なくとも１つの基板処理装置を含む基板処理システムの一実施形態を示す模式図である。
【図１９】図１９は、少なくとも１つの基板処理装置を含む基板処理システムの他の実施形態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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、一実施形態に係る基板洗浄装置を備えた基板処理装置の全体構成を示す平面図である。図１に示すように、基板処理装置１は、略矩形状のハウジング１０と、多数の基板（ウエハ）を収容する基板カセットが載置されるロードポート１２を備えている。ロードポート１２は、ハウジング１０に隣接して配置されている。ロードポート１２には、オープンカセット、ＳＭＩＦ（Standard  Manufacturing  Interface）ポッド、またはＦＯＵＰ（Front  Opening  Unified  Pod）を搭載することができる。ＳＭＩＦ、ＦＯＵＰは、内部に基板カセットを収納し、隔壁で覆うことにより、外部空間とは独立した環境を保つことができる密閉容器である。
【００２７】
ハウジング１０の内部には、基板を研磨する複数（この実施形態では４つ）の研磨ユニット１４ａ〜１４ｄと、研磨された基板を洗浄する第１洗浄ユニット１６及び第２洗浄ユニット１８と、洗浄された基板を乾燥させる乾燥ユニット２０が収容されている。研磨ユニット１４ａ〜１４ｄは、基板処理装置１の長手方向に沿って配列され、洗浄ユニット１６，１８及び乾燥ユニット２０も基板処理装置１の長手方向に沿って配列されている。
【００２８】
なお、本実施形態では、基板処理装置１は、複数の研磨ユニット１４ａ〜１４ｄを備えているが、本発明は、この例に限定されない。例えば、基板処理装置１は、１つの研磨ユニットを有していてもよい。さらに、基板処理装置１は、基板の周縁部（ベベル部とも称される）を研磨するベベル研磨ユニットを、複数のまたは１つの研磨ユニットに代えて、または複数のまたは１つの研磨ユニットに加えて備えていてもよい。あるいは、基板処理装置１は、複数のまたは１つの研磨ユニットに代えて、基板の表面をめっき処理するためのめっき槽（またはめっき装置）を備えていてもよい。この場合、基板処理装置１は、一つのめっき槽（またはめっき装置）を備えていてもよいし、複数のめっき槽（またはめっき装置）を備えていてもよい。以下では、図１に示す基板処理装置１を、本発明に係る基板処理装置の一例として説明する。
【００２９】
ロードポート１２、研磨ユニット１４ａ、及び乾燥ユニット２０に囲まれた領域には、第１基板搬送ロボット２２が配置され、また研磨ユニット１４ａ〜１４ｄと平行に、基板搬送ユニット２４が配置されている。第１基板搬送ロボット２２は、研磨前の基板をロードポート１２から受け取って基板搬送ユニット２４に渡すとともに、乾燥された基板を乾燥ユニット２０から受け取ってロードポート１２に戻す。基板搬送ユニット２４は、第１基板搬送ロボット２２から受け取った基板を搬送して、各研磨ユニット１４ａ〜１４ｄとの間で基板の受け渡しを行う。各研磨ユニット１４ａ〜１４ｄは、研磨面に研磨液（スラリー）を供給しながら、基板を研磨面に摺接させることで、基板の表面を研磨する。
【００３０】
第１洗浄ユニット１６と第２洗浄ユニット１８の間に位置して、これらの洗浄ユニット１６，１８および基板搬送ユニット２４の間で基板を搬送する第２基板搬送ロボット２６が配置され、第２洗浄ユニット１８と乾燥ユニット２０との間に位置して、これらの各ユニット１８，２０の間で基板を搬送する第３基板搬送ロボット２８が配置されている。更に、ハウジング１０の内部に位置して、基板処理装置１の各ユニットの動作を制御する制御部３０が配置されている。
【００３１】
本実施形態では、第１洗浄ユニット１６として、薬液の存在下で、基板の表裏両面にロールスポンジを擦り付けて基板をスクラブ洗浄する基板洗浄装置が使用されており、第２洗浄ユニット１８として、ペン型スポンジ（ペンスポンジ）を用いた基板洗浄装置が使用されている。一実施形態では、第２洗浄ユニット１８として、薬液の存在下で、基板の表裏両面にロールスポンジを擦り付けて基板をスクラブ洗浄する基板洗浄装置を使用してもよい。また、乾燥ユニット２０として、基板を保持し、移動するノズルからＩＰＡ蒸気を噴出して基板を乾燥させ、更に高速で回転させることによって基板を乾燥させるスピン乾燥装置が使用されている。
【００３２】
図示はしないが、第１洗浄ユニット１６または第２洗浄ユニット１８として、基板の表面（または裏面）に二流体ジェット流を噴射することにより、該基板の表面（または裏面）を洗浄しつつ、基板の裏面（または表面）にロールスポンジを押し付けて、該基板の裏面（または表面）をスクラブ洗浄する基板洗浄装置を使用してもよい。
【００３３】
基板は、研磨ユニット１４ａ〜１４ｄの少なくとも１つにより研磨される。研磨された基板は、第１洗浄ユニット１６と第２洗浄ユニット１８により洗浄され、さらに洗浄された基板は乾燥ユニット２０により乾燥される。一実施形態では、研磨された基板を、第１洗浄ユニット１６と第２洗浄ユニット１８のいずれか一方で洗浄してもよい。
【００３４】
図２は、第１洗浄ユニット（第１基板洗浄装置）１６を模式的に示す斜視図である。図２に示すように、第１洗浄ユニット１６は、基板（ウエハ）Ｗを水平に保持して回転させる４つの保持ローラー７１，７２，７３，７４と、基板Ｗの上下面に接触する円柱状のロールスポンジ（洗浄具）７７，７８と、これらのロールスポンジ７７，７８をその軸心まわりに回転させる洗浄具回転機構８０，８１と、基板Ｗの表面にリンス液（例えば純水）を供給する上側リンス液供給ノズル８５と、基板Ｗの表面に薬液を供給する上側薬液供給ノズル８７とを備えている。図示しないが、基板Ｗの下面にリンス液（例えば純水）を供給する下側リンス液供給ノズルと、基板Ｗの下面に薬液を供給する下側薬液供給ノズルが設けられている。本明細書では、薬液およびリンス液を総称して洗浄液といい、上側薬液供給ノズル８７およびリンス液供給ノズル８５を総称して洗浄液供給ノズルということがある。ロールスポンジ７７，７８は、多孔質構造を有しており、このようなロールスポンジ７７，７８は、例えば、ＰＶＡ、またはナイロンなどの樹脂から構成されている。
【００３５】
保持ローラー７１，７２，７３，７４は図示しない駆動機構（例えばエアシリンダ）によって、基板Ｗに近接および離間する方向に移動可能となっている。４つの保持ローラーのうちの２つの保持ローラー７１，７４は、基板回転機構７５に連結されており、これら保持ローラー７１，７４は基板回転機構７５によって同じ方向に回転されるようになっている。一実施形態では、各保持ローラー７１，７２，７３，７４に連結する複数の基板回転機構７５を設けてもよい。４つの保持ローラー７１，７２，７３，７４が基板Ｗを保持した状態で、２つの保持ローラー７１，７４が回転することにより、基板Ｗはその軸心まわりに回転する。本実施形態では、基板Ｗを保持して回転させる基板保持部は、保持ローラー７１，７２，７３，７４と基板回転機構７５から構成される。
【００３６】
上側ロールスポンジ７７を回転させる洗浄具回転機構８０は、その上下方向の動きをガイドするガイドレール８９に取り付けられている。また、この洗浄具回転機構８０は昇降駆動機構８２に支持されており、洗浄具回転機構８０および上側ロールスポンジ７７は昇降駆動機構８２により上下方向に移動されるようになっている。なお、図示しないが、下側ロールスポンジ７８を回転させる洗浄具回転機構８１もガイドレールに支持されており、昇降駆動機構によって洗浄具回転機構８１および下側ロールスポンジ７８が上下動するようになっている。昇降駆動機構としては、例えばボールねじを用いたモータ駆動機構またはエアシリンダが使用される。基板Ｗの洗浄時には、ロールスポンジ７７，７８は互いに近接する方向に移動して基板Ｗの上下面に接触する。洗浄具として、ロールスポンジに代えて、ロールブラシが使用されることもある。
【００３７】
次に、基板Ｗを洗浄する工程について説明する。まず、保持ローラー７１，７２，７３，７４により基板Ｗをその軸心まわりに回転させる。次いで、上側薬液供給ノズル８７および図示しない下側薬液供給ノズルから基板Ｗの表面及び下面に薬液が供給される。この状態で、ロールスポンジ（洗浄具）７７，７８がその水平に延びる軸心周りに回転しながら基板Ｗの上下面に摺接することによって、基板Ｗの上下面をスクラブ洗浄する。ロールスポンジ７７，７８は、基板Ｗの直径（幅）よりも長く、基板Ｗの上下面全体に接触するようになっている。薬液が基板Ｗに供給されている間、純水が流体供給ノズル８８から基板Ｗに供給される。
【００３８】
スクラブ洗浄後、ロールスポンジ７７，７８を基板Ｗの上下面に摺接させながら、回転する基板Ｗの表面及び下面にリンス液として純水を供給することによって基板Ｗの濯ぎ（リンス）が行われる。
【００３９】
