(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面に形成された膜を、エッチング液によって膜厚途中までエッチングするためのエッチング装置であって、
基板を保持して回転させる基板保持回転機構と、
この基板保持回転機構によって保持されて回転されている基板表面の膜にエッチング液を供給するエッチング液供給機構と、
上記基板保持回転機構に保持されている基板表面の膜の膜厚を測定する膜厚測定装置と、
上記基板が上記基板保持回転機構によって保持されて回転されているときにおける上記膜厚測定装置による測定結果に基づいて、上記エッチング液供給機構によるエッチング液の供給を制御する制御手段とを含み、
上記制御手段は、上記エッチング液供給機構によって上記基板保持回転機構に保持されている基板にエッチング液が供給されてエッチング工程が行われている途中に、上記エッチング液供給機構によるエッチング液の供給を中断するエッチング液供給中断手段と、上記エッチング液の供給が中断された状態で上記膜厚測定装置の測定結果である膜厚検出値を検出する膜厚検出手段と、上記膜厚検出値が所定の目標膜厚に達していればエッチング工程を終了させる手段と、上記膜厚検出値が上記目標膜厚に達していなければ、上記エッチング液供給機構によるエッチング液の供給を再開させるエッチング液供給再開手段と、上記膜厚検出値に基づいてエッチングレートを計算するレート計算手段と、計算されたエッチングレートに基づいて、エッチング液の供給再開後における上記エッチング液供給機構によるエッチング液の供給停止タイミングを定める停止タイミング設定手段とを含むものである
ことを特徴とするエッチング装置。
【請求項２】
上記制御手段は、上記停止タイミング設定手段によって設定されたタイミングで上記エッチング液供給中断手段によるエッチング液供給の中断を行い、上記膜厚検出値が上記目標膜厚に達するまで、上記膜厚検出手段、エッチング液供給再開手段、レート計算手段および停止タイミング設定手段による処理を繰り返し実行するものであることを特徴とする請求項１記載のエッチング装置。
【請求項３】
上記制御手段は、上記基板保持回転機構に保持された基板に上記エッチング液供給手段からのエッチング液が供給されるよりも前に上記膜厚測定装置の測定結果を検出する手段をさらに含むことを特徴とする請求項１または２記載のエッチング装置。
【請求項４】
基板表面に形成された膜を、エッチング液によって膜厚途中までエッチングするためのエッチング方法であって、
基板を回転させる基板回転工程と、
この基板回転工程と並行して、基板表面の膜にエッチング液を供給するエッチング液供給工程と、
上記基板回転工程と並行して、基板表面の膜の膜厚を測定する膜厚測定工程と、
上記膜厚測定工程に先だって、エッチング液の供給を中断させるエッチング液供給中断工程と、
上記エッチング液の供給が中断された状態で実行される上記膜厚測定工程による測定結果が所定の目標膜厚に達していればエッチング工程を終了させる工程と、
上記エッチング液の供給が中断された状態で実行される上記膜厚測定工程による測定結果が上記目標膜厚に達していなければ、エッチング液の供給を再開させるエッチング液供給再開工程と、
上記エッチング液の供給が中断された状態で実行される上記膜厚測定工程による測定結果に基づいてエッチングレートを計算するレート計算工程と、
計算されたエッチングレートに基づいて、エッチング液の供給再開後におけるエッチング液の供給停止タイミングを定める停止タイミング設定工程とを含むことを特徴とするエッチング方法。
【請求項５】
上記停止タイミング設定工程によって設定されたタイミングで上記エッチング液供給中断工程を行い、上記膜厚検出値が上記目標膜厚に達するまで、上記膜厚検出工程、エッチング液供給再開工程、レート計算工程および停止タイミング設定工程を繰り返し実行することを特徴とする請求項４記載のエッチング方法。
【請求項６】
上記基板にエッチング液が供給されるよりも前に上記基板表面の膜の膜厚を測定する工程をさらに含むことを特徴とする請求項４または５記載のエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エッチング液によって基板表面の膜を膜厚途中までエッチングするエッチング装置およびエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置や液晶表示パネル等の製造工程では、基板の表面に形成された薄膜をふっ酸等のエッチング液でエッチングすることによって、薄膜の膜厚を所望の値にまで減じる処理が行われる場合がある。膜厚を制御するためには、膜厚の測定が不可欠となる。