図２に示すように、第１洗浄ユニット１６は、上側ロールスポンジ７７および下側ロールスポンジ７８の表面性状をそれぞれ測定するための２つの表面測定機構９０をさらに備えている。これら表面測定機構９０は、保持ローラー７１，７２，７３，７４と基板回転機構７５から構成される基板保持部に隣接して配置されている。下側ロールスポンジ７８の表面性状を測定するための表面測定機構９０の構成は、後述する支持台９２および該支持台９２に支持される原子間力顕微鏡９１の鉛直方向における移動方向が正反対であることを除いて、上側ロールスポンジ７７の表面性状を測定する表面測定機構９０の構成と同様である。そのため、以下では、上側ロールスポンジ７７の表面性状を測定する表面測定機構９０を説明し、下側ロールスポンジ７８の表面性状を測定するための表面測定機構９０の説明を省略する。
【００４０】
表面測定機構９０は、実際に基板Ｗのスクラブ洗浄に用いられ、ウェット状態にある上側ロールスポンジ（洗浄具）７７の表面性状を表す表面データを測定するための機構として用いられる。本明細書において、「ウェット状態」とは、洗浄具が洗浄液で濡れている状態を表す。
【００４１】
表面測定機構９０は、ウェット状態にある上側ロールスポンジ７７の表面性状を表す表面データを取得するための原子間力顕微鏡９１を少なくとも備えている。一般に、原子間力顕微鏡は、真空中、大気中、または液体中に置かれた試料の表面性状をナノメータレベルの分解能で測定可能な顕微鏡である。したがって、上記原子間力顕微鏡９１は、ウェット状態にある上側ロールスポンジ７７の表面性状をナノメータレベルの分解能で測定することができる。原子間力顕微鏡９１は、制御部３０（図１参照）に接続されており、原子間力顕微鏡９１によって取得された表面データは制御部３０に送られる。
【００４２】
本実施形態では、表面測定機構９０は、原子間力顕微鏡９１を支持する支持台９２と、支持台９２に連結された支持アーム９３と、支持アーム９３を回転させるアーム移動機構９５と、を備えている。支持台９２は、円盤形状を有する板体であり、原子間力顕微鏡９１だけでなく、後述するレンズ機構９６も支持している。原子間力顕微鏡９１およびレンズ機構９６は、支持台９２および支持アーム９３を介してアーム移動機構９５に連結されている。支持アーム９３は、支持台９２の中央部に連結されており、支持台９２の中心点は、支持アーム９３の中心軸線上にある。アーム移動機構９５が支持アーム９３を回転させることにより、支持台９２が回転され、その結果、支持台９２に支持された原子間力顕微鏡９１およびレンズ機構９６が支持アーム９３の中心軸線周りに回転される。
【００４３】
表面測定機構９０は、さらに、旋回軸９７と、該旋回軸９７に連結された旋回アーム９９と、アーム移動機構９５を旋回アーム９９に連結する連結アーム９４と、旋回軸９７を回転させるための旋回軸移動機構１００を備えている。旋回軸移動機構１００が旋回軸９７を介して旋回アーム９９を所定角度だけ回転させることにより、旋回アーム９９に連結アーム９４を介して連結されたアーム移動機構９５、支持アーム９３、支持台９２、および原子間力顕微鏡９１が旋回軸９７の中心軸線周りに回転する。これにより、支持台９２を、該支持台９２が基板Ｗの上方に位置する測定待機位置と、該支持台９２が基板Ｗから水平方向に離れた待避位置（例えば、保持ローラー７１，７２，７３，７４と基板回転機構７５から構成される基板保持部の側方位置）との間で移動させることができる。図２に示す例では、支持台９２は待避位置にある。
【００４４】
図３は、原子間力顕微鏡９１の内部構造の一例を示す模式図である。図３に示す原子間力顕微鏡９１は、基板Ｗの表面を走査する探針１１０と、該探針１１０が取り付けられたカンチレバー１１２と、カンチレバー１１２にレーザー光を照射する光源１１３と、カンチレバー１１２の表面で反射された反射光を検出する光センサ１１５と、を備えている。探針１１０とカンチレバー１１２とを一体に構成してもよい。原子間力顕微鏡９１は、カンチレバー１１２に取り付けられた探針１１０をロールスポンジ（洗浄具）７７の表面に近づけたときに、探針１１０と上側ロールスポンジ７７との間に作用する原子間力によってカンチレバー１１２がたわむのを利用して、上側ロールスポンジ７７の表面性状を測定する。より具体的には、探針１１０と上側ロールスポンジ７７との間に作用する原子間力が一定に保たれるように、探針１１０を上側ロールスポンジ７７の表面上を走査させ、カンチレバー１１２のたわみの変化を光源１１３から照射された反射光を受光する光センサ１１５で検出する。これにより、上側ロールスポンジ７７の表面性状（例えば、上側ロールスポンジ７７の表面の凹凸形状）を、ナノメータレベルの分解能で検出することができる。本実施形態では、光源１１３から照射されたレーザー光は、ミラー１１６によってカンチレバー１１２の上面に導かれ、カンチレバー１１３の上面からの反射光は、ミラー１１７によって、光センサ１１５に導かれる。
【００４５】
原子間力顕微鏡９１は、制御部３０（図１参照）に接続されており、該原子間力顕微鏡９１によって取得された上側ロールスポンジ７７の表面性状を表す表面データは、制御部３０に送られる。原子間力顕微鏡９１によって取得可能な表面データは、例えば、上側ロールスポンジ７７の平均面粗さ（Ｒａ）、上側ロールスポンジ７７の表面における最大高低差、および上側ロールスポンジ７７の表面の粘弾性である。最大高低差は、原子間力顕微鏡９１によって取得された上側ロールスポンジ７７の表面粗さの最大値と最小値との差分に相当する値である。一実施形態では、原子間力顕微鏡９１は、平均面粗さに代えて、または平均面粗さに加えて、自乗平均面粗さ（ＲＭＳ）を取得し、この自乗平均面粗さ（ＲＭＳ）を制御部３０に送ってもよい。
【００４６】
図４（ａ）は、支持台９２が旋回軸移動機構１００によって測定待機位置に移動された状態を示す模式図であり、図４（ｂ）は、原子間力顕微鏡９１が測定位置に移動された状態を示す模式図である。
【００４７】
上述したように、旋回軸移動機構１００が旋回アーム９７を所定角度だけ回転させることにより、支持台９２は、該支持台９２が基板Ｗの上方に位置する測定待機位置に移動させられる。図４（ａ）に示すように、旋回軸移動機構１１０は、支持台９２に支持されるレンズ機構９６が上側ロールスポンジ７７の上方に位置するまで、旋回アーム９７を旋回させる。本実施形態では、アーム移動機構９５は、支持アーム９３を上下動させることが可能に構成されており、これにより、支持台９２に支持されたレンズ機構９６を上側ロールスポンジ７７に対して上下動させることができる。
【００４８】
図示はしないが、レンズ機構９６は、光源（例えば、レーザー）、光学レンズ、および撮像装置を有している。レンズ機構９６を上側ロールスポンジ７７に近接させた状態で、レンズ機構９６の光源から光が光学レンズを介して上側ロールスポンジ７７に照射される。上側ロールスポンジ７７からの反射光が撮像装置の撮像面に到達すると、アーム移動機構９５は、撮像装置の撮像面に上側ロールスポンジ７７の表面の画像が結像するように、支持アーム９３を介して支持台９２およびレンズ機構９６を上下動させる。
【００４９】
撮像装置の撮像面に上側ロールスポンジ７７の表面の画像が結像された後で、アーム移動機構９５は、支持アーム９３を所定角度だけ回転させて、原子間力顕微鏡９１を上側ロールスポンジ７７の表面に対向させる。このとき、原子間力顕微鏡９１の探針１１０が上側ロールスポンジ７７の表面を走査可能な位置である測定位置（図４（ｂ）参照）に原子間力顕微鏡９１が位置するように、原子間力顕微鏡９１およびレンズ機構９６は支持台９２に取り付けられている。したがって、レンズ機構９６、支持台９２、支持アーム９３、およびアーム移動機構９５は、上側ロールスポンジ７７に対する原子間力顕微鏡９１の位置を自動で調整する位置決め機構を構成する。この位置決め機構によって、原子間力顕微鏡９１の位置が上側ロールスポンジ７７の表面性状を測定可能な測定位置に自動で調整され、その結果、原子間力顕微鏡９１は、上側ロールスポンジ７７の表面性状を自動で測定することができる。
【００５０】
次に、第１洗浄ユニット１６で基板を洗浄する方法について説明する。図５は、第１洗浄ユニット１６で基板を洗浄する方法を説明するためのフローチャートである。図５に示す洗浄方法は、上側ロールスポンジ７７の交換時期を決定する方法を含んでいる。第１洗浄ユニット１６では、上側ロールスポンジ７７と下側ロールスポンジ７８が基板Ｗの両面を洗浄するが、下側ロールスポンジ７８の交換時期を決定する方法は、上側ロールスポンジ７７の交換時期を決定する方法と同様であるため、その重複する説明を省略する。
【００５１】
図５のステップ１に示すように、制御部３０（図１参照）は、第１洗浄ユニット１６に搬送された基板Ｗに上側ロールスポンジ７７を摺接させることにより、基板Ｗの表面をスクラブ洗浄する。制御部３０は、上側ロールスポンジ７７が交換されてから洗浄処理された基板Ｗの枚数Ｎをカウントしている。
【００５２】
基板Ｗの洗浄処理が終了すると、制御部３０は、基板の処理枚数Ｎが所定の処理枚数ＮＡに到達したか否かを判断する（図５のステップ２参照）。所定の処理枚数ＮＡは、上側ロールスポンジ７７の表面性状を原子間力顕微鏡９１で測定するか否かを決定するために用いられる値であり、制御部３０は、所定の処理枚数ＮＡを予め記憶している。基板の処理枚数Ｎが所定の処理枚数ＮＡに到達していない場合（図５のステップ２における「Ｎｏ」参照）、処理部３０は、ステップ１に戻り、次の基板Ｗを第１洗浄ユニット１６に搬送し、次の基板Ｗの洗浄処理を実行する。
【００５３】
基板の処理枚数Ｎが所定の処理枚数ＮＡに到達した場合（図５のステップ２における「Ｙｅｓ」参照）、処理部３０は、上述した方法によって表面測定機構９０の原子間力顕微鏡９１を上側ロールスポンジ７７の表面性状を測定可能な測定位置に移動させ、上側ロールスポンジ７７の表面性状を表す表面データを取得する（図５のステップ３参照）。この表面データは、例えば、上側ロールスポンジ７７の平均面粗さ（Ｒａ）、上側ロールスポンジ７７の表面における最大高低差、および上側ロールスポンジ７７の表面の粘弾性である。さらに、制御部３０は、原子間力顕微鏡９１によって取得された表面データを、その取得時点（すなわち、上側ロールスポンジ７７の使用を開始してから、原子間力顕微鏡９１が表面データを取得するまでの使用時間）に関連付けて記憶する。一実施形態では、制御部３０は、原子間力顕微鏡９１によって取得された表面データを、上側ロールスポンジ７７によってスクラブ洗浄された基板の処理枚数（すなわち、上側ロールスポンジ７７の使用を開始してから、原子間力顕微鏡９１が表面データを取得するまでにスクラブ洗浄された基板の数）に関連付けて記憶してもよい。制御部３０は、原子間力顕微鏡９１が表面データを取得するたびに、この動作を繰り返し、上側ロールスポンジ７７の表面データとその取得時点とからなるデータを蓄積する。
【００５４】
次いで、処理部３０は、表面測定機構９０の原子間力顕微鏡９１によって取得された表面データと、予め定められた閾値とを比較する（図５のステップ４参照）。本実施形態では、この閾値は、実験によって予め決定されており、記憶部３０に予め記憶されている。
【００５５】
表面データが閾値よりも小さい場合（図５のステップ４の「Ｎｏ」参照）、制御部３０は、ステップ１に戻り、次の基板Ｗを第１洗浄ユニット１６に搬送し、次の基板Ｗの洗浄処理を実行する。表面データが閾値以上である場合、制御部３０は、上側ロールスポンジ７７の交換を促す警報を発する（図５のステップ５参照）とともに、第１洗浄ユニット１６への基板Ｗの搬送動作を停止する（図５のステップ６参照）。これにより、作業者は、上側ロールスポンジ７７による基板Ｗの逆汚染が生じる前に、上側ロールスポンジ７７を新しいロールスポンジに交換することができる。
【００５６】
一実施形態では、表面データが閾値以上である場合、制御部３０は、上側ロールスポンジ７７を、第１洗浄ユニット１６に予め配置されていた未使用のロールスポンジに自動で交換してもよい。この場合も、制御部３０は、原子間力顕微鏡９１によって取得された表面データが閾値以上であることを示す警報を発することが好ましい。制御部３０は、上側ロールスポンジ７７を未使用のロールスポンジに交換した後で、自動で次の基板を第１洗浄ユニット１６に搬送して、該基板の洗浄処理を開始してもよいし、次の基板の第１洗浄ユニット１６への搬送動作を停止してもよい。次の基板の搬送動作を停止する場合、作業者は、未使用のロールスポンジが洗浄具回転機構８０（図２参照）に適切に取り付けられているか否かを確認することができる。
【００５７】
制御部３０に予め記憶される閾値は、上側ロールスポンジ７７の適切な交換時期を決定するための重要な値である。以下では、閾値を決定する方法の一例を説明する。
【００５８】
本実施形態では、閾値は、以下に説明する実験を通じて決定される。上述したように、洗浄具を基板に擦り付けるスクラブ洗浄を繰り返すと、洗浄具の表面の摩耗、および洗浄具に蓄積されたパーティクルによって基板の逆汚染が生じるおそれがありうる。そのため、上側ロールスポンジ７７の交換時期を判断するための閾値を決定するためには、洗浄効率、パーティクル発生量などを考慮する必要がある。さらに、研磨後の基板の表面に付着する研磨液の砥粒などを除去するスクラブ洗浄では、粒子状の砥粒の大きさを考慮する必要もある。
【００５９】
図６（ａ）、図６（ｂ）、および図６（ｃ）は、閾値を決定するために、図２に示す上側ロールスポンジ７７と同一のロールスポンジを用いて行われた実験結果をそれぞれ示すグラフである。より具体的には、図６（ａ）は、ロールスポンジの使用時間に対する洗浄効率を示すグラフであり、図６（ｂ）は、ロールスポンジの使用時間に対する、基板の表面に付着したパーティクルの数を示すグラフであり、図６（ｃ）は、ロールスポンジの使用時間に対する、該ロールスポンジの表面粗さを示すグラフである。実験では、ポリビニルアルコール製のロールスポンジが使用され、洗浄液として純水が使用された。図６（ｃ）に示される表面粗さは、図２に示す原子間力顕微鏡９１と同一の原子間力顕微鏡を用いて測定された。
【００６０】
図７は、純水で濡れた未使用のロールスポンジの表面性状を原子間力顕微鏡で観察した結果である。より具体的には、図７（ａ）は、原子間力顕微鏡によって取得された、未使用のロールスポンジの表面の三次元画像データであり、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示すポイントＰａからポイントＰｂまでのプロファイルを示すグラフである。図７（ａ）および図７（ｂ）に示すロールスポンジの表面の三次元画像データおよびプロファイルは、図６（ａ）乃至図６（ｃ）の時点Ｔａで測定されたロールスポンジの表面の三次元画像データおよびプロファイルに相当する。
【００６１】
図８は、図７（ａ）および図７（ｂ）に三次元画像データおよびプロファイルが示されるロールスポンジで所定枚数の基板をスクラブ洗浄した後で、ロールスポンジの表面性状を原子間力顕微鏡で観察した結果である。より具体的には、図８（ａ）は、ロールスポンジで所定枚数の基板をスクラブ洗浄した後で、原子間力顕微鏡によって取得された、該ロールスポンジの表面の三次元画像データであり、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示すポイントＰｃからポイントＰｄまでのプロファイルを示すグラフである。原子間力顕微鏡が図８（ａ）および図８（ｂ）に示される三次元画像データおよびプロファイルを取得する際も、ロールスポンジは、純水で濡れたウェット状態にある。図８（ａ）および図８（ｂ）に示すロールスポンジの表面の三次元画像データおよびプロファイルは、図６（ａ）乃至図６（ｃ）の時点Ｔｂで測定されたロールスポンジの表面の三次元画像データおよびプロファイルに相当する。
【００６２】
図７（ｂ）に示すように、未使用のロールスポンジの平均粗さは１．９ｎｍであり、最大高低差は２．７ｎｍであった。図８（ｂ）に示すように、時点Ｔａから時点Ｔｂに達するまでスクラブ洗浄に使用されたロールスポンジの平均粗さは６．６ｎｍであり、最大高低差は７５ｎｍであった。このように、ＰＶＡ製ロールスポンジの表面にはナノメータレベルの微小な凹凸が存在していることが初めて判明した。
【００６３】
図７（ｂ）および図８（ｂ）に示されるロールスポンジの表面のプロファイルを比較すると、ロールスポンジをスクラブ洗浄に使用すると、平均粗さおよび最大高低差ともに大きくなることがわかる。このように、ロールスポンジの使用時間に応じて平均粗さおよび最大高低差などの表面性状が変化する原因は、ロールスポンジの表面が摩耗する、すなわち、ロールスポンジの表面がスクラブ洗浄によってすり減るからである。
【００６４】
図６（ａ）に示すように、ロールスポンジの使用時間の経過とともに洗浄効率は低下するが、洗浄効率の大きな低下は観察されなかった。例えば、時点Ｔｂにおける洗浄効率Ｅｂは、時点Ｔａにおける洗浄効率Ｅａと比較してほとんど低下していない。この現象の理由は、ロールスポンジが純水（洗浄液）に濡れたウェット状態では非常に柔らかい特性を示すこと、およびロールスポンジの表面の凹凸の粗さは使用時間の経過とともに大きくなるが凸部が存在する（図７（ｂ）および図８（ｂ）参照）ことであると考えられる。この結果から、ナノメータレベルの微小な凹凸の存在が微小なパーティクルの除去に寄与していると推定される。
【００６５】
図６（ｂ）に示すように、ロールスポンジの使用時間が時点Ｔｂに到達すると、基板の表面に付着したパーティクルの数が加速度的に増加する事実が判明した。この原因は、ロールスポンジに一旦蓄積されたパーティクルが、ロールスポンジから離れて基板の表面に再付着するだけでなく、ロールスポンジから多数の摩耗粉が発生していることであると考えられる。上述したように、ＰＶＡ製ロールスポンジを基板に擦り付けるスクラブ洗浄を繰り返すと、表層部の内側に位置する柔らかい下層部が露出する。下層部は表層部よりも柔らかく、下層部の気孔の径は表層部の気孔の径よりも大きいため、下層部は表層部よりも摩耗しやすい。したがって、下層部が露出したロールスポンジを基板に擦り付けると、多数の摩耗粉が発生し、この摩耗粉が基板の表面に付着してしまう。さらに、基板の表面に付着するパーティクルが加速度的に増加する原因の１つとして、平均粗さと最大高低差が大きくなりすぎると、凸部の摩耗が大きくなり破壊されてしまうことも挙げられる。