そこで、基板処理装置の処理チャンバ内で基板表面にエッチング液を供給して基板表面の薄膜のエッチングを行う際に、たとえば、一定時間の処理後に、エッチング処理を中断し、処理チャンバから基板が取り出される。そして、別のチャンバや基板処理装置とは別に設けられた膜厚測定装置において、基板表面の薄膜の膜厚が測定される。
【０００３】
これに基づいて、エッチング条件が設定され、再び基板処理装置の処理チャンバ内に基板を搬入してエッチング処理が再開される。こうして、所望の膜厚まで薄膜がエッチングされる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような処理では、エッチング処理の中断が余儀なくされるうえ、処理チャンバや膜厚測定装置に対する基板の出し入れを処理途中で行う必要があるから、処理工程に著しく長い時間を要し、生産性が悪い。しかも、エッチングの精度の点でも限界があり、高い精度で所望の膜厚を達成することができない。そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、基板表面の膜のエッチング処理と並行して膜厚の測定を行うことによって、生産性を向上し、しかも、エッチング処理の精度を向上することができるエッチング装置およびエッチング方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板表面に形成された膜を、エッチング液によって膜厚途中までエッチングするためのエッチング装置であって、基板を保持して回転させる基板保持回転機構（３１，３４，３５）と、この基板保持回転機構によって保持されて回転されている基板表面の膜にエッチング液を供給するエッチング液供給機構（４０，４１，４３，４４，４５，４６，４７）と、上記基板保持回転機構に保持されている基板表面の膜の膜厚を測定する膜厚測定装置（５０）と、上記基板が上記基板保持回転機構によって保持されて回転されているときにおける上記膜厚測定装置による測定結果に基づいて、上記エッチング液供給機構によるエッチング液の供給を制御する制御手段（６０）とを含み、上記制御手段は、上記エッチング液供給機構によって上記基板保持回転機構に保持されている基板にエッチング液が供給されてエッチング工程が行われている途中に、上記エッチング液供給機構によるエッチング液の供給を中断するエッチング液供給中断手段（Ｓ２７）と、上記エッチング液の供給が中断された状態で上記膜厚測定装置の測定結果である膜厚検出値を検出する膜厚検出手段（Ｓ２８）と、上記膜厚検出値が所定の目標膜厚に達していればエッチング工程を終了させる手段（Ｓ３０）と、上記膜厚検出値が上記目標膜厚に達していなければ、上記エッチング液供給機構によるエッチング液の供給を再開させるエッチング液供給再開手段（Ｓ３７）と、上記膜厚検出値に基づいてエッチングレートを計算するレート計算手段（Ｓ３５）と、計算されたエッチングレートに基づいて、エッチング液の供給再開後における上記エッチング液供給機構によるエッチング液の供給停止タイミングを定める停止タイミング設定手段（Ｓ３６）とを含むものであることを特徴とするエッチング装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
【０００６】
請求項１の発明に対応する方法の発明である請求項４記載の発明は、基板表面に形成された膜を、エッチング液によって膜厚途中までエッチングするためのエッチング方法であって、基板を回転させる基板回転工程と、この基板回転工程と並行して、基板表面の膜にエッチング液を供給するエッチング液供給工程と、上記基板回転工程と並行して、基板表面の膜の膜厚を測定する膜厚測定工程と、上記膜厚測定工程に先だって、エッチング液の供給を中断させるエッチング液供給中断工程と、上記エッチング液の供給が中断された状態で実行される上記膜厚測定工程による測定結果が所定の目標膜厚に達していればエッチング工程を終了させる工程と、上記エッチング液の供給が中断された状態で実行される上記膜厚測定工程による測定結果が上記目標膜厚に達していなければ、エッチング液の供給を再開させるエッチング液供給再開工程と、上記エッチング液の供給が中断された状態で実行される上記膜厚測定工程による測定結果に基づいてエッチングレートを計算するレート計算工程と、計算されたエッチングレートに基づいて、エッチング液の供給再開後におけるエッチング液の供給停止タイミングを定める停止タイミング設定工程とを含むことを特徴とするエッチング方法である。