【００６６】
本実施形態では、図６（ａ）乃至図６（ｃ）に結果が示される実験を通じて、閾値を決定する。すなわち、実験により、基板の表面に付着したパーティクルの数が加速度的に増加する時点Ｔｂを決定し、この時点Ｔｂに対応する平均面粗さＲａ１（図６（ｂ）参照）を閾値として決定する。時点Ｔｂは、例えば、図６（ｂ）に示す曲線の微分値が急激に上昇する時点である。閾値は、制御部３０に予め記憶されており、制御部３０は、上側ロール洗浄具７７の交換時期を決定するために、原子間力顕微鏡９１によって取得された平均面粗さと、閾値（すなわち、平均面粗さＲａ１）とを比較する。一実施形態では、時点Ｔｂから所定の時間（Δｔ）を減算することによって時点Ｔｂ’を決定し、この時点Ｔｂ’に対応する平均面粗さＲａ１’を閾値として決定してもよい。
【００６７】
上述した閾値の決定方法では、時点Ｔｂに対応する平均面粗さＲａ１を閾値として決定したが、本発明は、この例に限定されない。例えば、時点Ｔｂに対応する最大高低差を原子間力顕微鏡によって取得し、この最大高低差を閾値として用いてもよい。あるいは、原子間力顕微鏡によって、ロールスポンジの粘弾性を取得し、時点Ｔｂに対応する粘弾性を閾値として決定してもよい。上述した例と同様に、時点Ｔｂから所定の時間（Δｔ）を減算することによって時点Ｔｂ’を決定し、この時点Ｔｂ’に対応する最大高低差または粘弾性を閾値として決定してもよい。あるいは、時点Ｔｂに対応する基板Ｗの処理枚数を、上記閾値として用いてもよい。
【００６８】
さらに、基板の表面に付着するパーティクル（例えば、研磨液に含まれる砥粒）の平均直径を閾値として用いてもよい。すなわち、ロールスポンジ（洗浄具）の交換時期を、基板の表面に付着するパーティクルの平均直径と、原子間力顕微鏡によって取得されたロールスポンジの表面の平均面粗さまたは最大高低差とを比較することにより決定してもよい。この場合、原子間力顕微鏡によって取得されたロールスポンジの表面の平均面粗さまたは最大高低差がパーティクルの平均直径に到達した時点が、ロールスポンジの交換時期である。
【００６９】
上述したように、基板の表面に付着するパーティクルは、ロールスポンジの表面に形成されたナノメータレベルの微小な凹凸によって除去される。本発明者らが、鋭意研究した結果、上記平均面粗さまたは最大高低差が、パーティクルの平均直径よりも大きくなると、基板の洗浄効率が大きく低下することがわかった。この理由は、上記平均面粗さまたは最大高低差がパーティクルの平均直径よりも大きくなると、ロールスポンジに蓄積されるパーティクルの数が増大し、その結果、ロールスポンジから離れたパーティクルによって基板の逆汚染が生じているためであると考えられる。したがって、パーティクルの平均直径を閾値として用い、上記平均面粗さまたは最大高低差がパーティクルの平均直径に相当する値に到達した時点に基づいてロールスポンジの交換時期を決定することにより、基板の逆汚染を低減することができる。
【００７０】
本実施形態によれば、第１洗浄ユニット（基板洗浄装置）１６に配置され、実際にスクラブ洗浄に用いられている上側ロールスポンジ（洗浄具）７７から、該上側ロールスポンジ７７の表面性状を表す表面データを、原子間力顕微鏡９１を用いて定期的に取得する。さらに、取得された表面データと閾値とを比較する、すなわち、該表面データに対して定量的な比較処理を行うことにより、ロールスポンジの交換時期を決定する。原子間力顕微鏡９１は、洗浄液に濡れた上側ロールスポンジ７７の表面データをナノメータレベルの分解能で取得可能な顕微鏡である。したがって、実際の使用状態に即した上側ロールスポンジ７７の適切な交換時期（すなわち、寿命）を決定することができる。さらに、同様の方法を用いて、下側ロールスポンジ７８の適切な交換時期を決定することができる。
【００７１】
ＰＶＡ、またはナイロンなどの樹脂製ロールスポンジが洗浄液に濡れたウェット状態にある場合、該ロールスポンジは、非常に柔らかくなっている。すなわち、ウェット状態にあるロールスポンジの硬さは、乾燥状態にあるロールスポンジの硬さよりも小さくなっている。そのため、原子間力顕微鏡９１のカンチレバー１１２（図３参照）のばね定数が大きすぎると、探針１１０が上側ロールスポンジ７７に接触したときに、上側ロールスポンジ７７の表面が変形してしまうおそれがある。この場合、上側ロールスポンジ７７の正確な表面データを取得できない。したがって、原子間力顕微鏡９１のカンチレバー１１２のばね定数は、０．１Ｎ／ｍよりも小さいのが好ましい。図７（ａ）および図７（ｂ）に示すロールスポンジの表面の三次元画像データおよびプロファイル、並びに、図８（ａ）、および図８（ｂ）に示すロールスポンジの表面の三次元画像データおよびプロファイルは、ばね定数が０．０１Ｎ／ｍのカンチレバー１１２を有する原子間力顕微鏡を用いて取得された三次元画像データおよびプロファイルである。
【００７２】
上述したように、基板の表面に付着するパーティクルは、１μｍ以下より小さい直径、例えば、１００ｎｍ以下の直径を有する粒子である。そのため、上側ロールスポンジ７７の交換時期を決定するために用いられる原子間力顕微鏡９１は、１μｍ以下の平面分解能と、３００ｎｍ以下の垂直分解能を有するのが好ましい。
【００７３】
さらに、上述した実施形態では、原子間力顕微鏡９１は、上側ロールスポンジ７７の平均面粗さ（Ｒａ）、最大高低差、および粘弾性などの表面データを取得し、この表面データが閾値以上になった時点を上側ロールスポンジ７７の交換時期に決定している。しかしながら、原子間力顕微鏡９１が取得する表面データが、上側ロールスポンジ７７の使用時間の経過とともに減少するデータの場合は、該表面データが閾値以下になった時点を上側ロールスポンジ７７の交換時期に決定する。すなわち、原子間力顕微鏡９１が取得する表面データが、上側ロールスポンジ７７の使用時間の経過とともに減少するデータの場合は、図５のステップ４における不等号の向きが逆になる点に注意すべきである。
【００７４】
図９は、図１に示す基板処理装置の第２洗浄ユニット１８を模式的に示す斜視図である。図９に示す第２洗浄ユニット１８は、ペン型の基板洗浄装置である。図９に示すように、このタイプの基板洗浄装置は、基板（ウエハ）Ｗを保持して回転させる基板保持部４１と、基板Ｗの表面に接触するペンスポンジ（洗浄具）４２と、ペンスポンジ４２を保持するアーム４４と、基板Ｗの表面にリンス液（通常は純水）を供給するリンス液供給ノズル４６と、基板Ｗの表面に薬液を供給する薬液供給ノズル４７とを備えている。ペンスポンジ４２は、アーム４４内に配置された洗浄具回転機構（図示せず）に連結されており、ペンスポンジ４２は鉛直方向に延びるその中心軸線まわりに回転されるようになっている。
【００７５】
基板保持部４１は、ウエハＷの周縁部を保持する複数の（図９では４つの）ローラー４５を備えている。これらのローラー４５は、それぞれ同じ方向に同じ速度で回転するように構成されている。ローラー４５が基板Ｗを水平に保持した状態で、ローラー４５が回転することにより、基板Ｗはその中心軸線まわりに矢印で示す方向に回転される。
【００７６】
アーム４４は基板Ｗの上方に配置されている。アーム４４の一端にはペンスポンジ４２が連結され、アーム４４の他端には旋回軸５０が連結されている。ペンスポンジ４２は、アーム４４および旋回軸５０を介して洗浄具移動機構５１に連結されている。より具体的には、旋回軸５０には、アーム４４を旋回させる洗浄具移動機構５１が連結されている。洗浄具移動機構５１は、旋回軸５０を所定の角度だけ回転させることにより、アーム４４を基板Ｗと平行な平面内で旋回させるようになっている。アーム４４の旋回により、これに支持されたペンスポンジ４２がウエハＷの半径方向に移動する。さらに、洗浄具移動機構５１は、旋回軸５０を上下動させることが可能に構成されており、これによりペンスポンジ４２を所定の圧力で基板Ｗの表面に押し付けることができる。ペンスポンジ４２の下面は、平坦なスクラブ面を構成しており、このスクラブ面が基板Ｗの表面に摺接する。
【００７７】
基板Ｗは次のようにして洗浄される。まず、基板Ｗをその中心軸線まわりに回転させる。次いで、洗浄液供給ノズル４７から基板Ｗの表面に洗浄液が供給される。この状態で、ペンスポンジ４２が回転しながら基板Ｗの表面に押し付けられ、さらにペンスポンジ４２が基板Ｗの半径方向に揺動する。洗浄液の存在下でペンスポンジ４２が基板Ｗの表面に摺接することにより、基板Ｗがスクラブ洗浄される。スクラブ洗浄後、基板Ｗから洗浄液を洗い流すために、リンス液供給ノズル４６から回転する基板Ｗの表面にリンス液が供給される。
【００７８】
ペンスポンジ４２は、多孔質構造を有する。このようなペンスポンジ４２は、例えば、ＰＶＡなどの樹脂から構成されている。このため、基板（ウエハ）Ｗのスクラブ洗浄を繰り返すと、ペンスポンジ４２の内部に砥粒や研磨屑などのパーティクルが蓄積し、洗浄性能が低下するとともに、基板Ｗの逆汚染が生じることがある。そこで、ペンスポンジ４２からパーティクルを取り除くために、第２洗浄ユニット１８はペンスポンジ４２を洗浄するための洗浄部材６０をさらに備えている。
【００７９】
図９に示すように、洗浄部材６０は、基板保持部４１に保持された基板Ｗに隣接して配置されている。ペンスポンジ４２が洗浄部材６０の上方位置に到達するまで、アーム４４は洗浄具移動機構５１によってウエハＷの半径方向外側に移動される。さらに、ペンスポンジ４２は、その軸心まわりに回転しながら、洗浄具移動機構５１によって洗浄部材６０の上面（洗浄面）に押し付けられる。洗浄部材６０に隣接して純水供給ノズル７０が配置されており、洗浄部材６０に接触しているペンスポンジ４２に純水供給ノズル７０から純水が供給される。
【００８０】
図１０は、図９に示す洗浄部材６０の斜視図である。図１１（ａ）は、洗浄部材６０およびペンスポンジ４２を示す側面図であり、図１１（ｂ）は、洗浄部材６０に押し付けられているペンスポンジ４２を示す側面図である。図１０に示す洗浄部材６０は、円錐台形の形状を有している。この洗浄部材６０の上面は、ペンスポンジ４２の下面（スクラブ面）に接触する洗浄面６１を構成する。洗浄部材６０の洗浄面６１は、円形の中央部６１ａと、この中央部６１ａから外側に広がりつつ下方に傾斜する傾斜部６１ｂとを有している。この傾斜部６１ｂは、環状の形状を有している。
【００８１】
洗浄部材６０の中央部６１ａは、上方に突出しており、中央部６１ａの周囲の他の部分（すなわち傾斜部６１ｂ）よりも高い位置にある。したがって、ペンスポンジ４２が下降すると、ペンスポンジ４２の下面の中央部が洗浄面６１の突出した中央部６１ａに接触する。ペンスポンジ４２がさらに下降すると、ペンスポンジ４２の下面の外周部は、洗浄面６１の傾斜部６１ｂに接触する。このようにして、ペンスポンジ４２の下面全体が洗浄部材６０の洗浄面６１に接触する。洗浄部材６０は、石英、樹脂、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレートなどから構成される。
【００８２】
図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、ペンスポンジ４２は、その中心軸線を中心に回転しながら、ペンスポンジ４２の中心軸線が洗浄部材６０の中心軸線に一致した状態で、洗浄部材６０に押し付けられる。ペンスポンジ４２が洗浄部材６０に押し付けられている間、ペンスポンジ４２には純水供給ノズル７０から純水が供給される。このように、ペンスポンジ４２は、洗浄部材６０の洗浄面６１に摺接しながら、純水によって洗浄される。一実施形態では、ペンスポンジ４２に薬液を供給しつつ、ペンスポンジ４２を洗浄してもよい。あるいは、ペンスポンジ４２に薬液と純水を供給しつつ、ペンスポンジ４２を洗浄してもよい。
【００８３】
洗浄部材６０は、円錐台形状を有しているので、洗浄部材６０の中央部６１ａは、その周囲の他の部分（すなわち傾斜部６１ｂ）よりも高い位置にある。したがって、ペンスポンジ４２の中央部は、その他の部分よりも洗浄部材６０に強く押し付けられ、ペンスポンジ４２の中央部内部に入り込んだ砥粒や研磨屑などのパーティクルを除去することができる。ペンスポンジ４２から一旦除去されたパーティクルは、純水とともに洗浄部材６０の傾斜部６１ｂ上を速やかに流下する。したがって、パーティクルがペンスポンジ４２に再付着することが防止される。
【００８４】
図９に示すように、第２洗浄ユニット（第２基板洗浄装置）１６も、ペンスポンジ（洗浄具）４２の表面性状を測定するための表面測定機構１２０をさらに備えている。特に説明しない表面測定機構１２０の構成は、上述した実施形態に係る表面測定機構９０の構成と同様であるため、その重複する説明を省略する。
【００８５】
図９に示す表面測定機構１２０は、ウェット状態にあるペンスポンジ４２の表面性状を表す表面データを取得するための原子間力顕微鏡１３１を少なくとも備えている。この原子間力顕微鏡１３１は、図３を参照して説明された原子間力顕微鏡９１と同一の構成を有している。上述したように、原子間力顕微鏡は、真空中、大気中、または液体中に置かれた試料の表面性状をナノメータレベルの分解能で測定可能な顕微鏡である。したがって、原子間力顕微鏡１３１は、ウェット状態にあるペンスポンジ４２の表面性状を測定することができる。原子間力顕微鏡１３１も、制御部３０（図１参照）に接続されており、原子間力顕微鏡１３１によって取得された表面データは制御部３０に送られる。
【００８６】
本実施形態では、表面測定機構１２０は、原子間力顕微鏡１３１を支持する支持台１３２と、支持台１３２に連結された支持アーム１３３と、支持アーム１３３を回転させるアーム移動機構１３５と、を備えている。本実施形態でも、支持台１３２は、円盤形状を有する板体であり、原子間力顕微鏡１３１だけでなく、上述したレンズ機構９６と同一の構成を有するレンズ機構１３６を支持している。原子間力顕微鏡１３１およびレンズ機構１３６は、支持台１３２および支持アーム１３３を介してアーム移動機構１３５に連結されている。支持アーム１３３は、支持台１３２の中央部に連結されており、支持台１３２の中心点は、支持アーム１３３の中心軸線上にある。アーム移動機構１３５が支持アーム１３３を回転させることにより、支持台１３２が回転され、その結果、支持台１３２に支持された原子間力顕微鏡１３１およびレンズ機構１３６が支持アーム１３３の中心軸線周りに回転される。
【００８７】
本実施形態では、洗浄具移動機構５１によって、ペンスポンジ４２が支持台１３２に支持されるレンズ機構１３６の上方に位置するまで、アーム４４が旋回される。アーム移動機構１３５は、支持アーム１３３を上下動させることが可能に構成されており、これにより、支持台１３２に支持されたレンズ機構１３６をペンスポンジ４２に対して上下動させることができる。
【００８８】
ペンスポンジ４２がレンズ機構１３６の上方に位置すると、アーム移動機構１３５は、レンズ機構１３６に設けられた撮像装置（図示せず）の撮像面にペンスポンジ４２の表面の画像が結像するように、支持アーム１３３を介して支持台１３２およびレンズ機構１３６を上下動させる。この状態で、アーム移動機構１３５は、原子間力顕微鏡１３１がペンスポンジ４２の表面に対向するまで、支持アーム１３３を回転させる。
【００８９】
レンズ機構１３６の撮像装置の撮像面に、ペンスポンジ４２の表面の画像が結像するように支持アーム１３３を上下動させた後で、アーム移動機構１３５は、支持アーム１３３を所定角度だけ回転させて、原子間力顕微鏡１３１をペンスポンジ４２の表面に対向させる。このとき、原子間力顕微鏡１３１の探針（図示せず）がペンスポンジ４２の表面を走査可能な位置である測定位置に原子間力顕微鏡１３１が位置するように、原子間力顕微鏡１３１およびレンズ機構１３６は支持台１３２に取り付けられている。したがって、レンズ機構１３６、支持台１３２、支持アーム１３３、およびアーム移動機構１３５は、ペンスポンジ４２に対する原子間力顕微鏡１３１の位置を自動で調整する位置決め機構を構成する。この位置決め機構によって、原子間力顕微鏡１３１の位置がペンスポンジ４２の表面性状を測定可能な測定位置に自動で調整され、その結果、原子間力顕微鏡１３１は、ペンスポンジ４２の表面性状を自動で測定することができる。
【００９０】
次に、第２洗浄ユニット１８で基板を洗浄する方法について説明する。図１２は、第２洗浄ユニット１８で基板を洗浄する方法を説明するためのフローチャートである。図１２に示す洗浄方法は、ペンスポンジ４２の交換時期を決定する方法を含んでいる。
【００９１】
図１２のステップ１に示すように、制御部３０（図１参照）は、第２洗浄ユニット１８に搬送された基板Ｗにペンスポンジ４２を摺接させることにより、基板Ｗの表面をスクラブ洗浄する。制御部３０は、ペンスポンジ４２が交換されてから基板Ｗを洗浄処理した基板の枚数Ｎ’をカウントしている。
【００９２】
基板Ｗの洗浄処理が終了すると、制御部３０は、基板の処理枚数Ｎ’が所定の処理枚数ＮＢに到達したか否かを判断する（図１２のステップ２参照）。所定の処理枚数ＮＢは、ペンスポンジ４２を洗浄部材６０に押し付けて、該ペンスポンジ４２を洗浄するか否かを決定するために用いられる値であり、制御部３０は、所定の処理枚数ＮＢを予め記憶している。上述したように、ペンスポンジ４２を用いて基板Ｗのスクラブ洗浄を繰り返すと、ペンスポンジ４２の内部に砥粒や研磨屑などのパーティクルが蓄積し、基板Ｗの逆汚染が生じるおそれがある。そのため、ペンスポンジ４２を用いて所定の処理枚数ＮＢをスクラブ洗浄した後で、ペンスポンジ４２を洗浄部材６０に押し付けて、該ペンスポンジ４２を洗浄する。基板の処理枚数Ｎ’が所定の処理枚数ＮＢに到達していない場合（図１２のステップ２における「Ｎｏ」参照）、処理部３０は、ステップ１に戻り、次の基板Ｗを第２洗浄ユニット１８に搬送し、次の基板Ｗの洗浄処理を実行する。
【００９３】