【０００７】
これらの発明によれば、基板を回転させている期間に基板表面の膜厚が測定され、その測定結果に基づいてエッチング液の供給が行われる。これにより、エッチング処理を行う処理チャンバ内で膜厚の測定を並行して行うことができるから、生産性を著しく向上できる。しかも、エッチング処理と並行して膜厚の測定を行うことができるので、膜厚を高精度に制御することができ、基板表面の膜を膜厚途中までエッチングして、高精度に膜厚が制御された膜を基板表面に残すことができる。
【０００８】
また、これらの発明では、エッチング液の供給を中断して、膜厚の測定が行われる。エッチング液を供給しているときには、基板表面には波だった状態のエッチング液が存在しているので、膜厚測定装置の出力はやや不安定である。そこで、基板の回転は継続しておき、エッチング液の供給を中断して、膜厚測定装置の出力を安定させる。この安定した出力に基づいて、膜厚が評価され、目標膜厚に達していれば、エッチング処理を終了する。一方、目標膜厚に達していなければ、エッチング液の供給が再開されるとともに、測定結果に基づいてエッチングレートが求められる。このエッチングレートに基づいて、エッチング液の供給停止タイミングが設定される。
【０００９】
基板の回転を継続したままで膜厚の測定を行うので、その後のエッチング液の供給の再開を速やかに行うことができるから生産性が良好であり、しかも、膜厚測定装置の安定した出力を用いるので、膜厚を高精度に制御できる。
エッチング液の供給中断の影響を最小限に抑えるためには、エッチング液の供給が中断される期間は短時間（約１０秒）以内にとどめることが好ましい。
【００１４】
請求項２記載の発明は、上記制御手段は、上記停止タイミング設定手段によって設定されたタイミングで上記エッチング液供給中断手段によるエッチング液供給の中断を行い、上記膜厚検出値が上記目標膜厚に達するまで、上記膜厚検出手段、エッチング液供給再開手段、レート計算手段および停止タイミング設定手段による処理を繰り返し実行するものであることを特徴とする請求項１記載のエッチング装置である。
【００１５】
請求項２の発明に対応する方法の発明である請求項５記載の発明は、上記停止タイミング設定工程によって設定されたタイミングで上記エッチング液供給中断工程を行い、上記膜厚検出値が上記目標膜厚に達するまで、上記膜厚検出工程、エッチング液供給再開工程、レート計算工程および停止タイミング設定工程を繰り返し実行することを特徴とする請求項４記載のエッチング方法である。
これらの発明によれば、エッチング液の供給中断、膜厚検出、エッチングレートの計算などの処理が繰り返し実行されることによって、目標膜厚まで高精度なエッチング処理が行われる。
【００１６】
請求項３記載の発明は、上記制御手段は、上記基板保持回転機構に保持された基板に上記エッチング液供給手段からのエッチング液が供給されるよりも前に上記膜厚測定装置の測定結果を検出する手段（Ｓ２３）をさらに含むことを特徴とする請求項１または２記載のエッチング装置である。
請求項３の発明に対応する方法の発明である請求項６記載の発明は、上記基板にエッチング液が供給されるよりも前に上記基板表面の膜の膜厚を測定する工程をさらに含むことを特徴とする請求項４または５記載のエッチング方法である。
【００１７】
これらの発明によれば、エッチング処理が開始される前に膜厚が測定されるので、その後にエッチング液の供給を停止したときに、エッチングレートを正確に計算することができる。
なお、エッチング処理を開始する前に膜厚を測定するときには、基板はその回転が停止状態とされていることが好ましい。これにより、より正確な膜厚測定が可能になる。
【００１８】
膜厚測定装置は、測定対象の膜に対して光を照射する投光部（５２，５３）と、測定対象の膜からの反射光を受光する受光部（５４，５５）と、測定対象の膜から上記受光部に至る受光路に介装され、測定対象の膜からの反射光を拡散均一化して上記受光部に向けて出射するディフューザ（７５）とを含むものであってもよい。