基板の処理枚数Ｎ’が所定の処理枚数ＮＢに到達した場合（図１２のステップ２における「Ｙｅｓ」参照）、処理部３０は、ペンスポンジ４２を洗浄部材６０に押し付けて、該ペンスポンジ４２を洗浄する（図１２のステップ３参照）。次いで、制御部３０は、ペンスポンジ４２が表面測定機構１２０のレンズ機構１３６の上方に位置するまで、アーム４４を旋回させる。さらに、制御部３０は、上述した方法によって表面測定機構１２０の原子間力顕微鏡１３１をペンスポンジ４２の表面性状を測定可能な測定位置に移動させ、ペンスポンジ４２の表面性状を表す表面データを取得する（図１２のステップ４参照）。この表面データは、例えば、ペンスポンジ４２の平均面粗さ（Ｒａ）、ペンスポンジ４２の表面における最大高低差、およびペンスポンジ４２の表面の粘弾性である。さらに、制御部３０は、原子間力顕微鏡１３１によって取得された表面データを、その取得時点（すなわち、ペンスポンジ４２の使用を開始してから、原子間力顕微鏡１３１が表面データを取得するまでの使用時間）に関連付けて記憶する。一実施形態では、制御部３０は、原子間力顕微鏡１３１によって取得された表面データを、ペンスポンジ４２によってスクラブ洗浄された基板の処理枚数（すなわち、ペンスポンジ４２の使用を開始してから、原子間力顕微鏡１３１が表面データを取得するまでにスクラブ洗浄された基板の数）に関連付けて記憶してもよい。制御部３０は、原子間力顕微鏡１３１が表面データを取得するたびに、この動作を繰り返し、ペンスポンジ４２の表面データとその取得時点（または、処理枚数）とからなるデータを蓄積する。
【００９４】
次いで、処理部３０は、表面測定機構１２０の原子間力顕微鏡１３１によって取得された表面データと、予め定められた閾値とを比較する（図１２のステップ５参照）。本実施形態では、この閾値は、図６乃至図８を参照して説明された実験によって予め決定されており、記憶部３０に予め記憶されている。
【００９５】
表面データが閾値よりも小さい場合（図１２のステップ５の「Ｎｏ」参照）、制御部３０は、ステップ１に戻り、次の基板Ｗを第２洗浄ユニット１８に搬送し、次の基板Ｗの洗浄処理を実行する。表面データが閾値以上である場合、制御部３０は、ペンスポンジ４２の交換を促す警報を発する（図１２のステップ６参照）とともに、第２洗浄ユニット１８への基板Ｗの搬送動作を停止する（図１２のステップ７参照）。これにより、作業者は、ペンスポンジ４２による基板Ｗの逆汚染が生じる前に、ペンスポンジ４２を新しいペンスポンジに交換することができる。
【００９６】
一実施形態では、表面データが閾値以上である場合、制御部３０は、ペンスポンジ４２を、第２洗浄ユニット１８に予め配置されていた未使用のペンスポンジに自動で交換してもよい。この場合も、制御部３０は、原子間力顕微鏡１３１によって取得された表面データが閾値以上であることを示す警報を発することが好ましい。制御部３０は、ペンスポンジ４２を未使用のペンスポンジに交換した後で、自動で次の基板を第２洗浄ユニット１８に搬送して、該基板の洗浄処理を開始してもよいし、次の基板の第２洗浄ユニット１８への搬送動作を停止してもよい。次の基板の搬送動作を停止する場合、作業者は、未使用のペンスポンジがアーム４４に適切に保持されているか否かを確認することができる。
【００９７】
図１３は、第２洗浄ユニット１８で基板を洗浄する他の方法を説明するためのフローチャートである。図１３に示す基板洗浄方法も、ペンスポンジ４２の交換時期を決定する方法を含んでいる。図１３に示す基板洗浄方法は、洗浄部材６０によるペンスポンジ４２の洗浄タイミングに関係なく、ペンスポンジ４２の交換時期を決定する点で、図１２に示す基板洗浄方法とは異なる。
【００９８】
図１３のステップ１に示すように、制御部３０（図１参照）は、第２洗浄ユニット１８に搬送された基板Ｗにペンスポンジ４２を摺接させることにより、基板Ｗの表面をスクラブ洗浄する。制御部３０は、ペンスポンジ４２が交換されてから基板Ｗを洗浄処理した基板の枚数Ｎ’’をカウントしている。
【００９９】
基板の洗浄処理が終了すると、制御部３０は、基板の処理枚数Ｎ’’が所定の処理枚数ＮＡ’に到達したか否かを判断する（図１３のステップ２参照）。所定の処理枚数ＮＡ’は、ペンスポンジ７７の表面性状を原子間力顕微鏡１３１で測定するか否かを決定するために用いられる値であり、制御部３０は、所定の処理枚数ＮＡ’を予め記憶している。基板の処理枚数Ｎ’’が所定の処理枚数ＮＡ’に到達していない場合（図１３のステップ２における「Ｎｏ」参照）、処理部３０は、ステップ１に戻り、次の基板Ｗを第２洗浄ユニット１８に搬送し、次の基板Ｗの洗浄処理を実行する。
【０１００】
基板の処理枚数Ｎ’’が所定の処理枚数ＮＡ’に到達した場合（図１３のステップ２における「Ｙｅｓ」参照）、処理部３０は、上述した方法によって表面測定機構１２０の原子間力顕微鏡１３１をペンスポンジ４２の表面性状を測定可能な測定位置に移動させ、ペンスポンジ４２の表面性状を表す表面データを取得する（図１３のステップ３参照）。この表面データは、例えば、ペンスポンジ４２の平均面粗さ（Ｒａ）、ペンスポンジ４２の表面における最大高低差、およびペンスポンジ４２の表面の粘弾性である。図１３のフローチャートにおけるステップ４乃至ステップ６は、図１２のフローチャートにおけるステップ５乃至ステップ７と同様であるため、その重複する説明を省略する。
【０１０１】
図１２および図１３に示す実施形態でも、第２洗浄ユニット（基板洗浄装置）１８に配置され、実際にスクラブ洗浄に用いられているペンスポンジ（洗浄具）４２から、該ペンスポンジ４２の表面性状を表す表面データを、原子間力顕微鏡１３１を用いて定期的に取得する。さらに、取得された表面データと閾値とを比較する、すなわち、該表面データに対して定量的な比較処理を行うことにより、ペンスポンジの交換時期を決定する。原子間力顕微鏡１３１は、洗浄液に濡れたペンスポンジ４２の表面データをナノメータレベルの分解能で取得可能な顕微鏡である。したがって、実際の使用状態に即したペンスポンジ４２の適切な交換時期（すなわち、寿命）を決定することができる。
【０１０２】
図１２および図１３に示す実施形態でも、原子間力顕微鏡１３１のカンチレバー（図示せず）のばね定数は、０．１Ｎ／ｍよりも小さいのが好ましい。さらに、原子間力顕微鏡１３１は、１μｍ以下の平面分解能と、３００ｎｍ以下の垂直分解能を有するのが好ましい。
【０１０３】
図１４は、図１に示す制御部３０の一例を示す模式図である。図１４に示す制御部３０は、専用のまたは汎用のコンピュータである。一実施形態では、処理部３０は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）であってもよく、ＦＰＧＡ（Field-Programmable gate array）であってもよい。図１４に示す制御部３０は、プログラムやデータなどが格納される記憶装置３１０と、記憶装置３１０に格納されているプログラムに従って演算を行うＣＰＵ（中央処理装置）またはＧＰＵ（グラフィックプロセッシングユニット）などの処理装置３２０と、データ、プログラム、および各種情報を記憶装置３１０に入力するための入力装置３３０と、処理結果や処理されたデータを出力するための出力装置３４０と、インターネットなどのネットワークに接続するための通信装置３５０を備えている。
【０１０４】
記憶装置３１０は、処理装置３２０がアクセス可能な主記憶装置３１１と、データおよびプログラムを格納する補助記憶装置３１２を備えている。主記憶装置３１１は、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）であり、補助記憶装置３１２は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）またはソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などのストレージ装置である。
【０１０５】
入力装置３３０は、キーボード、マウスを備えており、さらに、記録媒体からデータを読み込むための記録媒体読み込み装置３３２と、記録媒体が接続される記録媒体ポート３３４を備えている。記録媒体は、非一時的な有形物であるコンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、光ディスク（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ）や、半導体メモリー（例えば、ＵＳＢフラッシュドライブ、メモリーカード）である。記録媒体読み込み装置３３２の例としては、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤ−ＲＯＭドライブなどの光学ドライブや、カードリーダーが挙げられる。記録媒体ポート３３４の例としては、ＵＳＢポートが挙げられる。記録媒体に記憶されているプログラムおよび／またはデータは、入力装置３３０を介してコンピュータに導入され、記憶装置３１０の補助記憶装置３１２に格納される。出力装置３４０は、ディスプレイ装置３４１、印刷装置３４２を備えている。