この構成によれば、測定対象の膜からの反射光が、ディフューザによって拡散されかつ均一化されるので、測定対象の膜の表面が運動していたり、測定対象の膜から受光部に至る受光路が不安定な場合であっても、受光部に安定な光を入射させることができる。これによって、測定対象の膜が移動または回転している場合や、測定対象の膜上に不安定な（たとえば波打った状態の）液体層等が存在する場合であっても、膜厚の測定を良好に行うことができる。
【００１９】
上記ディフューザは、上記受光路において上記受光部の直前に配置されていることが好ましい。この構成により、拡散均一化された安定な光を確実に受光部に入射することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置のレイアウトを説明するための図解的な平面図である。この基板処理装置は、基板の一例である半導体ウエハ（以下単に「ウエハ」という。）Ｗに対して、その表面に形成された薄膜を膜厚途中までエッチングして、所定膜厚の薄膜をウエハＷの表面に残すためのエッチング処理装置である。この基板処理装置は、未処理のウエハＷおよび処理後のウエハＷを収納するためのカセットＣが所定方向に沿って複数個配列されるカセット載置部１と、ウエハＷに対してそれぞれエッチング処理を施す複数の処理部２１，２２，２３，２４とを備えている。複数の処理部２１〜２４は、直線搬送路２７の両側に沿って配列されており、直線搬送路２７には、この直線搬送路２７に沿って往復移動可能な主搬送ロボット２５が設けられている。また、カセット載置部１の近傍には、カセットＣの整列方向に沿って移動可能なインデクサロボット１１が設けられていて、このインデクサロボット１１は主搬送ロボット２５との間でウエハＷの受け渡しを行うことができる。
【００２１】
未処理のウエハＷは、インデクサロボット１１によってカセットＣから１枚ずつ取り出されて、主搬送ロボット２５に受け渡される。主搬送ロボット２５は、処理部２１〜２４のいずれかに未処理のウエハＷを搬入する。一方、処理部２１〜２４によって処理された後のウエハＷは、主搬送ロボット２５によって搬出され、インデクサロボット１１に受け渡された後、カセット載置部１に載置されたカセットＣに収容される。主搬送ロボット２５は、実際には、処理部２１〜２４のいずれかでウエハＷに対する処理が終了すると、当該処理部から処理済のウエハＷを取り出し、その後、当該処理部に対して未処理のウエハＷを搬入するように動作する。
【００２２】
図２は、処理部２１〜２４の共通の構成を示す図解図である。処理チャンバ２０内に、ウエハＷをほぼ水平に保持して鉛直軸線回りに回転するスピンチャック３１が備えられている。処理チャンバ２０内において、このスピンチャック３１の上方には、スピンチャック３１に保持されたウエハＷの表面に処理液（エッチング液または純水）を供給するためのノズル４０と、ウエハＷの表面の薄膜の膜厚を測定するための膜厚光学系５１とが配置されている。スピンチャック３１は、処理チャンバ２０内に設けられた有底筒状の処理カップ３２に収容されていて、この処理カップ３２の底部には、ウエハＷの処理に用いられた後の処理液を処理チャンバ２０外に導くための排液口３３が形成されている。
【００２３】
処理チャンバ２０の下方には、スピンチャック３１の回転軸３４に回転駆動力を与える回転駆動機構３５が設けられている。
スピンチャック３１の上方のノズル４０には、薬液タンク４１に貯留されたエッチング液（たとえば、バッファドふっ酸（ＢＨＦ））または純水供給源４２からの純水を選択的に供給することができる。より具体的には、薬液タンク４１内のエッチング液は、ポンプ４３によって汲み出され、薬液供給路４４から三方弁４５，４６を介し、さらに処理液供給路４７を介してノズル４０に供給できる。また、純水供給源４２からの純水は、純水供給路４８から、三方弁４６を介して、処理液供給路４７からノズル４０に供給できる。薬液タンク４１と三方弁４５との間には、薬液循環路４９が設けられている。ポンプ４３は、常時、駆動状態とされ、エッチング液をノズル４０に供給しないときには、ポンプ４３によって送り出されたエッチング液は、循環路４９を介して薬液タンク４１に循環されるようになっている。
【００２４】
処理カップ３２に形成された排液口３３には、排液配管３６が結合されている。この排液配管３６は、三方弁３７を介して、薬液タンク４１に向かう回収配管３８と、廃液配管３９とに接続されている。ノズル４０から純水が吐出されるときには、三方弁３７は排液配管３６を廃液配管３９に接続して、処理に用いられた後の純水を廃液する。これに対して、ノズル４０からエッチング液が供給されるときには、三方弁３７は、排液配管３６を回収配管３８に接続するように制御される。これにより、薬液タンク４１にエッチング液を回収できるので、エッチング液の消費量を抑制できる。
【００２５】
三方弁３７，４５，４６および回転駆動機構３５を制御するために、マイクロコンピュータ等を含む制御部６０が設けられている。この制御部６０は、膜厚光学系５１を含む膜厚測定装置５０の出力信号に基づいて、三方弁３７，４５，４６などの制御を行う。
膜厚測定装置５０は、上述の膜厚光学系５１と、この膜厚光学系５１に対して投光用光ファイバ５２を介して結合された投光器５３と、膜厚光学系５１に対して受光用光ファイバ５４を介して結合された分光器５５とを含む。投光器５３は、一定光量の光を発生する。この光は、膜厚光学系５１からスピンチャック３１に保持されたウエハＷの表面に向けて照射される。一方、ウエハＷからの反射光は、膜厚光学系５１を介して、受光用光ファイバ５４から分光器５５に与えられるようになっている。この分光器５５の出力信号が制御部６０に入力される。
【００２６】
図３は、膜厚光学系５１の構成を説明するための図解図である。膜厚光学系５１は、スピンチャック３１に近い側から順に、投受光窓部材７１、アクロマティックレンズ７２、ハーフミラー７３および全反射ミラー７４をほぼ鉛直方向に沿って配列し、さらに全反射ミラー７４からの反射光が向かう方向にディフューザ７５を配置して構成されている。
ハーフミラー７３は、スピンチャック３１に保持されるウエハＷに対してほぼ４５度の角度（すなわち、水平面に対してほぼ４５度の角度）をなす姿勢で設けられており、水平方向（ウエハＷの主面に沿う方向）から、投光用光ファイバ５２の出射端５２ａからの光を受け、これをスピンチャック３１に保持されたウエハＷの表面に向かう鉛直下方に向けて反射する。この光は、アクロマティックレンズ７２および投受光窓部材７１を介してウエハＷの表面に達する。
【００２７】
そして、このウエハＷの表面に形成された薄膜によって反射された反射光は、投受光窓部材７１、アクロマティックレンズ７２およびハーフミラー７３を順に透過し、全反射ミラー７４によってディフューザ７５に向けて反射された後、このディフューザ７５によって拡散均一化処理を受けて、受光用光ファイバ５４の入射端５４ａに入射する。
すなわち、ディフューザ７５は、受光ファイバ５４の入射端５４ａと全反射ミラー７４との間に介装されていて、その入射端面７５ａが全反射ミラー７４に対向し、その出射端面７５ｂが受光用光ファイバ５４の入射端５４ａに対向している。
【００２８】
アクロマティックレンズ７２は、ウエハＷからの反射光をディフューザ７５の入射端面７５ａに集束させる働きを有する。また、投受光窓部材７１は、たとえば、サファイヤ等の耐薬品性を有する投光部材で構成されていて、膜厚光学系の他の部品をエッチング液から保護する。
受光用光ファイバ５４に入射された光は、分光器５５によってスペクトル分解処理を受け、この処理結果を表わす信号が制御部６０に入力される。制御部６０は、入力された分光スペクトルに基づき、ウエハＷの表面に形成された薄膜の膜厚を検出する。
【００２９】
図４は、ディフューザ７５の構成を説明するための斜視図である。ディフューザ７５は、ガラス等の透明材料からなっていて、受光用光ファイバ５４よりも大径の円柱形状を有している。そして、その入射端面７５ａおよび出射端面７５ｂは少なくともいずれか一方がサンドブラスト処理等の粗面処理が施された粗面となっていて、その側面、すなわち周面７５ｃは、研磨された研磨面となっている。すなわち、ディフューザ７５は、円筒状光学ガラスとしての基本形態を有し、入射端面７５ａおよび出射端面７５ｂのいずれかを粗面とすることによって、入射端面７５ａから入射された光を拡散して均一化し、このような処理が施された光を出射端面７５ｂから出射する構成となっている。
【００３０】