【０１０６】
制御部３０は、記憶装置３１０に電気的に格納されたプログラムに従って動作する。すなわち、制御部３０は、表面測定機構９０（または１２０）を動作させて、洗浄具（すなわち、上側ロールスポンジ７７、下側ロールスポンジ７８、または、ペンスポンジ４２）の表面性状を示す表面データを原子間力顕微鏡９１（または１３１）によって取得し、この表面データを、記憶装置３１０に予め記憶された閾値と比較して、洗浄具の交換時期を決定するステップを実行する。原子間力顕微鏡９１が表面データを取得するたびに、制御部３０の記憶装置３１０には、洗浄具の表面データとその取得時点（または、処理枚数）とからなるデータが蓄積される。
【０１０７】
上記ステップを制御部３０に実行させるためのプログラムは、非一時的な有形物であるコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録され、記録媒体を介して制御部３０に提供される。または、プログラムは、インターネットなどの通信ネットワークを介して制御部３０に提供されてもよい。
【０１０８】
制御部３０は、洗浄具の交換時期を人工知能（ＡＩ：artificial intelligence）によって決定してもよい。人工知能は、ニューラルネットワークまたは量子コンピューティングを用いた機械学習を行い、学習済モデルを構築する。
【０１０９】
図１５は、洗浄具の交換時期を出力する学習済モデルの一実施形態を示す模式図である。図１５に示すように、学習済モデルを構築するための機械学習では、教師データが使用される。機械学習に使用される教師データは、正常データ、異常データ、または参照データである。教師データは、例えば、上記洗浄具の表面データと、その取得時点（または、処理枚数）の組み合わせを少なくとも含むデータセットであり、制御部３０の記憶装置３１０に予め記憶されている。
【０１１０】
機械学習としては、ディープラーニング法（深層学習法）が好適である。ディープラーニング法は、隠れ層（中間層ともいう）が多層化されたニューラルネットワークをベースとする学習法である。本明細書では、入力層と、二層以上の隠れ層と、出力層で構成されるニューラルネットワークを用いた機械学習をディープラーニングと称する。
【０１１１】
図１６は、ニューラルネットワークの構造の一例を示す模式図である。学習済モデルは、図１６に示されるようなニューラルネットワークを用いたディープラーニング法によって構築される。図１６に示すニューラルネットワークは、入力層３０１と、複数の隠れ層３０２と、出力層３０３を有している。正常データが教師データとして用いられる場合は、制御部３０は、学習済モデルを構築するために、正常データを用いてニューラルネットワークを構成する重みパラメータを調整する。より具体的には、制御部３０は、学習用に作成された洗浄具４２，７７，７８の表面データと、その取得時点（または、処理枚数）の組み合わせを少なくとも含むデータをニューラルネットワークに入力したときに、洗浄具４２，７７，７８の適切な交換時期に相当するデータがニューラルネットワークから出力されるように、ニューラルネットワークの重みパラメータを調整する。さらに、制御部３０は、検証用の訓練データをニューラルネットワークに入力し、ニューラルネットワークから出力されたデータが、検証用の教師データに相当するか否かを検証するのが好ましい。
【０１１２】
このように構築された学習済モデルは、記憶装置３１０（図１４参照）に格納されている。制御部３０は、記憶装置３１０に電気的に格納されたプログラムに従って動作する。すなわち、制御部３０の処理装置３２０は、原子間力顕微鏡９１，１３１によって取得された洗浄具４２，７７，７８の表面データと、その取得時点（または、処理枚数）の組み合わせを少なくとも含むデータを、前記学習済モデルの入力層３０１に入力し、入力された表面データと、制御部３０の記憶装置３１０に蓄積された表面データとの間の変化量から、洗浄具の表面データが閾値に到達するまでの時間を予測して、該予測時間を出力層３０３から出力するための演算を実行する。表面データの取得時点は、洗浄具の使用を開始してからの使用時間（または、処理枚数）に相当するので、この取得時点に予測時間を加算した値は、洗浄具の交換時期（すなわち、寿命）に相当する。したがって、学習済モデルは、出力層３０３から洗浄具の交換時期を出力してもよい。
【０１１３】
出力層３０３から出力された予測時間および洗浄具の交換時期が正常データと同等であると判断された場合、制御部３０は、この予測時間および洗浄具の交換時期を追加の教師データとして記憶装置３１１に蓄積し、教師データおよび追加の教師データを基にした機械学習（ディープラーニング）を通じて、学習済モデルを更新していく。これにより、学習済モデルから出力される予測時間および洗浄具の交換時期の精度を向上させることができる。
【０１１４】
図１７は、制御部３０に連結される機械学習器３７０の一例を示す模式図である。図１７に示す機械学習器３７０は、基板処理装置１に設けられた洗浄具（ロールスポンジ７７，７８、およびペンスポンジ４２）の交換時期を学習する装置である。図示はしないが、制御部３０は、図１７に示す機械学習器３７０を内蔵してもよい。
【０１１５】
図１７に示す機械学習器３７０は、状態観測部３７１、報酬計算部３７４と価値関数更新部３７５とを含む学習部３７３、および意思決定部３７６を備えている。制御部３０は、基板処理装置１の状態量として、洗浄具７７，７８，４２の上記表面データ（例えば、洗浄具７７，７８，４２の平均面粗さ、最大高低差、および粘弾性）の少なくとも１つと、洗浄具７７，７８，４２の交換間隔、および基板処理装置１の稼働率を状態観測部３７１に送る。状態観測部３７１は、制御部３０から送られた基板処理装置１の状態量に基づいて、基板処理装置１の状態量（または、状態量の変化）を観測する。
【０１１６】
学習部３７３の報酬計算部３７４は、状態観測部３７１によって観測された基板処理装置１の状態量（または状態量の変化）に基づいて報酬を計算し、計算された報酬を価値関数更新部３７５に送る。例えば、報酬計算部３７４は、洗浄具７７，７８，４２の表面データ（例えば、平均面粗さ）の増加、または基板処理装置の稼働率の低下に基づいて、価値関数更新部３７５により小さい報酬を与え、洗浄具７７，７８，４２の表面データの低下、または基板処理装置の稼働率の増加に基づいて、価値関数更新部３７５により大きな報酬を与えるように構成されている。例えば、洗浄具（すなわち、上側ロールスポンジ７７、下側ロールスポンジ７８、ペンスポンジ４２のいずれか）の寿命に対応する洗浄具の平均面粗さの増加分の許容値が「Ａ」と予め設定されている場合、使用開始時点ｔ０における洗浄具の平均面粗さｆ（ｔ０）と、使用開始から所定時間が経過した時点ｔ１における洗浄具の平均面粗さｆ（ｔ１）との差分が着目される。報酬計算部３７４は、前記差分（＝ｆ（ｔ１）−ｆ（ｔ０））の絶対値がＡより大きくなった場合にプラスの報酬（＋１）を価値関数更新部３７５に与え、前記差分（＝ｆ（ｔ１）−ｆ（ｔ０））の絶対値がＡ以下となった場合にマイナスの報酬（−１）を価値関数更新部３７５に与えるように構成されていてもよい。
【０１１７】
学習部３７３の価値関数更新部３７５は、報酬計算部３７４からの報酬に基づいて、現在の状態量から洗浄具７７，７８，４２の交換間隔の変化量、または交換時期（「交換タイミング」とも称される）を決定する価値関数の更新を行う。価値関数は、例えば、洗浄具７７，７８，４２を交換する行動価値テーブルとして表されており、機械学習器３７０に設けられたメモリーなどの記憶装置（図示せず）に格納されることができる。あるいは、価値関数の一例として、以下の式（１）を挙げることができる。
Ｑｔ＋１（ａ）＝Ｑｔ（ａ）＋｛１／（ｔ＋１）｝・（ｒｔ＋１−Ｑｔ（ａ））・・・（１）
ここで、「Ｑｔ（ａ）」は、今まで行動ａをｔ回選択している場合における、ｔ回目の行動ａの行動価値関数を表す。ｔ回目の報酬は「ｒｔ」と表される。上記式（１）は、いわば、「新しい価値＝古い価値＋ステップサイズ・(目標値−古い価値)」という意味を有する。また、初期値としては、仮の初期値を任意に設定してみて、これを随時更新していくように構成してもよい。
【０１１８】
意思決定部３７６は、価値関数更新部３７５によって更新された価値関数および観測された洗浄具の表面データに基づいて洗浄具７７，７８，４２の交換を実施するか否かを決定し、その決定結果を制御部３０に送るように構成されうる。例えば、意思決定部３７６は、観測された洗浄具の表面データに基づいて更新された価値関数と、更新する前の価値関数とを比較して、報酬が増加する場合には洗浄具を交換する旨の意思決定をし、報酬が減少する場合にはその時点では洗浄具を交換しない旨の意思決定をするように構成することもできる。制御部３０は、意思決定部３７６から送られた決定結果に基づいて洗浄具７７，７８，４２の交換を実施する。
【０１１９】