図５(a)(b)は、ディフューザ７５の内部における光の伝搬の様子を示す図である。この図５には、ディフューザ７５の入射端面７５ａおよび出射端面７５ｂの両方に対して粗面処理が施された場合が示されている。入射端面７５ａに入射した光は、粗面処理が施された入射端面７５ａの拡散効果によって、ディフューザ７５の内方に向けて拡散される。この拡散された光のうち、ディフューザ７５の構成材料の全反射角に対応した角度Ａの範囲の光は、減衰することなく、出射端面７５ｂに達する。そして、粗面処理が施された出射端面７５ｂの拡散効果によって拡散された光のうち、受光用光ファイバ５４の開口数ＮＡで決定される角度φの範囲内の光が、受光用光ファイバ５４によって分光器５５へと伝達される。
【００３１】
図５(a)(b)の比較から理解されるように、ディフューザ７５の入射端面７５ａのいずれの位置にウエハＷからの反射光が集光されたとしても、ディフューザ７５の出射端面７５ｂに達する光量は同じである。したがって、受光ファイバ５４によって分光器５５へと伝達される光量は同じである。
これにより、スピンチャック３１の回転時に、ウエハＷが一定の水平面内で安定せず、図３に示すような歳差運動を行う場合であっても、分光器５５には安定した光量の光を伝達することができる。すなわち、図３においてウエハＷが実線で示す姿勢の時、ウエハＷの表面からの反射光は光路Ｌ１を辿ってディフューザ７５に至り、ウエハＷが一点鎖線で示す姿勢の時には、ウエハＷからの反射光は光路Ｌ２を通ってディフューザ７５に至る。しかし、いずれの場合にも、大口径のディフューザ７５はその入射端面７５ａにおいて反射光を受光することができるから、受光用光ファイバ５４に入射する光量は安定している。
【００３２】
ノズル４０から処理液を供給し、かつスピンチャック３１を回転させると、ウエハＷの表面には、複雑な形状の処理液層が存在することになる。この状況でも、ウエハＷの表面の薄膜からの反射光を大口径の入射端面７５ａに入射させることができるから、受光用光ファイバ５４に安定した光量の光を入射させることができる。したがって、スピンチャック３１によってウエハＷが回転されているか否か、またノズル４０から処理液がウエハＷの表面に供給されているか否かに依らずにウエハＷの表面の薄膜の膜厚を良好に検出することができる。
【００３３】
図６は、制御部６０の動作例を説明するためのフローチャートである。未処理のウエハＷが処理チャンバ２０に搬入されてスピンチャック３１に保持されると（ステップＳ１）、ウエハＷ上の薄膜の目標膜厚が設定されて（ステップＳ２）、制御部６０は、回転駆動機構３５を制御して、スピンチャック３１の回転を開始させる（ステップＳ３）。そして、スピンチャック３１の回転が安定すると、制御部６０は、三方弁４５，４６を制御することによって、薬液タンク４１からのエッチング液を処理液供給路４７からノズル４０へと導く（ステップＳ４）。これによって、スピンチャック３１に保持されて回転しているウエハＷにエッチング液が供給される。このとき、制御部６０は、三方弁３７を、排液配管３６からの処理液が回収配管３８に導かれるように制御する。
【００３４】
ノズル４０からのエッチング液の供給が開始されると、制御部６０は、分光器５５からの出力に基づいて、膜厚測定を開始する（ステップＳ５）。この膜厚測定は、ステップＳ２において設定された目標膜厚になるまで、継続して実施される（ステップＳ６）。
分光器５５からの出力に基づいて測定される薄膜の膜厚が目標膜厚に達すると（ステップＳ６のＹＥＳ）、制御部６０は、三方弁４５を制御して、ポンプ４３からの薬液を循環路４９へと導き、エッチング液の供給を停止する（ステップＳ７）。その後、制御部６０は、三方弁４６を制御することにより、純水供給源４２からの純水を処理液供給路４７からノズル４０へと導く（ステップＳ８）。これにより、ノズル４０から、所定時間にわたってウエハＷの表面に純水が供給される。こうして、ウエハＷ上のエッチング液が洗い流される。
【００３５】
こうして水洗工程が終了すると、制御部６０は、三方弁４６を制御することによって純水の供給を停止し、さらに回転駆動機構３５を制御することによって、ウエハＷ表面の水分を振り切って乾燥させるために、スピンチャック３１を高速回転させる（ステップＳ９）。このような高速回転による乾燥工程が終了すると（ステップＳ１０）、制御部６０は、回転駆動機構３５を制御してスピンチャック３１の回転を停止させる（ステップＳ１１）。こうして、ウエハＷの振り切り乾燥が完了し、その後、主搬送ロボット２５（図１参照）によって処理済のウエハＷがチャンバ２０外に搬出される（ステップＳ１２）。
【００３６】
図７は、分光器５５の出力に基づいてモニタされる膜厚の時間変化を示す図である。エッチング液を供給している期間Ｔ１において、膜厚がリアルタイムで測定されていて、その検出値はエッチングの進行に伴って減少していく。そして、膜厚の検出値が目標膜厚に達した時点で、エッチング液の供給は停止され、期間Ｔ２には、ウエハＷに純水が供給されて水洗処理が行われる。そして、期間Ｔ３にはスピンチャック３１が高速回転されて、水切り乾燥処理が行われる。
【００３７】
以上のように、この動作例によれば、エッチング液をウエハＷの表面に供給してその表面の薄膜を膜厚途中までエッチングする過程で、当該薄膜の膜厚がリアルタイムで検出される。そして、当該膜厚検出値が目標膜厚に達した時点で、エッチングを停止することとしている。これによって、目標膜厚に高精度に制御された薄膜をウエハＷ表面に残すことができる。
図８は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置の動作を説明するためのフローチャートである。この実施形態の説明では、上述の図１〜図５を再び参照する。
【００３８】
図８には、制御部６０の動作が示されている。すなわち、未処理のウエハＷが処理チャンバ２０に搬入されてスピンチャック３１に保持されると（ステップＳ２１）、ウエハＷ上の薄膜の目標膜厚が設定される（ステップＳ２２）。その後、制御部６０は、分光器５５の出力を参照して、ウエハＷ表面の膜の膜厚を測定した後（ステップＳ２３）、回転駆動機構３５を制御して、スピンチャック３１の回転を開始させる（ステップＳ２４）。そして、スピンチャック３１の回転が安定すると、制御部６０は、三方弁４５，４６を制御することによって、薬液タンク４１からのエッチング液を処理液供給路４７からノズル４０へと導く（ステップＳ２５）。これによって、スピンチャック３１に保持されて回転しているウエハＷにエッチング液が供給される。このとき、制御部６０は、三方弁３７を、排液配管３６からの処理液が回収配管３８に導かれるように制御する。
【００３９】
エッチング液の供給が開始されてから一定時間が経過すると（ステップＳ２６）、制御部６０は、スピンチャック３１の回転は継続させる一方で、三方弁４５を制御して、ポンプ４３からの薬液を循環路４９へと導き、エッチング液の供給を中断する（ステップＳ２７）。この状態で、ウエハＷ表面の状態が安定するまで数秒間（２〜３秒）待機した後、制御部６０は、分光器５５の出力を参照して、ウエハＷ表面の膜の膜厚を検出する（ステップＳ２８）。この検出された膜厚が目標膜厚に達していれば（目標膜厚以下であれば）（ステップＳ２９のＹＥＳ）、エッチング処理を停止させるために、制御部６０は、三方弁４６を制御することにより、純水供給源４２からの純水を処理液供給路４７からノズル４０へと導く（ステップＳ３０）。これにより、ノズル４０から、所定時間にわたってウエハＷの表面に純水が供給される。こうして、ウエハＷ上のエッチング液が洗い流される。
【００４０】
こうして水洗工程が終了すると、制御部６０は、三方弁４６を制御することによって純水の供給を停止し、さらに回転駆動機構３５を制御することによって、ウエハＷ表面の水分を振り切って乾燥させるために、スピンチャック３１を高速回転させる（ステップＳ３１）。このような高速回転による乾燥工程が終了すると（ステップＳ３２）、制御部６０は、回転駆動機構３５を制御してスピンチャック３１の回転を停止させる（ステップＳ３３）。こうして、ウエハＷの振り切り乾燥が完了し、その後、主搬送ロボット２５（図１参照）によって処理済のウエハＷがチャンバ２０外に搬出される（ステップＳ３４）。
【００４１】
一方、エッチング液の供給を中断して測定した膜厚が目標膜厚に達していなければ（ステップＳ２９のＮＯ）、制御部６０は、ステップＳ２３，Ｓ２８でそれぞれ検出された膜厚に基づいて、エッチングレートを算出する（ステップＳ３５）。さらに、制御部６０は、算出されたエッチングレートに基づいて、目標膜厚までエッチングするために必要と推測されるエッチング時間を見積って設定する（ステップＳ３６）。それとともに、制御部６０は、三方弁４５，４６を制御することによって、ノズル４０へのエッチング液の供給を再開させ（ステップＳ３７）、ウエハＷに対してステップＳ３６で設定されたエッチング時間にわたってエッチング液を供給する（ステップＳ３８）。