図１７に示すように、機械学習器３７０は、警報出力部３７８を有していてもよい。警報出力部３７８は、意思決定部３７６が洗浄具７７，７８，４２の交換を決定したときに、警報を出力するための信号を制御部３０に送る。警報出力部３７８からの信号を受信した制御部３０は、洗浄具７７，７８，４２の交換を促すための警報を出力する。一実施形態では、警報出力部３７８自身が洗浄具７７，７８，４２の交換を促すための警報を出力してもよい。
【０１２０】
図１８は、少なくとも１つの基板処理装置を含む基板処理システムの一実施形態を示す模式図である。図１８に示す基板処理システムは、上述した実施形態に係る複数の基板処理装置１と、各基板処理装置１に接続される複数の中継装置５００と、複数の中継装置５００に接続されるホスト制御システム６００と、を備える。中継装置５００は、ルーターなどのゲートウェイであり、中継処理部５１０と、中継通信装置５１５と、中継記憶部５１２と、を備える。ホスト制御システム６００は、ホスト処理部６１０と、ホスト通信装置６１５と、ホスト記憶装置６１２と、を備える。
【０１２１】
基板処理装置１の制御部３０の通信装置３５０（図１４参照）は、中継装置５００の中継通信装置５１５と無線通信（例えば、高速ＷｉＦｉ（登録商標））または有線通信で情報を送受信可能に接続されている。中継装置５００の中継通信装置５１５は、ホスト制御システム６００のホスト通信装置６１５と無線通信（例えば、高速ＷｉＦｉ（登録商標））または有線通信で情報を送受信可能に接続されている。本実施形態では、各基板処理装置１は、ホスト制御システム６００と中継装置５００を介したネットワーク（例えば、インターネット）により接続されている。
【０１２２】
ホスト制御システム６００は、少なくとも１つの基板処理装置１が設置された工場内に配置されていてもよいし、少なくとも１つの基板処理装置１が設置された工場外に配置されていてもよい。ホスト制御システム６００が少なくとも１つの基板処理装置１が設置された工場内に配置されている場合は、ホスト制御システム６００は、該工場内に配置されたホストコンピュータであってもよいし、該工場内に構築されたクラウドコンピューティングシステムまたはフォグコンピューティングシステムであってもよい。ホスト制御システム６００が少なくとも１つの基板処理装置１が設置された工場外に配置されている場合は、ホスト制御システム６００は、好ましくは、クラウドコンピューティングシステムまたはフォグコンピューティングシステムである。この場合、ホスト制御システム６００は、少なくとも１つの基板処理装置１が設置された複数の工場に接続されるのが好ましい。
【０１２３】
図１８に示す実施形態では、ホスト制御システム６００のホスト制御部６１０が、上記予測時間および洗浄具４２，７７，７８の交換時期を人工知能（ＡＩ：artificial intelligence）によって決定する。ホスト制御部６１０のホスト記憶装置６１２は、図１５および図１６を参照して説明された学習済モデルを予め記憶している。なお、ホスト制御部６１０は、図１４に示す処理装置３２０に相当する処理装置（図示せず）を有している。ホスト制御部６１０の処理装置は、ホスト記憶装置６１２に記憶された学習済モデルを読み出して、少なくとも原子間力顕微鏡９１，１３１によって取得された洗浄具４２，７７，７８の表面データと、その取得時点の組み合わせを、該学習済モデルに入力し、予測時間と、洗浄具４２，７７，７８の交換時期を出力するための演算を実行する。
【０１２４】
本実施形態では、各基板処理装置１の制御部３０は、少なくとも原子間力顕微鏡９１，１３１によって取得された洗浄具４２，７７，７８の表面データと、その取得時点の組み合わせからなるデータを、中継装置５００を介してホスト制御システム６００に送信する。このデータを受信したホスト制御システム６００のホスト制御部６１０は、該データをホスト記憶装置６１２に格納された学習済モデルの入力層３０１に入力し、予測時間および洗浄具４２，７７，７８の交換時期を出力層３０３から出力するための演算を実行する。
【０１２５】
出力層３０３から出力された予測時間および洗浄具４２，７７，７８の交換時期は、中継装置５００を介して基板処理装置１に送られる。基板処理装置１の制御部３０は、ホスト制御システム６００から送られた予測時間および洗浄具４２，７７，７８の交換時期に応じて、洗浄具４２，７７，７８の交換時期を決定する。
【０１２６】
出力層３０３から出力された予測時間および洗浄具４２，７７，７８の交換時期が正常データと同等であると判断された場合、ホスト制御システム６００のホスト処理部６１２は、この予測時間および洗浄具４２，７７，７８の交換時期を追加の教師データとしてホスト記憶装置６１２に蓄積し、教師データおよび追加の教師データを基にした機械学習（ディープラーニング）を通じて、学習済モデルを更新していく。ホスト制御システム６００には、複数の基板処理装置１から原子間力顕微鏡９１，１３１によって取得された洗浄具４２，７７，７８の表面データと、その取得時点の組み合わせからなる膨大なデータが送られるので、学習済モデルから出力される予測時間および洗浄具４２，７７，７８の交換時期の精度を短期間で向上させることができる。
【０１２７】
図１９は、少なくとも１つの基板処理装置１を含む基板処理システムの他の実施形態を示す模式図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図１８に示す実施形態と同様であるため、その重複する説明を省略する。
【０１２８】
図１９に示す実施形態では、中継装置５００の中継制御部５１０が上記予測時間および洗浄具４２，７７，７８の交換時期を人工知能（ＡＩ：artificial intelligence）によって決定する。この場合、基板処理システムは、中継装置５００が基板処理装置１の近くに配置されたエッジコンピューティングシステムとして構築されている。中継装置５００の中継記憶装置５１２には、図１５および図１６を参照して説明された学習済モデルが予め格納されている。なお、中継制御部５１０は、図１４に示す処理装置３２０に相当する処理装置（図示せず）を有している。中継制御部５１０の処理装置は、中継記憶装置５１２に記憶された学習済モデルを読み出して、少なくとも原子間力顕微鏡９１，１３１によって取得された洗浄具４２，７７，７８の表面データと、その取得時点の組み合わせを、該学習済モデルに入力し、予測時間と、洗浄具４２，７７，７８の交換時期を出力するための演算を実行する。本実施形態に係る基板処理システムでは、中継装置５００の中継処理部５１０が予測時間と、洗浄具４２，７７，７８の交換時期の診断結果を高速で処理して、基板処理装置１に出力することができる。
【０１２９】
上述した実施形態は、基板の一例であるウエハと洗浄具との両者を回転させつつ、該洗浄具で基板の表面をスクラブ洗浄する基板洗浄装置、および基板洗浄方法が説明されたが、本発明に係る基板洗浄装置および基板洗浄方法は、この例に限られない。例えば、基板のスクラブ洗浄時に、基板と洗浄具の少なくともいずれか一方を回転させてもよい。さらに、上述した実施形態に係る基板洗浄方法を、ガラス基板、液晶パネルなどの基板に洗浄液を供給しながら、該基板を洗浄具でスクラブ洗浄する基板洗浄装置に適用してもよい。例えば、ガラス基板の表面をスクラブ洗浄する際に、水平方向に移動するガラス基板に、回転する洗浄具を摺接させることにより、該ガラス基板をスクラブ洗浄してもよい。
【０１３０】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
【符号の説明】
【０１３１】
１    基板処理装置
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ    研磨ユニット
１７    第１洗浄ユニット（第１基板洗浄装置）
１８    第２洗浄ユニット（第２基板洗浄装置）
２０    乾燥ユニット
２２    第１基板搬送ロボット
２４    基板搬送ユニット
２６    第２基板搬送ロボット
２８    第３基板搬送ロボット
３０    制御部
４１    基板保持部
４２    ペンスポンジ（洗浄具）
４４    アーム
４５    ローラー
４６    リンス液供給ノズル
４７    洗浄液供給ノズル
５０    旋回軸
５１    洗浄具移動機構
７１，７２，７３，７４    保持ローラー
７５    基板回転機構
７７，７８    ロールスポンジ（洗浄具）
８０，８１    洗浄具回転機構
８２    昇降駆動機構
８５    上側リンス液供給ノズル
８７    上側薬液供給ノズル
９０，１２０    表面測定機構
９１，１３１    原子間力顕微鏡
９２，１３２    支持台
９３，１３３    支持アーム
９５，１３５    アーム移動機構
９６，１３６    レンズ機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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