【００４２】
上記設定されたエッチング時間が経過すると（ステップＳ３８のＹＥＳ）、ステップＳ２７からの処理が再度行われる。すなわち、エッチング液の供給が中断され（ステップＳ２７）、スピンチャック３１が回転している状態で、膜厚検出が行われる（ステップＳ２８）。この検出された膜厚が目標膜厚に達していれば（ステップＳ２９のＹＥＳ）、水洗工程、乾燥工程およびウエハ搬出工程（ステップＳ３０〜Ｓ３４）が行われる。
【００４３】
ステップＳ２９において、膜厚が目標膜厚に達していないと判断されると、ステップＳ３５からの処理が再度行われる。ただし、ステップＳ３５におけるエッチングレートの計算は、直前の２つの時点において測定された膜厚検出値に基づいて行われることが好ましい。
図９は、分光器５５の出力に基づいてモニタされる膜厚の時間変化を示す図である。エッチング液を供給している期間Ｔ１１には、膜厚の検出値は、エッチングの進行に伴って減少していくが、ウエハＷの表面におけるエッチング液の波打ち等に起因して、比較的大きな振幅で振れている。一定時間経過後に、エッチング液の供給を停止すると、数秒後にはウエハＷの表面のエッチング液の大部分が遠心力によって排除されるため、膜厚の検出値が安定する。したがって、この安定な検出値を利用することにより、エッチングレートを正確に計算することができ、このエッチングレートを利用して、必要なエッチング時間を正確に求めることができる。
【００４４】
以上のように、この実施形態によれば、エッチング液の供給を中断して膜厚の検出を行うこととしているので、分光器５５の安定した出力に基づいて正確な膜厚検出が可能である。したがって、エッチングレートの計算およびエッチング時間の設定を正確に行うことができるので、高精度に制御された膜厚の膜をウエハＷの表面に残すことができる。
しかも、ウエハＷの回転は継続した状態でエッチング液の供給を中断して膜厚の測定が行われるので、その後のエッチング処理の再開は速やかに行うことができ、良好な生産性を達成することができる。
【００４５】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、上記の実施形態では、被処理基板としてウエハを例にとったが、この発明は、液晶表示パネル用ガラス基板や光ディスク用基板等の他の種類の基板の処理に対しても適用することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る基板処理装置のレイアウトを説明するための図解的な平面図である。
【図２】処理部の構成を示す図解図である。
【図３】膜厚測定装置の構成を説明するための図解図である。
【図４】ディフューザの構成を説明するための斜視図である。
【図５】ディフューザの内部における光の伝搬の様子を示す図である。
【図６】  エッチング処理の流れの一例を説明するためのフローチャートである。
【図７】膜厚検出値の時間変化を示す図である。
【図８】  この発明の一実施形態に係る基板処理装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】  上記実施形態における膜厚検出値の時間変化を示す図である。
【符号の説明】
Ｗ      ウエハ
１１    インデクサロボット
２０    処理チャンバ
２１〜２４    処理部
２５    主搬送ロボット
２７    搬送路
３１    スピンチャック
３５    回転駆動機構
４０    ノズル
４１    薬液タンク
４２    純水供給源
４７    処理液供給路
５０    膜厚測定装置
５１    膜厚光学系
５２    投光用光ファイバ
５２ａ  出射端
５３    投光器
５４    受光用光ファイバ
５４ａ  入射端
５５    分光器
７１    投受光窓部材
７２    アクロマティックレンズ
７３    ハーフミラー
７４    全反射ミラー
７５    ディフューザ
７５ａ  入射端面（粗面）
７５ｂ  出射端面（粗面）
７５ｃ  周面（研磨面）
Ａ      ディフューザの全反射角に対応した角度
φ      受光用光ファイバの開口数ＮＡに対応した角度
【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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